KR20230083859A - 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수가 지열공에 삽입 설치되는 열교환코일관들 상호 간은 물론 지열공의 내벽면과도 일정 간격을 유지할 수 있도록 하는 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서에 관한 것이다.
본 발명의 구성은, 열매체가 순환하도록 서로 연결되는 공급부 및 환수부로 구성되어 지열공 내에 삽입 설치되고 열매체의 열을 지중열교환기에 전달하는 다수의 열교환코일관들에 종방향을 따라 등간격을 이루도록 설치되어 상기 열교환코일관들의 간격을 유지하는 다수의 스페이서로서, 종방향에 대한 일정 길이를 가지며 중앙을 이루는 몸체부; 상기 몸체부로부터 방사상 돌출되는 다수의 날개부; 다수의 상기 날개부들 사이의 간격에 형성되어 상기 열교환코일관의 끼움 장착을 안내하는 가이드부; 및 탄성을 갖는 재질로 이루어져 상기 가이드부와 일체로 구비되는 반원의 호 형상으로 상기 열교환코일관이 탄성적으로 끼움 장착되는 장착부;를 포함한다.
본 발명의 구성은, 열매체가 순환하도록 서로 연결되는 공급부 및 환수부로 구성되어 지열공 내에 삽입 설치되고 열매체의 열을 지중열교환기에 전달하는 다수의 열교환코일관들에 종방향을 따라 등간격을 이루도록 설치되어 상기 열교환코일관들의 간격을 유지하는 다수의 스페이서로서, 종방향에 대한 일정 길이를 가지며 중앙을 이루는 몸체부; 상기 몸체부로부터 방사상 돌출되는 다수의 날개부; 다수의 상기 날개부들 사이의 간격에 형성되어 상기 열교환코일관의 끼움 장착을 안내하는 가이드부; 및 탄성을 갖는 재질로 이루어져 상기 가이드부와 일체로 구비되는 반원의 호 형상으로 상기 열교환코일관이 탄성적으로 끼움 장착되는 장착부;를 포함한다.
Description
본 발명은 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서에 관한 것으로, 구체적으로는 다수가 지열공에 삽입 설치되는 열교환코일관들 상호 간은 물론 지열공의 내벽면과도 일정 간격을 유지할 수 있도록 하는 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서에 관한 것이다.
일반적으로 냉난방을 위하여 사용되는 에너지원으로는, 석탄, 석유 또는 천연가스 등과 같은 화석연료나 원자력을 이용하여 생산된 전력 에너지가 사용되고 있으나, 화석연료는 연소과정에서 발생하는 각종 공해물질로 인하여 환경을 오염시키게 됨으로써, 근래에는 이를 대신할 수 있는 대체 에너지의 개발이 활발하게 진행되고 있다.
이러한 대체 에너지로서, 무한한 에너지원을 갖는 풍력, 태양열 또는 지열 등을 이용할 수 있는데, 이들 에너지원은 공기오염과 기후변화에 거의 영향을 받지 않으면서 에너지를 얻을 수 있다는 장점이 있는 반면, 에너지 밀도가 현저히 낮은 단점이 있다.
특히, 풍력과 태양열을 이용하여 에너지를 얻기 위해서는 설치장소의 한계와 함께 넓은 면적이 확보되어야 하며, 단위장치당 에너지 생산용량이 적고 설치 및 유지관리에 많은 비용이 소요되는 단점이 있다.
대체에너지의 일원인 지열에너지는 지하 깊은 곳에 고온의 지열을 이용하여 발전 등에 활용되기도 하고, 10~20℃의 지열을 이용하여 냉난방 시스템에 적용되기도 하는데, 지열을 이용하여 건물 등의 냉난방기술에 적용하는 경우, 기존 냉난방장치에 비하여 최대 40% 이상의 에너지를 절감할 수 있으며, 40~70%의 에너지 발생비용을 절감할 수 있는 것으로 알려져 있다.
이러한 지열을 이용하여 건물 내의 냉난방을 목적으로 지하수와 같은 천연 열저장소를 이용하는 전기장치인 지열 히트펌프 시스템은, 지중열교환기를 구비하여 하절기에는 지중으로 열을 방출하고, 동절기에는 지중으로부터 열을 흡수하는 방식 등으로 운용될 수 있어, 연중 10~20℃의 일정한 온도를 유지하는 지온에 의해, 냉난방 성능이 저하되지 않아 안정적인 운전이 가능하다.
지중열교환기는 일반적으로 지하에 매설되거나 강 또는 호수와 같은 곳에 설치되어, 지열을 건물과 같은 대상물 내외부로 유입 및 유출시키는 것을 반복함으로써, 대상물의 내부를 열교환시키며, 종래의 지열이송용 파이프는 건물측으로 지하열을 유입 및 유출할 수 있도록 U자형 파이프로 구성되고, 파이프의 내부에는 물 또는 부동액 등과 같은 유체가 수용되어 지열을 전가하는 열매체 역할을 한다,
통상적으로 지열이송용 파이프는 건물내의 폐열을 지하로 이송시킬 수 있는 폐열유입파이프와, 폐열유입파이프를 따라 유입된 폐열을 지하로 순환시켜 건물측으로 유출시키는 지열유출파이프로 이루어지며, 폐열유입파이프와 지열유출파이프는 U자형 재순환파이프로 연결된 구조를 가진다.
이러한 지열이송용 파이프는 폐열유입파이프와 지열유출파이프가 하나의 지열공 상에 수직방향으로 나란히 설치됨에 따라, 지열공 등에 삽입시 폐열유입파이프와 지열유출파이프가 서로 꼬이게 되면서 지열공 외벽에 걸리거나, 꼬여진 부위 상에서 파이프간의 열간섭으로 인해 열교환 성능이 저하되는 문제점이 발생하였다.
그리고, 지열이송용 파이프의 설치 후, 그라우팅을 위해 트레미 파이프를 지열공에 삽입하는 경우, 폐열유입파이프와 지열유출파이프간의 꼬임과 불규칙한 방향성으로 인해 트레미 파이프가 지열공 하단까지 명확하게 도달되지 못하여 그라우팅 작업이 견고하게 이루어지지 못하는 경우도 빈번히 발생되고 있었다.
한편, 종래의 기존 지중열교환기의 경우, 지열공에 공급관과 환수관, 총 2개의 관만이 삽입되어 지열공 내부에 빈 공간이 넓게 형성됨으로써, 열교환 효율이 떨어지는 문제가 있었고, 이로 인해 건축물에 필요한 열용량을 충족시키기 위해서는 많은 지열공의 굴착이 요구되었으며, 이에 따라 시설부지의 면적이 넓게 소요되는 문제가 있었다.
이를 해결하기 위해, 3관식이나 4관식 같은 다관식 지중열교환기가 개발된 바 있으며, 열전도시험시 투입열량을 기준으로, 2관식이 대략 50~80W/m인 반면에 4관식의 경우에는 대략 65~105W/m로서 단위 미터당 열교환용량을 크게 향상시킬 수 있음이 확인되었고, 이로 인해 지열공 굴착수향의 감소와 시설부지의 축소 가능성을 높일 수 있었다.
그런데, 상술한 바와 같은 다관식 지중열교환기의 경우, 앞서 언급한 바 있는 파이프간의 꼬임과 불규칙한 방향성의 문제는 더욱 증가될 수밖에 없었고, 단순히 파이프들을 클립 형식으로 붙잡아주는 형태를 취할 수밖에 없는 한계를 극복하기 위한 기술의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 목적은 다수가 지열공에 삽입 설치되는 열교환코일관들 상호 간은 물론 지열공의 내벽면과도 일정 간격을 유지할 수 있도록 하면서도, 장착된 열교환코일관들의 고정이 견고하게 유지될 수 있도록 하여 이탈을 방지함은 물론 지열공 내벽면과의 마찰을 최소화하여 열교환코일관들의 손상을 억제할 수 있도록 하는 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서는, 열매체가 순환하도록 서로 연결되는 공급부 및 환수부로 구성되어 지열공 내에 삽입 설치되고 열매체의 열을 지중열교환기에 전달하는 다수의 열교환코일관들에 종방향을 따라 등간격을 이루도록 설치되어 상기 열교환코일관들의 간격을 유지하는 다수의 스페이서로서, 종방향에 대한 일정 길이를 가지며 중앙을 이루는 몸체부; 상기 몸체부로부터 방사상 돌출되는 다수의 날개부; 다수의 상기 날개부들 사이의 간격에 형성되어 상기 열교환코일관의 끼움 장착을 안내하는 가이드부; 및 탄성을 갖는 재질로 이루어져 상기 가이드부와 일체로 구비되는 반원의 호 형상으로 상기 열교환코일관이 탄성적으로 끼움 장착되는 장착부;를 포함한다.
다수의 상기 날개부는 상단으로 갈수록 뾰족한 형상을 이룰 수 있다.
다수의 상기 날개부는 횡방향 끝단부에 접착부재가 삽입되는 접착홈을 종방향을 따라 형성하여 접착부재를 통해 상기 열교환코일관의 외주면과 접착되는 고정을 이룰 수 있다.
다수의 상기 날개부는 상기 장착부에 삽입된 상기 열교환코일관보다 횡방향으로 더 돌출되는 횡방향 길이를 갖는 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 장착부는 상기 열교환코일관이 삽입되는 입구측의 간격이 상기 열교환코일관의 직경보다 좁게 이루어져 억지끼움 방식으로 삽입된 상기 열교환코일관의 이탈을 방지할 수 있다.
상술한 본 발명의 구성에 의하면, 다수가 지열공에 삽입 설치되는 열교환코일관들 상호 간은 물론 지열공의 내벽면과도 일정 간격을 유지할 수 있게 되면서도, 장착된 열교환코일관들의 고정이 견고하게 유지되어 이탈이 방지됨은 물론 지열공 내벽면과의 마찰이 최소화되어 열교환코일관들의 손상이 억제될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서를 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서에 장착되는 열교환코일관을 접착부재로 고정하는 것을 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서가 적용된 다관식 지중열교환기의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서에 장착되는 열교환코일관을 접착부재로 고정하는 것을 설명하기 위해 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서가 적용된 다관식 지중열교환기의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 상술한 본 발명의 목적을 구현하기 위한 바람직한 실시 구성과 이들 구성에 따른 작용관계에 대하여 설명하겠으며, 종래와 동일 내지 동일 범주에 있는 기술구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명은 다수가 지열공에 삽입 설치되는 열교환코일관들 상호 간은 물론 지열공의 내벽면과도 일정 간격을 유지할 수 있도록 하는 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서에 관한 것이다.
이를 위한 본 발명에 따른 스페이서(100)는, 도 1 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 몸체부(110), 날개부(120), 가이드부(130) 및 장착부(140)를 포함한 구성으로 이루어질 수 있다.
이러한 본 발명의 상세한 설명에 앞서, 다관식 지중열교환기는, 도 3과 같이, 지중에 천공 형성되는 지열공(1), 지열공(1) 안에 삽입 설치되고 열매체의 순환을 이용하여 지열을 회수한 후 공급하는 지중열교환기로서, 그 내부를 따라 열매체를 순환시키는 순환수단(2)과, 순환수단(2)을 통해 지중열교환기에서 공급되는 지열을 열원으로 하여 냉난방열을 생산하여 부하측 열교환기(6)에 공급하는 히트펌프(5, 모든 열교환기를 총칭)와, 지열공(1) 내부에 충진되는 충진재를 포함하며, 지중열교환기는 다관식의 열교환코일관(10)을 기본 구성으로 할 수 있다.
여기에서, 지열공(1)은 종래의 굴착장비를 통해 굴착 형성되지만 열교환코일관(10)들과 유기적 결합관계를 맺고 있는 것으로, 본 발명이 적용될 수 있도록 굴착 형성되는 것이다.
그리고, 순환수단(2)은 열교환코일관(10)들과 히트펌프(5)를 연결하여 열매체가 열교환코일관(10)들과 히트펌프(5)를 순환하도록 하는 연결관(3)과, 열매체를 강제로 순환시키는 순환펌프(4)를 포함할 수 있다.
이때, 연결관(3)은 열매체를 히트펌프(5)에 공급하는 공급부(3-1) 및 히트펌프(5)를 통과한 열매체를 열교환코일관(10)으로 복귀시키는 환수부(3-2)로 구분될 수 있다.
이러한 공급부(3-1)와 환수부(3-2)는 각각 열교환코일관(10)의 수량과 동일하여 1:1로 연결될 수 있고, 또는 다수의 열교환코일관(10)보다 더 적은 수량(예를 들어, 1개)으로 형성되어 다수의 열교환코일관(10)들이 하나로 모아져 연결되는 형태일 수도 있으며, 이와 같은 구성을 통해 열교환코일관(10)이 작게는 2개 많게는 6개 이상이 하나의 지열공(1)에 삽입 설치될 수 있다.
한편, 본 발명의 스페이서(100)는, 열매체가 순환하도록 서로 연결되는 공급부(3-1) 및 환수부(3-2)로 구성되어 지열공(1) 내에 삽입 설치되고 열매체의 열을 지중열교환기에 전달하는 다수의 열교환코일관(10)들에 종방향을 따라 등간격을 이루도록 설치되어 열교환코일관(10)들의 간격을 유지할 수 있도록 기능한다.
예컨대, 스페이서(100)는 하중을 부가하는 목적이 겸해질 경우에는 주물품으로 이루어지되, 외피면이 PVC 또는 PE 코팅되어 HDPE(고밀도 폴리에틸렌) 재질로 이루어진 열교환코일관(10)의 표면이 손상되지 않도록 함이 바람직하고, 단순하게 스페이서(100)로의 기능을 충족시키고자 할 경우에는 합성수지 재질을 이용하여 제작될 수 있다.
이러한 스페이서(100)를 이루는 몸체부(110)는, 도 1 및 도 2와 같이, 종방향에 대한 일정 길이에 따른 두께를 가지며 스페이서(100)의 중앙을 이룰 수 있다.
그리고, 날개부(120)는, 다수가 몸체부(110)의 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 방사상 돌출되는 구조를 갖는 것이다.
이때, 다수의 날개부(120)는 상단으로 갈수록 뾰족한 형상(예를 들어, 종단면이 삼각형)을 이룸으로써, 지중열교환기의 시공과정에서 분말(그래뉼, Granule) 형태로 충진 및 공급되는 충진재(예를 들어, 벤토나이트제재)가 쌓이지 않도록 하거나 트레미관(Tremie Pipe)의 삽입시 장애가 발생되지 않도록 할 수 있다.
또한, 다수의 날개부(120)는 횡방향 끝단부에 접착부재(A)가 삽입되는 접착홈(121)을 종방향을 따라 형성하여 접착부재(A)를 통해 열교환코일관(10)의 외주면과 접착되는 고정을 이룰 수 있고, 예컨대 접착부재(A)는 통상의 접착테이프를 적용할 수 있다.
더불어, 다수의 날개부(120)는 후술하는 장착부(140)에 삽입된 열교환코일관(10)보다 횡방향으로 더 돌출되는 횡방향 길이를 갖는 형상으로 이루어짐으로써, 지중열교환기의 시공과정에서 열교환코일관(10)들이 지열공(1)의 내벽면과 충돌하지 못하도록 하여 손상을 예방할 수 있도록 한다.
한편, 본 발명의 스페이서(100)를 이루는 가이드부(130)는, 다수의 날개부(120)들 사이의 간격에 형성되어 열교환코일관(10)의 끼움 장착을 안내할 수 있도록 기능한다.
이렇게 다수의 날개부(120)들 사이에 가이드부(130)를 형성함은, 날개부(120)들 두께를 통해, 후술하는 장착부(140)에 삽입된 열교환코일관(10)들이 서로 붙지 않고 간격을 유지할 수 있도록 하는 것이고, 이때 날개부(120)들은 열교환코일관(10)들이 서로 붙이 않도록 할 수 있는 적정의 두께로 이루어질 수 있다.
그리고, 장착부(140)는, 탄성을 갖는 재질의 얇은 판막 형태로 이루어져 가이드부(130)와 일체로 구비되는 반원의 호 형상으로 열교환코일관(10)이 탄성적으로 끼움 장착될 수 있다.
여기에서, 장착부(140)는 열교환코일관(10)이 삽입되는 입구측의 간격이 열교환코일관(10)의 직경보다 좁게 이루어져 억지끼움 방식으로 삽입된 열교환코일관(10)의 이탈을 방지할 수 있도록 기능한다.
이를 통해, 지중열교환기의 시공과정이나 지중열교환기의 사용과정에서 물리적으로 강한 힘이 작용하는 경우를 제외하고는, 견고하게 장착된 열교환코일관(10)이 이탈될 수 없는 구조를 이룰 수 있게 된다.
결국, 본 발명에 따른 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서(100)는, 다수가 지열공(1)에 삽입 설치되는 열교환코일관(10)들 상호 간은 물론 지열공(1)의 내벽면과도 일정 간격을 유지할 수 있게 되면서도, 장착된 열교환코일관(10)들의 고정이 견고하게 유지되어 이탈이 방지됨은 물론 지열공(1) 내벽면과의 마찰이 최소화되어 열교환코일관(10)들의 손상이 억제될 수 있는 것이다.
본 발명에서 상기 실시 형태는 하나의 예시로서 본 발명이 여기에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술적 사상과 실질적으로 동일한 구성을 갖고 동일한 작용효과를 이루는 것은 어떠한 것이라도 본 발명의 기술적 범위에 포함된다.
1 : 지열공
2 : 순환수단
3 : 연결관 3-1 : 공급부
3-2 : 환수부 4 : 순환펌프
5 : 히트펌프 6 : 부하측 열교환기
10 : 열교환코일관 100 : 스페이서
110 : 몸체부 120 : 날개부
121 : 접착홈 130 : 가이드부
140 : 장착부 A : 접착부재
3 : 연결관 3-1 : 공급부
3-2 : 환수부 4 : 순환펌프
5 : 히트펌프 6 : 부하측 열교환기
10 : 열교환코일관 100 : 스페이서
110 : 몸체부 120 : 날개부
121 : 접착홈 130 : 가이드부
140 : 장착부 A : 접착부재
Claims (5)
- 열매체가 순환하도록 서로 연결되는 공급부 및 환수부로 구성되어 지열공 내에 삽입 설치되고 열매체의 열을 지중열교환기에 전달하는 다수의 열교환코일관들에 종방향을 따라 등간격을 이루도록 설치되어 상기 열교환코일관들의 간격을 유지하는 다수의 스페이서로서,
종방향에 대한 일정 길이를 가지며 중앙을 이루는 몸체부;
상기 몸체부로부터 방사상 돌출되는 다수의 날개부;
다수의 상기 날개부들 사이의 간격에 형성되어 상기 열교환코일관의 끼움 장착을 안내하는 가이드부; 및
탄성을 갖는 재질로 이루어져 상기 가이드부와 일체로 구비되는 반원의 호 형상으로 상기 열교환코일관이 탄성적으로 끼움 장착되는 장착부;를 포함함을 특징으로 하는 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서.
- 제1항에 있어서,
다수의 상기 날개부는 상단으로 갈수록 뾰족한 형상을 이룸을 특징으로 하는 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서.
- 제1항에 있어서,
다수의 상기 날개부는 횡방향 끝단부에 접착부재가 삽입되는 접착홈을 종방향을 따라 형성하여 접착부재를 통해 상기 열교환코일관의 외주면과 접착되는 고정을 이룸을 특징으로 하는 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서.
- 제1항에 있어서,
다수의 상기 날개부는 상기 장착부에 삽입된 상기 열교환코일관보다 횡방향으로 더 돌출되는 횡방향 길이를 갖는 형상으로 이루어짐을 특징으로 하는 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서.
- 제1항에 있어서,
상기 장착부는 상기 열교환코일관이 삽입되는 입구측의 간격이 상기 열교환코일관의 직경보다 좁게 이루어져 억지끼움 방식으로 삽입된 상기 열교환코일관의 이탈을 방지함을 특징으로 하는 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210172247A KR102648324B1 (ko) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020210172247A KR102648324B1 (ko) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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| KR20230083859A true KR20230083859A (ko) | 2023-06-12 |
| KR102648324B1 KR102648324B1 (ko) | 2024-03-18 |
Family
ID=86770365
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210172247A KR102648324B1 (ko) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | 다관식 지중열교환기의 열교환코일관 스페이서 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102648324B1 (ko) |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20080092726A (ko) | 2007-04-13 | 2008-10-16 | 고려대학교 산학협력단 | 지열냉난방용 지중열교환기 및 그 시공방법. |
| JP2014070697A (ja) * | 2012-09-28 | 2014-04-21 | Sekisui Chem Co Ltd | チューブ保持スペーサ |
| KR101618006B1 (ko) * | 2015-04-30 | 2016-05-03 | 김길수 | 지열용 열교환밴드 스페이서 |
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| KR20190059644A (ko) | 2017-11-23 | 2019-05-31 | 한국과학기술연구원 | 지중 열교환기 |
| KR102197104B1 (ko) * | 2019-06-26 | 2020-12-30 | 주식회사 지앤지테크놀러지 | 다관식 수직밀폐형 지중열교환기를 구성한 지열 시스템 및 이의 설치방법 |
-
2021
- 2021-12-03 KR KR1020210172247A patent/KR102648324B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (6)
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR102648324B1 (ko) | 2024-03-18 |
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