KR101897166B1 - 지열배관 파이프 연결용 소켓 및 이를 이용한 지열배관 파이프 시공방법 - Google Patents

지열배관 파이프 연결용 소켓 및 이를 이용한 지열배관 파이프 시공방법 Download PDF

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Abstract

지열배관 파이프 연결용 소켓 및 이를 이용한 지열배관 파이프 시공방법이 개시된다. 본 발명에 따른 지열배관 파이프 연결용 소켓은 하단부에 제1 지열배관 파이프가 연통되게 연결되고 상단부에 제2 지열배관 파이프가 연통되게 연결되는 중공형상의 파이프 연결구; 및 파이프 연결구의 내부에 연통되게 결합되는 중공형상의 본체부와, 본체부에 자력에 의해 착탈가능하게 결합되어 본체부의 내부에 형성된 유로를 밀폐시키는 밀폐부재를 구비한 밀폐유닛을 포함한다.

Description

지열배관 파이프 연결용 소켓 및 이를 이용한 지열배관 파이프 시공방법{FILTER SOCKET FOR CONNECTING TERRESTRIAL HEAT PIPE AND CONSTRUCTION METHOD USING THE SAME}
본 발명은 지열배관 파이프 연결용 소켓 및 이를 이용한 지열배관 파이프 시공방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지중 열교환기를 시공하는 경우에 지열배관 파이프 설치 후 지열배관 파이프의 파손 유무를 수압테스트를 통해 확인할 수 있어 지열배관 파이프의 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있으며 아울러 지중에 배치된 지열배관 파이프에 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있는 지열배관 파이프 연결용 소켓 및 이를 이용한 지열배관 파이프 시공방법에 관한 것이다.
최근 들어 친환경 신재생에너지원 발굴 및 고유가에 대처하기 위하여 건설업계에서는 건물 냉난방에 사용되는 에너지원으로서 석유나 천연가스를 대체할 수 있는 신재생에너지에 대한 개발이 활발하게 진행되고 있다.
대체 에너지 자원으로 무한 에너지원을 갖는 풍력, 태양광, 태양열, 연료전지,지열, 바이오, 해양 등을 냉난방시스템에 적용할 수 있는 기술이 연구되고 있는데, 이들 에너지 자원들은 공기오염과 기후변화에 거의 영향을 미치지 않는 에너지를 얻을 수 있는 장점이 있는 반면 지열원 대비 에너지 밀도가 낮은 단점이 있다.
풍력과 태양광/열 에너지를 얻기 위해서는 기후 및 설치장소의 한계와 함께 넓은 면적이 확보되어야 하며, 이 장치들은 에너지 생산량이 적고 설치 및 유지관리에 많은 비용이 소요되어 냉난방시스템에 적용하는데 한계가 있다.
이에 반하여 신재생에너지인 지열에너지는 설치 및 유지관리가 상대적으로 저렴하고, 지열원의 안정적인 공급으로 인해 냉난방시스템이 많이 제안되고 있다.
지열원은 지표면으로부터 500M 깊이의 지표면에 존재하는 땅이 가진 에너지를 통칭하며 태양과 지구가 존재하는 한 지속적으로 활용 가능한 에너지원을 말한다. 태양열의 51%가 지표면을 통해 저장되며, 지중온도는 지형에 따라 다르지만 평균적으로 지표면으로부터 ~ 350M까지 땅속의 온도는 대략 섭씨 15 ~ 25℃ 정도로 연중 큰 변화가 없이 일정하게 유지된다. 이러한 지열원은 태양광/열 또는 풍력 등의 신재생에너지와 달리 안정적으로 열원을 공급할 수 있는 장점이 있다.
지열원을 이용한 지열히트펌프시스템(Ground source heat pump system)은 연중온도가 일정한 지중열을 냉방시에는 히트 싱크(heat sink)로, 난방시에는 히트 소스(heat source)로 이용하여 건축물의 냉방과 난방을 동시에 가능하도록 하는 복합형 시스템이며, 크게 지중에 설치되는 지열배관 파이프를 구비한 지중열교환기와 지열히트펌프 및 실내기로 구성된다.
일반적으로 지열히트펌프시스템은 지중에 200M 깊이로 150여개의 천공홀을 굴착 후 지열배관 파이프인 고밀도 폴리에틸렌 재질의 U자형의 PE롤관(HDPE SDR11) 등을 천공홀에 삽입하고 유체(물)를 순환시켜 지중과의 열교환을 통해 건물 냉난방에 필요한 에너지원을 공급하는 방식이다.
한편, 서울시와 같은 도심지에서 환경이 중요시됨에 따라 신재생에너지인 지열원을 사용한 지열히트펌프시스템 적용이 활발해지고 그 규모가 커져가고 있다.
이에 서울시 신재생에너지 기준인 서울특별시 환경영향평가 조례 제29조 제2항의 규정에 의하여 2014.07.10.고시 (서울특별시고시 제2014-258)된 건축물 및 정비사업의 환경영향평가항목 및 심의기준을 다음과 같이 변경 고시되었다.
서울시 신재생에너지 사용 기준에 따르면 2017년도에는 국가 공공건축물이 21%, 서울시 민간건축물 중 주거는 4%, 비주거는 9%의 신재생에너지를 건물에너지사용량 대비로 설치사용해야 하며, 서울시는 제로에너지 건축물을 향한 연차별 에너지 수요 감축 추진과 건물부문 온실가스 배출량의 26.9% 감축을 목표로 하고 있다
또한 에너지관리공단 고시 2016년도 지열에너지설비 개정 사항으로 지열히트펌프시스템 지중열교환기 시공 방법 중 수직밀폐형의 건축물 기초 하부 천공시 건축물의 기초 안정성 검토에 대해서도 긍정적인 방향을 제시하였다.
이에 우리나라의 경우 인구밀도가 높은 도시와 신도시, 혁신도시가 지속적으로 개발됨에 따라 신재생에너지인 지열의 적용 규모가 커지는 반면 지중 열교환기를 설치할 도심지 건축물의 잉여 부지가 협소함에 따라 건축물 하부에 지열원을 설치하는 경우가 지속적으로 늘어날 전망이다.
이에 지열히트펌프시스템의 지중열교환기 설치 방식 중 수직밀폐형방식(vertical loop system)은 부지가 없는 도심지에 적용하기 위한 방안으로 2가지가 있다.
1안)은 건축물 토목 터파기 완료 후 지하 토목마감레벨에서 천공굴착하여 지중 열교환기를 설치하는 방안으로, 이는 천공장비의 층고 제한이 있고 비용이 많이 들며 건축 및 토목 공기가 길어지는 단점이 있다.
2안)은 건축물 지하 토목 터파기 전 지표면인 그라운드 루프(Ground Loop:GL)에서 천공굴착 후 지중 열교환기를 삽입하고, 건물 지하바닥 토목마감레벨 심도에 맞추어 지중 열교환기로 사용되는 지열배관 파이프에 지열배관 파이프 연결용 소켓을 결합하고 그라운드 루프(GL)까지 지열배관 파이프 연결용 소켓에 별도의 지열배관 파이프(예를들어, 꼬리관)를 연결 삽입하는 방안으로서, 이는 비용이 저렴하고, 건축 및 토목 공기에 지장이 없는 장점이 있어 1)안을 대체하는 방법으로 유용하다.
그러나 2)안의 경우에도 천공굴착 후 천공홀에 지열배관 파이프(예를들어 PE롤관 등)를 삽입하므로 토목 터파기 작업 중 장비에 의해 지열배관 파이프 내 이물질이 유입되어 지열배관 파이프가 막히고 훼손되는 문제가 있다. 이에 토목 터파기 전에 지열배관 파이프 연결용 소켓을 밀봉하여 이물질 투입을 막는 것이 일반적이다.
또한 특히 2)안의 상부 천공 공법의 경우에 천공 굴착 과정에서 천공기 및 천공홀의 수직도 불량으로 인해 전체 천공의 10~20%가 천공홀간 교차가 발생되고 이로 인해 천공홀에 삽입된 지중 열교환기로 사용되는 지열배관 파이프가 파손되는 문제가 있다. 이는 천공시 정밀 시공 굴착이 안됨에 따른 수직도 불량 및 천공홀 휨 현상으로 인해 천공홀간 교차로 지열배관 파이프가 파손되며 지열배관 파이프의 파손여부를 토목 터파기가 끝난 후(대략 6개월 이상)에 확인할 수 있어 토목 터파기 공정을 완료한 후 파손된 지열배관 파이프를 제거하고 다시 천공을 하여야 하므로 이에 따른 경비 및 인력이 많이 소요되는 문제가 있다. 이는 건축물 하부 토목 터파기 전에 지열배관 파이프 연결용 소켓을 밀봉하여 이물질 투입을 막기 때문에 지열배관 파이프 내 수압테스트를 할 수 없기 때문이다.
이에 종래에는 천공홀이 파공되는 것을 설계부터 감안하여 천공을 10~20% 추가로 더 시공 하지만 이마저도 불안정한 시공으로 위험 부담이 높으며 실제로 실패 사례가 증가하는 추세이다.
따라서, 지중 열교환기 설치시 천공굴착의 부지 협소, 협착, 수직도 등의 불안정성으로 인한 지열배관 파이프 파손 유무를 토목 터파기 작업 전에 확인할 수 있도록 하여 지중 열교환기의 안정성을 확보할 수 있는 방안이 요구된다.
대한민국 등록특허 제10-1154016호(2012.06.08. 공고)
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 지중 열교환기 설치시 천공굴착의 부지 협소, 협착, 수직도 등의 불안정성으로 인한 지열배관 파이프의 파손 유무를 토목 터파기 작업 전에 수압테스트를 통해 확인할 수 있도록 함으로써 지열배관 파이프의 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있으며 이로써 지열배관 파이프 설치에 따른 경비 및 인력을 절감할 수 있는 지열배관 파이프 연결용 소켓과 이를 이용한 지열배관 파이프 시공방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 상부천공 공법에 따른 지중 열교환기를 시공할 때 지중에 배치된 지열배관 파이프에 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있으며 재활용이 가능한 지열배관 파이프 연결용 소켓과 이를 이용한 지열배관 파이프 시공방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 하단부에 제1 지열배관 파이프가 연통되게 연결되고 상단부에 제2 지열배관 파이프가 연통되게 연결되는 중공형상의 파이프 연결구; 및 상기 파이프 연결구의 내부에 연통되게 결합되는 중공형상의 본체부와, 상기 본체부에 자력에 의해 착탈가능하게 결합되어 상기 본체부의 내부에 형성된 유로를 밀폐시키는 밀폐부재를 구비한 밀폐유닛을 포함하는 지열배관 파이프 연결용 소켓이 제공될 수 있다.
상기 본체부와 상기 밀폐부재 중 어느 하나는 자성체로 제조되고 다른 하나는 스틸재질로 제조될 수 있다.
상기 본체부와 상기 밀폐부재는 스틸재질로 제조되며, 상기 밀폐유닛은 상기 본체부의 내벽과 상기 밀폐부재의 외면 중 적어도 어느 하나에 부착된 마그네틱 페이퍼를 더 포함할 수 있다.
상기 본체부의 상단부에는 하방으로 갈수록 단면적이 감소되는 제1 경사면이 형성되며, 상기 밀폐부재는 상기 파이프 연결구에 삽입되고 하방으로 이동된 후 상기 본체부의 상기 제1 경사면에 밀착 고정되어 상기 유로를 밀폐시킬 수 있다.
상기 밀폐유닛은 상기 밀폐부재의 외면에 코팅되며 상기 본체부의 상기 제1 경사면에 밀착되는 실링층을 더 포함할 수 있다.
상기 파이프 연결구는 하단부에 상기 제1 지열배관 파이프가 삽입되는 제1 개구가 형성되고 내벽에 상기 제1 지열배관 파이프의 끝단이 접촉되어 밀착되도록 중심방향으로 돌출된 돌기가 형성된 제1 연결구; 및 상단부에 상기 제2 지열배관 파이프가 삽입되는 제2 개구가 형성되고 하단부에 상기 제1 연결구의 상단부에 끼움 결합되도록 중심방향으로 하방 절곡된 절곡부가 형성되며 상기 제2 지열배관 파이프의 끝단이 상기 절곡부에 접촉되어 밀착되는 제2 연결구를 포함하며, 상기 본체부가 상기 제1 연결구의 상단부에 삽입되어 상기 돌기에 밀착된 상태에서 상기 제2 연결구의 상기 절곡부가 상기 제1 연결구의 상단부에 삽입되고 상기 본체부의 상단부에 밀착될 수 있다.
상기 밀폐부재는 상기 본체부의 상기 제1 경사면에 밀착 고정되는 구형상으로 형성될 수 있다.
상기 밀폐부재는 상기 본체부의 상기 제1 경사면에 형상에 대응되는 제2 경사면이 하단부에 형성된 원기둥형상으로 형성될 수 있다.
상기 밀폐부재의 상단부에는 상기 절곡부 상면에 안착되도록 외측으로 돌출된 수평돌기가 형성될 수 있다.
상기 제1 연결구의 내부에 마련되되 상기 본체부의 하단부와 상기 돌기의 상면에 접촉 지지되는 메쉬망을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, (a) 지중에 수직되게 천공홀을 형성하는 단계; (b) 상기 천공홀을 형성한 후 지열배관 파이프 연결용 소켓의 하단부에 제1 지열배관 파이프를 연결하고 상기 지열배관 파이프 연결용 소켓의 상단부에 제2 지열배관 파이프를 연결한 지열배관 파이프 조립체를 연속하여 상기 천공홀에 삽입하는 단계; (c) 토목 터파기 작업 전 수압테스트를 통해 상기 천공홀에 삽입된 상기 지열배관 파이프 조립체의 내부 기밀 및 파손 유무를 검사하는 단계; 및 (d) 상기 지열배관 파이프 조립체의 내부 기밀 및 파손 유무를 검사한 후 상기 지열배관 파이프 연결용 소켓을 밀폐시키는 단계를 포함하는 지열배관 파이프 시공방법이 제공될 수 있다.
상기 지열배관 파이프 연결용 소켓은 하단부에 상기 제1 지열배관 파이프가 연통되게 연결되고 상단부에 상기 제2 지열배관 파이프가 연통되게 연결되는 중공형상의 파이프 연결구; 및 상기 파이프 연결구의 내부에 연통되게 결합되는 중공형상의 본체부와, 상기 본체부에 자력에 의해 착탈가능하게 결합되어 상기 본체부의 내부에 형성된 유로를 밀폐시키는 밀폐부재를 구비한 밀폐유닛을 포함하며, 상기 (d)단계는 상기 지열배관 파이프 조립체의 내부 기밀 및 파손 유무를 검사한 후 상기 밀폐부재를 상기 파이프 연결구에 삽입하고 상기 본체부의 상단부에 밀착 고정되게 하여 상기 유로를 밀폐시킬 수 있다.
상기 본체부의 상단부에는 하방으로 갈수록 단면적이 감소되는 제1 경사면이 형성되며, 상기 밀폐부재는 상기 본체부의 상기 제1 경사면에 밀착되어 고정될 수 있다.
상기 (b)단계에서 상기 지열배관 파이프 연결용 소켓은 토목마감레벨로부터 상부로 1~1.5m에 위치될 수 있다.
(e) 상기 지열배관 파이프 연결용 소켓을 밀폐한 후 상기 천공홀과 상기 지열배관 파이프 조립체 사이의 공간을 그라우팅하는 단계를 더 포함하며, 상기 (e)단계는 (e-1) 상기 천공홀의 바닥면에서 암반층의 상면까지 골재로 뒷채움하는 제1 그라우팅 단계; 및 (e-2) 상기 암반층의 상면에서 토목마감레벨까지 벤토나이트와 실리카샌드와 물이 혼합된 벤토나이트 혼합물을 채우는 제2 그라우팅 단계를 포함할 수 있다.
(f) 상기 그라우팅을 완료한 후 지표면에서 토목마감레벨까지 토목 터파기 작업을 실시하는 단계; 및 (g) 상기 토목 터파기 작업 완료 후 상기 지열배관 파이프 연결용 소켓을 제거하고 상기 제2 지열배관 파이프의 상단부에 트렌치 배관을 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 지중 열교환기 설치시 천공굴착의 부지 협소, 협착, 수직도 등의 불안정성으로 인한 지열배관 파이프의 파손 유무를 토목 터파기 작업 전에 수압테스트를 통해 확인할 수 있도록 함으로써 지열배관 파이프의 안전성 및 신뢰성을 확보할 수 있으며 종전의 토목 터파기 공정 완료 후 파손된 지열배관 파이프를 제거하고 다시 천공을 하여야 하는 등의 경비 및 인력이 많이 소요되는 문제점을 해결할 수 있다.
또한 본 발명의 실시예들은 지중 열교환기를 시공할 때 지중에 배치된 지열배관 파이프에 지열배관 파이프용 소켓을 설치함으로써 터파기 공정 중 지열배관 파이프 내부로 이물질이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열배관 파이프 연결용 소켓을 나타내는 분해도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열배관 파이프 연결용 소켓이 지열배관 파이프에 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 지열배관 파이프 연결용 소켓이 지열배관 파이프에 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 지열배관 파이프 연결용 소켓이 지열배관 파이프에 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 지열배관 파이프 시공방법을 나타내는 순서도이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 지열배관 파이프 시공방법을 순차적으로 나타내는 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열배관 파이프 연결용 소켓을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열배관 파이프 연결용 소켓을 나타내는 분해도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열배관 파이프 연결용 소켓이 지열배관 파이프에 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)은 양단부에 각각 제1 및 제2 지열배관 파이프(110,150)가 연결되는 파이프 연결구(210)와, 파이프 연결구(210)의 내부에 결합되며 자력에 의해 내부를 밀폐시키는 밀폐유닛(250)을 포함한다.
본 실시예에 따른 파이프 연결구(210)는 하단부와 상단부에 각각 연결된 제1 및 제2 지열배관 파이프(110,150)를 연통되게 연결하는 역할을 한다.
파이프 연결구(210)는 제1 및 제2 지열배관 파이프(110,150)가 연통되게 연결되도록 중공형상의 파이프 형상으로 형성된다.
파이프 연결구(210)는 제1 및 제2 지열배관 파이프(110,150)와 열융착 등을 통해 견고하게 고정될 수 있도록 제1 및 제2 지열배관 파이프(110,150)와 동일 재질인 고밀도 폴리에틸렌(High density polyethylene,HDPE) 등의 재질로 제조될 수 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 의해 한정되지 않으며 파이프 연결구(210)가 제1 및 제2 지열배관 파이프(110,150)와 열융착 이외에 접착, 나사이음, 커플링 이음, 테이핑 등의 방법으로 연결될 수도 있다.
구체적으로 파이프 연결구(210)는 하단부에 제1 지열배관 파이프(110)가 삽입되어 고정되는 제1 연결구(220)와, 제1 연결구(220)의 상단부에 결합되며 상단부에 제2 지열배관 파이프(150)가 삽입되어 고정되는 제2 연결구(230)를 포함한다. 제1 연결구(220)와 제2 연결구(230)는 열융착 등으로 일체로 결합되거나, 착탈가능하게 결합될 수도 있다.
제1 연결구(220)는 하단부에 제1 지열배관 파이프(110)가 삽입되는 제1 개구(221)가 형성된다. 그리고 제1 연결구(220)의 내벽에는 제1 지열배관 파이프(110)의 상부 끝단이 접촉되고 밀착되도록 중심방향으로 돌출된 돌기(223)가 형성된다. 제1 지열배관 파이프(110)의 상단부는 제1 개구(221)를 통해 제1 연결구(220)의 내부로 삽입되며 돌기(223)에 접촉되어 삽입이 제한되고 지지된다. 즉 돌기(223)는 제1 지열배관 파이프(110)를 접촉 지지하되 제1 지열배관 파이프(110)의 삽입거리를 제한하는 스토퍼 역할을 한다.
그리고 제1 연결구(220)의 내부에 제1 지열배관 파이프(110)와 연통되는 제1 유로(225)가 형성된다.
제2 연결구(230)는 상단부에 제2 지열배관 파이프(150)가 삽입되는 제2 개구(231)가 형성된다. 그리고 제2 연결구(230)의 하단부에는 제1 연결구(220)의 상단부에 끼움 결합되도록 중심방향으로 하방 절곡된 절곡부(233)가 형성된다. 제2 지열배관 파이프(150)의 하단부는 제2 개구(231)를 통해 제2 연결구(230)의 내부로 삽입되며 절곡부(233)의 상면에 접촉되어 삽입이 제한되고 지지된다. 즉 절곡부(233)는 제2 지열배관 파이프(150)를 접촉 지지하되 제2 지열배관 파이프(150)의 삽입거리를 제한하는 스토퍼 역할을 하며 또한 제2 연결구(230)를 제1 연결구(220)에 끼움결합되게 하는 역할을 한다.
제1 연결구(220)와 제2 연결구(230)의 결합은 후술할 밀폐유닛(250)의 본체부(260)를 제1 연결구(220)의 상단부에 삽입하여 제1 연결구(220)에 형성된 돌기(223)의 상면에 밀착되게 한 상태에서 제2 연결구(230)의 절곡부(233)를 제1 연결구(220)의 상단부에 삽입한 후 절곡부(233)의 끝단이 본체부(260)의 상단부에 밀착되게 한다.
그리고 제2 연결구(230)의 내부에 제2 지열배관 파이프(150)와 연통되는 제2 유로(235)가 형성된다.
그리고 본 실시예에 따른 밀폐유닛(250)은 파이프 연결구(210)의 내부에 마련되어 파이프 연결구(210)의 내부를 밀폐시키는 역할을 한다.
밀폐유닛(250)은 파이프 연결구(210)의 내부에 연통되게 결합되는 중공형상의 본체부(260)와, 본체부(260)에 자력에 의해 착탈가능하게 결합되어 본체부(260)의 내부에 형성된 제3 유로(261)를 밀폐시키는 밀폐부재(270)를 포함한다.
밀폐부재(270)은 자력에 의해 본체부(260)에 착탈가능하게 결합되어 본체부(260)의 내부에 형성된 제3 유로(261)를 밀폐시킨다.
자력에 의해 밀폐부재(270)를 본체부(260)에 착탈가능하게 결합되게 하기 위해, 한편으로 본체부(260)와 밀폐부재(270) 중 어느 하나를 자성체로 제조하고 다른 하나를 스틸재질로 제조할 수 있다. 즉 밀폐부재(270)가 자성체로 제조되는 경우에 본체부(260)는 스틸재질로 제조될 수 있으며 반대로 밀폐부재(270)가 스틸재질로 제조되는 경우에 본체부(260)는 자성체로 제조될 수 있다.
또한 다른 한편으로 본체부(260)와 밀폐부재(270)는 모두 스틸재질로 제조될 수 있으며, 본체부(260)와 밀폐부재(270)가 자력에 의해 상호 착탈가능하게 결합되도록 밀폐유닛(250)은 본체부(260)의 내벽과 밀폐부재(270)의 외면 중 적어도 어느 하나에 부착된 마그네틱 페이퍼(magnetic paper,280)를 더 포함할 수 있다.
도 2에서는 본체부(260)의 내벽에 마그네틱 페이퍼(280)가 부착되게 도시되었으나, 이에 한정되지 않고 도시되지는 않았으나 마그네틱 페이퍼(280)가 밀폐부재(270)의 외면에 부착될 수도 있다. 또한 도 2에서와 같이 본체부(260)의 상단부에 하방으로 갈수록 단면적이 감소되는 제1 경사면(263)이 형성되며 밀폐부재(270)가 본체부(260)의 제1 경사면(263)에 밀착 고정되어 본체부(260)에 형성된 제3 유로(261)를 밀폐시키도록 구성될 수 있다. 이에 본체부(260)의 제1 경사면(263)에 마그네틱 페이퍼(280)를 부착하여 본체부(260)와 밀폐부재(270)의 자력에 의한 결합력을 향상시킬 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이 본체부(260)가 제1 연결구(220)의 상단부에 삽입된 상태에서 제2 연결구(230)가 제1 연결구(220)의 상단부에 끼움 결합된다. 이에 따라 본체부(260)의 하단부는 제1 연결구(220)에 형성된 돌기(223)의 상면에 밀착되고 본체부(260)의 상단부는 제2 연결구(230)의 절곡부(233) 끝단에 밀착된다.
본체부(260)는 내부에 제3 유로(261)가 형성되며, 제3 유로(261)는 제1 연결구(220)의 제1 유로(225)와 제2 연결구(230)의 제2 유로(235)와 연통된다.
밀폐부재(270)는 제2 연결구(230)에 삽입되고 하방으로 이동된 후 본체부(260)의 제1 경사면(263)에 밀착 고정되어 제3 유로(261)를 밀폐시킨다. 본 실시예에 따른 밀폐부재(270)는 본체부(260)의 제1 경사면(263)에 밀착되는 구형상으로 형성될 수 있다.
한편, 제1 경사면(263)은 제3 유로(261)의 상단부를 형성하며, 제3 유로(261)는 제1 경사면(263)에서 하방으로 갈수록 단면적이 감소되는 깔대기 형상으로 형성된다.
파이프 연결구(210)에 제1 지열배관 파이프(110) 및 제2 지열배관 파이프(150)가 결합된 상태에서 구형상의 밀폐부재(270)를 제2 지열배관 파이프(150)의 상단부에서 투입하는 경우에 밀폐부재(270)는 하방으로 이동된 후 자력에 의해 본체부(260)의 제1 경사면(263)에 밀착 고정되어 제3 유로(261)를 밀폐시킨다.
그리고 밀폐부재(270)가 제1 경사면(263)에 밀착 고정되는 경우에 밀폐부재(270)와 제1 경사면(263) 사이의 간극을 제거하고 밀폐율을 높이기 위해 본 실시예에 따른 밀폐유닛(250)은 밀폐부재(270)의 외면에 코팅된 실링층(275)을 더 포함할 수 있다.
실링층(275)은 고무, 테프론 재질로 제조될 수 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 의해 한정되는 것은 아니며 밀폐부재(270)와 제1 경사면(263) 사이의 밀폐율을 증가시킬 수 있는 것이면 어느 것이든 사용가능하다. 한편, 도시되지는 않았으나 밀폐부재(270)의 외면에 실링층(275)을 코팅하는 경우에 밀폐부재(270)의 외면에 마그네틱 페이퍼(280)와 실링층(275)을 순차로 적층할 수 있다.
한편, 토목 터파기 공정 중 제2 지열배관 파이프(150)가 커팅되면 흙, 자갈 등의 이물질이 제2 지열배관 파이프(150)를 통해 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)으로 낙하될 수 있다. 이때 토목 터파기 공정에서 발생되는 외부충격 등에 의해 밀폐부재(270)가 제1 경사면(263)에서 이탈되는 경우에 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)으로 낙하된 이물질이 제3 유로(261)를 통해 제1 지열배관 파이프(110)로 낙하될 수 있다. 이처럼 이물질이 제1 지열배관 파이프(110)로 낙하되어 적층되는 경우에 지중 열교환기로서의 기능을 수행하기 어려운 문제가 있다.
이에 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)은 제1 연결구(220)의 내부에 마련된 메쉬망(290)을 더 포함할 수 있다. 메쉬망(290)은 토목 터파기 공정 중 제2 지열배관 파이프(150)를 통해 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)으로 유입된 이물질이 제1 지열배관 파이프(110)로 유입되는 것을 방지한다. 본 실시예에 따른 메쉬망(290)은 본체부(260)의 하단부와 돌기(223)의 상면에 접촉 지지된다.
이하 본 발명의 제2 실시예에 따른 지열배관 파이프 연결용 소켓을 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 지열배관 파이프 연결용 소켓이 지열배관 파이프에 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 지열배관 파이프 연결용 소켓(200a)은 양단부에 각각 제1 및 제2 지열배관 파이프(110a,150a)가 연결되는 파이프 연결구(210a)와, 파이프 연결구(210a)의 내부에 결합되며 자력에 의해 내부를 밀폐시키는 밀폐유닛(250a)과, 파이프 연결구(210a)의 내부에 마련된 메쉬망(290a)을 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 파이프 연결구(210a)와 메쉬망(290a)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파이프 연결구(210)와 메쉬망(290)과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 하며, 이하에서는 차이점인 밀폐유닛(250a)에 관하여 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 밀폐유닛(250a)은 파이프 연결구(210a)의 내부에 마련되어 파이프 연결구(210a)의 내부를 밀폐시키는 역할을 한다.
밀폐유닛(250a)은 파이프 연결구(210a)의 내부에 연통되게 결합되는 중공형상의 본체부(260a)와, 본체부(260a)에 자력에 의해 착탈가능하게 결합되어 본체부(260a)의 내부에 형성된 제3 유로(261a)를 밀폐시키는 밀폐부재(270a)와, 밀폐부재(270a)의 외면에 코팅된 실링층(275a)을 포함한다.
밀폐유닛(250a)은 자력에 의해 본체부(260a)에 착탈가능하게 결합되어 본체부(260a)의 내부에 형성된 제3 유로(261a)를 밀폐시킨다.
자력에 의해 밀폐부재(270a)를 본체부(260a)에 착탈가능하게 결합되게 하기 위해, 한편으로 본체부(260a)와 밀폐부재(270a) 중 어느 하나를 자성체로 제조하고 다른 하나를 스틸재질로 제조할 수 있다. 즉 밀폐부재(270a)가 자성체로 제조되는 경우에 본체부(260a)는 스틸재질로 제조될 수 있으며 반대로 밀폐부재(270a)가 스틸재질로 제조되는 경우에 본체부(260a)는 자성체로 제조될 수 있다.
또한 다른 한편으로 본체부(260a)와 밀폐부재(270a)는 모두 스틸재질로 제조될 수 있으며, 본체부(260a)와 밀폐부재(270a)가 자력에 의해 상호 착탈가능하게 결합되도록 밀폐유닛(250a)은 본체부(260a)의 내벽과 밀폐부재(270a)의 외면 중 적어도 어느 하나에 부착된 마그네틱 페이퍼(magnetic paper,280a)를 더 포함할 수 있다.
도 3에서는 본체부(260a)의 내벽에 마그네틱 페이퍼(280a)가 부착되게 도시되었으나, 이에 한정되지 않고 도시되지는 않았으나 마그네틱 페이퍼(280a)가 밀폐부재(270a)의 외면, 특히 후술할 밀폐부재(270a)의 제2 경사면(271a)에 부착될 수도 있다. 또한 도 3에서와 같이 본체부(260a)의 상단부에 하방으로 갈수록 단면적이 감소되는 제1 경사면(263a)이 형성되며 밀폐부재(270a)가 본체부(260a)의 제1 경사면(263a)에 밀착 고정되어 본체부(260a)에 형성된 제3 유로(261a)를 밀폐시키도록 구성될 수 있다. 이에 본체부(260a)의 제1 경사면(263a)에 마그네틱 페이퍼(280a)를 부착하여 본체부(260a)와 밀폐부재(270a)의 자력에 의한 결합력을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 본체부(260a)가 제1 연결구(220a)의 상단부에 삽입된 상태에서 제2 연결구(230a)가 제1 연결구(220a)의 상단부에 끼움 결합된다. 이에 따라 본체부(260a)의 하단부는 제1 연결구(220a)에 형성된 돌기(223a)의 상면에 밀착되고 본체부(260a)의 상단부는 제2 연결구(230a)의 절곡부(233a) 끝단에 밀착된다.
본체부(260a)는 내부에 제3 유로(261a)가 형성되며, 제3 유로(261a)는 제1 연결구(220a)의 제1 유로(225a)와 제2 연결구(230a)의 제2 유로(235a)와 연통된다.
밀폐부재(270a)는 제2 연결구(230a)에 삽입되고 하방으로 이동된 후 본체부(260a)의 제1 경사면(263a)에 밀착 고정되어 제3 유로(261a)를 밀폐시킨다. 본 실시예에 따른 밀폐부재(270a)는 본체부(260a)의 제1 경사면(263a)에 대응되는 제2 경사면(271a)이 하단부에 형성된 원기둥형상으로 형성될 수 있다.
파이프 연결구(210a)에 제1 지열배관 파이프(110a) 및 제2 지열배관 파이프(150a)가 결합된 상태에서 원기둥형상의 밀폐부재(270a)를 제2 지열배관 파이프(150a)의 상단부에서 투입하는 경우에 밀폐부재(270a)는 하방으로 이동된 후 자력에 의해 밀폐부재(270a)의 제2 경사면(271a)이 본체부(260a)의 제1 경사면(263a)에 밀착 고정되어 제3 유로(261a)를 밀폐시킨다.
그리고 밀폐부재(270a)의 제2 경사면(271a)이 본체부(260a)의 제1 경사면(263a)에 밀착 고정되는 경우에 밀폐부재(270a)의 제2 경사면(271a)과 본체부(260a)의 제1 경사면(263a) 사이의 간극을 제거하고 밀폐율을 높이기 위해 밀폐부재(270a)의 외면에 실링층(275a)이 코팅될 수 있다. 특히 실링층(275a)는 밀폐부재(270a)의 하단부에 형성된 제2 경사면(271a)에 코팅될 수 있다.
실링층(275a)은 고무, 테프론 재질로 제조될 수 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 의해 한정되는 것은 아니며 밀폐부재(270a)의 제2 경사면(271a)과 본체부(260a)의 제1 경사면(263a) 사이의 밀폐율을 증가시킬 수 있는 것이면 어느 것이든 사용가능하다. 한편, 도시되지는 않았으나 밀폐부재(270a)의 제2 경사면(271a)에 실링층(275a)을 코팅하는 경우에 밀폐부재(270a)의 제2 경사면(271a)에 마그네틱 페이퍼(280a)와 실링층(275a)을 순차로 적층할 수 있다.
이하 본 발명의 제3 실시예에 따른 지열배관 파이프 연결용 소켓을 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 지열배관 파이프 연결용 소켓이 지열배관 파이프에 결합된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 지열배관 파이프 연결용 소켓(200b)은 양단부에 각각 제1 및 제2 지열배관 파이프(110b,150b)가 연결되는 파이프 연결구(210b)와, 파이프 연결구(210b)의 내부에 결합되며 자력에 의해 내부를 밀폐시키는 밀폐유닛(250b)과, 파이프 연결구(210b)의 내부에 마련된 메쉬망(290b)을 포함한다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 파이프 연결구(210b)와 메쉬망(290b)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 파이프 연결구(210)와 메쉬망(290)과 실질적으로 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 하며, 이하에서는 차이점인 밀폐유닛(250b)에 관하여 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 밀폐유닛(250b)은 파이프 연결구(210b)의 내부에 마련되어 파이프 연결구(210b)의 내부를 밀폐시키는 역할을 한다.
밀폐유닛(250b)은 파이프 연결구(210b)의 내부에 연통되게 결합되는 중공형상의 본체부(260b)와, 본체부(260b)에 자력에 의해 착탈가능하게 결합되어 본체부(260b)의 내부에 형성된 제3 유로(261b)를 밀폐시키는 밀폐부재(270b)와, 밀폐부재(270b)의 외면에 코팅된 실링층(275b)을 포함한다.
밀폐유닛(250b)은 자력에 의해 본체부(260b)에 착탈가능하게 결합되어 본체부(260b)의 내부에 형성된 제3 유로(261b)를 밀폐시킨다.
자력에 의해 밀폐부재(270b)를 본체부(260b)에 착탈가능하게 결합되게 하기 위해, 한편으로 본체부(260b)와 밀폐부재(270b) 중 어느 하나를 자성체로 제조하고 다른 하나를 스틸재질로 제조할 수 있다. 즉 밀폐부재(270b)가 자성체로 제조되는 경우에 본체부(260b)는 스틸재질로 제조될 수 있으며 반대로 밀폐부재(270b)가 스틸재질로 제조되는 경우에 본체부(260b)는 자성체로 제조될 수 있다.
또한 다른 한편으로 본체부(260b)와 밀폐부재(270b)는 모두 스틸재질로 제조될 수 있으며, 본체부(260b)와 밀폐부재(270b)가 자력에 의해 상호 착탈가능하게 결합되도록 밀폐유닛(250b)은 본체부(260b)의 내벽과 밀폐부재(270b)의 외면 중 적어도 어느 하나에 부착된 마그네틱 페이퍼(magnetic paper,280b)를 더 포함할 수 있다.
도 4에서는 본체부(260b)의 내벽에 마그네틱 페이퍼(280b)가 부착되게 도시되었으나, 이에 한정되지 않고 도시되지는 않았으나 마그네틱 페이퍼(280b)가 밀폐부재(270b)의 외면, 특히 후술할 밀폐부재(270b)의 제3 경사면(271b)에 부착될 수도 있다. 또한 도 4에서와 같이 본체부(260b)의 상단부에 하방으로 갈수록 단면적이 감소되는 제1 경사면(263b)이 형성되며 밀폐부재(270b)가 본체부(260b)의 제1 경사면(263b)에 밀착 고정되어 본체부(260b)에 형성된 제3 유로(261b)를 밀폐시키도록 구성될 수 있다. 이에 본체부(260b)의 제1 경사면(263b)에 마그네틱 페이퍼(280b)를 부착하여 본체부(260b)와 밀폐부재(270b)의 자력에 의한 결합력을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 본체부(260b)가 제1 연결구(220b)의 상단부에 삽입된 상태에서 제2 연결구(230b)가 제1 연결구(220b)의 상단부에 끼움 결합된다. 이에 따라 본체부(260b)의 하단부는 제1 연결구(220b)에 형성된 돌기(223b)의 상면에 밀착되고 본체부(260b)의 상단부는 제2 연결구(230b)의 절곡부(233b) 끝단에 밀착된다.
본체부(260b)는 내부에 제3 유로(261b)가 형성되며, 제3 유로(261b)는 제1 연결구(220b)의 제1 유로(225b)와 제2 연결구(230b)의 제2 유로(235b)와 연통된다.
밀폐부재(270b)는 제2 연결구(230b)에 삽입되고 하방으로 이동된 후 본체부(260b)의 제1 경사면(263b)에 밀착 고정되어 제3 유로(261b)를 밀폐시킨다. 본 실시예에 따른 밀폐부재(270b)는 본체부(260b)의 제1 경사면(263b)에 대응되는 제3 경사면(271b)이 하단부에 형성된 원기둥형상으로 형성될 수 있다.
또한 밀폐부재(270b)의 상단부에는 절곡부(233b)의 상면에 안착되도록 외측으로 돌출된 수평돌기(273b)가 형성된다. 수평돌기(273b)가 절곡부(233b)의 상면에 밀착되어 안착되는 경우에 원기둥형상의 밀폐부재(270b)의 측벽과 제2 연결구(230b)의 내벽 사이 간극에 이물질이 유입되는 것을 차단할 수 있어 이물질이 제1 지열배관 파이프(110b)로 유입되는 것을 더욱더 효율적으로 차단할 수 있다.
파이프 연결구(210b)에 제1 지열배관 파이프(110b) 및 제2 지열배관 파이프(150b)가 결합된 상태에서 원기둥형상의 밀폐부재(270b)를 제2 지열배관 파이프(150b)의 상단부에서 투입하는 경우에 밀폐부재(270b)는 하방으로 이동된 후 자력에 의해 밀폐부재(270b)의 제3 경사면(271b)이 본체부(260b)의 제1 경사면(263b)에 밀착 고정되어 제3 유로(261b)를 밀폐시킨다. 그리고 밀폐부재(270b)의 상단부에 형성된 수평돌기(273b)는 절곡부(233b)의 상면에 밀착되어 이물질이 원기둥형상의 밀폐부재(270b)의 측벽과 제2 연결구(230b)의 내벽 사이에 형성된 간극으로 유입되는 것을 차단한다.
그리고 밀폐부재(270b)의 제3 경사면(271b)이 본체부(260b)의 제1 경사면(263b)에 밀착 고정되는 경우에 밀폐부재(270b)의 제3 경사면(271b)과 본체부(260b)의 제1 경사면(263b) 사이의 간극을 제거하고 밀폐율을 높이기 위해 밀폐부재(270b)의 외면에 실링층(275b)이 코팅될 수 있다. 특히 실링층(275b)는 밀폐부재(270a)의 하단부에 형성된 제3 경사면(271b)에 코팅될 수 있다.
실링층(275b)은 고무, 테프론 재질로 제조될 수 있으나, 본 발명의 권리범위가 이에 의해 한정되는 것은 아니며 밀폐부재(270b)의 제3 경사면(271b)과 본체부(260b)의 제1 경사면(263b) 사이의 밀폐율을 증가시킬 수 있는 것이면 어느 것이든 사용가능하다. 한편, 도시되지는 않았으나 밀폐부재(270b)의 제3 경사면(271b)에 실링층(275b)을 코팅하는 경우에 밀폐부재(270b)의 제3 경사면(271b)에 마그네틱 페이퍼(280b)와 실링층(275b)을 순차로 적층할 수 있다.
이하 본 발명의 제1 실시예에 따른 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)을 이용하여 지열배관 파이프 시공방법을 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 지열배관 파이프 시공방법을 나타내는 순서도이고, 도 6a 내지 도 6g는 본 발명에 따른 지열배관 파이프 시공방법을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 지열배관 파이프 시공방법은 지중에 수직되게 천공홀(H)을 형성하는 단계(S100)와, 천공홀(H)에 지열배관 파이프 조립체(110,150,200)를 삽입하는 단계(S200)와, 지열배관 파이프 조립체(110,150,200)의 내부 기밀 및 파손 유무를 검사하는 단계(S300)와, 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)을 밀폐시키는 단계(S400)와, 천공홀(H)과 지열배관 파이프 조립체(110,150,200) 사이의 공간을 그라우팅하는 단계(S500)와, 그라운드 루프(Ground Loop:GL)인 지표면(L1)에서 토목마감레벨(L2)까지 터파기 작업을 실시하는 단계(S600)와, 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)을 제거한 후 트렌치 배관(미도시)을 연결하는 단계(S700)를 포함한다.
먼저 도 6a에 도시한 바와 같이, 건축물 지하 토목 터파기 전에 그라운드 루프(Ground Loop:GL)인 지표면(L1)에서 시작되어 지중에 수직되게 천공홀(H)을 형성한다(S100).
천공공정 중에 천공굴착의 부지 협소, 협착, 수직도 등의 불안정성으로 인해 천공홀(H)의 휨현상이 발생되는 경우에 지중에 형성된 천공홀(H)들이 상호 교차될 수 있으며 이로 인해 인접한 다른 천공홀(H)이 파손되거나 천공홀(H)에 삽입된 지열배관 파이프가 천공공정 중 파손될 수 있다. 이에 천공홀(H)의 휨현상을 방지하고 천공홀(H)의 수직도를 확보하기 위해 본 실시예에서는 천공기에 스테빌라이저를 장착하며, 천공기의 로드에 수평계를 부착하여 천공공정에 따른 천공홀(H)의 휨을 사전에 방지할 수 있다.
그리고 천공홀(H) 수와 천공홀(H)들 간의 간격은 건축 및 토목 설계도면을 참조하며, 본 실시예에서 천공홀(H)의 깊이는 지표면(L1)에서 220m이다. 구체적으로 천공홀(H)의 깊이는 표토층(S1)의 상면인 지표면(L1)에서 토목마감레벨(L2)인 풍화암층(S2)의 상면인 토목마감레벨(L2)까지 깊이인 터파기 구간(S1) 20m와 지중 풍화암층(S2) 상면에서 암반층(S3)까지 깊이인 그라우팅 구간(D2) 200m를 더한 깊이이다.
본 실시예에서는 천공홀(H)의 깊이가 220m되도록 하였으나, 본 발명의 권리범위가 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
그리고 천공홀(H)의 내부에 표토층(S1)의 상면인 지표면(L1)에서 암반층(S3)의 상면까지 케이싱(C)을 삽입한다.
그리고 도 6b에서 도시한 바와 같이, 천공홀(H)에 지열배관 파이프 조립체(110,150,200)를 연속하여 삽입한다(S200).
본 실시예에서 지열배관 파이프 조립체(110,150,200)는 U자형의 제1 지열배관 파이프(110)의 양단부 각각에 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)의 하단부를 연결하고 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)의 상단부에 제2 지열배관 파이프(150)를 연결한 것이나, 본 발명의 권리범위가 이에 의해 한정되는 것은 아니며 U자형의 제1 지열배관 파이프(110) 대신에 코일형의 지열배관 파이프가 설치될 수 있다.
이때 지열배관 파이프 조립체(110,150,200)를 이루는 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)은 토목마감레벨(L2)로부터 상부로 1~1.5m에 위치되게 한다.
지열배관 파이프 연결용 소켓(200)이 토목마감레벨(L2)의 하부에 위치하는 경우에는 후술할 그라우팅 공정에 의해 제1 지열배관 파이프(110)의 연장 및 복구가 불가능할 수 있으며 또한 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)이 토목마감레벨(L2)로부터 상부로 1.5m 초과하여 위치하는 경우에 토목 터파기 작업 중 제1 지열배관 파이프(110)가 손상될 수 있다.
그리고 토목 터파기 작업 전 수압테스트를 통해 천공홀(H)에 삽입된 지열배관 파이프 조립체(110,150,200)의 내부 기밀 및 파손 유무를 검사한다(S300).
지열배관 파이프 조립체(110,150,200)의 내부 기밀 및 파손 유무 검사는 천공홀(H)을 형성하고 해당 천공홀(H)에 지열배관 파이프 조립체(110,150,200)를 삽입하는 공정을 반복하여 복수의 천공홀(H) 각각에 지열배관 파이프 조립체(110,150,200)를 삽입 완료한 후 실시할 수 있으며 또한 천공홀(H)을 형성하고 해당 천공홀(H)에 지열배관 파이프 조립체(110,150,200)를 삽입한 후 인접한 천공홀(H) 내에 삽입된 지열배관 파이프 조립체(110,150,200)에 대하여 실시할 수도 있다.
전술한 바와 같이 천공공정 중에 천공굴착의 부지 협소, 협착, 수직도 등의 불안정성으로 인해 천공홀(H)의 휨현상이 발생되는 경우에 지중에 형성된 천공홀(H)들이 상호 교차될 수 있으며 이로 인해 인접한 인접한 천공홀(H)에 삽입된 지열배관 파이프 조립체(110,150,200)가 천공공정 중 파손될 수 있다.
이에 천공굴착의 부지 협소, 협착, 수직도 등의 불안정성으로 인해 발생될 수 있는 지열배관 파이프 조립체(110,150,200)의 기밀 및 파손 유무를 토목 터파기 작업 전에 수압테스트를 통해 확인하도록 하여 지열배관 파이프 조립체(110,150,200)의 안정성 및 신뢰성을 확보할 수 있다. 이는 종전의 토목 터파기 공정 완료 후 지중에 삽입된 지열배관 파이프 조립체(110,150,200)의 기밀 및 파손 유무를 검사하여 지중에 삽입된 지열배관 파이프 조립체(110,150,200)이 파손된 경우에 이를 제거하고 다시 천공을 하는 데 소요되는 경비 및 인력을 절감할 수 있다.
그리고 지열배관 파이프 조립체(110,150,200)의 내부 기밀 및 파손 유무를 검사한 후 이물질이 제1 지열배관 파이프(110)로 유입되는 것을 방지하기 위해 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)을 밀폐시킨다(S400). 도 2에서 도시한 바와 같이 구형상의 밀폐부재(270)를 제2 지열배관 파이프(150)의 상단부에서 투입하여 자력에 의해 밀폐부재(270)가 본체부(260)의 제1 경사면(263)에 밀착 고정되게 한다. 밀폐부재(270)는 본체부(260)의 제1 경사면(263)에 밀착 고정되어 제3 유로(261)를 밀폐시킨다.
그리고 도 6c에서 도시한 바와 같이, 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)을 밀폐한 후 천공홀(H)과 지열배관 파이프 조립체(110,150,200) 사이의 공간을 그라우팅한다(S500).
그라우팅 공정은 제1 지열배관 파이프(110)와 천공홀(H) 사이의 공간을 채워 열전달 효율을 증대시키고 천공홀(H) 내로 지하수 등이 유입되는 것을 방지하기 위함이다.
그라우팅 공정은 천공홀(H)의 바닥면에서 암반층의 상면까지 13mm 골재로 뒷채움하는 제1 그라우팅 공정과, 암반층의 상면에서 토목마감레벨(L2)까지 벤토나이트와 실리카샌드와 물이 혼합된 벤토나이트 혼합물을 채우는 제2 그라우팅 공정을 포함한다.
본 실시예에서 벤토나이트 혼합물은 벤토나이트와 실리카샌드와 물을 1:5:4의 배합비로 혼합하며, 벤토나이트 혼합물은 1.71 W/mK 의 열전도 계수를 갖는다.
상기와 같이 천공홀(H)을 골재로 뒷채움한 후 벤토나이트 혼합물로 채움으로써 제1 지열배관 파이프(110)를 효과적으로 고정할 수 있으며 아울러 후술할 토목 터파기 공정 중에 제1 지열배관 파이프(110)를 보호할 수 있다.
한편, 그라우팅 공정을 완료한 경우에 암반층의 상면까지 삽입된 케이싱(C)을 인발하여 제거한다.
그리고 도 6d에서 도시한 바와 같이, 지표면(L1)에서 토목마감레벨(L2)까지 토목 터파기 작업을 실시한다(S600). 터파기 구간(D1)은 지표면(L1)에서 토목마감레벨(L2)인 풍화암층(S2)의 상면까지이다. 본 실시예에서 터파기 구간(D1)은 약 20m이나 본 발명의 권리범위가 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
터파기 작업은 굴삭기 및 기타 중장비를 이용하며 지표면(L1)에서 토목마감레벨(L2)까지인 20m 깊이까지 순차로 진행한다. 터파기 작업을 하는 동안 지표면(L1)과 토목마감레벨(L2) 사이에 배치된 제2 지열배관 파이프(150)는 굴삭기 등의 작업에 의해 순차적으로 커팅된다.
본 실시예에서는 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)을 밀폐시킴으로써 터파기 작업이 진행됨에 따라 제2 지열배관 파이프(150)가 지표면(L1)으로부터 토목마감레벨(L2)까지 순차적으로 커팅될 때 이물질이 제2 지열배관 파이프(150)로 유입되고 제1 지열배관 파이프(110)로 낙하되는 것을 방지할 수 있다.
그리고 도 6e에서 도시한 바와 같이, 지표면(L1)으로부터 토목마감레벨(L2)까지 토목 터파기 작업을 완료한 경우에 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)을 제거하고 트렌치 배관(170)을 연결한다(S700).
전술한 바와 같이 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)은 본체부(260)를 제1 연결구(220)에 삽입한 상태에서 제2 연결구(230)를 제1 연결구(220)에 끼움결합하고 밀폐부재(270)를 본체부(260)의 제1 경사면(263)에 밀착 고정되게 하여 제3 유로(261)를 밀폐시켜 이물질 등이 제1 지열배관 파이프(110)의 내부로 유입되는 것을 차단하는 것으로써 토목 터파기 작업을 완료한 후 지열배관 파이프 연결용 소켓(200)은 제거되고 재활용될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
110: 제1 지열배관 파이프 150: 제2 지열배관 파이프
170: 트렌치 배관 200,200a,200b: 지열배관 파이프 연결용 소켓
210, 210a, 210b: 파이프 연결구 220,220a,220b: 제1 연결구
230,230a,230b: 제2 연결구 250,250a,250b: 밀폐유닛
260,260a,260b: 본체부 270,270a,270b: 밀폐부재
275,275a,275b: 실링층 280,280a,280b: 마그네틱 페이퍼
290,290,290b: 메쉬망

Claims (16)

  1. 하단부에 제1 지열배관 파이프가 연통되게 연결되고 상단부에 제2 지열배관 파이프가 연통되게 연결되는 중공형상의 파이프 연결구; 및
    상기 파이프 연결구의 내부에 연통되게 결합되는 중공형상의 본체부와, 상기 본체부에 자력에 의해 착탈가능하게 결합되어 상기 본체부의 내부에 형성된 유로를 밀폐시키는 밀폐부재를 구비한 밀폐유닛을 포함하며,
    상기 파이프 연결구는,
    하단부에 상기 제1 지열배관 파이프가 삽입되는 제1 개구가 형성되고 내벽에 상기 제1 지열배관 파이프의 끝단이 접촉되어 밀착되도록 중심방향으로 돌출된 돌기가 형성된 제1 연결구; 및
    상단부에 상기 제2 지열배관 파이프가 삽입되는 제2 개구가 형성되고 하단부에 상기 제1 연결구의 상단부에 끼움 결합되도록 중심방향으로 하방 절곡된 절곡부가 형성되며 상기 제2 지열배관 파이프의 끝단이 상기 절곡부에 접촉되어 밀착되는 제2 연결구를 포함하며,
    상기 본체부가 상기 제1 연결구의 상단부에 삽입되어 상기 돌기에 밀착된 상태에서 상기 제2 연결구의 상기 절곡부가 상기 제1 연결구의 상단부에 삽입되고 상기 본체부의 상단부에 밀착되는 지열배관 파이프 연결용 소켓.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 본체부와 상기 밀폐부재 중 어느 하나는 자성체로 제조되고 다른 하나는 스틸재질로 제조되는 지열배관 파이프 연결용 소켓.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 본체부와 상기 밀폐부재는 스틸재질로 제조되며,
    상기 밀폐유닛은,
    상기 본체부의 내벽과 상기 밀폐부재의 외면 중 적어도 어느 하나에 부착된 마그네틱 페이퍼를 더 포함하는 지열배관 파이프 연결용 소켓.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 본체부의 상단부에는 하방으로 갈수록 단면적이 감소되는 제1 경사면이 형성되며,
    상기 밀폐부재는 상기 파이프 연결구에 삽입되고 하방으로 이동된 후 상기 본체부의 상기 제1 경사면에 밀착 고정되어 상기 유로를 밀폐시키는 지열배관 파이프 연결용 소켓.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 밀폐유닛은 상기 밀폐부재의 외면에 코팅되며 상기 본체부의 상기 제1 경사면에 밀착되는 실링층을 더 포함하는 지열배관 파이프 연결용 소켓.
  6. 삭제
  7. 제4항에 있어서,
    상기 밀폐부재는 상기 본체부의 상기 제1 경사면에 밀착 고정되는 구형상으로 형성되는 지열배관 파이프 연결용 소켓.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 밀폐부재는 상기 본체부의 상기 제1 경사면에 형상에 대응되는 제2 경사면이 하단부에 형성된 원기둥형상으로 형성되는 지열배관 파이프 연결용 소켓.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 밀폐부재의 상단부에는 상기 절곡부 상면에 안착되도록 외측으로 돌출된 수평돌기가 형성되는 지열배관 파이프 연결용 소켓.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 연결구의 내부에 마련되되 상기 본체부의 하단부와 상기 돌기의 상면에 접촉 지지되는 메쉬망을 더 포함하는 지열배관 파이프 연결용 소켓.
  11. (a) 지중에 수직되게 천공홀을 형성하는 단계;
    (b) 상기 천공홀을 형성한 후 지열배관 파이프 연결용 소켓의 하단부에 제1 지열배관 파이프를 연결하고 상기 지열배관 파이프 연결용 소켓의 상단부에 제2 지열배관 파이프를 연결한 지열배관 파이프 조립체를 연속하여 상기 천공홀에 삽입하는 단계;
    (c) 토목 터파기 작업 전 수압테스트를 통해 상기 천공홀에 삽입된 상기 지열배관 파이프 조립체의 내부 기밀 및 파손 유무를 검사하는 단계; 및
    (d) 상기 지열배관 파이프 조립체의 내부 기밀 및 파손 유무를 검사한 후 상기 지열배관 파이프 연결용 소켓을 밀폐시키는 단계를 포함하는 지열배관 파이프 시공방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 지열배관 파이프 연결용 소켓은,
    하단부에 상기 제1 지열배관 파이프가 연통되게 연결되고 상단부에 상기 제2 지열배관 파이프가 연통되게 연결되는 중공형상의 파이프 연결구; 및
    상기 파이프 연결구의 내부에 연통되게 결합되는 중공형상의 본체부와, 상기 본체부에 자력에 의해 착탈가능하게 결합되어 상기 본체부의 내부에 형성된 유로를 밀폐시키는 밀폐부재를 구비한 밀폐유닛을 포함하며,
    상기 (d)단계는 상기 지열배관 파이프 조립체의 내부 기밀 및 파손 유무를 검사한 후 상기 밀폐부재를 상기 파이프 연결구에 삽입하고 상기 본체부의 상단부에 밀착 고정되게 하여 상기 유로를 밀폐시키는 지열배관 파이프 시공방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 본체부의 상단부에는 하방으로 갈수록 단면적이 감소되는 제1 경사면이 형성되며, 상기 밀폐부재는 상기 본체부의 상기 제1 경사면에 밀착되어 고정되는 지열배관 파이프 시공방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 (b)단계에서 상기 지열배관 파이프 연결용 소켓은 토목마감레벨로부터 상부로 1~1.5m에 위치되는 지열배관 파이프 시공방법.
  15. 제11항에 있어서,
    (e) 상기 지열배관 파이프 연결용 소켓을 밀폐한 후 상기 천공홀과 상기 지열배관 파이프 조립체 사이의 공간을 그라우팅하는 단계를 더 포함하며,
    상기 (e)단계는,
    (e-1) 상기 천공홀의 바닥면에서 암반층의 상면까지 골재로 뒷채움하는 제1 그라우팅 단계; 및
    (e-2) 상기 암반층의 상면에서 토목마감레벨까지 벤토나이트와 실리카샌드와 물이 혼합된 벤토나이트 혼합물을 채우는 제2 그라우팅 단계를 포함하는 지열배관 파이프 시공방법.
  16. 제15항에 있어서,
    (f) 상기 그라우팅을 완료한 후 지표면에서 토목마감레벨까지 토목 터파기 작업을 실시하는 단계; 및
    (g) 상기 토목 터파기 작업 완료 후 상기 지열배관 파이프 연결용 소켓을 제거하고 상기 제2 지열배관 파이프의 상단부에 트렌치 배관을 연결하는 단계를 더 포함하는 지열배관 파이프 시공방법.
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