KR101724536B1 - 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치 - Google Patents

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박윤철
고광수
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제주대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 다양한 열원을 이용하여 축열 및 난방할 수 있으며, 상황에 맞게 다양한 운전을 선택가능한 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치를 위하여, 태양열 집열부와, 상기 태양 집열부와 열매체를 교환하도록 배관되는 축열조와, 상기 축열조와 열매체를 교환하도록 배관되는 열교환기와, 상기 축열조와 교환하도록 배관되며 실내에 설치되는 제1히팅 팬코일 유닛과, 상기 열교환기와 배관되며 상기 실내에 설치되는 제1쿨링 팬코일 유닛과, 상기 제1쿨링 팬코일 유닛과 상기 열교환기에 각각 배관되는 압축부와, 상기 실내에 설치되며 압축부와 배관되는 제2히팅 팬코일 유닛과, 상기 제2히팅 팬코일 유닛과 상기 열교환기 사이에 위치하여 상기 제2히팅 팬코일 유닛과 상기 열교환기에 각각 배관되는 팽창밸브와, 실외에 설치되고, 상기 팽창밸브와 상기 압축부 사이에 위치하여, 상기 팽창밸브와 상기 압축부에 각각 배관되는 제2클링 팬코일 유닛과, 상기 실내의 온도를 측정하도록 상기 실내에 설치되는 실내 온도센서와, 상기 실내의 온도가 기설정된 온도보다 높으면 상기 실내 또는 상기 실외의 열을 상기 축열조에 저장하는 축열운전을 하며, 상기 실내의 온도가 기설정된 온도보다 낮으면 상기 축열조의 열을 이용하여 상기 실내를 덥히거나 외기를 열원으로 히트펌프 사이클을 가동하여 난방운전하는 제어부를 포함하는 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치를 제공한다.

Description

공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치{Heat storage and heating systems}
본 발명은 히트펌프 시스템을 포함한 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치에 관한 것이다.
일반적으로 동절기에 농산물을 생산하기 위해 사용하는 가온 온실은 야간에 내부온도를 작물 생육에 적합한 온도로 유지하기 위하여 유류나 가스 또는 전기에너지를 사용하는 온풍난방기나 온수보일러와 같은 난방장치를 구비하여 난방을 실시하고 있으나, 국제유가의 상승으로 시설원예 농가의 생산비 중 광열비가 차지하는 비중이 높아져 농가수익 감소의 주요 원인이 되고 있다.
한편 난방이 필요한 동절기에도 주간에는 태양 복사열로 인해 온실의 내부가 작물의 생육 적온 범위의 상한온도 이상으로 과열되어 환기를 하는 농가가 대부분이며, 이로 인하여 생산량 증대를 위해 온실에 시용한 이산화탄소가 유출되어 이산화탄소 시용 비용이 증가하는 원인이 되고 있다.
최근 온실의 경제적 난방을 위하여 공기열원 히트펌프를 사용하는 농가가 증가하고 있으나 공기 대 공기 히트펌프는 온실의 난방부하가 커지는 동절기 야간에 외부공기를 열원으로 사용하므로 성능저하와 과부하로 인한 고장 등의 문제가 발생하고 있으며, 공기 대 물 히트펌프는 야간에 비해 상대적으로 고온인 주간의 외부공기를 열원으로 축열을 하는 경우가 있으나 기존 유류난방기 등과 비교할 때 성능에 비해 설치비가 고가이다. 또한 기존의 온실 공조는 동절기에 가온을 위한 난방기와 하절기에 냉방을 위한 냉방기를 모두 구비하여 사용함으로써 농가의 시설비 부담 증가의 원인이 되고 있다.
공개특허 제10-2010-0052427호 (2010.05.19.) 등록특허 제10-1292628호 (2013.07.24.)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 다양한 열원을 이용하여 축열 및 난방할 수 있으며, 상황에 맞게 다양한 운전을 선택가능한 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치를 제공할 수 있다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따르면, 태양열 집열부와, 상기 태양 집열부와 열매체를 교환하도록 배관되는 축열조와, 상기 축열조와 열매체를 교환하도록 배관되는 열교환기와, 상기 축열조와 교환하도록 배관되며 실내에 설치되는 제1히팅 팬코일 유닛과, 상기 열교환기와 배관되며 상기 실내에 설치되는 제1쿨링 팬코일 유닛과, 상기 제1쿨링 팬코일 유닛과 상기 열교환기에 각각 배관되는 압축부와, 상기 실내에 설치되며 압축부와 배관되는 제2히팅 팬코일 유닛과, 상기 제2히팅 팬코일 유닛과 상기 열교환기 사이에 위치하여 상기 제2히팅 팬코일 유닛과 상기 열교환기에 각각 배관되는 팽창밸브와, 실외에 설치되고, 상기 팽창밸브와 상기 압축부 사이에 위치하여, 상기 팽창밸브와 상기 압축부에 각각 배관되는 제2클링 팬코일 유닛과, 상기 실내의 온도를 측정하도록 상기 실내에 설치되는 실내 온도센서와, 상기 실내의 온도가 기설정된 온도보다 높으면 상기 실내 또는 상기 실외의 열을 상기 축열조에 저장하는 축열운전을 하며, 상기 실내의 온도가 기설정된 온도보다 낮으면 상기 축열조의 열을 이용하여 상기 실내를 덥히거나 외기를 열원으로 히트펌프 사이클을 가동하여 난방운전하는 제어부를 포함하는 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치이 제공된다.
상기 축열운전은, 상기 제1쿨링 팬코일 유닛, 상기 압축부, 상기 열교환기를 거쳐 다시 제1쿨링 팬코일 유닛으로 열매체를 순환시키고, 상기 축열조와 상기 열교환기에 다른 열매체를 순환시켜, 상기 실내의 열을 상기 축열조에 저장하는 잉여열원 축열운전을 포함할 수 있다.
상기 난방운전은, 상기 실내의 온도가 기 설정된 온도 이하가 되고, 상기 축열조의 온도가 소정의 온도 이상이면, 상기 축열조, 상기 제1히팅 팬코일 유닛으로 열매체를 순환시켜, 상기 실내를 난방하는 직수운전을 포함할 수 있다.
상기 난방운전은, 상기 실내의 온도가 기 설정된 온도 이하이면, 상기 압축부, 상기 제2히팅 팬코일 유닛, 상기 팽창밸브, 상기 제2쿨링 팬코일 유닛으로 열매체를 순환시키는 히트펌프 사이클을 가동하는 공기열원 난방운전을 포함할 수 있다.
상기 난방운전은, 상기 실내의 온도가 기 설정된 온도 이하이면, 상기 압축부, 상기 제2히팅 팬코일 유닛, 상기 팽창밸브, 상기 열교환기로 열매체를 순환시키는 히트펌프 사이클을 가동하고, 축열조와 열교환기로 다른 열매체를 순환시키는, 수열원 난방운전을 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 열교환기의 표면에 얼음이 생기면 상기 수열원 난방운전을 수행할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 다양한 열원을 이용하여 축열 및 난방할 수 있으며, 상황에 맞게 다양한 운전을 선택가능한 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치를 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치를 개략적으로 도시한 회로도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
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.
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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서 실내에 설치되었다고 지칭한 구성 외에는 실외에 설치될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치는 동절기에 채소나 화훼를 재배하기 위한 통상의 시설원예용 온실에 설치될 수 있다. 또는 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치는 온실을 포함할 수도 있다. 물론 시설원에용 온실에 한정하는 것은 아니며, 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치가 필요한 공간일 수도 있다. 이하에서 설명을 용이하게 하기 위하여 이하에서 온실의 내부를 실내, 외부를 실외로 지칭한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치를 개략적으로 도시한 회로도이다. 본 실시예에 따른 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치는 태양열 집열부(10), 축열조(20), 열교환기(30), 팽창밸브(70), 제1히팅 팬코일 유닛(41), 제1쿨링 팬코일 유닛(42), 제2히팅 팬코일 유닛(43), 제2쿨링 팬코일 유닛(44), 압축부(80), 실내 온도센서(60) 및 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.
태양열 집열부(10)는 내부에 열매체를 저장하여 태양열에 의해 가열함으로써 온도를 높이도록 한 것으로, 열매체의 온도를 태양열에 의해 높인 후에 열매체 배관(11, 12)으로 보내도록 한 것이고, 이중관의 형태로 구성할 수 있고 히트파이프의 형태로 구성할 수도 있다.
축열조(20)는 열매체가 순환하도록 두 개의 배관에 의해 태양열 집열부(10)와 연결된다. 보다 구체적으로 축열조(20)는 복수로 이루어지며, 그다지 높지 않은 일정한 높이의 축열조(20)를 일정간격을 두고 나란히 배치하여 설치한 것으로서, 내부에는 난방수인 열매체(예컨대 물)이 저장되어 있고, 하단부와 상단부에 각각 열매체 배관(11, 12)에 의해 태양열 집열부(10)와 연결된다. 여기서 열매체 배관(11, 12)은 유동하는 열매체의 온도를 측정하기 위한 온도계가 부착될 수 있다. 또한, 두 개의 열매체 배관(11, 12) 중 적어도 어느 하나는 열매체를 유동시키기 위한 펌프와, 유량을 측정하기 위한 유량계가 부착될 수 있다.
따라서 열매체는 태양열 집열부(10)에서 태양열에 의해 가열된 다음에, 상부 열매체 배관(11)을 통해 축열조(20)로 공급되고, 하부 열매체 배관(12)을 통해 다시 태양열 집열부(10)로 회수된다. 이렇게 열매체가 태양열 집열부(10)와 축열조(20)를 순환함에 따라 난방수를 데워 축열조(20)에 열이 저장된다.
이때, 태양열 집열부(10)에서 축열조(20)로 열을 저장하는 열저장운전은 축열조(20)의 온도보다 태양열 집열부(10)의 온도가 높으면 나중에 설명할 다른 운전에 상관없이 계속 운전될 수 있다.
또한, 복수의 축열조(20)는 상호 연결되어 성층화될 수 있다. 예컨대, 태양열 집열부(10)에 연결된 순서대로 제1축열조(21), 제2축열조(22)라 하면, 제1축열조(21)의 평균온도가 약 60℃, 제2축열조(22)의 평균온도가 약 65℃로 이루어져 성층화될 수 있다. 물론 이에 한정하는 것은 아니며, 축열조(20)는 3개 이상일 수 있다.
이로 인해, 사용자는 실내를 가열하기 위하여 제1축열조(21) 내지 제2축열조(22)의 온도를 조합하여 원하는 온도로 실내를 가열할 수 있다.
열교환기(30)는 열매체를 교환하도록 축열조(20)와 배관될 수 있다. 즉, 열교환기(30)는 파이프나 튜브 등에 의해 축열조(20)와 연결될 수 있다. 구체적으로 열교환기(30)는 열매체를 동시에 주고 받을 수 있도록 두 개의 파이프에 의해 축열기와 연결된다.
이러한 열교환기(30)는 히트펌프 사이클 또는 냉방 사이클에서 응축기나 증발기 역할을 할 수 있다. 구체적으로 열교환기(30)는 축열조(20)에 열을 저장할 때 응축기 역할을 하며, 실내에 열을 공급할 때 증발기 역할을 할 수 있다.
그리고 열교환기(30)는 축열조(20)와 교환하는 열매체와, 후술할 히트펌프 사이클을 순환하는 열매체가 섞이지 않도록 분리하여 유동시킬 수 있다. 즉 열교환기(30)는 분리형 열교환기(30)이며, 축열조(20)와 교환하는 열매체(이하 제1열매체)와 히트펌프 사이클을 순환하는 열매체(이하 제2열매체)간에 열교환이 이루어진다.
제1히팅 팬코일 유닛(41)은 축열조(20)와 열교환하도록 배관되며, 비닐하우스 등의 실내에 설치될 수 있다.
이때, 단순하게 배관하기 위하여 삼발 밸브들이 파이프들에 설치된다. 구체적으로 제1삼방 밸브(91)는 축열조(20), 열교환기(30) 및 제1히팅 팬코일 유닛(41) 사이에 설치되어 이들을 연결한다. 그리고 제2삼방 밸브(92)는 축열조(20), 열교환기(30) 및 제1히팅 팬코일 유닛(41) 사이에 설치되어 이들을 연결한다.
즉 제1열매체는 축열조(20)에서 나와 제1삼방 밸브(91)를 거쳐 제1히팅 팬코일 유닛(41)으로 유동하거나 열교환기(30)로 유동하고, 다시 제2삼방 밸브(92)를 거쳐 축열조(20)로 회수된다.
예를 들어, 제1삼방 밸브(91)와 제2삼방 밸브(92)가 축열조(20)와 제1히팅 팬코일 유닛(41)을 연결하면, 제1열매체는 축열조(20), 제2삼방 밸브(92), 제1히팅 팬코일 유닛(41), 제1삼방 밸브(91), 다시 축열조(20)로 순환된다.
다른 예로, 제1삼방 밸브(91)와 제2삼방 밸브(92)가 축열조(20)와 열교환기(30)를 연결하면, 제1열매체는 축열조(20), 제2삼방 밸브(92), 열교환기(30), 제1삼방 밸브(91), 다시 축열조(20)로 순환된다.
이때, 복수의 축열조(20)를 제1히팅 팬코일 유닛(41) 및 열교환기(30)에 연결하기 위하여 제3삼방 밸브(93)가 더 구비된다. 제3삼방 밸브(93)는 제1축열조(21), 제2축열조(22) 및 제2삼방 밸브(92)와 연결된다. 따라서 고온 열원이 필요한 경우(예컨대 후술할 직수운전) 제2축열조(22)와 제2삼방 밸브(92)를 연결하고, 저온 열원이 필요한 경우(예컨대 후술할 축열운전) 제1축열조(21)와 제2삼방 밸브(92)를 연결한다.
제1쿨링 팬코일 유닛(42)은 열교환기(30)와 배관되며 실내에 설치된다. 구체적으로 제1쿨링 팬코일 유닛(42)과 열교환기(30)는 파이프에 의해 연결된다. 연결된다.
압축부(80)는 제1쿨링 팬코일 유닛(42)과 열교환기(30)에 각각 배관될 수 있다. 구체적으로 압축부(80)와 제1쿨링 팬코일 유닛(42)은 파이프에 의해 연결되고, 압축부(80)와 열교환기(30)는 파이프에 의해 연결된다. 따라서 제2열매체는 압축부(80), 열교환기(30) 제1쿨링 팬코일 유닛(42)을 순환할 수 있다.
이때, 압축부(80)는 기체 상태의 제2열매체를 압축하는 것보다 액체 상태의 제2열매체를 압축해야 효율이 상승한다. 따라서 압축부(80)는 기체 또는 기액 혼합 상태의 제2열매체를 받아, 액체 상태의 제2열매체를 내보내는 축적기(82)를 더 포함할 수 있다. 제2열매체는 축적기(82)를 거쳐 압축기(81)로 유동한다. 축적기(82)와 압축기(81)는 제1내부 배관(510)에 의해 연결된다.
이때 압축부(80)는 열교환기(30)로부터 제2열매체를 받거나, 제1쿨링 팬코일 유닛(42)으로부터 제2열매체를 받을 수 있다. 따라서 압축부(80)는 어느 방향으로부터 유체를 받아도 축적기(82)를 거쳐 압축기(81)로 제2유체를 유동하기 위한 4-way 밸브(83)를 더 포함할 수 있다.
4-way 밸브(83)는 열교환기(30), 제1쿨링 팬코일 유닛(42), 압축기, 축적기와 각각 연결될 수 있다. 이때, 4-way 밸브(83)와 압축기(81)는 제2내부 배관(520)에 의해 연결되고, 4-way 밸브(83)와 축적기(82)는 제3내부 배관(530)에 의해 연결된다.
제2히팅 팬코일 유닛(43)은 실내에 설치되며, 압축부(80)와 배관될 수 있다. 즉, 제2히팅 팬코일 유닛(43)과 압축부(80)는 파이프에 이해 연결될 수 있다.
팽창밸브(70)는 제2열매체가 유동하도록 열교환기(30)와 배관될 수 있다. 이러한 팽창밸브(70)는 Thermal expansion valve일 수 있다. 또는 팽창밸브(70)는 전자식 팽창밸브(70)(EEV)일 수 있다.
제2쿨링 팬코일 유닛(44)은 실외에 설치되고, 팽창밸브(70)와 압축부(80) 사이에 위치하여, 팽창밸브(70)와 압축부(80)에 각각 배괸될 수 있다. 여기서 제2쿨링 팬코일 유닛(44)은 히트펌프 시스템에서 응축기 역할을 할 수 있다.
한편, 배관을 단순하게 하기 위하여, 삼방 밸브들이 파이프들에 설치된다.
구체적으로 제4삼방 밸브(94)는 제1쿨링 팬코일 유닛(42)과 열교환기(30) 사이에 설치되어 이들을 연결한다. 그리고 제5삼방 밸브(95)는 제4삼방 밸브(94), 팽창밸브(70), 제2쿨링 팬코일 유닛(44) 사이에 설치되어, 이들을 연결한다.
또한, 제6삼방 밸브(96)는 팽창밸브(70), 제1쿨링 팬코일 유닛(42), 제2히팅 팬코일 유닛(43) 사이에 설치되어, 이들을 연결한다. 그리고 제7삼방 밸브(97)는 열교환기(30), 제2쿨링 팬코일 유닛(44), 압축부(80) 사이에 설치되어, 이들을 연결한다.
제어부는 실내의 온도가 기설정된 온도보다 높으면 실내 또는 실외의 열을 축열조(20)에 저장하는 축열운전을 하며, 실내의 온도가 기설정된 온도보다 낮으면 축열조(20)의 열을 이용하여 실내를 덥히거나 외기를 열원으로 히트펌프 사이클을 가동하여 난방운전할 수 있다. 즉, 제어부는 실내 온도센서(60)에서 측정된 온도를 파악하여 운전모드를 선택할 수 있다.
여기서 제어부는 전술한 구성요소들을 제어하여 운전 모드에 따라 제2열매체를 순환시킬 수 있다. 또한, 제어부는 유량계, 펌프와도 연결되어 이들을 제어할 수 있다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치의 운전 모드를 설명한다.
도 2는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치의 운전을 개략적으로 도시한 회로도이다.
본 실시예에 따른 축열운전은 실내의 온도가 기 설정된 온도보다 높으면 실내의 열을 축열조(20)에 저장하는 잉여열원 축열운전을 포함할 수 있다. 실내가 기설정된 온도보다 높은 온도로 유지되면, 작물의 생육에 악영향을 끼칠 수 있다. 따라서 실내의 열을 히트펌프 시스템을 이용하여 제거함과 동시에 이를 축열조(20)에 저장하여 활용할 수 있다.
구체적으로 잉여열원 축열운전은 제1쿨링 팬코일 유닛(42), 압축부(80), 열교환기(30)를 거쳐 다시 제1쿨링 팬코일 유닛(42)으로 제2열매체를 순환시키는 사이클을 가동한다. 그리고 잉여열원 축열운전은 축열조(20)와 열교환기(30)에 제1열매체를 순환시키는 사이클을 가동한다.
보다 구체적으로 제2열매체는 제1쿨링 팬코일 유닛(42), 제6삼방 밸브(96), 압축부(80), 열교환기(30)를 거쳐 다시 제1쿨링 팬코일 유닛(42)으로 순환한다. 그리고 제1열매체는 축열조(20)에서 열교환기(30)를 거쳐 다시 축열조(20)로 순환한다. 이때, 열교환기(30)에서 제2열매체의 열이 제1열매체로 전달된다.
따라서 실내의 잉여 열은 열교환기(30)를 통해 축열조(20)에 저장될 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치의 난방운전을 개략적으로 도시한 회로도이다.
난방운전은 실내의 온도가 기 설정된 온도 이하가 되고, 축열조(20)의 온도가 소정의 온도 이상이면, 축열조(20), 제1히팅 팬코일 유닛(41)으로 제1열매체를 순환시켜, 실내를 난방하는 직수운전을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 직수 운전은 제1열매체를 고온인 제2축열조(22), 제2삼방 밸브(92), 제3삼방 밸브(93), 제1히팅 팬코일 유닛(41)으로 보내 실내를 난방한다. 그리고 직수 운전은 제1열매체를 제1히팅 팬코일 유닛(41), 제1삼방 밸브(91), 제1축열조(21)로 회수한다. 이때, 제2축열조(22)보다 상대적으로 저온인 제1축열조(21)로 회수된 제1열매체는 제1축열조(21)에서 태양열 집열부(10)에 의해 가열된 후 제2축열조(22)로 유동할 수 있다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치의 난방운전을 개략적으로 도시한 회로도이다.
난방운전은 실내의 온도가 기 설정된 온도 이하이면, 압축부(80), 제2히팅 팬코일 유닛(43), 팽창밸브(70), 제2쿨링 팬코일 유닛(44)으로 열매체를 순환시키는 히트펌프 사이클을 가동하는 공기열원 난방운전을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 공기열원 난방운전은 제2열매체를 압축부(80), 제6삼방 밸브(96), 제2히팅 팬코일 유닛(43), 팽창밸브(70), 제5삼방 밸브(95), 제2쿨링 팬코일 유닛(44), 제7삼방 밸브(97) 순으로 유동시킨다. 이때, 제2히팅 팬코일 유닛(43)은 히트펌프 사이클에서 증발기 역할을 하며, 제2쿨링 팬코일 유닛(44)은 응축기 역할을 한다.
따라서 외기를 열원으로 하여 실내를 난방할 수 있다.
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치의 난방운전을 개략적으로 도시한 회로도이다.
난방운전은 실내의 온도가 기 설정된 온도 이하이면, 압축부(80), 제2히팅 팬코일 유닛(43), 팽창밸브(70), 열교환기(30)로 제2열매체를 순환시키는 히트펌프 사이클을 가동하고, 동시에 축열조(20)와 열교환기(30)로 다른 제1 열매체를 순환시키는 사이클을 포함하는 수열원 난방운전을 포함할 수 있다.
보다 구체적으로 수열원 난방운전은 제2열매체를 압축부(80), 제6삼방 밸브(96), 제2히팅 팬코일 유닛(43), 팽창밸브(70), 제5삼방 밸브(95), 제4삼방 밸브(94), 열교환기(30), 제7삼방 밸브(97), 압축부(80) 순으로 순환시켜 히트펌프 사이클을 완성할 수 있다. 그리고 수열원 난방운전은 제1열매체를 제2축열조(22), 제2삼방 밸브(92), 제3삼방 밸브(93), 열교환기(30), 제1삼방 밸브(91), 제1축열조(21) 순으로 순환시킬 수 있다. 제1열매체는 제1축열조(21)에서 데워져 제2축열조(22)로 유동된다.
따라서 제1열매체의 열은 열교환기(30)에서 제2열매체로 전달되어, 축열조(20)의 열을 열원으로하여 실내를 난방할 수 있다.
특히, 수열원 난방 운전은 열교환기(30)의 온도가 기준 이하로 내려갔을 때 수행될 수 있다.
보다 구체적으로 도 4에 도시된 공기열원 난방운전의 경우에는 공기열원(외기)의 온도가 낮아지면 열교환기(30)의 표면에 얼음이 생겨 히트펌프의 COP가 감소하게 된다.
따라서 눈이 오거나 한파로 인해 열교환기(30)의 표면에 얼음이 생기면 축열조(20)에 저장된 수열원을 이용하여 수열원 난방운전을 가동한다. 수열원 난방운전을 가동할메 따라 열교환기(30) 표면에 얼음이 제거될 수 있다. 그리고 열교환기(30)의 표면에 얼음이 제거되면 다시 공기열원 난방운전을 수행한다. 즉 제어부는 열교환기(30)의 표면에 얼음이 생기면 수열원 난방운전을 수행하고, 수행 후 얼음이 제거되면 다시 공기열원 난방운전을 수행한다. 이처럼 상황에 따른 다양한 운전을 선택적으로 수행함에 따라 COP를 상당히 향상시킬 수 있다.
한편, 태양열 집열부(10)에서 축열조(20)로 열을 저장하는 열저장운전은 축열조(20)의 온도보다 태양열 집열부(10)의 온도가 높으면 축열운전과 관계없이 운전될 수 있다.
한편, 제어부는 전술한 실시예들에 따른 축열운전과 난방운전을 실내의 온도, 실외의 온도, 태양열 집열부(10)의 온도, 축열조(20)의 온도에 맞추어 선택적으로 운전할 수 있다. 또한, 제어부는 전술한 각 운전을 위하여, 각 밸브들, 펌프 등을 적절히 제어할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 태양열 집열관 20: 축열조
30: 열교환기 41: 제1히팅 팬코일 유닛
42: 제1쿨링 팬코일 유닛 43: 제2히팅 팬코일 유닛
44: 제2쿨링 팬코일 유닛 60: 실내 온도센서
70: 팽창밸브 80: 압축부

Claims (6)

  1. 태양열 집열부;
    상기 태양열 집열부와 열매체를 교환하도록 배관되는 축열조;
    상기 축열조와 열매체를 교환하도록 배관되는 열교환기;
    상기 축열조와 교환하도록 배관되며, 실내에 설치되는 제1히팅 팬코일 유닛;
    상기 열교환기와 배관되며, 상기 실내에 설치되는 제1쿨링 팬코일 유닛;
    상기 제1쿨링 팬코일 유닛과 상기 열교환기에 각각 배관되는 압축부;
    상기 실내에 설치되며, 압축부와 배관되는 제2히팅 팬코일 유닛;
    상기 제2히팅 팬코일 유닛과 상기 열교환기 사이에 위치하여, 상기 제2히팅 팬코일 유닛과 상기 열교환기에 각각 배관되는 팽창밸브;
    실외에 설치되고, 상기 팽창밸브와 상기 압축부 사이에 위치하여, 상기 팽창밸브와 상기 압축부에 각각 배관되는 제2쿨링 팬코일 유닛;
    상기 실내의 온도를 측정하도록 상기 실내에 설치되는 실내 온도센서; 그리고
    상기 실내의 온도가 기설정된 온도보다 높으면 상기 실내 또는 상기 실외의 열을 상기 축열조에 저장하는 축열운전을 하며, 상기 실내의 온도가 기설정된 온도보다 낮으면 상기 축열조의 열을 이용하여 상기 실내를 덥히거나 외기를 열원으로 히트펌프 사이클을 가동하여 난방운전하는 제어부;
    를 포함하는 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 축열운전은,
    상기 제1쿨링 팬코일 유닛, 상기 압축부, 상기 열교환기를 거쳐 다시 제1쿨링 팬코일 유닛으로 열매체를 순환시키고, 상기 축열조와 상기 열교환기에 다른 열매체를 순환시켜, 상기 실내의 열을 상기 축열조에 저장하는 잉여열원 축열운전을 포함하는, 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 난방운전은,
    상기 실내의 온도가 기 설정된 온도 이하가 되고, 상기 축열조의 온도가 소정의 온도 이상이면, 상기 축열조, 상기 제1히팅 팬코일 유닛으로 열매체를 순환시켜, 상기 실내를 난방하는 직수운전을 포함하는, 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 난방운전은,
    상기 실내의 온도가 기 설정된 온도 이하이면, 상기 압축부, 상기 제2히팅 팬코일 유닛, 상기 팽창밸브, 상기 제2쿨링 팬코일 유닛으로 열매체를 순환시키는 히트펌프 사이클을 가동하는 공기열원 난방운전을 포함하는, 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 난방운전은,
    상기 실내의 온도가 기 설정된 온도 이하이면, 상기 압축부, 상기 제2히팅 팬코일 유닛, 상기 팽창밸브, 상기 열교환기로 열매체를 순환시키는 히트펌프 사이클을 가동하고, 축열조와 열교환기로 다른 열매체를 순환시키는, 수열원 난방운전을 포함하는, 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 열교환기의 표면에 얼음이 생기면 상기 수열원 난방운전을 수행하는, 공기열원 및 수열원을 이용한 축열 및 난방 장치.
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