KR20230170477A - 동력판넬 내 지하수 유입방지가 가능한 지열 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동력판넬 내 지하수 유입방지가 가능한 지열 시스템에 관한 것으로, 지중홀 안의 지하수가 자연수위로 인하여 지상으로 유출되더라도 동력판넬에 침투하지 않도록 하여 동력판넬과 시스템을 보호하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 동력판넬 내 지하수 유입방지가 가능한 지열 시스템은, 일측의 지중홀측 연결부(12)가 지중에 시공된 지열공(1)과 연결되며 상기 지열공의 상부를 향해 배관되고 타측의 동력판넬측 연결부(13)가 동력판넬(3)과 연결되어 내부에 케이블(2)이 배선되는 케이블 보호관(10)을 포함하며, 상기 케이블 보호관은 동력판넬의 위쪽에서 분기되어 동력판넬에 연결됨으로써 지하수가 동력판넬에 침투하는 것을 막아준다. 또한, 상기 지열공에서부터 상기 케이블 보호관의 내부에 유입되는 지하수를 상기 케이블 보호관에서 배수하는 배수시설을 포함한다.

Description

동력판넬 내 지하수 유입방지가 가능한 지열 시스템{A geothermal system that can prevent the inflow of underground water into the power panel}

본 발명은 지열 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지중홀에 설치되는 설비(수중펌프 등)와 케이블로 연결되는 동력판넬을 자연수위에 의해 차오르는 지하수의 침투로부터 보호하는 동력판넬 내 지하수 유입방지가 가능한 지열 시스템에 관한 것이다.

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

지하수는 미래 인류의 새로운 자원으로서 조명되고 있으며 한국 또한 지하수의 사용량이 계속 증가 추세에 있어 그 사용량 비율이 전체 용수 사용량의 약 10%에 육박하고 있고 선진각국의 개발 현황과 대비하여 보면 향후 국내 지하수 사용 비율은 지속적으로 증가되어 20%를 상회할 것이라는 예측이 가능하여 현재의 지하수 사용량에 비해 약 2.5배가 넘는 약 60억 톤의 개발 잠재량을 보유하고 있다고 분석되고 있다.

지하수의 자원은 식수, 열원의 자원으로 사용되고 있으며, 그 배경은 다음과 같다.

지중 온도는 사계절 변함없이 17℃ 내지 18℃의 온도를 연중 유지하여 이 온도를 갖고 있는 지하수를 양수하여 히트펌프를 사용하여 열을 이용하게 되는 경우 지하수 심정 펌프의 양수량이 시간당 1000리터에 이르고 온도차가 4℃인 경우 시간당 4000킬로칼로리에 이르는 열량 확보가 가능하고 이렇게 열교환되어 상승되거나 혹 낮아진 지하수의 온도는 환수관을 통해 지하수 지열공 내부로 유입되어 지중의 열에 의해 다시금 열교환되어 지하수의 온도는 낮아지거나 혹 다시금 높아진 상태를 유지하게 되면서 이러한 사이클이 지속적으로 사용가능한 상태를 유지할 수 있게 된다. 이러한 원리를 이용한 시설이 지열 시스템(지열을 이용한 냉난방시스템)이다.

지열 시스템은 지중에 형성되는 지열공을 이용하는 것으로 개방형과 밀폐형으로 구분된다. 개방형은 일반 지하수 양수 시스템과 유사하나 수중모터펌프에 의해 양수된 지하수를 지상에 설치된 히트펌프의 열교환기를 거쳐 열교환시킨 다음 순환되어 돌아온 지하수를 다시금 지열공 내부로 환수시켜 지중 열을 교환시킬 수 있도록 한 것이다.

즉, 지열 시스템과 지하수 양수 시스템은 지중홀(지열공, 관정) 안에 설비로서 수중펌프와 양수관 등을 설치하여 지하수를 순환시키는 것으로, 상기 설비를 필수요소로 한다. 상기 설비는 케이블을 통해 동력판넬과 연결되어 신호를 전달받아 온/오프 제어되고 동력을 전달받아 구동하여 지하수를 양수한다.

한편, 지열 시스템(또는 지하수 양수 시스템)이 건축물의 기초층 아래에 시공되어 운용되는 경우 지열공 안의 지하수가 지열공 밖으로 유출될 수 있으며, 예를 들어 수중펌프가 정지된 상태에서 지하수의 양이 많아지는 경우 지하수의 자연수위가 높아지면서 지열공 밖으로 유출된다. 이 때, 지열공의 밖에는 동력판넬이 설치되는데 종래에는 자연수위로 인해 지상으로 유출되는 지하수로부터 동력판넬을 보호할 기술이 없어 동력판넬 안에 지하수가 침투할 수 있고 결과적으로 합선 및 누전 등에 의한 폭발사고나 감전사고의 위험성이 있다.

등록특허 제10-1605304호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 지중홀 안의 지하수가 자연수위로 인하여 지상으로 유출되더라도 동력판넬에 침투하지 않도록 하여 동력판넬과 시스템을 보호하는 동력판넬 내 지하수 유입방지가 가능한 지열 시스템을 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 동력판넬 내 지하수 유입방지가 가능한 지열 시스템은, 일측의 지중홀측 연결부가 지중에 시공된 지중홀과 연결되며 상기 지중홀의 상부를 향해 배관되고 타측의 동력판넬측 연결부가 동력판넬과 연결되어 내부에 케이블이 배선되는 케이블 보호관을 포함하되; 상기 케이블 보호관은 보호관 본체가 상하 종방향으로 배관되고 상기 동력판넬측 연결부가 상기 동력판넬보다 위쪽에서 상기 보호관 본체로부터 분기되어 아래쪽에 있는 상기 동력판넬을 향해 배관되어 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 지중홀에서부터 상기 케이블 보호관의 내부에 유입되는 지하수를 상기 케이블 보호관에서 배수하는 배수부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 동력판넬 내 지하수 유입방지가 가능한 지열 시스템에 의하면, 지중홀 안에서 지하수가 자연수위로 인하여 상승하는 경우 케이블의 배선을 위한 케이블 보호관을 이용하여 지하수의 상승을 유도하고 동력판넬에 침투하지 않도록 유도 배수함으로써 자연수위의 상승 현상이 발생하더라도 지하수가 동력판넬에 침투하는 것을 막을 수 있고 결국 동력판넬 안에서 지하수에 의한 합선과 누전을 방지할 수 있으므로 시스템을 보호하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 동력판넬 내 지하수 유입방지가 가능한 지열 시스템의 구성도.
도 2는 동력판넬 내 지하수 유입방지가 가능한 지열 시스템에 적용된 전선보호관의 상세도.

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.

도 1과 도 2에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 동력판넬 내 지하수 유입방지가 가능한 지열 시스템은, 지열공(1) 안에 설치되는 설비(5)(수중 펌프 등)에 전력을 공급하고 신호를 전달하는 케이블(동력케이블, 신호선 등)(2)을 배선하고 지하수로부터 보호하는 케이블 보호관(10), 케이블 보호관(10)의 내부에 유입되는 지하수를 배수하는 배수시설로서 유도 배수관(20)을 포함한다.

지열공(1)은 건축물의 지하에 시공되고 상부에 상부보호공(4)이 설치되며 내부에 상기 설비가 설치되는 개방형의 지열공이다. 상부보호공(4)은 상하부가 개방된 몸체 및 상기 몸체의 상부를 개폐하는 덮개로 이루어지고, 또한 지하수가 상기 몸체의 외주면을 타고 지상으로 유출되지 않도록 상기 몸체의 외주부에는 지수부재(예를 들어, 지수판과 지수링의 조합)가 설치된다.

지열공(1)은 본 발명의 이해를 돕기 위한 일 예일 뿐이며, 설비를 통해 지하수를 양수하는 관정도 포함되고, 즉, 본 발명은 지하수를 양수하는 모든 지중홀을 대상으로 하는 것이다.

케이블 보호관(10)은 설치 상태를 기준으로 할 때 상하 종방향으로 배관되는 보호관 본체(11), 보호관 본체(11)의 일측 단부로서 지열공(1) 또는 상부보호공(4)(상부보호공에 연결되는 것을 예로 들어 도시하고 설명함)에 연결되는 지중홀측 연결부(12) 및 보호관 본체(11)의 타측 단부로서 동력판넬(3)에 연결되는 동력판넬측 연결부(13)로 구성된다.

이와 같은 구성의 케이블 보호관(10)은 보호관 본체(11)가 지열공(1)의 옆에 상하로 배관되어 하부의 일부분이 지중에 매설되고, 지중홀측 연결부(12)은 보호관 본체(11)의 하단부에서 횡방향을 따라 형성되어 단부가 상부보호공(4)에 형성되는 구멍 또는 관형의 소켓에 연결(커플링 등)되며, 동력판넬측 연결부(13)는 보호관 본체(11)의 상부에서 횡방향을 따라 형성되어 단부가 동력판넬(3)에 고정(볼팅 등 다양한 고정이 가능)되어 지열공(1) 안에서부터 동력판넬(3)까지 케이블(2)이 배선되도록 하고 케이블(2)을 감싸 보호한다.

동력판넬측 연결부(13)는 보호관 본체(11)의 옆에서 분기되어 동력판넬(3)까지 배관되는 것으로, 보호관 본체(11)에 분기되어 횡방향을 따라 형성되는 수평부 및 상기 수평부의 단부에서 동력판넬(3)을 향해 하부로 형성되는 수직부를 포함하는 구조이고, 이러한 구조를 통해 보호관 본체(11) 내부의 지하수가 동력판넬(3)에 침투하지 못하도록 한다. 즉, 상기 수평부는 동력판넬(3)보다 위쪽이다. 따라서, 동력판넬측 연결부(13)는 보호관 본체(11)와 연결되는 위치(분기 위치)가 동력판넬(3)보다 위쪽인 것을 특징으로 하는 것이므로 수평부와 수직부로 형성되는 것으로 한정되지 아니하고 보호관 본체(11)에서 동력판넬(3)을 향해 하향 경사지는 경사부의 단독 구성도 가능하며 또한 일부 지하수의 저장을 위하여 트랩 형태(U형 관)의 부분이 더 포함될 수도 있다.

동력판넬측 연결부(13)의 분기 위치는 보호관 본체(11)의 상단 아래쪽(후술하는 점검구(15)의 아래)이면서 동력판넬(3)의 상단보다 높은 위치이다.

케이블 보호관(10)은 벤트(14)가 구성된다. 벤트(14)는 케이블 보호관(10) 내부를 외부와 통하게 하는 것으로 케이블 보호관(10) 내부의 공기를 외부로 배출하여 지하수가 자연수위로 유지되도록 하고 원활한 배수에도 도움을 준다.

벤트(14)는 보호관 본체(11)의 상단부에 개방부가 저부를 향하는 구조로서 직선형의 보호관 본체(11)의 상단부에 유(U)형의 관을 뒤집어 연결하는 형태로 구성될 수 있다.

또한, 케이블 보호관(10)은 내부와 케이블(2)의 점검을 위하여 점검구(15)가 포함될 수 있다. 점검구(15)는 벤트(14)의 아래에 둘레부를 향해 개방되는 구멍 또는 관으로 구성되고 덮개(16)를 통해 개폐된다.

보호관 본체(11)는 지중과 지상에 걸쳐 배관되고, 이 때, 건축물의 지하를 구성하는 콘크리트층에서 지하수가 보호관 본체(11)의 외주면을 타고 지상으로 유출될 수 있으며, 이를 막기 위하여 보호관 본체(11)의 지중에 매설되는 부분에는 지수부재(17)가 설치될 수 있다. 지수부재(17)는 보호관 본체(11)의 둘레부에 결합되는 환형의 지수판 및 상기 지수판의 저부에 결합되는 지수링의 조합으로 구성될 수 있다.

보호관 본체(11)와 지중홀측 연결부(12) 및 동력판넬측 연결부(13)는 단품으로 제작된 후 조립될 수 있고, 또한 각각의 구성(11,12,13)은 2개 이상의 조립으로 구성될 수 있다.

케이블(2)은 케이블 보호관(10) 안에서 동력판넬측 연결부(13)와 보호관 본체(11) 및 지중홀측 연결부(12)를 따라 배선되고, 이 때, 동력판넬측 연결부(13)의 위쪽까지 배선 즉 이 부분에서 일부분이 겹쳐지도록 배선될 수 있다. 케이블(2)의 방향 전환을 위하여 보호관 본체(11)의 안에는 방향전환핀(케이블(2)이 상기 방향전환핀에 매달려 배선)이 설치될 수 있다. 이 부분은 점검구(15)가 있는 부분이기 때문에 점검구(15)를 열고 겹쳐지도록 배선 작업하는 것이 가능하다.

한 장소에 2개 이상의 지열공이 구성되어 운용되는 경우 각각의 지열공에 설치되는 설비의 케이블을 모아 배선하고 보수작업을 할 수 있도록 맨홀을 추가할 수 있다.

유도 배수관(20)은 보호관 본체(11)의 둘레부에서 분기되며 그 분기 위치는 동력판넬측 연결부(13)의 분기 위치보다 아래쪽이며, 따라서, 보호관 본체(11) 안에 차오르는 지하수를 보호관 본체(11)의 외부로 유도 배수한다.

유도 배수관(20)은 별도의 추가 구성없이 토출구에 배수호스를 연결하여 배수하는 것도 가능하고 다음과 같은 시설이 추가될 수도 있다. 또한, 유도 배수관(20)은 필수 구성은 아니며 즉, 케이블 보호관(10)의 동력판넬측 연결부(13)의 구조만으로도 동력판넬측 연결부(13) 아래까지 지하수가 차오르는 경우 지하수를 배수하지 않아도 지하수가 동력판넬(3)쪽으로 흐리지 않고 결국 동력판넬(3)을 지하수로부터 보호할 수 있기 때문이다.

또한, 배수시설은 보호관 본체(11)에 형성되는 구멍도 가능하다.

배수시설은 유도 배수관(20)과 함께 유도 배수관(20)을 통해 유도 배수되는 지하수를 배수하는 배수관(30) 및 집수탱크(40)를 포함할 수 있다. 배수관(30)은 유도 배수관(20)과 연결되어 유도 배수관(20)을 통해 유도되는 지하수를 배수하고, 집수탱크(40)는 배수관(30)을 따라 배수되는 지하수를 집수한다.

배수관(30)은 건축물에 설치되어 있는 기성의 배수관 또는 본 발명을 위하여 신규로 설치되는 배수관 모두가 가능하다. 도면 중 미설명 부호 31은 배수관(30)에 다단으로 형성되어 건축물의 각층에서 물을 배수하는 집수덕트이다.

유도 배수관(20)의 유입측(보호관 본체(11)에 연결되는 부분) 또는 유도 배수관(20)의 유입측과 대응하는 보호관 본체(11)의 안쪽에는 하부에서 차오르는 지하수를 유도 배수관(20)으로 유도하는 판형의 가이드가 포함될 수 있다.

본 발명에 의한 동력판넬 내 지하수 유입방지가 가능한 지열 시스템에 따르면, 지열공(1) 안에 설치된 설비(5)는 케이블(2)을 통해 동력판넬(3)로부터 신호와 동력을 전달받아 구동하여 지하수를 양수한다. 케이블(2)은 케이블 보호관(10)의 내부에 배선되어 케이블 보호관(10)으로부터 보호를 받아 신호와 동력을 안정적으로 공급한다.

한편, 지하수의 수위가 건축물의 바닥보다 높은 경우 지열공(1) 내부의 지하수는 케이블 보호관(10)의 지중홀측 연결부(12)에 유입되고 보호관 본체(11) 안에 차오르게 된다. 케이블(2)은 외부가 방수 처리되어 있기 때문에 케이블 보호관(10) 안에 지하수가 차더라도 지하수에 의해 손상되지 않는다.

동력판넬측 연결부(13)의 분기 위치가 동력판넬(3)보다 위쪽이기 때문에 지하수의 자연수위가 동력판넬(3)보다 더 높더라도 지하수가 동력판넬(3)에 침투하지 못한다.

한편, 유도 배수관(20)이 적용된 경우, 지하수는 보호관 본체(11) 안에 차오르다가 유도 배수관(20)의 위치에서 유도 배수관(20)으로 유도되어 배수된다. 즉, 보호관 본체(11)의 내부에는 유도 배수관(20) 상부로 지하수가 차오르지 못하고 결국 동력판넬(3)쪽으로는 유입되지 않으므로 지하수에 의한 동력판넬(3)의 손상을 방지한다.

한편, 케이블 보호관(10)의 내부 및/또는 케이블(2)의 점검이 필요한 경우 덮개(16)를 분리하여 점검구(15)를 개방하고, 점검구(15)를 통해 케이블 보호관(10)의 내부를 육안으로 확인하여 점검한다.

1 : 지열공, 2 : 케이블
3 : 동력판넬, 4 : 상부보호공
10 : 케이블 보호관, 11 : 보호관 본체
12 : 지중홀측 연결부, 13 : 동력판넬측 연결부
14 : 벤트, 15 : 점검구
16 : 덮개, 20 : 유도 배수관
30 : 배수관, 40 : 집수탱크

Claims (5)

1. 일측의 지중홀측 연결부가 지중에 시공된 지중홀과 연결되며 상기 지중홀의 상부를 향해 배관되고 타측의 동력판넬측 연결부가 동력판넬과 연결되어 내부에 케이블이 배선되는 케이블 보호관을 포함하되;
   상기 케이블 보호관은 보호관 본체가 상하 종방향으로 배관되고 상기 동력판넬측 연결부가 상기 동력판넬보다 위쪽에서 상기 보호관 본체로부터 분기되어 아래쪽에 있는 상기 동력판넬을 향해 배관되어 연결되는 것을 특징으로 하는 동력판넬 내 지하수 유입방지가 가능한 지열 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 케이블 보호관은 상기 지중홀에서부터 상기 케이블 보호관의 내부에 유입되는 지하수를 상기 케이블 보호관에서 배수하는 배수부를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력판넬 내 지하수 유입방지가 가능한 지열 시스템.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 케이블 보호관의 보호관 본체는 상단부에 저부를 향해 개방되는 벤트를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력판넬 내 지하수 유입방지가 가능한 지열 시스템.
4. 청구항 2 또는 청구항 3에 있어서, 상기 케이블 보호관의 보호관 본체는 덮개를 통해 개폐되는 점검구를 포함하는 것을 특징으로 하는 동력판넬 내 지하수 유입방지가 가능한 지열 시스템.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 배수시설은 일측이 상기 케이블 보호관의 내부와 통하도록 연결되는 한편 타측이 배수관에 연결되어 상기 케이블 보호관 안에 있는 지하수를 유도배수하는 유도 배수관을 포함하는 것을 특징으로 하는 동력판넬 내 지하수 유입방지가 가능한 지열 시스템.
   

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