KR20220038885A - 지중 열저감 시설 - Google Patents

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KR20220038885A
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Abstract

본 발명은 지면으로부터 일정 깊이 깊은 곳에 매설되고, 내부에 공기가 이동하는 유로를 포함하는 쿨링(cooling) 챔버; 지상의 공기를 상기 쿨링 챔버로 유입시키는 유입부; 및 상기 쿨링 챔버에서 열교환되어 온도가 저감된 공기를 지상으로 유출시키는 유출부를 포함하는, 지중 열저감 시설에 관한 것이다.

Description

지중 열저감 시설{UNDERGROUND HEAT REDUCTION FACILITY}
본 발명은 지중 열저감 시설 기술에 관한 것이다.
도시 열섬 또는 어번 히트 아일랜드(영어: Urban Heat Island, UHI)는 주위의 타 지역보다 주목할 정도로 따뜻한 대도시 지역이 나타나는 현상을 일컫는 용어이다. 도시 열섬이 발생하는 주원인은 도시화로 인한 지표면 개발이며, 에너지 사용으로 발생한 열이 두 번째 원인이다. 인구 밀집도가 높아지면서 더 넓은 면적의 토지를 개발하게 되는데, 이로 인해 평균 온도가 상승한다.
미국 환경 보호청(EPA)에서는 도시 열섬 현상의 원인에 대해 '인구가 늘어나서 녹지가 도로, 건물, 기타 구조물의 아스팔트나 콘크리트로 바뀌면서 생겨난다. 아스팔트나 콘크리트 표면은 태양열을 반사하기보다는 흡수하게 되며, 이로 인해 표면 온도와 그 주변의 전체 온도를 상승시킨다.'고 말한다.
보행자나 대기자는 횡단보도, 신호등 주변, 버스 정류장 등에서 아스팔트 도로에 의해 높은 체감온도를 느끼게 될 수 있다.
한편, 지하는 지표면보다 낮은 온도를 가지게 되는데, 본 발명의 발명자는 지하와의 열교환을 통해 지표면 공기의 온도를 낮출 수 있는, 지중 열저감 시설을 위하여 오랜 연구를 거친 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명은 열섬현상을 감소시키기 위해 지중 열저감 시설을 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.
본 발명의 실시예에 따라서, 지면으로부터 일정 깊이 깊은 곳에 매설되고, 내부에 공기가 이동하는 유로를 포함하는 쿨링(cooling) 챔버; 지상의 공기를 상기 쿨링 챔버로 유입시키는 유입부; 및 상기 쿨링 챔버에서 열교환되어 온도가 저감된 공기를 지상으로 유출시키는 유출부를 포함하는, 지중 열저감 시설이 제공된다.
상기 쿨링 챔버 내부에는 상기 유로를 형성하는 공기이동관이 결합될 수 있다.
상기 공기이동관을 제외한 상기 쿨링 챔버의 내부는 유체로 채워질 수 있다.
상기 공기이동관 내부를 이동하는 공기가 와류를 형성하도록, 상기 공기이동관의 내주면에 돌출 구조체가 구비되고, 상기 돌출 구조체는 상기 공기이동관의 길이방향을 따라 나선형으로 형성될 수 있다.
상기 공기이동관은, 상기 유로가 길어지도록 나선형으로 형성될 수 있다.
상기 공기이동관은, 상기 유로가 길어지도록 적어도 하나의 'U'자 형상을 포함할 수 있다.
상기 유체는 물 또는 질소를 포함할 수 있다.
상기 쿨링 챔버 내부에는 상기 유로를 형성하는 복수의 격벽이 구비될 수 있다.
상기 유입부 또는 상기 유출부 중 적어도 하나에 연결되어 공기 이동의 동력을 제공하는 펌프를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 지중 열저감 시설에 따르면, 여름철의 보행자나 대기자는 시원한 공기에 의해 더위를 해소할 수 있다.
한편, 여기에서 명시적으로 언급되지 않은 효과라 하더라도, 본 발명의 기술적 특징에 의해 기대되는 이하의 명세서에서 기재된 효과 및 그 잠정적인 효과는 본 발명의 명세서에 기재된 것과 같이 취급됨을 첨언한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지중 열저감 시설을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지중 열저감 시설의 일부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지중 열저감 시설의 다른 형태를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지중 열저감 시설의 공기 이동관을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4의 공기 이동관의 내부 모습을 나타낸 도면이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 지중 열저감 시설의 공기 이동관의 다양한 형태를 나타낸 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.
본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 지중 열저감 시설의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 지중 열저감 시설을 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 지중 열저감 시설의 일부를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 지중 열저감 시설은, 쿨링 챔버(100), 유입부(200), 유출부(300)를 포함할 수 있다.
쿨링 챔버(100)는 지면(10)으로부터 일정 깊이 깊은 곳에 매설되고, 내부에 공기를 통과시킬 수 있다. 쿨링 챔버(100)는 지면(10)으로부터 80cm 이상의 깊이에 매설될 수 있다.
쿨링 챔버(100)는 내부에 공기가 이동하는 유로(P)를 포함할 수 있다. 공기는 유로(P)를 따라 쿨링 챔버(100)의 내부를 유동하면서 열교환하며, 그 결과 공기의 온도가 저감될 수 있다.
유입부(200)는 지상의 공기(A)를 쿨링 챔버(100)로 유입시키는 구성이다. 유입부(200)는 지중(U)을 관통하여 지면(10)에서 쿨링 챔버(100)까지 연결될 수 있다. 유입부(200)는 쿨링 챔버(100)의 일면에 연결될 수 있다. 유입부(200)는 관 형태로 구현될 수 있다.
유출부(300)는 쿨링 챔버(100)에서 열교환되어 온도가 저감된 공기(A')를 지상으로 유출시키는 구성이다. 유출부(300)는 쿨링 챔버(100)에서 지면(10)까지 연결될 수 있다. 유출부(300)는 쿨링 챔버(100)의 타면에 연결될 수 있다. 유출부(300)는 관 형태로 구현될 수 있다.
유출부(300)는 유입부(200)와 반대편에 위치할 수 있다. 유입부(200)가 쿨링 챔버(100)에 연결된 일면과, 유출부(300)가 쿨링 챔버(100)에 연결된 타면은, 서로 마주보는 반대편에 위치할 수 있다.
지상의 공기(A)는 태양열에 의해 고온일 수 있다. 특히, 계절적 요인, 열섬현상 등 다양한 원인에 의해 지상의 공기는 더욱 고온이 될 수 있다. 예를 들어, 지상의 고온의 공기(A)의 온도는 30~35℃일 수 있다. 지상의 고온의 공기는 유입부(200)를 통해 쿨링 챔버(100)로 유입되고, 쿨링 챔버(100)에서 열교환함으로써 온도가 저감되고, 저온의 공기(A')가 유출부(300)를 통해 지상으로 유출될 수 있다. 유출되는 저온의 공기(A')의 온도는 23~25℃일 수 있다.
지하에 매설된 쿨링 챔버(100)는 지중의 낮은 온도에 의해 지상의 공기보다 저온 상태에 있다. 고온의 공기는 쿨링 챔버(100)를 통과하면서 쿨링 챔버(100) 및 지중(U)과 열교환하게 되고, 고온의 공기는 온도 저감되어 저온의 공기로 변할 수 있다.
지상으로 유출된 저온의 공기는 다양하게 활용될 수 있다. 먼저, 저온의 공기는 지상의 고온의 대기를 냉각할 수 있다. 또한, 저온의 공기는 지상의 사람에게 시원한 바람을 제공할 수 있다. 예를 들어, 저온의 공기는 지상의 횡단보도, 신호등, 버스정류장 등의 주변으로 유출됨으로써, 보행자, 보행을 대기하는 사람 등(이하, 보행자 등)에게 시원한 바람을 제공할 수 있다.
지상에는 저온의 공기를 제공하기 위한 설치물(20)이 구비될 수 있다. 설치물(20)은 세로로 길게 형성될 수 있다. 설치물(20)의 내부에는 내부관(30)이 구비되고, 상기 내부관(30)은 유출부(300)와 연결될 수 있다. 유출부(300)를 통해 유출되는 저온의 공기는 상기 내부관(30)을 따라 더욱 이동할 수 있다.
설치물(20)의 일면에는 하나 이상의 배출구(31)가 마련되고, 상기 배출구(31)는 설치물(20) 내부의 내부관(30)과 연결될 수 있다. 내부관(30)을 따라 이동하는 저온의 공기는 배출구(31)를 통해 대기 중으로 분사될 수 있다.
배출구(31)는 설치물(20)의 측면에 형성될 수 있다. 설치물(20)의 측면에서 저온의 공기가 분사되면, 보행자 등은 전신에 대해 시원한 바람을 맞을 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시에에 따른 지중 열저감 시설에서, 쿨링 챔버(100)는 유로(P)를 형성하는 복수의 격벽(W)을 포함할 수 있다.
복수의 격벽(W)은 유로(P)가 길어지도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 복수의 격벽(W)은 쿨링 챔버(100)의 상하면(또는 좌우측면)에 번갈아 결합될 수 있다. 격벽(W)의 폭은 쿨링 챔버(100)의 폭과 동일할 수 있다. 공기는 격벽(W)의 하측과 상측(또는 좌측과 우측)을 번갈아 통과하여 이동할 수 있다. 유로(P)는 복수의 격벽(W)에 의해 구불구불하게 형성될 수 있다.
이러한 유로(P)를 따라 유동하는 공기는 쿨링 챔버(100) 및 쿨링 챔버(100) 외부의 지중(U)과 열교환할 수 있다. 고온이었던 지상의 공기는 유로(P)를 따라 유동하면서 저온의 공기가 되고, 지상으로 다시 유출될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 지중 열저감 시설의 다른 형태를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 지상에는 설치되는 설치물(20)은 세로로 길게 형성되는 부분(이하, 세로부)과 가로로 길게 형성되는 부분(이하, 가로부)을 포함할 수 있다. 즉, 설치물(20)은 "ㄱ"자 또는 "L"자와 같은 형상으로 형성될 수 있다. 세로부의 높이는 남자 성인의 평균 키보다 큰 높이(예를 들어, 2.5m)를 가질 수 있다.
설치물(20)의 내부의 내부관(30)도 "ㄱ"자 또는 "L"자와 같은 형상으로 형성될 수 있다. 유출부(300)를 통해 유출되는 저온의 공기는 상기 "ㄱ"자 또는 "L"자 내부관(30)을 따라 더욱 이동할 수 있다.
설치물(20)의 일면에는 하나 이상의 배출구(31)가 마련되되, 배출구(31)는 설치물(20)의 가로부에 형성될 수 있다. 내부관(30)을 따라 이동하는 저온의 공기는 배출구(31)를 통해 대기 중으로 분사될 수 있다. 설치물(20)의 가로부는 저온의 공기를 배출시키는 부분으로 기능하고, 세로부는 가로부를 지지하는 부분으로 기능할 수 있다.
배출구(31)가 가로부에 형성되면, 저온의 공기는 보행자 등의 머리 위에서 분사된다. 배출구(31)가 설치물(20)의 측면에 형성되는 경우에는 보행자 등의 안면에 직접 저온의 공기가 전달될 수 있어서, 보행자 등이 불편을 느낄 수 있는데, 배출구(31)가 보행자 등의 머리 위에서 분사되면, 그러한 불편은 해소될 수 있다. 또한, 더 넓은 범위에서 더 많은 보행자 등에게 시원한 바람을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시에에 따른 지중 열저감 시설은 펌프(210, 310)를 더 포함할 수 있다.
펌프(210, 310)는 유입부(200) 또는 유출부(300) 중 적어도 하나에 연결되어, 공기의 이동의 동력을 제공할 수 있다. 펌프(210, 310)는 지상의 공기를 유입부(200)를 통해 쿨링 챔버(100)로 유입시키는 한편, 쿨링 챔버(100)의 공기를 유출부(300)를 통해 지상으로 유출시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 실시에에 따른 지중 열저감 시설에서, 쿨링 챔버(100) 내부에는 공기이동관(110)이 결합될 수 있다. 공기이동관(110)은 상술한 유로(P)를 형성할 수 있다. 즉, 공기는 공기이동관(110) 내부를 따라 유동할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 지중 열저감 시설의 공기이동관(110)을 나타낸 도면이다. 도 5는 도 4의 공기 이동관의 내부 모습을 나타낸 도면이다.
공기이동관(110)의 일단은 유입부(200)와 연결되고, 공기이동관(110)의 타단은 유출부(300)와 연결될 수 있다. 따라서, 지상의 공기는 유입부(200)를 통해 공기이동관(110)으로 유입되고, 공기이동관(110)을 통과한 공기는 유출부(300)를 통해 지상으로 유출될 수 있다. 공기이동관(110)을 통과하는 고온의 공기는 쿨링 챔버(100) 내부 및 지중(U)과 열교환하여 저온의 공기로 될 수 있다.
도 4 이하에서 펌프의 구성이 미도시되었으나, 상술한 바와 같이, 유입부(200) 또는 유출부(300) 중 적어도 하나에 펌프가 설치될 수 있다.
공기이동관(110)은 유로(P)가 길어지도록 구불구불하게 형성될 수 있다. 즉, 공기이동관(110)은 직선형 관만으로 구성되지는 않으며, 적어도 하나의 굴곡형 관을 포함할 수 있다. 나아가, 적어도 하나의 U자형 관을 포함할 수 있다.
공기이동관(110)의 내주면에는 돌출 구조체(또는 리브(rib))(111)가 마련될 수 있다. 공기는 공기이동관(110) 내부를 유동하면서 돌출 구조체(111)와 만나 와류(또는 난류)를 형성할 수 있다. 돌출 구조체(111)는 공기이동관(110)의 내부면에 대해 수직한 방향으로 돌출될 수 있다. 돌출 구조체(111)의 높이는 공기이동관(110)의 지름에 비해 매우 작을 수 있다. 돌출 구조체(111)의 단면은 직사각형, 정사각형, 정사다리꼴, 역사다리꼴, 삼각형 등의 다양한 형상을 가질 수 있다. 또한, 돌출 구조체(111)는 복수로 형성될 수 있다.
이러한 돌출 구조체(111)에 따르면, 공기가 와류(또는 난류)를 형성하면서 이동하기 때문에 공기이동관(110) 내부에서의 체류 시간이 증가될 수 있다. 체류시간 증가에 따라 열교환 효율이 증대될 수 있다.
돌출 구조체(111)는 공기이동관(110)의 길이 방향을 따라 길게 형성될 수 있다. 특히, 돌출 구조체(111)는 공기이동관(110)을 따라 나선형으로 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 공기이동관(110)의 내부 모습(B)에서, 돌출 구조체(111)가 나선형으로 형성되었다. 도 5에서는 돌출 구조체(111)가 한 개 라인으로만 형성되어 있으나, 이에 제한되지 않으며, 나선형 돌출 구조체(111)는 복수의 라인으로 형성될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 공기이동관(110)은 유로(P)가 길어지도록 적어도 하나의 U자 형상(U자형 관)을 포함할 수 있다. 특히, 공기이동관(110)은 복수의 U자 형상을 포함함으로써, 유로(P)가 구불구불하게 S자 형으로 구현될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 공기이동관(110)은 좌우로 길게 형성되고, U자 형상이 양 측에 배치될 수 있다.
쿨링 챔버(100)의 내부는 유체(120)로 채워질 수 있다. 즉, 쿨링 챔버(100) 내부에서 공기이동관(110)을 제외한 나머지 영역은 유체(120)로 채워질 수 있다.
공기이동관(110)을 통과하는 고온의 공기는 쿨링 챔버(100)를 채우는 유체(120) 및 지중(U)과 열교환하여 저온의 공기가 될 수 있다.
쿨링 챔버(100)를 채우는 유체(120)는 물일 수 있다.
공기이동관(110)은 지중에 매설하는 것보다, 쿨링 챔버(100)에 공기이동관(110)을 결합한 후 쿨링 챔버(100)를 지중에 매설하는 것이 용이하고, 공기이동관(110)을 보호하기에 유리할 수 있다.
이 경우, 쿨링 챔버(100) 내부를 물로 채우게 되면, 공기보다 물의 열전도율이 크기 때문에 열교환에 있어 유리해질 수 있다.
한편, 쿨링 챔버(100)를 채우는 유체(120)는 질소기체일 수 있다. 질소기체는 공기이동관(110)의 부식을 방지할 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 지중 열저감 시설의 공기 이동관의 다양한 형태를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 공기이동관(110)은 유로(P)가 길어지도록 적어도 하나의 U자 형상(U자형 관)을 포함하되, 공기이동관(110)은 상하로 길게 형성되고, U자 형상이 상하측에 배치될 수 있다. 이에 따라 유로(P)는 구불구불하되 90° 회전한 S자 형으로 구현될 수 있다.
도 7을 참조하면, 공기이동관(110)은 유로(P)가 길어지도록 나선형(나선형 관)으로 형성될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 나선형을 구성하는 원들은 xy 평면과 평행하게 놓일 수 있으나, 제한되는 것은 아니고, 나선형을 구성하는 원들은 yz 평면과 평행하게 놓이는 등, 다양한 방향으로 형성될 수 있다.
이와 같이, 공기이동관(110)이 어떤 식으로든 유로가 길어지는 방향으로 구불구불하게 형성되면, 공기이동관(110) 내부에서의 공기 체류 시간이 길어지고, 공기이동관(110)의 외부(유체(120)) 및 지중(U)과의 열교환 효율이 증대될 수 있다.
본 발명의 보호범위가 이상에서 명시적으로 설명한 실시예의 기재와 표현에 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 자명한 변경이나 치환으로 말미암아 본 발명의 보호범위가 제한될 수도 없음을 다시 한 번 첨언한다.
10: 지면
20: 설치물
30: 내부관
100: 쿨링 챔버
110: 공기이동관
120: 유체
200: 유입부
300: 유출부
210, 310: 펌프

Claims (9)

  1. 지면으로부터 일정 깊이 깊은 곳에 매설되고, 내부에 공기가 이동하는 유로를 포함하는 쿨링(cooling) 챔버;
    지상의 공기를 상기 쿨링 챔버로 유입시키는 유입부; 및
    상기 쿨링 챔버에서 열교환되어 온도가 저감된 공기를 지상으로 유출시키는 유출부를 포함하는,
    지중 열저감 시설.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링 챔버 내부에는 상기 유로를 형성하는 공기이동관이 결합되는 것을 특징으로 하는,
    지중 열저감 시설.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 공기이동관을 제외한 상기 쿨링 챔버의 내부는 유체로 채워지는 것을 특징으로 하는,
    지중 열저감 시설.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 공기이동관 내부를 이동하는 공기가 와류를 형성하도록, 상기 공기이동관의 내주면에 돌출 구조체가 구비되고,
    상기 돌출 구조체는 상기 공기이동관의 길이방향을 따라 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    지중 열저감 시설.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 공기이동관은,
    상기 유로가 길어지도록 나선형으로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    지중 열저감 시설.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 공기이동관은,
    상기 유로가 길어지도록 적어도 하나의 'U'자 형상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    지중 열저감 시설.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 유체는 물 또는 질소를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    지중 열저감 시설.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 쿨링 챔버 내부에는 상기 유로를 형성하는 복수의 격벽이 구비되는 것을 특징으로 하는,
    지중 열저감 시설.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 유입부 또는 상기 유출부 중 적어도 하나에 연결되어 공기 이동의 동력을 제공하는 펌프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    지중 열저감 시설.

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