KR101735189B1

KR101735189B1 - 열교환기 장치

Info

Publication number: KR101735189B1
Application number: KR1020150094116A
Authority: KR
Inventors: 한만엽; 서선명; 심성천
Original assignee: (주) 제스코; (주)진산; 한국농어촌공사
Priority date: 2015-07-01
Filing date: 2015-07-01
Publication date: 2017-05-24
Also published as: KR20170004155A

Abstract

본 발명은 지중에 유체를 순환시켜 열을 회수하는 열교환기 장치에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 지중구조체를 구성하는 부재들이 패킹부재와 결합부재에 의해 조립되어 지중구조체를 형성하므로 시공 및 유지보수를 편리성을 향상시킬 수 있고, 열교환부재는 지중의 하측 부분에 위치하고 상기 열교환부재에서 회수된 유체는 모아져 상측으로 이동하므로 열회수율을 향상시킬 수 있으며, 지지부가 가해지는 하중을 분산하므로 파손을 최소화할 수 있고, U트랩과 같은 구성을 사용하지 않고 지지부가 유체의 이동방향을 변환하므로 유체의 저항손실을 최소화할 수 있는 열교환기 장치에 대한 것이다.

Description

열교환기 장치{Heat exchange apparatus}

에너지원으로 널리 사용되는 화석연료의 경우 매장 지역의 편중이 심하고 매장량의 한계가 있으며 환경오염을 일으키는 문제 때문에, 신재생에너지에 대한 개발이 활발하게 진행되고 있다. 신재생에너지 중 지열을 이용하는 시스템은 아래 표시한 특허문헌처럼, 지중구조체 등을 이용하여 유체를 지중에서 순환시켜 열을 회수한다.

(특허문헌)

특허 제10-1136072호(2012. 04. 18. 공고) "지열, 지중 공기, 태양에너지 및 지하수를 이용한 냉난방 시스템"

하지만, 종래의 지중구조체는 유체를 순환시키는 관이 일체로 형성되거나 복잡한 구조(예컨대, 분기구, 헤더 등)를 가져, 설치 및 유지보수가 어려운 문제가 있다. 또한, 유체의 이동방향을 변환하기 위해 U트랩을 사용하여 유체의 저항손실이 크고 하중이 하측에 집중되어 쉽게 파손되는 문제가 있다.

본 발명은 상기의 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,

본 발명은 지중구조체를 구성하는 부재들이 패킹부재와 결합부재에 의해 조립되어 지중구조체를 형성하므로, 시공 및 유지보수를 편리성을 향상시킬 수 있는 열교환기 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 열교환부재는 지중의 하측 부분에 위치하고 상기 열교환부재에서 회수된 유체는 모아져 상측으로 이동하므로 열회수율을 향상시킬 수 있는 열교환기 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 지지부가 가해지는 하중을 분산하므로 파손을 최소화할 수 있고, U트랩과 같은 구성을 사용하지 않고 지지부가 유체의 이동방향을 변환하므로 유체의 저항손실을 최소화할 수 있는 열교환기 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 열교환기 장치는 지중에 위치하며, 유체의 이동통로가 되는 복수 개의 부재가 상하로 적층되고 상기 부재들에 결합수단이 체결되어 조립됨으로써 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 열교환기 장치에 있어서 상기 지중구조체는 하단은 공급환수집합부재와 결합하고 상단은 연결부재와 결합하여, 상기 연결부재에서 공급된 유체를 상기 공급환수집합부재에 공급하고 상기 공급환수집합부재에서 회수된 유체를 상기 연결부재에 공급하는 공급환수부재와; 하단은 열교환부재와 결합하고 상단은 공급환수부재와 결합하여, 상기 공급환수부재에서 공급된 유체를 상기 열교환부재에 공급하고 상기 열교환부재에서 회수된 유체를 상기 공급환수부재에 공급하는 공급환수집합부재;를 포함하며, 상기 연결부재는 하단이 공급관과 연통하고 상단을 통해 유체를 공급받는 유입관과, 상기 유입관과 일정 간격을 두고 위치하며 하단이 환수관과 연통하고 상단을 통해 회수된 유체를 배출하는 유출관과, 상기 유입관과 유출관의 하단을 수용하여 고정지지하는 지지플랜지를 포함하며, 상기 공급환수부재는 상단이 상기 유입관에 연통되는 공급관과, 상기 공급관과 일정 간격을 두고 위치하며 상단이 상기 유출관에 연통되는 환수관과, 상기 공급관과 환수관의 상단을 수용하여 고정지지하는 상부지지플랜지를 포함하여, 상기 지지플랜지와 상부지지플랜를 맞대고 결합부재를 사용하여 체결하면 상기 연결부재와 공급환수부재를 결합시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 열교환기 장치에 있어서 상기 지중구조체는 하단은 유체변환부재와 결합하고 상단은 공급환수집합부재와 결합하여, 상기 공급환수집합부재에서 공급된 유체를 상기 유체변환부재에 공급하고 상기 유체변환부재에서 회수된 유체를 상기 공급환수집합부재에 공급하는 열교환부재와; 상단이 열교환부재와 결합하여, 상기 열교환부재에서 공급된 유체의 방향을 변경하여 상기 열교환부재에 공급하는 유체변환부재를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 열교환기 장치에 있어서 상기 공급환수집합부재는 상기 공급환수집합부재의 외형을 형성하며, 내부에는 절곡관과 상기 열교환부재에서 환수된 유체가 위치하는 하우징과; 상기 하우징의 내부에 위치하여 상단은 공급관과 연통되고 하단은 중앙공급관에 연통되어 상기 공급환수부재의 유체를 상기 열교환부재로 공급하는 절곡관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 열교환기 장치에 있어서 상기 하우징은 상기 하우징의 상면을 형성하며, 상하 관통형성되어 절곡관의 상단과 연통되는 제1연통공과, 상기 제1연통공과 일정 간격을 두고 상하 관통형성되어 공급환수부재의 환수관과 연통되는 제2연통공을 포함하는 상부판과; 상기 하우징의 하면을 형성하며, 중앙 부근에 상하 관통형성되어 절곡관의 하단과 연통되는 중공과, 상기 중공의 외측에 방사 형태로 상하 관통형성되어 공급환수부재의 외주회수관과 연통되는 외주공을 포함하는 하부판;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 열교환기 장치에 있어서 상기 열교환부재는 단이 절곡관의 하단과 연통되고 하단이 유체변환부재의 중공과 연통되어 상기 절곡관에서 공급된 유체를 상기 유체변환부재에 공급하는 중앙공급관과; 상기 중앙공급관과 일정 간격을 두고 방사형태로 위치하며, 상단이 공급환수집합부재의 외주공에 연통되고 하단이 유체변환부재의 외주공에 연통되어, 상기 유체변환부재에서 회수된 유체를 상기 공급환수집합부재에 공급하는 외주회수관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 열교환기 장치에 있어서 상기 유체변환부재는 유체변환부재의 외형을 형성하며 내부에 유체를 수용하는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 위치하며 일단이 하우징의 상부판에 접하고 하단이 상기 하우징의 캡부에 접하는 하중을 분산하고 유체의 이동방향을 변환하는 지지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 열교환기 장치에 있어서 상기 하우징은 아래로 볼록한 반구 형태의 캡부와, 상기 캡부의 상단을 폐쇄하는 상부판을 포함하며, 상기 상부판은 상하 관통형성되어 중앙공급관의 하단과 연통되는 중공과, 상기 중공의 외측에 방사 형태로 상하 관통형성되어 외주회수관의 하단과 연통되는 외주공을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 열교환기 장치에 있어서 상기 지지부는 상단이 중공과 외주공 사이의 상부판에 접하며 일정 직경을 가지도록 하측으로 연장하는 직립부와, 상기 직립부의 말단에서 하측으로 갈수록 확경되며 말단이 상기 캡부에 접하는 확경부와, 상기 직립부와 확경부에 일정 간격을 두고 관통 형성되어 상기 중공을 통해 유입되어 상기 지지부 내부에 위치하는 유체를 지지부의 외부에 이동하도록 하는 배출홈을 포함하며, 상기 배출홈에서 배출된 유체는 외주공을 통해 외주회수관에 유입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

본 발명은 지중구조체를 구성하는 부재들이 패킹부재와 결합부재에 의해 조립되어 지중구조체를 형성하므로, 시공 및 유지보수를 편리성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 열교환부재는 지중의 하측 부분에 위치하고 상기 열교환부재에서 회수된 유체는 모아져 상측으로 이동하므로 열회수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 지지부가 가해지는 하중을 분산하므로 파손을 최소화할 수 있고, U트랩과 같은 구성을 사용하지 않고 지지부가 유체의 이동방향을 변환하므로 유체의 저항손실을 최소화할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 장치를 개략 도시한 도면.
도 2는 도 1의 연결부재의 저면도.
도 3은 도 1의 공급환수부재의 저면도.
도 4는 도 1의 공급환수집합부재의 평면도.
도 5는 도 1의 공급환수집합부재의 저면도.
도 6은 도 1의 공급환수집합부재의 단면도.
도 7은 도 1의 열교환부재의 평면도.
도 8은 도 1의 유체변환부재의 평면도.
도 9는 도 1의 유체변환부재의 종단면도.
도 10은 도 1의 유체변환부재의 횡단면도.
도 11은 도 1의 연결부재와 공급환수부재의 결합관계를 설명하기 위한 참고도.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 장치의 유체순환과정을 설명하기 위한 참고도.

이하에서는 본 발명에 따른 열교환기 장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 장치를 개략 도시한 도면이며, 도 2는 도 1의 연결부재의 저면도이고, 도 3은 도 1의 공급환수부재의 저면도이며, 도 4는 도 1의 공급환수집합부재의 평면도이고, 도 5는 도 1의 공급환수집합부재의 저면도이며, 도 6은 도 1의 공급환수집합부재의 단면도이고, 도 7은 도 1의 열교환부재의 저면도이며, 도 8은 도 1의 유체변환부재의 평면도이고, 도 9는 도 1의 유체변환부재의 종단면도이며, 도 10은 도 1의 유체변환부재의 횡단면도이고, 도 11은 도 1의 연결부재와 공급환수부재의 결합관계를 설명하기 위한 참고도이며, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 장치의 유체순환과정을 설명하기 위한 참고도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 열교환기 장치를 도 1 내지 12를 참조하여 설명하면, 상기 열교환기 장치는 유체를 지중구조체에 공급하고 지중구조체를 순환하여 회수된 유체로부터 열을 회수하는 공조부(미도시)와, 지중에 설치되어 상기 공조부로부터 공급된 유체를 지중에서 이동시킨 후 다시 공조부에 공급하는 지중구조체(100) 등을 포함한다. 상기 공조부는 지중구조체에 유체를 공급하고 지중구조체를 순환하여 회수된 유체로부터 열을 회수하는 통상적인 공조기 등이 사용되므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 지중구조체(100)는 지중에 설치되어 공조부로부터 공급된 유체를 지중에서 이동시킨 후 다시 공조부에 공급하는 구성으로, 상기 지중구조체(100)는 유체의 이동통로가 되는 복수 개의 부재(2, 3, 4, 5, 6)가 상하로 적층되고 상기 부재들에 결합수단(미도시)이 체결되어 조립됨으로써 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 지중구조체(100)는 보호커버(1), 연결부재(2), 공급환수부재(3), 공급환수집합부재(4), 열교환부재(5), 유체변환부재(6) 등을 포함한다. 상기 지중구조체(100)가 위치하는 지중(200)은 화강암과 같이 공기의 유동이 어려운 암석들 사이에 공기의 유동통로를 형성하는 화산쇄설암 등의 암석이 구비된 지형으로 이루어지며, 상기 지중(200)에 위치하는 지중공기는 15 내지 17도를 유지한다.

상기 보호커버(1)는 지중(200)에 지중공(210)을 굴착한 이후 외부의 오염물질이 지중공(210)에 유입되지 않도록 지중공(210) 상단을 커버하는 구성으로, 보호커버(1)의 상단을 개폐하는 도어(11)와, 보호커버(1)의 일측에 관통형성되어 유입관(21)이 삽입되는 유입관공(12)과, 상기 유입관공(12)과 일정 간격을 두고 보호커버(1)의 일측에 관통형성되어 유출관(22)이 삽입되는 유출관공(13) 등을 포함한다. 상기 보호커버(1)의 외주면에는 콘크리트 등으로 형성되어 상기 보호커버(1)를 지지하며 보호커버(1)와 지중공(210) 사이의 틈을 막는 보호기초(220)가 형성된다.

상기 연결부재(2)는 하단이 보호커버(1) 내에 위치하고 상단이 상기 보호커버(1)로부터 돌출되어 상기 공조부와 공급환수부재(3)를 연결하여 유체를 공급하고 환수하는 구성으로, 상기 유입관공(12)에 삽입되며 하단은 보호커버(1)의 내측에 위치하여 공급관(31)과 연통되고 상단은 보호커버(1)의 외측에 위치하여 상기 공조부로부터 유체를 공급받는 유입관(21)과, 상기 유출관공(13)에 삽입되며 하단은 보호커버(1)의 내측에 위치하여 환수관(32)과 연통되고 상단은 보호커버(1)의 외측에 위치하여 상기 공조부에 유체를 공급하는 유출관(22)과, 상기 유입관(21)과 유출관(22)의 하단을 수용하여 고정지지하며 상기 공급환수부재(3)의 상부지지플랜지(33)와 결합부재에 의해서 결합하는 지지플랜지(23)를 포함한다. 상기 지지플랜지(23)는 일정 형상을 가지나 바람직하게는 일정 두께를 가진 디스크 형상을 가지고, 상하 관통형성되어 유입관(21)의 하단과 연통되는 제1연통공(231)과, 상기 제1연통공(231)과 일정 간격을 두고 상하 관통형성되어 유출관(22)의 하단과 연통되는 제2연통공(232)과, 상기 제1연통공(231)과 제2연통공(232)의 외측에 방사형태로 상하 관통형성되어 결합부재(미도시)가 삽입되는 결합부재공(233) 등을 포함한다.

상기 공급환수부재(3)는 상기 지중(200)에 위치하며, 하단은 공급환수집합부재(4)와 결합하고 상단은 연결부재(2)와 결합하여, 상기 연결부재(2)에서 공급된 유체를 상기 공급환수집합부재(4)에 공급하고 상기 공급환수집합부재(4)에서 회수된 유체를 상기 연결부재(2)에 공급하는 구성으로, 공급관(31), 환수관(32), 상부지지플랜지(33), 하부지지플랜지(34) 등을 포함한다.

상기 공급관(31)은 상단이 상기 유입관(21)에 연통되고 하단이 상기 절곡관(42)에 연통되어 상기 유입관(21)에서 공급된 유체를 상기 절곡관(42)에 공급한다.

상기 환수관(32)은 상기 공급관(31)과 일정 두고 위치하며 상단이 상기 유출관(22)에 연통되고 하단이 상기 공급환수집합부재(4)의 제2연통공(412b)과 연통되어 상기 공급환수집합부재(4)에서 회수된 유체를 유출관(22)에 공급한다.

상기 상부지지플랜지(33)는 상기 공급관(31)과 환수관(32)의 상단을 수용하여 고정지지하며 상기 연결부재(2)의 지지플랜지(23)와 결합부재에 의해서 결합하는 구성으로, 상기 상부지지플랜지(33)는 일정 형상을 가지나 바람직하게는 일정 두께를 가진 디스크 형상을 가지고, 상하 관통형성되어 공급관(31)의 상단과 연통되는 제1연통공(331)과, 상기 제1연통공(331)과 일정 간격을 두고 상하 관통형성되어 환수관(32)의 상단과 연통되는 제2연통공(332)과, 상기 제1연통공(331)과 제2연통공(332)의 외측에 방사형태로 상하 관통형성되어 결합부재가 삽입되는 결합부재공(333) 등을 포함한다. 상기 연결부재(2)와 공급환수부재(3)의 결합관계를 도 11을 참조하여 설명하면, 연결부재(2)의 지지플랜지(23)와 공급환수부재(3)의 상부지지플랜지(33) 사이에 패킹부재(9)를 삽입하고 결합부재(미도시, 예컨대 볼트와 너트)를 결합부재공(233, 333)에 삽입체결하면, 상기 유입관(21)은 공급관(31)에 연통되고 상기 유출관(22)은 환수관(32)에 연통되도록 상기 연결부재(2)와 공급환수부재(3)는 결합하게 된다. 이하, 공급환수부재(3)와 공급환수집합부재(4), 공급환수집합부재(4)와 열교환부재(5), 열교환부재(5)와 유체변환부재(6) 각각의 결합 역시 패킹부재와 결합부재를 사용하여 결합되게 된다. 상기 지중구조체를 형성하는 구성들은 복수개로 분리 형성되며, 상기 구성들을 패킹부재와 결합부재를 사용하여 결합시키므로, 시공 및 유지보수의 편리성을 도모할 수 있다.

상기 하부지지플랜지(34)는 상기 공급관(31)과 환수관(32)의 하단을 수용하여 고정지지하며 상기 공급환수집합부재(4)와 결합부재에 의해서 결합하는 구성으로, 상기 하부지지플랜지(34)는 일정 형상을 가지나 바람직하게는 일정 두께를 가진 디스크 형상을 가지고, 상하 관통형성되어 절곡관(42)의 상단과 연통되는 제1연통공(341)과, 상기 제1연통공(341)과 일정 간격을 두고 상하 관통형성되어 상기 공급환수집합부재(4)의 제2연통공(412b)와 연통되는 제2연통공(342)과, 상기 제1연통공(341)과 제2연통공(342)의 외측에 방사형태로 상하 관통형성되어 결합부재가 삽입되는 결합부재공(343) 등을 포함한다.

상기 공급환수집합부재(4)는 상기 지중(200)에 위치하며, 하단은 열교환부재(5)와 결합하고 상단은 공급환수부재(3)와 결합하여, 상기 공급환수부재(3)에서 공급된 유체를 상기 열교환부재(5)에 공급하고 상기 열교환부재(5)에서 회수된 유체를 상기 공급환수부재(3)에 공급하는 구성으로, 하우징(41), 절곡관(42) 등을 포함한다.

상기 하우징(41)은 상기 공급환수집합부재(4)의 외형을 형성하는 구성으로, 내부에는 절곡관(42)과 상기 열교환부재(5)에서 환수된 유체가 위치하게 된다. 상기 하우징(41)은 외측면을 형성하는 측면부(41)와, 상기 측면부(41)의 상단을 폐쇄하는 상부판(42)과, 상기 측면부(41)의 하단을 폐쇄하는 하부판(43)을 포함하여, 내부에 절곡부(42)와 상기 열교환부재(5)에서 환수된 유체를 수용한다.

상기 상부판(412)은 상기 하우징(41)의 상면을 형성하며, 상기 공급환수부재(3)와 결합부재에 의해서 결합하는 구성으로, 상하 관통형성되어 절곡관(42)의 상단과 연통되는 제1연통공(412a)과, 상기 제1연통공(412a)과 일정 간격을 두고 상하 관통형성되어 하우징(41)의 내부와 연통되는 제2연통공(412b)과, 상기 제1연통공(412a1)과 제2연통공(412b)의 외측에 방사형태로 상하 관통형성되어 결합부재가 삽입되는 결합부재공(413c) 등을 포함한다

상기 하부판(413)은 상기 하우징(41)의 하면을 형성하며, 상기 열교환부재(5)와 결합부재에 의해서 결합하는 구성으로, 중앙 부근에 상하 관통형성되어 절곡관(42)의 하단과 연통되는 중공(413a)과, 상기 중공(413a)의 외측에 방사 형태로 상하 관통형성되어 상기 하우징(41)의 내부와 연통되는 외주공(413b)과, 상기 외주공(413b)의 외측에 방사형태로 상하 관통형성되어 결합부재가 삽입되는 결합부재공(413c) 등을 포함한다.

상기 절곡관(42)은 상기 하우징(41)의 내부에 위치하여 상단은 공급관(31)과 연통되고 하단은 중앙공급관(51)에 연통되어 상기 공급환수부재(3)의 유체를 상기 열교환부재(4)로 공급하는 구성으로, 일정 형상을 가지나 상단은 중앙에서 일정 간격 떨어져 편심되는 상기 제1연통공(412a)에 위치하고 타단은 중공(413a)에 위치하도록 중간 부분에서 절곡되는 형태를 가진다. 상기 하우징 내부에 유입된 유체가 상기 절곡관(42)을 통과하는 유체의 열에 의해 영향을 받지 않도록 상기 절곡관(42)은 보온처리된다.

상기 열교환부재(5)는 상기 지중(200)에 위치하며, 하단은 유체변환부재(6)와 결합하고 상단은 공급환수집합부재(4)와 결합하여, 상기 공급환수집합부재(4)에서 공급된 유체를 상기 유체변환부재(6)에 공급하고 상기 유체변환부재(6)에서 회수된 유체를 상기 공급환수집합부재(4)에 공급하는 구성으로, 중앙공급관(51), 외주회수관(52), 상부지지플랜지(53), 하부지지플랜지(54) 등을 포함한다.

상기 중앙공급관(51)은 상단이 절곡관(42)의 하단과 연통되고 하단이 유체변환부재(6)의 중공(611a)과 연통되어 상기 절곡관(42)에서 공급된 유체를 상기 유체변환부재(6)에 공급한다.

상기 외주회수관(52)은 상기 중앙공급관(51)과 일정 간격을 두고 방사형태로 위치하며, 상단이 공급환수집합부재(4)의 외주공(413b)에 연통되고 하단이 유체변환부재(6)의 외주공(611b)에 연통되어, 상기 유체변환부재(6)에서 회수된 유체를 상기 공급환수집합부재(4)에 공급한다. 상기 외주회수관(52)은 상기 중앙공급관(51)에 비해 작은 직경을 가지게 되는데, 이는 직경이 큰 중앙공급관(51)에 의해서 열교환부재(5)를 지탱하고 외주회수관(52)을 통해 유체의 지중공기의 접촉면적을 넓혀 열회수 효율을 증가시키기 위함이다.

상기 상부지지플랜지(53)은 상기 중앙공급관(51)과 외주환수관(52)의 상단을 수용하여 고정지지하며 상기 공급환수집합부재(4)의 하부판(413)과 결합부재에 의해서 결합하는 구성으로, 상기 상부지지플랜지(53)는 일정 형상을 가지나 바람직하게는 일정 두께를 가진 디스크 형상을 가지고, 상하 관통형성되어 중앙공급관(51)의 상단과 연통되는 중공(531)과, 상기 중공(531)의 외측에 방사 형태로 상하 관통형성되어 외부환수관(52)의 상단과 연통되는 외주공(532)과, 상기 중공(531)과 외주공(532)의 외측에 방사형태로 상하 관통형성되어 결합부재가 삽입되는 결합부재공(533) 등을 포함한다.

상기 하부지지플랜지(54)은 상기 중앙공급관(51)과 외주환수관(52)의 하단을 수용하여 고정지지하며 상기 유체변환부재(6)의 상부판(611)과 결합부재에 의해서 결합하는 구성으로, 상기 하부지지플랜지(54)는 일정 형상을 가지나 바람직하게는 일정 두께를 가진 디스크 형상을 가지고, 상하 관통형성되어 중앙공급관(51)의 하단과 연통되는 중공(541)과, 상기 중공(541)의 외측에 방사 형태로 상하 관통형성되어 외주회수관(52)의 하단과 연통되는 외주공(542)과, 상기 중공(541)과 외주공(542)의 외측에 방사형태로 상하 관통형성되어 결합부재가 삽입되는 결합부재공(543) 등을 포함한다.

상기 유체변환부재(6)는 상기 지중(200)에 위치하며, 상단이 열교환부재(5)와 결합하여, 상기 열교환부재(5)의 중앙공급관(51)에서 공급된 유체를 상기 열교환부재(5)의 외주회수관(52)에 공급하는 구성으로, 하우징(61), 지지부(62) 등을 포함한다.

상기 하우징(61)은 상기 유체변환부재(6)의 외형을 형성하며 내부에 유체를 수용하는 구성으로, 아래로 볼록한 반구 형태의 캡부(612)와 상기 캡부(612)의 상단을 폐쇄하는 상부판(611) 등을 포함한다.

상기 상부판(611)은 상기 하우징(61)의 상면을 형성하며, 상기 열교환부재(5)와 결합부재에 의해서 결합하는 구성으로, 상기 상부판(611)은 일정 형상을 가지나 바람직하게는 일정 두께를 가진 디스크 형상을 가지고, 상하 관통형성되어 중앙공급관(51)의 하단과 연통되는 중공(611a)과, 상기 중공(611a)의 외측에 방사 형태로 상하 관통형성되어 외주회수관(52)의 하단과 연통되는 외주공(612b)과, 상기 중공(611a)과 외주공(611b)의 외측에 방사형태로 상하 관통형성되어 결합부재가 삽입되는 결합부재공(611c) 등을 포함한다.

상기 지지부(62)는 상기 하우징(61)의 내부에 위치하며 일단이 상부판(611)에 접하고 하단이 캡부(612)에 접하는 구성으로, 상단이 중공(611a)과 외주공(611b) 사이의 상부판(611)에 접하며 일정 직경을 가지도록 하측으로 연장하는 직립부(621)와, 상기 직립부(621)의 말단에서 하측으로 갈수록 확경되며 말단이 상기 캡부(612)에 접하는 확경부(622)와, 상기 직립부(621)와 확경부(622)에 일정 간격을 두고 관통 형성되어 상기 중공(611a)을 통해 유입되어 상기 지지부(62) 내부에 위치하는 유체를 지지부(62) 외부에 이동하도록 하는 배출홈(623) 등을 포함한다. 상기 배출홈(623)에서 배출된 유체는 외주공(611b)을 통해 외주회수관(52)에 유입되게 된다.

상기 같은 구성을 포함하는 열교환기 장치에 있어서 열을 회수하는 방법을 살펴보면, 상기 공조부에 의해 상기 유입관(21)에 공급된 유체는 차례로 공급관(31), 절곡관(42) 및 중앙공급관(51)을 차례로 통과하여 중공(611a)을 통해 유체변환부재(6)의 지지부(62) 내에 위치하게 된다. 이후, 상기 유체는 지지부(62)의 배출홈(623)을 통해 지지부(62) 외부에 위치하여, 상기 외주공(611b)를 통해 외주회수관(52)에 유입된 유체는 외주공(413b), 하우징(41) 내부, 제2연통공(412b), 환수관(32), 유출관(22)을 차례로 통과하여 공조부에 공급된다. 상기 유체는 지중구조체를 순환하는 과정에서 가열되거나 냉각되게 된다. 지주의 하측으로 갈수록 지중공기의 온도는 상승하는데, 상기 열교환기 장치는 열교환부재가 지중구조체의 하측에 위치하고 열교환부재에서 회수된 유체는 모아져 상측으로 이동하므로, 열회수율을 높일 수 있다. 또한, 상기 열교환기 장치는 상기 지지부가 가해지는 하중을 분산하므로 파손을 최소화할 수 있고, U트랩과 같은 구성을 사용하지 않고 상기 지지부가 유체의 이동방향을 변환하므로 유체의 저항손실을 최소화할 수 있다.

이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

1: 보호커버 2: 연결부재 3: 공급환수부재
4: 공급환수집합부재 5: 열교환부재 6: 유체변환부재

Claims

지중에 위치하는 지중구조체를 포함하는 열교환기 장치에 있어서,
상기 지중구조체는 하단이 유체변환부재와 결합하고 상단이 공급환수집합부재와 결합하여, 상기 공급환수집합부재에서 공급된 유체를 상기 유체변환부재에 공급하고 상기 유체변환부재에서 회수된 유체를 상기 공급환수집합부재에 공급하는 열교환부재와; 상단이 열교환부재와 결합하여, 상기 열교환부재에서 공급된 유체의 방향을 변경하여 상기 열교환부재에 공급하는 유체변환부재;를 포함하며,
상기 유체변환부재는 외형을 형성하며 내부에 유체를 수용하는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 위치하며 일단이 하우징의 상부판에 접하고 하단이 상기 하우징의 캡부에 접하여 하중을 분산하고 유체의 이동방향을 변환하는 지지부를 포함하고,
상기 하우징은 아래로 볼록한 캡부와, 상기 캡부의 상단을 폐쇄하는 상부판을 포함하고, 상기 상부판은 상하 관통형성되어 중앙공급관의 하단과 연통되는 중공과, 상기 중공의 외측에 방사 형태로 상하 관통형성되어 외주회수관의 하단과 연통되는 외주공을 포함하며,
상기 지지부는 상단이 중공과 외주공 사이의 상부판에 접하며 일정 직경을 가지도록 하측으로 연장하는 직립부와, 상기 직립부의 말단에서 하측으로 갈수록 확경되며 말단이 상기 캡부에 접하는 확경부와, 상기 직립부와 확경부에 일정 간격을 두고 관통 형성되어 상기 중공을 통해 유입되어 지지부 내부에 위치하는 유체를 지지부의 외부에 이동하도록 하는 배출홈을 포함하며, 상기 배출홈에서 배출된 유체는 외주공을 통해 외주회수관에 유입되는 것을 특징으로 하는 열교환기 장치.
제1항에 있어서,
상기 지중구조체는 하단이 공급환수집합부재와 결합하고 상단이 연결부재와 결합하여, 상기 연결부재에서 공급된 유체를 상기 공급환수집합부재에 공급하고 상기 공급환수집합부재에서 회수된 유체를 상기 연결부재에 공급하는 공급환수부재와; 하단이 열교환부재와 결합하고 상단이 공급환수부재와 결합하여, 상기 공급환수부재에서 공급된 유체를 상기 열교환부재에 공급하고 상기 열교환부재에서 회수된 유체를 상기 공급환수부재에 공급하는 공급환수집합부재;를 추가로 포함하며,
상기 연결부재는 하단이 공급관과 연통하고 상단을 통해 유체를 공급받는 유입관과, 상기 유입관과 일정 간격을 두고 위치하며 하단이 환수관과 연통하고 상단을 통해 회수된 유체를 배출하는 유출관과, 상기 유입관과 유출관의 하단을 수용하여 고정지지하는 지지플랜지를 포함하고,
상기 공급환수부재는 상단이 상기 유입관에 연통되는 공급관과, 상기 공급관과 일정 간격을 두고 위치하며 상단이 상기 유출관에 연통되는 환수관과, 상기 공급관과 환수관의 상단을 수용하여 고정지지하는 상부지지플랜지를 포함하여, 상기 지지플랜지와 상부지지플랜를 맞대고 결합부재를 사용하여 체결하면 상기 연결부재와 공급환수부재를 결합시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 열교환기 장치.
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제2항에 있어서, 상기 공급환수집합부재는
상기 공급환수집합부재의 외형을 형성하며, 내부에는 절곡관과 상기 열교환부재에서 환수된 유체가 위치하는 하우징과; 상기 하우징의 내부에 위치하여 상단은 공급관과 연통되고 하단은 중앙공급관에 연통되어 상기 공급환수부재의 유체를 상기 열교환부재로 공급하는 절곡관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 장치.
제4항에 있어서, 상기 하우징은
상기 하우징의 상면을 형성하며, 상하 관통형성되어 절곡관의 상단과 연통되는 제1연통공과, 상기 제1연통공과 일정 간격을 두고 상하 관통형성되어 공급환수부재의 환수관과 연통되는 제2연통공을 포함하는 상부판과; 상기 하우징의 하면을 형성하며, 중앙 부근에 상하 관통형성되어 절곡관의 하단과 연통되는 중공과, 상기 중공의 외측에 방사 형태로 상하 관통형성되어 공급환수집합부재의 외주회수관과 연통되는 외주공을 포함하는 하부판;을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 장치.
제5항에 있어서, 상기 열교환부재는
상단이 절곡관의 하단과 연통되고 하단이 유체변환부재의 중공과 연통되어 상기 절곡관에서 공급된 유체를 상기 유체변환부재에 공급하는 중앙공급관과; 상기 중앙공급관과 일정 간격을 두고 방사형태로 위치하며, 상단이 공급환수집합부재의 외주공에 연통되고 하단이 유체변환부재의 외주공에 연통되어, 상기 유체변환부재에서 회수된 유체를 상기 공급환수집합부재에 공급하는 외주회수관을 포함하며, 상기 중앙공급관은 상기 외주회수관보다 더 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 열교환기 장치.
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