KR102118986B1 - Soil Heat Exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 지중 열교환기에 관한 것으로, 특히 지중의 보어홀 내부에 삽입되어 지하 열원을 이용하여 열교환 하는 지중 열교환기에 관한 것이다.The present invention relates to an underground heat exchanger, and more particularly, to an underground heat exchanger that is inserted into a bore hole in the underground and heats using an underground heat source.
일반적으로 가정 및 산업용 냉난방에 사용되고 있는 에너지원은 석유나 천연가스와 같은 화석 연료 또는 핵연료 등이 있는데, 이러한 에너지원 사용은 환경오염의 주원인을 발생시킬 뿐만 아니라 매장량의 한계가 있기 때문에 대체에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.In general, energy sources used for home and industrial heating and cooling include fossil fuels such as petroleum or natural gas, or nuclear fuels. The use of these energy sources not only creates a major cause of environmental pollution, but also limits the amount of reserves, thus developing alternative energy. It is actively progressing.
이와 같은, 냉난방을 위하여 사용되는 에너지원으로는 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료를 이용하거나, 또는 이들 화석연료나 원자력을 이용하여 생산된 에너지를 주로 사용하고 있다.As an energy source used for heating and cooling, fossil fuels such as coal, oil, and natural gas are used, or energy produced by using fossil fuels or nuclear power is mainly used.
그러나 화석연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 수질 및 환경을 오염시키는 단점이 있으므로, 근래에는 이를 대신할 수 있는 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.However, fossil fuels have a disadvantage of polluting the water quality and the environment due to various pollutants generated in the combustion process, and in recent years, alternative energy development has been actively conducted to replace them.
이러한 대체 에너지 중에서도 무한한 에너지원을 갖는 풍력, 태양열, 지열 등에 관한 연구와 이를 이용한 냉난방 장치가 사용되고 있는데, 이들 에너지원은 공기오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면 에너지 밀도가 비교적 낮은 단점이 있다.Among these alternative energy sources, research on wind power, solar heat, and geothermal energy, which has an infinite energy source, and air-conditioning and heating devices using the same are used. These energy sources have the advantage of obtaining energy with little effect on air pollution and climate change. On the other hand, there is a disadvantage that the energy density is relatively low.
특히, 풍력과 태양열을 이용하여 에너지를 얻기 위해서는 설치장소의 한계와 함께 넓은 면적이 확보되어야 하며, 이 장치들은 단위장치당 에너지 생산 용량이 작고 또한 설치 및 유지관리에 많은 비용이 소요된다.In particular, in order to obtain energy using wind power and solar heat, a large area must be secured along with the limitations of the installation location, and these devices have a small energy production capacity per unit device and a high cost for installation and maintenance.
대체에너지의 일원인 지열에너지는 지하 깊은 곳의 지열을 열원으로 이용하여 발전 등에 활용되기도 하고, 10~20℃의 지열을 이용하여 냉난방 시스템에 적용되기도 하는데, 지열을 이용하여 건물 등의 냉난방 기술에 적용하는 경우, 기존 냉난방 장치에 비하여 최대 40% 이상의 에너지를 절감할 수 있으며, 40~70%의 에너지 발생비용을 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다.Geothermal energy, which is a member of alternative energy, is used for power generation by using geothermal heat in the deep underground as a heat source, and is applied to heating and cooling systems using geothermal heat at 10~20℃. When applied, it is known that energy savings of up to 40% or more can be achieved, and energy generation costs of 40-70% can be reduced compared to conventional air conditioning and heating devices.
이러한 지열을 이용하여 건물 내의 냉난방을 목적으로 지하수와 같은 천연 열원을 이용하여 열교환이 이루어지는 지중 열교환기는 지하 내부에 적어도 하나 또는 복수개의 지중 열교환기를 배치하여 하절기에는 지중으로 열을 방출하고 동절기에는 지중으로부터 열을 흡수하는 장치로써, 연중 10~20℃로 거의 일정한 온도를 유지한 지중의 열원을 통해 냉난방 성능이 저하되지 않아 안정적인 운전이 가능하다.Underground heat exchangers, which exchange heat using natural heat sources such as groundwater for the purpose of cooling and heating in buildings using such geothermal heat, place at least one or more underground heat exchangers inside the basement to release heat to the ground in the summer and from the ground in the winter. As a device that absorbs heat, it is possible to operate stably because the cooling and heating performance does not deteriorate through the underground heat source, which maintains a constant temperature of 10~20℃ throughout the year.
통상적으로 사용되는 지중 열교환기는 지열을 이용한 냉난방 시스템에 결합되며, 지열을 회수하기 위한 열교환 파이프와, 열교환 파이프로부터 회수한 지열을 필요한 장소로 이동시켜 냉난방을 행하는 히트펌프로 구성된다.The underground heat exchanger that is commonly used is coupled to a cooling and heating system using geothermal heat, and is composed of a heat exchange pipe for recovering geothermal heat and a heat pump for heating and cooling air by moving the geothermal heat recovered from the heat exchange pipe to a required place.
이러한 지중 열교환기는 지표의 토양층에 약 150m 범위의 깊이로 다수의 보어홀을 굴착하고, 각 보어홀의 내부에 U자 형상의 지중 열교환기가 삽입되면서 지중 열원과 히트펌프로 공급될 냉매와 같은 열매체의 열교환이 이루어진다.The underground heat exchanger excavates a plurality of boreholes at a depth of about 150 m in the soil layer of the surface, and a U-shaped underground heat exchanger is inserted in each borehole, and heat exchange of the heat medium such as the underground heat source and the refrigerant to be supplied to the heat pump This is done.
그러나 상기와 같은 지중 열교환기는 열교환 파이프가 U자 형상으로 보어홀에 매설되어 열매체의 공급과 배출과정에서 열교환이 이루어지는데, 공급관과 배출관의 간격을 일정하게 유지하면서 보어홀에 매설하는데 어려움이 있고, 간격에 따라서 열교환 효율에 편차가 발생하는 문제점이 지적되고 있다.However, the underground heat exchanger as described above, the heat exchange pipe is buried in a bore hole in a U-shape to exchange heat in the supply and discharge process of the heating medium, and it is difficult to buried in the bore hole while maintaining a constant distance between the supply pipe and the discharge pipe, A problem has been pointed out that variations occur in heat exchange efficiency depending on the interval.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하나의 관으로 이루어진 파이프 내부에 인입관과 환수관을 배치하여 인입관과 환수관 사이의 간격을 일정하게 유지할 수 있고, 또한 열교환 효율을 일정하게 유지할 수 있는 지중 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, by arranging the inlet pipe and the return pipe inside the pipe made of one pipe can maintain a constant distance between the inlet pipe and the return pipe, and also the heat exchange efficiency constant The purpose is to provide a sustainable underground heat exchanger.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 히트펌프로부터 열교환이 완료된 열매체를 지중에 형성된 보어홀의 일 측에 공급하는 인입관; 상기 인입관의 외주면을 둘러 싸도록 배치되어 지중의 열원과 열매체를 열교환시켜 다시 상기 히트펌프로 배출하는 환수관; 상기 인입관과 환수관 사이에 개재되어 상기 인입관과 환수관 사이에서 유동하는 열매체끼리 열교환이 이루어지는 것을 방지하는 단열층 및 상기 환수관 외주면에 배치되어 보어홀 내부에서 지중 열원과 열교환 면적을 증대시키는 흡열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기를 제공한다.The present invention for achieving the above object is an inlet pipe for supplying heat exchanged heat medium from the heat pump to one side of the bore hole formed in the ground; A return pipe disposed to surround the outer circumferential surface of the inlet pipe to exchange heat with the heat source of the underground and heat medium to discharge the heat pump again; An heat insulating layer interposed between the inlet pipe and the return pipe to prevent heat exchange between heat pipes flowing between the inlet pipe and the return pipe, and an endothermic heat disposed in the outer circumferential surface of the return pipe to increase the underground heat source and heat exchange area inside the bore hole It provides an underground heat exchanger, characterized in that it comprises a.
상기 지중 열교환기는 상기 보어홀의 타 측에서 상기 인입관으로부터 환수관 방향으로 열매체의 방향을 전환하는 방향전환부를 더 포함할 수 있다.The underground heat exchanger may further include a direction changing unit for switching the direction of the heat medium from the inlet pipe to the return pipe from the other side of the bore hole.
상기 단열층은 상기 인입관과 환수관 사이에 설정 간격 이격되도록 형성될 수 있다.The heat insulating layer may be formed to be spaced a predetermined distance between the inlet pipe and the return pipe.
상기 인입관과 환수관은 각각 1:1.2 ~ 1:1.7의 범위로 단면적 또는 부피의 비율이 이루어질 수 있다.The inlet pipe and the return pipe may each have a ratio of a cross-sectional area or volume in a range of 1:1.2 to 1:1.7.
상기 환수관으로 배출되는 열매체는 상기 인입관으로 공급되는 열매체보다 유속이 느릴 수 있다.The heat medium discharged to the return pipe may have a slower flow rate than the heat medium supplied to the inlet tube.
상기 흡열부는 상기 환수관의 외주면으로부터 거리가 멀어지다가 가까워지는 곡면 또는 평면 패턴으로 형성될 수 있다.The heat absorbing portion may be formed in a curved or flat pattern that is close to the distance from the outer circumferential surface of the return pipe.
상기 흡열부는 상기 환수관의 외주면 상에서 원주방향을 따라서 접촉 및 비접촉을 교번으로 반복하는 패턴으로 형성될 수 있다.The heat absorbing portion may be formed in a pattern that alternately repeats contact and non-contact along the circumferential direction on the outer circumferential surface of the return pipe.
상기 흡열부는 보어홀 내부에 채워지는 그라우팅이 적어도 일부 상기 흡열부와 환수관 사이 공간으로 유입될 수 있도록 통공 패턴이 형성될 수 있다.The heat absorbing portion may be formed with a through pattern so that grouting filled in the bore hole may be introduced into a space between at least part of the heat absorbing portion and the return pipe.
또한 본 발명은 히트펌프로부터 열교환이 완료된 열매체를 지중에 형성된 보어홀의 일 측에 공급하는 인입관; 보어홀 내부에서 상기 인입관과 나란히 이격 배치되어 지중의 열원과 열매체를 열교환시켜 다시 상기 히트펌프로 배출하는 환수관; 상기 인입관과 환수관 사이 이격공간에 개재되어 상기 인입관과 환수관 사이에서 유동하는 열매체끼리 열교환이 이루어지는 것을 방지하는 단열층 및 상기 인입관과 환수관 외주면에 배치되어 보어홀 내부에서 지중 열원과 열교환 면적을 증대시키는 흡열부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기를 제공한다.In addition, the present invention is an inlet pipe for supplying heat exchanged heat medium from a heat pump to one side of a bore hole formed in the ground; A return pipe that is spaced apart from the inlet pipe in the borehole to exchange heat with the heat source in the ground and discharge it back to the heat pump; An insulating layer interposed in a space between the inlet pipe and the return pipe to prevent heat exchange between heat pipes flowing between the inlet pipe and the return pipe, and disposed on an outer circumferential surface of the inlet pipe and the return pipe to exchange heat with underground heat inside the bore hole It provides an underground heat exchanger comprising a; heat absorbing portion to increase the area.
상기 인입관과 환수관 및 단열층이 결합되면 일 단면이 원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나로 형성될 수 있다.When the inlet pipe and the return pipe and the heat insulating layer are combined, one cross-section may be formed of any one of circular, elliptical and polygonal shapes.
상기 환수관은 상기 인입관의 단면적 또는 부피와 적어도 같거나 클 수 있다.The return pipe may be at least equal to or larger than the cross-sectional area or volume of the inlet pipe.
상기 흡열부는 보어홀 내부에 채워지는 그라우팅이 적어도 일부 상기 흡열부와 환수관 사이 공간으로 유입될 수 있도록 통공 패턴이 형성될 수 있다.The heat absorbing portion may be formed with a through pattern so that grouting filled in the bore hole may be introduced into a space between at least part of the heat absorbing portion and the return pipe.
상기 인입관 및 환수관 또는 상기 인입관, 환수관 및 단열층은 하나의 관 내부에 일체로 형성될 수 있다.The inlet pipe and the return pipe or the inlet pipe, the return pipe and the heat insulating layer may be integrally formed inside one pipe.
상기 단열층은 상기 인입관과 환수관이 상기 보어홀에 삽입되는 상부 영역이 상기 인입관과 환수관이 서로 연결되는 하부 영역 보다 두께가 클 수 있다.The insulating layer may have a larger thickness than an upper region where the inlet pipe and the return pipe are inserted into the bore hole, and a lower region where the inlet pipe and the return pipe are connected to each other.
본 발명에 의한 지중 열교환기에 따르면,According to the underground heat exchanger according to the present invention,
첫째, 하나의 파이프 내부에 인입관과 환수관을 배치하여 보어훌 내부에 설치가 용이하고,First, it is easy to install inside the borehole by placing the inlet pipe and the return pipe inside one pipe,
둘째, 인입관과 환수관 사이에 단열층을 구비하여 열매체의 인입으로부터 환수되는 방향으로 지속적으로 열교환이 이루어질 수 있으며,Second, by providing an insulating layer between the inlet pipe and the return pipe, heat can be continuously exchanged in the direction of return from the intake of the heat medium,
셋째, 열매체가 인입방향보다 환수방향으로 속도가 느려지기 때문에 지중에서 열원과 열교환하는 시간을 증대시킬 수 있고,Third, since the heat medium is slower in the return direction than the inlet direction, it is possible to increase the heat exchange time with the heat source in the ground.
넷째, 흡열부에 통공 패턴이 형성되어 보어홀 내부에 그라우팅 주입 시, 통공 패턴 내부에 그라우팅이 일부 유입되면서 열교환 성능을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.Fourth, when a grouting pattern is formed in the heat absorbing part and the grouting is injected into the bore hole, the grouting is partially introduced into the through hole pattern to increase heat exchange performance.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지중 열교환기가 설치된 상태를 개략적으로 도시하는 참고도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 지중 열교환기의 외형 일부를 도시하는 측면도이다.
도 3은 도 2에 나타낸 지중 열교환기의 일 단면을 도시하는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 지중 열교환기를 도시하는 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 지중 열교환기의 양 측 단부 일부를 확대하여 도시하는 참고도이다.1 is a reference diagram schematically showing a state in which an underground heat exchanger according to an embodiment of the present invention is installed.
Figure 2 is a side view showing a part of the outer shape of the underground heat exchanger according to the first embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view showing a cross section of the underground heat exchanger shown in FIG. 2.
4 is a cross-sectional view showing an underground heat exchanger according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an enlarged reference diagram showing a part of both end portions of the underground heat exchanger shown in FIG. 4.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명하기로 한다. 첨부된 도면들에서 구성에 표기된 도면번호는 다른 도면에서도 동일한 구성을 표기할 때에 가능한 한 동일한 도면번호를 사용하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고 도면에 제시된 어떤 특징들은 설명의 용이함을 위해 확대 또는 축소 또는 단순화된 것이고, 도면 및 그 구성요소들이 반드시 적절한 비율로 도시되어 있지는 않다. 그러나 당업자라면 이러한 상세 사항들을 쉽게 이해할 것이다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, preferred embodiments of the present invention will be described so that those skilled in the art can easily carry out. It should be noted that, in the accompanying drawings, the same reference number is used when the same number is indicated in the other drawings. In addition, in the description of the present invention, when it is determined that detailed descriptions of related well-known functions or known configurations may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, detailed descriptions thereof will be omitted. In addition, certain features shown in the drawings are enlarged or reduced or simplified for ease of description, and the drawings and their components are not necessarily drawn to scale. However, those skilled in the art will readily understand these details.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지중 열교환기가 설치된 상태를 개략적으로 도시하는 참고도이다.1 is a reference diagram schematically showing a state in which an underground heat exchanger according to an embodiment of the present invention is installed.
도 1을 참조하면, 지중 열교환기(100)는 지열을 이용한 냉난방 시스템과 일 측이 연결되어 지중에 약 150~200m의 깊이로 형성된 보어홀(Bore Hole; h) 내부에 설치된다. 이때 지중 열교환기(100)는 지열을 이용한 냉난방 시스템의 성능에 따라서 복수의 보어홀을 굴착하고, 각 보어홀에 설치될 수도 있다.Referring to Figure 1, the
이러한 지중 열교환기(100)는 물이나 냉매 등의 열매체가 주입되어 지중에서 지열(지중 열원)과 열교환을 한 후에, 지열을 이용한 냉난방 시스템 즉 히트펌프(20)로 공급될 수 있다. 그리고 히트펌프(20)는 지중 열교환기(100)로부터 공급된 열매체와 다시 열교환을 하여 수요처(10)의 실내기를 통해 냉난방을 하거나, 보일러의 가동 또는 온수를 공급할 수 있다.The
여기서 수요처(10)는 일정한 면적의 공간에 사람이나 가축이 생활할 수 있는 집이나 축사 또는 회사나 관공서를 포함한다.Here, the
히트펌프(20)는 일반적으로 주지된 기술로써, 보다 구체적으로 냉매를 증발시키는 증발기와, 증발기로부터 증발된 냉매를 압축시켜 고온 고안의 냉매를 토출시키는 압축기와, 압축기에서 토출된 냉매가 유입되어 응축되는 응축기 및 팽창밸브로 구성된다.The
히트펌프(20)는 냉매의 발명 또는 응축열을 이용하여 저온의 열원을 고온으로 전달하거나, 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방장치(예컨대 보일러)가 될 수 있다.The
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 지중 열교환기의 외형 일부를 도시하는 측면도이고, 도 3은 도 2에 나타낸 지중 열교환기의 일 단면을 도시하는 단면도이다.FIG. 2 is a side view showing a part of the external shape of the underground heat exchanger according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view showing one cross section of the underground heat exchanger shown in FIG. 2.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 지중 열교환기(100)는 히트펌프(도 1 참조, 20)로부터 열매체를 공급받아 보어홀(h) 내부에서 지중방향(D1)으로 공급하는 인입관(110)과, 인입관(110)의 주변에 배치되어 인입관(110)에서 다시 히트펌프(20) 방향으로 열매체를 전달하는 환수관(120)과, 인입관(110)과 환수관(120) 사이에 배치되는 단열층(130) 및 환수관(120) 외주면에 배치되어 열교환 면적을 증대시키는 흡열부(140)를 포함한다.1 to 3, the
먼저, 인입관(110)은 환수관(120)의 내부 중심 영역에 위치한다. 따라서 환수관(120)이 인입관(110)의 주변을 등 간격으로 둘러 싸도록 배치된다. 따라서 인입관(110)을 통해 지중방향(D1)으로 공급되는 열매체는 열교환에 따른 온도 변화가 크지 않다. 물론 인입관(110)을 통해 지중방향(D1)으로 열매체가 공급되는 과정에서 열교환이 이루어질 수도 있다.First, the
인입관(110)의 외주면에는 환수관(120)과 직접 접촉하여 열전달이 이루어지는 것을 방지하는 단열층(130)이 배치된다. 단열층(130)은 내부에 공기가 채워지거나, 또는 열전달에 방해가 되는 단열재(미도시)가 충진될 수도 있다. 따라서 단열층(130)은 인입관(110)과 환수관(120) 사이에 설정된 간격이 이격되도록 마련된다.An
인입관(110) 및 환수관(120)의 상단부에는 히트펌프(20)로부터 열매체를 공급받거나, 지중 열교환기(100)로부터 열교환이 완료된 열매체를 다시 히트펌프(20)전달할 수 있도록 연결하는 커플링(미도시)이 구비될 수 있다. 커플링은 도면에 도시하지는 않았지만, 인입관(110)과 환수관(120)의 형상이나 위치에 대응하여 용이하게 결합시킬 수 있는 효과가 있다.Couplings for supplying heat medium from the
또한 인입관(110) 및 환수관(120)의 하단부에는 인입관(110)과 환수관(120)을 연결하는 방향전환부(도 5 참조, 300)가 구비된다. 방향전환부(300)는 인입관(110) 내부에서 지중방향(D1)으로 열매체를 공급하고 다시 환수관(120) 내부에서 히트펌프 방향(지중방향과 반대방향; D2))으로 열매체를 공급하도록 열매체의 공급방향을 전환할 수 있다.In addition, at the lower end of the
그리고 환수관(120)은 지중에서 히트펌프 방향(D2)으로 열매체를 공급하면서 지중 열원과 열교환이 이루어진다. 환수관(120) 내부에서 히트펌프 방향(D2)으로 공급되는 열매체의 공급속도는 인입관(110) 내부에서 지중방향(D1)으로 공급되는 열매체의 공급속도보다 느리게 공급되는 것이 바람직하다. 따라서 인입관(110)과 환수관(120)의 단면적 또는 부피의 비율은 약 1:1.2~1:1.7의 범위로 이루어질 수 있다. 가장 바람직하게는 인입관(110) 대비 환수관(120)의 단면적이 120~130% 범위로 이루어진다. 인입관(110) 보다 환수관(120)의 크기가 크기 때문에 인입관(110) 내부 보다는 환수관(120) 내부에서 공급되는 열매체의 유속이 느려지고, 이에 따라 환수관(120)에서 히트펌프 방향(D2)으로 공급되는 과정에서 열교환이 이루어지는 시간을 더 확보할 수 있고, 물론 열교환 효율이 증대될 수 있다.In addition, the
환수관(120)과 단열층(130) 사이에는 이들 사이 간격을 유지하는 지지부(123)를 구비한다. 지지부(123)는 도 2에 도시된 바와 같이 4개가 구비된 것을 일 예로 설명하지만, 2개 이상의 복수개로 이루어질 수 있다. 에컨대, 등간격으로 2개 또는 3개로 구성될 수 있고, 지지부(123)가 열매체의 이송 방향과 간섭되도록 틀어진 형상(예컨대 꽈배기 형상)으로 구성될 수 있다. 이렇게 지지부(123)가 틀어진 형상을 통해서 열매체의 이송 방향으로 난류를 일으켜 열교환 성능을 증대시킬 수 있다.Between the
환수관(120)의 외주면에는 보어홀(h) 내부에서 지중 열원과 열교환 면적을 증대시킬 수 있도록 흡열부(140)가 구비된다. 흡열부(140)는 골판지나 샌드위치 패널과 같이 접촉면적을 증대시키는 구조로 이루어진다. 예컨대, 흡열부(140)는 환수관(120)의 외주면에서 거리가 멀어지다가 다시 가까워지고 다시 멀어지는 곡면이나 평면 패턴으로 마련될 수 있다. 또한 흡열부(140)는 환수관(120)의 외주면에서 원주방향을 따라서 접촉과 비접촉을 교번으로 반복하는 패턴으로 이루어질 수도 있다.On the outer circumferential surface of the
또한 흡열부(140)는 환수관(120) 외주면에서 흡열부(140) 외부를 연통하도록 통공 패턴(p)이 선택적으로 형성될 수 있다. 통공 패턴(p)은 다양한 크기와 형상으로 이루어질 수 있으며, 주요 기능은 보어홀(h) 내부에서 흡열부(140) 외부에 그라우팅 타설 시, 그라우팅이 일부 통공 패턴(p)을 통해 흡열부(140) 내부로 유입되도록 할 수 있다. 이렇게 흡열부(140)에 통공 패턴(p)이 형성되면, 환수관(120) 외주면에 그라우팅이 접촉하면서 열교환 성능이 증대될 수 있고, 또한 흡열부(140)가 그라우팅 내부에 일부 배치되면서 열교환 면적을 증대시켜 열교환 효율을 증대시킬 수 있는 효과가 있다. 이는 보통의 방열핀이 구비된 종래의 지중 열교환기에 비하여 전열면적이 증대될 수 있는 것이다. 그리고 종래의 방열핀 구조에 비하여 장기적으로 보어홀의 자립을 유지시킬 수 있는 효과도 기대할 수 있다.In addition, a through-hole pattern p may be selectively formed in the
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 지중 열교환기를 도시하는 단면도이고, 도 5는 도 4에 나타낸 지중 열교환기의 양 측 단부 일부를 확대하여 도시하는 참고도이다.4 is a cross-sectional view showing an underground heat exchanger according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a reference diagram showing an enlarged portion of both ends of the underground heat exchanger shown in FIG. 4.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 지중 열교환기(도 1의 지중 열교환기(100)와 동일 위치를 가짐, 200)는 인입관(210)과 환수관(220)이 하나의 파이프 구조를 이루면서 서로 나란히 대향하도록 배치된다.4, the underground heat exchanger according to the second embodiment of the present invention (having the same position as the
이때 인입관(210)과 환수관(220) 사이에는 단열층(230)이 구비되고, 인입관(210)과 환수관(220)의 외주면에 흡열부(240)가 구비된다.At this time, an insulating
인입관(210)과 환수관(220)은 대략 반원 형상의 관 형상으로 이루어지고, 인입관(210)과 환수관(220) 사이에 단열층(230)이 배치되면서 인입관(210)과 환수관(220) 및 단열층(230)이 하나의 원형 파이프 형상으로 구성된다.The
단열층(230)은 히트펌프(도 1 참조, 20)와 연결되는 일 단부(상부영역; 230a))에서 두께가 가장 크고, 반대로 히트펌프와 가장 먼 타 단부(하부영역; 230b)에서 두께가 가장 작게 형성될 수 있다. 이는 인입관(210)의 일 단부와 환수관(220)의 일 단부 내부의 열매체가 가지는 열 에너지의 차이가 크기 때문에 단열층(230)의 두께가 두껍고, 또한 인입관(210)의 타 단부와 환수관(220)의 타 단부는 지중에서 이미 열교환이 이루어지고 다시 히트펌프로 공급되는 과정이기 때문에 이 부분에서 열매체가 가지는 열 에너지의 차이가 작아서 단열의 기능이 최소가 되므로 단열층(230)의 두께가 최소화될 수 있다. 따라서 단열층(230)의 불필요한 재료비를 줄일 수 있고, 지중 열교환기(200)에서 단열층(230)이 차지하는 부피를 줄일 수 있어 열교환 성능을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.The insulating
그리고 흡열부(240)는 전기한 실시예에서 설명한 구조와 동일하므로 중복 설명은 생략한다.In addition, since the
도 5에서 방향전환부(300)는 지중 열교환기(200)의 단부에 탈착 가능하도록 결합될 수 있다. 방향전환부(300)는 인입관(210)을 통해 공급된 열매체가 환수관(220) 방향으로 원활하게 방향전환할 수 있도록 유도하는 기능을 제공한다. 또한 방향전환부(300)는 지중에 지중 열교환기(200)가 삽입되는 과정에서 보다 용이하게 삽입되도록 지중방향으로 라운드 형상을 가질 수 있다. 방향전환부(300)는 지중 열교환기(200)의 외주면과 동일한 지름을 갖거나 더 큰 지름을 갖도록 형성될 수 있다.In FIG. 5, the
방향전환부(300)의 외주면에는 지중에 삽입되는 방향을 안내하는 가이드부(310)가 등간격으로 복수개 형성될 수 있다. 가이드부(310)는 방향전환부(300)의 외주면으로부터 더 돌출된다. 따라서 방향전환부(300)의 강성을 더 보강할 수 있고, 또한 방향전환부(300) 전열면적을 증대시켜 방향전환부(300) 내부를 유동하는 열매체의 열교환 성능을 증대시킬 수 있다.On the outer circumferential surface of the
방향전환부(300)의 단부에는 방향전환부(300)를 취급하기 용이하도록 통공(320)이 형성될 수 있다.A through
지중 열교환기(200)는 단위 길이별로 탈착 가능하도록 분리되어 결합식으로 길이가 늘어날 수 있다. 즉, 지중 열교환기(200)의 최종 단부에는 방향전환부(300)가 결합되고, 지중에 삽입되는 길이에 따라서 복수개의 지중 열교환기(200)가 결합식으로 결합되면서 그 길이를 조절할 수 있다. 물론 복수개의 지중 열교환기(200)가 결합식으로 길이가 조절되는 경우, 단열층(230)도 결합식으로 길이를 조절할 수 있다.The
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시 예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시 예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.In the above, although illustrated and described as a specific embodiment to illustrate the technical spirit of the present invention, the present invention is not limited to the same configuration and operation as the specific embodiment as described above, and various modifications are within the scope of the present invention. Can be carried out within. Therefore, such modifications should also be regarded as belonging to the scope of the present invention, and the scope of the present invention should be determined by the claims below.
100, 200 : 지중 열교환기
110, 210 : 인입관
120, 220 : 환수관
130, 230 : 단열층
140, 240 : 흡열부
h : 보어홀100, 200: underground heat exchanger
110, 210: incoming pipe
120, 220: water pipe
130, 230: insulating layer
140, 240: endothermic
h: Borehole
Claims (14)
상기 인입관의 외부를 둘러 싸도록 배치되어 외주면 전면이 지중의 열원과 접촉하여 열매체를 열교환시켜 다시 상기 히트펌프로 배출하는 환수관;
상기 인입관과 환수관 사이에 개재되어 상기 인입관과 환수관 사이에서 유동하는 열매체끼리 열교환이 이루어지는 것을 방지하는 단열층 및
상기 환수관 외주면에 배치되어 보어홀 내부에서 지중 열원과 열교환 면적을 증대시키는 흡열부;를 포함하고,
상기 인입관과 환수관은 각각 1:1.2 ~ 1:1.7의 범위로 단면적 또는 부피의 비율이 이루어지며,
상기 환수관에서 배출되면서 지중의 열원과 열교환이 이루어지는 열매체의 속도는 상기 인입관으로 공급되는 열매체의 속도 보다 느리고,
상기 흡열부는 상기 환수관의 외주연을 따라서 곡면 패턴으로 둘러싸면서 접촉과 비접촉을 교번으로 반복하도록 배치되고, 보어홀 내부에 채워지는 그라우팅이 상기 곡면 패턴의 내부 공간으로 유입되도록 통공 패턴이 형성되는 지중 열교환기.An inlet pipe supplying a heat medium having completed heat exchange from a heat pump to one side of a bore hole formed in the ground;
A return pipe disposed to surround the outside of the inlet pipe, the front surface of the outer circumference contacting a heat source in the ground to heat-exchange the heat medium, and then discharged again to the heat pump;
An insulating layer interposed between the inlet pipe and the return pipe to prevent heat exchange between heat mediums flowing between the inlet pipe and the return pipe, and
It is disposed on the outer circumferential surface of the water return pipe and an endothermic portion for increasing the heat exchange area with the underground heat source inside the bore hole.
The inlet pipe and the return pipe each have a ratio of a cross-sectional area or volume in a range of 1:1.2 to 1:1.7,
The speed of the heat medium that is exchanged with the underground heat source while being discharged from the return pipe is slower than the speed of the heat medium supplied to the inlet tube,
The heat absorbing part is arranged to alternately contact and non-contact while alternately encircling the curved pattern along the outer periphery of the return pipe, and forming a through hole pattern so that grouting filled in the bore hole flows into the inner space of the curved pattern. heat exchanger.
상기 보어홀의 타 측에서 상기 인입관으로부터 환수관 방향으로 열매체의 방향을 전환하는 방향전환부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기.The method according to claim 1,
In the other side of the bore hole, the underground heat exchanger further comprising a direction switching unit for switching the direction of the heat medium from the inlet pipe to the return pipe.
상기 단열층은,
상기 인입관과 환수관 사이에 설정 간격 이격되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기.The method according to claim 2,
The insulating layer,
Underground heat exchanger, characterized in that formed so as to be spaced a predetermined distance between the inlet pipe and the return pipe.
보어홀 내부에서 상기 인입관과 나란히 이격 배치되어 지중의 열원과 열매체를 열교환시켜 다시 상기 히트펌프로 배출하는 환수관;
상기 인입관과 환수관 사이 이격공간에 개재되어 상기 인입관과 환수관 사이에서 유동하는 열매체끼리 열교환이 이루어지는 것을 방지하는 단열층 및
상기 인입관과 환수관 외주면에 배치되어 보어홀 내부에서 지중 열원과 열교환 면적을 증대시키는 흡열부;를 포함하고,
상기 환수관은 상기 인입관의 단면적 또는 부피 보다 크게 형성되며,
상기 흡열부는 상기 환수관의 외주연을 따라서 곡면 패턴으로 둘러싸면서 접촉과 비접촉을 교번으로 반복하도록 배치되고, 보어홀 내부에 채워지는 그라우팅이 상기 곡면 패턴의 내부 공간으로 유입되도록 통공 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기.An inlet pipe supplying a heat medium having completed heat exchange from a heat pump to one side of a bore hole formed in the ground;
A return pipe that is spaced apart from the inlet pipe in the borehole to exchange heat with the heat source in the ground and discharge it back to the heat pump;
An insulating layer interposed in a space between the inlet pipe and the return pipe to prevent heat exchange between heat mediums flowing between the inlet pipe and the return pipe, and
Includes a heat absorbing portion disposed on the outer circumferential surface of the inlet pipe and the return pipe to increase the heat exchange area with the underground heat source inside the bore hole.
The return pipe is formed larger than the cross-sectional area or volume of the inlet pipe,
The heat absorbing part is arranged to alternately contact and non-contact alternately while surrounding the curved pattern along the outer periphery of the return pipe, and forming a through pattern so that grouting filled in the bore hole flows into the inner space of the curved pattern. Underground heat exchanger characterized by.
상기 인입관과 환수관 및 단열층이 결합되면 일 단면이 원형, 타원형 및 다각형 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기.The method according to claim 9,
When the inlet pipe and the return pipe and the heat insulating layer are combined, an underground heat exchanger, characterized in that one cross section is formed of any one of circular, elliptical and polygonal shapes.
상기 인입관 및 환수관 또는 상기 인입관, 환수관 및 단열층은 하나의 관 내부에 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기.The method according to claim 9,
An underground heat exchanger, wherein the inlet pipe and the return pipe or the inlet pipe, the return pipe and the heat insulating layer are integrally formed inside one pipe.
상기 단열층은,
상기 인입관과 환수관이 상기 보어홀에 삽입되는 상부 영역이 상기 인입관과 환수관이 서로 연결되는 하부 영역 보다 두께가 큰 것을 특징으로 하는 지중 열교환기.The method according to claim 9,
The insulating layer,
An underground heat exchanger characterized in that the upper region where the inlet pipe and the return pipe are inserted into the bore hole has a greater thickness than the lower region where the inlet pipe and the return pipe are connected to each other.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020190085077A KR102118986B1 (en) | 2019-07-15 | 2019-07-15 | Soil Heat Exchanger |
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Citations (3)
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---|---|---|---|---|
JP2001280711A (en) * | 2000-03-30 | 2001-10-10 | Kobe Steel Ltd | Pipe material for absorbing geothermic heat |
KR100991002B1 (en) * | 2010-03-22 | 2010-10-29 | 주식회사 신성냉동공조 | A heatexchanger for the underground |
KR101636741B1 (en) * | 2015-06-30 | 2016-07-06 | 한국생산기술연구원 | Insulation pipe for geothermal borehole |
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- 2019-07-15 KR KR1020190085077A patent/KR102118986B1/en active IP Right Grant
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