KR20220080243A - 축분 발효열을 이용하는 지열 히트펌프 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 축분 발효열을 이용하는 지열 히트펌프 시스템에 관한 것이다. 상기 지열 히트펌프 시스템은, 지중에 설치되는 다수의 밀폐형 지중열교환기; 축분 발효부에 지그재그 형태로 설치되어 축분 발효열을 회수하기 위한 온수 배관과, 상기 온수 배관을 통해 유동하는 온수가 저장되는 온수 탱크를 포함하는 축분 발효열 회수 장치; 1차측 열매체와의 열교환을 통해 사용자측으로 열을 공급하는 히트펌프; 상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 히트펌프의 사이에 위치하고 상기 밀폐형 지중열교환기 및 상기 온수 탱크로부터의 열을 흡수 및 저장하는 하이브리드 탱크; 상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 밀폐형 지중열교환기로 열매체를 공급하는 밀폐형 유입유로; 상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 밀폐형 지중열교환기에서 열교환된 열매체가 빠져나가는 밀폐형 유출유로; 상기 온수 탱크와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 온수 탱크로 열매체를 공급하는 탱크 유입유로; 상기 온수 탱크와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 온수 탱크에서 열교환된 열매체가 빠져나가는 탱크 유출유로; 상기 하이브리드 탱크와 상기 히트펌프 사이에 연결되어 상기 히트펌프로 1차측 열매체를 공급하는 1차측 유입유로; 상기 하이브리드 탱크와 상기 히트펌프 사이에 연결되어 상기 히트펌프에서 열교환된 1차측 열매체를 유출하는 1차측 유출유로; 상기 1차측 열매체 및 상기 열매체의 순환을 제어하는 제어부; 를 포함하고, 상기 밀폐형 지중열교환기 및 상기 온수 탱크의 열은 열매체를 통해 상기 하이브리드 탱크로 전달된다.
이러한 구성에 따르면, 버려지는 축분 발효열을 이용하여 지열 히트펌프 시스템과 함께 사용하여 적절히 제어함으로써, 지열 히트펌프 시스템의 단점을 극복할 수 있는 축분 발효열을 이용하는 지열 히트펌프 시스템을 제공할 수 있다.
이러한 구성에 따르면, 버려지는 축분 발효열을 이용하여 지열 히트펌프 시스템과 함께 사용하여 적절히 제어함으로써, 지열 히트펌프 시스템의 단점을 극복할 수 있는 축분 발효열을 이용하는 지열 히트펌프 시스템을 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 축분 발효열을 이용하는 지열 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
최근 화석에너지에 의한 이산화탄소 배출량이 지구 환경문제로 크게 부각되면서 화석에너지의 사용을 줄이기 위한 다양한 방법들이 개발되고 있으며, 그 일환으로서 지중에 열교환기를 설치하고, 이 지중 열교환기에 열매체를 순환시킴으로써 건물의 냉난방에 필요한 에너지를 지열로부터 공급받는 지열 히트펌프 시스템이 개발되어 사용되고 있다.
지중 온도는 사계절 변함없이 17℃ 내지 18℃의 온도를 유지하므로, 땅속에 위치하는 지중열교환기의 열을 이용하면 온도차에 따른 열량 확보가 가능하다. 히트펌프에서 열교환되어 데워지거나 차가워진 지하수 또는 열매체는 지하로 유입되어 다시 지중과 열교환되므로 이러한 사이클이 지속적으로 유지될 수 있다. 이러한 원리를 이용한 시설이 지열 히트펌프 시스템이다.
지열 히트펌프 시스템에서 땅속에 위치하는 지중열교환기는 크게 밀폐형과 개방형으로 구분된다.
밀폐형은 지열공 내부에 열교환용 폴리에칠렌관을 U자형으로 설치하고 관 내부로 열매체를 순환시켜, 열매체와 지중의 열을 교환할 수 있도록 한 것이다.
개방형은 일반 지하수 관정과 유사하나 수중모터펌프에 의해 양수된 지하수를 지상에 설치된 히트펌프에서 열교환시킨 다음, 열교환된 지하수를 다시 지열공 내부로 환수시켜 지중 열을 교환할 수 있도록 한 것이다.
개방형은 작은 수의 지열공으로도 높은 효과를 얻을 수 있으나, 지하수를 열매체로 사용하므로 겨울철과 같은 갈수기에 지하수가 고갈되면 원하는 열교환 효과를 얻을 수 없다는 문제가 있다.
밀폐형은 지하수가 아닌 열매체를 U자형 관 내부로 순환시키므로 지하수의 고갈에 관계없이 운전이 가능하나, 개방형보다 훨씬 많은 수의 지열공을 구성해야 원하는 효과를 얻을 수 있어서 넓은 지하 공간을 필요로 하는 단점이 있다.
지열 히트펌프 시스템은 지중에서 얻을 수 있는 열량이 제한적이어서 겨울철에 이상 저온이 계속되는 등 설계용량을 넘어서는 열량이 필요할 경우에 충분한 난방이 이루어지기 어렵고, 일정 시간 운전에 의해 지중의 온도가 상승하면 휴지 시간을 거친 후 다시 운전해야 되는 단점이 있다.
한편, 소, 돼지, 닭을 키우는 축사에서 가축들은 분과 뇨를 배설하고, 우분, 돈분, 계분과 같은 축분은 마른 풀, 볏짚, 낙엽 및 왕겨 등의 비료 조성물과 혼합된 뒤, 소정 기간의 발효 과정을 거쳐 비료로 사용된다. 축분의 발효를 위해서는 공기를 적절히 공급하는 것이 중요하다.
축분이 발효될 때는 여름철에 80℃, 겨울철에 70℃ 이상의 온도가 발생되지만, 이러한 축분 발효열은 활용되지 못하고 버려지는 실정이다.
태양열, 풍력 등의 신재생 에너지의 활용이 매우 중요한 현 상황에서, 버려지는 축분 발효열을 이용하여 지열 히트펌프 시스템과 함께 사용하면, 지중에서 얻을 수 있는 열량이 제한적이라는 지열 히트펌프 시스템의 단점을 극복하여 효율적인 난방 시스템이 달성될 수 있을 것이다.
또한, 축분의 발효가 원활히 진행될 수 있도록 축분을 적절히 교반하면서 그 사이로 공기를 공급할 수 있는 축분 발효열 회수 장치가 필요하다.
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 버려지는 축분 발효열을 이용하여 지열 히트펌프 시스템과 함께 사용하여 적절히 제어함으로써, 지열 히트펌프 시스템의 단점을 극복할 수 있는 축분 발효열을 이용하는 지열 히트펌프 시스템을 제공하고자 함에 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 지열 히트펌프 시스템은, 지중에 설치되는 다수의 밀폐형 지중열교환기; 축분 발효부에 지그재그 형태로 설치되어 축분 발효열을 회수하기 위한 온수 배관과, 상기 온수 배관을 통해 유동하는 온수가 저장되는 온수 탱크를 포함하는 축분 발효열 회수 장치; 1차측 열매체와의 열교환을 통해 사용자측으로 열을 공급하는 히트펌프; 상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 히트펌프의 사이에 위치하고 상기 밀폐형 지중열교환기 및 상기 온수 탱크로부터의 열을 흡수 및 저장하는 하이브리드 탱크; 상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 밀폐형 지중열교환기로 열매체를 공급하는 밀폐형 유입유로; 상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 밀폐형 지중열교환기에서 열교환된 열매체가 빠져나가는 밀폐형 유출유로; 상기 온수 탱크와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 온수 탱크로 열매체를 공급하는 탱크 유입유로; 상기 온수 탱크와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 온수 탱크에서 열교환된 열매체가 빠져나가는 탱크 유출유로; 상기 하이브리드 탱크와 상기 히트펌프 사이에 연결되어 상기 히트펌프로 1차측 열매체를 공급하는 1차측 유입유로; 상기 하이브리드 탱크와 상기 히트펌프 사이에 연결되어 상기 히트펌프에서 열교환된 1차측 열매체를 유출하는 1차측 유출유로; 상기 1차측 열매체 및 상기 열매체의 순환을 제어하는 제어부; 를 포함하고, 상기 밀폐형 지중열교환기 및 상기 온수 탱크의 열은 열매체를 통해 상기 하이브리드 탱크로 전달된다.
또한, 상기 밀폐형 유출유로와 상기 온수 탱크 사이에 연결되어, 상기 밀폐형 지중열교환기에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 상기 온수 탱크로 공급하기 위한 제1 분기유로; 상기 밀폐형 유출유로와 상기 제1 분기유로의 연결부에 설치되는 제1 삼방밸브; 상기 밀폐형 유출유로와 상기 온수 탱크 사이에 연결되어, 상기 온수 탱크에서 열교환된 열매체를 상기 하이브리드 탱크로 공급하기 위한 제2 분기유로; 상기 밀폐형 유출유로와 상기 제2 분기유로의 연결부에 설치되는 제2 삼방밸브; 를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 및 제2 삼방밸브를 제어하여, 상기 밀폐형 지중열교환기에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 선택적으로 상기 온수 탱크로 공급한 후, 추가로 열을 얻어서 상기 하이브리드 탱크로 공급되게 한다.
또한, 외기의 온도를 측정하는 외부 온도센서; 상기 밀폐형 지중열교환기에 설치되어 지중의 온도를 측정하는 지중 온도센서; 를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 외부 온도센서 및 상기 지중 온도센서의 측정값에 따라, 상기 밀폐형 지중열교환기에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 선택적으로 상기 온수 탱크로 공급하여 추가로 열을 얻도록 제어한다.
본 발명에 따르면, 버려지는 축분 발효열을 이용하여 지열 히트펌프 시스템과 함께 사용하여 적절히 제어함으로써, 지열 히트펌프 시스템의 단점을 극복할 수 있는 축분 발효열을 이용하는 지열 히트펌프 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지열 히트펌프 시스템의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지열 히트펌프 시스템에서 열매체가 선택적으로 순환되는 경로의 예를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 축분 발효열 회수 장치의 온수 배관과 온수 탱크를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 축분 발효열 회수 장치에서 축분 교반부의 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은 도 6에서 교반 날개를 통해 공기를 축분에 공급하는 상태를 도시하는 도면이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지열 히트펌프 시스템에서 열매체가 선택적으로 순환되는 경로의 예를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 축분 발효열 회수 장치의 온수 배관과 온수 탱크를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 축분 발효열 회수 장치에서 축분 교반부의 구성을 도시하는 도면이다.
도 7은 도 6에서 교반 날개를 통해 공기를 축분에 공급하는 상태를 도시하는 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지열 히트펌프 시스템의 구성을 도시하는 도면이다. 도 2 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지열 히트펌프 시스템에서 열매체가 선택적으로 순환되는 경로의 예를 도시하는 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 축분 발효열 회수 장치의 온수 배관과 온수 탱크를 도시하는 도면이다.
본 발명의 지열 히트펌프 시스템은 축분 발효열 회수 장치와 밀폐형이 혼합된 방식으로 축분 발효열을 이용하는 지열 히트펌프 시스템에 관한 것이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 지열 히트펌프 시스템은 밀폐형 지중열교환기(110), 축분 발효열 회수 장치, 하이브리드 탱크(140), 히트펌프(160), 제어부 등을 포함한다.
밀폐형 지중열교환기(110)는 다수 개가 지중에 설치된다. 밀폐형 지중열교환기(110)는 천공된 지열공으로 U자형의 관을 매설하고, 관 내부로 열매체를 순환시켜 지중의 열을 흡수하기 위한 것이다. 본 실시예에서, 밀폐형 지중열교환기(110)는 200m×20공이 설치될 수 있다.
밀폐형 지중열교환기(110) 대신에 개방형 지중열교환기가 설치될 수도 있다. 개방형 지중열교환기는 천공된 지열공 내부에 배치되는 수중모터펌프에 의해 양수된 지하수를 지상에서 열교환시킨 다음, 열교환된 지하수를 다시 지열공 내부로 환수시켜 지중의 열을 흡수하기 위한 것이다.
도 5를 참조하면, 축분 발효열 회수 장치는 축분의 발효시에 발생하는 열을 회수하여 이용하기 위한 것이다. 이를 위해, 축분 발효열 회수 장치는 축분 발효부에 지그재그 형태로 설치되어 축분 발효열을 회수하기 위한 온수 배관(210)과, 이러한 온수 배관(210)을 통해 유동하는 온수가 저장되는 온수 탱크(120)를 포함한다. 온수 배관(210)과 온수 탱크(120) 사이는 공급 유로(211)와 배출 유로(212)를 통해 연결된다.
축분 발효부가 복수 개 형성되어, 복수의 온수 배관(210)을 통해 유동하는 물이 온수 탱크(120)로 공급될 수 있다. 이는 온수 탱크(120)의 열을 항상 이용할 수 있도록 한다.
히트펌프(160)는 1차측(열원측) 열매체와 2차측(사용자측) 열매체 사이의 열교환을 통해 사용자측으로 열을 공급한다. 2차측 열매체는 공기 또는 물이 될 수 있다.
2차측 유입유로(171)는 히트펌프(160)와 사용자측(180) 사이에 연결되어, 1차측 열매체와 열교환하기 위해 2차측 열매체를 히트펌프(160)로 공급한다. 2차측 유출유로(172)는 히트펌프(160)와 사용자측(180) 사이에 연결되어, 히트펌프(160)에서 열교환된 2차측 열매체를 사용자측(180)으로 공급한다.
하이브리드 탱크(140)는 밀폐형 지중열교환기(110)와 히트펌프(130)의 사이에 위치하고, 밀폐형 지중열교환기(110) 및 온수 탱크(120)로부터의 열을 흡수 및 저장하는 기능을 한다. 하이브리드 탱크(140)에 저장된 열은 히트펌프(160)에서 2차측 열매체와 열교환된다.
밀폐형 유입유로(111)는 밀폐형 지중열교환기(110)와 하이브리드 탱크(140) 사이에 연결되어 밀폐형 지중열교환기(110)로 열매체를 공급한다. 열매체는 물이 될 수 있다.
밀폐형 유출유로(112)는 밀폐형 지중열교환기(110)와 하이브리드 탱크(140) 사이에 연결되어 밀폐형 지중열교환기(110)에서 열교환된 열매체가 빠져나가서 하이브리드 탱크(140)로 공급된다. 밀폐형 유출유로(112)에는 팽창탱크가 설치될 수 있다.
탱크 유입유로(131)는 온수 탱크(120)와 하이브리드 탱크(140) 사이에 연결되어 온수 탱크(120)로 열매체를 공급한다.
탱크 유출유로(132)는 온수 탱크(120)와 하이브리드 탱크(140) 사이에 연결되어, 온수 탱크(120)에서 열교환된 열매체가 빠져나가 하이브리드 탱크(140)로 유입되게 한다.
1차측 유입유로(151)는 하이브리드 탱크(140)와 히트펌프(160) 사이에 연결되어, 하이브리드 탱크(140)에서 열을 회수한 1차측 열매체를 히트펌프(160)로 공급한다.
1차측 유출유로(152)는 하이브리드 탱크(140)와 히트펌프(160) 사이에 연결되어, 히트펌프(160)에서 2차측 열매체와 열교환된 1차측 열매체를 유출하고, 1차측 열매체는 다시 하이브리드 탱크(140)로 유입된다.
제1 분기유로(121)는 밀폐형 유출유로(112)와 온수 탱크(120) 사이에 연결되어, 밀폐형 지중열교환기(110)에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 온수 탱크(120)로 공급하기 위한 것이다. 제1 삼방밸브(114)는 밀폐형 유출유로(112)와 제1 분기유로(121)의 연결부에 설치된다.
제2 분기유로(122)는 밀폐형 유출유로(112)와 온수 탱크(120) 사이에 연결되어, 온수 탱크(120)에서 열교환된 열매체를 하이브리드 탱크(140)로 공급하기 위한 것이다. 제2 삼방밸브(115)는 밀폐형 유출유로(112)와 제2 분기유로(122)의 연결부에 설치된다.
제어부는 제1 및 제2 삼방밸브(114, 115) 등을 제어하여, 밀폐형 지중열교환기(110)에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 선택적으로 온수 탱크(120)로 공급한 후, 추가로 열을 얻어서 하이브리드 탱크(140)로 공급되게 한다.
제1 및 제2 삼방밸브(114, 115)의 적절한 제어를 위해, 사용자측(180)에는 외기의 온도를 측정하는 외부 온도센서(185)가 설치될 수 있다. 또한, 밀폐형 지중열교환기(110)에는 지중의 온도를 측정하는 지중 온도센서(113)가 설치될 수 있다. 지중 온도센서(113)는 밀폐형 지중열교환기(110)에 인접하여 지하 2~4m 사이에 설치될 수 있다.
제어부는 외부 온도센서(185) 및 지중 온도센서(113)의 측정값에 따라, 밀폐형 지중열교환기(110)에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 선택적으로 온수 탱크(120)로 공급하여 추가로 열을 얻도록 한다.
이하에서는, 도 2 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 지열 히트펌프 시스템에서 열매체가 선택적으로 순환되는 예를 설명하기로 한다.
도 2는 열매체가 밀폐형 지중열교환기(110)와 하이브리드 탱크(140) 사이에서 순환되는 예를 도시한다. 도 2는 겨울철에 외부 온도센서(185)에 의해 측정된 외기 온도가 많이 낮지 않고, 열매체가 밀폐형 지중열교환기(110)와 하이브리드 탱크(140) 사이에서 순환되는 것으로 충분한 열용량을 얻을 수 있는 경우를 도시한다.
도 3은 열매체가 밀폐형 지중열교환기(110)에서 온수 탱크(120)를 거친 후 하이브리드 탱크(140)로 유입되는 예를 도시한다.
일반적으로, 겨울철의 지중 온도는 17℃ 내지 18℃의 온도를 유지하여, 열매체가 지중을 열을 흡수하여 하이브리드 탱크(140)로 전달할 수 있지만, 일정시간 지중의 열을 흡수하면 지중의 온도가 낮아져 지중으로부터 더이상 열을 흡수할 수 없게 된다. 이 경우, 밀폐형 지중열교환기(110)를 통한 열매체의 순환은 중지되고, 일정시간이 지난 후 지중의 온도가 회복되면 다시 열매체를 순환시켜 지중을 열을 흡수하게 된다.
열매체의 순환이 중지되는 동안은 난방이 이루어지지 않으므로, 사용자측(180)의 건물의 단열 성능이 낮거나 외기 온도가 매우 낮을 경우, 원하는 난방이 유지되지 않게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 본 실시예에서 제1 삼방밸브(114)의 제어를 통해 밀폐형 지중열교환기(110)에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 제1 분기유로(121)를 통해 온수 탱크(120)로 공급한다.
제어부는 지중 온도센서(113)의 측정값이 소정 온도 이하가 되고, 외부 온도센서(185)의 측정값이 소정 온도 이하가 되면, 열매체를 온수 탱크(120)로 분기하는 것을 결정한다. 지중 온도센서(113)의 측정값이 소정 온도 이하라는 것은 열매체가 지중을 열을 흡수하기 어렵다는 것을 의미하고, 외부 온도센서(185)의 측정값이 소정 온도 이하라는 것은 외기 온도가 매우 낮아서 밀폐형 지중열교환기(110)만으로는 원활한 난방이 이루어지기 어렵다는 것을 의미한다.
온수 탱크(120)로 공급된 열매체는 온수 탱크(120)에서 추가로 열을 얻은 후, 제2 분기유로(122)를 통해 하이브리드 탱크(140)로 공급된다.
온수 탱크(120)로 분기되는 열매체의 양은 온수 탱크(120)의 보유 열량, 지중 온도센서(113) 및 외부 온도센서(185)의 측정값에 따라 적절히 조절될 수 있다. 이 경우, 온수 탱크(120)는 밀폐형 지중열교환기(110)의 부족한 열을 보충하는 목적으로 작동되고, 주된 열은 밀폐형 지중열교환기(110)로부터 얻는다.
본 실시예에서는, 밀폐형 지중열교환기(110)를 통해 지중을 열을 얻을 수 있으면서, 부족한 열량을 온수 탱크(120)를 통해 보충할 수 있으므로, 에너지를 절약하면서 사용자측(180)의 난방을 원활하게 수행할 수 있다.
도 4는 열매체가 밀폐형 지중열교환기(110) 및 온수 탱크(120)에서 개별적으로 순환되는 예를 도시한다.
이상 저온 등으로 외부 온도센서(185)에 의해 측정된 외기온도가 매우 낮을 경우, 온수 탱크(120)를 충분히 활용하여 사용자측(180)의 원활한 난방이 이루어질 수 있게 한다.
이 경우, 열매체는 밀폐형 유입유로(111) 및 밀폐형 유출유로(112)를 통해 밀폐형 지중열교환기(110)와 하이브리드 탱크(140) 사이를 순환하고, 다른 열매체는 탱크 유입유로(131)와 탱크 유출유로(132)를 통해 온수 탱크(120)와 하이브리드 탱크(140) 사이를 순환하게 된다.
밀폐형 지중열교환기(110)와 온수 탱크(120)를 개별적으로 순환하는 열매체는 하이브리드 탱크(140)에 모여 1차측 열매체와 열교환하게 된다.
본 실시예는, 필요한 난방 열량에 비해 밀폐형 지중열교환기(110)를 통해 얻을 수 있는 열량이 매우 부족할 경우, 축분 발효열을 이용하는 온수 탱크(120)를 최대한 활용하여 사용자측(180)의 원활한 난방을 수행할 수 있도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 지열 히트펌프 시스템에서는 지중 온도센서(113)와 외부 온도센서(185)의 측정값에 따라 밀폐형 지중열교환기(110)에서 열을 얻은 열매체의 전부 또는 일부를 축분 발효열을 이용하는 온수 탱크(120)를 통해 더 순환시킴으로써, 지중에서 얻을 수 있는 열량이 제한적이라는 지열 히트펌프 시스템의 단점을 극복할 수 있다.
이하에서는, 도 6과 도 7을 참조하여 본 발명의 축분 발효열 회수 장치에서 축분을 교반하고 공기를 공급하기 위한 구성을 살펴보기로 한다. 도 6은 본 발명의 축분 발효열 회수 장치에서 축분 교반부의 구성을 도시하는 도면이다. 도 7은 도 6에서 교반 날개를 통해 공기를 축분에 공급하는 상태를 도시하는 도면이다.
본 발명의 축분 발효열 회수 장치는 온수 배관(210)과 온수 탱크(120) 외에도 축분을 교반하기 위한 축분 교반 장치를 더 포함한다.
축분이 원활히 발효되어 발효열을 회수하기 위해서는 축분 발효부에 저장된 축분을 적절히 교반하고, 축분에 공기를 공급하는 것이 중요하다.
상기 축분 교반 장치는 이동대차(220), 이동모터(221), 지지부(230), 교반모터(235), 교반축(240), 교반날개(245), 컴프레셔(250), 공기유로(255) 등을 포함한다.
축분이 저장되는 축분 발효부에는 구획벽(10)이 설치되고, 구획벽(10)의 상부에는 이동대차(220)의 이동을 위한 레일(11)이 설치된다.
이동대차(220)는 이동모터(221)에 의해 구동되어 레일(11)을 따라 이동한다. 이동대차(220)에는 지지부(230)가 연결되어 부품들을 지지할 수 있다.
지지부(230)에는 교반축(240)을 회전시키기 위한 교반모터(235)가 지지된다. 교반축(240)은 지지부(230)에 회전 가능하게 지지된다.
교반축(240)과 교반모터(235) 사이에는 동력전달수단이 연결되어, 교반모터(235)의 회전에 따라 교반축(240)이 회전한다.
교반날개(245)는 교반축(240)에 연결되어 교반축(240)의 회전에 따라 축분을 교반하기 위한 부분으로 축분을 교반하기에 용이한 형상을 갖는다. 교반날개(245)는 교반축(240)을 따라 소정의 간격으로 이격되어 다수 개가 설치된다. 또한, 다수 개의 교반날개(245)는 동일한 방향이 아닌 여러 각도로 이격되어 설치된다.
본 실시예에서는, 축분이 저장되는 축분 발효부에 온수 배관(210)이 설치되므로, 교반날개(245)는 회전하는 동안 온수 배관(210)과 간섭되지 않도록 설치되어야 한다.
교반날개(245)가 회전하더라도 온수 배관(210)의 주위는 원활한 교반이 이루어지지 않을 수 있으므로, 교반날개(245)를 통해 고압의 공기를 분사하여 온수 배관(210)의 하부 및 주위의 축분으로 공기를 공급하는 것과 함께 온수 배관(210) 주위의 축분이 원활히 교반될 수 있도록 한다.
이를 위해, 지지부(230) 또는 축분 발효부의 근처에 컴프레셔(250)가 구비되고, 컴프레셔(250)와 연결된 공기유로(255)가 교반축(240)을 지나 각각의 교반날개(245)로 연결되게 한다. 회전하는 교반축(240)을 지나 유로가 연결될 수 있도록 교반축(240)에 인접하는 공기유로(255)는 로터리 조인터 등으로 연결될 수 있다.
공기유로(255)는 교반날개(245)의 단부까지 연결되고, 교반날개(245)의 단부에는 공기유로(255)와 연결되어 공기를 배출하기 위한 복수의 배출구가 형성된다. 컴프레셔(250)로부터의 압축 공기는 공기유로(255)를 거쳐 각각의 교반날개(245)의 배출구를 통해 분사될 수있다.
본 실시예의 축분 교반 장치에 따르면, 교반날개(245)의 배출구를 통해 압축 공기가 분사됨으로써, 축분을 교반하면서 공기를 공급함은 물론 온수 배관(210) 근처의 축분을 원활히 교반하여 발효를 촉진하는 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
10 : 구획벽
110 : 밀폐형 지중열교환기
111 : 밀폐형 유입유로
112 : 밀폐형 유출유로
113 : 지중 온도센서
114 : 제1 삼방밸브
115 : 제2 삼방밸브
120 : 온수 탱크
121 : 제1 분기유로
122 : 제2 분기유로
131 : 탱크 유입유로
132 : 탱크 유출유로
140 : 하이브리드 탱크
151 : 1차측 유입유로
152 : 1차측 유출유로
160 : 히트펌프
171 : 2차측 유입유로
172 : 2차측 유출유로
180 : 사용자측
185 : 외부 온도센서
210 : 온수 배관
220 : 이동대차
221 : 이동모터
230 : 지지부
235 : 교반모터
240 : 교반축
245 : 교반날개
250 : 컴프레셔
255 : 공기유로
110 : 밀폐형 지중열교환기
111 : 밀폐형 유입유로
112 : 밀폐형 유출유로
113 : 지중 온도센서
114 : 제1 삼방밸브
115 : 제2 삼방밸브
120 : 온수 탱크
121 : 제1 분기유로
122 : 제2 분기유로
131 : 탱크 유입유로
132 : 탱크 유출유로
140 : 하이브리드 탱크
151 : 1차측 유입유로
152 : 1차측 유출유로
160 : 히트펌프
171 : 2차측 유입유로
172 : 2차측 유출유로
180 : 사용자측
185 : 외부 온도센서
210 : 온수 배관
220 : 이동대차
221 : 이동모터
230 : 지지부
235 : 교반모터
240 : 교반축
245 : 교반날개
250 : 컴프레셔
255 : 공기유로
Claims (3)
- 지열 히트펌프 시스템에 있어서,
지중에 설치되는 다수의 밀폐형 지중열교환기;
축분 발효부에 지그재그 형태로 설치되어 축분 발효열을 회수하기 위한 온수 배관과, 상기 온수 배관을 통해 유동하는 온수가 저장되는 온수 탱크를 포함하는 축분 발효열 회수 장치;
1차측 열매체와의 열교환을 통해 사용자측으로 열을 공급하는 히트펌프;
상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 히트펌프의 사이에 위치하고 상기 밀폐형 지중열교환기 및 상기 온수 탱크로부터의 열을 흡수 및 저장하는 하이브리드 탱크;
상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 밀폐형 지중열교환기로 열매체를 공급하는 밀폐형 유입유로;
상기 밀폐형 지중열교환기와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 밀폐형 지중열교환기에서 열교환된 열매체가 빠져나가는 밀폐형 유출유로;
상기 온수 탱크와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 온수 탱크로 열매체를 공급하는 탱크 유입유로;
상기 온수 탱크와 상기 하이브리드 탱크 사이에 연결되어 상기 온수 탱크에서 열교환된 열매체가 빠져나가는 탱크 유출유로;
상기 하이브리드 탱크와 상기 히트펌프 사이에 연결되어 상기 히트펌프로 1차측 열매체를 공급하는 1차측 유입유로;
상기 하이브리드 탱크와 상기 히트펌프 사이에 연결되어 상기 히트펌프에서 열교환된 1차측 열매체를 유출하는 1차측 유출유로;
상기 1차측 열매체 및 상기 열매체의 순환을 제어하는 제어부;
를 포함하고,
상기 밀폐형 지중열교환기 및 상기 온수 탱크의 열은 열매체를 통해 상기 하이브리드 탱크로 전달되는 지열 히트펌프 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 밀폐형 유출유로와 상기 온수 탱크 사이에 연결되어, 상기 밀폐형 지중열교환기에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 상기 온수 탱크로 공급하기 위한 제1 분기유로;
상기 밀폐형 유출유로와 상기 제1 분기유로의 연결부에 설치되는 제1 삼방밸브;
상기 밀폐형 유출유로와 상기 온수 탱크 사이에 연결되어, 상기 온수 탱크에서 열교환된 열매체를 상기 하이브리드 탱크로 공급하기 위한 제2 분기유로;
상기 밀폐형 유출유로와 상기 제2 분기유로의 연결부에 설치되는 제2 삼방밸브;
를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 제1 및 제2 삼방밸브를 제어하여, 상기 밀폐형 지중열교환기에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 선택적으로 상기 온수 탱크로 공급한 후, 추가로 열을 얻어서 상기 하이브리드 탱크로 공급되게 하는 지열 히트펌프 시스템. - 제2항에 있어서,
외기의 온도를 측정하는 외부 온도센서;
상기 밀폐형 지중열교환기에 설치되어 지중의 온도를 측정하는 지중 온도센서;
를 더 포함하고,
상기 제어부는 상기 외부 온도센서 및 상기 지중 온도센서의 측정값에 따라, 상기 밀폐형 지중열교환기에서 열교환된 열매체의 전부 또는 일부를 선택적으로 상기 온수 탱크로 공급하여 추가로 열을 얻도록 제어하는 지열 히트펌프 시스템.
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| KR1020200169137A KR102426675B1 (ko) | 2020-12-07 | 2020-12-07 | 축분 발효열을 이용하는 지열 히트펌프 시스템 |
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|---|---|
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| Date | Code | Title | Description |
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| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |