KR102400337B1 - 목재펠릿 보일러와 밀폐형이 혼합된 방식의 지열 히트펌프 시스템 - Google Patents

목재펠릿 보일러와 밀폐형이 혼합된 방식의 지열 히트펌프 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 목재펠릿 보일러를 활용하는 지열 히트펌프 시스템에 관한 것이다. 상기 지열 히트펌프 시스템은, 지중에 설치되는 다수의 밀폐형 지중열교환기; 목재펠릿을 연료로 사용하는 목재펠릿 보일러; 1차측 열매체와의 열교환을 통해 사용자측으로 열을 공급하는 히트펌프; 상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 히트펌프의 사이에 위치하고 상기 밀폐형 지중열교환기 및 상기 목재펠릿 보일러로부터의 열을 흡수 및 저장하는 하이브리드 탱크; 상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되는 밀폐형 유입유로; 상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되는 밀폐형 유출유로; 상기 목재펠릿 보일러와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되는 보일러 유입유로 및 보일러 유출유로; 상기 하이브리드 탱크와 상기 히트펌프 사이에 연결되는 1차측 유입유로 및 1차측 유출유로; 상기 밀폐형 유출유로와 상기 목재펠릿 보일러 사이에 연결되는 제1 분기유로 및 제2 분기유로; 상기 1차측 열매체 및 상기 열매체의 순환을 제어하는 제어부; 를 포함하고, 상기 밀폐형 지중열교환기 및 상기 목재펠릿 보일러의 열은 열매체를 통해 상기 하이브리드 탱크로 전달된다.
이러한 구성에 따르면, 목재펠릿 보일러를 지열 히트펌프 시스템과 함께 사용하여 적절히 제어함으로써, 지열 히트펌프 시스템의 단점을 극복하고 목재펠릿 보일러과 지열 히트펌프 시스템의 장점을 취할 수 있는 목재펠릿 보일러와 밀폐형이 혼합된 방식의 지열 히트펌프 시스템을 제공할 수 있다.

Description

목재펠릿 보일러와 밀폐형이 혼합된 방식의 지열 히트펌프 시스템 {Ggeothermal heat pump system in which a wood pellet boiler and a sealed type are mixed}
본 발명은 목재펠릿 보일러를 활용하는 지열 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
최근 화석에너지에 의한 이산화탄소 배출량이 지구 환경문제로 크게 부각되면서 화석에너지의 사용을 줄이기 위한 다양한 방법들이 개발되고 있으며, 그 일환으로서 지중에 열교환기를 설치하고, 이 지중 열교환기에 열매체를 순환시킴으로써 건물의 냉난방에 필요한 에너지를 지열로부터 공급받는 지열 히트펌프 시스템이 개발되어 사용되고 있다.
지중 온도는 사계절 변함없이 17℃ 내지 18℃의 온도를 유지하므로, 땅속에 위치하는 지중열교환기의 열을 이용하면 온도차에 따른 열량 확보가 가능하다. 히트펌프에서 열교환되어 데워지거나 차가워진 지하수 또는 열매체는 지하로 유입되어 다시 지중과 열교환되므로 이러한 사이클이 지속적으로 유지될 수 있다. 이러한 원리를 이용한 시설이 지열 히트펌프 시스템이다.
지열 히트펌프 시스템에서 땅속에 위치하는 지중열교환기는 크게 밀폐형과 개방형으로 구분된다.
밀폐형은 지열공 내부에 열교환용 폴리에칠렌관을 U자형으로 설치하고 관 내부로 열매체를 순환시켜, 열매체와 지중의 열을 교환할 수 있도록 한 것이다.
개방형은 일반 지하수 관정과 유사하나 수중모터펌프에 의해 양수된 지하수를 지상에 설치된 히트펌프에서 열교환시킨 다음, 열교환된 지하수를 다시 지열공 내부로 환수시켜 지중 열을 교환할 수 있도록 한 것이다.
개방형은 작은 수의 지열공으로도 높은 효과를 얻을 수 있으나, 지하수를 열매체로 사용하므로 겨울철과 같은 갈수기에 지하수가 고갈되면 원하는 열교환 효과를 얻을 수 없다는 문제가 있다.
밀폐형은 지하수가 아닌 열매체를 U자형 관 내부로 순환시키므로 지하수의 고갈에 관계없이 운전이 가능하나, 개방형보다 훨씬 많은 수의 지열공을 구성해야 원하는 효과를 얻을 수 있어서 넓은 지하 공간을 필요로 하는 단점이 있다.
지열 히트펌프 시스템은 지중에서 얻을 수 있는 열량이 제한적이어서 겨울철에 이상 저온이 계속되는 등 설계용량을 넘어서는 열량이 필요할 경우에 충분한 난방이 이루어지기 어렵고, 일정 시간 운전에 의해 지중의 온도가 상승하면 휴지 시간을 거친 후 다시 운전해야 되는 단점이 있다.
최근에는 연료비가 저렴하면서 높은 열량을 낼 수 있다는 장점으로 목재펠릿을 연료로 사용하는 목재펠릿 보일러가 널리 이용되고 있다.
목재펠릿 보일러를 지열 히트펌프 시스템과 함께 사용하여 적절히 제어하면, 지중에서 얻을 수 있는 열량이 제한적이라는 지열 히트펌프 시스템의 단점을 극복하여 목재펠릿 보일러과 지열 히트펌프 시스템의 장점을 취할 수 있는 난방 시스템이 달성될 수 있을 것이다.
대한민국 등록특허 제10-1403041호
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 목재펠릿 보일러를 지열 히트펌프 시스템과 함께 사용하여 적절히 제어함으로써, 지열 히트펌프 시스템의 단점을 극복하고 목재펠릿 보일러과 지열 히트펌프 시스템의 장점을 취할 수 있는 목재펠릿 보일러와 밀폐형이 혼합된 방식의 지열 히트펌프 시스템을 제공하고자 함에 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 지열 히트펌프 시스템은, 지중에 설치되는 다수의 밀폐형 지중열교환기; 목재펠릿을 연료로 사용하는 목재펠릿 보일러; 1차측 열매체와의 열교환을 통해 사용자측으로 열을 공급하는 히트펌프; 상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 히트펌프의 사이에 위치하고 상기 밀폐형 지중열교환기 및 상기 목재펠릿 보일러로부터의 열을 흡수 및 저장하는 하이브리드 탱크; 상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 밀폐형 지중열교환기로 열매체를 공급하는 밀폐형 유입유로; 상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 밀폐형 지중열교환기에서 열교환된 열매체가 빠져나가는 밀폐형 유출유로; 상기 목재펠릿 보일러와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 목재펠릿 보일러로 열매체를 공급하는 보일러 유입유로; 상기 목재펠릿 보일러와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 목재펠릿 보일러에서 열교환된 열매체가 빠져나가는 보일러 유출유로; 상기 하이브리드 탱크와 상기 히트펌프 사이에 연결되어 상기 히트펌프로 1차측 열매체를 공급하는 1차측 유입유로; 상기 하이브리드 탱크와 상기 히트펌프 사이에 연결되어 상기 히트펌프에서 열교환된 1차측 열매체를 유출하는 1차측 유출유로; 상기 1차측 열매체 및 상기 열매체의 순환을 제어하는 제어부; 를 포함하고, 상기 밀폐형 지중열교환기 및 상기 목재펠릿 보일러의 열은 열매체를 통해 상기 하이브리드 탱크로 전달된다.
또한, 상기 밀폐형 유출유로와 상기 목재펠릿 보일러 사이에 연결되어, 상기 밀폐형 지중열교환기에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 상기 목재펠릿 보일러로 공급하기 위한 제1 분기유로; 상기 밀폐형 유출유로와 상기 제1 분기유로의 연결부에 설치되는 제1 삼방밸브; 상기 밀폐형 유출유로와 상기 목재펠릿 보일러 사이에 연결되어, 상기 목재펠릿 보일러에서 열교환된 열매체를 상기 하이브리드 탱크로 공급하기 위한 제2 분기유로; 상기 밀폐형 유출유로와 상기 제2 분기유로의 연결부에 설치되는 제2 삼방밸브; 를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 삼방밸브를 제어하여, 상기 밀폐형 지중열교환기에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 선택적으로 상기 목재펠릿 보일러로 공급한 후, 추가로 열을 얻어서 상기 하이브리드 탱크로 공급되게 한다.
또한, 외기의 온도를 측정하는 외부 온도센서; 상기 밀폐형 지중열교환기에 설치되어 지중의 온도를 측정하는 지중 온도센서; 를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 외부 온도센서 및 상기 지중 온도센서의 측정값에 따라, 상기 밀폐형 지중열교환기에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 선택적으로 상기 목재펠릿 보일러로 공급하여 추가로 열을 얻도록 제어한다.
본 발명에 따르면, 목재펠릿 보일러를 지열 히트펌프 시스템과 함께 사용하여 적절히 제어함으로써, 지열 히트펌프 시스템의 단점을 극복하고 목재펠릿 보일러과 지열 히트펌프 시스템의 장점을 취할 수 있는 목재펠릿 보일러와 밀폐형이 혼합된 방식의 지열 히트펌프 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지열 히트펌프 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지열 히트펌프 시스템에서 열매체가 선택적으로 순환되는 경로의 예를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 목재펠릿 보일러의 개략적인 단면을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 목재펠릿 보일러에서 재받이부의 구성을 도시하는 개략적인 평면도이다.
도 7은 본 발명의 목재펠릿 보일러에서 재받이부의 구성을 상세히 도시하는 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 목재펠릿 보일러에서 에어 노즐의 구성을 도시하는 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지열 히트펌프 시스템의 구성을 도시하는 도면이다. 도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지열 히트펌프 시스템에서 열매체가 선택적으로 순환되는 경로의 예를 도시하는 도면이다.
본 발명의 지열 히트펌프 시스템은 목재펠릿 보일러와 밀폐형이 혼합된 방식으로 목재펠릿 보일러과 지열 히트펌프 시스템의 장점을 취할 수 있도록 하기 위한 것이다.
상기 지열 히트펌프 시스템은 밀폐형 지중열교환기(110), 목재펠릿 보일러(120), 하이브리드 탱크(140), 히트펌프(160), 제어부 등을 포함한다.
밀폐형 지중열교환기(110)는 다수 개가 지중에 설치된다. 밀폐형 지중열교환기(110)는 천공된 지열공으로 U자형의 관을 매설하고, 관 내부로 열매체를 순환시켜 지중의 열을 흡수하기 위한 것이다. 본 실시예에서, 밀폐형 지중열교환기(110)는 200m×20공이 설치될 수 있다.
밀폐형 지중열교환기(110) 대신에 개방형 지중열교환기가 설치될 수도 있다. 개방형 지중열교환기는 천공된 지열공 내부에 배치되는 수중모터펌프에 의해 양수된 지하수를 지상에서 열교환시킨 다음, 열교환된 지하수를 다시 지열공 내부로 환수시켜 지중의 열을 흡수하기 위한 것이다.
목재펠릿 보일러(120)는 목재펠릿을 연료로 사용한다. 목재펠릿은 오염되지 않은 목재를 압축 성형한 것으로, 미세먼지와 온실가스 배출이 거의 없고, 낮은 비용으로 고품질의 에너지를 생산할 수 있는 점에서 신재생 에너지원으로 주목받고 있다.
히트펌프(160)는 1차측(열원측) 열매체와 2차측(사용자측) 열매체 사이의 열교환을 통해 사용자측으로 열을 공급한다. 2차측 열매체는 공기 또는 물이 될 수 있다.
2차측 유입유로(171)는 히트펌프(160)와 사용자측(180) 사이에 연결되어, 1차측 열매체와 열교환하기 위해 2차측 열매체를 히트펌프(160)로 공급한다. 2차측 유출유로(172)는 히트펌프(160)와 사용자(180) 사이에 연결되어, 히트펌프(160)에서 열교환된 2차측 열매체를 사용자측(180)으로 공급한다.
하이브리드 탱크(140)는 밀폐형 지중열교환기(110)와 히트펌프(130)의 사이에 위치하고, 밀폐형 지중열교환기(110) 및 목재펠릿 보일러(120)로부터의 열을 흡수 및 저장하는 기능을 한다. 하이브리드 탱크(140)에 저장된 열은 히트펌프(160)에서 2차측 열매체와 열교환된다.
밀폐형 유입유로(111)는 밀폐형 지중열교환기(110)와 하이브리드 탱크(140) 사이에 연결되어 밀폐형 지중열교환기(110)로 열매체를 공급한다. 열매체는 물이 될 수 있다.
밀폐형 유출유로(112)는 밀폐형 지중열교환기(110)와 하이브리드 탱크(140) 사이에 연결되어 밀폐형 지중열교환기(110)에서 열교환된 열매체가 빠져나가서 하이브리드 탱크(140)로 공급된다. 밀폐형 유출유로(112)에는 팽창탱크가 설치될 수 있다.
보일러 유입유로(131)는 목재펠릿 보일러(120)와 하이브리드 탱크(140) 사이에 연결되어 목재펠릿 보일러(120)로 열매체를 공급한다.
보일러 유출유로(132)는 목재펠릿 보일러(120)와 하이브리드 탱크(140) 사이에 연결되어, 목재펠릿 보일러(120)에서 열교환된 열매체가 빠져나가 하이브리드 탱크(140)로 유입되게 한다.
1차측 유입유로(151)는 하이브리드 탱크(140)와 히트펌프(160) 사이에 연결되어, 하이브리드 탱크(140)에서 열을 회수한 1차측 열매체를 히트펌프(160)로 공급한다.
1차측 유출유로(152)는 하이브리드 탱크(140)와 히트펌프(160) 사이에 연결되어, 히트펌프(160)에서 2차측 열매체와 열교환된 1차측 열매체를 유출하고, 1차측 열매체는 다시 하이브리드 탱크(140)로 유입된다.
제1 분기유로(121)는 밀폐형 유출유로(112)와 목재펠릿 보일러(120) 사이에 연결되어, 밀폐형 지중열교환기(110)에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 목재펠릿 보일러(120)로 공급하기 위한 것이다. 제1 삼방밸브(114)는 밀폐형 유출유로(112)와 제1 분기유로(121)의 연결부에 설치된다.
제2 분기유로(122)는 밀폐형 유출유로(112)와 목재펠릿 보일러(120) 사이에 연결되어, 목재펠릿 보일러(120)에서 열교환된 열매체를 하이브리드 탱크(140)로 공급하기 위한 것이다. 제2 삼방밸브(115)는 밀폐형 유출유로(112)와 제2 분기유로(122)의 연결부에 설치된다.
제어부는 제1 및 제2 삼방밸브(114, 115) 등을 제어하여, 밀폐형 지중열교환기(110)에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 선택적으로 목재펠릿 보일러(120)로 공급한 후, 추가로 열을 얻어서 하이브리드 탱크(140)로 공급되게 한다.
제1 및 제2 삼방밸브(114, 115)의 적절한 제어를 위해, 사용자측(180)에는 외기의 온도를 측정하는 외부 온도센서(185)가 설치될 수 있다. 또한, 밀폐형 지중열교환기(110)에는 지중의 온도를 측정하는 지중 온도센서(113)가 설치될 수 있다. 지중 온도센서(113)는 밀폐형 지중열교환기(110)에 인접하여 지하 2~4m 사이에 설치될 수 있다.
제어부는 외부 온도센서(185) 및 지중 온도센서(113)의 측정값에 따라, 밀폐형 지중열교환기(110)에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 선택적으로 목재펠릿 보일러(120)로 공급하여 추가로 열을 얻도록 한다.
이하에서는, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 지열 히트펌프 시스템에서 열매체가 선택적으로 순환되는 예를 설명하기로 한다.
도 2는 열매체가 밀폐형 지중열교환기(110)와 하이브리드 탱크(140) 사이에서 순환되는 예를 도시한다. 도 2는 겨울철에 외부 온도센서(185)에 의해 측정된 외기 온도가 많이 낮지 않고, 열매체가 밀폐형 지중열교환기(110)와 하이브리드 탱크(140) 사이에서 순환되는 것으로 충분한 열용량을 얻을 수 있는 경우를 도시한다.
도 3은 열매체가 밀폐형 지중열교환기(110)에서 목재펠릿 보일러(120)를 거친 후 하이브리드 탱크(140)로 유입되는 예를 도시한다.
일반적으로, 겨울철의 지중 온도는 17℃ 내지 18℃의 온도를 유지하여, 열매체가 지중을 열을 흡수하여 하이브리드 탱크(140)로 전달할 수 있지만, 일정시간 지중의 열을 흡수하면 지중의 온도가 낮아져 지중으로부터 더이상 열을 흡수할 수 없게 된다. 이 경우, 밀폐형 지중열교환기(110)를 통한 열매체의 순환은 중지되고, 일정시간이 지난 후 지중의 온도가 회복되면 다시 열매체를 순환시켜 지중을 열을 흡수하게 된다.
열매체의 순환이 중지되는 동안은 난방이 이루어지지 않으므로, 사용자측(180)의 건물의 단열 성능이 낮거나 외기 온도가 매우 낮을 경우, 원하는 난방이 유지되지 않게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 실시예에서 제1 삼방밸브(114)의 제어를 통해 밀폐형 지중열교환기(110)에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 제1 분기유로(121)를 통해 목재펠릿 보일러(120)의 열교환기로 공급한다.
제어부는 지중 온도센서(113)의 측정값이 소정 온도 이하가 되고, 외부 온도센서(185)의 측정값이 소정 온도 이하가 되면, 열매체를 목재펠릿 보일러(120)로 분기하는 것을 결정하고, 열매체를 목재펠릿 보일러(120)로 공급하기 전에 미리 목재펠릿 보일러(120)가 점화되도록 할 수 있다. 지중 온도센서(113)의 측정값이 소정 온도 이하라는 것은 열매체가 지중을 열을 흡수하기 어렵다는 것을 의미하고, 외부 온도센서(185)의 측정값이 소정 온도 이하라는 것은 외기 온도가 매우 낮아서 밀폐형 지중열교환기(110)만으로는 원활한 난방이 이루어지기 어렵다는 것을 의미한다.
목재펠릿 보일러(120)의 열교환기로 공급된 열매체는 목재펠릿 보일러(120)에서 추가로 열을 얻은 후, 제2 분기유로(122)를 통해 하이브리드 탱크(140)로 공급된다.
목재펠릿 보일러(120)로 분기되는 열매체의 양은 목재펠릿 보일러(120)의 열교환기의 용량, 지중 온도센서(113) 및 외부 온도센서(185)의 측정값에 따라 적절히 조절될 수 있다. 이 경우, 목재펠릿 보일러(120)는 밀폐형 지중열교환기(110)의 부족한 열을 보충하는 목적으로 작동되고, 주된 열은 밀폐형 지중열교환기(110)로부터 얻으므로, 목재펠릿의 연소는 최소한으로 이루어지게 된다. 이는 목재펠릿을 연소시키는 것보다 지중의 열을 이용하는 것이 경제적이기 때문이다.
본 실시예에서는, 밀폐형 지중열교환기(110)를 통해 지중을 열을 얻을 수 있으면서, 부족한 열량을 목재펠릿 보일러(120)를 통해 보충할 수 있으므로, 에너지를 절약하면서 사용자측(180)의 난방을 원활하게 수행할 수 있다.
도 4는 열매체가 밀폐형 지중열교환기(110) 및 목재펠릿 보일러(120)에서 개별적으로 순환되는 예를 도시한다.
이상 저온 등으로 외부 온도센서(185)에 의해 측정된 외기온도가 매우 낮을 경우, 목재펠릿 보일러(120)를 충분히 활용하여 사용자측(180)의 원활한 난방이 이루어질 수 있게 한다.
이 경우, 열매체는 밀폐형 유입유로(111) 및 밀폐형 유출유로(112)를 통해 밀폐형 지중열교환기(110)와 하이브리드 탱크(140) 사이를 순환하고, 다른 열매체는 보일러 유입유로(131)와 보일러 유출유로(132)를 통해 목재펠릿 보일러(120)와 하이브리드 탱크(140) 사이를 순환하게 된다.
밀폐형 지중열교환기(110)와 목재펠릿 보일러(120)를 개별적으로 순환하는 열매체는 하이브리드 탱크(140)에 모여 1차측 열매체와 열교환하게 된다.
본 실시예는, 필요한 난방 열량에 비해 밀폐형 지중열교환기(110)를 통해 얻을 수 있는 열량이 매우 부족할 경우, 목재펠릿 보일러(120)를 최대한 활용하여 사용자측(180)의 원활한 난방을 수행할 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 지열 히트펌프 시스템에서는 지중 온도센서(113)와 외부 온도센서(185)의 측정값에 따라 밀폐형 지중열교환기(110)에서 열을 얻은 열매체의 전부 또는 일부를 목재펠릿 보일러(120)를 통해 더 순환시킴으로써, 지열 히트펌프 시스템의 단점을 극복하고 목재펠릿 보일러과 지열 히트펌프 시스템의 장점을 취할 수 있다.
이하에서는, 도 5 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 목재펠릿 보일러의 구성을 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 목재펠릿 보일러의 개략적인 단면을 도시하는 도면이다. 도 6은 본 발명의 목재펠릿 보일러에서 재받이부의 구성을 도시하는 개략적인 평면도이다. 도 7은 본 발명의 목재펠릿 보일러에서 재받이부의 구성을 상세히 도시하는 개략적인 단면도이다. 도 8은 본 발명의 목재펠릿 보일러에서 에어 노즐의 구성을 도시하는 도면이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 목재펠릿 보일러(200)는 보일러 본체(210), 연소부(220), 열교환부(230), 재받이부(235), 회전축(240), 수집 로드(241), 모터(250), 기어(252), 재이송부(260) 등을 포함한다.
보일러 본체(210)는 부품들이 수용되고 목재펠릿(10)의 연소가 이루어지는 공간을 형성한다.
연소부(220)는 목재펠릿(10)이 지지되면서 목재펠릿(10)을 연소하여 연소열을 발생시킨다.
열교환부(230)는 목재펠릿(10)의 연소에 의해 발생되는 열이 열매체와 열교환되는 부분이다. 열매체는 물이 될 수 있다.
재받이부(235)는 연소부(220)의 하부에 위치되는 편평한 부분으로, 목재펠릿(10)의 연소에 의해 발생되는 재가 낙하되는 부분이다. 재받이부(235)는 원형을 갖고, 재받이부(235)와 연결되는 측벽(236)이 형성되어 재를 저장할 수 있다.
재받이부(235)에는 재를 하부로 배출할 수 있도록 사각형 형태의 개구(235a)가 형성되고, 개구(235a)를 통해 낙하되는 재가 재이송부(260)로 모아질 수 있도록 개구(235a)와 연결되는 경사면(237)이 형성된다.
재받이부(235)의 중앙에는 모터(250)와 연결되는 회전축(240)이 형성되고, 회전축(240)에는 수집 로드(241)가 연결된다. 모터(250)에는 모터축(251)이 연결되고, 모터축(251)은 기어(252)와 연결되어 회전축(240)으로 동력을 전달한다.
수집 로드(241)의 하부면에는 수집모(244)가 부착되어, 수집 로드(241)가 회전축(240)에 의해 회전할 때 수집모(244)가 재받이부(235)에 쌓인 재를 쓸어 개구(235a)로 이송한다. 그에 따라, 재받이부(235)에 쌓인 재는 개구(235a)를 통해 재수집부(239)로 낙하되어 재이송부(260)로 모아지게 된다.
재이송부(260)에는 수집된 재를 외부로 이송하기 위한 이송 스크류(261)가 위치된다. 이송 스크류(261)에는 스크류축(262)이 연결되고, 스크류축(262)은 기어(252)를 통해 모터(250)와 동력연결된다. 모터(250)의 동력을 이송 스크류(261)에 전달할 수 있도록 기어(252)는 베벨기어 등이 사용될 수 있다.
모터(250)의 동력은 다수의 기어(252)를 통해 회전축(240) 및 스크류축(262)에 전달되고, 그에 따라 수집 로드(241)와 이송 스크류(261)가 동시에 회전됨으로써, 재받이부(235)의 재를 수집하는 작업과 수집된 재를 이송하는 작업이 동시에 이루어질 수 있다.
도 6을 참조하면, 수집 로드(241)에는 재받이부(235)의 바닥을 향해 공기를 분사할 수 있는 에어 노즐(242, 243)이 형성된다. 수집 로드(241)가 회전하면서 재받이부(235)의 재를 수집하는 동안, 에어 노즐(242, 243)은 재받이부(235)를 향해 공기를 분사하여 재가 바닥에서 이탈되게 하여 수집모(244)에 의해 수집되기 어려운 재까지 수집될 수 있게 한다.
재받이부(235)와 측벽(236) 사이의 구석에 모인 재를 수집하기 위해, 수집 로드(241)의 단부는 측벽을 향해 돌출되는 삼각형태를 갖고, 이러한 삼각형의 변에는 에어 노즐(242)이 배치될 수 있다. 에어 노즐(242)은 재받이부(235)와 측벽(236) 사이를 향해 공기를 분사하여, 이 부분에 쌓인 재를 이동시켜 재가 잘 수집될 수 있게 한다.
도 7을 참조하면, 재받이부(235)와 경사면(237)에는 바이브레이터(238)가 연결되어, 수집 로드(241)가 회전할 때 재받이부(235)와 경사면(237)을 동시에 진동시킨다. 그에 따라, 재받이부(235)의 바닥에서 재가 이탈되게 하고, 경사면(237)의 재가 재이송부(260)로 잘 수집될 수 있게 한다.
도 8을 참조하면, 수집 로드(241)에 형성되는 에어 노즐(242, 243)은 하향으로 경사지게 설치되어, 재받이부(235)의 바닥을 향해 하향으로 공기를 분사하여 재가 잘 이탈되게 하여 재의 수집을 용이하게 한다.
본 발명의 목재펠릿 보일러(200)에 따르면, 연소부(220)에서 목재펠릿(10)의 연소에 의해 발생되는 재가 재받이부(235)로 낙하되게 하고, 모터(250)가 회전하면 수집 로드(241)와 이송 스크류(261)가 동시에 회전되어 재받이부(235)의 재가 재이송부(260)로 수집되어 외부로 이송될 수 있게 한다. 또한, 수집모(244), 에어 노즐(242, 243), 바이브레이터(238)는 재받이부(235)의 재가 재이송부(260)로 용이하게 수집될 수 있게 하여, 목재펠릿 보일러를 사용하는 중에 유지보수의 노력을 덜어주고 내구연한을 향상시킨다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110 : 밀폐형 지중열교환기
111 : 밀폐형 유입유로
112 : 밀폐형 유출유로
113 : 지중 온도센서
114 : 제1 삼방밸브
115 : 제2 삼방밸브
120 : 목재펠릿 보일러
121 : 제1 분기유로
122 : 제2 분기유로
131 : 보일러 유입유로
132 : 보일러 유출유로
140 : 하이브리드 탱크
151 : 1차측 유입유로
152 : 1차측 유출유로
160 : 히트펌프
171 : 2차측 유입유로
172 : 2차측 유출유로
180 : 사용자측
185 : 외부 온도센서
200 : 목재펠릿 보일러
210 : 보일러 본체
220 : 연소부
230 : 열교환부
235 : 재받이부
240 : 회전축
241 : 수집 로드
250 : 모터
252 : 기어
260 : 재이송부

Claims (3)

  1. 지열 히트펌프 시스템에 있어서,
    지중에 설치되는 다수의 밀폐형 지중열교환기;
    목재펠릿을 연료로 사용하는 목재펠릿 보일러;
    1차측 열매체와의 열교환을 통해 사용자측으로 열을 공급하는 히트펌프;
    상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 히트펌프의 사이에 위치하고 상기 밀폐형 지중열교환기 및 상기 목재펠릿 보일러로부터의 열을 흡수 및 저장하는 하이브리드 탱크;
    상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 밀폐형 지중열교환기로 열매체를 공급하는 밀폐형 유입유로;
    상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 밀폐형 지중열교환기에서 열교환된 열매체가 빠져나가는 밀폐형 유출유로;
    상기 목재펠릿 보일러와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 목재펠릿 보일러로 열매체를 공급하는 보일러 유입유로;
    상기 목재펠릿 보일러와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 목재펠릿 보일러에서 열교환된 열매체가 빠져나가는 보일러 유출유로;
    상기 하이브리드 탱크와 상기 히트펌프 사이에 연결되어 상기 히트펌프로 1차측 열매체를 공급하는 1차측 유입유로;
    상기 하이브리드 탱크와 상기 히트펌프 사이에 연결되어 상기 히트펌프에서 열교환된 1차측 열매체를 유출하는 1차측 유출유로;
    상기 밀폐형 유출유로와 상기 목재펠릿 보일러 사이에 연결되어, 상기 밀폐형 지중열교환기에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 상기 목재펠릿 보일러로 공급하기 위한 제1 분기유로;
    상기 밀폐형 유출유로와 상기 제1 분기유로의 연결부에 설치되는 제1 삼방밸브;
    상기 밀폐형 유출유로와 상기 목재펠릿 보일러 사이에 연결되어, 상기 목재펠릿 보일러에서 열교환된 열매체를 상기 하이브리드 탱크로 공급하기 위한 제2 분기유로;
    상기 밀폐형 유출유로와 상기 제2 분기유로의 연결부에 설치되는 제2 삼방밸브;
    외기의 온도를 측정하는 외부 온도센서;
    상기 밀폐형 지중열교환기에 설치되어 지중의 온도를 측정하는 지중 온도센서;
    상기 1차측 열매체 및 상기 열매체의 순환을 제어하는 제어부;
    를 포함하고,
    상기 밀폐형 지중열교환기 및 상기 목재펠릿 보일러의 열은 열매체를 통해 상기 하이브리드 탱크로 전달되고,
    상기 제어부는 상기 제1 및 제2 삼방밸브를 제어하여, 상기 밀폐형 지중열교환기에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 선택적으로 상기 목재펠릿 보일러로 공급한 후, 추가로 열을 얻어서 상기 하이브리드 탱크로 공급되게 하고,
    상기 제어부는 상기 외부 온도센서 및 상기 지중 온도센서의 측정값에 따라, 상기 밀폐형 지중열교환기에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 선택적으로 상기 목재펠릿 보일러로 공급하여 추가로 열을 얻도록 제어하고,
    상기 목재펠릿 보일러는,
    목재펠릿(10)의 연소가 이루어지는 공간을 형성하는 보일러 본체(210);
    목재펠릿(10)이 지지되면서 목재펠릿(10)을 연소하여 연소열을 발생시키는 연소부(220);
    목재펠릿(10)의 연소에 의해 발생되는 열이 열매체와 열교환되는 열교환부(230);
    상기 연소부(220)의 하부에 위치되는 편평한 부분으로, 목재펠릿(10)의 연소에 의해 발생되는 재가 낙하되고, 재를 하부로 배출할 수 있도록 사각형 형태의 개구(235a)가 형성되는 재받이부(235);
    재받이부(235)의 중앙에 위치되어 모터(250)와 연결되는 회전축(240);
    상기 회전축(240)에 연결되는 수집 로드(241);
    상기 재받이부(235)에 쌓인 재가 상기 개구(235a)를 통해 낙하되는 재수집부(239);
    를 포함하고,
    상기 수집 로드(241)의 하부면에는 수집모(244)가 부착되어, 상기 수집 로드(241)가 상기 회전축(240)에 의해 회전할 때 상기 수집모(244)가 재받이부(235)에 쌓인 재를 쓸어 상기 개구(235a)로 이송할 수 있고,
    상기 수집 로드(241)에는 상기 재받이부(235)의 바닥을 향해 공기를 분사할 수 있는 에어 노즐(243)이 형성되어, 상기 수집 로드(241)가 회전하면서 상기 재받이부(235)의 재를 수집하는 동안, 상기 에어 노즐(243)은 상기 재받이부(235)를 향해 공기를 분사하여 재가 바닥에서 이탈되게 하여 상기 수집모(244)에 의해 용이하게 수집될 수 있게 하는 지열 히트펌프 시스템.
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