KR20200132450A

KR20200132450A - 지열 열교환코일관의 그라우팅 수화열에 의한 변형 폐색 방지 시스템 및 시공방법

Info

Publication number: KR20200132450A
Application number: KR1020190058002A
Authority: KR
Inventors: 조희남
Original assignee: 조희남
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2020-11-25
Also published as: KR102275747B1

Abstract

본 발명은 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템 및 시공방법에 관한 것으로, 연성이면서 내열성이 약한 PE 나 HFPE 재질의 열교환 코일관을 사용하여도 밀폐형 지중 열교환시스템의 지열공 안을 그라우팅할 때 발생하는 그라우팅 압력과 수화열에 의한 열교환 코일관의 변형을 방지하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템은, 청수 탱크(10)와; 청수 탱크(10)의 청수를 펌핑하는 펌프(20)와; 지열공 안에 삽입 설치되는 열교환 코일관(1)의 공급관(2)에 연결되는 한편 상기 펌프와 연결되며 청수를 상기 열교환 코일관의 공급관에 공급하는 청수 공급관(30), 상기 열교환 코일관의 환수관에 연결되어 청수를 환수하는 청수 환수관(40), 상기 열교환 코일관 내부의 청수의 압력을 그라우팅 압력에 대응하는 압력으로 유지하는 압력유지수단으로 구성된다.

Description

지열 열교환코일관의 그라우팅 수화열에 의한 변형 폐색 방지 시스템 및 시공방법{DEFORMATION OCCLUSION PROTECTION SYSTEM BY GROUTING FEVER OF GEOTHERMAL EXCHANGE COIL PIPE AND METHOD FOR CONSTRUCTING THIS SAME}

본 발명은 지열 열교환코일관의 그라우팅 수화열에 의한 변형 폐색 방지 시스템 및 시공방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지열공의 그라우팅 작업 시 발생하는 압력과 열에 의한 열교환 코일관의 변형을 방지하는 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템 및 시공방법에 관한 것이다.

이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.

수직밀폐형 지열 지중열교환기는 공급관과 환수관이 두 줄 또는 3~4줄로 구성되는 열교환 코일관을 굴착된 지중의 지열공 내부에 삽입 설치한 후 벤토나이트 또는 시멘트를 트레미관을 통하여 공저에서부터 주입하여 그라우팅을 시행하는 것으로 시공된다.. 그라우팅에 사용되는 벤토나이트는 열전도성을 높이기 위해 샌드성분을 혼합하여 사용하기도 한다.

지열공은 통상 그 깊이를 150m ~200m로 형성하여 운용하고 있다. 이 깊이에 그라우팅을 시행하게 되는 경우 물과 샌드로 혼합된 벤토나이트를 주입하기 위해서는 대형의 고압 그라우팅펌프가 필요하게 되며 높은 주입 압력으로 그라우팅제재를 주입하여 작업이 이루어지게 된다.

한편, 열교환 코일관은 제조원가가 저렴한 폴리에틸렌(PE)관이나 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 관이 주로 사용되고 있다.

PE나 HDPE 관은 대량생산이 가능하면서도 가격이 저렴한 장점이 있으며 화학안정성, 위생성, 유동유연성, 내식성, 내충격성, 접합성등이 우수하여 지중열교환기에 적합한 재질로 평가받고 있는 반면 금속관보다는 열전도율이 떨어지고 압력과 온도에 일정한 한계를 가지고 있다.

따라서, 그라우팅 시 압력과 수화열이 발생하게 되는데, 열교환 코일관은 그라우팅 압력에 대응하지 못하는 연성이기 때문에 그라우팅 압력으로 인해 변형을 일으키고 또한, 그라우팅 수화열을 견디지 못하여 변형을 일으킨다. 상기 변형은 압력과 열 중 하나 이상에 의한 휨 변형 등이 있다.

한편, 열교환 코일관과 지중의 열전도율을 높이기 위해 벤토나이트에 샌드의 혼합비율을 높인 통상 고효율 벤토나이트 제품이 사용되기도 하는데 이러한 경우에는 샌드의 높은 비중으로 인해 지열공 하부에 위치한 열교환 코일관이 수압과 샌드의 무게에 지탱하지 못하고 열교환 코일관의 협착이 발생하여 열교환 코일관이 폐색을 일으키게 되고 결국 순환열매체의 순환장애가 발생하게 되어 정상적인 지열 시스템의 운영이 어려워지게 된다.

특히 지열시스템이 내앙운전모드일 경우에는 지중으로 공급되는 순환열매체의 온도가 40℃ 내외로 높게 유지되어 폴리에틸렌(PE)관이나 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 관의 재질의 열적 특성으로 인한 협착의 위험성을 더욱 상승하게 될 수 있다.

특히 지열공 깊이가 300m 이상 고심도로 이루어지게 될 경우에는 주입관인 트레미관을 통해 벤토나이트 성분의 그라우팅 제재 주입이 더욱 힘들어지게 된다.

또한, 지열 시스템이 해안가에 위치하게 될 경우에는 굴착된 지열공을 통해 해수 성분인 염분이 지하수와 함께 존재하게 되고 이 염분은 벤토나이트의 성상을 변화시켜 당연히 그라우팅 이후 지열공 내부에서 겔화가 진행하여 불투수성을 유지하여야 하나 염분이 지하수에 존재하게 되면 겔화가 진행되지 않아 그라우팅 본래의 기능을 잃는 문제가 발생하게 되었다. 이를 극복하기 위해서는 별도 내염분 벤토나이트를 선정하여 시공하여야 하나 금액이 고가일뿐 아니라 현장에서 이를 변경하여 실행하기에는 현실적인 어려움이 있을 수 있다.

이처럼 고심도 지열공과 염도가 있는 지열공의 그라우팅 시공 시에는 지열공 그라우팅제재 중 하나인 시멘트와 물을 혼합하여 그라우팅제재로 사용할 수도 있다. 물론 시멘트를 그라우팅제재로 사용하게 될 경우에는 벤토나이트보다 낮은 주입압력으로도 지열공 내부에 그라우팅 주입이 가능한 장점이 있으며 양생기간이 짧아 작업 종료시간이 일찍 마무리 되는 장점, 대량생산 공급이 가능하고 가격이 저렴한 장점을 가지고 있다. 그러나 시멘트 혼합물을 그라우팅제재로 사용하게 될 경우 시멘트가 가지고 있는 높은 밀도와 비중으로 인해 벤토나이트보다 더 높은 압력과 하중으로 열교환 코일관에 작용하게 되고 열교환 코일관이 협착 폐색이 발생될 수 있는 상황이 더 쉽게 발생할 수 있는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 본 발명인은 등록특허 제10-1415299호를 통해 열교환코일관이 수압과 그라우팅제재의 높은 비중과 하중의 압력으로부터 협착과 폐색이 발생하지 않도록 하는 장치와 방법을 마련한 바 있었다. 지열공 내부에 열교환코일관을 삽입한 후 높은 수압을 인가시킨 상태에서 그라우팅제재를 주입하도록 함으로써 열교환코일관이 협착폐색이 발생하지 않도록 한 후 양생이 완료된 이후 수압을 해지하도록 한 것이다.

그러나, 시멘트 혼합물을 사용하게 될 경우 양생과정에서 높은 수화열이 발생하여 충분한 양생시간이 주어지지 않은 경우 수압을 해지하게 되었을 때 지중에 잔류된 수화열과 불완전한 양생 중 발생할 수 있는 시멘트의 하중으로 인해 열교환코일관이 변형되거나 폐색이 발생할 수 있는 위험성이 있었다.

따라서 높은 수화열 발생상황에서도 폐색현상없이 안전하게 그라우팅 제재의 주입과 양생이 지속적으로 안전하게 이루어질 수 있는 기술개발의 필요성이 있었다.

등록특허 제10-1415299호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 연성이면서 내열성이 약한 PE 나 HFPE 재질의 열교환 코일관을 사용하여도 밀폐형 지중 열교환시스템의 지열공 안을 그라우팅할 때 발생하는 그라우팅 압력과 수화열에 의한 열교환 코일관의 변형을 막는 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템 및 시공방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템은, 청수 공급부와; 지열공 안에 삽입 설치되는 열교환 코일관의 공급관과 환수관의 개방부 중 일측의 개방부와 연결되며 상기 청수 공급부의 청수를 상기 열교환 코일관 내부에 압송하여 상기 열교환 코일관을 냉각하는 펌프와; 상기 펌프에 의해 압송되는 청수의 압력을 그라우팅 압력에 대응하는 압력으로 유지하는 압력유지수단과; 상기 열교환 코일관의 공급관과 환수관의 개방부 중에서 타측의 개방부에 연결되어 상기 열교환 코일관을 순환한 청수를 회수하는 청수 회수부를 포함하며, 상기 열교환 코일관 내부를 그라우팅 압력과 수화열에 대응하는 청수의 압력과 열의 분위기로 조성하여 상기 열교환 코일관의 변형을 막는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템 및 시공방법에 의하면, 열교환 코일관의 내부를 그라우팅 압력과 열에 대응(버팀)하는 압력과 냉각의 분위기로 조성하여 연성이면서 열에 약한 PE나 HDPE 재질의 열교환 코일관이 그라우팅으로 인해 변형되는 것을 막아 열교환 코일관의 변형으로 인한 폐색을 방지함으로써 시공성을 향상하고 변형으로 인한 재시공 및 비용의 손실을 해결하는 효과가 있다.

그리고, 고심도 수직밀폐형 지중열교환기의 시멘트 혼합물을 그라우팅재로 적용하여 그라우팅을 시행과정에서 발생하는 높은 수화열을 해소시킬 수 있음은 물론 높은 시멘트의 비중으로부처 발생하는 하중을 극복하면서 양생과정을 진행할 수 있도록 함으로서 신속하고 안전한 시멘트 혼합물을 사용하는 고심도 지중열교환기의 그라우팅이 가능한 기술을 확보할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템의 전체 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 냉각기가 적용된 예를 보인 도면.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 심도별로 트레미관이 적용된 예를 보인 도면.
도 4는 본 발명에 적용된 트레미관을 인발 롤러로 감아 인발하는 예를 보인 도면.
도 5는 본 발명의 실시예 2에 의한 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템의 전체 구성도.
도 6은 본 발명에 의한 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템에 청수 튜브관이 적용된 예를 보인 도면.
도 7은 본 발명에 의한 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템의 청수 튜브관의 예시도.

하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

실시예 1은 열교환 코일관 내부의 압력 유지 기능과 냉각 기능이 가능하여 그라우팅 압력과 열에 의한 열교환 코일관의 변형을 방지하는 것이고, 실시예 2는 열교환 코일관의 냉각 기능만이 가능하여 그라우팅 수화열에 의한 열화를 방지하는 것이다.

<실시예 1>

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 실시예에 의한 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템은, 청수 공급부로 청수 탱크(10), 청수 탱크(10)에 저장 중인 청수를 열교환 코일관(1)의 일측 예를 들어 공급관(2)에 압송하는 펌프(20), 펌프(20)에 의해 압송되는 청수를 열교환 코일관(1)에 공급하는 청수 공급관(30), 열교환 코일관(1)을 순환하여 타측의 환수관(3)에서 배출된 청수를 회수하는 청수 회수관(40), 펌프(20)에 의해 압송되는 청수의 압력을 유지하는 압력유지수단{압력유지탱크(50) 및 압력조정밸브(60)}로 구성된다.

먼저, 열교환 코일관(1)에 대해 설명하면, 열교환 코일관(1)은 공급관(2)과 환수관(3)이 저부에서 유형태의 밴드(4)로 연결되는 구성으로, 폴리에틸렌(PE)나 고밀도 폴리에틸렌(HEPE)를 재질로 한다. 부가적으로 공급관(2)과 환수관(3)의 간격유지부재, 하중부가추, 하중부가밴드 등이 포함될 수 있다.

열교환 코일관(1)의 공급관(2)과 환수관(3)은 각각 개방부를 포함하며 이 개방부는 예를 들어 시공 작업을 통해 히트펌프에 연결되어 순환경로를 형성(별도의 작업을 통해 히트펌프와 열교환 코일관을 순환하는 열교환매체가 충진)된다.

본 발명에서 청수는 열교환 코일관(1)의 내부 압력을 그라우팅 압력에 대항하는 압력으로 맞추면서 열교환 코일관(1)에 전달되는 그라우팅 수화열을 냉각하는 매체이다. 즉, 청수는 압축과 냉각이 가능한 다른 유체(공기)로 대체 가능하다.

청수 탱크(10)는 수조로서 내부에 청수가 저장되어 있으며, 청수의 부족 시 보충을 위하여 별도의 보충시설(11)(보충관 및 밸브)이 포함될 수 있다.

청수의 압력은 펌프(20)와 밸브에 의해 제어되고 청수의 온도는 청수 탱크(10)에 의해 제어되는 것이 바람직하고, 이를 위하여 청수 탱크(10)에는 청수의 온도를 감지하는 온도센서가 갖추어진다. 상기 온도센서에 의해 감지된 온도는 온도계를 통해 관리자에게 안내되거나 펌프(20)나 냉각기나 밸브의 제어를 위한 프로그램의 입력 값으로 사용된다.

청수 공급부는 청수 탱크(10)를 대신하여 상수도원일 수도 있다.

펌프(20)는 열교환 코일관(1) 내부에 그라우팅 압력에 대항하는 압력의 청수를 공급하여 열교환 코일관(1)의 형상을 유지하는 기능, 열교환 코일관(1) 내부에 그라우팅 수화열보다 낮은 온도의 청수를 순환시켜 열교환 코일관(1)에 전달된 그라우팅 수화열을 낮추는 기능을 하며, 청수 탱크(10) 및 청수 공급관(30)과 연결되는 형태로 설치된다.

펌프(20)는 압력유지탱크(50)의 청수 압력과 그라우팅 압력을 근거로 하는 자동 제어 및 관리자의 조작에 의한 수동 제어 모두 가능하다.

청수 공급관(30)은 압력유지탱크(50)를 통해 압력이 조절 및 유지되는 청수를 공급관(2)에 공급하기 위하여 연결되며, 물론, 그라우팅이 완료된 후 공급관(2)에서 분리되도록 연결된다.

청수 공급관(30)이 분리된 후 공급관(2) 내부를 외부로부터 밀폐하기 위하여 공급관(2)의 개방부에는 밸브가 구성된다.

청수 회수관(40)은 일측이 환수관(3)의 개방부와 분리 가능하게 연결되어 환수관(3) 내부에서 배출되는 청수를 회수하며, 타측을 청수 탱크(10)에 연결하여 청수를 청수 탱크(10)에 회수하고 또는 타측을 청수 탱크(10)와 다른 곳에 연결하여 별도로 회수한다.

청수의 순환 경로에 있는 청수를 강제로 배출하기 위하여 배출수단(41)이 바람직하게 청수 회수관(40)에 형성된다. 배출수단(41)은 청수 회수관(40)에 저부를 향해 분기되는 배출관 및 상기 배출관을 개폐하는 배출밸브로 구성된다.

청수 회수관(40)은 압력조정밸브(60)를 기준으로 하여 환수관(3)측을 유입부(42), 청수 탱크(10)측을 토출부(43)라 할 수 있다.

압력유지탱크(50)는 펌프(20)에 의해 압송되는 청수를 일시 저장 및 압력을 유지한다.

압력유지탱크(50)는 청수 공급관(30) 측이나 청수 회수관(40) 측에 결합되는 구조로 설치할 수 있으며 펌프(20)에 의해 압송되는 청수의 압력이 열교환 코일관(1) 내부에서 그라우팅시 형성되는 그라우팅제재의 비중과 밀도에 의해 형성되는 압력에 대항하는 압력이상으로 수압이 유지될 수 있도록 기능하게 된다. 즉, 열교환 코일관(1) 내부 압력이 10kg/cm2 이상을 유지하면서 청수가 열교환 코일관(1)을 순환하며 수화열을 냉각시킬 수 있도록 기능하는 것이다.

물론, 청수 회수관(40) 측에 압력조정을 위한 압력조정밸브(60)나 또는 일반밸브를 통해서도 펌프(20)에 의해 압송되는 청수의 압력을 일정하게 유지시키면서 운전할 수 있으나 이는 운영상의 불편함이 있을 수는 있고 모두 본 발명의 범위에 포함된 것으로 한다.

압력유지탱크(50) 내부의 청수 압력은 펌프(20)의 자동 제어를 위한 인자로 사용되며, 이를 위하여 압력센서(51)가 설치된다. 압력센서(51)의 감지 값인 청수 압력은 프로그램을 통해 기준 압력{펌프(20)의 가동을 위한 압력}과 비교되고 기준 압력보다 낮을 경우 펌프(20)가 가동한다.

압력유지탱크(50)는 내부의 청수 압력을 보여주는 압력계(52)가 구성된다.

압력조정밸브(60)는 청수 순환 경로에서 청수 압력이 과도하게 높아지는 것을 막기 위한 안전밸브로서, 청수 회수관(40){또는 열교환 코일관(1)의 환수관(3)의 개방부}을 폐쇄 상태로 유지하다가 청수가 조정된 압력이 되면 청수 회수관(40)을 통해 회수되도록 개방함으로써 열교환 코일관(1) 내부 수압이 일정 세팅된 압력을 유지하면서도 수압순환펌프를 통해 공급되는 청수가 열교환 코일관(1) 내부를 순환하면서 수화열을 냉각시킬수 있도록 기능을 하게 된다. 즉, 열교환 코일관(1) 내부에는 높은 수압이 유지되어 시멘트 그라우팅재의 하중으로부터 열교환 코일관(1)의 변형과 폐색을 방지하면서도 시멘트의 수화열을 냉각하도록 한 구성이 되는 것이다.

이 때, 열교환 코일관(1) 내부의 청수는 압력변화가 생길 때에만 배출되는 것으로 하는 경우 청수의 온도가 상승하여 냉각효과가 떨어지게 될 것이며, 따라서, 열교환 코일관(1) 내부의 청수는 압력변화와 관계없이 일정 시간이나 온도를 기준으로 하여 소량이라도 순환이 이루어져야 한다. 이를 위하여 열교환 코일관(1) 내부의 청수 온도를 감지하는 온도센가가 포함될 수도 있다.

본 발명은 열교환 코일관(1)의 냉각 성능을 향상하기 위하여 별도의 냉각기(70)가 구성될 수 있다.

냉각기(70)는 바람직하게 열교환 코일관(1)을 순환하면서 그라우팅 수화열을 회수하여 온도가 상승한 청수를 냉각한 후 청수 탱크(10)에 복귀하도록 하는 구성으로, 예를 들어 청수 회수관(40)의 토출부(43)의 사이에 청수가 흐르도록 연결되는 청수유로 및 상기 청수유로 주변의 냉각유로를 갖는 구성이며, 상기 냉각유로는 냉각팬(71)에 의한 공기 또는 냉각펌프에 의한 냉각수가 흘러 상기 청수유로의 청수를 냉각하며 통상의 냉동 공조시스템에서 사용 중인 냉각탑의 형태와 기능을 적용할 수 있다.

냉각팬(71)은 바람직하게 청수의 온도를 근거로 하여 자동으로 온/오프 제어되고, 이를 위하여 청수 탱크(10)에 저장 중인 청수의 온도를 감지하는 온도센서(12), 온도센서(12)의 감지 값과 기준 값(자유롭게 설정)을 비교한 후 현재 감지 값이 기준 값보다 높은 경우 냉각팬(71)을 온 제어하고 현재 감지 값이 기준 값보다 낮은 경우 냉각팬(71)을 오프 제어하는 컨트롤러(13)를 포함한다.

한편, 본 발명에서 지열공 내에서 주입된 시멘트 또는 벤토나이트로 구성된 그라우팅제가 양생되거나 굳어져 케익화 된 상태에서 습기가 없는 건조한 상태에서는 지중 열전도도(W/mk)가 크게 떨어져 열교환 코일관(1)을 통해 공급되는 열이동의 효율이 낮아지게 된다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 도 6에서 보이는 것처럼, 그라우팅제 안에 청수를 직접 공급하여 그라우팅 수화열을 냉각하는 청수 튜브관(90)이 적용될 수 있다.

도 6과 도 7에서 보이는 것처럼, 청수튜브관(90)은 천공되어 유공처리된 하나 이상의 천공홀(91)을 갖는 구조, 길이방향을 따라 절개된 형태(또는 말린 형태)의 개방부(92)가 구비되는 구조 등이 가능하다.

청수튜브관(90)은 열교환 코일관(1) 삽입 설치시 함께 지열공 내부에 설치 즉 그라우팅제의 주입 전에 설치된다.

이 과정에서 그라우팅제가 천공홀(91)과 개방부(92)를 통해 청수튜브관(90)의 내부에 유입되어 천공홀(91)과 개방부(92)가 폐색될 수 있으며, 이를 방지하기 위하여 최초 삽입 설치시에는 프라스틱봉 또는 관이나 철선으로 된 충전선(93)을 청수튜브관(90) 내부에 끼워넣어 설치한 후 그라우팅제재의 양생 또는 겔화 이후에 지상에서 인출하여 제거하도록 한다. 충전선(93) 삽입시 그리스 등 윤활제재를 도포하여 인발 제거시 원활한 작업이 될 수있도록 함은 물론 천공홀(91)이나 길이방향의 개방부(92)에는 진흙이나 수분을 머금으면서도 형태가 흐트러지지 않는 소재를 채우도록 하여 그라우팅제재가 청수튜브관(91) 내부로 유입되지 않도록 한다. 이후에 청수튜브관(90) 내부에 지속적으로 청수를 공급하도록 함으로써 지열공 내부에서 열교환 코일관(1) 주변의 그라우팅제재가 습기를 머금은 상태에서 열전달이 될수 있도록 하여 열교환기로서의 효율을 높일 수 있도록 한다. 이러한 기능확보를 위해 청수튜브관(90)은 별도의 청수공급부(94)를 통해 운영 중 지속적으로 청수가 청수튜브관(90) 내부에 공급될 수 있도록 한다. 청수공급부(94)는 청수공급펌프(95)와 펌프(96) 등 관련 자동제어장치로 구성한다.

물론, 청수공급부는 전술한 청수 공급부(10)를 이용하는 것도 가능하다.

본 발명은 그라우팅수단(80)이 함께 사용된다.

그라우팅수단(80)은 그라우팅재를 교반기로 믹싱하는 믹서기(81), 믹서기(81)에 의해 믹싱된 그라우팅재를 펌핑하는 그라우팅 펌프(82), 그라우팅 펌프(82)에 의해 펌핑되는 그라우팅재를 지열공 안에 주입하는 트레미관(83)으로 구성된다.

그라우팅재는 물과 시멘트, 유동화제, 혼합제 등을 조성으로 하며, 신속한 양생을 위하여 속경성으로 조성되는 것도 가능하다.

또한, 그라우팅재는 청수에 의한 냉각효율을 높이기 위하여 열전달 촉진제가 더 포함될 수 있다. 상기 열전달 촉진제는 본 발명을 위하여 추가되는 것이며 첨가비율은 열전달율에 따라 다양하게 달라진다.

또한, 그라우팅재가 양생하게 되는 경우 수축이 발생하게 되고 이러한 이유로 그라우팅체에 빈공간이 형성될 수 있으며 이로 인해 열전달 효과가 부분적으로 저하되는 문제가 발생할 수 있으며, 이를 방지하기 위해 그라우팅재의 수축특성을 완화 보완하기 위해 벤토나이트 또는 수축완화제를 혼합하여 사용할 수 있다.

또한, 함께 설치되는 청수튜브관(90)을 통해 공급되는 청수가 이러한 빈공간을 채울 수 있도록 함으로써 열전달 성능의 저하가 없도록 할 수 있다.

트레미관(83)은 저부가 지열공의 공저에 배치되어 공저에서부터 주입하고 지상으로 인발되는 것, 지열공 안에 매설되는 것 모두가 가능하다.

한편, 지열공의 심도가 깊은 경우 도 3에서 보이는 것처럼, 2개 이상의 트레미관(83,84)을 사용하는 것도 가능하다.

하나의 트레미관(83)은 저부의 배출단이 지열공의 공저에 배치되고 다른 트레미관(84)은 배출단이 중간 심도에 배치된다.

트레미관(83,84)을 인발하는 경우 도 4에서 보이는 바와 같이, 인발 롤러(85)에 트레미관(83,84)을 감아 준비하고, 인발 롤러(85)를 일방향으로 돌려 트레미관(83,84)을 풀면서 지열공 안에 설치하며, 그라우팅재를 주입하면서 인발 롤러(85)를 타방향으로 돌려 트레미관(83,84)을 감는 것도 가능하다.

본 발명에 의한 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템의 시공 방법은 다음과 같다.

1. 지열공 시공.

열교환 코일관(1)의 설치 심도에 맞춰 지중을 굴착하여 지열공을 시공한다.

지열공 안에 케이싱을 삽입 설치한다. 상기 케이싱은 지열공의 붕괴 방지를 위한 것으로 필요에 따라 선택 사용되고 설치 심도는 지반 조건에 따라 달라진다.

2. 열교환 코일관과 트레미관 설치.

지열공 안에 열교환 코일관(1)과 트레미관(73 또는 73,74)을 삽입 설치한다.

3. 시스템 지상 설치.

지열공 외부의 지상에 청수 탱크(10), 펌프(20), 청수 공급관(30), 청수 회수관(40), 압력유지탱크(50) 및 압력조정밸브(60)를 설치한다.

4. 청수 순환 및 그라우팅.

펌프(20)를 가동시켜 청수 탱크(10)의 청수를 열교환 코일관(1) 안에 압송하며, 압력조정밸브(60)를 잠궈 열교환 코일관(1) 안에 청수가 일정 압력{그라우팅 압력에 의해 열교환 코일관(1)이 변형을 일으키지 않는 압력}을 유지하도록 한다.

그라우팅수단(80)을 통해 지열공 안에 그라우트재를 주입하여 그라우팅한다.

그라우팅의 압력과 수화열은 열교환 코일관(1)에 전달되며, 열교환 코일관(1) 안에 채워진 청수는 자신의 압력으로 열교환 코일관(1)이 그라우팅 압력에 의해 변형되지 않도록 함과 아울러 열교환 코일관(1)에 전달된 열을 회수한다.

열교환 코일관(1) 내부의 청수는 압력과 온도에 따라 소량씩 열교환 코일관(1) 안에서 청수 회수관(40)으로 배출되어 청수 탱크(10)에 집수된 후 재순환된다.

청수 주입과 그라우팅의 공정은 서로 뒤바뀔 수 있다.

이 과정을 통해 그라우팅 압력과 수화열에 의한 열교환 코일관(1)의 변형을 방지하고, 또한, 열교환 코일관(1)의 누수 테스트도 가능하다.

또한, 청수튜브관(90)을 열교환코일관(1) 설치시 함께 삽입설치할 수 있다.

누수 테스트를 위한 별도의 구성은 추가되지 아니하고 열교환 코일관(1)의 변형 방지를 위한 구성만으로 가능하며, 청수를 열교환 코일관(1) 안에 채운 후 압력계의 확인을 통해 누수를 테스트하는 것이 가능하다.

<실시예 2>

도 5에서 보이는 바와 같이, 본 실시예는 그라우팅 수화열을 냉각하는 기능만하는 점에서 실시예 1과 차이가 있다.

따라서, 본 실시예는 그라우팅 수화열의 냉각을 위한 온도의 청수를 공급하는 청수 탱크(10), 청수 탱크(10)의 청수를 펌핑하는 펌프(20), 펌프(20)에 의해 펌핑되는 청수를 열교환 코일관(1)의 공급관(2)에 공급하는 청수 공급관(30), 열교환 코일관(1)의 공급관(2)과 환수관(3)을 순환한 청수를 회수하는 청수 회수관(40)으로 구성되며, 여기에 실시예 1에서 설명한 냉각기(70)도 포함된다.

즉, 실시예 1에서 청수의 압력을 그라우팅 압력에 대응하는 압력으로 조성하기 위한 압력유지탱크(50)와 압력조정밸브(60)는 구성되지 않는다.

본 실시예의 시공 방법은 실시예 1의 시공 방법으로부터 실시 가능하므로 구체적인 설명을 생략한다.

1 : 열교환 코일관, 2 : 공급관
3 : 환수관, 10 : 청수 탱크
11 : 온도센서, 12 : 컨트롤러
20 : 펌프, 30 : 청수 공급관
40 : 청수 회수관, 50 : 압력유지탱크
60 : 압력조정밸브, 70 : 냉각기
80 : 그라우팅수단,

Claims

청수 공급부와;
지열공 안에 삽입 설치되는 열교환 코일관의 공급관과 환수관의 개방부 중 일측의 개방부와 연결되며 상기 청수 공급부의 청수를 상기 열교환 코일관 내부에 압송하여 상기 열교환 코일관을 냉각하는 펌프와;
상기 펌프에 의해 압송되는 청수의 압력을 그라우팅 압력에 대응하는 압력으로 유지하는 압력유지수단과;
상기 열교환 코일관의 공급관과 환수관의 개방부 중에서 타측의 개방부에 연결되어 상기 열교환 코일관을 순환한 청수를 회수하는 청수 회수부를 포함하며, 상기 열교환 코일관 내부를 그라우팅 압력과 수화열에 대응하는 청수의 압력과 열의 분위기로 조성하여 상기 열교환 코일관의 변형을 막는 것을 특징으로 하는 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 압력유지수단은 상기 펌프에 의해 압송되는 청수의 압력을 그라우팅 압력에 대응하는 압력으로 유지하여 상기 열교환 코일관에 공급하는 압력유지탱크와 여기에 상기 청수 회수부에 설치되어 상기 열교환 코일관 내부를 순환하는 청수의 압력을 조정하는 압력조정밸브 또는 상기 펌프에 의해 압송되는 청수의 압력을 그라우팅 압력에 대응하는 압력으로 유지하여 상기 열교환 코일관에 공급하도록 조정할 수 있도록 설치되는 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템.
청수 공급부와;
지열공 안에 삽입 설치되는 열교환 코일관의 공급관과 환수관의 개방부 중 일측의 개방부와 연결되며 상기 청수 공급부의 청수를 상기 열교환 코일관 내부에 압송하여 상기 열교환 코일관을 냉각하는 펌프와;
상기 열교환 코일관의 공급관과 환수관의 개방부 중에서 타측의 개방부에 연결되어 상기 열교환 코일관을 순환한 청수를 회수하는 청수 회수부를 포함하며, 상기 열교환 코일관 내부를 청수의 열로 그라우팅 수화열을 회수하여 상기 열교환 코일관의 열화를 막는 것을 특징으로 하는 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템.
청수 공급부와;
천공되어 유공처리된 튜브관이나 길이방향으로 째어진 튜브관으로 형성되며 지열공 안에 설치되는 청수튜브관(90)을 포함하고,
상기 청수공급관을 통해 상기 지열공 안에 그라우팅되는 그라우팅제에 청수를 공급하여 상기 그라우팅제가 습기를 유지하도록 하거나 상기 그라우팅재가 양생하게 되는 경우 수축이 발생되어 형성되는 빈 공간에 청수를 공급하여 열전달을 증대하는 것을 특징으로 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템.
청구항 1 또는 청구항 3에 있어서, 상기 청수 회수부와 청수 공급부 중에서 일측 이상에 설치되며 청수를 냉각하는 냉각기를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템.
청구항 1에 있어서, 상기 펌프와 압력조정밸브는 상기 압력유지수단의 압력을 근거로 하여 온오프가 자동 제어되는 것을 특징으로 하는 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서, 천공홀이나 길이방향의 개방부를 갖는 청수튜브관을 포함하고, 상기 청수튜브관은 그라우팅제의 주입 전에 상기 지열공 안에 설치되며 그라우팅제의 양생 중 발생하는 내부의 공간에 청수를 공급하여 열전달을 증대하는 것을 특징으로 하는 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템.
청구항 1에 의한 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템의 시공 방법으로서,
지열공을 천공하는 제1단계와;
상기 지열공 안에 공급관과 환수관으로 이루어지는 열교환 코일관과 트레미관을 삽입 설치하는 제2단계와;
상기 지열공 주변의 지상에 청수 공급부와 펌프와 압력유지수단 및 청수 회수부를 설치하고, 상기 열교환 코일관 내부에 청수가 순환하도록 상기 열교환 코일관의 공급관과 환수관의 양측의 개방부에 관로를 연결하면서 일측의 개방부에 펌프를 연결하는 제3단계와;
상기 제3단계에서 설치한 펌프의 가동을 통해 상기 열교환 코일관 내부에 청수를 순환시켜 상기 열교환 코일관 내부를 그라우팅 압력과 수화열에 대응하는 압력과 열로 조성하는 제4단계와;
상기 지열공 안에 설치된 트레미관을 통해 그라우팅재를 주입하여 그라우팅하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템의 시공 방법.
청구항 8에 있어서, 상기 제4단계는 상기 열교환 코일관을 폐쇄한 상태에서 상기 압력유지수단의 압력 변화를 확인하여 상기 열교환 코일관의 누수를 테스트하는 것을 특징으로 하는 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템의 시공 방법.
청구항 8에 있어서, 상기 제5단계는 상기 그라우팅재는 그라우팅 수화열을 상기 청수에 전달하는 열전달 촉진제를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템의 시공 방법.
청구항 8에 있어서, 상기 제2단계는 상기 지열공 안에 청수튜브관(90)을 삽입 설치하는 것을 특징으로 하는 지열 열교환코일관의 그라우팅에 의한 변형 폐색 방지 시스템의 시공 방법.