KR101348145B1 - 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈 - Google Patents

지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수의 파이프 하측과 연결되며 천공홀 내부면에 돌출된 암석으로부터 파이프를 보호할 수 있는 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈에 관한 것이다.

Description

지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈{Shock mitigating high strength module for geothermal loss prevention}
본 발명은 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 복수의 파이프 하측과 연결되며 천공홀 내부면에 돌출된 암석으로부터 파이프를 보호할 수 있는 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명은 기 천공된 천공홀로 삽입되는 복수의 파이프 하측을 감싸듯 연결하며, 해당 파이프가 천공홀 내부면에 잔류하는 암석 등과 같은 돌출부재와 부딪혀 파손되는 것을 방지하는 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈에 관한 것이다.
최근 소비되는 전력량이 증가함에 따라, 이러한 전력량을 공급하기 위하여 수력발전, 화력발전, 원자력발전, 수력발전, 풍력발전, 조력발전, 지열발전 등과 같은 다양한 발전 방법들이 이용되고 있다.
이 중에서 지열발전은 지하에 있는 지층들 중에서 특히 고온층의 뜨거운 열을 이용하여 증기 또는 열수의 형태로 열을 받아들여 발전하는 발전방식이며, 이를 위하여 지표면에서 수 km 깊이의 고온층까지 천공기계를 이용하여 천공하고, 천공 결과 생성된 천공홀로 두 개의 지열관을 삽입하게 되는데, 이때 두 개의 지열관 말단부는 U자형으로 휘어진 관을 통해 연결된다.
두 개의 지열관 중 하나의 지열관에 물을 흘려내리게 되면, 물은 고온층에 존재하는 고온의 마그마 등에 의하여 가열되어 증기로 변하게 되고, 이렇게 변환된 증기는 다른 하나의 지열관을 통해 다시 지상으로 올라오게 되며, 이러한 증기를 이용하여 증기터빈을 회전시킴으로써 지열 발전 시스템이 가동된다.
그런데 이때, 천공홀의 내부면은 완벽하게 매끄러운 상태가 아니며 천공과정에서 제거되지 못한 암석 또는 지층면이 잔류할 수 있으며, 이러한 상태의 천공홀에 삽입되는 두 개의 지열관을 연결하는 U자형 지열관 및 두 개의 지열관은 상술한 잔류 암석 등에 찍혀 파손될 우려가 있다.
이러한 지열관 파손을 방지하기 위하여, 종래의 지열 발전 시스템을 시공하는 업체에서는 U자형 지열관의 외측에 별도의 철근을 둘러싸 U자형 지열관 및 두 개의 지열관을 보호하고 있지만, 이러한 철근으로는 상술한 잔류 암석으로터 U자형 지열관의 파손을 완벽히 보호할 수 없는 실정이다. 또한, 이러한 철근은 U자형 지열관을 그대로 둘러싸기 때문에 잔류 암석이 철근에 부딪히는 경우, 해당 철근이 찌그러짐과 동시에 U자형 지열관 및 두 개의 지열관도 함께 찌그러져 파손될 수 있다.
따라서, 천공홀의 내부에 지열관을 그대로 삽입하는 경우 분쇄되지 못한 잔류 암석에 의하여 삽입되는 지열관이 파손되며, 결국에는 해당 지열관을 새 지열관으로 교체해야 하는 문제점을 가지고 있다.
이에, 본 발명자는 상술된 종래의 지열관 삽입 방법이 가지는 문제점을 해결하기 위해, 두 개의 지열관과 연결되며 천공홀에 존재하는 잔류 암석으로부터 U자형 지열관의 외형을 보호하며, 또한 해당 잔류 암석의 제거도 가능한 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈을 발명하기에 이르렀다.
본 발명은 상술된 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 복수의 파이프 하측과 연결되며 천공홀 내부면에 돌출되는 암석으로부터 파이프를 보호할 수 있는 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈을 제공하고자 한다.
보다 구체적으로, 본 발명은 천공홀로 삽입되는 복수의 파이프 말단부와 삽입 체결되어 천공홀 내부면에 존재하는 잔류 암석으로부터 파이프의 외측을 보호할 수 있는 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 천공홀 내부면에 존재하는 잔류 암석과 부딪히는 부분의 파손을 최소화하기 위한 강성이 높은 재질로 구성된 추가적인 보호플레이트의 체결이 가능한 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 천공홀로 삽입되는 파이프의 하중을 늘려 보다 수월하게 삽입되도록 하는 하나 이상의 무게추의 체결이 가능한 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 천공홀 내부면에 잔류하는 잔류 암석을 분쇄하여 제거하는 보조전동드릴의 체결이 가능한 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 하나 이상의 볼트 및 와샤를 이용하여 하측에 상술한 보호플레이트, 무게추 및 보조전동드릴의 체결이 가능하도록 하는 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 잔류암석감지센서를 통해 하측에 잔류 암석의 존재 여부를 감지하고, 사용자에게 암석의 크기에 따라 다른 위치에 천공하도록 유도하는 유도메시지를 별도의 표시부재에 표시할 수 있는 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 복수의 파이프와 전기 융착(EF) 접합 또는 열 융착(Heat seal) 접합이 가능한 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈을 제공하고자 한다.
실시예들 중에서, 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈은 파이프가 삽입되는 복수의 파이프 삽입부를 포함하고, 상기 복수의 파이프 삽입부를 서로 연결하는 U자형태의 연결부 및 상기 연결부의 외측을 보호하는 보호부를 포함한다.
상기 보호부는, 천공 시공 후 생성된 천공홀에 삽입되는 상기 파이프를 보호하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 보호부는 상기 연결부와 일체형으로 형성되고, 상기 보호부의 하측면은 양측단부가 라운드(round)한 형태로 형성되며, 상기 천공홀의 내부면에 부딪히면서 상기 지층으로부터 전달되는 충격을 흡수할 수 있다.
상기 보호부는, 하측에 하나 이상의 고정부재가 볼트 결합될 수 있는 하나 이상의 고정홀을 포함할 수 있다.
상기 보호부의 하측에는, 상기 보호부의 하측에 부착되는 보호플레이트가 제공될 수 있다.
상기 보호플레이트는, 상기 고정부재를 통해 상기 보호부와 밀착 결합될 수 있다.
상기 보호부의 하측에는, 하나 이상의 무게추 또는 상기 천공홀의 내부면에 잔류하는 암석을 분쇄하는 보조전동드릴이 체결될 수 있다.
상기 보호부의 하측에는, 잔류암석감지센서가 더 구비되며, 상기 잔류암석감지센서를 통해 상기 천공홀의 내부면에 잔류하는 암석의 유무 및 암석의 크기를 감지하며, 상기 암석의 크기에 따라 다른 위치에 천공하도록 유도하는 유도메시지를 별도의 표시부재에 표시될 수 있다.
상기 보호부는 상기 연결부와 일체형으로 형성되고, 상기 보호부의 하측면은 상기 보호부의 중심축을 기준으로 양측부가 상기 연결부를 향하여 일정하게 기울어져 형성될 수 있다.
상기 보호부의 측면에는, 일정한 두께로 형성되는 요철구조가 반복 형성될 수 있다.
상기 보호부의 하측에는, 상기 보호부의 하측에 부착되는 보호플레이트가 제공될 수 있다.
상기 삽입부는, 상기 파이프와 강제 끼움 결합, 전기 융착 접합 또는 열 융착 접합 중 하나 이상을 통해 연결될 수 있다.
상기 삽입부 및 상기 연결부는, 부식에 강한 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 U자형 파이프 보조장치는 천공홀 내부면에 존재하는 잔류 암석과의 충격으로부터 파이프의 외측을 보호할 수 있기 때문에, 파이프의 파손이 방지되며 또한 파손된 파이프를 새 파이프로 교체해야 하는 번거로움이 사라지는 효과를 가진다.
또한, 보호부의 하측에 강성이 높은 보호플레이트를 체결함으로써, 천공홀 내부면에 존재하는 잔류 암석과 부딪히는 부분의 파손이 최소화되며 동시에 부딪히며 발생되는 충격이 파이프까지 전달되는 것을 방지하는 효과를 가진다.
또한, 보호부의 하측에 무게추를 체결함으로써, 파이프의 하중을 늘려 보다 수월하게 천공홀 내부로 파이프를 삽입할 수 있으며, 이러한 파이프의 하중 증가는 천공홀 내부면과의 접촉 과정에서 발생되는 마찰간섭을 감소시키는 효과를 가진다.
또한, 보호부의 하측에 보조전동드릴을 체결함으로써, 천공 과정에서 제거되지 못한 천공홀 내부면에 잔류하는 잔류 암석을 분쇄 및 제거하여 파이프의 파손을 미리 방지할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 상술한 보호플레이트, 무게추 및 보조전동드릴 등을 볼트 및 와샤를 이용하여 보호부의 하측에 볼트 결합시키기 때문에, 잔류 암석과의 접촉 과정에서도 보호플레이트, 무게추 및 보조전동드릴이 보호부로부터 이탈되지 않고 안전하게 고정되는 효과를 가진다.
또한, 천공홀의 내부 상태에 맞춰 보호플레이트 또는 와샤의 종류 및 수를 다양하게 변형시킬 수 있으므로, 천공홀의 종류에 구애 받지 않고 사용 가능한 효과를 가진다.
또한, 천공홀 내부면의 강도에 따라 와샤를 이중, 삼중 등으로 추가하여 체결할 수 있으므로 다양한 지층에서도 사용 가능한 효과를 가진다.
또한, 파이프와 삽입부를 전기 융착 접합 또는 열 융착 접합 함으로써 서로 이탈 없이 고정되며, 이격없이 접합되기 때문에 고온의 물과 수증기가 빠져나가지 않도록 봉하는 누수방지효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)을 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)에 체결 가능한 추가적인 구조물을 도시한 도면이며, 보다 구체적으로, 도 2(a)는 보호부(130)의 하측에 체결되는 보호플레이트(140)를 도시한 도면이고, 도 2(b)는 보호부(130)의 하측에 체결되는 무게추(180)를 도시한 도면이며, 도 2(c)는 보호부(130)의 하측에 체결되는 보조전동드릴(190)을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100')을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 보호부(130')에 체결되는 보호플레이트(140')를 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)을 천공홀에 삽입하는 상태를 도시한 도면이며, 보다 구체적으로, 도 5(a)는 천공홀 내부면에 존재하는 잔류 암석(20)에 의한 간섭이 일어나는 상태를 도시한 도면이고, 도 5(b)는 보호부(130) 하측에 체결되는 보호플레이트(140)가 잔류 암석(20)과 부딪히면서 파이프(10)가 보호되는 상태를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100')을 천공홀에 삽입하는 상태를 도시한 도면이며, 보다 구체적으로, 도 6(a)는 천공홀 내부면에 존재하는 잔류 암석(20)에 의한 간섭이 일어나는 상태를 도시한 도면이고, 도 6(b)는 보호부(130) 하측에 체결되는 보호플레이트(140)가 잔류 암석(20)과 부딪히면서 파이프(10)가 보호되는 상태를 도시한 도면이다.
본 발명에 따른 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 고안에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 기술되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)을 도시한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)는 삽입부(110)를 포함하는 연결부(120) 및 보호부(130)를 포함한다.
먼저, 삽입부(110)는 파이프(10)가 삽입되는 공간을 제공하는 역할을 수행하며, 삽입되는 파이프(10)의 말단부를 고정할 수 있다.
여기에서, 파이프(10)라 함은 지열 발전 시스템에 사용되는 지열관으로 의미될 수 있으며, 폴리에틸렌(PE) 재질에 해당될 수 있다.
이러한 역할을 수행하는 삽입부(110)의 직경은 파이프(10)의 외측 직경과 상응하도록 형성될 수 있으며, 삽입부(110)는 파이프(20)와 강제 끼움 결합, 전기 융착(EF) 접합 또는 열 융착(Heat seal) 접합을 통해 연결될 수 있다. 여기에서 전기 융착 접합은 삽입부(110)와 삽입부(110)에 삽입된 파이프(10)를 별도의 전기 융착 밴드로 둘러싸 연결시키고, 전기 융착 밴드 내부에 구비된 메탈 크롬 메쉬를 융착기를 이용하여 융해시켜 접합하는 방식으로, 이러한 전기 융착 접합을 통해 고온의 증기 및 고온의 물이 삽입부(110) 외부로 유출되지 않게 된다.
또한 여기에서 열 융착 접합이라 함은 두 개의 열가소성 플라스틱 재질의 관을 서로 연결하여 접촉시키고, 해당 플라스틱의 표면을 열과 압력을 가하여 붙이는 것을 의미하며, 본 발명에서는 파이프(10)와 삽입부(110)의 연결에 전기 융착 접합 또는 열 융착 접합이 모두 이용될 수 있음을 유의한다.
한편, 전기 융착 접합 및 열 융착 접합은 기존의 공지된 기술을 사용하기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 하며, 삽입부(110)가 파이프(10)의 말단부를 고정하는 역할을 수행하는 한, 삽입부(110)의 직경 크기 및 두께는 제한되지 않음을 유의한다.
다음으로, 연결부(120)는 U자 형태로 형성되며, 파이프(10)를 통해 유입되는 물이 고온의 증기로 변환되면 그 증기를 다른 파이프(10)를 통해 배출될 수 있도록 중간에서 연결하는 역할을 수행할 수 있다.
이러한 역할을 수행하는 연결부(120)는 U자형의 파이프 형상을 할 수 있고, 이 때 연결부(120)의 하측 말단부는 한 쪽으로 치우쳐 형성될 수 있다. 이렇게 말단부가 치우쳐 형성되는 이유는 연결부(120) 말단부의 부피를 최소화 하기 위함이다. 다시 말해서, 천공홀 내부로 삽입되는 연결부(120)에 있어서 연결부(120)의 가로측 크기가 크면 클수록 천공홀의 크기도 커져야 하고, 그렇게 되면 천공 시공에 드는 비용이 증가할 수 있기 때문에 비용 절감을 위해서 연결부(120)의 말단부에 형성된 두 개의 파이프 입구를 최소한으로 가깝게 하여 연결부(120)의 말단부 부피를 최소화할 수 있다.
그리고 연결부(120)는 후술되는 보호부(130)와 일체형으로 형성될 수 있으며, 그에 따라 보호부(130)와 동일한 경도를 가질 수 있다.
또한, 연결부(120)는 고온의 물과 수증기에도 형태 및 형질의 변화가 없도록 형성되며, 이러한 연결부(120)는 지열관으로써의 역할을 하기 위함이므로 연결부(120)가 고온의 물과 수증기가 운반될 수 있도록 연결하는 역할을 수행하는 한, 연결부(120)의 재질은 제한되지 않음을 유의한다.
다음으로, 보호부(130)는 상술한 연결부(120)의 하측을 보호하는 역할을 수행할 수 있으며, 이를 위해 보호부(130)는 연결부(120)의 하측에서 연결부(120)의 외측을 덮도록 형성되며 천공홀에서 연결부(120)보다 먼저 삽입되면서 천공홀의 내부면에 잔류하는 잔류 암석 등으로부터 연결부(120)를 보호할 수 있다.
이러한 역할을 수행하는 보호부(130)는 특정한 내부 공간을 형성할 수 있는데, 이는 보호부(130)가 잔류 암석과 부딪히면서 인가되는 충격으로부터 보호부(130)의 형태가 변형되는 것을 방지하기 위함이며, 내부에 생성된 십자 형성의 뼈대 구조는 이러한 충격을 상쇄시켜 보호부(130)의 외형변화를 방지할 수 있다.
그리고 보호부(130)의 하측에는 보호부(130)의 하측의 외형변화를 보다 효과적으로 보호하기 위한 보호플레이트(140)가 구비될 수 있다.
보호플레이트(140)는 보호부(130)의 하측과 상응하는 형상으로 형성되며, 보호부(130)의 하측면과 이격없이 끼움 결합되며, 보호부(130)의 하측면에 형성된 고정홀(150)에 볼트 결합되는 하나 이상의 고정부재(160)에 의하여 보호부(130)의 하측에 밀착 결합될 수 있다.
여기에서, 보호부(130)의 하측을 보호하는 것은 보호플레이트(140)가 될 수도 있고, 또한 고정부재(160) 중에서 와샤(160b)가 될 수 도 있다.
다시 말하면, 보호플레이트(140)가 보호부(130)의 하측과 상응하는 형상으로 형성되어 보호부(130)의 하측면을 감싸는 것처럼, 와샤(160b)도 보호부(130)의 하측과 상응하는 형상으로 형성될 수 있으며, 볼트(160a)와 고정홀(150)의 볼트 결합에 의하여 와샤(160b)가 보호부(130)의 하측면에 고정될 수 있다.
일반적으로, 와샤(160b)라 함은 볼트(160a)가 미세한 진동에 의하여 풀려지지 않도록 하기 위한 고정용 부재의 역할로 사용되기 때문에 볼트(160a)의 볼트머리와 상응하는 크기로 형성되지만, 본 발명서는 상술한 고정용 부재의 역할 뿐만 아니라 와샤(160b) 자체가 보호플레이트(140) 역할을 수행할 수 있으며, 그에 따라 와샤(160b)는 볼트머리보다 훨씬 큰 사각형 또는 원형 등과 같이 보호부(130)의 하측면을 모두 덮을 수 있는 크기로 형성됨에 유의한다.
한편, 보호부(130)에는 상술한 보호플레이트(140) 및 고정부재(160) 외에도 다양한 구조물들이 체결될 수 있는데, 이는 도 2를 통해 보다 상세하게 살펴보기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)에 체결 가능한 추가적인 구조물을 도시한 도면이며, 보다 구체적으로, 도 2(a)는 보호부(130)의 하측에 체결되는 보호플레이트(140)를 도시한 도면이고, 도 2(b)는 보호부(130)의 하측에 체결되는 무게추(180)를 도시한 도면이며, 도 2(c)는 보호부(130)의 하측에 체결되는 보조전동드릴(190)을 도시한 도면이다.
먼저, 도 2(a)는 도 1에서 설명한 보호플레이트(140)의 체결 구조와 동일하기 때문에 생략하기로 하고, 도 2(b)를 살펴보면, 보호부(130)의 하측에는 고정홀(150)이 형성되어 있으며 고정홀(150)은 고정부재(160)가 볼트 결합되기 용이하도록 내부에 나사선이 형성되어 있다.
따라서, 보호부(130)에는 고정홀(150)의 내부 나사선을 따라서 고리볼트(170)가 체결될 수 있고, 이러한 고리볼트(170)에는 무게추(180)가 체결될 수 있다.
여기에서, 보호부(130)의 하측에 무게추(180)를 체결한 이유는 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)의 하중이 무게추(180)에 의하여 증가하게 되면 파이프(10)가 천공홀 내부에 보다 쉽게 삽입될 수 있기 때문이다.
예를 들어, 물리학에 있어서, 평면상에서 특정한 속도를 가지고 운동하는 물체가 가지는 운동에너지는 질량이 증가하면 증가할수록 커지게 된다. 이렇게 커지는 운동에너지에 의하여 물체는 바닥면과 물체 간에 생성되는 마찰력을 보다 쉽게 무시할 수 있으며 운동을 계속해서 진행할 수 있게 된다.
이러한 물리학적 원리를 이용하여 무게추(180)를 보호부(130)의 하측에 체결함으로써 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)의 하중이 증가하게 되고, 보호부(130)와 천공홀 내부면 사이에서 발생되는 마찰력에 의한 간섭이 최소화될 수 있다.
다음으로, 도 2(c)를 살펴보면, 보호부(130)의 하측에는 천공홀의 내부면에 잔류하는 잔류 암석(20)을 분쇄하기 위한 보조전동드릴(190)이 체결될 수 있다.
지하로 천공 시공을 하는 과정에서, 천공홀 내부면이 완벽하게 매끄럽게 천공되기는 어렵기 때문에 내부면에는 특정한 잔류 암석(20)들이 잔류할 수 있는데, 이러한 잔류 암석(20)의 크기가 다소 큰 경우 상술한 보호플레이트(140)만으로는 잔류 암석(20)을 파괴할 수 없으며, 무리하게 잔류 암석(20)을 파괴하는 경우 보호부(130) 자체가 파손될 수 있다.
따라서, 이러한 다소 크기가 큰 잔류 암석(20)을 파괴하기 위하여 하나 이상의 연마용 톱날이 달린 보조전동드릴(190)이 이용될 수 있으며, 보조전동드릴(190)은 별도의 케이블(미도시)를 통해 전력을 공급받아 구동될 수 있다.
이러한 보조전동드릴(190)에 사용되는 연마용 톱날은 지하에 존재하는 잔류 암석(20)을 파괴하기에 무리없는 강도를 가질 수 있으며, 보조전동드릴(190)이 잔류 암석(20)을 파괴하여 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)의 삽입운동을 보조하는 한, 보조전동드릴(190)에 사용되는 연마용 톱날 및 보조전동드릴(190)의 종류는 제한되지 않음을 유의한다.
일 실시예에서, 이렇게 파괴된 잔류 암석(20)의 조각들은 천공홀 내부의 하측에 쌓일 수 있는데, 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)에는 이러한 잔류 암석(20)의 조각들을 외부로 배출하기 위한 암석배출기(미도시)가 체결될 수 있다.
이러한 암석배출기는 파괴되어 하측으로 낙하되는 암석 조각들을 강력한 흡입력으로 흡입하여 외부로 배출하는 형태 또는 천공홀 내부 바닥면에 쌓인 암석 조각들을 굴삭기와 같이 퍼서 외부로 배출하는 형태 등으로 형성될 수 있다.
일 실시예에서, 보호부(130)의 하측에는 천공홀 내부면에 존재하는 잔류 암석(20)의 잔류 유무 및 잔류 암석(20)의 크기를 감지하고, 잔류 암석(20)의 크기에 따라 천공홀을 다른 위치게 뚫을 수 있도록 유도하는 유도메시지를 전송할 수 있는 잔류암석감지센서(미도시)가 더 체결될 수 있다.
잔류암석감지센서는 적외선센서, 거리감지센서, 초음파센서 등에 해당될 수 있으며, 천공홀 내부에 잔류 암석(20)이 존재하는 경우 보호부(130)가 해당 천공홀 내부를 통과할 수 있는지를 자동으로 판단할 수 있으며, 이러한 판단 결과를 별도의 표시부재(미도시)를 통해 작업자에게 실시간으로 알려줄 수 있다.
따라서 작업자는 표시부재(예를 들어, LCD 모니터 등)를 통해 현재 천공홀 내부에 잔류 암석(20)이 얼마나 존재하는지 판단할 수 있으며, 현재 천공홀에 계속해서 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)을 삽입하여야 하는지 아니면 다른 곳에 천공홀을 시공하여야 하는지 판단할 수 있게 된다.
살펴본 바와 같이, 도1 및 도 2를 통해 살펴본 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)은 파이프(10)와 전기 융착 접합을 통해 견고하게 연결될 수 있고, U자형의 연결부(120)를 통해 고온의 물과 수증기를 순환시킬 수 있으며, 또한 보호부(130)와 보호부(130)에 체결되는 하나 이상의 구조물들(보호플레이트(140), 고정부재(160), 무게추(180), 및 보조전동드릴(190))을 통해 천공홀 내부에 잔류하는 잔류 암석(20)으로부터 파이프(10)를 보호하거나 또는 직접 잔류 암석(20)을 파괴하여 파이프(10)의 삽입에 대한 간섭을 제거할 수 있다.
다음으로는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100')을 도 3, 도 4 및 도 6을 통해 상세하게 살펴보기로 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100')을 도시한 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 보호부(130')에 체결되는 보호플레이트(140')를 보다 구체적으로 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4를 살펴보면, 보호부(130')를 제외한 나머지 구성들은 도 1 및 도 2에서 언급한 구성들과 동일하므로 생략하기로 하고, 상이한 보호부(130')를 중심으로 설명하기로 한다.
보호부(130')는 연결부(120)의 하측을 보호하는 역할을 수행할 수 있으며, 보호부(130') 하측면의 양쪽 말단부는 특정한 각도(예를 들어, 20도 이상)로 기울어져 형성될 수 있는데, 이렇게 형성된 이유는 천공홀 내부로 보다 쉽게 삽입되기 위함이다. 평평한 보호부(130')의 하측 보다는 뾰족하게 돌출된 보호부(130')의 하측이 천공홀 내부로 보다 쉽게 삽입될 수 있다.
이러한 보호부(130')의 측면은 일정한 간격의 요철구조(131')가 형성될 수 있는데, 이러한 요철구조(131')에 있어서 외부로 돌출된 부분은 보호부(130')의 하중을 지탱하기 위한 뼈대 역할을 수행할 수 있다.
여기에서 요철구조(131')를 형성한 이유는, 보호부(130')를 형틀을 이용하여 금형제작을 하는 과정에서 보호부(130')의 외형이 변형되지 않도록 하기 위함이다.
이러한 보호부(130')의 하측면에는 보호부(130')의 하측면과 상응하는 보호플레이트(140') 또는 와샤(160b')가 접할 수 있으며, 보호부(130')의 하측면에 접한 보호플레이트(140') 및 와샤(160b')는 고정홀(150')에 볼트 체결되는 볼트(160a')에 의하여 고정 체결될 수 있다.
여기에서, 고정홀(150')은 보호부(130')의 하측면과 상응하는 각도로 보호부(130')의 내부 방향으로 형성될 수 있으며, 고정홀(150')의 내부에는 나사선이 형성될 수 있고, 이러한 나사선에 의하여 볼트(160a')는 고정홀(150')에 볼트 체결될 수 있다.
보호플레이트(140')는 도 1에서 상술한 보호플레이트(140) 와는 형상이 조금 다를 수 있는데, 도 1에서의 보호플레이트(140)는 평평한 타원형 형상이었다면 도 3에서의 보호플레이트(140')는 특정한 각도(예를 들어, 20도 이상)으로 휘어진 타원형 형상에 해당할 수 있다.
이러한 보호플레이트(140')는 도 1에서의 보호플레이트(140)와 상응하는 역할을 수행할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고 보호플레이트(140')뿐만 아니라 와샤(160b')도 도 1에서 상술한 와샤(160b)와 상응하는 역할을 수행할 수 있으며, 중심부에 볼트(160a')가 관통할 수 있는 홀(미도시)이 형성될 수 있고, 또한 볼트(160a')의 볼트머리가 와샤(160b')의 내부에 수용될 수 있는 공간이 형성될 수 있다. 이렇게 볼트머리가 수용될 수 있는 공간을 형성한 이유는, 천공홀 내부에 잔류하는 잔류 암석(20)과 가장 먼저 부딪히는 곳이 보호플레이트(140') 또는 와샤(160b')이기 때문에 이러한 보호플레이트(140') 또는 와샤(160b')를 고정하고 있는 볼트(160a')가 잔류 암석(20)가 부딪혀 파손되는 경우 보호플레이트(140') 또는 와샤(160b')가 보호부(130')의 하측에 고정되지 못할 수 있다.
따라서, 와샤(160b')의 내부에 볼트머리를 수용시킴으로써, 볼트(160a')의 파손을 방지할 수 있다.
살펴본 바와 같이, 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100')은 도 1 및 도 2를 통해 살펴본 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)과 상응하도록 파이프(10)를 보호하고, 고온의 물과 수증기를 순환시킬 수 있으며, 또한 천공홀 내부에 잔류하는 잔류 암석(20)으로부터 파이프(10)를 보호할 수 있다.
다음으로는 도 5를 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)이 천공홀 내부에서 파이프(10)를 보호하는 과정을 보다 구체적으로 살펴보기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)을 천공홀에 삽입하는 상태를 도시한 도면이며, 보다 구체적으로, 도 5(a)는 천공홀 내부면에 존재하는 잔류 암석(20)에 의한 간섭이 일어나는 상태를 도시한 도면이고, 도 5(b)는 보호부(130) 하측에 체결되는 보호플레이트(140)가 잔류 암석(20)과 부딪히면서 파이프(10)가 보호되는 상태를 도시한 도면이다
도 5(a)를 살펴보면, 천공 시공이 완료된 천공홀 내부에 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)이 삽입되고 있고, 삽입부(110)에는 파이프(10) 두개가 삽입되어 있다.
이때, 천공홀 내부면에는 잔류 암석(20)이 돌출 형성되어 있는데, 만약 현 상태에서 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)이 없는 상태에서 파이프(10) 및 U자형 파이프(미도시)가 삽입되는 경우, 잔류 암석(20)에 의하여 파이프(10) 및 U자형 파이프가 파손될 수 있다.
따라서 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)의 하측에 형성된 보호부(130)와 이러한 보호부(130)를 감싸는 보호플레이트(140)가 파이프(10) 및 U자형 파이프를 감싸게 된다.
도 5(b)를 살펴보면, 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)의 하측에 체결된 보호플레이트(140)가 잔류 암석(20)과 먼저 부딪히면서 잔류 암석(20)을 파괴시키고, 이때 발생되는 충격은 보호부(130)가 흡수하게 되면서 파이프(10) 및 U자형 파이프(미도시)는 파손되지 않고 보호된다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100')을 천공홀에 삽입하는 상태를 도시한 도면이며, 보다 구체적으로, 도 6(a)는 천공홀 내부면에 존재하는 잔류 암석(20)에 의한 간섭이 일어나는 상태를 도시한 도면이고, 도 6(b)는 보호부(130) 하측에 체결되는 보호플레이트(140)가 잔류 암석(20)과 부딪히면서 파이프(10)가 보호되는 상태를 도시한 도면이다.
도 6의 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100')은 도 5의 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈(100)과 상응하며, 다만 보호부(130')의 중심부가 하측방향으로 돌출됨에 따라 뾰족하게 특정한 각도(예를 들어, 20도 이상)로 형성되고, 도 5의 평평한 보호부(130)보다 천공홀 내부로 용이하게 삽입될 수 있으며, 한쪽으로 치우쳐진 연결관(120)의 무게중심을 중심부로 쏠리도록 유도하여 파이프(10)가 천공홀 내부 벽면에 치우치지 않고 일자로 삽입될 수 있다.
이렇게 삽입된 삼각형의 보호부(130')는 상술한 보조전동드릴(180)가 상응하도록 잔류 암석(20)을 파괴시킬 수 있다.
지하로 천공 시공을 하는 과정에서, 천공홀 내부면이 완벽하게 매끄럽게 천공되기는 어려우며 종종 잔류 암석(20)들이 잔류할 수 있는데, 이러한 잔류 암석(20)은 특정한 각도(20도 이상)으로 기울어진 보호부(130')의 하측면과의 접촉에 의하여 파괴되며, 잔류 암석(20)을 파괴하기에 무리없는 강도를 가지므로 외형의 변형없이 파이프(10)를 보다 안전하게 보호할 수 있다.
또한, 이때 보호부(130')의 하측면에 체결되는 보호플레이트(140') 또는 와샤(160b')는 이중, 삼중으로 겹쳐서 체결할 수 있으므로, 잔류 암석(20)의 강도에 따라 변경가능하도록 형성될 수 있고 또한 보호플레이트(140') 또는 와샤(160b')가 파손될 경우에도 이를 새 제품으로 교체할 수도 있다.
따라서, 삼각형 형태의 보호부(130')는 평평한 원판 형태의 보호부(130)보다 용이하게 천공홀 내부로 삽입될 수 있고, 한쪽으로 치우쳐 지는 파이프(10)의 무게 중심을 중심부로 쏠리도록 하여 파이프(10)가 천공홀 내부 벽면에 부딪히는 것을 방지할 수 있으며, 고강도의 보호플레이트(140') 또는 와샤(160b')를 체결함으로써 잔류 암석(20)의 간섭으로부터 파이프(10)를 보호하는 효과를 가질 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 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.
10 : 파이프 20 : 잔류 암석
100 : 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈
100': 지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈
110 : 삽입부 120 : 연결부
130 : 보호부 130': 보호부
140 : 보호플레이트 140': 보호플레이트
150 : 고정홀 150': 고정홀
160 : 고정부재 160': 고정부재
160a : 볼트 160a': 볼트
160b : 와샤 160b': 와샤
170 : 고리볼트 180 : 무게추
190 : 보조전동드릴

Claims (10)

  1. 파이프가 삽입되는 복수의 파이프 삽입부를 포함하고, 상기 복수의 파이프 삽입부를 서로 연결하는 U자형태의 연결부; 및
    상기 연결부의 외측을 보호하는 보호부;를 포함하고,
    상기 보호부는 상기 연결부와 일체형으로 형성되고, 상기 보호부의 하측면은 상기 보호부의 중심축을 기준으로 양측부가 상기 연결부를 향하여 일정하게 기울어져 형성되며, 또한 상기 보호부의 측면에는 일정한 두께로 형성되는 요철구조가 반복 형성되고, 상기 보호부는 천공 시공 후 생성된 천공홀에 삽입되는 상기 파이프를 보호하는 것을 특징으로 하는,
    지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호부는,
    상기 천공홀의 내부면에 부딪히면서 지층으로부터 전달되는 충격을 흡수하는 것을 특징으로 하는,
    지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보호부는,
    하측에 하나 이상의 고정부재가 볼트 결합될 수 있는 하나 이상의 고정홀;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 보호부의 하측에는,
    상기 보호부의 하측에 부착되는 보호플레이트;가 제공되는 것을 특징으로 하는,
    지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 보호플레이트는,
    상기 고정부재를 통해 상기 보호부와 밀착 결합되는 것을 특징으로 하는,
    지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 보호부의 하측에는,
    하나 이상의 무게추 또는 상기 천공홀의 내부면에 잔류하는 암석을 분쇄하는 보조전동드릴;이 체결되는 것을 특징으로 하는,
    지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 보호부의 하측에는,
    잔류암석감지센서;가 더 구비되며,
    상기 잔류암석감지센서를 통해 상기 천공홀의 내부면에 잔류하는 암석의 유무 및 암석의 크기를 감지하며, 상기 암석의 크기에 따라 다른 위치에 천공하도록 유도하는 유도메시지를 별도의 표시부재에 표시하는 것을 특징으로 하는,
    지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 보호부의 하측에는,
    상기 보호부의 하측에 부착되는 보호플레이트;가 제공되는 것을 특징으로 하는,
    지열손실 방지를 위한 충격 완화 고강도 모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR200435307Y1 (ko) * 2006-08-28 2007-01-16 건설화성 주식회사 공기 순환을 통한 냉·난방용 파이프 연결구조
US20100139886A1 (en) * 2008-09-12 2010-06-10 Alain Desmeules System and method for geothermal conduit loop in-ground installation and soil penetrating head therefor
JP2011184857A (ja) * 2010-03-04 2011-09-22 Mitsubishi Materials Techno Corp 地中熱交換用チューブの埋設方法

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