KR101124359B1

KR101124359B1 - Subterranean heat of Heat pump system use Heat exchanger

Info

Publication number: KR101124359B1
Application number: KR1020090059950A
Authority: KR
Inventors: 이춘우
Original assignee: 주식회사 탑솔; 농업회사법인 농산무역 유한회사
Priority date: 2009-07-01
Filing date: 2009-07-01
Publication date: 2012-03-15
Also published as: KR20110002376A

Abstract

본 발명은 지중 열교환기를 이용한 열원저장식 지열 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지중 열교환기의 지열을 통해 열원 축열조에 일정온도의 열원수를 공급하여 사용함으로써, 가장 안정적인 열원을 공급할 수 있어 지열 히트펌프 시스템의 효율이 향상되는 특징으로 한다.The present invention relates to a heat source storage type geothermal heat pump system using an underground heat exchanger, and more particularly, by supplying heat source water having a constant temperature to a heat source heat storage tank through geothermal heat of an underground heat exchanger, it is possible to supply the most stable heat source. Characterized in that the efficiency of the heat pump system is improved.

지열 히트펌프장치, 축열조, 열원, 부하, 지중 열교환기 Geothermal heat pump device, heat storage tank, heat source, load, underground heat exchanger

Description

Subterranean heat of Heat pump system use Heat exchanger}

본 발명은 지중 열교환기를 이용한 열원저장식 지열 히트펌프 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지중 열교환기의 지열을 통해 열원 축열조에 일정온도의 열원수를 공급하여 사용함으로써, 가장 안정적인 열원을 공급할 수 있어 지열 히트펌프 시스템의 효율이 향상되는 지중 열교환기를 이용한 열원저장식 지열 히트펌프 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a heat source storage type geothermal heat pump system using an underground heat exchanger, and more particularly, by supplying heat source water having a constant temperature to a heat source heat storage tank through geothermal heat of an underground heat exchanger, it is possible to supply the most stable heat source. The present invention relates to a heat source storage type geothermal heat pump system using an underground heat exchanger to improve the efficiency of a heat pump system.

일반적으로, 사용되고 있는 가정 및 산업용 에너지원은 석유나 천연가스와 같은 화석 연료 또는 핵연료 등이 있는데, 이러한 에너지원 사용은 환경오염의 주원인을 발생시킬 뿐만 아니라 매장량의 한계가 있기 때문에, 이러한 문제점의 대책으로 대체에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.In general, home and industrial energy sources used include fossil fuels such as petroleum and natural gas or nuclear fuel, and the use of such energy sources not only causes major pollution of the environment, but also has a limited amount of reserves. As a result, development of alternative energy is actively underway.

또한, 냉난방을 위하여 사용되는 에너지원으로는 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료를 이용하거나, 또는 이들 화석연료나 원자력을 이용하여 생산된전력 에너지를 주로 사용하고 있다.In addition, as an energy source used for cooling and heating, fossil fuels such as coal, petroleum, and natural gas are used, or power energy produced using these fossil fuels or nuclear power is mainly used.

그러나 화석연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 수질 및 환경을 오염시키는 단점이 있으므로, 근래에는 이를 대신할 수 있는 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.However, since fossil fuels have a disadvantage of polluting water quality and the environment due to various pollutants generated in the combustion process, recent development of alternative energy to replace them has been actively conducted.

이러한 대체 에너지 중에서도 무한한 에너지원을 갖는 풍력, 태양열, 지열 등에 관한 연구와 이를 이용한 냉난방장치가 사용되고 있는데, 이들 에너지원은 공기오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면 에너지 밀도가 대단히 낮은 단점이 있다.Among these alternative energies, research on wind power, solar heat, geothermal energy, etc., which have infinite energy sources, and air-conditioning devices using them are used. These energy sources have the advantage of obtaining energy with little effect on air pollution and climate change. On the other hand, the energy density is very low.

특히, 풍력과 태양열을 이용하여 에너지를 얻기 위해서는 설치장소의 한계와 함께 넓은 면적이 확보되어야 하며, 이 장치들은 단위장치당 에너지 생산용량이 적고 또한 설치 및 유지관리에 많은 비용이 소요된다.In particular, in order to obtain energy using wind and solar heat, a large area must be secured along with the limit of the installation site. These devices have a small energy production capacity per unit and are expensive to install and maintain.

대체에너지의 일원인 지열에너지는 지하 깊은 곳의 고온 지열을 이용하여 발전 등에 활용되기도 하고, 10~20℃의 지열을 이용하여 냉난방 시스템에 적용되기도 하는데, 지열을 이용하여 건물 등의 냉난방기술에 적용하는 경우, 기존 냉난방장치에 비하여 최대 40% 이상의 에너지를 절감할 수 있으며, 40 ~ 70%의 에너지 발생비용을 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다.Geothermal energy, which is a member of alternative energy, is used for power generation by using high temperature geothermal deep in the basement, and also applied to air-conditioning system using geothermal heat of 10 ~ 20 ℃, and applied to air-conditioning technology of buildings, etc. In this case, energy savings of up to 40% or more, and energy saving costs of 40 to 70% are known, compared to conventional heating and cooling devices.

이러한 지열을 이용하여 건물 내의 냉난방을 목적으로 지하수와 같은 천연 열저장소를 이용하는 전기장치인 지열 히트펌프 시스템은, 지중 열교환기를 구비하여 상기 열교환기에 의해 하절기에는 지중으로 열을 방출하고 동절기에는 지중으로부터 열을 흡수하는 것으로, 연중 10~20℃로 거의 일정한 온도를 유지한 지온에 의해 냉난방 성능이 저하되지 않아 안정적인 운전이 가능하다.The geothermal heat pump system, which is an electric device that uses natural heat storage such as groundwater for the purpose of cooling and heating the building using the geothermal heat, is equipped with an underground heat exchanger, and the heat exchanger releases heat into the ground in summer and heat from the ground in winter. By absorbing the temperature, the cooling and heating performance is not lowered by the geothermal temperature which is maintained at a constant temperature at 10 to 20 ° C throughout the year, so that stable operation is possible.

따라서, 설치 및 유지관리에 상대적으로 저렴한 비용이 소요되는 지열에너지를 이용한 냉난방장치들이 많이 이용되고 있는데, 이것은 온도가 10~20℃인 지중의 열 에너지를 이용하는 기술이다.Therefore, many air-conditioning and heating devices using geothermal energy, which require relatively low cost for installation and maintenance, are used.

통상적으로 사용되는 지열을 이용한 냉난방장치는 지열을 회수하기 위한 지열교환기와, 회수한 지열을 필요한 장소로 이동시켜 냉난방을 행하도록 하는 히트펌프로 구성된다.Commonly used geothermal heating and cooling device is composed of a geothermal heat exchanger for recovering the geothermal heat, and a heat pump to move the collected geothermal heat to a necessary place to perform the cooling and heating.

그중 지열교환기의 설치는 대부분의 경우 여유가 있는 대지를 확보한 후, 대략 수직방향으로 보어홀(Bore-hole)을 굴착하여 열교환 파이프를 매설하는 형태로 설치된다.Among them, the geothermal heat exchanger is installed in the form of digging a heat-exchange pipe by digging a bore-hole in a substantially vertical direction after securing a ground with a margin.

이와 같은 지열교환기의 설치는 지표 가까이 암반이 없거나 사면 붕괴가 거의 없는 보다 큰 건물에 아주 적합하다. 이러한 지열교환기의 설치는 지하 50~200m 정도 깊이의 보어홀을 소정의 간격으로 굴착하고, 각 보어홀에는 한두번 감아 끝이 U자형인 파이프를 매설한다.Such a geothermal heat exchanger installation is well suited for larger buildings with no rock near the surface or little slope collapse. The installation of such a geothermal heat exchanger excavates a borehole 50 ~ 200m deep underground at predetermined intervals, and each borehole is wound once or twice to bury a U-shaped pipe.

그리고, 파이프 설치 후 각 보어홀은 불투수성 재료인 벤토나이트나 시멘트로 채운 후 그라우팅한다. 그라우팅과정에서 지표수의 대수층 유입이나 인접 대수층의 부실로 인한 물의 침투를 막기 위해 특수한 재료로 보어홀을 채우게 된다.After the pipe is installed, each bore hole is filled with bentonite or cement, which is an impermeable material, and then grouted. In the grouting process, the borehole is filled with a special material to prevent the ingress of surface water into the aquifer or the infiltration of adjacent aquifers.

그런데, 상기 지열용 냉난방장치는 필요한 열원을 뽑아내기 위해 많은 보어홀을 굴착해야하고 그에 따라 많은 장소가 필요한 실정으로써, 공사비용과 공사기간이 증가하고, 많은 보어홀 굴착 장소가 필요한 문제점이 발생한다.However, the geothermal heating and cooling device needs to excavate a lot of bore holes to extract the required heat source, and accordingly, many places require a lot of construction costs and construction periods, and many borehole excavation sites are required. .

따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서,SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art,

지중 열교환기의 지열을 통해 열원 축열조에 일정온도의 열원수를 공급하여 사용함으로써, 가장 안정적인 열원을 공급할 수 있어 지열 히트펌프 시스템의 효율이 향상되는 지중 열교환기를 이용한 열원저장식 지열 히트펌프 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.It provides heat source storage type geothermal heat pump system using underground heat exchanger which can supply most stable heat source by supplying heat source water of constant temperature to heat source heat storage tank through geothermal heat of underground heat exchanger. There is another purpose.

상기 목적을 달성하고자, 본 발명은 지반을 천공하여 지중의 지하수와 열교환 한 열원수를 지열 순환관에 의해 이송시키는 지중 열교환기와;In order to achieve the above object, the present invention is an underground heat exchanger for drilling the ground to transfer the heat source water heat exchanged with the groundwater in the ground by the geothermal circulation pipe;

상기 지중 열교환기를 통해 이송된 열원수(물)가 내부에 채워지되, 난방시에는 상측을 통해 유입되고, 냉방시에는 하측을 통해 유입되며, 내부에 채워진 물의 온도에 따라 내부가 성층화되어 상측부는 고온으로 하측부는 저온으로 형성되는 열원 축열조와;The heat source water (water) transferred through the underground heat exchanger is filled inside, the heating is introduced through the upper side, the cooling is introduced through the lower side, the inside is stratified according to the temperature of the water filled in the upper portion is a high temperature The lower portion is a heat source heat storage tank formed at a low temperature;

상기 열원 축열조의 내부 상측부와 연결되되, 난방시에는 열원 축열조의 고온 물을 지열 히트펌프장치에 공급시키고, 냉방시에는 지열 히트펌프장치에서 열교환 된 고온의 물을 열원 축열조로 리턴시키는 고온수 이송관과;It is connected to the inner upper side of the heat source heat storage tank, when heating the hot water transfer to supply the hot water of the heat source heat storage tank to the geothermal heat pump device, and return the hot water heat exchanged from the geothermal heat pump device to the heat source heat storage tank when cooling Tube;

상기 열원 축열조의 내부 하측부와 연결되되, 난방시에는 지열 히트펌프장치에서 열교환 된 저온의 물을 열원 축열조로 리턴시키고, 냉방시에는 열원 축열조의 저온 물을 지열 히트펌프장치에 공급시키는 저온수 이송관과;It is connected to the inner lower side of the heat source heat storage tank, when heating, returning the low-temperature water heat exchanged from the geothermal heat pump device to the heat source heat storage tank, and during cooling the cold water transfer to supply the low temperature water of the heat source heat storage tank to the geothermal heat pump device Tube;

상기 열원 축열조의 고,저온수 이송관과 연결되어 이송된 고,저온수와 부하측에서 열교환 된 순환수(고,저온수)를 열교환시키는 지열 히트펌프장치와;A geothermal heat pump apparatus for heat-exchanging high and low temperature water and circulating water (high and low temperature water) exchanged at the load side with high and low temperature water transfer pipes connected to the heat source heat storage tank;

상기 지열 히트펌프장치를 통해 열교환 된 순환수 및 부하측에서 열교환 된 순환수를 이송받아 내부에 채워지고, 상기 내부에 채워진 순환수의 온도에 따라 성층화되어 상측부는 고온으로 하측부는 저온으로 형성되는 부하 축열조;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기를 이용한 열원저장식 지열 히트펌프 시스템에 관한 것이다.The load heat storage tank receives the heat exchanged circulating water and the heat exchanged circulating water from the load side through the geothermal heat pump device, and is filled inside, stratified according to the temperature of the circulated water filled therein, so that the upper side is high temperature and the lower side is low temperature. It relates to a heat source storage type geothermal heat pump system using an underground heat exchanger, characterized in that comprising a.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명의 지중 열교환기를 이용한 열원저장식 지열 히트펌프 시스템은 지중 열교환기의 지열을 통해 열원 축열조에 일정온도의 열원수를 공급하여 사용함으로써, 가장 안정적인 열원을 공급할 수 있어 지열 히트펌프 시스템의 효율이 향상되는 효과가 있다.As described above, the heat source storage type geothermal heat pump system using the underground heat exchanger of the present invention can supply the most stable heat source by supplying the heat source water of a constant temperature to the heat source heat storage tank through the geothermal heat of the underground heat exchanger. The efficiency of the heat pump system is improved.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래와 같은 특징을 갖는다.The present invention has the following features to achieve the above object.

본 발명은 지반을 천공하여 지중의 지하수와 열교환 한 열원수를 지열 순환관에 의해 이송시키는 지중 열교환기와;The present invention provides an underground heat exchanger for transporting heat source water heat-exchanged with groundwater in the ground by perforating the ground by a geothermal circulation pipe;

상기 지중 열교환기를 통해 이송된 열원수가 내부에 채워지되, 난방시에는 상측을 통해 유입되고, 냉방시에는 하측을 통해 유입되며, 내부에 채워진 물의 온도에 따라 내부가 성층화되어 상측부는 고온으로 하측부는 저온으로 형성되는 열원 축열조와;The heat source water transferred through the underground heat exchanger is filled in, but is introduced through the upper side when heating, and is introduced through the lower side when cooling, and the inside is stratified according to the temperature of the water filled inside, the upper part is high temperature and the lower part is low temperature. A heat source heat storage tank formed of;

상기 지열 히트펌프장치를 통해 열교환 된 순환수 및 부하측에서 열교환 된 순환수를 이송받아 내부에 채워지고, 상기 내부에 채워진 순환수의 온도에 따라 성층화되어 상측부는 고온으로 하측부는 저온으로 형성되는 부하 축열조;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The load heat storage tank receives the heat exchanged circulating water and the heat exchanged circulating water from the load side through the geothermal heat pump device, and is filled inside, stratified according to the temperature of the circulated water filled therein, so that the upper side is high temperature and the lower side is low temperature. It characterized by comprising;

이와 같은 특징을 갖는 본 발명은 그에 따른 바람직한 실시예를 통해 더욱 명확히 설명될 수 있을 것이다.The present invention having such characteristics can be more clearly described by the preferred embodiments thereof.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사 전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, the terms or words used in this specification and claims should not be construed as being limited to the ordinary or dictionary meanings, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various equivalents that may be substituted for them at the time of the present application It should be understood that there may be water and variations.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지열 히트펌프시스템을 나타낸 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지열 히트펌프시스템을 나타낸 상세도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 난방시(동절기)의 지열 히트펌프시스템을 나타낸 흐름도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 냉방시(하절기)의 지열 히트펌프시스템을 나타낸 흐름도이다.1 is a schematic view showing a geothermal heat pump system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a detailed view showing a geothermal heat pump system according to an embodiment of the present invention, Figure 3 is an embodiment of the present invention FIG. 4 is a flowchart illustrating a geothermal heat pump system during heating (winter), and FIG. 4 is a flowchart illustrating a geothermal heat pump system during cooling (summer) according to an embodiment of the present invention.

도 1과 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 축열조를 이용한 지열 히트펌프시스템은 열원 축열조(20)와, 지중 열교환기(30)와, 지열 히트펌프장치(40)와, 부하 축열조(50)와, 제어부로 구성된다.As shown in FIG. 1 and FIG. 2, the geothermal heat pump system using the heat storage tank of the present invention includes a heat source heat storage tank 20, an underground heat exchanger 30, a geothermal heat pump apparatus 40, and a load heat storage tank 50. ) And a control unit.

상기 열원 축열조(20)는 본 발명에서 핵심기술로써 부하측(실내측)에 보내줄 열원을 임시 저장하는데 열원은 지중 열교환기(30)를 통해 안정적이고 원활하게 공급받는다.The heat source heat storage tank 20 is a key technology in the present invention temporarily stores a heat source to be sent to the load side (indoor side), the heat source is supplied stably and smoothly through the underground heat exchanger (30).

여기서, 상기 열원 축열조(20)는 내부에 채워진 물의 온도에 따라 성층화되어 상측부는 고온(15 ~ 20℃)으로 하측부는 저온(4 ~ 5℃)으로 형성되어 난방시에 는 도 3를 참고하여, 상측부의 고온을 사용하고, 냉방시에는 도 4을 참고하여, 하측부의 저온을 사용하는 것이다.Here, the heat source heat storage tank 20 is stratified according to the temperature of the water filled therein so that the upper portion is formed at a high temperature (15-20 ° C.) and the lower portion is formed at a low temperature (4-5 ° C.). The high temperature of the upper side is used, and when cooling, the low temperature of the lower side is used with reference to FIG.

그리고, 상기 열원 축열조(20)는 내부의 물에 양을 측정하는 레벨게이지(미도시)가 부착되고, 상기 열원 축열조(20)의 내부를 임의로 층을 구획하여 층별로 다수개의 온도계(미도시)가 부착되어 성층화된 내부를 측정할 수 있다. 또한, 상기 열원 축열조(20)의 외부에는 성층화에 의해 하측부의 저온 물의 온도가 제어부에 입력된 온도보다 낮아지면 외부로 배출하도록 별도의 배수관(미도시)이 더 설치될 수 있다.In addition, the heat source heat storage tank 20 is attached to a level gauge (not shown) for measuring the amount of water in the inside, a plurality of thermometers (not shown) for each layer by arbitrarily partitioning the inside of the heat source heat storage tank 20. Can be attached to measure the stratified interior. In addition, a separate drain pipe (not shown) may be further installed outside the heat source heat storage tank 20 to discharge to the outside when the temperature of the low temperature water in the lower portion is lower than the temperature input to the controller by stratification.

상기 지중 열교환기(30)는 지반에 천공되되, 상기 천공된 지중의 지하수와 열교환하기 위해 천공에 맞춰 심어지는 "U" 형태의 투수파이프(31)가 형성되고, 상기 투수파이프(31)의 일측과 열원 축열조(20)의 상측부에 연결되어 난방시에 지중의 지하수와 열교환된 고온수를 열원 축열조(20)에 공급시키고, 냉방시에 지열 히트펌프장치(40)에서 열교환 된 고온수를 열원 축열조(20)를 통해서 리턴시키는 지중 고온수 이송관(32)이 형성되며, 상기 투수파이프(31)의 타측과 열원 축열조(20)의 하측부에 연결되어 난방시에 지열 히트펌프장치(40)에서 열교환 된 저온수를 열원 축열조(20)를 통해서 다시 투수파이프(31)로 리턴시키고, 냉방시 투수파이프(31)에서 열교환 된 저온수를 열원 축열조(20)에 공급시키는 지중 저온수 이송관(33)이 형성된다. 이때, 상기 지중 열교환기(30)는 지열 히트펌프장치(40)와 직접적으로 관에 의해 연결되어 열원수를 직접 보내줄 수도 있다.The underground heat exchanger (30) is perforated in the ground, a permeable pipe (31) of "U" shape is formed in accordance with the perforation in order to heat exchange with the groundwater in the perforated ground is formed, one side of the permeable pipe (31) The hot water connected to the upper portion of the overheat source heat storage tank 20 and heat-exchanged with groundwater in the ground at the time of heating is supplied to the heat source heat storage tank 20, and the hot water heat-exchanged by the geothermal heat pump device 40 during cooling is a heat source. An underground hot water transport pipe 32 is formed to return through the heat storage tank 20, and is connected to the other side of the water-permeable pipe 31 and the lower side of the heat source heat storage tank 20 when the geothermal heat pump device 40 is heated. Underground cold water transfer pipe for returning the low-temperature heat exchanged from the heat source heat storage tank 20 to the permeable pipe 31 again, and supply the low-temperature water heat exchanged from the permeation pipe 31 to the heat source heat storage tank 20 during cooling ( 33) is formed. At this time, the underground heat exchanger 30 may be directly connected to the geothermal heat pump apparatus 40 by a pipe to directly send heat source water.

그리고, 상기 지중 고온수 이송관(32)과 지중 저온수 이송관(33)의 일단부에 는 상기 열원 축열조(20)의 내부에 채워진 물의 온도가 제어부에 입력된 온도보다 낮아지면 외부로 배출할 수 있도록 배출관(36)이 각각 분기 형성된다.One end of the underground hot water transfer pipe 32 and the underground cold water transfer pipe 33 may be discharged to the outside when the temperature of the water filled in the heat source heat storage tank 20 is lower than the temperature input to the controller. Discharge pipes 36 are each branched so that they can be formed.

이렇듯, 상기 지중 열교환기(30)는 지중열(지하수 열)을 열원으로 이용한 방법으로서, 펌프를 통해 지중 고온수 이송관(32)과 지중 저온수 이송관(33) 내의 물을 강제 이송시켜 지중의 지하수와의 열교환을 통해 하절기에는 도 4을 참고하여 실내를 냉각하고 동절기에는 도 3를 참고하여 실내를 난방토록 한 지열 히트펌프장치(40)와 상호 열교환하거나 직접 열원 축열조(20)에 열원을 공급하는 구조이다.As described above, the underground heat exchanger 30 is a method using underground heat (groundwater heat) as a heat source, and forcibly transports water in the underground hot water feed pipe 32 and the underground cold water feed pipe 33 through a pump. Through the heat exchange with the ground water in the summer to cool the room with reference to FIG. 4 and in winter, heat exchange with the geothermal heat pump device 40 to heat the room to the room with reference to FIG. 3 or directly to the heat source heat storage tank (20) It is a structure to supply.

여기서, 상기 지중 고온수 이송관(32)과 지중 저온수 이송관(33) 사이에는 냉방시, 도 4를 참고하여, 지중 고온수 이송관(32)과 지중 저온수 이송관(33)의 역할을 바꾸기 위해 제 9,10 연결관(34,35)이 형성되고, 상기 제 9,10 연결관(34,35)의 일측에는 3방밸브가 각각 하나씩 부착된다. 다시 말해 도 4에 도시한 바와 같이, 냉방시에만 적용되는데 상기 지중 열교환기(30)의 투수파이프(31)에서 열교환 된 저온수가 지중 고온수 이송관(32)으로 이송되다 제 9 연결관(34)을 통해 지중 저온수 이송관(33)으로 이송되어 열원 축열조(20) 또는 지열 히트펌프장치(40)에 공급되고, 상기 지열 히트펌프장치(40)에서 열교환 된 고온수가 열원 축열조(20)을 거쳐 지중 고온수 이송관(32)으로 이송되다 제 10 연결관(35)을 통해 지중 저온수 이송관(33)으로 이송되어 다시 지중 열교환기(30)의 투수파이프(31)에 리턴되는 것이다. Here, when cooling between the underground hot water transport pipe 32 and the underground cold water transport pipe 33, referring to FIG. 4, the role of the underground hot water transport pipe 32 and the underground cold water transport pipe 33 is shown. In order to change the 9th, 10th connection pipes 34 and 35 are formed, and one side of the 9th, 10th connection pipes 34 and 35 is attached to each one-way valve. In other words, as shown in FIG. 4, the cooling water is applied only to cooling, and the low-temperature water exchanged in the permeation pipe 31 of the underground heat exchanger 30 is transferred to the underground high temperature water transfer pipe 32. The hot water is transferred to the underground low temperature water transfer pipe 33 and supplied to the heat source heat storage tank 20 or the geothermal heat pump device 40, and the high temperature water heat exchanged by the geothermal heat pump device 40 opens the heat source heat storage tank 20. After being transferred to the underground high temperature water transfer pipe 32, it is transferred to the underground low temperature water transfer pipe 33 through the tenth connection pipe 35 and returned to the permeation pipe 31 of the underground heat exchanger 30.

상기 지열 히트펌프장치(40)는 열원 축열조(20)의 고,저온수 이송관(60,61)과 연결되어 이송된 고,저온수와 부하측(1)에서 열교환 된 순환수(고,저온수)를 열 교환시키는 장치로써 일반적으로 사용되고 있는 지열 히트펌프장치(40)와 유사하기 때문에 별도의 상세한 설명은 하지 않는다.The geothermal heat pump device 40 is connected to the high and low temperature water transfer pipes 60 and 61 of the heat source heat storage tank 20, and the high and low temperature water and the circulating water heat exchanged at the load side 1 (high and low temperature water). ) Is similar to the geothermal heat pump apparatus 40 that is generally used as a device for heat exchange is not a detailed description.

여기서, 상기 지열 히트펌프장치(40)와 열원 축열조(20) 사이에는 고온수 이송관(60)과 저온수 이송관(61)이 연결되고, 상기 고온수 이송관(60)은 열원 축열조(20)의 내부 상측부와 연결되어 난방시에는 도 3를 참고하여, 열원 축열조(20)의 고온수를 지열 히트펌프장치(40)에 공급시키고, 냉방시에는 도 4을 참고하여, 부하측(1)과 열교환 된 고온의 물을 열원 축열조(20)로 리턴시키는 역할을 한다.Here, between the geothermal heat pump device 40 and the heat source heat storage tank 20, the hot water transfer pipe 60 and the cold water transfer pipe 61 is connected, the hot water transfer pipe 60 is a heat source heat storage tank 20. When connected to the inner upper side of the heating), referring to Figure 3 when heating, supply the hot water of the heat source heat storage tank 20 to the geothermal heat pump device 40, when cooling, referring to Figure 4, the load side (1) It serves to return the high temperature water heat exchanged with the heat source heat storage tank (20).

또한, 상기 저온수 이송관(61)은 열원 축열조(20)의 내부 하측부와 연결되어 난방시에는 도 3를 참고하여, 부하측(1)과 열교환 된 저온의 물을 열원 축열조(20)로 리턴시키고, 냉방시에는 도 4을 참고하여 열원 축열조(20)의 저온수를 지열 히트펌프장치(40)에 공급시키는 역할을 한다.In addition, the low temperature water transfer pipe 61 is connected to the inner lower side of the heat source heat storage tank 20, and when heating, referring to FIG. 3, the low temperature water exchanged with the load side 1 is returned to the heat source heat storage tank 20. In addition, during cooling, the low-temperature water of the heat source heat storage tank 20 is supplied to the geothermal heat pump 40 with reference to FIG. 4.

그리고, 상기 고온수 이송관(60)과 저온수 이송관(61) 사이에는 각각 이송되는 물의 부하의 차이가 제어부에 입력된 부하보다 차이가 나면 상호 섞어주어 부하를 조절할 수 있고, 상기 열원 축열조(20) 내를 5℃ 이상의 성층화 온도조건으로 유지하기 위해 각각 이송되는 고온수와 저온수를 믹싱하도록 바이패스 관(64)이 지열 히트펌프장치(40) 근처에 더 설치된다. 이때, 상기 바이패스 관(64)에는 고온수와 저온수가 믹싱되는 것을 조절하기 위해 온도조절 유량밸브가 설치된다.Then, the difference between the load of the water to be transferred between the hot water transfer pipe 60 and the cold water transfer pipe 61 is different from the load input to the control unit can be mixed with each other to adjust the load, the heat source heat storage tank ( 20) A bypass tube 64 is further provided near the geothermal heat pump apparatus 40 to mix the hot water and the cold water, which are respectively transferred, to maintain the inside at a stratification temperature condition of 5 ° C or higher. At this time, the bypass pipe 64 is provided with a temperature control flow valve for controlling the mixing of hot water and cold water.

이때, 상기 고온수 이송관(60)과 저온수 이송관(61) 사이에는 냉방시, 고온수 이송관(60)과 저온수 이송관(61)의 역할을 바꾸기 위해 제 1,2 연결관(62,63)이 연결되고, 상기 제 1,2 연결관(62,63)의 일측에는 3방밸브가 각각 하나씩 부착된 다. 다시 말해 도 4에 도시한 바와 같이, 냉방시에 적용되어 열원 축열조(20)에서 저온의 물이 저온수 이송관(61)을 통해 이송되다 제 2 연결관(63)을 통해 공급관으로 형성된 고온수 이송관(60)으로 이송되어 지열 히트펌프장치(40)에 공급되고, 상기 지열 히트펌프장치(40)에서 부하측(1) 순환수와 열교환 된 고온의 물을 리턴관으로 형성된 저온수 이송관(61)을 통해 이송되다 제 1 연결관(62)을 통해 고온수 이송관(60)으로 이송되어 다시 열원 축열조(20)에 리턴되는 것이다. 그리고, 상기 3방밸브는 냉,난방에 맞춰 제어부의 전기적 신호에 의해 제어되는 것이다.At this time, between the hot water transfer pipe 60 and the cold water transfer pipe 61, in the cooling, to change the role of the hot water transfer pipe 60 and the cold water transfer pipe 61, the first and second connection pipe ( 62 and 63 are connected, and one-way valves are attached to one side of the first and second connection pipes 62 and 63, respectively. In other words, as shown in Figure 4, the cold water is applied at the time of cooling is transferred to the heat source heat storage tank 20 through the low temperature water transfer pipe 61, the hot water formed as a supply pipe through the second connecting pipe (63) The low temperature water transfer pipe which is transferred to the transfer pipe 60 and supplied to the geothermal heat pump device 40, and the high temperature water heat exchanged with the circulating water of the load side 1 in the geothermal heat pump device 40 as a return pipe ( 61 is transferred to the hot water transfer pipe 60 through the first connecting pipe 62 and returned to the heat source heat storage tank 20. The three-way valve is controlled by an electrical signal of the controller in accordance with cooling and heating.

상기 부하 축열조(50)는 지열 히트펌프장치(40)를 통해 열교환 된 순환수 및 부하측에서 열교환 된 순환수를 이송받아 내부에 채워지고, 상기 부하 축열조(50)의 내부는 내부에 채워진 순환수의 온도에 따라 성층화되어 상측부는 고온으로 하측부는 저온으로 열원 축열조(20)와 동일한 구조 및 기능을 한다.(상기 순환수는 고온수와 저온수를 뜻하는 것이다.)The load heat storage tank 50 is filled with the circulating water heat exchanged through the geothermal heat pump device 40 and the heat exchanged circulating water from the load side, the inside of the load heat storage tank 50 of the circulating water filled therein Stratified according to the temperature, the upper portion is a high temperature and the lower portion is a low temperature and has the same structure and function as the heat source heat storage tank 20. (The circulating water means hot water and cold water.)

여기서, 상기 부하 축열조(50)와 지열 히트펌프장치(40)의 사이에는 제 1 순환수 공급관(70)과 제 1 순환수 리턴관(71)이 각각 연결되는데, 상기 제 1 순환수 공급관(70)은 지열 히트펌프장치(40)와 일측이 연결되고, 끝단부가 부하 축열조(50)의 내부 상측부에 연결되어 상기 지열 히트펌프장치(40)의 순환수를 부하 축열조(50)에 공급하는 역할을 한다.Here, a first circulation water supply pipe 70 and a first circulation water return pipe 71 are connected between the load heat storage tank 50 and the geothermal heat pump device 40, respectively, and the first circulation water supply pipe 70 is provided. ) Is one side is connected to the geothermal heat pump device 40, the end is connected to the inner upper portion of the load heat storage tank 50 to supply the circulation water of the geothermal heat pump device 40 to the load heat storage tank (50) Do it.

그리고, 상기 제 1 순환수 리턴관(71)은 지열 히트펌프장치(40)와 일측이 연결되고, 끝단부가 부하 축열조(50)의 내부 하측부에 연결되어 상기 부하 축열조(50)의 순환수를 지열 히트펌프장치(40)에 리턴하는 역할을 한다.In addition, one side of the first circulation water return pipe 71 is connected to the geothermal heat pump device 40, and an end of the first circulation water return pipe 71 is connected to an inner lower side of the load heat storage tank 50 to supply the circulation water of the load heat storage tank 50. It serves to return to the geothermal heat pump device (40).

또한, 상기 제 1 순환수 공급관(70)과 제 1 순환수 리턴관(71)은 부하 축열조(50)의 내측까지 구비되는데, 끝단부에 각각 디퓨져가 설치된다.In addition, the first circulating water supply pipe 70 and the first circulating water return pipe 71 are provided up to the inner side of the load heat storage tank 50, and diffusers are installed at each end.

이때, 상기 제 1 순환수 공급관(70)과 제 1 순환수 리턴관(71) 사이에는 냉방시, 제 1 순환수 공급관(70)과 제 1 순환수 리턴관(71)의 역할을 바꾸기 위해 제 3,4 연결관(72,73)이 연결되고, 상기 제 3,4 연결관(72,73)의 일측에는 3방밸브가 각각 하나씩 부착된다. 다시 말해 도 4에 도시한 바와 같이, 냉방시에 적용되어 상기 지열 히트펌프장치(40)에서 제 1 순환수 리턴관(71)을 통해 저온수가 이송되다 제 4 연결관(73)을 통해 제 1 순환수 공급관(70)에 이송되어 부하 축열조(50)에 공급되고, 상기 부하 축열조(50)에서 열교환 된 고온수는 제 1 순환수 리턴관(71)을 통해 이송되다 제 3 연결관(72)을 통해 제 1 순환수 공급관(70)에 이송되어 지열 히트펌프장치(40)에 리턴되는 것이다.At this time, between the first circulating water supply pipe 70 and the first circulating water return pipe 71 to change the roles of the first circulating water supply pipe 70 and the first circulating water return pipe 71. Three or four connecting pipes (72, 73) are connected, one side of the third, fourth connecting pipes (72, 73), one-way valve is attached to each one. In other words, as shown in Figure 4, is applied at the time of cooling is the low-temperature water is transferred through the first circulation water return pipe 71 in the geothermal heat pump device 40 through the fourth connecting pipe (73) The hot water is transferred to the circulation water supply pipe 70 and supplied to the load heat storage tank 50, and the high temperature water heat exchanged in the load heat storage tank 50 is transferred through the first circulation water return pipe 71. It is transferred to the first circulating water supply pipe 70 and returned to the geothermal heat pump device 40.

여기서, 상기 부하 축열조(50)와 부하측(실내측) 사이에는 부하 축열조(50)에 채워진 순환수가 부하측(1)에서 열교환 된 뒤 순환되도록 제 2 순환수 공급관(80)과 제 2 순환수 리턴관(81)이 각각 연결되는데, 상기 제 2 순환수 공급관(80)은 부하 축열조(50)의 내부 상측부와 연결되어 순환수를 부하측(1)에 전달한다. 이때, 상기 제 2 순환수 공급관(80)은 난방시에 도 3를 참고하여, 부하측(1)에 실내 팬코일 유니트(2)와 대류복사열을 이용하기 위해 실내의 바닥에 설치된 배관에 연결되도록 분배장치(3)에 연결된다.Here, between the load heat storage tank 50 and the load side (indoor side), the second circulating water supply pipe 80 and the second circulating water return pipe so that the circulating water filled in the load heat storage tank 50 is circulated after heat exchange at the load side 1. 81 are connected to each other, and the second circulation water supply pipe 80 is connected to the inner upper portion of the load heat storage tank 50 to transfer the circulation water to the load side 1. At this time, the second circulation water supply pipe 80 is distributed so as to be connected to the pipe installed on the floor of the room in order to use the indoor fan coil unit 2 and the convective radiation heat on the load side 1 with reference to FIG. Connected to the device (3).

그리고, 상기 제 2 순환수 리턴관(81)은 부하 축열조(50)의 내부 하측부와 연결되어 부하측(1)에서 열교환 된 순환수를 부하 축열조(50)에 이송시킨다. 이때, 상기 제 2 순환수 리턴관(81) 역시 제 2 순환수 공급관(80)과 마찬가지로 실내 팬코일 유니트(2)와 분배장치(3)에 연결된다.In addition, the second circulation water return pipe 81 is connected to the inner lower side of the load heat storage tank 50 to transfer the heat exchanged heat exchanged from the load side 1 to the load heat storage tank 50. At this time, the second circulation water return pipe 81 is also connected to the indoor fan coil unit 2 and the distribution device 3 similarly to the second circulation water supply pipe 80.

또한, 상기 제 2 순환수 공급관(80)과 제 2 순환수 리턴관(81) 사이에는 냉방시, 제 2 순환수 공급관(80)과 제 2 순환수 리턴관(81)의 역할을 바꾸기 위해 제 5,6 연결관(82,83)이 연결되고, 상기 제 5,6 연결관(82,83)의 일측에는 3방밸브가 각각 하나씩 부착된다. 다시 말해 도 4에 도시한 바와 같이, 냉방시에 적용되어 상기 부하 축열조(50)에서 제 2 순환수 리턴관(81)을 통해 저온수가 이송되다 제 6 연결관(83)을 통해 제 2 순환수 공급관(80)에 이송되어 부하측(실내측)에 공급되고, 상기 부하측(1)에서 열교환 된 고온수는 제 2 순환수 리턴관(81)을 통해 이송되다 제 5 연결관(82)을 통해 제 2 순환수 공급관(80)에 이송되어 부하 축열조(50)에 리턴되는 것이다.In addition, between the second circulating water supply pipe 80 and the second circulating water return pipe 81, when cooling, to change the role of the second circulating water supply pipe 80 and the second circulating water return pipe 81 5,6 connection pipes (82,83) are connected, one side of the fifth, sixth connection pipes (82, 83) are attached to each one-way valve. In other words, as shown in FIG. 4, the cold water is transferred through the second circulation water return pipe 81 from the load heat storage tank 50 during cooling, and the second circulation water through the sixth connecting pipe 83. The hot water is transferred to the supply pipe 80 and supplied to the load side (indoor side), and the hot water heat-exchanged at the load side 1 is transferred through the second circulation water return pipe 81. 2 is returned to the load heat storage tank 50 is transferred to the circulation water supply pipe (80).

참고로, 난방시에는 실내의 팬코일 유니트(2)와 실내의 바닥에 설치된 배관에 고온수를 이송시켜 난방을 하고, 냉방시에는 실내의 팬코일 유니트(2)에만 저온수를 공급하여 냉방을 하는 것이다.For reference, when heating, hot water is transferred to a fan coil unit (2) in the room and a pipe installed on the floor of the room for heating, and when cooling, cold water is supplied only to the fan coil unit (2) in the room. It is.

상기 제어부는 각 장치들과 연결되어 전기적 신호에 의해 제어하는 역할을 한다.The controller is connected to each device and serves to control by an electrical signal.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 지열 히트펌프시스템을 나타낸 개략도이고, 1 is a schematic view showing a geothermal heat pump system according to an embodiment of the present invention,

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 지열 히트펌프시스템을 나타낸 상세도이고, Figure 2 is a detailed view showing a geothermal heat pump system according to an embodiment of the present invention,

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 난방시(동절기)의 지열 히트펌프시스템을 나타낸 흐름도이고, 3 is a flowchart illustrating a geothermal heat pump system during heating (winter) according to an embodiment of the present invention.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 냉방시(하절기)의 지열 히트펌프시스템을 나타낸 흐름도이다.4 is a flowchart illustrating a geothermal heat pump system during cooling (summer) according to an embodiment of the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of the symbols for the main parts of the drawings>

20 : 열원 축열조 30 : 지중 열교환기20: heat storage heat storage tank 30: underground heat exchanger

31 : 지중 고온수 이송관 32 : 지중 저온수 이송관31: underground high temperature water transfer pipe 32: underground low temperature water transfer pipe

40 : 지열 히트펌프장치 50 : 부하 축열조40: geothermal heat pump device 50: load heat storage tank

60 : 고온수 이송관 61 : 저온수 이송관60: high temperature water transfer pipe 61: low temperature water transfer pipe

70 : 제 1 순환수 공급관 71 : 제 1 순환수 리턴관70: first circulating water supply pipe 71: first circulating water return pipe

80 : 제 2 순환수 공급관 81 : 제 2 순환수 공급관80: second circulating water supply pipe 81: second circulating water supply pipe

Claims

An underground heat exchanger (30) for perforating the ground to transfer heat source water heat-exchanged with groundwater in the ground through a pipe;

The heat source water transferred through the underground heat exchanger 30 is filled in, but is introduced through the upper side when heating, and is introduced through the lower side when cooling, and the inside is stratified according to the temperature of the water filled therein so that the upper portion is hot The lower portion is a heat source heat storage tank 20 is formed at a low temperature;

A geothermal heat pump device 40 which heat-exchanges the high and low temperature water connected to the heat source heat storage tank 20 and the circulating water (high and low temperature water) exchanged at the load side 1;

The circulating water heat-exchanged through the geothermal heat pump device 40 and the circulating water heat-exchanged from the load side 1 are filled and filled therein, and stratified according to the temperature of the circulating water filled therein, so A load storage tank 50 formed at a low temperature;

Between the heat source heat storage tank 20 and the geothermal heat pump device 40, it is connected to the inner upper portion of the heat source heat storage tank 20, when heating the hot water of the heat source heat storage tank 20 to the geothermal heat pump device 40. A high temperature water transfer pipe 60 for supplying and returning high-temperature water heat exchanged by the geothermal heat pump device 40 to the heat source heat storage tank 20 during cooling;

It is connected to the inner lower side of the heat source heat storage tank 20, and when the heating is returned to the heat source heat storage tank 20 of the low-temperature water heat exchanged in the geothermal heat pump device 40, when cooling the low temperature of the heat source heat storage tank 20 A low temperature water transfer pipe 61 for supplying water to the geothermal heat pump device 40;

The first and second connections that are connected between the hot water transfer pipe 60 and the cold water transfer pipe 61 are formed to change the roles of the hot water transfer pipe 60 and the cold water transfer pipe 61 during cooling. It is configured to include a pipe (62, 63), and the transfer between the hot water transfer pipe 60 and the cold water transfer pipe 61 to maintain the inside of the heat source heat storage tank 20 in the upper and lower stratification temperature conditions, respectively Bypass pipe 64 is installed in communication with the temperature control flow valve is installed so as to mix the hot water and cold water,

Between the geothermal heat pump device 40 and the load heat storage tank 50, one side is connected to the geothermal heat pump device 40, the end is connected to the inner upper side of the load heat storage tank 50, the geothermal heat pump device A first circulating water supply pipe 70 for supplying the circulating water of the 40 to the load heat storage tank 50;

One side is connected to the geothermal heat pump device 40, the first end is connected to the inner lower portion of the load heat storage tank 50 to return the circulating water of the load heat storage tank 50 to the geothermal heat pump device 40 A circulation water return pipe (71);

Is connected between the first circulating water supply pipe 70 and the first circulating water return pipe 71 is formed to change the role of the first circulating water supply pipe 70 and the first circulating water return pipe 71 when cooling It is configured to include; third and fourth connectors (72, 73),

A second circulation water supply pipe (80) connected between the load heat storage tank (50) and the load side (1) and connected to an upper upper portion of the load heat storage tank (50) to transfer circulating water to the load side (1);

A second circulation water return pipe (81) connected to the inner lower side of the load heat storage tank (50) to transfer the circulating water heat-exchanged at the load side (1) to the load heat storage tank (50);

Is connected between the second circulating water supply pipe 80 and the second circulating water return pipe 81 is formed to change the role of the second circulating water supply pipe 80 and the second circulating water return pipe 81 when cooling. And fifth and sixth connectors 82 and 83 which are configured to include

The underground heat exchanger (30) includes a perforated pipe (31) of “U” shape which is drilled in the ground and planted in accordance with the perforation for heat exchange with the groundwater in the perforated ground;

Connected to one side of the permeable pipe 31 and the upper side of the heat source heat storage tank 20 to supply the hot water heat exchanged with the groundwater in the ground during heating to the heat source heat storage tank 20, the geothermal heat pump device 40 at the time of cooling Underground hot water conveying pipe (32) for returning the hot water heat exchanged through the heat source heat storage tank (20);

It is connected to the other side of the permeable pipe 31 and the lower side of the heat source heat storage tank 20, the low-temperature water heat exchanged in the geothermal heat pump device 40 at the time of heating back to the permeability pipe 31 through the heat source heat storage tank 20 An underground low temperature water transfer pipe 33 for returning and supplying the low temperature water heat-exchanged in the pitcher pipe 31 to the heat source heat storage tank 20 during cooling;

A 9th and 10th connecting pipes 34 and 35 connected between the underground hot water transport pipe and the underground cold water transport pipe to be installed to change the role of the underground hot water transport pipe and the underground cold water transport pipe during cooling. Is configured to include,

A level gauge for measuring the amount of water is attached to the heat source heat storage tank 20, and a plurality of thermometers are attached to each layer by arbitrarily dividing the layers. When the low temperature water of the lower part is lower than the temperature input to the controller by stratification, Heat source storage geothermal heat pump system using an underground heat exchanger, characterized in that the drain pipe is further installed to discharge to the.

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