KR102161125B1 - 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템 - Google Patents

지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템 Download PDF

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Abstract

개시되는 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템이 열원측 열교환 부재와, 히트펌프와, 외부 팽창 밸브와, 냉매 물 열교환기와, 축열조와, 수요처측 말단 유닛을 포함하고, 냉매는 상기 히트펌프, 상기 냉매 물 열교환기 및 상기 수요처측 말단 유닛 사이를 유동할 수 있고, 수요처에 대한 비공조 상태에서, 상기 냉매가 상기 히트펌프와 상기 냉매 물 열교환기 사이를 순환하면서, 상기 축열조에 냉수화 또는 온수화된 상기 물이 저장되고, 상기 수요처에 대한 공조 상태에서, 상기 히트펌프와 상기 축열조가 함께 상기 수요처에 대해 냉난방을 공급할 수 있게 됨으로써, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 작동 효율의 향상을 위하여 정상 운전에 필요한 소비 전력의 저감이 가능해지는 장점이 있다.

Description

지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템{Intelligent dual heat exchanging type heat pump system}
본 발명은 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
히트펌프(heat pump)는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 열원 측의 저온의 냉기를 수요처로 전달하여 냉방을 수행하거나, 상기 열원 측의 고온의 열기를 상기 수요처로 전달하여 난방을 수행하는 냉난방 장치로, 현재 대부분이 냉방과 난방을 겸용하는 구조로 되어 있다.
이러한 히트펌프의 열원으로는 지중의 지열이 이용될 수 있는데, 위와 같이 지열을 이용한 히트펌프 시스템은 열 교환수가 지중과 열교환되면서 지열을 수득하거나 지중으로 열기를 버리면서, 수요처에 대해 냉난방, 온수 등을 공급할 수 있는 것이다.
이러한 지열을 이용한 히트펌프 시스템의 예로 제시될 수 있는 것이 아래 제시된 특허문헌의 그 것들이다.
그러나, 종래의 히트펌프 시스템에서는, 작동 효율의 향상을 위하여 정상 운전에 필요한 소비 전력의 저감이 필요하나, 이러한 소비 전력의 저감에 한계가 있었다.
등록특허 제 10-1655664호, 등록일자: 2016.09.01., 발명의 명칭: 저수조 탱크 및 지열원을 이용한 열원 보상형 지열시스템 등록특허 제 10-1265751호, 등록일자: 2013.05.13., 발명의 명칭: 냉매열교환을 통한 고효율 지열히트펌프시스템
본 발명은 작동 효율의 향상을 위하여 정상 운전에 필요한 소비 전력의 저감이 가능한 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템은 열 교환수가 유동되면서 열원과 열교환되는 열원측 열교환 부재; 상기 열원측 열교환 부재를 통해 상기 열원과 열교환된 상기 열 교환수가 경유되면서 열교환되고, 냉방 운전 모드 또는 난방 운전 모드로 운전될 수 있는 히트펌프; 상기 히트펌프의 외부에 배치되고, 상기 히트펌프를 경유한 냉매가 경유되면서 팽창될 수 있게 하는 외부 팽창 밸브; 상기 외부 팽창 밸브를 경유한 상기 냉매가 경유되면서 열교환되는 냉매 물 열교환기; 상기 냉매 물 열교환기를 경유하면서 상기 냉매와 열교환되는 물이 저장되는 축열조; 상기 히트펌프의 운전 모드에 따라, 수요처에 대해 냉난방을 제공할 수 있는 수요처측 말단 유닛; 상기 외부 팽창 밸브를 경유한 다음 상기 냉매 물 열교환기로 유입되는 상기 냉매의 온도를 감지하는 유입 냉매 온도 감지 센서; 상기 축열조로부터 상기 냉매 물 열교환기로 유입되는 상기 물의 온도를 감지하는 유입 물 온도 감지 센서; 및 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 각 구성 요소의 작동을 제어할 수 있는 제어 부재;를 포함하고,
상기 냉매는 상기 히트펌프, 상기 냉매 물 열교환기 및 상기 수요처측 말단 유닛 사이를 유동할 수 있고, 상기 수요처에 대한 비공조(non air-condition) 상태에서, 상기 냉매가 상기 히트펌프와 상기 냉매 물 열교환기 사이를 순환하면서, 상기 축열조에 냉수화 또는 온수화된 상기 물이 저장되고, 상기 수요처에 대한 공조(air-condition) 상태에서, 상기 히트펌프와 상기 축열조가 함께 상기 수요처에 대해 냉난방을 공급할 수 있게 되고,
상기 제어 부재는 상기 유입 냉매 온도 감지 센서에서 감지되는 상기 냉매 물 열교환기로 유입되는 상기 냉매의 온도(T1)와 상기 유입 물 온도 감지 센서에서 감지되는 상기 축열조로부터 상기 냉매 물 열교환기로 유입되는 상기 물의 온도(T2)를 비교하여, “T1 ≤ T2+α”일 경우(여기서, α는 냉방 시의 보정치) 또는 “T1 ≥ T2+β”일 경우(여기서, β는 난방 시의 보정치)에는, 상기 냉매가 상기 히트펌프와 상기 수요처측 말단 유닛 사이를 순환하는 사이클을 반복하게 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
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본 발명의 다른 측면에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템은 열 교환수가 유동되면서 열원과 열교환되는 열원측 열교환 부재; 상기 열원측 열교환 부재를 통해 상기 열원과 열교환된 상기 열 교환수가 경유되면서 열교환되고, 냉방 운전 모드 또는 난방 운전 모드로 운전될 수 있고, 그 내부에서 냉매가 폐순환되는 히트펌프; 상기 히트펌프를 경유하면서 상기 냉매와 열교환되는 물이 저장되는 축열조; 상기 열원측 열교환 부재로부터 상기 히트펌프로 향하는 상기 열 교환수가 상기 축열조로 향할 수 있도록 하는 축열 공급 배관; 상기 축열 공급 배관을 통해 상기 축열조로 유입되었던 상기 열 교환수가 상기 히트펌프로 향할 수 있도록 하는 축열 환원 배관; 수요처에 대해 냉난방을 제공할 수 있는 수요처측 말단 유닛; 상기 축열조로 유입되는 상기 물의 온도를 감지하는 유입 물 온도 감지 센서; 상기 축열조로부터 유출되는 상기 물의 온도를 감지하는 유출 물 온도 감지 센서; 및 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 각 구성 요소의 작동을 제어할 수 있는 제어 부재;를 포함하고,
상기 수요처에 대한 비공조 상태에서, 상기 축열조에 저장되어 있던 상기 물이 상기 축열조와 상기 히트펌프 사이를 순환하면서, 상기 축열조에 냉수화 또는 온수화된 상기 물이 저장되고, 상기 수요처에 대한 공조 상태에서, 상기 물이 상기 열원측 열교환 부재에서 1차 열교환 및 상기 축열조에서 2차 열교환된 상태로 상기 히트펌프를 경유하면서 상기 냉매와 열교환되고, 상기 물과 열교환된 상기 냉매가 상기 히트펌프의 내부를 따라 유동된 상태에서 상기 히트펌프와 상기 수요처측 말단 유닛 사이를 유동하는 상기 물과 열교환됨으로써, 상기 수요처에 대해 냉난방을 공급할 수 있게 되고,
상기 제어 부재는 상기 유입 물 온도 감지 센서에서 감지되는 상기 축열조로 유입되는 상기 물의 온도(T1)와 상기 유출 물 온도 감지 센서에서 감지되는 상기 축열조로부터 유출되는 상기 물의 온도(T2)를 비교하여, “T1 ≤ T2+α”일 경우(여기서, α는 냉방 시의 보정치) 또는 “T1 ≥ T2+β”일 경우(여기서, β는 난방 시의 보정치)에는, 상기 물이 상기 열원측 열교환 부재와 상기 히트펌프 사이를 순환하는 사이클을 반복하게 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
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본 발명의 일 측면에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템에 의하면, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템이 열원측 열교환 부재와, 히트펌프와, 외부 팽창 밸브와, 냉매 물 열교환기와, 축열조와, 수요처측 말단 유닛을 포함하고, 냉매는 상기 히트펌프, 상기 냉매 물 열교환기 및 상기 수요처측 말단 유닛 사이를 유동할 수 있고, 수요처에 대한 비공조 상태에서, 상기 냉매가 상기 히트펌프와 상기 냉매 물 열교환기 사이를 순환하면서, 상기 축열조에 냉수화 또는 온수화된 상기 물이 저장되고, 상기 수요처에 대한 공조 상태에서, 상기 히트펌프와 상기 축열조가 함께 상기 수요처에 대해 냉난방을 공급할 수 있게 됨으로써, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 작동 효율의 향상을 위하여 정상 운전에 필요한 소비 전력의 저감이 가능해지는 효과가 있는데, 구체적으로는 다음과 같다.
첫째, 이중 열교환을 통해, 상기 히트펌프의 냉방 시에는 응축 온도를 낮추고, 난방 시에는 증발 온도를 높여, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 성적계수를 높일 수 있고, 그에 따라 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 성능은 향상시키고, 소비 전력은 줄여줄 수 있다.
둘째, 이중 열교환을 통한 여름철 축냉 또는 겨울철 축열이 야간, 비조업 시간 등의 여분의 비공조 시간대에 이루어질 수 있고, 그에 따라 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 정상 운전 시의 소비전력을 낮추어주므로, 피크 전력의 감소를 통한 건물이나 전력망의 수요 관리가 가능하고, 전력 피크로 인한 사고(black-out)이 방지될 수 있게 된다.
셋째, 상기 축열조의 용량이 1일당 1시간 내지 3시간 정도만 커버할 수 있는 상대적으로 아주 작은 것으로도, 여름철, 겨울철의 피크 시간대에 상기 축열조의 집중적 활용을 통해, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 효율적인 작동이 가능해진다.
넷째, 천공수, 지열 열전도도 등이 부족하여 상기 지중의 열교환량이 부족할 경우, 상기 축열조의 냉수(여름철) 또는 온수(겨울철)가 보조해줄 수가 있게 되어, 상기 지중으로 천공되는 지열 천공의 개수 또는 상기 열원측 열교환 부재의 크기가 대폭 축소될 수 있게 되므로, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 설치 비용 및 운용 비용이 감소될 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 구성을 보이는 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 냉방 운전 시의 P-h 선도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 난방 운전 시의 P-h 선도.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 구성을 보이는 도면.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 구성을 보이는 도면.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 구성을 보이는 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 구성을 보이는 도면이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 냉방 운전 시의 P-h 선도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 난방 운전 시의 P-h 선도이다.
도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)은 열원측 열교환 부재(110)와, 히트펌프(120)와, 외부 팽창 밸브(140)와, 냉매 물 열교환기(130)와, 축열조(135)와, 수요처측 말단 유닛(105)을 포함한다.
상기 열원측 열교환 부재(110)는 열 교환수가 경유되면서 열원측과 열교환될 수 있는 것으로, 본 실시예에서는, 상기 열원측 열교환 부재(110)가 지중에 매설되어 상기 지중과 열교환되는 지중 열교환 부재로 제시되고, 그에 따라 상기 열 교환수가 상기 열원측 열교환 부재(110)를 경유하면서 상기 지중과 열교환된다.
여기서, 예시적으로 상기 열원측 열교환 부재(110)가 밀폐형으로 제시된다.
본 실시예에서는, 상기 열원이 상기 지중인 것으로 하여 도시 및 설명을 수행하나, 본 발명이 여기에 제한되는 것은 아니고, 상기 열원측 열교환 부재(110)와 열교환되는 열원(개방형 및 밀폐형 열원)으로는, 지하수, 호소수, 강수, 원수, 해수, 냉각탑 등의 수(水)열원 및 공기(空氣) 열원, 폐열원 등 다른 다양한 열원이 모두 포함될 수 있다.
여기서, 상기 밀폐형은 상기 열 교환수가 상기 지중의 지하수와 직접 접하지 아니하고 열교환만 하면서 유동되는 형태를 말한다.
상기 히트펌프(120)는 상기 열원측 열교환 부재(110)를 통해 상기 지중과 열교환된 상기 열 교환수가 경유되면서 열교환되고, 냉방 운전 모드 또는 난방 운전 모드로 운전될 수 있는 것이다.
여기서, 상기 냉방 운전 모드는 수요처에 대해 냉방이 공급되도록 상기 히트펌프(120)가 작동되는 것을 말하고, 상기 난방 운전 모드는 상기 수요처에 대해 난방이 공급되도록 상기 히트펌프(120)가 작동되는 것을 말한다.
상세히, 상기 히트펌프(120)는 열원측 열교환기(121)와, 압축기(122)와, 내부 팽창 밸브(124)와, 사방 밸브(123)를 포함한다.
상기 열원측 열교환기(121)는 상기 열원측 열교환 부재(110) 측에 배치되어, 상기 열원측 열교환 부재(110)와 상기 히트펌프(120) 사이를 유동하는 상기 열 교환수와 상기 히트펌프(120)에서 유동되는 냉매가 열교환되도록 하는 것이다.
도면 번호 180은 상기 열원측 열교환 부재(110)를 경유하면서 상기 지중과 열교환된 상기 열 교환수가 상기 히트펌프(120), 여기서는 상기 열원측 열교환기(121)로 유동되는 배관인 열원 공급 배관이고, 도면 번호 181은 상기 히트펌프(120), 여기서는 상기 열원측 열교환기(121)를 경유한 상기 열 교환수가 상기 열원측 열교환 부재(110)로 유동되는 배관인 열원 환원 배관이고, 도면 번호 170은 상기 열원 공급 배관(180)에 설치되어 상기 열원측 열교환 부재(110)와 상기 히트펌프(120) 사이에서 상기 열 교환수가 유동되도록 하는 열원 펌프이다.
상기 압축기(122)는 상기 히트펌프(120)의 내부를 유동하는 상기 냉매를 압축시킬 수 있는 것이다.
상기 내부 팽창 밸브(124)는 상기 히트펌프(120)의 내부를 유동하는 상기 냉매를 팽창시킬 수 있는 것이다.
상기 사방 밸브(123)는 상기 히트펌프(120)의 내부를 유동하는 상기 냉매의 유동 방향을 변경시킬 수 있는 것이다.
상기 히트펌프(120)가 상기 냉방 운전 모드로 운전되는 경우, 상기 열원측 열교환기(121)는 응축기로 기능하고, 그에 따라 상기 사방 밸브(123)는 상기 히트펌프(120)의 외부로부터 유입되는 상기 냉매가 상기 압축기(122) → 상기 열원측 열교환기(121) → 상기 내부 팽창 밸브(124) 순서로 유동되도록 한다.
반면, 상기 히트펌프(120)가 상기 난방 운전 모드로 운전되는 경우, 상기 열원측 열교환기(121)는 증발기로 기능하고, 그에 따라 상기 사방 밸브(123)는 상기 히트펌프(120)의 외부로부터 유입되는 상기 냉매가 상기 내부 팽창 밸브(124) → 상기 열원측 열교환기(121) → 상기 압축기(122) 순서로 유동되도록 한다.
상기 외부 팽창 밸브(140)는 상기 히트펌프(120)의 외부에 배치되고, 상기 히트펌프(120)를 경유한 상기 냉매가 경유되면서 팽창될 수 있게 하는 것이다.
본 실시예에서는, 상기 외부 팽창 밸브(140)가 상기 히트펌프(120)와 상기 냉매 물 열교환기(130) 사이에 배치된다.
상기 냉매 물 열교환기(130)는 상기 외부 팽창 밸브(140)를 경유한 상기 냉매가 경유되면서 상기 축열조(135)로부터 유동되는 물과 상기 냉매가 열교환되는 것이다.
도면 번호 182는 상기 히트펌프(120)의 상기 내부 팽창 밸브(124)로부터 상기 수요처측 말단 유닛(105) 쪽으로 연장되는 내부 연장 배관이다.
도면 번호 185는 상기 내부 연장 배관(182)으로부터 분지되어 상기 냉매 물 열교환기(130)까지 연장되는 분지 열교환 배관이다. 상기 분지 열교환 배관(185) 상에 상기 외부 팽창 밸브(140)가 설치된다.
도면 번호 174는 상기 분지 열교환 배관(185)을 개폐시키는 분지 열교환 개폐 밸브이다.
도면 번호 102는 상기 분지 열교환 배관(185)을 따라 유동되어 상기 외부 팽창 밸브(140)를 경유한 다음 상기 냉매 물 열교환기(130)로 유입되는 상기 냉매의 온도를 감지하는 유입 냉매 온도 감지 센서이다.
도면 번호 186은 상기 냉매 물 열교환기(130)로부터 연장되어 상기 내부 연장 배관(182)에 합지되어 상기 냉매 물 열교환기(130)를 경유한 상기 냉매가 상기 내부 연장 배관(182) 쪽으로 향하도록 유동되는 열교환 합지 배관이다.
도면 번호 184는 상기 열교환 합지 배관(186)으로부터 분지되어 상기 내부 연장 배관(182) 중 상기 내부 팽창 밸브(124)와 상기 분지 열교환 배관(185)의 분지 지점 사이에 합지되는 분지 합지 배관이다.
도면 번호 177은 상기 분지 합지 배관(184)을 개폐시킬 수 있는 분지 합지 개폐 밸브이다.
상기 수요처측 말단 유닛(105)은 상기 히트펌프(120)의 운전 모드에 따라, 수요처에 대해 냉난방을 제공할 수 있는 것으로, 일반적인 공기 조화기의 실내기 등이 그 예로 제시될 수 있다.
도면 번호 188은 상기 내부 연장 배관(182)의 말단과 상기 수요처측 말단 유닛(105)을 연결하는 수요처 공급 배관이다.
도면 번호 183은 후술되는 수요처 환수 배관(189)으로부터 연장되어 상기 히트펌프(120)의 상기 사방 밸브(123)와 연결되는 환수 연결 배관이다.
도면 번호 189는 상기 수요처측 말단 유닛(105)과 상기 환수 연결 배관(183)을 연결하는 수요처 환수 배관이다.
상기 수요처 공급 배관(188)과 상기 수요처 환수 배관(189)은 각각 상기 수요처측 말단 유닛(105)의 개수만큼 복수 개로 이루어질 수 있다.
도면 번호 187은 상기 내부 연장 배관(182) 중 상기 열교환 합지 배관(186)의 합지 지점과 상기 수요처 공급 배관(188)의 사이 부분 및 상기 환수 연결 배관(183)을 연결하는 브릿지 배관이다.
도면 번호 176은 상기 브릿지 배관(187)을 개폐시키는 브릿지 개폐 밸브이다.
도면 번호 172는 상기 내부 연장 배관(182) 중 상기 분지 합지 배관(184)의 합지 지점 및 상기 내부 연장 배관(182) 중 상기 분지 열교환 배관(185)의 분지 지점 사이 부분을 개폐시키는 합지 분지 사이 개폐 밸브이다.
도면 번호 173은 상기 내부 연장 배관(182) 중 상기 분지 열교환 배관(185)의 분지 지점 및 상기 내부 연장 배관(182) 중 상기 열교환 합지 배관(186)의 합지 지점 사이 부분을 개폐시키는 분지 합지 사이 개폐 밸브이다.
도면 번호 175는 상기 내부 연장 배관(182) 중 상기 브릿지 배관(187)의 연결 지점 및 상기 수요처 공급 배관(188) 사이 부분을 개폐시키는 브릿지 수요처 개폐 밸브이다.
도면 번호 178은 상기 열교환 합지 배관(186) 중 상기 분지 합지 배관(184)의 분지 지점 및 상기 열교환 합지 배관(186)과 상기 내부 연장 배관(182)의 합지 지점 사이를 개폐시키는 열교환 분지 개폐 밸브이다.
상기 축열조(135)는 상기 냉매 물 열교환기(130)를 경유하면서 상기 냉매와 열교환되어 온수화 또는 냉수화된 상기 물이 저장되는 것이다.
도면 번호 136은 사람이 먹을 수 있는 정도의 시수(예를 들어, 수돗물)를 외부의 상수원 등의 시수원으로부터 상기 축열조(135)로 공급하는 시수 공급 배관이고, 도면 번호 137은 빗물을 상기 축열조(135)로 공급하는 빗물 공급 배관이다.
상기와 같이 구성됨으로써, 작동 시간의 경과에 따라 상기 축열조(135)에서 상기 물이 부족해지는 경우, 시수, 빗물, 재활용수(중수) 등이 활용될 수 있게 되고, 특히 빗물, 재활용수 등이 사용될 경우에는, 주변으로 버려지는 물질과 에너지(온도차 에너지)가 재활용되는 것이 되므로, 버려지는 물질과 에너지의 유효한 자원의 재순환이 가능하다.
여기서, 빗물, 재활용수 등이 재사용되는 경우에는, 전용 필터인 스트레이너를 거쳐 상기 축열조(135)로 빗물, 재활용수 등이 공급되도록 하여, 상기 축열조(135) 내의 수질이 요구되는 수준으로 유지되도록 하고, 상기 축열조(135)의 하부에는 청소를 위한 도구가 삽입될 수 있는 청소구가 형성되어, 상기 축열조(135)에 대한 청소 및 정비가 가능하다.
도면 번호 191은 상기 축열조(135)와 상기 냉매 물 열교환기(130)를 연결하여 상기 축열조(135)의 상기 물이 상기 냉매 물 열교환기(130)로 유동되도록 하는 물 공급 배관이고, 도면 번호 190은 상기 냉매 물 열교환기(130)를 경유한 상기 물이 상기 축열조(135)로 환수되도록 하는 물 환수 배관이고, 도면 번호 171은 상기 물 환수 배관(190) 상에 설치되어 상기 냉매 물 열교환기(130)와 상기 축열조(135) 사이에서 상기 물이 순환될 수 있도록 하는 축열 펌프이다.
도면 번호 103은 상기 축열조(135)로부터 상기 냉매 물 열교환기(130)로 유입되는 상기 물의 온도를 감지하는 유입 물 온도 감지 센서이다.
도면 번호 101은 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)의 각 구성 요소의 작동을 제어할 수 있는 제어 부재이다.
본 실시예에서는, 상기 냉매는 상기 히트펌프(120)와, 상기 히트펌프(120)의 외부에 배치되는 상기 냉매 물 열교환기(130) 및 상기 수요처측 말단 유닛(105) 사이를 유동할 수 있고, 상기 히트펌프(120)로부터 상기 냉매 물 열교환기(130)로 향하던 상기 냉매는 상기 외부 팽창 밸브(140)를 경유할 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 상기 수요처에 대한 비공조(non air-condition) 상태에서, 상기 냉매가 상기 히트펌프(120)와 상기 냉매 물 열교환기(130) 사이를 순환하면서, 상기 축열조(135)에 냉수화 또는 온수화된 상기 물이 저장되고, 상기 수요처에 대한 공조(air-condition) 상태에서, 상기 히트펌프(120)와 상기 축열조(135)가 함께 상기 수요처에 대해 냉난방을 공급할 수 있게 된다.
여기서, 상기 비공조 상태라 함은, 야간 혹은 비조업 시간 등 상기 수요처에 대한 공조가 이루어지지 않는 상태를 말한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)의 위와 같은 작동들에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)에서의 축냉 운전에 대하여 설명한다.
상기 히트펌프(120)가 상기 냉방 운전 모드이면서 상기 수요처에 대한 비공조 상태인 경우, 상기 축냉 운전이 진행되는데, 이 경우 상기 합지 분지 사이 개폐 밸브(172)는 열리고, 상기 분지 합지 사이 개폐 밸브(173)는 닫히고, 상기 브릿지 수요처 개폐 밸브(175)는 닫히고, 상기 브릿지 개폐 밸브(176)는 열리고, 상기 분지 열교환 개폐 밸브(174)는 열리고, 상기 열교환 분지 개폐 밸브(178)는 열리고, 상기 분지 합지 개폐 밸브(177)는 닫힌 상태가 된다.
이러한 상태에서, 상기 열원 펌프(170)와 상기 축열 펌프(171)가 작동되면, 상기 히트펌프(120)의 상기 열원측 열교환기(121)에서 상기 열 교환수와 열교환되면서 열기를 잃은 상기 냉매가 상기 내부 팽창 밸브(124)를 경유하면서 팽창된 다음 상기 내부 연장 배관(182) 및 상기 분지 열교환 배관(185)을 통해 유동되고, 이러한 과정에서 상기 외부 팽창 밸브(140)를 경유하면서 팽창된 상태로 상기 냉매 물 열교환기(130)를 경유하게 된다.
상기와 같이 상기 냉매 물 열교환기(130)를 경유하는 상기 냉매가 상기 냉매 물 열교환기(130)를 경유하는 상기 물의 열기를 흡수한 상태로 상기 열교환 합지 배관(186), 상기 내부 연장 배관(182), 상기 브릿지 배관(187) 및 상기 환수 연결 배관(183)을 통해 유동된 다음 상기 히트펌프(120)의 상기 사방 밸브(123)로 재유입됨으로써, 상기 냉매의 순환이 이루어지게 된다.
한편, 상기 히트펌프(120)에서 상기 냉매의 열기를 흡수한 상기 열 교환수는 상기 열원 환원 배관(181)을 통해 유동된 다음 상기 열원측 열교환 부재(110)에서 상기 지중과 열교환되면서 열기를 잃은 상태로 상기 열원 공급 배관(180)을 통해 상기 히트펌프(120)로 재유입됨으로써, 상기 열 교환수의 순환이 이루어지게 된다.
한편, 상기 냉매 물 열교환기(130)에서 상기 냉매에게로 열기를 빼앗긴 상기 물은 냉수화된 상태로 상기 물 환수 배관(190)을 통해 상기 축열조(135)에 저장되어, 상기 축냉 운전이 수행된다.
이하에서, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)에서의 방냉 운전에 대하여 설명한다.
상기 히트펌프(120)가 상기 냉방 운전 모드이면서 상기 수요처에 대한 공조 상태인 경우, 상기 방냉 운전이 진행되는데, 이 경우 상기 합지 분지 사이 개폐 밸브(172)는 열리고, 상기 분지 합지 사이 개폐 밸브(173)는 닫히고, 상기 브릿지 수요처 개폐 밸브(175)는 열리고, 상기 브릿지 개폐 밸브(176)는 닫히고, 상기 분지 열교환 개폐 밸브(174)는 열리고, 상기 열교환 분지 개폐 밸브(178)는 열리고, 상기 분지 합지 개폐 밸브(177)는 닫힌 상태가 되고, 상기 내부 팽창 밸브(124)와 상기 외부 팽창 밸브(140)는 완전히 열려서 상기 내부 팽창 밸브(124)와 상기 외부 팽창 밸브(140)에서는 상기 냉매의 팽창이 이루어지지 않고 상기 냉매가 그대로 통과하게 된다.
이러한 상태에서, 상기 열원 펌프(170)와 상기 축열 펌프(171)가 작동되면, 상기 히트펌프(120)의 상기 열원측 열교환기(121)에서 상기 열 교환수와 열교환되면서 열기를 잃으면서 1차 응축된 상기 냉매가 상기 내부 팽창 밸브(124)를 경유한 다음 상기 내부 연장 배관(182) 및 상기 분지 열교환 배관(185)을 통해 유동된 다음, 상기 냉매 물 열교환기(130)를 경유하게 된다.
상기와 같이 상기 냉매 물 열교환기(130)를 경유하는 상기 냉매가 상기 축열조(135)로부터 공급되어 상기 냉매 물 열교환기(130)를 경유하는 냉수화된 상태의 상기 물 쪽으로 열기를 한번 더 잃으면서 2차 응축되고, 그러한 상태로 상기 냉매가 상기 열교환 합지 배관(186), 상기 내부 연장 배관(182) 및 상기 수요처 공급 배관(188)을 통해 유동된 다음 상기 수요처측 말단 유닛(105)을 통해 상기 수요처로 냉방을 공급하는 상기 방냉 운전이 수행된다.
상기와 같이 상기 수요처측 말단 유닛(105)을 경유한 상기 냉매는 상기 수요처 환수 배관(189) 및 상기 환수 연결 배관(183)을 통해 유동된 다음 상기 히트펌프(120)의 상기 사방 밸브(123)로 재유입됨으로써, 상기 냉매의 순환이 이루어지게 된다.
한편, 상기 히트펌프(120)에서 상기 냉매의 열기를 흡수한 상기 열 교환수는 상기 열원 환원 배관(181)을 통해 유동된 다음 상기 열원측 열교환 부재(110)에서 상기 지중과 열교환되면서 열기를 잃은 상태로 상기 열원 공급 배관(180)을 통해 상기 히트펌프(120)로 재유입됨으로써, 상기 열 교환수의 순환이 이루어지게 된다.
상기와 같이, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)에서의 상기 축냉 운전 및 상기 방냉 운전이 수행됨으로써, 도 2에 도시된 바와 같이, 종래에 1 - 2 - 3 - 4로 진행되던 냉매 사이클 회로가 본 실시예에서는 1 - 2' - 3' - 4'로 진행되고, 그에 따라 과냉각도가 종래 e에서 본 실시예에서는 f로 커지게 되어, 증발 능력인 냉방 성능이 종래 a에서 본 실시예에서는 b로 커지게 되고, 상기 압축기(122)의 동력인 소비 전력은 종래 c에서 본 실시예에서는 d로 감소하게 되어, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)의 성적계수가 증가하여, 냉방에 소요되는 에너지가 절감될 수 있게 된다.
또한, 상기 지중의 열교환량이 부족한 경우, 상기 축열조(135) 내부에 저장된 냉수화된 상기 물이 상기 지중의 부족한 열교환량을 보조해줄 수가 있어서, 상기 지중으로 천공되는 지열 천공의 개수 또는 상기 열원측 열교환 부재(110)의 크기가 대폭 축소될 수 있게 되므로, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)의 설치 비용 및 운용 비용이 감소될 수 있게 된다.
한편, 상기 제어 부재(101)는 상기된 각 개폐 밸브들, 상기 각 팽창 밸브 등을 자동으로 온오프시킴은 물론, 상기 유입 냉매 온도 감지 센서(102)에서 감지되는 상기 냉매 물 열교환기(130)로 유입되는 상기 냉매의 온도(T1)와 상기 유입 물 온도 감지 센서(103)에서 감지되는 상기 축열조(135)로부터 상기 냉매 물 열교환기(130)로 유입되는 상기 물의 온도(T2)를 비교하여, “T1 ≤ T2+α”일 경우(여기서, α는 측정편차, 여름철 열취득, 유동 불균일 등을 보정하기 위한 냉방 시의 보정치)에는, 상기 축열조(135) 내부의 물의 냉각효과가 없어지므로, 통상의 운전, 즉 상기 축열조(135)의 상기 물을 활용하지 아니하는 운전으로 복귀시킨다. 그러면, 상기 냉매가 상기 내부 연장 배관(182), 상기 수요처 공급 배관(188), 상기 수요처 환수 배관(189) 및 상기 환수 연결 배관(183)을 따라 유동되면서, 상기 히트펌프(120)와 상기 수요처측 말단 유닛(105) 사이를 순환하는 통상의 짧은 사이클을 반복하게 된다.
이 때, 상기 합지 분지 사이 개폐 밸브(172)는 열리고, 상기 분지 합지 사이 개폐 밸브(173)는 열리고, 상기 브릿지 수요처 개폐 밸브(175)는 열리고, 상기 브릿지 개폐 밸브(176)는 닫히고, 상기 분지 열교환 개폐 밸브(174)는 닫히고, 상기 열교환 분지 개폐 밸브(178)는 닫히고, 상기 분지 합지 개폐 밸브(177)는 닫힌 상태가 된다.
이하에서, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)에서의 축열 운전에 대하여 설명한다.
상기 히트펌프(120)가 상기 난방 운전 모드이면서 상기 수요처에 대한 비공조 상태인 경우, 상기 축열 운전이 진행되는데, 이 경우 상기 합지 분지 사이 개폐 밸브(172)는 닫히고, 상기 분지 합지 사이 개폐 밸브(173)는 열리고, 상기 브릿지 수요처 개폐 밸브(175)는 닫히고, 상기 브릿지 개폐 밸브(176)는 열리고, 상기 분지 열교환 개폐 밸브(174)는 열리고, 상기 열교환 분지 개폐 밸브(178)는 닫히고, 상기 분지 합지 개폐 밸브(177)는 열린 상태가 된다.
이러한 상태에서, 상기 열원 펌프(170)와 상기 축열 펌프(171)가 작동되면, 상기 히트펌프(120)의 상기 열원측 열교환기(121)에서 상기 열 교환수와 열교환되면서 열기를 얻어 증발된 상기 냉매가 상기 압축기(122)를 경유하며 압축된 다음 상기 환수 연결 배관(183), 상기 브릿지 배관(187), 상기 내부 연장 배관(182) 및 상기 분지 열교환 배관(185)을 통해 유동되어 상기 냉매 물 열교환기(130)로 유동된다.
여기서, 상기 외부 팽창 밸브(140)는 완전히 열린 상태여서, 상기 외부 팽창 밸브(140)에서 상기 냉매는 팽창되지 아니한다.
상기와 같이 상기 냉매 물 열교환기(130)를 경유하는 상기 냉매가 상기 냉매 물 열교환기(130)를 경유하는 상기 물 쪽으로 열기를 잃어 응축된 상태로 상기 열교환 합지 배관(186), 상기 분지 합지 배관(184) 및 상기 내부 연장 배관(182)을 통해 유동된 다음 상기 히트펌프(120)의 상기 내부 팽창 밸브(124)로 재유입되어 상기 내부 팽창 밸브(124)에서 팽창된 다음 상기 열원측 열교환기(121)로 재유입됨으로써, 상기 냉매의 순환이 이루어지게 된다.
한편, 상기 히트펌프(120)에서 상기 냉매로 열기를 빼앗긴 상기 열 교환수는 상기 열원 환원 배관(181)을 통해 유동된 다음 상기 열원측 열교환 부재(110)에서 상기 지중과 열교환되면서 열기를 얻은 상태로 상기 열원 공급 배관(180)을 통해 상기 히트펌프(120)로 재유입됨으로써, 상기 열 교환수의 순환이 이루어지게 된다.
한편, 상기 냉매 물 열교환기(130)에서 상기 냉매로부터 열기를 얻은 상기 물은 온수화된 상태로 상기 물 환수 배관(190)을 통해 상기 축열조(135)에 저장되어, 상기 축열 운전이 수행된다.
이하에서, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)에서의 방열 운전에 대하여 설명한다.
상기 히트펌프(120)가 상기 난방 운전 모드이면서 상기 수요처에 대한 공조 상태인 경우, 상기 방열 운전이 진행되는데, 이 경우 상기 합지 분지 사이 개폐 밸브(172)는 닫히고, 상기 분지 합지 사이 개폐 밸브(173)는 열리고, 상기 브릿지 수요처 개폐 밸브(175)는 열리고, 상기 브릿지 개폐 밸브(176)는 닫히고, 상기 분지 열교환 개폐 밸브(174)는 열리고, 상기 열교환 분지 개폐 밸브(178)는 닫히고, 상기 분지 합지 개폐 밸브(177)는 열린 상태가 된다.
이러한 상태에서, 상기 열원 펌프(170)와 상기 축열 펌프(171)가 작동되면, 상기 수요처측 말단 유닛(105)을 경유하면서 응축된 상기 냉매가 상기 수요처 공급 배관(188), 상기 내부 연장 배관(182) 및 상기 분지 열교환 배관(185)을 경유한 다음 상기 냉매 물 열교환기(130)를 경유하게 된다.
이 때, 상기 냉매는 상기 외부 팽창 밸브(140)를 경유하면서 팽창된다.
상기와 같이 상기 냉매 물 열교환기(130)를 경유하는 상기 냉매는 상기 축열조(135)로부터 공급되는 온수화된 상기 물로부터 열을 얻어 1차 증발된 상태로, 상기 열교환 합지 배관(186), 상기 분지 합지 배관(184) 및 상기 내부 연장 배관(182)을 통해 상기 히트펌프(120)의 상기 내부 팽창 밸브(124) 쪽으로 재유입된 다음 상기 열원측 열교환기(121)를 경유하면서 상기 열 교환수와 열교환되면서 열기를 얻어 2차 증발된다.
이 때, 상기 내부 팽창 밸브(124)는 완전히 열려 상기 냉매가 팽창되지 아니한다.
상기와 같이 2차 증발된 상기 냉매가 상기 압축기(122)를 경유하며 압축된 다음, 상기 환수 연결 배관(183) 및 상기 수요처 환수 배관(189)을 경유하여, 상기 수요처측 말단 유닛(105)으로 재유입됨으로써, 상기 수요처측 말단 유닛(105)을 통해 상기 수요처로 난방을 공급하는 상기 방열 운전이 수행된다.
한편, 상기 히트펌프(120)에서 상기 냉매의 열기를 잃은 상기 열 교환수는 상기 열원 환원 배관(181)을 통해 유동된 다음 상기 열원측 열교환 부재(110)에서 상기 지중과 열교환되면서 열기를 얻은 상태로 상기 열원 공급 배관(180)을 통해 상기 히트펌프(120)로 재유입됨으로써, 상기 열 교환수의 순환이 이루어지게 된다.
상기와 같이, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)에서의 상기 축열 운전 및 상기 방열 운전이 수행됨으로써, 도 3에 도시된 바와 같이, 종래에 1 - 2 - 3 - 4로 진행되던 냉매 사이클 회로가 본 실시예에서는 1' - 2 - 3' - 4'로 진행되고, 그에 따라 상기 압축기(122)의 동력인 소비 전력은 종래 g에서 본 실시예에서는 h로 줄어들고, 응축 능력인 난방 성능은 종래 j에서 본 실시예에서는 k로 늘어나게 되어, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)의 성적계수가 증가하여, 난방에 소요되는 에너지가 절감될 수 있게 된다.
또한, 상기 지중의 열교환량이 부족한 경우, 상기 축열조(135) 내부에 저장된 온수화된 상기 물이 상기 지중의 부족한 열교환량을 보조해줄 수가 있어서, 상기 지중으로 천공되는 지열 천공의 개수 또는 상기 열원측 열교환 부재(110)의 크기가 대폭 축소될 수 있게 되므로, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)의 설치 비용 및 운용 비용이 감소될 수 있게 된다.
한편, 상기 제어 부재(101)는 상기된 각 개폐 밸브들, 상기 각 팽창 밸브 등을 자동으로 온오프시킴은 물론, 상기 유입 냉매 온도 감지 센서(102)에서 감지되는 상기 냉매 물 열교환기(130)로 유입되는 상기 냉매의 온도(T1)와 상기 유입 물 온도 감지 센서(103)에서 감지되는 상기 축열조(135)로부터 상기 냉매 물 열교환기(130)로 유입되는 상기 물의 온도(T2)를 비교하여, “T1 ≥ T2+β”일 경우(여기서, β는 측정편차, 겨울철 열손실, 유동 불균일 등을 보정하기 위한 난방 시의 보정치)에는, 상기 축열조(135) 내부의 물의 가열효과가 없어지므로, 통상의 운전, 즉 상기 축열조(135)의 상기 물을 활용하지 아니하는 운전으로 복귀시킨다. 그러면, 상기 냉매가 상기 내부 연장 배관(182), 상기 수요처 공급 배관(188), 상기 수요처 환수 배관(189) 및 상기 환수 연결 배관(183)을 따라 유동되면서, 상기 히트펌프(120)와 상기 수요처측 말단 유닛(105) 사이를 순환하는 통상의 짧은 사이클을 반복하게 된다.
이 때, 상기 합지 분지 사이 개폐 밸브(172)는 열리고, 상기 분지 합지 사이 개폐 밸브(173)는 열리고, 상기 브릿지 수요처 개폐 밸브(175)는 열리고, 상기 브릿지 개폐 밸브(176)는 닫히고, 상기 분지 열교환 개폐 밸브(174)는 닫히고, 상기 열교환 분지 개폐 밸브(178)는 닫히고, 상기 분지 합지 개폐 밸브(177)는 닫힌 상태가 된다.
상기와 같이, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)이 상기 열원측 열교환 부재(110)와, 상기 히트펌프(120)와, 상기 외부 팽창 밸브(140)와, 상기 냉매 물 열교환기(130)와, 상기 축열조(135)와, 상기 수요처측 말단 유닛(105)을 포함하고, 상기 냉매는 상기 히트펌프(120), 상기 냉매 물 열교환기(130) 및 상기 수요처측 말단 유닛(105) 사이를 유동할 수 있고, 상기 수요처에 대한 비공조 상태에서, 상기 냉매가 상기 히트펌프(120)와 상기 냉매 물 열교환기(130) 사이를 순환하면서, 상기 축열조(135)에 냉수화 또는 온수화된 상기 물이 저장되고, 상기 수요처에 대한 공조 상태에서, 상기 히트펌프(120)와 상기 축열조(135)가 함께 상기 수요처에 대해 냉난방을 공급할 수 있게 됨으로써, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)의 작동 효율의 향상을 위하여 정상 운전에 필요한 소비 전력의 저감이 가능해지는데, 구체적으로는 다음과 같다.
첫째, 이중 열교환을 통해, 상기 히트펌프(120)의 냉방 시에는 응축 온도를 낮추고, 난방 시에는 증발 온도를 높여, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)의 성적계수를 높일 수 있고, 그에 따라 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)의 성능은 향상시키고, 소비 전력은 줄여줄 수 있다.
둘째, 이중 열교환을 통한 여름철 축냉 또는 겨울철 축열이 야간, 비조업 시간 등의 여분의 비공조 시간대에 이루어질 수 있고, 그에 따라 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)의 정상 운전 시의 소비전력을 낮추어주므로, 피크 전력의 감소를 통한 건물이나 전력망의 수요 관리가 가능하고, 전력 피크로 인한 사고(black-out)가 방지될 수 있게 된다.
셋째, 상기 축열조(135)의 용량이 1일당 1시간 내지 3시간 정도만 커버할 수 있는 상대적으로 아주 작은 것으로도, 여름철, 겨울철의 피크 시간대에 상기 축열조(135)의 집중적 활용을 통해, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)의 효율적인 작동이 가능해진다.
넷째, 천공수, 지열 열전도도 등이 부족하여 상기 지중의 열교환량이 부족할 경우, 상기 축열조(135)의 냉수(여름철) 또는 온수(겨울철)가 보조해줄 수가 있게 되어, 상기 지중으로 천공되는 지열 천공의 개수 또는 상기 열원측 열교환 부재(110)의 크기가 대폭 축소될 수 있게 되므로, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(100)의 설치 비용 및 운용 비용이 감소될 수 있게 된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템에 대하여 설명한다. 이러한 설명을 수행함에 있어서, 상기된 본 발명의 제 1 실시예에서 이미 기재된 내용과 중복되는 설명은 그에 갈음하고, 여기서는 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 구성을 보이는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에서는, 열원측 열교환 부재(210)가 지중에 매설되어 상기 지중과 열교환되는 지중 열교환 부재로 제시되되, 상기 열원측 열교환 부재(210)가 개방형으로 제시된다.
여기서, 상기 개방형은 열 교환수가 지중으로 직접 유입되어 상기 지중의 물과 혼합되면서 열교환되는 형태를 말한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제 3 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템에 대하여 설명한다. 이러한 설명을 수행함에 있어서, 상기된 본 발명의 제 1 실시예 및 상기된 본 발명의 제 2 실시예에서 이미 기재된 내용과 중복되는 설명은 그에 갈음하고, 여기서는 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 구성을 보이는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(300)은 열원측 열교환 부재(310)와, 히트펌프(320)와, 축열조(335)와, 축열 공급 배관(396)과, 축열 환원 배관(395)과, 수요처측 말단 유닛(305)을 포함한다.
상기 히트펌프(320)는 상기 열원측 열교환 부재(310)를 통해 열원, 예시적으로 지중과 열교환된 열 교환수가 경유되면서 냉매와 열교환되고, 냉방 운전 모드 또는 난방 운전 모드로 운전될 수 있는 것이되, 상기 히트펌프(320)의 내부에서 상기 냉매가 폐순환되는 것이다.
상세히, 상기 히트펌프(320)는 상기된 실시예들에서 이미 설명된 열원측 열교환기(321), 압축기(322), 내부 팽창 밸브(324) 및 사방 밸브(323)와 함께, 부하측 열교환기(325)를 더 포함한다.
상기 부하측 열교환기(325)는 상기 축열조(335)와 상기 수요처측 말단 유닛(305) 측에 배치되어, 상기 축열조(335)와 상기 수요처측 말단 유닛(305) 중 적어도 하나와의 사이를 유동하는 물이 상기 히트펌프(320)에서 유동되는 상기 냉매가 열교환되도록 하는 것이다.
상기 히트펌프(320)가 상기 냉방 운전 모드로 운전되는 경우, 상기 열원측 열교환기(321)는 응축기로 기능하고, 상기 부하측 열교환기(325)는 증발기로 기능하고, 그에 따라 상기 사방 밸브(323)는 상기 냉매가 상기 압축기(322) → 상기 열원측 열교환기(321) → 상기 내부 팽창 밸브(324) → 상기 부하측 열교환기(325) 순서로 유동되도록 한다.
반면, 상기 히트펌프(320)가 상기 난방 운전 모드로 운전되는 경우, 상기 열원측 열교환기(321)는 증발기로 기능하고, 상기 부하측 열교환기(325)는 응축기로 기능하고, 그에 따라 상기 사방 밸브(323)는 상기 냉매가 상기 부하측 열교환기(325) → 상기 내부 팽창 밸브(324) → 상기 열원측 열교환기(321) → 상기 압축기(322) 순서로 유동되도록 한다.
본 실시예에서는, 내부 연장 배관(382)이 상기 히트펌프(320)의 상기 부하측 열교환기(325)로부터 상기 수요처측 말단 유닛(305) 쪽으로 연장되고, 환수 연결 배관(383)이 수요처 환수 배관(389)으로부터 연장되어 상기 히트펌프(320)의 상기 부하측 열교환기(325)와 연결된다.
상기 축열조(335)는 상기 히트펌프(320)를 경유하면서 상기 냉매와 열교환되는 물이 저장되는 것이다.
본 실시예에서는, 분지 열교환 배관(385)이 상기 내부 연장 배관(382)으로부터 분지되어 상기 축열조(335)까지 연장되고, 상기 분지 열교환 배관(385) 상에 축열 펌프(371)가 설치된다.
또한, 본 실시예에서는, 열교환 합지 배관(386)이 상기 축열조(335)로부터 연장되어 상기 내부 연장 배관(382)에 합지된다.
상기 축열 펌프(371)는 상기 분지 열교환 배관(385) 상에 설치되어 상기 분지 열교환 배관(385)을 통해 상기 축열조(335)로 상기 물이 유입되고, 상기 열교환 합지 배관(386)을 통해 상기 축열조(335)로부터 상기 물이 유출되도록 한다.
도면 번호 304는 상기 분지 열교환 배관(385)을 따라 유동되어 상기 축열조(335)로 유입되는 상기 물의 온도를 감지하는 유입 물 온도 감지 센서이고, 도면 번호 303은 상기 열교환 합지 배관(386)을 따라 유동되기 위해 상기 축열조(335)로부터 유출되는 상기 물의 온도를 감지하는 유출 물 온도 감지 센서이다.
도면 번호 305는 상기 내부 연장 배관(382) 중 브릿지 배관(387)과 수요처 공급 배관(388) 사이에 설치되어, 상기 내부 연장 배관(382)을 통해 상기 수요처측 말단 유닛(305)으로 상기 물이 공급되도록 하는 공급 펌프이다.
상기 축열 공급 배관(396)은 열원 공급 배관(380)으로부터 분지되고, 상기 분지 열교환 배관(385)에 합지되어, 상기 열원측 열교환 부재(310)로부터 상기 히트펌프(320)의 상기 열원측 열교환기(321)로 향하는 상기 열 교환수가 유동되어 상기 분지 열교환 배관(385)을 통해 상기 축열조(335)로 향할 수 있도록 하는 배관이다.
상기 축열 환원 배관(395)은 상기 열교환 합지 배관(386)에서 분지되고, 상기 열원 공급 배관(380) 중 상기 축열 공급 배관(396)이 연결된 지점과 상기 열원측 열교환기(321) 사이 부분에 합지되어, 상기 축열 공급 배관(396)을 통해 상기 축열조(335)로 유입되었던 상기 열 교환수가 상기 히트펌프(320)의 상기 열원측 열교환기(321)로 향할 수 있도록 하는 배관이다.
도면 번호 307은 상기 축열 공급 배관(396)과 상기 열원 공급 배관(380)의 분지 지점에 설치되는 삼방 밸브이고, 도면 번호 306은 상기 축열 환원 배관(395)을 개폐시킬 수 있는 지중 축열 환원 개폐 밸브이다.
상기된 바를 제외하고는, 상기된 실시예들에서 이미 기재된 각종 배관들 및 각종 개폐 밸브들은 그대로 적용되되, 그들을 따라 유동되는 대상이 냉매가 아닌 물이라는 점이 다르고, 상기된 실시예들에서 제시되었던 외부 팽창 밸브는 제외된다.
또한, 상기 열 교환수는 상기 축열조(335)에 저장되는 상기 물과 혼합되는 것이므로, 본 실시예에서는 상기 열 교환수와 상기 물이 동일한 것으로, 그 용어가 혼용되더라도 동일한 물질을 지칭하는 것이다.
본 실시예에서는, 수요처에 대한 비공조 상태에서, 상기 축열조(335)에 저장되어 있던 상기 물이 상기 축열조(335)와 상기 히트펌프(320) 사이를 순환하면서, 상기 축열조(335)에 냉수화 또는 온수화된 상기 물이 저장되고, 상기 수요처에 대한 공조 상태에서, 상기 물이 상기 열원측 열교환 부재(310)에서 1차 열교환 및 상기 축열조(335)에서 2차 열교환된 상태로 상기 히트펌프(320)를 경유하면서 상기 냉매와 열교환되고, 상기 물과 열교환된 상기 냉매가 상기 히트펌프(320)의 내부를 따라 유동된 상태에서 상기 히트펌프(320)와 상기 수요처측 말단 유닛(305) 사이를 유동하는 상기 물과 열교환됨으로써, 상기 수요처에 대해 냉난방을 공급할 수 있게 된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(300)의 위와 같은 작동들에 대하여 구체적으로 설명한다.
먼저, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(300)에서의 축냉 운전에 대하여 설명한다.
상기 히트펌프(320)가 상기 냉방 운전 모드이면서 상기 수요처에 대한 비공조 상태인 경우, 상기 축냉 운전이 진행되는데, 이 경우 합지 분지 사이 개폐 밸브(372)는 열리고, 분지 합지 사이 개폐 밸브(373)는 닫히고, 브릿지 수요처 개폐 밸브(375)는 닫히고, 브릿지 개폐 밸브(376)는 열리고, 분지 열교환 개폐 밸브(374)는 열리고, 열교환 분지 개폐 밸브(378)는 열리고, 분지 합지 개폐 밸브(377)는 닫힌 상태가 되고, 상기 삼방 밸브(307)는 상기 축열 공급 배관(396) 쪽을 닫고, 상기 지중 축열 환원 개폐 밸브(306)는 닫힌다.
이러한 상태에서, 열원 펌프(370)와 상기 축열 펌프(371)가 작동되고, 상기 공급 펌프(305)는 작동 중지되면, 상기 축열조(335)로부터 유출된 상기 물이 상기 열교환 합지 배관(386), 상기 내부 연장 배관(382), 브릿지 배관(387) 및 상기 환수 연결 배관(383)을 통해 유동된 다음, 상기 부하측 열교환기(325)를 경유하면서 상기 냉매와 열교환되어 열기를 잃고 냉수화된 다음, 상기 내부 연장 배관(382) 및 상기 분지 열교환 배관(385)을 통해 상기 축열조(335)에 유입됨으로써, 상기 물의 순환이 이루어지면서, 상기 축열조(335)에 냉수화된 상기 물이 축적되고, 그에 따라 상기 축냉 운전이 수행된다.
한편, 상기 부하측 열교환기(325)에서 열기를 얻은 상기 냉매는 상기 열원측 열교환기(321)에서 상기 열 교환수와 열교환되고, 그에 따라 상기 열 교환수가 열기를 얻은 상태로 열원 환원 배관(381)을 통해 유동된 다음 상기 열원측 열교환 부재(310)에서 상기 지중과 열교환되면서 열기를 잃고, 그러한 상태로 상기 열원 공급 배관(380)을 통해 상기 히트펌프(320)로 재유입됨으로써, 상기 열 교환수의 순환이 이루어지게 된다.
이하에서, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(300)에서의 방냉 운전에 대하여 설명한다.
상기 히트펌프(320)가 상기 냉방 운전 모드이면서 상기 수요처에 대한 공조 상태인 경우, 상기 방냉 운전이 진행되는데, 이 경우 상기 합지 분지 사이 개폐 밸브(372)는 열리고, 상기 분지 합지 사이 개폐 밸브(373)는 열리고, 상기 브릿지 수요처 개폐 밸브(375)는 열리고, 상기 브릿지 개폐 밸브(376)는 닫히고, 상기 분지 열교환 개폐 밸브(374)는 닫히고, 상기 열교환 분지 개폐 밸브(378)는 닫히고, 상기 분지 합지 개폐 밸브(377)는 닫힌 상태가 되고, 상기 삼방 밸브(307)는 상기 열원측 열교환기(321) 쪽을 닫고, 상기 지중 축열 환원 개폐 밸브(306)는 열린다.
이러한 상태에서, 상기 열원 펌프(370)와 상기 공급 펌프(305)가 작동되고, 상기 축열 펌프(371)는 작동 중지되면, 상기 내부 연장 배관(382), 상기 수요처 공급 배관(388), 상기 수요처 환수 배관(389) 및 상기 환수 연결 배관(383)을 통해 상기 부하측 열교환기(325)와 상기 수요처측 말단 유닛(305) 사이를 순환하는 상기 물에 의해, 상기 수요처의 열기가 상기 부하측 열교환기(325)를 경유하는 상기 냉매로 전달되면서, 상기 수요처에 대한 냉방이 이루어진다.
한편, 상기 축열조(335)에 저장되어 있다가 상기 열교환 합지 배관(386) 및 상기 축열 환원 배관(395)을 통해 유동된 상기 물은 상기 열원측 열교환기(321)를 경유하면서, 상기와 같이 열기를 전달받은 상기 냉매와 열교환되면서 열기를 얻고, 그러한 상태로 상기 물은 상기 열원 환원 배관(381)을 통해 상기 열원측 열교환 부재(310)로 유동되어, 상기 열원측 열교환 부재(310)에서 지중과 열교환되면서 1차로 열기를 방출한다.
상기와 같이 1차로 열기를 방출한 상기 물은 상기 열원 공급 배관(380), 상기 삼방 밸브(307), 상기 축열 공급 배관(396) 및 상기 분지 열교환 배관(385)을 통해 상기 축열조(335)로 재유입되어 상기 축열조(335)에 수용되어 있던 냉수화된 상기 물과 혼합되면서 2차로 열기를 방출하고, 그에 따라 상기 물의 순환이 이루어지게 되면서, 상기 방냉 운전이 수행된다.
한편, 제어 부재(301)는 상기된 각 개폐 밸브들, 상기 각 팽창 밸브 등을 자동으로 온오프시킴은 물론, 상기 유입 물 온도 감지 센서(304)에서 감지되는 상기 축열조(335)로 유입되는 상기 물의 온도(T1)와 상기 유출 물 온도 감지 센서(303)에서 감지되는 상기 축열조(335)로부터 유출되는 상기 물의 온도(T2)를 비교하여, “T1 ≤ T2+α”일 경우(여기서, α는 측정편차, 여름철 열취득, 유동 불균일 등을 보정하기 위한 냉방 시의 보정치)에는, 상기 축열조(335) 내부의 물의 냉각효과가 없어지므로, 통상의 운전, 즉 상기 축열조(335)의 상기 물을 활용하지 아니하는 운전으로 복귀시킨다. 그러면, 상기 물, 즉 상기 열 교환수가 상기 열원측 열교환 부재(310)와 상기 열원측 열교환기(321) 사이를 순환하는 통상의 짧은 사이클을 반복하게 된다.
이 때, 상기 삼방 밸브(307)는 상기 열원측 열교환기(321) 쪽은 열고, 상기 축열 공급 배관(396) 쪽은 닫으며, 상기 지중 축열 환원 개폐 밸브(306)는 닫힌다.
이하에서는, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(300)에서의 축열 운전에 대하여 설명한다.
상기 히트펌프(320)가 상기 난방 운전 모드이면서 상기 수요처에 대한 비공조 상태인 경우, 상기 축열 운전이 진행되는데, 이 경우 상기 합지 분지 사이 개폐 밸브(372)는 닫히고, 상기 분지 합지 사이 개폐 밸브(373)는 열리고, 상기 브릿지 수요처 개폐 밸브(375)는 닫히고, 브릿지 개폐 밸브(376)는 열리고, 상기 분지 열교환 개폐 밸브(374)는 열리고, 상기 열교환 분지 개폐 밸브(378)는 닫히고, 상기 분지 합지 개폐 밸브(377)는 열린 상태가 되고, 상기 삼방 밸브(307)는 상기 축열 공급 배관(396) 쪽을 닫고, 상기 지중 축열 환원 개폐 밸브(306)는 닫힌다.
이러한 상태에서, 상기 열원 펌프(370)와 상기 축열 펌프(371)가 작동되고, 상기 공급 펌프(305)는 작동 중지되면, 상기 축열조(335)로부터 유출된 상기 물이 상기 열교환 합지 배관(386), 분지 합지 배관(384) 및 상기 내부 연장 배관(382)을 통해 유동된 다음, 상기 부하측 열교환기(325)를 경유하면서 상기 냉매와 열교환되어 열기를 얻고 온수화된 다음, 상기 환수 연결 배관(383), 상기 브릿지 배관(387), 상기 내부 연장 배관(382) 및 상기 분지 열교환 배관(385)을 통해 상기 축열조(335)에 유입됨으로써, 상기 물의 순환이 이루어지면서, 상기 축열조(335)에 온수화된 상기 물이 축적되고, 그에 따라 상기 축열 운전이 수행된다.
한편, 상기 부하측 열교환기(325)에서 열기를 잃은 상기 냉매는 상기 열원측 열교환기(321)에서 상기 열 교환수와 열교환되어 열기를 얻고, 그에 따라 상기 열 교환수가 열기를 잃은 상태로 상기 열원 환원 배관(381)을 통해 유동된 다음 상기 열원측 열교환 부재(310)에서 상기 지중과 열교환되면서 열기를 얻고, 그러한 상태로 상기 열원 공급 배관(380)을 통해 상기 히트펌프(320)로 재유입됨으로써, 상기 열 교환수의 순환이 이루어지게 된다.
이하에서, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(300)에서의 방열 운전에 대하여 설명한다.
상기 히트펌프(320)가 상기 난방 운전 모드이면서 상기 수요처에 대한 공조 상태인 경우, 상기 방열 운전이 진행되는데, 이 경우 상기 합지 분지 사이 개폐 밸브(372)는 열리고, 상기 분지 합지 사이 개폐 밸브(373)는 열리고, 상기 브릿지 수요처 개폐 밸브(375)는 열리고, 상기 브릿지 개폐 밸브(376)는 닫히고, 상기 분지 열교환 개폐 밸브(374)는 닫히고, 상기 열교환 분지 개폐 밸브(378)는 닫히고, 상기 분지 합지 개폐 밸브(377)는 닫힌 상태가 되고, 상기 삼방 밸브(307)는 상기 열원측 열교환기(321) 쪽을 닫고, 상기 지중 축열 환원 개폐 밸브(306)는 열린다.
이러한 상태에서, 상기 열원 펌프(370)와 상기 공급 펌프(305)가 작동되고, 상기 축열 펌프(371)는 작동 중지되면, 상기 내부 연장 배관(382), 상기 수요처 공급 배관(388), 상기 수요처 환수 배관(389) 및 상기 환수 연결 배관(383)을 통해 상기 부하측 열교환기(325)와 상기 수요처측 말단 유닛(305) 사이를 순환하는 상기 물에 의해, 상기 물의 열기가 상기 수요처로 전달되고, 상기와 같이 열기를 잃은 상기 물이 상기 부하측 열교환기(325)를 경유하면서 상기 냉매의 열기를 얻으면서, 상기 수요처에 대한 난방이 이루어진다.
한편, 상기 축열조(335)에 저장되어 있다가 상기 열교환 합지 배관(386) 및 상기 축열 환원 배관(395)을 통해 유동된 상기 물은 상기 열원측 열교환기(321)를 경유하면서, 상기와 같이 열기를 잃은 상기 냉매와 열교환되면서 열기를 잃고, 그러한 상태로 상기 물은 상기 열원 환원 배관(381)을 통해 상기 열원측 열교환 부재(310)로 유동되어, 상기 열원측 열교환 부재(310)에서 지중과 열교환되면서 1차로 열기를 흡수한다.
상기와 같이 1차로 열기를 흡수한 상기 물은 상기 열원 공급 배관(380), 상기 삼방 밸브(307), 상기 축열 공급 배관(396) 및 상기 분지 열교환 배관(385)을 통해 상기 축열조(335)로 재유입되어 상기 축열조(335)에 수용되어 있던 온수화된 상기 물과 혼합되면서 2차로 열기를 흡수하고, 그에 따라 상기 물의 순환이 이루어지게 되면서, 상기 방열 운전이 수행된다.
한편, 상기 제어 부재(301)는 상기된 각 개폐 밸브들, 상기 각 팽창 밸브 등을 자동으로 온오프시킴은 물론, 상기 유입 물 온도 감지 센서(304)에서 감지되는 상기 축열조(335)로 유입되는 상기 물의 온도(T1)와 상기 유출 물 온도 감지 센서(303)에서 감지되는 상기 축열조(335)로부터 유출되는 상기 물의 온도(T2)를 비교하여, “T1 ≥ T2+β”일 경우(여기서, β는 측정편차, 겨울철 열손실, 유동 불균일 등을 보정하기 위한 난방 시의 보정치)에는, 상기 축열조(335) 내부의 물의 가열효과가 없어지므로, 통상의 운전, 즉 상기 축열조(335)의 상기 물을 활용하지 아니하는 운전으로 복귀시킨다. 그러면, 상기 물, 즉 상기 열 교환수가 상기 열원측 열교환 부재(310)와 상기 열원측 열교환기(321) 사이를 순환하는 통상의 짧은 사이클을 반복하게 된다.
이 때, 상기 삼방 밸브(307)는 상기 열원측 열교환기(321) 쪽은 열고, 상기 축열 공급 배관(396) 쪽은 닫으며, 상기 지중 축열 환원 개폐 밸브(306)는 닫힌다.
한편, 본 실시예에서는, 상기 수요처에 대한 비공조 상태이면서, 상기 히트펌프(320)가 작동 중지된 상태에서, 상기 축열조(335)에 저장되어 있던 상기 물이 상기 수요처측 말단 유닛(305)으로 직접 공급될 수 있는데, 이하에서 이에 대하여 구체적으로 설명한다.
상기 히트펌프(320)가 작동 중지된 상태이면서 상기 수요처에 대한 비공조 상태인 경우, 상기 축열조(335)에 저장되어 있던 상기 물이 상기 수요처측 말단 유닛(305)으로 직접 공급될 수 있는데, 이 경우 상기 합지 분지 사이 개폐 밸브(372)는 열리고, 상기 분지 합지 사이 개폐 밸브(373)는 닫히고, 상기 브릿지 수요처 개폐 밸브(375)는 열리고, 상기 브릿지 개폐 밸브(376)는 닫히고, 상기 분지 열교환 개폐 밸브(374)는 열리고, 상기 열교환 분지 개폐 밸브(378)는 열리고, 상기 분지 합지 개폐 밸브(377)는 닫힌 상태가 되고, 상기 삼방 밸브(307)는 상기 축열 공급 배관(396) 쪽을 닫고, 상기 지중 축열 환원 개폐 밸브(306)는 닫힌다.
이러한 상태에서, 상기 열원 펌프(370)가 작동 중지되고, 상기 축열 펌프(371)와 상기 공급 펌프(305)가 작동되면, 상기 축열조(335)에 저장되어 있는 상기 물이 상기 열교환 합지 배관(386), 상기 내부 연장 배관(382) 및 상기 수요처 공급 배관(388)을 통해 유동된 다음, 상기 수요처측 말단 유닛(305)으로 공급되어, 상기 축열조(335)에 저장되어 있던 상기 물이 상기 수요처측 말단 유닛(305)으로 직접 공급되어, 상기 물에 의한 냉난방, 냉온수 공급 등이 가능하다.
상기 수요처측 말단 유닛(305)을 경유한 상기 물은 상기 수요처 환수 배관(389), 상기 환수 연결 배관(383), 상기 부하측 열교환기(325)(이 때, 상기 냉매와 상기 물의 열교환은 이루어지지 아니하고, 상기 물이 단순히 통과하게 된다.), 상기 내부 연장 배관(382) 및 상기 분지 열교환 배관(385)을 통해 유동된 다음, 상기 축열조(335)로 재유입됨으로써, 상기 축열조(335)에 저장된 상기 물이 상기 수요처로 직접 공급될 수 있게 된다.
상기와 같이, 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(300)이 상기 열원측 열교환 부재(310)와, 상기 히트펌프(320)와, 상기 축열조(335)와, 상기 축열 공급 배관(396)과, 상기 축열 환원 배관(395)과, 상기 수요처측 말단 유닛(305)을 포함함에 따라, 상기 수요처에 대한 비공조 상태에서, 상기 축열조(335)에 저장되어 있던 상기 물이 상기 축열조(335)와 상기 히트펌프(320) 사이를 순환하면서, 상기 축열조(335)에 냉수화 또는 온수화된 상기 물이 저장되고, 상기 수요처에 대한 공조 상태에서, 상기 물이 상기 열원측 열교환 부재(310)에서 1차 열교환 및 상기 축열조(335)에서 2차 열교환된 상태로 상기 히트펌프(320)를 경유하면서 상기 냉매와 열교환되고, 상기 물과 열교환된 상기 냉매가 상기 히트펌프(320)의 내부를 따라 유동된 상태에서 상기 히트펌프(320)와 상기 수요처측 말단 유닛(305) 사이를 유동하는 상기 물과 열교환됨으로써, 상기 수요처에 대해 냉난방을 공급할 수 있게 되고, 그에 따라 상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(300)의 작동 효율의 향상을 위하여 정상 운전에 필요한 소비 전력의 저감이 가능해짐과 함께, 상기 히트펌프(320)의 정지 시에도 상기 공급 펌프(305)를 가동시켜 상기 축열조(335)에 저장되어 있던 냉온수를 상기 수요처로 직접 전달함으로써 상기 수요처에 대한 냉난방 공급, 급탕 공급 등이 가능해진다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 구성을 보이는 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템(400)은 외부 팽창 밸브(440)와 병렬로 연결되는 우회 배관(408)을 포함한다.
상기 우회 배관(408)의 양단은 분지 열교환 배관(485)에서 상기 외부 팽창 밸브(440)와 전단과 후단에 각각 연결되고, 상기 우회 배관(408)에는 상기 우회 배관(408)을 개폐시키는 우회 개폐 밸브(409)가 설치된다.
상기와 같이 구성되면, 상기 외부 팽창 밸브(440)에서의 냉매에 대한 팽창이 요구되지 아니하는 경우, 상기 우회 개폐 밸브(409)가 열리고, 상기 외부 팽창 밸브(440)는 닫히고, 그에 따라 상기 냉매는 상기 외부 팽창 밸브(440)를 우회하여 상기 우회 배관(408)을 통해 유동된 다음 냉매 물 열교환기(430) 쪽으로 유동될 수 있게 됨으로써, 완전히 열려진 상기 외부 팽창 밸브(440)를 상기 냉매가 통과할 때의 마찰 손실이 감소될 수 있게 된다.
상기에서 본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템에 의하면, 작동 효율의 향상을 위하여 정상 운전에 필요한 소비 전력의 저감이 가능할 수 있으므로, 그 산업상 이용가능성이 높다고 하겠다.
100 : 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템
102 : 유입 냉매 온도 감지 센서 105 : 수요처측 말단 유닛
110 : 열원측 열교환 부재 120 : 히트펌프
121 : 열원측 열교환기 122 : 압축기
123 :사방 밸브 124 : 내부 팽창 밸브
130 : 냉매 물 열교환기 135 : 축열조
136 : 시수 공급 배관 137 : 빗물 공급 배관
140 : 외부 팽창 밸브 170 : 열원 펌프
171 : 축열 펌프 172 : 합지 분지 사이 개폐 밸브
173 : 분지 합지 사이 개폐 밸브 174 : 분지 열교환 개폐 밸브
175 : 브릿지 수요처 개폐 밸브 176 : 브릿지 개폐 밸브
177 : 분지 합지 개폐 밸브 178 : 열교환 분지 개폐 밸브
180 : 열원 공급 배관 181 : 열원 환원 배관
182 : 내부 연장 배관 183 : 환수 연결 배관
184 : 분지 합지 배관 185 : 분지 열교환 배관
186 : 열교환 합지 배관 187 : 브릿지 배관
188 : 수요처 공급 배관 189 : 수요처 환수 배관
190 : 물 환수 배관 191 : 물 공급 배관
103 : 유입 물 온도 감지 센서 101 : 제어 부재

Claims (8)

  1. 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템에 있어서,
    열 교환수가 유동되면서 열원과 열교환되는 열원측 열교환 부재;
    상기 열원측 열교환 부재를 통해 상기 열원과 열교환된 상기 열 교환수가 경유되면서 열교환되고, 냉방 운전 모드 또는 난방 운전 모드로 운전될 수 있는 히트펌프;
    상기 히트펌프의 외부에 배치되고, 상기 히트펌프를 경유한 냉매가 경유되면서 팽창될 수 있게 하는 외부 팽창 밸브;
    상기 외부 팽창 밸브를 경유한 상기 냉매가 경유되면서 열교환되는 냉매 물 열교환기;
    상기 냉매 물 열교환기를 경유하면서 상기 냉매와 열교환되는 물이 저장되는 축열조;
    상기 히트펌프의 운전 모드에 따라, 수요처에 대해 냉난방을 제공할 수 있는 수요처측 말단 유닛;
    상기 외부 팽창 밸브를 경유한 다음 상기 냉매 물 열교환기로 유입되는 상기 냉매의 온도를 감지하는 유입 냉매 온도 감지 센서;
    상기 축열조로부터 상기 냉매 물 열교환기로 유입되는 상기 물의 온도를 감지하는 유입 물 온도 감지 센서; 및
    상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 각 구성 요소의 작동을 제어할 수 있는 제어 부재;를 포함하고,
    상기 냉매는 상기 히트펌프, 상기 냉매 물 열교환기 및 상기 수요처측 말단 유닛 사이를 유동할 수 있고,
    상기 수요처에 대한 비공조(non air-condition) 상태에서, 상기 냉매가 상기 히트펌프와 상기 냉매 물 열교환기 사이를 순환하면서, 상기 축열조에 냉수화 또는 온수화된 상기 물이 저장되고,
    상기 수요처에 대한 공조(air-condition) 상태에서, 상기 히트펌프와 상기 축열조가 함께 상기 수요처에 대해 냉난방을 공급할 수 있게 되고,
    상기 제어 부재는
    상기 유입 냉매 온도 감지 센서에서 감지되는 상기 냉매 물 열교환기로 유입되는 상기 냉매의 온도(T1)와 상기 유입 물 온도 감지 센서에서 감지되는 상기 축열조로부터 상기 냉매 물 열교환기로 유입되는 상기 물의 온도(T2)를 비교하여, “T1 ≤ T2+α”일 경우(여기서, α는 냉방 시의 보정치) 또는 “T1 ≥ T2+β”일 경우(여기서, β는 난방 시의 보정치)에는, 상기 냉매가 상기 히트펌프와 상기 수요처측 말단 유닛 사이를 순환하는 사이클을 반복하게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템에 있어서,
    열 교환수가 유동되면서 열원과 열교환되는 열원측 열교환 부재;
    상기 열원측 열교환 부재를 통해 상기 열원과 열교환된 상기 열 교환수가 경유되면서 열교환되고, 냉방 운전 모드 또는 난방 운전 모드로 운전될 수 있고, 그 내부에서 냉매가 폐순환되는 히트펌프;
    상기 히트펌프를 경유하면서 상기 냉매와 열교환되는 물이 저장되는 축열조;
    상기 열원측 열교환 부재로부터 상기 히트펌프로 향하는 상기 열 교환수가 상기 축열조로 향할 수 있도록 하는 축열 공급 배관;
    상기 축열 공급 배관을 통해 상기 축열조로 유입되었던 상기 열 교환수가 상기 히트펌프로 향할 수 있도록 하는 축열 환원 배관;
    수요처에 대해 냉난방을 제공할 수 있는 수요처측 말단 유닛;
    상기 축열조로 유입되는 상기 물의 온도를 감지하는 유입 물 온도 감지 센서;
    상기 축열조로부터 유출되는 상기 물의 온도를 감지하는 유출 물 온도 감지 센서; 및
    상기 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템의 각 구성 요소의 작동을 제어할 수 있는 제어 부재;를 포함하고,
    상기 수요처에 대한 비공조 상태에서, 상기 축열조에 저장되어 있던 상기 물이 상기 축열조와 상기 히트펌프 사이를 순환하면서, 상기 축열조에 냉수화 또는 온수화된 상기 물이 저장되고,
    상기 수요처에 대한 공조 상태에서, 상기 물이 상기 열원측 열교환 부재에서 1차 열교환 및 상기 축열조에서 2차 열교환된 상태로 상기 히트펌프를 경유하면서 상기 냉매와 열교환되고, 상기 물과 열교환된 상기 냉매가 상기 히트펌프의 내부를 따라 유동된 상태에서 상기 히트펌프와 상기 수요처측 말단 유닛 사이를 유동하는 상기 물과 열교환됨으로써, 상기 수요처에 대해 냉난방을 공급할 수 있게 되고,
    상기 제어 부재는
    상기 유입 물 온도 감지 센서에서 감지되는 상기 축열조로 유입되는 상기 물의 온도(T1)와 상기 유출 물 온도 감지 센서에서 감지되는 상기 축열조로부터 유출되는 상기 물의 온도(T2)를 비교하여, “T1 ≤ T2+α”일 경우(여기서, α는 냉방 시의 보정치) 또는 “T1 ≥ T2+β”일 경우(여기서, β는 난방 시의 보정치)에는, 상기 물이 상기 열원측 열교환 부재와 상기 히트펌프 사이를 순환하는 사이클을 반복하게 되도록 하는 것을 특징으로 하는 지능형 이중 열교환 방식의 히트펌프 시스템.
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