KR20220105521A - 히트펌프와 흡착식 냉방기를 결합한 하이브리드 냉방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 하이브리드 냉방 시스템은, 히트펌프를 구동하여 저온수와 고온수를 생산하는 제1 냉각 장치, 제1 냉각 장치에서 생산된 고온수를 저장하는 고온탱크, 제1 냉각 장치에서 생산된 저온수를 저장하는 저온탱크, 및 고온탱크에 저장된 고온수를 이용하여 흡착제를 탈착시킴으로써, 상기 저온탱크에 저장된 저온수를 냉각하는 제2 냉각 장치를 포함하는 것이 특징이다.

Description

히트펌프와 흡착식 냉방기를 결합한 하이브리드 냉방 시스템{Hybrid Cooling System integrated Heat Pump and Thermal Driven Adsorption Chiller}

본 발명은 하이브리드 냉방 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게 본 발명은 히트펌프에 의한 냉방과 흡착식 냉방기에 의한 냉방을 동시에 이용할 수 있는 하이브리드 냉방 시스템에 관한 것이다.

지구온난화 등의 요인으로 인해 전 세계의 날씨가 갈수록 더워지고 있다. 이로 인해, 냉방기의 수요 및 냉방기에 사용되는 에너지 사용량이 많아지고 있다.

특히, GCC(걸프협력위원회)국가들과 같은 중동의 사막형 기후의 국가들은 냉방기간이 1년 중 11개월을 차지할 만큼 길다. 또한, 냉방 에너지의 사용량이 전체 건물 에너지 사용량의 80%이상을 차지할 정도로 많은 비중을 차지한다. 그러므로, 해당 국가들과 같은 지역에서는, 냉방기에 사용되는 에너지를 절감할 수 있는 방안이 절실히 필요한 실정이다.

또한, 종래의 냉각탑이 포함된 냉각 시스템은 냉각탑을 통해 냉각 시스템에서 발생되는 열을 외기 중으로 배출하기 때문에, 외기 온도가 높은 경우 냉각탑의 냉각수와 외기와의 열교환이 어렵거나 열교환 효율이 저하될 수 있다. 그러므로, 하절기 외부 온도가 50℃ 이상인 해당 국가들과 같은 지역에서, 종래의 냉각탑이 포함된 냉각 시스템을 사용하는 경우 냉각탑의 냉각수와 외기와의 열교환이 어렵거나 열교환 효율이 저하될 수 있다는 문제가 있다.

한국등록특허 10-1583603

본 발명의 과제는 냉방 시스템에 사용되는 에너지를 저감할 수 있는 하이브리드 냉방 시스템을 제공하는데 있다. 특히, 히트펌프와 흡착식 냉방기에 의해 냉각된 저온의 물을 냉방에 이용하고자 한다. 그리고, 히트펌프에 의해 가열된 고온의 물을 구동열원으로 사용하여 흡착식 냉방기를 구동하고자 한다. 이에 따라 히트펌프의 폐열을 버리지 않고 흡착식 냉방기의 구동열원으로 사용함으로써, 에너지 효율을 향상시키고자 한다.

본 발명의 또 다른 과제는 냉각 시스템에 있어서, 높은 외기 온도 환경에서, 냉각탑의 냉각수와 외기와의 열교환이 어렵거나 열교환 효율이 저하될 수 있는 문제를 해결할 수 있는 하이브리드 냉방 시스템을 제공하는데 있다. 특히, 냉각 시스템에 있어서 히트펌프의 동작에 따라 가열된 고온의 물을 흡착식 냉방기의 구동열원으로 사용하고, 흡착식 냉방기에서 배출되는 열은 냉각탑을 대체한 지중 열교환기를 통해 외기온도보다 상대적으로 낮은 지중으로 배출함으로써, 열교환 효율을 향상시킬 수 있는, 하이브리드 냉방 시스템을 제공하는데 있다.

다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 확장될 수 있을 것이다.

상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위하여, 예시적인 실시예들에 따른 하이브리드 냉방 시스템은, 히트펌프를 구동하여 저온수와 고온수를 생산하는 제1 냉각 장치, 상기 제1 냉각 장치에서 생산된 고온수를 저장하는 고온탱크, 상기 제1 냉각 장치에서 생산된 저온수를 저장하는 저온탱크, 및 상기 고온탱크에 저장된 고온수를 이용하여 흡착제를 탈착시킴으로써, 상기 저온탱크에 저장된 저온수를 냉각하는 제2 냉각 장치를 포함한다.

또한, 상기 제2 냉각 장치에서 상기 흡착제의 흡착이 수행되도록 물을 공급하는 열교환기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 열교환기는, 지중으로 시추된 시추공, 지상에서 상기 시추공 내부로 U자 형상으로 연장되어 물이 순환하는 통로를 제공하는 순환관을 포함하고, 상기 순환관 내부로 흐르는 물은 지중으로 열을 발산하는 것을 통해 냉각할 수 있다.

또한, 상기 순환관은, 지표면에서 30m 이상 200m 이하의 깊이로 지중에 매설될 수 있다.

또한, 상기 제1 냉각 장치는, 제3 압축기, 제3 응축기, 제3 팽창밸브 및 제3 증발기를 포함하며, 상기 제3 증발기에서 저온수를 생산하는 제1 히트펌프, 및 제4 압축기, 제4 응축기, 제4 팽창밸브 및 제4 증발기를 포함하며, 상기 제4 응축기에서 고온수를 생산하는 제2 히트펌프를 포함하고, 상기 제1 히트펌프 및 상기 제2 히트펌프는 직렬 연결되어, 상기 제3 응축기에 방출된 열에너지가 상기 제4 증발기로 공급될 수 있다.

또한, 상기 제1 히트펌프를 순환하는 제3 냉매와 상기 제2 히트펌프를 순화하는 제4 냉매는 서로 다른 종류일 수 있다.

또한, 상기 제2 냉각 장치는, 내부에 상기 흡착제를 각각 저장하는 제1 흡착조 및 제2 흡착조, 및 상기 저온탱크로부터 유입된 저온수를 냉각하는 제2 증발기를 포함하되, 상기 제1 및 제2 흡착조들 각각에는 상기 고온탱크에서 공급되는 고온수와 상기 열교환기에서 공급되는 물이 교번적으로 공급될 수 있다.

또한, 상기 흡착제는, 실리카겔(silica gel) 및 제올라이트(zeolite) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

또한, 상기 하이브리드 냉방 시스템은, 상기 저온탱크에 저장된 저온수 또는 상기 고온탱크에 저장된 고온수와 선택적으로 열교환하여 실내를 냉방하거나 또는 난방하는 공기 조화 장치를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 하이브리드 냉방 시스템은, 태양열을 집열하여 상기 고온탱크에 저장된 고온수를 가열하는 태양열 집열 장치를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 예시적인 실시예들에 따른 하이브리드 냉방 시스템은 히트펌프에서 냉매가 응축할 때 발생하는 열을 외기나 지중으로 배출하는 대신, 흡착식 냉방기의 구동열원으로 사용함으로써, 히트펌프의 열효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 히트펌프와 흡착식 냉방기에 의해 냉각된 저온수에 의해 냉방을 수행함으로써, 냉방 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 중동의 사막형 기후 지역과 같이 외기 온도가 50℃이상 되어 냉각탑의 효율이 급격이 저하되는 지역에 있어, 발생되는 열을 냉각탑 대신 흡착식 냉방기의 구동열원으로 사용함으로써 냉각탑을 대체하여 냉각탑에 의한 효율저하 문제를 해결할 수 있다.

또한, 히트펌프에서 배출되는 열은 고온의 물을 가열함으로써 사용하고, 흡착식 냉방기에서 배출되는 열은 지중 열교환기를 통해 지중으로 발산함으로써, 냉각탑을 사용하기 않고도 냉각 시스템을 구동시킬 수 있다.

또한, 두 개의 히트펌프를 직렬로 연결함과 동시에 각각의 히트펌프에 서로 다른 성질의 냉매를 사용함으로써, 흡착식 냉방기 구동에 필요한 고온수를 생산할 수 있다.

또한, 히트펌프에서 배출되는 열과 태양열 집열기에서 집열되는 열을 상호보완적으로 이용하여 고온탱크에 저장되는 고온수를 가열함으로써, 흡착식 냉방기에 필요한 구동열원인 고온수를 충분하게 공급할 수 있는 효과가 있다.

또한, 히트펌프에서 배출되는 열과 태양열 집열기에서 집열되는 열을 상호보완적으로 이용하여 고온탱크의 물을 가열함으로써, 흡착제의 탈착에 필요한 고온의 물을 흡착식 냉방기로 충분하게 공급할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 냉방 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 도 1의 제1 냉각 장치의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1의 제2 냉각 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 도 3의 제2 냉각 장치에서 제2 냉동 사이클이 구동되는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5는 도 1의 열교환기를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 도 1의 제1 냉각 장치의 다른 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 제1 냉각 장치에서 저온수와 고온수를 생산되는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 하이브리드 냉방 시스템을 나타내는 블록도이다.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

본 발명은 두개의 냉각 장치를 결합하여 저온탱크(200)의 물을 2중으로 냉각하는 하이브리드 냉방 시스템(10)에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 냉방 시스템을 나타내는 블록도이다. 도 2는 도 1의 제1 냉각 장치의 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 3은 도 1의 제2 냉각 장치를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 4는 도 3의 제2 냉각 장치에서 제2 냉동 사이클이 구동되는 과정을 설명하기 위한 순서도이다. 도 5는 도 1의 열교환기를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 하이브리드 냉방 시스템(10)은 저온수와 고온수를 생산하는 제1 냉각 장치(100), 생산된 고온수를 저장하는 고온 탱크(300), 생산된 저온수를 저장하는 저온탱크(200), 생산된 고온수를 이용하여 흡착제를 탈착시킴으로써 저온탱크(200)에 저장된 저온수를 냉각하는 제2 냉각 장치(400), 저온수를 저장하는 저온탱크(200)와 고온수를 저장하는 고온탱크(300)에 선택적으로 연결되어 실내를 냉방 또는 난방하는 공기 조화 장치(500), 및 제2 냉각 장치(400)에 흡착제의 흡착이 수행되는데 필요한 저온의 물을 공급하는 열교환기(600)를 포함한다.

여기에서 제1 냉각 장치(100)는 냉매의 발열반응 또는 흡열반응을 이용해 유입되는 물을 가열 또는 냉각하는 히트펌프이고, 제2 냉각 장치(400)는 흡착제의 흡착반응 및 탈착반응을 이용해 냉각 작용을 수행하는 흡착식 냉방기일 수 있다.

제1 냉각 장치(100)는 히트펌프를 구동하여 저온수와 고온수를 생산한다.

이 때, 저온수와 고온수는 상대적인 개념으로, 저온수는 제1 냉각 장치(100)에서 냉동 사이클을 통하여 생산되어 저온탱크(200)에 저장되는 물이고, 고온수는 제1 냉각 장치(100)에서 냉동 사이클을 통하여 생산되어 고온탱크(300)에 저장되는 물이다. 이 때, 저온수는 T1 온도의 물로 고온수보다 낮은 온도의 물을 의미하고, 고온수는 T3 온도의 물로 저온수보다 높은 온도의 물을 의미한다. 예를 들면, T1은 4℃~10℃이고 T3는 77℃~83℃일 수 있다.

제1 냉각 장치(100)는 냉동 사이클을 수행하면서 냉매의 상변화를 유발하고, 이 과정에서 물을 냉각하거나 또는 가열할 수 있다.

구체적으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 냉각 장치(100)는 제1 압축기(101), 제1 응축기(103), 제1 팽창밸브(105), 제1 증발기(107) 및 제1 냉매를 포함할 수 있다.

제1 냉각 장치(100)는 제1 냉매가 제1 압축기(101), 제1 응축기(103), 제1 팽창밸브(105) 및 제1 증발기(107)를 순환하며 열교환을 통하여 물을 냉각하거나 가열하는 제1 냉동 사이클을 수행할 수 있다.

여기서 제1 냉동 사이클이란 제1 냉각 장치(100) 내에서 제1 냉매의 순환에 의해서 냉각작용이 발생하는 제1 냉매의 순환과정을 의미할 수 있다.

제1 냉매는 제1 냉동 사이클의 작동유체이다. 상기 제1 증발기(107)에서, 제1 냉매는 액체에서 기체로 기화하면서 주위의 열을 흡수할 수 있다. 이 과정에서 상기 저온탱크(200)로부터 공급받은 물이 냉각될 수 있다. 제1 응축기(103)에서는 상기 제1 냉매가 기체에서 액체로 액화하면서 주위로 열을 방출할 수 있다. 이 과정에서 상기 고온탱크(300)로부터 공급받은 물이 가열될 수 있다. 따라서 제1 냉동 사이클 전체로 보면, 저온의 물질로부터 열을 흡수하여 고온의 물질로 배출하게 되는 것이다.

예를 들어, 제1 냉동 사이클은 다음과 같을 수 있다.

먼저, 기체 상태의 제1 냉매는 제1 압축기(101)에서 압축되면서 온도가 올라간다. 다음으로, 제1 냉매는 제1 응축기(103)에서 응축되면서 제1 냉매보다 상대적으로 저온인 물에 열을 배출하고, 이 때 물은 가열된다. 다음으로, 제1 냉매는 제1 팽창밸브(105)에서 팽창 및 감압되면서 온도가 내려간다. 다음으로, 제1 냉매는 제1 증발기(107)에서 기화되면서 상대적으로 고온인 물의 열을 흡수하고, 이 때 물은 냉각된다.

제1 냉동 사이클에서는 제1 응축기에서 가열된 고온수가 고온탱크(300)에 저장되고, 제1 증발기에서 냉각된 저온수가 저온탱크(200)에 저장될 수 있다.

고온탱크(300)는 제1 냉각 장치(100)에서 생산된 고온수를 저장한다. 구체적으로, 고온탱크(300)는 T4 온도의 물을 제1 냉각 장치(100)로 공급하고, 제1 냉각 장치(100)로부터 T3 온도로 가열된 물을 공급받을 수 있다. 이 때, T4 온도는 T3 온도보다 낮을 수 있다. 예를 들면, T4는 67℃~73℃일 수 있다.

예를 들어, 고온탱크(300)는 T4 온도의 물을 제1 냉각 장치(100)의 제1 응축기(103) 또는 제4 응축기(133)로 공급할 수 있다. 제1 응축기(103) 또는 제4 응축기(133)에 공급된 T4 온도의 물은 냉매가 응축하면서 배출하는 열에 의해 T3 온도의 물로 가열된 후, 고온탱크(300)로 공급될 수 있다. 즉, 제1 냉각 장치(100)에서 생산된 고온수의 온도는 T3 온도일 수 있다.

저온탱크는(200)는 제1 냉각 장치(100)에서 생산된 저온수를 저장한다. 구체적으로, 저온탱크(200)는 T2 온도의 물을 제1 냉각 장치(100)로 공급하고, 제1 냉각 장치(100)로부터 T1 온도로 냉각된 물을 공급받을 수 있다. 이 때, T2 온도는 T1 온도보다 높을 수 있다. 예를 들면, T2는 15℃~21℃일 수 있다.

예를 들어, 저온탱크(200)는 T2 온도의 물을 제1 냉각 장치(100)의 제1 증발기(107) 또는 제3 증발기(117)로 공급할 수 있다. 제1 증발기(107) 또는 제3 증발기(117)에 공급된 T2 온도의 물은 냉매가 기화하면서 열을 흡수하여 T1 온도의 물로 냉각된 후, 저온탱크(200)로 공급될 수 있다. 즉, 제1 냉각 장치(100)에서 생산된 저온수의 온도는 T1일 수 있다.

전술한 바와 같이, 제1 냉각 장치(100)를 이용하여 실내를 냉각시키는데 필요한 저온탱크(200)의 물을 냉각시킬 수 있다. 다만, 본 발명에서는, 제1 냉각 장치(100)에서 발생되는 열을 냉각탑을 이용하여 폐열로 버리는 것이 아니라, 이를 제2 냉각 장치(400)의 구동 열원으로 이용하여 저온탱크(200)의 저온수를 제1 냉각 장치(100)와 함께 냉각시킨다. 이를 통해, 에너지를 절감하고 냉각 시스템의 냉각 효율을 높일 수 있다. 이에 따라 본 발명을 하이브리드 냉각 시스템(10)이라 명명한 것이다.

또한, 중동의 사막형 기후 지역에서와 같이 외기 온도가 높아 냉각탑 사용이 어려운 지역에서, 제1 냉각 장치(100)에서 발생되는 폐열을 고온수를 데우는데 발산함으로써, 냉각탑을 구비하지 않고도 냉각 시스템을 원활하게 구동할 수 있다.

제2 냉각 장치(400)는 흡착식 냉방기로, 제1 냉각 장치(100)에서 발생하는 열을 이용하여 저장탱크의 고온수를 가열하고, 상기 고온수를 구동열원으로 이용할 수 있다.

흡착식 냉방기는 흡착제와 냉매의 가역반응에 따르는 발열(흡착)현상 및 흡열(탈착)현상을 이용하는 냉각 열기관으로 저온 열원(예를들어,60℃~90℃)으로 구동되는 열구동 냉방 시스템이며, 냉매로 물을 사용하는 환경 친화적 냉방시스템일 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 제2 냉각 장치(400)는 제2 냉동 사이클을 수행하고, 제2 냉동 사이클을 순환하는 제2 냉매, 저온탱크(200)로부터 유입된 저온수를 냉각하는 제2 증발기(411), 각각의 내부에 저장된 흡착제가 제2 증발기(411)로부터 유입되는 제2 냉매에 대하여 흡착 또는 탈착을 수행하는 제1 및 제2 흡착조(413,415), 제1 또는 제2 흡착조(413,415)에서 흡착제의 탈착 과정을 거친 제2 냉매가 유입되어 응축되는 제3 응축기(417), 제1 및 제2 흡착조(413,415)에 고온탱크(300)에서 공급되는 고온수와 열교환기(600)에서 공급되는 물이 교번적으로 공급되도록 제어하는 제1 및 제2 밸브(419,421), 제2 냉매의 흐름을 제어하는 제3 내지 제6 밸브(423,425,427,229)를 포함할 수 있다.

여기서 제2 냉동 사이클이란 제2 냉각 장치(400) 내에서 제2 냉매의 순환에 의해서 냉각작용이 발생하는 냉매의 순환과정을 의미할 수 있다.

제2 냉각 장치(400)에서 제2 냉동 사이클이 구동되는 과정이 도 4에 도시되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 먼저, 제2 증발기(411)에서는, 저온탱크(200)에서 유입된 T8 온도의 물은 제2 냉매의 기화에 의해 T7 온도의 물로 냉각되어 저온탱크(200)로 배출되고, 기화된 제2 냉매는 제1 흡착조(413)로 유입된다(S100).

이 때, T8 온도는 T7 온도보다 높을 수 있다. 예를 들면, T8은 15℃~21℃일 수 있고, T7은 8℃~14℃일 수 있다.

이 때, 제4 밸브(425)는 폐쇄되고 제3 밸브(423)는 개방되므로, 냉매는 제1 흡착조(413)로 유입된다.

다음으로, 제1 흡착조(413)에서는 열교환기(600)로부터 T12 온도의 물이 공급되어 흡착제의 흡착(발열)이 수행되고, 제2 흡착조(415)에서는 고온탱크(300)로부터 T5 온도의 물이 공급되어 흡착제의 탈착(흡열)이 수행된다(S110).

이 때, T12 온도는 T5 온도보다 낮을 수 있다. 예를 들면, T12는 27℃~33℃이고, T5는 77℃~83℃일 수 있다.

이 때, 열교환기(600)로부터 공급된 T12 온도의 물은 제1 흡착조(413)를 통과하면서 흡착제의 흡착(발열)에 의해 T11 온도의 물로 가열되어 제1 흡착조(413) 외부로 배출되고, 고온탱크(300)로부터 공급된 T5 온도의 물은 제2 흡착조(415)를 통과하면서 흡착제의 탈착(흡열)에 의해 T6 온도의 물로 냉각되어 제2 흡착조(415) 외부로 배출되어 고온탱크(300)로 공급된다.

이 때, T12 온도는 T11 온도보다 낮을 수 있고, T5 온도는 T6 온도보다 높을 수 있다. 예를 들면, T11은 37℃~43℃이고, T6는 67℃~73℃일 수 있다.

다음으로, 제2 흡착조(415)에서는, 흡착제의 탈착(흡열)에 의해 탈착되어진 제2 냉매는 개방된 6밸브(429)를 통과하여 제2 응축기(417)로 유입되어 응축된 후, 외부로 배출된다. 배출된 제2 냉매는 제2 증발기(411)로 유입되어 재사용될 수 있다(S120).

이 때, 제1 흡착조(413)를 통과하며 가열된 T11 온도의 물은 제3 응축기(417)을 통과하여 열교환기(600)로 공급된다.

다음으로, 제2 증발기(411)에서, 저온탱크(200)에서 유입된 T8 온도의 물은 제2 냉매의 기화에 의해 T7 온도의 물로 냉각되어 저온탱크(200)로 배출되고, 기화된 제2 냉매는 제2 흡착조(415)로 유입된다(S130).

이 때, 제3 밸브(423)는 폐쇄되고 제4 밸브(425)는 개방되므로, 냉매는 제2 흡착조(415)로 유입된다.

다음으로, 제2 흡착조(415)에서는 열교환기(600)로부터 T12 온도의 물이 공급되어 흡착제의 흡착(발열)이 수행되고, 제1 흡착조(413)에서는 고온탱크(300)로부터 T5 온도의 물이 공급되어 흡착제의 탈착(흡열)이 수행된다(S140).

이 때, 열교환기(600)로부터 공급된 T12 온도의 물은 제2 흡착조(415)를 통과하면서 흡착제의 흡착(발열)에 의해 T11 온도의 물로 가열되어 제2 흡착조(415) 외부로 배출되고, 고온탱크(300)로부터 공급된 T5 온도의 물은 제1 흡착조(413)를 통과하면서 흡착제의 탈착(흡열)에 의해 T6 온도의 물로 냉각되어 제1 흡착조(413) 외부로 배출되어 고온탱크(300)로 공급된다.

다음으로, 제1 흡착조(413)에서는, 흡착제의 탈착(흡열)에 의해 탈착되어진 제2 냉매는 개방된 5밸브(427)를 통과하여 제2 응축기(417)로 유입되어 응축된 후, 외부로 배출된다. 배출된 제2 냉매는 제2 증발기(411)로 유입되어 재사용될 수 있다(S150).

이 때, 제2 흡착조(415)를 통과하며 가열된 T11 온도의 물은 제3 응축기(417)을 통과하여 열교환기(600)로 공급된다.

그 후, 상술한 과정들(S100 내지 S150)이 순차적으로 반복될 수 있다.

제1 및 제2 밸브(419,421)는 고온탱크(300)에서 공급되는 고온수와 열교환기(600)에서 공급되는 물이 제1 및 제2 흡착조(413,415)에 교번적으로 공급되도록 제어할 수 있다.

제2 냉각 장치(400)에 사용되는 흡착제는 실리카겔(silica gel) 및 제올라이트(zeolite) 중 적어도 어느 하나를 구성 성분으로 포함할 수 있으며, 이 경우, 제2 냉매는 물일 수 있다.

또한, 흡착제는 저온 재생 능력이 뛰어난 금속-유기 구조체(Metal-organic framework, MOF)일 수 있다. 금속-유기 구조체는 다공성 배위고분자 화합물로 결정성 골격을 가지며, 금속이온의 클러스터와 유기 리간드 분자가 배위되어 골격을 형성한다. 금속-유기 구조체는 비표면적이 실리카겔과 제올라이트에 비해 3~5배 높아 수분 흡착 용량이 높다. 또한, 골격에 친수성 부분과 소수성 부분을 동시에 보유하여 수분의 선택적 흡착과 저온에서의 용이한 탈착이 가능하다. 즉, 낮은 탈착온도에서 효율이 저하되는 실리카겔 또는 제올라이트에 비해 탈착효율이 높다. 금속-유기 구조체는 금속이온과 유기 리간드의 종류에 따라 수많은 종류가 있으며, 예를 들면, 금속-유기 구조체는 알루미늄 퓨머레이트(Aluminum fumarate; Alfum 또는 Al-F) 금속-유기 구조체일 수 있다.

상술한 바와 같이, 제2 냉각 장치(400)는 고온탱크(300)에 저장된 고온수를 이용하여 흡착제를 탈착시킴으로써, 저온탱크(200)에 저장된 저온수를 냉각한다. 예를 들면, 제1 냉각 장치(100)는 T3 온도의 물을 생산하여 고온탱크(300)에 저장하고, 고온탱크(300)는 T5 온도의 물을 제2 냉각 장치(400)에 공급하고, 제2 냉각 장치(400)는 공급받은 T5 온도의 물로 흡착제를 탈착시킴으로써, 저온탱크(200)로부터 공급받는 T8 온도의 물을 T7 온도의 물로 냉각할 수 있다. 이 때, T3 온도는 T5 온도와 같을 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 냉방 시스템(10)은 히트펌프로 구성된 제1 냉각 장치(100)에서 냉매가 응축할 때 발생하는 열을 외기나 지중으로 배출하는 대신, 그 열로 고온탱크(300)의 고온수를 가열한다. 그리고, 가열된 고온수를 흡착식 냉방기인 제2 냉각 장치(400)의 구동열원으로 사용함으로써, 종래 대비 히트펌프의 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 냉방 시스템(10)은 1차적으로 제1 냉각 장치(100)를 구동해 저온수를 생산하고, 상기 제1 냉각 장치(100)를 통해 생산된 고온수를 이용하여 제2 냉각 장치(400)를 구동해 저온수를 한 번 생산함으로써, 냉방 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 히트펌프 냉방 시스템(10)에서는 냉매의 응축반응에 의하여 발생되는 열을 발산시켜야 하는데, 종래의 경우 냉각탑을 이용하여 열전달에 의해 그 열을 외기로 발산시킨다. 이 경우, 히트펌프 냉방 시스템 내부의 열을 외부로 열전달을 위해 외기의 온도가 낮아야 한다. 그러나, 중동의 사막형 기후의 지역들은 하절기의 외기온도가 50℃이상으로 높아 종래와 같이 냉각탑을 이용하여 외기로 열을 발산하기 어려우므로, 이로 인해 히트펌프 냉방 시스템의 효율이 저하된다. 반면에 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 냉방 시스템(10)은 내부의 열을 고온탱크(300)의 고온수를 가열하는데 사용한다. 그러므로, 별도 냉각탑을 설치하지 않더라도 내부의 열을 처리할 수 있어, 높은 온도의 외기 상황에서 냉각탑에 의해 발생하던 히트펌프 냉방 시스템의 효율 저하 문제를 해결할 수 있다.

제2 냉각 장치(400)가 구동되기 위해서는 흡착제의 탈착반응을 위한 고온수와 흡착반응을 위한 저온수가 필요하다. 고온수는 상술한 바와 같이 제1 냉각 장치(100)를 통해 가열되어 고온탱크(300)에 의해 공급될 수 있다. 그리고, 저온수는 지중에서 냉각되어 열교환하는 열교환기(600)를 통해 공급될 수 있다. 즉, 열교환기(600)를 통해 지중의 낮은 온도에 의해 온도가 낮아진 저온수를 제2 냉각 장치(400)의 흡착반응을 위한 저온수로 공급할 수 있다.

열교환기(600)는 제2 냉각 장치(400)에서 흡착제의 흡착이 수행되도록, 제2 냉각 장치(400) 내 흡착제의 흡착 가능 온도 내의 온도를 가지는 물을 제2 냉각 장치(400)에 공급할 수 있다.

예를 들어, 열교환기(600)는 T12의 물을 제2 냉각 장치(400)에 공급할 수 있고, 이 경우 열교환기(600)로부터 공급되는 물의 온도 T12는 제2 냉각 장치(400) 내 흡착을 수행하는 흡착제의 흡착 가능 온도일 수 있다.

이 때, 흡착제의 흡착 가능 온도는 제2 냉각 장치(400)의 제1 또는 제2 흡착조(413,415) 내에 저장된 흡착제가 발열(흡착)할 수 있는 온도일 수 있다.

열교환기(600)는 지중 열교환기일 수 있다.

지중 열교환기는 지중의 낮은 온도에 의해 냉각된 물을 순환관을 통하여 지상의 냉각 장치로 공급하고, 냉각 장치에 의해 가열된 물을 순환관을 통하여 지중의 순환관 내부로 흐르게 하는 것일 수 있다. 이 경우, 지중의 순환관 내부의 물은 가지고 있는 열을 지중으로 열을 발산하는 것을 통해 냉각될 수 있다.

도 5에 열교환기(600)의 일 예가 도시되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 열교환기(600)는 지중으로 시추된 시추공(610), 시추공(610) 내부로 연장되어 물이 순환하는 통로를 제공하는 순환관(630)을 포함할 수 있다.

순환관(630)은 지표면(G)으로부터 시추공(610)과 동일한 깊이로 지중에 매설될 수 있다.

구체적으로, 시추공(610)은 순환관(630) 내부로 흐르는 물이 냉각될 수 있도록, 외부의 온도에 관계없이 지중의 온도가 일정하게 유지될 수 있는 깊이로 시추될 수 있다. 예를 들어, 시추공(610)은 지중온도가 10℃ ~20℃를 유지할 수 있도록 지표면(G)으로부터 30m ~200m 깊이로 시추될 수 있다.

순환관(630)은 지표면(G)으로부터 시추공(310) 내부로 U자 형상으로 연장되며, 그 내부로 물이 순환하며 냉각될 수 있는 통로를 포함할 수 있다. 이 때, 순환관(630)은 지중온도가 10℃~20℃를 유지할 수 있는 깊이로 지중에 매설될 수 있다. 예를 들면, 순환관(630)이 매설되는 깊이는 지표면(G)로부터 30m ~200m 깊이일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 순환관(630)은 고밀도 폴리에틸렌파이프(high-density polyethylene pipes) 재질로 이루어질 수 있고, 시추공(610) 내부의 순환관(630)은 충전재(350)에 의해 매설될 수 있다. 이 경우, 충전재(350)는 버림콘크리트, 소일 시멘트(soil cement), 벤토나이트(bentonite) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

이와 다르게, 순환관(630)은 강관 등의 재질로 이루어질 수 있고, 충전재(350)로 자갈, 모래 등이나 시추된 위치의 지중 성분과 동일한 성분을 사용할 수 있다.

제2 냉각 장치(400)로부터 순환관(630)을 통해 열교환기(600)로 유입되는 물의 온도는 T11 온도이고, 열교환기(600)로부터 제2 냉각 장치(400)로 공급되는 물의 온도는 T12 온도일 수 있다.

예를 들어, 제2 냉각 장치(400)의 제3 응축기(417)를 통과하여 열교환기(600)로 유입되는 물의 온도는 T11이고, 열교환기(600)으로부터 제2 냉각 장치(400)의 제1 또는 제2 흡착조(413,415)로 공급되는 물의 온도는 T12일 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 제2 냉각 장치(400)는 흡착제의 탈착을 위한 구동열원으로 제1 냉각 장치(100)의 폐열을 활용하여 생산된 고온탱크(300)의 고온수를 이용하고, 흡착제의 흡착을 위해 열교환기(600)를 통해 공급되는 지중의 냉각수를 이용함으로써, 에너지를 절약함과 동시에 친환경적인 냉방 시스템을 제공할 수 있다.

공기 조화 장치(500)는 저온탱크(200)에 저장된 저온수를 이용하여 실내를 냉방한다.

예를 들면, 공기 조화 장치(500)는 다음과 같은 과정을 통하여 실내를 냉방할 수 있다.

먼저, 저온탱크(200)는 저장되어 있는 물을 제1 냉각 장치(100) 및 제2 냉각 장치(400)에 T2 온도의 물 및 T8 온도의 물로 공급한다.

다음으로, 제1 냉각 장치(100)는 저온탱크(200)로부터 공급받은 T2 온도의 물을 T1 온도의 물로 냉각하여 저온탱크(200)에 공급한다. 또한, 제2 냉각 장치(400)는 공급받은 T8 온도의 물을 T7 온도의 물로 냉각하여 저온탱크(200)에 공급한다.

다음으로, 저온탱크(200)는 공급받은 T1 온도의 물 및 T7 온도의 물을 합쳐 T9 온도의 물로 공기 조화 장치(500)에 공급한다. 이 때, T1 온도, T7 온도 및 T9 온도의 관계는 T1≤T9≤T7 일 수 있다. 예를 들면, T9는 4℃~14℃일 수 있다.

다음으로, 공기 조화 장치(500)는 공급된 T9 온도의 물을 이용하여 실내를 냉방한다.

다음으로, 공기 조화 장치(500)는 냉방을 수행하면서 데워진 T10 온도의 물을 저온탱크(200)로 배출한다. 이 때, T10 온도는 T9 온도보다 높을 수 있다. 예를 들면, T10은 15℃~21℃일 수 있다.

그 후, 저온탱크(200)에서 다시 제1 냉각 장치(100) 및 제2 냉각 장치(400)로 물을 공급하게 된다. 이 때, T10 온도는 T2 온도 및 T8 온도와 같을 수 있다.

일 실시예에 있어서, 공기 조화 장치(500)는 에어 핸들링 유닛(air handling unit) 또는 팬 코일 유닛(fan coil unit)을 포함하고, 이를 통해 저온탱크(200)에 저장된 저온수를 이용하여 냉방을 할 수 있다.

공기 조화 장치(500)는 저온탱크(200)에 저장된 저온수 또는 고온탱크(300)에 저장된 고온수와 선택적으로 열교환하여 실내를 냉방하거나 또는 난방할 수 있다.

공기 조화 장치(500)와 함께 급수 장치(미도시)를 연결하거나, 공기 조화 장치(500)를 대체하여 급수 장치를 연결할 수 있다. 이 경우, 급수 장치는 저온탱크(200)와 고온탱크(300)를 선택적으로 연결하여 냉수 또는 온수를 공급할 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 저온탱크(200)와 고온탱크(300)에 공기 조화 장치(500) 및 급수 장치를 선택적으로 연결함으로써, 냉난방 및 냉온수를 선택적으로 공급할 수 있는 다기능 시스템을 구현할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 냉방 시스템(10)은 제1 냉각 장치(100)에서 냉방용 저온수를 생산함과 동시에, 제1 냉각 장치(100) 발생되는 폐열을 이용하여 고온수를 생산하고 이를 제2 냉각 장치(400)의 구동열원으로 사용하고, 이를 이용하여 제2 냉각 장치(400)에서 냉방용 저온수를 함께 생산할 수 있다. 이를 통해 냉방 시스템의 냉각 효율을 높일 수 있다. 또한, 제1 냉각 장치(100)에서 발생되는 폐열을 고온수를 가열하는데 사용하기 때문에, 냉각탑을 구비할 필요가 없어, 고온 지역에서의 냉각탑에 의한 효율저하 문제를 해결할 수 있다.

추가적으로 제1 냉각 장치(100)를 복수개의 히트펌프로 구성하면 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있다. 이와 같은 본 발명의 다른 일 실시예가 도 6 및 도 7에 개시되어 있다.

도 6은 도 1의 제1 냉각 장치의 다른 일 실시예를 개략적으로 나타내는 도면이고, 도 7은 도 6의 제1 냉각 장치에서 저온수와 고온수를 생산되는 과정을 설명하기 위한 순서도이다.

상술한 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 하이브리드 냉방 시스템(10)은 제1 냉각 장치가 제1 히트펌프(110)와 제2 히트펌프(130)로 구성된다는 점을 제외하고는 도 1 내지 도 5를 참조로 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 하이브리드 냉방 시스템(10)과 동일하거나 유사하다. 따라서 이하에서는 상기와 같은 차이점에 대해서만 설명하고, 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.

도 6을 참조하면, 제1 냉각 장치(100)는 제3 냉동 사이클을 구동하는 제1 히트펌프(110)와 제4 냉동 사이클을 구동하는 제2 히트펌프(130)를 포함할 수 있다.

여기서 제3 냉동 사이클이란 제1 히트펌프(110) 내에서 냉매 순환에 의해서 냉각 작용이 발생하는 냉매의 순환과정을 의미하고, 제4 냉동 사이클이란 제2 히트펌프(130) 내에서 냉매 순환에 의해서 냉각 작용이 발생하는 냉매의 순환과정을 의미할 수 있다.

하나의 히트펌프를 사용하는 경우, T1 온도의 저온수와 T3 온도의 고온수를 동시에 생산하는데 있어서 냉각 효율이 낮을 수 있다. 그러므로, 복수개의 히트펌프를 구비하여 직렬로 연결함으로써, T1 온도의 저온수와 T3 온도의 고온수를 생산하는데 있어서 냉각 효율을 보다 향상시킬 수 있다.

예를 들면, 하나의 냉동 사이클을 갖는 히트펌프를 사용하는 경우, 4℃~10℃의 저온수와 45℃~55℃의 중온수가 생산되지만, 두 개의 냉동 사이클을 직렬로 연결함으로써, 4℃~10℃의 저온수와 77℃~83℃의 고온수를 생산하여 흡착식 냉방기의 탈착반응에 적합한 고온수를 확보할 수 있다.

여기에서 두 개의 냉동 사이클을 직렬로 연결하는 방식은 텐덤(Tandem) 방식으로 연결한 방식일 수 있다. 텐덤 방식은 히트펌프를 2대 이상 연결하는 것으로 히트펌프가 각각 개별로 운전되던 기존의 병렬 운전 방법을 개선한 것으로, 두 개의 히트펌프를 직렬로 연결해 단계적으로 승온시키는 연결 방식으로, 기존 방식과 대비하여 증가되는 비용은 비슷하나 성능은 향상시킬 수 있는 방식이다.

제1 히트펌프(110)는 제3 압축기(111), 제3 응축기(113), 제3 팽창밸브(115), 제3 증발기(117) 및 제3 냉매를 통해 제3 냉동 사이클을 구동하고, 제2 히트펌프(130)는 제4 압축기(131), 제4 응축기(133), 제4 팽창밸브(135), 제4 증발기(137) 및 제4 냉매를 통해 제4 냉동 사이클을 구동할 수 있다. 제3 및 제4 냉동 사이클은 기본적으로 제1 냉동 사이클과 동일하거나 유사하므로, 전술한 바에 따라 중복적인 설명은 생략하고, 차이점에 대해서만 설명하기로 한다.

제1 히트펌프(110)의 제3 냉동 사이클과 제2 히트펌프(130)의 제4 냉동 사이클은 서로 직렬로 연결되며, 제1 히트펌프(110)로부터 방출된 열에너지(q)는 제2 히트펌프(130)로 공급될 수 있다.

구체적으로, 제1 히트펌프(110)의 제3 응축기(113)에서 방출된 열 에너지는 제2 히트펌프(130)의 제4 증발기(137)로 공급될 수 있다.

이 경우, 제1 히트펌프(110)의 제3 증발기(117)에서는 T1 온도의 저온수를 생산하여 저온탱크(200)에 공급할 수 있고, 제2 히트펌프(130)의 제4 응축기(133)에서는 T3 온도의 고온수를 생산하여 고온탱크(300)에 공급할 수 있다.

제1 냉각 장치(100)에서 제1 히트펌프(110)와 제2 히트펌프(130)가 구동하며 저온수와 고온수를 생산하는 과정이 도 7에 도시되어 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 먼저, 제3 냉매는 제3 증발기(117)에서 기화되면서, 저온탱크(200)로부터 제3 증발기(117)로 유입된 T2 온도의 저온수를 T1 온도의 저온수로 냉각하여, 저온탱크(200)로 공급한다(S200).

이 때, T2 온도는 T1 온도보다 높을 수 있다. 예를 들면, T2는 15℃~21℃일 수 있다.

다음으로, 제3 냉매는 제3 압축기(111)에서 압축되면서 온도가 올라간다(S210).

다음으로, 제3 냉매는 제3 응축기(113)에서 응축되면서 열을 배출한다. 제4 냉매는 제4 증발기(137)에서 기화되면서, 제3 응축기로부터 배출되는 열을 흡수한다(S220).

다음으로, 제4 냉매는 제4 압축기(131)에서 압축되면서 온도가 올라간다(S230).

다음으로, 제4 냉매는 제4 응축기(133)에서 응축되면서, 고온탱크(300)로부터 제4 응축기(133)로 유입된 T4 온도의 고온수를 T3 온도의 고온수로 가열하여, 고온탱크(300)로 공급한다(S240).

이 때, T4 온도는 T3 온도보다 낮을 수 있다. 예를 들면, T4는 67℃~73℃일 수 있다.

다음으로, 제4 냉매는 제4 팽창밸브(135)에서 팽창 및 감압되면서 온도가 내려간다(S250).

다음으로, 제4 냉매는 제4 증발기(137)에서 기화되면서 열을 흡수한다. 제3 냉매는 제3 응축기(113)에서 응축되면서, 제4 증발기(137)에 열을 주게 된다(S260).

다음으로, 제3 냉매는 제3 팽창밸브(115)에서 팽창 및 감압되면서 온도가 내려간다(S270).

그 후, 상술한 과정들(S200 내지 S270)이 순차적으로 반복되며, 제1 냉각 장치(100)는 저온수와 고온수를 생산할 수 있다.

상기와 같이, 제1 냉각 장치(100) 내에 제1 히트펌프(110)와 제2 히트펌프(130)를 직렬로 연결함으로써, 제1 냉각 장치(100)는 제1 히트펌프(110)의 제3 냉동 사이클과 제2 히트펌프(130)의 제4 냉동 사이클을 서로 연결할 수 있다.

한편, 제1 히트펌프(110)를 순환하는 제3 냉매와 제2 히트펌프(130)를 순환하는 제4 냉매는 서로 다른 종류일 수 있다.

구체적으로, 제3 냉매는 제4 냉매보다 상대적으로 낮은 온도 범위에서 냉동 사이클을 순환한다. 따라서, 각각의 온도 범위에 최적화된 냉매를 사용함으로써, 각각의 냉동 사이클의 효율을 향상시킬 수 있고, 결과적으로 제1 냉각 장치(200)의 냉각 효율을 극대화시킬 수 있다.

제3 냉매는 증발온도가 낮아, 저온환경에서 저온수를 생산하면서도 증발이 잘 되는 성질을 가지는 냉매이고, 제4 냉매는 응축온도가 높아, 고온환경에서 고온수를 생산하면서도 응축이 잘 되는 성질을 가지는 냉매일 수 있다.

예를 들어, 제3 냉매는 R-410A 일 수 있고, 제4 냉매는 R-134A 일 수 있다. R-410A는 증발온도가 매우 낮아 저온에서도 기화가 잘 되며, R-134A는 응축온도가 매우 높아 고온에서도 액화가 잘되는 특징이 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 제1 냉각 장치는 제1 냉각 장치(100) 내에 제1 히트펌프(110)와 제2 히트펌프(130)를 직렬로 연결하고, 각각의 온도 범위에 최적화된 냉매를 사용함으로써, 각각의 냉동 사이클의 효율을 향상시킴으로써, 결과적으로 제1 냉각 장치(200)의 냉각 효율을 극대화시킬 수 있다.

한편, 태양열 집열 장치(700)를 추가하여 구성함으로써, 제1 냉각 장치(100)를 보조하거나 또는 제1 냉각 장치(100)와 상호보완적으로 제2 냉각 장치(400)에 필요한 고온수를 생산할 수 있다. 이를 통해 하이브리드 냉방 시스템(10)의 에너지 효율을 보다 더 향상시킬 수 있다. 이와 같은 본 발명의 또 다른 일 실시예가 도 8에 개시되어 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 하이브리드 냉방 시스템을 나타내는 블록도이다.

도 8에 도시된 하이브리드 냉방 시스템(10)은 태양열 집열 장치(700)를 더 가진다는 점을 제외하고는 도 1 내지 도 7을 참조로 설명한 하이브리드 냉방 시스템(10)과 동일하거나 유사하다. 이에 상기와 같은 차이점에 대해서만 설명하고, 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.

태양열 집열 장치(700)는 태양열을 집열하여 상기 고온탱크(300)에 저장된 고온수를 가열할 수 있다.

제1 냉각 장치(100)를 통하여 제2 냉각 장치(400)의 구동열원을 쓰기 위한 고온수를 생산할 수 있다.

태양열 집열 장치(700)는 고온탱크(300)로부터 공급되는 T14 온도의 물을 공급받아 집열된 태양열로 가열한 후, T13 온도의 물로 고온탱크(300)에 공급할 수 있다. 이 때, T14 온도는 T13 온도보다 낮을 수 있다. 예를 들면, T14는 67℃~73℃이고, T13은 77℃~83℃일 수 있다.

구체적으로, 먼저, 태양열 집열 장치(700)는 태양열을 집열하여 고온탱크(300)에 저장된 물을 가열할 수 있다. 예를 들면, 상기 태양열 집열 장치(700)는 고온탱크에 저장된 물의 온도를 T14에서 T13로 상승시킬 수 있다.

다음으로, 제2 냉각 장치(400)는 고온탱크(300)로부터 T5 온도의 물을 공급받아 흡착제를 탈착시킴으로써, 저온탱크(200)로부터 공급받는 T8 온도의 물을 T7 온도의 물로 냉각할 수 있다. 이 때, T13 온도는 T5 온도와 같을 수 있다.

예를 들면, 태양열 집열 장치(700)로부터 공급받아 고온탱크(300)에 저장된 T13 온도의 물은, 제2 냉각 장치(400)에서 흡착제의 탈착(흡열)이 일어나도록, 제1 흡착조 또는 제2 흡착조(413,415)에 T5 온도의 물로 공급될 수 있다. 그리고, 제2 냉각 장치(400)에 공급되었던 T3 온도의 물은 흡착제의 탈착(흡열)에 의해 냉각되어 T7의 물로 고온탱크(300)에 공급될 수 있다.

이와 같이, 태양열 집열 장치(700)의 집열과 제1 냉각 장치(100)의 폐열에 의해 상호보완하여 고온탱크(200)에 저장되는 고온수를 생산하여 공급함으로써, 하이브리드 냉방 시스템(10)의 에너지 효율을 보다 더 향상시킬 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10: 하이브리드 냉방 시스템 100: 제1 냉각 장치
101: 제1 압축기 103: 제1 응축기
105: 제1 팽창밸브 107: 제1 증발기
110: 제1 히트펌프 111: 제3 압축기
113: 제3 응축기 115: 제3 팽창밸브
117: 제3 증발기 130: 제2 히트펌프
131: 제4 압축기 133: 제4 응축기
135: 제4 팽창밸브 137: 제4 증발기
200: 저온탱크 300: 고온탱크
400: 제2 냉각 장치 411: 제2 증발기
413: 제1 흡착조 415: 제2 흡착조
417: 제2 응축기 419: 제1 밸브
421: 제2 밸브 423: 제3 밸브
425: 제4 밸브 427: 제5 밸브
429: 제6 밸브 500: 공기 조화 장치
600: 열교환기 610: 시추공
630: 순환관 350: 충전재
700: 태양열 집열 장치

Claims (10)

1. 히트펌프를 구동하여 저온수와 고온수를 생산하는 제1 냉각 장치;
   상기 제1 냉각 장치에서 생산된 고온수를 저장하는 고온탱크;
   상기 제1 냉각 장치에서 생산된 저온수를 저장하는 저온탱크; 및
   상기 고온탱크에 저장된 고온수를 이용하여 흡착제를 탈착시킴으로써, 상기 저온탱크에 저장된 저온수를 냉각하는 제2 냉각 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제2 냉각 장치에서 상기 흡착제의 흡착이 수행되도록 물을 공급하는 열교환기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 열교환기는,
   지중으로 시추된 시추공;
   지상에서 상기 시추공 내부로 U자 형상으로 연장되어 물이 순환하는 통로를 제공하는 순환관을 포함하고,
   상기 순환관 내부로 흐르는 물은 지중으로 열을 발산하는 것을 통해 냉각되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 순환관은 지표면에서 30m 이상 200m 이하의 깊이로 지중에 매설되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 냉각 장치는,
   제3 압축기, 제3 응축기, 제3 팽창밸브 및 제3 증발기를 포함하며, 상기 제3 증발기에서 저온수를 생산하는 제1 히트펌프; 및
   제4 압축기, 제4 응축기, 제4 팽창밸브 및 제4 증발기를 포함하며, 상기 제4 응축기에서 고온수를 생산하는 제2 히트펌프를 포함하고,
   상기 제1 히트펌프 및 상기 제2 히트펌프는 직렬 연결되어, 상기 제3 응축기에 방출된 열에너지가 상기 제4 증발기로 공급되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1 히트펌프를 순환하는 제3 냉매와 상기 제2 히트펌프를 순화하는 제4 냉매는 서로 다른 종류인 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
7. 제2항에 있어서,
   상기 제2 냉각 장치는,
   내부에 상기 흡착제를 각각 저장하는 제1 흡착조 및 제2 흡착조; 및
   상기 저온탱크로부터 유입된 저온수를 냉각하는 제2 증발기를 포함하되,
   상기 제1 및 제2 흡착조들 각각에는 상기 고온탱크에서 공급되는 고온수와 상기 열교환기에서 공급되는 물이 교번적으로 공급되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
8. 제1항에 있어서,
   상기 흡착제는,
   실리카겔(silica gel) 및 제올라이트(zeolite) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
9. 제1항에 있어서,
   상기 하이브리드 냉방 시스템은,
   상기 저온탱크에 저장된 저온수 또는 상기 고온탱크에 저장된 고온수와 선택적으로 열교환하여 실내를 냉방하거나 또는 난방하는 공기 조화 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.
10. 제1항에 있어서,
    상기 하이브리드 냉방 시스템은,
    태양열을 집열하여 상기 고온탱크에 저장된 고온수를 가열하는 태양열 집열 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 냉방 시스템.

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