KR20130018696A

KR20130018696A - 파이프 스페이서

Info

Publication number: KR20130018696A
Application number: KR1020127024548A
Authority: KR
Inventors: 페트릭 람베르트.; 안드레 디. 로톤도; 니콜라스 코타; 자크 로톤도; 저스틴 카르보뉴; 알렉산더 세인트-삐에르
Original assignee: 수프라네르기에 인코포레이티드
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2013-02-25
Also published as: CN102822582B; WO2011113146A1; EP2547942A1; CA2791515C; US20110226911A1; US8398034B2; CN102822582A; CA2791515A1

Abstract

파이프 스페이서는 배관 시스템에서 적어도 하나의 파이프를 이격시키기 위해 제공된다. 상기 스페이서는 배관 시스템의 표면 가까이에 결합된 파이프가 유지되도록 적어도 하나의 파이프 결합 지지부재를 가지는 핸들을 포함한다.

Description

파이프 스페이서{PIPE SPACER}

본 출원은 미국특허법 119조 (e)항에 따라 2010년 3월 16일에 제출된 미국 임시 특허출원 61/314,224에 기초한 우선권을 주장하며, 해당 출원의 명세서에 개시된 모든 내용은 본 출원에 원용된다.

본 발명은 수직형 지중 열 교환 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 파이프 설치 시에 보어(bore)로부터 U-벤드(U-bend)를 분리하기 위한 파이프 스페이서에 관한 것이다.

현재의 지중 열 교환기 시스템 분야에서, 폐쇄 루프 지중 열 교환장치(geothermal heat exchanger, GHX)는 지중 열 에너지를 추출하는데 사용된다. 종래의 기술에서 알려진 바와 같이, 열 교환은 폐쇄 루프를 형성하는 튜브 또는 파이프 안의 유체 순환을 통해 일어난다. 대개, 파이프는 공급과 환수 기능을 갖추고 있으며, 일반적으로 동일한 보어 홀(bore hole)에 위치한다. 공급과 보상 기능을 갖춘 파이프는 "U" 형상 조인트(U-Bend)를 통해 보어 홀의 바닥에 연결된다. 실제적으로, 지중 열 교환기는 고밀도 폴리에틸렌 3408(HDPE 3408) 파이프로 통상적으로 형성되기 때문에, 상기 파이프는 일정한 신축성이 있는 유연성을 갖는다. 그러므로, 수직형 지열 교환기가 설치되는 동안 중력으로 인해 파이프가 휘거나 구부러지기나 얽혀지고, 구부러지거나 휘어지는 지점에서 보어 홀 벽으로 기울어지거나 파이프끼리 기대고 있는 경향이 있다. 따라서, 파이프 스페이서를 제공하는 기술에서 파이프가 설치되는 동안에 U-벤드 파이프를 보어에서 용이하게 분리시키는 것이 필요하다.

지열 기술분야의 범위는 아래의 구성요소들에 의해서 결정된다.

1. 처리하고자 하는 열 부하(건물, 프로세스 등);

2. 지하의 지질학적 조건 (토양과 암석, 밀도, 수분 함량과 평균 온도);

3. 사용되는 지중 열 교환기 유체의 온도에 대한 디자인;

4. 보허 홀의 기하적인 구조; 및

5. 파이프와 그라우트(grout) 열 특성

환경적이고 기술적인 이유로 인해, 일반적으로 U-루프 주위의 공간을 그라우트 혼합물로 메우는 것이 필수적이다. 이러한 그라우트에는 추가적인 열 저항이 나타난다. 파이프와 보어 홀 벽 사이에 위치한 모든 그라우트는 열 교환을 감소시켜, 보어 홀의 에너지 효율을 감소시키고 보어 홀에 대한 길이를 증가시킨다.

얽힘(interlacing) 뿐만 아니라 근접되어 배관된 U-루프의 공급과 환수 파이프는, 보어 홀의 두 파이프들(공급과 환수 파이프) 사이에 증가된 열 간섭 및 상기 두 파이프 사이에 생성된 접촉점(contact point)으로 인하여 지열 교환 효율성(땅과의 열 교환)을 감소시킨다. 즉, 열 에너지는 땅과 완전하게 교환되지 않고 파이프들 사이에서 부분적으로 교환된다. 결과적으로, 이것은 보어 홀의 에너지 효율을 감소시키고, 보어 홀의 길이의 증가 또는 필요한 보호 홀의 개수를 증가시킨다.

특정 지질학적인 조건을 가진 정해진 장소에서 특정 열 부하가 정해진 경우에, 지열 분야의 열 효율성과 디자인의 최적화에 영향을 끼치는 몇 개의 구성요소들이 있다. 이러한 요소들 중 하나는 보어 홀 내부의 파이프 간격을 유지하는 것이다.

열 전달 효율성을 최대화하기 위하여, 공급 파이프를 환수 파이프로부터 가능한 이격시켜 간격을 유지하는 것이 필요하다. 이것은 발생된 그라우트 열 저항을 감소시키면서 파이프 상호간의 열 간섭을 감소시킨다.

파이프들 사이의 공간을 이격시키는 알려진 종래 기술로서, 미국등록특허 6,000,459(발명의 명칭 : U-BEND PIPE SPACER)가 있다. 이 모델은 북 아메리카에서 사용되며, GeoClip™이라는 이름으로 알려져 있다. GeoClip™은 스프링을 탑재한 스페이서이다. 상기 특허는 GeoClip™이 파이프를 푸시할 수 있도록, 해당 파이프에서 동적인 압력을 가하는 스프링에 의해 정반대로 대향되는 파이프를 지지하여 스페이스로서 기능한다. Geoclip™은 네 개의 메인 이동부(main mobile part), 파이프를 수용하는 두 개의 유지 캐비티(retention cavity) 또는 클립(clip), 반발력을 인가하기 위한 하나의 스프링 및 사용 전에 스프링의 잠금 상태를 유지하는 하나의 유지 링(retention ring)으로 구성되기 때문에, 상기 GeoClip™와 같은 종래의 스페이서는 제조가 복잡하다. 종래 기술인 GeoClip™ 스페이서의 이러한 복잡성은 스페이서의 이용을 어렵게 하고 불편하게 한다. 게다가, 상기 스페이서는 내재된 디자인의 특성상, 부서지기 쉬운 특성이 있다.

또한, 지열 시스템 건설 현상에서, 부서진 GeoClips™가 흔하게 발견된다. 상기 스프링이 고정 포인트들(anchoring points)의 어느 하나에서 이탈되면, 상기 GeoClip™은 쓸모가 없어진다. 지열 시스템에 설치하는 동안 GeoClip™은 U-벤드 파이프를 이격시키지만, GeoClip™의 설치 작업은 매우 어렵고 설치 속도가 매우 지연됨으로써 취급의 흥미를 감소시킨다.

게다가, 지열 시스템 건설 현장에서 상당한 많은 수의 스페이서들이 자주 거부되고 있으며, 아직도 기능적이고 양호한 조건을 갖춘 스페이서가 나타나고 있지 않다. 예를 들어, 파이프를 GeoClip™과 연결시키는 방법에 있어서, GeoClip™을 보어 홀 안으로 삽입하기 전에 두 개의 파이프들이 분리되는 현상이 자주 발생한다. 그러면, GeoClip™의 스프링은 완전히 팽창되어, 스페이서가 개방된다. 스프링을 원상태로 복구하여 다시 GeoClip™을 상기 파이프들과 재결합하기 위하여 필요한 시간과 작업은 GeoClip™의 자체 가치보다 훨씬 더 크다. 결과적으로, 작업자는 간단히 GeoClip™을 주변에 버리고 그것을 새것으로 교체한다.

다른 한편으로, 지열 시스템 건설 현장에서 산재되어 있는 종래의 스페이서 또는 GeoClip™ 유지 링이 흔하게 발견된다. 이 유지 링은 GeoClip™으로부터 제거되면 재사용 불가능하고 쓸모가 없다. 상기 링은 생물 분해성이 없고, 건설 현장에서 종종 소각되어 의도하지 않은 오염물질을 생산한다. 스프링을 탑재한 스페이서에 대한 현존하는 다른 종래 기술은, 시간이 지남에 따라 녹스는 금속 스프링을 포함한다. 이러한 녹은 미생물의 성장을 야기할 수 있다. 이 녹이 보허 홀 내부에 존재할 때, 대수층 오염의 매개체가 된다. 따라서, 상기 기술에서 파이프가 설치되는 동안에 보어에서 U-벤드 파이프를 용이하게 분리시키기 위한 단순한 스페이서 장치를 제공하는 것이 필요하다.

게다가, GeoClip™와 같은 종래의 스페이서 형태와 이 스페이서의 사용 방법으로 인해, 보어 홀은 지중 열 교환기의 삽입 시점에 지열 그라우트로 채워져야 한다. GeoClip ™의 유지 링은 지열 교환기의 공급과 보상 파이프가 GeoClip™에 연견 될 때까지 그리고 트레미(tremie) 파이프가 GeoClip™의 정해진 장소에 위치할 때까지도 해당 장소에 여전히 남아있는 것으로 예상된다. 트레미 파이프는 교환기와 보어 홀 벽 사이의 환상 공간(annular space)을 지열 그라우트로 메울 때에 사용된다. 이러한 파이프는, 트레미 파이프가 철거되지 않고 유지 링이 제거된 경우에 GeoClip™ 스프링이 팽창하는 것을 방지하도록, GeoClip™에 연결된다.

이러한 구성에서, 트레미 파이프와 GeoClips™이 동시에 하강하지 않으면, 트레미 파이프를 하강시키는 것은 불가능하다. 이것은 동일한 속도로 작업을 할 수 없는 천공 팀과 그라우트 팀이 각각의 보어 홀에 대해서 서로 대기해야 하기 때문에, 보어 홀에 구멍을 뚫는 생산력을 저하시킬 뿐만 아니라 값비싼 조정작업을 요구한다. 예를 들어, 하나의 보어 홀에 구멍을 뚫는 작업은 일반적으로 12시간이 필요하고, 반면에 루프 삽입과 보어 홀 그라우팅 작업은 일반적으로 4시간이 필요하다. 이것은 어떠한 설치 프로젝트에서도 추가적인 비용을 가산시킨다. GeoClip™과 같은 종래의 다른 스페이서는 스페이서를 교환기 파이프로 연결하고 위치를 정하기 위해서, 노동력과 다수의 처리 단계를 요구한다. 따라서, 종래 기술에서는 파이프의 설치시에 짧은 주기로 보어에서 U-벤드가 용이하게 분리되는 파이프 스페이서가 필요하다.

마지막으로, GeoClip™와 같은 종래 기술의 스페이서에 요구되는 복잡한 처리 단계는, 보어 홀에 삽입된 전후에 파이프로부터 스페이서를 분리하는 위험성 이외에, 몇몇의 열 교환기 설치자의 사용적인 측면에서 종래 기술의 스페이서를 매력적이지 않게 한다.

따라서, 그라우트 열 저항을 감소시키면서 유발된 열 간섭을 감소시키는 요구를 해결하는 파이프 스페이서에 대한 필요성이 있다. 게다가, 전반적으로 리스크를 감소시키고 설치 작업을 수월하게 하여, 천공 작업자의 생산성을 향상시킬 수 있는 스페이서에 대한 필요성도 있다.

그러므로 이러한 모든 단점을 해결하기 위해, 상기 기술분야에서 폐쇄 루프 열 교환기를 이용하는 지열 시스템에 사용하기 위해 개발된 파이프가 설치되는 동안, 보어로부터 U-벤드를 용이하게 분리할 수 파이프 스페이서를 제공하는 필요성이 있다. 특히, 파이프 스페이서는 지중 열 교환기가 위치한 보어 홀 벽에 가능한 가깝게 위치한 교환기의 파이프를 유지하기 위해 필요할 것이다. 이것은 지중 열 교환기의 에너지 성능을 증가시키고, 요구되는 파이프의 길이를 감소시키고, 실질적으로 설치 시간과 비용을 감소시킨다.

일 실시예에 따르면, 배관 시스템의 적어도 하나의 파이프를 이격시키기 위한 파이프 스페이서는, 배관 시스템의 표면 가까이에 결합된 파이프를 유지하기 위해 적어도 하나의 파이프 결합 지지부재를 가지는 핸들을 포함한다.

다른 실시예에 따르면, 배관 시스템의 적어도 두 개의 파이프들을 이격시키기 위한 파이프 스페이서는, 결합된 파이프들을 이격시키기 위한 적어도 두 개의 파이프 결합 지지부재들을 가지는 핸들을 포함한다.

상기 파이프 스페이서의 상기 적어도 두 개의 파이프 결합 지지부재들은 상기 핸들의 대향 끝단들로부터 연장될 수 있다.

상기 배관 시스템은 열 교환기 시스템이 될 수 있다. 열 교환기 시스템에서 상기 스페이서는 파이프들을 서로 이격시키고, 열 교환을 최대화하기 위하여 보어 홀 벽으로 가능한 가깝게 위치한 파이프들을 유지하는데 사용된다.

상기 파이프 결합 지지부재는 상기 파이프 결합 지지부재의 자유단에 형성된 파이프 결합 클립을 포함할 수 있다.

상기 파이프 결합 클립은, 파이프를 수용하기 위한 오목 면을 포함할 수 있다.

상기 오목 면은 상기 파이프에서 상기 스페이서의 미끄러짐을 감소시키도록 실질적으로 높은 마찰 물질로 형성될 수 있다.

상기 파이프 스페이서는 보어 홀 직경과 대응되는 크기로 형성될 수 있다.

상기 파이프 결합 지지부재는 상기 파이프 직경과 대응되는 크기로 형성될 수 있다.

상기 핸들 및 상기 파이프 결합 지지부재들은 단일체로 형성될 수 있다.

상기 핸들은 고분자 물질, 플라스틱, ABS, 금속 물질 또는 복합 재료(composite materials)로 형성될 수 있다.

상기 파이프 결합 지지부재는 고분자 물질, 플라스틱, ABS, 금속 물질 또는 복합 재료로 형성될 수 있다.

상기 파이프 결합 지지부재는 다양한 곡률 반경으로 형성될 수 있다.

상기 파이프 스페이서는 보어 홀 벽을 따라 미끄러짐이 허용되는 기하학적인 구조를 가질 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 결합된 부품들(pieces)을 유지하거나 이격시키기 위하여 사용되는 파이프 스페이서가 제공된다.

이러한 부품은 파이프, 지주(post), 스틱(stick) 또는 기둥(pillar)으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.

또 다른 실시예에 따르면, 배관 시스템의 적어도 두 개의 파이프들을 이격시키기 위한 방법은, a) 제 2 항의 상기 파이프 스페이서의 하나의 파이프 결합 지지부재를 적어도 하나의 제 1 파이프에 결합시키는 단계; 및 b) 단계 a)의 상기 파이프 스페이서의 제 2 파이프 결합 지지부재들을 적어도 하나의 제 2 파이프에 결합시켜, 상기 배관 시스템의 상기 제 1 파이프와 상기 제 2 파이프를 이격시키는 단계를 포함한다.

용어 “스페이서”는 다음과 같은 정의를 포함하는 것으로 이해된다. 스페이서는 두 개 이상의 다른 부품들(pieces)을 연결하고, 상기 연결된 부품들 사이를 정해진 간격으로 이격되도록 유지하는 단단한 부품(piece)이다. 이러한 부품은 한정되지 않고, 파이프, 지주(post), 기둥(pillar), 플랙 스틱(flag stick) 및 안테나를 포함한다. 바람직하게는, 상기 스페이서는 시스템에서 적어도 두 개의 파이프들을 이격시키는데 사용된다.

용어 “열 교환기”는 다음의 정의를 포함하는 것으로 이해된다. 열 교환기 시스템은 제한되지 않고 셀과 튜브 열 교환기(shell and tube heat exchanger), 플레이트 핀 열 교환기(plate fin heat exchanger), 필로우 플레이트 열 교환기(pillow plate heat exchanger), 유체 열 교환기(fluid heat exchanger), 폐기물 열 복구 유닛(waste heat recovery units), 다이나믹 스크레이프 표면 열 교환기(dynamic scraped surface heat exchanger), 위상 변화 열 교환기(phase-change heat exchanger), 특히 이 중에서도 지중 열 교환기를 포함하며, 하나의 매체로부터 다른 매체로 효율적으로 열을 전달하기 위해 건설된 어떠한 장치라도 될 수 있다.

본 발명의 특징과 효과는 첨부된 도면에서 도시한 바와 같이, 선택된 실시예들에 대한 아래의 상세한 설명에 통해 명확해질 것이다. 구현을 통해, 공개되고 청구된 본 발명은 청구항을 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변형 가능하다. 그러므로 도면과 상세한 설명은 사실상 일례로서 간주되어야 하며 그것으로서 제한되지 않으며, 본 발명의 전체 범위는 청구항에 명시된다.

본 발명에 따른 상술한 특징 및 효과는 첨부된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명을 통해 명확해 질 것이다.
도 1은 일 실시 예에 따른, 한 쌍의 U-벤드(U-bend) 파이프에 설치된 스페이서를 포함하는 다수의 스페이서에 대한 사시도이다.
도 2a는 또 다른 실시예에 따른, 스페이서의 사시도이다.
도 2b는 또 다른 실시예에 따른, 스페이서의 평면도이다.
도 2c는 또 다른 실시예에 따른 스페이서의 정면도이다.
도 2d는 또 다른 실시예에 따른, 스페이서의 측면도이다.
도 2e는 또 다른 실시예에 따른, 도 2d의 스페이서에 대한 A-A축 단면도이다.
도 3은 배치시에 요구된 여러 종류의 치수를 명시한 테이블로서, 도 2a 내지 도 2e에 도시된 치수에 있어서 상기 스페이서의 설치 적용은 이에 한정되지 않고 다양하게 적용된다.
도 4a는 또 다른 실시예에 따른, 스페이서의 정면도이다.
도 4b는 또 다른 실시예에 따른, 스페이서의 평면도이다.
도 4c는 또 다른 실시예에 따른, 스페이서의 저면도이다.
도 4e는 또 다른 실시예에 따른, 도 4g의 스페이서에 대한 A-A축 단면도이다.
도 4f는 또 다른 실시예에 따른, 도 4a의 스페이서에 대한 B-B축 단면도이다.
도 4g는 또 다른 실시예에 따른, 스페이서의 측면도이다.
도 4h는 또 다른 실시예에 따른, 스페이서의 C-C축 도면이다.
도 4i 및 도 4j는 폭이 다르지만 동일하게 남아있는 스페이서의 중앙 부위의 두께를 예시한다.
도 5a 내지 도 5g는 일 실시예에 따른, 지중의 보어로 최종적인 설치를 위하여 U-벤트 파이프에 스페이서를 설치하는 단계를 예시하는 사시도이다.
동등한 기능들은 동등한 참조 부호를 통해 확인될 것이고, 첨부된 도면의 도처에서 나타날 것이다.

상기 도면들 및 특히 도 1을 참조하면, 스페이서(10)는 열 교환기 시스템(예를 들어, U-벤드 파이프)에서 한 쌍의 파이프(20)를 이격시키기 위해 제공된다. 상기 스페이서(10)는 핸들(handle)(12) 및 상기 핸들(12)의 양 끝단들로부터 연장되는 한 쌍의 파이프 결합 지지부재(pipe-engaging support member)(14)를 포함한다. 각각의 파이프 결합 지지부재(14)는 상기 파이프 결합 지지 부재(14)의 자유단에서, 파이프(20)을 수용하기에 적합한 오목한 면(18)이 형성된 파이프 결합 클립(pipe-engaging clip)(16)을 포함한다. 상기 핸들(12)과 파이프 결합 지지 부재(14)는 하나의 완전체 요소를 형성할 수 있다. 오목 면(18)과 파이프(20) 사이에 낮은 마찰 조건에서 사용하기 위해서, 상기 오목 면(18)은 선택적으로 높은 마찰 물질로 채워질 수 있다.

일 실시예에 따른 상기 스페이서(10)는 폐쇄 루프 열 교환기를 사용하는 지열 시스템에서 의도한 용도를 따라 디자인된다. 특히, 상기 파이프(20)의 유체 순환과 보어 홀(bore hole) 벽 간의 열 교환을 최대화하기 위하여, 상기 스페이서(10)는 보어 홀 벽과 최대한 가깝게 설치된 지중 열 교환기 파이프를 유지하는데 사용된다. 이렇게 최대화된 열 교환은 상기 지열 시스템의 에너지 성능을 향상시키고, 요구되는 파이프(20)의 길이를 감소시키며 실질적으로 설치 시간과 비용을 감소시킨다. 다른 한편으로, 셀과 튜브 열 교환기(shell and tube heat exchanger), 플레이트 핀 열 교환기(plate fin heat exchanger), 필로우 플레이트 열 교환기(pillow plate heat exchanger), 유체 열 교환기(fluid heat exchanger), 폐기물 열 복구 유닛(waste heat recovery units), 다이나믹 스크레이프 표면 열 교환기(dynamic scraped surface heat exchanger), 위상 변화 열 교환기(phase-change heat exchanger) 등과 같은 다른 많은 열 교환 시스템에서 상기 스페이서(10)가 의도되는 용도로 설계될 수 있음을 분명히 해 둔다.

또한, 상기 스페이서(10)는 파이프의 적절한 분리를 요구하는 다양한 설비에 사용될 수 있다. 스페이서(10)가 지열 설비에 사용되지만, 천공 작업자는 수평 부분에서 정렬된 파이프(20)를 일시적으로 지탱하기 위하여 상기 스페이서(10)를 사용할 수도 있다. 상기 스페이서(10)의 다른 설비는 지열 에너지와 관련이 없고 설치 동안에 정렬된 파이프를 유지하는 것과 관련된다. 예를 들어, 스페이서(10)는 아이스 링크 아래의 쿨링 시스템 또는 복사 층(radiant floor)의 설치시에 파이프(20)를 유지하기 위해 사용될 수 있다. 게다가, 상기 파이프(10)는 심지어 열 교환 시스템과 상이한 많은 다른 시스템에서 특정 용도로 디자인될 수 있다. 예를 들어, 두 개의 스페이서들(10)은 지주에 플랙(flag)을 일시적으로 고정하기 위해 사용될 수 있고, 심지어 라디오 안테나를 기둥에 고정하기 위해 사용될 수 있다.

일 실시예에 따르면 상기 스페이서(10)는 보어 홀의 직경 및 지중 교환기 파이프(20)의 직경과 대응되는 크기를 갖는다. 그 결과, 각각의 스페이서 크기는 지열 교환기들의 다른 형태에서 다양한 기하학적인 요구사항을 해결하기 위하여 공급된다.

상기 스페이서(10)는 파이프들을 이격시키기 위하여 파이프(20)로 압력을 가하지 않는다. 상기 스페이서(10)는 다양한 규격의 보어 홀 직경을 수용할 수 있고, 파이프(20) 간의 이격 거리를 피동적으로 유지한다. 게다가, 상기 파이프 결합 지지 부재(14)의 오목 면(18)은 외부의 온도가 대략 -20℃ 미만으로 떨어질 때, 파이프(20)에서 스페이서(10)의 미끄러짐을 감소시키기 위하여 실질적으로 높은 마찰 물질이 코딩되어 형성될 수 있다. 이러한 온도에서, 파이프(20)가 보어 홀에서 하강할 때, 상기 스페이서(10)는 파이프의 이동에 의해 더 쉽게 상기 파이프(20)에서 슬라이딩될 수 있다. 사실상, 상기 파이프 결합 지지 부재(14)의 오목 면(18)에 형성된 실질적으로 높은 마찰 물질은, 파이프(20)와 스페이서(10) 간의 마찰력을 향상시키고, 외부 온도가 떨어지는 조건에서 스페이서(10)의 미끄러짐 현상을 감소시킨다. 또한, 실질적으로 높은 마찰 물질을 가지는 파이프 결합 지지부재(14)의 오목 면(18)이 연중 내내 제공되는 것이 필수적이지 않음을 분명히 해 둔다. 상기 스페이서(10)의 강성(rigidity)은 파이프(20) 사이의 이격거리를 유지시킨다. 그러나 상기 스페이서(10)도 보어 홀에서 가끔 발생하는 지열 이상(geothermic anomalies)에 적응할 수 있는 일정한 탄성력을 가지고 있다.

상기 스페이서(10)는 일체형으로 형성될 수 있다. 상기 스페이서(10)가 부식되지 않거나 부식을 방지하는 일체형으로 구성될 때, 건설 현장에서 폐기물이 생성되지 않고 남아 있지 않게 된다. 게다가, 상기 스페이서는 재활용되는 ABS로 형성되어, 환경을 보호하는데 일조할 수 있다. 상기 스페이서(10)의 형상과 디자인은 주의 깊게 개발되어, 견고성, 내구성 및 편리성의 요구를 충족시킨다. 상기 스페이서(10)의 제조에 사용되는 물질은 강성 물질일 수 있고, 반복적인 작업에 대해서 저항력이 있는 물질일 수 있다. 상기 스페이서(10)는 거친 건설 현장 환경에 있을 때에도 온전함을 유지한다.

상기 스페이서(10)는 단일체(single portion)로 구성되는 것이 필수적이지 않음을 분명히 해 둔다. 상기 스페이서(10)는 스페이서(10)의 오리지널 강성과 유연성을 유지하는 관점에서, 제작 후에 결합될 때까지 두 개의 부분(two piece)으로 디자인될 수 있다. 하나의 파이프 결합 지지부재(14)는 다른 파이프 결합 지지부재(14) 내부로 완전하게 슬라이드되어, 빈 공간이 없는 스페이서(10)를 완성한다. 선적되기 앞서서 조립될 때에, 최종 유닛의 상기 스페이서(10)는 단일 부품(single piece)으로 형성되지 않는다.

상기 스페이서(10)의 형상은 상기 보어 홀에서 하강중에 어떤 상황이 발생하여도 해당 장소에서 파이프(20)를 파지하도록 디자인된다. 관통 작업자의 서투른 처리로 기인한 경우에도, 예를 들어 보어 홀 안으로 삽입되기 전에 파이프(20)가 스페이서(10)로부터 분리된 경우에도, 상기 스페이서(10)가 해당 장소에 남아있고 파이프(20)는 용이하게 다시 연결될 수 있다. 게다가, 상기 스페이서(10)의 가장자리는 보어 홀 벽을 따라 미끄러지는 것을 허용하는 기하학적 구조를 갖는다. 심지어 파이프가 삽입되는 동안 마찰이 발생하더라도, 상기 스페이서(10)는 최종 장소에 위치하게 될 때까지 하강 동안 온전한 상태를 유지할 수 있도록 디자인된다. "오메가" 형상의 스페이서(10)에 있어서, 파이프(20)가 유지 캐비티(retention cavity)에서 분리되면, 파이프(20)가 여전히 상기 스페이서(10)와 보허 홀 벽 사이에 위치하게 될 것이다.

일 실시예에 따르면, 스페이서(10)의 이용은 보어 홀로 삽입되는 동안에 존재해야 되는 트레미 파이프를 요구하지 않고, 그 결과 트레미 파이프의 하강을 방해하지 않는다. 지열 설비에 대한 전형적인 작업 방법에 대해서 어떠한 변경도 하지 않고 설치 당시의 생산성이 유지된다.

상기 스페이서(10)는 트레미 파이프의 존재 없이 지중 열 교환기의 삽입을 허용하기 위하여, 보어 홀에서 개방된 접근 공간을 최대화되도록 디자인된다. 지중 열 교환기 삽입은 보어 홀을 지열 그라우트로 굳히기에 앞서, 며칠 심지어 몇 주에 거쳐 완료될 수 있다. 더구나, 트레미 파이프가 하강한다면, 하강하는 동안에 방해되는 것이 거의 없을 것이다. 이에 따라, 관통 작업자는 그라우트 장비 및 현장에서 장비를 준비하여 경제적 비용을 감소시키는 것과 별개로, 지열 교환기를 가능한 빨리 상기 보어 홀에 삽입하는 것이 가능하다. 이러한 상기 스페이서(10)의 독특한 형상은 트레미 파이프가 스페이서에 걸리는 것 보다는 트레미 파이프가 상기 스페이서를 따라 미끄러지는 것을 허용할 수 있다.

도 2a 내지 도 4j를 참조하면, 도면에 도시된 바와 같이 상기 스페이서(10)가 제조되는 동안 탭 요소(30)(도 2A에 도시됨)가 해당 부위가 냉각되는 동안에 포개지는 것을 방지하기 위하여, 바람직하게 상기 스페이서(10)의 디자인에 추가될 수 있다. 실제로, 제조 과정에서 상기 스페이서(10)의 냉각 단계 동안에, 스페이서(10)를 형성하는 물질이 스페이서(10)를 수축시키고 때로는 상기 스페이서(10) 자체가 상기 핸들(12)과 상기 파이프 결합 지지부재(14) 사이의 가장자리에서 의도하는 것 이상으로 닫히게 된다. 상기 탭(30)은 스페이서 부분(12, 14)의 잔여부분 보다 더욱 빨리 냉각되어, 상기 가장자리가 과도하게 접히는 것을 예방한다. 의도하는 바에 따라, 상기 탭(30)은 제조 과정 동안에 유용하게 이용되고, 스페이서(10)의 생산 후에 해당 부위에서 제거될 수 있다. 이러한 탭은 상기 스페이서(10)를 형성하는데 이용되는 다른 유형의 물질에 따라, 필요하지 않을 수도 있다.

더욱이, 상기 파이프 스페이서(10)는 배관 시스템의 특정 표면으로부터 단지 하나의 파이프(10)를 이격시키는데 사용될 수 있다. 이 경우, 상기 스페이서(10)는 핸들(12) 및 상기 핸들(12)의 한쪽 끝단으로부터 연장되는 단지 하나의 파이프 지지부재(14)로 구성되고, 상기 파이프 결합 지지부재(14)는 결합된 파이프(20)를 이격시킨다.

도 5a 내지 도 5g에서 잘 도시된 바와 같이, 지중 열 교환기 파이프(20)로 연결하기 위한, EZ-SNAPS™ 스페이서(10)의 취급은 단순한 동작으로 달성된다. 작업자는 스페이서의 위치를 정하고(도 5c), 한 번의 잡아당김 동작을 통해 해당 위치에 스페이서를 스냅 결합(snap)시킬 수 있다(도 5d). 상기 스페이서를 작동시키기 위해서 제거가 필요한 추가적인 파트(part)가 필요 없으며, 스프링과 이동 파트도 필요 없다. 상기 스페이서의 어떠한 파트도 제거되거나 떨어지지 않는다. 도 5a 내지 5g에 도시된 바와 같이, 상기 교환기 파이프(20)와 상기 스페이서(10)의 연결은 한 손을 사용함으로써 달성될 수 있다.

환경적이고 기술적인 이유로 인해, 일반적으로 U-루프 주변의 공간을 그라우트 혼합물로 채우는 것이 필수적이다. 이러한 그라우트는 추가적인 열 저항을 가지고 있다. 파이프와 보어 홀 벽 사이에 위치한 모든 그라우트는 열 교환을 감소시켜, 보어 홀의 에너지 효율을 감소시키고 보어 홀에 대한 길이를 증가시킨다. 얽힘(interlacing) 뿐만 아니라 근접되어 배관된 U-루프의 공급과 환수 파이프는, 보어 홀의 두 파이프들(공급과 환수 파이프) 사이에 증가된 열 간섭 및 두 파이프 사이에 생생된 접촉점(contact point)으로 인하여 지열 교환 효율성(땅과의 열 교환)을 감소시킨다. 즉, 열 에너지는 땅과 완전하게 교환되지 않고 상기 파이프들 사이에서 부분적으로 교환된다. 결과적으로, 이것은 보어 홀의 에너지 효율을 감소시키고, 보어 홀의 길이의 증가 또는 필요한 보호 홀의 개수를 증가시킨다.

바람직한 실시예들은 상술한 설명 및 첨부된 도면에서 도시되었으나, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자가 본 발명을 벗어나지 않고 수정물을 만들 수 있음을 분명히 해 둔다. 그러한 수정물은 본 발명의 범위에서 구성 가능한 변형으로 간주된다.

10 : 스페이서
12 : 핸들
14 : 파이프 결합 지지부재
16 : 파이프 결합 클립
20 : 파이프

Claims

배관 시스템의 적어도 하나의 파이프를 이격시키기 위한 파이프 스페이서(spacer)에 있어서,
배관 시스템의 표면 가까이에 결합된 파이프를 유지하기 위한 적어도 하나의 파이프 결합 지지부재를 가지는 핸들을 포함하는 파이프 스페이서.
배관 시스템의 적어도 두 개의 파이프들을 이격시키기 위한 파이프 스페이서에 있어서,
결합된 파이프들을 이격시키기 위한 적어도 두 개의 파이프 결합 지지부재들을 가지는 핸들을 포함하는 파이프 스페이서.
제 2 항에 있어서,
상기 적어도 두 개의 파이프 결합 지지부재들은 상기 핸들의 대향 끝단들로부터 연장되는 것을 특징으로 하는 파이프 스페이서.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배관 시스템은 열 교환기 시스템인 것을 특징으로 하는 파이프 스페이서.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파이프 결합 지지부재는 상기 파이프 결합 지지부재의 자유단에 형성된 파이프 결합 클립을 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 스페이서.
제 5 항에 있어서,
상기 파이프 결합 클립은 파이프를 수용하기 위한 오목 면을 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 스페이서.
제 1 항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파이프 스페이서는 보어 홀 직경과 대응되는 크기인 것을 특징으로 하는 파이프 스페이서.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파이프 결합 지지부재는 상기 파이프 직경과 대응되는 크기인 것을 특징으로 하는 파이프 스페이서.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 핸들 및 상기 파이프 결합 지지부재들은 단일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 파이프 스페이서.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 핸들은 고분자 물질, 플라스틱, ABS, 금속 물질 또는 복합 재료(composite materials)로 형성되는 것을 특징으로 하는 파이프 스페이서.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 파이프 결합 지지부재는 고분자 물질, 플라스틱, ABS, 금속 물질 또는 복합 재료(composite materials)로 형성되는 것을 특징으로 하는 파이프 스페이서.
제 1 항 내지 제 11 항에 있어서,
상기 파이프 결합 지지부재는 다양한 곡률 반경으로 형성되는 것으로 형성되는 것을 특징으로 하는 파이프 스페이서.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
보어 홀 벽을 따라 미끄러짐이 허용되는 기하학적인 구조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파이프 스페이서.
제 6 항에 있어서,
상기 오목 면은, 상기 파이프에서 상기 스페이서의 미끄러짐을 감소시키도록 실질적으로 높은 마찰 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 파이프 스페이서.
결합된 부품들(pieces)을 유지하거나 이격시키기 위한 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항의 파이프 스페이서의 용도.
제 15 항에 있어서,
상기 부품들은 파이프, 지주(post), 스틱(stick) 또는 기둥(pillar)인 것을 특징으로 하는 파이프 스페이서의 용도.
배관 시스템의 적어도 두 개의 파이프들을 이격시키기 위한 방법에 있어서,
a) 제 2 항의 상기 파이프 스페이서의 하나의 파이프 결합 지지부재를 적어도 하나의 제 1 파이프에 결합시키는 단계; 및
b) 단계 a)의 상기 파이프 스페이서의 제 2 파이프 결합 지지부재들을 적어도 하나의 제 2 파이프에 결합시켜, 상기 배관 시스템의 상기 제 1 파이프와 상기 제 2 파이프를 이격시키는 단계를 포함하는 파이프 이격 방법.
제 16 항에 있어서,
상기 배관 시스템은 열 교환기 시스템인 것을 특징으로 하는 파이프 스페이서.