KR101403041B1

KR101403041B1 - Open type geothermal system unit

Info

Publication number: KR101403041B1
Application number: KR1020130009995A
Authority: KR
Inventors: 조희남; 조은섭
Original assignee: 주식회사 지앤지테크놀러지
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2014-06-27

Abstract

The present invention relates to an open-type geothermal heat exchange device. The present invention is to make a pollution prevention facility appropriate to underground water laws and facility standards while minimizing the diameter of a geothermal hole of the geothermal heat exchange device and to increase the circulation and heat exchange efficiency of underground water. The open-type geothermal heat exchange device comprises an inner casing inserted in the geothermal hole which is bored on the ground while having a large-diameter geothermal hole and a small-diameter geothermal hole, and having a hole through which the underground water flows; an inner casing inserted in the geothermal hole bored on the ground; a barrier wall formed on the large-diameter geothermal hole of the geothermal hole; a water supply unit installed inside the inner casing to supply the underground water; a heat pump for collecting the heat of the underground water supplied by the water supply unit; a return pipe for returning the underground water passing the heat pump to the geothermal hole; a shielding packer installed in the circumference of the inner casing or the circumference of a grouting casing which forms the barrier wall to shield the bottom of the barrier wall; and a distribution and return pipe connected to the return pipe to enable fluid communication and returning the underground water supplied through the return pipe to the geothermal hole by distributing the underground water.

Description

Open type geothermal system unit "

본 발명은 개방형 지열 지중 열교환기 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지열 지중 열교환기 구성을 위한 지열공과 그 내부에 설치되는 내부케이싱, 그리고 내부케이싱과 굴착 공벽 사이에 오염방지를 위한 패커와 차수벽을 구성하여 지열 지중열교환기 지열공의 지름을 최소화하면서도 지하수법과 시설기준에 적합한 오염방지시설을 시행할 수 있도록 함은 물론 지하수의 순환과 열교환 효율이 우수한 개방형 지열 지중 열교환기 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to an open geothermal underground heat exchanger apparatus, and more particularly, to an open-type geothermal underground heat exchanger apparatus, and more particularly, to an open-type geothermal underground heat exchanger apparatus which includes a geothermal ball for forming a geothermal underground heat exchanger, an inner casing installed therein and a packer and a water wall The present invention relates to an open type geothermal underground heat exchanger apparatus having a groundwater circulation and heat exchange efficiency, which is capable of minimizing the diameter of the geothermal groundwater heat exchanger,

지열이란 지하수를 굴착하여 양수되는 지하수가 갖고 있는 고유열과 지중의 열을 통칭하는 것으로서 일반적으로 지표하부를 100미터이상 500미터 내외의 깊은 깊이로 굴착한 후 이곳에 열교환을 위한 파이프를 묻거나 일반 지하수를 사용하여 지하수 심정시설과 동일하게 지하수 심정펌프와 양수파이프를 설치하여 지하수를 양수한 후 지하수가 갖고 있는 열을 히트펌프를 사용하여 열을 이용한 후 열교환된 지하수를 환수관을 이용하여 다시금 지하수 심정 내부에 환수시키는 열교환시스템을 이용하여 사용하고 있다.Geothermal heat refers to the natural heat and ground heat of groundwater pumped by excavating groundwater. Generally, the ground surface is excavated at a deep depth of about 100 meters or more and 500 meters or so, and there is a pipe for heat exchange, The groundwater pumping pump and the pumping water were installed in the same way as the groundwater treatment facility, and the groundwater was pumped, and the heat of the groundwater was heat-exchanged using the heat pump, and then the groundwater exchanged with the heat- And a heat exchange system for returning to the inside is used.

지중 온도는 사계절 변함없이 17℃ 내지 18℃의 온도를 연중 유지하여 이 온도를 갖고 있는 지하수를 양수하여 히트펌프를 사용하여 열을 이용하게 되는 경우 지하수 심정 펌프의 양수량이 시간당 1000리터에 이르고 온도차가 4℃인 경우 시간당 4000킬로칼로리에 이르는 열량 확보가 가능하고 이렇게 열교환되어 상승되거나 혹 낮아진 지하수의 온도는 환수관을 통해 지하수 지열공 내부로 유입되어 지중의 열에 의해 다시금 열교환되어 지하수의 온도는 낮아지거나 혹 다시금 높아진 상태를 유지하게 되면서 이러한 사이클이 지속적으로 사용가능한 상태를 유지할 수 있게 된다. 이러한 원리를 이용한 시설이 지열을 이용한 냉난방시스템이다.The groundwater temperature is maintained at 17 ° C to 18 ° C throughout the year without changing the ground temperature. When the groundwater having this temperature is pumped up and the heat is used by using the heat pump, the amount of water of the groundwater pump is reached to 1000 liters per hour. At 4 ℃, it is possible to obtain 4000 kilocalories per hour of heat. The temperature of the groundwater that is exchanged by the heat exchanger is lowered to the inside of the groundwater trench through the water pipe. This cycle can continue to be usable as it keeps increasing again. The facility using this principle is a geothermal heating and cooling system.

이러한 지열 냉난방 시스템에서 필수적인 시설은 바로 굴착된 지하수 심정 시설이며 특히 지하수를 양수하여 열교환을 위한 시설인 경우에는 지하수 심정펌프와 양수파이프 및 환수관을 다시금 굴착된 지하수 심정 내부에 연결되도록 하는 것은 반드시 갖춰져야 하는 시스템이라 할 것이다.In the geothermal heating and cooling system, it is essential that the excavated groundwater is an excavated groundwater facility. In particular, in the case of a facility for pumping groundwater and exchanging heat, it is necessary to connect the groundwater pump and the pumping water pipe to the inside of the excavated groundwater .

잘 알다시피 지하수(地下水: groundwater)라 함은 지하의 지층이나 암석사이의 빈틈을 채우고 있거나 흐르는 물을 말하는 것으로, 현대에 이르러 산업화가 진척됨에 따라 환경오염이 심화되고, 토양의 오염이 심각해짐으로써 자연히 토양층을 투과하여 형성되는 지하수 역시 그 오염 율이 날로 증가되어 가고 있는 추세이다. 지층은 통상적으로 일반 흙과 모래 등으로 구성된 토사층과 지하수의 투수율이 그나마 높은 풍화암층, 그리고 불투수층이라 할 수 있는 연암층과 보통암, 경암층 순으로 구성되어 있다. 연암층 이하 층에 형성된 암반대수층 지하수는 지층 상부의 토사층이나 풍화암층으로부터의 오염된 지하수의 영향을 받지 않고 있어 맑고 깨끗한 수질상태를 유지하고 있게 된다. 그러나 토사층과 풍화암층은 지표상부로부터 유입하는 각종 오염물질로부터 일부 여과의 기능은 가능하다 하겠으나 투수 중 자연정화의 시간이 짧고 토사층이나 풍화암층이 오염되어 있을 경우 이 공간을 흐르는 지하수 역시 함께 오염될 수밖에 없는 상황이 발생된다. 지하수 개발과정에서는 당연히 토사층과 풍화암층을 천공하게 되고 이러한 천공되는 구간은 이어서 연암층과 보통암, 경암층을 관통하여 구성되어지게 된다.As you know, groundwater (groundwater) refers to water flowing or flowing between gravels and rocks in the ground. As industrialization progresses in modern times, environmental pollution becomes more serious and soils become more polluted. The contamination rate of groundwater, which is naturally formed by permeating the soil layer, is increasing day by day. The strata usually consist of a layer of weathered rock with a high permeability to soil and groundwater composed of ordinary soil and sand, and a soft rock layer, which can be called impervious layer, followed by a rock and a rock layer. The rock aquifer underground water formed in the layer below the soft rock layer is not affected by the contaminated groundwater from the soil layer or the weathered rock layer above the stratum, so that the water quality remains clear and clean. However, the soil layer and the weathered rock layer can function as a part of filtration from various pollutants flowing from the upper surface. However, if the time of natural purification is short and the soil layer or weathered layer is contaminated, Lt; / RTI > In the process of groundwater development, the soil layer and the weathered rock layer are pierced naturally, and the pierced section is formed by passing through the soft rock layer, the ordinary rock, and the carcass layer.

결과적으로 오염에 취약하거나 오염되어 있는 지하수는 아무런 저항이나 여과 수단없이 자연스럽게 오염되지 않은 암반대수층의 지하수에 혼입되어지게 되고 암반대수층 지하수 오염의 주요 요인이 되어왔다. 따라서, 지하수 개발과정에서 암반대수층의 지하수를 이러한 오염된 상층 지하수로부터 어떻게 보호하며 유입을 차단할 것인가가 지금까지의 지표하부보호벽 구성의 주요 목적이며 연구과제라 할 수 있었다.As a result, groundwater that is vulnerable to pollution or polluted has become naturally contaminated in the groundwater of uncontaminated rock aquifer without any resistance or filtration, and has become a major factor in groundwater aquifer contamination. Therefore, how to protect groundwater from rock aquifers from such contaminated upper groundwater and block the influx of groundwater in the process of groundwater development is the main objective of the underground protection wall.

지열을 이용하기 위한 굴착된 지하수 심정 역시 지하수를 사용하여야 하며 지하수 심정 펌프와 양수파이프를 설치하여야 함에는 일반 지하수 심정과 큰 차이가 없으며 단지 열을 이용한 후 다시금 지하수 심정 내부로 유입시키는 지하수환수관 시설만이 다를 뿐이어서 지하수 오염방지를 위한 지표하부보호벽 시설 또한 당연히 일반 지하수 심정과 동일하게 시설되어야 하고 또 고려되어야 할 부문이라 할 수 있다.Ground water should be used for excavated groundwater to utilize geothermal heat. Groundwater pump and water pipe should be installed. Ground water is not much different from general groundwater. However, The groundwater protection wall facilities for preventing groundwater pollution should be equally installed and should be considered as well.

또 다른 문제는 일반 지하수 심정과는 달리 지열용 지하수 심정은 다량의 지하수를 양수하여 사용함으로써 없어지는 것이 아니라 단지 지하수가 보유한 열량만을 열교환하여 사용한 후 양수했던 지하수량은 그대로 다시금 지하수 지열공 내부로 환수되도록 시설이 이루어져 있다는 것이고 이러한 이유로 인해 지하수량을 사용하는 지하수 심정과는 달리 시설비를 낮추기 위해 가능한 지하수 심정펌프와 양수파이프가 설치되는 최소한의 공간을 확보할 수 있는 직경으로 굴착이 이루어지게 되는데 반해 열교환 후 되돌아오는 환수된 지하수가 환수관을 따라 지하수 심정의 깊은 깊이까지는 투입이 불가능하다는 데 문제가 있었다. 대체적으로 상부에 위치한 지하수 환수관은 환수되는 지하수를 지하수 심정 상부에서 토출이 이루어지게 되고 토출된 환수지하수는 지하수 심정 내부에서 낙수되면서 다량의 기포를 함유하게 되고 이들 기포는 지하수 심정 내부에서 열교환된 지하수와 함께 지하수 심정펌프로 흡입되어 양수파이프를 통해 열교환시스템 내부를 순환하게 된다. 순환되는 열교환용 지하수 내부에 혼입된 기포는 일차적으로 고속으로 회전하면서 지하수를 양수하는 지하수 심정펌프의 임펠라를 부식시키게 되며 또 한편으로는 순환배관 중에 에어포켓을 형성하여 지하수의 순환장애를 일으킴은 물론 히트펌프 내부에서 효율적인 열교환을 방해하고 장치부식을 일으켜 열교환시스템의 장애를 발생시키는 요인으로 대두되고 있는 상황이다. 또한, 환수관을 통해 높고 강한 토출 수압으로 낙수되는 지하수는 특히 풍화암층의 암반공벽을 침식하여 다량의 모래를 지하수 심정 내부로 유입되게 작용하게 되고 결국 이들의 모래들로 인해 지하수 심정펌프의 임펠라 침식과 순환배관과 히트펌프에 모래가 침적되어 지하수의 소통을 저해하게 되어 정상적인 시스템 운용에 장애가 되는 문제가 있었다.Another problem is that unlike the general groundwater pollution, geothermal groundwater pollution does not disappear by using a large amount of groundwater to be pumped. Instead, only the heat of the groundwater is exchanged and used. The reason for this is that unlike the underground water that uses underground water, the drilling is carried out at a diameter that can secure the minimum space where the underground water pump and the water pipe are installed in order to lower the facility cost. On the other hand, There was a problem that the returning groundwater could not be put into the depths of the groundwater along the water pipe. Generally, the groundwater return pipe located at the upper part discharges the groundwater that is being returned from the upper part of the groundwater underground, and the discharged groundwater which is discharged from the groundwater falls into the groundwater, and contains a large amount of air bubbles. And is circulated in the heat exchange system through the water pipe. The air bubbles mixed in the circulating heat exchange groundwater primarily rotates at a high speed and corrodes the impeller of the groundwater pump, which pumped the ground water. On the other hand, air pockets are formed in the circulation pipe, The heat pump interferes with efficient heat exchange inside the heat pump and causes corrosion of the device, thereby causing trouble in the heat exchange system. In addition, groundwater drained by a high and strong discharge water pressure through the water return pipe especially erodes the anti-corrosion wall of the weathered rock layer, so that a large amount of the sand flows into the inner surface of the groundwater intrusion. As a result, There is a problem in that the sand is deposited on the circulation pipe and the heat pump, which interferes with the communication of the groundwater, which hinders normal operation of the system.

또한, 좁은 굴착 직경을 갖는 지열용 지하수 심정 내부에 이미 설치된 심정펌프와 연결된 양수파이프와 심정펌프를 가동시키기 위한 동력케이블과 수위선이 설치되어 있어 활용가능한 공간이 없음에도 불구하고 이곳에 다시금 환수배관을 수위 깊숙한 곳까지 함께 설치하여 구성한다는 것은 현실적으로 큰 어려움이 있었던 것이 사실이다. 이러한 결과 열교환 된 지하수가 환수되어 지하수 심정 내부로 유입되는 경우 상부에 떨어지는 지하수는 지중 열교환이 충분히 이루어지지 않은 상태에서 지하수 심정 펌프로 즉시 유입되어 지상의 히트펌프로 이동됨으로써 결과적으로 지열의 핵심기능 장치인 히트펌프의 효율을 떨어뜨리는 중요한 요인으로 작용되는 문제점을 가지고 있었으며 단순히 배열된 유공관의 설치깊이는 미쳐 열교환이 마쳐지지 않은 지하수를 지하수 심정펌프로 흡입되도록 함으로써 결과적으로 지열용 히트펌프의 열교환 효율을 떨어뜨리는 동일한 요인으로 작용하게 하였다.In addition, there is a water pipe connected to the heart pump which is already installed in the groundwater underground water having a narrow drilling diameter, and a power cable and a water line for operating the heart pump. Therefore, there is no space available, It is a fact that there was a great difficulty in constructing it to be installed together to the depth of the water level. As a result, when the heat-exchanged groundwater is returned to the inside of the groundwater, the groundwater falling to the upper part flows into the groundwater heat pump immediately after underground heat exchange is not sufficiently performed, The heat pump efficiency of the heat pump is lowered. The installation depth of the arranged oil pipe is insufficient. As a result, the groundwater that is not heat exchanged is sucked into the groundwater pump, The same factor of dropping.

지하수 지열공을 이용한 지열 지중 열교환기는 크게 밀폐형과 개방형으로 구분된다.Geothermal underground heat exchangers using groundwater trenches are classified into two types: closed type and open type.

밀폐형은 지열공 내부에 열교환용 고밀도폴리에칠렌관을 U튜브를 이용하여 수직으로 2개관 이상을 연결하여 내려 설치하고 그 내부에 열교환용 브라인을 순환시켜 지중 열을 교환할 수 있도록 구성한 것이다.In the closed type, a high-density polyethylene tube for heat exchange is vertically connected to two or more pipes vertically using a tube for heat exchange, and a heat exchanging brine is circulated inside the hole to exchange the geothermal heat.

개방형은 일반 지하수 관정과 유사하나 수중모터펌프에 의해 양수된 지하수를 지상에 설치된 히트펌프의 열교환기를 거쳐 열교환시킨 다음 순환되어 돌아온 지하수를 다시금 지열공 내부로 환수시켜 지중 열을 교환시킬 수 있도록 한 것이다.Open type is similar to general ground water system, but ground water pumped by underwater motor pump is heat-exchanged through heat exchanger of the heat pump installed on the ground, and ground water returned to circulation is again returned to the inside of the trench so that the earth heat can be exchanged .

일반적인 개방형 지중 열교환기는 계획된 깊이 대체적으로 300~500m깊이로 굴착된 지열공 안쪽에 125~125mm 직경의 PVC 파이프로 제작된 내부케이싱이 연결소켓에 의해 연장되어지면서 바닥까지 설치되어 진다.In general open-type geothermal heat exchangers, the inner casing made of 125 ~ 125mm diameter PVC pipe is extended to the bottom with the connection socket extended to the depth of 300 ~ 500m.

하부구간에는 스트레이너가 구성된 유공관이 연결되어 설치되며 내부케이싱 안쪽 상부에는 수중펌프가 설치되어 지하수를 양수관을 통해 지상 히트펌프까지 올려 순환시키게 된다. In the lower section, a pipe with a strainer is connected, and an underwater pump is installed in the upper part of the inner casing to circulate the ground water up to the ground heat pump through a pumping pipe.

개방형 지중 열교환기 형태는 여러 가지가 개발되어 적용되어지고 있다.Various types of open type underground heat exchanger have been developed and applied.

일명 게오힐 공법은 지열공 안쪽에 내부케이싱이 설치되고 하부에는 유공관이 구성되어 있게 되며 내부케이싱과 지열공벽 사이에는 예컨대 자갈로 이루어진 충진재가 채워지게 되며 그 안쪽에는 환수 분배관이 묻힌 상태로 설치되어지게 된다.
The so-called Gehal method is equipped with an inner casing inside the trench and a porosity pipe at the bottom. Fillings made of gravel, for example, are filled between the inner casing and the trench. Respectively.

도면을 참고하여 종래 지중 열교환 시스템에 대해 좀더 구체적으로 설명한다.The conventional underground heat exchange system will be described in more detail with reference to the drawings.

도 1a 내지 도 2에서 보이는 바와 같이, 종래 기술에 의한 지중 열교환 시스템은, 지열공(1), 지열공(1) 내부에 삽입되며 다수의 구멍이 형성된 내부 케이싱(2), 내부 케이싱(2) 내부에 설치되어 지하수를 급수하는 급수수단으로 급수펌프(3)와 급수관(4)[양수관(3a)을 통해 급수펌프(3)와 연결될 수도 있음], 급수관(4)에 의해 급수되는 지하수의 열을 회수하는 히트펌프(5), 히트펌프(5)를 통과한 지하수를 지열공(1)에 환수하는 환수관(6)으로 구성된다.As shown in FIGS. 1A and 2, the conventional underground heat exchange system comprises a ground hole 1, an inner casing 2 inserted into the ground hole 1 and having a plurality of holes, an inner casing 2, (Which may be connected to the water supply pump 3 through the water supply pipe 3) and the water supply pipe 4 (which may be connected to the water supply pump 3 via the water supply pipe 3 a) A heat pump 5 for recovering heat, and a water return pipe 6 for returning groundwater that has passed through the heat pump 5 to the geothermal column 1. [

환수관(6)은 내부 케이싱(2)과 지열공(1)의 벽면 사이에 배치되고 토출단이 급수 펌프(3)보다 지표면측에 가깝게 배치된다.The water return pipe (6) is disposed between the inner casing (2) and the wall surface of the ground hole (1), and the discharge end is disposed closer to the ground surface than the water supply pump (3).

개방형 지열 지중열교환기의 지표 상부층에는 밀폐식 상부보호공(7)을 설치하여 지표수 유입에 따른 지하수수질오염을 예방하고 있다.In the upper ground layer of the open geothermal underground heat exchanger, an enclosed top protection hole (7) is installed to prevent groundwater pollution caused by surface water inflow.

지열공(1)의 지표면에서부터 토사구간까지는 그라우팅에 의한 차수벽(8)이 형성된다. 차수벽(8)은 그라우팅 케이싱(8a)과 흙막이 케이싱(8b)의 사이에 그라우팅제재가 충진됨으로써 구성될 수 있고, 그라우팅 케이싱(8a)은 상단부가 밀폐식 상부보호공(7)과 관이음될 수 있다.A water wall 8 is formed by grouting from the surface of the ground hole 1 to the earth and sand section. The water level wall 8 can be constructed by filling a grouting material between the grouting casing 8a and the earth retaining casing 8b and the upper end portion of the grouting casing 8a can be connected to the airtight upper protective hole 7 have.

종래 기술에 의한 지중 열교환 시스템에 의하면, 급수 펌프(3)는 내부 케이싱(2) 내부에 있는 지하수를 펌핑하여 급수관(4)에 급수하며, 급수관(4)은 지하수를 히트펌프(5)에 공급한다. 히트펌프(5)는 열교환매체를 이용하여 지하수의 열을 회수하고, 히트펌프(5)를 통과하여 열을 빼앗긴 지하수는 환수관(6)을 통해 지열공(1) 내부에 환수된다.According to the conventional underground heat exchange system, the water supply pump 3 pumps ground water in the inner casing 2 to supply water to the water supply pipe 4, and the water supply pipe 4 supplies ground water to the heat pump 5 do. The heat pump 5 recovers the heat of the groundwater by using the heat exchange medium and the groundwater that has been heat-passed through the heat pump 5 is returned to the inside of the ground hole 1 through the water return pipe 6.

환수관(6)의 위치상 지열공(1)에 환수된 지하수는 지열공(1)의 바닥부로 내려가면서 지열을 회수하고 내부 케이싱(2) 내부에 유입되어 급수 펌프(3)로 공급된다. 이와 같이 지하수가 순환하면서 히트펌프(5)에 지열을 공급한다.
The groundwater returned to the tearing hole (1) at the position of the water return pipe (6) is returned to the bottom of the tearing hole (1) to recover the geothermal heat and flow into the inner casing (2) and supplied to the water supply pump (3). Thus, the groundwater circulates and supplies the geothermal heat to the heat pump 5.

이러한 개방형 지열지중열교환기의 지열공도 일반 지하수 관정과 동일하게 상층 오염지하수의 유입에 의한 순환지하수의 오염을 예방할 수 있도록 "지하수법"과 "지하수의 수질보전 등에 관한 규칙"에 따라 지하수오염방지시설을 시행하도록 시설기준에 규정하고 있다.In order to prevent the contamination of circulating groundwater by the inflow of the upper ground contaminated ground water in the same way as the general ground water pollution, the geothermal heat of the open geothermal underground heat exchanger is groundwater pollution prevention according to the "ground water method" and " The facility standards are stipulated in order to implement the facility.

그러나 시설기준에 따라 오염방지시설을 시행하게 될 경우 암반선 1m 이상을 사용계획 지열공의 직경보다 100mm 이상 크게 굴착하여야 하며 이러한 경우 대체적으로 굴착수량이 많을 수밖에 없는 지열공사의 경우 과다한 공사비의 소요로 인해 경제성에 큰 문제점을 가질 수밖에 없었으며 이러한 이유로 시공 자체를 기피하거나 부실시공이 이루어지는 이유가 되었다.However, if pollution prevention facilities are to be installed according to facility standards, it is necessary to excavate more than 1m of the rock line more than 100mm above the diameter of the planned landfill. In this case, in case of geothermal construction, Therefore, there was a big problem in economical efficiency, and for this reason, it was a reason why construction work was avoided or insufficient construction was done.

개방형 지열 지중열교환기의 경우 운영하는 과정에서 상층오염지하수가 유입되어 당초 수질기준을 초과하게 되는 경우 시설폐쇄가 따르게 되어 막대한 경제적 손실이 발생하게 되어 오염방지가 완벽하게 이루어져야 하나 경제적이고 시설편의성이 높은 기술개발이 이루어지고 있지 않았다. In the case of an open geothermal underground heat exchanger, when the upper layer contaminated groundwater flows in the operation process, if the water quality standard is exceeded, the facility will be shut down, resulting in enormous economic loss. Technology development was not done.

따라서 지하수 순환을 원활히 하면서도 유지관리가 용이한 개방형 지열 지중열교환기에 대한 오염방지시설의 기술개발이 필요하게 되었다.
Therefore, it is necessary to develop the technology of the pollution prevention facility for the open geothermal underground heat exchanger which facilitates the maintenance of the underground water circulation.

등록특허 제10-1187863호Patent No. 10-1187863 등록특허 제10-0868099호Patent No. 10-0868099 등록특허 제10-1187863호Patent No. 10-1187863 등록특허 제10-0997184호Patent No. 10-0997184 등록특허 제10-0768064호Patent No. 10-0768064

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지열 지중열교환기 지열공의 지름을 최소화하면서도 지하수법과 시설기준에 적합한 오염방지시설을 시행할 수 있도록 함은 물론 지하수의 순환과 열교환효율이 우수한 개방형 지열 지중열교환기 장치를 제공하려는데 그 목적이 있다.
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a pollution prevention facility suitable for groundwater method and facility standard while minimizing the diameter of ground hole in a geothermal underground heat exchanger, And to provide an open geothermal underground heat exchanger device.

본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기 장치는, 지표면에서부터 대구경 지열공과 소구경 지열공의 형태로 지중에 천공된 지열공 내부에 삽입 설치되며 지하수가 흐르는 구멍이 구비된 내부케이싱과; 상기 지열공의 대구경 지열공에 형성되는 차수벽과; 상기 내부케이싱 내부에 설치되어 지하수를 급수하는 급수수단과; 상기 급수수단에 의해 급수되는 지하수의 열을 회수하는 히트펌프와; 상기 히트펌프를 통과한 지하수를 상기 지열공에 환수시키는 환수관과; 상기 내부케이싱의 둘레부 또는 상기 차수벽을 형성하는 그라우팅 케이싱의 둘레부에 설치되어 상기 차수벽 저부를 차폐하는 차폐패커와; 상기 환수관과 유체 연통 가능하게 연결되며 상기 환수관을 통해 공급되는 지하수를 분배하여 상기 지열공에 환수시키는 분배환수관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
An open type geothermal underground heat exchanger apparatus according to the present invention includes an inner casing inserted into a ground hole pierced in the ground in the form of a large diameter geothermal ball and a small diameter ground hole from an earth surface and having holes through which groundwater flows; A water outlet wall formed in the large diameter hole of the ground hole; Water supply means installed in the inner casing for supplying ground water; A heat pump for recovering the heat of the ground water supplied by the water supply means; A water return pipe for returning groundwater passing through the heat pump to the ground hole; A shielding packer installed at a periphery of the inner casing or a periphery of a grouting casing forming the water shield to shield the bottom of the water wall; And a distributing / returning pipe connected to the water return pipe in fluid communication so as to distribute the ground water supplied through the water return pipe and return the ground water to the ground hole.

본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기 장치에 의하면, 종래 개방형 지열지중 열교환기의 지열공에 대한 오염방지시설시 대구경 굴착으로 오염방지두께를 확보할 수밖에 없었으나 상대적으로 오염방지구간의 굴착직경을 줄일 수 있어 경제적인 시공이 가능하게 되었다.According to the open geothermal underground heat exchanger device of the present invention, it is necessary to secure the thickness of the pollution prevention by the large diameter excavation in the pollution prevention facility against the geothermal hole of the conventional open geothermal underground heat exchanger, It is possible to construct economically.

본 발명 적용전 지열 지중열교환기의 굴착직경을 200mm로 할 경우 암반선 1m 깊이까지인 지표면으로부터 20~30m 깊이까지는 그라우팅 두께를 5cm 이상 유지하여야 함으로 그 굴착직경은 300mm 이상이 되어야 한다. 그러나, 본 발명 후에는 직경이 큰 환수관을 동일한 순환유량을 확보할 수 있는 다수개의 분배환수관(다발관 등)으로 구성하여 설치하고 그라우팅케이싱에 차폐패커를 결합설치하게 되는 경우에는 암반선 1m 깊이까지는 250mm로 굴착하게 되며 직경 125mm의 내부케이싱에 직접 차폐패커를 설치하여 차수벽을 구성하게 되는 경우에는 225mm 이상으로 굴착하면 됨으로써 굴착비를 대폭 절감할 수 있게 된다.If the excavation diameter of the heat exchanger in the geothermal medium is 200 mm before applying the present invention, the grouting thickness should be maintained at least 5 cm from the ground surface to the depth of 1 m up to the depth of 20 m to 30 m. However, after the present invention, when a large-diameter return pipe is constituted by a plurality of distribution pipes (such as bundle pipes) capable of ensuring the same circulating flow rate and a shielding packer is attached to the grouting casing, The excavation ratio is drastically reduced to 250 mm. When a shielding packer is directly installed in an inner casing having a diameter of 125 mm to construct a water wall, the excavation ratio can be drastically reduced by digging it to 225 mm or more.

패커를 지하수법에 적합하도록 암반선 1m이상 깊이에 정확히 삽입 설치하여 차폐할 수 있어 오염방지를 위한 차수벽시공이 견실하고 간편해지게 되었다.The packer can be inserted and installed at a depth of more than 1m so as to be suitable for the ground water method, so that the construction of the water wall for preventing pollution becomes robust and simple.

상층 오염지하수위 유입을 근본적으로 차단할 수 있어 수질오염에 다른 시설폐쇄의 불확실성을 해소하여 운전의 안정성을 높일 수 있게 되었다.
It is possible to fundamentally block the inflow of the upper ground contaminated groundwater, thereby eliminating the uncertainty of water pollution and shutting down other facilities, thereby enhancing the stability of operation.

도 1a는 지열 지중열교환기가 설치된 지열시스템 개요도.
도 1b는 일반 지열 지중열교환기의 단면도.
도 2는 일반 지열 지중열교환기의 횡단면도.
도 3은 본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기 장치의 일 예시도.
도 4는 본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기 장치에 환수포켓부가 적용된 예시도.
도 5는 본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기 장치에 적용된 차폐패커의 사시도.
도 6은 본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기 장치에 적용된 차폐패커의 단면도.
도 7은 본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기 장치에 적용된 차폐패커가 소구경 지열공에 설치되는 예시도.FIG. 1A is an overview of a geothermal system installed with a geothermal underground heat exchanger. FIG.
1B is a cross-sectional view of a conventional geothermal underground heat exchanger.
2 is a cross-sectional view of a conventional geothermal underground heat exchanger.
3 is a view of an example of an open type geothermal underground heat exchanger apparatus according to the present invention.
4 is a view showing an example in which a return pocket unit is applied to an open type geothermal underground heat exchanger apparatus according to the present invention.
5 is a perspective view of a shielding packer applied to an open geothermal underground heat exchanger apparatus according to the present invention.
6 is a cross-sectional view of a shielding packer applied to an open geothermal underground heat exchanger apparatus according to the present invention.
7 is a view showing an example in which a shielding packer applied to an open-type geothermal underground heat exchanger apparatus according to the present invention is installed in a small-diameter ground hole.

도 3에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 개방형 지열 지중 열교환기 장치는, 지열공(1) 내부에 삽입되며 다수의 구멍이 형성된 내부 케이싱(2), 내부 케이싱(2) 내부에 설치되어 지하수를 급수하는 급수수단으로 급수펌프(3)와 급수관(4)[양수관(3a)을 통해 급수펌프(3)와 연결될 수도 있음], 급수관(4)에 의해 급수되는 지하수의 열을 회수하는 히트펌프(미도시), 상기 히트펌프를 통과한 지하수를 지열공(1)에 환수하는 환수관(6), 내부 케이싱(2)의 상부에 설치되는 밀폐식 상부보호공(7), 지열공(1)의 지표면측에 그라우팅을 통해 형성되는 차수벽(8)[그라우팅 케이싱(8a)과 흙막이 케이싱(8b)의 사이에 그라우팅제재가 충짐됨으로써 형성]으로 이루어지는 것은 종래와 동일 내지 유사하며, 차수벽(8) 하부를 차폐하는 차폐패커(10), 환수관(6)을 통해 환수되는 지하수를 지열공(1)에 분배하여 환수시키는 분배환수관(20)이 포함되어 구성된다.
3, an open type geothermal underground heat exchanger apparatus according to the present invention includes an inner casing 2 inserted into a tearing hole 1 and having a plurality of holes, an inner casing 2 installed inside the inner casing 2, A water pump 3 and a water supply pipe 4 (which may be connected to the water supply pump 3 via the water pipe 3a) as a water supply means for supplying water, a heat pump (not shown) for recovering the heat of the ground water supplied by the water supply pipe 4 (Not shown), a water return pipe 6 for returning the ground water passing through the heat pump to the ground drilling hole 1, an enclosed upper protective hole 7 provided at the upper part of the inner casing 2, (Formed by filling a grouting material between the grouting casing 8a and the earth retaining casing 8b) formed by grouting on the surface side of the main wall 8, A shielding packer 10 for shielding the lower part, Number is not the tear (1) distributed to the configuration includes a distribution-exchange tube 20 of the water exchange.

지열공(1)은 형성 방법은 다음과 같다. The formation method of the ground hole (1) is as follows.

토양층 굴착과정에서 흙의 무너짐을 방지하기 위해 삽입되는 흙막이 케이싱(8b)을 설치하게 되며 암반선1m 깊이까지는 그라우팅 두께가 지하수법에 따른 5cm 이상이 되도록 내부케이싱(2)의 직경보다 10cm 크게 굴착하게 된다. 다음 굴착비트를 교환하여 200mm 직경으로 목표하는 심도인 300~500m 깊이까지 추가로 굴착하여 지열공(1)을 형성한다. The earth retaining casing 8b to be inserted to prevent the soil from falling down during the excavation of the soil layer is provided and the grouting thickness is drilled 10 cm larger than the diameter of the inner casing 2 so that the grouting thickness is 5 cm or more according to the groundwater method do. The excavation bit is exchanged and excavated to a desired depth of 300 to 500 m with a diameter of 200 mm to form a tear hole (1).

내부케이싱(2)은, 상부에 설치되는 무공관과 하부 바닥 근처에 설치되며 지하수가 흐르는 다수의 구멍을 갖는 유공관의 조합으로 이루어진다. 내부케이싱(2)의 연결은 대체적으로 스테인레스 연결소켓이나 PVC 연결소켓을 이용하여 연결 결합하여 설치된다. 내부케이싱(2)이 지열공(1)의 일정 위치(바람직하게 중앙)에 배치되도록 내부케이싱(2)의 외주연에 가이드판, 예컨대 원주방향을 따라 일정 간격을 유지하는 3개의 가이드판이 적용될 수 있다.The inner casing (2) is composed of a non-hollow pipe provided at the upper part and a combination of the pipe holes provided near the lower floor and having a plurality of holes through which groundwater flows. The connection of the inner casing 2 is generally connected by using a stainless steel connection socket or a PVC connection socket. Three guide plates can be applied to the outer circumference of the inner casing 2 so that the inner casing 2 is disposed at a predetermined position (preferably the center) of the tearing hole 1, have.

내부케이싱(2)의 무공관은 그라우팅제재의 주입시 그라우팅용 시멘트의 하중을 견딜 수 있는 충분한 두께를 가지고 있어야 하며 수질에 오염을 발생시키지 않는 재질이어야 한다. 무공관과 무공관의 연결은 누수가 없도록 연결소켓은 수밀성 팩킹이 설치되어 있어야 한다.The hollow pipe of the inner casing (2) should have sufficient thickness to withstand the load of the grouting cement when grouting material is injected, and should not be contaminated by water quality. The connecting socket should be provided with watertight packing so that there is no leakage.

내부케이싱(2)의 유공관은 지하수 수맥이나 지열공벽에서 박리되어 낙하되어 쌓이는 토사류가 내부케이싱(2)과 지열공(1)의 벽 사이에 쌓이게 되어 순환지하수가 내부케이싱(2)과 지열공(1)벽 사이로 유입되어 내부케이싱(2) 안쪽으로 통해 급수펌프(3)로 흘러 순환되는 유통이 차단되지 않도록 하여야 하는데, 이를 위해 상기 유공관의 개구부는 충분한 크기로 천공하거나 스테인레스 강선을 이용하여 지지력을 확보하면서도 개구부가 확보될 수 있는 구조로 설치되어야 한다.The pores of the inner casing 2 are peeled off from the groundwater sump or the tearing hole to be accumulated and accumulated, and the accumulated soil is accumulated between the inner casing 2 and the wall of the tearing hole 1, so that the circulating groundwater flows into the inner casing 2, It is necessary to prevent the circulation of the circulation flow of the water flowing into the water supply pump 3 through the inside of the inner casing 2 through the inside of the inner casing 1 and thus preventing the opening of the pipe from being pierced to a sufficient size or using a stainless steel wire, But it must be installed in such a structure that an opening can be secured.

특히 오랜 기간 지열 지중열교환기를 사용하게 되는 경우 내부케이싱(2)과 지열공(1)벽 사이에 쌓이는 토사류로 순환지하수의 순환통로가 막힐 수도 있게 되는데 이때 사용되어지는 고압의 펄스충격장치의 운용시 고압의 압축가스의 충격으로 순환통로가 확보되는 과정에서 고압의 압축가스로 인해 유공관의 파손을 방지하기 위해 스테인레스 강선을 이용한 유공관의 설치가 특히 필요하다.
In particular, when a geothermal underground heat exchanger is used for a long period of time, the circulation passage of the circulating groundwater may be clogged by the soil accumulated between the inner casing (2) and the ground hole (1). In operation of the high- It is particularly necessary to install a stainless steel pipe to prevent the breakage of the pipe due to the high-pressure compressed gas in the process of securing the circulation passage by the impact of the high-pressure compressed gas.

도 3 내지 도 5에서 보이는 바와 같이, 차폐패커(10)는 예를 들어 그라우팅 케이싱(8a)의 둘레부에 설치되면서 예를 들어 대구경 지열공(1a)과 소구경 지열공(1b)의 경계부에 배치되어 차수벽(8) 저부를 차폐한다.3 to 5, the shielding packer 10 is installed, for example, at the periphery of the grouting casing 8a, for example, at a boundary between the large diameter grounding hole 1a and the small diameter grounding hole 1b And shields the bottom of the water barrier 8.

차폐패커(10)는 원통형의 몸체(11), 몸체(11)의 외주면에 설치되는 차폐재(12), 몸체(11)의 상부와 하부에 각각 형성되며 내부 케이싱(2)에 연결되는 연결소켓(13,14)으로 구성된다.The shielding packer 10 includes a cylindrical body 11, a shielding member 12 provided on the outer circumferential surface of the body 11, a connection socket (not shown) formed on the upper and lower portions of the body 11, 13, 14).

원통형의 몸체(11)는 내부케이싱(2)에 연결되면서 둘레부에 분배환수관(20)이 삽입되는 홀(11a)이 구비된 두께를 갖는 통구조일 수 있다. The cylindrical body 11 may have a tubular structure having a hole 11a through which the distribution and return pipe 20 is inserted at the periphery thereof while being connected to the inner casing 2.

원통형의 몸체(11)는 내부케이싱(2)에 연결되는 것으로 한정되지 않고 도 4에서처럼, 그라우팅 케이싱(8a)의 둘레부에 설치될 수도 있다.The cylindrical body 11 is not limited to being connected to the inner casing 2 but may be provided at the periphery of the grouting casing 8a as shown in Fig.

차폐재(12)는 공기주입수단에 의해 주입되는 공기에 의해 팽창하여 대구경 지열공(1a)의 공벽에 밀착되어 차폐하는 방식, 등록 특허 제10-0845973호와 같이 압축고무튜브 방식, 수팽창 고무로 된 링이나 판 방식 등 다양한 구성이 가능하다.The shielding member 12 is expanded by the air injected by the air injecting means and is shielded by being in close contact with the air hole of the large diameter ground hole 1a. In addition, as shown in Japanese Patent No. 10-0845973, And a variety of configurations such as a ring or plate method are possible.

연결소켓(13,14)은 몸체(11)를 내부케이싱(2) 또는 그라우팅 케이싱(8a)에 관이음하기 위한 모든 구성이 가능하다.The connecting sockets 13 and 14 can be all configured to join the body 11 to the inner casing 2 or the grouting casing 8a.

차폐패커(10)는 도 3과 도 4에서 도시된 것처럼, 대구경 지열공(1a)과 소구경 지열공(1b)의 경계부이면서 대구경 지열공(1a)에 설치될 수도 있고, 도 7에서처럼, 소구경 지열공(1b)에 배치될 수도 있다.
3 and 4, the shielding packer 10 may be provided at the boundary between the large-diameter ground hole 1a and the small-diameter ground hole 1b and at the large-diameter ground hole 1a. As shown in FIG. 7, And may be disposed in the aperture trailing hole 1b.

분배순환관(20)은 차폐패커(10)의 둘레부[몸체(11)의 내부]에 일정 간격을 두고 배열되며 환수헤더(30)를 통해 환수관(6)과 연결된다.The distribution circulation pipe 20 is arranged at a predetermined interval in the periphery of the shielding packer 10 (inside the body 11) and is connected to the water return pipe 6 through the water return header 30.

환수헤더(30)는 내부에 유로가 있는 링 형상이며, 환수관(6)과 연결되어 환수관(6)에서 환수되는 지하수를 다수의 분배순환관(20)으로 분배한다.The water return header 30 is in the form of a ring having a flow path therein and distributes the ground water that is connected to the water return pipe 6 and returned from the water return pipe 6 to a plurality of distribution circulation pipes 20.

환수헤더(30)는 내주면이 도 3에서처럼 내부케이싱(2)의 둘레부에 밀착될 수 있고, 상부에는 밀폐식 상부보호공(7)이 연결될 수 있다.The inner circumferential surface of the return header 30 may be in close contact with the circumferential portion of the inner casing 2 as shown in FIG. 3, and the closed top protective hole 7 may be connected to the upper portion.

다수의 분배순환관(20)은 상하 양측이 개방된 관이며 상측의 유입부는 환수헤더(30)의 저부에 연결되고 타측의 토출부는 내부케이싱(2)과 지열공(1) 사이에 배치되어 지하수가 내부 케이싱(2) 외부에 환수되도록 한다.The plurality of distribution circulation pipes 20 are connected to the bottom of the return header 30 and the discharge part of the other side is disposed between the inner casing 2 and the ground hole 1, To be returned to the outside of the inner casing (2).

도 3에서처럼, 분배순환관(20)은 토출부가 소구경 지열공(1b)에 배치되어 지하수를 바로 지열공(1)에 토출되도록 할 수 있고, 또는 도 4에처럼, 대구경 지열공(1a)과 소구경 지열공(1b)의 경계부에 형성된 환수포켓부(40)[차폐패커(10)의 저부]에 배치되어 다수의 분배순환관(20)을 통해 토출된 지하수가 환수포켓부(403)에 집수된 후 소구경 지열공(1b)에 토출될 수도 있다.3, the discharge circulation pipe 20 can be arranged such that the discharge portion is disposed in the small diameter ground hole 1b to discharge the ground water directly to the ground hole 1, or the large diameter ground hole 1a, The groundwater discharged through the plurality of distribution circulation pipes 20 is disposed in the return pocket portion 403 (the bottom portion of the shielding packer 10) formed at the boundary between the small diameter ground hole 1b and the small diameter ground hole 1b, And then discharged to the small diameter hole 1b.

분배순환관(20)은, 직경이 큰 환수관(6)을 단일관 형태로 적용할 수도 있으나 동일한 순환유량을 확보할 수 있는 다수개의 소구경 관이 다발관 형태로 구성되어 굴착직경의 축소효과를 증대하는 것이 바람직하다.The distribution circulation pipe 20 can be applied to a single-pipe type pipe 6 having a large diameter, but a plurality of small-diameter pipes capable of ensuring the same circulating flow rate are formed in the form of a multi- Is increased.

분배순환관(20)이 다발관 형태로 설치되는 경우 차폐패커(10)의 원통형 몸체(11) 안쪽에 설치되는데 각각 독립된 분배순환관(20)을 각각 원통형 몸체(11)의 내부에 형성된 홀(11a)에 삽입한 후 용접 등을 통해 결합할 수도 있다. 물론, 분배순환관(20)은 전술한 것에 한정되지 않고 다양한 방법으로 설치 가능하다. 홀(11a)의 수밀성 확보를 위하여 홀(11a)에는 오링 등의 수밀부재가 설치되는 것이 바람직하다.
When the distribution circulation pipe 20 is installed in the form of a bundle tube, the distribution circulation pipes 20 are installed inside the cylindrical body 11 of the shielding packer 10, 11a, and then joined by welding or the like. Of course, the distribution circulation pipe 20 is not limited to the above, but can be installed in various ways. It is preferable that a watertight member such as an O-ring is provided in the hole 11a in order to secure the watertightness of the hole 11a.

이와 같은 본 발명에서, 밀폐식 상부보호공(7)은, 하부에는 환수헤더(30)가 연결될 수 있도록 하여 지상에 설치된 열교환기로부터 환수된 지하수가 연결될 수 있도록 하였으며 하부에 누수없이 연결 결합되는 분배순환관(20)을 통해 지중 열교환기로 환수될 수 있도록 하였다. In the present invention, the closed top protection hole (7) is provided with a water return header (30) connected to the lower part thereof so that the ground water recovered from the heat exchanger installed on the ground can be connected, And can be returned to the underground heat exchanger through the circulation pipe (20).

급수펌프(3)로부터 양수된 순환지하수는 양수관(3a)과 급수관(4)을 통해 히트펌프에 공급되며, 양수관(3a)과 급수관(4)은 밀폐식 상부보호공(7)의 내부에서 결합될 수 있도 있다.
The circulating groundwater pumped from the water feed pump 3 is supplied to the heat pump through the pumping pipe 3a and the water pipe 4 and the water pipe 3a and the water pipe 4 are connected to the inside of the closed upper protection hole 7 Lt; / RTI >

이하, 본 발명에 의한 개방형 지열 지중열교환기의 설치 방법을 설명한다.
Hereinafter, an installation method of the open geothermal underground heat exchanger according to the present invention will be described.

<실시예 1>&Lt; Example 1 >

대구경 지열공(1a)으로 암반선 1m 깊이로 굴착하면서 흙막이 케이싱(8b)을 설치한다.The earth retaining casing (8b) is installed while digging at a depth of 1m with a large diameter ground hole (1a).

대구경 지열공(1a)의 저부에 소구경 지열공(1b)을 천공하기 위하여 천공장치의 비트를 교체하여 계획 직경으로 목표심도까지 추가 굴착한다.In order to perforate the small diameter drilling hole 1b at the bottom of the large diameter drilling hole 1a, the bit of the drilling device is changed to further drill the target diameter to the target depth.

내부케이싱(2)을 삽입 설치하면서 계획깊이에서 차폐패커(10)를 내부케이싱(2)에 결합하고 분배순환관(20)을 함께 설치한다.The shielding packer 10 is coupled to the inner casing 2 at the planned depth while the inner casing 2 is inserted and the distribution circulation pipe 20 is installed together.

차폐패커(10)의 차폐재(12)를 팽창시켜 내부케이싱(2)과 지열공(1)벽 사이를 차폐한다.The shielding material 12 of the shielding packer 10 is inflated to shield the gap between the inner casing 2 and the tearing hole 1 wall.

차폐패커(10) 상단의 내부케이싱(2)과 지열공(1)벽 사이에 그라우팅제재를 주입하여 차수벽(8)을 형성한다.Grouting material is injected between the inner casing 2 at the upper end of the shielding packer 10 and the wall of the ground hole 1 to form a water wall 8.

밀폐식 상부보호공(7)을 설치하고 급수펌프(3)를 설치하여 급수관(4)과 환수관(6)을 각각 연결한다.
The closed top protection hole 7 is provided and the water supply pump 3 is provided to connect the water supply pipe 4 and the water return pipe 6 respectively.

<실시예 2>&Lt; Example 2 >

본 발명의 개방형 지열 지중열교환기의 다른 설치 방법은, 대구경 소구경(1a)으로 암반선 1m 깊이로 굴착하면서 흙막이 케이싱(8b)을 설치한다.In another method of installing the open geothermal underground heat exchanger of the present invention, the earth retaining casing (8b) is installed while digging at a depth of 1m by a large diameter small hole (1a).

대구경 지열공(1a)의 저부에 소구경 지열공(1b)의 설치를 위하여 천공장치의 비트를 교체하여 계획 직경으로 목표심도까지 추가 굴착한다.In order to install the small diameter drilling hole 1b at the bottom of the large diameter drilling hole 1a, the bit of the drilling device is changed to further drill the target diameter to the target depth.

차폐패커(10)가 결합된 그라우팅 케이싱(8a)과 분배순환관(20)을 함께 지열공(1)에 삽입 설치한다.The grouting casing 8a combined with the shielding packer 10 and the distribution circulation pipe 20 are inserted into the ground hole 1 together.

차폐패커(10)의 차폐재(12)를 팽창시켜 그라우팅 케이싱(8a)과 지열공(1)벽 사이를 차폐한다.The shielding member 12 of the shielding packer 10 is expanded to shield the gap between the grouting casing 8a and the grounding hole 1 wall.

차폐패커(10) 상단의 그라우팅 케이싱(8a)과 지열공(1)벽 사이에 그라우팅제재를 주입하여 차수벽(8)을 형성한다.A grouting material is injected between the grouting casing (8a) on the upper end of the shielding packer (10) and the trench (1) wall to form a water wall (8).

지열공(1) 내부에 내부케이싱(2)을 삽입 설치한다.The inner casing (2) is inserted into the ground hole (1).

밀폐식 상부보호공(7)을 설치하고 급수펌프(3)를 설치하고, 급수관(4)과 환수관(6)을 각각 연결한다.The closed upper protection hole 7 is provided and the water supply pump 3 is installed and the water supply pipe 4 and the water return pipe 6 are connected to each other.

1 : 지열공, 1a : 대구경 지열공
1b : 소구경 지열공, 2 : 내부케이싱
3 : 급수펌프, 3a : 양수관
4 : 급수관, 5 : 히트펌프
6 : 환수관, 7 : 밀폐식 상부보호공
8 : 차수벽, 8a : 그라우팅 케이싱
8b : 흙막이 케이싱,
10 : 차폐패커, 11 : 몸체
12 : 차폐재, 20 : 분배순환관
30 : 환수헤더, 40 : 환수포켓부1: geothermal, 1a: large-diameter geothermal
1b: Small diameter ground hole, 2: Inner casing
3: Feed pump, 3a: Pumping pipe
4: water pipe, 5: heat pump
6: Water return pipe, 7: Closed top protection pipe
8: a water wall, 8a: a grouting casing
8b: Retaining casing,
10: shielding packer, 11: body
12: Shielding material, 20: Distribution circulation tube
30: return header, 40: return pocket part

Claims

An inner casing 2 inserted into the ground hole 1 drilled in the ground in the form of a large diameter ground hole 1a and a small diameter ground hole 1b from the surface of the ground and having holes through which groundwater flows;
A water outlet wall 8 formed in the large diameter ground hole of the tearing hole;
Water supply means installed in the inner casing for supplying ground water;
A heat pump (5) for recovering the heat of groundwater supplied by the water supply means;
A water return pipe (6) for returning groundwater passing through the heat pump to the tearing hole;
A shielding packer (10) installed at a periphery of the inner casing or a periphery of a grouting casing (8a) forming the water wall to shield the bottom of the water wall;
And a distributing and returning pipe (20) connected in fluid communication with the water returning pipe and distributing the ground water supplied through the water returning pipe and returning the water to the grounding hole,
The shielding packer includes a cylindrical body 11 installed at the periphery of the inner casing or the periphery of the grouting casing 8a forming the water wall and connected to and integrated with the distribution and return pipes, And a shielding member (12) which is installed and shielded by an external force in close contact with a wall surface of the tearing hole.

[3] The apparatus according to claim 1, wherein the inner casing or the grouting casing is installed in a ring shape, and the distribution pipe is connected to the water return pipe at one side and the distribution return pipe (20) And a return header (30) for distributing the ground water supplied through the water return pipe to the distribution water return pipe.

The shielding packer according to claim 1 or 2, wherein the shielding packer is disposed at the boundary between the large-diameter geothermal ball and the small-diameter ground hole and at the bottom of the large-diameter ground hole and corresponds to the discharging unit formed at the bottom of the distribution- Wherein the return water pocket is formed in the lower portion of the water storage tank to collect the ground water discharged through the distribution water return pipe and return the water to the small diameter water storage hole.

[5] The method according to claim 1 or 2, wherein the grouting casing (8a) forming the water wall is disposed at the bottom of the small diameter ground hole (1b) as a boundary between the large diameter geothermal hole and the small diameter ground hole, And the bottom of the water inlet wall is provided to correspond to the small-diameter geothermal hole on the periphery of the grouting casing to shield the bottom of the water outlet.

The open type geothermal underwater heat exchanger device according to claim 1, wherein the body of the shielding packer is provided with a plurality of holes (11a) in which the distribution and discharge pipe is inserted and fixed.