KR100981527B1 - High depth vertical hermetic underground heat exchanger device and construction method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 지하수를 취수하지 않은 상태에서 지중 열을 이용할 수 있도록 한 폐쇄형 지중열교환기장치로서 고심도 수직밀폐형 지중 열교환기 장치 및 구성방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 지열을 이용하기 위해 굴착된 고심도(200～500 m) 지열굴착공 내부에 로우프가 연결된 앵커를 설치하고 U밴드 지열코일관 끝단에 고정추를 설치한 후 로우프를 결합하여 지상에서 로우프를 당김으로써 경직성이 약한 폴리에칠렌(PE) U밴드 지열코일관을 지열굴착공 하단부까지 장애없이 설치하여 지중 열교환기 장치의 구성을 편리하게 한 것이다.The present invention relates to a high-depth vertically sealed underground heat exchanger device and a method for constructing a closed underground heat exchanger device that enables underground heat to be used without taking ground water. More specifically, the anchor is connected to the rope inside the high-depth (200-500 m) geothermal excavation hole excavated to use geothermal, and the anchor is installed at the end of the U-band geothermal coil pipe, and then the rope is coupled to the ground. By pulling the rope, the rigid polyethylene (PE) U-band geothermal coiled pipe was installed to the lower end of the geothermal excavation hole without difficulty to facilitate the construction of the underground heat exchanger device.
지열은 크게 개방형 지중 열교환기 장치와 폐쇄형 지중 열교환기 장치로 구분되어 시설되어지고 있다. 개방형 지중 열교환기 장치는 일반 지하수 심정과 동일한 구조와 시설을 갖추고 있으며 단지 지하수를 양수하여 그물을 사용하지 않고 단지 지하수가 가지고 있는 지열을 이용한 다음 다시금 양수하였던 지하수 심정 내부로 되돌려 주입하는 형태를 취하고 있어 지하수가 지상 부분에서 노출되어짐으로써 지하수 오염의 우려가 높은 방식이라 할 수 있다.Geothermal heat is largely divided into an open underground heat exchanger device and a closed underground heat exchanger device. The open underground heat exchanger device has the same structure and facilities as the general groundwater core, and it takes the form of pumping groundwater without using a net and using geothermal power of groundwater only and then returning it back into the groundwater core which was pumped again. Groundwater is exposed from the ground, which is a way of high groundwater contamination.
반면 폐쇄형 지중 열교환기 장치는 굴착된 지열 굴착공 내부에 지중 열교환을 할 수 있도록 하부가 U밴드로 연결된 두가닥의 지열코일관을 바닥까지 삽입하여 설치한 다음 굴착공벽과 지열코일관들 사이를 그라우팅액으로 충진하여 고정한 것이다. 폐쇄형 지중 열교환기 장치는 지하수를 직접 양수하여 노출시키지 않고 지열코일관을 통해 지상에서 열교환되어 보유한 열을 지중에 다시금 교환하는 기능만을 하게 됨으로서 항시 폐쇄된 순환배관 내부에 열교환을 위한 브라인이 순환펌프에 의해 순환될 뿐 지하수와 직접 접촉되지는 않게 됨으로써 개방형 지중 열교환기 장치에 비해서는 지하수 오염을 크게 우려하지 않을 수 있어 지하수 환경보전적인 측면에서는 적극 권장되어져야 할 시스템이라 할 수 있다.On the other hand, the closed underground heat exchanger device is installed by inserting two strands of geothermal coil pipes connected with U-bands to the bottom to perform underground heat exchange in the excavated geothermal drilling holes, and then between the digging hole walls and the geothermal coil pipes. It is filled with grouting liquid and fixed. The closed underground heat exchanger device does not expose the groundwater directly and exposes it to the ground but instead only exchanges the heat retained by heat exchanged from the ground through the geothermal coil pipe to the ground. As it is circulated by but not in direct contact with the groundwater, the groundwater pollution may not be greatly concerned as compared to the open underground heat exchanger device. Therefore, it is a system that should be highly recommended in terms of groundwater environmental conservation.
특히 저탄소 녹색성장 추진과 석유가격의 급등으로 인해 신재생에너지의 확대공급 정책에 따라 지열의 수요는 지속적으로 증가되어질 수 있는 여지가 높아진 반면 지열 시스템의 운용에 따른 지하수 오염 우려로 인해 환경 행정 규제 또한 점차 강화되어져 가고 있는 추세이다. 지열시스템에 의한 지하수 오염 우려는 일반 지하수 굴착공과 동일한 시설 형태를 취하면서 열교환된 지하수가 직접 굴착공내에 유동하고 있는 암반대수층의 지하수와 접촉될 수 밖에 없는 개방형 지중 열교환기 장치의 경우가 심각하여 개방형 지중 열교환기 장치와 대체될 수 있는 장치와 공법의 필요성이 크게 대두되어지고 있다. 또한, 개방형 지중 열교환기 장치의 경우에는 지하수를 양수하기 위한 지하수 심정 펌프를 지열 굴착공 내부에 설치하게 됨으로써 자연수위가 특히 낮을 경우에는 지하수를 양수하기 위해 지나친 운전 동력비를 부담하게 됨으로써 에너지 절감효과가 낮아지는 문제점 또한 있었다. 더구나 지열 굴착공 내부로 환수되는 지하수는 지열 굴착공 내부에서 흘러 내리면서 굴착공벽을 침식하게 되고 침식되어 떨어지는 암편과, 파쇄대 또는 암반대수층에서 유입되는 지하수와 함께 유입되는 토사류는 장기간에 걸쳐 꾸준히 지열 굴착공 내부에 축적이 이루어지게 되고 결국은 압축공기를 이용한 청소인 써징작업을 정기적으로 시행해 주어야 하는 관리상의 어려움 또한 있었다.In particular, due to low carbon green growth and soaring oil prices, the demand for geothermal energy will continue to increase according to the expanded supply of renewable energy. The trend is gradually strengthening. Concerns about groundwater contamination caused by geothermal systems are the same as those of general groundwater rigs, and open ground heat exchanger devices that have only contact with groundwater in rock aquifers where heat-exchanged groundwater flows directly into the pit are severely open. There is a great need for devices and methods that can be replaced with underground heat exchanger devices. In addition, in the case of the open type underground heat exchanger device, the groundwater core pump is installed inside the geothermal excavation hole for pumping groundwater. Therefore, when the natural water level is particularly low, an excessive operating power cost is paid to pump the groundwater. There was also a problem of being lowered. Moreover, the groundwater returned to the geothermal rig will erode the excavation wall as it flows down inside the geothermal rig, and the soils flowing with the groundwater coming from the crushed or rock aquifer will continue to be geothermally excavated over a long period of time. Accumulation occurred inside the ball, and eventually there was a management difficulty in performing a surging operation, which is a cleaning operation using compressed air.
또한, 다수개의 지열 굴착공을 함께 운용시 순환수량의 차이로 인해 각 지열 굴착공에 환수되는 지하수의 수량에 편차가 발생되어지게 되고 결국 일부 지열 굴착공은 심하게 지하수가 지열 굴착공 외부로 넘쳐 올라 시스템 운전에 장애를 발생시키기도 하는 문제를 가지고 있다. 또한, 지하수 자체가 가지고 있는 수질 특성상 모래등 토사류가 함유되어 있을 수 있고 칼슘,마그네슘등 배관이나 열교환기 내에서 스케일을 형성할 수 있는 물질을 다수 함유하고 있어 열교환 효율저하와 순환수배관의 폐색등이 발생될 우려가 높은 문제점을 가지고 있다.In addition, when a plurality of geothermal drilling rigs are operated together, there is a variation in the amount of groundwater returned to each geothermal drilling rig due to the difference in the circulation water quantity. Finally, some geothermal drilling rigs cause the groundwater to overflow to the outside of the geothermal drilling rig. There is a problem that may cause the operation of the system. In addition, due to the water quality of groundwater itself, it may contain soil such as sand, and it contains many substances that can form scale in pipes and heat exchangers such as calcium and magnesium. There is a high problem that this is likely to occur.
폐쇄형 지중 열교환기 장치의 경우에는 열교환기와 순환수배관을 순환하는 브라인(여기에서 브라인은 동절기에 동결되지 않도록 부동액을 첨가한 깨끗한 청수를 사용하게 되며 브라인관 내부와 열교환기, 그리고 지열굴착공 내부에 설치된 지열코일관 내부를 순환하는 열교환 매체이다.)이 지하수와 직접 접촉하지 않음으로써 지하수의 오염 우려가 낮음은 물론 순환수두를 크게 낮출 수 있어 지상에 설치되는 순환펌프만으로 브라인의 열교환을 위한 시스템 내부의 순환을 달성할 수 있는 장점을 가지고 있다. 이러한 폐쇄형 지중 열교환기 장치로 구성된 지열시스템은 현재 수직밀폐형으로서는 U밴드 지열코일관을 지열굴착공에 삽입 설치하여 구성된 U밴드 수직밀폐형이 있으며 외부순환관을 지열굴착공 내부에 먼저 삽입한 후 그 내부에 내부순환관을 삽입하여 구성한 이중관 튜브형, 그리고 기초 파일 내부에 지열코일관을 설치한 에너지 파일형이 대표적 형식으로 개발되어 운용 중에 있다. 한편 지표 토양을 2m 내외의 깊이로 굴삭한 다음 지열코일관을 수평으로 포설하여 매설한 후 시스템을 구성한 수평밀폐형도 폐쇄형 지중 열교환기 장치의 범주에 포함된다 하겠다.In the case of the closed underground heat exchanger device, the brine that circulates the heat exchanger and the circulating water pipe (in this case, brine uses clean fresh water added with antifreeze to prevent freezing in the winter, and inside the brine tube, the heat exchanger, and the geothermal excavator) This is a heat exchange medium that circulates inside the geothermal coil pipe installed on the ground.) Because it does not come into direct contact with the groundwater, the groundwater is less likely to be contaminated and the circulation head can be greatly lowered. It has the advantage of achieving internal circulation. The geothermal system composed of such a closed underground heat exchanger device currently has a vertically sealed U-band vertical sealing type which is installed by inserting a U-band geothermal coiled pipe into a geothermal drilling rig. The double pipe tube type formed by inserting the internal circulation pipe inside and the energy pile type with geothermal coil pipe installed inside the foundation pile are being developed and operated as representative types. On the other hand, the surface soil is excavated to a depth of about 2m, and then the geothermal coil pipe is laid horizontally, and the horizontally sealed type which constitutes the system is also included in the category of the closed underground heat exchanger device.
그러나, 두가닥의 지열코일관 끝에 U밴드를 열 융착 연결하여 형성한 U밴드 지열코일관의 경우 지열코일관이 원형으로 감겨진 상태로 생산되고 그 형태로 현장에 반입됨으로써 지열굴착공 내부에 삽입하는 경우 지열코일관의 끝부분인 U밴드부분이 지열굴착공의 공벽에 부딪히거나 지열코일관 전체가 원형으로 구부러져 있엇던 중이라 현장에서 펼친다할 지라도 직진성을 확보하기가 어려운 상태여서 삽입 장애가 일어나게 된다. 또한, 통상 폴리에칠렌(PE)관의 특성 상 강관파이프처럼 경직된 직진성을 확보하기 어려워 강제적인 삽입력 확보가 불가능하여 대체적으로 삽입깊이는 100～150m를 한계로 삽입하여 시설되어 지고 있다.However, in the case of a U-band geothermal coil tube formed by thermally fusion-connecting a U-band at the end of two geothermal coil tubes, the geothermal coil tube is produced in a circular wound state and brought into the site to be inserted into the geothermal excavation hole. In this case, the U band part of the geothermal coil pipe is hit by the hollow wall of the geothermal drilling rig or the entire geothermal coil pipe is bent in a circular shape. do. In addition, due to the nature of the polyethylene pipe (PE) pipe is difficult to secure rigid straightness, like a steel pipe pipe, it is impossible to secure a compulsory insertion force, the insertion depth is generally installed by inserting a limit of 100 ~ 150m.
또한, 그 실제적인 삽입 깊이를 현장에서 감독 감리자가 직접 참관하며 확인하기 전에는 확인하기가 어려운 문제점 또한 가지고 있었다. 더구나 지열 굴착공 내부에 지열코일관을 붙들어주고 빈 공간의 유동을 줄이기 위해 주입되는 그라우팅이 부실하게 되는 경우 순환펌프의 작동시 발생되는 장기간의 맥동으로 인해 지열코일관의 표면이 굴착공벽과의 마찰등에 의해 손상될 경우 순환수의 누수로 인해 지하수 오염은 물론 지열시스템에 심각한 장애를 발생시킬 수 있는 우려 또한 높은 처지에 있었다. 또한, 시설 깊이가 얕음으로써 결과적으로 개별 지열굴착공에 시설된 지중 열교환기의 열전달면적이 크지 않음으로써 개방형 지중 열교환기 장치에 비해 지중 열교환 효율이 비교적 낮은 문제점을 안고 있었다.In addition, the actual depth of insertion had a problem that was difficult to confirm until the supervising supervisor visited the site. In addition, when the grouting injected to hold the geothermal coil pipe inside the geothermal digging hole and reduce the flow of empty space becomes poor, the surface of the geothermal coil pipe may be damaged by friction with the digging hole wall due to the long-term pulsation generated by the operation of the circulation pump. In case of damage, the leakage of circulating water caused high levels of groundwater contamination as well as serious damage to the geothermal system. In addition, the shallow depth of the facility, as a result, the heat transfer area of the underground heat exchanger installed in the individual geothermal excavation hole is not large, which results in a relatively low underground heat exchange efficiency compared to the open underground heat exchanger device.
이로 인해 동일한 전열량이라 할 때 고심도를 굴착하여 운용하는 개방형 지중 열교환기 장치의 지열굴착공과 비교하여 U밴드 수직밀폐형의 경우 다량의 지열굴착공이 필요하게 되었고 자연히 다량의 지열굴착공을 굴착하기 위한 부지면적 또한 보다 넓게 확보하여야 하였다. 이러한 부지 면적의 확보 문제로 인해 U밴드 수직밀폐형의 경우 대체적으로 건물을 짓기 전에 기초 화일의 내부에 지열코일관을 설치하거나 건물이 지어지는 바닥부분에 조밀하게 지열굴착공을 굴착한 후 지열코일관을 삽입 설치하여 지중 열교환기를 구성한 후 기계실 내에 설치되는 히트펌프의 전열교환기로 배관을 연결하여 왔다. 결국 부지면적이 좁은 경우 시설운용이 편리한 장점을 가지고 있는 U밴드 수직밀폐형 지열 설비는 시설용량을 충분히 설치할 수 없는 문제점을 가지고 있었다.As a result, the U-band vertical hermetic type requires a large amount of geothermal excavation holes compared to the geothermal excavation hole of the open type underground heat exchanger device that excavates and operates the high depth at the same heat transfer rate. The land area also had to be secured. Due to the problem of securing the site area, in case of U-band vertical sealed type, geothermal coil pipe is installed in the inside of the foundation file or the geothermal coil pipe is excavated densely in the bottom part where the building is built before building. After installing and installing the underground heat exchanger, the pipes were connected to the total heat exchanger of the heat pump installed in the machine room. In the end, the U-band vertical hermetic geothermal facility, which has the advantage of convenient facility operation when the site area is narrow, had a problem in that the installation capacity could not be sufficiently installed.
이러한 문제점을 해결하기 위해 강관파이프를 이용하여 지열코일관을 삽입하는데 도움이 되도록 한다 할지라도 삽입이 완료되고 난 후 강관파이프를 지상으로 뽑아 내는 과정에서 강관파이프와 지열코일관의 외주면이 지속적으로 마찰을 일으켜 마모에 의한 천공이 발생될 수 있는 여지가 높아 활용될 수 없었다.In order to solve this problem, even though it is helpful to insert the geothermal coil pipe by using the steel pipe pipe, the outer peripheral surfaces of the steel pipe pipe and the geothermal coil pipe continuously friction during the extraction of the steel pipe pipe to the ground after the insertion is completed. It could not be utilized because there is a high possibility that a perforation may occur due to wear.
또한, U밴드 수직밀폐형의 경우 오염방지를 위한 그라우팅을 벤토나이트를 주입하게 됨으로써 지열코일관이 파손되어 누설이 발생되는 경우 해당 지열코일관을 찾기가 어려울 뿐 아니라 지열코일관을 인발하여 제거하고 지열굴착공을 다시 재활용하는 것이 불가능하였다. 물론 지열코일관을 대체적으로 건물 건축면적 아래 부분에 구성하고 수많은 지열코일관을 수평배관으로 연결한 후 건물 바닥으로 마감하여 형성되어짐으로써 한 개의 지열코일관이 누설등 문제가 발생되었을 경우에는 전체 지열코일관을 폐쇄하여야하는 중대한 문제로 대두될 경우도 있다 하겠다.In addition, in the case of the U-band vertical sealed type, bentonite is injected into the grouting to prevent contamination, so if the geothermal coil pipe is broken and leaks, it is difficult to find the geothermal coil pipe, and the geothermal coil pipe is drawn out to remove and geothermal excavation. It was not possible to recycle the ball again. Of course, geothermal coil pipes are generally formed in the lower part of the building construction area, and numerous geothermal coil pipes are connected by horizontal pipes and finished by building floors. Sometimes it becomes a serious problem to close the coil pipe.
또한, U밴드 수직밀폐형의 경우도 암반선 아래까지 굴착하는 경우로서 지하수법 및 지하수의 수질보전등에 관한 규칙 제2조 별표1에 따라 상층 오염지 하수의 유입에 따른 지하수 오염을 방지하기 위해 암반선 1m 이상 깊이까지 케이싱을 설치하고 케이싱 외주연을 따라 두께 5센티메터로 그라우팅을 시행하는 지하수 오염방지시설을 설치하여야 함으로써 다량의 지열굴착공을 형성할 수 밖에 없는 U밴드 수직밀폐형의 경우 지하수 오염방지시설을 위한 고액의 시설비가 추가적으로 투입되어지게 될 수 밖에 없어 경제성에서 타시설방법들에 비해 경쟁력을 잃을 수 밖에 없었다.In addition, the U-band vertical sealed type is also excavated to the bottom of the rock line, and in order to prevent groundwater contamination due to the inflow of the upper contaminated groundwater according to the
본 발명은 지하수를 취수하지 않은 상태에서 지중 열을 이용할 수 있도록 한 폐쇄형 지중 열교환기장치로서 종래 150m 전후의 깊이로 시공할 수 밖에 없었던 U밴드 수직밀폐형 지열코일관을 500m 내외의 고심도까지 장애없이 시설될 수 있도록 하여 지중 열교환기 1개소당 전열면적을 최대화 하여 시설 부지면적의 사용 효율성을 높이고자 하는 것이 일차적인 해결과제이다.The present invention is a closed underground heat exchanger device that allows underground heat to be used without groundwater intake. The U-band vertical hermetic geothermal coil pipe, which had to be constructed at a depth of about 150 m, was obstructed to a high depth of about 500 m. The primary challenge is to maximize the heat transfer area per underground heat exchanger and to increase the use efficiency of the facility's site.
또한, 지중 열교환기의 지열코일관에 누설등 장애가 발생하였을 때 지상으로 인발하여 제거하고 새롭게 갱생 시설할 수 있도록 하는 기술을 개발하고자 하는데 그 목적이 있다.In addition, the purpose of the present invention is to develop a technology to remove and remove the ground and rehabilitation facilities when the geothermal coil pipe of the underground heat exchanger, such as leakage.
본 발명은 지하수를 취수하지 않은 상태에서 지중 열을 이용할 수 있도록 한 폐쇄형 지중열교환기장치로서 고심도 수직밀폐형 지중 열교환기 장치에 있어서,The present invention is a closed type underground heat exchanger device capable of using underground heat without taking ground water, and in the high depth vertically sealed underground heat exchanger device,
지열을 이용하기 위해 암반 깊숙이 굴착된 지열 굴착공; 지열 굴착공 하부에 로우프로 연결되어 설치되는 앵커(anchor); 지열굴착공에 삽입 설치되는 지열코일관; 앵커와 지열코일관 하단을 연결하여 이를 당김으로써 지열코일관이 지열굴착공으로 강제삽입이 이루어지도록 구성한 로우프로 구성된 것을 특징으로 하고 있다.Geothermal rigs drilled deep into the rock to use geothermal; An anchor connected to the bottom of the geothermal excavation hole by a rope; Geothermal coil pipe inserted into the geothermal excavation hole; By connecting the anchor and the bottom of the geothermal coil pipe and pulling it, it is characterized in that the geothermal coil pipe is composed of a row configured to be forced insertion into the geothermal excavation hole.
또한, 고심도 수직밀폐형 지중 열교환기 장치 구성 방법으로서는,In addition, as a method of constructing a high depth vertical hermetic underground heat exchanger device,
지표면으로부터 굴착하여 계획된 깊이까지 굴착하여 지열굴착공을 형성하는 공정과; 케이싱을 대구경 굴착공 내부에 삽입 설치한 후 그라우팅을 시행하는 공정과; 지열굴착공 바닥에 로우프가 연결된 앵커를 내려 설치하는 공정과; 로우프를 연결한 지열코일관을 지열굴착공 내부에 삽입하여 설치하는 공정과; 로우프를 지열굴착공 내부에서 인출하여 제거하는 공정과; 지열굴착공 내부에 모래 또는 그라우팅재를 충진하는 공정과; 지열코일관을 지상에 설치된 열교환기 연결 배관에 결합하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하고 있다.Excavating from the ground surface to a predetermined depth to form a geothermal excavation hole; Grouting the casing by inserting the casing into a large diameter hole; Installing the anchor connected to the bottom of the geothermal excavation hole bottom; Inserting and installing a geothermal coiled pipe connecting the ropes into the geothermal excavation hole; Removing the rope by removing the inside of the geothermal excavation hole; Filling sand or grouting material in the geothermal excavation hole; Geothermal coil pipe is characterized in that the process consisting of coupling to the heat exchanger connection pipe installed on the ground.
200～500m에 이르는 고심도 지열굴착공 내부에 U밴드 수직밀폐형 지열코일관을 삽입하여 지중 열교환기를 구성할 수 있게 됨으로써 지열굴착공의 굴착수량을 소량으로 할 수 있어 부지활용성을 크게 높히면서 신재생에너지인 지열 활용의 효율성을 증대시킬 수 있게 되었다. 또한, 종래 U밴드 수직밀폐형 지중 열교환기의 경우에는 다량의 지열굴착공을 시설하여야 함으로써 기존 건축물 바닥 하부에서는 작업이 불가능하고 여유있는 부지가 없는 경우 시설 검토 자체가 불가능하였으나 굴착 장비의 진입이 가능한 부지가 있을 경우에는 기존건축물이라 할지라도 고심도 U밴드 수직밀폐형 지중 열교환기 시설이 가능하게 되는 효과가 있다.By inserting U-band vertical hermetic geothermal coil pipe inside the high-depth geothermal excavation hole of 200 ~ 500m, it is possible to construct underground heat exchanger. The efficiency of utilizing geothermal energy, renewable energy, can be increased. In addition, in the case of the conventional U-band vertically sealed underground heat exchanger, since a large amount of geothermal excavation holes must be installed, work is not possible under the existing building floor, and if there is no spare site, it is impossible to review the facility itself, but it is possible to enter excavation equipment. If there is an existing building, the high-depth U-band vertical hermetic underground heat exchanger facility is possible.
이와 마찬가지로 종래의 U밴드 수직밀폐형 지중 열교환기를 적용하여 시설원예 비닐하우스에 지열 시스템을 시설하는 경우 역시 기존 비닐하우스를 철거하고 다량의 지열굴축공을 굴착하여 시설을 마친 후 비닐하우스를 재건축하여야 하는 문제로 인해 시설기피의 한 이유가 되었으나 본 고심도 U밴드 수직밀폐형의 경우 비닐하우스와 비닐하우스사이의 공간에 장비를 투입하여 지열 굴착공을 개발하여 지중 열교환기를 시설할 수 잇게 됨으로써 적용확대가 용이하게 되는 효과가 있게 되었다.Similarly, if a geothermal system is installed in a horticulture vinyl house by applying a conventional U-band vertically sealed underground heat exchanger, it is also necessary to dismantle the existing vinyl house and excavate a large amount of geothermal excavation holes and then rebuild the vinyl house. However, this high-depth U-band vertical hermetic type can be installed in the space between the vinyl house and the vinyl house to develop a geothermal excavation hole so that the underground heat exchanger can be installed to easily expand the application. It became effective.
또한, 종래 U밴드 수직밀폐형의 경우 지열 굴착공의 수량이 많아 지하수 오염방지시설을 위해 고액의 시설비가 투입될 수 밖에 없었으나 고심도 U밴드 수직밀폐형의 경우에는 지열굴착공의 수량을 크게 줄일 수 있게 되어 결과적으로 지하수 오염방지시설비의 절감 효과 또한 크다 하겠다.In addition, the conventional U-band vertical hermetic type has a large amount of geothermal excavation holes, so a large amount of facility costs have to be put in for groundwater pollution prevention facilities, but in the case of high-depth U-band vertical hermetic type, the number of geothermal digging holes can be greatly reduced. As a result, the reduction of groundwater pollution prevention facility costs is also great.
또한, 고심도 U밴드 수직밀폐형의 경우에는 지중 열교환기 내부에 벤토나이트나 시멘트 주입에 의한 그라우팅 대신 모래를 채울 수 있어 지중 열교환기에 누설등 장애가 발생하였을 때에는 압축공기를 주입하면서 지열코일관을 외부로 모두 인발하여 제거가 가능하여 보수와 유지관리에 획기적인 효과를 갖게 되었다.In addition, in the case of high-depth U-band vertical sealing type, sand can be filled into the underground heat exchanger instead of grouting by bentonite or cement injection. When the underground heat exchanger has a problem such as leakage, all the geothermal coil pipes are injected to the outside while injecting compressed air. It can be removed by drawing, which has a dramatic effect on maintenance and maintenance.
또한, 지열굴착공의 수량이 작고 부지 외곽등에 지중 열교환기를 시설할 수 있게 되어 개별관리가 가능하게 되어 각 지중 열교환기의 효율을 점검 관리가 가능하게 되는 효과가 있다.In addition, the number of geothermal excavation hole is small and the underground heat exchanger can be installed on the outside of the site, so that individual management is possible, so that it is possible to check and manage the efficiency of each underground heat exchanger.
도 1은 본 발명에 의한 해 시설된 지중 열교환기 장치의 설치상태를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 지중 열교환기 장치 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 로우프이탈기와 로우프클램프 기능상태를 표현한 단면도.
도 4는 본 발명에 의한 로우프가 로우프클램프로부터 이탈된 상태를 표현한 단면도
도 5는 본 발명에 의한 앵커를 표현한 단면도.
도 6는 본 발명에 의한 로우프이탈기를 표현한 사시도.
도 7은 본 발명에 의한 이중관 튜브형의 삽입설치를 표현한 단면도.
도 8은 본 발명에 의한 앵커를 앵커봉으로 설치하고 경화체를 구성하게 한 것을 표현한 단면도.
도 9는 본 발명의 앵커 작동상태를 표현한 단면도.
도 10은 본 발명의 가이드 결합상태를 표현한 사시도.
도 11은 본 발명의 고정추와 U밴드 그리고 지열코일관 결합상태를 표현한 단면도,1 is a cross-sectional view showing the installation of the underground heat exchanger device installed in accordance with the present invention.
2 is a cross-sectional view of an underground heat exchanger device according to the present invention.
Figure 3 is a cross-sectional view showing the state of the rope escape and the clamp function according to the present invention.
4 is a cross-sectional view illustrating a state in which the rope is separated from the rope clamp according to the present invention.
5 is a cross-sectional view showing an anchor according to the present invention.
6 is a perspective view of a rope leaving machine according to the present invention.
Figure 7 is a cross-sectional view showing the insertion of the double tube tube type according to the present invention.
Fig. 8 is a cross-sectional view showing that the anchor according to the present invention is installed as an anchor rod to constitute a cured product.
9 is a cross-sectional view showing the anchor operating state of the present invention.
Figure 10 is a perspective view of the guide coupling state of the present invention.
11 is a cross-sectional view showing a state in which the fixed weight and U-band and the geothermal coil pipe of the present invention,
본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.The present invention will now be described in detail with reference to the accompanying drawings.
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.In the following description of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed.
도 2는 지표면(40) 아래 쪽으로 지열굴착공(1)을 굴착하여 형성한 다음 지열굴착공(1) 내부의 굴착공 하부까지 지열코일관(20)을 삽입 설치하고 지상으로 연결한 브라인관(9)을 히트펌프(미도시)와 결합된 열교환기(7)에 연결하여 구성된 지중 열교환기 장치를 도시한 단면도이다. 고심도 지열코일관(20)은 대체적으로 200～500 m 깊이로 구성되며 그 직경은 100～200 mm로 굴착되어진다. 지열굴착공(1)과 지열코일관(20) 사이 공간은 모래로 채우거나 벤토나이트 또는 시멘트액으로 조성된 충진재(10)로 충진하게 된다. 모래를 충진재(10)로 사용하게 될 경우에는 경화효과가 없고 지하수 대수층의 흐름을 저해하지 않으면서 향후 지열코일관(20)을 인발할 수도 있는 장점을 가지게 된다.Figure 2 is formed by excavating the geothermal excavation hole (1) below the
지열굴착공(1) 역시 암반선 하부까지를 굴착하게 되어 상층의 오염된 지하수가 암반선 아래 부분에 형성되어있는 깨끗한 암반지하수를 오염시킬 수 있어 지하수법에 따라 암반선 이하 1m 이상깊이로 케이싱(4)을 삽입하고 5cm 이상 두께로 시멘트액을 조성하여 그라우팅(3)을 시행하게 된다. 물론 계획된 깊이까지 굴착을 완료한 후 이차적으로 그라우팅(3)을 시행할 수도 있고 우선적으로 암반선 아래까지 대구경으로 굴착한 후 케이싱(4)을 설치하고 그라우팅(3)을 시행한 다음 그라우팅(3) 구간이 경화된 후 이차적으로 계획된 깊이까지 굴착하여 지열굴착공(1)을 형성시킬 수도 있다. 이러한 공정은 순서와는 관계없이 필수적인 공정으로 이해하여 본 발명의 범위로 이해되어져야 할 것이다.The geothermal excavation hole (1) also excavates to the bottom of the rock bed so that the contaminated groundwater in the upper layer can contaminate the clean rock groundwater that is formed below the rock bed. 4) Insert and grout (3) to form a cement solution with a thickness of 5 cm or more. Of course, after completion of the excavation to the planned depth, the secondary grouting (3) can also be performed, or the excavation is carried out with a large diameter below the rock line first, and then the casing (4) is installed and the grouting (3) is performed. After the section is cured, the geothermal excavation hole (1) may be formed by excavating to a second planned depth. Such a process should be understood as an essential process regardless of the order and should be understood as the scope of the present invention.
물론 기존 지열굴착공(1)에 대한 시설을 개선하기 위해 시설되는 경우에는 그라우팅(3) 공정이 생략될 수도 있으며 추가 굴착이 이루어져 굴착깊이를 달리 구성할 수도 있다.Of course, if the facility is installed to improve the existing geothermal excavation hole (1), the grouting (3) process may be omitted, and additional excavation may be made to form a different excavation depth.
지열굴착공(1)이 완성된 후 앵커(anchor)에 구성 설치된 로울러(55)에 로우프(40), 또는 마디로우프(48)의 끝부분을 통과 시킨 다음 그 끝을 지상에서 잡고 두 줄의 로우프(40)에 달린 앵커(50)를 지열굴착공(1) 하부까지 내려 설치하게 된다. 앵커(50)는 그 구성부분이 로울러(55)와 고정대(52), 그리고 걸림쇠(51), 로우프이탈기(53) 부분으로 크게 나뉘어지게 된다. 로울러(55)는 로우프(4)를 걸쳐 회전할 수 있도록 되어 있으며 고정대(52)와 통상의 로울러핀(46c)으로 결합되어 이탈되지 않으면서 회전이 용이하도록 하였다.After the geothermal excavation hole (1) is completed, pass the end of the
걸림쇠(51)는 두 개이상의 날이 서로 대향하여 설치하게 되며 1단 또는 2단 이상으로 구성되어 지게 된다. 물론 3개의 날을 원주길이를 균등 분할하여 설치할 수도 있다. 앵커(50)는 대체적으로 자중을 갖는 금속재료를 사용하여 쉽게 지열굴착공(1) 내부에 투입이 가능하게 하였으며 걸림쇠(51)는 고정대((52)에 로울러핀(46b)으로 여유있는 간극으로 결합되어 고정대(52)의 중심으로 오무려지거나 바깥쪽으로 펼쳐지는 동작에 아무런 장애가 없도록 하였다. 물론 작동의 명확성을 위해 스프링(63b)을 걸림쇠(51)와 걸림쇠(51) 사이에 설치하거나 걸림쇠(51)와 고정대(52) 사이에 설치하여 구성할 수도 있다.The
한편, 고정대(52) 상부에는 고정대(52)와 일체로 로우프이탈기(53)를 고정하여 결합 설치하였다. 로우프이탈기(53)는 경사부(59)와 그 끝단에 칼날부(54)를 구성하였다. 로우프이탈기(53) 중앙부분에는 로우프(40)가 관통하여 로울러(55)에 감길 수 있도록 로우프홈(42b)을 가공하여 이 내부로 로우프(40)를 삽입하여 설치되도록 하였다. 칼날부(54)는 두 개의 칼날(77a),(77b)로 구성되며 그 아래로는 급하게 경사부(59)가 구성되도록 하였다.On the other hand, the upper part of the fixing
또한, 앵커(50)의 로울러(55)에 감겨져 지열굴착공(1) 내부로 내려지는 로우프(40) 중 로우프이탈기(53) 반대편 쪽 로우프(40)에는 로우프보호관(47)을 씌워 설치되도록 하였다. 로우프보호관(47)은 통상의 전선보호관이나 나일론 튜브등을 활용하는 것으로 이해하면 된다. 로우프(40)에 끼우는 작업의 편리성을 위해 로우프보호관(47)의 한 측면을 길이방향으로 절개하여 이 절개된 부분을 통해 로우프(40)를 삽입하여 설치할 수도 있다. 물론 로우프(40)는 와이어로우프나 합성수지로 제작된 로우프등 현장 여건에 맞춰 재질과 굵기를 선택하여 사용하게 된다.In addition, among the
이렇게 구성된 앵커(50)는 전술한 바와 같이 로우프(40)를 감아 지열굴착공(1) 내부로 투입하여 설치하게 된다. 이때 앵커(50)에 설치된 걸림쇠(51)는 고정대(52) 안쪽으로는 자유스럽게 오무려질 수 있는 구조로 되어 있어 앵커(50)는 자체 무게로 인해 자연스럽게 지열굴착공(1)내부로 미끄러져 내려가면서 바닥까지 안착되어 지게 된다. 지상에서 투입된 로우프(40)의 길이와 로우프(40)에 걸리는 투입하중에 의해 지열굴착공(1) 바닥까지 도달되었는지의 여부에 대하여는 확인이 가능하며 필요할 경우 수중카메라(미도시)를 함께 투입하거나 투입 후 촬영과 지상에 설치된 모니터(미도시) 화면을 통해 확인도 가능하다 하겠다.As described above, the
바닥에 안착된 앵커(50)를 두줄의 로우프(40)을 반복해서 잡아당기게 되면 걸림쇠(51)는 자체 무게 중심이 바깥 쪽으로 형성되어 있어 고정대(52)의 바깥쪽으로 펼쳐지게 된다. 물론 스프링(63b)이 설치되어있을 경우에는 작동의 명확성은 담보될 수 있다 하겠다. 걸림쇠(51)는 도4에서와 같이 그 끝이 날카롭게 형성되어 지열굴착공(1)의 굴착 벽면에 파고들게 되고 걸림턱(99) 이상의 각도를 벗어날 수가 없어 지상에서 잡아당긴다 할지라도 움직이지 않은 상태를 유지하게 된다. 이러한 효과는 지열 굴착공(1)의 공벽 굴착면 형태가 유리면처럼 매끄럽지가 않고 굴착과정에서의 타격 충격으로 인해 거칠게 굴착면이 형성되어 있어 걸림쇠(51)의 걸림 효과가 높게 나타날 수 있게 된다.When the
앵커(50)를 지열굴착공(1) 내부에 투입할 때 걸림쇠(51)가 순간 순간 펼쳐짐으로써 투입시 장애가 일어나는 것을 방지하기 위해 걸림쇠(51) 외주연으로 로우프(40)에 당김줄(미도시)을 연결한 보호통(미도시)을 씌운 후 설치하거나 또는 걸림쇠(51) 외주연에 띠밴드(미도시)를 결속한 다음 컷팅날(미도시)을 로우프(40)에 당김줄(미도시)로 연결하여 지열굴착공(1) 바닥에 앵커(50)가 도달되었을 때 지상에서 로우프(40)를 잡아당겨 작동시킴으로써 보호통(미도시)을 벗겨내거나 띠밴드(미도시)를 끊어 내어 걸림쇠(51)가 펼쳐질 수 있도록 할 수도 있다.When the
물론 별도로 로우프(40)를 당길시 쉽게 빠지지 않도록 돌설부(98)를 형성시킨 앵커봉(97)을 지열굴착공(1) 하부에 설치하고 난 후 주입호스(미도시)등을 통해 초속경 시멘트 또는 시멘트, 또는 에폭시등 화학제재를 이용하여 이를 앵커(50) 상부까지 투입하여 경화체(100)를 만들어 고착시킨 후 고정하여 운용함으로써 동일한 기능을 얻을 수도 있다 하겠으며 이러한 모든 행위 역시 앵커(50)의 설치범위로 간주되어져야 할 것은 당연하다 하겠다.Of course, after installing the
앵커(50) 설치가 완료되면 로우프(40)의 한쪽 끝단을 지열코일관(20)의 U밴드(21) 상부에 고정한 고정추(60)의 하단에 구성한 로우프클램프(43)에 고정하게 된다. 고정추(60)에 구성된 로우프클램프(43)는 두 개의 두터운 철판으로 가공된 날로 구성되며 안쪽으로 기울어진 톱니(46)가 균일하게 양쪽날에 가공되어 있다. 이는 마치 자동혁대에 구성된 톱날형 돌출물이 혁대를 밀려나가지 않도록 잡아주는 원리와 유사하다 보면 될 것이다.When the
물론 톱니(46)의 고정력을 더 높이기 위해 주름이 가공된 마디로우프(48)를 접합부(49)로 결속시켜 부착하여 운용할 수도 있다.Of course, in order to further increase the fixing force of the
톱날(46) 아래쪽에는 클램프경사면(45)이 형성되어 있으며 로우프클램프(43)의 두 날이 움직일 수 있도록 로울러핀(46a)을 이용하여 고정추(60)에 결합하였다.Clamp inclined surface 45 is formed below the
고정추(60)의 중앙부에는 또한 로우프클램프(43)를 통과하여 나온 여유분의 로우프(40)를 삽입되어질 수 있도록 로우프홈(42a)을 구성하였다. 고정추(60)는 두 개의 대칭된 판형으로 구성되며 지열코일관(20)과 U밴드(21)와 함께 고정하면서 일체가 될 수 있도록 결합하는 기능을 하며 고정추(60)의 상단부는 길게 형성하여 지열코일관(20)을 20 cm 이상 물고 있을 수 있도록 함으로써 고정추(60)에 당겨지는 인발력이 열접착된 U밴드(21)에 직접적으로 가해지지 않도록 함으로써 U밴드(21)가 지열코일관(20)으로부터 탈리되는 사고가 없도록 하였다.The rope groove 42a is configured in the center portion of the fixed
또한 고정추(60)는 충분한 무게를 갖도록 금속재질로 구성되며 그 하단부는 원추형으로 하여 지열굴착공(1)에 삽입시 걸림현상이 없도록 하였다. 한편, 두 개의 판으로 구성된 고정추(60)는 다수개의 결합볼트(88)를 이용하도록 하였으며 지열코일관(20)과 접합되는 부분에는 물림주름(82)을 형성하여 단단한 결속이 이루어져 미끄러짐이 없도록 하였다.In addition, the fixed
지열코일관(20)의 U밴드(21)에 채워진 고정추(60)에 로우프(40)를 고정하고 난 뒤 로우프(40)의 다른 한쪽 끝을 로울러와 모터를 일체화 하여 로울러를 회전시킬 수 있도록 구성된 윈치(91)에 고정하여 윈치(91)를 회전시키게 된다. 윈치(91)는 인버터판넬(미도시)를 장착하여 분당회전수(rpm)를 조정할 수 있게 하여 삽입되는 지열코일관(20)의 삽입속도를 조절할 수 있게 하였다. 로우프윈치(91)를 회전시키면서 코일관로울러(130)를 작동시키면 로우프(40)를 지상에서 잡아 당기는 힘이 그대로 앵커(50)의 로울러(55)를 거쳐 지열코일관(20)과 결합된 고정추(60)를 통해 지열코일관(20)을 끌어당기게 되어 지열코일관(20)은 지열굴착공(1) 내부로 삽입이 이루어지게 된다. 이때 어느 정도 작업이 진행되어지면 지열코일관(20)의 무게로 인해 윈치(91)의 회전수와는 관계없이 지열코일관(20)이 빠르게 지열굴착공(1) 내부로 투입이 일어나는 현상이 발생될 수 있어 윈치(91)와 코일관로울러(130)는 상호 속도를 조정 제어하면서 작업이 이루어지게 된다. 물론 이때 지열코일관(20)의 하중을 고려하여 별도의 와이어로우프(미도시)를 지열코일관(20) 하단부에 결속하고 그 끝을 와이어로우프윈치(미도시)에 고정하여 이를 작동시킴으로써 감거나 풀어주어 지열코일관(20)의 삽입작업을 보조할 수 있도록 추가로 시설할 수도 있으며 이러한 경우 현장 여건에 따라 적의 적용되어져야 할 것이다.After fixing the
삽입설치되는 지열코일관(20)은 통상 U밴드(21)로 연결된 두 가닥의 지열코일관(22a),(22b)을 표현하고 있으나 도 3에서와 같이 대구경의 지열코일관(20b)을 삽입하고 난 뒤 그 내부에 내부순환관(미도시)을 시설하는 이중관 튜브형의 수직밀폐형 지중 열교환기 시설에서도 적용할 수 있음은 당연하다 하겠다. 또한, 마찰저항의 감소를 통해 순환수두의 저감효과와 그 결과 운전동력비의 절감을 위해 두 가닥의 지열코일관(20)의 경우 그 직경의 크기를 U밴드(21)를 경계로 하여 각각 다르게 구성할 수도 있게 하였다.The
또한, 지열코일관(20)을 지열굴착공(1) 내부에 삽입하는 과정에서 지열굴착공(1)의 벽체나 수맥에서 유입되는 모래 또는 슬라임등으로 인해 장애가 발생되는 경우에는 지열코일관(20)과 함께 압축공기 주입호스(150)를 설치하여 고압의 압축공기를 주입하여 이들 모래 또는 슬라임등을 외부로 배출시켜 가면서 작업을 진행할 수도 있다.In addition, in the process of inserting the
지열코일관(20)이 지열굴착공(1)에 삽입이 완료되어지면 로우프클램프(43)의 클램프경사면(45) 안쪽으로 로우프이탈기(53)의 경사부(59)가 파고 들어가게 되면서 먼저 칼날부(54)의 두 개의 칼날(77a),(77b)이 로우프클램프(43)의 두날이 벌어지지 않도록 고정한 밴드(44)를 절단하게 된다. 밴드(44)가 절단되면 스프링(63a)의 탄성과 로우프이탈기(53)의 경사부(59)의 진입력에 의해 로우프클램프(43)의 두날은 양쪽으로 벌어지게 된다. 결과적으로 로우프클램프(43)의 두날에 가공된 톱니(46)에 의해 고정되었던 로우프(40)는 결속이 해지되어지게 되어 로우프클램프(43)의 두날 사이를 빠져 나오게 되어 지상에서 잡아당기는 대로 외부로 모두 인출되어진다.When the
이때 인출되는 로우프(40)는 로우프보호관(47) 내부에서 모두 빠져 나오게 되어 지열코일관(20)과의 마찰로 인해 지열코일관(20)의 손상은 근본적으로 발생되지 않고 안전하게 지켜지게 됨은 물론 지열굴착공(1)과 지열코일관(20) 사이에 끼워져 인출이 어려운 문제 또한 해결이 가능하게 된다. 로우프(40)의 인출이 모두 끝나면 로우프보호관(47) 역시 가능한 외부로 모두 인출하여 제거하게 된다. 물론 이러한 로우프(40)의 인출행위를 시행하지 않고 지열굴착공(1) 내부에 존치하는 방법도 운용될 수 있으며 아예 로우프(40)를 앵커(50)에 설치된 수중윈치(미도시)에 연결하여 지상에서의 전기적인 조작을 통해 작동시켜 지열코일관(20)을 삽입되도록 할 수도 있다 하겠으며 이 경우 지상에서 로우프(40)의 한쪽 끝을 잡아 당기는 과정은 생략되어도 될 것이다. 당연히 로우프(40)를 인출하기 위해 설치되는 로우프이탈기(53)와 로우프클램프(43)의 구성은 하나의 실시예로 이해되어져야 하며 로우프(40)를 이용한 지열코일관(20) 삽입을 위한 다양한 방식이 적용되어질 수 있으나 모두 본 발명의 범위로 간주되어져야 할 것이다.At this time, the
한편, 도 4에서와 같이 지열코일관(20)을 지열굴착공(1) 하부에 명확히 붙들어 고정하기 위해서는 로우프클램프(43)의 두날 안쪽에 형성된 톱니(46)와 짝이 맞도록 로우프이탈기(53)의 경사부(59)에 고정톱니(58)를 형성시켜서 두 구성품이 접촉되었을 대 상호 맞물려 결합될 수 있도록 함으로써 기능이 확보될 수 있도록 하였다.On the other hand, in order to securely hold and fix the
한편, 지열굴착공(1) 내부에 삽입되어지는 지열코일관(20)은 그 내부가 비어 있게 되는 반면 지열굴착공(1) 내부에는 통상적으로 지하수가 지표면으로부터 10～20m 깊이로 채워져 있게 되는 자연수위를 형성하고 있어 지열굴착공(1)의 깊이가 500 m에 이르게 되면 그 내부의 수압은 50 kg/㎠ 안팎에 이르게 되어 결과적으로 지열코일관(20)이 안쪽으로 함몰되어 기능을 못하거나 그 내부에 브라인을 채운 후 수압을 걸더라도 함몰되어 찌그러진 부위가 원상회복되지 않음으로써 순환구경이 크게 좁아지고 폐색되어 심각한 순환장애가 발생될 수가 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 지열굴착공(1) 삽입전 모든 지열코일관(20) 내부에는 보충수펌프(161)를 이용하여 보충수배관(161)을 통해 충수하도록 하였다.On the other hand, the
동절기 시공 중에는 충수된 보충수의 동결을 방지하기 위해 부동액으로 변경하여 충수하여 사용할 수도 있다. 물론 보충수는 지열굴착공(1) 삽입 중에도 충수하면서 삽입과 충수를 병행할 수도 있으며 이러한 행위 역시 보충수 충수의 하나의 공정으로 이해되어야 할 것이다. 이러한 과정을 통해 지열코일관(20) 내부와 지열굴착공(1) 내부의 압력이 시설 깊이가 아무리 깊다 할지라도 압력을 유사하게 맞출 수 있게 되어 수압에 의한 지열코일관(20)의 폐색이나 손상없는 삽입설치가 가능하게 된다.During winter construction, it can be used by changing to antifreeze to prevent freezing of the supplemented water. Of course, the supplemental water may also be inserted and appended while filling the geothermal excavation hole (1) during insertion, and this act should also be understood as a process of supplementation. Through this process, even if the pressure inside the
지열굴착공(1) 내부에 지열코일관(20)의 설치시에는 지열굴착공(1) 중앙부위에 지열코일관(20)이 위치할 수 있도록 가이드((70)를 설치하게 된다. 가이드(70)는 한쪽 면은 개방될 수 있도록 개방선(120)을 두고 한쪽 면은 연결될 수 있도록 구성되어 지열코일관(20)을 감싸 듯 덧 씌운 후 가운데 부분에 형성한 요(凹)홈부(71)에 통상의 전선이나 배관 결속용 타이밴드(72)를 이용하여 강하게 조임으로써 고정될 수 있도록 하였다.When the
지열굴착공(1) 내부에 지열코일관(20)의 설치가 종료되면 그 내부에 모래를 채우거나 벤토나이트, 또는 시멘트액으로 조성한 충진재(10)를 주입하도록 하였다. 충진재(10)가 모래인 경우에는 지중 열교환기(110)에 설치된 지열코일관(20)이 폐색되거나 누설이 발생되는 경우 고압의 압축공기를 이용하여 모래를 제거하고 지열코일관(20)을 외부로 제거할 수 있어 갱생 설치가 가능한 장점을 갖게 된다. 별도의 압축공기 주입호스가 필요없이 지열코일관(20) 내부에 소형 폭약을 바닥까지 내려 설치한 후 폭발시키게 되면 지열코일관(20)의 U밴드(21)부분이 떨어져 나가면서 지상에서 지열코일관(20) 내부로 직접 압축공기를 주입하여 바닥까지 도달시킬 수 있게 되어 간편하게 지열굴착공(1) 내부의 모래와 슬라임등을 제거할 수 있게 된다. 물론 극소형 절단 로봇(미도시)를 투입하여 U밴드(21) 부분을 절단하여 개구부를 확보한 상태에서도 동일한 효과를 얻을 수 있으며 모두 지열코일관(20)의 하부에 개구부를 형성하는 것으로 이해되어야 할 것이다.When the installation of the
충진재(10)의 채움이 완료되어지게 되면 지표면 상부에는 지표수나 오염물질이 유입되지 않도록 지하수법에서 제시한 밀폐식 상부보호공을 설치하도록 하였다. 물론 충진재(10)를 모래가 아닌 시멘트액등을 이용하여 경화시키게 되는 경우에는 밀폐식상부보호공을 생략할 수도 있다 하겠다.When the filling of the filling
한편, 고심도 수직밀폐형 지중 열교환기 장치의 구성방법에 있어서는,On the other hand, in the method of construction of a high depth vertical hermetic underground heat exchanger device,
대구경의 굴착비트를 이용하여 오염방지를 위해 암반선 아래까지 지열굴착공(1)을 굴착하는 공정과; 케이싱(4)을 대구경 지열굴착공(1) 내부에 삽입 설치한 후 그라우팅(3)을 시행하는 공정과; 소구경의 굴착비트를 이용하여 계획된 깊이까지 지열굴착공(1)을 굴착하는 공정과; 소구경으로 굴착된 지열굴착공(1) 바닥에 로우프(40)가 연결된 앵커(50)를 내려 설치하여 고착하는 공정과; 로우프(40)를 연결한 지열코일관(20)을 지열굴착공(1) 내부에 삽입하여 설치하는 공정과; 로우프(40)를 지열굴착공(1) 내부에서 인출하여 제거하는 공정과; 지열굴착공(1) 내부에 충진재(10)를 충진하는 공정과; 지열코일관(20)을 지상에 설치된 열교환기(7)의 연결 배관에 결합하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하고 있다.Digging the geothermal excavation hole (1) to the bottom of the rock to prevent contamination by using a large diameter drilling bit; A step of inserting and installing the
또한, 지열코일관(20) 내부에 보충수를 충진하는 공정을 포함하는 방법으로서는, 대구경의 굴착비트를 이용하여 오염방지를 위해 암반선 아래까지 지열굴착공(1)을 굴착하는 공정과; 케이싱(4)을 대구경 지열굴착공(1) 내부에 삽입 설치한 후 그라우팅(3)을 시행하는 공정과; 소구경의 굴착비트를 이용하여 계획된 깊이까지 지열굴착공(1)을 굴착하는 공정과; 소구경으로 굴착된 지열굴착공(1) 바닥에 로우프(40)가 연결된 앵커(50)를 내려 설치하여 고착하는 공정과; 지열코일관(20) 내부에 보충수를 충수하는 공정과; 로우프(40)를 연결한 지열코일관(20)을 지열굴착공(1) 내부에 삽입하여 설치하는 공정과; 로우프(40)를 지열굴착공(1) 내부에서 인출하여 제거하는 공정과; 지열굴착공(1) 내부에 충진재(10)를 충진하는 공정과; 지열코일관(20)을 지상에 설치된 열교환기(7)의 연결 배관에 결합하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하고 있다.In addition, the method comprising the step of filling the replenishment water in the geothermal coil pipe (20), using a large diameter drilling bit to excavate the geothermal excavation hole (1) to the bottom of the rock to prevent contamination; A step of inserting and installing the
또한, 로우프(40)의 제거없이 충진재(10)를 채워 마감하는 경우의 방법으로서는, 대구경의 굴착비트를 이용하여 오염방지를 위해 암반선 아래까지 지열굴착공(1)을 굴착하는 공정과; 케이싱(4)을 대구경 지열굴착공(1) 내부에 삽입 설치한 후 그라우팅(3)을 시행하는 공정과; 소구경의 굴착비트를 이용하여 계획된 깊이까지 지열굴착공(1)을 굴착하는 공정과; 소구경으로 굴착된 지열굴착공(1) 바닥에 로우프(40)가 연결된 앵커(50)를 내려 설치하여 고착하는 공정과; 로우프(40)를 연결한 지열코일관(20)을 지열굴착공(1) 내부에 삽입하여 설치하는 공정과; 지열굴착공(1) 내부에 충진재(10)를 충진하는 공정과; 지열코일관(20)을 지상에 설치된 열교환기(7)의 연결 배관에 결합하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하고 있다.In addition, the method in the case of filling and filling the
또한, 기존 지열굴착공(1)을 개선하여 사용하기 위해 본 발명을 적용하는 방법으로서는,In addition, as a method of applying the present invention for improving the existing geothermal excavation hole (1),
굴착비트를 이용하여 계획된 깊이까지 지열굴착공(1)을 추가 굴착하는 공정과; 굴착된 지열굴착공(1) 바닥에 로우프(40)가 연결된 앵커(50)를 내려 설치하여 고착하는 공정과; 로우프(40)를 연결한 지열코일관(20)을 지열굴착공(1) 내부에 삽입하여 설치하는 공정과; 지열굴착공(1) 내부에 충진재(10)를 충진하는 공정과; 지열코일관(20)을 지상에 설치된 열교환기(7)의 연결 배관에 결합하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하고 있다.Further drilling the geothermal excavation hole (1) to a predetermined depth by using the excavation bit; Installing and fixing the
또한, 기존 지열굴착공(1) 내부에 지열코일관(20)의 누설로 인한 인발 및 재설치를 위해 본 발명을 적용하여 갱생하는 방법은,In addition, the method of rehabilitation by applying the present invention for drawing and reinstallation due to leakage of the
지열코일관(20)의 하부에 개구부를 형성하는 공정과; 지열코일관(20) 내부에 고압의 압축공기 또는 압축수를 주입하여 모래를 외부로 배출시키는 공정과; 지열코일관(20)을 외부로 인출하여 제거하며 지열굴착공(1) 내부에 설치된 시설을 비우는 공정과; 지열굴착공(1) 바닥에 로우프(40)가 연결된 앵커(50)를 내려 설치하여 고착하는 공정과; 지열코일관(20) 내부에 보충수를 충수하는 공정과; 로우프(40)를 연결한 지열코일관(20)을 지열굴착공(1) 내부에 삽입하여 설치하는 공정과; 로우프(40)를 지열굴착공(1) 내부에서 인출하여 제거하는 공정과; 지열굴착공(1) 내부에 충진재(10)를 충진하는 공정과; 지열코일관(20)을 지상에 설치된 열교환기(7)의 연결 배관에 결합하는 공정으로 이루어진 것을 특징으로 하고 있다.Forming an opening in a lower portion of the geothermal coil pipe (20); Injecting high-pressure compressed air or compressed water into the
미설명 부호 8은 히트펌프의 냉매관이며 80은 지표면이다.Reference numeral 8 is a refrigerant pipe of the heat pump, and 80 is an earth surface.
한편, 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.On the other hand, the present invention may be variously modified and may take various forms in applying the above configuration.
그리고, 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.And, it is to be understood that the invention is not limited to the specific forms referred to in the above description, but rather includes all modifications, equivalents, and substitutions within the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. It should be understood as
Claims (17)
앵커(50)는 고정대(52)의 상단에 로울러(55)를 구성하고 하단에는 걸림쇠(51)를 구성한 것을 특징으로 하는 고심도 수직밀폐형 지중 열교환기 장치.The method according to claim 1,
Anchor 50 is a high-depth vertically sealed underground heat exchanger device, characterized in that the roller 55 is configured on the upper end of the holder 52, and the latch 51 is configured on the lower end.
앵커(50)에는 로우프이탈기((53)를 구성한 것을 특징으로 하는 고심도 수직밀폐형 지중 열교환기 장치.The method according to claim 1,
A high depth vertical hermetic underground heat exchanger device, characterized in that the anchor 50 is configured with a rope breaker (53).
앵커(50)는 앵커봉(97)을 지열굴착공(1) 하부에 설치하고 난 후 초속경 시멘트 또는 시멘트, 또는 에폭시등 화학제재를 이용하여 이를 앵커봉(97) 상부까지 투입하여 경화체(100)를 만들어 고착시킨 것을 특징으로 하는 고심도 수직밀폐형 지중 열교환기 장치.The method according to claim 1,
The anchor 50 is installed under the geothermal excavation hole (1) and then anchored to the upper part of the anchor rod (97) by using cement, cement, or epoxy chemicals such as hardened body (100). A high depth vertical hermetic underground heat exchanger device, characterized in that it is made and fixed).
지열코일관(20)은 하단에 U밴드를 융착하여 두 줄로 구성된 것을 특징으로 하는 고심도 수직밀폐형 지중 열교환기 장치.The method according to claim 1,
Geothermal coil pipe 20 is a high-depth vertically sealed underground heat exchanger device, characterized in that consisting of two lines by fusion of the U-band at the bottom.
지열코일관(20)은 그 직경의 크기가 각각 다르게 두줄로 구성된 것을 특징으로 하는 고심도 수직밀폐형 지중 열교환기 장치.The method according to claim 5,
Geothermal coil pipe 20 is a high-depth vertical hermetic underground heat exchanger device, characterized in that the diameter of each consisting of two different lines.
지열코일관(20)은 대구경으로 구성되고 그 내부에 내부순환관을 시설하는 이중관 튜브형으로 구성된 것을 특징으로 하는 고심도 수직밀폐형 지중 열교환기 장치.The method according to claim 1,
Geothermal coil pipe 20 is a high-depth vertically sealed underground heat exchanger device, characterized in that consisting of a large diameter and consisting of a double-tube tube type to install the inner circulation pipe therein.
지열코일관(20) 하단부에는 고정추(60)를 설치한 것을 특징으로 하는 고심도 수직밀폐형 지중 열교환기 장치.The method according to claim 1,
High-depth vertically sealed underground heat exchanger device, characterized in that the fixed weight 60 is installed at the lower end of the geothermal coil pipe (20).
고정추(60)에는 로우프클램프(43)를 구성한 것을 특징으로 하는 고심도 수직밀폐형 지중 열교환기 장치.The method according to claim 8,
High-depth vertically sealed underground heat exchanger device, characterized in that the fixed weight (60) comprises a rope clamp (43).
지열코일관(20) 내부에는 보충수를 충수하여 지열굴착공(1) 내부에 삽입 설치되는 것을 특징으로 하는 고심도 수직밀폐형 지중 열교환기 장치.The method according to claim 1,
The geothermal coil pipe 20 is filled with supplemental water in the high-depth vertically sealed underground heat exchanger device, characterized in that inserted into the geothermal excavation hole (1).
로우프(40)의 외주연에는 로우프보호관(47)을 설치한 것을 특징으로 하는 고심도 수직밀폐형 지중 열교환기 장치.The method according to claim 1,
High depth vertical hermetic underground heat exchanger device, characterized in that the rope protection tube 47 is installed on the outer periphery of the rope (40).
로우프(40)는 윈치를 설치하여 감을 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 고심도 수직밀폐형 지중 열교환기 장치.The method according to claim 1,
Rope 40 is a high depth vertical hermetic underground heat exchanger device, characterized in that configured to be wound by installing a winch.
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