KR20210151436A - Geothermal energy collecting system - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 지열에너지 회수 시스템은, 집수조 및 열회수 열매체가 유동할 수 있도록 집수조에 설치되는 지하수 열교환관을 갖는 영구 배수장치와, 열회수 열매체가 유동할 수 있도록 지중에 매립 설치되는 지중 열교환관을 구비하는 지중 열교환장치와, 열회수 열매체를 지열에너지를 필요로 하는 열원 이용 장치에 공급되는 열원 열매체와 열교환시키기 위해 열회수 열매체가 유동할 수 있는 히트 펌프관을 구비하는 히트 펌프와, 히트 펌프관을 통과한 열회수 열매체를 지하수 열교환관에 공급하기 위한 제1 공급관과, 히트 펌프관을 통과한 열회수 열매체를 지중 열교환관에 공급하기 위한 제2 공급관과, 지하수 열교환관을 통과한 열회수 열매체를 히트 펌프관으로 유동시키기 위한 제1 회수관과, 지중 열교환관을 통과한 열회수 열매체를 히트 펌프관으로 유동시키기 위한 제2 회수관과, 영구 배수장치와 히트 펌프 사이에서 열회수 열매체의 유동을 단속하는 제1 유동조절 밸브와, 지중 열교환장치와 히트 펌프 사이에서 열회수 열매체의 유동을 단속하는 제2 유동조절 밸브와, 열회수 열매체를 펌핑하기 위한 열회수 열매체 펌프와, 제1 유동조절 밸브와 제2 유동조절 밸브 및 열회수 열매체 펌프를 제어하는 제어부를 포함한다.A geothermal energy recovery system according to the present invention includes a permanent drainage device having a water collecting tank and an underground water heat exchange pipe installed in the water collecting tank so that the heat recovery heat medium can flow, and an underground heat exchange pipe buried in the ground so that the heat recovery heat medium can flow and a heat pump having a heat pump tube through which the heat recovery heat medium can flow in order to exchange heat between the heat recovery heat medium and the heat source heat medium supplied to the heat source using device requiring geothermal energy; A first supply pipe for supplying the heat recovery heat medium to the underground water heat exchange pipe, a second supply pipe for supplying the heat recovery heat medium that has passed through the heat pump pipe to the underground heat exchange pipe, and the heat recovery heat medium that has passed through the groundwater heat exchange pipe flows to the heat pump pipe A first recovery pipe for controlling the flow of the heat recovery heat medium between the permanent drainage device and the heat pump, a first flow control valve for controlling the flow of the heat recovery heat medium between the permanent drainage device and the heat pump A second flow control valve for controlling the flow of the heat recovery heat medium between the underground heat exchanger and the heat pump, a heat recovery heat medium pump for pumping the heat recovery heat medium, the first flow control valve, the second flow control valve, and the heat recovery heat medium pump Includes a control unit for controlling the.
Description
본 발명은 지열에너지 회수 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지중에 저장되어 있는 지열에너지를 회수하여 냉난방 등을 위한 열원으로 제공할 수 있는 지열에너지 회수 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a geothermal energy recovery system, and more particularly, to a geothermal energy recovery system capable of recovering geothermal energy stored in the ground and providing it as a heat source for heating and cooling.
일반적으로, 토목 및 건축 지하 구조물의 시공을 위하여 소정의 깊이로 굴착 작업이 이루어지고, 그 굴착이 종료된 지면(바닥면)이 기초 시공 기준면이 되며, 이 기초 시공 기준면을 기준으로 토목 또는 건축 구조물이 시공된다.In general, excavation work is performed to a predetermined depth for the construction of civil engineering and building underground structures, and the ground (floor) where the excavation is completed becomes the base construction reference plane, and the civil engineering or building structure is based on this basic construction reference plane this is constructed
기초 시공 기준면에 지하수가 침투, 유입되는 경우, 지하수는 지하 구조물에 양압력으로 작용하게 된다. 이러한 지하 구조물에 작용하는 양압력은 지하 구조물의 바닥부와 그 주변 지하 수위에 의한 수두 차이로 발생되어 지하 구조물을 들어올리는 힘으로 작용한다. 이러한 지하수에 의한 양압력은 지하 구조물에 악영향을 미치게 된다.When groundwater penetrates or flows into the base construction reference plane, the groundwater acts as a positive pressure on the underground structure. The positive pressure acting on these underground structures is generated by the difference in the water head between the bottom of the underground structure and the surrounding underground water level, and acts as a force to lift the underground structure. The positive pressure caused by such groundwater adversely affects the underground structure.
따라서, 지하 구조물 건설을 계획할 경우, 공사 시에는 물론이고 구조물이 완공된 이후에도 지하수와 관련된 문제가 발생되지 않도록 지하수와 주변 환경의 변화에 대한 철저한 검토와 부력 처리 대책이 마련되어야 한다.Therefore, when planning the construction of an underground structure, a thorough review of changes in the groundwater and surrounding environment and measures to deal with buoyancy should be prepared so that problems related to groundwater do not occur during construction as well as after the structure is completed.
부력 처리 방법으로는 사하중에 의한 처리 방법과, 영구 앵커 혹은 인장 말뚝에 의한 처리 방법과, 영구배수 공법 등이 있다. 근래에는, 시공이 간편하고 공사비가 저렴하며, 효과도 우수한 영구배수 공법이 주로 부력 처리 방법으로 이용되고 있다.The buoyancy treatment method includes a treatment method by dead load, a treatment method using a permanent anchor or tension pile, and a permanent drainage method. In recent years, the permanent drainage method, which is easy to construct, has a low construction cost, and is excellent in effectiveness, is mainly used as a buoyancy treatment method.
영구배수 공법이란, 건축물의 축조를 위한 기초층 저면에 작용하는 지하수의 부력을 감소시키기 위한 것으로, 기초층의 저부에 지하수의 흐름을 유도하는 배수층을 형성하고, 기초층의 주변 위치에 집수정을 설치하여 기초층의 저부에 존재하는 지하수를 배수층을 통해 집수정으로 집수한 후, 강제로 펌핑하여 지면 위로 토출시킨 후 외부로 배수시키는 공법이다.The permanent drainage method is to reduce the buoyancy of groundwater acting on the bottom of the foundation layer for the construction of a building. It is a method of installing and collecting groundwater existing at the bottom of the foundation layer through the drainage layer to a collecting well, pumping it forcibly, discharging it to the ground, and then draining it to the outside.
영구배수 공법을 이용하여 건축물의 기초층을 시공하는 경우, 기초층에 대한 지하수의 부력을 제거함에 따라 안정적인 기초층 시공 및 건축물 축조가 가능한 장점이 있지만, 집수한 지하수를 지표면 위로 펌핑하여 배수시설이나 하천 등으로 배수시킴에 따라 지하수 자원을 비효율적으로 소모시키는 단점이 있다.When constructing the foundation layer of a building using the permanent drainage method, it has the advantage of being able to construct a stable foundation layer and build a building by removing the buoyancy of the groundwater on the foundation layer. There is a disadvantage in that the groundwater resource is inefficiently consumed as it is drained into a river or the like.
또한, 최근 신재생에너지에 대한 관심이 높아지면서 영구배수 장치를 통해 버려지는 지하수의 열에너지를 활용할 수 있는 방안과 지중 열에너지를 활용할 수 있는 방안 등 지중에 저장되어 있는 지열에너지를 적극적으로 활용할 수 있는 방안에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다.In addition, as interest in new and renewable energy has recently increased, measures to actively utilize geothermal energy stored in the ground, such as a method to utilize the thermal energy of groundwater discarded through a permanent drainage system, and a method to utilize underground thermal energy R&D is being actively carried out.
본 발명은 상술한 바와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 지하수의 열에너지 등 지중에 저장되어 있는 지열에너지를 효율적으로 회수하여 활용할 수 있는 지열에너지 회수 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention has been devised in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a geothermal energy recovery system capable of efficiently recovering and utilizing geothermal energy stored in the ground, such as thermal energy of groundwater.
본 발명의 목적은 상술한 것에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 목적들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.Objects of the present invention are not limited to those described above, and other objects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지열에너지 회수 시스템은, 지중에 매립 설치되고, 지하수를 집수하기 위한 집수조와, 상기 집수조에 집수되는 지하수와 열교환하기 위한 열회수 열매체가 유동할 수 있도록 상기 집수조에 설치되는 지하수 열교환관을 갖는 영구 배수장치; 상기 열회수 열매체를 통해 지중의 지열에너지를 회수하기 위해 상기 열회수 열매체가 유동할 수 있도록 지중에 매립 설치되는 지중 열교환관을 구비하는 지중 열교환장치; 상기 영구 배수장치 또는 상기 지중 열교환장치를 통과하는 상기 열회수 열매체를 지열에너지를 필요로 하는 열원 이용 장치에 공급되는 열원 열매체와 열교환시키기 위해 상기 열회수 열매체가 유동할 수 있는 히트 펌프관을 구비하는 히트 펌프; 상기 히트 펌프관을 통과한 상기 열회수 열매체를 상기 지하수 열교환관에 공급하기 위해 상기 히트 펌프관과 상기 지하수 열교환관을 연결하는 제1 공급관; 상기 히트 펌프관을 통과한 상기 열회수 열매체를 상기 지중 열교환관에 공급하기 위해 상기 히트 펌프관과 상기 지중 열교환관을 연결하는 제2 공급관; 상기 지하수 열교환관을 통과한 상기 열회수 열매체를 상기 히트 펌프관으로 유동시키기 위해 상기 지하수 열교환관과 상기 히트 펌프관을 연결하는 제1 회수관; 상기 지중 열교환관을 통과한 상기 열회수 열매체를 상기 히트 펌프관으로 유동시키기 위해 상기 지중 열교환관과 상기 히트 펌프관을 연결하는 제2 회수관; 상기 영구 배수장치와 상기 히트 펌프 사이에서 상기 열회수 열매체의 유동을 단속하는 제1 유동조절 밸브; 상기 지중 열교환장치와 상기 히트 펌프 사이에서 상기 열회수 열매체의 유동을 단속하는 제2 유동조절 밸브; 상기 열회수 열매체를 펌핑하기 위해 상기 히트 펌프관과 연결되도록 설치되는 열회수 열매체 펌프; 및 상기 히트 펌프관에서 공급되는 상기 열회수 열매체가, 상기 지하수 열교환관만 통과하여 상기 히트 펌프관으로 회수되거나, 상기 지중 열교환관만 통과하여 상기 히트 펌프관으로 회수되거나, 상기 지하수 열교환관 및 상기 지중 열교환관을 모두 통과하여 상기 히트 펌프관으로 회수되도록 상기 제1 유동조절 밸브와, 상기 제2 유동조절 밸브 및 상기 열회수 열매체 펌프를 제어하는 제어부;를 포함한다.A geothermal energy recovery system according to the present invention for achieving the above object is installed underground, and a water collecting tank for collecting groundwater, and a heat recovery heating medium for heat exchange with the groundwater collected in the water collecting tank can flow. a permanent drainage device having an underground water heat exchange pipe installed in the water collecting tank; an underground heat exchanger having an underground heat exchange tube buried in the ground so that the heat recovery heating medium can flow in order to recover geothermal energy underground through the heat recovery heating medium; A heat pump having a heat pump tube through which the heat recovery heat medium can flow to exchange heat with the heat recovery heat medium passing through the permanent drainage device or the underground heat exchange device with a heat source heat medium supplied to a heat source using device requiring geothermal energy ; a first supply pipe connecting the heat pump pipe and the groundwater heat exchange pipe to supply the heat recovery heat medium that has passed through the heat pump pipe to the groundwater heat exchange pipe; a second supply pipe connecting the heat pump pipe and the underground heat exchange pipe to supply the heat recovery heat medium that has passed through the heat pump pipe to the underground heat exchange pipe; a first recovery pipe connecting the groundwater heat exchange pipe and the heat pump pipe to flow the heat recovery heat medium that has passed through the groundwater heat exchange pipe to the heat pump pipe; a second recovery pipe connecting the underground heat exchange pipe and the heat pump pipe to flow the heat recovery heat medium that has passed through the underground heat exchange pipe to the heat pump pipe; a first flow control valve for controlling the flow of the heat recovery heating medium between the permanent drainage device and the heat pump; a second flow control valve for controlling the flow of the heat recovery heat medium between the underground heat exchanger and the heat pump; a heat recovery heat medium pump installed to be connected to the heat pump pipe to pump the heat recovery heat medium; and the heat recovery heat medium supplied from the heat pump pipe passes through only the groundwater heat exchange pipe and is recovered to the heat pump pipe, or is recovered to the heat pump pipe through only the underground heat exchange pipe, or the groundwater heat exchange pipe and the underground and a control unit configured to control the first flow control valve, the second flow control valve, and the heat recovery heat medium pump so that all of the heat exchange pipes pass through and are recovered to the heat pump pipe.
본 발명에 따른 지열에너지 회수 시스템은, 상기 히트 펌프관을 통과한 상기 열회수 열매체를 상기 제1 공급관 또는 상기 제2 공급관으로 분기시키기 위해 상기 히트 펌프관과 상기 제1 공급관 및 상기 제2 공급관과 연결되고, 상기 제어부에 의해 제어되는 분기 밸브; 및 상기 히트 펌프관을 통과한 상기 열회수 열매체가, 상기 지하수 열교환관을 통과한 후 상기 지중 열교환관으로 공급되거나, 상기 지중 열교환관을 통과한 후 상기 지하수 열교환관으로 공급되도록 상기 지하수 열교환관과 상기 지중 열교환관을 연결하는 바이패스관;을 포함할 수 있다.The geothermal energy recovery system according to the present invention is connected to the heat pump pipe, the first supply pipe, and the second supply pipe to branch the heat recovery heat medium that has passed through the heat pump pipe to the first supply pipe or the second supply pipe and a branch valve controlled by the control unit; and the groundwater heat exchange pipe and the heat recovery heat medium passing through the heat pump pipe to be supplied to the underground heat exchange pipe after passing through the underground water heat exchange pipe, or to be supplied to the underground water heat exchange pipe after passing through the underground heat exchange pipe It may include; a bypass pipe connecting the underground heat exchange pipe.
상기 지중 열교환관은 그 내부를 통과하는 상기 열회수 열매체가 지하 토양의 지열을 회수할 수 있도록 설치될 수 있다.The underground heat exchange tube may be installed so that the heat recovery heat medium passing therein can recover the geothermal heat of the underground soil.
상기 집수조는, 지하수가 집수되는 집수실과, 지하수를 상기 집수실로 유입시킬 수 있도록 상기 집수실과 연결되는 유입구와, 상기 집수실의 지하수를 배출시킬 수 있도록 상기 유입구보다 높게 배치되는 배출구를 구비하고, 상기 영구 배수장치는, 상기 지하수 열교환관을 지지하고 상기 집수조에 결합될 수 있는 지지 프레임과, 지하수를 수용할 수 있는 배수실과, 상기 배출구를 통해 상기 집수실에서 배출되는 지하수를 상기 배수실로 유입시킬 수 있도록 상기 배수실과 연결되는 입구를 갖는 배수조와, 상기 배수실에 수용되는 지하수를 펌핑할 수 있도록 상기 배수조에 설치되고, 상기 제어부에 의해 제어되는 배수 펌프와, 상기 배수 펌프에 의해 펌핑되는 지하수를 상기 배수조의 외부로 배출시킬 수 있도록 상기 배수 펌프와 연결되는 배수관과, 상기 배수실에 수용되는 지하수의 수위를 검출하고, 검출 신호를 상기 제어부에 제공하는 레벨 센서를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 레벨 센서의 검출 신호에 따라 상기 배수 펌프를 제어할 수 있다.The water collecting tank includes a water collecting room in which groundwater is collected, an inlet connected to the water collecting room to introduce groundwater into the collecting room, and an outlet disposed higher than the inlet to discharge the groundwater in the water collecting room; The permanent drainage device includes a support frame that supports the groundwater heat exchange pipe and can be coupled to the water collection tank, a drain room that can accommodate groundwater, and the groundwater discharged from the water collection room through the outlet into the drain room. a drainage tank having an inlet connected to the drainage chamber so as to be able to; a drain pipe connected to the drain pump so as to be discharged to the outside of the drain tank; and a level sensor that detects the level of groundwater accommodated in the drain chamber and provides a detection signal to the controller, wherein the controller comprises: The drain pump may be controlled according to the detection signal of the sensor.
상기 지지 프레임은 평판형으로 이루어지고, 상기 집수조의 내측에는 상기 지지 프레임의 양쪽 가장자리부가 삽입될 수 있도록 상호 마주하여 평행하게 배치되는 한 쌍의 결합홈을 구비하여 상기 지지 프레임이 분리 가능하게 결합될 수 있는 결합부가 설치될 수 있다.The support frame is formed in a flat plate shape, and the support frame is detachably coupled to the inside of the water collecting tank by having a pair of coupling grooves facing each other and disposed in parallel so that both edges of the support frame can be inserted. A possible coupling portion may be installed.
상기 지지 프레임의 일면에는 상기 지하수 열교환관이 삽입되는 삽입홈이 상기 지지 프레임의 양쪽 가장자리와 평행하게 형성될 수 있다.Insertion grooves into which the groundwater heat exchange tube is inserted may be formed in one surface of the support frame parallel to both edges of the support frame.
상기 영구 배수장치는, 상기 제어부에 의해 제어되어 상기 배수실에 수용되는 지하수를 펌핑할 수 있도록 상기 배수조에 설치되는 보조 펌프와, 상기 보조 펌프에 의해 펌핑되는 지하수를 상기 배수조의 외부로 배출시킬 수 있도록 상기 보조 펌프와 연결되는 보조관을 포함하고, 상기 제어부는, 상기 배수 펌프를 먼저 작동시키고 상기 배수실에서 지하수의 수위에 따라 상기 보조 펌프를 선택적으로 작동시킬 수 있다.The permanent drainage device may include an auxiliary pump installed in the drainage tank to pump the groundwater accommodated in the drainage chamber under control by the control unit, and the groundwater pumped by the auxiliary pump to be discharged to the outside of the drainage tank and an auxiliary pipe connected to the auxiliary pump so that the auxiliary pump is operated, and the control unit may operate the drain pump first and selectively operate the auxiliary pump according to the level of groundwater in the drain chamber.
상기 제어부는, 상기 배수실에서 지하수의 수위가 사전 설정된 제1 수위 이상이고 상기 제1 수위보다 높게 사전 설정된 제2 수위 미만일 때 상기 배수 펌프만 작동시키고, 상기 배수실에서 지하수의 수위가 상기 제2 수위 이상일 때 상기 배수 펌프와 함께 상기 보조 펌프를 작동시킬 수 있다.The control unit operates only the drain pump when the water level of the groundwater in the drain room is above a preset first water level and is lower than a second water level preset higher than the first water level, and the water level of the groundwater in the drain room is the second When the water level is above the water level, the auxiliary pump may be operated together with the drain pump.
상술한 바와 같은 본 발명에 따른 지열에너지 회수 시스템은 종래와 같이 집수되는 지하수를 그대로 배출시키지 않고, 지하수를 집수조에 집수하여 지하수의 열을 열회수 열매체를 통해 회수하여 냉난방장치 등의 열원 이용 장치에 열원으로 공급할 수 있다.As described above, the geothermal energy recovery system according to the present invention does not discharge the collected groundwater as it is in the prior art, but collects the groundwater into a water collecting tank and recovers the heat of the groundwater through a heat recovery heating medium to provide a heat source to a heat source using device such as a heating and cooling device can be supplied with
또한, 본 발명에 따른 지열에너지 회수 시스템은 영구 배수장치와 함께 지중 열교환장치를 이용하여 지중에 저장되어 있는 다양한 지열에너지를 효율적으로 회수할 수 있고, 냉난방장치 등 열원 이용 장치의 운전 부하 등에 따라 단독 운전 모드나 공동 운전 모드 등 다양한 운전 모드로 작동함으로써 열원 이용 장치에 효과적으로 열원을 제공할 수 있다.In addition, the geothermal energy recovery system according to the present invention can efficiently recover various geothermal energy stored in the ground by using an underground heat exchange device together with a permanent drainage device, and is independent depending on the operating load of a heat source using device such as a heating and cooling device. By operating in various operating modes, such as a driving mode or a joint driving mode, it is possible to effectively provide a heat source to a heat source using device.
또한, 본 발명에 따른 지열에너지 회수 시스템은 지하수의 열을 회수하기 위한 영구 배수장치의 열교환관 모듈이 집수조에 분리 가능하게 설치되므로, 열교환관 모듈의 설치나 교체가 어렵지 않고, 유지 보수가 용이하다.In addition, in the geothermal energy recovery system according to the present invention, since the heat exchange tube module of the permanent drainage device for recovering heat from groundwater is detachably installed in the water collecting tank, the installation or replacement of the heat exchange tube module is not difficult and maintenance is easy. .
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지열에너지 회수 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지열에너지 회수 시스템의 일부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 영구 배수장치를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 영구 배수장치의 일부분을 절단하여 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 1에 나타낸 영구 배수장치를 일부 구성을 생략하여 나타낸 사시도이다.
도 6는 도 1에 나타낸 영구 배수장치의 집수조와 열교환관 모듈의 결합 구조를 설명하기 위한 것이다.
도 7 및 도 8은 도 1에 나타낸 영구 배수장치의 열교환관 모듈을 집수조에서 분리하는 과정을 나타낸 것이다.
도 9 내지 도 11은 도 1에 나타낸 영구 배수장치의 작용을 설명하기 위한 것이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 지열에너지 회수 시스템의 작용을 설명하기 위한 것이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지열에너지 회수 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 지열에너지 회수 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 15는 도 14에 나타낸 지열에너지 회수 시스템의 작용을 설명하기 위한 것이다.1 schematically shows the configuration of a geothermal energy recovery system according to an embodiment of the present invention.
2 is a block diagram showing a partial configuration of a geothermal energy recovery system according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a perspective view showing the permanent drainage device shown in Figure 1;
4 is a perspective view showing a part of the permanent drainage device shown in FIG. 1 cut away.
5 is a perspective view showing the permanent drainage device shown in FIG. 1 by omitting some configurations.
FIG. 6 is for explaining the coupling structure of the water collecting tank and the heat exchange tube module of the permanent drainage system shown in FIG. 1 .
7 and 8 show a process of separating the heat exchange tube module of the permanent drainage system shown in FIG. 1 from the water collecting tank.
9 to 11 are for explaining the operation of the permanent drainage device shown in FIG.
12 is for explaining the operation of the geothermal energy recovery system according to an embodiment of the present invention.
13 schematically shows the configuration of a geothermal energy recovery system according to another embodiment of the present invention.
14 schematically shows the configuration of a geothermal energy recovery system according to another embodiment of the present invention.
15 is for explaining the operation of the geothermal energy recovery system shown in FIG.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them. The present invention may be embodied in several different forms and is not limited to the embodiments described herein.
본 발명을 설명함에 있어서, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다. In describing the present invention, the size or shape of the components shown in the drawings may be exaggerated or simplified for clarity and convenience of explanation.
또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들은 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.In addition, terms specifically defined in consideration of the configuration and operation of the present invention may vary depending on the intention or custom of the user or operator. These terms should be interpreted as meanings and concepts consistent with the technical spirit of the present invention based on the contents throughout this specification.
본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 본 발명의 기술적 사상과 관계없는 부분의 설명은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다In order to clearly explain the present invention, the description of parts not related to the technical idea of the present invention is omitted, and the same reference numerals are given to the same or similar elements throughout the specification.
또한, 여러 실시예들에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적인 실시예에서만 설명하고, 그 외의 다른 실시예에서는 대표적인 실시예와 다른 구성에 대해서만 설명하기로 한다.In addition, in various embodiments, components having the same configuration will be described using the same reference numerals only in the representative embodiment, and only configurations different from the representative embodiment will be described in other embodiments.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함하는 것을 의미할 수 있다.Throughout the specification, when a part is "connected" to another part, it includes not only the case where it is "directly connected" but also the case where it is "indirectly connected" with another member interposed therebetween. In addition, when a part "includes" a certain component, this may mean further including other components rather than excluding other components unless otherwise stated.
도면에 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 지열에너지 회수 시스템(100)은 지중에 매설되어 지하수(W)의 열을 회수하기 위한 영구 배수장치(102)와, 영구 배수장치(102)와 함께 지중의 지열에너지를 회수하기 위해 지중에 매설되는 지중 열교환장치(104)와, 영구 배수장치(102)와 지중 열교환장치(104)로부터 전달되는 지열에너지를 회수하여 열원 이용 장치(10)에 공급하기 위한 히트 펌프(108)와, 지열에너지 회수 시스템(100)의 전반적인 동작을 제어하기 위한 제어부(195)를 포함한다. 이러한 지열에너지 회수 시스템(100)은 지중에 저장되어 있는 지열에너지를 회수하여 냉난방 등을 위한 열원으로 열원 이용 장치(10)에 제공할 수 있다. 영구 배수장치(102)와 지중 열교환장치(104)는 히트 펌프(108)와 열회수 열매체의 유동이 가능하게 연결된다. 열회수 열매체로는 영구 배수장치(102)와 지중 열교환장치(104)를 통과하면서 지중의 열과 열교환할 수 있는 다양한 유체가 이용될 수 있다. 본 실시예에서, 지중 열교환장치(104)는 지하 토양의 지열을 회수할 수 있는 구조로 지중에 매설되는 것으로 예를 들어 설명한다.As shown in the drawings, the geothermal
영구 배수장치(102)는 지하수(W)를 집수하기 위한 집수조(110)와, 집수조(110)에 설치되는 열교환관 모듈(130)과, 집수조(110)에서 배출되는 지하수(W)를 수용할 수 있는 배수조(150)와, 배수조(150)에 수용되는 지하수(W)를 배출하기 위한 배수 펌프(160) 및 보조 펌프(165)와, 배수조(150)에 수용되는 지하수(W)의 수위를 검출하기 위한 레벨 센서(170)를 포함한다. 이러한 영구 배수장치(102)는 건축물이 건축되는 부지의 지중에 매설되어 지하수(W)의 열을 회수할 수 있다.The
집수조(110)는 건축물이 건축되는 부지의 지중으로 침투하는 지하수(W)를 집수할 수 있도록 지중에 매립 설치된다. 집수조(110)는 지하수(W)가 집수되는 집수실(111)과, 지하수(W)를 집수실(111)로 유입시킬 수 있도록 집수실(111)과 연결되는 유입구(112)와, 집수실(111)의 지하수(W)를 배수조(150) 측으로 배출시킬 수 있도록 집수실(111)과 연결되는 배출구(113)를 포함한다. 유입구(112)는 집수조(110)의 바닥 부근에 배치되고, 배출구(113)는 유입구(112)보다 높게 배치된다. 따라서, 집수실(111)로 유입되는 지하수(W)는 집수조(110)의 바닥으로부터 배출구(113)의 높이보다 높은 수위에 도달해야만 배출구(113)를 통해 집수실(111)에서 배출될 수 있다. 배출구(113)를 통해 배출되는 지하수(W)는 집수조(110)와 배수조(150) 사이에 마련되는 연결 통로(140)를 통해 배수조(150)로 유동하게 된다.The
도면에는 집수조(110)가 사각 박스 형상으로 이루어진 것으로 나타냈으나, 집수조(110)의 구조나, 유입구(112) 및 배출구(113)의 위치는 다양하게 변경될 수 있다.Although the drawing shows that the
집수조(110)에는 열교환관 모듈(130)을 고정하기 위한 결합부(120)가 설치된다. 결합부(120)는 열교환관 모듈(130)의 지지 프레임(132) 좌우 양쪽 가장자리부가 각각 삽입될 수 있는 한 쌍의 결합홈(121)과, 지지 프레임(132)의 하단부가 삽입될 수 있는 고정홈(122)을 갖는다. 한 쌍의 결합홈(121)은 상하 방향으로 연장되며, 상호 마주하여 평행하게 배치된다. 고정홈(122)은 한 쌍의 결합홈(121) 각각의 하부와 연결된다.A
집수조(110)의 상부에는 집수조 덮개(115)가 결합되어 집수실(111)을 덮을 수 있다.A water
열교환관 모듈(130)은 집수실(111)에 집수되는 지하수(W)와 열교환하기 위한 열회수 열매체가 유동할 수 있는 지하수 열교환관(131)과, 지하수 열교환관(131)을 지지하는 지지 프레임(132)을 포함한다. 열교환관 모듈(130)은 지하수 열교환관(131)이 집수조(110)에 집수되는 지하수(W)에 잠기도록 설치됨으로서 지하수 열교환관(131)을 따라 유동하는 열회수 열매체를 통해 집수조(110)에 집수되는 지하수(W)의 열을 집수실(111)의 외부로 운반할 수 있다.The heat
지지 프레임(132)은 평판형으로 이루어져 결합부(120)를 통해 집수조(110)에 고정될 수 있다. 도 6에 나타낸 것과 같이, 지지 프레임(132)은 결합부(120)의 상측에서 집수조(110)의 바닥 쪽으로 하강함으로써 결합부(120)에 결합될 수 있다. 이때, 지지 프레임(132)의 좌우 양쪽 가장자리부가 결합부(120)에 구비되는 한 쌍의 결합홈(121) 속에 각각 삽입되고 하단부가 고정홈(122) 속에 삽입된다. 따라서, 지지 프레임(132)은 집수조(110)의 한 쪽 면과 마주하여 수직으로 놓일 수 있다. 또한, 지지 프레임(132)은 사용자에 의해 상부 방향으로 당겨짐으로써 결합부(120)로부터 어렵지 않게 분리될 수 있다. 이와 같이, 지지 프레임(132)이 결합부(120)에 간단한 끼움 결합 방식으로 결합될 수 있으므로, 열교환관 모듈(130)을 집수조(110)에 설치하는 작업이나, 열교환관 모듈(130)을 집수조(110)에서 해체하는 작업이 쉽게 이루어질 수 있다. 도시된 것과 같이, 지지 프레임(132)에는 사용자가 손으로 잡을 수 있는 손잡이(135)가 구비된다.The
지지 프레임(132)의 일면에는 한 쌍의 삽입홈(133)이 지지 프레임(132)의 양쪽 가장자리와 평행하게 형성된다. 이들 한 쌍의 삽입홈(133)에 지하수 열교환관(131)이 삽입됨으로써 지하수 열교환관(131)이 지지 프레임(132)과 안정적인 결합 상태를 유지할 수 있다. 또한, 지지 프레임(132)에는 지지 프레임(132)을 두께 방향으로 관통하는 개구(134)가 마련된다. 지지 프레임(132)이 결합부(120)에 결합될 때 유입구(112)를 통과하는 지하수(W)가 개구(134)를 통해 집수실(111)로 유입될 수 있다. 열교환관 모듈(130)이 유입구(112)를 가리지 않도록 집수조(110)에 결합되는 경우, 지지 프레임(132)에서 개구(134)는 생략될 수 있다.A pair of
지하수 열교환관(131)은 그 내부를 통해 유동하는 열회수 열매체의 열교환 면적이 증대될 수 있도록 도시된 것과 같이 복수의 직선부와 복수의 곡선부를 갖는 구조를 취할 수 있다. 지하수 열교환관(131)의 중간 부분에는 지하수 열교환관(131)을 휘어지지 않게 지지하기 위한 지지대(136)가 연결될 수 있다. 지하수 열교환관(131)의 구조나 개수는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.The groundwater
이러한 열교환관 모듈(130)은 지하수 열교환관(131)이 히트 펌프(108)와 연결되어 집수조(110)에 집수되는 지하수(W)의 열을 히트 펌프(108)에 전달할 수 있다. 즉, 지하수 열교환관(131) 내부의 열회수 열매체가 열회수 열매체 펌프(180)에 의해 지하수 열교환관(131)을 따라 유동하면서 집수조(110)에 집수된 지하수(W)의 열을 히트 펌프(108)에 전달하게 된다.In the heat
이러한 열교환관 모듈(130)은 수리나 교체가 필요한 경우, 도 7 및 도 8에 나타낸 것과 같이 집수조(110)에서 어렵지 않게 분리될 수 있다. 그리고 수리 후 다시 집수조(110)에 설치되거나 새로운 것으로 교체될 수 있다.When the heat
배수조(150)는 집수조(110)에서 배출되는 지하수(W)가 유입될 수 있도록 배수조(150)와 인접하게 배치되어 배수조(150)와 함께 지중에 매립된다. 배수조(150)는 지하수(W)를 수용할 수 있는 배수실(151)과, 연결 통로(140)로 유입되는 지하수(W)를 배수실(151)로 유입시킬 수 있도록 배수실(151)과 연결되는 입구(152)를 포함한다. 입구(152)는 집수조(110)의 배출구(113)보다 낮게 배치된다. 배수조(150)의 상측에는 배수조 덮개(154)가 배치되어 배수실(151)을 덮을 수 있다.The
배수 펌프(160) 및 보조 펌프(165)는 배수실(151)에 수용되는 지하수(W)를 펌핑할 수 있도록 배수조(150)에 설치된다.The
배수 펌프(160)에는 배수관(162)이 연결된다. 배수관(162)은 배수 펌프(160)에 의해 펌핑되는 지하수(W)를 배수조(150)의 외부로 배출시킬 수 있도록 배수 펌프(160)에서 배수실(151)의 외부로 연장된다. 배수관(162)에는 배수관(162)을 통한 지하수(W)의 유동을 단속하기 위한 배수관 밸브(163)가 설치된다. 배수관 밸브(163)는 사용자에 의해 수동으로 조작되는 수동식이나 제어부(195)에 의해 자동으로 조작되는 자동식 구조를 취할 수 있다.A
보조 펌프(165)에는 보조관(167)이 연결된다. 보조관(167)은 보조 펌프(165)에 의해 펌핑되는 지하수(W)를 배수조(150)의 외부로 배출시킬 수 있도록 보조 펌프(165)에서 배수실(151)의 외부로 연장된다. 보조관(167)에는 보조관(167)을 통한 지하수(W)의 유동을 단속하기 위한 보조관 밸브(168)가 설치된다. 보조관 밸브(168)는 배수관 밸브(163)와 마찬가지로 수동식 또는 자동식 구조를 취할 수 있다.An
배수조(150)에서 지하수(W)가 일정 수위 이하일 때는 배수 펌프(160)만 작동하도록 제어될 수 있다. 그리고 배수조(150)에서 지하수(W)가 일정 수위를 초과하는 경우, 배수 펌프(160)와 보조 펌프(165)가 함께 작동하도록 제어될 수 있다. 배수 펌프(160)만 작동하는 경우, 보조관(167) 내부의 유로는 보조관 밸브(168)에 의해 차단될 수 있다.When the groundwater W in the
레벨 센서(170)는 배수실(151)에 수용되는 지하수(W)의 수위를 검출하기 위해 배수조(150)에 설치된다. 레벨 센서(170)는 배수조 덮개(154)에 결합되며, 배수실(151)의 상측에서 배수실(151)을 향해 늘어지도록 배치되는 세 개의 감지부(171)(172)(173)를 포함한다. 제1 감지부(171)는 배수실(151)의 바닥으로부터 사전 설정된 제1 수위(H1) 이상의 높이에 도달하는 지하수(W)를 검출하기 위해 베이스 감지부(173)보다 높고 제2 감지부(172)보다 낮은 위치까지 늘어지도록 배치된다. 제2 감지부(172)는 제1 수위(H1)보다 높게 사전 설정된 제2 수위(H2) 이상의 높이에 도달하는 지하수(W)를 검출하기 위해 제1 감지부(171)보다 높은 위치까지 늘어지도록 배치된다. 베이스 감지부(173)는 제1 수위(H1)보다 낮은 위치까지 늘어지도록 배치된다.The
이러한 레벨 센서(170)는 베이스 감지부(173)와 제1 감지부(171) 및 제2 감지부(172) 간에 지하수(W)를 매개로 한 전류 흐름에 따라 검출 신호를 발생하여 제어부(195)에 제공할 수 있다. 예를 들어, 베이스 감지부(173)만 지하수(W)에 잠기는 경우 레벨 센서(170)는 검출 신호를 발생하지 않고, 베이스 감지부(173)와 제1 감지부(171)가 지하수(W)에 잠기는 경우 레벨 센서(170)는 배수 펌프(160)를 작동시키기 위한 검출 신호를 발생할 수 있다. 그리고 베이스 감지부(173)와 제1 감지부(171) 및 제2 감지부(172)가 모두 지하수(W)에 잠기는 경우 레벨 센서(170)는 배수 펌프(160) 및 보조 펌프(165)를 작동시키기 위한 검출 신호를 발생할 수 있다.The
제1 감지부(171)와 제2 감지부(172) 및 베이스 감지부(173) 각각의 설치 높이는 배수조(150)의 크기나, 배수 펌프(160) 및 보조 펌프(165)의 출력 용량 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다.The installation height of each of the
레벨 센서(170)는 지하수의 수위 검출 방식 등에 따라 도시된 것과 같은 세 개의 감지부(171)(172)(173)를 포함하는 구조 이외에, 다양한 다른 구조로 변경될 수 있다. 그리고 도면에는 레벨 센서(170)가 배수조 덮개(154)에 결합되는 것으로 나타냈으나, 레벨 센서(170)의 설치 위치는 다양하게 변경될 수 있다.The
레벨 센서(170)의 검출 신호에 따라 배수 펌프(160) 및 보조 펌프(165)가 제어부(195)에 의해 제어된다. 예를 들어, 도 9에 나타낸 것과 같이, 배수실(151)에서 지하수(W)의 수위가 제1 수위(H1) 미만인 경우, 제어부(195)는 배수 펌프(160) 및 보조 펌프(165)를 동작시키지 않는다. 그리고 도 10에 나타낸 것과 같이, 배수실(151)에서 지하수(W)의 수위가 제1 수위(H1)에 도달하면 제어부(195)는 배수 펌프(160)만 작동시켜 배수실(151)에서 지하수(W)를 배출시킬 수 있다.The
한편, 도 11에 나타낸 것과 같이, 지하수(W)의 수위가 제2 수위(H2)에 도달하면 제어부(195)는 배수 펌프(160)와 함께 보조 펌프(165)를 작동시킴으로써 배수실(151)에서 배출되는 지하수(W)의 배출량을 증가시킬 수 있다. 배수실(151)로 유입되는 지하수(W)의 유입량이 배수 펌프(160)에 의해 배수실(151)에서 배출되는 지하수(W)의 배출량보다 많아지면 지하수(W)의 수위가 높아지므로 보조 펌프(165)를 작동시킴으로써 배수실(151)에서 지하수(W)를 원활하게 배출시킬 수 있다. 그리고 배수 펌프(160)가 원활하게 작동하지 않거나 고장나는 경우에도 보조 펌프(165)를 작동시킴으로써 배수실(151)에서의 지하수(W)를 배출시킬 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 11 , when the water level of the groundwater W reaches the second water level H2 , the
지중 열교환장치(104)는 열회수 열매체를 통해 지열에너지를 회수하여 히트 펌프(108)에 전달한다. 지중 열교환장치(104)는 열회수 열매체가 유동할 수 있도록 지중에 매립 설치되는 지중 열교환관(105)을 포함한다. 지중 열교환관(105)은 그 내부를 통과하는 열회수 열매체가 지하 토양의 지열을 회수할 수 있도록 설치된다.The
히트 펌프(108)는 열회수 열매체가 유동할 수 있는 히트 펌프관(109)을 구비한다. 이러한 히트 펌프(108)는 영구 배수장치(102) 또는 지중 열교환장치(104)를 통과하는 열회수 열매체를 열원 이용 장치(10)에 공급되는 열원 열매체와 열교환시킴으로써, 영구 배수장치(102) 또는 지중 열교환장치(104)에 의해 회수되는 지열에너지를 열원 이용 장치(10)에 공급할 수 있다.The
열원 이용 장치(10)는 열원 열매체 공급관(12) 및 열원 열매체 회수관(13)을 통해 히트 펌프(108)와 연결된다. 열원 열매체 공급관(12) 및 열원 열매체 회수관(13)에는 히트 펌프관(109)을 통과하는 열회수 열매체와 열교환할 수 있는 열원 열매체가 유동하게 된다. 열원 이용 장치(10)에서 열원 열매체 공급관(12)을 통해 히트 펌프(108)로 공급되는 열원 열매체가 열회수 열매체와 열교환하고, 열교환된 열원 열매체가 열원 열매체 회수관(13)을 통해 열원 이용 장치(10)로 회수되어 열회수 열매체의 열이 열원 이용 장치(10)에 전달될 수 있다. 히트 펌프(108)와 열원 이용 장치(10)의 사이에는 열원 열매체를 순환시키기 위한 열원 열매체 펌프(14)가 설치된다.The heat
히트 펌프관(109)에는 열회수 열매체를 펌핑하기 위한 열회수 열매체 펌프(180)가 연결된다. 열회수 열매체 펌프(180)는 제어부(195)에 의해 제어된다. 열회수 열매체 펌프(180)의 작용으로 히트 펌프(108)와 영구 배수장치(102)의 사이, 또는 히트 펌프(108)와 지중 열교환장치(104) 사이에서 열회수 열매체가 순환할 수 있다. 열회수 열매체 펌프(180)의 설치 위치는 도시된 것으로 한정되지 않고 다양하게 변경될 수 있다.A heat recovery heat
영구 배수장치(102)의 지하수 열교환관(131)은 제1 공급관(181) 및 제1 회수관(184)을 통해 히트 펌프관(109)과 열회수 열매체의 순환이 가능하게 연결된다. 그리고 지중 열교환장치(104)의 지중 열교환관(105)은 제2 공급관(182) 및 제2 회수관(185)을 통해 히트 펌프관(109)과 열회수 열매체의 순환이 가능하게 연결된다.The groundwater
제1 공급관(181)은 히트 펌프관(109)의 일단에 연결되는 분기 밸브(186)와 지하수 열교환관(131)의 일단 사이에 배치되어 히트 펌프관(109)을 통과한 열회수 열매체를 지하수 열교환관(131)에 공급할 수 있다. 제1 회수관(184)은 히트 펌프관(109)의 타단과 지하수 열교환관(131)의 타단 사이에 배치되어 지하수 열교환관(131)을 통과한 열회수 열매체를 히트 펌프관(109)으로 회수시킬 수 있다. 제1 회수관(184)에는 영구 배수장치(102)와 히트 펌프(108) 사이에서 열회수 열매체의 유동을 단속하기 위한 제1 유동조절 밸브(188)가 설치된다. 제1 유동조절 밸브(188)는 제어부(195)에 의해 제어된다.The
제2 공급관(182)은 분기 밸브(186)와 지중 열교환관(105)의 일단 사이에 배치되어 히트 펌프관(109)을 통과한 열회수 열매체를 지중 열교환관(105)에 공급할 수 있다. 그리고 제2 회수관(185)은 히트 펌프관(109)의 타단과 지중 열교환관(105)의 타단 사이에 배치되어 지중 열교환관(105)을 통과한 열회수 열매체를 히트 펌프관(109)으로 회수시킬 수 있다. 제2 회수관(185)에는 지중 열교환장치(104)와 히트 펌프(108) 사이에서 열회수 열매체의 유동을 단속하기 위한 제2 유동조절 밸브(190)가 설치된다. 제2 유동조절 밸브(190)는 제어부(195)에 의해 제어된다.The
분기 밸브(186)는 히트 펌프관(109)을 통과한 열회수 열매체를 제1 공급관(181) 또는 제2 공급관(182)으로 분기시키기 위해 히트 펌프관(109)과 제1 공급관(181) 및 제2 공급관(182)과 연결된다. 분기 밸브(186)는 제어부(195)에 의해 제어되어 히트 펌프관(109)을 통과하는 열회수 열매체의 유동 방향을 제1 공급관(181) 또는 제2 공급관(182) 측으로 전환시킨다.The
지하수 열교환관(131)과 지중 열교환관(105)의 사이에는 바이패스관(192)이 배치되어 지하수 열교환관(131)과 지중 열교환관(105)을 연결한다. 바이패스관(192)의 작용으로 지하수 열교환관(131)과 지중 열교환관(105)은 필요에 따라 히트 펌프관(109)과 직렬 연결 구조를 취할 수 있다. 즉, 바이패스관(192)으로 열회수 열매체가 유동하게 되는 경우, 히트 펌프관(109)에서 배출되는 열회수 열매체가 지중 열교환관(105)을 통과한 후 지하수 열교환관(131)으로 공급되어 지하수 열교환관(131)에서 히트 펌프관(109)으로 유동할 수 있다. 바이패스관(192)은 제2 회수관(185)과 제1 공급관(181)을 연결함으로써 지중 열교환관(105)에서 제2 회수관(185)으로 유동하는 열회수 열매체를 제1 공급관(181)을 통해 지하수 열교환관(131)으로 공급시킬 수 있다.A
제어부(195)는 제1 유동조절 밸브(188)와, 제2 유동조절 밸브(190) 및 열회수 열매체 펌프(180)를 제어하여 지열에너지 회수 시스템(100)의 운전 모드를 절환시킨다.The
도 12에 나타낸 것과 같이, 지열에너지 회수 시스템(100)은 제어부(195)의 제어에 따라 영구 배수장치 단독 운전 모드, 지중 열교환장치 단독 운전 모드, 공동 운전 모드 중 어느 하나의 운전 모드로 운전될 수 있다. 제어부(195)는 영구 배수장치(102)의 집수조(110)에 집수되는 지하수의 양이나, 열원 이용 장치(10)의 운전 부하 등에 따라 지열에너지 회수 시스템(100)을 다양한 운전 모드로 운전시킬 수 있다.As shown in FIG. 12 , the geothermal
영구 배수장치 단독 운전 모드는 영구 배수장치(102)만 작용하여 지열에너지를 회수하는 운전 모드이다. 영구 배수장치 단독 운전 모드에서는 도 12의 (a)에 나타낸 것과 같이, 분기 밸브(186)가 열회수 열매체를 제1 공급관(181)으로 유동하도록 제어되며, 제1 유동조절 밸브(188)는 개방되고 제2 유동조절 밸브(190)는 닫히도록 제어된다. 따라서, 히트 펌프관(109)에서 배출되는 열회수 열매체가 제1 공급관(181)을 통해 영구 배수장치(102)의 지하수 열교환관(131)으로 공급되어 지하수 열교환관(131)을 통과한 후 제1 회수관(184)을 통해 히트 펌프관(109)으로 유동하게 된다. 영구 배수장치 단독 운전 모드에서 열회수 열매체가 지하수 열교환관(131)만 통과하게 되므로 집수조(110)에 저장된 지하수의 열을 회수하여 히트 펌프(108)에 전달한다.The permanent drainage device alone operation mode is an operation mode in which only the
지중 열교환장치 단독 운전 모드는 지중 열교환장치(104)만 작용하여 지열에너지를 회수하는 운전 모드이다. 지중 열교환장치 단독 운전 모드에서는 도 12의 (b)에 나타낸 것과 같이, 분기 밸브(186)가 열회수 열매체를 제2 공급관(182)으로 유동하도록 제어되며, 제1 유동조절 밸브(188)는 닫히고 제2 유동조절 밸브(190)는 개방되도록 제어된다. 따라서, 히트 펌프관(109)에서 배출되는 열회수 열매체가 제2 공급관(182)을 통해 지중 열교환장치(104)의 지중 열교환관(105)으로 공급되어 지중 열교환관(105)을 통과한 후 제2 회수관(185)을 통해 히트 펌프관(109)으로 유동하게 된다. 지중 열교환장치 단독 운전 모드에서 열회수 열매체가 지중 열교환관(105)만 통과하게 되므로 지하 토양의 지열을 회수하여 히트 펌프(108)에 전달한다.The underground heat exchanger alone operation mode is an operation mode in which only the
공동 운전 모드는 영구 배수장치(102)와 지중 열교환장치(104)가 함께 작용하여 지열에너지를 회수하는 운전 모드이다. 공동 운전 모드에서는 도 12의 (c)에 나타낸 것과 같이, 분기 밸브(186)가 열회수 열매체를 제2 공급관(182)으로 유동하도록 제어되며, 제1 유동조절 밸브(188)는 개방되고 제2 유동조절 밸브(190)는 닫히도록 제어된다. 따라서, 히트 펌프관(109)에서 배출되는 열회수 열매체가 제2 공급관(182)을 통해 지중 열교환장치(104)의 지중 열교환관(105)으로 공급되어 지중 열교환관(105)을 통과한 후 바이패스관(192)을 통해 지하수 열교환관(131)으로 공급된다. 그리고 지하수 열교환관(131)을 통과한 열회수 열매체는 제2 회수관(185)을 통해 히트 펌프관(109)으로 회수된다. 이러한 공동 운전 모드에서 열회수 열매체가 지중 열교환관(105)과 지하수 열교환관(131)을 모두 통과하게 되므로 집수조(110)에 저장된 지하수의 열과 지하 토양의 지열을 회수하여 히트 펌프(108)에 전달할 수 있다.The joint operation mode is an operation mode in which the
지열에너지 회수 시스템(100)은 집수조(110)에 충분한 지하수가 수집되는 경우에 영구 배수장치 단독 운전 모드 또는 공동 운전 모드로 운전될 수 있다.The geothermal
상술한 것과 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 지열에너지 회수 시스템(100)은 종래와 같이 집수되는 지하수(W)를 그대로 배출시키지 않고, 지하수(W)를 집수조(110)에 집수하여 지하수(W)의 열을 열회수 열매체를 통해 회수하여 히트 펌프(108)에서 냉난방장치 등의 열원 이용 장치(10)에 열원으로 공급할 수 있다.As described above, the geothermal
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 지열에너지 회수 시스템(100)은 영구 배수장치(102)와 함께 지중 열교환장치(104)를 이용하여 지중에 저장되어 있는 다양한 지열에너지를 효율적으로 회수할 수 있고, 열원 이용 장치(10)의 운전 부하 등에 따라 단독 운전 모드나 공동 운전 모드 등 다양한 운전 모드로 작동함으로써 열원 이용 장치(10)에 효과적으로 열원을 제공할 수 있다.In addition, the geothermal
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 지열에너지 회수 시스템(100)은 영구 배수장치(102)의 열교환관 모듈(130)이 집수조(110)에 분리 가능하게 설치되므로, 열교환관 모듈(130)의 설치나 교체가 어렵지 않고, 유지 보수가 용이하다.In addition, in the geothermal
한편, 도 13 내지 도 15는 본 발명에 따른 지열에너지 회수 시스템의 다양한 변형예를 나타낸 것이다.On the other hand, 13 to 15 show various modifications of the geothermal energy recovery system according to the present invention.
먼저, 도 13에 나타낸 지열에너지 회수 시스템(200)은 앞서 설명한 지열에너지 회수 시스템(100)과 비교하여 영구 배수장치(102)와 지중 열교환장치(104)의 설치 위치만 변경된 것이다. 이러한 지열에너지 회수 시스템(200)은 공동 운전 모드로 운전되는 경우에 히트 펌프관(109)에서 배출되는 열회수 열매체가 먼저 영구 배수장치(102)의 지하수 열교환관(131)을 통과한 후 바이패스관(192)을 통해 지중 열교환장치(104)의 지중 열교환관(105)으로 공급된다. 그리고 지중 열교환관(105)을 통과한 열회수 열매체가 히트 펌프관(109)으로 유동하게 된다.First, in the geothermal
한편, 도 14에 나타낸 지열에너지 회수 시스템(300)은 앞서 설명한 지열에너지 회수 시스템(100)과 비교하여 분기 밸브(186)와 바이패스관(192)이 생략된 것이다. Meanwhile, in the geothermal
이러한 지열에너지 회수 시스템(300)은 영구 배수장치(102)의 집수조에 집수되는 지하수의 양이나, 열원 이용 장치(10)의 운전 부하 등에 따라 도 15에 나타낸 것과 같이, 다양한 운전 모드로 운전될 수 있다.The geothermal
도 15의 (a)에 나타낸 것과 같이 영구 배수장치 단독 운전 모드에서, 제1 유동조절 밸브(188)는 개방되고 제2 유동조절 밸브(190)는 닫히도록 제어된다. 이때, 히트 펌프관(109)에서 배출되는 열회수 열매체가 영구 배수장치(102)만 통과하여 히트 펌프관(109)으로 회수된다.As shown in (a) of FIG. 15 , in the permanent drainage apparatus alone operation mode, the first
도 15의 (b)에 나타낸 것과 같이 지중 열교환장치 단독 운전 모드에서, 제1 유동조절 밸브(188)는 닫히고 제2 유동조절 밸브(190)는 개방되도록 제어된다. 이때, 히트 펌프관(109)에서 배출되는 열회수 열매체가 지중 열교환장치(310)만 통과하여 히트 펌프관(109)으로 회수된다.As shown in (b) of FIG. 15 , in the underground heat exchanger single operation mode, the first
도 15의 (c)에 나타낸 것과 같이 공동 운전 모드에서는, 제1 유동조절 밸브(188)와 제2 유동조절 밸브(190)가 모두 개방되도록 제어되어 열회수 열매체가 영구 배수장치(102)와 지중 열교환장치(310)를 모두 통과하여 히트 펌프관(109)으로 회수된다.As shown in (c) of Figure 15, in the joint operation mode, the first
이상 본 발명에 대해 바람직한 예를 들어 설명하였으나 본 발명의 범위가 앞에서 설명되고 도시되는 형태로 한정되는 것은 아니다.Although preferred examples of the present invention have been described above, the scope of the present invention is not limited to the forms described and illustrated above.
예를 들어, 히트 펌프(108)와 연결되는 영구 배수장치 및 지중 열교환장치의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.For example, the number of permanent drainage devices and underground heat exchangers connected to the
또한, 도면에는 집수조(110)에서 배출되는 지하수(W)가 집수조(110)와 배수조(150) 사이의 연결 통로(140)를 통해 배수조(150)로 유입되는 것으로 나타냈으나, 집수조(110)에서 배수조(150)까지의 지하수(W) 유동 구조는 다양하게 변경될 수 있다. 다른 예로, 배수조(150)는 집수조(110)보다 낮게 매립 설치될 수 있다.In addition, in the drawing, it is shown that the groundwater W discharged from the
또한, 도면에는 배수조(150)에 두 개의 펌프(160)(165)가 설치되는 것으로 나타냈으나, 배수조(150)에 설치되는 펌프의 개수는 다양하게 변경될 수 있다.In addition, although the drawing shows that two
또한, 도면에는 지지 프레임(132)에 하나의 지하수 열교환관(131)이 결합된 하나의 열교환관 모듈(130)이 집수조(110)에 설치되는 것으로 나타냈으나, 집수조(110)에 설치되는 열교환관 모듈(130)의 개수나, 설치 위치는 다양하게 변경될 수 있다.In addition, although it is shown in the drawing that one heat
또한, 열교환관 모듈(130)이 결합될 수 있도록 집수조(110)에 구비되는 결합부(120)는 열교환관 모듈(130)의 구조 등에 따라 다양하게 변경될 수 있다.In addition, the
지금까지, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니며, 첨부된 청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been shown and described in connection with preferred embodiments for illustrating the principles of the invention, the invention is not limited to the construction and operation as so shown and described, and is not intended to be limited by the appended claims. It will be understood by those skilled in the art that many changes and modifications can be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention.
100, 200, 300 : 지열에너지 회수 시스템
102 : 영구 배수장치
104, 310 : 지중 열교환장치
105 : 지중 열교환관
108 : 히트 펌프
109 : 히트 펌프관
110 : 집수조
111 : 집수실
112 : 유입구
113 : 배출구
120 : 결합부
130 : 열교환관 모듈
131 : 지하수 열교환관
132 : 지지 프레임
140 : 연결 통로
150 : 배수조
151 : 배수실
152 : 입구
154 : 배수조 덮개
160 : 배수 펌프
162 : 배수관
163 : 배수관 밸브
165 : 보조 펌프
167 : 보조관
168 : 보조관 밸브
170 : 레벨 센서
171 : 제1 감지부
172 : 제2 감지부
173 : 베이스 감지부
180 : 열회수 열매체 펌프
181 : 제1 공급관
182 : 제2 공급관
184 : 제1 회수관
185 : 제2 회수관
186 : 분기 밸브
188 : 제1 유동조절 밸브
190 : 제2 유동조절 밸브
192 : 바이패스관
195 : 제어부100, 200, 300: Geothermal energy recovery system
102: permanent drainage
104, 310: underground heat exchanger 105: underground heat exchange pipe
108: heat pump 109: heat pump pipe
110: water tank 111: water collection room
112: inlet 113: outlet
120: coupling part 130: heat exchange tube module
131: groundwater heat exchange pipe 132: support frame
140: connection passage 150: sump
151: drain chamber 152: entrance
154: sump cover 160: drain pump
162: drain pipe 163: drain pipe valve
165: auxiliary pump 167: auxiliary pipe
168: auxiliary pipe valve 170: level sensor
171: first sensing unit 172: second sensing unit
173: base detection unit 180: heat recovery heat medium pump
181: first supply pipe 182: second supply pipe
184: first recovery pipe 185: second recovery pipe
186: branch valve 188: first flow control valve
190: second flow control valve 192: bypass pipe
195: control
Claims (9)
상기 열회수 열매체를 통해 지중의 지열에너지를 회수하기 위해 상기 열회수 열매체가 유동할 수 있도록 지중에 매립 설치되는 지중 열교환관을 구비하는 지중 열교환장치;
상기 영구 배수장치 또는 상기 지중 열교환장치를 통과하는 상기 열회수 열매체를 지열에너지를 필요로 하는 열원 이용 장치에 공급되는 열원 열매체와 열교환시키기 위해 상기 열회수 열매체가 유동할 수 있는 히트 펌프관을 구비하는 히트 펌프;
상기 히트 펌프관을 통과한 상기 열회수 열매체를 상기 지하수 열교환관에 공급하기 위해 상기 히트 펌프관과 상기 지하수 열교환관을 연결하는 제1 공급관;
상기 히트 펌프관을 통과한 상기 열회수 열매체를 상기 지중 열교환관에 공급하기 위해 상기 히트 펌프관과 상기 지중 열교환관을 연결하는 제2 공급관;
상기 지하수 열교환관을 통과한 상기 열회수 열매체를 상기 히트 펌프관으로 유동시키기 위해 상기 지하수 열교환관과 상기 히트 펌프관을 연결하는 제1 회수관;
상기 지중 열교환관을 통과한 상기 열회수 열매체를 상기 히트 펌프관으로 유동시키기 위해 상기 지중 열교환관과 상기 히트 펌프관을 연결하는 제2 회수관;
상기 영구 배수장치와 상기 히트 펌프 사이에서 상기 열회수 열매체의 유동을 단속하는 제1 유동조절 밸브;
상기 지중 열교환장치와 상기 히트 펌프 사이에서 상기 열회수 열매체의 유동을 단속하는 제2 유동조절 밸브;
상기 열회수 열매체를 펌핑하기 위해 상기 히트 펌프관과 연결되도록 설치되는 열회수 열매체 펌프; 및
상기 히트 펌프관에서 공급되는 상기 열회수 열매체가, 상기 지하수 열교환관만 통과하여 상기 히트 펌프관으로 회수되거나, 상기 지중 열교환관만 통과하여 상기 히트 펌프관으로 회수되거나, 상기 지하수 열교환관 및 상기 지중 열교환관을 모두 통과하여 상기 히트 펌프관으로 회수되도록 상기 제1 유동조절 밸브와, 상기 제2 유동조절 밸브 및 상기 열회수 열매체 펌프를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열에너지 회수 시스템.
a permanent drainage device buried in the ground and having a water collecting tank for collecting groundwater, and a groundwater heat exchange tube installed in the water collecting tank so that a heat recovery heat medium for heat exchange with the groundwater collected in the water collecting tank flows;
an underground heat exchanger having an underground heat exchange tube buried in the ground so that the heat recovery heating medium can flow in order to recover geothermal energy underground through the heat recovery heating medium;
A heat pump having a heat pump pipe through which the heat recovery heat medium can flow in order to exchange heat with the heat recovery heat medium passing through the permanent drainage device or the underground heat exchange device with a heat source heat medium supplied to a heat source using device requiring geothermal energy ;
a first supply pipe connecting the heat pump pipe and the groundwater heat exchange pipe to supply the heat recovery heat medium that has passed through the heat pump pipe to the groundwater heat exchange pipe;
a second supply pipe connecting the heat pump pipe and the underground heat exchange pipe to supply the heat recovery heat medium that has passed through the heat pump pipe to the underground heat exchange pipe;
a first recovery pipe connecting the groundwater heat exchange pipe and the heat pump pipe to flow the heat recovery heat medium that has passed through the groundwater heat exchange pipe to the heat pump pipe;
a second recovery pipe connecting the underground heat exchange pipe and the heat pump pipe to flow the heat recovery heat medium that has passed through the underground heat exchange pipe to the heat pump pipe;
a first flow control valve for controlling the flow of the heat recovery heating medium between the permanent drainage device and the heat pump;
a second flow control valve for controlling the flow of the heat recovery heat medium between the underground heat exchanger and the heat pump;
a heat recovery heat medium pump installed to be connected to the heat pump pipe to pump the heat recovery heat medium; and
The heat recovery heat medium supplied from the heat pump pipe passes only through the groundwater heat exchange pipe and is recovered to the heat pump pipe, or passes only the underground heat exchange pipe and is recovered to the heat pump pipe, or the groundwater heat exchange pipe and the underground heat exchange Geothermal energy recovery system comprising: a control unit for controlling the first flow control valve, the second flow control valve, and the heat recovery heat medium pump so that all of the pipes pass through and are recovered to the heat pump pipe.
상기 히트 펌프관을 통과한 상기 열회수 열매체를 상기 제1 공급관 또는 상기 제2 공급관으로 분기시키기 위해 상기 히트 펌프관과 상기 제1 공급관 및 상기 제2 공급관과 연결되고, 상기 제어부에 의해 제어되는 분기 밸브; 및
상기 히트 펌프관을 통과한 상기 열회수 열매체가, 상기 지하수 열교환관을 통과한 후 상기 지중 열교환관으로 공급되거나, 상기 지중 열교환관을 통과한 후 상기 지하수 열교환관으로 공급되도록 상기 지하수 열교환관과 상기 지중 열교환관을 연결하는 바이패스관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 지열에너지 회수 시스템.
According to claim 1,
A branch valve connected to the heat pump pipe, the first supply pipe, and the second supply pipe to branch the heat recovery heat medium passing through the heat pump pipe to the first supply pipe or the second supply pipe, and controlled by the control unit ; and
The heat recovery heat medium passing through the heat pump tube is supplied to the underground heat exchange tube after passing through the underground water heat exchange tube, or is supplied to the underground water heat exchange tube after passing through the underground heat exchange tube. Geothermal energy recovery system comprising a; bypass pipe connecting the heat exchange pipe.
상기 지중 열교환관은 그 내부를 통과하는 상기 열회수 열매체가 지하 토양의 지열을 회수할 수 있도록 설치되는 것을 특징으로 하는 지열에너지 회수 시스템.
According to claim 1,
The geothermal energy recovery system, characterized in that the underground heat exchange pipe is installed so that the heat recovery heat medium passing therein can recover the geothermal heat of the underground soil.
상기 집수조는, 지하수가 집수되는 집수실과, 지하수를 상기 집수실로 유입시킬 수 있도록 상기 집수실과 연결되는 유입구와, 상기 집수실의 지하수를 배출시킬 수 있도록 상기 유입구보다 높게 배치되는 배출구를 구비하고,
상기 영구 배수장치는,
상기 지하수 열교환관을 지지하고 상기 집수조에 결합될 수 있는 지지 프레임과,
지하수를 수용할 수 있는 배수실과, 상기 배출구를 통해 상기 집수실에서 배출되는 지하수를 상기 배수실로 유입시킬 수 있도록 상기 배수실과 연결되는 입구를 갖는 배수조와,
상기 배수실에 수용되는 지하수를 펌핑할 수 있도록 상기 배수조에 설치되고, 상기 제어부에 의해 제어되는 배수 펌프와,
상기 배수 펌프에 의해 펌핑되는 지하수를 상기 배수조의 외부로 배출시킬 수 있도록 상기 배수 펌프와 연결되는 배수관과,
상기 배수실에 수용되는 지하수의 수위를 검출하고, 검출 신호를 상기 제어부에 제공하는 레벨 센서를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 레벨 센서의 검출 신호에 따라 상기 배수 펌프를 제어하는 것을 특징으로 하는 지열에너지 회수 시스템.
According to claim 1,
The water collecting tank includes a water collecting room in which groundwater is collected, an inlet connected to the water collecting room to introduce groundwater into the collecting room, and an outlet disposed higher than the inlet to discharge the groundwater from the collecting room;
The permanent drainage device,
a support frame that supports the groundwater heat exchange pipe and can be coupled to the water collecting tank;
A drainage tank having a drainage chamber capable of accommodating groundwater, and an inlet connected to the drainage chamber so as to introduce groundwater discharged from the collection chamber through the outlet into the drainage chamber;
a drain pump installed in the drain tank to pump groundwater accommodated in the drain room, and controlled by the controller;
a drain pipe connected to the drain pump to discharge the groundwater pumped by the drain pump to the outside of the drain tank;
and a level sensor that detects the level of groundwater accommodated in the drain chamber and provides a detection signal to the control unit,
The control unit, Geothermal energy recovery system, characterized in that for controlling the drain pump according to the detection signal of the level sensor.
상기 지지 프레임은 평판형으로 이루어지고,
상기 집수조의 내측에는 상기 지지 프레임의 양쪽 가장자리부가 삽입될 수 있도록 상호 마주하여 평행하게 배치되는 한 쌍의 결합홈을 구비하여 상기 지지 프레임이 분리 가능하게 결합될 수 있는 결합부가 설치되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 지열에너지 회수 시스템.
5. The method of claim 4,
The support frame is made of a flat plate type,
A pair of coupling grooves disposed in parallel to face each other so that both edge portions of the support frame can be inserted into the water collecting tub is provided, and a coupling part to which the support frame can be detachably coupled is installed. Geothermal energy recovery system.
상기 결합부는 상기 지지 프레임의 하단부가 삽입될 수 있도록 상기 집수조의 하측에 구비되는 고정홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 건축물의 영구 배수장치.
6. The method of claim 5,
and the coupling part includes a fixing groove provided at the lower side of the water collecting tank so that the lower end of the support frame can be inserted.
상기 지지 프레임의 일면에는 상기 지하수 열교환관이 삽입되는 삽입홈이 상기 지지 프레임의 양쪽 가장자리와 평행하게 형성되는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 지열에너지 회수 시스템.
6. The method of claim 5,
The geothermal energy recovery system, characterized in that on one surface of the support frame, insertion grooves into which the groundwater heat exchange tube is inserted are formed parallel to both edges of the support frame.
상기 영구 배수장치는,
상기 제어부에 의해 제어되어 상기 배수실에 수용되는 지하수를 펌핑할 수 있도록 상기 배수조에 설치되는 보조 펌프와,
상기 보조 펌프에 의해 펌핑되는 지하수를 상기 배수조의 외부로 배출시킬 수 있도록 상기 보조 펌프와 연결되는 보조관을 포함하고,
상기 제어부는, 상기 배수 펌프를 먼저 작동시키고 상기 배수실에서 지하수의 수위에 따라 상기 보조 펌프를 선택적으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 지열에너지 회수 시스템.
5. The method of claim 4,
The permanent drainage device,
an auxiliary pump installed in the drainage tank so as to be controlled by the control unit to pump groundwater accommodated in the drainage chamber;
and an auxiliary pipe connected to the auxiliary pump so as to discharge the groundwater pumped by the auxiliary pump to the outside of the drainage tank,
wherein the control unit operates the drain pump first and selectively operates the auxiliary pump according to the level of groundwater in the drain chamber.
상기 제어부는,
상기 배수실에서 지하수의 수위가 사전 설정된 제1 수위 이상이고 상기 제1 수위보다 높게 사전 설정된 제2 수위 미만일 때 상기 배수 펌프만 작동시키고,
상기 배수실에서 지하수의 수위가 상기 제2 수위 이상일 때 상기 배수 펌프와 함께 상기 보조 펌프를 작동시키는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 지열에너지 회수 시스템.9. The method of claim 8,
The control unit is
operating only the drain pump when the water level of the groundwater in the drain chamber is above a preset first water level and is lower than a second water level preset higher than the first water level,
Geothermal energy recovery system, characterized in that the auxiliary pump is operated together with the drainage pump when the water level of the groundwater in the drainage chamber is equal to or higher than the second water level.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200068262A KR20210151436A (en) | 2020-06-05 | 2020-06-05 | Geothermal energy collecting system |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR20210151436A true KR20210151436A (en) | 2021-12-14 |
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| KR (1) | KR20210151436A (en) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101103051B1 (en) | 2008-11-27 | 2012-01-05 | 이정주 | Groundwater drainage |
-
2020
- 2020-06-05 KR KR1020200068262A patent/KR20210151436A/en not_active Ceased
Patent Citations (1)
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