KR20240111681A - Geothermal system including a combined heat source underground heat exchanger - Google Patents

Geothermal system including a combined heat source underground heat exchanger Download PDF

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KR20240111681A KR1020230062961A KR20230062961A KR20240111681A KR 20240111681 A KR20240111681 A KR 20240111681A KR 1020230062961 A KR1020230062961 A KR 1020230062961A KR 20230062961 A KR20230062961 A KR 20230062961A KR 20240111681 A KR20240111681 A KR 20240111681A
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조희남
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Abstract

본 발명은 열매체의 전환이 가능한 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템에 관한 것으로, 큰 부하(냉방 또는 급탕)를 요구하는 경우 상반되는 온도를 지중에 공급하는 다른 부하를 함께 운용하여 열매체(또는 지하수)의 열교환을 유도함으로써 열수지의 균형 유지를 하며 부하의 용도 등에 맞춰 열매체의 순환을 제어하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 열매체의 전환이 가능한 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템은, 지열로부터 냉난방을 위한 열을 회수하는 제1지중열교환기(10)와; 지열로부터 급탕을 위한 열을 회수하는 제2지중열교환기(20)와; 상기 제1지중 열교환기가 회수한 열로부터 부하측 열을 생산하는 제1부하측 히트펌프(30)와; 상기 제2지중열교환기가 회수한 열로부터 부하측 열을 생산하는 제2부하측 히트펌프(40)를 포함하고, 상기 제1,2지중열교환기는 1개의 지열공 안에 함께 설치되어 상기 제1,2부하측 히트펌프를 통해 공급되는 서로 상반되는 저온과 고온의 열원을 상기 지열공을 통해 지중에 순환시킴으로써 상호 간의 온도 상쇄를 통해 지중 열수지의 균형을 맞추며, 상기 제1,2지중열교환기와 제1,2부하측 히트펌프를 선택적으로 연결하여 필요 시 상기 제1,2지중열교환기를 상기 제1,2부하측 히트펌프 중에서 어느 하나의 부하측 히트펌프에 연결하는 전환수단(50)을 포함한다.The present invention relates to a geothermal system consisting of a composite heat source ground heat exchanger capable of converting heat medium. When a large load (cooling or domestic hot water) is required, other loads that supply opposing temperatures to the ground are operated together to heat the heat medium (or groundwater). The purpose is to maintain the balance of the heat balance by inducing heat exchange and to control the circulation of the heat medium according to the purpose of the load.
The geothermal system comprising a composite heat source ground heat exchanger capable of converting heat medium according to the present invention includes a first ground heat exchanger (10) that recovers heat for cooling and heating from geothermal heat; A second ground heat exchanger (20) that recovers heat for hot water supply from geothermal heat; a first load-side heat pump (30) that produces load-side heat from heat recovered by the first underground heat exchanger; It includes a second load-side heat pump 40 that produces load-side heat from the heat recovered by the second ground heat exchanger, and the first and second ground heat exchangers are installed together in one geothermal hole to generate the first and second load-side heat. By circulating the conflicting low-temperature and high-temperature heat sources supplied through the pump into the ground through the geothermal hole, the underground heat balance is balanced through mutual temperature offset, and the first and second geothermal heat exchangers and the first and second load side heat It includes a switching means 50 that selectively connects the pump and connects the first and second ground heat exchangers to any one of the first and second load side heat pumps when necessary.

Description

열매체의 전환이 가능한 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템{Geothermal system including a combined heat source underground heat exchanger}Geothermal system including a combined heat source underground heat exchanger} capable of converting heat medium

본 발명은 지열 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 부하(냉방, 난방/급탕)를 적정 온도를 유지하면서 부하가 상대적으로 큰 냉방 운전 시에도 지중 열수지의 균형을 맞출 수 있고 열매체의 순환 제어를 통해 어느 하나의 지중열교환기를 집중 가동할 수 있는 열매체의 전환이 가능한 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a geothermal heat system. More specifically, it is possible to maintain the load (cooling, heating/hot water) at an appropriate temperature while balancing the underground heat balance even during cooling operation with a relatively large load, and by controlling the circulation of the heat medium. This relates to a geothermal system consisting of a composite heat source ground heat exchanger capable of converting a heat medium that can intensively operate any one ground heat exchanger.

이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.This part only provides background information related to the content of this application and does not necessarily constitute prior art.

지열이란 지하수를 굴착하여 형성된 지열 굴착공 내부에서 양수되는 지하수가 갖고 있는 고유 열과 지중의 열을 통칭하는 것이며, 지열 열교환 시스템은 지중에 지열공을 굴착하고 상기 지열공에 열매체를 순환시키거나 지하수를 순환시켜 지열을 지상에 설치한 히트펌프에 전달하여 상기 히트펌프를 통해 부하열(냉방, 난방, 급탕)을 생산하여 공급하는 것이며, 열매체와 지하수는 지열을 히트펌프에 공급하고 지열공으로 복귀한 후 다시 히트펌프에 공급되는 과정에서 지열을 통해 온도가 회복되어 지속적으로 사용 가능한 상태를 유지할 수 있는 것이다.Geothermal heat refers to the inherent heat of groundwater and the heat of the ground, which is pumped inside a geothermal hole formed by excavating groundwater. A geothermal heat exchange system excavates a geothermal hole in the ground and circulates a heat medium through the geothermal hole or pumps groundwater into the groundwater. The geothermal heat is circulated and delivered to a heat pump installed on the ground, and load heat (cooling, heating, hot water) is produced and supplied through the heat pump. The heat medium and groundwater supply geothermal heat to the heat pump and return to the geothermal well. In the process of supplying it to the heat pump again, the temperature is restored through geothermal heat, allowing it to be maintained in a continuously usable state.

한편, 냉방부하가 난방부하보다 약 25%내외로 더 크게 존재하고 또한 건물의 급탕부하 역시 냉방부하 크기만큼 발생되어 운용중이며, 난방 시에도 일부 호실에는 냉방부하가 혼재되어 운용되는 냉난방 복합운용 건물이 다수 존재하고 있는데, 냉방부하가 상대적으로 큰 건물의 경우 지속적인 냉방부하를 지중에 가할시 지중 온도가 상승되어 이후 상대적으로 낮은 난방부하는 지중 열 균형을 깨뜨려 익년도 냉방운전시 지중온도가 높아 운전효율을 낮추는 요인으로 작용하게 된다.Meanwhile, the cooling load is approximately 25% greater than the heating load, and the building's domestic hot water load is also generated and operated as the size of the cooling load. Even during heating, some rooms have mixed cooling and heating operation buildings. There are many. In the case of a building with a relatively large cooling load, when a continuous cooling load is applied to the ground, the ground temperature rises, and the relatively low heating load thereafter breaks the ground heat balance, resulting in a high ground temperature during cooling operation in the following year, which increases operating efficiency. It acts as a factor in lowering.

즉, 냉방부하가 지속되거나 난방부하보다 크게 존재하여 결과적으로 지중 열 온도의 균형을 깨뜨려 지열시스템의 운전효율을 현저히 떨어뜨리거나 일정 기간이 지나 지중 열수지의 불균형이 심해질 경우 지열시스템의 운용자체가 불가능하게 될 수도 있는 문제점이 있다.In other words, if the cooling load continues or is greater than the heating load, which breaks the balance of underground heat temperature and significantly reduces the operating efficiency of the geothermal system, or if the imbalance in the underground heat balance becomes severe after a certain period of time, the operation of the geothermal system itself becomes impossible. There are problems that may arise.

등록특허 제10-2346408호는 지중의 지열공과; 지중의 열을 공급 순환하는 지열 공급수단과; 상기 지열 공급수단으로부터 공급되는 열을 냉난방열로 공급하는 히트펌프와; 상기 히트펌프의 냉난방열로 냉난방하는 냉난방기와; 지열의 회복을 위한 시간을 제공하면서도 상기 히트펌프를 가동하는 냉각탑을 포함하고, 상기 냉각탑은 냉각탑 전환수단을 통해 상기 지열 공급수단의 가동을 정지한 상태에서 열을 상기 히트펌프에 공급하여 상기 히트펌프를 가동시키거나 상기 냉난방기에 공급하는 것이며, 냉각탑을 이용하여 지중 온도가 복원되는 시간을 확보하고 냉각탑을 통해 냉각된 열매체를 지중에 재주입하는 것으로 별도 시설의 운용에 따른 비용 상승, 복잡한 운전 제어 등의 문제점이 있다.Registered Patent No. 10-2346408 refers to geothermal engineering in the ground; A geothermal supply means that supplies and circulates heat from the ground; a heat pump that supplies heat supplied from the geothermal heat supply means as cooling and heating heat; An air conditioner that cools and heats with the cooling and heating heat of the heat pump; It includes a cooling tower that operates the heat pump while providing time for recovery of geothermal heat, and the cooling tower supplies heat to the heat pump in a state in which operation of the geothermal heat supply means is stopped through a cooling tower switching means to heat the heat pump. It operates or supplies the air conditioner, uses a cooling tower to secure time for the underground temperature to be restored, and re-injects the cooled heat medium into the ground through the cooling tower, resulting in increased costs due to the operation of a separate facility, complicated operation control, etc. There is a problem.

등록특허 제10-2346408호Registered Patent No. 10-2346408

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 큰 부하(냉방 또는 급탕)를 요구하는 경우 상반되는 온도를 지중에 공급하는 다른 부하를 함께 운용하여 열매체(또는 지하수)의 열교환을 유도함으로써 열수지의 균형 유지를 하며 부하의 용도 등에 맞춰 열매체의 순환을 제어하는 열매체의 전환이 가능한 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템을 제공하려는데 그 목적이 있다. The present invention is intended to solve the problems described above. When a large load (cooling or hot water supply) is required, other loads that supply conflicting temperatures to the ground are operated together to induce heat exchange of the heat medium (or groundwater), thereby maintaining the heat balance. The purpose is to provide a geothermal system consisting of a complex heat source ground heat exchanger capable of switching the heat medium that maintains the balance and controls the circulation of the heat medium according to the purpose of the load.

본 발명에 의한 열매체의 전환이 가능한 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템은, 서로 다른 온도 조건(냉방, 난방/급탕)의 부하측 열을 각각 생산하는 제1,2부하측 히트펌프에 각각 제1,2지중열교환기를 연결하고 상기 제1,2지중열교환기를 1개의 지열공에 함께 설치하여 상기 제1,2부하측 히트펌프를 통해 서로 상반되는 저온과 고온의 열원을 상기 지열공을 통해 지중에 순환시켜 상호 간의 온도 상쇄를 통해 지중 열수지의 균형을 맞추며, 상기 제1,2지중열교환기와 제1,2부하측 히트펌프를 선택적으로 연결하여 필요 시 상기 제1,2지중열교환기를 상기 제1,2부하측 히트펌프 중에서 어느 하나의 부하측 히트펌프에 연결하는 전환수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.The geothermal system consisting of a composite heat source ground heat exchanger capable of converting heat media according to the present invention is equipped with first and second load-side heat pumps, respectively, which produce load-side heat under different temperature conditions (cooling, heating/hot water). A ground heat exchanger is connected, and the first and second ground heat exchangers are installed together in one geothermal well. By using the first and second load side heat pumps, heat sources of opposing low and high temperatures are circulated in the ground through the geothermal well, thereby mutually The ground heat balance is balanced by offsetting the temperature between the first and second ground heat exchangers, and the first and second ground heat exchangers and the first and second load-side heat pumps are selectively connected to connect the first and second ground heat exchangers to the first and second load-side heat pumps when necessary. It is characterized by including a switching means connected to any one of the load side heat pumps.

본 발명에 의한 열매체의 전환이 가능한 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템에 의하면, 연중 냉방부하가 지중열교환기에 30% 내외로 더 크게 운용되어 지중 열수지가 맞지 않게 되어 지열 전체 시스템의 효율이 저하될 수 있으나 상반되는 온도를 생산하고 지중에 환수하는 급탕(난방)부하를 통해 온열부하 공급이 가능하여 지중 열수지의 균형을 맞출 수 있게 되고 결국 지열 운전 효율을 상승하는 효과가 있으며, 또한, 2개의 부하 중에서 보수를 요구하는 부하가 발생하여 어느 하나의 부하만 사용하고 다른 하나의 부하를 정지하는 경우 또는 어느 하나의 부하만을 집중적으로 사용하는 경우 각각의 부하와 연결되는 지중열교환기 모두를 단일 부하와 연결하여 효율성을 향상하는 효과가 있다.According to the geothermal system consisting of a composite heat source ground heat exchanger capable of converting the heat medium according to the present invention, the cooling load throughout the year is operated to be about 30% larger on the ground heat exchanger, which may cause the ground heat balance to become inconsistent, reducing the efficiency of the entire geothermal system. However, it is possible to supply heat load through a domestic hot water (heating) load that produces conflicting temperatures and returns water to the ground, which makes it possible to balance the underground heat balance and ultimately has the effect of increasing geothermal operation efficiency. In addition, among the two loads, When a load requiring maintenance occurs and only one load is used and the other load is stopped, or when only one load is used intensively, all underground heat exchangers connected to each load must be connected to a single load. It has the effect of improving efficiency.

도 1은 본 발명에 의한 열매체의 전환이 가능한 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템의 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 복합열원 지중열교환기에 적용된 전환수단의 예시도.
도 3은 본 발명에 의한 복합열원 지중열교환기가 다수의 지열공으로 운영되는 예시도.
도 4 내지 도 7은 각각 본 발명에 의한 복합열원 지중열교환기에 적용된 급탕수단의 예시도.
도 8은 본 발명에 의한 열매체의 전환이 가능한 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템에 열전달수단으로 버퍼믹싱탱크가 적용되는 예시도.
도 9는 본 발명에 의한 열매체의 전환이 가능한 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템에 열전달수단으로 판형 열교환기가 적용되는 예시도.
도 10은 본 발명에 의한 열매체의 전환이 가능한 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템에 적용된 다수의 히트펌프가 그룹핑되어 운용되는 예시도.Figure 1 is a configuration diagram of a geothermal system comprising a composite heat source ground heat exchanger capable of converting heat medium according to the present invention.
Figure 2 is an exemplary diagram of a conversion means applied to the combined heat source ground heat exchanger according to the present invention.
Figure 3 is an example of a composite heat source ground heat exchanger according to the present invention operated with a plurality of geothermal wells.
Figures 4 to 7 are illustrations of hot water supply means applied to the combined heat source ground heat exchanger according to the present invention, respectively.
Figure 8 is an example of a buffer mixing tank being applied as a heat transfer means to a geothermal system consisting of a composite heat source ground heat exchanger capable of converting heat medium according to the present invention.
Figure 9 is an example of a plate heat exchanger being applied as a heat transfer means to a geothermal system consisting of a composite heat source geothermal heat exchanger capable of converting heat medium according to the present invention.
Figure 10 is an example of a plurality of heat pumps applied to a geothermal system consisting of a composite heat source ground heat exchanger capable of converting heat medium according to the present invention are grouped and operated.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted. The terms described below are defined in consideration of the functions in the present invention, and may vary depending on the intention or custom of the user or operator. Therefore, the definition should be made based on the contents throughout this specification.

본 발명에 의한 열매체의 전환이 가능한 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템은, 수직 밀폐형에 적용되는 것으로 단일의 지열공 안에 3개 이상의 지중열교환기가 설치되는 것이며, 구성은 도 1에서 보이는 바와 같이, 단일의 지열공(1), 지열공(1) 안에 함께 설치되어 지열과 열교환하는 제1,2지중열교환기(10,20), 제1,2지중열교환기(10,20)와 각각 연결되어 제1,2지중열교환기(10,20)가 회수한 열을 이용하여 부하열(냉방, 난방/급탕)을 생산하여 제1,2부하(100,200)에 각각 열을 공급하는 제1,2부하측 히트펌프(30,40)를 포함하여 제1,2지중열교환기(10,20)는 서로 상반되는 저온과 고온의 열원을 지중에 환수시켜 지열공(1) 내부에 충진된 충진재를 매개로 하는 상호 간의 열교환에 의한 온도 상쇄를 통해 지중 열수지의 균형을 맞추고, 여기에, 제1,2지중열교환기(10,20)와 제1,2부하측 히트펌프(30,40)를 선택적으로 연결 특히 제1,2지중열교환기(10,20) 모두를 어느 하나의 부하측 히트펌프(30 또는 40)에 연결하는 전환수단(50)을 포함한다.The geothermal system consisting of a composite heat source ground heat exchanger capable of converting heat medium according to the present invention is applied to a vertically sealed type in which three or more ground heat exchangers are installed in a single geothermal hole, and the configuration is as shown in Figure 1, a single The geothermal hole (1) is installed together in the geothermal hole (1) and is connected to the first and second geothermal heat exchangers (10, 20) and the first and second geothermal heat exchangers (10, 20), respectively, to exchange heat with geothermal heat. 1st and 2nd load side heat that produces load heat (cooling, heating/hot water) using the heat recovered by the 1st and 2nd ground heat exchangers (10, 20) and supplies heat to the 1st and 2nd loads (100, 200), respectively. The first and second geothermal heat exchangers (10, 20), including the pumps (30, 40), return the opposing low-temperature and high-temperature heat sources to the ground and exchange them using the filler material filled inside the geothermal hole (1). The ground heat balance is balanced through temperature offset by heat exchange between the first and second ground heat exchangers (10, 20) and the first and second load side heat pumps (30, 40), especially the first and second load side heat pumps (30, 40). ,2It includes a switching means (50) that connects all of the ground heat exchangers (10, 20) to one of the load side heat pumps (30 or 40).

지열공(1)은 예를 들어 건축물의 저부에 시공되며 내부에 충진재가 충진되고, 그 형태는 도면에 도시된 수직형 및 도면에 도시되지 않은 수평형 모두가 가능하다.For example, the geothermal hole 1 is constructed at the bottom of a building and is filled with a filler material inside, and its shape can be both vertical as shown in the drawing and horizontal not shown in the drawing.

제1,2지중열교환기(10,20)는 열매체를 통해 지열을 환수하는 제1,2환수부(11,21) 및 제1,2환수부(11,21)를 통과한 열매체를 제1,2부하측 히트펌프(30,40)에 순환시키는 제1,2공급부(12,22)를 포함하는 2관식의 구성이다.The first and second ground heat exchangers (10, 20) exchange the heat medium passing through the first and second water exchange units (11, 21) and the first and second water exchange parts (11, 21) for returning geothermal heat through the heat medium to the first heat exchanger (10, 20). ,It is a two-pipe configuration including first and second supply parts (12,22) that circulate to the load side heat pumps (30,40).

또한, 제1,2지중열교환기(10,20)외에 2관을 추가하여 삽입 설치하여 지열공(1)내부에 모두 3개의 지중열교환기가 구성되도록 할 수 있으며 이때 제1,2환수부(11,21)와 제1,2공급부(12,22)의 트렌치 배관에서는 추가되는 지중열교환기를 제1,2환수부 중 어느 한쪽에 환수부를 연결하고 제1,2공급부(12,22)중 어느 한쪽에 공급부를 연결하도록 구성할 수도 있다.In addition, in addition to the first and second ground heat exchangers (10, 20), two additional pipes can be inserted and installed so that a total of three ground heat exchangers are configured inside the geothermal hole (1), and at this time, the first and second water exchange units (11) , 21) and in the trench piping of the first and second supply parts (12, 22), the additional ground heat exchanger is connected to the water exchange part to one of the first and second water exchange parts, and the water exchange part is connected to one of the first and second supply parts (12, 22). It can also be configured to connect the supply part to .

예를 들어, 6관식의 경우, 냉방 쪽에 2개(11,11-1,12,12-1), 난방(급탕)쪽에 1개(21,22)를 연결하여 운용할 수 있으며, 물론, 이에 한정되지 않고 반대 운용도 가능하다.For example, in the case of a 6-pipe type, it can be operated by connecting two pipes (11, 11-1, 12, 12-1) on the cooling side and one pipe (21, 22) on the heating (hot water) side. It is not limited and reverse operation is also possible.

제1,2환수부(11,21)와 제1,2공급부(12,22)는 저부에서 U 밴드로 연결되어 단일의 경로를 제공하는 관일 수 있고, 또는 도 1의 원호에서 보이는 것처럼, 제1,2환수부(11,21)의 토출단과 제1,2공급부(12,22)의 유입단을 각각 개방한 후 내부에 공간이 있는 헤더(10-1)에 연결하여 헤더(10-1) 안에서 열매체가 섞이면서 환수와 공급되는 것도 가능하다.The first and second water exchange parts (11, 21) and the first and second supply parts (12, 22) may be pipes that are connected at the bottom by a U band to provide a single path, or, as shown in the arc in FIG. After opening the discharge ends of the first and second water return parts (11 and 21) and the inlet ends of the first and second supply parts (12 and 22), respectively, they are connected to the header (10-1) with a space inside, and the header (10-1) ) It is also possible to exchange and supply water while mixing the heat media inside.

제1,2부하측 히트펌프(30,40)는 제1,2지중열교환기(10,20)와 각각 연결되어 제1,2지중열교환기(10,20)를 통해 회수한 지열을 이용하여 부하열을 생산하는 것으로, 서로 반대의 기능을 하도록 가동하며, 즉, 제1부하측 히트펌프(30)가 냉방인 경우 제2부하측 히트펌프(40)는 난방 또는 급탕, 반대로 제1부하측 히트펌프(30)가 난방 또는 급탕인 경우 제2부하측 히트펌프(40)는 냉방으로 가동한다.The first and second load-side heat pumps (30, 40) are connected to the first and second ground heat exchangers (10, 20), respectively, and use the geothermal heat recovered through the first and second ground heat exchangers (10, 20) to load the load. By producing heat, they operate to perform opposite functions. That is, when the first load-side heat pump 30 is for cooling, the second load-side heat pump 40 is for heating or hot water supply, and conversely, the first load-side heat pump 30 ) is heating or hot water supply, the second load side heat pump 40 operates as cooling.

따라서, 제1부하측 히트펌프(30)가 냉방 가동하여 제1지중열교환기(10)를 통해 고온의 열이 지중에 전달되지만, 제2부하측 히트펌프(40)의 난방 또는 급탕 가동으로 제2지중열교환기(20)가 저온의 열을 지중에 전달하게 되므로 이들 온도의 상쇄가 가능하고 열수지의 균형을 유지한다.Accordingly, the first load-side heat pump (30) operates for cooling and high-temperature heat is transferred to the ground through the first ground heat exchanger (10), but the second load-side heat pump (40) operates for heating or hot water supply to the second ground heat exchanger (10). Since the heat exchanger 20 transfers low-temperature heat to the ground, these temperatures can be offset and the heat balance is maintained.

전환수단(50)은 평상시 제1,2지중열교환기(10,20)가 제1,2부하측 히트펌프(30,40)에 각각 연결되어 사용되도록 하면서, 필요 시 제1,2지중열교환기(10,20) 모두를 제1부하측 히트펌프(30)(또는 제2부하측 히트펌프(40))에 연결하는 것이다.The switching means (50) allows the first and second ground heat exchangers (10, 20) to be used by being connected to the first and second load side heat pumps (30, 40), respectively, when necessary. 10 and 20) are all connected to the first load side heat pump 30 (or the second load side heat pump 40).

도 2에서 보이는 것처럼, 예를 들어 큰 냉방 부하가 필요한 경우(하절기의 낮 시간대) 제1부하측 히트펌프(30)를 냉방으로 가동하여 제1부하(100)를 냉방기로 운전하며, 이 때, 제2부하측 히트펌프(40)와 제2부하(200)를 정지시키지만, 제2지중열교환기(20)를 냉방용으로 사용하기 위한 것, 즉 지열공(1) 안에 설치되는 제1,2지중열교환기(10,20) 모두를 냉방용으로 사용하는 것이다.As shown in FIG. 2, for example, when a large cooling load is required (daytime in the summer), the first load side heat pump 30 is operated as cooling and the first load 100 is operated as an air conditioner. At this time, the first load side heat pump 30 is operated as cooling. The second load side heat pump (40) and the second load (200) are stopped, but the second geothermal heat exchanger (20) is used for cooling, that is, the first and second geothermal heat exchangers installed in the geothermal well (1). Both units (10 and 20) are used for cooling.

전환수단(50)은 제1,2지중열교환기(10,20)의 공급부(12,22)를 연결하는 제1전환관(51), 제1,2지중열교환기(10,20)의 제1,2환수부(11,21)를 연결하는 제2전환관(52), 제1,2전환관(51,52)을 각각 개폐하는 제1,2밸브(53,54), 제2지중열교환기(20)의 공급부(22)와 환수부(21)를 각각 개폐하는 제3,4밸브(55,56)를 포함한다.The conversion means 50 is the first conversion pipe 51 connecting the supply parts 12 and 22 of the first and second geothermal heat exchangers 10 and 20, and the first conversion pipe 51 of the first and second geothermal heat exchangers 10 and 20. The second conversion pipe (52) connecting the first and second water return units (11, 21), the first and second valves (53, 54) opening and closing the first and second conversion pipes (51, 52), respectively, and the second underground It includes third and fourth valves 55 and 56 that open and close the supply part 22 and the water exchange part 21 of the heat exchanger 20, respectively.

평상 시는 제1,2밸브(53,54)가 폐쇄되고 제3,4밸브(55,56)가 개방되어 제1부하측 히트펌프(30)가 냉방으로 사용될 때, 제2부하측 히트펌프(40)는 급탕(또는 난방)으로 사용된다.Normally, when the first and second valves (53 and 54) are closed and the third and fourth valves (55 and 56) are opened and the first load side heat pump (30) is used for cooling, the second load side heat pump (40) ) is used for hot water supply (or heating).

한편, 제1부하(100)만 냉방 운전이 필요한 경우 전환수단(50)의 제3,4밸브(55,56)가 폐쇄되는 한편 제1,2밸브(53,54)가 개방되고, 제1부하측 히트펌프(30)가 가동하여 제2지중열교환기(20)의 제2공급부(22)를 통해 흐르는 열매체는 제1전환관(51)을 통해 제1지중열교환기(10)의 제1공급부(12)에 합류되어 제1부하측 히트펌프(30)에 공급되고, 제1부하측 히트펌프(30)를 통과한 열매체는 제1환수부(11)를 따라 지열공(1)에 환수되다가 일부가 제2전환관(52)으로 분기되어 환수된다.Meanwhile, when only the first load 100 requires cooling operation, the 3rd and 4th valves 55 and 56 of the switching means 50 are closed, while the 1st and 2nd valves 53 and 54 are opened, and the first and second valves 53 and 54 are opened. When the load-side heat pump 30 operates, the heat medium flowing through the second supply part 22 of the second ground heat exchanger 20 is transferred to the first supply part of the first ground heat exchanger 10 through the first conversion pipe 51. The heat medium that joins (12) and is supplied to the first load-side heat pump (30), and passes through the first load-side heat pump (30), is returned to the geothermal hole (1) along the first water return unit (11), and then some of it is returned to the geothermal hole (1). It branches off to the second conversion pipe (52) and returns water.

전환수단(50)은 제1,2부하측 히트펌프(30,40)를 각각의 용도로 가동하다가 어느 하나만 단독으로 사용되는 모든 전환 방식을 포함하는 것이다.The switching means 50 includes all switching methods in which the first and second load side heat pumps 30 and 40 are operated for each purpose and then only one is used.

이하, 본 발명의 실시예들에 사용되는 부가 구성에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, additional components used in embodiments of the present invention will be described.

1. 다수 지열공 운용.1. Operation of multiple geothermal wells.

도 3에서 보이는 것처럼, 다수의 지열공(1)을 함께 운용할 수 있으며, 이 때, 다수의 지열공(1) 안에 제1,2지중열교환기(10,20)들이 설치되는데, 제1,2지중열교환기(10,20)들은 메인 환수관(11a,21a) 및 메인 공급관(12a,22a)에서 분기되는 형태로 배관된다. As shown in Figure 3, multiple geothermal wells (1) can be operated together, and at this time, the first and second geothermal heat exchangers (10, 20) are installed in the multiple geothermal wells (1). 2The ground heat exchangers (10, 20) are piped in a branched form from the main water return pipes (11a, 21a) and the main supply pipes (12a, 22a).

2. 급탕.2. Hot water supply.

제2부하측 히트펌프(40)가 정상 가동하더라도 급탕을 위한 적정 온도를 생산하지 못하는 경우를 위하여 도 4와 같이, 급탕 가열기(41)와 1차 서비스 탱크(42)를 포함한다.Even if the second load side heat pump 40 operates normally, it includes a hot water heater 41 and a primary service tank 42, as shown in FIG. 4, in case it does not produce an appropriate temperature for hot water supply.

급탕 가열기(41)는 가스나 전기나 스팀 보일러 등의 가열원을 통해 열매체를 가열하여 1차 서비스 탱크(42)에 공급한다.The hot water heater 41 heats the heat medium through a heating source such as gas, electricity, or steam boiler and supplies it to the primary service tank 42.

1차 서비스 탱크(42)는 내부에 제2부하측 히트펌프(40)의 열매체가 유입 및 배출되고 2차 급탕 가열기(41)의 열매체관이 배관되는 구성으로 상기 열매체들의 열교환을 통해 제2부하측 히트펌프(40)의 열매체를 승온시키며, 이 열로 외부로부터 유입된 후 순환하는 급탕수를 가열함으로써 적정 온도의 급탕수를 생산한다.The primary service tank 42 has a structure in which the heat medium of the second load-side heat pump 40 flows in and out and the heat medium pipe of the secondary hot water heater 41 is piped, and the second load side heat is generated through heat exchange between the heat mediums. The heating medium of the pump 40 is heated, and this heat is used to heat the hot water supplied from the outside and then circulated, thereby producing hot water of an appropriate temperature.

도 5는 다른 예로서, 급탕 가열기(41), 제2부하측 히트펌프(40)의 열매체와 시수가 열교환되는 1차 서비스 탱크(42), 급탕 가열기(41)에 의해 가열된 열을 공급받아 1차 서비스 탱크(42)에서 1차로 열교환된 시수를 가열하는 2차 서비스 탱크(43)를 포함하고, 2차 서비스 탱크(43)는 2차 가열된 시수를 직수로 공급하는 직접식, 급탕수를 가열하는 간접식 모두 가능하다.Figure 5 is another example, the hot water heater 41, the primary service tank 42 in which the heat medium of the second load side heat pump 40 and the city water exchange heat, and the heat heated by the hot water heater 41 is supplied to 1 It includes a secondary service tank (43) that heats the municipal water that has been primarily heat-exchanged in the primary service tank (42), and the secondary service tank (43) provides direct, hot water supply that directly supplies the secondary heated municipal water. Both indirect heating and heating are possible.

도 6은 도 5의 구성에서 1차 서비스 탱크(42)(중온수)와 2차 서비스 탱크(43)(고온수) 각각이 온수 순환펌프(42-1,43-1)를 통해 급탕수를 공급하는 예를 도시한 것이다.Figure 6 shows that in the configuration of Figure 5, the first service tank 42 (medium temperature water) and the second service tank 43 (high temperature water) each supply hot water through the hot water circulation pumps 42-1 and 43-1. An example of supply is shown.

도 7은 제1부하측 히트펌프(40)가 생산한 열이 급탕수의 적정 온도를 만족하여 1차 서비스 탱크(42)와 온수 순환펌프(42-1)만 사용하여 급탕수를 공급하는 예를 도시한 것이다.Figure 7 shows an example of supplying hot water using only the primary service tank 42 and the hot water circulation pump 42-1 because the heat produced by the first load-side heat pump 40 satisfies the appropriate temperature of hot water. It is shown.

제2부하측 히트펌프(40)를 이용한 급탕 시 열원을 제공하는 제2지중열교환기(20)는 전술한 모든 실시예의 제2지중열교환기(20)가 동일하게 적용 가능하다.The second ground heat exchanger 20, which provides a heat source when hot water is supplied using the second load side heat pump 40, is equally applicable to the second ground heat exchanger 20 of all the above-described embodiments.

한편, 1차 서비스 탱크(42) 안에 별도의 가열원(전열선, 스팀열 공급관 등)을 설치하여 제2부하측 히트펌프(40)에 의해 가열된 1차 서비스 탱크(42)의 급탕수를 필요 시 상기 가열원으로 가열하여 고온의 급탕수로 공급하는 것도 가능하다.Meanwhile, a separate heating source (heating wire, steam heat supply pipe, etc.) is installed in the primary service tank 42 to supply hot water to the primary service tank 42 heated by the second load side heat pump 40 when necessary. It is also possible to heat it with the heating source and supply it as high-temperature hot water.

3. 제1,2지중열교환기의 열전달수단.3. Heat transfer means of the first and second underground heat exchangers.

도 8에서 보이는 것처럼, 제1,2지중열교환기(10,20)에서 제1,2부하측 히트펌프(30,40)를 순환하는 열매체의 열전달을 위한 열전달수단이 가능하고, 상기 열전달수단은 제1,2지중열교환기(10,20)의 공급부(12,22)를 흐르는 열매체의 열교환이 가능하도록 구성되는 버퍼믹싱탱크(66)이다.As shown in FIG. 8, a heat transfer means is possible for heat transfer of the heat medium circulating through the first and second load side heat pumps (30, 40) in the first and second ground heat exchangers (10, 20), and the heat transfer means is This is a buffer mixing tank (66) configured to enable heat exchange of the heat medium flowing through the supply portions (12, 22) of the first and second ground heat exchangers (10, 20).

예를 들어, 제2지중열교환기(20)의 공급부(22)에서는 바이패스관(67)이 분기되어 버퍼믹싱탱크(66)의 내부에 배관된 후 환수부(21) 또는 제2부하측 히트펌프(40)에 연결된다.For example, in the supply part 22 of the second ground heat exchanger 20, the bypass pipe 67 is branched and piped inside the buffer mixing tank 66, and then connected to the water exchange part 21 or the second load side heat pump. Connected to (40).

버퍼믹싱탱크(66)는 제1지중열교환기(10)의 공급부(12)의 경로 중에 배치되어 일측에는 공급부(12)가, 반대쪽에는 제2부하측 히트펌프(40)에 연결됨으로써 제1지중열교환기(10)의 열매체가 유입되어 상기의 바이패스관(67)을 흐르는 제2지중열교환기(20)의 열매체와 열교환한 후 제1부하측 히트펌프(30)에 공급된다.The buffer mixing tank 66 is disposed in the path of the supply part 12 of the first underground heat exchanger 10, and is connected to the supply part 12 on one side and the second load side heat pump 40 on the other side, thereby performing the first underground heat exchange. The heat medium of the unit 10 flows in, exchanges heat with the heat medium of the second ground heat exchanger 20 flowing through the bypass pipe 67, and is then supplied to the first load side heat pump 30.

이 때, 버퍼믹싱탱크(66)의 사용과 미사용을 선택할 수 있도록 바이패스관(67)과 제2지중열교환기(20)의 공급부(22)는 서로 반대로 개폐되는 밸브(67-1,22-1)가 포함된다.At this time, the bypass pipe 67 and the supply part 22 of the second ground heat exchanger 20 are valves 67-1, 22- that open and close in opposite directions so that use or non-use of the buffer mixing tank 66 can be selected. 1) is included.

밸브(67-1,22-1)의 개폐는 제1,2지중열교환기(10,20)의 제1,2열매체의 온도를 근거로 하여 제어되며, 예를 들어 온도센서로 각각 제1,2열매체의 온도를 측정하고, 이들 온도의 차이를 연산하여 그 연산 값이 기준 범위를 벗어나는 경우 바이패스관(67-1)을 개방하여 제1,2열매체가 버퍼믹싱탱크(66)에서 열교환되도록 하고, 그 연산 값이 기준 범위를 만족하는 경우 바이패스관(67)을 폐쇄하고 제2공급부(22)를 개방한다.The opening and closing of the valves (67-1, 22-1) is controlled based on the temperatures of the first and second heat media of the first and second ground heat exchangers (10, 20), for example, using temperature sensors to determine the first and second heat exchangers, respectively. The temperature of the second heat medium is measured, the difference between these temperatures is calculated, and if the calculated value is outside the standard range, the bypass pipe (67-1) is opened to allow the first and second heat media to exchange heat in the buffer mixing tank (66). And, if the calculated value satisfies the standard range, the bypass pipe 67 is closed and the second supply unit 22 is opened.

전술한 열전달수단의 구성은 전술한 실시예들 모두 적용 가능하다.The configuration of the above-described heat transfer means is applicable to all of the above-described embodiments.

도 9는 버퍼믹싱탱크(66)를 대신하여 2개의 유로를 갖는 판형 열교환기(66-1)를 적용한 예를 도시한 것이다.Figure 9 shows an example of applying a plate-type heat exchanger (66-1) with two flow paths instead of the buffer mixing tank (66).

판형 열교환기(66-1)는 제1,2지중열교환기(10,20)의 제1,2공급부(12,22)를 따라 흐르는 열매체의 열교환이 이루어지며, 제2지중열교환기(20)의 공급부(22)는 열매체를 제2부하측 히트펌프(40)에 공급하기 위한 제1공급부(22-3) 및 열매체를 판형 열교환기(66-1)에 공급하는 제2공급부(22-4)로 분기되며, 제1,2공급부(22-3,22-4)는 각각의 밸브를 통해 개폐가 서로 반대로 연동한다.The plate heat exchanger (66-1) performs heat exchange of the heat medium flowing along the first and second supply parts (12, 22) of the first and second geothermal heat exchangers (10, 20), and the second geothermal heat exchanger (20) The supply part 22 includes a first supply part 22-3 for supplying the heat medium to the second load side heat pump 40 and a second supply part 22-4 for supplying the heat medium to the plate heat exchanger 66-1. It branches off, and the first and second supply parts (22-3, 22-4) open and close in opposite directions through each valve.

5. 지열공 그룹화.5. Grouping of geothermal wells.

도 10에서 보이는 것처럼, 일정 면적의 부지 안에서 다수의 지열공을 운용하면서 2개 그룹 이상으로 그룹화하여 각각의 그룹에 히트펌프를 독립적으로 설치하여 운용하며, 이 때, 일부의 히트펌프를 냉방 나머지의 히트펌프를 급탕(또는 난방)으로 운전하여 부지 전체에서 열수지 균형을 맞출 수 있다. 즉, 동일 그룹의 히트펌프에 속한 지열공의 지중열교환기는 동일한 기능을 하지만 다른 글부의 히트펌프에 속한 지열공의 지중열교환기와는 상반되는 온도의 기능을 하기 때문에 전체 부지의 열수지 균형을 맞출 수 있는 것이다.As shown in Figure 10, while operating a number of geothermal wells within a site of a certain area, they are grouped into two or more groups and heat pumps are installed and operated independently in each group. At this time, some heat pumps are used to cool the rest. Heat pumps can be operated to provide hot water (or heating) to balance the heat balance across the site. In other words, the ground heat exchanger of a geothermal well belonging to the same group of heat pumps has the same function, but functions at a temperature that is opposite to that of the ground heat exchanger of a geothermal well belonging to a heat pump of another group, so it is possible to balance the heat balance of the entire site. will be.

1,1-1,1-2 : 지열공,
10,20 : 제1,2지중열교환기, 10-1 : 헤더
11,21 : 제1,2환수부, 12,22 : 제1,2공급부
11-1,21-1 : 메인 환수관, 12-1,22-1 : 메인 공급관,
13 : 집수조, 14 : 공급수단
23 : 유공관, 24 : 집수조
25 : 공급수단, 26 : 환수관
30,40 : 제1,2부하측 히트펌프,
41 : 급탕 가열기, 42 : 1차 서비스 탱크
43 : 2차 서비스 탱크,
50 : 전환수단,
51,52 : 제1,2전환관, 53,54,55,56 : 제1,2,3,4밸브
66 : 버퍼믹싱탱크, 67 : 바이패스관
66-1 : 판형 열교환기,
100,200 : 제1,2부하,1,1-1,1-2: Geothermal hole,
10,20: 1st and 2nd ground heat exchanger, 10-1: header
11,21: 1st and 2nd water exchange parts, 12,22: 1st and 2nd supply parts
11-1,21-1: main water return pipe, 12-1,22-1: main supply pipe,
13: water sump, 14: supply means
23: Perforated pipe, 24: Sump tank
25: supply means, 26: water return pipe
30, 40: 1st and 2nd load side heat pump,
41: hot water heater, 42: primary service tank
43: secondary service tank,
50: means of conversion,
51,52: 1st and 2nd conversion pipes, 53,54,55,56: 1st, 2, 3, 4 valves
66: buffer mixing tank, 67: bypass pipe
66-1: plate heat exchanger,
100,200: 1st and 2nd loads,

Claims (6)

지열로부터 냉난방을 위한 열을 회수하는 제1지중열교환기와;
지열로부터 급탕을 위한 열을 회수하는 제2지중열교환기와;
상기 제1지중 열교환기가 회수한 열로부터 부하측 열을 생산하는 제1부하측 히트펌프와;
상기 제2지중열교환기가 회수한 열로부터 부하측 열을 생산하는 제2부하측 히트펌프를 포함하고,
상기 제1,2지중열교환기는 1개의 지열공 안에 함께 설치되어 상기 제1,2부하측 히트펌프를 통해 공급되는 서로 상반되는 저온과 고온의 열원을 상기 지열공을 통해 지중에 순환시킴으로써 상호 간의 온도 상쇄를 통해 지중 열수지의 균형을 맞추며,
상기 제1,2지중열교환기와 제1,2부하측 히트펌프를 선택적으로 연결하여 필요 시 상기 제1,2지중열교환기를 상기 제1,2부하측 히트펌프 중에서 어느 하나의 부하측 히트펌프에 연결하는 전환수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템.A first geothermal heat exchanger that recovers heat for cooling and heating from geothermal heat;
A second geothermal heat exchanger that recovers heat for hot water supply from geothermal heat;
a first load-side heat pump that produces load-side heat from heat recovered by the first underground heat exchanger;
It includes a second load-side heat pump that produces load-side heat from the heat recovered by the second ground heat exchanger,
The first and second ground heat exchangers are installed together in one geothermal well and circulate the opposing low-temperature and high-temperature heat sources supplied through the first and second load-side heat pumps through the ground through the geothermal well to offset their mutual temperatures. By balancing the underground heat balance,
Switching means for selectively connecting the first and second ground heat exchangers and the first and second load-side heat pumps, and connecting the first and second ground heat exchangers to any one of the first and second load-side heat pumps when necessary. A geothermal system consisting of a composite heat source ground heat exchanger, characterized in that it includes. 청구항 1에 있어서, 상기 전환수단은, 상기 제1,2지중열교환기의 공급부를 연결하는 제1전환관, 상기 제1,2지중열교환기의 제1,2환수부를 연결하는 제2전환관, 제1,2전환관을 각각 개폐하는 제1,2밸브, 상기 제2지중열교환기의 공급부와 환수부를 각각 개폐하는 제3,4밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템.The method according to claim 1, wherein the conversion means comprises: a first conversion pipe connecting the supply parts of the first and second ground heat exchangers, a second conversion pipe connecting the first and second return parts of the first and second ground heat exchangers, A geothermal system comprising a complex heat source ground heat exchanger, characterized in that it includes first and second valves that open and close the first and second conversion pipes, respectively, and third and fourth valves that open and close the supply and return sections, respectively, of the second ground heat exchanger. . 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제1지중열교환기와 제2지중열교환기의 제1,2공급부를 흐르는 열매체의 열교환을 유도하는 버퍼믹싱탱크 또는 판형 열교환기, 상기 제2지중열교환기의 열매체를 제2공급부를 통해 버퍼믹싱탱크 또는 판형 열교환기에 공급 및 상기 제2지열공으로 환수시키는 바이패스관을 포함하는 것을 특징으로 하는 열매체의 전환이 가능한 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템.The method according to claim 1 or claim 2, wherein a buffer mixing tank or plate-type heat exchanger that induces heat exchange of the heat medium flowing through the first and second supply parts of the first ground heat exchanger and the second ground heat exchanger, and the heat medium of the second ground heat exchanger A geothermal system comprising a complex heat source ground heat exchanger capable of converting heat medium, comprising a bypass pipe for supplying water to a buffer mixing tank or plate heat exchanger through a second supply unit and returning water to the second geothermal hole. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제2부하측 히트펌프는 급탕용으로 초기 운전되며,
상기 제2부하측 히트펌프의 열을 공급받아 급탕수를 생산하는 1차 서비스 탱크를 포함하되 상기 1차 서비스 탱크는 시수를 직접 가열하여 사용처에 급탕수를 공급하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 열매체의 전환이 가능한 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템.The method according to claim 1 or 2, wherein the second load side heat pump is initially operated for hot water supply,
A heat medium comprising a primary service tank that produces hot water by receiving heat from the second load-side heat pump, wherein the primary service tank directly heats city water to supply hot water to users. A geothermal system consisting of a convertible composite heat source geothermal heat exchanger. 청구항 4에 있어서, 상기 제2부하측 히트펌프의 열을 공급받아 급탕수를 생산하는 1차 서비스 탱크와; 가열원을 통해 상기 1차 서비스 탱크에서 공급하는 열보다 높은 온도의 열을 생산하는 급탕 가열기 및 상기 급탕 가열기를 통해 가열된 열매체의 열을 이용하여 상기 1차 서비스 탱크에서 공급되는 급탕수의 온도를 승온시키는 2차 서비스 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 열매체의 전환이 가능한 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템.The method according to claim 4, comprising: a primary service tank producing hot water by receiving heat from the second load side heat pump; A hot water heater that produces heat at a higher temperature than the heat supplied from the primary service tank through a heating source and the heat of the heat medium heated through the hot water heater is used to increase the temperature of the hot water supplied from the primary service tank. A geothermal system consisting of a complex heat source ground heat exchanger capable of converting a heat medium, characterized in that it includes a secondary service tank for raising the temperature. 청구항 4에 있어서, 상기 1차 서비스 탱크에 가열원을 추가로 설치하여 필요 시 상기 가열원을 통해 상기 1차 서비스 탱크 안의 급탕수의 온도를 높이는 것을 특징으로 하는 열매체의 전환이 가능한 복합열원 지중열교환기를 구성한 지열 시스템.


The method of claim 4, wherein a heating source is additionally installed in the primary service tank to increase the temperature of the hot water in the primary service tank through the heating source when necessary. Complex heat source ground heat exchange capable of converting heat medium. A geothermal system consisting of
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