KR101036905B1 - 지중열을 이용한 일체형 스틸 관과 히트파이프의 열교환장치의 시공방법 - Google Patents

지중열을 이용한 일체형 스틸 관과 히트파이프의 열교환장치의 시공방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지중열 천공에 투자비가 상대적으로 많아 일반사업에서 보급하기 어려운 기술을 천공기술과 열교환기의 효율을 증가시켜야만 공사비를 절감시킬 수 있으므로 시추공이 형성된 지면에 스틸 관과 히트파이프가 일체형으로 이루어지고, 히트파이프의 일부가 외부와 접촉되어 히트파이프를 빠르게 식히거나 데워지도록 하고, 열교환기와 유체 관이 지면에 매설되어 열교환기와 유체 관이 외부로 노출된 상기의 기술보다 효율이 높으며, 스틸 관 외부표면을 코팅함으로써 외부와의 접촉면이 부식되지 않도록 하는 것이며, 유체 관을 최대한 짧게 하고, 히트파이프 상단에 접촉시켜 높은 효율을 제공하는 열교환장치를 지하에 매설하는 시공방법에 관한 것이다.
상기 본 발명의 지중열을 이용한 일체형 스틸 관 및 히트파이프의 열교환장치의 시공방법으로써, 2단 시추공을 형성시켜 큰 구경과 작은 구경의 시추공으로 작업함에 시공비가 절감되는 효과를 가지며, 히트파이프의 일부를 암반층에 매설함에 직접적인 지중열을 전달 받을수 있고, 히트파이프 내부가 열전달물질로 진공상태를 유지하며 충진되어 지중열 빨리 전달할 수 있는 효과를 가지며, 열교환기와 유량컨트롤러를 모래부설층에 매설함에 따라 열교환기에 따른 소음방지와 외부로 방열되는 것을 방지하는 효과를 제공하는 것이다.

Description

지중열을 이용한 일체형 스틸 관과 히트파이프의 열교환장치의 시공방법{Using the heat of underground steel pipes and heat pipe integrated Construction method heat exchanger}
본 발명은 지중열 천공에 투자비가 상대적으로 많아 일반사업에서 보급하기 어려운 기술을 천공기술과 열교환기의 효율을 증가시켜야만 공사비를 절감시킬 수 있으므로 시추공이 형성된 지면에 스틸 관과 히트파이프가 일체형으로 이루어지고, 히트파이프의 일부가 외부와 접촉되어 히트파이프를 빠르게 식히거나 데워지도록 하고, 열교환기와 유체 관이 지면에 매설되어 열교환기와 유체 관이 외부로 노출된 상기의 기술보다 효율이 높으며, 스틸 관 외부표면을 코팅함으로써 외부와의 접촉면이 부식되지 않도록 하는 것이며, 유체 관을 최대한 짧게 하고, 히트파이프 상단에 접촉시켜 높은 효율을 제공하는 열교환장치를 지하에 매설하는 시공방법에 관한 것이다.
현재 열교환기의 시공은 지중열원 축열식 히트펌프 시스템으로 지하 약 100~150M까지의 지중 온도를 히트펌프의 열원으로 이용하여 냉방 및 난방 및 급탕에 활용하고 있다.
지중열은 년 평균 15℃~20℃의 온도를 유지하는 안정적인 열원으로서 공기 열원과는 달리 지역에 관계없이 전국 어느 장소에도 히트펌프가 적용이 가능하여 현재 지중열을 히트펌프의 열원으로 사용하기 위하여 지하에 열교환용 파이프(PE)를 매설하고, 파이프내로 물 또는 부동액을 순환시켜 동절기에는 대지로부터 얻은 열을 본 시스템을 통해 건물내로 전달하고, 하절기에는 히트펌프에서 발생되는 열을 지중으로 방출시키는 시스템으로 사용하고 있다.
또한, 대한민국특허등록 10-0967085호는 나선형열교환관의 피치가 변화되는 것을 방지하여 열효율이 낮아지는 것을 막을 수 있도록 하고, 지중열교환기가 모듈형태로 제작되어 현장시공을 용이하게 공기를 단축시킬 수 있도록 한 것이다.
상기의 발명은 나선형으로 열교환관을 형성하여 틀에 고정함으로 매설하는 것이나, 나선형관은 시간이 지남에 따라 부식현상이 일어날 때에 굽혀진 부분에 크랙이 생길 수 있을 뿐만 아니라, 길이가 길어진 나선형관은 유체가 이동시 외부로 방열되어 최대의 효율을 제공하지 못한다.
본 발명은 상기와 같이 제안된 내용을 개선하고자 다음과 같이 제시한 것으로,
본 발명은 지중열천공에 투자비가 상대적으로 많아 일반사업에서 보급하기 어려운 기술을 천공기술과 열교환기의 효율을 증가시켜야만 공사비를 절감시킬 수 있으므로 시추공이 형성된 지면에 스틸 관과 히트파이프가 일체형으로 이루어지고, 히트파이프의 일부가 외부와 접촉되어 암반층의 지중열을 곧바로 히트파이프로 전달되도록 하고, 모래부설층에 열교환기와 유체 관이 매설되어 열교환기와 유체 관이 외부로 노출된 상기의 기술보다 효율이 높으며, 스틸 관을 코팅함으로써 외부와의 접촉 면이 부식되지 않도록 하는 것을 목적이 있다.
또한, 시추공을 2단으로 형성시켜 스틸 관과 히트파이프를 매설하는 것으로 히트파이프를 지하 암반층에 노출시키는 것으로 지중열을 최대로 제공하는 목적이 있다.
또한, 1단 층에 매설되는 열교환장치 중 스틸 관이 매설되고, 스틸 관 코팅되어 있어 시추공 형성시 지하 토사층과 암반층에 함유된 수분에 부식되지 않도록 하는 목적이 있다.
또한, 2단 층에 매설되는 열교환장치 중 일부 히트파이프가 매설되고, 일부 히트파이프는 암반층에 형성된 시추공면과 접촉시켜 지중열의 효율을 극대화시키는 목적이 있다.
또한, 모래부설층에 유체관과 열교환기와 유량컨트롤러가 매설되어 외부에 설치되지 않아 방열을 막아주는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지중열을 이용한 일체형 스틸 관과 히트파이프의 열교환장치를 지하에 매설하는 시공방법에 있어서,
상기 시공방법에는 토사층(30)과 암반층(40)에 2단의 시추공을 형성하는 천공단계와, 상기 형성된 2단 시추공에 열교환장치(1)의 스틸 관(100)과 히트파이프(200)를 매설하는 열교환장치 매설단계(S920)와, 상기 모래부설층(20)에 열교환기(300)와 유량컨트롤러(400)를 매설하는 단계와, 상기 열교환장치 매설단계(S920) 후 표토층(10)과 모래부설층(20) 사이에 경고테이프(50)를 매설하는 경고테이프 매설단계(S940)와 시공이 끝난 후 복구시키는 표토층 마감단계(S950)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 천공단계에는 코팅된 스틸관(100)을 매설하는 1단 스틸관 천공단계(S900)가 형성되도록 하며, 스틸관(100)에 결합되고, 내부에 진공상태의 열전달물질을 충진하는 히트파이프(200)를 암반층(40)에 일부 노출시켜 매설하기 위해 2단 히트파이프 천공단계(S910)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환장치 매설단계(S920)에서 스틸 관(100)을 매설함에 스틸 관(100)을 부식되지 않도록 코팅하여 토사층(30)과 암반층(40)에 형성된 1단 시추공에 매설하는 스틸관 매설단계(S921)와, 스틸관(100) 내부에 결합되며, 암반층(40)에 내부에 진공으로 열전달물질이 충진된 히트파이프(200) 일부분을 돌출시켜 매설하는 히트파이프 매설단계(S922)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환장치 매설단계(S920)에서 스틸관(100)과 히트파이프(200)의 매설단계가 형성되면, 스틸관(100)과 히트파이프(200) 사이에 보온/보냉제(150)를 충진하는 스틸관 내부 보온/보냉제 충진단계(S923)를 이루고, 히트파이프(200) 상단에 스프링식으로 감겨 형성되는 유체관 결합단계(S924)로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 열교환기(300)와 유량컨트롤러(400)를 토사층(30)과 암반층(40)에 매설된 열교환장치(1)의 유체관(500)과 연결되어, 소음방지와 방열방지를 위해 모래부설층(20)에 매설되는 것으로 열교환기 및 유량컨트롤러 매설단계(S930)를 이루는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 다음과 같은 효과가 나타난다.
상기 본 발명의 지중열을 이용한 일체형 스틸 관 및 히트파이프의 열교환장치의 시공방법으로써, 토사층과 암반층에 매설되는 스틸 관의 외주면을 코팅제로 코팅됨으로 토사층과 암반층에 함유된 수분에 의한 부식을 방지해주는 효과를 제공한다.
또한, 스틸 관과 히트파이프 사이에 보온/보냉제를 충진하여 히트파이프 하단에서 전달되는 지중열이 방열되지 않고, 같은 온도로 유지하도록 하는 효과를 제공한다.
또한, 열교환기가 지상에 설치되지 않고 모래부설층에 매설되어 지중열을 공급하는데 높은 효율을 제공하는 효과를 가진다.
또한, 2단 시추공을 형성시켜 큰 구경과 작은 구경의 시추공으로 작업함에 시공비가 절감되는 효과를 가진다.
또한, 히트파이프의 일부를 암반층에 매설함에 직접적인 지중열을 전달 받을수 있고, 히트파이프 내부가 열전달물질로 진공상태를 유지하며 충진되어 지중열 빨리 전달할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 열교환기와 유량컨트롤러를 모래부설층에 매설함에 따라 열교환기에 따른 소음방지와 외부로 방열되는 것을 방지하는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 지중열을 이용한 일체형 스틸 관과 히트파이프의 열교환장치의 시공방법에 대한 시공상태도이다.
도 2는 본 발명의 지중열을 이용한 일체형 스틸 관과 히트파이프의 열교환장치의 시공방법에 대한 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 지중열을 이용한 일체형 스틸 관과 히트파이프의 열교환장치의 시공방법에 대한 시공단계도이다.
도 4는 본 발명의 지중열을 이용한 일체형 스틸 관과 히트파이프의 열교환장치의 시공방법에 대한 시공블록도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해서 상세하게 설명한다.
본 발명의 도 1과 도 2에서 열교환장치에 대해 나타내고 있으며, 도 3과 도 4에서 본 발명의 열교환장치 시공방법에 대해 나타내고 있다.
상기 도 1과 도 2에서 보는 바와 같이, 토사층(30)과 암반층(40)에 시추공이 형성되어 열교환장치(1)가 매설되고, 열교환장치(1)의 스틸 관(100)이 매설되고, 스틸 관(100) 내부에 히트파이프(200)가 내장되며, 히트파이프(200) 상단에 유체관(500)이 감겨져 있고, 스틸 관(100)과 히트파이프(200) 사이에 보온/보냉제(150)가 충진되어 스틸 관 커버(110)로 마감됨으로 매설되는 것이다.
상기 열교환장치(1)가 토사층(30)과 암반층(40)에 매설되며, 열교환장치(1)의 유체관(500)이 모래부설층(20)으로 형성되어 열교환기(300)와 결합되고, 일측에 유량컨트롤러(400)가 구비되어 모래부설층(20)에 매설되는 것이다.
상기 히트파이프(200)는 하단 일부가 암반층(40)에 노출됨에 따라 지중열을 직접전달받아 최대의 효율을 얻도록 하였으며, 히트파이프(200) 내부는 열전달물질이 최대의 진공상태로 이루어져 있다.
상기와 같이 열교환장치(1)에 대해 간략하게 설명하였으며, 아래와 같이 열교환장치(1)에 대한 시공방법을 설명한다.
상기 도 3과 4에서 보는 바와 같이, 각 단계별로 시추공을 형성하고, 열교환장치(1)를 매설하는 상태를 나타내고 있다.
상기는 1단 스틸관 천공단계(S900)와, 2단 히트파이프 천공단계(S910)로 나뉜다.
상기 스틸 관(100)과 히트파이프(200)의 천공은 토사층(30)과 암반층(40)에 형성되게 된다.
상기 천공단계가 끝남에 따라 열교환장치 매설단계(S920)로 이어지며, 열교환장치 매설단계(S920)에는 다음 단계가 형성된다.
상기 열교환장치 매설단계에(S920)는 스틸 관 매설단계(S921)와, 히트파이프 매설단계(S922)와, 스틸 관 내부 보온/보냉제 충진단계(S923)와, 유체관 결합단계(S924)와, 스틸 관 커버 마감단계(S925)로 형성된다.
상기 열교환장치 매설단계(S920)가 끝나면 열교환기 및 유량컨트롤러 매설단계(S930)와, 경고테이프 매설단계(S940)와, 표토층 마감단계(S950)로 이루어진다.
상기와 같이 각 단계별로 이루어져 있으며, 도 3과 도 4를 보며 아래와 같이 상세히 설명한다.
상기 도 3에서 보는 바와 같이, 시추공을 형성하여 스틸 관(100)을 매설하는 (a)단계와, 상기 스틸 관(100) 내부에 열전달물질이 진공상태로 충진된 히트파이프(200)가 내부에 결합되고, 히트파이프(200) 상단에 유체관(500)이 형성되는 (b)단계와, 스틸 관(100) 내부와 히트파이프(200) 사이에 보온/보냉제(150)를 충진하고 스틸 관 커버(110)로 마감하는 (c)단계와, 모래부설층(20)에 열교환기(300)와 유량컨트롤러(400)가 매설되고, 표토층(10)과 모래부설층(20) 사이에 경고테이프(50)가 매설되는 (d)단계로 순차적으로 매설되는 것이다.
상기 도 4에서 보는 바와 같이, 본 발명의 시공방법 블록도 이며, 2단으로 나눠진 시추공 중에 스틸 관(100)을 매설하기 위해 1단 스틸 관 천공단계(S900)를 거쳐 구경이 큰 시추공을 형성시킨다.
상기 형성된 시추공에 히트파이프(200)의 일부가 매설될 2단 히트파이프 천공단계(S910)로 이루어지며, 시추공이 형성된다.
상기 형성된 1단 시추공과 2단 시추공에 열교환장치 매설단계(S920)로써, 외주면이 코팅된 스틸 관(100)이 매설되는 스틸관 매설단계(S921)가 이뤄지며, 매설된 스틸 관(100)에 히트파이프(200)가 결합되며, 히트파이프(200)의 일부분이 암반층에 매설되는 히트파이프 매설단계(S922)가 2단 시추공에 형성된 것이다.
상기 스틸 관(100) 내부에 히트파이프(200)가 결합되고, 스틸 관(100)과 히트파이프(200) 사이에 보온/보냉제(150)를 충진하는 스틸관 내부 보온/보냉제 충진단계(S923)가 이루어지며, 충진 후 히트파이프(200) 상단에 스프링식으로 감겨 형성되는 유체관 결합단계(S924)가 이루어진다.
상기 유체관 결합단계(S924)가 마무리되면, 스틸 관(100) 내부의 보온/보냉제(150)의 외부 유출을 막기 위해 스틸 관 커버 마감단계(S925)를 거쳐 스틸 관(100)을 막아주는 것으로 이루어진다.
상기와 같이 2단으로 형성된 시추공에 스틸 관(100)과 히트파이프(200)를 매설하는 것으로 열교환장치 매설단계(S920)가 이루어진다.
상기 열교환장치(1)가 매설되면 상측으로 열교환기 및 유량컨트롤러 매설단계(S930)가 이루어지며, 열교환기(300)와 유량컨트롤러(400)는 모래부설층(20)에 매설되는 것으로, 열교환기(300)를 매설함에 소음을 줄여주고, 외부로 방열되는 것을 지상에 있을 때보다 효과적으로 감소시켜주며, 유체가 지중열을 흡수하여 나오는 거리가 짧아 효율을 극대화시킬 수 있는 것이다.
상기 모래부설층(20)에 열교환기(300)와 유량컨트롤러(400)를 매설하고, 모래부설층(20)과 표토층(10) 사이에 경고테이프(50)를 매설하는 경고테이프 매설단계(S940)가 이루어진다.
상기 경고테이프(50)를 매설함에 따라 지상에서 타 작업시 표토층(10) 작업시 작업자에게 지하에 열교환장치(1)가 매설되어 있는지를 알려주는 것이다.
상기 경고테이프 매설단계(S940)가 완료되면, 표토층 마감단계(S950)를 거쳐 표토층(10)을 원래대로 마감함에 따라 시공이 마무리되는 것이다.
1. 열교환장치 10. 표토층
20. 모래부설층 30. 토사층
40. 암반층 50. 경고테이프
100. 스틸 관 110. 스틸 관 커버
150. 보온/보냉제 200. 히트파이프
300. 열교환기 400. 유량컨트롤러
500. 유체관

Claims (5)

  1. 지중열을 이용한 일체형 스틸 관과 히트파이프의 열교환장치를 지하에 매설하는 시공방법에 있어서,
    상기 시공방법에는 토사층(30)과 암반층(40)에 코팅된 스틸관(100)을 매설하는 1단 스틸관 천공단계(S900)가 형성되도록 하며, 스틸관(100)에 결합되고, 내부에 진공상태의 열전달물질을 충진하는 히트파이프(200)를 암반층(40)에 일부 노출시켜 매설하기 위해 2단 히트파이프 천공단계(S910)로 형성되는 천공단계;
    상기 형성된 2단 시추공에 열교환장치(1)의 스틸 관(100)과 히트파이프(200)를 매설하는 열교환장치 매설단계(S920);
    상기 모래부설층(20)에 열교환기(300)와 유량컨트롤러(400)를 매설하는 단계;
    상기 열교환장치 매설단계(S920) 후 표토층(10)과 모래부설층(20) 사이에 경고테이프(50)를 매설하는 경고테이프 매설단계(S940)와 시공이 끝난 후 복구시키는 표토층 마감단계(S950);
    로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지중열을 이용한 일체형 스틸 관과 히트파이프의 열교환장치의 시공방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환장치 매설단계(S920)에서 스틸 관(100)을 매설함에 스틸 관(100)을 부식되지 않도록 코팅하여 토사층(30)과 암반층(40)에 형성된 1단 시추공에 매설하는 스틸관 매설단계(S921)와, 스틸관(100) 내부에 결합되며, 암반층(40)에 내부에 진공으로 열전달물질이 충진된 히트파이프(200) 일부분을 돌출시켜 매설하는 히트파이프 매설단계(S922)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지중열을 이용한 일체형 스틸 관과 히트파이프의 열교환장치의 시공방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환장치 매설단계(S920)에서 스틸관(100)과 히트파이프(200)의 매설단계가 형성되면, 스틸관(100)과 히트파이프(200) 사이에 보온/보냉제(150)를 충진하는 스틸관 내부 보온/보냉제 충진단계(S923)를 이루고, 히트파이프(200) 상단에 스프링식으로 감겨 형성되는 유체관 결합단계(S924)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 지중열을 이용한 일체형 스틸 관과 히트파이프의 열교환장치의 시공방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 열교환기(300)와 유량컨트롤러(400)를 토사층(30)과 암반층(40)에 매설된 열교환장치(1)의 유체관(500)과 연결되어, 소음방지와 방열방지를 위해 모래부설층(20)에 매설되는 것으로 열교환기 및 유량컨트롤러 매설단계(S930)를 이루는 것을 특징으로 하는 지중열을 이용한 일체형 스틸 관과 히트파이프의 열교환장치의 시공방법.
  5. 삭제
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