KR101591017B1

KR101591017B1 - 지하대수층의 깊이 차이를 이용한 축열 냉난방 시스템

Info

Publication number: KR101591017B1
Application number: KR1020140053485A
Authority: KR
Inventors: 김여생; 이대성; 노승엽; 김형수; 송산; 홍경식; 김영식
Original assignee: 금호산업 주식회사; (주)넥스지오
Priority date: 2014-05-02
Filing date: 2014-05-02
Publication date: 2016-02-17
Also published as: KR20150126188A

Abstract

본 발명은 지하대수층의 축열 냉난방 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 깊이에 따라 서로 다른 지열을 갖는 지하대수층의 깊이 차이를 이용함으로써 열효율을 향상시킬 수 있는 지하대수층의 깊이 차이를 이용한 축열 냉난방 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 제1 관정과 제2 관정이 서로 다른 깊이를 갖는 충적대수층 및 암반대수층에 형성되어 서로 다른 지열을 가짐에 따라 냉난방 시 상대적으로 적합한 온도의 지하수를 활용함으로써 기존 방식에 비하여 냉난방 효율이 향상될 수 있다.

Description

지하대수층의 깊이 차이를 이용한 축열 냉난방 시스템{THERMAL ENERGY STORAGE SYSTEM USING DEPTH DEFFERENCE OF AQUIFER}

본 발명은 지하대수층의 축열 냉난방 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 깊이에 따라 서로 다른 지열을 갖는 지하대수층의 깊이 차이를 이용함으로써 열효율을 향상시킬 수 있는 지하대수층의 깊이 차이를 이용한 축열 냉난방 시스템에 관한 것이다.

최근 들어 계절의 변화에 상관없이 온도가 일정한 지열을 냉난방의 열원으로 활용하기 위한 축열식 냉난방 시스템들이 많이 개발되고 있다.

이러한 축열 시스템은 일정한 지열을 갖는 대수층의 지하수를 펌핑하여 히트펌프를 통한 열교환을 통해 냉방 또는 난방의 열원으로 사용하고 열교환이 이루어진 지하수를 다시 대수층으로 공급하여 축열하는 방식이다.

여기서, 지하대수층은 깊이에 따라 충적대수층과 암반대수층으로 구분된다.

충적대수층은 지하수를 함유한 퇴적층으로 모래, 자갈, 실트, 점토 등으로 구성되어 있으며, 지하수는 이들 지층을 구성하는 암석의 공극을 포화시키면서 존재한다. 이러한 충적대수층의 지열은 연중 일정한 온도를 유지하고 있으며, 지하수가 풍부한 곳에서는 연중 일정한 수온 (약 15℃)의 지하수를 이용하여, 냉난방에 이용하고 있다.

그리고 암반대수층은 충적대수층보다 깊은 깊이를 가지면서 지하수를 함유한 암반층이다. 이러한 암반대수층은 충적대수층의 깊이보다 깊게 형성됨에 따라 충적대수층의 지열보다 높은 지열을 갖는다.

한편, 선행기술로써 본 발명의 출원인에 의해 선출원되어 등록된 대한민국 등록특허공보 제10-1021578호에 개시된 대수층 축열 냉난방 시스템이 있다.

선행기술은 도 1에 도시된 바와 같이 지하대수층에 형성되면서 하절기 냉방시 냉열 축열된 지하수가 펌핑되고 동절기 난방시 열을 빼앗긴 지하수가 주입되어 냉열 축열되는 냉수정(10); 지하대수층에 형성되면서 상기 냉수정과 열간섭 제한되는 소정 거리로 이격되어 있고, 동절기 난방시 온열 축열된 지하수가 펌핑되고 하절기 냉방시 열을 흡수한 지하수가 주입되어 온열 축열되는 온수정(20); 상기 냉수정 및 온수정으로부터 펌핑된 지하수를 히트펌프로 공급시키고, 상기 히트펌프로부터 열교환된 지하수를 회수하여 상기 온수정 및 냉수정으로 주입시키는 지하수 관로(30); 상기 냉수정으로부터 펌핑된 냉열 지하수의 냉열을 냉방용으로 전달하고, 상기 온수정으로부터 펌핑된 온열 지하수의 온열을 난방용으로 전달하는 히트펌프(50);를 포함하여 구성된다.

그런데, 선행기술은 냉수정(10)과 온수정(20)이 도 1에 도시된 바와 같이 동일한 깊이의 대수층에 위치함에 따라 깊이 차이에 따른 지열의 차이를 효과적으로 활용할 수 없는 단점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1021578호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 깊이에 따른 서로 다른 지열을 갖는 충적대수층 및 암반대수층의 지열을 이용함으로써 냉난방에 따라 상대적으로 낮거나 높은 온도의 지하수를 통해 냉난방 효율이 향상될 수 있는 지하대수층의 깊이 차이를 이용한 축열 냉난방 시스템을 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 열교환이 이루어지면서 냉각된 지하수를 충적대수층에 냉열 축열시키고, 열교환에 의해 가열된 지하수를 암반대수층에 온열 축열시킴으로써 열교환된 냉기 및 열기를 회수할 수 있는 지하대수층의 깊이 차이를 이용한 축열 냉난방 시스템을 제공하는 것이 그 목적이다.

또한, 이격상태의 제1 관정 및 제2 관정에 충적대수층 및 암반대수층을 동일하게 구성하면서 두 관정의 대수층들과 히트펌프를 연결하는 관로를 대칭상태로 구성함으로써 냉난방 용량을 증가시킬 수 있는 지하대수층의 깊이 차이를 이용한 축열 냉난방 시스템을 제공하는 것이 다른 목적이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지하대수층의 깊이 차이를 이용한 축열 냉난방 시스템은, 충적대수층 및 상기 충적대수층보다 깊은 깊이를 갖는 암반대수층을 포함하는 지하대수층의 지열을 이용하는 냉난방 시스템으로서, 상기 충적대수층에 시공되어 냉방 시 냉방수를 공급하고, 난방 시 열교환에 의해 냉각되는 난방수가 냉열상태로 축열되는 제1 관정; 상기 제1 관정에 이격되는 또 다른 충적대수층을 관통하면서 상기 암반대수층으로 연장되어 상기 제1 관정보다 깊은 깊이로 시공되고, 난방 시 난방수를 공급하면서 열교환에 의해 냉각되는 난방수를 상기 제1 관정에 제공하며, 냉방 시 열교환에 의해 가열되는 상기 제1 관정의 냉방수가 온열상태로 축열되는 제2 관정; 상기 제1 관정 및 상기 제2 관정에서 공급되는 냉방수 또는 난방수를 냉난방에 따라 열교환시키는 히트펌프; 상기 히트펌프와 상기 제1 관정을 연결하여 상기 제1 관정의 냉방수를 상기 히트펌프에 공급하거나 상기 히트펌프에서 열교환된 상기 제2 관정의 난방수를 상기 제1 관정에 공급하는 제1 관로; 상기 히트펌프와 상기 제2 관정을 연결하여 상기 제2 관정의 난방수를 상기 히트펌프에 공급하거나 상기 히트펌프에서 열교환된 상기 제1 관정의 냉방수를 상기 제2 관정에 공급하는 제2 관로; 상기 제2 관정에 설치되어 상기 충적대수층과 상기 암반대수층을 격리시키면서 상기 제2 관로를 상기 암반대수층으로 관통시키는 패커; 및 상기 제1 관정 및 상기 제2 관정에 제각기 설치된 상태로 상기 제1 관로 및 상기 제2 관로에 각각 연결되며, 냉난방에 따라 상기 제1 관정의 냉방수 또는 상기 제2 관정의 난방수를 상기 히트펌프로 펌핑하는 공급펌프;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

예컨대, 상기 제1 관로 및 상기 제2 관로는, 상기 각각의 공급펌프에 연결되어 상기 공급펌프의 펌핑에 따라 상기 제1 관정의 냉방수나 상기 제2 관정의 난방수를 상기 히트펌프로 공급하는 펌핑관; 및 상기 펌핑관에 의해 공급되어 상기 히트펌프에서 열교환된 냉방수나 난방수를 상기 제2 관정이나 상기 제1 관정에 공급하는 축열관;을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 펌핑관은, 상기 축열관보다 작은 관경으로 형성되어 상기 축열관의 내부에 수용되면서 상기 축열관과 함께 이중관 형태를 이루고, 상기 공급펌프는, 상기 축열관의 내부에 수용된 상태로 상기 펌핑관의 단부에 연결될 수 있다.

또한, 상기 제1 관로 및 상기 제2 관로는, 상기 축열관의 일부분으로 냉방수나 난방수를 소통시키면서 상기 축열관 단부의 막힘을 방지하는 막힘방지소통로;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

예컨대, 상기 막힘방지소통로는, 상기 축열관의 단부측 외주면을 따라 장공형태의 틈새로 형성되어 냉방수나 난방수를 축열관으로 소통시키는 복수의 소통슬릿;을 포함하여 구성될 수 있다.

그리고, 본 발명은, 상기 제1 관정이 상기 충적대수층보다 깊게 시공되어 암반대수층으로 연장되면서 상기 제2 관정과 동일한 형태로 시공되며, 상기 제1 관정의 암반대수층과 상기 히트펌프를 연결하면서 상기 제2 관로와 대칭상태를 이루고, 상기 제1 관정에 연장된 암반대수층의 난방수를 상기 히트펌프에 공급하거나 상기 히트펌프에서 열교환된 상기 제2 관정의 냉방수를 상기 제1 관정의 암반대수층에 공급하여 온열 축열시키는 제3 관로; 상기 제2 관정의 충적대수층과 상기 히트펌프를 연결하면서 상기 제1 관로와 대칭상태를 이루고, 상기 제2 관정을 이루는 충적대수층의 냉방수를 상기 히트펌프에 공급하거나, 상기 제3 관로를 통해 상기 히트펌프로 공급되어 열교환된 상기 제1 관정의 난방수를 상기 제2 관정의 충적대수층에 공급하여 냉열 축열시키는 제4 관로; 상기 제3 관로 및 상기 제4 관로에 각각 연결되어 냉난방에 따라 상기 제1 관정의 난방수 또는 상기 제2 관정의 냉방수를 상기 히트펌프로 펌핑하는 추가공급펌프; 및 상기 제1 관정의 충적대수층과 암반대수층을 격리시키면서 상기 제3 관로를 상기 제1 관정의 암반대수층으로 관통시키는 추가패커;를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기와 같은 해결수단에 의한 본 발명에 따른 지하대수층의 깊이 차이를 이용한 축열 냉난방 시스템은, 제1 관정과 제2 관정이 서로 다른 깊이를 갖는 충적대수층 및 암반대수층에 형성되어 서로 다른 지열을 가짐에 따라 냉난방 시 상대적으로 적합한 온도의 지하수를 활용함으로써 기존 방식에 비하여 냉난방 효율이 향상될 수 있다.

또한, 히트펌프에서 열교환이 이루어진 지하수의 냉열 또는 온열이 다른 편의 충적대수층이나 암반대수층에 각각 회수되면서 축열되므로 회수된 냉기나 열기를 손실없이 재활용할 수 있다.

더욱이, 관로를 구성하는 축열관과 펌핑관이 이중관 형태로 구성됨에 따라 관로의 부피가 절감되므로 관로의 시공성이 향상될 수 있다.

이에 더하여, 축열관의 외주면에 막힘방지소통로를 구성하는 소통슬릿이 형성되므로 축열관의 단부가 막힐 경우에도 지하수의 소통이 가능한 장점이 있다.

또한, 관정을 이루는 충적대수층과 암반대수층이 패커에 의해 격리됨에 따라 각 대수층의 지하수가 혼합되지 않기 때문에 각 대수층에 축열되는 냉기나 열기가 유지될 수 있다.

그리고, 제1 관정이 제2 관정과 동일하게 암반대수층으로 연장되면서 두 관정의 대수층들이 대칭상태로 관로들에 의해 히트펌프에 연결되므로, 냉난방 시 두 관정의 동일한 대수층에서 지하수가 동시에 펌핑되어 열교환된 후 회수되므로 냉난방 용량이 향상될 수 있다.

도 1은 선행기술에 따른 크레인의 구성을 나타내는 정면도.
도 2는 본 발명에 따른 지하대수층의 깊이 차이를 이용한 축열 냉난방 시스템을 나타내는 구성도.
도 3은 도 2에 도시된 관로를 나타내는 사시도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 구성도.

이하에서 첨부 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 대해서 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 범용적인 기능 또는 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 지하대수층의 깊이 차이를 이용한 축열 냉난방 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이 제1 관정(10), 제2 관정(20), 히트펌프(30), 제1 관로(100), 제2 관로(200) 및 공급펌프(40)를 포함하여 구성될 수 있다.

제1 관정(10)은 하절기 냉방 시 상대적으로 낮은 온도의 냉방수를 공급하는 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 암반대수층(2)보다 낮은 깊이를 갖는 충적대수층(1)에 시공된다.

즉, 제1 관정(10)은 암반대수층(2)보다 낮은 온도를 가지는 충적대수층(1)에 시공됨에 따라 냉방 시 상대적으로 낮은 온도의 냉방수를 제공한다.

이러한 제1 관정(10)은 미도시된 커버에 의해 차폐될 수 있고, 상부(지층)부분의 내부에 그라우팅부(10a)를 형성하여 지표면의 지하수나 이물질의 유입을 차단할 수 있다.

또한, 제1 관정(10)은 도 2에 도시된 바와 같이 그라우팅부(10a)의 하부에 망체형태로 구성되는 스트레이너부(10b)를 형성하여 이물질을 필터링할 수도 있다.

한편, 제1 관정(10)은 동절기 난방시 후술되는 제2 관정(20)에서 공급된 상태로 히트펌프(30)의 열교환에 의해 냉각되는 제2 관정(20)의 난방수가 공급되어 냉열상태로 축열된다.

제2 관정(20)은 동절기 난방시 상대적으로 높은 온도의 난방수를 공급하는 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 제1 관정(10)과 이격상태로 제1 관정(10)보다 깊은 깊이로 시공되면서 또 다른 충적대수층(1) 및 암반대수층(2)에 연장상태로 시공된다.

이러한, 제2 관정(20)은 충적대수층(1)보다 높은 온도를 갖는 암반대수층(2)에 시공됨에 따라 난방 시 제1 관정(10)의 냉방수보다 높은 온도의 난방수를 제공한다.

즉, 충적대수층(1)은 냉방 시 냉방수를 제공하고, 암반대수층(2)은 난방 시 난방수를 제공한다.

히트펌프(30)는 후술되는 관로(100)(200)들을 통해 제1 관정(10) 및 제2 관정(20)에 연결되어 냉난방에 따라 냉방수 또는 난방수를 별개의 열매체와 열교환한 후, 열교환된 냉방수 또는 난방수를 배출하는 구성요소이다.

이러한 히트펌프(30)는 본 발명이 속하는 분야에 알려진 임의의 구성이 적용될 수 있다.

예컨대, 히트펌프(30)는 냉난방 모드에 따라 응축기로 작용하거나 증발기로 작용하는 복수의 열교환기와, 냉매를 압축하여 응축기로 작용하는 열교환기에 제공하는 압축기 및 응착기로 작용하는 열교환기를 통과한 냉매를 팽창시켜 제공하는 팽창밸브로 구성될 수 있다.

제1 관로(100)는 히트펌프(30)와 제1 관정(10)을 연결하는 구성요소로써, 냉방 시 제1 관정(10)의 냉방수를 히트펌프(30)로 공급하거나, 난방 시 히트펌프(30)에서 열교환되는 제2 관정(20)의 난방수를 제1 관정(10)에 공급하여 축열시킨다.

제2 관로(200)는 히트펌프(30)와 제2 관정(20)을 연결하는 구성요소로써, 난방 시 제2 관정(10)의 난방수를 히트펌프(30)로 공급하거나, 냉방 시 히트펌프(30)에서 열교환되는 제1 관정(10)의 냉방수를 제2 관정(20)에 공급하여 축열시킨다.

여기서, 제1 관로(100) 및 제2 관로(200)는 도 2에 도시된 바와 같이 펌핑관(110) 및 축열관(120)을 포함하여 구성될 수 있다.

펌핑관(110)은 후술되는 공급펌프(40)의 펌핑에 따라 각 관정(10)(20)의 냉방수나 난방수를 히트펌프(30)로 공급한다.

축열관(120)은 열교환이 이루어진 상태로 히트펌프(30)에서 배출되는 냉방수나 난방수를 각 관정(10)(20)으로 공급하여 축열시킨다.

즉, 제1 관정(10)의 충적대수층(1)에 위치하는 냉방수는 냉방 시 제1 관로(100)의 펌핑관(110)을 통해 펌핑되면서 히트펌프(30)로 공급되어 열교환된 후, 제2 관로(200)의 축열관(120)을 통해 제2 관정(20)의 암반대수층(2)에 공급되어 축열된다.

그리고, 제2 관정(20)의 암반대수층(2)에 위치하는 난방수는 난방 시 제2 관로(200)의 펌핑관(110)을 통해 펌핑되면서 히트펌프(30)로 공급되어 열교환된 후, 제1 관로(100)의 축열관(120)을 통해 제1 관정(10)의 충적대수층(1)에 공급되어 축열된다.

공급펌프(40)는 도 2에 도시된 바와 같이 제1 관로(100) 및 제2 관로(200)의 펌핑관(110)에 제각기 연결되며, 히트펌프(30)의 냉난방에 따라 제1 관정(10)의 냉방수나 제2 관정(20)의 난방수를 히트펌프(30)로 펌핑한다.

이러한 공급펌프(40)는 본 발명이 속하는 분야에 알려진 통상의 구성이 적용될 수 있으므로 상세한 설명을 생략한다.

한편, 펌핑관(110)은 도 3에 도시된 바와 같이 축열관(120)보다 작은 관경으로 형성되어 축열관(120)과 함께 이중관 형태로 구성되는 것이 바람직하다.

즉, 축열관(120)은 펌핑관(110)을 수용하면서 펌핑관(110)과의 이격공간을 통해 냉방수나 난방수를 이동시킨다.

여기서, 제1 관로(100) 및 제2 관로(200)는 각각의 축열관(120)의 단부에 도 3에 도시된 바와 같이 막힘방지소통로(130)가 구비될 수 있다.

막힘방지소통로(130)는 축열관(120)의 단부가 막힐 경우를 대비하기 위한 구성요소이다.

축열관(120)은 단부가 개방된 관체경으로 형성되어 펌핑관(110)을 수용함에 따라 단부가 막힐 경우에는 히트펌프(30)에서 공급되는 지하수의 소통은 물론, 펌핑관(110)으로 공급되는 지하수의 소통이 불가능하게 된다.

막힘방지소통로(130)는 축열관(120)의 단부를 제외한 일부분으로 냉방수나 난방수를 소통시킴으로써 축열관(120) 막힘을 방지한다.

예컨대, 막힘방지소통로(130)는 도 3에 도시된 바와 같이 축열관(130)의 단부측 외주면을 따라 형성되는 소통슬릿(131)을 포함하여 구성될 수 있다.

소통슬릿(131)은 도시된 바와 같이 장공형태의 틈새로 형성되면서 축열관(120)의 외주면을 따라 형성됨에 따라 축열관(120)의 단부가 막힐 경우에도 냉방수나 난방수를 소통시킨다.

한편, 본 발명은 도 2에 도시된 바와 같이 패커(50)를 더 포함하여 구성될 수 있다.

패커(50)는 도시된 바와 같이 제2 관정(20)의 충적대수층(1)과 암반대수층(2)을 격리시키면서 제2 관로(200)를 암반대수층(2)으로 관통시키는 구성요소이다.

즉, 패커(50)는 충적대수층(1)과 암반대수층(2)의 경계면을 차폐함으로써 두 층의 지하수가 혼합되는 것을 방지한다.

이러한 패커(50)는 예컨대, 중공체로 형성되어 제2 관로(200)를 관통시키면서 내부에 충전되는 충전재에 의해 확장되면서 제2 관정(20)의 경계면을 차단하도록 구성될 수 있으며, 이외에도 본 발명이 속하는 분야에 알려진 구성이 적용될 수 있다.

그리고, 본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이 제1 관정(10)이 제2 관정(20)과 동일하게 암반대수층(2)까지 연장시공되면서 제3 관로(300), 제4 관로(400), 추가공급펌프(40') 및 추가패커(50')를 더 포함하여 구성될 수 있다.

즉, 제1 관정(10)은 도 4에 도시된 바와 같이 암반대수층(2)까지 연장시공되면서 추가패커(50')에 의해 경계면이 차폐될 수 있다.

제3 관로(300)는 도시된 바와 같이 제2 관로(200)와 대칭상태를 이루면서 제1 관정(10)의 암반대수층(2)과 히트펌프(30)를 연결하며, 난방 시 제1 관정(10)의 암반대수층(2)에 위치하는 난방수를 히트펌프(30)로 공급하고, 냉방 시 히트펌프(30)에서 열교환이 이루어진 냉방수를 제1 관정(10)의 암반대수층(2)에 축열시킨다.

제4 관로(400)는 도시된 바와 같이 제1 관로(100)와 대칭상태를 이루면서 제2 관정(20)의 충적대수층(1)과 히트펌프(30)를 연결하며, 냉방 시 제2 관정(20)의 충적대수층(1)에 위치하는 냉방수를 히트펌프(30)로 공급하고, 난방 시 히트펌프(30)에서 열교환이 이루어진 난방수를 제2 관정(20)의 충적대수층(1)에 축열시킨다.

이러한 제3 관로(300) 및 제4 관로(400)는 도 4에 도시된 바와 같이 전술한 관로들(100)(200)과 동일하게 펌핑관(110) 및 축열관(120)으로 구성되며, 추가공급펌프(40')의 작동에 의해 냉방수나 난방수를 공급한다.

즉, 제3 관로(300) 및 제4 관로(400)는 제2 관로(200) 및 제1 관로(100)와 대칭상태로 구성되면서 히트펌프(30)의 냉난방에 따라 두 관정(10)(20)의 동일한 대수층에 위치하는 지하수를 동시에 이동시킴으로써 냉난방 효율을 증가시킨다.

상기와 같은 구성요소를 포함하는 본 발명의 작동 및 작용을 설명한다.

히트펌프(30)가 냉방모드일 경우, 제1 관정(10) 및 제2 관정(20)의 충적대수층(1)에 위치하는 냉방수는 공급펌프(40)(40')의 작동에 따라 제1 관로(100) 및 제4 관로(400)의 펌핑관(110)을 통해 히트펌프(30)로 공급된다.

그리고, 히트펌프(30)에서 열교환되어 가열된 냉방수는 각각 제2 관로(200) 및 제3 관로(300)의 축열관(120)을 통해 제1 관정(10) 및 제2 관정(20)의 암반대수층(2)으로 공급되어 축열된다.

히트펌프(30)가 난방모드일 경우, 제1 관정(10) 및 제2 관정(20)의 암반대수층(2)에 위치하는 난방수는 공급펌프(40)(40')의 작동에 따라 제2 관로(200) 및 제3 관로(300)의 펌핑관(110)을 통해 히트펌프(30)로 공급된다.

그리고, 히트펌프(30)에서 열교환되어 냉각된 냉방수는 각각 제1 관로(100) 및 제4 관로(400)의 축열관(120)을 통해 제1 관정(10) 및 제2 관정(20)의 충적대수층(1)으로 공급되어 축열된다.

이상과 같이 본 발명에 따른 지하대수층의 깊이 차이를 이용한 축열 냉난방 시스템에 의하면, 제1 관정(10)과 제2 관정(20)이 서로 다른 깊이를 갖는 충적대수층(1) 및 암반대수층(2)에 형성되어 서로 다른 지열을 가짐에 따라 냉난방 시 상대적으로 적합한 온도의 지하수를 활용함으로써 기존 방식에 비하여 냉난방 효율이 향상될 수 있다.

또한, 히트펌프(30)에서 열교환이 이루어진 지하수의 냉열 또는 온열이 다른 편의 충적대수층(1)이나 암반대수층(2)에 각각 회수되면서 축열되므로 회수된 냉기나 열기를 손실없이 재활용할 수 있다.

더욱이, 관로(100)(200)를 구성하는 축열관(120)과 펌핑관(110)이 이중관 형태로 구성됨에 따라 관로의 부피가 절감되므로 관로의 시공성이 향상될 수 있다.

이에 더하여, 축열관(120)의 외주면에 막힘방지소통로(130)를 구성하는 소통슬릿(131)이 형성되므로 축열관(120)의 단부가 막힐 경우에도 지하수의 소통이 가능한 장점이 있다.

또한, 관정(10)(20)을 이루는 충적대수층(1)과 암반대수층(2)이 패커(50)에 의해 격리됨에 따라 각 대수층(1)(2)의 지하수가 혼합되지 않기 때문에 각 대수층(1)(2)에 축열되는 냉기나 열기가 유지될 수 있다.

그리고, 제1 관정(10)이 제2 관정(20)과 동일하게 암반대수층(2)으로 연장되면서 두 관정(10)(20)의 대수층들(1)(2)이 대칭상태로 관로들(100)(200)(300)(400)에 의해 히트펌프(30)에 연결되므로, 냉난방 시 두 관정(10)(20)의 동일한 대수층에서 지하수가 동시에 펌핑되어 열교환된 후 회수되므로 냉난방 용량이 향상될 수 있다.

이상에서 본 발명의 구체적인 실시예를 예로 들어 설명하였으나, 이들은 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

1 : 충적대수층 2 : 암반대수층
10 : 제1 관정 20 : 제2 관정
30 : 히트펌프 40, 40' : 공급펌프
50, 50' : 패커 100 : 제1 관로
110 : 펌핑관 120 : 축열관
130 : 막힘방지소통로 131 : 소통슬릿
200 : 제2 관로 300 : 제3 관로
400 : 제4 관로

Claims

충적대수층 및 상기 충적대수층보다 깊은 깊이를 갖는 암반대수층을 포함하는 지하대수층의 지열을 이용하는 냉난방 시스템으로서,
상기 충적대수층에 시공되어 냉방 시 냉방수를 공급하고, 난방 시 열교환에 의해 냉각되는 난방수가 냉열상태로 축열되는 제1 관정;
상기 제1 관정에 이격되는 또 다른 충적대수층을 관통하면서 상기 암반대수층으로 연장되어 상기 제1 관정보다 깊은 깊이로 시공되고, 난방 시 난방수를 공급하면서 열교환에 의해 냉각되는 난방수를 상기 제1 관정에 제공하며, 냉방 시 열교환에 의해 가열되는 상기 제1 관정의 냉방수가 온열상태로 축열되는 제2 관정;
상기 제1 관정 및 상기 제2 관정에서 공급되는 냉방수 또는 난방수를 냉난방에 따라 열교환시키는 히트펌프;
상기 히트펌프와 상기 제1 관정을 연결하여 상기 제1 관정의 냉방수를 상기 히트펌프에 공급하거나 상기 히트펌프에서 열교환된 상기 제2 관정의 난방수를 상기 제1 관정에 공급하는 제1 관로;
상기 히트펌프와 상기 제2 관정을 연결하여 상기 제2 관정의 난방수를 상기 히트펌프에 공급하거나 상기 히트펌프에서 열교환된 상기 제1 관정의 냉방수를 상기 제2 관정에 공급하는 제2 관로;
상기 제2 관정에 설치되어 상기 충적대수층과 상기 암반대수층을 격리시키면서 상기 제2 관로를 상기 암반대수층으로 관통시키는 패커; 및
상기 제1 관정 및 상기 제2 관정에 제각기 설치된 상태로 상기 제1 관로 및 상기 제2 관로에 각각 연결되며, 냉난방에 따라 상기 제1 관정의 냉방수 또는 상기 제2 관정의 난방수를 상기 히트펌프로 펌핑하는 공급펌프를 포함하고,
상기 제1 관정 및 상기 제2 관정은,
상부 내부에 형성되어 지표면의 지하수나 이물질의 유입을 차단하는 그라우팅부; 및
상기 그라우팅부의 하부에 망체형태로 형성되어 이물질을 필터링하는 스트레이너부를 포함하며,
상기 제1 관로 및 상기 제2 관로는,
상기 각각의 공급펌프에 연결되어 상기 공급펌프의 펌핑에 따라 상기 제1 관정의 냉방수나 상기 제2 관정의 난방수를 상기 히트펌프로 공급하는 펌핑관; 및
상기 펌핑관에 의해 공급되어 상기 히트펌프에서 열교환된 냉방수나 난방수를 상기 제2 관정이나 상기 제1 관정에 공급하는 축열관;을 포함하고,
상기 펌핑관은,
상기 축열관보다 작은 관경으로 형성되어 상기 축열관의 내부에 수용되면서 상기 축열관과 함께 이중관 형태를 이루며,
상기 공급펌프는,
상기 축열관의 내부에 수용된 상태로 상기 펌핑관의 단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 지하대수층의 깊이 차이를 이용한 축열 냉난방 시스템.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 제1 관로 및 상기 제2 관로는,
상기 축열관의 일부분으로 냉방수나 난방수를 소통시키면서 상기 축열관 단부의 막힘을 방지하는 막힘방지소통로;를 더 포함하며,
상기 막힘방지소통로는,
상기 축열관의 단부측 외주면을 따라 장공형태의 틈새로 형성되어 냉방수나 난방수를 축열관으로 소통시키는 복수의 소통슬릿;을 포함하는 것을 특징으로 하는 지하대수층의 깊이 차이를 이용한 축열 냉난방 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 관정이 상기 충적대수층보다 깊게 시공되어 암반대수층으로 연장되면서 상기 제2 관정과 동일한 형태로 시공되며,
상기 제1 관정의 암반대수층과 상기 히트펌프를 연결하면서 상기 제2 관로와 대칭상태를 이루고, 상기 제1 관정에 연장된 암반대수층의 난방수를 상기 히트펌프에 공급하거나 상기 히트펌프에서 열교환된 상기 제2 관정의 냉방수를 상기 제1 관정의 암반대수층에 공급하여 온열 축열시키도록 추가적으로 구성된 제3 관로;
상기 제2 관정의 충적대수층과 상기 히트펌프를 연결하면서 상기 제1 관로와 대칭상태를 이루고, 상기 제2 관정을 이루는 충적대수층의 냉방수를 상기 히트펌프에 공급하거나, 상기 제3 관로를 통해 상기 히트펌프로 공급되어 열교환된 상기 제1 관정의 난방수를 상기 제2 관정의 충적대수층에 공급하여 냉열 축열시키도록 추가적으로 구성된 제4 관로;
상기 제3 관로 및 상기 제4 관로에 각각 연결되어 냉난방에 따라 상기 제1 관정의 난방수 또는 상기 제2 관정의 냉방수를 상기 히트펌프로 펌핑하도록 추가적으로 구성된 공급펌프; 및
상기 제1 관정의 충적대수층과 암반대수층을 격리시키면서 상기 제3 관로를 상기 제1 관정의 암반대수층으로 관통시키도록 추가적으로 구성된 패커;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하대수층의 깊이 차이를 이용한 축열 냉난방 시스템.