KR101172656B1 - 개방형 지열교환 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 케이싱과, 심정펌프와, 지하수 공급관과, 리턴관 및 보조리턴관을 포함하며, 그동안 단점으로 지적되어온 관정(홀)의 무너짐과 대수층의 붕괴, 슬러지로 인한 심정펌프의 수명단축, 지열교환을 위해 타공된 구멍의 막힘 등의 단점과 문제점을 개선하고 반영구적으로 사용할 수 있는 개방형 지열교환 시스템에 관한 것이다.
케이싱은 관정 내부에 삽입되며 하부에 지하수 유입구가 형성된다. 심정펌프는 케이싱 내부에 삽입되어 지하수를 펌핑한다. 지하수 공급관은 심정펌프에 의해 펌핑되는 지하수를 열교환기로 공급한다. 리턴관은 열교환기에서 열교환된 지하수를 케이싱 내부로 되돌리는 관으로서, 케이싱과 관정의 벽 사이 공간으로 배치되어 케이싱의 지하수 유입구 근처에서 케이싱의 내부로 삽입되고, 리턴관의 끝단부는 케이싱의 상측으로 향하게 절곡된다. 보조리턴관은 리턴관의 상부에서 분기한 후 다시 리턴관 내부로 삽입되어 리턴관의 단부까지 연장된다.
이러한 구성에 의하면, 리턴배관을 통해 흘러나오는 압력으로 인하여 관정의 (홀)벽과 대수층에서 생성되는 슬러지를 획기적으로 줄여주고, 케이싱 내부에 유입되어 저류하는 슬러지를 용이하게 제거하고 슬러지의 상승을 방지하여 심정펌프의 막힘을 방지하는 한편 심정펌프의 수명을 연장하고, 지하수가 고갈되거나 대수층의 압력에 의한 지하수의 순환장애를 방지하며 지열교환이 원활하게 이루어지게 하고, 또한 자연현상 또는 지하수의 압력으로 대수층과 관정의 벽이 무너져도 심정펌프에 의한 순환에는 전혀 문제가 발생하지 않게 되므로 반영구적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Description

개방형 지열교환 시스템{Open type geothermal system}

본 발명은 개방형 지열교환 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 케이싱의 내부로 리턴관을 삽입하여 지하수의 순환장애를 극복하고 슬러지 제거를 용이하게 하고 심정펌프의 수명을 높이는 개방형 지열교환 시스템에 관한 것이다.

지열(geothermy)은 지구 내부에서 표면을 거쳐 외부로 유출되는 열량을 말하는 것으로, 특히 지열은 지구의 전 표면에서 외부로 방출된다. 지열의 유출은 열전도에 의하거나, 가스, 온수 및 화산분출물 등에 의하여 이루어진다.

뉴질랜드, 이탈리아, 일본 등 지각열류량이 많은 곳에서는 지열에너지를 발전에 이용하기도 하는데, 상기 지열을 적절하게 이용하는 것은 환경적인 측면에서도 꽤 유리하고, 이산화탄소 배출도 별로 없고 오염물질도 거의 나오지 않는다. 그리고 지열은 직접적인 난방, 전력생산, 열펌프를 통한 난방과 냉방, 제조용 열 등 여러가지 형태로 이용될 수 있다.

지열교환 시스템은 밀폐형 지열교환 시스템과 개방형(또는 우물관정형) 지열교환 시스템으로 대별된다. 밀폐형 지열교환 시스템은 지층을 수십미터에서 150여 미터 내외 깊이로 굴착한 후, 굴착구간에 유체순환용 파이프를 설치하고, 부동액 등 순환유체를 땅속에 설치한 유체순환용 파이프와 지상에 설치된 열교환기에 이동 순환시켜 지열을 취득하게 하는 시스템이다. 개방형 지열교환 시스템은 지층을 수백미터 깊이로 굴착해서 일정량의 지하수를 생산하는 지하수취수공을 개발한 후에, 수중모터펌프를 설치하고 지하수를 지상에 설치된 열교환기로 이동, 순환시켜 지열을 취득하게 하는 시스템이다.

땅속의 지열과 직접 접촉하는 지하수를 순환매체로 이용하는 개방형 지열교환 시스템은 부동액 등이 유체순환용 파이프를 순환하면서 지열과 간접적으로 접촉하는 밀폐형 지열교환 시스템에 비해서 열효율이 훨씬 좋은 것으로 알려져 있다.

도 1은 종래 개방형 지열교환 시스템을 나타내는 개략도이다. 도시한 바와 같이 종래 개방형 지열교환 시스템(10)은 관정(11) 내부에 케이싱(12)을 삽입하여 관정 내부로 고여지는 지하수를 심정펌프(13)로 펌핑하여 공급관(14)을 통해 열교환기(15)로 공급하여 열교환 시킨 후, 리턴관(16)을 통해 재차 관정(11) 내부로 투여하여 반복 순환되도록 하는 시스템이다. 케이싱(12)의 하부에는 케이싱 내부로 지하수가 유입되는 다수의 유입구(12a)가 형성된다.

그런데, 종래 개방형 지열교환 시스템에서는 케이싱의 외부와 관정의 벽 사이에 있는 리턴관에서 흘러나온 순환수가 관정의 벽을 타고 내려오면서 대수층과 약한 홀 벽(관정의 벽)을 무너뜨리고 또한 많은 슬러지를 유발시킴과 아울러 이러한 슬러지는 케이싱 내부로 유입되어 심정펌프의 수명을 단축시키고, 슬러지 제거를 위해 과도한 펌핑을 하므로 지하수 고갈의 원인이 되며, 대수층(지하수층)의 압력에 의해 지열교환이 원활하게 이루어지지 못한다는 문제점과, 대수층의 지하수압으로 인해 관정이 무너져 사용하지 못하는 심각한 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 케이싱 내부에 유입되어 저류하는 슬러지를 용이하게 제거하고 슬러지의 상승을 방지하여 심정펌프의 막힘을 방지하는 한편 심정펌프의 수명을 연장하는 개방형 지열교환 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 지하수가 고갈되거나 대수층의 압력에 의한 지하수의 순환장애를 방지하며 지열교환이 원활하게 이루어지게 하는 개방형 지열교환 시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 대수층의 지하수로 인한 관정의 무너짐을 방지하고 지하수가 원활하게 흐르게 하며 슬러지 발생을 줄이는 개방형 지열교환 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 개방형 지열교환 시스템은, 관정 내부에 삽입되며 하부에 지하수 유입구가 형성된 케이싱과, 케이싱 내부에 삽입되어 지하수를 펌핑하는 심정펌프와, 심정펌프에 의해 펌핑되는 지하수를 열교환기로 공급하는 지하수 공급관과, 열교환기에서 열교환된 지하수를 케이싱 내부로 되돌리는 리턴관을 포함하며, 리턴관은 케이싱과 관정의 벽 사이 공간으로 배치되어 케이싱의 지하수 유입구 근처에서 케이싱의 내부로 삽입되고, 리턴관의 끝단부는 케이싱의 상부로 향하게 절곡된다.

리턴관에는 보조리턴관이 리턴관의 상부에서 분기한 후 다시 리턴관 내부로 삽입되어 리턴관의 단부까지 연장된다.

보조리턴관의 단부는 리턴관의 단부에서 하측을 향하여 리턴관의 외부로 관통하여 케이싱의 바닥면까지 연장되고, 보조리턴관의 단부 외주면에는 다수의 유출구가 형성된다.

리턴관과 케이싱은 일체로 형성된다.

케이싱과 관정의 벽 사이에는 콩자갈이 삽입된다.

본 발명에 의한 개방형 지열교환 시스템에 의하면, 리턴배관을 통해 흘러나오는 압력으로 인하여 관정의 (홀)벽과 대수층에서 생성되는 슬러지를 획기적으로 줄여주고, 케이싱 내부에 유입되어 저류하는 슬러지를 용이하게 제거하고 슬러지의 상승을 방지하여 심정펌프의 막힘을 방지하는 한편 심정펌프의 수명을 연장하는 효과가 있다.

또한, 지하수가 고갈되거나 대수층의 압력에 의한 지하수의 순환장애를 방지하며 지열교환이 원활하게 이루어지게 하고, 대수층의 지하수로 인한 관정의 무너짐을 방지하고 지하수가 원활하게 흐르게 하며 슬러지 발생을 줄이는 효과가 있다.

도 1은 종래 행하는 개방형 지열교환 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 개방형 지열교환 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 개방병 지열교환 시스템의 작동상태도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 개방형 지열교환 시스템을 나타내는 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제2실시예에 의한 개방형 지열교환 시스템의 작동상태도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 이 때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음에 유의한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 개략적으로 도시되었다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 의한 개방형 지열교환 시스템을 나타내는 구성도이다. 개방형 지열교환 시스템은 관정 내부에 유입된 물(지하수)을 순환시키는 시스템이므로 지하수(대수층)가 없어도 지열교환 할 수 있는 시스템이며, 지하수가 고갈되면 필요에 따라 지상에서 관정 내에 순환수를 공급하여 순환시킬 수도 있는 시스템이다.

도시한 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 의한 개방형 지열교환 시스템(100)은, 관정(110) 내에 고이는 지하수를 순환시켜 열교환기(150)로 지열을 열교환시키기 위한 것으로서, 관정(110)과, 케이싱(120)과, 심정펌프(130)와, 지하수 공급관(140)과, 열교환기(150)와, 리턴관(160)을 포함하여 구성된다.

관정(110)은 온도의 변화가 거의 없는 지하까지 지하수를 이용하기 위하여 시공하여 이루어진다. 관정(110)의 상부에는 커버(111)로 밀폐되어 지상의 오염물의유입을 차단한다. 관정(110) 내부에는 케이싱(120)과 리턴관(160) 사이 공간에 콩자갈(112)이 삽입된다.

표토층(땅 표면부터 암반층까지)은 시멘트 또는 벤토나이트로 그라우팅을 하여 지면의 오염물이 스며들지 않도록 하고 상부의 커버(111)는 크린캡으로 대체될 수 있으며, 케이싱(110)과 같은 동일한 규격으로 하여 심정펌프(130) 등의 고장시에 용이하게 교체되도록 분리형으로 설치하고, 또한 지하수 공급관(140)과 리턴관(160)을 안정적으로 보호하고 지지하는 역할도 한다.

콩자갈(112)은 대수층의 지하수로 인한 관정(110)의 벽이 무너짐을 방지하고 지하수가 원활하게 흐르게 하며, 케이싱(120) 내부의 슬러지 발생을 줄이는 한편, 케이싱(120) 내부로 깨끗한 물이 유입되는 효과가 있다. 콩자갈(112)의 크기(입도)는 3~10mm 정도가 적당하며, 콩자갈(112)에 필요에 따라 모래가 추가될 수도 있다.

한편 관정(110)의 내부에는 관정의 상황에 따라 대수층의 큰 압력을 줄여주고 많은 에너지를 효과적으로 얻기 위해 대수층 부분에서 케이싱에 지하수가 유입될 수 있도록 타공을 하는데 약간 위쪽과 아래쪽 부분에 한다. 이때 케이싱(120)의 내부로 이물질이 침투하지 않도록 산화되지 않는 재질의 와이어 메쉬를 설치할 수도 있다.

케이싱(120)은 지하수 공급관(140)과 리턴관(160)을 통해 순환하는 지하수와, 지하에서 관정(110) 내부로 유입되는 지하수를 격리시키기 위해 관정(110) 내부에 삽입 설치된다. 케이싱(120)은 PVC 파이프로 되어 있는 것이 바람직하며, 녹슬지 않는 다양한 재질의 금속관이 사용될 수도 있다.

케이싱(120)의 하부에는 케이싱(120)의 바닥에서 소정높이(H) 부터 상측으로 다수의 지하수 유입구(121)가 형성된다. 지열을 흡수한 지하수는 관정(110)에서 지하수 유입구(121)를 통하여 케이싱(120) 내부로 유입된다. 여기서 지열을 흡수한다는 것은 열교환기(150)가 냉각기인 경우에는 열교환기(150)에서 열을 흡수한 지하수가 관정(110) 내로 다시 리턴되어 열을 방출하여 냉각되는 것을 의미하고, 열교환기(150)가 가열기인 경우에는 열교환기에서 열을 방출하여 냉각된 지하수가 관정(110) 내로 다시 리턴되어 열을 흡수하여 가열되는 것을 의미한다.

심정펌프(130)는 케이싱(120) 내부에 삽입되어 케이싱(120) 내에 유입된 지하수를 펌핑하는 수중펌프로서, 지하수 공급관(140)의 하단부에 연결된다.

지하수 공급관(140)은 심정펌프(130)에 의해 펌핑되는 지하수를 열교환기(150)로 공급하는 관으로서, 케이싱(120) 내부의 슬러지를 청소할 시에 지하수를 배출시키도록 지상에 형성된 배수관(141)과 도시하지 않은 밸브를 구비한다. 지하수 공급관(140)은 이음새 없는 수도관 1종으로 하여 심정펌프(130)와 함께 한 번에 집어 넣고 뺄 수 있게 함으로써 심정펌프(130)의 삽입 및 교체를 용이하게 한다.

열교환기(150)는 지열의 에너지를 흡수하기 위하여 제작된 것으로서 히트펌프 내부에 있을 수 있고, 또는 심정펌프와 리턴관 사이에 연결되고 주로 평판형 열교환기를 사용하나 용도에 따라 다양한 형태로 설치된다. 도면부호 151은 열교환케이스를 나타낸다.

리턴관(160)은 열교환기(150)에서 열교환된 지하수를 케이싱(120) 내부로 되돌리는 관으로서, 케이싱(120)과 일체로 형성된다. 리턴관(160)은 케이싱(120)과 일체로 되어 있으므로, 대수층이나 암반층의 관정(110)의 벽이 무너져도 지열교환 시스템의 작동에 문제가 생기지 않으므로 반영구적으로 안정적인 지열교환 시스템의 운영이 가능하다.

리턴관(160)은 관정(110)의 벽과 케이싱(120)의 사이 공간으로 배치되어 케이싱(120)의 지하수 유입구(121) 근처(지하수 유입구의 상측)에서 케이싱(120)의 내부로 삽입되고, 리턴관(160)의 끝단은 케이싱(120)의 상측으로 향하게 절곡된 절곡부(161)를 이룬다. 이와 같이 케이싱(120)의 상측(심정펌프 방향)으로 향하게 절곡된 절곡부(161)는 케이싱(120)의 내부에 저류하는 슬러지(S)를 교란시키지 않아 맑은 지하수를 순환시키므로 심정펌프(130)와 열교환기(150)의 수명을 연장하고 열교환효율을 높이는 효과가 있다. 그리고 케이싱(120)의 내부로 삽입된 리턴관(160)에 의해 지하수의 순환장애가 극복된다.

한편, 리턴관(160)의 지상부에는 케이싱(120)의 슬러지를 제거(청소)할 시에 공기를 불어넣는 공기펌프(162) 및 도시하지 않은 밸브가 설치된다. 그리고, 지하수 공급관(140)과 리턴관(160) 사이에는 순환하는 지하수에 포함된 조개껍질성분, 철, 아연, 흑연, 석회석 등을 제거하도록 도시하지 않는 필터가 설치될 수도 있다. 필터는 교환 및 청소가 용이하도록 지하수 공급관(140) 또는 리턴관(160)의 지상부에 설치되는 것이 바람직하다. 그리고, 리턴관(160) 안에는 슬러지를 제거(청소)하기 위해 보조관(도시안됨)이 삽입되고, 이 보조관(도시안됨)에는 흡입펌프(도시안됨)가 연결된다.

도 3은 본 발명의 제1실시예에 의한 개방형 지열교환 시스템의 작동상태도이다. 도시한 바와 같이, 지하에서 관정(110) 내부로 유입되는 지하수는 콩자갈(112)이 채워진 공간을 지나면서 정화되고 슬러지의 발생이 줄어져 지하수 유입구(121)를 통해 케이싱(120) 내부로 유입된다.

케이싱(120) 내부에 유입된 지하수에서 슬러지(S)는 저류하여 케이싱(120)의 바닥부에 쌓이고, 케이싱(120)의 상측에 있는 지하수는 심정펌프(130)의 작동에 의해 지하수 공급관(140)을 통하여 열교환기(150)로 공급되어 열교환된 후 리턴관(160)을 통해 케이싱(120)의 하부까지 이동한다.

리턴관(160)을 통해 리턴되는 지하수는 관정(110) 내부의 콩자갈(112)에 스며 있는 지하수와 열 교환이 되면서 이동하여, 지하수 유입구(121) 근처(지하수 유입구의 상측)에서 케이싱(120)의 안으로 유입되어 순환을 계속한다.

이때, 리턴관(160)의 끝단은 케이싱(120)의 상측으로 향하게 절곡되어 있으므로, 리턴되는 지하수는 케이싱(120)의 내부에 저류하는 슬러지(S)를 교란시키지 않아 맑은 지하수를 순환시키므로 심정펌프(130) 및 열교환기(150)의 수명을 연장하고 열교환효율을 높이는 효과가 있다.

한편, 케이싱(120) 내에 저류하는 슬러지(S)를 제거하는 청소를 할 경우에는, 공기펌프(162)를 가동하여 리턴관(160) 안에 있는 보조관(도시안됨)을 이용하여 케이싱(120) 내에 공기를 불어 넣어 슬러지(S)를 교란시킨 다음, 공기펌프(162)의 가동을 멈추고 공기펌프 대신 보조관(도시안됨)에 연결된 흡입펌프(도시안됨)를 이용하여 슬러지가 섞인 지하수를 보조관을 통해 외부로 배출시킨다. 따라서, 슬러지(S)의 제거작업(청소작업)을 용이하게 할 수 있다. 이때, 지하수 공급관(140)과 리턴관(160)에 설치된 다수의 밸브를 적절히 개폐하면서 공기를 유입시키고 지하수를 배출시켜 청소작업을 행한다.

상기 보조관 및 흡입펌프가 없는 경우에는 심정펌프(130)를 가동하여 배수관(141)을 통해 슬러지를 배출시킬 수도 있다.

도 4는 본 발명의 제2실시예에 의한 개방형 지열교환 시스템을 나타내는 구성도이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 의한 개방형 지열교환 시스템(200)은, 관정(210) 내에 고이는 지하수를 순환시켜 열교환기(250)로 지열을 열교환시키기 위한 것으로서, 관정(210)과, 케이싱(220)과, 심정펌프(230)와, 지하수 공급관(240)과, 열교환기(250)와, 리턴관(260)과, 보조리턴관(270)을 포함하여 구성된다.

본 발명의 제2실시예의 관정(210)과 커버(211)와 콩자갈(212), 케이싱(220)과 지하수 유입구(221), 심정펌프(230), 지하수 공급관(240)과 배수관(241)과 도시하지 않은 밸브, 열교환기(250)와 열교환케이스(251)는 본 발명의 제1실시예의 관정(110)과 커버(111)와 콩자갈(112), 케이싱(120)과 지하수 유입구(121), 심정펌프(130), 지하수 공급관(140)과 배수관(141)과 도시하지 않은 밸브, 열교환기(150)와 열교환케이스(151)의 구성과 각각 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

리턴관(260)은 열교환기(250)에서 열교환된 지하수를 케이싱(220) 내부로 되돌리는 관으로서, 케이싱(220)과 일체로 형성된다. 리턴관(260)은 케이싱(220)과 일체로 되어 있으므로, 대수층이나 암반층의 관정(210)의 벽이 무너져도 지열교환 시스템의 작동에 문제가 생기지 않으므로 반영구적으로 안정적인 지열교환 시스템의 운영이 가능하다.

리턴관(260)은 관정(210)의 벽과 케이싱(220)의 사이 공간으로 배치되어 케이싱(220)의 지하수 유입구(221) 근처(지하수 유입구의 상측)에서 케이싱(220)의 내부로 삽입되고, 리턴관(260)의 끝단은 케이싱(220)의 상측으로 향하게 절곡된 절곡부(261)를 이룬다. 이와 같이 케이싱(220)의 상측(심정펌프 방향)으로 향하게 절곡된 절곡부(261)는 케이싱(220)의 내부에 저류하는 슬러지(S)를 교란시키지 않아 맑은 지하수를 순환시키므로 심정펌프(230)의 수명을 연장하고 열교환기(250)의 열교환효율을 높이는 효과가 있다.

리턴관(260)에는 순환하는 지하수에 포함된 조개껍질성분, 철, 아연, 흑연, 석회석 등을 제거하도록 도시하지 않는 필터가 설치될 수도 있다. 필터는 교환 및 청소가 용이하도록 리턴관(260)의 지상부에 설치되는 것이 바람직하다.

보조리턴관(270)은 리턴관(260)과 일체로 되어 있으며, 리턴관(260)의 내경보다 작은 직경으로 리턴관(260)의 상부(지상)에서 분기된 후 다시 리턴관(260) 내부로 삽입되어 리턴관(260)의 단부까지 연장된다. 보조리턴관(270)의 단부는 리턴관(260)의 단부(절곡부)에서 하측을 향하여 절곡되어 리턴관(260)의 외부로 관통하여 케이싱(220)의 바닥면까지 연장된다. 보조리턴관(270)은 케이싱(220) 및 리턴관(260)과 일체로 되어 있으므로, 대수층이나 암반층의 관정(210)의 벽이 무너져도 지열교환 시스템의 작동에 문제가 생기지 않으므로 반영구적으로 안정적인 지열교환 시스템의 운영이 가능하다.

보조리턴관(270)의 단부 외주면에는 지하수 유입구(221)와 동일한 레벨에 다수의 유출구(271)가 형성되고, 보조리턴관(270)의 분기부(입구부)에는 케이싱(220)의 슬러지를 청소할 시에 공기를 불어넣는 공기펌프(272)와 개폐밸브(273) 및 슬러지를 흡입하여 제거하는 흡입펌프(도시안됨)가 설치된다. 보조리턴관(270)은 공기펌프(272)를 통해 공기를 주입하여 슬러지(S)를 교란시킴으로써 슬러지 제거작업(청소작업)을 용이하게 한다.

도 5은 본 발명의 제2실시예에 의한 개방형 지열교환 시스템의 작동상태도이다. 도시한 바와 같이, 지하에서 관정(210) 내부로 유입되는 지하수는 콩자갈(212)이 채워진 공간을 지나면서 정화되고 슬러지의 발생이 줄어져 지하수 유입구(221)를 통해 케이싱(220) 내부로 유입된다.

케이싱(220) 내부에 유입된 지하수에서 슬러지(S)는 저류하여 케이싱(220)의 바닥부에 쌓이고, 케이싱(220)의 상측에 있는 지하수는 심정펌프(230)의 작동에 의해 지하수 공급관(240)을 통하여 열교환기(250)로 공급되어 열교환된 후 리턴관(260)을 통해 케이싱(220)의 하부까지 이동한다. 이때, 개폐밸브(273)는 열려져 일부의 순환수(지하수)는 보조리턴관(270)을 통해 케이싱(220)의 하부까지 이동한다.

리턴관(260) 및 보조리턴관(270)을 통해 리턴되는 지하수는 관정(210) 내부의 콩자갈(212)에 스며있는 지하수와 열교환하면서 이동하여, 지하수 유입구(221) 근처(지하수 유입구의 상측)에서 케이싱(220)의 내부로 유입되는데, 리턴관(260)에서 나온 순환수(지하수)는 케이싱(220)의 상측으로 향하여 이동하고, 보조리턴관(270)의 단부에 이른 순환수(지하수)는 유출구(271)를 통해 유출한다.

그리고, 유출구(271)를 통해 유출하는 순환수에 의해 슬러지(S)를 약간 교란시키기는 하지만, 리턴관(260)의 끝단은 케이싱(220)의 상측으로 향하게 절곡되어 있으므로, 리턴되는 지하수는 케이싱(220)의 내부에 저류하는 슬러지(S)를 많이 교란시키지 않고 지하수를 순환시키므로 심정펌프(230)의 수명을 연장하고 열교환기(250)의 열교환효율을 높이는 효과가 있다.

한편, 케이싱(220) 내에 저류하는 슬러지(S)를 제거하는 청소를 할 경우에는, 개폐밸브(273)를 닫고 공기펌프(272)를 가동하여 보조리턴관(270)을 통해 케이싱(220) 내부에 공기를 불어 넣어 슬러지(S)를 교란시킨 다음, 공기펌프(272)의 가동을 멈추고 흡입펌프(도시안됨)를 가동시켜 보조리턴관(270)을 통해 슬러지(S)를 흡입하여 쉽게 제거한다.

한편, 심정펌프에서 올라온 물을 열교환을 위해 정상적으로 가동할 때에는 리턴관(260)과 보조리턴관(270)으로 모두 리턴시킨다. 그러나 슬러지 제거를 위하여 심정펌프에서 올라온 물을 리턴시킬 때 리턴관의 밸브를 막고 보조리턴관으로 보내면 순간적인 수압으로 버블 현상을 일으키게 되는데, 리턴관의 밸브를 막고 상부에 있는 흡입펌프(도시안됨)를 가동시켜 바닥에 있는 슬러지를 흡입하여 제거할 수 있다.

또한, 심정펌프(230)를 가동시켜 슬러지가 섞인 지하수를 지하수 공급관(240)에 형성된 배수관(241)을 통해 외부로 배출시킬 수 있다. 따라서, 슬러지(S)의 제거작업(청소작업)을 쉽고 용이하게 할 수 있다. 공기를 불어 넣는 중에 보조리턴관(270)의 유출구(271)에 막힌 슬러지가 제거되며, 유출구(271)를 통해 분사되는 공기가 지하수 유입구(221)에 막힌 슬러지도 제거한다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

100, 200 : 지열교환 시스템 110, 210 : 관정
111, 211 : 커버 112, 212 : 콩자갈
120, 220 : 케이싱 121, 221 : 지하수 유입구
130, 230 : 심정펌프 140, 240 : 지하수 공급관
141, 241 : 배수관 150, 250 : 열교환기
151, 251 : 열교환케이스 160, 260 : 리턴관
161, 261 : 절곡부 162, 272 : 공기펌프
270 : 보조리턴관 271 : 유출구
273 : 개폐밸브 S : 슬러지

Claims (5)

1. 관정 내부에 삽입되며 하부에 지하수 유입구가 형성된 케이싱과,
   상기 케이싱 내부에 삽입되어 지하수를 펌핑하는 심정펌프와,
   상기 심정펌프에 의해 펌핑되는 지하수를 열교환기로 공급하는 지하수 공급관과,
   상기 열교환기에서 열교환된 지하수를 케이싱 내부로 되돌리는 리턴관을 포함하며,
   상기 리턴관은 상기 관정의 벽과 상기 케이싱의 사이 공간으로 배치되어 상기 케이싱의 지하수 유입구 근처에서 상기 케이싱의 내부로 삽입되고,
   상기 리턴관의 끝단부는 상기 케이싱의 상부로 향하게 절곡된 것을 특징으로 하는 개방형 지열교환 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 리턴관에는 보조리턴관이 상기 리턴관의 상부에서 분기한 후 다시 상기 리턴관 내부로 삽입되어 상기 리턴관의 단부까지 연장된 것을 특징으로 하는 개방형 지열교환 시스템.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 보조리턴관의 단부는 상기 리턴관의 단부에서 하측을 향하여 상기 리턴관의 외부로 관통하여 상기 케이싱의 바닥면까지 연장되고,
   상기 보조리턴관의 단부 외주면에는 다수의 유출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 개방형 지열교환 시스템.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 리턴관과 상기 케이싱을 일체로 형성한 것을 특징으로 하는 개방형 지열교환 시스템.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 케이싱과 관정의 벽 사이에는 콩자갈이 삽입된 것을 특징으로 하는 개방형 지열교환 시스템.

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