KR100771934B1 - Heat exchanger used in underground in a geothmal heat pump sysyem - Google Patents

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Abstract

A geothermal heat exchanger for a ground source heat pump system is provided to simplify connection structure of the geothermal heat exchanger in a bore hole and minimize an amount of heat transfer fluid for performing heat exchange with the geothermal heat exchanger. A geothermal heat exchanger for a ground source heat pump system is formed in the shape of U to be connected to a heat exchanger(13) of a heat pump unit, and includes a water permeation pipe(12) corresponding to a vertical length formed with a plurality of water permeation holes for free discharge of underground water from a water supply source(21). An internal space of a bore hole(17) corresponding to a base rock floor(15) is filled with lots of gravels(14), so that the underground water supplied/discharged from the base rock floor and water supplied from the water permeation pipe is filled in an empty space formed between the gravels for heat exchange. An internal space of the bore hole corresponding to soils(16) is filled with bentonite(18) for finishing process.

Description

지열히트펌프 시스템의 지중 열교환기 {HEAT EXCHANGER USED IN UNDERGROUND IN A GEOTHMAL HEAT PUMP SYSYEM}Underground heat exchanger for geothermal heat pump system {HEAT EXCHANGER USED IN UNDERGROUND IN A GEOTHMAL HEAT PUMP SYSYEM}

도 1은 종래의 지열히트펌프 시스템의 지중 열교환기를 나타낸 개략도.1 is a schematic view showing an underground heat exchanger of the conventional geothermal heat pump system.

도 2는 본 발명에 따른 지열히트펌프 시스템의 지중 열교환기를 나타낸 개략도.Figure 2 is a schematic diagram showing the underground heat exchanger of the geothermal heat pump system according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명><Brief description of symbols for the main parts of the drawings>

11: 지중 열교환기 12: 투수파이프11: underground heat exchanger 12: pitching pipe

13: 히프펌프 유니트의 열교환기 14: 자갈13: Heat exchanger of the bottom pump unit 14: Gravel

15: 암반층 16: 토양층15: rock formation 16: soil layer

17: 시추공 18: 벤토나이트17: borehole 18: bentonite

19: 지표면 20: 투수공19: Surface 20: Pitcher

21: 물공급처21: water supply

본 발명은 지열히트펌프 시스템의 지중 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 지중 열교환기와 수직길이에 대응되는 투수파이프를 삽입하되, 상기 투 수파이프의 외주연에는 수직길이방향으로, 다수개의 투수공이 형성되어, 타 지점으로부터 공급되는 지하수의 유출을 자유롭게 하고; 상기 암반층의 대응되는 시추공의 내부공간에는 수많은 자갈로 채워지도록 하여, 암반층으로부터 유입/유출되는 지하수 및 투수파이프로부터 공급되는 물이 자갈과 자갈사이의 공간에 충진되어, 상기 지중 열교환기와 상호 열교환되도록 형성된 지중 열교환기를 제공하여, 지하수의 유출입이 자유로운 암반층에서, 타 지점에서 물을 공급하여, 필요로 하는 물의 양과 정역학적인 수두의 높이를 자연스럽게 조절되는 구조로 이루어진 지열히트펌프 시스템의 지중 열교환기에 관한 것이다.      The present invention relates to an underground heat exchanger of a geothermal heat pump system, and more particularly, inserting a ground heat exchanger and a permeable pipe corresponding to a vertical length, a plurality of permeable holes in the vertical length direction on the outer periphery of the permeable pipe To free the outflow of groundwater supplied from another point; The inner space of the corresponding borehole of the rock bed is filled with a lot of gravel, and the ground water and the water supplied from the permeation pipe are introduced into the space between the gravel and the gravel, and are formed to exchange heat with the underground heat exchanger. It provides an underground heat exchanger, the ground heat exchanger of the geothermal heat pump system consisting of a structure that naturally controls the amount of water required and the height of the hydrostatic head by supplying water at other points in the rock bed free from the flow of groundwater.

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.Commonly used home and industrial energy sources include fossil fuels such as petroleum and natural gas or nuclear fuels. These energy sources not only cause major pollution, but also have limited reserves. Alternative energy development is actively underway.

일반적으로, 냉난방을 위하여 사용되는 에너지원으로는 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석연료를 이용하거나, 또는 이들 화석연료나 원자력을 이용하여 생산된전력 에너지를 주로 사용하고 있다.Generally, fossil fuels such as coal, petroleum, and natural gas are used as energy sources for cooling and heating, or electric 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 공 기오염과 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, solar, geothermal, etc., which have infinite energy sources, and air-conditioning devices using them are used. These energy sources have the advantage of being able to obtain 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 generation 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, which is a technology using underground thermal energy having a temperature of 10 to 20 ° C.

통상적으로 사용되는 지열을 이용한 냉난방장치는 지열을 회수하기 위한 지열교환기와, 회수한 지열을 필요한 장소로 이동시켜 냉난방을 행하도록 하는 히트 펌프로 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 the required 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.

그러나, 이러한 종래의 지열교환기는 보어홀에 열교환 파이프를 삽입하고 그라우팅작업을 하여 지열이 전도에 의하여 직접 순환배관에 전달되는 방식을 사용하고 있기 때문에, 축열기능을 부여할 수 없고 회수열량이 적기 때문에 열교환성능이 저하될수 밖에 없는 문제점이 있었다.However, since the conventional geothermal heat exchanger uses a method in which geothermal heat is transferred directly to the circulation pipe by conduction by inserting a heat exchange pipe into the borehole and grouting, it is impossible to impart a heat storage function and reduce the amount of heat recovered. There was a problem that the heat exchange performance can only be reduced.

도 1은 종래의 지열히트펌프 시스템의 지중 열교환기를 나타낸 개략도로서, 이를 설명하면, 지표측의 토양층(A)과 그 하층으로 암반층(B)을 이루고 있는 지중으로 소정깊이 굴착된 시추공(24)이 수직방향으로 형성되었으며, 상기 시추공(24)에는 내부에 물 또는 부동액과 같은 열매체(41)가 저장되어진 열매체 저장관(42)이 삽입 설치되었고, 열매체 저장관(42) 내에는 히트펌프 본체나 지하 축열조와 같은 열매체 사용처(60) 측과의 순환배관을 이루어 펌프(미도시)에 의해 강제 순환이 이루어지도록 하는 순환 파이프(30)가 각각 인입되도록 구성하였다.1 is a schematic view showing an underground heat exchanger of a conventional geothermal heat pump system. When this is explained, a borehole 24 excavated with a predetermined depth into the ground forming a soil layer A on the ground side and a rock layer B below the ground layer is formed. It was formed in the vertical direction, the borehole 24 is inserted into the heat medium storage tube 42 in which the heat medium 41, such as water or antifreeze, is stored therein, and the heat pump body or underground in the heat medium storage tube 42 The circulation pipe 30 is configured to draw in a circulation pipe with a heat medium using place 60 such as a heat storage tank so that forced circulation is performed by a pump (not shown).

그리고, 열매체 저장관(42)이 삽입되어진 시추공(24) 내부 공간에는 지하수(23)가 일정 수위로 채워져 있으며, 그 수위 상부공간에는 불투수성 재료인 벤토나이트나 시멘트를 채워서 그라우팅부(40)를 형성하게 된다.Then, the groundwater 23 is filled with a predetermined level in the inner space of the borehole 24 into which the heat medium storage tube 42 is inserted, and the grouting portion 40 is formed by filling bentonite or cement, which is an impermeable material, in the upper space of the water level. do.

또한, 시추공(24)중 토양층(A)에 해당하는 깊이까지는 강관케이싱(50)이 그라우팅부(40)를 둘러싸도록 하는 구성을 이루었다.In addition, to the depth corresponding to the soil layer (A) of the borehole 24, the steel pipe casing 50 is configured to surround the grouting portion (40).

한편, 열매체 저장관(42)에 인입되어져 있는 순환 파이프(30)중 제1파이프(31)와 제2파이프(32)의 높이를 상호 상이하게 설치함으로서 열매체 이용 효율을 향상시킬 수 있도록 함이 바람직하게 된다.On the other hand, it is preferable to improve the heat medium utilization efficiency by providing different heights of the first pipe 31 and the second pipe 32 among the circulation pipe 30 drawn into the heat medium storage pipe 42. Done.

도면 중 미설명 부호 41은 그라우팅부(40)의 그라우팅 재료를 지지하기 위해 열매체 저장관(42) 외벽면 중단에 고정 설치된 지지판을 나타낸다.In the figure, reference numeral 41 denotes a support plate fixed to the outer wall surface stop of the heat medium storage tube 42 to support the grouting material of the grouting part 40.

이러한, 종래의 지중 열교환기는 순환파이프(30)는 열매체(41)내부에 포함되어, 상호 열교환되는 것으로서, 상기 열매체(41)는 순환파이프(30)와 충분히 열교환하기 위해서는, 많은 양의 열매체를 필요로 하며, 이를 원활히 공급하기 위해서는 다른 과도한 장비가 필요로 하는 문제점이 있다.     In the conventional underground heat exchanger, the circulating pipe 30 is included in the heat medium 41 and is heat-exchanged with each other, and the heat medium 41 requires a large amount of heat medium to sufficiently heat exchange with the circulation pipe 30. In order to supply this smoothly, there is a problem that other excessive equipment is required.

또한, 열매체 저장관(42)이라는 별도의 구성을 추가하여야 하는 문제점을 안고 있는 것이다. In addition, there is a problem to add a separate configuration called the heat medium storage pipe (42).

본 발명은 이러한 문제점을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 지중 열교환 기와 수직길이에 대응되는 투수파이프를 삽입하되, 상기 투수파이프의 외주연에는 수직길이방향으로, 다수개의 투수공이 형성되어, 타 지점으로부터 공급되는 지하수의 유출을 자유롭게 하고; 상기 암반층의 대응되는 시추공의 내부공간에는 수많은 자갈로 채워지도록 하여, 암반층으로부터 유입/유출되는 지하수 및 투수파이프로부터 공급되는 물이 자갈과 자갈사이의 공간에 충진되어, 상기 지중 열교환기와 상호 열교환되도록 형성된 지중 열교환기를 제공하여, 지하수의 유출입이 자유로운 암반층에서, 타 지점에서 물을 공급하여, 필요로 하는 물의 양과 정역학적인 수두의 높이를 자연스럽게 조절되는 구조를 채택하여, 상기 지중 열교환기와 상호 열교환하는 물의 양을 최소로 하면서도, 필요로 하는 일정한 정역학적인 수두를 유지하여, 고효율의 지중식 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다. The present invention has been made in order to improve such a problem, inserting a ground heat exchanger and a permeable pipe corresponding to the vertical length, the outer periphery of the permeable pipe in the vertical length direction, a plurality of perforations are formed, supplied from other points To free the outflow of groundwater; The inner space of the corresponding borehole of the rock bed is filled with a lot of gravel, and the ground water and the water supplied from the permeation pipe are introduced into the space between the gravel and the gravel, and are formed to exchange heat with the underground heat exchanger. By providing an underground heat exchanger, water is supplied from other points in the rock bed where the groundwater is freely flowing in and out, thereby adopting a structure that naturally adjusts the amount of water needed and the height of the hydrostatic head, thereby mutually exchanging water with the underground heat exchanger. The purpose is to provide a highly efficient underground heat exchanger while maintaining a constant hydrostatic head required while minimizing the

도 2는 본 발명에 따른 지열히트펌프 시스템의 지중 열교환기를 나타낸 개략도로서, 이에 대하여 설명하면, 2 is a schematic view showing an underground heat exchanger of the geothermal heat pump system according to the present invention.

지열히트펌프 시스템의 지중 열교환기에 있어서,In the underground heat exchanger of the geothermal heat pump system,

지중에 수직방향으로 홀을 굴착하여, 상기 홀의 외측 하부에는 암반층(15)이 형성되고, 상기 암반층(15)과 지표면(19)사이에는 토양층(16)에 형성되는 시추공(17)이 형성되도록 하며, Excavating the hole in the vertical direction in the ground, the rock layer 15 is formed on the outer lower portion of the hole, and the borehole 17 formed in the soil layer 16 is formed between the rock layer 15 and the ground surface 19 ,

상기 시추공(17)의 내부에는 U자형의 지중 열교환기(11)를 위치하여, 히프펌프 유니트의 열교환기(13)에 연결되도록 하며,The U-shaped underground heat exchanger 11 is positioned inside the borehole 17 to be connected to the heat exchanger 13 of the bottom pump unit.

상기 지중 열교환기(11)와 수직길이에 대응되는 투수파이프(12)를 삽입하되, 상기 투수파이프(12)의 외주연에는 수직길이방향으로, 다수개의 투수공(16)이 형성되어, 타 지점인 물공급처(21)로부터 물의 공급을 자유롭게 하고,Insert the permeable pipe 12 corresponding to the vertical length of the underground heat exchanger 11, the outer periphery of the permeable pipe 12 in the vertical length direction, a plurality of permeable holes 16 are formed, the other point Free the supply of water from the water supply source 21,

상기 암반층(15)의 대응되는 시추공(17)의 내부공간에는 수많은 자갈(14)로 채워지도록 하여, 암반층(15)으로부터 유입/유출되는 지하수 및 투수파이프(12)로부터 공급되는 물이 자갈(14)과 자갈(14)사이의 형성된 빈 공간에 충진되어, 상기 지중 열교환기(11)와 상호 열교환되도록 하며, The interior space of the corresponding borehole 17 of the rock layer 15 is filled with a large number of gravel 14, so that the water supplied from the groundwater and the permeable pipe 12 flowing in / out from the rock layer 15 is gravel 14 ) Is filled in the empty space formed between the gravel 14 and the mutual heat exchange with the underground heat exchanger 11,

상기 토양층(16)의 대응되는 시추공(17)의 내부공간에는 벤토나이트(18)로 채워, 마감처리를 하도록; 이루어진 지열히트펌프 시스템의 지중 열교환기에 관한 것이다.The interior space of the corresponding borehole 17 of the soil layer 16 is filled with bentonite 18 to be finished; It relates to an underground heat exchanger of a geothermal heat pump system.

본 발명에 따른 지중 열교환기를 이루는 주요구성에 대하여, 살펴보면, 다음과 같다.Looking at the main configuration of the underground heat exchanger according to the present invention, as follows.

본 발명에서, 지중에 수직방향으로 홀을 굴착하여, 상기 홀의 외측 하부에는 암반층(15)이 형성되고, 상기 암반층(15)과 지표면(19)사이에는 토양층(16)에 시추공(17)을 형성하고, 상기 시추공(17)의 내부에는 U자형의 지중 열교환기(11)를 위치하여, 히프펌프 유니트의 열교환기(13)에 연결되도록 하는 것이다.In the present invention, by excavating the hole in the vertical direction to the ground, a rock layer 15 is formed on the outer lower portion of the hole, and the borehole 17 is formed in the soil layer 16 between the rock layer 15 and the ground surface 19. In addition, the U-shaped underground heat exchanger 11 is positioned inside the borehole 17 to be connected to the heat exchanger 13 of the bottom pump unit.

이는 지중열을 열원으로 이용한 방법으로서, 펌프를 통해 지중 열교환기(11)내의 물을 강제 이송시켜 열교환을 통해 하절기에는 실내를 냉각하고 동절기에는 실내를 난방토록 한 지열식 히트펌프의 열교환 유니트와 상호 열교환하도록 하는 구조인 것이다.This is a method using geothermal heat as a heat source, by forcibly transferring the water in the underground heat exchanger (11) through a pump to exchange the heat with the heat exchange unit of the geothermal heat pump which cools the room in summer and heats the room in winter. It is a structure to heat exchange.

또한, 본 발명은 지중 열교환기(11)와 수직길이에 대응되는 투수파이프(12) 를 삽입하되, 상기 투수파이프(12)의 외주연에는 수직길이방향으로, 다수개의 투수공(16)이 형성되어, 타 지점인 물공급처(21)로부터 물의 공급을 자유롭게 하는 것이다.In addition, the present invention is inserted into the ground heat exchanger 11 and the permeation pipe 12 corresponding to the vertical length, the outer periphery of the permeable pipe 12 in the vertical length direction, a plurality of permeable holes 16 are formed Thus, the water supply is freed from the water supply destination 21 at another point.

이는 연중 온도변화가 거의 없는 지열을 이용하기 위해 암반층(15) 내부에 시추공(17)을 형성하고 지중 열교환기(11)를 삽입하고, 상기 지중 열교환기(11)와 상호 열교환되는 열매체의 일예인 물을 공급하기 위하여, 타 장소에 마련된 물 공급처(21)로부터 투수 파이프(12)내로 물을 공급시키는 것이다.This is an example of a heat medium that forms a borehole 17 inside the rock layer 15 and inserts an underground heat exchanger 11 to use geothermal heat with little temperature change throughout the year, and heat exchanges with the underground heat exchanger 11. In order to supply water, water is supplied into the permeation pipe 12 from the water supply source 21 provided in another place.

본 발명에 따른 열교환 방식을 설명하면, 시추공(17)내에 내부로 고여지는 열매체인 물과 지중 열교환기(11)내의 물이 상호 열교환되며, 이는 지중 열교환기(11)와 연결된 펌프에 의하여 펌핑시켜 히트펌프 유니트의 열교환기(13)와 열교환 시키는 과정이 반복 순환되도록 하는 것이며, 이 과정에서 시추공(17)내에 저장된 물은 주변의 지열과의 열교환에 의하여 일정한 온도로 유지되며, 이러한 일정온도는 지열식 히트펌프 시스템의 열교환유니트에 제공되는 것이다.Referring to the heat exchange method according to the present invention, the water in the heat medium and the inside of the underground heat exchanger 11 is internally heat-exchanged in the borehole 17, which is pumped by a pump connected to the underground heat exchanger 11 The heat exchanger 13 of the heat pump unit is repeatedly circulated. In this process, the water stored in the borehole 17 is maintained at a constant temperature by heat exchange with surrounding geothermal heat. It is provided in the heat exchange unit of the geothermal heat pump system.

시추공(17)내에 내부로 고여지는 열매체인 물과 지중 열교환기(11)내의 물이 상호 열교환되며, 이는 지중 열교환기(11)와 연결된 펌프에 의하여 펌핑시켜 히트펌프 유니트의 열교환기(13)와 열교환 시키는 과정이 반복 순환되도록 하는 것이다.Water inside the heat exchanger 11 and the heat medium, which are collected inside the borehole 17, are heat-exchanged with each other, which is pumped by a pump connected to the underground heat exchanger 11 to heat exchanger 13 of the heat pump unit. The process of heat exchange with is to be repeated.

본 발명에서는 열교환 효율을 극대화하기 위하여, 암반층(15)에 대응되는 시추공(17)의 내부공간에는 수많은 자갈(14)로 채워지도록 하고, 암반층(15)으로부터 유입/유출되는 지하수 및 투수파이프(12)로부터 공급되는 물이 자갈(14)과 자 갈(14)사이의 공간에 충진되어, 상기 지중 열교환기(11)와 상호 열교환되도록 하는 것이다.In the present invention, in order to maximize the heat exchange efficiency, the internal space of the borehole 17 corresponding to the rock layer 15 is filled with a large number of gravel 14, the groundwater and permeable pipe 12 that is introduced / discharged from the rock layer 15 Water supplied from) is filled in the space between the gravel 14 and the gravel 14, so as to mutually heat exchange with the underground heat exchanger (11).

이는 암반층(15)내에 수많은 자갈(14)로 충진시키며, 이로 인하여 자갈(14)사이에 수많은 빈공간이 형성이 되며, 이러한 빈 공간에 열매체로서, 물이 채워지도록 하는 것이다. 채워지도록 공급되는 물은 지하수의 유출입이 자유로운 암반층에서 제공되는 것이다. This is filled with a large number of gravel 14 in the rock layer 15, thereby forming a large number of empty spaces between the gravel 14, so that the empty space is filled with water as a heat medium. The water supplied to fill is provided by the rock bed where the inflow and outflow of groundwater is free.

상기 자갈(14)은 통상의 자갈과 다른 재질의 충진재를 포함한다.The gravel 14 includes a filler of a different material from the conventional gravel.

일예로, 타 지점의 물 공급처(21)에서 충분한 물을 자갈사이에 공급되면, 암반층에서 시추공(17)으로 유입되는 지하수는 자갈사이에 충진되지 않고, 시추공(17)으로부터 유출되는 것이며, 타 지점의 물 공급처(21)에서 공급되는 물이 충분하지 못하면, 암반층에서 시추공(17)으로 유입되는 지하수가 부족한 물을 채워주는 것이다. For example, when sufficient water is supplied between the gravel at the water supply source 21 at another point, the groundwater flowing into the borehole 17 in the rock bed is not filled between the gravel and flows out of the borehole 17, and the other point. If there is not enough water supplied from the water supply source 21, the groundwater flowing into the borehole 17 from the rock bed is to fill the lack of water.

이는 시추공의 깊이와 자갈사이의 빈 공간의 양과, 지중 열교환기와 상호 열교환에 필요로 하는 물의 양이 상호 연계되어, 정역학적인 수두의 높이를 자연스럽게 조절되는 구조를 채택하여, 이와 연결된 지열식 냉난방시스템은 겨울철에는 지열에너지를 이용하여 난방에너지를 활용하고, 여름철에는 사용자의 실내에서 발생한 열을 지중 열교환기에 순환되는 물을 통하여 지열속에 방열토록 함으로써 냉방에너지로 활용한 것이다. This is because the depth of the borehole and the amount of empty space between the gravel and the amount of water required for mutual heat exchange with the underground heat exchanger are mutually connected, and the geothermal heating and cooling system connected to this system is adopted. In winter, geothermal energy is used for heating energy, and in summer, the heat generated from the user's room is used as cooling energy by dissipating heat in the geothermal heat through water circulated to the underground heat exchanger.

이상에서와 같이, 본 발명의 지열히트펌프 시스템의 지중 열교환기는 시추공 내의 지중 열교환기와 연결되는 구조를 단순화하면서도, 지중 열교환기와 상호 열교환되는 열매체의 양을 최소로 하며, 친환경적인 시추공 환경을 조성하며, 지중 열교환기와 연결된 지열식 히트펌프의 냉난방효율을 극대화 하는 지열히트펌프 시스템의 지중 열교환기를 제공하고자 하는 것이다. As described above, the ground heat exchanger of the geothermal heat pump system of the present invention simplifies the structure connected to the ground heat exchanger in the borehole, minimizes the amount of heat medium that is heat exchanged with the ground heat exchanger, and creates an environment-friendly borehole environment, It is to provide an underground heat exchanger of a geothermal heat pump system that maximizes the cooling and heating efficiency of a geothermal heat pump connected to an underground heat exchanger.

Claims (1)

지열히트펌프 시스템의 지중 열교환기에 있어서,In the underground heat exchanger of the geothermal heat pump system, 지중에 수직방향으로 홀을 굴착하여, 상기 홀의 외측 하부에는 암반층(15)이 형성되고, 상기 암반층(15)과 지표면(19)사이에는 토양층(16)에 형성되는 시추공(17)이 형성되도록 하며, Excavating the hole in the vertical direction in the ground, the rock layer 15 is formed on the outer lower portion of the hole, and the borehole 17 formed in the soil layer 16 is formed between the rock layer 15 and the ground surface 19 , 상기 시추공(17)의 내부에는 U자형의 지중 열교환기(11)를 위치하여, 히프펌프 유니트의 열교환기(13)에 연결되도록 하며,The U-shaped underground heat exchanger 11 is positioned inside the borehole 17 to be connected to the heat exchanger 13 of the bottom pump unit. 상기 지중 열교환기(11)와 수직길이에 대응되는 투수파이프(12)를 삽입하되, 상기 투수파이프(12)의 외주연에는 수직길이방향으로, 다수개의 투수공(16)이 형성되어, 타 지점인 물공급처(21)로부터 물의 공급을 자유롭게 하고,Insert the permeable pipe 12 corresponding to the vertical length of the underground heat exchanger 11, the outer periphery of the permeable pipe 12 in the vertical length direction, a plurality of permeable holes 16 are formed, the other point Free the supply of water from the water supply source 21, 상기 암반층(15)의 대응되는 시추공(17)의 내부공간에는 수많은 자갈(14)로 채워지도록 하여, 암반층(15)으로부터 유입/유출되는 지하수 및 투수파이프(12)로부터 공급되는 물이 자갈(14)과 자갈(14)사이의 공간에 충진되어, 상기 지중 열교환기(11)와 상호 열교환되도록 하며, The interior space of the corresponding borehole 17 of the rock layer 15 is filled with a large number of gravel 14, so that the water supplied from the groundwater and the permeable pipe 12 flowing in / out from the rock layer 15 is gravel 14 ) Is filled in the space between the gravel 14 and mutual heat exchange with the underground heat exchanger 11, 상기 토양층(16)의 대응되는 시추공(17)의 내부공간에는 벤토나이트(18)로 채워, 마감처리를 하도록;The interior space of the corresponding borehole 17 of the soil layer 16 is filled with bentonite 18 to be finished; 이루어진 것을 특징으로 하는 지열히트펌프 시스템의 지중 열교환기.Underground heat exchanger of geothermal heat pump system, characterized in that made.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100848717B1 (en) 2008-02-21 2008-07-28 문감사 Cooling and heating system utilized underground water and terrestrial heat
KR101061494B1 (en) * 2010-09-06 2011-09-01 한국그린에너지 주식회사 Heat exchange system using an earth heat
CN104016605A (en) * 2014-05-28 2014-09-03 付占一 Efficient backfill heat-exchanging agent for vertical underground heat exchanger of ground-source heat pump, and preparation method and application thereof

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050041611A (en) * 2003-10-31 2005-05-04 코오롱건설주식회사 Heat pump system for underground water source using artificial water vein
KR20060021023A (en) * 2004-09-02 2006-03-07 재단법인 포항산업과학연구원 Geothermal well type direct expansion heat exchanger
KR200417382Y1 (en) 2006-01-26 2006-05-26 공항시설관리 주식회사 Ground heat exchange system for high quality heat pump

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20050041611A (en) * 2003-10-31 2005-05-04 코오롱건설주식회사 Heat pump system for underground water source using artificial water vein
KR20060021023A (en) * 2004-09-02 2006-03-07 재단법인 포항산업과학연구원 Geothermal well type direct expansion heat exchanger
KR200417382Y1 (en) 2006-01-26 2006-05-26 공항시설관리 주식회사 Ground heat exchange system for high quality heat pump

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100848717B1 (en) 2008-02-21 2008-07-28 문감사 Cooling and heating system utilized underground water and terrestrial heat
KR101061494B1 (en) * 2010-09-06 2011-09-01 한국그린에너지 주식회사 Heat exchange system using an earth heat
CN104016605A (en) * 2014-05-28 2014-09-03 付占一 Efficient backfill heat-exchanging agent for vertical underground heat exchanger of ground-source heat pump, and preparation method and application thereof

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