KR100976817B1 - 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치 - Google Patents

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홍성술
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안병삼
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주식회사 지지케이
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안근묵
홍성술
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Abstract

본 발명은 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치에 대해 개시한다.
이러한 본 발명은, 제1바이패스밸브 및 제2바이패스밸브가 열리면 제1밸브 및 제2밸브가 차단되면서 순환매체공급관으로부터 공급되는 순환매체 및 실내환수관으로 회수되는 순환매체가 제1예열기능바이패스관 및 제2예열기능바이패스관 측으로만 유입되므로 순환매체가 히트펌프를 경유하지 않고 지열공 및 실내의 실내기를 순환하면서 실내를 예열한다. 따라서 히트펌프의 작동없이 지중열교환기의 지열만으로 실내를 예열시킬 수 있다. 또한, 지열공보호관의 둘레와 지열공 사이에 지하수유입공간이 형성되도록 외부케이스가 설치되고, 외부케이싱의 하부에 대응되는 지열공보호관에 스트레이너가 형성된다. 따라서 지하수회수관으로부터 회수된 지하수가 지하수유입공간으로 유입된 후 하측으로 흐르면서 열복원되는 동안 지하수흡입관에 접촉되지 않도록 차단되며, 이에 따라 열복원이 이루어져야 할 회수된 지하수와 열복원이 이미 이루어져서 외부로 공급될 지하수 사이에 열교환이 차단되므로 지중열 교환장치의 열효율을 향상시킬 수 있다.

Description

예열기능이 구비된 지열 냉난방장치{Geothermal heating and cooling system warm up function is equipped}
본 발명은 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 히트펌프를 사용하지 않고도 지중열만을 이용하여서 실내를 예열할 수 있고, 지열공으로 회수되는 지하수와 열복원되어서 공급되는 지하수를 확실하게 차단시킬 수 있으며, 회수되는 지하수와 지중열 사이의 전열면적을 극대화시킬 수 있는 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치에 관한 것이다.
일반적으로 지하수의 지열을 이용한 냉난방을 수행하는 지열시스템의 열교환구조는, 지하수 300m 내지 500m 깊이의 지열공 즉, 지하수 관정을 개발하고 그 안에 수중 모터펌프를 설치하여 파이프 배관을 통해서 실내기까지의 연중 15℃ 내외의 온도를 가진 지하수를 보내고, 히트펌프와 열교환이 이루어진 지하수는 지열공으로 다시 회수하는 구조를 갖는다.
이러한 종래의 지열시스템의 열교환구조는, 실내를 냉난방하기 위해서는 항상 히트펌프를 가동시켜야 하므로 전력의 소비가 증대되며 이에 따라 지열시스템의 전체 효율을 크게 저하시키게 된다.
이러한 지열시스템의 열교환구조의 다른 문제점은, 회수되는 지하수와 공급되는 지하수 사이에 열교환이 활발히 이루어지면서 열효율을 크게 저하시키는 점이다. 즉, 회수되어서 지열공으로 공급되는 지하수와 열복원되어서 외부로 공급되는 지하수 사이에는 열교환이 최소화되도록 서로 확실하게 차단되어야 한다.
그런데 종래에는 지하수가 지열공보호관의 내부로 회수된 후 하측으로 흐르면서 열복원되는 동안 지하수흡입관의 둘레를 따라 흐르게 된다. 따라서 열복원이 이루어져야 할 회수된 지하수와 열복원이 이미 이루어져서 외부로 공급될 지하수가 지하수흡입관을 매개로 지속적으로 접촉되면서 열교환이 이루어지며 이에 따라 이미 열복원된 지하수의 열효율을 크게 저하시키게 된다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 히트펌프를 사용하지 않고도 지중열만을 이용하여서 실내를 예열할 수 있도록 한 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 지열공으로 회수되는 지하수와 열복원되어서 공급되는 지하수를 확실하게 차단시킬 수 있도록 한 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 회수되는 지하수와 지중열 사이의 전열면적을 극대화시킬 수 있도록 한 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치는, 지반에 수직으로 형성되는 지열공에 설치되어서 지열공으로 유입되는 지하수를 열복원시키고 열복원된 지하수를 다시 배출시켜서 재활용되도록 하는 지중열교환기; 지하수공급관 및 지하수회수관에 의해 지중열교환기에 연결되고 지중열교환기로부터 열복원된 지하수가 지하수공급관을 통해 공급되며 공급된 지하수가 열교환된 후 지하수회수관으로 통해 다시 지중열교환기로 회수되도록 하는 열교환기; 순환매체공급관 및 순환매체회수관에 의해 열교환기에 연결되고 열교환기에 의해 열복원된 순환매체가 순환매체공급관을 통해 공급되며 공급된 순환매체가 열교환된 후 순환매체회수관을 통해 다시 열교환기로 회수되도록 하는 히트펌프; 실내에 설치되어서 실내를 냉난방하고 실내공급관 및 실내환수관을 통해 히트펌프에 연결되어서 히트펌프에 의해 열복원된 순환매체가 실내공급관을 통해 공급되며 공급된 순환매체가 열교환된 후 실내환수관을 통해 다시 히트펌프로 회수되도록 하는 실내기; 일단이 순환매체공급관에 연결되고 타단이 실내공급관에 연결되어서 순환매체공급관으로부터 공급되는 순환매체가 히트펌프를 경유하지 않고 공급헤더 측으로 직접 공급되도록 하는 제1예열기능바이패스관; 일단이 실내환수관에 연결되고 타단이 순환매체회수관에 연결되어서 실내의 실내기를 경유한 순환매체가 히트펌프를 경유하지 않고 순환매체회수관 측으로 직접 회수되도록 하는 제2예열기능바이패스관을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
상술한 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치는, 지하수층과 연락되도록 지반에 수직으로 형성된 지열공들; 지열공의 둘레에 설치되어서 공벽의 무너짐을 방지하고 회수되는 지하수가 유입되는 지열공보호관; 지열공보호관의 내부에 설치되어서 지열공보호관의 내부로 유입되면서 열복원이 이루어진 지하수를 흡입하여서 외부로 공급하는 지하수흡입관; 지열공보호관 내의 지하수흡입관에 설치되어서 열복원된 지하수를 외부로 펌핑하는 수중모터펌프; 지하수가 순환되도록 지열공에 연결되고 지열공 내에서 열복원된 지하수가 공급되고 공급된 지하수가 열교환된 후 다시 지열공으로 회수되도록 하는 열교환기; 일단이 지하수흡입관에 연결되고 타단이 열교환기에 연결되어서 수중모터펌프에 의해 펌핑되는 지하수를 열교환기 측으로 공급하는 지하수공급관; 일단이 열교환기에 연결되고 타단이 지열공에 연결되어서 열교환기를 경유한 지하수를 지열공으로 회수하는 지하수회수관; 순환매체가 순환되도록 열교환기에 연결되고 열교환기에 의해 열복원된 순환매체가 공급되고 공급된 순환매체가 열교환된 후 다시 열교환기로 회수되도록 하는 히트펌프; 일단이 열교환기에 연결되고 타단이 히트펌프에 연결되어서 열교환기에 의해 열복원된 순환매체를 히트펌프 측으로 공급하는 순환매체공급관; 일단이 히트펌프에 연결되고 타단이 열교환기에 연결되어서 히트펌프를 경유한 순환매체를 다시 열교환기로 회수하는 순환매체회수관; 실내에 설치되고 지하수공급관 및 지하수회수관에 연결되어서 지하수의 지열을 이용하여서 실내를 냉난방하는 실내기; 실내기의 일측에 연결되어서 순환매체가 실내기로 공급되도록 하는 공급헤더; 실내기의 타측에 연결되어서 실내기를 경유한 순환매체가 회수되도록 하는 환수헤더; 일단이 히트펌프에 연결되고 타단이 공급헤더에 연결되어서 히트펌프에 의해 열복원된 순환매체가 실내의 실내기로 공급되도록 하는 실내공급관; 일단이 환수헤더에 연결되고 타단이 히트펌프에 연결되어서 실내의 실내기를 경유한 순환매체가 히트펌프로 회수되도록 하는 실내환수관; 일단이 순환매체공급관에 연결되고 타단이 실내공급관에 연결되어서 열교환기로부터 공급되는 순환매체가 히트펌프를 경유하지 않고 공급헤더 측으로 직접 공급되도록 하는 제1예열기능바이패스관; 일단이 실내환수관에 연결되고 타단이 순환매체회수관에 연결되어서 실내의 실내기를 경유한 지하수가 히트펌프를 경유하지 않고 열교환기 측으로 직접 회수되도록 하는 제2예열기능바이패스관; 제1예열기능바이패스관에 설치되어서 순환매체공급관에서 제1예열기능바이패스관 측으로 공급되는 순환매체의 흐름을 제어하는 제1바이패스밸브; 제2예열기능바이패스관에 설치되어서 실내환수관에서 제2예열기능바이패스관 측으로 회수되는 지하수의 흐름을 제어하는 제2바이패스밸브; 순환매체공급관에 설치되고 제1바이패스밸브가 열리면 차단되어서 순환매체공급관으로부터 공급되는 순환매체가 제1예열기능바이패스관 측으로만 공급되도록 하고, 제1바이패스밸브가 차단되면 열리면서 순환매체공급관으로부터 공급되는 순환매체가 히트펌프 측으로만 공급되도록 하는 제1밸브; 실내환수관에 설치되고 제2바이패스밸브가 열리면 차단되어서 실내환수관으로 회수되는 순환매체가 제2예열기능바이패스관 측으로만 회수되도록 하고, 제2바이패스밸브가 차단되면 열리면서 실내환수관으로 회수되는 순환매체가 히트펌프 측으로만 회수되도록 하는 제2밸브; 순환매체공급관에 설치되어서 열교환기와 히트펌프를 순환하는 순환매체를 순환시키는 순환펌프; 실내환수관에 설치되어서 실내기와 히트펌프를 순환하는 순환매체를 순환시키는 실내측순환펌프로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치의 다른 특징은, 지열공보호관의 둘레와 지열공 사이에는 지하수유입공간이 형성되도록 지열공보호관 중 상단부 둘레에 외부케이싱이 설치되고, 지하수회수관의 단부가 외부케이싱 내측의 지하수유입공간에 위치되어서, 지하수회수관으로부터 회수되는 지하수가 지열공보호관보다 전열면적이 증대된 외부케이싱에 의해 열복원이 이루어지며, 지하수회수관으로부터 회수되는 지하수가 지하수유입공간으로 회수되어서 열복원되는 동안 지하수흡입관을 따라 지하수공급관으로 공급되는 지하수와의 열교환이 차단되도록 되어 있다.
본 발명의 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치의 또 다른 특징은, 지열공보호관에는, 지하수유입공간으로 유입된 지하수가 지열공보호관 내부로 유입되도록 스트레이너가 형성되되, 스트레이너는, 지하수가 외부케이싱을 따라 하측으로 이동되면서 열복원이 이루어진 후 지열공보호관으로 유입되도록, 외부케이싱의 하부에 대응되는 지열공보호관에 형성된다.
본 발명의 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치의 또 다른 특징은, 지반과 지열공보호관의 상부 사이에는 지열공보호관 및 지하수흡입관의 상부를 지지하도록 설치부가 설치되되, 설치부는, 하단이 외부케이싱의 상단에 결합되고 상단이 지반에 고정되며 내주면 일측에 착탈홈이 형성되어 있고 내주면 타측에 하부 중앙측으로 경사진 경사면이 형성된 지지돌부가 형성된 결합관과, 결합관의 상단에 결합되어서 그 내부를 밀폐하는 커버와, 일측에 결합관의 착탈홈에 착탈되도록 착탈부가 형성되어 있고 타측에 지지돌부의 경사면에 밀착되도록 다른 경사면이 형성되어 있는 설치블록과, 설치블록에 결합되어 있고 하단이 지하수흡입관의 상단에 결합되는 견인연결구로 이루어진다.
이상에서와 같은 본 발명은, 제1바이패스밸브 및 제2바이패스밸브가 열리면 제1밸브 및 제2밸브가 차단되면서 순환매체공급관으로부터 공급되는 순환매체 및 실내환수관으로 회수되는 순환매체가 제1예열기능바이패스관 및 제2예열기능바이패스관 측으로만 유입되므로 순환매체가 히트펌프를 경유하지 않고 지열공 및 실내의 실내기를 순환하면서 실내를 예열한다. 따라서 실내를 예열할 필요가 있는 경우, 순환매체공급관을 경유한 순환매체가 히트펌프를 경유하지 않고 곧바로 실내의 실내기를 순환하도록 제어하므로 불필요하게 히트펌프를 구동시키지 않아도 되며, 이에 따라 전력소비를 최소화시킬 수 있다. 이와 같이 히트펌프를 구동시키지 않은 상태에서 실내 온도를 일정한 온도까지 미리 냉난방시킬 경우, 실내를 더 냉난방하기 위해 히트펌프를 가동시킬 때에 그 가동시간을 최소화시킬 수 있으며, 이에 따라 전력소비를 절감할 수 있다.
또한, 지열공보호관의 둘레와 지열공 사이에 지하수유입공간이 형성되도록 외부케이싱이 설치되고, 지하수회수관의 단부가 외부케이싱 내측의 지하수유입공간에 위치되며, 지하수가 외부케이싱을 따라 하측으로 이동되면서 열복원이 이루어진 후 지열공보호관으로 유입되도록 외부케이싱의 하부에 대응되는 지열공보호관에 스트레이너가 형성된다. 따라서 지하수회수관으로부터 회수된 지하수가 지하수유입공간으로 유입된 후 하측으로 흐르면서 열복원되는 동안 지하수흡입관에 접촉되지 않도록 차단되며, 이에 따라 열복원이 이루어져야 할 회수된 지하수와 열복원이 이미 이루어져서 외부로 공급될 지하수 사이에 열교환이 차단되므로 지중열 교환장치의 열효율을 향상시킬 수 있다.
그리고, 지열공보호관의 둘레에는 지열공보호관의 외경보다 더 큰 내경을 갖는 외부케이싱이 설치되고, 지하수회수관이 지열공보호관 및 외부케이싱 사이의 지하수유입공간에 연결되어 있으며, 이에 따라 회수되는 지하수가 지하수유입공간으로 회수된다. 따라서 지하수가 지하수유입공간으로 회수된 후 하측으로 흐르면서 열복원되는 동안 비교적 넓은 면적의 외부케이싱과 열전달이 이루어진다. 그러므로 지열공보호관보다 넓은 면적의 외부케이싱에 의해 지하수와 지중열 사이의 전열면적이 극대화되며, 이에 따라 지하수가 비교적 넓은 면적의 외부케이싱에 접촉되면서 열교환이 이루어지므로 열교환 효과가 극대화된다.
도 1은 본 발명의 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치를 보인 개략도
도 2는 지열공의 내부를 보인 개략적 단면도
도 3은 도 2의 개략적 평단면도
본 발명의 구체적인 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.
도 1은 본 발명의 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치를 보인 개략도이고, 도 2는 지열공의 내부를 보인 개략적 단면도이며, 도 3은 도 2의 개략적 평단면도이다.
본 발명의 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치는, 지하수층과 연락되도록 지반(1)에 수직으로 다수의 지열공(2)들이 형성된다.
이 지열공(2)들에는 지열공보호관(10)이 설치된다. 지열공보호관(10)은 공벽의 무너짐을 방지하고 지중으로부터 회수되는 지하수가 유입된다.
지열공보호관(10)의 내부에는 지하수흡입관(12)이 설치된다. 지하수흡입관(12)은, 지열공보호관(10)의 내부로 유입되면서 열복원이 이루어진 지하수가 흡입되며, 흡입된 지하수가 열교환기(42)로 공급되도록 한다.
지열공보호관(10) 내의 지하수흡입관(12)에는 수중모터펌프(13)가 설치된다. 수중모터펌프(13)는 열복원된 지하수가 지열공보호관(10)의 하부로 유입되면 이를 지하수흡입관(12)으로 흡입하여서 지하수공급관(27)으로 펌핑한다.
지열공보호관(10)의 둘레와 지열공(2) 사이에는 지하수유입공간(15)이 형성되도록 지열공보호관(10) 중 상단부 둘레에 외부케이싱(14)이 설치된다. 그리고 지하수회수관(28)의 단부가 외부케이싱(14) 내측의 지하수유입공간(15)에 위치된다.
따라서 지하수회수관(28)으로부터 회수되는 지하수가 지열공보호관(10)보다 전열면적이 증대된 외부케이싱(14)에 의해 지중으로부터 열복원이 이루어지므로 열효율이 향상된다.
또한, 지하수회수관(28)으로부터 회수되는 지하수가 지하수유입공간(15)으로 회수되어서 열복원되는 동안 지하수흡입관(12)을 따라 지하수공급관(27)으로 공급되는 지하수와의 열교환이 차단된다.
지열공보호관(10)에는, 지하수유입공간(15)으로 유입된 지하수가 지열공보호관(10) 내부로 유입되도록 스트레이너(11)가 형성된다. 이 스트레이너(11)는 지하수가 외부케이싱(14)을 따라 하측으로 이동되면서 열복원이 이루어진 후 지열공보호관(10)으로 유입되도록, 외부케이싱(14)의 하부에 대응되는 지열공보호관(10)에 형성된다.
지반(1)과 지열공보호관(10)의 상부 사이에는 지열공보호관(10) 및 지하수흡입관(12)의 상부를 지지하도록 설치부(16)가 설치된다.
이 설치부(16)는, 결합관(17), 커버(21), 설치블록(22), 견인연결구(25)로 이루어진다.
결합관(17)은, 하단이 외부케이싱(14)의 상단에 결합되고 상단이 지반(1)에 고정된다. 결합관(17)의 내주면 일측에는 착탈홈(18)이 형성되어 있고 내주면 타측에는 하부 중앙측으로 경사진 경사면(20)이 형성된 지지돌부(19)가 구비되어 있다. 커버(21)는, 결합관(17)의 상단에 결합되어서 그 내부를 밀폐한다. 설치블록(22)은, 일측에 결합관(17)의 착탈홈(18)에 착탈되도록 착탈부(23)가 형성되어 있고 타측에 지지돌부(19)의 경사면(20)에 밀착되도록 다른 경사면(24)이 형성되어 있다. 견인연결구(25)는, 설치블록(22)에 결합되어 있고 하단이 지하수흡입관(12)의 상단에 결합된다.
한편, 상술한 지중열교환기(3)에는 열교환기(42)가 설치되어 있다. 이 열교환기(42)는, 지하수가 순환되도록 지열공(2)에 연결되고 지열공(2) 내에서 열복원된 지하수가 공급되고 공급된 지하수가 열교환된 후 다시 지열공(2)으로 회수되도록 한다.
지하수공급관(27)은, 일단이 지하수흡입관(12)에 연결되고 타단이 열교환기(42)에 연결되어서 수중모터펌프(13)에 의해 펌핑되는 지하수를 열교환기(42) 측으로 공급한다.
지하수회수관(28)은, 일단이 열교환기(42)에 연결되고 타단이 지열공(2)에 연결되어서 열교환기(42)를 경유한 지하수를 지열공(2)으로 회수한다.
열교환기(42)에는 히트펌프(26)가 연결되어 있다. 히트펌프(26)는 열교환기(42)에 연결되어서 열교환기(42)에 의해 열복원된 순환매체가 공급되고 공급된 순환매체가 열교환된 후 다시 열교환기(42)로 회수되도록 한다.
열교환기(42)에는 순환매체공급관(44)이 연결된다. 순환매체공급관(44)은 그 일단이 열교환기(42)에 연결되고 타단이 히트펌프(26)에 연결되어서 열교환기(42)에 의해 열복원된 순환매체를 히트펌프(26) 측으로 공급한다.
히트펌프(26)에는 순환매체회수관(45)이 연결된다. 순환매체회수관(45)은 일단이 히트펌프(26)에 연결되고 타단이 열교환기(42)에 연결되어서 히트펌프(26)를 경유한 순환매체를 다시 열교환기(42)로 회수한다.
지열을 이용하고자 하는 건물이나 비닐하우스 등의 실내(29)에는 실내기(30)가 설치된다. 실내기(30)는 지하수공급관(27) 및 지하수회수관(28)에 연결되어서 지하수의 지열을 이용하여서 실내(29)를 냉난방한다.
실내기(30)의 일측에는 공급헤더(31)가 연결되어서 순환매체가 실내공급관(33)으로 유입된 순환매체가 실내기(30)로 공급되도록 한다.
실내기(30)의 타측에는 환수헤더(32)가 연결되어서 실내기(30)를 경유한 순환매체가 실내환수관(34)으로 회수되도록 한다.
히트펌프(26)에는 실내공급관(33)이 연결된다. 이 실내공급관(33)은 일단이 히트펌프(26)에 연결되고 타단이 공급헤더(31)에 연결되어서 히트펌프(26)에 의해 열복원된 순환매체가 실내(29)의 실내기(30)로 공급되도록 한다.
환수헤더(32)에는 실내환수관(34)이 연결된다. 이 실내환수관(34)은, 일단이 환수헤더(32)에 연결되고 타단이 히트펌프(26)에 연결되어서 실내(29)의 실내기(30)를 경유한 순환매체가 히트펌프(26)로 회수되도록 한다.
순환매체공급관(44)에는 제1예열기능바이패스관(36)이 연결된다. 제1예열기능바이패스관(36)은, 일단이 순환매체공급관(44)에 연결되고 타단이 실내공급관(33)에 연결되어서 열교환기(42)로부터 공급되는 순환매체가 히트펌프(26)를 경유하지 않고 공급헤더(31) 측으로 직접 공급되도록 한다.
실내환수관(34)에는 제2예열기능바이패스관(37)이 연결된다. 제2예열기능바이패스관(37)은 일단이 실내환수관(34)에 연결되고 타단이 순환매체회수관(45)에 연결되어서 실내(29)의 실내기(30)를 경유한 지하수가 히트펌프(26)를 경유하지 않고 열교환기(42) 측으로 직접 회수되도록 한다.
제1예열기능바이패스관(36)에는 제1바이패스밸브(38)가 설치된다. 제1바이패스밸브(38)는 순환매체공급관(44)에서 제1예열기능바이패스관(36) 측으로 공급되는 순환매체의 흐름을 제어한다.
제2예열기능바이패스관(37)에는 제2바이패스밸브(39)가 설치된다. 제2예열기능바이패스관(37)은 실내환수관(34)에서 제2예열기능바이패스관(37) 측으로 회수되는 지하수의 흐름을 제어한다.
순환매체공급관(44)에는 제1밸브(40)가 설치된다. 제1밸브(40)는, 제1바이패스밸브(38)가 열리면 차단되어서 순환매체공급관(44)으로부터 공급되는 순환매체가 제1예열기능바이패스관(36) 측으로만 공급되도록 하고, 제1바이패스밸브(38)가 차단되면 열리면서 순환매체공급관(44)으로부터 공급되는 순환매체가 히트펌프(26) 측으로만 공급되도록 한다.
실내환수관(34)에는 제2밸브(41)가 설치된다. 제2밸브(41)는, 제2바이패스밸브(39)가 열리면 차단되어서 실내환수관(34)으로 회수되는 순환매체가 제2예열기능바이패스관(37) 측으로만 회수되도록 하고, 제2바이패스밸브(39)가 차단되면 열리면서 실내환수관(34)으로 회수되는 순환매체가 히트펌프(26) 측으로만 회수되도록 한다.
순환매체공급관(44)에는 순환펌프(43)가 설치된다. 순환펌프(43)는 열교환기(42)와 히트펌프(26)를 순환하는 순환매체를 순환시킨다.
실내환수관(34)에는 실내측순환펌프(35)가 설치된다. 실내측순환펌프(35)는, 실내기(30)와 히트펌프(26)를 순환하는 순환매체를 순환시킨다.
이러한 구성의 본 발명의 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치는 다음과 같이 작동된다.
히트펌프(26), 순환펌프(43)가 정지된 상태에서 컨트롤러(도시하지 않음)를 조작하여 수중모터펌프(13), 실내측순환펌프(35) 및 실내기(30)를 작동시키면 지열공보호관(10) 하부의 지하수가 지하수흡입관(12)으로 흡입된 후 지하수공급관(27)으로 펌핑된다. 지하수공급관(27)으로 공급되는 지하수는 열교환기(42)로 공급되어서 열교환되며, 열교환된 지하수는 지하수회수관(28)을 통해 지열공으로 회수된다.
지열공(2) 및 열교환기(42)를 순환하는 지하수와 열교환기(42) 및 실내기(30)를 순환하는 순환매체는 열교환기(42) 내에서 열전달이 이루어진다. 지하수에 의해 열복원된 순환매체는 순환매체공급관(44)을 통해 제1예열기능바이패스관(36)으로 공급되며 실내공급관(33), 공급헤더(31)로 공급되어서 실내기(30)로 유입된다.
실내기(30)를 순환하면서 실내(29)를 예열시킨 지하수는 환수헤더(32), 실내환수관(34), 제2예열기능바이패스관(37)을 통해 순환매체회수관(45)으로 회수된 후 열교환기(42)로 유입된다.
한편, 바이패스 라인을 형성할 시 제1예열기능바이패스관(36)과 순환매체공급관(44)의 연결부위에, 컨트롤러에 의해 제어되도록 삼방변(3way valve)을 설치하여서 삼방변이 제1바이패스밸브(38) 및 제1밸브(40) 역할을 수행하도록 할 수 있다. 또한 제2예열기능바이패스관(37)과 실내환수관(34)의 연결부위에, 컨트롤러에 의해 제어되도록 삼방변(3way valve)을 설치하여서 삼방변이 제2바이패스밸브(39) 및 제1밸브(40) 역할을 수행하도록 할 수 있다.
이러한 본 발명의 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 실내의 히트펌프(26)를 가동시키지 않도록 실내(29)만 예열시킬 수 있으므로 전력 소비를 최소화할 수 있다.
제1바이패스밸브(38) 및 제2바이패스밸브(39)가 열리면 제1밸브(40) 및 제2밸브(41)가 차단되면서 열교환기(42)로부터 순환매체공급관(44)으로 공급되는 순환매체 및 실내기(30)로부터 실내환수관(34)으로 회수되는 순환매체가 제1예열기능바이패스관(36) 및 제2예열기능바이패스관(37) 측으로만 유입되므로 순환매체가 히트펌프(26)를 경유하지 않고 지열공(2) 및 실내(29)의 실내기(30)를 순환하면서 실내(29)를 예열한다.
제1바이패스밸브(38) 및 제2바이패스밸브(39)가 차단되면 제1밸브(40) 및 제2밸브(41)가 열리면서 열교환기(42) 및 히트펌프(26)를 순환하는 순환매체가 순환매체공급관(44) 및 순환매체회수관(45)을 통해 순환되며, 히트펌프(26) 및 실내기(30)를 순환하는 순환매체가 실내공급관(33) 및 실내환수관(34)을 통해 순환된다.
따라서 실내(29)의 내부를 예열할 필요가 있는 경우, 히트펌프(26)를 구동시키지 않고 순환매체가 열교환기(42) 및 실내기(30)를 순환되도록 제어할 수 있다. 그러므로 불필요하게 히트펌프(26)를 구동시키지 않아도 되므로 전력소비를 최소화시킬 수 있다.
이와 같이 히트펌프(26)를 구동시키지 않은 상태에서 실내(29)의 온도를 일정한 온도까지 미리 냉난방시킬 경우, 실내(29)를 더 냉난방하기 위해 히트펌프(26)를 가동시킬 때에 그 가동시간을 최소화시킬 수 있으며, 이에 따라 전력소비를 절감할 수 있다.
둘째, 본 발명은 회수되는 지하수와 열복원된 지하수 사이의 열교환을 차단시키므로 열효율이 향상된다.
지열공보호관(10)의 둘레와 지열공(2) 사이에 지하수유입공간(15)이 형성되도록 외부케이싱(14)이 설치되고, 지하수회수관(28)의 단부가 외부케이싱(14) 내측의 지하수유입공간(15)에 위치되며, 지하수가 외부케이싱(14)을 따라 하측으로 이동되면서 열복원이 이루어진 후 지열공보호관(10)으로 유입되도록 외부케이싱(14)의 하부에 대응되는 지열공보호관(10)에 스트레이너(11)가 형성된다.
따라서 지하수회수관(28)으로부터 회수된 지하수가 지하수유입공간(15)으로 유입된 후 하측으로 흐르면서 열복원되는 동안 지하수흡입관(12)에 접촉되지 않도록 차단된다.
그러므로, 열복원이 이루어져야 할 회수된 지하수와 열복원이 이미 이루어져서 외부로 공급될 지하수 사이에 열교환이 차단되므로 지중열 교환장치의 열효율을 향상시킬 수 있다.
셋째, 본 발명은 회수되는 지하수와 지중열 사이의 전열면적을 극대화시키므로 열효율이 향상된다.
지열공보호관(10)의 둘레에는 지열공보호관(10)의 외경보다 더 큰 내경을 갖는 외부케이싱(14)이 설치되고, 지하수회수관(28)이 지열공보호관(10) 및 외부케이싱(14) 사이의 지하수유입공간(15)에 연결되어 있으며, 이에 따라 회수되는 지하수가 지하수유입공간(15)으로 회수된다.
따라서 지하수가 지하수유입공간(15)으로 회수된 후 하측으로 흐르면서 열복원되는 동안 비교적 넓은 면적의 외부케이싱(14)과 열전달이 이루어진다.
그러므로 지열공보호관(10)보다 넓은 면적의 외부케이싱(14)에 의해 지하수와 지중열 사이의 전열면적이 극대화되며, 이에 따라 지하수가 비교적 넓은 면적의 외부케이싱(14)에 접촉되면서 열교환이 이루어지므로 열교환 효과가 극대화된다.
1 : 지반 2 : 지열공
10 : 지열공보호관 11 : 스트레이너
12 : 지하수흡입관 13 : 수중모터펌프
14 : 외부케이싱 15 : 지하수유입공간
16 : 설치부 17 : 결합관
18 : 착탈홈 19 : 지지돌부
20,24 : 경사면 21 : 커버
22 : 설치블록 23 : 착탈부
25 : 견인연결구 26 : 히트펌프
27 : 지하수공급관 28 : 지하수회수관
29 : 실내 30 : 실내기
31 : 공급헤더 32 : 환수헤더
33 : 실내공급관 34 : 실내환수관
35 : 실내측순환펌프 36 : 제1예열기능바이패스관
37 : 제2예열기능바이패스관 38 : 제1바이패스밸브
39 : 제2바이패스밸브 40 : 제1밸브
41 : 제2밸브 42 : 열교환기
43 : 순환펌프 44 : 순환매체공급관
45 : 순환매체회수관

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 지하수층과 연락되도록 지반(1)에 수직으로 형성된 지열공(2)들;
    지열공(2)의 둘레에 설치되어서 공벽의 무너짐을 방지하고 회수되는 지하수가 유입되는 지열공보호관(10);
    지열공보호관(10)의 내부에 설치되어서 지열공보호관(10)의 내부로 유입되면서 열복원이 이루어진 지하수를 흡입하여서 외부로 공급하는 지하수흡입관(12);
    지열공보호관(10) 내의 지하수흡입관(12)에 설치되어서 열복원된 지하수를 외부로 펌핑하는 수중모터펌프(13);
    지하수가 순환되도록 지열공(2)에 연결되고 지열공(2) 내에서 열복원된 지하수가 공급되고 공급된 지하수가 열교환된 후 다시 지열공(2)으로 회수되도록 하는 열교환기(42);
    일단이 지하수흡입관(12)에 연결되고 타단이 열교환기(42)에 연결되어서 수중모터펌프(13)에 의해 펌핑되는 지하수를 열교환기(42) 측으로 공급하는 지하수공급관(27);
    일단이 열교환기(42)에 연결되고 타단이 지열공(2)에 연결되어서 열교환기(42)를 경유한 지하수를 지열공(2)으로 회수하는 지하수회수관(28);
    순환매체가 순환되도록 열교환기(42)에 연결되고 열교환기(42)에 의해 열복원된 순환매체가 공급되고 공급된 순환매체가 열교환된 후 다시 열교환기(42)로 회수되도록 하는 히트펌프(26);
    일단이 열교환기(42)에 연결되고 타단이 히트펌프(26)에 연결되어서 열교환기(42)에 의해 열복원된 순환매체를 히트펌프(26) 측으로 공급하는 순환매체공급관(44);
    일단이 히트펌프(26)에 연결되고 타단이 열교환기(42)에 연결되어서 히트펌프(26)를 경유한 순환매체를 다시 열교환기(42)로 회수하는 순환매체회수관(45);
    실내(29)에 설치되고 지하수공급관(27) 및 지하수회수관(28)에 연결되어서 지하수의 지열을 이용하여서 실내(29)를 냉난방하는 실내기(30);
    실내기(30)의 일측에 연결되어서 순환매체가 실내기(30)로 공급되도록 하는 공급헤더(31);
    실내기(30)의 타측에 연결되어서 실내기(30)를 경유한 순환매체가 회수되도록 하는 환수헤더(32);
    일단이 히트펌프(26)에 연결되고 타단이 공급헤더(31)에 연결되어서 히트펌프(26)에 의해 열복원된 순환매체가 실내(29)의 실내기(30)로 공급되도록 하는 실내공급관(33);
    일단이 환수헤더(32)에 연결되고 타단이 히트펌프(26)에 연결되어서 실내(29)의 실내기(30)를 경유한 순환매체가 히트펌프(26)로 회수되도록 하는 실내환수관(34);
    일단이 순환매체공급관(44)에 연결되고 타단이 실내공급관(33)에 연결되어서 열교환기(42)로부터 공급되는 순환매체가 히트펌프(26)를 경유하지 않고 공급헤더(31) 측으로 직접 공급되도록 하는 제1예열기능바이패스관(36);
    일단이 실내환수관(34)에 연결되고 타단이 순환매체회수관(45)에 연결되어서 실내(29)의 실내기(30)를 경유한 지하수가 히트펌프(26)를 경유하지 않고 열교환기(42) 측으로 직접 회수되도록 하는 제2예열기능바이패스관(37);
    제1예열기능바이패스관(36)에 설치되어서 순환매체공급관(44)에서 제1예열기능바이패스관(36) 측으로 공급되는 순환매체의 흐름을 제어하는 제1바이패스밸브(38);
    제2예열기능바이패스관(37)에 설치되어서 실내환수관(34)에서 제2예열기능바이패스관(37) 측으로 회수되는 지하수의 흐름을 제어하는 제2바이패스밸브(39);
    순환매체공급관(44)에 설치되고 제1바이패스밸브(38)가 열리면 차단되어서 순환매체공급관(44)으로부터 공급되는 순환매체가 제1예열기능바이패스관(36) 측으로만 공급되도록 하고, 제1바이패스밸브(38)가 차단되면 열리면서 순환매체공급관(44)으로부터 공급되는 순환매체가 히트펌프(26) 측으로만 공급되도록 하는 제1밸브(40);
    실내환수관(34)에 설치되고 제2바이패스밸브(39)가 열리면 차단되어서 실내환수관(34)으로 회수되는 순환매체가 제2예열기능바이패스관(37) 측으로만 회수되도록 하고, 제2바이패스밸브(39)가 차단되면 열리면서 실내환수관(34)으로 회수되는 순환매체가 히트펌프(26) 측으로만 회수되도록 하는 제2밸브(41);
    순환매체공급관(44)에 설치되어서 열교환기(42)와 히트펌프(26)를 순환하는 순환매체를 순환시키는 순환펌프(43);
    실내환수관(34)에 설치되어서 실내기(30)와 히트펌프(26)를 순환하는 순환매체를 순환시키는 실내측순환펌프(35)로 이루어지며;
    지열공보호관(10)의 둘레와 지열공(2) 사이에는 지하수유입공간(15)이 형성되도록 지열공보호관(10) 중 상단부 둘레에 외부케이싱(14)이 설치되고, 지하수회수관(28)의 단부가 외부케이싱(14) 내측의 지하수유입공간(15)에 위치되어서,
    지하수회수관(28)으로부터 회수되는 지하수가 지열공보호관(10)보다 전열면적이 증대된 외부케이싱(14)에 의해 열복원이 이루어지며, 지하수회수관(28)으로부터 회수되는 지하수가 지하수유입공간(15)으로 회수되어서 열복원되는 동안 이미 열복원되어서 지하수공급관(27)으로 공급되는 지하수와의 열교환이 차단되도록 된 것을 특징으로 하는 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치.
  4. 제3항에 있어서, 지열공보호관(10)에는,
    지하수유입공간(15)으로 유입된 지하수가 지열공보호관(10) 내부로 유입되도록 스트레이너(11)가 형성되되,
    스트레이너(11)는, 지하수가 외부케이싱(14)을 따라 하측으로 이동되면서 열복원이 이루어진 후 지열공보호관(10)으로 유입되도록, 외부케이싱(14)의 하부에 대응되는 지열공보호관(10)에 형성되는 것을 특징으로 하는 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치.
  5. 지하수층과 연락되도록 지반(1)에 수직으로 형성된 지열공(2)들;
    지열공(2)의 둘레에 설치되어서 공벽의 무너짐을 방지하고 회수되는 지하수가 유입되는 지열공보호관(10);
    지열공보호관(10)의 내부에 설치되어서 지열공보호관(10)의 내부로 유입되면서 열복원이 이루어진 지하수를 흡입하여서 외부로 공급하는 지하수흡입관(12);
    지열공보호관(10) 내의 지하수흡입관(12)에 설치되어서 열복원된 지하수를 외부로 펌핑하는 수중모터펌프(13);
    지하수가 순환되도록 지열공(2)에 연결되고 지열공(2) 내에서 열복원된 지하수가 공급되고 공급된 지하수가 열교환된 후 다시 지열공(2)으로 회수되도록 하는 열교환기(42);
    일단이 지하수흡입관(12)에 연결되고 타단이 열교환기(42)에 연결되어서 수중모터펌프(13)에 의해 펌핑되는 지하수를 열교환기(42) 측으로 공급하는 지하수공급관(27);
    일단이 열교환기(42)에 연결되고 타단이 지열공(2)에 연결되어서 열교환기(42)를 경유한 지하수를 지열공(2)으로 회수하는 지하수회수관(28);
    순환매체가 순환되도록 열교환기(42)에 연결되고 열교환기(42)에 의해 열복원된 순환매체가 공급되고 공급된 순환매체가 열교환된 후 다시 열교환기(42)로 회수되도록 하는 히트펌프(26);
    일단이 열교환기(42)에 연결되고 타단이 히트펌프(26)에 연결되어서 열교환기(42)에 의해 열복원된 순환매체를 히트펌프(26) 측으로 공급하는 순환매체공급관(44);
    일단이 히트펌프(26)에 연결되고 타단이 열교환기(42)에 연결되어서 히트펌프(26)를 경유한 순환매체를 다시 열교환기(42)로 회수하는 순환매체회수관(45);
    실내(29)에 설치되고 지하수공급관(27) 및 지하수회수관(28)에 연결되어서 지하수의 지열을 이용하여서 실내(29)를 냉난방하는 실내기(30);
    실내기(30)의 일측에 연결되어서 순환매체가 실내기(30)로 공급되도록 하는 공급헤더(31);
    실내기(30)의 타측에 연결되어서 실내기(30)를 경유한 순환매체가 회수되도록 하는 환수헤더(32);
    일단이 히트펌프(26)에 연결되고 타단이 공급헤더(31)에 연결되어서 히트펌프(26)에 의해 열복원된 순환매체가 실내(29)의 실내기(30)로 공급되도록 하는 실내공급관(33);
    일단이 환수헤더(32)에 연결되고 타단이 히트펌프(26)에 연결되어서 실내(29)의 실내기(30)를 경유한 순환매체가 히트펌프(26)로 회수되도록 하는 실내환수관(34);
    일단이 순환매체공급관(44)에 연결되고 타단이 실내공급관(33)에 연결되어서 열교환기(42)로부터 공급되는 순환매체가 히트펌프(26)를 경유하지 않고 공급헤더(31) 측으로 직접 공급되도록 하는 제1예열기능바이패스관(36);
    일단이 실내환수관(34)에 연결되고 타단이 순환매체회수관(45)에 연결되어서 실내(29)의 실내기(30)를 경유한 지하수가 히트펌프(26)를 경유하지 않고 열교환기(42) 측으로 직접 회수되도록 하는 제2예열기능바이패스관(37);
    제1예열기능바이패스관(36)에 설치되어서 순환매체공급관(44)에서 제1예열기능바이패스관(36) 측으로 공급되는 순환매체의 흐름을 제어하는 제1바이패스밸브(38);
    제2예열기능바이패스관(37)에 설치되어서 실내환수관(34)에서 제2예열기능바이패스관(37) 측으로 회수되는 지하수의 흐름을 제어하는 제2바이패스밸브(39);
    순환매체공급관(44)에 설치되고 제1바이패스밸브(38)가 열리면 차단되어서 순환매체공급관(44)으로부터 공급되는 순환매체가 제1예열기능바이패스관(36) 측으로만 공급되도록 하고, 제1바이패스밸브(38)가 차단되면 열리면서 순환매체공급관(44)으로부터 공급되는 순환매체가 히트펌프(26) 측으로만 공급되도록 하는 제1밸브(40);
    실내환수관(34)에 설치되고 제2바이패스밸브(39)가 열리면 차단되어서 실내환수관(34)으로 회수되는 순환매체가 제2예열기능바이패스관(37) 측으로만 회수되도록 하고, 제2바이패스밸브(39)가 차단되면 열리면서 실내환수관(34)으로 회수되는 순환매체가 히트펌프(26) 측으로만 회수되도록 하는 제2밸브(41);
    순환매체공급관(44)에 설치되어서 열교환기(42)와 히트펌프(26)를 순환하는 순환매체를 순환시키는 순환펌프(43);
    실내환수관(34)에 설치되어서 실내기(30)와 히트펌프(26)를 순환하는 순환매체를 순환시키는 실내측순환펌프(35)로 이루어지며;
    지반(1)과 지열공보호관(10)의 상부 사이에는 지열공보호관(10) 및 지하수흡입관(12)의 상부를 지지하도록 설치부(16)가 설치되되,
    설치부(16)는,
    하단이 외부케이싱(14)의 상단에 결합되고 상단이 지반(1)에 고정되며 내주면 일측에 착탈홈(18)이 형성되어 있고 내주면 타측에 하부 중앙측으로 경사진 경사면(20)이 형성된 지지돌부(19)가 형성된 결합관(17)과, 결합관(17)의 상단에 결합되어서 그 내부를 밀폐하는 커버(21)와, 일측에 결합관(17)의 착탈홈(18)에 착탈되도록 착탈부(23)가 형성되어 있고 타측에 지지돌부(19)의 경사면(20)에 밀착되도록 다른 경사면(24)이 형성되어 있는 설치블록(22)과, 설치블록(22)에 결합되어 있고 하단이 지하수흡입관(12)의 상단에 결합되는 견인연결구(25)로 이루어진 것을 특징으로 하는 예열기능이 구비된 지열 냉난방장치.
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