KR20150098540A - 지열교환기를 이용한 냉난방시스템과 설치 및 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지열 교환기를 이용한 냉난방시스템과 제어 및 설치방법에 관한 것이다. 본 발명은 상부는 개방되며, 내부 공간이 형성되어 있는 콘크리트 재질의 하우징과 상기 하우징의 내부 공간에 수용되는 원통형의 메쉬망 부재와 상기 메쉬망 부재의 표면에는 제1 종단 및 제2 종단이 상기 지표면의 외부로 노출되도록 하고, 내부에는 유체가 수용되도록 형성되는 지열 파이프를 포함하며, 1개 이상 병렬로 구성되며 적출과 매립이 가능한 박스형 지열 교환기와 상기 박스형 지열교환기와 연결되어 상기 박스형 지열교환기에서 회수한 지열을 갖는 유체를 냉난방 장소의 내부에 형성된 팬 코일 유닛부로 이동시켜 열교환에 의한 냉난방이 이루어지도록 하는 전기 또는 가스 보일러 시스템과 상기 냉난방 장소와 일정거리 이격, 형성되어 계절에 따라 기준온도를 설정할 수 있고, 상기 팬코일 유닛부의 구동과 상기 지열교환기와 전기 또는 가스 보일러 시스템의 온/오프 작동을 제어하는 제어부와 상기 제어부는 동절기에는 5℃ 이하일 경우에는 상기 지열교환기와 상기 전기 또는 가스보일러 시스템을 모두 온시키고, 온도가 15℃ 이상일 경우에는 지열교환기와 전기 또는 가스보일러 시스템를 모두 오프시키며, 하절기에는 상기 제어부에 소정의 설정온도를 세팅하고, 설정온도 이상이면 열교환기에 의하여 상기 지열교환기가 상기 냉난방 장소에 냉풍을 발생하도록 하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명은 비교적 손쉬운 제작이 가능하며, 전기 또는 가스보일러 등과 같은 외부의 시스템과 연결이 용이하며, 간편한 조작으로 여름과 겨울에 알맞는 온도환경을 주어 생활의 편의를 가져다 줄수 있는 효과가 있는 것이다.

Description

지열교환기를 이용한 냉난방시스템과 설치 및 제어방법 {Airconditioning system and Control and Installation Method using Geothermal Heat Exchanger}

본 발명은 지열 교환기를 이용한 냉난방시스템과 설치 및 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정 수용 공간을 갖는 하우징 부재의 내부 공간에 금속망 부재를 삽입하여 운반과 매립의 편의를 도모할수 있고 상부가 개방된 하우징 부재의 내부 공간을 흙으로 채워 넣어 많은 지열을 흡수할 수 있어 고 효율의 지열 교환을 수행할 수 있는 지열교환기를 이용한 냉난방시스템과 설치 및 제어방법에 관한 것이다.

최근 들어, 인구의 증가에 따른 급속한 산업화로 주거 공간이 급진적으로 늘어나고 있다. 이러한 주거공간의 냉난방으로 인한 에너지 사용은 점진적으로 늘어나 국가 전체적으로 볼 때, 전력 예비율의 감소 등 에너지 낭비로 인하여 심각한 경제적 손실이 따르고 에너지를 얻기 위하여 화석 연료의 연소과정 등에서 발생하는 공해는 생태계 파괴 등 심각한 사회문제로 대두되고 있는 실정이다.

일반적으로 자원은 석유, 석탄, 천연가스 등과 같은 화석 연료, 나무와 같은 천연 연료, 기타 태양열, 지열, 풍력, 해수력 등 자연으로부터 얻을 수 있는 자원에 대한 활용 방안이 활발히 연구가 되어 적용되고 있다.

이와 같이 최근에는 공해를 발생시키지 않고 산업 현장 또는 주거공간에서 사용할 수 있는 에너지 개발에 많은 연구 비용을 투자하고 있다. 상기와 같이 공해를 발생시키지 않으며 환경을 저해하지 않고 얻을 수 있는 에너지는 태양열과 지하에 존재하는 지하열을 에너지화하는 것이다.

일반적으로 지하열은 태양열의 약 47%가 지표를 통하여 지하에 저장된 것을 말하며 이는 우리가 사용하는 에너지량의 500%에 해당하는 양이다. 이와 같은 지하열은 공해가 없고 계속적인 자연 충전이 가능하며 더운 여름동안 비축된 에너지를 겨울 동안 약 400% 정도 사용할수 있으며, 조사에 따르면 현재 사용 중인 에너지의 대부분은 발전 전력에 의존하고 있는 상기와 같은 지하열과 대비하였을 경우 약 48%의 에너지 효과를 낼 수 있으며 가스나 오일인 경우 36%에서 43% 전후의 열을 낼수 있으나 지하 열을 사용할 때에는 약 75% 전후의 열을 낼 수 있다.

지열을 이용하는 방식으로는 배관을 지하 수십미터 또는 수백미터 깊이로 깊게 홀을 형성하여 지열을 이용하도록 하고 있다. 이처럼 깊게 홀을 형성하는 경우에는 일반적으로 넓은 홀을 형성하고, 그 홀에 시멘트몰탈층을 시공한 후, 다시 시멘트몰탈층이 굳은 다음에 지열흡열용 파이프를 넣게 된다. 따라서, 이처럼 여러 단계를 거치면서 지열흡수를 위한 시공을 하게 되며, 특히 그 깊이가 수십미터에서 수백미터에 이르기 때문에, 시공이 싶지 않아 시공 비용이 많이 들뿐만 아니라 지하층의 자연을 훼손할 수도 있는 문제점이 있었다.

이러한 지열 이용 장치를 계속 사용하다 보면, 사용 중 지층의 변화로 인하여 시설 파괴의 우려도 있고, 기타 지하철, 지하수로의 확보 등과 같은 외부 공사로 인하여 지열 이용시설이 파괴될 수 있어서 일반 가정이나, 시설 등에서 자유로이 시설하기가 곤란한 문제점이 있다.

따라서, 상기와 같은 지하 열을 이용한 냉난방장치가 다수 제안된 바 있으나, 이들은 지하열을 이용하여 기존의 냉난방시스템에 적용시킨 비교적 단순하고 편이성이 결여된 구성을 취하고 있다. 이에, 지하 매설 등의 설치 및 시공이 보다 간편하면서 보다 효율적인 지열 교환기와 이를 이용한 냉난방시스템의 개발이 요구되고 있다.

KR 2009-0108795 10 KR 2010-0128520 10

따라서, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 창안된 것으로 콘크리트 재질의 하우징과 지열파이프, 매쉬망 부재를 이용하여 박스형 지열 교환기를 제조하여 상기 박스형 지열 교환기를 지중(地中)에 매립하여 흙(土)으로 채워짐으로 인하여 지열을 잘 흡수하여 깊지 않은 지하 층에 매설하더라도 고 효율의 지열 교환을 수행할 수 있는 지열교환기를 이용한 냉난방시스템과 그 설치 및 제어방법을 제공하고자 하는데 있는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상부는 개방되며, 내부 공간이 형성되어 있는 콘크리트 재질의 하우징과 상기 하우징의 내부 공간에 수용되는 원통형의 메쉬망 부재와 상기 메쉬망 부재의 표면에는 제1 종단 및 제2 종단이 상기 지표면의 외부로 노출되도록 하고, 내부에는 유체가 수용되도록 형성되는 지열 파이프를 포함하며, 1개 이상 병렬로 구성되며 적출과 매립이 가능한 박스형 지열 교환기와 상기 박스형 지열교환기와 연결되어 상기 박스형 지열교환기에서 회수한 지열을 갖는 유체를 냉난방 장소의 내부에 형성된 팬 코일 유닛부로 이동시켜 열교환에 의한 냉난방이 이루어지도록 하는 전기 또는 가스 보일러 시스템과 상기 냉난방 장소와 일정거리 이격, 형성되어 계절에 따라 기준온도를 설정할 수 있고, 상기 팬코일 유닛부의 구동과 상기 지열교환기와 전기 또는 가스 보일러 시스템의 온/오프 작동을 제어하는 제어부와 상기 제어부는 동절기에는 5℃ 이하일 경우에는 상기 지열교환기와 상기 전기 또는 가스보일러 시스템을 모두 온시키고, 온도가 15℃ 이상일 경우에는 지열교환기와 전기 또는 가스보일러 시스템를 모두 오프시키며, 하절기에는 상기 제어부에 소정의 설정온도를 세팅하고, 설정온도 이상이면 열교환기에 의하여 상기 지열교환기가 상기 냉난방 장소에 냉풍을 발생하도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지열 파이프는 내부의 열전달 유체가 지중에 머무르는 시간을 최대한 늘려 열효율을 최대화할 수 있도록 액셀형 코일 형상으로 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 팬코일 유닛부의 내부에는 상기 지열교환기로부터 열교환된 열원을 상기 냉난방 장소에 전달하는 다수개의 팬코일이 연결, 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.

그리고, 상부가 개방되며 콘크리트로 구성된 하우징을 제조하는 단계와 상기 하우징의 내부 밑바닥에 흙을 깔아 두는 단계와 메쉬망 부재에 지열 파이프를 감아 상기 하우징에 수용하여 박스형 지열 교환기를 완성하는 단계와 지중(地中)을 천공하여 생성된 공간부에 상기 단계의 박스형 지열 교환기를 수용하는 단계와 상기 박스형 지열 교환기에 흙을 충만하는 단계와 상기 박스형 지열 교환기의 제1 종단 및 제2 종단을 지중 외부로 유출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명의 박스 형태의 지열교환기를 지중(地中)에 매립하도록 하여 전체가 모두 흙으로 둘러싸도록 하여, 더욱 효율적인 지열 교환을 수행할 수 있는 우수한 효과가 있는 것이다.

또한, 지열교환기 자체를 용이하게 지중에서 발굴하여 자신이 원하는 위치에 다시 매설하여 설치할 수 있으므로 작업의 효율성을 가져다 주는 효과가 있는 것이다.

그리고, 비교적 손쉬운 제작이 가능하며, 전기 또는 가스보일러 등과 같은 외부의 시스템과 연결이 용이하며, 간편한 조작으로 여름과 겨울에 알맞는 온도환경을 주어 생활의 편의를 가져다 줄수 있는 효과가 있는 것이다.

또한, 비교적 단순한 구조로 설계가 가능하므로 비용이 적게 드는 효과도 있는 것이다.

도 1은 박스형 지열 교환기를 지중에 매설한 형상을 도시한 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 지열교환기를 이용한 냉난방시스템과의 전체적인 구성도.
도 3a - 도 3e는 본 발명에 의한 박스형 지열교환기 설치방법의 과정을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 의한 박스형 지열교환기를 이용한 냉난방시스템의 설치 및 제어방법의 흐름도.

본 발명의 구성적 특징은 이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 상부는 개방되며, 내부 공간이 형성되어 있는 콘크리트 재질의 하우징과 상기 하우징의 내부 공간에 수용되는 원통형의 메쉬망 부재와 상기 메쉬망 부재의 표면에는 제1 종단 및 제2 종단이 상기 지표면의 외부로 노출되도록 하고, 내부에는 유체가 수용되도록 형성되는 지열 파이프를 포함하며, 1개 이상 병렬로 구성되며, 적출과 매립이 가능한 박스형 지열 교환기와 상기 박스형 지열교환기와 연결되어 상기 박스형 지열교환기에서 회수한 지열을 갖는 유체를 냉난방 장소의 내부에 형성된 팬 코일 유닛부로 이동시켜 열교환에 의한 냉난방이 이루어지도록 하는 전기 또는 가스 보일러 시스템과 상기 냉난방 장소와 일정거리 이격, 형성되어 계절에 따라 기준온도를 설정할 수 있고, 상기 팬코일 유닛부의 구동과 상기 지열교환기와 전기 또는 가스 보일러 시스템의 온/오프 작동을 제어하는 제어부와 상기 제어부는 동절기에는 5℃ 이하일 경우에는 상기 지열교환기와 상기 전기 또는 가스보일러 시스템을 모두 온시키고, 온도가 15℃ 이상일 경우에는 지열교환기와 전기 또는 가스보일러 시스템를 모두 오프시키며, 하절기에는 상기 제어부에 소정의 설정온도를 세팅하고, 설정온도 이상이면 열교환기에 의하여 상기 지열교환기가 상기 냉난방 장소에 냉풍을 발생하도록 하는 것이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시가 되더라도 가능한한 동일 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 박스형 지열교환기(100)를 지중에 매설한 형상을 도시한 단면도이고, 도 2a는 본 발명에 의한 설치구조의 전체적인 구성도이고, 도 2b는 팬코일 유닛(60)과의 연결관계를 나타내는 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 지열교환기(100)는 하우징 부재(20)와 메쉬망 부재(30)를 포함한다.

상기 하우징 부재(20)는 상부가 개방된 'ㄷ'자 형태로 일정한 부피의 내부 공간이 형성되어 내부 공간에 메쉬망 부재(30)를 수용한다.

상기 메쉬망 부재(30)는 철(鐵)을 재료로 하는 형태의 망(網)을 구성한 것으로, 메쉬형 부재(30)의 표면을 지열 파이프(40)로 용이하게 휘감아서 감쌀수 있도록 원통 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 지열 파이프(40)는 열 전도율이 높도록 하는 재질의 열교환 파이프 형태이며, 상기 지열 파이프(40)의 내부에는 외부에 형성된 전기 또는 가스보일러 시스템(110)으로부터 공급되는 유체가 수용되어 흐르도록 하여 지열과 열교환이 잘 이루어지도록 하는 것이다.

여기서, 상기 유체는 물 또는 물과 에탄올 또는 물과 메탄올이 혼합된 부동액인 것이 바람직할 것이다.

그리고, 상기 지열 파이프(40)는 내부의 열전달 유체가 지중에 머무르는 시간을 최대한 늘려 열효율을 최대화할 수 있도록 액셀형 코일 형상으로 설치된 것이다.

도시한 바와 같이, 본 발명의 박스형 지열교환기(100)는 얕은 지하 층에 매설될 수 있다. 일반적으로 지상 온도가 30℃ 이상인 여름이나 영하의 추운 날씨가 지속되는 겨울에도 땅속의 온도는 10℃ 내지 15℃를 유지하게 되는데, 상기와 같은 땅속의 온도가 전도되는 박스형 지열교환기(100)를 매설한 후에, 지열 파이프(40)를 통하여 흐르는 물로 지열 교환을 수행하여 전기 또는 가스보일러 시스템(110)으로 공급하면 추가적인 에너지의 투입없이 여름에는 지표면 상부보다 상대적으로 시원한 냉방 효과를 얻을 수 있으며, 겨울에는 지표면 상부보다 상대적으로 따뜻한 온열 효과를 얻을 수 있는 것이다.

상기 박스형 지열교환기(100)의 내부와 외부 모두 흙(土)으로 밀폐, 덮히도록 하고 있는데, 덮히는 흙은 하우징 부재(20) 외부의 지층과 지열 파이프(40) 간의 열 교환이 보다 효율적으로 수행될 수 있도록 매개체 역할을 할 수가 있는 것이다.

그리고, 본 발명의 박스형 지열교환기(100)는 이동과 설치에 있어서 효율성을 주는 장점이 있는데, 상기 박스형 지열교환기(100)는 적출과 매립이 가능한 것이므로 임의로 작업자가 원하는 위치에 손쉽게 매립할 수 있으며, 경우에 따라서는 매립된 상기 박스형 지열교환기(100)를 다시 발굴, 적출하여 또 다른 장소로 이송하여 손쉽게 매립할 수 있으므로 상기 박스형 지열교환기(100)의 이동과 설치의 편익을 가져다 주는 것이다. 이와 관련된 상세한 설명은 이하에서 언급하는 냉난방시스템의 제어 및 설치방법에서 하기로 한다.

또한, 상기 박스형 지열교환기(100)는 지중(地中) 매설시 현장에 있는 땅의 흙을 활용할 수가 있으므로 매립 작업의 편익도 줄 수가 있는 것이다.

도 2는 본 발명에 의한 박스형 지열교환기(100)를 이용한 냉난방시스템의 설치 구조의 전체적인 구성도이다.

도면에 도시한 대로, 상기 지열 파이프(40)의 끝단은 양 종단에 형성된 제1 종단(41)과 제2 종단(42)은 지표면의 외부로 노출되게 함으로서, 외부의 제어부(70)와 연결되도록 하는 것이다.

다시 말해서, 열전달 유체를 지중의 지열 파이프(40)로 안내하고, 지중에서 지열과 열 교환이 이루어진 유체를 다시 냉난방 장소(50)로 공급하게 하기 위하여 전기 또는 가스보일러 시스템(110)과 역시 함께 연결되어 있는 제어부(70)와 연결되는 것이다.

그러므로, 상기 전기 또는 가스보일러 시스템(110)은 지열 파이프(40)에 의하여 지열과 열교환이 이루어지게 되고, 소정의 온도로 냉각이나 가열된 유체를 소정의 냉난방 장소(50)로 순환시키거나 순환되는 유체를 다시 지열 파이프(40)에 공급되도록 하는 방식으로 여름에는 냉방이 겨울에는 난방으로 작동되도록 이루어지는 것이다.

본 명세서에 나타나 있는 전기 또는 가스보일러 시스템(110)은 지열 파이프(40)와의 열교환을 위하여 통상적으로 사용되는 일반적인 보일러 시스템으로서, 구성에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 상기 도 2에 도시한 바와 같이 상기 박스형 지열교환기(100)는 병렬 형태로 1개 이상 구성된 것으로, 물 등과 같은 유체를 순환시키게 되어 여름에는 14℃ ~ 16℃(평균 15℃)를 유지하여 냉방시스템을 가능하도록 하고 겨울에는 18℃ 정도의 유체를 전기 또는 가스보일러 시스템(110)을 통하여 가열하여 20℃ ~ 30℃의 온도를 유지하도록 하여 보일러의 연료비를 대폭적으로 절약할 수 있는 것이다. 덧붙여, 한 겨울에 사용을 하지 않을 경우에는 지열수만 순환시키도록 하여 약 15℃ 정도를 유지하게 되므로 전기 또는 가스보일러 시스템(110)이 동파되지 않으며, 사용할 경우에는 순환수의 최저 온도도 15℃ 정도이므로 보일러의 가동 즉시 따뜻하게 되므로 연료 사용의 절감도 도모할 수가 있으며, 여름에는 지열 순환수만 가동하여도 온도가 15℃를 유지하므로 냉방 효과도 도모할 수 있는 것이다.

또한, 저렴한 비용으로 본 발명의 박스형 지열교환기(100)의 제조와 설치도 가능하며, 에너지의 효율적 이용도 가능한 우수한 효과가 있는 것이다.

도 2에 도시한 대로, 상기 팬코일 유닛부(60)의 내부에는 상기 지열교환기(100)로부터 열교환된 열원을 상기 냉난방 장소(50)에 전달하는 다수개의 팬코일(65)이 일정간격으로 연결, 형성되어 있다.

상기 도 2를 참조하여 자세히 설명하면, 본 발명에 의한 지열교환기를 이용한 냉난방시스템은 제어부(70)를 조작하여 작동하는 방식으로 여름과 겨울에 맞는 온도를 맞춰주는 형태로서, 겨울에는 보일러 시스템(110)과 지열교환기(100)를 모두 온(On) 또는 오프(Off)를 시켜 온도를 올리도록 하는 것이다.

상기 작동과 관련되는 제어부(70)는 냉난방 장소(50)와 일정거리 이격, 형성되어 계절(여름,겨울)에 따라 기준온도를 설정할 수 있고, 상기 팬코일 유닛부(60)의 구동과 상기 지열교환기(100)와 전기 또는 가스보일러 시스템(110)의 온/오프 작동을 제어하는 기능을 하는 것이다.

겨울에는 실내온도가 10℃ 이하이면 지열교환기(100)는 15℃를 유지하도록 하여주고, 온도가 5℃ 이하의 추울 경우에는 전기 또는 가스보일러 시스템(110)을 온(on)시키고 지열교환기(100)를 모두 온(on)시켜 온도를 높이도록 하는 것이다.

그러다가, 실내온도가 약 10℃로 상승하게 되면 다시 전기 또는 가스보일러 시스템(110)은 자동적으로 오프되어 지열교환기(100)만 작동하게 되는 것이다.

또한, 겨울에 실내온도가 15℃ 이상으로 비교적 온화할 경우에는 전기스토브, 전기장판 등의 전열기구로도 실내에서 충분히 생활이 가능하므로, 상기 제어부(70)에 의하여 지열교환기(100)와 전기 또는 가스보일러 시스템(110)이 모두 자동적으로 오프(off) 되도록 하여 원료와 자원절약을 하게 되는 것이다.

이하에서는 하절기에 본 발명의 냉난방시스템의 작동상태를 설명하기로 한다.

여름에는 상기 제어부(70)를 통하여 온도를 상기 25℃로 온도를 설정하고, 상기 온도 이상의 고온이 되면 상기 지중(地中)에 형성된 열 교환기(도시는 생략)에 의하여 열풍을 냉풍으로 바꿔주게 되므로, 상기 지열교환기(100)는 냉난방 장소(50)에 냉풍을 발생하도록 하여 15℃ 정도의 바람이 불수 있도록 하여 쾌적한 생활을 즐길수 있도록 하는 것이다.

이에 관하여 더욱 상세히 설명하면 가령, 설정 온도 25℃로 제어부(70)에 세팅(설정)할 경우, 외부온도 30℃의 고온이 되면 지열교환기(100)의 작동으로 15℃의 냉풍이 불게 되므로 22.5℃((30+15)/2=22.5)가 되므로 그대로 유지가 된다.

그런데, 만일 설정 온도를 20℃로 제어부(70)에 세팅할 경우에, 같은 조건으로 외부온도가 30℃가 되고 지열교환기(100)가 15℃로 냉풍이 불면 22.5℃가 되어 2.5℃(22.5 - 20 = 2.5)가 차이가 되므로 온도를 줄이기 위해 상기 열 교환기가 작동하게 되어 열풍을 냉풍으로 변환하게 되어 온도를 감소시켜 결국, 상기 20℃의 세팅온도를 맞춰주는 것이다.

따라서, 외부에 형성되는 상기 제어부(70)와 연동하여 솔레노이드 방식으로 계절에 맞도록 지열교환기(100)와 전기 또는 가스보일러 시스템(110)의 온,오프(on, off)를 번갈아 실행하여 조작시키도록 하는 방식으로 여름과 겨울에 적당한 기후조건을 마련할 수 있도록 하는 것이다. 따라서, 상기 제어부(70)에는 설정(세팅)온도와 외부온도 등을 정확히 감지할 수 있는 온도센서(도시는 생략)가 1개 이상 형성되는 것이 바람직할 것이다.

이하에서는 본 발명에 의한 지열교환기를 이용한 냉난방시스템의 설치 및 제어방법에 관하여 도 3a - 도 3e와 도 4를 참조하여 설명하기로 한다. 상기 냉난방시스템에서 설명한 것과 중복되는 설명은 어느정도 생략하기로 한다.

먼저, 상부가 개방된 콘크리트로 구성된 하우징(20)을 제조하는 단계를 거치게 되는 것이다. (제1단계) 도 3a의 경우는 하우징(20)을 정면에서 보았을 때를 도시한 경우이며, 상부가 개방된 'ㄷ' 자 형상으로 이루어지는 것으로 콘크리트 재질로 제조를 하는 데, 상기 하우징(20)은 지열을 흡수하는데 무리가 없도록 두께를 비교적 얇게 제조하는 것이 바람직하다.

상기 하우징(20)을 제조하였으면, 상기 하우징(20)의 내부 밑바닥에 흙을 깔아 두는 제2단계를 거치게 된다. 도 3a에 도시가 되어 있듯이, 박스형 지열 교환기(100)를 내부에 수용하여 지지하도록 하기 위한 기반을 미련하기 위한 것이다.

그 다음 단계로, 메쉬망 부재(30) 표면을 지열 파이프(40)로 감아 상기 하우징(20)에 수용하여 박스형 지열 교환기(100)를 완성하는 제3단계를 거치게 된다. 따라서, 밑바닥에 흙이 있는 하우징(20)의 내부에 상기 매쉬망 부재(30)가 완전히 수용되어야 하므로, 상기 하우징(20)의 너비와 높이보다 작게 상기 메쉬밍 부재(30)가 제조되어야 하는 것이 바람직할 것이다. (도 3b 참조)

상기와 같은 도 3b에 박스형 지열 교환기(100)를 수용하고, 하우징(20) 내부에 일정 분량의 흙을 넣게 되는 것이다. (도 3c 참조)

상기 제3단계를 거쳐 내부에 흙이 충만된 상기 박스형 지열교환기(100)를 지중(地中)을 천공하여 생성된 공간부에 상기 단계의 박스형 지열교환기(100)를 수용하는 것이다. (제4단계, 도 3d 참조)

상기 제4단계에 있어서도, 상기 하우징(20)이 지중 속에 확실하게 매립될 수 있도록 하우징(20)의 높이 이상의 깊이를 가지는 지중(地中)의 천공 작업이 이루어져야 하는 것이다.

상기 제4단계와 같은 설치 방식을 통하여 종래의 매우 깊은 깊이를 천공 관정하여 지하수에서 열을 얻어 냉난방을 시키는 기존의 방식과 비교하여 볼 때, 시공부지 및 시공비를 최소화시킬 수 있는 이점이 있는 것이다.

그 다음 단계로 상기 박스형 지열 교환기(100)를 흙으로 완전 매립하는 제5단계를 거치게 된다. (도 3e 참조)

따라서, 박스형 지열 교환기(100)의 전체가 흙으로 감싸여져 뒤덮히도록 매설되므로 지중의 열을 지열 파이프(40)에 더욱 확실한 전달이 가능한 것이다.

상기 박스형 지열교환기(100)의 제1 종단(41) 및 제2 종단(42)을 지중 외부로 유출하여 제어부(70)에 연결시키는 것이다. (제6단계)

상기 제6단계는 박스형 지열교환기(100)를 완전히 지중에 파 묻어 사방이 완전히 흙으로 덮히게 하고, 도 3e에 도시된대로, 상기 제1종단(41)과 제2 종단(42)을 외부로 빠져나오게 유출되도록 하여 상기 제1 및 제2 종단(41,42)이 외부의 제어부(70)와 상기 지열교환기(100)와 인접하게 매립, 구성된 또 다른 지열 교환기(100)와 병렬식으로 연결을 할 수 있도록 하는 것이다.

따라서, 상기와 같은 박스형 지열 교환기의 설치방법을 행함으로서, 지중의 지열이 박스형 지열 교환기(100) 내부의 열전달(熱傳達) 유체(流體)를 전달하여 보일러 시스템(110)의 작동으로 열전달 유체가 소정의 냉난방 장소로 이동시켜 순환을 시킴으로서 냉, 난방을 시킨 후에 열교환된 유체는 다시 박스형 지열 교환기(100)로 투입되어 순환하는 과정을 거쳐서 냉난방 작업을 행할 수 있는 것이다. (여기서, 상기 열전달(熱傳達) 유체(流體)란 물체의 표면온도와 이에 접하는 기체 또는 액체(양자를 포함하여 유체라고 함)의 평균 온도가 다른 때, 물체와 유체 사이에 열의 흐름이 생기는 현상을 말하는 것이다.)

그러므로, 상기 냉난방에 의한 지열로 인하여 여름철의 온도보다는 낮은 온도를 유지하고 겨울철의 온도보다는 높게 하여 여름철 냉방의 경우에는 지열이 냉난방 장소(50)의 열을 추출하여 지중으로 전달하고 난방의 경우에는 지열이 실내에 방열되도록 함으로서 난방이 가능한 구조인 것이다. 따라서, 박스형 지열교환기(100)는 지중(地中)의 매립으로 주변이 모두 흙으로 둘러싸도록 하여, 더욱 효율적인 지열의 교환을 수행할 수 있는 것이다.

그리고, 상기 제어부(70)에 하절기에는 소정의 온도를 세팅하고, 실내온도가 상기 세팅온도 이상이면 열교환기를 통하여 상기 지열교환기(100)가 냉난방 장소(50)에 냉풍을 발생하여 실내온도를 하강시키게 되는 것이다. (제7단계)

또한, 상기 제7단계에서, 동절기에는 실내온도가 10℃ 이하일 경우에는 상기 지열교환기(100)만 온시키고, 실내온도가 5℃ 이하일 경우에는 상기 지열교환기(100)와 상기 전기 또는 가스보일러 시스템(110)을 모두 온시키고, 실내온도가 15℃ 이상일 경우에는 지열교환기(100)와 전기 또는 가스보일러 시스템(110)를 모두 오프시키는 단계를 더 포함하는 것이다.

그러므로, 상기 박스형 지열교환기(100)를 이용한 본 발명의 지열교환기를 이용한 냉난방 시스템및 설치 및 제어방법은 저렴한 비용과 비교적 간단한 설계로 인간이 쾌적한 생활을 할수 있도록 하기 위하여 계절에 알맞는 온도환경을 가져다 주는 탁월한 장점이 있는 것이다.

상기와 같이 서술한 대로, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의하여 설명되었으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 범위는 설명한 실시예에 국한되지 아니하고 첨부되는 특허청구범위 뿐만 아니라, 특허청구범위와 균등한 것들에 의하여 정해져야 한다.

20 : 하우징 부재 30 : 금속망 부재
40 : 지열 파이프 41 : 제1 종단
42 : 제2 종단 50 : 냉난방 장소
60 : 팬코일 유닛 65 : 팬코일
70 : 제어부
100 : 박스형 지열 교환기 110 : 전기 또는 가스보일러 시스템

Claims (5)

1. 상부는 개방되며, 내부 공간이 형성되어 있는 콘크리트 재질의 하우징(20);과
   상기 하우징(20)의 내부 공간에 수용되는 원통형의 메쉬망 부재(30);와
   상기 메쉬망 부재(30)의 표면에는 제1 종단(41) 및 제2 종단(42)이 상기 지표면의 외부로 노출되도록 하고, 내부에는 유체가 수용되도록 형성되는 지열 파이프(40)를 포함하며, 1개 이상 병렬로 구성되며 적출과 매립이 가능한 박스형 지열 교환기(100);와
   상기 박스형 지열교환기(100)와 연결되어 상기 박스형 지열교환기(100)에서 회수한 지열을 갖는 유체를 냉난방 장소(50)의 내부에 형성된 팬 코일 유닛부(60)로 이동시켜 열교환에 의한 냉난방이 이루어지도록 하는 전기 또는 가스 보일러 시스템(110);과
   상기 냉난방 장소(50)와 일정거리 이격, 형성되어 계절에 따라 기준온도를 설정할 수 있고, 상기 팬코일 유닛부(60)의 구동과 상기 지열교환기(100)와 전기 또는 가스 보일러 시스템(110)의 온/오프 작동을 제어하는 제어부(70);와
   상기 제어부(70)는 동절기에는 5℃ 이하일 경우에는 상기 지열교환기(100)와 상기 전기 또는 가스보일러 시스템(110)을 모두 온시키고, 온도가 15℃ 이상일 경우에는 지열교환기(100)와 전기 또는 가스보일러 시스템(110)를 모두 오프시키며, 하절기에는 상기 제어부(70)에 소정의 설정온도를 세팅하고, 설정온도 이상이면 열교환기에 의하여 상기 지열교환기(100)가 상기 냉난방 장소(50)에 냉풍을 발생하도록 하는 것을 특징으로 하는 박스형 지열교환기를 이용한 냉난방시스템.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 지열 파이프(40)는 내부의 열전달 유체가 지중에 머무르는 시간을 최대한 늘려 열효율을 최대화할 수 있도록 액셀형 코일 형상으로 설치된 것을 특징으로 하는 박스형 지열교환기를 이용한 냉난방시스템.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 팬코일 유닛부(60)의 내부에는 상기 지열교환기(100)로부터 열교환된 열원을 상기 냉난방 장소(50)에 전달하는 다수개의 팬코일(65)이 일정간격으로 연결, 형성된 것을 특징으로 하는 박스형 지열교환기를 이용한 냉난방시스템.
   
4. 상부가 개방되며 콘크리트로 구성된 하우징(20)을 제조하는 제1단계;와
   상기 하우징(20)의 내부 밑바닥에 흙을 깔아 두는 제2단계;와
   메쉬망 부재(30) 표면에 지열 파이프(40)를 감아 상기 하우징(20)에 수용하여 박스형 지열 교환기를 완성하는 제3단계;와
   지중(地中)을 천공하여 생성된 공간부에 상기 단계의 박스형 지열 교환기(100)를 수용하는 제4단계;와
   상기 박스형 지열교환기(100)에 흙으로 완전 매립하는 제5단계;와
   상기 박스형 지열교환기(100)의 제1 종단(41) 및 제2 종단(42)을 지중 외부로 유출하여 제어부(70)에 연결시키는 제6단계;와
   상기 제어부(70)에 하절기에는 소정의 온도를 세팅하고, 실내온도가 상기 세팅온도 이상이면 열교환기를 통하여 상기 지열교환기(100)가 냉난방 장소(50)에 냉풍을 발생하여 실내온도를 하강시키는 제7단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열교환기를 이용한 냉난방시스템의 설치 및 제어방법.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 제7단계에서, 동절기에는 실내온도가 10℃ 이하일 경우에는 상기 지열교환기(100)만 온시키고, 실내온도가 5℃ 이하일 경우에는 상기 지열교환기(100)와 상기 전기 또는 가스보일러 시스템(110)을 모두 온시키고, 실내온도가 15℃ 이상일 경우에는 지열교환기(100)와 전기 또는 가스보일러 시스템(110)를 모두 오프시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지열교환기를 이용한 냉난방시스템의 설치 및 제어방법.
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   
   

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