KR100848838B1 - 지열식 히트펌프시스템의 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치 및 제어방법 - Google Patents

지열식 히트펌프시스템의 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치 및 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지열식 히트펌프시스템의 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부하량에 따라 과냉도와 과열도를 산출하고, 상기 산출된 과냉도와 과열도를 제어기에 미리 설정된 과냉도와 과열도의 설정 값과 비교/조절하여 지열을 이용한 냉난방장치를 제어함으로써 냉난방장치의 최적의 효율을 얻을 수 있고, 다수개의 인버터 콤프레샤를 병렬로 설치하여 사용함으로써 광범위하게 변화하는 부하량에 대처할 수 있고, 상기 지열을 이용한 열교환기를 사용함으로써 냉난방에 필요한 에너지를 절약하는 특징이 있다.
이와 같이, 본 발명은 상기 히트펌프 시스템의 냉매가스를 고온고압으로 전환시키는 압축기와; 상기 지열 시스템의 지열수 이송수단으로 형성된 지열수 펌프와; 상기 히트펌프 시스템의 냉매가스와, 지열 시스템의 지열수를 상호 열교환하는 열원용 열교환기와; 상기 열원용 열교환기에서 열교환된 냉매와 실내에서 공급되는 물이 상호 열교환하는 부하용 열교환기와; 상기 압축기와 열원용 열교환기를 연통하는 냉매관(R5)에 형성되는 제1열교환기와; 상기 열원용 열교환기와 부하용 열교환기를 연통하는 냉매관(R4)에 형성되는 제2열교환기와; 상기 제1열교환기와 제2열교환기를 연통하는 냉매관(R6)에 형성되어 열원매체를 이송시키는 열교환압축기로 구성되되,
난방시에는
과열도(ΔT1)를 산출하는 산출단계(S100)와;
상기 산출단계(S100)에서 산출된 과열도(ΔT1)와 제어기에 입력된 설정값(δ1)과 비교하는 비교단계(S200)와;
상기 비교단계(S200)에서 제어기에 입력된 설정값(δ1) 범위 안에 산출된 과열도(ΔT1)가 있을 경우에는 제어를 종료하는 종료단계(S400)와;
상기 비교단계(S200)에서 제어기에 입력된 과열 설정값(δ1) 범위 안에 산출된 과열도(ΔT1)가 있지 않을 경우에는 제어기를 통해 열교환 펌프를 작동시켜 제1열교환기와 제2열교환기를 냉매관(R6)을 통해 열교환시키는 열교환압축기 작동단계(S300)와;
상기 열교환압축기 작동단계(S300)에 의하여 변화된 과열도(ΔT1)를 산출하는 산출단계(S100)부터 다시 반복실행하도록 하며,
냉방시에는
과냉도(ΔT2)를 산출하는 산출단계(S100)와;
상기 산출단계(S100)에서 산출된 과냉도(ΔT2)와 제어기에 입력된 과냉 설정값(δ2)과 비교하는 비교단계(S200)와;
상기 비교단계(S200)에서 제어기에 입력된 과냉 설정값(δ2) 범위 안에 산출된 과냉도(ΔT2)가 있을 경우에는 제어를 종료하는 종료단계(S500)와;
상기 비교단계(S200)에서 제어기에 입력된 과냉 설정값(δ2) 범위 안에 산출된 과냉도(ΔT2)가 있지 않을 경우에는 제어기를 통해 열교환 펌프를 작동시켜 제1열교환기와 제2열교환기를 냉매관(R6)을 통해 열교환시키는 열교환압축기 작동단계(S300)와;
상기 열교환압축기 작동단계(S300)에 의하여 변화된 과냉도(ΔT2)를 산출하는 산출단계(S100)부터 다시 반복실행하도록 하는 것을 특징으로 한다.
Figure R1020070019446
지열, 냉난방, 열교환기, 압축기, 냉매, 과열도, 과냉도

Description

지열식 히트펌프시스템의 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치 및 제어방법{Geothmal Heat-pump System of Setting the degree of superheat and supercooled maintain Control System And Control Method For The Same}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지열식 히트펌프시스템의 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치로서 난방상태를 나타낸 개략도이고,
도 2는 난방시 P-h선도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지열식 히트펌프시스템의 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치로서 냉방상태를 나타낸 개략도이고,
도 4는 냉방시 P-h선도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 지열식 히트펌프시스템에서 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 열원용 열교환기 20 : 압축기
30 : 4방변 밸브 40 : 부하용 열교환기
50 : 전자팽창변 밸브 60 : 제1열교환기
70 : 제2열교환기 80 : 열교환압축기
100 : 제어기
본 발명은 지열식 히트펌프시스템의 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치 및 제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 부하량에 따라 과냉도와 과열도를 산출하고, 상기 산출된 과냉도와 과열도를 제어기에 미리 설정된 과냉도와 과열도의 설정 값과 비교/조절하여 지열을 이용한 냉난방장치를 제어함으로써 냉난방장치의 최적의 효율을 얻을 수 있고, 다수개의 인버터 콤프레샤를 병렬로 설치하여 사용함으로써 광범위하게 변화하는 부하량에 대처할 수 있고, 상기 지열을 이용한 열교환기를 사용함으로써 냉난방에 필요한 에너지를 절약하는 지열식 히트펌프시스템의 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치 및 제어에 관한 것이다.
일반적으로, 현재에도 계속되는 산업발전과 가연성 물질의 연소로 인한 대기오염 등 다양한 환경오염 등의 원인으로 발생하는 지구의 이상 기온에 의하여 냉방 및 난방에 사용되는 에너지는 점점 증가 되고 있으며, 상기 냉방 및 난방에 사용되는 에너지의 사용에 의하여 더욱더 환경오염은 심각해지고 있는 실정이다.
또한, 지구의 이상 기온에 의한 기후 변화 및 생태계의 변화 따른 심각성은 날로 점점 심해지고 있는 실정이다.
이와 같은 환경오염의 주범인 가연성 물질의 연소에 의하여 발생하는 에너지의 소비를 줄이는 것이 앞으로 살아가야 할 우리의 과제이다.
이러한 에너지의 소비를 줄이고자 다양한 가연성 에너지의 절약장치가 개발되고 있으며, 그 중에서도 본 발명은 냉난방에 사용되는 에너지를 절약하고자 지열을 이용한 열교환기를 사용한 냉난방장치이다.
종래에도 다양한 지열을 이용한 냉난방장치가 제시되고 있었으나, 다수개의 부하용 열교환기의 사용 개수에 따라 변화하는 부하량에 따라 지열수 열교환장치에서 이루어지는 열교환이 부하량에 따라 적절하게 변화되지 않음으로써 냉난방의 효율이 저하되는 단점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로,
부하량에 따라 과냉도와 과열도를 산출하고, 상기 산출된 과냉도와 과열도를 제어기에 미리 설정된 과냉도와 과열도의 설정 값과 비교/조절하여 지열을 이용한 냉난방장치를 제어함으로써 냉난방장치의 최적의 효율을 얻을 수 있는데 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다수개의 인버터 콤프레샤를 병렬로 설치하여 사용함으로써 광범위하게 변화하는 부하량에 대처할 수 있고, 상기 지열을 이용한 열교환기를 사용함으로써 냉난방에 필요한 에너지를 절약하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 냉매가스를 고온고압으로 전환시키는 압축기와, 지열수를 이송하도록 형성된 지열수 펌프와, 상기 냉매가스와 지열수를 상호 열교환하는 열원용 열교환기와, 상기 열원용 열교환기에서 열교환된 냉매와 실내에서 공급되는 물이 상호 열교환하는 부하용 열교환기로 구성되는 지열식 히트펌프시스템과;
상기 압축기와 열원용 열교환기를 연통하는 냉매관에 형성되는 제1열교환기와, 상기 열원용 열교환기와 부하용 열교환기를 연통하는 냉매관(R4)에 형성되는 제2열교환기와, 상기 제1열교환기와 제2열교환기를 연통하는 냉매관(R6)에 형성되어 열원매체를 이송시키는 열교환압축기로 구성되는 과열/과냉도 제어시스템;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 지열식 히트펌프시스템에 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치의 제어방법에 있어서,
난방시에는
과열도(ΔT1)를 산출하는 산출단계(S100)와;
상기 산출단계(S100)에서 산출된 과열도(ΔT1)와 제어기(100)에 입력된 설정값(δ1)과 비교하는 비교단계(S200)와;
상기 비교단계(S200)에서 제어기(100)에 입력된 설정값(δ1) 범위 안에 산출된 과열도(ΔT1)가 있을 경우에는 제어를 종료하는 종료단계(S400)와;
상기 비교단계(S200)에서 제어기(100)에 입력된 과열 설정값(δ1) 범위 안에 산출된 과열도(ΔT1)가 있지 않을 경우에는 제어기(100)에 의해 열교환압축기(80)를 작동시켜 제1열교환기와 제2열교환기 사이에 형성된 냉매관(R6)을 통해 열교환시키는 작동단계(S300)와;
상기 열교환압축기 작동단계(S300)에 의하여 변화된 과열도(ΔT1)를 산출하는 산출단계(S100)부터 다시 반복실행하도록 하며,
냉방시에는
과냉도(ΔT2)를 산출하는 산출단계(S100)와;
상기 산출단계(S100)에서 산출된 과냉도(ΔT2)와 제어기(100)에 입력된 과냉 설정값(δ2)과 비교하는 비교단계(S200)와;
상기 비교단계(S200)에서 제어기(100)에 입력된 과냉 설정값(δ2) 범위 안에 산출된 과냉도(ΔT2)가 있을 경우에는 제어를 종료하는 종료단계(S500)와;
상기 비교단계(S200)에서 제어기(100)에 입력된 과냉 설정값(δ2) 범위 안에 산출된 과냉도(ΔT2)가 있지 않을 경우에는 제어기(100)에 의해 열교환압축기(80)를 작동시켜 제1열교환기(60)와 제2열교환기(70)를 냉매관(R6)을 통해 열교환시키는 작동단계(S300)와;
상기 열교환압축기 작동단계(S300)에 의하여 변화된 과냉도(ΔT2)를 산출하는 산출단계(S100)부터 다시 반복실행하도록 하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 과열/과냉도 제어시스템은 지열식 히트펌프시스템의 과열도(ΔT1)와 과냉도(ΔT2)가 제어기(100)에 설정된 설정값(δ1,δ2) 범위 내에서 유지되도록 실시간으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면과 더불어 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지열식 히트펌프시스템의 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치로서 난방상태를 나타낸 개략도이고, 도 2는 난방시 P-h선도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지열식 히트펌프시스템의 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치로서 냉방상태를 나타낸 개략도이고, 도 4는 냉방시 P-h선도이다.
도 1과 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 지열을 이용한 지열식 히트펌프시스템의 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치는 지중(Under ground)의 일정한 깊이에 저장되어 있는 지열을 이용할 수 있도록 형성된 열원용 열교환기 급수관(11)과; 상기 열원용 열교환기 급수관(11)내의 지열수를 제어기(100)로부터 입력되는 신호에 따라 제어되어 지열수를 공급하도록 형성된 지열수 펌프(13)와; 상기 지열수 펌프(13)로부터 공급되는 지열수량을 조절할 수 있도록 형성된 유량조절 밸브와; 상기 유량조절 밸브로부터 조절되어 공급된 지열수를 다시 지중으로 회수시키는 열원용 열교환기 회수관(12)으로 구성되어 열원용 열교환기(10)에 지열수를 공급한다.
상기 저온저압의 냉매가스를 고온고압의 냉매가스로 압축시키는 압축기(20)는 부하량에 따라 조절가능하도록 1대의 정속형 콤프레샤와 1대의 인버터 콤프레샤 를 병렬로 설치하여 사용하며, 더욱 광범위한 부하량의 변화에 적합하도록 1대의 정속형 콤프레샤와 1대 이상의 인버터 콤프랴샤를 병렬로 설치하여 사용하는 것도 가능하다.
여기서, 상기 압축기(20)는 1대의 정속형 콤프레샤와 1~4대의 인버터 콤프랴샤를 병렬로 설치한다. 또한, 상기 압축기(20)로부터 고온고압으로 전환된 공급되는 냉매가스는 냉매관(R1)을 통하여 냉매가스 방향을 전환시키는 4방변 밸브(30)에 공급된다.
상기 4방변 밸브(30)의 방향전환되어 의하여,
난방시에는 상기 지열수 펌프(13)로부터 공급되는 지열수의 지열로부터 열을 흡수하는 증발기로 전환되고, 냉방시에는 공급되는 지열수에 열을 방출하는 응축기로 전환되도록 형성된 열원용 열교환기(10)와;
난방시에는 상기 압축기(20)부터 공급되는 냉매가스의 열을 방출하는 응축기로 전환되고, 냉방시에는 외부의 열을 흡수하는 증발기로 전환되도록 형성된 다수의 부하용 열교환기(40)가 형성된다.
여기서, 상기 부하용 열교환기(40)와 열원용 열교환기(10) 사이에 냉매가 이동하도록 형성된 냉매관(R4)에는 열원용 열교환기(10)측에 팽창밸브역할을 하도록 형성된 밸브(50)가 설치되며, 상기 밸브(50)은 보통 전자팽창변(Electronic Expansion Valve - EXV) 밸브로 형성되어 제어기(100)부터 입력되는 신호에 따라 작동된다.
그리고, 상기 냉,난방시 발생되는 과냉도(ΔT2), 과열도(ΔT1)를 제어 기(100)에 입력된 설정값(δ1,δ2)의 범위 안에 조절되도록 냉매관(R5)에 이송되는 냉매와 냉매관(R4)에 이송되는 냉매가 열교환되고, 상기 냉매관(R4,R5) 사이에 열교환되도록 냉매관(R5)에 제1열교환기(60)가 형성되고, 상기 냉매관(R4)에 제2열교환기(70)가 형성된다.
여기서, 상기 제1열교환기(60)와 제2열교환기(70) 사이에 열교환되도록 냉매관(R6)이 설치되고, 상기 냉매관(R6)을 통해 열원매체가 이송될 수 있도록 열교환압축기(80)가 일단부에 설치되어 열원매체가 냉매관(R4,R5)에 이송되는 냉매와 열교환할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 아래와 같은 작용상태를 보인다.
도 1은 본 발명의 지열을 이용한 지열식 히트펌프시스템으로서 난방상태를 나타낸 개략도이다. 이때 도 1에 표시된 화살표 방향은 난방상태에서 냉매의 이송방향을 나타낸 것이다.
난방시에는,
상기 증발기 기능의 열원용 열교환기(10)로부터 지열을 흡수한 냉매가스는 냉매관(R3)을 통하여 4방변 밸브(30)로 공급된다.
상기 4방변 밸브(30)에 공급되는 냉매가스는 냉매관(R5)을 통하여 압축기(20)에 공급되어 고온고압의 냉매가스로 전환하되, 제어기(100)로부터 입력되는 신호에 의하여 압축기(20)는 냉매가스의 온도와 압력 및 유량을 조절공급한다.
상기 압축기(20)에 의하여 조절공급되는 고온고압의 냉매가스는 냉매관(R1) 을 통하여 4방변 밸브(30)로 공급되고, 상기 4방변 밸브(30)로 공급된 고온고압의 냉매가스는 냉매관(R2)을 통하여 응축기 기능을 하는 부하용 열교환기(40)에 공급된다.
상기 부하용 열교환기(40)에서 열을 방출한 냉매는 냉매관(R4)에 공급되어 전자팽창변 밸브(50)에서 팽창되고, 상기 전자팽창변 밸브(50)에서 팽창된 냉매는 증발기 기능의 열원용 열교환기(10)에 공급되는데,
상기 온도센서(Th1, Th2)와 압력센서(Ph)로부터 측정된 과열도(ΔT1)가 제어기(100)에 설정된 과열 설정값(δ1)의 범위 안에서 벗어나면 제어기(100)의 신호에 의해 열교환압축기(80)가 작동되어 냉매관(R6)에 열원매체가 이송된다.
더불어, 상기 온도센서(Th1, Th2)와 압력센서(Ph)는 제 1열교환기(60)와 제 2열교환기(70) 내부에 한쌍씩 각각 설치되는 것으로, 후술될 도 2 및 도 4에서 보는 P-H선도와 같이 상기 온도센서(Th1, Th2)와 압력센서(Ph)로부터 제 1, 2열교환기(60, 60)의 각각의 온도와 압력을 측정되고 상기 온도와 압력값으로부터 과열도(ΔT1) 및 하기에서 설명될 과냉도(ΔT2)가 측정된다.
상기 냉매관(R6)에서 이송되는 열원매체는 제1열교환기(60)와 제2열교환기(70) 사이에서 상호 열교환되고, 다시 측정된 과열도(ΔT1)가 제어기(100)의 과열 설정값(δ1) 범위 안에 도달할 때까지 열교환압축기(80)가 작동한다.
도 3 은 본 발명의 지열을 이용한 지열식 히트펌프시스템으로서 냉방상태를 나타낸 개략도이다. 이때, 도 1에 표시된 화살표 방향은 냉방상태에서 냉매의 이송방향을 나타낸 것이다.
냉방시에는,
상기 증발기 기능의 부하용 열교환기(40)로부터 외부열을 흡수한 냉매가스는 냉매관(R2)을 통하여 4방변 밸브(30)로 공급된다.
상기 4방변 밸브(30)에 공급되는 냉매가스는 냉매관(R5)을 통하여 압축 기(20)에 공급되어 고온고압의 냉매가스로 전환되되, 제어기(100)로부터 입력되는 신호에 의하여 압축기(20)는 냉매가스의 온도와 압력 및 유량을 조절공급한다.
상기 압축기(20)에 의하여 조절공급되는 고온고압의 냉매가스는 냉매관(R1)을 통하여 4방변 밸브(30)로 공급되고, 상기 4방변 밸브(30)로 공급된 고온고압의 냉매가스는 냉매관(R3)을 통하여 응축기 기능을 하는 열원용 열교환기(10)에 공급된다.
상기 열원용 열교환기(10)에서 열을 방출한 냉매는 냉매관(R5)에 공급되어 전자팽창변 밸브(50)에서 팽창되고, 상기 전자팽창변 밸브(50)에서 팽창된 냉매는 증발기 기능의 부하용 열교환기(40)에 공급되도록 구성되는데,
상기 온도센서(Th1, Th2)와 압력센서(Ph)로부터 측정된 과냉도(ΔT2)가 제어기(100)에 설정된 과냉 설정값(δ2)의 범위 안에서 벗어나면 제어기(100)의 신호에 의해 열교환압축기(80)가 작동되어 냉매관(R6)에 열원매체가 이송된다.
상기 냉매관(R6)에서 이송되는 열원매체는 제1열교환기(60)와 제2열교환기(70) 사이에서 상호 열교환되고, 다시 측정된 과냉도(ΔT2)가 제어기(100)의 과냉 설정값(δ2) 범위 안에 도달할 때까지 열교환압축기(80)가 작동된다.
상기와 같이 구성된 냉난방장치의 본 발명은 제어기(100)에 과열도 설정값(δ1)과 과냉도 설정값(δ2)을 미리 설정하고, 상기 난방시에는 과열도 설정값(δ1)과 측정되는 과열도(ΔT1)를 비교하고, 냉방시에는 과냉도 설정값(δ2)과 측정되 는 과냉도(ΔT2)를 비교하여 냉난방장치의 구성요소를 제어하도록 한 것이다.
보통 과열도 설정값(δ1)과 과냉도 설정값(δ2)은 약 8~10℃로 설정한다.
첨부된 도 2와 도 4의 P-h 선도를 참조하여 상세하게 설명한다.
난방시에는 도 2와 같이 과열도(ΔT1)를 산출하여 산출된 과열도(ΔT1)를 이용하여 제어기(100)는 구성요소를 제어한다.
상기 과열도(ΔT1)는 아래식에 의하여 산출되며,
과열도(ΔT1)= Th1-T(Ph)
상기 온도 Th1은 온도센서(Th1)에 의하여 구해지고, 온도 T(Ph)는 열원용 열교환기(10)에 부분에 설치되어 있는 압력센서(Ph)에 의하여 산출된 포화온도이다.
냉방시에는 도 4와 같이 과냉도(ΔT2)를 산출하여 산출된 과냉도(ΔT2) 이용하여 제어기(100)는 구성요소를 제어한다.
상기 과냉도(ΔT2)는 아래식에 의하여 산출되며,
과냉도(ΔT2)= T(Ph)-Th2
상기 온도 Th2는 온도센서(Th2)에 의하여 구해지고, 온도 T(Ph)는 열원용 열교환기(10)에 부분에 설치되어 있는 압력센서(Ph)에 의하여 산출된 포화온도이다.
즉, 제어기(100)는 설정된 과열도와 과냉도의 설정값(δ1,δ2)과 지열수를 이용한 냉,난방장치의 변화하는 일반적으로 공지된 부하량(ΔQ)에 따라 변화되어 산출되는 과열도(ΔT1)와 과냉도(ΔT2)의 값이 동일하도록 유량조절 밸브 또는 지열수 펌프(13)와 유량조절 밸브를 이용하여 열원용 열교환기(10)에 공급되는 지열수량을 조절하여 상기 열원용 열교환기(10)에서 열 교환되는 열량을 제어하도록 하고, 상기 부하용 열교환기(40)에 공급되는 냉매량를 압축기(20)를 이용하여 제어하도록 하여 최적의 냉반방효율을 이루어지는데, 상기 과열도(ΔT1)와 과냉도(ΔT2)의 값이 제어기(100)에 설정된 과열도와 과냉도의 설정값(δ1,δ2) 범위에서 벗어났을 경우 첨부된 도 5와 같이 아래에 기재되는 단계로 제어된다.
도 5 는 본 발명의 일실시예에 따른 지열식 히트펌프시스템에서 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 지열식 히트펌프시스템에 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치의 제어방법은,
난방시에는
과열도(ΔT1)를 산출하는 산출단계(S100)와;
상기 산출단계(S100)에서 산출된 과열도(ΔT1)와 제어기(100)에 입력된 설정값(δ1)과 비교하는 비교단계(S200)와;
상기 비교단계(S200)에서 제어기(100)에 입력된 설정값(δ1) 범위 안에 산출된 과열도(ΔT1)가 있을 경우에는 제어를 종료하는 종료단계(S400)와;
상기 비교단계(S200)에서 제어기에 입력된 과열 설정값(δ1) 범위 안에 산출된 과열도(ΔT1)가 있지 않을 경우에는 제어기(100)를 통해 열교환압축기(80)를 작 동시켜 제1열교환기(60)와 제2열교환기(70)를 냉매관(R6)을 통해 열교환시키는 열교환압축기 작동단계(S300)와;
상기 열교환압축기 작동단계(S300)에 의하여 변화된 과열도(ΔT1)를 산출하는 산출단계(S100)부터 다시 반복실행하도록 하여 산출된 과열도(ΔT1) 또는 산출된 과냉도(ΔT2)가 설정값(δ1,δ2) 범위 안에 있도록 한다.
냉방시에는
과냉도(ΔT2)를 산출하는 산출단계(S100)와;
상기 산출단계(S100)에서 산출된 과냉도(ΔT2)와 제어기(100)에 입력된 과냉 설정값(δ2)과 비교하는 비교단계(S200)와;
상기 비교단계(S200)에서 제어기(100)에 입력된 과냉 설정값(δ2) 범위 안에 산출된 과냉도(ΔT2)가 있을 경우에는 제어를 종료하는 종료단계(S500)와;
상기 비교단계(S200)에서 제어기(100)에 입력된 과냉 설정값(δ2) 범위 안에 산출된 과냉도(ΔT2)가 있지 않을 경우에는 제어기(100)를 통해 열교환압축기(80)를 작동시켜 제1열교환기(60)와 제2열교환기(70)를 냉매관(R6)을 통해 열교환시키는 열교환압축기 작동단계(S300)와;
상기 열교환압축기 작동단계(S300)에 의하여 변화된 과냉도(ΔT2)를 산출하는 산출단계(S100)부터 다시 반복실행하도록 하여 산출된 과열도(ΔT1) 또는 산출된 과냉도(ΔT2)가 설정값(δ1,δ2) 범위 안에 있도록 한다.
여기서, 상기 제어기(100)는 입력된 시간단위 또는 수시로 난방시에는 측정되는 과열도(ΔT1)와 설정값(δ1)와 비교하고, 냉방시에는 측정되는 과냉도(ΔT2)와 설정값(δ2)을 비교하여 제어 단계를 실행하도록 함으로써 지열을 이용한 냉난방장치가 최적의 효율을 발휘하도록 한다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 지열식 히트펌프시스템의 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치 및 제어방법은 부하량에 따라 과냉도와 과열도를 산출하고, 상기 산출된 과냉도와 과열도를 제어기에 미리 설정된 과냉도와 과열도의 설정 값과 비교/조절하여 지열을 이용한 냉난방장치를 제어함으로써 냉난방장치의 최적의 효율을 얻을 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 다수개의 인버터 콤프레샤를 병렬로 설치하여 사용함으로써 광범위하게 변화하는 부하량에 대처할 수 있고, 상기 지열을 이용한 열교환기를 사용함으로써 냉난방에 필요한 에너지를 절약하는 효과가 있다.

Claims (4)

  1. 냉매가스를 고온고압으로 전환시키는 압축기(20)와, 지열수를 이송하도록 형성된 지열수 펌프(13)와, 상기 냉매가스와 지열수를 상호 열교환하는 열원용 열교환기(10)와, 상기 열원용 열교환기(10)에서 열교환된 냉매와 실내에서 공급되는 물이 상호 열교환하는 부하용 열교환기(40)로 구성되는 지열식 히트펌프시스템과;
    상기 압축기(20)와 열원용 열교환기(10)를 연통하는 냉매관(R5)에 형성되는 제1열교환기(60)와, 상기 열원용 열교환기(10)와 부하용 열교환기(40)를 연통하는 냉매관(R4)에 형성되는 제2열교환기(70)와, 상기 제1열교환기(60)와 제2열교환기(70)를 연통하는 냉매관(R6)에 형성되어 열원매체를 이송시키는 열교환압축기(80)로 구성되는 과열/과냉도 제어시스템;
    을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지열식 히트펌프시스템의 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 과열/과냉도 제어시스템은 지열식 히트펌프시스템의 과열도(ΔT1)와 과냉도(ΔT2)가 제어기(100)에 설정된 설정값(δ1,δ2) 범위 내에서 유지되도록 실시간으로 제어하는 것을 특징으로 하는 지열식 히트펌프시스템의 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 지열을 이용한 지열식 히트펌프시스템의 구성은,
    열원용 열교환기 급수관(11)과; 상기 열원용 열교환기 급수관(11) 내의 지열수를 공급하는 지열수 펌프(13)와; 상기 지열수 펌프(13)로부터 공급되는 지열수량을 조절하는 유량조절 밸브와; 상기 공급되는 지열수를 다시 지중으로 회수시키는 열원용 열교환기 회수관(12)과;
    저온저압의 냉매가스를 고온고압의 냉매가스로 압축시키되, 다수개의 부하용 열교환기(40)의 사용 개수에 따라 변화하는 부하량에 따라 제어기(100)로부터 입력되는 신호를 받아 냉매가스의 압축용량을 용이하게 조절할 수 있도록 1대 이상의 콤프레샤를 병렬로 설치하는 압축기(20)와;
    상기 압축기(20)로부터 압축된 냉매가스의 방향을 전환시키는 4방변 밸브(30)와;
    상기 4방변 밸브(30)의 방향전환에 의하여,
    난방시에는 상기 지열수 펌프(13)로부터 공급되는 지열수의 지열로부터 열을 흡수하도록 증발기로 전환되고, 냉방시에는 공급되는 지열수에 열을 방출하도록 응축기로 전환되는 열원용 열교환기(10)와;
    난방시에는 상기 압축기(20)부터 공급되는 냉매가스의 열을 방출하도록 응축기로 전환되고, 냉방시에는 외부의 열을 흡수하도록 증발기로 전환되는 부하용 열교환기(40)와;
    상기 부하용 열교환기(40)와 열원용 열교환기(10) 사이에 냉매가 이동하도록 형성된 냉매관(R4)에 열원용 열교환기(10) 측으로 설치되는 전자팽창변 밸브(50)와;
    냉,난방시 발생되는 과냉도(ΔT2), 과열도(ΔT1)를 제어하도록 냉매관(R5)에 형성되는 제1열교환기(60)와, 냉매관(R4)에 형성되는 제2열교환기(70)와;
    상기 제1열교환기(60)와 제2열교환기(70) 사이에 설치되는 냉매관(R6)을 통해 열원매체가 이송될 수 있도록 설치되는 열교환압축기(80)와;
    상기 제 1열교환기(60)와 제 2열교환기(70) 각각에 내설되어 상기 제 1, 2열교환기의 온도와 압력을 측정하는 온도센서(Th1, Th2) 및 압력센서(Ph)로부터, 상기 과열도(ΔT1)와 과냉도(ΔT2)가 측정되어 입력된 신호에 의하여 구성요소를 제어하도록 형성된 제어기(100);로 이루어지되,
    난방시에는,
    상기 증발기 기능의 열원용 열교환기(10)로부터 지열을 흡수한 냉매가스는 냉매관(R3)을 통하여 4방변 밸브(30)로 공급되며,
    상기 4방변 밸브(30)에 공급되는 냉매가스는 냉매관(R5)을 통하여 압축기(20)에 공급되어 고온고압의 냉매가스로 전환하되, 제어기(100)로부터 입력되는 신호에 의하여 압축기(20)는 냉매가스의 온도와 압력 및 유량을 조절공급하고,
    상기 압축기(20)에 의하여 조절공급되는 고온고압의 냉매가스는 냉매관(R1)을 통하여 4방변 밸브(30)로 공급되고,
    상기 4방변 밸브(30)로 공급된 고온고압의 냉매가스는 냉매관(R2)을 통하여 응축기 기능을 하는 부하용 열교환기(40)에 공급되고,
    상기 부하용 열교환기(40)에서 열을 방출한 냉매는 냉매관(R4)에 공급되어 전자팽창변 밸브(50)에서 팽창되고, 상기 전자팽창변 밸브(50)에서 팽창된 냉매는 증발기 기능의 열원용 열교환기(10)에 공급되는데,
    상기 온도센서(Th1, Th2)와 압력센서(Ph)로부터 측정된 과열도(ΔT1)가 제어기(100)에 설정된 과열 설정값(δ1)의 범위 안에서 벗어나면 제어기(100)의 신호에 의해 열교환압축기(80)가 작동되어 냉매관(R6)에 열원매체가 이송되며,
    상기 냉매관(R6)에서 이송되는 열원매체는 제1열교환기(60)와 제2열교환기(70) 사이에서 상호 열교환되고, 다시 측정된 과열도(ΔT1)가 제어기(100)의 과열 설정값(δ1) 범위 안에 도달할 때까지 열교환압축기(80)가 작동되도록 구성되고,
    냉방시에는,
    상기 증발기 기능의 부하용 열교환기(40)로부터 외부열을 흡수한 냉매가스는 냉매관(R2)을 통하여 4방변 밸브(30)로 공급되며,
    상기 4방변 밸브(30)에 공급되는 냉매가스는 냉매관(R5)을 통하여 압축기(20)에 공급되어 고온고압의 냉매가스로 전환되되, 제어기(100)로부터 입력되는 신호에 의하여 압축기(20)는 냉매가스의 온도와 압력 및 유량을 조절공급하고,
    상기 압축기(20)에 의하여 조절공급되는 고온고압의 냉매가스는 냉매관(R1)을 통하여 4방변 밸브(30)로 공급되고,
    상기 4방변 밸브(30)로 공급된 고온고압의 냉매가스는 냉매관(R3)을 통하여 응축기 기능을 하는 열원용 열교환기(10)에 공급되고,
    상기 열원용 열교환기(10)에서 열을 방출한 냉매는 냉매관(R5)에 공급되어 전자팽창변 밸브(50)에서 팽창되고,
    상기 전자팽창변 밸브(50)에서 팽창된 냉매는 증발기 기능의 부하용 열교환기(40)에 공급되도록 구성되는데,
    상기 온도센서(Th1, Th2)와 압력센서(Ph)로부터 측정된 과냉도(ΔT2)가 제어기에 설정된 과냉 설정값(δ2)의 범위 안에서 벗어나면 제어기(100)의 신호에 의해 열교환압축기(80)가 작동되어 냉매관(R6)에 열원매체가 이송되며,
    상기 냉매관(R6)에서 이송되는 열원매체는 제1열교환기(60)와 제2열교환기(70) 사이에서 상호 열교환되고, 다시 측정된 과냉도(ΔT2)가 제어기(100)의 과냉 설정값(δ2) 범위 안에 도달할 때까지 열교환압축기(80)가 작동되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 지열식 히트펌프시스템의 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 기재된 지열식 히트펌프시스템에 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치의 제어방법에 있어서,
    난방시에는
    과열도(ΔT1)를 산출하는 산출단계(S100)와;
    상기 산출단계(S100)에서 산출된 과열도(ΔT1)와 제어기(100)에 입력된 설정값(δ1)과 비교하는 비교단계(S200)와;
    상기 비교단계(S200)에서 제어기(100)에 입력된 설정값(δ1) 범위 안에 산출된 과열도(ΔT1)가 있을 경우에는 제어를 종료하는 종료단계(S400)와;
    상기 비교단계(S200)에서 제어기(100)에 입력된 과열 설정값(δ1) 범위 안에 산출된 과열도(ΔT1)가 있지 않을 경우에는 제어기(100)에 의해 열교환압축기(80)를 작동시켜 제1열교환기와 제2열교환기 사이에 형성된 냉매관(R6)을 통해 열교환시키는 작동단계(S300)와;
    상기 열교환압축기 작동단계(S300)에 의하여 변화된 과열도(ΔT1)를 산출하는 산출단계(S100)부터 다시 반복실행하도록 하며,
    냉방시에는
    과냉도(ΔT2)를 산출하는 산출단계(S100)와;
    상기 산출단계(S100)에서 산출된 과냉도(ΔT2)와 제어기(100)에 입력된 과냉 설정값(δ2)과 비교하는 비교단계(S200)와;
    상기 비교단계(S200)에서 제어기(100)에 입력된 과냉 설정값(δ2) 범위 안에 산출된 과냉도(ΔT2)가 있을 경우에는 제어를 종료하는 종료단계(S500)와;
    상기 비교단계(S200)에서 제어기(100)에 입력된 과냉 설정값(δ2) 범위 안에 산출된 과냉도(ΔT2)가 있지 않을 경우에는 제어기(100)에 의해 열교환압축기(80)를 작동시켜 제1열교환기(60)와 제2열교환기(70)를 냉매관(R6)을 통해 열교환시키는 작동단계(S300)와;
    상기 열교환압축기 작동단계(S300)에 의하여 변화된 과냉도(ΔT2)를 산출하는 산출단계(S100)부터 다시 반복실행하도록 하는 것을 특징으로 하는 지열식 히트펌프시스템의 설정된 과열도와 과냉도를 유지하는 제어장치의 제어방법.
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