KR101944023B1 - Complex underground thermal exchanger using ground water tube well - Google Patents
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Abstract
본 발명은 지하수 관정을 활용한 복합 지중 열교환장치에 관한 것이다. 본 발명은, 지반 굴착 후 형성한 천공홀 내부에 금속관과 PVC파이프 중 선택된 어느 하나로 형성되어 설치된 케이싱과, 상기 케이싱 외면과 접합 또는 일정간격으로 이격 설치되어 지열 또는 지하수 열 활용이 가능하도록 히트펌프와 연결된 U자 형태의 열교환기와, 상기 지반에 설치된 지하수저장탱크와, 수중펌프에 연결되어 지하수를 상기 지하수저장탱크로 이동시키는 취수관과, 상기 천공홀 내의 지하수 일부를 상기 지하수저장탱크로 이동시키는 재주입관으로 이루어진 지하수 관정을 활용한 복합 지중 열교환장치에 있어서, 상기 케이싱의 하부영역에 형성되어 지하수를 유입시키는 스트레나와; 상기 케이싱과 상기 천공홀 사이에 형성된 공간과; 상기 열교환기를 연결하는 연결소켓과; 상기 케이싱 내부에 마련되어 상기 스트레나를 통해 유입된 지하수를 상기 취수관을 통해 상기 지하수저장탱크로 양수하는 수중펌프와; 상기 천공홀 내의 지하수위를 측정할 수 있도록 상기 공간 내측 상부 영역에 설치한 수위측정관과; 상단부는 상기 지반으로 노출되고 하단부는 상기 공간 내부에 위치하도록 상기 케이싱과 천공홀 사이에 설치된 에어써징관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수 관정을 활용한 복합 지중 열교환장치에 의해 달성된다. 이에 의해, 수원이 다소 부족하더라도 최소의 지하수 사용만으로 지열 효율을 높일 수 있도록 밀폐형 열교환기를 양수정과 결합하고 열교환기 재질을 열전달효율이 높은 금속재질을 적용함으로써 단일 보어홀 만으로도 높은 열효율을 발휘할 수 있도록 하여 공사비용 및 공사기간을 감소시키고 설치부지도 최소화할 수 있는 효과가 있다.BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention The present invention relates to a complex underground heat exchanger utilizing groundwater wells. The present invention relates to a pneumatic tire which comprises a casing provided with a selected one of a metal pipe and a PVC pipe in a perforation hole formed after ground excavation and a heat pump connected to the outer surface of the casing or spaced apart at a predetermined interval, A groundwater storage tank installed in the ground, a water intake pipe connected to an underwater pump for transferring the ground water to the ground water storage tank, a facility for moving a part of the ground water in the perforation hole to the ground water storage tank, The present invention relates to a composite ground heat exchanger utilizing a groundwater well, which is made up of an inlet and an inlet, comprising: a strainer formed in a lower region of the casing to introduce groundwater; A space formed between the casing and the perforation hole; A connection socket for connecting the heat exchanger; An underwater pump provided in the casing for pumping groundwater introduced through the strainer to the groundwater storage tank through the water intake pipe; A level measuring pipe installed in the upper space inside the space so as to measure the groundwater level in the perforation hole; And an air drawing tube installed between the casing and the perforation hole so that the upper end is exposed to the ground and the lower end is positioned inside the space. Thus, even if the source of water is somewhat insufficient, a closed heat exchanger is combined with a pumped heat exchanger so that the geothermal efficiency can be increased only by the use of a minimum amount of ground water, and a high thermal efficiency metal material is applied to the heat exchanger material, The construction cost and construction period can be reduced and the installation site can be minimized.
Description
본 발명은 지하천공 후 지하수를 활용하면서 지열을 이용할 수 있도록 한 지중 열교환장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 지열효율을 극대화시킬 수 있도록 한 지하수 관정을 활용한 복합 지중 열교환장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로 개방형 지열장치는 열전달 효과가 높아 에너지 효율이 높은 것이 특징이나 풍부한 수원지가 있는 곳에 적용 가능하다는 단점이 있으며, 밀폐형의 수원지가 없어도 적용 가능하나 개방형에 비해 효율이 낮고 밀폐형 중 수직형의 경우 필요한 열원을 뽑아내기 위해 많은 보어홀을 굴착해야하고 그에 따라 공사비용과 공사기간이 증가하고, 넓은 설치장소를 필요로 한다.In general, open geothermal equipment is characterized by high energy efficiency due to its high heat transfer effect, but it is applicable to places with abundant water resources. It can be applied without a closed type of water source, but it is not efficient compared to open type. In order to extract the heat source, many boreholes must be excavated, thereby increasing construction cost and construction time, and requiring a wide installation site.
현재 실용화되어 상용중인 종래 지열시스템 중 가장 많은 비율을 차지하는 것은 수직밀폐형으로 전체 설치 개소의 약 65%를 점하고 있으며, SCW(Standing column well), 수평밀폐형, Doublet system(Two well(GWHP))이 그 뒤를 잇고 있다(Lee, 2009). 수직 밀폐형의 경우 지속적으로 그 사용 비율이 증가되어 현재 신설 설치되는 시설물에서는 대부분 수직밀폐형을 적용하고 있는 추세이다.The most widely used conventional geothermal systems currently being commercialized are vertically-closed type, which accounts for about 65% of the total installation area. Standing column well (SCW), horizontally closed type and double well system (GWHP) It is followed by Lee (2009). In the case of the vertical closed type, the use rate is continuously increased, and thus the vertical closed type is mostly applied to the facilities newly installed.
이들 중 가장 많이 설치되는 종래 수직밀폐형 지열시스템은 PE 재질의 열교환기를 천공된 시추공에 매설하고 지중과의 열전달을 용이하게 할 수 있도록 시추공과 지반의 열교환을 위한 순환파이프 사이에 그라우트로 뒤채움을 한다. 그라우트 재료는 일반적으로 벤토나이트와 시멘트를 주로 사용하는데 현재 국내에서는 대부분 벤토나이트 그라우트를 사용하고 있다. The most commonly installed conventional vertical closed geothermal system is a PE heat exchanger buried in perforated boreholes and backfilled with circulating pipes between the borehole and the ground to facilitate heat transfer to the ground . The grout material generally uses bentonite and cement. Currently, most bentonite grout is used in Korea.
그러나 수직밀폐형으로 시공할 경우, 벤토나이트와 PE관 자체의 낮은 열전도도로 인하여 지중의 열을 교환하기 위해서는 지중열교환기 설치를 위한 천공심도(일반적으로 수직밀폐형의 천공심도는 약 150~200m 내외임)가 길어져야 하고 낮은 열전도도로 인하여 다수의 지열공을 설치해야만 일정 효율을 얻을 수 있으며, 장시간 운전할 경우 그 효율이 점진적으로 저하되는 문제점이 있다. However, in case of vertically-closed type, due to low thermal conductivity of bentonite and PE pipe itself, the depth of penetration for installation of underground heat exchanger (usually about 150 ~ 200m in vertical closed type) It is necessary to install a large number of geothermal holes due to a long heat conduction and a constant efficiency can be obtained, and the efficiency is gradually lowered when operated for a long time.
따라서, 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해소하기 위해 창안한 것으로서, 수원이 다소 부족하더라도 최소의 지하수 사용만으로 지열 효율을 높일 수 있도록 밀폐형 열교환기를 양수정과 결합하고 열교환기 재질을 열전달효율이 높은 금속재질을 적용함으로써 단일 보어홀 만으로도 높은 열효율을 발휘할 수 있도록 하여 공사비용 및 공사기간을 감소시키고 설치부지도 최소화할 수 있는 지하수 관정을 활용한 복합 지중 열교환장치를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made in an effort to solve the above-mentioned problems, and it is an object of the present invention to provide a heat exchanger that combines a hermetically sealed heat exchanger with a pumped storage heat exchanger so as to increase geothermal efficiency only by using a minimum amount of ground water, It is an object of the present invention to provide a composite underground heat exchanger that can exhibit high thermal efficiency with only a single borehole, thereby reducing the construction cost and construction period and minimizing installation site.
상기 목적은 본 발명에 따라, 지반 굴착 후 형성한 천공홀 내부에 금속관과 PVC파이프 중 선택된 어느 하나로 형성되어 설치된 케이싱과, 상기 케이싱 외면과 접합 또는 일정간격으로 이격 설치되어 지열 또는 지하수 열 활용이 가능하도록 히트펌프와 연결된 U자 형태의 열교환기와, 상기 지반에 설치된 지하수저장탱크와, 수중펌프에 연결되어 지하수를 상기 지하수저장탱크로 이동시키는 취수관과, 상기 천공홀 내의 지하수 일부를 상기 지하수저장탱크로 이동시키는 재주입관으로 이루어진 지하수 관정을 활용한 복합 지중 열교환장치에 있어서, 상기 케이싱의 하부영역에 형성되어 지하수를 유입시키는 스트레나와; 상기 케이싱과 상기 천공홀 사이에 형성된 공간과; 상기 열교환기를 연결하는 연결소켓과; 상기 케이싱 내부에 마련되어 상기 스트레나를 통해 유입된 지하수를 상기 취수관을 통해 상기 지하수저장탱크로 양수하는 수중펌프와; 상기 천공홀 내의 지하수위를 측정할 수 있도록 상기 공간 내측 상부 영역에 설치한 수위측정관과; 상단부는 상기 지반으로 노출되고 하단부는 상기 공간 내부에 위치하도록 상기 케이싱과 천공홀 사이에 설치된 에어써징관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수 관정을 활용한 복합 지중 열교환장치에 의해 달성된다.According to the present invention, the above object can be accomplished by a method of manufacturing a steel pipe, which comprises a casing formed of a metal pipe and a PVC pipe in a perforation hole formed after ground excavation, and a junction with the outer surface of the casing, A groundwater storage tank installed in the ground, a water intake pipe connected to an underwater pump for transferring the ground water to the ground water storage tank, and a water supply unit for supplying a part of the ground water in the perforation hole to the groundwater storage tank The present invention relates to a composite ground heat exchanging apparatus using a groundwater conduit comprising a re-entrainment pipe for allowing a groundwater to flow into a lower portion of the casing, A space formed between the casing and the perforation hole; A connection socket for connecting the heat exchanger; An underwater pump provided in the casing for pumping groundwater introduced through the strainer to the groundwater storage tank through the water intake pipe; A level measuring pipe installed in the upper space inside the space so as to measure the groundwater level in the perforation hole; And an air drawing tube installed between the casing and the perforation hole so that the upper end is exposed to the ground and the lower end is positioned inside the space.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 수원이 다소 부족하더라도 최소의 지하수 사용만으로 지열 효율을 높일 수 있도록 밀폐형 열교환기를 양수정과 결합하고 열교환기 재질을 열전달효율이 높은 금속재질을 적용함으로써 단일 보어홀 만으로도 높은 열효율을 발휘할 수 있도록 하여 공사비용 및 공사기간을 감소시키고 설치부지도 최소화할 수 있는 효과가 있다.As described above, according to the present invention, a sealed heat exchanger is combined with a pumping water heat exchanger so that the geothermal efficiency can be increased only by the use of a minimum amount of groundwater even if the water source is somewhat insufficient. By applying a metal material having high heat transfer efficiency to the heat exchanger material, So that the construction cost and construction period can be reduced and the installation site can be minimized.
도 1은 본 발명에 따라 설치된 지하수 관정을 활용한 복합 지중 열교환장치를 정면에서 바라본 상태의 정 단면도,
도 2는 본 발명에 따라 설치된 지하수 관정을 활용한 복합 지중 열교환장치를 측면에서 바라본 상태의 측 단면도,
도 3은 본 발명에 따라 설치된 지하수 관정을 활용한 복합 지중 열교환장치를 정면과 측면의 중간에서 바라본 측 단면도이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a front sectional view of a composite underground heat exchanger utilizing a groundwater well installed in accordance with the present invention,
FIG. 2 is a side cross-sectional view of the composite underground heat exchanger using groundwater pipes installed in accordance with the present invention,
FIG. 3 is a cross-sectional side view of the composite underground heat exchanger utilizing the groundwater well installed according to the present invention, as viewed from the front and the side.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따라 설치된 지하수 관정을 활용한 복합 지중 열교환장치를 정면에서 바라본 상태의 정 단면도이고, 도 2는 본 발명에 따라 설치된 지하수 관정을 활용한 복합 지중 열교환장치를 측면에서 바라본 상태의 측 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따라 설치된 지하수 관정을 활용한 복합 지중 열교환장치를 정면과 측면의 중간에서 바라본 측 단면도이다. FIG. 1 is a front cross-sectional view of a complex underground heat exchanging apparatus using a groundwater pipe installed according to the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view of a composite underground heat exchanging apparatus using a groundwater pipe installed according to the present invention. And FIG. 3 is a side cross-sectional view of the composite underground heat exchanger using the groundwater well installed according to the present invention, as viewed from the middle between the front and the side.
이들 도면에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 지하수 관정을 활용한 복합 지중 열교환장치는, 지반(1)을 일정한 깊이로 굴착하여 천공홀(2)을 형성하며, 이때 천공홀(2)의 깊이 및 지름은 본 발명에 적합할 수 있도록 일정한 깊이 및 지름으로 형성하는 것이 바람직하다. As shown in these figures, the composite underground heat exchanging apparatus using the groundwater tunnel according to the present invention excavates the
본 발명에 따른 천공홀(2)에는 금속관과 PVC파이프 중 선택된 어느 하나로 형성된 케이싱(3)이 설치되고, 케이싱(3)의 하부 영역에는 스트레나(4)를 설치하여 케이싱(3) 하단부 영역으로부터의 지하수를 유입시킨다.A
본 발명에 따른 케이싱(3) 외부에는 케이싱(3)의 외면과 접합 또는 일정간격으로 이격시켜 적어도 하나 이상 설치된 U자 형태의 금속재질로 형성된 열교환기(5)는 히트펌프(15)와 연결되어 에너지로 사용되는 지열 또는 지하수 열 활용이 가능하도록 되어 있다.A heat exchanger (5) formed of a U-shaped metal material provided on the outer side of the casing (3) according to the present invention is connected to the heat pump (15) It is possible to utilize geothermal or ground water heat used as energy.
한편 본 발명에서 U자 형태의 금속재질로 형성된 열교환기(5)는 연결소켓(6)에 의해 연결되어 있으며, 케이싱(3) 내에 설치된 수중펌프(7)는 스트레나(4)를 통해 유입된 지하수를 지하수저장탱크(8)로 양수하는 역할을 하며, 지반(1)에 설치된 지하수저장탱크(8)는 수중펌프(7)에 의해 양수된 지하수를 저장하는 역할을 한다.In the present invention, the heat exchanger 5 formed of a U-shaped metal is connected by a
또한 본 발명에 따른 수중펌프(7)에 연결된 취수관(9)은 수중펌프(7)에 유입된 지하수를 지하수 저장탱크(8)까지 운반시키는 역할을 하며, 지하수 저장탱크(8) 내에는 지하수(10)가 수용되어 일정기간 체류한다.The
본 발명에 따른 케이싱(3)과 천공홀(2) 사이에는 공간(11)이 형성되며, 하단부가 천공홀(8) 내측 상부 영역에 위치하는 재주입관(12)을 통해서는 천공홀(2) 내의 공간(11)으로 양수된 지하수(10) 일부를 지하수저장탱크(8) 내부로 재주입시킨다. 그리고 천공홀(2) 내에 설치된 수위측정관(13)은 지하수위를 측정하는 역할을 하며, 케이싱(3)과 천공홀(2) 사이에 설치된 에어써징관(14)은 양수효율 저하시 유지 및 관리하는 역할을 한다.A
이와 같은 본 발명은 지하수 천공홀(2)을 설치하고, 천공홀(2) 내에 U자 형태의 금속재질로 형성된 열교환기(5)를 함께 설치하여 대상 지반의 열전도율뿐만 아니라 양수를 통하여 지속적으로 지하수를 U자 형태의 금속재질로 형성된 열교환기(5)와 접촉시켜 열전도율을 유지시킨다.The present invention is characterized in that a
결과적으로 본 발명은 수원이 다소 부족하더라도 최소의 지하수 사용만으로 지열 효율을 높일 수 있도록 밀폐형 열교환기를 양수정과 결합하고 열교환기 재질을 열전달효율이 높은 금속재질을 적용함으로써 단일 보어홀 만으로도 높은 열효율을 발휘할 수 있어서 공사비용 및 공사기간을 감소시키고 설치부지도 최소화할 수 있다.As a result, according to the present invention, a sealed heat exchanger is combined with a pumping water heat exchanger so that the geothermal efficiency can be increased only by the use of a minimum amount of groundwater even if the water source is somewhat insufficient, and a high thermal efficiency metal material is applied to the heat exchanger material, Therefore, construction cost and construction period can be reduced and installation site can be minimized.
이상에서와 같이 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.As used herein, the terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor shall properly define the concept of the term to describe its invention in the best possible way It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 1 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in the present specification and the constitutions shown in the drawings are only a preferred embodiment of the present invention, and not all of the technical ideas of the present invention are described. Therefore, various equivalents It should be understood that water and variations may be present.
1 : 지반
2 : 천공홀
3 : 케이싱
4 : 스트레나
5 : 열교환기
6 : 연결소켓
7 : 수중펌프
8 : 지하수저장탱크
9 : 취수관
10 : 지하수
11 : 공간
12 : 재주입관
13 : 수위측정관
14 : 에어써징관1: Ground
2: Perforation hole
3: Casing
4: Straena
5: Heat exchanger
6: Connection socket
7: Submerged pump
8: Groundwater storage tank
9: Water intake pipe
10: Groundwater
11: Space
12: Re-entry
13: Level meter
14: Air surging pipe
Claims (1)
상기 케이싱(3)의 하부영역에 형성되어 지하수를 유입시키는 스트레나(4)와;
상기 케이싱(3)과 상기 천공홀(2) 사이에 형성된 공간(11)과;
상기 열교환기(5)를 연결하는 연결소켓(6)과;
상기 케이싱(3) 내부에 마련되어 상기 스트레나(4)를 통해 유입된 지하수를 상기 취수관(9)을 통해 상기 지하수저장탱크(8)로 양수하는 수중펌프(7)와;
상기 천공홀(2) 내의 지하수위를 측정할 수 있도록 상기 공간(11) 내측 상부 영역에 설치한 수위측정관(13)과;
상단부는 상기 지반(1)으로 노출되고 하단부는 상기 공간(11) 내부에 위치하도록 상기 케이싱(3)과 천공홀(2) 사이에 설치된 에어써징관(14)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지하수 관정을 활용한 복합 지중 열교환장치.(1) a casing (3) which is formed of a metal pipe or a PVC pipe and is formed inside a perforation hole (2) formed after excavation, and a casing (3) which is installed at an outer surface of the casing (3) Shaped heat exchanger 5 connected to the heat pump 15 so as to be able to utilize the heat, a ground water storage tank 8 installed in the ground 1 and a submerged pump 7, A groundwater exchange system comprising a water intake pipe 9 for moving the groundwater to the storage tank 8 and a re-entrainment pipe 12 for transferring a part of groundwater in the perforation hole 2 to the groundwater storage tank 8, In the apparatus,
A strainer (4) formed in a lower region of the casing (3) and introducing groundwater;
A space (11) formed between the casing (3) and the perforation hole (2);
A connection socket (6) connecting the heat exchanger (5);
An underwater pump 7 provided in the casing 3 for pumping groundwater introduced through the strainer 4 to the groundwater storage tank 8 through the water intake pipe 9;
A water level measuring pipe (13) installed in an upper inside area of the space (11) so as to measure a ground water level in the perforation hole (2);
Further comprising an air drawing tube (14) installed between the casing (3) and the perforation hole (2) such that the upper end is exposed to the ground (1) and the lower end is located inside the space (11) Combined Underground Heat Exchanger Utilizing Gujung.
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