KR20160148268A - 복수개의 관정을 활용하여 주입량을 개선한 지중열교환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동일한 주기로 운영되는 관정들에 대하여 유도관을 설치하여 국부적인 주입량 차이로 인해 유실되는 지하수원을 확보하며 열전도율을 개선한 복수개의 관정을 활용하여 주입량을 개선한 지중열교환 장치에 관한 것으로, 일정간격 이격되어 다수개 배치되고, 지중으로 일정깊이를 가지는 제 1 관정; 상기 제 1 관정 내에 배치되어, 지중에서 지상으로 지하수를 양수하거나 지상에서 지중으로 지하수를 주입하는 제 1 관부; 지중에 배치되어 인접하는 상기 제 1 관정을 서로 연결하는 제 1 유도관; 일정간격 이격되어 다수개 배치되고, 지중으로 일정깊이를 가지는 제 2 관정; 상기 제 2 관정 내에 배치되어, 지중에서 지상으로 지하수를 양수하거나 지상에서 지중으로 지하수를 주입하는 제 2 관부; 지중에 배치되어 인접하는 상기 제 2 관정을 서로 연결하는 제 2 유도관; 및 지상에 배치되어 상기 제 1 관부 및 제 2 관부와 연결되고, 양수된 지하수를 열 교환하여 열 에너지를 생산하는 열 교환부;를 포함하고, 열 교환된 지하수가 상기 제 1 관부 또는 제 2 관부를 통해 지중으로 주입되어 상기 제 1 관정 또는 제 2 관정의 설정된 주입량을 초과하는 경우, 초과 지하수가 상기 제 1 유도관 또는 제 2 유도관을 통해 인접한 제 1 관정 또는 제 2 관정으로 주입되어, 충적대수층에 설치되는 두 개 이상의 각각의 집수정 및 양수정을 이용하여 지중열을 냉방 또는 난방을 위한 열원으로 이용하는 경우 지하수의 유실을 방지하여 지하수 주입량이 개선되는 효과가 있다.

Description

복수개의 관정을 활용하여 주입량을 개선한 지중열교환 장치{UNDERGROUND HEAT EXCHANGE APPARATUS USING MULTIPLE WELL AND IMPROVED POUR POWER}

본 발명은 복수개의 관정을 활용하여 주입량을 개선한 지중열교환 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동일한 주기로 운영되는 관정들에 대하여 유도관을 설치하여 국부적인 주입량 차이로 인해 유실되는 지하수원을 확보하며 열전도율을 개선한 복수개의 관정을 활용하여 주입량을 개선한 지중열교환 장치에 관한 것이다.

최근 들어 계절의 변화에 상관없이 온도가 일정한 지열을 냉난방의 열원으로 활용하기 위한 지열 냉난방 시스템들이 많이 개발되고 있다.

이러한 지열 냉난방 시스템은 일정한 지열을 갖는 대수층의 지하수를 양수하여 히트펌프를 통해 열원을 획득하여 난방을 하거나, 열교환을 통해 냉방을 한 후 지하수를 다시 대수층으로 공급하는 방식이다.

여기서, 지하대수층은 깊이에 따라 충적대수층과 암반대수층으로 구분된다.

충적대수층은 지하수를 함유한 퇴적층으로 모래, 자갈, 실트, 점토 등으로 구성되어 있으며, 지하수는 이들 지층을 구성하는 암석의 공극을 포화시키면서 존재한다. 이러한 충적대수층의 지열은 연중 일정한 온도를 유지하고 있으며, 지하수가 풍부한 곳에서는 연중 일정한 수온 (약 15℃)의 지하수를 이용하여, 냉난방에 이용하고 있다.

그리고 암반대수층은 충적대수층보다 깊은 깊이를 가지면서 지하수를 함유한 암반층이다. 이러한 암반대수층은 충적대수층의 깊이보다 깊게 형성됨에 따라 충적대수층의 지열보다 높은 지열을 갖는다.

한편, 선행기술로써 (주)넥스지오에 의해 출원되어 등록된 대한민국 등록특허공보 제10-1021578호(이하, 선행기술)에 개시된 대수층 축열 냉난방 시스템이 개시되어 있다.

선행기술의 대수층 축열 냉난방 시스템은 암반대수층의 깊이를 가지는 양수정과 집수정을 냉방 시에는 양수정의 지하수를 양수하여 냉방을 수행하고 난방 시에는 집수정의 지하수를 양수하여 난방을 수행하도록 구성되어, 냉난방을 위한 에너지를 절약할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.

선행기술은 냉난방한 이후의 지하수를 집수정으로 유입시키는 경우 집수정의 한계량을 초과하여 지하수가 유실될 수 있으며, 이와 같은 지하수의 유실은 열교환 장치의 용량 감소 및 효율을 감소시키는 원인이 된다.

또한, 지하의 투수성이 아주 좋고 지하수면이 깊은 일부 지역을 제외한 전세계 대부분의 지역은 지하수면이 관정 바닥보다 지표면에 가까이 위치해 있기 때문에 양수 능력보다 집수 능력이 떨어진다. 따라서, 한 개의 양수정에서 뽑아올린 지하수를 집수하기 위해서는 두 개 이상의 집수정이 필요하며 양수정에서 뽑아올린 지하수를 집수정에 주입하는 경우 집수 능력의 한계로 인하여 흘러 넘쳐 지하수가 유실되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1021578호 (발명의 명칭 : 대수층 축열 냉난방 시스템)

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 지하수를 이용한 냉난방 시스템을 위한 지열을 용이하게 획득하기 위하여 다수의 집수정 간에 유도관을 설치하고 다수의 양수정 간에도 유도관을 설치하여 지하수의 유실을 막을 수 있도록 한 복수개의 관정을 활용하여 주입량을 개선한 지중열교환 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른, 복수개의 관정을 활용하여 주입량을 개선한 지중열교환 장치는, 일정간격 이격되어 다수개 배치되고, 지중으로 일정깊이를 가지는 제 1 관정; 상기 제 1 관정 내에 배치되어, 지중에서 지상으로 지하수를 양수하거나 지상에서 지중으로 지하수를 주입하는 제 1 관부; 지중에 배치되어 인접하는 상기 제 1 관정을 서로 연결하는 제 1 유도관; 일정간격 이격되어 다수개 배치되고, 지중으로 일정깊이를 가지는 제 2 관정; 상기 제 2 관정 내에 배치되어, 지중에서 지상으로 지하수를 양수하거나 지상에서 지중으로 지하수를 주입하는 제 2 관부; 지중에 배치되어 인접하는 상기 제 2 관정을 서로 연결하는 제 2 유도관; 및 지상에 배치되어 상기 제 1 관부 및 제 2 관부와 연결되고, 양수된 지하수를 열 교환하여 열 에너지를 생산하는 열 교환부;를 포함하고, 열 교환된 지하수가 상기 제 1 관부 또는 제 2 관부를 통해 지중으로 주입되어 상기 제 1 관정 또는 제 2 관정의 설정된 주입량을 초과하는 경우, 초과 지하수가 상기 제 1 유도관 또는 제 2 유도관을 통해 인접한 제 1 관정 또는 제 2 관정으로 주입되도록 구성될 수 있다.

상기 제 1 관부는, 상기 제 1 관정의 상부에 설치되고, 상기 제 1 관부의 위치를 고정하는 고정부재; 상기 고정부재의 상부에 배치되어 상기 제 1 관정을 덮는 상부부재; 상기 상부부재의 하단에 결합되어 내부에 유로를 형성하고, 이중 원통형으로 이루어지며 내측 벽면에 다수의 관통홀이 형성된 하부부재; 열 교환된 지하수를 상기 제 1 관정에 주입하도록 상기 상부부재의 상부 일측에 구비되는 주입관; 상기 상부부재 및 하부부재를 관통하여 제 1 관정 내부의 일정 깊이에 배치되는 양수관; 및 상기 양수관의 하단에 구비되어 상기 제 1 관정의 지하수를 상기 양수관 내부로 유입시키고, 지하수에 포함된 이물질을 여과하는 여과부재;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 여과부재는, 상부가 개방되어 구성되며 내측 하우징과 외측 하우징으로 구성된 이중 원통형으로 이루어지고, 내측 하우징의 측면에 다수의 관통홀이 형성될 수 있다.

상기 하부부재의 저면에는 다수의 관통홀이 형성되어 구성될 수 있다.

상기 제 2 관부는, 상기 제 2 관정의 상부에 설치되고, 상기 제 2 관부의 위치를 고정하는 고정부재; 상기 고정부재의 상부에 배치되어 상기 제 2 관정을 덮는 상부부재; 상기 상부부재의 하단에 결합되어 내부에 유로를 형성하고, 이중 원통형으로 이루어지며 내측 벽면에 다수의 관통홀이 형성된 하부부재; 열 교환된 지하수를 상기 제 2 관정에 주입하도록 상기 상부부재의 상부 일측에 구비되는 주입관; 상기 상부부재 및 하부부재를 관통하여 제 2 관정 내부의 일정 깊이에 배치되는 양수관; 및 상기 양수관의 하단에 구비되어 상기 제 2 관정의 지하수를 상기 양수관 내부로 유입시키고, 지하수에 포함된 이물질을 여과하는 여과부재;를 포함하여 구성될 수 있다.

상기 여과부재는, 상부가 개방되어 구성되며 내측 하우징과 외측 하우징으로 구성된 이중 원통형으로 이루어지고, 내측 하우징의 측면에 다수의 관통홀이 형성될 수 있다.

상기와 같은 해결수단에 의한 본 발명에 따른 복수개의 관정을 활용하여 주입량을 개선한 지중열교환 장치는, 충적대수층에 설치되는 두 개 이상의 각각의 양수정 및 집수정을 이용하여 지중열을 냉방 또는 난방을 위한 열원으로 이용하는 경우 지하수의 유실을 방지하여 지하수 주입량이 개선되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 냉난방을 위해 양수한 지하수를 집수정에 주입하는 경우, 집수정의 용량에 상관없이 집수정에 분배하여 주입할 수 있도록 함으로 지하수의 유실을 방지하여 양수되는 지하수가 증가됨에 따라 발생하는 지하수의 고갈 문제를 해결할 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 양수된 지하수를 다시 지하로 모두 재 주입할 수 있도록 하는 것에 의해 지하수 고갈의 우려가 없어, 종래의 지하수를 이용한 냉난방 시스템에서 지하수 고갈을 방지하기 위하여 양수되는 지하수의 양이 제한됨에 따라 발생되는 냉난방 용량이 제한되는 문제점을 해결하는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중 열교환장치의 개략적인 구성도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 관정에 설치된 제1 관부 및 제1 관정의 일부 단면을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 상부부재의 부분절개 사시도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 하부부재의 부분절개 사시도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 여과부재의 부분절개 사시도.

이하, 본 발명의 실시예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지중열교환장치의 개략적인 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상기 지중열교환장치는 다수의 제1 관정(15, 17. 19), 다수의 제2 관정(25, 27, 29), 난방 또는 냉방의 대상인 열교환부(1), 제1 관정(15, 17, 19) 간을 연결하는 제1 유도관(16, 18) 및 다수의 제2 관정(25, 27, 29) 간을 연결하는 제2 유도관(26, 28)을 포함하여 구성된다.

다수의 제1 관정(15, 17, 19)은 지하수를 끌어올리기 위한 목적으로 형성된 관정이다. 동시에 제1 관정(15, 17, 19)은 끌어올린 지하수를 다시 수용하는 집수정으로 사용될 수도 있다. 따라서, 제1 관정(15, 17, 19)은 제1 관부(42, 43, 44)만 설치된 것으로 표시되어 있지만, 집수관(미도시 됨)이 함께 설치될 수 있다.

제2 관정(25, 27, 29)은 제1 관정(15, 17, 19)을 통해 끌어올려진 지하수를 냉방 또는 난방에 사용한 후의 지하수를 받아 수용한다. 제2 관정(25, 27, 29)은 지하수를 끌어 올리는 양수정으로 사용될 수 있다. 따라서, 제2 관정(25, 27, 29)은 제2 관부(52, 53, 54)가 설치된 것으로 표시되어 있지만, 양수를 위한 관이 추가적으로 병설될 수 있다.

제1 관부(42, 43, 44)는 단부에 구성된 수중펌프(미도시 됨) 또는 지상에 설치된 지상펌프(미도시 됨)를 통해 지하수를 퍼올려 열교환부(1)로 순환시켜 냉방 또는 난방을 수행하는 통로를 제공한다.

제2 관부(52, 53, 54)는 열교환부(1)를 통과한 지하수를 받아 각각의 제2 관정(25, 27, 29)에 수용하기 위한 관로를 제공한다.

예컨대, 동절기에는 제1 관정(15, 17, 19)의 제1 관부(42, 43, 44)와 연결되는 개폐밸브(45, 46, 47)를 개방하고 제1 관정(15, 17, 19)으로부터 지하수를 제1 관부(42, 43, 44)를 통해 열교환부(1)를 통과시켜 난방한 후 난방에 의해 온도가 떨어진 지하수를 집수정의 제2 관부(52, 53, 54)에 연결된 개폐밸브(55, 56, 57)를 개방하여 제2 관정(25, 27, 29)에 수용시킨다. 이때, 전술한 바와 같이 양수 능력이 집수 능력보다 우수하기 때문에 제2 관부(52, 53, 54)를 통해 제2 관정(25, 27, 29)에 지하수를 집수할 시, 1개 이상의 제2 관정(25, 27, 29)를 이용하여 지하수를 집수할 수 있다.

하절기에는 제2 관정(25, 27, 29)의 양수를 위한 관로(미도시 됨)와 연결되는 개폐밸브(미도시 됨)를 개방하여 양수관을 통해 지하수를 끌어올려 열교환부(1)를 통과시켜 냉방한 후, 냉방에 의해 온수가 상승한 지하수를 제1 관정(15, 17, 19)의 집수를 위하 관로(미도시 됨)와 연결되는 개폐밸브(미도시 됨)을 개방하여 집수관을 통해 양수정에 수용시킨다. 마찬가지로 양수 능력이 집수 능력보다 우수하기 때문에 제1 관부(42, 43, 44)를 통해 제1 관정(15, 17, 19)에 지하수를 집수할 시, 1개 이상의 제1 관정(15, 17, 19)를 이용하여 지하수를 집수할 수 있다.

전술한 바와 같이 제1 관정(15, 17, 19) 및 제2 관정(25, 27, 29) 모두 양수를 위한 관정으로 사용될 수 있으며, 제1 관정(15, 17, 19) 및 제2 관정(25, 27, 29) 모두 집수를 위한 관정으로 사용될 수도 있다.

하지만, 설명의 편의를 위하여 제1 관정(15, 17, 19)에서 지하수를 양수하여 열교환부(1)를 통과시켜 냉난방한 후에 제2 관정(25, 27, 29)에 물을 수용하는 것에 대하여 설명하기로 한다.

열교환부(1)는 제1 관정(15, 17, 19)으로부터 받은 지하수를 순환시켜 냉방 또는 난방을 수행한다. 냉방 또는 난방한 후의 지하수는 제2 관정(25, 27, 29)으로 보내져 수용된다.

제2 유도관(26, 28)은 지중에서 다수의 제2 관정(25, 27, 29)들 간을 연통시킨다. 제2 유도관(26, 28)은 냉방 또는 난방한 후 배출되는 지하수를 다수의 제2 관정(25, 27, 29)으로 주입 시, 수용 용량의 초과로 누수되기 전의 지하수를 지중에서 제2 관정(25, 27, 29)들 간에 분배하여 누수를 막을 수 있다. 즉, 제 1 유도관(26, 28)을 통해 누수되기 전의 지하수의 수용 용량이 넉넉한 다른 제2 관정(25, 27, 29)으로 분배되어 주입되도록 하여 지하수의 누수를 억제할 수 있다.

전술한 바와 같이 제1 관정(15, 17, 19)도 집수를 위한 관정으로 활용될 수 있으므로 제1 관정(15, 17, 19)들 간에도 유도관을 설치한다. 제1 유도관(16, 18)은 지중에서 다수의 제1 관정(15, 17, 19)들 간을 연통시킨다. 제1 유도관(16, 18)은 냉방 또는 난방이 수행된 후 배출되는 지하수를 제1 관정(15, 17, 19)에 주입 시, 수용 용량의 초과로 누수되기 전의 지하수를 제1 관정(15, 17, 19)간에 분배하여 누수를 막을 수 있다. 즉, 제1 유도관(16, 18)은 지하수가 용량이 넉넉한 제1 관정(15, 17, 19)으로 흘러들어 분배되어 주입되도록 하여 지하수의 누수를 억제할 수 있다.

도면에 있어서는 제1 관정(15, 17, 19)이 2차원 평면 상에 배치된 것으로 3개만을 도시하고 있지만, 제1 관정(15, 17, 19)은 필요에 따라 더 많은 관정을 추가하여 구현할 수도 있다. 또한, 제1 관정(15, 17, 19)은 3차원 공간의 지중에 위치하는 것이므로 3개의 제1 관정(15, 17, 19)인 경우에는 도면에서와 같이 제1 유도관(16, 18)이 2개의 인접한 제1 관정(15, 17, 19)들 간을 연결하도록 2개를 설치할 수 있으며, 또는 3개의 제1 관정(15, 17, 19)들 간을 모두 연통시키기 위하여 3개를 구성할 수도 있다. 마찬가지로 4개의 제1 관정(15, 17, 19)이 설치된 경우에는 제1 유도관(16, 18)이 인접한 제1 관정(15, 17, 19)들 간을 연결하도록 3개를 설치할 수 있으며, 또는 4개의 제1 관정(15, 17, 19)들을 모두 연통시켜 6개를 구성할 수도 있다. 즉, 제1 관정(15, 17, 19)이 4개 설치된 경우에는 3개 내지 6개의 제 2 유도관(16, 18)이 설치될 수 있다.

도면에 있어서는 제2 관정(25, 27, 29)이 2차원 평면 상에 배치된 것으로 3개만을 도시하고 있지만, 제2 관정(25, 27, 29)은 필요에 따라 더 많은 관정을 추가하여 구현할 수도 있다. 또한, 제2 관정(25, 27, 29)은 3차원 공간의 지중에 위치하는 것이므로 3개의 제2 관정(25, 27, 29)인 경우에는 도면에서와 같이 제2 유도관(26, 28)이 2개의 인접한 제2 관정(25, 27, 29)들 간을 연결하도록 2개를 설치할 수 있으며, 또는 3개의 제2 관정(25, 27, 29)을 모두 연통시켜 3개를 구성할 수도 있다. 마찬가지로 4개의 제2 관정(25, 27, 29)이 설치된 경우에는 제2 유도관(26, 28)이 인접한 제2 관정(25, 27, 29)들 간을 연결하도록 3개를 설치할 수 있으며, 또는 4개의 제2 관정(25, 27, 29)를 모두 연통시켜 6개를 구성할 수도 있다. 즉, 제2 관정(25, 27, 29)이 4개 설치된 경우에는 3개 내지 6개의 제2 유도관(26, 28)이 설치될 수 있다. 실시예에서는 3개 또는 4개의 제1 관정(15, 17, 19) 및 제2 관정(25, 27, 29)에 대하여 예를 들어 설명하였지만, 더 많은 제1 관정(15, 17, 19) 또는 제2 관정(25, 27, 29)이 설치될 수 있음을 당업자라면 쉽게 이해할 수 있을 것이다.

다수의 제2 유도관(26, 28)은 대응하는 다수의 제2 관정(25, 27, 29) 사이를 연통하여 구성되어 열교환부(1)를 통과한 지하수의 유입을 분배할 수 있도록 구성한다. 다수의 제1 유도관(16, 18)은 대응하는 다수의 제1 관정(15, 17, 19) 사이를 연통하여 구성되어 제1 관정(15, 17, 19)이 집수 용도의 관정으로 사용되는 경우 열교환부(1)를 통과한 지하수의 유입을 분배할 수 있도록 구성한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 관정에 설치된 제1 관부 및 제1 관정의 일부 단면을 나타낸 도면이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 상부부재의 부분절개 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 도 2의 하부부재의 부분절개 사시도이며, 도 5는 도 2의 관정 저면에 형성되는 여과부재를 나타낸 도면이다.

도 2는 제1 관정(15)에 설치된 장치를 예를 들어 나타내고 있으나, 타 양수정(17, 19) 및 제2 관정(25, 27, 29)에도 동일한 장치가 설치될 수 있다. 도 2의 장치는 제1 관부를 나타낸 단면도이다.

제1 관부(42)는 고정부재(100), 연결구(340) 및 여과부재(600) 및 수중펌프(미도시 됨) 또는 지중펌프(미도시 됨), 상부부재(200), 하부부재(300), 주입관(61) 및 양수관(62)을 포함한다.

고정부재(100)는 도 2에 나타난 바와 같이, 제1 관정(15)의 상부에 고정설치되며, 복합관(A)의 다른 구성들이 관정 내에서 안정적으로 고정설치되도록 지지하는 역할을 수행할 수 있다.

상부부재(200)는 고정부재(100)의 상부에 결합되며, 제1 관정(15)의 내부와 외부를 차단하도록 원판형으로 형성될 수 있다.

주입관(61)은 상부부재(200)의 상부에 구성되며, 냉방 또는 난방에 사용되고 회수되는 지하수가 제1 관정(15)에 수용되는 통로를 제공한다. 주입관(61)을 통해 유입된 지하수는 상부부재(200) 및 하부부재(300)의 내부를 통해 제1 관정(15) 내부에 보충된다.

제1 관부(42)의 양수관(62)은 하부부재(200)의 내부를 관통하여 상부부재(300)의 상부로 연장되도록 구성되며, 제1 관정(15)이 수용하고 있는 지하수를 열교환부(1)로 공급하기 위한 통로를 제공한다. 이를 위하여, 양수관(62)의 내측 또는 단부에는 지하수를 양수하기 위한 수중펌프(미도시 됨)가 구성될 수 있으며, 또는 지중에 펌프(미도시 됨)가 설치될 수도 있다.

양수관(62)의 일측은 상부부재(200)의 상부로 연장되도록 구성되며 타측은 하부부재(300)의 하부까지 연장되어 구성되며 단부에 여과부재(600)가 구성된다. 양수관(62)의 일측에는 수중펌프가 연결되어 구성될 수도 있다. 따라서, 펌프에 의해 양수된 지하수는 여과부재(600) 양수관(62) 및 연결구(340)를 따라 양수될 수 있고, 제1 관정(15) 내의 지하수 수위는 낮아질 수 있다.

주입관(61)은 얕은 깊이로 배치하고, 양수관(62)은 깊은 깊이로 배치함으로써, 주입된 지하수가 제1 관정(15) 내에서 충분히 머무르면서 온도를 회복한 후, 수중펌프에 의해 양수되도록 한다.

도 3에서, 상부부재(200)는 주입관(61)을 통해 유입되는 지하수가 제1 관부(42) 내부로 공급되면, 지하수에 포함된 공기방울이 제1 관정(15)의 벽측을 따라 이동하여 대수층의 공극으로 침투되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 양수관(62) 일측은 상부부재(200)를 관통하여 열교환부(1)까지 연결될 수 있으며, 타측은 연결관(210)과 연결된다.

도 4를 참조하면, 하부부재(300)는 도 2에 나타난 연결관(210)과 결합되도록 구성될 수 있다. 연결관(210)의 상단부 및 하단부는 개방되어 구성되며 각각 상부 및 하부에 양수관(62)이 결합된다.

하부부재(300)는 내부케이싱(310) 및 외부케이싱(320)의 이중관 형태로 구성될 수 있으며, 하부에는 내부케이싱(310)과 외부케이싱(320)의 하부를 밀폐하도록 하부판(330)이 구성될 수 있다.

외부케이싱(320)은 내부케이싱(310)으로부터 이격되어 구성될 수 있으며, 상부종단의 높이가 내부케이싱(310)에 비하여 상대적으로 낮도록 형성될 수 있다. 따라서, 하부부재(300)로 공급된 지하수는 내부케이싱(310)에 형성된 측면배출공(311)을 통해 외부케이싱(320)으로 이동할 수 있으며, 외부케이싱(320)으로 이동된 지하수는 외부케이싱(320)에 의해 관정 내벽에 직접 부딪히지 않으면서 외부케이싱(320)의 상부를 통해 외부로 배출되어 관정 내부로 공급될 수 있다.

한편, 주입관(61)을 통해 제1 관정(15)에 공급되는 지하수는 제1 관부(42)에 충분히 채워지지 않은 상태에서 공급될 수 있으며, 이 경우에는 제1 관부(42) 내에서 난류가 형성되어 지하수의 주입능력이 저하될 수 있다. 특히, 이러한 난류에 의해 제1 관부(100) 내부에서 공기방울이 생성될 수 있다.

따라서, 하부부재(300)에서 지하수를 일차적으로 저장할 수 있다. 즉, 입수된 지하수가 하부판(330)에 의해 하부가 막힌 내부케이싱(310) 내에서 일차적으로 저장하여 저항을 줌으로써, 제1 관부(42) 내에서의 난류발생을 미연에 방지하고, 공기방울이 지하수와 함께 제1 관정(15) 내부로 유입되어, 대수층의 공극으로 침투되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 하부판(330)은 도 3에 나타난 바와 같이, 적어도 하나의 하부배출공(331)이 형성될 수 있다.

이러한 하부배출공(331)은 내부케이싱(310) 내에서 저장되는 지하수에 의해 과도한 압력이 가해지는 것을 방지하고, 주입되는 물과 함께 들어올 수 있는 모래와 같은 이물질이 쌓이는 것을 방지하기 위한 것이다.

양수관(62)의 단부에 형성된 여과부재(600)는 제1 관정(15)에서 제1 관부(42)를 통해 양수되는 지하수에 포함된 모래, 녹, 금속 쓰레기 등이 각 기구로 침입하는 것을 방지한다.

여과부재(600)는 내부하우징(610)과 외부하우징(620) 및 밀폐판(630)으로 구성된다. 내부하우징(610)은 양수관(62)의 단부로부터 연장되어 형성된다. 내부하우징(610)은 원통형의 형상을 가지며 원통의 주변에는 다수의 통공(612)이 형성된다. 통공(612)의 크기는 양수펌프(P)의 능력에 따라 다르게 구성할 수 있으며, 작은 입자의 불순물이 침투하지 못할 정도로 구성한다. 따라서, 내부하우징(610)은 질량이 낮은 미립자들이 온수양수관(11)을 통해 열교환부(1)로 침투하는 것을 방지한다.

외부하우징(620)은 상부가 개방된 상태로 원통형으로 구성되며 내부하우징(610)으로부터 일정간격 유격된 상태로 구성한다. 외부하우징(620)은 금속, 모래 등과 같이 질량이 큰 불순물이 열교환부(1)로 침투하지 못하도록 한다.

밀폐판(630)은 원판 형태로 내부하우징(610)과 외부하우징(620)을 연결하며, 내부하우징(610)과 외부하우징(620)의 하부면을 밀폐시킨다.

양수관(62)의 단부에 형성된 여과부재(600)를 통해 깨끗한 물이 열교환부(1)로 공급된다. 즉, 제1 관정(15)의 지하수를 양수하게 되면, 외부하우징(620)의 상부를 통해 지하수가 유입되고, 외부하우징(620)을 통해 유입된 지하수가 내부하우징(610)의 통공(612)을 통해 유입되어 깨끗한 물이 양수되어 열교환부(1)로 공급된다.

한편, 전술한 여과부재(600)는 배관 내부로 불순물이 유입되는 것을 방지하는 스트레이너(strainer)로 구현될 수 있다.

도 2 내지 도 5를 참조하여 설명된 실시예에 있어서는 제1 관정(15)에 설치된 장치들 및 관로에 대하여 설명하였지만, 타 제1 관정(17, 19) 및 제2 관정(25, 27, 29)에 설치된 장치들도 양수정(10)에 설치된 장치와 유사하거나 동일한 장치가 설치될 수 있으므로 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지는 것이므로, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1: 열교환부 15, 17, 19 : 제1 관정
16, 18 : 제2 유도관 25, 27, 29 : 제2 관정
26, 28 : 제1 유도관 42, 43, 44 : 제1 관부
45, 46, 47, 55, 56, 57 : 개폐밸브
52, 53, 54 : 제2 관부
100 : 고정부재 200 : 상부부재
210 : 유도관 300 : 하부부재
310 : 내부케이싱 311 : 측면배출공
320 : 외부케이싱 330 : 하부판
331 : 하부배출공 340 : 연결구
600 : 여과부재 610 : 내부하우징
612 : 통공 620 : 외부하우징
630 : 밀폐판

Claims (4)

1. 일정간격 이격되어 다수개 배치되고, 지중으로 일정깊이를 가지는 제 1 관정;
   상기 제 1 관정 내에 배치되어, 지중에서 지상으로 지하수를 양수하거나 지상에서 지중으로 지하수를 주입하는 제 1 관부;
   지중에 배치되어 인접하는 상기 제 1 관정을 서로 연결하는 제 1 유도관;
   일정간격 이격되어 다수개 배치되고, 지중으로 일정깊이를 가지는 제 2 관정;
   상기 제 2 관정 내에 배치되어, 지중에서 지상으로 지하수를 양수하거나 지상에서 지중으로 지하수를 주입하는 제 2 관부;
   지중에 배치되어 인접하는 상기 제 2 관정을 서로 연결하는 제 2 유도관; 및
   지상에 배치되어 상기 제 1 관부 및 제 2 관부와 연결되고, 양수된 지하수를 열 교환하여 열 에너지를 생산하는 열 교환부;를 포함하고,
   열 교환된 지하수가 상기 제 1 관부 또는 제 2 관부를 통해 지중으로 주입되어 상기 제 1 관정 또는 제 2 관정의 설정된 주입량을 초과하는 경우,
   초과 지하수가 상기 제 1 유도관 또는 제 2 유도관을 통해 인접한 제 1 관정 또는 제 2 관정으로 주입되는 것을 특징으로 하는 지중열 교환장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 관부는,
   상기 제 1 관정의 상부에 설치되고, 상기 제 1 관부의 위치를 고정하는 고정부재;
   상기 고정부재의 상부에 배치되어 상기 제 1 관정을 덮는 상부부재;
   상기 상부부재의 하단에 결합되어 내부에 유로를 형성하고, 이중 원통형으로 이루어지며 내측 벽면 및 저면에는 다수의 관통홀이 형성된 하부부재;
   열 교환된 지하수를 상기 제 1 관정에 주입하도록 상기 상부부재의 상부 일측에 구비되는 주입관;
   상기 상부부재 및 하부부재를 관통하여 제 1 관정 내부의 일정 깊이에 배치되는 양수관; 및
   상기 양수관의 하단에 구비되어 상기 제 1 관정의 지하수를 상기 양수관 내부로 유입시키고, 지하수에 포함된 이물질을 여과하는 여과부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중열 교환장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 여과부재는,
   상부가 개방되어 구성되며 내측 하우징과 외측 하우징으로 구성된 이중 원통형으로 이루어지고, 내측 하우징의 측면에 다수의 관통홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 지중열 교환장치.
   
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 2 관부는,
   상기 제 2 관정의 상부에 설치되고, 상기 제 2 관부의 위치를 고정하는 고정부재;
   상기 고정부재의 상부에 배치되어 상기 제 2 관정을 덮는 상부부재;
   상기 상부부재의 하단에 결합되어 내부에 유로를 형성하고, 이중 원통형으로 이루어지며 내측 벽면에 다수의 관통홀이 형성된 하부부재;
   열 교환된 지하수를 상기 제 2 관정에 주입하도록 상기 상부부재의 상부 일측에 구비되는 주입관;
   상기 상부부재 및 하부부재를 관통하여 제 2 관정 내부의 일정 깊이에 배치되는 양수관; 및
   상기 양수관의 하단에 구비되어 상기 제 2 관정의 지하수를 상기 양수관 내부로 유입시키고, 지하수에 포함된 이물질을 여과하는 여과부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중열 교환장치.

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