KR101921062B1

KR101921062B1 - 건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템

Info

Publication number: KR101921062B1
Application number: KR1020180053768A
Authority: KR
Inventors: 유병기
Original assignee: (주)유천써모텍
Priority date: 2018-05-10
Filing date: 2018-05-10
Publication date: 2018-11-22

Abstract

본 발명은 건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 온도성층형 급탕탱크의 상부공간에 충진되는 고온수(급탕수)을 2개 이상의 열교환기를 이용하여 이중으로 가열하여 용이하게 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 온도성층형 급탕탱크의 상부공간에 충진되는 급탕의 충진량 및 온도를 일정하게 조절할 수 있고, 특히 온도성층형 급탕탱크의 하부공간에 충진되는 저온수(급수) 온도가 일정 온도 이상이 되면 냉매(압축기로부터 배출되어 디수퍼히터를 경유한 고온 상태의 냉매)가 저온수(일정 온도 이상으로 상승한 저온수)와 열교환하지 않고 그 순환방향으로 바이패스시켜 냉매의 순환이 원활하게 이루어지도록 함으로써, 히트펌프 시스템의 작동 효율을 향상시킬 수 있도록 한 건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템을 제공하고자 한 것이다.

Description

건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템{Heat pump system using unused heat source}

본 발명은 건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 온도성층화 급탕탱크로 급수되는 물을 2개 이상의 열교환기를 이용하여 용이하게 급탕 가열할 수 있고, 온수를 급탕 가열하는 급수 열원인 냉매의 과냉각 및 냉매의 순환 흐름이 원활하게 이루어질 수 있도록 한 건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 히트펌프 시스템은 압축기, 응축기, 증발기 그리고 팽창밸브 등을 순환하는 냉매가 유체(기체, 액체 등)와 열교환을 하여 난방과 냉방이 이루어지도록 함은 물론, 온수 공급을 위하여 생활용수(물탱크내의 수도물 등)와의 열교환을 통한 급탕 기능을 수행하는 시스템을 말한다.

이러한 히트펌프 시스템에서 급탕(온수)을 공급하기 위해 디슈퍼히터(급탕열교환기)기 포함된다.

상기 히트펌프 시스템의 냉방 작동 원리를 보면, 증발기를 통과하는 액체 냉매가 실내 공기로부터 열을 빼앗아 증발하는 동시에 열을 빼앗긴 실내공기가 차가운 상태가 되어 냉방을 요하는 장소로 순환되도록 함으로써, 실내 냉방이 이루어진다.

상기 히트펌프 시스템의 난방 작동 원리를 보면, 압축기에서 토출된 고온 고압의 가스 상태 냉매가 열교환기로 들어가서 실내측 공기와 열교환을 함으로써, 실내 난방이 이루어진다.

또한, 상기 히트펌프 시스템의 급탕 작동 원리를 보면, 압축기를 통과한 고온의 냉매가 디수퍼히터를 경유하고, 이와 동시에 저온의 물이 디수퍼히터를 통과할 때, 고온의 냉매와 저온의 물이 열교환을 함으로써, 저온의 물이 온수로 급탕 가열되는 급탕 기능이 수행된다.

본원 출원인은 위와 같은 히트펌프 시스템을 기본 구성으로 포함하되, 열매체(냉매)의 잉여에너지를 이용하여 급탕 예열이 가능하도록 한 온도성층형 급탕탱크를 이용한 급탕예열 및 과냉각 히트펌프시스템을 특허 출원(대한민국 특허출원 제10-2017-0155883호)한 바 있다.

그러나, 온도성층형 급탕탱크의 상부공간에 충진되는 고온수(급탕수) 충진량 및 온도가 일정하게 유지되지 않는 단점이 있고, 특히 온도성층형 급탕탱크의 하부공간에 충진되는 저온수(급수) 온도가 일정 온도 이상이 되면 냉매(압축기로부터 배출되어 디수퍼히터를 경유한 고온 상태의 냉매)가 급수(일정 온도 이상으로 상승한 저온수)와의 열교환으로 원활하게 과냉각되지 않는 단점이 있었다.

결국, 온도성층형 급탕탱크에 충진되는 급탕의 충진량 및 온도 조절이 일정하게 이루어지지 않게 되고, 냉매의 순환이 원활하게 이루어지지 않게 됨으로써, 히트펌프 시스템의 작동 효율이 떨어지는 단점이 있었다.

대한민국 특허출원 제10-2017-0155883호(2017.11.21)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 온도성층형 급탕탱크의 상부공간에 충진되는 고온수(급탕수)을 2개 이상의 열교환기를 이용하여 이중으로 가열하여 용이하게 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 온도성층형 급탕탱크의 상부공간에 충진되는 급탕의 충진량 및 온도를 일정하게 조절할 수 있고, 특히 온도성층형 급탕탱크의 하부공간에 충진되는 저온수(급수) 온도가 일정 온도 이상이 되면 냉매(압축기로부터 배출되어 디수퍼히터를 경유한 고온 상태의 냉매)가 저온수(일정 온도 이상으로 상승한 저온수)와 열교환하지 않고 그 순환방향으로 바이패스시켜 냉매의 순환이 원활하게 이루어지도록 함으로써, 히트펌프 시스템의 작동 효율을 향상시킬 수 있도록 한 건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은: 하부공간에 저온수가 충진된 상태에서 저온수 위쪽의 상부공간에 고온수가 충진되어, 고온수와 저온수가 상존하는 온도성층형 급탕탱크; 입구에 상기 온도성층형 급탕탱크의 하부공간으로부터 연장된 저온수 배출라인이 연결되고, 출구에는 가열수 공급라인이 연결되며, 저온수 배출라인으로부터의 저온수를 냉매경로내의 냉매와 열교환을 시켜 1차로 가열하는 제1열교환기; 입구는 상기 제1열교환기의 출구와 가열수 공급라인을 매개로 연결되고, 출구는 고온수 공급라인을 매개로 상기 온도성층형 급탕탱크의 상부공간과 연결되며, 상기 제1열교환기에서 1차 가열된 가열수를 급탕열매체와의 열교환을 통해 2차로 가열한 후 고온수 공급라인으로 토출시키는 제2열교환기; 상기 제2열교환기와 제1급탕열매체 순환라인을 매개로 연결되어, 1차 가열된 가열수를 2차로 가열하기 위한 급탕열매체를 제2열교환기로 순환시키는 디수퍼히터; 상기 디수퍼히터에 급탕열매체와의 열교환을 위한 고온 냉매를 공급하는 압축기; 상기 압축기의 냉매 출구와 디수퍼히터의 냉매 입구 간에 연결되어, 급탕열매체와의 열교환을 위한 압축기로부터의 고온 냉매를 디수퍼히터로 공급하는 제1냉매순환라인; 상기 디수퍼히터의 냉매 출구와 제2냉매순환라인을 매개로 연결되는 제1입구를 포함하는 사방변; 상기 사방변의 제1출구와 제3냉매순환라인을 매개로 연결되는 제3열교환기; 상기 제3열교환기의 냉매경로와 상기 제1열교환기의 냉매경로 간에 연결되는 제4냉매순환라인; 상기 제1열교환기의 냉매경로와 제5냉매순환라인을 매개로 연결되는 동시에 상기 사방변과 제6냉매순환라인을 매개로 연결되며, 상기 디수퍼히터와 부하를 사이에 두고 제2급탕열매체 순환라인을 매개로 연결되는 부하 열교환기; 및 상기 사방변과 압축기의 입구 간에 연결되는 제7냉매순환라인; 을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템을 제공한다.

바람직하게는, 상기 제2열교환기와 상기 온도성층형 급탕탱크의 상부공간 간에 연결되는 고온수 공급라인에는 유량조절밸브와 온도센서가 장착되어, 이 온도센서에서 감지되는 고온수의 온도에 따라 제어기에서 유량조절밸브의 개폐도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3열교환기에는 냉매의 과냉각을 위한 지중열원 순환라인이 연결되고, 이 지중열원 순환라인의 입구측에는 지중열매체 개폐밸브가 장착되며, 이 지중열매체 개폐밸브의 개폐는 고온수 공급라인에 장착된 온도센서에서 감지되는 고온수의 온도에 따라 제어기에서 제어하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 제4냉매순환라인와 상기 제5냉매순환라인 간에는 제1열교환기의 냉매경로를 벗어난 바이패스 라인이 연결된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 바이패스라인에는 제1냉매개폐밸브가 장착되고, 바이패스라인을 지나서 제1열교환기의 냉매경로에 연결되는 제4냉매순환라인에는 제2냉매개폐밸브가 장착되며, 제1열교환기의 냉매경로와 연결되는 제5냉매순환라인에는 체크밸브가 장착된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1열교환기에는 냉매의 과냉각을 위한 냉각수를 순환 공급하는 보조급수탱크가 더 연결되고, 상기 디수퍼히터 및 부하 열교환기에는 제1급탕열매체 순환라인을 순환하는 급탕열매체의 냉각을 위한 냉각탑이 더 연결된 것을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

첫째, 온도성층형 급탕탱크의 상부공간에 충진되는 고온수(급탕수)을 2개 이상의 열교환기를 이용하여 이중으로 가열하여 용이하게 생산할 수 있다.

둘째, 온도성층형 급탕탱크의 하부공간에 충진되는 저온수(급수) 온도가 일정 온도 이상이 되어 제1열교환기를 통과함에 따라 제1열교환기의 온도 및 압력 상승으로 냉매(압축기로부터 배출되어 디수퍼히터를 경유한 고온 상태의 냉매)가 제1열교환기 내의 냉매경로에 적체되는 현상이 발생하는 문제점을 해결하고자, 냉매(압축기로부터 배출되어 디수퍼히터를 경유한 고온 상태의 냉매)를 제1열교환기를 벗어난 바이패스 라인을 통해 그 순환방향으로 바이패스시킴으로써, 냉매의 순환이 원활하게 이루어질 수 있다.

셋째, 제1열교환기의 기능 상실시, 지중열원 및 보조급수탱크로부터 공급되는 냉각유체를 이용하여 냉매(압축기로부터 배출되어 디수퍼히터를 경유한 고온 상태의 냉매)를 용이하게 과냉각시킬 수 있다.

넷째, 성층화 급탕탱크 내에 충진되는 고온수 온도가 일정 수준 이상이면, 유량조절밸브를 개폐 제어하여 고온수의 충진량 및 온도를 일정 수준으로 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템으로서, 급탕 가열 및 냉방 운전 상태를 나타낸 시스템 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템으로서, 급탕 가열 및 냉방 운전 상태시 급탕 가열량을 제어하는 예를 도시한 시스템 구성도,
도 3은 도 2의 급탕 가열 및 냉방 운전 상태에서 냉매가 제1열교환기를 통과하지 않고 바이패스 라인으로 바이패스되도록 한 원리를 도시한 개략도,
도 4은 본 발명에 따른 건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템으로서, 급탕 가열 및 난방 운전 상태를 나타낸 시스템 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템으로서, 냉매 및 급탕열매체에 대한 과냉각을 위한 보조급수탱크 및 냉각탑이 더 연결되는 것을 나타낸 시스템 구성도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

첨부한 도 1 및 도 3은 본 발명에 따른 건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템을 나타내며, 도면부호 40은 온도성층형 급탕탱크를 지시한다.

상기 온도성층형 급탕탱크(40)는 하나의 내부공간을 갖지만, 하부공간에 저온수가 충진된 상태에서 저온수 위쪽의 상부공간에 고온수가 충진됨으로써, 상부공간에 고온수가 존재하는 동시에 하부공간에 저온수가 존재하여, 고온수와 저온수가 서로 경계를 이루면서 상존하는 탱크를 말한다.

상기 온도성층형 급탕탱크(40)의 하부공간에는 저온수 배출라인(41)이 연결되고, 이 저온수 배출라인(41)의 말단부는 제1열교환기(10)에 연결된다.

상기 제1열교환기(10)는 급탕용 온수 공급을 위하여 저온수 배출라인(41)으로부터 들어오는 저온수를 1차로 가열하는 열교환을 실시한다.

이를 위해, 상기 제1열교환기(10)의 입구에는 저온수 배출라인(41)이 연결되고, 그 출구에는 저온수를 1차로 가열시킨 가열수가 토출되는 가열수 공급라인(11)이 연결된다.

이때, 상기 제1열교환기(10)의 냉매경로(12)에는 냉매(압축기로부터 배출되어 디수퍼히터를 경유한 고온 상태의 냉매)가 통과하게 된다.

이에, 상기 제1열교환기(10)에서 저온수 배출라인(41)으로부터의 저온수가 냉매경로(12)를 흐르는 냉매와 열교환을 함으로써, 저온수가 1차로 가열되는 상태가 되고, 1차로 가열된 가열수는 가열수 공급라인(11)을 따라 제2열교환기(20)로 흐르게 된다.

상기 제2열교환기(20)는 1차로 가열된 가열수를 2차로 더 가열하여 급탕용 고온수로 생성시키는 역할을 한다.

이를 위해, 상기 제2열교환기(20)의 입구에는 가열수 공급라인(11)이 연결되고, 그 출구에는 고온수 공급라인(21)이 연결되며, 이 고온수 공급라인(21)의 말단부는 온도성층형 급탕탱크(40)의 상부공간과 연결된다.

또한, 상기 제2열교환기(12)의 냉매경로에는 1차 가열된 가열수를 급탕용 고온수로 2차 가열하기 위한 급탕열매체가 순환 공급되는 바, 이 급탕열매체는 디수퍼히터(50)로부터 공급된다.

이에, 상기 가열수 공급라인(11)을 따라 제2열교환기(20)로 공급된 가열수가 제2열교환기(12)를 순환하는 급탕열매체와 열교환을 하면서 2차로 가열되어, 원하는 온도의 급탕용 고온수로 생성되고, 생성된 급탕용 고온수는 고온수 공급라인(21)을 따라 온도성층형 급탕탱크(40)의 상부공간으로 충진된다.

상기 디수퍼히터(50)는 제2열교환기(20)와 제1급탕열매체 순환라인(51)을 매개로 연결되어, 1차 가열된 가열수를 2차로 가열하기 위한 급탕열매체를 제2열교환기(20)로 순환시키는 역할을 한다.

이때, 상기 디수퍼히터(50)에는 급탕열매체의 가열을 위한 냉매가 순환 공급된다.

이를 위해, 상기 디수퍼히터(50)에는 급탕열매체와의 열교환을 위한 고온 냉매를 공급하는 압축기(60)가 연결된다.

좀 더 상세하게는, 상기 압축기(60)의 냉매 출구(61)와 디수퍼히터(50)의 냉매 입구가 제1냉매순환라인(91)에 의하여 연결되어, 급탕열매체와의 열교환을 위한 압축기(60)로부터의 고온 냉매가 제1냉매순환라인(91)을 따라 디수퍼히터(50)로 순환 공급된다.

이렇게 상기 압축기(60)로부터 제1냉매순환라인(91)을 경유하여 디수퍼히터(50)로 공급되는 고온 냉매가 급탕열매체와 열교환을 하게 되고, 연이어 열교환에 의하여 온도 상승된 급탕열매체가 제1급탕열매체 순환라인(51)을 따라 제2열교환기(20)로 순환함으로써, 1차 가열된 가열수가 급탕열매체와 열교환하여 2차로 가열된 급탕용 고온수로 생성되어 고온수 공급라인(21)을 따라 온도성층형 급탕탱크(40)의 상부공간으로 충진된다.

한편, 상기 압축기(60)로부터 압축되어 고온 고압 상태로 토출된 냉매는 디수퍼히터(50)의 냉매경로로 공급된 후, 사방변(70)으로 흐르게 된다.

상기 사방변(70)은 냉매의 흐름 방향을 안내하기 위한 밸브로서, 4개의 입출구를 갖는 구조로 구비되는 바, 이 사방변(70)의 제1입구(71)에는 디수퍼히터(50)의 냉매경로 출구로부터 연장된 제2냉매순환라인(92)으로 연결된다.

또한, 상기 사방변(70)의 제1출구(72)에는 제1입구(71)로 들어온 냉매를 배출하기 위한 제3냉매순환라인(93)이 연결되고, 이 제3냉매순환라인(93)의 말단부는 제3열교환기(30)에 연결된다.

상기 제3열교환기(30)는 평상시(온도성층형 급탕탱크 내에 고온수가 기준온도를 유지하면서 적정량으로 원활하게 충진되는 동작)에는 제3냉매순환라인(93)으로부터 들어오는 고온 상태의 냉매에 대하여 과냉각을 위한 열교환 기능을 수행하지 않고, 후술하는 바와 같이 고온수 비정상 충진시(온도성층형 급탕탱크 내에 고온수가 기준온도 이상이면서 과도한 양이 충진되는 동작)에는 제3냉매순환라인(93)으로부터 들어오는 고온 상태의 냉매에 대하여 지중열원을 이용하여 과냉각을 실시하게 된다.

이때, 상기 제3열교환기(30)의 냉매경로(32)와 상기 제1열교환기(10)의 냉매경로(12)가 제4냉매순환라인(94)에 의하여 연결된다.

이에, 상기 제3열교환기(30)를 그대로 통과한 고온의 냉매가 제4냉매순환라인(94)을 따라 제1열교환기(10)의 냉매경로(12)로 흐르게 되면, 이때의 고온 냉매가 상기 온도성층형 급탕탱크(40)로부터 저온수 배출라인(41)을 경유하여 제1열교환기(10)로 흐르는 저온수와 열교환을 함으로써, 전술한 바와 같이 저온수가 1차로 가열되는 상태가 되고, 1차로 가열된 가열수는 가열수 공급라인(11)을 따라 제2열교환기(20)로 흐르게 된다.

한편, 상기 제1열교환기(10)의 냉매경로(12)는 부하 열교환기(80)와 제5냉매순환라인(95)을 매개로 연결된다.

상기 부하 열교환기(80)는 냉난방을 위한 열교환기로서, 디수퍼히터(50)와 부하(82)를 사이에 두고 제2급탕열매체 순환라인(81)을 매개로 연결된다.

또한, 상기 부하 열효관기(80)의 냉매경로는 상기 사방변(70)과 제6냉매순환라인(96)을 매개로 연결되고, 이 사방변(70)과 압축기(60)의 입구 간에는 제7냉매순환라인(97)이 연결된다.

따라서, 상기 제1열교환기(10)에서 열교환을 마친 냉매는 제5냉매순환라인(95)과, 부하 열교환기(80)의 냉매경로와, 제6냉매순환라인(96)과, 사방변(70)과, 제7냉매순환라인(97)을 차례로 거친 후, 다시 압축기(60)로 들어간다.

한편, 상기 제2열교환기(20)와 상기 온도성층형 급탕탱크(40)의 상부공간 간에 연결되는 고온수 공급라인(21)에는 유량조절밸브(22)와 온도센서(23)가 더 장착된다.

이에, 상기 온도센서(23)에서 감지되는 고온수의 온도에 따라 제어기에서 유량조절밸브(22)의 개폐도를 제어함으로써, 온도성층형 급탕탱크(40)의 상부공간으로 충진되는 고온수의 온도 및 충진량이 일정 수준(기준 범위)으로 조절될 수 있다.

또한, 상기 제3열교환기(30)에는 냉매의 과냉각을 위한 지중열원 순환라인(33)이 연결되고, 이 지중열원 순환라인(33)의 입구측에는 지중열매체 개폐밸브(34)가 장착된다.

이에, 상기 제1열교환기(10)를 통과하는 고온의 냉매가 온도성층형 급탕탱크(40)로부터 저온수 배출라인(41)을 경유하여 제1열교환기(10)로 흐르는 저온수(온도성층형 급탕탱크에 대한 급탕 고온수의 과다 충진으로 저온수의 온도가 기준온도 이상으로 상승된 상태)에 의하여 원하는 만큼 과냉각이 원활하게 이루어지지 않는 경우, 미리 상기 지중열매체 개폐밸브(34)를 열림으로 제어하여 지중열원 순환라인(33)을 통해 제3열교환기(30)로 과냉각을 위한 지중열원이 순환되도록 함으로써, 제1열교환기(10)를 통과하기 전의 고온 냉매를 지중열원과의 열교환으로 용이하게 과냉각시킬 수 있다.

한편, 상기 제1열교환기(10)를 통과하는 고온의 냉매가 제1열교환기(10)로 흐르는 저온수(온도성층형 급탕탱크에 대한 급탕 고온수의 과다 충진으로 저온수의 온도가 기준온도 이상으로 상승된 상태)에 의하여 원하는 만큼 과냉각이 원활하게 이루어지지 않으면, 제1열교환기(10)의 냉매경로 내를 흐르던 냉매 중 일부가 그 진행방향으로 순환하지 않고 체류하는 현상이 발생하게 된다.

이렇게 냉매의 일부가 특정 구간에 체류하게 되면, 전체 순환 냉매량이 부족하게 되는 현상을 초래하게 되고, 결국 냉매 부족량에 의하여 히트펌프 시스템의 냉난방 효율 및 급탕 생성 효율이 저하될 수 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여, 상기 제4냉매순환라인(94)와 상기 제5냉매순환라인(95) 간에는 제1열교환기(10)의 냉매경로(12)를 벗어난 바이패스 라인(98)이 연결된다.

아울러, 상기 바이패스라인(98)에는 제1냉매개폐밸브(98-1)가 장착되고, 바이패스라인(98)을 지나서 제1열교환기(10)의 냉매경로(12)에 연결되는 제4냉매순환라인(94)에는 제2냉매개폐밸브(94-1)가 장착되며, 제1열교환기(10)의 냉매경로(12)와 연결되는 제5냉매순환라인(95)에는 체크밸브(95-1)가 장착된다.

따라서, 상기 제1열교환기(10)를 통과하는 고온의 냉매가 제1열교환기(10)로 흐르는 저온수(온도성층형 급탕탱크에 대한 급탕 고온수의 과다 충진으로 저온수의 온도가 기준온도 이상으로 상승된 상태)에 의하여 원하는 만큼 과냉각이 원활하게 이루어지지 않으면, 상기 제2냉매개폐밸브(94-1)를 닫힘으로 제어하는 동시에 제1냉매개폐밸브(98-1)를 열림으로 제어한 후, 냉매(제3열교환기(30)를 통과하면서 지중열원에 의하여 과냉각된 냉매)를 제1열교환기(10)의 냉매경로로 통과시키지 않고, 상기 바이패스 라인(98)를 통해 바로 제5냉매순환라인(95)쪽으로 흐르도록 한다.

더욱이, 상기 바이패스 라인(98)을 통해 냉매가 바이패스될 때, 그 흐름력(일종의 제트펌프 원리)에 의하여 제1열교환기(10)에 이미 체류되어 있던 일부 냉매가 체크밸브(95-1)를 통과하여 제5냉매순환라인(95)으로 흡입되어 바이패스된 냉매와 합류되도록 함으로써, 냉매 부족량에 의하여 히트펌프 시스템의 냉난방 효율 및 급탕 생성 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다.

여기서, 상기한 구성으로 이루어진 본 발명의 히트 펌프 시스템에 대한 작동 흐름을 살펴보면 다음과 같다.

급탕 가열 및 냉방 운전

첨부한 도 1은 본 발명에 따른 건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템으로서, 급탕 가열 및 냉방 운전 상태를 나타낸다.

상기 온도성층형 급탕탱크(40)의 상부공간에 약 55℃의 급탕온도를 갖는 고온수가 충진되고, 그 하부공간에 약 15℃의 급수온도를 갖는 저온수가 충진된 상태가 유지된다.

먼저, 상기 온도성층형 급탕탱크(40)의 하부공간에 연결된 저온수 배출라인(41)을 통하여 저온수가 제1열교환기(10)로 공급된다.

이때, 상기 압축기(60)로부터 제1냉매순환라인(91)을 경유하여 디수퍼히터(50)로 들어간 고온 냉매가 급탕열매체와 열교환을 한 다음, 제2냉매순환라인(92)을 경유하여 사방변(70)의 제1입구(71)로 들어가고, 다시 냉매(압축기로부터 배출되어 디수퍼히터를 경유한 고온 상태의 냉매)는 사방변(70)의 제1출구(72)를 통하여 제3냉매순환라인(93)과 제3열교환기(30)를 통과한 후, 제4냉매순환라인(94)를 경유하여 제1열교환기(10)의 냉매경로(12)로 흐르게 된다.

이에, 상기 제1열교환기(10)의 냉매경로(12)에는 냉매(압축기로부터 배출되어 디수퍼히터를 경유한 고온 상태의 냉매)가 통과하면서 저온수 배출라인(41)으로부터의 저온수와 열교환을 함으로써, 저온수가 1차로 가열되는 상태가 되고, 1차로 가열된 가열수는 가열수 공급라인(11)을 따라 제2열교환기(20)로 흐르게 된다.

이와 동시에, 상기 제1열교환기(10)의 냉매경로(12)를 흐르던 냉매(압축기로부터 배출되어 디수퍼히터를 경유한 고온 상태의 냉매)는 저온수와의 열교환으로 인하여 용이하게 과냉각된다.

이렇게 과냉각된 냉매는 제5냉매순환라인(95)을 따라 부하 열교환기(80)로 공급된 다음, 과냉각된 차가운 냉매가 부하 열교환기(80)로부터 제2급탕열매체 순환라인(81)을 따라 순환하는 제2급탕열매체(냉방용 유체)와 열교환을 함으로써, 부하(82)에 대한 냉방이 이루어지게 된다.

이때, 상기 제1열교환기(10)에서 1차로 가열된 가열수는 가열수 공급라인(11)을 따라 제2열교환기(20)로 흐르게 되는 바, 제2열교환기(20)는 1차로 가열된 가열수를 2차로 더 가열하여 급탕용 고온수로 생성시키는 역할을 한다.

보다 상세하게는, 상기 압축기(60)에서 압축되어 제1냉매순환라인(91)을 경유한 후, 디수퍼히터(50)로 공급되는 고온 냉매가 급탕열매체(급탕 생성용 유체)와 열교환을 하게 되고, 연이어 온도 상승된 급탕열매체가 제1급탕열매체 순환라인(51)을 따라 제2열교환기(20)로 순환함으로써, 1차 가열된 가열수가 급탕열매체와 열교환하여 2차로 가열된 급탕용 고온수로 생성된다.

이렇게 생성된 급탕용 고온수는 고온수 공급라인(21)을 따라 온도성층형 급탕탱크(40)의 상부공간으로 충진된다.

한편, 상기 온도성층형 급탕탱크(40)으로 충진되는 급탕용 고온수의 충진량 및 온도가 기준범위 이상이 되면, 첨부한 도 2에 도시된 바와 같이 온도성층형 급탕탱크(40)의 하부공간에 충진된 저온수의 급수 온도가 이전의 약 15℃에서 약 35℃로 상승될 수 있고, 이로 인하여 상승된 급수온도를 갖는 저온수가 제1열교환기(10)로 공급되면 냉매의 과냉각이 원활하게 이루어지지 않게 되고, 또한 계속해서 급탕 고온수의 충진량 및 온도가 기준범위 이상으로 증대되는 문제점이 야기될 수 있다.

이를 해소하고자, 상기 고온수 공급라인(21)에 장착된 온도센서(23)에서 온도성층형 급탕탱크(40)으로 충진되는 고온수의 온도를 감지하여 기준온도 이상이면, 제어기(미도시됨)에서 유량조절밸브(22)의 개폐도를 감소 제어함으로써, 온도성층형 급탕탱크(40)의 상부공간으로 충진되는 고온수의 충진량을 감소 조절할 수 있고, 이렇게 고온수 충진량을 감소시킴으로써, 온도성층형 급탕탱크(40) 내에서 고온수 아래쪽에 층을 이루고 있는 저온수의 온도가 점진적으로 기준온도 이하로 조절될 수 있다.

이와 동시에, 상기 저온수 배출라인(41)을 경유하여 제1열교환기(10)로 흐르는 저온수(온도성층형 급탕탱크에 대한 급탕 고온수의 과다 충진으로 저온수의 온도가 기준온도 이상으로 상승된 상태)로 인하여 제1열교환기(10)의 냉매경로(12)를 흐르던 냉매의 과냉각이 원활하게 이루어지지 않게 되는 점을 해소하고자, 제1열교환기(10)를 통과하기 전의 고온 냉매를 미리 지중열원과 열교환을 통해 과냉각시킬 수 있다.

이를 위해, 상기 고온수 공급라인(21)에 장착된 온도센서(23)에서 온도성층형 급탕탱크(40)으로 충진되는 고온수의 온도를 감지하여 기준온도 이상이면, 제어기(미도시됨)에서 상기 지중열매체 개폐밸브(34)를 열림으로 제어하여, 과냉각을 위한 지중열원이 지중열원 순환라인(33)을 통해 제3열교환기(30)로 순환되도록 함으로써, 제1열교환기(10)를 통과하기 전의 고온 냉매가 지중열원과의 열교환으로 용이하게 과냉각될 수 있고, 이렇게 과냉각된 냉매는 냉방을 위하여 부하 열교환기로 공급될 수 있다.

이와 같이, 고온수 비정상 충진시(온도성층형 급탕탱크 내에 고온수가 기준온도 이상이면서 과도한 양이 충진되는 동작)에는 제3냉매순환라인(93)으로부터 들어오는 고온 상태의 냉매에 대하여 지중열원을 이용하여 용이하게 과냉각시킬 수 있다.

즉, 첨부한 도 3의 그래프를 참조하면 제3열교환기(30)를 통과하는 냉매 압력은 제1열교환기(10)를 통과하는 냉매 압력에 비하여 낮은 상태이므로, 제3열교환기(30)에서 제1열교환기(10)로의 냉매 흐름이 원활하지 않게 될 뿐만 아니라, 제1열교환기(10)의 냉매경로 내를 흐르던 냉매 중 일부가 그 진행방향으로 순환하지 않고 체류하는 현상이 발생하게 된다.

이러한 문제점을 해소하기 위하여, 상기 제1열교환기(10)를 통과하는 고온의 냉매가 제1열교환기(10)로 흐르는 저온수(온도성층형 급탕탱크에 대한 급탕 고온수의 과다 충진으로 저온수의 온도가 기준온도 이상으로 상승된 상태)에 의하여 원하는 만큼 과냉각이 원활하게 이루어지지 않으면, 첨부한 도 3에서 보듯이 상기 제2냉매개폐밸브(94-1)를 닫힘으로 제어하는 동시에 제1냉매개폐밸브(98-1)를 열림으로 제어하여, 냉매(제3열교환기(30)를 통과하면서 지중열원에 의하여 과냉각된 냉매)를 제1열교환기(10)의 냉매경로로 통과시키지 않고, 상기 바이패스 라인(98)를 통해 바로 제5냉매순환라인(95)쪽으로 원활하게 흐르도록 한다.

급탕 가열 및 난방 운전

첨부한 도 4는 건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템으로서, 급탕 가열 및 난방 운전 상태를 나타낸다.

상기 급탕 가열 및 난방 운전은 상기한 급탕 가열 및 냉방 운전과 비교하여, 온도성층형 급탕탱크(40)에 급탕용 고온수를 충진하는 동작과 동일하게 진행되고, 단지 난방을 위한 디수퍼히터의 열교환 동작에서만 차이가 있다.

즉, 상기 압축기(60)로부터 제1냉매순환라인(91)을 경유하여 디수퍼히터(50)로 공급되는 고온 냉매가 제2급탕열매체 순환라인(81)을 따라 순환하는 제2급탕열매체(난방용 유체)와 열교환을 함으로써, 부하(82)에 대한 난방이 이루어지게 된다.

냉매 과냉각 구성에 대한 다른 실시예

첨부한 도 5는 건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템으로서, 냉매 및 급탕열매체에 대한 과냉각을 위한 보조급수탱크 및 냉각탑이 더 연결되는 것을 나타낸다.

도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1열교환기(10)에는 냉매의 과냉각을 위한 냉각수를 순환 공급하는 보조급수탱크(35)가 더 연결되고, 상기 디수퍼히터(50) 및 부하 열교환기(80)에는 제1급탕열매체 순환라인(51)을 순환하는 급탕열매체의 냉각을 위한 냉각탑(36)이 더 연결된다.

상기와 같이, 제1열교환기(10)를 통과하는 고온의 냉매가 제1열교환기(10)로 흐르는 저온수(온도성층형 급탕탱크에 대한 급탕 고온수의 과다 충진으로 저온수의 온도가 기준온도 이상으로 상승된 상태)에 의하여 원하는 만큼 과냉각이 원활하게 이루어지지 않으면, 제1열교환기(10)의 냉매경로 내를 흐르던 냉매 중 일부가 그 진행방향으로 순환하지 않고 체류하는 현상이 발생하게 된다.

이를 해소하고자 상기한 본 발명의 일 실시예에서는 제3열교환기(30)에 연결된 지중열원을 이용하여 냉매의 과냉각을 실시하였지만, 상기 제1열교환기(10)에 냉매의 과냉각을 위한 냉각수를 순환 공급하는 보조급수탱크(35)를 연결하여 사용할 수 있다.

이에, 상기 제1열교환기(10)를 통과하는 고온의 냉매가 제1열교환기(10)로 흐르는 저온수(온도성층형 급탕탱크에 대한 급탕 고온수의 과다 충진으로 저온수의 온도가 기준온도 이상으로 상승된 상태)에 의하여 원하는 만큼 과냉각이 원활하게 이루어지지 않으면, 상기 보조급수탱크(35)로부터 기준온도 이하의 저온수를 제1열교환기(10)로 순환 공급함으로써, 제1열교환기(10)의 냉매경로(12)를 통과하는 고온 냉매가 보조급수탱크(35)로부터의 저온수에 의하여 용이하게 과냉각될 수 있다.

또한, 상기 압축기(60)에서 디수퍼히터(50)로 공급되는 고온의 냉매와 열교환을 하는 급탕열매체를 야간의 냉난방 미사용시 냉각탑으로 순환시켜서 급탕열매체에 대한 과냉각도 용이하게 이루어질 수 있다.

이상에서 본 바와 같이, 온도성층형 급탕탱크(40)의 상부공간에 충진되는 고온수(급탕수)을 제1 및 제2열교환기(10,20)를 이용하여 이중으로 가열하여 용이하게 생산할 수 있을 뿐만 아니라 항상 적정량 및 온도를 갖는 고온수를 온도성층형 급탕탱크(40)에 충진시킬 수 있고, 특히 급탕 및 냉난방을 위한 냉매의 과냉각 및 그 순환 흐름이 원활하게 이루어질 수 있도록 함으로써, 히트펌프 시스템의 전체적인 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

한편, 유량조절밸브(22)는 금속재로 이루어지고, 금속재의 유량조절밸브(22)에는 금속표면의 부식현상을 방지하기 위해 부식방지도포층이 도포될 수 있다.

이 부식방지도포층은 토일트리아졸 20중량%, 벤즈이미다졸 15중량%, 트리옥틸아민 10중량%, 하프늄 15중량%, 산화알루미늄40중량%로 구성되며, 코팅두께는 8㎛로 구성된다.

토일트리아졸, 벤즈이미자졸 및 트리옥틸아민은 부식방지 및 변색방지 등의 역할을 한다.

하프늄은 내부식성이 있는 전이 금속원소로 뛰어난 방수성, 내식성 등을 갖도록 역할을 한다.

산화알루미늄은 내화도 및 화학적 안정성 등을 목적으로 첨가된다.

상기 구성 성분의 비율 및 코팅두께를 상기와 같이 수치한정한 이유는, 본 발명자가 수차례시험결과를 통해 분석한 결과, 상기 비율에서 최적의 부식방지 효과를 나타내었다.

또한, 온도성층형 급탕탱크(40) 내부면에는 오염물질의 부착방지 및 제거를 효과적으로 달성할 수 있도록 오염 방지도포용 조성물로 이루어진 오염방지도포층이 도포될 수 있다.

상기 오염 방지 도포용 조성물은 알카놀아마이드 및 암포프로피오네이트가1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 알카놀아마이드 및 암포프로피오네이트의 총함량은 전체 수용액에 대해 1 ~10 중량%이다.

상기 알카놀아마이드 및 암포프로피오네이트는 몰비로서 1:0.01 ~ 1:2가 바람직한 바, 몰비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 기재의 도포성이 저하되거나 도포후 표면의 수분흡착이 증가하여 도포막이 제거되는 문제점이 있다.

상기 알카놀아마이드 및 암포프로피오네이트는 전제 조성물 수용액중 1 ~ 10 중량%가 바람직한 바, 1 중량% 미만이면 기재의 도포성이 저하되는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 도포막 두께의 증가로 인한 결정석출이 발생하기쉽다.

한편, 본 오염 방지 도포용 조성물을 기재 상에 도포하는 방법으로는 스프레이법에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 기재 상의 최종 도포막 두께는 500 ~ 2000Å이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1000 ~ 2000Å이다. 상기 도포막의 두께가 500 Å미만이면 고온 열처리의 경우에 열화되는 문제점이 있고, 2000 Å을 초과하면 도포 표면의 결정석출이 발생하기 쉬운 단점이 있다.

또한, 본 오염 방지 도포용 조성물은 알카놀아마이드 0.1 몰 및 암포프로피오네이트 0.05몰을 증류수 1000 ㎖에 첨가한 다음 교반하여 제조될 수 있다.

그리고, 온도센서(23)에는 온도센서(23)의 오지시 및 수명단축의 원인이 되는 표면오염문제를 해결하기 위하여 실리콘 성분을 포함한 오작동방지층이 도포될 수 있다.

이 오작동방지층은 미생물 및 부유물 등의 부착을 억제하여 오지시를 방지하고 온도센서(23)의 사용기간을 반영구적으로 연장할 수 있게 된다. 상기 도포액을 제조하는 방법에 대하여 간략하게 설명하자면, 우선 에틸아세테이트(ethyl acetate)용액에 디메틸디클로로실란 용액을 부피비로 2-5% 용해시켜 도포액을 제조한다. 이때, 상기 디메틸디클로로실란 용액의 함량이 2%에 미치지 못하면 도포의 효과를 충분히 얻을 수 없고, 5%를 초과하면 표면보호도포층이 너무 두꺼워져 효율이 떨어진다. 상기와 같은 비율로 용해된 도포액은 도포시간 및 도포두께를 고려하여 용액의 점도가 0.8-2cp(센티포아제)의 범위인 것이 바람직하다. 이는 점도가 너무 낮으면 도포시간을 오래해야 하며, 점도가 너무 높으면 도포가 두껍게 일어나고 건조가 안되며 또한 불균일한 도포로 인하여 센서의 오지시를 유발할 수 있기 때문이다.본 발명에서는 상기와 같이 제조된 도포용액으로 온도센서(23)의 표면을 1㎛이하의 두께로 도포한다. 이때, 표면보호도포층의 두께가 1㎛를 초과하면 오히려 센서의 감도를 저하시키기 때문에 본 발명에서는 표면보호도포층의 두께를 1㎛이하로 한정한다. 또한, 상기와 같은 두께로 도포하는 방법으로서는 온도센서(23) 표면에 2-3회 정도 분사하는 스프레이 방법이 사용될 수 있다.

10 : 제1열교환기 11 : 가열수 공급라인
12 : 냉매경로 20 : 제2열교환기
21 : 고온수 공급라인 22 : 유량조절밸브
23 : 온도센서 30 : 제3열교환기
32 : 냉매경로 33 : 지중열원 순환라인
34 : 지중열매체 개폐밸브 35 : 보조급수탱크
36 : 냉각탑 40 : 온도성층형 급탕탱크
41 : 저온수 배출라인 50 : 디수퍼히터
51 : 제1급탕열매체 순환라인 60 : 압축기
61 : 냉매 출구 70 : 사방변
71 : 제1입구 72 : 제1출구
80 : 부하 열교환기 81 : 제2급탕열매체 순환라인
82 : 부하 91 : 제1냉매순환라인
92 : 제2냉매순환라인 93 : 제3냉매순환라인
94 : 제4냉매순환라인 94-1 : 제2냉매개폐밸브
95 : 제5냉매순환라인 95-1 : 체크밸브
96 : 제6냉매순환라인 97 : 제7냉매순환라인
98 : 바이패스 라인 98-1 : 제1냉매개폐밸브

Claims

하부공간에 저온수가 충진된 상태에서 저온수 위쪽의 상부공간에 고온수가 충진되어, 고온수와 저온수가 상존하고, 하부공간에는 저온수 배출라인(41)이 연결되는 온도성층형 급탕탱크(40);
입구에 상기 온도성층형 급탕탱크(40)의 하부공간으로부터 연장된 저온수 배출라인(41)이 연결되고, 출구에는 가열수 공급라인(11)이 연결되며, 저온수 배출라인(41)으로부터의 저온수를 냉매경로(12)를 흐르는 고온 냉매와 열교환을 시켜 1차로 가열하는 제1열교환기(10);
입구는 상기 제1열교환기(10)의 출구와 가열수 공급라인(11)을 매개로 연결되고, 출구는 고온수 공급라인(21)을 매개로 상기 온도성층형 급탕탱크(40)의 상부공간과 연결되며, 상기 제1열교환기(10)에서 1차 가열된 가열수를 급탕열매체와의 열교환을 통해 2차로 가열한 후 고온수 공급라인(21)으로 토출시키는 제2열교환기(20);
상기 제2열교환기(20)와 제1급탕열매체 순환라인(51)을 매개로 연결되어, 1차 가열된 가열수를 2차로 가열하기 위한 급탕열매체를 제2열교환기(20)로 순환시키는 디수퍼히터(50);
상기 디수퍼히터(50)에 급탕열매체와의 열교환을 위한 고온 냉매를 공급하는 압축기(60);
상기 압축기(60)의 냉매 출구(61)와 디수퍼히터(50)의 냉매 입구 간에 연결되어, 급탕열매체와의 열교환을 위한 압축기(60)로부터의 고온 냉매를 디수퍼히터(50)로 공급하는 제1냉매순환라인(91);
상기 디수퍼히터(50)의 냉매 출구와 제2냉매순환라인(92)을 매개로 연결되는 제1입구(71)를 포함하는 사방변(70);
상기 사방변(70)의 제1출구(72)와 제3냉매순환라인(93)을 매개로 연결되는 제3열교환기(30);
상기 제3열교환기(30)의 냉매경로(32)와 상기 제1열교환기(10)의 냉매경로(12) 간에 연결되는 제4냉매순환라인(94);
상기 제1열교환기(10)의 냉매경로(12)와 제5냉매순환라인(95)을 매개로 연결되는 동시에 상기 사방변(70)과 제6냉매순환라인(96)을 매개로 연결되며, 상기 디수퍼히터(50)와 부하(82)를 사이에 두고 제2급탕열매체 순환라인(81)을 매개로 연결되는 부하 열교환기(80); 및
상기 사방변(70)과 압축기(60)의 입구 간에 연결되는 제7냉매순환라인(97)을 포함하여 구성되어서;
제1열교환기(10)에서 저온수 배출라인(41)으로부터의 저온수가 냉매경로(12)를 흐르는 냉매와 열교환을 함으로써, 저온수가 1차로 가열되는 상태가 되고, 1차로 가열된 가열수는 가열수 공급라인(11)을 따라 제2열교환기(20)로 흐르고;
가열수 공급라인(11)을 따라 제2열교환기(20)로 공급된 가열수가 제2열교환기(12)를 순환하는 급탕열매체와 열교환을 하면서 2차로 가열되어, 원하는 온도의 급탕용 고온수로 생성되고, 생성된 급탕용 고온수는 고온수 공급라인(21)을 따라 온도성층형 급탕탱크(40)의 상부공간으로 충진되며;
제1열교환기(10)에서 열교환을 마친 냉매는 제5냉매순환라인(95)과, 부하 열교환기(80)의 냉매경로와, 제6냉매순환라인(96)과, 사방변(70)과, 제7냉매순환라인(97)을 차례로 거친 후 다시 압축기(60)로 들어가고;
압축기(60)로부터 제1냉매순환라인(91)을 경유하여 디수퍼히터(50)로 공급되는 고온 냉매가 급탕열매체와 열교환을 하게 되고, 연이어 열교환에 의하여 온도 상승된 급탕열매체가 제1급탕열매체 순환라인(51)을 따라 제2열교환기(20)로 순환함으로써, 1차 가열된 가열수가 급탕열매체와 열교환하여 2차로 가열된 급탕용 고온수로 생성되어 고온수 공급라인(21)을 따라 온도성층형 급탕탱크(40)의 상부공간으로 충진되며;
제3열교환기(30)는 평상시에는 제3냉매순환라인(93)으로부터 들어오는 고온 상태의 냉매에 대하여 과냉각을 위한 열교환 기능을 수행하지 않고, 고온수 비정상 충진시에는 제3냉매순환라인(93)으로부터 들어오는 고온 상태의 냉매에 대하여 지중열원을 이용하여 과냉각을 실시하게 되고;
제3열교환기(30)를 그대로 통과한 고온의 냉매가 제4냉매순환라인(94)을 따라 제1열교환기(10)의 냉매경로(12)로 흐르게 되면, 이때의 고온 냉매가 온도성층형 급탕탱크(40)로부터 저온수 배출라인(41)을 경유하여 제1열교환기(10)로 흐르는 저온수와 열교환을 함으로써, 저온수가 1차로 가열되는 상태가 되고, 1차로 가열된 가열수는 가열수 공급라인(11)을 따라 제2열교환기(20)로 흐르게 되며;
상기 제2열교환기(20)와 상기 온도성층형 급탕탱크(40)의 상부공간 간에 연결되는 고온수 공급라인(21)에는 유량조절밸브(22)와 온도센서(23)가 장착되어, 이 온도센서(23)에서 감지되는 고온수의 온도에 따라 제어기에서 유량조절밸브(22)의 개폐도를 제어하여서;
온도센서(23)에서 감지되는 고온수의 온도에 따라 제어기에서 유량조절밸브(22)의 개폐도를 제어함으로써, 온도성층형 급탕탱크(40)의 상부공간으로 충진되는 고온수의 온도 및 충진량이 세팅 수준으로 조절되며;
상기 제3열교환기(30)에는 냉매의 과냉각을 위한 지중열원 순환라인(33)이 연결되고, 이 지중열원 순환라인(33)의 입구측에는 지중열매체 개폐밸브(34)가 장착되며, 이 지중열매체 개폐밸브(34)의 개폐를 고온수 공급라인(21)에 장착된 온도센서(23)에서 감지되는 고온수의 온도에 따라 제어기에서 제어하도록 구비되어서;
제1열교환기(10)를 통과하는 고온의 냉매가 온도성층형 급탕탱크(40)로부터 저온수 배출라인(41)을 경유하여 제1열교환기(10)로 흐르는 저온수에 의하여 세팅된 만큼 과냉각이 이루어지지 않을 경우, 미리 지중열매체 개폐밸브(34)를 열림으로 제어하여 지중열원 순환라인(33)을 통해 제3열교환기(30)로 과냉각을 위한 지중열원이 순환되도록 함으로써, 제1열교환기(10)를 통과하기 전의 고온 냉매를 지중열원과의 열교환으로 과냉각시킬 수 있도록 하며;
상기 제4냉매순환라인(94)와 상기 제5냉매순환라인(95) 간에는 제1열교환기(10)의 냉매경로(12)를 벗어난 바이패스 라인(98)이 연결되며, 상기 바이패스라인(98)에는 제1냉매개폐밸브(98-1)가 장착되고, 바이패스라인(98)을 지나서 제1열교환기(10)의 냉매경로(12)에 연결되는 제4냉매순환라인(94)에는 제2냉매개폐밸브(94-1)가 장착되며, 제1열교환기(10)의 냉매경로(12)와 연결되는 제5냉매순환라인(95)에는 체크밸브(95-1)가 장착되어서;
제1열교환기(10)를 통과하는 고온의 냉매가 제1열교환기(10)로 흐르는 저온수에 의하여 세팅된 만큼 과냉각이 이루어지지 않으면, 제2냉매개폐밸브(94-1)를 닫힘으로 제어하는 동시에 제1냉매개폐밸브(98-1)를 열림으로 제어한 후, 냉매를 제1열교환기(10)의 냉매경로로 통과시키지 않고, 배이패스 라인(98)을 통해 바로 제5냉매순환라인(95) 쪽으로 흐르도록 하고;
상기 제1열교환기(10)에는 냉매의 과냉각을 위한 냉각수를 순환 공급하는 보조급수탱크(35)가 더 연결되고, 상기 디수퍼히터(50) 및 부하 열교환기(80)에는 제1급탕열매체 순환라인(51)을 순환하는 급탕열매체의 냉각을 위한 냉각탑(36)이 더 연결된 것을 특징으로 하는 건물내 미활용 열원 이용 냉매 과냉각 기술을 활용한 히트펌프 시스템.
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