KR100717391B1

KR100717391B1 - 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치

Info

Publication number: KR100717391B1
Application number: KR1020060053945A
Authority: KR
Inventors: 홍성술
Original assignee: 홍성술
Priority date: 2006-06-15
Filing date: 2006-06-15
Publication date: 2007-05-11

Abstract

본 발명은 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치에 관한 것으로, 지하수를 지열 열교환기에 연속 순환시키기 위한 양수관과 리턴관을 오염방지 보호공에 대해 분리가 용이하게 장착하고, 인양된 양수관과 리턴관의 설치 작업이 용이함과 동시에 지표 오염물질 유입을 방지할 수 있도록 함을 목적으로 한다.

개시된 본 발명에 따른 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치는, 지열 열교환기와 유체 연통 가능하게 연결되고 관정(1) 내부에 삽입되는 양수관(2)과, 상기 관정 내부의 지하수를 펌핑하여 상기 양수관을 통하여 상기 지열 열교환기에 공급하는 수중펌프(3)와, 상기 지열 열교환기에 유체 연통 가능하게 연결되어 상기 지열 열교환기를 통과한 지하수를 다시 상기 관정에 복귀시키는 리턴관(5)과; 상기 관정과 연통되도록 연장 가능한 구조로 설치되며 내주면에 테이퍼부(21)를 갖는 허브 지지부가 하나 이상 형성되고 뚜껑에 의해 개폐되는 오염방지 보호공(6)과; 상기 양수관과 리턴관이 각각 연결되며 둘레부에 상기 테이퍼부와 쐐기식으로 결합되는 테이퍼부(13)가 형성되고 손잡이가 갖추어져 상기 양수관 및 리턴관과 함께 상기 오염방지 보호공에 대해 인출 삽입되는 허브(10)를 포함하여 구성된다.

지열, 지하수, 양수관, 리턴관, 허브, 보호공

Description

지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치{APPARATUS FOR SUPPLYING UNDERGROUND WATER GEOTHERM HEAT-EXCHANGER}

도 1은 종래 기술에 의한 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치를 보인 개략도.

도 2는 본 발명에 따른 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치를 도시한 종단면도.

도 3은 본 발명에 의한 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치를 보이기 위한 분해 사시도.

도 4는 본 발명에 따른 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치의 요부 확대 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

1 : 관정, 2 : 양수관

3 : 수중펌프, 4 : 열교환기

5 : 리턴관, 6 : 오염방지 보호공

10 : 허브, 11 : 유입공

12 : 토출공, 13,21 : 테이퍼부

14 : 오링, 15 : 가이드돌기

16 : 손잡이, 20 : 허브 지지부

23 : 굴착공 케이싱,

본 발명은 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 소위 SCW(Standing Column Well) 방식의 scw cap이라 불리는 것으로 지하수의 양이 적은 조건에서도 지하수를 연속 순환시켜 지열 열교환기를 가동할 수 있으며, 이때, 지하수의 순환을 위한 양수관과 리턴관의 장착구조를 개선하여 관정의 청소 등을 위한 유지보수가 용이하도록 한 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치에 관한 것이다.

주지하다시피 지하수[地下水; ground water]는 지하의 지층이나 암석 사이의 빈틈을 채우고 있거나 흐르는 물이고, 지열[地熱; geothermy]은 지구 내부에서 표면을 거쳐 외부로 유출되는 열량(熱量)을 말하는 것으로, 특히 지열은 지구의 전 표면에서 외부로 방출되는데, 양은 지역적으로 크게 다르지만 평균 10-6 cal/㎡·sec이며, 화산지대에서는 높은 값을 보인다. 유출방법은 열전도에 의한 것과, 가스·온수 및 화산분출물 등에 의한 것이 있다. 뉴질랜드·이탈리아·일본 등 지각열류량(地殼熱流量)이 많은 곳에서는 지열에너지를 발전(發電)에 이용하기도 한다. 또한 지열은 지각 내에 부존하는 방사성물질이 자연붕괴할 때 발생되는 열에너지를 근원으로 한다. 한편, 철·니켈이 녹아 있는 고온의 지구 중심부에서는 맨틀이 열절연작용(熱絶緣作用)을 하기 때문에 열이 거의 지표로 방출되지 못한다. 상기 지열을 적절하게 이용하는 것은 환경적인 측면에서도 꽤 유리하다. 이산화탄소 배출도 없고 오염물질도 거의 나오지 않는다. 그리고 지열은 직접적인 난방, 전력생산, 열펌프를 통한 난방과 냉방, 제조용 열 등 여러 가지 형태로 이용될 수 있다.

상기와 같은 지열 열교환기용 지하수 순환장치는 종래에도 도 1에 도시된 바와 같이 사용되고 있다. 즉, 연중 온도변화가 거의 없는 지하수와 지열을 이용하기 위해 암반 내부 관정(1)에 양수관(2)을 삽입한 후 그 관정 내부로 고여지는 지하수를 수중펌프(3)로 펌핑시켜 열교환기(4)로 열교환 후, 리턴관(5)을 통해 열교환기(4)를 통과한 매체(물)를 재차 관정(1) 내부로 복귀시켜 반복 순환되도록함으로써 상기 지하수와 암반과의 열교환 효율을 극대화할 수 있도록 한 것이고, 겨울철에는 암반내 지하수와의 열교환에 의해 얻어진 지열에너지를 이용하여 사용자에게 공급하고, 여름철에는 사용자의 실내에서 발생한 열을 순환되는 지하수를 통하여 땅속에 방열토록 한 것이다. 즉, 양수관(2)과 리턴관(5)은 지열교환을 위한 순환관인 것이다. 도면 중 부호 6은 지상으로 돌출되어 있으며 환경오염이나 재해 또는 장마철 침수로 인한 오염을 막기 위해 최상단에는 뚜껑이 설치되고 양수관(2)과 리턴관(5)이 결합된 오염방지 보호공이고, 7과 8은 각각 양수관(2)과 리턴관(5)에 각각 연결되어 열교환매체인 물의 순환을 안내하는 밀폐식 순환파이프이고, 23은 굴착공 케이싱이다.

그러나, 종래 기술에 의한 지열 열교환기용 지하수 순환방식에 의하면, 순환관인 리턴관(5)이 오염방지 보호공(6)에 장착이 불가능하므로 굴착공 케이싱(23)에 용접 고정되었으며, 이 때문에 좁은 굴착공 케이싱(23) 내부에 설치되어 있는 수중펌프(3)와 양수관(2)과 리턴관(5) 등의 유지보수가 거의 불가능한 문제점이 있다.

예를 들어, 지하수공 내부에는 지하수의 흐름에 따라 대수층(공극, 절리 및 균열 등)으로 이물질(암분 및 암편, 모래알갱이 등)이 자연 발생되어 이를 제거하기 위해서는 지하수법에서 요구하는 사후관리 차원에서 주기적(예컨대, 2~5년)으로 관정청소(Air surging)를 반드시 실시해야 하므로 공내 시설물(수중펌프(3), 양수관(2), 리턴관(5) 등)을 인양하였다가 재설치하여야 하는데 리턴관(5)이 굴착공 케이싱(23) 내부에 용접 고정된 상태이므로 양수관(2)과 리턴관(5)을 인양할 수 없으므로 유지보수를 할 수 없다는 중대한 문제점이 있는 것이다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지열교환을 위한 지하수 순환관인 양수관과 리턴관의 탈착 및 인양 등의 취급이 용이하도록 한 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치는, 지중에 형성된 관정에 유체 연통 가능하도록 지상에 노출되는 오 염방지 보호공과; 상기 관정에 각각 삽입되며 지열 열교환기에 각각 유체 연통 가능하게 연결되어 지하수를 상기 지열 열교환기에 공급한 후 상기 관정에 복귀되도록 하고 상기 오염방지 보호공에 분리 가능하게 결합되는 양수관 및 리턴관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 양수관 및 리턴관은 상기 오염방지 보호공에 별도의 허브를 통해 쐐기식으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 허브의 인출/삽입을 안내하는 가이드수단을 더 포함된다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 종래 기술과 동일한 구성요소에 대해서는 종래와 동일한 부호를 부여한다.

도 2 내지 도 4에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치는, 지열 열교환기와 유체 연통 가능하게 연결되고 관정(1) 내부에 삽입되는 양수관(2)과, 양수관(2) 하부 또는 내부에 장착되어 관정(1) 내부의 지하수를 펌핑하여 상기 지열 열교환기에 공급하는 수중펌프(3)와, 관정(1) 내부에 삽입되며 상기 지열 열교환기에 유체 연통 가능하게 연결되어 상기 지열 열교환기를 통과한 지하수(열교환매체와 열교환된 상태)를 관정(1)에 복귀시키는 리턴관(5)과, 관정(1)과 연통되도록 설치되고 양수관(2)과 리턴관(5)을 보호 하는 중공의 오염방지 보호공(6)과, 양수관(2) 및 리턴관(5)을 오염방지 보호공(6) 내부에 쐐기식으로 고정하는 허브(10)를 포함하여 구성된다.

구체적으로 설명하면, 허브(10)는 그 내부에 양수관(2) 및 리턴관(5)의 내부와 연통되어 지하수의 순환을 안내하는 흡입공(11) 및 토출공(12)이 형성되며, 흡입공(11)과 토출공(12)에는 각각 양수관(2)과 리턴관(5)이 각각 연결된다. 흡입공(11)과 토출공(12)의 형상은 양수관(2), 리턴관(5) 및 순환파이프(7,8)의 연결위치에 따라 달라지며, 예컨대, 도 4에서처럼, 수평부와 수직부를 갖는 형상일 수 있다.

양수관(2)과 리턴관(5)은 허브(10)에 커플러 등을 통해 수밀 가능하게 연결된다.

허브(10)는 도면에서 원통형인 것으로 도시되었으나, 도면에 도시된 것에 한정되지 않고 파이프 형태일 수도 있다.

허브(10)는 오염방지 보호공(6)에 착탈이 용이함과 아울러, 오염방지 보호공(6)과의 사이를 통해 누수가 발생되지 않도록 결합되며, 이를 위하여 오염방지 보호공(6)의 내벽면에는 테이퍼부(21)를 갖는 허브 지지부(20)가 형성되며, 허브(10)의 둘레부에는 허브 지지부(20)의 테이퍼부(21)에 안착되는 테이퍼부(13)가 형성되어, 허브(10)가 마주하는 테이퍼부(13,21)들에 의해 쐐기식으로 허브 지지부(20)에 안착 고정된다.

허브 지지부(20)는 순환파이프(7,8)과 각각 일대일 대응되도록 오염방지 보호공(6)의 양측에 각각 형성되며, 이때, 테이퍼부(21)는 2개의 허브 지지부(20)에 형성되거나 어느 하나에만 형성될 수도 있다. 테이퍼부(21)는 허브 지지부(20)의 표면에서 홈 형태로 가공되는 것이 바람직하다.

허브 지지부(20)는 순환파이프(7,8) 및 양수관(2)과 리턴관(5)이 유체 연통하도록 유로(22)를 갖는다.

이로써, 허브(10)가 허브 지지부(20)에 안착됨으로써 순환관인 양수관(2)과 리턴관(5)이 견고하게 고정될 수 있지만, 허브(10)와 허브 지지부(20) 사이를 통해 누수가 발생될 우려가 있으므로 허브(10)와 허브 지지부(20)의 대향면에는 오링(14)이 설치된다. 오링(14)은 허브 지지부(20)에 설치될 수도 있다.

양수관(2)과 리턴관(5)의 유지보수를 위하여 허브(10)를 오염방지 보호공(6)에서 인출한 후 다시 오염방지 보호공(6)에 삽입할 때 허브(10)의 테이퍼부(13)와 허브 지지부(20)의 테이퍼부(21)가 자연스럽게 일치되도록 가이드수단이 더 형성된다. 상기 가이드수단은 허브(10)의 둘레면(도면에는 2개소에 도시됨)에 돌출 형성된 가이드돌기(15) 및 오염방지 보호공(6)의 내벽면에 입구에서부터 형성되어 가이드돌기(15)의 삽입을 유도하는 가이드홈(6a)으로 구성된다. 물론, 가이드돌기와 가이드홈은 그 위치가 서로 반대로 형성될 수도 있다.

도면 중 부호 16은 허브(10)를 인양하거나 삽입하기 위해 파지하는 손잡이이다.

본 발명에 의한 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치는 도면에 도시된 것처럼 양수관(2)이 관정(1) 하부 바닥까지 삽입되면서 리턴관(5)이 양수관(2) 보다 높은 위치에 있거나, 반대로 리턴관(5)이 양수관(2)보다 낮은 위치에 놓일 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 의한 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치의 작용은 다음과 같다.

도 2처럼 허브(10)는 테이퍼부(13)가 허브 지지부(20)의 테이퍼부(21)에 면접촉 상태로 안착됨으로써 오염방지 보호공(6) 내부에 고정된다. 이때, 이처럼 허브(10)가 허브 지지부(20)에 안착되면, 허브(10)는 중력에 의해 하부쪽으로 당겨지는 힘이 가해지게 되는데, 허브(10)가 테이퍼부(13,21)를 통해 쐐기식으로 박히게 되어 허브(10)가 내려갈수록 허브 지지부(20)에 더욱 견고하게 밀착되어 누수를 효과적으로 막을 수 있다. 즉, 양수관(2)과 리턴관(5)은 허브(10)를 매개로 하여 오염방지 보호공(6)에 수밀을 유지한 채로 장착되는 것이다.

한편, 양수관(2)과 리턴관(5) 및 수중펌프(3)의 유지보수가 필요할 경우 오염방지 보호공(6)의 뚜껑을 개방한 후 손잡이(16)를 잡고 들어 올리면 양수관(2), 리턴관(5)이 허브(10)에 연결된 상태이므로 허브(10)와 함께 양수관(2), 리턴관(5)이 인양된다. 허브(10)의 인양시 허브(10)는 가이드돌기(15)와 가이드홈(6a)의 안내를 받아 안정되게 인양된다.

양수관(2)과 리턴관(5) 및 수중펌프(3)를 인양하여 유지보수한 후 다시 오염방지 보호공(6)을 통해 지하수공에 삽입하며, 그 삽입시 허브(10)의 가이드돌기(15)를 오염방지 보호공(6)의 가이드홈(6a)에 맞춰 끼운 후 허브(10)를 삽입하면 허브(10)가 가이드돌기(15)와 가이드홈(6a)의 안내를 받아 비틀림 없이 하강하게 되고, 허브(10)와 오염방지 보호공(6)의 테이퍼부(13,21)를 의식적으로 맞출 필요 없이 테이퍼부(13,21)가 자연스럽게 맞춰지게 되어 허브(10)가 허브 지지부(20)에 안착된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치에 의하면, 양수관과 리턴관을 오염방지 보호공에 분리가 용이하도록 고정하여 관정 청소, 자재(양수관, 리턴관, 수중펌프 등)의 유지보수를 위한 준비작업(양수관 등의 자재를 관정에서 분리하는 작업)을 손쉽게 할 수 있는 등의 효과가 있다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

Claims

삭제
지중의 관정에 삽입되며 내부에 장착된 수중펌프를 통해 지하수를 펌핑하여 지열 열교환기에 공급하는 양수관과; 상기 관정 내부에 삽입되며 상기 지열 열교환기와 연결되어 상기 지열 열교환기를 통과한 지하수를 상기 관정 내부로 복귀시키는 리턴관과; 상기 관정과 연통되도록 설치되며 뚜껑에 의해 밀폐되어 상기 양수관과 리턴관을 보호하는 밀폐식 오염방지 보호공을 포함하고, 상기 양수관과 리턴관이 상기 오염방지 보호공에서 분리 가능하게 연결되는 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치에 있어서,

상기 오염방지 보호공의 내부에 형성되며 내주면에 테이퍼부를 갖는 하나 이상의 허브 지지부, 상기 양수관과 리턴관이 각각 연결되며 둘레부에 상기 테이퍼부와 쐐기식으로 결합되는 테이퍼부가 형성되고 손잡이가 갖추어져 상기 양수관 및 리턴관과 함께 상기 오염방지 보호공에 대해 인출 삽입되는 허브를 포함하여, 상기 양수관 및 리턴관이 쐐기식으로 분리 결합되는 구조인 것을 특징으로 하는 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치.
제 2 항에 있어서, 상기 허브의 둘레부에 형성되는 하나 이상의 가이드돌기 및 상기 오염방지 보호공의 내벽면에 형성되며 상기 가이드돌기가 삽입되어 상기 허브의 인출과 삽입을 안내하는 가이드홈을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 지열 열교환기용 지하수 순환 및 오염방지장치.