KR101076194B1 - 에너지파일형 지중열교환기의 파일내부 이물질 침입 방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 구조물의 기초로 사용되고, 지중열 교환기를 삽입하여 설치할 PHC파일에서, 상기 파일의 두부를 항타하여 지중으로 매립하여 설치할 때 파일 중공부로 이물질이 침입하지 못하도록, 파일의 상부에 설치하는 에너지파일형 지중열교환기의 파일내부 이물질 침입 방지장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 에너지파일형 지중열교환기의 파일내부 이물질 침입 방지장치는, 파일의 중공부에 삽입되는 디스크 형상의 캡; 하단(下端)이 상기 캡의 가장자리를 따라 등간격으로 복수개가 연결 설치되며, 상단(上端)에는 외향 돌출되게 연결돌기가 형성된 수직지지대를 포함하며, 상기 연결돌기는 파일의 상면에 부착된 림과 연결되며, 상기 수직지지대의 하단은 상기 캡의 상면과 용접으로 연결되며, 상기 연결돌기는 림과 용접으로 연결되고, 상기 캡은 그 면이 평편하거나, 중심부가 오목한 접시 형상이며, 캡의 직경은 파일 내부의 직경과 동일하거나 약간 작아 파일 내부에 밀착되게 끼워지는 것을 구성적 특징으로 한다.

PHC파일, 캡, 수직지지대, 연결돌기, 림

Description

에너지파일형 지중열교환기의 파일내부 이물질 침입 방지장치{PROTECTING DEVICE FOR PREVENTING FOREIGN SUBSTANCE OF ENERGY PILE TYPE EARTH TUBE HEAT EXCHANGER}

본 발명은 에너지 파일형 지중열교환기의 파일(말뚝)내부 이물질 침입 방지장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 구조물의 기초로 사용되고, 지중열교환기를 삽입하여 설치할 PHC파일(고강도 콘크리트 파일)에서, 상기 파일의 두부를 항타하여 지중으로 매립하여 설치할 때 파일 중공부로 이물질이 침입하지 못하도록, 파일의 상부에 설치하는 에너지파일형 지중열교환기의 파일내부 이물질 침입 방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 냉난방을 위해서 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석 연료를 이용하고 있으나, 상기 화석연료의 고갈로 인해 냉난방에 소요되는 에너지 비용은 급상승하고 있다. 또한 상기 화석 연료는 연소과정에서 각종 공해물질이 발생하므로 대기 환경을 오염시키고, 연료의 연소과정에서 발생하는 이산화탄소로 인해 지 구 온난화가 가속화되고 있다. 상기 지구 온난화로 인하여 기상이변 및 각종 재난이 발생하고 있다. 그러므로 근래에는 세계 각국에서 화석 연료를 대체할 수 있고, 친환경적인 대체 에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.

대체 에너지 중에서도 친환경적이고, 무한한 에너지원을 갖는 풍력, 태양광, 지열 등을 이용한 에너지 개발 사업을 활발하게 진행하고 있으며, 상기 대체 에너지를 이용한 냉난방장치가 적극 개발되어 사용되고 있다. 이들 에너지원은 공기오염과 기후조건에 거의 제약을 받지 않고 연중 운전이 가능하며, 열 저장이나 수송을 필요로 하지 않는 안전한 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면, 에너지 밀도가 대단히 낮다는 단점이 있다.

특히 풍력과 태양광을 이용하여 에너지를 얻기 위해서는 설치장소가 제한적이며, 또한 날씨 및 풍량에 영향을 받는 문제가 있다. 또한, 이들 장치는 단위장치 당 에너지 생산용량이 적고 또한 초기 투자비용 및 유지 관리 비용이 많이든다.

따라서 설치 및 유지관리에 상대적으로 저렴한 비용이 소요되는 지열에너지를 이용한 냉난방장치들이 많이 개발되어 이용되고 있는데, 일년내내 일정한 온도(10∼20℃)를 유지하는 안정적인 열원인 지열 에너지를 이용하므로 대체 에너지로 각광을 받으며 널리 보급이 확대되고 있다. 상기 지열 에너지를 이용하기 위해서는 지중 열교환기를 지하에 설치해야 되는데, 열교환 파이프를 매설하는 방법에 따라 수직형, 수평형, 지하수형 및 에너지 파일형으로 구분할 수 있다.

상기 열교환 파이프를 매설하는 방법 중 수직형은 직경 100 ∼ 200㎜ 의 열교환 파이프를 깊이 100 ∼ 200 m 수직으로 매설하는 것인데, 대도시 등의 장소가 협소한 곳에 일반적으로 사용되고, 열 성능이 우수한 장점이 있으나, 시공비가 높은 단점이 있고, 상기 수평형은 시공비가 저렴하고 시공이 용이하고 설치후에 유지보수가 간단하지만, 넓은 부지가 필요하고, 수직형에 비해서 열 성능이 미흡하다.

지하수형은 지하수에 직접 열교환 파이프를 매설하기 때문에, 시공비가 저렴하고, 열 성능이 우수하며 설치부지가 협소해도 되지만, 지속적인 지하수량이 필요하기 때문에 지하수량이 풍부한 지역에서만 적용 가능하고, 지하수 함유물에 따라 장비가 고장날 우려가 있다.

에너지 파일형은 열교환 파이프를 구조물의 기초로 사용하는 기존의 PHC 파일, 강관 등의 중공파일의 내부에 삽입하여 그라우팅 한 것이다. 상기 에너지 파일형의 지중 열교환기를 설치시에는, 공장에서 미리 생산된 강관 파일, PHC 파일, PC 파일 RC 파일 등을 타입공법(타격, 진동)이나 매입공법 등의 방법으로 지중에 매입하는데, 상기 파일은 그 지반의 상태에 따라 연속으로 타격되며, 적정하게 타격된 뒤에는 지반 상부로 돌출된 파일을 적절히 절단하고, 그 선단부를 보강하게 된다. 상기 에너지파일형은 열교환 효율을 높일수 있고, 다른 열교환 파이프의 매설 방법과 비교하여 구조물의 기초가 되는 파일에 열교환 파이프를 매설하므로 추가적인 설치장소 및 굴착비용이 필요하지 않아 시공비를 30 ~ 50% 절감할 수 있어 매우 효율적이다.

상기 에너지 파일형 지열시스템에 있어서, 지중열 교환기를 설치하기 위해서는 먼저 지중에 구조물의 기초가 되는 PHC파일(말뚝)을 매립해야 되는데, PHC파일을 지중에 매립시 파일의 두부가 돌출되게 매립하고 돌출된 파일 상부를 컷팅하여 두부를 정리하는 방법과, PHC파일 전체를 돌출부가 없게 일정 깊이로 지중에 미리 매립하고 후순위 작업을 하는 방법이 있다. 상기 후자의 방식은 지하층이 복수개일 때 주로 이용하는 것으로, 전자의 방식과 같은 두부정리 작업이 많이 필요치 않아, 파일 상부의 컷팅 작업을 감소 시킬수 있어서 PHC파일의 손실을 줄여주므로 경제적이다.

그러나 상기 지중에 PHC파일을 미리 매립하는 것은, PHC파일을 항타머신으로 지중에 매립시에 파일의 중공부로 흙 등의 이물질이 침입할 수 있다. 따라서 종래에는 파일의 상부에 플라스틱이나, 얇은 철판으로 되어 있는 캡을 설치하여 이물질 침입을 방지하였으나, 항타시에 항타머신의 타격부위가 파일의 중공부 내의 일정 깊이로 삽입되므로 상기 캡이 손상될 우려가 매우 높다.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 구조물의 기초로 사용되는 PHC파일의 두부를 항타하여 지중으로 매립하여 설치할 때, 파일의 중공부로 이물질이 침입할 수 없도록 하고, 항타머신에 의한 항타 작업시에 캡이 손상되지 않도록 파일의 중공부 내의 일정 깊이로 설치되는 에너지파일형 지중열교환기의 파일내부 이물질 침입 방지장치를 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 문제 해결을 위하여 본 발명에 따른 에너지파일형 지중열교환기 설치시 파일내부 이물질 침입 방지장치는, 파일의 중공부에 삽입되는 디스크 형상의 캡; 하단(下端)이 상기 캡의 가장자리를 따라 등간격으로 복수개가 연결 설치되며, 상단(上端)에는 외향 돌출되게 연결돌기가 형성된 수직지지대를 포함하며, 상기 연결돌기는 파일의 상면에 부착된 림과 연결되며, 상기 수직지지대의 하단은 상기 캡의 상면과 용접으로 연결되며, 상기 연결돌기는 림과 용접으로 연결되고, 상기 캡은 그 면이 평편하거나, 중심부가 오목한 접시 형상이며, 캡의 직경은 파일 내부의 직경과 동일하거나 약간 작아 파일 내부에 밀착되게 끼워지는 것을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 것과 같은 특징을 갖는 에너지파일형 지중열교환기의 파일내부 이물질 침입 방지장치는, PHC파일을 항타하여 지중에 매립할 때에 이물질 방 지 캡이 파일의 중공부 내의 일정 깊이로 설치되어 캡이 손상되지 않으면서, 파일의 중공부로 침입할 수 있는 흙 등의 이물질을 효과적으로 방지할 수 있다.

본 발명은, 지중열 교환기를 삽입하여 설치할 PHC파일(고강도 콘크리트 파일)을 지중에 매립하여 구조물의 기초로 사용할 때, 상기 PHC파일의 두부를 항타머신으로 항타하여, 상기 파일이 지면위로 나타나는 돌출부가 없게 완전히 지중으로 매립하는데 있어, 상기 항타 작업시에 항타머신에 캡이 손상되지 않아 파일의 중공부로 흙 등의 이물질이 침입할 수 없도록 파일의 중공부 상부에서 하방으로 일정 깊이로 설치되는 에너지파일형 지중열교환기 설치시 파일내부 이물질 침입 방지장치에 관한 것이다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명에 따른 에너지파일형 지중열교환기의 파일내부 이물질 침입 방지장치의 실시예를 설명한다.

본 발명에 따른 에너지파일형 지중열교환기의 파일내부 이물질 침입 방지장치는, 파일의 중공부에 삽입되는 디스크 형상의 캡(20); 하단(下端)이 상기 캡(20)의 가장자리를 따라 등간격으로 복수개가 연결 설치되며, 상단(上端)에는 외향 돌출되게 연결돌기(21)가 형성된 수직지지대(20)를 포함하며, 상기 연결돌기(21)는 파일의 상면에 부착된 림(50)과 연결되는 것을 구성적 특징으로 한다.

파일(10)이 지중에 매립시에 흙 등의 이물질이 침입하지 않도록 파일(10) 내부의 중공부에 상기 캡(40)이 밀착되게 끼워지도록 캡(40)의 직경은 파일(10) 내부(30)의 직경과 동일하거나 약간 작게 제작된다. 상기 캡(40), 수직지지대(20) 및 연결돌기(21)의 재질로는 일반적으로 흙 등의 무게를 지탱할 수 있도록 강(steel) 또는 스테인레스인를 사용하고, 상기 캡(40)은 그 면이 평편하거나, 캡(40)의 가장자리에서 중심부로 경사지는 오목한 접시 형상일 수 도 있는데, 그 형상은 다양하게 변형이 가능하고, 또한 상기 캡(40)은 파일 중공부(30) 상부에서 하방으로 일정 깊이로 삽입되어 설치된다.

상기 수직지지대(20)는 막대 형상으로, 그 하단은 상기 캡(40)의 상면 가장자리에 용접 등의 결합수단으로 캡(40)과 견고하게 연결되며, 상기 연결돌기(21)는 상기 수직지지대(20)의 상단에서 외향으로 돌출되게 형성되어 파일(10) 상면에 부착된 철제 림(50)과 용접 등의 결합수단으로 견고하게 연결 된다. 상기 수직지지대(20)의 상단에 형성되는 연결돌기(21)가 림(50)에 연결되므로, 캡(40)의 상부에 침입하는 흙 등의 이물질의 무게를 캡(40)이 안정적으로 지탱하게 된다. 상기 수직지지대(20)의 길이는 작업형태에 따라 변화시킬 수 있다.

PHC파일(10)을 항타머신으로 항타하여 지중에 완전히 매립하는 작업을 할 때 에는, 먼저 캡(40)의 상면 가장자리에 라운드지게 수직지지대(20)의 하단을 용접으로 연결한 후, 파일(10)의 중공부(30)의 상부에서 하방으로 상기 캡(40)과 수직지지대(20)를 일정 깊이로 삽입하고, 상기 수직지지대(20)의 상단에 형성된 연결돌기(21)를 파일 상면의 철제 림(50)에 용접으로 연결하고, 캡(40)의 외측면과 파일의 중공부(30) 내측면 사이에 생길 수 있는 틈새는 실리콘 등의 충진재로 충진하여 상기 발명에 따른 이물질 방지 장치를 파일의 중공부에 삽입한다.

상기 삽입작업이 완료되면, 항타머신으로 파일(10)을 지중으로 매설한다. 상기 매설작업이 완료되면, 상기 파일(10)에 삽입된 캡(40)을 경계로 상부 중공부(31)에만 흙 등의 이물질이 침입하고, 하부 중공부(32)에는 흙 등의 이물질이 침입하지 않는다. 이 후 터 파기작업을 하게되고, 터파기 작업 후에는 지면 위로 노출되는 파일(10)의 두부를 컷팅하는 정리작업을 하게 되는데, 이때 상기 캡(40)이 위치한 하부에서 파일을 컷팅하여 두부정리를 하면 캡(40)의 상부에 침입한 흙 등의 이물질은 제거되고, 컷팅부의 하부에 위치한 하부 중공부(32)에는 흙 등의 이 물질이 침입하지 않은 상태로 남게되어 용이하게 지중열교환기를 삽입하여 설치할 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과하며,본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발 명에 게시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 에너지파일형 지중열교환기의 파일내부 이물질 침입 방지장치를 파일에 설치한 상테를 도한 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 에너지파일형 지중열교환기의 파일내부 이물질 침입 방지장치를 도시한 평면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 에너지파일형 지중열교환기의 파일내부 이물질 침입 방지장치를 도시한 사시도이다.

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10. PHC파일 20. 수직지지대

21. 연결돌기

30. 파일중공부 31. 상부 중공부

32. 하부 중공부 40. 캡

50. 림

Claims (3)

1. 에너지파일형 지중열교환기 설치시 파일내부 이물질 침입 방지장치에 있어서,

   파일의 중공부에 삽입되는 디스크 형상의 캡;

   하단(下端)이 상기 캡의 가장자리를 따라 등간격으로 복수개가 연결 설치되며, 상단(上端)에는 외향 돌출되게 연결돌기가 형성된 수직지지대;

   를 포함하며, 상기 연결돌기는 파일의 상면에 부착된 림과 연결되며, 상기 수직지지대의 하단은 상기 캡의 상면과 용접으로 연결되며, 상기 연결돌기는 림과 용접으로 연결되고, 상기 캡은 그 면이 평편하거나, 중심부가 오목한 접시 형상이며, 캡의 직경은 파일 내부의 직경과 동일하거나 약간 작아 파일 내부에 밀착되게 끼워지는 것을 특징으로 하는 에너지파일형 지중열교환기의 파일내부 이물질 침입 방지장치.
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3. 삭제

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