KR101230910B1 - 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치 - Google Patents

Abstract

다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치가 개시된다.
개시되는 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치는 다공질 화산암 지역에 개발된 지하수 심정(underground water deep well) 내로 삽입되고, 냉매가 유동되면서 지중과 열교환되는 냉매 유동 관; 상기 냉매 유동 관을 통해 유동되는 상기 냉매가 유입 및 유출되면서, 상기 냉매를 통해 전달되는 지열을 활용하는 지열 활용 부재; 상기 지하수 심정 내에 기류가 형성되도록, 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기를 외부로 인출하는 기류 형성 부재; 및 상기 기류 형성 부재에서 연장되고 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기 중에 삽입되어, 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기가 유입되어 상기 기류 형성 부재로 전달되도록 하는 기류 형성 관;을 포함하고, 상기 냉매 유동 관이 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기를 통하여 상기 지하수 심정 하부의 지하수에 담기도록 설치되어, 상기 냉매 유동 관을 통해 유동되는 상기 냉매가 상기 지중의 공기 및 상기 지하수와 열교환되면서 지중과 열교환되고, 상기 기류 형성 관을 따라 복수 개의 공기 인입 홀이 서로 이격되어 형성되어, 복수 개의 상기 공기 인입 홀을 통해 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기가 상기 기류 형성 관으로 유입되면서, 상기 지하수 심정 내에 기류가 형성되어, 상기 냉매 유동 관 내를 유동하는 상기 냉매와 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기 사이의 열교환이 촉진되며, 상기 냉매 유동 관 외부에는 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기와 열교환 촉진을 위한 열교환 핀이 형성되고, 상기 열교환 핀은 상기 냉매 유동 관과 연결된 부분에 비해 상기 열교환 핀의 말단 쪽으로 갈수록 상기 지하수 심정의 바닥을 향해 하향되도록 기울어진 것을 특징으로 한다.
개시되는 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치에 의하면, 냉매 유동 관이 지하수 심정 내의 지중의 공기를 통하여 지하수 심정 하부의 지하수에 담기도록 설치됨에 따라, 냉매 유동 관을 통해 유동되는 냉매가 지중의 공기 및 지하수와 열교환되면서 지중과 열교환될 수 있으므로, 냉매 유동 관을 통해 유동되는 냉매가 지중의 공기는 물론 지하수를 매개체로 하여 지중과 열교환될 수 있어서, 지중의 공기만을 매개체로 하여 지중과 열교환되는 경우에 비해 지열 교환의 효율이 향상될 수 있는 장점이 있다.

Description

다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치{Geothermal heat using apparatus for porous volcanic rock location}

본 발명은 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치에 관한 것이다.

제주도와 같은 지역은 다공질 화산암으로 이루어진 지역으로, 이러한 다공질 화산암 지역에서는 빗물 등 지표면에 낙하된 물이 하천을 이루기보다 지중의 다공질 화산암으로 스며들게 되고, 그에 따라 이러한 다공질 화산암 지역에서는 식수 공급 등을 위하여 지하수 심정(underground water deep well)을 개발하여 활용하고 있다.

지중의 공기는 지상의 외기에 비해 일정한 온도를 유지하기 쉬운데, 종래에는 다공질 화산암 지역에서 지하수 심정으로부터 지하수를 인출하여 활용하는 본연의 목적 외에, 지중의 공기와 열교환하기 위한 수단으로서도 이용되고 있다.

종래에는, 지하수 심정 내에 히트 펌프와 연결된 냉매 유동 관을 삽입하여, 냉매 유동 관을 통해 유동되는 냉매와 지하수 심정 내의 공기를 열교환시키는 방식으로, 지하수 심정을 이용하여 지중의 공기와 열교환을 이루었다.

그러나, 이러한 종래 방식에 의하면, 지하수 심정을 통해 지중의 공기와 냉매가 열교환됨에 따라, 지열이 냉매로 전달되는 매개체가 지중의 공기에 국한되어, 지열 활용에 한계가 있었다.

본 발명은 다공질 화산암 지역에서 다양한 매개체를 통해 지열 활용이 가능한 구조를 가진 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치는 다공질 화산암 지역에 개발된 지하수 심정(underground water deep well) 내로 삽입되고, 냉매가 유동되면서 지중과 열교환되는 냉매 유동 관; 상기 냉매 유동 관을 통해 유동되는 상기 냉매가 유입 및 유출되면서, 상기 냉매를 통해 전달되는 지열을 활용하는 지열 활용 부재; 상기 지하수 심정 내에 기류가 형성되도록, 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기를 외부로 인출하는 기류 형성 부재; 및 상기 기류 형성 부재에서 연장되고 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기 중에 삽입되어, 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기가 유입되어 상기 기류 형성 부재로 전달되도록 하는 기류 형성 관;을 포함하고,
상기 냉매 유동 관이 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기를 통하여 상기 지하수 심정 하부의 지하수에 담기도록 설치되어, 상기 냉매 유동 관을 통해 유동되는 상기 냉매가 상기 지중의 공기 및 상기 지하수와 열교환되면서 지중과 열교환되고, 상기 기류 형성 관을 따라 복수 개의 공기 인입 홀이 서로 이격되어 형성되어, 복수 개의 상기 공기 인입 홀을 통해 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기가 상기 기류 형성 관으로 유입되면서, 상기 지하수 심정 내에 기류가 형성되어, 상기 냉매 유동 관 내를 유동하는 상기 냉매와 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기 사이의 열교환이 촉진되며, 상기 냉매 유동 관 외부에는 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기와 열교환 촉진을 위한 열교환 핀이 형성되고, 상기 열교환 핀은 상기 냉매 유동 관과 연결된 부분에 비해 상기 열교환 핀의 말단 쪽으로 갈수록 상기 지하수 심정의 바닥을 향해 하향되도록 기울어진 것을 특징으로 한다.

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본 발명의 일 측면에 따른 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치에 의하면, 냉매 유동 관이 지하수 심정 내의 지중의 공기를 통하여 지하수 심정 하부의 지하수에 담기도록 설치됨에 따라, 냉매 유동 관을 통해 유동되는 냉매가 지중의 공기 및 지하수와 열교환되면서 지중과 열교환될 수 있으므로, 냉매 유동 관을 통해 유동되는 냉매가 지중의 공기는 물론 지하수를 매개체로 하여 지중과 열교환될 수 있어서, 지중의 공기만을 매개체로 하여 지중과 열교환되는 경우에 비해 지열 교환의 효율이 향상될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치가 적용된 모습을 보이는 단면도.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치의 일부에 대한 확대 단면도.
도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치의 일부에 대한 확대 단면도.
도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치가 적용된 모습을 보이는 단면도.
도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치의 일부에 대한 확대 단면도.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치가 적용된 모습을 보이는 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치의 일부에 대한 확대 단면도이다.

도 1 및 도 2를 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치(100)는 제주도 등 다공질 화산암으로 이루어진 다공질 화산암 지역에 적용되는 것으로, 기류 형성 관(110)과, 냉매 유동 관(120)과, 기류 형성 부재(130)와, 지열 활용 부재(140)를 포함한다.

도면 번호 10은 상기 다공질 화산암 지역의 지중이고, 도면 번호 20은 상기 다공질 화산암 지역에 개발된 지하수 심정(underground water deep well)이고, 도면 번호 30은 상기 지하수 심정(20) 하부의 지하수이다.

상기 냉매 유동 관(120)은 상기 다공질 화산암 지역에 개발된 상기 지하수 심정(20) 내로 삽입되고, 냉매가 유동되면서 지중과 열교환되도록 하는 것이다.

상기 냉매 유동 관(120)은 적어도 한 쌍이 서로 연결되면서 상기 지하수 심정(20) 내로 삽입되어, 상기 지열 활용 부재(140)에서 유출된 냉매가 상기 지하수 심정(20) 내를 경유하여 다시 상기 지열 활용 부재(140)로 유입되도록 한다.

상기 지열 활용 부재(140)는 상기 냉매 유동 관(120)을 통해 유동되는 상기 냉매가 유입 및 유출되면서, 상기 냉매를 통해 전달되는 지열을 활용하는 것으로, 히트 펌프 등이 제시될 수 있다. 상기 히트 펌프는 통상의 것으로, 그 구체적인 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다.

상기 기류 형성 부재(130)는 상기 지하수 심정(20) 내에 기류가 형성되도록, 상기 지하수 심정(20) 내의 지중의 공기를 외부로 인출하는 것으로, 통상의 공기 펌프 등이 적용될 수 있다.

상기 기류 형성 관(110)은 상기 기류 형성 부재(130)에서 연장되고 상기 지하수 심정(20) 내의 지중의 공기 중으로 삽입되어, 상기 지하수 심정(20) 내의 지중의 공기가 유입되어 상기 기류 형성 부재(130)로 전달되도록 하는 것이다.

상기 기류 형성 관(110)을 통해 상기 지하수 심정(20) 내의 지중의 공기가 유입되어 상기 기류 형성 부재(130)로 전달됨에 따라, 상기 지하수 심정(20) 내에 기류가 형성될 수 있다.

상기 기류 형성 부재(130)로 전달된 공기는 외부로 유출될 수 있다.

상기 기류 형성 관(110)은 상기 지하수(30)와는 접하지 아니하도록 하면서 상기 지하수 심정(20) 내로 깊이 삽입되어, 상기 지하수 심정(20) 내부에 전체적으로 기류가 형성되도록 한다.

상기 기류 형성 관(110)에는 복수 개의 공기 인입 홀(111)이 서로 이격되어 형성된다.

상기 공기 인입 홀(111)은 상기 지하수 심정(20) 내의 지중의 공기가 상기 기류 형성 관(110) 내로 유입되는 통로로서, 상기 공기 인입 홀(111)을 통해 유입된 지중의 공기는 상기 기류 형성 관(110)을 통해 유동되어 상기 기류 형성 부재(130)로 전달될 수 있다.

복수 개의 상기 공기 인입 홀(111)을 통해 상기 지하수 심정(20) 내의 지중의 공기가 상기 기류 형성 관(110)으로 유입되면서, 상기 지하수 심정(20) 내에 기류가 형성되어, 상기 냉매 유동 관(120) 내를 유동하는 상기 냉매와 상기 지하수 심정(20) 내의 지중의 공기 사이의 열교환이 촉진될 수 있다.

복수 개의 상기 공기 인입 홀(111)은 상기 기류 형성 관(110)의 길이 방향을 따라 서로 이격되면서 상기 기류 형성 관(110) 전체에 고르게 분포되도록 형성됨으로써, 상기 지하수 심정(20) 내부에서 전체적으로 기류가 형성될 수 있다.

본 실시예에서는, 상기 냉매 유동 관(120)이 상기 지하수 심정(20) 내의 지중의 공기를 통하여 상기 지하수 심정(20) 하부의 상기 지하수(30)에 담기도록 설치된다. 그러면, 상기 냉매 유동 관(120)을 통해 유동되는 상기 냉매가 상기 지중의 공기 및 상기 지하수와 열교환되면서 지중과 열교환될 수 있다. 따라서, 상기 냉매 유동 관(120)을 통해 유동되는 상기 냉매가 지중의 공기는 물론 지하수를 매개체로 하여 지중과 열교환될 수 있으므로, 지중의 공기만을 매개체로 하여 지중과 열교환되는 경우에 비해 지열 교환의 효율이 향상될 수 있다.

이하에서, 상기 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치(100)의 작동에 대하여 설명한다.

먼저, 상기 지열 활용 부재(140)가 작동되면, 상기 냉매 유동 관(120)을 통해 상기 냉매가 유동된다. 상기 냉매 유동 관(120)은 상기 지하수 심정(20) 내의 상기 지하수(30)까지 도달되도록 설치되므로, 상기 냉매 유동 관(120)을 통해 유동되는 상기 냉매는 상기 지하수 심정(20) 내의 지중의 공기는 물론 상기 지하수(30)와도 열교환된다.

이 때, 상기 기류 형성 부재(130)가 작동되어, 상기 기류 형성 관(110)을 통해 공기가 인입되면, 상기 지하수 심정(20) 내에 기류가 형성되고, 그에 따라 상기 냉매 유동 관(120)을 통해 유동되는 상기 냉매와 상기 지하수 심정(20) 내의 지중의 공기 사이의 열교환이 촉진된다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 다른 실시예들에 따른 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치에 대하여 설명한다. 이러한 설명을 수행함에 있어서, 상기된 본 발명의 제 1 실시예에서 이미 기재된 내용과 중복되는 설명은 그에 갈음하고, 여기서는 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치의 일부에 대한 확대 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에서는, 냉매 유동 관(220) 외부에 지하수 심정 내의 지중의 공기와 열교환 촉진을 위한 열교환 핀(221)이 형성된다.

상기와 같이 구성됨에 따라, 상기 냉매 유동 관(220)을 통해 유동되는 냉매와 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기 사이의 열교환이 더욱 촉진되고, 열교환 효율이 향상될 수 있다.

도 4는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치가 적용된 모습을 보이는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치의 일부에 대한 확대 단면도이다.

도 4 및 도 5를 함께 참조하면, 본 실시예에서는, 기류 형성 관(310)을 따라 복수 개의 공기 인입 홀(311)이 서로 이격되어 형성되고, 냉매 유동 관(320)이 상기 기류 형성 관(310) 내부를 따라, 예를 들어 상기 기류 형성 관(310) 내부에 상기 냉매 유동 관(320)이 삽입된 형태로 배치된다.

상기와 같이 구성되면, 복수 개의 상기 공기 인입 홀(311)을 통해 유입된 지하수 심정 내의 지중의 공기가 상기 기류 형성 관(310) 내로 유입된 후, 상기 냉매 유동 관(320) 내를 유동하는 냉매와 열교환되면서 상승된다. 따라서, 상기 지중의 공기가 상기 공기 인입 홀(311)을 통해 상기 기류 형성 관(310) 내부로 유입된 기류 형성 부재(330)로 전달되기 위해 유출될 때까지 상기 냉매 유동 관(320) 내를 유동하는 냉매와 지속적으로 열교환될 수 있으므로, 상기 냉매 유동 관(320)을 통해 유동하는 냉매와 지중의 공기 사이의 열교환이 더욱 효율적으로 이루어질 수 있다.

상기에서 본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치에 의하면, 다공질 화산암 지역에서 다양한 매개체를 통해 지열 활용이 가능하므로, 그 산업상 이용 가능성이 높다고 하겠다.

Claims (4)

1. 다공질 화산암 지역에 개발된 지하수 심정(underground water deep well) 내로 삽입되고, 냉매가 유동되면서 지중과 열교환되는 냉매 유동 관;
   상기 냉매 유동 관을 통해 유동되는 상기 냉매가 유입 및 유출되면서, 상기 냉매를 통해 전달되는 지열을 활용하는 지열 활용 부재;
   상기 지하수 심정 내에 기류가 형성되도록, 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기를 외부로 인출하는 기류 형성 부재; 및
   상기 기류 형성 부재에서 연장되고 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기 중에 삽입되어, 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기가 유입되어 상기 기류 형성 부재로 전달되도록 하는 기류 형성 관;을 포함하고,
   상기 냉매 유동 관이 상기 지하수 심정 내의 지하수위 상부의 공기층을 지나 지하수위 하부의 지하수층에 담기도록 설치되어, 상기 냉매 유동 관을 통해 유동되는 상기 냉매가 상기 지중의 공기 및 상기 지하수와 병행하여 열교환되면서 지중과 열교환되고,
   상기 기류 형성 관을 따라 복수 개의 공기 인입 홀이 서로 이격되어 형성되어, 복수 개의 상기 공기 인입 홀을 통해 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기가 상기 기류 형성 관으로 유입되면서, 상기 지하수 심정 내에 기류가 형성되어, 상기 냉매 유동 관 내를 유동하는 상기 냉매와 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기 사이의 열교환이 촉진되며,
   상기 냉매 유동 관 외부에는 상기 지하수 심정 내의 지중의 공기와 열교환 촉진을 위한 열교환 핀이 형성되고,
   상기 열교환 핀은 상기 냉매 유동 관과 연결된 부분에 비해 상기 열교환 핀의 말단 쪽으로 갈수록 상기 지하수 심정의 바닥을 향해 하향되도록 기울어진 것을 특징으로 하는 다공질 화산암 지역의 지열 활용 장치.
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