KR20070091487A - 지중열을 이용하는 열교환시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지중열을 이용하는 열교환시스템에 관한 것으로 그 주요 구성은 지표면 하부로 지하수가 고일수 있도록 천공되는 관정; 상기 관정의 내부에 설치되며, 그 하부에는 지하수를 유입시키기 위한 구멍이 형성되어 있는 지하수유입관; 상기 지하수유입관의 내부에 설치되어 지하수를 양수시키기 위한 수중펌프; 상기 수중펌프의 유출구측에 설치되는 지하수송출관; 상기 지하수송출관으로부터 송출된 지하수에 의해서 순환관을 유동하는 순환수와 열교환을 하기 위한 열교환기; 및 상기 열교환기에서 상기 순환관과의 열교환이 이루어진 지하수를 상기 관정으로 복귀시키기 위한 지하수복귀관;으로 이루어지는 지중열을 이용한 열교환시스템에 있어서, 상기 관정은 그 내부 벽체와 상기 지하수유입관의 외부 벽체와의 사이에 형성되는 공간에 지하수의 순환이 가능하면서도 관정의 내벽이 붕괴되거나 함몰되는 것을 방지할 수 있는 충진재가 충진되어 있는 것을 특징으로 하며, 위와 같은 구성에 의하여 관정의 내벽이 붕괴되거나 함몰되는 것을 방지할 수 있다.

지중열, 관정, 지하수유입관, 순환관, 열교환

Description

지중열을 이용하는 열교환시스템{Heating Exchanging System Using the Ground Source}

도 1a 및 도 1b는 종래의 지중열을 이용한 열교환시스템을 설명하는 개략도이고,

도 2는 종래의 다른 지중열을 이용한 열교환시스템을 설명하는 개략도이며,

도 3은 본 발명에 따른 지중열을 이용하는 열교환시스템의 개략도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1: 시추공 2: 파이프

3: 그라우팅 4: 암반층

5: 관정통 6: 지하수유입관

8: 지하수송출관 9: 열교환기

10: 지하수복귀관 P: 수중펌프

본 발명은 지중열을 이용하는 열교환시스템에 관한 것으로, 특히 관정의 내벽이 붕괴되거나 함몰되는 것을 방지할 수 있는 지중열을 이용하는 열교환시스템에 관한 것이다.

지열을 이용하여 냉난방의 에너지로 활용하기 위한 방법으로서는, 고밀도폴리에틸렌파이프를 지중에 매설하여 지중열을 이용하는 방법과, 지하수를 이용하는 방법과, 지표수를 이용하는 방법 등이 있다.

위 방법 중에서 지중열을 이용하는 기술의 경우는 일반적으로 도 1a에서 보는 바와 같이 지표면 하부로 시추공(1)을 시추하여 그 내부에 파이프(2)를 매설하고 상기 파이프(2)의 내부로 냉매 등의 유체를 순환시켜 지열과의 열교환에 의해 냉난방 효과를 달성하고 있는 바, 상기 파이프(2)는 열교환 튜브 또는 PE 파이프 등으로 이루어져, 시추공(1) 내부로 유입되도록 하되 시추공(일명 보어홀)과 파이프의 외주면으로 도 1b에서 보는 바와 같이 열전도가 비교적 높은 일반 나트륨형 벤토나이트 등으로 되는 그라우팅(3)을 충진 형성하게 된다.

그런데, 위의 방법은 파이프(2)내의 유체와 지층 및 지하수와의 사이에서 직접적 열전도가 이루어지지 못하고, 중간 매체 예컨데 그라우팅(3) 등과 같은 매체를 거쳐 열전도가 이루어지므로, 전체적인 열전도 저하에 따른 열교환율이 저하되는 문제점이 지적되어 왔다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 지하에 천공시킨 관정 내에 고인 물을 이용하여 열교환이 이루어지도록 하는 열교환시스템이 제안되었는 바, 위의 기술은 도 2에서 보는 바와 같이 암반층(4)의 내부 까지 소정 깊이로 시추되어 얻게 되는 관정(5) 내에서 유동되거나 또는 고여지는 지하수를 파이프(6)의 내부에 설치되는 수중펌프(P)를 구동시켜 지하수유출관(8)을 통하여 열교환기(9)로 보내어 열교환을 시키고, 열교환이 이루어진 지하수는 다시 지하수복귀관(10)을 통하여 관정(5) 내로 복귀되도록 하는 방법이다.

위 방법은 지하 암반층과 지하수간의 직접적인 열전도에 의한 열교환이 이루어지므로 종래와 같이 그라우팅 등의 열전도가 낮은 매개체에 의한 열교환율이 현저하게 저하되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있지만, 시추공의 암질이 파쇄와 절리발달로 인하여 일부구간 암반이 약한 부분이 있을시 시간이 경과함에 따라 암반의 약한 부분이 떨어져 나가거나 슬러지 형태로 하부에 쌓여 시추공의 지하수유입관 하부에 설치된 유공관이 밀폐되어 지하수가 순환하지 못해 열교환 자체가 이루어지지 못하는 문제점이 발생하는 경우가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 관정의 내벽이 붕괴되거나 함몰되는 것을 방지할 수 있는 지중열을 이용하는 열교환시스템을 제공함에 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지중열을 이용하는 열교환시스템은 지표면 하부로 지하수가 고일수 있도록 천공되는 관정; 상기 관정의 내부에 설치되며, 그 하부에는 지하수를 유입시키기 위한 구멍이 형성되어 있는 지하수유입관; 상기 지하수유입관의 내부에 설치되어 지하수를 양수시키기 위한 수중펌프; 상기 수중펌프의 유출구측에 설치되는 지하수송출관; 상기 지하수송출관으로부터 송출된 지하수에 의해서 순환관을 유동하는 순환수와 열교환을 하기 위한 열교환기; 및 상기 열교환기에서 상기 순환관과의 열교환이 이루어진 지하수를 상기 관정 으로 복귀시키기 위한 지하수복귀관;으로 이루어지는 지중열을 이용한 열교환시스템에 있어서, 상기 관정은 그 내부 벽체와 상기 지하수유입관의 외부 벽체와의 사이에 형성되는 공간에 지하수의 순환이 가능하면서도 관정의 내벽이 붕괴되거나 함몰되는 것을 방지할 수 있는 충진재가 충진되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 충진재는 직경이 70mm 이하의 자갈인 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지중열을 이용하는 열교환시스템을 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 지중열을 이용하는 열교환시스템은 도 2 및 도 3에서 보는 바와 같이 지표면 하부로 지하수가 고일수 있도록 천공되는 관정(5)과, 상기 관정(5)의 내부에 설치되며 그 하부에는 지하수를 유입시키기 위한 구멍이 형성되어 있는 지하수유입관(6)과, 상기 지하수유입관(6)의 내부에 설치되어 지하수를 양수시키기 위한 수중펌프(P)와, 상기 수중펌프(P)의 유출구측에 설치되는 지하수송출관(8)과, 상기 지하수송출관(8)으로부터 송출된 지하수에 의해서 순환관(7)을 유동하는 순환수와 열교환을 하기 위한 열교환기(9), 및 상기 열교환기(9)에서 상기 순환관(7)과의 열교환이 이루어진 지하수를 상기 관정(5)으로 복귀시키기 위한 지하수복귀관(10)으로 이루어지는 지중열을 이용한 열교환시스템을 이용하는 점에 있어서는 종래의 기술과 동일하며, 다만, 본 발명은 위의 종래의 기술과 비교하여 관정(5)의 붕괴 또는 함몰을 방지하기 위한 세부적인 구성을 그 특징으로 한다.

도 2에 따른 상기 관정(5)은 시추공을 천공하는 경우에 암반의 파쇄와 절리 발달로 인하여 일부구간 암반이 약한 부분이 있을시 시간이 경과함에 따라 암반의 약한 부분이 떨어져 나가거나 슬러지 형태로 하부에 쌓여 시추공의 지하수유입관(6) 하부에 설치된 유공관이 밀폐되어 지하수가 순환하지 못해 열교환 자체가 이루어지지 못하는 문제점이 발생하는 경우가 있다.

따라서, 본 발명에 따른 상기 관정(5)은 도 3에서 보는 바와 같이 그 내부 벽체와 상기 지하수유입관(6)의 외부 벽체와의 사이에 형성되는 공간에 지하수의 순환이 가능하면서도 관정(5)의 내벽이 붕괴되거나 함몰되는 것을 방지할 수 있는 충진재(20)가 충진된다.

상기 충진재(20)는 자갈 등이 이용될 수 있다.

상기 자갈은 열교환시스템 내에서 관정의 내벽과 지하수유입관의 외벽 사이의 공간에 적층이 원활하게 이루어지도록 그 크기가 균일하고 부드럽게 마모된 것이 바람직하며, 자갈의 직경은 70mm 이하인 것이 사용되는 것이 바람직하며, 상기 직경이 70mm를 초과하는 경우에는 상기 관정의 내벽과 지하수유입관의 외벽사이의 공간에 삽입되는 상태가 바람직하지 못하여 관정의 내벽이 붕괴되거나 함몰되는 것을 방지하기가 용이하지 못하게 된다. 미설명부호 11은 그라우팅이고, 16은 맨홀이며, a는 토사층, b는 풍화대이며, c는 연암층이고, d는 보통암층이며, e는 경암층이다.

위와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 지중열을 이용한 열교환시스템은 관정(5)의 내부 벽체와 상기 지하수유입관(6)의 외부 벽체와의 사이에 형성되는 공간에 충진재(20)가 충진되어 있으므로 관정(5)의 내벽이 시간의 경과와 더불어 파 손되거나 붕괴되는 일이 있다 하더라도 붕괴된 암반이 상기 충진재(20)에 의해서 관정(5)의 내부로 유입되지 못하기 때문에 상기 관정(5)을 밀폐시키는 경우를 방지할 수 있게 되며, 관정(5) 내에 위치하는 지하수는 관정(5)의 하부에 위치하는 지하수가 지하수유입관(6)의 하부에 형성된 구멍을 통하여 지하수유입관(6)의 상부로 유입되게 되고, 유입된 지하수는 수중펌프(P)에 의해서 지하수송출관(8)을 통하여 열교환기(9)로 보내어 열교환을 시키고, 열교환이 이루어진 지하수는 다시 지하수복귀관(10)을 통하여 관정(5) 내로 복귀되게 되며, 복귀된 지하수는 충진재(20)의 사이의 공간을 통하여 관정의 하부로 유입되게 되어 계속적으로 순환을 하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 지중열을 이용하는 열교환시스템은 관정의 내벽이 붕괴되거나 함몰되는 것을 방지할 수 있도록 하여 열교환시스템의 가동 중지를 방지토록 함으로써 시간과 경비를 절감토록 할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 첨부된 도면에 도시된 실시예들을 기준하여 설명되어 있으나 이는 예시적인 것이라 할 수 있고, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예 들을 생각해 낼 수 있으므로 이러한 균등한 실시예 들 또한 본 발명의 특허청구범위 내에 포함하는 것으로 보아야 한다.

Claims (2)

1. 지표면 하부로 지하수가 고일수 있도록 천공되는 관정;

   상기 관정의 내부에 설치되며, 그 하부에는 지하수를 유입시키기 위한 구멍이 형성되어 있는 지하수유입관;

   상기 지하수유입관의 내부에 설치되어 지하수를 양수시키기 위한 수중펌프;

   상기 수중펌프의 유출구측에 설치되는 지하수송출관;

   상기 지하수송출관으로부터 송출된 지하수에 의해서 순환관을 유동하는 순환수와 열교환을 하기 위한 열교환기; 및

   상기 열교환기에서 상기 순환관과의 열교환이 이루어진 지하수를 상기 관정으로 복귀시키기 위한 지하수복귀관;으로 이루어지는 지중열을 이용한 열교환시스템에 있어서,

   상기 관정은 그 내부 벽체와 상기 지하수유입관의 외부 벽체와의 사이에 형성되는 공간에 지하수의 순환이 가능하면서도 관정의 내벽이 붕괴되거나 함몰되는 것을 방지할 수 있는 충진재가 충진되어 있는 것을 특징으로 하는 지중열을 이용한 열교환시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 충진재는, 직경이 70mm 이하의 자갈인 것을 특징으로 하는 지중열을 이용하는 열교환시스템.

Images