KR20010027401A - 방사형 열교환기 및 이를 이용한 지열 시스템 - Google Patents

방사형 열교환기 및 이를 이용한 지열 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20010027401A
KR20010027401A KR1019990039107A KR19990039107A KR20010027401A KR 20010027401 A KR20010027401 A KR 20010027401A KR 1019990039107 A KR1019990039107 A KR 1019990039107A KR 19990039107 A KR19990039107 A KR 19990039107A KR 20010027401 A KR20010027401 A KR 20010027401A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
working fluid
heat exchanger
heat
cooling
radial
Prior art date
Application number
KR1019990039107A
Other languages
English (en)
Inventor
이건태
전신용
Original Assignee
김윤규
현대건설 주식회사
정주영
심옥진
정몽헌
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김윤규, 현대건설 주식회사, 정주영, 심옥진, 정몽헌 filed Critical 김윤규
Priority to KR1019990039107A priority Critical patent/KR20010027401A/ko
Publication of KR20010027401A publication Critical patent/KR20010027401A/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F13/00—Details common to, or for air-conditioning, air-humidification, ventilation or use of air currents for screening
    • F24F13/30—Arrangement or mounting of heat-exchangers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0046—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater using natural energy, e.g. solar energy, energy from the ground
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24F—AIR-CONDITIONING; AIR-HUMIDIFICATION; VENTILATION; USE OF AIR CURRENTS FOR SCREENING
    • F24F5/00—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater
    • F24F5/0046—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater using natural energy, e.g. solar energy, energy from the ground
    • F24F2005/0057—Air-conditioning systems or apparatus not covered by F24F1/00 or F24F3/00, e.g. using solar heat or combined with household units such as an oven or water heater using natural energy, e.g. solar energy, energy from the ground receiving heat-exchange fluid from a closed circuit in the ground
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/008—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for vehicles
    • F28D2021/0091—Radiators
    • F28D2021/0096—Radiators for space heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B10/00—Integration of renewable energy sources in buildings
    • Y02B10/40—Geothermal heat-pumps
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E70/00—Other energy conversion or management systems reducing GHG emissions
    • Y02E70/30—Systems combining energy storage with energy generation of non-fossil origin

Abstract

본 발명은 방사형 열교환기 및 이를 이용한 냉난방 시스템에 관한 것으로, 지중에 매설되는 열교환기에 있어서, 상,하부에 작동유체의 입,출구측 챔버(22a, 22b)를 각각 갖는 분배봉(22)과; 상기 분배봉(22)의 둘레에 방사상으로 배치된 복수개의 작동유체 열교환통(24)을 구비하되, 각 작동유체 열교환통(24)내에는 상방에서 하방으로 다수개의 격벽(26)이 일정 간격으로 설치되어 입,출구측 챔버(22a, 22b)와 연통하는 대략 S자로 연속된 작동유체 통로(28)를 포함하여; 상기 입구측 챔버(22a)로 유입된 작동유체가 각각의 작동유체 열교환통(24)의 작동유체 통로 (28)에 분배되어 출구측 챔버(22b)로 배출되도록 하여 지중의 열원과 작동유체간의 열교환이 이루어지도록 구성한 것을 특징으로 한다.

Description

방사형 열교환기 및 이를 이용한 지열 시스템{RADIAL HEAT EXCHANGER AND GROUND-THERMAL SYSTEM USED RADIAL HEAT EXCHANGER}
본 발명은 방사형 열교환기 및 이를 이용한 냉난방 시스템에 관한 것으로, 특히 지중 매설에 따른 설치의 편리성 및 확장성을 용이하게 하고, 작동유체와 지중간의 열전달율을 높이도록 한 방사형 열교환기를 제공함과 동시에 환수조와 급수조를 분리 설치하여 냉난방 부하변동에 용이하게 대처할 수 있도록 한 방사형 열교환기를 이용한 지열시스템에 관한 것이다.
환경친화적인 자연에너지를 이용하고자 하는 노력의 일환으로 지열원을 이용할 수 있는 시스템들이 개발되고 있다. 지열이용은 그 열원의 온도가 중요한데 350℃ 이상의 지열원을 이용하는 곳에서는 발전 및 지역냉난방용 시스템의 개발이 용이한데 반해 지중온도가 7℃∼10℃로 유지되는 곳에서는 통상 쿨 튜브(cool tube)를 매설하고, 튜브내로 작동유체(공기,물)를 통과시켜 주위의 지열원과 열교환시켜 냉방용으로 사용하고 있다.
쿨 튜브를 사용하는 경우 단지 원관을 지중에 배설한 것에 지나지 않아 기계적강도 및 설치의 효율성에 문제가 있고, 유로가 길어 압력손실이 큰 단점을 가지고 있다.
한편, 건축물의 냉난방시스템에 있어서 위와 같이 쿨튜브를 사용하는 방법이외에 건축물 지하 대공간내의 일정 온도를 갖는 공기를 이용한 건물 측벽의 냉각용 또는 냉동시스템의 냉각탑을 지하공간에 설치하여 응축수 방열용으로 고안된 경우가 있고, 지하수를 이용한 시스템이 있으나 후자는 지하수를 오염시킬 수 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지열원과 건축물의 냉난방에 사용될 냉난방수를 설치가 용이하고 압력손실이 적도록 개량한 열교환기를 통해 효과적으로 열교환시켜 축열조에 저장하고, 저장된 냉난방수를 냉난방 부하변동에 용이하게 대처할 수 있도록 한 방사형 열교환기 및 이를 이용한 지열시스템을 제공함에 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구체적인 수단은,
지중에 매설되는 열교환기에 있어서,
상,하부에 작동유체의 입,출구측 챔버(22a,22b)를 각각 갖는 분배봉(22)과;
상기 분배봉(22)의 둘레에 방사상으로 배치된 복수개의 작동유체 열교환통 (24)을 구비하되, 각 작동유체 열교환통(24)내에는 상방에서 하방으로 다수개의 격벽(26)이 일정 간격으로 설치되어 입,출구측 챔버(22a,22b)와 연통하는 대략 S자로 연속된 작동유체 통로(28)를 포함하여;
상기 입구측 챔버(22a)로 유입된 작동유체가 각각의 작동유체 열교환통(24)의 작동유체 통로(28)에 분배되어 출구측 챔버(22b)로 배출되도록 하여 지중의 열원과 작동유체간의 열교환이 이루어지도록 구성한 것을 특징으로 한다.
또 다른 특징은 쿨링코일(52), 히팅 코일(54) 및 열교환기(56)를 갖는 에어 핸들링 유닛(50)에 지열을 공급하여 실내의 냉난방을 하기 위한 지열 시스템에 있어서,
상기 에어 핸들링 유닛(50)의 열교환기(56)에 연결되어 폐열원의 작동유체를 지중에 저장하는 환수조(60)와;
상기 환수조(60)에 저장된 작동유체를 중력에 의해 공급받고 지중의 열원과 열교환을 수행하는 방사형 열교환기(10)를 구비하되, 이 방사형 열교환기(10)는 상,하부에 작동유체의 입,출구측 챔버(22a,22b)를 각각 갖는 분배봉(22)과; 상기 분배봉(22)의 둘레에 방사상으로 배치되어 입,출구측 챔버(22a,22b)와 연통된 복수개의 작동유체 열교환통(24)과; 상기 각 작동유체 열교환통(24)내에는 상방에서 하방으로 다수개의 격벽(26)이 일정 간격으로 설치되어 입,출구측 챔버(22a.22b)와 연통하는 대략 S자로 연속된 작동유체 통로(28)를 포함하고;
상기 방사형 열교환기(10)와 연결되어 냉난방용 열원을 저장하는 급수조(70)를 포함하여;
냉난방 부하시 급수조(70)내의 작동유체를 열교환기(56)로 공급,순환시키도록 구성하여서 달성된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방사형 열교환기의 평면도이고,
도 2는 도 1의 A-A선에서 본 단면도로서, 작동유체의 흐름상태를 나타내고,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방사형 열교환기를 이용한 냉난방 시스템의 개략적인 구성도이다.
＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞
22 : 분배봉 22a : 입구측 챔버
22b : 출구측 챔버 24 : 작동유체 열교환통
26 : 격벽 28 : 작동유체 통로
50 : 에어핸들링 유닛 52 : 쿨링코일
54 : 히팅코일 56 : 열교환기
60 : 환수조 70 : 급수조
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 방사형 열교환기(10)의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선에서 본 단면도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 방사형 열교환기를 이용한 냉난방 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 1, 2에서와 같이 본 발명의 방사형 열교환기(10)는 상,하부에 작동유체의 입,출구측 챔버(22a,22b)를 각각 갖는 분배봉(22)과, 상기 분배봉(22)의 둘레에 방사상으로 배치된 복수개의 작동유체 열교환통(24)으로 구비되어 있고, 상기 각 작동유체 열교환통(24)내에는 상방에서 하방으로 다수개의 격벽(26)이 일정 간격으로 설치되어 입,출구측 챔버(22a,22b)와 연통하는 대략 S자로 연속된 작동유체 통로 (28)를 구비하고 있다.
상기 입,출구측 챔버(22a,22b)측에는 분배봉(22)을 유입관로(P1,P2)와 연결시키기 위한 플랜지(21a,21b)가 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 방사형 열교환기는 유입관로(P1)를 통해 작동유체(공기 또는 물)가 분배봉(22)의 입구측 챔버(22a)로 들어오게 되면 동시에 8개의 작동유체 열교환통(24)에 분배되고, 분배된 작동유체는 격벽(26)에 의해 형성된 작동유체 공급통로(28)를 따라 상부에서 하부로 S자 형태로 흘러 분배봉(22)의 출구측 챔버 (22b)로 합류하여 배출관로(P2)로 배출된다.
이때, 작동유체가 작동유체 열교환통(24)의 작동유체 공급통로(28)를 경유하는 동안 작동유체 열교환통(24)의 표면을 통해 지중에 포함된 열원이 교환된다.
이와 같이 구성되고 작용되는 방사형 열교환기(10)를 도 3에서와 같이 본 발명의 지열시스템에 적용하였을 경우 이의 구성 및 작용 효과를 설명한다.
도시된 바와 같이 쿨링코일(52), 히팅 코일(54) 및 열교환기(56)로 이루어진 에어 핸들링 유닛(50)을 통해 실내의 냉난방이 이루어지도록 한 냉난방 시스템에 있어서, 상기 에어 핸들링 유닛(50)의 열교환기(56)에는 폐열원의 작동유체를 저장하기 위한 환수조(60)가 지중에 매설되어 있다.
상기 환수조(60)에는 환수조(60)에 저장된 작동유체를 중력에 의해 공급받고 지중의 열원과 열교환을 수행하기 위한 방사형 열교환기(10)가 연결되어 있다.
상기 방사형 열교환기(10)는 도 1,2에서 전술한 바와 같이 상,하부에 작동유체의 입,출구측 챔버(22a,22b)를 각각 갖는 분배봉(22)과, 상기 분배봉(22)의 둘레에 방사상으로 배치되어 입,출구측 챔버(22a,22b)와 연통된 복수개의 작동유체 열교환통(24)을 구비하되, 상기 각 작동유체 열교환통(24)내에는 상방에서 하방으로 다수개의 격벽(26)이 일정 간격으로 설치되어 입,출구측 챔버(22a.22b)와 연통하는 대략 S자로 연속된 작동유체 통로(28)를 포함하고 있다.
그리고 상기 방사형 열교환기(10)와 에어핸들링 유닛(50)의 열교환기(56)간에는 상기 방사형 열교환기(10)로부터 배출되는 작동유체의 열원을 저장하는 급수조(70)가 설치되어 있고, 상기 급수조(70)와 열교환기(56)간에는 냉난방 부하에 따라 급수조(70)내의 작동유체를 열교환기(56)로 공급시키기 위한 펌프(80)가 설치되어 있다.
여기서 도면 부호 1은 실내룸이고, 5는 에어덕트이고, V1,V2는 개폐밸브이다.
냉난방 부하가 걸리게 되면 에어핸들링 유닛(50)이 작용하게 되는데 냉방 부하가 크게 걸릴때에는 쿨링 코일(52)과 더불어 예냉용으로 사용할 수 있고, 난방 부하가 크게 걸릴때에는 히팅코일(54)과 함께 예열용으로 사용할 수 있다.
여기서 예냉과 예열의 차이는 제어측에서 쿨링코일(52)과 히팅코일(54)중 어느 하나를 선택하게 되는데, 예냉의 경우를 살펴본다.
예냉의 경우, 펌프(80)가 작동하고 열교환기(56)를 통과한 작동유체의 폐열원은 환수조(60)로 복귀하고(이때 밸브(V1,V2)는 모두 개폐되어 있는 상태이다), 다시 자중에 의해 방사형 열교환기(10)로 보내져 지중의 지열원과 열교환된 후 급수조(80)에 저장된다.
급수조(80)에 저장된 작동유체는 펌프(80)에 의해 급수조(70)에서 펌핑되어 열교환기(56)로 공급되고, 열교환기(56)를 통해 실내룸(1)에 공급될 공기와 열교환이 이루어진 후 환수로(60)로 복귀한다.
이때 열교환기(56)와 열교환된 공기가 냉각코일(52)에 다시 열교환으로 냉각되어 에어덕트(5)를 통해 실내룸(1)으로 공급된다.
한편, 냉난방 부하가 적을 경우에는 히팅코일(52)과 쿨링코일(54) 모두 가동시키지 않고 펌프(80)만 구동시켜 에어핸들링 유닛(50)으로 공급되는 유입공기의 적정한 온도유지에 적합한 공조를 수행할 수 있다.
상술한 바와같이 본 발명의 방사형 열교환기는 종래의 쿨 튜브방식에 비해 유로가 짧기 때문에 압력손실이 적은 이점을 가지며, 지중 열교환기를 이용한 냉,난방 시스템에서도 환수조와 급수조가 분리 설치되므로서 냉난방 부하변동에 용이하게 대처할 수 있는 특장점을 갖는 발명이다.

Claims (2)

  1. 지중에 매설되는 열교환기에 있어서,
    상,하부에 작동유체의 입,출구측 챔버(22a,22b)를 각각 갖는 분배봉(22)과;
    상기 분배봉(22)의 둘레에 방사상으로 배치된 복수개의 작동유체 열교환통 (24)을 구비하되, 각 작동유체 열교환통(24)내에는 상방에서 하방으로 다수개의 격벽(26)이 일정 간격으로 설치되어 입,출구측 챔버(22a,22b)와 연통하는 대략 S자로 연속된 작동유체 통로(28)를 포함하여;
    상기 입구측 챔버(22a)로 유입된 작동유체가 각각의 작동유체 열교환통(24)의 작동유체 통로(28)에 분배되어 출구측 챔버(22b)로 배출되도록 하여 지중의 열원과 작동유체간의 열교환이 이루어지도록 구성한 것을 특징으로 하는 방사형 열교환기.
  2. 쿨링코일(52), 히팅 코일(54) 및 열교환기(56)를 갖는 에어 핸들링 유닛(50)에 지열을 공급하여 실내의 냉난방을 하기 위한 지열 시스템에 있어서,
    상기 에어 핸들링 유닛(50)의 열교환기(56)에 연결되어 폐열원의 작동유체를 지중에 저장하는 환수조(60)와;
    상기 환수조(60)에 저장된 작동유체를 중력에 의해 공급받고 지중의 열원과 열교환을 수행하는 방사형 열교환기(10)를 구비하되, 이 방사형 열교환기(10)는 상,하부에 작동유체의 입,출구측 챔버(22a,22b)를 각각 갖는 분배봉(22)과; 상기 분배봉(22)의 둘레에 방사상으로 배치되어 입,출구측 챔버(22a,22b)와 연통된 복수개의 작동유체 열교환통(24)과; 상기 각 작동유체 열교환통(24)내에는 상방에서 하방으로 다수개의 격벽(26)이 일정 간격으로 설치되어 입,출구측 챔버(22a.22b)와 연통하는 대략 S자로 연속된 작동유체 통로(28)를 포함하고;
    상기 방사형 열교환기(10)와 연결되어 냉난방용 열원을 저장하는 급수조(70)를 포함하여;
    냉난방 부하시 급수조(70)내의 작동유체를 열교환기(56)로 공급,순환시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 방사형 열교환기를 이용한 지열 시스템.
KR1019990039107A 1999-09-13 1999-09-13 방사형 열교환기 및 이를 이용한 지열 시스템 KR20010027401A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990039107A KR20010027401A (ko) 1999-09-13 1999-09-13 방사형 열교환기 및 이를 이용한 지열 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1019990039107A KR20010027401A (ko) 1999-09-13 1999-09-13 방사형 열교환기 및 이를 이용한 지열 시스템

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20010027401A true KR20010027401A (ko) 2001-04-06

Family

ID=19611317

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1019990039107A KR20010027401A (ko) 1999-09-13 1999-09-13 방사형 열교환기 및 이를 이용한 지열 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20010027401A (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015005530A1 (ko) * 2013-07-12 2015-01-15 한국전력공사 다중 통로 교류 열교환기

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2015005530A1 (ko) * 2013-07-12 2015-01-15 한국전력공사 다중 통로 교류 열교환기

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN202008252U (zh) 一种利用地下水源热泵的机房空调
US20100043461A1 (en) Energy storage and temperature change type air conditioning method with underground reservoir and water source heat pump, and the dedicated device thereof
KR20130004527A (ko) 지열 교환 시스템 및 방법
CN110603410B (zh) 区域能源分配系统
KR102171919B1 (ko) 결합된 냉각 및 가열 시스템
CN107143948A (zh) 可蓄能可大温差的梯级冷热源系统
US10295206B2 (en) Gravity-assisted heat pipe ground cooling source cold storage system and chiller set
US20090120606A1 (en) Double DX Hydronic System
CN102384551B (zh) 外融冰式冰蓄冷制冷系统及其制冷方法
EP2310751B1 (en) Thermal gradient fluid header for multiple heating and cooling systems
CN108344089A (zh) 供氧制冷系统及供氧制冷发电系统
KR20010027401A (ko) 방사형 열교환기 및 이를 이용한 지열 시스템
CN204227620U (zh) 小型空调复合空气能热泵装置
CN210602334U (zh) 一种提升地源热泵能效的浅层地热利用设备
CN104390492A (zh) 一种卧式双相变换热器
CN210663447U (zh) 一种墙形能源站
KR20210053081A (ko) 시설물 개별 모듈화 냉각 시스템
CN110822602A (zh) 节能单井循环换热地能空调系统
CN217685324U (zh) 一种用于粮库的制冷机组
KR101834222B1 (ko) 심해수를 이용한 냉풍제조시설
CN214884605U (zh) 一种装配式木结构埋管节能墙体
RU2191440C2 (ru) Способ и система использования сбросного тепла метрополитена
CN219145995U (zh) 一种数据中心风冷氟泵空调余热回收装置及系统
KR101631503B1 (ko) 지열을 이용한 고온수 냉난방 및 급탕 히트펌프
CN212362257U (zh) 多区域空调系统

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E601 Decision to refuse application