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KR102155016B1 - Geothermal heat pump system with recycling tank and easy sludge removal - Google Patents

Geothermal heat pump system with recycling tank and easy sludge removal Download PDF

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KR102155016B1
KR102155016B1 KR1020180125339A KR20180125339A KR102155016B1 KR 102155016 B1 KR102155016 B1 KR 102155016B1 KR 1020180125339 A KR1020180125339 A KR 1020180125339A KR 20180125339 A KR20180125339 A KR 20180125339A KR 102155016 B1 KR102155016 B1 KR 102155016B1
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Abstract

본 발명은 리사이클링 탱크가 구비되고 슬러지 제거가 용이한 지열 히트펌프 시스템에 관한 것이다. 상기 지열 히트펌프 시스템은 개방형 지중열교환기; 히트펌프; 공급유로; 제1 회수유로(40) 및 제2 회수유로(50); 리사이클링 탱크; 를 포함하고, 상기 리사이클링 탱크의 내부에는 10 ~ 25℃의 온도 범위에서 상변화를 일으키는 상변화물질(PCM)이 충전되고, 상기 개방형 지중열교환기는, 관정 내부에 삽입되며 하부에 지하수 유입구가 형성된 케이싱; 상기 케이싱 내부에 삽입되어 지하수를 펌핑하는 심정펌프; 상기 공급유로와 연결되어 상기 심정펌프에 의해 펌핑되는 지하수를 히트펌프로 공급하는 지하수 공급관; 상기 히트펌프에서 열교환된 지하수를 관정 내부로 되돌리기 위해 상기 지하수 유입구 근처에서 상기 케이싱 내부로 삽입되는 리턴관; 상기 리턴관 내부로 삽입되어 상기 리턴관의 단부에서 하향으로 상기 케이싱의 바닥면까지 연장되는 보조관; 을 포함하고, 상기 보조관의 하단부에는 다수의 보조 개구가 소정의 간격으로 이격되어 형성되고, 상기 보조관에는 공기 펌프와 흡입 펌프가 연결되고, 상기 공기펌프는 상기 보조 개구를 통해 고압의 공기를 배출하여 상기 케이싱 하부에 축적되는 슬러지를 교란시키고, 상기 흡입 펌프는 상기 보조 개구를 통해 교란된 슬러지를 흡입하여 제거한다.
이러한 구성에 따르면, 케이싱 내부에 유입되어 하부에 쌓이는 슬러지를 용이하게 제거하고 슬러지의 상승을 방지하여 심정펌프의 손상을 방지하고 수명을 연장하는 리사이클링 탱크가 구비되고 슬러지 제거가 용이한 지열 히트펌프 시스템을 제공할 수 있다.
The present invention relates to a geothermal heat pump system in which a recycling tank is provided and sludge is easily removed. The geothermal heat pump system includes an open underground heat exchanger; Heat pump; Supply channel; A first recovery passage 40 and a second recovery passage 50; Recycling tank; Including, the inside of the recycling tank is filled with a phase change material (PCM) causing a phase change in a temperature range of 10 ~ 25 ℃, the open-type underground heat exchanger is inserted into the tube well and a casing having a groundwater inlet at the bottom ; A deep well pump inserted into the casing to pump groundwater; A groundwater supply pipe connected to the supply passage to supply groundwater pumped by the deep well pump to a heat pump; A return pipe inserted into the casing near the groundwater inlet to return the groundwater heat-exchanged by the heat pump to the inside of the well; An auxiliary pipe inserted into the return pipe and extending downward from the end of the return pipe to the bottom surface of the casing; Including, a plurality of auxiliary openings are formed to be spaced apart at predetermined intervals at a lower end of the auxiliary pipe, an air pump and a suction pump are connected to the auxiliary pipe, and the air pump receives high-pressure air through the auxiliary opening. Discharge and disturb the sludge accumulated under the casing, and the suction pump sucks and removes the disturbed sludge through the auxiliary opening.
According to this configuration, a geothermal heat pump system is provided with a recycling tank that easily removes sludge flowing into the casing and accumulates under the casing and prevents the rise of sludge to prevent damage to the deep well pump and extend its lifespan. Can provide.

Description

리사이클링 탱크가 구비되고 슬러지 제거가 용이한 지열 히트펌프 시스템 {Geothermal heat pump system with recycling tank and easy sludge removal}Geothermal heat pump system with recycling tank and easy sludge removal, equipped with a recycling tank and easy sludge removal

본 발명은 리사이클링 탱크가 구비되고 슬러지 제거가 용이한 지열 히트펌프 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a geothermal heat pump system in which a recycling tank is provided and sludge is easily removed.

최근 화석에너지에 의한 이산화탄소 배출량이 지구 환경문제로 크게 부각되면서 화석에너지의 사용을 줄이기 위한 다양한 방법들이 개발되고 있으며, 그 일환으로서 건물의 냉난방에 필요한 에너지를 지열로부터 공급받는 지열 히트펌프 시스템이 개발되어 사용되고 있다.Recently, as carbon dioxide emissions from fossil energy have emerged as a global environmental problem, various methods have been developed to reduce the use of fossil energy, and as part of this, a geothermal heat pump system that receives energy required for cooling and heating buildings from geothermal heat has been developed. Is being used.

지열 히트펌프 시스템은 밀폐형 시스템과 개방형(또는 우물관정형) 시스템으로 나눌 수 있다. Geothermal heat pump systems can be divided into closed system and open (or well tube) system.

밀폐형 지열 히트펌프 시스템은 지층을 수십 m에서 150 m 내외 깊이로 굴착한 후, 굴착구간에 유체순환용 파이프를 설치하고, 부동액 등 순환유체를 땅속에 설치한 유체순환용 파이프와 지상에 설치된 열교환기 사이에 이동 순환시켜 지열을 얻는 시스템이다. The sealed geothermal heat pump system excavates the stratum from several tens of meters to a depth of about 150 m, installs a fluid circulation pipe in the excavation section, and installs a circulating fluid such as antifreeze in the ground, and a heat exchanger installed on the ground. It is a system that obtains geothermal heat by moving and circulating between them.

개방형 지열 히트펌프 시스템은 지층을 수백미터 깊이로 굴착해서 일정량의 지하수를 생산하는 지하수 취수공을 개발한 후에, 수중모터펌프를 설치하고 지하수를 지상에 설치된 열교환기로 이동, 순환시켜 지열을 얻는 시스템이다.The open geothermal heat pump system is a system that obtains geothermal heat by installing a submersible motor pump and moving and circulating the groundwater to a heat exchanger installed on the ground after developing a groundwater intake hole that produces a certain amount of groundwater by excavating the stratum to a depth of several hundred meters. .

땅속의 지열과 직접 접촉하는 지하수를 순환매체로 이용하는 개방형 지열 히트펌프 시스템은 부동액 등이 유체순환용 파이프를 순환하면서 지열과 간접적으로 접촉하는 밀폐형 지열 히트펌프 시스템에 비해 열효율이 훨씬 좋은 것으로 알려져 있다.It is known that the open geothermal heat pump system using groundwater in direct contact with the groundwater in the ground as a circulation medium has much better thermal efficiency than the closed geothermal heat pump system in which antifreeze or the like circulates in the fluid circulation pipe and indirectly contacts the geothermal heat.

지열 히트펌프 시스템은 일반적으로 지중 열교환기, 순환펌프, 히트펌프 및 연결 관로를 포함하고, 히트펌프에서는 열매체를 통해 열원측(1차측)으로부터 열에너지를 공급받아 2차측(사용자측)으로 전달한다. Geothermal heat pump systems generally include an underground heat exchanger, a circulation pump, a heat pump, and a connection pipe, and in the heat pump, heat energy is supplied from a heat source side (primary side) through a heat medium and transmitted to a secondary side (user side).

열매체의 종류에 따라 물 대 공기(Water To Air, WTA) 방식의 지열 히트펌프 시스템은 2차측의 열교환 매체로서 공기가 사용되기 때문에 일반적으로 축열조를 1차 측에 설치하여 미사용 에너지를 저장하였다가 2차측의 열교환 매체와 열교환이 이루어지도록 구성하고 있다.Depending on the type of heat medium, the water to air (WTA) type geothermal heat pump system uses air as the secondary heat exchange medium, so a heat storage tank is generally installed on the primary side to store unused energy. It is configured to perform heat exchange with the heat exchange medium on the vehicle side.

그러나 축열조를 1차측에 설치하여 미사용 에너지를 저장하게 되면 1차측으로 열교환 매체를 순환시키기 위한 순환펌프가 지속적으로 가동되어야 하고, 또한 지중의 온도에 따라 축열조에 저장되는 열량에 큰 차이가 있기 때문에 높은 가동 효율을 담보하기가 곤란하다는 문제가 있다.However, if the heat storage tank is installed on the primary side to store unused energy, the circulation pump for circulating the heat exchange medium to the primary side must be continuously operated, and there is a large difference in the amount of heat stored in the heat storage tank depending on the temperature of the ground. There is a problem that it is difficult to ensure operational efficiency.

따라서 1차측에 축열조를 설치하는 지열 히트펌프 시스템에 있어서 경제적이면서도 미사용 에너지의 높은 이용 효율을 담보할 수 있는 지열 히트펌프 시스템의 개발이 요구된다.Therefore, in a geothermal heat pump system in which a heat storage tank is installed on the primary side, it is required to develop a geothermal heat pump system that is economical and can ensure high utilization efficiency of unused energy.

또한, 종래의 개방형 지열 히트펌프 시스템은 관정 내부에 케이싱을 삽입하여 관정 내부로 고여지는 지하수를 심정펌프로 펌핑하여 공급관을 통해 열교환기로 공급하여 열교환 시킨 후, 리턴관을 통해 재차 관정 내부로 투여하여 반복 순환되도록 한다. 케이싱의 하부에는 케이싱 내부로 지하수가 유입되는 다수의 유입구가 형성된다.In addition, the conventional open geothermal heat pump system inserts a casing into the well and pumps the groundwater accumulated in the well with a deep well pump, supplies it to a heat exchanger through a supply pipe for heat exchange, and then administers it back into the well through a return pipe. To repeat the cycle. A plurality of inlets through which groundwater flows into the casing are formed in the lower part of the casing.

그런데, 종래 개방형 지열교환 시스템에서는 케이싱의 외부와 관정의 벽 사이에 있는 리턴관에서 흘러나온 순환수가 관정의 벽을 타고 내려오면서 대수층과 약한 관정의 벽을 무너뜨리고 또한 많은 슬러지를 유발시킨다. However, in the conventional open geothermal heat exchange system, the circulating water flowing from the return pipe between the outside of the casing and the wall of the well descends along the wall of the well, destroying the walls of the aquifer and the weak well, and causing a lot of sludge.

이러한 슬러지는 관정의 바닥에 쌓이게 되어 심할 경우 심정펌프에까지 이르러 지하수 수질을 악화시키고 심정펌프가 손상을 일으키는 경우도 발생된다. Such sludge accumulates on the bottom of the well, and in severe cases, it reaches the deep well pump, deteriorating the quality of the groundwater, and sometimes the deep well pump is damaged.

또한 관정 내부에 과도히 쌓이는 슬러지는 지하수와 함께 용이하게 수중모터펌프로 유입되어 심정펌프를 마모시키거나 회전에 장애를 일으켜 고장의 원인이 된다. In addition, the sludge that accumulates excessively in the well is easily introduced into the submersible motor pump along with the groundwater, causing abrasion of the deep well pump or causing obstacles to rotation, causing failure.

대한민국 등록특허 제10-1403041호Korean Patent Registration No. 10-1403041

따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 1차 측에 축열조를 설치하는 지열 히트펌프 시스템에 있어서 냉난방 부하의 변동에 적절히 대응할 수 있으며, 또한 미사용 열에너지를 활용함으로써 경제적이면서도 냉난방 효율을 높일 수 있고, 케이싱 내부에 유입되어 하부에 쌓이는 슬러지를 용이하게 제거하고 슬러지의 상승을 방지하여 심정펌프의 손상을 방지하고 수명을 연장하는 리사이클링 탱크가 구비되고 슬러지 제거가 용이한 지열 히트펌프 시스템을 제공하고자 함에 목적이 있다. Therefore, the present invention was invented in view of the above circumstances, and in a geothermal heat pump system in which a heat storage tank is installed on the primary side, it is possible to appropriately respond to fluctuations in the heating and cooling load, and also economically and increasing the cooling and heating efficiency by utilizing unused heat energy. It provides a geothermal heat pump system equipped with a recycling tank that easily removes the sludge flowing into the casing and accumulates at the bottom and prevents the rise of the sludge to prevent damage to the deep well pump and extends its lifespan. There is a purpose in wanting.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 지중에 설치되는 열교환기를 이용하여 냉난방에 필요한 열에너지를 공급하는 지열 히트펌프 시스템은, 지중에 설치되는 개방형 지중열교환기; 사용자측의 냉난방 시스템에 냉난방 에너지를 공급하는 히트펌프; 상기 개방형 지중열교환기와 상기 히트펌프의 유입구 사이에 연결되는 공급유로; 일단은 상기 히트펌프의 배출구에 연결되며, 타단은 상기 개방형 지중열교환기의 내부에 설치되어 상기 히트펌프를 거친 1차측의 열매체를 상기 개방형 지중열교환기로 회수하는 제1 회수유로(40) 및 제2 회수유로(50); 상기 제1 회수유로(40)에 설치되어 1차측 열매체의 잔열을 흡수 및 저장하는 리사이클링 탱크; 를 포함하고, 상기 리사이클링 탱크의 내부에는 10 ~ 25℃의 온도 범위에서 상변화를 일으키는 상변화물질(PCM)이 충전되고, 상기 개방형 지중열교환기는, 관정 내부에 삽입되며 하부에 지하수 유입구가 형성된 케이싱; 상기 케이싱 내부에 삽입되어 지하수를 펌핑하는 심정펌프; 상기 공급유로와 연결되어 상기 심정펌프에 의해 펌핑되는 지하수를 히트펌프로 공급하는 지하수 공급관; 상기 히트펌프에서 열교환된 지하수를 관정 내부로 되돌리기 위해 상기 지하수 유입구 근처에서 상기 케이싱 내부로 삽입되는 리턴관; 상기 리턴관 내부로 삽입되어 상기 리턴관의 단부에서 하향으로 상기 케이싱의 바닥면까지 연장되는 보조관; 을 포함하고, 상기 보조관의 하단부에는 다수의 보조 개구가 소정의 간격으로 이격되어 형성되고, 상기 보조관에는 공기 펌프와 흡입 펌프가 연결되고, 상기 공기펌프는 상기 보조 개구를 통해 고압의 공기를 배출하여 상기 케이싱 하부에 축적되는 슬러지를 교란시키고, 상기 흡입 펌프는 상기 보조 개구를 통해 교란된 슬러지를 흡입하여 제거한다.A geothermal heat pump system for supplying heat energy required for cooling and heating using a heat exchanger installed in the ground according to the present invention for realizing the above object includes: an open ground heat exchanger installed in the ground; A heat pump for supplying cooling and heating energy to the user's cooling and heating system; A supply passage connected between the open underground heat exchanger and the inlet of the heat pump; One end is connected to the outlet of the heat pump, and the other end is installed inside the open-type underground heat exchanger to recover the primary side heat medium that has passed through the heat pump to the open-type underground heat exchanger. A recovery passage 50; A recycling tank installed in the first recovery passage 40 to absorb and store residual heat of the primary heat medium; Including, the inside of the recycling tank is filled with a phase change material (PCM) causing a phase change in a temperature range of 10 ~ 25 ℃, the open-type underground heat exchanger is inserted into the pipe well and a casing having a groundwater inlet at the bottom ; A deep well pump inserted into the casing to pump groundwater; A groundwater supply pipe connected to the supply passage to supply groundwater pumped by the deep well pump to a heat pump; A return pipe inserted into the casing near the groundwater inlet to return the groundwater heat-exchanged by the heat pump to the inside of the well; An auxiliary pipe inserted into the return pipe and extending downward from the end of the return pipe to the bottom surface of the casing; Including, a plurality of auxiliary openings are formed to be spaced apart at a predetermined interval at a lower end of the auxiliary pipe, an air pump and a suction pump are connected to the auxiliary pipe, and the air pump receives high-pressure air through the auxiliary opening. Discharge and disturb the sludge accumulated under the casing, and the suction pump sucks and removes the disturbed sludge through the auxiliary opening.

또한, 상기 보조관의 하부 외측에 베어링을 통해 상기 보조관과 독립적으로 회전 가능하게 연결되는 외부 보조관; 을 더 포함하고, 상기 외부 보조관에는 상기 외부 보조관의 외측으로 연장되는 복수의 팬이 하향으로 이격되게 형성되고, 상기 외부 보조관에는 상기 보조 개구와 연통되는 제2 보조 개구가 형성되어 상기 팬을 향해 연장되는 공기 유도관이 형성되고, 상기 보조 개구를 통해 배출되는 고압의 공기는 상기 공기 유도관을 통해 상기 팬을 향해 배출되어 상기 팬을 회전시킬 수 있다.In addition, an external auxiliary pipe rotatably connected to the auxiliary pipe independently through a bearing on the lower outside of the auxiliary pipe; A plurality of fans extending outward of the external auxiliary pipe are formed to be spaced apart downward in the external auxiliary pipe, and a second auxiliary opening communicating with the auxiliary opening is formed in the external auxiliary pipe, and the fan An air guide tube extending toward the side is formed, and high-pressure air discharged through the auxiliary opening is discharged toward the fan through the air guide tube, thereby rotating the fan.

또한, 상기 외부 보조관은 상기 보조관의 단부까지 연장되고, 상기 외부 보조관의 하단부에는 상기 외부 보조관의 외측으로 횡방향으로 연장되고 하부로 향하는 복수의 공기 배출구가 소정의 간격으로 이격되게 형성되는 공기 배출관이 형성되어, 상기 복수의 공기 배출구를 통해 고압의 공기가 하향으로 배출될 수 있다.In addition, the external auxiliary pipe extends to the end of the auxiliary pipe, and at the lower end of the external auxiliary pipe, a plurality of air outlets extending outward of the external auxiliary pipe in a transverse direction and directed downward are formed to be spaced apart at predetermined intervals. An air discharge pipe is formed, so that high-pressure air may be discharged downward through the plurality of air discharge ports.

본 발명에 따르면, 1차 측에 축열조를 설치하는 지열 히트펌프 시스템에 있어서 냉난방 부하의 변동에 적절히 대응할 수 있으며, 또한 미사용 열에너지를 활용함으로써 경제적이면서도 냉난방 효율을 높일 수 있고, 케이싱 내부에 유입되어 하부에 쌓이는 슬러지를 용이하게 제거하고 슬러지의 상승을 방지하여 심정펌프의 손상을 방지하고 수명을 연장하는 리사이클링 탱크가 구비되고 슬러지 제거가 용이한 지열 히트펌프 시스템을 제공할 수 있다. According to the present invention, in a geothermal heat pump system in which a heat storage tank is installed on the primary side, it is possible to appropriately respond to fluctuations in the cooling and heating load, and by utilizing unused heat energy, economical and heating efficiency can be increased. It is possible to provide a geothermal heat pump system that is equipped with a recycling tank that easily removes the sludge accumulated in the soil and prevents the rise of sludge, thereby preventing damage to the deep well pump and extending the lifespan, and facilitating sludge removal.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리사이클링 탱크가 구비된 지열 히트펌프 시스템의 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 리사이클링 탱크가 구비된 지열 히트펌프 시스템이 가동되는 예를 보인 사용상태도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 개방형 지중열교환기의 구성을 도시하는 도면이다.
도 6은 도 5에서 슬러지를 교란시키기 위한 구성을 상세히 도시하는 도면이다.
도 7은 도 6에서 공기펌프에 의해 고압의 공기가 배출되는 상태를 도시하는 도면이다.
도 8은 도 7에서 흡입펌프에 의해 교란된 슬러지를 흡입하는 상태를 도시하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬러지를 교란시키기 위한 구성을 도시하는 도면이다.
1 is a block diagram of a geothermal heat pump system equipped with a recycling tank according to an embodiment of the present invention.
2 to 4 are operational state diagrams showing an example in which a geothermal heat pump system equipped with a recycling tank according to the present invention is operated.
5 is a diagram showing the configuration of an open underground heat exchanger according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing in detail a configuration for disturbing sludge in FIG. 5.
7 is a view showing a state in which high-pressure air is discharged by the air pump in FIG. 6.
8 is a view showing a state in which sludge disturbed by the suction pump in FIG. 7 is sucked.
9 is a diagram showing a configuration for disturbing sludge according to another embodiment of the present invention.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.Hereinafter, the configuration and operation of a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, in adding reference numerals to elements of each drawing, it should be noted that only the same elements are marked with the same numerals as possible, even if they are indicated on different drawings.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리사이클링 탱크가 구비된 지열 히트펌프 시스템의 구성도이다. 도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 리사이클링 탱크가 구비된 지열 히트펌프 시스템이 가동되는 예를 보인 사용상태도이다. 1 is a block diagram of a geothermal heat pump system equipped with a recycling tank according to an embodiment of the present invention. 2 to 4 are operational state diagrams showing an example in which a geothermal heat pump system equipped with a recycling tank according to the present invention is operated.

본 발명의 지열 히트펌프 시스템은 개방형 지중열교환기(10), 히트펌프(20), 공급유로(30), 제1 회수유로(40), 제2 회수유로(50), 제1 펌프(60A), 리사이클링 탱크(70) 및 제어기(80)를 포함한다.The geothermal heat pump system of the present invention includes an open underground heat exchanger 10, a heat pump 20, a supply channel 30, a first recovery channel 40, a second recovery channel 50, and a first pump 60A. , A recycling tank 70 and a controller 80.

개방형 지중열교환기(10)는 지중에 설치되어 열매체를 통해 지중의 열을 히트펌프(20)에 공급하기 위한 것으로 복수 개로 이루어질 수 있다. The open-type underground heat exchanger 10 is installed in the ground to supply underground heat to the heat pump 20 through a heat medium and may be formed in plural.

건물에는 개방형 지중열교환기(10)와 연결된 히트펌프(20)가 설치되어 1차측(열원측)의 열매체(지하수)와 2차측(사용자측)의 열매체가 서로 열교환함으로써 2차측의 열매체를 냉각시키거나 가열하여 냉난방에 필요한 에너지를 공급한다.In the building, a heat pump 20 connected to the open ground heat exchanger 10 is installed to cool the secondary heat medium by heat exchange between the heat medium (groundwater) on the primary side (heat source side) and the heat medium on the secondary side (user side). It heats and supplies energy required for cooling and heating.

이러한 기능을 달성하기 위해 히트펌프(20)의 일측에는 1차측의 열매체가 공급 및 배출되기 위한 유입구(21)와 배출구(22)가 각각 구비된다. 유입구(21)에는 개방형 지중열교환기(10)와 열교환이 이루어진 열매체를 히트펌프(20)로 공급하기 위한 공급유로(30)가 연결되고, 배출구(22)는 제1 회수유로(40) 또는 제2 회수유로(50)를 통해 개방형 지중열교환기(10)와 연결되고, 이에 의해 열매체가 다시 개방형 지중열교환기(10)에 회수된다.In order to achieve this function, one side of the heat pump 20 is provided with an inlet 21 and an outlet 22 for supplying and discharging the primary heat medium. The inlet 21 is connected to an open underground heat exchanger 10 and a supply passage 30 for supplying the heat medium with heat exchange to the heat pump 20, and the outlet 22 is a first recovery passage 40 or a first 2 It is connected to the open type underground heat exchanger 10 through the recovery passage 50, whereby the heat medium is recovered to the open type underground heat exchanger 10.

히트펌프(20)의 타측에는 공조장치 등과 연결되는 열매체 배관(1)이 연결된다.The other side of the heat pump 20 is connected to a heat medium pipe 1 connected to an air conditioner or the like.

개방형 지중열교환기(10)와 히트펌프(20) 사이에는 1차측의 열매체가 히트펌프(20)로 공급 및 배출되도록 공급유로(30)와 제1 회수유로(40)가 각각 설치된다. 공급유로(30)에는 1개 이상의 제1 펌프(60A)가 병렬로 설치되고, 제1 회수유로(40)에는 후술하는 리사이클링 탱크(70)와 유량조절밸브(V)가 각각 설치된다. Between the open underground heat exchanger 10 and the heat pump 20, a supply passage 30 and a first recovery passage 40 are respectively installed so that the heat medium on the primary side is supplied and discharged to the heat pump 20. One or more first pumps 60A are installed in parallel in the supply passage 30, and a recycling tank 70 and a flow control valve V, which will be described later, are installed in the first recovery passage 40, respectively.

리사이클링 탱크(70)와 공급유로(30) 사이에는 이들을 연결하는 보조유로(30')가 설치되고, 이 보조유로(30')에는 제2 펌프(60B)가 제1 펌프(60A)와 병렬로 설치될 수 있다.Between the recycling tank 70 and the supply passage 30, an auxiliary passage 30' connecting them is installed, and in the auxiliary passage 30', a second pump 60B is installed in parallel with the first pump 60A. Can be installed.

제1 회수유로(40)에는 리사이클링 탱크(70)를 거쳐 개방형 지중열교환기(10)로 회수되는 1차측 열매체의 유량을 조절할 수 있도록 유량조절밸브(V)가 구비된다.The first recovery passage 40 is provided with a flow rate control valve V to control the flow rate of the primary heat medium recovered to the open ground heat exchanger 10 via the recycling tank 70.

본 발명에서는 필요에 따라 히트펌프(20)로부터 배출된 1차측의 열매체가 리사이클링 탱크(70)를 거치지 않고 개방형 지중열교환기(10)에 곧바로 유입될 수 있도록 리사이클링 탱크(70)를 바이패스하여 히트펌프(20)와 개방형 지중열교환기(10)를 직접 연결하는 제2 회수유로(50)가 설치된다. 이를 위해 히트펌프(20)의 배출구(22)에 연결되는 배관에는 3방 밸브가 설치되어 제어기(80)의 제어에 의해 열매체가 제1회수유로(40) 또는 제2회수유로(50)를 통해 개방형 지중열교환기(10) 쪽으로 회수된다.In the present invention, if necessary, by bypassing the recycling tank 70 so that the primary heat medium discharged from the heat pump 20 can be directly introduced into the open underground heat exchanger 10 without passing through the recycling tank 70 A second recovery passage 50 directly connecting the pump 20 and the open underground heat exchanger 10 is installed. To this end, a three-way valve is installed in the pipe connected to the outlet 22 of the heat pump 20, and the heat medium is controlled by the controller 80 through the first return channel 40 or the second return channel 50. It is recovered toward the open underground heat exchanger (10).

제1 회수유로(40) 상에는 리사이클링 탱크(70)가 설치되며, 이러한 리사이클링 탱크(70)는 히트펌프(20)를 거친 1차측 열매체가 개방형 지중열교환기(10)로 회수될 때 1차측 열매체에 남아 있는 잔열(미사용 열에너지)을 흡수하여 저장하였다가 특정 온도 조건이 되면 저장된 열에너지를 1차측 열매체에 전달하고, 이 열에너지를 전달받은 1차측 열매체는 개방형 지중열교환기(10)를 거치지 않고 다시 히트펌프(20)에 공급하는 기능을 한다.A recycling tank 70 is installed on the first recovery passage 40, and this recycling tank 70 is applied to the primary heat medium when the primary heat medium passed through the heat pump 20 is recovered by the open ground heat exchanger 10. The remaining heat (unused heat energy) is absorbed and stored, and the stored heat energy is transferred to the primary heat medium when a specific temperature condition is reached, and the primary heat medium receiving this heat energy is a heat pump again without going through the open ground heat exchanger (10). It functions to supply (20).

리사이클링 탱크(70)는 내부에 수용공간이 형성된 탱크 형상으로 이루어지고, 일측 상부 쪽에는 제1 회수유로(40)를 통해 흐르는 1차측 열매체가 유입되기 위한 유입구(71)가 구비되며, 타측 하부 쪽에는 1차측의 열매체가 제1 회수유로(40)를 통해 개방형 지중열교환기(10)로 회수되기 위한 제1 배출구(72)가 구비되고, 저면에는 리사이클링 탱크(70)의 내부로 유입된 1차측의 열매체를 보조유로(30')를 통해 히트펌프(20)로 다시 공급하기 위한 제2 배출구(73)가 구비된다. 탱크(70)의 내부에는 온도에 따라 상변화를 일으키는 상변화물질(phase change materials, PCM)이 충전된다. 리사이클링 탱크(70)는 외부에 단열재가 설치되거나 내부에 별도의 내부탱크(70')가 설치된 이중 구조로 이루어질 수 있다.The recycling tank 70 is formed in a tank shape with an accommodation space formed therein, and an inlet 71 for introducing the primary heat medium flowing through the first recovery passage 40 is provided at an upper side of one side, and at the lower side of the other side. Is provided with a first outlet 72 for recovering the heat medium from the primary side to the open ground heat exchanger 10 through the first recovery passage 40, and the primary side flowing into the inside of the recycling tank 70 at the bottom. A second outlet 73 for supplying the heat medium of the heat to the heat pump 20 through the auxiliary flow path 30 ′ is provided. The inside of the tank 70 is filled with phase change materials (PCM) that cause a phase change according to temperature. The recycling tank 70 may have a dual structure in which an insulation material is installed outside or a separate inner tank 70' is installed inside.

상변화물질은 1차측 열매체와 열교환되어 회수되는 열매체의 온도를 고려하여 10 ~ 25℃의 온도 범위에서 상변화를 일으키는 공지된 상변화물질 중에서 선택되어 사용되며, 바람직하게는 10 ~ 25℃의 온도 범위에서 상변화되면서 다른 종류의 상변화물질에 비해 잠열량(231 kJ/kg)이 높은 n-Hexadecane(예를 들면, PARAFOL 16 ~ 97)이 사용될 수 있다.The phase change material is selected and used among known phase change materials that cause a phase change in the temperature range of 10 to 25°C in consideration of the temperature of the heat medium recovered by heat exchange with the primary heat medium, and preferably at a temperature of 10 to 25°C. During a phase change within the range, n-Hexadecane (eg, PARAFOL 16 to 97) having a higher latent calorific value (231 kJ/kg) than other types of phase change materials may be used.

이와 같이 리사이클링 탱크(70)의 내부에 상변화물질(PCM)을 충전함으로써 제어기(80)의 제어에 의해 1차측 열매체가 제1 회수유로(40)를 통해 개방형 지중열교환기(10)로 회수될 때 리사이클링 탱크(70)를 경유하면서 미사용 열에너지는 상변화물질에 의해 흡수 및 저장되고, 상변화물질에 의해 흡수 및 저장된 열에너지는 히트펌프(20)에 다시 공급됨으로써 1차측의 열매체를 가열 또는 냉각시키는 데에 사용되거나 또는 후술하는 온수공급탱크(90)에 공급됨으로써 온수공급탱크(90)에 저장된 물을 가열하는 데에 사용된다.By filling the phase change material (PCM) in the recycling tank 70 in this way, the primary heat medium is recovered to the open ground heat exchanger 10 through the first recovery channel 40 by the control of the controller 80. When passing through the recycling tank 70, unused heat energy is absorbed and stored by the phase change material, and the heat energy absorbed and stored by the phase change material is supplied back to the heat pump 20 to heat or cool the primary heat medium. It is used for heating the water stored in the hot water supply tank 90 by being supplied to the hot water supply tank 90 to be described later.

이와 같이 1차측의 열매체가 개방형 지중열교환기(10)를 거치지 않고 리사이클링 탱크(70)에서 다시 히트펌프(20)에 공급되도록 제어하는 경우 제2 펌프(60B)만으로도 1차측의 열매체가 원활하게 순환될 수 있으며, 따라서 열매체를 개방형 지중열교환기(10)로부터 히트펌프(20)에 공급하기 위해 제1 펌프(60A)를 사용하는 경우에 비해 열매체의 순환유로가 짧아지고 또한 훨씬 작은 용량의 펌프를 사용할 수 있기 때문에 효과적인 에너지 절약이 달성된다.In this way, when the heat medium on the primary side is controlled to be supplied to the heat pump 20 again from the recycling tank 70 without passing through the open underground heat exchanger 10, the heat medium on the primary side smoothly circulates with only the second pump 60B. Therefore, compared to the case of using the first pump (60A) to supply the heat medium from the open underground heat exchanger (10) to the heat pump (20), the circulation flow path of the heat medium is shortened and a pump having a much smaller capacity is used. Effective energy saving is achieved because it can be used.

히트펌프(20) 측에는 3방 밸브와 제1, 2 펌프(60A, 60B) 및 유량조절밸브(V) 등의 동작을 제어할 수 있도록 제어기(80)가 설치되며, 이러한 제어기(80)는 2차측의 공조장치의 설정온도에 맞추어 제1 펌프(60A)와 제2 펌프(60B)를 선택적으로 가동하면서 냉난방에 필요한 열에너지를 2차측에 공급하게 된다.On the side of the heat pump 20, a controller 80 is installed to control the operation of the three-way valve, the first and second pumps 60A and 60B, and the flow control valve V, and the controller 80 includes 2 The first pump 60A and the second pump 60B are selectively operated in accordance with the set temperature of the air conditioner on the vehicle side, and heat energy required for cooling and heating is supplied to the secondary side.

이때 제어기(80)는 2차측에서 필요한 냉난방 열량과 리사이클링 탱크(70)의 온도에 따라 유로를 선택하여 전환한다. 이를 위해 제어기(80)는 온도센서(도시하지 않음)를 통해 리사이클링 탱크(70)의 내부 온도(T1)와 개방형 지중열교환기(10)의 출구측 온도(T2)를 비교함으로써, 2차측의 냉난방에 필요한 열에너지를 공급할 열원으로서 개방형 지중열교환기(10) 또는 리사이클링 탱크(70) 중에서 선택하게 된다. At this time, the controller 80 selects and switches the flow path according to the amount of heating and cooling heat required from the secondary side and the temperature of the recycling tank 70. To this end, the controller 80 compares the internal temperature T1 of the recycling tank 70 with the outlet temperature T2 of the open underground heat exchanger 10 through a temperature sensor (not shown), thereby cooling and heating the secondary side. As the heat source to supply the heat energy required for the open type underground heat exchanger 10 or the recycling tank 70 is selected.

냉방 운전의 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 온도 센서에 의해 각각 검출된 온도(T1, T2)를 비교하였을 때 리사이클링 탱크(70) 내부의 온도((T1))가 개방형 지중열교환기(10)의 온도(T2)보다 높은 경우에는 제1 펌프(60A)를 동작시켜 1차측의 열매체가 공급유로(30)를 따라 히트펌프(20)로 공급된 다음 제1 회수유로(40)를 거쳐 리사이클링 탱크(70)를 경유하여 개방형 지중열교환기(10)로 회수되도록 하면서 지속적으로 리사이클링 탱크(70)의 온도 변화를 모니터링한다.In the case of cooling operation, as shown in FIG. 2, when comparing the temperatures (T1, T2) detected by the temperature sensors, respectively, the temperature (T1) inside the recycling tank 70 is the open type underground heat exchanger 10 ), the first pump (60A) is operated so that the primary heat medium is supplied to the heat pump (20) along the supply passage (30), and then recycled through the first recovery passage (40). The temperature change of the recycling tank 70 is continuously monitored while being recovered to the open underground heat exchanger 10 via the tank 70.

이후, 리사이클링 탱크(70)의 온도(T1)가 15 ~ 18℃의 온도 범위에 있는 경우에는 도 3에 도시된 바와 같이 제1 펌프(60A)의 동작을 정지시키고 보조유로(30')에 설치된 제2 펌프(60B)를 동작시키는 동시에 3방 밸브를 동작시켜 1차측의 열매체가 개방형 지중열교환기(10)를 거치지 않고 히트펌프(20)로 공급되도록 유로를 전환한다. 그에 따라, 1차측 열매체가 리사이클링 탱크(70)의 상변화물질(PCM)과의 열교환에 의해 냉각되도록 하여 냉방에 필요한 열에너지를 공급하게 되고, 이때 제어기는 리사이클링 탱크(70)의 온도 변화를 계속 모니터링한다.Thereafter, when the temperature T1 of the recycling tank 70 is in the temperature range of 15 to 18°C, the operation of the first pump 60A is stopped and installed in the auxiliary flow path 30' as shown in FIG. The flow path is switched so that the heat medium on the primary side is supplied to the heat pump 20 without passing through the open underground heat exchanger 10 by operating the second pump 60B and operating the three-way valve. Accordingly, the primary heat medium is cooled by heat exchange with the phase change material (PCM) of the recycling tank 70 to supply heat energy required for cooling, and the controller continuously monitors the temperature change of the recycling tank 70 do.

그리고 리사이클링 탱크(70)의 내부 온도(T1)가 25℃ 이상이거나 또는 개방형 지중열교환기(10)의 온도(T2)와 같거나 높으면 제어기(80)의 제어에 의해 제2 펌프(60B)의 동작이 정지되고, 다시 제1 펌프(60A)가 동작되면서 1차측 열매체가 개방형 지중열교환기(10)와 히트펌프(20)를 순환하도록 유로가 전환된다.And when the internal temperature (T1) of the recycling tank (70) is 25°C or higher or equal to or higher than the temperature (T2) of the open underground heat exchanger (10), the second pump (60B) is operated by the control of the controller (80). The flow path is switched so that the first heat medium is circulated through the open type underground heat exchanger 10 and the heat pump 20 while the first pump 60A is operated again.

이러한 운전방식에 의해 본 발명은 열매체를 순환시키기 위한 제1, 2 펌프(60A, 60B) 중 어느 하나의 펌프를 선택적으로 운전할 수 있으며, 그 결과 개방형 지중열교환기(10)를 사용하지 않고도 리사이클링 탱크(70)에 저장된 열에너지를 이용하여 냉난방에 필요한 열에너지를 공급할 수 있어 용량이 상대적으로 큰 제1 펌프(60A)를 동작시키는 데 필요한 전기에너지를 절약할 수 있다.By this operation method, the present invention can selectively operate any one of the first and second pumps 60A and 60B for circulating the heat medium, and as a result, the recycling tank without using the open ground heat exchanger 10 Thermal energy required for cooling and heating can be supplied by using the thermal energy stored in 70, so that electric energy required to operate the first pump 60A having a relatively large capacity can be saved.

난방 운전 시에는 냉방 운전 시와 반대로 리사이클링 탱크(70)의 내부 온도(T1)가 25℃ 이상이 되면 제어기의 제어에 의해 1차측의 열매체가 히트펌프(20)와 리사이클링 탱크(70)를 순환하도록 제어되고, 리사이클링탱크(70)의 내부 온도(T1)가 15 ~ 18℃의 온도 범위인 경우에는 1차측 열매체가 개방형 지중열교환기(10)와 히트펌프(20)를 순환하도록 제어된다.During the heating operation, when the internal temperature T1 of the recycling tank 70 is 25°C or higher, contrary to the cooling operation, the primary heat medium is circulated through the heat pump 20 and the recycling tank 70 under the control of the controller. It is controlled, and when the internal temperature (T1) of the recycling tank 70 is in a temperature range of 15 to 18° C., the primary heat medium is controlled to circulate the open underground heat exchanger 10 and the heat pump 20.

도 4에 도시된 바와 같이, 난방 운전 시에 있어서 리사이클링 탱크(70) 내부의 온도(T1)가 25℃ 이상인 경우 유로를 전환하여 1차측 열매체가 제2 회수유로(50)를 통해 개방형 지중열교환기(10)로 회수되도록 하고, 온수가 필요한 경우에는 온수공급탱크(90)에 온수를 공급할 수 있도록 온수연결배관(91)을 통해 1차측 열매체를 온수공급탱크(90)의 내부로 공급함으로써 적정한 온도의 온수를 사용자측에 공급하고, 리사이클링 탱크(70) 내부의 온도(T1)가 15 ~ 18℃인 경우에는 다시 유로를 전환하여 1차측의 열매체가 제1 회수유로(40)를 통해 리사이클링 탱크(70)를 경유하여 순환하도록 제어된다.As shown in FIG. 4, when the temperature (T1) inside the recycling tank 70 is 25°C or higher during the heating operation, the primary heat medium is switched to the open ground heat exchanger through the second recovery channel 50. (10), and if hot water is needed, the primary heat medium is supplied to the inside of the hot water supply tank 90 through the hot water connection pipe 91 so that hot water can be supplied to the hot water supply tank 90. Hot water is supplied to the user side, and when the temperature (T1) inside the recycling tank 70 is 15 to 18°C, the flow path is switched again so that the heat medium on the primary side passes through the first recovery channel 40 to the recycling tank 70 It is controlled to circulate via ).

이와 같이 본 발명의 리사이클링 탱크가 구비된 지열 히트펌프 시스템은 리사이클링 탱크(70)를 통해 열매체가 선택적으로 냉각 또는 가열되어 히트펌프(20)로 공급됨으로써 냉난방 부하의 변동에 따라 적절히 대응할 수 있고, 상변화물질이 충전된 리사이클링 탱크(70)를 통해 미사용 열에너지를 더욱 효과적으로 이용할 수 있기 때문에 에너지 이용효율이 대폭 증대될 수 있다.As described above, in the geothermal heat pump system equipped with the recycling tank of the present invention, the heat medium is selectively cooled or heated through the recycling tank 70 and supplied to the heat pump 20, thereby appropriately responding to fluctuations in the cooling and heating load. Since unused heat energy can be more effectively used through the recycling tank 70 filled with the change material, energy use efficiency can be greatly increased.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 개방형 지중열교환기의 구성을 나타내는 도면이다. 도 6은 도 5에서 슬러지를 교란시키기 위한 구성을 상세히 도시하는 도면이다. 도 7은 도 6에서 공기펌프에 의해 고압의 공기가 배출되는 상태를 도시하는 도면이다. 도 8은 도 7에서 흡입펌프에 의해 교란된 슬러지를 흡입하는 상태를 도시하는 도면이다. 5 is a diagram showing the configuration of an open underground heat exchanger according to an embodiment of the present invention. 6 is a diagram showing in detail a configuration for disturbing sludge in FIG. 5. 7 is a view showing a state in which high-pressure air is discharged by the air pump in FIG. 6. 8 is a view showing a state in which sludge disturbed by the suction pump in FIG. 7 is sucked.

도 5와 도 6을 참조하면, 개방형 지중열교환기(100)는 관정(110) 내에 고이는 지하수를 순환시켜 히트펌프(20)로 지열을 열교환시키기 위한 것으로서, 관정(110), 케이싱(120), 심정펌프(130), 지하수 공급관(140), 리턴관(160)을 포함한다.5 and 6, the open type underground heat exchanger 100 is for circulating groundwater accumulated in the well 110 to exchange geothermal heat with the heat pump 20, the well 110, the casing 120, It includes a deep well pump 130, a groundwater supply pipe 140, and a return pipe 160.

관정(110)은 온도의 변화가 거의 없는 지하 수백 m까지 시공하여 이루어진다. 관정(110)의 상부는 커버(111)로 밀폐되어 지상의 오염물의 유입을 차단한다. 관정(110) 내부에는 케이싱(120)과 리턴관(160) 사이 공간에 콩자갈(112)이 삽입된다.The pipe well 110 is constructed up to several hundred m underground with little change in temperature. The upper part of the well 110 is sealed with a cover 111 to block the inflow of contaminants from the ground. Bean gravel 112 is inserted into the space between the casing 120 and the return pipe 160 in the tube well 110.

표토층(땅 표면부터 암반층까지)은 시멘트 또는 벤토나이트로 그라우팅을 하여 지면의 오염물이 스며들지 않도록 하고 상부의 커버(111)는 크린캡으로 대체될 수 있다. 커버(111)는 케이싱(110)과 같은 동일한 규격으로 하여 심정펌프(130) 등의 고장시에 용이하게 교체되도록 분리형으로 설치하고, 또한 지하수 공급관(140)과 리턴관(160)을 안정적으로 보호하고 지지하는 역할도 한다.The topsoil layer (from the surface of the ground to the rock layer) is grouted with cement or bentonite to prevent contamination of the ground from permeating, and the upper cover 111 may be replaced with a clean cap. The cover 111 has the same standard as the casing 110 and is installed in a separate type so that it can be easily replaced in case of failure of the deep well pump 130, and also stably protects the groundwater supply pipe 140 and the return pipe 160 It also plays a supporting role.

콩자갈(112)은 대수층의 지하수로 인한 관정(110)의 벽이 무너짐을 방지하고 지하수가 원활하게 흐르게 하며, 케이싱(120) 내부의 슬러지(S) 발생을 줄이는 한편, 케이싱(120) 내부로 깨끗한 물이 유입되게 한다. 콩자갈(112)의 크기(입도)는 3~10mm 정도가 적당하며, 콩자갈(112)에 필요에 따라 모래가 추가될 수도 있다.Bean gravel 112 prevents the wall of the well 110 from collapsing due to the groundwater in the aquifer, and allows the groundwater to flow smoothly, while reducing the occurrence of sludge (S) inside the casing 120, and into the casing 120 Let clean water flow in. The size (particle size) of the bean gravel 112 is suitable about 3 to 10mm, and sand may be added to the bean gravel 112 as necessary.

케이싱(120)은 지하수 공급관(140)과 리턴관(160)을 통해 순환하는 지하수와, 지하에서 관정(110) 내부로 유입되는 지하수를 격리시키기 위해 관정(110) 내부에 삽입 설치된다. 케이싱(120)은 PVC 파이프로 되거나 녹슬지 않는 다양한 재질의 금속관이 사용될 수도 있다.The casing 120 is inserted into the well 110 to isolate the groundwater circulating through the groundwater supply pipe 140 and the return pipe 160 and the groundwater flowing into the well 110 from the basement. The casing 120 may be made of a PVC pipe or a metal pipe of various materials that does not rust may be used.

케이싱(120)의 하부에는 케이싱(120)의 바닥에서 소정높이(H)부터 상측으로 다수의 지하수 유입구(121)가 형성된다. 지열을 흡수한 지하수는 관정(110)에서 지하수 유입구(121)를 통해 케이싱(120) 내부로 유입된다. A plurality of groundwater inlets 121 are formed in the lower portion of the casing 120 from a predetermined height H to the upper side from the bottom of the casing 120. Groundwater absorbing the geothermal heat flows into the casing 120 through the groundwater inlet 121 from the well 110.

심정펌프(130)는 케이싱(120) 내부에 삽입되어 케이싱(120) 내에 유입된 지하수를 펌핑하는 수중펌프로서, 지하수 공급관(140)의 하단부에 연결된다.The deep well pump 130 is a submersible pump inserted into the casing 120 to pump groundwater flowing into the casing 120 and is connected to the lower end of the groundwater supply pipe 140.

지하수 공급관(140)은 심정펌프(130)에 의해 펌핑되는 지하수를 히트펌프(20)로 공급하는 관이다. The groundwater supply pipe 140 is a pipe that supplies groundwater pumped by the deep well pump 130 to the heat pump 20.

리턴관(160)은 히트펌프(20)에서 열교환된 지하수를 케이싱(120) 내부로 되돌리는 관이다. 리턴관(160)은 관정(110)의 벽과 케이싱(120)의 사이 공간에 배치되어 케이싱(120)의 지하수 유입구(121) 근처(지하수 유입구의 상측)에서 케이싱(120)의 내부로 삽입되고, 리턴관(160)의 끝단은 케이싱(120)의 상측으로 향하게 절곡된 절곡부(161)를 이룰 수 있다. The return pipe 160 is a pipe that returns the groundwater heat-exchanged by the heat pump 20 into the casing 120. The return pipe 160 is disposed in the space between the wall of the well 110 and the casing 120 and is inserted into the casing 120 near the groundwater inlet 121 of the casing 120 (above the groundwater inlet). , The end of the return tube 160 may form a bent portion 161 that is bent toward the upper side of the casing 120.

지하에서 관정(110) 내부로 유입되는 지하수는 콩자갈(112)이 채워진 공간을 지나면서 정화되고 슬러지(S)의 발생이 줄어져 지하수 유입구(121)를 통해 케이싱(120) 내부로 유입된다.Groundwater flowing into the pipe well 110 from the basement is purified while passing through the space filled with the bean gravel 112 and the generation of sludge S is reduced, and is introduced into the casing 120 through the groundwater inlet 121.

케이싱(120) 내부에 유입된 지하수에서 슬러지(S)는 저류하여 케이싱(120)의 바닥부에 쌓이고, 케이싱(120)의 상측에 있는 지하수는 심정펌프(130)의 작동에 의해 지하수 공급관(140)을 통하여 히트펌프(20)로 공급되어 열교환된 후 리턴관(160)을 통해 케이싱(120)의 하부까지 이동한다.Sludge (S) from the groundwater flowing into the casing 120 is stored and accumulated on the bottom of the casing 120, and the groundwater in the upper side of the casing 120 is groundwater supply pipe 140 by the operation of the deep well pump 130. ) Is supplied to the heat pump 20 through the heat exchanger and then moved to the lower portion of the casing 120 through the return pipe 160.

리턴관(160)을 통해 리턴되는 지하수는 관정(110) 내부의 콩자갈(112)에 스며 있는 지하수와 열 교환이 되면서 이동하여, 지하수 유입구(121) 근처(지하수 유입구의 상측)에서 케이싱(120)의 안으로 유입되어 순환을 계속한다.The groundwater returned through the return pipe 160 moves as heat exchanges with the groundwater seeping into the bean gravel 112 inside the pipe well 110, and the casing 120 near the groundwater inlet 121 (above the groundwater inlet). ) And continues circulation.

보조관(170)은 슬러지(S)를 제거(청소)하기 위해 리턴관(160) 내부로 삽입되어 리턴관(160)의 단부에서 하향으로 케이싱(120)의 바닥면까지 연장된다. 보조관(170)의 하단부에는 다수의 보조 개구(171)가 소정의 간격으로 이격되어 형성된다. The auxiliary pipe 170 is inserted into the return pipe 160 to remove (clean) the sludge S and extends downward from the end of the return pipe 160 to the bottom surface of the casing 120. A plurality of auxiliary openings 171 are formed in the lower end of the auxiliary pipe 170 to be spaced apart at predetermined intervals.

보조관(170)에는 공기펌프(162)와 흡입펌프(163)가 연결된다. 공기펌프(162)는 보조 개구(171)를 통해 고압의 공기를 배출하여 케이싱(120) 하부에 축적되는 슬러지(S)를 교란시키고, 흡입펌프(163)는 보조 개구(171)를 통해 교란된 슬러지(S)를 흡입하여 제거한다. An air pump 162 and a suction pump 163 are connected to the auxiliary pipe 170. The air pump 162 discharges high-pressure air through the auxiliary opening 171 to disturb the sludge (S) accumulated under the casing 120, and the suction pump 163 is disturbed through the auxiliary opening 171. Sludge (S) is sucked and removed.

보조관(170)의 하부 외측에는 베어링(181)을 통해 보조관(170)과 독립적으로 회전 가능하게 외부 보조관(180)이 연결된다. An external auxiliary pipe 180 is connected to the lower outer side of the auxiliary pipe 170 so as to be rotatable independently from the auxiliary pipe 170 through a bearing 181.

외부 보조관(180)에는 상기 외부 보조관(180)의 외측으로 횡방향으로 연장되는 팬(183)이 부착되고, 이러한 팬(183)은 복수 개가 외부 보조관(180)을 따라 하향으로 이격되게 형성된다. A fan 183 extending laterally to the outside of the external auxiliary pipe 180 is attached to the external auxiliary pipe 180, and a plurality of such fans 183 are spaced downward along the external auxiliary pipe 180. Is formed.

외부 보조관(180)에는 팬(183)을 향해 연장되는 공기 유도관(182)이 형성된다. 공기 유도관(182)에는 보조 개구(171)와 연통되는 제2 보조 개구(182a)가 형성되어, 보조 개구(171)를 통해 배출되는 고압의 공기는 공기 유도관(182)의 제2 보조 개구(182a)를 통해 팬(183)을 향해 배출될 수 있다. 팬(183)을 향해 배출되는 고압의 공기는 팬(183)을 가압하여, 외부 보조관(180)이 보조관(170)에 대해 회전되면서 팬(183)을 회전시킬 수 있다. An air guide pipe 182 extending toward the fan 183 is formed in the external auxiliary pipe 180. A second auxiliary opening 182a communicating with the auxiliary opening 171 is formed in the air guide pipe 182, so that the high-pressure air discharged through the auxiliary opening 171 is a second auxiliary opening of the air guide pipe 182 It may be discharged toward the fan 183 through (182a). The high-pressure air discharged toward the fan 183 pressurizes the fan 183 to rotate the fan 183 while the external auxiliary pipe 180 is rotated with respect to the auxiliary pipe 170.

팬(183)이 소정 각도만큼 회전하여 외부 보조관(180)이 보조관(170)에 대해 회전하면, 보조 개구(171)와 제2 보조 개구(182a)가 연통되지 않을 수 있다. 이 경우, 공기가 제2 보조 개구(182a)를 통해 배출되기 어려우므로, 보조 개구(171)와 제2 보조 개구(182a)는 각각 보조관(170)과 외부 보조관(180)의 원주를 따라 소정의 각도로 이격되어 복수 개가 형성되어, 팬(183)을 회전시키는 힘이 지속적으로 발생되게 할 수 있다. When the fan 183 rotates by a predetermined angle and the external auxiliary pipe 180 rotates with respect to the auxiliary pipe 170, the auxiliary opening 171 and the second auxiliary opening 182a may not communicate with each other. In this case, since it is difficult for air to be discharged through the second auxiliary opening 182a, the auxiliary opening 171 and the second auxiliary opening 182a are respectively along the circumferences of the auxiliary pipe 170 and the external auxiliary pipe 180. A plurality of pieces are formed by being spaced apart at a predetermined angle, so that a force to rotate the fan 183 is continuously generated.

팬(183)이 회전되면 와류를 형성하여 케이싱(120) 하부에 축적되는 슬러지(S)를 효과적으로 교란시킬 수 있다. When the fan 183 is rotated, a vortex may be formed to effectively disturb the sludge S accumulated under the casing 120.

외부 보조관(180)은 보조관(170)의 단부까지 연장되고, 외부 보조관(180)의 하단부에는 외부 보조관(180)의 외측으로 횡방향으로 연장되는 공기 배출관(185)이 형성된다. 공기 배출관(185)은 보조관(170)에 형성된 배출 개구(172)와 연통된다. 배출 개구(172)는 보조관(170)의 원주를 따라 전체적으로 형성되고, 이러한 배출 개구(172)는 공기 배출관(185)과 연통될 수 있다.The external auxiliary pipe 180 extends to an end of the auxiliary pipe 170, and an air discharge pipe 185 extending laterally to the outside of the external auxiliary pipe 180 is formed at a lower end of the external auxiliary pipe 180. The air discharge pipe 185 communicates with the discharge opening 172 formed in the auxiliary pipe 170. The discharge opening 172 is formed entirely along the circumference of the auxiliary pipe 170, and the discharge opening 172 may communicate with the air discharge pipe 185.

공기 배출관(185)에는 하부로 향하는 복수의 공기 배출구(185a)가 소정의 간격으로 이격되게 형성된다. 공기펌프(162)를 통해 고압의 공기가 복수의 공기 배출구(185a)를 통해 하향으로 배출될 수 있고, 그에 따라 케이싱(120)의 바닥에 축적된 슬러지(S)를 더욱 효과적으로 교란시킬 수 있다. In the air discharge pipe 185, a plurality of air discharge ports 185a directed downward are formed to be spaced apart at predetermined intervals. The high-pressure air may be discharged downward through the air pump 162 through the plurality of air outlets 185a, thereby more effectively disturbing the sludge S accumulated at the bottom of the casing 120.

외부 보조관(180)과 케이싱(120)의 내벽 사이에는 광센서(190)가 부착되어, 케이싱(120)의 하부에 슬러지(S)가 축적된 정도를 확인할 수 있다. 광센서(190)는 외부 보조관(180)의 길이방향을 따라 복수 개가 이격되어 부착되어, 외부 보조관(180)의 광센서(190)로부터의 광이 케이싱(120)에 부착된 광센서(190)까지 도달하지 않으면 그 높이까지 슬러지(S)가 축적된 것으로 확인할 수 있다. 광센서(190)는 조도센서로 구성되어 조도에 의해 슬러지(S)의 축적 정도를 확인할 수도 있다. An optical sensor 190 is attached between the external auxiliary pipe 180 and the inner wall of the casing 120, so that the degree of accumulation of the sludge S in the lower portion of the casing 120 can be checked. A plurality of optical sensors 190 are attached to be spaced apart along the longitudinal direction of the external auxiliary pipe 180, so that light from the optical sensor 190 of the external auxiliary pipe 180 is attached to the casing 120 ( If it does not reach 190), it can be confirmed that sludge (S) has accumulated to that height. The optical sensor 190 may be configured as an illuminance sensor to check the degree of accumulation of sludge S by illuminance.

제어기는 광센서(190)에 의해 슬러지(S)가 축적된 정도를 확인하고, 공기펌프(162) 및 흡입펌프(163)를 가동하여 케이싱(120) 하부의 슬러지(S)를 청소할 수 있다. The controller can check the degree of accumulation of the sludge S by the optical sensor 190 and operate the air pump 162 and the suction pump 163 to clean the sludge S under the casing 120.

보조관(170)과 외부 보조관(180)에는 각각 마그네트(195)가 위치되어, 보조 개구(171)와 제2 보조 개구(182a)가 연통되게 할 수 있다. 외부 보조관(180)이 보조관(170)에 대해 소정 각도만큼 회전하면, 보조 개구(171)와 제2 보조 개구(182a)가 연통되지 않을 수 있다. 이때, 마그네트(195)에 전기가 공급되면, 보조관(170)과 외부 보조관(180)에 각각 부착된 마그네트(195) 사이의 인력에 의해 보조 개구(171)와 제2 보조 개구(182a)가 연통되도록 외부 보조관(180)이 회전할 수 있다. A magnet 195 is positioned in the auxiliary pipe 170 and the external auxiliary pipe 180, respectively, so that the auxiliary opening 171 and the second auxiliary opening 182a communicate with each other. When the external auxiliary pipe 180 rotates with respect to the auxiliary pipe 170 by a predetermined angle, the auxiliary opening 171 and the second auxiliary opening 182a may not communicate with each other. At this time, when electricity is supplied to the magnet 195, the auxiliary opening 171 and the second auxiliary opening 182a by the attractive force between the auxiliary pipe 170 and the magnet 195 attached to the external auxiliary pipe 180, respectively. The external auxiliary pipe 180 may be rotated to communicate with each other.

도 7은 공기펌프(162)가 가동되어, 보조 개구(171)와 제2 보조 개구(182a)를 통해 고압의 공기가 배출되어 팬(183)이 회전하는 상태를 도시하고 있다. FIG. 7 shows a state in which the air pump 162 is operated, and the high pressure air is discharged through the auxiliary opening 171 and the second auxiliary opening 182a so that the fan 183 rotates.

제2 보조 개구(182a)를 통해 배출되는 공기는 팬(183)을 회전시키고, 공기 배출구(185a)를 통해 배출되는 공기는 케이싱(120) 바닥의 슬러지(S)에 힘을 가한다. 그에 따라, 케이싱(120)에 축적된 슬러지(S)는 교란되어 흡입펌프(163)로 흡입하기 좋은 상태가 된다. The air discharged through the second auxiliary opening 182a rotates the fan 183, and the air discharged through the air outlet 185a applies force to the sludge S at the bottom of the casing 120. Accordingly, the sludge (S) accumulated in the casing 120 is disturbed and is in a good state for suction by the suction pump 163.

도 8은 슬러지(S)를 교란시킨 후 흡입펌프(163)가 가동되어, 교란된 슬러지(S)를 보조관(170)을 통해 외부로 배출하는 상태를 도시한다. FIG. 8 shows a state in which the suction pump 163 is operated after disturbing the sludge S and discharges the disturbed sludge S to the outside through the auxiliary pipe 170.

보조 개구(171)와 제2 보조 개구(182a)를 연통시키기 위해, 마그네트(195)에 전기가 공급되면, 마그네트(195)의 인력에 의해 보조 개구(171)와 제2 보조 개구(182a)가 연통되도록 외부 보조관(180)이 회전하여 제2 보조 개구(182a) 및 보조 개구(171)를 통해 슬러지(S)를 흡입할 수 있다. 또한, 공기 배출구(185a)를 통해서도 슬러지(S)가 흡입될 수 있다. In order to communicate the auxiliary opening 171 and the second auxiliary opening 182a, when electricity is supplied to the magnet 195, the auxiliary opening 171 and the second auxiliary opening 182a are formed by the attraction of the magnet 195. The external auxiliary pipe 180 is rotated to communicate with each other, so that the sludge S may be sucked through the second auxiliary opening 182a and the auxiliary opening 171. In addition, sludge S may be sucked through the air outlet 185a.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 슬러지를 교란시키기 위한 구성을 도시하는 도면이다.9 is a diagram showing a configuration for disturbing sludge according to another embodiment of the present invention.

본 실시예에서, 보조관(170)의 하부 외측에는 베어링(181)을 통해 보조관(170)과 독립적으로 회전 가능하게 외부 보조관(180)이 연결된다. 이러한 외부 보조관(180)은 복수 개가 보조관(170)의 길이방향을 따라 이격되게 베어링(181)을 통해 보조관(170)에 연결된다. In this embodiment, an external auxiliary pipe 180 is connected to the lower outer side of the auxiliary pipe 170 so as to be rotatable independently from the auxiliary pipe 170 through a bearing 181. A plurality of these external auxiliary pipes 180 are connected to the auxiliary pipe 170 through a bearing 181 to be spaced apart along the longitudinal direction of the auxiliary pipe 170.

각각의 외부 보조관(180)에는 상기 외부 보조관(180)의 외측으로 횡방향으로 연장되는 팬(183)이 부착되고, 팬(183)을 향해 연장되는 공기 유도관(182)이 형성된다. 공기 유도관(182)에는 보조 개구(171)와 연통되는 제2 보조 개구(182a)가 형성되어, 보조 개구(171)를 통해 배출되는 고압의 공기는 공기 유도관(182)의 제2 보조 개구(182a)를 통해 팬(183)을 향해 배출될 수 있다. Each of the external auxiliary pipes 180 is attached with a fan 183 extending laterally to the outside of the external auxiliary pipe 180, and an air guide pipe 182 extending toward the fan 183 is formed. A second auxiliary opening 182a communicating with the auxiliary opening 171 is formed in the air guide pipe 182, so that the high-pressure air discharged through the auxiliary opening 171 is a second auxiliary opening of the air guide pipe 182 It may be discharged toward the fan 183 through (182a).

고압의 공기가 제2 보조 개구(182a)를 통해 팬(183)을 향해 배출되면, 각각의 외부 보조관(180)은 보조관(170)에 대해 개별적으로 회전할 수 있고, 이는 외부 보조관(180)이 하나로 형성된 것보다 더 큰 와류를 형성하여 케이싱(120) 하부에 축적되는 슬러지(S)를 더욱 효과적으로 교란시킬 수 있다. When high-pressure air is discharged toward the fan 183 through the second auxiliary opening 182a, each of the external auxiliary pipes 180 can be individually rotated with respect to the auxiliary pipe 170, which is an external auxiliary pipe ( It is possible to more effectively disturb the sludge (S) accumulated in the lower portion of the casing 120 by forming a larger vortex than the one formed by 180).

보조관(170)과 외부 보조관(180)에는 각각 마그네트(195)가 위치되어, 보조 개구(171)와 제2 보조 개구(182a)가 연통되게 할 수 있다. 마그네트(195)에 전기가 공급되면, 보조관(170)과 외부 보조관(180)에 각각 부착된 마그네트(195) 사이의 인력에 의해 보조 개구(171)와 제2 보조 개구(182a)가 연통되도록 외부 보조관(180)이 회전할 수 있다. A magnet 195 is positioned in the auxiliary pipe 170 and the external auxiliary pipe 180, respectively, so that the auxiliary opening 171 and the second auxiliary opening 182a communicate with each other. When electricity is supplied to the magnet 195, the auxiliary opening 171 and the second auxiliary opening 182a communicate with each other by the attractive force between the auxiliary pipe 170 and the magnet 195 attached to the external auxiliary pipe 180, respectively. The external auxiliary pipe 180 may be rotated so that it is possible.

본 실시예에서는 외부 보조관(180)가 복수 개가 보조관(170)의 길이방향을 따라 이격되게 연결되어, 외부 보조관(180)이 개별적으로 회전할 수 있게 하여 케이싱(120)의 하부에 더 큰 와류를 형성할 수 있게 한다. In this embodiment, a plurality of external auxiliary pipes 180 are connected to be spaced apart along the longitudinal direction of the auxiliary pipes 170, so that the external auxiliary pipes 180 can be individually rotated so that the lower portion of the casing 120 is further It makes it possible to form a large vortex.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.It is obvious to those of ordinary skill in the art that the present invention is not limited to the above embodiments and can be implemented with various modifications or modifications within the scope not departing from the technical gist of the present invention. will be.

10 : 개방형 지중열교환기
20 : 히트펌프
30 : 공급유로
40 : 제1 회수유로
50 : 제2 회수유로
60A : 제1 펌프
70 : 리사이클링 탱크
80 : 제어기
110 : 관정
120 : 케이싱
130 : 심정펌프
140 : 지하수 공급관
160 : 리턴관
170 : 보조관
171 : 보조 개구
172 : 배출 개구
180 : 외부 보조관
181 : 베어링
182 : 공기 유도관
182a : 제2 보조 개구
183 : 팬
185 : 공기 배출관
185a : 공기 배출구
190 : 광센서
195 : 마그네트
10: open underground heat exchanger
20: heat pump
30: supply flow
40: first recovery channel
50: 2nd recovery channel
60A: first pump
70: recycling tank
80: controller
110: official
120: casing
130: deep well pump
140: groundwater supply pipe
160: return tube
170: auxiliary pipe
171: auxiliary opening
172: discharge opening
180: external auxiliary pipe
181: bearing
182: air guide tube
182a: second auxiliary opening
183: fan
185: air exhaust pipe
185a: air outlet
190: optical sensor
195: magnet

Claims (3)

지중에 설치되는 열교환기를 이용하여 냉난방에 필요한 열에너지를 공급하는 지열 히트펌프 시스템에 있어서,
지중에 설치되는 개방형 지중열교환기;
사용자측의 냉난방 시스템에 냉난방 에너지를 공급하는 히트펌프;
상기 개방형 지중열교환기와 상기 히트펌프의 유입구 사이에 연결되는 공급유로;
일단은 상기 히트펌프의 배출구에 연결되며, 타단은 상기 개방형 지중열교환기의 내부에 설치되어 상기 히트펌프를 거친 1차측의 열매체를 상기 개방형 지중열교환기로 회수하는 제1 회수유로(40) 및 제2 회수유로(50);
상기 제1 회수유로(40)에 설치되어 1차측 열매체의 잔열을 흡수 및 저장하는 리사이클링 탱크;
를 포함하고,
상기 리사이클링 탱크의 내부에는 10 ~ 25℃의 온도 범위에서 상변화를 일으키는 상변화물질(PCM)이 충전되고,
상기 개방형 지중열교환기는,
관정 내부에 삽입되며 하부에 지하수 유입구가 형성된 케이싱;
상기 케이싱 내부에 삽입되어 지하수를 펌핑하는 심정펌프;
상기 공급유로와 연결되어 상기 심정펌프에 의해 펌핑되는 지하수를 히트펌프로 공급하는 지하수 공급관;
상기 히트펌프에서 열교환된 지하수를 관정 내부로 되돌리기 위해 상기 지하수 유입구 근처에서 상기 케이싱 내부로 삽입되는 리턴관;
상기 리턴관 내부로 삽입되어 상기 리턴관의 단부에서 하향으로 상기 케이싱의 바닥면까지 연장되는 보조관;
상기 보조관의 하부 외측에 베어링을 통해 상기 보조관과 독립적으로 회전 가능하게 연결되는 외부 보조관;
을 포함하고,
상기 보조관의 하단부에는 다수의 보조 개구가 소정의 간격으로 이격되어 형성되고,
상기 보조관에는 공기 펌프와 흡입 펌프가 연결되고,
상기 공기펌프는 상기 보조 개구를 통해 고압의 공기를 배출하여 상기 케이싱 하부에 축적되는 슬러지를 교란시키고, 상기 흡입 펌프는 상기 보조 개구를 통해 교란된 슬러지를 흡입하여 제거하고,
상기 외부 보조관에는 상기 외부 보조관의 외측으로 연장되는 복수의 팬이 하향으로 이격되게 형성되고,
상기 외부 보조관에는 상기 보조 개구와 연통되는 제2 보조 개구가 형성되어 상기 팬을 향해 연장되는 공기 유도관이 형성되고,
상기 보조 개구를 통해 배출되는 고압의 공기는 상기 공기 유도관을 통해 상기 팬을 향해 배출되어 상기 팬을 회전시킬 수 있는 지열 히트펌프 시스템.
In a geothermal heat pump system that supplies heat energy required for heating and cooling by using a heat exchanger installed in the ground,
An open underground heat exchanger installed in the ground;
A heat pump for supplying cooling and heating energy to the user's cooling and heating system;
A supply passage connected between the open underground heat exchanger and the inlet of the heat pump;
One end is connected to the outlet of the heat pump, and the other end is installed inside the open-type underground heat exchanger to recover the primary side heat medium that has passed through the heat pump to the open-type underground heat exchanger. A recovery passage 50;
A recycling tank installed in the first recovery passage 40 to absorb and store residual heat of the primary heat medium;
Including,
The inside of the recycling tank is filled with a phase change material (PCM) that causes a phase change in a temperature range of 10 to 25°C,
The open underground heat exchanger,
A casing inserted into the well and having a groundwater inlet at the bottom;
A deep well pump inserted into the casing to pump groundwater;
A groundwater supply pipe connected to the supply passage to supply groundwater pumped by the deep well pump to a heat pump;
A return pipe inserted into the casing near the groundwater inlet to return the groundwater heat-exchanged by the heat pump to the inside of the well;
An auxiliary pipe inserted into the return pipe and extending downward from the end of the return pipe to the bottom surface of the casing;
An external auxiliary pipe rotatably connected to the auxiliary pipe independently through a bearing on the lower outside of the auxiliary pipe;
Including,
A plurality of auxiliary openings are formed to be spaced apart at predetermined intervals at the lower end of the auxiliary pipe,
An air pump and a suction pump are connected to the auxiliary pipe,
The air pump discharges high-pressure air through the auxiliary opening to disturb the sludge accumulated under the casing, and the suction pump sucks and removes the disturbed sludge through the auxiliary opening,
In the external auxiliary pipe, a plurality of fans extending outward of the external auxiliary pipe are formed to be spaced downwardly,
The external auxiliary pipe is formed with a second auxiliary opening communicating with the auxiliary opening to form an air guide tube extending toward the fan,
A geothermal heat pump system capable of rotating the fan by discharging the high-pressure air discharged through the auxiliary opening toward the fan through the air guide pipe.
삭제delete 제1항에 있어서,
상기 외부 보조관은 상기 보조관의 단부까지 연장되고,
상기 외부 보조관의 하단부에는 상기 외부 보조관의 외측으로 횡방향으로 연장되고 하부로 향하는 복수의 공기 배출구가 소정의 간격으로 이격되게 형성되는 공기 배출관이 형성되어, 상기 복수의 공기 배출구를 통해 고압의 공기가 하향으로 배출될 수 있는 지열 히트펌프 시스템.
The method of claim 1,
The external auxiliary pipe extends to the end of the auxiliary pipe,
At the lower end of the external auxiliary pipe, an air discharge pipe extending in a transverse direction to the outside of the external auxiliary pipe and having a plurality of air discharge ports directed downward is formed to be spaced apart at predetermined intervals, and high pressure is applied through the plurality of air discharge ports. Geothermal heat pump system that allows air to be discharged downward.
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