KR102294849B1

KR102294849B1 - 지중 열교환 장치 및 이를 포함하는 냉난방 시스템

Info

Publication number: KR102294849B1
Application number: KR1020190096179A
Authority: KR
Inventors: 김종우; 임연주
Original assignee: 주식회사 인터텍
Priority date: 2019-08-07
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2021-08-27
Also published as: KR102595669B1; KR102595669B9; KR102294849B9; KR20210108928A; KR20210017234A

Abstract

열교환 면적을 증대시켜 직선형 관을 유지한 상태에서도 나선형으로 형성된 관에 비해 더 높은 열교환 효율을 가질 수 있는 지중 열교환 장치를 개시한다.
지중 열교환 장치는 지중에 매설되고, 그 내부로 유체가 흐르는 열교환 관, 및 열교환 관의 외주면에 접합되고, 열교환 관이 연장되는 방향을 따라 열교환 관의 일단부에서 타단부를 향해 나선형상으로 연장되는 열교환 핀을 포함한다.

Description

지중 열교환 장치 및 이를 포함하는 냉난방 시스템{Ground heat exchanger and cooling-heating system including the same}

본 발명은 지중 열교환 장치 및 이를 포함하는 냉난방 시스템에 관한 것이다.

가정 및 산업용 에너지원으로 석탄, 석유 및 천연가스 등의 화석연료가 널리 사용되고 있는데, 이들 화석연료가 점차 고갈됨에 따라 그 원가가 급상승하고 있다. 또한 화석연료의 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 수질 및 대기 환경이 오염되고 있다.

이와 같은 문제점들을 해결하기 위하여, 근래에는 화석 연료를 대체할 수 있는 친환경적인 대체에너지 개발이 활발하게 진행되고 있다.

친환경적인 대체에너지로는 태양열, 풍력, 조력, 지열(地熱) 등이 있으며, 이 중 지열을 이용하는 냉난방 시스템의 경우, 기존 냉난방 시스템에 비하여 최대 40% 이상의 에너지를 절감할 수 있는 이점이 있다.

또한, 지열을 이용하는 냉난방 시스템의 경우, 풍력이나 태양열을 이용한 냉난방 시스템과는 달리, 지열을 이용하여 연중 일정한 에너지를 얻을 수 있으므로 안정적인 운전이 가능한 이점이 있다.

지열을 열원으로 이용하는 냉난방 시스템은 지중에 매립되어 열교환을 수행하는 지중 열교환 장치를 포함한다.

도 1은 종래의 지중 열교환 장치(10)를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 지중 열교환 장치(10)는 지면으로부터 수직방향을 따라 미리 설정된 깊이로 시추된 시추공(hole)에 삽입되어 지중에 매설되고, 유체 등의 열매체가 내부에 흐를 수 있는 관 형태로 형성된다.

구체적으로, 종래의 지중 열교환 장치(10)는 외부로부터 유입된 열매체를 지중으로 안내하는 유입관(11)과, 유입관(11)에 연결되어 유입관(11)을 통과한 열매체를 외부로 안내하는 유출관(12)으로 구성된다.

따라서, 외부로부터 유입된 열매체는 지중에 배치된 유입관(11)과 유출관(12)을 통과하는 과정에서 열교환을 수행하고, 이를 통해 항시 일정한 온도를 유지하게 된다.

한편, 종래의 지중 열교환 장치(10)에서는 도 1에 도시된 바와 같이 외부로부터 유입된 열매체가 지중에서 보다 오랜시간동안 머물러 있을 수 있도록, 유출관(12)이 나선형으로 형성된다.

그러나, 유출관(12)을 나선형상으로 제작하는 것이 용이하지 않고, 유출관(12)이 나선형으로 제작될 경우, 유출관(12)의 자중으로 인한 유출관(12)의 형상 변형 등이 고려되어야 하므로, 실질적으로 제작 가능한 유출관(12)의 길이가 제한되고, 따라서 유출관(12)의 일 부분에만 나선 형상을 한정적으로 적용할 수 밖에 없어 충분한 열교환이 이루어질 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 직선형의 유입관(11)과 나선형의 유출관(12)을 가지는 지중 열교환 장치(10)는 유입관(11)과 유출관(12)이 모두 직선형으로 형성되는 구조를 가지는 지중 열교환 장치에 비해 열매체가 순환되는 속도가 상대적으로 느려, 냉난방 시스템에 열교환이 이루어진 열매체가 공급되기까지 많은 시간이 소요되는 문제점이 있었다.

한국 등록특허공보 제10-1150355호 한국 공개특허공보 제10-2014-0132118호 한국 공개특허공보 제10-2018-0033993호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 열교환 면적을 증대시켜 직선형 관을 유지한 상태에서도 나선형으로 형성된 관에 비해 더 높은 열교환 효율을 가질 수 있는 지중 열교환 장치를 제공하는 것이다.

또한, 신속한 유체의 순환이 가능하여 냉난방 시스템에 신속히 열교환된 유체를 공급할 수 있는 지중 열교환 장치를 제공하는 것이다.

또한, 제작이 용이하여 생산성이 향상된 지중 열교환 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 지중 열교환 장치는 지중에 매설되고, 그 내부로 유체가 흐르는 열교환 관; 및 상기 열교환 관의 외주면에 접합되고, 상기 열교환 관이 연장되는 방향을 따라 상기 열교환 관의 일단부에서 타단부를 향해 나선형상으로 연장되는 열교환 핀;을 포함한다.

상기 열교환 핀은 서로 이격 배치되는 복수의 나선판들을 포함하고, 상기 열교환 핀의 피치(pitch)는 상기 열교환 관의 일단부에서 타단부를 향할수록 점차 증가하도록 구성될 수 있다.

상기 지중 열교환 장치는, 지중의 지하수와 접촉하는 제1 구간; 및 상기 지중의 지하수와 접촉하지 않는 제2 구간;을 포함하고, 상기 제1 구간의 피치는 상기 제2 구간의 피치보다 작도록 구성될 수 있다.

상기 제1 구간은 금속성소재로 마련되고, 상기 제2 구간은 비금속성소재로 마련될 수 있다.

상기 열교환 관의 외주면에는, 상기 열교환 핀의 나선판들을 지지하는 나선지지부재; 가 마련될 수 있다.

상기 열교환 핀은, 상기 열교환 관의 외주면에 접합되는 나선형상의 핀 몸체; 상기 핀 몸체의 적어도 일 부분이 절개되어 형성되는 복수개의 관통공; 및 상기 복수개의 관통공을 지나는 공기를 안내하는 안내부재;를 포함할 수 있다.

상기 열교환 관은, 외부로부터 유입된 유체를 지중의 하측으로 안내하고, 그 외주면에 상기 열교환 핀이 결합되어 열교환을 수행하도록 구성되는 공급관; 상기 공급관을 통과하여 열교환된 유체를 지중의 상측으로 안내하고, 그 외주면에 상기 열교환 핀이 결합되어 열교환을 수행하도록 구성되는 환수관; 및 상기 공급관과 상기 환수관을 연결하고, 상기 공급관을 통과한 유체를 상기 환수관 측으로 안내하도록 구성되는 연결관;을 포함할 수 있다.

상기 공급관의 외주면에는 상기 환수관의 외주면 보다 더 많은 수의 나선판이 배치될 수 있다.

상기 공급관은 금속성소재로 형성되고, 상기 환수관 및 상기 연결관은 비금속성소재로 마련될 수 있다.

상기 공급관 및 상기 환수관에 결합되어 상기 공급관 및 상기 환수관을 서로 이격시키는 적어도 하나의 클램핑부재;를 더 포함할 수 있다.

상기 클램핑부재는, 상기 공급관의 외주면 및 상기 환수관의 외주면에 각각 결합되는 복수개의 탄성부; 및 상기 복수개의 탄성부의 외면에 결합되어 상기 공급관 및 상기 환수관을 서로 이격시키고, 상기 공급관의 중심축과 상기 환수관의 중심축이 서로 평행상태가 되도록 상기 공급관과 상기 환수관을 정렬시키는 클램핑부;를 포함할 수 있다.

상기 열교환 관에 설치되어 상기 지하수의 수질을 측정하는 수질 측정 센서;를 더 포함할 수 있다.

상기 열교환 관에 전기적으로 연결되어 상기 열교환 관에 부식이 발생하는 것을 방지하도록 구성되는 희생양극;을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 지중 열교환 장치는 축 방향으로 서로 연결 가능한 복수개의 열교환 유닛을 포함하는 지중 열교환 장치로서, 상기 열교환 유닛은, 그 일단부 및 그 타단부에 다른 열교환 유닛과 결합 가능한 결합부가 마련되는 열교환 관; 및 상기 열교환 관의 외주면에 접합되고, 상기 열교환 관이 연장되는 방향을 따라 상기 열교환 관의 일단부에서 타단부를 향해 나선형상으로 연장되는 열교환 핀;을 포함한다.

상기 지중 열교환 장치는, 지중의 지하수와 접촉하지 않는 제1 열교환 유닛; 및 상기 지중의 지하수와 접촉하는 제2 열교환 유닛;을 포함하고, 상기 제2 열교환 유닛에 마련된 열교환 핀의 피치는 상기 제1 열교환 유닛에 마련된 열교환 유닛의 피치보다 작도록 구성될 수 있다.

상기 제2 열교환 유닛에 마련된 열교환 핀의 피지는 상기 열교환 관의 일단부에서 타단부를 향할수록 점차 증가하도록 구성될 수 있다.

상기 제1 열교환 유닛에 마련된 열교환 핀의 피치는 등간격으로 이격 배치되도록 구성될 수 있다.

상기 결합부는, 상기 열교환 관의 일단부에 마련되고, 상기 다른 열교환 유닛의 타단부에 마련된 소켓부와 결합 가능한 플러그부; 및 상기 열교환 관의 타단부에 마련되고, 상기 다른 열교환 유닛의 일단부에 마련된 플러그부와 결합 가능한 소켓부;를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 열교환 핀이 열교환 관의 외주면에 나선 형태로 접합되므로, 열교환 관의 제작이 용이하여 생산성이 향상된다.

또한, 열교환 핀이 열교환 관이 연장되는 방향을 따라 열교환 관의 전 구간에 등간격으로 이격 배치될 수 있고, 열교환 관의 일 구간에서 피치 조절이 가능하여, 열교환 면적이 증대되고, 열교환 효율이 극대화 될 수 있다.

또한, 외부로부터 유체가 유입되는 공급관과, 열교환된 유체가 외부로 유출되는 환수관을 직선형태로 형성함으로써, 신속한 유체의 순환이 가능하고, 이를 통해 냉난방 시스템에 신속히 열교환된 유체를 공급할 수 있다.

도 1은 종래의 지중 열교환 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지중 열교환 장치가 적용된 냉난방 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지중 열교환 장치의 일부를 나타낸 사시도이다.
도 4는 도 2에서 “A”부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지중 열교환 장치의 열교환 핀이 나선지지부재에 지지된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 지중 열교환 장치에서 열교환 관에 결합된 열교환 핀 일부의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 지중 열교환 장치에서 공급관에 환수관 보다 더 많은 수량의 나선판이 마련된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 지중 열교환 장치에서 공급관 및 환수관에 클램핑부재가 결합된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 10은 도 9의 클램핑부재가 분해된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지중 열교환 장치가 적용된 냉난방 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 12는 도 11의 “B” 부분의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 다양한 실시 예를 보다 상세하게 설명한다. 본 명세서에 기재된 실시 예는 다양하게 변형될 수 있다. 특정한 실시예가 도면에서 묘사되고 상세한 설명에서 자세하게 설명될 수 있다. 그러나, 첨부된 도면에 개시된 특정한 실시 예는 다양한 실시 예를 쉽게 이해하도록 하기 위한 것일 뿐이다. 따라서, 첨부된 도면에 개시된 특정 실시 예에 의해 기술적 사상이 제한되는 것은 아니며, 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 균등물 또는 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성요소들은 상술한 용어에 의해 한정되지는 않는다. 상술한 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

한편, 본 명세서에서 사용되는 구성요소에 대한 "모듈" 또는 "부"는 적어도 하나의 기능 또는 동작을 수행한다. 그리고, "모듈" 또는 "부"는 하드웨어, 소프트웨어 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합에 의해 기능 또는 동작을 수행할 수 있다. 또한, 특정 하드웨어에서 수행되어야 하거나 적어도 하나의 프로세서에서 수행되는 "모듈" 또는 "부"를 제외한 복수의 "모듈들" 또는 복수의 "부들"은 적어도 하나의 모듈로 통합될 수도 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

그 밖에도, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그에 대한 상세한 설명은 축약하거나 생략한다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지중 열교환 장치(100)가 적용된 냉난방 시스템(1)을 개략적으로 나타낸 개념도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지중 열교환 장치(100)(이하 ‘지중 열교환 장치(100)’라 함)는 냉난방 시스템(1)에 적용된다.

냉난방 시스템(1)은 지중(ground)에 매설되어 유체를 순환시켜 지열과 열교환시키는 지중 열교환 장치(100)와, 지중 열교환 장치(100)로부터 전달된 열교환된 유체를 냉난방에 필요한 열매체와 열교환시키고, 이를 통해 냉난방 장치에 열원을 공급하는 냉난방부(200)를 포함할 수 있다.

여기서, 도면에는 도시되지 않았으나, 냉난방부(200)는 다수의 기능 유니트를 포함할 수 있다.

더 자세하게는, 냉난방부(200)는 실내를 냉방 또는 난방 시키도록 구성되는 냉난방 유니트, 지중 열교환 장치(100)를 통해 공급되는 유체와 열교환되어 흐르는 열매체를 냉난방 유니트로 공급하는 히트펌프 유니트 및 지중 열교환 장치(100), 냉난방 유니트 및 히트펌프 유니트를 연결하는 이송라인을 포함할 수 있다. 그러나, 냉난방 시스템(1)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 구성들이 추가되거나, 변경될 수 있다.

지중 열교환 장치(100)는 지중(ground)에 매설되고, 상술한 냉난방부(200)와 연결되는 열교환 관(110)과, 열교환 관(110)의 외주면에 접합되어 열교환 관(110)에 일체로 마련되는 열교환 핀(120)을 포함한다.

열교환 관(110)은 냉난방부(200)로부터 유입되어 흐르는 유체가 열교환된 후, 다시 냉난방부(200)로 이송될 수 있도록 “∪”형 구조로 형성될 수 있다.

또한, 열교환 관(110)은 복수개의 파트들이 서로 결합된 형태로 형성될 수 있다.

도 3은 본 지중 열교환 장치의 일부를 나타낸 사시도이다.

도 3을 참조하면, 열교환 관(110)은 외부로부터 유입된 유체를 지중의 하측으로 안내하는 공급관(110a), 공급관(110a)을 통과한 유체를 지중의 상측으로 안내하는 환수관(110b) 및 공급관(110a)과 환수관(110b)을 연결하고, 공급관(110a)을 통과한 유체의 방향을 전환하여 환수관(110b) 측으로 안내하는 연결관(110c)을 포함할 수 있다. 유체는 공급관(110a), 환수관(110b)과 연결관(110c)의 내부를 따라 흐르는 과정에서 열교환이 이루어질 수 있다.

공급관(110a) 및 환수관(110b)은 각각 결합부(112)를 통하여 연결관(110c)에 연결될 수 있다. 예컨대, 결합부(112)는 상호 체결 가능한 암수구조를 가지도록 구성될 수 있으며, 암수구조 이외에 다양한 체결구조를 가지도록 구성될 수도 있다.

공급관(110a), 환수관(110b) 및 연결관(110c) 각각의 길이와 직경은 매설 지역의 깊이 또는 냉난방부(200)의 용량에 따라 결정될 수 있다.

공급관(110a)의 외주면 및 환수관(110b)의 외주면에는 각각 열교환 핀(120)이 결합될 수 있다. 이에 따라, 유체가 순환되는 전 과정에서 열교환이 이루어져 유체의 열교환 효율이 극대화 될 수 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 열교환 핀(120)은 열교환 관(110)이 연장되는 방향을 따라 열교환 관(110)의 일단부에서 타단부를 향해 나선형상으로 연장되고, 열교환 관(110)을 이동중인 유체에 지중의 열을 전달하거나, 지중에 유체의 열을 전달하여 유체를 열교환 시킨다.

구체적으로, 열교환 핀(120)은 그 내측에 열교환 관(110)의 외주면에 대응되는 관통공을 포함하고, 유체와 지중 사이에서 신속히 열교환을 수행할 수 있도록 열교환 관(110)보다 얇은 두께를 가지는 복수의 나선판들(120a)을 포함할 수 있다. 그러나, 열교환 핀(120)은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 매설 지역의 지중환경을 고려하여 다양한 형태로 변경되어 적용될 수 있다.

열교환 핀(120)은 열교환 관(110)의 외주면에 결합된 후, 용접 또는 열융착 또는 초음파 융착 등을 통하여 열교환 관(110)의 외주면에 접합될 수 있으므로, 열교환 관(110)의 외주면에 접합되기 전, 열교환 관(110)의 길이 방향을 따라 복수개의 나선판들(120a)의 조밀도를 달리하여 배치하거나, 복수개의 나선판들(120a)의 위치를 조절할 수 있다. 여기서 조밀도는 단위 길이당 배치되는 나선판(120a)의 수량을 의미한다.

따라서, 매설 지역의 지중환경 등을 고려하여 열교환 관(110)의 특정 부분에 복수개의 나선판(120a)을 더 집중적으로 배치하여 유체의 열교환 효율을 극대화할 수 있다.

도 4는 도 2에서 “A”부분을 확대하여 도시한 도면이고, 도 8은 지중 열교환 장치에서 공급관에 환수관 보다 더 많은 수량의 나선판이 마련된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 8을 참조하면, 공급관(110a)의 외주면에는 환수관(110b)의 외주면 보다 더 많은 수의 나선판(120a)이 배치될 수 있다. 즉, 공급관(110a)에 배치된 나선판(120a)의 조밀도가 환수관(110b)에 배치된 나선판(120a)의 조밀도보다 더 클 수 있다.

지상의 환경적 영향을 많이 받는 지중의 상측에 비해 상대적으로 일정 온도로 유지되는 지중의 하측으로 유체가 이동되는 과정에서 유체의 열교환 효율이 극대화 될 수 있도록, 공급관(110a)의 외주면에는 환수관(110b)의 외주면 보다 더 많은 수의 나선판(120a)이 배치될 수 있다.

열교환 효율이 극대화 될 수 있도록, 공급관(110a)은 금속성소재로 마련되고, 환수관(110b) 및 연결관(110c)은 공급관(110a)과 동일한 금속성소재로 마련되거나, 비금속성소재로 마련될 수 있다. 예컨대, 금속성소재는 스테인리스 스틸(Stainless Steel) 소재 또는 서스(SUS, Stainless Use Steel) 소재 등을 포함할 수 있으며, 비금속성 소재는 폴리에틸렌(PE, Polyethylene) 소재를 포함할 수 있다. 그러나, 공급관(110a), 환수관(110b) 및 연결관(110c)의 재질은 반드시 상술한 스테인리스 스틸 소재, 서스 소재, 폴리에틸렌 소재로만 한정되는 것은 아니며, 다양한 소재로 변경될 수 있다.

도 4를 참조하면, 열교환 핀(120)은 열교환 관(110)의 일단부에서 타단부를 향할수록 피치(pitch)가 점차 증가하도록 구성될 수 있다. 피치(pitch)는 서로 인접한 나선판들(120a) 사이의 거리를 의미한다.

따라서, 매설 지역의 지중(ground)에 지하수(water)가 존재할 경우, 지하수에 노출되도록 배치되는 열교환 관(110)의 제1 구간(P1)에는, 지중에 노출되도록 배치되고, 제1 구간(P1)과 동일한 길이를 가지는 열교환 관(110)의 제2 구간(P2) 보다 더 많은 수의 나선판들(120a)이 마련될 수 있다. 즉, 제1 구간(P1)에 포함된 인접한 나선판들(120a) 사이의 거리(d1)가 제2 구간(P2)에 포함된 인접한 나선판들(120a) 사이의 거리(d2)보다 짧으며, 이는 제1 구간(P1)의 피치가 제2 구간(P2)의 피치보다 작다는 것을 의미한다.

공기를 통한 열 전달보다 지하수를 통한 열전달이 더 효율이 높으므로, 지하수에 노출되는 열교환 관(110)의 제1 구간(P1)의 열전달 면적을 크게 하는 것이 공기 중에 노출되는 열교환 관(110)의 제2 구간(P2)의 열전달 면적을 크게 하는 것보다 더 효율적이다.

따라서 지하수에 노출되는 열교환 관(110)의 제1 구간(P1)의 열교환 효율이 극대화될 수 있도록, 열교환 관(110)의 제2 구간(P2)보다 열교환 관(110)의 제1 구간(P1)에 더 많은 수의 나선판들(120a)이 집중 배치되도록 구성할 수 있다. 즉, 제1 구간(P1)의 피치가 제2 구간(P2)의 피치보다 더 작게 구성됨으로써, 더욱 효과적으로 열교환 효율이 향상될 수 있다.

열교환 효율이 극대화 될 수 있도록, 열교환 관(110)의 제1 구간(P1)은 금속성소재로 마련되고, 열교환 관(110)의 제2 구간(P2)은 열교환 관(110)의 제1 구간(P1)과 동일한 금속성소재로 마련되거나, 비금속성소재로 마련될 수 있다.

도 5는 지중 열교환 장치의 열교환 핀이 나선지지부재에 지지된 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 열교환 핀(120)은 열교환 관(110)의 외주면에 접합되기 전에 열교환 관(110)의 외주면에 결합되고, 열교환 핀(120)의 나선판들(120a)은 미리 설정된 위치에 배치될 수 있다.

열교환 관(110)의 외주면에는 나선지지부재(160)가 마련되고, 나선지지부재(160)는, 열교환 핀(120)이 열교환 관(110)의 외주면에 접합되기 전, 열교환 핀(120)과 결합되어 복수개의 나선판들(120a)을 미리 설정된 위치로 정렬시킬 수 있다.

나선지지부재(160)는 홈 또는 돌기 형태로 형성되어 열교환 관(110)이 연장되는 방향을 따라 열교환 관(110)의 외주면에 복수로 마련될 수 있다.

나선지지부재(160)는 열교환 관(110)의 외주면에 접촉되는 열교환 핀(120)의 일단부와 결합되어 열교환 핀(120)의 나선판들(120a)을 미리 설정된 위치에 정렬시킬 수 있다.

나선지지부재(160)에 의해, 열교환 핀(120)은 열교환 관(110)의 외주면에 안정적으로 고정되어, 중심축 방향으로의 유동이 제한될 수 있으며, 미리 설정된 위치에 배치된 나선판들(120a) 간의 간격이 유지될 수 있다.

또한, 열교환 핀(120)이 열교환 관(110)에 접합되기 전에, 나선지지부재(160)에 의해 열교환 핀(120)의 나선판들(130a)이 설정된 위치에 정확히 배치되므로, 열교환 핀(120)의 위치를 재정렬 시키는 작업이 불필요하고, 작업시간을 단축되어 생산성이 향상될 수 있다.

나선지지부재(160)는, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 열교환 관(110)의 외주면으로부터 내측으로 소정 깊이만큼 함몰 형성되는 나선 형상의 홈 형태로 마련될 수 있다. 열교환 핀(120)의 일단부는 나선 형상의 홈 형태로 마련된 나선지지부재(160)에 삽입될 수 있다.

다른 실시예로 나선지지부재(160’)는 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 열교환 관(110)의 외주면으로부터 외측으로 소정 길이 돌출되는 나선 형상의 돌기 형태로 마련될 수 있다. 열교환 핀(120)의 일면은 돌기 형태로 마련된 나선지지부재(160’)에 지지될 수 있다.

그러나, 나선지지부재(160, 160’)는 반드시 홈이나 돌기 형태로 한정되는 것은 아니며, 다양한 다른 형태로 변경되어 적용될 수 있다.

나선지지부재(160, 160’)에는 접착층(미도시)이 마련될 수 있다.

접착층은 나선지지부재(160, 160’)의 표면에 마련되고, 일정 온도 이상의 열이 가해질 경우 용융되었다가, 열이 제거될 경우 경화되도록 구성될 수 있다.

열교환 핀(120)을 열교환 관(110)의 외주면에 접합하는 과정에서, 열교환 핀(120)에 일정 온도 이상의 열이 가해지면, 접착층이 열교환 핀(120)과 나선지지부(160) 사이에서 용융되고, 열이 제거되면 서서히 경화되어 열교환 핀(120)과 열교환 관(110)을 결속시킬 수 있다. 접착층에 의해, 열교환 핀(120)이 열교환 관(110)에 견고하게 고정될 수 있다.

열교환 핀(120)은 루버(Louver) 구조를 포함할 수 있다.

도 6 및 도 7은 지중 열교환 장치에서 열교환 관에 결합된 열교환 핀 일부의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 6을 참조하면, 열교환 핀(120)은, 열교환 관(110)의 외주면에 접합되는 나선형상의 핀 몸체(121), 핀 몸체(121)의 적어도 일 부분이 절개되어 형성되는 복수개의 관통공(122) 및 복수개의 관통공(122)을 지나는 공기를 안내하는 안내부재(123)를 포함할 수 있다.

복수개의 관통공(122)은 핀 몸체(121)의 둘레를 따라 서로 이격 배치되고, 지중의 공기를 안내부재(123) 측으로 유도하여 안내부재(123)와 공기와의 열전달이 원활하게 이루어지도록 한다.

안내부재(123)는 핀 몸체(121)의 외면과 소정 각도를 이루고, 복수개의 관통공(122)에 대응되도록 핀 몸체(121)의 둘레를 따라 복수로 배치될 수 있다.

따라서, 핀 몸체(121)의 외면에 접촉되는 공기는 복수개의 관통공(122)으로 유입되면서, 핀 몸체(121)의 내면에 접촉됨과 동시에, 안내부재(123)에 접촉되어 열교환을 수행하게 된다.

열교환 핀(120)에 형성된 복수개의 관통공(122) 및 복수개의 안내부재(123)에 의해, 지중의 공기와 접촉되는 열교환 핀(120)의 접촉 면적이 실질적으로 증대되고, 이를 통해 열교환 효율이 향상된다.

아울러, 복수개의 관통공(122) 및 복수개의 안내부재(123)를 통하여, 열교환 핀(120)의 표면에 지중 공기 중에 포함된 수분이 착상(着霜)되는 것이 방지되거나, 착상(着霜)의 진행 정도가 지연될 수 있다.

복수개의 열교환 핀(120)에는 적어도 하나의 곡면이 마련될 수 있다.

도 7을 참조하면, 핀 몸체(121)와, 복수개의 안내부재(123)의 표면에는 공기를 흐름을 유도하는 곡면이 마련될 수 있다.

핀 몸체(121)의 상면 및 하면, 그리고 각 안내부재(123)의 상면 및 하면에는 소정의 곡률을 가지고 하측 또는 상측 방향으로 굽어지는 라운드(round) 형상의 곡면이 마련될 수 있다.

핀 몸체(121) 및 안내부재(123)에 접촉되는 지중의 공기가 핀 몸체(121)의 내면측으로 안내되어 핀 몸체(121)의 내측에 보다 오랜 시간 머물게 되므로 유체의 열교환 효율이 향상될 수 있다. 또, 지중의 공기가 안내부재(123)에 형성된 곡면을 따라 이동하는 과정에서 와류(vortex) 또는 난기류(turbulence)가 발생되어 유체의 열교환 효율이 향상될 수 있다.

지중 열교환 장치(100)는 클램핑부재(130)를 더 포함할 수 있다.

도 9는 지중 열교환 장치에서 공급관 및 환수관에 클램핑부재가 결합된 상태를 나타낸 사시도이고, 도 10은 도 9의 클램핑부재가 분해된 상태를 나타낸 사시도이다.

도 2 및 도 9를 참조하면, 클램핑부재(130)는 적어도 하나 이상 마련되어 공급관(110a) 및 환수관(110b)에 결합될 수 있다.

공급관(110a) 및 환수관(110b)에 결합된 클램핑부재(130)는 공급관(110a) 및 환수관(110b)을 서로 이격시키고, 클램핑부재(130)가 결합된 상태에서 공급관(110a) 및 환수관(110b)은 서로 평행하게 배치될 수 있다.

클램핑부재(130)는 공급관(110a) 및 환수관(110b)에 설치되는 열교환 핀(120)과 겹치지 않도록 공급관(110a) 및 환수관(110b)의 상단부와 하단부에 각각 결합될 수 있다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 클램핑부재(130)는 복수개의 탄성부(131)와, 클램핑부(132)를 포함할 수 있다.

복수개의 탄성부(131)는 공급관(110a)의 외주면 및 환수관(110b)의 외주면에 각각 결합되고, 관으로부터 전달되는 진동 혹은 충격 등을 흡수 및 분산시킬 수 있도록 고무 또는 실리콘 등과 같은 탄성을 가지는 재질로 형성될 수 있다.

클램핑부(132)는 복수개의 탄성부(131)의 외면에 결합되어 공급관(110a) 및 환수관(110b)을 서로 이격시키고, 공급관(110a)의 중심축(ca1)과 환수관(110b)의 중심축(ca2)이 서로 평행상태가 되도록 공급관(110a)과 환수관(110b)을 정렬시킬 수 있다.

클램핑부(132)는 공급관(110a) 및 환수관(110b)에 결합된 탄성부재(131)의 일 측을 수용할 수 있도록 탄성부(131)의 일 측 외면에 대응되는 수용홈(132a1)을 포함하고, 탄성부(131)의 일 측을 지지하는 제1 지지부재(132a), 제1 지지부재(132a)에 대향 배치되고, 탄성부(131)의 타 측 외면에 대응되는 수용홈(132b1)을 포함하며, 탄성부(131)의 타 측을 지지하는 제2 지지부재(132b), 및 제1 지지부재(132a)와 제2 지지부재(132b)를 가압하여 제1 지지부재(132a)와 제2 지지부재(132b)를 서로 결합시키는 체결부재(132c)를 포함할 수 있다.

공급관(110a) 및 환수관(110b)은 외측에 결합된 클램핑부재(130)를 통해, 서로 이격된 상태로 평행하게 유지되고, 냉난방 시스템(1)에 마련된 이송라인 또는 연결관(100c)이 결합되는 경우에도 공급관(110a) 또는 환수관(110b)의 축의 위치가 어긋나거나 공급관(110a) 또는 환수관(110b)이 정해진 위치로부터 이탈되는 것이 방지될 수 있다.

지중 열교환 장치(100)는 수질 측정 센서(140)를 더 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 수질 측정 센서(140)는 지하수에 노출된 열교환 관(110)의 제1 구간(P1)에 설치되어 지하수의 수질을 측정할 수 있다.

수질 측정 센서(140)는 지하수에 노출된 열교환 관(110)의 제1 구간(P1)에 설치되어 지하수의 수온, 탁도, 전기전도도, 잔류염소, pH 등을 측정하고, 냉난방 시스템(1)에 마련된 제어장치(미도시)로 측정 정보를 전송할 수 있다.

지중 열교환 장치(100)는 희생양극(150)을 더 포함할 수 있다.

도 2를 참조하면, 희생양극(150)은 서스(SUS) 등과 같은 금속성 소재로 마련되는 열교환 관(110)보다 더 낮은 전위를 갖는 금속성 소재로 마련되고, 열교환 관(110)에 전기적으로 연결되어, 시간이 경과함에 따라 열교환 관(110)을 대신하여 부식될 수 있다. 희생양극(150)은 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al), 아연(Zn) 등을 포함할 수 있다.

즉, 서스(SUS) 등과 같은 금속성 소재로 마련되는 열교환 관(110)과, 열교환 관(110)보다 더 낮은 전위를 갖는 금속성 소재로 마련되는 희생양극(150)을 도체로 연결해 놓으면, 열교환 관(110)과 희생양극(150)의 전위차에 의해 전류는 연결된 도체를 통해 희생양극(150) 쪽으로 흐르게 되고, 희생양극(150)에서 빠져나가는 전자는 열교환 관(110)에 흡수된다. 이에 따라, 희생양극(150)은 열교환 관(110)을 대신하여 부식되고, 반대로 열교환 관(110)은 희생양극(150)에 의해 부식이 방지될 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지중 열교환 장치(100’)에 대하여 설명한다.

참고로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지중 열교환 장치(100’)를 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 본 지중 열교환 장치(100)를 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하고, 동일하거나 중복된 설명은 생략하기로 한다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 지중 열교환 장치가 적용된 냉난방 시스템을 개략적으로 나타낸 개념도이고, 도 12는 도 11의 “B” 부분의 단면 구조를 개략적으로 나타낸 도면이다.

도 11을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 지중 열교환 장치(100’)(이하 ‘지중 열교환 장치(100’)’라 함)는 축 방향으로 서로 연결 가능한 복수개의 열교환 유닛(U1, U2, U3, U4, U5)을 포함한다.

복수개의 열교환 유닛(U1, U2, U3, U4, U5)은 매설 지역의 환경 또는 냉난방 시스템(1)의 용량에 따라 서로 연결되어 선택적으로 연장 또는 축소될 수 있다. 도 11에서는 지중 열교환 장치(100’)가 다섯 개의 열교환 유닛(U1, U2, U3, U4, U5)을 포함하는 것으로 도시하였으나, 지중 열교환 장치(100’)는 4개 이하 또는 6개 이상의 열교환 유닛을 포함할 수 있다.

제1 열교환 유닛(U1)은 그 일단부 및 타단부에 제2 열교환 유닛(U2) 및 제3 열교환 유닛(U3)과 결합 가능한 결합부(112)가 마련되는 열교환 관(110) 및 열교환 관(110)의 외주면에 접합되고, 열교환 관(110)이 연장되는 방향을 따라 열교환 관(110)의 일단부에서 타단부를 향해 나선형상으로 연장되는 열교환 핀(120)을 포함한다.

열교환 관(110)은 냉난방부(200)로부터 유입되어 흐르는 유체가 열교환된 후, 다시 냉난방부(200)로 이송될 수 있도록 “∪”형 구조로 형성될 수 있으며, 복수개의 파트들이 서로 결합된 형태로 형성될 수 있다.

도 12를 참조하면, 결합부(112)는 플러그부(1121) 및 소켓부(1122)를 포함할 수 있다.

플러그부(1121)는 제1 열교환 유닛(U1)의 열교환 관(110)의 일단부(E1)에 마련되고, 제2 열교환 유닛(U2)의 열교환 관(110)의 타단부(E2’)에 마련된 소켓부(1122)와 결합될 수 있다.

소켓부(1122)는 제1 열교환 유닛(U1)의 열교환 관(110)의 타단부(E2)에 마련되고, 제3 열교환 유닛(U3)의 열교환 관(110)의 일단부(E1”)에 마련된 플러그부(1121)와 결합될 수 있다.

플러그부(1121)와 소켓부(1122)는 열교환 관(110)과 연통 가능하도록 관형태로 형성될 수 있다.

플러그부(1121)와 소켓부(1122)는 서로 대응되는 요철구조로 형성될 수 있다. 플러그부(1121)와 소켓부(1122)의 결합 시, 플러그부(1121)는 소켓부(1122)의 내부로 삽입되고, 소켓부(1122)는 내부로 삽입된 플러그부(1121)의 외면을 가압하여 플러그부(1121)를 고정시킬 수 있다.

플러그부(1121)의 외주면에는 원호 형상의 홈부(1121a)가 마련되고, 소켓부(1122)에는 플러그부(1121)가 내부로 삽입된 후 홈부(1121a)를 가압하여 플러그부(1121)를 고정시키는 회전암(1122a)이 구비될 수 있다. 소켓부(1122)의 내부에는 소켓부(1122)에 결합된 플러그부(1121)의 단부에 배치되어 플러그부(1121)와 소켓부(1122) 사이를 실링하는 실링부재(1123)가 더 마련될 수 있다.

플러그부(1121)와 소켓부(1122)는 알루미늄, 서스(SUS), 황동(BRASS) 및 폴리프로필렌(PP, Polypropylene) 중 적어도 어느 하나의 재질로 형성되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 재질로 변경되어 적용될 수 있다.

도 11을 참조하면, 열교환 핀(120)은 열교환 관(110)이 연장되는 방향을 따라 열교환 관(110)의 일단부에서 타단부를 향해 나선형상으로 연장되고, 열교환 관(110)을 이동중인 유체에 지중의 열을 전달하거나, 지중에 유체의 열을 전달하여 유체를 열교환 시킨다.

도 11을 참조하면, 매설 지역의 지중(ground)에 지하수(water)가 존재할 경우, 지하수에 접촉하는 제2 열교환 유닛(U2)에 마련된 열교환 핀(120)의 피치는, 지하수와 접촉하지 않는 제1 열교환 유닛(U1)에 마련된 열교환 핀(120)의 피치(pitch)보다 작게 구성될 수 있다. 피치는 서로 인접한 나선판들(120a) 사이의 거리를 의미한다.

즉, 공기를 통한 열 전달보다 지하수를 통한 열전달이 더 효율이 높으므로, 지하수에 노출되는 제2 열교환 유닛(U2)의 열전달 면적을 크게 하는 것이 공기 중에 노출되는 제1 열교환 유닛(U1)의 열전달 면적을 크게 하는 것보다 더 효율적이다.

따라서, 지하수에 접촉하는 제2 열교환 유닛(U2)에 지하수와 접촉하지 않는 제1 열교환 유닛(U1) 보다 더 많은 수의 나선판들(120a)이 마련됨으로써, 더욱 효과적으로 열교환 효율이 향상될 수 있다.

열교환 효율이 극대화 될 수 있도록, 지하수에 접촉하는 제2 열교환 유닛(U2)은 금속성소재로 마련될 수 있다.

또한, 제2 열교환 유닛(U2)에 마련된 열교환 핀(120)의 피치는 열교환 관(110)의 일단부에서 타단부를 향할수록 점차 증가하고, 제1 열교환 유닛(U1)에 마련된 열교환 핀(120)의 피치는 열교환 관(110)의 일단부에서 타단부를 향하여 동일할 수 있다.

도 5를 참조하면, 열교환 핀(120)은 열교환 핀(120)이 열교환 관(110)의 외주면에 접합되기 전, 열교환 핀(120)과 결합되어 복수개의 나선판들(120a)을 미리 설정된 위치로 정렬시키는 나선지지부재(160, 160’)를 포함할 수 있다.

열교환 핀(120)은 루버(Louver) 구조를 포함할 수 있다.

따라서, 핀 몸체(121)의 외면에 접촉되는 공기는 복수개의 관통공(122)으로 유입되면서, 핀 몸체(121)의 내면과 안내부재(123)에 접촉되어 열교환을 수행하고, 이를 통해 열교환 효율이 향상된다.

지중 열교환 장치(100’)는 클램핑부재(130)를 더 포함할 수 있다.

도 11을 참조하면, 클램핑부재(130)는 복수개의 열교환 유닛 (U1, U2, U3, U4, U5)이 연장되는 방향을 따라 적어도 하나 이상 마련되고, 각 열교환 유닛(U1, U2, U3, U4, U5)에 구비된 복수개의 열교환 관(110)에 결합되어 복수개의 열교환 관(110)을 서로 이격시킬 수 있다.

지중 열교환 장치(100’)는 수질 측정 센서(140)를 더 포함할 수 있다.

수질 측정 센서(140)는 지하수에 접촉되는 제2 열교환 유닛(U)에 설치되어 지하수의 수온, 탁도, 전기전도도, 잔류염소, pH 등을 측정하고, 냉난방 시스템(1)에 마련된 제어장치(미도시)로 측정 정보를 전송할 수 있다.

지중 열교환 장치(100’)는 희생양극(150)을 더 포함할 수 있다.

희생양극(150)은 서스(SUS) 등과 같은 금속성 소재로 마련되는 열교환 관(110)보다 더 낮은 전위를 갖는 금속성 소재로 마련되고, 열교환 관(110)에 전기적으로 연결되어, 시간이 경과함에 따라 열교환 관(110)을 대신하여 부식될 수 있다.

이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 열교환 핀(120)이 열교환 관(110)의 외주면에 나선 형태로 접합되므로, 열교환 관(110)의 제작이 용이하여 생산성이 향상된다.

또한, 열교환 핀(120)이 열교환 관(110)이 연장되는 방향을 따라 열교환 관(110)의 전 구간에 등간격으로 이격 배치될 수 있고, 열교환 관(110)의 일 구간에서 피치 조절이 가능하여, 열교환 면적이 증대되고, 열교환 효율이 극대화 될 수 있다.

또한, 외부로부터 유체가 유입되는 공급관(110a)과, 열교환된 유체가 외부로 유출되는 환수관(110b)을 직선형태로 형성함으로써, 신속한 유체의 순환이 가능하고, 이를 통해 냉난방 시스템(1)에 신속히 열교환된 유체를 공급할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안 될 것이다.

1. 냉난방 시스템
100, 100’. 지중 열교환 장치
110. 열교환 관
110a. 공급관
110b. 환수관
110c. 연결관
111. 가이드 홈
112. 결합부
1121. 플러그부
1121a. 홈부
1122. 소켓부
1122a. 회전암
1123. 실링부재
120. 열교환 핀
120a. 나선판
121. 핀 몸체
122. 관통공
123. 안내부재
130. 클램핑부재
131. 탄성부
132. 클램핑부
132a. 제1 지지부재
132a1. 수용홈
132b. 제2 지지부재
132b1. 수용홈
132c. 체결부재
140. 수질 측정 센서
150. 희생양극
160, 160’. 나선지지부재
200. 냉난방부
U. 열교환 유닛

Claims

지중에 매설되고, 그 내부로 유체가 흐르는 열교환 관; 및
상기 열교환 관의 외주면에 접합되고, 상기 열교환 관이 연장되는 방향을 따라 상기 열교환 관의 일단부에서 타단부를 향해 나선형상으로 연장되는 열교환 핀;
을 포함하고,
상기 열교환 핀은,
상기 열교환 관의 외주면에 접합되어 공기와 열교환을 수행하는 나선형상의 핀 몸체;
상기 핀 몸체의 적어도 일 부분이 절개되어 형성되고, 상기 나선형상의 핀 몸체 사이에서 상기 공기의 흐름을 가능하게 하는 복수개의 관통공; 및
상기 복수개의 관통공을 통해 상기 나선형상의 핀 몸체 사이에서 유동하는 상기 공기와 접촉되면서 열교환을 수행하는 안내부재;를 포함하는 지중 열교환 장치.
제1항에 있어서,
상기 열교환 핀은 서로 이격 배치되는 복수의 나선판들을 포함하고,
상기 열교환 핀의 피치(pitch)는 상기 열교환 관의 일단부에서 타단부를 향할수록 점차 증가하도록 구성되는 지중 열교환 장치.
제2항에 있어서,
상기 지중 열교환 장치는,
지중의 지하수와 접촉하는 제1 구간; 및
상기 지중의 지하수와 접촉하지 않는 제2 구간;
을 포함하고,
상기 제1 구간의 피치는 상기 제2 구간의 피치보다 작도록 구성되는 지중 열교환 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 구간은 금속성소재로 마련되고, 상기 제2 구간은 비금속성소재로 마련되는 지중 열교환 장치.
제1항에 있어서,
상기 열교환 관의 외주면에는, 상기 열교환 핀의나선판들을 지지하는 나선지지부재; 가 마련되는 지중 열교환 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 열교환 관은,
외부로부터 유입된 유체를 지중의 하측으로 안내하고, 그 외주면에 상기 열교환 핀이 결합되어 열교환을 수행하도록 구성되는 공급관;
상기 공급관을 통과하여 열교환된 유체를 지중의 상측으로 안내하고, 그 외주면에 상기 열교환 핀이 결합되어 열교환을 수행하도록 구성되는 환수관; 및
상기 공급관과 상기 환수관을 연결하고, 상기 공급관을 통과한 유체를 상기 환수관 측으로 안내하도록 구성되는 연결관;
을 포함하는 지중 열교환 장치.
제7항에 있어서,
상기 공급관의 외주면에는 상기 환수관의 외주면 보다 더 많은 수의 나선판이 배치되는 지중 열교환 장치.
제8항에 있어서,
상기 공급관은 금속성소재로 형성되고, 상기 환수관 및 상기 연결관은 비금속성소재로 마련되는 지중 열교환 장치.
제7항에 있어서,
상기 공급관 및 상기 환수관에 결합되어 상기 공급관 및 상기 환수관을 서로 이격시키는 적어도 하나의 클램핑부재;를 더 포함하는 지중 열교환 장치.
제10항에 있어서,
상기 클램핑부재는,
상기 공급관의 외주면 및 상기 환수관의 외주면에 각각 결합되는 복수개의 탄성부; 및
상기 복수개의 탄성부의 외면에 결합되어 상기 공급관 및 상기 환수관을 서로 이격시키고, 상기 공급관의 중심축과 상기 환수관의 중심축이 서로 평행상태가 되도록 상기 공급관과 상기 환수관을 정렬시키는 클램핑부;
를 포함하는 지중 열교환 장치.
제3항에 있어서,
상기 열교환 관에 설치되어 상기 지하수의 수질을 측정하는 수질 측정 센서;를 더 포함하는 지중 열교환 장치.
제1항에 있어서,
상기 열교환 관에 전기적으로 연결되어 상기 열교에 부식이 발생하는 것을 방지하도록 구성되는 희생양극;을 더 포함하는 지중 열교환 장치.
축 방향으로 서로 연결 가능한 복수개의 열교환 유닛을 포함하는 지중 열교환 장치로서,
상기 열교환 유닛은,
그 일단부 및 그 타단부에 다른 열교환 유닛과 결합 가능한 결합부가 마련되는 열교환 관; 및
상기 열교환 관의 외주면에 접합되고, 상기 열교환 관이 연장되는 방향을 따라 상기 열교환 관의 일단부에서 타단부를 향해 나선형상으로 연장되는 열교환 핀;
을 포함하고,
상기 열교환 핀은,
상기 열교환 관의 외주면에 접합되어 공기와 열교환을 수행하는 나선형상의 핀 몸체;
상기 핀 몸체의 적어도 일 부분이 절개되어 형성되고, 상기 나선형상의 핀 몸체 사이에서 상기 공기의 흐름을 가능하게 하는 복수개의 관통공; 및
상기 복수개의 관통공을 통해 상기 나선형상의 핀 몸체 사이에서 유동하는 상기 공기와 접촉되면서 열교환을 수행하는 안내부재;를 포함하는 지중 열교환 장치.
제14항에 있어서,
상기 지중 열교환 장치는,
지중의 지하수와 접촉하지 않는 제1 열교환 유닛; 및
상기 지중의 지하수와 접촉하는 제2 열교환 유닛;
을 포함하고,
상기 제2 열교환 유닛에 마련된 열교환 핀의 피치는 상기 제1 열교환 유닛에 마련된 열교환 유닛의 피치보다 작도록 구성되는 지중 열교환 장치.
제15항에 있어서,
상기 제2 열교환 유닛에 마련된 열교환 핀의 피치는 상기 열교환 관의 일단부에서 타단부를 향할수록 점차 증가하도록 구성되는 지중 열교환 장치.
제16항에 있어서,
상기 제1 열교환 유닛에 마련된 열교환 핀의 피치는 상기 열교환 관의 일단부에서 타단부를 향하여 동일하도록 구성되는 지중 열교환 장치.
제14항에 있어서,
상기 결합부는,
상기 열교환 관의 일단부에 마련되고, 상기 다른 열교환 유닛의 타단부에 마련된 소켓부와 결합 가능한 플러그부; 및
상기 열교환 관의 타단부에 마련되고, 상기 다른 열교환 유닛의 일단부에 마련된 플러그부와 결합 가능한 소켓부;
를 포함하는 지중 열교환 장치.