KR102635961B1 - 지열시스템용 누출 진단 장치와 이를 포함하는 누수검지가 가능한 지열 시스템 및 이의 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지열시스템용 누출 진단 장치와 이를 포함하는 누수검지가 가능한 지열 시스템 및 이의 시공 방법에 관한 것으로, 밀폐형 지중 지열시스템의 열교환관에서 누수가 발생하는 것을 확인하여 즉각적으로 알려줌으로써 신속한 보수작업을 통해 손실을 줄일 수 있고 또한 지중 지열시스템의 가동 중단없이 누수를 확인함으로써 비용 손실을 줄이는 동시에 냉난방효율 저하도 막는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 지열시스템용 누출 진단 장치는, 지중에 매설된 지열시스템용 열교환관의 내부를 순환하는 열매체가 상기 열교환관의 외부에 흐르는 것을 감지하는 누출감지수단과; 상기 누출감지수단의 감지 값을 원거리의 서버 또는 관리자의 휴대용 단말기로 전송하는 통신모듈과 상기 누출감지수단서의 감지 값을 보여주는 디스플레이 중 하나 이상; 상기 누출감지수단의 감지 값을 근거로 하여 상기 열매체의 누출을 판단하는 컨트롤러를 포함하고, 상기 누출감지수단은 상기 열교환관 주변에서 열매체를 감지하는 누수센서, 상기 열매체의 소리를 감지하는 청음센서, 상기 열교환관의 주변을 촬영하는 카메라, 상기 열교환관의 주변 온도를 감지하는 온도센서, 상기 열매체의 첨가제 성분을 감지하는 성분센서 중 하나 이상이며, 상기 컨트롤러는 상기 누수감지수단에서 출력되는 감지 값인 누수 데이터, 소리 데이터, 영상 데이터, 온도 데이터를 각각 기준 데이터와 비교하여 누수를 판단하고, 상기 누출감지수단의 감지 값을 상기 열교환관의 누수를 판단하는 정보로 하여 원거리의 서버나 휴대용 단말기에 제공한다.

Description

지열시스템용 누출 진단 장치와 이를 포함하는 누수검지가 가능한 지열 시스템 및 이의 시공 방법{Leak detection device for geothermal system and geothermal system and method for constructing this geothermal system}

본 발명은 지열시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 밀폐형 지열 시스템에서 지중에 매설된 열교환관의 누수를 확인하는 지열시스템용 누출 진단 장치와 이를 포함하는 누수검지가 가능한 지열 시스템 및 이의 시공 방법에 관한 것이다.

이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.

지열이란 지하수가 갖고 있는 열과 지중의 열을 통칭하는 것으로서 일반적으로 지표하부를 100미터이상 500미터 내외의 깊은 깊이로 굴착한 후 이곳에 열교환을 위한 파이프를 묻어 열교환매체를 순환시키거나 심정 펌프를 통해 지하수를 양수한 후 히트펌프를 사용하여 지하수의 열을 회수하는 지중 열교환 장치를 통해 사용된다.

지중 열교환 장치는 크게 개방형 지중 열교환 장치와 밀폐형(폐쇄형) 지중 열교환 장치로 구분된다.

개방형 지중 열교환 장치는 일반 지하수 심정과 동일한 구조와 시설을 갖추고 있으며 단지 지하수를 양수하여 물로서 사용하지 않고 지하수가 가지고 있는 열을 이용한 다음 다시금 양수하였던 지하수 심정 내부로 되돌려 주입하는 형태이며, 심정이 지상으로 노출되어짐으로써 지하수 오염의 우려가 높은 방식이라 할 수 있다.

밀폐형 지중 열교환기 장치는 굴착된 지열 굴착공 내부에 지중 열교환을 할 수 있도록 하부가 U밴드로 연결된 두 가닥 또는 4가닥의 지열 코일관을 바닥까지 삽입하여 설치한 다음 굴착공벽과 지열 코일관들 사이를 그라우트제재로 충진하여 고정한 것으로, 지열 코일관을 통해 지상에서 열교환되어 보유한 열을 지중에 다시금 교환하는 기능만을 하게 됨으로써 항시 폐쇄된 순환배관 내부에 열교환을 위한 열교환매체(브라인)가 순환펌프에 의해 순환될 뿐 지하수와 직접 접촉되지는 않게 됨으로써 개방형 지중 열교환기 장치에 비해서는 지하수 오염이 없어 지하수 환경 보전적인 측면에서는 적극 권장 되어져야 할 시스템이라 할 수 있다.

또한, 밀폐형(수직) 지열시스템은 순환펌프가 기계실 내에 설치되어 운영되고 모든 열교환기가 지중에 매설됨으로써 운영자 측면에서는 유지관리가 단순하고 편리하여 특히 관리자들이 선호하는 지열시스템이다.

반면에 지중열교환기와 이들을 연결한 배관으로 구성된 트렌치배관에서 누수가 발생될 경우 모든 지중열교환기가 지중에 매설된 상태로 운용됨으로 인해 누수부위를 발견하기도 어려울 뿐 아니라 누수부위의 보수자체도 어렵거나 불가능하여 고가의 시설비를 투입하였음에도 불구하고 시설폐쇄의 사례도 발생되고 있다.

따라서 지중열교환기 또는 지중열교환기와 연결되는 트렌치배관의 누수가 발생하였을 때 이를 확인하고 보수가 가능한 기술의 필요성이 대두되고 있다.

공개특허 제10-2020-0090543호는 수직형 지열공 안에 설치된 지열 코일관의 수직 공급관과 수직 환수관에 수평 공급관과 수평 환수관을 각각 연결하여 유로를 형성하는 점검 소켓과; 상기 점검 소켓을 통해 상기 수직 공급관과 수직 환수관 안에 각각 점검용 유체를 주입하는 유체 주입관과; 상기 수직 공급관과 수직 환수관을 개폐하는 밸브와; 상기 유체 주입관의 둘레부에 설치되며, 상기 수직 공급관 및 수직 환수관을 상기 수평 공급관 및 수평 환수관과 차폐하는 차폐 패커와; 상기 밸브를 통해 밀폐되는 상기 수직 공급관과 수직 환수관 내부의 압력을 감지하는 압력계측장치와; 상기 압력계측장치를 통해 감지한 압력 값을 근거로 하여 상기 수직 공급관과 수직 환수관의 누출 또는 상기 수평 공급관과 수평 환수관의 누출을 점검하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 수직 밀폐형 지열 지중열교환기 누출 점검 장치로서, 별도의 점검유체를 주입하여 누출을 판단하는 방식으로 지열시스템의 가동 중지가 필요하다.

공개특허 제10-2020-0090543호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 밀폐형 지중 지열시스템의 열교환관에서 누수가 발생하는 것을 확인하여 즉각적으로 알려주고 지중 지열시스템의 가동 중단없이 누수를 확인하는 지열시스템용 누출 진단 장치와 이를 포함하는 누수검지가 가능한 지열 시스템 및 이의 시공 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 지열시스템용 누출 진단 장치는, 지중에 매설된 지열시스템용 열교환관의 주변에 매설되며 지중의 물을 감지하는 누출감지수단; 상기 누출감지수단의 감지 값을 원거리의 서버 또는 관리자의 휴대용 단말기로 전송하는 통신모듈과 상기 누출감지수단의 감지 값을 보여주는 디스플레이 중 하나 이상; 상기 열교환관 주변의 물을 상기 누출감지수단으로 유도하는 흡수유도구를 포함하며, 상기 누출감지수단의 감지 값을 디스플레이를 통해 화면 출력하거나 감지 값을 상기 열교환관의 누수를 판단하는 정보로 하여 원거리의 서버나 휴대용 단말기에 제공하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 지열시스템용 누출 진단 장치와 이를 포함하는 누수검지가 가능한 지열 시스템 및 이의 시공 방법에 의하면, 종래 수직 밀폐형 지중열교환 시스템의 구성 시 지열공과 트렌치배관은 시설 완료 후 매설부위를 모두 복토하여 시각적으로 지열공과 트렌치배관 설치위치를 확인이 불가능하고 또한 누수의 확인이 불가능하였지만, 누수 위험 위치에 누수센서를 설치하여 누수 정보를 발생시각별로 데이터를 제공하기 때문에 지중에서 발생하는 누수이지만 신속하고 정확한 확인 및 보수가 가능하므로 유지관리가 매우 용이하고 결국 밀폐형 지중열교환 시스템의 단점 보완을 통해 활성화도 가능하다.

그리고, 지중 지열시스템의 가동 중에 가동 중단없이 누수를 확인하므로 가동 중단에 따른 비용 손실을 막고 냉난방 효율 저하도 막아주는 효과도 있다.

또한, 열매체의 다양한 누출 정보(시각적, 청각적 등)를 확인하여 복합적으로 누출을 판단함으로써 누출 판단 근거의 신뢰성을 향상하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 지열시스템용 누출 진단 장치의 설치 상태도.
도 2는 본 발명에 의한 지열시스템용 누출 진단 장치의 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 지열시스템용 누출 진단 장치에 맞춰 2개의 누수센서가 연결된 상태의 도면.
도 4는 본 발명에 의한 지열시스템용 누출 진단 장치가 다수개로 운용되는 예의 모식도.
도 5는 본 발명에 의한 지열시스템용 누출 진단 장치를 포함하는 누수검지가 가능한 지열 시스템에 적용되는 열교환관의 배관 예시도.
도 6은 본 발명에 의한 지열시스템용 누출 진단 장치를 포함하는 누수검지가 가능한 지열 시스템에 적용되는 열교환관의 배관 예시도 중에서 일부를 발췌한 확대도.
도 7과 도 8은 각각 본 발명에 의한 지열시스템용 누출 진단 장치를 포함하는 누수검지가 가능한 지열 시스템이 맨홀을 이용한 계통도 및 누수센서와 유공관을 보인 도면.
도 9는 본 발명에 의한 지열시스템용 누출 진단 장치에 적용된 누출감지수단을 보인 구성도.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1과 도 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 지열시스템용 누출 진단 장치(100)는, 지중에 매설 특히 지열시스템에 구성되는 열교환관(10)의 배관 경로를 따라 설치되어 열교환관(10) 주변의 물을 감지함으로써 열교환관(10)의 누수 정보를 제공하기 위한 누수센서(110), 누수센서(110)의 감지 값을 송신하는 통신모듈(120), 누수센서(110)의 감지 값을 보여주는 디스플레이(도면에 도시하지 않음), 열교환관(10) 주변의 물을 누수센서(110)로 유도하는 흡수유도구(130), 누수센서(110)와 통신모듈(120) 및 흡수유도구(130)를 일체화(모듈화)하는 보호관(140)으로 구성된다.

누수센서(110)는 통상적으로 사용되는 기성품의 사용이 가능하므로 누수 감지 방식에 대해서는 구체적인 설명을 생략하고, 누수 방법은 하기에서 구체적으로 설명한다.

누수센서(110)는 그 설치 장소 주변의 물을 감지하여 누수 정보를 제공하는 것이고, 본 발명에서는 열교환관(10)의 내부를 따라 흐르는 유체(지하수 또는 열매체)의 누출을 확인하기 위한 것이다.

따라서, 누수센서(110)는 열교환관(10)의 배관 경로의 전영역을 설치 위치로 할 수 있으며, 특히 열교환관(10)의 관이음부(관들이 연결되는 부분)와 관과 부속장비의 융착 등으로 인한 연결부는 누수 위험 부분이므로 반드시 설치 위치로 하는 것이 바람직하고, 또한, 주변 구조물이나 지반 조건 등에 따라 누수가 발생할 수 있는 곳을 설치 위치로 한다.

통신모듈(120)은 누수센서(110)가 감지한 누수 정보를 원거리의 서버(200)나 관리자의 휴대용 단말기(300)에 전송하는 것으로 바람직하게 무선 통신 방식이고, 물론, 유선 방식도 포함될 수 있고 다양한 무선 통신 방식이 가능하다.

누수센서(110)와 통신모듈(120)은 하우징을 통해 서로 조립되어 일체로 사용될 수 있으며, 인양봉(121)을 통해 인양과 운반될 수 있다.

누수센서(110)와 통신모듈(120)은 전원을 공급받아야 하고, 전원 공급 방식은 상용 전원, 태양광 발전 등 자가발전 전원, 배터리 전원(2차 전지 전원) 등 모든 방식이 가능하고, 이들과 관련된 구성은 구체적인 설명없이 실시 가능하므로 생략하기로 한다.

흡수유도구(130)는 열교환관(10) 주변의 물 즉 열교환관(10)에서 누출된 물을 누수센서(110)로 유도하기 위하여 물의 흡수능력이 우수한 재질(예를 들어 스폰지 등)로 이루어진다.

흡수유도구(130)는 물을 더욱 신속하게 즉 재질 특성에 의한 신속과 함께 구조적으로도 신속성을 부여하기 위하여 누수센서(110)를 감싸는 형태로 이루어지고, 예를 들어 상부를 향해 개방되어 누수센서(110)가 삽입되는 센서 삽입홈(131)을 포함한다.

또한, 물의 신속한 흐름을 위하여 흡수유도구(130)와 열교환관(10) 사이에 저항이 적은 부분을 시공하는 것도 가능하고, 예를 들어 내부가 빈 중공의 관을 시공하는 것도 가능하다.

열교환관(10)의 누수를 신속하고 정확하게 확인할 수 있도록 열교환관(10)과 누수 검출 장치(100)의 주변, 열교환관(10)과 흡수유도구(130)의 사이는 물이 신속하게 흡수유도구(130)쪽으로 흐르도록 충진재로 충진되는 것이 바람직하다.

충진재는 모래와 콩자갈 중 하나 이상이며, 열교환관(10)과 흡수유도구(130) 사이만을 대상으로 하여 주변과 다르게 충진 즉, 누수 감지 구역을 정하여 이 누수 감지 구역은 상기 충진재로 충진하고 나머지 구역은 일반적인 충진재로 복원하는 것이 가능하다.

보호관(140)은 누수센서(110), 통신모듈(120) 및 흡수유도구(130)가 삽입 설치되고 보수와 점검을 위하여 보호관 본체(141) 및 보호관 덮개(142)로 조립식으로 구성된다. 보호관 본체(141)와 보호관 덮개(142)의 조립은 볼트식 등 다양한 방식이 가능하다.

보호관(140)은 그 길이가 1m 내외이고 그 직경은 100~150mm 이며, 물론, 상기 제원은 이 수치로 한정되는 것은 아니며 매설깊이 등에 따라 달라진다.

또한, 보호관 본체(141)는 구획판(143)을 통해 흡수실(144)과 감지 통신실(145)로 구획된다. 흡수실(144)은 흡수유도구(130)가 삽입 수납되는 공간이고, 감지 통신실(145)은 누수 센서(110)와 통신모듈(120)이 삽입 수납되는 공간이다. 단, 구획판(143)은 누수센서(110)와 흡수유도구(130) 간에 물의 접촉이 가능하도록 구성(개방부)되며 따라서, 보호관 본체(141)의 내벽에 링의 형태로 형성되어 누수센서(110)를 받쳐 지지하는 형태도 가능하다.

물론, 통신모듈(120) 등 전기 전자부를 방수처리 한다면 구획판(143)은 충진재(모래, 콩자갈)의 유입만을 막고 물은 통과할 수 있는 다공성 부재도 가능하다.

구획판(143)은 흡수실(144)과 감지 통신실(145) 사이에서 물의 흐름이 일어나지 않도록 구성되는 것이 바람직하고, 따라서, 흡수실(144)에 물이 흡수되지만 감지 통신실(145)은 물로부터 보호되기 때문에 누수센서(110)와 통신모듈(120)을 물로부터 보호한다.

여기서, 보호관 본체(141)는 주변의 물이 흡수실(144)에 유입되도록 하나 이상의 유도홀(146)을 포함한다.

또한 도 7과 도 8에서와 같이 중계장치를 설치할 수 있는 맨홀(500)을 설치하고 맨홀(500)에서부터 각 누수가능 구역{누수 검출 장치가 설치되는 구역}까지 전선관(510)을 매설한 후 전선관(510) 선단부는 유공관(520) 처리를 하며 맨홀(50)에서부터 유공관(510) 선단부까지 누수센서(110)를 결합하고 강선으로 외피를 형성한 신호케이블(110-1)을 연결하여 삽입 설치할 수도 있다. 이러한 구성은 맨홀(500)을 통해 수시로 누수센서를 유지관리할 수 있는 장점을 가질 수 있다.

이상의 구성에 따르면, 지중에 매설되어 육안으로 확인할 수 없는 상황이지만 열교환관(10)의 누수를 확인할 수 있으며, 본 발명은 열교환관(10)의 정보도 알려주기 위한 스마트 태그(150)를 포함한다.

스마트 태그(150)는 열교환관(120)의 배관 경로와 위치, 열교환관(120)의 연결부 위치 및 규격 등을 정보로 하여 저장하고 있다.

스마트 태그(150)는 고유부호를 갖고 있어 누수 정보의 송출 시 그 위치도 송신함으로써 정확하고 신속한 누수 대응이 가능하도록 하고, 휴대용 단말기(300)와 비접촉식으로 상기 정보를 알려준다.

관리자의 휴대용 단말기(300)의 태그를 통해 저장된 정보를 제공한다.

스마트 태그(150)는 보호관 덮개(142)에 설치될 수 있다.

본 발명은 열교환관(10)의 배관 경로를 따라 2개 이상이 설치되어 함께 운용될 수 있고, 2개 이상의 누수센서를 하나의 통신모듈과 연결하여 운용하는 방법이 있으며, 예를 들어 도 3에서 보이는 것처럼, 이웃하는 누수센서(110-1,110-2)는 신호선(111)을 통해 서로 연결되고 어느 하나의 누수센서(110-1)가 통신모듈과 연결된다. 이 때, 누수센서(110-1,110-2)들의 사이는 유공관(112)으로 연결될 수 있다.

도 4는 다수개의 지열시스템용 누출 진단 장치(100)를 설치하고 1대의 중계장치(400)를 매개로 하여 서버(200)와 휴대용 단말기(300)를 운용하는 예를 도시한 것이다.

또한, 부가적으로, 본 발명은 지열시스템용 누출 진단 장치(100)가 지중 설치 위치를 연결부재를 포함할 수 있다.

상기 연결부재는 양측이 열교환관(10)의 둘레부와 보호관(140)에 지지되어 열교환관(10)을 지지기반으로 하여 지열시스템용 누출 진단 장치(100)를 지지하는 것이다.

상기 연결부재는 누수가 발생하는 위치에서 보다 확실하고 신속한 누수 검출을 위하여 외부의 충진재와 차단시켜 열교환관(10)과 보호관(140) 사이를 누수 검출 환경으로 조성하는 관형일 수도 있다.

본 발명에 의한 지열시스템용 누출 진단 장치에 따른 누수 검출 방법은 다음과 같다.

1. 누수센서의 초기 값 확인.

누수센서(110)의 초기 값 확인은 누수 판단의 신뢰성을 향상하는데 도움을 주며 선택적으로 진행된다.

지열시스템을 시공 또는 이미 시공된 지열시스템에 본 발명을 적용하기 위한 공사 시 열교환관(10)이 설치되는 지중{흡수유도구(130)가 흡수한 물}의 함수 값을 누수센서(110)로 확인한다. 이 함수 값을 초기 값으로 관리하고, 추후 초기 값을 기준 값으로 이용할 수 있다. 이 때는 열교환관(10)에서 누수가 없는 것을 별도로 확인하는 것이 필요하다.

2. 누수 감지.

열교환관(10)과 누수센서(110) 주변에 있는 물은 흡수유도구(130)로 유도되어 흡수된다.

누수센서(110)는 흡수유도구(130)에 흡수된 물을 감지한다.

누수센서(110)는 예를 들어 두 접점이 물에 의해 연결되는 것을 누수로 감지할 수 있고, 물의 양에 따라 다른 신호 값을 출력하여 누수로 감지할 수 있다.

3. 누수 판단.

누수센서(110)의 감지 값은 컨트롤러(컨트롤러는 원거리의 서버에 구성되거나 누수센서와 함께 현장에 구성될 수 있다)에 입력되고, 컨트롤러는 누수센서(110)의 감지 값을 근거로 하여 누수를 판단한다.

누수를 판단하는 방법은 누수센서(110)의 접점 변화를 근거로 누수를 판단하는 방법, 이전 값(이전 감지 값)과 현재 값(현재 감지 값)의 비교를 통해 누수를 판단하는 방법, 기준 값과 현재 값의 비교를 통해 누수를 판단하는 방법이 있다.

첫 번째 방법은 예를 들어 누수센서(110)는 평상시 오프 접점을 유지하고 있으며 물이 유입되면 접점이 온 접점으로 변하고 컨트롤러는 누수센서(110)의 온 접점 변화를 누수로 판단한다.

두 번째 방법은 누수센서(110)는 일정시간을 주기로 하여 물의 감지 값을 검출하며 컨트롤러는 현재 값과 이전 값을 비교하여 현재 값이 이전 값보다 큰 차이로 커지게 되면 누수로 판단한다. 이 때, 현재 값과 이전 값의 차이는 현장 등에 따라 관리자에 의해 설정된다.

세 번째 방법은 컨트롤러는 기준 값을 저장하고 있으며, 누수센서(110)의 현재 값과 기준 값을 비교하여 현재 값이 기준 값보다 크면 누수로 판단한다.

여기서, 기준 값은 초기 값 또는 별도로 지정한 값일 수 있다.

누수센서(110)의 감지 값과 함께 위치 정보(GPS 정보 등)가 전송되고, 서버(200)에는 현재 값의 감지 시각과 위치 정보가 데이터 시트로 처리 관리된다.

한편, 우천 시에는 누수센서가 비를 감지하고 결국 컨트롤러가 누수로 판단할 수 있게 되며, 이러한 오류는 기상센서로서 강우센서의 값을 이용하는 것을 통해 해결될 수 있다.

그 방법으로는 강우센서를 통해 일정량 이상의 비가 내려 지중에 침투하는 경우 누수센서(110)를 오프 제어하는 방법, 우천 중에 누수센서(110)가 감지한 값을 삭제하고 컨트롤러를 오프하는 방법 등이 있다.

이하, 본 발명에 의한 지열시스템용 누출 진단 장치를 포함하는 누수검지가 가능한 지열 시스템에 대해 설명한다.

본 발명에 의한 지열시스템용 누출 진단 장치를 포함하는 누수검지가 가능한 지열 시스템은, 지중에 매설되며 지열을 회수하는 열교환관(10), 열교환관(10)을 통해 회수된 열을 이용하여 냉난방열을 생산한 후 부하에 공급하는 열교환기(히트펌프 등), 열교환관(10)의 누수를 감지하는 지열시스템용 누출 진단 장치(100), 지열시스템용 누출 진단 장치(100)의 감지를 처리 관리하는 서버(200), 지열시스템용 누출 진단 장치(100) 또는 서버(200)로부터 누수 정보를 받아 관리자에 제공하는 휴대용 단말기(스마트 폰)(300)를 포함한다.

도 1, 도 5와 도 6에서 보이는 것처럼, 열교환관(10)은 예를 들어 트렌치 배관이라 불리는 형태로서, 정렬된 두열 이상의 지열공(1,2) 사이에 지열공(1,2)들을 따라 공급주관(11)과 환수주관(12)의 조합 또는 이들(11,12) 및 리버스 리턴관(reverse return pipe)(13)의 조합으로 메인배관이 구성되고, 각각의 지열공(1,2)과 공급주관(11), 환수주관(12), 리버스 리턴관(13)을 연결하는 분기관(14,15,16,17)을 포함한다.

이 때, 공급주관(11)과 환수주관(12) 및 리버스 리턴관(13)과 분기관(14,15,16,17)들은 연결소켓을 통해 연결된다.

도 5의 원호는 공급주관(11)과 분기관(15)이 연결소켓(15-1)으로 연결되는 예를 도시한 것이며, 분기관(15)을 2개로 분할하고 연결소켓(15-1)을 T형으로 하여 연결한다.

이상과 같은 열교환관(10)에 따르면 공급주관(11)과 환수주관(12)과 리버스 리턴관(13) 및 분기관(14,15,16,17)이 집합되는 곳은 특히 누수의 위험이 높으며, 이 곳을 지열시스템용 누출 진단 장치(100)의 설치 위치로 한다.

또한, 도 5에 보이는 배관 형태의 경우 도 3에서 설명한 것처럼, 2개의 누수센서(110-1,110-2)를 이용할 수 있다.

이상을 구성으로 하는 본 발명의 시공 방법은 지열공(1,2) 굴착 - 열교환관(10) 설치 - 열교환기 설치 - 지열시스템용 누출 진단 장치(100) 설치를 공정으로 한다.

본 발명에 의해 신규하게 구성된 지열시스템용 누출 진단 장치(100)를 제외한 나머지의 구성과 시공 관련 기술은 공지의 지열시스템에서 적용된 구성 및 시공과 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.

지금까지는 누출감지수단으로 누수센서에 대해서만 설명하였으나, 본 발명은 누출감지수단으로 온도센서(160), 카메라(170), 성분센서로서 예컨대 알콜센서(180), 청음센서(190)을 포함하고, 컨트롤러(400)는 각각의 누출감지수단의 감지 값에 맞는 프로그램(기준 값과 감지 값의 비교 등)을 통해 누출을 판단한다.

상기 누출감지수단은 각각 사용 가능하고, 2개 이상이 병행되는 것도 가능하다. 예를 들어, 누수센서(110)와 온도센서(160)의 병행, 누수센서(110)와 카메라(170)의 병행, 알콜센서(180)와 카메라(170)의 병행, 청음센서(190)와 카메라(170)의 병행 등이 가능하고 이러한 병행은 상호보완을 통해 누출 판단의 신뢰성을 높여준다. 또한, 상기 누출감지수단은 3개 이상의 병행도 가능하다.

또한, 누출감지수단의 감지 값에서 오류를 필터링하기 위한 집수센서(113)가 포함된다.

1. 온도센서(160).

온도센서(160)는 누수센서(110)처럼 열교환관의 주변에 설치되어 열교환관 주변의 온도를 감지한다.

컨트롤러(400)는 열매체가 누출되지 않은 상태의 온도(기준 온도)와 열매체가 누출된 온도(감지 온도)의 차이를 이용(비교)하여 누출을 판단하는 것이며, 알람, 색상 변화 등을 통해 디스플레이한다.

2. 카메라(170).

카메라(170)는 열교환관 주변을 촬영하여 영상을 제공하는 것으로, 보호관(140){누수센서(110)가 적용되지 않은 상태의 보호관도 가능}의 내부/외부에 설치되어 보호관(140)의 주변을 촬영하거나 열교환관에 지지대 등을 통해 고정된다.

카메라(170)가 촬영한 영상은 관리자에게 전달되어 관리자가 직접 영상을 보고 누출을 판단하도록 한다.

또는, 컨트롤러(400)가 영상분석프로그램을 포함하여 상기 영상분석프로그램을 통해 영상을 분석하여 누출을 판단한다.

관리자의 판단과 영상분석프로그램의 분석의 속도와 정확성을 높이기 위하여 열교환관을 순환하는 열매체에 유색의 도료를 포함할 수 있다.

상기 도료는 열매체(브라인)의 수질과 성분에 영향을 미치지 않는 무해한 것이고 열교환관 및 지반과 대조되는 색상으로 예를 들어 주황색 계통이다.

카메라(170)는 단독 사용이 가능하고 또는 누수센서(110) 등의 누출감지수단과 병행되는 것도 가능하다.

카메라(170) 단독 사용의 경우 카메라(170)는 정지없이 계속해서 촬영을 하거나 일정 시간을 주기로 하여 촬영한다.

카메라(170)와 누출감지수단을 병행하는 경우 카메라(170)는 누수센서(110) 등 누출감지수단의 감지 값을 근거로 하여 누출을 판단한 경우에만 온 가동하여 촬영한다. 즉, 카메라(170)와 누출감지수단의 병행을 통해 누출 판단의 신뢰성을 향상한다.

카메라(170)는 렌즈의 앞에 투명의 관이 적용되어 근접촬영이지만 선명한 영상을 제공한다.

또한, 카메라(170)는 조명이 함께 적용된다. 상기 조명은 LED 램프, 적외선 램프 등이 가능하다.

3. 알콜센서(180).

알콜센서(180)는 성분센서의 일예인 것으로, 열매체의 성분을 근거로 하여 누출을 진단하고자 하는 것이다. 따라서, 열매체에는 알콜(에칠알콜 등)을 첨가하며 컨트롤러(400)는 알콜 판독기를 포함한다.

알콜센서(180)는 예를 들어 보호관(140)에 고정되어 열교환관 주변의 지반에 직접 삽입 설치될 수 있다.

알콜의 첨가량은 알콜의 판독이 가능한 농도에서 자유롭게 결정된다.

즉, 첨가제가 알콜 대신 다른 재료로 대체되는 경우 그 첨가제를 판독하는 판독기가 적용된다.

4. 청음센서(소리센서)(190).

청음센서(190)는 열교환관에서 누출된 열매체가 흐를 때 나는 소리를 근거로 하여 열매체의 누출을 판단하고자 하는 것이며, 예를 들어 보호관(140)에 설치된다.

5. 집수센서(물센서)(113).

집수센서(113)는 누출감지수단 중에서 누수센서(110)의 오류를 보정함으로써 판단 결과의 신뢰성을 향상하기 위한 것이며, 지표면, 지상, 지중 어느 곳에든 설치가 가능하고 기상센서도 가능하다.

집수센서(113)는 지중에 설치되어 물을 감지하는 것으로 지표면과 누수센서(110)의 사이로서 누출감지수단보다 지표면에 근접되도록 설치된다.

컨트롤러(400)는 집수센서(113)가 먼저 물을 감지하고 이후에 누수센서(110)가 열매체(물)를 감지하는 경우 빗물이 지표면을 통해 지중에 침투한 후 열교환관으로 흐르는 것으로 판단하여 누수센서(110)의 감지 값을 필터링(삭제)한다.

삭제

삭제

1,2 : 지열공, 10 : 열교환관
11 : 공급주관, 12 : 환수주관
13 : 리버스 리턴관, 14,15,16,17 : 분기관
100 : 지열시스템용 누출 진단 장치,
110 : 누수센서, 113 : 집수센서
120 : 통신모듈,
130 : 흡수유도구, 140 : 보호관
141 : 보호관 본체, 142 : 보호관 덮개
143 : 구획판, 144 : 흡입실
145 : 감지 통신실, 146 : 유도홀
150 : 스마트 태그, 160 : 온도센서
170 : 카메라, 180 : 알콜센서
190 : 청음센서,
200 : 서버, 300 : 휴대용 단말기
400 : 컨트롤러,

Claims (16)

1. 지중에 매설된 지열시스템용 열교환관의 내부를 순환하는 열매체가 상기 열교환관의 외부로 흐르는 것을 감지하는 누출감지수단과;
   상기 열교환관 주변의 물을 상기 누출감지수단으로 유도하는 흡수유도구와;
   상기 누출감지수단의 감지 값을 원거리의 서버 또는 관리자의 휴대용 단말기로 전송하는 통신모듈과 상기 누출감지수단의 감지 값을 보여주는 디스플레이 중 하나 이상;
   지표면이나 지표면과 상기 누출감지수단 사이의 지중에 상기 누출감지수단보다 지표면에 근접되도록 설치되어 물을 감지하는 집수센서와;
   상기 누출감지수단의 감지 값을 근거로 하여 상기 열매체의 누출을 판단하는 컨트롤러를 포함하고,
   상기 누출감지수단은 상기 열교환관 주변에서 열매체를 감지하는 누수센서, 상기 열매체의 소리를 감지하는 청음센서, 상기 열교환관의 주변을 촬영하는 카메라, 상기 열교환관의 주변 온도를 감지하는 온도센서, 상기 열매체의 첨가제 성분을 감지하는 성분센서 중 하나 이상이며,
   상기 첨가제는 열매체에 첨가되는 알콜이면서 상기 성분센서는 알콜센서이며,
   상기 컨트롤러는 상기 누출감지수단에서 출력되는 감지 값인 누수 데이터, 소리 데이터, 영상 데이터, 온도 데이터, 상기 첨가제의 성분을 각각 기준 데이터와 비교하여 누수를 판단하되, 상기 알콜센서가 감지한 알콜을 근거로 하여 누출을 판단하고 상기 집수센서가 상기 누출감지수단보다 먼저 물을 확인하는 경우 빗물이 지표면을 통해 지중에 침투하여 상기 열교환관으로 흐르는 것으로 판단하여 상기 누출감지수단의 감지 값을 삭제하여 누출로 판단하지 않으며,
   상기 흡수유도구는 상부를 향해 개방되어 상기 누수센서가 삽입되는 센서 삽입홈을 포함하면서 물을 흡수하는 스폰지를 재질로 하고,
   상기 누출감지수단과 통신모듈 및 흡수유도구는 보호관을 통해 모듈화되며,
   상기 보호관은 보호관 본체와 보호관 덮개의 조립식으로 구성되고, 상기 보호관 본체는 내부가 구획판을 통해 상기 흡수유도구가 삽입되는 흡수실 및 상기 누수센서와 통신모듈이 수납되며 수밀하게 밀폐되는 감지 통신실로 구획되는 것을 특징으로 하는 지열시스템용 누출 진단 장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 열매체는 유색의 도료를 포함하며, 상기 컨트롤러는 상기 카메라가 촬영한 영상에서 상기 도료의 확인을 통해 누출을 판단하는 것을 특징으로 하는 지열시스템용 누출 진단 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서, 상기 보호관에 설치되며 상기 열교환관의 정보를 알려주는 스마트 태그를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열시스템용 누출 진단 장치.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 보호관의 주변은 물을 상기 흡수유도구로 유도하기 위한 충진재로 충진되는 것을 특징으로 하는 지열시스템용 누출 진단 장치.
9. 삭제
10. 청구항 1에 있어서, 상기 보호관 본체는 상기 흡수실과 외부의 지중이 통하도록 형성되어 지중의 물을 상기 흡수실에 삽입된 흡수유도구로 유도하는 하나 이상의 유도홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 지열시스템용 누출 진단 장치.
11. 청구항 1에 있어서, 상기 누출감지수단은 2개 이상이 상기 열교환관의 배관 경로를 따라 설치되는 것을 특징으로 하는 지열시스템용 누출 진단 장치.
12. 청구항 1에 있어서, 상기 열교환관을 지지기반으로 하여 상기 보호관을 고정하는 연결부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열시스템용 누출 진단 장치.
13. 지중의 지열공에 매설되어 지열을 회수하는 열교환관과;
    상기 열교환관을 통해 회수된 지열로 냉난방열을 생산하여 부하에 공급하는 열교환기와;
    지중에 상기 열교환관의 배관 경로를 따라 설치되며
    청구항 1에 의한 지열시스템용 누출 진단 장치와;
    상기 지열시스템용 누출 진단 장치에 구성된 컨트롤러의 판단 결과를 전송받아 관리하는 서버 및/또는 휴대용 단말기를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열시스템용 누출 진단 장치를 포함하는 누수검지가 가능한 지열 시스템.
14. 청구항 13에 있어서, 상기 지열공은 2열 이상으로 나란하게 배치되고, 상기 열교환관은 상기 지열공들의 사이에 상기 지열공을 따라 배열되는 공급주관과 환수주관, 상기 환수주관에 연결되는 리버스 리턴관, 상기 지열공과 상기 공급주관과 리버스 리턴관을 연결하는 분기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 지열시스템용 누출 진단 장치를 포함하는 누수검지가 가능한 지열 시스템.
15. 청구항 14에 있어서,
    상기 지열시스템용 누출 진단 장치로부터 떨어진 곳에 시공되며 상기 지열시스템용 누출 진단 장치의 누수센서를 연결하는 신호선이 배선되는 맨홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 지열시스템용 누출 진단 장치를 포함하는 누수검지가 가능한 지열 시스템.
16. 청구항 13의 지열시스템용 누출 진단 장치를 포함하는 누수검지가 가능한 지열 시스템의 시공 방법으로서,
    지중에 지열공을 굴착하는 제1단계와;
    상기 지열공에 열교환관을 설치하는 제2단계와;
    상기 열교환관과 연결하여 열교환기를 설치하는 제3단계와;
    상기 열교환관의 주변에 지열시스템용 누출 진단 장치를 설치하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열시스템용 누출 진단 장치를 포함하는 누수검지가 가능한 지열 시스템의 시공 방법.