상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지하수의 지상유출 방지 기능을 갖는 지열공 열교환장치는, 지중에 천공되는 다수의 지열공과 상기 지열공 내의 지하수를 공급하는 펌프, 상기 펌프로부터 지하수를 공급받아 열교환하는 열교환수단, 상기 열교환수단을 통해 열교환된 지하수를 상기 지열공에 복귀시키는 리턴관, 상기 지열공들을 서로 연결하여 상기 지열공들 내의 지하수가 서로 유동되도록 함으로써 상기 지열공들 내의 수위를 일정하게 유지하는 수위조절수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적 절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1에서 보이는 것처럼, 본 발명에 따른 지하수의 지상유출 방지기능을 갖는 지열공 열교환장치는, 지중(G)에 형성된 다수(도면에서는 3개를 예로 들어 설명함)의 지열공들(11A,11B,11C)내의 지하수를 순환시키는 다수의 지하수 순환수단들(10A,10B,10C)과, 다수의 지하수 순환수단들(10A,10B,10C)로부터 지하수를 공급받아 열교환한 후 열교환된 지하수는 지하수 순환수단들(10A,10B,10C)에 다시 복귀시키는 열교환수단(20)과, 지하수 순환수단들(10A,10B,10C)의 수위를 조절하는 수위조절관들(50A,50B)을 포함하고 있다. 이하, 각 구성요소를 구체적으로 설명한다.
지하수 순환수단(10A,10B,10C)은 설치위치만 다를 뿐 동일한 구조이므로 하나만을 예로 들어 설명하기로 한다.
도 2에서 보이는 것처럼, 지하수 순환수단은, 지중(G)에 형성된 지열공 (11A), 지열공(11A)의 내경보다 작은 외경으로 이루어지면서 하단부에 유입공(12)이 형성되어 둘레부에 복귀부(13)가 형성되도록 지열공(11A)의 중앙에 각각 삽입되고 열교환수단(20)과 연결되어 지하수를 공급하는 양수관(12A), 양수관(12A)의 내부에 각각 장착되어 유입공(12)을 통해 복귀부(13)내의 지하수를 펌핑하는 수중 펌프(14), 복귀부(13)와 열교환수단(20)을 연결하여 열교환수단(20)에 의해 열교환된 지하수의 복귀를 안내하는 리턴관(15A)으로 이루어진다. 여기서, 양수관(12A)의 하단 유입공(12)은 지열공(11A)의 바닥부에 근접되고 리턴관(15A)의 배출구는 지열공(11A)의 입구측에 배치되어 리턴관(15A)에서 배출된 지하수가 유입공(12)측으로 내려가면서 열교환되어 다시 양수관(12A)에 공급되는 것이다.
도 1에서 보이는 것처럼, 열교환수단(20)은 지하수 순환수단(10A,10B,10C)의 양수관(12A,12B,12C) 및 리턴관(15A,15B,15C)과 연결되어 양수관(12A,12B,12C)을 통해 지하수를 공급받아 열교환매체와 지하수가 열교환되도록 하며, 종래의 열교환수단과 동일한 것이므로 여기서는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.
다수의 지하수 순환수단(10A,10B,10C)은 하나의 열교환수단(20)과 연결되기 때문에 다수 라인의 양수관(12A,12B,12C)과 리턴관(15A,15B,15C)을 모으기 위한 공급측 매니폴드(30)와 배출측 매니폴드(40)가 각각 구비된다.
공급측 매니폴드(30)와 배출측 매니폴드(40) 역시 열교환수단(20)과 마찬가지로 본 발명의 기술요지와 무관한 것으로서 종래와 동일한 것이 사용되므로 그 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명은 다수의 지열공(11A,11B,11C) 내에 지하수의 양이 다르더라도 각 지열공의 지하수 수위(양)가 일정하게 유지되도록 함을 특징으로 하며, 이를 위하여 예컨대, 수위조절관(50A,50B)(본 발명에서는 3개의 지열공(11A,11B,11C)으로 설명하였으므로 수위조절관(50A,50B)은 2개만 도시됨)이 채용된다.
수위조절관들(50A,50B)은 지열공들(11A,11B,11C)의 사이에 매설되어 양단부가 서로 다른 지열공들(11A,11B,11C)의 복귀부(13)(제2도참조)에 유체 연통 가능하게 관이음된다. 즉, 수위조절관(50A,50B)을 통해 서로 다른 지하수 순환수단들(10A,10B,10C)의 지열공들(11A,11B,11C)이 연결되어 지하수가 다른 지열공들(11A,11B,11C)로 유동할 수 있는 것이다.
수위조절관(50A,50B)은 지열공(11A,11B,11C)의 입구측 내주면에 설치되는 관형 케이싱(16A,16B,16C)에 각각 관이음된다. 예컨대, 케이싱(16A)의 둘레부에는 관이음부(16D)(관이음부는 수위조절관(50A,50B)의 수량에 따라 하나 또는 두개가 형성됨)가 돌출 형성되고, 수위조절관(50A)은 관이음부(16D)보다 큰 직경으로서 관이음부(16D)에 지수링 등을 사이에 두고 끼워 결합된다.
단, 수위조절관(50A,50B)에 의해 지하수가 유동되기 위해서는 지열공(11A,11B,11C)들이 높이가 서로 다르더라도 수위조절관은 수평이 되도록 형성되어야 할 것이다.
도면 중 미설명 부호 V1, V2는 밸브이다.
이와 같이 구성된 본 발명에 의한 지하수의 지상유출 방지 기능을 갖는 지열공 연통구조의 작용을 설명하면 다음과 같다.
각각의 지하수 순환수단들(10A,10B,10C)의 지열공들(11A,11B,11C)의 복귀부(13)(도2참조)에는 지중(G)의 지하수가 유입된다. 각각의 지열공들(11A,11B,11C) 내의 수중펌프들(14A,14B,14C)는 양수관들(11A,11B,11C)을 통해 복귀부(13)(도2참조) 내에 존재하는 지하수를 각각 펌핑하여 공급측 매니폴드(30)에 공급하고, 공급측 매니폴드(30)를 통해 모아진 지하수는 열교환수단(20)에 공급되어 열교환수단(20)의 열교환매체와 열교환된 후 배출측 매니폴드(40)를 통해 다수의 리턴관들(15A,15B,15C)로 분기되고, 각각의 리턴관들(15A,15B,15C)에 다시 복귀된 지하수는 지열공들(11A,11B,11C)을 유동하면서 열교환된 후 다시 양수관들(12A,12B,12C)에 공급된다.
이처럼, 지하수가 열교환수단(20)에 공급 및 복귀하는 중에 각각의 지열공(11A,11B,11C)은 지하수의 이용용량 및 저장용량이 다를 수 있기 때문에 리턴관(15A,15B,15C)을 통해 균일한 양이 채워지게 되면 어느 지점에서는 그 저장용량을 넘을수 있으며, 이렇게 되면, 지하수가 수위조절관(50A,50B)을 통해 다른 지열공(11A,11B,11C)으로 유입된다. 예컨대, 제1지열공(11A)에 저장용량 이상의 지하수가 채워지게 되면 지하수가 지면(G) 바깥쪽인 지상으로 넘치지 않고 제1수위조절관(50A)을 통해 제2지열공(11B)으로 유동하게 되며, 반대로, 제2지열공(11B)에 저장용량 이상의 지하수가 채워지면 지하수가 제1수위조절관(50A) 또는 제2수위조절관(50B)을 통해 제1지열공(11A)이나 제3지열공(11C)으로 유동하게 된다. 따라서, 저장용량 이상의 지하수가 다른 지열공에 공급되면서 모든 지열공(11A,11B,11C) 내의 지하수의 수위가 각 지열공의 용량에 따라 일정하게 맞춰질 수 있는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 지하수의 지상유출 방지 기능을 갖는 지열공 열교환장치는, 양수관(12)이 다수의 단위 관들(12-1,12-2)이 관이음된 것으로서, 삽입 및 인출이 원활하고 양수관(12)의 관이음부가 파손되지 않도록 구성되며, 도 3에서 처럼, 단위관들(12-1,12-2)은 외주면의 상하단부에 각각 경사형 가이드들(17a,17b)가 구비된 커플러(17)를 통해 관이음 된다. 커플러(17)는 단위 관들(12-1,12-2)에 접착제 또는 나사못(17c) 등으로 체결될 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 양수관(12)을 인출하거나 삽입할 때 커플러(17)가 양수관(12)보다 큰 직경이더라도 경사형 가이드들(17a,17b)에 의해 지열공 내벽면을 미끄러지듯이 통과하여 관이음부의 파손이 발생되지 않는다.
그리고, 도 4에서처럼, 단위 관(12-2)의 상단부에는 단부로 갈수록 점진적으로 내경이 커지는 확경부(18)가 형성되고, 확경부(18)의 상단 둘레부에는 경사형 가이드(18a)가 구비되어, 상측의 단위 관(12-1)의 하단부가 하측의 단위 관(12-2)의 확경부(18)에 끼워 결합된다. 여기에 단위 관(12-1,12-2)들의 결속 증대를 위하여 이음부에 접착제 또는 나사못 등으로 더 체결될 수도 있다.
따라서, 양수관(12)의 삽입시 확경부(18)가 지열공의 내벽면을 따라 미끄러지게 되어 관이음부가 유지되고, 또한, 인출시에는 경사형 가이드(18a)에 의해 관이음부가 미끄러지면서 인출된다.