KR101965848B1 - Variable control heat exchange heat pump system using water source - Google Patents

Variable control heat exchange heat pump system using water source Download PDF

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Abstract

수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템에 관한 것으로,
일측에 원수펌프가 설치된 원수 배관이 접속되고, 타측에 브라인 배관이 접속되는 열교환기; 일측에 브라인 펌프이 설치된 브라인 배관이 접속되고, 타측에 순환수 배관이 접속되는 히트펌프; 일측에 순환수펌프가 설치된 순환수 배관이 접속되는 축열조; 상기 원수펌프, 브라인펌프, 순환수펌프를 제어하는 PLC; PLC와 접속되어 원수 온도별 열교환량을 결정하는 워크스테이션;을 포함하는 기술 구성을 통하여
원수의 온도에 따라 시스템 효율이 최적이 되는 주파수로 각 펌프를 제어함으로써 열교환효율 및 히트펌프 시스템의 효율을 크게 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
The present invention relates to a heat pump variable heat control type heat pump system using a hydrothermal source,
A heat exchanger in which a raw water pipe provided with a raw water pump is connected to one side and a brine pipe is connected to the other side; A heat pump to which a brine pipe provided with a brine pump is connected to one side and a circulating water pipe is connected to the other side; A heat storage tank to which a circulation water pipe provided with a circulation water pump is connected to one side; A PLC for controlling the raw water pump, the brine pump, and the circulating water pump; And a work station connected to the PLC and determining a heat exchange amount for each raw water temperature.
The efficiency of the heat exchange efficiency and efficiency of the heat pump system can be greatly improved by controlling each pump at a frequency at which the system efficiency becomes optimum according to the temperature of the raw water.

Figure R1020170107036
Figure R1020170107036

Description

수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템 {VARIABLE CONTROL HEAT EXCHANGE HEAT PUMP SYSTEM USING WATER SOURCE}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a heat pump variable heat pump system,

본 발명은 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 더 자세하게는 원수온도에 따른 최적의 열교환량을 분석하여 원수펌프, 브라인 펌프, 순환수 펌프를 제어함으로써 최적의 열교환량을 도출할 수 있도록 한 것에 관한 것이다.The present invention relates to a heat exchange variable heat pump system using a hydrothermal source, more particularly, to an optimum heat exchange amount by controlling a raw water pump, a brine pump, and a circulating water pump by analyzing an optimal heat exchange amount according to a raw water temperature .

일반적으로 히트펌프는 열원을 통해 열매체의 냉동사이클을 구성하고, 순환수를 열매체와 열교환시킴으로써 난방이나 냉방을 제공하는 장치로서, 구동방식에 따라 전기식과 엔진식 등으로 구분되고, 열원에 따라 공기열원식, 수열원식, 지열원식 등으로 분류된다.Generally, a heat pump is a device for providing a heating or cooling by constituting a refrigerating cycle of a heating medium through a heat source and exchanging circulating water with a heating medium, and is classified into an electric type and an engine type according to a driving method, And is classified into an equation, a hydrothermal source, and a geothermal source.

본 발명은 특히 수열원 시트펌프 시스템에 관계하는 것으로, 수열원 히트펌프는 냉난방을 위해 열매체를 통해 열원으로부터 열을 방출/흡입을 하며, 지열의 경우는 지중, 지하수 및 지표수를 열원으로 이용하게 된다. 열매체로는 물 또는 부동액을 사용하게 되며 열매체는 순환펌프를 통해 히트펌프내의 열교환기로 이동하여 냉매와 열교환을 하게 된다.In particular, the present invention relates to a hydrothermal sheet pump system, in which a hydrothermal heat pump discharges / sucks heat from a heat source through a heating medium for cooling and heating, and uses geothermal, groundwater and surface water as a heat source . Water or an antifreeze is used as the heating medium, and the heating medium is transferred to the heat exchanger in the heat pump through the circulation pump to perform heat exchange with the refrigerant.

현재 일반적으로 설치되고 있는 순환펌프는 대부분 정속순환펌프로서, 실시간으로 변하는 히트펌프의 열용량에 상관없이 고정된 유량을 히트펌프로 흘려보내어 히트펌프 시스템의 총괄 COP 하락 및 불필요한 전력사용량을 증가시키며, 또한 사용자로 하여금 구입 시 제시된 히트펌프 효율계수(COP : Coefficient Of Performance)와 실제 COP의 차이로 인한 불만을 가중시키고 있다.Currently, the circulating pump which is generally installed is a constant rate circulating pump, and the fixed flow rate is flowed to the heat pump irrespective of the heat capacity of the heat pump which changes in real time, thereby reducing the overall COP of the heat pump system and unnecessary power consumption. The user is increasing the complaints due to the difference between the COP (Coefficient Of Performance) and the actual COP presented at the time of purchase.

하기의 특허문헌 1에는 히트펌프 시스템의 제어방법이 개시되어 있다.The following Patent Document 1 discloses a control method of a heat pump system.

특허문헌 1의 히트펌프 시스템의 제어방법은 제어부가 냉난방 운전 조건에 도달하는지 감지하는 단계, 냉난방 운전 조건에 도달하면, 제어부가 순환펌프를 가동시키는 단계, 순환펌프 가동 후 기 설정된 시간이 경과되면, 제어부가 히트펌프를 가동시키는 단계, 히트펌프가 가동되면, 제어부가 압축기의 회전수, 히트펌프나 히트펌프 시스템의 COP(Coefficient Of Performance), 및 2차유체 열량을 분석하여 냉난방 온도를 기 설정된 온도로 도달시키기 위해 2차유체 유량을 조정하는 단계, 및 냉난방 온도가 기 설정된 온도에 도달하면, 상기 제어부가 히트펌프의 가동을 종료시키는 단계를 포함하는 것이다.The control method of the heat pump system according to Patent Document 1 includes the steps of detecting whether the control unit reaches the cooling / heating operation condition, activating the circulation pump when the cooling / heating operation condition is reached, The controller controls the rotation speed of the compressor, the heat pump, the COP (Coefficient Of Performance) of the heat pump system, and the secondary fluid heat quantity to control the cooling / heating temperature to a predetermined temperature , And the control unit terminates the operation of the heat pump when the cooling / heating temperature reaches a predetermined temperature.

하기의 특허문헌 2에는 순환수를 다중으로 열교환시킴으로써 순환수를 예열이나 예냉시키는 동시에 예열 또는 예냉된 중온수를 다시 리턴시켜 재순환시킴으로써 순환유량의 증가와 열교환 효율의 증대를 도모할 수 있는 순환수 가변유입형 다중 열교환 히트펌프 시스템이 개시되어 있다.Patent Document 2 described below discloses a method of circulating water in which the circulating water is preheated or precooled by heat exchange with multiple circulating water and at the same time the preheated or preheated heavy water is recirculated and returned to increase the circulating flow rate and increase the heat exchange efficiency. An inflow multiple heat exchange heat pump system is disclosed.

특허문헌 2의 순환수 가변유입형 다중 열교환 히트펌프 시스템는 제2 열교환기를 통해 순환수를 예열하여 중온수를 생성하는 동시에, 생성된 중온수를 중온수 리턴부를 통해 제2 열교환기로 재순환시켜 예열된 상태의 순환수를 제1 열교환기로 공급함에 따라 기존방식에 비해 열교환 효율이 증대될 수 있으므로 버퍼탱크가 없이도 순간가열의 급탕을 원활하게 제공할 수 있는 것이다.The circulating water variable inflow type multiple heat exchange heat pump system of Patent Document 2 preheats the circulating water through the second heat exchanger to generate the intermediate temperature water and recirculates the generated intermediate temperature water to the second heat exchanger through the intermediate temperature water return section, The heat exchange efficiency can be increased as compared with the conventional system, so that the instant hot water supply can be smoothly provided without the buffer tank.

도 1은 종래 기술에 따른 수열원 히트펌프 시스템의 구성도이다.1 is a block diagram of a hydrothermal heat pump system according to the related art.

종래 기술에 따른 수열원 히트펌프 시스템은 열교환기에 원수 배관과 브라인 배관이 접속되고, 히트펌프에 브라인 배관과 순환수 배관이 접속되고, 축열조에 순환배관이 접속되고, 원수 배관에 원수를 공급하는 원수펌프가 설치되고, 브라인 배관에 브라인을 순환시키는 브라인펌프가 설치되고, 순환수 배관에 순환수를 순환시키는 순환수펌프가 설치되는 형태를 가진다.In the heat source heat pump system according to the related art, a raw water pipe and a brine pipe are connected to a heat exchanger, a brine pipe and a circulating water pipe are connected to a heat pump, a circulation pipe is connected to the heat storage tank, A pump is installed, a brine pump for circulating the brine to the brine pipe is provided, and a circulating water pump for circulating the circulating water to the circulating water pipe is provided.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0036487호 (2017년 04월 03일 공개)Korean Patent Publication No. 10-2017-0036487 (published on Apr. 03, 2017) 대한민국 등록특허공보 제10-1543750호 (2015년 08월 05일 등록)Korean Registered Patent No. 10-1543750 (registered on Aug. 05, 2015)

그러나 종래 기술에 따른 수열원 히트펌프 시스템은 전술한 바와 같이 원수펌프와 브라인펌프, 순환수펌프가 열부하의 변동에 관계없이 설계점에서 정속운전을 하는 방식이므로 효율이 떨어지게 되는 문제가 있었다.However, the heat source heat pump system according to the related art has a problem in that the efficiency is degraded because the raw water pump, the brine pump, and the circulating water pump are operated at a constant speed at the design point irrespective of variations in the thermal load as described above.

즉, 종래 기술에 따른 수열원 히트펌프 시스템은 열용량이 가변되는 상황에서도 순환펌프는 정속으로 열매체를 순환하기 때문에 적정한 열용량을 히트펌프로 공급하지 못함으로써, 히트펌프의 성능저하, 순환펌프의 불필요한 전력 소모 및 히트펌프 시스템의 성능 저하의 문제를 발생한다.That is, in the hydrothermal heat pump system according to the related art, even when the heat capacity is variable, the circulating pump circulates the heat medium at a constant speed, so that the heat capacity can not be supplied to the heat pump. Therefore, the performance of the heat pump, And the performance of the heat pump system deteriorates.

본 발명은 상기 종래 기술에 따른 수열원 히트펌프 시스템의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적이 원수, 브라인, 순환수의 온도, 유량, 그리고 원수펌프, 브라인펌프, 순환수펌프의 전력량 등의 데이터를 수집 및 분석하여 각 펌프의 주파수를 제어하는 것에 의해 최적의 열교환량 목적 제어를 수행할 수 있도록 하는 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템을 제공하는 데에 있는 것이다.The object of the present invention is to solve the problem of the conventional hydrothermal heat pump system according to the related art, and its object is to provide an apparatus and a method for controlling the temperature of the raw water, brine, circulating water, The present invention provides a heat transfer variable control type heat pump system using a hydrothermal source that collects and analyzes a plurality of heat pumps and controls the frequency of each pump to perform an optimum heat exchange target control.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템은 일측에 원수펌프가 설치되며, 원수의 유량과 온도를 감지하는 원수 유량계와 원수 온도계가 설치된 원수 배관이 접속되고, 타측에 브라인 배관이 접속되는 열교환기; 일측에 브라인 펌프이 설치되며, 브라인의 유량과 온도를 감지하는 브라인 유량계와 브라인 온도계가 설치된 브라인 배관이 접속되고, 타측에 순환수 배관이 접속되는 히트펌프; 일측에 순환수펌프가 설치되며, 순환수의 유량과 온도를 감지하는 순환수 유량계와 순환수 온도계가 설치된 순환수 배관이 접속되는 축열조; 상기 원수펌프, 브라인펌프, 순환수펌프를 제어하는 PLC; PLC와 접속되어 원수 온도별 열교환량을 결정하는 워크스테이션;을 포함하되, 워크스테이션은 PLC와 접속되고, PLC로부터 제공되는 감지신호를 통해 효율을 향상시킬 수 있는 온도차 및 유량을 도출하는 시뮬레이션 프로그램; 측정 데이터를 실시간으로 모니터링하는 HMI프로그램이 탑재되고, 시뮬레이션 프로그램을 통해 축열조의 유입/유출온도를 기준으로 열부하를 계산하고, 열부하, 원수온도 입력 후 모의해석을 수행하고, 모의해석에 맞는 현재 조건의 원수, 브라인 열교환량을 결정하며, 워크스테이션은 열교환기 현재 온도차가 모의해석에 의한 열교환기 온도차보다 크면 펌프 주파수를 하향 조정하고, 열교환기 현재 온도차가 모의해석에 의한 열교환기 온도차보다 작으면 펌프 주파수를 상향 조정함으로써 열교환기 현재 온도차가 모의해석에 의한 열교환기 온도차와 같도록 조절하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, a heat pump system of a heat exchange variable control type using a hydrothermal source according to the present invention includes a raw water pump installed on one side, a raw water flow meter for sensing the flow rate and temperature of raw water, And a brine pipe connected to the other side of the heat exchanger; A heat pump in which a brine pump is installed on one side, a brine flow meter for sensing the flow rate and temperature of the brine, a brine pipe having a brine thermometer connected thereto, and a circulation water pipe connected to the other side; A storage tank to which a circulating water pump is installed at one side and a circulating water flow meter for sensing the flow rate and temperature of the circulating water and a circulating water pipe having a circulating water temperature meter are connected; A PLC for controlling the raw water pump, the brine pump, and the circulating water pump; And a workstation connected to the PLC and determining a heat exchange amount according to the raw water temperature, wherein the workstation is connected to the PLC, and the simulation program for deriving the temperature difference and the flow rate that can improve the efficiency through the sensing signal provided from the PLC; The HMI program that monitors the measurement data in real time is installed. The simulation program is used to calculate the heat load based on the inlet / outlet temperature of the heat storage tank, perform the simulation analysis after inputting the heat load and the raw water temperature, The work station determines the heat exchange rate of raw water and brine and adjusts the pump frequency if the current temperature difference of the heat exchanger is larger than the heat exchanger temperature difference by the simulated analysis and if the current temperature difference of the heat exchanger is smaller than the heat exchanger temperature difference by the simulated analysis, So that the present temperature difference of the heat exchanger is adjusted to be equal to the temperature difference of the heat exchanger by the simulated analysis.

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본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템은 PLC가 피드백 제어의 일종인 PID 제어를 통해 각 펌프의 주파수를 조절하는 PID 컨트롤러; 각 유량계 및 각 온도계의 감지값이 입력되고, 워크스테이션을 통해 분석 도출한 펌프 제어신호를 PID 컨트롤러로 출력하는 PLC 모듈;을 포함하는 것을 특징으로 한다.The heat exchange variable heat pump system using a hydrothermal source according to the present invention includes a PID controller for controlling the frequency of each pump through a PID control, And a PLC module for inputting sensed values of the respective flow meters and the respective thermometers and outputting a pump control signal derived from analysis through the work station to the PID controller.

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본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템에 의하면, 원수의 온도에 따라 시스템 효율이 최적이 되는 주파수로 각 펌프를 제어함으로써 열교환효율 및 히트펌프 시스템의 효율을 크게 향상시킬 수 있게 된다.According to the heat exchange variable control type heat pump system using the hydrothermal source according to the present invention, the heat exchange efficiency and efficiency of the heat pump system can be greatly improved by controlling each pump at a frequency at which the system efficiency becomes optimal according to the temperature of the raw water .

본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템에 의하면, 열부하에 따라 각 원수펌프 및 브라인펌프, 순환수펌프를 제어함으로써 각 펌프의 과도한 운전을 방지할 수 있게 되고, 구성부품의 수명을 연장할 수 있게 되고, 시스템 운용에 소요되는 전기에너지를 절감할 수 있게 된다.According to the heat transfer variable control type heat pump system using the hydrothermal source according to the present invention, it is possible to prevent the excessive operation of each pump by controlling each raw water pump, brine pump, and circulating water pump according to the heat load, So that the electric energy required for system operation can be saved.

도 1은 종래 기술에 따른 수열원 히트펌프 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템의 열교환기, 히트펌프, 축열조의 접속 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템의 원수펌프, 브라인펌프, 순환수펌프 제어 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템의 펌프 제어 흐름도,
도 5는 본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템의 운전효율을 기존 수열원 히트펌프 시스템의 운전효율과 비교한 그래프.
FIG. 1 is a block diagram of a heat source heat pump system according to the related art,
FIG. 2 is a connection diagram of a heat exchanger, a heat pump, and a heat storage tank of a heat exchange variable control type heat pump system using a hydrothermal source according to the present invention,
FIG. 3 is a block diagram of a raw water pump, a brine pump, and a circulating water pump of a heat exchange variable control type heat pump system using a hydrothermal source according to the present invention.
FIG. 4 is a flowchart of a pump control of a heat exchange variable heat pump system using a hydrothermal source according to the present invention.
5 is a graph comparing the operation efficiency of the heat pump variable heat pump system using the hydrothermal source according to the present invention with the operation efficiency of the conventional heat pump source heat pump system.

이하 본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a heat exchange variable control type heat pump system using a hydrothermal source according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

이하에서, "상방", "하방", "전방" 및 "후방" 및 그 외 다른 방향성 용어들은 도면에 도시된 상태를 기준으로 정의한다.In the following, the terms "upward", "downward", "forward" and "rearward" and other directional terms are defined with reference to the states shown in the drawings.

도 2는 본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템의 열교환기, 히트펌프, 축열조의 접속 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템의 원수펌프, 브라인펌프, 순환수펌프 제어 구성도이다.FIG. 2 is a connection diagram of a heat exchanger, a heat pump, and a heat storage tank of a heat exchange variable control type heat pump system using a hydrothermal source according to the present invention. Pump, brine pump, circulating water pump.

본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템은 열교환기(110), 히트펌프(120), 축열조(130), PLC(140), 워크스테이션(150)을 포함한다.The heat exchange variable control type heat pump system using the hydrothermal source according to the present invention includes a heat exchanger 110, a heat pump 120, a heat storage tank 130, a PLC 140, and a work station 150.

열교환기(110)는 원수와 브라인의 열교환이 이루어지는 것으로, 일측에 원수 배관이 접속되고, 타측에 브라인 배관이 접속된다.The heat exchanger 110 exchanges heat between the raw water and the brine, and the raw water pipe is connected to one side and the brine pipe is connected to the other side.

히트펌프(120)는 냉매의 압축과 응축이 이루어지는 것으로, 열교환기(110)와 축열조(130)의 사이에 마련된다.The heat pump 120 compresses and condenses refrigerant and is provided between the heat exchanger 110 and the heat storage tank 130.

히트펌프(120)의 일측에는 브라인 배관이 접속되고, 타측에는 순환수 배관이 접속된다.A brine pipe is connected to one side of the heat pump 120 and a circulating water pipe is connected to the other side.

축열조(130)는 냉매를 저장하는 것으로, 일측에 순환수 배관이 접속된다.The heat storage tank 130 stores refrigerant, and a circulation water pipe is connected to one side.

원수 배관에는 원수를 공급하는 원수펌프(161), 그리고 원수의 유량을 감지하는 원수 유량계(162), 원수의 온도를 감지하는 원수 온도계(163)가 설치된다.The raw water pipe is provided with a raw water pump 161 for supplying raw water, a raw water flow meter 162 for sensing the flow rate of the raw water, and a raw water thermometer 163 for sensing the temperature of the raw water.

브라인 배관에는 브라인을 순환시키는 브라인펌프(171), 그리고 브라인의 유량을 감지하는 브라인 유량계(172), 브라인의 온도를 감지하는 브라인 온도계(173)가 설치된다.The brine pipe is provided with a brine pump 171 for circulating the brine, a brine flow meter 172 for sensing the flow rate of the brine, and a brine thermometer 173 for sensing the temperature of the brine.

순환수 배관에는 순환수를 순환시키는 순환수펌프(181), 그리고 순환수의 유량을 감지하는 순환수 유량계(182), 순환수의 온도를 감지하는 순환수 온도계(183)가 설치된다.A circulating water pump 181 for circulating the circulating water, a circulating water flow meter 182 for sensing the flow rate of the circulating water, and a circulating water thermometer 183 for sensing the temperature of the circulating water are installed in the circulating water pipe.

PLC(140; Programmable Logic Controller )는 각 펌프(161)(171)(181)를 제어하는 것으로, 전술한 각 배관의 각 유량계(162)(172)(182) 및 각 온도계(163)(173)(183)가 접속된다.The programmable logic controller (PLC) 140 controls each of the pumps 161, 171 and 181 and controls the flowmeters 162, 172 and 182 and the thermometers 163 and 173 of the above- (183) are connected.

PLC(140)는 피드백 제어의 일종인 PID 제어를 통해 각 펌프(161)(171)(181)의 주파수를 조절하는 PID 컨트롤러(141); 각 유량계(162)(172)(182) 및 각 온도계(163)(173)(183)의 감지값이 입력되고, 워크스테이션(150)을 통해 분석 도출한 펌프 제어신호를 PID 컨트롤러(141)로 출력하는 PLC 모듈(142);을 포함한다.The PLC 140 includes a PID controller 141 that adjusts the frequencies of the pumps 161, 171, and 181 through PID control, which is a kind of feedback control; The detected values of the respective flow meters 162, 172 and 182 and the respective thermometers 163 and 173 and 183 are inputted and the pump control signal derived from the analysis through the work station 150 is supplied to the PID controller 141 And a PLC module 142 for outputting.

워크스테이션(150)은 PLC(140)와 접속되고, PLC(140)로부터 제공되는 감지신호를 통해 효율을 향상시킬 수 있는 온도차 및 유량을 도출하는 시뮬레이션 프로그램(151); 측정 데이터를 실시간으로 모니터링하는 HMI프로그램(152)이 탑재된다.The work station 150 includes a simulation program 151 connected to the PLC 140 and deriving a temperature difference and a flow rate that can improve the efficiency through a sensing signal provided from the PLC 140; And an HMI program 152 for monitoring the measurement data in real time is mounted.

본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템은 원수, 브라인, 순환수의 유량 데이터 및 온도 데이터, 각 펌프의 전력량 데이터를 통해 원수온도에 따른 최적의 열교환량을 도출하고, 각 펌프의 주파수를 제어함으로써 시스템 효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.The heat transfer variable control type heat pump system using the hydrothermal source according to the present invention derives the optimum heat exchange amount according to the raw water temperature through flow data and temperature data of raw water, brine, circulating water, and power amount data of each pump, By controlling the frequency, system efficiency can be improved.

본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템에서 계측되는 데이터는 열교환기(110)의 입력온도 및 출력온도, 각 펌프(161)(171)(181)의 전력량, 유량, 그리고 축열조(130)의 입력온도 및 출력온도, 히트펌프(120)의 전력량, 입력온도, 출력온도 등이다.Data measured in the heat exchange variable control type heat pump system using the hydrothermal source according to the present invention are obtained by measuring the input temperature and the output temperature of the heat exchanger 110 and the amount and flow rate of the respective pumps 161, 171 and 181, 130, the output power of the heat pump 120, the input temperature, and the output temperature.

상기 계측 데이터는 PLC(140)를 통해 워크스테이션(150)으로 전송되고, 워크스테이션(150)은 그에 탑재된 시뮬레이션 프로그램(151)을 통해 축열조(130)의 유입/유출온도를 기준으로 열부하를 계산한다.The measurement data is transmitted to the work station 150 via the PLC 140. The work station 150 calculates the heat load based on the inflow / outflow temperature of the heat storage tank 130 through the simulation program 151 mounted on the workstation 150 do.

그리고 열부하, 원수온도 입력 후 모의해석을 수행하고, 모의해석에 맞는 현재 조건의 원수, 브라인 열교환량을 결정한다.Then, the simulation is performed after inputting the heat load and the raw water temperature, and the raw water and the brine heat exchange amount of the present condition corresponding to the simulation analysis are determined.

도 4는 본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템의 펌프 제어 흐름도이다. 4 is a flowchart of a pump control of a heat exchange variable heat pump system using a hydrothermal source according to the present invention.

도 4에서 Td는 열교환기 현재 온도차이고, Ta는 모의해석에 의한 열교환기 온도차이다.
여기서 모의해석에 의한 열교환기 온도차는 열교환기에 맞춰 효율을 향상시킬 수 있는 온도차의 범위데이터를 워크스테이션(150)에 저장하여 설정한다.
In Fig. 4, Td is the temperature difference of the heat exchanger and Ta is the temperature difference of the heat exchanger by simulation analysis.
Here, the temperature difference of the heat exchanger by the simulation analysis is set by storing the range data of the temperature difference that can improve the efficiency according to the heat exchanger in the work station 150.

본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템은 Td가 Ta보다 크면 펌프 주파수를 하향 조정하고, Td가 Ta보다 작으면 펌프 주파수를 상향 조정함으로써 Td와 Ta가 같도록 조절한다.In the heat transfer variable control type heat pump system using the hydrothermal source according to the present invention, the pump frequency is adjusted downward when Td is larger than Ta, and the pump frequency is adjusted upward when Td is smaller than Ta, so that Td and Ta are equal to each other.

본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템은 원수온도에 따라 시스템 효율이 최적이 되는 원수, 브라인 열교환량이 존재함에 따라 사전 시뮬레이션 분석을 통해 원수온도별 효율을 향상시킬 수 있는 최적 열교환량을 결정한 후 펌프 가변속 PID제어로 최적 운전을 한다.The heat exchange variable heat pump system using the hydrothermal source according to the present invention has the optimum heat exchange capacity to improve the efficiency according to the raw water temperature through the preliminary simulation analysis in the presence of the raw water and the brine heat exchanging amount in which the system efficiency becomes optimal according to the raw water temperature And then the optimum operation is performed by the variable speed PID control of the pump.

도 5는 본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템의 운전효율을 기존 수열원 히트펌프 시스템의 운전효율과 비교한 그래프이다.5 is a graph comparing the operation efficiency of the heat exchange variable control type heat pump system using the hydrothermal source according to the present invention with the operation efficiency of the existing hydrotherm source heat pump system.

도 5와 같이 본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템의 운전효율은 열교환 정도에 관계없이 기존 수열원 히트펌프 시스템보다 현저하게 높다.As shown in FIG. 5, the operation efficiency of the heat exchange variable control type heat pump system using the hydrothermal source according to the present invention is remarkably higher than that of the conventional hydrothermal heat pump system irrespective of heat exchange degree.

따라서 본 발명에 따른 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템은 각 펌프의 효율적인 운전을 통해 보다 안정적인 시스템 운영이 가능하게 되고, 구성부품의 수명을 연장할 수 있게 됨은 물론 에너지를 크게 절감할 수 있게 된다.Therefore, the heat transfer variable control type heat pump system using the hydrothermal source according to the present invention can operate the system more stably through efficient operation of each pump, prolong the life of the component parts, do.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.Although the present invention has been described in detail with reference to the above embodiments, it is needless to say that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications may be made without departing from the spirit of the present invention.

110 : 열교환기
120 : 히트펌프
130 : 축열조
140 : PLC
150 : 워크스테이션
110: Heat exchanger
120: Heat pump
130:
140: PLC
150: Workstation

Claims (6)

일측에 원수펌프(161)가 설치되며, 원수의 유량과 온도를 감지하는 원수 유량계(162)와 원수 온도계(163)가 설치된 원수 배관이 접속되고, 타측에 브라인 배관이 접속되는 열교환기(110);
일측에 브라인 펌프(171)이 설치되며, 브라인의 유량과 온도를 감지하는 브라인 유량계(172)와 브라인 온도계(173)가 설치된 브라인 배관이 접속되고, 타측에 순환수 배관이 접속되는 히트펌프(120);
일측에 순환수펌프(181)가 설치되며, 순환수의 유량과 온도를 감지하는 순환수 유량계(182)와 순환수 온도계(183)가 설치된 순환수 배관이 접속되는 축열조(130);
상기 원수펌프(161), 브라인펌프(171), 순환수펌프(181)를 제어하는 PLC(140);
PLC(140)와 접속되어 원수 온도별 열교환량을 결정하는 워크스테이션(150);을 포함하되,
워크스테이션(150)은 PLC(140)와 접속되고, PLC(140)로부터 제공되는 감지신호를 통해 효율을 향상시킬 수 있는 온도차 및 유량을 도출하는 시뮬레이션 프로그램(151); 측정 데이터를 실시간으로 모니터링하는 HMI프로그램(152)이 탑재되고, 시뮬레이션 프로그램(151)을 통해 축열조(130)의 유입/유출온도를 기준으로 열부하를 계산하고, 열부하, 원수온도 입력 후 모의해석을 수행하고, 모의해석에 맞는 현재 조건의 원수, 브라인 열교환량을 결정하며,
워크스테이션(150)은 열교환기 현재 온도차가 모의해석에 의한 열교환기 온도차보다 크면 펌프 주파수를 하향 조정하고, 열교환기 현재 온도차가 모의해석에 의한 열교환기 온도차보다 작으면 펌프 주파수를 상향 조정함으로써 열교환기 현재 온도차가 모의해석에 의한 열교환기 온도차와 같도록 조절하는 것을 특징으로 하는 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템.
A heat exchanger 110 in which a raw water pump 161 is installed on one side and a raw water pipe 162 for detecting the flow rate and temperature of the raw water and a raw water pipe provided with a raw water thermometer 163 are connected and a brine pipe is connected to the other side, ;
A brine pump 171 is installed at one side and a brine flow meter 172 for sensing the flow rate and temperature of the brine and a brine pipe provided with a brine thermometer 173 are connected and a heat pump 120 );
A storage tank 130 to which a circulating water pump 181 is installed at one side, and a circulating water pipe 182 in which a circulating water flow meter 182 for sensing the flow rate and temperature of the circulating water and a circulating water temperature thermometer 183 are connected;
A PLC 140 for controlling the raw water pump 161, the brine pump 171, and the circulating water pump 181;
And a work station (150) connected to the PLC (140) to determine a heat exchange amount by raw water temperature,
The work station 150 includes a simulation program 151 connected to the PLC 140 and deriving a temperature difference and a flow rate that can improve the efficiency through a sensing signal provided from the PLC 140; An HMI program 152 for monitoring measurement data in real time is loaded and a thermal load is calculated on the basis of the inflow / outflow temperature of the thermal storage tank 130 through the simulation program 151, and simulation analysis is performed after inputting the thermal load and raw water temperature , Determines the number of raw water and brine heat exchange amount of the present condition suitable for the simulation analysis,
The workstation 150 adjusts the pump frequency down if the current temperature difference of the heat exchanger is greater than the temperature difference of the heat exchanger by the simulated analysis and adjusts the pump frequency up if the current temperature difference of the heat exchanger is less than the heat exchanger temperature difference by the simulated analysis, And the present temperature difference is adjusted to be equal to the temperature difference of the heat exchanger by the simulated analysis.
삭제delete 제1항에 있어서,
PLC(140)는 피드백 제어의 일종인 PID 제어를 통해 각 펌프(161)(171)(181)의 주파수를 조절하는 PID 컨트롤러(141); 각 유량계(162)(172)(182) 및 각 온도계(163)(173)(183)의 감지값이 입력되고, 워크스테이션(150)을 통해 분석 도출한 펌프 제어신호를 PID 컨트롤러(141)로 출력하는 PLC 모듈(142);을 포함하는 것을 특징으로 하는 수열원을 이용한 열교환 가변 제어형 히트펌프 시스템.
The method according to claim 1,
The PLC 140 includes a PID controller 141 that adjusts the frequencies of the pumps 161, 171, and 181 through PID control, which is a kind of feedback control; The detected values of the respective flow meters 162, 172 and 182 and the respective thermometers 163 and 173 and 183 are inputted and the pump control signal derived from the analysis through the work station 150 is supplied to the PID controller 141 And a PLC module (142) for outputting heat to the heat exchanger.
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