KR20230170877A - 지열 열매체 순환 장치 및 그 시공 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지열 열매체 순환 장치에 관한 것으로, 대규모 지열설비를 위하여 다수개의 지열공과 순환관을 설치할 때 기계실에서 히트펌프에 소수의 관로만 연결하고 또한 일부 순환관에서 누출이 발생하는 경우 소수의 순환관만 사용중지하고 나머지 순환관을 정상 운전할 수 있으면서 넓은 부지의 확보없이 설치하여 운용할 수 있는 것이다.
본 발명에 의한 지열 열매체 순환 장치는, 지중에 형성되는 다수개의 지열공에 설치되며 열매체를 순환시키는 다수개의 순환관으로 공급관(11)과 환수관(21)과; 상기 지열공 주변에 설치되어 다수개의 순환관들과 연결되며 다수개의 순환관들을 통해 순환되는 열매체를 통합하는 중간측 헤더로 2개 이상의 중간측 공급 헤더(10) 및 중간측 환수 헤더(20)와; 상기 중간측 헤더에 수용되는 열매체를 전달하는 것으로 상기 순환관보다 적은 수량으로 구성되어 상기 중간측 헤더에 연결되는 전달관으로 공급측 전달관(12) 및 환수측 전달관(22)과; 상기 전달관이 연결되어 상기 전달관을 통해 순환되는 열매체를 통합하는 메인측 헤더로 메인측 공급 헤더(30) 및 메인측 환수 헤더(40)와; 상기 메인측 헤더에 수용되는 열매체를 전달하는 것으로 상기 전달관보다 적은 수량으로 구성되어 히트펌프에 연결되는 메인관을 포함하고, 상기 메인측 헤더를 기계실의 내부에 설치하는 한편 상기 중간측 헤더를 기계실의 외부에 설치하면서 상기 기계실 안에서 상기 순환관보다 적은 수량의 메인관을 설치한다.

Description

지열 열매체 순환 장치 및 그 시공 방법{Geothermal heat medium circulation device and its construction method}

본 발명은 지열 열매체 순환 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대규모 지열설비를 위하여 다수개의 지열공과 순환관을 설치할 때 기계실에서 히트펌프에 소수의 관로만 연결하고 또한 일부 순환관에서 누출이 발생하는 경우 소수의 순환관만 사용중지하고 나머지 순환관을 정상 운전할 수 있는 지열 열매체 순환 장치 및 그 시공 방법에 관한 것이다.

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

지열이란 지중 지반의 고유의 열과 지하수를 굴착하여 양수되는 지하수가 갖고 있는 고유열을 통칭하는 것으로서 일반적으로 지표하부를 100미터이상 500미터 내외의 깊은 깊이로 지열공을 굴착한 후 지열공에 열교환 매체가 순환하는 파이프를 설치하여 열교환 매체가 회수한 열을 히트펌프에 공급하거나 지하수를 양수하여 지하수가 갖고 있는 열을 히트펌프에 공급하여 냉난방열을 생산하는 열교환시스템을 통해 이용되고 있다.

한편, 대규모 지열설비를 설치하게 될 경우 부지 내에 다수의 지열공을 천공하고 이들 지열공에 설치된 다수의 공급관과 환수관을 지열공들 사이에 수평배관으로 연결하여 기계실로 끌어 인입시킨 뒤 공급 및 환수 메인헤더에 연결하여 히트펌프로 이어주게 된다.

지열공이 다수로 설치될 경우 누출사고발생으로부터 지열시스템 전체의 운전불능 등 손실을 방지하기 위해 10공 내외를 한 개의 존으로 묶어 헤더(header)로 인입시키거나 지중에서 10개 내외의 관을 한 개의 공급관 또는 환수관으로 묶어 지중에서 연결된 관을 기계실로 인입시키게 된다.

이런 과정에서도 지중에서 10개의 지열공이 묶여 기계실에 들어올 때라 할지라도 결국 헤더에 물리는 주관 한 개당 수십 개의 지열공이 연결되고 결국 어느 한 개의 지열공이 부동액 등 순환열매체가 누출발생되더라도 지중에서 연결된 헤더에 결합되어 있는 수십 개의 지열공이 사용불능 상태가 되는 손실이 발생한다.

더욱이 도심지의 경우 다수의 지열공으로부터 인입되는 지열관은 다시 다수의 헤더 설치가 요구되고 기계실 내 배관 구성에도 막대한 비용이 요구됨은 물론 넓은 기계실 면적이 필수적으로 요구되어 건축비의 상승 또는 용도제한 등이 발생하게 된다. 특히, 건축물 기초 바닥부위 콘크리트 타설구간에 과대하게 포설되는 지열관 수평배관은 건축물의 구조안정을 위해 지열관 수평관 배치에 세밀한 검토가 필요하게 되는 어려움이 있다.

등록특허 제10-1832459호는 토출관 햇더와 환수관 햇더를 이용하여 다수개의 지열공과 단일의 히트펌프를 연결하는 기술을 포함하는 것이며, 단일의 토출관 햇더와 환수관 햇더만을 이용하기 때문에 토출관 햇더 또는 환수관 햇더에서 누출이 발생하거나 상기 햇더들에 연결된 소수의 관로에서 누출이 발생하는 경우, 시스템 전체를 정지시켜야 하는 것을 확인할 수 있고, 상기 햇더들에 많은 수량의 관로가 연결되어 설치와 운용에 어려움이 있다.

등록특허 제10-1832459호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 대규모 지열설비를 위하여 다수개의 지열공과 순환관을 설치할 때 기계실에서 히트펌프에 소수의 관로만 연결하고 또한, 일부 순환관에서 순환열매체의 누출이 발생하는 경우 소수의 순환관만 사용중지하고 나머지 순환관을 정상 운전할 수 있으면서 넓은 부지 또는 기계실 면적의 확보없이 설치하여 운용할 수 있는 지열 열매체 순환 장치 및 그 시공 방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 의한 지열 열매체 순환 장치는, 지중에 형성되는 다수개의 지열공에 설치되며 열매체를 순환시키는 다수개의 순환관과; 상기 지열공 주변에 설치되어 다수개의 순환관들과 연결되며 다수개의 순환관들을 통해 순환되는 열매체를 통합하는 중간측 헤더와; 상기 중간측 헤더에 수용되는 열매체를 전달하는 것으로 상기 순환관보다 적은 수량으로 구성되어 상기 중간측 헤더에 연결되는 전달관과; 상기 전달관이 연결되어 상기 전달관을 통해 순환되는 열매체를 통합하는 메인측 헤더와; 상기 메인측 헤더에 수용되는 열매체를 전달하는 것으로 상기 전달관보다 적은 수량으로 구성되어 히트펌프에 연결되는 메인관을 포함하고, 상기 메인측 헤더를 기계실의 내부에 설치하는 한편 상기 중간측 헤더를 기계실의 외부에 설치하면서 상기 기계실 안에서 상기 순환관보다 적은 수량의 메인관을 설치하는 것을 특징으로 한다.

상기 중간측 헤더는 보호박스의 내부에 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 중간측 헤더는 건축물의 지하층에 형성되는 공간에 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 중간측 헤더에는 온도측정장치 또는 압력측정장치 및 밸브장치를 설치하는 것을 특징으로 한다.

상기 중간측 헤더에 연결된 전달관은 지중 또는 기초바닥 콘크리트에 매입되지 설치하지 않고 건축물 천정배관으로 설치되도록 한 것을 특징으로 한다

본 발명에 의한 지열 열매체 순환 장치에 의하면, 대규모 지열설비에 맞춰 무수히 많은 수량의 지열공과 순환관이 설계되는 경우 메인측 헤더와 지열공의 순환관 사이를 중간측 헤더로 분할하여 기계실에서 소수(1개 또는 2개)의 메인관 또는 전달관이 배관되기 때문에 기계실을 넓게 확보하지 않고서도 지열 헤더와 부속배관의 배치와 설치 및 운용이 용이하고, 또한 건축비 및 기계설비 시공 비용을 절감하는 효과가 있다.

그리고, 또한, 일부의 순환관이나 중간측 헤더에서 누출이 발생되거나 점검이 필요한 경우 누출과 관련된 중간측 헤더만 정지시키고 나머지 중간측 헤더 및 그에 따른 메인측 헤더와 관로의 사용이 가능하므로 지열 냉난방 시스템의 정상 운전이 가능하다.

또한, 중간측 헤더를 보호박스로 보호하는 경우 중간측 헤더 부분에서 누출이 발생된 것을 신속하게 확인할 수 있어 빠른 보수가 가능하다.

또한, 건축물의 지하층에서 기초부를 순환관의 배관을 위한 중간헤더 설치 공간으로 이용하여 시공이 용이하다.

또한, 중간측 헤더에 연결된 순환관에 온도측정장치 및 압력측정장치, 유속측정장치, 정유량 밸브를 구성하여 그룹별 제어가 가능하고 따라서 지중 열교환기의 열교환 성능 향상 및 지중 운전상황 파악 및 조정이 용이하다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 의한 지열 열매체 순환 장치가 적용된 지열 냉난방시스템의 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예 1에 의한 지열 열매체 순환 장치의 확대 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예 1에 의한 지열 열매체 순환 장치에 적용된 순환관의 다른 배관 상태 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예 1에 의한 지열 열매체 순환 장치에 적용된 누출센서의 구성도.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 의한 지열 열매체 순환 장치의 다른 설치 예시도.
도 6과 도 7은 본 발명의 실시예 2에 의한 지열 열매체 순환 장치의 설치 상태 사시도와 정면도.
도 8과 도 9는 본 발명의 실시예 2에 의한 지열 열매체 순환 장치의 다른 설치 상태 정면도와 측면도.
도 10은 본 발명에 의한 지열 열매체 순환 장치에 리버스 리턴관이 적용된 도면.
도 11과 도 12는 각각 본 발명에 의한 지열 열매체 순환 장치가 적용되는 지열방식에 따른 지열공과 순환관의 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.

본 발명에 의한 지열 열매체 순환 장치는 중간측 헤더를 이용한 것을 특징으로 하며, 부수적으로 보호박스를 이용한 것(실시예 1), 헤더와 순환관의 위치에 따른 유기적 결합관계를 이용한 것(실시예 2)으로 구분된다.

<실시예 1>

본 실시예에 의한 지열 열매체 순환 장치가 적용되는 지열공 및 순환관 배관 패턴을 먼저 설명하면, 도 1에서 보이는 것처럼, 다수개의 지열공(1)이 지중에 형성되며, 다수의 지열공(1)들에 설치되는 공급관(11)과 환수관(21)들을 중간측 헤더(중간측 공급 헤더(10)와 중간측 환수 헤더(20))로 연결하여 그룹화하고, 2개의 중간측 공급 헤더(10)들과 중간측 환수 헤더(20)들을 공급 전달관(12)과 환수 전달관(22)을 통해 1개의 메인측 헤더(메인 공급 헤더(30)와 메인 환수 헤더(40))로 묶고 메인 공급 헤더(30)와 메인 환수 헤더(40)를 히트펌프(50)와 연결한 것이다.

즉, 도 1은 지열공들을 3개의 그룹으로 분류하여 3개의 중간측 공급 헤더들과 중간측 환수 헤더가 적용된 예시도다.

본 발명은 수직 밀폐형(도 11)과 개방형(도 12) 모두 적용 가능하고, 수직 밀폐형은 지열공(1) 내부에 유(U) 형태로 연결되어 공급부와 환수부를 갖는 열교환 코일관(11a)(일체형의 순환관)이 삽입되고 지열공(1) 내부가 그라우팅(1-1)된 것이고, 개방형은 지열공(1)의 상측 개방부가 상부보호공(1-2)으로 밀폐되면서 내부에 유공관(1-3)이 설치되어 지열공(1) 내부를 공급공간 및 환수공간으로 구획하고 공급관(11)과 환수관(21)이 상기 공급공간과 환수공간에 설치된 것이다. 하기에서는 개방형을 예로 들어 도시하고 설명한다.

도 2는 본 실시예에 의한 지열 열매체 순환 장치의 설치 상태 단면도로서, 중간측 공급 헤더(10)와 공급관(11)들이 연결된 예시도이고, 메인 공급 헤더(30) 및 메인 환수 헤더(40)도 동일하게 구성 가능하다. 단, 메인측 헤더인 메인 공급 헤더(30)와 메인 환수 헤더(40)는 메인관(메인 공급관 및 메인 환수관)을 통해 히트펌프와 연결되는데 상기 메인 공급관 및 메인 환수관은 공급 전달관(12) 및 환수 전달관(22)보다 적은 수량이다. 중간측 공급 헤더(10)가 2개 이상으로 구성되어 메인측 공급 헤더(30)에는 2개 이상의 중간측 공급 헤더(10)가 연결되며 이 때 공급 전달관(12)은 중간측 공급 헤더(10)에 1개만 연결되어도 메인측 공급 헤더(30)에는 2개 이상의 공급 전달관(12)이 연결된다.

도 1과 도 2에서 보이는 것처럼, 본 실시예에 의한 지열 열매체 순환 장치는, 보호박스(100)를 포함한다.

보호박스(100)는 내부에 중간측 공급 헤더(10)(중간측 환수 헤더(20)도 동일하게 적용되며, 중간측 공급 헤더(10)를 예로 들어 설명한다)가 설치되어 중간측 공급 헤더(10)와 공급관(11) 및 공급 전달관(12)이 연결되는 크기이다.

보호박스(100)는 중간측 공급 헤더(10) 등의 설치와 연결을 위하여 상부가 개방되는 형태이고 덮개(110)를 통해 개폐된다.

보호박스(100)는 건축물의 기초부(2)(철근 콘크리트 구조물) 안에 매설되는 형태로서, 기초부(2)에 거푸집을 이용하여 형성시키는 홈을 형성하는 것을 통해 구성되거나 별도의 박스(콘크리트, 합성수지 등)로 제작되어 설치되는 구성이 가능하다.

보호박스(100)는 내부에 설치된 중간측 공급 헤더(10)과 공급관(11) 및/또는 공급 전달관(12)의 유지보수 작업 중 또는 파손으로 인한 누출, 중간측 공급 헤더(10)와 공급관(11) 및/또는 공급 전달관(12)의 연결부의 누출 시 누출된 열매체를 배수하도록 드레인수단이 구성된다.

상기 드레인수단은 보호박스(100)의 바닥에 형성되는 드레인관(120), 드레인관(120)과 연결되며 열매체를 배수하는 배수관(121)을 포함한다.

배수관(121)은 건축물의 기초바닥에 구성되는 영구배수용 유공 다발관에 연결되어 저수조(3)에 유입되도록 연결됨으로써 열매체를 하수계통으로 배수한다.

중간측 공급 헤더(10)는 내부에 있는 열매체를 배수하기 위한 배수밸브(10-1)가 구성될 수 있다.

중간측 공급 헤더(10)는 보호박스(100)의 바닥에 설치되는 완충판(130)(도 3에 도시됨) 또는 통상의 받침대 위에 설치되어 열매체의 흐름이나 지반의 거동 시에도 충격이 흡수되어 보호되도록 하거나 설치높이를 맞출 수 있게 한다.

공급관(11)은 기초부(2) 안에 횡방향(수평)으로 배관되고 보호박스(100) 안으로 인입되어 중간측 공급 헤더(10)에 연결되고 이 부분에 개폐밸브(11-1)와 정유량밸브(11-2)가 구성된다. 개폐밸브(11-1)는 각각의 공급관(11)을 독립적으로 개폐하도록 구성되며, 따라서, 중간측 공급 헤더(10)에 연결된 다수개의 공급관(11) 중에서 누출 등으로 인하여 사용 중지가 필요한 것으로 확인되는 공급관(11)을 폐쇄(대응하는 환수관(21)도 함께 폐쇄)함으로써 나머지의 공급관(11)을 정상적으로 이용하여 지열 냉난방 시스템을 효율적으로 관리할 수 있다.

이와 같은 목적으로 중간측 공급 헤더(10)와 메인측 공급 헤더(30)를 연결하는 공급 전달관(12)에도 개폐밸브가 구성된다.

도 3에서 보이는 것처럼, 공급관(11)은 횡방향을 따라 보호박스(100)의 밖에서 안으로 인입된 후 중간측 공급 헤더(10)의 상부에 연결되도록 제1수직부 ?? 수평부 ?? 제2수직부로 구성될 수 있으며, 상기 수직부에 형성된 곡관 상부에는 배관 내 에어가 체류되어 순환장애가 발생되지 않도록 하기 위해 에어벤트(11-3)가 구성된다.

상기 제2수직부는 중간측 공급 헤더(10)의 상부에 연결되는 부분으로 전술한 개폐밸브(11-1)와 정유량밸브(11-2)가 구성된다.

보호박스(100) 안에서 누출을 감지하기 위하여 보호박스측 누출센서(140)가 포함된다.

보호박스측 누출센서(140)는 보호박스(100)의 바닥부에 설치되어 중간측 공급 헤더(10) 등에서 열매체가 누출된 경우 열매체를 감지하고, 컨트롤러는 보호박스측 누출센서(140)의 감지 값을 근거로 하여 누출을 판단한다.

보호박스(100)는 중간측 공급 헤더(10) 등을 외부로부터 보호함과 아울러 열매체를 집수하여 열매체의 누출을 보다 정확하게 감지할 수 있도록 구성된 것이다.

또한, 보호박스측 누출센서(140)는 보호박스(100) 안에서 열매체를 감지하는 방식의 센서인 것이고, 다른 방법으로 중간측 공급 헤더(10) 내부의 열매체의 압력을 감지하는 압력계(150)를 이용하는 것도 가능하다.

컨트롤러는 한 쪽의 개폐밸브(11-1)를 차단한 상태에서 압력계(150)의 감지 값을 근거로 하여 누출을 판단(기준 압력보다 떨어지는 경우 또는 이전의 압력보다 일정 범위 이상의 압력 변화가 감지되는 경우를 누출로 판단)하게 된다. 온도계(160)는 감지 값을 근거로 하여 지열공(1)의 열교환 효율을 감시하고 조정할 수 있도록 한다.

또한, 상기 콘트롤러는 압력계와 온도계 및 유속센서의 신호를 함께 수집 전송하도록 한다.

유속센서는 보호박스(100) 내 전달관에 설치되어 순환되는 열매체가 적정 범위 내에 유속이 형성되어 운전되고 있는지를 판단할 수 있도록 한다.

본 발명은 공급관(11) 및/또는 환수관(21)에서 누출을 확인하기 위하여 누출센서(200)가 포함된다.

환수관(12)(공급관(11)도 동일)은 건축물의 콘크리트체인 기초부(2) 안이나 시설부지에 수평방향으로 배관되어 외부의 지하수 침투가 없으며, 따라서, 누출센서(200)가 감지하는 유체는 열매체라 할 수 있다.

누출센서(200)는 지열공(1)의 외부에 배관된 환수관(12)을 따라 1개 이상이 설치되며, 신호선(210)이 기초부(2) 안에 배선되면서 보호박스(100) 내부에 설치되는 컨트롤박스에 연결될 수 있다.

이 때, 누출센서(200)와 신호선(210)은 보호관(220) 안에 설치되어 보호될 수 있고, 보호관(220)은 누출센서(200)가 열매체를 감지할 수 있도록 개방부(예를 들어 개방된 단부)를 포함하고, 또한, 외부의 열매체가 유입되어 누출센서(200)로 유도하는 홀이 포함될 수도 있다.

도 5는 보호박스(100)를 기초부(2)에 설치하여 중간측 공급 헤더(10)를 기초부(2)에 설치하며, 공급 전달관(12)을 건축물(지하층)의 기둥(4) 또는 벽체를 따라 수직 배관의 형태로 경유하면서 천정부(5)를 따라 수평 배관의 형태로 배관하는 것을 보인 것이다.

<실시예 2>

도 6과 도 7에서 보이는 것처럼, 본 실시예는 중간측 공급 헤더(10)(중간측 환수 헤더도 동일하게 구성됨)가 건축물의 지하층의 구조물을 이용하여 설치되는데 특징이 있으며, 지하층의 기둥(4)들 사이에 빈 공간을 설치공간으로 하여 중간측 공급 헤더(10)를 설치한다.

중간측 공급 헤더(10)는 지하층의 바닥면으로부터 일정 높이의 위쪽에 서포트(13) 등을 통해 설치되고, 따라서, 공급관(11)은 기초부(2) 안에 수평으로 배관되다가 중간측 공급 헤더(10)의 위치에 맞춰 지하층 내부로 인출되어 중간측 공급 헤더(10)에 연결된다.

서포트(13)는 중간측 공급 헤더(10)의 저부를 받치는 구조이면서 자신의 저부가 지하층의 바닥에 앵커 등으로 정착된다.

중간측 공급 헤더(10)는 폭이 기둥(4)의 폭보다 좁게 형성되어 지하층을 주차장으로 하는 경우 차량의 주차 시 간섭을 일으키지 않는다.

개폐밸브(11-1)와 정유량밸브(11-2)는 실시예 1과 동일하게 구성된다.

공급 전달관(12)은 천정(5)을 향해 종방향으로 배관되다가 천정(5)을 따라 매달리도록 설치될 수 있다.

도 8과 도 9는 중간측 공급 헤더(10)를 천정(5)에 행거브래킷(14)을 통해 매달기 설치한 형태를 도시한 것이다. 행거브래킷(14)은 U 형태로 중간측 공급 헤더(10)를 감싸면서 양쪽 끝이 천정(5)에 앵커로 고정되어 중간측 공급 헤더(10)를 지지한다. 아울러, 지하층의 바닥면에 지지되는 서포트를 추가하여 중간측 공급 헤더(10)를 저부에서 받쳐 지지하는 것도 가능하다.

여기서는, 압력계(150)와 온도계(160)를 중간측 공급 헤더(10)에 설치하지 않고 공급관(11)에 설치하는 것으로 도시하였다.

본 실시예는 기둥(4)들의 사이 또는 기둥(4)과 벽체의 사이에 있는 공간을 이용한 것외에, 벽체의 벽면에 중간측 공급 헤더(10)를 붙도록 설치하는 것도 포함된다.

본 실시예도 실시예 1의 보호박스가 구성될 수 있다. 이 때, 보호박스는 지하층의 바닥면에서부터 중간측 공급 헤더(10)의 상부까지 전체를 덮는 형태가 바람직하다.

한편, 각 그룹존별(도 10은 A그룹존과 B그룹존을 예로 들어 도시하였으며, 각각의 그룹존에 중간측 공급 헤더(10A,10B)와 중간측 환수 헤더(20A,20B)가 적용된 예시도)로 중간 헤더(10A,10B)(20A,20B)를 구성하게 되면 기계실에서 순환펌프가 가동될 때 기계실 기준으로 상대적으로 기계실에서 멀리 있는 그룹존(B 그룹존)과 가까이 있는 그룹존(A 그룹존)과는 단위시간당 순환횟수의 차이가 발생하게 되고 결국 기계실 가까이 있는 그룹존의 열교환기만 과부하가 걸리게 된다.

따라서 그 해결방안으로 중간 헤더(10A,10B)(20A,20B)을 연결하는 리버스 리턴관으로 공급측 리버스 리턴관(60-1)과 환수측 리버스 리턴관(60-2)을 구성한다. 여기서, 지열공들끼리도 리버스 리턴관으로 연결될 수 있다.

메인 공급 헤더(30)에서 토출되는 열매체는 공급측 리버스 리턴관(60-1)을 통해 중간측 공급 헤더(10A,10B)에 나뉘어 공급되고, 중간측 환수 헤더(20A,20B)에서 토출되는 열매체는 환수측 리버스 리턴관(60-2)을 통해 합쳐진 후 메인 환수 헤더(40)에 환수된다.

또한, 리버스 리턴관(60-1,60-2)만 구성되지 않고 전술한 것처럼, 중간 헤더(10A,10B)(20A,20B)들이 메인 공급 헤더(30) 및 메인 환수 헤더(40)에 전달관을 통해 독립적으로 연결되는 한편 리버스 리턴관(60-1,60-2)이 함께 구성되면서 전달관과 리버스 리턴관(60-1,60-2)에 서로 반대로 개폐되는 밸브를 설치하여 필요에 따라 직접 전달 또는 리버스 리턴을 선택하도록 구성되는 것도 가능하다.

또한, 단위시간당 그룹존별 더욱 균등한 열매체(부동액 또는 지하수)의 순환과 순환횟수 확보를 위해 각 중간 헤더에 온도계와 온도센서, 유속센서 등을 설치하고 각 그룹존별 순환펌프를 독립적으로 운용되도록 하되 인버터모터를 구성하여 순환관의 유속제어를 통해 중간 헤더의 온도를 균형 있게 제어하도록 구성될 수도 있다.

본 발명의 실시예들에 의한 지열 열매체 순환 장치의 시공 방법은 다음과 같다.

1. 지열공 천공과 순환관 설치.

다수개의 지열공(1)을 천공하고 내부에 순환관(공급관(11), 환수관(21))을 설치한다.

2. 중간측 헤더 설치 및 순환관 통합.

기계실의 외부에 중간측 헤더(중간측 공급 헤더(10), 중간측 환수 헤더(20))를 설치하고 상기 순환관(11,21)을 상기 중간측 헤더(10,20)에 연결하여 통합한다.

3. 전달관 연결.

상기 순환관(11,21)보다 적은 수량의 전달관(공급 전달관(12),환수 전달관(22))을 상기 중간측 헤더(10,20)에 연결한다.

4. 메인측 헤더 연결.

기계실 안에 메인측 헤더(메인 공급 헤더(30), 메인 환수 헤더(40))를 설치하고 상기 중간측 헤더(10,20)와 상기 메인측 헤더(30,40)를 상기 전달관(12,22)으로 연결한다.

5. 히트펌프 연결.

기계실에서 상기 메인관을 히트펌프에 연결한다.

본 발명에 의한 시공 방법은 전술한 실시예 1,2에서 설명한 구성에 맞춰 시공이 달라진다.

1 : 지열공, 2 : 기초부
3 : 저수조, 4 : 기둥
5 : 천정,
10 : 중간측 공급 헤더, 11 : 공급관
11-1 : 개폐밸브, 11-2 : 정유량밸브
12 : 공급 전달관, 13 : 서포트
14 : 행거브래킷,
20 : 중간측 환수 헤더, 21 : 환수관
22 : 환수 전달관,
30 : 메인 공급 헤더, 40 : 메인 환수 헤더
100 : 보호박스, 110 : 덮개
120 : 드레인관, 121 : 배수관
130 : 완충판, 140 : 누출센서
150 : 압력계, 160 : 온도계

Claims (15)

1. 지중에 형성되는 다수개의 지열공에 설치되며 열매체를 순환시키는 다수개의 순환관과;
   상기 지열공 주변에 설치되어 다수개의 순환관들과 연결되며 다수개의 순환관들을 통해 순환되는 열매체를 통합하는 2개 이상의 중간측 헤더와;
   상기 중간측 헤더에 수용되는 열매체를 전달하는 것으로 상기 순환관보다 적은 수량으로 구성되어 상기 중간측 헤더에 연결되는 전달관과;
   상기 중간측 헤더보다 적은 수량으로 구성되어 상기 전달관이 연결되며 상기 전달관을 통해 순환되는 열매체를 통합하는 메인측 헤더와;
   상기 메인측 헤더에 수용되는 열매체를 전달하는 것으로 상기 전달관보다 적은 수량으로 구성되어 히트펌프에 연결되는 메인관을 포함하고,
   상기 메인측 헤더를 기계실의 내부에 설치하는 한편 상기 중간측 헤더를 기계실의 외부에 설치하면서 상기 기계실 안에서 상기 순환관보다 적은 수량의 메인관을 설치하는 것을 특징으로 하는 지열 열매체 순환 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 내부에 상기 중간측 헤더가 장착되어 상기 중간측 헤더를 보호하는 보호박스를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 열매체 순환 장치.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 보호박스는 건축물의 기초부에 형성되고, 상기 순환관은 건축물의 기초부 안에 수평으로 배관되면서 상기 보호박스를 관통하여 상기 보호박스 내부의 중간측 헤더에 연결되는 것을 특징으로 하는 지열 열매체 순환 장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 보호박스 안에 장착되며 상기 중간측 헤더와 순환관 및 전달관에서 누출되는 열매체를 확인하는 보호박스측 누출센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 열매체 순환 장치.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 보호박스는 내부에 발생된 누출로 인한 열매체를 외부로 배수하는 드레인부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 열매체 순환 장치.
6. 청구항 3에 있어서, 상기 순환관은 상기 보호박스 안에서 제1수직부와 수평부 및 제2수직부를 갖도록 구성되며, 상기 수평부에 에어벤트가 설치되는 것을 특징으로 하는 지열 열매체 순환 장치.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 중간측 헤더는 건축물의 지하층에 형성되는 기둥들 사이의 공간에 형성된 보호박스 또는 바닥면에 세워지는 서포트를 통해 설치되거나 천정에 매달려 설치되고, 상기 순환관은 건축물의 기초부 안에 수평으로 배관되며 단부가 상기 기초부의 외부로 인출되어 상기 중간측 헤더에 연결되는 것을 특징으로 하는 지열 열매체 순환 장치.
   
   
8. 청구항 2 또는 청구항 7에 있어서, 상기 전달관은 상기 보호박스 또는 지하층에 형성되는 기둥들 사이의 공간에 바닥면에 구성된 중간측헤더로부터 연결되어 건물 천정에 수평배관으로 설치되는 것을 특징으로 하는 지열 열매체 순환 장치.
9. 청구항 2 또는 청구항 7에 있어서, 상기 헤더 내부에서 순환관의 누출을 확인할 수 있는 정보를 취득하는 누출센서와;
   상기 누출센서의 감지 값을 근거로 하여 상기 헤더에 묶인 순환관의 누출을 판단하는 컨트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 열매체 순환 장치.
10. 청구항 9에 있어서, 상기 콘트롤러는 압력계와 온도계 및 유속센서의 신호를 함께 수집 전송하도록 한 것을 특징으로 하는 지열 열매체 순환 장치.
11. 청구항 3 또는 청구항 7에 있어서, 상기 기초부에 상기 순환관을 따라 설치되어 상기 순환관에서 열매체가 누출되는 것을 감지하는 누출센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 열매체 순환 장치.
12. 청구항 2 또는 청구항 7에 있어서, 상기 순환관에 설치되는 개폐밸브와 정유량밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 열매체 순환 장치.
13. 청구항 1에 있어서, 상기 전달관에 설치되어 상기 2개 이상의 중간측 헤더의 토출측을 독립적으로 개폐하는 개폐밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 열매체 순환 장치.
14. 청구항 1에 있어서, 상기 2개 이상의 중간 헤더들을 연결하는 리버스 리턴관을 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 열매체 순환 장치.
15. 청구항 1에 의한 지열 열매체 순환 장치의 시공 방법으로서,
    다수개의 지열공을 천공하고 내부에 순환관을 설치하는 제1 단계와;
    기계실의 외부에 중간측 헤더를 설치하고 상기 순환관을 상기 중간측 헤더에 연결하여 통합하는 제2 단계와;
    상기 순환관보다 적은 수량의 전달관을 상기 중간측 헤더에 연결하는 제3 단계와;
    메인측 헤더를 설치하고 상기 중간측 헤더와 상기 메인측 헤더를 상기 전달관으로 연결하는 제4 단계와;
    기계실에서 상기 메인관을 히트펌프에 연결하는 제5 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 지열 열매체 순환 장치의 시공 방법.
    

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