KR100837120B1 - 유량 및 전열용량 자동제어형 지중열전도 테스트장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유량 및 전열용량 자동제어형 지중열전도 테스트장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 현장별로 조건이 다른 천공홀 깊이에 따라 전열기 용량 및 유량을 자동으로 제어할 수 있는 장치를 구비한 열전도측정데이터로 지중열교환기의 신빙성 있는 자료 산출 및 용량 증감이 가능하며 실시간 데이터를 저장, 기록할 수 있을 뿐만 아니라, 순환파이프 내의 유체온도 과열방지를 위한 과열방지센서와 인버터 순환펌프 파손을 방지하기 위해 유량의 흐름이 없을시 상기 인버터 순환펌프를 제어할 수 있도록 플로우센서를 설치하여 지중 열전도도를 안전하고 간편하게 측정할 수 있도록 한 유량 및 전열용량 자동제어형 지중열전도 테스트장치에 관한 것이다.

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Description

유량 및 전열용량 자동제어형 지중열전도 테스트장치{MEASURING APPARATUS OF THERMAL CONDUCTIVITY IN GROUND WITH AUTOMATICALLY CONTROLLED OF FLOW CAPACITY AND ELECTRIC HEAT CAPACITY}

본 발명은 유량 및 전열용량 자동제어형 지중열전도 테스트장치에 관한 것이다.

근래에, 크린에너지 또는 대체에너지에 대한 관심이 높아지고 있는 가운데 연구활동 및 보급이 두드러지게 활성화되고 있는 분야 중 하나가 지열분야라고 할 수 있다. 지중은 방대한 양의 열에너지를 가지고 있으며, 장소적, 시간적으로 이용하기 용이하고, 온도분포(연중 15±5℃ 유지)가 안정되어 있어 히트펌프의 열원으로 이용될 수 있는 가능성이 매우 높다.

지열이용 기술은 태양열과 같이 건물에너지로서 유용성이 높은 대체에너지 기술이기 때문에, 경제적으로 큰 잠재력을 가지고 국내시장에 넓게 퍼질 것으로 예상된다.

지열 히트펌프시스템은 히트펌프유닛과 지중열교환기로 구성되는데, 지중열교환기 내를 열매체가 순환하면서 지중으로부터 열을 흡수하거나 방출하는 장치이 다.

이러한 지중열교환기는 암반으로부터 히트펌프의 열원으로 열을 추출하여 지속적인 열 공급을 위해 암반에 고열전도도를 갖는 보어홀(borehole)을 수직으로 깊게 천공하는 방법, 즉 수직형 지중열교환기의 형태를 사용하는 것이 일반적이다.

수직형 지중열교환기는 순환유체의 사용종류 및 에너지의 교환형태에 따라 개방형, 밀폐형 유-루프형(U-loop), 동심이중관형 등이 있다. 대부분은 밀폐형 보어홀 열교환기가 설치되어왔다. 밀폐형 지열교환기는 U자형으로 연결된 파이프를 깊이 100~200m의 보어홀에 집어넣고, 파이프와 보어홀에 삽입하고, 파이프와 보어홀 사이에 그라우팅(grouting)을 하여 시공한다.

수직형 지중열교환기를 시공하는데에는 암반을 뚫는 비용, 파이프 배관비용 및 지열교환기 구성비용 등이 소요되는데, 이 소요비용은 지열히트펌프 시스템을 설치하는 전체비용에 영향을 주기 때문에, 시스템 설치비용이 증가되는 것을 방지하기 위해 지열교환기를 경제적으로 구성할 필요가 있다.

특히, 지중열교환기의 성능은 천공한 보어홀의 열저항과 토양 및 암석의 열전도성에 따라 영향을 받는다. 수직형 지중열교환기를 설계할 경우, 깊이에 따른 지중의 열물성치(열전도도, 열확산도 및 열용량)가 변하는데, 깊이에 따른 평균 열물성치를 구하여 설계하는 것이 가장 효과적이다.

지중 열전도도는 현장 열전도도 시험을 수행하여 산정할 수 있으며, 현장에서 실제와 동일한 조건으로 시험공(보어홀)을 천공하여 지중열교환기(유체가 순환 유동하는 파이프)를 매설하고, 열전도 시험을 수행하여 측정된 데이터를 라인소스 모델(line source model)에 적용하여 계산한다.

종래에도 이러한 열전도도 측정장치가 마련되어 있었으나, 지중에 매설되는 열교환기능을 담당하는 파이프의 단열 등이 제대로 처리되지 않아 열교환성능에 영향을 미치고, 더욱이 열전도도 측정을 위한 수치를 현장에서 바로 계산하여 열전도도값을 실시간으로 알려주기 위한 계측수단이 없어 항상, 사무소 등에 비치된 컴퓨터에 데이터를 수록한 다음, 소정의 프로그램을 통해 계산하여야 하는 번거로움이 있었다.

결국, 지중 열전도도 측정을 위한 여러가지 변수가 신뢰성 있게 설치, 측정되기 어려워 열전도도 값을 알아내더라도 이값을 통해 실제 지열히트펌프시스템에 적용시 정확도가 떨어져서 활용이 어려운 문제점이 있었다.

또한, 실제의 지열히트펌프시스템의 용량변화에 맞는 열전도도값을 알아내기 위해서 히터를 통해 가열되는 물의 온도를 높이고자 하는 경우, 종래에는 별도의 히터는 물론, 펌프 및 콘크롤부와 같은 설비를 투입열량증대에 대응되도록 추가하여야 했기 때문에, 추가설치에 따른 비용이 발생하는 문제점이 되었다.

도 1은 통상의 열전도 측정 장치를 나타낸 구성도로서, 동 도면에서 보는 바와 같이, 지면에 열교환파이프(107)를 매설 후, 그와 연결된 연결통로를 통해 유체가 다수개의 측정장비를 거치며 순환되도록 한 구성으로, 유체를 순환시키는 펌프(100)와, 온도와 유량을 각각 측정하기 위한 온도센서(103) 및 유량계(104)와, 유체의 온도를 조절하기 위한 히터(101) 및 유체가 투입되는 탱크(102)와, 각 장비와 전기적으로 연결되어 이를 제어하는 DDC(Direct Digital Control, 직접디지털제 어)(105) 및 자료를 수집하는 컴퓨터(106)로 대략 이루어진다.

종래에는 "투입열량 증대를 위한 가열수단을 구비한 지중 열전도도측정장치"

(출원번호 20-2006-0026552, 출원일 2006년 09월 29일)가 발명되었지만, 상기 발명의 경우에는 큰 부피를 가지는 별도의 물탱크를 다수개 구비해야만 하기에 필요 이상의 설치공간이 낭비된다는 단점과 함께, 상기 물탱크가 항상 일정한 체적을 가지고 있기에 천공홀 깊이에 따라 더 많은 물이 필요하게 될 경우 더 많은 설치공간을 할애하여 물탱크를 구비할 수밖에 없고, 물탱크에 설치된 히터의 사용온도 및 설치수량에도 한계가 발생되어 현장별로 조건이 다른 천공홀 깊이에 따른 열전도 측정에 있어서 제한이 있을 수밖에 없었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 현장별로 조건이 다른 천공홀 깊이에 따라 전열기 용량 및 유량을 자동으로 제어할 수 있으며, 지중열교환기로부터의 신빙성 있는 자료 산출 및 용량 증감이 가능할 뿐만 아니라, 순환파이프 내에 유체의 유동이 없음에도 인버터 순환펌프가 공회전을 하는 경우 및 순환파이프 내부에 압력차가 존재하지 않을 경우 또는 순환파이프 내부의 온도가 일정온도 이상으로 과열되는 등의 이상발생시 전원을 차단하거나 장비를 제어하는 안전장치를 구비하여 안전하고 간편하게 지중열전도를 테스트할 수 있도록 한 유량 및 전열용량 자동제어형 지중열전도 테스트장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 일 실시예는 냉난방 시스템에 사용하기 위해 지열에너지를 이용하는 지중열교환기의 지중열전도를 테스트하는 장치에 있어서, 전원장치와; 지중에 소정깊이로 천공되는 천공홀과, 상기 천공홀에 지열파이프가 삽입되어 열교환기능을 하는 지중열교환기로 이루어지는 측정부와; 상기 지열파이프의 양단부에 결합되어 유체가 순환될 수 있도록 하는 순환파이프와, 상기 천공홀의 깊이에 따라 유량을 조절하며 상기 순환파이프 및 지열파이프 상호간에 유체가 순환될 수 있도록 하는 인버터 순환펌프와, 상기 유체의 온도를 조절하기 위해 상기 순환파이프에 수직으로 매설되는 다수개의 전열기와, 상기 순환파이프에 설치되되 순환파이프 내의 유체 유량을 외부에서 확인가능토록 확인창이 구비된 전자식 유량계 및 상기 순환파이프 내의 온도를 측정하기 위한 온도측정센서로 이루어지는 테스트부와; 상기 순환파이프에 각각 설치되되, 상기 전원장치와 전기적으로 연결되어 순환파이프 내의 유체가 일정온도 이상으로 과열될 경우 장비가 손상되는 것을 방지하기 위해 전원을 차단하는 과열방지온도센서와, 상기 순환파이프 내에 유체의 순환이 없을 시 인버터 순환펌프를 오프(OFF)시켜 공회전을 방지하도록 하는 플로우센서와, 상기 전원장치와 전기적으로 연결되어 상기 순환파이프 내에 차압이 발생되지 않을 경우 전원을 차단하는 차압센서로 이루어지는 안전장치부; 상기 전열기, 온도측정센서, 전자식 유량계와 전기적으로 연결되어, 상기 전열기의 전력투입량 및 유체의 온도값, 유체의 유량 측정값을 각각 기록하는 데이터 기록장치; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 현장별로 조건이 다른 천공홀 깊이에 따라 전열기 용량 및 유량을 자동으로 제어할 수 있으며, 지중열교환기로부터의 신빙성 있는 자료 산출 및 용량 증감이 가능할 뿐만 아니라, 순환파이프 내에 유체의 유동이 없음에도 인버터 순환펌프가 공회전을 하는 경우 및 순환파이프 내부에 압 력차가 존재하지 않을 경우 또는 순환파이프 내부의 온도가 일정온도 이상으로 과열되는 등의 이상발생시 전원을 차단하거나 장비를 제어하는 안전장치를 구비하여 안전하고 간편하게 지중열전도를 테스트할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다. 본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또, 장치 또는 요소 방향(예컨대, 예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)" 등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 하는 것을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다. 또한, "제 1(first)", "제 2(second)", "제 3(third)"과 같은 용어는 설명을 위해 본원 및 첨부 청구항들에 사용된 것이기에 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되는 것이 아닙니다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위해 아래의 특징으로 갖는다.

본 발명에 따른 일 실시예는 냉난방 시스템에 사용하기 위해 지열에너지를 이용하는 지중열교환기의 지중열전도를 테스트하는 장치에 있어서, 전원장치와; 지 중에 소정깊이로 천공되는 천공홀과, 상기 천공홀에 지열파이프가 삽입되어 열교환기능을 하는 지중열교환기로 이루어지는 측정부와; 상기 지열파이프의 양단부에 결합되어 유체가 순환될 수 있도록 하는 순환파이프와, 상기 천공홀의 깊이에 따라 유량을 조절하며 상기 순환파이프 및 지열파이프 상호간에 유체가 순환될 수 있도록 하는 인버터 순환펌프와, 상기 유체의 온도를 조절하기 위해 상기 순환파이프에 수직으로 매설되는 다수개의 전열기와, 상기 순환파이프에 설치되되 순환파이프 내의 유체 유량을 외부에서 확인가능토록 확인창이 구비된 전자식 유량계 및 상기 순환파이프 내의 온도를 측정하기 위한 온도측정센서로 이루어지는 테스트부와; 상기 순환파이프에 각각 설치되되, 상기 전원장치와 전기적으로 연결되어 순환파이프 내의 유체가 일정온도 이상으로 과열될 경우 장비가 손상되는 것을 방지하기 위해 전원을 차단하는 과열방지온도센서와, 상기 순환파이프 내에 유체의 순환이 없을 시 인버터 순환펌프를 오프(OFF)시켜 공회전을 방지하도록 하는 플로우센서와, 상기 전원장치와 전기적으로 연결되어 상기 순환파이프 내에 차압이 발생되지 않을 경우 전원을 차단하는 차압센서로 이루어지는 안전장치부; 상기 전열기, 온도측정센서, 전자식 유량계와 전기적으로 연결되어, 상기 전열기의 전력투입량 및 유체의 온도값, 유체의 유량 측정값을 각각 기록하는 데이터 기록장치; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유량 및 전열용량 자동제어형 지중열전도 테스트장치는 상기 순환파이프에 다수개의 공기배기밸브를 설치하여, 상기 순환파이프 및 순환파이프와 대응결합되는 지열파이프 내에 공기가 체류하지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 순환파이프는 다수개의 전열기를 수직으로 설치하기 위해, 상기 순환파이프 소정구간을 다수번 절곡시켜 다수개의 절곡부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 지열파이프와 순환파이프는 상호간 결합부위에 호스키트를 장착하여 상호간에 연결이 용이해지도록 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유량 및 전열용량 자동제어형 지중열전도 테스트장치는 상기 순환파이프 내에 물을 보충하기 위해 보충수탱크를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전열기는 현장에서 필요로 하는 만큼의 용량에 따라 개수를 조절하여 사용되며, 상기 전열기의 전체용량에 따라 인버터 순환펌프의 용량이 결정되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유량 및 전열용량 자동제어형 지중열전도 테스트장치를 상세히 설명하도록 한다.

도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 유량 및 전열용량 자동제어형 지중열전도 테스트장치의 구성은 시험천공으로 설치된 단일개의 천공홀(40)안에 지중열교환기(41)를 삽입하고, 삽입된 상기 지중열교환기(41)의 지열파이프(1, 1') 안에 유체를 순환시켜 지중열전도 테스트장치의 계측장비를 통과하면서 기록된 데이터(온도, 유량, 전력량, 전류량)로 필요한 "K(열전도율)"값을 산출하는 구조로 되어 있으며 이를 위해 전원장치(31), 측정부, 테스트부, 안전장치부, 데이터 기록장치(30)를 포함한다.

상기 전원장치(31)는 후술 될 다수개의 장비와 전기적으로 연결되어 상기 장비의 전원을 공급하는 것으로, 상기 장비들이 이상 징후를 감지하여 더이상 장비의 손상을 발생시키지 않도록 하기 위해 오프(OFF)되는 부분이다. 물론 수동 및 자동으로 모두 가동시킬 수 있음은 당연할 것이다.

상기 측정부는 현장별로 사용자에 의해 지중에 소정깊이로 천공되는 천공홀(40)과, 상기 천공홀(40)에 U자형의 지열파이프(1, 1')가 매설되어 열교환 기능을 하는 지중열교환기(41)로 이루어지되, 본 발명에서는 상기 도 2를 통해 U자 형태의 열교환기를 사용하지만 출구와 입구가 별도로 구성되어 있는 형태라면 사용자에 의해 다양한 형태로 변경적용될 수 있음은 당연할 것이다.

상기 테스트부는 측정부의 지열파이프(1, 1')와 유체가 순환되도록 입구측(A)과 출구측(B)이 각각 연결되어 폐회로를 구성하는 순환파이프(29, 29')가 구비되며, 상기 순환파이프(29, 29')에 하기에 나열될 다수개의 장비들이 결합 또는 연결되는 형태를 가진다. 즉, 지열파이프(1, 1')의 입, 출구측(A, B)과 순환파이프(29, 29')의 입, 출구측(A', B')이 각각 대응되며 결합되는 것이다. (설명상의 편의를 위하여 상기 지열파이프(1, 1')와 순환파이프(29, 29')를 통칭하여 이하 "배관"이라 칭하겠다.) 더불어, 상기 지열파이프(1, 1')의 양단 및 상기 지열파이프(1, 1') 양단과 대응결합되는 순환파이프(29, 29')의 양단 상호간에는 호스키트(Hose Kit)(2, 2')를 장착하여 배관 연결이 편리하도록 한다.

상기 장비들로는 인버터 순환펌프(21), 전열기(10), 전자식 유량계(8), 온도측정센서(5)가 있으며, 이를 설명하면,

상기 인버터 순환펌프(21)는 현장별 조건에 따라 지면에 파여지는 천공홀(40)의 깊이가 달라 변동되는 측정부의 지열파이프(1, 1') 전체길이에 따라, 상기 지열파이프(1, 1')와 테스트부의 순환파이프(29, 29') 상호간에 유동적으로 유체를 순환시키도록 하는 것으로, 즉 천공깊이별 유량조절이 가능하도록 하는 기능이다.

상기 전열기(10)는 순환되는 유체의 온도를 조절하기 위한 것으로서, 사용자에 의해 다양한 가열수단이 사용될 수 있으며, 상기 전열기(10)는 천공홀(40)의 깊이별로 용량증감이 가능한데, 이는 다수개의 전열기(3kw * 5ea, 1개는 예비용)(10) 를 사용함으로써 해결될 수 있다. 더불어, 상기 전열기(10)는 현장마다 천공홀(40)의 깊이가 다른점을 고려하여 다수개를 설치하되, 상기 순환파이프(29, 29')에 수직으로 설치되도록 본 발명에서는 구성되었으며, 이를 위해 상기 순환파이프(29, 29')의 소정구간을 다수번 절곡하여 절곡부(R)를 형성하도록 함으로써 해결할 수 있도록 하였다.

상기 전자식 유량계(8)는 지열파이프(1, 1') 및 순환파이프(29, 29')를 순환 유동하는 상기 배관 내의 유체의 유량을 정밀하게 측정하기 위한 것이다.

상기 온도측정센서(5)는 지열파이프(1, 1')를 거쳐 유체가 유동되는 순환파이프(29, 29') 내의 온도를 측정하기 위한 것이다.

이외에,

별도의 장비들이 상기 순환파이프(29, 29')에 결합되어 측정에 편리함과 안전을 도모하도록 하는데, 그 장비로서는 압력계(7), 공기배기밸브(9), 보충수탱크(17) 등이 있다. 상기 압력계(7)는 순환파이프(29, 29') 내의 압력을 외부에서 실시간으로 식별가능하도록 하기 위해 설치되는 것이고, 상기 공기배기밸브(9)는 지열파이프(1, 1') 및 상기에서 설명한 다양한 테스트장비가 연결된 순환파이프(29, 29') 내에 공기가 체류하지 않도록 공기를 배출시키기 위해 다수개가 설치되는 것이며, 상기 보충수탱크(17)는 배관 내에 물을 보충하기 위하여 20.lit의 용량으로 설치된다.

상기 안전장치부는 상기에서 설명된 다수개의 테스트 장비 및 배관의 손상을 방지하기 위해 상기 순환파이프(29, 29')에 설치되는 것으로, 과열방지온도센서(20), 플로우센서(26), 차압센서(6)로 이루어지며, 상기 전원장치(31)와 전기적으로 연결되어 있다.

상기 과열방지센서(20)는 배관 내의 유체 온도가 이상과열될 경우 장비의 손상을 방지하기 위해 이를 감지하여 상기 전원장치(31)를 오프(OFF)시킨다.

상기 플로우센서(26)는 인버터 순환펌프(21)가 배관 내 유체의 흐름이 없음에도 공회전되는 경우를 방지하기 위한 것으로, 상기와 같은 이상 발생시 상기 전원장치(31)를 오프(OFF)시킨다.

상기 차압센서(6)는 플로우센서(26)와 과열방지센서(20)의 1차 안전장치에 이은 2차 안전장치로써, 배관 내에 차압이 발생되지 않을 경우(압력차가 발생되지 않으면 유체가 유동을 하지 않는다.) 자동으로 상기 전원장치(31)의 전원을 차단한다.

상기 데이터 기록장치(30)는 전술된 각종 장비들, 즉 온도측정센서(5), 전자식 유량계(8), 전열기(10) 등의 각 측정값 또는 용량값 등을 전기적으로 전달받아 기록한 다음, 측정된 값들을 연산하여 필요한 "K(열전도율)" 값을 하기 제 1수학식을 통해 산출하여 출력할 수 있도록 한다.

[제 1수학식]

(여기서, K: 지중매체 열전도율[W/m℃], Q : 전열기(10)에 공급되는 열량[W], L: 지표면에서 지열파이프(1, 1') U-Band까지의 거리[m], SLOPE: 온도 대 실험시간 Natural Log그래프의 기울기(평균온도의 시간변화에 따른 기울기)를 나타냄.)

참고로, 도면상의 표시된 도번 중 미설명된 도번 4는 볼밸브를 나타내고, 도번 19는 드레인볼 밸브를 나타내며, 도번 32는 변압기를 나타낸다.

이하에서는 상기와 같은 구성 및 구조를 갖는 본 발명의 바람직한 실시 예의 작용 및 열전도 측정순서를 설명하도록 한다.

우선 간략하게 설명하면, 상기 천공홀(40)에 삽입된 두 가닥의 지중열교환기(41)와 지중열전도 테스트장치의 입, 출구를 각각 대응되도록 연결하고, 상기 보충수탱크(17)에 물을 채워 배관 내에 유체를 충수 한 후, 상기 배관 내의 공기를 제거하기 위하여 다수개의 공기배기밸브(9)를 거쳐 인버터 순환펌프(21)를 수동 기동함으로써 이물질 및 공기를 완전히 제거한다.

상기와 같이 제거된 상태에서 현장에 필요한 만큼의 전열기(10)를 작동하여 배관의 입구측(A, A')과 출구측(B, B') 내의 유체온도를 온도측정센서(5)에 의하여 측정한다. 측정된 데이터는 데이터 기록장치(30)에 기록되어 저장되며 배관 내에 유체의 흐름이 없을 경우 또는 차압이 발생되지 않는 경우 안전장치부를 통해 테스 트장비의 전원을 차단하도록 한다.

이에, 더욱 자세히 본 발명에 따른 유량 및 전열용량 자동제어형 지중열전도 테스트장치의 열전도도 측정 절차를 설명하도록 한다. (하기에서 나열되는 번호는 순차적으로 행해짐을 나타낸다.)

1. 지중열전도 테스트장치를 천공홀(40) 주위에 설치하고 상기 배관은 가능한 외부노출을 최소화한다.

2. 상기 배관 내에 들어있는 이물질을 제거한다.

3. 상기 지열파이프(1, 1')와 지중열전도 테스트장치의 순환파이프(29, 29')를 연결한다.

4. 상기 지열파이프(1, 1')와 지중열전도 테스트장치 순환파이프(29, 29') 결합구간에서의 열손실을 방지하기 위해 결합구간을 보온한다.

5. 상기 배관 내부를 깨끗한 물로 충수 한다.

6. 상기 지중열전도 테스트장치의 각종 계기를 점검한다.

7. 유동되는 유체의 온도가 평균지중온도와 동일해지도록 인버터 순환펌프(21)를 약 10 내지 30분 동안 가동시킨다.

8. 상기 배관 내의 잔류공기를 완전히 제거한다.

9. 상기 배관 내의 시험 유량은 홀당 필요유량을 유지하도록 한다.

10. 상기 배관 및 지중열전도 테스트장치에서 누설 유무를 확인한다.

11. 상기 배관 내의 유체가 정상상태가 유지되면 전열기(10)를 가동하고, 이 때 전력량은 지중열전도 테스트장치의 전열기(10) 용량을 측정한다.

12. 상기 배관 내의 입, 출구측 온도를 측정한다.

13. 시험기간에는 보충수 주입 및 전기 공급의 중단이 발생되지 않도록 한다.

14. 시험 개시 후, 최소 48시간 이상 측정을 한다.

15. 시험이 완료되면 인버터 순환펌프(21)와 측정장치의 기록을 중지하고 기록내용을 저장한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능함은 물론이다.

도 1은 통상의 열전도 측정 장치를 나타낸 구성도.

도 2는 본 발명에 따른 열전도 테스트장치를 나타낸 일실시예의 구성도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 표시>

1, 1': 지열파이프 2, 2': 호스키트

4: 볼밸브 5: 온도측정센서

6: 차압센서 7: 압력계

8: 전자식 유량계 9: 공기배기밸브

10: 전열기 17: 보충수탱크

19: 드레인볼 밸브 20: 과열방지센서

21: 인버터 순환펌프 23: 차압센서

26: 플로우센서 29, 29': 순환파이프

30: 데이터 기록장치 31: 전원장치

32: 변압기 40: 천공홀

41: 지중열교환기

Claims (6)

1. 냉난방 시스템에 사용하기 위해 지열에너지를 이용하는 지중열교환기(41)의 지중열전도를 테스트하는 장치에 있어서,

   전원장치(31)와;

   지중에 소정깊이로 천공되는 천공홀(40)과, 상기 천공홀(40)에 지열파이프(1, 1')가 삽입되어 열교환기능을 하는 지중열교환기(41)로 이루어지는 측정부와;

   상기 지열파이프(1, 1')의 양단부에 결합되어 유체가 순환될 수 있도록 하는 순환파이프(29, 29')와, 상기 천공홀(40)의 깊이에 따라 유량을 조절하며 상기 순환파이프(29, 29') 및 지열파이프(1, 1') 상호간에 유체가 순환될 수 있도록 하는 인버터 순환펌프(21)와, 상기 유체의 온도를 조절하기 위해 상기 순환파이프(29, 29')에 수직으로 매설되는 다수개의 전열기(10)와, 상기 순환파이프(29, 29')에 설치되되 순환파이프(29, 29') 내의 유체 유량을 외부에서 확인가능토록 확인창이 구비된 전자식 유량계(8) 및 상기 순환파이프(29, 29') 내의 온도를 측정하기 위한 온도측정센서(5)로 이루어지는 테스트부와;

   상기 순환파이프(29, 29')에 각각 설치되되, 상기 전원장치(31)와 전기적으로 연결되어 순환파이프(29, 29') 내의 유체가 일정온도 이상으로 과열될 경우 장비가 손상되는 것을 방지하기 위해 전원을 차단하는 과열방지온도센서(20)와, 상기 순환파이프(29, 29') 내에 유체의 순환이 없을 시 인버터 순환펌프(21)를 오프(OFF)시켜 공회전을 방지하도록 하는 플로우센서(26)와, 상기 전원장치(31)와 전기적으로 연결되어 상기 순환파이프(29, 29') 내에 차압이 발생되지 않을 경우 전원을 차단하는 차압센서(6)로 이루어지는 안전장치부와;

   상기 전열기(10), 온도측정센서(5), 전자식 유량계(8)와 전기적으로 연결되어, 상기 전열기(10)의 전력투입량 및 유체의 온도값, 유체의 유량 측정값을 각각 기록하는 데이터 기록장치(30)를 포함하여 구성되되,

   상기 순환파이프(29, 29')는 다수개의 전열기(10)를 수직으로 설치하기 위해, 상기 순환파이프(29, 29') 소정구간을 다수번 절곡시켜 절곡부(R)를 다수개 형성하며, 다수개의 공기배기밸브(9)를 설치하여, 상기 순환파이프(29, 29') 및 순환파이프(29, 29')와 대응결합되는 지열파이프(1, 1') 내에 공기가 체류하지 않도록 하며,

   상기 전열기(10)는 현장에서 필요로 하는 만큼의 용량에 따라 개수를 조절하여 사용되며, 상기 전열기(10)의 전체용량에 따라 인버터 순환펌프(21)의 용량이 결정되는 것을 특징으로 하는 유량 및 전열용량 자동제어형 지중열전도 테스트장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 지열파이프(1, 1')와 순환파이프(29, 29')는 상호간 결합부위에 호스키트(2, 2')를 장착하여 상호간에 연결이 용이해지도록 하는 것을 특징으로 하는 유량 및 전열용량 자동제어형 지중열전도 테스트장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 유량 및 전열용량 자동제어형 지중열전도 테스트장치는 상기 순환파이프(29, 29') 내에 물을 보충하기 위해 보충수탱크(17)를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 유량 및 전열용량 자동제어형 지중열전도 테스트장치.
6. 삭제

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