KR100991002B1 - A heatexchanger for the underground - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 냉,난방기에서 열교환이 완료된 환수유체와 지중으로부터 공급되는 유체사이에 중간층을 두어 단열효과를 증가시키도록 하면서 별도의 충진재 통로를 준비하여 환수유체와 유체가 유입 및 유출되는 공간을 충분히 확보하도록 하는 지중 열교환 장치에 관한 것이다.The present invention prepares a separate filler passage while increasing the thermal insulation effect by placing an intermediate layer between the return fluid and the fluid supplied from the ground in the cooling and heating, to ensure a sufficient space for the return fluid and fluid flows in and out It relates to an underground heat exchanger.
최근 들어 고유가에 대처하기 위하여 건설업계에서는 냉난방에 사용되는 에너지원으로서 석유나 천연가스를 대체할 수 있는 대체 에너지 개발을 활발하게 진행하고 있다. Recently, in order to cope with high oil prices, the construction industry is actively developing alternative energy that can replace oil or natural gas as an energy source used for heating and cooling.
이러한 대체 에너지 자원중에서, 무한한 에너지원을 갖는 풍력, 태양열, 지열 등을 이용하여 냉난방시스템에 적용할 수 있는 기술이 연구되고 있는데, 이들 에너지 자원들은 공기오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면 에너지 밀도가 낮은 단점이 있다.Among these alternative energy sources, technologies that can be applied to air-conditioning systems using wind, solar, and geothermal energy, which have infinite energy sources, are being researched. These energy sources have little effect on air pollution and climate change. While there is an advantage to obtain a low energy density has the disadvantage.
풍력과 태양열 에너지를 얻기 위해서는 설치장소의 한계와 함께 넓은 면적이 확보되어야 하며, 이 장치들은 에너지 생산량이 적고 설치 및 유지관리에 많은 비용이 소요되므로, 현재까지 냉난방시스템에 적용하는데 한계가 있다.In order to obtain wind and solar energy, a large area must be secured along with the limit of the installation site. These devices have a limited energy production and cost to install and maintain.
이와같은 한계에 인하여 설치 및 유지관리가 상대적으로 저렴한 지열에너지가 냉난방시스템에 많이 제안되고 있다.Due to these limitations, geothermal energy, which is relatively inexpensive to install and maintain, has been proposed in cooling and heating systems.
일례로 공개특허공보 제10-2004-0045780호의 지열교환기 설치 방법 및 설치구조와, 공개특허공보 제10-2005-0034535호의 말뚝의 중공부를 이용한 열교환장치 및 그 설치방법 등이 제안되어 있다.For example, a method and installation structure of a geothermal heat exchanger of JP-A-10-2004-0045780, a heat exchanger using a hollow part of a pile of JP-A-10-2005-0034535, and a method of installing the same are proposed.
그리고, 상기 공개특허등록 제10-2004-0045780호는 도1a,b에 도시한 바와 같이, 2개의 자유단을 가지며, 내부에 열전달유체가 담겨져 있는 코일 형상의 지열교환기(100)를 시추공(102)에 설치한 후 시추공(102)에 흙채움(104)및 지표수의 대수층 유입을 방지하기 위한 그라우팅(106)을 순차적으로 실시하고, 지열교환기(100)의 2개의 자유단 중 하나를 히트펌프(108)에 연결하여 지중의 열원을 회수하여 각 세대의 냉방 또는 난방을 수행하는 구조가 개시되어 있다. And, as shown in FIGS. 10A-2004-0045780, as shown in FIGS. 1A and 1B, a hole having a coil shape geothermal heat exchanger (100) having two free ends and a heat transfer fluid contained therein (102) ) And grouting 106 in order to prevent inflow of
상기한 구조는 하나의 시추공에 지열교환기가 설치되므로, 시공부지 및 시공비를 최소화할 수 있으며, 지열 교환기가 코일형태로 되어 있어 열전달 유체가 지중에 머무르는 시간을 늘려 열효율을 극대화하고 있다.Since the geothermal heat exchanger is installed in one borehole, the construction site and construction cost can be minimized, and the geothermal heat exchanger is in the form of a coil, thereby maximizing thermal efficiency by increasing the time the heat transfer fluid stays in the ground.
그러나, 상기의 구조는 시추공을 뚫기 위하여 여유가 있는 대지의 확보가 필요하며, 또 시추공의 굴착비용이 많이 소요되고 있으며, 시추공 내부에 지열교환기를 설치한 후 채워지는 벤토나이트나 콘크리트는 그라우팅재는 열전도율이 낮아 지열의 효율적 회수가 어려워 상용화되지 않은 상태에 있다.However, the above structure is necessary to secure the ground with enough space to drill the borehole, and the drilling cost of the borehole is high, and the bentonite or concrete that is filled after installing the geothermal heat exchanger inside the borehole has the thermal conductivity of the grouting material. It is difficult to efficiently recover geothermal energy and is not commercialized.
상기한 문제점을 극복하기 위하여 현장에서 말뚝을 제작하고 여기에 지열교환기를 삽입하는 공법이 제안되어 있으나, 이는 현장타설 말뚝을 제작할 때 중공부의 크기가 일반말뚝의 크기보다 크게 형성되고 말뚝의 단면적 감소로 말뚝의 지지력이 감소되고 이에 따라 말뚝의 역할인 기초에서 받는 하중을 지반까지 전달하는데 구조적인 불안정성이 발생하는 문제점이 있다.In order to overcome the above problems, a method of manufacturing a pile in the field and inserting a geothermal heat exchanger is proposed. However, when manufacturing a cast-in-place pile, the hollow part is formed larger than the size of a general pile and the cross-sectional area of the pile is reduced. There is a problem in that the bearing capacity of the pile is reduced and thus structural instability occurs in transferring the load received from the foundation, which is the role of the pile, to the ground.
후자의 공개특허공보 제10-2005-0034535호는 도2에 도시한 바와 같이, 건축물의 기초재로 설치되는 파일(200)의 공간부(202a)에 지열의 회수를 위한 지열교환기(202)를 매설하고, 상기 파일(200)의 내부에 시멘트나 벤토나이트와 같은 그라우팅재(204)를 주입하여 양생한 후, 지열교환기(202)에 히트펌프를 연결하여 각 세대에 냉난방을 수행하는 구조가 개시되어 있다. The latter publication 10-2005-0034535 shows a
이는 건축물의 기초공사를 위해 설치된 파일 내부에 지열교환기(202)가 설치되므로, 파일(200)의 단면적이 그대로 유지되어 파일의 지지력과 구조적인 안정을 유지할 수 있는 효과가 있다.This is because the
그러나, 지열교환기의 코일이 일정한 피치 간격으로 이루어져 있어 지중보다 지표의 열을 더욱 많이 흡수하거나 방출함으로써 지중열을 효율적으로 이용하지 못하는 다른 문제점이 있다.However, since the coils of the geothermal heat exchanger are formed at regular pitch intervals, there is another problem in that the geothermal heat is not efficiently used by absorbing or releasing more surface heat than the ground.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 구조를 단순화 시켜 시공이 용이하게 이루어질 수 있도록 하며, 열교환공내의 지중 열교환기의 구조를 단순화하면서도 지중 열교환기와 상호 열교환되는 열매체의 양을 극대화 시킬수 있도록 하고, 환수유체와 유체사이에 중간층을 두어 단열효과를 증가시켜 열손실을 최소화 시킬수 있도록 하며, 환수유체와 유체가 유입 및 유출되는 공간을 충분히 확보할 수 있도록 하고, 분리형구조로서 원하는 깊이에 상응하면서 운반 및 설치가 용이하게 되는 지중 열교환 장치를 제공하는 데 있다.An object of the present invention for improving the conventional problems as described above, to simplify the structure and to facilitate the construction, while simplifying the structure of the underground heat exchanger in the heat exchange hole while reducing the amount of heat medium exchanged with the underground heat exchanger It maximizes the space between the return fluid and the fluid to increase the insulation effect to minimize the heat loss, to ensure sufficient space for the return fluid and fluid inflow and outflow, and the desired depth as a separate structure Correspondingly, to provide an underground heat exchanger that is easy to transport and install.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 냉,난방유니트에서 열전달이 완료된 환수유체가 유입되는 제1통로와 상기 제1통로 일측에 구비되는 별도의 구획챔버를 통하여 구분설치되면서 유체가 지중에 최대의 열전달면적을 갖도록 배치되는 제2통로가 몸체에 일체로 설치되고, 상기 몸체의 일측에 적어도 충진재가 투입토록 하나이상의 그라우팅주입공간이 구비되는 구성으로 이루어 진 지중 열교환 장치를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides the maximum fluid flow into the ground while being separately installed through a separate passage chamber provided at one side of the first passage and one side of the first passage in which the return fluid having the heat transfer in the cooling and heating unit is introduced. The second passage disposed to have a heat transfer area is integrally installed in the body, and provides an underground heat exchanger consisting of a configuration in which at least one grouting injection space is provided so that at least one filler is injected into one side of the body.
그리고, 본 발명은 제1통로와 제2통로를 상호 연결하는 제3공간이 더 구비되고, 상기 제3공간의 일측에는 이를 보호하는 종단유도캡이 더 구비되는 지중 열교환 장치를 제공한다.The present invention further includes a third space interconnecting the first passage and the second passage, and one side of the third space further includes an end cap for protecting the same.
또한, 본 발명의 몸체는 제2통로가 지중과 최대의 접촉면적을 갖도록 복수의 열전달핀이 구비되면서 그 외측에 요철부가 일체로 형성되는 지중 열교환 장치를 제공한다.In addition, the body of the present invention provides an underground heat exchanger having a plurality of heat transfer fins so that the second passage has a maximum contact area with the ground and an uneven portion is integrally formed on the outside thereof.
더하여, 본 발명은 지중의 시추공에 삽입되는 복수의 몸체가 조인트부재에 의해 상호 연결되며, 상기 조인트부재가 그라우팅주입공간에 대응되는 하나 이상의 요부가 구비되는 지중 열교환 장치를 제공한다.In addition, the present invention provides an underground heat exchanger, in which a plurality of bodies inserted into underground boreholes are interconnected by a joint member, and the joint member is provided with at least one recess corresponding to a grouting injection space.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 구조를 단순화 시켜 시공이 용이하며, 열교환공내의 지중 열교환기와 연결되는 구조를 단순화하면서도 지중 열교환기와 상호 열교환되는 열매체의 양을 극대화 시키고, 환수유체와 유체사이에 중간층을 두어 단열효과를 증가시켜 열손실을 최소화 시키며, 환수유체와 유체가 유입 및 유출되는 공간을 충분히 확보하고, 분리형구조로서 원하는 깊이에 상응하면서 운반 및 설치가 용이한 효과가 있는 것이다.As described above, according to the present invention, the construction is simplified to simplify the construction, while simplifying the structure connected to the underground heat exchanger in the heat exchanger, while maximizing the amount of the heat medium exchanged with the underground heat exchanger, the intermediate layer between the return fluid and the fluid It increases heat insulation effect to minimize heat loss, secures enough space for inflow and outflow of return fluid and fluid, and is easy to transport and install while corresponding to desired depth as separate structure.
도1a,b는 각각 종래의 지열교환기 설치상태를 도시한 사시도 및 단면도이다.
도2는 종래의 말뚝의 중공부를 이용한 열교환장치를 도시한 단면도이다.
도3은 본 발명에 따른 열교환 유니트를 도시한 사시도이다.
도4는 본 발명에 따른 열교환 유니트의 분해상태도이다.
도5는 본 발명에 따른 열교환 유니트를 도시한 설치상태단면도이다.
도6a,b는 각각 본 발명에 따른 열교환 유니트를 도시한 요부 단면도이다.
도7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환 유니트를 도시한 설치상태단면도이다.1A and 1B are respectively a perspective view and a sectional view showing a conventional geothermal heat exchanger installed state.
2 is a cross-sectional view showing a heat exchanger using a hollow part of a conventional pile.
3 is a perspective view showing a heat exchange unit according to the present invention.
4 is an exploded state diagram of a heat exchange unit according to the present invention.
Figure 5 is a cross-sectional view of the installation state showing a heat exchange unit according to the present invention.
6A and 6B are principal part cross-sectional views respectively showing a heat exchange unit according to the present invention.
Figure 7 is a cross-sectional view of the installation state showing a heat exchange unit according to another embodiment of the present invention.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도3은 본 발명에 따른 열교환 유니트를 도시한 사시도이며, 도4는 본 발명에 따른 열교환 유니트의 분해상태도이고, 도5는 본 발명에 따른 열교환 유니트를 도시한 설치상태단면도이며, 도6a,b는 각각 본 발명에 따른 열교환 유니트를 도시한 요부 단면도이고, 도7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 열교환 유니트를 도시한 설치상태단면도이다.Figure 3 is a perspective view showing a heat exchange unit according to the present invention, Figure 4 is an exploded state diagram of the heat exchange unit according to the present invention, Figure 5 is a cross-sectional view of the installation state showing a heat exchange unit according to the present invention, Figure 6a,
본 발명의 열교환유니트(300)는, 하나로서 시추공(E-1)에 삽입되어도 되나 바람직하게는 하나 이상의 단위열교환유니트(300A)(300B)가 조인트부재(400)로서 서로 연결되는 것이 좋다.The
즉, 상기 열교환유니트(300)는, 하나로서 이루어질 경우 파이프의 제조와 같이 압출에 의해 파이프상으로 형성된 후 시추공에 삽입되는 단부에 제3공간(307)을 형성하도록 단부에 종단유도캡(410)이 일체로 구비되는 고정구(415)가 일체로 장착된다.That is, the
그리고, 상기 열교환유니트(300)가 분리설치되어 연결될 경우 시추공(E-1)의 최하단에 위치한 단위열교환유니트(300B)에만 제1통로(330)1와 제2통로(310)를 상호 연결하는 제3공간(307)이 구비된다.When the
상기 단위열교환유니트(300A)(300B)는, 외부의 냉,난방유니트에서 열전달이 완료된 환수유체가 유입되는 제1통로(330)와 상기 제1통로(330) 일측에 구비되는 별도의 구획챔버(350)를 통하여 구분설치되면서 환수유체가 지중에서 상승하면서 지중과 최대의 열전촉면적을 갖도록 배치되는 제2통로(310)가 몸체(301)에 일체로 구비된다.The unit heat exchange unit (300A) (300B), a separate compartment chamber provided on one side of the first passage (330) and the
또한, 상기 몸체(301)의 일측에 적어도 충진재가 투입토록 하나 이상의 그라우팅주입공간(370)이 구비된다.In addition, at least one
그리고, 상기 제1통로(330)1와 제2통로(310)를 상호 연결하는 제3공간(307)이 더 구비되고, 상기 제3공간(307)의 일측에는 이를 보호하는 종단유도캡(410)이 더 구비된다.Further, a
또한, 상기 몸체(301)는 제2통로(310)를 통과하는 환수유체가 지중(E)과 최대의 접촉면적을 갖도록 복수의 열전달핀(305)이 구비된다.In addition, the
이때, 상기 몸체(301)의 외측 또는 열전달핀(305)의 외측에는 그 표면적이 증가토록 요철부(미도시)가 일체로 형성되는 것이 바람직하다.At this time, it is preferable that the uneven portion (not shown) is integrally formed to increase the surface area of the outside of the
더하여, 상기 지중(E)의 시추공(E-1)에 삽입되는 복수의 단위열교환유니트(300A)(300B)가 조인트부재(400)에 의해 상호 연결된다.In addition, a plurality of unit
이때, 상기 조인트부재(400)가 그라우팅주입공간(370)에 대응되는 하나 이상의 요부(405)가 구비되는 구성으로 이루어 진다.At this time, the
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 동작을 설명한다.The operation of the present invention having the above configuration will be described.
도2 내지 도7에서 도시한 바와같이, 본 발명은 시추공(E-1)에 파이프형상을 갖는 하나의 열교환유니트(300)만을 투입하는 구성으로 시공이 용이하게 된다.As shown in Figures 2 to 7, the present invention is easy to construct a configuration in which only one
즉, 본 발명의 열교환유니트(300)는, 냉,난방유니트로서 열교환이 이뤄진 후 투입되는 환수유체가 유입되는 제1통로(330)와 유입되는 환수유체가 지중의 하부에서 상부로 향하면서 열교환 하는 제2통로(310) 및 벤토나이트등의 충진재가 투입되는 그라우팅주입공간(370)이 파이프상의 몸체(301)에 일체로 구비되어 몸체(301)를 시추공(E-1)에 삽입되는 동작에 의해 시공이 완료된다.That is, the
그리고, 상기 시추공(E-1)에 장착되는 열교환유니트(300)는, 시추공(E-1)의 깊이에 대응되는 하나의 몸체(301)를 형성토록 파이프상으로 제작되어도 좋으나 제작이나 운반 및 시공을 손쉽게 하기 위하여 단위열교환유니트(300A)(300B)로 분할 제작한 후 현장여건에 맞게 조인트부재(400)로서 조립하여 시공할 수도 있다.The
한편, 상기 열교환유니트(300)는 단일체로 제작될 경우 제1통로(330)와 제2통로(310)가 제3공간(307)을 통하여 연결되는 구성으로 갖는 몸체(301)로서 이루어져 차가운 환수유체가 제1통로(330)를 통하여 유입된 후 제1,3공간을 상호 연결하도록 하는 제3공간을 통하여 제2통로(310)에 유입되고, 제2통로는 지중에 접촉되는 상태로 환수유체가 상승하면서 지중으로 부터 열을 흡수하여 가열되면서 외부로 배출시 따뜻하게 된다.On the other hand, the
또한, 상기 열교환유니트(300)가 단위열교환유니트(300A)(300B)로 분할 제작된 후 조인트부재(400)로 연결될 때는 시추공(E-1)의 최하단에 위치한 단위열교환유니트(300B)에만 제1통로(330)1와 제2통로(310)를 상호 연결하는 제3공간(307)이 구비되어 원하는 깊이만큼 이동한 후 환수유체가 상승토록 된다.In addition, when the
이때, 상기 열교환유니트(300) 및 단위열교환유니트(300A)(300B)는, 외부의 냉,난방유니트에서 열전달이 완료된 환수유체가 유입되는 제1통로(330)와 상기 제1통로(330) 일측에 구비되는 별도의 구획챔버(350)를 통하여 구분되어 제2통로에서 지중의 열을 흡수하는 유체의 열이 제1통로(330)에 유입되는 환수유체에 전달되어 지중열의 흡수효과를 저하시키는 문제점을 해결한다.At this time, the
또한, 상기 제1,2통로가 항상 정위치에 위치하면서 상호간의 열전달이 차단되어 항상 일정한 열전달율을 가져오게 됨으로써 제품의 신뢰성을 높이게 된다.In addition, while the first and second passages are always positioned in the correct position, the heat transfer between the two is blocked so that the heat transfer rate is always constant, thereby increasing the reliability of the product.
이때, 상기 제2통로(310)는, 유체가 지중에서 상승하면서 지중과 최대의 열전촉면적을 갖도록 배치되어 지중의 열을 용이하게 흡수하게 된다.In this case, the
또한, 상기 몸체(301)의 일측에 적어도 충진재가 투입토록 하나이상의 그라우팅주입공간(370)이 구비되어 그라우팅이 신속하고 용이하게 진행되면서 제1,2통로의 면적을 일정하게 유지시킬 수 있게 된다.In addition, at least one
그리고, 상기 제1통로(330)1와 제2통로(310)를 상호 연결하는 제3공간(307)의 일측에 구비되는 종단유도캡(410)을 통하여 시추공(E-1)에 열교환유니트의 주입시 제3공간(307)이 파손되어 오염된 유체가 지중에 곧바로 유입되는 것을 방지토록 한다.The heat exchange unit is connected to the borehole E-1 through a
더하여, 상기 단위열교환유니트(300A)(300B)가 상호 연결하는 조인트부재(400)는 그라우팅주입공간(370)에 대응되는 하나 이상의 요부(405)가 구비되어 항상 정위치에서 단위열교환유니트를 누설없이 연결하게 된다.In addition, the
이상과 같이 본 발명은, 유체가 지중에 직접유입되어 발생되는 오염을 최소화 하면서 항상 일정한 용량의 유체에 의한 열전달이 가능토록 되어 제품의 신뢰성을 높이게 되는 것이다.As described above, the present invention allows the heat transfer by a fluid of a constant capacity at all times while minimizing the pollution caused by the fluid directly flowing into the ground, thereby increasing the reliability of the product.
300...열교환유니트 301...몸체
305...열전달핀 330...제1통로
350...구획챔버 370...그라우팅주입공간
400...조인트부재300 ...
305 ...
350
400 ... Joint member
Claims (7)
상기 몸체는, 파이프형상으로 내경에서 외경측을 향하여 제1통로, 구획챔버, 제2통로가 순차로 배치되는 구성으로 이루어진 지중 열교환 장치The second passage in which the fluid is installed to have the ground and the maximum thermoelectric area while being separately installed through the first passage into which the return fluid having completed heat transfer in the cooling and heating unit and the compartment chamber provided at one side of the first passage is provided. It is integrally installed in one side of the body is provided with at least one grouting injection space for filling the filler,
The body is a pipe-shaped underground heat exchanger consisting of a configuration in which the first passage, the partition chamber, the second passage in order from the inner diameter toward the outer diameter side in order
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- 2010-03-22 KR KR1020100025157A patent/KR100991002B1/en not_active IP Right Cessation
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