KR101168579B1 - 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재 및 그를 포함하는 지열 냉난방 장치 - Google Patents

지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재 및 그를 포함하는 지열 냉난방 장치 Download PDF

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Abstract

지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재 및 그를 포함하는 지열 냉난방 장치가 개시된다.
개시되는 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재는 지열을 이용하여 수요처에 대해 냉난방을 수행할 수 있는 지열 냉난방 장치를 구성하고, 지열 교환 부재용 지열공에 삽입되어, 지열 교환 유체가 유동되면서 지중과 열교환하는 것으로서, 상기 지열 교환 부재용 지열공을 상하로 구획하는 패커; 상기 지열 교환 부재용 지열공에서 상기 패커에 의해 구획된 하부까지 연장되어, 상기 패커에 의해 구획된 하부의 상기 지열 교환 유체가 상기 지열 냉난방 장치에서 냉난방 수행을 위한 구성 요소로 공급되도록 하는 양수관; 상기 지열 교환 부재용 지열공에서 상기 패커에 의해 구획된 상부까지 연장되어, 상기 양수관을 통해 공급된 상기 지열 교환 유체가 상기 지열 냉난방 장치에서 상기 냉난방 수행을 위한 구성 요소를 경유하고 상기 패커에 의해 구획된 상부로 환수되도록 하는 외부 환수관; 및 상기 패커에 의해 구획된 상기 지열 교환 부재용 지열공의 상부 및 하부가 서로 연통되도록 상기 패커를 관통하고, 상기 패커에 의해 구획된 상부에서 소정 높이로 돌출된 내부 환수관;을 포함한다.
개시되는 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재 및 그를 포함하는 지열 냉난방 장치에 의하면, 내부 환수관이 패커에 의해 구획된 지열 교환 부재용 지열공의 상부 및 하부가 서로 연통되도록 패커를 관통하고, 패커에 의해 구획된 상부에서 소정 높이로 돌출되도록 구성됨에 따라, 패커에 의해 구획된 상부의 수위가 일정 높이까지 상승되면, 패커에 의해 구획된 상부에 수용된 지열 교환 유체의 적어도 일부가 내부 환수관을 통해 오버플로우되어 패커에 의해 구획된 하부로 유입될 수 있으므로, 지열 교환 부재용 지열공 내에 차오르는 지열 교환 유체를 외부로 블리딩하여 버리지 아니할 수 있고, 외부 환수관을 통해 환수된 지열 교환 유체가 패커에 의해 구획된 상부, 내부 환수관 및 패커에 의해 구획된 하부를 거쳐 양수관으로 유입되기까지의 경로를 거치면서 열교환이 이루어져서 단순히 양수관 및 외부 환수관만 설치되는 경우 등에 비해 열교환되는 경로 길이가 증대되어 열교환 효율이 향상될 수 있으며, 효율적이고 지속적인 열교환이 가능해질 수 있는 장점이 있다.

Description

지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재 및 그를 포함하는 지열 냉난방 장치{Geothermal exchanging member for geothermal cooling and heating apparatus, and geothermal cooling and heating apparatus comprising thereof}
본 발명은 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재 및 그를 포함하는 지열 냉난방 장치에 관한 것이다.
환경 보호를 위하여 신재생 에너지의 사용을 촉진하고자 하는 연구가 다양한 분야에서 진행되고 있는데, 이러한 분야 중 하나가 지열을 이용하는 지열 냉난방 장치이다.
지열 냉난방 장치는 지열을 이용하여 냉방 또는 난방을 수행함으로써, 친환경적이고, 경제적이며, 편리한 장점이 있다.
이러한 지열 냉난방 장치는 지열을 이용하여 수요처에 대해 냉난방을 수행할 수 있는 지열 냉난방 장치를 구성하고, 지열 교환 부재용 지열공에 삽입되어, 지열 교환 유체가 유동되면서 지중과 열교환하는 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재를 포함한다.
그러나, 종래의 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재에서는, 단순히 지열공에서 지열 교환 유체를 히트 펌프로 공급하거나 환수하는 구조를 이루어서, 지열공으로 유입되는 지열 교환 유체의 양에 비해 지열공에서 대수층(aquifer) 등으로 유출되는 양이 적은 경우에 지열공 내에 차오르는 지열 교환 유체를 외부로 블리딩하여 버려야 하는 단점이 있다.
또한, 지열공으로 유입된 지열 교환 유체가 지열공 내에서 단순히 순환되면서 지중과 열교환되는데, 지속적인 운전이 이루어지는 경우, 지열공 내의 지열 교환 유체와 지중과의 열교환이 제대로 이루어지지 못하여 지열공 내의 지열 교환 유체의 온도가 점차 상승되고, 그에 따라 효율적이고 지속적인 운전이 불가능해질 수 있다.
본 발명은 지열공 내에 차오르는 지열 교환 유체를 외부로 블리딩하여 버리지 아니할 수 있는 구조를 가진 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재 및 그를 포함하는 지열 냉난방 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 지열공 내에서 효율적이고 지속적인 열교환이 이루어질 수 있는 구조를 가진 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재 및 그를 포함하는 지열 냉난방 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재는 지열을 이용하여 수요처에 대해 냉난방을 수행할 수 있는 지열 냉난방 장치를 구성하고, 지열 교환 부재용 지열공에 삽입되어, 지열 교환 유체가 유동되면서 지중과 열교환하는 것으로서,
상기 지열 교환 부재용 지열공을 상하로 구획하는 패커; 상기 지열 교환 부재용 지열공에서 상기 패커에 의해 구획된 하부까지 연장되어, 상기 패커에 의해 구획된 하부의 상기 지열 교환 유체가 상기 지열 냉난방 장치에서 냉난방 수행을 위한 구성 요소로 공급되도록 하는 양수관; 상기 지열 교환 부재용 지열공에서 상기 패커에 의해 구획된 상부까지 연장되어, 상기 양수관을 통해 공급된 상기 지열 교환 유체가 상기 지열 냉난방 장치에서 상기 냉난방 수행을 위한 구성 요소를 경유하고 상기 패커에 의해 구획된 상부로 환수되도록 하는 외부 환수관; 및 상기 패커에 의해 구획된 상기 지열 교환 부재용 지열공의 상부 및 하부가 서로 연통되도록 상기 패커를 관통하고, 상기 패커에 의해 구획된 상부에서 소정 높이로 돌출된 내부 환수관;을 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 지열 냉난방 장치는 지열을 이용하여 수요처에 대해 냉난방을 수행할 수 있는 것으로서,
지열 교환 부재용 지열공에 삽입되어, 지열 교환 유체가 유동되면서 지중과 열교환하고, 상기 지열 교환 부재용 지열공을 상하로 구획하는 패커와, 상기 지열 교환 부재용 지열공에서 상기 패커에 의해 구획된 하부까지 연장되어, 상기 패커에 의해 구획된 하부의 상기 지열 교환 유체가 상기 지열 냉난방 장치에서 냉난방 수행을 위한 구성 요소로 공급되도록 하는 양수관과, 상기 지열 교환 부재용 지열공에서 상기 패커에 의해 구획된 상부까지 연장되어, 상기 양수관을 통해 공급된 상기 지열 교환 유체가 상기 지열 냉난방 장치에서 상기 냉난방 수행을 위한 구성 요소를 경유하고 상기 패커에 의해 구획된 상부로 환수되도록 하는 외부 환수관과, 상기 패커에 의해 구획된 상기 지열 교환 부재용 지열공의 상부 및 하부가 서로 연통되도록 상기 패커를 관통하고, 상기 패커에 의해 구획된 상부에서 소정 높이로 돌출된 내부 환수관을 포함하는 지열 교환 부재;를 포함한다.
본 발명의 일 측면에 따른 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재 및 그를 포함하는 지열 냉난방 장치에 의하면, 내부 환수관이 패커에 의해 구획된 지열 교환 부재용 지열공의 상부 및 하부가 서로 연통되도록 패커를 관통하고, 패커에 의해 구획된 상부에서 소정 높이로 돌출되도록 구성됨에 따라, 패커에 의해 구획된 상부의 수위가 일정 높이까지 상승되면, 패커에 의해 구획된 상부에 수용된 지열 교환 유체의 적어도 일부가 내부 환수관을 통해 오버플로우되어 패커에 의해 구획된 하부로 유입될 수 있으므로, 지열 교환 부재용 지열공 내에 차오르는 지열 교환 유체를 외부로 블리딩하여 버리지 아니할 수 있고, 외부 환수관을 통해 환수된 지열 교환 유체가 패커에 의해 구획된 상부, 내부 환수관 및 패커에 의해 구획된 하부를 거쳐 양수관으로 유입되기까지의 경로를 거치면서 열교환이 이루어져서 단순히 양수관 및 외부 환수관만 설치되는 경우 등에 비해 열교환되는 경로 길이가 증대되어 열교환 효율이 향상될 수 있으며, 효율적이고 지속적인 열교환이 가능해질 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재 및 그를 포함하는 지열 냉난방 장치에 의하면, 지열 교환 부재와 함께, 지상 펌프를 구비하고 간단한 구조를 이루는 보조 교환 부재가 구비됨에 따라, 그 설치 비용이 최소화되면서도 지열 교환 유체의 열교환 면적이 증대될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지열 냉난방 장치의 구성을 보이는 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재를 보이는 단면도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재에서 오버플로우없이 열교환이 이루어지는 모습을 보이는 단면도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재에서 오버플로우와 함께 열교환이 이루어지는 모습을 보이는 단면도.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지열 냉난방 장치에서 지열 교환 부재와 보조 교환 부재를 보이는 단면도.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지열 냉난방 장치의 지열 교환 부재에서 오버플로우가 발생되는 모습을 보이는 단면도.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지열 냉난방 장치의 지열 교환 부재에서 오버플로우가 발생되고 보조 교환 부재에서 열교환된 지열 교환 유체가 공급되는 모습을 보이는 단면도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재 및 그를 포함하는 지열 냉난방 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지열 냉난방 장치의 구성을 보이는 도면이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재를 보이는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재에서 오버플로우없이 열교환이 이루어지는 모습을 보이는 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재에서 오버플로우와 함께 열교환이 이루어지는 모습을 보이는 단면도이다.
도 1 내지 도 4를 함께 참조하면, 본 실시에에 따른 지열 냉난방 장치(100)는 제 1 삼방 밸브(triple valve)(141)와, 제 2 삼방 밸브(140)와, 제 3 삼방 밸브(143)와, 지열 교환 부재(180)와, 지열 보조 열교환기(151)와, 히트 펌프(152)와, 축열조(153)와, 보조 축열조(170)를 포함하여, 지열을 이용하여 수요처(156)에 대해 냉난방을 수행할 수 있는 것이다.
상기 지열 냉난방 장치(100)의 구성은 예시적인 것으로, 상기 지열 보조 열교환기(151) 등 일부 구성은 생략될 수도 있다.
도면 번호 10은 지표층이고, 도면 번호 11은 상기 지표층(10)을 구성하고 외기에 드러난 표토층(11)이고, 도면 번호 12는 상기 지표층(10)을 구성하고 상기 표토층(11) 하부에 형성되는 암석층이다.
상기 지열 교환 부재(180)는 지표에서 지중까지, 예를 들어 상기 표토층(11)과 상기 암석층(12) 일부를 관통된 형태로 형성된 지열 교환 부재용 지열공(20)에 삽입되어, 지열 교환 유체가 유동되면서 지중과 열교환하는 것이다. 상기 지열 교환 유체로는 부동액을 포함한 물 등이 제시될 수 있다.
상세히, 상기 지열 교환 부재(180)는 패커(183)와, 양수관(184)과, 외부 환수관(186)과, 내부 환수관(187)을 포함한다. 상기 지열 교환 부재(180)는 케이싱(181)과, 덮개(182)와, 양수 펌프(185)를 더 포함할 수 있다.
상기 패커(183)는 소정 면적의 플레이트 형상으로 이루어져서, 상기 지열 교환 부재용 지열공(20)에 삽입되어, 상기 지열 교환 부재용 지열공(20)을 상하로 구획하는 것이다. 상기 패커(183)에 의해 상기 지열 교환 부재용 지열공(20)의 상하 공간에 수용된 상기 지열 교환 유체는 서로 분리될 수 있다.
상기 양수관(184)은 상기 지열 교환 부재용 지열공(20)에서 상기 패커(183)에 의해 구획된 하부까지 연장되어, 상기 패커(183)에 의해 구획된 하부의 상기 지열 교환 유체가 상기 지열 냉난방 장치(100)에서 냉난방 수행을 위한 구성 요소, 여기서는 상기 히트 펌프(152)로 공급되도록 한다. 상기 양수관(184)의 일 측은 상기 패커(183)에 의해 구획된 하부까지 연장되고, 그 타 측은 상기 지열 보조 열교환기(151)를 통해 간접적으로 상기 히트 펌프(152)에 연결되거나, 직접 상기 히트 펌프(152)에 연결될 수 있다.
상기 외부 환수관(186)은 상기 지열 교환 부재용 지열공(20)에서 상기 패커(183)에 의해 구획된 상부까지 연장되어, 상기 양수관(184)을 통해 공급된 상기 지열 교환 유체가 상기 지열 냉난방 장치(100)에서 상기 냉난방 수행을 위한 구성 요소, 여기서는 상기 히트 펌프(152)를 경유하고 상기 패커(183)에 의해 구획된 상부로 환수되도록 하는 것이다. 상기 외부 환수관(186)의 일 측은 상기 패커(183)에 의해 구획된 상부까지 연장되고, 그 타 측은 상기 지열 보조 열교환기(151)를 통해 간접적으로 상기 히트 펌프(152)에 연결되거나, 직접 상기 히트 펌프(152)에 연결될 수 있다.
상기 내부 환수관(187)은 상기 패커(183)에 의해 구획된 상기 지열 교환 부재용 지열공(20)의 상부 및 하부가 서로 연통되도록 상기 패커(183)를 관통하고, 상기 패커(183)에 의해 구획된 상부에서 소정 높이로 돌출된 것이다. 상기 패커(183)에 의해 구획된 상부의 수위가 일정 높이까지 상승되면, 상기 패커(183)에 의해 구획된 상부에 수용된 상기 지열 교환 유체의 적어도 일부가 상기 내부 환수관(187)을 통해 오버플로우되어 상기 패커(183)에 의해 구획된 하부로 유입된다. 상기 패커(183)에 의해 구획된 상부에서 오버플로우되는 상기 지열 교환 유체가 상기 내부 환수관(187)을 통해 상기 패커(183)에 의해 구획된 하부로 유입될 수 있다. 따라서, 상기 지열 교환 부재용 지열공(20) 내에 차오르는 상기 지열 교환 유체를 외부로 블리딩하여 버리지 아니할 수 있고, 상기 외부 환수관(186)을 통해 환수된 상기 지열 교환 유체가 상기 패커(183)에 의해 구획된 상부, 상기 내부 환수관(187) 및 상기 패커(183)에 의해 구획된 하부를 거쳐 상기 양수관(184)으로 유입되기까지의 경로를 거치면서 열교환이 이루어져서 단순히 양수관 및 외부 환수관만 설치되는 경우 등에 비해 열교환되는 경로 길이가 증대되어 열교환 효율이 향상될 수 있으며, 효율적이고 지속적인 열교환이 가능해질 수 있다.
바람직하게는, 상기 내부 환수관(187)의 상단 높이는 상기 외부 환수관(186)의 하단 높이보다 상대적으로 높게 형성될 수 있다.
상기 케이싱(181)은 상기 지열 교환 부재용 지열공(20)의 상부, 예를 들어 상기 표토층(11)과 상기 암석층(12)의 상부까지 삽입되는 관 형태의 것이고, 상기 덮개(182)는 상기 케이싱(181)을 덮을 수 있는 것이다.
상기 양수 펌프(185)는 상기 양수관(184)에 설치되어, 상기 지열 교환 부재용 지열공(20) 내의 상기 지열 교환 유체가 상기 양수관(184)을 통해 외부로 공급될 수 있도록 한다.
상기 지열 보조 열교환기(151)는 상기 지열 교환 부재(180)와 상기 히트 펌프(152) 사이에 설치되어, 상기 지열 교환 부재(180)를 경유하는 상기 지열 교환 유체와, 상기 히트 펌프(152)를 경유하는 히트 펌프 순환 유체가 서로 열교환되는 것이다.
상기 지열 보조 열교환기(151)의 적용에 따라, 부동액 등이 혼합되는 상기 지열 교환 유체가 상기 히트 펌프(152) 등 상기 지열 냉난방 장치(100)의 지중에 있는 다른 구성 요소로 직접 유입되지 아니할 수 있다.
도면 번호 103과 104는 상기 지열 교환 부재(180)와 상기 히트 펌프(152)를 연결하는 히트 펌프 공급관과 히트 펌프 회수관이고, 도면 번호 121은 보조 지열 펌프이다. 상기 보조 지열 펌프(121)가 작동되면, 상기 지열 교환 부재(180)와 상기 히트 펌프(152) 사이의 순환 유체인 지열 교환 유체가 상기 히트 펌프 공급관(103)과 상기 히트 펌프 회수관(104)을 따라 유동될 수 있다. 즉, 상기 지열 교환 부재(180)에서 상기 지열 교환 유체가 상기 히트 펌프 공급관(103)을 따라 상기 히트 펌프(152)로 유입될 수 있고, 상기 히트 펌프(152)에서 상기 지열 교환 유체가 상기 히트 펌프 회수관(104)을 따라 상기 지열 교환 부재(180)로 회수될 수 있다.
상기 히트 펌프(152)는 상기 지열 교환 부재(180)와 상기 축열조(153)와 각각 연결되어, 상기 지열 교환 부재(180)에서 상기 축열조(153)로 열을 전달하거나, 상기 축열조(153)에서 상기 지열 교환 부재(180)로 열을 전달할 수 있는 것이다.
본 실시예에서는, 예시적으로 상기 히트 펌프(152)가 상기 지열 보조 열교환기(151)를 매개로 하여 상기 지열 교환 부재(180)에 간접적으로 연결된다.
상기 히트 펌프(152)는 지열을 이용하여 상기 수요처(156)에 대한 냉난방용 냉온열을 생산하는 구성 요소이다. 이러한 히트 펌프(152)는 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기와 4방향 전환 밸브(4-way valve) 등으로 구성될 수 있다.
상기 제 2 삼방 밸브(140)는 상기 지열 보조 열교환기(151), 상기 히트 펌프(152) 및 상기 보조 축열조(170)를 연결하는 것이다.
도면 번호 115는 상기 제 2 삼방 밸브(140)와 상기 보조 축열조(170)의 하부에 연결되어, 상기 제 2 삼방 밸브(140)를 통해 상기 보조 축열조(170) 내의 상대적 저온의 순환 유체를 상기 히트 펌프 공급관(103)으로 유입시키는 보조 축열조 환수관이고, 도면 번호 116은 상기 히트 펌프 회수관(104)과 상기 보조 축열조(170)의 상부에 연결되어, 상기 히트 펌프 회수관(104) 내의 상대적 고온의 순환 유체를 상기 보조 축열조(170)로 공급하는 보조 축열조 공급관이다.
도면 번호 171과 172는 상기 보조 축열조(170) 내에 설치되는 각 디퓨저들이다.
도면 번호 162는 상기 보조 축열조(170)의 상부와 제 1 공급 헤더(130)를 연결하는 일부 수요처 공급관이고, 도면 번호 161은 상기 일부 수요처 공급관(162)에 설치된 펌프이고, 도면 번호 160은 상기 일부 수요처 공급관(162) 상에 설치되는 보조 축열조측 삼방 밸브(160)이고, 도면 번호 163은 제 1 환수 헤더(129)와 상기 보조 축열조(170)의 하부를 연결하는 일부 수요처 환수관이고, 도면 번호 164는 상기 일부 수요처 환수관(163)과 상기 보조 축열조측 삼방 밸브(160)를 연결하는 보조 축열조측 삼방 밸브 연결관이다.
상기 제 1 공급 헤더(130)는 상기 수요처(156) 중 일부(157)가 복수 개로 구성되는 경우 상기 복수 개의 수요처의 일부(157)에 순환 유체를 분배하는 것이고, 상기 제 1 환수 헤더(129)는 상기 복수 개의 수요처의 일부(157)를 경유한 순환 유체가 모여지는 것이다. 도면 번호 128은 상기 보조 축열조 공급관(116)을 개폐시키는 보조 축열조 공급관 개폐 밸브이다.
여기서, 상기 수요처(156)가 공기조화기 등인 경우, 상기 수요처의 일부(157)는 상기 공기조화기가 설치된 공간의 바닥에 설치되는 바닥 코일 등으로 제시될 수 있다.
상기 보조 축열조(170)는 상기 지열 교환 부재(180)와 상기 히트 펌프(152) 사이를 유동하는 상기 지열 교환 유체 중 일부가 바이패스되면서, 상기 바이패스되는 지열 교환 유체 중의 열이 축적되어, 그 축적된 열이 상기 수요처의 일부(157)로 공급될 수 있도록 하는 것이다. 상기 보조 축열조(170)에 축적된 열이 공급되어 상기 수요처의 일부(157)에 대한 난방이 이루어질 수 있다.
상기 보조 축열조(170)에서는 온도에 따라 층이 형성되는 온도 성층화가 이루어질 수 있다.
상기 보조 축열조(170)에서 상기 수요처의 일부(157)로 공급되는 순환 유체의 온도가 기준값 이상인 경우, 상기 보조 축열조측 삼방 밸브(160)는 상기 수요처의 일부(157)를 경유한 순환 유체 중 일부를 바이패스시켜 상기 보조 축열조(170)에서 상기 수요처의 일부(157)로 공급되는 순환 유체에 혼합시킨다. 그러면, 상기 수요처의 일부(157)로 공급되는 순환 유체의 온도가 기준값 미만으로 조절될 수 있다. 온도 센서 등을 적용하여 자동적으로 위와 같은 과정이 이루어질 수 있음은 물론이다.
상기 제 2 삼방 밸브(140)의 작동에 따라, 상기 지열 보조 열교환기(151)와 상기 히트 펌프(152) 사이의 순환 유체가 상기 지열 보조 열교환기(151)와 상기 히트 펌프(152) 사이만을 순환하거나, 그 중 일부가 상기 수요처의 일부(157)로 유동될 수 있다. 상기 수요처(156)에 대해 냉방이 이루어지는 경우, 상기 수요처의 일부(157)로는 상기 히트 펌프(152)에서 상기 지열 교환 부재(180) 쪽으로 버려지는 열 중의 일부가 전달되어, 난방이 이루어질 수 있다.
상기 지열 보조 열교환기(151)가 상기 지열 교환 부재(180)와 상기 히트 펌프(152) 사이에 설치되고, 상기 제 2 삼방 밸브(140)가 상기 지열 보조 열교환기(151), 상기 히트 펌프(152) 및 상기 수요처의 일부(157)를 연결함에 따라, 상기 수요처(156)의 주된 부분에 대해 냉방을 수행하면서 상기 수요처의 일부(157)에 대해 난방을 함께 수행할 수 있으면서도, 상기 지열 보조 열교환기(151) 등에 관련된 소음, 진동 등이 상기 수요처(156) 또는 상기 수요처의 일부(157)로 전달되지 아니할 수 있다.
도면 번호 105는 상기 축열조(153) 하부와 상기 히트 펌프(152) 사이를 상대적 저온의 순환 유체가 유동하도록, 상기 히트 펌프(152)와 상기 축열조(153)의 하부를 연결하는 축열조측 하측 유동관이고, 도면 번호 110은 상기 축열조(153) 상부와 상기 히트 펌프(152) 사이를 상대적 고온의 순환 유체가 유동하도록, 상기 히트 펌프(152)와 상기 축열조(153)의 상부를 연결하는 축열조측 상측 유동관이고, 도면 번호 122는 상기 축열조측 하측 유동관(105)과 상기 축열조측 상측 유동관(110)에서 상기 히트 펌프(152)와 상기 축열조(153) 사이의 순환 유체가 유동되도록 하는 축열 펌프이다.
상기 축열조(153)는 상기 수요처(156)에 대해 그 내부에 수용된 상기 순환 유체를 공급할 수 있고, 내부에 온도에 따라 상기 순환 유체가 성층화되는 온도 성층화가 이루어지는 것이다.
여기서, 온도 성층화란, 상기 축열조(153) 내부에서 온도가 균일한 층이 형성되고, 각 층의 온도의 차이에 따라 상대적 저온의 층은 상기 축열조(153)의 하측에 형성되고, 상대적 고온의 층은 상기 축열조(153)의 상측에 형성되는 것을 말한다.
이러한 온도 성층화가 원활하게 이루어질 수 있도록, 상기 축열조(153) 내부에는 하측 디퓨저(154)와 상측 디퓨저(155)가 설치된다.
상기 하측 디퓨저(154)는 상기 축열조측 하측 유동관(105)과 연결되는 것이고, 복수 개의 원판이 높이차를 가지면서 배치되어, 유출입되는 순환 유체가 그 원주방향으로 분출되어, 상기 축열조(153) 내부에서 층을 이루도록 할 수 있다.
상기 상측 디퓨저(155)는 상기 축열조측 상측 유동관(110)과 연결되는 것이고, 복수 개의 원판이 높이차를 가지면서 배치되어, 유출입되는 순환 유체가 그 원주방향으로 분출되어, 상기 축열조(153) 내부에서 층을 이루도록 할 수 있다.
상기 축열조(153)와 상기 보조 축열조(170)는 그 상부가 개방되어, 그 내부가 대기압 분위기를 이룰 수 있다.
상기 제 1 삼방 밸브(141)는 상기 축열조측 상측 유동관(110)과 상기 축열조측 하측 유동관(105) 중 어느 하나에 설치되는 것으로, 본 실시예에서는 상기 축열조측 하측 유동관(105)에 설치되는 것으로 한다.
도면 번호 107은 상기 축열조(153) 하부, 본 실시예에서는 상기 하측 디퓨저(154)의 상대적 저온의 순환 유체, 즉 냉수가 상기 제 1 삼방 밸브(141)로 보충될 수 있도록, 상기 제 1 삼방 밸브(141)와 상기 축열조(153) 하부의 상기 하측 디퓨저(154) 사이를 연결하는 것이다.
도면 번호 109는 상기 축열조(153) 상부, 본 실시예에서는 상기 상측 디퓨저(155)의 상대적 고온의 순환 유체, 즉 온수가 상기 제 1 삼방 밸브(141)로 보충될 수 있도록, 상기 제 1 삼방 밸브(141)와 상기 축열조(153) 상부의 상기 상측 디퓨저(155) 사이를 연결하는 것이다.
도면 번호 142는 축열조측 하측 유동관(105) 상에 설치되는 제 2 전환 밸브이고, 도면 번호 108은 축열조측 상측 유동관(110)과 상기 제 2 전환 밸브(142)를 연결하는 제 2 전환 밸브 연결관이다.
도면 번호 145는 상기 축열조측 상측 유동관(110) 상에 설치되는 제 1 전환 밸브이고, 도면 번호 106은 상기 축열조측 하측 유동관(105)과 상기 제 1 전환 밸브(145)를 연결하는 제 1 전환 밸브 연결관이다.
여기서, 상기 제 1 삼방 밸브(141), 상기 제 2 삼방 밸브(140) 및 후술되는 제 3 삼방 밸브(143)는 두 방향에서 유입되는 각 순환 유체를 요구되는 비율대로 혼합하여 다른 하나의 방향으로 유출시킬 수 있는 것이고, 상기 제 1 전환 밸브(145), 상기 제 2 전환 밸브(142) 및 후술되는 제 3 전환 밸브(144)는 두 방향 중 어느 한 방향은 닫고 그 두 방향 중 다른 한 방향에서 유입되는 순환 유체를 나머지 또 다른 하나의 방향으로 유출시킬 수 있는 것이다.
도면 번호 111은 상기 축열조(153) 하부의 상기 하측 디퓨저(154)와 상기 수요처(156) 사이를 상대적 저온의 순환 유체가 유동하도록, 상기 하측 디퓨저(154)와 제 2 공급 헤더(124)를 연결하는 수요처측 하측 유동관이고, 도면 번호 112는 상기 축열조(153) 상부의 상기 상측 디퓨저(155)와 상기 수요처(156) 사이를 상대적 고온의 순환 유체가 유동하도록, 제 2 환수 헤더(125)와 상기 상측 디퓨저(155)를 연결하는 수요처측 상측 유동관이고, 상기 제 2 공급 헤더(124)는 상기 수요처(156)가 복수 개로 구성되는 경우 상기 복수 개의 수요처(156)에 순환 유체를 분배하는 것이고, 상기 제 2 환수 헤더(125)는 상기 복수 개의 수요처(156)를 경유한 순환 유체가 모여지는 것이다. 도면 번호 123은 상기 수요처측 하측 유동관(111)과 상기 수요처측 상측 유동관(112) 상에서 순환 유체가 유동되도록 하는 부하 공급 펌프이다.
상기 제 3 삼방 밸브(143)는 상기 수요처측 하측 유동관(111)과 상기 수요처측 상측 유동관(112) 중 어느 하나에 설치되는 것으로, 본 실시예에서는 상기 수요처측 하측 유동관(111)에 설치되는 것으로 한다.
도면 번호 114는 상기 수요처측 상측 유동관(112)과 상기 수요처측 하측 유동관(111) 중 상기 제 3 삼방 밸브(143)가 설치되지 아니한 유동관, 본 실시예에서는 상기 수요처측 상측 유동관(112)과 상기 제 3 삼방 밸브(143)를 연결하는 제 3 삼방 밸브 연결관이다.
상기와 같이, 상기 수요처측 상측 유동관(112)과 상기 수요처측 하측 유동관(111) 중 상기 제 3 삼방 밸브(143)가 설치되지 아니한 유동관, 본 실시예에서는 상기 수요처측 상측 유동관(112)과 상기 제 3 삼방 밸브(143)가 상기 제 3 삼방 밸브 연결관(114)에 의해 연결됨에 따라, 상기 수요처측 상측 유동관(112)을 통해 상기 축열조(153)로 재유입되는 순환 유체 중 일부가 상기 제 3 삼방 밸브 연결관(114)을 통해 상기 제 3 삼방 밸브(143)로 유입되어, 상기 수요처측 하측 유동관(111)을 통해 상기 축열조(153)에서 상기 수요처(156)를 향해 유출되는 순환 유체와 혼합된 후, 상기 수요처(156)를 경유한 다음 상기 수요처측 상측 유동관(112)을 통해 상기 축열조(153)로 재유입되는 순환 유체의 온도가 요구되는 축열조 유입 온도로 맞추어질 수 있도록, 상기 제 3 삼방 밸브(143)가 상기 수요처측 하측 유동관(111)과 상기 제 3 삼방 밸브 연결관(114)을 통해 유입되는 각 유체가 혼합되도록 작동될 수 있다. 그러면, 복수 개의 상기 수요처(156) 중 일부의 수요처(156)에 대한 냉난방이 정지되고 다른 일부의 수요처(156)에 대한 냉난방만 이루어지는 경우 등에도, 복수 개의 수요처(156)를 경유한 후 축열조(153)로 재유입되는 순환 유체의 온도가 요구되는 축열조 유입 온도로 맞추어질 수 있다.
예를 들어, 복수 개의 상기 수요처(156) 중 일부 수요처(156)에 대한 냉방 시에, 상기 수요처측 상측 유동관(112)을 통해 유동되던 상대적 고온의 순환 유체 중 일부가 상기 제 3 삼방 밸브 연결관(114)을 통해 상기 제 3 삼방 밸브(143)로 유입되어, 상기 수요처측 하측 유동관(111)을 통해 유동되는 상대적 저온의 순환 유체와 혼합되어, 상기 수요처(156)로 유입되는 순환 유체의 온도가 상승되고, 그에 따라 상기 일부 수요처(156)를 경유한 후 상기 수요처측 상측 유동관(112)을 통해 상기 축열조(153)로 유입되는 순환 유체는 요구되는 축열조 유입 온도로 맞추어질 수 있게 된다.
도면 번호 144는 상기 수요처측 상측 유동관(112)에 설치되는 제 3 전환 밸브이고, 도면 번호 113은 상기 제 3 전환 밸브(144)와 상기 수요처측 하측 유동관(111)을 연결하는 제 3 전환 밸브 연결관이다.
이하에서는 상기 지열 냉난방 장치(100)의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 상기 수요처(156)에 대한 난방 운전 시에, 상기 제 2 삼방 밸브(140)에서 상기 보조 축열조 환수관(115) 쪽, 상기 보조 축열조 공급관 개폐 밸브(128), 상기 제 2 전환 밸브(142)에서 상기 제 2 전환 밸브 연결관(108) 쪽, 상기 제 1 전환 밸브(145)에서 상기 제 1 전환 밸브 연결관(106) 쪽, 상기 제 3 전환 밸브(144)에서 상기 제 2 환수 헤더(125) 쪽은 닫힌다.
상기와 같은 상태에서, 각 펌프(120, 121, 122, 123)가 작동되면, 상기 지열 교환 부재(180)에서 열교환되면서 열을 얻은 지열 교환 유체가 상기 지열 보조 열교환기(151)에서 순환 유체와 열교환되고, 그러한 열교환된 순환 유체가 상기 히트 펌프(152)로 유입된다.
그런 다음, 상기 히트 펌프(152)에서 상기 축열조측 상측 유동관(110)을 통해 열을 포함한 상대적 고온의 순환 유체가 상기 상측 디퓨저(155)를 통해 상기 축열조(153)의 상부로 유입되어 성층된다.
그 후, 상기 상측 디퓨저(155)의 다른 단을 통해 상대적 고온의 순환 유체가 상기 축열조(153)에서 유출된 후, 상기 제 3 전환 밸브(144), 상기 제 3 전환 밸브 연결관(113), 상기 제 2 공급 헤더(124), 상기 수요처(156), 상기 제 2 환수 헤더(125), 상기 제 3 삼방 밸브 연결관(114) 및 상기 제 3 삼방 밸브(143)를 순차적으로 거치면서 상기 수요처(156)에 난방을 수행한 후, 상기 하측 디퓨저(154)를 통해 상기 축열조(153)의 하부로 재유입되어 성층된다.
그런 다음, 상기 하측 디퓨저(154)의 다른 단을 통해 상대적 저온의 순환 유체가 상기 축열조(153)에서 유출된 후, 상기 제 2 전환 밸브(142) 및 상기 제 1 삼방 밸브(141)를 경유하여 상기 히트 펌프(152)로 재유입된다.
상기 히트 펌프(152)에서는 상대적 저온의 순환 유체가 상기 히트 펌프 환수관(104)을 통해 상기 지열 보조 열교환기(151)로 유입되어, 상기 지열 교환 유체와 다시 열교환되어 열을 얻는다.
상기와 같은 사이클을 이루면서 상기 수요처(156)에 대한 난방 운전이 수행될 수 있다.
한편, 상기 수요처(156)에 대한 냉방 운전 시에, 상기 제 2 삼방 밸브(140)에서 상기 일부 수요처 환수관(116) 쪽, 상기 보조 축열조 공급관 개폐 밸브(128), 상기 온수 보충관 개폐 밸브(127), 상기 제 2 전환 밸브(142)에서 상기 제 1 삼방 밸브(141) 쪽, 상기 제 1 전환 밸브(145)에서 상기 히트 펌프(152) 쪽, 상기 제 3 전환 밸브(144)에서 상기 제 3 전환 밸브 연결관(113) 쪽은 닫힌다.
상기와 같은 상태에서, 각 펌프(120, 121, 122, 123)가 작동되면, 상기 지열 교환 부재(180)에서 열교환되면서 열을 잃은 지열 교환 유체가 상기 지열 보조 열교환기(151)에서 순환 유체와 열교환되고, 그러한 열교환된 순환 유체가 상기 히트 펌프(152)로 유입된다.
그런 다음, 상대적 저온의 순환 유체가 상기 히트 펌프(152)에서 상기 축열조측 상측 유동관(110), 상기 제 2 전환 밸브 연결관(108), 상기 제 2 전환 밸브(142) 및 상기 하측 디퓨저(154)를 통해 상기 축열조(153)의 하부로 유입되어 성층된다.
그 후, 상기 하측 디퓨저(154)의 다른 단을 통해 상대적 저온의 순환 유체가 상기 축열조(153)에서 유출된 후, 상기 제 3 삼방 밸브(143), 상기 제 2 공급 헤더(124), 상기 수요처(156), 상기 제 2 환수 헤더(125) 및 상기 제 3 전환 밸브(144)를 순차적으로 거치면서 상기 수요처(156)에 냉방을 수행한 후, 상기 상측 디퓨저(155)를 통해 상기 축열조(153)의 상부로 재유입되어 성층된다.
그런 다음, 상기 상측 디퓨저(155)의 다른 단을 통해 상대적 고온의 순환 유체가 상기 축열조(153)에서 유출된 후, 상기 제 1 전환 밸브(145), 상기 제 1 전환 밸브 연결관(106) 및 상기 제 1 삼방 밸브(141)를 경유하여 상기 히트 펌프(152)로 재유입된다.
상기 히트 펌프(152)에서는 상대적 고온의 순환 유체가 상기 히트 펌프 환수관(104)을 통해 상기 지열 보조 열교환기(151)로 유입되어, 상기 지열 교환 유체와 다시 열교환되어 열을 잃는다.
상기와 같은 사이클을 이루면서 상기 수요처(156)에 대한 냉방 운전이 수행될 수 있다.
한편, 상기 수요처(156)에 대해 냉방을 수행하면서, 상기 수요처의 일부(157)에 대해 난방을 공급하는 운전 시에, 상기 제 2 삼방 밸브(140)에서 상기 보조 축열조 환수관(115) 쪽과 상기 보조 축열조 공급관 개폐 밸브(128)도 열리는 점을 제외하고 상기 냉방 운전 시의 조건과 동일하게 각 구성 요소들의 개폐가 이루어진다.
상기와 같은 상태에서, 상기 히트 펌프(152)와 상기 수요처(156)까지에서의 냉방 수행 과정은 상기에서 설명된 냉방 운전 때와 동일하므로 중복 설명은 생략한다.
상기 히트 펌프(152)에서 상대적 고온의 순환 유체가 상기 히트 펌프 환수관(104)을 통해 상기 지열 보조 열교환기(151)로 유입되어, 상기 지열 교환 유체와 다시 열교환되어 열을 잃는다.
이 때, 상기 히트 펌프 환수관(104)을 경유하는 상대적 고온의 순환 유체 중 일부가 상기 보조 축열조(170)를 통해 상기 수요처의 일부(157)에 대해 부분 난방을 수행한 후, 상기 제 2 삼방 밸브(140)를 통해 상기 히트 펌프(152)로 유입된다.
상기와 같은 사이클을 이루면서 상기 수요처(156)에 대한 냉방 운전과 함께 상기 수요처의 일부(157)에 대한 난방 운전이 수행될 수 있다.
한편, 이러한 작동 과정 중에, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 지열 교환 부재(180)에서는 대수층 등에서 공급되는 물이 혼합된 지열 교환 유체가 상기 양수관(184)을 통해 상기 히트 펌프(152) 쪽으로 유입되고, 상기 히트 펌프(152) 쪽에서 외부 환수관(186)을 통해 환수된 상기 지열 교환 유체가 상기 패커(183)에 의해 구획된 상부로 유입된 후, 적어도 그 일부가 주변의 암반층(12) 내로 유출된다.
도 3에서는, 상기 대수층 등에서 공급되는 물의 양(Q2)와 상기 암반층(12) 내로 유출되는 지열 교환 유체의 양(Q1)이 대략 일치하는 경우이다.
지속적인 작동에 따라, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 대수층 등에서 공급되는 물의 양(Q2)이 상기 암반층(12) 내로 유출되는 지열 교환 유체의 양(Q1)보다 상대적으로 많은 경우, 상기 패커(183)에 의해 구획된 상부의 수위가 올라가게 되고, 그에 따라 상기 내부 환수관(187)을 통해 상기 패커(183)에 의해 구획된 하부로 오버플로우된다. 이러한 오버플로우 과정에서 오버플로우되는 지열 교환 유체와 각 수위의 지열 교환 유체가 지속적인 열교환하게 된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지열 냉난방 장치에 대하여 설명한다. 이러한 설명을 수행함에 있어서 상기된 본 발명의 제 1 실시예에서 이미 기재된 내용과 중복되는 설명은 그에 갈음하고 여기서는 생략하기로 한다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지열 냉난방 장치에서 지열 교환 부재와 보조 교환 부재를 보이는 단면도이고, 도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지열 냉난방 장치의 지열 교환 부재에서 오버플로우가 발생되는 모습을 보이는 단면도이고, 도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 지열 냉난방 장치의 지열 교환 부재에서 오버플로우가 발생되고 보조 교환 부재에서 열교환된 지열 교환 유체가 공급되는 모습을 보이는 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 함께 참조하면, 본 실시예에서는, 지열 교환 부재(280)와 함께 보조 교환 부재(290)가 구비된다.
도면 번호 21은 지열 교환 부재용 지열공(20)과 별도로 형성되는 보조 교환 부재용 지열공이다.
상기 보조 교환 부재(290)는 상기 보조 교환 부재용 지열공(21)에 삽입되는 것으로, 케이싱(291)과, 덮개(292)와, 외부 환수관(286)을 따라 환수되는 지열 교환 유체 중 일부가 상기 보조 교환 부재용 지열공(21)으로 유입되도록 하는 보조 환수관(296)과, 상기 보조 교환 부재용 지열공(21)에서 지중과 열교환된 상기 지열 교환 유체를 상기 양수관(284)으로 유입시키는 보조 양수관(294)을 포함한다. 그리고, 상기 보조 교환 부재(290)는 상기 보조 교환 부재용 지열공(21) 내의 수위를 감지하는 보조 수위 감지 센서(298)와, 상기 보조 양수관(294) 상에서 지상에 설치되는 지상 펌프(295)를 더 포함한다.
도면 번호 289 및 299는 각각 상기 외부 환수관(286)과 상기 보조 환수관(296)을 개폐시키는 개폐 밸브들이고, 도면 번호 288은 상기 지열 교환 부재용 지열공(20) 내의 수위를 감지하는 수위 감지 센서이다.
바람직하게는, 상기 보조 양수관(294)의 하단 높이는 상기 외부 환수관(296)의 하단 높이보다 상대적으로 높게 형성될 수 있다.
본 실시예에 따른 지열 냉난방 장치의 작동 중에 수위가 점차 상승되면, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 지열 교환 부재(280)에서는 내부 환수관(287)을 통해 오버플로우가 발생되고, 상기 보조 교환 부재(290)에서는 수위만 상승된다.
상기와 같은 수위 상승 후, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 보조 수위 감지 센서(298)에서 상기 보조 교환 부재용 지열공(21) 내의 수위가 일정 수위, 즉 상기 보조 수위 감지 센서(298)까지 높아진 것으로 감지되면, 상기 지상 펌프(295)가 작동된다. 그러면, 상기 지열 교환 부재(280)에서 공급되는 지열 교환 유체와 함께, 상기 보조 교환 부재(290)에서 공급되는 지열 교환 유체가 양수관(284)을 통해 히트 펌프 쪽으로 공급될 수 있다.
상기와 같이, 지열 교환 부재(280)와 함께, 지상 펌프(295)를 구비하고 간단한 구조를 이루는 보조 교환 부재(290)가 구비됨에 따라, 그 설치 비용이 최소화되면서도 지열 교환 유체의 열교환 면적이 증대될 수 있다.
상기에서 본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재 및 그를 포함하는 지열 냉난방 장치에 의하면, 지열공 내에 차오르는 지열 교환 유체를 외부로 블리딩하여 버리지 아니할 수 있고, 지열공 내에서 효율적이고 지속적인 열교환이 이루어질 수 있으므로, 그 산업상 이용 가능성이 높다고 하겠다.

Claims (8)

  1. 지열을 이용하여 수요처에 대해 냉난방을 수행할 수 있는 지열 냉난방 장치를 구성하고, 지열 교환 부재용 지열공에 삽입되어, 지열 교환 유체가 유동되면서 지중과 열교환하는 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재에 있어서,
    상기 지열 교환 부재용 지열공을 상하로 구획하는 패커;
    상기 지열 교환 부재용 지열공에서 상기 패커에 의해 구획된 하부까지 연장되어, 상기 패커에 의해 구획된 하부의 상기 지열 교환 유체가 상기 지열 냉난방 장치에서 냉난방 수행을 위한 구성 요소로 공급되도록 하는 양수관;
    상기 지열 교환 부재용 지열공에서 상기 패커에 의해 구획된 상부까지 연장되어, 상기 양수관을 통해 공급된 상기 지열 교환 유체가 상기 지열 냉난방 장치에서 상기 냉난방 수행을 위한 구성 요소를 경유하고 상기 패커에 의해 구획된 상부로 환수되도록 하는 외부 환수관; 및
    상기 패커에 의해 구획된 상기 지열 교환 부재용 지열공의 상부 및 하부가 서로 연통되도록 상기 패커를 관통하고, 상기 패커에 의해 구획된 상부에서 소정 높이로 돌출된 내부 환수관;을 포함하는 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패커에 의해 구획된 상부의 수위가 일정 높이까지 상승되면, 상기 패커에 의해 구획된 상부에 수용된 상기 지열 교환 유체의 적어도 일부가 상기 내부 환수관을 통해 상기 패커에 의해 구획된 하부로 유입되는 것을 특징으로 하는 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 내부 환수관의 상단 높이는 상기 외부 환수관의 하단 높이보다 상대적으로 높게 형성되는 것을 특징으로 하는 지열 냉난방 장치용 지열 교환 부재.
  4. 지열을 이용하여 수요처에 대해 냉난방을 수행할 수 있는 지열 냉난방 장치에 있어서,
    지열 교환 부재용 지열공에 삽입되어, 지열 교환 유체가 유동되면서 지중과 열교환하고,
    상기 지열 교환 부재용 지열공을 상하로 구획하는 패커와,
    상기 지열 교환 부재용 지열공에서 상기 패커에 의해 구획된 하부까지 연장되어, 상기 패커에 의해 구획된 하부의 상기 지열 교환 유체가 상기 지열 냉난방 장치에서 냉난방 수행을 위한 구성 요소로 공급되도록 하는 양수관과,
    상기 지열 교환 부재용 지열공에서 상기 패커에 의해 구획된 상부까지 연장되어, 상기 양수관을 통해 공급된 상기 지열 교환 유체가 상기 지열 냉난방 장치에서 상기 냉난방 수행을 위한 구성 요소를 경유하고 상기 패커에 의해 구획된 상부로 환수되도록 하는 외부 환수관과,
    상기 패커에 의해 구획된 상기 지열 교환 부재용 지열공의 상부 및 하부가 서로 연통되도록 상기 패커를 관통하고, 상기 패커에 의해 구획된 상부에서 소정 높이로 돌출된 내부 환수관을 포함하는 지열 교환 부재;를 포함하는 지열 냉난방 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 지열 교환 부재용 지열공과 별도로 형성되는 보조 교환 부재용 지열공에 삽입되고,
    상기 외부 환수관을 따라 환수되는 상기 지열 교환 유체 중 일부가 상기 보조 교환 부재용 지열공으로 유입되도록 하는 보조 환수관과,
    상기 보조 교환 부재용 지열공에서 지중과 열교환된 상기 지열 교환 유체를 상기 양수관으로 유입시키는 보조 양수관을 포함하는 보조 교환 부재;를 포함하는 지열 냉난방 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 보조 교환 부재는
    상기 보조 교환 부재용 지열공 내의 수위를 감지하는 보조 수위 감지 센서와,
    지상에 설치되고, 상기 보조 수위 감지 센서에서 상기 보조 교환 부재용 지열공 내의 수위가 일정 수위에 도달된 것으로 감지되는 경우 작동되어, 상기 보조 교환 부재용 지열공 내의 상기 지열 교환 부재 중 적어도 일부가 상기 양수관으로 유입되도록 하는 지상 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 냉난방 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 지열 냉난방 장치는
    수요처에 대해 순환 유체를 공급할 수 있고, 내부에 온도에 따라 순환 유체가 성층화되는 온도 성층화가 이루어지는 축열조;
    상기 지열 교환 부재와 상기 축열조와 각각 연결되어, 상기 지열 교환 부재에서 상기 축열조로 열을 전달하거나, 상기 축열조에서 상기 지열 교환 부재로 열을 전달할 수 있는 히트 펌프; 및
    상기 지열 교환 부재와 상기 히트 펌프 사이를 유동하는 상기 지열 교환 유체 중 일부가 바이패스되면서, 상기 바이패스되는 지열 교환 유체 중의 열이 축적되는 보조 축열조;를 포함하고,
    상기 보조 축열조에 축적된 열이 공급되어 상기 수요처의 일부에 대한 난방이 이루어질 수 있는 것을 특징으로 하는 지열 냉난방 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 보조 축열조에서 상기 수요처의 일부로 공급되는 순환 유체의 온도가 기준값 이상인 경우, 상기 수요처의 일부를 경유한 순환 유체 중 일부를 바이패스시켜 상기 보조 축열조에서 상기 수요처의 일부로 공급되는 순환 유체에 혼합할 수 있는 보조 축열조측 삼방 밸브;를 포함하는 지열 냉난방 장치.
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