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KR101649447B1 - Geothermal heat pump system using gas - Google Patents

Geothermal heat pump system using gas Download PDF

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Publication number
KR101649447B1
KR101649447B1 KR1020150060772A KR20150060772A KR101649447B1 KR 101649447 B1 KR101649447 B1 KR 101649447B1 KR 1020150060772 A KR1020150060772 A KR 1020150060772A KR 20150060772 A KR20150060772 A KR 20150060772A KR 101649447 B1 KR101649447 B1 KR 101649447B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
geothermal
heat pump
geothermal heat
circulation
heat
Prior art date
Application number
KR1020150060772A
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Korean (ko)
Inventor
원승연
Original Assignee
유한회사 지에이시스템
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 유한회사 지에이시스템 filed Critical 유한회사 지에이시스템
Priority to KR1020150060772A priority Critical patent/KR101649447B1/en
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Publication of KR101649447B1 publication Critical patent/KR101649447B1/en

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B30/00—Heat pumps
    • F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
    • F24J3/085—
    • F25B41/04—
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D20/00—Heat storage plants or apparatus in general; Regenerative heat-exchange apparatus not covered by groups F28D17/00 or F28D19/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Heat-Pump Type And Storage Water Heaters (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 도시가스를 이용한 지열히트펌프 시스템은 엔진 구동을 위해 도시가스를 연료로 공급받는 지열히트펌프(10); 상기 지열히트펌프(10)와 지열순환관로(60)로 연결되는 지열원(20); 상기 지열히트펌프(10)와 제1 순환관로(70)로 연결되는 축열탱크(30); 상기 지열히트펌프(10)와 제2 순환관로(80)로 연결되는 급탕탱크(50); 및 상기 제1,2 순환관로(70,80)의 분기되는 지점에 배치되는 제1 삼방변 밸브(2);를 포함하며, 상기 지열히트펌프(10)에서 상기 지열원(20)으로부터의 지열수와 열교환이 이루어진 순환 유체는 상기 제1 삼방변 밸브(2)의 작동에 따라 상기 축열탱크(30) 또는 상기 급탕탱크(50)에 선택적으로 유동한다.The geothermal heat pump system using city gas according to the present invention comprises a geothermal heat pump (10) supplied with city gas as fuel for driving an engine; A geothermal heat source 20 connected to the geothermal heat pump 10 and the geothermal circulation line 60; A storage tank 30 connected to the geothermal heat pump 10 and the first circulation pipe 70; A hot water tank 50 connected to the geothermal heat pump 10 and the second circulation duct 80; And a first three-way valve (2) disposed at a branch point of the first and second circulation ducts (70, 80), wherein the geothermal heat pump (10) The circulating fluid having heat exchange with the water selectively flows into the heat accumulation tank 30 or the hot water tank 50 according to the operation of the first three-way valve 2.

Figure R1020150060772
Figure R1020150060772

Description

도시가스를 이용한 지열히트펌프 시스템{Geothermal heat pump system using gas}[0001] The present invention relates to a geothermal heat pump system using a city gas,

본 발명은 도시가스를 이용한 지열히트펌프 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a geothermal heat pump system using city gas.

일반적으로, 가스히트펌프 시스템은 가스엔진의 구동력에 의해 압축기를 운전하여 난방 또는 냉방을 하도록 하는 장치로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 냉매순환 계통(1)과 엔진 냉각수 순환 계통(2)으로 구성된다.Generally, the gas heat pump system is a device for heating or cooling the compressor by operating the driving force of the gas engine. As shown in FIG. 4, the refrigerant circulation system 1 and the engine cooling water circulation system 2 .

냉매순환 계통은 실내 측을 냉방 또는 난방하기 위하여 냉동사이클 또는 히트펌프 사이클을 형성하며, 가스엔진(10)에 의해서 구동되는 냉매용 압축기(14), 사방밸브(15), 실외기 열교환기(16), 난방 팽창밸브(17), 실내기 팽창밸브(18), 실내기 열교환기(19), 어큐뮬레이터(20) 등으로 구성된다.The refrigerant circulation system forms a refrigeration cycle or a heat pump cycle for cooling or heating the indoor side and includes a refrigerant compressor 14, a four-way valve 15, an outdoor heat exchanger 16 driven by a gas engine 10, A heating expansion valve 17, an indoor expansion valve 18, an indoor heat exchanger 19, an accumulator 20, and the like.

엔진 냉각수순환 계통(2)은 엔진(10)을 냉각하기 위하여 엔진 냉각수를 순환시키며, 엔진냉각수 삼방밸브(21), 라디에이터(22), 엔진냉각수 순환 펌프(23), 배기가스 열교환기(24) 등으로 구성된다.The engine cooling water circulation system 2 circulates engine cooling water to cool the engine 10 and includes an engine cooling water three-way valve 21, a radiator 22, an engine cooling water circulation pump 23, an exhaust gas heat exchanger 24, .

또한, 냉매순환 계통(1)과 엔진 냉각수순환 계통(2) 간에는 보조 열교환기(25)를 설치하여 냉매와 엔진 냉각수 간의 열교환이 이루어짐으로써 냉매를 증발시키도록 구성되어 있다.An auxiliary heat exchanger (25) is provided between the refrigerant circulation system (1) and the engine cooling water circulation system (2) to exchange heat between the refrigerant and the engine cooling water, thereby evaporating the refrigerant.

이와 같은 종래기술의 가스엔진 냉난방장치의 냉방 운전시에는 사방밸브(15)는 도 4의 실선 화살표와 같이 절환되며, 이에 따라 가스엔진(10)에 의하여 구동되는 압축기(14)에 의하여 압축되어 고온 고압의 상태가 된 냉매는 냉방 운전모드로절환된 사방밸브(15)를 거쳐, 응축기로 기능하는 실외기 열교환기(16)에서 응축되며 응축열을 외기로 방출한다. 응축된 액체 상태의 냉매는 실내기 팽창밸브(18)에서 감압된 후, 저온 저압의 상태로 증발기로 기능하는 실내기 열교환기(19)로 유입되어 증발하게 된다. 이와 같이, 냉방은 증발 과정에서 요구되는 잠열을 실내의 공기로부터 흡열함으로써 이루어진다. In the cooling operation of the conventional gas engine cooling / heating apparatus, the four-way valve 15 is switched as indicated by a solid line arrow in FIG. 4 and is thus compressed by the compressor 14 driven by the gas engine 10, The refrigerant in a high pressure state is condensed in the outdoor unit heat exchanger 16 functioning as a condenser through the four-way valve 15 switched to the cooling operation mode and discharges the condensation heat to the outside air. The condensed liquid refrigerant is depressurized by the indoor expansion valve (18), and then flows into the indoor heat exchanger (19) functioning as an evaporator in a state of low temperature and low pressure to be evaporated. As described above, the cooling is achieved by absorbing the latent heat required in the evaporation process from the air in the room.

한편, 실내기 열교환기(19)를 거친 냉매는 어큐뮬레이터(20)를 거쳐 기체 상태의 냉매만이 압축기에 흡입됨으로써 냉동사이클이 연속적으로 형성된다.On the other hand, the refrigerant passing through the indoor unit heat exchanger (19) is sucked into the compressor only in the gaseous state via the accumulator (20), so that the refrigeration cycle is continuously formed.

또한, 냉방 운전시, 가스엔진(10)을 냉각한 엔진 냉각수는 엔진 냉각수 삼방밸브(21)에 의하여 라디에이터(22)측으로 유도되고 라디에이터(22)에서 외기에 방열한 후, 엔진냉각수 순환펌프(23)에 의하여 배기가스 열교환기(24)를 거쳐, 다시 가스엔진(10)으로 되돌려진다.In cooling operation, the engine cooling water that has cooled the gas engine 10 is guided to the radiator 22 side by the engine cooling water three-way valve 21 and radiated to the outside air by the radiator 22, And then returned to the gas engine 10 via the exhaust gas heat exchanger 24.

그러나, 난방 운전시에는 사방밸브(15)가 도 4의 점선 화살표와 같이 절환되며, 이에 따라 압축기(14)에 의하여 압축된 고온 고압의 냉매는 실내기(36) 측으로 유입되어, 응축기로 기능하는 실내기 열교환기(19)에서 응축되며, 실내공기로 방출된 응축열에 의하여 난방이 이루어진다. 응축된 액체 상태의 냉매는 난방 팽창밸브(17)를 통과하면서 저온 저압의 상태로 감압된 후, 증발기로 기능하는 실외기 열교환기(16)로 유입되어 증발하기 시작한다.In the heating operation, however, the four-way valve 15 is switched as indicated by the dotted arrow in Fig. 4, whereby the refrigerant of high temperature and high pressure compressed by the compressor 14 flows into the indoor unit 36 side, Is condensed in the heat exchanger (19), and is heated by the heat of condensation emitted into the room air. The condensed liquid refrigerant passes through the heating expansion valve 17 and is decompressed to a low temperature and low pressure state, and then flows into the outdoor heat exchanger 16 functioning as an evaporator and starts to evaporate.

한편, 난방 운전이 이루어지는 동절기에는 통상 외기의 온도가 낮으므로, 이에 따라 증발온도를 낮추려면 압축기 소요동력이 증가하여 열펌프 사이클의 성능저하를 초래하며, 이를 방지하기 위하여 엔진 배열의 일부를 회수하여 냉매의 증발열원으로 이용한다. 즉, 난방 운전시에는 가스엔진(10)을 냉각한 엔진 냉각수가 엔진냉각수 삼방밸브(21)에 의하여 보조 열교환기(25) 측으로 유도되어, 실외기 열교환기(16)를 지나 보조 열교환기(25)로 유입된 냉매를 가열하여 증발시킨다.On the other hand, in the winter when the heating operation is performed, since the temperature of the outside air is generally low, the power required for the compressor increases to lower the evaporation temperature, thereby deteriorating the performance of the heat pump cycle. It is used as the heat source of evaporation of refrigerant. That is, during the heating operation, the engine cooling water that has cooled the gas engine 10 is guided to the auxiliary heat exchanger 25 side by the engine cooling water three-way valve 21, passes through the outdoor unit heat exchanger 16, And evaporates the refrigerant.

이와 같이, 실외기 열교환기(16)와 보조 열교환기(25)를 차례로 거치면서 증발된 냉매는 어큐뮬레이터(20)를 거쳐 기체 상태의 냉매만이 압축기(14)로 흡입되어 열펌프 사이클이 연속적으로 형성된다. Thus, the refrigerant vaporized by sequentially passing through the outdoor heat exchanger 16 and the auxiliary heat exchanger 25 is sucked into the compressor 14 through the accumulator 20, and the heat pump cycle is continuously formed do.

도 4에 나타낸 종래의 냉매순환 계통(1)은 난방 운전시는 물론, 보조 열교환기(25)에서 냉매를 가열할 필요가 없는 냉방운전시에도 냉매가 반드시 보조 열교환기(25)를 통과하여 압축기(14)로 흡입되도록 구성되어 있다. 냉매가 보조 열교환기(25)와 같은 열교환기를 통과하면 불가피하게 압력 손실이 발생하기 때문에, 흡입 압력이 낮아져 압축기(14)로 흡입되는 냉매의 비체적이 커지며, 비체적이 커지면, 용적식 압축기와 같이 동일한 회전수에서 체적 유량이 일정한 경우, 냉매 순환량이 감소하여 냉방 능력이 감소하게 되므로, 냉방 능력을 유지하기 위해서는 압축기의 회전수를 상승시켜 냉매 순환량을 확보해주어야 한다. 따라서, 압축기의 회전수의 상승은 압축기 동력의 증가를 의미하므로 성적계수가 저하하는 문제점이 발생하였다. The conventional refrigerant circulation system 1 shown in Fig. 4 is designed so that the refrigerant always flows through the auxiliary heat exchanger 25 during the heating operation as well as during the cooling operation in which it is not necessary to heat the refrigerant in the auxiliary heat exchanger 25, (14). When the refrigerant passes through the heat exchanger such as the auxiliary heat exchanger 25, pressure loss is inevitably generated, so that the suction pressure is lowered and the refrigerant sucked into the compressor 14 becomes larger. When the refrigerant becomes larger, When the volumetric flow rate is constant at the number of revolutions, the refrigerant circulation amount decreases and the cooling capacity decreases. Therefore, in order to maintain the cooling capacity, the number of revolutions of the compressor must be increased to secure the refrigerant circulation amount. Therefore, an increase in the number of revolutions of the compressor means an increase in the power of the compressor, thus causing a problem that the coefficient of performance is lowered.

또한, 압축기로 흡입되는 냉매는 압축기의 신뢰성 증대를 위해 기체상태로 흡입되어야 하므로 어큐뮬레이터를 설치하여 기체상태의 냉매만이 압축기로 흡입되어야하나 실내 부하의 급격한 변화등의 이상 현상으로 액상의 냉매가 어큐뮬레이터에 유입되는 양이 증대하게 되면서 압축기로 액냉매가 유입될 위험이 높아진다는 문제점이 있었다.Since the refrigerant sucked into the compressor must be sucked into the gaseous state in order to increase the reliability of the compressor, only the gaseous refrigerant should be sucked into the compressor by installing the accumulator, but due to an abnormal phenomenon such as a sudden change in the room load, There is a problem that the risk of the liquid refrigerant flowing into the compressor increases.

더욱이, 기본적으로 종래의 가스히트펌프 시스템은 공기열원을 이용하는데, 여름철에 대기온도는 대략 30도 이상 상승하고, 겨울철에는 최저 - 10도 이하로 떨어지는 온도분포를 보이고, 또한 일교차의 영향을 크게 받기 때문에, 안정적인 열원이 되기 어렵고, 시스템에 이용하고자는 열원의 온도차가 크지 못하여 얻고자 하는 열원량을 많이 얻지 못하게 되므로 시스템 성능이 향상되기 어려운 문제점이 있었다. Basically, the conventional gas heat pump system uses an air heat source. In the summer, the air temperature rises by about 30 degrees or more, and in winter, the temperature distribution falls to a minimum of -10 degrees or less. Therefore, it is difficult to obtain a stable heat source, and since the temperature difference of the heat source to be used in the system is not large, a large amount of heat source to be obtained is not obtained, so that system performance is difficult to be improved.

또한, 가스엔진 방식이기때문에, 필수적으로 라디에이터를 사용하게 되고, 그에따라 소요부품이 증대되어 시스템이 복잡해지는 단점도 있었다.
Further, since it is a gas engine type, it is necessary to use a radiator, which increases the required parts, thereby complicating the system.

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서, 기존의 공냉식 냉난방 시스템을 지열 및 수냉식을 이용한 냉난방 시스템으로 변경함으로써 안정적인 열원으로 확보가능한 지열원을 이용하여 보다 효율적인 시스템을 제공하는 것이 목적이다.An object of the present invention is to provide a more efficient system using a geothermal heat source that can be secured as a stable heat source by changing a conventional air-cooling and heating / cooling system to a geothermal / water cooling type cooling / heating system.

또한, 본 발명은 지열히트펌프로부터 공급되는 냉온수를 저장할 수 있는 축열탱크 내지 축냉탱크를 별도로 구성하고, 상기 축냉/축열 탱크에서 열부하를 필요로 하는 팬코일 유닛 또는 열부하가 필요 없는 급탕 탱크 측에 삼방변 밸브를 통해 효율적으로 열을 공급한다.
Further, the present invention is characterized in that a heat storage tank or a hot-water storage tank capable of storing cold / hot water supplied from a geothermal heat pump is separately provided, and a fan coil unit requiring heat load in the hot / Effective heat is supplied through the valve.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 도시가스를 이용한 지열히트펌프 시스템은 엔진 구동을 위해 도시가스를 연료로 공급받는 지열히트펌프(10); 상기 지열히트펌프(10)와 지열순환관로(60)로 연결되는 지열원(20); 상기 지열히트펌프(10)와 제1 순환관로(70)로 연결되는 축열탱크(30); 상기 지열히트펌프(10)와 제2 순환관로(80)로 연결되는 급탕탱크(50); 및 상기 제1,2 순환관로(70,80)의 분기되는 지점에 배치되는 제1 삼방변 밸브(2);를 포함하며, 상기 지열히트펌프(10)에서 상기 지열원(20)으로부터의 지열수와 열교환이 이루어진 순환 유체는 상기 제1 삼방변 밸브(2)의 작동에 따라 상기 축열탱크(30) 또는 상기 급탕탱크(50)에 선택적으로 유동한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a geothermal heat pump system using a city gas, including a geothermal heat pump (10) supplied with city gas as fuel for driving an engine; A geothermal heat source 20 connected to the geothermal heat pump 10 and the geothermal circulation line 60; A storage tank 30 connected to the geothermal heat pump 10 and the first circulation pipe 70; A hot water tank 50 connected to the geothermal heat pump 10 and the second circulation duct 80; And a first three-way valve (2) disposed at a branch point of the first and second circulation ducts (70, 80), wherein the geothermal heat pump (10) The circulating fluid having heat exchange with the water selectively flows into the heat accumulation tank 30 or the hot water tank 50 according to the operation of the first three-way valve 2.

상기 시스템은, 상기 축열탱크(30)와 부하순환관로(90)로 연결되는 팬코일 유닛(40); 및 상기 부하순환관로(90)에서 상기 제2 순환관로(80) 상으로 유체의 이동을 가능하게 하는 제2 삼방변 밸브(4);를 더 포함한다.The system comprises a fan coil unit (40) connected to the heat storage tank (30) and the load circulation duct (90); And a second three-way valve (4) for allowing fluid to flow from the load circulation conduit (90) onto the second circulation conduit (80).

상기 지열히트펌프(10)는 압축, 응축, 팽창, 및 증발 과정을 진행하면서 상변화하는 냉매가스에 대하여 상기 지열원(20)으로부터의 지열수를 이용하여 응축하거나 증발을 시행하고 이를 이용하여 냉매의 증발 또는 응축 잠열로 온수 또는 냉수를 생산한다.
The geothermal heat pump 10 condenses or evaporates the phase-changing refrigerant gas using geothermal water from the geothermal heat source 20 while compressing, condensing, expanding, and evaporating, The evaporation or condensation latent heat of hot water or cold water.

상술한 바와 같은 본 발명인 도시가스를 이용한 지열히트펌프 시스템은 지열수를 이용하여 응축 또는 증발되는 냉매를 통하여 생성되는 냉수 내지 온수를 축열 탱크에 저장하고 순환펌프에 의해 팬코일 유닛으로 보내 냉방 또는 난방 운전을 효과적으로 수행한다. In the geothermal heat pump system using city gas as described above, cold water or hot water generated through refrigerant condensed or evaporated using geothermal water is stored in a heat storage tank and sent to a fan coil unit by a circulation pump to cool or heat Perform the operation effectively.

또한, 본 발명은 기존의 공기열 히트펌프에 비해 제상 과정이 생략되어지므로 상대적으로 고효율이라고 할 수 있다.Further, since the defrosting process is omitted in comparison with the existing air heat pump, the present invention can be said to be relatively high efficiency.

본 발명은 지열히트펌프를 통해 생산된 온수 내지 냉수가 축열탱크 내에 저장된 상태에서 순환펌프에 의해 팬코일 유닛를 통하여 난방운전을 수행하고, 환수관을 통하여 축열탱크로 환수되는데, 팬코일 유닛의 부하가 없는 경우에는 삼방변을 조절함으로써 축열탱크로 저장하지 않고 바로 급탕탱크로 순환하게 하므로 효율을 높일 수 있다.
In the present invention, the hot water or the cold water produced through the geothermal heat pump is stored in the heat storage tank, the circulation pump performs the heating operation through the fan coil unit and is returned to the heat storage tank through the water return pipe. It is possible to increase the efficiency by controlling the three sides to circulate to the hot water tank without storing the hot water in the heat storage tank.

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 도시가스를 이용한 지열히트펌프 시스템이다.
도 4는 기존의 가스히트펌프 시스템이다.1 to 3 are geothermal heat pump systems using city gas according to the present invention.
4 is a conventional gas heat pump system.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면 상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of other various forms of implementation, and that these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, It is provided to let you know completely. Wherein like reference numerals refer to like elements throughout.

각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.It should be noted that, in adding reference numerals to the constituent elements of the drawings, the same constituent elements are denoted by the same reference numerals whenever possible, even if they are shown in different drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
In describing the components of the present invention, terms such as first, second, A, B, (a), and (b) may be used. These terms are intended to distinguish the constituent elements from other constituent elements, and the terms do not limit the nature, order or order of the constituent elements. When a component is described as being "connected", "coupled", or "connected" to another component, the component may be directly connected or connected to the other component, Quot; may be "connected,""coupled," or "connected. &Quot;

도 1 내지 도 3은 본 발명에 따른 도시가스를 이용한 지열히트펌프 시스템이다. 이하, 도 1 내지 도 3에 대해서 설명하면 다음과 같다.1 to 3 are geothermal heat pump systems using city gas according to the present invention. 1 to 3 will be described below.

본 발명은 도시가스를 이용한 지열히트펌프 시스템으로서, 도시가스 연료를 이용하여 엔진을 구동시켜 냉수와 온수를 생산하는 동시에 지열수를 이용한 지열히트펌프 시스템이라고 할 수 있다.The present invention is a geothermal heat pump system using city gas, which is a geothermal heat pump system using geothermal water while producing cold water and hot water by driving an engine using city gas fuel.

본 발명에서 냉방을 실시하는 경우는 압축, 응축, 팽창, 및 증발 과정에서 지열수를 이용하여 냉매를 응축하고 상기의 증발 과정에서 냉매의 증발 잠열로 냉수를 생산한다. 한편, 난방을 실시하는 경우는 압축, 응축, 팽창, 증발 과정에서 지열수를 이용하여 냉매를 증발하고 냉매의 응축 잠열로 온수를 생산한다.
When cooling is performed in the present invention, the refrigerant is condensed by using geothermal water in the process of compression, condensation, expansion, and evaporation, and cold water is produced by the latent heat of evaporation of the refrigerant in the evaporation process. On the other hand, when heating is performed, the refrigerant is evaporated using geothermal water during compression, condensation, expansion and evaporation, and hot water is produced by latent heat of condensation of the refrigerant.

본 발명에 따른 지열히트펌프 시스템은, 지열히트펌프(10), 지열히트펌프(10)와 지열순환관로(60)로 연결되는 지열원(20), 지열히트펌프(10)와 제1 순환관로(70)로 연결되는 축열탱크(30), 축열탱크(30)와 부하순환관로(90)로 연결되는 팬코일 유닛(40), 지열히트펌프(10)와 제2 순환관로(80)로 연결되는 급탕탱크(50), 지열히트펌프(10)와 가스 관로(16)를 통해 연결되며, 상기 지열히트펌프(10) 내에 배치된 압축기 구동을 위한 가스 연료를 공급하는 도시가스 공급원(15), 지열히트펌프(10)로부터 제1,2 순환관로(70,80)로 분기되는 지점에 배치되는 제1 삼방변 밸브(2), 및 부하순환관로(90)에서 제2 순환관로(80) 상으로 유체의 이동을 가능하게 하는 제2 삼방변 밸브(4)를 포함한다.The geothermal heat pump system according to the present invention includes a geothermal heat pump 10, a geothermal heat source 20 connected to the geothermal heat pump 10 through a geothermal circulation line 60, a geothermal heat pump 10, A heat storage tank 30 connected to the heat storage tank 30 and a fan coil unit 40 connected to the load circulation duct 90 and connected to the geothermal heat pump 10 and the second circulation duct 80, A city gas supply source 15 connected to the geothermal heat pump 10 through the gas pipe 16 and supplying the gaseous fuel for driving the compressor disposed in the geothermal heat pump 10, A first three-way valve 2 disposed at a position branched from the geothermal heat pump 10 to the first and second circulation ducts 70 and 80 and a second three-way valve 2 disposed on the second circulation duct 80 on the load circulation duct 90 And a second three-way valve (4) for allowing fluid movement.

본 발명 상의 각종 순환 관로(60,70,80,90) 상에는 각종 순환펌프 및 전자밸브가 배치되는데, 본 명세서 상에서 설명하는 실시예는 예시적인 형태에 불과한 것이고, 상황에 따라 다양하게 설계 변경이 가능할 수 있을 것이다.
Various circulation pumps and solenoid valves are disposed on the various circulation conduits 60, 70, 80, and 90 of the present invention. The embodiments described in this specification are merely exemplary embodiments, and various design changes It will be possible.

지열히트펌프(10)는 압축, 응축, 팽창, 및 증발 과정을 진행하면서 상변화하는 냉매가스에 대하여 지열수를 이용하여 응축하거나 증발을 시행하고 이를 이용하여 냉매의 증발 또는 응축 잠열로 온수 또는 냉수를 생산하게 한다.The geothermal heat pump 10 condenses or exchanges the phase-changing refrigerant gas with geothermal water while compressing, condensing, expanding, and evaporating, and uses the hot water or cold water as the latent heat of evaporation or condensation of the refrigerant. .

지열히트펌프(10)에 대한 난방 운전의 일 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다.One embodiment of the heating operation for the geothermal heat pump 10 will be described as follows.

도시가스 공급원(15)에서 도시가스를 공급받아 작동하는 압축기(1)에 의해 압축된 냉매가스를 제1 열교환기에서 응축하고 팽창밸브를 경유해서 제2 열교환기로 이송시킨다. 응축된 냉매가스는 제2 열교환기의 전자밸브를 통하여 지열 수온이 16℃ 정도로 입수되어 열교환되므로 냉매가스를 증발시키고 지열 수온 12℃ 정도로 제2 열교환기의 전자밸브를 통하여 땅속으로 가는 것이다. 그러면 제1 열교환기 유닛은 고온의 냉매를 응축시켜 응축 과정에서 순환 유체의 수온을 높일 수 있는 것이다.
The refrigerant gas compressed by the compressor 1, which is supplied with the city gas from the city gas supply source 15, is condensed in the first heat exchanger and is transferred to the second heat exchanger via the expansion valve. The condensed refrigerant gas is supplied through the solenoid valve of the second heat exchanger at a temperature of about 16 ° C to heat-exchange the refrigerant gas, and the refrigerant gas is evaporated to the ground through the solenoid valve of the second heat exchanger at a temperature of about 12 ° C. The first heat exchanger unit then condenses high temperature refrigerant to increase the temperature of the circulating fluid during the condensation process.

지열순환관로(60)는 지열원(20)에서의 지열수를 지열순환펌프(61)를 이용하여 강제적으로 지열히트펌프(10)으로 유동하게 한다. The geothermal circulation line 60 allows the geothermal water in the geothermal circulation source 20 to be forced to flow into the geothermal heat pump 10 by using the geothermal circulation pump 61.

지열원(20)에서 지열히트펌프(10)로의 지열수의 유동 경로는 하기와 같다.The flow path of the geothermal water from the geothermal source 20 to the geothermal heat pump 10 is as follows.

지열원(20)->전자 밸브(62)->지열수 유입구(13)->지열히트펌프(10)->지열수 출수구(14)->전자 밸브(63)->지열순환펌프(61)->지열원(20)
Geothermal circulation pump (20) → Solenoid valve (62) → Geothermal water inlet (13) → Geothermal heat pump (10) → Geothermal water outlet (14) → Solenoid valve (63) → Geothermal circulation pump (61) ) -> Geothermal Resources (20)

제1 순환관로(70)는 제1 삼방변 밸브(2)의 작동에 따라 지열히트펌프(10) 내의 순환 유체인 온수 또는 냉수를 축열탱크(30)로 유동하게 한다. 지열히트펌프(10) 내에서 냉매가스로부터 열을 전달받은 순환 유체는 축열탱크(30)의 축열 열교환기(31)를 통해 축열탱크(30) 내의 유체로 열을 전달한 후에 다시 지열히트펌프(10)로 복귀한다. 제1 순환관로(70) 상에는 급수관로 측에 제1 삼방변 밸브(2), 순환펌프(71), 전자밸브(72)가 배치되고, 환수관로 측에는, 순환펌프(73), 전자밸브(74)가 배치된다. The first circulation duct 70 causes the hot water or cold water, which is a circulating fluid in the geothermal heat pump 10, to flow to the storage tank 30 according to the operation of the first three-way valve 2. The circulating fluid that has received heat from the refrigerant gas in the geothermal heat pump 10 transfers heat to the fluid in the heat storage tank 30 through the heat storage heat exchanger 31 of the heat storage tank 30 and then to the geothermal heat pump 10 ). A first three-way valve 2, a circulation pump 71 and a solenoid valve 72 are disposed on the first circulation conduit 70 on the side of the water supply conduit and a circulation pump 73 and a solenoid valve 74 .

지열히트펌프(10)에서 축열탱크(30)로의 순환 유체의 유동 경로는 하기와 같다.The flow path of the circulating fluid from the geothermal heat pump 10 to the heat storage tank 30 is as follows.

지열히트펌프(10)->순환 유체 출수구(11)->제1 삼방변 밸브(2)->순환 유체 입수구(32)->축열 열교환기(31)->순환 유체 배출구(33)->순환 유체 환수구(12)->지열히트펌프(10)(10) -> Circulating Fluid Outlet (11) -> First Three-Way Valve (2) -> Circulating Fluid Outlet (32) -> Heat Storage Heat Exchanger (31) -> Circulating Fluid Outlet (33) Circulating fluid return (12) -> Geothermal heat pump (10)

제2 순환관로(80)는 제1 삼방변 밸브(2)의 작동에 따라 지열히트펌프(10) 내의 순환 유체인 온수 또는 냉수를 급탕탱크(50)로 유동하게 한다. 지열히트펌프(10) 내에서 냉매가스로부터 열을 전달받은 순환 유체는 급탕탱크(50)의 급탕 열교환기(51)를 통해 급탕탱크(50) 내의 유체로 열을 전달한 후에 다시 지열히트펌프(10)로 복귀한다. 제2 순환관로(70) 상에는 급수관로 측에 제1 삼방변 밸브(2), 순환펌프(81), 전자밸브(72)가 배치되고, 환수관로 측에는 순환펌프(83), 전자밸브(84)가 배치된다. The second circulation duct 80 causes hot water or cold water, which is a circulating fluid in the geothermal heat pump 10, to flow into the hot water tank 50 according to the operation of the first three-way valve 2. The circulating fluid that has received heat from the refrigerant gas in the geothermal heat pump 10 transfers heat to the fluid in the hot water tank 50 through the hot water heat exchanger 51 of the hot water tank 50 and then to the geothermal heat pump 10 ). A circulation pump 81 and a solenoid valve 72 are disposed on the second circulation conduit 70 on the water pipe side and a circulation pump 83 and a solenoid valve 84 are provided on the water pipe side, .

지열히트펌프(10)에서 급탕탱크(50)로의 순환 유체의 유동 경로는 하기와 같다.The flow path of the circulating fluid from the geothermal heat pump 10 to the hot water tank 50 is as follows.

지열히트펌프(10)->순환 유체 출수구(11)->제1 삼방변 밸브(2)->제2 삼방변 밸브(4)->급탕열교환기(51)->순환 유체 환수구(12)->지열히트펌프(10)The geothermal heat pump 10 circulation fluid outlet 11 first three-way valve 2 third three-way valve 4 hot water heat exchanger 51 circulating fluid inlet 12 ) -> Geothermal Heat Pump (10)

부하순환관로(90)는 축열탱크(30) 내에 저장된 축열 유체를 팬코일 유닛(40)으로 유동하게 한다. 축열탱크(30) 내에서 축열 열교환기(31)를 통해 열을 공급받은 유체는 팬코일 유닛(40)을 통해 열을 전달한 후에 축열탱크(30)로 복귀한다.The load circulation duct 90 allows the heat storage fluid stored in the heat storage tank 30 to flow to the fan coil unit 40. The fluid supplied through the heat storage heat exchanger (31) in the heat storage tank (30) transfers heat through the fan coil unit (40) and then returns to the heat storage tank (30).

축열탱크(30)에서 팬코일 유닛(40)으로의 유체의 유동 경로는 하기와 같다.The flow path of the fluid from the heat storage tank 30 to the fan coil unit 40 is as follows.

축열탱크(30)->축열 유체 출수구(34)->축열 유체 입수구(41)->팬코일 유닛(40)->축열 유체 배출구(42)->축열 유체 환수구(35)->축열탱크(30)
The heat storage tank 30 is connected to the heat storage fluid outlet 34 through the heat storage fluid inlet 41 and the fan coil unit 40 through the heat storage fluid outlet 42 and the heat storage fluid storage 35. (30)

상기와 같이 본 발명은 도시가스 연료를 이용하여 지열히트펌프(10) 내의 압축기 엔진을 구동시켜 냉매를 압축하고 또한 지열원(20)의 열을 이용하여 냉매의 증발과 응축을 지원하게 함으로써 냉수와 온수를 생산하는 과정에서 효과적인 열이용을 가능하게 한다.As described above, according to the present invention, the city gas fuel is used to drive the compressor engine in the geothermal heat pump 10 to compress the refrigerant and further assist the evaporation and condensation of the refrigerant by using the heat of the geothermal heat source 20, It enables efficient use of heat in the process of producing hot water.

본 발명은 지열히트펌프(10)에서 나오는 순환 유체를 제1 삼방변 밸브(2)를 제어하는 과정을 통해 제1 순환관로(70) 또는 제2 순환관로(80)로 유동하게 한다.The circulating fluid from the geothermal heat pump 10 flows into the first circulation duct 70 or the second circulation duct 80 through the process of controlling the first three-way valve 2. [

도 2를 참조하면, 제1 삼방변 밸브(2)를 제어하여 순환 유체를 제1 순환관로(70)로 유동하게 하여 축열탱크(30)에 일시적으로 열을 저장한 상태에서 부하순환관로(90)를 통해 팬코일 유닛(40)에 열부하를 가하여 냉방 또는 난방을 행할 수 있다. 한편, 제2 삼방변 밸브(4)를 제어하여 부하순환관로(90) 상의 유체를 제2 순환관로(80) 상으로 유동하게 하는 것도 가능할 수 있다.2, the first three-way valve 2 is controlled to circulate the circulating fluid to the first circulation conduit 70 to temporarily store the heat in the heat storage tank 30, The fan coil unit 40 can be cooled or heated by applying a thermal load thereto. On the other hand, it may be possible to control the second three-way valve 4 to cause the fluid on the load circulation conduit 90 to flow onto the second circulation conduit 80.

도 3을 참조하면, 제1 삼방변 밸브(2)를 제어함으로써 순환 유체를 제1 순환관로(70)를 거치게 함이 없이 바로 제2 순환관로(80)로 유동하게 하여 급탕탱크(50)로 이송하게 한다.3, the first three-way valve 2 is controlled so that the circulating fluid flows directly to the second circulation duct 80 without passing through the first circulation duct 70 and flows into the hot water tank 50 .

즉, 팬코일 유닛(40) 상에 부하가 없는 경우에는 제1 삼방변 밸브(2)를 조절하는 과정을 통해 축열탱크(30)로 열을 저장하지 않고 바로 급탕탱크(50)로 순환되게 하므로 효율이 높게 된다. 또한, 급탕탱크(50) 내의 급탕열교환기(51)를 통과하면서 탱크 내의 물의 온도를 올릴 수 있다.That is, when there is no load on the fan coil unit 40, the first three-way valve 2 is controlled to circulate the hot water to the hot water tank 50 without storing the heat in the heat storage tank 30 The efficiency becomes high. Further, the temperature of the water in the tank can be increased while passing through the hot water heat exchanger (51) in the hot water tank (50).

상술한 바와 같은 본 발명인 도시가스를 이용한 지열히트펌프 시스템은 지열수를 이용하여 응축 또는 증발되는 냉매를 통하여 생성되는 냉수 내지 온수를 축열 탱크에 저장하고 순환펌프에 의해 팬코일 유닛으로 보내 냉방 또는 난방 운전을 효과적으로 수행한다. 또한, 본 발명은 기존의 공기열 히트펌프에 비해 제상 과정이 생략되어지므로 상대적으로 고효율이라고 할 수 있다.In the geothermal heat pump system using city gas as described above, cold water or hot water generated through refrigerant condensed or evaporated using geothermal water is stored in a heat storage tank and sent to a fan coil unit by a circulation pump to cool or heat Perform the operation effectively. Further, since the defrosting process is omitted in comparison with the existing air heat pump, the present invention can be said to be relatively high efficiency.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.It is to be understood that the terms "comprises", "comprising", or "having" as used in the foregoing description mean that the constituent element can be implanted unless specifically stated to the contrary, But should be construed as further including other elements. All terms, including technical and scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs, unless otherwise defined. Commonly used terms, such as predefined terms, should be interpreted to be consistent with the contextual meanings of the related art, and are not to be construed as ideal or overly formal, unless expressly defined to the contrary.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
The foregoing description is merely illustrative of the technical idea of the present invention and various changes and modifications may be made by those skilled in the art without departing from the essential characteristics of the present invention. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

2 : 제1 삼방변 밸브
4 : 제2 삼방변 밸브
10 : 지열히트펌프
20 : 지열원
30 : 축열탱크
40 : 팬코일 유닛
50 : 급탕탱크
60 : 지열순환관로
70 : 제1 순환관로
80 : 제2 순환관로
90 : 부하순환관로2: First three-way valve
4: Second three-way valve
10: Geothermal heat pump
20: Geothermal heat source
30: Heat storage tank
40: Fan coil unit
50: Hot water tank
60: Geothermal circulation duct
70: first circulation duct
80: second circulation duct
90: load circulation duct

Claims (3)

내부에 배치된 압축기 구동을 위해 도시가스 공급원(15)으로부터 도시가스를 연료로 공급받는 지열히트펌프(10);
상기 지열히트펌프(10)와 지열순환관로(60)로 연결되는 지열원(20);
상기 지열히트펌프(10)와 제1 순환관로(70)로 연결되는 축열탱크(30);
상기 축열탱크(30)와 부하순환관로(90)로 연결되는 팬코일 유닛(40);
상기 지열히트펌프(10)와 제2 순환관로(80)로 연결되는 급탕탱크(50);
상기 제1,2 순환관로(70,80)의 분기되는 지점에 배치되는 제1 삼방변 밸브(2); 및
상기 부하순환관로(90)에서 상기 제2 순환관로(80) 상으로 유체의 이동을 가능하게 하는 제2 삼방변 밸브(4);를 포함하며,
상기 지열히트펌프(10)에서 상기 지열원(20)으로부터의 지열수와 열교환이 이루어진 순환 유체는 상기 제1 삼방변 밸브(2)의 작동에 따라 상기 축열탱크(30) 또는 상기 급탕탱크(50)에 선택적으로 유동하며,
상기 팬코일 유닛(40) 상에 부하가 없는 경우에는 상기 제1 삼방변 밸브(2)를 조절하는 과정을 통해 상기 축열탱크(30)로 열을 저장하지 않고 바로 상기 급탕탱크(50)로 순환되게 하는,
도시가스를 이용한 지열히트펌프 시스템.
A geothermal heat pump 10 for supplying a city gas as fuel from a city gas supply source 15 for driving a compressor disposed therein;
A geothermal heat source 20 connected to the geothermal heat pump 10 and the geothermal circulation line 60;
A storage tank 30 connected to the geothermal heat pump 10 and the first circulation pipe 70;
A fan coil unit (40) connected to the heat storage tank (30) and the load circulation duct (90);
A hot water tank 50 connected to the geothermal heat pump 10 and the second circulation duct 80;
A first three-way valve (2) disposed at a branching point of the first and second circulation conduits (70, 80); And
And a second three-way valve (4) for allowing fluid to flow from the load circulation conduit (90) onto the second circulation conduit (80)
The circulating fluid in which the geothermal heat pump 10 has exchanged heat with geothermal water from the geothermal source 20 is circulated through the heat accumulation tank 30 or the hot water tank 50 ), ≪ / RTI >
When there is no load on the fan coil unit 40, the heat is not circulated to the heat storage tank 30 through the process of adjusting the first three-way valve 2, To make it,
Geothermal heat pump system using city gas.
삭제delete 제 1 항에 있어서,
상기 지열히트펌프(10)는 압축, 응축, 팽창, 및 증발 과정을 진행하면서 상변화하는 냉매가스에 대하여 상기 지열원(20)으로부터의 지열수를 이용하여 응축하거나 증발을 시행하고 이를 이용하여 냉매의 증발 또는 응축 잠열로 온수 또는 냉수를 생산하는,
도시가스를 이용한 지열히트펌프 시스템.The method according to claim 1,
The geothermal heat pump 10 condenses or evaporates the phase-changing refrigerant gas using geothermal water from the geothermal heat source 20 while compressing, condensing, expanding, and evaporating, Which produces hot or cold water due to the latent heat of evaporation or condensation,
Geothermal heat pump system using city gas.
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