KR101180319B1

KR101180319B1 - 지열을 이용한 냉난방시스템

Info

Publication number: KR101180319B1
Application number: KR1020120036821A
Authority: KR
Inventors: 박영환
Original assignee: 박영환; 주식회사 그린플러스
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-04-09
Publication date: 2012-09-07

Abstract

본 발명은, 외부공기를 연중 균일하고 안정적인 지열과 열교환시켜 건조물의 실내를 냉·난방하는 지열을 이용한 냉난방시스템에 관한 것이다.
이와 같은 본 발명 지열을 이용한 냉난방시스템은, 외부공기나 실내공기를 선택적으로 흡입하는 흡기구(11)와, 배기구(11')를 구비하는 송풍기(10)와, 전단(21)은 상기 배기구(11')에 연결하고 후단(21')은 건조물(40)의 실내(41)로 노출되게 지하에 매설하여 설치되는 지열교환파이프(20) 및 토출구(32)가 일정간격으로 구비되며 타단(31')은 봉합되고 개방된 일단(31)은 상기 지열교환파이프의 후단(21')과 연결하여 실내에 설치되는 토출관(30)과, 양단(61)은 상기 토출관의 타단을 관통하여 외측으로 노출되고 중간부(61')는 상기 토출관을 거쳐 지열교환파이프의 후단부(21a) 내에 위치하게 삽입설치되는 "U"자 형태의 열교환파이프(60)와, 상기 열교환파이프의 양단을 연결하며 일단으로 열매체를 공급하여 타단으로 나오는 순환과정에서 지열교환파이프의 후단부와 토출관을 통과하는 공기와 열교환하여 냉난방효율을 더욱 극대화시켜 주는 히트펌프(70)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 것이다.

Description

지열을 이용한 냉난방시스템 {Cooling and heating system using geothermal}

본 발명은 지열을 이용한 냉난방시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외부공기를 연중 균일하고 안정적인 지열과 열교환시켜 건물이나 온실 등과 같은 건조물을 냉·난방하는 지열을 이용한 냉난방시스템에 관한 것이다.

종래에는 지열을 열원으로 냉난방을 수행하게 되는 열교환 회로부는 지중에 매설된 다수의 지열교환파이프와 열교환을 하고, 지열교환파이프들과 순환사이클을 형성하게 연결된 증발기와 응축기 등을 구비하는 히트펌프로부터 냉온열을 얻은 냉온수는 히트펌프와 순환사이클을 형성하게 연결된 열교환기가 설치된 냉난방장소로 이동되어 외기와 열교환하여 냉난방을 수행하며, 열교환 회로부에 설치된 냉온수 축열조는 냉온수를 저장한 후 급탕 등을 공급하는 구조로 된 지열을 이용한 축열식히트펌프시스템이 있었다.

그런데, 이러한 시스템은 그 구조가 매우 복잡함과 동시에 히트펌프와 냉온수 축열조의 사이를 연결하는 순환관과 냉온수 축열조와 냉난방장소의 사이를 연결하는 순환관이 별도로 배관되는 것이므로 배관의 길이가 상당하게 길어 설치시간과 설치비용은 물론 운전 및 사후관리비용도 많이 소요되는 등의 비경제적인 문제점들이 있었다.

또한, 길이가 긴 배관을 흐르는 과정에서 냉온수의 열손실이 많아지기 때문에 열효율이 저하되어 실용성이 크게 떨어지게 되는 등의 문제점들도 있었다.

본 발명은 종래의 이러한 문제점들을 감안하여 발명된 것으로서, 그 목적은 경제적이면서도 실용성이 대폭 향상되는 지열을 이용한 냉난방시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 열교환효율을 극대화시켜 주는 지열을 이용한 냉난방시스템을 제공하는 것이다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위해, 송풍기와, 전단은 상기 송풍기에 연결하고 후단은 건물이나 온실 등과 같은 건조물의 실내로 노출되게 지하에 매설배관하는 지열교환파이프 및 토출구가 일정간격으로 구비되며 타단은 봉합되고 개방된 일단은 상기 지열교환파이프의 후단과 연결하여 실내에 설치되는 토출관을 포함하여 구성되어 상기 송풍기로 지상의 공기를 지열교환파이프에 공급하면 지열교환파이프를 통과하는 과정에서 지열과 열교환한 후 토출관의 각 토출구를 통해 실내로 토출되어 냉난방을 하도록 하는 지열을 이용한 냉난방시스템을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 표면적을 최대로 넓혀 줌으로써 열교환효율이 극대화되도록 하기 위해 지열교환파이프의 내·외면에 길이를 따라 방사상으로 부설되는 다수의 방열핀과, 상기 지열교환파이프의 내부에 일정간격으로 설치되어 내부를 통과하는 공기가 대류작용에 의해 지열과의 열교환이 원활히 이루어지게 하는 대류팬들을 더 포함하여 구성되는 지열을 이용한 냉난방시스템을 제공하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 "U"자 형태로 되며 양단은 토출관의 타단을 관통하여 외측으로 노출되며 곡선으로 굽혀진 중간부는 상기 토출관을 거쳐 지열교환파이프의 후단부 내에 위치하게 삽입설치되며, 외면에는 방사상으로 다수의 방열핀을 길이를 따라 부설하여 표면적을 최대로 넓혀 주어 열교환효율을 극대화시켜 주는 열교환파이프와, 상기 열교환파이프의 양단을 연결하여 열매체를 공급순환시켜 지열교환파이프의 후단부와 토출관을 통과하는 공기와 열교환하여 냉난방효율을 더욱 극대화시켜 주는 히트펌프를 더 포함하여 구성되는 지열을 이용한 냉난방시스템을 제공하는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명 지열을 이용한 냉난방시스템은, 구조가 매우 간단하고 설치시간이 대폭 단축됨과 동시에 설치비용과 운전 및 사후관리비용이 크게 절감되는 효과를 얻게 되는 것임은 물론이고, 특히, 열교환효율이 극대화되어 지열을 효과적으로 활용할 수 있게 되므로 전기나 석유 등의 낭비를 최소화할 수 있게 되는 등의 특징도 있다.

도 1은 본 발명 실시 예에 따른 지열을 이용한 냉난방시스템의 개략적인 사시도
도 2는 도 1의 지열을 이용한 냉난방시스템의 일부 절취확대 평면도
도 3은 도 1의 지열을 이용한 냉난방시스템의 설치상태를 일부 절취확대하여 보인 정면도
도 4는 도 2에서 A-A'선 부분의 확대 단면도
도 5는 도 3에서 좌측부분을 발췌하여 일부절취확대한 정면도
도 6은 도 2에서 "A"부분을 확대하여 보인 측면도
도 7은 도 3에서 B-B'선 부분을 확대하여 보인 저면도
도 8은 도 4에서 C-C'선 부분을 확대하여 보인 배면도

이하, 본 발명 실시 예에 따른 지열을 이용한 냉난방시스템을 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명 실시 예에 따른 지열을 이용한 냉난방시스템의 개략적인 사시도이고, 도 2는 도 1의 지열을 이용한 냉난방시스템의 일부 절취확대 평면도이며, 도 3은 도 1의 지열을 이용한 냉난방시스템의 설치상태를 일부 절취확대하여 보인 정면도이고, 도 4는 도 2에서 A-A'선 부분의 확대 단면도이며, 도 5는 도 3에서 좌측부분을 발췌하여 일부절취확대한 정면도이다.

본 발명 실시 예에 따른 지열을 이용한 냉난방시스템은, 송풍기(10)·지열교환파이프(20)·토출관(30)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

송풍기(10)는 건물이나 온실 등과 같은 건조물(40)의 실외에 설치하는 것이 바람직하며, 일단을 흡기구(11)에 연결하는 흡입파이프(12)의 타단은 상기 건조물의 벽면 상측을 관통하게 배관하여 실내(41)의 공기를 흡입할 수 있도록 한다.

또한, 흡입파이프(12)의 일측에는 지상의 외부공기를 흡입하는 흡입구(121)를 부설하고, 상기 흡입구와 흡입파이프에는 각각 댐퍼(13)(13')를 설치하여 필요에 따라 실·내외 공기의 흡입을 개폐토록 한다.

지열교환파이프(20)는 알루미늄으로 되며, 전단(21)은 송풍기(10)의 배기구(11')에 연결하고 후단(21')은 실내(41)로 노출되게 지하에 매설하여 배관한다.

이때, 지열교환파이프(20)를 매설하는 깊이와 배관의 길이 및 형태 등은 지열의 온도와 설치면적 등에 따라 다양하게 변경할 수 있다.

토출관(30)은 타단(31')이 봉합되고 개방된 일단(31)은 지열교환파이프(20)의 후단(21')과 연결하여 실내(41)에 설치하는 것이며, 양측면에 길이방향을 따라 일정간격으로 형성되는 다수의 토출구(32)를 구비하여 된다.

이러한 토출관(30)은, 필요에 따라 실내(41)의 바닥면이나 천장 또는 벽 등에 근접하게 수평으로 설치하면 된다.

이와 같은 본 발명 실시 예에 따른 지열을 이용한 냉난방시스템을 가동하여 온풍을 실내(41)로 공급하여 난방을 하고자 할 때에는, 먼저, 흡입구(121)의 댐퍼(13)를 닫아서 차가운 실외의 공기가 흡입되지 않도록 함과 동시에 댐퍼(13')를 열어서 흡입파이프(12)의 타단을 통해 실외보다 상대적으로 온도가 높은 상기 실내의 공기를 흡입하도록 한 상태에서 송풍기(10)를 가동한다,

이렇게 하면, 실내(41)의 공기가 송풍기(10)에 의해 공급되어 지열교환파이프(20)를 통과하는 과정에서 상기 실내의 공기보다 온도가 높은 지열이 전도되고 있는 지열교환파이프의 지열과 열교환을 하여 열풍으로 변환된 후 토출관(30)으로 유입되므로 각 토출구(32)를 통해 상기 실내로 토출되어 난방을 하게 된다.

이에 따라, 송풍기(10)의 가동을 중단하지 않으면 공기가 실내(41)와 지열교환파이프(20) 및 토출관(30)을 계속 순환하게 되므로 지열에 의한 난방이 이루어지게 된다.

그리고, 난방과정에서 신선한 공기를 공급하고자 할 때에는 댐퍼(13)를 열어서 외부공기를 흡입하거나, 흡입파이프(12)의 관로에 공기정화기(50)를 설치하여 실내공기에 함유된 오염물질이나 냄새 등을 여과 및 정화시켜 순환되게 하면 된다.

한편, 냉풍을 실내(41)로 공급하여 냉방을 하고자 할 때에는, 먼저, 흡입구(121)의 댐퍼(13)를 열어서 더운 실외공기가 흡입되도록 함과 동시에 댐퍼(13')를 닫아서 흡입파이프(12)의 타단을 통해 실외보다 상대적으로 온도가 낮은 상기 실내의 공기가 흡입되지 않도록 한 상태에서 송풍기(10)를 가동한다,

이렇게 하면, 실외공기가 송풍기(10)에 의해 공급되어 지열교환파이프(20)를 통과하는 과정에서 실외공기보다 상대적으로 온도가 낮은 지열이 전도되는 지열교환파이프의 지열과 열교환을 하여 냉풍으로 변환된 후 토출관(30)으로 유입되므로 각 토출구(32)를 통해 상기 실내로 토출되어 냉방을 하게 된다.

이에 따라, 송풍기(10)를 계속하여 가동하면 외부공기가 지열교환파이프(20)를 통과하면서 냉각된 냉풍이 토출관(30)을 거쳐 계속 실내(41)로 토출되어 냉방이 이루어지게 된다.

물론, 이러한 냉방과정에서 필요에 따라서는 댐퍼(13)를 닫고 댐퍼(13')를 열어 실내(41)의 공기를 지열교환파이프(20)로 공급하여 냉방을 하여도 된다.

또한, 본 발명 실시 예에 따른 지열을 이용한 냉난방시스템은, 지열교환파이프(20)의 내·외면에 길이를 따라 방사상으로 부설되는 다수의 방열핀(22)(22')과, 상기 지열교환파이프의 내부에 일정간격으로 설치되는 복수의 대류팬(23)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

다수의 방열핀(22)(22')은, 지열교환파이프(20)의 내·외면 표면적을 최대한 넓혀주기 때문에 내부를 통과하는 공기와 지열과의 열교환효율을 극대화된다.

대류팬(23)들은 지열교환파이프(20)를 통과하는 공기가 부딪쳐 대류를 발생하게 하는 것이며, 이러한 대류작용에 의해 공기와 지열은 더욱 효과적으로 열교환을 하게 되기 때문에 열교환효율을 더욱 극대화시켜 준다.

이러한 작용을 하는 대류팬(23)들은 공기가 부딪쳐 대류가 발생하게 하는 것이므로, 회전되게 설치하는 것보다는 고정되게 설치하는 것이 더욱 바람직하다.

또한, 본 발명 실시 예에 따른 지열을 이용한 냉난방시스템은, "U"자 형태로 되며 양단(61)은 토출관(30)의 타단(31')을 관통하여 외측으로 노출되며 곡선으로 굽혀진 중간부(61')는 상기 토출관을 통과하여 지열교환파이프(20)의 후단부(21a) 내에 위치하게 삽입설치되고 외면에는 길이를 따라 방사상으로 부설되는 다수의 방열핀(62)을 구비하는 열교환파이프(60)와, 상기 열교환파이프의 양단을 연결하여 열매체를 공급순환시켜 지열교환파이프의 후단부와 토출관을 통과하는 공기와 열교환하여 냉난방효율을 더욱 극대화시켜 주는 히트펌프(70)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 설치되는 열교환파이프(60)는 알루미늄으로 되며, 히트펌프(70)를 작동시키면 열매체가 양단(61) 중 어느 일단을 통해 공급되어 상기 열교환파이프를 통과하면서 지열교환파이프(20)의 후단부(21a)를 거쳐 토출관(30)의 내부를 통과하는 공기와 열교환을 한 후 타단을 통해 상기 히트펌프로 들어가는 순환과정을 반복하게 된다.

이렇게 되면, 지열교환파이프(20)를 통과하면서 지열과 열교환 한 공기는 후단부(21a)를 거쳐 토출관(30)의 내부를 통과하면서 열교환파이프(60)를 순환하는 열매체와도 열교환을 한 다음 각 토출구(32)로 토출되기 때문에 냉난방효율을 더욱 향상시켜 주게 된다.

한편, 지열교환파이프(20)의 후단(21')측 하면에는 배수관(80)을 하향경사지게 연결설치하는 것이 바람직하다.

이렇게 배수관(80)을 설치하는 것은, 지열교환파이프(20)를 통과하는 공기에 수분이 함유되어 있는 경우에 지열과의 온도차이로 결로되는 현상이 발생하여 공기의 흐름 등에 영향을 끼치게 되는 것을 방지하기 위한 것이다.

그리고, 배수관(80)을 연결하는 후단부(21a)는 후단(21')을 향해 소정각도로 하향경사지게 배관하여 상기 후단측 하면에 배수관의 상단을 연결하며, 상기 배수관의 하단은 별도로 설치되는 집수조나 배수로(81)에 연결하여 결로된 물방울이 원활하게 배수되도록 한다.

10 : 송풍기 11 : 흡기구
11': 배기구 20 : 지열교환파이프
22,22' : 방열핀 23 : 대류팬
30 : 토출관 32 : 토출구
40 : 건조물 50 : 공기정화기
60 : 열교환파이프 62 : 방열핀
70 : 히트펌프 80 : 배수관
81 : 배수로

Claims

흡기구(11)와 배기구(11')를 구비하는 송풍기(10)와, 전단(21)은 상기 배기구(11')에 연결하고 후단(21')은 건조물(40)의 실내(41)로 노출되게 지하에 매설하는 지열교환파이프(20) 및 토출구(32)가 일정간격으로 구비되며 타단(31')은 봉합되고 개방된 일단(31)은 상기 후단(21')과 연결하여 실내(41)에 설치하는 토출관(30)을 포함하여 구성되는 지열을 이용한 냉난방시스템에 있어서,
상기 송풍기(10)는, 일단은 상기 흡기구(11)에 연결하고 타단은 상기 건조물의 벽면 상측으로 관통하여 실내(41)의 공기를 흡입하게 배관되는 흡입파이프(12)와, 상기 흡입파이프(12)의 일측에 외부공기를 흡입하게 부설되는 흡입구(121) 및 상기 흡입파이프(12)와 흡입구(121)에 각각 설치되는 댐퍼(13)(13')를 더 포함하여 구성되며,
양단(61)은 상기 토출관(30)의 타단(31')을 관통하여 외측으로 노출되며, 곡선으로 굽혀진 중간부(61')는 상기 토출관(30)을 거쳐 지열교환파이프(20)의 후단부(21a) 내에 위치하게 삽입설치되는 "U"자 형태의 열교환파이프(60)와;
상기 열교환파이프(60)의 양단이 연결되게 설치되며 일단으로 공급되어 타단으로 나오는 열매체의 순환과정에서 지열교환파이프(20)의 후단부(21a)와 토출관(30)을 통과하는 공기와 열교환하여 냉난방효율을 더욱 극대화시켜 주는 히트펌프(70)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방시스템.
제1항에 있어서,
상기 지열교환파이프(20)의 내부에 일정간격으로 고정설치되어 내부를 통과하는 공기가 부딪쳐 대류가 발생하게 하는 복수의 대류팬(23)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방시스템.
삭제
제1항에 있어서,
상기 열교환파이프(60)는, 외면에 길이를 따라 방사상으로 부설되는 다수의 방열핀(62)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방시스템.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 지열교환파이프(20)의 후단(21')측 하면에 하향경사지게 연결되는 배수관(80)을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방시스템.
제5항에 있어서,
상기 배수관(80)의 상단이 연결되는 후단부(21a)는, 후단(21')을 향해 소정각도로 하향경사지게 배관하며;
상기 배수관(80)의 하단을 연결하게 설치되는 집수조나 배수로(81)를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방시스템.