KR102351998B1 - Open type geothermal exchanger with ground surface water as heat source and heat exchange method using the same - Google Patents

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KR102351998B1
KR102351998B1 KR1020210070141A KR20210070141A KR102351998B1 KR 102351998 B1 KR102351998 B1 KR 102351998B1 KR 1020210070141 A KR1020210070141 A KR 1020210070141A KR 20210070141 A KR20210070141 A KR 20210070141A KR 102351998 B1 KR102351998 B1 KR 102351998B1
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Abstract

The present invention provides an open underground heat exchanger with underground surface water as a heat source, which can collect a sufficient amount of underground water by excavating a shallow well. The open underground heat exchanger with underground surface water as a heat source comprises: a plurality of pumping wells (10) having deep-well pumps (120) and intake pipes of a prescribed length installed therein and having a length of approximately 20-60 m, wherein a lower portion thereof (10L) from the lower end thereof to an approximately 2/3 height point is formed as a perforated pipe with a plurality of opening parts (130), and an upper portion (10H) thereof from the approximately 2/3 height point to the ground surface is formed as a cylinder without an opening part; a plurality of water return wells (20) having a length of approximately 20-60 m and alternately arranged while having a prescribed distance from the plurality of pumping wells (10), wherein a lower portion thereof (20L) from the lower end thereof to an approximately 2/3 height point is formed as a perforated pipe with a plurality of opening parts (230), and an upper portion (20H) thereof from the approximately 2/3 height point to the ground surface is formed as a cylinder without an opening part; a ground heat exchanger (30); a plurality of supply paths (40); and a plurality of water return paths (60).

Description

지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기 및 이를 이용한 열교환 방법{OPEN TYPE GEOTHERMAL EXCHANGER WITH GROUND SURFACE WATER AS HEAT SOURCE AND HEAT EXCHANGE METHOD USING THE SAME}Open type underground heat exchanger using underground surface water as heat source and heat exchange method using the same

본 발명은 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기 및 이를 이용한 열교환 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 주로 충적층이 발달한 지역, 해안가, 하천주변 등과 같이 지중 지표수가 풍부한 지역에서 낮은 심도의 복수의 취수정에서 지중 지표수를 취수하여 지상열교환기에서 열교환한 다음에 복수의 환수정으로 환수시키는 개방형 지중열교환기 및 이를 이용한 열교환 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an open type underground heat exchanger using underground surface water as a heat source and a heat exchange method using the same, and more particularly, to a plurality of low-depth areas with abundant underground surface water, such as areas where alluvial deposits are developed, coastal areas, and rivers. It relates to an open type underground heat exchanger that takes in underground surface water from an intake well, exchanges heat in an above-ground heat exchanger, and then returns it to a plurality of exchange wells, and a heat exchange method using the same.

일반적으로 지중열교환기에서 지중 열원의 취득방법은 크게 4가지 방식으로 분류 될 수 있는데, 지중에 수직으로 보어홀(Borehole)을 천공하고 지중열교환기를 설치하는 수직밀폐형 지중열교환기; 지중과 지중에 수평으로 트렌치(Trench)를 설치하고 지중열교환기를 설치하는 지중수평형 지중열교환기; 건축물의 기초말뚝에 지중열교환기를 설치하는 에너지파일형 지중열교환기; 및 지중에 수직으로 지열 우물공을 설치하고 우물공으로부터 지하수를 취수하여 열교환한 후 다시 동일한 지열 우물공으로 환수시키는 방식의 스탠딩컬럼웰(Standing Column Well(SCW)type)형 지중열교환기로 분류될 수 있다. 이 중에서 대표적으로 수직 밀폐형 지중열교환기와 스탠딩컬럼웰형 지중열교환기가 가장 많이 적용되고 있다. 수직밀폐형 지중열교환기는 직경 약 150mm의 홀을 약 150m ~ 200m 깊이로 천공하고, 홀과 홀의 간격을 5m 내외로 부지 내에서 천공한 후, 지중열교환기를 설치하여 열원으로 사용하는 방법이며; 스탠딩컬럼웰형(SCW) 지중열교환기의 경우 직경 약 200mm의 홀을 심도 약 400m ~ 500m 깊이로 천공한 후, 심정펌프를 활용하여 직접 지하수를 열원으로 하는 방법이다.In general, the underground heat source acquisition method in the underground heat exchanger can be broadly classified into four types. A vertical sealed type underground heat exchanger in which a borehole is vertically drilled in the ground and an underground heat exchanger is installed; Underground horizontal type underground heat exchanger, which installs a trench horizontally in the ground and underground and installs an underground heat exchanger; An energy pile type underground heat exchanger that installs an underground heat exchanger on the foundation pile of a building; And it can be classified as a standing column well (SCW) type geothermal heat exchanger in which a geothermal well hole is installed vertically in the ground, ground water is taken in from the well hole, heat exchanged, and then returned to the same geothermal well hole. . Among them, the vertical sealed type underground heat exchanger and the standing column well type underground heat exchanger are most commonly applied. The vertically sealed underground heat exchanger is a method in which a hole with a diameter of about 150 mm is drilled to a depth of about 150 m to 200 m, and the gap between the hole and hole is drilled within the site to about 5 m, and then the underground heat exchanger is installed and used as a heat source; In the case of a standing column-well type (SCW) underground heat exchanger, a hole with a diameter of about 200 mm is drilled to a depth of about 400 m to 500 m, and then a deep well pump is used to directly use groundwater as a heat source.

그러나, 수직밀폐형 지중열교환기는 관정을 약 150m ~ 200m 깊이로 천공해야 하고, 스탠딩컬럼웰형 지중열교환기는 관정을 약 400m ~ 500m 깊이로 천공해야 하므로, 시공비용이 많이 소요되고, 연약한 지반구조에서는 시공이 어려울 경우도 발생할 수 있다. 특히, 모래 자갈 층이 깊은 충적층, 하천주변, 해안지대 등에서는 모래 자갈과 과다한 침출수로 인해 굴착이 어렵고, 비용이 과다하게 발생하는 문제가 있다.However, the vertical sealed type geothermal heat exchanger requires that the well be drilled to a depth of about 150 m to 200 m, and the standing column well type geothermal heat exchanger requires the well to be drilled to a depth of about 400 m to 500 m. Difficult cases may arise. In particular, excavation is difficult due to sand gravel and excessive leachate in the alluvial layer, the vicinity of rivers, and the coastal zone, where the sand gravel layer is deep, and there is a problem in that the cost is excessive.

도 1에 도시된 바와 같이, 대한민국 특허 제10-1566654호에서 지중열교환기(510)는 하나의 관정(520)에 흡입배관(530)과 환수배관(540)이 설치되는 구조로 이루어지며, 흡입배관(530)을 통하여 공급되는 지하수가 지상열교환기(550)에서 부하측 열교환매체와 열교환된 다음에 환수배관(540)으로 환수되는 개방형 지열설비(500)가 개시되어 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 대한민국 특허 제10-1512303호의 개방형 지열시스템(600)에서 지중열교환기(610)는 하나의 관정(620)에 공급관(630) 및 환수관(640)이 설치되며, 공급관(630)은 일부 구간에서 지하수를 유입하는 복수의 유입홀(631)을 구비하며, 환수관(640)은 일부 구간에서 지하수를 지중으로 환수시키는 복수의 배출홀(641)을 구비한다. 도 2에 도시된 개방형 지열시스템(600)에서 공급관(630)을 통하여 공급되는 지하수가 지상열교환기(660)에서 부하측 열교환매체와 열교환된 다음에 환수배관(640)로 환수되며, 환수관(640)의 하단부는 H자형 연결관(650)에 의해 공급관(630)의 하단부와 연결된다.1, in Korean Patent No. 10-1566654, the underground heat exchanger 510 has a structure in which a suction pipe 530 and a return pipe 540 are installed in one pipe well 520, and the suction An open geothermal facility (500) in which groundwater supplied through a pipe (530) exchanges heat with a load-side heat exchange medium in the ground heat exchanger (550) and then is returned to a return pipe (540) is disclosed. In addition, as shown in FIG. 2 , in the open geothermal system 600 of Korean Patent No. 10-1512303, the geothermal heat exchanger 610 has a supply pipe 630 and a return pipe 640 installed in one well 620 . The supply pipe 630 is provided with a plurality of inlet holes 631 for introducing groundwater in some sections, and the return pipe 640 has a plurality of discharge holes 641 for returning groundwater to the ground in some sections. . In the open geothermal system 600 shown in FIG. 2 , the groundwater supplied through the supply pipe 630 exchanges heat with the load-side heat exchange medium in the ground heat exchanger 660 and then is returned to the return pipe 640 , and the return pipe 640 . ), the lower end is connected to the lower end of the supply pipe 630 by an H-shaped connecting pipe 650 .

상기 대한민국 특허 제10-1566654호 및 대한민국 특허 제10-1512303호에 개시된 개방형 지열 설비(500) 또는 개방형 지열 시스템(600)은 모두 지중으로 수직 200m 이상의 깊이로 홀을 천공하고 있으므로, 모래 자갈 층이 깊은 충적층, 하천주변, 해안지대 등에서는 지중열교환기를 시공하기 어려운 전술한 문제를 그대로 가지고 있다.Since the open geothermal facility 500 or the open geothermal system 600 disclosed in Korean Patent No. 10-1566654 and Korean Patent No. 10-1512303 both drill holes to a depth of 200 m or more vertically underground, the sand gravel layer In the deep alluvial layer, near rivers, and in coastal areas, it is difficult to construct the underground heat exchanger as it is, as described above.

또한, 상기 대한민국 특허 제10-1566654호 및 대한민국 특허 제10-1512303호에 개시된 지중열교환기는 하나의 관정(520, 620)을 통하여 지중에서 취수한 지하수를 지상열교환기에서 열교환회로를 순환하는 매체와 열교환된 물을 동일한 관정(520, 620)을 통하여 지중으로 환수시키는 방식으로서, 환수된 지하수가 관정(520, 620)을 순환하면서 열량을 회복하는 방식이다. 이 경우, 열량이 회복되는 시간이 지하수의 수원 량에 따라 다르고, 장시간 지중열교환기의 운전이 계속될 경우에 지하수의 열량이 점차 떨어져서 효율이 나빠지거나 지중열교환기의 이용에 제약을 받을 수 있다.In addition, the underground heat exchanger disclosed in Korean Patent No. 10-1566654 and Korean Patent No. 10-1512303 includes a medium that circulates the heat exchange circuit in the ground heat exchanger for groundwater taken from the ground through one well (520, 620) and As a method of exchanging heat-exchanged water to the ground through the same wells 520 and 620 , it is a method of recovering heat quantity while the returned groundwater circulates through the wells 520 and 620 . In this case, the amount of time to recover heat varies depending on the amount of groundwater source, and if the operation of the underground heat exchanger continues for a long time, the amount of heat in the groundwater gradually decreases, which may result in poor efficiency or restrictions on the use of the underground heat exchanger.

본 발명의 목적은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 충적층이 발달한 지역, 해안가, 하천주변 등과 같이 지중 지표수가 풍부한 지역에서 낮은 심도의 복수의 취수정에서 지중 지표수를 취수하여 지상열교환기에서 열교환한 다음에 복수의 환수정으로 환수시키는 개방형 지중열교환기 및 이를 이용한 열교환 방법을 제공하는 것이다. 그러나, 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.An object of the present invention is to solve the problems of the prior art, in an area where alluvial deposits are developed, along the coast, near a river, etc., in an area with abundant underground surface water, etc. It is to provide an open type underground heat exchanger for exchanging water to a plurality of exchange wells and a heat exchange method using the same. However, these problems are exemplary, and the scope of the present invention is not limited thereto.

이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기는, 지중 지표수를 취수하기 위하여, 약 20 - 60m 깊이의 낮은 심도의 관정에 수직 방향으로 삽입되고, 내부에 소정 길이의 취수 배관들이 배치되며 취수 배관들의 하단부에 심정펌프들이 설치되며, 약 20 - 60m의 길이를 가지며 하단부부터 약 2/3 높이 지점까지의 하부는 복수의 개구부를 구비한 유공관으로 형성되고 약 2/3 높이 지점부터 지표면까지의 상부는 개구부가 없는 원통으로 형성되는 복수의 취수정; 약 20 - 60m의 낮은 심도의 관정에 수직 방향으로 삽입되고, 상기 복수의 취수정과는 소정의 거리를 가지고 교대로 배치되며, 약 20 - 60m의 길이를 가지며 하단부부터 약 2/3 높이 지점까지의 하부는 복수의 개구부를 구비한 유공관으로 형성되고 약 2/3 높이 지점부터 지표면까지의 상부는 개구부가 없는 원통으로 형성되는 복수의 환수정; 상기 복수의 취수정의 심정펌프들에 의해 흡입되어 송출되는 지중 지표수를 부하측 열교환회로를 순환하는 열교환매체와 열교환시키는 지상열교환기; 상기 복수의 취수정의 취수 배관들의 배출구들과 상기 지상열교환기의 유입구들을 연결하는 복수의 공급로; 및 상기 지상열교환기에서 부하측을 순환하는 열교환매체와 열교환된 지중 지표수가 배출되는 배출구들과 상기 복수의 환수정의 유입구들을 연결하는 복수의 환수로를 포함할 수 있다.An open type underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention for achieving the above object is inserted in a vertical direction into a well of a low depth of about 20 - 60 m in order to take in underground surface water, Intake pipes of a predetermined length are arranged inside, and deep well pumps are installed at the lower ends of the intake pipes, and have a length of about 20 - 60 m, and the lower part from the lower end to about 2/3 height is formed as a perforated pipe having a plurality of openings. and a plurality of intake wells formed as cylinders having no openings at an upper portion from a height of about 2/3 to the ground surface; It is vertically inserted into a well of a low depth of about 20 - 60 m, is alternately disposed with a predetermined distance from the plurality of intake wells, has a length of about 20 - 60 m, and extends from the lower end to about 2/3 of the height. a plurality of round wells formed as a perforated tube having a plurality of openings in the lower part and a cylinder having no openings in the upper part from the height of about 2/3 to the ground surface; a ground heat exchanger for exchanging the underground surface water sucked in by the deep well pumps of the plurality of intake wells with a heat exchange medium circulating in the load side heat exchange circuit; a plurality of supply paths connecting the outlets of the intake pipes of the plurality of intake wells and the inlets of the above-ground heat exchanger; and a plurality of return channels connecting outlets through which the ground surface water heat-exchanged with the heat exchange medium circulating on the load side in the ground heat exchanger is discharged and the inlets of the plurality of exchange wells.

본 발명의 다른 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기는, 지중 지표수를 취수하기 위하여, 약 20 - 60m 깊이의 낮은 심도의 관정에 수직 방향으로 삽입되고, 내부에 소정 길이의 취수 배관들이 배치되며 취수 배관들의 하단부에 심정펌프들이 설치되며, 약 20 - 60m의 길이를 가지며 하단부부터 약 2/3 높이 지점까지의 하부는 복수의 개구부를 구비한 유공관으로 형성되고 약 2/3 높이 지점부터 지표면까지의 상부는 개구부가 없는 원통으로 형성되는 복수의 취수정; 약 20 - 60m의 낮은 심도의 관정에 수직 방향으로 삽입되고, 상기 복수의 취수정과는 소정의 거리를 가지고 교대로 배치되며, 약 20 - 60m의 길이를 가지며 하단부부터 약 2/3 높이 지점까지의 하부는 복수의 개구부를 구비한 유공관으로 형성되고 약 2/3 높이 지점부터 지표면까지의 상부는 개구부가 없는 원통으로 형성되는 복수의 환수정; 상기 복수의 취수정의 심정펌프들에 의해 흡입되어 송출되는 지중 지표수를 부하측 열교환회로를 순환하는 열교환매체와 열교환시키는 지상열교환기; 상기 복수의 취수정의 취수 배관들의 배출구들과 상기 지상열교환기의 유입구들을 연결하는 복수의 공급로; 상기 지상열교환기에서 부하측을 순환하는 열교환매체와 열교환된 지중 지표수가 배출되는 배출구들과 연결된 분배기: 및 상기 분배기로부터 상기 복수의 환수정의 유입구들을 연결하는 복수의 환수로를 포함할 수 있다.An open type underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to another embodiment of the present invention is vertically inserted into a well of a low depth of about 20 - 60 m in order to intake underground surface water, and an intake pipe of a predetermined length therein are arranged, and deep well pumps are installed at the lower end of the intake pipes, have a length of about 20 - 60 m, and the lower part from the lower end to about 2/3 height is formed of a perforated pipe having a plurality of openings, and about 2/3 height point a plurality of intake wells formed in a cylinder having no openings at the upper portion from the to the ground; It is vertically inserted into a well of a low depth of about 20 - 60 m, is alternately disposed with a predetermined distance from the plurality of intake wells, has a length of about 20 - 60 m, and extends from the lower end to about 2/3 of the height. a plurality of round wells formed as a perforated tube having a plurality of openings in the lower part and a cylinder having no openings in the upper part from the height of about 2/3 to the ground surface; a ground heat exchanger for exchanging the underground surface water sucked in by the deep well pumps of the plurality of intake wells with a heat exchange medium circulating in the load side heat exchange circuit; a plurality of supply paths connecting the outlets of the intake pipes of the plurality of intake wells and the inlets of the above-ground heat exchanger; It may include: a distributor connected to outlets through which the ground surface water heat-exchanged with the heat exchange medium circulating on the load side in the above-ground heat exchanger is discharged; and a plurality of return channels connecting the inlets of the plurality of exchange wells from the distributor.

본 발명의 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기에서, 상기 복수의 취수정과 상기 복수의 환수정은 교대로 일렬로 배치되거나, 복수열의 장방형으로 배치될 수 있다.In the open type underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention, the plurality of intake wells and the plurality of exchange wells may be alternately arranged in a line or arranged in a plurality of rows of a rectangle.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기에서, 상기 취수정과 상기 환수정은 약 15m의 간격을 가지고 배치될 수 있다.In addition, in the open underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention, the intake well and the exchange well may be disposed with an interval of about 15 m.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기에서, 상기 복수의 취수정 및 상기 복수의 환수정의 외부 둘레에는 각각 복수의 원통형 외부 케이싱이 설치되고, 상기 복수의 취수정과 상기 복수의 외부 케이싱 사이의 공간 및 상기 복수의 환수정과 상기 복수의 외부 케이싱 사이의 공간에는 시멘트 그라우팅재가 주입될 수 있다.In addition, in the open type underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention, a plurality of cylindrical outer casings are respectively installed around the outer periphery of the plurality of intake wells and the plurality of exchange wells, and the plurality of intake wells and the Cement grouting material may be injected into the space between the plurality of outer casings and the space between the plurality of exchange water wells and the plurality of outer casings.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기에서, 상기 취수정의 하부에 구비된 복수의 개구부는 복수의 관통홀 또는 복수의 슬릿으로 형성될 수 있다.In addition, in the open underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention, the plurality of openings provided in the lower part of the intake well may be formed of a plurality of through holes or a plurality of slits.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기에서, 상기 복수의 공급로에는 모래 제거망 및 드레인 밸브를 포함하는 모래제거기가 추가로 구비될 수 있다.In addition, in the open type geothermal heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention, a sand remover including a sand removal network and a drain valve may be additionally provided in the plurality of supply paths.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기에서, 지상열교환기로부터 환수되는 물이 환수정에서 넘치는 현상을 최소화하도록 복수의 환수정들을 서로 수평으로 연결하는 유량분배관을 더 포함할 수 있다.In addition, in the open underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention, a flow distribution pipe connecting a plurality of exchange wells horizontally to minimize the phenomenon that water returned from the ground heat exchanger overflows in the exchange well may further include.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기에서, 상기 복수의 환수정에서 복수의 환수로의 유입구들의 상측에는 복수의 오버 플로우관들이 설치되고, 상기 복수의 오버 플로우관들은 집수정으로 연결될 수 있다.In addition, in the open underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention, a plurality of overflow pipes are installed above the inlets to the plurality of return channels in the plurality of exchange wells, and the plurality of overflows The pipes may be connected to a sump.

본 발명의 다른 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기를 이용하는 냉난방시스템은 전술한 개방형 지중열교환기 중 어느 하나가 히트펌프, 팽창탱크 및 열원순환펌프를 포함하는 부하측 열교환회로와 결합되어 이루어질 수 있다.In the heating/cooling system using an open type underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to another embodiment of the present invention, any one of the above-described open type underground heat exchangers is combined with a load-side heat exchange circuit including a heat pump, an expansion tank, and a heat source circulation pump. can be done

본 발명의 다른 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기를 이용하는 냉난방시스템에서, 상기 히트펌프에서 생산된 온수를 저장하는 버퍼탱크를 더 포함할 수 있다. In the heating/cooling system using an open underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to another embodiment of the present invention, a buffer tank for storing the hot water produced by the heat pump may be further included.

본 발명의 다른 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기의 열교환 방법은, 약 20 - 60m 깊이의 낮은 심도의 관정에 수직 방향으로 삽입되며, 약 20 - 60m의 길이를 가지며 하단부부터 약 2/3 높이 지점까지의 하부는 복수의 개구부를 구비한 유공관으로 형성되고 약 2/3 높이 지점부터 지표면까지의 상부는 개구부가 없는 원통으로 형성되는 복수의 취수정을 통하여 지중 지표수를 취수하는 단계; 상기 취수 단계에서 취수된 지중 지표수를 상기 복수의 취수정의 내부에 배치된 취수 배관들 및 심정펌프들을 통하여 지상열교환기로 공급하는 단계; 상기 복수의 심정펌프에 의해 지상열교환기로 공급되는 지중 지표수를 부하측 열교환회로를 순환하는 열교환매체와 열교환시키는 단계; 및 상기 열교환 단계에서 부하측 열교환회로의 열교환매체와 열교환된 지중 지표수를, 약 20 - 60m의 낮은 심도의 관정에 수직 방향으로 삽입되고, 상부는 개구부가 없는 원통으로 형성되고 하부는 복수의 개구부를 구비한 유공관으로 형성되며, 상기 복수의 취수정과는 소정의 거리를 가지고 교대로 배치되며, 약 20 - 60m의 길이를 가지며 하단부부터 약 2/3 높이 지점까지의 하부는 복수의 개구부를 구비한 유공관으로 형성되고 약 2/3 높이 지점부터 지표면까지의 상부는 개구부가 없는 원통으로 형성되는 복수의 환수정을 통하여 환수시키는 단계를 포함할 수 있다.The heat exchange method of an open underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to another embodiment of the present invention is vertically inserted into a well of a low depth of about 20 - 60 m, and has a length of about 20 - 60 m from the lower end Intake of underground surface water through a plurality of intake wells in which the lower part up to the 2/3 height point is formed as a perforated pipe having a plurality of openings, and the upper part from the about 2/3 height point to the ground surface is formed as a cylinder without an opening ; supplying the underground surface water taken in in the water intake step to the ground heat exchanger through intake pipes and deep well pumps disposed inside the plurality of intake wells; exchanging the underground surface water supplied to the ground heat exchanger by the plurality of deep well pumps with a heat exchange medium circulating in a load side heat exchange circuit; and the underground surface water exchanged with the heat exchange medium of the load side heat exchange circuit in the heat exchange step is vertically inserted into a well of a low depth of about 20 - 60 m, the upper part is formed in a cylinder without an opening, and the lower part is provided with a plurality of openings It is formed of one perforated pipe, is alternately arranged at a predetermined distance from the plurality of intake wells, has a length of about 20 - 60 m, and the lower part from the lower end to about 2/3 height is a perforated pipe having a plurality of openings. It is formed and the upper part from the point of about 2/3 height to the ground surface may include the step of changing the water through a plurality of exchange wells formed into a cylinder without an opening.

본 발명의 다른 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기의 열교환 방법에 있어서, 상기 환수 단계에서, 지상열교환기로부터 복수의 환수정으로 환수되는 물은 유량분배기를 통하여 복수의 환수로로 환수될 수 있다.In the heat exchange method of an open type underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to another embodiment of the present invention, in the return step, the water returned from the ground heat exchanger to the plurality of return wells is converted into a plurality of return channels through a flow rate distributor. can be returned to

상기와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예의 개방형 지중열교환기에 따르면, 충적층이 발달한 지역, 해안가, 하천주변 등과 같이 지중 지표수가 풍부한 지역에서 낮은 심도의 복수의 취수정에서 지중 지표수를 취수하여 지상열교환기에서 열교환한 다음에 복수의 환수정으로 환수시킬 수 있으므로, 관정을 깊은 심도로 굴착할 필요없이 지하 지표수가 많은 지반에서 낮은 심도로 관정을 굴착하여 충분한 량의 지하수를 취수할 수 있으며, 또한 복수의 취수정과 복수의 환수정을 이용하여 지하수가 고갈되지 않고 원래대로 환수되도록 하면서 충분한 열량을 취득할 수 있게 된다. 물론 이러한 효과들에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.According to the open type underground heat exchanger of an embodiment of the present invention made as described above, in an area where the alluvial layer is developed, along the coast, near a river, etc., underground surface water is withdrawn from a plurality of intake wells at a low depth in the ground heat exchanger. Since it can be exchanged into a plurality of exchange wells after heat exchange, it is possible to extract a sufficient amount of groundwater by excavating a well at a low depth in a ground with a lot of ground surface water without the need to excavate the well to a deep depth. It is possible to acquire sufficient amount of heat while allowing groundwater to be returned to its original state without being depleted by using a plurality of water exchange wells. Of course, the scope of the present invention is not limited by these effects.

도 1은 종래의 개방형 지중열교환기를 이용한 지열설비를 나타낸 개념도이다.
도 2는 종래의 개방형 지열 시스템을 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기를 이용한 지열시스템을 나타낸 개념도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기에서의 복수의 취수정, 지상열교환기 및 복수의 환수정 사이의 연결 유로를 나타낸 개념도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기의 취수정의 개략 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기의 환수정의 개략 단면도이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기의 설치공정을 나타내는 도면이다.
1 is a conceptual diagram showing a geothermal facility using a conventional open geothermal heat exchanger.
2 is a conceptual diagram illustrating a conventional open geothermal system.
3 is a conceptual diagram illustrating a geothermal system using an open geothermal heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention.
4 is a conceptual diagram illustrating a plurality of intake wells in an open underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention, and a connection flow path between the ground heat exchanger and the plurality of exchange wells.
5 is a schematic cross-sectional view of an intake well of an open type underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic cross-sectional view of a water exchange well of an open underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention.
7A to 7E are views illustrating an installation process of an open type underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention.

상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다. The objects, features and advantages of the present invention described above will become more apparent through the following examples in conjunction with the accompanying drawings.

이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.The specific structural or functional descriptions below are only exemplified for the purpose of describing embodiments according to the concept of the present invention, and the embodiments according to the concept of the present invention may be implemented in various forms and described in the present specification or application. It should not be construed as being limited to the examples.

본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the embodiment according to the concept of the present invention may have various changes and may have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiments according to the concept of the present invention to a specific disclosed form, and should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "연결되어 있다"거나 "접속되어 있다"고 언급된 때에는, 그 다른 구성 요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성 요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떠한 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접 연결되어 있다"거나 또는 "직접 접속되어 있다"고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하기 위한 다른 표현들, 즉 "∼사이에"와 "바로 ∼사이에" 또는 "∼에 인접하는"과 "∼에 직접 인접하는" 등의 표현도 마찬가지로 해석되어야 한다.When it is said that a certain element is "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, but other elements may exist in between. will have to be understood On the other hand, when it is mentioned that a certain element is "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that no other element is present in the middle. Other expressions for describing the relationship between elements, that is, expressions such as “between” and “immediately between” or “adjacent to” and “directly adjacent to”, should be interpreted similarly.

본 명세서에서 사용하는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. As used herein, terms such as “comprise” or “have” are intended to designate that the described feature, number, step, action, component, part, or combination thereof is present, and includes one or more other features or numbers, It should be understood that the existence or addition of steps, operations, components, parts or combinations thereof is not precluded in advance.

다르게 정의되지 않는 한, 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. Unless defined otherwise, all terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present specification. does not

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings. Like reference numerals in each figure indicate like elements.

이하, 본 발명의 실시예들을 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기를 이용한 지열시스템을 나타낸 개념도이며; 도 4는 도 3의 개방형 지중열교환기에서의 복수의 취수정, 지상열교환기 및 복수의 환수정 사이의 연결 유로를 나타낸 개념도이며; 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기의 취수정의 개략 단면도이며; 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기의 환수정의 개략 단면도이다.3 is a conceptual diagram illustrating a geothermal system using an open geothermal heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention; 4 is a conceptual diagram illustrating a plurality of intake wells in the open type underground heat exchanger of FIG. 3, a connection flow path between the ground heat exchanger and a plurality of exchange wells; 5 is a schematic cross-sectional view of an intake well of an open underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention; 6 is a schematic cross-sectional view of a water exchange well of an open underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기는 약 20 - 60m의 낮은 심도의 관정에 수직 방향으로 삽입되며 상부(10H)는 개구부가 없는 원통으로 형성되고 하부(10L)는 복수의 개구부(130)를 구비한 유공관으로 형성되는 복수의 취수정(10); 상기 복수의 취수정(10)으로부터 송출되는 지중 지표수를 부하측 열교환회로의 열교환매체와 열교환시키는 지상열교환기(30); 및 약 20 - 60m의 낮은 심도의 관정에 수직 방향으로 삽입되며 상부(20H)는 개구부가 없는 원통으로 형성되고 하부(20L)는 복수의 개구부(230)를 구비한 유공관으로 형성되는 복수의 환수정(20)을 포함한다.The open type geothermal heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention is vertically inserted into a well of a low depth of about 20 - 60 m, and the upper part (10H) is formed as a cylinder without an opening, and the lower part (10L) is A plurality of intake wells (10) formed of a perforated pipe having a plurality of openings (130); a ground heat exchanger (30) for exchanging the underground surface water discharged from the plurality of intake wells (10) with the heat exchange medium of the load side heat exchange circuit; And a plurality of round wells inserted in the vertical direction into a well of a low depth of about 20 - 60 m, the upper part (20H) is formed as a cylinder without an opening, and the lower part (20L) is formed as a perforated pipe having a plurality of openings (230) (20).

본 발명의 일 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기는 약 20 - 60m의 낮은 심도의 관정을 천공하여 취수정(10)과 환수정(20)을 설치하기 때문에, 충적층이 발달한 지역, 해안가, 하천주변 등과 같이 지중 지표수가 풍부한 지역에서도 취수정 및 환수정을 용이하게 시공할 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기는 하나의 관정에서 지중 지하수를 취수하고 열교환된 지하수를 동일한 관정으로 환수시키는 것이 아니라, 복수의 취수정에서 지중 지표수를 취수하여 지상열교환기에서 열교환한 다음에 복수의 환수정으로 환수시키는 방식이므로, 장시간 하나의 관정을 지속적으로 사용함으로써 지하수의 열량이 점차 떨어져서 지중열교환기의 효율이 나빠지는 문제가 발생하지 않는다. 복수의 취수정과 복수의 환수정을 이용하는 본 발명의 개방형 지중열교환기에서는 지하수가 고갈되지 않도록 원래대로 지하수를 환수시키면서 충분한 열량을 취득할 수 있게 된다.In the open type underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention, the intake well 10 and the exchange well 20 are installed by drilling a well of a low depth of about 20 - 60 m, so the area where the alluvial layer is developed Intake wells and return wells can be easily constructed even in areas with abundant underground surface water such as coastal areas, rivers, etc. In addition, the open type geothermal heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention does not withdraw underground groundwater from one well and return heat-exchanged groundwater to the same well, but by taking underground surface water from a plurality of intake wells. Since it is a method of exchanging heat in the ground heat exchanger and then returning the water to a plurality of exchange wells, continuous use of one well for a long time does not cause a problem in that the heat quantity of the groundwater gradually decreases and the efficiency of the underground heat exchanger deteriorates. In the open type geothermal heat exchanger of the present invention using a plurality of intake wells and a plurality of exchange wells, sufficient heat can be obtained while returning groundwater to the original state so that groundwater is not depleted.

본 발명의 일 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기에서, 상기 복수의 취수정(10)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 약 20 - 60m 깊이의 낮은 심도의 관정에 수직 방향으로 삽입되고, 내부에 소정 길이의 취수 배관들이 배치되며 취수 배관들(110)의 하단부에 심정펌프들(120)이 설치된다. 상기 복수의 취수정(10)의 각각은 약 20 - 60m의 길이를 가지며, 하단부부터 약 2/3 높이 지점까지의 하부(10L)는 복수의 개구부(130)를 구비한 유공관으로 형성되고, 약 2/3 높이 지점부터 지표면까지의 상부(10H)는 개구부가 없는 원통으로 형성된다. 이러한 구성에 의해, 취수정(10)의 하부(10L)에 형성된 개구부들(130)을 통하여 충적층이 발달한 지역, 해안가, 하천주변 등과 같이 지중 지표수가 풍부한 지역에서 지하수를 용이하게 취수하여 지중열교환기의 열원으로 이용할 수 있다. 상기 취수정(10)의 하부에 구비된 복수의 개구부(130)는 복수의 관통홀 또는 복수의 슬릿으로 형성될 수 있다. 도 5에서, 상기 슬릿은 취수정(10)의 길이방향으로 형성되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니고 다른 방향으로 형성될 수도 있다.In the open type geothermal heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention, the plurality of intake wells 10, as shown in FIG. , and water intake pipes of a predetermined length are disposed therein, and deep well pumps 120 are installed at lower ends of the intake pipes 110 . Each of the plurality of intake wells 10 has a length of about 20 - 60 m, and the lower portion 10L from the lower end to about 2/3 height is formed as a perforated pipe having a plurality of openings 130 , and about 2 The upper part 10H from the /3 height point to the ground surface is formed as a cylinder without an opening. With this configuration, through the openings 130 formed in the lower part 10L of the intake well 10, the groundwater can be easily taken in from the area where the alluvial layer is developed, the coastline, the vicinity of a river, etc. can be used as a heat source for The plurality of openings 130 provided in the lower portion of the intake well 10 may be formed of a plurality of through holes or a plurality of slits. In FIG. 5 , the slit is illustrated as being formed in the longitudinal direction of the water intake well 10 , but the present invention is not limited thereto and may be formed in another direction.

도 5 및 도 7b, 도 7c에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 취수정(10)의 외부 둘레에는 토사층 구간에서 복수의 원통형 외부 케이싱(150)이 설치되고, 상기 복수의 취수정(10)과 상기 복수의 외부 케이싱(150) 사이의 공간에는 시멘트 그라우팅재(160)가 주입될 수 있다. 이와 같이, 취수정(10)의 외부 둘레에서 토사층 구간에 외부 케이싱(150)과 시멘트 그라우팅재(160)가 시공되는 경우에는, 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기의 취수정을 설치하기 위하여 지중에 관정을 천공할 때, 흙이나 자갈 모래 등으로 구성되는 토사층에서 취수정이 관정에 정위치에 정렬되어 유지될 수 있게 된다. 상기 외부 케이싱(150)과 시멘트 그라우팅재(160)는 취수정(10)의 하부(10L)의 유공관 영역 이외의 영역에 설치되어야 한다.5, 7b, and 7c, a plurality of cylindrical outer casings 150 are installed on the outer periphery of the plurality of intake wells 10 in the soil layer section, and the plurality of intake wells 10 and the plurality of intake wells 10 are provided. Cement grouting material 160 may be injected into the space between the outer casing 150 of the. In this way, when the outer casing 150 and the cement grouting material 160 are constructed in the soil layer section from the outer periphery of the intake well 10, the wells are installed underground in order to install the intake well of the open type underground heat exchanger according to the present invention. When drilling, the intake well in the soil layer composed of soil or gravel sand, etc. can be maintained aligned in place in the well. The outer casing 150 and the cement grouting material 160 should be installed in an area other than the perforated pipe area of the lower portion 10L of the intake well 10 .

상기 복수의 환수정(20)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 약 20 - 60m 깊이의 낮은 심도의 관정에 수직 방향으로 삽입된다. 상기 복수의 환수정(10)의 각각은 약 20 - 60m의 길이를 가지며, 지표면부터 중간지점까지의 상부(20H)는 개구부가 없는 원통으로 형성되고, 중간지점부터 하단부까지의 하부(20L)는 복수의 개구부(230)를 구비한 유공관으로 형성된다. 이러한 구성에 의해, 환수정(20)의 하부(20L)에 형성된 개구부들(230)을 통하여 충적층이 발달한 지역, 해안가, 하천주변 등과 같이 지중으로 지하수를 환수시킨다. 상기 환수정(20)의 하부에 구비된 복수의 개구부(230)는 복수의 관통홀 또는 복수의 슬릿으로 형성될 수 있다. 도 6에서, 상기 슬릿은 환수정(20)의 길이방향으로 형성되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되는 것은 아니고 다른 방향으로 형성될 수도 있다.The plurality of round crystals 20 are vertically inserted into a well of a low depth of about 20 - 60 m, as shown in FIG. 6 . Each of the plurality of round crystals 10 has a length of about 20 - 60 m, the upper part 20H from the ground surface to the middle point is formed in a cylinder without an opening, and the lower part 20L from the middle point to the lower part is It is formed as a perforated tube having a plurality of openings 230 . With this configuration, the groundwater is exchanged underground through the openings 230 formed in the lower part 20L of the exchange well 20, such as in an area where alluvial layer is developed, along the coast, around a river, and the like. The plurality of openings 230 provided in the lower portion of the round crystal 20 may be formed of a plurality of through-holes or a plurality of slits. In FIG. 6 , the slit is illustrated as being formed in the longitudinal direction of the ring crystal 20 , but the present invention is not limited thereto and may be formed in another direction.

도 6 및 도 7d, 도 7e에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 환수정(20)의 외부 둘레에는 토사층 구간에서 복수의 원통형 외부 케이싱(250)이 설치되고, 상기 복수의 환수정(20)과 상기 복수의 외부 케이싱(250) 사이의 공간에는 시멘트 그라우팅재(260)가 주입될 수 있다. 이와 같이, 환수정(20)의 외부 둘레에서 토사층 구간에 외부 케이싱(250)과 시멘트 그라우팅재(260)가 시공되는 경우에는, 본 발명에 따른 개방형 지중열교환기의 환수정을 설치하기 위하여 지중에 관정을 천공할 때, 흙이나 자갈 모래 등으로 구성되는 토사층에서 환수정이 관정에 정위치에 정렬되어 유지될 수 있게 된다. 상기 외부 케이싱(250)과 시멘트 그라우팅재(260)는 환수정(20)의 하부(20L)의 유공관 영역 이외의 영역에 설치되어야 한다. 한편, 환수정의 상단부의 플랜지부에는 사이펀 방지홀이 설치될 수 있다. 환수정의 환수배관이 기계실(지상열교환기)의 배관보다 레벨이 낮을 때는, 환수되는 물이 중력에 의해 빨려 내겨가면서 레벨이 높은 쪽 배관에서 음압이 생기는 현상이 발생할 수 있는데, 이러한 경우 환수되는 지하수를 용수로 이용하고자 할 경우 음압 상태의 위치에서는 배관에 가지 배관을 설치하여도 물이 나오지 않는 현상이 발생할 수 있다. 사이펀 방지 홀은 상기와 같은 현상을 방지하기 위한 상부 공기 유입홀이다.6 and 7d and 7e, a plurality of cylindrical outer casings 250 are installed on the outer periphery of the plurality of round wells 20 in the soil layer section, and the plurality of round wells 20 and A cement grouting material 260 may be injected into the space between the plurality of outer casings 250 . In this way, when the outer casing 250 and the cement grouting material 260 are constructed in the soil layer section from the outer periphery of the exchange well 20, in order to install the exchange well of the open type underground heat exchanger according to the present invention in the ground When the well is drilled, the exchange well in the soil layer composed of soil, gravel, sand, etc. can be maintained in alignment with the well in place. The outer casing 250 and the cement grouting material 260 should be installed in an area other than the perforated pipe area of the lower part 20L of the exchange well 20 . On the other hand, a siphon prevention hole may be installed in the flange portion of the upper end of the exchange water well. When the level of the return pipe of the exchange well is lower than that of the machine room (ground heat exchanger), a phenomenon may occur where the returned water is sucked out by gravity and a negative pressure is generated in the pipe with the higher level. If you want to use it as water, water may not come out even if you install a branch pipe in the pipe at a location under negative pressure. The siphon prevention hole is an upper air inlet hole for preventing the above phenomenon.

본 발명의 일 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기에서, 상기 취수정(10)과 상기 환수정(20)은 약 15m의 간격을 가지고 배치될 수 있다. 또한, 상기 복수의 취수정(10)과 상기 복수의 환수정(20)은 교대로 일렬로 배치될 수도 있으며, 2열 이상의 복수열의 장방형으로 배치될 수도 있다. 복수열의 장방형으로 복수의 취수정(10)과 복수의 환수정(20)이 배치되는 경우에는 홀수열에서는 취수정(10) → 환수정(20) → 취수정(10) → 환수정(20)의 순서로 배치되고, 짝수열에서는 환수정(20) → 취수정(10) → 환수정(20) → 취수정(10)의 순서로 배치되는 것이 바람직하다. In the open underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention, the intake well 10 and the exchange well 20 may be disposed with an interval of about 15 m. In addition, the plurality of intake water wells 10 and the plurality of round water wells 20 may be alternately arranged in a line, or may be arranged in a plurality of rows of two or more columns in a rectangle. In the case where a plurality of intake wells (10) and a plurality of exchange wells (20) are arranged in a plurality of rows of rectangles, in an odd numbered row, intake wells (10) → exchange wells (20) → intake wells (10) → exchange wells (20) in the order of It is preferably arranged in the order of the exchange well (20) → the intake well (10) → the exchange well (20) → the intake well (10) in an even row.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 취수정(10)의 심정펌프들(110)에 의해 흡입되어 송출되는 지중 지표수는 지상에 설치된 지상열교환기(30)에서 부하측 열교환회로를 순환하는 열교환매체와 열교환되어 상기 복수의 환수정(20)으로 환수된다.As shown in FIG. 3 , the underground surface water sucked in and sent out by the deep well pumps 110 of the plurality of intake wells 10 is a heat exchange medium circulating in the load side heat exchange circuit in the ground heat exchanger 30 installed on the ground and It is exchanged with the plurality of exchange wells (20) by heat exchange.

상기 복수의 취수정(10)의 심정펌프들(110)에 의해 흡입되어 송출되는 지중 지표수는 취수 배관들의 배출구와 지상열교환기(30)의 유입구들을 연결하는 복수의 공급로(40)를 통하여 지상열교환기(30)로 공급된다.Ground surface water sucked in by the deep well pumps 110 of the plurality of intake wells 10 and delivered is ground heat exchange through a plurality of supply paths 40 connecting the outlets of intake pipes and the inlets of the ground heat exchanger 30 . It is supplied to the group (30).

또한, 지상열교환기(30)에서 부하측을 순환하는 열교환매체와 열교환된 지중 지표수는 지상열교환기(30)의 복수의 배출구들과 상기 복수의 환수정(20)의 유입구들을 연결하는 복수의 환수로(60)를 통하여 복수의 환수정(20)으로 환수되어 환수정(20)의 개구부들(230)을 통하여 지중으로 흘려보내진다. 이와 같이, 지상열교환기(30)에서 열교환매체와 열교환되어 온도가 저하된 지하수가 취수정과 동일한 관정으로 환수되지 않고, 취수정(10)으로부터 약 15m 간격이 떨어져 배치된 환수정(20)으로 환수되므로, 지하수가 충분한 열원을 회복할 수 있으며, 취수정(10)에서의 지하수 열원의 온도가 저하되는 것이 방지된다.In addition, the underground surface water heat-exchanged with the heat exchange medium circulating on the load side in the ground heat exchanger 30 is a plurality of return channels connecting the plurality of outlets of the ground heat exchanger 30 and the inlets of the plurality of exchange wells 20 . It is returned to a plurality of water exchange wells 20 through 60 and flows underground through the openings 230 of the exchange wells 20 . As such, groundwater whose temperature has been lowered due to heat exchange with the heat exchange medium in the ground heat exchanger 30 is not returned to the same well as the intake well, but is returned to the exchange well 20 disposed at a distance of about 15 m from the intake well 10. , the groundwater can recover a sufficient heat source, and the temperature of the groundwater heat source in the intake well 10 is prevented from being lowered.

한편, 복수의 취수정(10)으로부터 지상열교환기(30)로 공급되어, 지상열교환기(30)에서 부하측 열교환매체와 열교환이 완료된 지중 지표수를 지상열교환기(30)의 복수의 배출구 및 복수의 환수로(60)를 통하여 복수의 환수정(20)으로 환수시킬 수 있지만, 지상열교환기(30)에서 하나의 배출구를 통하여 지하수를 분배기로 배출시킨 다음에, 분배기에서 복수의 환수로(60)를 통하여 복수의 환수정(20)으로 지하수를 환수시킬 수도 있다. 이와 같이, 분배기를 이용하면, 지상열교환기(30)로부터 배출되는 물을 복수의 환수정(20)에 균등하게 환수시킬 수 있다.On the other hand, the underground surface water supplied from the plurality of intake wells 10 to the ground heat exchanger 30 and heat exchanged with the load side heat exchange medium in the ground heat exchanger 30 is transferred to the plurality of outlets of the ground heat exchanger 30 and a plurality of return water Although it is possible to return water to the plurality of exchange wells 20 through the furnace 60, the groundwater is discharged to the distributor through one outlet in the above-ground heat exchanger 30, and then the plurality of return water passages 60 from the distributor It is also possible to exchange groundwater through a plurality of exchange wells 20 . In this way, if the distributor is used, the water discharged from the ground heat exchanger 30 can be exchanged evenly in the plurality of exchange wells 20 .

본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 지중열교환기(1)는 충적층이 발달한 지역, 해안가, 하천주변 등과 같은 지역에 분포하는 지중 지표수를 이용하기 때문에, 취수정(10)의 유공관을 통하여 모래 등이 지상열교환기(30)로 송출될 수 있다. 이와 같이, 지중 지표수와 함께 모래 등이 지상열교환기(30)로 공급되는 것을 방지하기 위하여, 취수 배관(110)과 지상열교환기(30)를 연결하는 복수의 공급로(40)에는 모래제거기(70)가 추가로 구비될 수 있다. 상기 모래제거기(70)는 모래 제거망과 드레인 밸브를 포함할 수 있다.Since the open type geothermal heat exchanger 1 according to an embodiment of the present invention uses underground surface water distributed in areas such as areas where alluvial layers are developed, the coast, and around rivers, sand, etc. It may be sent to the ground heat exchanger (30). In this way, in order to prevent sand, etc. from being supplied to the ground heat exchanger 30 together with the underground surface water, a sand remover ( 70) may be additionally provided. The sand remover 70 may include a sand removal net and a drain valve.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 지중열교환기(1)에서는, 지상열교환기(30)로부터 환수되는 물이 환수정(20)에서 넘치는 현상을 최소화하도록 복수의 환수정들을 서로 수평으로 연결하는 유량분배관(80)을 더 포함할 수 있다. 상기 유량분배관(80)은 환수정(30)의 상부에 연결된 환수로(60)의 유입구보다 약 30cm 윗쪽에 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 의해, 지중열교환기(30)에서 복수의 환수정(20)으로 환수되는 물이 환수 과정에서 넘치는 현상을 최소화할 수 있게 되어 각각의 환수정의 환수 능력을 최대로 활용할 수 있게 된다.As shown in Figure 4, in the open type underground heat exchanger (1) according to an embodiment of the present invention, a plurality of rings to minimize the phenomenon that the water returned from the ground heat exchanger (30) overflows in the exchange well (20) It may further include a flow distribution pipe 80 for horizontally connecting the crystals to each other. The flow distribution pipe 80 is preferably installed about 30 cm above the inlet of the exchange water channel 60 connected to the upper part of the exchange well 30 . With this configuration, it is possible to minimize the overflow of water returned from the underground heat exchanger 30 to the plurality of exchange wells 20 during the exchange process, so that it is possible to maximize the exchange capacity of each exchange well.

상기 유량분배관(80)이 설치된 경우에도 환수되는 물이 넘칠 수 있으므로, 이러한 경우를 대비하여 상기 유량분배관(80)의 일측에는 오버 플로우관(280)이 설치되고, 상기 오버 플로우관(280)은 집수정(290)으로 연결될 수 있다. 집수정(290)으로 유입된 물은 적절한 경로를 거쳐 다시 지중으로 환수될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.Even when the flow distribution pipe 80 is installed, the returned water may overflow, so an overflow pipe 280 is installed on one side of the flow distribution pipe 80 in preparation for such a case, and the overflow pipe 280 ) may be connected to the collecting well 290 . The water introduced into the collecting well 290 may be returned to the ground through an appropriate route, and a detailed description thereof will be omitted.

이어서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기의 열교환 방법에 대하여 설명한다.Next, a heat exchange method of an open type underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to another embodiment of the present invention will be described.

먼저, 단계 S10에서는, 약 20 - 60m 깊이의 낮은 심도의 관정에 수직 방향으로 삽입되며, 약 20 - 60m의 길이를 가지며 하단부부터 약 2/3 높이 지점까지의 하부(10L)는 복수의 개구부(130)를 구비한 유공관으로 형성되고 약 2/3 높이 지점부터 지표면까지의 상부(10H)는 개구부가 없는 원통으로 형성되는 복수의 취수정(10)을 통하여 지중 지표수를 취수한다.First, in step S10, it is vertically inserted into a well of low depth of about 20 - 60 m, has a length of about 20 - 60 m, and the lower part (10L) from the lower end to about 2/3 height is a plurality of openings ( 130) and the upper part 10H from the point of about 2/3 height to the ground surface intakes underground surface water through a plurality of intake wells 10 formed in a cylinder without an opening.

이어서, 지상열교환기(30)로 지중 지표수를 공급하는 단계(S20)에서는, 상기 취수 단계(S10)에서 취수된 지중 지표수를 상기 복수의 취수정(10)의 내부에 배치된 취수 배관들(110) 및 심정펌프들(120)을 통하여 약 15℃의 지표수를 지상열교환기(30)로 공급한다.Next, in the step (S20) of supplying the underground surface water to the above-ground heat exchanger (30), the underground surface water taken in in the water intake step (S10) is fed into the plurality of intake pipes (110) disposed inside the intake wells (10). And surface water at about 15° C. is supplied to the ground heat exchanger 30 through the deep well pumps 120 .

이어서, 단계 S30에서는, 상기 복수의 심정펌프(120)에 의해 지상열교환기(30)로 공급되는 지중 지표수를 부하측 열교환회로를 순환하는 열교환매체와 열교환시킨다. 이 과정에서, 약 △T 5℃의 열원이 지중 지표수로부터 부하측 열교환매체로 전달되어 히트펌프측으로 공급된다.Next, in step S30, the underground surface water supplied to the ground heat exchanger 30 by the plurality of deep well pumps 120 is exchanged with a heat exchange medium circulating in the load side heat exchange circuit. In this process, a heat source of about ΔT 5°C is transferred from the underground surface water to the heat exchange medium on the load side and is supplied to the heat pump side.

이어서, 환수 단계(S40)에서는, 상기 열교환 단계(S30)에서 부하측 열교환회로의 열교환매체와 열교환되어 약 10℃의 온도를 가진 지중 지표수를 환수관(20)을 통하여 환수시킨다. 상기 환수정(20)은 약 20 - 60m의 낮은 심도의 관정에 수직 방향으로 삽입되고, 상기 복수의 취수정(10)과는 소정의 거리를 가지고 교대로 배치되며, 약 20 - 60m의 길이를 가지며 하단부부터 약 2/3 높이 지점까지의 하부(20L)는 복수의 개구부(230)를 구비한 유공관으로 형성되고 약 2/3 높이 지점부터 지표면까지의 상부(20H)는 개구부가 없는 원통으로 형성될 수 있다. 환수정(20)을 통하여 환수된 지중 지표수는 개구부(230)를 통하여 지중으로 배출된 다음에 다시 지표수열을 취득하여 약 15℃의 온도로 회복한 상태에서 취수정(10)의 개구부(130)를 통하여 유입된다.Subsequently, in the return step (S40), the underground surface water having a temperature of about 10°C by heat exchange with the heat exchange medium of the load side heat exchange circuit in the heat exchange step (S30) is returned through the return pipe (20). The round well 20 is vertically inserted into a well of a low depth of about 20 to 60 m, and is alternately disposed with a predetermined distance from the plurality of intake wells 10, and has a length of about 20 to 60 m. The lower portion 20L from the lower end to the approximately 2/3 height point is formed as a perforated tube having a plurality of openings 230, and the upper portion 20H from the approximately 2/3 height point to the ground surface is formed as a cylinder without an opening. can The underground surface water returned through the exchange well 20 is discharged to the ground through the opening 230, and then the opening 130 of the intake well 10 is opened in a state where it is recovered to a temperature of about 15° C. by acquiring surface water heat again. is introduced through

다음에, 도 7a 내지 도 7f를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 지열 시스템에서의 취수정(10) 및 환수정(20)의 시공에 대하여 설명한다Next, the construction of the intake well 10 and the exchange well 20 in an open geothermal system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 7A to 7F .

먼저, 도 7a를 참조하면, 충적층, 하천주변, 해안지대 등과 같이, 지중 지표수는 풍부하지만 지반구조가 연약한 지대에서 약 20 - 60m의 깊이의 낮은 심도의 관정을 만들기 위하여, 콤프레서 등에 의해 작동되는 천공기를 이용하여 굴착하여 직경 250mm의 흑강관 케이싱(외부 케이싱)(150)을 토사층까지 설치한다. 이때, 흑강관 케이싱이 설치되는 깊이는 지중 지표수의 수위보다 깊은 것이 바람직하며, 도 7a에서는 지중 지표수의 수위가 약 7m인 것을 예시적으로 도시하였다. 상기 흑강관 케이싱은 취수정(10) 또는 환수정(20)을 설치할 때, 굴착 주위의 흙이 무너져 내리는 것을 방지하는 흙막이 기능을 수행한다. 이어서, 약 20 - 60m의 관정을 천공기를 이용하여 굴착한다.First, referring to FIG. 7A, in order to make a well of a low depth of about 20 - 60 m in an area with abundant underground surface water but weak ground structure, such as alluvial layer, river vicinity, coastal zone, etc., a perforator operated by a compressor, etc. Excavated using a black steel pipe casing (outer casing) 150 with a diameter of 250 mm is installed up to the soil layer. At this time, the depth at which the black steel pipe casing is installed is preferably deeper than the water level of the underground surface water, and FIG. 7A exemplarily shows that the water level of the underground surface water is about 7 m. The black steel pipe casing performs a retaining function to prevent the soil around the excavation from collapsing when the intake well 10 or the exchange well 20 is installed. Then, a well of about 20 - 60 m is excavated using a drilling machine.

다음에, 도 7b를 참조하면, 약 20 - 60m의 깊이로 굴착된 관정에 직경 200mm의 금속제 케이싱(취수정)(10)을 설치한다. 상기 금속제 케이싱은 하단부부터 약 2/3 높이 지점까지의 하부(10L)는 복수의 개구부(130)를 구비한 유공관으로 형성되고 약 2/3 높이 지점부터 지표면까지의 상부(10H)는 개구부가 없는 원통으로 형성될 수 있다. 상기 금속제 케이싱은 STS 304 재질로 이루어질 수 있다. 상기 복수의 개구부(130)는 복수의 관통홀 또는 복수의 슬릿으로 형성될 수 있으며, 다른 형상을 가진 개구부로 형성될 수도 있다.Next, referring to FIG. 7B , a metal casing (intake well) 10 having a diameter of 200 mm is installed in a well excavated to a depth of about 20 - 60 m. In the metal casing, the lower portion 10L from the lower end to the approximately 2/3 height point is formed of a perforated tube having a plurality of openings 130, and the upper portion 10H from the approximately 2/3 height point to the ground surface has no openings. It may be formed into a cylinder. The metal casing may be made of STS 304 material. The plurality of openings 130 may be formed of a plurality of through-holes or a plurality of slits, or may be formed of openings having different shapes.

다음에, 도 7c를 참조하면, 취수정(10)의 내부에 취수관(110)과 심정펌프(120)가 설치되고, 동력선 및 센서케이블을 연결한다.Next, referring to FIG. 7C , the water intake pipe 110 and the deep well pump 120 are installed inside the intake well 10 , and a power line and a sensor cable are connected.

다음에, 도 7d를 참조하면, 상기 외부 케이싱(흑강관 케이싱)(150)과 취수정(금속제 케이싱)(10) 사이의 공간에 시멘트 그라우팅재(160)가 주입되며, 취수 배관(110)에 공급로(50)를 연결하고, 동력선을 기계실에 연결한다.Next, referring to FIG. 7D , the cement grouting material 160 is injected into the space between the outer casing (black steel pipe casing) 150 and the intake well (metal casing) 10 , and is supplied to the intake pipe 110 . The furnace 50 is connected, and the power line is connected to the machine room.

상기 도 7a 내지 도 7d의 공정에 의해 취수정(10)의 설치가 완료된다.The installation of the intake well 10 is completed by the process of FIGS. 7A to 7D.

한편, 환수정(20)의 경우에는 상기 도 7a, 도 7b 및 도 7d의 공정에 의해 설치가 완료된다. 즉, 환수정(20)의 설치공정은 도 7c의 공정을 제외하고는 취수정(10)의 설치공정과 동일하므로, 환수정(20)의 설치공정에 대한 설명은 생략한다.On the other hand, in the case of the water-change water 20, the installation is completed by the process of Figures 7a, 7b and 7d. That is, since the installation process of the exchange well 20 is the same as the installation process of the intake well 10 except for the process of FIG. 7c , the description of the installation process of the exchange well 20 is omitted.

다음에, 도 7e를 참조하면, 취수정(10)의 공급로(40)를 지상열교환기(30)에 연결하고, 환수정(20)의 환수로(60)를 지상열교환기(30)에 열결하고, 복수의 환수정(20) 사이를 유량분배관(80)으로 연결한다.Next, referring to FIG. 7E , the supply passage 40 of the intake well 10 is connected to the ground heat exchanger 30 , and the return water passage 60 of the exchange well 20 is connected to the ground heat exchanger 30 . And, a flow distribution pipe (80) is connected between the plurality of exchange wells (20).

상기와 같은 도 7a 내지 도 7e의 공정에 의해 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기의 설치가 완료될 수 있으나, 이는 예시적인 것으로 다른 시공방식에 의해 시공될 수 있음은 물론이다.The installation of the open type underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention can be completed by the process of FIGS. 7A to 7E as described above, but this is exemplary and can be constructed by other construction methods of course there is

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기(1)는 히트펌프(330, 340), 팽창탱크(320) 및 열원순환펌프(310)를 포함하는 부하측 열교환회로와 결합되어 냉난방시스템을 구성할 수 있다. 여기서, 부하측 열교환회로는, 예를 들어, 판형열교환기(지상열교환기)(30)를 통하여 순환되는 유체가 히트펌프(330, 340)에서 냉매와 열교환한 후 다시 판형열교환기(30)로 유입되는 폐회로 싸이클로 이루어질 수 있다. 상기 폐회로 싸이클을 순환하는 유체는 물로 이루어질 수 있으며, 히트펌프(330, 340)의 동파방지를 위하여 약 15중량%의 에탄올이 혼합될 수 있다.According to another embodiment of the present invention, the open type underground heat exchanger 1 using underground surface water as a heat source according to an embodiment of the present invention described above includes heat pumps 330 and 340 , an expansion tank 320 and a heat source circulation pump. It may be combined with the load side heat exchange circuit including the 310 to constitute a heating and cooling system. Here, in the load-side heat exchange circuit, for example, the fluid circulated through the plate heat exchanger (ground heat exchanger) 30 exchanges heat with the refrigerant in the heat pumps 330 and 340 and then flows into the plate heat exchanger 30 again. It can be achieved as a closed-loop cycle. The fluid circulating in the closed circuit may be water, and about 15% by weight of ethanol may be mixed to prevent freezing of the heat pumps 330 and 340 .

본 발명의 다른 실시예에 따른 지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기를 이용하는 냉난방시스템은 히트펌프(330, 340)에서 생산된 온수 또는 냉수(열교환매체)를 저장하는 버퍼탱크(350)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 냉난방시스템의 난방운전시 약 50℃의 온수(열교환매체)가 히트펌프에서 토출되고, 냉방운전시 약 7℃의 냉수(열교환매체)가 히트펌프에서 토출되어 버퍼탱크(350)를 거쳐 부하측에 온수 또는 냉수를 공급할 수 있다. 버퍼탱크(350)는 일종의 축열탱크로서, 히트펌프에서 생산된 온수 또는 냉수가 저장되는 탱크이며, 부하측과 히트펌프 사이에서 버퍼링을 함으로써 부하 변동에 대응할 수 있고, 히트펌프의 빈번한 기동 또는 정지를 방지하는 기능을 수행한다. The air conditioning system using an open type underground heat exchanger using underground surface water as a heat source according to another embodiment of the present invention further includes a buffer tank 350 for storing hot or cold water (heat exchange medium) produced by the heat pumps 330 and 340. can do. For example, during the heating operation of the heating/cooling system, hot water (heat exchange medium) of about 50°C is discharged from the heat pump, and cold water (heat exchange medium) of about 7°C is discharged from the heat pump during the cooling operation, and the buffer tank 350 is discharged. Hot or cold water can be supplied to the load side via The buffer tank 350 is a type of heat storage tank, which stores hot or cold water produced by the heat pump. By buffering between the load side and the heat pump, it can respond to load fluctuations and prevent frequent start or stop of the heat pump. perform the function

도 3를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉난방시스템은 열원순환펌프(310), 팽창탱크(320) 및 히트펌프(330, 340)를 포함하며, 열순환펌프(310)에 의해 순환되는 열교환매체는 지상열교환기(30)에서 지중 지표수와 열교환하며, 히트펌프(330, 340)에서 히트펌프(330, 340)의 내부를 순환하는 냉매와 열교환한다. 상기 히트펌프(330, 340)의 내부를 순환하는 냉매는 증발 → 압축 → 응축 → 팽창을 거치는 통상의 냉동사이클을 통하여 액체 ↔ 기체의 상태변화를 반복하면서 순환하는 것으로, 이러한 히트펌프의 냉동사이클의 구현은 공지의 기술을 이용하는 것으로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 히트펌프(330, 340)의 내부를 순환하는 냉매는 히트펌프(330, 340) → 버퍼탱크(350) → 부하측 실내냉난방장치(도시하지 않음) → 버퍼탱크(350) → 히트펌프(330, 340)를 순환하는 열교환매체(물)와 열교환한다.Referring to FIG. 3 , the air conditioning system according to another embodiment of the present invention includes a heat source circulation pump 310 , an expansion tank 320 , and heat pumps 330 and 340 , and is circulated by the heat circulation pump 310 . The heat exchange medium to be used exchanges heat with underground surface water in the ground heat exchanger 30 , and exchanges heat with the refrigerant circulating in the heat pumps 330 and 340 in the heat pumps 330 and 340 . The refrigerant circulating inside the heat pumps (330, 340) circulates while repeating the change in state of liquid ↔ gas through a normal refrigeration cycle that goes through evaporation → compression → condensation → expansion. The implementation uses a known technique, and a detailed description thereof is omitted. In addition, the refrigerant circulating inside the heat pumps 330 and 340 is the heat pump 330 and 340 → the buffer tank 350 → the load-side indoor cooling and heating device (not shown) → the buffer tank 350 → the heat pump 330 , 340) and exchanges heat with the circulating heat exchange medium (water).

여기에서, 냉난방시스템이 난방모드로 운전할 경우, 예를 들어, 히트펌프(330, 340) → 버퍼탱크(350) → 부하측 실내냉난방장치(도시하지 않음) → 버퍼탱크(350) → 히트펌프(330, 340)를 순환하는 열교환매체(물)가 히트펌프(330, 340)의 내부를 순환하는 냉매와 열교환하여 약 50℃로 가열되어 히트펌프(330, 340)로부터 토출되어 버퍼탱크(350)를 거쳐 부하측 실내냉난방장치에 온수를 공급하여 난방운전이 실행될 수 있다. 부하측 실내냉난방장치에서 실내 공기와 열교환한 열교환매체(물)은 다시 버퍼탱크(350)를 거쳐 히트펌프(330, 340)로 이송된다.Here, when the heating and cooling system operates in the heating mode, for example, heat pumps 330 and 340 → buffer tank 350 → load-side indoor cooling and heating device (not shown) → buffer tank 350 → heat pump 330 , 340) is heated to about 50° C. by exchanging heat with the refrigerant circulating inside the heat pumps 330 and 340 and discharged from the heat pumps 330 and 340 to form the buffer tank 350. The heating operation may be performed by supplying hot water to the load-side indoor cooling/heating device. The heat exchange medium (water) heat-exchanged with indoor air in the load-side indoor cooling and heating device is transferred to the heat pumps 330 and 340 through the buffer tank 350 again.

또한, 냉난방시스템이 냉방모드로 운전할 경우, 예를 들어, 히트펌프(330, 340) → 버퍼탱크(350) → 부하측 실내냉난방장치(도시하지 않음) → 버퍼탱크(350) → 히트펌프(330, 340)를 순환하는 열교환매체(물)가 히트펌프(330, 340)의 내부를 순환하는 냉매와 열교환하여 약 7℃로 냉각되어 히트펌프(330, 340)로부터 토출되어 버퍼탱크(350)를 거쳐 부하측 실내냉난방장치에 냉수를 공급하여 냉방운전이 실행될 수 있다. 부하측 실내냉난방장치에서 실내 공기와 열교환한 열교환매체(물)은 다시 버퍼탱크(350)를 거쳐 히트펌프(330, 340)로 이송된다.In addition, when the heating and cooling system operates in the cooling mode, for example, heat pumps 330 and 340 → buffer tank 350 → load-side indoor cooling and heating device (not shown) → buffer tank 350 → heat pump 330, The heat exchange medium (water) circulating 340) exchanges heat with the refrigerant circulating inside the heat pumps 330 and 340, is cooled to about 7° C., and is discharged from the heat pumps 330 and 340 through the buffer tank 350 The cooling operation may be performed by supplying cold water to the load-side indoor cooling/heating device. The heat exchange medium (water) heat-exchanged with the indoor air in the load-side indoor cooling and heating device is transferred to the heat pumps 330 and 340 through the buffer tank 350 again.

상기와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예의 개방형 지중열교환기에 따르면, 충적층이 발달한 지역, 해안가, 하천주변 등과 같이 지중 지표수가 풍부한 지역에서 약 20 - 60m 정도의 낮은 심도의 복수의 취수정에서 지중 지표수를 취수하여 지상열교환기에서 열교환한 다음에 복수의 환수정으로 환수시킬 수 있다. 이에 따라, 지하 지표수가 많은 지반에서 낮은 심도로 굴착하여 충분한 량의 지하수를 취수할 수 있으므로, 종래와 같이 약 200m 내지 500m의 깊은 깊이로 관정을 굴착, 시공할 필요가 없게 되어 지중열교환기의 시공이 간단하게 되어 시공기간이 단축되고 시공비가 절감될 수 있다. 또한, 하나의 관정의 내부에 취수관과 환수관을 설치하는 것이 아니라 복수의 취수정과 복수의 환수정을 분리하여 설치 이용하는 것이므로, 지하수가 고갈되지 않고 원래대로 환수되도록 하면서 취수정에서 항상 충분한 열량을 취득할 수 있게 된다. According to the open type geothermal heat exchanger of an embodiment of the present invention made as described above, the underground surface water is removed from a plurality of intake wells with a low depth of about 20 to 60 m in an area where underground surface water is abundant, such as an area where the alluvial layer is developed, the coastline, and the vicinity of a river. After water intake and heat exchange in the ground heat exchanger, it can be exchanged into a plurality of exchange wells. Accordingly, since a sufficient amount of groundwater can be taken in by excavating at a low depth in the ground with a lot of surface water, it is not necessary to excavate and construct a well of about 200m to 500m deep as in the prior art. This simplification can shorten the construction period and reduce the construction cost. In addition, since the intake and return pipes are not installed inside one well, but the plurality of intake wells and the plurality of return wells are installed and used separately, sufficient heat is always obtained from the intake well while allowing groundwater to be returned to its original state without depleting it. be able to do

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 명세서의 기재로부터 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형, 변경, 치환 등이 가능하며, 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 전술한 실시예들에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위의 기술적 사상뿐만 아니라 그에 균등한 것들에 의하여 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, which are only exemplary, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains without departing from the scope of the technical spirit of the present invention from the description of the present specification It will be understood that various modifications, changes, substitutions, etc. are possible within the scope, and other equivalent embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should not be limited to the above-described embodiments, but should be determined by the technical spirit of the claims to be described later as well as equivalents thereto.

1: 개방형 지중열교환기 10: 취수정
20: 환수정 30: 지상열교환기
40: 지중 지표수 공급로 60: 환수로
70: 모래 제거기 80: 유량분배관
110: 취수 배관 120: 심정펌프
130, 230: 개구부 150, 250: 외부 케이싱
160, 260: 시메트 그라우팅재 280: 오버 플로우관
290: 집수정 310: 열원순환펌프
320: 팽창탱크 330, 340: 히트펌프
350: 버퍼탱크
1: Open type underground heat exchanger 10: Intake well
20: water change 30: ground heat exchanger
40: underground surface water supply passage 60: return water passage
70: sand remover 80: flow distribution pipe
110: water intake pipe 120: deep well pump
130, 230: opening 150, 250: outer casing
160, 260: seamet grouting material 280: overflow pipe
290: collecting well 310: heat source circulation pump
320: expansion tank 330, 340: heat pump
350: buffer tank

Claims (13)

삭제delete 지중 지표수를 취수하기 위하여, 20 - 60m 깊이의 낮은 심도의 관정에 수직 방향으로 삽입되고, 내부에 소정 길이의 취수 배관들이 배치되며 취수 배관들(110)의 하단부에 심정펌프들(120)이 설치되며, 20 - 60m의 길이를 가지며 하단부부터 2/3 높이 지점까지의 하부(10L)는 복수의 개구부(130)를 구비한 유공관으로 형성되고 2/3 높이 지점부터 지표면까지의 상부(10H)는 개구부가 없는 원통으로 형성되는 복수의 취수정(10);
20 - 60m의 낮은 심도의 관정에 수직 방향으로 삽입되고, 상기 복수의 취수정(10)과는 소정의 거리를 가지고 교대로 배치되며, 20 - 60m의 길이를 가지며 하단부부터 2/3 높이 지점까지의 하부(20L)는 복수의 개구부(230)를 구비한 유공관으로 형성되고 2/3 높이 지점부터 지표면까지의 상부(20H)는 개구부가 없는 원통으로 형성되는 복수의 환수정(20);
상기 복수의 취수정(10)의 심정펌프들(110)에 의해 흡입되어 송출되는 지중 지표수를 부하측 열교환회로를 순환하는 열교환매체와 열교환시키는 지상열교환기(30);
상기 복수의 취수정(10)의 취수 배관들의 배출구와 상기 지상열교환기(30)의 유입구들을 연결하는 복수의 공급로(40);
상기 지상열교환기(30)에서 부하측을 순환하는 열교환매체와 열교환된 지중 지표수가 배출되는 배출구들과 연결된 분배기:
상기 분배기로부터 상기 복수의 환수정(20)의 유입구들을 연결하는 복수의 환수로(60); 및
모래 제거망 및 드레인 밸브를 포함하며 상기 복수의 공급로(40)에 구비되는 모래제거기(70);를 포함하며
상기 복수의 취수정(10)과 상기 복수의 환수정(20)은 교대로 일렬로 배치되며,
상기 복수의 취수정(10)의 상부(10H) 및 상기 복수의 환수정(20)의 상부(20H)의 외부 둘레에는 각각 복수의 원통형 외부 케이싱(150, 250)이 설치되고, 상기 복수의 취수정(10)과 상기 복수의 외부 케이싱(150) 사이의 공간 및 상기 복수의 환수정(20)과 상기 복수의 외부 케이싱(250) 사이의 공간에는 시멘트 그라우팅재(160, 260)가 주입되는
지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기.
In order to intake underground surface water, it is vertically inserted into a well of a low depth of 20 to 60 m, intake pipes of a predetermined length are disposed therein, and deep well pumps 120 are installed at the lower ends of the intake pipes 110 . and has a length of 20 - 60 m and the lower portion 10L from the lower end to the 2/3 height point is formed of a perforated pipe having a plurality of openings 130, and the upper portion 10H from the 2/3 height point to the ground surface is A plurality of intake wells (10) formed in a cylinder without an opening;
It is vertically inserted into a well of a low depth of 20 - 60 m, is alternately disposed with a predetermined distance from the plurality of intake wells 10, has a length of 20 - 60 m, and extends from the lower end to a 2/3 height point. The lower portion (20L) is formed of a perforated tube having a plurality of openings (230), and the upper portion (20H) from the 2/3 height point to the ground surface is a plurality of annular wells (20) formed in a cylinder without openings;
a ground heat exchanger (30) for exchanging the underground surface water sucked in by the deep well pumps (110) of the plurality of intake wells (10) and sent out with a heat exchange medium circulating in the load side heat exchange circuit;
a plurality of supply paths (40) connecting the outlets of the intake pipes of the plurality of intake wells (10) and the inlets of the above-ground heat exchanger (30);
A distributor connected to the outlets through which the ground surface water exchanged with the heat exchange medium circulating on the load side in the above-ground heat exchanger 30 is discharged:
a plurality of exchange channels 60 connecting the inlets of the plurality of exchange wells 20 from the distributor; and
It includes a sand remover (70) including a sand removal net and a drain valve and provided in the plurality of supply paths (40).
The plurality of intake wells 10 and the plurality of exchange water wells 20 are alternately arranged in a line,
A plurality of cylindrical outer casings 150 and 250 are installed on the outer periphery of the upper portion 10H of the plurality of intake wells 10 and the upper portion 20H of the plurality of exchange wells 20, respectively, and the plurality of intake wells ( 10) and the space between the plurality of outer casings 150 and the space between the plurality of exchange water wells 20 and the plurality of outer casings 250, the cement grouting materials 160 and 260 are injected.
An open type underground heat exchanger that uses underground surface water as a heat source.
제2항에 있어서,
상기 복수의 취수정(10)과 상기 복수의 환수정(20)은 복수열의 장방형으로 배치되는
지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기.
3. The method of claim 2,
The plurality of intake water wells (10) and the plurality of round water wells (20) are arranged in a plurality of rows of rectangles.
An open type underground heat exchanger that uses underground surface water as a heat source.
제3항에 있어서,
상기 취수정(10)과 상기 환수정(20)은 15m의 간격을 가지고 배치되는
지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기.
4. The method of claim 3,
The intake well (10) and the exchange well (20) are disposed with an interval of 15 m
An open type underground heat exchanger that uses underground surface water as a heat source.
삭제delete 제2항에 있어서,
상기 취수정(10)의 하부에 구비된 복수의 개구부(130)는 복수의 관통홀 또는 복수의 슬릿으로 형성되는
지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기.
3. The method of claim 2,
The plurality of openings 130 provided in the lower portion of the intake well 10 are formed of a plurality of through holes or a plurality of slits.
An open type underground heat exchanger that uses underground surface water as a heat source.
삭제delete 제2항에 있어서,
지상열교환기(30)로부터 환수되는 물이 환수정(20)에서 넘치는 현상을 최소화하도록 복수의 환수정들을 서로 수평으로 연결하는 유량분배관(80)을 더 포함하는
지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기.
3. The method of claim 2,
Further comprising a flow distribution pipe 80 for horizontally connecting a plurality of exchange wells to each other so as to minimize the phenomenon that water returned from the ground heat exchanger 30 overflows in the exchange well 20
An open type underground heat exchanger that uses underground surface water as a heat source.
제2항에 있어서,
상기 복수의 환수정(20)에서 복수의 환수로(60)의 유입구의 상측에는 복수의 오버 플로우관(280)이 설치되고, 상기 복수의 오버 플로우관(280)은 집수정(290)으로 연결되는
지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기.
3. The method of claim 2,
In the plurality of exchange wells 20 , a plurality of overflow pipes 280 are installed above the inlets of the plurality of exchange channels 60 , and the plurality of overflow pipes 280 are connected to a collecting well 290 . felled
An open type underground heat exchanger that uses underground surface water as a heat source.
제2항에 따른 개방형 지중열교환기(1)가 히트펌프, 팽창탱크 및 열원순환펌프를 포함하는 부하측 열교환회로와 결합되어 이루어지는
지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기를 이용하는 냉난방시스템.
The open type underground heat exchanger (1) according to claim 2 is formed by being combined with a load side heat exchange circuit including a heat pump, an expansion tank, and a heat source circulation pump.
A heating and cooling system using an open type underground heat exchanger using underground surface water as a heat source.
제10항에 있어서,
상기 히트펌프에서 생산된 온수를 저장하는 버퍼탱크(350)를 더 포함하는
지중 지표수를 열원으로 하는 개방형 지중열교환기를 이용하는 냉난방시스템.
11. The method of claim 10,
Further comprising a buffer tank 350 for storing the hot water produced by the heat pump
A heating and cooling system using an open type underground heat exchanger using underground surface water as a heat source.
삭제delete 삭제delete
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