KR101501658B1 - 지열발전 시스템 - Google Patents

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KR101501658B1
KR101501658B1 KR20130108581A KR20130108581A KR101501658B1 KR 101501658 B1 KR101501658 B1 KR 101501658B1 KR 20130108581 A KR20130108581 A KR 20130108581A KR 20130108581 A KR20130108581 A KR 20130108581A KR 101501658 B1 KR101501658 B1 KR 101501658B1
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KR
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shield housing
contact portion
circulating water
geothermal
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KR20130108581A
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안동욱
노명현
여경윤
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재단법인 포항산업과학연구원
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/10—Geothermal energy

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 지열발전 시스템은 지면과 연결되게 지열이 발생하는 지반층의 형성방향으로 삽입되는 쉴드하우징, 순환수를 공급하며, 상기 쉴드하우징 내부에 제공되는 주입수단 및 지열에 의해 가열된 순환수를 지면으로 배출하며, 상기 쉴드하우징 내부에 제공되는 생산수단을 포함할 수 있다.

Description

지열발전 시스템{Geothermal power generation system}
본 발명은 지열발전 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 쉴드하우징을 지열이 발생하는 지반층의 형성방향으로 삽입한 후 밀폐시키는 동시에, 상기 쉴드하우징 내에서 순환수를 순환시켜서 지열에 의해 전기를 생산하는 발명에 관한 것이다.
지열발전은 지하를 구성하는 토양, 암반 및 지하수가 가지고 있는 열에너지를 이용하여 전기에너지를 생산하는 기술로써, 열원을 지구 내부의 고온의 마그마 층으로 하기 때문에, 반영구적으로 전기를 생산할 수 있다.
또한, 화석 연료에 의존하는 발전의 대체 수단으로서 비교적 환경 오염이 적으며, 핵 연료를 사용한 발전에 비하여 위험도가 낮은 장점이 있다.
종래의 지열발전은 고온 열수 발전기술, 저온 바이너리(Binary) 발전기술, 심부 지열 발전기술(Enhanced Geothermal System: EGS) 등이 사용되고 있다.
상기 고온 열수 발전기술은 지하 2 ~ 3km 깊이에 부존하는 약 180℃ 이상의 고온 지열 저류층(지열수+증기)에 시추공을 시추하여, 지표로 스스로 솟구치는 증기를 이용하여 전기를 생산하는 기술로써, 하나의 터빈용량은 20 ~ 50MW급이고, 최대 130MW급 발전기도 가동시킬 수 있는 이미 상용화된 기술이다.
그러나, 이러한 고온 열수 발전기술에서 이용 가능한 경제성 있는 지열 저류층이 존재하기 위해서는 열원, 저류구조, 유체의 3가지 조건을 만족해야 하기 때문에 주로 화산지대에 적용 가능한 한계점 및 지열수가 존재해야 하는 한계가 있다.
상기 저온 바이너리 발전기술은 지열수는 풍부하게 부존하고 있지만 온도가 180℃ 이하로 증기압력이 높지 않을 때, 끓는 점이 낮은 냉매와 지열수의 열교환을 통해 증기화된 냉매가 발전기 터빈을 돌려 전기를 생산하는 기술로써, 고온 열수 발전에 비해 3 ~ 5MW로 발전소 규모가 작으며, 지열수가 존재해야 하는 한계가 있다.
상기 심부 지열 발전기술(EGS)은 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 투수성이 불량한 지하 심부 결정질 암반의 지반층(hot stratum: hs)에서 지열수의 순환(f)을 보다 용이하게 하도록 인공적으로 지열 저류층을 형성하여 투수성을 높여 발전하는 기술이다.
이러한 심부 지열 발전기술(EGS)은 비화산지대에 충분한 지열수가 부존하지 않을 때, 시추 깊이는 약 5km 이상이며 수압으로 암반의 균열대를 활성화하여 지열 저류층을 생성한 후 주입정(20')으로 순환수를 주입하여 암반 내에서 열교환되어 가열된 증기와 물을 생산정(30')을 통해 끌어올려 발전을 한다.
다만, 상기 심부 지열 발전기술(EGS)의 경우, 순환수의 인공적인 주입을 위한 주입정(20')과 지열 저류층에서 물을 뽑아올리기 위한 생산정(30')이 필요하므로 도 1a와 같이 최소 2공 이상 굴착하거나, 도 1b와 같이 생산정(30')을 주입정(20')의 양측에 설치하여야 한다.
또한, 순환수에 용해된 다양한 미네랄 중 붕소, 비소 등의 일부 물질은 지표와 지하수를 오염시킬 수 있는 독극물을 포함하고 있어 환경적인 문제를 유발할 수 있다.
더욱이, 상기 심부 지열 발전기술(EGS)은 주입정(20')에서 공급하는 지열수보다 생산정(30')에서 생산하는 지열수의 양이 많으면 지반 침하의 문제가 발생할 수 있으며, 인공적인 지열 저류층의 틈으로 CO2, H2S 등의 유해가스가 방출될 수 있는 문제가 있다.
따라서, 전술한 문제점을 해결하기 위한 지열발전 시스템에 대한 연구가 필요하게 되었다.
본 발명의 목적은 지열이 발생하는 지반층과 주변 환경에 영향을 최소로 하면서도, 지열을 효율적으로 제공받아 전기에너지를 생산하는 지열발전 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 지열발전 시스템은 지면과 연결되게 지열이 발생하는 지반층의 형성방향으로 삽입되는 쉴드하우징, 순환수를 공급하며, 상기 쉴드하우징 내부에 제공되는 주입수단 및 지열에 의해 가열된 순환수를 지면으로 배출하며, 상기 쉴드하우징 내부에 제공되는 생산수단을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 지열발전 시스템의 상기 쉴드하우징은 지면에서 상기 지반층으로 시추되어 삽입되는 기둥부 및 상기 지반층의 길이 방향으로 삽입되는 접촉부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 지열발전 시스템의 상기 쉴드하우징은 상기 접촉부의 내면에 곡면 형상으로 다수 개가 형성된 유동홈을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 지열발전 시스템의 상기 주입수단은 상기 기둥부에 제공되며, 지면과 연결되어 순환수가 공급되는 공급파이프부 및 상기 접촉부의 일단부인 플러그로 순환수를 공급하도록, 상기 공급파이프부와 연결되며, 상기 플러그까지 연장되어 형성되는 연장파이프부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 지열발전 시스템의 상기 생산수단은 지면과 연결되는 일단부인 출구부 및 가열된 순환수가 유입되며, 상기 접촉부에 위치하는 타단부인 입구부를 포함하며, 상기 입구부는 상기 연장파이프부 보다 상측에 위치하게 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 지열발전 시스템의 상기 생산수단은 일단부가 지면과 연결되고, 타단부는 상기 기둥부와 상기 접촉부가 연결되는 부분에 위치하게 제공될 수 있다.
본 발명의 지열발전 시스템은 쉴드하우징을 지열이 발생하는 지반층의 형성방향으로 제공하여, 상기 쉴드하우징의 외면을 지열과 최대로 접촉시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 상기 쉴드하우징의 내면에 유동홈을 형성하여 순환수와의 접촉 면적도 넓혀서 열전도에 의한 열전달 효율을 향상시킬 수 있으며, 상기 유동홈을 곡면 형상을 제공하여 상기 순환수에 와류를 형성하여 대류에 의한 열전달 효율도 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 밀폐된 상기 쉴드하우징 내부에서 주입수단과 생산수단에 의해서 순환수를 순환시켜 지열을 이용하기 때문에, 지열수의 존재 여부에 제한 없이 지열발전을 할 수 있으며, 독극물이 침투되어 주변 환경이 오염되는 것을 방지할 수 있는 이점도 있다.
또한, 상기 쉴드하우징은 지반층에 삽입되어 시공되기 때문에, 유해가스가 유출될 가능성이 낮으며, 지반침하 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있는 이점도 발생하게 되며, 한 번의 시추로 주입수단 및 생산수단을 모두 구비할 수 있어, 설치가 기존에 비하여 단순한 이점도 있다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 심부 지열 발전기술을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 지열발전 시스템을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 지열발전 시스템에서 쉴드하우징을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 지열발전 시스템에서 생산수단의 다른 실시예를 도시한 단면도이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
본 발명의 지열발전 시스템은 쉴드하우징(10)을 지열이 발생하는 지반층(hot stratum: hs)의 형성방향(x)으로 삽입하여 밀폐시키는 동시에, 상기 쉴드하우징(10) 내에서 순환수를 순환시켜서 지열에 의해 전기를 생산하는 발명에 관한 것이다.
즉, 상기 쉴드하우징(10)을 지열이 발생하는 지반층(hs)의 형성방향(x)으로 제공하여, 상기 쉴드하우징(10)의 외면이 지열과 최대로 접촉될 수 있게 제공할 수 있는 것이다.
또한, 상기 쉴드하우징(10)의 내면에 유동홈(13)을 형성하여 열전도에 의한 열전달 효율 및 대류에 의한 열전달 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
한편, 밀폐된 상기 쉴드하우징(10) 내부에서 순환수를 순환시켜 지열을 이용하기 때문에, 지열수의 존재 여부에 제한 없이 지열발전을 할 수 있으며, 독극물이 침투되어 주변 환경이 오염되는 것을 방지할 수 있게 된다.
또한, 상기 쉴드하우징(10)은 지반층(hs)에 삽입되어 시공되기 때문에, 유해가스가 유출될 가능성이 낮으며, 지반침하 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있게 되어, 친환경적인 지열발전을 실시할 수 있게 된다.
구체적으로, 도 2는 본 발명의 지열발전 시스템을 도시한 단면도로써, 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지열발전 시스템은 지면과 연결되게 지열이 발생하는 지반층(hs)의 형성방향(x)으로 삽입되는 쉴드하우징(10), 순환수를 공급하며, 상기 쉴드하우징(10) 내부에 제공되는 주입수단(20) 및 지열에 의해 가열된 순환수를 지면으로 배출하며, 상기 쉴드하우징(10) 내부에 제공되는 생산수단(30)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 지열발전 시스템의 상기 쉴드하우징(10)은 지면에서 상기 지반층(hs)으로 시추되어 삽입되는 기둥부(11) 및 상기 지반층(hs)의 길이 방향(x)으로 삽입되는 접촉부(12)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 지열발전 시스템의 상기 주입수단(20)은 상기 기둥부(11)에 제공되며, 지면과 연결되어 순환수가 공급되는 공급파이프부(21) 및 상기 접촉부(12)의 일단부인 플러그(12a)로 순환수를 공급하도록, 상기 공급파이프부(21)와 연결되며, 상기 플러그(12a)까지 연장되어 형성되는 연장파이프부(22)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 지열발전 시스템의 상기 생산수단(30)은 일단부가 지면과 연결되고, 타단부는 상기 기둥부(11)와 상기 접촉부(12)가 연결되는 부분에 위치하게 제공될 수 있다.
상기 쉴드하우징(10)은 지열이 발생하는 지반층(hs)에서 지열을 전달받아 후술할 주입수단(20)에서 공급하는 순환수로 전달하는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 상기 쉴드하우징(10)은 상기 지반층(hs)의 형성방향(x)으로 삽입되어 제공될 수 있으며, 기둥부(11)와 접촉부(12)를 포함할 수 있다.
즉, 지열이 발생하는 부분에 대하여 상기 쉴드하우징(10)을 삽입하여 제공함으로써, 상기 쉴드하우징(10)의 외면과 지열을 최대로 접촉하게 제공하여, 상기 지반층(hs)에서의 지열 전달 효율을 향상시키기 위해서, 상기 기둥부(11)와 접촉부(12)를 제공할 수 있는 것이다.
또한, 상기 쉴드하우징(10)은 밀폐되어 제공되기 위해서, 상기 지반층(hs)의 형성방향(x)으로 삽입되는 일단부가 개방된 쉴드하우징(10)을 삽입 후에 삽입된 일단부를 밀폐하도록 제공하여 밀폐된 쉴드하우징(10)을 형성할 수 있다.
상기 기둥부(11)는 지면에서 시추되어 상기 지반층(hs)까지 삽입되는 부분으로, 상기 지반층(hs)까지의 최단거리로 시추되어 삽입되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 기둥부(11)는 최단거리로 상기 지반층(hs)로 삽입되기 위해서, 상기 지면과 상기 지반층(hs)을 연결하는 수직한 방향(y)으로 삽입하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 기둥부(11)는 후술할 접촉부(12)와 연결되는 부분(11a)에서 후술할 주입수단(20)에 의해 공급된 순환수가 후술할 생산수단(30) 이외의 부분으로 이탈하는 것을 방지하기 위해서, 밀폐판(11b)을 제공할 수 있다.
다시 말해, 상기 밀폐판(11b)은 순환수가 상기 접촉부(12)에만 존재할 수 있도록, 상기 기둥부(11)의 하단부인 상기 접촉부(12)와 연결되는 부분(11a)에 제공될 수 있는 것이다.
한편, 상기 기둥부(11)의 주변에는 상기 기둥부(11)를 지지하기 위한 베이스(b)가 제공될 수 있으며, 상기 베이스(b)는 상기 기둥부(11)의 둘레 방향으로 콘크리트 등으로 형성되어 제공될 수 있다.
상기 접촉부(12)는 상기 지반층(hs)의 형성방향(x) 즉, 상기 지반층(hs)의 길이방향(x)으로 삽입되어 제공될 수 있다. 이에 의해서, 상기 지반층(hs)과 접촉되는 부분을 증가시켜 상기 지반층(hs)에서 발생하는 지열을 상기 순환수로 효율적으로 공급할 수 있게 된다.
여기서, 상기 접촉부(12)가 상기 지반층(hs)의 길이방향(x)으로 삽입시키는 것은 일반적으로 사용되는 수평시추에 의해서 실현될 수 있다.
또한, 상기 접촉부(12)는 열전달 효율을 향상시키기 위해서, 열전도성이 우수한 소재로 제공되는 것이 바람직하다. 일례로써, 스테인레스, 알루미늄, 구리, 마그네슘 등의 금속 소재를 사용하여 형성될 수 있다.
한편, 상기 접촉부(12)와 연결되는 기둥부(11)도 상기 접촉부(12)와의 결합을 용접 등에 의해 용이하게 실시하기 위해서, 상기 접촉부(12)와 동일한 소재 제공되는 것이 바람직하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 접촉부(12)와 연결될 수 있는 소재라면, 경제성 및 성형성을 고려하여 적당한 소재를 사용하여 제시될 수 있다.
특히, 상기 생산수단(30)에서 전달되는 고온의 순환수에서 열이 방출하는 것을 방지하기 위해서, 단열효율이 큰 소재로 형성될 수도 있다.
여기서, 상기 접촉부(12)는 상기 기둥부(11)에 수직하게 제공되어 지면과 수평하게 제공되는 것에 한정되는 것은 아니며, 상기 지반층(hs)의 길이방향(x)을 따라 삽입되게 제공되기 때문에, 상기 기둥부(11)와 일정 각도로 비스듬하게 형성되어 제공될 수도 있다.
한편, 상기 접촉부(12)는 상기 기둥부(11)에 하나만이 결합되는 것에 한정되는 것은 아니며, 복수 개가 결합되어 제공됨으로써, 후술할 주입수단 및 생산수단도 다수개가 제공되어 지열발전을 실시할 수도 있다.
또한, 상기 접촉부(12)는 내부의 순환수와의 열전달 효율을 향상시키기 위해서, 내면에 유동홈(13)이 형성될 수도 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 도 3을 참조하여 후술한다.
상기 주입수단(20)은 상기 순환수를 상기 쉴드하우징(10)으로 공급하는 역할을 할 수 있으며, 이를 위해서 상기 주입수단(20)은 상기 쉴드하우징(10)의 내부에 제공될 수 있으며, 공급파이프부(21), 연장파이프부(22)를 포함할 수 있다.
즉, 밀폐된 상기 쉴드하우징(10)에 상기 공급파이프부(21)와 상기 연장파이프부(22)를 제공함으로써, 공급된 상기 순환수가 상기 쉴드하우징(10) 내부에서만 순환되며 지열을 흡수하여 전기에너지를 생산하는 터빈으로 전달될 수 있는 것이다.
상기 공급파이프부(21)는 저온의 순환수를 지면에서 상기 접촉부(12)에 제공되는 연장파이프부(22)로 전달하는 역할을 할 수 있으며, 이를 위해서 상기 공급파이프부(21)는 지면에서 상기 연장파이프부(22)를 연결하게 상기 기둥부(11)에 제공될 수 있다.
한편, 상기 공급파이프부(21)의 일단부는 지면에 제공되며, 타단부는 상기 밀폐판(11b)보다 하측에 제공되어, 공급된 상기 순환수가 누출되는 것을 방지하게 제공될 수 있다.
상기 연장파이프부(22)는 상기 접촉부(12)의 일단부인 플러그(12a)에 인접하여 상기 순환수를 공급하는 역할을 할 수 있다. 이를 위해, 상기 연장파이프부(22)는 상기 공급파이프부(21)에 연결되어 상기 플러그(12a)까지 연장되어 형성될 수 있다.
이에 의하면, 공급되는 저온의 순환수는 상기 접촉부(12)의 일단부로 제공되기 때문에 상기 접촉부(12)의 일단부부터 저온의 냉각수가 지열을 흡수하며 가열될 수 있어, 상기 순환수의 가열에 의한 대류 현상에 의해서 자연스럽게, 후술할 생산수단(30)으로 고온의 순환수를 공급할 수 있게 된다.
즉, 상기 접촉부(12)의 일단부가 저온의 순환수가 계속하여 공급되기 때문에, 순환수는 가열되며, 점점 상기 생산수단(30)으로 밀려져 고온이 되어 지면으로 배출될 수 있는 것이다.
한편, 플러그(12a)는 공급되는 저온의 순환수와 마찰이 발생할 수 있는 부분으로 상기 접촉부(12)의 다른 부분에 비하여 두께를 더 두껍게 제공하여 강성을 보강하게 제공될 수도 있으며, 순환수의 흐름(f)을 유도하기 위해서, 곡면 형상으로 제공될 수도 있다.
상기 생산수단(30)은 상기 주입수단(20)에서 주입된 순환수가 상기 쉴드하우징(10)의 접촉부(12)에서 지열을 전달받아 가열되어 고온의 순환수가 되면, 이를 지면으로 배출하는 역할을 할 수 있다.
이를 위해서, 상기 생산수단(30)은 상기 쉴드하우징(10)의 내부에 제공될 수 있으며, 일단부는 지면과 연결될 수 있다. 특히, 상기 생산수단(30)의 타단부는 상기 기둥부(11)와 상기 접촉부(12)가 연결되는 부분(11a)에 위치하게 제공되거나, 상기 쉴드하우징(10)의 상기 접촉부(12)에 인접하여 위치하게 제공될 수 있다.
상기 생산수단(30)의 타단부가 상기 접촉부(12)에 제공되는 실시예는 도 4를 참조하여 후술하고, 여기서는 상기 생산수단(30)의 타단부가 상기 기둥부(11)와 상기 접촉부(12)의 연결부분(11a)에 위치하는 실시예에 대하여 설명한다.
상기 생산수단(30)의 타단부가 상기 기둥부(11)와 상기 접촉부(12)의 연결부분(11a)에 위치하게 되면, 상기 주입수단(20)의 상기 연장파이프부(22)의 일단부에서 공급되는 저온의 순환수가 상기 접촉부(12)의 일단부에서 상기 기둥부(11)와 연결되는 부분까지 이동하며 계속하여 지열을 흡수하며 고온의 순환수가 될 수 있기 때문에, 열흡수 효율을 높일 수 있게 된다.
한편, 상기 생산수단(30)이 고온의 순환수를 전달받아 지면으로 제공하기 위해서는 일단부가 상기 기둥부(11)의 밀폐판(11b)보다 하측에 제공되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 순환수가 밀폐되어 제공되는 상기 접촉부(12)에서 고온의 상기 순환수가 유입될 수 있도록, 상기 생산수단(30)의 일단부가 상기 밀폐판(11b)보다 하측에 제공되는 것이 바람직한 것이다.
도 3은 본 발명의 지열발전 시스템에서 쉴드하우징(10)을 도시한 단면도로써, 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지열발전 시스템의 상기 쉴드하우징(10)은 상기 접촉부(12)의 내면에 곡면 형상으로 다수 개가 형성된 유동홈(13)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 쉴드하우징(10)의 내면에 유동홈(13)을 형성하여 상기 순환수와의 접촉 면적을 넓혀서 열전도에 의한 열전달 효율을 향상시키는 동시에, 상기 유동홈(13)에 곡면 형상을 제공하여 상기 순환수에 와류(vortex: v)를 형성하여 대류에 의한 열전달 효율도 향상시킬 수 있는 것이다.
다시 말해, 상기 쉴드하우징(10)은 상기 접촉부(12)의 내부에 순환수가 순환하여 저온에서 고온으로 가열되어 지면으로 배출되어야 하는데, 이때 상기 지반층(hs)에서 발생하는 지열을 최대한 흡수하기 위해서, 상기 유동홈(13)을 제공하는 것이 바람직한 것이다.
특히, 상기 유동홈(13)은 상기 접촉부(12)의 내면에 제공되어 열흡수 효율을 향상시키기 위해, 단순히 접촉면적만을 넓히는 것에서 더 나아가, 유체인 순환수의 유동(f)을 조절할 수 있도록 제공될 수 있는 것이다.
이를 위해, 상기 유동홈(13)은 곡면 형상으로 제공되는 것이 바람직한데, 단면 형상으로 보면, 일정한 곡률을 가는 원호의 일부가 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다수의 곡률을 가지는 원호의 단면으로 형성될 수도 있다.
여기서, 상기 유동홈(13)의 주변에서의 순환수의 유동(f)에 대하여 자세히 보면, 상기 순환수는 상기 주입수단(20)에서 저온으로 상기 쉴드하우징(10)의 접촉부(12)로 유입되면 수압에 의해서 일정 방향으로 큰 흐름(f)이 발생하게 되며, 상기 유동홈(13) 주변에서는 상기 순환수가 곡면부분의 점성에 의해서 따라 흐르게 되어 소용돌이 형상의 와류(v)를 형성하게 된다.
이와 같은 와류(v)는 고온의 유동홈(13) 주변의 순환수는 내측으로 밀어내고, 저온의 순환수를 다시 상기 유동홈(13) 주변으로 끌어들여, 대류에 의한 열전달 효율을 향상시키게 된다.
한편, 상기 유동홈(13)은 상기 순환수와의 접촉면적을 넓히는 요철로써의 역할도 하기 때문에, 열전도에 의한 열전달 효율도 향상시키게 된다. 이러한 열전도에 의한 열전달 효율을 더욱 향상시키기 위해서, 상기 접촉부(12)의 외면에도 요철 형상이 형성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 지열발전 시스템에서 생산수단(30)의 다른 실시예를 도시한 단면도로써, 이를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 지열발전 시스템의 상기 생산수단(30)은 지면과 연결되는 일단부인 출구부(31) 및 가열된 순환수가 유입되며, 상기 접촉부(12)에 위치하는 타단부인 입구부(32)를 포함하며, 상기 입구부(32)는 상기 연장파이프부(22) 보다 상측에 위치하게 제공될 수 있다.
즉, 상기 생산수단(30)은 순환수의 열순환 흐름(f)에 의해 고온의 순환수(f2)를 효율적으로 외부로 배출하기 위해서, 일단부는 지면과 연결하고, 타단부는 상기 접촉부(12)에 위치되는 상기 연장파이프부(22)의 상측에 제공할 수 있는 것이다.
다시 말해, 상기 연장파이프부(22)에서 공급되는 순환수(f1)는 저온이기 때문에, 상기 접촉부(12)의 하측에 위치하게 되고, 상기 순환수가 지열에 의해서 가열되어 고온의 순환수(f2)가 되면, 고온의 순환수(f2)는 상기 접촉부(12)의 상측으로 대류하여 이동하기 때문에, 상기 생산수단(30)의 타단부인 입구부(32)를 상기 연장파이프부(22) 보다 상측에 제공하는 것이다.
따라서, 순환수의 가열에 의한 자연스러운 대류 현상을 이용하여 고온의 상기 순환수(f2)를 상기 생산수단(30)에 의해 지면으로 제공할 수 있어, 지열을 이용한 발전을 더욱 효율적으로 실시할 수 있게 되는 것이다.
10: 쉴드하우징 11: 기둥부
12: 접촉부 13: 유동홈
20: 주입수단 21: 공급파이프부
22: 연장파이프부 30: 생산수단
31: 출구부 32: 입구부

Claims (6)

  1. 지면과 연결되게 삽입되는 쉴드하우징;
    순환수를 공급하며, 상기 쉴드하우징 내부에 제공되는 주입수단; 및
    지열에 의해 가열된 순환수를 지면으로 배출하며, 상기 쉴드하우징 내부에 제공되는 생산수단;
    을 포함하며,
    상기 쉴드하우징은,
    지열이 발생하고 지면에 수평하게 형성된 지반층까지, 지면에서 시추되어 삽입되는 기둥부; 및
    상기 지반층이 형성된 길이 방향으로 삽입되는 접촉부;
    를 포함하고,
    상기 주입수단은,
    상기 기둥부에 제공되며, 지면과 연결되어 순환수가 공급되는 공급파이프부; 및
    상기 접촉부의 일단부인 플러그로 순환수를 공급하도록, 상기 공급파이프부와 연결되며, 상기 플러그까지 연장되어 형성되는 연장파이프부;
    를 포함하며,
    상기 생산수단은,
    지면과 연결되는 일단부인 출구부; 및
    상기 연장파이프부 보다 상측에 위치하게 제공되어, 가열된 순환수가 유입되며, 상기 접촉부에 위치하는 타단부인 입구부;
    를 포함하는 지열발전 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 쉴드하우징은,
    상기 접촉부의 내면에 곡면 형상으로 다수 개가 형성된 유동홈;
    을 포함하는 지열발전 시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항 또는 제3항에 있어서,
    상기 생산수단은 일단부가 지면과 연결되고, 타단부는 상기 기둥부와 상기 접촉부가 연결되는 부분에 위치하게 제공되는 지열발전 시스템.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180046698A (ko) 2016-10-28 2018-05-09 한국수력원자력 주식회사 지열 발전을 위한 칼리나 사이클 시스템
KR20180046702A (ko) 2016-10-28 2018-05-09 한국수력원자력 주식회사 모듈화된 지열발전시스템

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990022520A (ko) * 1995-06-07 1999-03-25 에이치. 쉬넬 제임스 지열발전장치 및 그 방법
JP2006052588A (ja) * 2004-08-12 2006-02-23 Nippon Steel Corp 地中熱交換用外管を備えた杭およびその杭を利用した地中熱交換器の構築方法
KR20110110570A (ko) * 2010-04-01 2011-10-07 (주)휴스콘건설 수직 밀폐형 지중열 교환기 조립체 및 그 시공 방법
JP2013108656A (ja) * 2011-11-18 2013-06-06 Ohbayashi Corp 二重管構造の地中熱交換器の製造方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR19990022520A (ko) * 1995-06-07 1999-03-25 에이치. 쉬넬 제임스 지열발전장치 및 그 방법
JP2006052588A (ja) * 2004-08-12 2006-02-23 Nippon Steel Corp 地中熱交換用外管を備えた杭およびその杭を利用した地中熱交換器の構築方法
KR20110110570A (ko) * 2010-04-01 2011-10-07 (주)휴스콘건설 수직 밀폐형 지중열 교환기 조립체 및 그 시공 방법
JP2013108656A (ja) * 2011-11-18 2013-06-06 Ohbayashi Corp 二重管構造の地中熱交換器の製造方法

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180046698A (ko) 2016-10-28 2018-05-09 한국수력원자력 주식회사 지열 발전을 위한 칼리나 사이클 시스템
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