WO2017217751A1 - 열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템 - Google Patents

열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a borehole-type interlayer heat storage system, which is formed in a ring shape, respectively, and includes a supply pipe and a recovery pipe, and connects a vertical tube having a "U" shape to be inserted into a bore hole on the bottom.
  • the n heat storage tube member is formed outside the first heat storage tube member. It is arranged at intervals to form the interlayer heat accumulator in the ground, and measures the supply temperature of the heat source flowing into the main supply pipe and the ground temperature of each part of the interlayer heat accumulator to correspond to the corresponding temperature according to the supply temperature of the heat source.
  • a borehole-type heat storage system capable of selecting a heat storage space according to a supply temperature of a heat source to increase heat storage performance by supplying heat to the n-th heat storage pipe member to accumulate heat. It is about.
  • the domestic new and renewable energy industry initially had no room for commercialization, focusing on technology development, but it has been expanding in domestic and overseas markets as various systems for promoting promotion have been made and applied in full scale.
  • the goal is to expand the supply of new and renewable energy to about 10% of homes by 2020, and supply solar, solar, fuel cells, and geothermal energy to 1 million households. have.
  • solar energy is an industry that can most actively respond to various environmental regulations with green energy without environmental pollution. Industry.
  • the field of solar energy use is classified into low temperature, medium and high temperature fields according to the heat collection temperature.
  • the low temperature field mainly includes the building's cooling, heating and hot water supply and large hot water supply facilities. And other special fields.
  • Major technologies applied to solar systems can be broadly classified into solar heat collecting technology, solar heat storage technology, and solar heat utilization technology.
  • the quarterly heat storage system is applied as a solar heat storage technology.
  • Quarterly heat storage is a heat storage method that stores surplus heat remaining in the blame-free air and uses it for heaters with high heat demand, and uses (waste) heat produced year-round such as power generation waste heat, industrial waste heat, waste incineration heat, fuel cell, biomass, and solar heat as heat sources. It is intermittent, the discharge temperature is not constant or the temperature is low, it is possible to recover the heat difficult to use in power production or industrial use can be used for building heating and heating or agriculture.
  • solar block heating or solar district heating is a large-scale heat accumulator that bundles solar collectors distributed or concentrated in a complex of more than a certain scale (a roof or other installable space of a building) into a single system. It is a series of central heat supply system that centrally accumulates and supplies the collected solar heat in connection with the long-term heat storage system.
  • the solar block heating system can be combined with other new and renewable heating systems such as geothermal heat pumps, biofuels, wood pellets, and waste energy as well as existing heat facilities, and the entire heat load can be supplied only with new and renewable energy. It can be used to take advantage of new and renewable energy sources, make up for the shortcomings, and maximize the use of natural energy such as solar heat.
  • the double borehole system embeds a tube vertically in the ground to form a heat storage body, and when viewed from above, heat enters the center and radially flows out.
  • this borehole method is suitable for storing heat produced from a single heat source with a constant temperature, but in the case of regenerating heat generated from a heat source having a varying temperature or from different heat sources, even if the supply temperature of the heat source is low, it is unconditionally moved to the center. There is a problem that can not effectively accumulate because it comes to flow out.
  • each of the first heat storage pipe member is formed in a ring shape consisting of a supply pipe and a recovery pipe, connecting the vertical pipe of the "U" shape to be inserted into the bore hole on the bottom And forming an n-th heat storage pipe member having a supply pipe and a recovery pipe having a larger diameter than the supply pipe and the recovery pipe of the first heat storage pipe member, and then arrange the n heat storage pipe members at appropriate intervals on the outside of the first heat storage pipe member.
  • the first heat storage tube member or the n-th heat storage tube member is formed corresponding to the corresponding temperature according to the supply temperature of the heat source by measuring the supply temperature of the heat source flowing into the main supply pipe and the underground temperature of each part of the inter-generation heat accumulator. It is an object of the present invention to provide a borehole type heat storage system in which a heat storage space can be selected according to a supply temperature of a heat source to supply heat to a furnace.
  • the supply pipe is formed in the form of a ring cut in part, and a pair of recovery pipe formed in parallel on the side of the supply pipe and formed in the form of a "U" is connected to one end of the bottom of the supply pipe, The other end is connected to the bottom surface is provided with a heat storage tube member consisting of a plurality of vertical pipes respectively inserted into the borehole, the plurality of the heat storage tube member in the form of an enlarged diameter toward the outer side of the low temperature portion relative to the high temperature portion of the central portion
  • An intermittent heat storage body wherein each of the supply pipes and the recovery pipes is connected to the main supply pipes and the main recovery pipes;
  • a first temperature sensor installed at the main supply pipe and measuring a supply temperature of a heat source;
  • a second temperature sensor unit installed in a plurality of bore holes in the interlayer heat storage body to measure underground temperature;
  • the heat storage tube member of the interlayer heat accumulator is formed in the same length of the vertical tube or shorter in length from the low temperature portion to the high temperature portion.
  • the said interlayer heat accumulator is equipped with a tank or a pit in a high temperature part.
  • the vertical pipe of the heat storage pipe member of the inter-hour heat storage body is formed in a zigzag form in the tank or pit.
  • the controller controls the opening and closing of the solenoid valve unit so that the heat radiation is received through the heat storage tube member of the interlayer heat accumulator corresponding to the heat radiation target temperature by receiving the ground temperature from the second temperature sensor unit during heat dissipation.
  • the borehole-type heat storage system capable of selecting a heat storage space according to the supply temperature of the heat source of the present invention configured as described above, it is possible to store low-temperature heat, and in the case of solar heat, the output is severely changed according to weather conditions, so that the constant temperature Compared to the current method of storing only the above heat, the system efficiency can be improved, and when the heat is taken out and used, it can be output at a desired temperature, and in the case of a heat source whose temperature is changed, the heat storage amount can be increased.
  • FIG. 2 is a plan view illustrating a borehole method in a quarterly heat storage system.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of a borehole type heat storage system capable of selecting a heat storage space according to a supply temperature of a heat source according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a plan view illustrating a configuration of the heat storage tube member of FIG. 3.
  • FIG. 5 is a partial perspective view showing a part of the heat storage tube member of FIG. 3.
  • 6 to 8 are schematic diagrams showing the configuration of a borehole type heat storage system capable of selecting a heat storage space according to a supply temperature of a heat source according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a configuration of a borehole-type interlayer heat storage system capable of selecting a heat storage space according to a supply temperature of a heat source according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 illustrates a configuration of the heat storage tube member of FIG. 3. It is a top view
  • FIG. 5 is a partial perspective view which shows the some structure of the heat storage tube member of FIG.
  • the borehole-type inter-layer heat storage system 1 capable of selecting a heat storage space according to a supply temperature of a heat source according to an embodiment of the present invention includes a main supply pipe 10 and a main recovery.
  • the tube 20, the intermittent heat storage body 30, the 1st temperature sensor 40, the 2nd temperature sensor part 50, the solenoid valve part 60, and the controller 70 are comprised.
  • heat heated in a solar collector (not shown) is supplied to the main supply pipe 10.
  • the main recovery pipe 20 recovers the heat medium whose temperature is accumulated by accumulating the interlayer heat accumulator 30 and the temperature is reduced by a solar heat collector (not shown).
  • the interlayer heat accumulator 30 drills a plurality of bore holes 31 in the ground, and provides a heat storage tube member 33 to heat the heat of the heat source.
  • the heat storage tube member 33 is a supply pipe 33a, which is formed in the shape of a ring cut in part, and a recovery pipe 33b and a "U" character formed in parallel on the side of the supply pipe 33a. Is formed in the form is connected to the bottom end of the supply pipe (33a), the other end is connected to the bottom of the recovery pipe (33b) consists of a plurality of vertical pipes (33c) respectively inserted into the bore hole (31), The plurality of members 33 are provided in such a manner that their diameters are enlarged toward the outside of the low temperature portion with respect to the high temperature portion of the central portion.
  • the supply pipe 33a and the recovery pipe 33b of each heat storage pipe member 33 are connected to the main supply pipe 10 and the main recovery pipe 20, and the vertical pipe 33c of the heat storage pipe member 33 is provided.
  • the length is all formed in the same length as shown in Figure 3, in one embodiment of the present invention is shown four (a, b, c, d).
  • the recovery pipe 33b of each heat storage pipe member 33 is connected to the supply pipe 33a of the heat storage pipe member 33 located on the neighboring outer side so that the heat is supplied to the supply pipe of one of the heat storage pipe members 33 ( 33a) is supplied to the recovery pipe 33b and then supplied to the supply pipe 33a of the heat storage tube member 33 located outside, and then flows to the recovery pipe 33b.
  • the distance between the bore hole 31 and the bore hole 31 is formed to a few m
  • the length of the vertical pipe 33c is formed to be the same as the diameter of the heat accumulator 30 to minimize the heat loss ( Closer to the spherical shape, the heat loss is minimized).
  • the first temperature sensor 40 is installed in the main supply pipe 10 to measure the supply temperature of the heat source.
  • each sensor of the second temperature sensor unit 50 is preferably located at the central depth of the bore hole 31, and at least one sensor is formed in each of the bore holes 31 in which the respective heat storage tube members 33 are installed. It is preferable.
  • the solenoid valve unit 60 is provided with a plurality of solenoid valves V1 to V9 between the main supply pipe 10 and the heat storage tube member 33, respectively.
  • the controller 70 receives the supply temperature and the ground temperature of the heat source from the first temperature sensor 40 and the second temperature sensor unit 50 during the heat storage of the inter-level heat storage body 30 corresponding to the supply temperature of the heat source.
  • the opening and closing of the solenoid valve part 60 is controlled so that the heat of the main supply pipe 10 is supplied to the heat storage pipe member 33 side and stored.
  • the controller 70 receives the ground temperature from the second temperature sensor unit 50 during heat dissipation so that the heat dissipation is performed through the heat storage tube member 33 of the interlayer heat storage body 30 corresponding to the heat dissipation target temperature.
  • the opening and closing of the valve unit 60 is controlled.
  • the borehole system heat storage system (1) of the borehole method can be selected according to the supply temperature of the heat source according to another embodiment of the present invention as shown in Figures 6 to 8 the length of the vertical pipe (33c) May be formed differently, or a tank T or a pit P may be formed.
  • 6 to 8 are schematic diagrams showing the configuration of a borehole type heat storage system capable of selecting a heat storage space according to a supply temperature of a heat source according to another embodiment of the present invention.
  • the length of the vertical tube 33c of the heat storage tube member 33 may be shorter from the low temperature portion to the high temperature portion.
  • the length of the high temperature portion is shortened, high temperature heat is concentrated in the center portion. The heat loss can be minimized.
  • the interlayer heat accumulator 30 may include a tank T or a pit P at a high temperature portion.
  • the heat accumulator tube member of the interlayer heat accumulator 30 ( The vertical tube 33c of the 33 is preferably formed in a zigzag form in the tank T or the pit P to maximize the heat exchange performance.
  • the controller 70 receives the supply temperature and the ground temperature of the heat source from the first temperature sensor 40 and the second temperature sensor unit 50.
  • the controller 70 sequentially flows heat from the center of the heat accumulator 30 to the outside.
  • the solenoid valves V7, V8, and V9 of the solenoid valve part 60 are closed, and the rest are opened to supply heat to a of the heat storage tube members 33, which are the centers, and then to heat. Escape with heating in order.
  • the controller 70 controls the solenoid valves V3, V4, V8 and V9) are closed, and the rest are opened so that heat is supplied to b in the heat storage tube member 33 to be heated and then exited while heating in the order c ⁇ d.
  • the controller 70 controls the solenoid valves V2, V5, V9) is closed, and the rest is opened to supply heat to c in the heat storage tube member 33 to be heated, and then exit while heating in the order of d.
  • the controller 70 controls the solenoid valves V1 and V6 of the solenoid valve part 60. Is closed, and the rest is opened to supply heat only to d in the heat storage tube member 33 so as to exit after heating.
  • the controller 70 receives the ground temperature from the second temperature sensor unit 50 during heat dissipation, and compares the target heat radiation temperature with the ground temperature and controls it in the above manner. However, when the heat dissipation, the flow direction of the heat medium (not shown) is opposite to the flow shown in FIGS. 3, 4, 6, 7, and 8.

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Abstract

본 발명은 보어홀 방식의 계간 축열 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 각각 링형태로 형성되어 공급관과 회수관으로 이루어지고, 저면에 보어홀에 삽입되도록 "U"자 형태의 수직관을 연결한 제 1축열관 부재와, 제 1축열관 부재의 공급관과 회수관보다 더 큰 지름의 공급관과 회수관을 갖는 제 n축열관 부재를 형성한 후 제 1축열관 부재의 외측에 n축열관 부재를 적절한 간격으로 배치하여 계간 축열체를 형성하고, 메인 공급관으로 유입되는 열원의 공급온도와 계간 축열체 각 부분의 지중 온도를 측정하여 열원의 공급온도에 따라 해당 온도와 대응되는 제 1축열관 부재 또는 제 n축열관 부재로 열을 공급하여 축열함으로써 축열 성능을 증대시키도록 하는 열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템에 관한 것이다.

Description

열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템
본 발명은 보어홀 방식의 계간 축열 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 각각 링형태로 형성되어 공급관과 회수관으로 이루어지고, 저면에 보어홀에 삽입되도록 "U"자 형태의 수직관을 연결한 제 1축열관 부재와, 제 1축열관 부재의 공급관과 회수관보다 더 큰 지름의 공급관과 회수관을 갖는 제 n축열관 부재를 형성한 후 제 1축열관 부재의 외측에 n축열관 부재를 적절한 간격으로 배치하여 지중에 계간 축열체를 형성하고, 메인 공급관으로 유입되는 열원의 공급온도와 계간 축열체 각 부분의 지중 온도를 측정하여 열원의 공급온도에 따라 해당 온도와 대응되는 제 1축열관 부재 또는 제 n축열관 부재로 열을 공급하여 축열함으로써 축열 성능을 증대시키도록 하는 열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템에 관한 것이다.
역사적으로 경제가 발전하게 되면서 에너지 사용이 늘고 온실가스 배출이 증가하게 되는데 석유, 석탄, 천연가스와 같은 화석에너지 가격의 높은 변동성으로부터 회피하기 위해서라도 화석에너지의 의존도를 줄여야 하는 상황으로, 온실가스 배출 증가에 따른 기후변화가 전 지구적인 문제로 떠오르면서 신·재생에너지의 사용이 불가피한 현실이다. 특히, 1970년대 제 1차, 제 2차 석유파동과 지구온난화, 오존층 파괴 등 환경오염으로 인하여 전 세계적으로 화석연료의 사용 제약과 신·재생에너지 사용 활성화를 적극 추진하여 각국에서는 2025~2030년까지 온실가스 감축 목표를 설정하고 있으며, 여러 공약을 세우고 이를 시행하고자 노력하고 있다.
지난 40여 년간 OECD 국가의 신·재생에너지(지열, 태양광, 풍력, 조력, 파력, 바이오디젤, 바이오연료, 바이오가스, 폐기물 등이 포함)는 연평균 2.5%로 성장이 크게 증가하고 있고, 특히 OECD 국가의 신·재생에너지는 '71년 1.6억 TOE에서 '12년 4.4억 TOE로 증가하여 이 기간 동안 연평균 2.8%씩 성장(태양광, 풍력의 경우 다른 에너지원에 비해 동일기간 연평균 18.8% 증가)이 높은데 이는 해당국가의 태양광, 풍력 관련 에너지 확장 정책의 추진에 기인하며, 전 세계적인 화석연료 사용 저감을 위하여 국제간의 협력체계를 구축하고 국제에너지협회(IEA) 사업으로 기술향상을 위한 연구를 활발히 추진하고 있다.
국내의 신·재생에너지 시설은 기존 에너지시설 대비 규모가 작으며 자본 비용도 낮고 기술 집약적인 특징이 있어 성능이 우월하고 가격 경쟁력이 있는 기술이 시장을 장악하고 있으며, 안정성 높은 신·재생에너지 기술, 신·재생에너지+에너지저장기술(축열시스템), 신·재생에너지+스마트그리드에 대한 수요가 존재한다.
풍력, 조력 등 일부 신·재생에너지를 제외하고 환경 규제에 대한 영향은 미미하며, 원자력·화력은 주변 환경에 영향을 미치지만, 태양열, 태양광, 연료전지 등은 건물에 설치하기가 용이하고 환경 규제에 대한 영향이 상대적으로 적다.
국내 신·재생에너지 산업은 초기에 기술개발 중심으로 상용화 측면을 고려할 여지가 없었지만, 보급촉진을 위한 다양한 제도가 만들어지고 본격 적용되면서 국내외 시장에서 확대되고 있는 추세에 있으며, 신·재생에너지 보급사업 중 주택지원사업의 경우 보급목표는 2020년까지 단계적으로 주택의 약 10%까지 신·재생에너지 보급확대를 목표로 약 1,250만 가구 중 100만 가구에 태양광, 태양열, 연료전지, 지열 등을 보급하고 있다.
한편, 태양에너지는 무공해 에너지원으로서 화석 연료를 대체하고 이산화탄소를 배출하는 화석연료와는 달리 환경오염 없는 녹색 에너지로 각종 환경규제에 가장 적극 대응할 수 있는 산업이며, 에너지 소비 및 수급 특성상 우리나라 여건에 필수적인 산업이다.
태양에너지 이용분야는 집열온도에 따라서 저온분야와 중, 고온분야로 분류하며, 저온분야는 주로 건물의 냉, 난방 및 급탕과 대규모 온수급탕 시설이 포함되고, 중, 고온분야는 산업공정열 및 열 발전과 기타 특수분야에 적용되고 있다.
태양열 시스템에 적용되는 주요 기술들은 태양열 집열기술, 태양열 축열기술, 태양열 이용기술로 크게 분류할 수 있다.
이 중 태양열 축열기술로서 계간 축열 시스템이 적용된다.
계간 축열이란 비난방기에 남는 잉여열을 저장하여 열수요가 많은 난방기에 사용하는 축열방식으로서 발전폐열, 산업폐열, 폐기물 소각열, 연료전지, 바이오매스, 태양열 등 연중 생산되는 (폐)열을 열원으로 이용하는 것으로, 간헐적이거나 배출온도가 일정치 않거나 온도가 낮아서 전력생산이나 산업용으로 이용하기 곤란한 열도 회수하여 건물 냉난방 또는 농업용으로 사용 가능하다.
국내의 경우 90년대 중반부터 연구되었으며 진천 친환경에너지타운에 태양열을 저장하는 계간 축열 시스템을 2016년 구축 예정이고, 유럽지역에서 주로 태양열을 이용한 계간 축열 시스템으로 개발되어 운영되고 있으며 태양열 단독난방 대비 경제성이 50% 높은 것으로 보고되고 있다.
그리고, 태양열 블록히팅 또는 태양열 지역난방(이하 '태양열 블록히팅')은 일정 규모 이상의 단지(건물의 지붕 또는 기타 설치 가능한 공간)에 분산 또는 집중 설치된 태양열 집열기를 하나의 시스템으로 묶어서 계간 축열체라는 대용량의 장기 축열시스템과 연계시켜 집열된 태양열을 중앙에서 축열 및 공급하는 일련의 중앙 열공급 방식의 태양열 시스템이다.
적게는 소규모 단지에서부터 크게는 지역난방에 이르기까지 그 규모도 다양하게 적용할 수 있으며 이러한 태양열 블록히팅 시스템은 일반적으로 열부하가 적은 봄부터 가을에 이르기까지 남는 태양열을 저장하였다가 부족할 때 사용하는 대규모 용량의 중장기 축열체인 계간 축열(Seasonal Heat Storage) 시스템을 필요로 한다.
태양열 블록히팅 시스템은 기존 열 설비는 물론이고, 지열 히트펌프, 바이오 연료, 우드펠렛, 폐기물 에너지 등 타 신·재생 히팅 시스템과 복합적으로 구성도 가능하며, 열부하 전체를 신·재생에너지만으로도 공급이 가능한 특징이 있어, 신·재생에너지원 별 장점을 살리고 단점은 보완하며 태양열과 같은 자연에너지 활용을 극대화할 수 있다.
계간 축열을 통해 비난방기에 남는 잉여열을 저장하여 사용하므로 태양열의존율을 크게 높일 수 있고, 연중 태양열 이용이 가능하여 태양열 분야의 단점이었던 난방분야에 효율적 적용이 가능하며 또한, 경제성을 높이고 화석연료의 의존도가 높은 우리나라에 이산화탄소 저감효과에 크게 기여하는 장점이 있고, 또한 건물별 신·재생에너지 적용에 한계가 있는 건물 밀도가 높은 지역에 계간 축열시스템을 적용시키면 기존 열원과의 효율적인 연계가 가능하여 폭 넓은 보급확대가 예상된다.
한편, 이러한 계간 축열 시스템은 크게 4가지로 구분되며, 도 1에 도시된 바와 같이 지중에 탱크를 매설하는 탱크 방식과, 암반층에 피트를 형성하고, 피트 내부에 축열물질을 넣는 피트 방식, "U"자형 관을 수직으로 지중에 매설하는 보어홀 방식 및 대수층에 2개의 관정을 파서 지하수를 한 곳에서 흡입하여 다른 곳으로 주입하는 대수층 방식으로 나뉜다.
이중 보어홀 방식은 도 2에 도시된 바와 같이 관을 지중에 수직으로 매설하여 계간 축열체를 형성하는 데, 위에서 바라볼 때 열이 중심부로 들어와서 방사상으로 흘러나가는 구조이다.
그러나, 이러한 보어홀 방식은 온도가 일정한 단일 열원에서 생산되는 열을 저장하는데 적합한 반면 온도가 변하는 열원이나 온도가 다른 여러 열원에서 생산된 열을 축열하는 경우에 열원의 공급온도가 낮아도 무조건 중심부로 들어와서 외측으로 흘러나가기 때문에 효과적으로 축열을 하지 못하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 각각 링형태로 형성되어 공급관과 회수관으로 이루어지고, 저면에 보어홀에 삽입되도록 "U"자 형태의 수직관을 연결한 제 1축열관 부재와, 제 1축열관 부재의 공급관과 회수관보다 더 큰 지름의 공급관과 회수관을 갖는 제 n축열관 부재를 형성한 후 제 1축열관 부재의 외측에 n축열관 부재를 적절한 간격으로 배치하여 계간 축열체를 형성하고, 메인 공급관으로 유입되는 열원의 공급온도와 계간 축열체 각 부분의 지중 온도를 측정하여 열원의 공급온도에 따라 해당 온도와 대응되는 제 1축열관 부재 또는 제 n축열관 부재로 열을 공급하여 축열하도록 하는 열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
열원으로부터 열이 공급되는 메인 공급관과; 지중에 열을 전달한 후 온도가 낮아진 열매체가 열원측으로 회수되는 메인 회수관과; 일부가 절개된 링 형태로 형성되는 공급관과, 상기 공급관의 측면에서 평행하게 형성되어 한 쌍을 이루는 회수관 및 "U"자 형태로 형성되어 상기 공급관의 저면에 일단이 연결되고, 상기 회수관의 저면에 타단이 연결되어 보어홀에 각각 삽입되는 복수의 수직관으로 이루어진 축열관 부재가 구비되되, 상기 축열관 부재가 중심부인 고온부를 기준으로 외측인 저온부로 갈수록 그 지름이 확대된 형태로 복수개가 설치되며, 각각의 상기 공급관과 회수관이 상기 메인 공급관과 메인 회수관과 연결되는 계간 축열체와; 상기 메인 공급관에 설치되어 열원의 공급온도를 측정하는 제 1온도 센서와; 상기 계간 축열체의 임의의 보어홀에 복수개가 설치되어 지중 온도를 측정하는 제 2온도 센서부와; 상기 메인 공급관과 상기 계간 축열체의 각각의 공급관 사이 및 상기 메인 회수관과 상기 계간 축열체의 각각의 회수관 사이에 설치되는 전자 밸브부; 및 축열시 상기 제 1온도 센서와 제 2온도 센서부로부터 열원의 공급온도와 지중 온도를 입력받아 열원의 공급온도와 대응되는 상기 계간 축열체의 축열관 부재 측으로 상기 메인 공급관의 열이 공급되어 축열되도록 상기 전자 밸브부의 개폐를 제어하는 컨트롤러로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 계간 축열체의 축열관 부재는 상기 수직관이 동일 길이로 형성되거나 또는 저온부에서 고온부로 갈수록 그 길이가 짧게 형성된다.
여기에서 또한, 상기 계간 축열체는 고온부에 탱크 또는 피트를 구비한다.
여기에서 또, 상기 계간 축열체의 축열관 부재의 수직관은 상기 탱크 또는 피트 내에서 지그재그 형태로 형성된다.
여기에서 또, 상기 컨트롤러는 방열시 제 2온도 센서부로부터 지중 온도를 입력받아 방열 목표 온도와 대응되는 상기 계간 축열체의 축열관 부재를 통하여 방열이 이루어지도록 상기 전자 밸브부의 개폐를 제어한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템에 따르면, 저온의 열도 저장 가능하고, 태양열의 경우 일기조건에 따라 출력이 심하게 변하므로 일정온도 이상의 열만 저장하는 현행 방식 대비 시스템 효율을 높일 수 있으며, 열을 꺼내어 사용할 때 원하는 온도로 출력 가능하며, 온도가 변하는 열원의 경우 축열량을 증대시킬 수 있다.
도 1은 계간 축열 시스템의 종류와 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 계간 축열 시스템 중 보어홀 방식을 나타낸 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 4는 도 3의 축열관 부재의 구성을 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 3의 축열관 부재의 일부 구성을 나타낸 부분 사시도이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템의 구성을 나타낸 계통도이다.
이하, 본 발명에 따른 열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템의 구성을 나타낸 계통도이고, 도 4는 도 3의 축열관 부재의 구성을 나타낸 평면도이며, 도 5는 도 3의 축열관 부재의 일부 구성을 나타낸 부분 사시도이다.
도 3 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템(1)은, 메인 공급관(10)과, 메인 회수관(20)과, 계간 축열체(30)와, 제 1온도 센서(40)와, 제 2온도 센서부(50)와, 전자 밸브부(60) 및 컨트롤러(70)를 포함하여 구성된다.
먼저, 메인 공급관(10)에는 예를들어 태양열 집열기(미도시)에서 가열된 열이 공급된다.
그리고, 메인 회수관(20)은 계간 축열체(30)에 축열하고 온도가 떨어진 열매체를 태양열 집열기(미도시)로 회수시킨다.
또한, 계간 축열체(30)는 지중에 복수의 보어홀(31)을 천공하고, 축열관 부재(33)를 설치하여 열원의 열을 축열한다.
여기에서, 축열관 부재(33)는 일부가 절개된 링 형태로 형성되는 공급관(33a)과, 공급관(33a)의 측면에서 평행하게 형성되어 한 쌍을 이루는 회수관(33b) 및 "U"자 형태로 형성되어 공급관(33a)의 저면에 일단이 연결되고, 회수관(33b)의 저면에 타단이 연결되어 보어홀(31)에 각각 삽입되는 복수의 수직관(33c)으로 이루어지되, 축열관 부재(33)가 중심부인 고온부를 기준으로 외측인 저온부로 갈수록 그 지름이 확대된 형태로 복수개가 설치된다. 이때, 각각의 축열관 부재(33)의 공급관(33a)과 회수관(33b)은 메인 공급관(10)과 메인 회수관(20)과 연결되고, 축열관 부재(33)의 수직관(33c) 길이는 도 3에 도시된 바와 같이 모두 동일 길이로 형성되며, 본 발명의 일실시예에서는 4개(a, b, c, d)를 도시하였다. 또, 각각의 축열관 부재(33)의 회수관(33b)은 이웃하는 외측에 위치한 축열관 부재(33)의 공급관(33a)과 연결되어 열이 어느 하나의 축열관 부재(33)의 공급관(33a)에서 회수관(33b)으로 공급된 후 다시 외측에 위치한 축열관 부재(33)의 공급관(33a)으로 공급된 후 회수관(33b)으로 흐르도록 한다.
또한, 보어홀(31)과 보어홀(31)의 간격은 수 m로 형성하고, 수직관(33c)의 길이는 계간 축열체(30)의 지름과 동일하게 형성하여 열손실을 최소화(구(球)형에 가까울수록 열손실이 최소화됨)하는 것이 바람직하다.
또, 제 1온도 센서(40)는 메인 공급관(10)에 설치되어 열원의 공급온도를 측정한다.
이어서, 제 2온도 센서부(50)는 계간 축열체(30)의 임의의 보어홀(31)에 복수개가 설치되어 축열 온도(Ta, Tb, Tc, Td)를 측정한다. 이때, 제 2온도 센서부(50)의 각 센서는 보어홀(31)의 중앙 깊이에 위치하는 것이 바람직하고, 각각의 축열관 부재(33)가 설치된 보어홀(31)에 각각 하나 이상 형성되는 것이 바람직하다.
계속해서, 전자 밸브부(60)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 복수의 전자 밸브(V1~V9)가 메인 공급관(10)과 축열관 부재(33) 사이에 각각 설치되고, 컨트롤러(70)의 제어에 따라 개폐되어 각각의 축열관 부재(33)로 선택적으로 열을 공급하도록 메인 공급관(10)과 계간 축열체(30)의 각각의 공급관(33a) 사이 및 메인 회수관(20)과 계간 축열체(30)의 각각의 회수관(33b) 사이에 설치된다.
그리고, 컨트롤러(70)는 축열시 제 1온도 센서(40)와 제 2온도 센서부(50)로부터 열원의 공급온도와 지중 온도를 입력받아 열원의 공급온도와 대응되는 계간 축열체(30)의 축열관 부재(33) 측으로 메인 공급관(10)의 열이 공급되어 축열되도록 전자 밸브부(60)의 개폐를 제어한다. 여기에서, 컨트롤러(70)는 방열시 제 2온도 센서부(50)로부터 지중 온도를 입력받아 방열 목표 온도와 대응되는 계간 축열체(30)의 축열관 부재(33)를 통하여 방열이 이루어지도록 전자 밸브부(60)의 개폐를 제어한다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템(1)은 도 6 내지 도 8에 도시된 바와 같이 수직관(33c)의 길이를 다르게 형성하거나, 탱크(T) 또는 피트(P)를 형성할 수 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 6에 도시된 바와 같이 축열관 부재(33)의 수직관(33c) 길이를 저온부에서 고온부로 갈수록 그 길이가 짧게 형성할 수도 있는 데, 고온부의 길이를 짧게 하면 고온의 열이 중심부로 집중되어 열손실을 최소화시킬 수 있다.
또한, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 계간 축열체(30)는 고온부에 탱크(T) 또는 피트(P)를 구비할 수도 있는 데, 이때, 계간 축열체(30)의 축열관 부재(33)의 수직관(33c)은 열교환 성능을 최대화시키도록 탱크(T) 또는 피트(P) 내에서 지그재그 형태로 형성되는 것이 바람직하다.
먼저, 축열시 컨트롤러(70)는 제 1온도 센서(40)와 제 2온도 센서부(50)로부터 열원의 공급온도와 지중 온도를 입력받는다.
그리하여, 열원의 공급온도와 지중 온도(Ta, Tb, Tc, Td)를 비교하여 열원의 공급온도가 Ta 이상인 경우 컨트롤러(70)는 열이 계간 축열체(30)의 중심부에서 외곽으로 순차적으로 흐르도록 전자 밸브부(60)의 전자 밸브(V7, V8, V9)를 폐쇄시키고, 나머지를 개방시켜 중심부인 축열관 부재(33)중 a에 열을 공급하여 가열하고 난 다음 b→c→d의 순서로 가열하면서 빠져나가도록 한다.
그리고, 열원의 공급온도와 지중 온도(Ta, Tb, Tc, Td)를 비교하여 열원의 공급온도가 Ta 미만 Tb 이상인 경우 컨트롤러(70)는 전자 밸브부(60)의 전자 밸브(V3, V4, V8, V9)를 폐쇄시키고, 나머지를 개방시켜 축열관 부재(33)중 b에 열을 공급하여 가열하고 난 다음 c→d의 순서로 가열하면서 빠져나가도록 한다.
또한, 열원의 공급온도와 지중 온도(Ta, Tb, Tc, Td)를 비교하여 열원의 공급온도가 Tb 미만 Tc 이상인 경우 컨트롤러(70)는 전자 밸브부(60)의 전자 밸브(V2, V5, V9)를 폐쇄시키고, 나머지를 개방시켜 축열관 부재(33)중 c에 열을 공급하여 가열하고 난 다음 d의 순서로 가열하면서 빠져나가도록 한다.
또, 열원의 공급온도와 지중 온도(Ta, Tb, Tc, Td)를 비교하여 열원의 공급온도가 Tc 미만 Td 이상인 경우 컨트롤러(70)는 전자 밸브부(60)의 전자 밸브(V1, V6)을 폐쇄시키고, 나머지를 개방시켜 축열관 부재(33)중 d에만 열을 공급하여 가열한 후 빠져나가도록 한다.
한편, 컨트롤러(70)는 방열시 제 2온도 센서부(50)로부터 지중 온도를 입력받아 방열 목표 온도와 지중 온도를 비교하여 상기와 같은 방식으로 제어한다. 다만 방열시 열매체의 흐름 방향(미도시)은 도 3, 4, 6, 7, 8에 표현된 흐름과 반대가 된다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
<부호의 설명>
10 : 메인 공급관 20 : 메인 회수관
30 : 계간 축열체 31 : 보어홀
33 : 축열관 부재 33a : 공급관
33b : 회수관 33c : 수직관
40 : 제 1온도 센서 50 : 제 2온도 센서부
60 : 전자 밸브부 70 : 컨트롤러
P : 피트 T : 탱크

Claims (5)

  1. 열원의 열이 공급되는 메인 공급관과;
    열이 회수되는 메인 회수관과;
    일부가 절개된 링 형태로 형성되는 공급관과, 상기 공급관의 측면에서 평행하게 형성되어 한 쌍을 이루는 회수관 및 "U"자 형태로 형성되어 상기 공급관의 저면에 일단이 연결되고, 상기 회수관의 저면에 타단이 연결되어 보어홀에 각각 삽입되는 복수의 수직관으로 이루어진 축열관 부재가 구비되되, 상기 축열관 부재가 중심부인 고온부를 기준으로 외측인 저온부로 갈수록 그 지름이 확대된 형태로 복수개가 설치되며, 각각의 상기 공급관과 회수관이 상기 메인 공급관과 메인 회수관과 연결되는 계간 축열체와;
    상기 메인 공급관에 설치되어 열원의 공급온도를 측정하는 제 1온도 센서와;
    상기 계간 축열체의 임의의 보어홀에 복수개가 설치되어 지중 온도를 측정하는 제 2온도 센서부와;
    상기 메인 공급관과 상기 계간 축열체의 각각의 공급관 사이 및 상기 메인 회수관과 상기 계간 축열체의 각각의 회수관 사이에 설치되는 전자 밸브부; 및
    축열시 상기 제 1온도 센서와 제 2온도 센서부로부터 열원의 공급온도와 지중 온도를 입력받아 열원의 공급온도와 대응되는 상기 계간 축열체의 축열관 부재 측으로 상기 메인 공급관의 열이 공급되어 축열되도록 상기 전자 밸브부의 개폐를 제어하는 컨트롤러로 이루어지는 것을 특징으로 하는 열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 계간 축열체의 축열관 부재는,
    상기 수직관이 동일 길이로 형성되거나 또는 저온부에서 고온부로 갈수록 그 길이가 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 계간 축열체는,
    고온부에 탱크 또는 피트를 구비하는 것을 특징으로 하는 열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 계간 축열체의 축열관 부재의 수직관은,
    상기 탱크 또는 피트 내에서 지그재그 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    방열시 제 2온도 센서부로부터 지중 온도를 입력받아 방열 목표 온도와 대응되는 상기 계간 축열체의 축열관 부재를 통하여 방열이 이루어지도록 상기 전자 밸브부의 개폐를 제어하는 것을 특징으로 하는 열원의 공급온도에 따라 축열 공간의 선택이 가능한 보어홀 방식의 계간 축열 시스템.
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