KR101265751B1 - Geothermal heat pump system - Google Patents

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KR101265751B1 KR1020130018262A KR20130018262A KR101265751B1 KR 101265751 B1 KR101265751 B1 KR 101265751B1 KR 1020130018262 A KR1020130018262 A KR 1020130018262A KR 20130018262 A KR20130018262 A KR 20130018262A KR 101265751 B1 KR101265751 B1 KR 101265751B1
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최재상
김철건
구성민
장은미
이영환
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가진기업(주)
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Abstract

PURPOSE: A high-efficiency geothermal heat pump system using a refrigerant heat exchange is provided to prevent the condensation of refrigerant by increasing the temperature of gaseous refrigerant of a low-pressure unit and to evaporate liquid component remained in the gaseous refrigerant, thereby preventing damage to a compressor. CONSTITUTION: A high-efficiency geothermal heat pump system using a refrigerant heat exchange comprises an underground heat exchanger unit(10), a heat pump unit(20), and a pipe(30). The underground heat exchanger unit is buried into the ground. The heat pump unit includes: a geothermal heat side heat exchanger(20A) connected to the underground heat exchanger unit; an expansion Valve(25) connected to the geothermal heat side heat exchanger; a 4-way valve(23) connected to the cool and hot Water side heat exchanger; and a compressor(21) connected to the 4-way valve. The pipe connects the underground heat exchanger unit and the heat pump unit.

Description

냉매열교환을 통한 고효율 지열히트펌프시스템{GEOTHERMAL HEAT PUMP SYSTEM}High efficiency geothermal heat pump system through refrigerant heat exchange {GEOTHERMAL HEAT PUMP SYSTEM}

본 발명은 지열히트펌프 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 지중에 매설되는 유입관과 유출관을 갖는 지중열교환유닛과, 상기 지중열교환유닛의 유출관에 연결되는 지열측 열교환기와 팽창밸브, 사방밸브, 압추기 및 냉온수측열교환기를 포함하여 이루어진 히트펌프유닛을 포함하되, 히트펌프유닛에서 압축기로 들어가는 저압부의 기체 냉매와 고압부의 응축기를 나온 액체 냉매 사이에 냉매열교환이 이루어지도록 하는 이중관형열교환기를 더 구비하여 기체 냉매의 응축을 방지하고 압축기의 손상을 방지하며, 이와 동시에 응축기에서 나온 액체 냉매내의 기체 생성을 방지하여 종국적으로는 기존 지열히트펌프에 비해 보다 높은 효율을 기대할 수 있도록 하는 냉매열교환을 통한 고효율 지열히트펌프시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a geothermal heat pump system, and more particularly, an underground heat exchange unit having an inlet pipe and an outlet pipe embedded in the ground, a geothermal side heat exchanger, an expansion valve, and a four-way valve connected to an outlet pipe of the underground heat exchange unit. And a heat pump unit including a pressurizer and a cold / hot water side heat exchanger, wherein the double tube heat exchanger is configured to perform refrigerant heat exchange between the gas refrigerant of the low pressure entering the compressor from the heat pump unit and the liquid refrigerant from the condenser of the high pressure. Through the refrigerant heat exchange to prevent condensation of the gas refrigerant and to prevent damage to the compressor, and at the same time to prevent the generation of gas in the liquid refrigerant from the condenser, ultimately higher efficiency than conventional geothermal heat pump A high efficiency geothermal heat pump system.

일반적으로 지열히트펌프는 열교환파이프를 순환하는 지열수가 열교환펌프와 열 교환을 통하여 열원을 공급하고, 상기 열교환펌프가 냉온수순환펌프와 열 교환을 통하여 냉온수를 순환시킴으로써 주택이나 사무실의 냉난방 가동 또는 급탕 가동을 가능하게 한다.
In general, the geothermal heat pump is a geothermal water that circulates the heat exchange pipe to supply a heat source through heat exchange with the heat exchange pump, the heat exchange pump circulates the cold and hot water through the heat exchange with the hot and cold water circulation pump to operate the heating and cooling of the house or office or the hot water supply operation To make it possible.

그러나 종래의 지열히트펌프는 용량부족, 장기간 계속되는 과다한 운전 등으로 인하여 성능이나 효율이 저하되는 문제가 발생하게 된다.However, the conventional geothermal heat pump has a problem that performance or efficiency is lowered due to capacity shortage, excessive operation that continues for a long period of time, and the like.

이는 지열히트펌프가 난방 시에는 열원측(지열원)의 낮은 온도의 지열수로부터 열을 흡수하여 열교환펌프의 냉매 순환과 압축기 작용에 의하여 비교적 높은 온도로 회수되는 냉온수 측으로 열을 공급하여 난방을 하고, 냉방 시에는 비교적 낮은 온도로 회수되는 냉온수측으로부터 열을 흡수하여 열교환펌프의 냉매 순환과 압축기 작용에 의하여 냉온수측의 물의 온도 보다 높은 지열수로 열을 공급하여 냉방을 하기 때문이다.
When the geothermal heat pump is heated, it absorbs heat from the low-temperature geothermal water on the heat source side (geothermal source) and supplies heat to the cold / hot water side that is recovered at a relatively high temperature by the refrigerant circulation of the heat exchange pump and the action of the compressor. This is because, when cooling, it absorbs heat from the cold / hot water side recovered at a relatively low temperature, and supplies heat to geothermal water higher than the temperature of the water on the cold / hot water side by the refrigerant circulation and the compressor action of the heat exchange pump.

즉 종래의 지열히트펌프는 낮은 온도 물에서 열을 흡수하여 높은 온도의 물로 열을 공급하는 작용상의 특성에 의하여 가가 열원측의 온도차가 클수록 시스템 효율이 저하되고, 또한 압축기의 부하가 증가하여 압축기의 수명을 단축시키는 문제가 있다.
In other words, the conventional geothermal heat pump absorbs heat from low temperature water and supplies heat to high temperature water. As a result, the greater the temperature difference on the side of the temporary heat source, the lower the system efficiency. There is a problem of shortening the life.

또한 지열히트펌프스템은 지열로 냉난방을 하는 시스템으로 연중 10~20℃로 거의 일정한 온도를 유지한 지온에 의해 냉난방 성능이 저하되지 않아 안정적인 운전이 가능하다는 장점이 있어, 지중에 매설되는 지중열교환유닛을 비롯하여 설치시 천공을 요구하는 고가의 시스템임에도 불구하고 보급되고 있는 실정이고. 따라서 지열히트펌프의 경우 기존의 냉난방시스템들에 비하여 더 높은 효율을 구비하고자 하는 노력들이 활발히 이루어지고 있는 실정이다.
In addition, the geothermal heat pump system is a system that heats and heats geothermally, and it has the advantage that stable operation is possible because the cooling / heating performance is not degraded by the geothermal temperature which is maintained at a constant temperature of 10 to 20 ℃ throughout the year, and the underground heat exchange unit buried underground Even though it is an expensive system that requires drilling at the time of installation, it is being spread. Therefore, in the case of geothermal heat pump, efforts are being actively made to have higher efficiency than existing heating and cooling systems.

이러한 고효율 추구를 위해 기존에는 등록실용 제20-0351613호(2004.05.17)『히프펌프용 액열기』와 같이 액열기 사용이 논의된 바 있는데, 등록실용 제20-0351613호는 기존 냉동기에 사용되던 액열기를 히트펌프에 도입한 것을 특징으로 하나 이하 설명되는 본 발명의 이중관형 열교환기와는 구체적인 구조가 상이하다.In order to pursue such a high efficiency, the use of the liquid heater has been discussed as in the registration chamber No. 20-0351613 (May 17, 2004), "liquid pump for the bottom pump". Regarding the register chamber No. 20-0351613, The heat exchanger is introduced into the heat pump, but has a different structure from the dual tube heat exchanger of the present invention described below.

즉, 등록실용 제20-0351613호는 히트펌프시스템 내부에 별도의 장비인 액열기가 도입되는 구조이기에 히트펌프 구조 자체가 복잡하고 설계 및 제조 역시 복잡하다는 한계를 가진다.
Namely, the registration room No. 20-0351613 has a structure in which the heat pump, which is a separate device, is introduced into the heat pump system, so that the structure of the heat pump itself is complicated, and designing and manufacturing are also complicated.

참고로 관련 종래 기술들로는 본 출원인이 출원하여 등록받은 등록특허 제10-1155353호(2012.06.05)『고효율 지열히트펌프시스템』, 등록특허 제10-0958208호(2010.05.07)『열교환 성능이 향상된 지열용 지중열교환기』등이 개시된 바 있다.
For reference, related related arts include "High-Efficiency Geothermal Heat Pump System", Registered Patent No. 10-1155353 (2012.06.05) filed and filed by the present applicant, Registered Patent No. 10-0958208 (May, 2010) Geothermal underground heat exchanger " and the like have been disclosed.

본 발명은 지열히트펌프가 가지는 지향점이라 할 수 있는 고효율의 지열히트펌프시스템을 제공하고자 하는 것을 제1 목적으로 하는데, A first object of the present invention is to provide a geothermal heat pump system with high efficiency which can be regarded as a point of interest of a geothermal heat pump.

보다 구체적으로는 냉매간의 열 교환이 이루어지도록 하기 위한 이중관형열교환기를 구비하여 고압부의 응축기를 나온 액체 냉매와 압축기로 들어가는 저압부의 기체 냉매 사이에 열전달 즉 열교환을 하게 함으로서 저압부의 기체 냉매의 온도를 상승시켜 냉매의 응축을 방지하며 기체 냉매 내에 남아 있는 액체 성분을 증발시켜 압축기의 손상을 방지하며, 또한 고압부의 응축기에서 나온 액체 냉매내의 기체 생성을 방지하기 위해서 액체를 과냉시키며 시스템 효율과 냉난방 능력이 향상되는 고효율의 지열히트펌프시스템을 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
More specifically, a double tube heat exchanger for heat exchange between the refrigerants is provided to allow heat transfer, or heat exchange, between the liquid refrigerant from the condenser of the high pressure portion and the gas refrigerant in the low pressure portion entering the compressor, thereby increasing the temperature of the gas refrigerant in the low pressure portion. To prevent condensation of the refrigerant and to prevent damage to the compressor by evaporating the liquid components remaining in the gaseous refrigerant, and also to supercool the liquid to prevent the generation of gas in the liquid refrigerant from the condenser of the high pressure section, and improve the system efficiency and heating and cooling ability. It is an object of the present invention to provide a highly efficient geothermal heat pump system.

특히 이중관형열교환기와 관련하여 본 발명은 기존의 액열기라는 장치를 도입하는 것이 아니라 압축기로부터 들어오고 나가는 관로를 냉매열교환이 가능하도록 이중관 형태로 제작하여 간단한 구조에 의해서도 고효율 추구가 가능한 지열히트펌프를 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
In particular, in relation to the double tube heat exchanger, the present invention does not introduce a device called a conventional liquid heat exchanger, but a geothermal heat pump capable of pursuing high efficiency by a simple structure by manufacturing a double pipe type to enable refrigerant heat exchange between the compressor and the pipeline. The purpose is to provide.

또한 압축기로부터 냉매 유출입을 위한 배관에 방수 수단을 도입하되, 간단한 구조이면서도 우수한 방수 성능을 얻을 수 있는 구조를 가진 지열히트펌프를 제공하고자 하는 것을 목적으로 한다.
In addition, while introducing a waterproof means to the piping for the refrigerant flow in and out of the compressor, an object of the present invention is to provide a geothermal heat pump having a simple structure and a structure capable of obtaining excellent waterproof performance.

상기 기술된 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 지열히트펌프 시스템은, Geothermal heat pump system according to the present invention for solving the problems described above,

지중에 매설된 지중열교환유닛과,Underground heat exchange unit buried in the ground,

상기 지중열교환유닛과 연결되는 지열측 열교환기와, 상기 지열측 열교환기와 연결되는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브와 연결되는 냉온수측 열교관기와, 상기 냉온수측 열교환기와 연결되는 사방밸브와, 상기 사방밸브와 연결되는 압축기를 포함하는 히트펌프유닛과, 그리고 A geothermal side heat exchanger connected to the underground heat exchange unit, an expansion valve connected to the geothermal side heat exchanger, a cold / hot water side heat inductor connected to the expansion valve, a four-way valve connected to the cold / hot water side heat exchanger, and a four-way valve A heat pump unit including a compressor connected thereto, and

상기 지중열교환유닛과 히트펌프유닛을 연결하고, 히트펌프유닛 내부를 연결하여 지열수, 냉매 및 냉온수를 순환시키기 위한 배관을 포함하되, The underground heat exchange unit and the heat pump unit is connected, and the inside of the heat pump unit includes a pipe for circulating geothermal water, refrigerant and cold and hot water,

상기 압축기로 들어가는 저압의 기체 냉매와 고압의 지열측 열교환기 또는 냉온수측 열교환기를 나온 액체 냉매 사이에 냉매열교환이 이루어지도록 하는 것을 기술적 특징으로 한다.
Technically, the refrigerant heat exchange is performed between the low pressure gas refrigerant entering the compressor and the liquid refrigerant from the high pressure geothermal side heat exchanger or the cold / hot water side heat exchanger.

특히 상기 냉매열교환은 배관을 이중관으로 형성함으로써 이루어지는 것을 기술적 특징으로 한다.
In particular, the refrigerant heat exchange is characterized by the fact that the pipe is formed by a double pipe.

아울러 본 발명에 따른 지열히트펌프시스템의 압축기에 연결되는 배관은, In addition, the pipe connected to the compressor of the geothermal heat pump system according to the present invention,

압축기에 형성된 결합공에 삽입 결합되는 결합부와, 압축기 결합공의 외주 주변과 접촉을 위한 것으로 상기 결합부의 단부에서 외측으로 연결 확장 형성된 확장부와, 그리고 상기 확장부 외측으로 연결 형성되는 플렌지부를 포함하여 이루어지고,A coupling part inserted into and coupled to a coupling hole formed in the compressor, an extension part connected to the outer periphery of the compressor coupling hole and extending outwardly from an end of the coupling part, and a flange part connected to the extension part and formed outside the coupling part. Done by

상기 압축기 외측 결합공 주변으로 고정나사가 일체형성되고, A fixing screw is integrally formed around the outer coupling hole of the compressor,

상기 고정나사가 상기 플렌지부에 형성된 관통공에 삽입 후 고정너트 조임을 통해 압축기와 배관 연결이 이루어지는 것을 기술적 특징으로 한다.
After the fixing screw is inserted into the through hole formed in the flange portion, it is characterized in that the connection between the compressor and the pipe through the tightening of the fixing nut.

또한 상기 압축기와 배관 연결주변에는 방수수단이 더 구비되되, In addition, the compressor and the pipe around the connection is further provided,

상기 방수수단은 압축기 외주면과 이와 마주하는 확장부 외주면에 각각 형성되는 방수부재와, 상기 방수부재 사이에 마련되는 패킹층과, 그리고 상기 패킹층이 방수부재의 중앙부에만 형성됨으로써 방수부재가 외부로 노출되게 되는 공간인 패킹스트립으로 이루어지는 것을 기술적 특징으로 한다.
The waterproof means may include a waterproof member formed on the outer circumferential surface of the compressor and an outer circumferential surface facing the compressor, a packing layer provided between the waterproof member, and the packing layer formed only at a central portion of the waterproof member. It is characterized by the technical features consisting of a packing strip which is a space to become.

상기한 구성에 따르면, According to the above configuration,

종국적으로는 고효율을 지열히트펌프시스템을 기대할 수 있다는 효과가 있는데, 보다 구체적으로 이중관 구조를 통해 히트펌프유닛 내에서 간단하게 냉매간의 열 교환이 이루어지도록 하여 저압부의 기체 냉매의 온도를 상승시켜 냉매의 응축을 방지하며 기체 냉매 내에 남아 있는 액체 성분을 증발시켜 압축기의 손상을 방지하며, 또한 고압부의 응축기에서 나온 액체 냉매내의 기체 생성을 방지하기 위해서 액체를 과냉시켜 시스템 효율과 냉난방 능력이 향상되는 고효율의 지열히트펌프시스템을 얻을 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.
Ultimately, the high efficiency geothermal heat pump system can be expected. More specifically, the heat exchange between the refrigerants is easily performed in the heat pump unit through the double pipe structure to increase the temperature of the gas refrigerant in the low pressure part, It prevents condensation and evaporates the liquid components remaining in the gaseous refrigerant to prevent damage to the compressor. Also, high efficiency is achieved by supercooling the liquid to prevent gas generation in the liquid refrigerant from the condenser of the high pressure part. It can be expected that the geothermal heat pump system can be obtained.

또한 압축기와 배관 연결에 있어서도 간단하면서도 안정된 결합성능을 기대할 수 있으며, 더욱이 우수한 방수 성능 구조를 도입하여 배관 내부로 이물질이 유입되어 냉매 흐름에 저해가 되어 효율이 떨어지는 문제는 원천적으로 봉쇄하였다는 효과를 기대할 수 있다.
In addition, simple and stable coupling performance can be expected even when connecting the compressor and the pipe. Furthermore, by introducing an excellent waterproof structure, foreign matters are introduced into the pipe, which impedes the refrigerant flow, thereby reducing the efficiency. You can expect

도 1은 본 시스템 작동관계를 설명하기 위한 개략도.
도 2는 본 시스템을 통해 시스템의 효율을 설명하기 위한 표.
도 3은 본 시스템에 따른 압축기와 배관의 연결주변을 도시한 도면.1 is a schematic view for explaining the present system operating relationship.
2 is a table for explaining the efficiency of the system through the present system.
3 is a view showing a connection around the compressor and the pipe according to the present system.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 냉매열교환을 통한 고효율 지열히트펌프시스템에 대해서 설명하기로 한다.
Hereinafter, a highly efficient geothermal heat pump system through refrigerant heat exchange according to the present invention will be described with reference to the drawings.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 고효율 지열히트펌프는As shown in Figure 1 the high efficiency geothermal heat pump according to the present invention

지중에 매설된 지중열교환유닛(10), 상기 지중열교환유닛(10)과 연결된 히트펌프유닛(20), 상기 지중열교환유닛(10)과 히트펌프유닛(20)의 연결을 비롯하여 히트펌프유닛의 내부 각부를 연결하는 배관(30)들을 포함하여 이루어진다.
Underground heat exchange unit 10 embedded in the ground, the heat pump unit 20 connected to the underground heat exchange unit 10, the connection between the ground heat exchange unit 10 and the heat pump unit 20, including the inside of the heat pump unit It comprises a pipe 30 for connecting each part.

그 중 상기 지중열교환유닛(10)은 지중에 매설되는 'U'형태의 열교환 파이프(11)가 히트펌프유닛(20)의 지열측 열교환기(20A)와 연결되어 냉매의 순환을 통하여 지열을 흡수하거나 또는 지중을 열을 방출시키는 역할을 한다.
The underground heat exchange unit 10 is a heat exchange pipe 11 of the 'U' type buried in the ground is connected to the ground heat exchanger (20A) of the heat pump unit 20 to absorb the ground heat through the circulation of the refrigerant Or to release heat to the ground.

그리고 히트펌프유닛(20)은 지중열교환유닛(10)과 열교환을 통하여 가정이나 사무실 등에 냉온수를 순환 공급하여 가정이나 사무실 등의 난방 또는 냉방을 가능하게 하는 것으로, And the heat pump unit 20 is to enable the heating or cooling of home or office by circulating and supplying cold and hot water to the home or office through heat exchange with the underground heat exchange unit 10,

상기 히트펌프유닛(20)은 상기 지중열교환유닛(10)과 연결되는 지열측 열교환기(20A)와, 상기 지열측 열교환기(20A)와 연결되는 팽창밸브(25)와, 상기 팽창밸브(25)와 연결되는 냉온수측 열교환기(20B)와, 상기 냉온수측 열교환기(20B)와 연결되는 사방밸브(23)와, 그리고 상기 사방밸브(23)와 연결되는 압축기(21)를 포함하여 이루어진다.
The heat pump unit 20 includes a geothermal side heat exchanger 20A connected to the underground heat exchange unit 10, an expansion valve 25 connected to the geothermal side heat exchanger 20A, and the expansion valve 25. And a cold / hot water side heat exchanger (20B) connected to each other, a four-way valve (23) connected to the cold / hot water side heat exchanger (20B), and a compressor (21) connected to the four-way valve (23).

그리고 상기 히트펌프유닛(20)은 상기 냉온수측 열교환기(20B)와 연결된 냉난방시스템(미도시), 즉 주택이나 사무실 등에 구비된 팬코일유닛(미도시)이나, 또는 바닥 난방코일(미도시)에 열원(냉온수)을 공급하여 난방 및 냉방 운전을 가능하게 한다.
The heat pump unit 20 is a fan coil unit (not shown) or a floor heating coil (not shown) provided in a cooling / heating system (not shown) connected to the cold / hot water side heat exchanger (20B), that is, a house or an office. Supply heat source (cold and hot water) to enable heating and cooling operation.

상기와 같은 지열히트펌프의 냉난방 작동을 도 1을 참조하여 간략히 설명하면, Referring to Figure 1 briefly described the cooling and heating operation of the geothermal heat pump,

우선 난방의 경우 상기 냉온수측 열교환기(20B)가 응축기 역할을 하게 되고, 상기 지열측 열교환기(20A)가 증발기 역할을 하게 되는데,First, in the case of heating, the cold / hot water side heat exchanger 20B serves as a condenser, and the geothermal heat exchanger 20A serves as an evaporator.

이때 상기 압축기(21)에서 고온, 고압으로 압축된 냉매를 기화시켜 사방밸브(23)를 통하여 상기 냉온수측 열교환기(20B)로 공급하게 된다.At this time, the refrigerant compressed by the high temperature and high pressure in the compressor 21 is vaporized and supplied to the cold / hot water side heat exchanger 20B through the four-way valve 23.

따라서 상기 냉온수측 열교환기(20B)에서는 기화된 냉매를 액화시키면 열에너지를 방출하고, 이렇게 방출된 열은 상기 냉난방시스템으로 공급되어 난방이 이루어지게 된다.
Accordingly, in the cold / hot water side heat exchanger 20B, when the vaporized refrigerant is liquefied, heat energy is released, and the heat thus released is supplied to the cooling / heating system to perform heating.

다음으로 역시 도 1을 참조하여 상기 히트펌프유닛(20)을 이용한 냉방 운전의 경우를 살펴보면, 상기 냉온수측 열교환기(20B)가 증발기 역할을 하게 되고, 상기 지열측 열교환기([0048] 20A)가 응축기 역할을 하게 된다.
Next look at the case of the cooling operation using the heat pump unit 20 also with reference to Figure 1, the cold and hot water side heat exchanger (20B) acts as an evaporator, the geothermal side heat exchanger (20A) Will act as a condenser.

이때 상기 지열측 열교환기(20A)에 의하여 응축된 냉매가 팽창밸브(25)를 통하여 상기 냉온수측 열교환기(20B)로 공급되기에, At this time, since the refrigerant condensed by the geothermal heat exchanger 20A is supplied to the cold / hot water side heat exchanger 20B through the expansion valve 25,

냉온수측 열교환기(20B)에서는 액체 냉매가 기화되면서 열에너지를 흡수하여 주변의 온도를 낮추게 되고,In the cold and hot water side heat exchanger (20B) as the liquid refrigerant is vaporized to absorb the heat energy to lower the ambient temperature,

이렇게 냉각된 공기는 상기 냉난방시스템으로 공급되어 냉방이 이루어지게 된다.
The air thus cooled is supplied to the air conditioning system to cool the air.

더 나아가 상기 히트펌프유닛(20)에는 급탕용 열교환기(미도시)와도 연결될 수 있고, 이 경우 상기 급탕용 열교환기에는 난방 시에는 상기 지열측 열교환기(20A)와, 냉방 시에는 상기 냉온수측 열교환기(20B)와 압축기(21)를 통하여 과열원이 공급되고, 이때 급탕용 열교환기는 급탕탱크에 열원을 공급하여 급탕탱크(미도시) 내의 물을 가열시키게 된다.
Furthermore, the heat pump unit 20 can also be connected to a hot water heat exchanger (not shown). In this case, the hot water heat exchanger is provided with the geothermal heat exchanger 20A at the time of heating, The heat source is supplied through the heat exchanger 20B and the compressor 21. At this time, the heat exchanger for hot water supplies a heat source to the hot water tank to heat the water in the hot water tank (not shown).

그리고 상기 지중열교환유닛(10)과 상기 지열측 열교환기(20A) 사이에는 지열 순환펌프(미도시)가 연결되고, 상기 냉온수측 열교환기(20B)와 냉난방시스템 사이에는 냉온수 순환펌프가 연결되며, 상기 급탕용 열교환기와 급탕탱크 사이에는 급탕용 순환펌프가 연결되어 열원을 각 지점으로 순환 공급하게 된다.
A geothermal circulation pump (not shown) is connected between the underground heat exchange unit 10 and the geothermal heat exchanger 20A, and a cold / hot water circulation pump is connected between the cold / hot water side heat exchanger 20B and an air conditioning system. A hot water circulation pump is connected between the hot water heat exchanger and the hot water tank to circulate and supply the heat source to each point.

그리고 역시 도 1에 도시된 바와 같이, 히트펌프유닛(20)의 팽창밸브(25)는 복수, 즉 2개소로 구비하여 난방 또는 냉방 시, 어느 하나의 팽창밸브가 개방되면 나머지 하나의 팽창밸브는 폐쇄되도록 구성하여 난방 및 냉방 시 각각의 최적의 팽창효율을 유지함으로써 에너지 효율을 향상시킬 수 있게 된다.Also, as shown in Figure 1, the expansion valve 25 of the heat pump unit 20 is provided with a plurality, that is, two places when heating or cooling, when one of the expansion valve is opened, the other one expansion valve It is configured to be closed to improve energy efficiency by maintaining the optimum expansion efficiency of each heating and cooling.

이는 냉난방을 위해 열교환기를 순환하는 냉매는 냉방 및 난방가동시 반대방향으로의 순환이 이루어지는데,This is because the refrigerant circulating in the heat exchanger for cooling and heating circulates in the opposite direction when cooling and heating operation is performed,

종래에는 하나의 팽창밸브가 냉방이나, 난방 시에 냉매의 순환방향에 따라 양방향으로의 순환을 허용하도록 구성되었다. 이 경우 냉방에서 난방 가동으로 또는 그 반대 방향으로의 전환시 팽창효율이 일정하게 유지되지 않고. 특히 난방에서 냉방 가동으로 전환되는 경우 냉방 가동시의 팽창효율이 20%정도 감소되는 것으로 나타난다.Conventionally, one expansion valve is configured to allow circulation in both directions in accordance with the circulation direction of the refrigerant during cooling or heating. In this case, the expansion efficiency does not remain constant when switching from cooling to heating operation or vice versa. In particular, when switching from heating to cooling operation, the expansion efficiency during cooling operation is reduced by 20%.

따라서 본 발명에서는 복수 개의 팽창밸브를 구비함으로써 냉난방 가동 시, 냉매의 순환방향에 따라 냉매의 이동을 허용하는 팽창밸브를 특정함으로써 팽창효율을 최적의 상태로 유지할 수 있게 된다.
Therefore, in the present invention, by providing a plurality of expansion valves, it is possible to maintain the expansion efficiency at an optimal state by specifying the expansion valve that allows the refrigerant to move in accordance with the circulation direction of the refrigerant when the cooling and heating operation is performed.

다음으로 배관(30)은 지중열교환유닛(10)과 히트펌프유닛(20)의 연결 및 히트펌프유닛 내부의 각 교환기 등의 각부와의 연결을 위한 것으로, 냉매 및/또는 냉각수를 순환시키는 역할을 한다.Next, the pipe 30 is for connecting the underground heat exchange unit 10 and the heat pump unit 20 and for connecting each part such as each exchanger in the heat pump unit, and serves to circulate the refrigerant and / or the coolant. do.

즉 상기 배관(30)은 상기 지중열교환유닛(10)과 히트펌프유닛(20)의 지열측 열교환기(20A)간의 지열수 순환을 위한 지열수관,That is, the pipe 30 is a geothermal water pipe for circulating geothermal water between the ground heat exchange unit 10 and the ground heat exchanger 20A of the heat pump unit 20,

그리고 상기 히트펌프유닛(20) 내에서 각 부간의 냉매 순환을 위한 냉매관과,And a refrigerant pipe for circulating refrigerant between the parts in the heat pump unit 20;

상기 히트펌프유닛(20)의 냉온수측 열교환기(20B)와 냉난방시스템 상호간의 냉온수 순환을 위한 냉온수관으로 구성된다.
It consists of a cold and hot water pipe for cold and hot water circulation between the cold and hot water side heat exchanger (20B) and the heating and cooling system of the heat pump unit 20.

아울러 본 발명에 의한 지열히트펌프의 경우 고효율 추구를 위해 이중관형 열교환기를 구비하는 것을 특징으로 한다.In addition, the geothermal heat pump according to the present invention is characterized in that a double pipe type heat exchanger is provided for high efficiency pursuit.

즉, 히트펌프유닛에서 냉매의 이동이 이루어지는 배관(냉매관)을 외관과 내관이 갖추어진 이중관으로 형성하여 열전달 즉 열교환이 이루어지도록 한다.
That is, the pipe (refrigerant pipe) through which the movement of the refrigerant in the heat pump unit is formed into a double pipe having an outer tube and an inner tube to perform heat transfer, that is, heat exchange.

보다 구체적으로는 내관과 외관으로 이루어진 이중관을 통해 고압부의 응축기를 나온 액체 냉매와 압축기로 들어가는 저압부의 기체 냉매 사이에 열교환을 하게 함으로써 More specifically, heat exchange is performed between the liquid refrigerant from the high pressure condenser and the gas refrigerant from the low pressure portion entering the compressor through a double tube consisting of an inner tube and an outer tube.

저압부의 기체냉매의 온도를 상승시켜 냉매의 응축을 방지하며, 기체 냉매에 남아있는 액체성분을 증발시켜 압축기의 손상을 방지하며, To prevent the condensation of the refrigerant by raising the temperature of the gas refrigerant in the low pressure portion, to prevent damage to the compressor by evaporating the liquid components remaining in the gas refrigerant,

또한 고압부의 응축기에서 나온 액체 냉매 내의 기체 생성을 방지하기 위해서 액체를 과냉시키며, 이를 통해 시스템 효율과 냉난방 능력을 향상시키게 된다In addition, the liquid is supercooled to prevent the formation of gas in the liquid refrigerant from the high-pressure condenser, thereby improving system efficiency and cooling and heating capacity.

..

즉 도 2에 도시된 바와 같이 상기와 같이 이중관형 열교환기를 구비함으로써 시스템 효율 즉, 히트펌프의 일량을 늘려가게 되는데, That is, as shown in Figure 2 by providing a double tube heat exchanger as described above to increase the system efficiency, that is, the amount of heat pump,

도 2의 (A)는 온도와 엔트로피간의 관계를, 도 2의 (B)는 압력과 엔탈피간의 관계를 도시한 도표인 것으로 과냉효과 또는 과열효과가 있는 경우 일량이 증가되는 것을 확인할 수 있다.
Figure 2 (A) is a diagram showing the relationship between the temperature and entropy, Figure 2 (B) is a diagram showing the relationship between the pressure and the enthalpy can be seen that the amount of work is increased when there is an overcooling effect or overheating effect.

또한 상기 이중관 구조는 기존 지열히트펌프에 있는 설비가 아닐 뿐만 아니라 액열기와 같은 별도의 장치를 구비하지 않고 배관구조를 이용한다는 점과 이를 통해 간단한 구조로 설비가 가능하다는 점에 본 발명의 특징이 있다.In addition, the double pipe structure is not only a facility in the existing geothermal heat pump, but also uses a pipe structure without having a separate device, such as a liquid heater, and the feature of the present invention is that it can be installed in a simple structure through this. have.

그리고 내관과 외관으로 이루어진 이중관의 경우, 내관에는 액체 냉매가 흐르고, 외관에는 기체 냉매가 흐르도록 하는 것이 바람직하다.
In the case of the double tube formed of the inner tube and the outer tube, it is preferable that the liquid refrigerant flows in the inner tube and the gas refrigerant flows in the outer tube.

아울러 내관은 스파이럴 형태로 구성되는 것이 바람직한데, 스파이럴 형태로 제작됨으로써 열교환 성능을 40% 증대시키는 것이 가능하기 때문이고, In addition, the inner tube is preferably formed in a spiral form, because it is possible to increase the heat exchange performance by 40% by making the spiral form,

또한 냉매가 상기 내관에서 와류를 형성하여 순환함으로써 결빙에 따른 관로폐쇄나 동파 현상을 제거하여 시스템 안정성을 확보할 수 있게 된다.
Further, the refrigerant circulates by forming a vortex in the inner pipe, thereby eliminating the duct closure or the freezing phenomenon caused by freezing, thereby securing the system stability.

또한 압축기(21)의 경우 고온·고압으로 압축된 냉매가 유출되거나 저압의 냉매가 유입되게 되는데, 이를 위해 압축기(21)에는 냉매 유출입을 위한 배관(냉매관)(30)을 갖추게 되고, In addition, in the case of the compressor 21, a refrigerant compressed at high temperature and high pressure flows out, or a refrigerant of low pressure flows in. For this purpose, the compressor 21 is provided with a pipe (refrigerant pipe) 30 for the refrigerant flow in and out.

이 경우 본 발명의 지열히트펌프에서는 배관과 압축기의 연결부위에 이물질 유입 등을 방지할 수 있는 방수수단이 별도 도입된다. 더욱이 냉매 효율을 높이고자 한다면 냉매 유출없이 안정된 순환이 요구되기에 이하 설명되는 방수수단이 요구된다.
In this case, in the geothermal heat pump of the present invention, a waterproof means for preventing the inflow of foreign substances into the connection portion between the pipe and the compressor is introduced separately. Furthermore, if the efficiency of the refrigerant is to be increased, a stable circulation is required without the refrigerant flowing out, so that the waterproof means described below is required.

즉 도 3을 참조하면, 도 3은 압축기921)와 배관(30)의 연결주변을 도시한 도면인 것으로, That is, referring to Figure 3, Figure 3 is a view showing the connection around the compressor 921 and the pipe 30,

압축기측 연결 배관은 Compressor side connection piping

압축기에 형성된 결합공(21a)과의 결합을 위한 것으로 외주면에 나선부(S)와 비나선부(NS)가 교번하여 형성되는 결합부(31)와, A coupling part 31 for coupling with the coupling hole 21a formed in the compressor, in which a spiral part S and a non-helix part NS are alternately formed on an outer circumferential surface thereof;

압축기의 결합공(21a) 외주 주변과 접촉을 위한 것으로 상기 결합부의 단부에서 외측으로 연결 확장 형성되는 확장부(32)와, An expansion part 32 for contacting the outer circumference of the coupling hole 21a of the compressor and connected to and expanded from an end portion of the coupling part to the outside;

상기 확장부 외측으로 연결형성되는 플렌지부(33)를 포함하여 이루어진다.
It comprises a flange portion 33 which is connected to the outside of the expansion portion.

그리고 압축기의 외측 결합공 주변으로 상기 플렌지부와 마주하는 위치에는 고정나사(21b)가 압축기에 일체되어 형성되고, 압축기의 결합공 내주면 역시 나선부(S)와 비나선부(NS)가 교번하여 형성된다.
A fixing screw 21b is formed integrally with the compressor at a position facing the flange portion around the outer coupling hole of the compressor, and an inner circumferential surface of the compressor is also formed by alternately the spiral portion S and the non-helix portion NS. do.

이에 우선 압축기로의 배관 결합시 배관 결합부(31)의 나선부(S)와 비나선부(NS)가 압축기 결합공(21a)의 내주면에 형성된 나선부(S)와 비나선부(NS)와 각각 겹치지 않는 상태로(즉, 어긋나게 배열되는 상태) 배관 방향을 설정한 후 배관 결합부(31)를 압축기 결합공(21a)으로 삽입하고, First of all, the spiral portion S and the non-helix portion NS of the pipe coupling portion 31 are formed with the spiral portion S and the non-helix portion NS formed on the inner circumferential surface of the compressor coupling hole 21a. After setting the pipe direction in a non-overlapping state (i.e., in a state of being misaligned), the pipe coupling part 31 is inserted into the compressor coupling hole 21a,

이후 배관 방향을 틀어 배관 결합부(31)의 나선부(S)와 결합공(21a) 내주면의 나선부(S)가 맞물리도록 하여 배관을 압축기에 결합 연결한다.
Thereafter, the pipe direction is twisted so that the spiral portion S of the pipe coupling portion 31 and the spiral portion S of the inner circumferential surface of the coupling hole 21a are engaged to connect the pipe to the compressor.

또한 보다 안정된 연결을 위하여 플렌지부(33)에서 다시 압축기와의 접촉구조를 제공하게 되는데, In addition, the flange portion 33 to provide a contact structure with the compressor again for a more stable connection,

플렌지부에 형성된 관통공(33a)으로 압축기에 구비된 고정나사(21b)가 관통되고, 이후 고정너트(21c)를 이용하여 조여줌으로써 보다 안정된 연결구조를 도모하게 된다.
The fixing screw 21b provided in the compressor penetrates through the through hole 33a formed in the flange portion, and then tightens using the fixing nut 21c to achieve a more stable connection structure.

뿐만 아니라 전술된 바와 같이, 본 발명의 배관과 압축기 연결부위에는 이물질 유입 방지(또는 가스 유출 방지)를 위한 방수 수단이 별도 도입된다.In addition, as described above, the waterproofing means for preventing the inflow of foreign matter (or gas outflow prevention) is separately introduced into the pipe and the compressor connection portion of the present invention.

즉, 상기 방수수단은 압축기 외주면과 이와 마주하는 확장부 외주면에 각각 형성되는 방수부재(41)와 상기 방수부재 사이에 마련되는 패킹층(42), 그리고 패킹층의 구비 형태에 따라 방수부재가 노출되게 되는 공간인 패킹스트립(43)으로 구성된다.
That is, the waterproof means is exposed to the waterproof member 41 and the packing layer 42 provided between the waterproof member and the waterproof member 41 formed on the outer peripheral surface of the compressor and the outer peripheral surface thereof facing the waterproof member. It is composed of a packing strip 43 which is a space to be.

보다 구체적으로, 상기 방수부재(41)는 압축기 외주면과 이와 마주하는 배관의 확장부 외주면 각각에 결합할 수 있도록 접착력이 있는 접착테이프와 실리콘 등으로 구성된다. More specifically, the waterproof member 41 is composed of an adhesive tape and silicon having an adhesive force so as to be coupled to the outer peripheral surface of the compressor and the outer peripheral surface of the expansion part of the pipe facing the compressor.

그리고 상기 방수부재 사이에는 패킹층(42)이 구비되는데, 상기 패킹층은 방수부재 전면(全面)에 걸쳐 형성되는 것이 아니라 방수부재의 외곽을 남겨둔 중앙부에만 형성되어 방수부재의 외곽은 외부로 노출되도록 하는 것을 특징으로 한다.In addition, a packing layer 42 is provided between the waterproof members, and the packing layer is not formed over the entire surface of the waterproof member, but is formed only in a central portion of the waterproof member so that the outer portion of the waterproof member is exposed to the outside. Characterized in that.

그리고 상기 방수부재가 노출된 공간이 전술된 패킹스트립(43)이 된다.
In addition, the space in which the waterproof member is exposed becomes the packing strip 43 described above.

즉, 방수부재(41)의 중앙부에 패킹층(42)이 구비됨으로써 습기나 먼지 등의 이물질이 패킹스트립(43)에서 노출되는 방수부재의 접착력으로 인하여 점도를 갖음으로써 패킹층을 통과하기 어렵게 되어 일반 고무패킹만 삽입하거나 실리콘만 주입하여 형성된 방수 및 방습 장치보다 효과적으로 물이나 습기 또는 먼지 등을 차단할 수 있다는 효과를 가진다.
That is, since the packing layer 42 is provided at the center of the waterproof member 41, foreign matter such as moisture or dust is difficult to pass through the packing layer by having a viscosity due to the adhesive force of the waterproof member exposed from the packing strip 43. It has the effect of blocking water, moisture or dust more effectively than the waterproof and moisture proof device formed by inserting only a normal rubber packing or injecting only silicon.

또한 상기 방수부재를 구성하는 접착테이프는 일면 또는 양면에 접착성이 있는 접착테이프를 사용할 수 있으며, 두께가 있어 쿠션을 이루는 접착테이프로 구성되는 것이 바람직하다.
In addition, the adhesive tape constituting the waterproof member may be an adhesive tape having an adhesive on one side or both sides, it is preferable that the adhesive tape consisting of a cushion to form a cushion.

상기 방수수단은 패킹스트립을 구성함으로서 방수기능을 높일 수 있고, 쉽게 구성하여 제작할 수 있어 기능 대비 제품의 공정을 단축시키고 단가를 낮출 수 있어 시장경쟁력을 확보할 수 있다는 장점을 가진다.
The waterproof means can increase the waterproof function by constituting the packing strip, can be easily configured and manufactured to have the advantage of shortening the process of the product compared to the function and lowering the unit price to secure market competitiveness.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 "지열히트펌프시스템"을 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
In the above description of the present invention, the geothermal heat pump system having a specific shape and structure has been described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be variously modified and changed by those skilled in the art, and such modifications and changes are the present invention. It should be interpreted as falling within the protection scope of.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10; 지중열교환유닛 20: 히트펌프유닛
20A: 지열측 열교환기 20B: 냉온수측 열교환기
21: 압축기 23: 사방밸브 25: 팽창밸브
30: 배관
31: 결합부 32: 확장부 33: 플렌지부
41: 방수부재 42: 패킹층 43: 패킹스트립Description of the Related Art [0002]
10; Underground heat exchange unit 20: Heat pump unit
20A: geothermal heat exchanger 20B: cold / hot water side heat exchanger
21 Compressor 23 Four-way Valve 25 Expansion Valve
30: plumbing
31: coupling portion 32: extension portion 33: flange portion
41: waterproof member 42: packing layer 43: packing strip

Claims (4)

지중에 매설된 지중열교환유닛;
상기 지중열교환유닛과 연결되는 지열측 열교환기와, 상기 지열측 열교환기와 연결되는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브와 연결되는 냉온수측 열교환기와, 상기 냉온수측 열교환기와 연결되는 사방밸브와, 상기 사방밸브와 연결되는 압축기를 포함하는 히트펌프유닛; 및
상기 지중열교환유닛과 히트펌프유닛을 연결하고, 히트펌프유닛 내부를 연결하여 지열수, 냉매 및 냉온수를 순환시키기 위한 배관을 포함하되,
상기 압축기로 들어가는 저압의 기체 냉매와 고압의 지열측 열교환기 또는 냉온수측 열교환기를 나온 액체 냉매 사이에 냉매열교환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하고,
상기 압축기에 연결되는 배관은,
압축기에 형성된 결합공에 삽입 결합되는 결합부와, 압축기 결합공의 외주 주변과 접촉을 위한 것으로 상기 결합부의 단부에서 외측으로 연결 확장 형성된 확장부와, 그리고 상기 확장부 외측으로 연결 형성되는 플렌지부를 포함하여 이루어지고,
상기 압축기 외측 결합공 주변으로 고정나사가 일체형성되고,
상기 고정나사가 상기 플렌지부에 형성된 관통공에 삽입 후 고정너트 조임을 통해 압축기와 배관 연결이 이루어지는 것을 특징으로 하고,
상기 압축기와 배관 연결주변에는 방수수단이 더 구비되되,
상기 방수수단은 압축기 외주면과 이와 마주하는 확장부 외주면에 각각 형성되는 방수부재와, 상기 방수부재 사이에 마련되는 패킹층과, 그리고 상기 패킹층이 방수부재의 중앙부에만 형성됨으로써 방수부재가 외부로 노출되게 되는 공간인 패킹스트립으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉매열교환을 통한 고효율 지열히트펌프시스템.Underground heat exchange unit embedded in the ground;
A geothermal heat exchanger connected to the underground heat exchange unit, an expansion valve connected to the geothermal side heat exchanger, a cold / hot water side heat exchanger connected to the expansion valve, a four-way valve connected to the cold / hot water side heat exchanger, and a four-way valve A heat pump unit including a compressor; And
The underground heat exchange unit and the heat pump unit is connected, and the inside of the heat pump unit includes a pipe for circulating geothermal water, refrigerant and cold and hot water,
Refrigerant heat exchange is performed between the low pressure gas refrigerant entering the compressor and the liquid refrigerant from the high pressure geothermal side heat exchanger or cold and hot water side heat exchanger,
Piping is connected to the compressor,
A coupling part inserted into and coupled to a coupling hole formed in the compressor, an extension part connected to the outer periphery of the compressor coupling hole and extending outwardly from an end of the coupling part, and a flange part connected to the extension part and formed outside the coupling part. Done by
A fixing screw is integrally formed around the outer coupling hole of the compressor,
After the fixing screw is inserted into the through hole formed in the flange portion, characterized in that the connection between the compressor and the pipe through the tightening of the fixing nut,
Waterproofing means is further provided around the compressor and the pipe connection,
The waterproof means may include a waterproof member formed on the outer circumferential surface of the compressor and an outer circumferential surface facing the compressor, a packing layer provided between the waterproof member, and the packing layer formed only at a central portion of the waterproof member. High efficiency geothermal heat pump system through the refrigerant heat exchange, characterized in that consisting of a packing strip which is a space. 제 1 항에 있어서,
상기 냉매열교환은 배관을 이중관으로 형성함으로써 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉매열교환을 통한 고효율 지열히트펌프시스템.The method of claim 1,
The refrigerant heat exchange is a high efficiency geothermal heat pump system through the refrigerant heat exchange, characterized in that formed by forming a double pipe. 삭제delete 삭제delete
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