KR102221127B1 - 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템 - Google Patents
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Abstract
개시되는 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템이 지열 교환공, 밀폐 탱크, 여과 필터 부재, 냉난방용 열교환 부재, 환수 헤더 부재, 밸런싱 탱크 부재, 집수 탱크, 함양관 부재 및 블리딩관 부재를 포함함에 따라, 지열 교환공 부근의 지하수가 고갈되거나 부족해지는 등의 상기 지열 교환공 부근의 지하수 공급이 원활하지 않는 경우에도 상기 지열 교환공으로 함양이 이루어질 수 있어서, 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템이 원활하게 작동될 수 있고, 상기 환수 헤더 부재에서의 환수 유량 조절, 상기 밸런싱 탱크 부재와 상기 냉난방용 열교환 부재 사이에서의 지열 교환수의 순환 등을 통해 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템의 작동 효율이 향상될 수 있고, 상기 지열 교환수에 함유된 슬러지 등 이물질이 상기 밀폐 탱크 및 상기 여과 필터 부재에 의해 제거될 수 있게 되어, 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템의 지속적이고 안정적인 운전이 가능해지는 장점이 있다.
Description
본 발명은 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템에 관한 것이다.
지열 냉난방 시스템은 지중과의 열교환을 통해 수득된 지열을 이용하여 건물 등의 수요처에 대한 냉난방을 수행할 수 있는 것으로, 이러한 지열 냉난방 시스템의 예로 제시될 수 있는 것이 아래 제시된 특허문헌의 그 것들이다.
이러한 지열 냉난방 시스템은 지중 열교환기를 설치하여 지중과 열교환시키는 지열 교환공을 통해 지중의 지열을 수요처로 공급하거나, 수요처의 열기를 지중으로 버리는 방식으로, 수요처에 대해 냉난방을 공급할 수 있다.
그러나, 종래의 지열 냉난방 시스템에 의하면, 지열 교환공 부근의 지하수가 고갈되거나 부족해지는 등의 지열 교환공 부근의 지하수 공급이 원활하지 않는 경우, 지열 냉난방 시스템이 제대로 작동되지 못하는 단점이 있었다.
또한, 종래의 지열 냉난방 시스템에 의하면, 지열 교환공을 경유하면서 지중과 열교환된 후 히트 펌프 쪽으로 유동되는 지열 교환수에 함유된 슬러지 등 이물질이 제대로 제거되지 못하여, 그러한 슬러지 등 이물질이 지열 냉난방 시스템의 각 구성 요소에 축적되면서, 지열 냉난방 시스템의 작동 효율이 떨어지는 문제가 있었다.
특히, 지하수의 블리딩과 함양을 이용한 공법의 경우, 그 시공비용이 낮으면서도 시스템효율이 높은 장점이 있으나, 지중 암반의 특성 또는 슬러지의 지속적인 영향으로 대수층이 막히거나 대수층이 발달하지 못한 곳의 지열 교환공은 환수되는 지하수가 넘쳐 방류되는 등 지하수 부족의 악순환이 발생되고, 장기간 동안의 시스템의 원활한 운영에 어려움이 있었다.
본 발명은 지열 교환공 부근의 지하수가 고갈되거나 부족해지는 등의 지열 교환공 부근의 지하수 공급이 원활하지 않는 경우에도 원활하게 작동될 수 있는 구조를 가진 시스템을 제공하는 것과 아울러, 최적화된 블리딩과 함양 수량의 조절이 가능하도록 함으로써 시공비를 낮추면서도 시스템 효율을 향상시킬 수 있는 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템을 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 시스템의 내구성을 높이기 위해 지열 교환수에 함유된 슬러지 등 이물질이 제거될 수 있는 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템은 지중과 열교환을 위한 지열 교환공; 상기 지열 교환공을 경유하면서 지중과 열교환된 지열 교환수가 인입되고, 상기 지열 교환공을 경유한 상기 지열 교환수 중의 이물질이 걸러질 수 있는 격막을 포함하는 밀폐 탱크; 상기 밀폐 탱크를 경유하면서 상기 격막에 의해 이물질이 걸러진 상기 지열 교환수가 경유되면서 이물질이 걸러질 수 있는 여과 필터 부재; 상기 여과 필터 부재를 경유한 상기 지열 교환수와 수요처로 향할 냉난방용 냉매가 열교환되는 냉난방용 열교환 부재; 상기 냉난방용 열교환 부재를 경유한 상기 지열 교환수를 상기 지열 교환공으로 환수시킬 수 있는 환수 헤더 부재; 상기 냉난방용 열교환 부재를 경유하여 상기 환수 헤더 부재로 향하는 상기 지열 교환수 중의 일부가 분지되어 수용될 수 있는 밸런싱 탱크 부재; 상기 밸런싱 탱크 부재에 수용된 상기 지열 교환수 중의 적어도 일부를 전달받아 수용할 수 있는 집수 탱크; 상기 집수 탱크에 수용된 상기 지열 교환수를 상기 지열 교환공으로 함양시킬 수 있는 함양관 부재; 및 상기 지열 교환공의 내부 수위가 미리 설정된 수위 이상이 되는 경우, 상기 지열 교환공의 상기 미리 설정된 수위 이상의 상기 지열 교환수가 상기 밸런싱 탱크 부재에 수용될 수 있도록, 상기 지열 교환공의 상기 미리 설정된 수위 이상의 상기 지열 교환수 중 적어도 일부를 상기 집수 탱크로 유동시키는 블리딩관 부재;를 포함하고,
상기 함양관 부재는 상기 집수 탱크의 상부에서 연장되는 함양관측 탱크 연결관과, 상기 함양관측 탱크 연결관과 상기 지열 교환공을 연결시키는 함양관측 교환공 연결관을 포함하고,
상기 함양관측 탱크 연결관과 상기 함양관측 교환공 연결관은 상기 지열 교환공 쪽으로 갈수록 점진적으로 그 높이가 상대적으로 낮아지도록 형성되고,
상기 블리딩관 부재는 상기 지열 교환공에서 연장되되 상기 함양관측 교환공 연결관에 비해 상대적으로 낮은 위치에서 상기 지열 교환공에 연결되는 블리딩관측 교환공 연결관과, 상기 블리딩관측 교환공 연결관과 상기 집수 탱크를 연결시키되 상기 함양관측 탱크 연결관에 비해 상대적으로 낮은 위치에서 상기 집수 탱크에 연결되는 블리딩관측 탱크 연결관을 포함하고,
상기 블리딩관측 교환공 연결관과 상기 블리딩관측 탱크 연결관은 상기 집수 탱크 쪽으로 갈수록 그 높이가 상대적으로 낮아지도록 형성됨으로써, 상기 블리딩관 부재를 통해 상기 제 1 지열 교환공과 상기 제 2 지열 교환공으로부터 상기 집수 탱크로의 상기 지열 교환수의 블리딩이 이루어질 수 있으면서도, 상기 블리딩관 부재를 통한 상기 집수 탱크로부터 상기 제 1 지열 교환공과 상기 제 2 지열 교환공으로의 상기 지열 교환수의 역류가 방지될 수 있게 되고, 그에 따라 상기 지열 교환공의 내부 수위가 미리 설정된 수위 이상이 되는 경우, 상기 지열 교환공의 상기 미리 설정된 수위 이상의 상기 지열 교환수가 상기 블리딩관 부재를 통해 상기 집수 탱크로 유동될 수 있어서, 상기 집수 탱크로 유동된 상기 지열 교환수가 상기 밸런싱 탱크 부재에 수용될 수 있게 되는 것을 특징으로 한다.
상기 함양관 부재는 상기 집수 탱크의 상부에서 연장되는 함양관측 탱크 연결관과, 상기 함양관측 탱크 연결관과 상기 지열 교환공을 연결시키는 함양관측 교환공 연결관을 포함하고,
상기 함양관측 탱크 연결관과 상기 함양관측 교환공 연결관은 상기 지열 교환공 쪽으로 갈수록 점진적으로 그 높이가 상대적으로 낮아지도록 형성되고,
상기 블리딩관 부재는 상기 지열 교환공에서 연장되되 상기 함양관측 교환공 연결관에 비해 상대적으로 낮은 위치에서 상기 지열 교환공에 연결되는 블리딩관측 교환공 연결관과, 상기 블리딩관측 교환공 연결관과 상기 집수 탱크를 연결시키되 상기 함양관측 탱크 연결관에 비해 상대적으로 낮은 위치에서 상기 집수 탱크에 연결되는 블리딩관측 탱크 연결관을 포함하고,
상기 블리딩관측 교환공 연결관과 상기 블리딩관측 탱크 연결관은 상기 집수 탱크 쪽으로 갈수록 그 높이가 상대적으로 낮아지도록 형성됨으로써, 상기 블리딩관 부재를 통해 상기 제 1 지열 교환공과 상기 제 2 지열 교환공으로부터 상기 집수 탱크로의 상기 지열 교환수의 블리딩이 이루어질 수 있으면서도, 상기 블리딩관 부재를 통한 상기 집수 탱크로부터 상기 제 1 지열 교환공과 상기 제 2 지열 교환공으로의 상기 지열 교환수의 역류가 방지될 수 있게 되고, 그에 따라 상기 지열 교환공의 내부 수위가 미리 설정된 수위 이상이 되는 경우, 상기 지열 교환공의 상기 미리 설정된 수위 이상의 상기 지열 교환수가 상기 블리딩관 부재를 통해 상기 집수 탱크로 유동될 수 있어서, 상기 집수 탱크로 유동된 상기 지열 교환수가 상기 밸런싱 탱크 부재에 수용될 수 있게 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템에 의하면, 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템이 지열 교환공, 밀폐 탱크, 여과 필터 부재, 냉난방용 열교환 부재, 환수 헤더 부재, 밸런싱 탱크 부재, 집수 탱크, 함양관 부재 및 블리딩관 부재를 포함함에 따라, 지열 교환공 부근의 지하수 고갈에 따른 지하수 부족 또는 단일 시스템내 일부 지열 교환공의 대수층 막힘에 따른 지하수 넘침 등의 상기 지열 교환공 부근의 지하수 공급과 순환이 원활하지 않은 경우에도, 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템의 효율 향상을 위한 블리딩과 함양이 이루어질 수 있어서, 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템이 원활하게 작동될 수 있고, 상기 환수 헤더 부재에서의 환수 유량 조절, 상기 밸런싱 탱크 부재와 상기 냉난방용 열교환 부재 사이에서의 지열 교환수의 순환 등을 통해 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템의 작동 효율이 향상될 수 있고, 상기 지열 교환수에 함유된 슬러지 등 이물질이 상기 밀폐 탱크 및 상기 여과 필터 부재에 의해 제거될 수 있게 되어, 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템의 지속적이고 안정적인 운전이 가능해지는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템을 보이는 도면.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템에 대하여 설명한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템을 보이는 도면이다.
도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템(100)은 지열 교환공(110, 115)과, 밀폐 탱크(120)와, 여과 필터 부재(125)와, 냉난방용 열교환 부재(130)와, 환수 헤더 부재(132)와, 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)와, 집수 탱크(135)와, 함양관 부재(165)와, 블리딩관 부재(160)를 포함한다.
상기 지열 교환공(110, 115)은 지중 열교환기가 그 내부에 설치되어, 지중과 열교환을 위한 것이다.
상기 지열 교환공(110, 115)은 복수 개 설치될 수 있는데, 본 실시예에서는, 예시적으로, 상기 지열 교환공(110, 115)이 두 개로 설치되는 것으로 하여, 상기 지열 교환공(110, 115)은 제 1 지열 교환공(110)과, 제 2 지열 교환공(115)으로 구성되는 것으로 하여 설명한다.
물론, 상기 지열 교환공(110, 115)이 세 개 이상으로 설치될 수도 있으며, 이러한 경우는 상기 제 1 지열 교환공(110) 및 상기 제 2 지열 교환공(115)에 대한 설명을 그대로 확장하여 적용하면 되는 것이므로, 그에 대한 설명 및 도시는 생략한다.
상기 밀폐 탱크(120)는 상기 지열 교환공(110, 115)을 경유하면서 지중과 열교환된 지열 교환수가 인입되고, 상기 지열 교환공(110, 115)을 경유한 상기 지열 교환수 중의 이물질이 걸러질 수 있는 격막(121)을 포함하는 것이다.
상기 밀폐 탱크(120)는 외부에 대해 밀폐된 탱크 형태로 형성되어, 상기 지열 교환수를 이송하기 위한 별도의 순환 펌프가 필요없도록 하고, 상기 격막(121)이 상기 밀폐 탱크(120)의 내부를 수평으로 가로질러 배치됨으로써 상기 밀폐 탱크(120) 내부가 구획되고, 상기 격막(121)은 메쉬(mesh) 형태로 형성되어 상기 지열 교환수 중의 이물질은 걸러주고, 상기 밀폐 탱크(120) 내의 와류가 상부까지 전달되는 것을 방지하여, 상기 지열 교환수 자체는 통과시켜줄 수 있는 것이다.
도면 번호 122는 상기 밀폐 탱크(120)의 내부에서 상기 격막(121)에 의해 걸러져서 상기 밀폐 탱크(120)의 바닥에 쌓인 상기 지열 교환수 중의 이물질을 외부로 배출하기 위하여, 상기 밀폐 탱크(120)의 바닥에 연결된 이물질 배출관이고, 도면 번호 123은 상기 이물질 배출관(122)을 개폐시킬 수 있는 이물질 배출관 개폐 밸브이다.
상기 지열 교환공(110, 115)과 상기 밀폐 탱크(120)는 지열 밀폐 연결관(170, 171, 172)에 의해 연결되는데, 상기 지열 밀폐 연결관(170, 171, 172)은 상기 밀폐 탱크(120) 중 상기 격막(121)의 아랫 부분에 연결됨으로써, 상기 지열 교환공(110, 115)으로부터 상기 밀폐 탱크(120)로 유입되는 상기 지열 교환수가 상기 격막(121)을 반드시 지나가도록 한다.
상세히, 상기 지열 밀폐 연결관(170, 171, 172)은 상기 제 1 지열 교환공(110)으로부터 연장되어 상기 제 1 지열 교환공(110)을 경유하면서 지중과 열교환된 상기 지열 교환수가 유동되는 제 1 지열 연장관(170)과, 상기 제 2 지열 교환공(115)으로부터 연장되어 상기 제 2 지열 교환공(115)을 경유하면서 지중과 열교환된 상기 지열 교환수가 유동되는 제 2 지열 연장관(171)과, 상기 제 1 지열 연장관(170) 및 상기 제 2 지열 연장관(171)이 합지되어 상기 밀폐 탱크(120)의 상기 격막(121)의 하측 부분에 연결되는 지열 밀폐 합지관(172)을 포함한다.
상기 제 1 지열 연장관(170) 및 상기 제 2 지열 연장관(171)을 통해 유동된 상기 지열 교환수가 상기 지열 밀폐 합지관(172)을 통해 합지된 상태로 상기 밀폐 탱크(120)로 유입된다.
도면 번호 111은 상기 제 1 지열 연장관(170)에 설치되어, 상기 제 1 지열 교환공(110) 내부의 상기 지열 교환수를 상기 제 1 지열 연장관(170)으로 유동시키는 제 1 지열 펌프이고, 도면 번호 116은 상기 제 2 지열 연장관(171)에 설치되어, 상기 제 2 지열 교환공(115) 내부의 상기 지열 교환수를 상기 제 2 지열 연장관(171)으로 유동시키는 제 2 지열 펌프이다.
상기 여과 필터 부재(125)는 상기 밀폐 탱크(120)를 경유하면서 상기 격막(121)에 의해 이물질이 걸러진 상기 지열 교환수가 경유되면서 2차적으로 이물질이 걸러질 수 있는 것이다.
상세히, 상기 여과 필터 부재(125)는 각각 상기 지열 교환수 중의 이물질을 걸러낼 수 있는 부직포 등의 필터링 물질로 이루어지고, 서로 병렬적으로 연결되는 제 1 여과 필터(126), 제 2 여과 필터(127) 및 제 3 여과 필터(128)를 포함한다.
상기 제 1 여과 필터(126), 상기 제 2 여과 필터(127) 및 상기 제 3 여과 필터(128)는 상기 여과 필터 부재(125)의 전단에 배치된 상기 밀폐 탱크(120)와는 물론, 상기 여과 필터 부재(125)의 후단에 배치된 상기 냉난방용 열교환 부재(130)에 대해서도 각각 서로 병렬로 연결되고, 상기 여과 필터 부재(125)에는 상기 제 1 여과 필터(126), 상기 제 2 여과 필터(127) 및 상기 제 3 여과 필터(128)를 각각 온오프시킬 수 있는 제어 밸브(미도시)가 설치되어, 작업자의 외력, 자동 제어반 등에 의해 상기 제 1 여과 필터(126), 상기 제 2 여과 필터(127) 및 상기 제 3 여과 필터(128)가 개별적으로 온오프될 수 있고, 상기 여과 필터 부재(125)에는 상기 제 1 여과 필터(126), 상기 제 2 여과 필터(127) 및 상기 제 3 여과 필터(128) 각각에 걸리는 압력을 감지할 수 있는 압력 센서(미도시)가 설치되어, 상기 제 1 여과 필터(126), 상기 제 2 여과 필터(127) 및 상기 제 3 여과 필터(128) 각각에 걸리는 압력이 감지될 수 있다.
상기와 같이 구성되면, 상기 제 1 여과 필터(126), 상기 제 2 여과 필터(127) 및 상기 제 3 여과 필터(128)가 선택적 및 교대로 작동될 수 있다.
예시적으로, 상기 제 1 여과 필터(126)와 상기 제 3 여과 필터(128)는 작동 및 상기 제 2 여과 필터(127)는 미작동되도록 상기 제어 밸브가 조절되면, 상기 밀폐 탱크(120)로부터 유입되는 상기 지열 교환수가 상기 제 1 여과 필터(126)와 상기 제 3 여과 필터(128)에 분배되어 상기 제 1 여과 필터(126)와 상기 제 3 여과 필터(128)를 경유하게 되고, 그러한 유동 중에 상기 지열 교환수 중의 이물질이 상기 제 1 여과 필터(126)와 상기 제 3 여과 필터(128)에 의해 걸러진다.
상기와 같은 작동 중에, 상기 제 1 여과 필터(126)에 걸리는 압력이 미리 설정된 압력 이상인 것으로 상기 압력 센서에 의해 감지되면, 상기 제어 밸브의 작동에 의해 상기 제 1 여과 필터(126)는 미작동되도록 조절되고, 대신 상기 제 2 여과 필터(127)가 작동되도록 조절된다. 그러면, 상기 밀폐 탱크(120)로부터 유입되는 상기 지열 교환수가 상기 제 2 여과 필터(127)와 상기 제 3 여과 필터(128) 쪽으로 분배되어 유동되면서, 상기 지열 교환수 중의 이물질이 상기 제 2 여과 필터(127)와 상기 제 3 여과 필터(128)에 의해 걸러지게 된다.
이 때, 미작동 상태로 전환된 상기 제 1 여과 필터(126)는 작업자에 의해 교체 또는 청소되어, 다시 작동 가능한 상태로 정비될 수 있다.
상기와 같이 작동됨으로써, 상기 제 1 여과 필터(126), 상기 제 2 여과 필터(127) 및 상기 제 3 여과 필터(128)가 선택적 및 교대로 작동될 수 있고, 그에 따라 상기 여과 필터 부재(125)는 중지없이 지속적으로 상기 지열 교환수 중의 이물질을 걸러낼 수 있게 된다.
상기 밀폐 탱크(120)와 상기 여과 필터 부재(125)는 밀폐 여과 연결관(175)에 의해 연결되고, 상기 밀폐 여과 연결관(175)은 상기 밀폐 탱크(120)의 상기 격막(121)의 상측 부분에 연결되어, 상기 격막(121)을 경유한 상기 지열 교환수가 상기 밀폐 여과 연결관(175)을 통해 상기 여과 필터 부재(125)로 유동되고, 상기 밀폐 여과 연결관(175)의 말단은 복수 개로 병렬적으로 분지되어 상기 제 1 여과 필터(126), 상기 제 2 여과 필터(127) 및 상기 제 3 여과 필터(128)에 각각 연결된다.
도면 번호 106은 상기 밀폐 여과 연결관(175)에서의 유동이 상기 밀폐 탱크(120)로부터 상기 여과 필터 부재(125) 쪽으로만 이루어지도록 하는 밀폐 여과 체크 밸브이다.
상기 냉난방용 열교환 부재(130)는 상기 여과 필터 부재(125)를 경유한 상기 지열 교환수와 수요처(157)로 향할 냉난방용 냉매가 열교환되는 것으로, 일반적인 핀 튜브 열교환기 등이 그 예로 제시될 수 있다.
상기 여과 필터 부재(125)와 상기 냉난방용 열교환 부재(130)는 여과 냉난방 연결관(176)에 의해 연결되어, 상기 여과 필터 부재(125)를 경유한 상기 지열 교환수는 상기 여과 냉난방 연결관(176)을 통해 상기 냉난방용 열교환 부재(130)로 공급되고, 상기 냉난방용 열교환 부재(130)를 경유하면서 열교환된 상기 지열 교환수는 상기 냉난방용 열교환 부재(130)로부터 상기 환수 헤더 부재(132) 쪽으로 향하는 환수 헤더향 연장관(177)을 통해 유동된다.
상기 냉난방용 열교환 부재(130)를 경유하면서 상기 지열 교환수와 열교환된 상기 냉난방용 냉매는 냉난방 히트 연결관(191)을 통해 유동되어, 히트 펌프(155)로 유입된다.
상기 히트 펌프(155)는 그 내부에 압축기, 증발기, 응축기, 팽창 밸브 등을 구비하여, 상기 수요처(157)에 대해 냉난방을 수행해줄 수 있는 것으로, 이러한 상기 히트 펌프(155)는 일반적인 것이므로, 여기서는 그 구체적인 설명 및 도시를 생략하기로 한다.
상기 히트 펌프(155)를 경유하면서 열교환된 상기 냉난방용 냉매는 히트 냉난방 연결관(190)을 통해 상기 냉난방용 열교환 부재(130)로 환원되어, 상기 지열 교환수와 다시 열교환된다.
도면 번호 156은 상기 히트 펌프(155)와 상기 수요처(157) 사이에 배치되는 축열조이고, 도면 번호 193은 상기 축열조(156)와 상기 히트 펌프(155)를 연결하여 상기 축열조(156)에 저장된 축열수가 상기 히트 펌프(155)로 유동되도록 하는 축열 히트 연결관이고, 도면 번호 192는 상기 히트 펌프(155)와 상기 축열조를 연결하여 상기 히트 펌프(155)를 경유한 상기 축열수가 상기 축열조(156)로 환원되도록 하는 히트 축열 연결관이고, 도면 번호 143은 상기 축열 히트 연결관(193)에 설치되어 상기 축열조(156)와 상기 히트 펌프(155) 사이에 상기 축열수의 유동을 형성하는 축열 펌프이다.
도면 번호 158은 상기 수요처(157)에 배치된 냉난방 실내기이고, 도면 번호 195는 상기 축열조(156)와 상기 냉난방 실내기(158)를 연결하여 상기 축열조(156)에 저장된 상기 축열수가 상기 냉난방 실내기(158)로 유동되도록 하는 축열 실내 연결관이고, 도면 번호 194는 상기 냉난방 실내기(158)와 상기 축열조(156)를 연결하여 상기 냉난방 실내기(158)를 경유한 상기 축열수가 상기 축열조(156)로 환원되도록 하는 실내 축열 연결관이고, 도면 번호 144는 상기 축열 실내 연결관(195)에 설치되어 상기 축열조(156)와 상기 냉난방 실내기(158) 사이에 상기 축열수의 유동을 형성하는 냉난방 펌프이다.
상기 축열수에 의해 상기 히트 펌프(155)의 열기가 상기 축열조(156)로 전달되고, 상기 축열조(156)의 열기가 상기 축열수에 의해 상기 수요처(157)로 전달됨으로써, 상기 수요처(157)에 대한 난방이 이루어질 수 있고, 상기 수요처(157)의 열기가 상기 축열수에 의해 상기 축열조(156)로 전달되고, 상기 축열수에 의해 상기 축열조(156)의 열기가 상기 히트 펌프(155)로 전달됨으로써, 상기 수요처(157)에 대한 냉방이 이루어질 수 있게 된다.
한편, 상기 환수 헤더향 연장관(177)은 냉난방 환수 삼방 밸브(103)로 연결되고, 그에 따라 상기 환수 헤더향 연장관(177)을 통해 유동되던 상기 냉난방용 열교환 부재(130)를 경유하면서 열교환된 상기 지열 교환수는 상기 냉난방 환수 삼방 밸브(103)의 조절에 의해, 상기 냉난방 환수 삼방 밸브(103)와 상기 환수 헤더 부재(132)를 연결하는 삼방 환수 연결관(178)을 통해 상기 환수 헤더 부재(132)로 유동되거나, 상기 냉난방 환수 삼방 밸브(103)로부터 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)를 향해 연장되는 환수 삼방 밸런스향 연결관(179)을 통해 유동된다.
상기 냉난방 환수 삼방 밸브(103)에 의해, 상기 환수 헤더향 연장관(177)을 통해 유동된 상기 지열 교환수가 상기 삼방 환수 연결관(178)과 상기 환수 삼방 밸런스향 연결관(179)으로 각각 분지되어 유동되거나, 상기 삼방 환수 연결관(178)과 상기 환수 삼방 밸런스향 연결관(179) 중 어느 하나로 전부 유동될 수도 있다.
상기 환수 헤더 부재(132)는 상기 냉난방용 열교환 부재(130)를 경유하고 상기 환수 헤더향 연장관(177) 및 상기 삼방 환수 연결관(178)을 통해 유동된 상기 지열 교환수를 상기 지열 교환공(110, 115)으로 환수시킬 수 있는 것이다.
상기 환수 헤더 부재(132)에서는 상기 제 1 지열 교환공(110)으로 향하는 제 1 지열 환수관(173)과, 상기 제 2 지열 교환공(115)으로 향하는 제 2 지열 환수관(174)을 포함한다.
상기 환수 헤더 부재(132)를 경유한 상기 지열 교환수는 각각 상기 제 1 지열 환수관(173)과 상기 제 2 지열 환수관(174)을 통해 상기 제 1 지열 교환공(110)과 상기 제 2 지열 교환공(115)으로 환수될 수 있다.
도면 번호 101은 상기 제 1 지열 환수관(173)을 개폐시키거나 상기 제 1 지열 환수관(173)의 유량을 조절할 수 있는 제 1 지열 환수 유량 조절 밸브이고, 도면 번호 102는 상기 제 2 지열 환수관(174)을 개폐시키거나 상기 제 2 지열 환수관(174)의 유량을 조절할 수 있는 제 2 지열 환수 유량 조절 밸브이다.
상기 제 1 지열 환수 유량 조절 밸브(101)와 상기 제 2 지열 환수 유량 조절 밸브(102)의 개폐 정도에 따라, 상기 환수 헤더 부재(132)로부터의 상기 제 1 지열 교환공(110)과 상기 제 2 지열 교환공(115)으로의 상기 지열 교환수의 각 환수 유량이 조절될 수 있음은 물론, 상기 환수 헤더 부재(132)를 통한 상기 지열 교환공(110, 115)으로의 환수 유량 자체도 조절될 수 있다.
물론, 상기 환수 헤더 부재(132)에 별도의 유량 조절기(미도시)가 설치되는 등의 방식에 의해, 상기 환수 헤더 부재(132)에서의 상기 지열 교환수의 환수 유량이 조절될 수도 있다.
이러한 상기 환수 헤더 부재(132), 상기 제 1 지열 환수 유량 조절 밸브(101) 및 상기 제 2 지열 환수 유량 조절 밸브(102)의 개폐 정도에 따라, 상기 지열 교환공(110, 115)으로 일반적인 열교환이 이루어지도록 하거나, 필요에 따라 상기 지열 교환공(110, 115) 중 하나는 블리딩 운전이 이루어지지도록 하고 상기 지열 교환공(110, 115) 중 다른 하나는 함양 운전이 이루어지도록 하여, 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템(100)의 효율을 높일 수 있으며, 상기 지열 교환공(110, 115)으로부터 상기 냉난방용 열교환 부재(130) 쪽으로의 공급 유량과 상기 냉난방용 열교환 부재(130)로부터 상기 지열 교환공(110, 115) 쪽으로의 환수 유량의 상대적인 정도를 조절할 수 있는데, 이에 대하여는 후술하기로 한다.
상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)는 상기 냉난방용 열교환 부재(130)를 경유하여 상기 환수 헤더 부재(132)로 향하는 상기 지열 교환수 중의 일부가 분지되어 수용될 수 있는 것이다.
상기 집수 탱크(135)는 상기 환수 헤더 부재(132), 상기 제 1 지열 환수 유량 조절 밸브(101) 및 상기 제 2 지열 환수 유량 조절 밸브(102)의 환수 유량 조절에 따라, 상기 지열 교환공(110, 115)에서 블리딩되는 상기 지열 교환수를 상기 블리딩관 부재(160)를 거쳐 수용받고 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)로 전달할 수 있으며, 후술되는 제 1 밸런스 유출측 삼방 밸브(105)와 후술되는 제 2 밸런스 유출측 삼방 밸브(104)의 조절에 따라, 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)에 수용된 상기 지열 교환수를 수용받고 상기 함양관 부재(165)를 통해 별도의 운전 동력없이 상기 지열 교환공(110, 115)으로 함양시킬 수 있는 것이다.
본 실시예에서는, 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)는 상기 집수 탱크(135) 쪽에 배치되는 제 1 밸런싱 탱크(150)와, 상기 제 1 밸런싱 탱크(150)와 구획되도록 배치되는 제 2 밸런싱 탱크(152)와, 밸런싱 탱크 연결관(153)을 포함한다.
상기 밸런싱 탱크 연결관(153)은 상기 제 1 밸런싱 탱크(150)와 상기 제 2 밸런싱 탱크(152)의 각 상부를 연통시켜, 상기 제 1 밸런싱 탱크(150)와 상기 제 2 밸런싱 탱크(152) 간의 상기 지열 교환수의 오버플로우 유로가 되는 것으로, 상기 밸런싱 탱크 연결관(153)에 의해 상기 제 1 밸런싱 탱크(150)와 상기 제 2 밸런싱 탱크(152) 중 어느 하나에서 미리 설정된 수위 이상으로 상기 지열 교환수의 과수용이 발생되면, 상기 지열 교환수의 그 과수용된 양만큼이 상기 밸런싱 탱크 연결관(153)을 통해 자동으로 오버플로우될 수 있게 된다.
상기 환수 삼방 밸런스향 연결관(179)은 밸런스 유입측 삼방 밸브(109)로 연결되고, 상기 밸런스 유입측 삼방 밸브(109)의 다른 두 측은 상기 제 1 밸런싱 탱크(150)와 상기 밸런스 유입측 삼방 밸브(109)를 연결하는 제 1 밸런스 유입관(181) 및 상기 제 2 밸런싱 탱크(152)와 상기 밸런스 유입측 삼방 밸브(109)를 연결하는 제 2 밸런스 유입관(182)과 연결된다. 그러면, 상기 환수 삼방 밸런스향 연결관(179)을 통해 유동된 상기 지열 교환수가 상기 밸런스 유입측 삼방 밸브(109)의 조절에 의해, 상기 제 1 밸런스 유입관(181)을 통해 상기 제 1 밸런싱 탱크(150)로 유입되거나, 상기 제 2 밸런스 유입관(182)을 통해 상기 제 2 밸런싱 탱크(152)로 유입된다.
상기 밸런스 유입측 삼방 밸브(109)에 의해, 상기 환수 삼방 밸런스향 연결관(179)을 통해 유동된 상기 지열 교환수가 상기 제 1 밸런스 유입관(181)과 상기 제 2 밸런스 유입관(182)으로 각각 분지되어 유동되거나, 상기 제 1 밸런스 유입관(181)과 상기 제 2 밸런스 유입관(182) 중 어느 하나로 전부 유동될 수도 있다.
도면 번호 108은 상기 환수 삼방 밸런스향 연결관(179)에서의 유동이 상기 냉난방 환수 삼방 밸브(103)로부터 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153) 쪽으로만 이루어지도록 하는 밸런싱 유입측 체크 밸브이다.
상기 제 1 밸런싱 탱크(150)의 하부의 유출구 쪽에는 제 1 밸런스 유출측 삼방 밸브(105)가 설치되고, 상기 제 1 밸런스 유출측 삼방 밸브(105)의 다른 두 측은 상기 제 2 밸런싱 탱크(152)의 하부의 유출구와 상기 제 1 밸런스 유출측 삼방 밸브(105)를 연결하는 밸런스 탱크 유출관(187) 및 상기 제 1 밸런스 유출측 삼방 밸브(105)와 제 2 밸런스 유출측 삼방 밸브(104)를 연결하는 삼방 밸브간 연결관(184)과 연결된다. 그러면, 상기 제 1 밸런스 유출측 삼방 밸브(105)의 조절에 의해, 상기 제 1 밸런싱 탱크(150)와 상기 제 2 밸런싱 탱크(152) 각각에서의 상기 지열 교환수의 유출량이 조절될 수 있게 된다.
도면 번호 140은 상기 삼방 밸브간 연결관(184)에 설치되어, 상기 제 1 밸런스 유출측 삼방 밸브(105)로부터 상기 삼방 밸브간 연결관(184)으로 상기 지열 교환수의 유동을 발생시키는 밸런스 유출 펌프이다.
상기 제 2 밸런스 유출측 삼방 밸브(104)의 일 측은 상기 삼방 밸브간 연결관(184)과 연결되고, 상기 제 2 밸런스 유출측 삼방 밸브(104)의 다른 두 측은 상기 집수 탱크(135)와 상기 제 2 밸런스 유출측 삼방 밸브(104)를 연결하는 삼방 집수 연결관(185) 및 상기 제 2 밸런스 유출측 삼방 밸브(104)과 상기 밀폐 여과 연결관(175)을 연결하는 삼방 여과 연결관(183)과 연결된다. 그러면, 상기 제 2 밸런스 유출측 삼방 밸브(104)의 조절에 의해, 상기 집수 탱크(135)와 상기 삼방 여과 연결관(183) 쪽으로의 상기 지열 교환수의 유동량이 조절될 수 있게 된다.
상기 제 2 밸런스 유출측 삼방 밸브(104)를 통해 상기 삼방 여과 연결관(183) 쪽으로 유동된 상기 지열 교환수는 상기 밀폐 여과 연결관(175)을 따라 유동되던 상기 지열 교환수와 혼합되어, 상기 여과 필터 부재(125)로 향하게 된다.
도면 번호 186은 상기 집수 탱크(135)와 상기 환수 삼방 밸런스향 연결관(179)을 연결하여, 상기 집수 탱크(135)에 수용된 상기 지열 교환수를 상기 환수 삼방 밸런스향 연결관(179) 쪽으로 유동시키는 집수 밸런스향 연결관이고, 도면 번호 136은 상기 집수 탱크(135)에 수용된 상기 지열 교환수가 상기 집수 밸런스향 연결관(186)을 통해 유동되도록 유동을 형성하는 집수측 펌프이다.
도면 번호 107은 상기 집수 밸런스향 연결관(186)에서의 유동이 상기 집수 탱크(135)로부터 상기 환수 삼방 밸런스향 연결관(179) 쪽으로만 이루어지도록 하는 집수 밸런스향 체크 밸브이다.
상기와 같이 구성됨으로써, 상기 집수 탱크(135)에 수용된 상기 지열 교환수 중의 일부가 상기 집수 밸런스향 연결관(186)을 통해 유동된 다음 상기 환수 삼방 밸런스향 연결관(179)을 따라 유동되던 상기 지열 교환수와 합지되어 상기 밸런스 유입측 삼방 밸브(109)로 유입될 수 있게 된다.
상기 함양관 부재(165)는 상기 집수 탱크(135)에 수용된 상기 지열 교환수를 상기 지열 교환공(110, 115)으로 함양시킬 수 있는 것이다.
상세히, 상기 함양관 부재(165)는 상기 집수 탱크(135)의 상부에서 연장되는 함양관측 탱크 연결관(168)과, 상기 함양관측 탱크 연결관(168)과 상기 지열 교환공(110, 115)을 연결시키는 함양관측 교환공 연결관(166, 167)을 포함한다.
여기서, 상기 함양관측 교환공 연결관(166, 167)은 상기 함양관측 탱크 연결관(168)과 상기 제 1 지열 교환공(110)을 연결시키는 제 1 함양관측 교환공 연결관(167)과, 상기 함양관측 탱크 연결관(168)과 상기 제 2 지열 교환공(115)을 연결시키는 제 2 함양관측 교환공 연결관(166)을 포함한다.
본 실시예에서는, 상기 함양관 부재(165)가 상기 집수 탱크(135)로부터 상기 지열교환공(110, 115) 쪽으로 갈수록 점진적으로 그 높이가 상대적으로 낮아지도록 형성된다. 그러면, 상기 함양관 부재(165)를 통해 상기 제 1 지열 교환공(110)과 상기 제 2 지열 교환공(115)으로의 상기 지열 교환수의 함양이 이루어질 수 있으면서도, 상기 함양관 부재(165)를 통한 상기 제 1 지열 교환공(110)과 상기 제 2 지열 교환공(115)으로부터 상기 집수 탱크(135)로의 상기 지열 교환수의 역류가 방지될 수 있게 된다.
상기 블리딩관 부재(160)는 상기 지열 교환공(110, 115)의 내부 수위가 미리 설정된 수위 이상이 되는 경우, 상기 지열 교환공(110, 115)의 상기 미리 설정된 수위 이상의 상기 지열 교환수가 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)에 수용될 수 있도록, 상기 지열 교환공(110, 115)의 상기 미리 설정된 수위 이상의 상기 지열 교환수 중 적어도 일부를 상기 집수 탱크(135)로 유동시키는 것이다.
상세히, 상기 블리딩관 부재(160)는 상기 지열 교환공(110, 115)에서 연장되되 상기 함양관측 교환공 연결관(166, 167)에 비해 상대적으로 낮은 위치에서 상기 지열 교환공(110, 115)에 연결되는 블리딩관측 교환공 연결관(161, 162)과, 상기 블리딩관측 교환공 연결관(161, 162)과 상기 집수 탱크(135)를 연결시키되 상기 함양관측 탱크 연결관(168)에 비해 상대적으로 낮은 위치에서 상기 집수 탱크(135)에 연결되는 블리딩관측 탱크 연결관(163)을 포함한다.
여기서, 상기 블리딩관측 교환공 연결관(161, 162)은 상기 블리딩관측 탱크 연결관(163)과 상기 제 1 지열 교환공(110)을 연결시키는 제 1 블리딩관측 교환공 연결관(162)과, 상기 블리딩관측 탱크 연결관(163)과 상기 제 2 지열 교환공(115)을 연결시키는 제 2 블리딩관측 교환공 연결관(161)을 포함한다.
상기 블리딩관 부재(160)는 상기 지열 교환공(110, 115)으로부터 상기 집수 탱크(135) 쪽으로 갈수록 점진적으로 그 높이가 상대적으로 낮아지도록 형성된다. 그러면, 상기 블리딩관 부재(160)를 통해 상기 제 1 지열 교환공(110)과 상기 제 2 지열 교환공(115)으로부터 상기 집수 탱크(135)로의 상기 지열 교환수의 블리딩이 이루어질 수 있으면서도, 상기 블리딩관 부재(160)를 통한 상기 집수 탱크(135)로부터 상기 제 1 지열 교환공(110)과 상기 제 2 지열 교환공(115)으로의 상기 지열 교환수의 역류가 방지될 수 있게 된다.
상기와 같이 형성됨으로써, 상기 지열 교환공(110, 115)의 내부 수위가 상기 미리 설정된 수위 이상이 되는 경우, 상기 지열 교환공(110, 115)의 상기 미리 설정된 수위 이상의 상기 지열 교환수가 상기 블리딩관 부재(160)를 통해 상기 집수 탱크(135)로 유동될 수 있고, 그에 따라 상기 집수 탱크(135)로 유동된 상기 지열 교환수가 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)에 수용될 수 있게 된다.
상기 함양관 부재(165)와 상기 블리딩관 부재(160)는 상기와 같이 작동될 수도 있고, 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템(100)이 적용되는 설치 지역의 암반 상태에 따라 상기 지열 교환공(110, 115)에서 공급되는 상기 지열 교환수의 수량 및 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템(100)의 운전시 요구되는 블링딩과 함양 수량의 정도에 따라, 상기 함양관 부재(165)와 상기 블리딩관 부재(160) 중 어느 하나만으로도 상기와 같은 블리딩 및 함양 기능을 수행하도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 함양관 부재(165)와 상기 블리딩관 부재(160) 중 선택된 하나는 상기 지열 교환수의 함양과 블리딩을 모두 유도할 수 있는 이송 배관으로의 역할을 하고, 이를 위해 기울기 없이 형성된다.
한편, 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템(100)은 냉난방 외 운전용 열교환 부재(131)를 더 포함한다.
상기 냉난방 외 운전용 열교환 부재(131)는 상기 제 2 밸런싱 탱크(152)와 상기 수요처(157) 사이에 배치되어, 상기 제 2 밸런싱 탱크(152)와 상기 냉난방 외 운전용 열교환 부재(131) 사이를 순환하는 상기 지열 교환수와, 상기 냉난방 외 운전용 열교환 부재(131)와 상기 수요처(157) 사이를 순환하는 냉난방 외 운전용 냉매가 열교환되는 것으로, 일반적인 핀 튜브 열교환기 등이 그 예로 제시될 수 있다.
상기 제 2 밸런싱 탱크(152)와 상기 냉난방 외 운전용 열교환 부재(131) 사이는 밸런싱 냉난방 외 연결관(189)에 의해 연결되고, 상기 밸런싱 냉난방 외 연결관(189)을 통해 상기 제 2 밸런싱 탱크(152)에 저장된 상기 지열 교환수가 상기 냉난방 외 운전용 열교환 부재(131)로 유동될 수 있다.
도면 번호 141은 상기 밸런싱 냉난방 외 연결관(189)에 유동을 형성하는 밸런싱 냉난방 외 펌프이다.
상기 밸런싱 냉난방 외 연결관(189)을 통해 유동된 상기 지열 교환수는 상기 냉난방 외 운전용 열교환 부재(131)를 경유한 다음, 냉난방 외 환수관(188)을 통해 상기 제 2 밸런싱 탱크(152)로 환수된다.
상기 냉난방 외 운전용 열교환 부재(131)에서 상기 지열 교환수와 열교환된 상기 냉난방 외 운전용 냉매는 열교환 수요 연결관(196)을 통해 유동되어, 상기 수요처(157)에 설치된 온수 배관, 바닥 난방 코일 등의 냉난방 외 운전 수단(159)을 경유하면서, 상기 수요처(157)에 온수 공급과 바닥 난방 공급(특히, 냉방 운전 중에) 중 적어도 하나인 냉난방 외 운전을 수행한다.
도면 번호 142는 상기 열교환 수요 연결관(196)을 통해 상기 냉난방 외 운전용 냉매의 유동이 발생되도록 하는 열교환 수요 펌프이다.
상기 수요처(157)를 경유한 상기 냉난방 외 운전용 냉매는 수요 밸런싱 연결관(197)을 통해 상기 냉난방 외 운전용 열교환 부재(131)로 환수되어, 상기 지열 교환수와 다시 열교환될 수 있다.
상기와 같이, 상기 제 2 밸런싱 탱크(152)에 수용되어 있다가 상기 제 2 밸런싱 탱크(152)와 상기 냉난방 외 운전용 열교환 부재(131) 사이를 순환하는 상기 지열 교환수와, 상기 수요처(157)와 상기 냉난방 외 운전용 열교환 부재(131) 사이를 순환하는 상기 냉난방 외 운전용 냉매가 상기 냉난방 외 운전용 열교환 부재(131)에서 열교환됨으로써, 상기 수요처(157)에 대한 온수 공급과 냉방 운전 중 바닥 난방 공급 중 적어도 하나인 냉난방 외 운전이 수행될 수 있게 된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템(100)의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 상기 환수 헤더 부재(132)를 이용한 환수 유량의 조절을 통한 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템(100)의 작동에 대하여 설명한다.
상기 지열 교환공(110, 115)에서 지중과 열교환된 상태로 각각 유출된 상기 지열 교환수는 상기 지열 밀폐 연결관(170, 171, 172)을 통해 유동된 다음 상기 밀폐 탱크(120)로 유입된다.
상기 밀폐 탱크(120)로 유입된 상기 지열 교환수는 상기 격막(121)을 통해 이물질이 걸러진 상태로 상기 밀폐 여과 연결관(175)을 통해 유동된 다음, 상기 여과 필터 부재(125)로 유동되어, 상기 여과 필터 부재(125)에서 2차적으로 이물질이 걸러진다.
상기 여과 필터 부재(125)를 경유한 상기 지열 교환수는 상기 여과 냉난방 연결관(176)을 통해 상기 냉난방용 열교환 부재(130)에 유입되어, 상기 냉난방용 열교환 부재(130)를 경유하면서, 상기 냉난방용 냉매와 열교환된다.
여기서, 상기 수요처(157)에 대한 난방이 이루어지는 경우, 상기 냉난방용 열교환 부재(130)에서 상기 지열 교환수로부터 상기 냉난방용 냉매 쪽으로 열기가 전달된다. 상기와 같이 열기를 전달받은 상기 냉난방용 냉매는 상기 히트 펌프(155)를 경유하면서 상기 축열수로 그 열기를 전달하고, 상기와 같이 열기를 전달받은 상기 축열수는 상기 축열조를 거쳐 상기 수요처(157)로 그 열기를 전달함으로써, 상기 수요처(157)에 대한 난방이 이루어지게 된다.
반면, 상기 수요처(157)에 대한 냉방이 이루어지는 경우, 상기 냉난방용 열교환 부재(130)에서 상기 냉난방용 냉매로부터 상기 지열 교환수 쪽으로 열기가 전달된다. 상기와 같이 열기를 빼앗긴 상기 냉난방용 냉매는 상기 히트 펌프(155)를 경유하면서 상기 축열수로부터 열기를 빼앗고, 상기와 같이 열기를 빼앗긴 상기 축열수는 상기 축열조를 거쳐 상기 수요처(157)의 열기를 빼앗음으로써, 상기 수요처(157)에 대한 냉방이 이루어지게 된다.
상기와 같이, 상기 냉난방용 열교환 부재(130)를 경유하면서 상기 냉난방용 냉매와 열교환된 상기 지열 교환수는 상기 환수 헤더향 연장관(177) 및 상기 삼방 환수 연결관(178)을 통해 상기 환수 헤더 부재(132)로 유동된다.
상기 환수 헤더 부재(132)를 통해 상기 지열 교환수가 그 환수 유량의 조절없이 그대로 유동될 수도 있는데, 이 경우 상기 지열 교환수는 상기 제 1 지열 환수관(173)과 상기 제 2 지열 환수관(174)을 통해 상기 제 1 지열 교환공(110)과 상기 제 2 지열 교환공(115)으로 환수될 수 있다.
한편, 상기 환수 헤더 부재(132)에서는 환수 유량의 조절이 가능한 운전도 가능하다.
즉, 상기 지열 교환공(110, 115)으로부터 상기 냉난방용 열교환 부재(130) 쪽으로의 공급 유량보다 상기 냉난방용 열교환 부재(130)로부터 상기 지열 교환공(110, 115) 쪽으로의 환수 유량이 감소되도록, 상기 환수 헤더 부재(132)에서의 환수 유량을 조절함으로써, 상기 지열 교환공(110, 115) 주변의 대수층으로부터 상기 지열 교환공(110, 115)의 내부로 추가적인 지하수가 유입되도록 할 수 있다.
반면, 상기 지열 교환공(110, 115)으로부터 상기 냉난방용 열교환 부재(130) 쪽으로의 공급 유량보다 상기 냉난방용 열교환 부재(130)로부터 상기 지열 교환공(110, 115) 쪽으로의 환수 유량이 증가되도록, 상기 환수 헤더 부재(132)에서의 환수 유량을 조절함으로써, 상기 지열 교환공(110, 115)의 내부 수위가 상기 미리 설정된 수위 이상이 되도록 하여, 상기 지열 교환공(110, 115)의 상기 미리 설정된 수위 이상의 상기 지열 교환수 중 적어도 일부는 상기 대수층을 통해 지중으로 함양되고, 상기 지열 교환공(110, 115)의 상기 미리 설정된 수위 이상의 상기 지열 교환수 중 나머지는 상기 블리딩관 부재(160)를 통해 유동된 다음, 상기 집수 탱크(135)를 경유하여 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)에 수용될 수 있게 된다.
상기와 같이, 상기 환수 헤더 부재(132)에서의 환수 유량 조절을 통해, 상기 지열 교환공(110, 115)의 내부 수위의 상승 및 상기 블리딩관 부재(160)를 통한 블리딩이 가능하고, 그에 따라 상기 냉난방용 열교환 부재(130)에서의 열교환 효율이 향상될 수 있음은 물론, 상기 블리딩관 부재(160)를 통한 블리딩에 의해 상기 제 2 밸런싱 탱크(152)에 저장된 상기 지열 교환수가 상기 냉난방 외 운전용 열교환 부재(131)에서 이용될 수 있게 되므로, 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템(100)의 작동 효율이 향상될 수 있게 되고, 상기 환수 헤더 부재(132)에서의 환수 유량을 반복적으로 조절해줌으로써 상기 지열 교환공(110, 115)으로의 함양과 블리딩의 교차 운전이 가능해지고, 그에 따라 상기 지열 교환공(110, 115)에서 발생될 수 있는 대수층 막힘 현상이 방지될 수 있게 된다.
이하에서는, 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)를 이용한 함양 운전을 통한 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템(100)의 작동에 대하여 설명한다.
상기 환수 헤더 부재(132)에서의 환수 유량 조절 등에 의해, 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)의 내부 수위가 미리 설정된 밸런싱 수위에 도달된 경우, 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)에 수용된 상기 지열 교환수를 상기 삼방 밸브간 연결관(184) 및 상기 삼방 여과 연결관(183)을 통해 유동시키면, 상기와 같이 유동된 상기 지열 교환수가 상기 밀폐 여과 연결관(175)을 따라 유동되던 상기 지열 교환수와 혼합되어, 상기 여과 필터 부재(125)로 향하게 된다.
상기와 같이, 상기 여과 필터 부재(125)를 경유한 상기 지열 교환수는 상기 환수 헤더 부재(132)를 이용한 환수 유량의 조절을 통한 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템(100)의 작동에서 설명한 바와 같이, 상기 냉난방용 열교환 부재(130)를 경유하면서 열교환된 다음, 상기 환수 헤더 부재(132)를 통해 상기 지열 교환공(110, 115)으로 환수될 수 있다.
상기 지열 교환공(110, 115)으로 환수된 상기 지열 교환수 중 적어도 일부는 지중과 열교환된 상태에서, 상기 환수 헤더 부재(132)에서의 환수 유량 조절 등에 의해, 상기 블리딩관 부재(160) 및 상기 집수 탱크(135)를 경유하여, 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)로 환수될 수 있다.
한편, 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)에 수용된 상기 지열 교환수가 상기된 바와 같은 유동을 통해, 상기 여과 필터 부재(125)를 경유하여 상기 냉난방용 열교환 부재(130)를 경유하도록 함으로써, 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)로부터 공급된 상기 지열 교환수가 상기 냉난방용 열교환 부재(130)에서 열교환될 수 있게 한 다음, 상기 냉난방용 열교환 부재(130)를 경유한 상기 지열 교환수가 상기 환수 헤더향 연장관(177)을 통해 유동된 후, 상기 냉난방 환수 삼방 밸브(103)의 조절에 의해, 상기 환수 삼방 밸런스향 연결관(179)을 통해 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)를 향해 유동되어, 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)에 다시 환수되도록 함으로써, 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)에 수용된 상기 지열 교환수가 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)와 상기 냉난방용 열교환 부재(130) 사이를 순환하도록 할 수도 있다. 그러면, 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)에 수용되어 있던 상기 지열 교환수의 열기도 상기 냉난방용 열교환 부재(130)를 통해 상기 수요처(157)에 대한 냉난방에 이용될 수 있게 된다.
한편, 상기와 같이, 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)와 상기 냉난방용 열교환 부재(130) 사이를 순환하면서 열교환된 상기 지열 교환수 중 적어도 일부는 상기 삼방 밸브간 연결관(184)을 통해 유동된 다음, 상기 제 2 밸런스 유출측 삼방 밸브(104)의 조절에 의해, 상기 삼방 집수 연결관(185)을 통해 유동된 다음 상기 집수 탱크(135)로 유입될 수 있다.
상기 집수 탱크(135)에 유입된 상기 지열 교환수는 상기 함양관 부재(165)를 통해 상기 지열 교환공(110, 115)으로 함양될 수 있게 된다.
상기와 같이, 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템(100)이 상기 지열 교환공(110, 115), 상기 밀폐 탱크(120), 상기 여과 필터 부재(125), 상기 냉난방용 열교환 부재(130), 상기 환수 헤더 부재(132), 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153), 상기 집수 탱크(135), 상기 함양관 부재(165) 및 상기 블리딩관 부재(160)를 포함함에 따라, 상기 지열 교환공(110, 115) 부근의 지하수 고갈에 따른 지하수 부족 또는 단일 시스템 내 일부 상기 지열 교환공(110, 115)의 대수층 막힘에 따른 지하수 넘침 등의 상기 지열 교환공(110, 115) 부근의 지하수 공급과 순환이 원활하지 않은 경우에도, 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템(100)의 효율 향상을 위한 블리딩과 함양이 이루어질 수 있어서, 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템(100)이 원활하게 작동될 수 있고, 상기 환수 헤더 부재(132)에서의 환수 유량 조절, 상기 밸런싱 탱크 부재(150, 152, 153)와 상기 냉난방용 열교환 부재(130) 사이에서의 상기 지열 교환수의 순환 등을 통해 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템(100)의 작동 효율이 향상될 수 있고, 상기 지열 교환수에 함유된 슬러지 등 이물질이 상기 밀폐 탱크(120) 및 상기 여과 필터 부재(125)에 의해 제거될 수 있게 되어, 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템(100)의 지속적이고 안정적인 운전이 가능해진다.
상기에서 본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템에 의하면, 지열 교환공 부근의 지하수가 고갈되거나 부족해지는 등의 상기 지열 교환공 부근의 지하수 공급이 원활하지 않는 경우에도 원활하게 작동될 수 있고, 상기 지열 교환공의 열교환 효율을 높여 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템의 효율을 향상시키고, 상기 지열 교환공의 고가의 시공비를 낮출 수 있으며, 지열 교환수에 함유된 슬러지 등 이물질을 제거하여, 상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템의 장기적 이용에도 안전성을 확보할 수 있으므로, 그 산업상 이용가능성이 높다고 하겠다.
100 : 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템
110, 115 : 지열 교환공
120 : 밀폐 탱크
125 : 여과 필터 부재
130 : 냉난방용 열교환 부재
132 : 환수 헤더 부재
135 : 집수 탱크
150, 152, 153 : 밸런싱 탱크 부재
160 : 함양관 부재
165 : 블리딩관 부재
110, 115 : 지열 교환공
120 : 밀폐 탱크
125 : 여과 필터 부재
130 : 냉난방용 열교환 부재
132 : 환수 헤더 부재
135 : 집수 탱크
150, 152, 153 : 밸런싱 탱크 부재
160 : 함양관 부재
165 : 블리딩관 부재
Claims (7)
- 지중과 열교환을 위한 지열 교환공;
상기 지열 교환공을 경유하면서 지중과 열교환된 지열 교환수가 인입되고, 상기 지열 교환공을 경유한 상기 지열 교환수 중의 이물질이 걸러질 수 있는 격막을 포함하는 밀폐 탱크;
상기 밀폐 탱크를 경유하면서 상기 격막에 의해 이물질이 걸러진 상기 지열 교환수가 경유되면서 이물질이 걸러질 수 있는 여과 필터 부재;
상기 여과 필터 부재를 경유한 상기 지열 교환수와 수요처로 향할 냉난방용 냉매가 열교환되는 냉난방용 열교환 부재;
상기 냉난방용 열교환 부재를 경유한 상기 지열 교환수를 상기 지열 교환공으로 환수시킬 수 있는 환수 헤더 부재;
상기 냉난방용 열교환 부재를 경유하여 상기 환수 헤더 부재로 향하는 상기 지열 교환수 중의 일부가 분지되어 수용될 수 있는 밸런싱 탱크 부재;
상기 밸런싱 탱크 부재에 수용된 상기 지열 교환수 중의 적어도 일부를 전달받아 수용할 수 있는 집수 탱크;
상기 집수 탱크에 수용된 상기 지열 교환수를 상기 지열 교환공으로 함양시킬 수 있는 함양관 부재; 및
상기 지열 교환공의 내부 수위가 미리 설정된 수위 이상이 되는 경우, 상기 지열 교환공의 상기 미리 설정된 수위 이상의 상기 지열 교환수가 상기 밸런싱 탱크 부재에 수용될 수 있도록, 상기 지열 교환공의 상기 미리 설정된 수위 이상의 상기 지열 교환수 중 적어도 일부를 상기 집수 탱크로 유동시키는 블리딩관 부재;를 포함하고,
상기 함양관 부재는
상기 집수 탱크의 상부에서 연장되는 함양관측 탱크 연결관과,
상기 함양관측 탱크 연결관과 상기 지열 교환공을 연결시키는 함양관측 교환공 연결관을 포함하고,
상기 함양관측 탱크 연결관과 상기 함양관측 교환공 연결관은 상기 지열 교환공 쪽으로 갈수록 점진적으로 그 높이가 상대적으로 낮아지도록 형성되고,
상기 블리딩관 부재는
상기 지열 교환공에서 연장되되 상기 함양관측 교환공 연결관에 비해 상대적으로 낮은 위치에서 상기 지열 교환공에 연결되는 블리딩관측 교환공 연결관과,
상기 블리딩관측 교환공 연결관과 상기 집수 탱크를 연결시키되 상기 함양관측 탱크 연결관에 비해 상대적으로 낮은 위치에서 상기 집수 탱크에 연결되는 블리딩관측 탱크 연결관을 포함하고,
상기 블리딩관측 교환공 연결관과 상기 블리딩관측 탱크 연결관은 상기 집수 탱크 쪽으로 갈수록 그 높이가 상대적으로 낮아지도록 형성됨으로써, 상기 블리딩관 부재를 통해 상기 지열 교환공으로부터 상기 집수 탱크로의 상기 지열 교환수의 블리딩이 이루어질 수 있으면서도, 상기 블리딩관 부재를 통한 상기 집수 탱크로부터 상기 지열 교환공으로의 상기 지열 교환수의 역류가 방지될 수 있게 되고, 그에 따라 상기 지열 교환공의 내부 수위가 미리 설정된 수위 이상이 되는 경우, 상기 지열 교환공의 상기 미리 설정된 수위 이상의 상기 지열 교환수가 상기 블리딩관 부재를 통해 상기 집수 탱크로 유동될 수 있어서, 상기 집수 탱크로 유동된 상기 지열 교환수가 상기 밸런싱 탱크 부재에 수용될 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 환수 헤더 부재에서의 환수 유량을 조절하여, 상기 지열 교환공으로부터 상기 냉난방용 열교환 부재 쪽으로의 공급 유량보다 상기 냉난방용 열교환 부재로부터 상기 지열 교환공 쪽으로의 환수 유량을 감소시킴으로써, 상기 지열 교환공 주변의 대수층으로부터 상기 지열 교환공의 내부로 추가적인 지하수가 유입되도록 하고,
상기 환수 헤더 부재에서의 환수 유량을 조절하여, 상기 지열 교환공으로부터 상기 냉난방용 열교환 부재 쪽으로의 공급 유량보다 상기 냉난방용 열교환 부재로부터 상기 지열 교환공 쪽으로의 환수 유량을 증가시킴으로써, 상기 지열 교환공의 내부 수위가 상기 미리 설정된 수위 이상이 되도록 하여, 상기 지열 교환공의 상기 미리 설정된 수위 이상의 상기 지열 교환수 중 적어도 일부는 상기 대수층을 통해 지중으로 함양되고, 상기 지열 교환공의 상기 미리 설정된 수위 이상의 상기 지열 교환수 중 나머지는 상기 블리딩관 부재 및 상기 집수 탱크를 경유하여 상기 밸런싱 탱크 부재에 수용되고,
상기 지열 교환공에서 발생될 수 있는 대수층 막힘 현상이 방지될 수 있도록, 상기 환수 헤더 부재에서의 환수 유량을 반복적으로 조절해줌으로써 상기 지열 교환공으로의 함양과 블리딩의 교차 운전을 수행하는 것을 특징으로 하는 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 밸런싱 탱크 부재는
상기 집수 탱크 쪽에 배치되는 제 1 밸런싱 탱크와,
상기 제 1 밸런싱 탱크와 구획되도록 배치되는 제 2 밸런싱 탱크와,
상기 제 1 밸런싱 탱크와 상기 제 2 밸런싱 탱크의 각 상부를 연통시켜, 상기 제 1 밸런싱 탱크와 상기 제 2 밸런싱 탱크 간의 상기 지열 교환수의 오버플로우 유로가 되는 밸런싱 탱크 연결관을 포함하고,
상기 여과 필터 부재와 상기 냉난방용 열교환 부재는 여과 냉난방 연결관에 의해 연결되어, 상기 여과 필터 부재를 경유한 상기 지열 교환수는 상기 여과 냉난방 연결관을 통해 상기 냉난방용 열교환 부재로 공급되고, 상기 냉난방용 열교환 부재를 경유하면서 열교환된 상기 지열 교환수는 상기 냉난방용 열교환 부재로부터 상기 환수 헤더 부재 쪽으로 향하는 환수 헤더향 연장관을 통해 유동되고,
상기 환수 헤더향 연장관은 냉난방 환수 삼방 밸브로 연결되고, 그에 따라 상기 환수 헤더향 연장관을 통해 유동되던 상기 냉난방용 열교환 부재를 경유하면서 열교환된 상기 지열 교환수는 상기 냉난방 환수 삼방 밸브의 조절에 의해, 상기 냉난방 환수 삼방 밸브와 상기 환수 헤더 부재를 연결하는 삼방 환수 연결관을 통해 상기 환수 헤더 부재로 유동되거나, 상기 냉난방 환수 삼방 밸브로부터 상기 밸런싱 탱크 부재를 향해 연장되는 환수 삼방 밸런스향 연결관을 통해 유동되고,
상기 제 1 밸런싱 탱크의 하부의 유출구 쪽에는 제 1 밸런스 유출측 삼방 밸브가 설치되고, 상기 제 1 밸런스 유출측 삼방 밸브의 다른 두 측은 상기 제 2 밸런싱 탱크의 하부의 유출구와 상기 제 1 밸런스 유출측 삼방 밸브를 연결하는 밸런스 탱크 유출관 및 상기 제 1 밸런스 유출측 삼방 밸브와 제 2 밸런스 유출측 삼방 밸브를 연결하는 삼방 밸브간 연결관과 연결됨으로써, 상기 제 1 밸런스 유출측 삼방 밸브의 조절에 의해, 상기 제 1 밸런싱 탱크와 상기 제 2 밸런싱 탱크 각각에서의 상기 지열 교환수의 유출량이 조절될 수 있게 되고,
상기 밸런싱 탱크 부재에 수용된 상기 지열 교환수가 상기 여과 필터 부재를 경유하여 상기 냉난방용 열교환 부재를 경유하도록 함으로써, 상기 밸런싱 탱크 부재로부터 공급된 상기 지열 교환수가 상기 냉난방용 열교환 부재에서 열교환될 수 있게 한 다음, 상기 냉난방용 열교환 부재를 경유한 상기 지열 교환수가 상기 환수 헤더향 연장관을 통해 유동된 후, 상기 냉난방 환수 삼방 밸브의 조절에 의해, 상기 환수 삼방 밸런스향 연결관을 통해 상기 밸런싱 탱크 부재를 향해 유동되어, 상기 밸런싱 탱크 부재에 다시 환수되도록 함으로써, 상기 밸런싱 탱크 부재에 수용된 상기 지열 교환수가 상기 밸런싱 탱크 부재와 상기 냉난방용 열교환 부재 사이를 순환하도록 하여, 상기 밸런싱 탱크 부재에 수용되어 있던 상기 지열 교환수의 열기도 상기 냉난방용 열교환 부재를 통해 상기 수요처에 대한 냉난방에 이용될 수 있게 되는 것을 특징으로 하는 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템. - 제 4 항에 있어서,
상기 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템은
상기 제 2 밸런싱 탱크와 상기 수요처 사이에 배치되는 냉난방 외 운전용 열교환 부재;를 더 포함하고,
상기 제 2 밸런싱 탱크에 수용되어 있다가 상기 제 2 밸런싱 탱크와 상기 냉난방 외 운전용 열교환 부재 사이를 순환하는 상기 지열 교환수와 상기 수요처와 상기 냉난방 외 운전용 열교환 부재 사이를 순환하는 냉난방 외 운전용 냉매가 상기 냉난방 외 운전용 열교환 부재에서 열교환됨으로써, 상기 수요처에 대한 온수 공급과 냉방 운전 중 바닥 난방 공급 중 적어도 하나인 냉난방 외 운전이 수행될 수 있는 것을 특징으로 하는 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 밸런싱 탱크 부재의 내부 수위가 미리 설정된 밸런싱 수위에 도달된 경우, 상기 밸런싱 탱크 부재에 수용된 상기 지열 교환수를 상기 여과 필터 부재를 경유하여 상기 냉난방용 열교환 부재를 경유하도록 함으로써, 상기 밸런싱 탱크 부재로부터 공급된 상기 지열 교환수가 상기 냉난방용 열교환 부재에서 열교환될 수 있고,
상기 냉난방용 열교환 부재를 경유한 상기 지열 교환수가 상기 환수 헤더 부재를 통해 상기 지열 교환공으로 환수되고,
상기 지열 교환공으로 환수된 상기 지열 교환수 중 적어도 일부는 지중과 열교환된 상태에서 상기 블리딩관 부재 및 상기 집수 탱크를 경유하여 상기 밸런싱 탱크 부재로 환수될 수 있는 것을 특징으로 하는 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 밸런싱 탱크 부재에 수용된 상기 지열 교환수를 상기 여과 필터 부재를 경유하여 상기 냉난방용 열교환 부재를 경유하도록 함으로써, 상기 밸런싱 탱크 부재로부터 공급된 상기 지열 교환수가 상기 냉난방용 열교환 부재에서 열교환될 수 있고, 상기 냉난방용 열교환 부재를 경유한 상기 지열 교환수가 다시 상기 밸런싱 탱크 부재로 환수되도록 함으로써, 상기 지열 교환수가 상기 밸런싱 탱크 부재와 상기 냉난방용 열교환 부재 사이를 순환하도록 하고,
상기 밸런싱 탱크 부재와 상기 냉난방용 열교환 부재 사이를 순환하면서 열교환된 상기 지열 교환수 중 적어도 일부는 상기 집수 탱크를 경유하여 상기 함양관 부재를 통해 상기 지열 교환공으로 함양될 수 있는 것을 특징으로 하는 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템.
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| KR1020190018700A KR102221127B1 (ko) | 2019-02-18 | 2019-02-18 | 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020190018700A KR102221127B1 (ko) | 2019-02-18 | 2019-02-18 | 밸런싱 탱크를 이용한 지열 냉난방 시스템 |
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2019
- 2019-02-18 KR KR1020190018700A patent/KR102221127B1/ko active IP Right Grant
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