KR20090095253A - 지열 회수용 코일형 합성수지관 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지열 회수용 코일형 합성수지관 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 합성수지관을 연속된 코일형으로 형성하여, 그 내부를 통과하는 유체의 체류시간을 늘리고, 열전달 면적을 넓게 함으로써 효율적인 지중과의 열전달이 이루어지도록 하고, 지중과의 열전달이 완료된 이후에는 전달받은 열을 빼앗기지 않고 신속하게 유체를 회수할 수 있는 지열 회수용 코일형 합성수지관 및 그 제조방법에 관한 것이다.

이를 위하여 본 발명에 따른 지열 회수용 코일형 합성수지관은 합성수지관이 연속된 코일형으로 감기워져 형성되는 열교환관; 및 상기 열교환관의 일 말단과 연결되며, 상기 코일형으로 감기워진 열교환관의 내부를 통과하는 직선형의 열회수관을 포함하여 이루어진다.

지열, 회수, 열교환, 코일형, 합성수지관

Description

지열 회수용 코일형 합성수지관 및 그 제조방법{Coiled Plastic Pipe for Geothermal Collecting and Manufacturing Method thereof}

본 발명은 지열 회수용 코일형 합성수지관 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 합성수지관을 연속된 코일형으로 형성하여, 그 내부를 통과하는 유체의 체류시간을 늘리고, 열전달 면적을 넓게 함으로써 효율적인 지중과의 열전달이 이루어지도록 하고, 지중과의 열전달이 완료된 이후에는 전달받은 열을 빼앗기지 않고 신속하게 유체를 회수할 수 있는 지열 회수용 코일형 합성수지관 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근 국제원유 가격이 급등하면서 대체에너지원에 대한 관심이 집중되고 있다. 특히 에너지원의 대부분을 해외에 의존하는 우리나라의 경우 대체에너지 개발이 국가의 사활을 좌우하는 명제로 부상하고 있다.

대체에너지원의 하나로서 지열을 이용하는 방법이 있는데, 이는 계절에 따라 온도변화가 심한 지상과는 달리 거의 일정한 온도를 나타내는 지중의 특성을 이용 하는 것이다. 즉, 여름철에는 지상보다 낮은 온도를 나타내는 지중과의 열교환을 통하여 냉방용으로, 겨울철에는 지상보다 높은 온도를 나타내는 지중과의 열교환을 통하여 난방용으로 지중의 열을 이용하는 것이다.

상기와 같이 지중의 열을 이용하기 위한 종래의 시스템을 살펴보면, 열교환 파이프를 지중에 매설하고, 상기 지중에 매설된 열교환 파이프의 내부를 통하여 유체를 순환시킴으로써 지중의 열을 이용한다. 즉, 지중에 매설된 열교환 파이프의 내부를 통과하면서 지중과의 열교환을 통하여 가열된 유체(또는 냉각된 유체)를 직접 또는 별도의 열교환 장치를 추가로 설치하여 간접적으로 이용하여 아파트, 오피스 빌딩, 상가 등과 같은 건물의 냉방 또는 난방에 활용하는 것이다.

상기와 같은 시스템에 사용되는 종래의 열교환 파이프는 파이프를 'U'자형으로 지중 깊숙히 매설하게 된다.

그러나 상기와 같이 파이프를 단순히 'U'자형으로 지중 깊숙하게 매설할 경우에는 지중과의 열전달이 효율적으로 이루어지지 않는다는 문제점이 있다.

즉, 상기와 같은 경우에는 첫째, 열전달 면적이 넓지 않아 충분한 열전달이 이루어지기 어렵고, 둘째, 파이프 내부를 통과하는 유체의 체류시간이 길지 않으므로 충분한 열전달이 이루어지지 않으며, 셋째, 연절달 면적 및 유체의 체류시간을 확보하기 위하여 파이프를 깊게 또는 넓게 지중에 매설할 경우에는 땅파기 등의 작업에 소요되는 시간 및 비용이 증가함과 더불어, 공간확보에 어려움이 있고, 넷째, 지중과의 열교환이 이루어진 유체를 회수하는 과정에서 열손실, 즉 지중과의 열교환에 의하여 가열된(또는 냉각된) 유체를 회수하는 과정에서 가열된 유체가 다시 냉각(냉각된 유체는 다시 가열)되는 문제점이 있으며, 다섯째 종래의 열교환 파이프는 그 재질이 주로 금속으로 이루어져 있음으로 해서 가격이 비싸고, 금속의 부식으로 인하여 오랫동안 사용하지 못한다는 문제점이 있었다.

따라서 지열을 효과적으로 이용하기 위해서는 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 지중과의 열전달이 충분히 이루어질 수 있도록 열전달 면적이 넓고, 내부를 통과하는 유체의 체류시간이 길며, 지중과의 열교환이 완료된 유체를 회수하는 과정에서 열손실이 없고, 장기적으로 사용할 수 있는 지열 회수용 코일형 합성수지관 및 그 제조방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 지열 회수용 코일형 합성수지관을 제공하는데, 본 발명에 따른 지열 회수용 코일형 합성수지관은,

합성수지관이 연속된 코일형으로 감기워져 형성되는 열교환관; 및

상기 열교환관의 일 말단과 연결되며, 상기 코일형으로 감기워진 열교환관의 내부를 통과하는 직선형의 열회수관을 포함하여 이루진다.

상기 합성수지관의 재질은 유연성 및 열전도성 등을 고려할 때 PE-RT(Polyethylene Raised Temperature) 또는 PB(Polybutene)인 것이 바람직하다.

또한 본 발명은, 지열 회수용 코일형 합성수지관의 제조방법을 제공하는데, 본 발명에 따른 지열 회수용 코일형 합성수지관의 제조방법은,

(1) 합성수지관을 원통 형상의 성형롤 표면에 코일형으로 권회하는 단계;

(2) 상기 코일형으로 권회된 합성수지관의 표면을 랩핑(wrapping)하는 단계;

(3) 상기 랩핑(wrapping)이 완료된 코일형으로 권회된 합성수지관을 숙성시키는 단계;

(4) 상기 숙성이 완료된 코일형 합성수지관의 표면에 있는 랩(wrap)을 제거하는 단계;

(5) 상기 랩(wrap)이 제거된 코일형 합성수지관과 성형롤을 분리하는 단계; 및

(6) 상기 성형롤과 분리된 코일형 합성수지관의 일 말단과 직선형의 합성수지관을 연결하되, 상기 직선형의 합성수지관은 상기 코일형 합성수지관의 내부를 통과하도록 연결하는 단계;를 포함하여 이루어진다.

상기 '단계 (3)'의 랩핑(wrapping)이 완료된 코일형으로 권회된 합성수지관의 숙성은 1일 내지 7일 동안 이루어지는 것이 바람직하다.

또한 상기 합성수지관의 재질은 유연성 및 열전도성 등을 고려할 때 PE-RT(Polyethylene Raised Temperature) 또는 PB(Polybutene)인 것이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의할 경우, 합성수지관이 연속된 코일형으로 감기워져 형성되므로, 열전달 면적이 넓고, 내부를 통과하는 유체의 체류시간이 길게 되어 지중과의 열전달이 충분히 이루어질 수 있게 된다.

또한 지중과의 열교환이 완료된 유체는 신속하게 회수되므로 회수과정에서의 열손실이 없게 된다.

또한 시공성, 유연성, 열전도성, 내구성 등이 우수한 PE-RT(Polyethylene Raised Temperature) 또는 PB(Polybutene)를 이용하여 합성수지관을 성형함으로서 안정적으로 장기적인 사용이 가능하게 된다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

첨부된 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지열 회수용 코일형 합성수지관의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지열 회수용 코일형 합성수지관의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지열 회수용 코일형 합성수지관의 제조과정에서 합성수지관을 원통형 성형롤에 권회하는 과정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지열 회수용 코일형 합성수지관의 제조과정에서 코일형으로 권회된 합성수지관을 랩핑하는 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지열 회수용 코일형 합성수지관의 제조과정에서 랩을 벗겨내고, 원통형의 성형롤을 분리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

먼저 본 발명은 지열 회수용 코일형 합성수지관을 제공하는데, 본 발명의 실시예에 따른 지열 회수용 합성수지관(10)은 크게 열교환관(11)과 열회수관(12)을 포함하여 이루어진다.

상기 열교환관(11)은 지중에 매설되는 지열 회수용 합성수지관(10)으로 공급되는 유체가 지중과의 열교환을 하는 곳으로서, 합성수지관이 연속된 코일형으로 감기워져 형성되어 있다. 이와 같이, 연속된 코일형으로 감기워져 형성되어 있음으로 해서 종래의 단순한 'U'자 형상과 달리 지중과의 충분한 열교환을 위한 열전달 면적과, 유체의 체류시간을 확보할 수 있게 된다.

상기 열회수관(12)은 열교환관(11)을 통과하면서 지중과의 충분한 열교환이 이루어진 유체를 회수하는 곳으로서, 지중에 매설되는 지열 회수용 합성수지관(10)의 최말단, 즉 열교환관(11)의 일 말단(11b)과 연결되어 있다. 또한 상기 열회수관(12)은 코일형으로 감기워져 있는 상기 열교환관(11)의 내부, 즉 중공부분을 관통하며, 직선형으로 형성된다. 이와 같이 형성하는 이유는 열교환관(11)을 통과하면서 지중과의 충분한 열교환이 이루어진 유체를 회수하는 과정에서 열손실을 최소화하기 위해서이다.

지중의 열을 이용하고자 하는 것은 거의 일정한 온도를 유지하는 지중의 온도 항상성 때문이다. 즉, 지중의 깊은 부분은 거의 일정한 온도를 유지하고, 지상에 가까운 부분은 지상의 온도변화에 따라 그 온도가 변화한다. 이러한 이유로 인하여 지중 최저점까지 도달한 유체는 회수과정에서의 열손실을 피하기 위하여 신속하게 지상으로 회수하는 것이 바람직하다. 본 발명처럼 열교환관(11)를 코일형하고, 열회수관(12)를 직선형으로 하게 되면, 열전달 과정에서는 넓은 열전달 면적과 긴 체류시간으로 인하여 지중과의 충분한 열전달이 이루어지고, 회수과정에서는 열 손실을 최소화할 수 있게 된다.

상기 열교환관(11)과 열회수관(12)은 융착 등의 방법으로 직접 연결할 수도 있고, 이음관(13)을 이용하여 연결할 수도 있다. 본 실시예에서는 엘보를 이용하였으나, 엘보 이외에도 다양한 이음관을 통하여 연결할 수 있다.

상기, 열교환관(11)은 통상의 합성수지를 사용하여도 무방하나, PE-RT(Polyethylene Raised Temperature) 또는 PB(Polybutene) 재질을 사용하여 형성한다. PE-RT(Polyethylene Raised Temperature)와 PB(Polybutene)는 다른 합성수지에 비하여 우수한 유연성 및 열전도성을 지니고 있는바, 코일형으로 권회하여 형성하는 열교환관(11)의 형상 및 지중과의 열전달을 하여야 하는 부분임을 감안할 때 상기 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 또한 상기 재질은 성형성이 우수하고, 성형면이 매끄러워서 유체의 흐름이 원활하며, 내부식성과 내충격성이 우수하다는 장점도 지니고 있다.

상기 열회수관(12)의 재질은 상기 열교환관(11)과 동일한 재질로 형성할 수 도 있고, 다른 재질로 형성할 수도 있다. 열회수관(12)을 통하여 유체를 회수하는 과정에서는 지중과의 열전달이 이루어지지 않는 것이 바람직하므로, 열전도성이 상기 재질보다 떨어지는 재질을 이용하는 것도 바람직하다.

상기 열교환관(11)과 열회수관(12)에는 지상의 시설물과의 연결을 위한 연결 관이 연결될 수도 있다. 도 2에 그 일례로서 열교환관(11)의 일 말단(11a)에 연결관(40)이 이음관(13)에 의하여 연결된 형상을 도시하였다. 이와 같은 다양한 연결과정을 통하여 지상 시설물과의 자유로운 연결이 가능하게 된다.

다음으로 본 발명은 지열 회수용 코일형 합성수지관의 제조방법을 제공하는데, 본 발명의 실시예에 따른 지열 회수용 합성수지관의 제조방법은,

(1) 합성수지관을 원통 형상의 성형롤 표면에 코일형으로 권회하는 단계;

(2) 상기 코일형으로 권회된 합성수지관의 표면을 랩핑(wrapping)하는 단계;

(3) 상기 랩핑(wrapping)이 완료된 코일형으로 권회된 합성수지관을 숙성시키는 단계;

(4) 상기 숙성이 완료된 코일형 합성수지관의 표면에 있는 랩(wrap)을 제거하는 단계;

(5) 상기 랩(wrap)이 제거된 코일형 합성수지관과 원통 형상의 성형롤을 분리하는 단계; 및

(6) 상기 원통 형상의 성형롤과 분리된 코일형 합성수지관의 일 말단과 직선형의 합성수지관을 연결하되, 상기 직선형의 합성수지관은 상기 코일형 합성수지관의 내부를 통과하도록 연결하는 단계를 포함하여 이루어진다.

상기 '단계 (1)'에서 원통 형상의 성형롤(20) 표면에 코일형으로 권회되는 합성수지관은 지열 회수용 합성수지관(10)으로 공급되는 유체가 지중과의 열교환을 하는 곳이다. 이와 같이 코일형으로 권회하는 것은 지중과의 충분한 열교환을 위한 넓은 열전달 면적과 긴 체류시간을 확보하기 위해서이다.

상기 원통 형상의 성형롤(20)은 주위에서 쉽게 구할 수 있는 통상의 지관이나 합성수지관 등을 이용할 수 있다.

'단계 (1)'에서 원통 형상의 성형롤(20) 표면에 코일형으로 권회되는 합성수지관의 재질은 통상의 합성수지를 사용하여도 무방하나, PE-RT(Polyethylene Raised Temperature) 또는 PB(Polybutene)를 사용한다. PE-RT(Polyethylene Raised Temperature)와 PB(Polybutene)는 다른 합성수지에 비하여 우수한 유연성 및 열전도성을 지니고 있는바, 코일형으로 권회되는 형상과 지중과의 열전달을 하여야 하는 부분임을 감안할 때 상기 재질로 형성되는 것이 바람직하다.

상기 '단계 (2)'와 '단계 (3)'에서 코일형으로 권회된 합성수지관의 표면을 랩(wrapp)(30)으로 감싸고, 이를 숙성시키는 것은 원통 형상의 성형롤(20) 표면에 코일형으로 권회된 합성수지관을 권회된 형상 그대로 만들기 위함이다. 즉, 코일형으로 권회된 합성수지관이 복원력에 의하여 그 형상이 코일형으로부터 변형될 수 있으므로 이와 같은 과정을 통하여 그 형상을 고정하는 것이다.

상기 숙성은 코일형으로 권회된 합성수지관의 표면을 랩핑(wrapping)한 상태로 이를 상온에 방치하는 것을 의미한다. 숙성은 1일 내지 7일간에 걸쳐 이루어지는데, 그 기간은 합성수지관의 관경 및 두께, 코일형으로 권회되는 곡률 등에 의하여 정하여진다. 숙성 기간이 1일보다 짧게 되면, 원하는 형상으로 고정되지 않을 우려가 있으며, 숙성 기간이 7일보다 긴 경우에는 이미 원하는 형상으로 고정이 되어 있으므로 그 이상 숙성을 시킬 실익이 없다.

숙성이 완료되면 상기 '단계 (4)'와 '단계 (5)'와 같이 랩(wrap)(30)을 벗겨내고 원통 형상의 성형롤(30)을 분리하는 과정을 거치게 된다. 상기 랩(30)과 원통 형상의 성형롤(30)은 지열 회수용으로 사용되는 코일형 합성수지관(10)의 성형과정에서만 필요한 것인바, 필요한 과정이 완료되면, 이를 제거 및 분리한다.

랩(30)과 원통 형상의 성형롤(30)의 제거 및 분리가 완료되면, 코일형으로 성형이 완료된 합성수지관이 얻어진다. 상기 코일형 합성수지관의 일 말단에는 상기 '단계 (6)'과 같이 직선형의 합성수지관을 연결하게 된다. 상기 직선형의 합성수지관은 상기 코일형 합성수지관의 내부를 통과하도록 연결된다. 이들의 연결은 융착 등의 연결방법에 의할 수도 있고, 엘보와 같은 이음관을 이용하여 행할 수도 있다. 코일형의 합성수지관에 연결되는 직선형의 합성수지관은 지중과의 열교환이 이루어진 유체를 회수하는 과정에 활용된다.

상기와 같은 과정을 거치게 되면, 열전달 면적이 넓고, 유체의 체류시간이 길며, 유체의 회수과정에서 열손실이 적고, 내구성이 우수한 지열 회수용 코일형 합성수지관을 얻을 수 있게 된다.

본 발명은 상기한 실시 예와 첨부한 도면을 참조하여 설명되었지만, 본 발명의 개념 및 범위 내에서 상이한 실시 예를 구성할 수도 있다. 따라서 본 발명의 범위는 첨부된 청구범위 및 이와 균등한 것들에 의해 정해지며, 본 명세서에 기재된 특정 실시예에 의해 한정되지는 않는다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지열 회수용 코일형 합성수지관의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지열 회수용 코일형 합성수지관의 사시도이다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지열 회수용 코일형 합성수지관의 제조과정에서 합성수지관을 원통형 성형롤에 권회하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지열 회수용 코일형 합성수지관의 제조과정에서 코일형으로 권회된 합성수지관을 랩핑하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 지열 회수용 코일형 합성수지관의 제조과정에서 랩을 벗겨내고, 원통형의 성형롤을 분리하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 지열 회수용 코일형 합성수지관

11 : 열교환관

12 : 열회수관

13 : 이음관

20 : 원통 형상의 성형롤

30 : 랩

40 : 열교환관 연결관

Claims (6)

1. 합성수지관이 연속된 코일형으로 감기워져 형성되는 열교환관; 및

   상기 열교환관의 일 말단과 연결되며, 상기 코일형으로 감기워진 열교환관의 내부를 통과하는 직선형의 열회수관을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지열 회수용 코일형 합성수지관.
2. 제1항에 있어서,

   상기 열교환관과 열회수관은 이음관에 의하여 연결되는 것을 특징으로 하는 지열 회수용 코일형 합성수지관.
3. 제1항에 있어서,

   상기 열교환관의 재질은 PE-RT(Polyethylene Raised Temperature) 또는 PB(Polybutene)인 것을 특징으로 하는 지열 회수용 코일형 합성수지관.
4. (1) 합성수지관을 원통 형상의 성형롤 표면에 코일형으로 권회하는 단계;

   (2) 상기 코일형으로 권회된 합성수지관의 표면을 랩핑(wrapping)하는 단계;

   (3) 상기 랩핑(wrapping)이 완료된 코일형으로 권회된 합성수지관을 숙성시키는 단계;

   (4) 상기 숙성이 완료된 코일형 합성수지관의 표면에 있는 랩(wrap)을 제거하는 단계;

   (5) 상기 랩(wrap)이 제거된 코일형 합성수지관과 원통 형상의 성형롤을 분리하는 단계; 및

   (6) 상기 원통 형상의 성형롤과 분리된 코일형 합성수지관의 일 말단과 직선형의 합성수지관을 연결하되, 상기 직선형의 합성수지관은 상기 코일형 합성수지관의 내부를 통과하도록 연결하는 단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 지열 회수용 코일형 합성수지관의 제조방법.
5. 제4항에 있어서,

   상기 '단계 (1)'에서 원통형의 성형롤 표면에 권회되는 합성수지관의 재질은 PE-RT(Polyethylene Raised Temperature) 또는 PB(Polybutene)인 것을 특징으로 하는 지열 회수용 코일형 합성수지관의 제조방법.
6. 제4항에 있어서,

   상기 '단계 (3)'의 랩핑(wrapping)이 완료된 코일형으로 권회된 합성수지관 의 숙성은 1일 내지 7일 동안 이루어지는 것을 특징으로 하는 지열 회수용 코일형 합성수지관의 제조방법.

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