KR20130104433A - 해수열 히트펌프장치의 해수취수 심정장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해수열 히트펌프장치의 해수취수 심정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 단층으로 이루어져 해수를 내포하고 있는 연약지반 형태의 연안에 설치되되, 상기 단층 내에 매설되는 외부 케이싱과, 상기 외부 케이싱에 내설되는 내부 케이싱으로 이루어지는 이중관 형태를 취하며, 상기 내부 케이싱에 내설된 심정펌프의 펌핑작동으로 내부 케이싱 내 해수를 사용처로 공급하되, 외, 내부 케이싱 및 심정펌프에 희생양극을 설치하여 부식이 방지되도록 하고, 상기 외부 케이싱 내에 침전되는 해수의 침전물은 외부로 배출가능토록 함으로써, 한정된 연안에서 안정되게 해수를 취수할 수 있고, 정비성과 감시가 용이하며, 설치공사가 간단하여 시공비가 저렴한 해수열 히트펌프장치의 해수취수 심정장치에 관한 것이다.

Description

해수열 히트펌프장치의 해수취수 심정장치{deep well Apparatus for sea water intaking of The Sea Water Heat Source Heat Pump Apparatus}

본 발명은 연약지반의 연안에서 양질의 해수를 안정적으로 취수할 수 있도록 한 해수열 히트펌프장치의 해수취수 심정장치에 관한 것이다.

주거 생활을 쾌적하게 하기 위한 중요한 요소 중의 하나인 냉·난방용 에너지원은, 석탄, 석유, 천연가스 등과 같은 화석 연료가 주로 이용되어 왔으나, 화석 연료는, 연소 과정에서 각종 공해 물질을 배출함으로써 환경을 오염시키게 될 뿐 아니라, 이산화탄소 배출에 의한 지구 온난화 현상까지도 초래하고 있는바, 화석연료를 대신할 수 있는 대체 에너지의 개발이 활발하게 진행되고 있다.

이러한 대체 에너지 중에 냉·난방용으로 직접 사용될 수 있는 것으로는, 해수, 지열, 하수열 등이 있으며, 이들을 효과적으로 이용하기 위해서는 고효율의 히트 펌프가 필연적이다.

상기 히트 펌프는, 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 열의 특성과 반대로 낮은 온도 측에서 높은 온도 측으로 열을 이동시키는 장치로서, 저온의 열원(熱源)을 고온 측으로 전달하는 냉방 장치, 고온의 열원을 저온 측으로 전달하는 난방 장치, 냉/난방 겸용 장치 등을 포괄하는 의미로 쓰인다.

상기와 같은 히트 펌프는, 그 구동 방식에 따라 전기식과 엔진식, 열원에 따라 공기열원식, 수열원식(폐열원식), 지열원식등으로 구분될 수 있으며, 열 공급 방식에 따라 온풍식, 냉풍식, 온수식, 냉수식 및 펌프의 이용 범위에 따라 난방용, 냉방용, 제습용, 냉·난방 겸용 등으로 분류된다.

상기에서의 공기열원식은 외부 온도가 5℃ 이하인 경우 성능이 떨어지게 되고, 기계적 손상도 발생하면서 작동이 원활하지 못하게 되는 단점이 있고, 지열식은 혹한 지역에서도 지속적으로 열을 공급할 수 있지만, 히트파이프를 내입하고자 시추하는 지열공의 천공공정이 고가이고, 시공에도 어려움이 따른다는 큰 문제점이 있었다. 이에, 해수를 이용한 방법이 시행되었지만, 해수를 이용하게 되는 경우, 해수의 염분으로 인해 해수를 저장하거나 이동시키는 저장조 및 펌프 등이 녹이 스는 부식의 문제가 발생되어 장치의 수명이 단축되었으며, 더불어, 해수와 함께 유입되는 각종 이물질(해초류, 조폐류, 어류, 미네랄 등)로 인해 장치 및 해수 저장조 자체가 오염되는 큰 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 해수를 이용한 히트펌프장치에 있어서, 다수의 단층으로 이루어지는 연안에 설치되어, 단층과 단층사이의 틈을 통해 유동되는 다량의 해수를 사용하기 위한 것으로,

외부 케이싱과 내부 케이싱으로 이루어지는 이중관 형태의 심정장치를 상기 단층 연안에 매설함으로써, 단층과 단층사이를 유동하면서 해수의 이물질이 1차적으로 여과된 해수를 유입시키되, 유입된 해수가 외부 케이싱과 내부 케이싱으로 이루어지는 이중관 형태의 심정장치를 거치면서, 심정장치 내에서 이물질이 침전된 청정해수가 되도록 한 후, 이를 사용처로 펌핑하여 사용할 수 있도록 하며,

내설된 심정펌프 및 외, 내부 케이싱이 해수로 인하여 부식되는 것을 방지하기 위해 희생양극이 설치되는 해수열 히트펌프장치의 해수취수 심정장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시 예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 단층과 단층사이 크랙부분 및 모래층을 통과하면서 이물질이 여과된 해수가 유입되는 외부 케이싱(10)과; 상기 외부 케이싱(10)에 내설되어, 외부 케이싱(10) 내에서 잔여 이물질이 침전된 청정해수가 유입되는 내부 케이싱(20)과; 상기 내부 케이싱(20)에 내설되어, 해수를 사용처(70)로 펌핑시킴으로써, 사용처(70)에서 열교환을 통해 해수열이 사용될 수 있도록 하는 심정펌프(30)와; 상기 심정펌프(30) 및 외, 내부 케이싱(10, 20)에 설치되어 부식을 방지하는 희생양극(40); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외부 케이싱(10)은 해수가 내부에 유입될 수 있도록 외주연에 다수의 유입공(11)이 천공형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내부 케이싱(20)은 해수가 내부에 유입될 수 있도록, 상기 심정펌프(30)의 하측 외주연에 다수의 유입공(11')이 천공형되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외부 케이싱(10)은 내부에 침전되는 해수 침전물이 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 수중취수시설 없이도 해수를 취수할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 다수의 단층(斷層)으로 이루어진 연안, 다수의 크랙 또는 파쇄대(破碎帶)가 형성되어 있는 연안, 투수층(透水層) 등에서 안정된 해수 수량을 확보하여 취수할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 장치 내부 및 내부 구성품의 부식상태관리가 용이하며, 이물질을 여과하며 해수를 흡입할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 설치 및 유지보수비가 저렴하고, 안정된 운전성을 가지는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 정비성이 용이하고, 외부 감시가 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 투자비가 저렴하고 설치공사가 간단한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 해수열 히트펌프장치의 해수취수 심정장치가 적용된 모습을 나타낸 일실시예의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 해수열 히트펌프장치의 해수취수 심정장치를 나타낸 정면 단면도.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)")등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징을 갖는다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 해수열 히트펌프장치의 해수취수 심정장치를 상세히 설명하도록 한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 해수열 히트펌프장치의 해수취수 심정장치는 외부 케이싱(Casing, 10), 내부 케이싱(20), 심정펌프(30), 희생양극(40)을 포함한다.

상기 외부 케이싱(10)은 내부가 비어있는 양단이 개구된 관 형상이며, 사용자의 선택에 따라서 원형, 사각 등 다양한 단면을 가지는 관 형태를 가진다.

상기 외부 케이싱(10)은 다수의 크랙(Crack)이 형성되어 있는 연약지반(軟弱地盤) 형태를 가지는 연안(沿岸), 즉, 다수의 단층(斷層)으로 이루어진 연안, 다수의 크랙 또는 파쇄대(破碎帶)가 형성되어 있는 연안, 투수층(透水層) 등에 매설되는 것으로, 내포되어 있는 해수를 외부 케이싱(10) 내부로 모으기 위한 것이다.

다수의 단층으로 이루어지는 연안에 설치됨을 기준으로 설명하면, 상기 단층과 단층 사이에는 다량의 해수가 존재하게 되고, 이러한 해수는 틈(크랙, crack) 부분으로 유동을 하게 되는데, 이러한 해수가 존재하는 단층으로 이루어진 연안에 상기 외부 케이싱(10)을 설치하면, 상기 외부 케이싱(10) 내부로 해수가 유입되는 것이다.

상기 외부 케이싱(10)은 전술된 바와 같이, 다수의 단층으로 이루어진 연안내에 매설되는 것으롯, 상기 외부 케이싱(10)의 외주연에는 다수의 유입공(11)을 천공형성함으로써, 상기 유입공(11)을 통해 단층과 단층 사이의 틈 또는 파쇄대(자갈층) 등으로 유동하는 해수(S1)가 외부 케이싱(10) 내부로 유입될 수 있도록 한다.(물론, 상기의 외부 케이싱을 매설하기 위해서는 설치하기 위한 홀(관정)을 파낸 후, 상기 관정 내에 외부 케이싱(10)을 내설하되, 상기 외부 케이싱(10)의 하단부가 단층에 박히며 고정설치되도록 한다.)

이로 인하여, 상기 외부 케이싱(10) 내부에는, 단층과 단층사이를 유동하면서 해수 내 이물질(모래, 자갈, 미세먼지, 미세 생물체)이 여과된 해수(S1)가 유입되며, 상기 외부 케이싱(10) 내부로 유입된 해수(S1)는 외부 케이싱(10) 내부에 머물면서, 해수의 잔여 이물질이 최하단부에 적층되어, 상기 외부 케이싱(10) 내부 최하단에는 이물질 침전층, 즉 침전물이 쌓이게 된다.

이러한, 상기 외부 케이싱(10)은 땅속에 매설되는 이유로 인하여, 강성구조를 가지는 Steel, SUS(Steel Use Stainless, 스테인리스 스틸) 또는 고분자 수지인 PE(Polyethylene, 폴리에틸렌) 중 하나의 재질로 형성되도록 한다.(이는 후술 될 내부 케이싱(20)에도 동일하게 적용된다.)

상기 내부 케이싱(20)은 외부 케이싱(10)과 마찬가지로, 내부가 비어있으며 양단이 개구된 관 형상이고, 사용자의 선택에 따라서 원형, 사각 등 다양한 단면을 가지는 관 형태를 가지며, 상기 외부 케이싱(10)의 내부에 내설되되, 상기 내부 케이싱(20) 또한 외부 케이싱(10)과 마찬가지로 단층에 하단부가 박히며 고정설치되도록 한다. 이로써, 상기 내부 케이싱은 외부 케이싱(10)과 함께 이중관 형태를 가지게 된다.

상기 내부 케이싱(20) 또한 외부 케이싱(10)과 마찬가지로 외주연에 다수의 유입공(11')이 천공형성되어 있는데, 단층과 단층사이를 유동하며 이물질이 여과된 해수가 외부 케이싱(10) 내로 유입된 후, 다시 상기 외부 케이싱(10) 내 내부 케이싱(20)의 유입공(11')을 통해 내부 케이싱(20) 내부로 유입되는 것이다.

이때, 상기 내부 케이싱(20)의 유입공(11')은 길이방향 하단부 외주연에 형성되도록 한다.

물론, 상기 내부 케이싱(20)이 외부 케이싱(10)에 내설되어 이중관 형태를 가지기 위해서는, 상기 내부 케이싱(20)이 외부 케이싱(10)보다 상대적으로 작은 직경을 가져야 함은 당연할 것이다.

더불어, 상기 내부 케이싱(20)은 길이방향을 향해 소정의 내부 직경을 가지되, 길이방향 하단부는 내부 케이싱(20)의 상단부보다 상대적으로 내부 직경이 작아지도록 형성한다. 이로써, 내부 직경이 작아지는 부분에 단턱(31)이 발생하게 되는데, 상기 단턱(31)은 내부 케이싱(20)에 설치되는 심정탱크(30)가 걸쳐져 고정될 수 있는 역할을 한다.

상기 심정펌프(30)는 내부 케이싱(20)에 내설되는 것으로, 내부 케이싱(20)에 모아진 해수(S2)를 해수의 사용처(70)로 펌핑시키는 역할이며, 이러한 심정펌프(30)는 공급관(60)에 의해 사용처(70)로 해수(S2)를 펌핑유동시키는데, 즉, 상기 공급관(60)은 심정펌프(30)에 일단이 연결되고, 타단은 사용처(70)에 연결되어 있어야 함은 당연할 것이다.

즉, 상기 해수(S2)가 공급관(60)을 통해 사용처(70)로 공급되어, 해수(S2) 내 해수열을 사용할 수 있도록 한 것이다. (물론, 상기 심정펌프(30)를 구동시키기 위해 전원을 공급하는 전원부는 별도로 설치되어야 함은 당연하며, 이에 따른 전원부의 설치 위치 또한, 사용자에 의해 다양하게 선택이 가능할 것이며, 상기 전원부 및 심정펌프(30)와 전기적으로 연결되어 전원부의 온/오프(ON/OFF) 및 심정펌프(30)의 구동속도 등을 제어하기 위한 제어장치 또한 사용자에 의해 선택적으로 설치될 수 있음이다.)

상기 희생양극(40)은 외부 케이싱(10)과 내부 케이싱(20) 및 심정펌프(30)에 각각 설치되는 것으로서, 상기의 구성품(외부 케이싱(10), 내부 케이싱(20), 심정펌프(30))이 해수에 의해 부식되는 것을 방지하기 위한 것으로, 심정펌프(30)를 예를 들어 설명하면, 상기 희생양극(40)이라 함은, 상기 심정펌프(30)가 해수에 잠겨 여과된 해수를 공급관(60)으로 통해 사용처(70)로 공급하는 경우, 철제로 이루어진 심정펌프(30)의 표면이 이온화되고, 이온화되는 심정펌프(30)의 부식부분이 수산화이온, 산소 등과 화학반응을 일으키며, 이로 인해 부식하게 되는데, 이러한 상기 심정펌프(30)의 철제부분이 이온화되는 것을 막으면, 심정펌프(30)의 부식을 방지할 수 있고, 철의 이온화를 방지하는 방법 중 하나가 이러한 심정펌프(30)에 희생양극(40)을 설치하는 것이다.

즉, 상기 심정펌프(30)의 주재료인 철보다 이온화 경향이 큰 아연(Zn), 마그네슘(Mg), 알루미늄(Al) 등을 희생양극(40)으로 하여 심정펌프(30)에 대향 설치하게 되면, 아연, 마그네슘, 알루미늄 등이 이온화되고, 이온화되면서 발생한 전자는 심정펌프(30)로 흐르게 되어 심정펌프(30)의 철제 부분이 이온화되지 않게 된다. 따라서, 희생양극(40)은 부식되지만, 심정펌프(30)의 부식은 방지할 수 있는 것이다. 이는, 상기 내부 케이싱(20) 및 외부 케이싱(10) 또한 철제인 경우, 내부 케이싱(20) 및 외부 케이싱(10)의 부식 또한 방지할 수 있음은 당연할 것이다.

더불어, 상기 외부 케이싱(10)은 흡입관(51)의 일단을 외부 케이싱(10) 내부 저면까지 내입시킨 후, 펌핑수단(52)(ex: 모터 등)을 통해 외부 케이싱(10) 내 해수 침전물을 흡입한 후, 이를 외부로 배출시킨다.

즉, 상기와 같은 구조의 본 발명은,

다수의 단층으로 이루어지는 연안에 매설되어 있는 외부 케이싱(10)의 소정부위에서, 단층과 단층의 틈 및 파쇄대 등을 통과하면서 이물질이 여과된 해수( S1)가 상기 유입공(11)을 통해 외부 케이싱(10) 내부로 유입되고, 외부 케이싱(10) 내부로 유입된 해수(S1)는 내부 케이싱(20)의 유입공(11')을 통해 내부 케이싱(20)에 유입되게 된다.

상기와 같이 외부 케이싱(10) 및 내부 케이싱(20)에 해수가 유입되면, 심정펌프(30)를 통해 내부 케이싱(20) 내 해수(S2)를 펌핑하여 사용처(70)로 공급하도록 한다.

물론, 상기 심정펌프(30)를 통해 사용처(70)로 펌핑된 해수(S2)는 공급관(60)을 통해 사용처(70) 내에 설치된 물탱크(71)에 펌핑시켜 저장되고, 사용처(70)의 물탱크(71)에 저장된 해수(S2)는 사용처(70) 내 히트펌프(Heat Pump, H/P)(72)의 열교환 냉매(S3)와 열교환되어, 여름에는 고온의 열교환 냉매(S3)를 해수열(고온의 열교환 냉매(S3)보다 상대적으로 낮은 온도를 가진다.)를 통해 저온으로 낮추고, 겨울에는 저온의 열교환 냉매(S3)를 해수열(저온의 열교환 냉매(S3)보다 상대적으로 높은 온도를 가진다.)을 통해 고온으로 높여 사용하는 것이다.

상세한 설명에서 설명되지 않은 도면의 부호 '73'은 물탱크(71)에 저장되어 진 후 사용된 해수를 외부로 배출하기 위한 해수리턴관, 'R'은 도로를 각각 나타낸다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.

10: 외부 케이싱 11, 11': 유입공
20: 내부 케이싱 30: 심정펌프
40: 희생양극 51: 흡입관
52: 펌핑수단 60: 공급관
70: 사용처 71: 물탱크
72: 히트펌프

Claims (4)

1. 단층과 단층사이 크랙부분 및 모래층을 통과하면서 이물질이 여과된 해수가 유입되는 외부 케이싱(10)과;
   상기 외부 케이싱(10)에 내설되어, 외부 케이싱(10) 내에서 잔여 이물질이 침전된 청정해수가 유입되는 내부 케이싱(20)과;
   상기 내부 케이싱(20)에 내설되어, 해수를 사용처(70)로 펌핑시킴으로써, 사용처(70)에서 열교환을 통해 해수열이 사용될 수 있도록 하는 심정펌프(30)와;
   상기 심정펌프(30) 및 외, 내부 케이싱(10, 20)에 설치되어 부식을 방지하는 희생양극(40);
   을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 해수열 히트펌프장치의 해수취수 심정장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 외부 케이싱(10)은
   해수가 내부에 유입될 수 있도록 외주연에 다수의 유입공(11)이 천공형성되는 것을 특징으로 하는 해수열 히트펌프장치의 해수취수 심정장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 내부 케이싱(20)은
   해수가 내부에 유입될 수 있도록, 상기 심정펌프(30)의 하측 외주연에 다수의 유입공(11')이 천공형되는 것을 특징으로 하는 해수열 히트펌프장치의 해수취수 심정장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 외부 케이싱(10)은
   내부에 침전되는 해수 침전물이 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 해수열 히트펌프장치의 해수취수 심정장치.

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