KR101088440B1 - Earth heat exchange pipe, earth heat exchange system and manufacturing method of the same - Google Patents

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Abstract

지열교환 파이프, 지열교환 시스템 및 그 시공방법이 개시된다. 지중에 매설되며, 지열과 열교환하는 전열유체가 이동되는 파이프로서, 지하수가 유입되는 다수의 구멍이 형성되는 유공관과, 유공관 내에 삽입되며, 전열유체가 이동되는 열교환관을 포함하는 지열교환 파이프는, 지하수위가 존재하는 지중에서 용이하게 지열을 확보할 수 있고, 열교환관의 파손 시 열교환 파이프를 용이하게 교체할 수 있다.A geothermal heat exchange pipe, a geothermal heat exchange system, and a construction method thereof are disclosed. A geothermal heat exchange pipe buried in the ground and the heat transfer fluid for heat exchange with the geothermal heat is moved, including a hole tube formed with a plurality of holes through which groundwater flows, and a heat exchange tube inserted into the hole tube, the heat transfer fluid is moved, Geothermal heat can be easily obtained in the ground where the groundwater level exists, and the heat exchange pipe can be easily replaced when the heat exchanger tube is broken.
지열, 열교환, 냉난방, 지하공간, 유공관, 열교환관, 순환펌프 Geothermal heat, heat exchange, air conditioning, underground space, perforated pipe, heat exchange pipe, circulation pump

Description

지열교환 파이프, 지열교환 시스템 및 그 시공방법{Earth heat exchange pipe, earth heat exchange system and manufacturing method of the same}Geothermal exchange pipe, geothermal exchange system and construction method {Earth heat exchange pipe, earth heat exchange system and manufacturing method of the same}
본 발명은 지열교환 파이프, 지열교환 시스템 및 그 시공방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 지하수위가 존재하는 지중의 지열과의 열교환이 용이한 지열교환 파이프 및 지하공간 간에 시공되는 지열교환 시스템 및 그 시공방법에 관한 것이다.The present invention relates to a geothermal heat exchange pipe, a geothermal heat exchange system and a construction method thereof. More specifically, the present invention relates to a geothermal heat exchange pipe that is easy to heat exchange with geothermal heat in the ground where an underground water level exists, and a geothermal heat exchange system constructed between underground spaces and a construction method thereof.
지열은 지구 내부에서 표면을 거쳐 외부로 유출되는 열량을 의미하는데, 지중온도는 지형에 따라 다르지만 지표면에 가까운 땅속의 온도는 대략 섭씨 10 ~ 20도 정로 연중 큰 변화가 없이 일정하게 유지된다. 이러한 지열원은 태양열 또는 풍력 등의 신재생 에너지와 달리 안정적으로 열원을 공급할 수 있는 장점을 가지고 있다.Geothermal heat refers to the amount of heat that flows from the inside of the earth to the outside through the surface. The ground temperature varies depending on the terrain, but the temperature in the ground near the surface is approximately 10 to 20 degrees Celsius, which remains constant throughout the year. This geothermal source has the advantage of providing a stable heat source, unlike renewable energy such as solar or wind power.
지열원을 이용한 열교환 시스템은 연중 온도가 일정한 지하수, 지표수 및 지중을 냉방시에는 히트싱크(heat sink)로, 난방시에는 히트 소스(heat source)로 이용하여 냉방과 난방을 동시에 가능하도록 구성된다.The heat exchange system using a geothermal source is configured to simultaneously cool and heat ground water, surface water, and ground, which are constant year round, by using a heat sink for cooling and a heat source for heating.
도 1 및 도 2는 종래 기술에 따른 지열교환 시스템을 나타낸 것으로, 루프형 파이프(104a, 104b)의 배치방향에 따라 수직형(vertical-loop) 지열교환 시스템과 수평형(horizontal-loop) 지열교환 시스템으로 나눌 수 있다. 1 and 2 show a geothermal heat exchange system according to the prior art, in which a vertical-loop geothermal heat exchange system and a horizontal-loop geothermal heat exchange are performed according to the arrangement direction of the looped pipes 104a and 104b. Can be divided into systems.
수직형 지열교환 시스템은 주택 등의 구조물(102) 하부의 지중에 수직방향으로 루프형 파이프(104a)를 매설하고 유체를 순환시켜 지중과 열교환을 하는 형태이며, 수평형 지열교환 시스템은 지표면(106)과 수평으로 루프형 파이프(104b)를 지중에 매설하여 유체를 순환시켜 지중과 열교환하는 형태이다.In the vertical geothermal heat exchange system, the roof type pipe 104a is buried in the vertical direction of the ground below the structure 102 such as a house and circulates fluid to exchange heat with the ground. ) And horizontally looped pipe 104b is buried in the ground to circulate the fluid to exchange heat with the ground.
수직형 지열교환 시스템은 부지를 많이 차지하지 않아 단독 건물 등의 부지가 협소한 곳에 사용된다. 그러나, 수직방향으로 루프형 파이프(104a)를 매설하기 위해 지표면(106)에서 수직으로 보어홀을 천공하기 위한 보링(boring) 작업을 해야 하고, 보어홀에 U자 형관을 매설하여야 하므로 설치 및 유지관리가 곤란하다.Vertical geothermal heat exchange systems do not occupy a lot of land, so they are used in narrow areas such as single buildings. However, in order to bury the looped pipe 104a in the vertical direction, boring must be carried out to drill the borehole vertically on the ground surface 106, and the U-shaped pipe must be buried in the borehole, thus installing and maintaining the pipe. Difficult to manage
또한, 수평형 지열교환 시스템은 넓은 부지가 확보된 경우에 사용되는데, 수직형의 보링 비용에 비해 터파기 및 되메우기 비용이 저렴하고, 루프형 파이프(104b)를 지표면(106)과 수평으로 설치하기가 용이하다는 장점이 있으나, 효과적으로 지열을 활용하기 위해서 일정 깊이 이상 굴착하여야 한다. 또한, 지열을 효과적으로 활용을 위해서 루프형 파이프(104b)가 지하수면 하부에 설치되어 지하수와 직접 열교환을 하는 것이 좋은데 심도가 낮은 경우 지하수가 아닌 원지반의 열을 이용하게 되어 효율성 떨어질 수 있다.In addition, the horizontal geothermal heat exchange system is used when a large site is secured, and the digging and backfilling cost is lower than the vertical boring cost, and the roof pipe 104b is installed horizontally with the ground surface 106. It has the advantage of being easy, but it should be excavated more than a certain depth in order to effectively utilize geothermal. In addition, in order to effectively utilize the geothermal heat loop type pipe (104b) is installed in the lower groundwater surface it is good to directly exchange heat with the groundwater, but if the depth is low, using the heat of the ground rather than groundwater can be less efficient.
한편, 도심의 지하에는 대중교통수단으로 이용되는 지하철, 건물의 지하주차장 및 배전선로를 비롯한 유선 방송 케이블, 상수도관, 난방용 온수관 및 이들의 유지보수를 위한 유지보수구 등 지하공동구가 설치되어 있다. 이들 지하공간은 지표면에서 수 미터에서 수십 미터 깊이의 지중에 시공되어 있어 효과적으로 지열을 확보할 수 있는 장점이 있다. On the other hand, underground underground areas such as subways used for public transportation, underground parking lots and distribution lines of buildings, cable broadcasting cables, water pipes, hot water pipes for heating and maintenance areas for their maintenance are installed. . These underground spaces are constructed in the ground of several meters to several tens of meters deep from the ground surface, which has the advantage of effectively securing geothermal heat.
이들 지하공간은 지열을 확보하기 용이한 깊이에 이미 시공된 공간이므로 지열을 확보하는데 있어 수직형 지열교환 시스템을 적용하는 것보다는 수평형 지열교환 시스템을 적용하는 것이 유리한데, 종래의 수평형 지열교환 시스템과 같이 지열교환 파이프를 매설하기 위해 터파기 및 되메우기 등의 시공방법을 적용할 수 없다는 문제점이 있다.Since these underground spaces have already been constructed at a depth that is easy to secure geothermal heat, it is advantageous to apply a horizontal geothermal heat exchange system rather than a vertical geothermal heat exchange system to secure geothermal heat. There is a problem that construction methods such as digging and backfilling cannot be applied to embed a geothermal heat exchange pipe like a system.
본 발명은 지하수위가 존재하는 지중에서 용이하게 지열을 확보할 수 있는 지열교환 파이프를 제공하는 것이다.The present invention provides a geothermal heat exchange pipe that can easily secure geothermal heat in the ground where the groundwater level exists.
또한, 본 발명은 기 시공된 지하공간 간을 관통하는 관통공을 천공하여 관통공 내에지열교환 파이프를 매설함으로써 지열을 확보할 수 있는 지열교환 시스템 및 그 시공방법을 제공하는 것이다.In addition, the present invention is to provide a geothermal heat exchange system and a construction method that can ensure geothermal heat by embedding the geothermal heat exchange pipe in the through hole by drilling through-holes through the previously constructed underground space.
본 발명의 일 측면에 따르면, 지중에 매설되며, 지열과 열교환하는 전열유체가 이동되는 파이프로서, 지하수가 유입되는 다수의 구멍이 형성되는 유공관과, 유 공관 내에 삽입되며, 전열유체가 이동되는 열교환관을 포함하는 지열교환 파이프가 제공된다.According to an aspect of the present invention, a pipe which is buried in the ground, the heat transfer fluid for heat exchange with the geothermal heat is moved, the hole is formed with a plurality of holes through which the groundwater flows, and the heat exchanger is inserted into the oil hole, the heat transfer fluid is moved There is provided a geothermal heat exchange pipe comprising a pipe.
열교환관은 유공관 내에 복수 개로 삽입될 수 있으며, 이 경우 복수의 열교환관의 간격을 유지하는 간격유지재를 더 포함할 수 있다.The heat exchanger tube may be inserted into a plurality of perforated tubes, and in this case, the heat exchanger tube may further include a gap maintaining material for maintaining a gap of the plurality of heat exchanger tubes.
열교환관은 전열유체가 이동하는 내부관 및 내부관이 삽입되는 외부관을 포함할 수 있다. 이 경우, 외부관에는 다수의 구멍이 형성될 수 있다.The heat exchange tube may include an inner tube into which the heat transfer fluid moves and an outer tube into which the inner tube is inserted. In this case, a plurality of holes may be formed in the outer tube.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 하나의 지하공간의 벽체에서 다른 지하공간의 벽체를 관통하는 관통공과, 관통공에 삽입되며, 지하수가 유입되는 다수의 구멍이 형성되는 유공관과, 유공관내에 삽입되며, 지열과 열교환하는 전열유체가 이동하는 열교환관과, 열교환관을 따라 전열유체를 압송시키는 순환펌프 및 열교환관에 결합되어 순환된 전열유체가 열교환되는 열교환부를 포함하는 지열교환 시스템이 제공된다.In addition, according to another aspect of the invention, the through-hole penetrating through the wall of the other underground space in the wall of one underground space, the hole is inserted into the through hole, the hole is formed in a plurality of holes through which the groundwater flows, and inserted into the hole The present invention provides a geothermal heat exchange system including a heat exchange tube through which a heat transfer fluid for heat exchange with geothermal heat moves, a circulation pump for pumping heat transfer fluid along a heat exchange tube, and a heat exchanger coupled to the heat exchange tube to heat exchange the heat transfer fluid.
열교환관은 복수 개로 삽입될 수 있으며, 복수의 열교환관의 간격을 유지하는 간격유지재를 더 포함할 수 있다.The heat exchange tube may be inserted into a plurality, and may further include a gap maintaining material for maintaining a gap of the plurality of heat exchange tubes.
열교환관은 전열유체가 이동하는 내부관 및 내부관이 삽입되는 외부관을 포함할 수 있다. 이 경우, 외부관에는 다수의 구멍이 형성될 수 있다.The heat exchange tube may include an inner tube into which the heat transfer fluid moves and an outer tube into which the inner tube is inserted. In this case, a plurality of holes may be formed in the outer tube.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 하나의 지하공간의 벽체에서 다른 지하공간의 벽체를 관통하는 관통공과, 관통공에 삽입되며 지하수가 유입되는 다수의 구멍이 형성되는 유공관과, 유공관내에 삽입되며 지열과 열교환하는 전열유체가 이동하는 제1 열교환관 및 제2 열교환관과, 제1 열교환관의 일단에 결합되며 전열 유체가 열교환되는 제1 열교환부와, 제2 열교환관의 일단에 결합되어, 제1 열교환부에서 열교환된 전열유체를 제2 열교환관의 타단으로 압송하는 제1 순환펌프와, 제2 열교환관의 타단에 결합되며, 압송된 전열유체가 열교환되는 제2 열교환부 및 제1 열교환관의 타단에 결합되어 제2 열교환부에서 열교환된 전열유체를 제1 열교환관의 일단으로 압송하는 제2 순환펌프를 포함하는 지열교환 시스템이 제공된다. In addition, according to another aspect of the present invention, the through-hole penetrating through the wall of the other underground space in the wall of one underground space, the through-hole pipe is formed in the through-hole and the ground water flows into the through-hole, and inserted into the hole And a first heat exchanger tube and a second heat exchanger tube to which the heat transfer fluid for heat exchange with geothermal heat moves, a first heat exchanger coupled to one end of the first heat exchanger tube, and a heat exchange fluid is heat exchanged, and one end of the second heat exchanger tube, And a first circulation pump for pumping the heat transfer fluid heat-exchanged in the first heat exchanger to the other end of the second heat exchanger tube, and a second heat exchanger unit coupled to the other end of the second heat exchanger tube, and the pressurized heat transfer fluid is heat-exchanged. A geothermal heat exchange system is provided that includes a second circulation pump coupled to the other end of the heat exchanger tube and transferring the heat transfer fluid heat-exchanged in the second heat exchanger to one end of the first heat exchanger tube.
한편, 관통공은 제1 관통공 및 제2 관통공을 포함할 수 있고, 유공관은 제1 관통공 및 제2 관통공에 각각 삽입되는 제1 유공관 및 제2 유공관을 포함할 수 있으며, 제1 열교환관 및 제2 열교환관은 제1 유공관 및 제2 유공관에 각각 삽입될 수 있다.Meanwhile, the through hole may include a first through hole and a second through hole, and the perforated pipe may include a first perforated pipe and a second perforated pipe inserted into the first through and the second through holes, respectively. The heat exchange tube and the second heat exchange tube may be inserted into the first and second hole tubes, respectively.
제1 열교환관 및 제2 열교환관은 복수 개로 삽입될 수 있으며, 이 경우 복수의 제1 열교환관 및 제2 열교환관의 간격을 유지하는 간격유지재를 더 포함할 수 있다.The first heat exchanger tube and the second heat exchanger tube may be inserted in plural numbers, and in this case, the first heat exchanger tube and the second heat exchanger tube may further include a gap maintaining material that maintains a gap between the plurality of first heat exchanger tube and the second heat exchanger tube.
제1 열교환관 및 제2 열교환관 각각은, 전열유체가 이동하는 내부관 및 내부관이 삽입되는 외부관을 포함할 수 있다. 이 경우, 외부관에는 다수의 구멍이 형성될 수 있다.Each of the first heat exchange tube and the second heat exchange tube may include an inner tube through which the heat transfer fluid moves and an outer tube into which the inner tube is inserted. In this case, a plurality of holes may be formed in the outer tube.
또한, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 지하수가 유입되는 다수의 구멍이 형성되는 유공관과 유공관내에 길이 방향으로 삽입되며, 지열과 열교환하는 전열유체가 이동하는 열교환관을 포함하는 지열교환 파이프를 이용하여 지열교환 시스템을 시공하는 방법으로서, 하나의 지하공간의 벽체에서 다른 지하공간의 벽체를 관통하는 관통공을 천공하는 단계 및 관통공에 지열교환 파이프를 삽입하는 단계를 포함하는 지열교환 시스템 시공방법이 제공된다.In addition, according to another aspect of the present invention, by using a geothermal heat exchange pipe including a heat pipe which is formed in the lengthwise direction in the hole and the hole is formed in the hole and a plurality of holes through which groundwater flows, the heat transfer fluid for heat exchange with geothermal heat A method of constructing a geothermal heat exchange system, comprising: drilling a through hole penetrating a wall of one underground space from a wall of another underground space, and inserting a geothermal heat exchange pipe into the through hole. This is provided.
천공하는 단계는, TBM(Tunnel Boring Machine)에 의해 수행될 수 있다.The punching step may be performed by a tunnel boring machine (TBM).
열교환관은 유공관 내에 복수 개로 삽입될 수 있으며, 복수의 열교환관의 간격을 유지하는 간격유지재를 더 포함할 수 있다.The heat exchange tube may be inserted into a plurality of holes in the hole, and may further include a gap maintaining material for maintaining a gap of the plurality of heat exchange tubes.
열교환관은, 전열유체가 이동하는 내부관 및 내부관이 삽입되는 외부관을 포함할 수 있다. 이 경우, 외부관에는 다수의 구멍이 형성될 수 있다.The heat exchange tube may include an inner tube into which the heat transfer fluid moves and an outer tube into which the inner tube is inserted. In this case, a plurality of holes may be formed in the outer tube.
지하수위가 존재하는 지중에서 용이하게 지열을 확보할 수 있고, 열교환관의 파손 시 열교환 파이프를 용이하게 교체할 수 있다.Geothermal heat can be easily obtained in the ground where the groundwater level exists, and the heat exchange pipe can be easily replaced when the heat exchanger tube is broken.
또한, 미활용 공간이었던 지하공간을 이용하여 지열교환 시스템을 구축함으로써 대규모로 지열을 회수할 수 있다.In addition, it is possible to recover geothermal heat on a large scale by building a geothermal heat exchange system using an underground space that was not used.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생 략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The present invention is capable of various modifications and various embodiments, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all transformations, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In the following description of the present invention, when it is determined that the detailed description of the related known technology may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular example embodiments only and is not intended to be limiting of the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
이하, 본 발명에 따른 지열교환 파이프, 지열교환 시스템 및 그 시공방법의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Hereinafter, embodiments of a geothermal heat exchange pipe, a geothermal heat exchange system, and a construction method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description with reference to the accompanying drawings, the same or corresponding components are the same drawings. The numbering and duplicate description thereof will be omitted.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열교환 파이프의 사시도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열교환 파이프의 단면도이며, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열교환 파이프의 간격유지재를 나타낸 도면이다. 그리고, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열교환 파이프의 열교환관의 사시도이다. 도 3 내지 도 6을 참조하면, 지열교환 파이프(11), 유공관(12), 구멍(12c, 14c), 열교환 관(14), 내부관(14a), 외부관(14b), 간격유지재(16), 고정링(16a), 돌기(16b)가 도시되어 있다.3 is a perspective view of a geothermal heat exchange pipe according to a first embodiment of the present invention, FIG. 4 is a cross-sectional view of a geothermal heat exchange pipe according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a first embodiment of the present invention. It is a figure which shows the space keeping material of a geothermal heat exchange pipe. 6 is a perspective view of a heat exchange tube of a geothermal heat exchange pipe according to a first embodiment of the present invention. 3 to 6, the geothermal heat exchange pipe 11, the hole tube 12, the holes 12c, 14c, the heat exchange tube 14, the inner tube 14a, the outer tube 14b, the spacer ( 16, a holding ring 16a and a protrusion 16b are shown.
본 실시예에 따른 지열교환 파이프(11)는, 지중에 매설되며 지열과 열교환하는 전열유체가 이동되는 파이프로서, 지하수가 유입되는 다수의 구멍(12c)이 형성되는 유공관(12)과, 유공관(12)내에 길이방향으로 삽입되며, 전열유체가 이동되는 열교환관(14)을 포함하여, 지하수위가 존재하는 지중에서 용이하게 지열을 확보할 수 있다.The geothermal heat exchange pipe 11 according to the present embodiment is a pipe in which a heat transfer fluid, which is buried in the ground and heat-exchanges with geothermal heat, is moved, and includes a hole 12 and a hole 12c having a plurality of holes 12c into which groundwater flows. 12) is inserted in the longitudinal direction, including a heat exchange tube 14, the heat transfer fluid is moved, it is possible to easily secure the geothermal heat in the ground where the groundwater level.
유공관(12)은 표면에 다수의 구멍(12c)이 형성되어 있어 지중에 지하수위가 존재하는 경우 유공관(12)의 구멍(12c)을 통해서 지하수가 유입된다. 지열과 전열유체가 열교환 하는데 있어 지중의 흙이나 암석을 통해 지열과 열교환하는 것보다 지열을 가지고 있는 지하수와 직접 열교환하는 것이 효율적이므로 유공관(12)내에 설치되는 열교환관(14) 내의 전열유체가 지하수와 직접 열교환 되도록 하기 위해 유공관(12)의 표면에 다수의 구멍(12c)을 형성하여 지하수가 유공관(12) 내로 유입되도록 하는 것이다.The hole 12 has a plurality of holes 12c formed on the surface thereof, and when there is an underground water level in the ground, groundwater flows through the hole 12c of the hole 12. In heat exchange between geothermal and heat transfer fluid, it is more efficient to heat exchange directly with groundwater having geothermal heat than heat exchange with geothermal heat through underground soil or rock. Therefore, the heat transfer fluid in heat exchange pipe 14 installed in oil pipe 12 is ground water. In order to exchange heat directly with the hole 12 to form a plurality of holes (12c) on the surface of the ground water to be introduced into the hole 12.
유공관(12)은 지중에 매설되어 반영구적으로 사용되는 것이므로 사용시 파손이 일어나지 않도록 내구성이 강한 재질의 관을 이용할 수 있다. 예를 들면, 콘크리트, 고분자화합물, 강관 등이 이용될 수 있다.Since the perforated pipe 12 is embedded in the ground and used semi-permanently, a pipe made of durable material may be used to prevent damage during use. For example, concrete, polymer compounds, steel pipes and the like can be used.
열교환관(14)은 유공관(12) 내에 삽입되며, 전열유체가 이동하는 통로를 제공한다. 유공관(12)을 통해 유입되는 지하수와 열교환이 효율적으로 이루어질 수 있도록 열전도율이 높은 재질의 관을 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리에틸렌 파이 프(polyethylene pipe)가 이용될 수 있다. 이외에 열전도율이 높은 당업자에게 자명한 재질의 관이 열교환관(14)으로 사용될 수 있음은 물론이다.The heat exchange tube 14 is inserted into the hole tube 12 and provides a passage through which the heat transfer fluid moves. A pipe made of a material having high thermal conductivity may be used so that the heat exchange with the groundwater introduced through the hole 12 may be efficiently performed. For example, polyethylene pipes can be used. In addition, a tube of a material that is obvious to those skilled in the art having high thermal conductivity may be used as the heat exchange tube 14.
열교환관(14)은 유공관(12) 내에 삽입되어 있으므로, 시공 시 또는 사용 시 파손이 일어난 경우 용이하게 교체할 수 있다.Since the heat exchange tube 14 is inserted into the perforated tube 12, it can be easily replaced when damage occurs during construction or use.
전열유체(傳熱流體)는 열교환관(14) 내를 이동하며 지열과 열교환이 이루어진다. 예를 들면, 본 실시예에 따른 지열교환 파이프(11)를 냉난방용으로 이용하는 경우, 냉방 시에는 전열유체의 열과 지열이 열교환이 일어나 전열유체의 열을 지중으로 배출하고, 난방 시에는 지열을 전열유체가 흡수하게 된다. 전열유체로는 물이나 부동액 등이 이용될 수 있다.The heat transfer fluid moves in the heat exchange tube 14 and heat exchanges with the geothermal heat. For example, when the geothermal heat exchange pipe 11 according to the present embodiment is used for cooling and heating, the heat and geothermal heat of the heat transfer fluid occurs during heat cooling, so that the heat of the heat transfer fluid is discharged to the ground, and the heat is transferred to the ground during heating. The fluid will absorb. As the heat transfer fluid, water or an antifreeze may be used.
열교환관(14)은 유공관(12)에 복수 개로 삽입될 수 있다. 열교환관(14) 내를 이동하는 전열유체와 지열과의 열교환 효율을 높이기 위해 유공관(12)에 복수의 열교환관(14)을 배치할 수 있다. The heat exchange tube 14 may be inserted into a plurality of air hole 12. In order to increase the heat exchange efficiency between the heat transfer fluid moving in the heat exchange tube 14 and the geothermal heat, a plurality of heat exchange tubes 14 may be disposed in the oil hole tube 12.
유공관(12) 내에 복수의 열교환관(14)을 배치하는 경우 복수의 유공관(12)의 간격을 유지하기 위해 간격유지재(16)를 더 둘 수 있다. 간격유지재(16)는 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 열교환관(14)이 각각 삽입되는 복수의 고정링(16a)과 외측의 고정링(16a)에서 돌출되며 유공관(12) 내벽과 결합되는 돌기(16b)를 포함할 수 있다. 이러한 간격유지재(16)는 유공관(12)의 길이 방향으로 일정 간격을 두고 다수 배치될 수 있다.When the plurality of heat exchange tubes 14 are disposed in the hole tube 12, the gap maintaining material 16 may be further provided to maintain the gap of the plurality of hole tubes 12. As shown in FIG. 5, the spacer 16 protrudes from a plurality of fixing rings 16a into which a plurality of heat exchange tubes 14 are inserted, and a fixing ring 16a of the outside, respectively, and has an inner wall of the perforated tube 12. It may include a protrusion (16b) to be coupled. The gap retaining material 16 may be disposed in plural at regular intervals in the longitudinal direction of the perforated tube 12.
열교환관(14)은 전열유체가 이동하는 내부관(14a) 및 내부관(14a)이 삽입되는 외부관(14b)을 포함할 수 있다. 사용 중 혹은 시공 중 열교환관(14)에 손상이 발생한 경우 전열유체가 이동하는 내부관(14a)을 제거하고 새 내부관(14a)을 외부관(14b)에 삽입하고 대체하여 하자에 대응하도록 하는 것이다. 한편, 도 6에 도시된 바와 같이, 외부관(14b)에는 다수의 구멍(14c)이 형성되도록 할 수 있다. 지열교환 파이프(11)가 지하수위 하부에 매립되는 경우 지하수가 유공관(12)의 구멍(12c)을 통해 유입되고, 다시 외부관(14b)의 구멍(14c)을 통해 유입되어 전열유체가 이동하는 내부관(14a)에 직접 접촉되도록 하여 열교환이 용이하게 이루어지도록 하기 위함이다.The heat exchange tube 14 may include an inner tube 14a through which the heat transfer fluid moves and an outer tube 14b into which the inner tube 14a is inserted. If the heat exchanger tube 14 is damaged during use or construction, remove the inner tube 14a through which the heat transfer fluid moves, insert a new inner tube 14a into the outer tube 14b, and replace the inner tube 14a. will be. Meanwhile, as shown in FIG. 6, the outer tube 14b may have a plurality of holes 14c formed therein. When the geothermal heat exchange pipe 11 is buried below the groundwater level, the groundwater flows in through the holes 12c of the perforated pipe 12, and again flows through the holes 14c of the outer pipe 14b to transfer the heat transfer fluid. This is to facilitate direct heat exchange by making direct contact with the inner tube 14a.
본 실시예에서는 간격유지재(16)의 고정링(16a)에는 외부관(14b)이 삽입되며, 외부관(14b)에는 다시 내부관(14a)이 삽입되는 형태를 제시하고 있다.In this embodiment, the outer tube 14b is inserted into the fixing ring 16a of the spacer 16, and the inner tube 14a is inserted into the outer tube 14b.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 지열교환 시스템을 나타내는 구성도이다. 도 7을 참조하면, 유공관(12), 열교환관(14), 벽체(18), 관통공(20), 순환펌프(22), 열교환부(24)가 도시되어 있다. 7 is a configuration diagram showing a geothermal heat exchange system according to a second embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, the oil hole tube 12, the heat exchange tube 14, the wall 18, the through hole 20, the circulation pump 22, and the heat exchange unit 24 are illustrated.
본 실시예에 따른 지열교환 시스템은, 하나의 지하공간의 벽체(18)에서 다른 지하공간의 벽체(18)를 관통하는 관통공(20)과, 관통공(20)에 삽입되며 지하수가 유입되는 다수의 구멍이 형성되는 유공관(12)과, 유공관(12)내에 삽입되며, 지열과 열교환하는 전열유체가 순환하는 열교환관(14)과, 열교환관(14)을 따라 전열유체를 순환시키는 순환펌프(22)와, 열교환관(14)에 결합되어 순환된 전열유체가 열교환되는 열교환부(24)를 포함하여, 미활용 공간이었던 지하공간을 이용하여 지열교환 시스템을 구축함으로써 대규모로 지열을 회수할 수 있다.In the geothermal heat exchange system according to the present embodiment, a through hole 20 penetrating through a wall 18 of one underground space and a wall 18 of another underground space is inserted into the through hole 20, and groundwater is introduced. A circulating pump for circulating the heat transfer fluid along the heat exchange pipe 14 and the heat exchange tube 14 inserted into the hole hole 12, the heat transfer pipe circulating through the heat transfer fluid for heat exchange with geothermal heat, 22, and a heat exchanger 24 coupled to the heat exchanger tube 14 for heat exchange of the circulating heat transfer fluid, can be used to recover geothermal heat on a large scale by constructing a geothermal heat exchange system using an underground space that has not been used. have.
도심의 지하에는 대중교통수단으로 이용되는 지하철, 건물의 지하주차장 및 배전선로를 비롯한 유선 방송 케이블, 상수도관, 난방용 온수관 및 이들의 유지보수를 위한 유지보수구 등 지하공동구가 설치되어 있다. 이들 지하공간은 지표면에서 수 미터에서 수십 미터 깊이의 지중에 시공되어 있어 효과적으로 지열을 확보할 수 있는 장점이 있다. In the underground of the city, underground common areas such as subway used for public transportation, underground parking lots and distribution lines of buildings, cable broadcasting cable, water pipes, hot water pipes for heating, and maintenance areas for their maintenance are installed. These underground spaces are constructed in the ground of several meters to several tens of meters deep from the ground surface, which has the advantage of effectively securing geothermal heat.
이들 지하공간은 지열을 확보하기 용이한 깊이에 이미 형성된 공간이므로 두 지하공간을 관통하는 관통공(20)을 형성하고 관통공(20) 내에 전열유체가 순환되는 관을 매설함으로써 지중의 미활용 공간에 적은 비용으로 지열교환 시스템을 구축할 수 있다.Since these underground spaces are already formed at a depth that is easy to secure geothermal heat, the through holes 20 penetrate the two underground spaces, and the pipes through which the heat-transfer fluid is circulated in the through holes 20 are buried in the unused spaces of the underground. It is possible to build a geothermal heat exchange system at low cost.
관통공(20)은 하나의 지하공간의 벽체(18)에서 다른 지하공간의 벽체(18)를 관통한다. 지하공간은 지하철 터널, 지하공동구, 지하주차장 등 지중에 기 시공된 지하공간을 의미한다. 지하공간 간을 관통하는 관통공(20)은 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법, 강관 추진 공법, NATM(New Austrian Tunneling Method) 공법 등 당업자에게 자명한 터널 추진 공법에 의해 천공될 수 있다.The through hole 20 penetrates the wall 18 of another underground space from the wall 18 of one underground space. Underground space refers to underground spaces already constructed underground such as subway tunnels, underground common areas, underground parking lots. The through hole 20 passing through the underground space may be drilled by a tunnel propulsion method known to those skilled in the art, such as a tunnel boring machine (TBM) method, a steel pipe propulsion method, a NATM (New Austrian Tunneling Method) method.
유공관(12)은 관통공(20)에 삽입되며 지하수가 유입되는 다수의 구멍이 형성된다. 유공관(12)은 관통공(20) 천공과 동시에 삽입되어 지보재의 역할을 수행할 수 있다. The hole tube 12 is inserted into the through hole 20 and a plurality of holes into which groundwater flows is formed. The hole 12 may be inserted at the same time as the through-hole 20 puncture to serve as the support.
사용시 유공관(12)의 표면에는 다수의 구멍이 형성되어 있어 지중에 지하수위가 존재하는 경우 유공관(12)의 구멍을 통해서 유공관(12) 내로 지하수가 유입된다.In use, a plurality of holes are formed on the surface of the perforated pipe 12 so that groundwater flows into the perforated pipe 12 through the hole of the perforated pipe 12 when there is a groundwater level in the ground.
열교환관(14)은 유공관(12) 내에 삽입되며, 전열유체가 이동하는 통로를 제 공한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 지열과 열교환하는 전열유체가 순환(도 7의 화살표 참조)될 수 있도록 관통공(20)이 형성하는 공간 내에 열교환관(14)을 삽입하고 설치한다.The heat exchange tube 14 is inserted into the oil hole tube 12, and provides a passage through which the heat transfer fluid moves. As illustrated in FIG. 7, the heat exchange tube 14 is inserted into and installed in the space formed by the through hole 20 so that the heat transfer fluid that exchanges heat with geothermal heat can be circulated (see arrows in FIG. 7).
지하수가 유입되는 다수의 구멍이 형성되는 유공관(12) 및 유공관(12) 내에 삽입되며, 전열유체가 이동되는 열교환관(14)을 포함하는 지열교환 파이프를 관통공(20)에 삽입함으로써 유공관(12)과 열교환관(14)을 동시에 설치할 수 있다. 이 경우 한 쌍의 열교환관(14)의 단부에 U형 관을 결합하여 전열유체가 열교환관(14) 내를 순환하도록 할 수 있다. The air hole pipe is inserted into the through-hole 20 by inserting a geothermal heat exchange pipe 14 including a heat pipe 14 and a heat pipe 14 through which the heat-transfer fluid is moved. 12) and the heat exchanger tube 14 can be installed simultaneously. In this case, the U-shaped tube may be coupled to the ends of the pair of heat exchange tubes 14 to allow the heat transfer fluid to circulate in the heat exchange tubes 14.
순환펌프(22)는 열교환관(14)을 따라 전열유체를 순환시키며, 전열유체의 순환을 통해 지열과 열교환이 이루어진다.The circulation pump 22 circulates the heat transfer fluid along the heat exchange tube 14, and heat exchange with geothermal heat occurs through the circulation of the heat transfer fluid.
열교환부(24)는 열교환관(14)을 따라 순환하면서 지열과 열교환된 전열유체가 유입되어 열교환되는 곳으로, 열교환부(24)에서 전열유체와의 열교환을 통해 얻어진 차가운 열에너지 또는 뜨거운 열에너지는 인접 구조물의 냉난방 등에 이용될 수 있다.The heat exchange part 24 is a place where heat transfer heat exchanged with geothermal heat is introduced while circulating along the heat exchange tube 14, and heat exchange is performed. The cold heat energy or hot heat energy obtained through heat exchange with the heat transfer fluid in the heat exchange part 24 is adjacent to each other. It can be used for heating and cooling of the structure.
열교환부(24)는 히트펌프(heat pum)(미도시)를 포함할 수 있으며, 인접구조물을 냉난방할 수 있다. 열교환부(24)에서 얻어진 차가운 열에너지 또는 뜨거운 열에너지를 그대로 이용하는 것도 가능하나, 냉난방의 효율을 높이기 위해 히트 펌프(heat pump)를 두어 차가운 열에너지 또는 뜨거운 열에너지를 냉난방에 이용하는 것도 가능하다. The heat exchanger 24 may include a heat pump (not shown), and may heat and cool adjacent structures. It is also possible to use cold heat energy or hot heat energy obtained from the heat exchanger 24 as it is, but it is also possible to use a cold heat energy or hot heat energy for cooling and heating by placing a heat pump to increase the efficiency of heating and cooling.
지열을 이용하여 냉난방을 하는 경우 외기온도에 의한 영향 없이 일정한 온 도를 갖는 지중의 열을 이용하므로 공기열원식 히트펌프보다 높은 열효율을 얻을 수 있다.In case of heating and cooling by using geothermal heat, it is possible to obtain higher thermal efficiency than air heat source type heat pump because it uses underground heat with constant temperature without being influenced by outside temperature.
히트펌프는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용하여 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방 장치이다. The heat pump is a cooling and heating device that transfers a low temperature heat source to a high temperature or a high temperature heat source to a low temperature by using heat of a refrigerant or heat of condensation.
이하 본 실시예에 따른 지열교환 시스템을 이용하여 냉난방을 하는 경우 지열의 교환과정을 냉방 사이클과 난방 사이클로 나누어 설명하기로 한다.Hereinafter, when cooling and heating using the geothermal heat exchange system according to the present embodiment will be described by dividing the geothermal heat exchange process into a cooling cycle and a heating cycle.
먼저, 여름철 냉방 사이클을 설명하면, 순환펌프(22)에 의해 전열유체가 열교환관(14)를 순환하면서 지열과의 열교환하는 과정에서 전열유체가 가지고 있던 열을 지중으로 배출하게 된다. 열이 배출되어 차가운 열에너지를 가진 전열유체는 열교환관(14)을 통해 열교환부(24)에 도달하게 되고, 차가운 열에너지를 가진 전열유체는 열교환부(24)에서 더운 공기 또는 냉방순환수와 열교환이 이루어져 차가운 열에너지를 냉방에 이용하게 된다. 이 과정에서 전열유체는 열을 흡수하게 되고 열교환부(24)에서 열교환을 통해 뜨거운 열에너지를 가진 전열유체는 다시 순환펌프(22)에 의해 열교환관(14)을 이동하면서 지열과 열교환을 하게 된다. 지열과의 열교환 과정에서 전열유체가 가지고 있던 뜨거운 열에너지를 지중을 배출하게 되고 다시 차가운 열에너지를 얻게 된다. 차가운 열에너지를 가진 전열유체는 순환펌프(22)에 의해 열교환부(24)에 도달하게 되고 차가운 열에너지를 가진 전열유체는 다시 열교환부(24)에서 열교환이 이루어져 차가운 열에너지를 냉방에 이용하게 된다. 이와 같은 과정을 반복하여 여름철 냉방에 지열을 이용하게 된다.First, when the summer cooling cycle is described, the heat transfer fluid circulates the heat exchange tube 14 by the circulation pump 22 and discharges heat that the heat transfer fluid has in the ground during heat exchange with the geothermal heat. Heat is discharged to the heat transfer fluid having cold heat energy reaches the heat exchange unit 24 through the heat exchange tube 14, the heat transfer fluid having cold heat energy is heat exchanged with hot air or cooling circulating water in the heat exchange unit (24) It uses cold heat energy for cooling. In this process, the heat transfer fluid absorbs heat, and the heat transfer fluid having hot heat energy through heat exchange in the heat exchange unit 24 again exchanges heat with geothermal heat by moving the heat exchange tube 14 by the circulation pump 22. During the heat exchange process with the geothermal heat, the hot heat energy of the heat transfer fluid is discharged to the ground and the cold heat energy is obtained again. The heat transfer fluid with cold heat energy reaches the heat exchange part 24 by the circulation pump 22, and the heat transfer fluid with cold heat energy is heat exchanged again in the heat exchange part 24 to use cold heat energy for cooling. By repeating this process, geothermal heat is used for cooling in summer.
그리고, 겨울철 난방 사이클을 설명하면, 순환펌프(22)에 의해 전열유체가 열교환관(14)을 이동하면서 지열과의 열교환하는 과정에서 전열유체가 지열을 흡수하게 된다. 지열을 흡수하여 뜨거운 열에너지를 가진 전열유체는 열교환관(14)을 통해 열교환부(24)에 도달하고 뜨거운 열에너지를 가진 전열유체는 열교환부(24)에서 차가운 공기 또는 난방순환수와 열교환이 이루어져 뜨거운 열에너지를 난방에 이용하게 된다. 열교환부(24)에서 열교환을 통해 차가운 열에너지를 가진 전열유체는 순환펌프(22)에 의해 다시 열교환관(14)을 이동하면서 지열과 열교환을 하게 되고, 이 과정에서 지열을 흡수하게 되고 다시 뜨거운 열에너지를 가지게 된다. 뜨거운 열에너지를 가진 전열유체는 순환펌프(22)에 의해 열교환부(24)에 도달하게 되고 뜨거운 열에너지를 가진 전열유체는 열교환부(24)에서 열교환이 이루어져 뜨거운 열에너지를 난방에 이용하게 된다. 이와 같은 과정을 반복하여 겨울철 난방에 지열을 이용하게 된다. In addition, when the winter heating cycle is described, the heat transfer fluid absorbs geothermal heat in the process of heat exchange with the geothermal heat while the heat transfer fluid moves through the heat exchange tube 14 by the circulation pump 22. The heat transfer fluid having hot heat energy by absorbing the geothermal heat reaches the heat exchange unit 24 through the heat exchange tube 14, and the heat transfer fluid having hot heat energy undergoes heat exchange with cold air or heating circulating water in the heat exchange unit 24. Thermal energy is used for heating. The heat transfer fluid having cold heat energy through heat exchange in the heat exchange part 24 exchanges heat with geothermal heat by moving the heat exchange tube 14 again by the circulation pump 22, and in this process, it absorbs geothermal heat and heats again hot heat energy. Will have The heat transfer fluid having hot heat energy reaches the heat exchange part 24 by the circulation pump 22, and the heat transfer fluid having hot heat energy is heat exchanged in the heat exchange part 24 to use hot heat energy for heating. This process is repeated to use geothermal heat for winter heating.
이외의 구성요소는 상술한 바와 같으므로, 그 설명을 생략하기로 한다.Since other components are as described above, description thereof will be omitted.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 지열교환 시스템을 나타내는 구성도이다. 도 8를 참조하면, 유공관(12), 벽체, 관통공(20), 제1 열교환관(26), 제2 열교환관(28), 제1 열교환부(30), 제2 열교환부(32), 제1 순환펌프(34), 제2 순환펌프(36)가 도시되어 있다.8 is a configuration diagram showing a geothermal heat exchange system according to a third embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8, the air hole tube 12, the wall, the through hole 20, the first heat exchange tube 26, the second heat exchange tube 28, the first heat exchanger 30, and the second heat exchanger 32 The first circulation pump 34 and the second circulation pump 36 are shown.
본 실시예에 따른 지열교환 시스템은, 하나의 지하공간의 벽체에서 다른 지하공간의 벽체를 관통하는 관통공(20)과, 관통공(20)에 삽입되며 지하수가 유입되는 다수의 구멍이 형성되는 유공관(12)과, 유공관(12)내에 삽입되며 지열과 열교환하는 전열유체가 이동하는 제1 열교환관(26) 및 제2 열교환관(28)과, 제1 열교환 관(26)의 일단에 결합되며 전열유체가 열교환되는 제1 열교환부(30)와, 제2 열교환관(28)의 일단에 결합되어 제1 열교환부(30)에서 열교환된 전열유체를 제2 열교환관(28)의 타단으로 압송하는 제1 순환펌프(34)와, 제2 열교환관(28)의 타단에 결합되며, 압송된 전열유체가 열교환되는 제2 열교환부(32) 및 제1 열교환관(26)의 타단에 결합되어 제2 열교환부(32)에서 열교환된 전열유체를 제1 열교환관(26)의 일단으로 압송하는 제2 순환펌프(36)를 포함하여, 미활용 공간이었던 지하공간을 이용하여 지열교환 시스템을 구축함으로써 대규모로 지열을 회수할 수 있다.In the geothermal heat exchange system according to the present embodiment, a through hole 20 penetrating through a wall of another underground space from a wall of one underground space and a plurality of holes inserted into the through hole 20 and into which ground water flows are formed. The first heat exchange tube 26 and the second heat exchange tube 28 and the first heat exchange tube 26 coupled to the oil hole tube 12, the heat transfer fluid inserted into the oil hole tube 12 to exchange heat with geothermal heat, and one end of the first heat exchange tube 26 are coupled to each other. The first heat exchanger part 30, in which the heat transfer fluid is heat-exchanged, and the heat transfer fluid heat exchanged in the first heat exchange part 30 by being coupled to one end of the second heat exchanger pipe 28, are transferred to the other end of the second heat exchanger pipe 28. It is coupled to the other end of the first circulation pump 34 and the second heat exchange tube 28, and the other end of the second heat exchange unit 32 and the first heat exchange tube 26 through which the pressurized heat transfer fluid is heat-exchanged. And a second circulation pump 36 for transferring the heat-transfer fluid heat-exchanged in the second heat exchanger 32 to one end of the first heat exchange tube 26. In addition, geothermal heat recovery can be recovered on a large scale by constructing a geothermal heat exchange system using underground spaces that were previously unused.
관통공(20)은 하나의 지하공간의 벽체에서 다른 지하공간의 벽체를 관통한다. 지하공간은 지하철 터널, 지하공동구, 지하주차장 등 지중에 기 시공된 지하공간을 의미한다. 지하공간 간을 관통하는 관통공(20)은 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법, 강관 추진 공법, NATM(New Austrian Tunneling Method) 공법 등 당업자에게 자명한 터널 추진 공법에 의해 천공될 수 있다.The through hole 20 penetrates walls of one underground space from walls of another underground space. Underground space refers to underground spaces already constructed underground such as subway tunnels, underground common areas, underground parking lots. The through hole 20 passing through the underground space may be drilled by a tunnel propulsion method known to those skilled in the art, such as a tunnel boring machine (TBM) method, a steel pipe propulsion method, a NATM (New Austrian Tunneling Method) method.
유공관(12)은 관통공(20)에 삽입되며 지하수가 유입되는 다수의 구멍이 형성된다. 관통공(20) 천공과 동시에 유공관(12)을 삽입하여 지보재의 역할을 수행할 수 있다. 사용시 유공관(12)의 표면에는 다수의 구멍이 형성되어 있어 지중에 지하수위가 존재하는 경우 유공관(12)의 구멍을 통해서 지하수가 유입된다.The hole tube 12 is inserted into the through hole 20 and a plurality of holes into which groundwater flows is formed. At the same time as the through hole 20 is inserted into the perforated tube 12 may serve as the support material. In use, a plurality of holes are formed on the surface of the perforated pipe 12 so that when there is a groundwater level in the ground, groundwater flows through the hole of the perforated pipe 12.
열교환관(26, 28)은 유공관(12) 내에 삽입되며, 전열유체가 이동하는 통로를 제공한다. 유공관(12)을 통해 유입되는 지하수와 열교환이 효율적으로 이루어질 수 있도록 열전도율이 높은 재질의 관을 사용할 수 있다. 예를 들면, 폴리에틸렌 파이프(polyethylene pipe)가 이용될 수 있다. 이외에 열전도율이 높은 당업자에게 자 명한 재질의 관이 열교환관으로 사용될 수 있음은 물론이다.The heat exchange tubes 26 and 28 are inserted into the perforated tube 12 and provide a passage through which the heat transfer fluid moves. A pipe made of a material having high thermal conductivity may be used so that the heat exchange with the groundwater introduced through the hole 12 may be efficiently performed. For example, polyethylene pipes may be used. In addition, a tube of a material that is obvious to those skilled in the art having high thermal conductivity may be used as a heat exchange tube.
유공관(12) 내에는 복수의 열교환관이 삽입될 수 있으며, 복수의 열교환관 중 일부는 제1 열교환관(26)을 구성하고, 나머지 일부는 제2 열교환관(28)을 구성한다. 이러한 제1 열교환관(26) 및 제2 열교환관(28)은 전열유체의 이동 방향에 따라 구분된다.A plurality of heat exchanger tubes may be inserted into the air hole 12, some of the plurality of heat exchanger tubes constitute the first heat exchanger tube 26, and some of the plurality of heat exchanger tubes constitute the second heat exchanger tube 28. The first heat exchange tube 26 and the second heat exchange tube 28 are divided according to the moving direction of the heat transfer fluid.
제1 열교환관(26) 및 제2 열교환관(28) 각각은 전열유체와 지열과의 열교환 효율을 높이기 위해 유공관(12) 내에 복수로 설치될 수 있다. 유공관(12) 내에 제1 열교환관(26) 및 제2 열교환관(28)이 복수 개로 삽입되는 경우 복수의 제1 열교환관(26) 및 제2 열교환관(28)의 간격을 유지하는 간격유지재를 더 포함할 수 있다.Each of the first heat exchange tube 26 and the second heat exchange tube 28 may be provided in plural in the oil hole tube 12 to increase the heat exchange efficiency between the heat transfer fluid and the geothermal heat. When the plurality of first heat exchanger tube 26 and the second heat exchanger tube 28 are inserted into the perforated tube 12, the interval maintaining the interval between the plurality of first heat exchanger tube 26 and the second heat exchanger tube 28 is maintained. It may further comprise ash.
제1 열교환관(26) 내를 이동하는 전열유체는 제1 열교환관(26)을 따라 이동하는 과정에서 지열과 열교환이 이루어지며, 지열과 열교환된 전열유체는 제1 열교환관(26)의 일단에 결합된 제1 열교환부(30)에서 열교환이 일어나며, 이를 통해 얻어진 열에너지는 냉난방 등 외부에서 사용될 수 있다. The heat transfer fluid moving in the first heat exchange tube 26 is heat exchanged with the geothermal heat in the process of moving along the first heat exchange tube 26, the heat transfer fluid heat exchanged with the geothermal heat is one end of the first heat exchange tube 26 Heat exchange occurs in the first heat exchange unit 30 coupled to the heat energy obtained through this can be used externally such as heating and cooling.
또한, 제2 열교환관(28) 내를 이동하는 전열유체는 제2 열교환관(28)을 따라 이동하는 과정에서 지열과 열교환이 이루어지며, 지열과 열교환된 전열유체는 제2 열교환관(28)의 타단에 결합된 제2 열교환부(32)에서 열교환이 일어나며, 이를 통해 얻어진 열에너지는 냉난방 등 외부에서 사용될 수 있다.In addition, the heat transfer fluid moving in the second heat exchange tube 28 is heat exchanged with the geothermal heat in the process of moving along the second heat exchange tube 28, the heat transfer fluid heat-exchanged with the geothermal heat is the second heat exchange tube (28) Heat exchange occurs in the second heat exchanger 32 coupled to the other end of the heat energy obtained through this can be used externally such as heating and cooling.
그리고, 제1 열교환관(26) 및 제2 열교환관(28) 각각은 전열유체가 이동하는 내부관 및 내부관이 삽입되는 외부관을 포함할 수 있다. 사용 중 혹은 시공 중 열교환관에 손상이 발생한 경우 전열유체가 이동하는 내부관을 제거하고 새 내부관을 외부관에 삽입하고 대체하여 하자에 대응하도록 하는 것이다. 한편, 외부관에는 다수의 구멍이 형성되도록 할 수 있다. 열교환관이 지하수위면 하부에 매립되는 경우 지하수가 외부관의 구멍을 통해 유입되어 전열유체가 이동하는 내부관에 직접 접촉되도록 하여 열교환이 용이하게 이루어지도록 하기 위함이다.In addition, each of the first heat exchange tube 26 and the second heat exchange tube 28 may include an inner tube through which the heat transfer fluid moves and an outer tube into which the inner tube is inserted. If the heat exchanger tube is damaged during use or construction, the inner tube through which the heat transfer fluid moves is removed and a new inner tube is inserted into the outer tube to replace the defect. On the other hand, a plurality of holes can be formed in the outer tube. When the heat exchanger tube is buried below the groundwater level, the groundwater flows in through the hole of the outer tube so that the heat exchange fluid is in direct contact with the inner tube to facilitate heat exchange.
열교환부(30, 32)는 지열과 열교환된 전열유체가 유입되어 열교환되는 곳으로 열교환부(30, 32)에서 전열유체와의 열교환을 통해 얻어진 차가운 열에너지 또는 뜨거운 열에너지는 인접 구조물의 냉난방 등에 이용될 수 있다.The heat exchanger (30, 32) is a place where the heat transfer heat exchanged with geothermal heat flows into the heat exchanger (30, 32) cold heat energy or hot heat energy obtained through heat exchange with the heat transfer fluid in the heat exchange unit 30, 32 will be used for cooling and heating of the adjacent structure Can be.
제1 열교환부(30)는 제1 열교환관(26)의 일단에 결합되어 전열유체가 열교환 된다. 전열유체는 제1 열교환관(26)을 이동하는 과정에서 지열과 열교환이 일어나고, 제1 열교환관(26)의 일단에서 유입되는 전열유체는 제1 열교환부(30)에서 열교환이 일어나며, 제1 열교환부(30)에서 열교환을 통해 얻어진 열에너지는 외부의 냉난방 등에 이용될 수 있다. The first heat exchanger 30 is coupled to one end of the first heat exchanger tube 26 to exchange heat transfer fluid. The heat transfer fluid undergoes heat exchange with geothermal heat in the process of moving the first heat exchange tube 26, and the heat transfer fluid introduced from one end of the first heat exchange tube 26 undergoes heat exchange in the first heat exchange unit 30. The heat energy obtained through heat exchange in the heat exchanger 30 may be used for external cooling and heating.
제2 열교환부(32)는 제2 열교환관(28)의 타단에 결합되어 제1 순환펌프(34)에 의해 압송된 전열유체가 열교환 된다.The second heat exchange part 32 is coupled to the other end of the second heat exchange tube 28 so that the heat transfer fluid pressurized by the first circulation pump 34 is heat exchanged.
제1 열교환부(30)에서 열교환된 전열유체는 제1 순환펌프(34)에 의해 제2 열교환관(28)의 타단으로 압송되고, 제2 열교환관(28)을 통해 압송되는 과정에서 지열과 열교환이 일어나고, 제2 열교환관(28)의 타단에서 유입되는 전열유체는 제2 열교환부(32)에서 열교환이 일어나며, 제2 열교환부(32)에서 열교환을 통해 얻어진 열에너지는 냉난방 등에 이용될 수 있다. The heat transfer fluid heat-exchanged in the first heat exchange unit 30 is pumped to the other end of the second heat exchange tube 28 by the first circulation pump 34, and the geothermal heat in the process of being pressured through the second heat exchange tube 28. Heat exchange occurs, and the heat transfer fluid introduced from the other end of the second heat exchange tube 28 undergoes heat exchange in the second heat exchange unit 32, and thermal energy obtained through heat exchange in the second heat exchange unit 32 may be used for cooling and heating. have.
열교환부(30, 32)에서 얻어진 차가운 열에너지 또는 뜨거운 열에너지를 그대 로 이용하는 것도 가능하나, 냉난방의 효율을 높이기 위해 히트 펌프(heat pump)를 두어 차가운 열에너지 또는 뜨거운 열에너지를 냉난방에 이용하는 것도 가능하다. It is also possible to use the cold heat energy or hot heat energy obtained from the heat exchanger (30, 32), but it is also possible to use a heat pump (heat pump) for cooling and heating to increase the efficiency of heating and cooling.
순환펌프(34, 36)는 전열유체가 열교환관(26, 28)를 통해 지중을 순환되도록 하여 지열과 열교환이 일어나도록 한다. The circulation pumps 34 and 36 allow the heat transfer fluid to circulate the ground through the heat exchange tubes 26 and 28 so that heat and heat exchange occurs.
제1 순환펌프(34)는 제2 열교환관(28)의 일단에 결합되어 제1 열교환부(30)에서 열교환이 이루어진 전열유체를 제2 열교환관(28)의 타단으로 압송한다. 제1 열교환부(30)에 열을 흡수하거나 발열된 전열유체가 제2 열교환관(28)을 통해 압송되면서 다시 지열과 열교환이 이루어지도록 하여 제2 열교환관(28)의 타단에 연결되는 제2 열교환부(32)로 이동되도록 한다. 제1 순환펌프(34)에 의해 제1 열교환부(30)에서 열교환된 전열유체가 제2 열교환관(28)의 타단으로 압송되고, 제2 열교환관(28)의 타단을 통해 유입되는 전열유체는 제2 열교환부(32)에서 열교환이 이루어진다.The first circulation pump 34 is coupled to one end of the second heat exchange tube 28 to pump the heat transfer fluid that has undergone heat exchange in the first heat exchange unit 30 to the other end of the second heat exchange tube 28. A second heat transfer fluid absorbing heat or heat generated in the first heat exchanger 30 is pressurized through the second heat exchanger tube 28 to be heat-exchanged with the geothermal heat and connected to the other end of the second heat exchanger tube 28. It is moved to the heat exchange unit (32). The heat transfer fluid heat-exchanged in the first heat exchange unit 30 by the first circulation pump 34 is pumped to the other end of the second heat exchange tube 28, and the heat transfer fluid flows through the other end of the second heat exchange tube 28. The heat exchange is made in the second heat exchanger (32).
제2 순환펌프(36)는 제1 열교환관(26)의 타단에 결합되어 제2 열교환부(32)에서 열교환이 이루어진 전열유체를 제1 열교환관(26)의 일단으로 압송한다. 제2 열교환부(32)에서 열교환이 이루어진 전열유체가 제1 열교환관(26)을 통해 압송되면서 다시 지열과 열교환을 행하여 제1 열교환관(26)의 일단에 연결되는 제1 열교환부(30)로 이동되도록 한다.The second circulation pump 36 is coupled to the other end of the first heat exchanger pipe 26 to pump the heat transfer fluid that has undergone heat exchange in the second heat exchanger 32 to one end of the first heat exchanger pipe 26. The first heat exchanger 30 connected to one end of the first heat exchanger tube 26 by performing heat-exchange with geothermal heat while the heat transfer fluid that has undergone heat exchange in the second heat exchanger unit 32 is pressurized through the first heat exchanger tube 26. To be moved.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 지열교환 시스템을 나타내는 구성도이다. 도 9를 참조하면, 제1 관통공(12a), 제2 관통공(20b), 제1 열교환관(26), 제2 열교환관(28), 제1 열교환부(30), 제2 열교환부(32), 제1 순환펌프(34), 제2 순환 펌프(36), 제1 유공관(38), 제2 유공관(40)이 도시되어 있다.9 is a configuration diagram showing a geothermal heat exchange system according to a fourth embodiment of the present invention. 9, the first through hole 12a, the second through hole 20b, the first heat exchange tube 26, the second heat exchange tube 28, the first heat exchange unit 30, and the second heat exchange unit 32, a first circulation pump 34, a second circulation pump 36, a first oil hole 38, and a second oil hole 40 are shown.
상술한 제3 실시예에 따른 지열교환 시스템은 하나의 유공관에 제1 열교환관(26) 및 제2 열교환관(28)을 함께 삽입하여 지열과 열교환 되도록 하는 것이나, 본 실시예에 따른 지열교환 시스템은 한 쌍을 이루는 유공관(38, 40) 각각에 제1 열교환관(26)과 제2 열교환관(28)을 각각 삽입한 형태를 제시한다.In the geothermal heat exchange system according to the third embodiment described above, the first heat exchanger tube 26 and the second heat exchanger tube 28 are inserted together in one perforated tube so as to exchange heat with the geothermal heat. Shows a form in which the first heat exchanger tube 26 and the second heat exchanger tube 28 are respectively inserted into each of the pair of perforated tubes 38 and 40.
즉, 하나의 지하공간의 벽체(18)에서 다른 지하공간의 벽체(18)를 관통하는 제1 관통공(20a) 및 제2 관통공(20b)이 천공되고, 제1 관통공(20a) 및 제2 관통공(20b) 각각에는 제1 유공관(38) 및 제2 유공관(40)이 각각 삽입된다. 그리고, 제1 유공관(38) 및 제2 유공관(40)에는 제1 열교환관(26) 및 제2 열교환관(28)이 각각 삽입된다.That is, the first through hole 20a and the second through hole 20b penetrating through the wall 18 of one underground space are drilled, and the first through hole 20a and In each of the second through holes 20b, a first hole hole 38 and a second hole hole 40 are respectively inserted. In addition, a first heat exchanger tube 26 and a second heat exchanger tube 28 are inserted into the first and second hole tubes 38 and 40, respectively.
대규모의 지열교환 시스템을 구축하는 경우 지하공간의 벽체(18) 간을 관통하는 관통공을 복수로 천공하여 복수의 관통공 각각에 열교환관이 삽입된 유공관을 각각 삽입 설치하여 열교환관의 일단부과 타단부에 각각 열교환부(30, 32)를 구비할 수 있다. When constructing a large-scale geothermal heat exchange system, a plurality of through holes penetrating between the walls 18 of the underground space are drilled into a plurality of through-holes. The heat exchange parts 30 and 32 may be provided at the ends, respectively.
복수의 유공관에 삽입되어 있는 복수의 열교환관의 일부를 제1 열교환관(26)으로 구성하고, 나머지 열교환관을 제2 열교환관(28)으로 구성하는 것도 가능하고, 각각의 유공관에 삽입되어 있는 열교환관을 제1 열교환관(26) 및 제2 열교환관(28)으로 구성하여 지열교환 시스템을 구축하는 것도 가능하다.A part of the plurality of heat exchanger tubes inserted into the plurality of air hole tubes may be constituted by the first heat exchange tube 26, and the remaining heat exchange tube may be constituted by the second heat exchange tube 28. It is also possible to construct the geothermal heat exchange system by configuring the heat exchanger tube with the first heat exchanger tube 26 and the second heat exchanger tube 28.
이외의 구성요소는 상술한 바와 같으므로 그 설명을 생략하기로 한다. Since other components are as described above, a description thereof will be omitted.
이하에서는 도 8 및 도 9를 참조하여, 제3 실시예 및 제4 실시예의 지열교환 시스템을 이용하여 냉난방을 하는 경우 지열의 교환과정을 냉방 사이클과 난방 사이클로 나누어 설명하기로 한다. Hereinafter, referring to FIGS. 8 and 9, when the air conditioning is performed using the geothermal heat exchange system of the third and fourth embodiments, the geothermal heat exchange process will be divided into a cooling cycle and a heating cycle.
먼저, 여름철 냉방 사이클을 설명하면, 제2 순환펌프(36)에 의해 전열유체가 제1 열교환관(26)을 이동하면서 지열과의 열교환하는 과정에서 전열유체가 가지고 있던 열을 지중으로 배출하게 된다. 열이 배출되어 차가운 열에너지를 가진 전열유체는 제1 열교환관(26)을 통해 제1 열교환부(30)에 도달하게 되고, 차가운 열에너지를 가진 전열유체는 제1 열교환부(30)에서 더운 공기 또는 냉방순환수와 열교환이 이루어져 차가운 열에너지를 냉방에 이용하게 된다. 이 과정에서 전열유체는 열을 흡수하게 되고 제1 열교환부(30)에서 열교환을 통해 뜨거운 열에너지를 가진 전열유체는 제1 순환펌프(34)에 의해 제2 열교환관(28)을 이동하면서 지열과 열교환을 한다. 이 과정에서 전열유체가 가지고 있던 뜨거운 열에너지를 지중을 배출하게 되고 다시 차가운 열에너지를 가지게 된다. 차가운 열에너지를 가진 전열유체는 제2 열교환관(28)을 통해 제2 열교환부(32)에 도달하게 되고 제2 열교환부(32)에서 열교환이 이루어져 차가운 열에너지를 냉방에 이용하게 된다. 제2 열교환부(32)에서 열교환을 통해 뜨거운 열에너지를 가진 전열유체는 제2 순환펌프(36)에 의해 제1 열교환관(26)을 이동하면서 지열과 열교환하게 된다. First, in the summer cooling cycle, the heat transfer fluid moves the first heat exchange tube 26 by the second circulation pump 36 to discharge heat that the heat transfer fluid has in the ground during heat exchange with the geothermal heat. . Heat is discharged so that the heat transfer fluid having cold heat energy reaches the first heat exchange unit 30 through the first heat exchange tube 26, and the heat transfer fluid having cold heat energy is heated in the first heat exchange unit 30. Cooling circulating water and heat exchange are used to cool the heat energy. In this process, the heat transfer fluid absorbs heat, and the heat transfer fluid having hot thermal energy through heat exchange in the first heat exchange unit 30 moves the second heat exchange tube 28 by the first circulation pump 34, and thus, Heat exchange. In this process, the hot heat energy of the electrothermal fluid is discharged to the ground, and the cold heat energy is again obtained. The heat transfer fluid having cold heat energy reaches the second heat exchange part 32 through the second heat exchange tube 28 and heat exchange is performed in the second heat exchange part 32 to use the cool heat energy for cooling. The heat transfer fluid having hot thermal energy through heat exchange in the second heat exchanger 32 exchanges heat with geothermal heat while moving the first heat exchange tube 26 by the second circulation pump 36.
그리고, 겨울철 난방 사이클을 설명하면, 제2 순환펌프(36)에 의해 전열유체가 제1 열교환관(26)을 이동하면서 지열과의 열교환하는 과정에서 전열유체가 지열을 흡수하게 된다. 지열을 흡수하여 뜨거운 열에너지를 가진 전열유체는 제1 열교환관(26)을 통해 제1 열교환부(30)에 도달하고 뜨거운 열에너지를 가진 전열유체는 제1 열교환부(30)에서 차가운 공기 또는 난방순환수와 열교환이 이루어져 뜨거운 열에너지를 난방에 이용하게 된다. 제1 열교환부(30)에서 열교환을 통해 차가운 열에너지를 가진 전열유체는 제1 순환펌프(34)에 의해 제2 열교환관(28)을 이동하면서 지열과 열교환을 한다. 이 과정에 지열을 흡수하게 되고 다시 뜨거운 열에너지를 가지게 된다. 뜨거운 열에너지를 가진 전열유체는 제2 열교환관(28)을 통해 제2 열교환부(32)에 도달하게 되고 제2 열교환부(32)에서 열교환이 이루어져 뜨거운 열에너지를 난방에 이용하게 된다. 제2 열교환부(32)에서 열교환을 통해 차가운 열에너지를 가진 전열유체는 제2 순환펌프(36)에 의해 제1 열교환관(26)을 이동하면서 지열과 열교환하게 된다.In addition, when the winter heating cycle is described, the heat transfer fluid absorbs the geothermal heat in the process of heat exchange with the geothermal heat while the heat transfer fluid moves to the first heat exchange tube 26 by the second circulation pump 36. The heat transfer fluid having geothermal heat absorbing the hot heat reaches the first heat exchange unit 30 through the first heat exchange tube 26, and the heat transfer fluid having hot heat energy passes through the cold air or heating circulation in the first heat exchange unit 30. Heat is exchanged with water to use hot thermal energy for heating. The heat transfer fluid having cold thermal energy through heat exchange in the first heat exchanger 30 exchanges heat with geothermal heat while moving the second heat exchange tube 28 by the first circulation pump 34. In the process, it absorbs geothermal heat and again has hot thermal energy. The heat transfer fluid having hot heat energy reaches the second heat exchange part 32 through the second heat exchange tube 28 and heat exchange is performed in the second heat exchange part 32 to use hot heat energy for heating. The heat transfer fluid having cold thermal energy through the heat exchange in the second heat exchanger 32 exchanges heat with the geothermal heat while moving the first heat exchanger tube 26 by the second circulation pump 36.
상기와 같은 과정을 반복하여 지열을 냉난방에 이용하게 된다. By repeating the above process, geothermal heat is used for cooling and heating.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 지열교환 시스템 시공방법의 순서도이고, 도 11 내지 도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 지열교환 시스템 시공방법을 나타낸 흐름도이다. 도 11 내지 도 13을 참조하면, 지열교환 파이프(11), 유공관(12), 열교환관(14), 간격유지재(16), 벽체(18), 관통공(20), TBM(42)이 도시되어 있다.10 is a flowchart illustrating a geothermal heat exchange system construction method according to a fifth embodiment of the present invention, and FIGS. 11 to 13 are flowcharts illustrating a geothermal heat exchange system construction method according to a fifth embodiment of the present invention. 11 to 13, the geothermal heat exchange pipe 11, the air hole tube 12, the heat exchange tube 14, the spacer 16, the wall 18, the through hole 20, and the TBM 42 Is shown.
본 실시예에 따른 지열교환 시스템 시공방법은, 지하수가 유입되는 다수의 구멍이 형성되는 유공관(12)과 유공관(12)내에 길이 방향으로 삽입되며, 지열과 열교환하는 전열유체가 이동하는 열교환관(14)을 포함하는 지열교환 파이프(11)를 이용하여 지열교환 시스템을 시공하는 방법으로서, 하나의 지하공간의 벽체(18)에서 다른 지하공간의 벽체(18)를 관통하는 관통공(20)을 천공하는 단계 및 관통공(20) 에 지열교환 파이프(11)를 삽입하는 단계를 포함하여, 미활용 공간이었던 지하공간을 이용하여 지열교환 시스템을 구축함으로써 대규모로 지열을 회수할 수 있다.The geothermal heat exchange system construction method according to the present embodiment is inserted into the oil hole tube 12 and the oil hole tube 12 in which a plurality of holes into which groundwater flows is formed in a longitudinal direction, and a heat exchange tube through which the heat transfer fluid that exchanges heat with geothermal heat is moved ( As a method of constructing a geothermal heat exchange system using a geothermal heat exchange pipe (11) comprising a 14), through-holes 20 penetrating through the walls 18 of one underground space to the walls 18 of the other underground space Including a step of drilling and inserting the geothermal heat exchange pipe 11 into the through hole 20, geothermal heat recovery can be recovered on a large scale by constructing a geothermal heat exchange system using an underground space that has not been used.
본 실시예에 따른 지열교환 시스템 시공방법을 살펴 보면, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 하나의 지하공간의 벽체(18)에서 다른 지하공간의 벽체(18)를 관통하는 관통공(20)을 천공한다(S100). 지하공간은 지열을 확보하기 용이한 깊이에 이미 시공된 공간이므로 두 지하공간의 벽체(18)를 관통하는 관통공(20)을 천공하고 관통공(20) 내에 전열유체가 순환되는 관을 매설함으로써 지중의 미활용 공간에 적은 비용으로 지열교환 시스템을 구축할 수 있다.Looking at the geothermal heat exchange system construction method according to this embodiment, as shown in Figure 11 and 12, the through-hole 20 penetrating through the wall 18 of the other underground space from the wall 18 of one underground space Puncture) (S100). Since the underground space is a space that is already constructed at a depth that is easy to secure geothermal heat, by drilling a through hole 20 penetrating the walls 18 of the two underground spaces and embedding a tube through which the heat transfer fluid circulates in the through hole 20. The geothermal heat exchange system can be constructed at low cost in the unused underground space.
관통공(20)은 하나의 지하공간의 벽체(18)에서 다른 지하공간의 벽체(18)를 관통한다. 지하공간은 지하철 터널, 지하공동구, 지하주차장 등 지중에 기 시공된 지하공간을 의미한다. 지하공간 간을 관통하는 관통공(20)은 TBM(Tunnel Boring Machine) 공법, 강관 추진 공법, NATM(New Austrian Tunneling Method) 공법 등 당업자에게 자명한 터널 추진 공법에 의해 천공될 수 있다.The through hole 20 penetrates the wall 18 of another underground space from the wall 18 of one underground space. Underground space refers to underground spaces already constructed underground such as subway tunnels, underground common areas, underground parking lots. The through hole 20 passing through the underground space may be drilled by a tunnel propulsion method known to those skilled in the art, such as a tunnel boring machine (TBM) method, a steel pipe propulsion method, a NATM (New Austrian Tunneling Method) method.
본 실시예에서는 하나의 지하공간에서 TBM(42)(Tunnel Boring Machine)을 굴진시켜 다른 지하공간에 도달하게 하여 관통공(20)을 형성하는 방법을 제시한다. 이 경우 TBM(42)의 구경은 지하공간의 크기에 따라 결정될 수 있다. TBM(42)을 이용한 굴착공법은 무진동, 무발파로 전단면을 굴착하는 방법으로 다수의 디스크 커터를 전면에 장착한 커터헤드를 회전시켜 암반을 압쇄 굴착하면서 굴진하는 방법으로 도심지의 시공에 유리하다.In this embodiment, the TBM 42 (Tunnel Boring Machine) is excavated in one underground space to reach the other underground space to provide a method of forming the through-hole 20. In this case, the diameter of the TBM 42 may be determined according to the size of the underground space. Excavation method using TBM (42) is a method of excavating shear surface with no vibration and no blasting, and it is advantageous for construction in urban area by rotating the cutter head equipped with a plurality of disc cutters in front and crushing the rock. .
다음에, 도 12에 도시된 바와 같이, 관통공(20)에 지열교환 파이프(11)를 삽 입한다(S200). 지열교환 파이프(11)는 지하수가 유입되는 다수의 구멍이 형성되는 유공관(12)과 유공관(12)내에 길이 방향으로 삽입되며, 지열과 열교환하는 전열유체가 이동하는 열교환관(14)을 포함한다. 관통공(20) 천공과 동시에 지열교환 파이프(11)를 삽입하여 지보재의 역할을 수행하도록 할 수 있다. 사용시 유공관(12)의 표면에는 다수의 구멍이 형성되어 있어 지중에 지하수위가 존재하는 경우 유공관(12)의 구멍을 통해서 지하수가 유입된다.Next, as shown in FIG. 12, the geothermal heat exchange pipe 11 is inserted into the through hole 20 (S200). The geothermal heat exchange pipe 11 includes a heat hole tube 12 in which a plurality of holes into which ground water flows is formed, and a heat exchange tube 14 inserted in a length direction in the hole hole 12 and in which a heat transfer fluid that exchanges heat with geothermal heat moves. . The geothermal heat exchange pipe 11 may be inserted at the same time as the through hole 20 is punctured to serve as the support material. In use, a plurality of holes are formed on the surface of the perforated pipe 12 so that when there is a groundwater level in the ground, groundwater flows through the hole of the perforated pipe 12.
지열교환 파이프(11)가 설치되면 전열유체가 순환될 수 있도록 순환펌프를 배치하여 순환구조를 구성할 수 있으며, 순환구조의 중간에 열교환부를 설치하여 지열교환 시스템을 구축할 수 있다. When the geothermal heat exchange pipe 11 is installed, a circulation pump may be configured to arrange a circulation pump to circulate the heat fluid, and a geothermal heat exchange system may be constructed by installing a heat exchanger in the middle of the circulation structure.
이외의 구성요소는 상술한 바와 같으므로 그 설명을 생략하기로 한다.Since other components are as described above, a description thereof will be omitted.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention as defined in the appended claims. It will be understood that the invention may be varied and varied without departing from the scope of the invention.
도 1은 종래 기술에 따른 수직형 지열교환 시스템을 나타낸 도면.1 is a view showing a vertical geothermal heat exchange system according to the prior art.
도 2는 종래 기술에 따른 수평형 지열교환 시스템을 나타낸 도면.Figure 2 shows a horizontal geothermal heat exchange system according to the prior art.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열교환 파이프의 사시도.3 is a perspective view of a geothermal heat exchange pipe according to a first embodiment of the present invention.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열교환 파이프의 단면도.4 is a sectional view of a geothermal heat exchange pipe according to a first embodiment of the present invention.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열교환 파이프의 간격유지재를 나타낸 도면.5 is a view showing a spacer for the geothermal heat exchange pipe according to the first embodiment of the present invention.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열교환 파이프의 열교환관의 사시도.6 is a perspective view of a heat exchange tube of a geothermal heat exchange pipe according to a first embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 지열교환 시스템을 나타내는 구성도.7 is a block diagram showing a geothermal heat exchange system according to a second embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 지열교환 시스템을 나타내는 구성도.8 is a block diagram showing a geothermal heat exchange system according to a third embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 지열교환 시스템을 나타내는 구성도.9 is a configuration diagram showing a geothermal heat exchange system according to a fourth embodiment of the present invention.
도 10은 본 발명의 제5 실시예에 따른 지열교환 시스템 시공방법의 순서도.10 is a flow chart of a geothermal heat exchange system construction method according to a fifth embodiment of the present invention.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 제5 실시예에 따른 지열교환 시스템 시공방법을 나타낸 흐름도.11 to 13 is a flow chart showing a geothermal heat exchange system construction method according to a fifth embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
11 : 지열교환 파이프 12, 38, 40 : 유공관11: geothermal heat exchange pipe 12, 38, 40: perforated pipe
14, 26, 28 : 열교환관 16 : 간격유지재14, 26, 28: heat exchanger tube 16: space keeping material
18 : 벽체 20, 20a, 20b : 관통공18: wall 20, 20a, 20b: through hole
22, 34, 36 : 순환펌프 24, 30, 32 : 열교환부22, 34, 36: circulation pump 24, 30, 32: heat exchanger
42 : TBM(Tunnel Boring Machine)42: Tunnel Boring Machine (TBM)

Claims (19)

  1. 지중에 매설되며, 지열과 열교환하는 전열유체가 이동되는 파이프로서,Buried in the ground, the heat transfer fluid that exchanges heat with geothermal heat is a pipe,
    지하수가 유입되는 다수의 구멍이 형성되는 유공관과;A perforated pipe formed with a plurality of holes through which groundwater flows;
    상기 유공관 내에 복수 개로 삽입되며, 상기 전열유체가 이동되는 복수의 열교환관; 및A plurality of heat exchange tubes inserted into the plurality of oil holes and into which the heat transfer fluid is moved; And
    상기 복수의 열교환관이 각각 삽입되는 복수의 고정링과, 상기 복수의 고정링의 간격을 유지하도록 상기 복수의 고정링을 서로 연결하며, 상기 복수의 고정링 중 외측의 고정링에서 돌출되어 상기 유공관 내벽에 결합되는 복수의 돌기를 구비하여 상기 복수의 열교환관의 간격을 유지하는 간격유지재를 포함하는 지열교환 파이프.A plurality of fixing rings into which the plurality of heat exchange tubes are inserted, and the plurality of fixing rings are connected to each other so as to maintain a distance between the plurality of fixing rings, and protrude from an outer fixing ring of the plurality of fixing rings. Geothermal heat exchange pipe comprising a gap retaining material having a plurality of projections coupled to the inner wall to maintain the spacing of the plurality of heat exchange tubes.
  2. 삭제delete
  3. 삭제delete
  4. 제1항에 있어서,The method of claim 1,
    상기 열교환관은,The heat exchanger tube,
    상기 전열유체가 이동하는 내부관; 및An inner tube through which the heat transfer fluid moves; And
    상기 내부관이 삽입되는 외부관을 포함하는 것을 특징으로 하는 지열교환 파이프.Geothermal heat exchange pipe comprising an outer tube into which the inner tube is inserted.
  5. 제4항에 있어서,5. The method of claim 4,
    상기 외부관에는 다수의 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 지열교환 파이프. Geothermal heat exchange pipe, characterized in that the outer tube is formed with a plurality of holes.
  6. 하나의 지하공간의 벽체에서 다른 지하공간의 벽체를 관통하는 관통공과;A through hole penetrating a wall of one underground space from a wall of another underground space;
    상기 관통공에 삽입되며, 지하수가 유입되는 다수의 구멍이 형성되는 유공관과;A perforated tube inserted into the through hole and having a plurality of holes through which groundwater flows;
    상기 유공관내에 삽입되며, 지열과 열교환하는 전열유체가 이동하는 열교환관과; A heat exchange tube inserted into the oil hole and the heat transfer fluid to exchange heat with geothermal heat;
    상기 열교환관을 따라 상기 전열유체를 압송시키는 순환펌프; 및A circulation pump for pumping the heat transfer fluid along the heat exchange tube; And
    상기 열교환관에 결합되어 순환된 상기 전열유체가 열교환되는 열교환부를 포함하는 지열교환 시스템.Geothermal heat exchange system comprising a heat exchanger is coupled to the heat exchange tube and the heat transfer fluid circulated.
  7. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 열교환관은 복수 개로 삽입되며,The heat exchange tube is inserted into a plurality of,
    상기 복수의 열교환관의 간격을 유지하는 간격유지재를 더 포함하는 지열교환 시스템.Geothermal heat exchange system further comprises a spacer for maintaining the interval of the plurality of heat exchanger tube.
  8. 제6항에 있어서,The method of claim 6,
    상기 열교환관은,The heat exchanger tube,
    상기 전열유체가 이동하는 내부관; 및An inner tube through which the heat transfer fluid moves; And
    상기 내부관이 삽입되는 외부관을 포함하는 것을 특징으로 하는 지열교환 시스템.Geothermal heat exchange system comprising an outer tube into which the inner tube is inserted.
  9. 제8항에 있어서,The method of claim 8,
    상기 외부관에는 다수의 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 지열교환 시스템. Geothermal heat exchange system, characterized in that the outer tube is formed with a plurality of holes.
  10. 하나의 지하공간의 벽체에서 다른 지하공간의 벽체를 관통하는 관통공과;A through hole penetrating a wall of one underground space from a wall of another underground space;
    상기 관통공에 삽입되며 지하수가 유입되는 다수의 구멍이 형성되는 유공관 과;A perforated tube inserted into the through hole and having a plurality of holes through which groundwater flows;
    상기 유공관내에 삽입되며 지열과 열교환하는 전열유체가 이동하는 제1 열교환관 및 제2 열교환관과;A first heat exchanger tube and a second heat exchanger tube inserted into the air hole and into which heat transfer fluid that exchanges heat with geothermal heat is moved;
    상기 제1 열교환관의 일단에 결합되며 상기 전열유체가 열교환되는 제1 열교환부와;A first heat exchanger coupled to one end of the first heat exchanger tube and configured to heat exchange the heat transfer fluid;
    상기 제2 열교환관의 일단에 결합되어, 상기 제1 열교환부에서 열교환된 상기 전열유체를 상기 제2 열교환관의 타단으로 압송하는 제1 순환펌프와;A first circulation pump coupled to one end of the second heat exchanger tube and transferring the heat transfer fluid heat-exchanged in the first heat exchanger to the other end of the second heat exchanger tube;
    상기 제2 열교환관의 타단에 결합되며, 압송된 상기 전열유체가 열교환되는 제2 열교환부; 및A second heat exchanger coupled to the other end of the second heat exchanger tube and configured to heat-exchange the pressurized heat transfer fluid; And
    상기 제1 열교환관의 타단에 결합되어 상기 제2 열교환부에서 열교환된 상기 전열유체를 상기 제1 열교환관의 일단으로 압송하는 제2 순환펌프를 포함하는 지열교환 시스템. And a second circulation pump coupled to the other end of the first heat exchanger tube and transferring the heat transfer fluid exchanged by the second heat exchanger to one end of the first heat exchanger tube.
  11. 제10항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 관통공은 제1 관통공 및 제2 관통공을 포함하고, The through hole includes a first through hole and a second through hole,
    상기 유공관은 상기 제1 관통공 및 제2 관통공에 각각 삽입되는 제1 유공관 및 제2 유공관을 포함하되,The perforated pipe includes a first perforated pipe and a second perforated pipe respectively inserted into the first through hole and the second through hole,
    상기 제1 열교환관 및 상기 제2 열교환관은 상기 제1 유공관 및 상기 제2 유공관에 각각 삽입되는 것을 특징으로 하는 지열교환 시스템.And the first heat exchanger tube and the second heat exchanger tube are respectively inserted into the first oil hole and the second oil hole.
  12. 제10항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 제1 열교환관 및 상기 제2 열교환관은 복수 개로 삽입되며,The first heat exchange tube and the second heat exchange tube is inserted into a plurality of,
    복수의 상기 제1 열교환관 및 상기 제2 열교환관의 간격을 유지하는 간격유지재를 더 포함하는 지열교환 시스템.Geothermal heat exchange system further comprises a spacer for maintaining a gap between the plurality of first heat exchange tube and the second heat exchange tube.
  13. 제10항에 있어서,The method of claim 10,
    상기 제1 열교환관 및 상기 제2 열교환관 각각은,Each of the first heat exchange tube and the second heat exchange tube,
    상기 전열유체가 이동하는 내부관; 및An inner tube through which the heat transfer fluid moves; And
    상기 내부관이 삽입되는 외부관을 포함하는 것을 특징으로 하는 지열교환 시스템.Geothermal heat exchange system comprising an outer tube into which the inner tube is inserted.
  14. 제13항에 있어서,The method of claim 13,
    상기 외부관에는 다수의 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 지열교환 시스템. Geothermal heat exchange system, characterized in that the outer tube is formed with a plurality of holes.
  15. 지하수가 유입되는 다수의 구멍이 형성되는 유공관과 상기 유공관내에 길이 방향으로 삽입되며, 지열과 열교환하는 전열유체가 이동하는 열교환관을 포함하는 지열교환 파이프를 이용하여 지열교환 시스템을 시공하는 방법으로서,A method of constructing a geothermal heat exchange system using a geothermal heat exchange pipe including an air hole tube in which a plurality of holes into which ground water flows is formed, and a heat exchange tube inserted into the hole tube in a longitudinal direction and in which a heat transfer fluid that exchanges heat with geothermal heat moves,
    하나의 지하공간의 벽체에서 다른 지하공간의 벽체를 관통하는 관통공을 천공하는 단계;Drilling through-holes through walls of one underground space and through walls of another underground space;
    상기 관통공에 상기 지열교환 파이프를 삽입하는 단계를 포함하는 지열교환 시스템 시공방법.Geothermal heat exchange system construction method comprising the step of inserting the geothermal heat exchange pipe into the through hole.
  16. 제15항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 천공하는 단계는,The perforating step,
    TBM(Tunnel Boring Machine)에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 지열교환 시스템 시공방법.Geothermal heat exchange system construction method characterized in that performed by TBM (Tunnel Boring Machine).
  17. 제15항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 열교환관은 상기 유공관내에 복수 개로 삽입되며,The heat exchange tube is inserted into a plurality of the perforated tube,
    상기 복수의 열교환관의 간격을 유지하는 간격유지재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지열교환 시스템 시공방법.Geothermal heat exchange system construction method characterized in that it further comprises a gap retaining material for maintaining the interval of the plurality of heat exchange tubes.
  18. 제15항에 있어서,The method of claim 15,
    상기 열교환관은,The heat exchanger tube,
    상기 전열유체가 이동하는 내부관; 및An inner tube through which the heat transfer fluid moves; And
    상기 내부관이 삽입되는 외부관을 포함하는 것을 특징으로 하는 지열교환 시스템 시공방법.Geothermal heat exchange system construction method comprising the outer tube is inserted into the inner tube.
  19. 제18항에 있어서,The method of claim 18,
    상기 외부관에는 다수의 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 지열교환 시스템 시공방법.Geothermal heat exchange system construction method characterized in that the outer tube is formed with a plurality of holes.
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