KR100752983B1 - 지열원열펌프시스템용 지열교환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지열원열펌프시스템용 지열교환장치에 관한 것으로서, 외주면 전체가 지하에 매몰되고 내부에 지하수를 저장하기 위한 내부공간을 갖는 우물(10); 상기 우물(10)의 바닥면으로 하단부가 연장되고 그 상단부가 외부로 노출되어 외부의 열교환기로 연결되며 관로 소정부위에 지하수를 열교환기로 펌핑시키는 수중펌프(21)가 구비된 유출관(20); 및 상기 열교환기와 일단부가 연결되고 그 타단부가 열교환된 지하수를 다시 우물(10)로 유입시키기 위해 우물(10)로 연장되어 있는 유입관(30)을 포함하여 구성되는 지열원열펌프시스템용 지열교환장치에 있어서, 상기 우물(10)은 상부가 대직경관체(11)로 형성되고 하부가 소직경관체(12)로 형성된 2중관 구조인 것을 특징으로 한다. 따라서, 우물의 깊이와 유출관의 길이가 줄어들어 결과적으로 지면 천공비 및 유출관 연장비용 등을 삭감할 수 있는 동시에 우물의 상부 대직경 구조에 따라 우물 상부에서 지하수를 다량 확보할 수 있게 되어 열교환 효율이 향상되며, 또한, 지하수의 낙수 흐름을 지연시킴으로써 보다 많은 지열에너지를 흡수할 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.

지열원열펌프시스템용 지열교환장치, 우물, 유출관, 유입관, 다공판

Description

지열원열펌프시스템용 지열교환장치{Apparatus for exchanging earth-heat for earth-heat source heating pump system}

도 1은 종래 기술에 따른 지열원열펌프시스템용 지열교환장치를 나타낸 개략도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지열원열펌프시스템용 지열교환장치를 나타낸 개략도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 지열원열펌프시스템용 지열교환장치의 다공판을 나타낸 사시도이다.

**도면의 주요부분에 대한 부호의 설명**

4 : 우물 6 : 유입관

8 : 유출관 10 : 우물

11 : 대직경관체 12 : 소직경관체

13 : 경계턱부 20 : 유출관

21 : 수중펌프 30 : 유입관

31 : 분류기 32 : 분할관체

40 : 다공판 41 : 중공

42 : 통공 43 : 수류형성관

본 발명은 지열원열펌프시스템용 지열교환장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우물을 상부가 대직경을 갖고 그 하부가 소직경을 갖는 2중관 구조로 형성함으로써 우물의 깊이를 줄일 수 있게 되고 이에 따라 유출관의 길이가 줄어들어 결과적으로 지면 천공비 및 유출관 연장비용 등을 삭감할 수 있는 동시에 우물의 상부 대직경 구조에 따라 우물 상부에서 지하수를 다량 확보할 수 있게 되어 지표면의 지열에너지와 단시간에 열교환이 이루어지게 되는 등 열교환 효율이 향상되며, 또한, 유입관을 통해 우물로 유입되는 지하수의 낙수 흐름을 지연시키는 동시에 우물의 내주면을 따르는 지하수가 흐르도록 지하수 흐름을 조장함으로써 우물 상단부에서 보다 많은 지열에너지를 흡수할 수 있게 되는 지열원열펌프시스템용 지열교환장치에 관한 것이다.

일반적으로 지열원열펌프시스템용 지열교환장치는 화석연료 등 에너지 자원의 고갈에 따른 대체에너지 사용의 일환으로, 특히 연중 온도가 12~20℃에 달하는 지중의 열을 얻거나 또는 지중으로 열을 배출하는 등의 열교환을 통해 지열을 확보하는 열펌프시스템으로서, 종래에는 도 1에서 나타낸 것과 같이, 지하 500m 정도의 깊이로 천공하여 우물(4)을 매설하고 이 우물(4)과 외부의 열교환기(미도시) 사이에 지하수 유입관(6)과 유출관(8)을 연결시켜 이들을 통해 우물(4)과 열교환기로 지하수를 반복적으로 순환시키면서 지하수와 지열 간의 열교환이 이루어지도록 하 여 지열에너지를 얻도록 하는 장치가 제시되었다.

그러나, 이러한 종래 기술의 지열교환장치는 지하수를 저장하기 위한 우물이 일정한 직경을 갖는 직관체 형상으로 되어 있기 때문에 우물의 길이가 길어져서 이에 따라 지하 깊이 우물을 매설하기 위한 지면 천공작업이 어렵게 되고 천공비용이 많이 소요되는 동시에 우물이 깊이에 비례하여 유출관도 길어져서 유출관 길이연장 비용이 추가로 소요되며, 또한, 우물내에 지하수 흐름 지연수단이 마련되어 있지 않기 때문에 지하수가 지하 깊이까지 고속으로 유입되어 지열에너지를 흡수하도록 되어 있어 그 결과 지열과 지하수간의 열교환이 충분히 이루어지지 않아 지열흡수가 적게 되어 필요한 열원을 충분히 공급받지 못하게 되는 등의 문제점을 갖고 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 우물을 상부가 대직경을 갖고 그 하부가 소직경을 갖는 2중관 구조로 형성함으로써 우물의 깊이를 줄일 수 있게 되고 이에 따라 유출관의 길이가 줄어들어 결과적으로 지면 천공비 및 유출관 연장비용 등을 삭감할 수 있는 동시에 우물의 상부 대직경 구조에 따라 우물 상부에서 지하수를 다량 확보할 수 있게 되어 지표면의 지열에너지와 단시간에 열교환이 이루어지게 되는 등 열교환 효율이 향상되며, 또한, 유입관을 통해 우물로 유입되는 지하수의 낙수 흐름을 지연시키는 동시에 우물의 내주면을 따르는 지하수가 흐르도록 지하수 흐름을 조장함으로써 우물 상단부에서 보다 많은 지열에너지를 흡수할 수 있게 되는 지열원열펌프시스템용 지열교환장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이와 같은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지열원열펌프시스템용 지열교환장치는 외주면 전체가 지하에 매몰되고 내부에 지하수를 저장하기 위한 내부공간을 갖는 우물; 상기 우물의 바닥면으로 하단부가 연장되고 그 상단부가 외부로 노출되어 외부의 열교환기로 연결되며 관로 소정부위에 지하수를 열교환기로 펌핑시키는 수중펌프가 구비된 유출관; 및 상기 열교환기와 일단부가 연결되고 그 타단부가 열교환된 지하수를 다시 우물로 유입시키기 위해 우물로 연장되어 있는 유입관;을 포함하여 구성되는 지열원열펌프시스템용 지열교환장치에 있어서, 상기 우물은 상부가 대직경관체로 형성되고 하부가 소직경관체로 형성된 2중관 구조인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 지열원열펌프시스템용 지열교환장치에 있어서, 상기 우물로 연장된 유입관의 타단부는 분류기를 통해 복수개의 분할관체로 분리 구성된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 지열원열펌프시스템용 지열교환장치에 있어서, 상기 우물 내부로 연장된 각 분할관체의 선단부가 우물의 내주면을 따라 평행하게 절곡 형성된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 지열원열펌프시스템용 지열교환장치에 있어서, 상기 각 분할관체의 선단부에 이들 분할관체가 각각 밀착 관통된 상태로 지지되도록 하는 지지판이 구비된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 지열원열펌프시스템용 지열교환장치에 있어서, 상기 유출관의 소정부위 외주면에 이 유출관 외주를 밀착 관통시키는 중공이 형성되고 판면에 지하수가 통과되도록 하는 복수의 통공이 형성된 다공판이 더 구비된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 지열원열펌프시스템용 지열교환장치에 있어서, 상기 다공판의 통공 중 일부의 통공 저면에 상단부가 연결되고 그 하단부가 우물의 내주면을 따라 평행하게 절곡된 수류형성관이 더 구비된 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에 따른 지열원열펌프시스템용 지열교환장치에 있어서, 상기 다공판은 그 외주면이 우물의 대직경관체와 소직경관체의 경계턱부에 얹혀지도록 하는 크기의 직경을 갖는 것이 바람직하다.

이하, 첨부된 도면에 의거 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 3에서 나타낸 것과 같이, 본 발명에 따른 지열원열펌프시스템용 지열교환장치는 내부에 지하수를 저장하기 위한 내부공간을 갖는 우물(10)과, 이 우물(10)의 지하수를 열교환기로 펌핑시키는 유출관(20) 및 상기 열교환된 지하수를 다시 우물(10)로 유입시키는 유입관(30)을 포함하는 구성으로 되어 있다.

상기 우물(10)은 상방이 개방되고 내부에 지하수를 저장하기 위한 내부공간이 형성된 관체 형상으로, 특히 상기 우물(10)은 중앙부를 기준으로 그 상부가 대직경관체(11)로 형성되고 하부가 소직경관체(12)로 형성된 2중관 구조로서, 그 상단부가 지표면과 일치된 상태에서 외주면 전체가 지하에 매장되어 있다.

상기 유출관(20)은 우물(10)의 바닥면으로 하단부가 연장되고 그 상단부가 외부로 노출되어 외부의 열교환기(미도시)로 연결되는 관체 형상으로, 상기 유출관(10)의 관로 소정부위에는 지하수를 외부의 열교환기로 펌핑시키기 위한 수중펌프(21)가 구비되어 있다.

상기 유입관(30)은 외부의 열교환기와 일단부가 연결되고 그 타단부가 열교환된 지하수를 다시 우물(10)로 유입시키기 위해 우물(10)로 연장된 관체 형상으로, 특히, 상기 우물(10)로 연장된 유입관(30)의 타단부는 분류기(31)를 통해 복수개의 분할관체(32)로 분리 구성되어 있다.

여기서, 상기 분류기(31)는 일측면이 유입관(30)과 밀폐 연통되고 그 타단부가 각각의 분할관체(32)와 밀폐 연통되는 박스 형상으로 되어 있다.

그리고, 상기 우물(10) 내부로 연장된 모든 분할관체(32)의 선단부는 이 분할관체(32)를 통해 우물(10) 내부로 배출되는 지하수가 우물(10)의 내주면을 따라 흐르는 동일한 회전흐름을 형성시킬 수 있도록 우물(10)의 내주면을 따라 각각 평행하게 절곡 형성되어 있다.

그리고, 상기 각 분할관체(32)의 선단부에는 이들 분할관체(32)가 각각 밀착 관통된 상태로 지지되도록 하며 그 중앙부를 통해서는 유출관(20)이 관통되는 원판 형상의 지지판(33)이 구비되어 있다.

그리고, 상기 유출관(20)의 소정부위 외주면에는 이 유출관(20) 외주를 밀착 관통시키는 중공(41)이 형성되고 판면에 지하수가 통과되도록 하는 복수의 통공(42)이 형성된 원판 형상의 다공판(40)이 구비되어 있다.

그리고, 상기 다공판(40)의 통공(42) 중 일부의 통공(42) 저면에는 그 상단 부가 상기 통공(42)의 저면에 연결되는 소정길이의 관체 형상으로 그 하단부가 우물(10)의 내주면을 따라 평행하게 절곡된 수류형성관(43)이 더 구비되어 있다.

여기서, 상기 수류형성관(43)의 각 하단 절곡부는 지하수가 우물(10)의 내주면을 따라 동일한 회전흐름이 발생되도록 서로 동일방향으로 절곡되어 있다.

그리고, 상기 다공판(40)은 그 외주면이 우물(10)의 대직경관체(11)와 소직경관체(12)의 경계턱부(13)에 별다른 지지수단 없이 자연스럽게 얹혀지도록 하는 크기의 직경을 갖는 것이 바람직하다.

즉, 상기 경계턱부(13)는 수맥의 상, 하부 또는 수맥과 일정거리 이격된 정도의 위치에 마련되어 지하수의 흐름을 한층 지연시킬 수 있도록 함으로써 많은 지열에너지의 흡수가 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

이러한 구성에 따른 본 발명의 지열원열펌프시스템용 지열교환장치는, 지열과 열교환된 우물(10) 내부의 지하수는 수중펌프(21)에 의해 유출관(20)을 통해 외부의 열교환기로 보내져서 열교환이 이루어지고, 다시 이렇게 열교환이 이루어진 지하수는 유입관(30)을 통해 우물(10) 내부로 유입되는 과정을 되풀이하면서 지하수는 계속해서 지표 및 지하의 지열에너지를 흡수할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 상기 유입관(30)을 통해 우물(10)로 유입되는 지하수는 각각의 분할관체(32)를 통해 우물(10) 내로 유입되는 과정에서 분할관체(32) 하단의 절곡 구조에 의해 회전흐름이 발생하게 되어 지하수의 낙수 속도가 지연되도록 함은 물론 회전흐름에 의해 지하수가 우물(10)의 내주면과 유출관(20)의 외주면에 접촉하게 되어 이들과도 열교환이 이루어지도록 하여 열교환 효율이 향상되도록 하는 것이다.

그리고, 우물(10)의 경계턱부(13)에 배치되어 있는 다공판(40) 및 이 다공판(40)의 수류형성관(43)에 의해서도 지하수의 회전흐름이 발생하는 등 지하수의 낙수 속도를 지연시킬 수 있게 되어, 즉, 우물(10)의 상부인 대직경관체(11)에 지하수가 머무르는 시간을 많이 확보함으로써 그만큼 지표면의 지열을 많이 흡수할 수 있게 되어 이 역시 열교환 효율이 향상되도록 하는 것이다.

이렇게 상기 우물(10)의 상부에서 많은양의 지하수를 확보하는 동시에 유입관(30)의 분할관체(32)에 의한 지하수의 회전흐름과 상기 다공판(40)에 의한 지하수의 회전흐름 등에 의해 지하수의 흐름이 지연되도록 함으로써 지표면 및 지하로부터 지열을 충분히 흡수할 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명의 지열원열펌프시스템용 지열교환장치는 우물을 상부가 대직경을 갖고 그 하부가 소직경을 갖는 2중관 구조로 형성함으로써 우물의 깊이를 줄일 수 있게 되고 이에 따라 유출관의 길이가 줄어들어 결과적으로 지면 천공비 및 유출관 연장비용 등을 삭감할 수 있는 동시에 우물의 상부 대직경 구조에 따라 우물 상부에서 지하수를 다량 확보할 수 있게 되어 지표면의 지열에너지와 단시간에 열교환이 이루어지게 되는 등 열교환 효율이 향상되며, 또한, 유입관을 통해 우물로 유입되는 지하수의 낙수 흐름을 지연시키는 동시에 우물의 내주면을 따르는 지하수가 흐르도록 지하수 흐름을 조장함으로써 우물 상단부에서 보다 많은 지열에너지를 흡수할 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.

Claims (7)

1. 외주면 전체가 지하에 매몰되고 내부에 지하수를 저장하기 위한 내부공간을 갖도록 상부가 대직경관체(11)로 형성되고 하부가 소직경관체(12)로 형성된 2중관 구조인 우물(10);

   상기 우물(10)의 바닥면으로 하단부가 연장되고 그 상단부가 외부로 노출되어 외부의 열교환기로 연결되며 관로 소정부위에 지하수를 열교환기로 펌핑시키는 수중펌프(21)가 구비된 유출관(20); 및

   상기 열교환기와 일단부가 연결되고 그 타단부가 열교환된 지하수를 다시 우물(10)로 유입시키기 위해 우물(10)로 연장되어 있는 유입관(30);

   을 포함하여 구성되는 지열원열펌프시스템용 지열교환장치에 있어서,

   상기 우물(10)로 연장된 유입관(30)의 타단부는 분류기(31)를 통해 복수개의 분할관체(32)로 분리 구성된 것을 특징으로 하는 지열원열펌프시스템용 지열교환장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 우물(10) 내부로 연장된 각 분할관체(32)의 선단부가 우물(10)의 내주면을 따라 평행하게 절곡 형성된 것을 특징으로 하는 지열원열펌프시스템용 지열교환장치.
4. 제1항 또는 제3항에 있어서,

   상기 각 분할관체(32)의 선단부에 이들 분할관체(32)가 각각 밀착 관통된 상태로 지지되도록 하는 지지판(33)이 구비된 것을 특징으로 하는 지열원열펌프시스템용 지열교환장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 유출관(20)의 소정부위 외주면에 이 유출관(20) 외주를 밀착 관통시키는 중공(41)이 형성되고 판면에 지하수가 통과되도록 하는 복수의 통공(42)이 형성된 다공판(40)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 지열원열펌프시스템용 지열교환장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 다공판(40)의 통공(42) 중 일부의 통공(42) 저면에 상단부가 연결되고 그 하단부가 우물(10)의 내주면을 따라 평행하게 절곡된 수류형성관(43)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 지열원열펌프시스템용 지열교환장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 다공판(40)은 그 외주면이 우물(10)의 대직경관체(11)와 소직경관체(12)의 경계턱부(13)에 얹혀지도록 하는 크기의 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 지열원열펌프시스템용 지열교환장치.

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