KR101803227B1 - 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 강변여과수를 이용한 대용량 지중열교환장치에 관한 것으로, 지중의 강변지하수가 상부수평굴착라인을 통해 우물통의 내부에 위치한 원통관의 내부공간으로 유입되고, 원통관 및 우물통 사이의 회수공간으로 회수된 지하수는 하부수평굴착라인을 통해 지중으로 배출된다. 이러한 하부수평굴착라인은, 우물통의 하부에 방사상으로 다수 설치되어서 회수공간으로 유입된 지하수를 우물통 외부의 지중으로 방출시키도록 구비되고, 상부수평굴착라인은, 하부수평굴착라인의 상부에 다수 설치되고 우물통의 둘레에 방사상으로 다수 설치된다. 따라서, 상부수평굴착라인, 원통관의 내부공간, 인양라인에 의해 지중의 강변지하수의 공급경로가 형성되고, 회수라인, 원통관 및 우물통 사이의 회수공간, 하부수평굴착라인에 의해 회수된 지하수의 배출경로가 형성되므로 지중 지하수의 공급경로와 열교환부를 경유한 지하수의 회수경로가 완전히 차단된다. 그러므로 지하수 공급경로와 회수경로 사이의 열간섭이 최소화되어 열효율이 극대화된다.
Description
본 발명은 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 하나의 지열공으로 다수의 지열공에 의한 열교환 효과를 얻을 수 있고, 수변 지역에 적합한 지중열교환장치를 개발하여서 적은 비용으로 효율을 극대화시킬 수 있으며, 저효율의 지하수가 원통관의 내부공간으로 유입되는 것이 방지되고 고효율의 지하수만 원통관의 내부공간으로 유입되도록 할 뿐 아니라, 지하수 고갈이 방지되는 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치에 관한 것이다.
일반적으로 지하수의 지열을 이용한 냉난방을 수행하는 개방형 지열시스템의 열교환구조는, 지하수 300m 내지 500m 깊이의 지열공 즉, 지하수 관정을 개발하고 그 안에 수중 모터펌프를 설치하여 파이프 배관을 통해서 열교환기까지의 연중 15℃ 내외의 온도를 가진 지하수를 보내고, 열교환기와 열교환이 이루어진 지하수는 지열공으로 다시 회수하는 구조를 갖는다.
이러한 종래의 지열시스템의 열교환구조는, 지열공과 열교환기를 지속적으로 순환하면서 열교환되는 지하수에 의해, 지열공의 열복원 능력이 점차 감소되면서 열효율이 떨어지는 문제점이 발생된다.
예를 들어, 여름철에는 열교환기에 의해 온도가 상승된 상태의 지하수가 지열공 내부로 계속 회수되면서 지열공 내부의 온도를 점차 상승시키게 되고, 이에 따라 열복원이 이루어진 지하수의 온도도 점차 상승되므로 열교환기의 열효율을 떨어뜨리게 된다. 겨울철에는 열교환기에 의해 온도가 하강된 상태의 지하수가 지열공 내부로 계속 회수되면서 지열공 내부의 온도를 점차 하강시키게 되고, 이에 따라 열복원이 이루어진 지하수의 온도도 점차 하강되므로 열교환기의 열효율을 떨어뜨린다.
이러한 지열시스템의 다른 문제점은 열효율을 높이기 위해 지열공의 깊이를 깊게 파야 한다는 점이다. 지열공의 깊이를 깊게 팔수록 열효율이 향상되지만 시공비가 크게 증가된다. 지열공 시공은 지열시스템의 시공비 중 가장 큰 비중을 차지하는 부분으로써, 지열공의 깊이가 깊어질수록 지열시스템의 시공비가 급격하게 상승된다.
한편, 지하수가 지열공 및 열교환기를 반복적으로 순환하면서 열복원력이 저하되면 일부의 지하수를 외부로 배출시켜서 배출된 지하수만큼 지중의 지하수가 유입되도록 한다. 그런데 이러한 방법은 장기적으로 지하수의 고갈을 초래하므로 지열시스템의 운용을 불가능하게 한다.
상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 하나의 지열공으로 다수의 지열공에 의한 열교환 효과를 얻을 수 있도록 한 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 수변 지역에 적합한 지중열교환장치를 개발하여서 적은 비용으로 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 저효율의 지하수가 원통관의 내부공간으로 유입되는 것이 방지되고 고효율의 지하수만 원통관의 내부공간으로 유입되도록 한 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 지하수 고갈이 방지되도록 한 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치를 제공하는데 있다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치는, 강변지하수가 흐르는 지중에 지열공이 형성되며, 지열공에는 지열공에 모인 지하수를 펌핑하도록 인양펌프가 설치되고, 지상에는 인양펌프에 의해 펌핑된 지하수를 이용하여서 열교환이 이루어지도록 열교환부가 구비되며, 인양펌프 및 열교환부 사이에는 펌핑된 지하수를 열교환부 측으로 공급되도록 인양라인이 연결되고, 열교환부와 지열공 사이에는 열교환부를 경유한 지하수가 지열공 측으로 회수되도록 회수라인이 연결되며; 지열공에는 우물통이 설치되며, 우물통 내부에는 우물통보다 작은 직경의 원통관이 설치되어서, 우물통 내부의 공간이 원통관의 내부공간과 원통관 및 우물통 사이의 회수공간으로 구획되고; 원통관의 내부공간과 우물통의 외부 사이에는 열복원된 지중의 지하수가 원통관의 내부공간으로 유입되도록 상부수평굴착라인이 설치되며; 원통관 및 우물통 사이의 회수공간과 우물통의 외부 사이에는 회수공간으로 회수된 지하수를 우물통 외부의 지중으로 방류하도록 하부수평굴착라인이 설치되어서; 열복원된 지중의 지하수는 상부수평굴착라인을 통해 원통관의 내부공간으로 유입된 후 인양펌프를 통해 열교환부로 공급되고, 열교환부를 경유한 지하수는 원통관 및 우물통 사이의 회수공간으로 회수된 후 하부수평굴착라인을 통해 우물통 외부로 배출되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
상술한 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치는, 강변지하수가 흐르는 지중에 지열공이 형성되며, 지열공에는 지열공에 모인 지하수를 펌핑하도록 인양펌프가 설치되고, 지상에는 인양펌프에 의해 펌핑된 지하수를 이용하여서 열교환이 이루어지도록 열교환부가 구비되며, 인양펌프 및 열교환부 사이에는 펌핑된 지하수를 열교환부 측으로 공급되도록 인양라인이 연결되고, 열교환부와 지열공 사이에는 열교환부를 경유한 지하수가 지열공 측으로 회수되도록 회수라인이 연결되며; 지열공에는 우물통이 설치되며, 우물통 내부에는 우물통보다 작은 직경의 원통관이 설치되어서, 우물통 내부의 공간이 원통관의 내부공간과 원통관 및 우물통 사이의 회수공간으로 구획되고; 원통관 및 우물통 사이의 회수공간과 우물통의 외부 사이에는 회수공간으로 회수된 지하수를 우물통 외부의 지중으로 방류하도록 상부수평굴착라인이 설치되며; 원통관의 내부공간과 우물통의 외부 사이에는 열복원된 지중의 지하수가 원통관의 내부공간으로 유입되도록 하부수평굴착라인이 설치되어서; 열복원된 지중의 지하수는 하부수평굴착라인을 통해 원통관의 내부공간으로 유입된 후 인양펌프를 통해 열교환부로 공급되고, 열교환부를 경유한 지하수는 원통관 및 우물통 사이의 회수공간으로 회수된 후 상부수평굴착라인을 통해 우물통 외부로 배출되도록 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치의 다른 특징은, 우물통의 직경은 지열공보다 작게 형성되고, 우물통과 지열공 사이의 공간에는 모래 또는 자갈이 메워지며, 우물통의 하단에는 하측으로 갈수록 직경이 증가되도록 테이퍼진 슈가 장착되어서, 우물통을 지열공에 투입시킬 시 슈에 의해 우물통의 외부면과 지열공 내부면 사이의 마찰을 감소시킬 수 있도록 구비된다.
본 발명의 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치의 또 다른 특징은, 하부수평굴착라인은, 우물통의 하부에 방사상으로 다수 설치되어서 회수공간으로 유입된 지하수를 우물통 외부의 지중으로 방출시키도록 구비되며; 상부수평굴착라인은, 하부수평굴착라인의 상부에 다수 설치되고 우물통의 둘레에 방사상으로 다수 설치되되, 평면을 기준으로 볼때, 상부수평굴착라인들이 하부수평굴착라인들 사이에 배치된다.
이상에서와 같은 본 발명은, 지중의 강변지하수가 상부수평굴착라인을 통해 우물통의 내부에 위치한 원통관의 내부공간으로 유입되고, 원통관 및 우물통 사이의 회수공간으로 회수된 지하수는 하부수평굴착라인을 통해 지중으로 배출된다. 이러한 하부수평굴착라인은, 우물통의 하부에 방사상으로 다수 설치되어서 회수공간으로 유입된 지하수를 우물통 외부의 지중으로 방출시키도록 구비되고, 상부수평굴착라인은, 하부수평굴착라인의 상부에 다수 설치되고 우물통의 둘레에 방사상으로 다수 설치된다. 따라서, 상부수평굴착라인, 원통관의 내부공간, 인양라인에 의해 지중의 강변지하수의 공급경로가 형성되고, 회수라인, 원통관 및 우물통 사이의 회수공간, 하부수평굴착라인에 의해 회수된 지하수의 배출경로가 형성되므로 지중 지하수의 공급경로와 열교환부를 경유한 지하수의 회수경로가 완전히 차단된다. 그러므로 지하수 공급경로와 회수경로 사이의 열간섭이 최소화되어 열효율이 극대화된다.
또한, 본 발명의 하부수평굴착라인은, 우물통의 하부에 방사상으로 다수 설치되고, 상부수평굴착라인은, 하부수평굴착라인 상부의 우물통의 둘레에 방사상으로 다수 설치되되, 평면을 기준으로 볼때, 상부수평굴착라인들이 하부수평굴착라인들 사이에 배치된다. 따라서 상부수평굴착라인들 및 하부수평굴착라인들의 설치 높이가 서로 다르고, 방사상으로 배열된 방향이 서로 다르므로, 열복원된 지중의 지하수가 내부공간으로 유입되는 위치 및 방향과, 회수공간으로 회수된 지하수가 지중으로 방출되는 위치 및 방향이 서로 달라서 이들 사이의 열간섭이 최소화되며, 이에 따라 열효율이 극대화된다.
도 1은 본 발명의 강변지하수를 이용한 지중열교환장치를 보인 개략적 단면도
도 2는 도 1의 개략적 평면도
도 3은 본 발명의 다른 실시예를 보인 개략적 단면도
도 2는 도 1의 개략적 평면도
도 3은 본 발명의 다른 실시예를 보인 개략적 단면도
본 발명의 구체적인 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.
도 1은 본 발명의 강변지하수를 이용한 지중열교환장치를 보인 개략적 단면도이고, 도 2는 도 1의 개략적 평면도이며, 도 3은 본 발명의 다른 실시예를 보인 개략적 단면도이다.
이러한 본 발명의 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치는, 강변 지하수가 흐르는 지중에 지열공(1)이 형성되고, 지열공(1)에는 지열공(1)에 모인 지하수를 펌핑하도록 인양펌프(2)가 설치되고, 지상에는 인양펌프(2)에 의해 펌핑된 지하수를 이용하여서 열교환이 이루어지도록 열교환부(3)가 구비된다.
인양펌프(2) 및 열교환부(3) 사이에는 펌핑된 지하수를 열교환부(3) 측으로 공급되도록 인양라인(4)이 연결되고, 열교환부(3)와 지열공(1) 사이에는 열교환부(3)를 경유한 지하수가 지열공(1) 측으로 회수되도록 회수라인(5)이 연결된다.
지열공(1)에는 우물통(6)이 설치되며, 우물통(6) 내부에는 우물통(6)보다 작은 직경의 원통관(7)이 설치되어서, 우물통(6) 내부의 공간이 원통관(7)의 내부공간(8)과 원통관(7) 및 우물통(6) 사이의 회수공간(9)으로 구획된다.
원통관(7)의 내부공간(8)과 우물통(6)의 외부 사이에는 열복원된 지중의 지하수가 원통관(7)의 내부공간(8)으로 유입되도록 상부수평굴착라인(10)이 설치된다.
원통관(7) 및 우물통(6) 사이의 회수공간(9)과 우물통(6)의 외부 사이에는 회수공간(9)으로 회수된 지하수를 우물통(6) 외부의 지중으로 방류하도록 하부수평굴착라인(11)이 설치된다.
따라서, 열복원된 지중의 지하수는 상부수평굴착라인(10)을 통해 원통관(7)의 내부공간(8)으로 유입된 후 인양펌프(2)를 통해 열교환부(3)로 공급되고, 열교환부(3)를 경유한 지하수는 원통관(7) 및 우물통(6) 사이의 회수공간(9)으로 회수된 후 하부수평굴착라인(11)을 통해 우물통(6) 외부로 배출되도록 구비된다.
여기서, 우물통(6)의 직경은 지열공(1)보다 작게 형성되고, 우물통(6)과 지열공(1) 사이의 공간에는 모래 또는 자갈이 메워지며, 우물통(6)의 하단에는 하측으로 갈수록 직경이 증가되도록 테이퍼진 슈(12)가 장착된다.
따라서, 우물통(6)을 지열공(1)에 투입시킬 시, 슈에 의해 우물통(6)의 외부면과 지열공(1) 내부면 사이의 마찰을 감소시킬 수 있도록 구비된다.
한편, 하부수평굴착라인(11)은, 우물통(6)의 하부에 방사상으로 다수 설치되어서 회수공간(9)으로 유입된 지하수를 우물통(6) 외부의 지중으로 방출시키도록 구비되고, 상부수평굴착라인(10)은, 하부수평굴착라인(11)의 상부에 다수 설치되고 우물통(6)의 둘레에 방사상으로 다수 설치된다. 이러한 하부수평굴착라인(11) 및 상부수평굴착라인(10)은 평면을 기준으로 볼때, 상부수평굴착라인(10)들이 하부수평굴착라인(11)들 사이에 배치된다.
이러한 구성의 본 발명의 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치는, 강변 지하수가 흐르는 지중에 지열공(1)을 형성한다. 지열공(1) 내부에는 지열공(1)보다 직경이 작은 콘크리트로 이루어진 우물통(6)을 내장시킨다. 우물통의 하부에는 철재의 슈(12)를 결합시킨다.
슈(12)는 하측으로 갈수록 직경이 증가되도록 테이퍼지게 형성되어 있으며, 우물통(6)을 지열공(1)에 투입시킬 시 슈에 의해 우물통(6)의 외부면과 지열공(1) 내부면 사이의 마찰이 어느 정도 방지되며, 이에 따라 우물통(6)이 손상되거나 지열공(1)의 공벽이 무너지는 것이 방지된다.
우물통(6)의 직경은 지열공(1)보다 작게 형성되므로 이들 사이에는 공간이 형성된다. 따라서, 우물통(6)을 지열공(1)에 내장시킨 후 우물통(6)과 지열공(1) 사이의 공간을 모래나 자갈로 체운다.
우물통(6)이 설치되면 우물통 내부에 원통관(7)을 내장시킨다. 원통관(7)의 외경은 우물통(6)의 내경보다 작으므로, 원통관(7)이 내장될 시 우물통(6)의 내부는 원통관(7)의 내부공간(8)과 원통관(7) 및 우물통(6) 사이의 회수공간(9)으로 구획된다.
원통관(7)이 매설되면 원통관(7) 내부에 인양펌프(2)를 설치한다. 인양펌프(2)와 지상에 설치된 열교환부(3) 사이에는 인양라인(4)을 연결하고, 열교환부(3)와 회수공간(9)에는 회수라인(5)을 연결한다.
또한, 원통관(7)의 내부공간(8)과 우물통(6) 외부의 지중을 연결하도록, 원통관(7) 및 우물통(6), 지중에는 상부수평굴착라인을 방사상으로 형성한다. 그리고, 회수공간(9)과 우물통(6) 외부의 지중을 연결하도록, 우물통(6) 및 지중에는 하부수평굴착라인(11)을 방사상으로 형성한다.
상부수평굴착라인(10)은 하부수평굴착라인(11)과 이격되도록 하부수평굴착라인(11)의 상측에 시공하며, 평면을 기준으로 볼때, 상부수평굴착라인(10)들을 하부수평굴착라인(11)들 사이에 배치되도록 시공한다.
이러한 본 발명의 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치는 다음과 같은 효과가 있다.
먼저, 본 발명은 지중의 강변지하수가 상부수평굴착라인(10)을 통해 우물통(6)의 내부에 위치한 원통관(7)의 내부공간(8)으로 유입되고, 원통관(7) 및 우물통(6) 사이의 회수공간(9)으로 회수된 지하수는 하부수평굴착라인(11)을 통해 지중으로 배출된다.
이러한 하부수평굴착라인(11)은, 우물통(6)의 하부에 방사상으로 다수 설치되어서 회수공간(9)으로 유입된 지하수를 우물통(6) 외부의 지중으로 방출시키도록 구비되고, 상부수평굴착라인(10)은, 하부수평굴착라인(11)의 상부에 다수 설치되고 우물통(6)의 둘레에 방사상으로 다수 설치된다.
따라서, 상부수평굴착라인(10), 원통관(7)의 내부공간(8), 인양라인(4)에 의해 지중의 강변지하수의 공급경로가 형성되고, 회수라인(5), 원통관(7) 및 우물통(6) 사이의 회수공간(9), 하부수평굴착라인(11)에 의해 회수된 지하수의 배출경로가 형성되므로 지중 지하수의 공급경로와 열교환부(3)를 경유한 지하수의 회수경로가 완전히 차단된다. 그러므로 지하수 공급경로와 회수경로 사이의 열간섭이 최소화되어 열효율이 극대화된다.
또한, 본 발명의 하부수평굴착라인(11)은 우물통(6)의 하부에 방사상으로 다수 설치되고, 상부수평굴착라인(10)은, 하부수평굴착라인(11) 상부의 우물통(6) 둘레에 방사상으로 다수 설치되되, 평면을 기준으로 볼때, 상부수평굴착라인(10)들이 하부수평굴착라인(11)들 사이에 배치된다.
따라서 상부수평굴착라인(10)들 및 하부수평굴착라인(11)들의 설치 높이가 서로 다르고, 방사상으로 배열된 방향이 서로 다르므로, 열복원된 지중의 지하수가 내부공간으로 유입되는 위치 및 방향과, 회수공간(9)으로 회수된 지하수가 지중으로 방출되는 위치 및 방향이 서로 달라서 이들 사이의 열간섭이 최소화되며, 이에 따라 열효율이 극대화된다.
또한, 본 발명의 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치는 지하수가 풍부한 수변 지역에 설치하여서 강변 지하수에 의한 열교환이 이루어지도록 한다. 그리고, 우물통(6) 및 원통관(7) 둘레에 방사상으로 다수의 상부수평굴착라인(10)들을 시공하고, 상부수평굴착라인(10) 하부에 상부수평굴착라인(10)들과 엇갈리도록 방사상으로 다수의 하부수평굴착라인(11)들을 시공하므로 강변 지하수의 취수구간과 회수구간의 간섭을 최소화하며, 이에 따라 열효율을 극대화시킬 수 있다. 이러한 본 발명은 하나의 지열공(1)으로 다수의 지열공에 의한 열교환 효과를 얻을 수 있으므로 열효율이 극대화될 뿐 아니라, 시공비가 크게 감소된다.
도 3은 본 발명의 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치의 다른 실시예를 보인 단면도이다.
이러한 본 발명의 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치는, 강변지하수가 흐르는 지중에 지열공(1)이 형성되며, 지열공(1)에는 지열공(1)을 모인 지하수를 펌핑하도록 인양펌프(2)가 설치된다. 지상에는 인양펌프(2)에 의해 펌핑된 지하수를 이용하여서 열교환이 이루어지도록 열교환부(3)가 구비되며, 인양펌프(2) 및 열교환부(3) 사이에는 펌핑된 지하수를 열교환부(3) 측으로 공급되도록 인양라인(4)이 연결되고, 열교환부(3)와 지열공 사이에는 열교환부(3)를 경유한 지하수가 지열공(1) 측으로 회수되도록 회수라인(5)이 연결된다.
지열공(1)에는 우물통(6)이 설치되며, 우물통(6) 내부에는 우물통(6)보다 작은 직경의 원통관(7)이 설치되어서, 우물통(6) 내부의 공간이 원통관(7)의 내부공간(8)과 원통관(7) 및 우물통(6) 사이의 회수공간(9)으로 구획된다.
원통관(7) 및 우물통(6) 사이의 회수공간(9)과 우물통(6)의 외부 사이에는 회수공간(9)으로 회수된 지하수를 우물통(6) 외부의 지중으로 방류하도록 상부수평굴착라인(10')이 설치된다.
원통관(7)의 내부공간(8)과 우물통(6)의 외부 사이에는 열복원된 지중의 지하수가 원통관(7)의 내부공간(8)으로 유입되도록 하부수평굴착라인(11')이 설치된다.
따라서, 열복원된 지중의 지하수는 하부수평굴착라인(11')을 통해 원통관(7)의 내부공간(8)으로 유입된 후 인양펌프(2)를 통해 열교환부(3)로 공급되고, 열교환부(3)를 경유한 지하수는 원통관(7) 및 우물통(6) 사이의 회수공간(9)으로 회수된 후 상부수평굴착라인(10')을 통해 우물통(6) 외부로 배출되도록 구비된다.
이러한 본 발명의 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치는, 지중의 강변지하수가 하부수평굴착라인(11')을 통해 우물통(6)의 내부에 위치한 원통관(7)의 내부공간(8)으로 유입되고, 원통관(7) 및 우물통(6) 사이의 회수공간(9)으로 회수된 지하수는 상부수평굴착라인(10')을 통해 지중으로 배출된다.
이러한 상부수평굴착라인(10')은, 우물통(6)의 상부에 방사상으로 다수 설치되어서 회수공간(9)으로 유입된 지하수를 우물통(6) 외부의 지중으로 방출시키도록 구비되고, 하부수평굴착라인(11')은, 상부수평굴착라인(10')의 하부에 다수 설치되고 우물통(6)의 둘레에 방사상으로 다수 설치된다.
따라서, 하부수평굴착라인(11'), 원통관(7)의 내부공간(8), 인양라인(4)에 의해 지중의 강변지하수의 공급경로가 형성되고, 회수라인(5), 원통관(7) 및 우물통(6) 사이의 회수공간(9), 상부수평굴착라인(10')에 의해 회수된 지하수의 배출경로가 형성된다. 따라서, 지중 지하수의 공급경로와 열교환부(3)를 경유한 지하수의 회수경로가 완전히 차단된다. 그러므로 지하수 공급경로와 회수경로 사이의 열간섭이 최소화되어 열효율이 극대화된다.
이와 같은 본 발명은 회수된 지하수가 상부수평굴착라인(10')을 통해 외부로 배출되고, 지중의 강변 지하수가 하부수평굴착라인(11')을 통해 원통관(7)의 내부공간(8)으로 유입된다는 점만 다르며, 나머지 구성 및 작용, 효과는 도 1 및 도 2에서 설명한 바와 동일하므로 이에 대한 설명은 생략한다.
한편, 열교환부(3)의 케이스 외면에는 온도에 따라 색이 변화하는 변색부가 도포될 수 있다. 이 변색부는, 소정의 온도 이상이 되었을 때 색이 변하는 두 가지 이상의 온도변색물질이 열교환부(3)의 케이스 표면에 도포되어 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리됨으로써 단계적인 온도 변화를 판단할 수 있고, 변색부 위에는 변색부가 손상되는 것을 방지하기 위한 보호막층이 도포된다.
여기서, 변색부는, 각각 40℃ 이상 및 60℃ 이상의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 도포하여 형성될 수 있다. 변색부는 열교환부(3)의 케이스 온도에 따라 색이 변화하여 도료의 온도 변화를 감지하기 위한 것이다.
이러한 변색부는 소정의 온도 이상이 되었을 때 색깔이 변하는 온도변색물질이 열교환부(3)의 케이스 표면에 도포됨으로써 형성될 수 있다. 또한, 온도변색물질은 일반적으로 1~10㎛의 마이크로캡슐 구조로 구성되어 있고, 마이크로캡슐 내에 전자 공여체와 전자 수용체의 온도에 따른 결합 및 분리현상으로 인해 유색 및 투명색을 나타내도록 할 수 있다.
또한, 온도변색물질은 색의 변화가 빠르고, 40℃, 60℃, 70℃, 80℃, 등의 다양한 변색온도를 가질 수 있으며, 이러한 변색온도는 여러 방법으로 쉽게 조정될 수 있다. 이러한 온도변색물질은 유기화합물의 분자 재배열, 원자단의 공간 재배치 등의 원리에 의한 다양한 종류의 온도변색물질이 이용될 수 있다.
이를 위해, 변색부는 서로 다른 변색 온도를 가지는 두 가지 이상의 온도변색물질을 도포하여 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 온도변색층은 상대적으로 저온의 변색온도를 갖는 온도변색물질과 상대적으로 고온의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 40℃이상 및 60℃이상의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 사용하여 변색부를 형성할 수 있다.
이를 통해, 열교환부(3)의 온도 변화를 단계적으로 확인할 수 있어 도료의 온도변화를 감지할 수 있으며, 이에 따라 열교환부(3)를 최적의 상태에서 운용할 수 있으며, 과열에 의한 열교환부(3)의 손상을 미연에 방지시킬 수 있다.
또한, 보호막층은 변색부 위에 도포되어서 외부의 충격으로 인해 변색부가 손상되는 것을 방지하며, 변색부의 변색 여부를 쉽게 확인함과 동시에 온도변색물질이 열에 약한 것을 고려하여 단열 효과를 가지는 투명 도포재를 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상부수평굴착라인(10) 및 하부수평굴착라인(11)에는 합성수지재의 관이 매립될 수 있으며, 이 관에는 내산화성을 증가시키기 위해 페놀계 산화방지제인 BHT(2,6-DI-BUTYL-4-METHYLPHENOL)를 첨가할 수 있다. 이러한 BHT는 내오존성 및 내산화성을 증가시키며, 관의 부식 및 산화를 방지시킨다.
본 발명은 합성수지재와 BHT의 합이 100 중량부일 경우, BHT는 0.4~1.2 중량부를 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 이유는 BHT의 첨가량이 상술된 범위보다 적은 경우에는 내산화성을 획득하기 어려우며, 상술된 범위를 초과하는 경우에는 조직의 밀도 및 견고성에 영향을 주는 문제가 있기 때문이다.
이러한 본 발명은 합성수지재의 관에 BHT가 더 첨가되므로 내산화성이 크게 향상되며, 이에 따라 제품의 수명을 극대화시킬 수 있다.
그리고, 인양라인(4) 및 회수라인(5)은 외부 충격 또는 외부 환경에 대한 내충격성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물로 형성될 수 있다. 이러한 폴리프로필렌 수지 조성물은 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체 75~95중량% 및 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5~25중량%로 이루어진 폴리프로필렌 랜덤 블록 공중합체를 포함할 수 있다.
상기 폴리프로필렌 랜덤 블록 공중합체는 전술한 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체 75~95중량% 및 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5~25중량%인 것이 바람직한데, 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체가 75중량% 미만이면 강성이 저하되고, 95중량%를 초과하면 내충격성이 저하되며, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체는 5중량% 미만이면 내충격성이 저하되고, 25중량%를 초과하면 강성이 저하된다.
상기 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체는 에틸렌 0.5~7중량% 및 탄소수가 4~5인 알파올레핀 1~15중량%를 포함하며, 폴리프로필렌 수지 조성물의 기계적 강성유지 및 내열성을 향상시키며 내백화성을 유지하는데 효과적인 역할을 한다.
상기 에틸렌 함량은 바람직하게는 0.5~5중량%이며, 더욱 바람직하게는 1~3중량%일 수 있으며, 0.5중량% 미만이면 내백화성이 저하되고, 7중량%를 초과하면 수지의 결정화도 및 강성이 저하된다. 또한, 상기 알파올레핀은 에틸렌 및 프로필렌을 제외한 임의의 알파올레핀을 의미하며, 바람직하게는 부텐이다. 또한, 전술한 알파올레핀은 탄소수가 4 미만이거나 5를 초과하면 랜덤 공중합체의 제조 시, 코모노머와의 반응성이 낮아 공중합체를 제조하는데 어려움이 있다. 또한, 전술한 알파올레핀 1~15중량%를 포함하며, 바람직하게는 1~10중량%이고, 더욱 바람직하게는 3~9중량%일 수 있다. 상기 알파올레핀은 1중량% 미만이면, 결정화도가 필요 이상으로 높아져 투명성이 저하되고, 15중량%를 초과하면 결정화도 및 강성이 저하되어 내열성이 현저히 낮아지는 문제점을 가진다.
그리고, 본 발명의 인양펌프(2)의 케이스에는 부식방지용 피복 조성물이 도포될 수 있다.
피복 조성물은, 레조르시놀 디글리시딜에테르(Resorcinol diglycidyl ether) 80중량부 및 프로판올아민(Propanol amine) 20중량부를 혼합하여서 수용해성 수지 조성물 100중량부가 구비된다. 그리고 수용해성 수지 조성물 100중량부에 대하여, 헥사메틸레이티드-헥사메틸롤 멜라민(Hexamethylated-hexamethylol melamine)을 1 내지 10중량부를 혼합하여서 구성된다.
본 발명에서는 레조르시놀 디글리시틸에테르의 우수한 내화학성, 치수안정성 등의 특성과 프로판올아민의 내부식성 등의 특성 및 멜라민 유도체의 우수한 윤활특성 등을 활용하여 보다 친환경적인 인양펌프(2) 케이스의 부식방지를 위한 피복을 형성할 수 있다.
상기 부식방지용 피복 조성물을 도포하는 방법은 특별한 제한은 없으나, 알루미늄합금 표면에 건조도막 두께가 10 내지 30㎛가 되도록 도포되는 것이 바람직하다. 건조도막 두께가 10㎛ 미만이면 수명이 짧아질 수 있고, 30㎛를 초과하는 경우에는 기능상 문제점은 없으나 경제적 이점이 감소한다.
또한, 상기 부식방지용 피복 조성물이 도포된 인양펌프(2)의 케이스는 10 내지 30분 동안 공기 건조 후 100 내지 200℃, 바람직하게는 150 내지 180℃에서 10 내지 50분 동안 경화하여 비점착성이고 광택이 우수한 도막을 얻는 것이 가능하다.
그리고, 본 발명의 상부수평굴착라인(10) 및 하부수평굴착라인(11)의 내주면에는 오염물질의 부착방지 및 제거를 효과적으로 달성할 수 있도록 오염 방지 도포용 조성물로 이루어진 오염방지도포층이 도포될 수 있다. 상기 오염 방지 도포용 조성물은 붕산 및 탄산나트륨이 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 붕산 및 탄산나트륨의 총함량은 전체 수용액에 대해 1 ~ 10 중량%이다. 이에 더하여, 상기 오염방지도포층의 도포성을 향상시키는 물질로 탄산나트륨 또는 탄산칼슘이 이용될 수 있으나 바람직하게는 탄산나트륨이 이용될 수 있다. 상기 붕산 및 탄산나트륨은 몰비로서 1:0.01 ~ 1:2가 바람직한 바, 몰비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 상기 스트레이너의 도포성이 저하되거나 도포후 표면의 수분흡착이 증가하여 도포막이 제거되는 문제점이 있다.
상기 붕산 및 탄산나트륨은 전제 조성물 수용액중 1 ~ 10 중량%가 바람직한 바, 1 중량% 미만이면 스트레이너의 도포성이 저하되는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 도포막 두께의 증가로 인한 결정석출이 발생하기 쉽다.
한편, 본 오염 방지 도포용 조성물을 상부수평굴착라인(10) 및 하부수평굴착라인(11)의 내주면에 도포하는 방법으로는 스프레이법에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 상부수평굴착라인(10) 및 하부수평굴착라인(11)의 내주면의 최종 도포막 두께는 500 ~ 2000Å이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1000 ~ 2000 Å이다. 상기 도포막의 두께가 500 Å미만이면 고온 열처리의 경우에 열화되는 문제점이 있고, 2000 Å을 초과하면 도포 표면의 결정석출이 발생하기 쉬운 단점이 있다.
또한, 본 오염 방지 도포용 조성물은 붕산 0.1 몰 및 탄산나트륨 0.05 몰을 증류수 1000 ㎖에 첨가한 다음 교반하여 제조될 수 있다.
따라서, 본 발명의 상부수평굴착라인(10) 및 하부수평굴착라인(11) 내주면에 오염 방지 도포용 조성물로 이루어진 오염방지도포층이 도포되므로 오염물질의 부착방지 및 제거 효과가 향상되며, 이에 따라 상부수평굴착라인(10) 및 하부수평굴착라인(11)이 막히는 문제가 방지된다.
그리고, 상부수평굴착라인(10)(10') 및 하부수평굴착라인(11)(11')에는 스틸이나 합성수지재의 유공관이 설치될 수 있으며, 이러한 상부수평굴착라인(10) 및 하부수평굴착라인(11)(11')의 끝단 즉, 유공관의 단부에는 잠금밸브(13)가 설치될 수 있다.
이 잠금밸브(13)는, 우물통(6), 원통관(7), 상부수평굴착라인(10)(10') 및 하부수평굴착라인(11)(11')을 청소할 시, 상부수평굴착라인(10)(10') 및 하부수평굴착라인(11)(11')을 잠그기 위한 밸브이며, 청소시 잠금밸브(13)를 잠가서 주변의 지하수가 유입되는 것을 일시적으로 방지시키기 위한 것이다.
1 : 지열공 2 : 인양펌프
3 : 열교환부 4 : 인양라인
5 : 회수라인 6 : 우물통
7 : 원통관 8 : 내부공간
9 : 회수공간 10,10' : 상부수평굴착라인
11,11' : 하부수평굴착라인 12 : 슈
13 : 잠금밸브
3 : 열교환부 4 : 인양라인
5 : 회수라인 6 : 우물통
7 : 원통관 8 : 내부공간
9 : 회수공간 10,10' : 상부수평굴착라인
11,11' : 하부수평굴착라인 12 : 슈
13 : 잠금밸브
Claims (5)
- 강변지하수가 흐르는 지중에 지열공(1)이 형성되며, 지열공(1)에는 지열공(1)을 모인 지하수를 펌핑하도록 인양펌프(2)가 설치되고, 지상에는 인양펌프(2)에 의해 펌핑된 지하수를 이용하여서 열교환이 이루어지도록 열교환부(3)가 구비되며, 인양펌프(2) 및 열교환부(3) 사이에는 펌핑된 지하수를 열교환부(3) 측으로 공급되도록 인양라인(4)이 연결되고, 열교환부(3)와 지열공(1) 사이에는 열교환부(3)를 경유한 지하수가 지열공(1) 측으로 회수되도록 회수라인(5)이 연결되며;
지열공(1)에는 우물통(6)이 설치되며, 우물통(6) 내부에는 우물통(6)보다 작은 직경의 원통관(7)이 설치되어서, 우물통(6) 내부의 공간이 원통관(7)의 내부공간(8)과 원통관(7) 및 우물통(6) 사이의 회수공간(9)으로 구획되고;
원통관(7)의 내부공간(8)과 우물통(6)의 외부 사이에는 열복원된 지중의 지하수가 원통관(7)의 내부공간(8)으로 유입되도록 상부수평굴착라인(10)이 설치되며;
원통관(7) 및 우물통(6) 사이의 회수공간(9)과 우물통(6)의 외부 사이에는 회수공간(9)으로 회수된 지하수를 우물통(6) 외부의 지중으로 방류하도록 하부수평굴착라인(11)이 설치되어서;
열복원된 지중의 지하수는 상부수평굴착라인(10)을 통해 원통관(7)의 내부공간(8)으로 유입된 후 인양펌프(2)를 통해 열교환부(3)로 공급되고, 열교환부(3)를 경유한 지하수는 원통관(7) 및 우물통(6) 사이의 회수공간(9)으로 회수된 후 하부수평굴착라인(11)을 통해 우물통(6) 외부로 배출되도록 구비되고;
우물통(6)의 직경은 지열공(1)보다 작게 형성되고, 우물통(6)과 지열공(1) 사이의 공간에는 모래 또는 자갈이 메워지며, 우물통(6)의 하단에는 하측으로 갈수록 직경이 증가되도록 테이퍼진 슈(12)가 장착되어서, 우물통(6)을 지열공(1)에 투입시킬 시 슈에 의해 우물통(6)의 외부면과 지열공(1) 내부면 사이의 마찰을 감소시킬 수 있도록 구비되며;
하부수평굴착라인(11)은, 우물통(6)의 하부에 방사상으로 다수 설치되어서 회수공간(9)으로 유입된 지하수를 우물통(6) 외부의 지중으로 방출시키도록 구비되고, 상부수평굴착라인(10)은, 하부수평굴착라인(11)의 상부에 다수 설치되고 우물통(6)의 둘레에 방사상으로 다수 설치되되, 평면을 기준으로 볼때, 상부수평굴착라인(10)들이 하부수평굴착라인(11)들 사이에 배치되고;
상부수평굴착라인(10) 및 하부수평굴착라인(11)에는 유공관이 설치되고, 상기 유공관의 단부에는 잠금밸브(13)가 설치되어 있으며;
열교환부(3)의 케이스 외면에는 온도에 따라 색이 변화하는 변색부가 도포되되, 상기 변색부는, 세팅된 온도 이상이 되었을 때 색이 변하는 두 가지 이상의 온도변색물질이 열교환부(3)의 케이스 표면에 도포되어 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리됨으로써 단계적인 온도 변화를 판단할 수 있고, 상기 변색부 위에는 상기 변색부가 손상되는 것을 방지하기 위한 보호막층이 도포되며;
상부수평굴착라인(10) 및 하부수평굴착라인(11)에는 합성수지재의 관이 매립되고, 상기 관에는 페놀계 산화방지제인 BHT(2,6-DI-BUTYL-4-METHYLPHENOL)가 첨가되며, 상기 합성수지재와 BHT의 합이 100 중량부일 경우, BHT는 0.4~1.2 중량부를 포함하고;
인양라인(4) 및 회수라인(5)은 폴리프로필렌 수지 조성물로 형성되되, 상기 폴리프로필렌 수지 조성물은 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체 75~95중량% 및 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5~25중량%로 이루어진 폴리프로필렌 랜덤 블록 공중합체를 포함하며;
인양펌프(2)의 케이스에는 부식방지용 피복 조성물이 도포되되, 상기 피복 조성물은, 레조르시놀 디글리시딜에테르(Resorcinol diglycidyl ether) 80중량부 및 프로판올아민(Propanol amine) 20중량부를 혼합하여서 수용해성 수지 조성물 100중량부가 구비되고;
상부수평굴착라인(10) 및 하부수평굴착라인(11)의 내주면에는 오염 방지 도포용 조성물로 이루어진 오염방지도포층이 도포되되, 상기 오염 방지 도포용 조성물은 붕산 및 탄산나트륨이 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170044058A KR101803227B1 (ko) | 2017-04-05 | 2017-04-05 | 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020170044058A KR101803227B1 (ko) | 2017-04-05 | 2017-04-05 | 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| KR101803227B1 true KR101803227B1 (ko) | 2017-12-28 |
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ID=60939992
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| KR1020170044058A KR101803227B1 (ko) | 2017-04-05 | 2017-04-05 | 강변지하수를 이용한 대용량 지중열교환장치 |
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|---|---|
| KR (1) | KR101803227B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102093411B1 (ko) | 2019-03-26 | 2020-03-25 | 주식회사 지앤지테크놀러지 | 방사상 집수정을 이용한 대규모 스마트 팜 및 건축물의 지열 시스템 |
| KR102561407B1 (ko) * | 2022-11-23 | 2023-07-28 | 박영우 | 열교환된 수열에너지를 이용한 냉난방 시스템 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4642579B2 (ja) * | 2005-07-12 | 2011-03-02 | 正 角田 | 地熱採熱システム |
-
2017
- 2017-04-05 KR KR1020170044058A patent/KR101803227B1/ko active IP Right Grant
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|---|---|---|---|---|
| KR102093411B1 (ko) | 2019-03-26 | 2020-03-25 | 주식회사 지앤지테크놀러지 | 방사상 집수정을 이용한 대규모 스마트 팜 및 건축물의 지열 시스템 |
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