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KR20130063394A - Geothermal heat exchanger and heat exchange system using the same - Google Patents

Geothermal heat exchanger and heat exchange system using the same Download PDF

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KR20130063394A
KR20130063394A KR1020110129889A KR20110129889A KR20130063394A KR 20130063394 A KR20130063394 A KR 20130063394A KR 1020110129889 A KR1020110129889 A KR 1020110129889A KR 20110129889 A KR20110129889 A KR 20110129889A KR 20130063394 A KR20130063394 A KR 20130063394A
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South Korea
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heat
heat exchanger
unit
exchange medium
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허남수
김인환
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유한회사 한마루에너지
허남수
김인환
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Abstract

본 발명은 지열교환기 및 이를 이용한 열교환 시스템에 관한 것으로, 상기 지열교환기는 내부에 열교환매체가 유동하는 유로가 마련된 유입관과, 유입관에 연통되며, 열교환매체를 지하의 지열과 열교환시킬 수 있도록 지하로 인입되는 것으로서, 상호 연통되게 연결되며, 순차적으로 배열된 다수의 제1단위관을 구비하고, 인접된 제1단위관들은 외주면이 상호 접하도록 형성된 열교환부와, 유입관으로부터 최외곽에 위치한 제1단위관에 연통되며, 상방으로 연장형성된 배출관을 구비한다.
본 발명에 따른 지열교환기 및 이를 이용한 열교환 시스템은 열교환 매체가 지하에서 유동하는 유로를 확장하여 지열에 대한 열교환 매체의 열접촉면적 및 열접촉시간을 증가시키므로 열교환효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. The present invention relates to a geothermal heat exchanger and a heat exchange system using the same, wherein the geothermal heat exchanger communicates with an inlet pipe having a flow path through which a heat exchange medium flows, and communicates with the inlet pipe, so that the heat exchange medium can exchange heat with underground geothermal heat. The first unit pipes are connected in communication with each other and are sequentially arranged, and the adjacent first unit pipes have a heat exchanger formed so that the outer circumferential surface thereof is in contact with each other, It communicates with one unit pipe and has the discharge pipe extended upward.
The geothermal heat exchanger according to the present invention and the heat exchange system using the same have the advantage of improving heat exchange efficiency by increasing the heat contact area and heat contact time of the heat exchange medium to the geothermal heat by expanding the flow path through which the heat exchange medium flows underground.

Description

지열교환기 및 이를 이용한 열교환 시스템 {Geothermal heat exchanger and heat exchange system using the same}Geothermal heat exchanger and heat exchange system using same {Geothermal heat exchanger and heat exchange system using the same}

본 발명은 지열교환기 및 이를 이용한 열교환 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지하공기, 지하수 등의 지열을 이용하여 지열교환기 및 이를 이용한 열교환 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a geothermal heat exchanger and a heat exchange system using the same, and more particularly, to a geothermal heat exchanger and a heat exchange system using the same by using geothermal heat such as underground air and groundwater.

일반적으로 냉난방을 위하여 사용되는 에너지는 화석연료를 이용하거나, 화석연료 또는 원자력을 이용하여 생산되는 전력에너지를 주로 사용하고 있으나, 상기 화석연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 수질 및 환경을 오염시키는 단점과 자원의 한정성에 따른 단가증가로 근래에는 대체에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다. In general, energy used for cooling and heating uses fossil fuel, or fossil fuel or power energy produced by using nuclear power. However, the fossil fuel is used to control water quality and environment due to various pollutants generated during combustion. Recently, development of alternative energy is actively progressed due to the disadvantage of polluting and the increase of unit cost due to resource limitation.

이러한 대체에너지 중에서도 무한한 에너지를 갖는 풍력, 태양열, 지열 등에 관한 연구와 이를 이용한 냉난방 장치가 사용되고 있는데, 이들 에너지원은 공기 오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면, 에너지 밀도가 대단히 낮은 단점이 있다. Among these alternative energies, research on wind energy, solar heat, geothermal energy, etc., which have infinite energy, and air-conditioning devices using them are used. These energy sources have the advantage of obtaining energy with little effect on air pollution and climate change. The disadvantage is that the energy density is very low.

특히, 풍력과 태양열을 이용하여 에너지를 얻기 위해서는 설치장소의 한계와 함께 넓은 면적이 확보되어야 하며, 환경적인 변동성으로 인한 에너지 생산이 항상 일정치 않을 수 있다. 또한, 설치 및 유지관리에 많은 비용이 소요된다. In particular, in order to obtain energy using wind and solar heat, a large area must be secured along with the limit of the installation site, and energy production due to environmental variability may not always be constant. In addition, installation and maintenance are expensive.

따라서 항상 일정한 에너지를 얻을 수 있으며, 설치 및 유지관리에 상대적으로 저렴한 비용이 소요되는 지열에너지를 이용한 냉난방장치들이 많이 이용되고 있는데, 이것은 온도가 항상 일정한 지중의 지열에너지를 이용하는 기술이다. Therefore, a constant energy can be obtained at all times, and a lot of air-conditioning and heating devices using geothermal energy, which is relatively inexpensive to install and maintain, are used. This is a technology that uses geothermal energy of a constant underground temperature.

통상적으로 사용되는 지열냉난방장치는 지열을 회수하기 위한 지열교환기와 회수한 지열을 필요한 장소로 이동시켜 냉난방을 행하도록 하는 히트펌프로 구성된다. Commonly used geothermal heating and cooling device is composed of a geothermal heat exchanger for recovering geothermal heat and a heat pump to move the recovered geothermal heat to a necessary place to perform the cooling and heating.

지열교환기의 설치는 지하 50m~200m 정도 깊의 보어홀(Bore-hole)을 소정의 간격으로 굴착한 다음, 굴착된 각각의 보어홀에 지열교환기를 삽입한 다음, 인접된 지열교환기를 상호 연결한 후, 이들을 히트펌프와 연결하는 방법으로 설치한다. 그리고, 지열교환기에 설치된 각 보어홀은 흙으로 채운 후, 그라우팅 작업을 실시한다. The installation of the geothermal heat exchanger drills the bore-holes 50m ~ 200m deep at a predetermined interval, inserts the geothermal heat exchanger into each of the excavated boreholes, and then interconnects the adjacent geothermal heat exchangers. After that, install them by connecting them with a heat pump. Each bore hole installed in the geothermal heat exchanger is filled with soil and then grouted.

일반적으로 지열교환기는 보어홀에 인입되도록 상하방향으로 연장된 열교환관을 구비한다. 그러나 상기 열교환관은 직선형으로 연장형성되어 지열에 대한 열접촉면적 및 열접촉시간이 제한적이므로 열교환효율이 낮은 단점이 있다. In general, the geothermal heat exchanger is provided with a heat exchanger tube extending in the vertical direction to enter the bore hole. However, since the heat exchanger tube is formed to extend in a straight line, the heat contact area and thermal contact time with respect to geothermal heat are limited, so the heat exchange efficiency is low.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, 지하의 지열에 대한 열교환 매체의 열접촉면적 및 열접촉시간을 확장시킬 수 있도록 형성된 열교환관이 마련된 지열교환기 및 이를 이용한 열교환 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다. The present invention has been made to improve the above problems, to provide a geothermal heat exchanger having a heat exchanger tube formed so as to extend the thermal contact area and the thermal contact time of the heat exchange medium to underground geothermal heat and a heat exchange system using the same. Its purpose is to.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지열교환기는 내부에 열교환매체가 유동하는 유로가 마련된 유입관과, 상기 유입관에 연통되며, 상기 열교환매체를 지하의 지열과 열교환시킬 수 있도록 지하로 인입되는 것으로서, 상호 연통되게 연결되며, 순차적으로 배열된 다수의 제1단위관을 구비하고, 인접된 상기 제1단위관들은 외주면이 상호 접하도록 형성된 열교환부와, 상기 유입관으로부터 최외곽에 위치한 상기 제1단위관에 연통되며, 상방으로 연장형성된 배출관을 구비한다. The geothermal heat exchanger according to the present invention for achieving the above object is in communication with the inlet pipe, the inlet pipe is provided with a flow path through which the heat exchange medium flows, and the base heat exchange medium is introduced into the base to heat exchange with the underground geothermal heat It is to be connected in communication with each other, and having a plurality of first unit pipes arranged sequentially, adjacent first unit pipes and the heat exchange portion formed so that the outer peripheral surface is in contact with each other, the outermost located from the inlet pipe Communicating with the first unit pipe, the discharge pipe extending upward.

상기 제1단위관들은 상하방향을 따라 배열되며, 배열방향에 대해 교차하는 방향으로 상호 나란하게 연장형성되고, 상기 열교환매체가 유동하는 유로가 지그재그형으로 형성되도록 연통되게 연결된 것이 바람직하다. The first unit pipes are arranged along the up and down direction, and are formed to extend in parallel to each other in a direction crossing the array direction, and are connected in communication so that the flow path through which the heat exchange medium flows is formed in a zigzag shape.

한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 상기 배출관은 상하방향을 따라 순차적으로 배열되고, 상기 제1단위관의 연장방향과 나란하게 연장형성되며, 상기 열교환매체가 유동하는 유로가 지그재그형으로 형성되도록 상호 연통되게 연결된 다수의 제2단위관을 구비하고, 인접된 상기 제2단위관들은 외주면이 상호 접하도록 형성된다. On the other hand, the discharge pipe according to another embodiment of the present invention is sequentially arranged along the vertical direction, extending parallel to the extending direction of the first unit pipe, the flow path through which the heat exchange medium flows is formed in a zigzag shape It is provided with a plurality of second unit pipes connected in communication with each other, the adjacent second unit pipes are formed so that the outer peripheral surface is in contact with each other.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 상기 배출관은 상기 제1단위관의 연장방향과 나란한 방향을 따라 순차적으로 배열되고, 상기 제1단위관의 연장방향과 교차하는 방향으로 연장형성되며, 상기 열교환매체가 유동하는 유로가 지그재그형으로 형성되도록 상호 연통되게 연결된 다수의 제2단위관을 구비하고, 인집된 상기 제2단위관들은 외주면이 상호 접하도록 형성된다. In addition, the discharge pipe according to another embodiment of the present invention is sequentially arranged along a direction parallel to the extending direction of the first unit pipe, extends in a direction crossing the extension direction of the first unit pipe, The flow path through which the heat exchange medium flows is provided with a plurality of second unit pipes connected to each other so as to be formed in a zigzag shape, and the collected second unit pipes are formed so that the outer circumferential surfaces thereof are in contact with each other.

한편, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 상기 제1단위관들은 상하방향으로 배열되고, 상기 열교환매체가 유동하는 유로가 나선형으로 마련될 수 있도록 환형으로 형성되고, 상기 배출관은 상기 제1단위관들의 나선 중심부분을 관통하여 상방으로 연장되게 형성된 것이 바람직하다. On the other hand, the first unit pipes according to another embodiment of the present invention are arranged in an up and down direction, is formed in an annular shape so that the flow path through which the heat exchange medium flows in a spiral form, the discharge pipe is the first unit pipe It is preferable that it is formed so as to extend upward through the spiral center portion of the field.

또한, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 상기 배출관은 상하방향을 따라 순차적으로 배열되고, 상호 연통되며, 상기 열교환매체가 유동하는 유로가 나선형으로 마련될 수 있도록 환형으로 형성된 다수의 제2단위관을 구비하고, 인접된 상기 제2단위관들은 외주면이 상호 접하도록 형성된다. In addition, the discharge pipes according to another embodiment of the present invention are arranged sequentially in the vertical direction, communicate with each other, a plurality of second unit pipes formed in an annular shape so that the flow path through which the heat exchange medium flows spirally provided It is provided with, the adjacent second unit pipes are formed so that the outer peripheral surface is in contact with each other.

한편, 본 발명에 따른 지열교환기를 이용한 열교환 시스템은 열교환매체를 지하의 지열과 열교환시킬 수 있도록 지하로 인입되는 것으로서, 내부에 상기 열교환매체가 유동하는 유로가 마련되고, 상호 연통되게 연결되며, 순차적으로 배열된 다수의 제1단위관을 구비하고, 인접된 상기 제1단위관들은 외주면이 상호 접하도록 형성된 지열교환기와, 상기 지열교환기에 상기 열교환매체를 공급하는 공급부;를 구비한다. On the other hand, the heat exchange system using a geothermal heat exchanger according to the present invention is to be introduced into the basement to heat exchange the heat exchange medium with the underground geothermal heat, there is provided a flow path through which the heat exchange medium flows, are connected to each other, sequential It includes a plurality of first unit pipes arranged in a row, adjacent adjacent first unit pipes and the outer peripheral surface formed so as to contact with each other, and a supply unit for supplying the heat exchange medium to the geothermal heat exchanger;

상기 공급부는 내부에 상기 열교환매체가 수용되는 열교환 챔버와, 상기 지열교환기와 상기 열교환 챔버를 연결하는 공급관 및 리턴관과, 상기 공급관 또는 리턴관에 설치되어 상기 열교환 매체를 펌핑하는 순환펌프를 구비하는 것이 바람직하다. The supply unit includes a heat exchange chamber accommodating the heat exchange medium therein, a supply pipe and a return pipe connecting the geothermal heat exchanger and the heat exchange chamber, and a circulation pump installed in the supply pipe or the return pipe to pump the heat exchange medium. It is preferable.

본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 지열교환기를 이용한 열교환 시스템은 상기 열교환 챔버에 설치되어 상기 열교환 매체와 열교환하는 제1열교환기와, 난방대상과 열교환하는 제2열교환기와, 상기 제1 및 제2열교환기를 연결하여 폐회로를 구성하고, 내부에 냉매가 흐르는 제1 및 제2냉매 순환관과, 상기 제1냉매 순환관에 설치되어 상기 냉매의 흐름을 제어하는 팽창밸브와, 상기 제2냉매 순환관에 설치되는 압축기 및 사방밸브가 마련된 히트펌프유닛을 더 구비한다. According to another embodiment of the present invention, a heat exchange system using a geothermal heat exchanger includes a first heat exchanger installed in the heat exchange chamber to exchange heat with the heat exchange medium, a second heat exchanger to heat exchange with a heating object, and the first and second heat exchanges. To the first and second refrigerant circulation pipes through which refrigerant flows, an expansion valve installed in the first refrigerant circulation pipe to control the flow of the refrigerant, and a second refrigerant circulation pipe. It further comprises a heat pump unit provided with a compressor and a four-way valve is installed.

본 발명에 따른 지열교환기 및 이를 이용한 열교환 시스템은 열교환 매체가 지하에서 유동하는 유로를 확장하여 지열에 대한 열교환 매체의 열접촉면적 및 열접촉시간을 증가시키므로 열교환효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. The geothermal heat exchanger according to the present invention and the heat exchange system using the same have the advantage of improving heat exchange efficiency by increasing the heat contact area and heat contact time of the heat exchange medium to the geothermal heat by expanding the flow path through which the heat exchange medium flows underground.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 지열교환기를 이용한 열교환 시스템에 대한 회로도이고,
도 2는 도 1의 열교환 시스템의 지열교환기에 대한 사시도이고,
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 지열교환기에 대한 사시도이고,
도 4는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 지열교환기에 대한 사시도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 지열교환기에 대한 사시도이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 지열교환기에 대한 사시도이다. 1 is a circuit diagram of a heat exchange system using a geothermal heat exchanger according to an embodiment of the present invention,
2 is a perspective view of the geothermal heat exchanger of the heat exchange system of FIG.
3 is a perspective view of a geothermal heat exchanger according to another embodiment of the present invention;
Figure 4 is a perspective view of a geothermal heat exchanger according to another embodiment of the present invention,
5 is a perspective view of a geothermal heat exchanger according to another embodiment of the present invention;
6 is a perspective view of a geothermal heat exchanger according to another embodiment of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지열교환기 및이를 이용한 열교환시스템을 더욱 상세히 설명한다. Hereinafter, a geothermal heat exchanger and a heat exchange system using the same according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2에는 본 발명의 실시 예에 따른 지열교환기(110)를 이용한 열교환 시스템(100)이 도시되어 있다. 1 and 2 illustrate a heat exchange system 100 using a geothermal heat exchanger 110 according to an embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 지열교환기를 이용한 열교환 시스템(100)은 지하로 인입되는 지열교환기(110)와, 상기 지열교환기(110)에 열교환 매체를 공급하는 공급부(200)를 구비한다. Referring to the drawings, the heat exchange system 100 using a geothermal heat exchanger is provided with a geothermal heat exchanger 110 is introduced into the ground, and the supply unit 200 for supplying a heat exchange medium to the geothermal heat exchanger (110).

지열교환기(110)는 내부에 열교환매체가 유동하는 유로가 마련된 유입관(120)과, 상기 유입관(120)에 연통되며, 상기 열교환매체를 지하의 지열과 열교환시킬 수 있도록 지하로 인입되는 열교환부(130)와, 열교환부(130)를 통과한 열교환매체를 외부로 배출시키는 배출관(140)을 구비한다. The geothermal heat exchanger (110) is an inlet pipe (120) provided with a flow path through which a heat exchange medium flows, and the heat exchanger is connected to the inlet pipe (120), and the heat exchanger is introduced into the basement so as to exchange heat with the underground geothermal heat. The unit 130 and a discharge pipe 140 for discharging the heat exchange medium passing through the heat exchange unit 130 to the outside.

유입관(120)은 공급부(200)로부터 열교환매체가 유입될 수 있도록 후술되는 공급부(200)의 공급관에 연통되며, 상하방향으로 소정길이 연장된 파이프로 형성된다. The inlet pipe 120 is connected to the supply pipe of the supply unit 200 which will be described later to allow the heat exchange medium to flow from the supply unit 200, and is formed as a pipe extending a predetermined length in the vertical direction.

열교환부(130)는 상호 연통되게 연결되며, 상하방향으로 순차적으로 배열되며, 배열방향과 교차하는 방향으로 연장형성된 다수의 제1단위관(131)을 구비한다. 이때, 열교환매체가 유동하는 유로가 지그재그형으로 형성될 수 있도록 인접된 제1단위관(131)들은 단부가 각각 연통되게 연결된다. The heat exchange part 130 is connected in communication with each other, is arranged in the vertical direction sequentially, and has a plurality of first unit pipes 131 extending in a direction crossing the array direction. At this time, the adjacent first unit pipes 131 are connected to each other so that end portions thereof may communicate with each other so that a flow path through which the heat exchange medium flows may be formed in a zigzag shape.

또한, 인접된 제1단위관(131)들은 지면에 형성된 보어홀 내에 다수의 단위관들이 인입될 수 있도록 상호 접하도록 형성된다. 최상측의 제1단위관(131)은 유입관(120)에 연통되며, 유입관(120)을 통해 유입된 열교환매체는 제1단위관(131)들에 의해 형성된 지그재그형 유로를 통해 유동하며 지하의 지열과 열교환한다. In addition, adjacent first unit pipes 131 are formed to be in contact with each other so that a plurality of unit pipes can be introduced into the bore hole formed in the ground. The first unit pipe 131 of the uppermost side is in communication with the inlet pipe 120, the heat exchange medium introduced through the inlet pipe 120 flows through the zigzag flow path formed by the first unit pipe (131) Heat exchange with underground geothermal

상기 언급된 바와 같이 열교환부(130)는 지그재그형의 유로를 제공하므로 지열에 대한 열교환매체의 열접촉면적 및 열교환시간을 증가시켜 열교환효율을 향상시키는 장점이 있다. As mentioned above, since the heat exchanger 130 provides a zigzag flow path, the heat exchanger 130 has an advantage of improving heat exchange efficiency by increasing the heat contact area and heat exchange time of the heat exchange medium.

배출관(140)은 최하측 제1단위관(131)의 단부에 연통되며, 열교환부(130)를 통과한 열교환매체가 지상으로 유동될 수 있도록 상방으로 수직하게 연장형성된다. The discharge pipe 140 communicates with an end of the lowermost first unit pipe 131 and extends vertically upwardly so that the heat exchange medium passing through the heat exchange part 130 flows to the ground.

한편, 도 3에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배출관(150)이 도시되어 있다. On the other hand, Figure 3 is shown the discharge pipe 150 according to another embodiment of the present invention.

앞서 도시된 도면에서와 동일한 기능을 하는 요소는 동일 참조부호로 표기한다. Elements having the same functions as those in the previous drawings are denoted by the same reference numerals.

도면을 참조하면, 배출관(150)은 상하방향을 따라 순차적으로 배열되며, 상호 연통되는 다수의 제2단위관(151)들을 구비한다. Referring to the drawings, the discharge pipe 150 is sequentially arranged in the vertical direction, and has a plurality of second unit pipes 151 communicating with each other.

제2단위관(151)들은 제1단위관(131)의 연장방향과 나란하게 연장형성되며, 열교환매체가 유동하는 유로가 지그재그형으로 형성되도록 단부가 각각 연통되게 연결된다. 또한, 인접된 상기 제2단위관(151)들은 외주면이 상호 접하도록 형성되는 것이 바람직하다. The second unit pipes 151 are formed to extend in parallel with the extending direction of the first unit pipe 131, and the ends of the second unit pipes 151 are connected to each other so that the flow path through which the heat exchange medium flows is formed in a zigzag shape. In addition, the adjacent second unit pipe 151 is preferably formed so that the outer peripheral surface is in contact with each other.

상기 언급된 바와 같이 제2단위관(151)들로 구성된 배출관(150)은 지그재그형의 유로를 제공하므로 열교환부(130)를 통과한 열교환매체가 지상으로 이동시, 지열에 대한 열접촉시간과 열접촉 면적을 확장시켜 열교환 효율을 증가시키는 장점이 있다. As mentioned above, the discharge pipe 150 composed of the second unit pipes 151 provides a zigzag flow path so that when the heat exchange medium passing through the heat exchanger 130 moves to the ground, the heat contact time and heat for the geothermal heat There is an advantage of increasing the contact area to increase the heat exchange efficiency.

또한, 도 4에는 배출관(160)의 또 다른 실시 예가 도시되어 있다. 4 illustrates another embodiment of the discharge pipe 160.

도면을 참조하면, 배출관(160)은 제1단위관(131)의 연장방향과 나란한 방향을 따라 순차적으로 배열되며, 상호 연통되는 다수의 제2단위관(161)들을 구비한다. Referring to the drawings, the discharge pipe 160 is sequentially arranged along the direction parallel to the extending direction of the first unit pipe 131, and has a plurality of second unit pipes 161 communicating with each other.

제2단위관(161)들은 제1단위관(131)들에 대해 격자구조를 유지할 수 있도록 제1단위관(131)의 연장방향에 대해 직교하는 방향으로 연장형성되며, 열교환매체가 유동하는 유로가 지그재그형으로 형성되도록 단부가 각각 연통되게 연결된다. 또한. 인접된 상기 제2단위관(161)들은 외주면이 상호 접하도록 형성되는 것이 바람직하다. The second unit pipes 161 extend in a direction orthogonal to an extension direction of the first unit pipe 131 so as to maintain a lattice structure with respect to the first unit pipes 131, and a flow path through which the heat exchange medium flows. The ends are respectively connected in communication so as to form a zigzag shape. Also. Adjacent second unit pipes 161 are preferably formed so that the outer peripheral surface is in contact with each other.

상기 언급된 바와 같이 제2단위관(161)들로 구성된 배출관(160)은 지그재그형의 유로를 제공하므로 열교환 매체와 지열이 열교환하는 시간을 확장하여 열교환효율을 향상시킨다. As mentioned above, since the discharge pipe 160 including the second unit pipes 161 provides a zigzag flow path, the heat exchange medium and the geothermal heat exchange time are extended to improve heat exchange efficiency.

한편, 도 5에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 열교환부(170)가 도시되어 있다. On the other hand, Figure 5 shows a heat exchanger 170 according to another embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 열교환부(170)는 상하방향으로 배열되고, 상호 연통되게 형성된 다수의 제1단위관(171)들을 구비한다. 제1단위관(171)들은 열교환매체가 유동하는 유로가 나선형으로 마련될 수 있도록 환형으로 형성되는 것이 바람직하다. Referring to the drawings, the heat exchanger 170 is arranged in the vertical direction, and has a plurality of first unit pipes 171 formed in communication with each other. The first unit pipes 171 may be formed in an annular shape so that a flow path through which the heat exchange medium flows may be provided in a spiral shape.

이때, 배출관(172)은 최하측의 제1단위관(171)에 연통되며, 제1단위관(171)들의 나선 중심부분을 관통하여 상방으로 수직하게 연장형성된다. 유입관(120)을 통해 열교환부(170)로 유입된 열교환매체는 나선형 유로를 형성하는 다수의 제1단위관(171)들을 통과한 다음, 배출관(172)을 통해 지상으로 배출된다. At this time, the discharge pipe 172 is in communication with the lowermost first unit pipe 171, is formed to extend vertically upward through the spiral center portion of the first unit pipe (171). The heat exchange medium introduced into the heat exchange unit 170 through the inflow pipe 120 passes through the plurality of first unit pipes 171 forming the spiral flow path, and then is discharged to the ground through the discharge pipe 172.

이때, 열교환부(170)는 나선형의 유로를 제공하므로 지열에 대한 열교환매체의 열접촉면적 및 열접촉시간을 확장시켜 열교환부(170)의 열교환효율을 향상시키는 장점이 있다. At this time, since the heat exchanger 170 provides a spiral flow path, the heat exchange area 170 and the heat contact time of the heat exchange medium with respect to geothermal heat are extended to improve heat exchange efficiency of the heat exchanger 170.

또한, 도 6에는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 배출관(180)이 도시되어 있다. In addition, Figure 6 is shown in the discharge pipe 180 according to another embodiment of the present invention.

도면을 참조하면, 배출관(180)은 상하방향을 따라 순차적으로 배열되고, 상호 연통되며, 열교환매체가 유동하는 유로가 나선형으로 마련될 수 있도록 환형으로 형성된 다수의 제2단위관(181)을 구비한다. 이때, 인접된 제2단위관(181)들은 외주면이 상호 접하도록 형성되는 것이 바람직하다. Referring to the drawings, the discharge pipe 180 is sequentially arranged in the vertical direction, and communicate with each other, the plurality of second unit pipes 181 formed in an annular shape so that the flow path through which the heat exchange medium flows can be provided in a spiral form. do. At this time, the adjacent second unit pipe 181 is preferably formed so that the outer peripheral surface is in contact with each other.

열교환부(170)의 나선형 유로를 통과한 열교환매체는 제2단위관(181)들로 형성된 나선의 유로를 따라 지상으로 유동하며 재차 지열과 열교환한다. 이때, 배출관(180)은 나선의 유로를 형성하므로 지열에 대한 열교환 매체의 열접촉면적 및 열접촉시간을 확장하여 열교환 효율을 향상시킨다. The heat exchange medium passing through the spiral flow path of the heat exchange part 170 flows to the ground along the flow path of the spiral formed by the second unit pipes 181 and exchanges heat again with the geothermal heat. In this case, since the discharge pipe 180 forms a spiral flow path, the heat contact area and the heat contact time of the heat exchange medium with respect to geothermal heat are extended to improve heat exchange efficiency.

공급부(200)는 열교환 매체가 수용된 열교환 챔버(211)와, 지열교환기(110)와 열교환 챔버(211)를 연결하는 공급관(213) 및 리턴관(214)과, 공급관(213)에 설치되어 열교환 매체를 펌핑하는 순환펌프(215)와, 열교환 챔버(211)에 설치되어 지열교환기(110)로부터 공급된 열을 시설하우스와 같은 가열대상에 열을 전달하는 히트펌프유닛(20)을 구비한다. The supply unit 200 is provided in the heat exchange chamber 211 containing the heat exchange medium, the supply pipe 213 and the return pipe 214 connecting the geothermal heat exchanger 110 and the heat exchange chamber 211, and the heat supply chamber 213 to exchange heat. A circulation pump 215 for pumping a medium and a heat pump unit 20 installed in the heat exchange chamber 211 to transfer heat supplied from the geothermal heat exchanger 110 to a heating target such as a facility house.

지열교환기(110)를 통해 지열과 열교환하여 가열된 열교환 매체는 공급관(213)을 통해 열교환 챔버(211)로 공급된다. 열교환 챔버(211)로 유입된 고온의 열교환 매체는 후술되는 히트펌프유닛(20)의 제1열교환기(22)와 열교환한다. 상기 언급된 바와 같이 제1열교환기(22)는 지열에 의해 가열된 고온의 열교환 매체와 열교환하여 다량의 열에너지를 흡수하므로 후술되는 히트펌프유닛(20)의 제2열교환기(21)의 난방효율을 향상시킨다. The heat exchange medium heated by heat exchange with geothermal heat through the geothermal heat exchanger 110 is supplied to the heat exchange chamber 211 through a supply pipe 213. The high temperature heat exchange medium introduced into the heat exchange chamber 211 exchanges heat with the first heat exchanger 22 of the heat pump unit 20 described later. As mentioned above, the first heat exchanger 22 absorbs a large amount of heat energy by exchanging heat with a high temperature heat exchange medium heated by geothermal heat, and thus heating efficiency of the second heat exchanger 21 of the heat pump unit 20 described later. To improve.

히트펌프유닛(20)은 열교환챔버(211)에 설치되어 열교환매체와 열교환하는 제1열교환기(22)와, 냉난방대상에 설치되는 제2열교환기(21)와, 제1 및 제2열교환기(21,22)를 연결하여 폐회로를 구성하고 내부에 냉매가 흐르는 제1 및 제2냉매 순환관(23,24)과, 제1냉매 순환관(23)에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 팽창밸브(26)와, 제2냉매 순환관(24)에 설치되는 압축기(25) 및 사방밸브(27)를 구비한다. The heat pump unit 20 is installed in the heat exchange chamber 211 to heat exchange with the heat exchange medium, the first heat exchanger 22, the second heat exchanger 21 installed in the heating and cooling target, and the first and second heat exchanger Expansion of the first and second refrigerant circulation pipes (23, 24) and the first refrigerant circulation pipe (23), which controls the flow of the refrigerant, by connecting the (21, 22) to form a closed circuit and the refrigerant flowing therein The valve 26 and the compressor 25 and the four-way valve 27 provided in the 2nd refrigerant circulation pipe 24 are provided.

냉난방대상의 외부에 설치된 제2열교환기(21)에 인접된 위치에는 제2열교환기(21)를 통과하는 냉매가 용이하게 냉난방대상의 외부의 공기와 열교환할 수 있도록 순환팬이 설치되는 것이 바람직하다. At a position adjacent to the second heat exchanger 21 installed outside of the heating and cooling target, a circulation fan may be installed so that the refrigerant passing through the second heat exchanger 21 can easily exchange heat with air outside the cooling and heating target. Do.

이때, 제2냉매 순환관(24)은 제1열교환기(21)와 압축기(25)를 상호 연결하는 제1관부재(28)와, 제2열교환기(22)와 압축기(25)를 상호 연결하는 제2관부재(29)를 구비한다. At this time, the second refrigerant circulation tube 24 mutually connects the first heat exchanger 21 and the compressor 25 with the first pipe member 28 and the second heat exchanger 22 and the compressor 25. A second pipe member 29 for connecting is provided.

상기 언급된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 지열교환기(110)를 이용한 열교환 시스템(100)의 작동을 상세히 설명하면 다음과 같다. Referring to the operation of the heat exchange system 100 using the geothermal heat exchanger 110 according to the present invention configured as described above in detail as follows.

열교환챔버(211)에 수용된 열교환매체는 공급관(213)을 통해 지열교환기(110)로 유입된다. 지열교환기(110)로 유입된 열교환매체는 지열교환기(110)의 지그재그형 또는 나선형의 유로를 따라 유동하며 지하의 지열과 열교환한다. 지열에 의해 가열된 열교환매체는 리턴관(214)을 통해 열교환챔버(211)로 유입된다. 열교환 매체는 열교환챔버(211)과 지열교환기(110)를 순환하며 가열된다. The heat exchange medium accommodated in the heat exchange chamber 211 flows into the geothermal heat exchanger 110 through the supply pipe 213. The heat exchange medium introduced into the geothermal heat exchanger 110 flows along a zigzag or spiral flow path of the geothermal heat exchanger 110 and exchanges heat with underground geothermal heat. The heat exchange medium heated by geothermal heat is introduced into the heat exchange chamber 211 through the return pipe 214. The heat exchange medium is heated while circulating the heat exchange chamber 211 and the geothermal heat exchanger 110.

열교환챔버(211)에 수용된 고온의 열교환매체는 제1열교환기(22)와 열교환하여 냉매를 가열시키다. 제1열교환기(22)에서 외부로부터 열을 흡수하여 증발된 저온 저압의 기체 상태인 냉매는 제2관부재(29)를 통해 압축기(25)로 유입된다. 압축기(25)에 의해 저온 저압의 냉매는 압축되어 고온 고압의 상태가 되고, 고온 고압의 냉매는 제1관부재(28)를 통해 제2열교환기(21)로 유입된다. The high temperature heat exchange medium accommodated in the heat exchange chamber 211 heats the first heat exchanger 22 to heat the refrigerant. The refrigerant having a low temperature and low pressure gas evaporated by absorbing heat from the outside in the first heat exchanger 22 is introduced into the compressor 25 through the second pipe member 29. The low temperature low pressure refrigerant is compressed to be in a state of high temperature and high pressure by the compressor 25, and the high temperature high pressure refrigerant flows into the second heat exchanger 21 through the first pipe member 28.

한편, 제2열교환기(21)로 유입된 고온 고압의 냉매가스는 냉난방대상의 내부공기와 열교환하면서 냉난방대상 내부로 열을 방출시킨다. 여기서 냉매는 액화되어 저온 고압인 액체상태가 된다. 제2열교환기(21)에 의해 저온 고압의 액체 상태의 냉매는 제1냉매 순환관(23)을 통해 팽창밸브(26)를 통과하고, 팽창밸브(26)에 의해 냉매는 감압되어 저온 저압상태가 된다. 팽창밸브(26)에 의해 저압상태가 된 냉매는 제1냉매 순환관(23)을 통해 제1열교환기(22)로 유입되고, 제1열교환기(22)로 유입된 냉매는 외부의 열을 흡수하여 저온 저압의 기체상태가 되어 압축기(25)로 유입된다. On the other hand, the high temperature and high pressure refrigerant gas introduced into the second heat exchanger 21 releases heat to the inside of the heating and cooling target while exchanging heat with the internal air of the heating and cooling target. Here, the refrigerant is liquefied into a liquid state at low temperature and high pressure. The refrigerant having a low temperature and high pressure in the liquid state is passed through the expansion valve 26 through the first refrigerant circulation pipe 23 by the second heat exchanger 21, and the refrigerant is decompressed by the expansion valve 26 to reduce the temperature at low temperature. Becomes Refrigerant, which is in a low pressure state by the expansion valve 26, flows into the first heat exchanger 22 through the first refrigerant circulation pipe 23, and the refrigerant introduced into the first heat exchanger 22 receives external heat. Absorbed into a gaseous state of low temperature and low pressure flows into the compressor (25).

상기 언급된 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 지열교환기 및이를 이용한 열교환 시스템(100)은 열교환 매체가 지하에서 유동하는 유로를 확장하여 지열에 대한 열교환 매체의 열접촉면적 및 열접촉시간을 증가시키므로 열교환효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. The geothermal heat exchanger and the heat exchange system 100 using the same according to the present invention configured as described above expand the flow path through which the heat exchange medium flows underground to increase the thermal contact area and the thermal contact time of the heat exchange medium against geothermal heat. There is an advantage to improve the efficiency.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is evident that many alternatives, modifications and variations will be apparent to those skilled in the art.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

100: 지열교환기를 이용한 열교환 시스템
110: 지열교환기
120: 유입관
130: 열교환부
131: 제1단위관
140: 배출관
200: 공급부
211: 열교환챔버
213: 공급관
214: 리턴관
215: 순환펌프100: heat exchange system using geothermal heat exchanger
110: geothermal heat exchanger
120: inlet pipe
130: heat exchanger
131: first unit
140: discharge pipe
200: supply unit
211: heat exchange chamber
213: supply pipe
214: return pipe
215: circulation pump

Claims (9)

내부에 열교환매체가 유동하는 유로가 마련된 유입관과;
상기 유입관에 연통되며, 상기 열교환매체를 지하의 지열과 열교환시킬 수 있도록 지하로 인입되는 것으로서, 상호 연통되게 연결되며, 순차적으로 배열된 다수의 제1단위관을 구비하고, 인접된 상기 제1단위관들은 외주면이 상호 접하도록 형성된 열교환부와;
상기 유입관으로부터 최외곽에 위치한 상기 제1단위관에 연통되며, 상방으로 연장형성된 배출관;을 구비하는 것을 특징으로 하는 지열교환기.
An inlet pipe having a flow path through which a heat exchange medium flows;
In communication with the inlet pipe, the heat exchange medium is introduced into the base so as to exchange heat with the underground geothermal heat, are connected in communication with each other, having a plurality of first unit pipes arranged in sequence, adjacent to the first The unit pipes and the heat exchange portion formed so that the outer peripheral surface is in contact with each other;
And a discharge pipe communicating with the first unit pipe located at the outermost part of the inflow pipe and extending upward.
제1항에 있어서,
상기 제1단위관들은 상하방향을 따라 배열되며, 배열방향에 대해 교차하는 방향으로 상호 나란하게 연장형성되고, 상기 열교환매체가 유동하는 유로가 지그재그형으로 형성되도록 연통되게 연결된 것을 특징으로 하는 지열교환기.
The method of claim 1,
The first unit pipes are arranged along the up and down direction, and extend in parallel with each other in a direction crossing with respect to the arrangement direction, and the geothermal heat exchanger is connected in communication so that the flow path through which the heat exchange medium flows is formed in a zigzag shape. .
제2항에 있어서,
상기 배출관은 상하방향을 따라 순차적으로 배열되고, 상기 제1단위관의 연장방향과 나란하게 연장형성되며, 상기 열교환매체가 유동하는 유로가 지그재그형으로 형성되도록 상호 연통되게 연결된 다수의 제2단위관을 구비하고,
인접된 상기 제2단위관들은 외주면이 상호 접하도록 형성된 것을 특징으로 지열교환기.
The method of claim 2,
The discharge pipes are sequentially arranged in a vertical direction, extend in parallel with the extending direction of the first unit pipe, and a plurality of second unit pipes connected in communication with each other such that a flow path through which the heat exchange medium flows is formed in a zigzag shape. And
Adjacent second unit pipes geothermal heat exchanger, characterized in that the outer peripheral surface is formed to be in contact with each other.
제2항에 있어서,
상기 배출관은 상기 제1단위관의 연장방향과 나란한 방향을 따라 순차적으로 배열되고, 상기 제1단위관의 연장방향과 교차하는 방향으로 연장형성되며, 상기 열교환매체가 유동하는 유로가 지그재그형으로 형성되도록 상호 연통되게 연결된 다수의 제2단위관을 구비하고,
인집된 상기 제2단위관들은 외주면이 상호 접하도록 형성된 것을 특징으로 하는 지열교환기.
The method of claim 2,
The discharge pipes are sequentially arranged along a direction parallel to the extension direction of the first unit pipe, extend in a direction crossing the extension direction of the first unit pipe, and the flow path through which the heat exchange medium flows is formed in a zigzag shape. Have a plurality of second unit pipes connected in communication with each other,
The collected second unit pipes geothermal heat exchanger, characterized in that the outer peripheral surface is formed to be in contact with each other.
제1항에 있어서,
상기 제1단위관들은 상하방향으로 배열되고, 상기 열교환매체가 유동하는 유로가 나선형으로 마련될 수 있도록 환형으로 형성되고,
상기 배출관은 상기 제1단위관들의 나선 중심부분을 관통하여 상방으로 연장되게 형성된 것을 특징으로 하는 지열교환기.
The method of claim 1,
The first unit pipes are arranged in a vertical direction, and are formed in an annular shape so that a flow path through which the heat exchange medium flows may be provided in a spiral shape.
The discharge pipe is a geothermal heat exchanger, characterized in that extending through the central portion of the spiral of the first unit pipe extending upward.
제5항에 있어서,
상기 배출관은 상하방향을 따라 순차적으로 배열되고, 상호 연통되며, 상기 열교환매체가 유동하는 유로가 나선형으로 마련될 수 있도록 환형으로 형성된 다수의 제2단위관;을 구비하고,
인접된 상기 제2단위관들은 외주면이 상호 접하도록 형성된 것을 특징으로 하는 지열교환기.
The method of claim 5,
And a plurality of second unit pipes arranged in a vertical direction along the vertical direction, communicating with each other, and formed in an annular shape so that a flow path through which the heat exchange medium flows may be provided in a spiral shape.
Adjacent second unit pipes geothermal heat exchanger, characterized in that the outer peripheral surface is formed to be in contact with each other.
열교환매체를 지하의 지열과 열교환시킬 수 있도록 지하로 인입되는 것으로서, 내부에 상기 열교환매체가 유동하는 유로가 마련되고, 상호 연통되게 연결되며, 순차적으로 배열된 다수의 제1단위관을 구비하고, 인접된 상기 제1단위관들은 외주면이 상호 접하도록 형성된 지열교환기와;
상기 지열교환기에 상기 열교환매체를 공급하는 공급부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 지열교환기를 이용환 열교환 시스템.
As the heat exchange medium is introduced into the base so as to exchange heat with the underground geothermal heat, there is provided a flow path through which the heat exchange medium flows, connected in communication with each other, and provided with a plurality of first unit pipes sequentially arranged, Adjacent first unit pipes include a geothermal heat exchanger formed such that outer peripheral surfaces thereof are in contact with each other;
And a supply unit for supplying the heat exchange medium to the geothermal heat exchanger.
제7항에 있어서,
상기 공급부는
내부에 상기 열교환매체가 수용되는 열교환 챔버와;
상기 지열교환기와 상기 열교환 챔버를 연결하는 공급관 및 리턴관과;
상기 공급관 또는 리턴관에 설치되어 상기 열교환 매체를 펌핑하는 순환펌프;를 구비하는 것을 특징으로 하는 지열교환기를 이용한 열교환 시스템.
The method of claim 7, wherein
The supply unit
A heat exchange chamber in which the heat exchange medium is accommodated;
A supply pipe and a return pipe connecting the geothermal heat exchanger and the heat exchange chamber;
And a circulation pump installed in the supply pipe or the return pipe to pump the heat exchange medium.
제8항에 있어서,
상기 열교환 챔버에 설치되어 상기 열교환 매체와 열교환하는 제1열교환기와, 난방대상과 열교환하는 제2열교환기와, 상기 제1 및 제2열교환기를 연결하여 폐회로를 구성하고, 내부에 냉매가 흐르는 제1 및 제2냉매 순환관과, 상기 제1냉매 순환관에 설치되어 상기 냉매의 흐름을 제어하는 팽창밸브와, 상기 제2냉매 순환관에 설치되는 압축기 및 사방밸브가 마련된 히트펌프유닛;을 더 구비하는 것을 특징으로 지열교환기를 이용한 열교환 시스템. 9. The method of claim 8,
A first heat exchanger installed in the heat exchange chamber to exchange heat with the heat exchange medium, a second heat exchanger to heat exchange with a heating object, and a first circuit to connect the first and second heat exchangers to form a closed circuit, And a heat pump unit provided with a second refrigerant circulation tube, an expansion valve installed in the first refrigerant circulation tube to control the flow of the refrigerant, and a compressor and a four-way valve installed in the second refrigerant circulation tube. Heat exchange system using a geothermal heat exchanger.
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