KR100773053B1 - 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기 - Google Patents

높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기 Download PDF

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KR100773053B1
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Abstract

본 발명은 지하수를 이용한 냉난방 시스템의 지중 열교환기에 관한 것으로서, 냉난방을 위한 냉매가 순환되는 순환관(4)과, 시추공(1) 내의 지하수가 순환되는 유입 및 유출관(6,7)과, 상기 순환관(4)과 유입 및 유출관(6,7) 사이에 설치되어 냉매와 지하수를 상호 열교환시키는 열교환기(3)와, 상기 유입관(6)의 하부에 설치되어 지하수를 상승시키는 펌프(5)를 포함하는 지하수를 이용한 냉난방 시스템의 지중 열교환기에 있어서, 시추공(1) 상부의 지상축조물(2) 내에 설치되어 내부로 관통되는 유입 및 유출관(6,7)을 보호하는 원통형의 케이스(10)와, 관 부분이 하부로 돌출되도록 상기 케이스(10) 내에 삽입고정되는 삽입관(20)과, 상기 유출관(7)의 하단부에 연결되어 시추공(1) 내에서 상하로 신축가능한 텔레스코픽 파이프(30)와, 상기 텔레스코픽 파이프(30)의 하단부에 결합되어 시추공(1)의 하단부를 감지하는 하단결합부재(40)를 포함하므로, 지하수의 귀환을 위해 시추공 내에 설치되는 유출관을 높이조절이 가능하여 다양한 깊이의 시추공에 대해서도 용이하게 설치할 수 있다.
지열, 냉난방장치, 지하수, 열교환기, 리턴라인, 높이조절

Description

높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기{Underground heat exchanger having return line capable of regulating height}
본 발명은 지하수를 이용한 냉난방 시스템의 지중 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지하수의 귀환을 위해 시추공 내에 설치되는 유출관을 높이조절이 가능하도록 형성하여 시추공의 깊이에 따라 유출관의 길이를 다르게 제조하지 않고 임의의 깊이에서도 용이하게 설치할 수 있는 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기에 관한 것이다.
일반적으로 사용되고 있는 가정 및 산업용 에너지원은 석유나 천연가스와 같은 화석 연료 또는 핵연료 등이 있으며, 이러한 에너지원 사용은 환경오염의 주원인을 발생시킬 뿐만 아니라 자원의 한계가 있으므로, 이를 해결하기 위한 방안으로서 대체에너지의 개발이 활발하게 진행되고 있다.
대체에너지의 일원인 지열에너지는 지하 깊은 곳의 고온 지열을 이용하여 발전 등에 활용되기도 하고 10 내지 20℃의 지열을 이용하여 냉난방 시스템에 적용되기도 하는데, 지열을 이용하여 건물 등의 냉난방기술에 적용하는 경우 기존 냉난방장치에 비하여 40% 이상의 에너지를 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다.
지열을 이용하여 건물 내의 냉난방을 하기 위하여 지하수와 같은 천연 열저장소를 이용하는 히트펌프 시스템은 냉매와 지하수 간에 열교환하기 위한 열교환기를 구비하고 있으며, 하절기에는 지하수에 열을 방출하고 동절기에는 지하수로부터 열을 흡수하여, 연중 10 내지 20℃의 거의 일정한 온도를 유지하는 냉난방을 실행할 수 있음으로써 성능계수를 향상시키면서도 안정적인 운전이 가능하다는 장점이 있다.
이와 같이 지열을 이용한 장치로서는 국내 등록특허 제10-0599853호가 있으며, 상기 특허는 지열을 이용한 냉난방 시스템의 열교환기에 있어서, 리턴라인의 하단에 일체형으로 형성되고 상기 리턴라인의 직경보다 넓은 주연부를 가지며 상기 주연부에 지하수를 분출시키는 다수의 통공이 형성된 확대부재를 포함함으로써, 리턴라인인 유출관을 통해 시추공으로 귀환되는 지하수에 의한 벽면의 침식을 방지하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 특허는 침식방지에 의하여 유입관으로의 이물질의 유입을 방지한다는 점에 있어서는 효과가 있으나, 유출관을 시추공의 바닥까지 설치해야 하므로 깊이가 다른 시추공에 설치하기 위해서는 시추공의 깊이를 측정해야 할 뿐만 아니라 그 측정치에 따른 길이를 가진 유출관을 일일이 설치해야 하므로 지중 열교환기의 설치가 매우 번거로워지는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기술적 과제는 지하수의 귀환을 위해 시추공 내에 설치되는 유출관을 높이조절이 가능하도록 형성하여 다양한 깊이의 시추공에 대해서도 유출관을 용이하게 설치할 수 있는 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기를 제공하는 것이다.
상기의 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명은,
냉난방을 위한 냉매가 순환되는 순환관과, 시추공 내의 지하수가 순환되는 유입 및 유출관과, 상기 순환관과 유입 및 유출관 사이에 설치되어 냉매와 지하수를 상호 열교환시키는 열교환기와, 상기 유입관의 하부에 설치되어 지하수를 상승시키는 펌프를 포함하는 지하수를 이용한 냉난방 시스템의 지중 열교환기에 있어서,
상부를 개방 또는 밀폐시키는 커버와, 하부 중앙에 형성된 통공과, 상기 통공으로부터 하부로 돌출형성된 관형상의 축소연장부와, 측면에 형성된 한쌍의 삽입공을 구비하여, 시추공 상부에 설치되어 유입 및 유출관이 하부와 측면을 통해 내부로 관통되는 원통형의 케이스;
상부에 일체로 형성된 원반형의 플랜지와, 상기 플랜지의 중앙에 천공된 한쌍의 삽입공과, 상기 플랜지 상에 설치된 모터와, 상기 모터와 연결되어 플랜지 상에 설치된 스위치를 구비하여, 상기 케이스 내에 하부로 돌출되도록 삽입고정되는 삽입관;
양측면에 연결고리가 설치되고 하단부에 내향플랜지가 형성된 제1파이프와, 상단부에 외향플랜지가 형성되고 하단부에 내향플랜지가 형성된 제2파이프와, 상단부에 외향플랜지가 형성된 제3파이프를 구비하여, 상기 유출관의 하단에 신축자재하게 결합되는 텔레스코픽 파이프; 및
다수의 장공이 측면에 종방향으로 형성되고 상기 모터의 회전축으로부터 연결고리를 통하여 이어진 와어어가 연결된 연결고리가 양 측면에 설치된 원통형의 본체와, 상기 본체의 하단부에 삽입결합되는 원기둥형상의 결합구와, 상기 결합구의 하부면에 내설된 스위치와, 상기 결합구의 하부면에 씌워지며 중앙에 팽창부가 형성된 고무커버를 구비하여, 상기 제3파이프의 하단부에 결합되는 하단결합부재; 를 포함하는 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기를 제공한다.
상기에서 설명한 바와 같은 본 발명의 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기에 의하면, 지하수의 귀환을 위해 시추공 내에 설치되는 유출관을 높이조절이 가능하도록 형성하여 시추공의 깊이에 따라 유출관의 길이를 다르게 제조할 필요없이 임의의 깊이에서도 용이하게 설치할 수 있도록 하는 효과가 있다.
이하에서 첨부된 예시도면에 의거하여 본 발명의 일 실시예에 의한 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기의 사시도이고, 도 2와 도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기의 상부측 및 저부측 분해사시도이며, 도 4는 도 3의 A부분을 확대하여 도시한 부분확대사시도이다.
열펌프를 이용한 냉난방 시스템은 순환관(4)을 따라 유동하는 냉매에 의하여 부하에 열을 공급하거나 냉각시키는데, 상기 순환관(4)을 유동하는 냉매는 지중에 설치된 열교환기(3) 내에서 유입 및 유출관(6,7)을 통하여 유동하는 지하수와 열교환을 한다. 그리고, 상기 유입 및 유출관(6,7)은 시추공(1) 내에 삽입되어 있으며, 상기 유입관(6)은 단부에 설치된 펌프(5)에 의하여 시추공(1)에 고인 지하수를 상부로 송출시키고, 열교환기(3)를 통과한 지하수는 유출관(7)을 통하여 다시 시추공(1)내로 귀환되도록 구성되어 있다. 또한, 시추공(1)의 상단부에는 유입 및 유출관(6,7)을 보호하고 유지보수하기 위한 케이스(10)가 지상축조물(2) 내에 설치되어 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기는, 냉난방을 위한 냉매가 순환되는 순환관(4)과, 시추공(1) 내의 지하수가 순환되는 유입 및 유출관(6,7)과, 상기 순환관(4)과 유입 및 유출관(6,7) 사이에 설치되어 냉매와 지하수를 상호 열교환시키는 열교환기(3)와, 상기 유입관(6)의 하부에 설치되어 지하수를 상승시키는 펌프(5)를 포함하는 지하수를 이용한 냉난방 시스템의 지중 열교환기에 있어서, 시추공(1) 상부의 지상축조물(2) 내에 설치되어 내부로 관통되는 유입 및 유출관(6,7)을 보호하는 원통형의 케이스(10)와, 관 부분이 하부로 돌출되도록 상기 케이스(10) 내에 삽입고정되 는 삽입관(20)과, 상기 유출관(7)의 하단부에 연결되어 시추공(1) 내에서 상하로 신축가능한 텔레스코픽 파이프(30)와, 상기 텔레스코픽 파이프(30)의 하단부에 결합되어 시추공(1)의 하단부를 감지하는 하단결합부재(40)를 포함한다.
도면을 참조하여 이를 더욱 자세하게 설명하면 다음과 같다.
도 2와 도 3을 참조하면, 상기 케이스(10)는 상부가 개방된 합성수지 또는 금속으로 이루어진 원통형의 부재로서, 개방된 상부에는 커버(11)가 설치되어 상부를 개방 또는 밀폐시킨다. 그리고, 하부 중앙에는 통공(13)이 형성되어 있고, 상기 통공(13)의 원주 부분에는 관형상의 축소연장부(12)가 일체로 형성되어 하부로 돌출되어 있으며, 측면에는 한쌍의 삽입공(14)이 천공되어 있다. 상기 케이스(10)는 시추공 상부에 설치되며, 그 내부에는ㄱ자 형상의 유입관(6)과 유출관(7)이 각각 하부의 통공(13)과 측면의 삽입공(14)들을 통해 관통되어 있다.
다음으로, 상기 삽입관(20)은 도 2와 도 3에서 알 수 있는 바와 같이 케이스(10) 내부에서 관 부분이 하부로 돌출되도록 삽입고정되는 부재로서, 관 부분의 상부측 단부에는 원반형의 플랜지(21)가 일체로 형성되어 있고, 상기 플랜지(21)의 중앙에는 한쌍의 삽입공(22)이 천공되어 있다.
그리고, 상기 플랜지(21) 상에는 도 2에 도시된 바와 같이 모터(23)와 스위치(24)가 설치되어 있는데, 상기 스위치(24)는 모터(23)와 전기적으로 연결되어 있어서, 작업자가 커버(11)를 개방시킨 후 스위치(24)를 조작함으로써 모터(23)를 작동시킬 수 있다. 상기 모터(23)의 회전축에는 와이어(53)가 연결되어 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기의 텔레스코픽 파이프와 하단연결부재의 분해사시도이다.
도 5를 참조하면, 상기 텔레스코픽 파이프(30)는 유출관(7)의 하단에 신축가능하게 결합되는 부재로서, 제1파이프(31), 제2파이프(32) 및 제3파이프(33)가 서로 축방향으로 슬라이딩 가능하게 결합되어 있다.
상기 제1파이프(31)의 양측면에는 연결고리(34)가 설치되어 있고, 상부에는 너트부(311)가 형성되어 있으며, 하단부에는 내향플랜지(312)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 제2파이프(32)의 상단부에는 외향플랜지(321)가 형성되어 있고, 하단부에는 내향플랜지(322)가 형성어 있다. 또한, 상기 제3파이프(33)의 상단부에는 외향플랜지(331)가 형성되어 있고, 하단부에는 너트부(332)가 형성되어 있다.
그리고, 상기 제1파이프(31)의 내향플랜지(312) 내측에는 실링부재(313)가 부착되어 있고, 상기 제2파이프(32)의 내향플랜지(322) 내측에는 실링부재(323)가 부착되어 있다.
따라서, 상기 제2파이프(32) 내에 제3파이프(33)가 삽입된 상태에서, 상기 제2파이프(32)가 제1파이프(31) 내에 삽입되면, 제2파이프(32)와 제3파이프(33)는 접촉면들이 실링된 채 축방향으로 신축가능하게 제1파이프(31)와 결합된다.
그리고, 상기 텔레스코픽 파이프(30)는 제1파이프(31)의 상단부에 형성된 너트부(311)와 유출관(7)의 하단부에 형성된 볼트부(8)가 나사결합됨으로써 유출관(7)과 상호 연결된다.
다음으로, 상기 하단결합부재(40)는 도 5에 도시된 바와 같이 제3파이프(33)의 하단부에 축방향으로 볼트결합되는 부재로서, 원통형의 본체(41), 스위치(49)가 설치된 결합구(46), 그리고 고무커버(50)를 포함한다.
상기 본체(41)의 측면에는 다수의 장공(45)이 종방향으로 형성되어 있고, 상단부에는 제3파이프(33)의 하단부에 형성된 너트부(332)와 결합하는 볼트부(42)가 형성되어 있으며, 양 측면에는 각각 연결고리(52)가 설치되어 있다. 상기 결합구(46)는 원기둥형상의 부재로서, 외주면에는 볼트부(47)가 형성되어 있어서 본체(41) 하단부에서 폐색부(43)까지 내설된 너트부(44)와 볼트결합되고, 하부면에는 삽입홈(48)이 형성되어 있어서 스위치(49)가 내부에 삽입설치된다.
그리고, 상기 스위치(49)가 내설된 결합구(46)의 하부에는 고무커버(50)가 씌워지는데, 상기 고무커버(50)의 중앙에는 내부에 공기가 충진된 팽창부(51)가 형성되어 있다.
한편, 상기 연결고리(52)에는 와이어(53)가 연결되어 있고, 상기 와이어(53)는 제1파이프(31)의 연결고리(34)를 통하여 모터(23)의 회전축에 연결되어 있다. 따라서, 모터(23)가 작동되면 와이어(53)를 감거나 풂으로써 하단결합부재(40)를 상승 또는 하강시키게 된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기가 시추공에 설치된 상태를 보여주는 단면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기의 텔레스코픽 파이프가 작동되는 과정을 나타내는 단면도이며, 도 8은 도 7의 B부분을 확대하여 도시한 부분확대사시도이다.
도면에서 알 수 있는 바와 같이, 하단결합부재(40)가 하강하여 시추공(1)의 하부면에 닿으면 상기 팽창부(51)가 지면에 닿고 그에 의한 압박으로 스위치(49)가 작동되어 신호를 보내므로, 작업자는 스위치(24)를 조작하여 모터(23)의 작동을 정지시킴으로써 텔레스코픽 파이프(30)의 하강을 중단할 수 있게 되며, 그와 같이 적정한 위치에 정지한 상태를 도 6에 도시하고 있다. 이러한 상태에서 본 발명의 지중 열교환기를 작동시키면 도 6의 확대도에서와 같이 지하수가 시추공(1)의 바닥과 인접한 위치에서 장공(45)들을 통하여 방사상 수평으로 방출되므로 벽면이나 바닥으로부터 이물질이 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기의 상부측 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기의 저부측 분해사시도이다.
도 4는 도 3의 A부분을 확대하여 도시한 부분확대사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기의 텔레스코픽 파이프와 하단연결부재의 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기가 시추공에 설치된 상태를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기의 텔레스코픽 파이프가 작동되는 과정을 나타내는 단면도이다.
도 8은 도 7의 B부분을 확대하여 도시한 부분확대사시도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1:시추공 2:지상축조물
3:열교환기 4:순환관
5:펌프 6:유입관
7:유출관 10:케이스
11:커버 12:축소연장부
13:통공 14:삽입공
20:삽입관 21:플랜지
22:삽입공 23:모터
24:스위치 30:텔레스코픽 파이프
31:제1파이프 32:제2파이프
33:제3파이프 34:연결고리
40:하단연결부재 41:본체
42:볼트부 43:폐색부
44:너트부 45:장공
46:결합구 47:볼트부
48:삽입홈 49:스위치
50:고무커버 51: 팽창부
52:연결고리 53:와이어
311:너트부 312:내향플랜지
313:실링부재 321:외향플랜지
322:내향플랜지 323:실링부재
331:외향플랜지 332:너트부

Claims (1)

  1. 냉난방을 위한 냉매가 순환되는 순환관(4)과, 시추공(1) 내의 지하수가 순환되는 유입 및 유출관(6,7)과, 상기 순환관(4)과 유입 및 유출관(6,7) 사이에 설치되어 냉매와 지하수를 상호 열교환시키는 열교환기(3)와, 상기 유입관(6)의 하부에 설치되어 지하수를 상승시키는 펌프(5)를 포함하는 지하수를 이용한 냉난방 시스템의 지중 열교환기에 있어서,
    상부를 개방 또는 밀폐시키는 커버(11)와, 하부 중앙에 형성된 통공(13)과, 상기 통공(13)으로부터 하부로 돌출형성된 관형상의 축소연장부(12)와, 측면에 형성된 한쌍의 삽입공(14)을 구비하여, 시추공 상부에 설치되어 유입 및 유출관(6,7)이 하부와 측면을 통해 내부로 관통되는 원통형의 케이스(10);
    상부에 일체로 형성된 원반형의 플랜지(21)와, 상기 플랜지(21)의 중앙에 천공된 한쌍의 삽입공(22)과, 상기 플랜지(21) 상에 설치된 모터(23)와, 상기 모터(23)와 연결되어 플랜지(21) 상에 설치된 스위치(24)를 구비하여, 상기 케이스(10) 내에 하부로 돌출되도록 삽입고정되는 삽입관(20);
    양측면에 연결고리(34)가 설치되고 하단부에 내향플랜지(312)가 형성된 제1파이프(31)와, 상단부에 외향플랜지(321)가 형성되고 하단부에 내향플랜지(322)가 형성된 제2파이프(32)와, 상단부에 외향플랜지(331)가 형성된 제3파이프(33)를 구비하여, 상기 유출관(7)의 하단에 신축자재하게 결합되는 텔레스코픽 파이프(30); 및
    다수의 장공(45)이 측면에 종방향으로 형성되고 상기 모터(23)의 회전축으로부터 연결고리(34)를 통하여 이어진 와어어(53)가 연결된 연결고리(52)가 양 측면에 설치된 원통형의 본체(41)와, 상기 본체(41)의 하단부에 삽입결합되는 원기둥형상의 결합구(46)와, 상기 결합구(46)의 하부면에 내설된 스위치(49)와, 상기 결합구(46)의 하부면에 씌워지며 중앙에 팽창부(51)가 형성된 고무커버(50)를 구비하여, 상기 제3파이프(33)의 하단부에 결합되는 하단결합부재(40); 를 포함하는 높이조절이 가능한 리턴라인을 구비한 지중 열교환기.
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