KR20140016471A - Real time automatic control system of open ground heat exchanger - Google Patents

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Abstract

The purpose of the present invention is to enable users to adjust the number of ground heat exchangers, a heat pump, and a circulation device to be operated and the operation order of them according to the capacity of a load line. According to an embodiment of the present invention, a real-time automatic control system for an open type ground heat exchanger includes multiple heat pumps; multiple ground heat exchangers for allowing underground water to flow into the heat pumps or to circulate; a circulation device for allowing underground water to smoothly flow into a pipe for connecting the heat pumps to the ground heat exchangers; and a central control panel for controlling the operation of the heat pumps, the ground heat exchangers, and the circulation device according to the heating and cooling load capacity of the load line.

Description

개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템{REAL TIME AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF OPEN GROUND HEAT EXCHANGER}REAL TIME AUTOMATIC CONTROL SYSTEM OF OPEN GROUND HEAT EXCHANGER FIELD OF THE INVENTION [0001]

본 발명의 일 실시예는 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템에 관한 것이다.
One embodiment of the invention relates to a real-time automatic control system for an open-air geothermal heat exchanger.

신재생에너지로 분류되고 있는 지열을 이용한 냉난방시스템은 지중열을 취득하기 위해 땅속에 설치하는 지하의 지중 열교환기와 지중열을 냉난방에너지로 바꾸기 위해 설치하는 지상의 기계설비로 구성된다.The heating and cooling system using geothermal energy, which is classified as renewable energy, consists of an underground geothermal heat exchanger installed in the ground to acquire geothermal heat and a ground machinery installed to convert the geothermal energy to cooling and heating energy.

이러한 종래 지열을 이용한 냉난방시스템은 히트 펌프 자체의 운전 조건에 따라 부하측 열공급 및 지중 열교환기의 운전을 맞추는 운전 및 제어 방식을 취하고 있다. 또한, 대용량, 즉 다수 대의 히트 펌프를 가지는 시스템의 경우 하나의 컨트롤러를 이용하여 전체 시스템을 제어함으로써, 부하측으로의 열공급 상황 및 지중 열교환기의 상태를 전혀 고려하지 않아 부하 상승으로 인한 히트 펌프 손상, 과도한 브리딩으로 인한 지중공의 지하수 고갈, 및 과도한 온도상승 또는 하강으로 인한 효율 저하 등의 문제점이 있다. The conventional cooling / heating system using the geothermal system takes an operation and a control system for adjusting the heat supply of the load side and the operation of the underground heat exchanger according to the operating conditions of the heat pump itself. Further, in the case of a system having a large capacity, that is, a system having a plurality of heat pumps, a single controller is used to control the entire system, so that the heat supply to the load side and the state of the underground heat exchanger are not taken into consideration. There are problems such as depletion of groundwater in the ground due to excessive bleeding, and deterioration of efficiency due to excessive temperature rise or fall.

또한, 종래 지열을 이용한 냉난방시스템은 히트 펌프 제어 및 운전에 따라 일방적으로 지중 열교환기가 운영되고 있기 때문에, 냉난방을 위한 일반 운전시 또는 피크시 등의 장시간 운전을 요하는 경우에 지중 열교환기의 내부온도가 과도하게 상승 또는 하강하게 되고, 이로 인한 시스템 효율의 급격한 감소가 발생하는 문제점이 있다. In the conventional cooling / heating system using geothermal heat, since the geothermal heat exchanger is operated unilaterally according to the control and operation of the heat pump, when it is required to perform long operation such as during normal operation for heating and cooling, Is excessively raised or lowered, resulting in a drastic decrease in system efficiency.

이러한 문제점을 해결하기 위해 시행되는 브리딩은 각각의 지열공의 양수량, 열전도도, 생산열량, 주위환경, 사용방법에 따라 달리 시행하여야 함에도 불구하고, 경험에 따라 20% 내외를 획일적으로 수행하여 지하수 자원을 쓸데없이 고갈시킴과 아울러 시스템 전반에 걸쳐 효율이 저하되는 문제점이 있다. In order to solve this problem, the bridging to be carried out should be different according to the pumping water amount, the thermal conductivity, the calorific value, the ambient environment, and the usage method of each geothermal hole. However, And the efficiency of the entire system is deteriorated.

또한, 종래 지열을 이용한 냉난방시스템은 에너지 측정에 따른 에너지 소모량과 그에 소요되는 에너지 비용 등과 각 지열공의 생산열량, 지하수의 온도변화(원수 온도 측면), 열복원 상태 등의 확인을 위한 디스플레이 장치가 구비되지 않아 소비자로부터 시스템의 신뢰성을 확보하는데 어려움이 있다는 문제점이 있다.
In addition, a conventional heating / cooling system using geothermal energy has a display device for checking the energy consumption and the energy cost due to the energy measurement, the production heat amount of each geothermal hole, the temperature change of the ground water (raw water temperature side) There is a problem that it is difficult to secure the reliability of the system from the consumer.

본 발명의 일 실시예는 부하단의 용량에 따라 다수의 지중 열교환기 및 히트 펌프와 순환 장치의 작동대수 및 작동순서를 제어할 수 있는 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템을 제공한다.
An embodiment of the present invention provides a real-time automatic control system for an open-loop geothermal heat exchanger capable of controlling the number of operation and the operation order of a plurality of underground heat exchangers, heat pumps, and circulators according to capacity of a lower stage.

본 발명의 일 실시예에 의한 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템은 냉매를 이용하여 부하단에 고온의 열원을 저온으로 전달하거나 저온의 열원을 고온으로 전달하는 다수의 히트 펌프; 지열을 흡수 또는 지중으로 열을 방출하기 위하여 지열공에 설치된 수중모터펌프를 통하여 지하수를 상기 히트 펌프로 이동시키거나 순환시키는 다수의 지중 열교환기; 상기 히트 펌프와 상기 지중 열교환기 사이를 연결하는 파이프 내의 지하수를 원활하게 유통시키는 순환 장치; 및 상기 히트 펌프, 지중 열교환기 및 순환 장치에 각각 연결되어 상기 부하단의 냉난방 부하용량에 따라 상기 히트 펌프, 지중 열교환기 및 순환 장치의 작동을 제어하는 중앙 제어반을 포함하는 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템이고, 상기 지중 열교환기는 내부의 주입관 및 배출관에 주입 및 배출되는 지하수의 유량을 측정 및 제어하는 유량계와, 상기 주입관 및 배출관 측에 설치되어 주입 및 배출되는 지하수의 온도를 측정하는 온도 센서와, 상기 지열공의 내벽 상에 설치되어 지하수의 수위를 측정하는 수위 측정 센서와, 상기 유량계, 온도 센서 및 수위 측정 센서로부터 측정된 지하수의 유량, 온도 및 수위 정보와 미리 설정된 기준순환열량을 저장함과 동시에 상기 중앙 제어반으로 전송하는 단위제어반을 포함하고, 상기 중앙 제어반은 상기 부하단의 냉난방 부하용량에 따라 상기 다수의 지중 열교환기 및 히트 펌프의 작동순서와 작동대수를 설정하고, 상기 설정된 작동순서와 작동대수를 기초로 상기 히트 펌프, 지중 열교환기 및 순환 장치의 작동을 제어하되, 각각의 지중 열교환기의 기준순환열량을 기초로 각각의 지중 열교환기의 유량, 온도 및 수위 정보에 따라 상기 히트 펌프와 지중 열교환기의 작동대수, 상기 순환 장치의 작동여부를 제어할 수 있다.The present invention provides a real-time automatic control system for an open-air geothermal heat exchanger, comprising: a plurality of heat pumps for transferring a high-temperature heat source to a low-temperature side or a low-temperature heat source to a high- A plurality of underground heat exchangers for transferring or circulating the groundwater to the heat pump through an underwater motor pump installed in a geothermal tower for absorbing geothermal heat or discharging heat to the ground; A circulation device for smoothly circulating groundwater in a pipe connecting the heat pump and the underground heat exchanger; And a central control panel which is respectively connected to the heat pump, the underground heat exchanger and the circulation device and controls the operation of the heat pump, the underground heat exchanger and the circulation device in accordance with the cooling / Wherein the underground heat exchanger includes a flow meter for measuring and controlling the flow rate of groundwater injected into and discharged from the injection pipe and the discharge pipe, A water level sensor provided on the inner wall of the tearing hole for measuring the level of the groundwater; a flow rate sensor for detecting a flow rate of the groundwater measured from the temperature sensor and the water level sensor, And a unit control panel for transmitting the central control panel to the central control panel, The urban unit sets the operation order and the operation number of the underground heat exchangers and the heat pumps according to the cooling / heating load capacity of the lower stage, and sets the operation order and the operation number of the underground heat exchanger and the heat pump, The number of operation of the heat pump and the underground heat exchanger and the operation of the circulation device according to the flow rate, temperature, and water level information of each underground heat exchanger based on the reference circulation heat amount of each underground heat exchanger Can be controlled.

상기 중앙 제어반은, 상기 부하단, 단위제어반, 순환 장치 및 히트 펌프와의 데이터를 송수신하는 데이터송수신부; 각각의 지중 열교환기의 기준순환열량 및 작동순서와 히트 펌프의 작동순서가 미리 설정되어 저장되어 있고, 상기 송수신되는 데이터를 실시간으로 저장하는 메모리부; 상기 송수신되는 데이터를 기초하여 각각의 지중 열교환기의 순환열량을 연산하는 연산부; 및 상기 연산부로부터 연산된 각각의 지중 열교환기의 순환열량과 상기 메모리부에 저장된 각각의 지중 열교환기의 기준순환열량을 비교하여 그 결과에 따라 각각의 지중 열교환기의 작동개수 및 작동순서를 제어하는 제어신호를 출력하며, 상기 제어신호에 의하여 각각의 지중 열교환기를 상기 작동순서에 따라 작동시키는 제어부를 포함할 수 있다.The central control panel includes a data transmission / reception unit for transmitting / receiving data to / from the lower stage, the unit control panel, the circulation device, and the heat pump; A memory unit in which reference circulation heat quantity and operation sequence of each of the underground heat exchangers and operation order of the heat pump are set and stored in advance and stores the transmitted and received data in real time; An operation unit for calculating a circulation heat amount of each underground heat exchanger based on the data to be transmitted and received; And a circulation heat quantity of each of the underground heat exchangers calculated from the calculation unit and a reference circulation heat quantity of each underground heat exchanger stored in the memory unit, and controls the operation number and operation order of each underground heat exchanger according to the result And a controller for outputting a control signal and operating each of the underground heat exchangers according to the operation order by the control signal.

상기 중앙 제어반은 각각의 지중 열교환기와 히트 펌프의 작동시간을 측정하는 시간측정부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 시간측정부에 의하여 측정된 각각의 지중 열교환기와 히트 펌프 중 가장 많은 시간동안 작동하고 있는 지중 열교환기와 히트 펌프의 작동을 제한하도록 제어할 수 있다.Wherein the central control panel further includes a time measuring unit for measuring an operation time of each of the underground heat exchangers and the heat pump and the control unit is operating for the most time of each of the underground heat exchangers and the heat pumps measured by the time measuring unit It can be controlled to limit the operation of the underground heat exchanger and the heat pump.

상기 중앙 제어반은 각각의 지중 열교환기와 히트 펌프의 작동 횟수를 측정하는 횟수측정부를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 횟수측정부에 의하여 측정된 각각의 지중 열교환기와 히트 펌프 중 가장 많은 시간동안 작동되고 있는 지중 열교환기와 히트 펌프의 작동을 제한하도록 제어할 수 있다.The central control panel further includes a number measuring unit for measuring the number of times of operation of each of the underground heat exchangers and the heat pump and the control unit is operated for the most time of each of the underground heat exchangers and the heat pumps measured by the number measuring unit It can be controlled to limit the operation of the underground heat exchanger and the heat pump.

상기 순환 장치는 상기 지중 열교환기로부터 배출되거나 상기 히트 펌프를 통과하는 지하수를 임시저장하되, 각각 그 내부의 지하수의 수위를 측정하는 수위 측정 수단을 구비하는 원수탱크와 배출탱크에 연결되고, 상기 제어부는 원수탱크의 수위 측정 수단으로부터 측정된 지하수의 수위의 변화를 감지하여, 미리 설정된 수위 변화율을 초과한다고 판단되는 경우, 해당되는 지중 열교환기의 작동을 오프시킬 수 있다.Wherein the circulation device is connected to a raw water tank and a discharge tank having water level measuring means for temporarily storing groundwater discharged from the underground heat exchanger or passing through the heat pump and measuring the level of groundwater in the groundwater exchanger, Senses a change in the water level of the groundwater measured by the water level measuring means of the raw water tank and turns off the corresponding operation of the underground heat exchanger when it is judged that it exceeds the predetermined water level change rate.

상기 제어부는 상기 온도 센서로부터 측정된 지하수의 온도 변화율이 미리 설정된 온도 변화율을 초과 또는 부족하다고 판단되는 경우, 해당 지중 열교환기로의 지하수 유입량을 감소시키고 감소된 지하수의 유입량을 미리 설정된 작동순서에 따라 다른 지중 열교환기로 주입시키도록 제어할 수 있다.Wherein the control unit decreases the inflow amount of the groundwater to the underground heat exchanger when the temperature change rate of the groundwater measured by the temperature sensor exceeds or falls short of the predetermined temperature change rate and decreases the inflow amount of the groundwater to a predetermined value It can be controlled to be injected into an underground heat exchanger.

상기 제어부는 상기 수위 측정 센서로부터 측정된 지하수의 수위가 미리 설정된 상한값을 초과하는 경우, 해당 지중 열교환기로의 지하수 주입을 정지하고, 미리 설정된 작동순서에 따라 다른 지중 열교환기로 주입시키도록 제어할 수 있다.
The control unit may stop the groundwater injection into the underground heat exchanger when the measured water level of the groundwater measured by the water level sensor exceeds a preset upper limit value and control the injection of the groundwater into another underground heat exchanger according to a preset operation sequence .

본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템은 부하단의 용량에 따라 다수의 지중 열교환기 및 히트 펌프와 순환 장치의 작동대수 및 작동순서를 설정하고, 다수의 지중 열교환기 및 히트 펌프의 작동 상태에 따라 각각의 작동대수 및 작동순서를 제어할 수 있도록 함으로써, 에너지를 절감하고, 시스템의 신뢰성을 확보할 수 있다.
The real-time automatic control system of the open-loop geothermal heat exchanger according to an embodiment of the present invention sets the number of operations and operation order of a plurality of underground heat exchangers, the heat pumps, and the circulation devices according to the capacity of the lower stage, And the number of operations and the order of operation of each heat pump can be controlled in accordance with the operation state of the heat pump, energy can be saved and reliability of the system can be ensured.

도 1은 개방형 지중 열교환기를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템을 간략하게 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 1의 중앙 제어반을 나타내는 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템의 작동을 설명하기 위한 블록도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing an open-loop geothermal heat exchanger.
FIG. 2 is a block diagram briefly showing a real-time automatic control system of an open-loop geothermal heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram showing the central control panel of Fig.
4 is a block diagram illustrating the operation of a real time automatic control system of an open-loop geothermal heat exchanger according to an embodiment of the present invention.

본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 일 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings, in which those skilled in the art can readily implement the present invention.

일반적으로 지중 열교환기는 설치하는 방법에 따라 다시 밀폐형과 개방형으로 구분하는데, 밀폐형지중 열교환기는 지층을 수백미터 깊이로 굴착한 후, 굴착구간에 유체순환용 파이프를 설치하고, 부동액 등 순환유체를 땅속에 설치한 유체순환용 파이프와 지상에 설치된 열교환기에 이동 및 순환시켜 지중열을 취득하게 하는 방법으로 설치된다.In general, an underground heat exchanger is divided into a closed type and an open type depending on the method of installation. The closed type underground heat exchanger is constructed by excavating a ground layer several hundred meters deep, installing a fluid circulation pipe in the excavation section, And is installed in such a manner that the fluid is circulated and circulated to the installed fluid circulation pipe and the heat exchanger installed on the ground to acquire the underground heat.

개방형지중 열교환기는 지층을 수백미터 깊이로 굴착해서 일정량의 지하수를 생산하는 지하수취수공을 개발한 후에, 지하수취수공에 수중모터펌프를 설치하고 지하수를 지상에 설치된 열교환기로 이동 및 순환시켜 열에너지를 취득하게 하는 방법으로 설치한다. 이때, 땅속의 지중열과 직접 접촉하는 지하수를 순환매체로 이용하는 개방형지중 열교환기는 부동액 등이 유체순환용 파이프를 순환하면서 지중열과 간접적으로 접촉하는 밀폐형지중 열교환기에 비해서 열효율이 훨씬 좋은 것으로 알려져 있다. 지표면으로부터 150미터 깊이로 설치해서 부동액 등을 이용하는 밀폐형지중 열교환기에서 약 3RT(RT당 약 10평 냉난방 가능)의 열에너지를 취득하는 반면, 450미터 깊이로 설치하고 지하수를 이용하는 개방형지중 열교환기에서는 약 25RT의 열에너지를 취득함으로서 깊이는 밀폐형의 3배 정도지만 열효율은 약 8배에 이른다.The open-air geothermal heat exchanger has developed underground water-receiving systems that produce a certain amount of groundwater by excavating a ground layer several hundred meters deep, installed an underwater motor pump in the underground water supply and moved the groundwater to a heat exchanger installed on the ground, To install it. In this case, it is known that the open type geothermal heat exchanger using the ground water as the circulating medium in direct contact with the underground heat in the ground has a much higher thermal efficiency than the closed type geothermal heat exchanger in which the antifreeze circulates through the fluid circulation pipe and indirectly contacts with the underground heat. It is installed at a depth of 150 meters from the surface of the earth and obtains thermal energy of about 3RT (about 10 psi of cooling and heating per RT) in a closed-type geothermal heat exchanger using antifreeze. On the other hand, By acquiring thermal energy of 25RT, the depth is about three times of the closed type, but the thermal efficiency is about eight times.

도 1은 개방형 지중 열교환기를 개략적으로 나타내는 단면도이다.1 is a cross-sectional view schematically showing an open-loop geothermal heat exchanger.

도 1에 도시된 바와 같이, 개방형 지중 열교환기(10)는 보호벽 케이싱(101), 유량계(110), 수중모터 펌프(113), 지하수양수관(114), 지하수투입관(115) 및 단위 제어반(130)을 포함하여 이루어진다. 상기 개방형 지중 열교환기(10)의 구조에 대한 자세한 설명은 본 출원인에 의하여 기출원된 특허출원 제10-2011-0031720호를 참조하기로 하고, 이하에서는 개략적인 구조에 관하여만 설명하기로 한다.1, the open-loop geothermal heat exchanger 10 includes a protection wall casing 101, a flow meter 110, an underwater motor pump 113, a groundwater pumping pipe 114, a groundwater inlet pipe 115, (130). A detailed description of the structure of the open-loop geothermal heat exchanger 10 will be made with reference to the patent application No. 10-2011-0031720 filed by the present applicant, and only the schematic structure will be described below.

상기 보호벽 케이싱(101)은, 지하수를 이용하기 위해 개발된 지하수취수공(102)의 상부에 매설된다. 상기 보호벽 케이싱(101)의 상단부에는 상부보호 장치(104)가 구비되고, 양쪽 측면부에 지하수토출구(112) 및 지하수회수구(111)가 각각 구비되며 지하수취수공(102)과 상하로 연락되는 연장공간을 형성한다. 이러한 상부보호 장치(104)의 상부에는 밀폐덮개(103)가 결합되어서 상부보호 장치(104)의 상부를 밀폐함으로 개방형지중 열교환기(10)의 외부오염 및 시설물동파를 방지한다.The protective wall casing 101 is buried in the upper part of the underground receiving hole 102 developed for using groundwater. An upper protection device 104 is provided at an upper end of the protective casing casing 101 and a groundwater discharge port 112 and a groundwater recovery port 111 are provided at both side portions of the protection casing 101, Thereby forming a space. A sealing lid 103 is coupled to the upper portion of the upper protective device 104 to seal the upper portion of the upper protective device 104 to prevent external contamination of the open-type ground heat exchanger 10 and freezing of the facility.

상기 유량계(110)는 지하수취수공(102)을 개발, 이용하는 경우에 지하수 사용량을 확인하기 위한 장치로서, 결속뭉치(117)의 하부에 지하수 양수관(114)과 지하수 투입관(115)이 연결되어 있다. 이러한 유량계(110)는 지하수 양수관(114)을 따라 배출관(112)으로 펌핑되는 유량을 체크하게 된다. 상기 유량계(110)는 일측부에는 지하수 양수관(114)과 배관(112a)을 통하여 연결된 배출관(112)이 형성되고, 타측부에는 지하수 투입관(115)과 배관(111a)을 통하여 연결된 주입관(111)이 형성된다. 여기서, 상기 지하수투입관(115)은, 외부 열교환기(미도시)를 순환한 지하수를 지하수취수공(102)으로 주입시킨다. 또한, 지하수투입관(115)은 열교환기를 순환한 후 회수되는 지하수가 지하수취수공(102)의 바닥부에서 배출되도록 하며, 지하수취수공(102)의 바닥부에서 배출된 지하수가 수중모터펌프(113)까지 도달되는 시간을 연장시켜서 충분한 시간동안 열복원되도록 한다.The flow meter 110 is an apparatus for confirming the amount of ground water used when developing and using the ground water receiving hole 102. The ground water pumping pipe 114 and the ground water supply pipe 115 are connected to the lower part of the binding pipe 117 . The flow meter 110 checks the flow rate pumped to the discharge pipe 112 along the groundwater pumping pipe 114. The flow meter 110 includes a discharge pipe 112 connected to the groundwater pumping pipe 114 through a pipe 112a at one side thereof and an inlet pipe 112 connected to the groundwater inlet pipe 115 through a pipe 111a, (111) are formed. Here, the groundwater inlet pipe 115 injects groundwater circulating through an external heat exchanger (not shown) into the ground receiving hole 102. In addition, the groundwater inlet pipe 115 allows the groundwater recovered after circulating the heat exchanger to be discharged from the bottom of the underground receiving hole 102, and the groundwater discharged from the bottom of the underground receiving hole 102 is discharged to the underwater motor pump 113) so that heat is restored for a sufficient time.

또한, 상기 유량계(110)의 바디측 상부이고, 또한 배출관(112) 및 주입관(111) 측에는 지하수 취수공(102)으로부터 배출되는 지하수와 투입되는 지하수의 온도를 측정하는 온도센서(116)가 각각 설치되어 있다. A temperature sensor 116 for measuring the temperature of the groundwater discharged from the groundwater intake port 102 and the groundwater introduced into the discharge pipe 112 and the injection pipe 111 is provided on the body side of the flow meter 110, Respectively.

상기 수중모터펌프(113)는 지하수취수공(102) 내부에 설치되어서 지하수를 결속뭉치(117)의 상부 측으로 펌핑한다.The underwater motor pump 113 is installed inside the ground receiving hole 102 to pump the groundwater to the upper side of the binding bundle 117.

도시되어 있지는 않지만, 상기 결속뭉치(117)의 하부 또는 지하수 취수공(102)의 내벽면 상에 지하수 취수공(102) 내부에서 순환되는 지하수의 수위를 측정하는 수위 측정 센서를 포함한다.And a water level sensor for measuring the level of the groundwater circulated in the groundwater intake hole 102 on the bottom of the binding bundle 117 or the inner wall surface of the groundwater intake hole 102 although not shown.

상기 단위 제어반(130)은 덮개판(103)의 상부에 설치되어, 본 개방형지중 열교환기(10)의 작동을 실시간으로 모니터링한다. 즉, 상기 단위 제어반(130)은 지하수 취수공(102) 내부에 설치된 유량계(110), 온도센서(116) 및 수위 측정 센서에 전기적으로 연결되어, 유량계(110), 온도센서(116) 및 수위 측정 센서에 의하여 측정된 지하수의 유량, 온도 및 수위 정보를 전달받아 이를 저장 및 관리한다. 또한, 상기 단위 제어반(130)에는 지하수의 유량, 온도 및 수위 정보와 함께 미리 설정된 기준순환열량, 즉 하나의 개방형지중 열교환기의 생산열량이 저장되어 있다. 여기서, 상기 기준순환열량은 본 개방형지중 열교환기(10)의 설치시 또는 작동제어시, 후술하는 중앙 제어반에 의하여 미리 설정될 수 있다. 상기 단위 제어반(130)은 별도의 통신인터페이스(미도시)를 구비하여, 전달된 지하수의 유량, 온도 및 수위에 관한 정보를 외부의 중앙 제어반으로 전송할 수 있다.
The unit control panel 130 is installed on the cover plate 103 to monitor the operation of the open earth heat exchanger 10 in real time. That is, the unit control panel 130 is electrically connected to the flow meter 110, the temperature sensor 116, and the water level sensor installed in the groundwater intake hole 102, and is connected to the flow meter 110, the temperature sensor 116, The flow rate, temperature and water level information of the groundwater measured by the measurement sensor are received and stored and managed. In addition, the unit control panel 130 stores the reference circulation heat amount, that is, the heat amount of heat generated by one open-air geothermal heat exchanger, together with the ground water flow rate, temperature, and water level information. Here, the reference circulation heat quantity may be set in advance by a central control panel, which will be described later, when installing or operating the open earth heat exchanger 10. The unit control panel 130 may include a separate communication interface (not shown) to transmit information on the flow rate, temperature, and water level of the transferred groundwater to an external central control panel.

이하에서는 상술한 개방형 지중 열교환기의 작동대수 및 작동순서를 부하의 냉난방 용량에 따라 실시간으로 제어할 수 있는 시스템에 관하여 설명하기로 한다.Hereinafter, a system capable of controlling in real time the number of operations and the operation order of the open-loop geothermal heat exchanger according to the cooling / heating capacity of the load will be described.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템을 간략하게 나타내는 블록도이고, 도 3은 도 2의 중앙 제어반을 나타내는 블록도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템의 작동을 설명하기 위한 블록도이다.2 is a block diagram schematically showing a real-time automatic control system of an open-loop geothermal heat exchanger according to an embodiment of the present invention, FIG. 3 is a block diagram showing a central control panel of FIG. 2, and FIG. FIG. 7 is a block diagram for explaining the operation of the real time automatic control system of the open-loop geothermal heat exchanger according to the example; FIG.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템은, 히트 펌프(30), 지중 열교환기(10), 순환 장치(20), 및 중앙 제어반(50)을 포함한다.2 to 4, a real-time automatic control system for an open-loop geothermal heat exchanger according to an embodiment of the present invention includes a heat pump 30, an underground heat exchanger 10, a circulation device 20, And includes a central control panel 50.

상기 히트 펌프(30)는 복수 개(31, 32, 33)로 구비되어, 냉매를 이용하여 부하단(40)에 고온의 열원을 저온으로 전달하거나 저온의 열원을 고온으로 전달한다. 즉, 상기 히트 펌프(30)는 순환 장치(20)가 연결되어 지열을 공급받아 순환시킨다. 도시되어 있지는 않지만, 상기 히트 펌프(30)는 응축기, 컴프레셔, 팽창밸브 등으로 구성되어 있고, 지하수가 지중 열교환기(10)를 통해 지열을 흡수하여 히트 펌프(30)로 유입되면 히트 펌프(30)에서 냉매가 흡수한 지열을 열원으로 하여 상기 히트 펌프(30)와 연결되어 있는 부하단을 통해 냉난방 기능 및 급탕기능의 가온용으로 활용한다.The heat pump 30 is provided with a plurality of heat exchangers 31, 32 and 33 for transferring a high temperature heat source to the lower stage 40 at a low temperature or a low temperature heat source at a high temperature by using a refrigerant. That is, the heat pump 30 is connected to the circulation device 20 to circulate the geothermal heat. Although not shown, the heat pump 30 includes a condenser, a compressor, an expansion valve, and the like. When the ground water absorbs geothermal heat through the underground heat exchanger 10 and flows into the heat pump 30, The geothermal heat absorbed by the refrigerant is used as a heat source and utilized for heating / cooling function and hot water supply function through the lower end connected to the heat pump 30.

상기 지중 열교환기(10)는 도 1에 도시된 내용을 참조하면, 복수 개(11, 12, 13, 14)로 구비되어 지열을 흡수 또는 지중으로 열을 방출하기 위하여 지열공(102)에 설치된 수중모터펌프를 통하여 지하수를 히트 펌프(30)로 이동시키거나 순환시키는 역할을 수행한다.1, the underground heat exchanger 10 is provided with a plurality of (11, 12, 13, 14) and installed in the ground hole 102 for absorbing the geothermal heat or discharging heat to the ground. And serves to move or circulate the groundwater to the heat pump 30 through an underwater motor pump.

상기 순환 장치(20)는 히트 펌프(30)와 지중 열교환기(10) 사이를 연결하는 파이프(10a, 10b) 내의 냉매를 원활하게 유통시킨다. 상기 순환 장치(20)는 지중 열교환기(10)로부터 배출되거나 히트 펌프(30)를 통과하는 지하수를 임시저장하되, 각각 그 내부의 지하수의 수위를 측정하는 수위 측정 수단을 구비하는 원수탱크(21)와 배출탱크(22)에 연결된다. The circulation device 20 smoothly flows the refrigerant in the pipes 10a and 10b connecting the heat pump 30 and the underground heat exchanger 10. [ The circulation apparatus 20 is provided with a raw water tank 21 having a water level measuring means for temporarily storing groundwater discharged from the underground heat exchanger 10 or passing through the heat pump 30, And the discharge tank 22, respectively.

상기 중앙 제어반(50)은 순환 장치(20)에 각각 연결되어 부하단(40)의 냉난방 부하용량에 따라 히트 펌프(30), 지중 열교환기(10) 및 순환 장치(20)의 작동을 제어한다. 또한, 상기 중앙 제어반(50)은 원수탱크(21)의 수위 측정 수단으로부터 측정된 지하수의 수위의 변화를 감지하여, 미리 설정된 수위 변화율을 초과한다고 판단되는 경우, 해당되는 지중 열교환기(10)의 작동을 오프시킬 수 있게 된다. 또한, 상기 중앙 제어반(50)은 부하단(40)의 냉난방 부하용량에 따라 다수의 지중 열교환기(10) 및 히트 펌프(30)의 작동순서와 작동대수를 설정하고, 상기 설정된 작동순서와 작동대수를 기초로 히트 펌프(30), 지중 열교환기(10) 및 순환 장치(20)의 작동을 제어하되, 각각의 지중 열교환기(10)의 기준순환열량을 기초로 각각의 지중 열교환기(10)의 유량, 온도 및 수위 정보에 따라 히트 펌프(30)와 지중 열교환기(10)의 작동대수, 순환 장치(20)의 작동여부를 제어할 수 있다.The central control panel 50 is connected to the circulation device 20 and controls the operation of the heat pump 30, the underground heat exchanger 10 and the circulation device 20 according to the heating / cooling load capacity of the lower stage 40 . The central control panel 50 senses a change in the level of the groundwater measured by the water level measuring means of the raw water tank 21 and detects the change of the water level of the groundwater heat exchanger 10 The operation can be turned off. The central control panel 50 sets the operation order and the number of operation of the plurality of underground heat exchangers 10 and the heat pump 30 according to the cooling and heating load capacity of the lower stage 40, The operation of the heat pump 30, the geothermal heat exchanger 10 and the circulation device 20 is controlled based on the logarithm of the number of geothermal heat exchangers 10 The number of operations of the heat pump 30 and the geothermal heat exchanger 10 and the operation of the circulation device 20 can be controlled according to the flow rate, temperature, and water level information of the circulation device 20.

이러한 작동을 구현하기 위하여 상기 중앙 제어반(50)은 데이터 송수신부(510), 메모리부(520), 연산부(530) 및 제어부(540)를 포함할 수 있다. 이와 함께, 상기 중앙 제어반(50)은 시간측정부(550)와 횟수측정부(560)를 더 포함할 수 있다.The central control unit 50 may include a data transmission / reception unit 510, a memory unit 520, an operation unit 530, and a control unit 540 to implement this operation. In addition, the central control panel 50 may further include a time measuring unit 550 and a frequency measuring unit 560.

상기 데이터 송수신부(510)는 부하단(40), 단위제어반(130), 순환 장치(20) 및 히트 펌프(30)와의 데이터를 송수신한다. 즉, 데이터 송수신부(510)는 부하단(40), 단위제어반(130), 순환 장치(20) 및 히트 펌프(30)와 유무선 통신을 통하여 연결되어, 부하단(40), 단위제어반(130), 순환 장치(20) 및 히트 펌프(30)로부터 각각 냉난방 용량 정보, 지중 열교환기(10)의 작동 정보(즉, 유량, 온도 및 수위정보 등), 원수탱크(21) 및 배출탱크(22)의 수위 정보, 히트 펌프(30)의 작동 정보 등을 실시간으로 수신하고, 또한 부하단(40), 단위제어반(130), 순환 장치(20) 및 히트 펌프(30)로의 작동 제어신호를 전송한다.The data transmitting and receiving unit 510 transmits and receives data to and from the loading unit 40, the unit control unit 130, the circulating unit 20, and the heat pump 30. That is, the data transmitting and receiving unit 510 is connected to the loading unit 40, the unit control unit 130, the circulating unit 20, and the heat pump 30 through wired or wireless communication, (For example, flow rate, temperature, and water level information) of the underground heat exchanger 10, the raw water tank 21 and the discharge tank 22 And sends operation control signals to the lower stage 40, the unit control panel 130, the circulation device 20, and the heat pump 30 in real time, do.

상기 메모리부(520)는 각각의 지중 열교환기(10)의 기준순환열량 및 작동순서와 히트 펌프(30)의 작동순서가 미리 설정되어 저장되어 있고, 데이터 송수신부(510)에서 송수신되는 데이터를 실시간으로 저장한다.The memory unit 520 stores the reference circulation heat quantity and operation order of each of the underground heat exchangers 10 and the operation order of the heat pump 30 in advance and stores the data transmitted and received by the data transmission / And stores it in real time.

상기 연산부(530)는 데이터 송수신부(510)에서 송수신되는 데이터를 기초하여 각각의 지중 열교환기(10)의 순환열량을 연산하게 된다. 즉, 상기 연산부(530)는 부하단(40)으로부터 데이터 송수신부(510)로 전송된 냉난방 용량정보를 기초로 하여, 지중 열교환기(10)로부터 데이터 송수신부(510)로부터 전송된 지중 열교환기(10)의 작동정보를 이용하여 지중 열교환기(10)가 생산할 수 있는 순환열량을 연산하게 된다.The operation unit 530 calculates the amount of circulating heat of each of the underground heat exchangers 10 based on the data transmitted / received by the data transmission / reception unit 510. That is, the operation unit 530 receives the cooling / heating capacity information transmitted from the underground heat exchanger 10 to the underground heat exchanger 510, which is transmitted from the data transmission / reception unit 510, The circulating heat quantity that the underground heat exchanger 10 can produce is calculated by using the operation information of the underground heat exchanger 10.

상기 제어부(540)는 연산부(530)로부터 연산된 각각의 지중 열교환기(10)의 순환열량과 메모리부(520)에 저장된 각각의 지중 열교환기(10)의 기준순환열량을 비교하여 그 결과에 따라 각각의 지중 열교환기(10)의 작동개수 및 작동순서를 제어하는 제어신호를 출력하며, 제어신호에 의하여 각각의 지중 열교환기(10)를 작동순서에 따라 작동하도록 제어한다. 즉, 상기 제어부(540)는 연산부(530)에서 연산된 지중 열교환기(10)의 순환열량이 메모리부(520)에 저장된 기준순환열량에 비하여 크거나 작다고 판단되는 경우, 이러한 정보를 기초로 순환열량에 맞도록 지중 열교환기(10)의 작동대수를 선정하고, 또한 해당 작동대수 중에 작동순서를 설정하여 작동하도록 제어한다. 그리고, 상기 제어부(540)는 단위 제어반(130)으로부터 실시간으로 전송된 지중 열교환기(10)의 정보 중 온도 센서로부터 측정된 지하수의 온도 변화율이 미리 설정된 온도 변화율을 초과 또는 부족하다고 판단되는 경우, 해당 지중 열교환기(10)로의 지하수 유입량을 감소시키고 감소된 지하수의 유입량을 미리 설정된 작동순서에 따라 다른 지중 열교환기(10)로 주입시키도록 제어할 수 있다. 또한, 상기 제어부(540)는 단위 제어반(130)으로부터 실시간으로 전송된 지중 열교환기(10)의 정보 중 수위 측정 센서로부터 측정된 지하수의 수위가 미리 설정된 상한값을 초과하는 경우, 해당 지중 열교환기(10)로의 지하수 주입을 정지하고, 미리 설정된 작동순서에 따라 다른 지중 열교환기(10)로 주입시키도록 제어할 수 있다.The control unit 540 compares the circulation heat amount of each of the underground heat exchangers 10 calculated by the calculation unit 530 with the reference circulation heat amount of each of the underground heat exchangers 10 stored in the memory unit 520, And outputs a control signal for controlling the operation number and operation order of each of the underground heat exchangers 10 and controls each of the underground heat exchangers 10 to operate according to the operation order by the control signal. That is, when it is determined that the circulation heat amount of the underground heat exchanger 10 calculated by the calculation unit 530 is larger or smaller than the reference circulation heat amount stored in the memory unit 520, The number of operations of the underground heat exchanger 10 is selected so as to match the amount of heat, and the operation order is set during the operation number to control the operation. If the controller 540 determines that the temperature change rate of the groundwater measured from the temperature sensor among the information of the underground heat exchanger 10 transmitted from the unit control panel 130 in real time exceeds or falls short of a preset temperature change rate, The amount of groundwater inflow to the underground heat exchanger 10 can be reduced and the inflow amount of the groundwater can be controlled to be injected into the underground heat exchanger 10 according to a preset operation sequence. When the level of the groundwater measured by the level measuring sensor in the information of the underground heat exchanger 10 transmitted from the unit control panel 130 in real time exceeds a preset upper limit value, the control unit 540 controls the sub- 10 to stop the injection of the groundwater into the groundwater heat exchanger 10 in accordance with a predetermined operation sequence.

상기 시간측정부(550)는 각각의 지중 열교환기(10)와 히트 펌프(30)의 작동시간을 측정한다. 이에 따라, 상기 제어부(540)는 시간측정부(550)에 의하여 측정된 각각의 지중 열교환기(10)와 히트 펌프(30) 중 가장 많은 시간동안 작동하고 있는 지중 열교환기(10)와 히트 펌프(30)의 작동을 제한하도록 제어할 수 있다. 즉, 상기 제어부(540)는 상기 작동되는 지중 열교환기(10) 중 가장 많은 시간동안 작동되고 있는 지중 열교환기(10)의 작동을 소정시간동안 유보시킬 수 있다.The time measuring unit 550 measures the operation time of each of the underground heat exchanger 10 and the heat pump 30. The control unit 540 controls the operation of the underground heat exchanger 10 and the heat pump 30 that are operated for the most time of the underground heat exchanger 10 and the heat pump 30 measured by the time measuring unit 550, (30). That is, the control unit 540 can hold the operation of the underground heat exchanger 10, which is operated for the most time, among the operated underground heat exchangers 10 for a predetermined time.

상기 횟수측정부(560)는 각각의 지중 열교환기(10)와 히트 펌프(30)의 작동 횟수를 측정한다. 이에 따라, 상기 제어부(540)는 횟수측정부(560)에 의하여 측정된 각각의 지중 열교환기(10)와 히트 펌프(30) 중 가장 많은 횟수로 작동되고 있는 지중 열교환기(10)와 히트 펌프(30)의 작동을 제한하도록 제어할 수 있다. 즉, 상기 제어부(540)는 상기 작동되는 지중 열교환기(10) 중 가장 많은 횟수로 작동되고 있는 지중 열교환기(10)의 작동을 소정시간동안 유보시킬 수 있다.The number measuring unit 560 measures the number of times of operation of each of the underground heat exchanger 10 and the heat pump 30. The control unit 540 controls the number of times of operation of the underground heat exchanger 10 and the heat pump 30, which are operated most frequently among the underground heat exchangers 10 and the heat pumps 30 measured by the frequency measuring unit 560, (30). That is, the control unit 540 can reserve the operation of the underground heat exchanger 10, which is operated most frequently among the operated underground heat exchangers 10, for a predetermined time.

상기와 같이 구성된 중앙 제어반(50) 내부에는 정보 측정과 측정된 정보에 따른 지중 열교환기(10)와 히트 펌프(30)의 대수 및 순서를 설정할 수 있는 프로그램을 내장시키고, 이 프로그램에 의하여 설정된 지중 열교환기(10)와 히트 펌프(30)의 대수 및 순서를 디스플레이할 수 있는 디스플레이 수단(즉, LCD, LED 등)을 중앙 제어반(50) 외부에 설치하게 할 수 있다.In the central control panel 50 constructed as described above, a program for setting the number and order of the underground heat exchanger 10 and the heat pump 30 according to the information measurement and the measured information is built in. Display means (e.g., LCD, LED, or the like) capable of displaying the number and order of the heat exchanger 10 and the heat pump 30 can be installed outside the central control panel 50.

상기 부하단(40)은, 도시되어 있지는 않지만, 냉매의 순환을 원활히 하기 위한 순환 장치, 실내 냉난방을 위한 순환 장치, 실내 냉난방을 위한 냉온 수탱크, 샤워 및 온수제공을 위한 급탕탱크 등으로 구성할 수 있다. 또한, 상기 부하단(40)에는 실내 냉난방을 위하여 필요한 냉난방 용량을 산출하여 중앙 제어반(50)으로 전송하는 부하제어단을 구비할 수 있다.Although not shown, the lower stage 40 includes a circulation device for smoothly circulating the refrigerant, a circulation device for cooling and heating the room, a hot water tank for indoor heating and cooling, and a hot water tank for shower and hot water supply . In addition, the lower stage 40 may be provided with a load control stage for calculating the cooling / heating capacity necessary for indoor cooling / heating and transmitting the cooling / heating capacity to the central control panel 50.

또한, 본 발명의 히트 펌프(30), 지중 열교환기(10) 및 순환 장치(20)와 중앙 제어반(50)은 일반적인 유무선 통신라인으로 구성하는 것이 바람직한데, 상기와 같이 통신라인으로 구성함으로서 배관 배선을 획기적으로 줄일 수 있다. It is preferable that the heat pump 30, the underground heat exchanger 10 and the circulation device 20 and the central control panel 50 of the present invention are constructed of general wired and wireless communication lines. However, The wiring can be remarkably reduced.

상기와 같이 구성된 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 지중 열교환기(10)의 실시간 자동제어시스템을 제어하는 중앙 제어반(50)의 작동순서를 예를 들어 간단하게 설명하자면 다음과 같다.The operation sequence of the central control unit 50 for controlling the real time automatic control system of the open-loop geothermal heat exchanger 10 according to an embodiment of the present invention will be briefly described as follows.

우선, 중앙 제어반(50)은 부하단으로부터 펜코일 유닛 등의 작동 대수에 따라 산출된 냉난방 부하량(즉, 냉난방 용량)을 전송받는다. 그런 다음 중앙 제어반(50)은 냉난방 부하량에 따른 히트 펌프(30) 작동 대수와 지중 열교환기(10)의 순환량(즉, 지열공 작동대수) 선정한다. 그런 다음, 선정된 정보에 따른 제어신호를 출력하여 히트 펌프(30), 히트 펌프(30), 순환 장치(20) 및 지중 열교환기(10)의 수중모터펌프를 작동시키게 된다. 그리고, 상기 장치들이 작동 중에 각각의 단위 제어반(130)을 통하여 지중 열교환기(10)의 생산열량, 온도, 순환량, 수위 모니터링을 실시하게 된다. 여기서, 상기 순환량은 원수탱크(21)의 수위를 의미한다. 이때, 모니터링 과정 중 순환량의 변화, 즉 원수탱크(21)의 수위 변화가 크게 증감할 경우 미리 설정된 지중 열교환기(10)의 작동대수 및 순서에 따라 지중 열교환기(10)의 작동을 온오프 시킬 수 있다. 또한, 모니터링 과정 중 지중 열교환기(10)의 생산열량이 감소하는 경우, 미리 설정된 지중 열교환기(10)의 작동대수 및 순서에 따라 다음 작동순서의 지중 열교환기(10)를 작동하고 사용중인 지중 열교환기(10)는 정지시키게 된다. 또한, 모니터링 과정중 지중 열교환기(10)의 온도 변환가 감지되는 경우, 초기 원수 온도 대비 10도 이내 변동시 순환량 10%를 미리 설정된 지중 열교환기(10)의 작동대수 및 순서에 따라 양수량이 큰 지중 열교환기(10)로 주입하고, 초기 원수 온도 대비 15도 이내 변동시 순환량 20%를 미리 설정된 지중 열교환기(10)의 작동대수 및 순서에 따라 양수량이 큰 지중 열교환기(10)로 주입하며, 초기 원수 온도와 비교 15도 이상 변동시 외부로 브리딩하거나 해당 지중 열교환기(10)의 동작을 정지시킬 수 있다. 나아가, 모니터링 과정중 지중 열교환기(10) 내부의 수위 변화가 감지되는 경우, 즉 수위가 상한 지점을 넘을 경우 해당 지중 열교환기(10)로의 주입을 정지하고 미리 설정된 지중 열교환기(10)의 작동대수 및 순서에 따라 다음 지중 열교환기(10)에 주입할 수 있다.First, the central control panel 50 receives the cooling / heating load (i.e., the cooling / heating capacity) calculated from the lower end according to the number of operations of the pen coil unit or the like. Then, the central control panel 50 selects the number of operation of the heat pump 30 according to the cooling / heating load and the amount of circulation of the underground heat exchanger 10 (i.e. Then, a control signal according to the selected information is outputted to operate the submerged motor pump of the heat pump 30, the heat pump 30, the circulation device 20, and the underground heat exchanger 10. In addition, during the operation of the apparatuses, the calorific value, temperature, circulation amount, and water level of the underground heat exchanger 10 are monitored through the respective unit control boards 130. Here, the circulation amount means the water level of the raw water tank 21. In this case, when the change of the circulation amount during the monitoring process, that is, the change of the water level of the raw water tank 21 greatly increases or decreases, the operation of the underground heat exchanger 10 is turned on / off according to the preset operation number and order of the underground heat exchanger 10 . When the amount of heat produced by the geothermal heat exchanger 10 decreases during the monitoring process, the geothermal heat exchanger 10 of the next operation sequence is operated according to the number and order of operation of the previously set geothermal heat exchanger 10, The heat exchanger 10 is stopped. When the temperature change of the underground heat exchanger 10 is detected during the monitoring process, when the temperature change is less than 10 degrees relative to the initial raw water temperature, the circulation amount 10% is set to a predetermined value in accordance with the operation number and sequence of the predetermined underground heat exchanger 10 And 20% of the circulation amount is injected into the submergence heat exchanger 10 having a large amount of water according to the operation number and order of the predetermined submerged heat exchanger 10 when the variation is less than 15 degrees with respect to the initial raw water temperature, It is possible to bleed to the outside or stop the operation of the underground heat exchanger 10 when the temperature of the raw water is 15 degrees or more in comparison with the initial raw water temperature. When the water level change in the underground heat exchanger 10 is detected during the monitoring process, that is, when the water level exceeds the upper limit point, the injection into the underground heat exchanger 10 is stopped and the predetermined operation of the underground heat exchanger 10 And can be injected into the next underground heat exchanger 10 according to the logarithm and order.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 개방형 지중 열교환기(10)의 실시간 자동제어시스템에 따르면, 부하단(40)의 용량에 따라 다수의 지중 열교환기(10) 및 히트 펌프(30)와 순환 장치(20)의 작동대수 및 작동순서를 설정하고, 다수의 지중 열교환기(10) 및 히트 펌프(30)의 작동 상태에 따라 각각의 작동대수 및 작동순서를 제어할 수 있도록 함으로써, 에너지를 절감하고, 시스템의 신뢰성을 확보할 수 있다.
Therefore, according to the real-time automatic control system of the open-loop geothermal heat exchanger 10 according to the embodiment of the present invention, the number of the underground heat exchangers 10 and the heat pump 30, By setting the number of operations and the operation order of the apparatus 20 and controlling the number of operations and the operation order of each of the underground heat exchangers 10 and the heat pumps 30 according to the operation states thereof, And the reliability of the system can be ensured.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 의한 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
It is to be understood that the invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment of the invention, It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention.

10: 지중 열교환기 20: 순환 장치
21: 원수 펌프 22: 배출 펌프
30: 히트 펌프 40: 부하단
50: 중앙 제어반 101: 보호벽 케이싱
102: 지하수취수공 103: 밀폐덮개
104: 상부보호 장치 110: 유량계
111: 주입관 112: 배출관
113: 수중모터펌프 114: 지하수 양수관
115: 지하수 투입관 116: 온도센서
117: 결속뭉치 130: 단위 제어반
510: 데이터 송수신부 520: 메모리부
530: 연산부 540: 제어부
550: 시간측정부 560: 횟수측정부10: Underground heat exchanger 20: Circulation device
21: raw water pump 22: discharge pump
30: heat pump 40:
50: central control panel 101: protective casing
102: Underground handpiece 103: Sealing lid
104: upper protection device 110: flow meter
111: inlet tube 112: outlet tube
113: Submersible motor pump 114: Groundwater pumping pipe
115: ground water inlet pipe 116: temperature sensor
117: bundle 130: unit control panel
510: Data Transmission / Reception Unit 520: Memory Unit
530: Operation unit 540:
550: time measuring unit 560:

Claims (7)

냉매를 이용하여 부하단(40)에 고온의 열원을 저온으로 전달하거나 저온의 열원을 고온으로 전달하는 다수의 히트 펌프(30); 지열을 흡수 또는 지중으로 열을 방출하기 위하여 지열공(102)에 설치된 수중모터펌프(113)를 통하여 지하수를 상기 히트 펌프(30)로 이동시키거나 순환시키는 다수의 지중 열교환기(10); 상기 히트 펌프(30)와 상기 지중 열교환기(10) 사이를 연결하는 파이프 내의 지하수를 원활하게 유통시키는 순환 장치(20); 및 상기 히트 펌프(30), 지중 열교환기(10) 및 순환 장치(20)에 각각 연결되어 상기 부하단(40)의 냉난방 부하용량에 따라 상기 히트 펌프(30), 지중 열교환기(10) 및 순환 장치(20)의 작동을 제어하는 중앙 제어반(50)을 포함하는 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템이고,
상기 지중 열교환기(10)는 내부의 주입관(111) 및 배출관(112)에 주입 및 배출되는 지하수의 유량을 측정 및 제어하는 유량계(110)와, 상기 주입관(111) 및 배출관(112) 측에 설치되어 주입 및 배출되는 지하수의 온도를 측정하는 온도 센서(116)와, 상기 지열공(102)의 내벽 상에 설치되어 지하수의 수위를 측정하는 수위 측정 센서와, 상기 유량계(110), 온도 센서(116) 및 수위 측정 센서로부터 측정된 지하수의 유량, 온도 및 수위 정보와 미리 설정된 기준순환열량을 저장함과 동시에 상기 중앙 제어반(50)으로 전송하는 단위 제어반(130)을 포함하고,
상기 중앙 제어반(50)은 상기 부하단(40)의 냉난방 부하용량에 따라 상기 다수의 지중 열교환기(10) 및 히트 펌프(30)의 작동순서와 작동대수를 설정하고, 상기 설정된 작동순서와 작동대수를 기초로 상기 히트 펌프(30), 지중 열교환기(10) 및 순환 장치(20)의 작동을 제어하되, 각각의 지중 열교환기(10)의 기준순환열량을 기초로 각각의 지중 열교환기(10)의 유량, 온도 및 수위 정보에 따라 상기 히트 펌프(30)와 지중 열교환기(10)의 작동대수, 상기 순환 장치(20)의 작동여부를 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템.A plurality of heat pumps 30 for transferring a high-temperature heat source to the lower stage 40 using a refrigerant at a low temperature or transferring a low-temperature heat source to a high temperature; A plurality of underground heat exchangers (10) for transferring or circulating the groundwater to the heat pump (30) through an underwater motor pump (113) installed in the ground hole (102) for absorbing the geothermal heat or releasing heat to the ground; A circulation device (20) for smoothly flowing groundwater in a pipe connecting between the heat pump (30) and the underground heat exchanger (10); And the heat pump 30, the underground heat exchanger 10 and the heat exchanger 20 are connected to the heat pump 30, the underground heat exchanger 10 and the circulation device 20, respectively, Real time automatic control system of an open-air geothermal heat exchanger including a central control panel (50) for controlling the operation of the circulation device (20)
The underground heat exchanger 10 includes a flow meter 110 for measuring and controlling the flow rate of groundwater injected into and discharged from the injection pipe 111 and the discharge pipe 112, A water level sensor installed on the inner wall of the tearing hole 102 for measuring a water level of the groundwater, And a unit control panel 130 for storing the flow rate, temperature and water level information of the groundwater measured from the temperature sensor 116 and the level measuring sensor, and a preset reference circulation calorie amount to the central control panel 50,
The central control panel 50 sets the operation order and the operation number of the underground heat exchanger 10 and the heat pump 30 according to the cooling and heating load capacity of the lower stage 40, The operation of the heat pump 30, the geothermal heat exchanger 10 and the circulation device 20 is controlled on the basis of the logarithm of the number of geothermal heat exchangers 10, Wherein the operation of the heat pump (30) and the underground heat exchanger (10) and the operation of the circulation device (20) can be controlled according to the flow rate, temperature and water level information of the open circuit heat exchanger Time real time automatic control system. 제1항에 있어서,
상기 중앙 제어반(50)은,
상기 부하단(40), 단위제어반(130), 순환 장치(20) 및 히트 펌프(30)와의 데이터를 송수신하는 데이터송수신부(510);
각각의 지중 열교환기(10)의 기준순환열량 및 작동순서와 히트 펌프(30)의 작동순서가 미리 설정되어 저장되어 있고, 상기 송수신되는 데이터를 실시간으로 저장하는 메모리부(520);
상기 송수신되는 데이터를 기초하여 각각의 지중 열교환기(10)의 순환열량을 연산하는 연산부(530); 및
상기 연산부(530)로부터 연산된 각각의 지중 열교환기(10)의 순환열량과 상기 메모리부(520)에 저장된 각각의 지중 열교환기(10)의 기준순환열량을 비교하여 그 결과에 따라 각각의 지중 열교환기(10)의 작동개수 및 작동순서를 제어하는 제어신호를 출력하며, 상기 제어신호에 의하여 각각의 지중 열교환기(10)를 상기 작동순서에 따라 작동시키는 제어부(540)를 포함하는 것을 특징으로 하는 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템.The method according to claim 1,
The central control panel (50)
A data transmitting and receiving unit 510 for transmitting and receiving data to and from the lower stage 40, the unit control panel 130, the circulator 20, and the heat pump 30;
A memory unit 520 in which the reference circulation heat quantity and operation sequence of each of the underground heat exchangers 10 and the operation order of the heat pump 30 are preset and stored and stores the transmitted and received data in real time;
An operation unit 530 for calculating a circulation heat amount of each underground heat exchanger 10 based on the data to be transmitted and received; And
The circulation heat quantity of each of the underground heat exchangers 10 calculated by the calculation section 530 is compared with the reference circulation heat quantity of each of the underground heat exchangers 10 stored in the memory section 520, And a control unit 540 for outputting a control signal for controlling the operation number and operation order of the heat exchanger 10 and operating each of the underground heat exchangers 10 according to the operation order by the control signal Real-time automatic control system of open-type underground heat exchanger. 제2항에 있어서,
상기 중앙 제어반(50)은 각각의 지중 열교환기(10)와 히트 펌프(30)의 작동시간을 측정하는 시간측정부(550)를 더 포함하고, 상기 제어부(540)는 상기 시간측정부(550)에 의하여 측정된 각각의 지중 열교환기(10)와 히트 펌프(30) 중 가장 많은 시간동안 작동하고 있는 지중 열교환기(10)와 히트 펌프(30)의 작동을 제한하도록 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템.3. The method of claim 2,
The central control panel 50 further includes a time measuring unit 550 for measuring an operation time of each of the underground heat exchangers 10 and the heat pump 30 and the control unit 540 controls the time measuring unit 550 ) Of the heat exchanger (10) and the heat pump (30), which are measured for the most time, among the heat exchanger (10) and the heat pump (30) Real-time automatic control system of open-type underground heat exchanger. 제2항에 있어서,
상기 중앙 제어반(50)은 각각의 지중 열교환기(10)와 히트 펌프(30)의 작동 횟수를 측정하는 횟수측정부(560)를 더 포함하고, 상기 제어부(540)는 상기 횟수측정부(560)에 의하여 측정된 각각의 지중 열교환기(10)와 히트 펌프(30) 중 가장 많은 시간동안 작동되고 있는 지중 열교환기(10)와 히트 펌프(30)의 작동을 제한하도록 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템.3. The method of claim 2,
The central control panel 50 further includes a frequency measuring unit 560 for measuring the frequency of operation of each of the underground heat exchangers 10 and the heat pump 30. The control unit 540 controls the frequency measuring unit 560 ) Of the heat exchanger (10) and the heat pump (30), which are measured for the most time, among the heat exchanger (10) and the heat pump (30) Real-time automatic control system of open-type underground heat exchanger. 제2항에 있어서,
상기 순환 장치(20)는 상기 지중 열교환기(10)로부터 배출되거나 상기 히트 펌프(30)를 통과하는 지하수를 임시저장하되, 각각 그 내부의 지하수의 수위를 측정하는 수위 측정 수단을 구비하는 원수탱크(21)와 배출탱크(22)에 연결되고,
상기 제어부(540)는 원수탱크(21)의 수위 측정 수단으로부터 측정된 지하수의 수위의 변화를 감지하여, 미리 설정된 수위 변화율을 초과한다고 판단되는 경우, 해당되는 지중 열교환기(10)의 작동을 오프시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템.3. The method of claim 2,
The circulating unit 20 is a water tank having a water level measuring means for temporarily storing groundwater discharged from the underground heat exchanger 10 or passing through the heat pump 30, (21) and the discharge tank (22)
The control unit 540 senses a change in the level of the groundwater measured by the water level measuring means of the raw water tank 21 and turns off the operation of the corresponding groundwater heat exchanger 10 Wherein the control unit is operable to control the operation of the open-loop type heat exchanger. 제2항에 있어서,
상기 제어부(540)는 상기 온도 센서(116)로부터 측정된 지하수의 온도 변화율이 미리 설정된 온도 변화율을 초과 또는 부족하다고 판단되는 경우, 해당 지중 열교환기(10)로의 지하수 유입량을 감소시키고 감소된 지하수의 유입량을 미리 설정된 작동순서에 따라 다른 지중 열교환기(10)로 주입시키도록 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템.3. The method of claim 2,
When it is determined that the rate of temperature change of the groundwater measured by the temperature sensor 116 exceeds or falls short of a preset temperature change rate, the control unit 540 reduces the amount of groundwater inflow to the underground heat exchanger 10, And the inflow amount can be controlled to be injected into another underground heat exchanger (10) in accordance with a preset operation sequence. 제2항에 있어서,
상기 제어부(540)는 상기 수위 측정 센서로부터 측정된 지하수의 수위가 미리 설정된 상한값을 초과하는 경우, 해당 지중 열교환기(10)로의 지하수 주입을 정지하고, 미리 설정된 작동순서에 따라 다른 지중 열교환기(10)로 주입시키도록 제어할 수 있는 것을 특징으로 하는 개방형 지중 열교환기의 실시간 자동제어시스템.3. The method of claim 2,
The control unit 540 stops the groundwater injection into the underground heat exchanger 10 when the measured water level of the groundwater measured by the water level sensor exceeds a predetermined upper limit value and stops the groundwater injection to the other underground heat exchanger 10. The system as claimed in claim 1,
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