KR20110124035A - 지열 히트펌프의 지중 열교환기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지열 히트펌프의 지중 열교환기에 관한 것이다. 본 발명은, 관정에 삽입되는 순환관이 접힐 수 있을 정도로 유연한 재질로 형성되어 릴로 감아 끌어 올릴 수 있게 됨으로써 상기 순환관의 인양 작업이 용이하고 순환관의 인양에 필요한 공간이 적어 지하실과 같은 좁은 공간에도 지중 열교환기를 설치할 수 있다. 또, 상기 관정이 맨홀의 내부에 설치됨에 따라 땅파기 작업을 하지 않고도 지중 열교환기의 유지 보수 작업을 용이하게 할 수 있다.

Description

지열 히트펌프의 지중 열교환기{Ground-loop heat exchanger for Ground heat pump}

본 발명은 지하수 또는 지열을 열원으로 사용하여 냉난방을 실시하는 지열 히트펌프 시스템에 관한 것으로, 특히 지열 히트펌프 시스템의 지중 열교환기에 관한 것이다.

지열의 이용방식은 지중의 고온의 열을 이용하여 전기를 발전하는 지열발전 이용방식과, 온천수와 같이 지열을 직접 이용하는 지열직접 이용방식과, 히트펌프를 장착하여 저온의 지열을 이용하여 냉난방을 수행하는 지열펌프 이용방식으로 크게 나눌 수 있다.

지열펌프 이용방식은 지하수와 지열 등을 냉난방 열원으로 사용하는 것으로, 지중열은 통상 연중 온도변화가 적은 안정적인 열원이기 때문에 주거 및 상업용으로 사용하기에 적합하여 대체 에너지로의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 이러한 지중 이용의 일종으로 최근에 널리 보급되고 있는 지열 히트펌프는 비교적 천부의 지열을 이용하는 것으로, 암반층이 잘 발달된 암반 내부에 약 400~500m 깊이의 관정을 형성하고 그 관정 내부에 열교환기를 설치하여 냉난방을 행하는 기술이다. 구조는 본 출원인에 의해 출원된 등록실용신안 제0371813호 및 등록특허 제10-0675257호에 제시된 바 있다.

지열 히트펌프 중에서도 반개방형, 일명 스탠딩컬럼웰(Standing Column W1ell) 방식의 열교환기는 좁고 길게 구성된 관정 내부에 고인 물을 이용하여 암반과 지하수의 직접적인 열교환이 이루어지는 방식이다. 이는 지하수를 직접 이용하는 개방형 열교환기 또는 수직으로 삽입된 U자형 관을 사용하는 밀폐형 열교환기에 비하여 관정 내부의 설치 공간 확보, 설치비용, 오염, 제품수명, 관정의 유지보수 등의 문제에 유리하여 점차로 보급이 확대되고 있는 추세이다.

상기와 같은 스탠딩컬럼웰 방식의 열교환기는 암반층을 시추하여 형성된 관정의 내부에 지하수 순환관(이하, 순환관)을 매설하고, 상기 관정내 집수된 지하수를 지상으로 끌어 올려 열교환기로 열교환시킨 후 다시 순환관을 통해 관정의 내부로 복귀시키는 과정 중에 흡수된 열에너지를 이용하여 냉난방 시스템의 에너지로 활용하는 방식이다.

여기서, 상기 순환관은 PVC(Polyvinyl Chloride: 염화비닐) 재질로 이루어진 파이프를 사용하는 것이 일반적이다. 하지만, PVC는 오존파괴 물질인 염소성분을 포함하고 있으며 제조공정에서 다이옥신이 발생하여 친 환경적이지 못한 물질로 인식되면서 PVC를 오랜 기간 널리 사용해온 하수관 등에서도 PE(Polyethylene: 폴리에틸렌)와 같이 환경친화적인 소재로 교체되고 있는 추세이다. PE 파이프 중에서도 HDPE(High Density Polyethylene: 고밀도 폴리에틸렌)가 상하수도 및 가스관 등에 많이 사용된다. 그리고 PVC 파이프는 탄성이 약하고 단단하여 대체로 4~6m의 길이로 이루어지므로 깊이가 400~500m에 이르는 관정의 상부에서 바닥까지 순환관을 구성하기 위해서는 여러 개의 짧은 파이프를 접착제로 연결하여 사용하는 것이 일반적이다.

상기와 같이 다수의 PVC 파이프를 접착제나 기계적인 연결장치를 사용하여 연결하는 순환관은 약 100여개의 접합부를 가지게 되므로, 작업 공정이 복잡하고 순환관을 설치할 때나 사용하는 도중에 상기 접착부의 불량으로 순환관의 중간에 균열이나 구멍이 발생하여 지열 히트 펌프의 성능이 감소될 우려가 있다.

또, 상기 순환관의 설치 또는 사용 중 균열이나 구멍 등이 발생하여 점검이 필요하거나, 또는 장기간 사용으로 인해 상기 관정의 내부에 자연 발생되는 이물질(암분 및 암편, 모래알갱이 등)을 제거하기 위하여 2~5년 주기로 관정청소(Air surging)를 실시할 경우 관정내 시설물인 수중펌프와 파이프 그리고 모타전선 등을 지상으로 인출하였다가 재설치하는 과정에서 PVC 파이프가 절단되거나 이음부가 탈락되는 등 지중 열교환기의 점검 및 보수가 용이하지 못한 문제점이 있다.

이를 감안하여, 최근에는 지중 열교환기의 점검 및 보수를 위해 순환관을 PE재질로 개량한 기술(실용신안등록 제20-0419540호)이 소개되었다. 이 기술은 관정내에 집수된 일정한 온도를 유지하는 심층 지하수를 흡입하는 수중펌프를 관정 내에서 비교적 상측에 위치토록 설치되고, 지상의 열교환기를 경유하는 순환관의 배출단은 열교환 과정을 마친 지하수가 관정 내 최하단 바닥측으로 유출될 수 있도록 관정 바닥면에 근접한 위치까지 길게 연장되어 있다. 그리고 상기 순환관은 유연성이 있으면서 인장강도가 우수한 PE재질로 이루어지고, 상기 순환관에는 관정 내의 순환관을 견인할 수 있도록 그 순환관의 길이방향을 따라 견인와이어가 클램핑으로 설치되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 지중 열교환기는 관정에 삽입되는 순환관이 단단한 PVC 또는 PVC보다는 유연하지만 어느 정도는 단단한 PE 재질로 이루어짐에 따라 유지 보수 작업시 순환관을 관정으로부터 끌어올리는 작업 자체가 힘들고, 끌어올려진 순환관의 인양이 곤란하여 상당히 넓은 작업공간이 필요하게 되므로 지중 열교환기를 개별건물에 설치하기가 곤란하여 지열 히트펌프가 대중화되는데 한계가 있었다.

또, 종래에는 지중 열교환기와 지상열교환기를 연결하는 연결부위가 통상 지반에 매립됨에 따라 보수 작업을 할 때에는 지중 열교환기의 주변을 땅파기한 후 연결부위를 분리하고 작업 완료후 다시 지반으로 매립하여야 하므로 지중 열교환기의 유지보수 작업을 주기적으로 하기가 더욱 곤란하게 되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 상기 순환관의 설치 작업과 유지 보수를 위해 순환관을 끌어올리는 인양 작업이 용이할 뿐만 아니라, 관정으로부터 인양된 순환관을 인양하기 위한 공간을 줄여 개별건물에도 지중 열교환기를 설치할 수 있도록 하는 지열 히트펌프의 지중 열교환기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 지중 열교환기와 지상열교환기가 연결되는 부위를 용이하게 분리할 수 있도록 하여 유지보수 작업이 더욱 용이하게 되는 지열 히트펌프의 지중 열교환기를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 지하 암반층에 지하수가 고이도록 시추된 관정의 길이방향으로 삽입되어 상기 관정에 고인 지하수가 그 관정과 지상 열교환기와의 사이에서 순환되도록 하는 순환관을 포함하고, 상기 순환관은 지하수가 채워지지 않은 상태에서는 내주면이 겹칠 수 있는 접힘성 재질로 이루어지는 지열 히트펌프의 지중 열교환기가 제공된다.

여기서, 상기 순환관은 그 외주면과 내주면이 방수물질로 형성되고, 상기 외주면과 내주면 사이에는 직조된 섬유재로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 순환관은 폴리우레탄 내장 호스 또는 고무 내장 호스 중에서 하나로 이루어질 수 있다.

그리고, 상기 순환관에는 비중이 물보다 큰 재질로 된 무게추가 구비되고, 상기 무게추에는 순환관의 내부와 외부를 연통시키는 구멍이 형성될 수 있다.

그리고, 상기 관정의 상측에는 그 관정의 상측부를 수용하는 맨홀이 설치되고, 상기 맨홀의 주벽에는 상기 지상 열교환기에 연결된 지하수관이 관통 결합되며, 상기 관정의 상단에는 그 관정을 복개하는 복개판이 설치되고, 상기 복개판에는 상기 순환관과 착탈 가능하게 연결되는 고정연결관이 관통 설치되며, 상기 지하수관과 고정연결관 사이에는 중간연결관이 착탈 가능하게 연결될 수 있다.

그리고, 상기 순환관은 상기 관정에서 지하수가 유입되는 유입측 순환관과 상기 관정으로 지하수가 유출되는 유출측 순환관으로 이루어지며, 상기 유출측 순환관이 유입측 순환관보다 상기 관정의 바닥면에 더 근접되도록 설치될 수 있다.

본 발명에 의한 지열 히트펌프의 지중 열교환기는, 관정에 삽입되는 순환관이 접힐 수 있을 정도로 유연한 재질로 형성되어 릴로 감아 끌어 올릴 수 있게 됨으로써 상기 순환관의 인양 작업이 용이하고 좁은 작업공간에서도 관정에 설치된 순환관의 인양을 용이하게 할 수 있어 개별 건물의 지하실에도 지중 열교환기를 설치할 수 있다.

또, 관정이 맨홀의 내부에 설치됨에 따라 땅파기 작업을 하지 않고도 지중 열교환기의 유지 보수 작업을 용이하게 할 수 있다.

도 1은 본 발명 실시예의 지중 열교환기 구조를 보인 단면도,
도 2는 도 1에 따른 지중 열교환기에서 상단부를 보인 단면도,
도 3은 도 2의 'Ι-Ι'선 단면도,
도 4는 도 1에 따른 지중 열교환기에서 출구측 순환관의 출구단을 보인 확대도,
도 5는 도 1에 따른 지중 열교환기에서 상단부를 분해하여 보인 단면도,
도 6 및 도 7은 본 발명의 지중 열교환기에서 순환관을 인양하는 예들을 보인 개략도.

본 발명에 의한 지열 히트펌프 시스템의 지중 열교환기를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명 실시예의 지중 열교환기 구조를 보인 단면도이고, 도 2는 도 1에 따른 지중 열교환기에서 상단부를 보인 단면도이며, 도 3은 도 2의 'Ι-Ι'선 단면도이고, 도 4는 도 1에 따른 지중 열교환기에서 출구측 순환관의 출구단을 보인 확대도이며, 도 5는 도 1에 따른 지중 열교환기에서 상단부를 분해하여 보인 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 사용하는 스탠딩컬럼웰 방식의 지중 열교환기는 암반이 잘 발달된 지역에 주로 적용되는 것으로, 암반층(1)을 시추하여 내부에 지하수(W1)가 고이는 관정(100)을 형성하고, 상기 관정(100)의 내부에 고인 지하수(W)를 이용하여 관정을 구성하는 암반의 열을 흡수하거나 암반에 열을 저장하는 방식을 사용한다.

즉, 본 발명 실시예의 지중 열교환기는 암반층(1)을 시추하여 얻게 되는 관정(100)과, 상기 관정(100)의 내부에 설치되어 지하수(W)를 순환시키는 유입측 순환관(210) 및 유출측 순환관(220)과, 상기 유입측 순환관(200)의 내부에 구비되어 상기 관정(100)에 고인 지하수(W)를 양정하기 위한 수중펌프(300)와, 상기 관정(100)의 상단부를 수용하도록 소정의 내부공간(S)이 구비되어 지면에서 소정의 깊이만큼 매립되는 맨홀(400)을 포함한다.

상기 관정(100)은 상단부를 제외하고는 케이싱을 하지 않은 관정(100)으로 형성되므로 내부로는 암반층(1)의 상부 또는 하부로 유동하는 지하수(W1)가 암반과 직접 접촉하며 자연적으로 고여지게 된다.

그리고, 상기 관정(100)의 상단에는 개폐가 가능하며 오염방지를 위한 복개판(110)이 구비된다. 상기 복개판(110)는 상기 맨홀(400)의 바닥면에서 소정의 높이를 갖는 케이싱(101)의 상단에 횡방향으로 설치되어 상기 관정 전체를 복개할 수 있도록 형성된다. 상기 케이싱(101)은 원통모양으로 형성되어 그 상단에 상기 복개판(110)과 체결될 수 있도록 확장된 플랜지부가 용접으로 형성되거나 또는 일체로 형성된다.

상기 복개판(110)에는 제1 고정연결관(111)과 제2 고정연결관(112)이 각각 관정의 길이방향으로 관통되어 용접 결합된다. 그리고 상기 복개판(110)의 가장자리에는 상기 케이스의 플랜지부에 볼트 체결될 수 있도록 복수 개의 체결구멍(미부호)들이 형성된다.

상기 제1 고정연결관(111)과 제2 고정연결관(112)은 형상을 유지할 수 있도록 소정의 강도를 갖는 금속관으로 형성되고, 상기 제1 고정연결관(111)과 제2 고정연결관(112)은 그 양단이 상기 유입측 순환관(210)과 유출측 순환관(220)의 상단에 각각 구비되는 커플링(215)(225)들과 후술할 제1 중간연결관(510)과 제2 중간연결관(520)의 커플링(511)(521)들에 각각 착탈 가능하게 결합된다.

상기 제1 중간연결관(510)과 제2 중간연결관(520)은 상기 제1 고정연결관(111)과 제2 고정연결관(112)을 후술할 맨홀(400)의 주벽을 관통하는 지하수관(3)(4)들에 각각 착탈 가능하게 연결하는 것으로, 상기 제1 중간연결관(510)과 제2 중간연결관(520)은 각각 절곡지게 형성된다.

상기 제1 중간연결관(510)과 제2 중간연결관(520)은 그 일단이 각각 제1 고정연결관(111)과 제2 고정연결관(112)에 관정의 길이방향, 즉 종방향으로 연결되는 반면 그 타단은 각각 제1 지하수관(3)과 제2 지하수관(4)에 횡방향으로 연결된다. 따라서 상기 제1 중간연결관(510)과 제2 중간연결관(520)은 대략 90°정도로 절곡되어 그 양단이 상기 고정연결관(111)(112)들과 지하수관(3)(4)들에 각각 연결된다. 여기서, 상기 제1 중간연결관(510)과 제2 중간연결관(520)들의 양단에는 상기 고정연결관(111)(112)들과 지하수관(3)(4)들에 착탈 가능하게 결합될 수 있도록 커플링((511)(512))((521)(522))들이 구비되는 것이 바람직하다. 물론, 상기 커플링들은 상기 중간연결관들이 결합되는 맞은 편 관들에 설치될 수도 있다.

상기 유입측 순환관(210)과 유출측 순환관(220)은 동일한 내경과 길이를 갖도록 형성될 수 있으나, 상기 유입측 순환관(210)으로 관정 내 자갈이나 모래와 같은 기타 이물질이 유입되는 것을 방지하기 위해서 또는 열교환 길이를 충분히 길게 하기 위해서는 상기 유입측 순환관(210)이 유출측 순환관(220)의 길이보다 짧게 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 상기 유입측 순환관(210)의 하단은 상기 관정(100)의 상반부, 정확하게는 유출측 순환관(220)의 하단보다는 상대적으로 높은 위치에 배치되도록 형성되는 반면 상기 유출측 순환관(220)의 하단은 지하수를 관정(100)의 내부로 뿜어주게 되어 이물질이 유입될 염려가 적을 뿐만 아니라 열교환된 지하수가 관정의 바닥으로 배출되도록 상기 관정(100)의 바닥면 근처까지 길게 연장되도록 배치되는 것이 바람직할 수 있다.

상기 유입측 순환관(210)과 유출측 순환관(220)은 모두 가요성 재질, 즉 PVC보다는 유연하고 탄력을 갖는 PE재질로 형성될 수 있다. 하지만, 상기 유입측 순환관(210)과 유출측 순환관(220) 중에서 상대적으로 길이가 긴 유출측 순환관(220)은 인양 작업을 용이하게 하고 인양된 파이프의 관리가 용이하게 될 수 있도록 PE재질보다 더욱 유연한 재질로 형성하는 것이 바람직할 수 있다.

예를 들어, 상기 유출측 순환관(220)은 지하수가 채워지지 않은 상태에서는 내주면이 서로 접할 수 있도록 형상이 쉽게 가변되면서 접힐 수 있는 폴리우레탄 내장 호스 또는 고무 내장 호스와 같이 접힘성 재질로 된 소방호스로 형성하는 것이 바람직할 수 있다.

여기서, 상기 유출측 순환관(220)으로 사용되는 소방호스는 도 3에서와 같이 통상 3개의 층으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 유출측 순환관(220)의 내주면과 외주면은 각각 방수재질로 된 방수층(221)(222)이 형성되고, 상기 내주면과 외주면의 사이에는 단열성을 높일 수 있도록 단열층(223)이 형성된다. 상기 방수층(221)(222)으로는 폴리에탄(polyethane)이나 고무 등으로 형성되고, 상기 방열층(223)은 공기공간이 많아 단열성능을 높일 수 있는 섬유재 등으로 형성될 수 있다. 특히 상기 단열층(223)을 섬유재로 사용할 경우 순환관의 강도를 높일 수 있어 장기간 사용으로 인한 훼손을 방지할 수 있다.

그리고, 상기 유입측 순환관(210)과 유출측 순환관(220)의 하단에는 각각 다수 개의 통공이 구비되는 유공관(230)(240)이 설치된다.

상기 유공관(230)(240)들은 도 4에서와 같이, 하단이 막힌 원통모양으로 형성되고, 그 주벽면에는 다수 개의 통공(231)(241)들이 형성된다. 상기 통공(231)(241)들은 원형으로 형성될 수 있지만 도 4와 같이 길이방향으로 긴 장공 모양으로 형성되는 것이 물의 하중을 고려하면 유동저항을 줄일 수 있어 바람직할 수 있다.

그리고 상기 유공관(230)(240)들의 하단에는 도 4와 같이 후술할 무게추(250)(260)를 체결하기 위한 체결부(232)(242)가 형성될 수도 있다. 하지만, 상기 무게추(250)(260)를 별도로 유공관(230)(240)에 체결하기 않고 상기 유공관(230)(240)과 일체로 성형하여 제작할 수도 있다.

상기 유입측 순환관(210)과 유출측 순환관(220), 특히 유출측 순환관(220)은 길이가 길고 관정(100)의 바닥면 근처까지 잠겨야 함에도 불구하고 그 비중(比重)이 물보다 가벼운 폴리에탄과 섬유로 이루어질 수 있어서 설치과정에서 관정(100)에 고여있는 지하수 안으로 잠기도록 하는 것이 어려울 수 있으므로 상기 유출측 순환관(220)의 하단에는 소정의 무게를 갖는 무게추를 설치하는 것이 바람직할 수 있다. 여기서, 도면으로 도시하지는 않았으나 상기 유입측 순환관(210)에는 무게추를 설치하지 않을 수 있다. 즉, 상기 유입측 순환관(210)의 경우는 그 끝단에 수중펌프(300)가 설치됨에 따라 별도의 무게추를 설치하지 않더라도 상기 유입측 순환관(210)이 곧게 펴져 지하수가 원활하게 유입될 수 있다.

상기 무게추(230)는 일반적으로 물보다 무거운 재질로 이루어진 것이라면 어떤 것도 사용 가능하다. 그리고, 상기 유출측 순환관(220)의 하단부에 구멍을 뚫어서 매다는 등의 방법으로 장착하는 등의 다양한 방법을 이용하여 설치할 수도 있다. 상기 통공은 유출측 순환관(220)에 형성될 수도 있지만, 이 경우 상기 통공이 무게추의 무게에 의해 찢어질 수 있으므로 노치가 없이 상하 방향으로 긴 장방형 또는 타원 모양으로 형성하는 것이 바람직할 수도 있다.

그리고 상기 무게추(230)의 재질로는 콘크리트를 이용하거나 또는 금속을 이용하더라도 내부식성 금속을 이용하거나 내부식성 물질을 코팅하여 이용하는 것이 바람직할 수 있다.

한편, 상기 유입측 순환관(210)이 유출측 순환관(220)보다 더 길게 형성되는 것이 상기 순환관으로 이물질이 유입될 가능성은 커지지만 지하수를 안정적으로 순환시킬 수 있다. 따라서, 상기 유입측 순환관(210)이 유출측 순환관(220)보다 더 길게 형성되는 경우에는 상기 유입측 순환관(210)이 소방호스와 같은 재질로 형성되는 반면 상기 유출측 순환관(220)이 PE재질이나 또는 PVC재질로도 형성될 수 있다.

물론, 상기 유입측 순환관(210)과 유출측 순환관(220) 모두 소방호스와 같은 유연하고 접힐 수 있는 재질로 형성될 수도 있다.

상기 맨홀(400)은 시추되는 관정(100)의 상단부에 소정의 내부공간(S), 즉 상기 관정(100)의 상단부가 수용될 수 있을 뿐만 아니라 작업자가 맨홀(400)의 내부공간(S)에 들어가서 각종 작업을 수행할 수 있을 정도의 넓이를 갖도록 형성될 수 있다. 그리고 상기 맨홀(400)의 바닥면에는 상기 관정(100)과 연통되도록 제1 관통구멍(401)이 형성되고, 상기 맨홀(400)의 주벽에는 상기 지하수관(3)(4)들이 삽입되도록 제2 관통구멍(402)이 형성된다.

그리고 상기 맨홀(400)의 상단에는 상기 내부공간(S)을 개폐할 수 있는 맨홀커버(410)가 설치된다. 상기 맨홀(400)의 상단과 이에 대응하는 맨홀커버(410)의 사이에는 빗물이나 이물질이 유입되는 것을 방지하도록 실링부재(420)가 설치될 수 있다. 그리고 상기 맨홀(400)과 맨홀커버(410)의 사이는 실링면적을 넓혀 실링효과를 높일 수 있도록 단차져 서로 형합되는 모양으로 실링면(403)이 형성될 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의한 지열 히트펌프 시스템의 지중 열교환기는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 상기 스탠딩컬럼웰 방식의 지중 열교환기는 상기 지중 냉난방 시스템의 작동과 함께 상기 수중펌프(300)에 의해 상기 관정(100)에서 지하수가 펌핑된다. 그러면 상기 관정(100)의 내부에 고인 지하수(W)는 상기 유입측 순환관(210)의 내부로 유입되고, 상기 유입측 순환관(210)에 설치된 수중펌프(300)에 의해 상승되면서 도입측 지하수관(3)으로 유입된다.

상기 도입측 지하수관(3)으로 유입되는 지하수는 그 도입측 지하수관(3)을 통해 지상 열교환기(2)로 유입되고, 그 지상 열교환기(2)에서 냉매 또는 지상순환수와 열교환된 후에 도출측 지하수관(4)을 통해 유출측 순환관(220)으로 유입되어 다시 관정(100)으로 회수된다. 이때, 상기 지상 열교환기(2)에서 상기 지하수에 의해 냉각되거나 가열되는 냉매는 필요한 곳으로 전달되어 냉방 또는 난방하게 되는 것이다.

상기와 같이, 상기 수중펌프(300)의 동작에 따라 관정(100)에 고여 있는 지하수(W)는 그 지하수와 직접 접하는 암반층(100) 자체의 순수 열전도율은 kROCK = 3 w/mk 로, 그 라우팅 공정에 의해 되메움된 부분의 열전도율 kGROUT = 0.4 ~ 0.8 w/mk 보다 월등히 높으므로 열전도 효과가 탁월하고, 열교환율의 상승효과 및 냉난방 효율이 배가된다. 여기서, 상기 열교환기(2)와 연동되어 냉난방 효과를 달성하는 별도의 구성요소로써 히트펌프, 온도센서 등이 추가될 수 있는데, 이러한 구성요소들은 본 발명의 권리범위에 불필요한 부분이므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 상기와 같은 지중 열교환기가 일정 기간동안 사용되면 상기 관정의 저부로 암석 조각이나 기타 이물질이 퇴적되어 상기 순환관의 내부로 유입되는 경우에는 상기 순환관을 통해 순환되는 지하수의 양이 감소할 뿐만 아니라 상기 지상의 열교환기에서의 열교환 성능이 저하될 수 있으므로 주기적으로 상기 순환관을 청소해 주는 것이 필요하다.

이 경우, 종래에는 상기 관정의 주변을 다시 땅파기한 후 상기 순환관을 끌어 올려야 하므로 그만큼 유지 보수 작업이 난해하게 되는 것이었다. 하지만, 본 발명에서는 상기 관정(100)이 맨홀(400)의 내부공간(S)이 설치되고, 그 맨홀(400)의 개구단에 맨홀커버(410)가 설치됨에 따라 필요한 경우에는 상기 매홀커버(410)를 분리하면 상기 관정(100)이 곧바로 드러나게 되어 지중 열교환기의 유지 보수 작업을 용이하게 할 수 있다.

또, 종래에는 상기 순환관이 단단한 PVC 재질로 이루어지거나 또는 PVC보다는 유연하지만 일정한 단면적을 유지하는 PE재질로 이루어짐에 따라 수 백미터에 달하는 순환관을 끌어올리는 작업이 상당히 난해할 뿐만 아니라, 넓은 작업공간도 필요하게 되어 건물 지하와 같은 제한된 공간에는 지중 열교환기를 설치할 수 없었다.

하지만, 본 발명에서와 같이 상기 유입측 순환관(210) 또는 유출측 순환관(220)이 접힐 수 있을 정도로 유연한 재질로 형성하는 경우에는 도 5 및 도 6에서와 같이 특히 유출측 순환관(220)을 릴(reel)(600)과 같은 별도의 권관기(卷管機)로 감아 끌어올릴 수 있게 되므로 상기 순환관의 인양 작업이 용이하게 될 뿐만 아니라 인양된 순환관을 보관하기 위한 보관공간이 많이 필요하지 않아 지하실과 같은 제한된 공간에도 지중 열교환기를 설치할 수 있게 된다.

상기 유입측 순환관을 끌어올리는 인양 작업 과정을 상세히 살펴보면 다음과 다.

먼저, 작업자는 맨홀(400)에서 맨홀커버(410)를 분리한다.

이어, 상기 중간연결관(510)(520)의 커플링(511)(512)(521)(522)들을 풀어 그 중간연결관(510)(520)을 상기 고정연결관(111)(112)과 지하수관(3)(4)에서 분리한다. 이로써 상기 고정연결관(111)(112)과 지하수관(3)(4)이 서로 분리되도록 한다.

이어, 상기 복개판(110)을 케이스(101)에서 분리한다. 이때 상기 복개판(110)의 고정연결관(111)(112)에는 유입측 순환관(210)과 유출측 순환관(220)이 각각 결합되어 있으므로 상기 복개판(110)을 적정높이, 즉 상기 순환관(210)(220)들의 커플링(215)(225)이 보일 수 있는 정도까지만 상기 복개판(110)을 끌어올린다.

이어, 상기 복개판(110)의 고정연결관(111)(112)과 각 순환관(210)(220)을 결합하는 커플링(215)(225)들을 풀어 상기 각 순환관(210)(220)이 복개판(110)으로부터 분리되도록 한다.

이어, 상기 순환관(210)(220)들, 특히 유출측 순환관(220)을 권관기(卷管機)인 릴(reel)(600)로 감아 끌어올린 후 보수작업을 실시한다.

여기서, 상기 릴을 사용하기 위해서는 도 6에서와 같이 상기 맨홀(400)의 바닥면에는 상기 릴(600)이 얹혀질 수 있도록 릴지지부(420)가 소정의 높이로 돌출 형성될 수 있다. 이 경우 상기 릴(600)이 수 백 미터에 달하는 유출측 순환관을 감아 인양함에 따라 상기 릴지지부(420)의 높이는 대략 2m 이상이 되도록 설치되는 것이 원활한 인양 작업을 위해 바람직하다. 아울러 상기 릴은 크기가 크고 순환관의 무게가 점차 증가하기 때문에 작업자가 직접 돌리기가 어려우므로 별도의 전동장치(700)를 설치하여 그 전동장치(700)로 상기 릴(600)을 작동시키는 것이 바람직할 수 있다. 물론, 소형 지중 열교환기의 경우에는 순환관의 길이가 상대적으로 짧을 수 있으므로 릴의 높이도 더 낮게 설치될 수 있고, 상기와 같은 전동장치에 연결하지 않고 작업자가 직접 감기를 실시할 수도 있다.

도 7은 상기 릴 조립체가 맨홀의 외부에 설치되는 예를 보인 것이다. 이 경우에도 상기 릴(600)의 크기는 전술한 실시예와 유사하게 형성될 수 있고, 상기 릴(600)을 작동시키는 전동장치(700)도 전술한 실시예와 유사하게 설치될 수 있다. 이에 따른 작용 효과는 전술한 실시예와 대동소이하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 다만, 이 경우에는 상기 릴이 맨홀의 외부에 설치됨에 따라 상기 맨홀에 별도의 릴지지부가 구비될 수 없으며 넓은 작업 공간이 필요하게 되지만 작업자가 맨홀 안으로 들어가서 작업하는 과정을 줄여 작업의 수월성과 안전성을 높일 수 있다.

한편, 상기 순환관을 청소한 다음에는 상기 순환관을 인양하는 작업을 역순으로 하여 지중열교환기를 원상 복구한다. 이때, 상기 순환관을 관정에 삽입하여 고정한 다음에는 맨홀커버로 맨홀을 덮어 마무리한다.

이렇게 하여 상기 지중열교환기를 보수할 때 그 주변을 땅파기하거나 매립하는 번거로움을 없앨 수 있고 이를 통해 주기적으로 실시하여야 하는 지중열교환기의 보수작업을 용이하게 할 수 있다.

100 : 관정 110 : 복개판
111, 112 : 고정연결관 210 : 유입측 순환관
220 : 유출측 순환관 221,222 : 방수층
223 : 단열층 230,240 : 무게추
231,241 : 통공 250,260 : 무게추
300 : 수중펌프 400 : 맨홀
510,520 : 중간연결관 215,225,511,512,521,522 : 커플링

Claims (7)

1. 지하 암반층에 지하수가 고이도록 시추된 관정의 길이방향으로 삽입되어 상기 관정에 고인 지하수가 그 관정과 지상 열교환기와의 사이에서 순환되도록 하는 순환관을 포함하고,
   상기 순환관은 지하수가 채워지지 않은 상태에서는 내주면이 겹칠 수 있는 접힘성 재질로 이루어지는 지열 히트펌프의 지중 열교환기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 순환관은 그 외주면과 내주면이 방수물질로 형성되고, 상기 외주면과 내주면 사이에는 직조된 섬유재로 형성되는 지열 히트펌프의 지중 열교환기.
3. 제1항에 있어서,
   상기 순환관은 폴리우레탄 내장 호스 또는 고무 내장 호스 중에서 하나로 이루어지는 지열 히트펌프의 지중 열교환기.
4. 제1항에 있어서,
   상기 순환관에는 비중이 물보다 큰 재질로 된 무게추가 구비되고, 상기 무게추에는 순환관의 내부와 외부를 연통시키는 구멍이 형성되는 지열 히트펌프의 지중 열교환기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 관정의 상측에는 그 관정의 상측부를 수용하는 맨홀이 설치되고, 상기 맨홀의 주벽에는 상기 지상 열교환기에 연결된 지하수관이 관통 결합되며, 상기 관정의 상단에는 그 관정을 복개하는 복개판이 설치되고, 상기 복개판에는 상기 순환관과 착탈 가능하게 연결되는 고정연결관이 관통 설치되며, 상기 지하수관과 고정연결관 사이에는 중간연결관이 착탈 가능하게 연결되는 지열 히트펌프의 지중 열교환기.
6. 제1항에 있어서,
   상기 순환관의 상단에는 그 순환관을 감아 인출할 수 있는 릴(reel)이 더 구비되는 지열 히트펌프의 지중 열교환기.
7. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,
   상기 순환관은 상기 관정에서 지하수가 유입되는 유입측 순환관과 상기 관정으로 지하수가 유출되는 유출측 순환관으로 이루어지며,
   상기 유출측 순환관이 유입측 순환관보다 상기 관정의 바닥면에 더 근접되도록 설치되는 지열 히트펌프의 지중 열교환기.

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