KR20120096982A

KR20120096982A - Horizontal processor system

Info

Publication number: KR20120096982A
Application number: KR1020110016277A
Authority: KR
Inventors: 이영철
Original assignee: 이영철
Priority date: 2011-02-24
Filing date: 2011-02-24
Publication date: 2012-09-03

Abstract

PURPOSE: A pipe system for a geothermal boiler in a closed type using heating water of a heat storage tank is provided to reduce heating and cooling energy, and to extend a service life of equipment. CONSTITUTION: A pipe system for a geothermal boiler in a closed type using heating water of a heat storage tank comprises a geothermal heat pump(200) and a heat storage tank(300). A geothermal heat exchanger is buried under the ground, and heat-exchanged with the geothermal heat pump. The system maintains the temperature of geothermal water through a geothermal loop when a horizontal heat pump in a close type is discarded due to the shortage of internal heat from the earth. Stable heating sources are secured while heating cycle pipes of the system are buried under the ground below 5 meters. [Reference numerals] (100) Buffer tank; (200) Geothermal heat pump; (300) Heat storage tank; (AA) Heating; (BB) Under ground; (CC) Geothermal heat; (DD) Exemplification; (EE) The flow of goethermal heat; (FF) The use of heating water

Description

Plumbing system of horizontal hermetic geothermal boiler utilizing heat storage tank heating and cooling {horizontal processor system}

본 발명은 땅속 10m이하에 연중 일정하게 유지되는 온도(보통 15±5℃)를 이용하여 히트펌프와 함께 냉동사이클을 구성하여 냉방 및 난방,급탕에 활용하는 시스템으로 에너지비용을 획기적으로 줄이면서 경제성을 높인 친환경적 냉난방시스템 중 열원을 지구내부분출열로 하고 지열교환기를 지중에 매설하여 지열히트펌프와 열교환하는 방식의 지열냉.난방시스템의 지열방식 중 지열루프를 통한 지구내부분출열의 지속적인 흡입 부족으로 용도 폐기된 수평밀폐형의 히트펌프 지열수 일정온도 유지를 위한 개선 방법으로 기존 축열조의 난방수를 활용한 차별화된 지열난방시스템의 배관공정에 관한 구체적 방법에 관한 것이다.The present invention is a system that utilizes the refrigeration cycle with a heat pump using a temperature (usually 15 ± 5 ℃) that is kept constant throughout the year below 10m in the ground and utilized for cooling, heating, hot water supply while economically reducing energy costs In the geothermal cooling / heating system's geothermal heat system, the heat source is partially heat discharged from the earth and the geothermal heat exchanger is installed in the ground to exchange heat with the geothermal heat pump. The present invention relates to a specific method for the piping process of a differentiated geothermal heating system utilizing heating water of an existing heat storage tank as an improvement method for maintaining a constant temperature of a discarded horizontal sealed heat pump geothermal water.

일반적으로, 지열 냉.난방시스템에서의 지열은 지구가 생설될 때 있던 열로 아직 방열되지 않은 상태이거나 우라늄이나 토륨 같은 방사선원소의 붕괴에 의하여 생기는 것이라고 볼 수 있다. 일본과 같이 화산이 많은 고온지열지대는 지하에 용융암석의 활동에 의한 것으로 여기에 물을 주입하여 증기를 생산하고 이것으로 증기터빈을 돌려서 발전에 이용할 수가 있고 이런 시스템을 지열발전소라고 한다. 프랑스 파리 같은 곳에서는 약1,500미터 정도에서 약70도 전후의 열을 퍼올려 지역난방에 이용하고 있으나 국내에서는 열자원이 풍부한 분화지역이 적어 전기 공급보다는 냉,난방 시스템위주로 보급되고 있다. 또한 지중은 5미터이하로 내려가면 사계절 내내 14?20도의 온도를 유지한다. 이를 이용하는 것이 바로 지열 냉,난방 시스템인데, 이는 대기중에 노출되는 기기가 없어 장치 수명이 길고(현재 시판되고 있는 보일러의 경우 중요설비의 내구 연한이 50년임) 냉매을 적게 사용하며 매우 환경 친화적이다. 또한 태양열처럼 대기온도에 영향을 받지 않고 24시간 이용이 가능해 가장 효율적이다. 이러한 지열 냉,난방 시스템은 열 교환기와 히트펌프에 의해 작동되는데, 이는 열 교환기의 회로 구성에 따라 개방형과 밀폐형으로 나누어진다.In general, geothermal heat in geothermal air-conditioning and heating systems can be thought of as being caused by the collapse of radioactive elements such as uranium or thorium, which have not yet been radiated by the heat of the earth. Volcanic high temperature geothermal zones such as Japan are caused by the action of molten rock underground, and water is injected into them to produce steam, which can be used to power steam turbines for power generation. In places such as Paris, France, around 1,500 meters and around 70 degrees of heat is used to heat the district, but in Korea, there are few eruption zones with abundant heat resources. In addition, if the ground is below 5 meters, the temperature of 14-20 degrees is maintained throughout the four seasons. This is a geothermal cooling and heating system, which has long equipment life (no boilers are 50 years in the case of boilers) and uses less refrigerant and is very environmentally friendly. It is also most efficient because it can be used for 24 hours without being affected by atmospheric temperature like solar heat. This geothermal cooling and heating system is operated by a heat exchanger and a heat pump, which are divided into open and closed types according to the circuit configuration of the heat exchanger.

개방형 시스템은 풍부한 수원지가 있어야 시공이 가능한데 호수, 강, 우물등에서 공급받은 물을 파이프로 직접 운반해 열을 교환하는 방식이며,Open system is available only when there is abundant water source, and it is a method of exchanging heat by directly transporting water supplied from lake, river, well, etc.

밀폐형 시스템은 U자형 지중열 교환기를 매설하고 부동액과 같은 유체가 회로(히트펌프)내를 순환한다. 동절기에는 유체가 순환하여 회수한 열을 건물내로 전달하고 하절기에는 건물 내의 열을 흡수해 지하로 방출한다, 기름보일러 대비 난방비를 80％, 냉방비를 50％절감할 수 있는 특징을 가지고 있다.Closed systems embed a U-shaped underground heat exchanger and fluid, such as antifreeze, circulates in the circuit (heat pump). In winter, the fluid circulates and transfers the recovered heat into the building. In summer, it absorbs the heat inside the building and releases it to the basement. It has the characteristics of reducing heating costs by 80% and cooling costs by 50% compared to oil boilers.

다만, 계속되는 지열의 흡입으로 인한 지열자체의 온도가 점차 낮아져 지속적으로 히트펌프의 냉내를 증발시키는 과정에 문제가 발생할 수 있는 문제의 소지 또한 일부 지열방식시스템이 내포하고 있다.However, some geothermal systems also contain a problem that the geothermal heat itself is gradually lowered due to the continuous inhalation of geothermal heat, which may cause a problem in the process of continuously evaporating the cold inside the heat pump.

본 발명은 종래의 지열 냉.난방시스템의 지열방식 중 수평밀폐형의 지열루프와 연결된 히트펌프의 지열 흡입온도의 일정한 유지에 관한 방법에 대한 것으로 이의 원리를 보면 대게 지열냉난방에 사용되는 지열원히트펌프의 작동원리는 기존 에어컨이나 냉장고에 있는 냉동기와 같은 원리다. 압축기에서 발생된 고온고압의 가스를 응축기에서 열을 발산하여 저온고압의 액가스를 만들고, 이를 팽창밸브를 통해 저온저압의 액가스를 만들어 증발기에서 열을 취득하는 그런 원리로 응축기나 증발기부분에 어떠한 열매체와 열교환을 하느냐의 차이이다. 따라서 응축기(또는 증발기)와 바깥 공기가 열교환을 할 경우, 공기열원히트펌프(또는 에어컨류 or EHP 등)으로 불리게 되는 것이고, 땅속의 열과 열교환을 할 경우 지열원히트펌프(GSHP)라고 불리게 되는 것인데, 특히 지열방식 중 수평밀폐형의 경우 지열루프가 땅속 3m이내로 묻혀 다양한 변수에 의한 열교환에 문제를 내포할 수 있는 가능성이 있으며 최악의 경우 히트펌프의 가동이 중단되어 수평밀폐형의 지열방식을 활용할 수 없는 경우가 발생될 수도 있다.The present invention relates to a method for maintaining a constant geothermal suction temperature of a heat pump connected to a horizontally sealed geothermal loop in a geothermal heating and cooling system of a conventional geothermal air-conditioning system. The principle of operation is the same principle as the freezer in conventional air conditioners or refrigerators. The high temperature and high pressure gas generated in the compressor radiates heat from the condenser to produce the liquid gas of low temperature and high pressure, and the low temperature and low pressure liquid gas is obtained through the expansion valve to obtain heat from the evaporator. It is the difference between heat exchange with heat medium. Therefore, when the condenser (or evaporator) and the outside air heat exchange, it is called an air heat source pump (or air conditioner or EHP), and when it exchanges heat with the ground, it is called a geothermal heat pump (GSHP). In particular, in the case of the horizontally sealed type of the geothermal method, the geothermal loop may be buried within 3m of the ground, which may cause problems in heat exchange due to various variables.In the worst case, the heat pump is stopped and the horizontally sealed geothermal method cannot be used. Cases may occur.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과제해결수단으로서,As a problem solving means of the present invention for achieving the above object,

우선 종래의 지열 냉.난방시스템의 지열방식 중 수평밀폐형의 지열루프의 지중 매설 깊이를 3m에서 최대 5m로 하여 지열루프와 연결된 히트펌프의 지열 흡입온도를 일정하게 유지하는데 일차 충실함을 기 하였다.First of all, the ground embedding depth of the horizontally sealed geothermal loop in the geothermal heating and cooling system of the conventional geothermal heating system was 3m up to 5m to ensure the constant geothermal suction temperature of the heat pump connected to the geothermal roof.

여기에, 지열루프를 통하여 교환되는 지열의 부족함을 지원하기 위하여 버퍼탱크를 추가로 설치하여 열원을 유지하는데 일조토록 준비 하였다.In addition, in order to support the lack of geothermal heat exchanged through the geothermal loop, a buffer tank was additionally installed to help maintain the heat source.

또한, 축열조의 온수 중 일부 온수의 배관을 추가로 시설하여 히트펌프의 환열지열 라인과 버퍼탱크의 냉수 예열시스템에 일조토록 함으로서, 히트펌프가 빼앗아가는 지열의 온도가 항상 일정하게 유지될 수 있도록 배관장치를 개선할 수 있도록 추가하여 준비 하였다.In addition, by installing additional piping of some of the hot water in the heat storage tank to the heat exchanger geothermal line of the heat pump and the cold water preheating system of the buffer tank, the piping so that the geothermal temperature that the heat pump takes away is always maintained Additional arrangements were made to improve the device.

본 발명의 축열조난방수를활용한수평밀폐형지열보일러의배관시스템을 통한 방법에 따르면, 땅속 10m이하에 연중 일정하게 유지되는 온도(보통 15±5℃)를 이용하여 히트펌프와 함께 냉동사이클을 구성하여 냉방 및 난방,급탕에 활용하는 시스템으로 에너지비용을 획기적으로 줄이면서 경제성을 높인 친환경적 냉난방시스템 중 열원을 지구내부분출열로 하고 지열교환기를 지중에 매설하여 지열히트펌프와 열교환하는 방식의 지열냉.난방시스템으로 보통 지중은 5미터이하로 내려가면 사계절 내내 14?20℃도의 온도를 유지함으로써, 매우 안정적인 열원을 유지할 수 있는 장점이 있다.According to the method through the piping system of the horizontal hermetic geothermal boiler utilizing the heat storage tank heating water of the present invention, a refrigeration cycle with a heat pump using a temperature (usually 15 ± 5 ℃) that is kept constant throughout the year less than 10 m in the ground Geothermal cooling is a system that is used for cooling, heating, and hot water supply. It is an eco-friendly cooling and heating system that dramatically reduces energy costs and improves economic efficiency. The heat source is partly heated within the earth, and the geothermal heat exchanger is installed in the ground to exchange heat with the geothermal heat pump. As a heating system, the ground level is usually below 5 meters, and it maintains a very stable heat source by maintaining the temperature of 14 ~ 20 ℃ throughout the four seasons.

또한, [5RT 기준(COP난방 3.86, 냉방 3.91)]의 높은 에너지효율을 가지고 있으며, 더불어 저렴한 운전비용과 화석연료 사용이 전혀 없는 신 재생 에너지원으로 경제적이다.In addition, it has high energy efficiency of [5RT standard (COP heating 3.86, cooling 3.91)], and is economical as a renewable energy source with low operating cost and no fossil fuel use.

또한, 폭발이나 화재의 위험이 없고 사계절 모두 냉.난방 및 온수를 마음대로 쓸 수 있는 안전성과 편리성을 가지고 있다.In addition, there is no risk of explosion or fire, and all four seasons have safety and convenience to use air conditioning, heating and hot water at will.

또한, 냉방에너지로는 일반 에어컨 대비 약 44％, 난방에너지는 약 80％의 절감효과가 있어 에너지절약의 획기적 효과를 얻을 수 있다.In addition, the cooling energy is about 44% compared to the general air conditioner, heating energy is about 80% reduction effect can be achieved a breakthrough effect of energy saving.

또한, 안정적인 운전으로 장비 수명은 약 25년, 지하 열교환기 수명은 50년으로 긴 수명을 가지고 있으며,In addition, the stable life of the equipment has a long life of about 25 years, underground heat exchanger life of 50 years,

더욱이 대기 오염물질 배출절감과 화석연료 사용절감 효과로 인하여 이산화탄소 배출량을 감소시키는 등 교토의정서 비준에 매우 유용한 친환경적에너지원으로서의 효과는 최상이라 하겠다.Moreover, the effect as an environmentally friendly energy source, which is very useful for ratifying the Kyoto Protocol, such as reducing carbon dioxide emissions due to the reduction of air pollutant emission and fossil fuel use, is the best.

상기한 모든 효과에 비추어 가장 큰 효과는 축열조난방수를활용한수평밀폐형지열보일러의배관시스템을 통하여 그간 사용못하는 방법으로 치부되었던 지열방식 중 수평밀폐형 지열보열로의 100％ 안전한 활용방법이 제기 됨으로 인하여 수평밀폐형이 가지고 있던 다양한 장점 및 효과가 일반전기를 사용하는 모든 농가에 희망적인 메신저로 친환경과 친환경적에너지 사용이 트랜디인 요즘 세태에 있어꼭 필요한 시공시스템이라 할 것이다. 아울러, 상기한 바와 같이 구체적으로 명시한 효과 이외에 본 발명의 특징적인 구성으로부터 용이하게 도출되고 기대될 수 있는 특유한 효과 또한 본 발명의 효과에 포함될 수 있음을 첨언한다.In light of all the above-mentioned effects, the biggest effect is due to the fact that 100% safe utilization method of horizontally sealed geothermal furnaces among the geothermal methods that have been regarded as unusable through the piping system of horizontally sealed geothermal boilers utilizing regenerative tank heating water has been raised. The various advantages and effects of the horizontal sealed type are a hopeful messenger for all farmers who use general electricity, and it is a necessary construction system for these days when eco-friendly and eco-friendly energy use is trendy. It is to be noted that, in addition to the effect specifically described above, a specific effect that can be easily derived and expected from the characteristic configuration of the present invention can also be included in the effect of the present invention.

도 1은 본 발명의 히트펌프의 난방사이클의 개략적으로 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 배관 공정도의 세부적 흐름도이다.1 is a view schematically showing a heating cycle of a heat pump of the present invention,
2 is a detailed flowchart of a piping process diagram according to an embodiment of the present invention.

이하에서, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 축열조난방수를활용한수평밀폐형지열보일러의배관시스템 방법의 바람직한 실시예를 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described a preferred embodiment of a piping system method of a horizontal hermetic geothermal boiler utilizing heat storage tank heating water according to the present invention.

본 실시예는 우리나라에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것으로서, 도면은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되거나 축소되어 표현될 수 있음을 유의하여야 하며, 또한, 실시예를 설명하는데 있어서 원칙적으로 관련된 공지의 기능이나 공지의 구성과 같이 이미 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 기술적 특징을 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.This embodiment is provided in order to more completely explain the present invention to those having average knowledge in Korea, it should be noted that the drawings may be exaggerated or reduced to emphasize a more clear description, and also In the following description, the technical features of the present invention may be unnecessarily obscured by those skilled in the art, such as well-known functions or known configurations. Will be omitted.

도 1은 본 발명의 축열조난방수를활용한수평밀폐형지열보일러의배관시스템의 난방사이클에 대한 일 예를 개략적으로 나타내는 구성도로서, 외부열원(지열,환기열,외기열,지하수등)을 이용하여 냉매를 기화시키는 증발과정, 저온,저압의 기체냉매를 고온.고압의 기체냉매로 압축하는 압축과정, 버퍼 및 히트펌프의 난방수에서 열을 빼앗는 응축과정으로서 이때 응축기를 통하여 획득한 열을 난방 및 급탕으로 활용하는 단계를 가지고 있다. 1 is a configuration diagram schematically showing an example of a heating cycle of a piping system of a horizontal hermetic geothermal boiler utilizing the heat storage tank heating water of the present invention, using an external heat source (geothermal heat, ventilation heat, outdoor air, ground water, etc.) Evaporation process to vaporize the refrigerant, compressing the low-temperature and low-pressure gas refrigerant into high-temperature and high-pressure gas refrigerant, and condensation process to take heat away from the heating water of the buffer and heat pump. And taking advantage of the hot water supply.

이러한 히트펌프의 난방싸이클을 풀어 설명한다면, 압축기에서 생성된 고온.고압의 기체냉매는 응축기에서 실내공기/난방 수에 열을 빼앗긴 후 저온.고압의 액체냉매로 변하며 팽창밸브에서 저온.저압상태가 되어 증발기에서 지열/환기열등 외부 열원에 의해 저온.저압의 기체상태가 되어 압축기로 보내진다. 이때 응축기에서 획득한 열을 난방 및 급탕에 이용하게되는 것이다.If the heat cycle of these heat pumps is solved, the high-temperature / high-pressure gas refrigerant produced by the compressor is converted to a low-temperature / high-pressure liquid refrigerant after the heat is lost to the indoor air / heating water from the condenser, and the low-temperature / low-pressure state of the expansion valve is reduced. It is then sent to the compressor by the low temperature and low pressure gas by the external heat source such as geothermal / ventilation heat from the evaporator. At this time, the heat obtained from the condenser will be used for heating and hot water supply.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 축열조난방수를활용한수평밀폐형지열보일러의배관시스템 배관 공정도의 세부적 흐름도로서, 도시된 것처럼 본 발명의 지열루프를 통하여 지열을 흡입하고 이 열원을 통하여 식은 난방수의 온도를 보조하여 주는 버퍼탱크(100)단계와 외부열원(지열)을 증발-＞압축-＞응축의 과정을 반복하여 고온의 열을 발생시키는 히트펌프(200)와 발생된 고온의 열을 통한 고온의 난방수를 보관하는 축열조(300)의 단계로 구성되어 있다. 이때 히트펌프는 지열로부터 안정적이고 일정한 이상적 온도(10 ?15℃)를 지속적으로 흡입하여 순환냉매를 고온의 열로 발생시켜주는 작업을 진행하여야 하나 지열방식 중 기존 수평밀폐형의 지열루프 방식으로는 히트펌프에 안정적이고 일정한 지열을 전달하지 못하는 현상이 발생하여 종내에는 히트펌프로부터 고온의 열을 난방수로 활용할 수 없는 처지에 도달하게된다. 이때, 본 발명의 도2에서 처럼 축열조의 난방수를 활용한 수평밀폐형 지열보일러의 배관시스템을 설계하여 시공하게 되면 히트펌프의 지열흡입 및 배출온도가 매우 안정적으로 유지되어 최적의 효율성을 기대할 수 있는 안전한 지열난방시스템의 사이클을 이루어낼 수 있게 된다. FIG. 2 is a detailed flowchart of a piping system piping process diagram of a horizontally sealed geothermal boiler utilizing heat storage tank heating according to an embodiment of the present invention. As shown, the ground heat is sucked through the geothermal loop of the present invention and cooled through the heat source. Buffer tank 100 to assist the temperature of the heating water and the external heat source (geothermal) evaporation->compression-> condensation process is repeated to generate a high temperature heat pump 200 and generated high temperature heat It consists of a step of the heat storage tank 300 for storing the high temperature heating water through. At this time, the heat pump should continuously inhale stable and constant ideal temperature (10 ~ 15 ℃) from geothermal heat to generate circulating refrigerant with high temperature heat. In this case, stable and constant geothermal heat cannot be delivered, which leads to reaching the situation where high temperature heat cannot be utilized as heating water from the heat pump. At this time, when the piping system of the horizontally sealed geothermal boiler utilizing the heating water of the heat storage tank is designed and constructed as shown in FIG. 2 of the present invention, the geothermal suction and discharge temperature of the heat pump can be maintained very stably, so that optimum efficiency can be expected. It is possible to achieve a cycle of a safe geothermal heating system.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였는데, 본 발명의 기술적 범위는 상술한 실시예 및 도면들에 기재된 내용으로 한정되는 것은 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 수정 또는 변경된 등가의 구성은 본 발명의 기술적 사상의 범위를 벗어나지 않는 것이라 할 것이다.As mentioned above, preferred embodiments of the present invention have been described, but the technical scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments and drawings, and is modified or changed by those skilled in the art. Equivalent configuration will be made without departing from the scope of the technical idea of the present invention.

Claims

In general, geothermal heat in geothermal air-conditioning and heating systems can be thought of as being caused by the collapse of radioactive elements such as uranium or thorium, which have not yet been radiated by the heat of the earth. Volcanic high temperature geothermal zones such as Japan are caused by the action of molten rock underground, and water is injected into them to produce steam, which can be used to power steam turbines for power generation. In places such as Paris, France, around 1,500 meters and around 70 degrees of heat is used to heat the district, but in Korea, there are few eruption zones with abundant heat resources. In addition, if the ground is below 5 meters, the temperature of 14-20 degrees is maintained throughout the four seasons. This is a geothermal cooling and heating system, which has long equipment life (no boilers are 50 years in the case of boilers) and uses less refrigerant and is very environmentally friendly. It is also most efficient because it can be used for 24 hours without being affected by atmospheric temperature like solar heat. This geothermal cooling and heating system is operated by a heat exchanger and a heat pump, which are divided into open and closed types according to the circuit configuration of the heat exchanger.
Open system is available only when there is abundant water source, and it is a method of exchanging heat by directly transporting water supplied from lake, river, well, etc.
Closed systems embed a U-shaped underground heat exchanger and fluid, such as antifreeze, circulates in the circuit (heat pump). In winter, the fluid circulates and transfers the recovered heat into the building. In summer, it absorbs the heat inside the building and releases it to the basement. It has the characteristics of reducing heating costs by 80% and cooling costs by 50% compared to oil boilers. Therefore, the trench step of ensuring the geothermal intake temperature of the heat pump connected to the geothermal roof by maintaining the underground buried depth of the horizontally sealed geothermal loop of the geothermal roof system of the geothermal roof system to a maximum of 5 meters; .
Here, the installation step of the auxiliary buffer tank to further prepare to maintain the heat source by installing a buffer tank to support the lack of geothermal heat exchanged through the geothermal loop;
In addition, by installing additional piping of some hot water in the heat storage tank to assist the heat exchanger geothermal line of the heat pump and the cold water preheating system of the buffer tank, the piping so that the geothermal temperature taken away by the heat pump can be kept constant at all times. A method of piping system of a horizontal hermetic geothermal boiler utilizing heat storage tank heating water, which is characterized by a main facility, a method of constructing a device.