KR101156465B1 - 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치 및 작동방법 - Google Patents

해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치 및 작동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치 및 작동방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해양표층수와 해양심층수를 통해 냉,난방에 필요한 열량을 얻을 수 있어 CO2의 배출이 적어 친환경적이고, 히트펌프장치 다수개를 탠덤형으로 배치하여 내부에 구비된 각각의 응축기와 증발기의 물측배관이 상호 직렬로 연결되어 열매체가 다수개의 응축기와 증발기 내를 연속적으로 통과함으로써, 이론적인 로렌츠 사이클이 근사적으로 구현되며, 그로 인해 동일한 온수 및 냉수온도 조건하에서 기존 냉,난방 사이클에 비해 평균 응축온도를 낮출 수 있고, 평균 증발온도를 높일 수 있으므로 COP가 향상되는 특징이 있다.

Description

해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치 및 작동방법{Air-conditioning and heating equipment using sea water and deep sea water source heat pump and method for controlling the same}
본 발명은 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치 및 작동방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 해양표층수와 해양심층수를 통해 냉,난방에 필요한 열량을 얻을 수 있어 CO2의 배출이 적어 친환경적이고, 히트펌프장치 다수개를 탠덤형으로 배치하여 내부에 구비된 각각의 응축기와 증발기의 물측배관이 상호 직렬로 연결되어 열매체가 다수개의 응축기와 증발기 내를 연속적으로 통과함으로써, 이론적인 로렌츠 사이클이 근사적으로 구현되며, 그로 인해 동일한 온수 및 냉수온도 조건하에서 기존 냉,난방 사이클에 비해 평균 응축온도를 낮출 수 있고, 평균 증발온도를 높일 수 있으므로 COP가 향상되는 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치 및 작동방법에 관한 것이다.
일반적으로, 점차 고갈되고 있는 에너지 사용과 이로 인한 환경 문제의 근본적 해결을 위해서는 환경 친화적이며 무제한 사용이 가능한 미활용 에너지를 적극적으로 이용하는 것이 바람직한데, 미활용에너지는 종류와 형태 및 이용방법에 따라 달리 사용되고 있으나 온도차에너지원은 주로, 냉난방 및 급탕용도로 활용되고 있으며 에너지원 변환설비로 히트펌프가 주로 이용된다.
상기와 같이 고유가 시대의 지속, 에너지시장의 세계화에 대비한 에너지절약과 화석 에너지 감축 방법으로 최적으로 각광받고 있는 히트펌프는 저온의 열원으로부터 열을 흡수하여 고온의 열원에 열을 주는 장치로서 실내의 냉난방에 널리 사용되고 있는데, 냉방 및 난방이 선택적으로 이루어지게 시스템을 구성하고, 응축기에서 방출되는 고온의 열을 난방 및 급탕에 이용하며, 또한 증발기에서 차가워진 냉열을 건물의 냉방에 이용한다.
한편, 해양 표층수 열에너지는 자연에너지로서 친환경적이고 지구온난화 같은 부작용을 초래하지 않는데다 자연에 무한히 존재하는 장점이 있으며, 온도의 계절변동이 하천수에 비해 적고, 동결온도가 약 -2℃로 낮아 하천수보다 저온까지 열이용이 가능하며, 냉?난방 시 대기와 5～10℃ 정도의 온도차를 가지고 있으므로 (여름에는 대기보다 5～10℃ 낮고 겨울에는 대기보다 5～8℃ 높음), 히트펌프의 열원으로서 아주 우수한 특성을 가지고 있다. 특히, 심층수는 연중 2℃로 우수한 냉열원이 될 수 있다.
그러므로, 해양표층수와 심층수를 복합적으로 이용하는 히트펌프 기술이 필요하다.
한편, 기존의 순수냉매 히트펌프는 등온상변화 특성으로 인한 열교환기 내 핀치 한계 때문에 성능을 높이는 것에 한계가 있다.
이를 극복하고자 혼합냉매를 이용하여 근사적 로렌츠 사이클을 구현함으로써 성능을 높이려는 시도가 있으나, 변온 상변화 특성을 갖는 혼합 냉매라 하더라도 물질전달 저항으로 인해 성능향상에 한계가 있음이 알려져 있다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,
해양표층수와 해양심층수를 통해 냉,난방에 필요한 열량을 얻을 수 있어 CO2의 배출이 적어 친환경적이고, 히트펌프장치 다수개를 탠덤형으로 배치하여 내부에 구비된 각각의 응축기와 증발기의 물측배관이 상호 직렬로 연결되어 열매체가 다수개의 응축기와 증발기 내를 연속적으로 통과함으로써, 이론적인 로렌츠 사이클이 근사적으로 구현되며, 그로 인해 동일한 온수 및 냉수온도 조건하에서 기존 냉,난방 사이클에 비해 평균 응축온도를 낮출 수 있고, 평균 증발온도를 높일 수 있으므로 COP가 향상되는 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치 및 작동방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치에 있어서,
상기 해양표층수가 전달되어 열매체와 열교환되는 표층수용 열교환기와;
상기 해양심층수가 냉방시에만 사용처의 열매체와 열교환되는 심층수용 열교환기와;
냉방시, 상기 심층수용 열교환기에서 열교환된 심층수가 표층수용 열교환기에서 열교환된 열매체와 열교환되는 냉방용 열교환기와;
상기 표층수용 열교환기와 심층수용 열교환기가 각각 연결되어 사용처의 열매체를 냉각 또는 가열시키는 탠덤형 히트펌프장치;
를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치의 작동방법에 있어서,
냉방시에는,
1차적으로 사용처의 열매체를 심층수용 열교환기를 통해 해양심층수를 이용하여 냉각시킨 후, 사용처에 공급하는 단계(S100);
상기 1차 열교환(S100)에도 사용처의 냉방부하가 미처리시, 탠덤형 히트펌프장치 중 첫번째 히트펌프(A)를 통해 열매체를 냉각시킨 후, 사용처에 공급하는 단계(S110);
상기 탠덤형 히트펌프장치 중 첫번째 히트펌프(A)를 통한 냉각(S110)에도 사용처의 냉방부하가 미처리시, 탠덤형 히트펌프장치의 히트펌프(A) 및 히트펌프(B)를 통해 열매체를 냉각시킨 후, 사용처에 공급하는 단계(S120);
를 포함하여 냉방이 이루어지고,
난방시에는,
표층수용 열교환기의 열매체가 해양표층수와 열교환한 후, 탠덤형 히트펌프장치의 증발기 내로 전달되는 단계(S200);
사용처의 열매체가 탠덤형 히트펌프장치의 응축기 내로 관통 이송시, 상기 탠덤형 히트펌프장치 중 첫번재 히트펌프(A)로부터 열을 얻어 가열된 후, 사용처로 공급되는 단계(S210);
상기 탠덤형 히트펌프장치 중 첫번재 히트펌프(A)를 통한 가열(S210)에도 사용처의 난방부하가 미처리시, 탠덤형 히트펌프장치의 히트펌프(A) 및 히트펌프(B)를 통해 열매체를 가열한 후, 사용처에 공급하는 단계(S220);
를 포함하여 난방이 이루어지는 것을 특징으로 하는 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치의 작동방법에 관한 것이다.
이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치 및 작동방법은 해양표층수와 해양심층수를 통해 냉,난방에 필요한 열량을 얻을 수 있어 CO2의 배출이 적어 친환경적이고, 히트펌프장치 다수개를 탠덤형으로 배치하여 내부에 구비된 각각의 응축기와 증발기의 물측배관이 상호 직렬로 연결되어 열매체가 다수개의 응축기와 증발기 내를 연속적으로 통과함으로써, 이론적인 로렌츠 사이클이 근사적으로 구현되며, 그로 인해 동일한 온수 및 냉수온도 조건하에서 기존 냉,난방 사이클에 비해 평균 응축온도를 낮출 수 있고, 평균 증발온도를 높일 수 있으므로 COP가 향상되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 냉,난방 장치를 나타낸 계통도이고,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프의 냉방운전을 나타낸 계통도이고,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프의 난방운전을 나타낸 계통도이고,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 탠덤형 히트펌프장치의 열역학적 특징을 기존의 히트펌프장치와 비교하여 온도-엔트로피 선도에 나타낸 개략도이고,
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 탠덤형 히트펌프장치가 추구하고자 하는 이론적 로렌츠 히트펌프의 열역학적 특징을 기존의 히트펌프장치와 비교하여 온도-엔트로피 선도에 나타낸 개략도이고,
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 냉,난방 장치의 작동방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.
본 발명은 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치에 있어서,
상기 해양표층수가 전달되어 열매체와 열교환되는 표층수용 열교환기와;
상기 해양심층수가 냉방시에만 사용처의 열매체와 열교환되는 심층수용 열교환기와;
냉방시, 상기 심층수용 열교환기에서 열교환된 심층수가 표층수용 열교환기에서 열교환된 열매체와 열교환되는 냉방용 열교환기와;
상기 표층수용 열교환기와 심층수용 열교환기가 각각 연결되어 사용처의 열매체를 냉각 또는 가열시키는 탠덤형 히트펌프장치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치의 작동방법에 있어서,
냉방시에는,
1차적으로 사용처의 열매체를 심층수용 열교환기를 통해 해양심층수를 이용하여 냉각시킨 후, 사용처에 공급하는 단계(S100);
상기 1차 열교환(S100)에도 사용처의 냉방부하가 미처리시, 탠덤형 히트펌프장치 중 첫번째 히트펌프(A)를 통해 열매체를 냉각시킨 후, 사용처에 공급하는 단계(S110);
상기 탠덤형 히트펌프장치 중 첫번째 히트펌프(A)를 통한 냉각(S110)에도 사용처의 냉방부하가 미처리시, 탠덤형 히트펌프장치의 히트펌프(A) 및 히트펌프(B)를 통해 열매체를 냉각시킨 후, 사용처에 공급하는 단계(S120);
를 포함하여 냉방이 이루어지고,
난방시에는,
표층수용 열교환기의 열매체가 해양표층수와 열교환한 후, 탠덤형 히트펌프장치의 증발기 내로 전달되는 단계(S200);
사용처의 열매체가 탠덤형 히트펌프장치의 응축기 내로 관통 이송시, 상기 탠덤형 히트펌프장치 중 첫번재 히트펌프(A)로부터 열을 얻어 가열된 후, 사용처로 공급되는 단계(S210);
상기 탠덤형 히트펌프장치 중 첫번재 히트펌프(A)를 통한 가열(S210)에도 사용처의 난방부하가 미처리시, 탠덤형 히트펌프장치의 히트펌프(A) 및 히트펌프(B)를 통해 열매체를 가열한 후, 사용처에 공급하는 단계(S220);를 포함하여 난방이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)"와 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용되고 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 냉,난방 장치를 나타낸 계통도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프의 냉방운전을 나타낸 계통도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프의 난방운전을 나타낸 계통도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 탠덤형 히트펌프장치의 열역학적 특징을 기존의 히트펌프장치와 비교하여 온도-엔트로피 선도에 나타낸 개략도이고, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 탠덤형 히트펌프장치가 추구하고자 하는 이론적 로렌츠 히트펌프의 열역학적 특징을 기존의 히트펌프장치와 비교하여 온도-엔트로피 선도에 나타낸 개략도이다.
도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치는 바다 표면의 해양표층수(1)와 심해의 해양심층수(2)를 냉,난방장치에 이용하도록 하는 표층수용 열교환기(10)와, 심층수용 열교환기(20)와, 냉방용 열교환기(30)와, 탠덤형 히트펌프장치(40) 및 상기의 장치들을 연결하는 관으로 구성된다.
상기 표층수용 열교환기(10)는 도 1에 도시한 바와 같이, 해양표층수(1)와 탠덤형 히트펌프장치(40)를 관통하는 열매체를 상호 열교환시키는 장치이고, 상기 해양표층수(1)를 해양의 표층부로부터 표층수용 열교환기(10)로 이송하는 통로가 되는 관에는 순환펌프가 부착되어 순환펌프에 의해 해양표층수(1)가 이송된다.
여기서, 상기 표층수용 열교환기(10)에 전달되는 열매체는 관에 의해 탠덤형 히트펌프장치(40)와 연결되어 순환하며, 해양표층수와 열교환을 한다. 이때, 상기 열매체를 이송시키는 관은 장치들의 위치와 개수 등에 따라 계통이 다양하게 설계변경 가능하다.
그리고, 상기 표층수용 열교환기(10)는 도 2와 도 3을 참고하여, 해양표층수(1)가 하절기에는 히트펌프의 냉각수로 사용될 수 있도록 하며, 동절기에는 열원수로 사용될 수 있도록 한다.
상기 심층수용 열교환기(20)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 해양심층수(2)와 냉,난방 사용처의 열매체를 상호 열교환시키는 장치로써, 관이 심해에 구비되어 심층수용 열교환기(20)로 연결되고, 상기 관에는 순환펌프가 부착되어 상기 해양심층수(2)를 심층수용 열교환기(20)로 전달한다.
여기서, 상기 심층수용 열교환기(20)에서 열교환된 해양심층수(2)는 관을 따라 해양심층수(2)를 이용하는 공정(해양심층수(2)를 이용하여 필요한 부재물을 제작하는 장소,60)으로 공급된다.
그리고, 상기 심층수용 열교환기(20)는 도 2를 참고하여, 냉방시에만 열교환을 수행하는데, 그 이유는 상기에서 기술했듯이, 해양심층수(2)는 연중 2 ~ 4℃의 저온이기에 냉방목적으로 사용되는 것이다.
상기 냉방용 열교환기(30)는 도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 심층수용 열교환기(20)와 마찬가지로 냉방시에만 열교환을 수행하는데, 상기 심층수용 열교환기(20)에서 1차 열교환된 해양심층수(2)와 표층수용 열교환기(10)에서 열교환된 열매체(탠덤형 히트펌프장치(40)에 이송되는 열매체)를 상호 열교환시키는 장치로써, 상기 심층수용 열교환기(20)와 관으로 연결되고, 상기 냉방용 열교환기(30)에서 열교환된 해양심층수(2)는 관을 통해 공정(해양심층수를 이용하여 필요한 부재물을 제작하는 장소,60)으로 공급된다.
여기서, 상기 냉방용 열교환기(30)로 전달되는 열매체는 표층수용 열교환기(10)에서 열교환된 열매체가 이송되는 것인데, 도 1 내지 도 3에서처럼 표층수용 열교환기(10)와 탠덤형 히트펌프장치(40)를 연결하는 관의 일단부에서 별도의 관이 분기되어 냉방용 열교환기(30)로 연결되는 것이다. 이렇듯, 상기 냉,난방목적에 따라 해양표층수(1)와 열교환한 열매체를 필요한 곳(냉방용 열교환기(30) 또는 탠덤형 히트펌프장치(40))으로 이송하기 위해 상호 분기되는 관에 각각 개폐밸브가 설치된다.
그리고, 하절기에 상기 냉방용 열교환기(30)는 표층수용 열교환기(10)를 통과하여 냉각된 후, 탠덤형 히트펌프장치(40)로 이송되는 열매체(히트펌프의 냉각수 역할을 하게 됨)를 추가적으로 냉각시켜 탠덤형 히트펌프장치(40)의 응축온도를 더욱 낮춤으로써, 냉방성능을 향상시키는 역할을 한다.
상기 탠덤형 히트펌프장치(40)는 도 1에 도시한 바와 같이, 표층수용 열교환기(10)와 심층수용 열교환기(20) 및 냉방용 열교환기(30)가 각각 도 1에서처럼 연결되어 냉,난방 사용처(50)의 열매체를 냉각 또는 가열시키는 장치로써, 하나 이상의 다수개 히트펌프 유닛을 각각의 응축기와 증발기의 물측 배관이 직렬로 연결되도록 구성하여, 열매체가 다수개의 응축기와 증발기 내를 연속적으로 통과함으로써 이론적인 로렌츠 사이클을 근사적으로 구현할 수 있다.
이렇듯, 상기와 같이 탠덤형 히트펌프장치(40)는 도 4에 도시한 바와 같이, 동일한 온수 및 냉수 조건하에서 기존 사이클에 비해 평균 응축온도를 낮출 수 있고, 평균 증발온도를 높일 수 있으므로, COP(성적계수)가 향상된다. 한편, 본 발명에서는 실시예로 두 개의 히트펌프(A,B) 유닛만을 이용하여 탠덤형 히트펌프장치(40)를 구성하였지만, 상기 히트펌프 유닛의 개수를 증가시킬수록 로렌츠 히트펌프와 유사한 특성을 갖게된다. 즉, 본 발명의 탠덤형 히트펌프장치(40)는 이상적인 로렌츠 히트펌프를 근사적으로 구현하기 위한 실용적 접근방법이라 할 수 있다.
상기 로렌츠(Lorenz) 히트펌프의 열역학적 특징은 도 5에 도시한 바와 같이, 동일한 온수 및 냉수 조건하에서 기존 사이클에 비해 평균 응축온도를 대폭 낮출 수 있고, 평균 증발온도를 대폭 높일 수 있으므로, COP가 대폭 향상된다. 그러나 이것은 카르노 사이클과 같은 이상적인(ideal) 사이클로, 이것을 완벽히 구현할 수는 없지만 본 발명에서는 이를 근사적으로 구현하고자 하는 것이다.
여기서, 상기 탠덤형 히트펌프장치(40)는 표층수용 열교환기(10), 심층수용 열교환기(20), 냉방용 열교환기(30)와 관에 의해 연결되어 열매체가 전달되는데, 도 2와 도 3에 도시한 바와 같이, 냉방시에는 냉방용 열교환기(30)에서 열교환된 열매체가 탠덤형 히트펌프장치(40)의 응축기(42)로 전달되어 히트펌프의 냉각수 역할을 하고, 상기 심층수용 열교환기(20)에서 1차적으로 냉각된 냉,난방 사용처(환수측,50)의 열매체가 탠덤형 히트펌프장치(40)의 증발기(41)에 관으로 연결 전달되어 냉각됨으로써, 냉,난방 사용처(공급측,50)로 공급되는 것이며, 난방시에는 표층수용 열교환기(10)에서 열교환된 열매체가 탠덤형 히트펌프장치(40)의 증발기(41)에 전달되어 히트펌프의 열원역할을 하며, 상기 사용처(환수측,50)의 열매체는 탠덤형 히트펌프장치(40)의 응축기(42)로 전달된 후, 상기 탠덤형 히트펌프장치(40)의 응축기(42)로부터 가열된 후, 사용처(공급측,50)로 공급되는 것이다.
이하에서는 상기에서 기술한 히트펌프 냉,난방 장치의 작동방법에 대해 도면을 참고하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 히트펌프 냉,난방 장치의 작동방법을 나타낸 순서도이다.
도 2와 도 3 및 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치의 작동방법은 냉방시와 난방시로 나누어 설명한다.
우선, 냉방시에는 도 2와 도 6에 도시한 바와 같이, 1차적으로 해양심층수(2)로 사용처(환수측,50)의 열매체를 심층수용 열교환기(20)를 통해 열교환(냉각)시킨 후, 열매체를 사용처(공급측,50)로 공급하여(S100) 냉방시키는데, 이때, 상기 심층수용 열교환기(20)에서 열교환된 사용처(환수측,50)의 열매체는 탠덤형 히트펌프장치(40)의 증발기(41) 내를 직렬로 관통하여 사용처(공급측,50)로 공급된다.
그런데, 상기 심층수의 냉열만으로 사용처(공급측,50)의 냉방부하가 미처리시, 탠덤형 히트펌프장치(40) 중 첫번째 히트펌프(A)를 통해 사용처(환수측,50)의 열매체를 추가적으로 냉각시킨 후, 사용처(공급측,50)로 공급한다.(S110)
여기서, 상기 탠덤형 히트펌프장치(40)는 표층수용 열교환기(10) 및 냉방용 열교환기(30)를 통해 냉각된 열매체를 냉각수로 활용하여 가동된다.
또한, 상기 표층수용 열교환기(10)에서 열교환된 열매체는 탠덤형 히트펌프장치(40)의 응축기(42) 내를 직렬로 관통하여 냉각수 역할을 수행한다.
그리고, 상기 표층수용 열교환기(10)에서 열교환된 열매체는 탠덤형 히트펌프장치(40)의 응축기(42) 내로 이송되기 전, 냉방용 열교환기(30)에서 한번 더 냉각처리된다. 여기서, 상기 냉방용 열교환기(30)에서는 표층수용 열교환기(10)에서 1차적으로 냉각된 열매체가 심층수용 열교환기(20)를 지나온 해양심층수(2)와 열교환하여 추가로 냉각된다.
그런데, 상기 탠덤형 히트펌프장치(40) 중 첫번째 히트펌프(A)를 통한 냉각(S110)에도 사용처(공급측,50)의 냉방부하가 미처리시, 탠덤형 히트펌프장치(40)의 히트펌프(A) 및 히트펌프(B)를 통해 열매체를 냉각시킨 후, 사용처(공급측,50)에 공급(S120)하는 방식으로 냉방이 이루어진다.
난방시에는 도 3과 도 6에 도시한 바와 같이, 해양표층수(1)가 표층수용 열교환기(10)의 열매체와 열교환하고, 상기 표층수용 열교환기(10)를 통해 열교환한 열매체가 탠덤형 히트펌프장치(40)의 증발기(41)로 전달된다.(S200)
그리고, 사용처(환수측,50)의 열매체가 탠덤형 히트펌프장치(40)의 응축기(42)로 관통 이송되고, 상기 탠덤형 히트펌프장치(40) 중 첫번째 히트펌프(A)로부터 열을 얻어 가열된 후, 사용처(공급측,50)에 공급된다.(S210)
그런데, 상기 탠덤형 히트펌프장치(40) 중 첫번째 히트펌프(A)를 통한 가열(S210)에도 사용처(공급측,50)의 난방부하가 미처리시, 탠덤형 히트펌프장치(40)의 히트펌프(A) 및 히트펌프(B)를 통해 열매체를 가열한 후, 사용처(공급측,50)에 공급(S220)하는 방식으로 난방이 이루어진다.
참고로, 난방시에는 심층수용 열교환기(20)와, 냉방용 열교환기(30)는 열교환을 하지 않으며, 해양심층수(2)는 순환펌프에 의해 관을 따라 공정(60)으로 공급된다.
1 : 해양표층수 2 : 해양심층수
10 : 표층수용 열교환기 20 : 심층수용 열교환기
30 : 냉방용 열교환기 40 : 탠덤형 히트펌프장치
41 : 증발기 42 : 응축기
50 : 사용처 60 : 심층수 활용공정

Claims (5)

  1. 해양표층수(1)와 해양심층수(2)를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치에 있어서,
    상기 해양표층수(1)가 전달되어 열매체와 열교환되는 표층수용 열교환기(10)와;
    상기 해양심층수(2)가 냉방시에만 사용처(50)의 열매체와 열교환되는 심층수용 열교환기(20)와;
    냉방시, 상기 심층수용 열교환기(20)에서 열교환된 심층수가 표층수용 열교환기(10)에서 열교환된 열매체와 열교환되는 냉방용 열교환기(30)와;
    상기 표층수용 열교환기(10)와 심층수용 열교환기(20)가 각각 연결되어 사용처의 열매체를 냉각 또는 가열시키는 탠덤형 히트펌프장치(40);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 탠덤형 히트펌프장치(40)는 하나 이상의 히트펌프(A,B) 유닛으로 구성되고, 상기 히트펌프(A,B) 유닛은 증발기(41)와 응축기(42)로 이루어졌으며, 각 히트펌프(A,B) 유닛의 증발기(41)와 응축기(42)의 물측 배관이 직렬로 연결되어 열매체가 다수개의 증발기(41)와 응축기(42) 내를 연속적으로 통과함으로써, 이론적인 로렌츠 사이클을 근사적으로 구현하는 것을 특징으로 하는 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 해양심층수(2)는 냉방시, 심층수용 열교환기(20)와, 냉방용 열교환기(30)를 관통하여 열교환한 후 해양심층수(2)를 이용하는 공정(60)으로 공급되고, 난방시에는 열교환과정 없이 해양심층수(2)를 이용하는 공정(60)으로 공급되는 것을 특징으로 하는 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 사용처(50)의 열매체는 냉방시에는 심층수용 열교환기(20)를 통해 1차적으로 냉각된 후, 탠덤형 히트펌프장치(40)의 증발기(41)를 직렬로 관통하면서 추가적으로 냉각된 후, 사용처(50)로 공급되고, 난방시에는 탠덤형 히트펌프장치(40)의 응축기(42)를 직렬로 관통하여 가열된 후, 사용처(50)에 공급되는 것을 특징으로 하는 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치.
  5. 해양표층수(1)와 해양심층수(2)를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치의 작동방법에 있어서,
    1차적으로 사용처(50)의 열매체를 심층수용 열교환기(20)를 통해 해양심층수(2)를 이용하여 냉각시킨 후, 사용처(50)에 공급하는 단계(S100);
    상기 1차 열교환(S100)에도 사용처(50)의 냉방부하가 미처리시, 탠덤형 히트펌프장치(40) 중 첫번째 히트펌프(A)를 통해 열매체를 냉각시킨 후, 사용처(50)에 공급하는 단계(S110);
    상기 탠덤형 히트펌프장치(40) 중 첫번째 히트펌프(A)를 통한 냉각(S110)에도 사용처(50)의 냉방부하가 미처리시, 탠덤형 히트펌프장치(40)의 히트펌프(A) 및 히트펌프(B)를 통해 열매체를 냉각시킨 후, 사용처(50)에 공급하는 단계(S120);
    를 포함하여 냉방이 이루어지고,
    난방시에는,
    표층수용 열교환기(10)의 열매체가 해양표층수(1)와 열교환한 후, 탠덤형 히트펌프장치(40)의 증발기(41) 내로 전달되는 단계(S200);
    사용처(50)의 열매체가 탠덤형 히트펌프장치(40)의 응축기(42) 내로 관통 이송시, 상기 탠덤형 히트펌프장치(40) 중 첫번재 히트펌프(A)로부터 열을 얻어 가열된 후, 사용처(50)로 공급되는 단계(S210);
    상기 탠덤형 히트펌프장치(40) 중 첫번재 히트펌프(A)를 통한 가열(S210)에도 사용처(50)의 난방부하가 미처리시, 탠덤형 히트펌프장치(40)의 히트펌프(A) 및 히트펌프(B)를 통해 열매체를 가열한 후, 사용처(50)에 공급하는 단계(S220);
    를 포함하여 난방이 이루어지는 것을 특징으로 하는 해양표층수와 해양심층수를 이용한 히트펌프 냉,난방 장치의 작동방법.
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