KR20030096468A

KR20030096468A - 지중열을 이용한 냉난방장치

Info

Publication number: KR20030096468A
Application number: KR1020020032980A
Authority: KR
Inventors: 이수현
Original assignee: 이수현
Priority date: 2002-06-12
Filing date: 2002-06-12
Publication date: 2003-12-31

Abstract

본 발명은 지중열을 이용한 냉난방장치에 관한 것으로써, 특히 2차적인 환경오염없이 저렴한 비용으로 친환경적인 청정에너지를 얻고, 상기에너지를 이용하여 냉난방가능케 한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 지하에 매설하여 지중열을 집열할 수 있는 집열탱크(110)를 설치하되, 집열탱크(110)내에는 집열의 효율을 증진시키기 위한 히트파이프(130)를 관통설치하여, 일부는 집열탱크(110)내부에, 일부는 외부에 위치되게 하고, 상기 집열탱크(110)내에는 열매체(120)를 충전함과 동시에 열교환관(140)을 설치하되, 열교환관(140)의 양측단부는 외부로 노출되게 한 다음 라디에타(150)를 설치하고, 상기 라디에타(150)배면에는 송풍기(151)를 설치하여 송풍되게 하므로서 지중열이 집열탱크(110)에 전달되고, 집열탱크(110)에 전달된 지열을 열교환관(140)을 통하여 라디에타(150)로 전달되게 하고, 라디에타(150)에 전달된 지중열을 송풍기(151)를 통하여 전방으로 송풍되게 하여 계절에 따라 냉.난방되게 한 것이다.

Description

지중열을 이용한 냉난방장치{Heating and air-conditioning device by subterranean heat}

본 발명은 지중열에너지를 이용한 냉난방장치에 관한 것이다.

일반적으로 냉난방은 전기에너지를 이용하거나 석유 등과 같은 화석에너지를 이용하여 냉·난방장치에 사용되고 있다.

따라서 상기한 구성의 냉난방장치의 경우 냉난방 효과가 우수하나 많은 에너지를 필요로 하게 되므로 그에 따른 경제적 부담이 가중될 뿐만 아니라 연료연소에 따른 2차적인 환경오염문제를 야기케 되는 문제가 있다.

특히 비닐하우스를 이용한 농작물의 재배시 난방을 필요로 하여 보일러를 작동시킬 경우에는 생산원가상승의 주요인이 되므로 가격경쟁력이 떨어지게 될 뿐 아니라 수익성이 거의 없어 비닐하우스를 이용한 농작물의 재배시 난방을 필요로 하는 작물의 재배는 기피하고 있는 실정이다.

본 발명은 이러한 종래의 제반문제점을 감안하여 전기에너지 혹은 석유와 같은 화석에너지의 사용없이 무제한으로 제공받을 수 있는 지중열을 이용하여 냉난방케 한 것이다.

다시 설명하면 지중열은 사계절 통상 13~15℃정도를 유지하고 있으며 상기지중열에너지를 이용하여 여름철에는 냉방을, 겨울철에는 저온난방을 할 수 있도록 한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 지하에 내통과 외통으로 구성된 집열탱크를 설치하되, 상기 내외통사이에 구성된 공간부에 적량의 에탄올을 충진한 다음 진공화하고, 집열탱크 내면공간부에는 다수개의 히터파이프를 바닥부를 관통되게 설치하여 히트파이프의 일부는 집열탱크 내면공간부내에 위치되게 하되, 일부는 집열탱크 외부로 돌출구성되게 하므로서 히터파이프를 통하여 지중열이 집열탱크 내부로 전달되게 하고, 상기 집열탱크 내면공간부에는 열매체를 충진하되 내면공간부 외주면에는 열교환관을 코일형태로 배시하고, 상기 열교환관 내면에는 물과 부동액을 충진하여 순환 펌프에 의해 순환되게 하고, 상기 열교환관은 라디에타와 연결되게 하고, 라디에타 배면에는 송풍기를 설치하여 송풍되게 하므로서 여름철에는 냉방이 겨울철에는 저온난방이 이루어지게 하여서 된것이다.

도 1 : 본 발명장치의 개략구성도

도 2 : 본 발명장치의 요부단면구성도

도 3 : 본 발명장치의 횡단면구성도

도 4 : 본 발명장치에 설치되는 지지편의 구성도

도 5 : 본 발명장치의 설치되는 열교환관의 단열을 위한 상대도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(100)--냉난방장치(110)--집열탱크

(111)--외통(112)--내통

(113)--통공(114)--지지편

(115)--에탄올(116)--진공밀봉밸브

(117)--공간부(118)--상단부

(119)--열매체충진구(120)--열매체

(130)--히트파이프(140)--열교환관

(141)--입수구(142)--출수구

(143)--순환펌프(144)--보충수탱크

(145)--외부관(146)--우레탄수지

(150)--라디에타(151)--송풍기

이하 본 발명의 실시예를 첨부도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 발명에서 제공하고자 하는 냉난방장치(100)의 개략구성도이고,도2는 본 발명의 요부단면구성도로서 개략적인 구성은 외통(111)과 내통(112)으로 구성되어 그 사이에 공간부(117)가 형성된 집열탱크(110)를 구성하고, 상기 집열탱크(110)사이에는 적정간격으로 통공(113)이 뚫린 지지편(114)을 설치하여 내외통(111)(112)사이에 적절한 간격이 유지되게 하고, 상기 공간부(117)에는 적량의 에탄올(115)을 충진한 다음 진공 밀봉밸브(116)를 통하여 진공화시킨다.

이때 집열탱크(110)의 내외통(111)(112)사이의 공간부(117)에 충진되는 에탄올(115)의 량은 공간부(117)체적의 약 5%정도 충진한다.

내통(112)상단부(118)는 만곡형으로 구성하여 견고성을 배가토록 하고,상기 상단부(118)중앙에는 열매체충진구(119)를 설치하여 열매체 충진구(119)를 통하여 집열탱크(110)내면에 열매체(120)가 충진되게 하며, 상기 열매체(120)는 에탄올을 주로 하되, 약 1%정도의 아질산나트륨이 혼입되게 하며 상기 아질산나트륨은 부식방지를 위한 첨가제이다.

상기집열탱크(110)내면 공간부에는 히터 파이프(130)를 설치하되, 상기히터파이프(130)는 집열탱크(110)의 바닥을 관통설치되게 하므로서 일부는 집열탱크(110)내에 위치되게 하고, 일부는 외부로 돌출되게 하되, 외부로 돌출되는 길이를 비교적 길게 구성하여 지중열을 집열탱크(110)내로 쉽게 전달되게 한다.

상기에서 히터 파이프(130)내면에는 일정량의 에탄올을 충진한 다음 진공화하여 열전달이 쉽게 이루어지게 하며 이때 열전도율은 약 97.5%정도이다.

상기히터파이프(130)내면에는 열전달이 더욱 용이하게 이루어 질 수 있도록 하기 위하여 동선으로 된 망체가 내장되어 있다.

집열탱크(110)내면 공간부 내주면에는 열교환관(140)을 코일형태로 권취하여 양측단부가 집열탱크(110)외부로 돌출되게 하고,상기 열교환관(140)의 입수구(141)쪽에는 순환펌프(143)를 설치하고 출수구(142)쪽에는 보충수탱크(144)를 설치하며, 상기열교환관(140)단부에는 열교환을 위한 라디에타(150)를 설치하고, 라디에타(150)배면에는 송풍기(151)를 설치하며 열교환관(140)내에는 부동액이 혼입된 물을 충진한다.

상기 집열탱크(110)를 지하 4~5m정도의 깊이에 매설하여 사용케하므로서 지중열이 집열탱크(110) 및 히터파이프(130)에 전달되어 집열탱크(110)내에 충진된 열매체(120)에 전달되고, 상기 열매체(120)의 지중열은 다시 열교환관(140)으로 전달되게 하고 열교환관(140)에 전달된 지열은 순환펌프(143)에 의해 강제순환하면서 라디에타(150)에서 열교환되고, 라디에타(150)에서 열교환된 열은 배면에 설치된 송풍기(151)의 송풍에 의해 지중의 열이 전방으로 송풍되므로 여름철에는 냉방을,겨울철에는 저온난방을 기대할 수 있게 된다.

상기에서 집열탱크(110)외부로 노출되는 열교환관(140)은 도5에서와 같이 외면에 외부관(145)을 끼워 일정한 간격이 유지되게 하고, 상기간격 유지부내에는 우레탄 수지(146)를 충진하여 단열되게 한다.

이와 같이 구성된 본 발명은 사계절 통상적으로 13~15℃를 유지하는 지중열에너지를 이용하여 냉난방을 실시할 수 있게 된다.

즉 지하에 약 4~5m정도의 깊이에 집열탱크(110)를 설치하고 집열탱크(110)바닥을 관통한 히터파이프(130)는 지하에 위치하게 되면서 평균 13~15℃를 유지하는 지열을 흡수하여 집열탱크(110)내에 충진된 열매체(120)에 전달된다.

에탄올과 아질산나트륨으로 된 열매체(120)에 의해 전달된 지열은 다시 코일형태로 배관된 열교환관(140)에 전달되고, 열교환관(140)에 전달된 지열은 순환 펌프(143)에 의해 강제 순환되는 물에 전달되고, 물은 다시 라디에터(150)에 지열을 전달하게 된다.

실험한 바에 의하면 실내온도32℃일때 지열을 전달받은 라디에터(150)의 표면온도가 약 16~17℃를 유지하였고, 송풍기(151)를 통하여 송풍되는 바람의 온도는 약 19~21℃를 유지하는 것으로 측정되어 양호한 냉방의 효과를 얻을 수 있었다.

또한 겨울철에는 13~15℃의 지열을 이용하여 난방할 경우 통상 실내의 온도를 9~11℃정도로 저온난방효과를 얻을 수 있는 것으로 측정되었다.

본 발명은 실시함에 있어서 히터파이프(130)내면에는 지열을 집열탱크(110)내에 신속하게 전달하기 위하여 적량의 에탄올을 충진한 다음 진공화시켜 주므로서 신속한 열전달이 이루어지게 된다.

또한 집열탱크(110)내면에는 소량의 아질산 나트륨이 혼입된 에탄올이 충진되어 있어 히터 파이프(130)를 통하여 지열이 신속하게 전달되고, 상기 지열을 전달받을 열매체(120)는 다시 열교환관(140)내에 충진된 물에 전달되고, 냉각된 물은 라디에터(150)에서 열교환되고, 열교환된 물은 다시 집열탱크(110)내에 위치하는 열교환관(140)을 통하여 열교환되면서 다시 라디에타(150)로 공급되어 열교환되고, 라디에터(150)배면에서 송풍되는 송풍기(151)에 의해 냉방 및 저온 난방이 이루어 지게 된다.

집열탱크(110)외부에 노출되는 열교환관(140)외면에는 외부관(145)이 씌워지면서 그 사이에 우레탄 수지(140)가 충진되어 있어 효과적인 단열이 이루어지게 되므로 지열을 라디에타(150)까지 효율적으로 전달하게 된다.

본 발명을 실시함에 있어서 집열탱크(110)를 구성하는 내외통(111)(112)사이에도 적량의 에탄올을 충진한 다음 진공화시켰기 때문에 지열을 집열탱크(110)에신속하게 전달시켜주게 된다.

또한 내외통(111)(112)사이에 구성되는 지지편(114)은 지하에 매설되는 압력에 의해 집열탱크(110)가 변형되는 현상을 방지하는 것이다.

상기한 구성의 냉난방장치를 이용하여 겨울철에는 저온난방을, 여름철에는 냉방을 기대할 수가 있고, 상기 냉·난방장치의 설치장소는 가정이나 비닐하우스 등 필요한 장소에 설치하여 사용케하므로서 환경오염 없이 저렴한 비용으로 냉난방을 실시할 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 무한하게 얻을 수 있는 지열을 이용하여 환경오염없이 저렴한 비용으로 냉방, 혹은 저온난방할 수 있게 되는 등의 효과가 있는 것이다.

Claims

내통(112)와 외통(111)으로 구성된 집열탱크(110)내에 열매체(120)을 충진하되, 상기내외통(111)(112)사이에 구성된 공간부(117)에는 적량의 에탄올을 충진한 다음 진공화 하고, 집열탱크(110)내면에 다수개의 히트파이프(130)를 설치하여 바닥부를 관통되게 하므로서 일부는 집열탱크(110)내면에, 일부는 집열탱크(110)외부로 길게 돌출구성되게 하고, 상기 집열탱크(110)내면에는 열교환관(140)을 설치하되, 열교환관(140)의 양측단부는 집열탱크(110)를 관통하여 외부로 돌출되게 하고, 상기열교환관(140)양측단부에는 라디에타(150)를 설치하고, 일측열교환관(140)에는 순환펌프(143)를 설치하여 열교환관(140)내에 충진된 물이 순환되게 하고, 라디에타(150)배면에는 송풍기(151)를 설치하여서 됨을 특징으로 하는 지중열을 이용한 냉난방장치.
제1항에 있어서, 집열탱크(110)는 지하에 매설하고, 라디에타(150)는 지상에 노출되게 하므로서 지중열이 집열탱크(110)에 전달되고, 집열탱크(110)에 전달된 지열이 열교환관(140)을 통하여 라디에타(150)에 전달되게 하고, 라디에타(150)배면에 설치된 송풍기(151)의 송풍에 의해 냉·난방되게 하여서 됨을 특징으로 하는 지중열을 이용한 냉난방장치