KR20110068488A - 지중 매설 모세관 튜브를 이용한 지열원식 냉.난방 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지중 매설 모세관 튜브를 이용한 지열원식 냉,난방 시스템에 관한 것으로 더 상세하게는 부하측 냉난방에 있어서 외기 온도의 영향을 적게 받는 지중 상에 모세관 튜브를 매설하여 지열원을 얻고 이를 통한 물의 순환을 유도하여 신속하면서도 경제적으로 냉,난방 운전을 가능하게 하기 위한 것이다.

본 발명은, 지상에 시설되는 냉.난방 대상 부하측과, 상기 부하측에 냉.난방용 물을 공급하기 위하여, 물을 냉각시켜 배출시키는 냉각수단, 물을 가열시켜 배출시키는 가열수단, 상기 냉각수단 또는 가열수단에서 배출된 물의 흐름을 선택적으로 차단하거나 개방시키는 개폐수단, 상기 냉각수단과 가열수단 및 개폐수단을 제어하는 제어부를 포함하는 운전제어시스템과, 상기 냉각수단 및 가열수단으로부터 공급되는 물을 지중 상으로 순환 유동시키기 위하여 지면 표면으로부터 적어도 100cm 이상 200cm 이내의 깊이로 지중에 매설되는 모세관 튜브와, 상기 모세관 튜브를 따라 유동하는 물을 지상의 부하측으로 순환시켜 유동시키기 위한 순환펌프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

난방, 냉방, 온수, 냉수, 보일러, 온돌시스템, 지열시스템

Description

지중 매설 모세관 튜브를 이용한 지열원식 냉.난방 시스템{Warm and Cold System using geothermy}

본 발명은 지중 매설 모세관 튜브를 이용한 지열원식 냉,난방 시스템에 관한 것으로 더 상세하게는 부하측 냉난방에 있어서 외기 온도의 영향을 적게 받는 지중 상에 모세관 튜브를 매설하여 지열원을 얻고 이를 통한 물의 순환을 유도하여 신속하면서도 경제적으로 냉,난방 운전을 가능하게 하기 위한 것이다.

일반적으로 난방을 하기 위한 에너지는 화석연료나 목재를 연소시켜 발생하는 에너지를 직접 이용하거나 또는 태양열, 지열, 풍력, 조력, 수력 등 자연으로부터 에너지를 얻어 이용하며, 에너지원을 축적하였다가 용이하게 이용할 수 있도록 하기 위하여 전기에너지로 변환하는 것이 대부분이다.

난방은 연료를 직접 연소시켜 열에너지를 발생시키는 난로나 온돌의 형태가 있고, 열에너지로 물을 데워 온수를 순환시키는 라디에이터, 온수보일러 등이 있다. 또한, 전기에너지를 이용하는 전기장판이나 전기담요, 온풍기, 온열매트 등이 포함된다.

공간이나 바닥을 난방하기 위하여 사용되는 난방장치로서 전기에너지를 많이 이용한다. 난방장치로서 전기에너지가 많이 이용되고 있고, 전기에너지를 이용한 난방장치는 전기장판, 전기담요 등이 있고, 건강보조 또는 물리치료용으로 사용하는 온열 매트 등이 있다.

전기에너지를 열에너지로 변환시키는 열전소자가 많이 이용되고 있다. 전기에너지는 급속 난방에 유리하고 설치비용이 상대적으로 저렴한 편이지만, 전자기파의 발생, 열전소자의 단락에 의한 화재위험도가 높다. 이에 비하여 물을 데워 온수관을 통하여 온수를 공급하여 난방을 하는 경우에는 온도 상승이 다소 느리고, 설치비용이 상대적으로 높은 편이지만, 비교적 안전하고, 온수의 잔열을 이용할 수 있으며, 전기에너지나 연료 등을 사용할 수 있다.

또한, 실내 공간을 냉방 하기 위해서는 바람을 송풍시켜 데워진 열을 식히는 선풍기가 사용되고, 실내의 데워진 공기를 냉각시키는 에어컨이 주로 사용되고 있다. 선풍기는 모터를 이용하여 송풍용 회전날개를 회전시켜 공기의 흐름을 변화시켜 냉방을 하는 것으로 항상 공기의 흐름이 존재하고, 에어컨은 냉매를 이용하여 더운 공기와 찬 공기의 대류 및 열교환 으로 냉방을 하는 것이다.

또한, 냉방과 난방을 겸할 수 있는 냉,온방 장치가 있는데, 이는 냉방을 위하여 냉매를 순환시켜 찬 공기를 송풍시키고, 난방을 위하여 열선을 구동시켜 열선으로부터 발생 되는 열을 송풍시킴으로 냉방 또는 난방을 하도록 되어 있다.

그러나 종래 냉방과 난방 겸용으로 적용하는 시스템은 냉매나 열선 등을 이용함으로써 전기에너지 소모가 많고, 공간이 밀폐되어 있지 않을 경우에는 냉각 또는 데워진 공기의 소실로 에너지 낭비가 따르는 문제가 있었다.

본인은 이러한 문제점에 착안하여 이를 개선할 수 있는 기술을 제시하였고, 그 기술은, 대한민국 등록특허 등록번호 제700636호의 '냉,난방 시스템'으로 개시되어 있다.

상기 기술은, 냉수와 온수를 공급하는 송수관을 바닥, 천장, 벽 등에 배관하여 실내를 냉방 또는 난방할 수 있는 시스템을 제공한 것으로, 전원주택, 조립식 건축물, 일반주택, 아파트 등의 실내의 바닥, 천장 또는 벽 등에 직경이 작고 배열 간격이 좁은 세관을 통하여 냉각 또는 가열된 물을 송수함으로써 냉방 및 난방의 접촉면적을 조밀하게 하고, 냉방 및 난방 효율과 에너지 절감효과를 도모할 목적으로 제시되었으며, 그 구성은, 도 1과 같이, 물을 소정의 온도 이하로 냉각시켜 배출시키는 냉각수단(10), 물을 소정 온도 이상으로 가열시켜 배출시키는 가열수단(11), 상기 냉각수단(10) 또는 가열수단(11)에서 배출된 물의 흐름을 선택적으로 차단하거나 개방시키는 개폐수단(12), 상기 냉각수단(10)과 가열수단(11) 및 개폐수단(12)을 제어하는 제어패널(13), 실내의 바닥과 천장 또는 벽 중에서 어느 하나 이상으로 설치되어 상기 냉각수단(10) 또는 가열수단(11)으로부터 공급된 물을 송수하는 송수관(20)을 포함하여 구성되었다.

도 1은 상기 기술의 냉,난방 시스템 구성의 블럭도 이고, 도 2는 상기 기술에 적용되는 다양한 송수관 배관 상태를 나타낸 것으로, 각 기능부의 동작은 다음과 같다.

냉각수단(10)은 물을 소정 온도 이하로 냉각시켜 배출시킨다. 냉각수단(10)은, 상온의 물을 송풍기로부터 공기를 송풍시켜 열교환기를 통하여 상온의 물을 냉 각시킨 후에 송수관(20)을 통하여 공급시키며, 냉매를 사용하여 물을 냉각시킬 수도 있다.

가열수단(11)은, 상온의 물을 소정의 온도 이상으로 가열시켜 배출시킨다. 가열수단(11)은 상온의 물을 가열기를 통하여 가열시켜 송수관(20)을 통하여 공급한다.

개폐수단(12)은, 냉각수단(10) 또는 가열수단(11)에서 배출된 물의 흐름을 선택적으로 차단 또는 개방시키는 것으로, 개폐수단(12)은 전자밸브가 포함되어 전기적인 신호로 개폐된다.

제어패널(13)은, 냉각수단(10)의 구동, 가열수단(11)의 구동 및 개폐수단(12)의 개폐작동 등을 제어하는 것으로, 설정된 물의 온도를 냉각 또는 가열시켜 송수관(20)을 통하여 공급되도록 하며, 시스템의 작동 또는 정지, 냉방 또는 난방의 선택, 냉수 또는 온수의 온도, 냉방 또는 난방을 위한 바닥, 천장 또는 벽의 선택 및 작동시간을 설정하는 설정부(15)를 포함한다. 설정부(15)는 냉방 또는 난방온도를 키패드를 통하여 원하는 온도를 입력하거나 스위치의 조작으로 냉방 또는 난방온도를 설정할 수 있고, 송수관(20)이 설치된 실내의 바닥, 천장 또는 벽 등을 선택할 수도 있다. 또한, 제어패널(13)로서 표시부(16)는 설정부(15)의 설정상태 및 동작상태를 시청각적으로 나타낼 수 있으며, 표시부(16)는 설정상태 및 동작상태를 LCD패널이나 7-세그먼트 등으로 가시적인 표시를 하거나 음성이나 알람 등으로 가청적인 표시도 가능하다. 그리고 제어부(17)는 설정부(15)의 설정 정보에 의거하여 냉각수단(10), 가열수단(11) 및 개폐수단(12)을 제어하는 것으로, 제어부(17)는 마이 크로프로세서와 같은 제어용 집적회로 등이 포함되어 입력된 데이터를 판단하여 해당하는 제어신호를 출력하도록 할 수 있다.

여기서, 송수관(20)은 실내의 바닥, 천장 또는 벽 중에서 어느 하나 이상으로 설치되어 냉각수단(10) 또는 가열수단(11)으로부터 공급된 물을 송수하는 것으로, 도 2와 같이, 개폐수단(11)에 연결되어 냉수 또는 온수를 공급하는 공급관(21), 공급된 냉수 또는 온수를 개폐수단(12)을 통하여 배출하는 배출관(22), 공급관(21)과 배출관(22) 사이에 복수로 연결되어 냉수 또는 온수를 송수하는 송수 세관(23)을 포함하며, 송수 세관(23)을 고정하고 지지하기 위한 지지부재(24)가 일정 간격으로 설치되었다.

그러나, 상기 기술은 송수관의 설치 대상부가 건축 구조물의 실내 바닥이나 천장 또는 벽으로 정해져 있어 대기 및 외부 온도 영향을 많이 받아 일정하고 안정적인 냉,난방 운전을 위한 보다 개선된 설치 대상부를 필요로 하였다. 예를 들면, 하절기 냉방이 필요한 조건에서 송수관은 고온의 외부 온도에 직접 노출되어 냉방을 위해서는 온도를 낮추기 위한 부하량이 증가하며, 마찬가지로 동절기 난방이 필요한 경우 대기 온도 영향을 직접 받아 실내외 온도가 낮아질수록 난방을 위한 부하가 증가 되며 부하량 증가에 해당하는 에너지소모가 있어야 한다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 사정을 감안하여 발명된 것으로, 모세관 튜브를 지중에 매설하고, 매설된 모세관 튜브의 모세 유관을 유동하는 물의 온도가 외 부 온도가 아닌 지중 상의 온도를 갖도록 함으로서 실제 얻을 수 있는 평균적 온도보다 높거나 낮은 물의 온도를 얻어 이를 통하여 냉,난방 시스템 성능을 향상시키는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지중 매설 모세관 튜브를 이용한 지열원식 냉,난방 시스템은,

지상에 시설되는 냉,난방 대상 부하측과;

상기 부하측에 냉,난방용 물을 공급하기 위하여, 물을 냉각시켜 배출시키는 냉각수단, 물을 가열시켜 배출시키는 가열수단, 상기 냉각수단 또는 가열수단에서 배출된 물의 흐름을 선택적으로 차단하거나 개방시키는 개폐수단, 상기 냉각수단과 가열수단 및 개폐수단을 제어하는 제어부를 포함하는 운전제어시스템과;

상기 냉각수단 및 가열수단으로부터 공급되는 물을 지중 상으로 순환 유동시키기 위하여 지면 표면으로부터 적어도 100cm 이상 200cm 이내의 깊이로 지중에 매설되는 모세관 튜브와;

상기 모세관 튜브를 따라 유동하는 물을 지상의 부하측으로 순환시켜 유동시키기 위한 순환펌프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 모세관 튜브는,

조밀한 간격으로 배열된 복수의 모세 유관과,

상기 모세 유관들에 순환되는 물을 공급하기 위하여 상호 상통되어 있으며, 상기 개폐수단을 통하여 공급되는 물을 모세 유관들에 유도하는 공급관과,

상기 모세 유관을 경유하여 빠져나가는 물을 배출하여 상기 개폐수단으로 유도하는 배출관으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기 순환펌프는 상기 제어부의 제어 신호에 따라 구동하여 모세관 튜브를 따라 유동하는 물을 부하측으로 순환시킬 수 있도록 상기 개폐수단과 연결되어 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 물을 순환 시켜 부하측 냉,난방을 실시하는데 있어서 지중에 매설된 모세관 튜브를 통하여 물의 온도가 외기 온도가 아닌 지중 상의 온도를 갖도록 함으로서 실제 얻을 수 있는 평균적 외기 온도보다 높거나 낮은 지중 온도를 갖도록 물의 온도를 조절하고, 그 물이 냉,난방 시스템 운전용 열교환수로 활용하도록 하여 냉,난방 시스템 운전에서 에너지 소모량이 적으면서도 경제적으로 운용할 수 있도록 하는 효과가 있으며, 물의 모관 현상을 통하여 물의 순환을 신속하고 빠르게 유동될 수 있도록 하여 쾌적한 냉,난방을 구현하는 효과가 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고로 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명을 설명하기 위한 일반적인 지열원식 히트펌프 설명도로서, (a)는 냉방사이클 도식도 이고, (b)는 난방사이클 도식도 이다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 냉,난방 시스템 구성 블럭도이다. 도 5의 (a)(b)(c)는 본 발명의 실시 예에 따른 모세관 튜브의 구성 예를 나타낸 도면이다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 모세관 튜브의 지중 매설의 예를 나타낸 단면도 이다.

본 발명의 실시 예에 따른 지중 매설 모세관 튜브를 이용한 지열원식 냉,난방 시스템은, 도 4 내지 도 6과 같이, 지상에 시설되는 냉,난방 대상 부하측(100)과, 상기 부하측(100)에 냉,난방용 물을 공급하기 위하여, 물을 냉각시켜 배출시키는 냉각수단(101)과, 물을 가열시켜 배출시키는 가열수단(102), 상기 냉각수단(101) 또는 가열수단(102)에서 배출된 물의 흐름을 선택적으로 차단하거나 개방시키는 개폐수단(103)과, 상기 냉각수단(101)과 가열수단(102) 및 개폐수단(103)을 제어하는 제어부(104)를 포함하는 운전제어시스템으로 이루어진다.

여기서, 냉,난방 부하측(100)은, 냉,난방을 필요로 하는 가옥, 일반건축물, 비닐하우스 등과 같이 대기 온도와는 다르게 희망하는 온도를 얻기 위하여 에너지를 소모하는 특정되지 않은 일반 시설물(105)들이고, 냉각수단(101)과 가열수단(102)은 에너지를 소모하여 물의 온도를 올리거나 내리는 통상의 냉,난방사이클을 구성하는 기구이며, 개폐수단(103)은 전자적으로 제어되거나 수조작으로 조작 가능한 통상의 밸브이다. 이에 관한 구성들은 일반적으로 적용되고 있는 구성에 속한다.

본 발명은 냉각수단(101) 또는 가열수단(102)으로부터 공급되는 물을 유동시키기 위하여 지면(106) 표면으로부터 100cm 이상 200cm 이내의 깊이로 지중에 매설되는 모세관 튜브(200)를 포함한다. 이 모세관 튜브(200)는 지중(108)에 매립되어 지중 상의 지열을 회수하는 형식으로 설치되며, 모세관 튜브(200)를 따라 유동하는 물을 지상의 부하측(100)으로 순환시켜 유동시키기 위하여 운전제어시스템에 의해 제어되는 순환펌프(107)를 포함한다.

모세관 튜브(200)는, 도 5와 같이 다양한 형식과 모양으로 구성될 수 있으며, 공통적으로 다음과 같은 구성을 갖는다.

예를 들면, 약 10~40mm의 조밀한 간격으로 배열된 복수의 모세 유관(201)과, 모세 유관(201)들에 순환되는 물을 공급하기 위하여 상호 상통되어 있으며, 운전제어시스템측의 개폐수단(103)을 통하여 공급되는 물을 모세 유관(201)들에 유도하는 공급관(202)과, 모세 유관(201)을 경유하여 빠져나가는 물을 배출하여 개폐수단(103)으로 유도하는 배출관(203)으로 구성될 수 있으며, 모세관 튜브(200)는 도 6과 같이, 지중(108)에 매설되고 그 배치는 평면을 기준으로 배치되는 것이 바람직하다.

모세관 튜브(200)는 모관 현상에 의한 자체순환이 가능하다. 즉 모세 유관(201)의 좁은 직경과 표면장력에 의한 자체순환이 어느 정도 가능한데 이는 모관 현상으로 설명된다. 여기서, 충분한 모관 현상을 얻기 위하여 모세 유관(201)의 직경은 약 1~3mm 범위 내의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

모관 현상은, 자연현상의 하나로서, 액체의 응집력과 관과 액체 사이의 부착력 차이에 의해 일어나는데, 물은 응집력보다 부착력이 더 강하기 때문에 액면이 오목해진다. 표면이 볼록하면 관 안의 액면이 바깥의 액면보다 낮아지지만 물은 부착력이 강하여 오목해지므로 관 안의 액면이 더 높아진다.

어느 경우에나 안팎의 액면의 높이(h)는, h=rpg/2Tcosθ 가 된다. 여기서 T 는 표면장력, θ는 접촉각, r은 관의 반지름, p는 액체의 밀도, g는 중력 가속도이며, 액면의 상승 또는 하강의 접촉각을 측정하고 이 관계식에 따라 표면장력을 구할 수 있다. 이에 따라 모세관 튜브(200)의 모세 유관(201)과 관 직경 그리고 간격 조밀도 등을 고려하여 제작할 수 있다.

모세 유관(201)들의 간격 조밀도를 10~40mm로 하고, 모세 유관(201)의 직경을 1~3mm 범위로 한 모세관 튜브(200)를 지중 상에 매설 깊이 약 100cm~200cm에 매립하여 설치한 경우 대기 온도와 다른 온도를 얻을 수 있었다.

예를 들면, 하절기 대기 온도가 28 ~ 32℃ 인 조건에서, 지중 약 100cm~200cm 깊이로 매설된 모세관 튜브(200)를 유동하는 물의 온도는 대기 온도보다 낮은 약 25 ~ 29℃의 온도대를 나타내었다. 이러한, 결과는 부하측(100)에서 필요로 하는 하절기 냉방을 보다 신속하게 적은 에너지 소모로 해줄 수 있음을 의미하는 것이다.

즉, 위와 같은 모세관 튜브(200)의 지중 매설을 통하여 하절기에 약 2℃ 정도 물의 온도를 낮출 수 있다면, 해당 온도를 낮추는데 투입되는 에너지 소모가 없을 것이다. 모세관 튜브(200)의 매설 깊이를 더 깊게 할수록 모세관 튜브(200)를 유동하는 물의 온도를 대기온도 보다 평균적으로 더 낮거나 높게 유지시킬 수 있으나 매설 공사의 효율성, 지반 조건 등 경제성 및 환경적 조건에 영향을 많이 받게 되므로 모세관 튜브(200)의 매립 깊이를 무한정 깊게 하는 것이 바람직한 것으로 보기 어렵다.

이와 같이 모세관 튜브(200)는 지중에 매립되어 설치되어 지중 상의 지열을 회수하는 형식으로 설치되어 이를 부하측(100)으로 공급하여 에너지 사용을 줄이고 모세관 튜브(200)의 계획적인 설계에 따라 모관 현상에 의한 물의 순환을 신속하면서도 빠르고 광범위한 영역으로 확장시켜 냉,난방 시스템 운전이 가능하도록 한 것으로, 이를 구체적으로 살펴보면 도 3을 통하여 설명된다.

지열은, 토양(Ground), 지하수(Ground Water), 지표수(Surface Water) 등을 통칭하며, 지중온도는 깊이 들어갈수록 외기 온도변화에 영향을 적게 받으며, 약 5m 이하부터는 연중 일정한 값을 가진 지중, 지하수 및 지표수에 의한 일정한 온도대를 유지한다. 통상적으로 지열을 이용하여 냉방 시에는 히트싱크(Heat Sink)로 이용하고, 난방시에는 열원(Heat Source)으로 활용하여 건축물의 냉난방 및 급탕으로 이용하고 있다.

도 3은 지열을 이용하는 히트펌프의 예를 나타낸 것으로, (a)는 난방을 위한 지열 히트펌프로서, 지중 온도를 지상으로 유도하는 난방 이용 예이고, (b)는 냉방을 위한 지열 히트펌프로서, 지중 온도를 지상으로 유도하여 냉방용으로 이용하는 예이다. 통상적으로, 지열 이용구간은 지하 50~300m 정도이고, 그 범위 내에서 온도는 대략 12~25℃를 나타내는 것으로 알려져 있다.

도 3의 (a)는 하절기 냉방의 예로서, 외기 온도가 임의의 A ℃ 온도일 때, 지중 온도는 B 값으로 차이를 갖는다. 즉 A ＞ B 온도 조건에서 냉방 운전을 하는 것으로, 열교환파이프(300)를 지중에 매설하여 지중의 차가운 온도와 열교환을 유도하고 이를 부하측인 냉방파이프(301)로 보내 실내 냉방이나 냉수로 사용한다. 충분한 냉방을 위한 별도의 에너지원을 필요로 하지만, 지열원을 이용하는 만큼 소모 가 적다.

도 3의 (b)는 동절기 난방의 예로서, 외기 온도가 임의의 C ℃값 온도일 때, 지중 온도는 B 값으로 차이를 갖는다. 즉 A ＜ B 온도 조건에서 난방 운전을 하는 것으로, 열교환파이프(400)를 지중에 매설하여 외기 온도에 비해 지중의 고온의 온도와 열교환을 유도하고 이를 부하측인 난방파이프(401)로 보내 실내 난방이나 온수로 사용한다. 충분한 난방을 위한 별도의 에너지원을 필요로 하지만, 지열원을 이용하는 만큼 소모가 적다.

본 발명은 모세관 튜브(200)의 매립 깊이를 약 100~200cm로 하여 외기 온도변화에 어느 정도의 영향을 받는 영역에 있지만 매설 깊이를 줄여 매설을 위한 투자비가 적게 들도록 경제성을 고려하였으며, 모관 현상을 통하여 물의 유동 흐름을 막힘없이 신속하고 빠르게 촉진할 수 있게 되며, 매립 깊이를 비교적 얕게 제한함으로써 광범위한 영역에 대한 모세관 튜브(200)의 포설이 가능하다.

모세관 튜브(200)의 배관 형태는 도 5와 같이, 공급관(202)과 배출관(203)이 이격된 거리, 즉 대향 되게 위치하는 경우는 공급관(202)과 배출관(203) 사이에 모세 유관(201)이 직렬로 연결된 상태로서, 냉각수단(101)이나 가열수단(102)으로부터 개폐수단(103)을 통하여 공급관(202)으로 유입된 물이 개개의 모세 유관(201)을 통해 배출관(203)에 공급되고, 그 과정에서 모세 유관(201)에서 열 교환이 이루어진다.

모세 유관(201)의 배관 형태 및 구조는 도 5의 (a)(b)(c)와 같이, 지중 여건에 따라 변형될 수 있고, 이에 따라 열효율을 극대화시킬 수 있는 형태 및 구조 로 설치할 수 있으며, 모세 유관(201)을 배관할 때에는 모세 유관(201)이 흐트러지거나 포개지는 것을 방지하기 위하여 모세 유관(201)의 외경을 지지할 수 있는 복수의 요홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 모세 유관(201)을 지지할 수 있는 지지부재를 간격을 두어 설치하는 것도 가능하며, 지지부재는 사다리와 같은 형태로 한 쌍으로 제작하여 적용하는 것이 바람직하다.

이렇게 설치된 냉,난방 시스템은 사용자가 제어부(104)의 조작을 통하여 냉방 및 난방, 그리고 온도의 설정 등의 선택도 가능하다. 제어부(104)는 설정된 정보에 근거하여 개폐수단(103)을 개폐하여 냉각수단(101) 또는 가열수단(102)으로부터 찬물 또는 더운물을 지중에 매설된 모세관 튜브(200)를 통하여 공급시킬 수 있다.

본 발명은 지중 상에 모세관 튜브(200)를 배열하여 부하측(100)을 냉방 또는 난방할 수 있도록 하고, 필요에 따라 또는 배관 형태나 배관 목적 등을 고려하여 해당하는 면적에 배관을 선택적으로 또는 전체 면적에 걸쳐 설치할 수도 있는 것으로, 일반 거주공간에 대한 실내 냉방과 난방, 비닐하우스, 하우스 천막 등과 같이 특정 온도 유지가 필요한 영역 등 냉방과 난방 그리고 냉수와 온수 공급을 필요로 하는 장소에 대한 광범위한 적용과 이용이 가능하다.

또한, 지열원을 이용하여 사계절용으로 실외온도에 따라 실내온도를 항상 일정하기 유지시킬 수 있을 뿐만 아니라, 저렴한 비용으로 고효율의 냉방 또는 난방이 가능하다.

실시 예에 따른 본 발명의 모세관 튜브를 매설한 지열원식 냉,난방 시스템은 물을 송수하는 모세관 튜브(200)를 냉각수단(202)과 가열수단(203)에 연결하고, 부하측(100)으로 물을 순환시키는 순환펌프(107)를 통하여 부하측(100)의 온도 조건을 원하는 데로 맞출 수 있다. 전기에너지 사용이 가능하므로 전기가 공급되는 어느 장소에도 적용이 가능하고, 특히 전원주택이나 가 건물, 비닐하우스 등에 배관하여 설치하거나 또는 기존의 건물과 연계 되도록 지중에 모세관 튜브(200)를 매립 배관하여 저렴한 비용으로 고효율의 냉방 및 난방을 할 수 있다.

또한, 지중에 매설되는 모세 유관(201)은 모관 현상에 의해 항상 물의 순환이 이루어지므로, 녹이 슬거나 모세 유관(201) 내에서 이물질이 발생하지 않으며 일정한 물의 순환 상태를 유지시키며, 폴리프로필렌(Poly Propylene PP) 계열의 합성수지재를 사용하여 제작하면, 무공해 소각, 재활용 등이 가능하고, 운반 및 시공성이 개선되고, 열에 강하고 보온효과가 뛰어나 반영구적인 냉방 및 난방이 가능하다.

이와 같이 본 발명은 도면 및 명세서를 통하여 발명의 일 실시 예를 참고로 설명하였으나 예시이다. 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 다양한 변형 및 균등한 실시가 가능하다.

도 1은 종래의 냉,난방 시스템 구성의 블럭도.

도 2는 도 1의 송수관 배관 구성도.

도 3은 본 발명을 설명하기 위한 일반적인 지열원식 히트펌프 설명도로서, (a)는 냉방사이클 도식도 이고, (b)는 난방사이클 도식도.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 냉,난방 시스템 구성 블럭도.

도 5의 (a)(b)(c)는 본 발명의 실시 예에 따른 모세관 튜브의 구성 예를 나타낸 도면.

도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 모세관 튜브의 지중 매설의 예를 나타낸 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 부하측

101 : 냉각수단

102 : 가열수단

103 : 개폐수단

104 : 제어부

105 : 시설물

106 : 지면

107 : 순환펌프

108 : 지중

200 : 모세관 튜브

201 : 모세 유관

202 : 공급관

203 : 배출관

Claims (3)

1. 지상에 시설되는 냉.난방 대상 부하측과;

   상기 부하측에 냉.난방용 물을 공급하기 위하여, 물을 냉각시켜 배출시키는 냉각수단, 물을 가열시켜 배출시키는 가열수단, 상기 냉각수단 또는 가열수단에서 배출된 물의 흐름을 선택적으로 차단하거나 개방시키는 개폐수단, 상기 냉각수단과 가열수단 및 개폐수단을 제어하는 제어부를 포함하는 운전제어시스템과;

   상기 냉각수단 및 가열수단으로부터 공급되는 물을 지중 상으로 순환 유동시키기 위하여 지면 표면으로부터 적어도 100cm 이상 200cm 이내의 깊이로 지중에 매설되는 모세관 튜브와;

   상기 모세관 튜브를 따라 유동하는 물을 지상의 부하측으로 순환시켜 유동시키기 위한 순환펌프를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지중 매설 모세관 튜브를 이용한 지열원식 냉.난방 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 모세관 튜브는,

   10~40mm 범위의 조밀한 간격과 1~4mm의 관직경을 갖고 나란히 정열되어 배열되는 복수의 모세 유관과,

   상기 모세 유관들에 순환되는 물을 공급하기 위하여 상호 상통되어 있으며, 상기 개폐수단을 통하여 공급되는 물을 모세 유관들에 유도하는 공급관과,

   상기 모세 유관을 경유하여 빠져나가는 물을 배출하여 상기 개폐수단으로 유도하는 배출관으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지중 매설 모세관 튜브를 이용한 지열원식 냉.난방 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 순환펌프는 상기 제어부의 제어 신호에 따라 구동하여 모세관 튜브를 따라 유동하는 물을 부하측으로 순환시킬 수 있도록 상기 개폐수단과 연결되어 구성된 것을 특징으로 지중 매설 모세관 튜브를 이용한 지열원식 냉.난방 시스템.

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