KR20190073866A - Underground heat exchanger - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 지중 열교환 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지중에 매립되는 지열 파이프의 구조 변경을 통해 지열원과의 접촉면적이 증가되도록 함으로써, 지열원으로부터 열매체로의 열전달 효율이 크게 향상되면서도 이에 따른 매설 깊이를 줄여 시공 비용을 크게 절감할 수 있도록 한 지중 열교환 장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a geothermal heat exchanger, and more particularly, to a geothermal heat exchanger, Thereby reducing the burial depth and greatly reducing the construction cost.
현대 산업 사회에서 화석 연료의 사용에 따른 환경오염이 날로 심각해지고 있는 실정인데다가, 이러한 화석 연료마저 매장량의 한계로 인해 가까운 미래에는 고갈을 피할 수 없는 현실에 있다.Environmental pollution due to the use of fossil fuels in the modern industrial society is getting serious and the fossil fuels are inevitably exhausted in the near future due to the limitation of the reserves.
또한, 이러한 화석 연료는 연소되면서 각종 환경 오염물질을 배출함에 따라 최근에는 환경오염을 방지하면서 기존의 화석 연료를 대체할 수 있는 대체 에너지 원의 개발과 보급 확대가 지속적으로 이루어지고 있다.In addition, since these fossil fuels are burned and various environmental pollutants are emitted, recently, alternative energy sources capable of replacing existing fossil fuels are being continuously developed and prevented while preventing environmental pollution.
대체 에너지원으로는 이미 오래전부터 태양에너지나 풍력 및 지열 등의 재생에너지, 그리고 수소연료전지와 같은 신에너지 기술을 들 수 있다. 이 가운데 지열에너지는 지구의 지각/맨틀을 구성하는 물질의 방사성 원소 붕괴 및 지구 내부열의 방출에 의해 발생하는 에너지이다.Renewable energy such as solar energy, wind and geothermal, and new energy technologies such as hydrogen fuel cells have long been an alternative energy source. Geothermal energy is the energy generated by the decay of the radioactive elements of the Earth's crust / mantle and the release of the earth's inner heat.
이러한 지열에너지는 지하 수Km 깊이의 지열원을 이용하는 심부 지열자원과, 지하 300m 이내의 연중 일정한 온도를 이용하는 천부 지열자원으로 분류된다.This geothermal energy is classified into deep geothermal resources using geothermal resources at a depth of Km and underground geothermal resources using a constant temperature within 300m under the year.
상기와 같은 지열에너지를 이용한 최근의 지열 냉난방 시스템은 열매체가 들어있는 파이프를 지중에 매설하여 일년 내내 일정한 온도를 유지하는 지열로 냉난방을 가동하는 시스템이다.The recent geothermal heating and cooling system using the above-mentioned geothermal energy is a system in which a pipe containing a heating medium is embedded in the ground and the cooling and heating operation is performed by the geothermal heat which maintains a constant temperature throughout the year.
우리나라의 경우 지중의 온도는 대략 5~25℃를 유지하는데, 여름철에는 실내의 열기를 지하에 매설된 파이프로 이동시켜 지상보다 차가운 지중의 온도를 이용하여 냉각함으로써 찬 공기를 다시 실내로 공급하여 냉방을 행하고, 겨울철에는 반대로 실내의 냉기를 지하의 파이프로 이동시켜 지상보다 따뜻한 지중의 온도를 이용하여 더운 공기로 변환하고 실내로 공급함으로써 난방을 행하게 된다.In Korea, the temperature of the ground is maintained at about 5 ~ 25 ℃. In summer, the heat of the room is transferred to a pipe buried in the underground, and the cool air is cooled again by using the cooler ground temperature. In winter, the cold air in the room is moved to the underground pipe, and the indoor air is converted into hot air using the temperature of the ground which is warmer than the ground.
도 1은 종래 지중열 교환장치를 개략적으로 도시한 것이다.Figure 1 schematically shows a conventional underground heat exchanger.
도 1을 참조하면, 종래 지중열 교환장치(100)는 천공홀(H) 내에 배치되고, U자 형태로 절곡되어 상호 이격되게 배치되는 양단부에 열매체의 유입/유출을 위한 유입구 및 유출구가 형성된 지열 파이프(101)와, 지열 파이프(101)를 천공홀(H) 내부에 이격된 상태로 고정하는 고정와이어와 같은 고정수단(102)을 포함하여 이루어지며, 이러한 종래의 지중열 교환장치(100)는 천공홀(H) 내에 배치된 상태에서 천공홀(H) 내부의 빈 공간을 콘크리트 또는 벤토나이트와 같은 채움재(103)를 채워 설치를 완료하게 된다.1, a conventional underground
위와 같은 지중열 교환장치(100) 중 지열 파이프(101)는 장치의 수명, 유지비용, 펌프 소비동력, 초기 투자비 및 장치 전체 성능에 큰 영향을 미치므로 이를 고려하여 최근에는 유연한 성질과 열융착 접합이 용이한 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 폴리부틸렌(PB)이 주로 사용된다.Since the
그러나, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 폴리부틸렌(PB)은 금속에 비해 상대적으로 열전도도가 낮아 충분한 열교환을 위해서는 충분한 길이로 형성해야 함에 따라 U자 형상의 지열 파이프(101)의 길이가 크게 증가하게 되고, 이에 따라 지열 파이프(101)이 매설 깊이가 크게 증가함에 따라 시공 비용이 크게 상승하는 문제점이 발생하게 된다.However, since the high-density polyethylene (HDPE) or the polybutylene (PB) has a relatively low thermal conductivity as compared with the metal, the length of the U-shaped
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 지중 열교환 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지중에 매립되는 지열 파이프의 구조 변경을 통해 지열원과의 접촉면적이 증가되도록 함으로써, 지열원으로부터 열매체로의 열전달 효율이 크게 향상되면서도 이에 따른 지열 파이프의 매설 깊이를 줄일 수 있도록 한 지중 열교환 장치를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a geothermal heat exchanger which is capable of increasing the contact area with the geothermal heat source by changing the structure of the geothermal heat pipe embedded in the ground A heat transfer efficiency from a geothermal source to a heat medium is greatly improved, and a buried depth of the geothermal pipe can be reduced, thereby providing an underground heat exchanger.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따르면, 지중에 형성된 천공홀 내부에 배치되고, 내부에 수용된 열매체를 통해 지열원과의 열교환을 수행하는 지중열 교환장치에 있어서, 상단부에 상기 열매체가 유입되는 유입구가 형성되고, 하부 방향을 따라 나선상으로 연장형성되는 유입관 및 상단부에 상기 열매체가 유출되는 유출구가 형성되고, 하부 방향을 따라 나선상으로 연장형성되는 유출관 및 상기 유입관 및 유출관의 하단을 연결하는 연결관을 포함하는 합성수지재의 지열 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중열 교환장치가 제공된다.According to an aspect of the present invention, there is provided an underground heat exchanger disposed in a perforation hole formed in the ground and performing heat exchange with a geothermal heat source through a heat medium contained therein, An outlet pipe formed in a spiral shape extending along the lower direction and formed with an outlet port through which the heating medium flows out at an upper end portion, an outlet pipe extending spirally along the lower direction, and a lower end connected to the inlet pipe and the outlet pipe And a geothermal pipe made of a synthetic resin material including a connecting pipe for connecting the geothermal heat exchanger to the ground.
여기서, 상기 지열 파이프의 일측과 상기 천공홀의 내벽 일측에 결합되고, 상기 천공홀 내부에 배치되는 상기 지열 파이프의 위치를 고정하는 위치 고정수단을 더 포함하되, 상기 위치 고정수단은 상호 대응되는 상기 유입관 및 유출관의 외주면에 결합되는 밴드 브라켓 및 대향하는 밴드 브라켓의 일측 간을 연결하는 제 1 고정와이어 및 각각의 밴드 브라켓의 타측으로부터 외측 방향으로 연장 형성되는 제 2 고정와이어 및 상기 제 2 고정와이어의 단부에 결합되는 고정블럭 및 상기 고정블럭과 대응되는 천공홀 내면 일측에 설치되고, 일측에 상기 고정블럭이 체결되는 체결홈이 형성된 체결블럭을 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.The apparatus may further include position fixing means coupled to one side of the geothermal pipe and one side of the inner wall of the perforation hole and fixing the position of the geothermal pipe disposed in the perforation hole, A band bracket coupled to an outer circumferential surface of the tube and the outlet tube, a first fixing wire connecting one side of the opposite band bracket, a second fixing wire extending outward from the other side of each band bracket, And a fastening block provided on one side of the inner surface of the perforation hole corresponding to the fixed block and having a fastening groove for fastening the fastening block on one side thereof.
그리고, 상기 지열 파이프는 합성수지재의 내부에 열전도성 금속입자가 더 포함되는 것이 더욱 바람직하다.It is further preferable that the geothermal pipe further includes thermally conductive metal particles inside the synthetic resin material.
상기와 같은 본 발명에 의하면, 지중에 매립되는 지열 파이프의 구조 변경을 통해 지열원과의 접촉면적이 증가되도록 함으로써, 지열원으로부터 열매체로의 열전달 효율이 크게 향상되면서도 이에 따른 지열 파이프의 매설 깊이를 줄일 수 있으므로 시공비용을 크게 절감할 수 있게 된다.According to the present invention, since the contact area with the geothermal heat source is increased by changing the structure of the geothermal pipe embedded in the ground, the heat transfer efficiency from the geothermal source to the heating medium is greatly improved, The construction cost can be greatly reduced.
도 1은 종래 지중 열교환 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지중 열교환 장치의 지열 파이프의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지중 열교환 장치의 설치상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 위치 고정수단의 체결블럭의 설치상태를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지열 파이프의 부분 단면을 도시한 것이다.1 schematically shows a conventional underground heat exchanger.
2 is a schematic view of a geothermal pipe of an underground heat exchange apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a schematic view illustrating an installation state of an underground heat exchange apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic view illustrating a mounting state of a fastening block of a position fixing means according to an embodiment of the present invention.
5 is a partial cross-sectional view of a geothermal pipe according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It is to be noted that like elements in the drawings are represented by the same reference numerals as possible. Further, detailed description of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the gist of the invention will be omitted.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지중 열교환 장치의 지열 파이프의 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 지중 열교환 장치의 설치상태를 개략적으로 도시한 것이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 위치 고정수단의 체결블럭의 설치상태를 개략적으로 도시한 것이다.FIG. 2 is a schematic view of a geothermal pipe of an underground heat exchange apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a view schematically showing an installation state of an underground heat exchange apparatus according to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a perspective view of a fastening block of a position fixing device according to an embodiment of the present invention.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 지중 열교환 장치(1)는 지중에 형성된 천공홀(H) 내부에 배치되고, 내부에 수용된 열매체를 통해 지열원과의 열교환을 수행하는 것으로서, 지열 파이프(10) 및 위치 고정수단(20)을 포함한다.2 to 4, an underground heat exchanging apparatus 1 according to an embodiment of the present invention is disposed inside a perforation hole H formed in the ground, and performs heat exchange with a geothermal heat source through a heat medium accommodated therein And includes a
지열 파이프(10)는 합성수지재로서 지중에 형성된 천공홀(H) 내부에 배치되고, 내부에 지열원과의 열교환을 위한 열매체가 수용되는 것으로서, 유입관(11), 유출관(12) 및 연결관(13)을 포함한다.The
유입관(11)은 상단부에 열매체가 유입되는 유입구(11a)가 형성되고, 하부 방향을 따라 나선상으로 연장 형성된다.The
유출관(12)은 상단부에 열매체가 유출되는 유출구(12a)가 형성되고, 하부 방향을 따라 나선상으로 연장 형성된다.The
연결관(13)은 대략 U자 형상으로 형성되고, 유입관(11)의 하단과 유출관(12)의 하단을 연결한다.The
위와 같이, 본 발명의 지열 파이프(10)는 유입관(11) 및 유출관(12)의 하부 방향을 따라 나선상으로 연장 형성되어 지열원과의 접촉면적이 증가됨에 따라 지열원으로부터 내부에 수용된 열매체로의 열전달 효율이 크게 향상된다.As described above, the
이에 따라 본 발명은 지열 파이프(10)의 매설 깊이를 줄일 수 있어 시공비용을 크게 절감할 수 있게 된다.Accordingly, the present invention can reduce the burial depth of the
위치 고정수단(20)은 지열 파이프(10)의 일측과 천공홀(H)의 내벽 일측에 결합되어 지열 파이프(10)의 위치를 고정하기 위한 것으로서, 천공홀(H)의 하부 방향을 따라 일정 간격 이격된 위치에 복수개가 설치될 수 있다.The position fixing means 20 is for fixing the position of the
이러한 위치 고정수단(20)은 도 3의 확대도 A 및 확대도 B에 도시된 바와 같이, 밴드 브라켓(21), 제 1 고정와이어(22), 제 2 고정와이어(23), 고정블럭(24) 및 체결블럭(25)을 포함한다.The position fixing means 20 includes a
여기서, 확대도 A는 해당 부분을 상부에서 바라본 평면도이다.Here, the enlarged view A is a plan view of the corresponding portion viewed from above.
밴드 브라켓(21)은 상호 대응되는 유입관(11) 및 유출관(12)의 외주면에 결합되고, 제 1 고정와이어(22) 및 제 2 고정와이어(23)의 결합영역을 제공한다.The
제 1 고정와이어(22)는 상호 대향하는 밴드 브라켓(21)의 일측 간에 연결되어 유입관(11) 및 유출관(12)의 상호 이격 거리가 유지되도록 하는 역할을 한다.The
제 2 고정와이어(23)는 각각의 밴드 브라켓(21)의 타측으로부터 외측 방향으로 연장 형성된다.The
고정블럭(24)은 대략 사각형의 블럭 형상으로서, 제 2 고정와이어(23)의 연장 형성된 단부에 결합되고, 체결블럭(25)의 일측에 형성된 체결홈(25a)에 끼움 결합된다.The
체결블럭(25)은 고정블럭과 대응되는 천공홀 내벽 일측에 설치되고, 일측에 고정블럭이 체결되는 체결홈이 형성된다.The
이러한 체결블럭(25)은 나선상으로 배치되는 유입관(11) 및 유출관(12)의 위치에 대응하여 이들을 천공홀(H) 내벽에 고정할 수 있도록 도 4에 도시된 바와 같이, 천공홀(H) 내벽의 원주 방향을 따라 일정 간격 이격된 위치에 복수개가 형성된다.4, the
그리고, 체결블럭(25)은 천공홀 내부에 설치되는 지열 파이프의 매설 깊이를 가변시킬 수 있도록 천공홀(H)의 하부 방향을 따라 연속적으로 형성되는 것이 바람직하다.It is preferable that the
위와 같이 본 발명은 위치 고정수단(20)의 고정블럭(24)이 체결블럭(25)의 체결홈(25a)에 간단하게 끼움 결합되는 방식으로 인해 지열 파이프(10)를 천공홀(H) 내벽에 간단하게 고정시킬 수 있으므로 설치작업이 보다 용이하고, 체결블럭(25)이 천공홀(H)의 하부 방향을 따라 연속적으로 형성되는 구조로 인해 지열 파이프(10)의 설치위치를 보다 용이하게 가변시킬 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, since the
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 지열 파이프의 부분 단면을 도시한 것이다.5 is a partial cross-sectional view of a geothermal pipe according to another embodiment of the present invention.
본 발명의 다른 실시예에 따른 지열 파이프는 도 5에 도시된 바와 같이, 합성수지재 내부에 열전도성 금속입자(P)를 더 포함하여 이루어진다.As shown in FIG. 5, the geothermal pipe according to another embodiment of the present invention further includes thermally conductive metal particles P in a synthetic resin material.
위와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지열 파이프(10)는 합성수지재 내부에 열전도성 금속입자(P)가 더 포함됨에 따라 지열원으로부터 열매체로의 열전달 효율이 보다 향상될 뿐 아니라 합성수지재 내부에 포함된 열전도성 금속입자(P)에 의해 지열 파이프(10)의 강도가 증가함에 따라 내구성이 크게 향상된다.As described above, in the
비록 본 발명이 상기 바람직한 실시 예들과 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 따라서, 첨부된 특허 청구범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함할 것이다.Although the present invention has been described in connection with the preferred embodiments, it is possible to make various modifications and variations without departing from the spirit and scope of the invention. It is, therefore, to be understood that the appended claims will include all such modifications and changes as fall within the true spirit of the invention.
1 : 지중 열교환 장치 10 : 지열 파이프
11 : 유입관 11a : 유입구
12 : 유출관 12a : 유출구
13 : 연결관 20 : 위치 고정수단
21 : 밴드 브라켓 22 : 제 1 고정와이어
23 : 제 2 고정와이어 24 : 고정블럭
25 : 체결블럭 25a : 체결홈
H : 천공홀 P : 열전도성 금속입자1: Underground heat exchanger 10: Geothermal pipe
11:
12:
13: connector 20: position fixing means
21: band bracket 22: first fixing wire
23: second fixing wire 24: fixing block
25:
H: Perforation hole P: Thermally conductive metal particle
Claims (3)
상단부에 상기 열매체가 유입되는 유입구가 형성되고, 하부 방향을 따라 나선상으로 연장형성되는 유입관과;
상단부에 상기 열매체가 유출되는 유출구가 형성되고, 하부 방향을 따라 나선상으로 연장형성되는 유출관과;
상기 유입관 및 유출관의 하단을 연결하는 연결관을 포함하는 합성수지재의 지열 파이프를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중열 교환장치.1. An underground heat exchanger arranged in a perforation hole formed in the ground and performing heat exchange with a geothermal source through a heat medium contained in the ground,
An inflow pipe formed at an upper end thereof with an inflow port through which the heating medium flows, and extending spirally along a lower direction;
An outflow pipe formed at an upper end thereof with an outflow port through which the heating medium flows out, and extending spirally along a lower direction;
And a joint pipe connecting the lower end of the inflow pipe and the lower end of the outflow pipe.
상기 지열 파이프의 일측과 상기 천공홀의 내벽 일측에 결합되고, 상기 천공홀 내부에 배치되는 상기 지열 파이프의 위치를 고정하는 위치 고정수단을 더 포함하되,
상기 위치 고정수단은
상호 대응되는 상기 유입관 및 유출관의 외주면에 결합되는 밴드 브라켓과;
대향하는 밴드 브라켓의 일측 간을 연결하는 제 1 고정와이어와;
각각의 밴드 브라켓의 타측으로부터 외측 방향으로 연장 형성되는 제 2 고정와이어와;
상기 제 2 고정와이어의 단부에 결합되는 고정블럭과;
상기 고정블럭과 대응되는 천공홀 내면 일측에 설치되고, 일측에 상기 고정블럭이 체결되는 체결홈이 형성된 체결블럭을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지중열 교환장치.The method according to claim 1,
Further comprising a position fixing means coupled to one side of the geothermal pipe and one side of the inner wall of the perforation hole and fixing the position of the geothermal pipe disposed in the perforation hole,
The position fixing means
A band bracket coupled to an outer circumferential surface of the inflow pipe and the outflow pipe corresponding to each other;
A first fixing wire connecting one side of the opposing band brackets;
A second fixing wire extending from the other side of each band bracket in an outward direction;
A fixing block coupled to an end of the second fixing wire;
And a fastening block provided at one side of the inner surface of the perforation hole corresponding to the fixed block and having a fastening groove for fastening the fastening block to one side thereof.
상기 지열 파이프는 합성수지재의 내부에 열전도성 금속입자가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 지중열 교환장치.
The method according to claim 1,
Wherein the geothermal pipe further comprises thermally conductive metal particles inside the synthetic resin material.
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Legal Events
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