KR20100128371A - 지중열교환기의 기계실 개별 인입 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 지중열교환기를 기계실로 인입할 때 지중열교환기를 맨홀의 급수 및 환수헤더를 통해 기계실로 인입하지 않고, 각각의 지중열교환기를 기계실 또는 맨홀로 직접 인입하는 지중열교환기 기계실 개별 인입 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 지중열교환기 기계실 개별 인입 장치는, 열교환 파이프로 구성되는 복수개의 지중열 교환기; 히트펌프와 연결되는 지열공급헤더 및 지열환수헤더를 포함하여 구성되고, 상기 열교환 파이프와 지열공급헤더는 열교환 유체공급관으로 연결되며, 열교환 파이프와 지열환수헤더는 열교환 유체환수관으로 연결되고, 상기 열교환 파이프와 열교환 유체공급관 및 환수관은 일체로 구성되는 것을 특징으로 한다.

지중열 교환기, 열교환 파이프, 지열공급헤더, 지열환수헤더, 기계실

Description

지중열교환기의 기계실 개별 인입 장치{INDIVIDUAL LEAD-IN EQUIPMENT IN MACHINE ROOM OF EARTH TUBE HEAT EXCHANGER}

본 발명은 지중열교환기의 기계실 개별 인입 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 지중열교환기를 기계실로 인입할 때 지중열교환기를 맨홀의 급수 및 환수 헤더를 통해 기계실로 인입하지 않고, 각각의 지중열교환기를 기계실 또는 맨홀로 직접 인입하는 지중열교환기 기계실 개별 인입 장치에 관한 것이다.

지열시스템은 일반적으로 지중 10 m 이하의 연중온도가 보통 약 15℃ 정도를 유지하는 지열을 이용하여 히트펌프와 함께 냉난방 사이클을 구성하여 냉방,난방 및 급탕에 활용하는 시스템으로, 폐회로시스템에서는 지중에 존재하는 열을 고밀도 폴리에틸렌파이프(HDPE)로 구성된 지중열교환기를 통해 물 또는 부동액이 회로 내를 순환하면서 동절기에는 지중에서 얻은 열을 상기 시스템에 의해 건물 내부로 전달하고, 하절기에는 건물 내부의 열을 흡수하여 회로를 순환하면서 지중으로 흡수열을 방출시키는 것이다.

상기 지열 에너지를 이용하는 지열시스템은, 지중열교환기를 지하에 설치해야 되는데, 지중열교환기의 열교환 파이프를 매설하는 방법에 따라 수직형, 수평형, 지하수형 및 에너지 파일형으로 구분할 수 있다.

수직형은 직경 100 ∼ 200㎜ 의 열교환 파이프를 깊이 100 ∼ 200 m 수직으로 매설하는 것으로 설치장소를 많이 차지하지 않아 대도시 등의 장소가 협소한 곳에 일반적으로 사용되고, 시공비는 높으나 열 성능이 우수한 장점이 있어 많이 시공되고 있으며, 수평형은 시공비가 저렴하고 시공이 용이하고 설치후에 유지보수가 간단하지만, 넓은 부지가 필요하고, 수직형에 비해서 열 성능이 미흡하며, 또한 국내에서는 부지 문제로 인하여 도심지에 설치가 불가능하다.

지하수형은 지하수에 직접 열교환 파이프를 매설하기 때문에, 시공비가 저렴하고, 열 성능이 우수하며 설치부지가 협소해도 되지만 지속적인 지하수량이 필요한데, 지하수위가 저하될 우려가 있기 때문에 지하수량이 풍부한 지역에서만 적용 가능하고 지하수 함유물에 따라 장비 고장의 우려가 있다.

에너지 파일형은 열교환 파이프를 구조물의 기초로 사용하는 기존의 PHC 파일, 강관 등의 중공파일의 내부에 삽입하여 그라우팅 한 것인데, 다른 열교환 파이프 매설 방법과 비교하여 구조물의 기초가 되는 파일에 열교환 파이프를 매설하므로 추가적인 설치장소가 필요하지 않고, 굴착비용이 이중으로 들지 않아 시공비를 30 ~ 50% 절감할 수 있어 매우 효율적인 방식이다.

근래에는 건물의 기초 공사시에 지중에 파일(말뚝)을 박아서 상기 파일의 내 부에 열교환 파이프를 삽입하는 에너지 파일형이 많이 이용되고 있는 추세이다.

일반적으로 지열시스템에서는 리버스 리턴(reverse return)방식으로 시공되는데, 리버스 리턴 방식은 일종의 역환수식 방식으로 각층의 온도차를 줄이기 위해 층마다 배관의 길이를 같게 하는 것으로 각층의 온도순환(유량)을 균등하게 할 목적으로 환수관을 역회전시켜서 배관을 설비한다. 상기 리버스 리턴 방식으로 설비된 지중열교환기의 기계실 인입 장치를 도 1을 참조하여 간략하게 설명하면, 지열시스템에서 지중의 열을 흡수하고, 방출하는 지중열교환기는(1), 지중에 일정간격으로 천공을 한후 각각의 열교환 파이프(1a)를 헤더 작업을 통해 연결부(1b)에서 묶어서 유량 및 유속을 감안하여 맨홀(2)의 급수헤더(3) 및 환수헤더(4)를 통해 기계실(7)의 지열공급헤더(5) 및 지열환수헤더(6)에 인입하여 히트펌프(8)와 배관으로 연결한다. 상기의 방식은 급수헤더(3) 및 환수헤더(4)를 통해 유체가 각각의 열교환 파이프(1a)를 순환하므로 유체의 유량 및 유속의 불균형이 발생하기 쉽고, 각각의 헤더와 열교환 파이프의 이음매에 문제가 발생하여 유체가 누출 될 때 전체 지열시스템을 정지시키고 정비해야 하므로 관리상의 문제가 있다.

상기의 문제를 해결하고자 맨홀에 매입된 급수 및 환수헤더(3,4)에 밸브(미도시)를 설치하여 유체가 누출된 열교환 파이프만을 폐쇄시키고 나머지 열교환 파이프만 사용하여 지중열 시스템을 가동할 수 있으나, 열교환 유체가 누출되면 초기의 설계 유량값의 변동이 생겨 구조물에서 필요한 냉난방 용량이 감소되므로 소정 의 냉난방 효과를 얻으려면 별도의 냉난방장치를 설치해야 하는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 지중열교환기를 구성하는 열교환 파이프를 헤더 작업을 통해 묶어서 맨홀에 설치되는 급수 및 환수헤더를 통해 기계실로 인입하지 않고, 지중열교환기의 열교환 파이프 각각을 기계실로 직접 인입하거나 별도의 맨홀로 직접 인입하여 열교환파이프를 순환하는 유체의 유량 및 유속을 균일하게 유지시키고, 열교환 파이프에서 유체가 누수시에 1개의 지중열교환기의 열교환 파이프를 차단하고 정비함으로써, 전체 지열시스템은 정지되지 않고 가동시킬 수 있는 지중열교환기의 기계실 개별 인입 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 문제해결을 위하여 본 발명에 따른 지중열교환기 기계실 개별 인입 장치는, 열교환 파이프로 구성되는 복수개의 지중열교환기; 히트펌프와 연결되는 지열공급헤더 및 지열환수헤더를 포함하여 구성되고, 상기 열교환 파이프와 지열공급헤더는 열교환 유체공급관으로 연결되고, 열교환 파이프와 지열환수헤더는 열교환 유체환수관으로 연결되는 것을 구성적 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 열교환 파이프와 열교환 유체공급관 및 환수관은 일체로 구성된다.

이상에서 설명한 것과 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 지중열교환기 기계실 개별 인입 장치는, 지중열교환기를 구성하는 열교환 파이프를 기계실로 인입할 때 열교환 파이프를 헤더작업을 통해 묶어서 급수헤더 및 환수헤더를 통해 기계실의 지열공급헤더 및 지열환수헤더에 인입하지 않고 지중열교환기의 열교환 파이프 각각을 기계실의 지열공급헤더 및 지열환수헤더에 직접 인입하거나 별도의 맨홀로 직접 인입하여 열교환파이프를 순환하는 유체의 유량 및 유속을 균일하게 유지시킬 수 있고, 열교환 파이프의 유체가 누수시에 1개의 지중열교환기의 열교환 파이프만 차단하고 정비할 수 있어서, 전체 지열시스템은 계속적으로 가동시킬 수 있다.

본 발명은, 지중열교환기를 구성하는 열교환 파이프를 헤더 작업을 통해 묶어서 맨홀에 설치되는 급수 및 환수헤더를 통해 기계실로 인입하지 않고, 지중열교환기의 열교환 파이프 각각을 기계실로 직접 인입하거나 별도의 맨홀로 직접 인입하여 열교환 파이프내로 흐르는 열교환 유체의 유량을 균일하게 하고, 열교환 유체가 열교환 파이프에서 누수시에도 1개의 열교환 파이프만 차단함으로써, 전체 지열시스템이 정지되지 않고 가동되는 지중열교환기 기계실 개별 인입 장치에 관한 것이다.

도 2를 참조하여 본 발명에 따른 지중열교환기 기계실 개별 인입 장치의 바 람직한 실시예를 설명한다.

지열시스템에서 지중열을 흡수하고, 방출하는 지중열교환기의 기계실 개별 인입 장치에 있어서, 상기 장치는, 열교환 파이프(11)로 구성되는 복수개의 지중열 교환기(10); 히트펌프(50)와 연결되는 지열공급헤더(20) 및 지열환수헤더(30)를 포함하여 구성되고, 상기 열교환 파이프(11)와 지열공급헤더(20)는 열교환 유체공급관(12)으로 연결되고, 열교환 파이프(11)와 지열환수헤더(30)는 열교환 유체환수관(13)으로 연결되는 것을 구성적 특징으로 한다.

상기 열교환 파이프와 공급관 및 환수관은 일체로 구성되어 직접 기계실(40)의 지열공급헤더(20) 및 지열환수헤더(30)에 연결됨으로써, 지중에서의 헤더작업 인해 생기는 연결부(이음매)가 없으므로 지반 침하 등의 외부 요인으로 인하여 상기 연결부가 느슨해져서 열교환 유체가 누출되는 현상이 발생하지 않아 본 발명에 따른 구성으로 설치된 지중열시스템은 안정적으로 가동된다.

상기 열교환 유체공급관(12) 및 열교환 유체환수관(13)은 기계실로 직접 인입되나, 경우에 따라 지중열교환기와 기계실 사이의 지중에 상기 유체공급관(12) 및 열교환 유체환수관(13)을 점검하기 위한 중간 맨홀(미도시)을 더 설치하여, 상기 유체공급관(12) 및 열교환 유체환수관(13)이 상기 중간 맨홀을 경유하여 기계실(40)로 인입되게 할 수도 있다. 상기와 같이 유체공급관(12) 및 유체환수관(13) 을 중간 맨홀을 경유하여 경우에는 유체공급관(12) 및 유체환수관(13)에 상기 열교환 유체를 제어하기 위한 밸브(미도시)를 더 설치할 수도 있다.

기존에는 각층의 온도차를 줄이기 위해 층마다 배관의 길이를 같게하여 각층의 온도순환(유량)을 균등하게 하도록 환수관을 역회전시켜서 배관을 설비하는 기존의 리버스 리턴(reverse return)방식, 즉 각 열교환 파이프를 지중에서 헤더 작업을 통해 묶어서 맨홀에 설치는 급수 및 환수헤더를 통해 기계실로 인입하는 방식으로 열교환 파이프를 설치하는데,

상기의 방식은 각 열교환 파이프가 헤더와 연결되는 연결부(이음매)가 지반 침하 등의 외부적인 요인으로 인해 느슨해져 열교환 파이프 내의 열교환 유체가 누출되면 맨홀에 설치된 각각의 열교환 파이프에 형성되는 밸브를 폐쇄시켜 열교환 유체가 누출된 파이프만 차단하고 지중열시스템을 가동시키기도 하는데, 상기의 형태로 지중열시스템을 가동하면, 초기 설계 유량값의 변동이 생겨서 구조물에서 필요한 설계 냉난방 용량보다 가동되는 냉난방 용량이 감소되므로 소정의 냉난방 효과를 얻으려면 별도의 냉난방장치를 설치해야 하는데, 본 발명에 따른 지중열교환기의 열교환 파이프를 기계실로 직접 인입하는 방법은 지중에서 헤더작업으로 연결되는 연결부(이음매)가 없으므로 열교환 유체의 누출을 근본적으로 방지할 수 있어 상기의 문제점을 해결할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며,본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 종래의 리버스 리턴 방식으로 설비된 지중열교환기의 열교환 파이프의 기계실 인입 장치를 도시한 구성도이다.

도 2는 본 발명에 따른 지중열교환기 기계실 개별 인입 장치를 도시한 구성도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10. 지중열교환기 11. 열교환 파이프

12. 열교환 유체공급관 13. 열교환 유체환수관

20. 지열공급헤더 30. 지열환수헤더

40. 기계실 50. 히트펌프

Claims (3)

1. 지열시스템에서 지중열을 흡수하고, 방출하는 지중열교환기의 기계실 개별 인입 장치에 있어서,

   열교환 파이프로 구성되는 복수개의 지중열교환기;

   히트펌프와 연결되는 지열공급헤더 및 지열환수헤더;

   를 포함하여 구성되고, 상기 열교환 파이프와 지열공급헤더는 열교환 유체공급관으로 연결되고, 열교환 파이프와 지열환수헤더는 열교환 유체환수관으로 연결되는 것을 특징으로 하는 지중열교환기의 기계실 개별 인입 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 열교환 파이프와 열교환 유체공급관 및 환수관은 일체로 구성되는 것을 특징으로 하는 지중열교환기 기계실 개별 인입 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 열교환 유체공급관 및 열교환 유체환수관은 기계실로 직접 인입되거나, 중간 맨홀을 경유하여 기계실로 인입되는 것을 특징으로 하는 지중열교환기 기계실 개별 인입 장치.

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