KR100741564B1 - 지열 회수장치 및 그 시공방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지열과 냉매인 소금물이나 부동액의 접촉면적을 확장시켜 지열을 통해 열교환 된 소금물이나 부동액의 온도를 항상 일정하게 유지함으로서 안정적인 냉각 또는 난방 효과를 얻을 수 있는 지열 회수장치와 그 시공방법에 관한 것으로, 인입,배출관을 포함하는 열교환부와 상기 배출관에 구비되어 냉매를 강제 순환시키는 펌프로 구성된 열교환기를 포함하는 냉난방장치에 있어서, 지면에서 지중으로 박히고 내부가 중공부로 형성되는 하나 이상의 수직 매설관과, 상기 인입,배출관에 연결되고 상기 중공부의 내부에 빙점이 낮은 소금물이나 부동액이 순환되게 삽입되는 지열 회수관으로 구성된 지열 회수장치를 특징으로 한다.

또한, 시추기의 시추로드를 통해 지중에 홀을 천공하면서 홀의 주위에 하나 이상의 수직 매설관을 박은 후 시추로드를 지중으로 이탈시켜 수직 매설관의 내부에 중공부를 형성하는 지중 천공단계와, 지상에 구비된 열교환기와 연결되어 빙점이 낮은 소금물이나 부동액이 순환되는 지열 회수관을 상기 중공부에 삽입 장착하는 지열 회수관 시공단계로 구성된 지열 회수장치 시공방법을 특징으로 한다.

그리고 상기 수직 매설관을 박은 후 시추로드를 지상으로 이탈시키기 전에 상기 시추로드를 더 작동시켜 지중의 암석층까지 수직홀을 더 천공하고, 상기 지열 회수관 시공단계에서는 상기 수직홀까지 지열 회수관을 시공함을 특징으로 하는 것이다.

지열, 수직 매설관, 지열 회수관

Description

지열 회수장치 및 그 시공방법{Terrestial heat a collection equipment and the construct of method}

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 지열 회수장치가 포함된 냉난방 장치를 나타낸 전체 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예의 지열 회수장치를 나타낸 단면도.

도 3은 본 발명에 따른 제1 실시예의 지열 회수장치를 시공하는 일 실시예의 시공방법을 나타낸 공정도.

도 4는 본 발명에 따른 제1 실시예의 지열 회수장치를 시공하는 각 공정을 나타낸 개략도로서,

도 4a는 지중 천공단계를,

도 4b는 지열 회수관 시공단계를 나타낸다.

도 5는 본 발명에 따른 제1 실시예의 지열 회수장치를 시공하는 다른 실시예의 시공방법을 나타낸 개략도.

도 6은 본 발명에 따른 제2 실시예의 지열 회수장치를 나타낸 단면도.

도 7은 본 발명에 따른 지열 회수관의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 도 7a는 단면도이고, 도 7b는 개략 사시도이다.

도 8은 본 발명에 따른 수직 매설관의 다른 실시예를 나타낸 단면도.

도 9는 종래의 지하수를 이용하는 냉난방 장치를 나타낸 전체 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 열교환기

11 : 열교환부

111 : 인입관, 112 : 배출관

12 : 펌프

2 : 수직 매설관

21 : 중공부

22 : 열 통과홀

3 : 지열 회수관

31 : 제1 주 회수관

32 : 제2 주 회수관

33 : 분기 회수관

34 : 서포터

341 : 관통홀, 342 : 지지대

4 : 수직홀

5 : 시추로드

본 발명은 지열을 이용한 냉난방 장치에 적용되는 지열 회수장치 및 그 시공방법에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 지열과 냉매인 소금물이나 부동액의 접촉면적을 확장시켜 지열을 통해 열교환 된 소금물이나 부동액의 온도를 항상 일정하게 유지함으로서 안정적인 냉각 또는 난방 효과를 얻을 수 있는 지열 회수장치및 그 시공방법에 관한 것이다.

일반적으로 지열을 이용한 냉난방 장치는 하절기나 동절기에 일정한 온도를 유지하는 지중 내부의 열을 이용하여 실내를 냉방하거나 난방하는 것으로, 여러 종류가 알려져 있으나 대표적으로는 지하수를 이용하는 냉난방 장치가 가장 널리 사용되고 있다.

이에, 도 9는 종래의 지하수를 이용하는 냉난방 장치를 나타낸 것으로, 종래의 냉난방 장치는 지상에 설치되는 열교환기(100)와 열교환기(100)와 연결되어 지열을 회수하는 지열 회수수단(200)으로 구성된다.

즉 상기 열교환기(100)는 인입,배출관(102,103)을 포함하는 열교환부(101)와 상기 배출관(103)에 구비되어 냉매를 강제 순환시키는 펌프(104)로 구성된다.

그리고 상기 지열 회수수단(200)은 상기 배출관(103)과 연결되어 지중의 지하수와 연결되는 물 회수관(201)과 상기 인입관(102)과 연결되어 지하수를 공급하는 물 공급관(202)으로 구성된다.

따라서, 상기와 같이 구성된 냉난방 장치는, 지하수를 열교환기(100)로 강제 순환시켜 열교환을 통해 하절기에는 실내를 냉각하고 동절기에는 실내를 난방하는 작동을 수행하는 것이다.

그러나, 상기와 같이 구성된 냉난방기를 사용할 경우에는 다음과 같은 문제점이 발생된다.

먼저 지하수를 직접적으로 순환시킴에 따라서 지하수를 오염시키는 문제점을 가지고 있었다.

또한 지하수가 없는 건물에서는 사용이 불가능한 문제점을 가지고 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있도록 발명된 것으로, 지중 깊이 홀을 천공한 후 그 내부에 지열 회수관을 매설함으로서, 지열 회수관을 통과하는 냉매인 빙점이 낮은 소금물이나 부동액의 지열 접촉면적을 넓혀 일정한 온도의 소금물이나 부동액이 연속적으로 열교환기로 순환될 수 있도록 함에 따라서 안정적인 냉각 또는 난방 효과를 얻을 수 있는 지열 회수장치 및 그 시공방법을 제공함을 목적으로 한다.

또한 지중의 암반 까지도 홀을 천공함에 따라 냉매인 소금물이나 부동액의 지열 접촉면적을 좀 더 확장시킴으로서 좀 더 안정적인 냉각 또는 난방 효과를 얻고자 하는 목적도 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 인입,배출관을 포함하는 열교환부와 상기 배출관에 구비되어 냉매를 강제 순환시키는 펌프로 구성된 열교환기를 포함하는 냉난방장치에 있어서, 지면에서 지중으로 박히고 내부가 중공부로 형성되는 하나 이상의 수직 매설관과, 상기 인입,배출관에 연결되고 상기 중공부의 내부 에 빙점이 낮은 소금물이나 부동액이 순환되게 삽입되는 지열 회수관으로 구성된 지열 회수장치를 특징으로 한다.

또한, 시추기의 시추로드를 통해 지중에 홀을 천공하면서 홀의 주위에 하나 이상의 수직 매설관을 박은 후 시추로드를 지중으로 이탈시켜 수직 매설관의 내부에 중공부를 형성하는 지중 천공단계와, 지상에 구비된 열교환기와 연결되어 빙점이 낮은 소금물이나 부동액이 순환되는 지열 회수관을 상기 중공부에 삽입 장착하는 지열 회수관 시공단계로 구성된 지열 회수장치 시공방법을 특징으로 한다.

그리고 상기 수직 매설관을 박은 후 시추로드를 지상으로 이탈시키기 전에 상기 시추로드를 더 작동시켜 지중의 암석층까지 수직홀을 더 천공하고, 상기 지열 회수관 시공단계에서는 상기 수직홀까지 지열 회수관을 시공함을 특징으로 하는 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 제1 실시예의 지열 회수장치가 포함된 냉난방 장치를 나타낸 전체 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예의 지열 회수장치를 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 제1 실시예의 지열 회수장치를 시공하는 일 실시예의 시공방법을 나타낸 공정도이고, 도 4는 본 발명에 따른 제1 실시예의 지열 회수장치를 시공하는 각 공정을 나타낸 개략도이다.

이에, 본 발명에 따른 제1 실시예의 지열 회수장치가 포함된 냉난방 장치는, 인입,배출관(111,112)을 포함하는 열교환부(11)와 상기 배출관(112)에 구비되어 냉 매를 강제 순환시키는 펌프(12)로 구성된 열교환기(1)와, 상기 인입,배출관(111,112)으로 지열을 통해 열교환 된 냉매를 순환시키는 지열 회수장치를 포함한다.

이에 본 발명에 따른 제1 실시예의 지열 회수장치는, 지면에서 지중에 박히고 내부가 중공부(21)로 형성되는 하나 이상의 수직 매설관(2)과 상기 인입,배출관(111,112)에 연결되고 상기 중공부(21)의 내부에 빙점이 낮은 소금물이나 부동액이 순환되게 삽입되는 지열 회수관(3)을 포함한다.

즉 상기 지열 회수관(3)의 내부를 통과하는 냉매를 빙점이 낮은 소금물이나 부동액을 사용함으로서, 특히 동절기에 냉매가 어는 현상을 사전에 예방할 수 있는 것이다.

또한 상기 지열 회수관(3)은 지열의 전도성을 향상시킴은 물론 습기로 인하여 부식이 되지 않는 PE관 등의 합성수지관을 사용하는 것이 바람직하다.

따라서, 상기와 같이 구성된 제1 실시예의 지열 회수장치를 시공할 경우에는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 먼저 시추기의 시추로드를 통해 지중에 홀을 천공하면서 홀의 주위에 하나 이상의 수직 매설관(2)을 수직으로 박은 후 시추로드를 지중으로 이탈시켜 수직 매설관(2)의 내부에 중공부(21)를 형성하는 지중 천공단계(10;도4a참조)를 진행한다.

즉 시추기를 작동시켜 시추로드를 승하강 시키거나 회전시켜 지중을 뚫으면서 토사를 지상으로 배출한다. 그리고 이러한 과정을 진행하면서 시추로드(5)의 둘레에 적어도 하나 이상의 수직 매설관(2)을 연속적으로 박는다. 그런 후 시추로드 를 지상으로 이탈하는 과정을 통해 지중을 천공하는 것이다.

다음, 지상에 구비된 열교환기(1)와 연결되어 소금물이나 부동액이 순환되는 지열 회수관(3)을 상기 중공부(21)에 삽입 장착하는 지열 회수관 시공단계(20;도4b참조)를 진행함으로서, 지열 회수장치의 시공을 완료하는 것이다.

즉 상기 열교환기(1)는 인입,배출관(111,112)을 포함하는 열교환부(11)와 상기 배출관(112)에 구비되어 소금물이나 부동액을 강제 순환시키는 펌프(12)로 구성된 것으로, 상기 지열 회수관(3)은 상기 인입,배출관(111,112)과 연결되는 것이다.

그러므로, 상기와 같이 시추기를 통해 지중 깊이 홀을 천공하면서 이 홀의 주위에 적어도 하나 이상의 수직 매설관(2)을 수직으로 연결되게 장착하고, 그 내부에 지열 회수관(3)을 매설함으로서, 지열 회수관(3)을 통과하는 소금물이나 부동액에 대하여 지열의 접촉면적을 확장시킬 수 있는 것이다.

따라서 상기 지열 회수관(3)을 통과하는 소금물이나 부동액의 지열 접촉면적을 넓혀 일정한 온도의 소금물이나 부동액이 연속적으로 열교환기(1)로 순환될 수 있도록 함에 따라, 열교환기(1)를 통해 안정적인 냉각 또는 난방 효과를 얻을 수 있도록 하는 것이다.

다시말해 지중 깊이 지열 회수관(3)을 설치함으로서 지열 회수관(3)의 길이가 늘어나게 된다. 그러므로 지열 회수관(3)을 통과하는 소금물이나 부동액이 지중 깊이 이동되면서 열교환이 이루어짐에 따라서 열교환기(1)로 공급되는 소금물이나 부동액의 온도는 항상 일정한 온도를 유지하게 되는 것이다.

그러므로 상기 열교환기에 공급되는 소금물이나 부동액이 일정한 온도를 유 지함에 따라서, 하절기에는 냉방 효과를 얻을 수 있고 반대로 동절기에는 난방 효과를 얻을 수 있는 것이다.

한편, 도 5는 본 발명에 따른 제1 실시예의 지열 회수장치를 시공하는 다른 실시예의 시공방법을 나타낸 것으로, 본 발명에 따른 다른 실시예의 시공방법은 상술한 일 시예의 시공방법을 모두 포함함을 전제한다.

이에 본 발명에 따른 다른 실시예의 시공방법은, 상기 일 실시예의 시공방법에 있어서, 상기 수직 매설관(2)을 박은 후 시추로드(5)를 지상으로 이탈시키기 전에 상기 시추로드(5)를 더 작동시켜 지중의 암석층까지 수직홀(4)을 더 천공하는 과정을 더 포함한다.

그리고 상기 지열 회수관 시공단계(20)에서는 상기 수직홀(4)까지 지열 회수관(3)을 더 깊이 시공하는 것이다,

또한 상기 시추로드(5)를 통해 암반을 천공을 할 경우에는 암반의 상호 결착력으로 인하여 별도로 수직 매설관(2)을 시공하지 않더라도 수직홀(4)이 침하되지 않음으로서 수직홀(4)의 형상을 그대로 유지할 수 있는 것이다.

따라서, 상기와 같이 지열 회수관(3)을 암반에 형성된 수직홀(4)까지 시공함으로서, 지열 회수관(3)을 통과하는 소금물이나 부동액과 지열의 접촉면적을 좀 더 확장시킴에 따라 지상에 구비된 열교환기(1)를 통해 좀 더 안정적인 냉각 또는 난방 효과를 얻을 수 있는 것이다.

또한 지중을 시추가 가능한 깊이까지도 천공하여 지열 회수관(3)을 장착함으로서, 지열의 회수 효율을 극대화 할 수 있음에 따라 열교환기(1)를 통해 좀 더 안 정적인 냉각 또는 난방을 가능하게 할 수 있는 것이다.

그러므로 상기와 같이 소금물이나 부동액과 지열의 접촉면적을 좀 더 확장시킴에 따라서, 지열을 이용하는 대용량의 냉난방 장치를 용이하게 제작할 수 있는 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 제2 실시예의 지열 회수장치를 나타낸 단면도로서, 본 발명에 따른 제2 실시예의 지열 회수장치는 상술한 제1 실시예의 지열 회수장치의 구성을 모두 포함함을 특징으로 한다.

이에 본 발명에 따른 제2 실시예의 지열 회수장치는, 지중 열의 회수 효과를 극대화 할 수 있도록 상기 중공부(21)나 중공부(21)와 수직홀(4)의 내부에 채워지는 토사를 더 포함함을 특징으로 하는 것이다.

즉 상기 일실시예와 다른 실시예의 시공방볍을 진행한 후에, 하나 이상의 수직 매설관(2)의 내부에 형성된 중공부(21)에 토사를 더 채우거나, 상기 중공부(21)는 물론 수직홀(4)에 토사를 더 채우는 과정을 더 진행할 수도 있는 것이다.

따라서, 상기 토사가 열매체의 역할을 함으로서 지열의 회수 효과를 좀 더 향상시킬 수 있는 효과를 가지는 것이다.

도 7은 본 발명에 따른 지열 회수관의 다른 실시예를 나타낸 것으로, 도 7a는 단면도이고, 도 7b는 개략 사시도이다.

이에 본 발명에 따른 다른 실시예의 지열 회수관(3)은, 열교환기(1)와 연결되는 제1,2 주 회수관(31,32)과, 상기 제1,2 주 회수관(31,32)에 병렬로 연결되어 상기 중공부(21)에 순환되게 구비되는 다수의 분기 회수관(33)으로 구성됨을 특징 으로 하는 것이다.

그리고, 상기 다수의 분기 회수관(33)은 상기 수직 매설관(2)의 내측에 높이를 달리하며 장착되는 다수의 서포터(34)에 의해 유동 없이 지지되는 것이다.

즉 상기 서포터(34)는 다수의 분기 회수관(33)이 관통 지지되는 다수의 관통홀(341)을 포함하며 둘레에는 상기 수직 매설관(2) 또는 수직홀(4)의 둘레에 외측 단부가 밀착되는 다수의 지지대(342)를 포함하는 것이다.

그리고 상기 지지대(342)의 사이에는 관통부가 형성되어 있음에 따라서 토사가 상부에서 하부로 통과되어 수직 매설관(2)의 내부 또는 수직홀(4)의 내부에 적층될 수 있도록 하는 것이다.

따라서, 상기 다수의 분기 회수관(33)을 통해 소금물이나 부동액과 지열의 접촉면적으로 좀더 확장시킴에 따라 지상에 구비된 열교환기(1)를 통해 좀 더 안정적인 냉각 또는 난방 효과를 얻을 수 있는 것이다.

도 8은 본 발명에 따른 수직 매설관(2)의 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 본 발명에 따른 수직 매설관(2)은, 소금물이나 부동액에 접촉되는 지열의 접촉 성능을 향상시킬 수 있도록 둘레에 다수의 열 통과홀(22)이 더 형성됨을 특징으로 하는 것이다.

따라서 상기 다수의 열 통과홀(22)을 통해 수직 매설관의 외측 둘레의 지열이 통과되어 지열 회수관(3)과 직접 접촉됨으로서, 지상에 구비된 열교환기(1)를 통해 좀 더 안정적인 냉각 또는 난방 효과를 얻을 수 있는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명은, 지열 회수관을 지중 깊이 매설함으로서 열교환기를 통해 하절기와 동절기에 충분한 냉난방 효과를 얻을 있도록 하는 지열 회수장치 및 그 시공방법을 제공하는 효과가 있다.

또한 지중의 암반 까지도 홀을 천공함에 따라 빙점이 낮은 소금물이나 부동액이과 지열의 접촉면적을 좀 더 확장시킴으로서 대용량의 냉난방 장치를 용이하게 제작할 수 있는 효과도 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

Claims (11)

1. 인입,배출관(111,112)을 포함하는 열교환부(11)와 상기 배출관(112)에 구비되어 냉매를 강제 순환시키는 펌프(12)로 구성된 열교환기(1)를 포함하는 냉난방장치에 있어서,

   지면에서 지중으로 박히고 내부가 중공부(21)로 형성되고, 측벽에는 다수의 열 통과홀(22)이 형성된 하나 이상의 수직 매설관(2)과,

   상기 인입,배출관(111,112)에 연결되고 상기 중공부(21)의 내부에 빙점이 낮은 소금물이나 부동액이 순환되게 삽입되는 지열 회수관(3)으로 구성됨을 특징으로 하는 지열 회수장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 지열 회수관(3)은, 상기 인입,배출관(111,112)과 연결되는 제1,2 주 회수관(31,32)과, 상기 제1,2 주 회수관(31,32)에 병렬로 연결되어 상기 중공부(21)에 순환되게 구비되는 다수의 분기 회수관(33)으로 구성되고;

   상기 다수의 분기 회수관(33)은 상기 수직 매설관(2)의 내측에 높이를 달리하며 장착되는 다수의 서포터(34)에 의해 유동 없이 지지됨을 특징으로 하는 지열 회수장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 중공부(21)나, 중공부(21)와 수직홀(4)의 내부에 채워지는 토사를 더 포함함을 특징으로 하는 지열 회수장치.
4. 삭제
5. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지열 회수관(3)은 부식이 되지 않는 합성수지관으로 구성됨을 특징으로 하는 지열 회수장치.
6. 시추기의 시추로드를 통해 지중에 홀을 천공하면서 홀의 주위에 하나 이상의 수직 매설관을 박은 후 시추로드를 지중으로 이탈시켜 수직 매설관의 내부에 중공부를 형성하는 지중 천공단계(100)와 ;

   지상에 구비된 열교환기와 연결되어 빙점이 낮은 소금물이나 부동액이 순환되는 지열 회수관을 상기 중공부에 삽입 장착하는 지열 회수관 시공단계(200)로 구성되며 ;

   상기 지중 천공 단계에서는 수직 매설관을 박은 후 시추로드를 지상으로 이탈시키기 전에 상기 시추로드를 더 작동시켜 지중의 암석층까지 수직홀을 더 천공하고,

   상기 지열 회수관 시공단계에서는 지중의 암석층까지 천공된 상기 수직홀까지 지열 회수관을 더 시공함을 특징으로 하는 지열 회수장치 시공방법.
7. 삭제
8. 제 6항에 있어서, 상기 지열 회수관은, 냉난방 장치와 연결되는 제1,2 주 회수관과, 상기 제1,2 주 회수관에 병렬로 연결되어 상기 중공부의 내부나 중공부와 수직홀의 내부에 순환되게 구비되는 다수의 분기 회수관으로 구성되며,

   상기 다수의 분기 회수관(33)은 상기 수직 매설관(2)의 내측에 높이를 달리하며 장착되는 다수의 서포터(34)에 의해 유동 없이 지지됨을 특징으로 하는 지열 회수장치의 시공방법.
9. 제 8항에 있어서, 상기 지열 회수관(3)은 부식이 되지 않는 합성수지관으로 구성됨을 특징으로 하는 지열 회수장치.
10. 제 6 항에 있어서, 상기 지열 회수관의 시공단계를 진행한 후에는, 상기 중공부나, 중공부와 수직홀의 내부에 토사를 채우는 단계를 더 진행함을 특징으로 하는 지열 회수장치의 시공방법.
11. 제 6 항에 있어서, 상기 수직 매설관에는 다수의 열 통과홀을 더 구비함을 특징으로 하는 지열 회수장치의 시공방법.

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