KR102078635B1 - 지열 냉난방용 열교환기 파이프의 통관방법 - Google Patents

지열 냉난방용 열교환기 파이프의 통관방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 지열 냉난방용 열교환기 파이프의 통관방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지열 냉난방에 사용하기 위해서 매립해 둔 열교환기 파이프가 터파기 공사시의 발파나 굴삭기 등에 의한 굴착공사로 인하여 파손되어, 열교환기 파이프 내부에 토사 및 자갈이 유입되어 파이프가 막히게 된 경우에, 열교환기 파이프 내부의 토사나 자갈 등의 이물질을 제거하여 막힘을 뚫기 위한, 지열 냉난방용 열교환기 파이프의 통관방법에 관한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 토사나 자갈의 이물질로 막혀있는 지열 냉난방용 열교환기 파이프를 통관시키는 방법은 구형의 윤활활성제를 준비하는 단계; 상기 윤활활성제를 상기 열교환기 파이프의 양쪽에 투입하는 단계; 상기 윤활활성제에 의해 열교환기 파이프 내의 토사와 자갈을 포함하는 이물질을 윤활시키는 단계; 동력분무기를 이용하여 상기 열교환기파이프의 양쪽에 수압을 인가하는 단계; 및 일측 열교환기 파이프에 피그를 주입하고 수압을 가하여 열교환기 파이프 내의 잔량의 이물질을 클리닝하는 단계;를 포함한다.

Description

지열 냉난방용 열교환기 파이프의 통관방법{A method for clearing the geothermal heat exchanging pipe}
본 발명은 지열 냉난방용 열교환기 파이프의 통관방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 지열 냉난방에 사용하기 위해서 매립해 둔 열교환기 파이프가 터파기 공사시의 발파나 굴삭기 등에 의한 굴착공사로 인하여 파손되어, 열교환기 파이프 내부에 토사 및 자갈이 유입되어 파이프가 막히게 된 경우에, 열교환기 파이프 내부의 토사나 자갈 등의 이물질을 제거하여 막힘을 뚫기 위한, 지열 냉난방용 열교환기 파이프의 통관방법에 관한 것이다.
대체에너지의 일원인 지열에너지는 지하 깊은 곳의 고온 지열을 이용하여 발전 등에 활용되기도 하고, 10~20℃의 지열을 이용하여 냉난방 시스템에 적용되기도 하는데, 지열을 이용하여 건물 등의 냉난방기술에 적용하는 경우, 기존 냉난방장치에 비하여 최대 40% 이상의 에너지를 절감할 수 있으며, 40~70%의 에너지 발생비용을 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다.
지열에너지 발전은 첫째, 심도 30~200m 내외를 천공하고 히트펌프를 사용하여 냉난방하는 기술인 소구경의 수직밀폐형 천부지열 기술이 있고, 둘째, 소구경 300~500m 가령을 시추하고 지하의 지하수를 직접 순환하고 히트펌프를 이용하는 관정형 천부지열 기술, 셋째, 하산지대에서 사용하는 방식으로써 소구경 1000m이상을 시추하고 지하에서 200℃이상의 고온수를 직접 지상으로 끌어 올려 지열 발전하는 기술, 넷째 심도 500~5,000m의 장심도 대구경을 시추하여 지열순환매체를 순환시키는 방식을 통해 열만 지상으로 끌어 올리고 히트펌프 없이 지열 직접 난방 및 발전하는 기술인 심부지열 기술로 크게 분류할 수 있다.
이러한 지열을 이용하여 건물 내의 냉난방을 목적으로 지하수와 같은 천연 열저장소를 이용하는 전기장치인 지열 히트펌프 시스템은, 지중 열교환기를 구비하여 상기 열교환기에 의해 하절기에는 지중으로 열을 방출하고 동절기에는 지중으로부터 열을 흡수하는 것으로, 연중 10~20℃로 거의 일정한 온도를 유지한 지온에 의해 냉난방 성능이 저하되지 않아 안정적인 운전이 가능하다.
통상적으로 사용되는 지열을 이용한 냉난방장치는 지열을 회수하기 위한 지열교환기 파이프와, 회수한 지열을 필요한 장소로 이동시켜 냉난방을 행하도록 하는 히트펌프로 구성된다. 열교환기 파이프는 일반적으로 지하 200~300미터까지 삽입되어 있으며, U자관의 형태를 지닌다.
그러나 이러한 시스템은 시설물의 건설 이전에 설치되어야 하는데, 추후에 2차 작업시 굴삭기와 같은 중장비를 이용하여 터파기 및 지반 보강 공사를 하면서 기설치된 열교환기 파이프를 파손하여, 이에 따라 건축물의 건설에 소요되는 기간과 비용이 늘어나는 문제점이 있다. 이와 같이, 2차(터파기) 작업중에 발파나 굴삭기등의 외부충격으로 열교환기 파이프가 파손된 경우에, 열교환기 파이프 내로 토사나 자갈이 유입된다. 유입된 토사나 자갈은 U자형 열교환기 파이프의 하부에 침전되어 열교환기 파이프를 막게 된다. 상기 열교환기 파이프를 지열 냉난방용으로 사용하기 위해서, U자형 열교환기 파이프의 내부에 쌓인 토사나 자갈을 제거하여야 하나, U자형관의 깊이가 200~300m 정도로 깊게 형성됨으로 이를 제거하는 것에 상당한 어려움을 지니고 있었다.
한국등록특허공보 제10-0714431호(2007.05.07 공고)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 토사나 자갈 등 이물질로 막혀 있는 지열 냉난방용 열교환기 파이프 내부를 효과적으로 제거하여 통관시킴과 동시에 클리닝하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 토사나 자갈의 이물질로 막혀있는 지열 냉난방용 열교환기 파이프를 통관시키는 방법은 구형의 윤활활성제를 준비하는 단계; 상기 윤활활성제를 상기 열교환기 파이프의 양쪽에 투입하는 단계; 상기 윤활활성제에 의해 열교환기 파이프 내의 토사와 자갈을 포함하는 이물질을 윤활시키는 단계; 동력분무기를 이용하여 상기 열교환기파이프의 양쪽에 수압을 인가하는 단계; 및 일측 열교환기 파이프에 피그를 주입하고 수압을 가하여 열교환기 파이프 내의 잔량의 이물질을 클리닝하는 단계;를 포함한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 윤활활성제는 돌가루분말 40~60중량부에 수산화칼슘 10~30중량부, 프로펜산 10~30중량부, 프로펜아마이드 10~30중량부, 나트륨염 1~5중량부를 혼합/교반하여 구형으로 만든 후, 그늘에서 건조하여 딱딱하게 굳은 구형상이다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 동력분무기를 이용하여 상기 열교환기파이프의 양쪽에 수압을 인가하는 단계는, 상기 열교환기 파이프의 양쪽 끝단에 동력분무기를 연결하는 단계, 수초 간격으로 양쪽의 동력분무기를 서로 교대로 작동시켜 수압으로 열교환기 파이프의 양쪽에 교대로 번갈아 수압을 인가하는 단계, 및 일측의 동력분무기만을 작동시켜 열교환기의 일측에 수압을 지속적으로 인가하면서 순환시켜 토사를 제거하는 단계;를 포함한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 수압은 15kg/cm2 이다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 피그는 말랑말랑한 젤타입으로서 구형의 형상을 지닌다
이상에서 상술한 바와 같이, 본 발명의 지열 냉난방용 열교환기 파이프의 통관방법은 윤활활성제를 이용하여 열교환기 파이프 내부에 침전되어 있는 이물질(토사, 자갈 등)을 윤활시켜 보다 손쉽게 제거할 수 있으며, 잔류 이물질은 피그를 이용하여 제거함으로써 토사나 자갈 등의 이물질을 남김없이 완벽하게 열교환기 파이프 내부를 클리닝할 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 지열 냉난방용 열교환기 파이프의 통관방법을 나타내는 순서도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 지열 냉난방용 열교환기 파이프의 통관방법 중 열교환기 파이프에 윤활활성제를 투입하는 과정의 모식도.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 지열 냉난방용 열교환기 파이프의 통관방법 중 열교환기 파이프에 피그를 이용하여 열교환기 파이프를 클리닝하는 과정의 모식도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 상세히 설명한다. 도면에 관계없이 동일한 부재번호는 동일한 구성요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 아이템들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
먼저, 지열 냉난방용 열교환기 파이프를 삽입하는 과정을 설명하기로 한다.
지열 냉난방용 열교환기 파이프를 지하에 매설하기 위해서는 먼저 드릴 스트링을 이용하여 지표면과 수직방향으로 지층을 천공하여 지열 냉난방용 시추공을 굴착한다. 그런 다음, 굴착된 지열 냉난방용 시추공에 U자 형상의 열교환기 파이프(대략 길이 200~300m)를 삽입한다. 그런 후, 열교환기 파이프가 움직이지 않도록 지열 냉난방용 시추공에 시멘트를 삽입하여 그라우팅층을 형성한다. 이로써, 1차 작업(열교환기 파이프 매립, 그라우팅층 형성)을 마무리하게 된다. 일반적으로 열교환 파이프는 PE 파이프나 PVC 파이프 등이 널리 사용된다.
1차 작업(열교환기 파이프 매립, 그라우팅층 형성)후 일정한 시간이 경과후에, 터파기 공사 등의 2차 작업을 진행할 경우 발파나 굴삭기 등의 외부충격으로부터 매립되어 있는 열교환기 파이프가 파손되는 경우가 종종 발생된다. 이 때, 파손된 열교환기 파이프의 내부로 토사나 자갈이 유입되어 열교환기 파이프 하부에 침전되어 열교환기 파이프를 막게된다. 열교환기 파이프를 지열 냉난방용 열교환기로 사용하기 위해서, 이렇게 침전된 이물질(토사, 자갈)을 제거하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지열 냉난방용 열교환기 파이프의 통관방법을 나타내는 순서도이며, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지열 냉난방용 열교환기 파이프의 통관방법 중 열교환기 파이프에 윤활활성제를 투입하는 과정의 모식도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 토사나 자갈 등으로 막혀있는 열교환기 파이프 내부를 통관 및 클리닝시키기 위해서는 먼저 윤활활성제를 준비한다(S10).
윤활활성제는 열교환기 파이프 내부 하단에 침전된 토사나 자갈 등의 공극에 윤활작용을 일으켜 공극을 크게 하도록 하기 위해 투입되는 첨가제이다.
윤활활성제는 바람직하게는 수산화칼슘 10~30중량부, 프로펜산 10~30중량부, 프로펜아마이드 10~30중량부, 나트륨염 1~5중량부 및 돌가루분말 40~60중량부를 포함한다. 즉, 돌가루분말 40~60중량부에 수산화칼슘 10~30중량부, 프로펜산 10~30중량부, 프로펜아마이드 10~30중량부, 나트륨염 1~5중량부를 혼합한후, 교반하여 반죽형태로 만든다. 그런 다음, 지름 약 1cm 정도의 둥근 모양의 환형태(구형 형상)로 만든다. 제조된 환형태의 윤활활성제를 그늘에서 2~3일 동안 건조하여 딱딱하게 굳은 단단한 환형태의 윤활활성제를 최종적으로 제조하게 된다.
수산화칼슘, 프로펜산, 프로펜아마이드는 토사의 공극에 윤활작용을 일으키도록 하기 위한 것이며, 나트륨염은 딱딱하게 굳은 윤활활성제를 열교환기 파이프에 삽입시에 바로 융해되지 않고 열교환기 파이프 내부 바닥에 가라않은 후에 천천히 융해되도록 하기 위한 것, 즉 물에 쉽게 분해되지 않도록 하기 위한 것이며, 돌가루분말은 윤활활성제가 지하 200~300m까지 가라않도록 무게를 부여하기 위한 것이다.
다음으로, 준비된 윤활활성제를 열교환기 파이프의 양쪽으로 투입하는 단계이다(S20). 도 2를 참조하면, 열교환기 파이프의 양쪽으로 딱딱하게 굳은 환형태의 윤활활성제를 각각 다수개 투입한다. 윤활활성제는 돌가루분말을 포함하고 있음으로 비중이 1이상 높아 천천히 열교환기 파이프의 하부로 가라앉게 된다. 윤활활성제는 나트륨염을 포함하고 있음으로 쉽게 물에 의해 분해되지 않고, 열교환기 파이프의 내부 바닥에 가라앉을 때까지는 분해되지 않는다.
다음으로, 윤활활성제에 의해 열교환기 파이프 내부의 침전된 이물질(토사, 자갈)를 윤활하는 단계이다(S30). 열교환기 파이프 내부로 투입된 윤활활성제는 지하 200~300m의 열교환기 파이프 내부 하부 바닥면의 이물질(토사, 자갈) 위에 쌓이게 된다. 이 상태에서 수시간(대략 1~3시간 정도) 지나면 윤활활성제는 천천히 녹으면서 이물질(토사, 자갈) 간의 공극에 침투하여 윤활작용을 일으키게 된다.
다음으로, 동력분무기를 이용하여 물리적인 힘으로 열교환기 파이프 내에 수압을 인가하는 단계이다(S40). 앞선 단계에서, 윤활활성제에 의해 이물질(토사, 자갈) 사이의 공극이 넓혀진 상태임으로 동력분무기를 이용하여 물리적인 힘으로 이물질을 열교환기 파이프 외부로 배출시킨다. 이 과정은 먼저 열교환기 파이프의 양쪽 끝단에 동력분무기를 연결하는 단계, 수초(대략 2~10초) 간격으로 양쪽의 동력분무기를 서로 교대로 작동시켜 수압으로 열교환기 파이프의 양쪽에 교대로 번갈아 수압을 인가하는 단계, 및 일측의 동력분무기만을 작동시켜 열교환기의 한쪽에 수압을 지속적으로 인가하면서 순환시켜 토사를 제거하는 단계를 거치게 된다. 수압은 토사와 자갈이 외부로 배출할 수 있을 정도의 힘이여야 함과 동시에 U자형의 열교환기 파이프를 손상시키지 않아야 한다. 바람직하게는 대략 15kg/cm2 정도의 수압이 이용된다. 동력분무기를 이용하여 물리적인 힘으로 열교환기 파이프 내에 수압을 가하는 이 단계에서는 많은 량의 토사나 자갈이 제거되기는 하나, 완전히 토사나 자갈 등의 이물질이 제거되지 못하고 잔량의 이물질(토사, 자갈)이 열교환기 파이프 하부에 남겨 된다.
다음으로, 열교환기 파이프 내부의 하단에 남은 잔량의 토사를 제거하기 위해서, 피그를 이용하여 열교환기 내부를 클리닝하는 과정을 추가적으로 거친다(S50). 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 지열 냉난방용 열교환기 파이프의 통관방법 중 열교환기 파이프에 피그를 이용하여 열교환기 파이프를 클리닝하는 과정의 모식도이다.
도 3을 참조하면, 클리닝과정은 열교환기 파이프의 일측에 피그를 삽입한 후, 동력분무기를 이용하여 피그가 삽입된 방향으로 수압을 인가하여 피그가 U자형 열교환기 파이프를 통과하도록 하여, 피그가 잔류하는 잔량의 토사를 밀어내어 열교환기 파이프 내부를 클리닝하는 과정이다. 피그는 U자형의 열교환기 파이프를 통과할 수 있도록 바람직하게는 젤 타입의 말랑말랑한 구형의 형상을 지닌다. 피그는 수압에 의해서 분해되지 않을 정도의 경도를 지니나, U자관을 따라 원활히 움직일 수 있도록 말랑말랑한 젤 타입으로 형성된다.
이와 같은 과정을 거쳐서 최종적으로, 터파기 공사시에 발파나 굴착기등의 장비로 인하여 파손된 지열 냉난방용 열교환기 파이프 내에 투입된 이물질(토사, 자갈)을 제거하여, 막혀있는 열교환기 파이프를 통관시킴과 동시에 내부를 깨끗이 클리닝시키게 되는 것이다.
이상과 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
10: 열교환기 파이프
20: 윤활활성제
30: 토사
40: 자갈
50: 피그

Claims (5)

  1. 토사나 자갈의 이물질로 막혀있는 지열 냉난방용 열교환기 파이프를 통관시키는 방법에 있어서,
    돌가루분말 40~60중량부에 수산화칼슘 10~30중량부, 프로펜산 10~30중량부, 프로펜아마이드 10~30중량부, 나트륨염 1~5중량부를 혼합/교반하여 구형으로 만든 후, 그늘에서 건조하여 딱딱하게 굳은 구형상인 윤활활성제를 준비하는 단계;
    상기 윤활활성제를 상기 열교환기 파이프의 양쪽에 투입하는 단계;
    상기 윤활활성제에 의해 열교환기 파이프 내의 토사와 자갈을 포함하는 이물질을 윤활시키는 단계;
    동력분무기를 이용하여 상기 열교환기파이프의 양쪽에 수압을 인가하는 단계; 및
    일측 열교환기 파이프에 피그를 주입하고 수압을 가하여 열교환기 파이프 내의 잔량의 이물질을 클리닝하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 파이프 통관 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 동력분무기를 이용하여 상기 열교환기파이프의 양쪽에 수압을 인가하는 단계는,
    상기 열교환기 파이프의 양쪽 끝단에 동력분무기를 연결하는 단계,
    수초 간격으로 양쪽의 동력분무기를 서로 교대로 작동시켜 수압으로 열교환기 파이프의 양쪽에 교대로 번갈아 수압을 인가하는 단계, 및
    일측의 동력분무기만을 작동시켜 열교환기의 일측에 수압을 지속적으로 인가하면서 순환시켜 토사를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환기 파이프 통관 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 수압은 15kg/cm2인 것을 특징으로 하는 열교환기 파이프 통관 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 피그는 말랑말랑한 젤타입으로서 구형의 형상을 지니는 것을 특징으로 하는 열교환기 파이프 통관 방법.
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