KR101622392B1

KR101622392B1 - 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치

Info

Publication number: KR101622392B1
Application number: KR1020140042612A
Authority: KR
Inventors: 조희남; 조은섭; 최상일
Original assignee: 주식회사 지앤지테크놀러지
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2014-04-09
Publication date: 2016-05-18
Also published as: KR20140135609A

Abstract

본 발명은 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치에 관한 것으로, 지열 지중열교환기의 지열굴착공 내부에 삽입 설치된 PVC 케이싱이 선팽창지수에 따라 냉 난방 운전 중 지하수 수온 차이에서 발생되는 수축과 팽창에 의한 이탈현상을 예방하여 안전한 지하수의 순환운전이 가능하도록 한 것이다.
본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치는, 2개 이상으로 이루어지며, 개방형 지열 지중 열교환기에 의해 지중에 형성된 지열 굴착공 안에 설치되어 상기 지열 굴착공 내부를 급수부와 환수부로 구획하며, 상기 지열 굴착공의 바닥부와 대응한 곳에 지하수의 순환을 위한 유공부가 구비된 케이싱(2)과; 상기 케이싱(2)들의 연결부에 결합 설치되어 상기 케이싱(2)의 이탈을 방지하는 이탈방지부(10)를 포함한다.

Description

개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치{A PREVENTING SEPARATE CASING FOR OPEN TYPE GEOTHERMAL SYSTEM}

본 발명은 개방형 지열 지중 열교환기용 케이싱 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지열을 회수하기 위해 지표면 아래 굴착되는 지열 굴착공에 삽입되어 설치되는 PVC 케이싱 장치가 삽입 후 지하수 수온 변화에 따라 수축과 팽창이 반복되는 과정에서 결합부가 이탈되는 것을 방지할 수 있도록 한 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치에 관한 것이다.

지열이란 지하수를 굴착하여 양수되는 지하수가 갖고 있는 고유 열과 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.

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 굴착공 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 지열 열교환장치이다.

지중 열교환장치는 크게 개방형 지중 열교환기 장치와 수직밀폐형 지중 열교환 장치로 구분되어 시설되어지고 있다.

개방형 지중 열교환기 장치는 일반 지하수 심정과 동일한 구조와 시설을 갖추고 있으며 단지 지하수를 양수하여 그 물을 사용하지 않고 단지 지하수가 가지고 있는 지열을 이용한 다음 다시금 양수하였던 지하수 심정 내부로 되돌려 주입하는 형태를 취하고 있어 지하수가 지상 부분에서 노출되어짐으로써 지하수 오염의 우려가 높은 방식이라 할 수 있다.

반면 수직밀폐형 지중 열교환기 장치는 굴착된 지열 굴착공 내부에 지중 열교환을 할 수 있도록 하부가 U밴드로 연결된 두 가닥 또는 다수개의 지열 코일관을 바닥까지 삽입하여 설치한 다음 굴착공벽과 지열코일관들 사이를 그라우팅액으로 충진하여 고정한 것이다. 수직밀폐형 지중 열교환기 장치는 지하수를 직접 양수하여 노출시키지 않고 지열 코일관을 통해 지상에서 열교환되어 보유한 열을 지중에 다시금 교환하는 기능만을 하게 됨으로서 항시 폐쇄된 순환배관 내부에 열교환을 위한 브라인이 순환펌프에 의해 순환될 뿐 지하수와 직접 접촉되지는 않게 됨으로써 개방형 지중 열교환기 장치에 비해서는 지하수 오염을 크게 우려하지 않을 수 있어 지하수 환경보전적인 측면에서는 적극 권장되어져야 할 시스템이라 할 수 있으며 개방형 지중 열교환기 장치가 지하수의 수위강하나 지하수의 고갈에 다른 지속적인 시설운영에 장애가 있는 반면 수직밀폐형 지중열교환기 장치는 이러한 장애없이 항시 안정적인 운영이 가능하여 비교우위의 장점을 가지고 있는 시스템이기도 하다.

이러한 두 지열 시스템 중 특히 개방형 지열 지중열교환기의 경우에는 직경 200mm로 통상 500m 깊이까지 굴착한 지열 굴착공 내부에 직경 125mm 내외의 PVC 케이싱을 삽입 설치하게 된다. 지하수를 순환시키는 수중펌프는 케이싱 안쪽에 설치하게 되며 수중펌프에 의해 양수된 지하수는 지상에 설치된 히트펌프 측의 열교환기를 거쳐 열교환된 후 케이싱과 굴착공벽 사이에 설치된 환수관을 통해 지열 굴차공 내부로 환수 주입되어지도록 하여 순환되도록 구성된다.

PVC 케이싱의 한 본당 길이는 4∼6m 이며 삽입과정에서 각 PVC 케이싱의 연결 결합은 접착제를 바른 PVC소켓을 끼워 사용하거나 스텐소켓을 끼운 후 나사못으로 고정하는 방법을 사용하여 왔다.

그런데 연중 지하수의 수온이 15∼17℃로 거의 일정하게 유지되는 지하수 관정에 수중펌프와 양수시설물을 보호하기 위해 설치되는 PVC 케이싱은 연결 결합부위가 이탈되는 사례가 찾아보기 힘들었으나 지열 지중열교환기의 경우 PVC 케이싱의 연결 결합부의 이탈 사례가 빈번히 발견되어 지하수의 순환에 큰 장애요인으로 작용하여 지중열교환기의 성능확보에 큰 문제점으로 대두되었다. 이러한 이탈사고의 가장 큰 원인은 지열 지중열교환기의 경우 동절기 난방 운전 중 순환되는 지하수의 수온이 영상 2∼5℃에서 하절기 냉방 운전 중에는 순환되는 지하수의 수온이 25∼30℃ 범위로 운전될 수도 있어 온도차이가 20∼25℃에 달해 PVC 케이싱의 선팽창지수인 61×10^-6m/m K 에 지열 굴착공 내부에 삽입 설치되는 깊이가 500m 에 달해 수축 및 팽창되는 길이가 약 30mm까지 달할 수 있게 되어 이러한 수축과 팽창과정에서 자연스럽게 취약한 연결 결합부분이 이탈되어지는 사고가 발생될 수 밖에 없었다는 것이다. 더욱이 지열 굴착공의 경우 굴착과정에서 약간씩 휘어져 내려가는 만곡현상으로 인해 케이싱이 삽입 설치되었다 할지라도 일부 구간들에서 마찰과 걸림현상이 발생되고 이로 인해 500m 전 구간에 일편적으로 신축 팽창이 균등히 전달되어지지 않고 스트레스가 집중되어지는 곳이 발생되어 결국 이탈사고가 발생되어지게 된다. 또한 시공 초기 지열 굴착공 바닥에는 토사슬러리가 쌓여 있게 되는 경우가 많은데 케이싱 설치과정에서 토사슬러리 상부에 얹혀 있는 상태에서 설치종료 후 토사슬러리에 케이싱 자중에 의해 케이싱이 내려 앉아 가면서 하중에 의해 연결 결합이 취약한 부분에서 이탈사고가 발생되는 경우도 있다.

이러한 결과 PVC 케이싱과 굴착공벽 사이로 재주입된 순환 지하수가 500m 깊이 바닥근처 까지 흘러 열교환 된후 수중펌프가 설치된 PVC 케이싱 안쪽으로 유입되어 상승한 후 수중펌프에 의해 양수되어 히트펌프 측의 열교환기를 거쳐 열교환되어야 하는 순환 시스템이 지중 열교환기의 중간에서 이탈된 PVC 케이싱부분에서 수중펌프로 바로 유입되어 순환되어져 지중 열교환기의 열교환 용량을 크게 미치지 못하는 상태로 운전되어질 수밖에 없는 문제점을 갖게 하였다.

등록특허 제10-1172656호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지열 지중열교환기의 지열굴착공 내부에 삽입 설치된 PVC 케이싱이 선팽창지수에 따라 냉 난방 운전 중 지하수 수온 차이에서 발생되는 수축과 팽창에 의한 이탈현상을 예방하여 안전한 지하수의 순환운전이 가능하도록 한 개방형 지열 지중 열교환기를 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치는, 2개 이상으로 이루어지며, 개방형 지열 지중 열교환기에 의해 지중에 형성된 지열 굴착공 안에 설치되어 상기 지열 굴착공 내부를 급수부와 환수부로 구획하며, 상기 지열 굴착공의 바닥부와 대응한 곳에 지하수의 순환을 위한 유공부가 구비된 케이싱과; 상기 케이싱들의 연결부에 결합 설치되어 상기 케이싱이 신축에 의한 거동에 이탈되지 않도록 하는 이탈방지부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치에 의하면, 지열 지중열교환기의 지열굴착공 내부에 삽입 설치된 PVC 케이싱이 선팽창지수에 따라 냉 난방 운전 중 지하수 수온 차이에서 발생되는 수축과 팽창에 의한 이탈현상을 예방하여 안전한 지하수의 순환운전을 실행함으로써 효율 높은 지열 지중열교환기의 운용이 가능하도록 한 효과가 있다.

도 1은 본 발명이 적용되는 개방형 지열 지중 열교환기를 전체 구성도.
도 2와 도 3은 각각 본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치에 적용된 이탈방지부의 제1실시예를 보인 정면도와 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치에 적용된 이탈방지부의 제1실시예를 보인 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치에 신축용 인장스프링이 설치된 케이싱을 표현 한 부분 예시도.
도 6은 본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치에 적용된 벨로우즈 주름관의 변형예를 보인 도면.
도 7 내지 도 9는 각각 본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치에 적용된 이탈방지부의 실시예 3을 보인 분해 사시도, 연결 상태 정면도 및 평면도.
도 10과 도 11은 각각 본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치에 적용된 이탈방지부의 실시예 4를 보인 분해 사시도와 연결 상태 정면도.
도 12와 도 13은 본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치에 적용된 이탈방지부의 실시예 5를 보인 도면.
도 14는 본 발명에 의한 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치에 적용된 이탈방지부의 실시예 6을 보인 도면.

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명이 적용되는 개방형 지열 지중 열교환기는, 지중에 굴착되어 이루어지며 지하수가 채워져 있는 지열 굴착공(1)과, 지열 굴착공(1) 내부에 삽입 설치되는 2개 이상의 케이싱(2)(도면에는 3개로 도시됨)과, 케이싱(2) 안쪽에 설치되어 지하수를 양수 순환시키는 수중펌프(3)와, 수중펌프(3)에 의해 양수되는 지하수를 급수하는 급수수단(4)과, 열교환기가 구비되며 급수수단(4)(급수관 등)에 의해 급수되는 지하수로부터 열을 회수하는 히트펌프(5)와, 히트펌프(5)를 통과한 지하수를 지열 굴착공(1) 내부로 환수하는 환수수단(6)(환수관 등)과, 그리고 케이싱(2)들의 연결부에 결합 설치되어 케이싱(2)이 신축 거동하도록 하는 이탈방지부(10)로 구성된다. 여기서 본 발명에 의한 케이싱 장치는 케이싱(2)과 이탈방지부(10)로 구성되는 것이다.

케이싱(2)은 지열 굴착공(1) 내부에 설치되어 지열 굴착공(1) 내부를 급수부와 환수부로 구획한다. 상기 급수부에는 수중펌프(3)와 급수수단(4)이 설치되고 상기 환수부에는 환수수단(6)이 설치된다.

지열 굴착공(1) 내부에 삽입 설치되는 케이싱(2)은 통상 수도용 PVC 직관을 사용하게 되며 예컨대 직경은 100∼125mm 이며 길이는 4m를 한 본으로 제작된 것을 사용하게 된다. 케이싱(2) 중에서 지열 굴착공(1)의 바닥부에 배치되는 케이싱(2)은 지하수의 순환을 위하여 유공부가 구비된다.

개방형 지열 지중열교환기의 지열 굴착공(1)의 형성 깊이는 500m에 달하며 케이싱(2)은 바닥에서부터 시작되어 지표면 근처에 까지 도달하여 설치하게 된다.

이 경우 동절기 난방 운전 중 순환되는 지하수의 수온이 영상 2∼5℃에서 하절기 냉방 운전 중에는 순환되는 지하수의 수온이 25∼30℃ 범위로 운전될 수도 있어 온도차이가 20∼25℃에 달해 선팽창지수에 따른 케이싱(2)의 최대 수축과 팽창 변화 길이는 500m 전체 구간에서 약 30mm 이상에 달하게 된다.

이러한 수축과 팽창을 케이싱(2)과 케이싱(2)의 연결결합부에 이탈방지부(10)를 체결하여 수축과 팽창 길이를 흡수하도록 함으로써 케이싱(2)의 연결결합부에서의 이탈을 방지하도록 한 것이다.

이탈방지부(10)는 여러 형태로 제작되어 운용되어질 수 있으며 대표적인 실시예를 들면 아래와 같다.

<실시예 1>

도 2와 도 3에서 보이는 바와 같이, 이탈방지부(10)는, 제1케이싱(2-1)[이해를 돕기 위하여 제1,2케이싱(2-1,2-2)을 신축 이음하는 것으로 설명함]의 연결 단부에 결합되는 서로 다른 직경의 내관(11)과 외관(12), 제2케이싱(2-2)의 연결 단부에 연결소켓(13)을 매개로 하여 조립되며 내관(11)과 외관(12) 사이에 신축 거동 가능하도록 삽입 조립되는 연결관체(14), 내관(11)과 외관(12)의 사이에 설치되며 제1,2케이싱(2-1,2-2)의 신축 거동이 가능하도록 하는 탄성부재로서 예컨대 코일스프링(15), 제2케이싱(2-2)이 신축 거동하는 한편 이탈되지 않도록 고정하는 안내돌기(16)로 구성된다.

내관(11)과 외관(12)은 도면 기준 상단부가 제1케이싱(2-1)의 하부를 감싸며 즉 제1케이싱(2-1)은 하부가 내관(11)과 외관(12) 사이에 삽입된 후 못이나 리벳 등으로 고정된다.

내관(11)과 외관(12)은 상호 간에 일정 간격이 형성되어 코일스프링(15)이 설치됨과 아울러 연결관체(14)의 신축 거동이 가능하도록 한다.

연결관체(14)는 제2케이싱(2-2)과 관이음되면서 관이음부를 감싸는 연결소켓(13)과 못이나 리벳 등에 의해 고정되는 한편 상부가 내관(11)과 외관(12) 사이에 신축 거동 가능하게 삽입되며, 단, 내관(11)과 외관(12)에서 이탈되지 않도록 연결관체(14)의 둘레부에는 안내돌기(16)가 구성되고 외관(12)에는 안내돌기(16)가 신축 거동 방향을 따라 슬라이딩 가능하게 장착되는 안내레일(17)이 구성된다.

안내레일(17)은 홈, 구멍 등으로 구성 가능하다.

안내레일(17)은 도면 기준 하단부에 원주방향으로 돌출된 키홈(17a)이 구성된다. 이 키홈(17a)은 안내돌기(16)가 안내레일(17)을 따라 이동하지 못하도록 구속하기 위한 구성이다. 키홈(17a)은 안내돌기(16)가 부드럽게 안내레일(17)로 유도되도록 경사부가 구비된다.

안내돌기(16)와 안내레일(17)은 안정적인 신축 거동을 위하여 2개 이상이 균일한 간격을 두고 설치되며 도면에서는 2개가 설치되는 것으로 도시되었다.

안내돌기(16)는 취급(운반, 설치 등)시 제1,2케이싱(2-1,2-2)이 거동하지 않도록 안전핀(18)에 의해 고정되어 있다.

안전핀(18)은 안내레일(17)에 설치되어 안내돌기(16)가 키홈(17a)이 끼워지도록 함으로써 안내돌기(16)가 안내레일(17)을 따라 이동하지 못하도록 즉 제1,2케이싱(2-1,2-2)이 거동하지 못하도록 하며, 지열 굴착공(1) 안에 설치된 후 제1,2케이싱(2-1,2-2)의 신축 거동이 가능하도록 지상에서 조작되는 당김 로프(19)에 의해 안내레일(17)에서 제거된다.

스프링(15)은 내관(11)과 외관(12) 사이에 설치되며 일측은 제1케이싱(2-1)의 저부에 지지되고 타측은 연결관체(14)의 상부에 지지되어 제1,2케이싱(2-1,2-2)을 탄력 지지한다.

이와 같은 방식으로 모든 케이싱(2)들 사이에 이탈방지부(10)를 설치하여 케이싱(2)을 조립한다.

안내돌기(16)가 제2케이싱(2-2)에 일체로 구성되면 연결소켓(13)과 연결관체(14)를 사용하지 않으므로 연결소켓(13)과 연결관체(14)는 선택적으로 적용된다.

이와 같은 구성에 의해 연결된 케이싱(2)의 조립체를 지열 굴착공(1) 안에 삽입 설치한 후 지상에서 당김 로프(19)를 당겨 안전핀(18)을 안내레일(17)에서 제거하게 되면 이탈방지부(10)에 상부에 설치된 제1케이싱(2-1)의 하중에 의해 하향으로 이동하는 길이가 있으나 내관(11)과 외관(12) 사이에 설치된 스프링(15)에 의해 충분한 지지력을 유지할 수 있게 된다. 이후 온도차에 의해 발생되는 선팽창지수에 따른 수축과 팽창에 따른 길이 변화를 흡수하여 다른 깊이에서의 제1케이싱(2-1)과 제2케이싱(2-2)의 연결 결합부가 이탈되어 순환장애를 일으키는 상태를 예방할 수 있게 되는 것이다.

도 3에서는 연결관체(14)가 외관(12)의 하단에 위치한 상태를 보여주고 있으나 연결관체(14)가 외관(12)의 중앙 부분에 위치하도록 할 수도 있으며 지열 굴착공(1)의 상황과 케이싱(2) 삽입 깊이에 따라 조정될 수 있도록 한 것이다.

<실시예 2>

도 4에서 보이는 바와 같이, 이탈방지부(10)는 제1,2케이싱(2-1,2-2)을 연결하는 벨로우즈 주름관(30)이다.

상기 벨로우즈 주름관은 수밀성 확보를 위하여 상하부가 제1,2케이싱(2-1,2-2)을 감싸면서 나사못이나 리벳 등으로 고정된다.

이렇게 구성된 벨로우즈 주름관(30)은 특성에 따라 온도차에 의해 발생되는 선팽창지수에 따른 수축과 팽창에 따른 길이 변화를 흡수하여 다른 깊이에서의 케이싱(2)들의 연결 결합부가 이탈되어 순환장애를 일으키는 상태를 예방할 수 있게 된다.

한편, 도 5에서 보이는 것처럼, 케이싱(2)을 지열 굴착공(1) 내부에 내려 삽입 설치할 때 케이싱(2)의 탈락을 방지하기 위해 예컨대 스텐레스 재질의 와이어 로프(20)를 유공관(2a) 하단에 결합한 하부링(21)에 결합한 고정링(22)에 결속하여 내려 설치하게 되며 지지 로프(20) 중간에는 신축장치인 인장스프링(23)을 연결고리(24)를 이용하여 결합시키도록 하였다. 케이싱(2) 상단에는 상부링(25)에 고정링(26)을 설치하고 고정밴드(27)로 지지 로프(20)가 결속되도록 하였다.

지지 로프(20)는 선팽창지수가 PVC 재질의 케이싱(2)보다 작기는 하나 온도에 따른 수축 팽창을 신축장치인 인장스프링(23)이 흡수하도록 하여 케이싱(2)의 연결결합부의 이탈을 방지하면서 삽입 설치시 탈락을 예방하여 주는 기능을 하게 되는 것이다.

신축장치인 인장스프링(23)외 턴버클(미도시)을 같은 용도로 사용할 수도 있다.

도 6에서 보이는 것처럼, 벨로우즈 주름관(30)의 보강을 위하여 보강바(31)가 적용될 수 있다. 보강바(31)는 타측에 슬라이딩 장공(32)이 구비된 막대이며 일측은 벨로우즈 주름관(30)에 용접 등으로 고정되고 타측의 슬라이딩 장공(32)에는 벨로우즈 주름관(30) 및 벨로우즈 주름관(30) 안쪽의 케이싱(2)에 고정된 고정돌기(33)가 슬라이딩 가능하게 설치되며, 이러한 구성에 의하여 벨로우즈 주름관(30)이 신축 거동하고 이때 보강바(31)가 벨로우즈 주름관(30)을 지지하기 때문에 벨로우즈 주름관(30)의 손상을 막고 정해진 경로로 신축 거동하게 된다.

<실시예 3>

도 7과 도 8에서 보이는 것처럼, 이탈방지부(10)는 이웃하는 케이싱(2)들의 연결 단부가 각각 삽입되는 연결관체(40), 케이싱(2)과 연결관체(40)를 지지하기 위한 지지로프(41)와 예컨대 링 형상의 상하부 고정밴드(42,43)로 구성된다.

연결관체(40)는 도면 기준 상하 양측이 각각 개방된 관형이며 상부와 하부에서 각각 케이싱(2)이 삽입되는데, 케이싱(2)들의 신축 거동이 가능하도록 케이싱(2)들은 일정 간격을 두고 삽입되고, 이들의 사이를 통해 누수가 일어나지 않도록 패킹이 구성된다.

지지로프(41)는 케이싱(2)들을 따라 상하 종방향으로 배열되며 상단부는 지상에 고정되고 하단부는 최하단의 케이싱(2)에 고정되어 케이싱(2)들을 지지한다.

상하부 고정밴드(42,43)는 연결관체(40)의 상부와 하부에 각각 배치되면서 일측이 지지로프(41)에 클립(44)(도 9에 도시됨)으로 고정되어 지지로프(41)에 고정된 상태에서 케이싱(2)의 신축 거동을 간섭하지 않으면서 케이싱(2)들이 이탈되지 않도록 한다.

상하부 고정밴드(42,43)는 스텐 등을 재질로 한다.

상하부 고정밴드(42,43)는 다양한 직경의 케이싱(2)에 사용되고 케이싱(2)과의 간격 조절이 가능하도록 도 9에서 보이는 바와 같이, 개방형으로 구성되고 일측에는 홈 형태의 록킹부(42a,43a)가 형성되고 타측의 자유단부가 록킹부(42a,43a)에 길이 조절 가능하게 삽입 고정(치차 결합 등)된다. 물론 상하부 고정밴드(42,43)는 이에 한정되지 아니하고 마주하는 양측이 나사로 조여지는 방식 등 다양한 방식이 가능하다.

클립(44)은 지지로프(41)에 집게식으로 고정되는 압착형, 지지로프(41)가 삽입되는 링형 등 다양한 구조가 가능하다.

이와 같은 실시예에 따르면, 케이싱(2)이 온도에 의해 신축 거동할 때 연결관체(40)는 상하부 고정밴드(42,43)에 의해 지지되어 케이싱(2)으로부터 이탈되지 아니하므로 케이싱(2)의 신축 거동과 이탈 방지가 가능하다.

<실시예 4>

도 10과 도 11에서 보이는 것처럼, 본 실시예에 의한 이탈방지부는 케이싱(2)의 자체 구조를 개선한 것이며 케이싱(2)의 단부에는 확관부(2b)가 구성된다.

즉 케이싱(2)들은 확관부(2b)를 통해 서로 관이음되며 확관부(2b)의 길이를 적절하게 함으로써 케이싱(2)들이 신축 거동하면서 이탈되지 않게 된다.

또한, 케이싱(2)들의 이탈 방지를 위하여 실시예 3과 동일하게 지지로프(41)와 상하부 고정밴드(42,43)가 구성된다.

<실시예 5>

도 12에서 보이는 것처럼, 본 실시예에 의한 이탈방지부는 케이싱(2)의 재질을 고밀도폴리에칠렌(HDPE)관을 적용한 것이며 케이싱(2)의 상, 하부 단부는 면취 다듬질하고 가열판을 이용하여 표면을 용융시킨 다음 연결관체(50)에 강한 압력으로 삽입시켜 용융된(케이싱의 용융 온도이므로 수치를 기재하지 아니함) 상태에서 접합시킨 후 냉각(상온 등)하고, 여기에 케이싱(2)들의 이탈 방지를 위하여 실시예 3과 동일하게 지지로프(41)와 상하부 고정밴드(42,43)가 구성된다.

한편, 연결관체(50)를 사용하지 않을 경우에는 도 13에서처럼, 케이싱(2) 외주면에 상하부 고정밴드(42,43)를 설치할 수 있도록 단턱이 형성되는 판링(60)을 열융착하거나 나사못으로 고정한 후 상하부 고정밴드(42,43)를 설치한 후 지지로프(41)와 상하부 고정밴드(42,43)를 고정하여 케이싱(2)의 이탈을 방지할 수 있도록 한다. 특히 고밀도폴리에칠렌관(HDPE)관을 케이싱(2) 용도로 사용하는 경우에는 비중이 0.94~0.97로 지하수보다 가벼움으로 판링(60)과 상하부 고정밴드(42,43) 그리고 지지로프(41)를 단위 길이당 비중을 높여 케이싱(2)의 지하수 중 침강 설치를 용이하게 할 수 있는 효과도 있다.

<실시예 6>

도 14에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 이탈방지부는, 케이싱(2)의 하단부를 고정하는 예컨대 앵커(70), 하단부가 앵커(70)에 연결되며 상단부가 지상 예컨대 지열 굴착공의 지표면쪽에 설치되는 덮개(71)에 고정되어 앵커(70)와 함께 케이싱(2)을 지지하는 이탈방지 로프(72)로 구성된다.

앵커(70)는 2개 이상의 앵커고리가 스프링에 의해 모아지는 방향으로 탄력 지지되는 구조이며 상기 앵커고리가 케이싱(2)의 저부에 끼워진다.

이탈방지 로프(72)는 턴버클(73)에 의해 길이가 가변되도록 구성되어 케이싱(2)을 견고하게 지지한다. 물론, 여기서 턴버클(73)은 이탈방지 로프(72)의 신축을 위한 모든 것을 말하는 것이며 예를 들어 이탈방지 로프(72)를 덮개(71)에 신축 가능(예컨대 나사 체결)하는 것도 가능하다.

1 : 지열 굴착공, 2 : 케이싱
3 : 수중펌프, 4 : 급수수단
5 : 히트펌프, 6 : 환수수단
10 : 이탈방지부, 11 : 내관
12 : 외관, 13 : 연결소켓
14 : 연결관체, 15 : 코일스프링
16 : 안내돌기, 17 : 안내레일
17a : 키홈, 18 : 안전핀
19 : 당김 로프, 20 : 지지 로프
21 : 하부링, 22 : 고정링
23 : 인장스프링, 24 : 연결고리
25 : 상부링, 26 : 고정링
27 : 고정밴드, 30 : 벨로우즈 주름관
40 : 연결관체, 41 : 지지로프
42,43 : 상하부 고정밴드,

Claims

2개 이상으로 연결되어 이루어지며, 개방형 지열 지중 열교환기에 의해 지중에 형성된 지열 굴착공 안에 설치되어 상기 지열 굴착공 내부를 급수부와 환수부로 구획하며, 상기 지열 굴착공의 바닥부와 대응한 곳에 지하수의 순환을 위한 유공부가 구비된 케이싱(2)과;
상기 케이싱(2)들의 연결부에 결합 설치되어 상기 케이싱(2)이 신축에 의한 거동에 이탈되지 않도록 하는 이탈방지부(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 이탈방지부(10)는 상호 간에 일정 간격이 형성되며 상기 케이싱의 연결 단부에 고정되는 내관(11)과 외관(12), 상기 케이싱과 다른 케이싱에 직접 형성되거나 상기 다른 케이싱에 조립되는 연결관체에 형성되며 상기 외관에 형성된 하나 이상의 안내레일(17)에 슬라이딩 가능하게 조립되어 상기 다른 케이싱을 고정 및 상기 케이싱들의 신축 거동을 안내하는 하나 이상의 안내돌기(16), 상기 내관과 외관의 사이에 설치되며 상기 다른 케이싱을 탄력 지지하는 탄성부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 안내레일의 단부에 원주방향을 따라 돌출 형성되며 상기 안내돌기가 수용되는 키홈(17a), 상기 안내레일에 당김 로프에 의해 분리 가능하도록 설치되어 상기 안내돌기가 상기 키홈에 수용되어 상기 안내레일을 따라 이동하지 못하도록 구속하는 안전핀(18)을 포함하는 것을 특징으로 하는 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 이탈방지부는 양단부가 이웃하는 케이싱들의 단부에 각각 결합되는 벨로우즈 주름관(30)인 것을 특징으로 하는 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치.
청구항 4에 있어서, 상기 벨로우즈 주름관에 신축 거동 방향을 따라 배치되면서 일측은 상기 벨로우즈 주름관 또는 일측의 케이싱에 고정되고 타측에는 타측의 다른 케이싱에 직접 또는 간접적으로 고정된 고정돌기(33)가 슬라이딩되는 슬라이드 장공(32)이 구비되어, 상기 벨로우즈 주름관을 지지하는 보강바(31)를 포함하는 것을 특징으로 하는 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 이탈방지부는, 상기 케이싱들의 연결 단부가 양측에서 각각 슬라이딩 가능하도록 삽입되는 연결관체(40), 상기 케이싱들을 따라 배열되는 지지로프(41), 상기 연결관체의 상부와 하부에 각각 배치되면서 상기 지지로프에 고정되어 상기 연결관체의 이탈을 방지하는 상하부 고정밴드(42,43)를 포함하는 것을 특징으로 하는 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 이탈방지부는 고밀도폴리에칠렌(HDPE)의 케이싱(2)이 융착된 후 내부에 양측에서 각각 압입 연결되는 연결관체(50)인 것을 특징으로 하는 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이탈방지부는 상기 케이싱의 연결 단부가 확관부를 통해 신축 거동 가능하게 삽입되며, 상기 케이싱들을 따라 배열되는 지지로프(41), 상기 이웃하는 케이싱들에 각각 배치되면서 상기 지지로프에 고정되어 상기 이웃하는 케이싱들의 이탈을 방지하는 상하부 고정밴드(42,43)를 포함하는 것을 특징으로 하는 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치.
청구항 8에 있어서, 상기 지지로프는 신축장치를 통해 설치되는 것을 특징으로 하는 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치.
청구항 8에 있어서, 상기 케이싱의 둘레부에 결합되며 상기 상하부 고정밴드를 지지하는 판링(60)을 포함하는 것을 특징으로 하는 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 이탈방지부는, 하단부가 상기 케이싱(2)의 저부에 지지되고 상단부가 지상에 지지되어 상기 케이싱을 이탈과 반대 방향으로 지지하는 이탈방지 로프(72)를 포함하는 것을 특징으로 하는 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치.
청구항 11에 있어서, 상기 이탈방지 로프는 하단부에 상기 케이싱의 저부를 지지하는 앵커(70)가 연결되고 턴버클(73)에 의해 신축되는 것을 특징으로 하는 개방형 지열 지중 열교환기용 신축 거동과 이탈 방지가 가능한 케이싱 장치.