KR101606830B1 - Tube Well-type Heat Exchanger for Heat Pump System - Google Patents

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KR101606830B1 KR1020150006525A KR20150006525A KR101606830B1 KR 101606830 B1 KR101606830 B1 KR 101606830B1 KR 1020150006525 A KR1020150006525 A KR 1020150006525A KR 20150006525 A KR20150006525 A KR 20150006525A KR 101606830 B1 KR101606830 B1 KR 101606830B1
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Abstract

본 발명은 히트펌프 시스템용 관정형 열교환기에 관한 것으로, 본 발명의 열교환기는 관정(10)의 상단 부분에만 내측면에 삽입 설치되는 케이싱(20)과; 상기 관정(10)의 내부에 설치되면서 상기 관정(10)의 바닥과 일정 간격을 두고 설치되는 환수관(30)과; 상기 환수관(30)을 감싸면서 상기 관정(10)의 내부에 상기 관정(10)의 하단부로부터 일정 높이만큼 충전되는 충전재(40) 및; 상기 충전재(40)의 상부에 일정 간격을 두고 설치되어 상기 관정(10) 내부에 집수된 지하수를 히트펌프(60)에 공급하는 심정펌프(50);로 이루어지고,
상기 환수관(30)의 하단부는 무공관으로 이루어지며, 상기 무공관으로 이루어진 하단부의 상부에는 복수 개의 관통공(31)이 형성된 유공관으로 이루어지고, 상기 유공관의 상부는 다시 무공관으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의해 본 발명은 관정의 전 길에 걸쳐 관정의 내부에 케이싱을 설치하지 않고서도 관정이 붕괴되는 것을 효과적으로 방지할 수 있으며, 또한 열교환 효율이 높은 열교환기가 제공된다.The present invention relates to a tubular heat exchanger for a heat pump system, wherein the heat exchanger of the present invention comprises a casing (20) inserted into the inner surface only at the upper end of the tubular column (10); A water return pipe (30) installed inside the water pipe (10) and spaced apart from the bottom of the water pipe (10) at a predetermined interval; A filling material 40 enclosing the water return pipe 30 and filled in the tub 10 by a predetermined height from the lower end of the tub 10; And a heart pump (50) installed at an upper portion of the filler (40) at a predetermined interval to supply groundwater collected in the vessel (10) to a heat pump (60)
The lower end of the water return pipe 30 is made of a non-hollow pipe, and a lower end portion of the non-hollow pipe is formed with a plurality of through holes 31 formed therein. .
According to the above-described structure, the present invention can be applied to the inside of the hall It is possible to effectively prevent the corrugation from collapsing without installing the casing, and also a heat exchanger with high heat exchange efficiency is provided.

Description

히트펌프 시스템용 관정형 열교환기{Tube Well-type Heat Exchanger for Heat Pump System}[0001] The present invention relates to a tube heat exchanger for a heat pump system,

본 발명은 히트펌프 시스템용 관정형 열교환기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실내 냉난방 장치로서 히트펌프 시스템을 사용할 때 지중에 관정을 형성하여 이 관정에 유입된 지하수를 히트펌프 시스템과의 열교환 매체로 사용함으로써 관정이 하나의 열교환기로 기능할 수 있도록 하는 히트펌프 시스템용 관정형 열교환기에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tubular heat exchanger for a heat pump system, and more particularly, to a tubular heat exchanger for use with a heat pump system, So that the heat exchanger can function as a single heat exchanger.

대규모 화훼단지나 농장 등에서 채소나 화훼를 연중에 걸쳐 연속적으로 생산하거나 또는 건물에 있어서 쾌적한 생활 환경 또는 근무 환경을 제공하기 위해서는 실내 온도를 적절히 조절하여야 하는데, 동절기에는 농장이나 건물의 실내 온도를 일정하게 유지하기 위해 실내를 난방하여야 하고, 하절기에는 실내를 냉방하여야 하는데, 이와 같이 동절기와 하절기에 운전하여야 하는 장치가 서로 달라 각각의 장치를 모두 구비하여 별도로 운전 및 보관하여야 하는 불편이 있고, 따라서 최근에는 실내 냉난방을 위해 히트펌프와 같은 냉난방 겸용기기를 이용하는 경우가 점점 증가하고 있다.In order to produce vegetables or flowers continuously in large flower complexes or farms throughout the year, or to provide a comfortable living environment or working environment in a building, the room temperature should be appropriately controlled. In winter, It is necessary to heat the indoor space in order to maintain the indoor space and to cool the indoor space in the summer season. Since the devices to be operated during the winter season and the summer season are different from each other, 2. Description of the Related Art [0002] In recent years, there has been an increasing use of cooling and heating devices such as heat pumps for indoor heating and cooling.

상기와 같이 히트펌프 시스템을 실내 냉난방 겸용장치로서 사용할 때 실외기에 대한 냉각성능과 가열성능이 우수할수록 열에너지 이용효율이 높아지게 되는데, 이때 냉각과 가열에 필요한 열에너지를 생산하여 공급하는 데에 상당한 비용이 소요되기 때문에 최근에는 태양광이나 지열 또는 지하수 등의 천연 에너지를 실내 냉난방에 이용하고자 하는 연구가 활발하게 이루어지고 있으며, 특히 다른 열원에 비해 상대적으로 일정한 온도를 가지는 지하수를 히트펌프 시스템의 냉각 또는 가열을 위한 열원으로서 이용하는 경우가 늘고 있고, 이와 같이 지하수를 열원으로 이용하는 경우 에너지를 절약할 수 있는 동시에 이산화탄소와 질소산화물(NOx)의 생성을 줄일 수 있다.
As described above, when the heat pump system is used as an indoor cooling / heating unit, the efficiency of utilization of heat energy becomes higher as the cooling performance and the heating performance of the outdoor unit become better. In this case, considerable cost is required to produce and supply heat energy required for cooling and heating In recent years, researches have been actively conducted to utilize natural energy such as sunlight, geothermal or ground water for indoor heating and cooling. In particular, groundwater having a relatively constant temperature as compared with other heat sources is cooled or heated by a heat pump system The use of groundwater as a heat source can save energy and reduce the production of carbon dioxide and nitrogen oxides (NOx).

상기와 같이 일정한 온도로 유지되는 지하수를 냉각 또는 가열을 위한 열원으로서 이용할 때에는 일반적으로 지표면에 시추공을 시추한 다음, 이 시추공의 내부에 파이프를 매설하고, 이 파이프를 통해 지하수가 시추공의 내부로 유입되도록 한 후, 파이프의 내부에 히트파이프와 같은 냉매관을 주입하여 지하수와의 열교환에 의해 냉매를 냉각 또는 가열함으로써 열원으로 이용하고 있으며, 이에 대한 하나의 예로서 본 출원인이 개발한 설치 및 운용이 용이한 관정형 히트펌프 시스템(실용신안등록 제20-0473291호)을 들 수 있다.When a groundwater maintained at a constant temperature is used as a heat source for cooling or heating, a borehole is generally drilled on the ground surface, a pipe is buried in the borehole, and groundwater flows into the borehole through the pipe A coolant pipe such as a heat pipe is injected into the inside of the pipe to cool or heat the coolant by heat exchange with groundwater to use as a heat source. As an example of this, the installation and operation developed by the present applicant An easy-to-use tubular heat pump system (Utility Model Registration No. 20-0473291).

상기 관정형 히트펌프 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 지하수가 유입되도록 지표면에서 수직으로 암반층까지 형성되는 관정과; 상기 관정의 내부 내측면에서 수직으로 설치되는 케이싱과; 상기 케이싱 내부에 충진되는 자화사리와; 상기 케이싱 내부에서 집수된 지하수의 수위 하단에 위치하되, 상기 자화사리의 상단과 이격 설치되어 집수된 물을 배출하는 심정 펌프와; 상기 케이싱의 일측에서 수직으로 설치되되, 열교환이 이루어진 물을 상기 케이싱 내부로 원활하게 공급하도록 상기 관정의 바닥으로부터 10m 이내에 위치하는 파이프; 및 상기 심정 펌프를 통해 공급되는 물을 이용하여 냉난방수를 생산하여 부하측의 냉난방을 수행하고, 열교환이 이루어진 물을 상기 파이프를 통해 상기 케이싱 내부로 재투입하는 히트 펌프로 이루어진 것이다.
The tubular type heat pump system includes a tubular structure formed from a ground surface to a rock layer vertically so as to receive groundwater as shown in FIG. 1; A casing vertically installed on an inner side of the inner surface of the tube; A magnetizing sphere filled in the casing; A heartbeat pump positioned at a lower end of the water level of the groundwater collected in the casing and discharging the water collected and separated from the upper end of the magnetized sari; A pipe vertically installed at one side of the casing and positioned within 10 m from the bottom of the pipe to smoothly supply heat-exchanged water into the casing; And a heat pump that generates cooling and heating water by using water supplied through the heart pump and performs cooling and heating on the load side and re-introduces heat-exchanged water into the casing through the pipe.

그러나 상기와 같은 구조로 이루어진 종래의 관정형 히트펌프 시스템에서는 열교환이 이루어진 물을 케이싱 내부로 공급하는 파이프를 PVC로 이루어진 합성수지관을 복수 개의 연결관으로 연결하여 케이싱의 내부에 설치하는데, 이때 파이프가 PVC로 되어 있기 때문에 쉽게 경화되면서 크랙 등이 생성되고, 또한 연결관과의 연결부위에서도 크랙이나 틈이 생성되는 경우가 많아 열교환이 이루어진 물이 케이싱의 바닥까지 전달되지 못하고 물의 일부가 크랙이나 틈을 통해 케이싱의 중간 부위에서 케이싱 쪽으로 누출되어 열교환이 제대로 이루어지지 않은 상태에서 심정펌프를 통해 배출되어 버림으로써 히트펌프 시스템으로 인입되는 냉각수의 온도가 일정하지 못하게 되거나 또는 냉각수의 열전도도가 낮아져 히트펌프 시스템의 성능을 저하시킨다는 문제가 있다.However, in the conventional tubular heat pump system having the above structure, the pipe for supplying the heat-exchanged water to the inside of the casing is connected to the synthetic resin pipe made of PVC through a plurality of connection pipes and installed inside the casing. Since it is made of PVC, cracks and the like are easily generated while being hardened, and cracks and gaps are also generated at the connection portion with the connection pipe. Therefore, the water having heat exchange is not transferred to the bottom of the casing. The temperature of the cooling water flowing into the heat pump system becomes unstable or the thermal conductivity of the cooling water is lowered due to leakage of the heat from the intermediate pump to the casing and the heat exchange is not properly performed, Degrade the performance of There is a problem.

또한 상기한 종래의 관정형 히트펌프 시스템에서는 굴착된 관정의 붕괴를 방지하기 위해 지하 암반층을 통과하는 관정을 따라 관정의 내측면에 수직으로 관 형상의 케이싱을 설치하는데, 일반적으로 히트펌프 시스템용 관정의 깊이는 거의 지하 400m 이하까지 달하기 때문에 관정 전 길이에 걸쳐 관정의 내측에 케이싱을 설치하기가 쉽지 않고, 또한 설령 어렵게 관정의 내부에 케이싱을 설치하였더라도 지하수가 케이싱을 통해 관정의 내부로 쉽게 유입되도록 하기 위해서는 대수층의 깊이에 해당되는 깊이마다 케이싱에 복수 개의 관통공을 형성하여야 하기 때문에 작업이 더디고 번거로우며, 또한 시간이 경과됨에 따라 이들 관통공이 토사나 작은 자갈 또는 이물질 등에 의해 막힘으로써 지하수가 관정의 내부로 원활하게 유입되지 못할 우려가 있다.In addition, in the above-mentioned conventional tubular heat pump system, a tubular casing is vertically installed on the inner side of the tubular body along the tubular passage passing through the underground rock layer in order to prevent the tubular tunnel from collapsing. It is not easy to install a casing inside the canal over the entire length of the canal, and even if a casing is installed inside the canal even though it is difficult to install the canal easily through the casing into the inside of the canal In order to achieve this, it is necessary to form a plurality of through-holes in the casing for each depth corresponding to the depth of the aquifer, so that the operation is slow and troublesome. As time passes, these through holes are clogged by the soil, small gravel, There is a fear that it may not flow smoothly into the inside of the container.

이에 더하여 상기한 종래의 관정형 히트펌프 시스템에서는 히트펌프 시스템과 열교환된 물을 관정의 내부로 환수시키는 파이프(이를 통상 '환수관'이라 한다)가 무공관(無孔管)으로 이루어져 다량의 물이 파이프의 하부 끝단을 통해서만 배출되고, 이 때문에 관정의 내부에 존재하는 토사나 이물질 등이 배출된 물의 압력과 흐름에 의해 부유되면서 심정펌프를 통해 히트펌프 시스템 내부로 유입될 우려가 있으며, 따라서 이러한 현상을 방지하기 위해 케이싱의 내부에 충전재를 충전하고 있으나, 충전재를 충전하는 것만으로는 상기와 같은 환수관을 통한 다량의 물의 배출에 따른 부유 문제 등을 효과적으로 해결할 수는 없다.
In addition, in the above-mentioned conventional tubular heat pump system, a pipe (hereinafter, referred to as a " return pipe ") for returning heat-exchanged water to the inside of the pipe is made of a non-porous pipe So that the soil or the foreign matter existing in the inner part of the pipe is floated by the pressure and flow of the discharged water and may be introduced into the heat pump system through the heart pump. The filling material is filled in the casing in order to prevent the phenomenon, but it is not possible to effectively solve the floating problem due to the discharge of a large amount of water through the above-mentioned water returning pipe simply by filling the filling material.

KRKR 20-047329120-0473291 Y1Y1 KRKR 10-2007-009148710-2007-0091487 AA KRKR 10-105535010-1055350 B1B1 KRKR 10-404839810-4048398 B1B1

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 관정의 전 길에 걸쳐 관정의 내부에 케이싱을 설치하지 않고서도 관정이 붕괴되는 것을 효과적으로 방지할 수 있으며, 환수관에 크랙이나 틈새가 생성되는 것을 방지할 수 있고, 또한 환수관을 통한 물의 배출에 따른 부유 문제를 아울러 해결할 수 있는 히트펌프 시스템용 관정형 열교환기를 제공하는데 그 목적이 있다.
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in order to solve the above problems, A heat pump capable of effectively preventing a corrugated tube from being collapsed without installing a casing and preventing a crack or a gap from being generated in the water return pipe and also solving the floating problem due to the discharge of water through the water return pipe The present invention has been made in view of the above problems.

상기와 같은 본 발명의 목적은 히트펌프 시스템용 열교환기를, 관정의 상단 부분에만 내측면에 삽입 설치되는 케이싱과; 관정의 내부에 설치되면서 관정의 바닥과 일정 간격을 두고 설치되는 환수관과; 환수관을 감싸면서 관정의 내부에 관정의 하단부로부터 일정 높이만큼 충전되는 충전재 및; 충전재의 상부에 일정 간격을 두고 설치되어 관정 내부에 집수된 지하수를 히트펌프에 공급하는 심정펌프;로 이루어지고, 환수관의 하단부는 무공관으로 이루어지며, 무공관으로 이루어진 하단부의 상부에는 복수 개의 관통공이 형성된 유공관으로 이루어지고, 유공관의 상부는 다시 무공관으로 구성하는 것에 의해 달성된다.The object of the present invention as described above A casing in which a heat exchanger for a heat pump system is inserted into an inner side surface of an upper end portion of the duct; A drain pipe installed inside the drain pipe and spaced apart from the bottom of the drain pipe; A filling material which is filled with water at a certain height from the lower end of the tubular structure, And a heart pump disposed at an upper portion of the filler at a predetermined interval to supply the groundwater collected in the inner space to a heat pump. The lower end of the water return pipe is made of a non-hollow pipe, And the upper part of the pipe tube is again composed of a non-pipe tube.

그리고 본 발명의 충전재는 관정의 바닥으로부터 충전되면서 상대적으로 입경이 작은 자갈로 이루어진 제1충전재와, 제1충전재의 상부에 충전되면서 제1충전재보다 상대적으로 입경이 큰 자갈로 이루어진 제2충전재로 이루어지는 것을 특징으로 한다.The filler of the present invention comprises a first filler made of gravel having a relatively small particle size while being filled from the bottom of the gutter and a second filler made of gravel having a relatively larger particle diameter than the first filler while being filled in the first filler .

또한 본 발명의 환수관은 크랙의 형성이 방지될 수 있도록 고밀도 폴리에틸렌으로 이루어지면서 열융착에 의한 맞댐 용접에 의해 연결되는 것을 또 다른 특징으로 한다.Further, the water-return pipe of the present invention is made of high-density polyethylene so as to prevent the formation of cracks, and is connected by the butt welding by heat welding.

이에 더하여 본 발명은, 유공관에 형성되는 관통공의 직경과 개수는 유공관으로부터의 지하수의 배출속도가 6cm/sec 이상이 되도록 형성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.In addition, the present invention is characterized in that the diameter and the number of the through-holes formed in the pipe are formed such that the discharge velocity of the groundwater from the pipe is 6 cm / sec or more.

더욱이 본 발명은 관통공이 환수관의 원주길이의 2/3 또는 1/2에 걸쳐 형성되는 것을 또 다른 특징으로 한다.
Furthermore, the present invention is characterized in that the through-hole is formed over 2/3 or 1/2 of the circumferential length of the water return pipe.

본 발명은 관정의 전 길에 걸쳐 관정의 내부에 케이싱을 설치하지 않고서도 관정의 붕괴를 막을 수 있기 때문에 암반 붕괴시 발생될 수 있는 환수관의 파손이나 환수유로가 폐색되어 열용량 감소의 원인이 되는 것을 미연에 방지할 수 있으며, 또한 히트펌프 시스템에 일정한 온도를 가지는 지하수를 안정적으로 공급 순환시킬 수 있다.The present invention is based on the idea that, Since it is possible to prevent the collapse of the tube wall without installing the casing, it is possible to prevent the breakage of the water return pipe which may occur in the collapse of the rock or the return flow path to be blocked, The groundwater having a constant temperature can be stably supplied and circulated.

그리고 본 발명은 환수관을 지하 깊이까지 설치함으로써 특히 냉방 운전시 관정 내부의 지하수가 대향류형으로 흐르도록 함으로써 LMTD를 크게 하여 동일한 면적일 때 열전달량을 크게 할 수 있기 때문에 열전도도가 상승되어 지중열교환기의 용량이 커지는 효과가 있다.In the present invention, since the water pipe is installed up to the underground depth, the LMTD can be increased by allowing the groundwater in the canal to flow into the counterflow type, especially during the cooling operation, so that the heat transfer amount can be increased when the area is the same. So that the capacity of the capacitor is increased.

또한 본 발명은 환수관으로서 고밀도 폴리에틸렌으로 이루어지면서 열융착에 의한 맞댐 용접에 의해 연결함으로써 환수관에 크랙이나 틈새가 생성되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.Further, according to the present invention, it is possible to effectively prevent cracks and gaps from being generated in the water return pipe by connecting the water return pipe by the butt welding by the high-density polyethylene.

이에 더하여 본 발명은, 관정의 내부 바닥에는 입경이 작은 자갈로 이루어진 제1충전재를 충전하고, 이 제1충전재의 상부에는 제1충전재보다 상대적으로 입경이 큰 자갈로 이루어진 제2충전재를 충전함으로써 환수관을 통해 지하수가 관정 내부에 배출될 때 이 지하의 배출에 의해 이물질 등이 부유하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
In addition, according to the present invention, a first filler made of gravel having a small particle diameter is filled in the inner bottom of the well, and a second filler made of gravel having a relatively larger particle diameter than the first filler is filled in the upper portion of the first filler, It is possible to effectively prevent floating of foreign matter or the like by discharging the groundwater when the groundwater is discharged to the inside of the tunnel through the pipe.

도 1은 종래의 관정형 히트펌프 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 히트펌프 시스템용 관정형 열교환기의 예를 보인 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 관정의 내부에 케이싱과 심정펌프 및 환수관이 설치된 예를 보인 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 히트펌프 시스템용 관정형 열교환기를 냉방운전에 적용하였을 때를 나타낸 사용 상태도,
도 5는 본 발명에 따른 히트펌프 시스템용 관정형 열교환기를 난방운전에 적용하였을 때를 나타낸 사용 상태도이다.1 is a schematic view of a conventional tubular heat pump system,
2 is a view showing an example of a tubular heat exchanger for a heat pump system according to the present invention,
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example in which a casing, a heart pump, and a water return pipe are installed inside a tub according to the present invention,
FIG. 4 is a use state diagram showing application of a tubular heat exchanger for a heat pump system according to the present invention to cooling operation,
FIG. 5 is a state diagram showing a state in which a tubular heat exchanger for a heat pump system according to the present invention is applied to a heating operation.

이하에서는 바람직한 실시예를 도시한 첨부 도면을 통해 본 발명의 구성과 작용을 더욱 상세히 설명한다.
Hereinafter, the structure and operation of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings, which show preferred embodiments.

본 발명은 관정의 내부에 케이싱을 설치하지 않고서도 관정이 붕괴되는 것을 효과적으로 방지할 수 있으며, 환수관에 크랙이나 틈새가 생성되는 것을 방지할 수 있는 히트펌프 시스템용 관정형 열교환기를 제공하고자 하는 것으로, 이를 위해 본 발명의 관정형 열교환기는 도 2에 도시된 바와 같이 관정(10), 케이싱(20), 환수관(30), 충전재(40) 및 심정 펌프(50)로 이루어진다.
In the present invention, It is an object of the present invention to provide a tubular heat exchanger for a heat pump system capable of effectively preventing a corrugated tube from collapsing without installing a casing and preventing cracks and gaps from being generated in the tube. As shown in FIG. 2, the static heat exchanger is composed of a tube 10, a casing 20, a water return pipe 30, a filler 40, and a heart pump 50.

지하 깊이 지표면을 굴착함으로써 형성되는 관정(10)은 그 내부에 대수층을 통해 지하수가 유입될 수 있도록 지하 암반층을 따라 지표면으부터 수직으로 굴착 형성되며, 이때 관정(10)의 구경은 채수량, 대수층의 심도 등의 제반 조건에 의해 선정되고, 관정(10)의 깊이는 시추공의 지하지질 자료나 동일 대수층에 기설치된 관정의 정보에 기초하여 결정되는데, 본 발명에서는 충분한 지하수량을 확보할 수 있으며, 또한 히트펌프 시스템에 유입되는 지하수의 온도를 항상 일정한 온도 범위로 유지할 수 있도록 관정의 깊이를 지하 약 400m 이상의 깊이로 굴착한다.The trench 10, which is formed by excavating the ground surface underground, is excavated vertically from the ground surface along the underground rock layer so that groundwater can be introduced into the trench 10 through the aquifer. In this case, The depth of the canopy 10 is determined on the basis of the underground geological data of the borehole and the information of the canals installed in the same aquifer. In the present invention, sufficient underground water can be secured, and furthermore, The depth of the tunnel is to be excavated at a depth of 400m or more so that the temperature of the groundwater flowing into the heat pump system can be maintained at a constant temperature range at all times.

그리고 본 발명에서는 특히 관정(10)의 상부쪽 내부에 여러 가지 장치가 설치되는 것을 고려하여 관정(10)의 직경을 수직 깊이에 따라 다르게 형성하는데, 지표면으로부터 약 50~70m의 깊이까지는 10~12 inch 크기로 형성하고, 그 이하의 깊이에서는 8 inch 크기로 형성한다.In the present invention, in consideration of various devices installed inside the upper part of the vessel 10, the diameter of the vessel 10 is formed differently according to the vertical depth. The diameter of the vessel 10 ranges from 10 to 12 inch in size, and 8 inch in size at the depths smaller than that.

이때 관정(10)의 일부 깊이까지 케이싱(20)이 삽입 설치되는데, 본 발명에서는 관정의 하부 부분보다 상대적으로 직경이 큰 상부 부분(10~12 inch 크기의 직경 부분)의 내측면에만 케이싱(20)이 삽입 설치되고, 이때 케이싱(20)은 도 3에 도시된 바와 같이 금속 또는 합성수지 재질로 이루어진 파이프가 사용된다.
At this time, the casing 20 is inserted up to a certain depth of the vessel 10. In the present invention, only the inner portion of the upper portion (diameter of 10 to 12 inch) having a relatively larger diameter than the lower portion of the vessel As shown in FIG. 3, a pipe made of metal or a synthetic resin material is used for the casing 20 at this time.

그리고 관정(10)의 내부에는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 히트펌프 시스템으로부터 배출된 물을 관정(10)의 내부에 다시 배출하여 환수될 수 있도록 관 형상의 환수관(30)이 설치되는데, 본 발명에서의 환수관(30)은 본 발명자 등의 실증실험 결과에 기초하여 종래의 PVC 등으로 이루어진 것과 달리 고밀도 폴리에틸렌(HDPE, High Density Poly-Ethylene) 재질의 합성수지관이 사용되며, 이때 이들 고밀도 폴리에틸렌관은 열융착에 의한 맞댐 용접에 의해 연결되고, 이에 의해 환수관(30)의 표면에 크랙이 형성되거나 환수관 연결부위에 틈새가 형성되는 것이 방지되며, 그 결과 히트펌프 시스템으로부터 배출된 물이 환수관(30)을 통해 관정의 하부 깊이까지 운반된 다음 관정(10)의 내부로 배출된다.As shown in FIGS. 2 and 3, a tubular water return pipe 30 is installed inside the tub 10 so as to discharge the water discharged from the heat pump system back into the tub 10, In the present invention, a synthetic resin pipe made of HDPE (High Density Poly-Ethylene) is used instead of conventional PVC or the like based on the empirical test results of the present inventors. These high-density polyethylene pipes are connected by heat welding by butt welding so that cracks are formed on the surface of the water return pipe 30 or a gap is formed between the water pipe connection portions, Water is conveyed through the water return pipe 30 to the lower depth of the canal and then discharged into the interior of the canal 10.

이때 환수관(30)은 도 3에 도시된 바와 같이 관정(10)의 바닥 부근 깊이까지 설치되는데, 이와 같이 환수관(30)을 관정(10)의 바닥 부근 깊이까지 설치하여 이 환수관(30)을 통해 다량의 물을 한꺼번에 배출하게 되면 앞서 설명한 바와 같이 관정(10)의 바닥에 잔류하는 이물질이나 작은 토사 등이 물의 압력과 흐름에 의해 부유되면서 자칫 히트펌프 시스템 내부로 유입될 우려가 있다.3, the water return pipe 30 is installed up to a depth near the bottom of the vessel 10, and the water return pipe 30 is installed up to a depth near the bottom of the vessel 10, It is possible that the foreign matter remaining on the bottom of the vessel 10 and the small gravel are floated by the pressure and flow of the water and may be introduced into the inside of the heat pump system as described above.

또한 본 발명에서는 관정(10)의 하부 쪽에는 관정(10)의 내측에 케이싱이 설치되지 않기 때문에 시간이 지남에 따라 지하수의 유입으로 관정(10)의 하단부가 붕괴될 우려가 있으며, 이 경우 관정(10) 내부로의 지하수의 안정적인 유입을 담보할 수 없게 된다.In the present invention, since the casing is not provided inside the vessel 10 at the lower side of the vessel 10, the lower end of the vessel 10 may collapse due to the inflow of the groundwater over time. In this case, It is impossible to secure a stable inflow of the groundwater into the water tank 10.

이에 따라 본 발명에서는 관정(10)의 바닥에 잔류하는 이물질 등의 부유를 방지하고 또한 관정(10)의 붕괴를 방지하여 관정 내부로의 지하수의 안정적인 유입을 담보할 수 있도록 관정의 내부에 충전재(40)를 충전하는데, 이때 관정(10)의 바닥으로부터 약 10m 높이까지는 약 1cm 이하의 입경을 가지는 자갈로 이루어진 제1충전재(41)를 충전하고, 제1충전재(41)의 상부에는 적어도 2cm 이상의 입경을 가지는 자갈로 이루어진 제2충전재(42)를 20m 이상의 높이가 되도록 충전한다.Accordingly, in order to prevent floating of foreign matter remaining on the bottom of the vessel 10 and to prevent the collapse of the vessel 10, The first filling material 41 made of gravel having a particle diameter of about 1 cm or less is filled up to about 10 m from the bottom of the vessel 10 and the upper part of the first filling material 41 is filled with at least 2 cm or more The second filler 42 made of gravel having a particle diameter is filled to a height of 20 m or more.

그리고 관정(10)의 내부에 제1,2충전재(41, 42)를 충전하기 전에 환수관(30)을 설치하게 되는데, 이때 환수관(30)의 하단부는 위에서 설명한 바와 같이 관정(10)의 바닥 가까이까지 설치됨으로써 그 하단부가 제1충전재(41)의 내부에 위치하게 되며, 이 상태에서 환수관(30)을 통해 다량의 물을 관정(10)의 내부에 배출하게 되면 종래에서와 똑같이 부유현상이 일어나게 되는데, 본 발명에서는 환수관(30)의 하단부를 밀폐시키고, 밀폐된 환수관(30)의 하단부로부터 약 10m의 높이까지는 표면에 관통공이 형성되지 않은 무공관으로 설치하며, 이 무공관의 상부에는 표면에 복수 개의 관통공(31)이 형성된 유공관으로 약 10∼15m의 높이까지 설치한 다음, 그 상부에는 다시 무공관으로 이루어진 환수관(30)을 설치한다.The water return pipe 30 is installed before the first and second fillers 41 and 42 are filled in the vessel 10. The lower end of the water return pipe 30 is connected to the lower end of the vessel 10, The lower end portion of the first filling material 41 is located inside the first filling material 41. When a large amount of water is discharged through the water returning pipe 30 into the inside of the tub 10 in this state, In the present invention, the lower end of the water return pipe 30 is sealed, and a non-hollow pipe having no through hole is provided up to a height of about 10 m from the lower end of the sealed water return pipe 30, Is installed at a height of about 10 to 15 m with a perforated pipe having a plurality of through holes (31) formed on its surface, and then a water return pipe (30) composed of a non-porous pipe is installed on the upper part.

상기와 같은 환수관(30)의 유공형성 구조와 제1,2충전재(41, 42)의 충전 구조에 의해 히트펌프로부터 배출되어 환수관(30)을 통해 관정(10)의 내부 깊이까지 이송된 물은 제2충전재(42)가 충전된 부분에 걸쳐 균일하게 분할 배출되며, 따라서 부유현상의 발생이 최소화되고, 약간의 부유형상이 발생되더라도 부유된 이물질 등은 제2충전재(42)와 그 하부에 위치하는 제1충전재(41)에 의해 쉽게 포집됨으로써 부유현상이 종료된다.
By the above-described hole forming structure of the water return pipe 30 and the filling structure of the first and second fillers 41 and 42, the water is discharged from the heat pump and transferred to the inner depth of the vessel 10 through the water return pipe 30 The water is uniformly divided and discharged over the area filled with the second filler 42, so that the occurrence of the floating phenomenon is minimized, and even if some floating shape is generated, the floating filler material, etc., The floating phenomenon is terminated by being easily trapped by the first filler 41 located at the first end of the first filler 41.

한편, 위에서 설명한 바와 같이 환수관(30) 중 하부 일부는 그 표면에 복수 개의 관통공이 형성된 유공관으로 이루어지고, 이러한 복수 개의 관통공(31)을 통해 히트펌프로부터 배출된 물이 관정의 내부로 다시 배출되어 환수되는데, 이때 환수관(30)을 통해 관정(10)의 내부로 배출되는 지하수의 배출속도는 6 cm/sec 이상이 되도록 함으로써 환수관(30)으로부터의 지하수의 원활한 배출이 이루어지도록 하여 히트펌프의 성능을 향상시키는 것이 바람직한데, 이는 환수관(30)에 형성되는 관통공(31)의 직경과 개수에 의해 결정되며, 이때 관통공(31)은 환수관(30)의 원주 전 길이에 걸쳐 일정간격을 두고 일정 개수만큼 형성되면서 상하로 반복 형성되거나 또는 환수관(30)의 원주의 2/3 또는 1/2(180° 또는 270°)에 걸쳐서만 일정간격을 두고 일정 개수만큼 형성되면서 상하로 반복 형성되며, 이와 같이 관통공(31)을 환수관(30)의 원주길이의 2/3 또는 1/2(180° 또는 270°) 걸쳐서만 형성하는 경우에는 환수관(30)의 설치각도를 조절함으로써 지하수의 배출방향을 조절할 수 있기 때문에 열교환 효율이 더욱 향된다.As described above, a part of the lower part of the water return pipe 30 is composed of a plurality of through holes formed on the surface thereof, and the water discharged from the heat pump through the plurality of through holes 31 is returned to the inside of the water well The discharge speed of the groundwater discharged to the interior of the tub 10 through the water return pipe 30 is set to 6 cm / sec or more so that the groundwater can be smoothly discharged from the water return pipe 30 It is preferable to improve the performance of the heat pump because the diameter of the through hole 31 formed in the water return pipe 30 and the number of the through hole 31 are equal to the circumferential length of the water return pipe 30 (180 ° or 270 °) of the circumference of the water return pipe 30, or a predetermined number of steps are formed at predetermined intervals over only two-thirds or half (180 ° or 270 °) In the When the through hole 31 is formed only over 2/3 or 1/2 (180 or 270) of the circumferential length of the water return pipe 30, the installation angle of the water return pipe 30 The flow direction of the groundwater can be adjusted so that the heat exchange efficiency is further improved.

본 발명자의 실험에 따르면 환수관(30)의 직경이 65A인 경우 원주방향으로는 6.5mm 직경을 가지는 관통공(31)을 일정간격을 두고 4~6개 형성하고, 상하방향으로는 6~8㎝ 간격을 두고 약 10~15m에 걸쳐 형성하는 경우 히트펌프의 성능이 대폭 향상되는 것을 확인할 수 있었다.
According to the experiment of the present inventor, when the diameter of the water return pipe 30 is 65A, 4 to 6 through-holes 31 having a diameter of 6.5 mm in the circumferential direction are formed at regular intervals, and 6 to 8 It is confirmed that the performance of the heat pump is remarkably improved when it is formed over a distance of about 10 to 15 m.

그리고 관정(10)의 상부쪽에는 관정(10)의 내부로 유입된 지하수를 히트펌프(60)에 공급할 수 있도록 심정펌프(50)가 설치되는데, 이때 심정펌프(50)는 제2충전재(42)가 충전된 부분의 상단과 일정 간격을 두고 이격 설치됨으로써 제1,2충전재(41, 42)에 의해 여과된 지하수가 히트펌프(60)에 공급되며, 본 발명에서 사용되는 히트펌프(60)는 도 2에 도시된 바와 같이 증발기(61), 응축기(62), 압축기(63), 팽창변(64), 사방밸브(65)로 이루어진 공지의 히트펌프가 사용되므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
A heart pump 50 is installed on the upper side of the duct 10 so as to supply the groundwater introduced into the duct 10 to the heat pump 60. The heart pump 50 is connected to the second filler 42 The groundwater filtered by the first and second fillers 41 and 42 is supplied to the heat pump 60 and the heat pump 60 used in the present invention is installed at a predetermined distance from the upper end of the charged portion, A known heat pump including an evaporator 61, a condenser 62, a compressor 63, an expansion valve 64 and a four-way valve 65 is used as shown in FIG.

이하에서는 이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 히트펌프 시스템용 관정형 열교환기를 이용하여 히트펌프를 냉방 운전할 때와 난방 운전할 때에 있어서의 동작을 첨부 도면을 참조하여 간략하게 설명한다.
Hereinafter, the operation of the heat pump in the cooling operation and the heating operation of the heat pump using the tubular heat exchanger for a heat pump system according to the present invention will be briefly described with reference to the accompanying drawings.

<냉방운전 시><During cooling operation>

하절기에 히트펌프는 냉방 운전을 하게 되며, 이때 지하수는 히트펌프의 냉방 운전 효율을 향상시키기 위한 냉각수로서 사용되는데, 먼저 심정펌프(50)를 동작시키면 이에 의해 지하수가 히트펌프(60)의 응축기(62)에 공급되면서 열교환을 거치면서 가열된 다음 환수관(30)을 통해 관정(10)의 하단 가까이에 배출되고, 이 배출된 물(열교환된 지하수)은 관정(10) 내부에 집수된 지하수와 혼합됨으로써 냉각된 다음 다시 심정펌프(50)를 통해 히트펌프(60) 쪽으로 공급되는 과정을 반복하게 된다.
The groundwater is used as cooling water for improving the cooling operation efficiency of the heat pump. When the heart pump 50 is operated, groundwater is supplied to the condenser (not shown) of the heat pump 60 The heated water is discharged to the lower end of the vessel 10 through the water return pipe 30 and the discharged water (heat-exchanged ground water) is supplied to the groundwater collected in the vessel 10 Cooled by mixing, and then supplied to the heat pump 60 through the heart pump 50 again.

<난방운전 시><Heating operation>

상기 하절기와 반대로 동절기에 히트펌프는 난방 운전을 하게 되며, 이때 지하수는 히트펌프의 난방 운전 효율을 향상시키기 위한 가열 수단으로서 사용되는데, 먼저 심정펌프(50)를 동작시키면 이에 의해 지하수가 히트펌프(60)의 증발기(61)에 공급되면서 열교환을 거치면서 냉각된 다음 환수관(30)을 통해 관정(10)의 하단 가까이에 배출되고, 이 배출된 물(열교환된 지하수)은 관정(10) 내부에 집수된 지하수와 혼합됨으로써 가열된 다음 다시 심정펌프(50)를 통해 히트펌프(60) 쪽으로 공급되는 과정을 반복하게 된다.
The groundwater is used as a heating means for improving the heating operation efficiency of the heat pump. When the heart pump 50 is first operated, the groundwater is supplied to the heat pump (not shown) 60 and is cooled by heat exchange and then discharged to the vicinity of the lower end of the vessel 10 through the water return pipe 30. The discharged water (heat-exchanged ground water) is supplied to the evaporator 61 And then is supplied to the heat pump 60 through the heart pump 50. The heat pump 60 is operated by the heat pump 60,

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 관정의 전 길에 걸쳐 관정의 내부에 케이싱을 설치하지 않고서도 관정이 붕괴되는 것을 효과적으로 방지할 수 있으며, 또한 환수관에 크랙이나 틈새가 생성되는 것을 아울러 방지할 수 있다.
As described above, according to the present invention, It is possible to effectively prevent the corrugation from collapsing without installing the casing, and also to prevent cracks and crevices from being generated in the water return pipe.

10 : 관정 20 : 케이싱
30 : 환수관 31 : 관통공
40 : 충전재 41 : 제1충전재
42 : 제2충전재 50 : 심정펌프
60 : 히트펌프 61: 증발기
62: 응축기 63: 압축기
64: 팽창변 65: 사방밸브10: casing 20: casing
30: water return pipe 31: through hole
40: Filler 41: First filler
42: second filling material 50: heart pump
60: Heat pump 61: Evaporator
62: condenser 63: compressor
64: inflation valve 65: four way valve

Claims (5)

지하의 관정에 설치되어 지하수를 열교환매체로 이용하는 히트펌프 시스템용 열교환기에 있어서,
열교환기는, 관정(10)의 상단 부분에만 내측면에 삽입 설치되는 케이싱(20)과;
상기 관정(10)의 내부에 설치되면서 상기 관정(10)의 바닥과 일정 간격을 두고 설치되는 환수관(30)과;
상기 환수관(30)을 감싸면서 상기 관정(10)의 내부에 상기 관정(10)의 하단부로부터 일정 높이만큼 충전되는 충전재(40) 및;
상기 충전재(40)의 상부에 일정 간격을 두고 설치되어 상기 관정(10) 내부에 집수된 지하수를 히트펌프(60)에 공급하는 심정펌프(50);로 이루어지고,
상기 환수관(30)의 하단부는 무공관으로 이루어지며, 상기 무공관으로 이루어진 하단부의 상부에는 복수 개의 관통공(31)이 형성된 유공관으로 이루어지고, 상기 유공관의 상부는 다시 무공관으로 이루어지고,
상기 충전재(40)는 상기 관정(10)의 바닥으로부터 충전되면서 상대적으로 입경이 작은 자갈로 이루어진 제1충전재(41)와, 상기 제1충전재(41)의 상부에 충전되면서 상기 제1충전재(41)보다 상대적으로 입경이 큰 자갈로 이루어진 제2충전재(42)로 이루어지며,
상기 환수관(30)은 크랙의 형성이 방지될 수 있도록 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)으로 이루어지면서 열융착에 의한 맞댐 용접에 의해 연결되고,
상기 유공관에 형성되는 관통공(31)의 직경과 개수는 상기 유공관으로부터의 지하수 배출속도가 6cm/sec 이상이 되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템용 관정형 열교환기.
1. A heat exchanger for a heat pump system installed in an underground facility and using ground water as a heat exchange medium,
The heat exchanger includes a casing (20) inserted into the inner side only at an upper end portion of the duct (10);
A water return pipe (30) installed inside the water pipe (10) and spaced apart from the bottom of the water pipe (10) at a predetermined interval;
A filling material 40 enclosing the water return pipe 30 and filled in the tub 10 by a predetermined height from the lower end of the tub 10;
And a heart pump (50) installed at an upper portion of the filler (40) at a predetermined interval to supply groundwater collected in the vessel (10) to a heat pump (60)
The lower end of the water return pipe (30) is made of a non-hollow pipe, and a lower end portion of the non-hollow pipe is formed with a plurality of through holes (31), and the upper part of the pipe pipe
The filling material 40 is composed of a first filler 41 made of gravel having a relatively small particle size while being filled from the bottom of the vessel 10 and a second filler 41 And a second filler 42 made of gravel having a relatively larger particle diameter than the first filler 42,
The water return pipe 30 is made of high density polyethylene (HDPE) so as to prevent the formation of cracks, is connected by heat welding,
Wherein the diameter and the number of the through holes (31) formed in the holes are formed so that the ground water discharge speed from the holes is 6 cm / sec or more.
삭제delete 삭제delete 삭제delete 청구항 1에 있어서,
상기 관통공(31)은 상기 환수관(30)의 원주길이의 2/3 또는 1/2에 걸쳐 형성되는 것을 특징으로 하는 히트펌프 시스템용 관정형 열교환기.The method according to claim 1,
Wherein the through-hole (31) is formed over 2/3 or 1/2 of the circumferential length of the water return pipe (30).
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