KR101368362B1 - Cooling and heating system using ground source - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 지열을 이용한 냉난방 시스템에 관한 것으로, 특히 열교환 파이프의 구조를 변경하여 열교환 효율을 향상시키도록 한 지열을 이용한 냉난방 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling and heating system using geothermal heat, and more particularly to a cooling and heating system using geothermal heat to improve the heat exchange efficiency by changing the structure of the heat exchange pipe.
일반적으로 가정 및 산업용 냉난방에 사용되고 있는 에너지원은 석유나 천연가스와 같은 화석 연료 또는 핵연료 등이 있는데, 이러한 에너지원 사용은 환경오염의 주원인을 발생시킬 뿐만 아니라 매장량의 한계가 있기 때문에 대체에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.Generally, energy sources used in home and industrial air-conditioning are fossil fuels such as petroleum and natural gas or nuclear fuels. The use of these energy sources not only causes major pollution of the environment, but also has a limited amount of reserves. It is actively underway.
이와 같은, 냉난방을 위하여 사용되는 에너지원으로는 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료를 이용하거나, 또는 이들 화석연료나 원자력을 이용하여 생산된 에너지를 주로 사용하고 있다.As such energy sources used for cooling and heating, fossil fuels such as coal, oil, and natural gas are used, or energy produced using these fossil fuels or nuclear power is mainly used.
그러나 화석연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 수질 및 환경을 오염시키는 단점이 있으므로, 근래에는 이를 대신할 수 있는 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.However, since fossil fuels have a disadvantage of polluting the water quality and the environment due to various pollutants generated in the combustion process, in recent years, development of alternative energy capable of replacing them has been actively carried out.
이러한 대체 에너지 중에서도 무한한 에너지원을 갖는 풍력, 태양열, 지열 등에 관한 연구와 이를 이용한 냉난방 장치가 사용되고 있는데, 이들 에너지원은 공기오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면 에너지 밀도가 대단히 낮은 단점이 있다.Among these alternative energies, research on wind, solar, geothermal, etc., which have infinite energy sources, and air-conditioning devices using them are used. These energy sources have the advantage of obtaining energy with little effect on air pollution and climate change. On the other hand, the energy density is very low.
특히, 풍력과 태양열을 이용하여 에너지를 얻기 위해서는 설치장소의 한계와 함께 넓은 면적이 확보되어야 하며, 이 장치들은 단위장치당 에너지 생산 용량이 작고 또한 설치 및 유지관리에 많은 비용이 소요된다.In particular, in order to obtain energy using wind and solar heat, a large area must be secured along with the limit of the installation site. These devices have a small energy production capacity per unit and are expensive to install and maintain.
대체에너지의 일원인 지열에너지는 지하 깊은 곳의 지열을 이용하여 발전 등에 활용되기도 하고, 10~20℃의 지열을 이용하여 냉난방 시스템에 적용되기도 하는데, 지열을 이용하여 건물 등의 냉난방 기술에 적용하는 경우, 기존 냉난방 장치에 비하여 최대 40% 이상의 에너지를 절감할 수 있으며, 40~70%의 에너지 발생비용을 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다.Geothermal energy, which is a member of alternative energy, is used for power generation by using geothermal heat in the deep underground, and it is also applied to air-conditioning system using geothermal heat of 10 ~ 20 ℃, which is applied to air-conditioning technology of buildings, etc. In this case, energy savings of up to 40% or more, and energy generation costs of 40 to 70% are known, compared to conventional heating and cooling devices.
이러한 지열을 이용하여 건물 내의 냉난방을 목적으로 지하수와 같은 천연 열저장소를 이용하는 전기장치인 지열을 이용한 냉난방 시스템은, 지중 열교환기를 구비하여 상기 열교환기에 의해 하절기에는 지중으로 열을 방출하고 동절기에는 지중으로부터 열을 흡수하는 것으로, 연중 10~20℃로 거의 일정한 온도를 유지한 지온에 의해 냉난방 성능이 저하되지 않아 안정적인 운전이 가능하다.The geothermal heating and cooling system using geothermal heat, which is an electric device that uses natural heat storage such as groundwater for the purpose of cooling and heating in buildings, is equipped with an underground heat exchanger, which emits heat to the ground in the summer season and from the ground in the winter season. By absorbing heat, the cooling and heating performance is not lowered by the geothermal temperature that is maintained at a constant temperature at 10 to 20 ° C throughout the year, so that stable operation is possible.
따라서, 설치 및 유지관리에 상대적으로 저렴한 비용이 소요되는 지열에너지를 이용한 냉난방 장치들이 많이 이용되고 있는데, 이것은 온도가 10~20℃인 지중의 열 에너지를 이용하는 기술이다.Therefore, many air-conditioning and heating devices using geothermal energy, which require relatively low cost for installation and maintenance, are used. This is a technology using underground thermal energy having a temperature of 10 to 20 ° C.
통상적으로 사용되는 지열을 이용한 냉난방 시스템은 지열을 회수하기 위한 열교환 파이프와, 상기 열교환 파이프로부터 회수한 지열을 필요한 장소로 이동시켜 냉난방을 행하는 히트펌프로 구성된다.Commonly used geothermal heating and cooling system is composed of a heat exchange pipe for recovering the geothermal heat, and a heat pump for cooling and heating by moving the geothermal heat recovered from the heat exchange pipe to the required place.
도 1은 종래 기술에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.1 is a configuration diagram schematically showing a cooling and heating system using geothermal heat according to the prior art.
종래 기술에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 지표측의 토양층에 최대 150~200m 이상의 깊이로 다수의 시추공을 굴착하고, 상기 각 시추공의 내부에 지열수를 공급하기 위해 열교환 파이프(20)를 매립하고 있다.As shown in FIG. 1, the air-conditioning and heating system using geothermal heat according to the prior art excavates a plurality of boreholes to a depth of 150 to 200 m or more in the soil layer on the ground side, and heat-exchanges to supply geothermal water into the respective boreholes. The
상기 열교환 파이프(20)를 통해 공급되는 지열수는 필요로 하는 수요처(10)로 이동시켜 냉난방을 행하도록 하는 히트펌프(30)를 구비하고 있다.Geothermal water supplied through the
상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템은 지열을 열원으로 냉난방을 수행하는 것으로 지중에 매설된 U자형의 열교환 파이프(20)들을 통해 지열수를 공급받아 냉난방을 수행하도록 되어있다.The air-conditioning and heating system using geothermal heat according to the related art, which is configured as described above, is configured to perform geothermal heating by receiving geothermal water through U-shaped
이러한 냉난방은 이 U자형의 열교환 파이프(20)들과 순환 사이클을 형성하며 연결된 증발기와 응축기 등을 구비하여 냉난방용 히트펌프(30)로부터 냉온열을 얻은 지열수는 이 냉난방용 히트펌프(30)와 순환 사이클을 형성하며 연결된 열교환기(미도시)가 설치된 냉난방 장소로 이동되어 외기와의 열교환으로 냉난방을 수행하게 하거나 급탕 등을 공급하게 한다.Such cooling and heating forms a circulating cycle with the U-shaped
상기 열교환 파이프(20)는 내구성을 고려하여 폴리에틸렌(HDPE) 재질로 제작된다.The
그러나 상기와 같은 종래 기술에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템은 열교환 파이프가 폴리에틸렌 재질로 이루어져 충분한 열교환이 이루어지지 못하여 열교환 효율이 떨어지는 문제가 있다. 이에 따라 종래에는 열교환 효율의 증대를 위해 열교환 파이프의 시공 깊이를 최대 150~200m 이상으로 깊게 형성할 수 밖에 없으며, 원자재의 소요 비용도 그만큼 증가하게 되는 문제점이 있었다.However, in the air-conditioning system using geothermal heat according to the prior art as described above, since the heat exchange pipe is made of polyethylene, sufficient heat exchange is not performed, and thus heat exchange efficiency is inferior. Accordingly, in the related art, in order to increase the heat exchange efficiency, the construction depth of the heat exchange pipe cannot be deeply formed to a maximum of 150 to 200 m or more, and the required cost of the raw materials also increases.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로 지하에 매설되는 열교환 파이프의 구조를 달리하여 열교환 효율을 향상시키도록 한 우수한 지열을 이용한 냉난방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide a cooling and heating system using excellent geothermal heat to improve the heat exchange efficiency by changing the structure of the heat exchange pipe buried underground to solve the above problems.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템은 지면으로부터 소정깊이로 매설되어 상기 지면에 설치된 수요처와 연결되며 지열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출하는 열교환 파이프와, 상기 열교환 파이프와 연결되어 상기 열교환 파이프를 통해 공급되는 지열수의 발열 또는 응축열을 이용하여 상기 수요처를 냉난방시키는 히트펌프를 포함하여 구성되고, 상기 열교환 파이프는 U자형 파이프의 외부 또는 내부 표면에 길이 방향으로 일정한 간격을 갖고 다수의 슬릿홈이 형성되는 있는 것을 특징으로 한다.Geothermal heating and cooling system according to the present invention for achieving the above object is a heat exchange pipe buried to a predetermined depth from the ground and connected to the demand installed on the ground and absorbs geothermal heat or discharges heat into the ground, and the heat exchange pipe And heat pumps for heating and cooling the demand by using heat generated from the geothermal water or condensation heat supplied through the heat exchange pipes, wherein the heat exchange pipes are spaced at regular intervals in the longitudinal direction on the outer or inner surfaces of the U-shaped pipes. It is characterized in that having a plurality of slit grooves.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템은 지면으로부터 소정깊이로 매설되어 상기 지면에 설치된 수요처와 연결되며 지열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출하는 열교환 파이프와, 상기 열교환 파이프와 연결되어 상기 열교환 파이프를 통해 공급되는 지열수의 발열 또는 응축열을 이용하여 상기 수요처를 냉난방시키는 히트펌프를 포함하여 구성되고, 상기 열교환 파이프는 U자형 파이프의 내부 표면에 일방향으로 나선형의 슬릿홈이 형성되는 있는 것을 특징으로 한다.In addition, the air-conditioning and heating system using geothermal heat according to another embodiment of the present invention is buried in a predetermined depth from the ground connected to the demand destination installed on the ground, and absorbs heat or discharges heat into the ground, and the heat exchange pipe And a heat pump for cooling and heating the demand destination by using the heat of the geothermal water supplied through the heat exchange pipe or the heat of condensation, wherein the heat exchange pipe has a spiral slit groove formed in one direction on the inner surface of the U-shaped pipe. It is characterized by being.
본 발명에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.Geothermal heating and cooling system according to the present invention has the following effects.
첫째, 열교환 파이프의 외부 또는 내부 표면에 길이 방향으로 다수의 슬릿홈을 구성함으로써 지열수의 접촉 면적을 증가시켜 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.First, by forming a plurality of slit grooves in the longitudinal direction on the outer or inner surface of the heat exchange pipe can increase the contact area of the geothermal water can improve the heat exchange efficiency.
둘째, 열교환 파이프의 내부에 나선형 구조의 슬릿홈을 구성하여 지열수의 흐름을 신속하게 유지함으로써 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.Second, by forming a slit groove of the spiral structure inside the heat exchange pipe to quickly maintain the flow of geothermal water can improve the heat exchange efficiency.
셋째, 열교환 파이프의 외부 또는 내부 표면에 길이 방향으로 다수의 슬릿홈을 구성함과 더불어 다수개의 열교환 파이프를 열전도가 우수한 금속재질로 이루어진 연결부재로 연결함으로써 열교환 효율을 향상시킬 수가 있다.Third, the heat exchange efficiency can be improved by forming a plurality of slit grooves in the longitudinal direction on the outer surface or the inner surface of the heat exchange pipe and connecting the plurality of heat exchange pipes with a connection member made of a metal having excellent thermal conductivity.
넷째, 열교환 파이프의 외부 또는 내부 표면에 길이 방향으로 다수의 슬릿홈을 구성함과 더불어 U자형 열교환 파이프 사이에 지지부재를 구성하여 열교환 파이프의 간격을 일정하게 유지함으로써 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.Fourth, by forming a plurality of slit grooves in the longitudinal direction on the outer surface or the inner surface of the heat exchange pipe, and by forming a support member between the U-shaped heat exchange pipe to maintain a constant spacing of the heat exchange pipe can improve heat exchange efficiency.
다섯째, 열교환 파이프의 외부 또는 내부 표면에 길이 방향으로 다수의 슬릿홈을 구성함과 더불어 U자형 열교환 파이프 중 일측과 타측의 지름을 상이하게 구성하여 지열수의 유속을 달리함으로써 열교환 효율을 한층더 향상시킬 수 있다.Fifth, by forming a plurality of slit grooves in the longitudinal direction on the outer surface or the inner surface of the heat exchange pipe and by differently configuring the diameter of one side and the other side of the U-shaped heat exchange pipe, the flow rate of geothermal water is further improved to further improve heat exchange efficiency. You can.
도 1은 종래 기술에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도
도 3은 도 2의 지열을 이용한 냉난방 시스템에서 열교환 파이프의 제 1 실시예를 나타낸 평면도
도 4는 도 2의 지열을 이용한 냉난방 시스템에서 열교환 파이프의 제 2 실시예를 나타낸 평면도
도 5는 도 2의 지열을 이용한 냉난방 시스템에서 열교환 파이프의 제 3 실시예를 나타낸 평면도
도 6은 도 2의 지열을 이용한 냉난방 시스템에서 열교환 파이프의 제 4 실시예를 나타낸 평면도
도 7은 도 2의 지열을 이용한 냉난방 시스템에서 열교환 파이프의 제 5 실시예를 나타낸 평면도
도 8은 도 3 내지 도 7의 각 실시예에 의한 열교환 파이프의 슬릿홈을 설명하기 위한 도면1 is a schematic view showing a cooling and heating system using geothermal heat according to the prior art
2 is a schematic view showing a cooling and heating system using geothermal heat according to the present invention
3 is a plan view showing a first embodiment of the heat exchange pipe in the geothermal heating and cooling system of Figure 2
Figure 4 is a plan view showing a second embodiment of the heat exchange pipe in the geothermal heating and cooling system of Figure 2
5 is a plan view showing a third embodiment of the heat exchange pipe in the air-conditioning system using the geothermal heat of FIG.
6 is a plan view showing a fourth embodiment of the heat exchange pipe in the air-conditioning system using geothermal heat of FIG.
7 is a plan view showing a fifth embodiment of the heat exchange pipe in the air-conditioning system using geothermal heat of FIG.
8 is a view for explaining a slit groove of a heat exchange pipe according to each embodiment of FIGS. 3 to 7.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a heating and cooling system using geothermal heat according to an embodiment of the present invention will be described in detail. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.
또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.In addition, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. For convenience of explanation, the size and shape of each constituent member shown may be exaggerated or reduced have.
도 2는 본 발명에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 3은 도 2의 지열을 이용한 냉난방 시스템에서 열교환 파이프의 제 1 실시예를 나타낸 평면도이다.Figure 2 is a schematic view showing a cooling and heating system using geothermal heat according to the present invention, Figure 3 is a plan view showing a first embodiment of a heat exchange pipe in the cooling and heating system using the geothermal heat of FIG.
본 발명에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템(100)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 수요처(110), 히트펌프(120), 열교환 파이프(130) 및 축열조(140)를 포함하여 구성되어 있다.As shown in FIGS. 2 and 3, the air-conditioning and heating system 100 using geothermal heat according to the present invention includes a
여기서, 상기 수요처(110)는 일정한 평수를 가지면서 사람들이나 가축들이 거주하여 생활하는 공간 또는 회사나 관공서와 같이 일정시간 근무하는 공간을 의미한다. Here, the
상기 히트펌프(120)는 일반적으로 주지된 기술로서 구체적으로 도시 및 설명하지 않았지만, 냉매를 증발시키는 증발기와, 상기 증발기로부터 증발된 냉매를 압축시켜 고온 고압의 냉매를 토출시키는 압축기와, 상기 압축기에서 토출된 냉매가 유입되어 응축되는 응축기 및 팽창밸브를 갖는다. The
즉, 상기 히트펌프(120)는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용하여 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방 장치를 의미한다. 이러한 히트펌프(120)는 압축기 및 실외 교환기를 구비하는 실외기 및 팽창밸브 및 실내 교환기를 포함하는 실내기를 포함하여 이루어진다.That is, the
상기 열교환 파이프(130)는 지중에 매립된 U자형의 파이프로 구성되고 상기 파이프로부터 연장된 지열 회수관을 따라 지열수를 상기 히트펌프(120) 또는 축열조(140)로 순환시킬 수 있도록 펌프가 구비되어 있다.The
상기 열교환 파이프(130)는 지표면을 100~150M의 깊이로 천공하여 시추공을 형성하고, 상기 시추공 내부에 U자형의 열교환 파이프(130)를 삽입하여 구성된다.The
한편, 상기 열교환 파이프(130)를 구성하는 U자 형태의 파이프 중에서 일측과 타측의 지름을 상이하게 구성하여 지열수의 유속을 달리할 수도 있다.On the other hand, among the U-shaped pipes constituting the
예를 들면, 상기 수요처(110)에서 냉난방으로 사용한 지열수가 지중으로 흘러가는 쪽의 파이프 지름을 상기 히트펌프(120) 또는 축열조(140)쪽으로 지열수가 유입되는 파이프 지름보다 작게 구성하여 사용된 지열수의 유속을 빠르게 진행함으로써 히트펌프(120) 또는 축열조(140)로 공급되는 지열수의 유속을 느리게 하여 지열수의 온도를 낮추거나 높일 수 있다.For example, the geothermal water used by configuring the pipe diameter of the geothermal water used for cooling and heating in the
이와 같이 펌프에 의해 지열수가 열교환 파이프(130)의 지열 회수관을 따라 순환됨으로써 상기 열교환 파이프(130)는 지중과의 열교환을 통해 지중으로부터 열을 흡수하여 지열을 회수하거나 상기 히트펌프(120) 또는 축열조(140)를 통해 일정 온도(15~21℃)의 지열수를 공급하게 된다.As such, the geothermal water is circulated along the geothermal recovery tube of the
예를 들면, 상기 열교환 파이프(130)로부터 유입되는 지열수의 온도가 10℃일 때 상기 축열조(140)는 가열을 통해 15~21℃로 지열수의 온도를 올려 상기 히트펌프(120)에 공급하고, 25℃일 때는 냉각하여 15~21℃의 온도로 낮추어 상기 히트펌프(120)로 공급한다.For example, when the temperature of the geothermal water flowing from the
상기 열교환 파이프(130)의 내·외면에 길이를 따라 방사상으로 부설되는 다수의 방열핀을 구비하고 있는데, 상기 다수의 방열핀은 열교환 파이프(130)의 내·외면 표면적을 최대한 넓혀주기 때문에 내부를 통과하는 지열과의 열교환 효율을 극대화시킬 수 있다.The inner and outer surfaces of the
상기 축열조(140)는 상기 열교환 파이프(130)에서 유입된 지열수를 저장하거나 상기 히트펌프(120)에서 열교환된 지열수를 저장하는 곳으로, 상술한 바와 같이 지열 회수관을 통해 열교환 파이프(130)와 연결됨과 함께 상기 히트펌프(120)에 연결되어 있다.The
상기 열교환 파이프(130)를 통해 상기 축열조(140)로 유입되는 지열수를 일정한 온도로 가열 또는 냉각하여 상기 히트펌프(120)에 공급하게 된다.The geothermal water flowing into the
예를 들어, 상기 축열조(140)에 온도감시센서(도시되지 않음)를 부착하고 상기 온도감지센서를 통해 상기 축열조(140) 내부로 유입된 지열수의 온도가 15도 미만일 경우에는 상기 축열조(140)에 유입된 지열수를 가열하여 15도 이상으로 배출하고, 15~30도일 때는 상기 축열조(140)를 동작하지 않고 바로 지열수를 배출하여 난방에 사용되게 된다.For example, when a temperature monitoring sensor (not shown) is attached to the
따라서 상기 열교환 파이프(130)로부터 상기 축열조(140)로 공급되는 지열수의 온도를 15~21℃로 보상하여 상기 히트펌프(120)로 공급함으로써 히트펌프(120)의 동작 시간을 줄임과 함께 지열 냉난방 효율을 최적화시킬 수가 있다.Therefore, by compensating the temperature of the geothermal water supplied from the
여기서, 상기 축열조(140)는 지중에서 유입되는 지열수의 온도를 측정하여 설정값보다 지열수 온도가 낮거나 높을 경우에 가열 또는 냉각을 통해 지열수의 온도를 15~21℃의 온도로 보상하여 상기 히트펌프(120)로 공급한다. Here, the
이때 상기 축열조(140)는 평상시에는 태양광 발전장치(도시되지 않음)로부터 공급되는 전원을 공급받아 사용하나 상기 태양광 발전장치가 발전하지 않는 경우에는 축적된 전원 또는 한전계통(도시되지 않음)에서 공급되는 전원을 사용하게 된다.At this time, the
또한, 상기 축열조(140)는 태양광 발전이 가능한 주간에는 태양광 발전을 통해 자체적으로 전력을 생산하여 사용함으로써 소비전력을 줄일 수가 있고, 관광서와 같이 주 5일 근무하는 장소에 설치할 경우에는 상기 태양광 발전장치로부터 생산된 전기 에너지를 에너지 저장장치(도시되지 않음)에 저장하여 사용함으로써 전력 소모를 최소한으로 줄일 수가 있다.In addition, the
상기 태양광 발전장치는 태양광을 입사받은 태양전지 어레이로부터 직류전기를 생성하여 인버터를 통해 교류 전기로 변환하고, 상기 인버터를 통해 변환한 교류전기를 계통 연계반을 통해 한전계통에서 공급되는 전력 계통과 함께 선택적으로 전원을 사용할 수 있도록 한다.The photovoltaic device generates a direct current electricity from a solar cell array that receives sunlight and converts it into alternating current electricity through an inverter, and converts the alternating current electricity through the inverter into a grid with a grid. It also allows the optional power supply.
만약, 상기 축열조(140)가 동작하지 않을 경우에는 상기 태양광 발전장치로부터 생산된 전기 에너지는 에너지 저장장치(도시되지 않음)에 충전하여 필요에 따라 사용할 수 있도록 구성된다.If the
상기 히트펌프(120)와 축열조(140)는 상호 통신을 통해 지열수를 15~21℃로 유지하면서 공급하도록 구성된다. 한편, 상기 축열조(140)는 본 발명의 실시예에서 부가적인 요소이고 필요에 따라 생략하고 상기 열교환 파이프(130)를 통해 상기 히트펌프(120) 또는 축열조(140)로 지중의 지열수를 공급할 수도 있다.The
상기 열교환 파이프(130)는 폴리에틸렌테레프탈레이트(이하, PET라고 함) 재질의 U자형 직관 파이프로 구성되고, 상기 열교환 파이프(130)의 표면에 길이방향으로 일정한 간격을 갖고 다수의 슬릿홈(131)들이 형성시켜 지중의 지하수를 모세관 현상으로 상기 슬릿홈(131) 내부로 포집하여 상기 열교환 파이프(130) 내부로 유입 또는 유출되는 지열수의 열교환 효율을 한층더 향상시키고 있다.The
한편, 상기 슬릿홈(131)의 구성에 대해서 이후 보다 상세하게 설명한다.On the other hand, the configuration of the
도 4는 도 2의 지열을 이용한 냉난방 시스템에서 열교환 파이프의 제 2 실시예를 나타낸 평면도이다.Figure 4 is a plan view showing a second embodiment of the heat exchange pipe in the air-conditioning system using the geothermal heat of FIG.
도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 실시예에 의한 열교환 파이프(130)는 제 1 실시예에서는 열교환 파이프(130)의 외부 표면에 다수의 슬릿홈(131)들이 형성되어 있지만 내부 표면에 슬릿홈(131)들이 형성되어 있는 것을 제외하면 동일하다.As shown in FIG. 4, the
따라서 제 2 실시예에 의한 상기 열교환 파이프(130) 내부로 유입 또는 유출되는 지열수의 접촉 면적을 증가시켜 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.Therefore, the heat exchange efficiency may be improved by increasing the contact area of the geothermal water flowing into or out of the
도 5는 도 2의 지열을 이용한 냉난방 시스템에서 열교환 파이프의 제 3 실시예를 나타낸 평면도이다.FIG. 5 is a plan view illustrating a third embodiment of a heat exchange pipe in the geothermal heating and cooling system of FIG. 2.
도 5에 도시된 바와 같이, 제 3 실시예에 의한 열교환 파이프(130)는 제 2 실시예와 비교하여 열교환 파이프(130) 내부 표면에 일방향으로 회전하는 스크류 타입의 슬릿홈(131)을 형성하는 것을 제외하면 동일하다.As shown in FIG. 5, the
따라서 제 3 실시예에 의한 상기 열교환 파이프(130) 내부로 유입 또는 유출되는 지열수의 접촉 면적을 증가시킴과 더불어 와류 현상을 통해 지열수의 흐름을 보다 신속하게 함으로써 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.Therefore, the heat exchange efficiency may be improved by increasing the contact area of the geothermal water flowing into or out of the
도 6은 도 2의 지열을 이용한 냉난방 시스템에서 열교환 파이프의 제 4 실시예를 나타낸 평면도이다.FIG. 6 is a plan view illustrating a fourth embodiment of the heat exchange pipe in the geothermal heating and cooling system of FIG. 2.
도 6에 도시된 바와 같이, 제 4 실시예에 의한 열교환 파이프(130)는 제 1 실시예외 비교하여 상기 열교환 파이프(130)보다 열전도율이 우수한 금속재질로 이루어진 복수개의 연결부재(132)를 결합하는 것을 제외하면 동일하다.As shown in FIG. 6, the
여기서, 상기 U자형의 열교환 파이프(130)는 열전도율이 다른 폴리에틸렌 재질과 금속재질의 연결부재(132)를 일정하게 간격으로 연결한 상태에서 지중의 지열수에 대해 보다 신속하게 열을 낮추거나 높여 히트펌프(120) 또는 축열조(140)에 공급하도록 구성된다.Here, the U-shaped
한편, 제 4 실시예에 의한 열교환 파이프(130)의 구조는 제 2 실시예에 의한 열교환 파이프(130)에도 동일하게 적용할 수 있다.Meanwhile, the structure of the
도 7은 도 2의 지열을 이용한 냉난방 시스템에서 열교환 파이프의 제 5 실시예를 나타낸 평면도이다.FIG. 7 is a plan view illustrating a fifth embodiment of a heat exchange pipe in the air conditioning system using geothermal heat of FIG. 2.
도 7에 도시된 바와 같이, 제 5 실시예에 의한 열교환 파이프(130)는 제 4 실시예와 비교하여 U자형의 열교환 파이프(130) 사이에 열교환 파이프(130)의 간격을 일정한 간격으로 유지하기 위하여 복수개의 지지부재(133)를 구성하는 것을 제외하면 동일하다.As shown in FIG. 7, the
여기서, 상기 U자형의 열교환 파이프(130)는 열전도율이 다른 폴리에틸렌 재질과 금속재질의 연결부재(132)를 일정하게 간격으로 연결한 상태에서 지중의 지열수에 대해 보다 신속하게 열을 낮추거나 높여 히트펌프(120) 또는 축열조(140)에 공급하도록 구성된다.Here, the U-shaped
상기 지지부재(133)는 U자형의 열교환 파이프(130)를 구성하는 연결부재(132) 사이에 연결되어 U자형의 열교환 파이프(130) 간격을 일정하게 유지하여 열교환 효율의 저하를 미연에 방지함과 더불어 금속재질의 연결부재(132)를 통해 열교환 효율을 향상시킬 수가 있다.The
도 8은 도 3 내지 도 7의 각 실시예에 의한 열교환 파이프의 슬릿홈을 설명하기 위한 도면이다.8 is a view for explaining a slit groove of the heat exchange pipe according to each embodiment of FIGS. 3 to 7.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 열교환 파이프(130)의 내부 또는 외부 표면에 형성된 다수의 슬릿홈(131)은 표면에 형성된 제 1 슬릿홈(131a)과 상기 제 1 슬릿홈(131a)과 대응되면서 표면 내부에 상기 제 1 슬릿홈(131a)보다 넓게 구성되는 제 2 슬릿홈(131b)으로 구성되어 있다.As shown in FIG. 8, the plurality of
상기 제 1 슬릿홈(131a)은 상기 열교환 파이프(130)를 구성하는 파이프의 표면으로부터 제 2 슬릿홈(131b)의 연통부분까지 서로 일정한 곡률을 갖고 대칭되고, 상기 제 2 슬릿홈(131b)과 상기 제 1 슬릿홈(131a)이 일정한 비율을 갖도록 구성되어 있다.The
따라서 상기 제 1 슬릿홈(131a)을 서로 일정한 곡률을 갖도록 대칭하여 형성되고, 상기 제 2 슬릿홈(131b)과 상기 제 1 슬릿홈(131a)이 일정한 비율의 지름을 갖도록 구성함으로써 표면장력을 한층 더 향상시킴으로서 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.Therefore, the
여기서, 상기 제 2 슬릿홈(131b) 중 가장 넓은 폭을 갖는 중심 부분의 폭은 1.6~1.8㎜이고, 상기 제 2 슬릿홈(131b)의 곡률(R) 반경은 0.6~0.8㎜이며, 상기 제 1 슬릿홈(131a)의 간격은 0.20~0.40㎜을 갖는다.Here, the width of the center portion having the widest width among the
상기 슬릿홈(131)과 이웃하는 슬릿홈(131)의 사이는 각 슬릿홈(131)의 중심 부분을 기준으로 1.6~2.0㎜을 갖고, 상기 파이프의 상부 표면으로부터 상기 제 2 슬릿홈(131b) 중심까지의 깊이는 0.8~1.5㎜를 가지며, 상기 제 1 슬릿홈(131a)의 깊이는 상기 플레이트의 상부 표면으로부터 0.2~0.6㎜를 갖는다.Between the
이와 같이 열교환 파이프(130)를 구비한 본 발명에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템은 지중에 매설된 열교환 파이프(130)의 외부 또는 내부 표면에 슬릿홈(131)을 구성하거나 금속재질의 연결부재(132)를 선택적으로 구성하여 직관 형태로 제작함으로써 지열수의 열교환이 보다 신속하게 이루어지도록 함으로써 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.In this way, the air-conditioning and heating system using geothermal heat according to the present invention having the
또한, 상기 U자형 열교환 파이프(130) 사이에 지지부재(133)를 구성하여 열교환 파이프(130)를 일정한 간격으로 유지함으로써 열교환 효율을 향상시킬 수가 있다.In addition, by forming the
더욱이, 본 발명은 히트펌프(120)가 축열조(140)의 설정 온도에 따라 운전되도록 함으로써 히트펌프(120)의 운전비용을 절감할 수 있다.Furthermore, the present invention can reduce the operating cost of the
또한, 본 발명은 운영 에너지원으로서 자연의 태양 에너지를 이용한 태양광 발전을 통해 전기 에너지를 직접 생산하여 사용하거나 태양광 발전이 이루어지지 않을 경우에는 한전계통에서 직접 에너지원을 공급받아 사용하게 된다. 상기 태양광 발전을 통해 발전된 전기 에너지를 냉난방 시스템이 가동되지 않을 때 별도의 에너지 저장장치에 저장하여 필요할 때 에너지원으로 사용함으로서 전력 소모를 최소로 줄일 수가 있다.In addition, the present invention is to use the direct generation of electrical energy through the photovoltaic power generation using natural solar energy as the operating energy source, or when the solar power generation is not used to receive a direct energy source from the KEPCO system. The electric energy generated through the solar power generation can be stored in a separate energy storage device when the heating and cooling system is not operating and used as an energy source when needed, thereby minimizing power consumption.
또한, 본 발명은 지면을 천공시 깊이를 100M이내로 실시하면 되기 때문에 장소의 제약이 적고 시추 공사를 간소화시킬 수 있다.In addition, the present invention, since the depth of the ground to be carried out within 100M when drilling, there is little restriction of the place and can simplify the drilling construction.
한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.
110 : 수요처 120 : 히트펌프
130 : 열교환 파이프 131 : 슬릿홈
132 : 연결부재 133 : 지지부재
140 : 축열조110: demand source 120: heat pump
130: heat exchange pipe 131: slit groove
132: connecting member 133: support member
140: heat storage tank
Claims (10)
상기 열교환 파이프와 연결되어 상기 열교환 파이프를 통해 공급되는 지열수의 발열 또는 응축열을 이용하여 상기 수요처를 냉난방시키는 히트펌프와,
상기 열교환 파이프 및 히트펌프와 연결되어 상기 히트펌프에 일정한 온도로 냉매를 공급하는 축열조를 포함하여 구성되고,
상기 열교환 파이프는 U자형 파이프의 외부 또는 내부 표면에 길이 방향으로 일정한 간격을 갖고 다수의 슬릿홈이 형성되어 있고,
상기 슬릿홈은 파이프의 표면에 형성된 제 1 슬릿홈과 상기 제 1 슬릿홈과 대응되면서 상기 파이프의 표면 내부에 상기 제 1 슬릿홈보다 넓게 구성되는 제 2 슬릿홈으로 구성되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.A heat exchange pipe buried to a predetermined depth from the ground and connected to a demand destination installed on the ground and absorbing geothermal heat or releasing heat into the ground;
A heat pump connected to the heat exchange pipe to heat and cool the demand by using heat generated from the geothermal water supplied through the heat exchange pipe or heat of condensation;
It is connected to the heat exchange pipe and the heat pump is configured to include a heat storage tank for supplying a refrigerant at a constant temperature to the heat pump,
The heat exchange pipe has a plurality of slit grooves formed at regular intervals in the longitudinal direction on the outer or inner surface of the U-shaped pipe,
The slit groove is geothermal heat characterized in that it is composed of a first slit groove formed on the surface of the pipe and the second slit groove which is wider than the first slit groove in the surface of the pipe and corresponding to the first slit groove Heating and cooling system.
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