지열을 이용한 냉난방시스템{A COOLING AND HEATING SYSTEM USING GEOTHERMAL}
본 발명은 지열을 이용한 냉난방시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에너지의 투입 없이 지열을 이용하여 여름에는 냉방을 그리고 겨울에는 난방을 가능하게 하는 지열을 이용한 냉난방시스템에 관한 것이다.
한여름에 온도가 올라갈 경우 에어컨을 작동시킨다. 에어컨은 공기를 냉각시킨 후 냉각된 공기를 건물 내부에서 강제 순환시킴으로써 냉방을 가능하게 한다. 그런데 상기한 바와 같이 에어컨을 이용한 냉방방식의 경우, 냉방을 위하여 많은 에너지가 소모됨으로써 많은 경제적인 부담이 되었다. 또한, 순환되는 냉각 공기는 매우 건조한 상태가 되기 때문에, 장시간 에어컨을 사용할 경우 코점막 건조증, 알레르기성 비염, 감기, 각종 기관지염과 같은 냉방병을 유발되었다라는 문제점이 있었다. 한편, 겨울에 온도가 내려갈 경우 보일러나 히터를 작동시킨다. 보일러나 히터는 공기를 데우게 되고, 데워진 공기는 건물 내부에서 순환됨으로써 난방이 된다. 그런데, 상기한 이러한 난방 방식의 경우 보일러나 히터를 작동하기 위하여 많은 에너지를 소모하였다라는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 냉방이나 난방을 하는 과정에서 에너지의 사용량을 최소화할 수 있는 지열을 이용한 냉난방시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 다른 목적은, 냉방 과정이나 공기가 건조해지는 것을 방지할 수 있어, 냉방병이나 세균성 질환을 근본적으로 방지할 수 있는 지열을 이용한 냉난방시스템을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉방시스템의 일 실시예는,
사람이 거주하는 건물(B)에 설치되어 공기가 배출되는 실내기(100); 지면으로부터 소정깊이 이상의 땅속(G)에 매설되는 열교환부(200); 상기 열교환부(200)와 실내기(100) 사이를 연결하는 덕트(300); 및 상기 열교환부(200)를 경유하는 공기를 상기 실내기(100)로 강제 압송하는 압송팬(400);을 포함하고,
상기 열교환부(210)는, 땅속(G)에 매설되는 반원통 형태의 포집단(211)과, 상기 포집단(211)의 중앙에 형성되어 상기 덕트(300)와 연결되는 연결부(212)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉방시스템의 다른 실시예는,
사람이 거주하는 건물(B)에 설치되어 공기가 배출되는 실내기(100); 지면으로부터 소정깊이 이상의 땅속(G)에 매설되는 열교환부(200); 상기 열교환부(200)와 실내기(100) 사이를 연결하는 덕트(300); 및 상기 열교환부(200)를 경유하는 공기를 상기 실내기(100)로 강제 압송하는 압송팬(400);을 포함하고,
상기 열교환부(220)는, 땅속(G)에 매설되는 반원통 형태의 포집단(221)과, 상기 포집단(221)의 중앙에 형성되어 상기 덕트(300)와 연결되는 연결부(222)와, 상기 포집단(221) 내부에 채워진 후 그 포집단(221)의 외부까지 연장되게 설치되는 다공성 냉각제(223)를 포함한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉방시스템의 또 다른 실시예는,
사람이 거주하는 건물(B)에 설치되어 공기가 배출되는 실내기(100); 지면으로부터 소정깊이 이상의 땅속(G)에 매설되는 열교환부(200); 상기 열교환부(200)와 실내기(100) 사이를 연결하는 덕트(300); 및 상기 열교환부(200)를 경유하는 공기를 상기 실내기(100)로 강제 압송하는 압송팬(400);을 포함하고,
상기 열교환부(230)는, 땅속(G)에 매설되는 포집탱크(231)와, 상기 포집탱크(231)의 중앙에 형성되어 상기 덕트(300)와 연결되는 연결부(232)와, 상기 포집탱크(231)에서 연통되게 형성되며 다수의 다공(233a)이 형성된 다공파이프(233)를 포함한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉방시스템의 다른 실시예는,
사람이 거주하는 건물(B)에 설치되어 공기가 배출되는 실내기(100); 지면으로부터 소정깊이 이상의 땅속(G)에 매설되는 열교환부(200); 상기 열교환부(200)와 실내기(100) 사이를 연결하는 덕트(300); 상기 열교환부(200)를 경유하는 공기를 상기 실내기(100)로 강제 압송하는 압송팬(400); 및 일측단이 지면 상부에 위치되고 타측단이 상기 열교환부와 연결되어 그 열교환부로 공기를 공급하기 위한 공기공급부(500);를 포함하고,
상기 열교환부(240)는, 일측단이 상기 덕트(300)와 연결되고 타측단이 상기 공기공급부(500)과 연결되는 것으로서 구불구불한 미로를 형성하는 미로부(241)와, 상기 미로부(241)에 형성되어 땅속(G)과의 접촉면적을 증가시키기 위한 방열핀(242)을 포함한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉방시스템의 또 다른 실시예는,
사람이 거주하는 건물(B)에 설치되어 공기가 배출되는 실내기(100); 지면으로부터 소정깊이 이상의 땅속(G)에 매설되는 열교환부(200); 상기 열교환부(200)와 실내기(100) 사이를 연결하는 덕트(300); 상기 열교환부(200)를 경유하는 공기를 상기 실내기(100)로 강제 압송하는 압송팬(400); 및 일측단이 지면 상부에 위치되고 타측단이 상기 열교환부와 연결되어 그 열교환부로 공기를 공급하기 위한 공기공급부(500);를 포함하고,
상기 열교환부(260)는, 땅속(G)에 매설되는 반원통 형태의 포집단(261)과, 상기 포집단(261)의 중앙에 형성되어 상기 덕트(300)와 연결되는 제1연결부(262)와, 상기 포집단(261)에 대향되게 위치되는 분배단(263)과, 상기 분배단(263)의 중앙에 형성되어 상기 공기공급관(510)과 연결되는 제2연결부(264)와, 상기 포집단(261)과 분배단(263) 사이에 설치되는 다공성 냉각제(255)를 포함한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉방시스템의 다른 실시예는,
사람이 거주하는 건물(B)에 설치되어 공기가 배출되는 실내기(100); 지면으로부터 소정깊이 이상의 땅속(G)에 매설되는 열교환부(200); 상기 열교환부(200)와 실내기(100) 사이를 연결하는 덕트(300); 상기 열교환부(200)를 경유하는 공기를 상기 실내기(100)로 강제 압송하는 압송팬(400); 및 일측단이 지면 상부에 위치되고 타측단이 상기 열교환부와 연결되어 그 열교환부로 공기를 공급하기 위한 공기공급부(500);를 포함하고,
상기 열교환부(270)는, 땅속(G)에 매설되는 것으로서 지표면으로 침투된 우수가 저장되는 우수탱크(271)와, 상기 우수탱크(271) 내부에 설치되는 것으로서 일측단이 상기 덕트(300)와 연결되고 타측단이 상기 공기공급관(510)과 연결되는 것으로서 상기 우수 내부에 설치되는 코일관(272)을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 실내기(100)는, 상기 건물의 벽체에 매설되고, 상기 압송팬(400)은 상기 실내기(100)에 내장된다. 삭제 삭제 삭제 삭제 삭제 삭제 삭제 삭제 삭제
본 발명에 따른 지열을 이용한 냉난방시스템은, 건물(B) 내부에 설치되는 실내기와, 땅속(G)에 매설되는 열교환부와, 열교환부와 실내기 사이를 연결하는 덕트와, 열교환부를 경유하는 공기를 실내기로 강제 압송하는 압송팬을 포함함으로써, 여름에는 시원한 공기를 그리고 겨울에는 따뜻한 공기를 에너지의 투입없이 건물 내로 유입시킬 수 있으며, 이에 따라 냉방 및 난방을 가능하게 할 수 있다. 또한 냉방 과정에서 공기가 건조해지는 것을 방지할 수 있어 냉방병 및 각종 호흡기 질환의 위협으로부터 거주자를 보호할 수 있다라는 작용, 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉방시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉방시스템의 구성도이고, 도 2는 깊이변화에 따른 지열 온도 변화를 도시한 그래프이다. 도 1은 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉난방시스템의 일 실시예의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉난방시스템의 일 실시예는, 사람이 거주하는 건물(B)에 설치되어 공기가 배출되는 실내기(100)와; 지면으로부터 소정깊이 이상의 땅속(G)에 매설되는 열교환부(200)와; 열교환부(200)와 실내기(100) 사이를 연결하는 덕트(300)와; 열교환부(200)를 경유하는 공기를 실내기(100)로 강제 압송하는 압송팬(400);을 포함한다. 실내기(100)는 건물 내부에 위치되는 것으로서 건물을 시공할 때 벽체 내부에 매설된다. 이러한 실내기(100)에는 공기속에 포함된 이물질을 거르기 위한 필터(110)가 설치되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서 실내기(100)는 벽체에 매설된 것을 예로 들고 있지만, 실내기(100)가 건물에서 이동 가능함은 물론이다. 덕트(300)는, 압송팬(400)이 작동될 때 후술할 열교환부에 의하여 시원해지거나 따뜻해진 공기를 실내기(100)로 안내하는 유로를 제공한다. 이러한 덕트(300) 역시 벽체 내부에 시공되는 것이 바람직하다. 압송팬(400)은 열교환부에 의하여 시원해지거나 따뜻해진 공기를 덕트(300)를 통하여 실내기(100)로 흐르게 하는 것으로서, 작동시 소음이 발생되지 않는 것이 바람직하다. 이러한 압송팬(400)은 실내기(100) 내부에 설치된다. 열교환부는 여름이나 겨울에도 온도가 일정하게 유지되는 땅속(G)에 매설되 며, 지면을 기준으로 하여 5m 이상의 깊이에 매설되는 것이 바람직하다. 통상적으로 지상의 온도가 영상 30℃ 를 오르내리는 여름이나 영하의 온도를 유지하는 겨울에도 땅속(G)의 온도는 항상 10~15 ℃ 의 온도를 유지하는데, 이러한 땅속(G)에 열교환부를 매설한 후 공기를 통과시키게 되면, 추가적인 에너지의 투입 없이 여름에는 지표면 상부보다 상대적으로 시원한 공기를 얻을 수 있고, 겨울에는 상대적으로 따뜻한 공기를 얻을 수 있다. 이러한 열교환부는 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이를 구분하여 설명하면 다음과 같다. 도 2는 도 1에 적용되는 열교환부의 제1실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환부(210)의 제1실시예는, 땅속(G)에 매설되는 반원통 형태의 포집단(211)과, 포집단(211)의 중앙에 형성되어 덕트(300)와 연결되는 연결부(212)를 포함한다. 이러한 구조에 의하여, 압송팬(400)이 가동되면 포집단(211) 내부에 진공압이 형성되고, 이 상태에서 지표면을 통하여 땅속(G)으로 유입된 공기는 진공압이 형성된 포집단(211) 내부에서 포집된 후 연결부(212)에서 모아진다. 이후, 연결부(212)에서 모아진 공기는 덕트(300)를 경유한 후 실내기(100)를 통하여 건물 내부로 토출된다. 이때 땅속(G)의 온도는 여름의 경우 지표면의 온도보다 낮고, 겨울의 경우 지표면의 온도보다 높으므로, 땅속(G)의 열교환부(210)를 통과한 공기는 여름에는 시원하고 겨울에는 따뜻하며, 이러한 공기에 의하여 건물 내부는 냉방이 되거나 난방이 되는 것이다. 도 3은 도 1에 적용되는 열교환부의 제2실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환부(220)의 제2실시예는, 땅속(G)에 매설되는 반원통 형태의 포집단(221)과, 포집단(221)의 중앙에 형성되어 덕트(300)와 연결되는 연결부(222)와, 포집단(221) 내부에 채워진 후 그 포집단(221)의 외부까지 연장되게 설치되는 다공성 냉각제(223)를 포함한다. 이때 다공성 냉각제(223)는 다양하게 구현할 수 있는데, 예를 들면 투스콘과 같은 건축자제로 구현할 수 있다. 이러한 구조에 의하여, 압송팬(400)이 가동되면 포집단(221) 내부에 진공압이 형성되고, 이 상태에서 지표면을 통하여 땅속(G)으로 유입된 공기는 다공성 냉각제(223)를 통과한 후 진공압이 형성된 포집단(221) 내부에서 포집되어 연결부(222)에서 모아진다. 이후, 연결부(222)에서 모아진 공기는 덕트(300)를 경유한 후 실내기(100)를 통하여 건물 내부로 토출된다. 이때 다공성 냉각제(223)에는 수많은 다공이 형성되어 있으므로, 땅속(G)의 공기를 보다 효과적으로 흡수하여 포집단(211)이 보다 많은 공기를 포집할 수 있도록 한다. 도 4는 도 1에 적용되는 열교환부의 제3실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 열교환부(230)의 제3실시예는, 땅속(G)에 매설되는 포집탱크(231)와, 포집탱크(231)의 중앙에 형성되어 덕트(300)와 연결되는 연결부(232)와, 포집탱크(231)에서 연통되게 형성되며 다수의 다공(233a)이 형성된 다공파이프(233)를 포함한다. 이러한 구조에 의하여, 압송팬(400)이 가동되면 포집탱크(231) 내부에 진공압이 형성되고, 이 상태에서 지표면을 통하여 땅속(G)으로 유입된 공기는 다 공(233a)을 통하여 다공파이프(233) 내부로 유입된 후 포집탱크(231)에 포집된다. 이후, 연결부(232)에서 모아진 공기는 덕트(300)를 경유한 후 실내기(100)를 통하여 건물 내부로 토출된다. 이때 다공파이프(233)에는 수많은 다공(233a)이 형성되어 있으므로 땅속(G)의 공기를 보다 효과적으로 흡수하여 포집탱크(231)가 보다 많은 양의 공기를 포집할 수 있도록 한다. 도 5는 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉난방시스템의 다른 실시예의 구성도이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉난방시스템의 다른 실시예는, 사람이 거주하는 건물(B)에 설치되어 공기가 배출되는 실내기(100)와; 지면으로부터 소정깊이 이상의 땅속(G)에 매설되는 열교환부(200)와; 열교환부(200)와 실내기(100) 사이를 연결하는 덕트(300)와; 열교환부(200)를 경유하는 공기를 실내기(100)로 강제 압송하는 압송팬(400)과; 일측단이 지면 상부에 위치되고 타측단이 열교환부와 연결되어 그 열교환부로 공기를 공급하기 위한 공기공급부(500)를 포함한다. 여기서, 땅을 이루는 흙의 구조가 조밀하여 공기가 잘 흐르지 않을 경우에는 열교환부로 공기를 공급하기 위한 공기공급부(500)가 설치될 수도 있다. 이러한 공기공급부(500)는, 열교환부와 연결되며 지상으로 노출되는 공기공급관(510)과, 공기공급관(510)의 단부에 설치되는 것으로서 빗물이나 눈이 공기공급관(510)으로 유입되지 않도록 하는 유입방지부(520)를 포함한다. 그리고, 본 실시예에서, 실내기(100), 덕트(300) 및 압송팬(400)은 제1실시 예에서 설명된 것과 동일하므로 더 이상의 상세한 설명은 생략한다. 도 6은 도 5에 적용되는 열교환부의 제4실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환부(240)의 제4실시예는, 일측단이 덕트(300)와 연결되고 타측단이 공기공급관(510)과 연결되는 것으로서 구불구불한 미로를 형성하는 미로부(241)와, 미로부(241)에 형성되어 땅속(G)과의 접촉면적을 증가시키기 위한 방열핀(242)을 포함한다. 이때 미로부(241)는 관을 구불구불하기 구부려서 제작할 수도 있고, 납작한 직사각형 탱크 내부를 지그재그식으로 구획하여 제작할 수도 있다. 이러한 구조에 의하여, 압송팬(400)이 가동되면 미로부(241)에 진공압이 형성되고, 이 상태에서 공기공급관(510)을 통하여 미로부(241)로 유입된 공기는 그 미로부(241)를 경유한 후 덕트(300)를 경유하고 이후 실내기(100)를 통하여 건물 내부로 토출된다. 이때, 미로부(241)에는 수많은 방열핀(242)이 형성되어 있으므로, 땅속(G)의 온도가 미로부(241)로 효과적으로 전달되고, 이에 따라 미로부(241)를 통과하는 공기는 여름에는 시원해지고 겨울에는 따뜻해진다. 도 7은 도 5에 적용되는 열교환부의 제5실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환부(250)의 제5실시예는, 덕트(300)와 연결되는 제1탱크(251)와, 공기공급관(510)과 연결되는 제2탱크(252)와, 제1탱크(251)와 제2탱크(252) 사이에 연통되게 연결되는 다수의 냉각관(253)을 포함한다. 이러한 구조에 의하여, 압송팬(400)이 가동되면 제1탱크(251) 및 냉각 관(253)에 진공압이 형성되고, 이 상태에서 공기공급관(510)을 통하여 제2탱크(252)로 유입된 공기는 분배되어 냉각관(253)을 지나고, 이후 제1탱크(251)에서 모아진 후 덕트(300)를 통하여 실내기(100)로 유입된다. 이때 땅속(G)에는 다수의 냉각관(253)이 매설되어 있으므로, 땅속(G)의 온도가 냉각관(253)으로 효과적으로 전달되고, 이에 따라 다수의 냉각관(253)을 통과하는 공기는 여름에는 시원해지고 겨울에는 따뜻해진다. 도 8은 도 5에 적용되는 열교환부의 제6실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환부(250)의 제6실시예는, 땅속(G)에 매설되는 반원통 형태의 포집단(261)과, 제1포집단(261)의 중앙에 형성되어 덕트(300)와 연결되는 제1연결부(262)와, 포집단(261)에 대향되게 위치되는 분배단(263)과, 분배단(263)의 중앙에 형성되어 공기공급관(510)과 연결되는 제2연결부(264)와, 포집단(261)과 분배단(263) 사이에 설치되는 다공성 냉각제(265)를 포함한다. 이때 다공성 냉각제(265)는 다양하게 구현할 수 있는데, 예를 들면 투스콘과 같은 건축자제로 구현할 수 있다. 이러한 구조에 의하여, 압송팬(400)이 가동되면 포집단(261)에 내부에 진공압이 형성되고, 이 상태에서 공기공급관(510)으로 공급되는 공기는 분배단(263)에서 다공성 냉각제(265)로 침투된 후 진공압이 형성된 포집단(261)에서 포집되어 제1연결부(262)에 모아진다. 이후, 연결부(212)에서 모아진 공기는 덕트(300)를 경유한 후 실내기(100)를 통하여 건물 내부로 토출된다. 도 9는 도 5에 적용되는 열교환부의 제7실시예를 설명하기 위한 도면이다. 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열교환부(270)의 제7실시예는, 땅속(G)에 매설되는 것으로서 지표면으로 침투된 우수(雨水)가 저장되는 우수탱크(271)와, 우수탱크(271) 내부에 설치되는 것으로서 일측단이 덕트(300)와 연결되고 타측단이 공기공급관(510)과 연결되는 것으로서 우수 내부에 설치되는 코일관(272)을 포함한다. 우수텡크(271)는 지표면으로 떨어진 후 땅속(G)으로 침투된 우수(빗물)가 저장되는 것으로서, 전원주택이나 친환경주택을 지을 때 많이 시공된다. 이러한 우수탱크(271)는 다양한 분야에서 광범위하게 시공되는 것이므로 상세한 설명은 생략한다. 이러한 구조에 의하여, 압송팬(400)이 가동되면 코일관(272) 내부에 진공이 형성되고, 이 상태에서 공기공급관(510)으로 공급되는 공기는 코일관(272)을 유입된 후 덕트(300)를 경유하고 이후 실내기(100)를 통하여 건물 내부로 토출된다. 본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉난방시스템의 일 실시예의 구성도, 도 2는 도 1에 적용되는 열교환부의 제1실시예를 설명하기 위한 도면, 도 3은 도 1에 적용되는 열교환부의 제2실시예를 설명하기 위한 도면, 도 4는 도 1에 적용되는 열교환부의 제3실시예를 설명하기 위한 도면, 도 5는 본 발명에 따른 지열을 이용한 냉난방시스템의 다른 실시예의 구성도, 도 6은 도 5에 적용되는 열교환부의 제4실시예를 설명하기 위한 도면, 도 7은 도 5에 적용되는 열교환부의 제5실시예를 설명하기 위한 도면, 도 8은 도 5에 적용되는 열교환부의 제6실시예를 설명하기 위한 도면, 도 9는 도 5에 적용되는 열교환부의 제7실시예를 설명하기 위한 도면. <도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명> 100 ... 실내기 110 ... 필터 210 ... 열교환부 211 ... 포집단 212 ... 연결부 220 ... 열교환부 221 ... 포집단 222 ... 연결부 223 ... 다공성 냉각제 230 ... 열교환부 231 ... 포집탱크 232 ... 연결부 233 ... 다공파이프 240 ... 열교환부 241 ... 미로부 242 ... 방열핀 250 ... 열교환부 251 ... 제1탱크 252 ... 제2탱크 253 ... 냉각관 260 ... 열교환부 261 ... 포집단 262 ... 제1연결부 263 ... 분배단 264 ... 제2연결부 265 ... 다공성 냉각제 270 ... 열교환부 271 ... 우수탱크 272 ... 코일관 300 ... 덕트 400 ... 압송팬 500 ... 공기공급부 510 .. 공기공급관 520 ... 유입방지부 |
