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지열원 히트펌프를 위한 열교환 모듈

전문가 제언: ○ 지열원 히트펌프(GSHPs: Ground Source Heat Pumps)는 무한한 양의 지열 에너지를 이용하는 유망한 신재생에너지 활용 시스템이다. 지열원 히트펌프에 있어서 지열은 동절기 난방 시에 냉매의 증발 에너지로 사용되고, 하절기 냉방 시에는 냉매의 응축열을 배출하기 위해 이용된다.

○ 이를 위해 지열원 히트펌프에는 땅속에서의 열교환을 위해 열전달 유체가 순환 파이프로 배열된 지중 열교환기(underground heat exchanger)가 구성된다. 열전달 유체로는 브라인(brine)이나 물과 에틸렌글리콜 같은 동결 방지제가 혼합된 용액이 사용된다.

○ 지중 열교환기는 열교환 파이프를 수직으로 땅속에 묻는 수직배관 방식과 수평방향의 도랑(trenches)에 매설하는 수평배관 방식으로 크게 분류한다. 이 중 수직배관 방식은 수평 방식에 비해 대지가 적게 소요되고, 동절기에도 히트펌프가 효율적으로 동작하는 장점이 있다. 그러나 이 시스템은 열전달 유체의 누출로 인한 지하수 오염 등 환경문제 우려가 크다.

○ 따라서 열전달 유체의 누출을 탐지할 수 있는 누설검지 시스템이 필요하다. 이를 위해 압력을 가한 누설검지 유체를 지중 열교환기에 적용함으로써 열전달 유체 누설을 감지하는 시스템을 구성한 이 발명은, 특히 수직형 지중 열교환기가 구성된 GSHP 시스템의 열전달 유체 누출문제를 효과적으로 해결할 수 있다.

○ 지열 이용에 있어 화산지역이나 온천지역 등 열․온수나 증기가 분출하는 지역에서는 발전이나 직접 냉난방용으로 지열을 비교적 쉽게 이용할 수 있다. 그러나 이러한 지역은 극히 제한되어 있는 반면, 지중열교환기 매설방식을 사용하면 대부분의 지역에서 광범위하게 지열을 이용할 수 있다. 따라서 지열이용 활성화를 위해 지하수의 오염 등 환경피해를 막기 위한 지열 시스템의 순환유체 누출방지 기술개발은 확대되어야 한다.

저자: SVENDSEN, Poul
자료유형: 특허정보