KR20170052119A - 지열을 이용한 냉온수 공급장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지열을 이용한 냉온수 공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지중에 일정 깊이로 천공된 관정에 매설된 열교환케이싱 내부로 상호 높이 차를 갖는 유체공급관 및 유체배출관을 설치한 상태에서 고온 또는 저온의 유체가 채워지도록 한 경우, 종래와 같이 가열 또는 냉각을 위한 열교환기가 설치되지 않더라도 상기 열교환케이싱 내부에서의 압력 변화에 의해 지열을 이용한 열교환이 이루어질 수 있도록 함으로써 계절에 따라 필요한 저온 또는 고온의 유체를 회수할 수 있는 지열을 이용한 냉온수 공급장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 지열을 이용한 냉온수 공급장치는, 지중에 일정 깊이로 천공된 관정의 내부에 매설되고, 내부가 밀폐된 열교환케이싱과; 외부로부터 상기 열교환케이싱 내부로 유체가 이송될 수 있도록 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 상부측에 배치된 유체공급관과; 상기 열교환케이싱 내부에서 지열을 통해 열교환이 이루어진 상기 유체가 외부로 이송될 수 있도록 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 하부측에 배치된 유체배출관과; 상기 열교환케이싱 내부에 상기 유체가 채워진 경우 지열을 통해 열교환이 이루어진 상기 유체를 상기 유체배출관을 통해 회수할 수 있도록 상기 유체가 상기 유체공급관으로 공급되도록 펌핑하는 유체펌핑수단을; 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

지열을 이용한 냉온수 공급장치{HOT AND COOL WATER SUPPLY APPARATUS USING GEOTHERMAL}

본 발명은 지열을 이용한 냉온수 공급장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지중에 일정 깊이로 천공된 관정에 매설된 열교환케이싱 내부로 상호 높이 차를 갖는 유체공급관 및 유체배출관을 설치한 상태에서 고온 또는 저온의 유체가 채워지도록 한 경우, 종래와 같이 가열 또는 냉각을 위한 열교환기가 설치되지 않더라도 상기 열교환케이싱 내부에서의 압력 변화에 의해 지열을 이용한 열교환이 이루어질 수 있도록 함으로써 계절에 따라 필요한 저온 또는 고온의 유체를 회수할 수 있는 지열을 이용한 냉온수 공급장치에 관한 것이다.

지열[地熱; geothermy]은 지구 내부에서 표면을 거쳐 외부로 유출되는 열량(熱量)을 말하는 것으로, 특히 지열은 지구의 전 표면에서 외부로 방출된다. 지열의 양은 지역적으로 크게 다르지만 평균 10-6 cal/㎡·sec이며, 화산지대에서는 높은 값을 보인다. 지열의 유출은 열전도에 의하거나, 가스·온수 및 화산분출물 등에 의하여 이루어진다.

뉴질랜드·이탈리아·일본 등 지각열류량(地殼熱流量)이 많은 곳에서는 지열에너지를 발전(發電)에 이용하기도 하는데, 상기 지열을 적절하게 이용하는 것은 환경적인 측면에서도 꽤 유리하다. 이산화탄소 배출도 별로 없고 오염물질도 거의 나오지 않는다. 그리고 지열은 직접적인 난방, 전력생산, 열펌프를 통한 난방과 냉방, 제조용 열 등 여러 가지 형태로 이용될 수 있다.

한편, 상기와 같은 지열에 의환 열교환 시스템은 지하에 관정을 매립하고, 그 내부에 열교환 파이프가 삽입되고, 상기 열교환 파이프의 상단 즉, 지상으로 노출된 열교환 파이프에는 펌프가 연결되어 있다. 그리고, 상기 열교환 파이프의 단부에는 열교환기(보일러 파이프 또는 냉방용 증발기)가 설치되어 있다. 따라서, 상기 관정의 내부에 매립된 열교환 파이프는 지중의 온도로 열교환되어 일정한 온도를 유지하게 되는 것으로서, 지상의 온도가 높은 여름철에는 저온을 유지하고 지상의 온도가 낮은 겨울철에는 고온을 유지하는 것이다.

한편, 도 1을 참조하면 종래의 기술 대한민국 등록특허 제10-1172656호 '개방형 지열교환 시스템(100)'과 같은 기술에서는 관정(110) 내부에 삽입되며 하부에 지하수 유입구가 형성된 케이싱(120)과, 상기 케이싱(120) 내부에 삽입되어 지하수를 펌핑하는 심정펌프(130)와, 상기 심정펌프(130)에 의해 펌핑되는 지하수를 열교환기(150)로 공급하는 지하수 공급관(140)과, 상기 열교환기(150)에서 열교환된 지하수를 케이싱 내부로 되돌리는 리턴관(160)을 포함하여 구성되고, 상기 리턴관(160)은 상기 관정(110)의 벽과 상기 케이싱(120)의 사이 공간으로 배치되어 상기 케이싱(120)의 지하수 유입구 근처에서 상기 케이싱(120)의 내부로 삽입되고, 상기 리턴관(160)의 끝단부는 상기 케이싱(120)의 상부로 향하게 절곡부(161)가 형성되도록 함으로써 케이싱 내부에 유입되어 저류하는 슬러지를 용이하게 제거하고, 슬러지의 상승을 방지하여 심정펌프의 막힘을 방지하는 한편 심정펌프의 수명을 연장하도록 하는 기술이 개시되어 있다.

하지만, 상기와 같은 종래의 기술은 지하수가 원활하게 흐르도록 함으로써 슬러지를 줄일 수 있는 효과는 있다 하겠으나, 이와 같은 구성은 지하수가 케이싱(120) 내부로 유입되는 방식의 개방형 지열교환 시스템으로서 종래의 기술처럼 슬러지가 발생할 수 있는 문제가 있으며, 슬러지를 제거하기 위한 별도의 처리 시설이 마련되어 있어 구성이 복잡하고, 지하수를 펌핑하기 위해 종래에서와 같이 심정펌프를 꼭 설치하여야 하기 때문에 이와 같은 시공 작업이 불편할 뿐만 아니라, 심정펌프의 수명에 따라 추가적인 교체 비용이 발생될 수 있는 것이며, 지하수를 양수하기 위해 지나친 운전 동력비를 부담하게 됨으로써 에너지 절감효과가 낮아지게 되는 문제점이 있었던 것이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 지하수를 양수하기 위한 지하수 심정펌프 등을 굳이 설치하지 않더라도 자연대류 현상을 이용하여 지열을 통한 열교환이 가능한 방법을 채택함으로써 시공이 간편하고, 운용 비용이 저렴하여 매우 경제적이면서 열교환효율을 극대화할 수 있는 지열을 이용한 냉온수 공급 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 개방형 지열교환 시스템에서와 같이 지하수와 직접 접촉하지 않도록 하면서도 지열을 통한 열교환이 가능하기 때문에 종래의 개방형 열교환 시스템과 같은 슬러지 제거 작업이 별도로 필요하지 않으며, 지하수 환경보전적인 측면에서의 장점을 갖는 지열을 이용한 냉온수 공급 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 지열을 이용한 열교환 시스템은, 지중에 일정 깊이로 천공된 관정의 내부에 매설되고, 내부가 밀폐된 열교환케이싱과; 외부로부터 상기 열교환케이싱 내부로 유체가 이송될 수 있도록 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 상부측에 배치된 유체공급관과; 상기 열교환케이싱 내부에서 지열을 통해 열교환이 이루어진 상기 유체가 외부로 이송될 수 있도록 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 하부측에 배치된 유체배출관과; 상기 열교환케이싱 내부에 상기 유체가 채워진 경우 지열을 통해 열교환이 이루어진 상기 유체를 상기 유체배출관을 통해 회수할 수 있도록 상기 유체가 상기 유체공급관으로 공급되도록 펌핑하는 유체펌핑수단을; 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 지열을 이용한 열교환 시스템은, 지중에 일정 깊이로 천공된 관정의 내부에 매설되고, 내부가 밀폐된 열교환케이싱과; 외부로부터 상기 열교환케이싱 내부로 유체가 이송될 수 있도록 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 하부측에 배치된 유체공급관과; 상기 열교환케이싱 내부에서 지열을 통해 열교환이 이루어진 상기 유체가 외부로 이송될 수 있도록 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 상부측에 배치된 유체배출관과; 상기 열교환케이싱 내부에 상기 유체가 채워진 경우 지열을 통해 열교환이 이루어진 상기 유체를 상기 유체배출관을 통해 회수할 수 있도록 상기 유체가 상기 유체공급관으로 공급되도록 펌핑하는 유체펌핑수단을; 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 지열을 이용한 열교환 시스템은, 지중에 일정 깊이로 천공된 관정의 내부에 매설되고, 내부가 밀폐된 열교환케이싱과; 외부로부터 상기 열교환케이싱 내부로 유체가 이송될 수 있도록 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 상부측에 배치된 제1 공급관 및 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 하부측에 배치된 제2 공급관을 포함하여 구성된 유체공급관과; 상기 열교환케이싱 내부에서 지열을 통해 열교환이 이루어진 상기 유체가 외부로 이송될 수 있도록 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 하부측에 배치된 제1 배출관 및 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 상부측에 배치된 제2 배출관을 포함하여 구성된 유체배출관과; 상기 열교환케이싱 내부에 상기 유체가 채워진 경우 지열을 통해 열교환이 이루어진 상기 유체를 상기 유체배출관을 통해 회수할 수 있도록 상기 유체가 상기 유체공급관으로 공급되도록 펌핑하는 유체펌핑수단과; 상기 유체가 상기 제1 공급관 또는 제2 공급관을 통해 선택적으로 공급될 수 있도록 작동되는 공급밸브 및 상기 열전달 유체가 상기 제1 배출관 또는 제2 배출관을 통해 선택적으로 배출될 수 있도록 작동되는 배출밸브를 포함하여 구성된 유로연결밸브와; 상기 제1 공급관에서 상기 제1 배출관으로 유로가 연결되도록 하거나, 상기 제2 공급관에서 상기 제2 배출관으로 유로가 연결되도록 상기 유로연결밸브의 작동을 제어하는 제어부를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 지열을 이용한 열교환 시스템은, 상기 관정의 내부 바닥면에는 일정 높이의 방수층이 설치되되, 상기 열교환케이싱은, 상부가 막히고 하부가 개방되게 형성되어 상기 방수층에 하부가 안착된 경우 내부가 밀폐되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 지열을 이용한 열교환 시스템은 지하수를 양수하기 위한 지하수 심정펌프 등을 굳이 설치하지 않더라도 자연대류 현상을 이용하여 지열을 통한 열교환이 가능한 방법을 채택함으로써 시공이 간편하고, 운용 비용이 저렴하여 매우 경제적이면서 열교환효율을 극대화할 수 있는 장점을 갖는다.

또한, 본 발명에 따른 지열을 이용한 열교환 시스템은 개방형 지열교환 시스템에서와 같이 지하수와 직접 접촉하지 않도록 하면서도 지열을 통한 열교환이 가능하기 때문에 종래의 개방형 열교환 시스템과 같은 슬러지 제거 작업이 별도로 필요하지 않으며, 지하수 환경보전적인 측면에서의 장점을 갖는다.

도 1은 종래의 일실시예에 따른 개방형 지열교환 시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열을 이용한 냉온수 공급장치를 도시한 단면 구성도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 지열을 이용한 냉온수 공급장치를 도시한 단면 구성도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 지열을 이용한 냉온수 공급장치의 작동을 개념적으로 도시한 작동상태도.

우선, 본 발명 지열을 이용한 냉온수 공급장치는 제1 실시예, 제2 실시예 및 제3 실시예로 이루어질 수 있다.

이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열을 이용한 냉온수 공급장치(이하에서는 "냉온수 공급장치"라 한다.)를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열을 이용한 냉온수 공급장치(1)를 도시한 단면 구성도이다.

도 2를 참조하면, 상기 냉온수 공급장치(1)는 여름철과 같이 기온이 높은 경우 지상에서 고온 상태로 저수된 유체를 열교환시키기 위한 구성으로, 열교환케이싱(11), 유체공급관(12), 유체배출관(13), 유체펌핑수단(14)을 포함하여 구성된다.

상기 열교환케이싱(11)은 온도의 변화가 거의 없는 지하까지 도달할 수 있도록 지중에 일정 깊이로 천공된 관정(1a)의 내부에 매설되는 구성으로, 상기 관정(1a)에 수직 방향으로 길게 매설된 상태에서 내부에 유체를 채워넣을 수 있도록 구성되며, 이와 같은 상기 열교환케이싱(11)은 부식이 쉽게 발생하지 않도록 PVC 재질의 파이프나 내식성이 좋은 금속재질의 관으로 사용될 수 있을 것이다.

또한, 상기 열교환케이싱(11)은 내부에 유체가 유입되어 순환될 수 있도록 내부 밀폐 구조를 이루는 것이 바람직하다.

이에, 상기 관정(1a)의 내부 바닥면에는 일정 높이의 방수층(1b)이 설치되되, 상기 열교환케이싱(11)은 상부가 막히고 하부가 개방되게 형성되어 상기 방수층(1b)에 하부가 안착된 경우 내부가 밀폐된다.

즉, 상기 열교환케이싱(11)은 중공형의 관 형상으로 간편하게 제작되어 사용될 수 있도록 한 것으로, 상단부에 개폐 가능한 상부커버(11a)가 설치되어 지상에서 오염물이 유입되는 것을 차단하고, 하부가 개방된 상태에서 상기 관정(1)에 매설된 경우 상기 방수층(1b)에 의해 하부가 막히면서 내부가 밀폐되는 구조를 이루게 된다.

이때, 상기 열교환케이싱(11)은 상기 관정(1a)에 매설된 경우 상기 열교환케이싱(11) 내부가 견고하게 밀폐될 수 있도록 하단부와 상기 방수층(1b) 사이에 별도의 점착성 부재가 부착될 수 있을 것이다.

또한, 상기 방수층(1b)은 상기 열교환케이싱(11)의 하단부가 안정적으로 안착될 수 있도록 콘크리트 타설되어 구성될 수 있으며, 상기 방수층(1b)은 지중의 대수층에 저류하는 지하수가 상기 관정(1a)의 내부 바닥면에서 고일 수 있도록 함으로써 상온을 유지하고 있는 상기 지하수를 통한 유체의 열교환이 이루어질 수 있도록 한다.

상기 유체공급관(12)은 외부로부터 상기 열교환케이싱(11) 내부로 유체가 이송될 수 있도록 구성된 것으로, 일단부가 상기 열교환케이싱(11)의 내부 상부측에 배치되고, 타단부가 외부로 배치되게 연장되어 외부에서 유체를 공급하는 공급라인에 연결될 수 있게 된다.

상기 유체공급관(12)은 상기 열교환케이싱(11)의 상부커버(11a)에 체결부재를 통해 고정 또는 지지되도록 할 수 있을 것이며, 이와 같이 설치된 상기 유체공급관(12)은 중공의 폭이 좁은 관 형태로 길게 형성되어 외부로부터 상기 열교환케이싱(11) 내부로 공급되는 유체가 상기 열교환케이싱(11)의 내부공간 상부측으로 공급될 수 있도록 한다.

상기 유체배출관(13)은 상기 열교환케이싱(11) 내부에서 지열을 통해 열교환이 이루어진 유체가 외부로 이송될 수 있도록 구성된 것으로, 일단부가 상기 열교환케이싱(11)의 내부 하부측에 배치되고, 타단부가 외부로 배치되게 연장되어 유체를 회수하여 저장할 수 있는 배출라인에 연결될 수 있게 된다.

상기 유체배출관(13)은 상기 유체공급관(12)과 같이 중공의 폭이 좁은 관 형태로 길게 형성되어 상기 열교환케이싱(11) 내부에서 열교환이 이루어진 유체가 상기 열교환케이싱(11)의 내부공간 하부측에서 배출될 수 있도록 한다.

상기 유체펌핑수단(14)은 외부의 공급라인에서 상기 열교환케이싱(11) 내부로 이송된 유체가 상기 유체배출관(13)을 통해 외부의 배출라인으로 회수할 수 있도록 구성된다.

즉, 상기 유체펌핑수단(14)은 상기 열교환케이싱(11) 내부에 고온 상태의 상기 유체가 채워진 경우 그 내부에서 지열을 통해 열교환이 이루어진 유체를 상기 유체배출관(13)을 통해 회수할 수 있도록 한다.

이때, 상기 유체펌핑수단(14)은 외부에서 유체가 상기 유체공급관(12)을 통해 공급되도록 배출라인 상에 설치되는 펌프로 구성될 수 있다. 이와 같은 상기 유체펌핑수단(14) 즉, 상기 펌프는 종래의 기술에서와 같이 심정펌프를 통해 열교환이 이루어지는 케이싱 내부에서 유체를 펌핑하여 끌어올리기 방식과는 다르게 구성된 것으로, 상기 펌프는 지상에 설치되어 외부에 저수된 유체가 상기 열교환케이싱(11) 내부로 이송될 수 있도록 유체를 펌핑하여 공급하는 역할만을 수행하기 때문에 쉽게 고장이 발생하지 않게 되는 것이고, 특히 종래의 기술에서의 문제점과 같이 슬러지의 발생으로 인한 펌프의 막힘 현상 등이 발생하지 않기 때문에 유지 보수가 매우 편리한 장점을 갖게 된다.

한편, 상술한 바와 같이 상기 유체공급관(12)과 상기 유체배출관(13)은 각각의 일단부가 상기 열교환케이싱(11)의 상부측과 하부측 각각에 배치되어 상호 일정 높이차를 이루도록 설치되는 것이 바람직한데, 상기와 같이 구성된 본 발명 냉온수 공급장치(1)는 다음과 같은 작용효과가 발생된다.

도 2를 참조하면, 상기 열교환케이싱(11)의 내부에는 상기 유체공급관(12)을 통해 고온 상태, 예를 들면 대략 20℃정도의 유체가 상기 열교환케이싱(11)의 내부공간 상부측으로 공급되며 채워지게 된 경우, 상기 열교환케이싱(11)의 내부공간에 채워진 고온 상태의 상기 유체는 상온 상태, 예를 들면 대략 15℃(±℃)를 유지하고 있는 대수층의 지하수 등 지중의 상온 지열에 의해 상온에 가까운 온도로 열교환이 이루어지게 됨과 동시에, 상기 열교환케이싱(11) 내부에서 유체의 온도차에 의한 자연대류 현상으로 인해 고온의 유체일수록 상부측으로 이동하고, 저온의 유체일수록 하부측으로 이동하게 된다.

따라서, 상기 유체공급관(12)을 통해 상기 열교환케이싱(11) 내부로 유입된 고온 상태의 유체는 지열을 통해 대략 17℃(±℃)정도의 미온수 상태로 열교환이 이루어지게 된다.

또한, 상기 열교환케이싱(11) 내부공간은 밀폐된 상태이기 때문에 상기 유체펌핑수단(14)의 가동을 지속하여 유체가 계속적으로 공급되는 경우, 상기 열교환케이싱(11) 내부공간에서 공기가 팽창하는 현상이 발생됨에 따라 상기 열교환케이싱(11) 내부에 채워진 유체에 압력이 작용하게 되며, 이때 상기 열교환케이싱(11)의 내부 하부측에서 상온 상태로 저류하고 있는 유체가 상기 유체배출관(13)을 통해 외부로 회수될 수 있게 된다.

이와 같이 본 발명 냉온수 공급장치(1)는 종래에서와 같이 복잡한 구성으로 이루어지지 않더라도 여름철과 같이 지상의 온도가 높은 경우 고온 상태의 유체가 지열을 통해 열교환 되어 상온 상태의 유체로 회수될 수 있기 때문에 지열에 의한 열교환 효율을 높일 수 있는 효과가 발생되며, 대수층의 지하수가 오염되지 않아 지하수 환경보전적인 측면에서 장점을 갖게 됨은 물론, 지열을 통한 열교환 시스템을 구축하기 위한 설치 비용과 운용 비용이 매우 저렴하기 때문에 경제적인 효과가 발생된다.

이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 따른 지열을 이용한 냉온수 공급장치(이하에서는 "냉온수 공급장치"라 한다.)를 설명할 것이며, 설명의 편의를 위해 본 발명의 제1 실시예에서 동일한 부분과 동일한 부재에 대해서는 동일 부호가 부여되고, 중복되는 설명은 생략될 수도 있을 것이다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 지열을 이용한 냉온수 공급장치(2)를 도시한 단면 구성도이다.

도 3을 참조하면, 상기 냉온수 공급장치(2)는 겨울철과 같이 기온이 낮은 경우 지상에서 저온 상태로 저수된 유체를 열교환시키기 위한 구성으로, 열교환케이싱(11), 유체공급관(12), 유체배출관(13), 유체펌핑수단(14)을 포함하여 구성된다.

상기 냉온수 공급장치(2)는 상기의 제1 실시예에서와 동일하게 열교환케이싱(21) 및 유체펌핑수단(24)이 구성되고, 상기 열교환케이싱(21)은 관정(1a)의 내부 바닥면에 설치된 방수층(1b)에 하부가 안착된 경우 내부가 밀폐되도록 설치된다.

이에, 상기 유체공급관(22)과 상기 유체배출관(23)은 각각의 일단부가 상기 열교환케이싱(11)의 상부측과 하부측 각각에 배치되어 상호 일정 높이차를 이루도록 설치되는 것이 바람직한데, 이때 상기 유체공급관(22)의 일단부는 상기 열교환케이싱(21)의 내부 하부측에 배치되고, 상기 유체배출관(23)의 일단부는 상기 열교환케이싱(21)의 내부 상부측에 배치된다.

즉, 상기 냉온수 공급장치(2)는 상기의 제1 실시예에 따른 냉온수 공급장치(1)와 대칭되는 구조를 이루도록 한 것으로, 상기 유체공급관(12) 및 상기 유체배출관(13)의 배치 구조가 반대로 구성된 것이 특징이다.

상기와 같은 구성에 의해 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉온수 공급장치(2)는 다음과 같은 작용효과가 발생된다.

도 3을 참조하면, 상기 열교환케이싱(21)의 내부에는 상기 유체공급관(22)을 통해 저온 상태, 예를 들면 대략 10℃정도의 유체가 상기 열교환케이싱(21)의 내부공간 하부측으로 공급되며 채워지게 된 경우, 상기 열교환케이싱(21)의 내부공간에 채워진 저온 상태의 상기 유체는 상온 상태, 예를 들면 대략 15℃(±℃)를 유지하고 있는 대수층의 지하수 등 지중의 상온 지열에 의해 상온에 가까운 온도로 열교환이 이루어지게 되고, 이때, 상기 유체가 상기 열교환케이싱(21) 내부공간에서 상기 유체배출관(23)의 일단부 높이를 넘도록 채워지게 된 상태에서 상기 유체펌핑수단(24)의 가동을 지속하게 된 경우, 상기 제1 실시예에서의 냉온수 공급장치(1)와 같이 상기 열교환케이싱(21) 내부에 채워진 유체에 압력이 작용하게 되며, 이때 상기 열교환케이싱(21)의 내부 상부측에서 상온 상태로 저류하고 있는 유체가 상기 유체배출관(23)을 통해 외부로 회수할 수 있게 된다.

즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 냉온수 공급장치(2)는 상기 유체공급관(22)을 통해 상기 열교환케이싱(21) 내부로 공급된 저온 상태의 유체가 지열을 통해 대략 13℃내외의 미온수 상태로 열교환이 이루어진 후 회수할 수 있도록 할 수 있는 것이다.

한편, 상기 열교환케이싱(11) 내부로 이송되는 유체는 수질이 양호한 지표수나 일반 가정 등에서 사용되는 생활용수를 곧바로 열교환시켜 냉방이나 난방에 필요한 냉수 또는 온수로 사용될 수 있을 것으로, 종래와 같이 별도의 열교환기, 즉 히트펌프 등으로 열교환 매질을 순환시키는 등의 작업이 필요하지 않기 때문에 운용 비용이 크게 발생하지 않고, 시설비용을 줄일 수 있어 매우 경제적인 효과가 발생된다.

이하에서는, 본 발명의 제3 실시예에 따른 지열을 이용한 냉온수 공급장치(이하에서는 "냉온수 공급장치"라 한다.)를 설명할 것이며, 설명의 편의를 위해 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에서 동일한 부분과 동일한 부재에 대해서는 동일 부호가 부여되고, 중복되는 설명은 생략될 수도 있을 것이다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 지열을 이용한 냉온수 공급장치(3)의 작동을 개념적으로 도시한 작동상태도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 냉온수 공급장치(3)는 상술한 바와 같은 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 냉온수 공급장치(1,2)가 동시에 구성될 수 있도록 한 것으로, 열교환케이싱(31), 유체공급관(32), 유체배출관(33), 유체펌핑수단(34), 유로연결밸브(35), 제어부(36)를 포함하여 구성된다.

우선, 상기 열교환케이싱(31)은 상기의 제1 실시예 및 제2 실시예와 동일하게 구성될 수 있다.

상기 유체공급관(32)은 외부로부터 상기 열교환케이싱(31) 내부로 유체가 이송될 수 있도록 구성된 것으로, 제1 공급관(32a) 및 제2 공급관(32b)을 포함하여 구성될 수 있다.

이에, 상기 제1 공급관(32a)은 일단부가 상기 열교환케이싱(31)의 내부 상부측에 배치되고, 타단부가 상기 열교환케이싱(31)의 상단부를 관통하여 외부로 배치되게 연장되어 유체가 공급하는 공급라인에 연결될 수 있다.

또한, 상기 제2 공급관(32a)은 상기 제1 공급관(32a)과 반대로 일단부가 상기 열교환케이싱(31)의 내부 하부측에 배치되고, 타단부가 상기 공급라인에 연결될 수 있다.

상기 유체배출관(33)은 상기 열교환케이싱(31) 내부에서 지열을 통해 열교환이 이루어진 상기 유체가 외부로 이송될 수 있도록 구성된 것으로, 제1 배출관(33a) 및 제2 배출관(33b)을 포함하여 구성될 수 있다.

이에, 상기 제1 배출관(33a)은 일단부가 상기 열교환케이싱(31)의 내부 하부측에 배치되고, 타단부가 상기 열교환케이싱(31)의 상단부를 관통하여 외부로 배치되게 연장되어 유체를 회수하기 위한 배출라인에 연결될 수 있다.

또한, 상기 제2 배출관(33b)은 일단부가 상기 열교환케이싱(31)의 내부 상부측에 배치되고, 타단부가 상기 배출라인에 연결될 수 있다.

이와 같이 상기 냉온수 공급장치(3)는 각각 한 쌍씩의 공급관 및 배출관이 상기 열교환케이싱(31) 내부에서 상호 일정 높이차를 이루도록 설치됨으로써 상기의 제1 실시예 및 제2 실시예에서 상술한 바와 같은 작용효과가 동일하게 발생될 수 있는 것으로, 이하의 구성을 통해 보다 상세하게 설명하기로 한다.

한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 상기 냉온수 공급장치(3)는 상기 유로연결밸브(35) 및 상기 제어부(36)를 통해 상기 유체공급관(32) 및 상기 유체배출관(33) 각각의 유로를 연결하도록 구성된 것이 특징이다.

이에, 상기 유로연결밸브(35)는 상기 유체가 상기 제1 공급관(32a) 또는 제2 공급관(32b)을 통해 선택적으로 공급될 수 있도록 작동되는 공급밸브(35a) 및 상기 유체가 상기 제1 배출관(33a) 또는 제2 배출관(33b)을 통해 선택적으로 배출될 수 있도록 작동되는 배출밸브(35b)를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 제어부(36)는 상기 유체공급관(32)을 통해 상기 열교환케이싱(31) 내부로 유체가 공급될 수 있도록 상기 유로연결밸브(35) 즉, 상기 공급밸브(35a) 및 상기 배출밸브(35b) 각각의 작동을 제어하게 된다.

이때, 상기 제어부(36)는 상기의 제1 실시예에서와 같이 지상에 고온 상태로 저수된 유체를 지열을 통해 열교환시키도록 하고자 하는 경우, 상기 제1 공급관(32a)에서 상기 제1 배출관(33a)으로 유로가 연결되도록 제어한다.

즉, 상기 제어부(36)는 여름철과 같이 지상의 기온이 높은 경우 고온의 유체가 상기 제1 공급관(32a)을 통해 상기 열교환케이싱(31)의 상부측으로 공급될 수 있도록 상기 공급밸브(35a)가 상기 제1 공급관(32a)과 연결되도록 제어하게 된다.

또한, 상기 제어부(36)는 상기 공급밸브(35a)가 상기 제1 공급관(32a)과 연결된 상태에서는 상기 배출밸브(35b)가 상기 제1 배출관(35a)과 연결되도록 제어하여 상기 열교환케이싱(31)의 하부측에서 유체가 외부의 배출라인으로 회수될 수 있도록 한다.

따라서, 상기 냉온수 공급장치(3)는 상기 유체펌핑수단(34)을 통해 외부의 공급라인에서 상기 열교환케이싱(31)의 내부로 유체를 이송시키는 경우 상기 열교환케이싱(31)의 상부측에서 유체가 공급되고, 하부측에서 유체가 회수될 수 있도록 구성됨으로써 상기의 제1 실시예에 따른 냉온수 공급장치(1)와 동일한 작용효과가 발생될 수 있다.

한편, 상기 제어부(36)는 상기의 제2 실시예에서와 같이 지상에 저온 상태로 저수된 유체를 지열을 통해 열교환시키도록 하고자 하는 경우, 상기 제2 공급관(32b)에서 상기 제2 배출관(33b)으로 유로가 연결되도록 제어할 수 있다.

이와 같은 경우, 상기 제어부(36)는 겨울철과 같이 지상의 기온이 낮은 경우 저온의 유체가 상기 제2 공급관(32b)을 통해 상기 열교환케이싱(31)의 하부측으로 공급될 수 있도록 상기 공급밸브(35a)가 상기 제2 공급관(32b)과 연결되도록 제어하고, 상기 배출밸브(35b)가 상기 제2 배출관(35b)과 연결되도록 제어하여 상기 열교환케이싱(31)의 상부측에서 유체가 외부의 배출라인으로 회수될 수 있도록 한다.

따라서, 상기 냉온수 공급장치(3)는 상기 유체펌핑수단(34)을 통해 외부의 공급라인에서 상기 열교환케이싱(31)의 내부로 유체를 이송시키는 경우 상기 열교환케이싱(31)의 하부측으로 유체가 공급되고, 상부측에서 유체가 회수될 수 있도록 구성됨으로써 상기의 제2 실시예에 따른 냉온수 공급장치(2)와 동일한 작용효과가 발생될 수 있다.

즉, 상술한 바와 같은 구성을 통해 상기 냉온수 공급장치(3)는 외부 기온이 높은 여름철과 기온이 낮은 겨울철에 별도의 운용을 위한 시설을 하지 않더라도 상기 제어부(36)의 간편한 제어를 통해 외부 환경에 따라 운영 모드가 선택 가능한 지열을 이용한 열교환이 시스템을 구축할 수 있게 된다.

앞에서 설명되고 도면에 도시된 지열을 이용한 냉온수 공급장치는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

1a 관정 1b 방수층
1,2,3 냉온수 공급장치 11,21,31 열교환케이싱
12,22,32 유체공급관 13,23,33 유체배출관
14,24,34 유체펌핑수단 35 유로연결밸브
36 제어부

Claims (4)

1. 지중에 일정 깊이로 천공된 관정의 내부에 매설되고, 내부가 밀폐된 열교환케이싱과;
   외부로부터 상기 열교환케이싱 내부로 유체가 이송될 수 있도록 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 상부측에 배치된 유체공급관과;
   상기 열교환케이싱 내부에서 지열을 통해 열교환이 이루어진 상기 유체가 외부로 이송될 수 있도록 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 하부측에 배치된 유체배출관과;
   상기 열교환케이싱 내부에 상기 유체가 채워진 경우 지열을 통해 열교환이 이루어진 상기 유체를 상기 유체배출관을 통해 회수할 수 있도록 상기 유체가 상기 유체공급관으로 공급되도록 펌핑하는 유체펌핑수단을; 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉온수 공급장치.
2. 지중에 일정 깊이로 천공된 관정의 내부에 매설되고, 내부가 밀폐된 열교환케이싱과;
   외부로부터 상기 열교환케이싱 내부로 유체가 이송될 수 있도록 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 하부측에 배치된 유체공급관과;
   상기 열교환케이싱 내부에서 지열을 통해 열교환이 이루어진 상기 유체가 외부로 이송될 수 있도록 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 상부측에 배치된 유체배출관과;
   상기 열교환케이싱 내부에 상기 유체가 채워진 경우 지열을 통해 열교환이 이루어진 상기 유체를 상기 유체배출관을 통해 회수할 수 있도록 상기 유체가 상기 유체공급관으로 공급되도록 펌핑하는 유체펌핑수단을; 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉온수 공급장치.
3. 지중에 일정 깊이로 천공된 관정의 내부에 매설되고, 내부가 밀폐된 열교환케이싱과;
   외부로부터 상기 열교환케이싱 내부로 유체가 이송될 수 있도록 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 상부측에 배치된 제1 공급관 및 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 하부측에 배치된 제2 공급관을 포함하여 구성된 유체공급관과;
   상기 열교환케이싱 내부에서 지열을 통해 열교환이 이루어진 상기 유체가 외부로 이송될 수 있도록 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 하부측에 배치된 제1 배출관 및 일단부가 상기 열교환케이싱의 내부 상부측에 배치된 제2 배출관을 포함하여 구성된 유체배출관과;
   상기 열교환케이싱 내부에 상기 유체가 채워진 경우 지열을 통해 열교환이 이루어진 상기 유체를 상기 유체배출관을 통해 회수할 수 있도록 상기 유체가 상기 유체공급관으로 공급되도록 펌핑하는 유체펌핑수단과;
   상기 유체가 상기 제1 공급관 또는 제2 공급관을 통해 선택적으로 공급될 수 있도록 작동되는 공급밸브 및 상기 유체가 상기 제1 배출관 또는 제2 배출관을 통해 선택적으로 배출될 수 있도록 작동되는 배출밸브를 포함하여 구성된 유로연결밸브와;
   상기 제1 공급관에서 상기 제1 배출관으로 유로가 연결되도록 하거나, 상기 제2 공급관에서 상기 제2 배출관으로 유로가 연결되도록 상기 유로연결밸브의 작동을 제어하는 제어부를; 포함하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉온수 공급장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,
   상기 관정의 내부 바닥면에는 일정 높이의 방수층이 설치되되,
   상기 열교환케이싱은, 상부가 막히고 하부가 개방되게 형성되어 상기 방수층에 하부가 안착된 경우 내부가 밀폐되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 냉온수 공급장치.

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