KR20190135650A

KR20190135650A - 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템

Info

Publication number: KR20190135650A
Application number: KR1020180060909A
Authority: KR
Inventors: 이범근
Original assignee: 주식회사 에너지컨설팅
Priority date: 2018-05-29
Filing date: 2018-05-29
Publication date: 2019-12-09
Also published as: KR102118321B1

Abstract

본 발명은 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 일 양태는, 열교환 유체가 저장되는 축열 탱크; 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 적어도 1개의 지중 열교환기; 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체 또는 상기 지중 열교환기에서 지중과 열교환된 열교환 유체를 공급받아서 부하와 열교환시키는 히트 펌프; 상기 축열 탱크의 내부에 설치되고, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체와의 열교환에 의하여 고체와 액체 사이에서의 상변화에 의하여 축열 또는 방열하는 상변화 물질이 저장되는 열교환 유닛; 및 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체 또는 상기 지중 열교환기에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프에 공급되도록 제어하는 제어 유닛; 을 포함한다.

Description

지중 열교환기를 포함하는 히트 펌프 시스템{REGENERATIVE HEAT PUMP SYSTEM COMPRISING GEOTHERMAL EXCHANGER}

본 발명은 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에 관한 것이다.

지중 열교환기란, 지중에 매립되어 그 내부를 유동하는 지하수와 같은 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 것이다. 선행특허문헌(대한민국 등록특허공보 제0989992호)에는 지중 열교환기를 포함하는 히트 펌트 시스템이 개시되어 있다. 선행특허문헌을 참조하면, 종래에는, 다수개의 심정도관(SC), 즉 지중 열교환기와 제2열교환기(10) 사이를 유동하는 지하수와 제2열교환기(10)와 히트 펌프(HP) 사이를 순환하는 냉매 사이의 열교환이 이루어진다.

한편, 고체에서 액체 또는 액체에서 고체로의 상변화에 따라서 축열 또는 방열하는 상변화 물질(Phase Change Material, PCM)을 사용하는 경우에는, 지하수 등과 상변화 물질 사이의 열교환에 의하여 상변화 물질이 축열 또는 방열함으로써, 상대적으로 에너지 효율을 증진시킬 수 있다. 예를 들면, 지하수의 온도가 기설정된 온도 이상인 경우에는, 상변화 물질이 열을 저장하고, 반대로 지하수의 온도가 기설정된 온도 이하인 경우에는, 상변화 물질이 열을 방출할 수 있다. 그런데, 일반적으로 상변화 물질은 케이스의 내부에 저장되는 형태로 구성된다. 따라서, 케이스의 손상에 의하여 상변화 물질이 지하수 등으로 누설되는 경우에는, 지하수와 함께 상변화 물질이 전체 시스템을 순환함으로써, 시스템을 구성하는 개별 부품의 고장을 초래할 수 있다.

대한민국 등록특허공보 제0989992호(발명의 명칭: 다수개의 지중 열 교환기를 사용하는 지열원 히트 펌프 시스템의 운전 제어방법) 대한민국 등록특허공보 제1519340호(발명의 명칭: 축열식 히트 펌프 시스템) 대한민국 등록특허공보 제1109115호(발명의 명칭: 상변화물질이 충전된 이중 파형통을 이용한 축열식 보일러)

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은, 보다 안정적으로 운전 가능하도록 구성되는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 일 양태는, 열교환 유체가 저장되는 축열 탱크; 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 적어도 1개의 지중 열교환기; 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체 또는 상기 지중 열교환기에서 지중과 열교환된 열교환 유체를 공급받아서 부하와 열교환시키는 히트 펌프; 상기 축열 탱크의 내부에 설치되고, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체와의 열교환에 의하여 고체와 액체 사이에서의 상변화에 의하여 축열 또는 방열하는 상변화 물질이 저장되는 열교환 유닛; 및 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체 또는 상기 지중 열교환기에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프에 공급되도록 제어하는 제어 유닛; 을 포함한다.

본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 열교환 유닛은, 적어도 일부가 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체에 잠입되고, 그 내부에 상변화 물질이 저장되는 열교환 파이프; 및 상기 열교환 파이프의 내부에 저장된 상변화 물질의 수위를 감지하는 수위 센서; 를 포함하고, 상기 제어 유닛은, 상기 수위 센서가 감지한 상변화 물질의 수위가 기설정된 기준 수위 이상인 경우에는, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체 또는 상기 지중 열교환기에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프에 공급되도록 제어하고, 상기 수위 센서가 감지한 상변화 물질의 수위가 기설정된 기준 수위 미만인 경우에는, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도와 무관하게 상기 지중 열교환기에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프에 공급되도록 제어한다.

본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 열교환 유닛은, 적어도 일부가 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체에 잠입되고, 그 내부에 상변화 물질이 저장되는 열교환 파이프; 및 상기 열교환 파이프의 내부에 저장된 상변화 물질의 수압을 감지하는 수압 센서; 를 포함하고, 상기 제어 유닛은, 상기 수압 센서가 감지한 상변화 물질의 수압이 기설정된 기준 수압 이상인 경우에는, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체 또는 상기 지중 열교환기에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프에 공급되도록 제어하고, 상기 수압 센서가 감지한 상변화 물질의 수압이 기설정된 기준 수압 미만인 경우에는, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도와 무관하게 상기 지중 열교환기에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프에 공급되도록 제어한다.

본 발명의 실시예의 일 양태에서, 상기 열교환 유닛은, 상기 열교환 파이프의 내부에 저장된 상변화 물질을 상기 축열 탱크의 외부로 배출하기 위한 배출구를 선택적으로 개폐하는 개폐 밸브를 더 포함한다.

본 발명의 실시예의 다른 양태는, 열교환 유체가 저장되는 축열 탱크; 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 적어도 1개의 지중 열교환기; 열교환 유체와 부하 사이의 열교환이 이루어지는 히트 펌프; 상기 축열 탱크의 내부에 설치되고, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체와의 열교환에 의하여 고체와 액체 사이에서의 상변화에 의하여 축열 또는 방열하는 상변화 물질이 저장되는 열교환 유닛; 상기 축열 탱크와 히트 펌프 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송하는 제1펌프; 상기 지중 열교환기와 히트 펌프 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송하는 제2펌프; 상기 축열 탱크와 히트 펌프 사이를 순환하기 위하여 열교환 유체가 유동하는 유로를 선택적으로 개폐하는 제1밸브; 상기 지중 열교환기와 히트 펌프 사이를 순환하기 위하여 열교환 유체가 유동하는 유로를 선택적으로 개폐하는 제2밸브; 및 상기 축열 탱크와 히트 펌프 사이에서 열교환 유체가 순환하거나 상기 지중 열교환기와 히트 펌프 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 상기 제1 및 제2펌프와 상기 제1 및 제2밸브의 동작을 제어하는 제어 유닛; 을 포함한다.

본 발명의 실시예의 다른 양태에서, 상기 열교환 유닛은, 적어도 일부가 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체에 잠입되고, 그 내부에 상변화 물질이 저장되는 열교환 파이프; 및 상기 열교환 파이프의 내부에 저장된 상변화 물질의 수위를 감지하는 수위 센서; 를 포함하고, 상기 제어 유닛은, 상기 수위 센서가 감지한 상변화 물질의 수위가 기설정된 기준 수위 이상인 경우에는, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 상기 제1 및 제2밸브 중 어느 일방이 개방된 상태에서 상기 제1 및 제2펌프 중 어느 일방이 동작하여 상기 축열 탱크와 히트 펌프 사이에서 열교환 유체가 순환하거나 상기 지중 열교환기와 히트 펌프 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 제어하고, 상기 수위 센서가 감지한 상변화 물질의 수위가 기설정된 기준 수위 미만인 경우에는, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도와 무관하게 상기 제1밸브는 차폐되고 상기 제2밸브는 개방된 상태에서 상기 제2펌프가 동작하여 상기 지중 열교환기와 히트 펌프 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 제어한다.

본 발명의 실시예의 다른 양태에서, 상기 열교환 유닛은, 적어도 일부가 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체에 잠입되고, 그 내부에 상변화 물질이 저장되는 열교환 파이프; 및 상기 열교환 파이프의 내부에 저장된 상변화 물질의 수압을 감지하는 수압 센서; 를 포함하고, 상기 제어 유닛은, 상기 수압 센서가 감지한 상변화 물질의 수압이 기설정된 기준 수압 이상인 경우에는, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 상기 제1 및 제2밸브 중 어느 일방이 개방된 상태에서 상기 제1 및 제2펌프 중 어느 일방이 동작하여 상기 축열 탱크와 히트 펌프 사이에서 열교환 유체가 순환하거나 상기 지중 열교환기와 히트 펌프 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 제어하고, 상기 수압 센서가 감지한 상변화 물질의 수압이 기설정된 기준 수압 미만인 경우에는, 상기 축열 탱크에 저장된 열교환 유체의 온도와 무관하게 상기 제1밸브는 차폐되고 상기 제2밸브는 개방된 상태에서 상기 제2펌프가 동작하여 상기 지중 열교환기와 히트 펌프 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 제어한다.

본 발명의 실시예의 다른 양태에서, 상기 열교환 유닛은, 상기 열교환 파이프의 내부에 저장된 상변화 물질을 상기 축열 탱크의 외부로 배출하기 위한 배출구를 선택적으로 개폐하는 개폐 밸브를 더 포함한다.

본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에서는, 열교환 유닛에 저장된 상변화 물질의 수위 및 수압에 따라서 축열 탱크의 내부로 상변화 물질이 누설되었는지 여부를 판단하고, 상변화 물질이 열교환 유닛의 내부에서 축열 탱크의 내부로 누설된 경우에는, 열교환 유체가 바이패스되어 지중 열교환기와 히트 펌프 사이를 순환한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 의하면, 열교환 유닛으로부터 누설된 상변화 물질이 열교환 유체와 혼합된 상태로 시스템을 순환함으로써 발생할 수 있는 손상이 방지될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 실시예를 보인 구성도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에서 유체의 흐름을 보인 유체 흐름도.

이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 실시예를 보인 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템은, 축열 탱크(100), 적어도 1개의 지중 열교환기(200), 히트 펌프(300), 열교환 유닛(400), 제1 및 제2펌프(500A)(500B), 제1 및 제2밸브(600A)(600B), 및 제어 유닛(700)을 포함한다.

보다 상세하게는, 상기 축열 탱크(100)에는 열교환 유체가 저장된다. 여기서, '열교환 유체'로는, 물이나 냉매 등이 사용될 수 있고, 예를 들면, 상기 축열 탱크(100)는, 기계실과 같은 건축물의 내부에 설치될 수 있다.

상기 지중 열교환기(200)에서는, 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어진다. 상기 지중 열교환기(200)는, 건축물의 외부에 해당하는 지중에 매립되어 열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 곳이다. 도 1에는 상기 지중 열교환기(200)가 다수개로 구성되는 것으로 도시되었으나, 상기 지중 열교환기(200)가 1개로 구성되어도 무방하다.

상기 히트 펌프(300)에서는, 열교환 유체와 부하 사이의 열교환이 이루어진다. 실질적으로 상기 히트 펌프(300)는, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체 또는 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체를 공급받아서 부하와 열교환시킨다. 여기서 '부하'는, 일반적으로 건축물에서의 거주나 활동에 소요되는 것으로, 상기 히트 펌프(300)에 공급된 열교환 유체는, 급탕수를 가열하거나 공조 부하를 순환하는 냉매와 열교환될 수 있다.

한편, 상기 열교환 유닛(400)은, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체와의 열교환에 의하여 고체와 액체 사이에서의 상변화에 의하여 축열 또는 방열하는 상변화 물질이 저장된다. 실질적으로 상기 열교환 유닛(400)이 상기 축열 탱크(100)의 내부에 설치됨으로써, 상기 열교환 유닛(400)에 저장된 상변화 물질이 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 축열 또는 방열하여 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체와 열교환된다. 본 실시예에서는, 상기 열교환 유닛(400)이, 열교환 파이프(410), 수위 센서(420), 수압 센서(430) 및 개폐 밸브(440)를 포함한다.

보다 상세하게는, 상기 열교환 파이프(410)는, 적어도 일부가 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체에 잠입되고, 그 내부에 상변화 물질이 저장된다. 도 1에는, 상기 열교환 파이프(410)가 사형(蛇形)으로 형성되는 것으로 도시되었으나, 상기 열교환 파이프(410)의 형상이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 그리고, 상기 열교환 파이프(410)에는 배출구(411)가 형성된다. 상기 배출구(411)는, 상기 열교환 파이프(410)의 내부에 저장된 상변화 물질을 외부로 배출하기 위한 것으로, 상기 열교환 파이프(410)의 양단 중 상대적으로 하방의 일단이 상기 축열 탱크(100)의 외부로 연장되어 정의될 수 있다.

또한, 상기 수위 센서(420) 및 수압 센서(430)는, 각각 상기 열교환 파이프(410)의 내부에 저장된 상변화 물질의 수위와 수압을 감지한다. 상기 수위 센서(420) 및 수압 센서(430)는, 상기 열교환 파이프(410)의 내부에서 외부, 즉 상기 축열 탱크(100)로의 상변화 물질의 누설 여부를 확인하기 위한 것으로, 양자 중 어느 일방만 포함되어도 무방하다.

상기 개폐 밸브(440)는, 실질적으로 상기 배출구(411)를 선택적으로 개폐한다. 따라서 상기 개폐 밸브(440)의 개폐 여부에 따라서 상기 열교환 파이프(410)의 내부에 저장된 상변화 물질이 상기 축열 탱크(100)의 외부로 선택적으로 배출될 수 있다.

상기 제1펌프(500A)는, 상기 축열 탱크(100)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송한다. 그리고 상기 제2펌프(500B)는, 상기 지중 열교환기(200)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송한다. 따라서 상기 제1펌프(500A)가 동작하면, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)로 공급되고, 상기 제2펌프(500B)가 동작하면, 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)로 공급된다.

그리고 상기 제1밸브(600A)는, 상기 축열 탱크(100)와 히트 펌프(300) 사이를 순환하기 위하여 열교환 유체가 유동하는 유로를 선택적으로 개폐한다. 상기 제2밸브(600B)는, 상기 지중 열교환기(200)와 히트 펌프(300) 사이를 순환하기 위하여 열교환 유체가 유동하는 유로를 선택적으로 개폐한다. 상기 제1 및 제2밸브(600A)(600B)는, 택일적으로 동작하고, 상기 제1 및 제2밸브(600A)(600B)의 개폐 여부에 따라서 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체 또는 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)에 선택적으로 공급될 것이다.

상기 제어 유닛(700)은, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체 또는 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)에 공급되도록 제어한다. 실질적으로 상기 제어 유닛(700)은, 상기 축열 탱크(100)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하거나 상기 지중 열교환기(200)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 상기 제1 및 제2펌프(500A)(500B)와 상기 제1 및 제2밸브(600A)(600B)의 동작을 제어한다.

특히, 본 실시예에서는, 상기 제어 유닛(700)이, 상기 수위 센서(420)가 감지한 상변화 물질의 수위와 상기 수압 센서(430)가 감지한 상변화 물질의 수압에 따라서 상기 열교환 유닛(400)에 저장된 상변화 물질이 상기 축열 탱크(100)로 누설되었는지 여부를 감지한다. 실질적으로, 상기 제어 유닛(700)은, 상기 수위 센서(420)가 감지한 상변화 물질의 수위가 기설정된 기준 수위 미만이거나, 상기 수압 센서(430)가 감지한 상변화 물질의 수압이 기설정된 기준 수압 미만인 경우에는, 상기 열교환 유닛(400)에 저장된 상변화 물질이 상기 축열 탱크(100)로 누설된 것으로 판단할 수 있다.

그리고 상기 제어 유닛(700)은, 상기 열교환 유닛(400)에 저장된 상변화 물질이 상기 축열 탱크(100)로 누설되었는지 여부에 따라서 상기 제1 및 제2펌프(500A)(500B)와 상기 제1 및 제2밸브(600A)(600B)의 동작을 제어한다. 다시 말하면, 상기 제어 유닛(700)은, 상기 열교환 유닛(400)에 저장된 상변화 물질이 상기 축열 탱크(100)로 누설되었는지 여부에 따라서 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체 또는 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)로 공급되도록 상기 제1 및 제2펌프(500A)(500B)와 상기 제1 및 제2밸브(600A)(600B)의 동작을 제어한다.

보다 상세하게는, 상기 제어 유닛(700)은, 상기 수위 센서(420)가 감지한 상변화 물질의 수위가 기설정된 기준 수위 이상이거나, 상기 수압 센서(430)가 감지한 상변화 물질의 수압이 기설정된 기준 수압 이상인 경우에는, 상기 열교환 유닛(400)에 저장된 상변화 물질이 상기 축열 탱크(100)로 누설되지 않은 것으로 판단한다. 이와 같은 경우에는, 상기 제어 유닛(700)이, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체 또는 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)에 공급되도록 제어한다. 다시 말하면, 상기 히트 펌프(300)에서 열교환되는 부하를 고려하여, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도가 충분하게 높거나 낮은 경우에는, 상기 제1밸브(600A)가 개방되고 상기 제2밸브(600B)가 차폐된 상태에서, 상기 제1펌프(500A)가 동작하여 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)로 공급되도록 제어한다. 반면에, 상기 히트 펌프(300)에서 열교환되는 부하를 고려하여, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도가 충분하게 높거나 낮지 않은 경우에는, 상기 제1밸브(600A)가 차폐되고 상기 제2밸브(600B)가 개방된 상태에서, 상기 제2펌프(500B)가 동작하여 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)로 공급되도록 제어한다.

그러나, 상기 제어 유닛(700)은, 상기 열교환 유닛(400)에 저장된 상변화 물질이 상기 축열 탱크(100)로 누설된 경우, 즉, 상기 수위 센서(420)가 감지한 상변화 물질의 수위가 기설정된 기준 수위 미만이거나, 상기 수압 센서(430)가 감지한 상변화 물질의 수압이 기설정된 기준 수압 미만인 경우에는, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도와 무관하게 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)에 공급되도록 제어한다. 다시 말하면, 상기 제어 유닛(700)은, 상기 열교환 유닛(400)에 저장된 상변화 물질이 상기 축열 탱크(100)에 누설된 경우에는, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도와 무관하게, 상기 제1밸브(600A)가 차폐되고 상기 제2밸브(600B)가 개방된 상태에서, 상기 제2펌프(500B)가 동작하여 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)로 공급되도록 제어한다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템의 작용을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템에서 유체의 흐름을 보인 유체 흐름도이다.

먼저, 도 2를 참조하면, 제1밸브(600A)가 개방되고, 제2밸브(600B)가 차폐된 상태에서, 제1펌프(500A)가 동작하면, 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체가 히트 펌프(300)로 공급된다. 그리고 상기 히트 펌프(300)에 공급된 열교환 유체는, 급탕이나 공조를 위하여 부하와 열교환된다. 이때 열교환 유닛(400)에 저장된 상변화 물질은, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 상변화하면서 흡열 또는 발열하여 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체는 냉각 또는 가열할 수 있다.

다음으로, 도 3을 참조하면, 상기 제1밸브(600A)가 차폐되고, 상기 제2밸브(600B)가 개방된 상태에서, 제2펌프(500B)가 동작하면, 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)로 공급된다. 따라서 상기 히트 펌프(300)에서의 부하와의 열교환에 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 사용된다.

그리고 제어 유닛(700)은, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체 또는 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)에 공급되도록 제어한다. 그러나, 본 실시예에서는, 상기 제어 유닛(700)이, 수위 센서(420) 또는 수압 센서(430)에 의하여 상기 열교환 유닛(400)으로부터 상기 축열 탱크(100)로 상 변화 물질이 누설된 것으로 판단된 경우에는, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도와 무관하게, 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)에 공급되도록 제어한다. 이는, 상기 열교환 유닛(400)으로부터 누설된 상변화 물질이 열교환 유체와 함께 시스템을 유동하면서 발생할 수 있는 시스템의 고장을 방지하기 위함이다.

나아가 본 실시예는, 상기 열교환 유닛(400)으로부터 상변화 물질이 누설된 경우에는, 상기 열교환 유닛(400), 실질적으로 열교환 파이프(410)으로부터 상변화 물질을 배출할 수 있도록 구성된다. 즉, 개폐 밸브(440)를 개방하여 배출구(411)를 통하여 상기 열교환 파이프(410)의 내부에 저장된 상변화 물질을 상기 축열 탱크(100)의 외부로 배출시킨 후 시스템에 대한 수리 등을 진행할 수 있다.

이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 권리범위는 첨부한 특허청구범위에 기초하여 해석되어야 할 것이다.

100: 축열 탱크 200: 지중 열교환기
300: 히트 펌프 400: 열교환 유닛
410: 열교환 파이프 420: 수위 센서
430: 수압 센서 440: 개폐 밸브
500A: 제1펌프 500B: 제2펌프
600A: 제1밸브 600B: 제2밸브
700: 제어 유닛

Claims

열교환 유체가 저장되는 축열 탱크(100);
열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 적어도 1개의 지중 열교환기(200);
상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체 또는 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체를 공급받아서 부하와 열교환시키는 히트 펌프(300);
상기 축열 탱크(100)의 내부에 설치되고, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체와의 열교환에 의하여 고체와 액체 사이에서의 상변화에 의하여 축열 또는 방열하는 상변화 물질이 저장되는 열교환 유닛(400); 및
상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체 또는 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)에 공급되도록 제어하는 제어 유닛(700); 을 포함하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 열교환 유닛(400)은,
적어도 일부가 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체에 잠입되고, 그 내부에 상변화 물질이 저장되는 열교환 파이프(410); 및
상기 열교환 파이프(410)의 내부에 저장된 상변화 물질의 수위를 감지하는 수위 센서(420); 를 포함하고,
상기 제어 유닛(700)은,
상기 수위 센서(420)가 감지한 상변화 물질의 수위가 기설정된 기준 수위 이상인 경우에는, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체 또는 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)에 공급되도록 제어하고,
상기 수위 센서(420)가 감지한 상변화 물질의 수위가 기설정된 기준 수위 미만인 경우에는, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도와 무관하게 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)에 공급되도록 제어하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 열교환 유닛(400)은,
적어도 일부가 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체에 잠입되고, 그 내부에 상변화 물질이 저장되는 열교환 파이프(410); 및
상기 열교환 파이프(410)의 내부에 저장된 상변화 물질의 수압을 감지하는 수압 센서(430); 를 포함하고,
상기 제어 유닛(700)은,
상기 수압 센서(430)가 감지한 상변화 물질의 수압이 기설정된 기준 수압 이상인 경우에는, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체 또는 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)에 공급되도록 제어하고,
상기 수압 센서(430)가 감지한 상변화 물질의 수압이 기설정된 기준 수압 미만인 경우에는, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도와 무관하게 상기 지중 열교환기(200)에서 지중과 열교환된 열교환 유체가 상기 히트 펌프(300)에 공급되도록 제어하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
상기 열교환 유닛(400)은, 상기 열교환 파이프(410)의 내부에 저장된 상변화 물질을 상기 축열 탱크(100)의 외부로 배출하기 위한 배출구(411)를 선택적으로 개폐하는 개폐 밸브(440)를 더 포함하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
열교환 유체가 저장되는 축열 탱크(100);
열교환 유체와 지중 사이의 열교환이 이루어지는 적어도 1개의 지중 열교환기(200);
열교환 유체와 부하 사이의 열교환이 이루어지는 히트 펌프(300);
상기 축열 탱크(100)의 내부에 설치되고, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체와의 열교환에 의하여 고체와 액체 사이에서의 상변화에 의하여 축열 또는 방열하는 상변화 물질이 저장되는 열교환 유닛(400);
상기 축열 탱크(100)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송하는 제1펌프(500A);
상기 지중 열교환기(200)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 압송하는 제2펌프(500B);
상기 축열 탱크(100)와 히트 펌프(300) 사이를 순환하기 위하여 열교환 유체가 유동하는 유로를 선택적으로 개폐하는 제1밸브(600A);
상기 지중 열교환기(200)와 히트 펌프(300) 사이를 순환하기 위하여 열교환 유체가 유동하는 유로를 선택적으로 개폐하는 제2밸브(600B); 및
상기 축열 탱크(100)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하거나 상기 지중 열교환기(200)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 상기 제1 및 제2펌프(500A)(500B)와 상기 제1 및 제2밸브(600A)(600B)의 동작을 제어하는 제어 유닛(700); 을 포함하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 열교환 유닛(400)은,
적어도 일부가 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체에 잠입되고, 그 내부에 상변화 물질이 저장되는 열교환 파이프(410); 및
상기 열교환 파이프(410)의 내부에 저장된 상변화 물질의 수위를 감지하는 수위 센서(420); 를 포함하고,
상기 제어 유닛(700)은,
상기 수위 센서(420)가 감지한 상변화 물질의 수위가 기설정된 기준 수위 이상인 경우에는, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 상기 제1 및 제2밸브(600A)(600B) 중 어느 일방이 개방된 상태에서 상기 제1 및 제2펌프(500A)(500B) 중 어느 일방이 동작하여 상기 축열 탱크(100)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하거나 상기 지중 열교환기(200)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 제어하고,
상기 수위 센서(420)가 감지한 상변화 물질의 수위가 기설정된 기준 수위 미만인 경우에는, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도와 무관하게 상기 제1밸브(600A)는 차폐되고 상기 제2밸브(600B)는 개방된 상태에서 상기 제2펌프(500B)가 동작하여 상기 지중 열교환기(200)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 제어하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 열교환 유닛(400)은,
적어도 일부가 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체에 잠입되고, 그 내부에 상변화 물질이 저장되는 열교환 파이프(410); 및
상기 열교환 파이프(410)의 내부에 저장된 상변화 물질의 수압을 감지하는 수압 센서(430); 를 포함하고,
상기 제어 유닛(700)은,
상기 수압 센서(430)가 감지한 상변화 물질의 수압이 기설정된 기준 수압 이상인 경우에는, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도에 따라서 상기 제1 및 제2밸브(600A)(600B) 중 어느 일방이 개방된 상태에서 상기 제1 및 제2펌프(500A)(500B) 중 어느 일방이 동작하여 상기 축열 탱크(100)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하거나 상기 지중 열교환기(200)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 제어하고,
상기 수압 센서(430)가 감지한 상변화 물질의 수압이 기설정된 기준 수압 미만인 경우에는, 상기 축열 탱크(100)에 저장된 열교환 유체의 온도와 무관하게 상기 제1밸브(600A)는 차폐되고 상기 제2밸브(600B)는 개방된 상태에서 상기 제2펌프(500B)가 동작하여 상기 지중 열교환기(200)와 히트 펌프(300) 사이에서 열교환 유체가 순환하도록 제어하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.
제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
상기 열교환 유닛(400)은, 상기 열교환 파이프(410)의 내부에 저장된 상변화 물질을 상기 축열 탱크(100)의 외부로 배출하기 위한 배출구(411)를 선택적으로 개폐하는 개폐 밸브(440)를 더 포함하는 지중 열교환기를 포함하는 축열식 히트 펌프 시스템.