KR20110041394A - 상수 저수조를 보조열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템 - Google Patents

Abstract

지열을 열원으로 사용하는 히트펌프를 이용하는 지열 열교환식 히트펌프 냉난방 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보조 열원으로 상수 저수조를 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템에 관하여 개시한다.
본 발명은 지중에 설치되어 지중의 열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출하는 열전달 유체를 갖는 지중 열교환기와, 상기 열전달 유체를 공급받아 열전달 유체와 열교환을 행하고, 교환된 열에너지를 사용처로 공급하는 히트 펌프를 포함하는 지열 냉난방 시스템에 있어서, 건축물에 부속되며 지중에 매립되고 건축물로 공급될 상수를 저수하고 있는 상수 저수조; 및 상기 상수 저수조의 내부에 설치되어 저수되어 있는 상수로부터 열을 흡수하거나 방출하는 열전달 유체를 갖는 수중 열교환기;를 포함하며, 상기 수중 열교환기는 상기 히트 펌프로 열전달 유체를 공급하여, 상기 지중 열교환기의 부하를 감소시키는 것을 특징으로 하는 상수 저수조를 보조 열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템을 제공한다.

Description

상수 저수조를 보조열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템 {Hybrid geothermal heat pump system for using heat of water heat source}

본 발명은 지열을 열원으로 사용하는 히트펌프(Heat Pump)를 이용하는 지열 열교환식 히트펌프 냉난방 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 보조 열원으로 상수 저수조를 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 히트펌프를 이용하는 냉난방 시스템은, 압축기, 사방변 밸브, 실외 열교환기, 팽창밸브 및 실내기를 연속되게 구비하여, 사방변 밸브의 개폐 방향에 따라 냉난방을 선택적으로 전환하고, 이에 따라, 실외 열교환기 및 실내기에서 냉매를 선택적으로 응축 또는 증발시키는 과정을 통해, 실내기에서의 증발열 또는 응축열로 실내를 냉방 또는 난방시키는 구조를 가지고 있다.

지열을 열원으로 사용하는 히트펌프 냉난방 시스템은, 실외 열교환기를 지중에 매립하여 지열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출하도록 구성되어 있다. 지중 열교환기는 매립 깊이에 따라 냉난방 능력이 결정되는 데, 매립 깊이는 공사비와 직결되는 부분이므로, 경제성을 고려하여 별도의 보조열원을 사용하는 하이브리드 지열히트펌프 냉난방 시스템에 관한 연구가 활발하게 진행되고 있는 실정이다. 현재까지 소개된 하이브리드 지열 냉난방 시스템은 하수를 보조 열원으로 사용하는 방식과, 우수를 집수하였다가 보조 열원으로 사용하는 방식이 있다.

표 1은 하수를 보조 열원으로 사용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템과, 우수를 보조 열원으로 사용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템의 특징을 비교한 것이다.

표 1을 살펴보면, 하수를 보조열원으로 사용하는 방식이 열교환 성능이 높으나, 인근에 하수종말처리장이 존재하는 경우에만 시공할 수 있기 때문에 그 설치가 특정지역에 국한될 수밖에 없어 범용적으로 적용할 수 없다는 장소적인 한계를 가지고 있었다.

또한, 우수를 보조열원으로 사용하는 방식은 별도의 우수탱크를 마련해야 한다는 문제점과, 연중 우수의 변화가 크기 때문에 예비적으로만 사용될 수 있을 뿐 항상 사용될 수 있는 것은 아니어서, 냉난방 최대부하를 커버하기 위해서는 지중 열교환기 길이 축소가 불가능한 단점을 가지고 있었다.

본 발명의 목적은 지중 열교환기의 매립 깊이를 감소시켜 시공비용을 획기적으로 절감할 수 있는 하이브리드 지열 냉난방 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 건축물들에 설치되어 있는 상수 저수조를 보조열원으로 사용하여 추가되는 비용을 최소화하며 냉난방 용량을 증대시킬 수 있는 하이브리드 지열 냉난방 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 지중에 설치되어 지중의 열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출하는 열전달 유체를 갖는 지중 열교환기와, 상기 열전달 유체를 공급받아 열전달 유체와 열교환을 행하고, 교환된 열에너지를 사용처로 공급하는 히트 펌프를 포함하는 지열 냉난방 시스템에 있어서, 건축물에 부속되며 지중에 매립되고 건축물로 공급될 상수를 저수하고 있는 상수 저수조; 및 상기 상수 저수조의 내부에 설치되어 저수되어 있는 상수로부터 열을 흡수하거나 방출하는 열전달 유체를 갖는 수중 열교환기;를 포함하며, 상기 수중 열교환기는 상기 히트 펌프로 열전달 유체를 공급하여, 상기 지중 열교환기의 부하를 감소시키는 것을 특징으로 하는 상수 저수조를 보조 열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템을 제공한다.

상기 수중 열교환기는 상부로 갈수록 단면이 좁아지는 하광상협(下廣上狹)의 코일 형상이거나, 상부로 갈수록 단면이 넓어지는 상광하협(上廣下狹)의 코일 형상인 것이 바람직하다.

상기 상수 저수조 내부에 저장된 상수를 강제 순환시킬 수 있는 상수순환수단을 더 포함하는 것이 바람직하며, 상기 상수순환수단은 상기 상수 저수조의 내부에 설치되는 교반 스크류로 구성되거나, 상기 상수 저수조의 하부에 설치되는 공기발생노즐과, 상기 공기발생노즐에 압축공기를 공급하는 공압장치로 구성되거나, 상기 상수 저수조의 하부에 형성되는 취수구와, 상기 상수 저수조의 상부에 형성되는 급수구와, 상기 취수구에서 유입된 상수를 상기 급수구로 공급하는 순환펌프로 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 상수 저수조를 보조열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템은 건축물에 필수적으로 부설되는 상수 저수조를 보조 열원으로 활용함으로써 별도의 추가적인 구조물 설치를 최소화하여 시공비용을 획기적으로 절감할 수 있는 효과를 가져온다.

또한, 본 발명에 따른 상수 저수조를 보조열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템은 항상 사용할 수 있는 상수 저수조를 보조열원으로 활용함으로써 지중 열교환기의 설계부하를 감소시킬 수 있고, 이로 인해 지열 냉난방 시스템 설치 비용을 절감할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상수 저수조를 보조열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템을 나타낸 구성도
도 2 및 도 3은 수중 열교환기에 사용되는 배관의 형태를 나타낸 도면,
도 4는 시뮬레이션 조건에 따른 상수 저수조와 수중 열교환기의 형태를 도시한 도면,
도 5는 시간에 따른 상수 저수조 내부의 온도 분포를 나타낸 시뮬레이션 결과도,
도 6은 본 발명의 수중 열교환기의 제 1 실시예를 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 수중 열교환기의 제 2 실시예를 나타낸 도면,
도 8은 본 발명의 수중 열교환기의 제 3 실시예를 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 상수순환수단의 제 1 실시예를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 상수순환수단의 제 2 실시예를 나타낸 도면,
도 11은 본 발명의 상수순환수단의 제 3 실시예를 나타낸 도면임.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 상수 저수조를 보조열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

또한, 도면에서 발명을 구성하는 구성요소들의 크기는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다"고 기재된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소와 접하여 설치될 수 있고, 소정의 이격거리를 두고 설치될 수도 있으며, 이격거리를 두고 설치되는 경우엔 상기 어떤 구성요소를 상기 다른 구성요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제3의 수단에 대한 설명이 생략될 수도 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 상수 저수조를 보조열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템을 나타낸 구성도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 하이브리드 지열 냉난방 시스템(100)은, 지중에 설치되어 지중의 열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출하는 열전달 유체를 갖는 지중 열교환기(110)와, 상기 열전달 유체를 공급받아 열전달 유체와 열교환을 행하고, 교환된 열에너지를 사용처로 공급하는 히트 펌프(120)와, 건축물에 부속되며 지중에 매립되고 건축물로 공급될 상수를 저수하고 있는 상수 저수조(130)와, 상기 상수 저수조(130)의 내부에 설치되어 저수되어 있는 상수로부터 열을 흡수하거나 방출하는 열전달 유체를 갖는 수중 열교환기(140)를 포함한다.

어떠한 종류의 건축물이건 간에 상수를 사용하게 되며, 그에 따라 상수의 원활한 공급을 위한 상수 저수조는 필수적이다. 또한, 상수의 원활한 공급을 위해서는 건축물의 옥상에 고가수조를 구비하기도 한다.

상수의 흐름을 살펴보면, 상수는 정수장과 연결된 관으로부터 상수 저수조(130)로 공급되고, 저수조(130)에서 급수펌프(210)를 통해 고가수조(220)로 공급된 후, 건물에 형성된 급수관(230)을 통해, 변기(240)나 세면대(250)와 같은 필요 시설로 공급된다.

상수 저수조(130)는 통상 지하에 매설되며, 건축물의 종류 및 규모에 따라서 그 크기가 결정된다. 상수 저수조(130)에 저장되는 상수는 정수장으로 부터 공급받는 것으로, 그 온도는 정수장의 상수 온도와 거의 유사하게 된다. 또한, 상수 저수조(130)는 지하에 매립되는 것이 일반적이다. 본 발명은 이러한 상수 저수조(130)를 보조 열원으로 사용하여 지중 열교환기(110)의 설계 부하를 감소시킴으로써 전체적인 지열 냉난방 시스템의 시공비를 절감하고 우수한 냉난방 효과를 가져오기 위한 것이다.

다음으로, 본 발명에 따른 하이브리드 지열 냉난방 시스템의 작동을 살펴본다.

히트펌프(120)는 지중 열교환기(110) 및 수중 열교환기(140)와 연결되어, 열전달 유체를 지중 열교환기(110) 및 수중 열교환기(140)로 순환시킴으로써 지중 또는 수중에서 열교환을 행하고, 교환된 열에너지를 실내기(150)로 공급하게 된다. 실내기(150)는 팬코일, 바닥코일, 에어컨 실내기 등이 될 수 있으며, 이는 필요에 따라 당업자가 용이하게 선택, 구성할 수 있는 것으로 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 하이브리드 지열 냉난방 시스템(100)은 히트펌프(120)는 지중 열교환기(110)와 수중 열교환기(140)를 선택적으로 또는 동시에 사용할 수 있으며, 이를 제어하기 위한 별도의 제어수단을 포함할 수 있다.

수중 열교환기(140)로부터 보다 많은 열량을 얻기 위해서는 여름철에는 저수된 상수의 온도가 낮을수록 유리하고, 겨울철에는 저수된 상수의 온도가 높을 수록 유리하다. 따라서, 상수 저수조(130)는 지중과 열교환이 잘 이루어질 수 있도록 상수 저수조(130)의 상부면이 지하 5m 이상으로 매립되는 것이 바람직하고, 아울러 그 재질은 열전달이 잘 이루어지는 구리, 알루미늄 합금 등의 금속재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 또한 상수 저수조(130)의 표면이 지하의 토양과 직접 접촉하도록 형성하고, 그 접촉면적이 가능한 넓을수록 유리하다.

수중 열교환기(140)는 구체적으로 고밀도 폴리에틸렌 재질의 X-L 파이프를 사용할 수 있다. X-L 파이프는 산, 알카리에 의한 녹, 부식이 발생하지 않으며, 내 크립(anti creep)성, 내 스트레스 크래킹(anti stress cracking)성이 우수하여 수명이 반영구적인 특성을 가진다. 또한 내열성이 우수한 고온(120℃)에서 저온(-10℃)의 온도범위에서 안전하게 사용할 수 있다. 또한 수중 열교환기(140)는 열전도도가 높은 금속재질을 사용할 수 있으며, 특히 동(Cu)배관을 적용하는 경우, 동 배관은 열전달 효율이 높아 X-L 파이프에 비하여 수중 열교환기(140)의 배관 길이를 축소할 수 있다.

열교환기로 사용되는 배관은 열전달 효율을 향상시키기 위하여 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 형태로 저수조에 저수된 상수와 접촉되는 표면적을 증대시키는 것이 바람직하다.

도 2 및 도 3은 수중 열교환기에 사용되는 배관의 형태를 나타낸 도면이다. 도 2의 수중 열교환기 배관(140a)은 원통형상의 배관의 표면에 원판형상의 돌기를 형성하여 상수와의 접촉면적을 증가시킨 형태를 나타낸 것이고, 도 3의 수중 열교환기 배관(140b)은 배관의 외주면을 스크류 형상으로 주름을 형성하여 상수와의 접촉면적을 증가시킨 형태를 나타낸 것이다. 도 2와 도 3에 도시된 형태 이외에도, 배관의 외주면에 돌기를 형성하거나 주름을 형성하는 방식으로 표면적을 증대시킨 다양한 형태의 배관이 적용될 수 있다.

열교환기에 공급되는 열전달 유체로는 물에 20% 내외의 에탄올을 혼합하여 어는점이 0℃이하인 부동액을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

다음으로, 상수 저수조에 설치되는 수중 열교환기의 열교환 성능을 살펴본다.

저수조의 규격은 가로 1,400mm, 세로 1400mm, 높이 1000mm, 저수용량은 2ton 으로 설정하고, 외부와는 완전 단열조건으로 하고, 수중 열교환기는 직경 15mm, 길이 50m, 비열(specific heat) 2100j/kg·K, 열전도율(thermal conductivity) 0.41 W/m·K인 고밀도 폴리에틸렌 재질의 X-L 파이프를 사용하였으며, 열전달 유체로는 에탄올이 20% 혼합된 물을 사용하였다.

저수된 상수의 온도는 20℃, 유입되는 열전달 유체의 온도는 32℃로 설정하여 시간경과에 따른 열전달 유체의 유출온도를 측정하여 열교환 성능을 시뮬레이션을 통해 살펴보았다. 도 4는 시뮬레이션 조건에 따른 상수 저수조와 수중 열교환기의 형태를 도시한 것이고, 도 5는 시간에 따른 상수 저수조 내부의 온도 분포를 나타낸 것이다.

결과를 살펴보면, 시간이 경과함에 따라 상수 저수조가 가열되어 유출되는 열전달 유체의 온도가 상승하는 것을 알 수 있으나, 2톤의 저수량에서 약 3시간이 경과하여도 열전달 유체의 온도를 최소 약 5℃는 냉각할 수 있음을 알 수 있다.

도 6은 본 발명의 수중 열교환기의 제 1 실시예를 나타낸 도면이다. 수중 열교환기의 제 1 실시예는 상수 저수조(130)의 내부에 수중 열교환기(140)가 원통형상의 코일을 형태로 형성된 것인데, 앞서 살펴본 시뮬레이션을 수행한 것과 동일한 형태이다. 물은 4℃에서 밀도가 가장 높으므로, 통상 가열된 물은 상승하게 된다. 이러한 결과는 앞선 시뮬레이션 결과의 온도 분포를 통해서도 알 수 있다. 그런데 원통형으로 형성하는 경우 아래쪽 코일의 주변에서 가열된 물이 수직방향으로 완만하게 상승하게 되므로, 위쪽 코일 주변의 온도가 아래쪽 보다 높아지는 것을 알 수 있다.

도 7은 본 발명의 수중 열교환기의 제 2 실시예를 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명의 수중 열교환기의 제 3 실시예를 나타낸 도면이다. 도시된 수중 열교환기의 제 2 실시예와 제 3 실시예는 수중 열교환기(140)가 코일 형태로 형성되는 점에서는 동일하나, 각층의 코일의 반경이 점차 증가하는 상광하협의 형상이나, 하광상협의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 한다. 수중 열교환기(140)를 이러한 형상으로 형성하게 되면, 아래쪽에서 가열되어 상승하는 물이 위층의 코일에 미치는 영향을 감소시킬 수 있게 되므로, 수중 열교환기의 열전달 효율을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 수중 열교환기는 저수조에 저수된 상수와 내부의 열전달 유체의 열전달이 원활하게 이루어질 수 있도록 열전도성이 우수한 금속재질로 이루어지는 것이 바람직하며, 아울러 저수된 상수와의 접촉면적을 증대시키기 위하여 그 단면이 타원형 또는 직사각형 형태로 형성될 수 있다.

한편, 상수 저수조(130)의 내부에서 수중 열교환기(140)의 열전달 효율을 더욱 향상시키기 위해서는 상수 저수조(130) 내부에 저수된 상수를 강제로 순환시킬 수 있는 상수순환수단을 더 포함하는 것이 바람직하다. 도 5의 시뮬레이션 결과에서 알 수 있듯이, 저수된 상수는 시간이 경과함에 따라 수중 열교환기(140) 주변이 다른 부분보다 높은 온도를 나타내게 되므로, 저수된 상수를 상수순환수단으로 강제순환시켜 내부의 온도가 균일하도록 혼합하면, 수중 열교환기(140)의 주변의 상수의 온도가 저하되어 열전달 효율이 더욱 향상될 수 있다.

도 9는 본 발명의 상수순환수단 구조의 제 1 실시예를 나타낸 도면이다. 상수순환수단의 제 1 실시예는 상수순환수단으로 교반스크류(310)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 도시된 바와 같이, 상수 저수조(130)의 내부에 별도의 구동수단(312)에 연결된 교반스크류(310)를 구비하여, 교반스크류(310)의 회전을 통하여 저수된 상수를 강제 순환시킴으로써 저수된 상수가 균일한 온도 분포를 갖도록 교반하는 것이다. 도시된 실시예의 경우 교반스크류(310)가 상수 저수조(130)의 바닥면에 1개 구비되어 있으나, 저수조의 크기나 형태에 따라서 교반스크류(310)의 설치 위치나 설치 개수는 변경할 수 있다.

도 10은 본 발명의 상수순환수단 구조의 제 2 실시예를 나타낸 도면이다. 상수순환수단의 제 2 실시예는 공기를 공급하여 기포를 발생시키고, 기포가 떠오르면서 저수된 상수를 혼합시키는 구조를 제공한다. 이를 위해, 상수 저수조(130)의 하부에는 공기발생노즐(320)이 구비되며, 상수 저수조(130)의 외부에 별도로 설치되어 상기 공기발생노즐(320)과 연결되어 압축공기를 공급하는 공압장치(322)를 포함한다.

도 11은 본 발명의 상수순환수단 구조의 제 3 실시예를 나타낸 도면이다. 상수순환수단의 제 3 실시예는 순환펌프(330)를 구비하여, 상수 저수조(130)에 저장된 상수를 강제순환시키는 것을 특징으로 한다. 도시된 바와 같이, 상수 저수조의 하부에 취수구(332)를 구비하고, 상부에 급수구(334)를 구비하고, 상기 취수구(332)에서 유입된 상수를 상기 급수구(334)로 강제 공급하여, 저장된 상수를 순환시킴으로써 수중 열교환기(140)의 주변의 상수의 온도를 하강시킴으로써 열전달 효율을 향상시키는 것이다.

그런데, 상수 저수조에 저장된 상수는 사용량에 따라 수시로 유입과 유출이 이루어지게 되는 것으로, 사용되는 양이 적어 강제순환이 필요한 경우에만 작동하도록 하는 것이 바람직하다. 이를 위하여 상수 저수조로부터 배수되는 상수의 유량을 감지하는 유량감지부를 구비하여, 배수되는 유량이 미리 설정된 임계유량 이하인 경우에만 작동하도록 할 수 있다.

다른 방식으로는 상수 저수조로 급수할 때 동작하는 양수기의 동작을 감지하여 상기 양수기가 작동하지 않을 경우 상기 상수순환수단이 작동하도록 구성할 수도 있으며, 이러한 두 가지 방식을 모두 적용하여 급수나 배수가 이루어지지 않을 경우에만 작동하도록 할 수도 있다.

본 발명은 상수 저수조를 보조 열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템에 관한 것으로, 먼저 상수 저수조가 보조 열원으로써 어느 정도의 열교환 성능을 가져올 수 있는지를 살펴본다. 건축물의 종류에 따라 1인당 사용유량과 사용면적(유효면적)에 차이가 있으며, 냉난방 부하는 연면적을 기준으로 산출하게 된다.

표 2는 건물의 용도에 따른 사용수량과, 냉난방 부하, 그리고 사용수량에서 얻을 수 있는 열교환량을 나타낸 것이다.

여기서 열교환량은 사용유량으로부터 5℃의 열교환이 이루진다고 가정하고 산출한 것이다. 결과를 살펴보면, 주택용 건축물의 경우 총 냉난방 부하의 10~17%를 상수로 부터 얻을 수 있고, 숙박시설의 경우 9~46%, 의료시설의 경우 6~80%, 사무시설의 경우 12~24%를 이용할 수 있다는 것을 알 수 있다. 즉, 상수 저수조를 보조 열원으로 사용하는 총 냉난방 부하의 10% 이상을 감소할 수 있게 되며, 이로 인하여 지중 열교환기는 10%의 부하 감소 효과를 얻을 수 있고, 그에 따라 지중 열교환기의 매립 깊이나 매립 개소를 감소시킬 수 있게 된다.

표 3은 2007년 대성정수장의 월별 최대온도, 최소온도 및 평균온도를 나타낸 것이다.

표 3에서 알 수 있듯이, 겨울철 상수원의 온도는 최소 5℃ 정도이고, 여름철의 최대 온도는 27℃ 정도이다. 겨울철 난방시 열전달 유체의 온도가 -1℃ ~ 5℃ 이고, 여름철 냉방시 열전달 유체의 온도가 30~38℃ 정도인 것을 감안할 때, 상수 저수조는 열전달 유체와 겨울철의 경우 약 5℃ 이상, 여름철의 경우 약 10℃ 이상의 온도차를 확보할 수 있으므로, 상수 저수조가 보조 열원으로 충분한 효과를 나타낼 수 있음을 알 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 하이브리드 지열 냉난방 시스템 110: 지중 열교환기
120: 히트펌프 130: 저수조
140: 수중 열교환기 150: 실내기

Claims (13)

1. 지중에 설치되어 지중의 열을 흡수하거나 지중으로 열을 방출하는 열전달 유체를 갖는 지중 열교환기;
   상기 열전달 유체를 공급받아 열전달 유체와 열교환을 행하고, 교환된 열에너지를 사용처로 공급하는 히트 펌프;
   건축물에 부속되며 지중에 매립되고 건축물로 공급될 상수를 저수하고 있는 상수 저수조; 및
   상기 상수 저수조의 내부에 설치되어 저수되어 있는 상수로부터 열을 흡수하거나 방출하는 열전달 유체를 갖는 수중 열교환기를 포함하며,
   상기 수중 열교환기는 상기 히트 펌프로 열전달 유체를 공급하여, 상기 지중 열교환기의 부하를 감소시키는 것을 특징으로 하는 상수 저수조를 보조 열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 수중 열교환기는 코일 형상의 금속 파이프 또는 고밀도 폴리에틸렌 재질인 것을 특징으로 하는 상수 저수조를 보조 열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 수중 열교환기는 상부로 갈수록 단면이 좁아지는 하광상협(下廣上狹)의 코일 형상인 것을 특징으로 하는 상수 저수조를 보조 열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템.
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 수중 열교환기는 상부로 갈수록 단면이 넓어지는 상광하협(上廣下狹)의 코일 형상인 것을 특징으로 하는 상수 저수조를 보조 열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 수중 열교환기의 단면은 타원형 또는 직사각형인 것을 특징으로 하는 상수 저수조를 보조 열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 상수 저수조는 상부면이 지하 5m 이상의 깊이에 매립되는 것을 특징으로 하는 상수 저수조를 보조 열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 상수 저수조는 금속재질로 이루어지고, 지중의 토양과 직접 접촉하도록 매립되는 것을 특징으로 하는 상수 저수조를 보조 열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 상수 저수조 내부에 저장된 상수를 강제 순환시킬 수 있는 상수순환수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 상수 저수조를 보조 열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 상수순환수단은 상기 상수 저수조의 내부에 설치되는 교반 스크류를 포함하는 것을 특징으로 하는 상수 저수조를 보조 열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템.
10. 제 8 항에 있어서,
    상기 상수순환수단은 상기 상수 저수조의 하부에 설치되는 공기발생노즐과, 상기 공기발생노즐에 압축공기를 공급하는 공압장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 상수 저수조를 보조 열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템.
11. 제 8 항에 있어서,
    상기 상수순환수단은 상기 상수 저수조의 하부에 형성되는 취수구와, 상기 상수 저수조의 상부에 형성되는 급수구와, 상기 취수구에서 유입된 상수를 상기 급수구로 공급하는 순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 상수 저수조를 보조 열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템.
12. 제 8 항에 있어서,
    상기 상수순환수단은 상기 상수 저수조로부터 배수되는 상수의 유량을 감지하는 유량감지부를 구비하여, 배수되는 유량이 미리 설정된 임계유량 이하인 경우에만 작동하는 것을 특징으로 하는 상수 저수조를 보조 열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템.
13. 제 8 항에 있어서,
    상기 상수순환수단은 상기 상수 저수조로 상수를 공급하는 양수기의 동작을 감지하여, 상기 양수기가 작동하지 않을 경우 상기 상수순환수단이 작동하는 것을 특징으 하는 상수 저수조를 보조 열원으로 활용하는 하이브리드 지열 냉난방 시스템.

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