KR101403687B1 - Geothermal heating and cooling system for heat exchanger - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a geothermal heat exchange apparatus for a cooling and heating system, and, more specifically, to a geothermal heat exchange apparatus for a cooling and heating system, which allows the heat exchange of geothermal heat to be performed by branching multiple branch pipes off from a portion at which an inlet pipe and an outlet pipe meet each other, thereby improving heat exchange efficiency. According to the present invention, the geothermal heat exchange apparatus for a cooling and heating system comprises: a housing consisting of a body and a cover coupled thereto; a first branch unit and a second branch unit integrally having connection parts, and having branch main bodies with multiple connection through-holes; a first direction converting connection unit and a second converting connection unit which integrally have storage containers and pipe connection units, and which convert the flow direction of the heat medium; the branch pipes installed between the branch units and the direction converting connection units respectively; and a connection pipe connecting the first and the second direction converting connection units, wherein the body has a space filled with a heat medium; the cover has a coupling hole and a through-hole; the connection parts have an inlet pipe or an outlet pipe connected thereto; and the storage containers having connection through-holes corresponding to the connection through-holes of the branch units collect a distributed fluid.

Description

지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치{Geothermal heating and cooling system for heat exchanger}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a geothermal heating and cooling system for a heat exchanger,

본 발명은 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치에 관한 것으로서 보다 상세하게는 유입관과 유출관이 만나는 부분에 다수의 가지관으로 분기 되도록 하여 지열이 짧은 시간에 열교환이 이루어지도록 함으로써 열교환 효율이 증대되도록 한 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a heat exchanger for a cooling / heating system using geothermal heat, and more particularly, to a heat exchanger for a cooling / heating system using geothermal heat, The present invention relates to a heat exchanger for a cooling / heating system using a geothermal heat.

일반적으로 사용되고 있는 가정 및 산업용 에너지원은 석유나 천연가스와 같은 화석 연료 또는 핵연료 등이 있는데, 이러한 에너지원 사용은 환경오염의 주원인을 발생시킬 뿐만 아니라 매장량의 한계가 있기 때문에, 이러한 문제점의 대책으로 대체에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.Generally used domestic and industrial energy sources are fossil fuels such as petroleum and natural gas, or nuclear fuel. The use of such energy sources not only causes the main cause of environmental pollution but also has a limitation of the reserves. Alternative energy development is actively under way.

일반적으로, 냉난방을 위하여 사용되는 에너지원으로는 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료를 이용하거나, 또는 이들 화석연료나 원자력을 이용하여 생산된전력 에너지를 주로 사용하고 있다.Generally, fossil fuels such as coal, oil, and natural gas are used as energy sources for heating and cooling, or electric energy produced by 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 냉난방장치가 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, studies on wind power, solar heat, geothermal energy, etc., which have infinite energy sources, are being used, and these energy sources have the advantage of obtaining energy without affecting 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 생산용량이 적고 또한 설치 및 유지관리에 많은 비용이 소요된다.In particular, in order to obtain energy using wind power and solar heat, it is necessary to secure a large area along with the limit of the installation site, and these devices have a low energy production capacity per unit device and a large installation and maintenance cost.

대체에너지의 일원인 지열에너지는 지하 깊은 곳의 고온 지열을 이용하여 발전 등에 활용되기도 하고, 10~20℃의 지열을 이용하여 냉난방 시스템에 적용되기도 하는데, 지열을 이용하여 건물 등의 냉난방기술에 적용하는 경우, 기존 냉난방장치에 비하여 최대 40% 이상의 에너지를 절감할 수 있으며, 40~70%의 에너지 발생비용을 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다.Geothermal energy, which is a part of alternative energy, is used for power generation by using high-temperature geothermal heat in deep underground, and it is applied to heating and cooling system using geothermal heat at 10 ~ 20 ℃. It is applied to heating and cooling technology It is possible to save energy by 40% or more compared with the conventional heating and cooling apparatus, and it is known that it can reduce the energy generation cost by 40 ~ 70%.

이러한 지열을 이용하여 건물 내의 냉난방을 목적으로 지하수와 같은 천연 열저장소를 이용하는 전기장치인 지열 히트펌프 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 heat pump system, which is an electric device using natural heat storage such as ground water for the purpose of cooling and heating the building using the geothermal heat, is equipped with a geothermal heat exchanger so that heat is released to the ground during the summer season by the heat exchanger, So that the cooling and heating performance is not lowered due to the geothermal temperature maintaining a substantially constant temperature at 10 to 20 ° C throughout the year, and stable operation is possible.

따라서, 설치 및 유지관리에 상대적으로 저렴한 비용이 소요되는 지열에너지를 이용한 냉난방장치들이 많이 이용되고 있는데, 이것은 온도가 10~20℃인 지중의 열 에너지를 이용하는 기술이다.Therefore, there are many heating and cooling devices using geothermal energy that are relatively inexpensive to install and maintain. This is a technology using the thermal energy of the ground, which is 10 to 20 ° C in temperature.

통상적으로 사용되는 지열을 이용한 냉난방장치는 지열을 회수하기 위한 지열교환기와, 회수한 지열을 필요한 장소로 이동시켜 냉난방을 행하도록 하는 히트펌프로 구성된다.The conventional cooling and heating apparatus using geothermal heat is composed of a geothermal exchanger for recovering geothermal heat and a heat pump for cooling and heating by moving the recovered geothermal heat to a required place.

그중 지열교환기의 설치는 대부분의 경우 여유가 있는 대지를 확보한 후, 대략 수직방향으로 보어홀(Borehole)을 굴착하여 열교환 파이프를 매설하는 형태로 설치된다.In most cases, the installation of the geothermal heat exchanger is installed in such a manner that the heat exchange pipe is buried by excavating the borehole in a substantially vertical direction after securing a sufficient ground.

이와 같은 지열교환기의 설치는 지표 가까이 암반이 없거나 사면 붕괴가 거의 없는 보다 큰 건물에 아주 적합하다. 이러한 지열교환기의 설치는 지하 50~1000m 정도 깊이의 보어홀을 소정의 간격으로 굴착하고, 각 보어홀에는 한두 번 감아 끝이 U자형인 파이프를 매설한다.The installation of such a geothermal exchanger is well suited for larger buildings with no rocks near the surface or few slope collapses. In the installation of such a geothermal heat exchanger, a borehole having a depth of about 50 to 1000 m underground is excavated at a predetermined interval, and a pipe having a U-shaped end is wound in each bore hole once or twice.

그리고, 파이프 설치 후 각 보어홀은 불투수성 재료인 벤토나이트나 시멘트로 채운 후 그라우팅한다. 그라우팅 과정에서 지표수의 대수층 유입이나 인접 대수층의 부실로 인한 물의 침투를 막기 위해 특수한 재료로 보어홀을 채우게 된다.After the pipes are installed, each bore hole is filled with bentonite or cement, which is impermeable material, and then grouted. During the grouting process, the boreholes are filled with special materials to prevent the infiltration of surface water into the aquifer or the penetration of water due to the failure of adjacent aquifers.

그러나, 이러한 종래의 지열교환기는 보어홀에 열교환 파이프를 삽입하고 그라우팅작업을 하여 지열이 전도에 의하여 직접 순환배관에 전달되는 방식을 사용하고 있기 때문에, 축열기능을 부여할 수 없고 회수열량이 적기 때문에 열교환성능이 저하될수 밖에 없는 문제점이 있었다.However, such a conventional geothermal heat exchanger uses a method in which a geothermal heat is directly transferred to a circulation pipe by inserting a heat exchange pipe into a borehole and performing a grouting operation, so that a heat storage function can not be given and a calorific value is small There is a problem that the heat exchange performance is inevitably lowered.

도 1은 종래의 지열히트펌프 시스템의 지중 열교환기를 나타낸 개략도로서, 이를 설명하면, 지중에 수직방향으로 홀을 굴착하여, 상기 홀의 외측 하부에는 암반층(15)이 형성되고, 상기 암반층(15)과 지표면(19) 사이에는 토양층(16)에 형성되는 시추공(17)이 형성되도록 하며, 상기 시추공(17)의 내부에는 U자형의 지중 열교환기(11)를 위치하여, 히프펌프 유니트의 열교환기(13)에 연결되도록 하며, 상기 암반층(15)의 대응되는 시추공(17)의 내부공간에는 수많은 자갈(14)로 채워지도록 하여, 암반층(15)으로부터 유입/유출되는 지하수 및 투수파이프(12)로부터 공급되는 물이 자갈(14)과 자갈(14)사이의 공간에 충진되어 상기 지중 열교환기(11)와 상호 열교환 되도록 하며, 상기 토양층(16)의 대응되는 시추공(17)의 내부공간에는 벤토나이트(18)로 채워, 마감처리를 하도록 이루어진 구조이다.FIG. 1 is a schematic view showing a geothermal heat pump system of a conventional geothermal heat pump system. FIG. 1 is a schematic view showing a groundwater heat exchanger according to a first embodiment of the present invention. A ground hole 17 is formed in the soil layer 16 between the ground surface 19 and a U-shaped underground heat exchanger 11 is disposed in the borehole 17 and the heat exchanger The inner space of the corresponding borehole 17 of the rock layer 15 is filled with a large number of gravel 14 so that the groundwater flowing into and out of the rock layer 15 and the permeable pipe 12 The supplied water is filled in the space between the gravel 14 and the gravel 14 so as to mutually exchange heat with the underground heat exchanger 11. The inner space of the corresponding borehole 17 of the soil layer 16 is filled with bentonite 18), and then finishing Rock structure.

한편 상기 시추공(17)의 깊이가 지하 30M 정도일 경우 온도가 대략 16℃~17℃이며, 지하 100M 정도일 경우 온도가 대략 17℃~18℃, 지하 200M 정도일 경우 온도가 대략 18℃~19℃, 지하 500M 정도일 경우 온도가 대략 24℃~26℃, 지하 100M 정도일 경우 온도가 대략 30℃ 이상의 온도 변화가 발생 되는 것으로 관측되고 있다.On the other hand, when the depth of the borehole 17 is about 30M underground, the temperature is about 16-17C. When the depth is about 100M, the temperature is about 17-18C. It is observed that a temperature change of about 500C to about 30C is generated when the temperature is about 24 to 26 DEG C and the underground temperature is about 100M.

상기한 온도를 갖는 지중의 지열을 이용하고자 할 때 종래 지중 열교환기는 대한민국 특허등록 제771934호와 같이 파이프를 "U" 형태로 절곡시켜 사용하거나 또는 대한민국 실용신안등록 제434648호와 같이 "I" 형태로 이루어진 파이프를 연결하는 연결구를 이용한 구조의 단순한 구조의 지중 열교환기를 이용하였다.In order to utilize the geothermal heat with the above-mentioned temperature, the conventional underground heat exchanger is constructed by bending a pipe in the form of "U" as in Korean Patent Registration No. 771934 or by using the "I" form as in Korean Utility Model Registration No. 434648 Which has a structure of a simple structure using a connecting pipe connecting the pipes.

상기와 같은 구조를 갖는 종래 지중 열교환기는 단일의 파이프에 열매체를 충입하여 사용함으로써 파이프의 크기가 클수록 열교환 효율이 떨어지는 문제가 있다.Conventional underground heat exchangers having the above-described structure have a problem in that heat transfer efficiency is lowered as the size of the pipe is increased by using a single pipe with a heating medium filled therein.

1. 대한민국 특허등록 제771934호.1. Korean Patent Registration No. 771934. 2. 대한민국 실용신안등록 제434648호.2. Korean utility model registration No. 434648.

상기한 문제점을 감안하여 안출한 본 발명은 유입관과 유출관이 만나는 부분에 다수의 가지관으로 분기하여 짧은 시간에 열교환이 이루어지도록 함으로써 열교환 효율 증대 및 유입관과 유출관을 연결하는 연결기능과 열교환장치의 파손 및 훼손시 교환이 용이한 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치를 제공하는데 있다.According to the present invention, which is devised in view of the above-described problems, the present invention provides a connecting function for increasing the efficiency of heat exchange and connecting the inlet pipe to the outlet pipe by branching into a plurality of branch pipes at a portion where the inlet pipe and the outlet pipe meet, And to provide a heat exchanging apparatus for a cooling / heating system using geothermal heat that is easily exchanged when the heat exchanger is broken or damaged.

이러한 본 발명은 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치에 있어서, 열매체가 충진되는 공간이 구비되어 있는 몸체에 결합공과 통공이 구비된 뚜껑이 결합되어 이루어진 하우징과; 입수파이프 또는 출수파이프가 연결되는 연결부가 일체로 형성되며 연결통공이 다수개 형성된 분기본체로 이루어진 제1분기수단 및 제2분기수단과; 상기 연결통공에 대응하는 연결통공이 형성되며 열매채의 흐름 방향을 전환시키는 제1방향전환연결수단 및 제2방향전환연결수단과; 분기수단과 방향전환연결수단 사이에 설치되는 다수개의 분기파이프와; 상기 제1방향전환연결수단 및 제2방향전환연결수단을 연결하는 연결파이프를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치에 의하여 달성된다.According to the present invention, there is provided a heat exchange apparatus for use in a cooling / heating system using geothermal heat, comprising: a housing having a body provided with a space for filling a heating medium and a lid having a coupling hole and a through hole; A first branching means and a second branching means each comprising a branch body formed integrally with a connecting pipe connecting the inlet pipe or the outlet pipe and having a plurality of through holes; A first direction switching connection means and a second direction switching connection means for forming a connection through-hole corresponding to the connection through-hole and switching the flow direction of the heat sink; A plurality of branch pipes installed between the branching means and the direction switching connection means; And a connection pipe connecting the first direction switching connection means and the second direction switching connection means. The present invention is also directed to a heat exchange apparatus for a cooling / heating system using geothermal heat.

상기 뚜껑에는 시추공에 설치된 열교환장치를 꺼내기 용이하도록 고리가 더 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치에 의하여 달성된다.Wherein the lid is further provided with a ring for facilitating the removal of the heat exchanger installed in the borehole.

상기 연결파이프는 유체의 이동방향이 하부에서 상부 방향으로 이동되었다가 다시 하부방향으로 전환되는 ∩ 형으로 형성된 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치에 의하여 달성된다.Wherein the connection pipe is formed in a shape of ∩, in which the direction of movement of the fluid is shifted from the lower part to the upper part and then the lower part is changed to the lower part.

상기 연결파이프에는 오리피스가 더 설치된 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치에 의하여 달성된다.
Wherein the connecting pipe is further provided with an orifice.

이와 같은 본 발명은 유입관과 유출관이 만나는 부분에 다수의 가지관으로 분기하여 짧은 시간에 열교환이 이루어지도록 함으로써 열교환 효율이 증대 및 유입관과 유출관을 연결하는 연결기능과 열교환장치의 파손 및 훼손시 교환 등이 용이한 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.
According to the present invention, heat exchange is performed in a short time by branching into a plurality of branch pipes at a portion where an inlet pipe and an outlet pipe meet, thereby improving the heat exchange efficiency and improving the connection function for connecting the inlet pipe and the outlet pipe, It is a very useful invention that has an easy effect of exchange when damaged.

도 1은 일반적으로 지열을 이용한 냉난방 시스템의 열교환 방법을 보여주는 예시도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치의 설치상태를 보여주는 개략도.
도 3은 본 발명의 기술이 적용된 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치의 구조를 보여주는 단면도.
도 4는 도 3의 "A"부 확대도.
도 5는 본 발명인 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치의 다른 구조를 보여주는 단면도.
도 6은 본 발명의 열교환장치의 구성요소인 연결파이프에 오리피스를 더 설치한 구조를 보여주는 단면도.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an exemplary view showing a heat exchange method of a cooling / heating system using geothermal heat. FIG.
FIG. 2 is a schematic view showing the installation state of a heat exchanger for a cooling / heating system using geothermal heat to which the technology of the present invention is applied. FIG.
3 is a cross-sectional view showing the structure of a heat exchange device for a cooling / heating system using geothermal heat applied to the technique of the present invention.
4 is an enlarged view of the "A" portion of FIG.
5 is a sectional view showing another structure of a heat exchanger for a cooling and heating system using geothermal according to the present invention.
6 is a sectional view showing a structure in which an orifice is further installed in a connection pipe which is a component of the heat exchange device of the present invention.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

첨부도면 도 2는 본 발명의 기술이 적용된 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치의 설치상태를 보여주는 개략도이고, 도 3은 본 발명의 기술이 적용된 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치의 구조를 보여주는 단면도로써 이에 따른 본 발명의 열교환장치(1)는 열매체가 충진되는 공간(120)이 구비되어 있는 몸체(110)에 결합공과 통공이 구비된 뚜껑(130)이 결합되어 이루어진 하우징(100) 내부에 설치된다.FIG. 2 is a schematic view showing the installation state of a heat exchange apparatus for a cooling / heating system using geothermal heat applied the technology of the present invention, and FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a heat exchange apparatus for a cooling / heating system using geothermal heat applied with the technique of the present invention The heat exchanging apparatus 1 of the present invention is installed in a housing 100 having a body 110 having a space 120 filled with a heating medium and a lid 130 having a coupling hole and a through hole, .

상기 뚜껑(130)에는 시추공에 설치된 열교환장치(1)를 꺼내기 용이하도록 고리(140)가 더 설치되어 이루어진 구조이다.The lid 130 is further provided with a ring 140 to facilitate the removal of the heat exchanger 1 installed in the borehole.

한편 입수파이프 또는 출수파이프가 연결되는 연결부(210)(310)가 일체로 형성되며 첨부도면 도 4a에 도시된 바와 같이 연결통공(220)(320)이 다수개 형성된 분기본체(230)(330)로 이루어진 제1분기수단(200) 및 제2분기수단(300)이 설치됨에 있어 상기 연결부(210)(310)가 뚜껑(130)의 통공을 관통하며 하우징(100)의 내측에 분기본체(230)(330)가 위치하도록 설치된다.The branch bodies 230 and 330 are formed integrally with the inlet pipes 210 and 310 and the connection holes 220 and 320 are formed as shown in FIG. The connecting portions 210 and 310 of the first branching means 200 and the second branching means 300 of the first branching means 200 and the second branching means 300 of the branching body 230 ) 330 are positioned.

상기 상부에 설치되는 제1분기수단(200) 및 제2분기수단(300)의 연결통공(220)(320)에 대응하는 연결통공(420)(520)이 형성되며 열매채의 흐름 방향을 전환시키는 제1방향전환연결수단(400) 및 제2방향전환연결수단(500)이 하부에 설치된다.The connection through holes 420 and 520 corresponding to the connection through holes 220 and 320 of the first branching means 200 and the second branching means 300 installed at the upper portion are formed and the direction of flow of the heat- The first direction switching connection means 400 and the second direction switching connection means 500 are provided at the lower portion.

상기 제1방향전환연결수단(400) 및 제2방향전환연결수단(500)의 구조는 첨부도면 도 3 및 도 4b에 도시된 바와 같이 연결통공(420)(520)이 형성되어 분할된 유체를 한곳에 모으는 저장통체(410)(510) 및 파이프연결구(430)(530)를 일체로 형성된 구조이다.The structure of the first direction switching connection unit 400 and the second direction switching connection unit 500 is the same as that of the first embodiment shown in FIGS. 3 and 4B, except that the connection through holes 420 and 520 are formed, 510 and pipe connecting ports 430, 530, which are collectively assembled in one place.

한편 분기수단과 방향전환연결수단 사이에는 다수개의 분기파이프(600)가 연결통공(220)(320)(420)(520)에 끼워져 설치되며, 상기 제1방향전환연결수단(400) 및 제2방향전환연결수단(500)은 연결파이프(700)에 의해 연결 구성되어 있는 구조이다.Meanwhile, a plurality of branch pipes 600 are installed between the branching means and the direction switching connection means in the connection through holes 220, 320, 420 and 520, and the first direction switching connection means 400 and the second The direction switching connection means 500 is connected by a connection pipe 700.

상기 연결파이프(700)는 첨부도면 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 유체의 이동방향이 하부에서 상부 방향으로 이동되었다가 다시 하부방향으로 전환되는 ∩ 형으로 형성시킨다.As shown in FIGS. 3 and 5, the connection pipe 700 is formed in an ∩-shape in which the direction of fluid movement is shifted from the lower part to the upper part and then the lower part is switched to the lower part.

상기 연결파이프(700)를 상하 방향으로 방향을 전환 시키는 이유는 열교환의 효율을 증대시키기 위함과 설치되는 분기파이프(600), 구체적으로는 제1분기수단(200) 및 제2분기수단(300)의 설치간격을 좁혀 장치의 소형화를 꾀하기 위함이다. 첨부도면 도 6에 도시된 바와 같이 상기 연결파이프(700)에는 오리피스(800)를 더 설치하여 사용할 수 있다.The reason for switching the direction of the connection pipe 700 in the up-and-down direction is to increase the efficiency of the heat exchange and to prevent the branch pipe 600, specifically the first branching means 200 and the second branching means 300, So that the size of the apparatus can be reduced. As shown in FIG. 6, the connection pipe 700 may further include an orifice 800.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 사용상태를 설명하면 종래와 같은 방법과 동일하게 지중에 수직방향으로 홀을 굴착한 시추공의 내부공간에는 수많은 자갈로 채워지도록 하여, 암반층으로부터 유입/유출되는 열(기체) 및 지하수가 자갈과 자갈 사이의 공간에 충진되어 상기 열교환장치와 상호 열교환 되도록 하며, 상기 토양층의 대응되는 시추공의 내부공간에는 벤토나이트로 채워, 마감처리를 하도록 이루어진 구조이다.In the same manner as in the conventional method, the inner space of a borehole where a hole is vertically excavated in the ground is filled with a large number of gravel, Gas) and ground water are filled in the space between the gravel and the gravel to mutually exchange heat with the heat exchanger, and the inner space of the corresponding borehole in the soil layer is filled with bentonite to finish the structure.

이때 본 발명의 열교환장치(1)의 작동은 첨부도면 도 3에 도시된 바와 같이 하우징(100)을 형성하는 몸체(110)의 내측에 충입되어 있는 열매체에 지열이 전달되면 상기 공간(120)에 충진되어 있는 열매체가 가열됨과 동시에 뚜껑(130)의 통공을 관통하여 외부로 노출된 연결부(210)에 연결 설치된 입수파이프를 통해 내부열매체(통상적으로 물을 사용함)가 공급된다.At this time, the operation of the heat exchange apparatus 1 of the present invention is such that as shown in FIG. 3, when the geothermal heat is transferred to the heat medium which is filled in the inside of the body 110 forming the housing 100, The heating medium is heated, and an internal heating medium (typically, water is used) is supplied through an inlet pipe connected to the connecting portion 210 which is exposed to the outside through the through hole of the lid 130.

상기 연결부(210)와 일체로 형성되며 연결통공(220)이 다수개 형성된 분기본체(230) 내부로 내부열매체가 공급되면 제1분기수단(200)에 설치된 다수개의 분기파이프(600)에 의해 분기본체(230) 내부로 공급된 내부열매체가 1/N로 각각 나누어져 이동하게 된다.When the internal heating medium is supplied into the branch body 230 having a plurality of connection holes 220 formed integrally with the connection portion 210, the branching body 230 is branched by the plurality of branch pipes 600 installed in the first branching means 200, And the internal heat medium supplied to the inside of the main body 230 is divided into 1 / N and moved.

예컨대 10L의 내부열매체가 입수파이프를 통해 제1분기수단(200)의 분기본체(230)에 충입되면 첨부도면 도 4a에 도시된 바와 같이 분기파이프(600)가 4개이므로 2.5L씩 나누어져 이동되게 된다. 따라서 상기 분기파이프(600)는 입수파이프보다 상대적으로 지름이 작아지므로 열교환 효율이 증대됨으로 지열에 의해 가열된 열매체의 고온의 열이 분기파이프(600)를 가열하게 되므로 열교환이 용이하게 이루어질 수 있는 것이다. For example, when the internal heating medium of 10 L is infiltrated into the branch main body 230 of the first branching means 200 through the inlet pipe, as shown in FIG. 4A, the branch pipes 600 are divided into 2.5L, . Accordingly, since the branch pipe 600 is relatively smaller in diameter than the inlet pipe, the heat exchange efficiency is increased, so that the heat of the heating medium heated by the geothermal heat heats the branch pipe 600, .

한편 상기 내부열매체는 분기파이프(600)에 의해 전체 유량이 분기파이프(600)의 수로 나누어져 이동되다가 하부에 위치하는 제1방향전환연결수단(400)으로 전달되며 상기한 제1방향전환연결수단(400)에 의해 유체의 흐름이 상부로 전환되어 이동되게 된다. Meanwhile, the total internal flow rate of the internal heat medium is divided by the number of the branch pipes 600 by the branch pipe 600 and then transferred to the first direction switching connection means 400 located at the lower portion. The flow of the fluid is shifted to the upper side and moved.

상기 제1방향전환연결수단(400)은 분기파이프(600)에 의해 나누어져 분할되어 있던 내부열매체를 저장통체(410)에서 모여지게 되며, 저장통체(410)에 일체로 형성되어 있는 파이프연결구(430)와 연결 구성된 연결파이프(700)를 통해 유체의 흐름이 하부에서 상부로 상부에서 하부로 이동하게 되면서 열교환이 이루어진다.The first direction switching connection means 400 is configured such that the internal heating medium divided by the branch pipe 600 is collected in the storage cylinder 410 and connected to the pipe connector The flow of the fluid moves from the lower part to the upper part and the heat exchange is performed through the connecting pipe 700 connected to the upper part 430. [

이때 첨부도면 도 3 및 도 5에 도시된 바와 같이 연결파이프(700)의 구조를 ∩ 형으로 형성시키는 이유는 열교환의 효율을 증대시키기 위함과 설치되는 분기파이프(600) 구체적으로는 제1분기수단(200) 및 제2분기수단(300)의 설치간격을 좁혀 장치의 소형화를 꾀하기 위함이다. 첨부도면 도 6에 도시된 바와 같이 상기 연결파이프(700)에는 오리피스(800)를 더 설치하여 사용할 수 있다.3 and 5, the reason why the structure of the connection pipe 700 is formed in the ∩ shape is to increase the efficiency of the heat exchange and to increase the efficiency of the branch pipe 600, (200) and the second branching means (300) so as to reduce the size of the apparatus. As shown in FIG. 6, the connection pipe 700 may further include an orifice 800.

상기와 같이 연결파이프(700)의 일정 부위에 오리피스(800)를 더 설치하면 연결파이프(700) 내부에 압력이 형성되어 압력에 의해 오리피스(800)를 통과하는 유체가 서로 혼합되어 섞이도록 하여 이동되는 열이 골고루 전달되도록 하며 유체의 이동을 용이하게 할 수 있기 때문이다.As described above, when the orifice 800 is further installed at a certain portion of the connection pipe 700, pressure is generated inside the connection pipe 700, so that the fluid passing through the orifice 800 is mixed with the pressure, So that heat can be transferred evenly and fluid movement can be facilitated.

상기에서와 같이 제1방향전환연결수단(400)에 의해 하부에 위치하던 내부열매체는 연결파이프(700)를 통해 일시에 이동시킴과 동시에 하부에서 상부로 이동시키기 때문에 이동속도가 느려지지만 오히려 열교환 효율은 증대되는 효과를 갖는다.As described above, since the internal heat medium, which is located at the bottom by the first direction switching connection means 400, is moved through the connection pipe 700 at a time and moved from the lower part to the upper part, the moving speed is slower, Has an increasing effect.

한편 제1방향전환연결수단(400)을 경유한 내부열매체는 연결파이프(600)를 통해 제2방향전환연결수단(500)으로 이동되며 이동된 내부열매체는 상기한 제2방향전환연결수단(500)의 저장통체(510)에 의해 모여지게 된다.Meanwhile, the internal heat medium via the first direction switching connection means 400 is transferred to the second direction switching connection means 500 through the connection pipe 600, and the internal heat medium transferred is transferred to the second direction switching connection means 500 (Not shown).

상기 제2방향전환연결수단(500)의 저장통체(510)에 일정량의 내부열매체가 모여지게 되면 연결통공(520)에 끼워 설치된 분기파이프(600)에 의해 내부열매체가 소량으로 나누어져 이동되게 된다.When a certain amount of the internal heat medium is collected in the storage cylinder 510 of the second direction switching connection unit 500, the internal heat medium is divided and moved by the branch pipe 600 fitted in the connection hole 520 .

이때 분기파이프(600)에 의해 소량으로 나누어진 내부열매체는 열교환이 용이하게 이루어지며, 상기한 분기파이프(600)의 끝단에 설치된 제2분기수단(300)에서 내부열매체가 집합되며 연결부(310)에 연결 구성된 출수파이프에 의해 외부로 배출된다. The internal heat medium is divided into a small amount by the branch pipe 600 and heat exchange is facilitated. The internal heat medium is collected in the second branching means 300 installed at the end of the branch pipe 600, And is discharged to the outside by an outflow pipe connected to the outlet pipe.

한편 오랜 사용으로 노후 및 파손 등에 의해 시추공에 설치된 열교환장치(1)를 꺼내고자 할 때에는 고리(140)를 이용하여 편리하고 간편하게 열교환장치(1)를 시추공으로부터 꺼낼 수 있다.On the other hand, when the heat exchanger 1 installed in the borehole is to be taken out due to aging, breakage or the like due to long use, the heat exchanger 1 can be taken out of the borehole conveniently and easily by using the ring 140.

상기와 같은 본 발명은 유입관과 유출관이 만나는 부분에 다수의 가지관으로 분기하여 짧은 시간에 열교환이 이루어지도록 함으로써 열교환 효율이 증대 및 유입관과 유출관을 연결하는 연결기능과 열교환장치의 파손 및 훼손시 교환 등이 용이한 효과가 있는 매우 유용한 발명이다.
In the present invention as described above, heat exchange is performed in a short time by branching into a plurality of branch pipes at a portion where an inlet pipe and an outlet pipe meet, thereby increasing the heat exchange efficiency and increasing the connection efficiency between the inlet pipe and the outlet pipe, And it is an extremely useful invention that has an effect of facilitating exchange when it is damaged.

1 : 열교환장치 100 : 하우징
110 : 몸체 120 : 공간
130 : 뚜껑 140 : 고리
200 : 제1분기수단 210,310 : 연결부
220,320,420,520 : 연결통공 230,330 : 분기본체
300 : 제2분기수단 400 : 제1방향전환연결수단
410,510 : 저장통체 430,530 : 파이프연결구
500 : 제2방향전환연결수단 600 : 분기파이프
700 : 연결파이프 800 : 오리피스
1: Heat exchanger 100: Housing
110: body 120: space
130: cap 140: ring
200: first branch means 210, 310:
220, 320, 420, 520: connection through hole 230, 330:
300: second branch means 400: first direction switching connection means
410, 510: storage cylinder 430, 530: pipe connector
500: second direction switching connection means 600: branch pipe
700: connecting pipe 800: orifice

Claims (4)

지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치에 있어서,
열매체가 충진되는 공간이 구비되어 있는 몸체에 결합공과 통공이 구비된 뚜껑이 결합되어 이루어진 하우징과;
입수파이프 또는 출수파이프가 연결되는 연결부가 일체로 형성되며 연결통공이 다수개 형성된 분기본체로 이루어진 제1분기수단 및 제2분기수단과;
상기 연결통공에 대응하는 연결통공이 형성되어 분할된 유체를 한곳에 모으는 저장통체 및 파이프 연결구를 일체로 형성하여 열매채의 흐름 방향을 전환시키는 제1방향전환연결수단 및 제2방향전환연결수단과;
각 분기수단과 각 방향전환연결수단 사이에 설치되는 다수개의 분기파이프와;
상기 제1방향전환연결수단 및 제2방향전환연결수단을 연결하는 연결파이프를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치.
1. A heat exchange apparatus for use in a cooling / heating system using geothermal heat,
A housing having a coupling body and a lid having a through hole coupled to a body provided with a space for filling the heating body;
A first branching means and a second branching means each comprising a branch body formed integrally with a connecting pipe connecting the inlet pipe or the outlet pipe and having a plurality of through holes;
A first direction switching connection means and a second direction switching connection means for integrally forming a storage cylinder and a pipe connection port for collecting the divided fluids in one place with connection through-holes corresponding to the connection through-holes to switch the flow direction of the fines;
A plurality of branch pipes installed between each of the branching means and each of the direction switching connection means;
And a connection pipe connecting the first direction switching connection means and the second direction switching connection means.
제 1 항에 있어서,
상기 뚜껑에는 시추공에 설치된 열교환장치를 꺼내기 용이하도록 고리가 더 설치되어 이루어진 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치.
The method according to claim 1,
Wherein the lid is further provided with a ring for facilitating the removal of the heat exchanger installed in the borehole.
제 1 항에 있어서,
상기 연결파이프는 유체의 이동방향이 하부에서 상부 방향으로 이동되었다가 다시 하부방향으로 전환되는 ∩ 형으로 형성된 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치.
The method according to claim 1,
Wherein the connection pipe is formed in an ∩ shape in which a moving direction of the fluid is shifted from the lower part to the upper part and then the lower part is switched to the lower part.
제 1 항에 있어서,
상기 연결파이프에는 오리피스가 더 설치된 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템용 열교환장치.
The method according to claim 1,
Wherein the connecting pipe is further provided with an orifice.
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