KR20080009844A - 연결부재를 갖는 지중 열교환기 파이프 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연결부재를 갖는 지중 열교환기 파이프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지중 열교환기 파이프의 공급 및 환수관을 일정간격으로 유지 및 지지 하고 파이프 삽입 후 빈 공간을 뒤채움하기 위해 사용하는 트레미파이프를 용이하게 설치하기 위한 공급관과 환수관 사이에 다양한 형태의 연결부재를 갖는 지중 열교환기 파이프에 관한 것이다.

본 발명은 매설파이프의 공급관과 환수관이 일정간격을 유지할 수 있도록 하며, 열교환의 효율도 높일 뿐만 아니라, 불필요한 공정과 별도의 장치의 설치가 필요하지 않아 시공의 편의와 시공효율을 증대 시켜 지중 냉난방시스템의 안정성을 높이고자 함에 그 목적이 있다. 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지중열을 이용하는 열펌프 냉난방 시스템에 사용되는 지중 열교환기 파이프에 있어서, 공급관과 환수관사이에 연결부재를 형성하여 공급관, 환수관 및 연결부재가 일체로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하며, 나아가 상기 연결부재는 시공성을 향상시키기 위한 트레미 파이프 삽입공을 구비하거나 또는 트레미 파이프가 공급관과 환수관 사이에 위치하며 이들은 연결부재에 의해 연결되어서, 공급관, 환수관, 트레미 파이프, 및 연결부재가 일체로 형성되며, 상기 트레미 파이프에는 그라우팅시 그라우팅재료가 빠져나올 수 있도록 분출공이 형성되어 있는 것을 특징한다.

지중 열교환기, 트레미 파이프, 그라우팅

Description

연결부재를 갖는 지중 열교환기 파이프{GROUND COUPLED HEAT EXCHANGER PIPE WITH THE SPACING FILLET}

도 1은 일반적인 지중 열교환기의 파이프의 설치상태를 나타내는 도면이며,

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 트레미파이프와 일체로 형성된 U자관의 파이프 형태를 보여주는 도면이며,

도 3은 도 2의 일 실시예의 사시도이고,

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트레미 파이프 삽입공을 갖는 U자관의 파이프 형태를 보여주며,

도 5는 본 발명의 사각형태의 다른 변형실시예를 보여주며,

도 6은 본 발명의 또 다른 변형실시예의 단면형태를 보여주며

도 7은 트레미파이프와 상관없이 연결부재를 갖는 형태의 실시예를 보여주는 도면이며,

도 8은 트레미파이프와 상관없이 연결부재를 갖는 형태의 또 다른 변형 실시예를 보여주는 도면이고,

도 9는 본 발명의 파이프를 용이하게 가설하기 위한 파이프 삽입안내부재의 일 실시예를 도시한 것이다.

<도면의 주요 부호의 설명>

10 : 공급관 20 : 환수관

30 : U-밴드 40 : 트레미파이프

41, 42 : (그라우트재의) 분출공

50, 60, 70, 80 : (다양한 형태의) 연결부재

65, 75 : 트레미 파이프 삽입공

100 : 삽입안내부재 110 : 관 삽입공

120 : 고정발 200 : 케이싱 강관

본 발명은 연결부재를 갖는 지중 열교환기 파이프에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지중 열교환기 파이프의 공급 및 환수관을 일정간격으로 유지 및 지지 하고 파이프 삽입 후 빈 공간을 뒤채움하기 위해 사용하는 트레미파이프를 용이하게 설치하기 위한 공급관과 환수관 사이에 다양한 형태의 연결부재를 갖는 지중 열교환기 파이프에 관한 것이다.

통상적으로 지열을 이용한 냉, 난방시스템은 지중 매설공에 매설된 매설 파이프를 통해 지중열을 회수 또는 지중에 열을 방출하는 냉난방 시스템을 의미하며 이는 매설환경에 따라 수직형 및 수평형을 선택하여 적용할 수 있다. 상기 수직형의 경우는 38~91w/m, 수평형의 경우는 38~59w/m 정도의 열을 공급할 수 있는 것으로 알려져 있으며, 일반적으로 수직형 집열기는 대지면적이 제한된 곳에서 사용되 는데, 단일 U-Tube 형이 일반적이며 2중 U-Tube형도 사용된다. 지중 열교환기를 매설하는 천공의 직경은 100~200mm 정도인데 토양의 조건, 설치되는 시스템의 용량에 따라 15m에서 200m 깊이로 적정 수량을 천공한다. 이때 공급관과 환수관은 열적 간섭을 예방하기 위해 붙지 않도록 하여야 하며, 천공 사이의 간격은 5m정도로 함이 일반적이다.

지열원 열펌프의 냉난방 시스템에 연결되는 지중열교환기 파이프는 일반적으로 도 1에 도시된 바와 같이 공급관(10)과 환수관(20) 그리고 이를 연결하는 U-밴드(30)로 이루어진 U-Tube로 구성되며, 지하공에 플라스틱 U-Tube를 삽입한 후에 원지반과 파이프의 일체화를 위하여 뒤체움을 실시한다. 열전도율을 높이고 지하의 오염을 방지하기 위해 실시하는 뒤채움공사는 천공된 바닥에 이송용 파이프(트레미 파이프)를 설치하고 뒤채움 재료를 지상에서 펌프를 이용하여 순차적으로 주입하는 방법을 사용한다. 주입할 그라우팅 재료로는 시멘트류 또는 벤트나이트류를 사용하는데 열적 성능을 향상하기 위해 열전달 성능이 우수한 실리카 샌드를 혼합하여 사용한다. 그라우팅을 하기 위해 사용하는 트레미 파이프(40)는 지중열교환기 파이프와 함께 천공된 구멍에 삽입시키거나 지중열교환기 파이프 삽입후 추가로 천공된 깊이까지 삽입해야 하는 데 여유 공간이 협소하고 다른 관들과 간섭을 일으켜 작업에 많은 어려움이 있다.

즉, 통상적으로 지중열교환기 파이프와 트레미 파이프를 천공된 매설공에 설치함에 있어 공급관(10)과 환수관(20)이 일정간격을 유지하기 어려워 서로 꼬이거 나 어긋나는 일이 발생하며, 트레미 파이프 삽입에 많은 어려움이 있어 많은 시간이 걸려 공사비가 높아지고 제대로 삽입하지 못한 상태에서 시공하므로 시공품질이 저하되어 효율이 떨어지게 된다.

한편, 상기한 문제점을 해결하기 위한 방안으로 실용신안등록 제 20-0393075호에서는 U-밴드 파이프 스페이서를 제안하고 있다. 그러나 이에 의할 경우 별도의 스페이서를 구비하고 설치현장에서 스페이서에 매설파이프를 장착하여야 하는 등의 공정이 요구되는바 시공비의 상승 및 시공기간의 연장 등에 따른 손실을 피하기는 어려우며, 실용신안등록 제20-0400468호에서는 지열을 이용한 냉난방 시스템의 연결파이프 구조를 제안하면서 U자 파이프에 다수의 리브를 형성하여 그라우팅 작업시 하부에 U자 파이프의 고정이 용이한 수단을 제공하고 있다. 그러나 이에 의하더라도 매설파이프의 일정간격을 유지하기 위한 수단을 제공하지 못한다는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 상기한 매설파이프의 공급관과 환수관이 일정간격을 유지할 수 있도록 하며, 열교환의 효율도 높일 뿐만 아니라, 현장에서 실시하는 불필요한 공정과 별도의 장치의 설치를 생략하기 위해 공장에서 일괄생산함으로써 시공의 편의와 시공효율을 증대 시켜 지중 열교환기의 고성능화, 경제적인 시공성 확보 및 품질의 신뢰성 확보, 운전의 안정성을 높이고자 함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 지중열을 이용하는 냉난방 시스템에 사용되는 지중 열교환기 파이프에 있어서, 공급관과 환수관사이에 연결부재를 형성하여 공급관, 환수관 및 연결부재가 일체로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하며, 나아가 상기 연결부재는 트레미 파이프 삽입공을 구비하며, 연결부재가 공급관과 환수관 사이에 일정간격으로 설치됨으로써 지중열교환기의 공급관과 환수관은 일정한 간격을 유지하며, 또는 트레미 파이프가 공급관과 환수관 사이에 위치하며 이들은 연결부재에 의해 연결되어서, 공급관, 환수관, 트레미 파이프, 및 연결부재가 일체로 형성되며, 상기 트레미 파이프에는 그라우팅시 그라우팅재료가 빠져나올 수 있도록 구멍이 형성되며 , 또는 연결부재에는 트레미 파이프를 삽입할 수 있는 안내구멍이 일정한 간격으로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다. 다만, 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 당업자에 자명한 사실에 대하여는 그 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 일반적인 지중 열교환기의 파이프의 설치상태를 나타내는 도면이다. 직경 100 내지 200 mm, 깊이 200m 내외로 천공한 후 U자 형태의 매설파이프를 삽입하게 되는데, 공급관(10)과 환수관(20)은 PE재질로서 각각 보빈에 감겨져 있고 필요한 만큼 풀어서 쓰는데 이들의 말단을 U-밴드(30)를 통하여 연결하여 최종적인 U 자 형태의 매설파이프가 완성되게 한다. 그리고 비어 있는 나머지 공간을 콘크리트 또는 벤토나이트 등의 재료로 그라우팅을 하게 되는데 그라우팅을 위해 트레미 파이프(40)를 삽입하여 시행한다. 그런데 상기 공급관과 환수관을 일정한 간격으로 유지하기 위하여 스페이서를 별도로 사용하게 되는데 스페이서를 사용할 경우 그 스페이서를 일일이 설치하여야 하므로 많은 시간이 소요되며, 스페이서로 인해 트레미 파이프를 삽입하기가 용이하지 않은 면이 있고 이로 인해 그라우팅작업 또한 제대로 이루어지지 않을 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 트레미 파이프와 일체로 형성된 U자관의 파이프 형태를 보여주는 도면이다. 첫번째 그림은 위에서 본 형태이며 두번째 그림은 옆에서 본 형태이다. 공급관(10)과 환수관(20)사이에 트레미 파이프(40)가 위치하며 이들이 연결부재(50)에 의해 연결되어 있는 형태이며 트레미 파이프(40)부분에는 그라우트 재료의 분출공(41)이 일정한 간격으로 다수 형성되어 있다. 이들은 공급관과 환수관 및 트레미 파이프가 연결된 형태로 처음부터 일체로 형성시키며, 재질은 유연성이 있는 PE 재질이 바람직하며, 보빈에 감겨져서 필요한 만큼 사용할 수 있게 되어 있다. 이러한 지중열교환기 파이프의 공급관과 환수관을 U-밴드(30)로만 연결하여 사용하면 되므로 시공시 매우 간편하다.

시공과정은 다음과 같다.

매설공을 천공한 후 감겨져 있는 본 발명의 파이프를 풀고 말단을 연결파이프로 연결하여 매설공 아래로 삽입하며, 삽입된 후에는 벤토나이트 등의 그라우팅 재료를 트레미파이프를 통하여 공급하면 트레미파이프에 뚫려 있는 분출공(41)을 통해 빠져 나와 매설공의 빈 공간을 채우게 된다. 본 발명에 의하면, 공급관(10)과 환수관(20)의 간격이 일정하게 유지되며, 트레미관을 삽입할 때 생길 수 있는 문제점도 사라지게 되며 트레미공을 통해 그라우팅도 고루 이루어질 수 있는 장점이 있다.

도 3은 도 2의 실시예의 사시도이다. 도 3을 통해 도 2의 일 실시예를 보다 명확히 이해할 수 있다. 공급관(10), 환수관(20), 트레미 파이프(40) 및 이를 연결하는 연결부재(50)가 일체형으로 되어 있고 트레미 파이프에는 분출공(41)이 형성되어 그라우팅 재료가 빈공간으로 빠져 나오게 되어 있다. 또한 본 발명의 경우 트레미 파이프를 제거하는 것이 아니라 그대로 놔 두면 되고 이것으로 인해 지중 열교환기 파이프의 가설이 보다 편할 뿐만 아니라 안정성이 배가되는 장점도 더 갖게 된다. 일반적으로 공급관과 환수관의 직경은 25 내지 45 mm 정도이며 트레미 파이프의 직경은 25 mm 정도이나 필요에 따라 다양하게 할 수 있음은 당업자에게 자명한 사실이다. 이것을 매설공에 삽입하는 보다 용이하고 편리한 방법은 도 7에서 후술할 삽입안내부재(100)를 사용하는 방법이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 트레미삽입공을 갖는 U자관의 파이프 형태를 보여준다. 도 2의 형태와 다른 점은 트레미 파이프가 일체로 형성되어 있지는 않고 트레미 파이프를 삽입할 수 있는 트레미 삽입공(65)을 가진다는 점과, 공급 관(10)과 환수관(20)을 연결하는 연결부재(60)가 양쪽 관들에 처음부터 끝까지 연결되어 있는 것이 아니라 일정간격을 두고 도면과 같이 위치하여 연결부재들간에 공간을 형성하고 있다는 점이다. 이 형태의 경우 매설공에 지중 열교환기 파이프를 삽입한 후, 비어 있는 트레미 삽입공(65)을 통하여 트레미 파이프(40)를 삽입한 후 그라우팅 재료를 공급하여 그라우팅 재료들이 연결부재들 사이의 비어 있는 공간 들을 통해 빠져 나갈 수 있게 된다. 연결부재(60)는 트레미 파이프(40)를 안내하기 위한 안내통로의 역할을 하며, 트레미 파이프는 그라우팅 후 제거할 수 있다. 트레미 삽입공(65)의 크기 등은 필요에 따라 적절하게 조절할 수 있고 그 모양도 다양화 할 수 있으며, 연결부재(60)들 사이의 간격도 유연하게 조절할 수 있음은 당업자에게 있어서 자명한 사실일 것이다.

본 발명의 경우 트레미 파이프를 삽입할 수 있는 공간 확보를 통해 스페이서를 설치하는 등의 경우의 트레미 파이프 삽입공간 확보의 문제를 해결할 수 있으며, 트레미 파이프가 삽입되면서 다른 공급관과 환수관과 접촉함으로써 생기는 불안정성을 사전에 막을 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 변형실시예를 보여주는데, 도 2의 형태에서 트레미 파이프의 형태를 4각형태로 바꾸고 분출공(42)을 형성한 것으로 파악할 수 있지만 도 4의 형태에서 트레미 삽입공(75)이 있는 것으로 파악하여 별도의 트레미 파이프를 그 사각형태의 것에 넣어서 사용할 수도 있을 것이다. 즉 당업자의 입장에서 이러한 형태의 변형은 다양하게 고려할 수 있다는 것이다.

도 6은 본 발명의 또 다른 변형실시예의 단면형태를 보여준다. 이 단면은 공급, 환수관, 트레미파이프, 연결부재부분의 단면을 나타낸 것으로 공급관(10)과 환수관(20)의 한쪽면으로 연결부재(50')가 밀착하여 생성되어 있으며, 그 연결부재(50')에 트레미 파이프(40)가 부착되어 있는 형태이다. 이 단면의 형태에서, 분출공이 있는 형태이거나 또는 트레미 파이프의 모양을 약간 변형한다거나, 상기 트레미파이프가 트레미파이프 삽입공의 역할을 하는 경우를 생각하는 것은 본 발명의 범위내의 것이다.

도 7은 트레미파이프와 상관없이 연결부재를 갖는 형태의 실시예를 보여주는 도면이다. 본 도면의 형태가 본 발명의 가장 기본적인 형태가 될 것이다. 공급관(10)과 환수관(20)이 연결부재(80)에 의해 연결되어 있다. 연결부재(80)는 처음 그림과 같이 공급관과 환수관을 전체적으로 연결할 수도 있고 두번째 그림과 같이 일정간격을 두고 연결할 수도 있다. 도면에는 도시되지 않았으나 연결부재가 상기 공급관과 환수관에 접선 형태로 한쪽면에 부착될 수도 있고, 양쪽면에 부착되어 그 사이에 트레미 파이프를 삽입할 수 있는 공간을 마련할 수도 있을 것이다. 또한 상기 연결부재에 보강용 돌기를 형성하여 그 연결부재의 강도을 높인다거나 연결부재에 천공을 하여 매설파이프의 경량화를 꾀한다는 것등은 당업자에게 있어 충분히 변형 실시가 가능한 부분이다.

도 8은 트레미파이프와 상관없이 연결부재를 갖는 형태의 또 다른 변형 실시예를 보여주는 도면으로 도 7에서는 가운데 부분에 연결부재가 위치하는 형태이나 도 8에서는 공급관(10)과 환수관(20)에 접선 형태로 한쪽면에 부착되거나 양쪽면에 부착되어 있다. 양쪽면 연결부재(80, 80')가 부착되는 경우 그 가운데 사이로 트레미 파이프를 삽입할 수 있는 공간이 마련된다. 한편, 공급관(10)과 환수관(20)은 필요에 따라 도면에서 보는 바와 같이 표면에 돌기형태를 형성하여 표면적을 증대시킴으로써 열전도율이 향상되도록 할 수 있다.

도 9는 본 발명의 파이프를 용이하게 가설하기 위한 파이프 삽입안내부재의 일 실시예를 도시한 것이다. 매설공의 윗부분이 붕괴되는 것을 방지하기 위해 원형의 케이싱 강관(200)을 매설공의 윗부분에 박는다. 이 공간을 통해 지중열교환기 파이프를 삽입하는데 이들의 크기와 매설공의 크기가 차이가 나기 때문에 파이프가 한쪽으로 치우치지 않고 삽입될 수 있도록 하기 위하여 보다 많은 주의를 하여야 한다. 도 7에서 보여주는 삽입안내부재(100)는 본 발명의 지중 열교환기 파이프를 보다 용이하게 매설공에 치우치지 않고 안정적으로 삽입가능하도록 하는 것이다. 원형의 판에 관 삽입공(110)을 구비하고 판 아래 부분에는 고정발(120)을 구비하여 도면에서 보는 바와 같이 매설공의 윗부분에 끼우면 된다. 상기 관 삽입공(110)을 통하여 본 발명의 파이프를 안정적으로 삽입할 수 있다. 사용시 본 발명의 파이프를 관 삽입공(100)에 일부 끼우고 그 말단에 연결파이프를 연결한 후 이 삽입안내부재(100)을 매설공에 끼우고 파이프를 아래로 계속 내려가게 하면 된다. 상기 삽 입안내부재의 윗쪽에 도면에는 도시되지 않은 손잡이 등을 설치하여 편리성을 증대할 수 있음은 물론이다.

이상에서 살펴본 본 발명은 그 실시예를 통해 보다 용이하게 설명하기 위한 것이며, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시가 가능함은 자명한 사실이며 그러한 사실은 본 발명의 권리범위내에 속하는 것이다.

본 발명은 지중 열교환기 파이프간에 처음부터 연결부재를 구비시킴으로써 일정간격유지가 유지되며 별도의 스페이서등이 필요없어 작업 효율이 증대되며, 나아가 트레미 파이프를 일체화 또는 그 수용 공간을 구비시키는 것 등으로 인해 그라우팅 작업시 발생하는 불안정성의 문제도 해결되었다.

Claims (7)

1. 지중열을 이용하는 냉난방 시스템에 사용되는 지중 열교환기 파이프에 있어서,

   공급관과 환수관사이에 연결부재를 형성하여 공급관, 환수관 및 연결부재가 일체로 형성되도록 하는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기 파이프.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 연결부재는 공급관과 환수관에 접선 형태로 일측면에 형성되거나, 또는 공급관과 환수관에 접선형태로 양측면에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기 파이프.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 연결부재는 트레미 파이프 삽입공을 구비하며, 연결부재가 공급관과 환수관 사이에 일 이상 설치됨으로써 연결부재 사이에 상하로 빈 공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기 파이프.
4. 지중열을 이용하는 냉난방 시스템에 사용되는 지중 열교환기 파이프에 있어서,

   트레미 파이프가 공급관과 환수관 사이에 위치하며 이들은 연결부재에 의해 연결되어서, 공급관, 환수관, 트레미 파이프, 및 연결부재가 일체로 형성되며, 상기 트레미 파이프에는 그라우팅시 그라우팅재료가 빠져나올 수 있도록 분출공이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기 파이프.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 트레미 파이프의 형태는 원형 또는 사각형 형태인 것을 특징으로 하는 지중 열교환기 파이프.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 공급관 또는 환수관은 표면적이 증가하도록 표면에 돌기가 형성되어 있어 열전도율이 향상되는 것을 특징으로 지중 열교환기 파이프.
7. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 지중 열교환기 파이프를 매설공의 한쪽에 치우치지 않도록 하기 위한 삽입안내부재에 있어서,

   매설공의 벽면에 지지되는 고정발과 고정발의 위에 위치하는 판형위에 관삽입공을 구비하는 것을 특징으로 하는 지중 열교환기 파이프 삽입안내부재.

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