KR20160118017A - 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법 - Google Patents

외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법 Download PDF

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    • Y02E10/10—Geothermal energy

Abstract

본 발명은 지하에 매설되는 동파이프와 같은 금속 배관을 포함하여 구성되는 직접팽창(Direct Expansion ; DX)형 지중 열교환 시스템에 있어서, 외부전원식 전기방식(Cathodic protection) 방법을 이용하여 지중 금속 배관의 부식을 방지하기 위한 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면, 금속 배관의 매설과 별도로 전기방식을 위한 양극(anode)을 설치하기 위해 추가적인 천공(boring)이 필요하여 양극의 설치비용이 증가하고, 그로 인해 지중 열교환 시스템의 전체적인 시공 기간 및 비용이 증가하는 문제가 있었던 종래기술의 외부전원법의 문제점을 해결하여, 양극의 설치를 위한 추가적인 천공이 필요 없이 배관의 매설과 함께 양극도 동시에 설치 가능하도록 구성됨으로써, 전체적인 시공기간 및 비용을 절감할 수 있도록 구성되는 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법이 제공된다.

Description

외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법{Method for preventing corrision of ground heat exchange system using cathodic protection method}
본 발명은 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법에 관한 것으로, 더 상세하게는, 지하에 매설되는 동파이프와 같은 금속 배관을 포함하여 구성되는 직접팽창(Direct Expansion ; DX)형 지중 열교환 시스템에 있어서, 외부전원식 전기방식(Cathodic protection) 방법(이하, 간단히 '외부전원법'이라고도 함)을 이용하여 지중 금속 배관의 부식을 방지하기 위한 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 금속 배관의 매설과 별도로 전기방식을 위한 양극(anode)을 설치하기 위해 추가적인 천공(boring)이 필요하여 양극의 설치비용이 증가하고, 그로 인해 지중 열교환 시스템의 전체적인 시공 기간 및 비용이 증가하는 문제가 있었던 종래의 외부전원법들의 문제점을 해결하기 위해, 양극의 설치를 위한 추가적인 천공이 필요 없이 배관의 매설과 함께 양극도 동시에 설치 가능하도록 구성됨으로써, 전체적인 시공기간 및 비용을 절감할 수 있도록 구성되는 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법에 관한 것이다.
최근, 지하자원의 고갈 및 환경오염 문제가 대두되면서, 기존의 석탄이나 석유와 같은 화석연료를 대체하기 위한 대체에너지의 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
즉, 최근에는, 예를 들면, 땅 속의 지열을 이용하여 냉난방을 행하는 지중 열교환 시스템이 많이 사용되고 있으며, 이러한 지중 열교환 시스템은, 일반적으로, 크게 나누어, 지중에 HDPE 등과 같은 비금속 배관을 매설하여 물을 순환시는 방식과, 동파이프와 같은 금속 배관을 지중에 매설하여 프레온과 같은 냉매를 순환시킴으로써 땅속의 지열을 순환시키는 방식으로 구분된다.
여기서, 상기한 바와 같이 금속 배관을 지중에 매설하여 지열을 순환시키는 방식을 직접팽창(Direct Expansion ; DX)형 지중 열교환시스템이라 하며, 이와 같이 금속 파이프를 지하에 매설하는 경우는 시간이 지남에 따라 금속 표면에 부식이 발생하게 되므로, 매설된 파이프뿐만 아니라 시스템 전체의 수명을 늘리기 위하여 지하에 매설된 배관의 부식을 방지하기 위한 방식처리가 수행된다.
즉, 지하에 매설된 금속 파이프의 부식을 방지하기 위한 대표적인 방법으로는, 예를 들면, 희생양극법(Sacrificial Anode Method)과 외부전원법(Cathodic Protection Method)이 있으며, 이는, 배관 등의 금속에 외부에서 인위적으로 전류(방식전류)를 유입시키면 전위가 높은 음극부에 전류가 유입되어 음극부의 전위가 차차 저하되다가 음극부의 전위와 양극부의 전위가 같아지게 되고, 그 결과, 금속 표면에 형성된 부식전류가 자연히 소멸되고 부식이 정지되어 배관 등의 금속은 완전한 방식상태에 있게 되는 원리를 이용한 것으로서, 이때, 국부 양극과 동전위가 되는 국부 음극의 전위를 부식전위라 하고, 방식전위에 도달하기 위하여 필요한 전류를 방식전류라 하며, 아울러, 방식전류밀도란 실제 음극방식에 필요한 단위면적당 전류를 말한다.
더 상세하게는, 먼저, 희생양극법은, 배관의 재질보다 자연전위가 낮은 금속을 배관과 전기적으로 연결하여 배관을 음극화시킴으로써 관로방식을 유도하는 방식으로, 이때, 배관에 연결되는 금속을 희생양극이라고 하는데, 토양에서는 자연전위가 대략 -1600mV이하인 마그네슘(Mg) 합금 등이 많이 사용된다.
또한, 희생양극법은, 크게 나누어, 마그네슘 양극(Mg-Anode) 방식과, 알루미늄 양극(Al-Anode) 방식 및 아연양극(Zn - Anode) 방식이 있으나, 시공이 간단하나 희생양극이 비교적 고가이고, 배관에 양극이 연결된 경우 배관의 부식은 정지되는 대신 양극은 부식으로 인하여 지속적으로 소모되므로, 방식성능이 희생양극의 소모속도에 따라 좌우되며 방식범위가 좁다는 단점이 있다.
아울러, 외부전원법은, 상기한 희생양극법의 단점을 보완한 방식으로, 소모성인 희생양극 대신 불용성의 양극을 사용하고 외부로부터 전류를 흘려주며, 즉, 직류전원의 -극에 배관을, +극에 불용성 양극을 연결하여 배관의 전위를 부식전위 이하로 낮추어 줌으로써 부식을 방지하는 방법이다.
더욱이, 상기한 바와 같은 기존의 외부전원법을 이용한 부식방지방법에 대한 종래기술의 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-1034264호에 제시된 "배관 또는 금속저장탱크의 전기방식 장치 및 그의 부식층제거방법"에 따르면, 배관 내에 길이 방향으로 장착되는 방식전극, 음극이 상기 배관의 외면에 연결되고 양극이 상기 방식전극에 연결되어 전원을 인가하는 외부전원 및 상기 방식전극의 표면에 둘러싸여 상기 방식전극이 상기 배관의 내면과 직접 접촉하는 것을 방지하는 쇼트방지 수단을 포함하여 넓은 범위에서 효율적으로 배관 내 부식 생성을 방지할 수 있도록 하는 기술내용이 제시된 바 있고, 또한, 한국 등록특허 제10-1040204호에 제시된 "자가 발전형 전기방식 시스템"에 따르면, 외부전원법을 사용하되 교체가 필요한 전지를 사용하지 않고 파도에 의한 운동에너지를 전기 에너지로 변환하여 전원으로 사용하는 자가 발전형 전기방식 시스템에 관한 기술내용이 제시된 바 있다.
또한, 상기한 바와 같은 기존의 외부전원법을 이용한 부식방지방법에 대한 종래기술의 다른 예로는, 예를 들면, 한국 등록특허공보 제10-0207808호에 제시된 "주유소 유류탱크의 부식방지방법 및 그 장치"에 따르면, 다수의 유류탱크가 매설된 유류탱크 구조물에 외부전원용 전극과 희생양극용 전극 및 기준전극을 설치하고, 상기 전극들을 제어판넬에 연결한 구성으로 기준전극을 통해 측정한 부식전위의 양에 따라 외부전원용 전극과 희생양극용 전극으로 부식방지전류를 공급하여 부식전류를 제거함으로써 양극반응의 방지로 유류탱크의 부식을 방지하는 장치 및 방법에 관한 기술내용이 제시된 바 있으며, 더욱이, 한국 등록실용신안공보 제20-0347880호에 제시된 "부식방지 장치"에는, 희생양극과 지하매설 또는 수중 구조물 사이를 전선을 이용하여 연결하되, 상기 전선은 지하매설 또는 수중 구조물의 다양한 장소에 연결하는 한편, 희생양극은 마그네슘, 알루미늄, 아연을 포함하는 양극을 사용하여 부식전류가 잘 흐르도록 함으로써 부식을 방지하는 기술내용이 제시된 바 있다.
상기한 바와 같이 종래, 외부전원법을 이용한 여러 가지 금속 배관 또는 구조물의 부식방지방법이 제시된 바 있으나, 종래의 외부전원법을 이용한 방법들은 다음과 같은 문제가 있는 것이었다.
즉, 예를 들면, 종래의 직접팽창(Direct Expansion ; DX)형 지중 열교환 시스템에서 외부전원식 전기방식(Cathodic protection)법을 이용하여 지중 금속 배관의 부식을 방지하기 위한 방법은, 지반을 굴착하여 금속 배관을 매설한 후, 전기방식을 위한 양극(anode)을 설치하기 위한 천공(boring)을 추가적으로 행하여 양극을 설치해야 하므로, 양극의 설치를 위한 별도의 천공작업이 필요함으로 인해 시공과정이 늘어나게 되어 지중 열교환 시스템 전체의 시공기간 및 비용이 증가하고, 그로 인해 지중 열교환 시스템의 전체적인 시공 기간 및 비용이 증가하는 문제가 있었다.
따라서 상기한 바와 같은 종래기술의 외부전원법의 문제점을 해결하기 위하여는, 배관의 매설과 함께 양극도 동시에 설치 가능하도록 구성됨으로써, 양극의 설치를 위한 추가적인 천공과정이 필요 없도록 하는 것에 의해 지중 열교환 시스템의 전체적인 시공기간을 단축하고 설치비용을 절감할 수 있는 동시에, 소모되는 전력량을 감소하여 지중 열교환 시스템의 전체적인 유지관리 비용도 절감할 수 있도록 구성되는 새로운 구성의 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법을 제공하는 것이 바람직하나, 아직까지 그러한 요구를 모두 만족시키는 장치나 방법은 제공되지 못하고 있는 실정이다.
[선행기술문헌]
1. 한국 등록특허공보 제10-1034264호 (2011.05.03.)
2. 한국 등록특허공보 제10-1040204호 (2011.06.02.)
3. 한국 등록특허공보 제10-0207808호 (1999.04.13.)
4. 한국 등록실용신안공보 제20-0347880호 (2004.04.06.)
본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 따라서 본 발명의 목적은, 지반을 굴착하여 금속 배관을 매설한 후 전기방식을 위한 양극(anode)을 설치하기 위한 천공(boring)을 추가적으로 행하여 양극을 설치해야 하므로 양극의 설치를 위한 별도의 천공작업이 필요하여 지중 열교환 시스템의 전체적인 시공기간 및 설치비용이 증가하는 문제가 있었던 종래의 직접팽창(Direct Expansion ; DX)형 지중 열교환 시스템의 외부전원식 전기방식(Cathodic protection)법을 이용한 부식방지방법의 문제점을 해결하기 위해, 지중 금속배관의 매설과 함께 전기방식을 위한 양극도 동시에 설치하도록 구성됨으로써, 양극의 설치를 위한 추가적인 천공과정이 필요 없게 되어 지중 열교환 시스템의 전체적인 시공기간을 단축하고 설치비용을 절감할 수 있도록 구성되는 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 항상 전원을 공급하여야 하므로 지중 열교환 시스템의 전체적인 유지관리를 위한 운영비가 증가하고 시공이 복잡하며 타 시설물에 간섭을 줄 수 있는 문제가 있었던 종래의 외부전원식 전기방식법의 단점을 해결하기 위해, 방식전류가 금속 배관에 균일하게 흐르고 외부 간섭의 영향이 없게 되어 방식전류의 누출이 방지되는 데 더하여, 소모되는 전력량을 감소하여 지중 열교환 시스템의 전체적인 유지관리 비용도 절감할 수 있도록 구성되는 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법을 제공하고자 하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따르면, 금속 배관의 매설과 별도로 전기방식을 위한 양극(anode)을 설치하기 위해 추가적인 천공(boring)이 필요하여 지중 열교환 시스템의 전체적인 시공 기간 및 비용이 증가하는 문제가 있었던 종래기술의 외부전원법의 문제점을 해결하기 위한 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법에 있어서, 지면을 굴착하여 굴착공을 형성하는 단계; 상기 굴착공을 형성하는 단계에서 형성된 상기 굴착공에 금속 배관과 전기방식을 위한 양극을 함께 설치하는 단계; 미리 정해진 일정 간격으로 배치되는 복수의 클램프를 이용하여 상기 금속 배관과 상기 양극을 고정하는 단계; 및 상기 굴착공을 메우는 단계를 포함하여 구성됨으로써, 상기 양극의 설치를 위한 추가적인 천공이 필요 없이 상기 금속 배관과 상기 양극의 설치가 동시에 이루어지는 것에 의해 상기 지중 열교환 시스템의 전체적인 시공기간 및 비용을 절감할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법이 제공된다.
여기서, 상기 설치하는 단계에서, 상기 양극은, 유연성을 가지는 와이어 형태로 형성되는 혼합 금속산화물 양극(MMO-Anode ; Mixed Metal Oxide) 또는 Si계 스테인레스강 양극을 이용하도록 구성됨으로써, 귀금속을 이용하는 종래의 양극에 비해 시공비용을 절감할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고정하는 단계에서, 상기 클램프는, 상기 금속 배관에 상기 양극을 일정한 간격으로 이격시켜 고정 및 지지하기 위해, 플라스틱이나 세라믹을 포함하는 전기적으로 절연이 가능한 부도체 물질을 이용하여 형성되어 수직 방향으로 미리 정해진 일정 간격으로 복수 개 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
아울러, 상기 클램프는, 상기 금속배관과 상기 양극 사이를 일정 간격으로 이격시켜 연결하기 위한 막대나 봉 형태로 형성되는 이격부재; 일단측이 상기 금속 배관과 연결되고 타단측은 상기 이격부재와 각각 연결되는 배관연결부재; 양단측이 상기 이격부재와 연결되고 중심부에는 상기 양극이 수용되는 양극연결부재; 및 상기 이격부재와 상기 배관연결부재 및 상기 양극연결부재를 각각 결합하기 위한 결합나사나 리벳을 포함하여 이루어지는 결합부재를 포함하여 구성되고, 상기 배관연결부재는, 얇은 판이나 띠 형태의 부재를 이용하여 상기 금속 배관을 둘러싸서 감싸고, 상기 배관연결부재의 양 끝단의 사이에 상기 이격부재를 삽입한 후, 상기 결합부재로 결합하여 상기 금속 배관과 상기 이격부재를 각각 고정하도록 구성되거나, 또는, 일측단이 반원형으로 형성되고 타측단은 직선형으로 형성되는 한 쌍의 연결부재를 이용하여, 각각의 상기 반원형 부분에는 상기 금속 배관을 맞물리도록 하고 상기 직선형 부분에는 상기 이격부재를 끼운 후 상기 결합부재로 결합하도록 구성되며, 상기 양극연결부재는, 얇은 판이나 띠 형태의 부재를 이용하여, 중심부에 상기 양극을 수용하기 위한 반원형의 홈이 형성되어 전체적으로 직선 형태로 형성되고, 한 쌍의 상기 양극연결부재를 이용하여 상기 양극과 상기 이격부재를 각각의 상기 양극연결부재 사이에 끼운 후 상기 결합부재로 양단측을 결합하는 것에 의해 상기 양극과 상기 이격부재를 각각 고정하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 상기 고정하는 단계는, 나일론(Nylon) 망사를 포함하는 부도체 물질로 이루어지는 보호부재를 이용하여 상기 양극을 감싸는 단계를 더 포함하도록 구성됨으로써, 상기 양극을 보호하고 방식전류 발생에 이상을 방지할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 지중 금속배관의 매설과 함께 전기방식을 위한 양극도 동시에 설치하도록 구성되는 것에 의해 양극의 설치를 위한 추가적인 천공과정이 필요 없게 되어 지중 열교환 시스템의 전체적인 시공기간을 단축하고 설치비용을 절감할 수 있도록 구성되는 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법이 제공됨으로써, 지반을 굴착하여 금속 배관을 매설한 후 전기방식을 위한 양극(anode)을 설치하기 위한 천공(boring)을 추가적으로 행하여 양극을 설치해야 하므로 양극의 설치를 위한 별도의 천공작업이 필요하여 지중 열교환 시스템의 전체적인 시공기간 및 설치비용이 증가하는 문제가 있었던 종래의 직접팽창(DX)형 지중 열교환 시스템의 외부전원식 전기방식법을 이용한 부식방지방법의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 방식전류가 금속 배관에 균일하게 흐르고 외부 간섭의 영향이 없게 되어 방식전류의 누출이 방지되는 데 더하여, 소모되는 전력량을 감소하여 지중 열교환 시스템의 전체적인 유지관리 비용도 절감할 수 있도록 구성되는 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법이 제공됨으로써, 항상 전원을 공급하여야 하는 것에 의해 지중 열교환 시스템의 전체적인 유지관리를 위한 운영비가 증가하고 시공이 복잡하며 타 시설물에 간섭을 줄 수 있는 문제가 있었던 종래의 외부전원식 전기방식법의 단점을 해결할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법이 적용된 지중 열교환 시스템의 A-A선에 따른 단면도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법이 적용된 지중 열교환 시스템에 설치되는 양극의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 내용은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예일 뿐이며, 본 발명은 이하에 설명하는 실시예의 내용으로만 한정되는 것은 아니라는 사실에 유념해야 한다.
또한, 이하의 본 발명의 실시예에 대한 설명에 있어서, 종래기술의 내용과 동일 또는 유사하거나 당업자의 수준에서 용이하게 이해하고 실시할 수 있다고 판단되는 부분에 대하여는, 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명을 생략하였음에 유념해야 한다.
즉, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 지반을 굴착하여 금속 배관을 매설한 후 전기방식을 위한 양극(anode)을 설치하기 위한 천공(boring)을 추가적으로 행하여 양극을 설치해야 하므로 양극의 설치를 위한 별도의 천공작업이 필요하여 지중 열교환 시스템의 전체적인 시공기간 및 설치비용이 증가하는 문제가 있었던 종래의 직접팽창(DX)형 지중 열교환 시스템의 외부전원식 전기방식법을 이용한 부식방지방법의 문제점을 해결하기 위해, 지중 금속배관의 매설과 함께 전기방식을 위한 양극도 동시에 설치하도록 구성됨으로써, 양극의 설치를 위한 추가적인 천공과정이 필요 없게 되어 지중 열교환 시스템의 전체적인 시공기간을 단축하고 설치비용을 절감할 수 있도록 구성되는 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 후술하는 바와 같이, 항상 전원을 공급하여야 하므로 지중 열교환 시스템의 전체적인 유지관리를 위한 운영비가 증가하고 시공이 복잡하며 타 시설물에 간섭을 줄 수 있는 문제가 있었던 종래의 외부전원식 전기방식법의 단점을 해결하기 위해, 방식전류가 금속 배관에 균일하게 흐르고 외부 간섭의 영향이 없게 되어 방식전류의 누출이 방지되는 데 더하여, 소모되는 전력량을 감소하여 지중 열교환 시스템의 전체적인 유지관리 비용도 절감할 수 있도록 구성되는 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법에 관한 것이다.
계속해서, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법의 구체적인 실시예에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 설명하는 본 발명의 실시예에서는, 지하에 매설되는 동파이프와 같은 금속 배관을 포함하여 구성되는 직접팽창(DX)형 지중 열교환 시스템의 경우를 예로 하여 본 발명을 설명하나, 본 발명은 이러한 경우로만 한정되는 것은 아니며, 즉, 본 발명은, 이하에 설명하는 DX형 지중 열교환 시스템 이외에 다른 시스템이나 시설물에도 얼마든지 적용 가능한 것임에 유념해야 한다.
먼저, 종래의 외부전원식 전기방식 방법을 이용한 지중 열교환 시스템의 시공방법은, 지반을 굴착하여 복수의 금속 파이프를 매설한 후, 이어서, 이들 복수의 금속 파이프 사이에 다시 천공을 행하여 외부전원법을 위한 양극을 설치한다.
따라서 종래의 지중 열교환 시스템은, 지반을 굴착하는 과정이 2번에 걸쳐 수행되어야 하므로 그만큼 공사기간이 오래 걸리고, 또한, 그에 따라 지중 열교환 시스템의 설치비용도 증가하게 되는 문제가 있는 것이었다.
아울러, 종래의 지중 열교환 시스템은, 방식전류를 항상 공급해 주어야 하므로 소비되는 전력량이 증가하여 지중 열교환 시스템의 전체적인 유지비용이 증가하는 문제도 있었다.
이에, 본 발명자들은, 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해, 후술하는 바와 같이, 한 번의 굴착과정만으로 금속 배관과 전기방식을 위한 양극을 동시에 시공 가능하고, 전력소비도 감소하여 지중 열교환 시스템의 전체적인 시공기간 및 설치비용과 설치 후의 유지관리 비용을 모두 절감할 수 있도록 구성되는 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법을 제안하였다.
계속해서, 도 1 내지 도 4를 참조하면, 먼저, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법이 적용된 지중 열교환 시스템(10)의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 도면이다.
또한, 도 2를 참조하면, 도 2는 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법이 적용된 지중 열교환 시스템(10)의 A-A선에 따른 단면도이다.
아울러, 도 3을 참조하면, 도 3은 도 1에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법이 적용된 지중 열교환 시스템(10)에 설치되는 양극(anode)(12)의 구체적인 구성을 개략적으로 나타내는 단면도로서, 도 2에 B로 표시된 부분을 확대하여 나타낸 도면이다.
여기서, 이하에 설명하는 본 발명의 실시예에 있어서, 예를 들면, 방식전류를 인가하기 위한 외부전원이나, 지열을 이용하여 냉난방을 행하기 위한 지상부의 구성 등과 같이, 종래기술을 참조하여 당업자에게 자명한 사항들은 설명을 간략히 하기 위해 그 상세한 설명 및 도면에서 도시를 생략하였음에 유념해야 한다.
즉, 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법이 적용된 지중 열교환 시스템(10)은, 크게 나누어, 지중에 설치되는 금속 배관(11)과, 금속 배관의 사이에 설치되는 양극(12) 및 상기한 양극(12)을 금속 배관에 고정하기 위한 클램프(13)를 포함하여 구성된다.
더 상세하게는, 도 1 내지 도 3에 나타낸 본 발명의 실시예에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법이 적용된 지중 열교환 시스템(10)은, 지면을 굴착하여 굴착공을 형성하고, 상기한 굴착공 내에 금속 배관(11)과 양극(12)을 함께 설치한 후 일정 간격으로 배치되는 복수의 클램프(13)를 이용하여 양극(12)을 금속 배관(11)에 고정한 다음, 벤토나이트 등을 이용하여 굴착공을 다시 메우는 과정을 통해 한 번의 굴착만으로 금속 배관(11)과 양극(12)을 동시에 설치할 수 있도록 구성된다.
여기서, 상기한 양극(12)은, 예를 들면, TELPRO사의 MMO wire Anode와 같이, 종래의 귀금속 대신 저렴한 물질로 구성되어 유연성을 가지는 와이어 형태로 형성되는 혼합 금속산화물 양극(MMO-Anode ; Mixed Metal Oxide) 또는 기존의 Si계 스테인레스강 양극으로 구성될 수 있다.
따라서 본 발명의 실시예에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법이 적용된 지중 열교환 시스템(10)은, 한 번의 굴착과정으로 금속 배관(11)과 양극(12)의 설치가 가능하므로 공사비용이 절감되는 데 더하여, 종래의 양극에 비해 저렴한 물질로 구성되는 와이어 형태의 혼합 금속산화물 양극(MMO-Anode) 또는 기존의 Si계 스테인레스강 양극을 이용함으로써, 시공비용을 더욱 절감할 수 있다.
또한, 상기한 클램프(13)는, 금속 배관(11)에 양극(12)을 일정한 거리로 이격시켜 고정 및 지지하기 위한 것으로, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 예를 들면, 플라스틱이나 세라믹 등과 같이, 전기적으로 절연이 가능한 부도체 물질을 이용하여 전체적으로 얇은 판이나 띠 형태로 형성되어 수직 방향으로 일정 간격으로 복수 개 배치됨으로써, 금속 배관(11)과 양극(12)을 항상 일정한 간격으로 이격시키는 것에 의해 금속 배관(11) 전체에 걸쳐 방식전류가 균일하게 흐르도록 구성된다.
여기서, 상기한 클램프(13)의 설치 간격은, 예를 들면, 500mm와 같이, 일정한 간격을 기준으로 설치할 수 있으나, 이러한 클램프(13)의 설치 간격은 현장 여건 및 필요에 따라 적절히 조절할 수 있다.
아울러, 상기한 클램프(13)는, 설치를 효율적으로 하기 위해, 예를 들면, 플라스틱으로 제작된 리벳 등을 이용하여 각각의 부분이 결합되도록 구성될 수도 있다.
즉, 상기한 클램프(13)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 금속배관과 양극(12) 사이를 일정 간격으로 이격시켜 연결하기 위한 막대나 봉 형태로 형성되는 이격부재(21)와, 일단측이 금속 배관과 연결되고 타단측은 이격부재(21)와 각각 연결되는 배관연결부재(22)와, 양단측이 이격부재(21)와 연결되고 중심부에는 양극(12)이 수용되는 양극연결부재(23) 및 상기한 이격부재(21)와 배관연결부재(22) 및 양극연결부재(23)를 각각 결합하기 위한 결합나사나 리벳 등을 포함하여 이루어지는 결합부재(24)를 포함하여 구성된다.
더 상세하게는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기한 배관연결부재(22)는, 얇은 판이나 띠 형태의 부재를 이용하여 금속배관을 둘러싸서 감싸고, 상기 배관연결부재(21)의 양 끝단의 사이에 이격부재(21)를 삽입한 후, 결합부재(24)로 결합하여 금속 배관과 이격부재(21)를 각각 고정하도록 구성될 수 있다.
또한, 상기한 양극연결부재(23)는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 얇은 판이나 띠 형태의 부재를 이용하여, 중심부에 양극(12)을 수용하기 위한 반원형의 홈이 형성되어 전체적으로 직선 형태로 형성되며, 이러한 양극연결부재(23) 한 쌍을 이용하여, 양극(12)과 이격부재(21)를 각각의 양극연결부재(23) 사이에 끼운 후 결합부재(24)로 양측을 결합하는 것에 의해 양극(12)과 이격부재(21)를 각각 고정하도록 구성될 수 있다.
여기서, 본 발명은, 상기한 실시예에 나타낸 구성으로만 한정되는 것은 아니며, 즉, 예를 들면, 도 2에 나타낸 구성 이외에 다른 구성예로서, 배관연결부재(22)가, 상기한 양극연결부재(23)와 마찬가지로 일측단이 반원형으로 형성되고 타측단은 직선 형태로 형성되는 한 쌍의 연결부재로 구성되어, 각각의 반원형 부분에는 배관을 맞물리도록 하고 직선형 부분에는 이격부재(21)를 끼운 후 리벳이나 나사 등의 결합부재(24)로 결합하도록 구성될 수도 있는 등, 필요에 따라 다양하게 구성될 수 있는 것임에 유념해야 한다.
따라서 상기한 바와 같이 이격부재(21)의 양단에 배관연결부재(22)와 양극연결부재(23)가 각각 연결되도록 구성됨으로써, 금속배관과 양극(12)이 항상 일정한 간격으로 이격되어 유지될 수 있으며, 그것에 의해 금속 배관(11) 전체에 걸쳐 방식전류가 균일하게 흐르고, 외부 간섭의 영향이 없게 되어 방식전류의 누출이 방지될 수 있으며, 소모되는 전력량을 감소하여 지중 열교환 시스템의 전체적인 유지관리 비용도 절감할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 실시예에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법이 적용된 지중 열교환 시스템(10)은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 양극(12)의 설치시, 예를 들면, 나일론(Nylon) 망사와 같은 부도체 물질로 형성되는 보호부재(31)로 양극(12)을 감싸도록 구성됨으로써, 양극(12)을 보호하고 방식전류 발생에 이상이 없도록 구성될 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법이 적용된 지중 열교환 시스템(10)에 따르면, 한 번의 굴착과정으로 금속 배관과 양극을 동시에 설치함으로써, 금속 배관의 설치와 별도로 양극을 설치하기 위해 추가적인 굴착과정이 필요하여 전체적인 공사기간 및 비용이 증가되는 기존의 전기방식 방법의 문제를 해결할 수 있으며, 다른 공사로부터의 간섭의 우려도 없게 된다.
또한, 상기한 바와 같이 구성되는 본 발명의 실시예에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법이 적용된 지중 열교환 시스템(10)에 따르면, 클램프(13)를 이용하여 금속 배관(11)과 양극(12)을 항상 일정한 간격으로 이격시킴으로써 금속 배관(11) 전체에 걸쳐 방식전류가 균일하게 흐르며, 특히, 외부로부터 간섭의 영향이 없어 방식전류의 누출 우려가 없게 되고, 그것에 의해, 전기요금과 같은 유지비용을 절감할 수 있다.
아울러, 도 4를 참조하면, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법의 전체적인 구성을 개략적으로 나타내는 플로차트이다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법은, 도 4에 나타낸 바와 같이, 크게 나누어, 지면을 굴착하여 굴착공을 형성하는 단계(S41)와, 상기 단계에서 형성된 굴착공에 금속 배관과 전기방식을 위한 양극을 함께 설치하는 단계(S42)와, 일정 간격으로 배치되는 복수의 클램프를 이용하여 금속 배관과 양극을 고정하는 단계(S43) 및 굴착공을 메우는 단계(S44)를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기한 양극 및 클램프의 구체적인 내용은, 도 1 내지 도 3을 참조하여 상기에 설명한 바와 같이 하여 구성될 수 있다.
따라서 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법을 구현할 수 있다.
또한, 상기한 바와 같이 하여 본 발명에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법을 구현함으로써, 본 발명에 따르면, 지중 금속배관의 매설과 함께 전기방식을 위한 양극도 동시에 설치하도록 구성되는 것에 의해 양극의 설치를 위한 추가적인 천공과정이 필요 없게 되어 지중 열교환 시스템의 전체적인 시공기간을 단축하고 설치비용을 절감할 수 있도록 구성되는 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법이 제공됨으로써, 지반을 굴착하여 금속 배관을 매설한 후 전기방식을 위한 양극(anode)을 설치하기 위한 천공(boring)을 추가적으로 행하여 양극을 설치해야 하므로 양극의 설치를 위한 별도의 천공작업이 필요하여 지중 열교환 시스템의 전체적인 시공기간 및 설치비용이 증가하는 문제가 있었던 종래의 직접팽창(DX)형 지중 열교환 시스템의 외부전원식 전기방식법을 이용한 부식방지방법의 문제점을 해결할 수 있다.
아울러, 본 발명에 따르면, 방식전류가 금속 배관에 균일하게 흐르고 외부 간섭의 영향이 없게 되어 방식전류의 누출이 방지되는 데 더하여, 소모되는 전력량을 감소하여 지중 열교환 시스템의 전체적인 유지관리 비용도 절감할 수 있도록 구성되는 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법이 제공됨으로써, 항상 전원을 공급하여야 하는 것에 의해 지중 열교환 시스템의 전체적인 유지관리를 위한 운영비가 증가하고 시공이 복잡하며 타 시설물에 간섭을 줄 수 있는 문제가 있었던 종래의 외부전원식 전기방식법의 단점을 해결할 수 있다.
이상, 상기한 바와 같은 본 발명의 실시예를 통하여 본 발명에 따른 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법의 상세한 내용에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 기재된 내용으로만 한정되는 것은 아니며, 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 설계상의 필요 및 기타 다양한 요인에 따라 여러 가지 수정, 변경, 결합 및 대체 등이 가능한 것임은 당연한 일이라 하겠다.
10. 지중 열교환 시스템 11. 금속 배관
12. 양극 13. 클램프
21. 이격부재 22. 배관연결부재
23. 양극연결부재 24. 결합부재
31. 보호부재

Claims (5)

  1. 금속 배관의 매설과 별도로 전기방식을 위한 양극(anode)을 설치하기 위해 추가적인 천공(boring)이 필요하여 지중 열교환 시스템의 전체적인 시공 기간 및 비용이 증가하는 문제가 있었던 종래기술의 외부전원법의 문제점을 해결하기 위한 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법에 있어서,
    지면을 굴착하여 굴착공을 형성하는 단계;
    상기 굴착공을 형성하는 단계에서 형성된 상기 굴착공에 금속 배관과 전기방식을 위한 양극을 함께 설치하는 단계;
    미리 정해진 일정 간격으로 배치되는 복수의 클램프를 이용하여 상기 금속 배관과 상기 양극을 고정하는 단계; 및
    상기 굴착공을 메우는 단계를 포함하여 구성됨으로써,
    상기 양극의 설치를 위한 추가적인 천공이 필요 없이 상기 금속 배관과 상기 양극의 설치가 동시에 이루어지는 것에 의해 상기 지중 열교환 시스템의 전체적인 시공기간 및 비용을 절감할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 설치하는 단계에서,
    상기 양극은,
    유연성을 가지는 와이어 형태로 형성되는 혼합 금속산화물 양극(MMO-Anode ; Mixed Metal Oxide) 또는 Si계 스테인레스강 양극을 이용하도록 구성됨으로써, 귀금속을 이용하는 종래의 양극에 비해 시공비용을 절감할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고정하는 단계에서,
    상기 클램프는,
    상기 금속 배관에 상기 양극을 일정한 간격으로 이격시켜 고정 및 지지하기 위해, 플라스틱이나 세라믹을 포함하는 전기적으로 절연이 가능한 부도체 물질을 이용하여 형성되어 수직 방향으로 미리 정해진 일정 간격으로 복수 개 배치되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 클램프는,
    상기 금속배관과 상기 양극 사이를 일정 간격으로 이격시켜 연결하기 위한 막대나 봉 형태로 형성되는 이격부재;
    일단측이 상기 금속 배관과 연결되고 타단측은 상기 이격부재와 각각 연결되는 배관연결부재;
    양단측이 상기 이격부재와 연결되고 중심부에는 상기 양극이 수용되는 양극연결부재; 및
    상기 이격부재와 상기 배관연결부재 및 상기 양극연결부재를 각각 결합하기 위한 결합나사나 리벳을 포함하여 이루어지는 결합부재를 포함하여 구성되고,
    상기 배관연결부재는,
    얇은 판이나 띠 형태의 부재를 이용하여 상기 금속 배관을 둘러싸서 감싸고, 상기 배관연결부재의 양 끝단의 사이에 상기 이격부재를 삽입한 후, 상기 결합부재로 결합하여 상기 금속 배관과 상기 이격부재를 각각 고정하도록 구성되거나, 또는, 일측단이 반원형으로 형성되고 타측단은 직선형으로 형성되는 한 쌍의 연결부재를 이용하여, 각각의 상기 반원형 부분에는 상기 금속 배관을 맞물리도록 하고 상기 직선형 부분에는 상기 이격부재를 끼운 후 상기 결합부재로 결합하도록 구성되며,
    상기 양극연결부재는,
    얇은 판이나 띠 형태의 부재를 이용하여, 중심부에 상기 양극을 수용하기 위한 반원형의 홈이 형성되어 전체적으로 직선 형태로 형성되고,
    한 쌍의 상기 양극연결부재를 이용하여 상기 양극과 상기 이격부재를 각각의 상기 양극연결부재 사이에 끼운 후 상기 결합부재로 양단측을 결합하는 것에 의해 상기 양극과 상기 이격부재를 각각 고정하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고정하는 단계는,
    나일론(Nylon) 망사를 포함하는 부도체 물질로 이루어지는 보호부재를 이용하여 상기 양극을 감싸는 단계를 더 포함하도록 구성됨으로써, 상기 양극을 보호하고 방식전류 발생에 이상을 방지할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 외부전원법을 이용한 지중 열교환 시스템의 부식방지방법.
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