KR101011130B1 - Ground-coupled Heat Exchanger - Google Patents

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KR101011130B1
KR101011130B1 KR1020080054618A KR20080054618A KR101011130B1 KR 101011130 B1 KR101011130 B1 KR 101011130B1 KR 1020080054618 A KR1020080054618 A KR 1020080054618A KR 20080054618 A KR20080054618 A KR 20080054618A KR 101011130 B1 KR101011130 B1 KR 101011130B1
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박일문
강재훈
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벽산건설 주식회사
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    • Y02E10/10—Geothermal energy

Abstract

본 발명은 공급 및 환수 관 헤더 사이에서 일정한 간격으로 열교환 파이프를 리버스 리턴 방식의 병렬 구조로 연결하고, 지중 열교환을 하는 지중 열교환기에 관한 것이다. 본 발명은, 끝단이 막힌 링형태의 관으로써 순환 유체를 공급하고 하부에 순환 유체가 투입되는 다수의 주입 홀이 형성된 공급 관 헤더; 끝단이 막힌 링형태의 관으로써 상기 공급 관 헤더의 하부에 형성되어 순환 유체를 회수하고, 상부에 순환 유체가 회수되는 다수의 회수 홀이 형성된 환수 관 헤더;와 상기 공급 관 헤더의 주입 홀과 환수 관 헤더 사이의 회수 홀 사이에 일정 간격의 병렬 구조로 결합되는 다수의 열교환 파이프;를 포함하여 상기 각각의 열교환 파이프를 통과하는 순환 유체의 유량을 균일화하면서 지중 열과의 열교환을 이루도록 된 지중 열교환기를 제공한다.The present invention relates to an underground heat exchanger that connects heat exchange pipes in a reverse return parallel structure at regular intervals between supply and return pipe headers, and performs underground heat exchange. The present invention provides a ring-shaped tube with a closed end, which supplies a circulating fluid and a supply tube header having a plurality of injection holes into which a circulating fluid is introduced; A return pipe header having a ring-shaped pipe end formed at a lower portion of the supply pipe header to recover a circulating fluid, and having a plurality of recovery holes for recycling the circulating fluid to an upper portion thereof; And a plurality of heat exchange pipes coupled in parallel at regular intervals between the recovery holes between the pipe headers to provide an underground heat exchanger configured to achieve heat exchange with the ground heat while equalizing the flow rate of the circulating fluid passing through each of the heat exchange pipes. do.

대구경 지중 열교환기, 저심도 지중 열교환기, 병렬형 지중 열교환기, 지중 열교환기, 리버스 흐름  Large Diameter Underground Heat Exchanger, Low Depth Underground Heat Exchanger, Parallel Underground Heat Exchanger, Underground Heat Exchanger, Reverse Flow

Description

지중 열교환기{Ground-coupled Heat Exchanger}Ground-coupled Heat Exchanger

본 발명은 지중 열을 이용한 냉난방 시스템에 이용되는 저심도 대구경의 지중 열교환기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 상 하부에 형성된 공급 및 환수 관 헤더 사이에 일정한 간격으로 열교환 파이프를 병렬 구조로 연결하고, 지중 열교환을 이루도록 함으로써 스페이서(spacer)가 필요없는 간편한 시공을 통한 시공 원가의 절감을 이룰 수 있을 뿐만 아니라, 순환 유체의 원활한 흐름을 통하여 소비 동력을 최소화한 지중 열교환기에 관한 것이다.The present invention relates to a low-depth large-diameter underground heat exchanger used in an air-conditioning system using underground heat. More specifically, the heat exchange pipes are connected in parallel at regular intervals between supply and return pipe headers formed in the upper and lower ground. By making the heat exchange to achieve a reduction in the construction cost through a simple construction without the need for a spacer (spacer), and relates to an underground heat exchanger that minimizes the power consumption through the smooth flow of circulating fluid.

일반적으로 토양 열(지열)을 열원으로 이용하는 열 펌프에 의한 냉난방 시스템은 열원(열침)인 지중에 설치된 지중 열교환기를 통해 지열을 회수 하거나 지중으로 열을 방출하는 냉난방 시스템을 의미하며, 이는 매설환경에 따라 수직형 및 수평형을 선택하여 적용할 수 있다.In general, the air-conditioning system using a heat pump using soil heat (geothermal heat) as a heat source means a cooling / heating system that recovers geothermal heat or releases heat to the ground through an underground heat exchanger installed in the ground, which is a heat source (heat sink). Therefore, vertical and horizontal types can be selected and applied.

수평형의 경우 지중 열교환기를 설치하기 위한 공간이 충분히 확보되어야 하고, 열교환 파이프가 지면에서 0.5m∼1.8m의 비교적 낮은 깊이로 매설되기 때문 에 효율이 떨어지는 문제가 있어서 현재는 60∼150m의 깊이에 매설하는 수직형을 주로 이용하고 있으나 천공에 높은 비용이 소요되어 경제성에 부담으로 작용하고 있다.In case of the horizontal type, sufficient space for installing the underground heat exchanger should be secured, and since the heat exchange pipe is buried at a relatively low depth of 0.5m to 1.8m from the ground, efficiency is inferior. The buried vertical type is mainly used, but the high cost of drilling is a burden on economic efficiency.

이와 같이 지중 열을 열원으로 이용한 냉난방 시스템(200)은 도 (1a)에 도시된 바와 같이 냉방사이클(210a)로 작동할 수 있는데, 고온,고압의 냉매는 과열증기 상태로 압축기(212)를 나와 4방 밸브(214)를 거쳐 지중 열교환기(230) 내부를 순환하는 부동액(220)과 열교환을 하는 열교환기인 응축기(216)로 들어간다. 응축기(216)에서 고온의 증기 냉매는 상대적으로 온도가 낮은 지중 열교환기(230)의 열전달 유체인 부동액 (220, 부동원액 10∼20%를 함유한 물)과 열교환을 한다.As such, the cooling and heating system 200 using underground heat as a heat source may operate as a cooling cycle 210a as shown in FIG. 1A, and the high temperature and high pressure refrigerant exits the compressor 212 in a superheated steam state. It enters the condenser 216 which is a heat exchanger which heat-exchanges with the antifreeze 220 which circulates inside the underground heat exchanger 230 via the four-way valve 214. In the condenser 216, the hot vapor refrigerant exchanges heat with the antifreeze 220 (water containing 10-20% of the antifreeze solution), which is a heat transfer fluid of the underground heat exchanger 230 having a relatively low temperature.

이 과정에서 부동액(220)의 온도는 상승하며 증기 냉매는 기상(vapor phase)에서 액상(liquid phase)으로 상 변화(응축)를 하게 된다. 그리고 응축기(216)를 나온 고온의 액상냉매는 팽창밸브(222)를 지나면서 저온,저압의 상태가 된다. 이와 같은 저온,저압 상태의 액상냉매는 증발기(224)로 들어가 실내공기와 열교환을 한다. 이 열교환 과정에서 액상냉매는 증발기(224)로 유입되는 실내공기를 차갑게 만들면서 증기로 상 변화(증발)를 하게 된다. 증발기(224)를 나온 저온,저압의 액상냉매는 다시 4방 밸브(214)를 지나 압축기(212)로 들어가 압축과정을 겪으면서 다시 고온,고압의 증기 냉매가 된다.In this process, the temperature of the antifreeze 220 rises and the vapor refrigerant undergoes a phase change (condensation) from the vapor phase to the liquid phase. And the high temperature liquid refrigerant from the condenser 216 is in a state of low temperature, low pressure while passing through the expansion valve (222). The low temperature, low pressure liquid refrigerant enters the evaporator 224 and exchanges heat with indoor air. In this heat exchange process, the liquid refrigerant phase changes (evaporates) into steam while cooling the indoor air flowing into the evaporator 224. The low-temperature, low-pressure liquid refrigerant from the evaporator 224 passes through the four-way valve 214 again into the compressor 212, undergoes a compression process, and becomes a high-temperature, high-pressure steam refrigerant.

한편 이와 같은 전형적인 지열원 냉난방 시스템(200)에서 부동액의 응축기(216) 입구온도 (EWT, Entering Water Temperature)는 약 13℃내외 이고, 출구온도 (LWT, Leaving Water Temperature)는 냉매로부터 열(온도차 에너지)을 받아 입구온도 보다 약 3℃∼6℃ 정도 상승한다. 온도가 상승한 부동액은 지중에 매설된 지중 열교환기(230)의 파이프 내를 순환하면서 토양과 열교환을 하여 설정 입구온도로 된다.On the other hand, in such a typical geothermal heat source heating and cooling system 200, the inlet temperature (EWT, Entering Water Temperature) of the antifreeze condenser 216 is about 13 ° C, and the outlet temperature (LWT, Leaving Water Temperature) is heat (temperature difference energy) from the refrigerant. ), It rises about 3 ℃ ~ 6 ℃ above the inlet temperature. The antifreeze whose temperature has risen exchanges heat with the soil while circulating in the pipe of the underground heat exchanger 230 which is buried in the ground, thereby reaching a set inlet temperature.

도 1b에는 지열원 난방사이클(210b)을 개략적으로 도시한 것이다. 난방 싸이클(210b)은 압축기(212)를 나온 고온,고압의 증기 냉매가 4방 밸브(214)를 거쳐 응축기(216)로 들어간다. 응축기(216)에서 고온의 증기 냉매는 상대적으로 온도가 낮은 실내순환공기(물-공기 방식) 또는 물(물-물 방식)과 열교환을 수행한다.1b schematically illustrates a geothermal source heating cycle 210b. The heating cycle 210b enters the condenser 216 through the four-way valve 214 through the high-temperature, high-pressure steam refrigerant from the compressor 212. In the condenser 216, the hot steam refrigerant exchanges heat with indoor circulating air (water-air method) or water (water-water method) having a relatively low temperature.

이 과정에서 증기 냉매는 액상으로 상 변화를 하고, 실내순환공기 또는 물은 고온의 냉매와 열교환이 이루어져 온도가 상승한다. 온도가 상승한 공기 또는 물은 온돌, FCU 등 실내 열 공급 분배장치(240)를 통해 난방을 하거나 온수를 공급하게 된다. 응축기(216)를 통과하면서 액상으로 상이 변한 냉매는 팽창밸브(222)를 지나면서 온도와 압력이 감소하여 지중 열교환기를 순환하는 브라인(220)과 열교환을 하는 열교환기인 증발기(224)로 들어간다.In this process, the vapor refrigerant changes phase into a liquid phase, and the indoor circulation air or water exchanges heat with a high temperature refrigerant to increase the temperature. The air or water whose temperature rises is heated or supplies hot water through the indoor heat supply distribution device 240 such as ondol or FCU. The refrigerant changed in phase into the liquid phase while passing through the condenser 216 enters the evaporator 224, which is a heat exchanger that exchanges heat with the brine 220 that circulates the underground heat exchanger as the temperature and pressure decrease through the expansion valve 222.

증발기(224)로 유입된 액상냉매는 지중 열교환기(230)를 순환하는 열전달 유체인 부동액(220)으로부터 에너지를 받아 다시 증발하고, 4방 밸브(214)를 지나 압축기(212)로 들어간다. 상기 압축기(212)는 저온,저압의 냉매가스를 압축하여 처음 상태로 만든다. 지중 열교환기(230)의 부동액은 증발기(224)에서 냉매를 증발시키고 자신은 약 3℃∼6℃ 정도 온도가 감소한다.The liquid refrigerant flowing into the evaporator 224 receives energy from the antifreeze 220, which is a heat transfer fluid circulating in the underground heat exchanger 230, and evaporates again, and passes through the four-way valve 214 to the compressor 212. The compressor 212 compresses the refrigerant gas of low temperature and low pressure to the initial state. The antifreeze of the underground heat exchanger 230 evaporates the refrigerant in the evaporator 224 and the temperature of the underground heat exchanger 230 decreases by about 3 ° C to 6 ° C.

이때 부동액의 증발기(224) 입구온도는 대략 12℃ 내외이다. 온도가 강하된 부동액은 지중 열교환기(230) 내를 순환하면서 약 15℃의 토양과 열교환을 하여 설정 입구온도로 된다. 그리고 실내 측 분배장치(240)는 공기 조화기, 팬 코일 유닛(Fan Coil Unit, FCU) 등과 조합하여 사용할 수 있다. At this time, the inlet temperature of the evaporator 224 of the antifreeze is about 12 ° C. The antifreeze whose temperature is lowered is heat-exchanged with the soil of about 15 ° C. while circulating in the underground heat exchanger 230 to reach a set inlet temperature. In addition, the indoor side distribution device 240 may be used in combination with an air conditioner, a fan coil unit (FCU), or the like.

도 2는 이와 같은 지열원 열펌프 냉난방 시스템(200)에 사용되는 종래의 수직형 지중 열교환기(230)를 도시한 단면도이다.2 is a cross-sectional view showing a conventional vertical underground heat exchanger 230 used in such a geothermal source heat pump air-conditioning system 200.

도 2를 참조하면, 종래의 지중 열교환기(230)는 직경 100~200mm, 깊이 60-200m 내외로 천공한 후 U자 형태의 열교환 파이프를 삽입하게 되는데, 이때 공급 관(232)과 환수 관(234)은 PE재질로서 이들의 말단을 U-밴드(236)를 이용하여 연결하여 천공된 구멍에 삽입한 후 그라우팅을 하면 지중 열교환기가 완성된다.2, the conventional underground heat exchanger 230 is inserted into the U-shaped heat exchange pipe after drilling into a diameter of 100 ~ 200mm, depth 60-200m, the supply pipe 232 and the return pipe ( 234 is a PE material and the ends thereof are connected by using the U-band 236 to be inserted into the perforated holes and then grouted to complete the underground heat exchanger.

그리고, 지중 열교환기(230)의 삽입 후 비어있는 나머지 공간을 시멘트 또는 벤토나이트를 주재료로 하여 그라우팅을 하게 되는데 이를 위해 트레미 파이프(238)를 삽입하여 시행하게 된다.Then, after the underground heat exchanger 230 is inserted, the remaining empty space is grouted using cement or bentonite as the main material. For this purpose, the tremi pipe 238 is inserted into the ground.

그러나, 종래의 수직형 지중 열교환기(230)는 모두 순환 유체의 흐름이 직류로서 열교환 파이프에 작용하는 관 마찰 저항이 크기 때문에 반송동력이 크고, 유량의 분배가 불규칙하며, 천공 심도가 깊어 천공비용이 많이 소요되는 문제가 있었다. 또한, 열교환기의 지중 삽입 후 비어있는 공간을 콘크리트 또는 벤토나이트를 주재료로 하여 채우는 그라우팅 공정 시, 열교환 파이프의 간격을 유지시키기 위한 스페이서(spacer) 제작 공정이 반드시 필요하며, 상기 스페이서 를 일일이 현장 설치하여야 하므로 많은 시간이 소요되고 상기 스페이서로 인해 트레미 파이프를 삽입하기가 용이하지 않으므로 시공이 매우 번거로울 뿐만 아니라 시공 단가가 상승하는 문제가 있었다.However, in the conventional vertical underground heat exchanger 230, all of the circulating fluid flow is a direct current, so the pipe frictional resistance acting on the heat exchange pipe is large, so that the conveying power is large, the distribution of the flow rate is irregular, and the depth of drilling is deep, so that the drilling cost is high. This had a lot of trouble. In addition, in the grouting process of filling the empty space with concrete or bentonite as a main material after the underground insertion of the heat exchanger, a spacer manufacturing process is required to maintain the gap of the heat exchange pipe, and the spacer must be installed on site Therefore, since it takes a lot of time and is not easy to insert the tremi pipe due to the spacer, the construction is very troublesome and there is a problem that the construction cost increases.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 The present invention is to solve the conventional problems as described above, the object is

대구경으로 천공하여 호칭경 5∼20mm의 열교환파이프를 다량으로 헤더에 연결하는 병렬 구조로 연결함으로써 전열면적을 극대화할 수 있으며, 순환 유체의 유량을 일정하게 유지시키고, 유체의 유동저항을 줄여 순환펌프의 동력소모를 줄일 수 있는 지중 열교환기를 제공하는 데 있다.By connecting the heat exchange pipe of 5 ~ 20mm nominal diameter to the header in large diameter by drilling in large diameter, the heat transfer area can be maximized, the flow rate of the circulating fluid is kept constant, and the flow resistance of the circulating pump is reduced. It is to provide an underground heat exchanger that can reduce power consumption.

또한, 종래의 지중 열교환기는 천공깊이가 150m 내외에 이르기 때문에 천공과 그라우팅 비용이 높아서 이를 해결하기 위해 대구경의 저심도로 천공하여 시공비를 줄일 수 있는 지중 열교환기를 제공하는 데 있다.In addition, the conventional underground heat exchanger is to provide an underground heat exchanger that can reduce the construction cost by drilling with a low depth of large diameter in order to solve the problem of high drilling and grouting cost because the drilling depth reaches around 150m.

그리고 본 발명은 다른 목적으로서 공급 관 헤더와 환수 관 헤더를 이용하여 열교환 파이프를 연결함으로써, 그라우팅 작업시 열교환 파이프의 간격을 유지하기 위한 스페이서 설치 공정을 제거할 수 있으므로 시공 공정의 효율성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 제작 단가를 절감할 수 있는 지중 열교환기를 제공하는 데 있다.In another aspect, the present invention by connecting the heat exchange pipe using the supply pipe header and the return pipe header, it is possible to remove the spacer installation process for maintaining the gap of the heat exchange pipe during grouting operation can increase the efficiency of the construction process In addition, to provide an underground heat exchanger that can reduce the manufacturing cost.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 지중(地中) 열을 이용한 냉난방 시스템에 이용되는 지중 열교환기에 있어서, In order to achieve the above object, the present invention is an underground heat exchanger used in a cooling and heating system using underground heat,

끝단이 막힌 링형태의 관으로써 순환 유체를 공급하는 다수의 지중 열교환기 입구가 연결된 공급 관 헤더; A supply tube header connected to a plurality of underground heat exchanger inlets for supplying a circulating fluid as a ring-shaped tube with an end blocked;

끝단이 막힌 링형태의 관으로써 상기 공급 관 헤더의 하부에 형성되어 다수의 지중 열교환기 출구가 연결되어 순환유체가 회수되는 환수 관 헤더;와 End of the ring-shaped pipe is formed in the lower portion of the supply pipe header is a plurality of underground heat exchanger outlet is connected to the return pipe header to recover the circulating fluid; And

상기 공급 관 헤더와 환수 관 헤더 사이에 일정한 간격으로 배열되는 다수의 열교환 파이프;를 포함하여 상기 각각의 열교환 파이프를 통과하는 순환 유체의 유량을 균일화하면서 지중 열과의 열교환을 이루도록 구성된 것임을 특징으로 하는 지중 열교환기를 제공한다.And a plurality of heat exchange pipes arranged at regular intervals between the supply pipe header and the return pipe header, wherein the ground heat exchanges with the ground heat while equalizing the flow rate of the circulating fluid passing through each of the heat exchange pipes. Provide a heat exchanger.

그리고, 본 발명은 바람직하게는 상기 다수의 열교환 파이프는 직선형 단일관으로 상기 공급 관 헤더와 환수 관 헤더에 연결되는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기를 제공한다.And, the present invention preferably provides the underground heat exchanger, characterized in that the plurality of heat exchange pipes are connected to the supply pipe header and the return pipe header in a straight single tube.

또한, 본 발명은 바람직하게는 상기 다수의 열교환 파이프는 열교환에 필요한 소요길이를 확보하기 위해 공급 및 환수 헤더 사이를 왕복하는 다수의 패스를 거쳐 상기 공급 관 헤더와 환수 관 헤더에 연결되는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기를 제공한다.In addition, the present invention is preferably characterized in that the plurality of heat exchange pipes are connected to the supply pipe header and the return pipe header through a plurality of passes reciprocating between the supply and return headers to secure the required length for heat exchange. To provide an underground heat exchanger.

그리고, 본 발명은 바람직하게는 상기 다수의 열교환 파이프는 나선형으로 상기 공급 관 헤더와 환수 관 헤더에 연결되는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기를 제공한다.The present invention preferably provides the underground heat exchanger, wherein the plurality of heat exchange pipes are spirally connected to the supply pipe header and the return pipe header.

또한, 본 발명은 바람직하게는 상기 다수의 열교환 파이프는 각각 동일 길이를 갖는 것임을 특징으로 하는 지중 열교환기를 제공한다.In addition, the present invention preferably provides an underground heat exchanger, characterized in that the plurality of heat exchange pipes each have the same length.

그리고, 본 발명은 바람직하게는 상기 다수의 열교환 파이프는 상기 공급 관 헤더의 순환 유체 입구에서 가장 가까운 주입 홀과 상기 환수 관 헤더의 순환 유체 출구에서 가장 먼 회수 홀에 연결되며, 상기 공급 관 헤더의 순환 유체 입구로부터 끝단으로 향하여 차례차례 형성된 주입 홀들이 상기 환수 관 헤더의 순환 유체 출구로부터 끝단으로 향하여 차례차례 형성된 회수 홀에 대응하여 연결되며, 상기 공급 관 헤더의 순환 유체 입구에서 가장 먼 주입 홀과 상기 환수 관 헤더의 순환 유체 출구에서 가장 가까운 회수 홀이 연결되는 리버스 리턴 방식에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 지중 열교환기를 제공한다.And, the present invention is preferably the plurality of heat exchange pipe is connected to the injection hole nearest to the circulating fluid inlet of the supply pipe header and the return hole farthest from the circulating fluid outlet of the return pipe header, Injection holes sequentially formed from the circulating fluid inlet toward the end are connected corresponding to the recovery holes formed sequentially from the circulating fluid outlet of the return pipe header toward the end, and are provided with the injection hole furthest from the circulating fluid inlet of the supply pipe header. An underground heat exchanger is connected by a reverse return method in which a recovery hole closest to the circulating fluid outlet of the return pipe header is connected.

또한, 본 발명은 바람직하게는 상기 열교환 파이프는 그 상 하단부가 상기 공급 관 헤더와 환수 관 헤더에 융착 연결되어 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 지중 열교환기를 제공한다.In addition, the present invention preferably provides the underground heat exchanger, wherein the upper and lower ends thereof are integrally fused and connected to the supply pipe header and the return pipe header.

그리고, 본 발명은 바람직하게는 상기 열교환 파이프는 전열면적을 높이기 And, the present invention preferably the heat exchange pipe to increase the heat transfer area

위해 표면에 돌기, 홈 및 핀(fin) 중의 어느 하나가 형성된 것을 특징으로 하는 지중 열교환기를 제공한다.To provide an underground heat exchanger, characterized in that any one of the projections, grooves and fins are formed on the surface.

또한, 본 발명은 바람직하게는 상기 공급 관 헤더 및 환수 관 헤더는 원형 또는 다각형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 지중 열교환기를 제공한다.In addition, the present invention preferably provides an underground heat exchanger, characterized in that the supply pipe header and the return pipe header is formed in a circular or polygonal shape.

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본 발명에 따른 지중 열교환기에 의하면 열교환 파이프를 병렬 구조로 조밀하게 배치 및 연결하여 천공표면을 전열면으로 사용함으로서 전열면적을 극대화할 수 있으며, 리버스 리턴 방식에 의해 각각의 열교환 파이프를 통과하는 순환 유체의 유량을 일정하게 유지함으로써 유동저항을 줄여 순환펌프의 동력소모를 줄일 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.According to the underground heat exchanger according to the present invention, the heat transfer pipes can be densely arranged and connected in parallel to use the perforated surface as the heat transfer surface to maximize the heat transfer area, and the circulating fluid passing through each heat exchange pipe by the reverse return method. By keeping the flow rate constant, the excellent effect of reducing the flow resistance and reducing the power consumption of the circulation pump occurs.

또한, 그라우팅 작업시 뒷 채움 방법에 있어서 모래, 벤토나이트, 시멘트등을 단독주입 또는 혼합주입할 때 브릿지 현상을 방지함으로서 작업을 단순화하고, 신뢰성을 높임으로써 그라우팅 작업을 최소화할 수 있으며, 열교환 파이프의 간격 유지를 위한 스페이서 설치 공정을 제거할 수 있으므로 공정의 효율성을 높일 수 있을 뿐만 아니라, 시공에 따른 제작 단가를 절감할 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.In addition, the grouting process can be minimized by preventing bridging when sand, bentonite, cement, etc. are injected alone or mixed in the backfilling method. Since the spacer installation process for the maintenance can be removed, not only can the efficiency of the process be improved, but also the excellent effect of reducing the manufacturing cost according to construction occurs.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 3a)을 참조하면, 본 발명에 따른 지중 열교환기(1)는 순환 유체를 공급하고 하부에 순환 유체가 투입되는 다수의 주입 홀(12)이 형성된 공급 관 헤더(10)를 구비한다. 상기 공급 관 헤더(10)는 도 3b)에 도시된 바와 같이, 그 순환 유체 입구(14)로부터 끝단(16)으로 향하여 차례차례 주입 홀(12)이 형성되는데, 상기 주입 홀(12)은 그 사이 간격(d)이 동일한 크기로 이루어진다. 또한 상기 공급 관 헤더(10)의 끝단(16)은 막힌 단부를 형성한다. Referring to FIG. 3A), the underground heat exchanger 1 according to the present invention includes a supply pipe header 10 in which a plurality of injection holes 12 are formed to supply a circulating fluid and to input a circulating fluid to the bottom. The feed tube header 10 is in turn formed with an injection hole 12 towards its end 16 from its circulating fluid inlet 14, as shown in FIG. The interval d between them is of the same size. The end 16 of the feed tube header 10 also forms a blocked end.

또한 본 발명에 따른 지중 열교환기(1)는 상기 공급 관 헤더(10)의 하부에 형성되어 순환 유체를 회수하고, 상부에 순환 유체가 회수되는 다수의 회수 홀(32)들이 형성된 환수 관 헤더(30)를 구비한다.In addition, the underground heat exchanger 1 according to the present invention is formed in the lower portion of the supply pipe header 10 to recover the circulating fluid, the return tube header formed with a plurality of recovery holes 32 to recover the circulating fluid ( 30).

상기 환수 관 헤더(30)는 도 3b)에 도시된 바와 같이, 그 순환 유체 출구(34)로부터 끝단(36)으로 향하여 차례차례 회수 홀(32)들이 형성되는데, 상기 회수 홀(32)은 그 사이 간격(d)이 동일한 크기로 이루어지고, 상기 공급 관 헤더(10)의 주입 홀(12)들과 대응하여 위치된다.The return tube header 30 is formed in turn with the recovery holes 32 from its circulating fluid outlet 34 toward the end 36, as shown in FIG. 3B. The interval d between them is of the same size and is located corresponding to the injection holes 12 of the feed tube header 10.

즉 상기 공급 관 헤더(10)의 순환 유체 입구(14)에 가장 가깝게 형성된 주입 홀(12)은 상기 환수 관 헤더(30)의 순환 유체 출구(34)에 가장 가깝게 형성된 회수 홀(32)에 그 상하 위치가 일치하고, 상기 공급 관 헤더(10)의 순환 유체 입구(14)로부터 끝단(16)으로 향하여 차례차례 형성된 주입 홀(12)들은 상기 환수 관 헤더(30)의 순환 유체 출구(34)로부터 끝단(36)으로 향하여 차례차례 형성된 회수 홀(32)에 각각 대응한다.That is, the injection hole 12 formed closest to the circulating fluid inlet 14 of the supply pipe header 10 is connected to the recovery hole 32 formed closest to the circulating fluid outlet 34 of the return pipe header 30. The up and down positions coincide with each other, and the injection holes 12 formed sequentially from the circulating fluid inlet 14 of the supply pipe header 10 toward the end 16 are circulating fluid outlet 34 of the return pipe header 30. It corresponds to the recovery hole 32 formed in turn toward the edge 36 from the each.

즉, 끝단(16)은 순환 유체 출구(34), 순환 유체 입구(14)는 끝단(36)과 차례로 대응한다. 또한 상기 환수 관 헤더(30)의 끝단(36)은 막힌 단부를 형성한다.That is, the end 16 corresponds in turn to the circulating fluid outlet 34 and the circulating fluid inlet 14 in turn to the end 36. The end 36 of the return tube header 30 also forms a blocked end.

또한 본 발명에 따른 지중 열교환기(1)는 상기 공급 관 헤더(10)의 주입 홀(12)과 환수 관 헤더(30) 사이의 회수 홀(32) 사이에 일정 간격(d)의 병렬 구조로 결합된 다수의 열교환 파이프(50)를 포함한다. 상기 다수의 열교환 파이프(50)는 도 3a),b)에 도시된 바와 같이, 직선형으로 형성되어 상기 공급 관 헤더(10)와 환수 관 헤더(30)에 연결되는 구조로 이루어질 수 있다.In addition, the underground heat exchanger 1 according to the present invention has a parallel structure of a predetermined distance d between the injection hole 12 of the supply pipe header 10 and the recovery hole 32 between the return pipe header 30. And a plurality of heat exchange pipes 50 combined. As illustrated in FIGS. 3A and 3B, the plurality of heat exchange pipes 50 may be formed in a straight line and connected to the supply pipe header 10 and the return pipe header 30.

그리고, 다르게는 상기 다수의 열교환 파이프(50)는 순환 유체가 난류를 형성할 수 있도록 나선형으로 가공하여 상기 공급 관 헤더(10)와 환수 관 헤더(30)에 연결되어 열전달을 증대시키고, 보다 많은 열량의 열 교환을 이룰 수 있다.And, alternatively, the plurality of heat exchange pipes 50 are helically processed so that a circulating fluid may form turbulent flow and are connected to the supply pipe header 10 and the return pipe header 30 to increase heat transfer, and more Heat exchange of calories can be achieved.

또한, 열교환 파이프(50)는 단순한 1열의 직선형 단일관들의 구조뿐만 아니라, 다수 열의 관을 패스로 구성하여 공급 관 헤더(10)와 환수 관 헤더(30)에 각각 연결하는 구조로 할 수 있는데, 도 6은 이것을 도시한 것이다. 도 6에서 알 수 있는 바와 같이, 열교환 파이프(50)는 공급 관 헤더(10)와 환수 관 헤더(30) 사이를 상하로 다수 왕복한 후, 이들을 연결하도록 구성된 것을 나타낸다. In addition, the heat exchange pipe 50 may not only have a structure of a single row of straight single pipes, but also a structure of connecting a plurality of rows of pipes with a path to the supply pipe header 10 and the return pipe header 30, respectively. 6 illustrates this. As can be seen in FIG. 6, the heat exchange pipe 50 is configured to reciprocate up and down between the supply pipe header 10 and the return pipe header 30, and then connect them.

이와 같은 경우, 상기 직선형 구조, 다수 열의 패스 구조 또는 나선 형 구조들의 열교환 파이프(50)들은 각각 상기 공급 관 헤더(10)의 순환 유체 입구(14)에서 가장 가까운 주입 홀(12)과 상기 환수 관 헤더(30)의 순환 유체 출구(34)에서 가장 먼 회수 홀(32)에 연결되고, 상기 공급 관 헤더(10)의 순환 유체 입 구(14)로부터 끝단(16)으로 향하여 차례차례 형성된 주입 홀(12)들이 상기 환수 관 헤더(30)의 순환 유체 출구(34)로부터 끝단(36)으로 향하여 차례차례 형성된 회수 홀(32)에 각각 대응하여 연결되는 리버스 리턴 방식에 의해 연결된 구조이다.In such a case, the heat exchange pipes 50 of the straight structure, the multi-row pass structure or the spiral structure each have the injection hole 12 and the return pipe closest to the circulating fluid inlet 14 of the supply pipe header 10. An injection hole which is connected to the return hole 32 furthest from the circulating fluid outlet 34 of the header 30 and is sequentially formed from the circulating fluid inlet 14 of the supply pipe header 10 toward the end 16 12 are connected in a reverse return manner to be connected to the recovery holes 32 which are sequentially formed from the circulating fluid outlet 34 of the return pipe header 30 toward the end 36.

그리고 상기 열교환 파이프(50)는 상기 공급 관 헤더(10)와 환수 관 헤더(30)에 각각 융착 연결되어 일체로 형성될 수 있고, 다르게는 일반적인 각종 연결방법(미 도시)으로 연결될 수 있음은 물론이다. 또한 상기 열교환 파이프(50)는 전열면적을 높이기 위해 표면에 돌기(미 도시)가 형성되도록 하거나, 다르게는 홈, 또는 핀(fin)을 돌출형성할 수도 있는 구조이다.The heat exchange pipe 50 may be integrally formed by being fused and connected to the supply pipe header 10 and the return pipe header 30, respectively, or may be connected by various general connection methods (not shown). to be. In addition, the heat exchange pipe 50 has a structure in which protrusions (not shown) may be formed on the surface of the heat exchange pipe 50 to increase the heat transfer area, or may protrude grooves or fins.

이와 같은 본 발명에 따른 지중 열교환기(1)는 열 펌프의 열교환기(미도시)를 거쳐 상기 공급 관 헤더(10)의 입구(14)를 통해 유입된 순환 유체가 순환펌프(미 도시)에 의해 열교환 파이프(50)를 순환하도록 하고, 환수 관 헤더(30)의 출구(34)를 통해 회수하여 냉난방에 이용하게 된다.The underground heat exchanger 1 according to the present invention is a circulating fluid introduced through the inlet 14 of the supply pipe header 10 via a heat exchanger (not shown) of the heat pump to the circulation pump (not shown) By circulating the heat exchange pipe 50, it is recovered through the outlet 34 of the return pipe header 30 and used for cooling and heating.

이와 같은 순환 유체의 지중 열교환 과정에서 상기 공급 관 헤더(10)는 열 펌프의 열교환기, 즉 냉방 시스템의 응축기(216) 또는 난방 시스템의 증발기(224)를 거쳐 입구(14)로 유입된 순환 유체를 열교환 파이프(50)에 분배하는 용도로 사용되고, 상기 환수 관 헤더(30)는 순환 유체가 열교환 파이프(50)에 분배되어 하부로 이동하는 동안, 지중 열과 열 교환되어 일정한 온도에 도달한 후, 다시 열 펌프의 열원으로 이용하기 위해 출구(34)를 통해 열 펌프의 열교환기로 송출하는 역할을 담당한다.In the underground heat exchange process of the circulating fluid, the supply pipe header 10 is a circulating fluid introduced into the inlet 14 through a heat exchanger of a heat pump, that is, a condenser 216 of a cooling system or an evaporator 224 of a heating system. Is used to distribute the heat exchange pipe (50), and the return pipe header (30) is heat exchanged with underground heat to reach a constant temperature, while the circulating fluid is distributed to the heat exchange pipe (50) and moved downward, In order to be used as a heat source of the heat pump again, the outlet 34 serves to feed the heat exchanger of the heat pump.

보다 구체적으로, 여름에는 건물로부터 제거해야 할 열을 함유한 순환 유체는 열을 지중으로 방출하기 위해 공급 관 헤더(10)의 입구(14)로 유입되어 열교환 파이프(50)를 통해 지중으로 방출되고, 냉각된 순환 유체는 환수 관 헤더(30)에서 모아진 후, 출구(34)를 통해 열 펌프의 열교환기, 즉 냉방 시스템의 응축기(216) 로 유입된다.More specifically, in summer, the circulating fluid containing heat to be removed from the building is introduced into the inlet 14 of the supply pipe header 10 and discharged to the ground through the heat exchange pipe 50 to release heat to the ground. The cooled circulating fluid is collected at the return tube header 30 and then enters the heat exchanger of the heat pump, ie the condenser 216 of the cooling system, via the outlet 34.

그리고, 겨울에는 지중의 열을 회수하여 건물로 공급하기 위해 온도가 낮은 순환 유체가 공급 관 헤더(10)의 입구(14)로 유입되어 열교환 파이프(50)를 통과하면서 가열되어 환수 관 헤더(30)에서 모아진 후 출구(34)를 통해 열 펌프의 열교환기, 즉 난방 시스템의 증발기(224)로 유입된다.In addition, in winter, a circulating fluid having a low temperature flows into the inlet 14 of the supply pipe header 10 and is heated while passing through the heat exchange pipe 50 to recover underground heat and supply it to the building. ) And enter the heat exchanger of the heat pump, ie evaporator 224 of the heating system, via outlet 34.

도 4 및 도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예의 지중 열교환기(1')(1")를 도시한 것이다. 도 4 및 도 5를 참조하면 상기 공급 관 헤더(10) 및 환수 관 헤더(30)의 평면형상은 순환 유체를 열교환 파이프(50)를 통해 배분 및 회수할 수 있는 기능을 수행할 수 있으면 어떠한 형상으로도 제작될 수 있다. 따라서, 공급 관 헤더(10) 및 환수 관 헤더(30)들은 원형 또는 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등의 다각형상을 포함하는 어떠한 형상으로도 제작될 수 있다.4 and 5 illustrate an underground heat exchanger 1 ′ 1 ″ of yet another embodiment of the invention. Referring to FIGS. 4 and 5 the feed tube header 10 and the return tube header 30 are shown. ) Can be manufactured in any shape as long as it can perform the function of distributing and recovering the circulating fluid through the heat exchange pipe 50. Therefore, the supply pipe header 10 and the return pipe header 30 can be manufactured. ) Can be fabricated in any shape, including circular or triangular, rectangular, pentagonal, hexagonal, or polygonal shapes.

이와 같은 경우에도 상기 열교환 파이프(50)들은 동일한 유량이 흐르도록 길이를 동일하게 하고, 유동저항을 감소시키기 위해 상기 공급 관 헤더(10)의 순환 유체 입구(14)로부터 끝단(16)으로 향하여 차례차례 형성된 주입 홀(12)들이 상기 환수 관 헤더(30)의 순환 유체 출구(34)로부터 끝단(36)으로 향하여 차례차례 형성된 회수 홀(32)에 각각 대응하여 연결되는 리버스 리턴 방식에 의해 상기 공급 관 헤더(10)와 환수 관 헤더(30) 사이에서 결합되는 것이다.Even in this case, the heat exchange pipes 50 have the same length so that the same flow rate flows, and are turned from the circulating fluid inlet 14 of the supply pipe header 10 toward the end 16 in order to reduce the flow resistance. The feed is formed by a reverse return method in which the injection holes 12 formed in turn are respectively connected to the recovery holes 32 formed in turn toward the end 36 from the circulating fluid outlet 34 of the return pipe header 30. It is coupled between the tube header 10 and the return tube header 30.

또한, 본 발명의 지중 열교환기(1)는 공급 관 헤더(10)와 환수 관 헤더(30)의 사이의 열교환 파이프(50)들이 공장에서 융착하여 일체로 형성될 수 있고, 상기 과정을 통해 본 발명의 지중 열교환기(1)는 공장에서 제조되어 현장에 매립 시공될 수 있다.In addition, the underground heat exchanger 1 of the present invention may be integrally formed by fusion of the heat exchange pipes 50 between the supply pipe header 10 and the return pipe header 30 in a factory, The underground heat exchanger 1 of the invention can be manufactured in a factory and buried on site.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 지중 열교환기(1)는 상기 공급 관 헤더(10)로 유입된 순환 유체가 다수의 주입 홀(12)을 통해 다수의 열교환 파이프(50)로 분배된다. 이때, 입구(14)에 가장 가까운 주입 홀(12)을 통해 배분되는 순환 유체의 유입속도가 빠르고, 입구(14)로부터 가장 먼 주입 홀(12)을 통해 배분되는 순환 유체의 유입속도는 느리므로 유량의 분배가 불규칙하게 된다.In the underground heat exchanger 1 according to the present invention configured as described above, the circulating fluid introduced into the supply pipe header 10 is distributed to the plurality of heat exchange pipes 50 through the plurality of injection holes 12. At this time, the inflow velocity of the circulating fluid distributed through the injection hole 12 closest to the inlet 14 is high, and the inflow rate of the circulating fluid distributed through the injection hole 12 furthest from the inlet 14 is slow. The distribution of the flow rate becomes irregular.

또한, 상기 열교환 파이프(50)를 통해 배출된 순환 유체는 환수 관 헤더(30)의 출구(34)를 통해 열 펌프의 열교환기로 송출되는 데, 상기 출구(34)에 가장 가까운 회수 홀(32)을 통해 배출되는 순환 유체의 배출속도가 빠르고, 출구(34)로부터 가장 먼 회수 홀(32)을 통해 배출되는 순환 유체의 배출속도는 느리므로 역시 유량의 분배가 불규칙하게 된다.In addition, the circulating fluid discharged through the heat exchange pipe 50 is sent to the heat exchanger of the heat pump through the outlet 34 of the return pipe header 30, the recovery hole 32 closest to the outlet 34 The discharge speed of the circulating fluid discharged through the fast, and the discharge speed of the circulating fluid discharged through the recovery hole 32 furthest from the outlet 34 is slow, so that the distribution of the flow rate becomes irregular.

따라서, 상기 공급 관 헤더(10)의 입구(14)에 가장 가까운 주입 홀(12)과 상기 환수 관 헤더(30)의 출구(34)로부터 가장 먼 회수 홀(32) 사이에 열교환 파이프(50)가 연결되도록 배치하고, 입구(14)에 그 다음 가까운 주입 홀(12)과 출구(34)로부터 그 다음 먼 회수 홀(32) 사이에 열교환 파이프(50)가 연결되는 방식으로 차례차례 배치하면 유량을 일정하게 분배할 수 있으며, 유동 저항을 감소시 킬 수 있으므로 순환펌프의 동력을 절감할 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.Thus, the heat exchange pipe 50 between the injection hole 12 closest to the inlet 14 of the feed tube header 10 and the recovery hole 32 furthest from the outlet 34 of the return tube header 30. Is arranged so that the heat exchange pipe 50 is connected between the next injection hole 12 next to the inlet 14 and the next recovery hole 32 farther from the outlet 34, Can be distributed regularly and flow resistance can be reduced, resulting in excellent power saving of the circulation pump.

또한 본 발명에 따른 지중 열교환기(1)에 구비된 상기 공급 관 헤더(10) 및 환수 관 헤더(30)는 그라우팅 공정 시, 열교환 파이프(50)의 간격(d)을 유지하는 스페이서 역할을 수행함으로써 별도의 스페이서 설치 공정을 제거할 수 있으므로 공정의 효율성을 높일 수 있다. 따라서 그라우팅 작업시 뒷 채움 방법에 의해 작업의 신뢰성을 높여 그라우팅 작업을 최소화할 수 있으며, 열교환 파이프(50)의 간격(d) 유지를 위한 스페이서 설치 공정을 제거할 수 있으므로 공정의 효율성을 높일 수 있다. 따라서 시공에 따른 제작 단가를 절감할 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.In addition, the supply pipe header 10 and the return pipe header 30 provided in the underground heat exchanger 1 according to the present invention serves as a spacer for maintaining a gap d of the heat exchange pipe 50 during the grouting process. By doing so, a separate spacer installation process can be removed, thereby increasing the efficiency of the process. Therefore, the grouting operation can be minimized by increasing the reliability of the grouting operation by the back filling method, and the efficiency of the process can be improved since the spacer installation process for maintaining the gap d of the heat exchange pipe 50 can be eliminated. . Therefore, an excellent effect of reducing the manufacturing cost according to construction occurs.

이하, 도 7을 참조하여 본 발명에 따른 지중 열교환기의 열교환 방법(100)에 대하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, the heat exchange method 100 of the underground heat exchanger according to the present invention will be described in more detail with reference to FIG. 7.

본 발명에 따른 지중 열교환기의 열교환 방법(100)은 먼저 공급 관 헤더(10)의 다수의 주입 홀(12)을 통하여 순환 유체를 제공하는 단계(110)가 이루어진다.In the heat exchange method 100 of the underground heat exchanger according to the present invention, a step 110 of first providing a circulating fluid through a plurality of injection holes 12 of a supply pipe header 10 is performed.

즉 공급 관 헤더(10)에는 부동액으로 이루어진 순환 유체가 순환 펌프(미 도시)를 통하여 공급되고 유입된다.That is, the circulating fluid consisting of an antifreeze is supplied to and supplied to the supply pipe header 10 through a circulation pump (not shown).

그리고 다음으로 본 발명은 상기 공급 관 헤더(10)의 주입 홀(12)에 각각 연결된 다수의 열교환 파이프(50)들을 통하여 순환 유체를 리버스 리턴 방식으로 흐르도록 하는 단계(120)가 이루어진다. 이와 같은 리버스 리턴 방식은 상기 공급 관 헤더(10)의 입구(14)와 이후에 설명되는 환수 관 헤더(30)의 출구(34)의 위치 조절을 통해 간단하게 구현할 수 있다.Next, in the present invention, a step 120 is performed in which a circulating fluid flows in a reverse return manner through a plurality of heat exchange pipes 50 respectively connected to the injection holes 12 of the supply pipe header 10. Such a reverse return method can be implemented simply by adjusting the position of the inlet 14 of the supply pipe header 10 and the outlet 34 of the return pipe header 30 described later.

즉, 본 발명의 리버스 리턴 방식은 상기 공급 관 헤더(10)의 순환 유체 입구(14)로부터 끝단(16)으로 향하여 차례차례 형성된 주입 홀(12)로부터 상기 환수 관 헤더(30)의 순환 유체 출구(34)로부터 끝단(36)으로 향하여 차례차례 형성된 회수 홀(32)로 순환 유체가 흐르도록 하여 상기 각각의 열교환 파이프(50)를 통한 순환 유체의 유량을 균일화하면서 흐르도록 한다.That is, the reverse return method of the present invention is the circulating fluid outlet of the return tube header 30 from the injection hole 12 formed in turn toward the end 16 from the circulating fluid inlet 14 of the supply tube header 10 Circulating fluid flows from the 34 to the end 36 to the recovery hole 32, which is formed in turn, so that the flow rate of the circulating fluid through the respective heat exchange pipes 50 is equalized.

상기에서 공급 관 헤더(10)는 입구(14)에 가장 가까운 주입 홀(12)을 통해 배분되는 순환 유체의 유입속도가 빠르고, 입구(14)로부터 가장 먼 주입 홀(12)을 통해 배분되는 순환 유체의 유입속도는 느리다. 또한, 상기 열교환 파이프(50)를 통해 배출된 순환 유체는 환수 관 헤더(30)의 출구(34)를 통해 열 펌프의 열교환기로 송출되는 데 상기 출구(34)에 가장 가까운 회수 홀(32)을 통해 배출되는 순환 유체의 배출속도가 빠르고, 출구(34)로부터 가장 먼 회수 홀(32)을 통해 배출되는 순환 유체의 배출속도는 느리다.In the above, the supply pipe header 10 has a rapid inflow rate of the circulating fluid distributed through the injection hole 12 closest to the inlet 14, and is distributed through the injection hole 12 furthest from the inlet 14. The inflow velocity of the fluid is slow. In addition, the circulating fluid discharged through the heat exchange pipe 50 is discharged through the outlet 34 of the return pipe header 30 to the heat exchanger of the heat pump to close the recovery hole 32 closest to the outlet 34. The discharging speed of the circulating fluid discharged through is fast, and the discharging speed of the circulating fluid discharged through the recovery hole 32 furthest from the outlet 34 is slow.

그러므로 상기 공급 관 헤더(10)의 입구(14)에 가장 가까운 주입 홀(12)과 상기 환수 관 헤더(30)의 출구(34)에 가장 가까운 회수 홀(32) 사이에 열교환 파이프(50)가 연결되고, 상기 공급 관 헤더(10)의 입구(14)로부터 가장 먼 주입 홀(12)과 상기 환수 관 헤더(30)의 출구(34)로부터 가장 먼 회수 홀(32) 사이에 열교환 파이프(50)가 연결되도록 배치된다면 열교환 파이프(50)들 사이에서 유량의 분배가 불규칙하게 된다.Therefore, a heat exchange pipe 50 is provided between the injection hole 12 closest to the inlet 14 of the supply pipe header 10 and the recovery hole 32 closest to the outlet 34 of the return pipe header 30. Connected between the heat exchange pipe 50 between the injection hole 12 furthest from the inlet 14 of the feed tube header 10 and the recovery hole 32 furthest from the outlet 34 of the return tube header 30. ) Is arranged to be connected, the distribution of the flow rate between the heat exchange pipes 50 becomes irregular.

따라서, 본 발명의 리버스 리턴 방식은 상기 공급 관 헤더(10)의 입구(14) 에 가장 가까운 주입 홀(12)과 상기 환수 관 헤더(30)의 출구(34)로부터 가장 먼 회수 홀(32) 사이에 열교환 파이프(50)가 연결되도록 배치하고, 상기 입구(14)에 그 다음 가까운 주입 홀(12)과, 출구(34)로부터 그 다음 먼 회수 홀(32) 사이에 열교환 파이프(50)가 연결되는 방식으로 차례차례 배치하고 있다.Accordingly, the reverse return method of the present invention is the injection hole 12 closest to the inlet 14 of the supply pipe header 10 and the recovery hole 32 furthest from the outlet 34 of the return pipe header 30. The heat exchange pipe 50 is arranged in between, and the heat exchange pipe 50 is connected between the injection hole 12 next to the inlet 14 and the recovery hole 32 farther from the outlet 34. They are placed in sequence in a connected manner.

이와 같은 본 발명의 리버스 리턴 방식의 배치구조를 통하면 각각의 열교환 파이프(50)들의 유량을 일정하게 분배할 수 있으며, 유동 저항을 감소시킬 수 있으므로 순환펌프의 동력을 절감할 수 있다.Through the reverse return arrangement of the present invention, the flow rate of each heat exchange pipe 50 can be uniformly distributed, and the flow resistance can be reduced, thereby reducing the power of the circulation pump.

다음으로 본 발명은 상기 열교환 파이프(50)들에 각각 연결된 회수 홀(32)들이 형성된 환수 관 헤더(30)를 통하여 순환 유체를 회수하는 단계(130)를 포함하여 순환 유체의 지중 열교환을 이루고, 열교환을 이룬 순환 유체를 냉난방 시스템에 사용하는 것이다. 이와 같은 과정에서 본 발명은 리버스 리턴 방식에 의해 각각의 열교환 파이프(50)를 통과하는 순환 유체의 유량을 일정하게 유지함으로써 유동저항을 줄여 순환펌프의 동력소모를 줄일 수 있는 것이다.Next, the present invention includes the step 130 of recovering the circulating fluid through the return pipe header 30 formed with the recovery holes 32 connected to the heat exchange pipes 50, respectively, to achieve underground heat exchange of the circulating fluid, The heat exchanged circulating fluid is used in a cooling and heating system. In this process, the present invention can maintain the flow rate of the circulating fluid passing through each heat exchange pipe 50 by the reverse return method to reduce the flow resistance to reduce the power consumption of the circulation pump.

본 발명은 상기에서 도면을 참조하여 특정 실시 예에 관련하여 상세히 설명하였지만 본 발명은 이와 같은 특정 구조에 한정되는 것은 아니다. 당 업계의 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술 사상 및 권리범위를 벗어나지 않고서도 본 발명의 실시 예를 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있을 것이다. 그렇지만 그와 같은 단순한 실시 예의 수정 또는 설계변형 구조들은 모두 명백하게 본 발명의 권리범위 내에 속하게 됨을 미리 밝혀 두고자 한다.Although the present invention has been described in detail with reference to the accompanying drawings, the present invention is not limited to such a specific structure. Those skilled in the art will be able to variously modify or change the embodiments of the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below. Nevertheless, it will be apparent that all such modifications or design modifications to such simple embodiments will clearly fall within the scope of the present invention.

도 1은 일반적인 지중 열 냉난방 시스템을 도시한 구성도로서,1 is a block diagram showing a general underground thermal air conditioning system,

a)도는 냉방 싸이클의 동작 설명도, b)도는 난방 싸이클의 동작 설명도; a) is an operation explanatory drawing of a cooling cycle, b) is an operation explanatory drawing of a heating cycle;

도 2는 종래의 기술에 따른 수직형 지중 열교환기를 도시한 설명도;2 is an explanatory view showing a vertical underground heat exchanger according to the prior art;

도 3은 본 발명에 따른 지중 열교환기를 도시한 도면으로서,3 is a view showing an underground heat exchanger according to the present invention,

a)도는 외관 사시도, b)도는 평면 및 측면 구조를 상세히 도시한 설명도;Explanatory drawing showing a) figure external perspective view, b) figure plane and side structure in detail;

도 4는 본 발명에 따른 지중 열교환기의 변형 구조를 도시한 도면으로서, 공급 관 헤더 및 환수 관 헤더가 사각형의 구조로 이루어진 구성도;4 is a view showing a modified structure of the underground heat exchanger according to the present invention, wherein the supply pipe header and the return pipe header has a rectangular structure;

도 5는 본 발명에 따른 지중 열교환기의 또 다른 변형 구조를 도시한 도면으로서, 공급 관 헤더 및 환수 관 헤더가 삼각형의 구조로 이루어진 구성도;5 is a view showing another modified structure of the underground heat exchanger according to the present invention, wherein the supply pipe header and the return pipe header have a triangular structure;

도 6은 본 발명에 따른 지중 열교환기의 또 다른 변형 구조를 도시한 도면으로서, 열교환 파이프가 다수 열의 패스로 이루어진 구성도;6 is a view showing another modified structure of the underground heat exchanger according to the present invention, wherein the heat exchange pipe is composed of a plurality of rows of passes;

도 7은 본 발명에 따른 지중 열교환기의 열 교환 방법을 단계적으로 도시한 공정 순서도이다.7 is a process flow chart showing step by step the heat exchange method of the underground heat exchanger according to the present invention.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >Description of the Related Art

1,1',1".... 본 발명에 따른 지중 열교환기1,1 ', 1 ".... Underground heat exchanger according to the present invention

10..... 공급 관 헤더 12..... 주입 홀10 ..... Supply tube header 12 ..... Injection hole

14..... 순환 유체 입구 16..... 공급 관 헤더의 끝단14 ..... Circulating fluid inlet 16 ..... End of supply line header

30..... 환수 관 헤더 32..... 회수 홀30 ..... Return tube header 32 ..... Recovery hole

34..... 순환 유체 출구 36..... 환수 관 헤더의 끝단34 ..... Circulating fluid outlet 36 ..... End of return tube header

50..... 열교환 파이프 50 ..... heat exchanger pipe

100.... 본 발명에 따른 지중 열교환기의 열교환 방법100 .... Heat exchange method of underground heat exchanger according to the present invention

110.... 공급 관 헤더의 다수의 주입 홀을 통하여 순환 유체를 제공하는 단계110 .... providing circulating fluid through a plurality of injection holes in the feed tube header

120.... 열교환 파이프들을 통하여 순환 유체를 리버스 리턴 방식으로 흐르도록 하는 단계120 .... Reverse flow of circulating fluid through heat exchange pipes

130.... 환수 관 헤더를 통하여 순환 유체를 회수하는 단계130 .... recovering circulating fluid through the return tube header

200..... 지중 열 냉난방 시스템 210a.... 냉방사이클200 ..... Underground thermal air conditioning system 210a .... cooling cycle

210b... 난방 싸이클 212.... 압축기210b ... heating cycle 212 ... compressor

214.... 4방 밸브 216.... 응축기214 .... Four-way valve 216 .... Condenser

220..... 부동액 222.... 팽창밸브220 ..... Antifreeze 222 .... Expansion valve

224..... 증발기 230..... 지중 열교환기224 ..... evaporator 230 ..... underground heat exchanger

232..... 공급 관 234..... 환수 관232 ..... Supply pipe 234 ..... Return pipe

236..... U-밴드 238..... 트레미 파이프236 ..... U-Band 238 ..... Tremi Pipe

Claims (10)

지중(地中) 열을 이용한 냉난방 시스템에 이용되는 지중 열교환기에 있어서, In the underground heat exchanger used in the air conditioning system using underground heat, 끝단(16)이 막힌 링형태의 관으로써 순환 유체를 공급하는 다수의 지중 열교환기 입구가 연결된 공급 관 헤더(10); A feed tube header (10) connected to a plurality of underground heat exchanger inlets for supplying circulating fluid as a ring-shaped tube with a closed end (16); 끝단(36)이 막힌 링형태의 관으로써 상기 공급 관 헤더의 하부에 형성되어 다수의 지중 열교환기 출구가 연결되어 순환유체가 회수되는 환수 관 헤더(30);와 A return pipe header 30 formed at a lower end of the supply pipe header and connected to a plurality of underground heat exchanger outlets to recover the circulating fluid, as the end 36 is a ring-shaped pipe; 상기 공급 관 헤더와 환수 관 헤더 사이에 일정한 간격으로 배열되는 다수의 열교환 파이프(50);를 포함하여 상기 각각의 열교환 파이프를 통과하는 순환 유체의 유량을 균일화하면서 지중 열과의 열교환을 이루도록 구성되며,And a plurality of heat exchange pipes 50 arranged at regular intervals between the supply pipe header and the return pipe header, so as to achieve heat exchange with the ground heat while equalizing the flow rate of the circulating fluid passing through each of the heat exchange pipes, 상기 다수의 열교환 파이프(50)는 상기 공급 관 헤더(10)의 순환 유체 입구에서 가장 가까운 주입 홀(12)과 상기 환수 관 헤더의 순환 유체 출구에서 가장 먼 회수 홀(32)에 연결되며, 상기 공급 관 헤더(10)의 순환 유체 입구로부터 끝단으로 향하여 차례차례 형성된 주입 홀들이 상기 환수 관 헤더의 순환 유체 출구로부터 끝단으로 향하여 차례차례 형성된 회수 홀에 대응하여 연결되며, 상기 공급 관 헤더(10)의 순환 유체 입구에서 가장 먼 주입 홀과 상기 환수 관 헤더(30)의 순환 유체 출구에서 가장 가까운 회수 홀이 연결되는 리버스 리턴 방식에 의해 연결된 것을 특징으로 하는 지중 열교환기.The plurality of heat exchange pipes 50 are connected to an injection hole 12 closest to the circulating fluid inlet of the supply pipe header 10 and a recovery hole 32 farthest from the circulating fluid outlet of the return pipe header. Injection holes sequentially formed toward the end from the circulating fluid inlet of the supply pipe header 10 are connected correspondingly to the recovery holes formed sequentially from the circulating fluid outlet of the return pipe header toward the end, and the supply pipe header 10 Underground heat exchanger, characterized in that connected by the reverse return method is connected to the injection hole furthest from the circulating fluid inlet and the recovery hole closest to the circulating fluid outlet of the return tube header (30). 제1항에 있어서, 상기 다수의 열교환 파이프는 직선형 단일관으로 상기 공급 관 헤더와 환수 관 헤더에 연결되는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기.The underground heat exchanger of claim 1, wherein the plurality of heat exchange pipes are connected to the supply pipe header and the return pipe header in a straight single tube. 제1항에 있어서, 상기 다수의 열교환 파이프는 열교환에 필요한 소요길이를 확보하기 위해 공급 및 환수 헤더 사이를 왕복하는 다수의 패스를 거쳐 상기 공급 관 헤더와 환수 관 헤더에 연결되는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기.The ground according to claim 1, wherein the plurality of heat exchange pipes are connected to the supply pipe header and the return pipe header through a plurality of passes reciprocating between the supply and return headers to secure the required lengths for heat exchange. heat transmitter. 제1항에 있어서, 상기 다수의 열교환 파이프는 나선형으로 상기 공급 관 헤 더와 환수 관 헤더에 연결되는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기.The underground heat exchanger of claim 1 wherein said plurality of heat exchange pipes are helically connected to said feed tube header and return tube header. 제2항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 다수의 열교환 파이프는 각각 동일 길이를 갖는 것임을 특징으로 하는 지중 열교환기.The underground heat exchanger according to any one of claims 2 to 4, wherein the plurality of heat exchange pipes each have the same length. 삭제delete 제1항에 있어서, 상기 열교환 파이프는 그 상 하단부가 상기 공급 관 헤더와 환수 관 헤더에 융착 연결되어 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 지중 열교환기.The underground heat exchanger of claim 1, wherein the heat exchange pipe is integrally formed by fusion-connecting an upper end thereof with the supply pipe header and the return pipe header. 제1항에 있어서, 상기 열교환 파이프는 전열면적을 높이기 위해 표면에 돌기, 홈 및 핀(fin) 중의 어느 하나가 형성된 것을 특징으로 하는 지중 열교환기.The underground heat exchanger of claim 1, wherein the heat exchange pipe has any one of protrusions, grooves, and fins formed on a surface thereof to increase a heat transfer area. 삭제delete 삭제delete
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