KR101815690B1 - 축열재가 내재된 모듈형 저류조를 이용한 지열시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 축열재가 내재된 모듈형 저류조를 이용한 지열시스템 관한 것으로 지중에 설치된 저류조와 축열재가 구비된 열교환 탱크를 이용하여 열매체 및 열공기를 동시에 순환시켜 열매체는 생활용수로 사용되게 하고, 열공기는 사용자공간의 실내공기를 냉난방 시킬 수 있도록 하기 위하여, 투수블럭(33a)이 형성된 축열블럭체(33)로 조립되어 지중에 설치되는 저류조(30); 상기 저류조(30)로부터 열매체 급수관(43)을 통해 열매체(2)를 공급 받거나, 생활용수를 저장하는 용수저장탱크(93)에 연결된 용수 급수관(54)을 통해 열매체(2)를 공급 받아 수처리하는 열매체 수처리부(10); 상기 열매체 수처리부(10)에 연결된 열매체 공급관(21)을 통해 열매체(2)를 공급받으며, 내부에 축열재(23)가 구비되고, 다수개가 직열로 연결되어 열매체(2)의 온도를 축열재(23) 및 지열로 축열하는 열교환 탱크(20); 상기 열교환 탱크(20)의 배출측에 연결된 열매체 이송관(32)을 통해 이동되는 열매체(2)를 설정된 적정온도로 유지하여 생활용수 공급관(52)을 통해 생활용수를 공급하는 수 열원 히트펌프(38);를 포함하여 구성되어 열매체(2)를 이동 공급시키고, 상기 열교환 탱크(20) 내의 상부측에 가열공기확보공간을 갖는 에어캡부(110)가 형성되고, 상기 축열재(23)에 의해 축열되어 에어캡부(110) 내에 생성된 열공기를 사용자공간(121)으로 이송하도록 공기열 히트펌프(122)가 설치된 열공기 공급라인(120)이 연결되며, 상기 사용자공간(121)에서 사용되어진 후 열공기를 회수하여 상기 열교환 탱크(20)로 이송하는 열공기 회수라인(130)이 연결 구성되어 열교환 탱크(20)에서 축열된 열공기를 순환시키도록 이루어지며, 상기 저류조(30)는 콘크리트, 고분자 폴리스티렌 스티로폼, 폴리 경질우레탄, 고분자물질 중 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상으로 혼합 제조된 축열블럭체(33)에 투수블럭(33a)을 설치 후 적층 조립되어 벽체를 이루며, 상기 축열블럭체(33)의 벽체 외면에 판부축열 이송관로(146)가 설치되고, 양 축열블럭체(33) 사이에 간격조절구(34)가 설치되어지되, 상기 간격조절구(34)는 양 축열블럭체(33)의 내측면에 고정된 양측 지지편(34a) 사이에서 조절편(34b)의 길이조절에 의해 간격 조절이 이루어지며, 상기 조절편(34b)의 상부측 또는 하부측에 다수 걸림편(34c)을 형성하여 그 걸림편(34c) 사이에 저류조(30)를 지중에 고정시키도록 가로철근(35)을 배근 고정하고, 상기 가로철근(35)에 세로철근(45)을 연결 고정하여 저류조(30)가 지중에서 고정되도록 구성하는 것을 특징으로 한다.

Description

축열재가 내재된 모듈형 저류조를 이용한 지열시스템{Geothermal system using module type storage tank}
본 발명은 축열재가 내재된 모듈형 저류조를 이용한 지열시스템 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지중에 설치된 저류조와 축열재가 구비된 열교환 탱크를 이용하여 열매체 및 열공기를 동시에 순환시켜 열매체는 생활용수로 사용되게 하고, 열공기는 사용자공간의 실내공기를 냉난방 시킬 수 있도록 하는 축열재가 내재된 모듈형 저류조를 이용한 지열시스템에 관한 것이다.
최근 이상기후에 의한 국지성 소나기 및 태풍 등으로 기존 설계 강우량 이상의 폭우로 인한 침수피해와 제방의 붕괴 등 각종 자연재해의 피해가 빈번히 발생되고 있다. 그 방호책의 일환으로 해외 선진국들은 수십년 전부터 지하저류조의 설치로 홍수 시 일정량의 물을 저장하는 시설을 통하여 자연재해 저감을 위한 각종 구조물들을 설치 보급하고 있다. 이에 국내에서는 홍수저감 시설에 대한 사회적 관심이 급부상되며 최근 지하저류조 시설물이 설치, 시공되고 있다.
또한, 지구 환경 변화로 인하여 폭우와 가뭄이 함께 수시 발생하여 폭우시는 도시개발에 따른 시멘트 및 아스팔트 포장으로 우수가 땅에 침투되지 못하여 일시에 하천으로 흘러내려 범람이 일어나며, 하절기 고온과 수시 가뭄이 발생하여 지구 전체 물 부족사태가 진행되고 있다.
그리고, 지구의 오존층 파괴로 인한 동절기와 하절기의 온도가 계속적으로 극저하와 극상승하여 열섬화 현상이 매우 심각하게 발생되고 있다. 이러한 지구환경 변화에 대응하기 위해서는 우수와 지열을 이용하는 우수저류조 및 지열시스템의 개발이 시급한 실정이다.
상기 우수저류조의 경우 등록특허 제10-1277086호에서는 기초콘크리트에 매설된 앙카볼트를 외부기둥블럭, 중간기둥블럭, 코너기둥블럭의 하부에 각각 형성된 볼트연결홈에 조립 설치하고, 외부기둥블럭, 중간기둥블럭, 코너기둥블럭의 상부면에 형성된 T형요부, ┼형요부, ㄱ형요부에 상부연결블럭의 단부를 각각 삽입하여 T형지그, ┼형지그, ㄱ형지그로 연결하고, 각 기둥블럭과 상부연결블럭이 연결된 T형요부, ┼형요부, ㄱ형요부에 몰탈로 충진하고, 상기 외부기둥블럭, 코너기둥블럭, 상부연결블럭의 외부면에 마감블럭을 인서트너트에 의해 조립되게 형성하고, 마감블럭의 외부에 형성된 돌출부의 관통구 속으로 고강도 강선을 인장하여 고정한 후, 마감블럭에 우수유출구와 우수유입구를 천공하여 구성한 조립식 우수저류조를 개시한 바 있다. 하지만 상기 기술은 우수저류조를 조립식으로 간편하게 조립하여 저류조를 시공할 수 있으나, 빗물을 저정하는 기능 밖에 할 수 없는 문제점이 있었다.
그리고 지열시스템의 경우 등록특허 제10-1614349호에는 지면으로부터 소정깊이로 시추공에 매설되어 상기 히트펌프와 연결되며 지중의 지열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출하며, 상기 열교환 파이프 외주면과 시추공 내주면이 접촉하는 부분에 길이방향을 따라서 돌출되는 가이드편을 각각 구비하는 복수개의 열교환 파이프 및 하나의 시추공에 매설되는 복수개의 상기 열교환 파이프들을 각각 지중에서 일정간격 유지하도록 이격시키는 간격유지부를 포함하는 지열을 이용한 냉난방 시스템을 개시한 바 있으나, 이는 지열을 이용하여 축열된 공기만을 냉난방에 적용하는 것으로서 에너지의 활용성이 떨어지는 문제점이 있었다.
등록특허 제10-1277086호 등록특허 제10-1614349호
이에 본 발명은 상기한 문제점을 일소하기 위해 창안한 것으로서, 지중에 설치된 저류조와 축열재가 구비된 열교환 탱크를 이용하여 열매체 및 열공기를 동시에 순환시켜 열매체는 생활용수로 사용되게 하고, 열공기는 사용자공간의 실내공기를 냉난방 시킬 수 있도록 하는 축열재가 내재된 모듈형 저류조를 이용한 지열시스템에 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성한 것이다.
위 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은 투수블럭(33a)이 형성된 축열블럭체(33)로 조립되어 지중에 설치되는 저류조(30); 상기 저류조(30)로부터 열매체 급수관(43)을 통해 열매체(2)를 공급 받거나, 생활용수를 저장하는 용수저장탱크(93)에 연결된 용수 급수관(54)을 통해 열매체(2)를 공급 받아 수처리하는 열매체 수처리부(10); 상기 열매체 수처리부(10)에 연결된 열매체 공급관(21)을 통해 열매체(2)를 공급받으며, 내부에 축열재(23)가 구비되고, 다수개가 직열로 연결되어 열매체(2)의 온도를 축열재(23) 및 지열로 축열하는 열교환 탱크(20); 상기 열교환 탱크(20)의 배출측에 연결된 열매체 이송관(32)을 통해 이동되는 열매체(2)를 설정된 적정온도로 유지하여 생활용수 공급관(52)을 통해 생활용수를 공급하는 수 열원 히트펌프(38);를 포함하여 구성되어 열매체(2)를 이동 공급시키고, 상기 열교환 탱크(20) 내의 상부측에 가열공기확보공간을 갖는 에어캡부(110)가 형성되고, 상기 축열재(23)에 의해 축열되어 에어캡부(110) 내에 생성된 열공기를 사용자공간(121)으로 이송하도록 공기열 히트펌프(122)가 설치된 열공기 공급라인(120)이 연결되며, 상기 사용자공간(121)에서 사용되어진 후 열공기를 회수하여 상기 열교환 탱크(20)로 이송하는 열공기 회수라인(130)이 연결 구성되어 열교환 탱크(20)에서 축열된 열공기를 순환시키도록 이루어지며, 상기 저류조(30)는 콘크리트, 고분자 폴리스티렌 스티로폼, 폴리 경질우레탄, 고분자물질 중 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상으로 혼합 제조된 축열블럭체(33)에 투수블럭(33a)을 설치 후 적층 조립되어 벽체를 이루며, 상기 축열블럭체(33)의 벽체 외면에 판부축열 이송관로(146)가 설치되고, 양 축열블럭체(33) 사이에 간격조절구(34)가 설치되어지되, 상기 간격조절구(34)는 양 축열블럭체(33)의 내측면에 고정된 양측 지지편(34a) 사이에서 조절편(34b)의 길이조절에 의해 간격 조절이 이루어지며, 상기 조절편(34b)의 상부측 또는 하부측에 다수 걸림편(34c)을 형성하여 그 걸림편(34c) 사이에 저류조(30)를 지중에 고정시키도록 가로철근(35)을 배근 고정하고, 상기 가로철근(35)에 세로철근(45)을 연결 고정하여 저류조(30)가 지중에서 고정되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 축열재가 내재된 모듈형 저류조를 이용한 지열시스템을 제공한다.
삭제
또한, 상기 열공기 회수라인(130)에서 열공기 공급라인(120)으로 연결되는 판부축열공기 이송라인(140)을 온도센서(145a)가 부착된 체크밸브(145)로 연결 설치하되, 상기 판부축열공기 이송라인(140)은 저류조(30)의 외측 지중면에 설치된 판부 축열관(146)을 경유하도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 에어캡부(110)의 하단측에 열교환 탱크(20) 내 열매체(2)의 수위를 감지하는 수위센서(29)를 설치하여 열매체(2)가 일정 높이를 초과하게 되면 연결관(37) 또는 열매체 이송관(32)에 설치된 수 열원 히트펌프(38)가 자동 가동되며, 상시 가동은 생활용수 급수관(52)의 용수로 사용되어진 만큼 수처리부 펌프(50)에서 자동 공급되어 열매체(2)가 배출 이동되도록 구성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 공기열 히트펌프(122) 내에 습도조절부 및 항균처리부를 구비 설치하는 것을 특징으로 한다.
상기한 본 발명에 의하면 지중에 설치된 저류조와 축열재가 구비된 열교환 탱크를 이용하여 열매체는 생활용수로 사용되게 하고, 열공기는 사용자공간의 실내공기를 냉난방 시킬 수 있도록 열매체 및 열공기를 동시에 순환시켜 사용토록 함으로써 열 및 에너지 사용에 대한 효율을 극대화하도록 하는 효과가 있다.
또한, 저류조를 제작함에 있어 적층구조의 축열블럭체와, 그 축열블럭체의 내측면에 간격조절이 가능한 간격조절구를 설치함으로써 조립설치가 용이함과 아울러 수용공간의 크기 조절이 용이함과 아울러, 걸림돌부 및 걸림홈부에 의한 상호 끼움조립구조를 채택함으로써 저류조 설치 시 거푸집을 사용하지 않아도 되므로 시공원가를 절감하고 공기를 단축하여 설치비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
또한, 저류조의 설치구조에 지열 시스템을 부여함으로써 별도의 지열 시스템 공사를 하지 않아도 되므로 공사비를 약 30∼40％ 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 축열재가 내재된 모듈형 저류조를 이용한 지열시스템의 열매체 순환 예시도
도 2는 본 발명에 의한 저류조의 조립 구성 및 축열블럭체의 구성을 나타낸 사시 예시도
도 3은 도 2의 축열블럭체의 타측편 판부 외측면에 설치되는 판부축열 이송관로의 사시 예시도
도 4는 본 발명에 의한 축열재가 내재된 모듈형 저류조를 이용한 지열시스템의 열공기 순환 예시도
도 5는 도 4의 저류조 외측에 판부축열 이송관로가 설치된 상태에서의 열공기 순환 예시도
도 6은 본 발명에 의한 축열재가 내재된 모듈형 저류조를 이용한 지열시스템의 열매체 및 열공기의 복합 순환 예시도
도 7은 도 6의 변형 예시도
이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 지중에 설치된 저류조와 축열재가 구비된 열교환 탱크를 이용하여 열매체 및 열공기를 동시에 순환시켜 열매체는 생활용수로 사용되게 하고, 열공기는 사용자공간의 실내공기를 냉난방 시킬 수 있도록 하는 축열재가 내재된 모듈형 저류조를 이용한 지열시스템에 관한 것으로 도 1 내지 도 7을 참고하여 보면 본 발명의 모듈형 저류조에 열매체순환부(A)와, 열공기순환부(B)를 동시에 설치하여 구성된다.
먼저, 이를 구현하기 위한 상기 열매체순환부(A)는 열매체 수처리부(10), 열교환 탱크(20), 저류조(30) 및 수 열원 히트펌프(38)를 포함하여 이루어진다.
상기 저류조(30)는 콘크리트 구조물로 설치가 가능하나, 본 발명에서는 조립구조의 저류조(30)를 구현하기 위해 도 2에서와 같이 투수블럭(33a)이 형성된 축열블럭체(33)로 조립되어 지중에 설치되게 한 것으로서, 상기 저류조(30)는 통 형태로 설치 가능하나, 본 발명에서는 투수성과 조립성이 우수한 저류조(30)를 구현토록 하기 위해 먼저 축열블럭체(33)가 적층되어 벽체를 이루며, 양 축열블럭체(33) 사이에 간격조절구(34)를 설치하여 지하 구조물 크기에 따라 안전에 필요한 간격으로 설치할 수 있도록 구성한다.
이때, 축열블럭체(33)는 콘크리트, 고분자 폴리스티렌 스티로폼, 폴리 경질우레탄, 고분자물질 중 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상으로 혼합 제조되어 사용되며, 상기 간격조절구(34)는 원하는 간격으로 설치될 수 있도록 양 축열블럭체(33)의 내측면에 고정된 양측 지지편(34a) 사이에서 조절편(34b)의 길이조절에 의해 간격 조절이 이루어지도록 구성되게함으로써 축열블럭체(33)의 조립설치가 용이함과 아울러 축열블럭체(33)에 의해 내측에 형성되는 수용공간의 크기 조절이 용이하게 된다.
그리고, 상기 투수블럭(33a)은 그 외면이 합성수지관에 수용되어 축열블럭체(33) 내에 고정되며, 상기 투수블럭(33a)을 통해 저류조(30) 내의 물은 사용 과정에서 일정시간이 지난 후 부패를 방지하기 위해 지중으로 배출하게 된다.
또한 조절편(34b)의 상부측 또는 하부측에 다수 걸림편(34c)을 형성하여 그 걸림편(34c) 사이에 저류조(30)를 지중에 고정시키도록 가로철근(35)을 배근 고정하고, 상기 가로철근(35)에 세로철근(45)을 연결 고정하여 저류조(30)가 지중에서 고정되도록 하며, 가로철근(35)의 길이방향으로 양측에 위치되는 저류조(30)의 벽체를 고정하는 기능도 동시에 수행하게 된다. 상기 가로철근(35) 및 세로철근(45)을 배근한 뒤 콘크리트 타설하면서 적층하여 저류조(30)를 제작토록 한다.
상기 철근(35)을 배근함에 있어서 실시예로서 도 2에서와 같이 가로 철근은 원형 철근링을 사용하여 배근을 하고, 세로 철근은 ㄱ자 또는 T자 형상으로 된 도끼 모양의 철근링을 사용하여 배근의 간격을 일정하게 유지할 수 있어 시멘트, 모래, 자갈 등이 잘 혼합 투입되게함으로써 저류조(30)의 압축강도와 내진성을 향상되도록 구현하였다.
또한, 상기 저류조(30)를 구성하는 축열블럭체(33)는 투수블럭(33a)을 설치하여 지중으로 스며드는 우수 등을 흡수하도록 투수성을 가진 블럭으로 형성되고, 또한 축열블럭체(33)는 길이방향으로 장축물로 형성되어 필요한 길이만큼 절단하여 사용토록 하며, 상하로는 그 상부 및 하부에 연속 형성되어 상호 대응 끼움되는 구조의 걸림돌부(36) 및 걸림홈부(39)를 마주하게 형성하여 상호간에 끼움조립되도록 구성함이 바람직하다.
이러한 걸림돌부(36) 및 걸림홈부(39)에 의한 상호 끼움조립구조를 채택함으로써 저류조(30) 설치 시 거푸집을 사용하지 않아도 되므로 시공원가를 절감하고 공기를 단축할 수 있게 된다.
상기 저류조(30)는 열매체 회수관(43)을 통해 온도센서가 포함된 펌프(41)의 조절에 의해 열매체 수처리부(10)로 열매체(2)를 공급하도록 연결 구성된다. 상기 열매체 회수관(43)은 도 1에서와 같이 저류조(30) 내의 열매체(2)를 펌프에 의해 이동되도록 구성되며, 그 외 생활용수로 사용되는 열매체(2)는 용수저장탱크(93)에서 공급받아 온도센서(26)가 포함된 밸브(25) 및 수처리부 펌프(50)에 연결되어 사용가능한 용수는 열매체 수처리부(10)로 공급하고, 사용 가능하지 않은 용수는 여수배출관(미도시됨)으로 선택 배출 이동되도록 구성된다. 이에 대한 선택은 온도센서(26)가 포함된 밸브(25) 및 수처리부 펌프(50)에 의해 이루어진다.
상기 저류조(30)에 연결된 열매체 수처리부(10)는 도 1에서와 같이 상기 저류조(30)로부터 열매체 급수관(43)을 통해 열매체(2)를 공급 받거나, 생활용수를 저장하는 용수저장탱크(93)에 연결된 용수 급수관(54)을 통해 열매체(2)를 공급 받아 수처리하도록 구성된 것으로서, 지상 또는 지중에 설치될 수 있으며, 수처리된 열매체(2)는 생활용수 등으로 사용되어지므로 이에 적합한 필터가 내부에 설치된 통상의 수처리 시설을 갖추도록 한다.
상기 열매체 수처리부(10)를 통과한 열매체(2)는 열교환 탱크(20)로 이동 유입된다. 이때, 열교환 탱크(20)로 유입되는 열매체(2)는 온도센서(26)를 포함한 밸브(25)에서 계절에 따라 사용 가능한 열매체(2)만을 수처리부 펌프(50)를 통해 통과하도록 제어된다.
그리고, 상기 열교환 탱크(20)는 열매체 수처리부(10)와 사이에 연결된 열매체 공급관(21)을 통해 열매체(2)를 전달 공급받으며, 도 1에서와 같이 내부에 축열재(23)가 구비되고, 다수개가 직열로 연결되어 열매체(2)는 지열온도로 축열하여 사용하는 구조로 형성된다.
상기 열교환 탱크(20)는 지중에 설치되는 것으로, 후술되는 저류조(30)의 하부측에 설치되는 것이 바람직하며, 통상 열교환 탱크(20)가 설치되는 지면으로부터 10m 이내의 지열온도는 12∼15℃ 이다. 그러므로 열교환 탱크(20)의 지중 외부온도를 12∼15℃로 항상 유지할 수 있으므로 계절 등의 환경에 따른 열매체(2)의 열교환 효율을 높일 수 있다.
상기 열교환 탱크(20) 내부에는 열매체(2)의 온도를 축열할 수 있는 축열재(23)가 구비된다. 축열재(23)는 통상의 것으로 사용 가능하나, 본 발명에서는 내열성 축열재와 파라핀계 상변화 물질의 혼합물을 폴리올레핀계수지팩에 수용하여 밀폐된 것을 사용하도록 하며, 이는 열교환 탱크 및 건물의 냉난방 온도조절에 적합하도록 구성된 것이다. 이때, 상기 축열재(23) 제조시, 내열성 축열재와 파라핀계 상변화 물질을 단순 혼합하게 되면 뭉침이나 층분리 등의 문제가 발생하게 되는데, 이를 해결하기 위해 본 발명에서는 다공성 입자의 내열성 축열재를 가열하고 고속 혼합한 후, 압력에 의해 파라핀 상변화 물질을 충진함으로써 상기 문제점을 극복하였다. 또한, 상기 다공성 입자의 100 중량부에 대하여 파라핀 상변화 물질의 사용량을 80 중량부 이하로 사용함으로써 뭉침이나 층분리 현상을 완벽하게 해결하였다.
이러한 융점의 범위를 가지는 파라핀계 상변화 물질이 다공성 입자의 세공경(細孔經)에 충진된 축열재의 사용은 본 발명에 의한 열교환 탱크의 축열재로 사용되는 경우 열교환 탱크(20) 내 열매체(2)는 지열온도 12∼15℃를 축열할 수 있는 파라핀축열재를 사용하여 지열을 최대한 축열함으로서 12∼15℃ 이상의 열매체(2)를 후술되는 수 열원 히트펌프(38)를 이용하여 평상시 생활 적정 온도 범위인 22∼24℃로 상승시켜 생활용수나 난방에 사용할 수 있으며, 외부 온도의 변화에 대해서 열교환 탱크(20)의 내부를 최적의 온도로 유지할 수 있어 난방 효과의 구현이 가능하며, 이러한 구조에 의하면 이산화탄소 및 에너지의 저감을 기대할 수 있다.
상기한 열교환 탱크(20)는 도 1에서와 같이 다수개가 직열로 설치되어 연결관(37)을 통해 인접한 열교환 탱크(20)로 이동되도록 한다. 이때, 열매체(2)인 물의 대류현상을 적용토록 하기 위해 열교환 탱크(20) 내에서 열매체(2)의 유입측 단부는 바닥면에 위치되도록 하고, 축열된 열매체(2)는 후술되는 에어캡부(110) 보다 낮은 위치의 수면 아래에 배출측 단부를 통해 이동되도록 함이 바람직하다.
상기한 열교환 탱크(20)를 거쳐 가열된 열매체(2)는 배출측에 연결된 열매체 이송관(32) 및 이에 연결된 수 열원 히트펌프(38)를 거치면서 열매체(2)를 설정된 적정온도로 유지하여 생활용수 공급관(52)을 통해 생활용수를 공급하게 된다.
이때, 상기 생활용수 공급관(52)으로 배출되는 열매체(2)는 가정이나 회사, 공장, 학교 등의 건물에 생활용수로 사용되며, 남거나 혹은 과잉공급되는 열매체(2)는 용수 급수관(54)으로 배출되어 열매체 수처리부(10)로 공급되면서, 상기 열매체(2)의 순환이 이루어지게 된다.
상기처럼 순환되는 열매체(2)는 주로 생활용수로 이용되도록 설명하였으나, 이 외에도 축열된 열매체(2)가 필요한 어디에든지 사용토록 구현이 가능하다.
상기 열매체 수처리부(10)에는 상술된 바 처럼 생활용수, 우수, 공급수 중 적어도 어느 하나 이상으로 된 열매체(2)가 공급되며, 추가적으로 외부공급관을 통해 열매체(2)가 열매체 수처리부(10)로 공급될 수 있도록 구현함으로써 부족한 열매체(2)를 보충할 수 있도록 구성된다.
한편, 본 발명에 의한 축열재가 내재된 모듈형 저류조를 이용한 지열시스템은 상술된 열매체(2)의 순환과 함께 열공기의 순환이 동시에 이루어지도록 함을 특징으로 한다.
이를 구현하기 위한 본 발명은 도 4에서와 같이 먼저 내부에 축열재(23)가 구비되어 열매체(2)의 온도를 상승시키도록 마련된 열교환 탱크(20) 내의 상부측에 열매체(2)에 의해 축열된 가열공기의 확보공간을 갖는 에어캡부(110)를 형성한다. 상기 에어캡부(110)는 열교환 탱크(20) 내의 상부측에 열공기만 통과하도록 별도의 공간부를 구획 형성하여도 되고, 열공기만 통과할 수 있는 분리막을 설치하여 구성될 수도 있으나, 별도의 구성 없이 열매체(2)의 수면 상부로 형성되는 열공기층으로 형성되어도 무방하다.
이때, 상기 에어캡부(110)의 하단측에는 열교환 탱크(20) 내 열매체(2)의 수위를 감지하는 수위센서(29)를 설치하여 열매체(2)가 일정 높이를 초과하게 되면 연결관(37) 또는 열매체 이송관(32)에 설치된 펌프를 가동하여 열매체(2)가 강제 배출 이동되도록 구현할 수 있다.
또한, 상기 생활용수 공급관(52)과 수처리부 펌프(50)가 연동되어 생활용수로 공급되는 양 만큼 수처리된 용수가 공급된다.
또한, 상기 에어캡부(110)는 열교환 탱크(20)의 상부측에 형성되는 것으로서, 상기 열교환 탱크(20)가 다수개 직열로 연결 설치되는 바, 도 4에서와 같이 연결관(125) 및 공기열 히트펌프(122)를 통해 인접한 열교환 탱크(20)로 이동되도록 한다.
상기 에어캡부(110)에서 축열로 축열된 열공기가 사용자공간(121)인 주거 공간 등으로 이송되도록 에어캡부(110)와 사용자공간(121) 사이에 공기열 히트펌프(122)가 설치된 열공기 공급라인(120)이 연결 설치된다.
상기 공기열 히트펌프(122)는 열공기를 강제 송풍하도록 구성된 것으로서, 열공기 공급라인(120)을 통해 이송되는 열공기의 습도조절 및 항균처리 등을 수행하기 위해 습도처리부 및 항균처리부를 더 설치할 수 있다.
그리고, 상기 사용자공간(121)에서 사용되어진 후 펌프(132)를 통해 열공기를 회수하여 상기 열교환 탱크(20)로 이송되는 열공기 회수라인(130)이 연결 구성되어 열교환 탱크(20)에서 축열된 열공기를 순환 공급함으로써, 상기 열공기의 순환이 이루어지게 된다.
상기처럼 순환되는 열공기는 사용자공간(121)의 실내공기를 데우는데 사용하며, 그 외에도 열공기를 사용할 수 있는 용도로 다양하게 사용되도록 구현할 수 있다.
이때, 상기 열공기 공급라인(120)에는 도 4에서와 같이 저류조(30)의 수면 위 상부층에 형성된 열공기가 연결 공급되도록 펌프(142)가 설치된 판부축열공기 이송라인(140)을 더 설치할 수 있고, 또한, 도 5에서와 같이 열공기 회수라인(130)에서 열공기 공급라인(120)으로 연결되는 판부축열공기 이송라인(140)을 펌프(142)로 연결 설치하되, 상기 판부축열공기 이송라인(140)은 저류조(30)의 외측 지중면에 설치된 판부 축열관(146)을 경유하도록 구성할 수 있다. 상기 판부 축열관(146)은 저류조(30) 내의 열매체(2) 및 지열에 의해 항상 축열상태이므로 열공기의 보관이 용이하여 열공기 공급라인(120)으로의 부족한 열공기 공급을 보충할 수 있게 된다.
상기 판부 축열관(146)은 일실시예로서 모듈형 판부로 제작이 가능한데, 이때 축열블럭체(33)의 일측편 판부에는 도 2에서와 같이 원기둥 형태인 투수블럭(33a)을 설치할 수 있도록 형성한 후, 도 4에서와 같이 저류조(30)의 외측 지중면과 접촉되는 축열블럭체(33)의 타측편 판부 외측면에 판부축열 이송관로(146)를 설치한 다음, 축열블럭체(33)를 조적하여 콘크리트로 타설 제작한다.
상기 축열블럭체(33)를 조적하면서 외측면에 설치된 판부 축열관(146)을 연속적으로 연결하여 온도센서가 포함된 펌프(41) 라인을 연결하도록 한다.
상기 투수블럭(33a)은 약 φ120㎜ 정도로 형성되고, 모듈형 판부 하나에 4∼6개 설치되도록 함이 바람직하다. 이때, 투수블럭(33a)은 합성수지관에 수용되는 형태로 제작되는데, 이는 콘크리트를 타설하는데 있어 투수블럭(33a) 만을 사용하게 되면 콘크리트와 혼합된 물이 투수블럭(33a) 내에 흡수되어 투수성 기능을 상실하게 되기 때문이다. 상기 투수블럭(33a)은 저류조(30) 내의 물을 저류조(30) 측면의 토양 및 지하 토양에 물을 최대한 저장되도록 한다.
상기 모듈형 판부에서 축열블럭체(33) 외측 토양면 판부에 설치되는 열이송관로는 열전도율이 0.1w/mk 이상의 재료를 사용하여 제작토록 하며, 최소 지중 3m 이하에 설치되도록 함이 바람직하다. 이는 저류조(30) 내의 열매체(2)가 저장됨에 관계 없이 년중 온도가 11∼13℃로 일정하기 때문이다.
이때, 상기 열이송관로는 깊이 0.5m 마다 온도센서를 포함한 체크밸브를 설치하여 하절기는 22℃ 이상이 되면 닫힘되고, 동절기는 12℃ 이하이면 닫힘 및 열림 기능이 되도록 설정 설치되도록 한다. 상기 저류조(30)의 설치 깊이가 5∼6m의 경우 지하 3m는 동절기에 약 11℃ 이하라도 지하 5m는 12℃ 이상이기 때문에 지열의 열에너지를 계절에 따라 높은 에너지를 소비하거나 낮은 에너지를 사용을 할 수 있도록 구현한 것이다.
이러한 상기 구조의 모듈형 판부를 제작함으로써 시공현장에서 조립식으로 콘크리트를 타설하여 사용함으로써 설치가 간단하면서도 비용이 저렴한 저류조를 제작할 수 있게 된다. 특히, 거푸집을 사용하지 않아도되므로 원가가 절감되고 공기를 단축할 수 있어 설치비용을 절감하게 된다.
한편, 열교환 탱크(20) 내에 설치되어 열매체를 이동시키는 연결관(37)과 열공기를 이동시키는 연결관(125)은 도 4에서와 같이 그 단부가 별도 위치에 설치되어 열에너지를 직접적으로 이동할 수 있는 것으로 설명하였으나, 도 7에서와 같이 상기 연결관(37,125)을 연통되게 연결 설치하여 구성하게 되면 열에너지를 간접적으로 회수 이동시키는 타입으로의 사용이 가능해진다.
이상에서 설명한 본 발명은, 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 명확히 하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
2 : 열매체 10 : 열매체 수처리부
20 : 열교환 탱크 21 : 열매체 공급관
23 : 축열재 30 : 저류조
32 : 열매체 이송관 33 : 축열블럭체
33a : 투수블럭 38 : 수 열원 히트펌프
52 : 생활용수 공급관 54 : 용수 급수관
93 : 용수저장탱크 110 : 에어캡부
120 : 열공기 공급라인 121 : 사용자공간
122 : 공기열 히트펌프 130 : 열공기 회수라인

Claims (5)

  1. 투수블럭(33a)이 형성된 축열블럭체(33)로 조립되어 지중에 설치되는 저류조(30); 상기 저류조(30)로부터 열매체 급수관(43)을 통해 열매체(2)를 공급 받거나, 생활용수를 저장하는 용수저장탱크(93)에 연결된 용수 급수관(54)을 통해 열매체(2)를 공급 받아 수처리하는 열매체 수처리부(10); 상기 열매체 수처리부(10)에 연결된 열매체 공급관(21)을 통해 열매체(2)를 공급받으며, 내부에 축열재(23)가 구비되고, 다수개가 직열로 연결되어 열매체(2)의 온도를 축열재(23) 및 지열로 축열하는 열교환 탱크(20); 상기 열교환 탱크(20)의 배출측에 연결된 열매체 이송관(32)을 통해 이동되는 열매체(2)를 설정된 적정온도로 유지하여 생활용수 공급관(52)을 통해 생활용수를 공급하는 수 열원 히트펌프(38);를 포함하여 구성되어 열매체(2)를 이동 공급시키고, 상기 열교환 탱크(20) 내의 상부측에 가열공기확보공간을 갖는 에어캡부(110)가 형성되고, 상기 축열재(23)에 의해 축열되어 에어캡부(110) 내에 생성된 열공기를 사용자공간(121)으로 이송하도록 공기열 히트펌프(122)가 설치된 열공기 공급라인(120)이 연결되며, 상기 사용자공간(121)에서 사용되어진 후 열공기를 회수하여 상기 열교환 탱크(20)로 이송하는 열공기 회수라인(130)이 연결 구성되어 열교환 탱크(20)에서 축열된 열공기를 순환시키도록 이루어지며,
    상기 저류조(30)는 콘크리트, 고분자 폴리스티렌 스티로폼, 폴리 경질우레탄, 고분자물질 중 선택된 어느 하나 또는 어느 하나 이상으로 혼합 제조된 축열블럭체(33)에 투수블럭(33a)을 설치 후 적층 조립되어 벽체를 이루며, 상기 축열블럭체(33)의 벽체 외면에 판부축열 이송관로(146)가 설치되고, 양 축열블럭체(33) 사이에 간격조절구(34)가 설치되어지되, 상기 간격조절구(34)는 양 축열블럭체(33)의 내측면에 고정된 양측 지지편(34a) 사이에서 조절편(34b)의 길이조절에 의해 간격 조절이 이루어지며, 상기 조절편(34b)의 상부측 또는 하부측에 다수 걸림편(34c)을 형성하여 그 걸림편(34c) 사이에 저류조(30)를 지중에 고정시키도록 가로철근(35)을 배근 고정하고, 상기 가로철근(35)에 세로철근(45)을 연결 고정하여 저류조(30)가 지중에서 고정되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 축열재가 내재된 모듈형 저류조를 이용한 지열시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 열공기 회수라인(130)에서 열공기 공급라인(120)으로 연결되는 판부축열공기 이송라인(140)을 온도센서(145a)가 부착된 체크밸브(145)로 연결 설치하되, 상기 판부축열공기 이송라인(140)은 저류조(30)의 외측 지중면에 설치된 판부 축열관(146)을 경유하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 축열재가 내재된 모듈형 저류조를 이용한 지열시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 에어캡부(110)의 하단측에 열교환 탱크(20) 내 열매체(2)의 수위를 감지하는 수위센서(29)를 설치하여 열매체(2)가 일정 높이를 초과하게 되면 연결관(37) 또는 열매체 이송관(32)에 설치된 수 열원 히트펌프(38)가 자동 가동되며, 상시 가동은 생활용수 급수관(52)의 용수로 사용되어진 만큼 수처리부 펌프(50)에서 자동 공급되어 열매체(2)가 배출 이동되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 축열재가 내재된 모듈형 저류조를 이용한 지열시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 공기열 히트펌프(122) 내에 습도조절부 및 항균처리부를 구비 설치하는 것을 특징으로 하는 축열재가 내재된 모듈형 저류조를 이용한 지열시스템.
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