KR101041222B1 - 친환경 고효율 지열히트펌프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 친환경 고효율 지열히트펌프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지중에 매설된 열교환파이프에 의하여 지열수를 순환시키는 지중열교환펌프; 상기 지중열교환펌프의 열교환파이프와 연결된 지열측 열교환기와, 팽창변과, 냉온수측 열교환기와, 사방변과, 압축기를 포함하는 열교환펌프; 및 상기 열교환펌프의 냉온수측 열교환기와 열 교환을 통하여 냉온수를 순환 공급하기 위한 냉온수순환펌프;를 포함하여 이루어지고, 특히 상기 냉온수회수관에서 인출된 냉온수인출관과 상기 지열수인입관을 연결하여 냉온수와 지열수간의 열 교환을 통하여 지열수를 예열 또는 예빙시키거나, 또는 상기 지열수인입관에 히팅케이블이 장착되어 지열수를 예열시키는 것을 특징으로 한다.
따라서 본 발명은 냉온수순환펌프에서 냉온수의 회수라인을 인출하고, 인출된 회수라인을 지열수인입관과 연결하여 인입되는 지열수와 냉온수간의 열 교환을 유도하거나, 또는 지열수인입관에 히팅케이블을 장착하여 지열수를 예열 또는 예빙시켜 열교환펌프로 공급함으로써 지열수의 부족한 냉각 및 가열 능력을 보완하여 시스템 효율을 상승시키고, 아울러 열원측의 온도 차이를 줄여 압축기에 걸리는 부하를 최소화하여 줌으로써 전체 시스템의 안정화에 도모할 수 있는 친환경 고효율 지열히트펌프를 제안하고자 한다.

Description

친환경 고효율 지열히트펌프{GEOTHERMAL HEAT PUMP OF FRIENDLY ENVIRONMENT AND HIGH EFFICIENCY}

본 발명은 지중열교환펌프의 용량부족, 장기간 계속되는 과다한 운전 등으로 인하여 지열히트펌프의 성능 및 효율이 저하되는 문제를 해결하기 위한 것으로, 냉온수순환펌프에서 냉온수의 회수라인을 인출하고, 인출된 회수라인을 지열수인입관과 연결하여 인입되는 지열수와 냉온수간의 열 교환을 유도하거나, 또는 지열수인입관에 히팅케이블을 장착하여 지열수를 예열 또는 예빙시켜 열교환펌프로 공급함으로써 지열수의 부족한 냉각 및 가열 능력을 보완하여 시스템 효율을 상승시키고, 아울러 각 열원측의 온도 차이를 줄여 압축기에 걸리는 부하를 최소화하여 줌으로써 전체 시스템의 안정화를 도모하는 것을 특징으로 한다.

일반적으로 지열히트펌프는 열교환파이프를 순환하는 지열수가 열교환펌프와 열 교환을 통하여 열원을 공급하고,

상기 열교환펌프가 냉온수순환펌프와 열 교환을 통하여 냉온수를 순환시킴으로써 주택이나 사무실의 냉난방 가동 또는 급탕 가동을 가능하게 한다.

그러나 종래의 지열히트펌프는 용량부족, 장기간 계속되는 과다한 운전 등으로 인하여 성능이나 효율이 저하되는 문제가 발생하게 된다.

이는 지열히트펌프가 난방 시에는 열원측(지열원)의 낮은 온도의 지열수로부터 열을 흡수하여 열교환펌프의 냉매 순환과 압축기 작용에 의하여 비교적 높은 온도로 회수되는 냉온수 측으로 열을 공급하여 난방을 하고,

냉방 시에는 비교적 낮은 온도로 회수되는 냉온수측으로부터 열을 흡수하여 열교환펌프의 냉매 순환과 압축기 작용에 의하여 냉온수측의 물의 온도 보다 높은 지열수로 열을 공급하여 냉방을 하기 때문이다.

즉 종래의 지열히트펌프는 낮은 온도 물에서 열을 흡수하여 높은 온도의 물로 열을 공급하는 작용상의 특성에 의하여 각 열원측의 온도차가 클수록 시스템 효율이 저하되고,

또한 압축기의 부하가 증가하여 압축기의 수명을 단축시키는 문제가 있다.

더 나아가 종래의 지열히트펌프에서 각 열원측의 온도차를 커지게 하는 요인으로는 계절적인 요인에 의하여 시스템을 장시간 지속적으로 가동하는 경우에는 지열측의 변동,

즉 여름철에는 지중온도가 상승하거나, 겨울철에는 지중온도가 하강하여 각 열원측의 온도차가 커져 냉각 또는 가열능력 저하와 압축기의 부하를 증가시키는 문제 또한 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

냉온수순환펌프에서 냉온수의 회수라인을 인출하고, 인출된 회수라인을 지열수인입관과 연결하여 인입되는 지열수와 냉온수간의 열 교환을 유도하거나, 또는 지열수인입관에 히팅케이블을 장착하여 지열수를 예열 또는 예빙시켜 열교환펌프로 공급함으로써

지열수의 부족한 냉각 및 가열 능력을 보완하여 시스템 효율을 상승시키고, 아울러 각 열원측의 온도 차이를 줄여 압축기에 걸리는 부하를 최소화하여 줌으로써 전체 시스템의 안정화를 도모하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 친환경 고효율 지열히트펌프는 지중에 매설된 열교환파이프에 의하여 지열수를 순환시키는 지중열교환펌프; 상기 지중열교환펌프의 열교환파이프와 연결된 지열측 열교환기와, 상기 지열측 열교환기와 연결되는 팽창변과, 상기 팽창변과 연결되는 냉온수측 열교환기와, 상기 지열측 열교환기와 냉온수측 열교환기와 연결되는 사방변과, 상기 사방변과 연결되는 압축기를 포함하는 열교환펌프; 및 상기 열교환펌프의 냉온수측 열교환기와 열 교환을 통하여 냉온수를 순환 공급하기 위한 냉온수순환펌프;를 포함하여 이루어진다.

아울러 본 발명에 따른 상기 열교환파이프는 상기 지열측 열교환기와 지열수인입관과 지열수인출관에 의하여 연결되고,

상기 냉온수순환펌프는 상기 냉온수측 열교환기와 냉온수회수관과 냉온수공급관에 의하여 연결되며,

상기 지열수인입관 및 인출관, 또는 상기 냉온수회수관 및 공급관, 또는 이들 모두에는 온도측정수단이 내장되는 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은 상기 지열수인입관 및 인출관, 또는 상기 냉온수회수관 및 공급관, 또는 상기 열교환펌프의 냉매 순환관, 또는 이들 모두는

유체 유동을 위한 내관과, 상기 내관을 감싸는 에어로플렉스관를 포함하는 이중관구조로 구성되며,

상기 에어로플렉스관을 감싸 상기 내관과의 밀착성을 보장하기 위한 보호커버가 더 구비되고,

상기 보호커버에는 상기 에어로플렉스관에 압력을 가하기 위한 가압수단이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

특히 본 발명에 따른 상기 냉온수회수관에서 인출된 냉온수인출관과 상기 지열수인입관을 연결하여 냉온수와 지열수간의 열 교환을 통하여 지열수를 예열 또는 예빙시키거나,

또는 상기 지열수인입관에 히팅케이블이 장착되어 지열수를 예열시키는 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명에 따른 상기 가압수단은 상기 보호부재의 양측단부를 절곡하여 마주하도록 형성된 제1 및 제2 결합부와, 상기 제1 결합부에 힌지 결합된 지지부재와, 상기 제2 결합부에 형성되고, 상기 지지부재가 삽입되는 장착홈과, 상기 지지부재의 단부에 연결된 고정판과, 상기 지지부재를 따라 이동 가능하도록 구비되고, 상기 제2 결합부의 외측 방향으로 배열된 가동판과, 상기 고정판과 상기 가동판 사이에 배열된 탄성부재를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

더 나아가 본 발명에 따른 상기 지열수인입관 및 인출관, 또는 상기 냉온수회수관 및 공급관, 또는 이들 모두에는 설치공이 형성되고,

상기 온도측정수단은 상기 설치공의 주변에 연결된 케이싱과, 상기 케이싱에 삽입 고정되고, 상기 설치공을 관통하여 상기 각 관 내부에 내장되는 온도센서를 포함하여 이루어지며,

상기 케이싱은 상기 설치공의 주변에 연결되고, 중공부를 갖는 제1 케이스와,

상기 제1 케이스의 중공부에 삽입되고, 상기 온도센서가 삽입 고정되는 제2 케이스와, 상기 각 케이스에는 상호간에 결합 및 분리를 가능하게 하는 결합수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

아울러 본 발명에 따른 상기 결합수단은 상기 제1 케이스의 내측면과 상기 제2 케이스의 외측면에 형성되고, 상호 대응하는 나선부와 비나선부를 포함하며,

상기 각 케이스의 나선부가 서로 맞물리면 상기 제1 케이스에 상기 제2 케이스가 결합 고정되고,

상기 각 케이스의 나선부에 비나선부가 위치하게 되면 상기 제1 케이스로부터 상기 제2 케이스의 분리가 가능한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 친환경 고효율 지열히트펌프는 냉온수순환펌프에서 냉온수의 회수라인을 인출하고, 인출된 회수라인을 지열수인입관과 연결하여 인입되는 지열수와 냉온수간의 열 교환을 유도하거나, 또는 지열수인입관에 히팅케이블을 장착하여 지열수를 예열 또는 예빙시켜 열교환펌프로 공급함으로써

지열수의 부족한 냉각 및 가열 능력을 보완하여 시스템 효율을 20 ~ 30% 정도 향상시키고, 아울러 각 열원측의 온도 차이를 줄여 압축기에 걸리는 부하를 최소화하여 줌으로써 전체 시스템의 안정화를 도모할 수 있게 된다.

아울러 본 발명은 각 배관이 이중관구조, 즉 내관과 보온재인 에어로플렉스관으로 구성되어 보온단열효율을 향상시켜 배관의 열손실을 방지하고, 결로방지 성능 또한 향상시킬 수 있게 된다.

또한 본 발명은 배관의 보온단열효율을 극대화시키기 위해 보호커버가 가압수단에 의하여 에어로플렉스관을 가압하여 내관과 에어로플렉스관과의 밀착을 견고히 하고,

아울러 가압수단의 구조가 간단하고, 또한 가압수단에 의한 보호커버의 압박과 압박의 해제동작이 간편하고 용이하여 배관의 보온단열시공 시간을 단축시킬 수 있게 된다.

더 나아가 본 발명은 지열수 및 냉온수의 인출입 지점의 배관 내부에 온도측정수단을 설치하여 각 배관 내의 실제 유체 온도를 정확하게 측정할 수 있어 가동 중인 시스템의 이상 상태유무를 오류 없이 감시 및 판단하는 것이 가능하고, 또한 이를 통하여 정확한 시스템의 관리 및 제어가 가능하여 시스템을 효율적으로 운용할 수 있게 된다.

또한 본 발명은 온도측정수단의 케이싱이 제1 및 제2 케이스로 구성된 이중구조로 이루지고, 제1 케이스로부터 제2 케이스의 인출입이 가능하게 하는 결합수단이 구비되어 배관 내에 내장된 온도센서의 교체나, 청소와 같은 유지관리 작업이 쉽고 용이해진다.

도 1은 본 발명에 따른 친환경 고효율 지열히트펌프를 나타내는 개념도,
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 지열히트펌프에서 온도측정수단을 나타내는 단면도 및 작동도,
도 4 및 도 5는 본 발명에 따른 지열히트펌프에서 각 배관의 이중관구조를 나타내는 사시도 및 작동도.

본 발명에 따른 친환경 고효율 지열히트펌프를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 친환경 고효율 지열히트펌프는

지중에 매설된 열교환파이프(11)에 의하여 지열수를 순환시키는 지중열교환펌프(10); 상기 지중열교환펌프(10)의 열교환파이프(11)와 연결된 지열측 열교환기(21)와, 상기 지열측 열교환기(21)와 연결되는 팽창변(23)과, 상기 팽창변(23)과 연결되는 냉온수측 열교환기(25)와, 상기 지열측 열교환기(21)와 냉온수측 열교환기(25)와 연결되는 사방변(27)과, 상기 사방변(27)과 연결되는 압축기(29)를 포함하는 열교환펌프(20); 및 상기 열교환펌프(20)의 냉온수측 열교환기(25)와 열 교환을 통하여 냉온수를 순환 공급하기 위한 냉온수순환펌프(30);를 포함하여 이루어진다.

이하에서는 지열수, 냉매 및 냉온수의 순환을 위한 지열수인입관 및 인출관과, 냉매 순환관과, 냉온수회수관 및 공급관들은 총칭하여 '배관'이라 명칭하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 친환경 고효율 지열히트펌프에서, 상기 지중열교환펌프(10)는

지중에 매설되는 열교환파이프(11)가 지열수를 열교환펌프(20)의 지열측 열교환기(21)로 인입시키고, 인입된 지열수가 열 교환 후 인출되어 순환시키게 된다.

상기 지중열교환펌프(10)에서 상기 열교환파이프(11)는 지중에 매설되는 'U'관(11a)과,

상기 'U'관(11a)의 일단부와 연결되어 지열측 열교환기(21)로 지열수를 인입시키는 지열수인입관(GI)과,

상기 'U'관(11a)의 타단부와 연결되어 인입된 지열수가 상기 지열측 열교환기(21)와 열 교환 후, 지열수를 인출시켜 'U'관(11a)으로 순환시키기 위한 지열수인출관(GO)을 포함하여 이루어진다.

따라서 상기 열교환파이프(11)는 'U'관(11a), 지열수인입관(GI) 및 지열수인출관(GO)이 상호 연결되어 지열수를 순환시킴으로써 상기 열교환펌프(20)의 지열측 열교환기(21)와 열 교환을 하게 된다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 친환경 고효율 지열히트펌프에서, 상기 열교환펌프(20)는

상기 지중열교환펌프(10)에 의하여 순환 공급되는 지열수와, 냉온수순환펌프(30)의 순환수와의 열 교환을 통하여 냉난방 운전을 가능하게 하는 역할을 한다.

상기 열교환펌프(20)는 상기 지열수인입관(GI)과, 지열수인출관(GO)과 연결되어 지열수가 순환하는 지열측 열교환기(21)와, 상기 지열측 열교환기(21)와 연결되는 팽창변(23)과, 상기 팽창변(23)과 연결되는 냉온수측 열교환기(25)와, 상기 지열측 열교환기(21)와 냉온수측 열교환기(25)와 연결되는 사방변(27)과, 상기 사방변(27)과 연결되는 압축기(29)를 포함하여 이루어지고,

아울러 상기 열교환펌프(20)는 냉매의 순환을 위한 냉매관에 의하여 상호 연결된다.

그리고 상기 열교환펌프(20)는 주지의 열교환펌프와 동일한 방식으로 작동되는 것으로 이하에서는 이에 대한 설명을 생략하기로 한다.

아울러 상기 냉온수측 열교환기(25)는 냉온수 순환 배관(P)에 의하여 냉온수순환펌프(30)와 연결되는데,

상기 배관(P)은 상기 냉온수순환펌프(30)에서 냉온수측 열교환기(25) 쪽으로 순환수가 회수되는 냉온수회수관(WI)과,

상기 냉온수회순관(WI)을 통하여 회수된 순환수가 열 교환을 통하여 냉온수측 열교환기(25)에서 냉온수순환펌프(30) 쪽으로 냉온수를 공급하기 위한 냉온수공급관(WO)으로 구성된다.

따라서 상기 냉온수회수관(WI)으로 회수된 순환수가 상기 냉온수측 열교환기(25)와의 열 교환을 통하여 가열 또는 냉각되어 상기 냉온수공급관(WO)에 의하여 상기 냉온수순환펌프(30)로 공급된다.

그리고 상기 열교환펌프(30)에 사용된 순환 냉매로는 친환경 냉매인 R-410A 혼합냉매를 사용하는 것이 바람직하나,

이 외에도 R-22A와 같은 다양한 냉매를 사용하는 것 또한 가능하다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 친환경 고효율 지열히트펌프에서, 상기 냉온수순환펌프(30)는

상기 열교환펌프(20)의 냉온수측 열교환기(25)와 연결되어 열 교환을 통하여 열원인 냉온수를 순환 공급함으로써 주택이나 사무실 등에서 냉난방이 이루어지도록 하는 역할을 하게 된다.

상기 냉온수순환펌프(30)는 주택이나 사무실 등에 구비된 팬코일유닛(미도시)이나, 또는 바닥 난방코일(미도시)에 냉온수를 공급하여 난방 및 냉방을 이루어지도록 하고,

아울러 주택이나 사무실에 급탕시스템이 갖추어진 경우에는 급탕시스템(미도시)에 온수를 공급함으로써 온수가 필요한 경우 수시로 온수를 사용할 수 있어 편리성을 보장할 수 있게 된다.

즉 본 발명에 따른 지열히트펌프는 열교환파이프(11)를 순환하는 지열수가 열교환펌프(20)와 열 교환을 통하여 열원을 공급하고,

상기 열교환펌프(20)가 냉온수순환펌프(30)와 열 교환을 통하여 냉온수를 순환시킴으로써 주택이나 사무실의 냉난방 가동 또는 급탕 가동을 가능하게 한다.

다만 본 발명에 따른 지열히트펌프는 용량부족, 장기간 계속되는 과다한 운전 등으로 인하여 성능이나 효율이 저하되는 문제가 발생하게 된다.

일반적으로 지열히트펌프가 난방 시에는 열원측(지열원)의 낮은 온도의 지열수로부터 열을 흡수하여 열교환펌프의 냉매 순환과 압축기 작용에 의하여 비교적 높은 온도로 회수되는 냉온수 측으로 열을 공급하여 난방을 하고,

냉방 시에는 비교적 낮은 온도로 회수되는 냉온수측으로부터 열을 흡수하여 열교환펌프의 냉매 순환과 압축기 작용에 의하여 냉온수측의 물의 온도 보다 높은 지열수로 열을 공급하여 냉방을 하게 된다.

즉 지열히트펌프는 낮은 온도 물에서 열을 흡수하여 높은 온도의 물로 열을 공급하는 작용상의 특성에 의하여 각 열원측의 온도차가 클수록 시스템 효율이 저하되고,

또한 압축기의 부하가 증가하여 압축기의 수명을 단축시키는 문제가 있다.

아울러 각 열원측의 온도차가 커지는 요인으로는 계절적인 요인에 의하여 시스템을 장시간 지속적으로 가동하는 경우에는 지열측의 변동,

즉 여름철에 지중온도가 상승하거나, 겨울철에 지중온도가 하강하는 경우 각 열원측의 온도차는 커져 가열 또는 냉각능력 저하와, 압축기 부하가 증가되는 요인으로 작용하기도 한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제들을 해결하기 위해 상기 냉온수회수관(WI)에서 인출된 냉온수인출관(WR)과 상기 지열수인입관(GI)을 연결하여 냉온수와 지열수간의 열 교환을 통하여 지열수를 예열 또는 예빙시키거나,

또는 상기 지열수인입관(GI)에 히팅케이블(HC)이 장착되어 지열수를 예열시킴으로써 각 열원측의 온도 차이를 줄여 지열히트펌프의 성능, 능률을 향상시키고,

부하측, 즉 압축기의 부하를 감소시켜 시스템의 안정화를 도모할 수 있게 된다.

우선 상기 냉온수인출관(WR)을 도입하는 경우에는 상대적으로 높은 온도로 회수되는 냉온수를 냉온수인출관(WR)에 의하여 지열수인입관(GI)으로 인출하여 냉온수에 의하여 지열수를 예열 또는 예빙시킴으로서 인입되는 지열수의 온도를 높이거나 낮추어 각 열원측의 온도 차이를 줄일 수 있게 된다.

이 경우 도 1의 (A)에 도시된 바와 같이 상기 냉온수인출관(WR)은 상기 냉온수회수관(WI)에서 인출하여 상기 지열수인입관(GI)의 외측면에 접촉되도록 일정 영역의 범위를 감은 후,

상기 냉온수회수관(WI)과 다시 연결하는 순환관 형태로 구비되어 인출된 냉온수가 지열수와 열 교환하고, 순환하여 다시 인입될 수 있도록 구성된다.

다음으로 상기 히팅케이블(HC)을 도입하는 경우에는 상기 지열수인입관(GI)에 장착하여, 특히 겨울철에 지열수인입관을 통하여 인입되는 지열수를 가열하여 온도를 높여줌으로써 냉온수회수관(WI)을 통하여 회수되는 냉온수측과의 온도와의 차이를 줄일 수 있게 된다.

이 경우 도 1의 (B) 및 (C)에 도시된 바와 같이 상기 히팅케이블(HC)는 상기 지열수인입관(GI)의 외측을 일정 영역의 범위로 감아 형성되는 외장형이나,

또는 상기 히팅케이블(HC)가 상기 지열수인입관(GI) 내부에 삽입되는 내장형으로 설치되는 것이 가능하고,

또한 상기 히팅케이블(HC)는 전원공급부(E)와 연결되어 공급되는 전기에너지를 열에너지로 변환하여 지열수를 예열시킬 수 있게 된다.

따라서 상기 냉온수인출관(WR)이 도입된 경우나, 또는 상기 히팅케이블(HC)이 도입된 경우 모두 각 열원측의 온도 차이를 줄여줌으로써 지열히트펌프의 성능 및 효율을 극대화시키고,

아울러 부하측의 압축기의 부하를 줄여줌으로써 전체 시스템의 안정성을 개선하여 종래의 문제점들을 일거에 해결할 수 있게 된다.

더 나아가 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 상기 지열수인입관(GI) 및 인출관(GO), 또는 상기 냉온수회수관(WI) 및 공급관(WO), 또는 이들 모두에는 온도측정수단(40)이 내장되는데,

상기 온도측정수단(40)은 각 열원의 온도를 감지하고, 각 열원간의 온도 차이를 측정하여 기대치 이상의 온도 차이가 발생하는 경우 상기 냉온수인출관을 개방하거나, 또는 히팅케이블을 작동시켜 인입되는 지열수를 예열(또는 예빙)시킴으로써 각 열원측간의 온도 차이를 줄일 수 있도록 예지하는 역할을 하게 된다.

우선 상기 지열수인입관(GI) 및 인출관(GO), 또는 상기 냉온수회수관(WI) 및 공급관(WO), 또는 이들 모두에는 설치공(1)이 형성되고,

상기 온도측정수단(40)은 상기 설치공(1) 주변에 연결된 케이싱(41)과,

상기 케이싱(41)에 삽입 고정되고, 상기 설치공(1)을 관통하여 상기 각 배관(P) 내부에 내장되는 온도센서(43)가 구비되어 시스템 가동 중에 각 배관(P) 내부를 순환하는 지열수와 냉온수의 실제 온도를 정확하게 측정하는 것이 가능하게 된다.

또한 상기 온도측정수단(40)은 지열히트펌프의 지열측과 냉온수측의 각 열원에 의하여 열교환펌프(20)의 열전달 방식에 의하여 냉난방을 하게 되는데,

지열측 열교환기(21)로 인입되는 지열수의 온도와 냉온수측 열교환기(25)로 회수되는 냉온수의 온도차가 큰 경우 압축기(29)의 부하변동이 심해지고,

고온고압의 냉매가스의 온도변화도 크게 되어 지열히트펌프의 고장이나 운행 중지가 자주 발생할 뿐만 아니라, 압축기의 수명 또한 짧아지게 하는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 종래에는 지열수 및 냉온수의 온도를 측정하기 위해 온도센서를 배관 표면에 설치하여 시스템의 운전조건 및 경보조건을 설정하고 있으나,

상기 종래의 방식은 배관의 표면온도와 배관 내의 유체의 실제온도와 차이가 커 근본적인 원인 해결이 어렵기 때문에

본 발명은 보다 직접으로 배관 내의 유체온도를 측정하기 위해 상기 온도측정수단을 도입하여 상기한 바와 같은 문제를 근본적으로 해결하고자 한다.

즉 상기 온도측정수단(40)의 케이싱(41)은 상기 각 배관(P)에서 유체의 공급과 환수되는 지점에 형성된 설치공(1) 내부에 내장되는 온도센서(43)를 고정 지지하는 역할과 동시에,

상기 온도센서(43)를 각 배관(P) 밖으로 인출 가능하게 하여 온도센서(43)의 교체나 유지보수를 위한 작업을 가능하게 한다.

이를 위한 상기 케이싱(41)은 상기 각 설치공(1) 주변에 연결되고, 중공부(41a)를 갖는 제1 케이스(41A)와,

상기 제1 케이스(41A)의 중공부(41a)에 삽입되고, 상기 온도센서(43)가 삽입 고정되는 제2 케이스(41B)로 구성된 이중관구조로 이루어지며,

상기 각 케이스(41A)(41B)에는 결합수단(JM)이 구비되어 케이스 상호간에 결합 및 분리를 가능하게 한다.

즉 상기 결합수단(JM)은 상기 제1 케이스(41A)의 내측면과 상기 제2 케이스(41B)의 외측면에 형성되고, 상호 대응하는 나선부(S)와 비나선부(NS)를 포함하는데,

상기 각 케이스(41A)(41B)의 나선부(S)와 비나선부(NS)는 각 케이스(41A)(41B)의 원주면에 번갈아 배열된다.

이때 상기 각 케이스(41A)(41B)의 나선부(S)와 나선부(S)가 서로 맞물리면 상기 제1 케이스(41A)에 상기 제2 케이스(41B)가 결합 고정되고,

각 케이스(41A)(41B)가 결합된 상태에서 상기 제2 케이스(41B)를 일정 각도 회전시켜 상기 각 케이스(41A)(41B)의 나선부(S)(또는 비나선부(NS))에 비나선부(NS)(또는 나선부(S))가 위치하게 되면 상기 제1 케이스(41A)로부터 상기 제2 케이스(41B)가 분리되어 인출하는 것이 가능하게 된다.

반대로 상기 제2 케이스(41B)가 분리된 상태에서 상기 각 케이스(41A)(41B)의 나선부(S)(또는 비나선부(NS))의 위치에 비나선부(NS)(또는 나선부(S))를 배열시켜 제1 케이스(41A)에 제2 케이스(41B)를 인입시키고,

상기 제2 케이스(41B)를 일정 각도 회전시켜 각 케이스의 나선부(S)들끼리 서로 맞물리도록 하면 각 케이스(41A)(41B)는 결합 고정된다.

따라서 상기 결합수단(JM)은 각 케이스(41A)(41B) 상호간의 결합과 분리가 가능하여 온도센서(43)가 고장이나 파손으로 교체하여야 하거나,

또는 각 배관(P) 내의 이물질이 온도센서(43) 부착되어 민감도가 떨어져 청소와 같은 유지보수 작업의 필요 시, 온도센서(43)가 고정된 제2 케이스(41B)를 제1 케이스(41A)로부터 쉽고 간편하게 인출하여 온도센서(43)의 교체나 유지보수 작업을 가능하게 하고,

또한 작업 후에도 제2 케이스(41B)를 제1 케이스(41A)에 삽입하여 고정시키는 작업을 신속하고도 간단하게 할 수 있어 작업성을 향상시킬 수 있게 된다.

더 나아가 상기 제1 케이스(41A)에 제2 케이스(41B)가 삽입 고정되는 경우 설치공(1)으로 냉온수나 지열수가 누수되는 것을 방지하기 위해

상기 설치공(1) 주변에는 환형의 안착돌기(30b)가 구비되고,

상기 안착돌기(30b) 상면부와 상기 제2 케이스(41B)의 하면부에는 오링 형태의 밀폐부재(45)가 구비되어 유체가 누설되는 것을 방지하게 된다.

그리고 상기 제2 케이스(41B)의 상단면, 또는 온도센서(43) 상단면에는 제2 케이스(41B)를 회전시킬 수 있도록 일자 또는 십자 형태의 홈(47)이 형성되어 있어 드라이버(미도시)와 같은 공구를 이용하여 제2 케이스(41B)를 회전시켜 상기 제1 케이스(41A)에 체결하거나 또는 분리할 수 있게 된다.

한편 도 2의 (B)에 도시된 바와 같이 상기 히팅케이블(HC)가 상기 지열수인입관(GI)에 내장되는 형태로 구비되는 경우에는

상기 결합수단(JM)에 관한 구성이 그대로 도입되는 것이 가능한데,

이 경우에는 상기 히팅케이블(HC)은 상기 제2 케이스(41B)에 고정되어 상기 지열수인입관(GI)의 설치공(1)에 삽입되어 상기 지열수인입관(GI)에 내장된다.

따라서 상기 히팅케이블(HC)는 상기 결합수단에 의하여 간편하게 상기 지열수인입관(GI)에 설치되고,

또한 고장이나 유지보수가 필요한 경우 쉽고 간편하게 분리하여 교체하거나 또는 유지보수 작업을 할 수 있어 작업능률을 향상시킬 수 있게 된다.

아울러 상기 온도측정수단(40)은 냉매 순환관에도 여러 지점에 구비될 수 있고,

또한 각 지점에 구비된 온도측정수단은 컨트롤러(미도시)와 연결되어 감지된 온도 신호를 컨트롤러에 전달하게 되며,

이때 컨트롤러에서는 온도에 관한 정보를 이용하여 인입 또는 인출되는 지열수의 온도차이, 회수 또는 공급되는 냉온수의 온도차이, 각 열원측의 온도차이 등을 설정치 또는 기대치와 비교하고, 이를 통하여 시스템을 효과적으로 운전할 수 있도록 제어하게 된다.

한편 도 1, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 상기 지열수인입관(GI) 및 인출관(GO), 또는 상기 냉온수회수관(WI) 및 공급관(WO), 또는 상기 열교환펌프(20)의 냉매 순환관, 또는 이들 모두는

열손 방지와 보온단열효율을 향상시키기 위해 이중관구조와, 보호커버(50)가 도입되고,

이하에서는 이에 관한 구성을 보다 상세히 설명하기로 한다.

우선 본 발명에 따른 각 배관(P)은 결로방지와 보온성능을 향상시키기 위해 이중관구조로 구성되는데,

상기 각 배관(P)은 유체 유동을 위한 내관(P1)과,

상기 내관(P1)을 감싸는 에어로플렉스관(P2)을 포함하여 이루어진다.

상기 에어로플렉스관(P2)은 고무발포 보온재로서 상기 내관(P1)을 순환하는 지열수, 냉온수 및 냉매를 외부와의 열 교환을 차단하여 단열시킴으로써 외기와의 접촉을 통한 열손실을 방지하고,

또한 우수한 결로방지 성능을 갖추고 있어 별도의 방습층을 형성하지 않고 배관을 마감하는 것을 가능하게 한다.

다음으로 본 발명에는 상기 에어로플렉스관(P2)을 감싸고, 압착하기 위한 보호커버(50)가 더 구비되는데,

상기 보호커버(50)는 내관(P1)의 외측면을 감싸는 에어로플렉스관(P2)이 내관(P1)을 내측 방향으로 압박하도록 함으로써 내관(P1)과 에어로플렉스관(P2)이 서로 빈틈없이 밀착되도록 하여 각 배관(P)의 보온단열효율을 높일 수 있게 한다.

그리고 에어로플렉스관(P2)의 압박력은 상기 보호커버(50)에 형성된 가압수단(PM)에 의하여 가능하게 되는데,

상기 가압수단(PM)은 상기 보호커버(50)의 양측단부를 절곡하여 마주하도록 형성된 제1 및 제2 결합부(51)(52)와,

상기 제1 결합부(51)에 힌지 결합된 지지부재(53)와,

상기 제2 결합부(52)에 형성되고, 상기 지지부재(53)가 삽입되는 장착홈(52a)과,

상기 지지부재(53)의 단부에 연결된 고정판(54)과,

상기 지지부재(53)를 따라 이동 가능하도록 구비되고, 상기 제2 결합부(52)의 외측 방향으로 배열된 가동판(55)과,

상기 고정판(54)과 상기 가동판(55) 사이에 배열된 탄성부재(56)를 포함하여 이루어진다.

상기 지지부재(53)는 환형의 봉 형태로 이루어져 상기 제1 결합부(51)(또는 제2 결합부(52))에 힌지 결합되는데,

상기 제1 결합부(51)에는 동작홈(51a)이 형성되어 상기 지지부재(53)의 선회 동작 시 지지부재(53)의 동작을 보장하고,

상기 동작홈(51a)의 양측부, 즉 상기 제1 결합부(51)의 외측면에는 홀 형태의 힌지결합부(51b)가 형성되며, 상기 지지부재(53)의 단부에는 상기 각 힌지결합부(51b)에 삽입되는 선회축(53a)이 지지부재(53)와 직교하는 형태로 연결되어 상기 지지부재(53)의 선회동작을 가능하게 한다.

그리고 상기 장착홈(52a)은 상기 제2 결합부(52)(또는 제1 결합부(51))에 형성되되,

상기 동작홈(51a)과 동일한 위치에 형성되어 상기 지지부재(53)를 제2 결합부(52) 쪽으로 선회시켜 젖히는 경우 상기 장착홈(52a)에 지지부재(53)가 안치된다.

상기 가동판(55)은 중심부에 관통공(55a)이 형성되고, 상기 관통공(55a)을 통하여 지지부재(53)와 연결됨으로써 상기 가동판(55)은 지지부재(53)를 따라 이동할 수 있으며,

상기 고정판(54)은 상기 가동판(55)이 지지부재(53)와 연결된 후, 지지부재(53)의 단부에 연결되어 고정된다.

상기 탄성부재(56)는 코일스프링으로 상기 지지부재(53)를 감싸고, 상기 고정판(54)과 가동판(55) 사이에 배열되어 상기 고정판(54)과 가동판(55)을 탄성 지지하게 되는데,

이때 상기 고정판(54)은 지지부재(53)에 고정되어 있어 동작하지 않는 반면에,

상기 가동판(55)은 탄성부재(56)의 인장력에 의하여 지지부재(53)를 따라 이동하게 된다.

따라서 상기 가동판(55)은 상기 제2 결합부(52)의 장착홈(52a) 주변을 가압하여 보호커버(50) 전체가 에어로플렉스관(P2)을 내측 방향으로 압박하게 되는데,

이러한 압박력을 보다 효과적으로 발휘하도록 하기 위하여 상기 보호커버(50)는 가압수단(PM)에 의하여 압력을 받을 때 각 결합부의 내측면이 맞닿지 않도록 에어플렉스관의 직경보다 작도록 형성되는 것이 바람직하다.

더 나아가 상기 보호커버(50)에 의한 압박을 해제하기 위해 상기 가압수단(PM)을 분리하는 경우 분리작업이 용이하도록 상기 가동판(55)에는 파지부(55b)가 형성되는 것이 바람직한데,

이는 작업자가 상기 파지부(55b)를 손으로 잡고, 가동판(55)을 압력 방향과 반대 방향으로 잡아당겨 지지부재(53)를 반대 방향성을 선회시켜 가압수단(PM)을 쉽게 풀 수 있도록 하기 위함이다.

그리고 상기 가압수단(PM)은 상기 보호커버(50)의 길이방향으로 따라 다수로 배열되고, 이때 보호커버(50)에 의한 각 배관(P)의 압박이 균일하게 유지될 수 있도록 적절한 간격을 두고 배열되는 것이 바람직하다.

따라서 상기 보호커버(50)와 가압수단(PM)은 각 배관의 압박을 통한 보온단열효율을 향상시킬 뿐만 아니라,

상기 가압수단(PM)의 구조가 간단하고, 또한 보호커버(50)의 압박과 압박의 해제동작이 간편하고 용이하여 상기 각 배관의 보온단열시공(施工) 시간을 단축시킬 수 있게 된다.

이상에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명인 친환경 고효율 지열히트펌프를 설명함에 있어 특정 형상 및 방향을 위주로 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

GI : 지열수인입관 GO : 지열수인출관
WI : 냉온수회수관 WO : 냉온수공급관
WR : 냉온수인출관 HC : 히팅케이블
P : 배관 P1 : 내관
P2 : 에어로플렉스관 JM : 결합수단
S : 나선부 NS : 비나선부
PM : 가압수단 E : 전원공급부
1 : 설치공 3 : 안착돌기
10 : 지중열교환펌프 11 : 열교환파이프
11a : 'U'관
20 : 열교환펌프 21 : 지열측 열교환기
23 : 팽창변 25 : 냉온수측 열교환기
27 : 사방변 29 : 압축기
30 : 냉온수순환펌프
40 : 온도측정수단 41 : 케이싱
41A, 41B : 제1, 제2 케이스 43 : 온도센서
45 : 밀폐부재 47 : 홈
50 : 보호커버 51 : 제1 결합부
51a : 동작홈 51b : 힌지결합부
52 : 제2 결합부 52a : 장착홈
53 : 지지부재 53a : 선회축
54 : 고정판 55 : 가동판
55a : 관통공 55b : 파지부
56 : 탄성부재

Claims (4)

1. 지중에 매설된 열교환파이프에 의하여 지열수를 순환시키는 지중열교환펌프;
   상기 지중열교환펌프의 열교환파이프와 연결된 지열측 열교환기와,
   상기 지열측 열교환기와 연결되는 팽창변과,
   상기 팽창변과 연결되는 냉온수측 열교환기와,
   상기 지열측 열교환기와 냉온수측 열교환기와 연결되는 사방변과,
   상기 사방변과 연결되는 압축기를 포함하는 열교환펌프; 및
   상기 열교환펌프의 냉온수측 열교환기와 열 교환을 통하여 냉온수를 순환 공급하기 위한 냉온수순환펌프;를 포함하여 이루어지고,
   
   상기 열교환파이프는 상기 지열측 열교환기와 지열수인입관과 지열수인출관에 의하여 연결되고,
   상기 냉온수순환펌프는 상기 냉온수측 열교환기와 냉온수회수관과 냉온수공급관에 의하여 연결되며,
   상기 지열수인입관 및 인출관, 또는 상기 냉온수회수관 및 공급관, 또는 이들 모두에는 온도측정수단이 내장되고,
   
   상기 지열수인입관 및 인출관, 또는 상기 냉온수회수관 및 공급관, 또는 상기 열교환펌프의 냉매 순환관, 또는 이들 모두는
   유체 유동을 위한 내관과,
   상기 내관을 감싸는 에어로플렉스관를 포함하는 이중관구조로 구성되며,
   상기 에어로플렉스관을 감싸 상기 내관과의 밀착성을 보장하기 위한 보호커버가 더 구비되고,
   상기 보호커버에는 상기 에어로플렉스관에 압력을 가하기 위한 가압수단이 더 구비되며,
   
   상기 냉온수회수관에서 인출된 냉온수인출관과 상기 지열수인입관을 연결하여 냉온수와 지열수간의 열 교환을 통하여 지열수를 예열 또는 예빙시키거나,
   또는 상기 지열수인입관에 히팅케이블이 장착되어 지열수를 예열시키고,
   
   상기 가압수단은
   상기 보호부재의 양측단부를 절곡하여 마주하도록 형성된 제1 및 제2 결합부와,
   상기 제1 결합부에 힌지 결합된 지지부재와,
   상기 제2 결합부에 형성되고, 상기 지지부재가 삽입되는 장착홈과,
   상기 지지부재의 단부에 연결된 고정판과,
   상기 지지부재를 따라 이동 가능하도록 구비되고, 상기 제2 결합부의 외측 방향으로 배열된 가동판과,
   상기 고정판과 상기 가동판 사이에 배열된 탄성부재를 포함하여 이루어지며,
   상기 지열수인입관 및 인출관, 또는 상기 냉온수회수관 및 공급관, 또는 이들 모두에는 설치공이 형성되고,
   상기 온도측정수단은
   상기 각 설치공의 주변에 연결된 케이싱과,
   상기 케이싱에 삽입 고정되고, 상기 설치공을 관통하여 상기 각 관 내부에 내장되는 온도센서를 포함하여 이루어지며,
   상기 케이싱은
   상기 설치공의 주변에 연결되고, 중공부를 갖는 제1 케이스와,
   상기 제1 케이스의 중공부에 삽입되고, 상기 온도센서가 삽입 고정되는 제2 케이스와,
   상기 각 케이스에는 상호간에 결합 및 분리를 가능하게 하는 결합수단을 포함하여 이루어지고,
   상기 결합수단은
   상기 제1 케이스의 내측면과 상기 제2 케이스의 외측면에 형성되고, 상호 대응하는 나선부와 비나선부를 포함하며,
   상기 각 케이스의 나선부가 서로 맞물리면 상기 제1 케이스에 상기 제2 케이스가 결합 고정되고,
   상기 각 케이스의 나선부에 비나선부가 위치하게 되면 상기 제1 케이스로부터 상기 제2 케이스의 분리가 가능하며,
   
   상기 가압수단에서
   상기 제1 결합부에는 지지부재의 동작을 위한 동작홈이 형성되고,
   상기 제2 결합부에는 상기 동작홈과 동일한 위치에 장착홈이 형성되며,
   상기 제1 결합부의 외측면에는 힌지결합부가 연결되고,
   상기 힌지결합부에는 상기 지지부재의 단부에 연결되는 선회축이 삽입되며,
   상기 가동판에는 파지부가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 친환경 고효율 지열히트펌프.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 설치공 주변에는 환형의 안착돌기가 형성되고,
   상기 안착돌기의 상면부와 상기 제2 케이스의 하면부에는 오링 형태의 밀폐부재가 더 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 친환경 고효율 지열히트펌프.
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