KR102212315B1 - 지그관을 이용한 터파기 전 지중 열교환 파이프 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 지그관을 이용한 터파기 전 지중 열교환 파이프 시공 방법은, 지면에 보어 홀을 천공한 이후 상기 보어 홀에 지중 열교환 파이프를 삽입하는 기초 단계; 상기 보어 홀에 지그관을 삽입하여 상기 열교환 파이프의 상단과 연결하는 것으로서, 상기 지그관은 상기 보어 홀의 길이 방향을 따라 연장관 베이스관과, 상기 베이스관의 하단에서 2갈래로 분기되어 상기 열교환 파이프에 연결되는 1쌍의 연결관으로 이루어진 상태에서 상기 베이스관과 상기 연결관을 관통하는 관통홀을 구비한, 지그관 삽입 단계; 상기 보어 홀에 그라우팅을 수행하는 단계; 상기 지그관을 회수하는 지그관 회수 단계;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

지그관을 이용한 터파기 전 지중 열교환 파이프 시공 방법{CONSTRUCTION METHOD OF GROUND HEAT EXCHANGE PIPE BEFORE EXCAVATION USING JIG PIPE}

본 발명은 터파기 전 지중 열교환 파이프 시공 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지중 열교환 파이프를 건물 하부에 위치하는 지반에 시공함에 있어서, 건물의 지하층 터파기 작업 등의 건물 시공을 위한 작업에 대한 방해를 최소화함과 동시에 신속하고 용이하게 열순환 파이프를 시공할 수 있게 하는 지그관을 이용한 터파기 전 지중 열교환 파이프 시공 방법에 관한 것이다.

에너지의 절약 및 효율과 근래 신재생에너지에 대한 국가 지원 및 관심 증가로 인하여 지열을 이용한 냉난방시스템을 적용한 건물이 늘어나고 있는 실정이다. 지열을 이용하여 건물의 냉난방을 하는 기술로서 지중열교환기를 설치하는 방안이 있는데, 이러한 종래 기술의 일예가 대한민국 등록특허 제10-1309162호에 개시되어 있다.

지열을 이용하여 건물의 냉난방을 하기 위해서는, 지중열교환기지중열교환용 열순환파이프가 설치될 옥외 천공부지를 확보하여야 하는데 도심과 같은 지역에서는 옥외 천공부지의 확보가 어려운 단점이 있다. 이러한 옥외 천공부지 확보의 어려움을 해결하기 위하여 최근에는 건물 하부의 지반에 보어 홀을 천공하고, 천공된 보어 홀에 지중 열교환용 열순환 파이프를 설치하는 방안이 제시되고 있다.

최근에는 건물 하부의 지반에 지중 열교환용 열순환 파이프를 설치 시공하는 방법으로, 건물이 들어설 부지에 터파기 토목공사가 진행되기 전에 보어 홀을 지반에 천공하는 방식을 주로 시행하고 있다.

예를 들어, 대한민국 등록특허 제10-1034782에서는 터파기 토목공사가 진행되기 전에 보어 홀을 지반에 천공하기 위해서, 건물이 들어설 부지에 보어 홀을 천공하게 되는데, 보어 홀에서 토사가 붕괴되는 것을 방지하기 위하여 강관으로 이루어진 케이싱을 보어 홀에 삽입 설치하고, 이 후, 보어 홀 내에 설치된 케이싱의 내부에 열순환 파이프를 삽입하고, 굴착장비를 이용하여 건물의 시공을 위한 터파기 토목공사 작업을 수행한다.

터파기 작업이 진행됨에 따라 보어 홀에 존재하던 케이싱이 굴착된 지면에 노출되는데, 그로 인하여 굴착장비의 운용에 지장이 생기므로 일정한 간격으로 케이싱을 절단하는 작업을 수행하여야 한다. 케이싱의 절단 과정에서는 절단된 케이싱을 통해서 보어 홀 내로 이물질이 유입되지 않도록 케이싱을 밀봉하는 작업도 함께 수행하여야 한다.

이와 같은 터파기 작업, 케이싱의 절단 작업 및 케이싱 밀봉작업을 반복하면서 필요한 깊이로 터파기 토목공사를 완료하게 되면 터파기된 지하공간의 지면 위로 돌출된 케이싱을 절단한 후, 케이싱 내에 삽입되어 있던 열순환 파이프가 매립되도록 케이싱의 내부에 그라우팅재를 주입하여 채우고 케이싱을 인발하게 된다.

그런데 위와 같이 터파기 토목공사의 수행 전에 보어 홀을 천공하는 종래 기술의 경우, 건물이 구축될 부지에 강관으로 이루어진 케이싱이 미리 설치되어 있으므로 터파기 작업이 용이하지 못하여 공사기간이 늘어나고, 터파기 작업, 케이싱의 절단 작업 및 케이싱 밀봉작업이 반복적으로 수행되어야 하므로 터파기 토목공사의 효율성이 매우 저하되는 등의 현상이 발생하여, 공사비용의 상승은 물론이고 공사기간의 지연이 초래되는 문제점이 있다. 또한 케이싱을 이루는 강관을 절단하게 되므로 고가의 강관을 재활용하지 못하고 소모하게 되어 그만큼 시공원가가 상승되는 단점이 있다.

본 발명은 상기 기술의 문제점을 극복하기 위해 안출된 것으로, 지중 열교환 파이프를 건물 하부에 위치하는 지반에 시공하되, 건물의 지하층 터파기 작업 등의 건물 시공을 위한 작업에 대한 방해를 최소화함과 동시에, 신속하고 용이하게 지중 열교환 파이프를 시공할 수 있게 하는 지중 열순환 파이프 시공방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 지그관을 이용한 터파기 전 지중 열교환 파이프 시공 방법은, 지면에 보어 홀을 천공한 이후 상기 보어 홀에 지중 열교환 파이프를 삽입하는 기초 단계; 상기 보어 홀에 지그관을 삽입하여 상기 열교환 파이프의 상단과 연결하는 것으로서, 상기 지그관은 상기 보어 홀의 길이 방향을 따라 연장관 베이스관과, 상기 베이스관의 하단에서 2갈래로 분기되어 상기 열교환 파이프에 연결되는 1쌍의 연결관으로 이루어진 상태에서 상기 베이스관과 상기 연결관을 관통하는 관통홀을 구비한, 지그관 삽입 단계; 상기 보어 홀에 그라우팅을 수행하는 단계; 상기 지그관을 회수하는 지그관 회수 단계;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

더불어, 상기 1쌍의 연결관은, 상기 베이스관과의 외측 연결 부위가 하방 경사진 챔버부를 구비한 상태에서, 상기 베이스관의 연장 방향과 동일하게 상기 보어 홀의 길이 방향을 따라 연장된 것을 특징으로 한다.

추가적으로, 상기 연결관 측 관통홀에서 상기 챔퍼부를 향한 부위는, 상기 챔퍼부의 경사각보다 하방으로 더 경사진 경사각으로 연장된 경사 파트를 구비한 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 지그관을 이용한 터파기 전 지중 열교환 파이프 시공 방법에 따르면, 건물이 구축될 부지에서 열교환 파이프는 설계된 지중 깊이 내에 설치되어 있지만, 보어 홀에 존재하던 케이싱 등의 굴착 장애물이 모두 제거된 상태이므로, 종래 기술과 달리 굴착장비로 터파기 토목공사 작업을 수행할 때 케이싱의 존재로 인한 작업방해가 전혀 없는 효과가 있다.

종래 기술의 필수 작업인 케이싱 절단 작업, 케이싱 밀봉작업 등이 전혀 필요하지 않으므로 터파기 작업이 매우 효율적으로 신속하게 진행될 수 있으며, 따라서 터파기 토목공사의 공사비 절감, 공사기간 단축의 효과를 발휘할 수 있게 된다.

또한, 결속구가 제1 내지 제3 라운딩 파트들로 구성됨에 따라, 지근관을 지중 열교환 파이프로부터 회수 시, 지그관으로 이물질이 낙하되는 경우, 이물질일 제1 라운딩파트를 따라 보다 쉽게 하강되고 제2 라운딩 파트를 따라 연결관으로부터 멀어지는 방향으로 이동되고, 제3 라운딩 파트를 따라 다시 하강되도록 할 수 있다.

아울러, 단차부는 일정 길이만큼 연장되는 구조를 확보하여 상술한 바와 같이 와류 발생을 최소화하는데, 특히 연결관 측 단차부는 지그관의 회수 단계에서 지중 열교환 파이프에 눌어붙어 지중 열교환 파이프가 따라 올라가는 문제를 방지하기 위한 기능을 수행하는 것으로 다시 말해 지중 열교환 파이프와 연결관의 접합 부위에 간극을 발생하도록 하여 지중 열교환 파이프와 연결관이 눌러붙는 문제를 최소화하는 효과가 있다.

이에 더하여, 결속구는 가이드 레일에 결합되어 슬라이딩 이동 가능하게 형성되며, 결속구와 연결관의 외측 부위가 탄성 재질로 이루어져 신축 가능한 커넥터에 의해 연결됨으로써, 지그관을 지중 열교환 파이프에서 회수하는 경우, 지그관을 보다 부드럽게 상부 방향으로 이동시킬 수 있게 되어 지중 열교환 파이프가 지그관을 따라 함께 이동되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지중 열교환 파이프 시공 방법의 기본 공정을 도시한 개념도.
도 2는 본 발명의 지그관의 기본 실시예를 도시한 투시 정면도.
도 3은 본 발명의 지그관의 제 1 변형 실시예를 도시한 투시 정면도.
도 4는 본 발명의 지그관의 제 2 변형 실시예를 도시한 투시 정면도 및 부분 확대 사시도.
도 5는 본 발명의 지그관에 결속구가 형성된 구조를 도시한 투시 정면도.
도 6은 도 5의 추가 실시예를 도시한 개념도.
도 7은 스트립을 매개로 베이스관에 연결 파이프가 연결된 상태를 도시한 사시도.
도 8은 지그관과 케이싱이 근접 시 알림 신호를 발생하는 상태를 도시한 개념도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다. 첨부된 도면은 축척에 의하여 도시되지 않았으며, 각 도면의 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명에 따른 지중 열교환 파이프(10) 시공 방법의 기본 공정을 도시한 개념도이다.

도 1을 참조하면, 우선, 건물의 지하 공간 확보를 위한 터파기 토목공사를 수행하기에 앞서, 도 1의(a)에 도시된 것처럼 천공장치(3) 및 천공기(4) 중 적어도 하나를 이용하여 건물 하부 지반에 보어 홀(bore hole, 1)을 천공한다.

보어 홀(1)은 지중 열교환 파이프(10)라고 일컫는 지중열 교환기를 삽입/설치하는 곳으로, 터파기 심도(최종바닥 레벨에서부터)와 천공 깊이(실제 지중열 교환기가 최종 설치되어 완료되는 구간 깊이)를 합해서 보어 홀(1)의 최종 천공 깊이를 설정한다. 예컨대, 표토층 터파기 깊이(심도)가 약 20m 이고 표토층 하부의 풍화암측 및 암반층의 천공 깊이가 약 200m 인 경우, 최종 천공 깊이는 220m가 되는데, 이때 풍화암 및 암반층의 천공 깊이는 설계 깊이에 따라 변동될 수 있다. 여기에서 지중열 교환기의 실제 최종 설치 길이는 풍화암 및 암반층의 천공 깊이에 해당하는 부분이 된다.

보어 홀(1)을 천공한 후, 후속하여, 보어 홀(1) 내에 설치된 지중 열교환 파이프(10)를 삽입한다. 이 경우, 지중 열교환 파이프(10)를 지중에 설치하기 위해 도시된 바와 같은 장비(6)를 이용할 수 있다. 즉, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이 장비(6)를 이용하여 보어 홀(1) 내에 지중 열교환 파이프(10)를 삽입할 수 있다.

그리하여, 도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 보어 홀(1) 내에 지중 열교환 파이프(10)가 삽입되어 위치된다.

이후, 도 1(d)에 도시된 바와 같이, 보어 홀(1)에 본 발명의 지그관(100)을 삽입하여 이 지중 열교환 파이프(10)의 상단에 본 발명의 지그관(100)을 연결하는데 이는 도 2에서 보다 구체적으로 설명한다. 도 1(d)에서 지그관(100)이 축척을 기준으로 실제보다 크게 도시되었는데 이는 보다 쉬운 이해를 돕기 위한 것으로서 실제 지그관(100)의 크기는 이보다 작다.

보어 홀(1) 내에 지중 열교환 파이프(10)가 삽입 설치되고 지그관(100)이 지중 열교환 파이프(10)에 연결된 후에는, 지중 열교환 파이프(10)가 매립되도록 그라우팅재를 보어 홀(1)에 주입하게 된다.

이 경우, 상기 보어 홀(1) 내부를 그라우트 재료로 그라우팅 처리하는데, 보어 홀(1)의 바닥으로부터 터파기 심도까지만 그라우트 재료를 투입한다. 상기 그라우트 재료로는 버림콘크리트, 소일 시멘트(soil cement) 또는 방수기능을 갖는 벤토나이트(bentonite)로 충진하여 지하수가 보어 홀(1)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

마지막으로 보어 홀(1)의 입구 측에서 와인더(일 단이 지그관(100)에 연결되어 있다는 전제)와 같은 지그관(100) 회수 장비(6)를 통하여 지그관(100)을 회수한다. 이 지그관(100) 회수 단계는 터파기 전 공정의 완료 시점에 수행되는 것은 물론 이에 한정되는 것은 아니고 지그관(100) 회수 이전에 터파기가 진행되면서 단계적으로 베이스관(110) 내지 연결 파이프(2)를 절단하는 과정을 거친 다음 최종적으로 지그관(100)을 회수하는 단계로 이루어지는 것도 가능하다.

도 2는 본 발명의 지그관(100)의 기본 실시예를 도시한 투시 정면도이다.

본 발명의 지그관(100)은 지중 열교환 파이프(10) 내부로 토사가 불필요하게 유입되는 것을 방지함과 아울러 터파기 전 지중 열교환 파이프(10)의 시공의 효율성을 담보하기 위한 기능을 제공하는 것으로서, 도 2를 보아 알 수 있듯이 보어 홀(1)의 길이 방향을 따라 연장된 베이스관(110)과, 베이스관(110)의 하단에서 2 갈래로 분기되어 역시 보어 홀(1)의 길이 방향을 따라 연장된 1쌍의 연결관(120)으로 이루어져 있다. 다시 말해, 본 발명의 지그관(100)은 역 Y자 형상과 유사한 형상을 가진다.

이와 같은 베이스관(110)과 연결관(120)은 내부에 관통홀(103)을 구비하여 상호 내통되어 있는 것이 가능하다.

또한, 각 연결관(120)은 지중 열교환 파이프(10)의 인입관(제 1 파이프)과 인출관(제 2 파이프)의 상단을 수용 결합하거나 아니면 지중 열교환 파이프(10)의 상단에 접합되는 방식 또는 지중 열교환 파이프(10)보다 보어 홀(1)의 둘레 측에 위치하여 지중 열교환 파이프(10)의 외측 부위를 감싸는 방식으로 지중 열교환 파이프(10)와 연결된다.

베이스관(110)은 보어 홀(1)의 길이 방향을 따라 지면까지 길게 연장이 되어 앞서 언급한 바와 같이 터파기 시공 단계별로 일정 길이만큼 절단될 수 있다. 아니면, 도 1(d)에 도시된 바와 같이 베이스관(110)은 연결관(120)의 길이에 상응하는 길이로만 이루어진 상태에서 베이스관(110)의 상단에 연결 파이프(2)가 보어 홀(1)의 입구까지 길게 연결된 상태에서 터파기가 진행되면서 연결 파이프(2)를 터파기 단계 별로 절단하는 것도 가능하다.

이때, 베이스관(110)의 외주면 둘레에는 길이 방향을 따라 일정 간격을 두고 복수 개의 함입 홈이 형성되어 터파기 시공 과정에서 함입 홈이 형성된 부위를 절단할 수 있어 베이스관(110)의 절단의 편의성을 도모하는 것도 가능하다.

더불어, 지그관(100)은 합성수지 재질, 바람직하게는 지중 열교환 파이프(10)보다 경도가 높은 합성수지 재질로 이루어져 지중 열교환 파이프(10)를 외부 충격으로부터 보호하는 기능을 제공할 수 있고, 터파기 시공 과정 중 또는 터파기 시공 이후 지그관(100)을 회수하여 지중 열교환 파이프(10)의 정상적인 사용을 담보할 수 있다.

이러한 지그관(100)에 의하면, 지중 열교환 파이프(10)를 외관은 물론 내부를 보호하여 터파기 시공 시 지중 열교환 파이프(10)가 파손되거나 이물질이 쉽사리 유입되는 것을 방지하는 특성을 제공한다.

도 3은 본 발명의 지그관(100)의 제 1 변형 실시예를 도시한 투시 정면도이다.

도 3에 따른 지그관(100)은 역 Y 형상을 가져 연결관(120)이 보어 홀(1)의 길이 방향에 평행하게 연장되지 않고 보어 홀(1)의 길이 방향과 경사지게 연장될 수 있는데, 이 경우 지중 열교환 파이프(10)와의 연결이 매끄럽게 이루어지지 않을 수 있다.

이를 보강하기 위하여, 도 3에 따른 지그관(100)은 전체적으로 Y자 형상을 가지면서도 베이스관(110)과 연결관(120)이 보어 홀(1)의 길이 방향에 평행하게 연장될 수 있는 구조를 제시한다.

우선, 도 3에 따른 1쌍의 연결관(120)에서 서로 마주보는 부위를 내측 부위라 하고 이 내측 부위의 대향 측인 보어 홀(1)의 둘레를 향한 부위를 외측 부위라 한다.

구체적으로, 도 3에 따른 연결관(120)은 베이스관(110)과 연결 부위 중 외측 부위가 하방(보어 홀(1)을 기준으로 보어 홀(1) 내측 방향)으로 경사지게 연장된 챔퍼부(150)를 구비한다. 이러한 챔퍼부(150)의 하단에서 다시 절곡되어 베이스관(110)의 연장 방향과 동일하게 보어 홀(1)의 길이 방향을 따라 보어 홀(1)에 평행하게 연장된다.

즉, 챔퍼부(150)를 통해 베이스관(110)의 하단에서 양측 방향으로 벌어지도록 초입을 확보한 상태에서 챔퍼부(150)의 하단에서 베이스관(110)과 평행하게 절곡 연장되어 연결관(120)이 보어 홀(1)은 물론 지중 열교환 파이프(10)와 평행 상태를 유지하도록 한다.

이때, 연결관(120)의 관통홀(103)은 챔퍼부(150)가 형성된 부위 내측이 좁아지게 되는데 이와 같이 좁은 부위로 인해 수압 측정 시 와류가 야기되거나 물이 제대로 흐르지 못하는 문제를 방지하기 위하여 관통홀(103)이 베이스관(110)에서 연결관(120)에 도달할 시 외측으로 벌어지는 것을 최소화하면서 연결관(120)의 하방으로 연장될 수 있도록 연결관(120)측 관통홀(103)에서 챔퍼부(150)를 향한 부위는 챔퍼부(150)의 경사각보다 하방(보어 홀(1)을 기준으로 보어 홀(1) 내측 방향)을 향해 더 경사진 경사각으로 연장된 경사 파트(160)를 구비한다.

이 경사 파트(160)에서 더 나아가, 1쌍의 연결관(120)의 분기 지점이자 경사 파트(160)의 대향 측인 관통홀(103) 부위는 경사 파트(160)의 경사각과 평행한 각으로 연장된 보조 경사파트(162)를 구비하는 것이 가능하다. 이 보조 경사파트(162)는 경사 파트(160)에 형성된 관통홀(103)의 직경이 연장 방향을 따라 변경되지 않고 일정한 직경을 유지하도록 함으로써 와류 발생을 방지하여 수압 측정 시 안정적인 물의 흐름을 보장할 수 있도록 한다,

도 4는 본 발명의 지그관(100)의 제 2 변형 실시예를 도시한 투시 정면도 및 부분 확대 사시도이다.

도 4를 참조하면, 지그관(100)에서 베이스관(110)은 물론 연결관(120) 측의 관통홀(103) 각각에는 단차부(170)가 형성된 것을 알 수 있다.

단차부(170)는 베이스관(110) 또는 연결관(120)의 연장 방향을 따라 일정 간격을 두고 적어도 하나 형성되어 단차부(170)의 유무에 따라 관통홀(103)의 내경이 달라지게 된다.

이러한 단차부(170)는 일정 길이만큼 연장되는 구조를 확보하여 상술한 바와 같이 와류 발생을 최소화하는데, 특히 연결관(120)측 단차부(171)는 지그관(100)의 회수 단계에서 지중 열교환 파이프(10)에 눌어붙어 지중 열교환 파이프(10)가 따라 올라가는 문제를 방지하기 위한 기능을 수행하는 것으로 다시 말해 지중 열교환 파이프(10)와 연결관(120)의 접합 부위에 간극을 발생하도록 하여 지중 열교환 파이프(10)와 연결관(120)이 눌러붙는 문제를 최소화하는 역할을 담당한다.

더불어, 베이스관(110)의 단차부(172)는 지중 열교환 파이프(10)의 수압 측정을 위해 수직 낙하하는 물의 흐름을 촉진하는 역할을 수행함과 아울러 흐름 제어 절편(190)을 안착시킬 수 있는 물리적 단턱 역할을 겸비한다.

본 발명의 흐름 제어 절편(190)은 복수 개의 미세 통공을 구비한 발포성 재질의 스폰지이거나 아니면 도 4에 도시된 바와 같이 복수 개의 미세 통공(182)이 관통된 망상 구조로 이루어진 플레이트 형상의 구조체로서 베이스관(110)의 단차부(복수 개의 단차부가 형성되었을 때 어느 일 측의 단차부, 172)의 상면에 안착되는 것으로 단차부(172) 상부에서의 베이스관(110) 관통홀(103)의 내경과 상응하는 직경을 가진다.

이러한 흐름 제어 절편(190)은 베이스관(110)의 개폐 여부를 효율적으로 제어하는 역할을 수행하는바, 만일 베이스관(110)과 연결관(120)이 완전 개방된 관통홀(103)을 구비할 경우 지그관(100)의 상부에서 유입된 토사 등의 이물질을 효과적으로 막지 못하는 문제가 따르고 이를 방지하기 위해 베이스관(110)을 막을 경우 지중 열교환 파이프(10)의 수압 측정을 수행하지 못하는 문제가 따른다.

따라서, 이와 같은 흐름 제어 절편(190)의 복수 개의 통공 구조 내지 망상 구조를 통해 토사와 같은 이물질을 필터링하여 물만 하부로 흐르도록 하여 토사가 연결관(120)을 지나 지중 열교환 파이프(10)에 침투하지 못하게 함과 아울러 수압 측정 시 물의 흐름을 보장할 수 있도록 하는 기능을 제공한다.

더 나아가, 지중 열교환 파이프(10)의 수압 측정 시 보다 원활한 물의 흐름을 보장하기 위하여 흐름 제어 파트를 지면 측에서 들어내는 것이 가능한데, 이를 위해 도 4에 도시된 네트 구조로 흐름 제어 절편(190)의 일 측, 예를 들어 상면의 둘레 부위에는 고리(184)가 형성되고 이 고리(184)에는 와이어(186)가 결속될 수 있다. 결속된 와이어(186)는 보어 홀(1) 상방으로 향해 지면까지 연장되는 것이 가능하다.

이 경우, 상술한 기초 단계에서 지중 열교환 파이프(10)의 수압을 측정하는 수압 측정 단계가 수행될 때 수압 측정 단계 이전에 와이어를 롤러와 같은 와인더를 통해 와인딩 처리하여 흐름 제어 절편을 끌어올려 회수하는 것이 가능하고 이로써 수압 측정 시 지그관(100)을 통과하는 물의 흐름을 보다 원활하게 보장하는 것이 가능하다.

더불어, 단차부(170)가 2개 이상으로 이루어져 있을 경우, 각 단차부(170)의 끝단 측 표면에는 제 1 곡도로서 상 방향(보어 홀(1)의 입구 방향)을 향해 볼록한 형태로 라운딩지게 연장된 제 1 절곡 파트(175)와, 상기 제 1 절곡 파트(175)에서 연장 방향을 전환하여 상기 단차부(170)의 표면에 닿도록 상기 제 1 곡도보다 큰 제 2 곡도로서 라운딩지게 연장된 제 2 절곡 파트(176)를 구비한 상태로 돌출된 탄성 재질의 돌출 섹션이 추가로 형성될 수 있다.

상술한 구조를 가진 돌출 섹션은 탄성에 의하여 낙하되는 물에 접촉되면서 탄성 회동되면서 낙하되는 물의 흐름을 순간적으로 완화시키는 역할을 수행함과 동시에, 관통홀(103)의 둘레 주변으로 낙하하는 이물질을 임시적으로 안착시킨 다음 돌출 섹션의 탄성 회동으로 중력을 상쇄하여 낙하되는 이물질에 의해 지그관(100) 하부의 지중 열교환 파이프(10)가 손상되는 문제를 줄일 수 있는 역할을 수행한다.

특히, 상술한 제 1,2 절곡 파트(175, 176)에 의한 구조에 의하여 관통홀(103)의 방향에 탄성적으로 적절하게 대응하여 낙하되는 물 또는 이물질과의 접촉 가능성을 상대적으로 많이 확보할 수 있도록 하는 특징도 구비한다.

도 5는 본 발명의 지그관(100)에 결속구가 형성된 구조를 도시한 투시 정면도이다.

도 5에 따른 지그관(100)은 베이스관(110)과 연결관(120)의 챔퍼부(150) 사이 공간에 결속구(200)가 장착된 구조를 도시한 것이다.

본 발명의 결속구(200)는 일 측에 체결공(210)이 관통 형성되어 있어 이 체결공(210)에 로프를 체결 및 결속시키는 것이 가능하다. 로프는 상술한 와이어와 마찬가지로 와인더(와이어를 권취시킨 와인더와 별개의 와인더)에 권취된 상태로 지면에 이르기까지 연장되어 지그관(100) 삽입 단계에서 체결공(210)에 로프를 체결시킨 다음, 지그관(100) 회수 단계에서 와인더의 구동에 따라 로프를 감아 지그관(100)을 지중 열교환 파이프(10)에서 분리하여 회수하는 것이 가능하다.

이러한 결속구(200)에 의하여, 보다 쉽고 편리하게 지그관(100)을 회수 및 분리할 수 있다.

더 나아가, 도 5를 참조하면 결속구(200)의 외측 면 종단 구조는 제 1 내지 제 3 라운딩 파트(201, 202, 203)로 이루어진 것을 알 수 있다.

구체적으로, 결속구(200)의 외측 면 종단 구조는, 챔퍼부(150)의 하단에서 베이스관(110)을 향해 1차 곡도로 라운딩지도록 연장된 제 1 라운딩 파트(201)와, 제 1 라운딩 파트(201)의 단부에서 베이스관(110)을 향해 1차 곡도보다 큰 2차 곡도로 라운딩지도록 연장된 제 2 라운딩 파트(202) 및, 제 2 라운딩 파트(202)의 단부에서 변곡되어 외측으로 벌어지도록 라운딩 처리되어 베이스관(110)에 접하는 제 3 라운딩 파트(203)로 이루어져 있다.

그리하여, 지그관(100)을 지중 열교환 파이프(10)으로부터 회수 시, 상기 지그관(100)으로 이물질이 낙하되는 경우, 상기 이물질이 상기 제1 라운딩 파트(201)의 연장방향을 따라 보다 쉽게 하강되고, 상기 제2 라운딩 파트(202)의 연장 방향을 따라 상기 연결관(120)으로부터 멀어지는 방향으로 이동되고, 상기 제3 라운딩 파트(203)의 연장 방향을 따라 다시 하강되도록 할 수 있다.

도 6은 도 5의 추가 실시예를 도시한 개념도이다.

도 5에 따라 체결공(210)에 로프를 결속시켜 로프를 와인딩하면서 지그관(100)을 회수할 때 지중 열교환 파이프(10)가 지그관(100)에 붙은 상태로 지그관(100)을 따라 같이 올라올 우려가 있다.

이때, 로프를 와인딩할 때 우선적으로 체결공(210)에 로프의 와인딩에 따른 힘이 집중되어 충격량을 분산시키면 지그관(100)이 함께 따라 올라가는 관성을 약화시킬 수 있는바, 도 7에 따른 구조는 체결공(210)에 일정한 유동성을 제공함으로써 로프의 와인딩 시 지중 열교환 파이프(10)에 작용되는 관성을 최소화시키는 구조를 제시한다.

구체적으로, 결속구(200)에 접하는 상기 베이스관(110)의 외측 부위에는 베이스관(110)의 길이 방향을 따라 일정 길이로 연장된 가이드 레일(300)을 구비한다.

이에 대응되어 결속구(200)는 가이드 레일(300)에 결합되어 슬라이딩 이동 가능한 결합 파트(290)를 구비하는 것이 가능하다.

나아가, 상기 결속구(200)와 상기 연결관(120)의 외측 부위는, 탄성 재질로 이루어져 신축 가능한 커넥터(400)에 의해 연결된다.

이러한 구조에 의하면, 지그관(100)을 지중 열교환 파이프(10)로부터 회수 시, 상기 결속구(200)의 상기 결팝 파트(290)가 상기 가이드 레일(300)을 따라 슬라이딩 이동되고, 상기 연결관(120)의 외측 부위는 상기 결속구(200)와 탄력 작용됨으로써, 지그관(100)을 보다 부드럽게 상부 방향으로 이동시킬 수 있게 되어 지중 열교환 파이프(10)가 지그관(100)을 따라 함께 이동되는 것을 방지할 수 있다.

도 7은 스트립(5)을 매개로 베이스관(110)에 연결 파이프(2)가 연결된 상태를 도시한 사시도이다.

도 1(d) 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 베이스관(110)의 상단은 연결 파이프(2)의 하단과 상호 끼움 결합되는 방식으로 상호 연결이 되는 것(도 7에서는 베이스관의 중공에 연결 파이프의 하단이 끼움 결합)이 가능한데, 시공 상황에 따라 지그관(100)을 회수하기 이전에 연결 파이프(2)를 먼저 지그관(100)에서 분리할 필요가 따를 수 있다,

도 7은 연결 파이프(2)가 지그관(100), 구체적으로 베이스관(110)에서 분리하기 용이하도록 스트립(5)을 매개로 연결된 상태를 도시한 것으로서, 도 7의(a)를 보아 알 수 있듯이 연결 파이프(2) 및 베이스관(110) 중 어느 하나에는 스트립(5)이 삽입된 다음 빠져나갈 수 있도록 적어도 하나의 구멍(2a)이 형성되어 있고 이를 통해 스트립(5)이 연결 파이프(2)의 내주면 일부 둘레를 따라 지난다.

예를 들어 도 7과 같이, 연결 파이프(2)가 베이스관(110)의 중공에 끼움 결합되어 있을 경우 구멍은 이 결합 구성의 외측인 베이스관(110)의 일 측 부위에 관통 형성되고, 스트립(5)은 베이스관(110)의 구멍을 매개로 삽입되어 베이스관(110)과 연결 파이프(2)의 접촉 부위 둘레를 따라 연장되다가 다시 구멍을 통해 외측으로 노출 연장이 된다. 이 경우, 구멍의 직경은 스트립(5)을 2개로 겹친 직경보다 크게 이루어져 스트립(5)의 삽입 내지 인출의 용이성을 확보는 것이 바람직하다.

이때, 도면에 도시되진 않았으나 만일 구멍이 베이스관(110)의 대향 측으로 각각 1개씩 총 2개가 형성된 경우에는 진입 측 구멍을 통해 스트립(5)이 삽입되어 베이스관(110)과 연결 파이프(2)의 접촉 부위 일부(전체 둘레의 대략 절반 부위)를 지난 다음 퇴출 측 구멍을 통해 스트립(5)이 노출되는 것도 가능하다.

즉, 스트립(5)이 연결 파이프(2)에 삽입된 상태에서 도 7을 기준으로 베이스관(110)의 중공에 연결 파이프(2)의 하단 부위를 끼움 결합하면 스트립(5)은 연결 파이프(2)의 외주면 둘레와 베이스관(110)의 내주면 둘레 사이에 위치하는데 이때 스트립(5)은 마치 쐐기와 같은 역할을 하여 베이스관(110)과 연결 파이프(2)의 견고한 결합 관계를 보장하는 역할을 수행한다. 스트립(5)의 인출(노출) 부위는 보어 홀(1)의 입구까지 연장이 되어 와인더(winder) 내지 푸셔(pusher: 잡아당기는 장비)를 매개로 스트립(5)을 잡아당길 경우 연결 파이프(2)와 베이스관(110) 사이에서 빠져나가 연결 파이프(2)와 베이스관(110)을 분리시킬 수 있는 기반을 마련할 수 있다.

이 과정에서 스트립(5)의 인출 부위가 보어 홀(1) 입구를 향하지 않고 측방 내지 하방을 향할 경우 와인더 등의 장비(6)를 매개로 스트립(5)을 회수하거나 잡아 당기는 것이 용이하지 않을 수 있기 때문에, 연결 파이프(2)에서 인출된 스트립(5)의 일 측이 상방으로 절곡된 절곡부(5a)를 구비하여 스트립(5)의 인출 부위가 보어 홀(1)의 상방을 지향하도록 처리하는 것이 바람직하다.

더불어, 도 7의 (b)를 보아 알 수 있듯이 절곡부(5a)의 하측인 연결 파이프(2) 및 베이스관(110)중 어느 하나의 외주면 일 측(도 7에서는 베이스관(110)의 일 측)에는 서포터(7)가 형성되어 스트립(5)의 인출 부위를 지지하는 것이 가능한데, 서포터(7)는 연결 파이프(2) 및 베이스관(110) 중 어느 하나의 표면(도7에서는 베이스관의 일 측)에서 직교하도록 외측 방향으로 연장되다가 상방으로 절곡된 상방 절곡부(7a)를 구비하여 스트립(5)의 인출 부위가 하방으로 쏠리거나 측방을 향하는 것을 방지하면서 스트립(5)의 인출 부위를 지지하는 것이 가능하다. 이때, 서포터(7)의 상방 절곡부(7a)는 상방(보어 홀(1) 입구 방향)으로 수직하게 절곡되거나 아니면 상방으로 경사지게 절곡될 수 있다.

도 8은 지그관(100)과 케이싱(500)이 근접 시 알림 신호를 발생하는 상태를 도시한 개념도이다.

도 8에서는 상술한 기초 단계에서 보어 홀(1)을 천공한 다음 천공된 보어 홀(1)에 케이싱(500)을 삽입 설치하는 과정을 추가로 포함한다.

이 케이싱(500)은 토사가 붕괴되는 문제를 방지하는 것은 물론 후술할 알림 기능을 수행하는 기반을 제공하는 것으로, 이는 강관 등의 파이프 구조로 이루어진 상태로 공지의 케이싱(500) 삽입 및 설치 방법과 동일한 것으로 이해할 수 있고, 이와 같이 설치된 케이싱(500) 내에 지중 열교환 파이프(10)를 삽입하게 된다.

이때, 케이싱(500)에서 지그관(100)을 향한 내주면 일 측과 지그관(100)에서 케이싱(500)을 향한 외주면 일 측 각각에는 마커(marker)(600)가 장착된다.

마커(600)는 근접 센서를 포함한 표식으로서, 지그관(100)에는 높이 차이를 두고 1 내지 2개, 케이싱(500)에는 역시 높이 차이를 두고 1 내지 3개의 개수로 이루어진 마커(600)가 부착되는 것이 가능하다.

이러한 마커(600)는 서로 근접한 경우 근접 센서를 매개로 근접 정보를 생성하는 기능을 포함한다. 이때, 케이싱(500)의 마커(600)는 RFID로 이루어지고 지그관(100)의 마커(600)는 RFID의 ID 신호를 식별하는 리더(reader)로 이루어지는 것도 가능하다.

더불어, 지그관(100)은 알림부(610)를 포함하는 것이 가능한바, 알림부(610)는 케이싱(500) 및 지그관(100) 각각의 마커(600)가 상호 근접한 경우 상술한 근접 정보를 수신하는 기능을 구비하는데 이와 같이 근접 정보가 알림부(610)에 수신된 경우 관리자 서버(700)에 알림 신호를 유무선 통신 방식에 의해 전달하는 역할을 수행한다. 즉, 지그관(100)에서 지중 열교환 파이프(10)를 따라 유선 형태의 케이블을 보어 홀(1) 외측까지 연결하거나 아니면 무선 통신 수단을 장착하여 관리자 서버(700)로 알림 신호를 전달할 수 있다.

이때, 관리자 서버(700)는 통신 수단을 구비한 상태에서 관리자가 보유한 단말(이동통신 단말) 또는 관제소에 설치된 서버를 의미하는 것으로, 이로 인해 관리자는 알림 신호에 의해 케이싱(500)과 지그관(100)의 근접 여부를 확인할 수 있다.

이와 같은 구성 및 기능에 의하여, 특정 깊이에 위치한 케이싱(500)의 일 위치에 지중 열교환 파이프(10)의 특정 부위가 근접한 것을 쉽게 인식할 수 있어 보어 홀(1) 내에서 지그관(100)과 연결된 지중 열교환 파이프(10)의 설치 깊이를 용이하게 조절할 수 있을 뿐 아니라 원하는 위치에 지중 열 교환 파이프(10)를 위치하도록 하는 작업의 편의성을 확보하는 기능을 제공할 수 있다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 지그관(100)을 이용한 터파기 전 지중 열교환 파이프(10) 시공 방법의 구성 및 작용을 상기 설명 및 도면에 표현하였지만 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하여 본 발명의 사상이 상기 설명 및 도면에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능함은 물론이다.

1 : 보어 홀 10 : 지중 열교환 파이프
100 : 지그관 110 : 베이스관
120 : 연결관 170 : 단차부
190 : 흐름 제어 절편 200 : 결속구
210 : 체결공 300 : 가이드 레일
400 : 커넥터 500: 케이싱
600: 마커 610: 알림부

Claims (15)

1. 지그관을 이용한 터파기 전 지중 열교환 파이프 시공 방법으로서,
   지면에 보어 홀을 천공한 이후 상기 보어 홀에 지중 열교환 파이프를 삽입하는 기초 단계;
   상기 보어 홀에 지그관을 삽입하여 상기 열교환 파이프의 상단과 연결하는 것으로서, 상기 지그관은 상기 보어 홀의 길이 방향을 따라 연장된 베이스관과, 상기 베이스관의 하단에서 2갈래로 분기되어 상기 열교환 파이프에 연결되는 1쌍의 연결관으로 이루어진 상태에서 상기 베이스관과 상기 연결관을 관통하는 관통홀을 구비한, 지그관 삽입 단계;
   상기 보어 홀에 그라우팅을 수행하는 단계;
   상기 지그관을 회수하는 지그관 회수 단계;을 포함하고,
   상기 베이스관의 상단과 상기 보어 홀의 입구까지 연장된 연결 파이프는 상호 끼움 결합되되, 상기 연결 파이프 및 상기 베이스관의 측면 중 어느 하나에는 적어도 하나의 구멍이 관통 형성되고,
   상기 연결 파이프와 베이스관이 결합된 상태에서, 상기 구멍을 매개로 상기 베이스관의 외주면 및 상기 연결 파이프의 내주면 둘레의 적어도 일부를 따라 삽입 연장되다가 상기 보어 홀의 입구를 향해 외부 인출 연장된 스트립이 결합되어,
   상기 지그관 회수 단계 이전에는, 상기 스트립의 인출 부위를 잡아당기는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지중 열교환 파이프 시공 방법.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 1쌍의 연결관은,
   상기 베이스관과의 외측 연결 부위가 하방 경사진 챔퍼부를 구비한 상태에서, 상기 베이스관의 연장 방향과 동일하게 상기 보어 홀의 길이 방향을 따라 연장된 것을 특징으로 하는, 지중 열교환 파이프 시공 방법.
3. 제 2항에 있어서,
   상기 연결관 측 관통홀에서 상기 챔퍼부를 향한 부위는,
   상기 챔퍼부의 경사각보다 하방으로 더 경사진 경사각으로 연장된 경사 파트를 구비한 것을 특징으로 하는, 지중 열교환 파이프 시공 방법.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 경사 파트의 대향 측이자 상기 1쌍의 연결관의 분기 지점인 상기 관통홀의 부위는,
   상기 경사 파트의 경사각과 평행한 각으로 연장된 보조 경사 파트를 구비한 것을 특징으로 하는, 지중 열교환 파이프 시공 방법.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 베이스관 및 상기 연결관 각각의 상기 관통홀에는,
   상기 관통홀의 내경 차이가 발생하도록 단차진 단차부가 구비되는 것을 특징으로 하는, 지중 열교환 파이프 시공 방법.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 베이스관 측 단차부의 상단에는,
   네트 구조로 복수 개의 관통공을 구비한 플레이트 및 복수 개의 통공을 구비한 발포성 재질 중 어느 하나로 이루어진 흐름 제어 절편이 안착되는 것을 특징으로 하는, 지중 열교환 파이프 시공 방법.
7. 제 6항에 있어서,
   상기 흐름 제어 절편은,
   네트 구조로 복수 개의 관통공을 구비한 플레이트로 이루어지고,
   상기 흐름 제어 절편의 일 측에는, 와이어가 연결되는 고리가 형성되며,
   상기 기초 단계는,
   상기 지중 열교환 파이프의 수압을 측정하는 수압 측정 단계를 포함하되,
   상기 수압 측정 단계 이전에는,
   상기 와이어를 와인딩하여 상기 흐름 제어 절편을 회수하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지중 열교환 파이프 시공 방법.
8. 제 5항에 있어서,
   상기 각각의 상기 단차부의 끝단 측 표면에는,
   제 1 곡도로서 상 방향을 향해 볼록한 형태로 라운딩지게 연장된 제 1 절곡 파트와, 상기 제 1 절곡 파트에서 연장 방향을 전환하여 상기 단차부의 표면에 닿도록 상기 제 1 곡도보다 큰 제 2 곡도로서 라운딩지게 연장된 제 2 절곡 파트를 구비한 상태로 돌출된 돌출 섹션;이 형성된 것을 특징으로 하는, 지중 열교환 파이프 시공 방법.
9. 제 2항에 있어서,
   상기 베이스관과 상기 연결관의 챔퍼부 사이에는,
   로프가 체결되는 체결공을 구비한 결속구가 추가로 구비되어,
   상기 지그관 삽입 단계는,
   상기 체결공에 로프를 체결시키는 과정을 포함하고,
   상기 지그관 회수 단계는,
   상기 로프를 와인딩하여 상기 지그관을 회수하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는, 지중 열교환 파이프 시공 방법.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 결속구의 외측 면 종단 구조는,
    상기 챔퍼부의 하단에서 상기 베이스관을 향해 1차 곡도로 라운딩지도록 연장된 제 1 라운딩 파트와,
    상기 제 1 라운딩 파트의 단부에서 상기 베이스관을 향해 1차 곡도보다 큰 2차 곡도로 라운딩지도록 연장된 제 2 라운딩 파트 및,
    상기 제 2 라운딩 파트의 단부에서 변곡되어 외측으로 벌어지도록 라운딩 처리되어 상기 베이스관에 접하는 제 3 라운딩 파트로 이루어진 것을 특징으로 하는, 지중 열교환 파이프 시공 방법.
11. 제 9항에 있어서,
    상기 결속구에 접하는 상기 베이스관의 외측 부위에는,
    상기 베이스관의 길이 방향을 따라 일정 길이로 연장된 가이드 레일을 구비하고,
    상기 결속구는,
    상기 가이드 레일에 결합되어 슬라이딩 이동 가능한 결합 파트를 구비한 것을 특징으로 하는, 지중 열교환 파이프 시공 방법.
12. 제 11항에 있어서,
    상기 결속구와 상기 연결관의 외측 부위는,
    탄성 재질로 이루어져 신축 가능한 커넥터에 의해 연결된 것을 특징으로 하는, 지중 열교환 파이프 시공 방법.
13. 삭제
14. 제 1항에 있어서,
    상기 스트립의 인출 부위 일 측은,
    상기 보어 홀 입구 측으로 절곡된 절곡부를 구비하고,
    상기 베이스관 및 연결 파이프 중 어느 하나에서의 상기 절곡부의 하측에는,
    상기 베이스관 및 연결 파이프 중 어느 하나의 표면에서 수직하게 연장된 상태에서, 상기 보어 홀 입구 측으로 상방 절곡된 상방 절곡부를 구비한 서포터가 형성된 것을 특징으로 하는, 지중 열교환 파이프 시공 방법.
15. 제 1항에 있어서,
    상기 기초 단계는,
    천공된 상기 보어 홀에 케이싱을 삽입한 다음 상기 케이싱 내에 상기 지중 열교환 파이프를 삽입하는 과정을 포함하고,
    상기 케이싱의 내측 면과 상기 지그관의 외측 면 각각의 일 측에는, 근접 센서를 포함한 마커(marker)가 장착되며,
    상기 지그관은,
    상기 케이싱 및 지그관의 마커가 근접 시 상기 근접 센서로부터 근접 정보롤 전달받아 관리자 서버에 알림 신호를 전달하는 알림부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지중 열교환 파이프 시공 방법.

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