KR101843833B1 - 아파트 지열냉난방 설비를 이용한 도로결빙 방지시스템 - Google Patents

아파트 지열냉난방 설비를 이용한 도로결빙 방지시스템 Download PDF

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KR101843833B1
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박규석
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Abstract

본 발명은 아파트 지열냉난방 설비를 이용한 도로결빙 방지시스템에 관한 것으로서, 여름철에는 지열을 이용한 유체를 매개로 도로를 냉각시켜 온도를 낮출 수 있고, 겨울철에는 도로를 가열해 결빙되는 문제를 해소할 수 있으며, 특히 여름철 도로를 식히고 난 유체(온수)를 저수조에 별도로 저장한 다음 이를 외부 또는 세대에 공급할 수 있기 때문에 유체를 가열하는데 따른 에너지소비를 획기적으로 절감할 수 있는 이점이 있다.

Description

아파트 지열냉난방 설비를 이용한 도로결빙 방지시스템{A freezing removal system for road using grothermal cooling and heating unit}
본 발명은 아파트 지열냉난방 설비를 이용한 도로결빙 방지시스템에 관한 것이다.
겨울철 노면의 결빙을 막아 안전운행을 도모하기 위한 종래의 기술로는, 대한민국 공개특허공보 제10-2000-30642호(노면결빙 방지시스템 및 그 시공방법)이 개시되어 있으며, 여기에는 열선이 내장된 내부 발열체 및 외부 발열체와, 연결선에 의해 이들 내부 및 외부 발열체에 연결되고 도로의 환경을 감지하여 중앙컴퓨터로 전달하는 인공지능센서와, 중앙 컴퓨터의 지시에 의해 상기 열선을 자동으로 조절하는 중앙 전압조절기로 구성되어 있다.
이와 같은 열선방식은 설치비용 및 유지관리 비용이 많이 소요되며 특히 전력소모가 많은 단점이 있다.
한편, 열선방식을 대신하여 지열에너지를 이용해 도로에 쌓인 눈을 녹이거나 결빙을 녹이는 기술은 미국, 독일, 스위스, 일본에서 주로 사용되고 있는데, 히트펌프없이 지중 열로만 도로 아래에 매설된 파이프로 지열을 전달하는 방식이다.
이와 같은 종래 기술로는 대한민국 등록특허 제10-0394555호가 있으며, 여기에는 도로의 지층에 수직으로 매설되고 내부에는 열전달 매체가 유동하는 중공부가 형성되어 있는 본체와, 중공부를 통해서 가열된 열전달 매체가 유입되어 방열되는 방열부가 구비되고, 콘크리트 및 아스팔트와 같은 포장층의 하방에 수평으로 배치되는 다수의 방열핀으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
이 경우에는 시공 및 구조가 간단하나, 도로에 쌓인 눈이나 결빙을 단시간에 녹이는데 충분한 열을 전달하기 어렵다는 문제가 있다.
상기와 같은 문제를 해소하기 위해 안출된 종래 기술로는 대한민국 등록특허 제10-1091210호(아파트 지열냉난방 설비를 이용한 도로 결빙 방지 시스템)가 있으며, 여기에는 기존의 지중열교환기와 도로에 매설되는 파이프를 연결하여 도로의 결빙이나 적설을 방지하거나 녹이는 기술이 개시되어 있다.
1. 대한민국 등록특허 제10-1091210호
본 발명은 도로를 냉각시켜 온도를 낮출 수 있으면서 도로가 결빙되는 것을 방지할 수 있으며, 여름철 도로를 식히고 난 유체(온수)를 저수조에 별도로 저장한 다음 이를 외부 또는 세대에 공급할 수 있기 때문에 유체를 가열하는데 따른 에너지소비를 획기적으로 절감할 수 있는 아파트 지열냉난방 설비를 이용한 도로결빙 방지시스템을 제공하려는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
지중에 매설되어 내부로 유입된 유체를 지열에 의해 가열 또는 냉각되도록 하는 지열 열교환기;
도로에 매설되어 지열 열교환기로부터 유체를 전달받아 도로의 노면을 가열 또는 냉각 후 지열 열교환기로 배출하는 도로설치용 열교환기;
지열 열교환기와 도로설치용 열교환기 사이에 배치되어 지열 열교환기로부터 도로설치용 열교환기로 유체가 공급될 수 있도록 하는 제1히트펌프;
지열 열교환기와 도로설치용 열교환기 사이에 배치되어 도로설치용 열교환기로부터 지열 열교환기로 배출되는 유체의 흐름을 단속하는 제1전자밸브;
지열 열교환기로부터 유체를 공급받아 내부에 저장 및 외부로 배출하는 저수조;
지열 열교환기와 저수조 사이에 설치되어 지열 열교환기로부터 저수조로 유체가 공급될 수 있도록 하는 제2히트펌프;
지열 열교환기와 제2히트펌프 사이에 배치되어 도로설치용 열교환기로부터 저수조로 공급되는 유체의 흐름을 단속하는 제2전자밸브;
저수조로부터 유체를 공급받아 냉난방용으로 사용 후 유체를 지열 열교환기로 배출하는 지역 냉난방용 열교환기;
저수조와 지역 냉난방용 열교환기 사이에 배치되어 저수조로부터 지역 냉난방용 열교환기로 유체가 공급될 수 있도록 하는 순환펌프;
도로설치용 열교환기와 제1전자밸브 사이에 배치되어 도로설치용 열교환기로부터 배출되는 유체를 저수조로 유입될 수 있게 연결하거나 차단하는 제3전자밸브;
저수조에 내설되어 유체의 수위를 감지하는 수위감지센서;
저수조로부터 배출되는 유체의 흐름을 단속하는 제4전자밸브;
지열 열교환기로 공급되는 유체의 흐름을 단속하는 제5전자밸브;
도로에 설치되어 도로의 표면온도를 측정하는 온도센서;
온도센서로부터 측정값을 전달받아 이를 기설정된 값과 상호 비교하여 기설정된 값보다 측정값이 낮으면 제1히트펌프를 동작제어하여 도로설치용 열교환기로 공급되는 유체가 가열된 상태로 공급되도록 하면서 도로설치용 열교환기로부터 배출된 유체가 지열 열교환기로 유입될 수 있게 제1전자밸브는 열고 제3전자밸브는 닫도록 동작제어하고,
기설정된 값보다 측정값이 높으면 제1히트펌프를 동작제어하여 도로설치용 열교환기로 유체가 공급되도록 하면서 도로설치용 열교환기로부터 배출되는 유체가 저수조로 유입될 수 있게 제1전자밸브는 닫고 제3전자밸브는 개방되게 동작제어하며,
수위감지센서로부터 감지신호를 입력받아 제4전자밸브는 폐쇄되도록 동작제어하고, 제5전자밸브는 개방하여 지열 열교환기로 급수가 유입되도록 동작제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 실시 예에 의하면, 여름철에는 지열을 이용한 유체를 매개로 도로를 냉각시켜 온도를 낮출 수 있고, 겨울철에는 도로를 가열해 결빙되는 문제를 해소할 수 있는 이점이 있다.
특히, 여름철 도로를 식히고 난 유체(온수)를 저수조에 별도로 저장한 다음 이를 외부 또는 세대에 공급할 수 있기 때문에 유체를 가열하는데 따른 에너지소비를 획기적으로 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 아파트 지열냉난방 설비를 이용한 도로결빙 방지시스템의 개략도.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 아파트 지열냉난방 설비를 이용한 도로결빙 방지시스템의 개략도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시 예에 따른 도로결빙 방지시스템은, 지열교환기(10)와 도로설치용 열교환기(20), 제1히트펌프(30), 제1전자밸브(40), 저수조(50), 제2히트펌프(60), 제2전자밸브(70), 지역 냉난방용 열교환기(80), 순환펌프(90), 제3전자밸브(100), 수위감지센서(110), 제4전자밸브(120), 제5전자밸브(130), 온도센서(140) 및 제어부(150)로 구성된다.
상기 지열 열교환기(10)는 연중 큰 변화가 없는 지하 50m ∼ 500m 깊이로 파이프(미도시)를 매설하고, 지열을 이용하여 파이프(미도시)를 따라 이동하는 유체를 가열 또는 냉각한다.
이와 같이 가열 또는 냉각된 유체는 파이프를 도로(1)에 매설(포장)한 도로설치용 열교환기(20)로 유입되어 도로(1)의 표면을 가열해 결빙을 방지하거나, 도로(1)의 표면을 냉각해 표면을 식혀주는 역할을 한다.
그리고 상기 도로설치용 열교환기(20)를 경유한 유체는 지열 열교환기(10)로 인입되며, 인입된 유체는 지열에 의해 가열 또는 냉각된다.
상기 지열 열교환기(10)와 도로설치용 열교환기(20) 사이에는 지열 열교환기(10)로부터 도로설치용 열교환기(20)로 유체가 원활하게 공급될 수 있도록 하는 제1히트펌프(30)가 설치된다.
상기 제1히트펌프(30)는 유체를 선택적으로 가열할 수 있는데, 예를 들면 겨울철에는 도로(1)를 가열하여 표면이 결빙되지 않게 해야 하므로 유체를 가열할 필요가 있지만, 여름철에는 도로(1)를 냉각하여 식혀야 하므로 유체를 가열하지 않는다.
상기 지열 열교환기(10)와 도로설치용 열교환기(20) 사이에는 제어부(150)에 의해 동작되어 파이프의 내부를 개방 또는 폐쇄해 유체의 흐름을 단속하는 제1전자밸브(40)가 설치된다.
여기서, 상기 제1히트펌프(30)는 유체가 공급되는 파이프의 라인에 설치되고, 제1전자밸브(40)는 유체가 배출되는 파이프의 라인에 설치된다.
상기 저수조(50)는 유체를 저장하기 위한 일종의 탱크로서, 지열 열교환기(10)와 도로설치용 열교환기(20)로부터 유체를 공급받아 저장하고, 저장된 유체는 지역 냉난방용 열교환기(80)로 공급되거나 외부의 다른 지역으로 배출된다.
그리고 상기 저수조(50)의 내부에는 유체의 수위를 감지해 출력하는 수위감지센서(110)가 설치되며, 수위감지센서(110)로부터 출력된 신호는 제어부(150)로 입력된다.
상기 지열 열교환기(10)와 저수조(50) 사이에는 지열 열교환기(10)로부터 저수조(50)로 유체가 원활하게 공급될 수 있도록 하는 제2히트펌프(60)가 설치된다.
상기 제2히트펌프(60)는 유체를 선택적으로 가열할 수 있는데, 예를 들면 겨울철에는 난방과 온수 사용이 주목적이므로 유체를 가열한 상태에서 공급하지만, 여름철에는 유체를 가열하지 않고 공급한다.
상기 지열 열교환기(10)와 제2히트펌프(60) 사이에는 제어부(150)에 의해 동작되어 지열 열교환기(10)로부터 저수조(50)로 공급되는 유체의 흐름을 단속(개방/폐쇄)하는 제2전자밸브(70)가 설치된다.
상기 지열 열교환기(10)와 저수조(50) 사이에는 지역 냉난방용 열교환기(80)가 설치되며, 지역 냉난방용 열교환기(80)는 저수조(50)를 통해 공급받은 유체를 매개로 아파트의 개별동이나 세대를 난방한다.
상기 저수조(50)와 지역 냉난방용 열교환기(80) 사이에는 저수조(50)로부터 지역 냉난방용 열교환기(80)로 유체가 원활하게 공급될 수 있도록 하는 순환펌프(90)가 설치된다.
여기서, 상기 제2히트펌프(60)와 제2전자밸브(70)는 지열 열교환기(10)로부터 저수조(50)로 공급되는 파이프 라인에 설치되고, 지역 냉난방용 열교환기(80)와 순환펌프(90)는 저수조(50)로부터 지열 열교환기(10)로 배출되는 파이프 라인에 설치된다.
상기 도로설치용 열교환기(20)와 제1전자밸브(40) 사이에서 분기되어 저수조(50)와 연결되는 파이프 라인에는 제3전자밸브(100)가 설치된다.
상기 제3전자밸브(100)는 도로설치용 열교환기(20)로부터 배출되는 유체를 저수조(50)로 유입될 수 있게 연결하거나 도로설치용 열교환기(20)로부터 배출되는 유체가 저수조(50)로 유입되지 않게 차단하는 역할을 하며, 제어부(150)에 의해 동작제어된다.
상기 수위감지센서(110)는 저수조(50)에 내설되어 저수조(50)에 저장된 유체의 최저수위와 최고수위를 감지하여 감지신호를 제어부(150)로 출력하게 된다.
일 예로서, 상기 저수조(50)에 저장된 유체가 외부로 배출되어 수위가 최저가 되거나 유체가 유입되어 수위가 최고가 되면 수위감지센서(110)는 최저(또는 최고)수위를 감지하여 감지신호를 제어부(150)로 출력하게 되며, 제어부(150)는 전자밸브들을 동작제어하게 되며, 이에 대한 구체적인 설명은 이후에 상세하게 설명한다.
상기 저수조(50)에 저장된 유체를 외부로 송출할 수 있게 연결된 파이프 라인에는 유체의 배출을 단속하는 제4전자밸브(120)가 설치되며, 제4전자밸브(120)는 제어부(150)에 의해 동작제어된다.
상기 제5전자밸브(130)는 지열 열교환기(10)와 연결된 파이프 라인에 설치되어 파이프 라인을 통해 지열 열교환기(10)로 유입되는 급수를 단속하는 기능을 하며, 제5전자밸브(130)는 제어부(150)에 의해 동작제어된다.
상기 온도센서(140)는 도로(1)에 노출되게 설치되어 도로(1)의 표면온도를 측정해 측정값을 제어부(150)로 출력하는 기능을 한다.
상기 제어부(150)는 수위감지센서(110) 및 온도센서(140)로부터 신호를 전달받아 밸브 및 펌프 등을 통제하는 통상의 컨트롤러이다.
일 예로서, 상기 제어부(150)는 온도센서(140)로부터 측정값을 전달받아 이를 기설정된 값과 상호 비교하게 되는데, 기설정된 값(0 ∼ 30℃)보다 측정값(-4℃)이 낮으면 제어부(150)는 제1히트펌프(30)를 동작제어하여 도로설치용 열교환기(20)로 공급되는 유체를 가열시켜 공급되도록 하면서 도로설치용 열교환기(20)로부터 배출된 유체가 지열 열교환기(10)로 유입될 수 있게 제1전자밸브(40)는 열고 제3전자밸브(100)는 닫도록 동작제어하게 되며, 이에 따라 유체가 순환되면서 도로(1)가 결빙되지 않게 가열하게 된다.
한편, 상기 제어부(150)는 온도센서(140)로부터 측정값을 전달받아 이를 기설정된 값과 상호 비교하여 기설정된 값(0 ∼ 30℃)보다 측정값(37℃)이 높으면 제1히트펌프(30)를 동작제어하여 도로설치용 열교환기(20)로 유체가 공급되도록 하면서 도로설치용 열교환기(20)로부터 배출되는 유체가 저수조(50)로 유입될 수 있게 제1전자밸브(40)는 닫고 제3전자밸브(100)는 개방되게 동작제어하게 된다.
이때, 상기 제어부(150)는 제1히트펌프(30)를 동작제어 시 유체가 가열되지 않도록 제어한다.
그리고 상기 저수조(50)로 유체가 유입되어 최고수위에 도달하게 되면 이를 수위감지센서(110)가 감지하여 신호를 출력하게 되며, 제어부(150)는 그 즉시 제3전자밸브(100)를 닫고 제1전자밸브(40)를 열어 유체가 순환될 수 있도록 한다.
또한, 상기 저수조(50)에 저장된 유체가 제4전자밸브(120)의 개방으로 인해 외부로 배출되어 저수조(50)에 저장된 유체가 최저에 도달하게 되면, 이를 수위감지센서(110)가 감지하여 신호를 출력하게 되고, 제어부(150)는 그 즉시 제1·4전자밸브(40,120)를 닫도록 동작제어하면서 제3·5전자밸브(100,130)를 각각 개방하도록 동작제어하여 제3전자밸브(100)를 통해 유체가 저수조(50)의 내부로 유입될 수 있도록 하고, 제5전자밸브(130)의 개방에 의해 지열 열교환기(10)로 급수되도록 하여 소진된 유체를 보충하게 된다.
본 실시 예에 의하면, 여름철에는 지열을 이용한 유체를 매개로 도로를 냉각시켜 온도를 낮출 수 있고, 겨울철에는 도로를 가열해 결빙되는 문제를 해소할 수 있는 이점이 있다.
특히, 여름철 도로를 식히고 난 유체(온수)를 저수조에 별도로 저장한 다음 이를 외부에 공급할 수 있기 때문에 유체를 가열하는데 따른 에너지소비를 획기적으로 절감할 수 있는 이점이 있다.
본 발명은 기재된 구체적인 실시 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상범위 내에서 다양하게 변형 및 수정할 수 있음은 당업자에 있어서 당연한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
10: 지열 열교환기 20: 도로설치용 열교환기 30: 제1히트펌프
40: 제1전자밸브 50: 저수조 60: 제2히트펌프
70: 제2전자밸브 80: 지역 냉난방용 열교환기
90: 순환펌프 100: 제3전자밸브 110: 수위감지센서
120: 제4전자밸브 130: 제5전자밸브 140: 온도센서
150: 제어부

Claims (1)

  1. 지중에 매설되어 내부로 유입된 유체를 지열에 의해 가열 또는 냉각되도록 하는 지열 열교환기(10);
    도로(1)에 매설되어 지열 열교환기(10)로부터 유체를 전달받아 도로(1)의 노면을 가열 또는 냉각 후 지열 열교환기(10)로 배출하는 도로설치용 열교환기(20);
    지열 열교환기(10)와 도로설치용 열교환기(20) 사이에 배치되어 지열 열교환기(10)로부터 도로설치용 열교환기(20)로 유체가 공급될 수 있도록 하는 제1히트펌프(30);
    지열 열교환기(10)와 도로설치용 열교환기(20) 사이에 배치되어 도로설치용 열교환기(20)로부터 지열 열교환기(10)로 배출되는 유체의 흐름을 단속하는 제1전자밸브(40);
    지열 열교환기(10)로부터 유체를 공급받아 내부에 저장 및 외부로 배출하는 저수조(50);
    지열 열교환기(10)와 저수조(50) 사이에 설치되어 지열 열교환기(10)로부터 저수조(50)로 유체가 공급될 수 있도록 하는 제2히트펌프(60);
    지열 열교환기(10)와 제2히트펌프(60) 사이에 배치되어 도로설치용 열교환기(20)로부터 저수조(50)로 공급되는 유체의 흐름을 단속하는 제2전자밸브(70);
    저수조(50)로부터 유체를 공급받아 냉난방용으로 사용 후 유체를 지열 열교환기(10)로 배출하는 지역 냉난방용 열교환기(80);
    저수조(50)와 지역 냉난방용 열교환기(80) 사이에 배치되어 저수조(50)로부터 지역 냉난방용 열교환기(80)로 유체가 공급될 수 있도록 하는 순환펌프(90);
    도로설치용 열교환기(20)와 제1전자밸브(40) 사이에 배치되어 도로설치용 열교환기(20)로부터 배출되는 유체를 저수조(50)로 유입될 수 있게 연결하거나 차단하는 제3전자밸브(100);
    저수조(50)에 내설되어 유체의 수위를 감지하는 수위감지센서(110);
    저수조(50)로부터 배출되는 유체의 흐름을 단속하는 제4전자밸브(120);
    지열 열교환기(10)로 공급되는 유체의 흐름을 단속하는 제5전자밸브(130);
    도로(1)에 설치되어 도로(1)의 표면온도를 측정하는 온도센서(140);
    온도센서(140)로부터 측정값을 전달받아 이를 기설정된 값과 상호 비교하여 기설정된 값보다 측정값이 낮으면 제1히트펌프(30)를 동작제어하여 도로설치용 열교환기(20)로 공급되는 유체가 가열된 상태로 공급되도록 하면서 도로설치용 열교환기(20)로부터 배출된 유체가 지열 열교환기(10)로 유입될 수 있게 제1전자밸브(40)는 열고 제3전자밸브(100)는 닫도록 동작제어하고,
    기설정된 값보다 측정값이 높으면 제1히트펌프(30)를 동작제어하여 도로설치용 열교환기(20)로 유체가 공급되도록 하면서 도로설치용 열교환기(20)로부터 배출되는 유체가 저수조(50)로 유입될 수 있게 제1전자밸브(40)는 닫고 제3전자밸브(100)는 개방되게 동작제어하며,
    수위감지센서(110)로부터 감지신호를 입력받아 제4전자밸브(120)는 폐쇄되도록 동작제어하고, 제5전자밸브(130)는 개방하여 지열 열교환기(10)로 급수가 유입되도록 동작제어하는 제어부(150)를 포함하는 것을 특징으로 하는 아파트 지열냉난방 설비를 이용한 도로결빙 방지시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101091210B1 (ko) * 2009-05-28 2011-12-07 코오롱건설주식회사 아파트 지열냉난방 설비를 이용한 도로 결빙 방지 시스템
KR101488416B1 (ko) * 2014-06-25 2015-02-03 주식회사 에코원 신재생 지열원을 활용한 시설물의 냉,난방과 도로 융설 병용 시스템

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