KR20240014734A - 지하수 양수압력 연동 환수조절변이 적용된 집합 트렌치배관 지열시스템 - Google Patents

Abstract

본발명은 지하수를 지열원으로 사용하는 집합주관 트렌치배관방식 양·환수배관을 이용하는 개방형 지열시스템에서 지열공내에 설치된 수중모터펌프의 양수시에는 양수압력에 의해 지열공 내부로 환수가 이루어지게하고 수중모터펌프의 정지시에는 지열공 내부로 환수가 이루어지지 않게하는 환수조절변을 이용하여 수중모터펌프 운전이나 정지중 지열공내 지하수 수위를 일정하게 유지시켜 안정적인 지열시스템 운영은 물론 지하수 양·환수 관련 배관 및 장비의 시공범위 축소로 시공기간 단축과 시공비를 절감할 수 있는 지하수 양수압력 연동 환수조절변이 적용된 집합 트렌치배관 지열시스템에 관한 것이다.

Description

지하수 양수압력 연동 환수조절변이 적용된 집합 트렌치배관 지열시스템{Collective trench piping geothermal system with groundwater pumping pressure interlocking return control valve applied}

본발명은 지하수를 지열원으로 사용하는 개방형 지열시스템에서 다수개의 각 지열공 마다 설치되는 지열원 공급용으로 이용되는 지하수 양수용 수중펌프의 운전에 따라 환수가 이루어지게 하는 환수조절변을 이용한 지하수 양수압력 연동 환수조절변이 적용된 집합 트렌치배관 지열시스템에 관한 것이다.

현재 지하수를 이용하는 개방형 지열시스템은 옥외 10m이상 필요로 하는 지열공 사이의 이격거리와 지열공과 건축물의 기계실 사이에 설치되는 개별배관방식의 지하수 양환수용 입출수배관(일명:트렌치배관)은 각 2개(Ψ75mmPE)은 소요배관 길이가 수십미터 내지 수킬로미터로 시공되므로, 대용량의 지열시스템에서는 설치수량 과다는 물론 지열공 설치위치에 따른 지표면 고저차 및 설치공간 제약에 따른 공사기간과 공사비 증가등으로 시공에 어려움이 수반 된다.

이러한 문제점을 해결할 수 있는 대안으로 양환수 입출수 배관을 큰구경(Ψ110mm∼Ψ225mmPE)을 이용하는 집합배관방식으로 배관한 후 각 지열공 부근에서 분기하는 방법이 일부에서 이용되고 있다.

그러나, 건축물의 냉난방 부하량 감소로 일부 지열공만 이용될 경우 양수된 지하수가 미사용중인 지열공으로 환수로 유입되어 양수중인 지열공에서는 수위가 저하하여 양수 불능이 현상이 발생되고 미양수중인 지열공에서는 수위가 상승하여 지표면으로 물넘침이 발생하는등으로 환수량을 적절하게 조절하여 각 지열공마다 안정적인 수위를 제어할 수 있는 효과적인 대처방법이 부존재한 실정 이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는,

지하수를 이용하는 개방형 지열시스템에서 지중열교환기로 이용되는 지열공은 초기 시험천공을 통하여 지중암반 연약도와 대수층 부존 지하수량을 확인한 후 하기 4가지 방식중 하나 또는 두가지 이상의 방식을 적용하고 있다.

일반적으로 지중열교환기의 시공공법은,

1. 지중열교환기 내부의 바닥면 500m 지점까지 PVC관을 삽입한 후 지표면 하부 15m지점 PVC관 외부에는 환수관을 PVC관 내부에는 양수용 수중모터펌프를 설치하는 SCW(Standing Colum Well)공법.

2. SCW방식과 유사한 방식으로 연약 지중암반에 이용되는 지중열교환기로 PVC관 외부에 사리등을 충진한 후 지표면 하부 15m지점 PVC관 외부에는 환수관을 PVC관 내부에는 양수용 수중모터펌프를 설치하는 CTW(Coaxial Thermal Well)공법.

3. 지표면 하부 15m지점 외부에는 환수관을 설치하고 양수용 수중모터펌프를 하우징 내부에 내장한 후 흡입관을 바닥면까지 연장 설치하는 지중열교환기를 이용하는 SHW(Submerisible Hounging Well)공법.

4. PVC가 미삽입된 지중열교환기용 지열공 지표면 하부 30~50m 지점에는 수중모터펌프를 지표면하부 480m 지점까지에는 환수관을 설치한 RTS(Reverse Turn System)공법 중,

다수의 지열공 형성이 완료되면 기계실과 연결되는 양환수관은 시공현장의 제반 시공조건을 검토하여 개별배관방식 또는 집합배관방식중 택일하여 시공 된다.

개별배관방식의 양수관은 기계실내 양수헤더의 각 양수관 마다 역지변을 설치하여 수중모터펌프의 운전과 정지시 압력차에 의해 자동 개폐토록하고, 환수관은 환수헤더의 각 환수관 마다 전동개폐밸브를 설치하여 전기적 제어에 의해 해당 지열공내 수중모터펌프가 운전되면 개방시키고 정지되면 폐쇄시켜 환수를 차단하는 방법을 이용하고 있다. 개별배관방식은 설비용량이 클 경우 배관의 설치 개수 과다로 매설면적 확보에 따른 시공의 난이도가 높아 진다.

집합배관방식의 양수지관과 환수지관은 지열공 근처 지중에서양수주관과 환수주관에서 각각 분기하며, 양수지관에 설치되는 역지변은 기계적 동작으로 지열공 내부에 설치는 가능하나 환수지관에 설치되어야하는 전동개폐밸브는 전기적 안전성과 동작 그리고 유지관리등 제약으로 설치가 불가능해 진다.

따라서, 냉난방부하의 증감에 따른 지열공내 수중모터펌프의 운전과 정지 및 지열공별 배관 길이차에 따른 수두손실과 지열공별 위치한 지표면의 고저차등으로 인한 양수와 환수유량 불균형 및 이로 인한 저수위에 의한 수중모터펌프의 운전장애와 물넘침현상으로 인한 수자원낭비 그리고 환경오염의 예방이 가능한 이상적인 지열시스템을 제공하고저 하는데 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 지열시스템에서 천공된 지열공내의 지중암반과 대수층 유동지하수와 열교환하는 지중열교환기(100);

상기 지중열교환기(100)의 내부에 설치되어 지하수를 지상으로 양수하는 양수유니트인 수중모터펌프(400);

상기 지중열교환기(100) 내부로 오염물질의 유입을 방지하고 지하수의 양수와 환수용 유출구와 유입구를 갖는 원통형상의 지하수보호장치(200);

상기 지하수보호장치(200)의 하단부측 일방향에 부착 설치되는 환수유입구커버(814);

상기 환수유입구커버(814) 하부측에 설치되어 환수되는 지하수가 유입되는 환수유입구(815);

상기 환수유입구(815)와 내부에서 체결되는 상기 체결판(1002)을 구비한 환수조절변(1000);

상기 환수유입구(815) 일단에서 상기 환수조절변(1000)의 상기 체결판(1002)과 접촉하는 체결판시트(1022);

상기 환수조절변(1000)과 상기 환수유입구커버(814) 체결시 안내와 체결 후 고정판 역할을 수행하는 가이드브라케트(1023);

상기 환수조절변(1000)의 전면부 상기 체결판(1002) 중심부에 위치되는 환수입수구(1003);

상기 환수입수구(1003)와 직각되게 상기 환수조절변(1000)의 하면부에 배치되는 환수출수구(1020) ;

상기 환수입수구(1003)와 상기 환수출수구(950) 사이에 배치되어 환수 지하수의 유로를 직각으로 변경시키는 환수챔버(1003a);

상기 환수챔버(1003a) 상부측에 설치되어 내면이 정밀하게 연마 가공된 실린더(1005);

상기 환수챔버(1003a)와 상기 실린더(1005) 사이에서 격벽구조를 가지는 파티션(1006);

상기 실린더(1005) 하부에 일측에 설치되어 양수되는 지하수 일부를 유입시키는 주수구(1015);

상기 환수입수구(1003)와 상기 환수출수구(1020)와 상기 환수챔버(1003a) 및 상기 실린더(1005)등으로 구성되는 밸브바디(1001);

상기 밸 브바디(1001) 상부에서 상기 실린더(1005) 내부공간과 외부공간을 밀폐 차단시키는 캡(1014);

상기 캡(1014)에 설치되어 상기 주수구(1015)로 유입된 지하수를 외부로 배출시키는 배수구(1017);

상기 실린더(1005) 내부에 삽입되어 지하수 양수유무에 따라 슬라이딩하며 상하로 이동하는 피스톤(1004);

상기 피스톤(1004)에 설치되어 상기 피스톤(1004) 하강시 상기 주수구(1015)에서 유입된 지하수를 상기 캡(1014)측 실린더 내부로 배수시키는 오리피스(1016);

상기 환수챔버(1003a)에 내장되어 상기 피스톤(1004)과 연동하여 상하로 이동하며 상기 환수출수구(950)를 개폐시키는 밸브디스크(1010);

상기 환수출수구(950) 가장자리 둘레에 설치되어 상기 밸브디스크(1010)와 밀착 접촉하여 누수를 방지하는 밸브시트(1009);

상기 피스톤(1004)과 상기 밸브디스크(1010)를 상호 연결하여 상기 피스톤(1004)의 상하 이동을 상기 밸브디스크(1010)의 상하이동으로 전달하는 밸브스템(1007);

상기 밸브스템(1007)에 삽입되어, 하부는 상기 피스톤(1004) 상부면에 접촉하고 상부는 상기 캡(1014) 하부면에 접촉되어, 지하수 양수시에는 상기 주수구(1015)로 입수된 양수압력으로 상기 피스톤(1004)과 상기 밸브디스크(1010)를 상부로 이동시키고, 양수 중단시에는 상기 피스톤(1004)과 상기 밸브디스크(1010)를 하부로 이동시키는 피스톤스프링(1008);

상기 밸브스템(1007)에 상기 밸브디스크(1010)를 체결하는데 이용되는 상기 디스크스프링(1011)과 상기 스프링시트(1012) 및 체결너트(1013);를 포함하는인 것을 특징으로한다;

상기 본 발명의 목적과 장점들은 상기에 설명 또는 실시예에 의해 나타나며 본 발명의 자세한 수단과 관련된 것은 특허 청구범위에 의해 실현될 수 있다.

첫째 : 동일유량을 지중열교환기마다 환수시키므로 지하수 수위를 일정하게 유지시켜 안정적인 지열시스템 운영이 가능토록 한다.

둘째 : 수중모터펌프가 휴지중인 지중열교환기로의 환수를 차단하여 수위상승으로 인한 물넘침을 예방할 수 있다

세째 : 양·환수헤더 미설치 및 트렌치배관 설치수량 최소화로 시공기간 단축으로 시공비를 절감할 수 있다.

도 1은 환수조절변이 설치된 지하수보호장치 구조도이다
도 2는 운전모드 환수조절변 구조 및 동작도이다.
도 3은 정지모드 환수조절변 구조 및 동작도이다.
도 4은 집합주관 트렌치배관방식 지열시스템 계통도이다.
도 5는 개별지관 트렌치배관방식 지열시스템 계통도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 지하수 양수압력 연동 환수조절변이 적용된 집합 트렌치배관 지열시스템에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 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 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지하수 양수압력 연동 환수조절변이 적용된 집합 트렌치배관 지열시스템에서,

도 1과 도 2를 참조하면,

본 발명의 일 실시예에 따른 지중열교환기(100)의 최상부에 설치되는 지하수보호장치(200)의 몸통을 구성하는 원통형상의 케이싱(010);

상기 케이싱(010) 하부에 직각되게 부착되는 케이싱플렌지(020);

상기 케이싱플렌지(020)에 대향하는 상기 케이싱(010) 상부에 직각되게 부착되는 커버플렌지(030);

상기 커버플렌지(030)와 결합되어 상부 지히수보호장치를 밀폐시키는 원판구조의 커버(040);

상기 커버플렌지(030)에 밀착시켜 상기 커버(040)를 조임 체결하는 체결볼트(050);

상기 케이싱(010)의 하단부측 일방향에 부착되는 양수유출구커버(704);

상기 양수유출구커버(704) 하부측에 설치되어 양수되는 지하수가 유출되는 양수유출구(705);

상기 케이싱(010)의 하단부측 양수유출구커버(704)에 대향되게 부착되는 환수유입구커버(814);

상기 환수유입구커버(814) 하부측에 설치되어 환수되는 지하수가 유입되는 환수유입구(815);

상기 양수유출구커버(704)의 상기 양수유출구(705)와 내부에서 체결되는 체결판(1002)을 구비한 양수결합구(700);

상기 환수유입구커버(814)의 상기 환수유입구(815)와 내부에서 체결되는 상기 체결판(1002)을 구비하고 상기 환수유입구(815)와 체결되어 환수 지하수를 유입한 후 상기 지중열교환기(100) 내부로 환수시키는 환수조절변(1000);

상기 양수결합구(700)와 상기 환수조절변(1000)의 결합구의 상기 체결판(1002)과 접촉하는 체결판시트(1022);

상기 양수결합구(700)와 상기 환수조절변(1000)을 상기 양수유출구커버(704)와 상기 환수유입구커버(814)에 삽입시 안내판과 체결 후 고정판 역할을 동시 수행하는 가이드브라케트(1023);

상기 양수유출구(705)와 양수결합구(700) 결합시 및 상기 환수유입구(815)와 상기 환수조절변(1000)의 결합시 양환수되는 지하수가 누수되는 것을 방지하는 패킹(090);

상기 양수유출구(705)에 체결된 상기 양수결합구(700) 및 상기 환수유입구(815)에 체결된 상기 환수조절변(1000)을 설치 또는 인양하기 위한 인양대(060);

상기 양수유출구(705)에 체결된 상기 양수결합구(700)나 상기 환수유입구(815)에 체결된 상기 환수조절변(1000)이 상호 밀착접촉이 되도록 하거나 지하수의 양환수압력에 의해 이탈되어 지중열교환기(100) 내부로 추락되는것을 방지하기 위하여 상기 인양대(060) 상부에 설치되는 팽창력을 갖는 결합스프링(070);

상기 양수결합구(700) 상부에 연결되어 상기 환수조절변(1000)으로 양수 지하수를 유입시키는 양수유도관(720);

상기 양수유도관(720)으로 유입된 양수 지하수를 상기 환수조절변(1000)으로 공급 또는 차단시키기 위하여 전기적 동작에 의해 유로를 개폐하는 전자변(1520);

상기 지하수보호장치(100) 내부의 양수유니트에 전기공급을 위한 전원선 설치용 방수구조를 갖는 전선인입구(080);

상기 환수조절변(1000)과 결합되는 상기 환수유입구커버(814)와 상기 양수결합구(700)와 결합되는 상기 양수유출구커버(704)의 분리설치와 설치위치의 임의 조절로 상기 환수조절변(1000)과 상기 양수결합구(700)에 연결된 양수유니트의 설치와 인양시 간섭이 최소화되는 구조; 를 갖는 지하수보호장치.

도 3을 참조하면,

본 발명의 일 실시예에 따른 상기 환수조절변(1000)은 상기 지하수보호장치(200)의 하단부 일측에 설치되는 환수유입구(815)에 결합 된다.

상기 환수조절변(1000)은 밸브바디(1001), 체결판(1002), 환수입수구(1003), 환수챔버(1003a), 피스톤(1004), 실린더(1005), 파티션(1006), 밸브스템(1007), 피스톤스프링(1008), 밸브시트(1009), 밸브디스크(1010), 디스크스프링(1011), 스프링시트(1012), 체결너트(1013), 캡(1014), 주수구(1015), 오리피스(1016), 배수구(1017), 환수출수구(1020)등으로 구성 된다.

상기 환수조절변(1000)의 상기 밸브바디(1001)는 전면부에 상기 환수유입구(815)와 체결되는 상기 체결판(1002)을 갖고, 중심부에는 상기 환수입수구(1003), 하부에는 지하수가 환수되는 상기 환수출수구(1020), 상기 환수출수구(1020)측의 상면에는 평면형상의 상기 파티션(1006)의 격벽이 설치 된다.

상기 밸브바디(1001)의 상기 파티션(1006)에 수직하는 내부 습동면은 정교하게 연마 가공된 상기 실린더(1005)로 구성되고, 상기 실린더(1005)의 상부에는 양수된 지하수를 상기 지중열교환기(100) 내부로 배출시키는 상기 배수구(1017)를 갖는 상기 캡(1014)으로 밀폐 된다.

상기 실린더(1005)의 하부 일측에는 상기 주수구(1015)가 구비되어 상기 양수유도관(720)으로 유입된 지하수가 상기 실린더(1005)내부로 입수되도록 한다.

상기 실린더(1005) 내에는 상하로 이동하며 상기 실린더(1005)와 접촉하는 습동면이 정교하게 연마 가공된 상기 피스톤(1004)이 삽입 설치되어, 상기 주수구(1015)로 양수된 지하수가 유입되면 양수압력에 의해 상기 피스톤(1004)은 상부로 상승 이동하고 . 상기 주수구(1015)로 양수되는 지하수 유입이 중단되면 상기 피스톤(1004) 상부측 상기 피스톤스프링(1008)의 팽창력에 의해 하부로 하강 이동한다.

이때, 상기 피스톤(1004) 하부에 잔류하는 지하수는 상기 피스톤(1004)면에 설치된 소구경의 상기 오리피스(1016)를 통해 상기 실린더(1005) 상부에 설치된 상기 배수구(1017)를 통하여 배수 된다.

상기 피스톤(1004)의 중심부에는 원형 봉 형상의 상기 밸브스템(1007)의 일단이 삽입 고정되며 상기 파티션(1006)을 관통하는 타단에는 상기 밸브디스크(1010)가 삽입 설치 된다.

상기 밸브디스크(1010)는 상기 환수출수구(1020) 상부의 상기 환수챔버(1003a) 내에 삽입된 후 상기 밸브스템(1007) 하부의 상기 스프링시트(1012)와 상기 디스크스프링(1011) 및 상기 체결너트(1013)로 체결 고정 된다.

상기 밸브디스크(1010)의 가장자리의 하부면은 정교하게 연마 가공되어 상기 피스톤(1004) 하강시 상기 환수출수구(1020)의 상기 밸브시트(1009)와 접촉시 누수를 방지 한다.

상기 밸브시트(1009)에 밀착하는 상기 밸브디스크(1010) 상하부에 삽입된 상기 디스크스프링(1011)은 상기 밸브디스크(1010)가 상기 환수출수구(1020)측의 상기 밸브시트(1009)에 정확하게 밀착되도록 한다.

상기 피스톤(1004) 상부면에는 팽창력을 갖는 상기 피스톤스프링(1008)이 삽입되며 상기 피스톤스프링(1008) 하부는 상기 피스톤(1004) 상부면에 접촉하고 상부는 상기 캡(1014) 하부면에 접촉하며 일정한 압축장력이 유지되도록 한다.

상기 밸브디스크(1010)는 피스톤(1004) 하부에 작용하는 양수압력이 피스톤(1004) 상부에 작용하는 피스톤스프링(1008)의 팽창력보다 크면 피스톤(1004)과 피스톤(1004)에 연결된 밸브스템(1007)의해 상부로 이동하여 환수출수구(1020)측을 개방 한다.

상기 밸브디스크(1010)는 양수가 중단되어 양수압력이 소멸되면 피스톤(1004) 상부의 피스톤스프링(1008)의 팽창력에 의해 피스톤(1004)과 피스톤(1004)에 연결된 밸브스템(1007)은 하부로 이동하여 환수출수구(1020)측을 폐쇄한다.

이때, 상기 피스톤(1004) 하부로의 지하수 양수압력의 공급과 차단은 양수결합구(700)에 연결된 양수유도관(720)과 전자변(1520)에 의해 이루어지며, 상기 전자변(1520) 개폐동작은 전원공급판넬(1500)의 제어명령에 따른 전원공급 유무; 에 의해 개폐가 이루어지는 환수조절변.

이하에서는, 상기 수중모터펌프(400)의 양수모드와 정지모드에서 상기 환수조절변(1000)을 이용하는 동작 과정에 대해 설명 한다.

상기 수중모터펌프(400)의 양수모드에서,

상기 수중모터펌프(400)의 운전과 동시에 상기 전자변(1520)이 개방되어 상기 환수조절변(1000)으로 양수된 지하수의 급수가 이루어지면, 상기 피스톤(1004) 하부에 작용하는 지하수의 양수압력이 상기 피스톤(1004) 상부에 작용하는 상기 피스톤스프링(1008)의 팽창력보다 크면, 상기 피스톤(1004)이 상승하며 상기 피스톤(1004)에 연결된 상기 밸브스템(1007)과 상기 밸브스템(1007)의 하단에 삽입 설치된 상기 밸브디스크(1010)는 상기 환수출수구(1020)측을 개방하기 위하여 상기 밸브시트(1009)에서 분리 된다.

상기 밸브디스크(1010)가 상기 밸브시트(1009)에서 분리되어 밸브개도가 개방되면 상기 환수챔버(1003a) 내부의 지하수는 상기 환수출수구(1020)를 통하여 상기 지중열교환기(100)로 환수가 이루어지게 된다.

상기 수중모터펌프(400)의 정지모드에서,

상기 수중모터펌프(400)의 정지와 동시에 상기 전자변(1520)이 폐쇄되며 상기 환수조절변(1000)으로 단수가 이루어져 상기 피스톤(1004) 하부에 작용하든 지하수의 양수압력이 소멸되면, 상기 피스톤(1004)의 상부에 작용하는 상기 피스톤스프링(1008)의 팽창력에 의해 상기 피스톤(1004)이 하강하며 상기 피스톤(1004)에 연결된 상기 밸브스템(1007)과 상기 밸브스템(1007)의 하단에 삽입 설치된 상기 밸브디스크(1010)는 상기 환수출수구(1020)측을 폐쇄하기 위하여 상기 밸브시트(1009)에 밀착 한다.

상기 밸브디스크(1010)가 상기 밸브시트(1009)에서 밀착되어 밸브개도가 폐쇄되면 상기 환수챔버(1003a) 내부 지하수는 상기 지중열교환기(100)로의 환수가 중단되게된다.

이때, 상기 피스톤(1004) 하부로의 지하수 양수압력의 공급과 차단은 상기 양수결합구(700)에 연결된 상기 양수유도관(720)과 상기 전자변(1520)에 의해 이루어지며, 상기 전자변(1520) 개폐동작은 전원공급판넬(1500)의 제어명령에 따른 전원공급 유무에 따라 이루어지며

상기 전자변(1520) 개방시 유입되어 상기 피스톤(1004) 하부에 유입 또는 체류한 지하수는 상기 피스톤(1004)에 설치된 상기 오리피스(1016)와 상기 실린더(1005) 내부를 경유하여 상기 배수구(1017)를 통하여 배수가 이루어 진다.

도 4를 참조하면,

본 발명의 일 실시예에 따른 집합주관 트렌치배관방식 지열시스템에서 상기 지중열교환기(100) 공법별 지하수 양환수 특성의 순환과정은,

상기 지중열교환기(100) 내 수중모터펌프(400)의 수중펌프입수구(430)로 흡입되어 수중펌프(410)에 의해 양수되는 지하수는 상기 수중펌프(410) 출수구에 연결된 상기 양수관(600)으로 양수되어 양수결합구(700)로 이동하게 된다.

상기 양수관(600)의 제1단부는 상기 수중모터펌프(400)에 연결되며, 제1단부의 반대편인 제2단부는 상기 양수결합구(700)에 연결 된다.

상기 양수결합구(700)가 체결되는 상기 지하수보호장치(200)의 상기 양수유출구(705)에는 상기 역지변(706)과 상기 양수지관(710)의 제1단부가 연결되며, 제1단부의 반대편인 제2단부는 양수용 집합배관인 상기 양수주관(720)에 연결되며, 상기 양수주관(720)은 상기 열교환기입수관(730)에 연결되며, 상기 열교환기입수관(730)은 상기 열교환기(800)의 지하수측 입수구인 하부 노즐에 연결 된다.

상기 양수주관(720)을 경유하여 상기 열교환기입수관(730)을 경유하여 상기 열교환기(800) 하부의 입수구로 유입되면, 다층으로 구성된 상기 열교환기(800) 전열판을 통하여 냉방모드에서는 상기 지열원펌프(1300)에 의해 순환하는 유체가 상기 히트펌프(1400)로부터 열량을 흡열하여 증온되어 상승되고, 난방모드에서는 상기 지열원펌프(1300)에 의해 순환하는 유체가 상기 히트펌프(1400)로 방열하여 감온되어 저하된 후, 상기 수중모터펌프에 의해 양수된 지하수와 열교환하게 된다.

상기 지열원펌프(1300)에 의해 순환하는 유체와 열교환이 이루어진후 증온 또는 감온된 지하수는 상기 열교환기(800) 상부의 출수구로 배출 된다.

상기 열교환기(800)의 출수구인 상부 노즐에 연결된 상기 열교환기출수관(810)은 환수용 집합배관인 상기 환수주관(820)에 연결되며, 상기 환수주관(820)은 상기 환수지관(830)의 제1단부에 연결되며 반대편인 제2단부는 상기 지하수보호장치(200)의 상기 환수유입구(815)에 연결 된다.

이때, 상기 환수유입구(815)는 상기 환수조절변(1000)과 결합되는 구조로 체결된다.

상기 환수조절변(1000)으로 유입된 지하수는 상기 지중열교환기(100) 공법별 구성에 의해 제1환수관(1100) 또는 제2환수관(1200)을 경유한 후 상기 지중열교환기(100) 내부로 환수 된다.

상기 지중열교환기(100) 내부로 환수된 지하수는 지중암반 및 대수층 지하수와 열교환후 상기 수중모터펌프(400)으로 흡입되어 양수되는 재순환 과정을 반복 수행하게 된다.

상기 지중열교환기(100) 내에서 지하수가 양환수되는 집합배관 트렌치배관방식을 이용하는 상기 지중열교환기(100)의 공법별 양·환수 특성의 순환과정은,

상기 양수결합구(700) 하부에 관의 제1단부가 장착되어 지하수 유입구로 상기 지중열교환기(100) 내에 삽입되는 상기 양수관(600)과 상기 환수조절변(1000) 하부에 관의 제1단부가 장착되고 관의 제2단부가 수면부근까지 연장 설치되는 상기 제1환수관(1100) 또는 바닥면 부근까지 연장 설치되는 상기 제2환수관(1200); 을 이용하는

SCW공법에서는

상기 환수조절변(1000)의 상기 환수출수구(1020)에 관의 제1단부가 연결되며 제2단부는 상기 지중열교환기(100)의 수면부근까지 연장 설치되는 제1환수관(1100);

상기 지중열교환기(100) 바닥면에서 상기 지하수보호장치(200) 하부까지 연장 설치되는 상기 PVC 케이싱(300) 외부와 지중암반 사이를 지하수가 하강 이동하며 지중암반 및 대수층 유동지하수와 열교환 된 후, 상기 PVC 케이싱(300) 하부의 일정높이에 설치된 지하수 환수유입 통로인 상기 유공관(310)을 통하여 상기 PVC 케이싱(300) 내부로 유입된 후, 상기 지중열교환기(100) 상부에 수용되어 상기 양수관(600)의 제2단부와 연결되는 양수유니트인 상기 수중모터펌프(400)에 의해 상기 양수관(600)으로 양·환수되는 특성의 순환과정;

CTW공법에서는

상기 환수조절변(1000)의 상기 환수출수구(1020)에 관의 제1단부가 연결되며 제2단부는 상기 지중열교환기(100)의 수면부근까지 연장 설치되는 제1환수관(1100);

상기 지중열교환기(100) 바닥면에서 상기 지하수보호장치(200) 하부까지 연장 설치되는 상기 PVC 케이싱(300) 외부에 콩자갈사리(320)이 충전된 지중암반 사이를 지하수가 하강 이동하며 지중암반 및 대수층 유동지하수와 열교환 된 후, 상기 PVC 케이싱(300) 하부의 일정높이에 설치된 지하수 환수유입 통로인 상기 유공관(310)을 통하여 상기 PVC 케이싱(300) 내부로 유입된 후, 상기 지중열교환기(100) 상부에 수용되어 상기 양수관(600)의 제2단부와 연결되는 양수유니트인 상기 수중모터펌프(400)에 의해 상기 양수관(600)으로 양·환수되는 특성의 순환과정;

SHW공법에서는

상기 환수조절변(1000)의 상기 환수출수구(1020)에 관의 제1단부가 연결되며 제2단부는 상기 지중열교환기(100)의 수면부근까지 연장 설치되는 제1환수관(1100);

상기 지중열교환기(100) 바닥면까지 지하수가 하강 이동하며 지중암반 및 대수층 유동지하수와 열교환 된 후, 상기 양수관(600)의 제2단부에 대향하여 상기 지중열교환기(100)의 바닥면 부근까지 연장 설치되는 상기 흡입관(330)을 통하여 상기 수중모터펌프하우징(500)의 입수구로 입수된 후, 양수유니트인 상기 수중모터펌프(400)에 의해 상기 양수관(600)으로 양·환수되는 특성의 순환과정;

RTS공법에서는

상기 환수조절변(1000)의 상기 환수출수구(1020)에 관의 제1단부가 연결되며 제2단부는 상기 지중열교환기(100)의 바닥면 부근까지 연장 설치되는 제2환수관(1200);

상기 지중열교환기(100)의 바닥면에서 상기 지중열교환기(100)의 상부에 수용되어 상기 양수관(600)의 제2단부와 연결되는 양수유니트인 상기 수중모터펌프(400)까지 지하수가 상승 이동하며 지중암반 및 대수층 유동지하수와 열교환한 후 상기 수중모터펌프(400)에 의해 상기 양수관(600)으로 양·환수되는 특성의 순환과정; 을 이용하여 지하수의 양수와 환수가 이루어지므로 상기 지중열교환기(100)의 다수 공법에 관계없이 적용이 가능 하다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 지하수 양수압력 연동 환수조절변이 적용된 집합 트렌치배관 지열시스템은 상기 지중열교환기(100)의 지하수를 양수하는데 이용되는 상기 수중모터펌프(400)는 운전모드와 정지모드로 절환하며 지하수를 양수하여 상기 히트펌프(1400)의 지열원으로 이용하기 위하여 전기적으로 연결되는 상기 전원공급판넬(1500)이 구비되며, 상기 전원공급판넬(1500)은 상기 히트펌프(1400)와 상기 지열원펌프(1300) 및 상기 수중모터펌프(400)와 전기적으로 연결되는 전원공급부(미도시) 및 제어부(미도시)등을 포함할 수 있으며.

전원공급부(미도시)는 지상에 단독으로 설치되어 상기 히트펌프(1400)와 상기 지열원펌프(1300) 및 상기 수중모터펌프(400)와는 전원선을 통해 전기적으로 연결되며, 제어부(미도시)에 의해 상기 지열원펌프(1300) 및 상기 수중모터펌프(400)를 자동 또는 수동으로 동작 시킬 수 있도록한다.

상기 전자변(1520)을 동작시키는 제어부는 상기 전원공급판넬(1500) 내부에 설치되어 전원 공급유무에 따라 상기 환수출수구(1020)를 개폐시켜 환수를 제어하며 상기 지중열교환기(100)의 지하수 저수위를 감지하며,

전원공급부(미도시)에서 상기 히트펌프(1400)와 상기 지열원펌프(1300) 및 상기 수중모터펌프(400)에 공급되는 전원의 저전압, 역상, 결상, 저전류, 과전류, 누전등을 감지하여 상기 히트펌프(1400)와 상기 지열원펌프(1300) 및 상기 수중모터펌프(400)의 고장발생을 사전 예방할 수 있다.

도 5를 참조하면,

본 발명의 일 실시예에 따른 일반적으로 상기 지중열교환기(100)에 적용되는 개별지관 트렌치배관방식 지열시스템에서 지하수 순환과정은,

상기 수중모터펌프(400)에 의해 양수되는 지하수는 상기 수중모터펌프(400) 출수구에 연결된 상기 양수관(600)으로 양수되어 상기 양수결합구(700)로 이동하게된다.

상기 양수결합구(700)로 양수된 지하수는 상기 양수유출구(705)와 상기 양수지관(710)을 경유하고 역지변(706)을 경유하여 양수헤더(750)으로 유입된다.

상기 양수헤더(750)로 각각 유입되어 혼합된 지하수는 상기 양수주관(720)을 경유하여 상기 열교환기(800) 하부의 입수구로 유입되면, 다층으로 구성된 상기 열교환기(800) 전열판을 통하여 냉방모드에서는 상기 지열원펌프(1300)에 의해 순환하는 유체가 상기 히트펌프(1400)로부터 열량을 흡열하여 증온되어 상승되고, 난방모드에서는 상기 지열원펌프(1300)에 의해 순환하는 유체가 상기 히트펌프(1400)로 방열하여 감온되어 저하된 후, 상기 수중모터펌프(400)에 의해 양수된 지하수와 열교환하게 된다.

상기 지열원펌프(1300)에 의해 순환하는 유체와 열교환이 이루어진 지하수는 열교환기(800) 상부의 출수구로 배출 된다.

상기 열교환기(800)의 출수구로 배출된 온도가 상승 또는 저하된 지하수는 상기 환수주관(820)을 경유하여 환수헤더(850)로 유입된 후 운전모드에 의해 상기 수중모터펌프(400)가 가동중인 상기 지중열교환기(100)의 상기 환수지관(830)으로 각각 분배된 후 전동밸브(860)을 경유하여 상기 지중열교환기(100) 내부에 설치된 환수구(900)과 상기 제1환수관(1100)을 통하여 환수 된다.

상기 지중열교환기(100) 내부로 환수된 지하수는 지중암반 및 대수층 지하수와 열교환후 상기 수중모터펌프(400)으로 흡입되어 양환수되는 재순환하는 과정을 반복 수행하나,

다수의 상기 지중열교환기(100)에 설치된 불특정 상기 수중모터펌프(400)에서 고장이 발생하여 양수가 중단되어도 개방상태를 유지하는 상기 전동밸브(860)를 통한 지속 환수로 수위상승에 의한 물넘침으로 양수중인 불특정 상기 지중열교환기(100)에서는 저수위로 인해 양수불능 현상이 발생하여 지하수 순환장애를 초래하게 된다.

100 : 지중열교환기 200 : 지하수보호장치
300 : PVC케이싱 330 : 흡입관
400 : 수중모터펌프 500 : 수중모터펌프하우징
600 : 양수관 700 : 양수결합구
706 : 역지변 800 : 열교환기
900: 환수구 1000 : 환수조절변
1100 : 제1환수관 1200 : 제2환수관
1300 : 지열원펌프 1400 : 히트펌프
1500 : 전원공급판넬 1520 : 전자변

Claims (5)

1. 천공된 지열공 내부의 지중암반과 대수층 유동지하수와 열교환하는 지중열교환기(100);
   상기 지중열교환기(100)의 내부에 설치되어 지하수를 지상으로 양수하는 양수유니트인 수중모터펌프(400);
   상기 지중열교환기(100) 내부로 오염물질의 유입을 방지하고 지하수의 양수와 환수를 위한 유출구와 유입구를 구비한 원통형상의 지하수보호장치(200);
   상기 지하수보호장치(200)의 하단부 일방향에 부착 설치되는 환수유입구커버(814);
   상기 환수유입구커버(814) 하부측에 설치되어 환수되는 지하수가 유입되는 환수유입구(815);
   상기 환수유입구(815)와 내부에서 체결되는 체결판(1002)을 구비한 환수조절변(1000);
   상기 체결판(1002) 중심부에 위치되는 동공형상의 환수입수구(1003);
   상기 환수입수구(1003)와 직각되게 상기 환수조절변(1000)의 하면부에 배치되는 환수출수구(1020);
   상기 환수유입구(815) 일단에서 상기 환수조절변(1000)의 상기 체결판(1002)과 접촉하는 체결판시트(1022);
   상기 환수조절변(1000)과 상기 환수유입구커버(814) 체결시 안내와 체결 후 고정판 역할을 수행하는 가이드브라케트(1023);
   상기 환수입수구(1003)와 상기 환수출수구(950) 사이에 배치되어 환수 지하수의 유로를 직각으로 변경시키는 환수챔버(1003a);
   상기 환수챔버(1003a) 상부측에 설치되어 내면이 정밀하게 연마 가공된 실린더(1005);
   상기 환수챔버(1003a)와 상기 실린더(1005) 사이에서 격벽구조를 가지는 파티션(1006);
   상기 실린더(1005) 하부에 일측에 설치되어 양수되는 지하수 일부를 유입시키는 주수구(1015);
   상기 환수입수구(1003)와 상기 환수출수구(1020)와 상기 환수챔버(1003a) 및 상기 실린더(1005)등으로 구성되는 밸브바디(1001);
   상기 밸브바디(1001) 상부에서 상기 실린더(1005) 내부공간과 외부공간을 밀폐 차단시키는 캡(1014);
   상기 캡(1014)에 설치되어 상기 주수구(1015)로 유입된 지하수를 외부로 배출시키는 배수구(1017);
   상기 실린더(1005) 내부에 삽입되어 지하수 양수유무에 따라 슬라이딩하며 상하로 이동하는 피스톤(1004);
   상기 피스톤(1004)에 설치되어 상기 피스톤(1004) 하강시 상기 주수구(1015)에서 유입된 지하수를 상기 캡(1014)측 실린더 내부로 배수시키는 오리피스(1016);
   상기 환수챔버(1003a)에 내장되어 상기 피스톤(1004)과 연동하여 상하로 이동하며 상기 환수출수구(950)를 개폐시키는 원형상의 밸브디스크(1010);
   상기 환수출수구(950) 가장자리 둘레에 설치되어 상기 밸브디스크(1010)와 밀착 접촉하여 누수를 방지하는 원형상의 밸브시트(1009);
   상기 피스톤(1004)과 상기 밸브디스크(1010)를 상호 연결하여 상기 피스톤(1004)의 상하 이동을 상기 밸브디스크(1010)의 상하이동으로 전달하는 밸브스템(1007);
   상기 밸브스템(1007)에 삽입되어, 하부는 상기 피스톤(1004) 상부면에 접촉하고 상부는 상기 캡(1014) 하부면에 접촉되어, 지하수 양수시에는 상기 주수구(1015)로 입수된 양수압력으로 상기 피스톤(1004)과 상기 밸브디스크(1010)를 상부로 이동시키고, 양수 중단시에는 상기 피스톤(1004)과 상기 밸브디스크(1010)를 하부로 이동시키는 피스톤스프링(1008);
   상기 밸브스템(1007)에 상기 밸브디스크(1010)를 체결하는데 이용되는 상기 디스크스프링(1011)과 상기 스프링시트(1012) 및 체결너트(1013); 를 갖는 것을 특징으로하는 환수조절변.
2. 상기 지중열교환기(100) 최상부 지표면에 설치되어 상기 지하수보호장치(200)의 몸통을 구성하는 원통형상의 케이싱(010);
   상기 케이싱(010) 하부에 직각되게 부착되는 케이싱플렌지(020);
   상기 케이싱플렌지(020)에 대향하는 상기 케이싱(010) 상부에 직각되게 부착되는 커버플렌지(030);
   상기 커버플렌지(030)와 결합되어 상부 지히수보호장치를 밀폐시키는 원판구조의 커버(040);
   상기 커버플렌지(030)에 밀착시켜 상기 커버(040)를 조임 체결하는 체결볼트(050);
   상기 케이싱(010)의 하단부측 일방향에 부착되는 양수유출구커버(704);
   상기 양수유출구커버(704) 하부측에 설치되어 양수되는 지하수가 유출되는 양수유출구(705);
   상기 케이싱(010)의 하단부측 양수유출구커버(704)에 대향되게 부착되는 환수유입구커버(814);
   상기 환수유입구커버(814) 하부측에 설치되어 환수되는 지하수가 유입되는 환수유입구(815);
   상기 양수유출구(705)와 체결되어 양수 지하수를 유입한 후 상기 양수유출구(705)방향으로 유출시키는 양수결합구(700);
   상기 환수유입구커버(814)의 상기 환수유입구(815)와 내부에서 체결되는 상기 체결판(1002)을 구비하고 상기 환수유입구(815)와 체결되어 환수 지하수를 유입한 후 상기 지중열교환기(100) 내부로 환수시키는 환수조절변(1000);
   상기 양수결합구(700)와 상기 환수조절변(1000)의 결합구의 상기 체결판(1002)과 접촉하는 체결판시트(1022);
   상기 양수결합구(700)와 상기 환수조절변(1000)을 상기 양수유출구커버(704)와 상기 환수유입구커버(814)에 삽입시 안내판과 체결 후 고정판 역할을 동시 수행하는 가이드브라케트(1023);
   상기 양수유출구(705)와 양수결합구(700) 결합시 및 상기 환수유입구(815)와 상기 환수조절변(1000)의 결합시 양환수되는 지하수가 누수되는 것을 방지하는 패킹(090);
   상기 양수유출구(705)에 체결된 상기 양수결합구(700) 및 상기 환수유입구(815)에 체결된 상기 환수조절변(1000)을 설치 또는 인양하기 위한 인양대(060);
   상기 양수유출구(705)에 체결된 상기 양수결합구(700)나 상기 환수유입구(815)에 체결된 상기 환수조절변(1000)이 상호 밀착접촉이 되도록 하거나 지하수의 양환수압력에 의해 이탈되어 지중열교환기(100) 내부로 추락되는것을 방지하기 위하여 상기 인양대(060) 상부에 설치되는 팽창력을 갖는 결합스프링(070);
   상기 양수결합구(700) 상부에 연결되어 상기 환수조절변(1000)으로 양수 지하수를 유입시키는 양수유도관(720);
   상기 양수유도관(720)으로 유입된 양수 지하수를 상기 환수조절변(1000)으로 공급 또는 차단시키기 위하여 전기적 동작에 의해 유로를 개폐하는 전자변(1520);
   상기 지하수보호장치(100) 내부의 양수유니트에 전기공급을 위한 전원선 설치용 방수구조를 갖는 전선인입구(080)
   상기 환수조절변(1000)과 결합되는 상기 환수유입구커버(814)와 상기 양수결합구(700)와 결합되는 상기 양수유출구커버(704)의 분리설치와 설치위치의 임의 조절로 상기 환수조절변(1000)과 상기 양수결합구(700)에 연결된 양수유니트의 설치와 인양시 간섭이 최소화되는 구조; 를 갖는 것을 특징으로 하는 지하수보호장치.
3. 제 1항에 있어서
   상기 환수조절변(1000)은 상기 지하수보호장치(200)의 하단부 일측에 설치되는 환수유입구(815)에 결합된다.
   상기 환수조절변(1000)의 상기 밸브바디(1001)는 전면부에 상기 환수유입구(815)와 체결되는 상기 체결판(1002)을 갖고, 중심부에는 상기 환수입수구(1003), 하부에는 지하수가 환수되는 상기 환수출수구(1020), 상기 환수출수구(1020)측의 상면에는 평면형상의 상기 파티션(1006)의 격벽이 설치된다.
   상기 밸브바디(1001)의 상기 파티션(1006)에 수직하는 내부 습동면은 정교하게 연마 가공된 상기 실린더(1005)로 구성되고, 상기 실린더(1005)의 상부에는 양수된 지하수를 상기 지중열교환기(100) 내부로 배출시키는 상기 배수구(1017)를 갖는 상기 캡(1014)으로 밀폐된다.
   상기 실린더(1005)의 하부 일측에는 상기 주수구(1015)가 구비되어 상기 양수유도관(720)으로 유입된 지하수가 상기 실린더(1005)내로 입수되도록한다.
   상기 실린더(1005) 내에는 상하로 이동하며 상기 실린더(1005)와 접촉하는 습동면이 정교하게 연마 가공된 상기 피스톤(1004)이 삽입 설치되어, 상기 주수구(1015)로 양수된 지하수가 유입되면 양수압력에 의해 상기 피스톤(1004)은 상부로 상승 이동하고 . 상기 주수구(1015)로 양수되는 지하수 유입이 중단되면 상기 피스톤(1004) 상부측 상기 피스톤스프링(1008)의 팽창력에 의해 하부로 하강 이동한다.
   이때, 상기 피스톤(1004) 하부에 잔류하는 지하수는 상기 피스톤(1004)면에 설치된 소구경의 상기 오리피스(1016)를 통해 상기 실린더(1005) 상부에 설치된 상기 배수구(1017)를 통하여 배수된다.
   상기 피스톤(1004)의 중심부에는 원형 봉 형상의 상기 밸브스템(1007)의 일단이 삽입 고정되며 상기 파티션(1006)을 관통하는 타단에는 상기 밸브디스크(1010)가 삽입 설치된다.
   상기 밸브디스크(1010)는 상기 환수출수구(1020) 상부의 상기 환수챔버(1003a) 내에 삽입된 후 상기 밸브스템(1007) 하부의 상기 스프링시트(1012)와 상기 디스크스프링(1011) 및 상기 체결너트(1013)로 체결 고정된다.
   상기 밸브디스크(1010)의 가장자리의 하부면은 정교하게 연마 가공되어 상기 피스톤(1004) 하강시 상기 환수출수구(1020)의 상기 밸브시트(1009)와 접촉시 누수를 방지한다.
   상기 밸브시트(1009)에 밀착하는 상기 밸브디스크(1010) 상하부에 삽입된 상기 디스크스프링(1011)은 상기 밸브디스크(1010)가 상기 환수출수구(1020)측의 상기 밸브시트(1009)에 정확하게 밀착되도록한다.
   상기 피스톤(1004) 상부면에는 팽창력을 갖는 상기 피스톤스프링(1008)이 삽입되며 상기 피스톤스프링(1008) 하부는 상기 피스톤(1004) 상부면에 접촉하고 상부는 상기 캡(1014) 하부면에 접촉하며 일정한 압축장력이 유지되도록한다.
   상기 수중모터펌프(400)의 양수모드에서,
   상기 전자변(1520)이 개방되어 상기 환수조절변(1000)으로 급수가 이루어지면, 상기 피스톤(1004) 하부에 작용하는 지하수의 양수압력이 상기 피스톤(1004) 상부에 작용하는 상기 피스톤스프링(1008)의 팽창력보다 크면, 상기 피스톤(1004)이 상승하며 상기 피스톤(1004)에 연결된 상기 밸브스템(1007)과 상기 밸브스템(1007)의 하단에 삽입 설치된 상기 밸브디스크(1010)는 상기 환수출수구(1020)측을 개방하기 위하여 상기 밸브시트(1009)에서 분리된다.
   상기 밸브디스크(1010)가 상기 밸브시트(1009)에서 분리되어 밸브개도가 개방되면 상기 환수챔버(1003a) 내부의 지하수는 상기 환수출수구(1020)를 통하여 상기 지중열교환기(100)로 환수가 이루어지게된다.
   상기 수중모터펌프(400)의 정지모드에서,
   상기 전자변(1520)이 폐쇄되어 상기 환수조절변(1000)으로 단수가 이루어져 상기 피스톤(1004) 하부에 작용하든 지하수의 양수압력이 소멸되면, 상기 피스톤(1004)의 상부에 작용하는 상기 피스톤스프링(1008)의 팽창력에 의해 상기 피스톤(1004)이 하강하며 상기 피스톤(1004)에 연결된 상기 밸브스템(1007)과 상기 밸브스템(1007)의 하단에 삽입 설치된 상기 밸브디스크(1010)는 상기 환수출수구(1020)측을 폐쇄하기 위하여 상기 밸브시트(1009)에 밀착한다.
   상기 밸브디스크(1010)가 상기 밸브시트(1009)에서 밀착되어 밸브개도가 폐쇄되면 상기환수챔버(1003a) 내부 지하수는 상기 지중열교환기(100)로의 환수가 중단되게된다.
   상기 피스톤(1004) 하부로의 지하수 양수압력의 공급과 차단은 상기 양수결합구(700)에 연결된 상기 양수유도관(720)과 상기 전자변(1520)에 의해 이루어지며, 상기 전자변(1520) 개폐동작은 전원공급판넬(1500)의 제어명령에 따른 전원공급 유무에 따라 이루어지며
   상기 전자변(1520) 개방시 유입되어 상기 피스톤(1004) 하부에 유입 또는 체류한 지하수는 상기 피스톤(1004)에 설치된 상기 오리피스(1016)와 상기 실린더(1005) 내부를 경유하여 상기 배수구(1017)를 통하여 배수가 되는 상기 환수조절변(1000); 을 갖는 것을 특징으로하는 지하수 양수압력 연동 환수조절변이 적용된 집합 트렌치배관 지열시스템.
4. 상기 지중열교환기(100) 내 상기 수중모터펌프(400)의 수중펌프입수구(430)로 흡입되어 수중모터(420)와 체결된 수중펌프(410)에 의해 양수되는 지하수는 상기 수중모터펌프(400) 출수구에 연결된 상기 양수관(600)으로 양수되어 상기 양수결합구(700)로 이동하게된다.
   상기 양수관(600)의 제1단부는 상기 수중모터펌프(400)에 연결되며, 제1단부의 반대편인 제2단부는 상기 양수결합구(700)에 연결된다.
   상기 양수결합구(700)가 체결되는 상기 지하수보호장치(200)의 상기 양수유출구(705)에는 상기 역지변(706)과 상기 양수지관(710)의 제1단부가 연결되며, 제1단부의 반대편인 제2단부는 양수용 집합배관인 상기 양수주관(720)에 연결되며, 상기 양수주관(720)은 상기 열교환기입수관(730)에 연결되며 상기 열교환기입수관(730)은 상기 열교환기(800)의 지하수측 입수구인 하부 노즐에 연결된다.
   상기 양수주관(720)을 경유하여 상기 열교환기입수관(730)을 경유하여 상기 열교환기(800) 하부의 입수구로 유입되면 상기 열교환기(800) 전열판을 통하여 상기 지열원펌프(1300)에 의해 순환하는 유체를 통하여 상기 히트펌프(1400)의 흡열 또는방열로 인하여 증온 또는 감온된 후, 상기 수중모터펌프에 의해 양수된 지하수와 열교환하게된다.
   상기 지열원펌프(1300)에 의해 순환하는 유체와 열교환이 이루어진후 증온 또는 감온된 지하수는 상기 열교환기(800) 상부의 출수구로 배출된다.
   상기 열교환기(800)의 출수구인 상부 노즐에 연결된 상기 열교환기출수관(810)은 환수용 집합배관인 상기 환수주관(820)에 연결되며, 상기 환수주관(820)은 상기 환수지관(830)의 제1단부에 연결되며 반대편인 제2단부는 상기 지하수보호장치(200)의 상기 환수유입구(815)에 연결된다.
   이때, 상기 환수유입구(815)는 상기 환수조절변(1000)과 결합되는 구조로 체결된다.
   상기 환수조절변(1000)으로 유입된 지하수는 상기 지중열교환기(100) 공법별 구성에 의해 상기 제1환수관(1100) 또는 상기 제2환수관(1200)을 경유한 후 상기 지중열교환기(100) 내부로 환수된다.
   상기 지중열교환기(100) 내부로 환수된 지하수는 지중암반 및 대수층 지하수와 열교환후 상기 수중모터펌프(400)으로 흡입되어 양수되는 재순환 과정을 반복 수행하게된다.
   상기 수중모터펌프(400)에 의해 지하수가 양환수되는 집합주관 트렌치배관방식 지열시스템에서 상기 지중열교환기(100)의 공법별 양·환수되는 특성의 순환과정;
   SCW공법에서는,
   상기 환수조절변(1000)의 상기 환수출수구(1020)에 관의 제1단부가 연결되며 제2단부는 상기 지중열교환기(100)의 수면부근까지 연장 설치되는 제1환수관(1100);
   상기 지중열교환기(100) 바닥면에서 상기 지하수보호장치(200) 하부까지 연장 설치되는 상기 PVC 케이싱(300) 외부와 지중암반 사이를 지하수가 하강 이동하며 지중암반 및 대수층 유동지하수와 열교환 된 후, 상기 PVC 케이싱(300) 하부의 일정높이에 설치된 지하수 환수유입 통로인 상기 유공관(310)을 통하여 상기 PVC 케이싱(300) 내부로 유입된 후, 상기 지중열교환기(100) 상부에 수용되어 상기 양수관(600)의 제2단부와 연결되는 양수유니트인 상기 수중모터펌프(400)에 의해 상기 양수관(600)으로 양·환수되는 특성의 순환과정; 을 수행하며,
   CTW공법에서는,
   상기 환수조절변(1000)의 상기 환수출수구(1020)에 관의 제1단부가 연결되며 제2단부는 상기 지중열교환기(100)의 수면부근까지 연장 설치되는 제1환수관(1100);
   상기 지중열교환기(100) 바닥면에서 상기 지하수보호장치(200) 하부까지 연장 설치되는 상기 PVC 케이싱(300) 외부에 콩자갈사리(320)이 충전된 지중암반 사이를 지하수가 하강 이동하며 지중암반 및 대수층 유동지하수와 열교환 된 후, 상기 PVC 케이싱(300) 하부의 일정높이에 설치된 지하수 환수유입 통로인 상기 유공관(310)을 통하여 상기 PVC 케이싱(300) 내부로 유입된 후, 상기 지중열교환기(100) 상부에 수용되어 상기 양수관(600)의 제2단부와 연결되는 양수유니트인 상기 수중모터펌프(400)에 의해 상기 양수관(600)으로 양·환수되는 특성의 순환과정; 을 수행하며,
   SHW공법에서는,
   상기 환수조절변(1000)의 상기 환수출수구(1020)에 관의 제1단부가 연결되며 제2단부는 상기 지중열교환기(100)의 수면부근까지 연장 설치되는 제1환수관(1100);
   상기 지중열교환기(100) 바닥면까지 지하수가 하강 이동하며 지중암반 및 대수층 유동지하수와 열교환 된 후, 상기 양수관(600)의 제2단부에 대향하여 상기 지중열교환기(100)의 바닥면 부근까지 연장 설치되는 상기 흡입관(330)을 통하여 상기 수중모터펌프하우징(500)의 입수구로 입수된 후, 양수유니트인 상기 수중모터펌프(400)에 의해 상기 양수관(600)으로 양·환수되는 특성의 순환과정; 을 수행하며,
   RTS공법에서는
   상기 환수조절변(1000)의 상기 환수출수구(1020)에 관의 제1단부가 연결되며 제2단부는 상기 지중열교환기(100)의 바닥면 부근까지 연장 설치되는 제2환수관(1200);
   상기 지중열교환기(100)의 바닥면에서 상기 지중열교환기(100)의 상부에 수용되어 상기 양수관(600)의 제2단부와 연결되는 양수유니트인 상기 수중모터펌프(400)까지 지하수가 상승 이동하며 지중암반 및 대수층 유동지하수와 열교환한 후 상기 수중모터펌프(400)에 의해 상기 양수관(600)으로 양·환수되는 특성의 순환과정; 을 갖는 지중열교환기에 범용으로 적용할 수 있는 것을 특징으로하는 지하수 양수압력 연동 환수조절변이 적용된 집합 트렌치배관 지열시스템.
5. 상기 지중열교환기(100)으로부터 지하수를 양수하는데 이용되는 상기 수중모터펌프(400)는 운전모드와 정지모드로 절환하며 지하수를 양수하여 상기 히트펌프(1400)의 지열원으로 이용하기 위하여 전기적으로 연결되는 상기 전원공급판넬(1500)이 구비되며, 상기 전원공급판넬(1500)은 상기 히트펌프(1400)와 상기 지열원펌프(1300) 및 상기 수중모터펌프(400)와 전기적으로 연결되는 전원공급부(미도시) 및 제어부(미도시)등을 포함할 수 있으며.
   전원공급부(미도시)는 지상에 단독으로 설치되어 상기 히트펌프(1400)와 상기 지열원펌프(1300) 및 상기 수중모터펌프(400)와는 전원선을 통해 전기적으로 연결되며, 제어부(미도시)에 의해 상기 지열원펌프(1300) 및 상기 수중모터펌프(400)를 자동 또는 수동으로 동작 시킬 수 있도록한다.
   상기 전자변(1520)을 동작시키는 제어부는 상기 전원공급판넬(1500) 내부에 설치되어 전원 공급유무에 따라 상기 환수출수구(1020)를 개폐시켜 환수를 제어하며 상기 지중열교환기(100)의 지하수 저수위를 감지하며,
   전원공급부(미도시)에서 상기 히트펌프(1400)와 상기 지열원펌프(1300) 및 상기 수중모터펌프(400)에 공급되는 전원의 저전압, 역상, 결상, 저잔류, 과전류, 누전등을 감지하여 상기 히트펌프(1400)와 상기 지열원펌프(1300) 및 상기 수중모터펌프(400)의 고장발생을 사전 예방; 할 수 있도록 구성하는 것을 특징으로하는 지하수 양수압력 연동 환수조절변이 적용된 집합 트렌치배관 지열시스템.