KR100818769B1 - Device of evaluating ground thermal conductivity - Google Patents
Device of evaluating ground thermal conductivity Download PDFInfo
- Publication number
- KR100818769B1 KR100818769B1 KR1020060105579A KR20060105579A KR100818769B1 KR 100818769 B1 KR100818769 B1 KR 100818769B1 KR 1020060105579 A KR1020060105579 A KR 1020060105579A KR 20060105579 A KR20060105579 A KR 20060105579A KR 100818769 B1 KR100818769 B1 KR 100818769B1
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- water
- measuring
- thermal conductivity
- underground
- circulating water
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
- G01N25/18—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means by investigating thermal conductivity
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
- F25B30/00—Heat pumps
- F25B30/06—Heat pumps characterised by the source of low potential heat
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/40—Solar thermal energy, e.g. solar towers
- Y02E10/44—Heat exchange systems
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)
Abstract
Description
도 1 은 본 발명에 따른 지중 열전도 측정장치의 설치 상태도.1 is an installation state diagram of the underground thermal conductivity measuring apparatus according to the present invention.
도 2 는 본 발명에 따른 지중 열전도 측정장치의 설치 상태를 나타낸 상세도.Figure 2 is a detailed view showing the installation state of the underground thermal conductivity measuring apparatus according to the present invention.
도 3은 도 1의 단자함에 구비되는 센서 및 유량계 등의 상세 구조도.3 is a detailed structural diagram of a sensor and a flow meter provided in the terminal box of FIG.
도 4는 도 1의 단자함 상세 구조를 보인 사진.Figure 4 is a photograph showing the detailed structure of the terminal box of Figure 1;
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
1… 보충수 탱크One… Make-up tank
4… 단자함4… Terminal box
6… HPE 튜브6... HPE Tube
8… 전기히터8… Electric heater
9… RTD센서 포켓9... RTD sensor pocket
11… 유량계11... Flow meter
12… 인라인 순환펌프12... In-line circulation pump
14… 에어퍼징 및 보충수용 티 배관14... Tee Piping for Air Purging and Filling
본 발명은 지중 열전도 측정에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 간편하게 설치 가능하면서도 현장에서 실시간으로 정확하게 지중 열전도를 측정할 수 있도록 한 지중 열전도 측정장치에 관한 것이다.The present invention relates to underground thermal conductivity measurement, and more particularly, to an underground thermal conductivity measurement apparatus that can be easily installed and can accurately measure thermal thermal conductivity in real time in the field.
일반적으로 사용되는 에너지원으로서 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석 연료를 이용하거나, 또는 핵연료를 이용하는 경우가 대부분이다. 그러나 화석 연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 환경을 오염시키고, 핵연료는 수질오염 및 방사능과 같은 유해물질을 발생시키는 단점과 함께 이들 에너지원은 매장량의 한계가 있다.Most commonly used energy sources are fossil fuels such as coal, petroleum, natural gas, or nuclear fuels. However, fossil fuels pollute the environment due to various pollutants generated during the combustion process, and nuclear fuel generates harmful substances such as water pollution and radioactivity, and these energy sources have a limited amount of reserves.
따라서, 근래에는 이를 대신할 수 있는 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다. Therefore, in recent years, the development of alternative energy to replace this has been actively progressed.
이러한 대체에너지 중에서도 풍력, 태양열, 지열 등과 같은 자연에너지에 관한 연구가 오래전부터 진행되어 실질적으로 이를 이용한 냉난방장치가 설치되어 사용되고 있는데, 이들 자연에너지는 환경오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않으면서 무한한 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면, 에너지 밀도가 대단히 낮은 결점으로 인하여 그 밀도를 높여 이용 가능한 형태로 변환하는 것이 자연에너지 기술개발의 핵심 관건이라 할 수 있다.Among these alternative energy, researches on natural energy such as wind, solar, geothermal, etc. have been conducted for a long time and practically installed and used air-conditioning and heating system. These natural energies have almost no influence on environmental pollution and climate change. While there is an advantage in obtaining energy, it is a key point in the development of natural energy technology to increase the density and convert it into a usable form due to the drawback of very low energy density.
이러한 자연에너지 기술 중의 하나로 각광받고 있는 것이 지열을 열원으로 이용하여 냉난방을 행하는 히트펌프 시스템이 알려져 있다. 지열을 이용한 히트펌프 시스템은 온도가 10~20℃의 지중의 열을 회수하거나 지중으로 열을 배출할 수 있도록 열교환기를 설치하여 히트펌프의 열원으로 사용하는 기술이다.One of such natural energy technologies is known as a heat pump system that performs cooling and heating using geothermal heat as a heat source. Heat pump system using geothermal heat is a technology that uses heat exchanger to install heat exchanger to recover heat in the ground of 10 ~ 20 ℃ or discharge heat into the ground.
통상, 히트펌프의 열원으로는 에어컨과 같이 대기 중에서 열을 얻거나 배출하는 공기열원방식, 냉각탑을 통해 열을 배출하는 수 열원 방식 등이 사용된다. 지열 원을 이용하면 공기열원과 비교할 때 에너지 효율이 매우 높아지는 장점이 있다.In general, as a heat source of a heat pump, an air heat source method of obtaining or discharging heat in the air, such as an air conditioner, a water heat source method of discharging heat through a cooling tower, and the like are used. The use of geothermal sources has the advantage that the energy efficiency is very high compared to air heat sources.
특히 사계절의 변화가 뚜렷한 지역의 연중 대기온도는 -20~40℃까지 큰 폭으로 변화하는데 반해, 지중온도는 지하 5m 이하의 경우 연중 10~20℃로 거의 일정하게 유지된다.In particular, the year-round air temperature in the areas where the four seasons are obviously changed greatly varies from -20 to 40 ℃, while the underground temperature is almost constant at 10-20 ℃ during the year below 5m underground.
따라서, 여름철에 냉방을 하는 경우 공기열원의 온도는 30℃ 이상으로 냉방 열을 배출하기 위해 많은 전력이 소모되는 반면, 지열 원은 10 ~ 20℃로 원활하게 열을 배출하므로 높은 효율을 나타낸다. 반대로 겨울철에 난방을 하는 경우 공기열원은 최하 -20℃의 온도로 난방에 필요한 열을 공급하기 어려운 반면 지중열원은 10 ~ 20℃로 높아 안정적으로 난방열을 히트펌프에 공급할 수 있다.Therefore, when cooling in summer, the air heat source temperature is consumed a lot of power to discharge the cooling heat to 30 ℃ or more, while the geothermal heat source is smoothly discharged to 10 ~ 20 ℃ shows a high efficiency. On the contrary, in the case of heating in winter, the air heat source is difficult to supply the heat required for heating at the lowest temperature of -20 ° C, while the underground heat source is 10 to 20 ° C, which can stably supply the heating heat to the heat pump.
이와 같은 지열을 이용한 히트펌프 시스템은 모든 냉난방기술 중에서 에너지효율이 가장 높은 것으로 알려져 있다. 따라서 에너지 자원이 부족하고 에너지 비용이 높은 상황에서 반드시 필요한 기술이라 할 수 있다.The geothermal heat pump system is known to have the highest energy efficiency among all air-conditioning technologies. Therefore, it is an essential technology in a situation where energy resources are scarce and energy costs are high.
지열 원을 이용한 히트펌프 시스템의 또 다른 장점은 냉방열이나 난방열을 지하에 저장할 수 있다는 점이다. 즉, 땅속의 흙이나 암반은 열전도도가 낮아 열이 쉽게 확산 되지않아 저장되는 성질이 있으므로 여름철의 냉방으로 열 교환된 열을 지중으로 배출하면 그 열은 사라지지 않고 지중에 저장된다. 그리고 지중에 저장된 열을 겨울철에 흡수하여 이용할 수 있으므로 냉난방을 동시에 하는 경우에는 더욱 높은 에너지 효율을 갖게 되는데, 이러한 냉난방은 히트펌프에 설치된 스위치 조작을 통해 냉방과 난방 모드를 간단하게 전환 시킬 수 있도록 되어있다.Another advantage of geothermal heat pump systems is the ability to store cooling or heating heat underground. In other words, the soil or rock in the ground has a low thermal conductivity, so the heat is not easily diffused and stored. Therefore, when heat is exchanged to the ground by cooling in summer, the heat is stored in the ground without disappearing. In addition, because the heat stored in the ground can be absorbed and used in winter, when heating and cooling are performed simultaneously, it has higher energy efficiency. Such heating and cooling can be easily switched between cooling and heating modes through a switch operation installed on the heat pump. have.
이러한 일반적인 지열 히트펌프시스템은 히트펌프 유니트와 지중 열교환기로 구성되는데, 지중 열교환기 내를 열 매체가 순환하면서 지중으로부터 열을 흡수하거나 방출하는 장치이다.The general geothermal heat pump system is composed of a heat pump unit and an underground heat exchanger, which is a device that absorbs or releases heat from the ground while the heat medium circulates in the underground heat exchanger.
이러한 지중 열교환기는 암반으로부터 히트펌프의 열원으로 열을 추출하여 지속적인 열 공급을 위해 암반에 고열전도도를 갖는 보어홀(borehole)을 수직으로 깊게 천공하는 방법, 즉 수직형 지중 열교환기의 형태를 사용하는 것이 일반적이다.The underground heat exchanger extracts heat from the rock to the heat source of the heat pump and drills a deep vertical borehole with high thermal conductivity in the rock for continuous heat supply, that is, using the form of a vertical underground heat exchanger. Is common.
수직형 지중 열교환기는 순환 유체의 사용종류 및 에너지의 교환형태에 따라 개방형, 밀폐형 유-루프형(U-loop), 동심이중관형 등이 있다. 대부분은 밀폐형 보어홀 열교환기가 설치되어왔다. 밀폐형 지열교환기는 U자형으로 연결된 파이프를 깊이 100~200m의 보어 홀에 집어넣고, 파이프와 보어 홀에 삽입하고, 파이프와 보어 홀 사이에 그라우팅(grouting)을 하여 시공한다.Vertical underground heat exchangers include open type, closed type U-loop type, and concentric double tube type depending on the type of circulating fluid used and the type of energy exchange. Most have been equipped with sealed borehole heat exchangers. Enclosed geothermal heat exchanger is installed by inserting U-shaped pipe into bore hole of 100 ~ 200m depth, inserting into pipe and bore hole, grouting between pipe and bore hole.
수직형 지중 열교환기를 시공하는데에는 암반을 뚫는 비용, 파이프 배관비용 및 지열교환기 구성비용 등이 소요되는데, 이 소요비용은 지열 히트펌프 시스템을 설치하는 전체비용에 영향을 주기 때문에, 시스템 설치비용이 증가하는 것을 방지 하기 위해 지열교환기를 경제적으로 구성할 필요가 있다.The construction of a vertical underground heat exchanger costs rock drilling, pipe piping, and geothermal heat exchanger construction, which can affect the overall cost of installing a geothermal heat pump system. There is a need to economically construct a geothermal exchanger to prevent this.
특히, 지중 열교환기의 성능은 천공한 보어 홀의 열 저항과 토양 및 암석의 열전도성에 따라 영향을 받는다. 수직형 지중 열교환기를 설계할 경우, 깊이에 따른 지중의 열물성치(열전도도, 열 확산도 및 열용량)가 변하는데, 깊이에 따른 평균 열물성치를 구하여 설계하는 것이 가장 효과적이다.In particular, the performance of underground heat exchangers is affected by the thermal resistance of perforated boreholes and the thermal conductivity of soil and rock. When designing a vertical underground heat exchanger, the thermal properties (thermal conductivity, thermal diffusivity and heat capacity) of the ground vary with depth, and it is most effective to obtain the average thermal properties according to the depth.
지중 열전도는 현장 열전도도 시험을 수행하여 산정할 수 있으며, 현장에서 실제와 동일한 조건으로 시험공(보어홀)을 천공하여 지중열교환기(유체가 순환 유동하는 파이프)를 매설하고, 열전도 시험을 수행하여 측정된 데이터를 라인소스모델(line source model)에 적용하여 계산한다.Underground thermal conductivity can be calculated by performing on-site thermal conductivity test, drilling underground holes (boring holes) under the same conditions as in the field, laying underground heat exchangers (pipes through which fluid flows), and conducting thermal conductivity tests The measured data is applied to a line source model and calculated.
종래에도 이러한 열전도 측정장치가 마련되어 있었으나, 지중에 매설되는 열교환기능을 담당하는 파이프의 단열 등이 제대로 처리되지 않아 열교환성능에 영향을 미치고, 더욱이 열전도 측정치를 현장에서 바로 실시간으로 알려주기 위한 계측수단이 없어 항상, 사무소 등에 비치된 컴퓨터에 데이터를 수록한 다음, 소정의 프로그램을 통해 계산하여야 하는 번거로움이 있었다.Conventionally, such a thermal conductivity measuring apparatus has been provided, but the heat insulation performance of the pipes in charge of the heat exchange function buried in the ground is not properly processed, which affects the heat exchange performance, and furthermore, a measurement means for informing the thermal conductivity measurement in real time in the field is provided. There was always the hassle of having to store data on a computer provided in an office or the like and then calculate it through a predetermined program.
결국, 지중 열전도 측정을 위한 여러 가지 변수가 신뢰성 있게 설치, 측정되기 어려워 열전도도 값을 알아내더라도 이값을 통해 실제 지열 히트펌프시스템에 적용시 정확도가 떨어져서 활용이 어려운 문제점이 있었다.As a result, various variables for underground thermal conductivity measurement are difficult to install and measure reliably, so even when the thermal conductivity value is found, there is a problem in that it is difficult to utilize because it is less accurate when applied to the actual geothermal heat pump system through this value.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 지중 열전도 측정장치에서 발생하는 제 반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서,Therefore, the present invention is proposed to solve the general problems occurring in the conventional underground thermal conductivity measuring apparatus as described above,
본 발명의 목적은, 간편하게 설치 가능하면서도 현장에서 실시간으로 정확하게 지중 열전도를 측정할 수 있도록 한 지중 열전도 측정장치를 제공하는 데 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an underground thermal conductivity measuring apparatus that can be easily installed and can accurately measure thermal thermal conductivity in real time in the field.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, The present invention for achieving the above object,
열전도 측정 장비의 밸브 소켓식 연결부에 지중 열교환기 배관을 연결하고, RTD 센서와 전기히터를 설치하고, 단자함의 지정된 채널에 유량계, RTD 센서 및 와트미터 출력단을 연결한다. 그리고 상기 출력단을 계측기에 연결하고 RS-232C 통신용 케이블을 이용하여 지중 열전도 측정 프로그램이 내장된 컴퓨터와 연결한 후, 지중 열교환기 배관 내의 공기를 에어 퍼징한 후, 전기히터를 동작시켜 순환수에 열량을 제공한 후, 지중 열교환기의 입, 출구의 순환수 온도, 순환수의 유량 및 전기히터의 소비전력을 측정하여 지중 열전도 값을 산출하는 과정을 통해 현장에서 실시간으로 정확하게 지중 열전도를 측정하게 되는 것이다.Connect underground heat exchanger piping to valve socket type connections of thermal conductivity measurement equipment, install RTD sensors and electric heaters, and connect flow meters, RTD sensors, and wattmeter outputs to designated channels in the terminal box. The output terminal is connected to a measuring instrument and connected to a computer with a built-in underground heat conductivity measurement program using an RS-232C communication cable, and after purging the air in the underground heat exchanger pipe, the electric heater is operated to heat the circulating water. After providing a, the ground heat conductivity is accurately measured in real time through the process of calculating the ground heat conductivity value by measuring the circulating water temperature of the inlet and outlet of the underground heat exchanger, the flow rate of the circulating water and the power consumption of the electric heater. will be.
이러한 본 발명을 달성하기 위한 본 발명에 따른 "지중 열전도 측정장치"는,"Underground thermal conductivity measuring apparatus" according to the present invention for achieving the present invention,
지중의 천공에 매설되면서 전기 히터에 의하여 승온된 순환수의 열을 지중으로 전달하고, 상기 지중에서 순환된 순환수를 측정 장비로 유입시키는 HPE 튜브와;An HPE tube embedded in the perforation of the ground to transfer heat of the circulating water heated by the electric heater to the ground, and introducing the circulated water circulated in the ground to the measurement equipment;
상기 HPE 튜브 내의 공기 에어퍼징과 측정 장치 작동 중 결손되는 순환수를 보충하기 위한 보충수가 저장된 보충수 탱크와;A replenishment tank in which replenishment water is stored for replenishing circulating water missed during operation of the air air purging and measuring device in the HPE tube;
상기 보충수 탱크의 보충수를 에어퍼징 및 보충수용 티(Tee) 배관에 순환수 를 순환시키기 위한 보충수 순환펌프와;A replenishment water circulating pump for circulating the replenishment water in the replenishment water tank to an air purging and refilling water tee pipe;
단자함 내에 내장되며, 상기 HPE 튜브 안의 순환수를 가열하고, 지중 입구 및 지중 출구 순환수의 온도를 측정하며, 상기 HPE 튜브 내 흐르고 있는 순환수의 용적 유량을 측정하는 측정 장비와;A measurement device embedded in a terminal box for heating the circulating water in the HPE tube, measuring the temperature of the underground inlet and underground outlet circulating water, and measuring the volume flow rate of the circulating water flowing in the HPE tube;
상기 측정 장비의 각 측정 장치의 출력 단자와 연결되어 열전도 평가를 위한 측정값을 계측하는 계측기와;A measuring device connected to an output terminal of each measuring device of the measuring device and measuring a measured value for thermal conductivity evaluation;
상기 계측기와 통신 케이블로 연결되어, 상기 계측기에서 계측된 데이터를 처리하고, 내장된 지중 열전도 측정 프로그램을 이용하여 상기 처리된 데이터를 기반으로 지중 열전도를 산출하는 제어수단을 포함한다.And a control means connected to the measuring device and a communication cable to process the data measured by the measuring device, and calculate ground thermal conductivity based on the processed data using a built-in underground thermal conductivity measuring program.
상기 측정 장비는,The measuring equipment,
상기 HPE 튜브의 탈부착의 용이성을 유지하기 위한 밸브소켓과;A valve socket for maintaining ease of attachment and detachment of the HPE tube;
상기 밸브소켓에 연결된 HPE 튜브로의 순환수 흐름을 개폐하는 제1체크밸브와;A first check valve for opening and closing the circulating water flow to the HPE tube connected to the valve socket;
상기 지중 열전도 측정장치의 작동 전 순환수 배관 및 상기 HPE 튜브 내의 에어 퍼징과 보충수를 공급하기 위한 에어퍼징 및 보충수용 티(Tee) 배관과;An air purging and refilling water tee pipe for supplying air purging and replenishing water in the HPE tube and the circulating water pipe before operation of the underground thermal conductivity measuring device;
상기 에어퍼징 및 보충수용 티 배관과 연결되어, 그 에어퍼징 및 보충수용 티 배관의 보충수 흐름을 개폐하는 제2체크밸브와;A second check valve connected to the air purging and refilling water tee pipe to open and close the flow of replenishing water of the air purging and refilling water tee pipe;
상기 순환수 배관 내의 순환수 흐름량을 제어하기 위한 제3체크밸브와;A third check valve for controlling the flow rate of the circulating water in the circulating water pipe;
상기 순환수 배관 및 HPE 튜브 내의 기포를 외부로 배출하기 위한 에어밴트와;An air vent for discharging bubbles in the circulation water pipe and the HPE tube to the outside;
상기 에어밴트와 연결되어 에어를 제거할 때 사용하는 제4체크밸브와;A fourth check valve connected to the air vent and used to remove air;
지중 입구 및 지중 출구 순환수의 온도를 측정하는 저항온도계인 RTD 센서를 순환수 배관 내 일정 깊이에 설치하기 위한 센서 포켓과;A sensor pocket for installing an RTD sensor, which is a resistance thermometer for measuring the temperature of underground inlet and underground outlet circulation water, at a predetermined depth in the circulation water pipe;
양정 및 배관의 관 마찰에 의하여 발생하는 운동에너지 손실을 보충하며 일정 유량의 흐름을 유지하기 위하여 인라인 순환펌프와;An inline circulation pump to compensate for the kinetic energy loss caused by the friction of the pipes of the head and the pipe and to maintain a constant flow rate;
상기 순환수 배관 내에 흐르고 있는 순환수의 용적유량을 측정하기 위한 용적식 유량계와;A volume flow meter for measuring a volume flow rate of the circulating water flowing in the circulating water pipe;
상기 유량계 배관과 순환수 배관의 연결을 위한 플랜지와;A flange for connecting the flowmeter pipe and the circulation water pipe;
상기 순환수에 열량을 가하여 순환수를 승온시키는 전기 히터를 포함한다.It includes an electric heater for heating the circulating water by applying a heat amount to the circulating water.
상기 단자함은,The terminal box,
현장에서 이동의 용이성을 확보하기 위하여 하부에 다수 개 설치된 도르래 형 바퀴와;A pulley-type wheel installed at a plurality of lower parts to secure ease of movement in the field;
상기 현장에서 이동의 용이성을 확보하기 위하여 측면의 소정 위치에 설치된 손잡이와;A handle installed at a predetermined position of a side surface to ensure ease of movement at the site;
외부의 빗물 유입에 따른 장치보호를 위하여 설치된 덮개를 포함한다.Includes a cover installed to protect the device against external rainwater ingress.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명하기에 앞서 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.Hereinafter, described in detail with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention. If it is determined that the detailed description of the known function or configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 지중 열전도 측정장치의 설치 상태도, 도 3 은 도 1의 단자함에 구비되는 센서 및 유량계 등의 상세 구조도, 도 4는 도 1의 단자함 상세 구조를 보인 사진이다.1 and 2 is an installation state diagram of the underground thermal conductivity measuring apparatus according to the present invention, Figure 3 is a detailed structural diagram of the sensor and flow meter, etc. provided in the terminal box of Figure 1, Figure 4 is a photograph showing the detailed structure of the terminal box of Figure 1 to be.
도시된 바와 같이, 지중 열교환기 배관(HPE튜브)(6)의 공기 에어 퍼징과 측정 장치 작동 중 결손되는 순환수의 보충을 위한 보충수가 저장된 보충수 탱크(1)가 구비되고, 그 보충수 탱크(1)와 연결되고, 보충수 탱크(1)의 보충수를 에어퍼징 및 보충수용 Tee 배관(14)을 통해 순환수를 흘려 보내기 위하여 보충수 순환펌프(2)가 구비된다.As shown, a
아울러 지중 천공기에 의하여 일정깊이(150-200m)와 일정 직경(30mm)으로 천공(3)이 형성되고, 이 천공(3)은 HPE 열교환기 튜브(6)와 HPE의 고정을 위하여 벤토나이트와 석회의 혼합물인 그라우팅으로 마감 처리된다.In addition, a perforation (3) is formed to a certain depth (150-200m) and a certain diameter (30mm) by an underground perforator, which is used to fix the HPE heat exchanger tube (6) and HPE to fix the bentonite and lime. Finished with grouting mixture.
또한, 측정 장비를 내장 설치하기 위한 단자함(4)이 구비되며, 이러한 단자함(4)은 가로 1000mm, 세로 700mm, 높이 700mm로 제작된다. 여기서 단자함(4)의 크기는 획일적인 것은 아니고, 필요에 따라 그 크기를 가변할 수 있음은 자명한 사실이다. 기존 트레일러 적재형 열전도 측정 장비에 비하여 크기를 월등히 줄이므로 인하여 현장 이동성의 용이함을 확보하였다.In addition, a terminal box (4) is provided for the built-in measurement equipment, this terminal box (4) is made of 1000mm in width, 700mm in length, 700mm in height. It is obvious here that the size of the
도 2에서 미설명 부호 5는 전기히터의 전력 공급을 위한 전기히터 동력선을 나타낸 것이다.In FIG. 2,
또한, 전기히터에 의하여 승온된 지중 열교환부 입구 쪽의 순환수의 열을 지중으로 전달하며, 지중 열교환부 출구 쪽의 순환수의 온도는 입구 쪽 순환수의 온도에 비하여 감온된 상태로 흘러나오게 하는 HPE 튜브(6)가 구비되고, 보충수 탱 크(1)로부터의 보충수가 에어퍼징 및 보충수 Tee 배관(14)으로의 보충수를 흘려보낼 수 있도록 하는 배관인 플렉스볼 튜브(7)가 구비된다.In addition, the heat of the circulating water at the inlet side of the underground heat exchange part heated by the electric heater is transferred to the ground, and the temperature of the circulating water at the outlet side of the underground heat exchange part is flowed out at a reduced temperature compared to the temperature of the inlet side circulating water. An HPE tube (6) is provided, and a flexball tube (7), which is a piping that allows the replenishment water from the replenishment tank (1) to flow replenishment water to the air purging and refilling water tee piping (14). do.
다음으로, 단자함(4)의 내부 구성을 살펴보면, 5kW 전기히터를 사용하여 작동순환수에 열량을 가하여 순환수를 승온시키는 전기히터(8)가 구비되는 데, 이때 전기히터(8)는 작동 중 히터의 고장 시 대체 방안으로 상, 하단에 각각 하나 씩 설치하는 것이 바람직하다.Next, looking at the internal configuration of the terminal box (4), an electric heater (8) for heating the circulating water by applying heat to the operating circulating water using a 5 kW electric heater is provided, wherein the electric heater (8) is in operation In case of failure of the heater, it is preferable to install one at each of the upper and lower sides.
아울러 지중입구 및 지중출구 순환수의 온도를 측정하기 위하여 저항온도계인 RTD센서가 RTD센서 포켓(9)에 의해 순환수 배관 내의 일정 깊이에 설치되며, 상기 순환수 배관 및 HPE튜브(6) 내의 함유된 기포를 외부로 배출하기 위한 에어밴트(10)가 설치되며, 그 에어밴트(10)와 연결되어 에어를 제거할 때 사용하기 위한 제4체크밸브(160가 설치된다.In addition, in order to measure the temperature of the underground inlet and underground outlet circulating water, RTD sensor, which is a resistance thermometer, is installed at a predetermined depth in the circulating water pipe by the
다음으로, 순환수 배관 내에 흐르고 있는 순환수의 용적유량을 측정하기 위하여 용적식 유량계(11)가 순환수 배관의 소정 위치에 설치되며, 이러한 유량계(11)는 측정한 유량에 대응하여 0 - 10V의 출력 전압을 발생한다. Next, in order to measure the volume flow rate of the circulating water flowing in the circulating water pipe, a volumetric flow meter 11 is installed at a predetermined position of the circulating water pipe, and such a flow meter 11 corresponds to the measured flow rate of 0-10V. To generate the output voltage.
그리고 양정 및 배관의 관 마찰에 의하여 발생하는 운동에너지 손실을 보충하며 일정 유량의 흐름을 유지하기 위하여 인라인 순환펌프(12)가 설치되며, 지중 열전도 측정 장치의 순환수 배관과 지열 열교환기 배관의 탈부착의 용이성을 유지하기 위하여 밸브소켓(13)이 설치되며, 열전도 측정을 위한 장비 작동 전 순환수 배관 및 지중 열관부 배관 내의 에어 퍼징을 위한 에어퍼징 및 보충수용 Tee 배관(14)이 설치되고, 그 에어퍼징 및 보충수용 티 배관(14)에는 에어퍼징 및 보충수 용 티 배관(14)의 보충수 흐름을 제어하기 위한 제2체크밸브(17)가 설치된다.An
아울러 순환수 배관 내의 소정 위치에는 순환수 흐름 량을 제어하기 위한 제3체크밸브(150가 설치되고, 상기 유량계 배관과 순환수 배관의 연결을 위한 플랜지(19)가 설치된다.In addition, a third check valve 150 for controlling the flow rate of the circulating water is installed at a predetermined position in the circulating water pipe, and a
다음으로, 단자함(4)에는 현장에서의 이동의 용이성을 확보하기 위하여 하부에는 도르래 형 바퀴(20)가 다수 개(예를 들어, 4개) 설치되는 데, 바람직하게는 무게 중심을 잡기 위하여 각 모서리에 근접하게 설치된다. 아울러 단자함(4)의 측면에는 현장에서의 이동의 용이성을 확보하기 위하여 손잡이(21)가 설치되고, 외부로의 빗물 유입이나 기타 이물질이 유입되어 장치를 손상시키는 것을 방지하기 위하여 덮개(22)가 설치된다.Next, the
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 지중 열전도 측정 장치의 지중 열전도 측정 과정을 살펴보면 다음과 같다.Looking at the underground thermal conductivity measurement process of the underground thermal conductivity measurement apparatus according to the present invention configured as described above are as follows.
먼저, 지중 열교환기와 열전도 측정 장비를 현장에서 결합한다. 즉, 열전도 측정 장비의 밸브 소켓식 연결부(13)에 지중 열교환기 배관인 HPE튜브(6)를 연결한다.First, the underground heat exchanger and the thermal conductivity measuring equipment are combined in the field. That is, the
다음으로, RTD 센서용 포켓(9)에 RTD 센서를 설치하고, 전기히터 설치 배관에 전기히터(8)를 설치한다. 전기히터의 소요전력을 측정하기 위하여 전기히터 선을 와트 미터에 연결한다. 그리고 유량계, RTD 센서와 와트미터 출력단을 단자함(4)의 측면에 부착된 지정된 채널(도면에는 도시하지 않음)에 연결한다.Next, the RTD sensor is installed in the
그리고 도면에는 도시하지 않았지만 열전도 측정 장비에 설치된 단자함(4)의 유량계(11), RTD 온도계, 와트 미터 등의 출력 단자를 계측기(Agilent 34901A MUX)에 연결한다. 그리고 RS-232C 통신용 케이블을 이용하여 상기 계측기와 지중 열전도 프로그램을 내장하고 지중 열전도를 계산하는 제어수단(도면에는 도시하지 않았음)과 연결한다. 여기서 제어수단과의 연결은 직렬 포트를 사용하여 연결하게 되며, 제어수단은 일반적인 퍼스널 컴퓨터(PC) 또는 노트북 컴퓨터 등을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 이동의 편리함을 위해서는 노트북 컴퓨터를 사용하는 것이 바람직하나, 별도의 컴퓨터와 유사한 기능을 수행할 수 있는 단말기를 사용할 수도 있음은 당업자라면 당연할 것이다.Although not shown in the drawing, output terminals such as a flow meter 11, an RTD thermometer, a watt meter, and the like of the
측정 장비와 각 배관의 연결이 완료되면, 열전도 측정 장비의 보충수용 Tee 배관(14)에 보충 수 연결 후 순환펌프(12)를 작동하여 순환수 배관과 열교환기 배관 내의 공기를 에어퍼징한다. When the connection between the measurement equipment and each pipe is completed, the replenishment water is connected to the refill
에어 퍼징이 완료되면, 전기히터(8)를 작동하여 순환수에 열량을 제공하여 순환수를 원하는 온도로 승온시키고, 순환수의 승온이 완료되면, 지중 열전도 측정 프로그램을 작동하여 지중 열전도 값을 산정한다. 여기서 지중 열전도 값 산정은, 프로그램 내부적으로 지중 열교환기 입, 출구의 순환수 온도, 순환수의 유량 및 전기히터의 소비전력을 측정하여 프로그램 내부적으로 지중 열전도 값을 산정하는 것이 바람직하다.When the air purging is completed, the
특히, 지중 열전도 값 산정을 위해서, 유량계, 저항온도계, 와트 미터 등의 센서를 통해서부터 순환수유량, 순환수 온도, 압축기소비전력 등의 물리적 신호를 전기적 신호로 변환하고, Agilent 34970A 모듈과 34901A MUX 계측기를 사용하여 아 날로그형 전기적 신호를 디지털식 전기적 신호로 변환한다. 그리고 RS-232C 통신용 케이블을 사용하여 계측기에서 측정된 전기적 신호를 컴퓨터(제어수단)에 설치된 응용프로그램과의 인터페이스를 구축하고, 계측기에서 측정된 전기적 신호를 Labview Development Studio 기반 성능 평가 응용프로그램을 통하여 물리적 신호로 변환하여 컴퓨터 모니터상에 기본 로(raw) 데이터를 지시계를 통하여 도시한다.In particular, in order to calculate underground thermal conductivity values, physical signals such as circulating water flow rate, circulating water temperature, and compressor power consumption are converted into electrical signals through sensors such as flow meters, resistance thermometers, and watt meters, and the Agilent 34970A module and 34901A MUX instruments To convert analogue electrical signals into digital electrical signals. In addition, the RS-232C communication cable establishes an interface with the application program installed in the computer (control means) and uses the Labview Development Studio-based performance evaluation application to establish the physical interface. The raw raw data on the computer monitor is converted into a signal and shown through the indicator.
여기서 실행중인 성능평가 응용 프로그램의 상태를 인터넷 웹에서 원격 감시할 수 있도록 하고, 프로그램의 상태를 인터넷 웹에서 원격 제어가 가능토록 하는 것이 바람직하다.In this case, it is desirable to remotely monitor the status of the performance evaluation application being executed on the Internet web and to remotely control the status of the program on the Internet web.
이상에서 상술한 본 발명에 따르면, 지중 열전도를 현장에서 실시간으로 정확하게 측정할 수 있는 장점이 있다.또한, 지중 열전도 측정 장치를 소형으로 제작할 수 있으므로, 이동에 편리함도 제공해주는 장점이 있다.According to the present invention described above, there is an advantage that can accurately measure the ground thermal conductivity in real time in the field. In addition, since the ground thermal conductivity measuring apparatus can be manufactured in a small size, there is an advantage to provide convenience in movement.
삭제delete
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060105579A KR100818769B1 (en) | 2006-10-30 | 2006-10-30 | Device of evaluating ground thermal conductivity |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020060105579A KR100818769B1 (en) | 2006-10-30 | 2006-10-30 | Device of evaluating ground thermal conductivity |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR100818769B1 true KR100818769B1 (en) | 2008-04-01 |
Family
ID=39533559
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020060105579A KR100818769B1 (en) | 2006-10-30 | 2006-10-30 | Device of evaluating ground thermal conductivity |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR100818769B1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101202247B1 (en) | 2012-06-07 | 2012-11-16 | 한국지질자원연구원 | Method of measuring ground thermal conductivity |
KR101792361B1 (en) * | 2015-12-11 | 2017-11-08 | 동명대학교산학협력단 | Compact energy saving electric Heater for marine vessel and offshore plant |
CN113791114A (en) * | 2021-08-25 | 2021-12-14 | 广州广燃设计有限公司 | Method, device and system for testing total heat transfer coefficient from gas to soil |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02115755A (en) * | 1988-10-26 | 1990-04-27 | Toshiba Corp | Abnormality detector for cooling water circulating system of rotating electric machinery |
KR20060008387A (en) * | 2004-07-22 | 2006-01-26 | 대한민국(관리부서:농촌진흥청) | Geothermal heat pump system |
KR200426774Y1 (en) * | 2006-07-03 | 2006-09-20 | 코텍엔지니어링주식회사 | Measuring Apparatus of Thermal Conductivity in Ground |
-
2006
- 2006-10-30 KR KR1020060105579A patent/KR100818769B1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH02115755A (en) * | 1988-10-26 | 1990-04-27 | Toshiba Corp | Abnormality detector for cooling water circulating system of rotating electric machinery |
KR20060008387A (en) * | 2004-07-22 | 2006-01-26 | 대한민국(관리부서:농촌진흥청) | Geothermal heat pump system |
KR200426774Y1 (en) * | 2006-07-03 | 2006-09-20 | 코텍엔지니어링주식회사 | Measuring Apparatus of Thermal Conductivity in Ground |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101202247B1 (en) | 2012-06-07 | 2012-11-16 | 한국지질자원연구원 | Method of measuring ground thermal conductivity |
KR101792361B1 (en) * | 2015-12-11 | 2017-11-08 | 동명대학교산학협력단 | Compact energy saving electric Heater for marine vessel and offshore plant |
CN113791114A (en) * | 2021-08-25 | 2021-12-14 | 广州广燃设计有限公司 | Method, device and system for testing total heat transfer coefficient from gas to soil |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Aresti et al. | A review of the design aspects of ground heat exchangers | |
Qi et al. | Effects of ground heat exchangers with different connection configurations on the heating performance of GSHP systems | |
Acuña | Improvements of U-pipe borehole heat exchangers | |
CN202442821U (en) | Soil source heat pump buried pipe heat exchanging and soil thermal property testing apparatus | |
Acuña et al. | A novel coaxial borehole heat exchanger: description and first distributed thermal response test measurements | |
KR101209585B1 (en) | Ground thermal conductivity measuring equipment | |
Zhang et al. | Efficiency of a community-scale borehole thermal energy storage technique for solar thermal energy | |
Agrawal et al. | To study the effect of different parameters on the thermal performance of ground-air heat exchanger system: In situ measurement | |
KR200426774Y1 (en) | Measuring Apparatus of Thermal Conductivity in Ground | |
CN109884115A (en) | The measuring method of soil body horizontal thermal conductivity factor in situ | |
KR100818769B1 (en) | Device of evaluating ground thermal conductivity | |
CN206235584U (en) | A kind of experimental system for verifying energy stake Calculation of Heat Transfer model under the conditions of seepage action of ground water | |
Do et al. | A review of ground coupled heat pump models used in whole-building computer simulation programs | |
KR101202247B1 (en) | Method of measuring ground thermal conductivity | |
KR200434146Y1 (en) | Measuring Apparatus of Thermal Conductivity in Ground with Cooling Device | |
KR100997157B1 (en) | Method for measuring the effective thermal conductivity of the ground using multi-cable | |
Zhang et al. | Measurement of thermal conductivity for three borehole fill materials used for GSHP | |
CN202486083U (en) | Multifunctional ground source heat pump underground rock hot and cold response testing device | |
KR200434145Y1 (en) | Measuring Apparatus of Thermal Conductivity in Ground with Heating Device for Increasing Input amount of heat | |
KR100997162B1 (en) | Apparatus for measuring the effective thermal conductivity of the ground using multi-cable | |
Lee et al. | Thermal response performance of the heat exchanger of a standing column well based on the location of the return pipe | |
Kurevija et al. | Defining geoexchange extraction rates in the same geological environment for different borehole geometry settings–Pilot results from the HAPPEN-HORIZON 2020 project | |
LY | Interpretation of Borehole Heat Exchangers Thermal Response Tests under groundwater influence: analysis of three case studies | |
CN211602999U (en) | Portable shallow geothermal energy thermal response tester | |
Gustafsson et al. | Thermal response test: power injection dependence |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
N231 | Notification of change of applicant | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20130315 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20140304 Year of fee payment: 7 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20150626 Year of fee payment: 8 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20160328 Year of fee payment: 9 |
|
LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |