KR101483113B1 - 유체흐름 방향 변화에 의한 냉난방 모드 전환 구성의 개방형 지중열교환기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 개방형 지중열교환기에서 필요에 따라 유체의 흐름방향을 변환함으로써 냉방모드 또는 난방모드로 전환되어 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 구성된 "유체흐름 방향 변화에 의한 냉난방 모드 전환 구성의 개방형 지중열교환기"에 관한 것이다.
본 발명에서는 난방모드에서는 유체는 채움재(400)로 흘러들어가고, 상측 차단부재(310)는 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이를 폐쇄함과 동시에 하측 차단부재(310)는 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이를 개방하여, 공급관(10)의 하부 유입공(11)을 통해 공급관(10) 내로 유입되는 유체를 심정펌프(30)가 펌핑하여 송출하고; 냉방모드에서는 회수관(20)으로부터의 유체는 공급관(10)의 내부로 공급되어 아래로 흐르고, 상측 차단부재(310)는 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이를 개방함과 동시에 하측 차단부재(310)는 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이를 폐쇄하여, 공급관(10)의 상부 유입공(12)을 통해 공급관(10) 내로 유입되는 유체를 심정펌프(30)가 펌핑하여 송출하는 것을 특징으로 하는 개방형 지중열교환기가 제공된다.
본 발명에서는 난방모드에서는 유체는 채움재(400)로 흘러들어가고, 상측 차단부재(310)는 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이를 폐쇄함과 동시에 하측 차단부재(310)는 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이를 개방하여, 공급관(10)의 하부 유입공(11)을 통해 공급관(10) 내로 유입되는 유체를 심정펌프(30)가 펌핑하여 송출하고; 냉방모드에서는 회수관(20)으로부터의 유체는 공급관(10)의 내부로 공급되어 아래로 흐르고, 상측 차단부재(310)는 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이를 개방함과 동시에 하측 차단부재(310)는 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이를 폐쇄하여, 공급관(10)의 상부 유입공(12)을 통해 공급관(10) 내로 유입되는 유체를 심정펌프(30)가 펌핑하여 송출하는 것을 특징으로 하는 개방형 지중열교환기가 제공된다.
Description
본 발명은 지중열을 냉방 또는 난방에 이용하기 위하여 지중에 매립되는 지중열교환기에 관한 것으로서, 구체적으로는 개방형 지중열교환기에서 필요에 따라 유체의 흐름방향을 변환함으로써 냉방모드 또는 난방모드로 전환되어 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 구성된 "유체흐름 방향 변화에 의한 냉난방 모드 전환 구성의 개방형 지중열교환기"에 관한 것이다.
냉난방을 위하여 지중열을 에너지원으로 이용하는 지중열교환기로서 종래기술에 의한 개방형 지중열교환기의 일예가 대한민국 등록특허 제10-1150596호에 개시되어 있다.
도 1에는 종래기술에 의한 개방형 지중열교환기가 지중에 설치되어 있는 구조를 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼 종래의 개방형 지중열교환기는, 지면으로부터 지반의 깊이 방향으로 연직하게 지중에 형성된 우물공(100) 내에 공급관(supply pipe)(10)이 설치되어 있고, 공급관(10)과 우물공(100) 사이에는 채움재(400)가 채워져 있다. 건물의 실내와 같이 냉난방이 필요한 공간을 위하여 히트펌프(도시되지 않음)에서의 열교환을 마친 유체를 채움재(400)로 유입시키기 위한 회수관(return pipe)(20)이 구비되어 있으며, 상기 공급관(10)의 상부 위치에서 공급관(10)의 내부에는 유체를 히트펌프로 송출하기 위한 심정펌프(30)가 배치되어 있는 구성을 가진다. 그리고 상기 공급관(10)의 하단 즉, 지중 깊은 곳에 위치하는 공급관(10)의 하단에는 유체가 유입될 수 있는 유입공(11)이 형성되어 있으며, 상기 심정펌프(30)에는 공급관(10)에서 펌핑하여 퍼낸 유체를 히트펌프로 송출하기 위한 송출관(31)이 연결되어 있다. 도 1에서 편의상 상기 회수관(20) 및 송출관(31)은 편의상 굵은 화살표의 형태로 도시하였다. 한편, 도 1에서 점선으로 도시된 화살표는 유체의 흐름 방향을 나타낸다.
따라서 위와 같은 구성을 가지는 종래의 개방형 지중열교환기에서는, 예를 들어, 빌딩이나 아파트와 같은 건물의 냉난방이 필요한 공간(이하, 편의상 "건물"이라고 약칭함)을 위한 히트펌프로부터 회수된 유체는 상기 회수관(20)을 통해서 채움재(400)로 유입되고, 이러한 유체는 우물공(100) 내에서 지하수와 섞이면서 중력에 의해 아래로 흐르게 된다. 우물공(100)의 하부에서는 공급관(10)의 유공관(有孔管) 구간에 형성된 유입공(11)을 통해 지하수를 공급관(10)의 내부로 빨아들여 공급관(10)의 아래에서부터 채워지게 하며, 심정펌프(30)는 공급관(10)에 채워진 유체를 펌핑하여 송출관(31)을 통해서 건물 등의 냉난방을 위한 히프펌프로 송출하게 된다. 히트펌프에서는 다시 열교환이 이루어지며, 히트펌프에서의 열교환을 마친 유체는 다시 회수관(20)을 통해서 회수된다.
위와 같은 구성의 종래의 개방형 지중열교환기에서는, 회수관(20)으로 복귀된 유체는 우물공(100)의 상부에서부터 채움재(400)로 유입되어 아래로 흘러가면서 지하수와 섞이게 되고, 지하수는 우물공(100)의 깊은 곳에서부터 흡입되어 송출관(31)을 통해서 히트펌프로 보내진다. 즉, 종래기술에 의한 개방형 지중열교환기의 경우, 회수관을 통해서 지중으로 유입된 유체는 "상부로부터 하부 방향으로의 흐름형태"를 가지는 것이며, 건물 등으로 보내지는 유체는 지하 깊은 곳에서 취한 것이다.
그런데 지중의 온도는 지표에서부터 지하로 깊어질수록 상승한다. 실측 사례에 의하면 지표로부터 약 50m 내려간 지하에서의 지중온도는 약 섭씨 15도이지만 지표로부터 약 500m 내려간 지하에서의 지중온도는 약 섭씨 24도인 경우도 있다. 이와 같이 지중온도는 지표보다는 지하 깊은 곳이 더 높으므로, 건물의 난방시에는 지표보다 상대적으로 더 따뜻한 지하 깊은 곳의 유체를 이용하는 효과적이다. 반대로 건물의 냉방시에는 지표의 낮은 온도를 이용하는 것이 바람직하므로, 지하 깊은 곳 보다는 지표 부근에 존재하는 유체를 심정펌프(30)로 흡입하여 이를 건물의 히트펌프로 보내는 것이 더 유리하다. 즉, 건물 등과 같은 공간을 따뜻하게 난방할 필요가 있는 경우에는, 우물공(100)의 깊은 곳에서 공급관(10)으로 유입된 유체를 심정펌프로(30)로 흡입하여 송출관(31)으로 통해서 건물의 히트펌프로 송출하는 종래의 개방형 지중열교환기가 유리하지만, 건물 등을 시원하게 냉방할 경우에는 종래의 개방형 지중열교환기가 난방의 경우처럼 유리하지는 않다.
본 발명은 위와 같은 종래기술에 따른 개방형 지중열교환기가 가지는 한계를 극복하기 위하여 개발된 것으로서, 구체적으로는 난방이 필요한 경우에는 지하 깊은 곳의 유체를 건물의 히트펌프로 송출하지만, 냉방이 필요한 경우에는 지하 깊은 곳보다 상대적으로 온도가 낮은 지표 부근의 유체를 건물의 히트펌프로 송출함으로써, 난방뿐만 아니라 냉방시에도 높은 효율을 발휘할 수 있게 되는 개방형 지중열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로 본 발명에서는 건물 등의 난방이 필요할 때에는 유체가 "상부로부터 하부 방향으로의 흐름형태"를 가지고 있어서 지하 깊은 곳의 유체를 건물의 히트펌프로 송출하게 되지만, 건물 등의 냉방이 필요할 때에는 유체가 "하부로부터 상부 방향으로의 흐름형태"를 가지게 되어 온도가 상대적으로 낮은 지표 부근의 유체를 흡입하여 건물의 히트펌프로 송출함으로써 냉방효율을 극대화시킬 수 있게 됨으로써, 난방시의 효율뿐만 아니라 냉방시의 효율도 크게 향상된 개방형 지중열교환기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
위와 같은 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는, 우물공 내에 설치된 공급관, 우물공에 채워진 채움재, 흡입구로 유체를 흡입하여 송출하는 심정펌프 및 히트펌프로부터 유체가 다시 회수되는 회수관을 포함하며; 공급관의 하부와 상부에는 각각 하부 유입공 및 상부 유입공이 형성되어 있고; 회수관은, 회수되는 유체를 채움재의 상부로 유입시키는 상부유입관과, 회수되는 유체를 공급관의 내부로 공급하도록 공급관과 연통된 연통관과, 회수되는 유체가 선택적으로 상부유입관 또는 연통관에 흐르게 하는 흐름변환장치를 포함하며; 공급관 내에 심정펌프가 배치되었을 때 흡입구의 위쪽 위치에는 심정펌프와 공급관사이를 개폐하는 상측 차단부재가 설치되어 있고, 흡입구의 아래쪽 위치에는 심정펌프와 공급관 사이를 개폐하는 하측 차단부재가 설치되어 있어서; 난방모드에서는 흐름변환장치에 의해 연통관은 폐쇄되고 상부유입관은 개방되어 회수관으로부터의 유체는 채움재로 흘러들어가고, 상측 차단부재는 심정펌프와 공급관 사이를 폐쇄함과 동시에 하측 차단부재는 심정펌프와 공급관 사이를 개방하여, 공급관의 하부 유입공을 통해 공급관 내로 유입되는 유체를 심정펌프가 펌핑하여 송출하고; 냉방모드에서는 흐름변환장치에 의해 상부유입관은 폐쇄되고 연통관은 개방되어 회수관으로부터의 유체는 공급관의 내부로 공급되어 아래로 흐르고, 상측 차단부재는 심정펌프와 공급관 사이를 개방함과 동시에 하측 차단부재는 심정펌프와 공급관 사이를 폐쇄하여, 공급관의 상부 유입공을 통해 공급관 내로 유입되는 유체를 심정펌프가 펌핑하여 송출하는 것을 특징으로 하는 개방형 지중열교환기가 제공된다.
위와 같은 본 발명의 지중열교환기에서, 상기 상측 차단부재는, 심정펌프의 흡입구의 위쪽 위치에서 위에서부터 순차적으로 간격을 두고 구비되는 제1고정 링부재와 제1승하강 링부재, 그리고 상기 제1고정 링부재와 제1승하강 링부재 사이를 연결시키면서 심정펌프의 외면을 감싸도록 설치되며 심정펌프의 외면바깥쪽 방향으로 구부러졌다가 다시 평평하게 펴지는 탄성부재로 이루어진 상측 차단판을 포함하며; 상기 하측 차단부재는, 심정펌프의 흡입구의 아래쪽 위치에서 순차적으로 간격을 두고 구비되는 제2승하강 링부재와 제2고정 링부재, 그리고 상기 제2고정 링부재와 제2승하강 링부재 사이를 연결시키면서 심정펌프의 외면을 감싸도록 설치되며 심정펌프의 외면바깥쪽 방향으로 구부러졌다가 다시 평평하게 펴지는 탄성부재로 이루어진 하측 차단판을 포함하며; 제1승하강 링부재와 제2승하강 링부재가 연동빔에 의해 연결되어 있으며; 제2승하강 링부재가 하강하게 되면 하측 차단판이 구부러져서 공급관(10)의 내면에 밀착되어 심정펌프와 공급관 사이를 폐쇄하지만, 그와 동시에 제1승하강 링부재 역시 하강하면서 상측 차단판이 펴지게 되어 심정펌프와 공급관 사이가 개방되며; 제2승하강 링부재가 상승하게 되면 하측 차단판이 펴져서 심정펌프와 공급관 사이가 개방되지만, 그와 동시에 제1승하강 링부재 역시 상승하면서 상측 차단판이 구부러져서 공급관의 내면에 밀착되어 심정펌프와 공급관 사이를 폐쇄하게 되는 구성을 가질 수도 있다.
특히, 이 경우, 심정펌프의 하부에는 외면 나사부를 가지며 회전하는 회전나사부재가 구비되고; 상기 제2승하강 링부재는 상기 회전나사부재의 외면 나사부에 나사결합되어 있어서, 회전나사부재의 회전에 따라 제2승하강 링부재가 승하강하는 구성을 가질 수 있다.
또한 본 발명에서 흐름변환장치는 삼상밸브로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 개방형 지중열교환기에서는, 건물 등의 난방이 필요할 때에는 유체가 "상부로부터 하부 방향으로의 흐름형태"가 만들어져서 지하 깊은 곳의 유체를 건물의 히트펌프로 송출하게 되지만, 건물 등의 냉방이 필요할 때에는 유체가 "하부로부터 상부 방향으로의 흐름형태"가 만들어지게 되어 온도가 상대적으로 낮은 지표 부근의 유체를 건물의 히트펌프로 송출하여 냉방효율을 극대화시킬 수 있게 됨으로써, 난방시의 효율뿐만 아니라 냉방시의 효율도 크게 향상되는 효과가 발휘된다.
즉, 본 발명에서는 회수관을 통해서 다시 지중으로 유입되는 유체의 흐름 방향을 바꾸고, 그에 따라 송출관을 통해서 히트펌프로 송출되는 유체를 지하 깊은 곳에서 취하는 난방모드로 운전하거나 또는 지표 부근에서 취하는 냉방모드로 운전함으로써, 냉난방 효율이 극대화되는 효과가 발휘되는 것이다.
도 1은 종래기술의 개방형 지중열교환기가 지중에 설치되어 있는 구조를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기가 지중에 설치되어 있는 구조를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기에 구비되는 유체흐름제어 개폐조립체의 일예가 심정펌프에 조립된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기의 심정펌프에 구비된 상태의 개폐조립체를 일부 구성에 대해서만 단면 형태로 도시한 개략적인 단면 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 개폐조립체에서 하측 차단부재가 팽창하는 상태를 보여주는 개폐조립체의 개략적인 정면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 개폐조립체에서 상측 차단부재가 팽창하는 상태를 보여주는 개폐조립체의 개략적인 정면도이다.
도 7 및 도 8은 각각 상측 차단부재 및 하측 차단부재가 링형상의 풍선부재로 이루어져서 심정펌프 외면에 구비된 경우를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 9는 띠 형태의 부재로 이루어진 상측 차단부재 및 하측 차단부재가 구비된 심정펌프가 공급관 내부에 위치한 상태를 보여주는 개략적인 부분 단면도이다.
도 10은 띠 형태의 부재로 이루어진 상측 차단부재 및 하측 차단부재가 구비된 심정펌프가 공급관 내부에 위치한 상태에서 흡입구 위쪽은 폐쇄되고 아래쪽은 개방된 상태를 보여주는 개략적인 부분 단면도이다.
도 11은 띠 형태의 부재로 이루어진 상측 차단부재 및 하측 차단부재가 구비된 심정펌프가 공급관 내부에 위치한 상태에서 흡입구 위쪽은 개방되고 아래쪽은 폐쇄된 상태를 보여주는 개략적인 부분 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기가 난방모드로 작동할 때의 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기가 냉방모드로 작동할 때의 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기가 지중에 설치되어 있는 구조를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기에 구비되는 유체흐름제어 개폐조립체의 일예가 심정펌프에 조립된 상태를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 4는 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기의 심정펌프에 구비된 상태의 개폐조립체를 일부 구성에 대해서만 단면 형태로 도시한 개략적인 단면 사시도이다.
도 5는 도 3에 도시된 개폐조립체에서 하측 차단부재가 팽창하는 상태를 보여주는 개폐조립체의 개략적인 정면도이다.
도 6은 도 3에 도시된 개폐조립체에서 상측 차단부재가 팽창하는 상태를 보여주는 개폐조립체의 개략적인 정면도이다.
도 7 및 도 8은 각각 상측 차단부재 및 하측 차단부재가 링형상의 풍선부재로 이루어져서 심정펌프 외면에 구비된 경우를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 9는 띠 형태의 부재로 이루어진 상측 차단부재 및 하측 차단부재가 구비된 심정펌프가 공급관 내부에 위치한 상태를 보여주는 개략적인 부분 단면도이다.
도 10은 띠 형태의 부재로 이루어진 상측 차단부재 및 하측 차단부재가 구비된 심정펌프가 공급관 내부에 위치한 상태에서 흡입구 위쪽은 폐쇄되고 아래쪽은 개방된 상태를 보여주는 개략적인 부분 단면도이다.
도 11은 띠 형태의 부재로 이루어진 상측 차단부재 및 하측 차단부재가 구비된 심정펌프가 공급관 내부에 위치한 상태에서 흡입구 위쪽은 개방되고 아래쪽은 폐쇄된 상태를 보여주는 개략적인 부분 단면도이다.
도 12는 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기가 난방모드로 작동할 때의 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 개략적인 단면도이다.
도 13은 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기가 냉방모드로 작동할 때의 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 개략적인 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.
도 2에는 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기가 지중에 설치되어 있는 구조를 보여주는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도면에 도시된 것처럼 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기는, 지면으로부터 지반의 깊이 방향으로 연직하게 지중에 형성된 우물공(100) 내에 공급관(supply pipe)(10)이 설치되어 있고, 공급관(10)과 우물공(100) 사이에는 채움재(400)가 채워져 있다. 상기 채움재(400)는 지반과 다른 재질일 수도 있지만 지반 토사일 수도 있다.
상기 공급관(10)의 상부 위치에서 공급관(10)의 내부에는 유체를 건물의 히트펌프로 송출하기 위한 심정펌프(30)가 배치되어 있다. 상기 심정펌프(30)에는 공급관(10)에서 펌핑하여 퍼낸 유체를 건물의 히트펌프로 송출하기 위한 송출관(31)이 연결되어 있다. 그리고 상기 공급관(10)의 하단 즉, 지중 깊은 곳에 위치하는 공급관(10)의 하단에는 유체가 유입될 수 있는 하부 유입공(11)이 형성되어 있는데, 본 발명에서는 상기 공급관(10)의 상부 즉, 지하수위 아래에서 지표 부근에 위치하는 공급관(10)의 상부에는, 채움재(400)로부터 공급관(10)의 내부로 유체가 유입될 수 있게 하는 상부 유입공(12)이 더 형성되어 있다.
본 발명에 따른 개방형 지중열교환기에도, 히트펌프에서 열교환을 마친 유체가 채움재(400)로 되돌아오도록 하는 회수관(return pipe)(20)이 구비되어 있는데, 본 발명에서 상기 회수관(20)은, 히트펌프로부터 회수되는 유체를 채움재(400)로 직접 유입시키는 상부유입관(220)과, 히트펌프로부터 회수되는 유체를 상기 공급관(10)의 내부로 직접 공급하도록 공급관(10)과 연통되어 있는 연통관(210)과, 히트펌프로부터 회수되는 유체가 선택적으로 상기 상부유입관(220) 또는 연통관(210)에 흐르게 제어하는 흐름변환장치(21)를 포함하여 구성된다. 도 2에 예시된 실시예에서는 상기 흐름변환장치(21)가 3상 밸브로 구성되어 있고, 히트펌프와 연결된 관로, 상기 상부유입관(220) 및 상기 연통관(210)이 각각 3상 밸브에 연결되어 있는 형태로 구성되어 있다. 따라서 흐름변환장치(21)에 해당하는 3상 밸브의 조작에 따라, 히트펌프로부터 회수되는 유체는, 히트펌프와 연결된 관로, 3상 밸브 및 상부유입관(220)의 순서로 채움재(400)의 상부로 유입되거나 또는 히트펌프와 연결된 관로, 3상 밸브 및 연통관(210)의 순서로 공급관(10)의 내부로 유입된다.
그러나 히트펌프와 연결된 관로, 상기 상부유입관(220), 상기 연통관(210) 및 상기 흐름변환장치(21)를 포함하는 회수관(20)의 구성은 위에서 예시한 3상 밸브를 이용한 구성에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어서, 히트펌프와 연결된 관로를 2개의 관로로 형성하여 각각의 관로를 상부유입관(220) 및 연통관(210)에 개별적으로 연결하고, 각각의 관로에는 흐름변환장치(21)로서 개별적인 제어밸브를 설치하여, 상기 제어밸브의 개폐를 제어하여, 상부유입관(220)으로의 유체 흐름을 개방함과 동시에 연통관(210)으로의 유체 흐름은 차단하거나, 또는 이와 반대로 상부유입관(220)으로의 유체 흐름은 차단함과 동시에 연통관(210)으로의 유체 흐름은 개방하는 형태로 구성할 수도 있는 것이다.
공급관(10)의 내부에는, 유체를 흡입하는 흡입구(32)가 형성되어 있는 심정펌프(30)가 배치되는데, 본 발명에서 상기 심정펌프(30)에는 흡입구(32)를 중심으로, 흡입구(32)의 위쪽과 아래쪽에 각각 공급관(10)의 내면 사이의 간격을 차단할 수 있는 상측 차단부재(310)와 하층 차단부재(320)가 구비되어 있다. 즉, 심정펌프(30)에는 유체를 흡입하는 흡입구(32)가 형성되어 있는데, 심정펌프(30)가 공급관(10)의 내부에 설치되었을 때, 연직한 위치에서 상기 흡입구(32)의 위쪽에는 상측 차단부재(310)가 존재하는 것이며 상기 흡입구(32)의 아래쪽에는 하측 차단부재(320)가 존재하는 것이다. 그리고 심정펌프(30)가 공급관(10)의 내부에 설치되었을 때, 상기 심정펌프(30)의 외면과 공급관(10)의 내면 사이에 간격이 존재하는데, 필요할 때 심정펌프(30)의 외면과 공급관(10)의 내면 사이의 간격이 상측 차단부재(310) 및 하측 차단부재(320)의 작동에 의해 폐쇄 또는 개방된다. 심정펌프(30)의 외면과 공급관(10)의 내면 사이의 간격을 폐쇄하여 유체의 흐름을 제어하는 상측 차단부재(310) 및 하측 차단부재(320)는 하나의 개폐조립체(300)로 구성되어 심정펌프(30)의 외면에 조립 설치될 수 있는데, 이러한 개폐조립체(300)가 도 3 내지 도 6에 개시되어 있다.
구체적으로 도 3은 개폐조립체(300)가 봉 형상의 심정펌프(30)에 조립된 상태를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있으며, 도 4는 심정펌프(30)는 단면 형태로 도시하지 않고, 개폐조립체(300)의 일부 구성에 대해서만 단면 형태로 도시한 개략적인 단면 사시도이다. 도 5는 하측 차단판(320a)이 외측으로 팽창하는 상태를 보여주는 개폐조립체(300)의 개략적인 정면도이고, 도 6은 상측 차단판(310a)이 외측으로 팽창하는 상태를 보여주는 개폐조립체(300)의 개략적인 정면도이다. 도 5와 도 6에서는 편의상 상측 차단부재(310)와 하측 차단부재(320)는 각각 단면형태로 도시하였다.
도 3 내지 도 6에 도시된 실시예에 따른 개폐조립체(300)는, 봉(棒) 형상의 심정펌프(30) 외부에 결합 설치되는데, 상기 개폐조립체(300)에서 상측에는 상측 차단부재(310)가 구비되고, 하측에는 하측 차단부재(320)가 구비된다. 그리고 도면에 도시된 실시예에 따른 개폐조립체(300)에서는 상측 차단부재(310)와 하측 차단부재(320)의 연동을 위하여 연동빔(330)이 구비되어 있다.
구체적으로 상기 상측 차단부재(310)는 심정펌프(30)의 흡입구(32) 위쪽 위치에 구비되는 2개의 링부재와 상측 차단판(310a)으로 구성된다. 상기 상측 차단부재(310)를 이루는 2개의 링부재 중에서 위쪽에 위치하는 링부재는 제1고정 링부재(311)로서, 상기 심정펌프(30)의 외면에서 연직이동이 가능하지 않도록 설치되는 것이며, 상기 제1고정 링부재(311)로부터 아래쪽으로 이격된 또다른 링 부재는 제1승하강 링부재(312)로서, 상기 심정펌프(30)의 외면에서 연직이동이 가능하게 설치되는 것이다. 상기 상측 차단판(310a)은 상기 제1고정 링부재(311)와 제1승하강 링부재(312) 사이를 연결시키면서 상기 심정펌프(30)의 외면을 감는 부재로서, 탄성을 가지고 있어서 외측으로 즉, 심정펌프(30)의 외면에서부터 바깥쪽으로 구부러졌다가 다시 펴지는 부재이다. 상기 상측 차단판(310a)은 고무판 등으로 제작될 수 있다.
앞서 언급한 것처럼 상기 제1승하강 링부재(312)는 심정펌프(30)의 외면에서 연직하게 이동하는 부재인데, 제1고정 링부재(311)는 원래 위치를 고수하고 있으므로, 제1승하강 링부재(312)가 상승하여 제1고정 링부재(311)와 제1승하강 링부재(312) 사이가 가까워지면, 상기 상측 차단판(310a)은 심정펌프(30)의 외면에서부터 바깥쪽으로 구부러지게 된다. 따라서 심정펌프(30)가 공급관(10)의 내부에 위치한 상태에서 위와 같이 현상이 일어나게 되면, 상측 차단판(310a)이 심정펌프(30)의 외면에서부터 바깥쪽으로 구부러져서 공급관(10)의 내면에 밀착하게 되고, 그에 따라 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이의 간격이 폐쇄된다. 반대로 제1승하강 링부재(312)가 하강하게 되면 제1고정 링부재(311)와 제1승하강 링부재(312) 사이가 멀어지게 되고 그에 따라 구부러져 있던 상측 차단판(310a)은 펴지게 된다. 따라서 심정펌프(30)가 공급관(10)의 내부에 위치한 상태에서는 위와 같이 상측 차단판(310a)이 펴짐에 따라 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이의 간격이 다시 개방된다.
한편, 도면에 예시된 개폐조립체(300)에서 하측 차단부재(320)는, 심정펌프(30)의 흡입구(32) 아래쪽에서 심정펌프(30)의 외부를 감게 되는 2개의 링부재와 하측 차단판(320a)을 포함하여 구성되어 있다. 상기 심정펌프(30)의 흡입구(32) 아래쪽에 위치하는 2개의 링부재 중에서 위쪽에 위치하는 링 부재는 제2승하강 링부재(322)로서, 상기 심정펌프(30)의 외면에서 연직이동이 가능하게 설치되는 것이며, 상기 제2승하강 링부재(322)로부터 아래쪽으로 이격된 또다른 링 부재는 제2고정 링부재(321)로서, 상기 심정펌프(30)의 외면에서 연직이동이 가능하지 않도록 설치되는 것이다. 하측 차단판(320a)은 상기 제2고정 링부재(321)와 제2승하강 링부재(322) 사이를 연결시키면서 상기 심정펌프(30)의 외면을 감는 부재로서, 탄성을 가지고 있어서, 외측으로 즉, 심정펌프(30)의 외면에서부터 바깥쪽으로 구부러졌다가 다시 펴지는 부재이다. 상기 하측 차단판(320a) 역시 고무판 등으로 제작될 수 있다.
앞서 언급한 것처럼 상기 제2승하강 링부재(322)는 심정펌프(30)의 외면에서 연직하게 이동하는 부재인데, 제2고정 링부재(321)는 원래 위치를 고수하고 있으므로, 제2승하강 링부재(322)가 하강하여 제2고정 링부재(321)와 제2승하강 링부재(322) 사이가 가까워지면, 상기 하측 차단판(320a)은 심정펌프(30)의 외면에서부터 바깥쪽으로 구부러지게 된다. 따라서 심정펌프(30)가 공급관(10)의 내부에 위치한 상태에서 위와 같이 현상이 일어나게 되면, 하측 차단판(320a)이 심정펌프(30)의 외면에서부터 바깥쪽으로 구부러져서 공급관(10)의 내면에 밀착하게 되고, 그에 따라 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이의 간격이 폐쇄된다. 반대로 제2승하강 링부재(322)가 상승하게 되면 제2고정 링부재(321)와 제2승하강 링부재(322) 사이가 멀어지게 되고 그에 따라 구부러져 있던 하측 차단판(320a)은 펴지게 된다. 따라서 심정펌프(30)가 공급관(10)의 내부에 위치한 상태에서는 위와 같이 하측 차단부재(320)가 펴짐에 따라 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이의 간격이 다시 개방된다.
도면에서 도면부호 38 및 39는 각각 제1고정 링부재(311) 및 제2고정 링부재(321)가 승하강 되지 않고 위치를 고수한 상태로 심정펌프(30)의 외면을 감아서 설치되도록 심정펌프(30)에 형성된 오목부(38, 39)이다.
한편, 위와 같은 상측 차단부재(310)와 하측 차단부재(320)의 작동이 연동되도록 제1승하강 링부재(312)와 제2승하강 링부재(322)는 연동빔(330)에 의해 서로 연결되어 있다. 따라서 도 5에 도시된 것처럼 제2승하강 링부재(322)가 하강하게 되면 위에서 설명한 것처럼 하측 차단판(320a)이 심정펌프(30)의 외면에서부터 바깥쪽으로 구부러지게 되지만 그와 동시에 제1승하강 링부재(312) 역시 하강하면서 상측 차단판(310a)은 펴지게 된다. 반대로 도 6에 도시된 것처럼 제2승하강 링부재(322)가 상승하게 되면 위에서 설명한 것처럼 하측 차단판(320a)이 펴지게 되지만 그와 동시에 제1승하강 링부재(312) 역시 상승하면서 상측 차단판(310a)은 심정펌프(30)의 외면에서부터 바깥쪽으로 구부러지게 된다. 즉, 제2승하강 링부재(322)가 하강하면 제1승하강 링부재(312)도 함께 하강하게 되어, 하측 차단판(320a)의 구부러짐과 상측 차단판(310a)의 펴짐이 동시에 이루어지며, 반대로 제2승하강 링부재(322)가 상승하면 제1승하강 링부재(312)도 함께 상승하게 되어, 하측 차단판(320a)의 펴짐과 상측 차단판(310a)의 구부러짐이 동시에 이루어진다. 따라서 심정펌프(30)가 공급관(10)의 내부에 위치한 상태에서, 하측 차단판(320a)이 구부러져서 공급관(10)의 내면에 밀착하는 형태로 하측 차단부재(320)가 흡입구(32) 아래쪽에서 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이의 간격을 폐쇄할 때에는, 이와 동시에 상측 차단판(310a)은 펴지게 되어 상측 차단부재(310)가 흡입구(32) 위쪽에서 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이의 간격을 개방하게 되며, 반대로 하측 차단판(320a)이 펴져서 하측 차단부재(320)가 흡입구(32) 아래쪽에서 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이의 간격을 개방하게 되면, 이와 동시에 상측 차단판(310a)이 구부러져서 공급관(10)의 내면에 밀착하는 형태로 상측 차단부재(310)가 흡입구(32) 위쪽에서 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이의 간격을 폐쇄하게 되는 것이다.
이와 같이 제2승하강 링부재(322)가 승하강 할 수 있도록 하기 위하여 도면에 도시된 실시예에서는 심정펌프(30)의 하부에 외면 나사부를 가지는 회전나사부재(35)를 설치하여, 상기 제2승하강 링부재(322)가 상기 회전나사부재(35)의 외면 나사부에 나사결합되어 있는 구성을 가지고 있다. 도면에서 부재번호 36은 회전나사부재(35)의 회전을 위하여 심정펌프(30)에 구비된 회전모터(36)이다. 이와 같은 구성에서는 회전모터(36)의 구동에 의해 회전나사부재(35)가 회전하게 되면, 그 외면에 나사결합되어 있던 제2승하강 링부재(322)는 나사 이동하여 승하강하게 된다. 이러한 회전나사부재(35) 및 회전모터(36)는 심정펌프(30)의 상부에 구비될 수도 있다. 이 경우에는 제1승하강 링부재(312)가 회전나사부재(35)와 나사결합하여 회전나사부재(35)의 회전에 의해 승하강하게 된다. 물론 이와 같은 회전나사부재(35)의 구성이 아닌 다른 구성에 의해서 상기 제1승하강 링부재(312) 또는 제2승하강 링부재(322)가 승하강하도록 구성할 수도 있다.
더 나아가 본 발명에서 상측 차단부재(310)와 하측 차단부재(320)는, 위와 같은 구성에 한정되지 아니한다. 예를 들어, 상측 차단부재(310) 및 하측 차단부재(320)는 링형상의 풍선부재로 이루어져서, 각각 공압이나 유압이 공급될 때 팽창하여 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이의 간격을 폐쇄하고, 공압이나 유압이 제거되면 수축하여 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이의 간격을 개방하는 형태로 구성될 수도 있다. 도 7 및 도 8에는 각각 상측 차단부재(310) 및 하측 차단부재(320)가 링형상의 풍선부재로 이루어져서 심정펌프(30) 외면에 구비된 경우를 보여주는 개략적인 사시도가 도시되어 있는데, 도 7은 상측 차단부재(310)를 이루는 링형상의 풍선부재가 팽창한 상태를 보여주는 것이고, 하측 차단부재(320)를 이루는 링형상의 풍선부재가 팽창한 상태를 보여주는 것이다. 상기 링형상의 풍선부재에 각각 주입관(380)을 연결하여 공압이나 유압을 주입하여 필요에 따라 각각 팽창시킴으로써 링형상의 풍선부재가 공급관(10)의 내면에 밀착하여 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이의 간격을 폐쇄하고, 또 공압이나 유압을 낮추어서 링형상의 풍선부재가 공급관(10)의 내면으로부터 분리됨으로써 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이의 간격을 개방할 수 있는 것이다.
도 9 내지 도 11에는 각각 또다른 형태의 상측 차단부재(310) 및 하측 차단부재(320)가 구비된 심정펌프(30)가 공급관(10) 내부에 위치한 상태를 보여주는 개략적인 부분 단면도가 도시되어 있는데, 도 9는 상측 차단부재(310)와 하측 차단부재(320) 모두 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이를 개방시킨 상태이고, 도 10은 상측 차단부재(310)는 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이를 폐쇄하고 있지만 하측 차단부재(320)는 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이를 개방시킨 상태이며, 도 11은 하측 차단부재(320)는 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이를 폐쇄하고 있지만 상측 차단부재(310)는 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이를 개방시킨 상태이다.
도 9 내지 도 11에 도시된 실시예처럼, 상측 차단부재(310) 및 하측 차단부재(320)는, 각각 심정펌프(30)의 흡입구(32) 위쪽과 아래쪽에서 각각 심정펌프(30)를 감도록 구비되는 차단 띠 부재(340), 및 상측 차단부재(310)의 차단 띠 부재(340)와 하측 차단부재(320)의 차단 띠 부재(340) 사이의 간격 이상의 거리를 두고 이격되게 공급관(10)의 내면에 배치되어 있으며 차단 띠 부재(340)와 각각 수밀하게 밀착되는 링 형상을 가진 한 쌍의 결합 단턱 부재(101)로 구성될 수 있다.
이러한 구성에서는 도 10에 도시된 것처럼 인양선(58)에 의해 심정펌프(30)를 위쪽으로 인상시키면, 심정펌프(30)의 흡입구(32) 위쪽에 위치하는 차단 띠 부재(340)가 공급관(10)의 내면에서 위쪽에 배치된 결합 단턱 부재(101)와 밀착함으로써 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이를 폐쇄시키게 된다. 이 때 심정펌프(30)의 흡입구(32) 아래쪽에 위치하는 차단 띠 부재(340)는 공급관(10)의 내면에서 아래쪽에 배치된 결합 단턱 부재(101)와 밀착되지 않고 분리된 상태에 있게 되므로 흡입구(32)의 아래쪽으로는 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이가 개방된다.
반대로 도 11에 도시된 것처럼 인양선(58)을 늘어뜨려 심정펌프(30)이 아래쪽으로 내려가게 하면, 심정펌프(30)의 흡입구(32) 위쪽에 위치하는 차단 띠 부재(340)가 흡입구(32) 위쪽에 배치된 결합 단턱 부재(101)는 서로 떨어지게 되어 흡입구(32)의 위쪽으로는 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이가 개방되지만, 심정펌프(30)의 흡입구(32) 아래쪽에 위치하는 차단 띠 부재(340)와 흡입구(32) 아래쪽에 배치된 결합 단턱 부재(101)는 서로 밀착되면서 흡입구(32)의 아래쪽에서 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이를 폐쇄시키게 된다.
위에서는 심정펌프(30)의 흡입구(32) 위쪽과 아래쪽에서 각각 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이를 개방/폐쇄하는 구성의 여러 실시예를 설명하였으나, 본 발명에서 심정펌프(30)의 흡입구(32) 위쪽과 아래쪽에서 각각 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이를 개방/폐쇄하는 구성은 이에 한정되지 아니하며, 기타 구성으로 이루어질 수도 있다.
다음에서는 도 12 및 도 13을 참조하여 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기에서, 유체의 흐름을 변경함으로써 난방모드와 냉방모드로 전환하는 과정을 설명한다. 도 12에는 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기가 난방모드로 작동할 때의 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 개략적인 단면도가 도시되어 있으며, 도 13에는 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기가 냉방모드로 작동할 때의 상태를 보여주는 도 2에 대응되는 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 도면에서 점선의 화살표는 유체의 흐름을 나타낸다.
우선 도 12를 참조하여 난방모드일 때를 살펴보면, 건물을 난방시킬 경우에는, 종래의 개방형 지중열교환기와 마찬가지로, 회수관(20)을 통해서 지중으로 유입된 유체는 "상부로부터 하부 방향으로의 흐름형태"를 가지도록 작동된다. 즉, 난방모드에서는 흐름변환장치(21)를 작동시켜 상부유입관(220)은 개방하지만, 연통관(210)은 폐쇄한다. 흐름변환장치(21)가 앞서 예시한 것처럼 3상 밸브로 구성된 경우, 3상 밸브를 조작하여 상부유입관(220)은 개방하지만 연통관(210)은 폐쇄함으로써, 히트펌프로부터 회수되는 유체가 히트펌프와 연결된 관로, 3상 밸브, 및 상부유입관(220)을 통해서 채움재(400)의 상부로만 유입되도록 하고, 연통관(210)을 통해서 공급관(10)의 내부로 유체가 직접 유입되는 것은 차단하는 것이다. 이와 같이 흐름변환장치(21)를 조작하여 회수관(20)을 통해서 회수되는 유체의 흐름을 제어함과 동시에, 심정펌프(30)에서는 상측 차단부재(310)를 작동시켜서 심정펌프(30)의 외면과 공급관(10)의 내면 사이의 간격을 폐쇄하고, 하측 차단부재(320)의 위치에서는 심정펌프(30)의 외면과 공급관(10)의 내면 사이의 간격이 개방되도록 한다. 즉, 도면에 예시된 개폐조립체(300)의 경우, 상측 차단판(310a)은 외측으로 구부러져서 공급관(10)의 내면에 밀착되어 심정펌프(30)의 외면과 공급관(10)의 내면 사이의 간격을 폐쇄하지만, 하측 차단판(320a)은 펴진 상태가 되어 심정펌프(30)의 외면과 공급관(10)의 내면 사이의 간격이 개방되는 것이다.
이러한 상태에서, 유체는 히트펌프와 연결된 관로, 3상 밸브 및 상부유입관(220)을 통해서, 공급관(10)의 외부에 있는 채움재(400)로만 유입되어 중력에 의해 아래로 흐르면서 지하수와 섞이게 되며, 공급관(10)의 하단에 존재하는 하부 유입공(11)을 통해서 공급관(10)의 내부로 유입되어 채우게 된다. 이 때 심정펌프(30)의 흡입구(32) 위쪽은 심정펌프(30)의 외면과 공급관(10)의 내면 사이의 간격이 폐쇄되어 있지만 흡입구(32)의 아래쪽에서는 심정펌프(30)의 외면과 공급관(10)의 내면 사이의 간격이 개방되어 있으므로, 상기 심정펌프(30)가 작동하게 되면 공급관(10)의 내부를 채우고 있는 유체는 흡입구(32)로 흡입되어 펌핑됨으로써 송출관(31)을 통해서 히트펌프로 보내진다. 즉, 난방이 필요한 경우, 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기는, 마치 종래의 개방형 지중열교환기와 마찬가지로 지표보다 상대적으로 더 따뜻한 지하 깊은 곳의 유체를 히트펌프로 송출하게 되는 것이다.
반면에 건물을 냉방시킬 경우, 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기는, 종래의 개방형 지중열교환기와 전혀 다르게, 회수관(20)을 통해서 지중으로 유입된 유체는 "하부로부터 상부 방향으로의 흐름형태"를 가지게 되며, 지하 깊은 곳보다는 온도가 상대적으로 낮은 지표 부근의 유체를 심정펌프(30)로 흡입하여 이를 건물의 히트펌프로 보내게 된다. 구체적으로 도 13에 도시된 것처럼, 건물의 냉각이 필요한 냉방모드에서는 흐름변환장치(21)를 작동시켜 연통관(210)은 개방하지만, 상부유입관(220)은 폐쇄한다. 흐름변환장치(21)가 앞서 예시한 것처럼 3상 밸브로 구성된 경우, 3상 밸브를 조작하여 연통관(210)은 개방하지만 상부유입관(220)은 폐쇄함으로써, 히트펌프로부터 회수되는 유체가 히트펌프와 연결된 관로, 3상 밸브 및 연통관(210)을 통해서 직접 공급관(10)의 내부로 공급된다. 이와 같이 흐름변환장치(21)를 조작하여 회수관(20)을 통해서 회수되는 유체의 흐름을 제어함과 동시에, 심정펌프(30)에서는 하측 차단부재(320)를 작동시켜서 심정펌프(30)의 외면과 공급관(10)의 내면 사이의 간격을 폐쇄하고, 상측 차단부재(310)의 위치에서는 심정펌프(30)의 외면과 공급관(10)의 내면 사이의 간격이 개방되도록 한다. 즉, 도면에 예시된 개폐조립체(300)의 경우, 하측 차단판(320a)은 외측으로 구부러져서 공급관(10)의 내면에 밀착되어 심정펌프(30)의 외면과 공급관(10)의 내면 사이의 간격을 폐쇄하지만, 상측 차단판(310a)은 펴진 상태가 되어 심정펌프(30)의 외면과 공급관(10)의 내면 사이의 간격이 개방되는 것이다.
이러한 상태에서, 유체는 히트펌프와 연결된 관로, 3상 밸브 및 연통관(210)을 통해서 공급관(10)의 내부로 직접 유입된 유체는 중력에 의해 공급관(10) 내부에서 아래로 흐르면서 지하수와 혼합되고 공급관(10)의 하단에 존재하는 하부 유입공(11)을 통해서 공급관(10) 밖으로 빠져나가서 채움재(400)로 유입된다. 따라서 회수된 유체는 채움재(400)의 아래쪽에서부터 위쪽으로 흐르게 되는 것이다.
이 때 심정펌프(30)의 흡입구(32) 아래쪽은 심정펌프(30)의 외면과 공급관(10)의 내면 사이의 간격이 폐쇄되어 있지만 흡입구(32)의 위쪽에서는 심정펌프(30)의 외면과 공급관(10)의 내면 사이의 간격이 개방되어 있으므로, 상기 심정펌프(30)가 작동하게 되면 채움재(400)에 존재하던 지표부근의 유체는 공급관(10)의 상부에 형성된 상부 유입공(12)을 통해서 공급관(10) 내부로 흡입되고, 이렇게 공급관(10)으로 들어온 지표 부근의 유체는 흡입구(32)로 흡입되어 펌핑됨으로써 송출관(31)을 통해서 히트펌프로 보내진다. 즉, 냉방이 필요한 경우, 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기는, 종래의 개방형 지중열교환기와 전혀 다르게, 지하 깊은 곳보다 상대적으로 기온이 낮은 지표 부근의 유체를 심정펌프(30)가 펌핑하여 히트펌프로 송출하게 되는 것이다. 따라서 냉방시에도 온도가 상대적으로 높은 유체를 히트펌프로 송출하던 종래의 개방형 지중열교환기보다, 본 발명에서는 냉방시의 효율이 크게 향상된다.
이와 같이 본 발명에서는 건물 등의 난방이 필요할 때에는 유체가 "상부로부터 하부 방향으로의 흐름형태"를 가지고 있어서 지하 깊은 곳의 유체를 건물의 히트펌프로 송출하게 되지만, 건물 등의 냉방이 필요할 때에는 유체가 "하부로부터 상부 방향으로의 흐름형태"를 가지게 되어 온도가 상대적으로 낮은 지표 부근의 유체를 건물의 히트펌프로 송출하여 냉방효율을 극대화시킬 수 있게 됨으로써, 난방시의 효율뿐만 아니라 냉방시의 효율도 크게 향상된다. 즉, 본 발명에서는 회수관(20)을 통해서 다시 지중으로 유입되는 유체의 흐름 방향을 바꾸고, 그에 따라 송출관(31)을 통해서 히트펌프로 송출되는 유체를 지하 깊은 곳에서 취하는 난방모드로 운전하거나 또는 지표 부근에서 취하는 냉방모드로 운전함으로써, 냉난방 효율을 극대화시킬 수 있게 되는 것이다.
10: 공급관
20: 회수관
30: 심정펌프
21: 흐름변환장치
210: 연통관
220: 상부유입관
310: 상측 차단부재
320: 하측 차단부재
20: 회수관
30: 심정펌프
21: 흐름변환장치
210: 연통관
220: 상부유입관
310: 상측 차단부재
320: 하측 차단부재
Claims (6)
- 히트펌프와 연결되어 사용되는 개방형 지중열교환기로서,
우물공(100) 내에 설치된 공급관(10), 우물공(100)에 채워진 채움재(400), 흡입구(32)로 유체를 흡입하여 송출하는 심정펌프(30), 히트펌프와 연결되어 히트펌프로부터 유체가 흘러오게 되는 회수관(20), 및 히트펌프로 유체를 송출하는 송출관(31)을 포함하며;
공급관(10)의 하부와 상부에는 각각 하부 유입공(11) 및 상부 유입공(12)이 형성되어 있고;
회수관(20)은, 히트펌프로부터 흘러오는 유체를 채움재(400)의 상부로 유입시키는 상부유입관(220)과, 히트펌프로부터 흘러오는 유체를 공급관(10)의 내부로 공급하도록 공급관(10)과 연통된 연통관(210)과, 히트펌프로부터 흘러오는 유체가 선택적으로 상부유입관(220) 또는 연통관(210)에 흐르게 하는 흐름변환장치(21)를 포함하며;
공급관(10) 내에 심정펌프(30)가 배치되었을 때 흡입구(32)의 위쪽 위치에는 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이를 개폐하는 상측 차단부재(310)가 설치되어 있고, 흡입구(32)의 아래쪽 위치에는 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이를 개폐하는 하측 차단부재(320)가 설치되어 있어서;
난방모드에서는 흐름변환장치(21)에 의해 연통관(210)은 폐쇄되고 상부유입관(220)은 개방되어 회수관(20)으로부터의 유체는 채움재(400)로 흘러들어가고, 상측 차단부재(310)는 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이를 폐쇄함과 동시에 하측 차단부재(320)는 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이를 개방하여, 공급관(10)의 하부 유입공(11)을 통해 공급관(10) 내로 유입되는 유체를 심정펌프(30)가 펌핑하여 송출관(31)으로 송출하고;
냉방모드에서는 흐름변환장치(21)에 의해 상부유입관(220)은 폐쇄되고 연통관(210)은 개방되어 회수관(20)으로부터의 유체는 공급관(10)의 내부로 공급되어 아래로 흐르고, 상측 차단부재(310)는 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이를 개방함과 동시에 하측 차단부재(320)는 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이를 폐쇄하여, 공급관(10)의 상부 유입공(12)을 통해 공급관(10) 내로 유입되는 유체를 심정펌프(30)가 펌핑하여 송출관(31)으로 송출하는 것을 특징으로 하는 개방형 지중열교환기.
- 제1항에 있어서,
상기 상측 차단부재(310)는, 심정펌프(30)의 흡입구(32)의 위쪽 위치에서 위에서부터 순차적으로 간격을 두고 구비되는 제1고정 링부재(311)와 제1승하강 링부재(312), 그리고 상기 제1고정 링부재(311)와 제1승하강 링부재(312) 사이를 연결시키면서 심정펌프(30)의 외면을 감싸도록 설치되며 심정펌프(30)의 외면바깥쪽 방향으로 구부러졌다가 다시 평평하게 펴지는 탄성부재로 이루어진 상측 차단판(310a)을 포함하며;
상기 하측 차단부재(320)는, 심정펌프(30)의 흡입구(32)의 아래쪽 위치에서 순차적으로 간격을 두고 구비되는 제2승하강 링부재(322)와 제2고정 링부재(321), 그리고 상기 제2고정 링부재(321)와 제2승하강 링부재(322) 사이를 연결시키면서 심정펌프(30)의 외면을 감싸도록 설치되며 심정펌프(30)의 외면바깥쪽 방향으로 구부러졌다가 다시 평평하게 펴지는 탄성부재로 이루어진 하측 차단판(320a)을 포함하며;
제1승하강 링부재(312)와 제2승하강 링부재(322)는 연동빔(330)에 의해 연결되어 있으며;
제2승하강 링부재(322)가 하강하게 되면 하측 차단판(320a)이 구부러져서 공급관(10)의 내면에 밀착되어 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이를 폐쇄하지만, 그와 동시에 제1승하강 링부재(312) 역시 하강하면서 상측 차단판(310a)이 펴지게 되어 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이가 개방되며;
제2승하강 링부재(322)가 상승하게 되면 하측 차단판(320a)이 펴져서 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이가 개방되지만, 그와 동시에 제1승하강 링부재(312) 역시 상승하면서 상측 차단판(310a)이 구부러져서 공급관(10)의 내면에 밀착되어 심정펌프(30)와 공급관(10) 사이를 폐쇄하게 되는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 개방형 지중열교환기.
- 제2항에 있어서,
심정펌프(30)의 하부에는 외면 나사부를 가지는 회전나사부재(35)가 구비되고;
상기 제2승하강 링부재(322)는 상기 회전나사부재(35)의 외면 나사부에 나사결합되어 있어서, 회전나사부재(35)의 회전에 따라 제2승하강 링부재(322)가 승하강하는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 개방형 지중열교환기.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
흐름변환장치(21)는 삼상밸브로 구성된 것을 특징으로 하는 개방형 지중열교환기.
- 제1항에 있어서,
상기 상측 차단부재(310)와 상기 하측 차단부재(320)는 각각 링형상의 풍선부재로 이루어져서, 공압이나 유압이 주입되면 팽창되어 공급관(10)의 내면에 밀착됨으로써 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이의 간격을 폐쇄하고, 공압이나 유압이 낮아지면 공급관(10)의 내면으로부터 분리되어 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이의 간격을 개방하는 것을 특징으로 하는 개방형 지중열교환기.
- 제1항에 있어서,
상측 차단부재(310) 및 하측 차단부재(320)는, 각각 심정펌프(30)의 흡입구(32) 위쪽과 아래쪽에서 각각 심정펌프(30)를 감도록 구비되는 차단 띠 부재(340); 및 상측 차단부재(310)의 차단 띠 부재(340)와 하측 차단부재(320)의 차단 띠 부재(340) 사이의 간격 이상의 거리를 두고 이격되게 공급관(10)의 내면에 배치되어 있으며 차단 띠 부재(340)와 각각 수밀하게 밀착되는 링 형상을 가진 한 쌍의 결합 단턱 부재(101)로 구성되며;
심정펌프(30)가 위쪽으로 인상되면, 심정펌프(30)의 흡입구(32) 위쪽에 위치하는 차단 띠 부재(340)가 흡입구(32) 위쪽에 배치된 결합 단턱 부재(101)와 밀착함으로써 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이를 폐쇄시킴과 동시에 심정펌프(30)의 흡입구(32) 아래쪽에 위치하는 차단 띠 부재(340)가 흡입구(32) 아래쪽에 배치된 결합 단턱 부재(101)와 분리된 상태에 있게 되어 흡입구(32)의 아래쪽으로는 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이가 개방되며;
반대로 심정펌프(30)가 아래쪽으로 내려가면, 심정펌프(30)의 흡입구(32) 위쪽에 위치하는 차단 띠 부재(340)가 흡입구(32) 위쪽에 배치된 결합 단턱 부재(101)는 서로 떨어지게 되어 흡입구(32)의 위쪽으로는 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이가 개방됨과 동시에 심정펌프(30)의 흡입구(32) 아래쪽에 위치하는 차단 띠 부재(340)와 흡입구(32) 아래쪽에 배치된 결합 단턱 부재(101)는 서로 밀착되면서 흡입구(32)의 아래쪽에서 심정펌프(30)와 공급관(10)의 내면 사이를 폐쇄시키는 구성을 가지는 것을 특징으로 하는 개방형 지중열교환기.
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|---|---|---|---|
| KR20130105305A KR101483113B1 (ko) | 2013-09-03 | 2013-09-03 | 유체흐름 방향 변화에 의한 냉난방 모드 전환 구성의 개방형 지중열교환기 |
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| KR20130105305A KR101483113B1 (ko) | 2013-09-03 | 2013-09-03 | 유체흐름 방향 변화에 의한 냉난방 모드 전환 구성의 개방형 지중열교환기 |
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| KR20130105305A KR101483113B1 (ko) | 2013-09-03 | 2013-09-03 | 유체흐름 방향 변화에 의한 냉난방 모드 전환 구성의 개방형 지중열교환기 |
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| KR (1) | KR101483113B1 (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| WO2017003198A1 (ko) * | 2015-06-30 | 2017-01-05 | 한국생산기술연구원 | 심도가변형 지열정 파이프 및 이를 이용한 다중온도지열 회수방법 |
| KR20190043657A (ko) * | 2017-10-18 | 2019-04-29 | 전주대학교 산학협력단 | 심부 지열 냉온 공용 지열공 구조 및 상기 심부 지열 냉온 공용 지열공 구조를 포함하는 냉수 및 스팀 동시 생산용 캐스케이드 열펌프 시스템 |
| KR20230088582A (ko) | 2021-12-10 | 2023-06-20 | 지오릿에너지(주) | 개선된 유체 유동 방식을 가지는 지중 열교환기 |
| KR20230089585A (ko) | 2021-12-13 | 2023-06-21 | 지오릿에너지(주) | 개선된 유체 유동 방식을 가지는 지중 열교환기 및 이의 운용방법 |
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| KR100966167B1 (ko) | 2009-11-06 | 2010-06-28 | 한국지질자원연구원 | 점감결합부를 구성한 지열 열교환기장치 및 구성방법 |
-
2013
- 2013-09-03 KR KR20130105305A patent/KR101483113B1/ko active IP Right Grant
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