KR100997184B1 - 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치 - Google Patents

블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치에 관한 것으로, 지열공의 둘레에 설치되어서 공벽의 무너짐을 방지하고 회수되는 지하수가 유입되는 유공관; 유공관의 내부에 설치되어서 유공관의 내부로 유입되면서 열복원이 이루어진 지하수를 흡입하여서 외부로 공급하는 무공관; 지열공의 일측에 형성되고 지열공으로부터 배출되는 지하수가 지중으로 함양되도록 하며 지열공보다 작은 깊이를 갖는 블리딩지하수 주입정; 블리딩지하수 주입정에 결합되어서 공벽의 무너짐을 방지하고 블리딩되는 지하수가 유입되는 케이싱; 지하수회수관에 연결되어서 지열공으로 회수되는 지하수 중 일부의 지하수가 유입되어서 저장되는 물탱크; 연결관에 설치되며 지하수회수관에서 블리딩지하수관 및 물탱크관으로 흐르는 지하수의 흐름을 제어하는 바이패스밸브를 포함하여 이루어진다.
따라서, 유공관에 의해 암반대수층에서 생산되는 지하수는 유공관 안으로 유입되는 반면에, 암석 및 암분이 공벽으로부터 유실되어서 지열공의 바닥에 퇴적되는 것이 방지되므로 시설의 기능 및 수명이 보장되며, 열효율성을 유지하기 위해 지하수를 블리딩하는 경우에는 지열공으로 회수되는 지하수 중 일부를 블리딩지하수 주입정으로 유도하여서 지열시스템의 열효율을 향상시키면서도 지하수 고갈 및 수위 저하를 방지할 수 있다.

Description

블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치{Open type geothermal system unit that recycle bleeding underground water}
본 발명은 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 굴착된 전 구간에 유공관을 설치하여서, 암반대수층에서 생산되는 지하수는 유공관 안으로 유입되도록 하는 반면에, 공벽으로부터 암석 및 암분이 유실되는 것을 방지하고 지열공 바닥에 퇴적되는 것을 방지하여서 퇴적물에 의한 지하수 순환경로가 차단되는 것을 사전에 예방함으로 시설의 기능 및 수명을 보장하며; 지열공의 일측에 블리딩지하수 주입정을 설치하므로, 열효율성을 유지하기 위해 지하수를 블리딩하는 경우에는 지열공으로 회수되는 지하수 중 일부를 블리딩지하수 주입정으로 유도하여서 지열시스템의 열효율을 향상시키면서도 지하수 고갈 및 수위 저하를 방지할 수 있는 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치에 관한 것이다.
일반적으로 지하수의 지열을 이용한 난방을 수행하는 개방형 지열시스템의 열교환구조는, 지하수 300m 내지 500m 깊이의 지열공 즉, 지하수 관정을 개발하고 그 안에 수중 모터펌프를 설치하여 파이프 배관을 통해서 열교환기까지의 연중 15℃ 내외의 온도를 가진 지하수를 보내고, 히트펌프와 열교환이 이루어진 지하수는 지열공으로 다시 회수하는 구조를 갖는다.
이러한 종래의 지열시스템의 열교환구조는, 지열공과 히트펌프를 지속적으로 순환하면서 열교환되는 지하수에 의해, 지열공의 열복원 능력이 점차 감소되면서 열효율이 떨어지는 문제점이 발생된다.
예를 들어, 여름철에는 히트펌프에 의해 온도가 상승된 상태의 지하수가 지열공 내부로 계속 회수되면서 지열공 내부의 온도를 점차 상승시키게 되고, 이에 따라 열복원이 이루어진 지하수의 온도도 점차 상승되므로 히트펌프의 열효율을 떨어뜨리게 된다. 겨울철에는 히트펌프에 의해 온도가 하강된 상태의 지하수가 지열공 내부로 계속 회수되면서 지열공 내부의 온도를 점차 하강시키게 되고, 이에 따라 열복원이 이루어진 지하수의 온도도 점차 하강되므로 히트펌프의 열효율을 떨어뜨린다.
이러한 지열시스템의 열교환구조의 다른 문제점은, 회수되는 지하수와 공급되는 지하수 사이에 열교환이 활발히 이루어지면서 열효율을 크게 저하시키는 점이다.
히트펌프의 열효율을 향상시키려면 회수되어서 지열공으로 공급되는 지하수와 열복원되어서 히트펌프로 공급되는 지하수 사이에 열교환이 최소화되도록 서로 확실하게 차단시켜야 한다.
그런데 종래에는 지하수가 지열공의 내부로 회수된 후 하측으로 흐르면서 열복원되는 동안 지하수흡입관의 둘레를 따라 흐르게 된다. 따라서 열복원이 이루어져야 할 회수된 지하수와 열복원이 이미 이루어져서 외부로 공급될 지하수가 지하수흡입관을 매개로 지속적으로 접촉되면서 열교환이 이루어지며, 이에 따라 이미 열복원된 지하수의 열효율을 크게 저하시키게 된다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 굴착된 전 구간에 유공관을 설치하여서, 암반대수층에서 생산되는 지하수는 유공관 안으로 유입되도록 하는 반면에, 공벽으로부터 암석 및 암분이 유실되는 것을 방지하고 지열공 바닥에 퇴적되는 것을 방지하도록 한 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 지열공의 일측에 블리딩지하수 주입정을 설치하므로, 열효율성을 유지하기 위해 지하수를 블리딩하는 경우에는 지열공으로 회수되는 지하수 중 일부를 블리딩지하수 주입정으로 유도하도록 한 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 지열공으로 회수되는 지하수 중 일부를 물탱크에 저장하여서 재활용할 수 있도록 한 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 지열공으로 회수되는 지하수와 열복원되어서 공급되는 지하수를 확실하게 차단시킬 수 있도록 한 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 관들의 꺽인 부위를 보호할 수 있도록 한 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 유공관의 내구성이 크게 향상되도록 한 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치는, 지하수층과 연락되도록 지반에 수직으로 형성된 지열공들; 지열공의 둘레에 설치되어서 공벽의 무너짐을 방지하고 회수되는 지하수가 유입되며 둘레에 다수의 관통구멍들이 형성된 유공관; 유공관의 내부에 설치되어서 유공관의 내부로 유입되면서 열복원이 이루어진 지하수를 흡입하여서 외부로 공급하는 무공관; 무공관 내에 설치되어서 열복원된 지하수를 외부로 펌핑하는 수중모터펌프; 실내에 설치되고 지열공에 연결되어서 열복원된 지하수를 이용하여 실내를 냉난방하고, 사용된 지하수를 다시 지열공으로 회수시키는 히트펌프; 일단이 수중모터펌프에 연결되고 타단이 히트펌프에 연결되어서 수중모터펌프에서 펌핑되는 지하수를 히트펌프 측으로 안내하는 양수관; 일단이 양수관에 연결되고 타단이 히트펌프에 연결되어서 수중모터펌프에 의해 펌핑되는 지하수를 히트펌프 측으로 공급하는 지하수공급관; 일단이 히트펌프에 연결되고 타단이 무공관과 유공관 사이의 공간에 연결되어서 히트펌프로부터 배출되는 지하수를 지열공으로 회수하는 지하수회수관; 지반에 수직으로 형성되고 지열공으로부터 배출되는 지하수가 지중으로 함양되도록 하며 지열공보다 작은 깊이를 갖는 블리딩지하수 주입정; 블리딩지하수 주입정에 결합되어서 공벽의 무너짐을 방지하고 블리딩되는 지하수가 유입되는 케이싱; 지하수회수관 및 케이싱에 연결되어서 지열공으로 회수되는 지하수 중 일부의 지하수가 블리딩지하수 주입정으로 배출되도록 하는 블리딩지하수관; 지하수회수관에 연결되어서 지열공으로 회수되는 지하수 중 일부의 지하수가 유입되어서 저장되는 물탱크; 지하수회수관 및 물탱크에 연결되어서 지열공으로 회수되는 지하수 중 일부의 지하수가 물탱크 측으로 공급되도록 하는 물탱크관; 일단이 지하수회수관에 연결되고 타단이 블리딩지하수관 및 물탱크관에 연결되어서 지하수회수관을 통해 지열공으로 회수되는 지하수 중 일부의 지하수를 블리딩지하수관 및 물탱크관 측으로 공급되도록 하는 연결관; 연결관에 설치되며 지하수회수관에서 블리딩지하수관 및 물탱크관으로 흐르는 지하수의 흐름을 제어하는 바이패스밸브; 블리딩지하수관에 설치되며 연결관에서 블리딩지하수 주입정으로 흐르는 지하수의 흐름을 제어하는 제1밸브; 물탱크관에 설치되어서 연결관에서 물탱크 측으로 흐르는 지하수의 흐름을 제어하는 제2밸브로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명의 블리딩 지하수를 재활용하는 개방향 지열시스템장치의 다른 특징은, 무공관의 하부에는, 순환된 후 회수되는 지하수와 유공관으로 유입된 지하수가 무공관의 하단부 측으로 흐르면서 열복원된 후 무공관 내부로 유입되도록, 하단부터 상측으로 18∼22m까지의 구간에 스트레이너가 형성된다.
본 발명의 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치의 또 다른 특징은, 관들의 꺽임 부위에는, 관각도조절부가 구비되되, 관각도조절부는, 관의 일단이 결합되는 원통형의 제1관결합부와, 제1관결합부의 일측에 이와 일체로 형성되고 제1관결합부와 연통되도록 내부가 관통형태인 구형상의 결합보스와, 다른 관의 일단이 결합되는 원통형의 제2관결합부와, 제2관결합부의 일측에 이와 일체로 형성되고 제2관결합부와 연통되도록 내부가 관통형태이며 제1관결합부 및 제2관결합부의 각도를 조절할 수 있도록 결합보스의 내주면에 미끄럼접촉되는 구형상의 결합돌부로 이루어진다.
본 발명의 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치의 또 다른 특징은, 케이싱은, 블리딩지하수 주입정 중 충적층에 대응되도록 구비되며 하부에는 케이싱 내부로 유입된 블리딩지하수가 암반층으로 배출되도록 스트레이너가 형성된다.
본 발명의 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치의 또 다른 특징은, 유공관은, 내주면에 특수실리콘층이 도포되되, 특수실리콘층은, 플루오라이트카본(fluorite carbon)으로 이루어진다.
이상에서와 같은 본 발명은, 굴착된 전 구간에 유공관이 설치되어서, 암반대수층에서 생산되는 지하수는 유공관 안으로 유입되도록 하는 반면에, 공벽으로부터의 암석 및 암분 유실이 방지되고 지열공 바닥에 퇴적되는 것이 방지된다. 따라서 퇴적물에 의한 지하수 순환경로가 차단되는 것이 사전에 예방되므로 시설의 기능 및 수명이 보장된다.
본 발명은, 바이패스밸브 및 제1밸브를 열면 히트펌프에서 지열공으로 회수되는 지하수의 일부가 연결관 및 블리딩지하수관을 통해 케이싱으로 공급되고 케이싱에 공급된 블리딩 지하수는 케이싱의 스트레이너를 통해 블리딩지하수 주입정으로 배출되며 블리딩지하수 주입정으로 배출된 지하수는 지열공 주변의 지중으로 흐르면서 열복원될 뿐 아니라 지하수 고갈 및 수위 저하를 방지하는 역할을 한다. 따라서 히트펌프와 지열공을 반복적으로 순환하면서 열효율이 떨어진 지하수의 일부를 블리딩지하수 주입정으로 배출시켜서 배출된 블리딩지하수만큼 지열공 주변의 지하수가 지열공으로 유입되도록 하므로 지열공의 열복원 저하를 개선시킬 수 있으며, 이에 따라 히트펌프의 열효율을 일정하게 유지시킬 수 있다.
또한 본 발명은, 바이패스밸브 및 제2밸브를 열면 히트펌프에서 지열공으로 회수되는 지하수의 일부가 연결관 및 물탱크관을 통해 물탱크로 유입되어서 저장된다. 물탱크에 저장된 지하수는 비닐하우스의 열교환기로 공급되어서 비닐하우스의 내부를 예열하는데 사용될 수도 있으며, 비닐하우스 내의 농작물에 직접 분사될 수도 있다. 따라서 지열공으로 회수되는 지하수 중 버려지는 일부의 지하수를 물탱크에 저장하여서 재활용하므로 경제적 효과를 극대화시킬 수 있다.
본 발명의 지열시스템장치는, 유공관의 내부에 무공관이 설치되어 있고 무공관의 내부에는 열복원된 지하수를 흡입하여서 지하수공급관으로 공급하도록 양수관이 설치되어 있으며 지하수회수관을 통해 지열공으로 회수되는 지하수는 유공관 및 무공관 사이의 공간으로 회수된다. 따라서 유공관 및 무공관 사이로 회수되는 지하수와 양수관을 통해 지하수공급관으로 공급되는 지하수가 무공관 및 양수관에 의해 확실하게 차단된다. 그러므로 열복원되기 위해 지열공으로 유입되는 지하수와 열복원된 후 지하수공급관으로 공급되는 지하수 사이에 열교환이 확실하게 차단되므로 열효율이 저하되는 문제가 방지된다.
본 발명의 지열시스템장치에는 관들의 절곡부위에 관각도조절부가 설치되며, 이러한 관각도조절부는 제1관결합부 및 제2관결합부가 구형태의 결합보스 및 구형태의 결합돌부를 중심으로 자유로운 각도로 유동가능하게 설치된다. 따라서 지중에 매설된 관들에 압력이 작용하여서 관들의 설치각도가 변경되거나 일부의 관에 뒤틀림이 발생될 경우, 관들에 작용하는 압력에 따라 관각도조절부의 결합보스 및 결합돌부가 서로 유동되면서 관들에 작용하는 압력을 해소시키므로 지중압에 의해 관들이 파손되는 문제가 방지된다.
본 발명은, 유공관의 내주면에 플루오라이트카본(fluorite carbon)으로 이루어진 특수실리콘층이 도포되어 있다. 플루오라이트카본으로 이루어진 특수실리콘층은, 분자결합상 치밀한 조직으로 구성되고 높은 내열성을 가지며 내화학성이 뛰어나다. 따라서 유공관의 내구성이 크게 향상되므로 지열공에 매설된 유공관이 장기간 경과하여도 부식, 파열, 훼손되지 않는다.
도 1은 본 발명의 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치를 보인 개략도
도 2는 유공관의 부분 확대 단면도
도 3은 관각도조절부를 보인 개략적 단면도
본 발명의 구체적인 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.
도 1은 본 발명의 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치를 보인 개략도이고, 도 2는 유공관의 부분 확대 단면도이며, 도 3은 관각도조절부를 보인 개략적 단면도이다.
본 발명에서 기술되는 블리딩 지하수란, 히트펌프(16)에서 지열공(2)으로 회수되는 지하수 중, 지하수의 순환경로를 벗어나서 블리딩지하수 주입정(20)을 통해 지중으로 버려지거나, 물탱크(24)에 저장되는 일부의 유출 지하수를 말한다.
본 발명의 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치는, 지하수층과 연락되도록 지반(1)에 수직으로 다수의 지열공(2)들이 형성된다.
지열공(2)들은 상부와 하부가 동일한 지름을 갖도록 형성될 수 있지만, 지열공(2)의 하부가 상부에 비해 더 작은 지름으로 형성될 수도 있다. 지열공(2)의 상부의 지름은 크고 하부의 지름은 작은 경우, 지열공(2)의 상부에 지하수회수관(19)의 설치가 용이하고 회수되는 지하수가 지열공(2)의 상부로 원활히 유입된다. 또한 지열공(2)의 하부는 상부에 비해 상대적으로 직경이 작으므로 지열공(2)의 전체 굴착비 및 굴착시간이 그만큼 감소된다.
지열공(2)의 상부에는 상부보호관(35)이 삽입되어 있고, 상부보호관(35)의 하부에는 관정케이싱(36)이 삽입되어 있다.
지열공(2)의 내부에는 관통구멍(11)들이 형성된 유공관(10)이 설치되어 있으며, 이 유공관(10)은 공벽의 무너짐을 방지하고 회수되는 지하수가 유입된다.
유공관(10)의 내주면에는 특수실리콘층(12)이 도포되어 있다. 이 특수실리콘층(12)은, 플루오라이트카본(fluorite carbon)으로 이루어진다. 플루오라이트카본은 분자결합상 치밀한 조직으로 구성되고 높은 내열성을 가지며 내화학성이 뛰어나다.
유공관(10)의 내부에는 무공관(13)이 설치되어 있다. 이 무공관(13)은 유공관(10)의 내부로 유입되면서 열복원이 이루어진 지하수를 흡입하여서 외부로 공급한다.
무공관(13)의 하부에는 스트레이너(14)가 형성되어 있다. 따라서 유공관(10)과 무공관(13) 사이의 공간으로 회수되는 지하수는 그 공간을 따라 하측으로 이송되면서 열복원된 후 무공관(13) 하부의 스트레이너(14)를 통해 무공관(13) 내부로 유입된다.
무공관(13)의 스트레이너(14)는, 무공관(13)의 하단부터 상측으로 18∼22m까지의 구간에만 형성된다. 스트레이너(14)가 무공관(13)의 하단부터 그 상측으로 22m를 초과하여서 형성되면 회수되는 지하수가 원활히 유입되나, 충분히 열복원되지 않은 상태의 지하수가 유입되므로 열효율이 그만큼 떨어진다.
스트레이너(14)가 무공관(13)의 하단부터 그 상측으로 18m 미만의 범위내에만 형성되면, 회수되는 지하수의 열복원 정도는 크게 개선되지 않는 반면에 열복원된 지하수가 무공관(13) 내부로 원활히 유입되지 못한다. 따라서 무공관(13)의 스트레이너(14)는, 무공관(13)의 하단부터 상측으로 18∼22m까지의 구간에만 형성되는 것이 바람직하다.
무공관(13) 내에는 수중모터펌프(15)가 설치된다. 수중모터펌프(15)는 열복원된 지하수를 외부로 펌핑한다.
한편, 건물의 실내에는 히트펌프(16)가 설치되어 있다. 히트펌프(16)는 지열공(2)에 연결되어서 열복원된 지하수를 이용하여 실내를 냉난방하고, 사용된 지하수를 다시 지열공(2)으로 회수시킨다.
수중모터펌프(15)에는 양수관(17)의 일단이 연결되어 있고, 양수관(17)의 타단은 지하수공급관(18)에 연결되어 있으며, 수중모터펌프(15)에서 펌핑되는 지하수를 히트펌프(16) 측으로 안내한다.
지하수공급관(18)은 일단이 양수관(17)에 연결되고 타단이 히트펌프(16)에 연결되어서 수중모터펌프(15)에 의해 펌핑되는 지하수를 히트펌프(16) 측으로 공급한다.
히트펌프(16)에는 지하수회수관(19)의 일단이 연결되어 있고, 지하수회수관(19)의 타단은 무공관(13)과 유공관(10) 사이의 공간에 연결되어서 히트펌프(16)로부터 배출되는 지하수를 지열공(2)으로 회수시킨다.
지열공(2)과 인접한 지반(1)에는 수직으로 블리딩지하수 주입정(20)이 형성되어 있다. 이 블리딩지하수 주입정(20)은 지열공(2)으로부터 배출되는 지하수가 지중으로 함양되도록 하며 지열공(2)보다 작은 깊이를 갖는다.
블리딩지하수 주입정(20)에는 케이싱(21)이 매설되어 있다. 이 케이싱(21)은 공벽의 무너짐을 방지하고 블리딩되는 지하수가 유입된다. 이러한 케이싱(21)은, 블리딩지하수 주입정(20) 중 지반(1)으로부터 충적층까지의 공간에만 매설되며, 하부에는 케이싱(21) 내부로 유입된 블리딩 지하수가 암반층으로 배출되도록 스트레이너(22)가 형성되어 있다.
지하수회수관(19) 및 케이싱(21)에는 블리딩지하수관(23)이 연결되어 있다. 블리딩지하수관(23)은 지열공(2)으로 회수되는 지하수 중 일부의 지하수가 블리딩지하수 주입정(20)으로 배출되도록 한다.
지하수회수관(19)에는 물탱크(24)가 연결되어 있다. 물탱크(24)는 지열공(2)으로 회수되는 지하수 중 일부의 지하수가 유입되어서 저장되며, 저장된 지하수는 비닐하우스 내에 설치된 열교환기를 순환하여서 그 내부를 예열하는데 사용되거나, 비닐하우스의 농작물에 직접 분사하는데 사용된다.
지하수회수관(19) 및 물탱크(24)에는 물탱크관(25)이 연결되어 있으며, 지열공(2)으로 회수되는 지하수 중 일부의 지하수가 물탱크(24) 측으로 공급되도록 한다.
지하수회수관(19)에는 연결관(26)의 일단이 연결되어 있고, 연결관(26)의 타단은 블리딩지하수관(23) 및 물탱크관(25)에 연결되어 있다. 이 연결관(26)은 지하수회수관(19)을 통해 지열공(2)으로 회수되는 지하수 중 일부의 지하수를 블리딩지하수관(23) 및 물탱크관(25) 측으로 공급되도록 한다.
연결관(26)에는 바이패스밸브(27)가 설치되어 있다. 바이패스밸브(27)는 지하수회수관(19)에서 블리딩지하수관(23) 및 물탱크관(25)으로 흐르는 지하수의 흐름을 제어한다.
블리딩지하수관(23)에는 제1밸브(28)가 설치되어 있으며, 이 제1밸브(28)는 연결관에서 블리딩지하수 주입정(20)으로 흐르는 지하수의 흐름을 제어한다.
물탱크관(25)에는 제2밸브(29)가 설치되어 있으며, 이 제2밸브(29)는 연결관(26)에서 물탱크(24) 측으로 흐르는 지하수의 흐름을 제어한다.
본 발명의 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치에는 상술한 바와 같이 양수관(17), 지하수공급관(18), 지하수회수관(19), 블리딩지하수관(23), 물탱크관(25), 연결관(26) 등 다수의 관들이 설치되며, 이러한 관들의 꺽임 부위에는 관각도조절부(30)가 설치된다.
관각도조절부(30)는, 관의 일단이 결합되는 원통형의 제1관결합부(31)와, 제1관결합부(31)의 일측에 이와 일체로 형성되고 제1관결합부(31)와 연통되도록 내부가 관통형태인 구형상의 결합보스(32)와, 다른 관의 일단이 결합되는 원통형의 제2관결합부(33)와, 제2관결합부(33)의 일측에 이와 일체로 형성되고 제2관결합부(33)와 연통되도록 내부가 관통형태이며 제1관결합부(31) 및 제2관결합부(33)의 각도를 조절할 수 있도록 결합보스(32)의 내주면에 미끄럼접촉되는 구형상의 결합돌부(34)로 이루어진다.
이러한 관각도조절부(30)는 제1관결합부(31) 및 제2관결합부(33)가 구형태의 결합보스(32) 및 구형태의 결합돌부(34)를 중심으로 자유로운 각도로 유동가능하게 설치된다.
이러한 구성의 본 발명의 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치는, 다음과 같이 작동된다.
컨트롤러(미도시)를 조작하여서 수중모터펌프(15)를 작동시키면 무공관(13) 내의 지하수가 양수관(17)으로 흡입된 후 지하수공급관(18)으로 펌핑된다. 지하수공급관(18)으로 공급되는 지하수는 히트펌프(16)로 공급되며, 히트펌프(16)에서 열교환이 이루어진 후 지하수회수관(19)을 통해 유공관(10) 및 무공관(13) 사이의 공간으로 회수된다.
회수되는 지하수는 유공관(10)의 내주면을 따라 그 하측으로 흐르면서 지중열에 의해 열복원이 이루어지며, 유공관(10)의 하측으로 흐르면서 열복원된 지하수는 무공관(13) 하측의 스트레이너(14)를 통해 무공관(13) 내부로 유입된다.
한편, 지열공(2)과 히트펌프(16)를 지속적으로 순환하면서 열교환되는 지하수에 의해, 지열공(2)의 열복원 능력이 점차 감소되면서 열효율이 떨어지는바, 이때 바이패스밸브(27)를 열어서 회수되는 지하수의 일부가 블리딩지하수 주입정(20) 또는 물탱크(24)로 공급되도록 한다.
바이패스밸브(27) 및 제1밸브(28)가 열리게 되면 지열공(2) 측으로 회수되는 지하수 중 일부의 지하수가 연결관(26) 및 블리딩지하수관(23)을 통해 케이싱(21) 내부로 유입되고 케이싱(21)에 유입된 지하수는 스트레이너(22)를 통해 지중으로 흐르면서 지중열에 의해 열복원된다.
바이패스밸브(27) 및 제2밸브(29)가 열리게 되면 지열공(2) 측으로 회수되는 지하수 중 일부의 지하수가 연결관(26) 및 물탱크관(25)을 통해 물탱크(24)로 유입되고 물탱크(24)에 유입된 지하수는 비닐하우스 내의 열교환기를 순환하여서 비닐하우스 내부를 예열하거나 비닐하우스 내부의 농작물에 공급된다.
이러한 본 발명의 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 본 발명은 굴착된 전 구간에 유공관(10)이 설치된다. 이러한 유공관(10)은, 암반대수층에서 생산되는 지하수를 유공관(10) 안으로 유입되도록 하는 반면에, 공벽으로부터의 암석 및 암분 유실을 방지하고 지열공(2) 바닥에 퇴적되는 것을 방지시킨다. 따라서 퇴적물에 의한 지하수 순환경로가 차단되는 것이 사전에 예방되므로 시설의 기능 및 수명이 보장된다.
둘째, 바이패스밸브(27) 및 제1밸브(28)를 열면 히트펌프(16)에서 지열공(2)으로 회수되는 지하수의 일부가 연결관(26) 및 블리딩지하수관(23)을 통해 케이싱(21)으로 공급되고 케이싱(21)에 공급된 블리딩 지하수는 케이싱(21)의 스트레이너(22)를 통해 블리딩지하수 주입정(20)으로 배출되며 블리딩지하수 주입정(20)으로 배출된 지하수는 지열공(2) 주변의 지중으로 흐르면서 열복원될 뿐 아니라 지하수 고갈 및 수위 저하를 방지하는 역할을 한다.
따라서 히트펌프(16)와 지열공(2)을 반복적으로 순환하면서 열효율이 떨어진 지하수의 일부를 블리딩지하수 주입정(20)으로 배출시켜서 배출된 블리딩지하수만큼 지열공(2) 주변의 지하수가 지열공(2)으로 유입되도록 하므로 지열공(2)의 열복원 저하를 개선시킬 수 있으며, 이에 따라 히트펌프(16)의 열효율을 일정하게 유지시킬 수 있다.
셋째, 바이패스밸브(27) 및 제2밸브(29)를 열면 히트펌프(16)에서 지열공(2)으로 회수되는 지하수의 일부가 연결관(26) 및 물탱크관(25)을 통해 물탱크(24)로 유입되어서 저장된다.
물탱크(24)에 저장된 지하수는 비닐하우스의 열교환기로 공급되어서 비닐하우스의 내부를 예열하는데 사용될 수도 있으며, 비닐하우스 내의 농작물에 직접 분사될 수도 있다.
따라서 지열공(2)으로 회수되는 지하수 중 버려지는 일부의 지하수를 물탱크(24)에 저장하여서 재활용하므로 경제적 효과를 극대화시킬 수 있다.
넷째, 유공관(10)의 내부에 무공관(13)이 설치되어 있고 무공관(13)의 내부에는 열복원된 지하수를 흡입하여서 지하수공급관(18)으로 공급하도록 양수관(17)이 설치되어 있으며 지하수회수관(19)을 통해 지열공(2)으로 회수되는 지하수는 유공관(10) 및 무공관(13) 사이의 공간으로 회수된다.
따라서 유공관(10) 및 무공관(13) 사이로 회수되는 지하수와 양수관(17)을 통해 지하수공급관(18)으로 공급되는 지하수가 무공관(13) 및 양수관(17)에 의해 확실하게 차단된다.
그러므로 열복원되기 위해 지열공(2)으로 유입되는 지하수와 열복원된 후 지하수공급관(18)으로 공급되는 지하수 사이에 열교환이 확실하게 차단되므로 열효율이 저하되는 문제가 방지된다.
다섯째, 본 발명의 지열시스템장치에는 관들의 절곡부위에 관각도조절부(30)가 설치되며, 이러한 관각도조절부(30)는 제1관결합부(31) 및 제2관결합부(33)가 구형태의 결합보스(32) 및 구형태의 결합돌부(34)를 중심으로 자유로운 각도로 유동가능하게 설치된다.
따라서 지중에 매설된 관들에 압력이 작용하여서 관들의 설치각도가 변경되거나 일부의 관에 뒤틀림이 발생될 경우, 관들에 작용하는 압력에 따라 관각도조절부(30)의 결합보스(32) 및 결합돌부(34)가 서로 유동되면서 관들에 작용하는 압력을 해소시키므로 지중압에 의해 관들이 파손되는 문제가 방지된다.
여섯째, 유공관(10)의 내주면에 플루오라이트카본(fluorite carbon)으로 이루어진 특수실리콘층(12)이 도포되어 있다. 플루오라이트카본으로 이루어진 특수실리콘층(12)은, 분자결합상 치밀한 조직으로 구성되고 높은 내열성을 가지며 내화학성이 뛰어나다.
따라서 유공관(10)의 내구성이 크게 향상되므로 지열공(2)에 매설된 유공관(10)이 장기간 경과하여도 부식, 파열, 훼손되지 않는다.
1 : 지반 2 : 지열공
10 : 유공관 11 : 관통구멍
12 : 특수실리콘층 13 : 무공관
14,22 : 스트레이너 15 : 수중모터펌프
16 : 히트펌프 17 : 양수관
18 : 지하수공급관 19 : 지하수회수관
20 : 블리딩지하수 주입정 21 : 케이싱
23 : 블리딩지하수관 24 : 물탱크
25 : 물탱크관 26 : 연결관
27 : 바이패스밸브 28 : 제1밸브
29 : 제2밸브 30 : 관각도조절부
31 : 제1관 32 : 결합보스
33 : 제2관결합부 34 : 결합돌부
35 : 상부보호관 36 : 관정케이싱

Claims (5)

  1. 지하수층과 연락되도록 지반(1)에 수직으로 형성된 지열공(2)들;
    지열공(2)의 둘레에 설치되어서 공벽의 무너짐을 방지하고 회수되는 지하수가 유입되며 둘레에 다수의 관통구멍(11)들이 형성된 유공관(10);
    유공관(10)의 내부에 설치되어서 유공관(10)의 내부로 유입되면서 열복원이 이루어진 지하수를 흡입하여서 외부로 공급하는 무공관(13);
    무공관(13) 내에 설치되어서 열복원된 지하수를 외부로 펌핑하는 수중모터펌프(15);
    실내에 설치되고 지열공(2)에 연결되어서 열복원된 지하수를 이용하여 실내를 냉난방하고, 사용된 지하수를 다시 지열공(2)으로 회수시키는 히트펌프(16);
    일단이 수중모터펌프(15)에 연결되고 타단이 히트펌프(16)에 연결되어서 수중모터펌프(15)에서 펌핑되는 지하수를 히트펌프(16) 측으로 안내하는 양수관(17);
    일단이 양수관(17)에 연결되고 타단이 히트펌프(16)에 연결되어서 수중모터펌프(15)에 의해 펌핑되는 지하수를 히트펌프(16) 측으로 공급하는 지하수공급관(18);
    일단이 히트펌프(16)에 연결되고 타단이 무공관(13)과 유공관(10) 사이의 공간에 연결되어서 히트펌프(16)로부터 배출되는 지하수를 지열공(2)으로 회수하는 지하수회수관(19);
    지반(1)에 수직으로 형성되고 지열공(2)으로부터 배출되는 지하수가 지중으로 함양되도록 하며 지열공(2)보다 작은 깊이를 갖는 블리딩지하수 주입정(20);
    블리딩지하수 주입정(20)에 결합되어서 공벽의 무너짐을 방지하고 블리딩되는 지하수가 유입되는 케이싱(21);
    지하수회수관(19) 및 케이싱(21)에 연결되어서 지열공(2)으로 회수되는 지하수 중 일부의 지하수가 블리딩지하수 주입정(20)으로 배출되도록 하는 블리딩지하수관(23);
    지하수회수관(19)에 연결되어서 지열공(2)으로 회수되는 지하수 중 일부의 지하수가 유입되어서 저장되는 물탱크(24);
    지하수회수관(19) 및 물탱크(24)에 연결되어서 지열공(2)으로 회수되는 지하수 중 일부의 지하수가 물탱크(24) 측으로 공급되도록 하는 물탱크관(25);
    일단이 지하수회수관(19)에 연결되고 타단이 블리딩지하수관(23) 및 물탱크관(25)에 연결되어서 지하수회수관(19)을 통해 지열공(2)으로 회수되는 지하수 중 일부의 지하수를 블리딩지하수관(23) 및 물탱크관(25) 측으로 공급되도록 하는 연결관(26);
    연결관(26)에 설치되며 지하수회수관(19)에서 블리딩지하수관(23) 및 물탱크관(25)으로 흐르는 지하수의 흐름을 제어하는 바이패스밸브(27);
    블리딩지하수관(23)에 설치되며 연결관에서 블리딩지하수 주입정(20)으로 흐르는 지하수의 흐름을 제어하는 제1밸브(28);
    물탱크관(25)에 설치되어서 연결관(26)에서 물탱크(24) 측으로 흐르는 지하수의 흐름을 제어하는 제2밸브(29);로 이루어진 것을 특징으로 하는 블리딩 지하수를 재활용하는 개방향 지열시스템장치.
  2. 제1항에 있어서, 무공관(13)의 하부에는,
    순환된 후 회수되는 지하수와 유공관(10)으로 유입된 지하수가 무공관(13)의 하단부 측으로 흐르면서 열복원된 후 무공관(13) 내부로 유입되도록, 하단부터 상측으로 18∼22m까지의 구간에 스트레이너(14)가 형성되는 것을 특징으로 하는 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치.
  3. 제1항에 있어서,
    관들의 꺽임 부위에는, 관각도조절부(30)가 구비되되,
    관각도조절부(30)는,
    관의 일단이 결합되는 원통형의 제1관결합부(31)와, 제1관결합부(31)의 일측에 이와 일체로 형성되고 제1관결합부(31)와 연통되도록 내부가 관통형태인 구형상의 결합보스(32)와, 다른 관의 일단이 결합되는 원통형의 제2관결합부(33)와, 제2관결합부(33)의 일측에 이와 일체로 형성되고 제2관결합부(33)와 연통되도록 내부가 관통형태이며 제1관결합부(31) 및 제2관결합부(33)의 각도를 조절할 수 있도록 결합보스(32)의 내주면에 미끄럼접촉되는 구형상의 결합돌부(34)로 이루어진 것을 특징으로 하는 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치.
  4. 제1항에 있어서, 케이싱(21)은,
    블리딩지하수 주입정(20) 중 지반(1)으로부터 충적층까지의 공간에만 매설되며, 하부에는 케이싱(21) 내부로 유입된 블리딩지하수가 암반층으로 배출되도록 스트레이너(22)가 형성된 것을 특징으로 하는 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치.
  5. 제1항에 있어서, 유공관(10)은,
    내주면에 특수실리콘층(12)이 도포되되,
    특수실리콘층(12)은, 플루오라이트카본(fluorite carbon)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 블리딩 지하수를 재활용하는 개방형 지열시스템장치.
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