KR102363538B1 - Hybrid absorption heat pump with geothermal source - Google Patents

Abstract

According to the present invention, a hybrid adsorption type heat pump comprises: an adsorption type unit (100) having an adsorption type evaporator (1), an adsorption type condenser (2), and at least two adsorption towers (3, 4); a compression type unit (200) having an evaporator (5), a first condenser (7), a second condenser (6), a compressor (8), and an expansion valve (9); and a geothermal unit (300) providing geothermal energy. Cold water generated from the evaporator (5) is provided to one adsorption tower among the adsorption towers (3, 4) and the adsorption type condenser (2). The geothermal unit (300) provides geothermal energy to the second condenser (6) during cooling operation and provides the geothermal energy to the adsorption type evaporator (10) during heating operation.

Description

지열원을 이용하는 하이브리드 흡착식 히트펌프 { Hybrid absorption heat pump with geothermal source }Hybrid absorption heat pump with geothermal source

본 발명은 지열원을 이용하는 하이브리드 흡착식 히트펌프에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 별도의 냉각 설비가 필요 없이 지열원을 이용하는 하이브리드 흡착식 히트펌프에 관한 것이다.The present invention relates to a hybrid adsorption heat pump using a geothermal source. More particularly, it relates to a hybrid adsorption type heat pump using a geothermal source without the need for a separate cooling facility.

기존의 흡착식 시스템은 흡착 및 응축하는 과정에서 별도의 냉각탑 설비가 반드시 필요하다. 특히, 하절기 냉방시에는 약 30~32도의 냉각수를 이용하여야 하므로, 낮은 효율의 단점이 지적되어 왔다. Existing adsorption system requires a separate cooling tower facility in the process of adsorption and condensation. In particular, the disadvantage of low efficiency has been pointed out because cooling water of about 30-32 degrees must be used for cooling in summer.

일반적으로 냉각수 온도가 낮을수록 흡착식 시스템의 자체 냉방 COP(Coefficient Of Performance)는 증가되지만, 고온 다습한 하절기의 계절 환경에 의하여 현재 방식의 냉각탑 구조로는 효율의 한계가 존재한다. 아울러, 흡착식 시스템의 경우, 사이클 원리상 저온의 열을 흡수하는 히트펌프 사이클로 구동되기에는 자체적인 한계가 있다. In general, the lower the cooling water temperature, the higher the self-cooling coefficient of performance (COP) of the adsorption system. In addition, in the case of an adsorption type system, there is a limit in itself to be driven as a heat pump cycle that absorbs low-temperature heat due to the cycle principle.

압축식 시스템을 살펴보면, 냉각탑을 이용한 수냉식과 공랭식 쿨링 유니트 등을 활용하여 냉방에 사용될 수 있다. 이것 역시, 국내 기준인 7℃의 냉수를 만들기 위해서는 많은 전력이 소비되어야 하는 단점이 있다. Looking at the compression type system, it can be used for cooling by using a water cooling type using a cooling tower or an air cooling type cooling unit. This also has the disadvantage that a lot of power must be consumed in order to make cold water of 7℃, the domestic standard.

또한 지열원을 흡착식에 접목할 경우, 흡착식의 낮은 COP로 인하여 지열원에서 감당해야하는 방열 열량이 커지기 때문에 지열 시스템이 매우 커지게 된다. 이것은 지열원을 이용하는 시스템을 구축하는 데에, 초기투자비가 과도하게 발생되는 단점으로 작용하여, 그동안 흡착식과 지열원의 조합 시스템에는 효용성의 한계가 지적되어 왔다. In addition, when a geothermal source is grafted onto an adsorption type, the geothermal system becomes very large because the amount of heat dissipated from the geothermal source increases due to the low COP of the adsorption type. This acts as a disadvantage in that the initial investment cost is excessively generated in constructing a system using a geothermal source, and thus, limitations in effectiveness have been pointed out in the combination system of an adsorption type and a geothermal source.

그리고 압축식 시스템의 경우, 냉각탑을 이용한 수냉식과 공랭식 쿨링 유니트 등을 활용하여 냉방에 사용하였으나, 국내 기준인 7℃의 냉수를 만들기 위해서는 비교적 많은 전력이 소비되어야 하는 단점이 있다. 또한 지열원 시스템을 압축식 히트펌프에 적용하는 지열원 압축식 히트펌프 시스템이 활발히 보급이 되었지만, 마찬가지로 수요처의 냉난방 용량 대비하여 지열원의 용량이 커야 하는 단점이 있었다. And in the case of the compression system, it was used for cooling by utilizing a water cooling type using a cooling tower and an air cooling type cooling unit, but there is a disadvantage in that a relatively large amount of power is consumed in order to produce chilled water of 7℃, the domestic standard. In addition, although geothermal compression heat pump systems, which apply a geothermal heat source system to a compression heat pump, have been actively distributed, there is a disadvantage that the capacity of the geothermal source must be large compared to the heating and cooling capacity of the customer.

또한 일반적으로 건물에서 지열이 가능한 면적과 용량은 한계를 가지기 때문에 지열원 용량에 매칭이 가능한 범위 내에서만 압축식 히트펌프 용량이 한정되어, 부족한 냉난방 용량은 별도의 냉난방 열원장비를 추가로 구비하는 중복투자의 문제가 지적되어 왔으며, 혹한기 난방시에는 지열원의 온도가 낮아, 수요처에 적정 난방온도인 약 45~60℃의 공급이 어려워 신뢰성 문제가 지적되는 경우도 많았다.In addition, since the area and capacity that can be used for geothermal heat in a building are generally limited, the capacity of the compression type heat pump is limited only within the range that can match the capacity of the geothermal heat source. The problem of investment has been pointed out, and the temperature of the geothermal source is low during heating in the cold season, so it is difficult to supply the proper heating temperature of about 45 to 60℃ to the customers, so reliability problems have been pointed out in many cases.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 흡착식 유닛과 전기 압축식 유닛을 결합하고 지열원을 이용 가능하도록 한 하이브리드 흡착식 히트펌프 사이클을 고안하여 시스템을 구성한 것이다.The present invention has been devised to solve the above problems, and the problem to be solved in the present invention is to devise a hybrid adsorption heat pump cycle that combines an adsorption type unit and an electrocompression type unit and enables the use of a geothermal heat source to configure the system. will be.

냉방 시 냉각수 설비 없이 지열원을 활용하는 시스템으로 구성되어 효율 높은 냉방이 가능하고, 난방시에도 지열원으로부터 열을 1차적으로 흡수하여 흡착식 시스템에 전달하고 흡착식에서는 외부열과 함께 압축식으로 열을 공급한 후 최종적으로 압축식 히트펌프 사이클로 작동되어 매우 향상된 난방효율로 안정적인 난방이 가능한 시스템이다.When cooling, it is composed of a system that utilizes a geothermal source without a cooling water facility, enabling high-efficiency cooling. During heating, heat is primarily absorbed from the geothermal source and transferred to the adsorption system. Finally, it is operated as a compression heat pump cycle, and it is a system that enables stable heating with greatly improved heating efficiency.

따라서 기존의 지열원 활용 히트펌프의 단점을 보완하고, 비용을 절감할 수 있으며, 흡착식과 압축식의 단점을 상호 보완하고, 낮은 효율을 해결할 수 있도록 함이 주된 기술적 목표이다.Therefore, the main technical goal is to supplement the disadvantages of the existing geothermal heat pump utilizing heat pumps, reduce costs, complement the disadvantages of the adsorption type and compression type, and solve the low efficiency.

본 발명에 따른 하이브리드 흡착식 히트펌프는 흡착식 증발기(1), 흡착식 응축기(2), 적어도 두 개 이상의 흡착탑(3, 4)을 포함하는 흡착식 유닛(100);과, 증발기(5), 제1 응축기(7), 제2 응축기(6), 압축기(8) 및 팽창밸브(9)를 포함하는 압축식 유닛(200), 및 지열 에너지를 제공하는 지열 유닛(300)을 포함하고, 증발기(5)에서 발생되는 냉수는 흡착탑(3, 4) 중 하나의 흡착탑 및 흡착식 응축기(2)에 제공되고, 지열 유닛(300)은 냉방 구동 시 제2 응축기(6)에 지열 에너지를 제공하고, 난방 구동 시 흡착식 증발기(1)에 지열 에너지를 제공하는 것을 특징으로 한다.The hybrid adsorption heat pump according to the present invention is an adsorption type unit 100 including an adsorption type evaporator (1), an adsorption type condenser (2), and at least two or more adsorption towers (3, 4); and an evaporator (5), a first condenser (7), a second condenser (6), a compression unit (200) comprising a compressor (8) and an expansion valve (9), and a geothermal unit (300) for providing geothermal energy, an evaporator (5) The cold water generated in the adsorption towers 3 and 4 is provided to one of the adsorption towers and the adsorption-type condenser 2, and the geothermal unit 300 provides geothermal energy to the second condenser 6 during cooling operation and heating operation. It is characterized in that geothermal energy is provided to the adsorption evaporator (1).

일 실시예에 있어서, 흡착식 증발기(1) 또는 제2 응축기(6)에 선택적으로 연결되는 제1 유입 배관(IN1), 및 흡착식 증발기(1) 또는 제2 응축기(6)에 선택적으로 연결되는 제1 유출 배관(OUT1)을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, a first inlet pipe (IN1) selectively connected to the adsorption evaporator (1) or second condenser (6), and a second inlet pipe (IN1) selectively connected to the adsorption evaporator (1) or second condenser (6) 1 may further include an outlet pipe (OUT1).

일 실시예에 있어서, 제1 유입 배관(IN1) 및 제1 유출 배관(OUT1)은 냉방 구동 시 흡착식 증발기(1)와 연결되고, 난방 구동 시 제2 응축기(6)와 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the first inlet pipe (IN1) and the first outlet pipe (OUT1) are connected to the adsorption evaporator 1 when cooling is driven, and connected to the second condenser 6 when driving for heating. can

일 실시예에 있어서, 제1 유입 배관(IN1), 흡착식 증발기(1)와 연결되는 제1 배관(P1) 및 제2 응축기(6)와 연결되는 제7 배관(P7)과 각각 연결되는 제1 삼방밸브(V1), 및 제1 유출 배관(OUT1), 흡착식 증발기(1)와 연결되는 제2 배관(P2) 및 제2 응축기(6)와 연결되는 제8 배관(P8)과 각각 연결되는 제2 삼방밸브(V2)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the first inlet pipe IN1, the first pipe P1 connected to the adsorption type evaporator 1, and the first pipe P1 connected to the second condenser 6 and the seventh pipe P7 connected to each other The three-way valve (V1), and the first outlet pipe (OUT1), the second pipe (P2) connected to the adsorption type evaporator (1), and the eighth pipe (P8) connected to the second condenser (6), respectively 2 It may be characterized by further comprising a three-way valve (V2).

일 실시예에 있어서, 증발기(5)와 연결되고, 두 개 이상의 흡착탑(3, 4)과 선택적으로 연결되는 제9 배관(P9), 및 증발기(5)와 연결되고, 흡착식 응축기(2) 와 연결되는 제11 배관(P11)을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, connected to the evaporator (5), connected to the ninth pipe (P9) selectively connected to two or more adsorption towers (3, 4), and the evaporator (5), the adsorption condenser (2) and It may be characterized by further comprising an eleventh pipe (P11) to be connected.

일 실시예에 있어서, 흡착식 증발기(1) 또는 제2 응축기(6)에 선택적으로 연결되는 지열 유입 배관(PGIN), 및 흡착식 증발기(1) 또는 제2 응축기(6)에 선택적으로 연결되는 지열 유출 배관(PGOUT)을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, a geothermal inlet piping (PGIN) selectively connected to the adsorption evaporator 1 or second condenser 6 , and a geothermal outlet selectively connected to the adsorption evaporator 1 or second condenser 6 . It may be characterized by further comprising a pipe (PGOUT).

일 실시예에 있어서, 지열 유입 배관(PGIN) 및 지열 유출 배관(PGOUT)은 냉방 구동 시 제2 응축기(6)와 연결되고, 난방 구동 시 흡착식 증발기(1) 와 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the geothermal inlet pipe (PGIN) and the geothermal outlet pipe (PGOUT) are connected to the second condenser 6 when cooling is driven, and connected to the adsorption type evaporator 1 when heating is driven. .

일 실시예에 있어서, 지열 유입 배관(PGIN), 흡착식 증발기(1)와 연결되는 제4 배관(P4) 및 제2 응축기(6)와 연결되는 제5 배관(P5)과 각각 연결되는 제3 삼방밸브(V3), 및 지열 유출 배관(PGOUT), 흡착식 증발기(1)와 연결되는 제3 배관(P3) 및 제2 응축기(6)와 연결되는 제6 배관(P6)과 각각 연결되는 제4 삼방밸브(V4)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the geothermal inlet pipe (PGIN), the fourth pipe (P4) connected to the adsorption type evaporator (1), and the fifth pipe (P5) connected to the second condenser (6) is connected to the third three-way, respectively The valve V3, and the geothermal outlet pipe PGOUT, the third pipe P3 connected to the adsorption evaporator 1, and the sixth pipe P6 connected to the second condenser 6, respectively, connected to the fourth three-way It may be characterized by further comprising a valve (V4).

일 실시예에 있어서, 지열 유닛(300)은, 지하에 매립된 매립 배관(PG), 구동 펌프(PUMP2) 및 제5 제어 밸브(V5)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In an embodiment, the geothermal unit 300 may include a buried pipe PG buried underground, a driving pump PUMP2, and a fifth control valve V5.

일 실시예에 있어서, 흡착탑(3, 4)은 제1 흡착탑(3) 및 제2 흡착탑(4)를 포함하고, 제1 및 제2 흡착탑(3, 4)에 각각 연결되는 제2 유입 배관(IN2) 및 제2 유출 배관(OUT2)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the adsorption towers 3 and 4 include a first adsorption tower 3 and a second adsorption tower 4, and a second inlet pipe connected to the first and second adsorption towers 3 and 4, respectively ( IN2) and a second outlet pipe (OUT2) may be further included.

일 실시예에 있어서, 제2 유입배관(IN2) 및 제2 유출 배관(OUT2)과, 증발기(5)측으로부터 연결되는 제9 배관(P9) 및 흡착식 응축기(2) 측으로 연결되는 제1 배관(P11)은 각각 제1 및 제3 흡착탑(3, 4)과 서로 교차하며 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the first pipe ( P11) may be characterized in that the first and third adsorption towers (3, 4) and cross-connected with each other, respectively.

일 실시예에 있어서, 제1 및 제2 흡착탑(3, 4)과 제2 유입배관(IN2), 제9 배관(P9)을 연결하는 제1 사방 밸브(VV1), 및 제1 및 제2 흡착탑(3, 4)과 제2 유출 배관(OUT2), 제11 배관(P11)을 연결하는 제2 사방 밸브(VV2)를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the first and second adsorption towers (3, 4), the second inlet pipe (IN2), the first four-way valve (VV1) connecting the ninth pipe (P9), and the first and second adsorption towers (3, 4) and the second outlet pipe (OUT2), it may be characterized in that it further includes a second four-way valve (VV2) connecting the 11th pipe (P11).

일 실시예에 있어서, 제1 응축기(7)는 난방 구동 시 구동하지 않는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, the first condenser 7 may be characterized in that it is not driven during heating operation.

일 실시예에 있어서, 제1 응축기(7)를 응축하는 팬(11)을 더 포함하고, 지열 유닛(300)에서 제2 응축기(6)로 공급되는 응축량이 부족한 경우, 제1 응축기(7)를 응축하는 팬(11)이 구동되어 처리되는 응축량을 추가하여 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.In one embodiment, further comprising a fan 11 for condensing the first condenser 7, when the amount of condensate supplied from the geothermal unit 300 to the second condenser 6 is insufficient, the first condenser 7 It may be characterized in that the fan 11 for condensing is driven and controlled by adding the amount of condensation to be processed.

따라서 본 발명인 고효율 하이브리드 흡착식 히트펌프에 따르면, Therefore, according to the high-efficiency hybrid adsorption heat pump of the present invention,

첫째, 지열원을 활용하면서, 흡착식 사이클과 압축식 사이클을 결합하여 적용함으로써, 지열원 히트펌프의 단점인 대규모의 지열원 공급 설비를 갖추지 않아도 되는 장점이 있다. 기존의 기술로서는 지열원에서 감당하는 방열 열량이 매우 크기 때문에, 이를 만족하는 지열원 시스템을 매우 크게 구성해야 했다. 본 발명에서는 흡착식 사이클과 압축식 사이클을 결합한 시스템에서 지열원을 적용하여, 지열원을 이용하면서도, 작은 규모의 지열원 시스템으로 효과적인 히트펌프 구동이 가능하다.First, by applying a combination of adsorption cycle and compression cycle while utilizing a geothermal source, there is an advantage in that it is not necessary to have a large-scale geothermal supply facility, which is a disadvantage of a geothermal heat pump. Since the amount of heat dissipated by the geothermal source is very large with the existing technology, a geothermal source system that satisfies this had to be constructed very large. In the present invention, by applying a geothermal source in a system combining an adsorption cycle and a compression cycle, it is possible to effectively drive a heat pump with a small-scale geothermal source system while using a geothermal source.

둘째, 시스템의 구축비용 중 큰 비중을 차지하는 냉각탑, 냉각수 펌프, 냉각수 헤더 및 배관 등과 같은 냉각 설비가 필요 없는 시스템이 제공된다. 이것은 냉방 시 압축식에서 만들어진 냉수를 흡착식의 냉각수로 사용하여, 기존의 냉각탑에 적용되는 냉각 설비를 압축식 시스템으로 대체하는 것이다. Second, a system that does not require cooling facilities, such as a cooling tower, a cooling water pump, a cooling water header and piping, which occupies a large portion of the construction cost of the system, is provided. This is to replace the cooling equipment applied to the existing cooling tower with a compression type system by using the cooling water made in the compression type as the cooling water of the adsorption type during cooling.

따라서, 효율적인 냉난방을 공급하면서도, 대규모 지열원 설비나 냉각 설비 없이 히트펌프의 구동이 가능하다는 장점이 있으며, 현재 요구되는 빌딩이나 지열 면적이 제한된 건물에서 매우 효과적인 냉난방 시스템을 제공할 수 있는 장점이 있다.Therefore, while supplying efficient heating and cooling, there is an advantage in that it is possible to drive a heat pump without a large-scale geothermal source facility or cooling facility, and there is an advantage that a very effective heating and cooling system can be provided in a currently required building or a building with limited geothermal area. .

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지열원을 이용하는 하이브리드 흡착식 히트펌프를 나타내는 개념도이다.
도 2는 도 1의 실시예에 따른 지열원을 이용하는 하이브리드 흡착식 히트펌프가 냉방 구동하는 것을 나타내는 개념도이다.
도 3은 도 1의 실시예에 따른 지열원을 이용하는 하이브리드 흡착식 히트펌프가 난방 구동하는 것을 나타내는 개념도이다.
도 4는 본발명의 다른 실시예에 따른 지열원을 이용하는 하이브리드 흡착식 히트펌프를 나타내는 개념도이다. 1 is a conceptual diagram illustrating a hybrid adsorption type heat pump using a geothermal source according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating cooling driving of a hybrid adsorption type heat pump using a geothermal heat source according to the embodiment of FIG. 1 .
3 is a conceptual diagram illustrating a heating operation of a hybrid adsorption type heat pump using a geothermal heat source according to the embodiment of FIG. 1 .
4 is a conceptual diagram illustrating a hybrid adsorption type heat pump using a geothermal source according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로써 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.Hereinafter, preferred embodiments will be described with reference to the accompanying drawings with reference to the accompanying drawings. In this process, the thickness of the lines or the size of the components shown in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In addition, the terms to be described later are terms defined in consideration of functions in the present invention, which may vary according to the intention or custom of the user or operator. Therefore, definitions of these terms should be made based on the content throughout this specification.

또한, 하기 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 단지 예시로 제시하는 것이며, 본 기술 사상을 통해 구현되는 다양한 실시예가 있을 수 있다.In addition, the following examples do not limit the scope of the present invention, but are presented only as examples, and there may be various embodiments implemented through the present technical idea.

지열원을 이용하는 흡착식 히트펌프의 구동 원리The principle of operation of an adsorption type heat pump using a geothermal source

본 발명은 흡착식 유닛(100)과 압축식 유닛(200) 및 지열 유닛(300)을 결합하여, 구성되며, 기존 흡착식 유닛에 필요한 별도의 냉각 설비를 생략하여 구성될 수 있을 뿐 아니라, 지열 유닛(300)과 흡착식 유닛(100), 압축식 유닛(200)을 같이 적용하였기 때문에, 일반적인 지열원 사용 냉난방 설비에 비해, 적은 규모의 지열원을 이용하여 운전이 가능하다.The present invention is configured by combining the adsorption unit 100, the compression unit 200, and the geothermal unit 300, and can be configured by omitting a separate cooling facility required for the existing adsorption unit, as well as the geothermal unit ( 300), the adsorption type unit 100, and the compression type unit 200 are applied together, so it is possible to operate using a geothermal source of a smaller scale compared to a general heating and cooling facility using a geothermal source.

흡착식 유닛(100)은 2개의 흡착탑(3, 4)과 흡착식 응축기(2), 흡착식 증발기(1) 등으로 구성되며, 압축식 유닛(200)은 압축기(8)와 제1 응축기(7), 제2 응축기(6), 팽창밸브(9) 및 증발기(5) 등으로 구성된다. 제1 응축기(7)은 팬(11)을 작동시켜 공랭식으로 구동되고, 제2 응축기(6)는 지열원을 흡수하거나, 난방용으로 사용될 수 있다.The adsorption unit 100 is composed of two adsorption towers 3 and 4, an adsorption condenser 2, an adsorption evaporator 1, etc., and the compression unit 200 is a compressor 8 and a first condenser 7, It is composed of a second condenser (6), an expansion valve (9) and an evaporator (5). The first condenser 7 is driven by air cooling by operating the fan 11 , and the second condenser 6 may absorb a geothermal source or may be used for heating.

냉방 구동 시 지열 유닛(300)에서 제공되는 지열원을 보조적 수단 또는 메인으로 압축식 유닛(200)의 응축기(6)에 이용하여 압축식 유닛에서는 약 15~25℃의 냉수를 만든다. 압축식 유닛(200)에서 생성된 냉수는 흡착식 유닛(100)의 냉각수로 공급하며, 이때 흡착식 유닛(100)은 높은 효율로 운전되어, 흡착식 증발기(10)에서는 7℃의 냉수를 얻을 수 있다.When cooling is driven, the geothermal source provided from the geothermal unit 300 is used as an auxiliary means or main for the condenser 6 of the compression unit 200 to make cold water of about 15 to 25° C. in the compression unit. The cold water generated in the compression unit 200 is supplied as the cooling water of the adsorption unit 100, at this time, the adsorption unit 100 is operated with high efficiency, and the adsorption type evaporator 10 can obtain cold water of 7 ° C.

그리고 난방 구동 시에는 반대로 지열 유닛(300)에서 제공되는 지열원을 보조적 수단 또는 메인으로 흡착식 유닛(100)의 흡착식 증발기(1) 열원으로 공급하고, 제2 유입 및 유출 배관(IN2, OUT2)으로 제공되는 미활용 열원온수와 함께 흡착탑(3, 4)과 흡착식 응축기(2)로 순환하는 중간온수 25~35℃를 통해 열을 배출하여 압축식 증발기(5)로 전달한다. 이때 압축식 증발기(5)에서 상기 열을 흡수하는 히트펌프로 구동하여 압축식 응축기(6)에서 약 45~60℃의 난방 온수를 만드는 사이클로서 매우 높은 효율로 난방을 수요처에 공급할 수 있다.And when heating is driven, on the contrary, the geothermal source provided from the geothermal unit 300 is supplied to the adsorption evaporator 1 heat source of the adsorption unit 100 as an auxiliary means or main, and to the second inlet and outlet pipes IN2 and OUT2. Heat is discharged through 25 to 35° C. of intermediate hot water circulating to the adsorption towers 3 and 4 and the adsorption condenser 2 together with the provided unused heat source hot water and transferred to the compression type evaporator 5 . At this time, the compression type evaporator (5) is driven by a heat pump that absorbs the heat, and the compression type condenser (6) is a cycle to produce heating water at about 45 to 60 °C, and heating can be supplied to the demand with very high efficiency.

따라서 본 발명은 한정된 자원인 지열을 효율적으로 이용하여 압축식 유닛(200)의 소비전력을 최소화하면서 미활용 저온 열원을 회수 또는 배출(IN2, OUT2)하여 냉난방기간 모두 매우 높은 효율 달성이 가능한 하이브리드 흡착식 히트펌프로서, 흡착식과 압축식 장치 및 지열원 장치가 복합적으로 구성되는 것을 특징으로 한다.Therefore, the present invention efficiently uses geothermal, a limited resource, to minimize power consumption of the compression unit 200 and recovers or discharges (IN2, OUT2) unused low-temperature heat sources, thereby achieving very high efficiency in both heating and cooling periods. As a pump, it is characterized in that the adsorption type and compression type device and the geothermal source device are combined.

지열원을 이용하는 하이브리드 흡착식 히트펌프의 기본 구성Basic composition of hybrid adsorption heat pump using geothermal source

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지열원을 이용하는 하이브리드 흡착식 히트펌프를 나타내는 개념도이다. 1 is a conceptual diagram illustrating a hybrid adsorption type heat pump using a geothermal heat source according to an embodiment of the present invention.

먼저 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지열원을 이용하는 하이브리드 흡착식 히트펌프는 흡착식 유닛(100)과 압축식 유닛(200) 및 지열 유닛(300)으로 구분되어 있다. First, referring to FIG. 1 , the hybrid adsorption heat pump using a geothermal source according to an embodiment of the present invention is divided into an adsorption unit 100 , a compression unit 200 , and a geothermal unit 300 .

구체적으로는 흡착식 유닛(100)인 흡착식 증발기(1), 흡착식 응축기(2), 제1 흡착탑(3), 제2 흡착탑(4)과 압축식 유닛(200)인 증발기(5), 제1 응축기(7), 제2 응축기(6), 압축기(8), 팽창밸브(9)로 구성 된다. 제1 응축기(7)는 공랭식 냉각부인 팬(11)를 별도 포함할 수 있다. 제2 응축기(6)는 지열원의 유입 또는 난방 열교환기에 해당한다. 지열 유닛(300)은 지열을 흡수하기 위한 매립 배관(PG), 구동 펌프(PUMP2) 및 제5 제어 밸브(V5)를 포함한다. 지열 유닛(300)은 지열원을 제공하기 위한 지열 유입 배관(PGIN) 및 지열 유출 배관(PGOUT)을 더 포함할 수 있다.Specifically, the adsorption type unit 100 is the adsorption type evaporator 1, the adsorption type condenser 2, the first adsorption tower 3, the second adsorption tower 4 and the compression type unit 200, the evaporator 5, the first condenser (7), the second condenser (6), the compressor (8), it is composed of an expansion valve (9). The first condenser 7 may separately include a fan 11 that is an air-cooled cooling unit. The second condenser 6 corresponds to an inflow of a geothermal source or a heating heat exchanger. The geothermal unit 300 includes a buried pipe PG for absorbing geothermal heat, a driving pump PUMP2 and a fifth control valve V5. The geothermal unit 300 may further include a geothermal inlet pipe (PGIN) and a geothermal outlet pipe (PGOUT) for providing a geothermal source.

여기에 외부로부터 유입 및 유출되는 제1 유입 배관(IN1) 및 제1 유출 배관(OUT1), 제2 유입 배관(IN2) 및 제2 유출 배관(OUT2), 및 앞서 언급한 지열 유입 배관(PGIN) 및 지열 유출 배관(PGOUT)을 포함하며, 내부를 구성하는 제1 내지 제11 배관(P1, … , P11)을 포함한다. 또한, 제1 내지 제4 삼방 밸브(V1, V2, V3, V4)를 포함하며, 흡착식 유닛(100)의 흡착탑(3, 4) 에는 각각 제1 내지 제5 스위치(S1, S2, S3, S4, S5)가 포함된다. 또한 각부 온도 센서(S1, S2, S3, S4, S5)가 포함되며, 흡착식과 압축식 간의 냉각 열원 순환펌프(PUMP1)를 포함한다.Here, the first inlet pipe (IN1) and the first outlet pipe (OUT1), the second inlet pipe (IN2) and the second outlet pipe (OUT2) flowing in and out of the outside, and the aforementioned geothermal inlet pipe (PGIN) and a geothermal outflow pipe (PGOUT), and includes first to eleventh pipes (P1, ..., P11) constituting the inside. In addition, the first to fourth three-way valves (V1, V2, V3, V4), including, the adsorption tower (3, 4) of the adsorption unit 100, respectively, the first to fifth switches (S1, S2, S3, S4) , S5) is included. In addition, each part temperature sensor (S1, S2, S3, S4, S5) is included, and includes a cooling heat source circulation pump (PUMP1) between the adsorption type and the compression type.

제1 유입 배관(IN1) 및 제1 유출 배관(OUT1)에서는 냉방 구동 시에는 냉방을 위한 냉수가 유입되어 냉각된 후 유출되고, 난방 구동 시에는 난방을 위한 난방수가 유입되어 고온으로 가열되어 유출된다.In the first inlet pipe IN1 and the first outlet pipe OUT1, when cooling is driven, cold water for cooling flows in, cools, and then flows out. .

제2 유입 배관(IN2) 및 제2 유입 배관(OUT2)에서는 냉난방 구동 시 공통적으로 미활용 저온 온수가 공급되어, 이것은 냉방 및 난방 사이클을 구동하는 열원으로 활용된다.In the second inlet pipe IN2 and the second inlet pipe OUT2 , unused low-temperature hot water is commonly supplied during cooling and heating, and this is used as a heat source for driving a cooling and heating cycle.

지열 유입배관(PGIN) 및 지열 유출 배관(PGOUT)에서는 지열원을 활용할 수 있도록, 매립 배관(PG)를 통하여 지열로부터 제공되는 지열원으로 냉각 또는 승온된 냉온수가 본 발명의 히트펌프 시스템으로 공급된다. In the geothermal inlet pipe (PGIN) and the geothermal outlet pipe (PGOUT), the hot and cold water cooled or heated by the geothermal source provided from the geothermal heat through the buried pipe (PG) is supplied to the heat pump system of the present invention so that the geothermal source can be utilized. .

제1 배관(P1) 및 제2 배관(P2)은 흡착식 증발기(1)와 연결되고, 제7 배관(P7) 및 제8 배관(P8)은 제2 응축기(6)와 연결된다. 제1 삼방밸브(V1)는 제1 유입 배관(IN1), 제1 배관(P1) 및 제7 배관(P7)과 연결된다. 제2 삼방밸브(V2)는 제1 유출 배관(OUT1), 제2 배관(P2) 및 제8 배관(P8)과 연결된다. 제1 및 제2 삼방밸브(V2)는 외부로부터 유입되는 유입수를 각각 냉방 구동 시에는 흡착식 유닛(100)의 흡착식 증발기(1)에 제공하고, 난방 구동 시에는 압축식 유닛(200)의 제2 응축기(6)에 선택적으로 제공한다. The first pipe P1 and the second pipe P2 are connected to the adsorption type evaporator 1 , and the seventh pipe P7 and the eighth pipe P8 are connected to the second condenser 6 . The first three-way valve V1 is connected to the first inlet pipe IN1 , the first pipe P1 and the seventh pipe P7 . The second three-way valve V2 is connected to the first outlet pipe OUT1 , the second pipe P2 , and the eighth pipe P8 . The first and second three-way valves (V2) provide the influent water flowing from the outside to the adsorption evaporator 1 of the adsorption unit 100 when the cooling is driven, respectively, and the second of the compression unit 200 when the heating is driven. optionally provided to the condenser (6).

제9 배관(P9)은 압축식 유닛(200)의 증발기(5)와 두 개 이상의 흡착탑(3, 4)과 선택적으로 연결되고, 제10 배관(P10)은 선택적으로 연결된 흡착탑(3, 4)와 흡착식 응축기(2)에 연결된다. 제11 배관(P11)은 흡착식 응축기(2)와 증발기(5)와 연결된다. 제9 배관(P9), 제1 또는 제2 흡착탑(3, 4), 제10 배관(P10), 흡착식 응축기(2) 및 제11 배관(P11)로 이어지는 유로는 제1 또는 제2 흡착탑(3, 4)이 각각 흡탈착 공정을 번갈아 진행하는 것에 따라 선택적으로 제1 또는 제2 흡착탑(3, 4)를 경유하여 선택된다.The ninth pipe (P9) is selectively connected to the evaporator 5 and two or more adsorption towers (3, 4) of the compression unit 200, and the tenth pipe (P10) is selectively connected to the adsorption towers (3, 4) and adsorption condenser (2). The eleventh pipe (P11) is connected to the adsorption-type condenser (2) and the evaporator (5). The flow path leading to the ninth pipe (P9), the first or second adsorption towers (3, 4), the tenth pipe (P10), the adsorption condenser (2), and the eleventh pipe (P11) is a first or second adsorption tower (3) , 4) are selectively selected via the first or second adsorption towers (3, 4) according to the alternate adsorption and desorption processes, respectively.

지열 유입 배관(PGIN) 및 지열 유출 배관(PGOUT)은 각각 제4 배관(P4) 및 제3 배관(P3)을 통하여 흡착식 증발기(1)에 연결된다. 또한, 지열 유입 배관(PGIN) 및 지열 유출 배관(PGOUT)은 각각 제5 배관(P5) 및 제6 배관(P6)을 통하여 압축식 유닛(200)의 제2 응축기(6)이 연결된다. The geothermal inlet pipe PGIN and the geothermal outlet pipe PGOUT are connected to the adsorption type evaporator 1 through the fourth pipe P4 and the third pipe P3, respectively. In addition, the second condenser 6 of the compression type unit 200 is connected to the geothermal inlet pipe PGIN and the geothermal outlet pipe PGOUT through the fifth pipe P5 and the sixth pipe P6, respectively.

제3 삼방밸브(V3)는 지열 유입 배관(PGIN), 제4 배관(P4) 및 제5 배관(P5)과 각각 연결되고, 제4 삼방밸브(V4)은 지열 유출 배관(PGOUT), 제3 배관(P3) 및 제6 배관(P6)과 각각 연결된다. 제3 삼방밸브(V3) 및 제4 삼방밸브(V4)의 제어에 의하여, 지열 유입 배관(PGIN) 및 지열 유출 배관(PGOUT)은 냉방 구동 시 제2 응축기(6)와 연결되고, 난방 구동 시 흡착식 증발기(1)와 연결된다.The third three-way valve (V3) is connected to the geothermal inlet pipe (PGIN), the fourth pipe (P4) and the fifth pipe (P5), respectively, and the fourth three way valve (V4) is the geothermal outlet pipe (PGOUT), the third It is connected to the pipe P3 and the sixth pipe P6, respectively. Under the control of the third three-way valve (V3) and the fourth three-way valve (V4), the geothermal inlet pipe (PGIN) and the geothermal heat outlet pipe (PGOUT) are connected to the second condenser (6) when cooling is driven, and when heating is driven It is connected to the adsorption type evaporator (1).

냉방과 난방 구동 시에 각각 유로 형성을 위해 제1 내지 제4 3방 밸브(V1, V2, V3, V4)가 각각 구동되어 유로를 형성하고, 흡착식 유닛(100)의 흡착탑(3, 4)에 배치되는 제1 내지 제5 스위치(S1, S2, S3, S4, S5)는 흡착 유닛(100) 내에서, 두 개 이상의 흡착탑(3, 4)이 각각 흡착 탈착 사이클을 기동할 수 있도록 제어 된다.The first to fourth three-way valves (V1, V2, V3, V4) are each driven to form a flow path during cooling and heating driving, respectively, to form a flow path, and to the adsorption tower (3, 4) of the adsorption type unit (100) The disposed first to fifth switches (S1, S2, S3, S4, S5) are controlled so that in the adsorption unit 100, two or more adsorption towers (3, 4) can start an adsorption/desorption cycle, respectively.

추가적으로 각 온도 센서(S1, S2, S4, S5)는 냉방 또는 난방 온도 제어를 위해 사용되며, 또한 압축식 유닛 내에 싸이클에 포함되는 제3 온도 센서(S3)는 냉방 기동 시에 부하에 따라 공랭식 부하조절(11)을 위해 사용될 수 있다.In addition, each temperature sensor (S1, S2, S4, S5) is used for cooling or heating temperature control, and the third temperature sensor (S3) included in the cycle in the compression unit is an air-cooled load according to the load at the time of cooling start. It can be used for adjustment (11).

한편 흡착식의 흡착제로는 실리카겔, 제올라이트, 유무기복합 흡착제(MOF) 등 다양한 흡착제의 적용이 가능하고, 압축식의 냉매로는 R134a, R407c, R410a, R32등 현재 널리 활용되는 냉매와 함께, R1234ze, R1234yf 등 Low GWP 신 냉매도 포함된다.On the other hand, various adsorbents such as silica gel, zeolite, and organic/inorganic composite adsorbent (MOF) can be applied as an adsorption type adsorbent. Low GWP new refrigerants such as R1234yf are also included.

하이브리드 흡착식 히트펌프의 냉방 구동Cooling operation of hybrid adsorption heat pump

도 2는 도 1의 실시예에 따른 지열원을 이용하는 하이브리드 흡착식 히트펌프가 냉방 구동하는 것을 나타내는 개념도이다. FIG. 2 is a conceptual diagram illustrating cooling driving of a hybrid adsorption type heat pump using a geothermal heat source according to the embodiment of FIG. 1 .

본 실시예 따른 하이브리드 흡착식 히트펌프에서, 시스템의 냉방 운전 지령이 개시되면, 제1 삼방밸브(V1)와 제2 삼방밸브(V2)가 유로를 흡착식 유닛(200)의 증발기(1)로 순환되도록 개도를 조정한다. 이 때에 유입되는 냉수는 각각 제1 유입 배관(IN1) 및 제1 유출 배관(OUT1)을 통하여 실내 부하 측으로부터 흡착식 증발기(1)로 제공되어 다시 순환된다. In the hybrid adsorption heat pump according to this embodiment, when the cooling operation command of the system is started, the first three-way valve (V1) and the second three-way valve (V2) circulate the flow path to the evaporator (1) of the adsorption type unit (200) Adjust the opening. At this time, the flowing cold water is provided to the adsorption type evaporator 1 from the indoor load side through the first inlet pipe IN1 and the first outlet pipe OUT1, respectively, and is circulated again.

한편, 제1 및 제2 흡착탑(3, 4) 중 탈착 과정이 실시되는 제1 흡착탑(3)에는 미활용 열원인 온수가 공급되어 탈착이 진행된다. 이 때에 제2 유입 배관(IN2) 및 제2 유출 배관(OUT2)을 통하여 외부의 미활용 열원인 온수가 공급된다.On the other hand, hot water, which is an unused heat source, is supplied to the first adsorption tower 3 in which the desorption process is performed among the first and second adsorption towers 3 and 4, and desorption proceeds. At this time, hot water, which is an external unused heat source, is supplied through the second inlet pipe IN2 and the second outlet pipe OUT2.

다른 제2 흡착탑(4)에는 압축식 유닛에서 만들어진 약 15~25℃의 냉수가 냉각수로 활용되고, 이러한 냉각수는 제2 흡착탑(4) 및 흡착식 응축기(2)에 순환된다. 이때에 흡착식 유닛에서는 흡착식 증발기(1)에서 최종적으로 7℃의 냉수를 생산한다. 생산된 냉수는 제1 유출 배관(OUT1)을 통하여 배출되고, 실내 부하 측에 공급되어 냉방을 실시 한다.In the other second adsorption tower 4 , cold water of about 15 to 25° C. made in the compression unit is used as cooling water, and this cooling water is circulated to the second adsorption tower 4 and the adsorption condenser 2 . At this time, in the adsorption unit, the adsorption evaporator 1 finally produces cold water of 7 ℃. The produced cold water is discharged through the first outlet pipe OUT1 and is supplied to the indoor load side to perform cooling.

이때 제2 유입 배관(IN2)을 통하여 흡착식 유닛(100)으로 흡수된 미활용 열원 온수의 열량과 제1 유입 배관(IN1)을 통하여 실내 부하 측으로부터 흡수한 냉열은 흡착탑(3, 4)과 흡착식 응축기(2)에서 약 20~30℃ 수준으로 압축식 증발기(5)에서 냉각수로 전달된다. 압축식 유닛(200)에서는 전달된 냉열을 이용해, 압축식에서 순환되는 냉매를 승온 및 기화 시키고 이를 압축기(8)에서 고온고압의 기체로 만들어 제1 응축기(7)과 제2 응축기(6)로 공급한다. At this time, the heat amount of the unused heat source hot water absorbed into the adsorption unit 100 through the second inlet pipe IN2 and the cold heat absorbed from the indoor load side through the first inlet pipe IN1 are the adsorption towers 3 and 4 and the adsorption condenser (2) is delivered to the cooling water from the compression evaporator (5) at a level of about 20 ~ 30 ℃. In the compression unit 200, using the transferred cooling heat, the refrigerant circulated in the compression type is heated and vaporized, and it is made into a high-temperature and high-pressure gas in the compressor (8) and supplied to the first condenser (7) and the second condenser (6). do.

지열 유닛(300)은 제2 응축기(6)와 연결되어, 지열원에서 공급되는 열량은 제2 응축기에서 우선적으로 반영한다. 만일, 지열 유닛(300)에서 제공되는 지열원 용량이 작을 경우, 제1 응축기(7)의 공랭식 응축기(11)가 추가 구동될 수 있다.The geothermal unit 300 is connected to the second condenser 6, and the amount of heat supplied from the geothermal source is preferentially reflected in the second condenser. If the capacity of the geothermal source provided from the geothermal unit 300 is small, the air-cooled condenser 11 of the first condenser 7 may be additionally driven.

만일 지열원이 부족하고, 전체 시스템의 냉방부하가 많을 시, 제3 온도센서(S3)과 압력센서 등에 의하여 냉방규모와 과냉도를 자동계산하여 제1 응축기(7)에서 팬(11)을 ON/OFF 또는 스텝제어, 인버터 제어 등으로 기동하여 보조적으로 냉매를 응축시키게 되어 사이클이 형성된다.If the geothermal source is insufficient and the cooling load of the entire system is large, the fan 11 is turned on in the first condenser 7 by automatically calculating the cooling scale and the degree of subcooling by the third temperature sensor S3 and the pressure sensor. A cycle is formed by condensing the refrigerant auxiliary by starting with /OFF or step control, inverter control, etc.

반면, 지열원이 충분한 용량일 경우, 지열원을 활용한 제2 응축기(6)만으로 냉방 사이클을 구동할 수 있다.On the other hand, when the geothermal source has a sufficient capacity, the cooling cycle can be driven only by the second condenser 6 using the geothermal source.

이처럼 냉방 구동 시에는 흡착식 유닛(100)에 별도의 냉각 설비 없이 냉방 구동이 가능하며, 특히 압축식 유닛(200)에서는 지열 유닛(300)에서 제공되는 지열원을 이용하여 고효율 하이브리드 흡착식 냉방이 가능하다. 따라서, 에너지 효율 측면에서 매우 우수한 성능을 확보할 수 있어, 탄소배출 저감과 에너지 절감을 달성할 수 있다. In this way, during cooling operation, cooling operation is possible without a separate cooling facility in the adsorption unit 100, and in particular, in the compression unit 200, high-efficiency hybrid adsorption cooling is possible using the geothermal source provided from the geothermal unit 300. . Therefore, it is possible to secure very excellent performance in terms of energy efficiency, thereby achieving carbon emission reduction and energy savings.

또한 부분 부하시에는 압축식 유닛의 압축기를 인버터로 출력을 조절하여 전력을 절감하고, 동시에 외부 열원인 미활용 열원 사용을 줄이게 되어 더욱 많은 에너지가 절감되게 된다. In addition, at the time of partial load, power is saved by controlling the output of the compressor of the compression unit with the inverter, and at the same time, the use of an unused heat source, which is an external heat source, is reduced, and thus more energy is saved.

그리고 본 실시예의 하이브리드 흡착식 히트펌프에는 지열원의 용량이 작거나 부족하더라도 신뢰성 높은 고효율 운전이 가능하다. 특히, 지열원을 활용하는 지열 유닛(300)의 규모를 작게 구축하여도 되기 때문에, 초기투자비가 대폭 절감되고, 신재생에너지원인 지열과 미활용 저온 열원을 적극적으로 융합 활용할 수 있어 에너지 수급과 활용에 큰 기여를 할 수 있다.In addition, the hybrid adsorption heat pump of this embodiment can be operated with high reliability and high efficiency even if the capacity of the geothermal source is small or insufficient. In particular, since the scale of the geothermal unit 300 that uses a geothermal source can be built small, the initial investment cost is greatly reduced, and it is possible to actively converge and utilize geothermal, a new and renewable energy source, and an unused low-temperature heat source, thereby improving energy supply and utilization. can make a big contribution.

하이브리드 흡착식 히트펌프의 난방 구동Heating operation of hybrid adsorption heat pump

도 3은 도 1의 실시예에 따른 지열원을 이용하는 하이브리드 흡착식 히트펌프가 난방 구동하는 것을 나타내는 개념도이다. FIG. 3 is a conceptual diagram illustrating a heating operation of a hybrid adsorption type heat pump using a geothermal heat source according to the embodiment of FIG. 1 .

본 실시예에 따른 하이브리드 흡착식 히트펌프에서, 시스템의 난방 운전 지령이 개시되면, 제1 삼방밸브(V1)와 제2 삼방밸브(V2)가 유로를 압축식 유닛(200)의 제2 응축기(60)로 순환되도록 개도를 조정한다. 제1 유입 배관(IN1) 및 제1 유출 배관(OUT1)을 통하여 유입/유출되는 난방온수는 실내 부하 측으로부터 제2 응축기(6)로 순환된다. 이때 제3 삼방밸브(V3)와 제4 삼방밸브(V4)는 지열 유닛(300)으로부터 제공되는 지열온수가 흡착식 유닛(100)의 흡착식 증발기(1)로 연통되도록 유로를 형성한다. In the hybrid adsorption heat pump according to this embodiment, when the heating operation command of the system is started, the first three-way valve (V1) and the second three-way valve (V2) move the flow path to the second condenser (60) of the compression type unit (200) ), adjust the opening degree to cycle. The heated hot water flowing in/out of the first inlet pipe IN1 and the first outlet pipe OUT1 is circulated from the indoor load side to the second condenser 6 . At this time, the third three-way valve V3 and the fourth three-way valve V4 form a flow path so that the geothermal hot water provided from the geothermal unit 300 communicates with the adsorption type evaporator 1 of the adsorption type unit 100 .

먼저 흡착식 유닛(100)의 흡착식 증발기(1)에서는 지열 유닛(300)으로부터 제공되는 약 10~20℃의 낮은 온도의 지열수로부터 열을 흡수한다. 이것은 제2 유입 및 유출 배관(IN2, OUT2)으로 제공되는 외부의 미활용 온수열과 함께 흡착식 유닛(100)의 흡착탑(3, 4)과 흡착식 응축기(2)로 약 25~35℃의 중간 온수를 만든다. 이 중간 온수는 압축식 유닛(200)의 압축식 증발기(5)로 공급되게 된다. 압축식 증발기(5)의 냉매는 제공되는 중간 온수로부터 열을 흡수하고 증발하여 압축기(8)로 이송되고 압축기(8)에서 승온 및 승압하여 제2 응축기(6)로 보내지고 여기서 난방온수와 열 교환하여 약 45~60℃이상의 난방온수를 만들게 된다.First, the adsorption evaporator 1 of the adsorption unit 100 absorbs heat from geothermal water at a low temperature of about 10 to 20° C. provided from the geothermal unit 300 . This makes intermediate hot water of about 25-35 ° C with the adsorption towers 3 and 4 and the adsorption condenser 2 of the adsorption unit 100 together with the external unused hot water heat provided to the second inlet and outlet pipes IN2 and OUT2. . This intermediate hot water is supplied to the compression type evaporator (5) of the compression type unit (200). The refrigerant of the compression evaporator (5) absorbs heat from the provided intermediate hot water, evaporates, and is transferred to the compressor (8), where the temperature and pressure are raised in the compressor (8) and sent to the second condenser (6), where heated hot water and heat By exchanging it, it makes heating hot water above about 45~60℃.

난방 구동 시 제1 응축기(7)는 자동으로 정지된다. 또한 난방 가동 시 요구되는 난방 열량이 감소하여, 부분 부하가 적용되는 경우에는 흡착식 유닛(100)의 제2 유입 및 유출 배관(IN2, OUT2)을 통한 온수 입열이 제어되거나, 압축식 유닛(200)의 압축기(8)의 출력을 인버터로 제어하여 더욱 더 효율을 증가시킬 수 있다. When heating is driven, the first condenser 7 is automatically stopped. In addition, when the amount of heating heat required for heating operation is reduced, when a partial load is applied, the heat input of hot water through the second inlet and outlet pipes (IN2, OUT2) of the adsorption type unit 100 is controlled, or the compression type unit 200 By controlling the output of the compressor 8 of the inverter with an inverter, it is possible to further increase the efficiency.

본 실시예에 따른 히트펌프는 기존의 지열활용 압축식 히트펌프와 달리 흡착식 유닛(100)에서 지열 유닛(300)의 지열원을 흡수하며, 여기에 제2 유입 및 유출 배관(IN2, OUT2)을 통한 미활용 열원이 적용된다. 이러한 두 가지 열원을 이용하여 승온된 온수가 압축식 유닛(200)으로 제공되며, 압축식 유닛(200)에서는 전기에너지를 사용하여 승온 되어 난방사이클이 구동된다. 따라서, 결과적으로 지열 유닛(300)에서 제공되는 지열 에너지 열량, 흡착식 유닛(100)을 통해 활용되는 미활용 저온수 열량, 압축식 유닛(200)에서 제공되는 전기 에너지를 통한 열량 등 3가지의 열원이 난방온수로 만들어지기 때문에 기존의 단일한 지열 시스템 규모를 대비하여 생산되는 열량이 크고, 난방효율이 우수 해진다. The heat pump according to this embodiment absorbs the geothermal source of the geothermal unit 300 in the adsorption type unit 100, unlike the conventional geothermal utilization compression type heat pump, and the second inlet and outlet pipes (IN2, OUT2) are connected thereto. An unused heat source through Hot water heated by using these two heat sources is provided to the compression unit 200 , and the temperature is raised using electric energy in the compression unit 200 to drive a heating cycle. Accordingly, as a result, three heat sources, such as the amount of heat from geothermal energy provided from the geothermal unit 300 , the amount of heat from unused low-temperature water utilized through the adsorption type unit 100 , and the amount of heat through electrical energy provided from the compression type unit 200 . Since it is made with hot water for heating, the amount of heat produced is large compared to the size of the existing single geothermal system, and the heating efficiency is excellent.

특히, 지열 에너지를 활용한 전기 압축식 히트펌프의 치명적인 단점인 혹한기의 난방성능의 신뢰성과 안정성 문제를 해결할 수 있어, 4계절 고효율 및 안정적인 냉난방이 가능하다. In particular, it is possible to solve the problem of reliability and stability of heating performance in the cold season, which is a fatal disadvantage of electric compression type heat pump using geothermal energy, so that high efficiency and stable heating and cooling are possible in four seasons.

추가적으로, 한정된 지면 면적이나 지열 에너지 설비에 따라 제한되어 생산되는 지열 에너지의 용량에 한정되지 않고서도 시스템 냉난방 용량을 설계할 수 있어 중복투자를 방지할 수 있으며, 한정된 지열원을 효과적으로 활용할 수 있다.In addition, the system heating and cooling capacity can be designed without being limited to the limited amount of geothermal energy produced by the limited ground area or geothermal energy facilities, thereby preventing overlapping investment and effectively utilizing the limited geothermal source.

하이브리드 흡착식 히트펌프의 추가 실시예Additional Examples of Hybrid Adsorption Heat Pumps

도 4는 본발명의 또 다른 실시예에 따른 지열원을 이용하는 하이브리드 흡착식 히트펌프를 나타내는 개념도이다. 4 is a conceptual diagram illustrating a hybrid adsorption type heat pump using a geothermal source according to another embodiment of the present invention.

도 4를 참조하면, 도 1의 실시예와 비교하여, 제1 및 제2 흡착탑(3, 4)과 연결되는 제2 유입 배관(IN2), 제2 유출 배관(OUT2) 및 제9 배관(P9) 및 제10 배관(P10)이 각각 제1 사방밸브(VV1) 및 제2 사방밸브(VV2)로 구성되었다.Referring to FIG. 4 , compared with the embodiment of FIG. 1 , a second inlet pipe IN2 , a second outlet pipe OUT2 and a ninth pipe P9 connected to the first and second adsorption towers 3 and 4 . ) and the tenth pipe P10 were composed of the first four-way valve VV1 and the second four-way valve VV2, respectively.

제1 및 제2 흡착탑(3, 4)이 각각 흡착과 탈착 공정으로 번갈아 구동될 때에, 이를 전환하기 용이하도록 제1 및 제2 사방밸브 (VV1, VV2)를 흡착식 유닛(100) 내에 설치한 것이며, 보다 용이하게 흡탈착 전환이 가능하게 된다.When the first and second adsorption towers 3 and 4 are alternately driven in the adsorption and desorption processes, respectively, the first and second four-way valves (VV1, VV2) are installed in the adsorption unit 100 to facilitate switching them. , more easily adsorption-desorption conversion becomes possible.

한편 비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었지만, 지열원을 이용하여 냉방시 냉각수 설비 없이, 압축식에서 생산된 냉수를 흡착식의 냉각수로 활용하여 냉수를 생산하고, 난방시에는 지열원 및 압축식일, 미활용 열원 등 3가지 이상의 열원을 이용한 히트펌프 사이클의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용의하게 인식할 수 있을 것이다.On the other hand, although the present invention has been described in relation to the above-mentioned preferred embodiment, when cooling using a geothermal source, without a cooling water facility, the cold water produced in the compression type is used as an adsorption cooling water to produce cold water, and when heating, geothermal heat is used. It will be readily recognized by those skilled in the art that various modifications and variations are possible without departing from the gist and scope of a heat pump cycle using three or more heat sources, such as a source, a compression type, and an unused heat source.

이상에서 설명된 본 발명의 일 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.One embodiment of the present invention described above is merely exemplary, and those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains will appreciate that various modifications and equivalent other embodiments are possible therefrom. . Therefore, it will be well understood that the present invention is not limited to the form mentioned in the above detailed description. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims. Moreover, it is to be understood that the present invention covers all modifications, equivalents and substitutions falling within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.

100 : 흡착식 유닛
200 : 압축식 유닛
300 : 지열 유닛
1 : 흡착식 증발기
2 : 흡착식 응축기
3 : 제1 흡착탑
4 : 제2 흡착탑
5 : 증발기
6 : 제2 응축기
7 : 제1 응축기
8 : 압축기
9 : 팽창밸브100: adsorption unit
200: compression unit
300: geothermal unit
1: adsorption type evaporator
2: adsorption type condenser
3: first adsorption tower
4: second adsorption tower
5: Evaporator
6: second condenser
7: first condenser
8 : Compressor
9: expansion valve

Claims (14)

흡착식 증발기(1), 흡착식 응축기(2), 적어도 두 개 이상의 흡착탑(3, 4)을 포함하는 흡착식 유닛(100);과,
증발기(5), 제1 응축기(7), 제2 응축기(6), 압축기(8) 및 팽창밸브(9)를 포함하는 압축식 유닛(200);
상기 흡착식 증발기(1) 또는 상기 제2 응축기(6)에 선택적으로 연결되는 제1 유입 배관(IN1);
상기 흡착식 증발기(1) 또는 상기 제2 응축기(6)에 선택적으로 연결되는 제1 유출 배관(OUT1);
상기 제1 유입 배관(IN1), 상기 흡착식 증발기(1)와 연결되는 제1 배관(P1) 및 상기 제2 응축기(6)와 연결되는 제7 배관(P7)과 각각 연결되는 제1 삼방밸브(V1);
상기 제1 유출 배관(OUT1), 상기 흡착식 증발기(1)와 연결되는 제2 배관(P2) 및 상기 제2 응축기(6)와 연결되는 제8 배관(P8)과 각각 연결되는 제2 삼방밸브(V2);
상기 증발기(5)와 연결되고, 상기 두 개 이상의 상기 흡착탑(3, 4)과 선택적으로 연결되는 제9 배관(P9);
상기 증발기(5)와 연결되고, 상기 흡착식 응축기(2) 와 연결되는 제11 배관(P11);
상기 흡착식 증발기(1) 또는 상기 제2 응축기(6)에 선택적으로 연결되는 지열 유입 배관(PGIN);
상기 흡착식 증발기(1) 또는 상기 제2 응축기(6)에 선택적으로 연결되는 지열 유출 배관(PGOUT);
상기 지열 유입 배관(PGIN), 상기 흡착식 증발기(1)와 연결되는 제4 배관(P4) 및 상기 제2 응축기(6)와 연결되는 제5 배관(P5)과 각각 연결되는 제3 삼방밸브(V3);
상기 지열 유출 배관(PGOUT), 상기 흡착식 증발기(1)와 연결되는 제3 배관(P3) 및 상기 제2 응축기(6)와 연결되는 제6 배관(P6)과 각각 연결되는 제4 삼방밸브(V4); 및
지열 에너지를 제공하는 지열 유닛(300)을 포함하고,

상기 증발기(5)에서 발생되는 냉수는 상기 흡착탑(3, 4) 중 하나의 흡착탑 및 상기 흡착식 응축기(2)에 제공되고,

상기 지열 유닛(300)은 냉방 구동 시 상기 제2 응축기(6)에 지열 에너지를 제공하고, 난방 구동 시 상기 흡착식 증발기(1)에 지열 에너지를 제공하는 것을 특징으로 하고,

상기 제1 유입 배관(IN1) 및 상기 제1 유출 배관(OUT1)은 냉방 구동 시 상기 흡착식 증발기(1)와 연결되고, 난방 구동 시 상기 제2 응축기(6)와 연결되는 것을 특징으로 하고,

상기 지열 유입 배관(PGIN) 및 지열 유출 배관(PGOUT)은 냉방 구동 시 상기 제2 응축기(6)와 연결되고, 난방 구동 시 상기 흡착식 증발기(1) 와 연결되는 것을 특징으로 하고,

상기 지열 유닛(300)은,
지하에 매립된 매립 배관(PG); 구동 펌프(PUMP2) 및 제5 제어 밸브(V5)를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 흡착식 히트펌프.
An adsorption unit 100 comprising an adsorption evaporator (1), an adsorption condenser (2), and at least two or more adsorption towers (3, 4); And,
a compression unit 200 comprising an evaporator 5 , a first condenser 7 , a second condenser 6 , a compressor 8 and an expansion valve 9 ;
a first inlet pipe (IN1) selectively connected to the adsorption evaporator (1) or the second condenser (6);
a first outlet pipe (OUT1) selectively connected to the adsorption evaporator (1) or the second condenser (6);
A first three-way valve ( V1);
A second three-way valve ( V2);
a ninth pipe (P9) connected to the evaporator (5) and selectively connected to the two or more adsorption towers (3, 4);
an eleventh pipe (P11) connected to the evaporator (5) and connected to the adsorption-type condenser (2);
a geothermal inlet pipe (PGIN) selectively connected to the adsorption evaporator (1) or the second condenser (6);
a geothermal outlet pipe (PGOUT) selectively connected to the adsorption evaporator (1) or the second condenser (6);
A third three-way valve (V3) connected to the geothermal inlet pipe (PGIN), a fourth pipe (P4) connected to the adsorption type evaporator (1), and a fifth pipe (P5) connected to the second condenser (6), respectively );
A fourth three-way valve (V4) connected to the geothermal outlet pipe (PGOUT), a third pipe (P3) connected to the adsorption type evaporator (1), and a sixth pipe (P6) connected to the second condenser (6), respectively ); and
a geothermal unit 300 for providing geothermal energy;

The cold water generated in the evaporator (5) is provided to one of the adsorption towers (3, 4) and the adsorption-type condenser (2),

The geothermal unit 300 provides geothermal energy to the second condenser 6 when cooling is driven, and provides geothermal energy to the adsorption evaporator 1 when heating is driven,

The first inlet pipe (IN1) and the first outlet pipe (OUT1) are connected to the adsorption type evaporator (1) when cooling is driven, and connected to the second condenser (6) when driving for heating,

The geothermal inlet pipe (PGIN) and the geothermal outlet pipe (PGOUT) are connected to the second condenser (6) during cooling operation, and connected to the adsorption type evaporator (1) during heating operation,

The geothermal unit 300,
buried piping (PG) buried underground; Hybrid adsorption heat pump comprising a drive pump (PUMP2) and a fifth control valve (V5).
삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 제1 응축기(7)는 난방 구동 시 구동하지 않는 것을 특징으로 하는 하이브리드 흡착식 히트 펌프.
The method of claim 1,
The first condenser (7) is a hybrid adsorption type heat pump, characterized in that it is not driven when the heating is driven.
제1항에 있어서,
상기 제1 응축기(7)를 응축하는 팬(11)을 더 포함하고,
상기 지열 유닛(300)에서 상기 제2 응축기(6)로 공급되는 응축량이 부족한 경우, 상기 제1 응축기(7)를 응축하는 상기 팬(11)이 구동되어 처리되는 응축량을 추가하여 제어되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 흡착식 히트 펌프.The method of claim 1,
Further comprising a fan (11) condensing the first condenser (7),
When the amount of condensate supplied from the geothermal unit 300 to the second condenser 6 is insufficient, the fan 11 condensing the first condenser 7 is driven and controlled by adding the amount of condensate to be processed A hybrid adsorption heat pump featuring

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