KR101370640B1 - Geothermal system which differ in the depth of the construction of geothermal hole - Google Patents

Geothermal system which differ in the depth of the construction of geothermal hole Download PDF

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Abstract

본 발명은 지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템에 관한 것으로, 시공 현장의 면적이나 지반 상태 등에 따라 지열공의 심도를 다르게 하며, 서로 다른 심도의 지열공을 순환하는 열교환매체(예컨대 브라인)의 유량 조정을 통해 최적의 열교환효율을 얻을 수 있는 것이다.
본 발명에 의한 지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템은, 서로 다른 깊이로 지중에 천공되는 다수의 지열공과; 상기 다수의 지열공 내부에 설치되며 내부를 흐르는 열교환매체의 순환을 통해 각각의 지열공에서 지열을 회수 및 환수하는 지열 회수 및 환수부와; 상기 지열 회수 및 환수부를 순환하는 열교환매체의 열을 회수하는 열교환부를 포함하며, 상기 지열 회수 및 환수부는, 상기 열교환매체를 통해 상기 지열공으로부터 열을 회수하는 지열 회수부, 상기 열교환부를 통과한 열교환매체를 상기 지열공에 환수시키는 지열 환수부, 상기 지열 회수부를 따라 상기 열교환부에 공급되는 열교환매체의 유량을 제어하는 유량조정밸브를 포함하여 구성된다.
The present invention relates to a geothermal system for varying the construction depth of geothermal pores, the depth of geothermal pores vary according to the area of the construction site, the ground condition, etc., of the heat exchange medium (for example brine) circulating geothermal pores of different depths By adjusting the flow rate, the optimum heat exchange efficiency can be obtained.
The geothermal system of varying the construction depth of the geothermal hole according to the present invention, a plurality of geothermal holes are drilled in the ground to different depths; A geothermal recovery and retrieval unit installed inside the plurality of geothermal holes and recovering and recovering geothermal heat in each geothermal hole through circulation of a heat exchange medium flowing therein; And a heat exchanger for recovering heat from the heat exchange medium circulating through the heat recovery and return unit, wherein the geothermal recovery and return unit includes: a geothermal recovery unit for recovering heat from the geothermal hole through the heat exchange medium; And a flow regulating valve for controlling a flow rate of the heat exchange medium supplied to the heat exchange part along the geothermal heat recovery part.

Description

지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템{GEOTHERMAL SYSTEM WHICH DIFFER IN THE DEPTH OF THE CONSTRUCTION OF GEOTHERMAL HOLE}Geothermal system with varying construction depth of geothermal hole {GEOTHERMAL SYSTEM WHICH DIFFER IN THE DEPTH OF THE CONSTRUCTION OF GEOTHERMAL HOLE}

본 발명은 지열 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 시공 현장의 면적이나 지반 상태 등에 따라 지열공의 심도를 다르게 하며, 서로 다른 심도의 지열공을 순환하는 열교환매체(예컨대 브라인)의 유량 조정을 통해 최적의 열교환효율을 얻을 수 있는 지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a geothermal system, and more particularly, by varying the depth of the geothermal pores according to the area of the construction site and the ground condition, and by adjusting the flow rate of the heat exchange medium (for example, brine) circulating geothermal holes of different depths The present invention relates to a geothermal system for varying the construction depth of geothermal holes to obtain an optimum heat exchange efficiency.

지열이란 지하수를 굴착하여 양수되는 지하수가 갖고 있는 고유열과 지중의 열을 통칭하는 것으로서 일반적으로 지표하부를 100미터이상 500미터 내외의 깊은 깊이로 굴착한 후 이곳에 열교환을 위한 파이프를 묻거나 일반 지하수를 사용하여 지하수 심정시설과 동일하게 지하수 심정펌프와 양수파이프를 설치하여 지하수를 양수한 후 지하수가 갖고 있는 열을 히트펌프를 사용하여 열을 이용한 후 열교환된 지하수를 환수관을 이용하여 다시금 지하수 심정 내부에 환수시키는 열교환시스템을 이용하여 사용하고 있다.Geothermal heat refers to the natural heat and ground heat of groundwater pumped by excavating groundwater. Generally, the ground surface is excavated at a deep depth of about 100 meters or more and 500 meters or so, and there is a pipe for heat exchange, The groundwater pumping pump and the pumping water were installed in the same way as the groundwater treatment facility, and the groundwater was pumped, and the heat of the groundwater was heat-exchanged using the heat pump, and then the groundwater exchanged with the heat- And a heat exchange system for returning to the inside is used.

지중 온도는 사계절 변함없이 17℃ 내지 18℃의 온도를 연중 유지하여 이 온도를 갖고 있는 지하수를 양수하여 히트펌프를 사용하여 열을 이용하게 되는 경우 지하수 심정 펌프의 양수량이 시간당 1000리터에 이르고 온도차가 4℃인 경우 시간당 4000킬로칼로리에 이르는 열량 확보가 가능하고 이렇게 열교환되어 상승되거나 혹 낮아진 지하수의 온도는 환수관을 통해 지하수 굴착공 내부로 유입되어 지중의 열에 의해 다시금 열교환되어 지하수의 온도는 낮아지거나 혹 다시금 높아진 상태를 유지하게 되면서 이러한 사이클이 지속적으로 사용가능한 상태를 유지할 수 있게 된다. 이러한 원리를 이용한 시설이 지열 열교환장치이다. The groundwater temperature is maintained at 17 ° C to 18 ° C throughout the year without changing the ground temperature. When the groundwater having this temperature is pumped up and the heat is used by using the heat pump, the amount of water of the groundwater pump is reached to 1000 liters per hour. At 4 ℃, it is possible to obtain 4000 calories per hour of heat. The temperature of the groundwater that has been exchanged by the heat exchange is lowered into the groundwater drilling hole through the water return pipe, This cycle can continue to be usable as it keeps increasing again. The facility using this principle is a geothermal heat exchanger.

지중 열교환장치는 크게 개방형 지중 열교환기 장치와 폐쇄형 지중 열교환 장치로 구분되어 시설되어지고 있다. The underground heat exchanger is largely divided into an open underground heat exchanger device and a closed underground heat exchanger.

개방형 지중 열교환기 장치는 일반 지하수 심정과 동일한 구조와 시설을 갖추고 있으며 단지 지하수를 양수하여 그 물을 사용하지 않고 단지 지하수가 가지고 있는 지열을 이용한 다음 다시금 양수하였던 지하수 심정 내부로 되돌려 주입하는 형태를 취하고 있어 지하수가 지상 부분에서 노출되어짐으로써 지하수 오염의 우려가 높은 방식이라 할 수 있다. The open-type geothermal heat exchanger system has the same structure and facilities as the general groundwater system, and it takes the form that the groundwater is pumped and the geothermal energy of the groundwater is used instead of the water, and then the ground water is injected back into the groundwater As the groundwater is exposed at the ground level, there is a high possibility of contamination of groundwater.

반면 폐쇄형 지중 열교환기 장치는 굴착된 지열 굴착공 내부에 지중 열교환을 할 수 있도록 하부가 U밴드로 연결된 두 가닥의 지열 코일관을 바닥까지 삽입하여 설치한 다음 굴착공벽과 지열코일관들 사이를 그라우팅액으로 충진하여 고정한 것이다. 폐쇄형 지중 열교환기 장치는 지하수를 직접 양수하여 노출시키지 않고 지열 코일관을 통해 지상에서 열교환되어 보유한 열을 지중에 다시금 교환하는 기능만을 하게 됨으로서 항시 폐쇄된 순환배관 내부에 열교환을 위한 브라인이 순환펌프에 의해 순환될 뿐 지하수와 직접 접촉되지는 않게 됨으로써 개방형 지중 열교환기 장치에 비해서는 지하수 오염을 크게 우려하지 않을 수 있어 지하수 환경보전적인 측면에서는 적극 권장되어져야 할 시스템이라 할 수 있다.On the other hand, the closed underground heat exchanger device is installed by inserting two strands of geothermal coil pipes connected with U-bands to the bottom to perform underground heat exchange in the excavated geothermal rig. It is filled with grouting liquid and fixed. The closed underground heat exchanger device only functions to exchange heat retained by heat exchanged from the ground through the geothermal coil pipe to the ground without directly pumping and exposing the groundwater, so that the brine for heat exchange in the closed circulation pipe is always circulated. As it is circulated by but not in direct contact with the groundwater, the groundwater pollution may not be greatly concerned as compared to the open underground heat exchanger device. Therefore, it is a system that should be highly recommended in terms of groundwater environmental conservation.

특히 저탄소 녹색성장 추진과 석유가격의 급등으로 인해 신재생에너지의 확대공급 정책에 따라 지열의 수요는 지속적으로 증가되어질 수 있는 여지가 높아진 반면 지열 시스템의 운용에 따른 지하수 오염 우려로 인해 환경 행정 규제 또한 점차 강화되어져 가고 있는 추세이다. 지열시스템에 의한 지하수 오염 우려는 일반 지하수 굴착공과 동일한 시설 형태를 취하면서 열교환된 지하수가 직접 굴착공 내에 유동하고 있는 암반대수층의 지하수와 접촉될 수밖에 없는 개방형 지중 열교환기 장치의 경우가 심각하여 개방형 지중 열교환기 장치와 대체될 수 있는 장치와 공법의 필요성이 크게 대두되어지고 있다. 또한, 개방형 지중 열교환기 장치의 경우에는 지하수를 양수하기 위한 지하수 심정 펌프를 지열 굴착공 내부에 설치하게 됨으로써 자연수위가 특히 낮을 경우에는 지하수를 양수하기 위해 지나친 운전 동력비를 부담하게 됨으로써 에너지 절감효과가 낮아지는 문제점 또한 있었다. In particular, due to the promotion of low-carbon green growth and the surge in petroleum prices, geothermal demand is likely to increase steadily in accordance with the expansion and supply policy of renewable energy. However, due to concerns about groundwater pollution due to geothermal system operation, This trend is gradually getting stronger. The concern about groundwater contamination by geothermal system is serious in the case of open-type geothermal heat exchanger system in which the heat-exchanged groundwater is in direct contact with the groundwater in the rock aquifer flowing directly into the excavation hole, There is a great need for an apparatus and a method that can be replaced with a heat exchanger apparatus. In addition, in the case of the open-type geothermal heat exchanger, since the groundwater pump is installed inside the geothermal drilling hole for pumping groundwater, when the natural water level is particularly low, the operation cost is excessively charged for pumping groundwater. There was also a lowering problem.

더구나 지열 굴착공 내부로 환수되는 지하수는 지열 굴착공 내부에서 흘러내리면서 굴착공벽을 침식시키고 침식되어 떨어지는 암편과, 파쇄대 또는 암반대수층에서 유입되는 지하수와 함께 유입되는 토사류는 장기간에 걸쳐 꾸준히 지열 굴착공 내부에 축적이 이루어지게 되고 결국은 압축공기를 이용한 청소인 써징작업을 정기적으로 시행해 주어야 하는 관리상의 어려움 또한 있었다.In addition, the groundwater returned to the inside of the geothermal excavation hole flows down from the geothermal excavation hole and sinks and erodes the excavated air wall, and the soil that flows along with the groundwater flowing from the fracture zone or the rock aquifer, And accumulation is made in the inside of the apparatus, so that there has been a management difficulty to periodically perform the surging operation using the compressed air.

또한, 다수개의 지열 굴착공을 함께 운용시 순환수량의 차이로 인해 각 지열 굴착공에 환수되는 지하수의 수량에 편차가 발생되어지게 되고 결국 일부 지열 굴착공은 심하게 지하수가 지열 굴착공 외부로 넘쳐 올라 시스템 운전에 장애를 발생시키기도 하는 문제를 가지고 있다. 또한, 지하수 자체가 가지고 있는 수질 특성상 모래 등 토사류가 함유되어 있을 수 있고 칼슘, 마그네슘 등 배관이나 열교환기 내에서 스케일을 형성할 수 있는 물질을 다수 함유하고 있어 열교환 효율저하와 순환수배관의 폐색등이 발생될 우려가 높은 문제점을 가지고 있다.
In addition, when a plurality of geothermal drilling rigs are operated together, there is a variation in the amount of groundwater returned to each geothermal drilling rig due to the difference in the circulation water quantity. There is a problem that may cause the operation of the system. In addition, groundwater itself may contain soils such as sand, and it contains a large number of substances that can form scale in pipes and heat exchangers such as calcium and magnesium, resulting in reduced heat exchange efficiency and blockage of circulation pipes. There is a high problem that this is likely to occur.

폐쇄형 지중 열교환기 장치의 경우에는 열교환기와 순환수배관을 순환하는 브라인(여기에서 브라인은 동절기에 동결되지 않도록 부동액을 첨가한 깨끗한 청수를 사용하게 되며 브라인관 내부와 열교환기, 그리고 지열굴착공 내부에 설치된 지열코일관 내부를 순환하는 열교환 매체이다.)이 지하수와 직접 접촉하지 않음으로써 지하수의 오염 우려가 낮음은 물론 순환수를 크게 낮출 수 있어 지상에 설치되는 순환펌프만으로 브라인의 열교환을 위한 시스템 내부의 순환을 달성할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이러한 폐쇄형 지중 열교환기 장치로 구성된 지열시스템은 현재 수직밀폐형으로서는 U밴드 지열코일관을 지열굴착공에 삽입 설치하여 구성된 U밴드 수직밀폐형이 있으며 외부순환관을 지열굴착공 내부에 먼저 삽입한 후 그 내부에 내부순환관을 삽입하여 구성한 이중관 튜브형, 그리고 기초 파일 내부에 지열코일관을 설치한 에너지 파일형이 대표적 형식으로 개발되어 운용 중에 있다. In the case of the closed underground heat exchanger device, the brine that circulates the heat exchanger and the circulating water pipe (in this case, brine uses clean fresh water added with antifreeze to prevent freezing in the winter, and inside the brine tube, the heat exchanger, and the geothermal excavator) Is a heat exchange medium that circulates inside the geothermal coil pipe installed on the ground. It has the advantage of achieving internal circulation. The geothermal system composed of such a closed underground heat exchanger device currently has a vertically sealed U-band vertical sealing type which is installed by inserting a U-band geothermal coiled pipe into a geothermal drilling rig. The double pipe tube type formed by inserting the internal circulation pipe inside and the energy pile type with geothermal coil pipe installed inside the foundation pile are being developed and operated as representative types.

한편, 다수의 지열공을 함께 사용하는 경우 지반 상태에 따라 지열공의 심도를 동일하게 천공하지 못할 수 있으며, 서로 다른 심도의 지열공을 그대로 사용할 경우 서로 다른 심도로 인하여 각각의 지열공에서 회수하는 지열의 온도 편차가 클 것이고, 온도 편차가 큰 열교환매체를 사용함에 따라 열교환효율이 저하되는 문제점이 있다.
On the other hand, in the case of using a plurality of geothermal holes together may not be able to drill the depth of the geothermal pores equally depending on the ground condition, when using the geothermal holes of different depths as it is recovered from each geothermal hole due to different depths Geothermal heat will have a large temperature deviation, there is a problem that the heat exchange efficiency is lowered by using a heat exchange medium having a large temperature variation.

대한민국 등록특허 제10-1025018호Republic of Korea Patent No. 10-1025018 대한민국 등록특허 제10-0981527호Republic of Korea Patent No. 10-0981527 대한민국 등록특허 제10-0768064호Republic of Korea Patent No. 10-0768064

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 시공 현장의 면적이나 지반 상태 등에 따라 지열공의 심도를 다르게 하며, 서로 다른 심도의 지열공을 순환하는 열교환매체(예컨대 브라인)의 유량 조정을 통해 최적의 열교환효율을 얻을 수 있는 지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템을 제공하려는데 그 목적이 있다.
The present invention is to solve the problems described above, the depth of the geothermal hole according to the area of the construction site, the ground condition, and the like, and to adjust the flow rate of the heat exchange medium (for example brine) circulating geothermal holes of different depths The purpose is to provide a geothermal system that varies the construction depth of geothermal holes through which optimal heat exchange efficiency can be obtained.

본 발명에 의한 지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템은, 서로 다른 깊이로 지중에 천공되는 다수의 지열공과; 상기 다수의 지열공 내부에 설치되며 내부를 흐르는 열교환매체의 순환을 통해 각각의 지열공에서 지열을 회수 및 환수하는 지열 회수 및 환수부와; 상기 지열 회수 및 환수부를 순환하는 열교환매체의 열을 회수하는 열교환부를 포함하며, 상기 지열 회수 및 환수부는, 상기 열교환매체를 통해 상기 지열공으로부터 열을 회수하는 지열 회수부, 상기 열교환부를 통과한 열교환매체를 상기 지열공에 환수시키는 지열 환수부, 상기 지열 회수부를 따라 상기 열교환부에 공급되는 열교환매체의 유량을 제어하는 유량조정밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
The geothermal system of varying the construction depth of the geothermal hole according to the present invention, a plurality of geothermal holes are drilled in the ground to different depths; A geothermal recovery and retrieval unit installed inside the plurality of geothermal holes and recovering and recovering geothermal heat in each geothermal hole through circulation of a heat exchange medium flowing therein; And a heat exchanger for recovering heat from the heat exchange medium circulating through the heat recovery and return unit, wherein the geothermal recovery and return unit includes: a geothermal recovery unit for recovering heat from the geothermal hole through the heat exchange medium; And a flow regulating valve for controlling a flow rate of the heat exchange medium supplied to the heat exchange part along the geothermal recovery part, and a geothermal return part for returning a medium to the geothermal holes.

본 발명에 의한 지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템에 의하면, 지반 상태 등에 따라 지열공의 심도를 다르게 천공하고, 지열공의 심도가 달라 이들 지열공에서 회수하는 지열의 온도가 다르더라도 서로 다른 심도의 지열공을 순환하는 열교환매체의 유량 조정을 통하여 최적의 열교환효율을 얻을 수 있고, 따라서, 지반의 제약을 받지 않고 지열 시스템을 시공 사용할 수 있으므로 지열 시스템의 보급을 확대할 수 있고 신재생에너지의 확보를 통해 비용을 절감할 수도 있다.
According to the geothermal system for varying the construction depth of geothermal pores according to the present invention, the depth of the geothermal pores are drilled differently according to the ground state, and the geothermal pores have different depths, even if the geothermal temperatures recovered from these geothermal pores are different. The optimum heat exchange efficiency can be obtained by adjusting the flow rate of the heat exchange medium that circulates the geothermal pores of depth, and therefore, the geothermal system can be used without being constrained by the soil, thereby expanding the spread of geothermal systems and renewable energy. You can also reduce your costs by securing.

도 1은 본 발명에 의한 지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템의 전체 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템에 적용된 제1온도센서의 설치 상태도.
도 3은 본 발명에 의한 지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템에 적용된 그룹형 분기 회수관과 분기 환수관의 예시도.
1 is an overall configuration diagram of a geothermal system for varying the construction depth of geothermal holes according to the present invention.
Figure 2 is an installation state diagram of the first temperature sensor applied to the geothermal system to vary the construction depth of the geothermal hole according to the present invention.
Figure 3 is an illustration of a group branch recovery pipe and branch return pipe applied to the geothermal system to vary the construction depth of the geothermal hole according to the present invention.

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템은, 다수(3개를 예로 들어 설명함) 즉 제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)이 서로 다른 깊이로 지중에 천공되며, 열교환매체로 브라인을 매개로 하여 제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)에서 지열을 회수하는 지열 회수 및 환수부, 상기 지열 회수 및 환수부에서 회수된 지열을 회수하는 열교환부(20)로 구성된다.As shown in FIG. 1, geothermal systems for varying the construction depth of geothermal holes according to the present invention include a plurality (described by way of three), that is, the first to third geothermal holes 10-1, 10-2, 10-3) is perforated in the ground to different depths, geothermal recovery to recover the geothermal heat from the first to third geothermal holes (10-1, 10-2, 10-3) through the brine as a heat exchange medium and It is composed of a heat exchanger 20 for recovering the geothermal heat recovery portion, the geothermal heat recovery and recovering the geothermal heat recovery portion.

본 발명은 지반에 다수의 지열공을 천공할 때 지반의 상태가 동일하지 못하여 지열공을 균일한 심도로 천공하지 못하는 지역에서 특히 효과적일 것이며, 제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)은 지반 상태 등에 따라 서로 다른 심도로 천공된다.The present invention will be particularly effective in a region that does not have the same state of the ground when drilling a large number of geothermal holes in the ground and do not puncture geothermal holes with a uniform depth, the first to third geothermal holes (10-1, 10 -2,10-3) are drilled at different depths according to the ground condition.

제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)은 공지의 천공기를 통해 천공되며, 제1 내지 제3분기 회수관(30-1,30-2,30-3)과 제1 내지 제3분기 환수관(40-1,40-2,40-3)이 삽입된 후 벤토나이트, 시멘트액 등의 그라우팅재를 통해 그라우팅되어 폐쇄될 수 있다.
The first to third geothermal holes 10-1, 10-2, and 10-3 are drilled through a well-known punching machine, and the first to third branch recovery pipes 30-1, 30-2, and 30-3. After the first to third branch return pipe (40-1, 40-2, 40-3) is inserted and grouted through a grouting material, such as bentonite, cement solution can be closed.

상기 지열 회수 및 환수부는, 브라인을 통해 제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)으로부터 열을 회수하는 지열 회수부, 열교환부(20)를 통과한 브라인을 제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)에 환수시키는 지열 환수부, 제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)의 온도를 각각 검출하는 온도센서, 온도센서에서 검출한 온도값을 근거로 하여 상기 지열 회수부를 따라 상기 열교환부에 공급되는 열교환매체의 유량을 제어하는 유량조정밸브로 구성된다.The geothermal recovery and return unit, the geothermal recovery unit for recovering heat from the first to third geothermal holes (10-1, 10-2, 10-3) through the brine, the brine passed through the heat exchange unit 20 The geothermal return unit for returning to the first to third geothermal holes (10-1, 10-2, 10-3), the temperature of the first to third geothermal holes (10-1, 10-2, 10-3), respectively And a flow rate control valve for controlling the flow rate of the heat exchange medium supplied to the heat exchange unit along the geothermal recovery unit based on the temperature sensor to be detected and the temperature value detected by the temperature sensor.

상기 지열 회수부는 제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)에 각각 삽입되는 제1 내지 제3분기 회수관(30-1,30-2,30-3), 제1 내지 제3분기 회수관(30-1,30-2,30-3)들과 연결되어 제1 내지 제3분기 회수관(30-1,30-2,30-3)에서 공급되는 브라인을 열교환부(20)에 공급하는 메인 회수관(31)으로 구성된다.The geothermal recovery unit first to third branch recovery pipes (30-1, 30-2, 30-3), respectively inserted into the first to third geothermal holes (10-1, 10-2, 10-3), Brine connected to the first to third branch recovery pipes 30-1, 30-2, 30-3 and supplied from the first to third branch recovery pipes 30-1, 30-2, and 30-3. It is composed of a main recovery pipe 31 for supplying the heat to the heat exchange unit (20).

상기 지열 환수부는 제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)에 각각 삽입되면서제1 내지 제3분기 회수관(30-1,30-2,30-3)에 연결되는 제1 내지 제3분기 환수관(40-1,40-2,40-3), 제1 내지 제3분기 환수관(40-1,40-2,40-3)들과 연결되면서 열교환부(20)에서 메인 회수관(31)과 연결되어 열교환부(20)를 통과한 브라인을 제1 내지 제3분기 환수관(40-1,40-2,40-3)에 환수시키는 메인 환수관(41)으로 이루어진다.The geothermal return portion is inserted into the first to third geothermal holes (10-1, 10-2, 10-3), respectively, to the first to third branch recovery pipe (30-1, 30-2, 30-3) Heat exchange while being connected to the first to third branch return pipe (40-1,40-2,40-3), the first to third branch return pipe (40-1,40-2,40-3) The main return to connect the main recovery pipe 31 in the unit 20 to return the brine passed through the heat exchange unit 20 to the first to third branch return pipe (40-1, 40-2, 40-3) It consists of a tube 41.

본 발명은 제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)의 심도가 서로 다르기 때문에 제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)에서 회수되는 지열의 온도, 회수율 등이 다를 것이며, 이러한 조건에서 최적의 지열을 회수하기 위하여 제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)에서 지열을 회수하는 브라인의 양을 조정하기 위하여 제1 내지 제3유량조정밸브(42-1,42-2,42-3)가 갖추어진다.In the present invention, since the depths of the first to third geothermal holes 10-1, 10-2, and 10-3 are different from each other, the first to third geothermal holes 10-1, 10-2, and 10-3 are different. The temperature, recovery rate, and the like of the recovered geothermal heat will be different, and the amount of brine recovering the geothermal heat in the first to third geothermal pores 10-1, 10-2, and 10-3 to recover the optimal geothermal heat under these conditions. First to third flow rate adjusting valves 42-1, 42-2, and 42-3 are provided to adjust the pressure.

제1 내지 제3유량조정밸브(42-1,42-2,42-3)는 제1 내지 제3분기 환수관(40-1,40-2,40-3)에 각각 장착되어 제1 내지 제3분기 환수관(40-1,40-2,40-3)의 개도 조정을 통해 브라인의 회수량을 제어한다. 제1 내지 제3유량조정밸브(42-1,42-2,42-3)는 제1 내지 제3분기 환수관(40-1,40-2,40-3)에 각각 장착되는 것으로 한정되지 않고 제1 내지 제3분기 회수관(30-1,30-2,30-3)에 장착될 수도 있다.
The first to third flow rate control valves 42-1, 42-2, and 42-3 are mounted on the first to third branch return pipes 40-1, 40-2, and 40-3, respectively. The amount of recovery of brine is controlled by adjusting the opening degree of the third branch return pipes 40-1, 40-2, and 40-3. The first to third flow rate control valves 42-1, 42-2, and 42-3 are not limited to those mounted on the first to third branch return pipes 40-1, 40-2, and 40-3, respectively. It may be mounted to the first to third branch recovery pipe (30-1, 30-2, 30-3) without.

제1 내지 제3유량조정밸브(42-1,42-2,42-3)는 지열공의 깊이별 구분에 따라 해당 용량에 맞춰 항시 일정 유량만을 고정하여 흐르게 하는 정유량밸브이거나 지열공 내부의 열교환용량에 따라 유량이 수시로 변화될 수 있도록 개도를 조절하여 유량을 조절할 수 있도록 하는 유량조절밸브를 포함한 것으로 한다.
The first to third flow control valves (42-1, 42-2, 42-3) is a constant flow valve that is fixed to flow only a certain flow rate at any time according to the corresponding capacity according to the depth of the geothermal hole or inside the geothermal hole It shall include a flow control valve to control the flow rate by adjusting the opening degree so that the flow rate can be changed at any time according to the heat exchange capacity.

브라인의 유량 제어를 위하여 제1 내지 제3온도센서(32-1,32-2,32-3)가 갖추어진다.First to third temperature sensors 32-1, 32-2, and 32-3 are provided to control the flow rate of the brine.

제1 내지 제3온도센서(32-1,32-2,32-3)는 제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)에 각각 장착되어 각각의 지열공(10-1,10-2,10-3)의 온도를 검출한다.The first to third temperature sensors 32-1, 32-2, and 32-3 are mounted on the first to third geothermal holes 10-1, 10-2, and 10-3, respectively. 10-1, 10-2, 10-3) is detected.

컨트롤러는 제1 내지 제3온도센서(32-1,32-2,32-3)에서 각각 검출된 온도값, 브라인의 유속과 유량을 근거로 하여 다수의 지열 회수 및 환수부별 열용량을 산출하여 각 지열 회수 및 환수부별 브라인의 순환 유량을 배분하고 이를 근거로 제1 내지 제3유량조정밸브(42-1,42-2,42-3)를 제어한다.The controller calculates a plurality of geothermal heat recovery and heat capacity for each of the return parts based on the temperature values detected by the first to third temperature sensors 32-1, 32-2, and 32-3, and the flow rate and flow rate of the brine, respectively. The circulating flow rate of the brine for each of the geothermal recovery and the return portion is distributed, and the first to third flow rate adjustment valves 42-1, 42-2, and 42-3 are controlled based on this.

도 2는 제1온도센서(43-1)의 설치 예를 도시한 것으로, 제1온도센서(43-1)는 보다 정확한 온도의 검출을 위하여 제1지열공(10-1)에 2개 이상이 서로 다른 심도로 설치된다. 서로 다른 심도의 온도센서는 각각 고유번호가 부여되고 컨트롤러는 제1지열공(10-1)의 심도별 온도를 확인할 수 있다.FIG. 2 shows an example of installation of the first temperature sensor 43-1. Two or more first temperature sensors 43-1 are provided in the first geothermal hole 10-1 to detect the temperature more accurately. These are installed at different depths. The temperature sensors of different depths are assigned unique numbers, and the controller can check the temperature for each depth of the first geothermal hole 10-1.

제1온도센서(43-1)는 수밀성이 확보된 보호관의 내부에 장착되는 것이 바람직하다.
It is preferable that the first temperature sensor 43-1 is mounted inside the protection tube that ensures watertightness.

도면에 도시되지는 않았지만, 제2,3온도센서(43-2,43-3)도 제1온도센서(43-1)와 동일한 방식으로 구성된다.
Although not shown in the figure, the second and third temperature sensors 43-2 and 43-3 are also configured in the same manner as the first temperature sensor 43-1.

물론, 온도센서는 반드시 지열공 내부에만 설치되는 것으로 국한되지 않으며 각 지열공으로 공급되는 공급관과 환수되는 환수관에 각각 설치하여 운용할 수도 있으며 지열공을 깊이별로 그룹핑하여 설치하게 되는 경우 그룹별로 햇더를 구성하거나 배관이 합쳐지는 곳에 온도센서를 설치하여 동일한 효과를 구현할 수 있도록 할 수 있으며 이러한 구성도 본 발명의 범위에 포함된 것으로 간주되어져야 할 것이다.
Of course, the temperature sensor is not limited to being installed only inside the geothermal hole, and may be installed and operated in the supply pipe and the return pipe supplied to each geothermal hole, respectively. It may be possible to implement the same effect by installing a temperature sensor in the place where the pipes are combined or this configuration should be considered to be included in the scope of the present invention.

제1 내지 제3분기 회수관(30-1,30-2,30-3) - 메인 회수관(31) - 메인 환수관(41) - 제1 내지 제3분기 환수관(40-1,40-2,40-3)은 폐루프형의 유로를 형성하여 브라인의 순환을 유도한다.
First to third branch recovery pipes (30-1, 30-2, 30-3)-Main recovery pipe 31-Main return pipe 41-First to third quarter recovery pipe (40-1, 40) -2,40-3) forms a closed loop flow path to induce the circulation of brine.

제1 내지 제3분기 회수관(30-1,30-2,30-3), 제1 내지 제3분기 환수관(30-1,30-2,30-3)은 각각 1개씩으로만 구성될 수도 있고 도 3에서처럼, 각각 2개 이상이 하나의 메인 회수관(31)과 메인 환수관(41)에 병렬식으로 그룹으로 연결될 수도 있다.The first to third branch recovery pipes 30-1, 30-2 and 30-3 and the first to third branch return pipes 30-1, 30-2 and 30-3 each consist of only one. As shown in FIG. 3, two or more of each may be connected in parallel to one main return pipe 31 and the main return pipe 41 in a group.

또한, 브라인의 흐름 정보를 파악하기 위하여 상기 지열 환수부를 따라 환수되는 브라인의 유속과 유량을 측정하는 센서가 포함될 수도 있다.
In addition, in order to determine the flow information of the brine may be included a sensor for measuring the flow rate and flow rate of the brine is returned along the geothermal return unit.

상기 브라인의 순환을 위한 모든 관로는 예를 들어 폴리에틸렌(PE)을 재질로 한다.All pipes for circulation of the brine are made of polyethylene (PE), for example.

열교환부(20)는 상기 지열 회수 및 환수부의 메인 회수관(31)과 메인 환수관(41)과 연결(연결은 브라인의 열을 회수할 수 있도록 구성된 것을 의미한다)되어 메인 회수관(31)을 따라 흐르는 브라인의 열을 1차 회수하는 지열측 열교환부(21), 지열측 열교환부(21)에서 회수된 열을 2차 회수하는 히트펌프(22), 히트펌프(22)에서 회수한 열을 3차 회수하여 부하측에 공급하는 부하측 열교환부(23)로 구성될 수 있다.The heat exchange part 20 is connected to the main recovery pipe 31 and the main return pipe 41 of the geothermal recovery and recovery part (connection means that is configured to recover the heat of the brine) is the main recovery pipe 31 Heat collected from the geothermal side heat exchanger 21 for recovering the heat of brine flowing along the first stage, heat pump 22 for recovering the heat recovered from the geothermal side heat exchanger 21, and heat pump 22. It may be composed of a load-side heat exchanger 23 for collecting the third to supply to the load side.

도면 중 미설명부호 33은 브라인의 순환 펌프이다. 순환 펌프(33)는 유량 조정이 용이하도록 인버터 모터 펌프가 사용되는 것이 바람직하다.
Reference numeral 33 in the drawing is a circulation pump of brine. In the circulation pump 33, an inverter motor pump is preferably used to facilitate flow rate adjustment.

본 발명에 의한 지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템의 작용은 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다.The operation of the geothermal system for varying the construction depth of geothermal pores according to the present invention will be described with reference to Examples.

지열 시스템이 설치되는 부지의 면적, 지반 상태 등에 따라 제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)을 서로 다른 심도로 천공한 사례이다.The first to third geothermal holes 10-1, 10-2, and 10-3 are drilled at different depths according to the area of the site where the geothermal system is installed, the ground state, and the like.

제1 내지 제3 지열공(10-1,10-2,10-3)은 지열공별로 수개 내지 수십 개로 구성되어질 수 있음은 물론이다.
Of course, the first to third geothermal holes (10-1, 10-2, 10-3) may be composed of several to several tens of geothermal holes.

제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)에 지열 회수부와 지열 환수부를 설치함과 아울러, 열교환부(20)를 설치한다.The geothermal heat recovery unit and the geothermal heat recovery unit are installed in the first to third geothermal holes 10-1, 10-2, and 10-3, and the heat exchange unit 20 is provided.

제1 내지 제3온도센서(32-1,32-2,32-3), 기타 센서는 각각의 정보를 검출하고, 컨트롤러는 센서들의 측정값을 근거로 하여 제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)를 순환하는 브라인의 유량을 산출하고, 이 산출값에 따라 제1 내지 제3유량조정밸브(42-1,42-2,42-3)의 개도를 조정한다.The first to third temperature sensors 32-1, 32-2, and 32-3 and other sensors detect respective information, and the controller determines the first to third geothermal holes 10 based on the measured values of the sensors. The flow rate of the brine circulating through -1, 10-2, 10-3 is calculated, and the opening degree of the first to third flow rate adjustment valves 42-1, 42-2, 42-3 is calculated according to the calculated value. Adjust

즉, 제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)의 심도로 인하여 이들 지열공에서 회수하는 지열의 온도 간에 편차가 있을 것이며, 온도 편차가 크면 지열공에서 지열을 회수한 브라인들이 메인 회수관(31)에 혼합되어 열교환부(20)에 공급될 때 열교환효율이 저하되므로, 제1 내지 제3분기 회수관(30-1,30-2,30-3)에서 지열을 회수하는 브라인의 유량 조정을 통해 열교환부(20)에 공급되는 브라인을 적정온도로 유지한다.That is, due to the depth of the first to third geothermal holes (10-1, 10-2, 10-3) there will be a deviation between the temperature of the geothermal heat recovered from these geothermal holes, if the temperature deviation is large geothermal heat in the geothermal holes When the recovered brine is mixed with the main recovery pipe 31 and supplied to the heat exchange unit 20, the heat exchange efficiency decreases, and thus, in the first to third branch recovery pipes 30-1, 30-2, and 30-3, The brine supplied to the heat exchanger 20 is maintained at an appropriate temperature by adjusting the flow rate of the brine to recover the geothermal heat.

제1 내지 제3분기 회수관(30-1,30-2,30-3)을 따라서 흐르면서 제1 내지 제3지열공(10-1,10-2,10-3)으로부터 각각 지열을 회수한 브라인은 메인 회수관(31)에 합류된 후 지열측 열교환부(21)를 통과하며, 이 과정에서 히터펌프(22)의 열교환매체와 브라인의 열교환을 통해 브라인의 열을 히트펌프(22)에 공급한다.Geothermal heat is recovered from the first to third geothermal holes (10-1, 10-2, 10-3) while flowing along the first to third branch recovery pipes (30-1, 30-2, 30-3) The brine joins the main recovery pipe 31 and then passes through the geothermal side heat exchanger 21. In this process, the brine heat is transferred to the heat pump 22 through heat exchange between the heat exchange medium of the heater pump 22 and the brine. Supply.

지열측 열교환부(21)를 통과한 브라인은 메인 환수관(41)을 경유하여 제1 내지 제3분기 환수관(40-1,40-2,40-3)으로 분배되며, 이때, 제1 내지 제3유량조정밸브(42-1,42-2,42-3)를 통해 유량이 분배되어 제1 내지 제3분기 회수관(40-1,40-2,40-3)에 분배된다.The brine having passed through the geothermal side heat exchanger 21 is distributed to the first to third branch return pipes 40-1, 40-2, and 40-3 via the main return pipe 41, wherein the first The flow rate is distributed through the third to third flow control valves 42-1, 42-2, and 42-3 and distributed to the first to third branch recovery pipes 40-1, 40-2, and 40-3.

이와 같이 서로 다른 심도의 지열공을 이용하여도 각각의 지열공을 순환하는 브라인의 유량을 조정함으로써 소수의 지열공에 브라인이 집중되는 현상, 열교환효율의 저하를 막을 수 있다.
As described above, even when geothermal pores having different depths are used, the flow rate of the brine circulating through each geothermal hole can be adjusted to prevent the brine from being concentrated in a few geothermal pores and a decrease in heat exchange efficiency.

10-1,10-2,10-3 : 제1 내지 제3지열공,
20 : 열교환부, 21 : 지열측 열교환부
22 : 히트펌프, 23 : 부하측 열교환부
30-1,30-2,30-3 : 제1 내지 제3분기 회수관,
31 : 메인 회수관,
40-1,40-2,40-3 : 제1 내지 제3분기 환수관,
41 : 메인 환수관,
42-1,42-2,42-3 : 제1 내지 제3유량조정밸브,
32-1,32-2,32-3 : 제1 내지 제3온도센서,
10-1,10-2,10-3: first to third geothermal holes,
20: heat exchanger, 21: geothermal heat exchanger
22: heat pump, 23: load side heat exchanger
30-1,30-2,30-3: recovery pipe of the first to third quarters,
31: main recovery pipe,
40-1,40-2,40-3: first to third quarter return pipe,
41: main return pipe,
42-1, 42-2, 42-3: first to third flow control valve,
32-1,32-2,32-3: first to third temperature sensors,

Claims (6)

서로 다른 깊이로 지중에 천공되는 다수의 지열공과;
상기 서로 다른 깊이로 지중에 천공되는 다수의 지열공 내부에 설치되며 내부를 흐르는 열교환매체의 순환을 통해 각각의 지열공에서 지열을 회수 및 환수하는 지열 회수 및 환수부와;
상기 지열 회수 및 환수부를 순환하는 열교환매체의 열을 회수하는 열교환부를 포함하며,
상기 지열 회수 및 환수부는, 상기 열교환매체를 통해 상기 지열공으로부터 열을 회수하는 지열 회수부, 상기 열교환부를 통과한 열교환매체를 상기 지열공에 환수시키는 지열 환수부, 상기 지열 회수부를 따라 상기 열교환부에 공급되는 열교환매체의 유량을 제어하는 유량조정밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템.
A plurality of geothermal holes drilled in the ground to different depths;
A geothermal recovery and retrieval unit installed in a plurality of geothermal holes drilled in the ground to different depths, and recovering and recovering geothermal heat in each geothermal hole through circulation of a heat exchange medium flowing therein;
It includes a heat exchanger for recovering the heat of the heat exchange medium circulating the geothermal recovery and return unit,
The geothermal recovery and recovery unit, a geothermal recovery unit for recovering heat from the geothermal hole through the heat exchange medium, a geothermal recovery unit for returning the heat exchange medium passing through the heat exchanger to the geothermal hole, the heat exchange unit along the geothermal recovery unit Geothermal system for varying the construction depth of the geothermal hole characterized in that it comprises a flow regulating valve for controlling the flow rate of the heat exchange medium supplied to.
청구항 1에 있어서, 상기 지열 회수부는 상기 다수의 지열공에 각각 삽입되는 다수의 분기 회수관, 상기 다수의 분기 회수관들과 연결되어 상기 분기 회수관에서 공급되는 열교환매체를 상기 열교환부에 공급하는 메인 회수관으로 이루어지며,
상기 지열 환수부는 상기 다수의 지열공에 각각 삽입되면서 상기 다수의 분기 회수관에 연결되는 다수의 분기 환수관, 상기 다수의 분기 환수관들과 연결되면서 상기 열교환부에서 상기 메인 회수관과 연결되어 상기 열교환부를 통과한 열교환매체를 상기 다수의 분기 환수관에 환수시키는 메인 환수관으로 이루어지고,
상기 유량조정밸브는 상기 다수의 분기 환수관 또는 상기 분기 회수관에 각각 장착되어 각각의 분기 환수관 또는 분기 회수관의 개도 조정을 통해 열교환매체의 환수량을 제어하는 것을 특징으로 하는 지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템.
The method of claim 1, wherein the geothermal recovery unit is connected to the plurality of branch recovery pipes, the plurality of branch recovery pipes respectively inserted into the plurality of geothermal holes for supplying a heat exchange medium supplied from the branch recovery pipe to the heat exchange unit. It consists of the main return pipe,
The geothermal return unit is inserted into the plurality of geothermal holes, respectively, a plurality of branch return pipes connected to the plurality of branch recovery pipes, the plurality of branch return pipes while being connected to the main recovery pipe in the heat exchange unit and the It consists of a main return pipe for returning the heat exchange medium passing through the heat exchange unit to the plurality of branch return pipe,
The flow regulating valve is installed in the plurality of branch return pipes or the branch recovery pipe, respectively, the construction of the geothermal hole, characterized in that for controlling the amount of heat exchange medium by adjusting the opening degree of each branch return pipe or branch recovery pipe Geothermal systems with varying depths.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 다수의 지열공의 온도를 각각 검출하는 온도센서, 상기 온도센서에서 검출한 온도값을 근거로 하여 상기 열교환부에 공급되는 열교환매체의 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템. The method according to claim 1 or 2, characterized in that for controlling the flow rate of the heat exchange medium supplied to the heat exchange unit based on a temperature sensor for detecting the temperature of the plurality of geothermal holes, respectively, the temperature value detected by the temperature sensor. Geothermal system with varying construction depth of geothermal hole. 청구항 3에 있어서, 상기 열교환부는 상기 지열 회수 및 환수부의 메인 회수관과 메인 환수관과 연결되어 상기 메인 회수관을 따라 흐르는 열교환매체의 열을 1차 회수하는 지열측 열교환부, 상기 지열측 열교환부에서 회수된 열을 2차 회수하는 히트펌프, 상기 히트펌프에서 회수한 열을 3차 회수하여 부하측에 공급하는 부하측 열교환부로 이루어진 것을 특징으로 하는 지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템.The geothermal heat exchanger according to claim 3, wherein the heat exchanger is connected to the main recovery pipe and the main return pipe of the geothermal recovery and return part to recover the heat of the heat exchange medium flowing along the main recovery pipe. And a heat pump for recovering the heat recovered from the secondary, and a load-side heat exchanger for recovering the heat recovered from the heat pump three times and supplying the heat to the load side. 청구항 2에 있어서, 상기 지열 회수 및 환수부의 분기 회수관과 분기 환수관은 각각 2개 이상이 하나의 메인 회수관과 메인 환수관에 그룹으로 연결되는 것을 특징으로 하는 지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템.The method of claim 2, wherein two or more branch recovery pipes and branch return pipes of the geothermal recovery and recovery portion is connected to one of the main recovery pipe and the main return pipe, respectively, varying the construction depth of the geothermal hole Geothermal system. 청구항 5에 있어서, 상기 지열 환수부를 따라 환수되는 열교환매체의 유속과 유량을 측정하는 센서가 포함되는 것을 특징으로 하는 지열공의 시공 깊이를 달리하는 지열 시스템.The geothermal system according to claim 5, wherein a sensor for measuring a flow rate and a flow rate of the heat exchange medium returned along the geothermal return unit is included.
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