KR20210094796A - Coaxial type geothermal heat exchanging system - Google Patents

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KR20210094796A
KR20210094796A KR1020200008460A KR20200008460A KR20210094796A KR 20210094796 A KR20210094796 A KR 20210094796A KR 1020200008460 A KR1020200008460 A KR 1020200008460A KR 20200008460 A KR20200008460 A KR 20200008460A KR 20210094796 A KR20210094796 A KR 20210094796A
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Abstract

The present invention relates to a coaxial type underground heat exchange system. According to the present invention, the coaxial type underground heat exchange system performs heat exchange with a first heat exchanger on the ground by circulating the heat exchange water in a double pipe including an outer pipe is spaced apart and inserted into an inner surface of an underground hole formed in the ground, and an inner pipe which is spaced apart into the outer pipe. The underground heat is transferred to the outer pipe by the groundwater filled in a filling space between the underground hole and the outer pipe.

Description

이중관형 지중 열교환 시스템{COAXIAL TYPE GEOTHERMAL HEAT EXCHANGING SYSTEM}Double tube type underground heat exchange system {COAXIAL TYPE GEOTHERMAL HEAT EXCHANGING SYSTEM}

본 발명은 이중관형 지중 열교환 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외부관 및 내부관으로 구성되는 이중관을 통해 열교환수를 순환시켜 지중의 열을 전달하는 이중관형 지중 열교환 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a double tube type underground heat exchange system, and more particularly, to a double tube type underground heat exchange system for transferring heat in the ground by circulating heat exchange water through a double tube composed of an outer tube and an inner tube.

일반적으로 냉난방 등을 위한 에너지로 석유, 석탄, 천연가스 등과 같은 화석 연료를 직접 이용하거나, 화력 발전소 또는 원자력 발전소에서 대규모로 생산된 전기 에너지를 이용한다. 이와 같이 화석 연료 또는 핵 연료를 사용하는 방식은 환경 오염 문제를 일으키고, 연료 물질이 점차로 고갈된다는 문제점이 있다. In general, fossil fuels such as petroleum, coal, natural gas, etc. are directly used as energy for heating and cooling, or electric energy produced on a large scale in a thermal power plant or a nuclear power plant is used. As such, the method of using fossil fuels or nuclear fuels causes environmental pollution problems and has problems in that fuel materials are gradually depleted.

이에, 최근에는 이를 대체할 수 있도록 풍력, 태양열, 지열 등과 같은 자연 에너지를 이용하는 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 자연 에너지는 환경 오염을 발생하지 않고 무한한 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있으나, 에너지 밀도가 낮아서 이를 최대한 높여서 이용 가능한 형태로 변환하는 것이 중요한 문제이다. Accordingly, in recent years, development of alternative energy using natural energy such as wind power, solar heat, geothermal heat, etc. is actively progressing to replace it. Such natural energy has the advantage of obtaining infinite energy without causing environmental pollution, but it is an important problem to convert it into a usable form by maximizing it as the energy density is low.

자연 에너지를 이용한 기술 중 온도가 10~20℃인 지중의 열에너지를 이용한 지중 열교환 시스템이 알려져 있다. 지중 열교환 시스템은 지하 500m 정도에 위치하는 지하수를 끌어올려 지상의 열교환기에서 직접 열교환하는 개방형 방식(준개방형 SCW(Standard Column Well) 방식 포함)과 지하 100m~200m의 지중의 열에너지를 전달 받은 상수(water) 또는 부동액을 순환시켜 지상의 열교환기에서 간접적으로 열교환하는 밀폐형 방식으로 크게 나뉜다. 현재 실용화되어 사용되고 있는 지중 열교환 시스템 중 수직 밀폐형 방식이 약 65%를 차지하고 있는 것으로 알려져 있다.Among the technologies using natural energy, an underground heat exchange system using thermal energy in the ground with a temperature of 10 to 20 °C is known. The underground heat exchange system is an open type (including semi-open SCW (Standard Column Well) method) that raises groundwater located about 500 m underground and directly exchanges heat with an above-ground heat exchanger (including a semi-open SCW (Standard Column Well) method), and a constant ( Water) or antifreeze is circulated to indirectly heat exchange in a heat exchanger on the ground. It is known that the vertical sealed type accounts for about 65% of the underground heat exchange systems that are currently in practical use.

수직 밀폐형 방식 중 종래 이중관형 지중 열교환 시스템은 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 소정 깊이로 시추된 지중공(10)에 외부관(22) 및 내부관(24)으로 구성되는 이중관(20)을 형성하고 이중관(20)으로부터 연장되는 지상의 순환 배관(50) 상에 열교환기(30) 및 펌프(40)를 설치하여 이중관(20) 내부의 열교환수를 순환시키며 열교환수의 열에너지를 열교환기(30)를 통해 지상으로 전달한다. 이때, 지중공(10)과 이중관(20)(보다 정확하게는 외부관(22)) 사이의 공간은 벤토나이트 또는 시멘트를 사용하여 그라우팅을 하여 지중의 열에너지를 이중관(20)에 전달하게 된다. The conventional double tube type underground heat exchange system among the vertical sealed type forms a double tube 20 composed of an outer tube 22 and an inner tube 24 in the underground hole 10 drilled to a predetermined depth as shown in FIG. 1 . and install the heat exchanger 30 and the pump 40 on the circulation pipe 50 on the ground extending from the double pipe 20 to circulate the heat exchange water inside the double pipe 20 and transfer the heat energy of the heat exchange water to the heat exchanger 30 ) to the ground through At this time, the space between the underground hole 10 and the double pipe 20 (more precisely, the outer pipe 22) is grouted using bentonite or cement to transfer the thermal energy of the underground to the double pipe 20.

하지만, 종래 시멘트 등으로 시공되는 그라우트(60)는 열전도도가 낮아서, 에너지 밀도를 높이기 위해 지중공(10)의 깊이가 길어지거나 지중공(10)의 개수가 많아져야 한다는 문제점이 있다. However, the conventional grout 60 constructed of cement or the like has a low thermal conductivity, so there is a problem that the depth of the underground hole 10 or the number of the underground hole 10 must be increased in order to increase the energy density.

대한민국 등록특허 제10-1061494호Republic of Korea Patent Registration No. 10-1061494

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 지중공과 이중관 사이의 충진 공간에 지하수를 채워서 지중의 열에너지를 전달하도록 함으로써 열전달 효율이 높은 이중관형 지중 열교환 시스템을 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to solve such a conventional problem, and to provide a double tube type underground heat exchange system with high heat transfer efficiency by filling the filling space between the underground hole and the double tube with groundwater to transfer the underground thermal energy.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The problems to be solved by the present invention are not limited to the problems mentioned above, and other problems not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 지중에 형성되는 지중공의 내측면에 이격 삽입되는 외부관 및 상기 외부관 내에 이격 삽입되는 내부관을 포함하는 이중관 내의 열교환수를 순환시켜 지상의 제 1 열교환기와 열교환을 수행하는 이중관형(coaxial type) 지중 열교환 시스템에 있어서, 상기 지중공과 상기 외부관 사이의 충진 공간에 채워진 지하수에 의해 지중의 열을 상기 외부관으로 전달하는 이중관형 지중 열교환 시스템에 의해 달성될 수 있다. The above object is, according to the present invention, by circulating heat exchange water in a double pipe including an outer pipe spaced apart inserted into the inner surface of the underground hole formed in the ground and an inner pipe spaced apart into the outer pipe to be inserted into the first heat exchanger on the ground and In the coaxial type underground heat exchange system for performing heat exchange, the double tube type underground heat exchange system that transfers heat from the underground to the outer tube by the groundwater filled in the filling space between the underground hole and the outer tube To be achieved by can

여기서, 상기 충진 공간에 채워진 지하수를 순환시키는 순환부를 더 포함할 수 있다. Here, it may further include a circulation unit for circulating the groundwater filled in the filling space.

여기서, 상기 순환부는 상기 충진 공간에 삽입되어 상기 지하수를 흡입하는 순환 인입 배관(inlet pipe); 상기 충진 공간에 삽입되어 상기 순환 인입 배관에 의해 흡입된 지하수를 상기 충진 공간으로 재공급하는 순환 인출 배관(outlet pipe); 및 상기 순환 인입 배관과 상기 순환 인출 배관 사이에 배치되는 제 1 펌프를 포함할 수 있다. Here, the circulation unit is inserted into the filling space, the circulation inlet pipe (inlet pipe) for sucking the groundwater; a circulation outlet pipe inserted into the filling space and re-supplying groundwater sucked by the circulation inlet pipe to the filling space; and a first pump disposed between the circulation inlet pipe and the circulation outlet pipe.

여기서, 상기 순환 인출 배관은 상기 충진 공간의 하단부로 연장 형성될 수 있다. Here, the circulation withdrawal pipe may be formed to extend to the lower end of the filling space.

여기서, 상기 충진 공간에 채워진 지하수에 고압의 기체를 공급하는 기체 공급부를 더 포함할 수 있다. Here, it may further include a gas supply unit for supplying a high-pressure gas to the groundwater filled in the filling space.

여기서, 상기 기체 공급부는 상기 충진 공간에 삽입되어 기체를 공급하는 기체공급 배관; 및 상기 기체공급 배관으로 고압의 기체를 배출하는 제 2 펌프를 포함할 수 있다. Here, the gas supply part is inserted into the filling space, a gas supply pipe for supplying gas; and a second pump for discharging high-pressure gas to the gas supply pipe.

여기서, 상기 기체공급 배관은 상기 충진 공간의 하단부로 연장 형성될 수 있다. Here, the gas supply pipe may be formed to extend to the lower end of the filling space.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 전술한 이중관형 지중 열교환 시스템 중 어느 하나의 제 1 지중 열교환 시스템; 전술한 이중관형 지중 열교환 시스템 중 어느 하나의 제 2 지중 열교환 시스템; 및 상기 제 1 지중 열교환 시스템의 충진 공간에 채워진 지하수를 상기 제 2 지중 열교환 시스템의 충진 공간으로 공급하여 두 충진 공간 사이에 수압차를 형성하는 지하수 이송부를 포함하는 이중관형 지중 열교환 시스템에 의해 달성될 수 있다. The above object, according to the present invention, the first underground heat exchange system of any one of the above-mentioned double tube type underground heat exchange system; The second underground heat exchange system of any one of the above-mentioned double tube type underground heat exchange system; and an underground water transfer unit configured to supply groundwater filled in the filling space of the first underground heat exchange system to the filling space of the second underground heat exchange system to form a hydraulic pressure difference between the two filling spaces. can

여기서, 상기 지하수 이송부는 상기 제 1 지중 열교환 시스템의 충진 공간에 삽입되어 지하수를 흡입하는 이송 인입 배관; 상기 제 2 지중 열교환 시스템의 충진 공간에 삽입되어 상기 이송 인입 배관에 의해 흡입된 지하수를 공급하는 이송 인출 배관; 및 상기 이송 인입 배관과 상기 이송 인출 배관 사이에 배치되는 제 4 펌프를 포함할 수 있다. Here, the groundwater transfer unit is a transfer inlet pipe inserted into the filling space of the first underground heat exchange system to suck the groundwater; a transfer outlet pipe inserted into the filling space of the second underground heat exchange system to supply groundwater sucked in by the transfer inlet pipe; and a fourth pump disposed between the transfer inlet pipe and the transfer outlet pipe.

여기서, 상기 이송 인출 배관은 상기 제 2 지중 열교환 시스템의 충진 공간 하단부로 연장 형성될 수 있다. Here, the transfer withdrawal pipe may be formed to extend to the lower end of the filling space of the second underground heat exchange system.

여기서, 상기 지하수 이송부에 의해 이송되는 지하수로부터 열교환을 수행하는 제 2 열교환기를 더 포함할 수 있다. Here, it may further include a second heat exchanger for performing heat exchange from the groundwater transferred by the groundwater transfer unit.

상기한 바와 같은 본 발명의 이중관형 지중 열교환 시스템에 따르면 지중공과 이중관 사이의 충진 공간에 열전도율이 높은 지하수를 채워서 지중 열에너지의 열전달 효율을 높일 수 있다는 장점이 있다.According to the double tube type underground heat exchange system of the present invention as described above, there is an advantage that the heat transfer efficiency of underground thermal energy can be increased by filling the filling space between the underground hole and the double tube with groundwater having high thermal conductivity.

또한, 상기 충진 공간에 채워진 지하수를 인위적으로 순환시켜 advection effect에 의해 열전달 효율을 극대화할 수 있다는 장점도 있다. In addition, there is an advantage in that the heat transfer efficiency can be maximized by the advection effect by artificially circulating the groundwater filled in the filling space.

또한, 상기 충진 공간의 하단부에 고압의 기체를 공급하여 bubble convection 효과에 의하여 열전달 효율을 극대화할 수 있다는 장점도 있다. In addition, there is an advantage that heat transfer efficiency can be maximized by the bubble convection effect by supplying high-pressure gas to the lower end of the filling space.

또한, 복수의 지중 열교환 장치를 설치하고 어느 하나의 지중 열교환 장치의 충진 공간에 채워진 지하수를 다른 지중 열교환 장치의 충진 공간에 이송하여 충진 공간 사이의 압력차를 발생하여 대수층의 지하수의 흐름을 유도함으로써, 지중 열교환 장치를 장시간 사용할 수 있다는 장점도 있다. In addition, by installing a plurality of underground heat exchange devices and transferring the groundwater filled in the filling space of one underground heat exchanger to the filling space of the other underground heat exchange device, a pressure difference between the filling spaces is generated to induce the flow of groundwater in the aquifer. , there is also an advantage that the underground heat exchanger can be used for a long time.

도 1은 종래의 이중관형 지중 열교환 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이중관형 지중 열교환 시스템을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 A-A에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이중관형 지중 열교환 시스템을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 이중관형 지중 열교환 시스템을 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 이중관형 지중 열교환 시스템을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 이중관형 지중 열교환 시스템을 도시하는 도면이다.
1 is a view showing a conventional double tube type underground heat exchange system.
2 is a view showing a double tube type underground heat exchange system according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2 .
4 is a view showing a double tube type underground heat exchange system according to a second embodiment of the present invention.
5 is a view showing a double tube type underground heat exchange system according to a third embodiment of the present invention.
6 is a view showing a double tube type underground heat exchange system according to a fourth embodiment of the present invention.
7 is a view showing a double tube type underground heat exchange system according to a fifth embodiment of the present invention.

실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.The specific details of the embodiments are included in the detailed description and drawings.

본 발명의 이점 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 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 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 구성 요소를 지칭한다 Advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail in conjunction with the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments disclosed below, but may be implemented in various different forms, and only these embodiments allow the disclosure of the present invention to be complete, and common knowledge in the art to which the present invention pertains It is provided to fully inform those who have the scope of the invention, and the present invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 이중관형 지중 열교환 시스템을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings for explaining a double tube type underground heat exchange system according to embodiments of the present invention.

도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이중관형 지중 열교환 시스템을 도시하는 도면이고, 도 3은 도 2의 A-A에 따른 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이중관형 지중 열교환 시스템을 도시하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 이중관형 지중 열교환 시스템을 도시하는 도면이고, 도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 이중관형 지중 열교환 시스템을 도시하는 도면이고, 도 7은 본 발명의 제 5 실시예에 따른 이중관형 지중 열교환 시스템을 도시하는 도면이다. 2 is a view showing a double tube type underground heat exchange system according to a first embodiment of the present invention, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2 , and FIG. 4 is a double tube type underground heat exchange system according to a second embodiment of the present invention. It is a view showing a heat exchange system, FIG. 5 is a view showing a double tube type underground heat exchange system according to a third embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a view showing a double tube type underground heat exchange system according to a fourth embodiment of the present invention 7 is a view showing a double tube type underground heat exchange system according to a fifth embodiment of the present invention.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 지중 열교환 시스템은 100m~200m의 깊이로 시추된 지중공(110)에 외부관(122) 및 내부관(124)으로 형성되는 이중관(120)을 삽입한 이중관형(Coaxial type) 열교환 시스템에 관한 것이다. The underground heat exchange system according to the first embodiment of the present invention is a double tube type in which a double tube 120 formed of an outer tube 122 and an inner tube 124 is inserted into the underground hole 110 drilled to a depth of 100m to 200m. (Coaxial type) It relates to a heat exchange system.

이중관(120) 내에는 물 또는 부동액으로 형성되는 열교환수가 채워져 지상으로 순환하며, 지상에 위치하는 열교환기를 통해 냉난방 등을 위해 열교환을 수행한다. Heat exchange water formed of water or antifreeze is filled in the double pipe 120 and circulated to the ground, and heat exchange is performed for heating and cooling through a heat exchanger located on the ground.

외부관(122)의 하단은 밀폐된 형태로 형성되고, 내부관(124)의 하단은 외부관(122)의 하단면과 소정 거리 이격되게 설치되어서, 펌프(140)의 동작으로 내부관(124)을 통해 이중관(120) 하단부의 열교환수를 지상으로 상승시킬 수가 있다. 내부관(124)으로부터 연장 형성되는 지상의 순환 배관(150) 상에는 열교환기(130)가 형성되어 열교환기(130)를 통해 열교환을 수행한 열교환수는 내부관(124)과 외부관(122) 사이의 이격 공간으로 재공급되어 순환하게 된다. The lower end of the outer tube 122 is formed in a closed shape, and the lower end of the inner tube 124 is installed to be spaced apart from the lower end surface of the outer tube 122 by a predetermined distance, so that the inner tube 124 is operated by the pump 140 . ) through the double pipe 120, it is possible to raise the heat exchange water at the lower end to the ground. A heat exchanger 130 is formed on the ground circulation pipe 150 extending from the inner tube 124 , and the heat exchange water that has undergone heat exchange through the heat exchanger 130 is the inner tube 124 and the outer tube 122 . It is re-supplied to the space between them and circulated.

이중관(120)은 PVC와 같은 재질로 형성되는데, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 내부관(124)과 외부관(122)은 열전도도가 각각 다른 재질로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 외부관(122)은 열전도도가 높은 재질로 형성되고, 내부관(124)은 열전도도가 상대적으로 낮은 재질로 형성될 수 있다. The double pipe 120 is formed of a material such as PVC, but is not necessarily limited thereto. Also, the inner tube 124 and the outer tube 122 may be formed of materials having different thermal conductivity. For example, the outer tube 122 may be formed of a material having high thermal conductivity, and the inner tube 124 may be formed of a material having a relatively low thermal conductivity.

이때, 외부관(122)은 지중공(110)의 내측면에 이격 배치되어 지중공(110)과 외부관(122) 사이에 충진 공간(160)을 형성하게 되는데, 본 발명에서는 상기 충진 공간(160)에 지하수(물)를 채운다. 종래 그라우트 대신에 지하수를 활용하여 지중의 열을 이중관(120) 내부로 전달하는 열전달 효과를 높일 수가 있다. 따라서, 지중 열교환 시스템의 에너지 밀도를 높일 수가 있다. At this time, the outer tube 122 is spaced apart from the inner surface of the underground hole 110 to form a filling space 160 between the underground hole 110 and the outer tube 122. In the present invention, the filling space ( 160) is filled with groundwater (water). By using groundwater instead of the conventional grout, it is possible to increase the heat transfer effect of transferring the underground heat to the inside of the double pipe 120 . Accordingly, it is possible to increase the energy density of the underground heat exchange system.

지하수 자체가 열전도율이 높은 성질을 가지고 있고, 나아가 물은 상하부 온도차가 발생하는 경우 자연 대류 현상이 발생하여 유동에 의한 열전달 효과를 높일 수 있다는 장점이 있다. Groundwater itself has a high thermal conductivity, and furthermore, when water has a temperature difference between the upper and lower parts, natural convection occurs and the heat transfer effect by flow can be increased.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 이중관형 지중 열교환 시스템은 도 4에 도시되어 있는 것과 같이 도 2 및 도 3을 참고로 설명한 제 1 실시예에 충진 공간(160)에 채워진 지하수를 순환시키는 순환부(170)를 더 포함한다. The double tube type underground heat exchange system according to the second embodiment of the present invention is a circulation unit that circulates the groundwater filled in the filling space 160 in the first embodiment described with reference to FIGS. 2 and 3 as shown in FIG. 4 . (170).

상기 순환부(170)는 순환 인입 배관(inlet pipe)(172), 순환 인출 배관(outlet pipe)(174) 및 펌프(176)로 구성될 수 있다. 순환 인입 배관(172)은 충진 공간(160)의 상단부에 삽입되어 충진 공간(160)에 채워진 지하수를 흡입하고, 순환 인출 배관(174)은 충진 공간(160)의 하단부까지 연장 형성되어 순환 인입 배관(172)을 통해 흡입된 지하수를 다시 충진 공간(160)을 향하여 재공급한다. 이때, 순환 인입 배관(172)과 순환 인출 배관(174) 사이에는 펌프(176)가 형성되어 충진 공간(160)에 채워진 지하수를 순환시킨다. The circulation unit 170 may include a circulation inlet pipe 172 , an outlet pipe 174 , and a pump 176 . The circulation inlet pipe 172 is inserted into the upper end of the filling space 160 to suck the groundwater filled in the filling space 160 , and the circulation withdrawal pipe 174 is formed to extend to the lower end of the filling space 160 , and the circulation inlet pipe The groundwater sucked through 172 is re-supplied toward the filling space 160 again. At this time, a pump 176 is formed between the circulation inlet pipe 172 and the circulation outlet pipe 174 to circulate the groundwater filled in the filling space 160 .

따라서, 본 발명에서는 순환부(170)에 의해 충진 공간(160)의 지하수를 강제로 순환시켜 advection effect에 의해 열전달 효과를 극대화할 수가 있다. 특히, 본 발명에서는 충진 공간(160)의 하단부로 연장되는 순환 인출 배관(174)을 통해 충진 공간(160)의 하단부에서 지하수를 재공급하여 하단부에 공급된 지하수가 상단으로 유동을 형성하며 열전달 효과를 더욱 높이도록 한다. Therefore, in the present invention, by forcibly circulating the groundwater in the filling space 160 by the circulation unit 170, the heat transfer effect can be maximized by the advection effect. In particular, in the present invention, groundwater is re-supplied from the lower end of the filling space 160 through the circulation withdrawal pipe 174 extending to the lower end of the filling space 160 to form a flow to the upper end of the groundwater supplied to the lower end, and heat transfer effect to make it higher.

본 발명의 제 3 실시예에 따른 이중관형 지중 열교환 시스템은 도 5에 도시되어 있는 것과 같이 도 2 및 도 3을 참고로 설명한 제 1 실시예에 충진 공간(160)에 채워진 지하수에 고압의 기체를 공급하는 기체 공급부(180)를 더 포함한다. As shown in FIG. 5, the double tube type underground heat exchange system according to the third embodiment of the present invention provides high-pressure gas to the groundwater filled in the filling space 160 in the first embodiment described with reference to FIGS. 2 and 3 . It further includes a gas supply unit 180 for supplying.

상기 기체 공급부(180)는 기체공급 배관(182) 및 펌프(184)로 구성될 수 있다. 기체공급 배관(182)은 지상에서 충진 공간(160)의 하단부까지 연장 형성되고, 지상에 위치하는 (기체 공급) 펌프(184)에 의해 공급되는 고압의 기체를 기체공급 배관(182)을 통해 충진 공간(160)의 하단부에 공급하게 된다. 이때, 상기 기체는 일반 공기, 이산화탄소, 질소 등으로 구성될 수 있는데, 이에 한정되는 것은 아니다. The gas supply unit 180 may include a gas supply pipe 182 and a pump 184 . The gas supply pipe 182 is formed to extend from the ground to the lower end of the filling space 160 and fills the high-pressure gas supplied by the (gas supply) pump 184 located on the ground through the gas supply pipe 182 . It is supplied to the lower end of the space 160 . At this time, the gas may be composed of general air, carbon dioxide, nitrogen, etc., but is not limited thereto.

따라서, 본 발명에서는 기체 공급부(180)에 의해 충진 공간(160)의 하단부에 고압의 기체를 공급함으로써 지하수 내에 기포가 발생하여 기포가 상승 이동하며 붕괴되는 과정에서 발생하는 bubble convection 효과에 의해 열전달 효과를 더욱 높일 수가 있다. Therefore, in the present invention, by supplying high-pressure gas to the lower end of the filling space 160 by the gas supply unit 180, bubbles are generated in the groundwater, and bubble convection is generated in the process of moving upward and collapsing. By this effect, the heat transfer effect can be further enhanced.

본 발명의 제 4 실시예에 따른 이중관형 지중 열교환 시스템은 도 6에 도시되어 있는 것과 같이 도 2 및 도 3을 참고로 설명한 제 1 실시예에 도 4의 순환부(170)와 도 5의 기체 공급부(180)를 동시에 형성하여, 지하수의 강제 유동을 극대화하여 열전달 효과는 더욱 높일 수 있도록 한다. The double tube type underground heat exchange system according to the fourth embodiment of the present invention is the circulation unit 170 of FIG. 4 and the gas of FIG. 5 in the first embodiment described with reference to FIGS. 2 and 3 as shown in FIG. By forming the supply unit 180 at the same time, the forced flow of groundwater is maximized to further enhance the heat transfer effect.

본 발명의 제 5 실시예에 따른 이중관형 지중 열교환 시스템은 도 7에 도시되어 있는 것과 같이 도 2 내지 도 6을 참조로 전술한 이중관형 지중 열교환 시스템(200a, 200b)을 두 기 배치하고, 제 1 지중 열교환 시스템(200a)의 충진 공간(160)에 채워진 지하수를 이웃하는 제 2 지중 열교환 시스템(200b)의 충진 공간(160)으로 공급하는 지하수 이송부(190)를 포함하는 것을 특징으로 한다. The double-tube type underground heat exchange system according to the fifth embodiment of the present invention includes the double-tube type underground heat exchange system 200a and 200b described above with reference to FIGS. 2 to 6 as shown in FIG. 7, and the second and a groundwater transfer unit 190 for supplying the groundwater filled in the filling space 160 of the first underground heat exchange system 200a to the filling space 160 of the neighboring second underground heat exchange system 200b.

상기 지하수 이송부(190)는 제 1 지중 열교환 시스템(200a)의 충진 공간(160)의 상단부에 삽입되어 지하수를 흡입하는 이송 인입 배관(192), 제 2 지중 열교환 시스템(200b)의 충진 공간(160)에 삽입되어 이송 인입 배관(192)을 통해 제 1 지중 열교환 시스템(200a)의 충진 공간(160)으로부터 흡입된 지하수를 제 2 지중 열교환 시스템(200b)의 충진 공간(160)으로 공급하는 이송 인출 배관(194) 및 이송 인입 배관(192)과 이송 인출 배관(194) 사이에 배치되어 지하수를 이동시키는 펌프(196)를 포함하여 구성될 수 있다. The groundwater transfer unit 190 is inserted into the upper end of the filling space 160 of the first underground heat exchange system 200a to suck in the groundwater, the transfer inlet pipe 192, and the filling space 160 of the second underground heat exchange system 200b. ) is inserted into the transfer inlet pipe 192 to supply groundwater sucked from the filling space 160 of the first underground heat exchange system 200a to the filling space 160 of the second underground heat exchange system 200b through the transfer inlet pipe 192. It may be configured to include a pump 196 disposed between the pipe 194 and the transfer inlet pipe 192 and the transfer outlet pipe 194 to move the groundwater.

이때, 이송 인출 배관(194)은 제 2 지중 열교환 시스템(200a)의 충진 공간(160) 하단부까지 연장 형성되어 도 4를 참조로 설명한 것과 같이 열전달 효과를 높일 수 있다. At this time, the transfer take-off pipe 194 is formed to extend to the lower end of the filling space 160 of the second underground heat exchange system 200a, so that the heat transfer effect can be enhanced as described with reference to FIG. 4 .

지하수 이송부(190)에 의해 제 1 지중 열교환 시스템(200a)의 충진 공간(160)에 채워진 지하수의 일부를 제 2 지중 열교환 시스템(200b)의 충진 공간(160)으로 이송시킴에 따라서 두 개의 충진 공간(160) 사이에서의 수압차가 발생하게 된다. 이는 두 열교환 시스템(200a, 200b) 사이 지중에 형성되는 대수층을 통한 지하수의 유동을 더욱 활발하게 한다. As a part of the groundwater filled in the filling space 160 of the first underground heat exchange system 200a is transferred to the filling space 160 of the second underground heat exchange system 200b by the groundwater transfer unit 190, two filling spaces A water pressure difference between 160 is generated. This makes the flow of groundwater more active through the aquifer formed underground between the two heat exchange systems 200a and 200b.

지중 열교환 시스템을 장기간 사용하게 되면 지중과 지상 사이의 온도차가 점진적으로 작아져서 효율이 떨어질 수가 있다. 하지만, 본 발명에서와 같이 대수층을 통해 이동된 지하수에 의해 지중과 지상 사이의 온도차를 유지할 수가 있어서 장시간 높은 효율로 지중의 열에너지를 사용할 수가 있다. If the underground heat exchange system is used for a long period of time, the temperature difference between the underground and the ground gradually becomes smaller, and the efficiency may decrease. However, as in the present invention, the temperature difference between the ground and the ground can be maintained by the groundwater moved through the aquifer, so that the underground thermal energy can be used with high efficiency for a long time.

도시되어 있지 않지만, 지하수 이송부(190)를 통해 지하수가 이동하는 경로 상에 열교환기(미도시)를 추가로 설치하여 지하수를 이용하여 직접 열교환을 하도록 할 수도 있다. Although not shown, a heat exchanger (not shown) may be additionally installed on the path through which the groundwater moves through the groundwater transfer unit 190 to directly exchange heat with the groundwater.

또한, 도시되어 있지 않지만 제 2 지중 열교환 시스템(200b)에서 제 1 지중 열교환 시스템(200a)으로 지하수를 이동시키는 지하수 이송부(190)가 추가 형성될 수도 있다. In addition, although not shown, a groundwater transfer unit 190 for moving groundwater from the second underground heat exchange system 200b to the first underground heat exchange system 200a may be additionally formed.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.The scope of the present invention is not limited to the above-described embodiments, but may be implemented in various forms of embodiments within the scope of the appended claims. Without departing from the gist of the present invention claimed in the claims, it is considered within the scope of the description of the claims of the present invention to various extents that can be modified by any person skilled in the art to which the invention pertains.

110: 지중공
120: 이중관
122: 외부관
124: 내부관
140: 펌프
150: 순환 배관
160: 충진 공간
170: 순환부
172: 순환 인입 배관
174: 순환 인출 배관
176: 펌프
180: 기체 공급부
182: 기체공급 배관
184: 펌프
190: 지하수 이송부
192: 이송 인입 배관
194: 이송 인출 배관
196: 펌프
200a: 제 1 지중 열교환 시스템
200b: 제 2 지중 열교환 시스템
110: underground
120: double pipe
122: exterior
124: inner tube
140: pump
150: circulation pipe
160: filling space
170: circulation unit
172: circulation inlet piping
174: circulation withdrawal pipe
176: pump
180: gas supply unit
182: gas supply pipe
184: pump
190: groundwater transfer unit
192: transfer inlet pipe
194: transfer take-off pipe
196: pump
200a: first underground heat exchange system
200b: second underground heat exchange system

Claims (11)

지중에 형성되는 지중공의 내측면에 이격 삽입되는 외부관 및 상기 외부관 내에 이격 삽입되는 내부관을 포함하는 이중관 내의 열교환수를 순환시켜 지상의 제 1 열교환기와 열교환을 수행하는 이중관형(coaxial type) 지중 열교환 시스템에 있어서,
상기 지중공과 상기 외부관 사이의 충진 공간에 채워진 지하수에 의해 지중의 열을 상기 외부관으로 전달하는 이중관형 지중 열교환 시스템.
A coaxial type that performs heat exchange with a first heat exchanger on the ground by circulating heat exchange water in a double pipe including an outer pipe spaced apart and inserted into the inner surface of the underground hole formed in the ground and an inner pipe spaced apart into the outer pipe ) in the underground heat exchange system,
A double tube type underground heat exchange system for transferring underground heat to the outer tube by groundwater filled in the filling space between the underground hole and the outer tube.
제 1 항에 있어서,
상기 충진 공간에 채워진 지하수를 순환시키는 순환부를 더 포함하는 이중관형 지중 열교환 시스템.
The method of claim 1,
The double tube type underground heat exchange system further comprising a circulation unit for circulating the groundwater filled in the filling space.
제 2 항에 있어서,
상기 순환부는
상기 충진 공간에 삽입되어 상기 지하수를 흡입하는 순환 인입 배관(inlet pipe);
상기 충진 공간에 삽입되어 상기 순환 인입 배관에 의해 흡입된 지하수를 상기 충진 공간으로 재공급하는 순환 인출 배관(outlet pipe); 및
상기 순환 인입 배관과 상기 순환 인출 배관 사이에 배치되는 제 1 펌프를 포함하는 이중관형 지중 열교환 시스템.
3. The method of claim 2,
the circulation part
a circulation inlet pipe inserted into the filling space to suck the groundwater;
a circulation outlet pipe inserted into the filling space and re-supplying groundwater sucked by the circulation inlet pipe to the filling space; and
and a first pump disposed between the circulation inlet pipe and the circulation outlet pipe.
제 3 항에 있어서,
상기 순환 인출 배관은 상기 충진 공간의 하단부로 연장 형성되는 이중관형 지중 열교환 시스템.
4. The method of claim 3,
The circulation withdrawal pipe is a double tube type underground heat exchange system that is formed to extend to the lower end of the filling space.
제 1 항에 있어서,
상기 충진 공간에 채워진 지하수에 고압의 기체를 공급하는 기체 공급부를 더 포함하는 이중관형 지중 열교환 시스템.
The method of claim 1,
The double tube type underground heat exchange system further comprising a gas supply unit for supplying high-pressure gas to the groundwater filled in the filling space.
제 5 항에 있어서,
상기 기체 공급부는
상기 충진 공간에 삽입되어 기체를 공급하는 기체공급 배관; 및
상기 기체공급 배관으로 고압의 기체를 배출하는 제 2 펌프를 포함하는 이중관형 지중 열교환 시스템.
6. The method of claim 5,
The gas supply unit
a gas supply pipe inserted into the filling space to supply gas; and
and a second pump for discharging high-pressure gas to the gas supply pipe.
제 6 항에 있어서,
상기 기체공급 배관은 상기 충진 공간의 하단부로 연장 형성되는 이중관형 지중 열교환 시스템.
7. The method of claim 6,
The gas supply pipe is a double tube type underground heat exchange system that is formed to extend to the lower end of the filling space.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 제 1 지중 열교환 시스템;
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 제 2 지중 열교환 시스템; 및
상기 제 1 지중 열교환 시스템의 충진 공간에 채워진 지하수를 상기 제 2 지중 열교환 시스템의 충진 공간으로 공급하여 두 충진 공간 사이에 수압차를 형성하는 지하수 이송부를 포함하는 이중관형 지중 열교환 시스템.
A first underground heat exchange system according to any one of claims 1 to 7;
A second underground heat exchange system according to any one of claims 1 to 7; and
and an underground water transfer unit configured to supply groundwater filled in the filling space of the first underground heat exchange system to the filling space of the second underground heat exchange system to form a hydraulic pressure difference between the two filling spaces.
제 8 항에 있어서,
상기 지하수 이송부는
상기 제 1 지중 열교환 시스템의 충진 공간에 삽입되어 지하수를 흡입하는 이송 인입 배관;
상기 제 2 지중 열교환 시스템의 충진 공간에 삽입되어 상기 이송 인입 배관에 의해 흡입된 지하수를 공급하는 이송 인출 배관; 및
상기 이송 인입 배관과 상기 이송 인출 배관 사이에 배치되어 지하수를 이송시키는 제 4 펌프를 포함하는 이중관형 지중 열교환 시스템.
9. The method of claim 8,
The groundwater transfer unit
a transfer inlet pipe inserted into the filling space of the first underground heat exchange system to suck groundwater;
a transfer outlet pipe inserted into the filling space of the second underground heat exchange system to supply groundwater sucked by the transfer inlet pipe; and
and a fourth pump disposed between the transfer inlet pipe and the transfer outlet pipe to transport groundwater.
제 9 항에 있어서,
상기 이송 인출 배관은 상기 제 2 지중 열교환 시스템의 충진 공간 하단부로 연장 형성되는 이중관형 지중 열교환 시스템.
10. The method of claim 9,
The transfer and withdrawal pipe is formed to extend to the lower end of the filling space of the second underground heat exchange system.
제 9 항에 있어서,
상기 지하수 이송부에 의해 이송되는 지하수로부터 열교환을 수행하는 제 2 열교환기를 더 포함하는 이중관형 지중 열교환 시스템.
10. The method of claim 9,
The double tube type underground heat exchange system further comprising a second heat exchanger performing heat exchange from the groundwater transferred by the groundwater transfer unit.
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