KR101587495B1 - Cooling and heating system using ground source - Google Patents

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Abstract

본 발명은 지하에 매설되는 열교환 파이프의 면적을 증가시켜 열교환 효율을 향상시키도록 한 지열을 이용한 냉난방 시스템에 관한 것으로서, 지면으로부터 소정깊이로 매설되어 상기 지면에 설치된 수요처와 연결되며 지중의 지열수를 통해 지열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출하는 열교환 파이프와, 상기 열교환 파이프와 연결되어 상기 열교환 파이프를 통해 공급되는 상기 지열수의 발열 또는 응축열을 이용하여 상기 수요처를 냉난방하는 히트펌프를 포함하여 구성되고, 상기 열교환 파이프는 입수관 파이프와 출수관 파이프로 이루어지고, 상기 열교환 파이프의 입수관 파이프에 일정한 간격을 갖고 연결되어 상기 입수관 파이프를 통해 입수되는 지열수를 순환하는 다수개의 도넛형 커플러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a cooling / heating system using geothermal heat to improve the heat exchange efficiency by increasing the area of a heat exchange pipe buried in an underground. The system is embedded in a predetermined depth from the ground and connected to a customer installed on the ground, And a heat pump connected to the heat exchange pipe for cooling and heating the customer using the heat or condensation heat of the geothermal water supplied through the heat exchange pipe, The heat exchange pipe includes a plurality of donut type couplers which are composed of a water inlet pipe and a water outlet pipe and circulate the geothermal water which is connected to the water inlet pipe of the heat exchange pipe at regular intervals and is received through the water inlet pipe .

Description

지열을 이용한 냉난방 시스템{COOLING AND HEATING SYSTEM USING GROUND SOURCE}{COOLING AND HEATING SYSTEM USING GROUND SOURCE}

본 발명은 지열을 이용한 냉난방 시스템에 관한 것으로, 특히 열교환 파이프의 단면적을 증가시켜 열교환 효율을 향상시키도록 한 지열을 이용한 냉난방 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a cooling / heating system using geothermal heat, and more particularly to a cooling / heating system using geothermal heat so as to increase heat exchange efficiency by increasing the cross sectional area of a heat exchange pipe.

일반적으로 가정 및 산업용 냉난방에 사용되고 있는 에너지원은 석유나 천연가스와 같은 화석 연료 또는 핵연료 등이 있는데, 이러한 에너지원 사용은 환경오염의 주원인을 발생시킬 뿐만 아니라 매장량의 한계가 있기 때문에 대체에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.Generally, energy sources used for domestic and industrial heating and cooling include 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 limited amount of reserves. It is actively proceeding.

이와 같은, 냉난방을 위하여 사용되는 에너지원으로는 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료를 이용하거나, 또는 이들 화석연료나 원자력을 이용하여 생산된 에너지를 주로 사용하고 있다.As energy sources used for heating and cooling, fossil fuels such as coal, oil, and natural gas are used, or 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 냉난방 장치가 사용되고 있는데, 이들 에너지원은 공기오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면 에너지 밀도가 대단히 낮은 단점이 있다.Among these alternative energies, 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 생산 용량이 작고 또한 설치 및 유지관리에 많은 비용이 소요된다.In particular, in order to obtain energy using wind power and solar heat, a large area must be secured along with the limit of the installation site, and these devices have a small energy production capacity per unit unit and a large installation and maintenance cost.

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

이러한 지열을 이용하여 건물 내의 냉난방을 목적으로 지하수와 같은 천연 열저장소를 이용하는 전기장치인 지열을 이용한 냉난방 시스템은, 지중 열교환기를 구비하여 상기 열교환기에 의해 하절기에는 지중으로 열을 방출하고 동절기에는 지중으로부터 열을 흡수하는 것으로, 연중 10~20℃로 거의 일정한 온도를 유지한 지온에 의해 냉난방 성능이 저하되지 않아 안정적인 운전이 가능하다.The heating and cooling system using geothermal, 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 an underground heat exchanger so that heat is released to the ground during the summer season by the heat exchanger, By absorbing heat, the cooling and heating performance is not lowered due to the geothermal temperature maintained at a constant temperature from 10 to 20 ° C throughout the year, and stable operation is possible.

따라서, 설치 및 유지관리에 상대적으로 저렴한 비용이 소요되는 지열에너지를 이용한 냉난방 장치들이 많이 이용되고 있는데, 이것은 온도가 10~20℃인 지중의 열 에너지를 이용하는 기술이다.Therefore, 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 냉난방 시스템은 지열을 회수하기 위한 열교환 파이프와, 상기 열교환 파이프로부터 회수한 지열을 필요한 장소로 이동시켜 냉난방을 행하는 히트펌프로 구성된다.The conventional cooling and heating system using geothermal heat is composed of a heat exchange pipe for recovering geothermal heat and a heat pump for cooling and heating by moving the geothermal heat recovered from the heat exchange pipe to a required place.

도 1은 종래 기술에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이다.1 is a schematic view showing a conventional air conditioning system using geothermal heat.

종래 기술에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 지표측의 토양층에 최대 150~200m 이상의 깊이로 다수의 시추공을 굴착하고, 상기 각 시추공의 내부에 지열수를 공급하기 위해 열교환 파이프(20)를 매립하고 있다.As shown in FIG. 1, in the conventional cooling / heating system using geothermal heat, a plurality of boreholes are excavated at a depth of 150 to 200 m or more in the soil layer at the land side and heat exchange And the pipe 20 is buried.

상기 열교환 파이프(20)를 통해 공급되는 지열수는 필요로 하는 수요처(10)로 이동시켜 냉난방을 행하도록 하는 히트펌프(30)를 구비하고 있다.The geothermal water supplied through the heat exchange pipe (20) is provided with a heat pump (30) for moving to a required customer (10) for cooling and heating.

상기와 같이 구성된 종래 기술에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템은 지열을 열원으로 냉난방을 수행하는 것으로 지중에 매설된 U자형의 열교환 파이프(20)들을 통해 일정한 온도를 유지하고 있는 지열수를 공급받아 냉난방을 수행하도록 되어있다.The conventional geothermal cooling and heating system constructed as described above performs geothermal heat as a heat source and receives geothermal water having a constant temperature through U-shaped heat exchange pipes 20 buried in the ground, .

이러한 냉난방은 이 U자형의 열교환 파이프(20)들과 순환 사이클을 형성하며 연결된 증발기와 응축기 등을 구비하여 냉난방용 히트펌프(30)로부터 냉온열을 얻은 지열수는 이 냉난방용 히트펌프(30)와 순환 사이클을 형성하며 연결된 열교환기(미도시)가 설치된 냉난방 장소로 이동되어 외기와의 열교환으로 냉난방을 수행하게 하거나 급탕 등을 공급하게 한다.The cooling / heating operation includes circulation cycles with the U-shaped heat exchange pipes 20 and connected to the evaporator and the condenser. The geothermal water obtained from the cooling / heating heat pump 30 is cooled by the cooling / heating heat pump 30, And a circulation cycle, and is moved to a cooling / heating place where a connected heat exchanger (not shown) is installed to perform cooling and heating by heat exchange with the outside air or supply hot water.

상기 열교환 파이프(20)는 폴리에틸렌(HDPE) 재질을 사용하여 U자 형태로 제작된다.The heat exchange pipe 20 is made of U (polyethylene) (HDPE) material.

그러나 상기와 같은 종래 기술에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템은 열교환 파이프가 U자 형태의 폴리에틸렌 재질로 이루어져 충분한 열교환이 이루어지지 못하여 열교환 효율이 떨어지는 문제가 있다. 이에 따라 종래에는 열교환 효율의 증대를 위해 열교환 파이프의 시공 깊이를 최대 150~200m 이상으로 깊게 형성할 수 밖에 없으며, 원자재의 소요 비용도 그만큼 증가하게 되는 문제점이 있었다.However, in the conventional cooling / heating system using geothermal heat, since the heat exchange pipe is made of U-shaped polyethylene material, sufficient heat exchange can not be performed and the heat exchange efficiency is low. Therefore, conventionally, in order to increase the heat exchange efficiency, the construction depth of the heat exchange pipe has to be deeply set at a maximum of 150 to 200 m or more, and the cost of raw materials has increased.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로 지하에 매설되는 열교환 파이프의 면적을 증가시켜 열교환 효율을 향상시키도록 한 지열을 이용한 냉난방 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a cooling / heating system using geothermal heat to improve the heat exchange efficiency by increasing the area of a heat exchange pipe buried underground.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템은 지면으로부터 소정깊이로 매설되어 상기 지면에 설치된 수요처와 연결되며 지중의 지열수를 통해 지열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출하는 열교환 파이프와, 상기 열교환 파이프와 연결되어 상기 열교환 파이프를 통해 공급되는 상기 지열수의 발열 또는 응축열을 이용하여 상기 수요처를 냉난방하는 히트펌프를 포함하여 구성되고, 상기 열교환 파이프는 입수관 파이프와 출수관 파이프로 이루어지고, 상기 열교환 파이프의 입수관 파이프에 일정한 간격을 갖고 연결되어 상기 입수관 파이프를 통해 입수되는 지열수를 순환하는 다수개의 도넛형 커플러를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a cooling / heating system using geothermal heat, which is embedded at a predetermined depth from the ground, connected to a customer installed on the ground, absorbs geothermal heat through geothermal water in the ground, And a heat pump connected to the heat exchange pipe and cooling / heating the customer using the heat or condensation heat of the geothermal water supplied through the heat exchange pipe. The heat exchange pipe includes a water inlet pipe and a water outlet pipe And a plurality of donut-type couplers connected to the inlet pipe of the heat exchange pipe at regular intervals and circulating the geothermal water received through the inlet pipe.

본 발명에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.The cooling / heating system using geothermal according to the present invention has the following effects.

즉, 지하에 매설되는 열교환 파이프의 면적을 증가시켜 열교환 효율을 향상시킬 수 있다.That is, the heat exchange efficiency can be improved by increasing the area of the heat exchange pipe buried in the underground.

도 1은 종래 기술에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도
도 2는 본 발명에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도
도 3은 도 2의 지열을 이용한 냉난방 시스템에서 열교환 파이프를 나타낸 사시도
도 4는 도 3의 열교환 파이프 중 입수관 파이프에 연결되는 도넛형 커플러를 나타낸 도면
도 5는 도 4의 도넛형 커플러가 입수관 파이프에 연결된 상태를 나타낸 사시도
1 is a schematic view showing a conventional cooling / heating system using geothermal heat
Fig. 2 is a schematic view of a cooling / heating system using geothermal heat according to the present invention
FIG. 3 is a perspective view showing a heat exchange pipe in the cooling / heating system using the geothermal heat of FIG.
4 is a view showing a donut-shaped coupler connected to the inlet pipe of the heat exchange pipe of FIG. 3
5 is a perspective view showing a state in which the donut-type coupler of Fig. 4 is connected to the inlet pipe; Fig.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 지열을 이용한 냉난방 시스템을 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, a geothermal heating / cooling system according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The accompanying drawings, which are included to provide a further understanding of the invention and are incorporated in and constitute a part of this application, illustrate embodiments of the invention and, together with the description, serve to explain the principles of the invention.

또한, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응되는 구성요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 하며, 설명의 편의를 위하여 도시된 각 구성 부재의 크기 및 형상은 과장되거나 축소될 수 있다.In addition, the same or corresponding components are denoted by the same reference numerals regardless of the reference numerals, and redundant explanations thereof will be omitted. For convenience of explanation, the size and shape of each constituent member shown may be exaggerated or reduced have.

도 2는 본 발명에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 3은 도 2의 지열을 이용한 냉난방 시스템에서 열교환 파이프를 나타낸 사시도이다.FIG. 2 is a schematic view of a cooling / heating system using geothermal according to the present invention, and FIG. 3 is a perspective view showing a heat exchange pipe in the cooling / heating system using the geothermal heat of FIG.

또한, 도 4는 도 3의 열교환 파이프 중 입수관 파이프에 연결되는 도넛형 커플러를 나타낸 도면이며, 도 5는 도 4의 도넛형 커플러가 입수관 파이프에 연결된 상태를 나타낸 사시도이다.4 is a view showing a donut-type coupler connected to a water inlet pipe of the heat exchange pipe of FIG. 3, and FIG. 5 is a perspective view showing a state where the donut-type coupler of FIG. 4 is connected to a water inlet pipe.

본 발명에 의한 지열을 이용한 냉난방 시스템(100)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 수요처(110), 히트펌프(120), 열교환 파이프(130) 및 축열조(140)를 포함하여 구성되어 있다.2 and 3, the cooling / heating system 100 using geothermal according to the present invention includes a customer 110, a heat pump 120, a heat exchange pipe 130, and a heat storage tank 140 have.

여기서, 상기 수요처(110)는 일정한 평수를 가지면서 사람들이나 가축들이 거주하여 생활하는 공간 또는 회사나 관공서와 같이 일정시간 근무하는 공간을 의미한다. Here, the customer 110 means a space where people and livestock live and live while having a certain size, or a space where they work for a certain period of time such as a company or a government office.

상기 히트펌프(120)는 일반적으로 주지된 기술로서 구체적으로 도시 및 설명하지 않았지만, 냉매를 증발시키는 증발기와, 상기 증발기로부터 증발된 냉매를 압축시켜 고온 고압의 냉매를 토출시키는 압축기와, 상기 압축기에서 토출된 냉매가 유입되어 응축되는 응축기 및 팽창밸브를 갖는다. The heat pump 120 is a well-known technique, which is not specifically shown and described, but includes an evaporator for evaporating the refrigerant, a compressor for compressing the refrigerant evaporated from the evaporator and discharging the refrigerant at high temperature and high pressure, And a condenser and an expansion valve in which the discharged refrigerant flows and is condensed.

즉, 상기 히트펌프(120)는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용하여 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방 장치를 의미한다. 이러한 히트펌프(120)는 압축기 및 실외 교환기를 구비하는 실외기 및 팽창밸브 및 실내 교환기를 포함하는 실내기를 포함하여 이루어진다.That is, the heat pump 120 refers to a cooling / heating device that transfers a low-temperature heat source to a high temperature or transfers a high-temperature heat source to a low temperature by using heat or condensation heat of a refrigerant. The heat pump 120 includes an outdoor unit having a compressor and an outdoor exchanger, and an indoor unit including an expansion valve and an indoor exchanger.

상기 열교환 파이프(130)는 지중에 매립된 U자 형태로 구성되고, 지중에 삽입되어 지열수를 상기 히트펌프(120) 또는 축열조(140)로 순환시킬 수 있도록 펌프가 구비되어 있다.The heat exchange pipe 130 is formed in a U-shape embedded in the ground. The heat exchange pipe 130 is inserted into the ground to pump the geothermal water to the heat pump 120 or the heat storage tank 140.

상기 열교환 파이프(130)는 지표면을 100~150M의 깊이로 천공하여 시추공을 형성하고, 상기 시추공 내부에 U자형의 입수관과 출수관 파이프로 이루어진 열교환 파이프(130)를 삽입하여 구성된다.The heat exchange pipe 130 is formed by drilling an earth surface at a depth of 100 to 150 M to form a borehole, and a heat exchange pipe 130 including a U-shaped inlet pipe and a water pipe is inserted into the borehole.

한편, 상기 열교환 파이프(130)를 구성하는 U자형의 열교환 파이프(130) 중에서 입수관과 출수관 파이프의 지름을 상이하게 구성하여 지열수의 유속을 달리할 수도 있다.Meanwhile, among the U-shaped heat exchange pipes 130 constituting the heat exchange pipe 130, the diameters of the water inlet pipe and the water outlet pipe may be different, so that the flow rate of the geothermal water may be different.

예를 들면, 상기 수요처(110)에서 냉난방으로 사용한 지열수가 지중으로 흘러가는 입수관 파이프의 지름을 상기 히트펌프(120) 또는 축열조(140)쪽으로 지열수가 유입되는 출수관 파이프 지름보다 작게 구성하여 사용된 지열수의 유속을 빠르게 진행함으로써 상기 히트펌프(120) 또는 축열조(140)로 공급되는 지열수의 유속을 느리게 하여 지열수의 온도를 낮추거나 높일 수 있다.For example, the diameter of the water inlet pipe used for cooling and heating in the customer 110 may be smaller than the diameter of the water outlet pipe to which geothermal water flows into the heat pump 120 or the heat storage tank 140 The flow rate of the geothermal water supplied to the heat pump 120 or the thermal storage tank 140 can be decreased to lower or raise the temperature of the geothermal water.

이와 같이 펌프에 의해 지열수가 열교환 파이프(130) 내부를 따라 순환됨으로써 상기 열교환 파이프(130)는 지중과의 열교환을 통해 지중으로부터 열을 흡수하여 지열을 회수하거나 상기 히트펌프(120) 또는 축열조(140)를 통해 일정 온도(15~21℃)의 지열수를 공급하게 된다.As the geothermal heat is circulated along the inside of the heat exchange pipe 130 by the pump, the heat exchange pipe 130 absorbs heat from the ground through heat exchange with the ground, thereby recovering the geothermal heat, or the heat pump 120 or the heat storage tank 140 ) Will supply geothermal water at a certain temperature (15 ~ 21 ℃).

예를 들면, 상기 열교환 파이프(130)로부터 유입되는 지열수의 온도가 10℃일 때 상기 축열조(140)는 가열을 통해 15~21℃로 지열수의 온도를 올려 상기 히트펌프(120)에 공급하고, 25℃일 때는 냉각하여 15~21℃의 온도로 낮추어 상기 히트펌프(120)로 공급한다.For example, when the temperature of the geothermal water flowing from the heat exchange pipe 130 is 10 ° C, the thermal storage tank 140 increases the temperature of the geothermal water to 15 to 21 ° C by heating and supplies the geothermal water to the heat pump 120 When the temperature is 25 캜, the temperature is lowered to a temperature of 15 캜 to 21 캜 and then supplied to the heat pump 120.

상기 열교환 파이프(130)의 내·외면에 길이를 따라 방사상으로 부설되는 다수의 방열핀을 구비하고 있는데, 상기 다수의 방열핀은 열교환 파이프(130)의 내·외면 표면적을 최대한 넓혀주기 때문에 내부를 통과하는 지열과의 열교환 효율을 극대화시킬 수 있다.And a plurality of radiating fins radially extending along inner and outer surfaces of the heat exchange pipe 130. The plurality of radiating fins expand the inner and outer surface areas of the heat exchange pipe 130 as much as possible, The heat exchange efficiency with the geothermal heat can be maximized.

한편, 상기 열교환 파이프(130)는 입수관 파이프(131)와 출수관 파이프(132)로 이루어지고, 상기 열교환 파이프(130)의 입수관 파이프(131)에 열교환 파이프(130)의 단면적을 증가시키기 위해 다수개의 도넛형 커플러(150)를 연결하여 열전도율을 증가시키고 있다.The heat exchange pipe 130 includes a water inlet pipe 131 and a water outlet pipe 132 and increases the cross sectional area of the heat exchange pipe 130 to the water inlet pipe 131 of the heat exchange pipe 130 A plurality of donut type couplers 150 are connected to increase the thermal conductivity.

이때 상기 도넛형 커플러(150)는 상기 열교환 파이프(130)의 입수관 파이프(131)에 일정한 간격을 갖고 연결소켓(160)을 통해 연결되어 입수관 파이프(131)를 통해 유입되는 지중의 지열수가 순환하면서 단면적을 증가시켜 열전도율을 증가시킨다.The donut type coupler 150 is connected to the water inlet pipe 131 of the heat exchange pipe 130 through the connection socket 160 at a predetermined interval and is connected to the ground water pipe Increase the thermal conductivity by increasing the cross-sectional area while circulating.

상기 도넛형 커플러(150)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 입수관 파이프(131)에 연결된 부분은 접촉 면적을 증가시키기 위해 상단과 하단에 각각 일정한 간격을 갖는 상단 원형 파이프(151)와 하단 원형 파이프(152)로 이루어지고, 상기 상단 원형 파이프(151) 및 하단 원형 파이프(152) 사이를 관통하여 일정한 간격을 갖고 일자형의 파이프(153)가 복수개 설치되어 있다.4 and 5, a portion of the donut-type coupler 150 connected to the inlet pipe 131 is connected to an upper circular pipe 151 having a predetermined interval at the upper and lower ends, respectively, And a lower circular pipe 152. A plurality of linear pipes 153 are installed at regular intervals between the upper circular pipe 151 and the lower circular pipe 152. [

상기 입수관 파이프(131)를 통해 지중으로 유입되는 지열수는 도넛형 커플러(150)를 구성하는 상기 상단 원형 파이프(151) 내부를 순환하고 다시 일자형의 파이프(153) 및 하단 원형 파이프(152)까지 순환하여 출수관 파이프(132)를 통해 히트펌프(120) 또는 축열조(140)로 공급된다.The geothermal water flowing into the ground through the water inlet pipe 131 circulates inside the upper circular pipe 151 constituting the donut type coupler 150 and then flows into the straight pipe 153 and the lower circular pipe 152, And then supplied to the heat pump 120 or the heat storage tank 140 through the water pipe 132. [

상기 출수관 파이프(132)는 상기 입수관 파이프(131)에 일정한 간격을 갖고 연결되는 도넛형 커플러(150) 사이를 관통하면서 일자형 형태로 이루어진다.The outflow pipe 132 is formed in a straight shape passing through between the donut-shaped couplers 150 connected to the intake pipe 131 at a predetermined interval.

일반적으로 열교환 파이프의 열전도율은 단면적에 비례하고 두께에 반비례한다.In general, the thermal conductivity of a heat exchange pipe is proportional to the cross-sectional area and inversely proportional to thickness.

종래 기술에 의한 열교환 파이프 외경은 34㎜이고, 본 발명에 의한 열교환 파이프의 외경은 21.5㎜ ×n(여기서, n은 도넛형 커플러의 갯수)로서, 6M의 열교환 파이프에 대해서 종래와 본 발명의 단면적으로 비교하면 다음과 같다.The outer diameter of the heat exchange pipe according to the prior art is 34 mm, the outer diameter of the heat exchange pipe according to the present invention is 21.5 mm x n (where n is the number of the donut type couplers) As follows.

즉, 종래의 열교환 파이프는 34×3.14×6=640.56이고, 본 발명에 의한 열교환 파이프는 21.5×3.14×6×n=405.06×n으로서, 본 발명은 종래와 비교하여 열교환 파이프의 단면적이 25%+{(n-2)×60%}의 단면적 효과를 가져온다.That is, the conventional heat exchange pipe has 34 × 3.14 × 6 = 640.56, and the heat exchange pipe according to the present invention has 21.5 × 3.14 × 6 × n = 405.06 × n. In the present invention, + {(n-2) x 60%}.

또한, 종래 기술에 의한 열교환 파이프의 두께는 3.5T인 것에 대해서 본 발명에 의한 열교환 파이프의 두께는 2.5T로 종래와 비교하여 본 발명은 약 29%를 감소시킬 수 있다.In addition, the thickness of the heat exchange pipe according to the present invention is 3.5T, whereas the thickness of the heat exchange pipe according to the present invention is 2.5T, which can reduce the present invention by about 29%.

상기 축열조(140)는 상기 열교환 파이프(130)에서 유입된 지열수를 저장하거나 상기 히트펌프(120)에서 열교환된 지열수를 저장하는 곳으로, 상술한 바와 같이 지열 회수관을 통해 열교환 파이프(130)와 연결됨과 함께 상기 히트펌프(120)에 연결되어 있다.The heat storage tank 140 stores geothermal water introduced from the heat exchange pipe 130 or stores geothermal water heat-exchanged by the heat pump 120. The heat storage pipe 140 is connected to the heat exchange pipe 130 And is connected to the heat pump 120.

상기 열교환 파이프(130)를 통해 상기 축열조(140)로 유입되는 지열수를 일정한 온도로 가열 또는 냉각하여 상기 히트펌프(120)에 공급하게 된다.The geothermal water flowing into the heat storage tank 140 through the heat exchange pipe 130 is heated or cooled to a predetermined temperature and supplied to the heat pump 120.

예를 들어, 상기 축열조(140)에 온도감시센서(도시되지 않음)를 부착하고 상기 온도감지센서를 통해 상기 축열조(140) 내부로 유입된 지열수의 온도가 15도 미만일 경우에는 상기 축열조(140)에 유입된 지열수를 가열하여 15도 이상으로 배출하고, 15~30도일 때는 상기 축열조(140)를 동작하지 않고 바로 지열수를 배출하여 난방에 사용되게 된다.For example, when a temperature monitoring sensor (not shown) is attached to the thermal storage tank 140 and the temperature of the geothermal water introduced into the thermal storage tank 140 through the temperature detection sensor is less than 15 degrees, And discharges the geothermal water to 15 degrees or more. When the temperature is in the range of 15 to 30 degrees, the geothermal water is directly discharged without operating the thermal storage tank 140 and used for heating.

따라서 상기 열교환 파이프(130)로부터 상기 축열조(140)로 공급되는 지열수의 온도를 15~21℃로 보상하여 상기 히트펌프(120)로 공급함으로써 히트펌프(120)의 동작 시간을 줄임과 함께 지열 냉난방 효율을 최적화시킬 수가 있다.Accordingly, the temperature of the geothermal water supplied from the heat exchange pipe 130 to the thermal storage tank 140 is compensated to 15 to 21 ° C and supplied to the heat pump 120, thereby reducing the operation time of the heat pump 120, It is possible to optimize the cooling / heating efficiency.

여기서, 상기 축열조(140)는 지중에서 유입되는 지열수의 온도를 측정하여 설정값보다 지열수 온도가 낮거나 높을 경우에 가열 또는 냉각을 통해 지열수의 온도를 15~21℃의 온도로 보상하여 상기 히트펌프(120)로 공급한다. Here, the thermal storage tank 140 measures the temperature of the geothermal water flowing into the ground, and when the geothermal water temperature is lower or higher than the set value, the temperature of the geothermal water is compensated to the temperature of 15 to 21 ° C through heating or cooling To the heat pump (120).

이때 상기 축열조(140)는 평상시에는 태양광 발전장치(도시되지 않음)로부터 공급되는 전원을 공급받아 사용하나 상기 태양광 발전장치가 발전하지 않는 경우에는 축적된 전원 또는 한전계통(도시되지 않음)에서 공급되는 전원을 사용하게 된다.At this time, the thermal storage tank 140 normally uses the power supplied from a photovoltaic power generation device (not shown), but when the photovoltaic power generation device does not generate electricity, the stored power or electric power system The supplied power source is used.

또한, 상기 축열조(140)는 태양광 발전이 가능한 주간에는 태양광 발전을 통해 자체적으로 전력을 생산하여 사용함으로써 소비전력을 줄일 수가 있고, 관공서와 같이 주 5일 근무하는 장소에 설치할 경우에는 상기 태양광 발전장치로부터 생산되어 미사용된 태양광 발전전력의 잉여 에너지 혹은 일반 계통전기로 운영이 되며, 이때 축열된 에너지를 저장하여 사용함으로써 에너지를 절감할 수 있다.In addition, the thermal storage tank 140 can reduce power consumption by itself generating and using electric power through solar power generation during the day when solar power generation is possible, and when installed in a place such as a government office that works five days a week, It is operated as surplus energy of PV power generated from photovoltaic power generation system or general grid electricity, and energy can be saved by using stored energy.

상기 태양광 발전장치는 태양광을 입사받은 태양전지 어레이로부터 직류전기를 생성하여 인버터를 통해 교류 전기로 변환하고, 상기 인버터를 통해 변환한 교류전기를 계통 연계반을 통해 한전계통에서 공급되는 전력 계통과 함께 선택적으로 전원을 사용할 수 있도록 한다.The photovoltaic device generates direct current electricity from a solar cell array that receives sunlight and converts the direct current electricity into an alternating current electricity through an inverter. The alternating current electricity converted through the inverter is supplied to a power system So that the power can be selectively used.

만약, 상기 축열조(140)가 동작하지 않을 경우에는 상기 태양광 발전장치로부터 생산된 전기 에너지는 에너지 저장장치(도시되지 않음)에 충전하여 필요에 따라 사용할 수 있도록 구성된다.If the heat storage tank 140 does not operate, the electric energy generated from the solar power generator is charged into an energy storage device (not shown) and used as needed.

상기 히트펌프(120)와 축열조(140)는 상호 통신을 통해 지열수를 15~21℃로 유지하면서 공급하도록 구성된다. 한편, 상기 축열조(140)는 본 발명의 실시예에서 부가적인 요소이고 필요에 따라 생략하고 상기 열교환 파이프(130)를 통해 상기 히트펌프(120) 또는 축열조(140)로 지중의 지열수를 공급할 수도 있다.The heat pump 120 and the heat storage tank 140 are configured to communicate with each other to maintain the geothermal water at 15 to 21 ° C. The heat storage tank 140 is an additional element in the embodiment of the present invention and can be omitted as necessary and supplied to the heat pump 120 or the thermal storage tank 140 through the heat exchange pipe 130 have.

더욱이, 본 발명은 히트펌프(120)가 축열조(140)의 설정 온도에 따라 운전되도록 함으로써 히트펌프(120)의 운전비용을 절감할 수 있다.In addition, according to the present invention, the operation cost of the heat pump 120 can be reduced by allowing the heat pump 120 to operate according to the set temperature of the heat storage tank 140.

또한, 본 발명은 운영 에너지원으로서 자연의 태양 에너지를 이용한 태양광 발전을 통해 전기 에너지를 직접 생산하여 사용하거나 태양광 발전이 이루어지지 않을 경우에는 한전계통에서 직접 에너지원을 공급받아 사용하게 된다. 상기 태양광 발전을 통해 발전된 전기 에너지를 냉난방 시스템이 가동되지 않을 때 별도의 에너지 저장장치에 저장하여 필요할 때 에너지원으로 사용함으로서 전력 소모를 최소로 줄일 수가 있다.In addition, the present invention uses electric energy directly through solar power generation using natural solar energy as an operating energy source, and when the solar power generation is not performed, the electric power source is directly supplied from the electric power system of KEPCO. When the cooling / heating system is not operated, the electric energy generated through the solar power generation is stored in a separate energy storage device and is used as an energy source when necessary, so that power consumption can be minimized.

또한, 본 발명은 지면을 천공시 깊이를 100M이내로 실시하면 되기 때문에 장소의 제약이 적고 시추 공사를 간소화시킬 수 있다.Further, since the present invention requires only a depth of 100M or less when drilling the ground, it is possible to simplify drilling work with less restriction on the place.

한편, 이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, is intended to cover various modifications and equivalent arrangements included within the spirit and scope of the appended claims. Will be apparent to those of ordinary skill in the art.

110 : 수요처 120 : 히트펌프
130 : 열교환 파이프 140 : 축열조
150 : 도넛형 커플러
110: customer demand 120: heat pump
130: Heat exchange pipe 140: Heat storage tank
150: Donut coupler

Claims (6)

지면으로부터 소정깊이로 매설되어 상기 지면에 설치된 수요처와 연결되며 지중의 지열수를 통해 지열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출하는 열교환 파이프와,
상기 열교환 파이프와 연결되어 상기 열교환 파이프를 통해 공급되는 상기 지열수의 발열 또는 응축열을 이용하여 상기 수요처를 냉난방하는 히트펌프를 포함하여 구성되고,
상기 열교환 파이프는 입수관 파이프와 출수관 파이프로 이루어지고, 상기 열교환 파이프의 입수관 파이프에 일정한 간격을 갖고 연결되어 상기 입수관 파이프를 통해 입수되는 지열수를 순환하는 다수개의 도넛형 커플러를 포함하여 구성되며,
상기 도넛형 커플러는 상단과 하단에 각각 일정한 간격을 갖는 상단 원형 파이프와 하단 원형 파이프로 이루어지고, 상기 상단 원형 파이프 및 하단 원형 파이프 사이를 관통하여 일정한 간격을 갖고 일자형의 파이프가 복수개 설치되며,
상기 출수관 파이프는 상기 입수관 파이프에 일정한 간격을 갖고 연결되는 도넛형 커플러 사이를 관통하면서 일자형 형태로 이루어진 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.
A heat exchange pipe embedded in a predetermined depth from the ground to connect to a customer installed on the ground and absorbing geothermal heat through geothermal water in the ground or releasing heat to the ground;
And a heat pump connected to the heat exchange pipe and cooling / heating the customer using the heat or condensation heat of the geothermal water supplied through the heat exchange pipe,
The heat exchange pipe includes a plurality of donut-type couplers which are composed of a water inlet pipe and a water outlet pipe and circulate the geothermal water which is connected to the water inlet pipe of the heat exchange pipe at regular intervals and is received through the water inlet pipe, Respectively,
The toroidal type coupler is composed of an upper circular pipe and a lower circular pipe having a predetermined interval at the upper and lower ends, respectively, and a plurality of linear pipes having a constant interval passing through between the upper circular pipe and the lower circular pipe,
Wherein the water pipe is formed in a straight shape passing through between the donut type couplers connected to the water pipe at a predetermined interval.
삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 입수관 파이프를 통해 지중으로 유입되는 지열수는 도넛형 커플러를 구성하는 상기 상단 원형 파이프 내부를 순환하고 다시 일자형의 파이프 및 하단 원형 파이프까지 순환하여 출수관 파이프를 통해 히트펌프로 공급되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.The method according to claim 1, wherein the geothermal water flowing into the ground through the inlet pipe is circulated inside the upper circular pipe constituting the donut type coupler and circulated to the straight pipe and the lower circular pipe, And the pump is supplied to the heating / cooling system. 삭제delete 제 1 항에 있어서, 상기 도넛형 커플러는 상기 입수관 파이프에 연결소켓을 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.The system of claim 1, wherein the donut-type coupler is connected to the inlet pipe through a connection socket. 제 1 항에 있어서, 상기 열교환 파이프 및 히트펌프와 연결되어 상기 히트펌프에 일정한 온도로 냉매를 공급하는 축열조를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉난방 시스템.The system of claim 1, further comprising a heat storage tank connected to the heat exchange pipe and the heat pump to supply refrigerant to the heat pump at a predetermined temperature.
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