KR101929235B1 - 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템 - Google Patents

지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101929235B1
KR101929235B1 KR1020180028630A KR20180028630A KR101929235B1 KR 101929235 B1 KR101929235 B1 KR 101929235B1 KR 1020180028630 A KR1020180028630 A KR 1020180028630A KR 20180028630 A KR20180028630 A KR 20180028630A KR 101929235 B1 KR101929235 B1 KR 101929235B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
heat
pipe
heat exchanger
underground
underground heat
Prior art date
Application number
KR1020180028630A
Other languages
English (en)
Inventor
오동택
김대기
Original Assignee
주식회사 세일공조
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 세일공조 filed Critical 주식회사 세일공조
Priority to KR1020180028630A priority Critical patent/KR101929235B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101929235B1 publication Critical patent/KR101929235B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T10/10—Geothermal collectors with circulation of working fluids through underground channels, the working fluids not coming into direct contact with the ground
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/047—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag
    • F28D1/0475—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being bent, e.g. in a serpentine or zig-zag the conduits having a single U-bend
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24T—GEOTHERMAL COLLECTORS; GEOTHERMAL SYSTEMS
    • F24T10/00—Geothermal collectors
    • F24T2010/50—Component parts, details or accessories
    • F24T2010/53—Methods for installation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F2265/00—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/02—Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction in the form of screens or covers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Abstract

본 발명은 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 지중에 수직으로 매설되어 지중의 열과 교환이 이루어지는 열전달 유체가 내부에 있는 U 자형의 지중 열교환기(120)와, 상기 지중 열교환기(120)에 연결되고, 지중 열교환기(20) 내부의 열전달 유체의 열을 공급받아서, 냉난방 위치로 지중의 열을 공급하는 히트펌프(110)를 포함하여 구성되는 지열 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 지중 열교환기의 하측을 밀봉하도록 상기 U 자형의 지중 열교환기(120)의 하측을 외포하여서 형성되고, 밀봉된 U 자형의 지중 열교환기(120)와의 사이에 형성되는 내부공간에는 열전달 유체가 내부에 있어서, 상기 지중 열교환기(120)의 하측 부분이 매설되어 있는 깊은 지중의 고온의 열을 지중 열교환기(120)로 전달하는 열전달 밀봉관(130)이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 하고, 이에 의하면 지중 열교환 효율이 향상될 수 있도록 하기에 적당하도록 한 수 있는 이점이 있다.

Description

지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템{EARTH ENERGY HEAT PUMP SYSTEM FOR IMPROVING HEAT EXCHANGE EFFICENCY IN EARTH}
본 발명은 지열 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 특히 지중 열교환 효율이 향상될 수 있도록 하기에 적당하도록 한 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 에너지원으로서 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석 연료를 이용하거나, 또는 핵연료를 이용하는 경우가 대부분이다.
그러나 화석 연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 환경을 오염시키고, 핵연료는 수질오염 및 방사능과 같은 유해물질을 발생시키는 단점과 함께 이들 에너지원은 매장량의 한계가 있다.
따라서, 근래에는 이를 대신할 수 있는 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 대체에너지 중에서도 풍력, 태양열, 지열 등과 같은 자연에너지에 관한 연구가 오래 전부터 진행되어 실질적으로 이를 이용한 냉난방장치가 설치되어 사용되고 있다.
이들 자연에너지는 환경오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 무한한 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면, 에너지 밀도가 대단히 낮은 결점으로 인하여 그 밀도를 높여 이용 가능한 형태로 변환하는 것이 자연에너지 기술개발의 핵심 관건이라 할 수 있다.
이러한 자연에너지를 이용한 기술 중에서 지열을 열원으로 이용하여 냉난방을 행하는 지열 교환 시스템이 알려져 있는데, 이것은 온도가 10~20℃인 지중의 열 에너지를 이용하는 기술이다.
즉, 사계절의 변화가 뚜렷한 지역의 연중 대기온도는 -20~40℃까지 큰 폭으로 변화하는데 반해, 지하 5m 이하의 지중의 온도는 연중 10~20℃로 거의 일정하게 유지되므로 지열교환시스템은 여름에는 냉방장치로 겨울에는 난방장치로 사용할 수 있다.
상기 지열교환시스템은 지열교환기의 매설 방법에 따라서 수직형, 수평형, 오픈형, 연못형 시스템 등으로 분류된다. 이들 중에서 수직형과 수평형 시스템이 많이 설치되고 있으며, 수직형 시스템은 대략 수직방향으로 시굴공을 천공하여 지열교환기를 설치하는 방법이고, 수평형 시스템은 지중의 수평 방향으로 지열교환기를 매설하는 방법이다.
상기 수직형 시스템은 가장 일반적으로 시공되는 시스템으로서 열부하나 냉방부하가 큰 건물에 이상적이며 부지를 많이 필요로 하지 않은 장점이 있는 반면, 설치비용이 많이 소요되는 단점이 있고, 수평형 시스템은 상대적으로 부하가 작은 곳에서 쓸 수 있으며, 시공비용이 비교적 적게 소요되는 장점이 있는 반면, 넓은 부지를 확보하여야 하는 단점이 있다.
도 1에는 종래의 일반적인 수직형 지열 히트펌프 시스템의 개략적인 구성도가 도시되어 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 일반적인 수직형 지열 히트펌프 시스템은,
지중에 매설되어 지열을 회수하도록 그 내부에 열전달 유체가 있는 지중 열교환기(20)와, 상기 지중 열교환기(20)에 연결되어서 지중 열교환기(20)에서 회수한 지열을 이용하여 열교환을 수행하고 열교환된 냉매를 사용처로 공급하는 히트펌프(10)로 구성된다.
그리고, 종래의 일반적인 지중 열교환기(20)는 국제표준인 HDPE(High Density PolyEthylene) 재질로 제작되는데, 이는 제작 원가, 신축성, 부식 등의 이유로 현재 모든 지중 열교환기(20)의 재질로 사용되고 있다.
그리고, 상기와 같은 HDPE 재질의 일반적인 지중 열교환기(20)는 2 개의 직관형 HDPE 관(21,22)을 2 개의 엘보우(23,24)로서 융착에 의해서 결합하여서 제작하고 있다. 도 1에서 m1은 융착부(m1)이다.
그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의한 일반적인 지중 열교환기(20)는 다음과 같은 문제가 있었다.
첫째, 종래의 일반적인 지중 열교환기(20)의 재질은 전술한 바와 같이 HDPE이므로 부력이 커서 시공 과정에서 배수층을 만나면 부력 때문에 잘 박히지 않는 문제가 있었다. 즉 HDPE 재질이므로 배수층의 물압력을 이기지 못하는 문제가 있었다.
특히 지중 열교환기의 시공 과정 중의 뒷채움 작업을 즉시 하지 못하면 부력에 의해서 뜨게 되는 문제가 발생한다.
둘째, 천공을 한다고 하더라도, 울퉁불퉁한 지질이나 암반 구조를 만나면 잘 뚫고 나가지 못하고 매입 중에 휘는 문제가 있었다.
셋째, 직관형 HDPE 관(21,22)과 엘보우(23,24)의 4 곳에 열융착에 의해서 직관형 HDPE 관(21,22)과 엘보우(23,24)를 결합하여야 하는데, 4 곳의 열융착 과정에서 기밀 유지에 문제가 있었고, 융착부분의 파손의 위험이 있었다.
문헌1: 공개특허공보 제10-2014-0020686호(공개일: 2014.02.19) 문헌2: 등록특허공보 제10-1614349호(공고일: 2016.04.21)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로 본 발명에 의한 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템의 목적은,
첫째, 열전달 밀봉관에 의해서 지중 열교환기의 하측 부분인 U자 말단관을 외포하여 밀봉함으로써, 지중 깊은 곳의 지열에 대한 열전달 효율이 우수하고, 그리하여 지열 히트펌프의 성능을 향상시킬 수 있도록 하며,
둘째, 열전달 밀봉관의 외주면에 나사부를 형성함으로써 돌리면서 지중을 뚫고 들어갈 수 있도록 하여서 지중을 쉽게 들어갈 수 있도록 하며,
셋째, 지중 열교환기의 하측과 열전달 밀봉관을 금속재질로 형성함으로써, 종래에 비하여 매우 무거운 금속재질로 형성되어서 자중에 의해서 뜨지 않도록 하고 그리하여 배수층을 만나더라도 부력에 의해서 뜨지 않도록 하며,
넷째, 종래와 같이 지중 열교환기의 하측이 U 자형의 2 개의 관 구조가 아니고, 지중 열교환기의 하측을 외포하여 밀봉하는 열전달 밀봉관이라는 하나의 덩어리로서 구현함으로써 쉽고 편리하게 그리고 빠르게 지중으로 삽입이 가능하도록 하며,
다섯째, 지중 열교환기의 하측과 열전달 밀봉관을 금속재질로 형성하고, 열전달 밀봉관의 하측을 아래로 볼록하게 형성하며, 열전달 밀봉관의 외주면에 나사부를 형성함으로써, 암반 구조나 울퉁불통한 돌출 지질이 있더라도 잘 뚫고 들어 갈 수 있도록 하며,
여섯째, 전체적으로 시공이 매우 간편하고 편리하며 매립 작업성이 우수하며 공기를 단축할 수 있도록 하기에 적당하도록 한 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템은, 지중에 수직으로 매설되어 지중의 열과 교환이 이루어지는 열전달 유체가 내부에 있는 U 자형의 지중 열교환기와, 상기 지중 열교환기에 연결되고, 지중 열교환기 내부의 열전달 유체의 열을 공급받아서, 냉난방 위치로 지중의 열을 공급하는 히트펌프를 포함하여 구성되는 지열 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 지중 열교환기의 하측을 밀봉하도록 상기 U 자형의 지중 열교환기의 하측을 외포하여서 형성되고, 밀봉된 U 자형의 지중 열교환기와의 사이에 형성되는 내부공간에는 열전달 유체가 내부에 있어서, 상기 지중 열교환기의 하측 부분이 매설되어 있는 깊은 지중의 고온의 열을 지중 열교환기(120)로 전달하는 열전달 밀봉관이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명인 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 열전달 밀봉관에 의해서 지중 열교환기의 하측 부분인 U자 말단관을 외포하여 밀봉함으로써, 지중 깊은 곳의 지열에 대한 열전달 효율이 우수하고, 그 결과 지열 히트펌프의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
둘째, 열전달 밀봉관의 외주면에 나사부를 형성함으로써 돌리면서 지중을 뚫고 들어갈 수 있도록 하여서 지중을 쉽게 들어갈 수 있는 효과가 있다.
셋째, 지중 열교환기의 하측과 열전달 밀봉관을 금속재질로 형성함으로써, 종래에 비하여 매우 무거운 금속재질로 형성되어서 자중에 의해서 뜨지 않고 또한 배수층을 만나더라도 부력에 의해서 뜨지 않는 효과가 있다.
넷째, 종래와 같이 지중 열교환기의 하측이 U 자형의 2 개의 관 구조가 아니고, 지중 열교환기의 하측을 외포하여 밀봉하는 열전달 밀봉관이라는 하나의 덩어리로서 구현함으로써 쉽고 편리하게 그리고 빠르게 지중으로 삽입이 가능할 수 있는 효과가 있다.
다섯째, 지중 열교환기의 하측과 열전달 밀봉관을 금속재질로 형성하고, 열전달 밀봉관의 하측을 아래로 볼록하게 형성하며, 열전달 밀봉관의 외주면에 나사부를 형성함으로써, 암반 구조나 울퉁불통한 돌출 지질이 있더라도 잘 뚫고 들어 갈 수 있는 효과가 있다.
여섯째, 전체적으로 시공이 매우 간편하고 편리하며 매립 작업성이 우수하며 공기를 단축할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 일반적인 지열 히트펌프 시스템의 구성도 및 지중 열교환기(20)의 요부 확대도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템의 구성도이다.
도 3은 도 2의 요부 확대도이다.
도 4는 도 2에서 지중 열교환기(120)의 요부 횡단면도이다.
다음은 본 발명인 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템은, 지중에 수직으로 매설되어 지중의 열과 교환이 이루어지는 열전달 유체(예컨대 물)가 내부에 있는 U 자형의 지중 열교환기(120)와, 상기 지중 열교환기(120)에 연결되고, 지중 열교환기(20) 내부의 열전달 유체의 열을 공급받아서, 냉난방 위치로 지중의 열을 공급하는 히트펌프(110)를 포함하여 구성되는 지열 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 지중 열교환기의 하측을 완전 밀봉하도록 상기 U 자형의 지중 열교환기(120)의 하측을 외포하여서 형성되고, 밀봉된 U 자형의 지중 열교환기(120)와의 사이에 형성되는 내부공간에는 열전달 유체가 충진(예컨대 열전달 유체 3/4와 진공 1/4가 충진)되어 있어서, 상기 지중 열교환기(120)의 하측 부분이 매설되어 있는 상대적으로 깊은 지중의 고온의 열을 지중 열교환기(120)로 전달하는 열전달 밀봉관(130)이 더 포함되어서 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 열전달 밀봉관(130)이 지중 열교환기(120)의 하측 구체적으로는 아래에서 설명하는 U자 말단관(123)을 외포하여 밀봉하고 있으므로 깊은 곳의 지열에 대한 열전달 효율이 우수하고, 그 결과 지열 히트펌프의 성능이 향상되는 이점이 있다.
즉, U 자형의 2 개의 관 구조가 아니고 하나의 덩어리이므로 쉽게 삽입되고, 그 결과 시공이 매우 간편하고 편리하며 매립 작업성이 우수하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 열전달 밀봉관(130)의 하단(130a)은 아래로 볼록하게 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 열전달 밀봉관(130)의 하단은 도시된 바와 같이 만곡지게 아래로 돌출 형성되어서 볼록하게 형성될 수도 있고, 또는 뾰족하게 돌출 형성되어서 볼록하게 형성될 수도 있으며, 어느 경우에나 본원발명의 기술적 범위에 속한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 지중 열교환기(120)는, 히트펌프(110)로부터 열전달 유체가 들어오는 직관 형상의 입수관(121)과, 지중의 열과 열교환된 열전달 유체가 히트펌프(110)로 출수되는 상기 입수관(121)과 대응되는 직관 형상의 출수관(122)과, 상기 입수관(121)의 하단과 출수관(122)의 하단에 각각 관 연결되는 U자 말단관(123)과, 상기 입수관(121)의 하단과 U자 말단관(123)을 연결하고, 상기 출수관(122)의 하단과 U자 말단관(123)을 연결하는 관이음부재를 포함하여 구성되고, 상기 열전달 밀봉관(130)은 상기 관이음부재의 아래에서 상기 U자 말단관(123)을 완전 밀봉하는 것을 특징으로 한다.
여기서 상기 열전달 밀봉관(130)이 지중 열교환기(120)의 하측이 된다.
본 발명의 일 실시예에 의한 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 입수관(121)과 출수관(122)은 HDPE 재질이며, 상기 열전달 밀봉관(130)과 U자 말단관(123)은 금속재질(바람직하게는 스테인레스 스틸)로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 매우 무거운 금속재질로 형성되므로 자중에 의해서 뜨지 않는다. 배수층을 만나더라도 부력에 의해서 뜨지 않으며 그 결과 매립 작업성이 우수하다는 이점이 있다.
특히, 기존 지중 열교환기의 재질인 HDPE 파이프의 열전도도 계수는 0.43W/mK이고, 본원발명에 의한 열전달 밀봉관(130)과 U자 말단관(123)이 채택하고 있는 SUS(stainless steel)의 열전도도 계수는 16W/mK로서, 종래 기술에 비하여 약 37배 높은 열전도도 계수를 가지고 있고 따라서 열전달 효율이 매우 우수함을 확인할 수 있다.
그리고, 상기와 같이 관이음부재에 의해서 지중 열교환기(120) 전체를 조립하므로, 종래의 4 곳에 대한 열융착 작업에 비하여 조립(제작) 작업성이 향상되는 이점이 있다.
또한, 지중 열교환기(120)의 거의 전체적인 부분인 입수관(121)과 출수관(122)은 종래의 재질인 HDPE를 그대로 채용하되, 지중을 뚫고 들어가는 부분인 하측부를 금속재질로 채택함으로써, 설치 시공 작업을 더 편리하게 할 수 있고 공기를 더욱더 단축시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 열전달 밀봉관(130)의 길이는 지중 열교환기(120)의 전체 길이의 1/100 ~ 3/100인 것을 특징으로 한다.
이 경우 관이음부재의 위치가 열전달 밀봉관(130)의 상단에 근접하므로, 관이음부재 예컨대 하기의 제1,2 유니온조인트(141,142)도 전체 지중 열교환기(120) 수직 길이의 1/100 ~ 3/100 에 형성될 것이다.
구체적으로 예를 들면, 지중 열교환기(120)의 전체 길이는 예컨대 150 m인 경우 열전달 밀봉관(130)의 길이는 2 ~ 3 m인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 의한 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 관이음부재는, 상기 입수관(121)의 하단과 U자 말단관(123)을 연결하는 제1 유니온조인트(141)와, 상기 출수관(122)의 하단과 U자 말단관(123)을 연결하는 제2 유니온조인트(142)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템에 있어서, 상기 열전달 밀봉관(130)의 외주면에는 나사부(132)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 외주면에 암나사 또는 수나사 형태의 나사부(132)가 형성되어 있으므로 열전달 밀봉관(130)의 표면적이 넓어서 열교환 효율이 높아지는 이점이 있다.
또한 나사부(132)[암나사 또는 수나사홈]가 형성되어 있으므로 돌리면서 뚫고 들어가므로 쉽게 들어갈 수 있고, 그 결과 시공이 매우 간편하고 편리하며 매립 작업성이 우수하다는 이점이 있다.
전체적으로, 열전달 밀봉관(130)과 U자 말단관(123)이 금속재질이고 나사부(132)가 형성되어 있으며, 2 개의 관 구조가 아니고 하나의 U자 말단관(123)이며, 열전달 밀봉관(130)의 하단(130a)이 아래로 볼록하게 형성되어 있으며, 암반 구조나 울퉁불통한 돌출 지질이 있더라도 잘 뚫고 들어갈 수 있게 되며, 공기가 단축되는 이점이 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것은 해당 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람에게는 자명한 것이다.
그러므로, 상술한 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것로 이해해야만 한다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110 : 히트펌프
120 : 지중 열교환기
121 : 입수관
122 : 출수관
123 : U자 말단관
130 : 열전달 밀봉관
130a : 열전달 밀봉관의 하단
132 : 나사부
141 : 제1 유니온조인트
142 : 제2 유니온조인트

Claims (4)

  1. 지중에 수직으로 매설되어 지중의 열과 교환이 이루어지는 열전달 유체가 내부에 있는 U 자형의 지중 열교환기(120)와, 상기 지중 열교환기(120)에 연결되고, 지중 열교환기(20) 내부의 열전달 유체의 열을 공급받아서, 냉난방 위치로 지중의 열을 공급하는 히트펌프(110)를 포함하여 구성되는 지열 히트펌프 시스템에 있어서,
    상기 지중 열교환기의 하측을 밀봉하도록 상기 U 자형의 지중 열교환기(120)의 하측을 외포하여서 형성되고, 밀봉된 U 자형의 지중 열교환기(120)와의 사이에 형성되는 내부공간에는 열전달 유체가 충진(열전달 유체 3/4와 진공 1/4가 충진)되어 있어서, 상기 지중 열교환기(120)의 하측 부분이 매설되어 있는 깊은 지중의 고온의 열을 지중 열교환기(120)로 전달하는 열전달 밀봉관(130)이 더 포함되어서 구성되고,
    상기 지중 열교환기(120)는,
    상기 히트펌프(110)로부터 열전달 유체가 들어오는 직관 형상의 입수관(121)과,
    상기 입수관(121)과 대응되는 직관 형상이고, 지중의 열과 열교환된 열전달 유체를 히트펌프(110)로 출수하는 출수관(122)과,
    상기 입수관(121)의 하단과 출수관(122)의 하단에 각각 관 연결되는 U자 말단관(123)과,
    상기 입수관(121)의 하단과 U자 말단관(123)을 연결하고, 상기 출수관(122)의 하단과 U자 말단관(123)을 연결하는 관이음부재를 포함하여 구성되고,
    상기 열전달 밀봉관(130)은 상기 관이음부재의 아래에서 상기 U자 말단관(123)을 밀봉하고 있으며,
    상기 입수관(121)과 출수관(122)은 HDPE 재질이며,
    상기 열전달 밀봉관(130)과 U자 말단관(123)은 금속재질로 형성되며,
    상기 열전달 밀봉관(130)의 하단(130a)은 아래로 볼록하게 형성되어 있으며,
    상기 관이음부재는,
    상기 입수관(121)의 하단과 U자 말단관(123)을 연결하는 제1 유니온조인트(141)와,
    상기 출수관(122)의 하단과 U자 말단관(123)을 연결하는 제2 유니온조인트(142)로 구성되며,
    상기 열전달 밀봉관(130)의 외주면에는 나사부(132)가 형성되어 있으며,
    상기 열전달 밀봉관(130)의 길이는 상기 지중 열교환기(120)의 전체 길이의 1/100 ~ 3/100이며,
    상기 제1,2 유니온조인트(141,142)는 상기 지중 열교환기(120)의 전체 수직 길이의 1/100 ~ 3/100에 형성되는 것을 특징으로 하는 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
KR1020180028630A 2018-03-12 2018-03-12 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템 KR101929235B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180028630A KR101929235B1 (ko) 2018-03-12 2018-03-12 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020180028630A KR101929235B1 (ko) 2018-03-12 2018-03-12 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101929235B1 true KR101929235B1 (ko) 2018-12-14

Family

ID=64743558

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020180028630A KR101929235B1 (ko) 2018-03-12 2018-03-12 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101929235B1 (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113187440A (zh) * 2021-06-08 2021-07-30 中国地质大学（北京） 一种深部煤层气热力开采设备

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101512303B1 (ko) * 2014-06-16 2015-04-15 (주) 신성이에스 순환구조식 개방형 지열 시스템

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101512303B1 (ko) * 2014-06-16 2015-04-15 (주) 신성이에스 순환구조식 개방형 지열 시스템

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113187440A (zh) * 2021-06-08 2021-07-30 中国地质大学（北京） 一种深部煤层气热力开采设备

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113224979B (zh) 一种地热/海水半导体温差发电系统及方法
CN105737232A (zh) 一种利用干热岩热能的高效清洁能源供热系统
KR101929235B1 (ko) 지중 열교환 효율이 향상된 지열 히트펌프 시스템
KR20150057618A (ko) 우물 관정형 지열 교환 순환관의 안내, 청소 및 보호장치
CN203880988U (zh) 深层干热岩层地热组合换热系统
KR20150004387U (ko) 박스형 지열교환기
CN103954060A (zh) 深层干热岩层地热组合换热系统
CN104455934A (zh) 免维护真空绝热流体热能输送管道
KR100666469B1 (ko) 코일형 지열교환기
CN104501464B (zh) 水源热泵中央空调水源井内外一体对接式同井回灌装置
KR101614349B1 (ko) 지열을 이용한 냉난방 시스템
CN104501463B (zh) 水源热泵中央空调水源井内外一体焊接式同井回灌装置
US10345051B1 (en) Ground source heat pump heat exchanger
KR101315395B1 (ko) 지중열을 이용한 순환수 열교환 장치
JP2007071439A (ja) トリプルｕ字管式地中熱交換器
CN102287932A (zh) 一种太阳能集热器
KR101587495B1 (ko) 지열을 이용한 냉난방 시스템
KR20190011946A (ko) 지중 열교환기 스페이서 및 그 시공 방법
KR20090111782A (ko) 히트 파이프 형 지열 교환기
KR101189079B1 (ko) 지중열교환용 말뚝
KR20190059644A (ko) 지중 열교환기
US11022345B1 (en) Ground source heat pump heat exchanger
CN111287672A (zh) 一种利用废弃油井开采地热的换热保温套管
KR101044737B1 (ko) 지중열 교환기용 열교환 파이프
CN208595835U (zh) 一种r22无干扰换热器

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant