KR100736844B1 - 냉각기를 포함한 지열 열교환 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각기를 포함한 지열 열교환 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 축산폐수처리장에서 축산분뇨의 미생물에 의한 유기물 분해 및 영양염류의 제거 효율을 높일 수 있도록 적정온도를 유지하기 위해 지열과 일반적인 냉동시스템을 선택적으로 사용가능한 냉각기를 포함하는 냉각기를 포함한 지열 열교환 시스템에 관한 것이다.

본 발명에 따른 냉각기를 포함한 지열 열교환 시스템은 지열을 품고 있는 지하수와 냉각수가 상호 열교환을 일으키는 지열 열교환기와 상기 지열 열교환기를 통해 열교환이 발생된 냉각수를 냉각기로 펌핑하는 펌프와 상기 냉각수가 상기 냉각기와 상기 지열 열교환기로 순환되도록 냉각수의 흐름이 폐쇄회로를 이루는 것을 특징으로 한다.

지열, 열교환, 지하수, 폐쇄회로, 축산분뇨

Description

냉각기를 포함한 지열 열교환 시스템 {Underground Thermal Heat Exchange System Containing refrigerator }

도 1은 본 발명에 따른 냉각기를 포함한 지열 열교환 시스템

도 2는 본 발명에 따른 냉각기의 단면도를 포함한 지열 열교환 시스템

도 3은 본 발명에 따른 다른 실시예의 냉각기의 단면도를 포함한 지열 열교환 시스템

도 4는 종래의 지하수를 직접 이용한 지열 열교환 시스템

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 지열 열교환기 2 : 펌프 3: 냉각기

10 : 하우징

11 : 냉각수 흡입구 12 : 냉각수 배출구

13 : 공기 흡입구 14 : 공기 배출구 15 : 격판

16 : 흡입공간부 17 : 배출공간부

18 : 열교환부 19 : 공기흐름관

21 : 냉매 공급구 22 : 냉매 배출구

23 : 격벽 25 : 냉매열교환부

본 발명은 냉각기를 포함한 지열 열교환 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 축산폐수처리장에서 축산분뇨의 미생물에 의한 유기물 분해 및 영양염류의 제거 효율을 높일 수 있도록 적정온도를 유지하기 위해 지열과 일반적인 냉동시스템을 선택적으로 사용가능한 냉각기를 포함하는 지열 열교환 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 축산분뇨를 처리하는 축산폐수처리장에서 발생되는 유기물을 미생물에 의해서 부패시킨 다음 후속공정을 통해 고형분리시켜 슬러지는 퇴비로 사용하고 액체는 방류하거나 액비로 이용하는 방안이 다양하게 알려져 있다.

종래에는 이러한 축산분뇨를 부패화시키기 위해서는 질화조에 저장된 축산분뇨가 혐기 및 호기성 미생물에 의해 충분히 부패되기까지 자연상태에서 일정기간 방치하는 방법을 사용하거나 블로워를 통하여 질화조내의 생물반응조에 송풍기를 통해 공기를 공급하게 되는데, 여름철에는 블로워를 통해서 토출되는 공기의 온도가 너무 높아 생물반응조의 혐기 또는 호기성 미생물이 제대로 활동하지 않아 부패되기까지 소요되는 시간이 너무 장기화되는 단점이 있었다.

이러한 단점을 개선하기 위해서 종래에는 블로워를 통해서 토출되는 공기를 지하수를 이용한 열교환 시스템의 지열 열교환기를 거쳐 혐기 또는 호기성 미생물의 활동이 가장 왕성하게 이루어지는 적정한 온도가 되도록 냉각시켜 질화조내의 생물반응조에 공급하게 되었다.

그러나 여기에 사용되는 종래의 지하수를 직접 이용한 지열 열교환 시스템은 도 4에 도시된 바와 같이 지하수를 직접 냉각기에 넣어 열교환을 일으킨 후 배출하도록 되어 있어 지하수의 고갈과 비 친환경적 시스템으로 구성되어 있는 문제점이 있다.

또한, 이상 기온 상승이 발생할 경우에는 냉각기의 성능 변경등이 어려워 적절한 온도로 질화조내의 생물반응조에 공급되는 공기를 냉각을 하지 못하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 냉각기에 직접적인 지하수를 이용하지 않고 지열 열교환기를 통한 냉각수을 이용한 열교환이 일어나도록 하여 지하수의 고갈을 방지하고 친환경적 시스템을 구축할 수 있는 냉각기를 포함한 지열 열교환 시스템을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 외부의 냉동시스템을 이용하여 추가적인 열교환을 일으켜 이상 기온 상승 시에도 일정한 온도로 질화조내의 생물반응조에 공급되는 공기를 냉각시킬 수 있는 냉각기를 포함한 지열 열교환 시스템을 제공하는데 목적이 더 있다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 지열을 품고 있는 지 하수와 냉각수가 상호 열교환을 일으키는 지열 열교환기와 상기 지열 열교환기를 통해 열교환이 발생된 냉각수를 냉각기로 펌핑하는 펌프와 상기 냉각수가 상기 냉각기와 상기 지열 열교환기로 순환되도록 냉각수의 흐름이 폐쇄회로를 이루는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 후술하는 바람직한 실시예를 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일시시예에 따른 냉각기를 포함한 지열 열교환 시스템을 나타낸 것으로서, 지열을 품고 있는 지하수와 냉각수가 상호 열교환을 일으키는 지열 열교환기(1)와 상기 지열 열교환기를 통해 열교환이 발생된 냉각수를 냉각기(3)로 펌핑하는 펌프(2)와 상기 냉각수가 상기 냉각기와 상기 지열 열교환기로 순환되도록 냉각수의 흐름이 폐쇄회로로 구성됨을 특징으로 한다.

따라서, 상기 지열 열교환기에서 지하수와 열교환이 일어난 냉각수가 상기 냉각기에서 공기와 다시 열교환이 일어남으로써 냉각된 공기가 질화조내의 생물반응조에 공급되는 것이다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 열교환 시스템의 작동을 자세히 설명하면 다음과 같다.

폐쇄회로를 따라 순환하는 냉각수가 지하수가 있는 상기 지열교환기에 들어가게 되면 지하수와 냉각수가 열교환을 일으키게 되고, 이렇게 열교환이 일어난 냉각수는 펌프를 통해 펌핑되어 냉각기로 들어가게 된다.

질화조내의 생물반응조에 공급하기 위한 공기도 상기 냉각기에 투입되어 지열을 흡수한 냉각수와 다시 열교환을 일으켜 일정한 온도로 냉각기로부터 배출되어 질화조로 들어가게 된다.

한편, 공기와 열교환이 이루어진 냉각수는 다시 순환되어 지열교환기로 들어가게 되고 위에서와 같이 지하수와 다시 열교환을 일으키게 된다.

즉, 냉각수는 지하수와 1차적인 열교환을 일으켜 지열을 흡수한 후 다시 공기와 열교환을 일으켜 흡수한 지열을 공기과 교환하는 순환과정을 반복하게 되는 것이다.

이렇게 냉각수가 순환되는 회로가 폐쇄되어 있어 지하수를 펌핑하여 공기와 직접적으로 열교환을 일으킬 필요가 없기 때문에 지하수의 고갈이 없을 뿐아니라 친환경적인 시스템의 구축이 가능한 것이다.

도 2는 이러한 냉각기를 포함한 지열 열교환 시스템에 사용되는 냉각기의 구체적인 형상을 도시한 것으로서, 상기 냉각기는 냉각수가 흡입되는 냉각수 흡입구(11)와 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구(12)와 공기가 흡입되는 공기 흡입구(13)와 냉각된 공기가 배출되는 공기 배출구(14)를 포함하는 하우징(10)과, 상기 하우징 내부에 흡입된 공기가 들어있는 흡입공간부(16)와 배출될 공기가 들어있는 배출공간부(17)와, 상기 냉각수가 들어있는 열교환부(18)와, 상기 흡입공간부와 상기 배출공간부를 연결하는 공기 흐름관(19)으로 구성된다.

또한, 상기 열교환부에는 일측이 하우징에 번갈아 연결된 다수의 격판(15)이 더 구비되는 것이다.

상기와 같이 구성된 냉각기를 통해 상기 냉각기에 들어온 냉각수가 냉각기에 체류하는 시간을 많게 함으로써 공기와의 충분한 열교환이 일어날 수 있는 것이다.

한편, 도면에는 도시하지 않았지만 공기의 흐름관도 상기 냉각기 내에서 지그재그로 배열함으로써 더 많은 열교환이 가능하다.

도 3은 본 발명에 사용되는 냉각기의 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 지열에 의해서 열교환이 이루어진 냉각수를 이용하여 공기와 열교환이 1차적으로 이루어지며 필요시 기존의 냉난방기(4)로부터 나온 냉매에 의해서 2차적인 열교환이 이루어 질 수 있는 냉각기를 나타내고 있다.

상기 냉각기는 냉각수가 흡입되는 냉각수 흡입구(11)와 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구(12)와 냉매가 공급되는 냉매 공급구(21)와 냉매가 배출되는 냉매 배출구(22)와 공기가 흡입되는 공기 흡입구(13)와 냉각된 공기가 배출되는 공기 배출구(14)를 포함하는 하우징(10)과, 상기 하우징 내부에 흡입된 공기가 들어있는 흡입공간부(16)와 배출될 공기가 들어있는 배출공간부(17)와, 냉각수와 냉매를 분리하기 위한 격벽(23)과, 상기 냉각수가 들어있는 열교환부(18)와, 상기 냉매가 들어있는 냉매열교환부(25)와, 상기 흡입공간부와 상기 배출공간부를 연결하는 공기 흐름관(19)으로 구성된다.

또한, 상기 열교환부와 상기 냉매열교환부에는 일측이 하우징에 번갈아 연결된 다수의 격판(15)이 더 구비된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 열교환 시스템의 작동을 설명하면 앞에서의 실시예와 유사하다.

즉, 폐쇄회로를 따라 순환하는 냉각수가 지하수가 있는 상기 지열교환기에 들어가게 되면 지하수와 냉각수가 열교환을 일으키게 되고, 이렇게 열교환이 일어난 냉각수는 펌프를 통해 펌핑되어 냉각기로 들어와서 질화조내의 생물반응조에 공급하기 위한 공기와 열교환을 일으켜 원하는 온도의 공기를 질화조에 공급하게 된다.

이때, 기상 이상 등으로 인하여 냉각수와 열교환이 이루어진 공기가 원하는 온도가 되지 않을 시에는 상기 냉각기에 함께 구비되어 있는 외부 냉동시스템과 연결된 상기 냉매열교환부에서 추가적인 열교환을 일으켜 원하는 온도의 공기를 공급하게 된다.

이러한 추가적인 열교환에 의한 온도 제어를 위한 외부 냉동시스템의 가동 제어 등은 이미 이 분야에서 널이 이용되고 있는 기술이므로 여기서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

또한, 열교환의 효율을 높이기 위하여 열교환이 이루어지는 면적을 확대할 수 있도록 하는 지그재그 격벽 등을 사용하는 방법 등도 앞의 실시예와 마찬가지이므로 구체적인 설명은 생략하며, 여기서 언급하지 않은 다양한 방법 등도 이용할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 열교환 시스템은 냉각기에 직접적인 지하수를 이용하지 않고 냉각수을 이용한 열교환이 일어나도록 하여 지하수의 고갈을 방지하 고 친환경적 시스템을 구축할 수 있는 효과가 있다.

또한, 외부의 냉동시스템을 이용하여 추가적인 열교환을 일으켜 이상 기온 상승 시에도 원하는 온도로 질화조내의 생물반응조에 공급되는 공기를 공급할 수 있는 효과가 더 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (5)

1. 지열을 품고 있는 지하수와 냉각수가 상호 열교환을 일으키는 지열 열교환기(1)와 ; 상기 지열 열교환기를 통해 열교환이 발생된 냉각수를 냉각기(3)로 펌핑하는 펌프(2)와 ; 상기 냉각수가 상기 냉각기와 상기 지열 열교환기로 순환되도록 냉각수의 흐름이 폐쇄회로를 이루지고,

   상기 냉각기는,

   냉각수가 흡입되는 냉각수 흡입구(11)와 냉각수가 배출되는 냉각수 배출구(12)와 냉매가 공급되는 냉매 공급구(21)와 냉매가 배출되는 냉매 배출구(22)와 공기가 흡입되는 공기 흡입구(13)와 냉각된 공기가 배출되는 공기 배출구(14)를 포함하는 하우징(10)과,

   상기 하우징 내부에 흡입된 공기가 들어있는 흡입공간부(16)와 배출될 공기가 들어있는 배출공간부(17)와,

   냉각수와 냉매를 분리하기 위한 격벽(23)과,

   상기 냉각수가 들어있는 열교환부(18)와,

   상기 냉매가 들어있는 냉매열교환부(25)와,

   상기 흡입공간부와 상기 배출공간부를 연결하는 공기 흐름관(19)으로 구성됨을 특징으로 하는 냉각기를 포함한 지열 열교환 시스템
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,

   상기 열교환부와 상기 냉매열교환부에는 일측이 하우징에 번갈아 연결된 다수의 격판(15)이 더 구비됨을 특징으로 하는 냉각기를 포함한 지열 열교환 시스템

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