KR101170739B1 - Geothermal exchanger assembly and method for installing the same into ground - Google Patents
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Abstract
신규한 구조의 지중열 교환기 조립체 및 이 지중열 교환기 조립체를 이용하여 직접 시공하는 방법이 개시되어 있다. 이러한 지중열 교환기 조립체는 전체적으로 U자형이며 열교환 매체가 담겨질 지열교환파이프가 길이 방향으로 매설되고 상기 지열교환파이프의 주변으로 채움재가 채워져 있으며, 일측은 돌출된 형상을 갖고 타측의 일부에는 원주 방향으로 나사산이 형성된 지중열 교환기 기초 부재; 상기 지중열 교환기 기초 부재측 지열교환파이프와 나란하게 대응되게 지열교환파이프가 길이 방향으로 매설되고 상기 지열교환파이프의 주변으로 채움재가 채워져 있으며, 상기 지열교환기 기초 부재의 타측의 일부에 형성된 나사산에 나사 결합되는 지중열 교환기 중간열 부재; 및 상기 지중열 교환기 중간열 부재측 지열교환파이프와 나란하게 대응되게 지열교환파이프가 길이 방향으로 매설되고 상기 지열교환파이프의 주변으로 채움재가 채워져 있으며, 상기 지중열 교환기 중간열 부재에 나사 결합되는 지중열 교환기 마감 부재를 포함한다. 이러한 지중열 교환기 조립체 및 그 시공 방법에 의하면, 지중열 교환기의 시공이 신속하고 간편하게 이루어지므로 노동 및 경제적으로 매우 유리하다. 즉 천부지열에너지(shallow geothermal)를 이용하기 위한 수직밀폐형 지중열교환기를 설치할 경우 지열교환파이프와 그라우팅을 일체화시키고, 이를 지상에서 미리 지질조건에 맞게 제작하여 시공단계를 줄여 시공방법을 간소화하고 동시에 공사기간의 단축으로 비용을 절약할 수 있으며 지중열교환기를 표준화 규격화할 수 있어 품질을 혁신적으로 향상시킬 수 있다. 한편 작업환경을 친환경적으로 개선하고, 작업인부의 안전성도 증대시킬 수 있다. A novel underground geothermal heat exchanger assembly and a method for direct construction using the geothermal heat exchanger assembly are disclosed. The geothermal heat exchanger assembly is generally U-shaped, the geothermal heat exchange pipe to be filled with the heat exchange medium is embedded in the longitudinal direction and the filler is filled in the periphery of the geothermal heat exchange pipe, one side has a protruding shape and the other side is threaded in the circumferential direction The formed ground heat exchanger base member; The geothermal heat exchange pipe is embedded in the longitudinal direction so as to correspond to the geothermal heat exchange pipe in parallel with the geothermal heat exchanger base member side, and the filler is filled in the periphery of the geothermal heat exchange pipe, and the screw is formed on a part of the other side of the geothermal heat exchanger base member. A ground heat exchanger intermediate heat member coupled thereto; And a geothermal heat exchange pipe embedded in the longitudinal direction so as to correspond to the geothermal heat exchange pipe in parallel with the geothermal heat exchanger side, and a filler is filled in the periphery of the geothermal heat exchange pipe and screwed to the geothermal heat exchanger intermediate heat member. And a heat exchanger closure member. According to such a ground heat exchanger assembly and its construction method, construction of the ground heat exchanger is quick and easy, which is very advantageous labor and economically. In other words, when installing a vertically sealed underground heat exchanger to use shallow geothermal energy, the geothermal heat exchange pipe and grouting are integrated and manufactured according to the geological conditions on the ground to reduce the construction stage, simplifying the construction method and at the same time. The cost savings can be reduced, and the quality of ground heat exchangers can be standardized and innovatively improved. On the other hand, it can improve the working environment in an environmentally friendly way and increase the safety of working people.
Description
본 발명은 지중열 교환기 조립체 및 지중열 교환기 조립체를 이용하여 직접 시공하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a direct construction using a geothermal heat exchanger assembly and a geothermal heat exchanger assembly.
지열 에너지는 일반적으로 특정 깊이에서 연중 일정한 온도를 유지하고 있는 특성을 의미한다. 따라서 지표면으로부터의 깊이에 따라 크게 천부지열(shallow geothermal)과 심부지열(deep geothermal)로 구분하고, 이용 측면에서 직접이용과 간접 이용 기술로 분류할 수 있다. 직접 이용은 지하의 10-20℃ 온도의 에너지를 열펌프(heat pump)나 냉동기와 같은 에너지 변환기기의 열원으로 공급하여 건물난방과 냉방, 도로제설(snow melting), 온천, 양식업 및 시설영농, 지역난방 등에 활용한다. 간접이용기술은 심부지열중 대략 120℃ 이상의 고온수나 증기를 지상으로 뽑아 올려 터빈을 돌려 전기를 생산하는데 활용하는 지열발전기술이다. 지열 에너지는 지역이나 지질조건에 따라 차이가 있는 관계로 이용 가능한 온도 범위에 따라서 매우 다양하다. 현재 국내에서는 지열기술은 건물을 냉난방하거나 온수를 공급하는 지열열펌프 시스템(geothermal heat pump systems)이 대부분을 차지한다. 지중열교환기 파이프로 사용되는 Ｕ자관을 시추구멍에 삽입한 다음 파이프와 시추구멍 사이의 반공간에 그라우팅재료(grouting materials)로 다시 채움으로써 마무리된다. 지중열교환기 파이프는 현재 고밀도 폴리에틸렌(HDPE) 또는 폴리부틸렌(PB)파이프가 주로 사용된다. 그라우팅재료는 지중열교환기 순환유체와 시추구멍 주변의 토양 또는 암석등과 열전달을 촉진하고, 지표면으로부터 시추구멍으로 물이 유입되는 것을 차단하며 지하수가 시추구멍으로 유입되는 것을 방지하는 역할을 하는 동시에 발생가능한 지하수의 오염가능성을 차단한다. 그라우팅재료로는 주로 투수도(permeability)가 낮은 벤토나이트 계열이나 시멘트계열 재료가 주로 사용된다. 지중열파이프는 장기간 운전을 목적으로 하는 전체 시스템을 설계할 때 시스템 설치예정지역의 지질조건을 분석하여 적합한 그라우팅재료를 선정한다. 왜냐하면 그라우팅재료는 지질(토양 또는 암반)과 지중열파이프사이의 열전달에 중요한 영향을 미치는 요소로 이외에도 중요한 요소로 지중열파이프의 표면적(열전달면적)과 지중 열물성치(thermal properties)등이 있다. 지중열물성치는 계절, 연간 강우량 그리고 시스템운전에 따른 지중열교환기 주변 토양이나 암반의 수분함량변화 투수율 공극률등과 같은 다양한 요인에 영향을 받는다. 지열열펌프 시스템의 초기비용은 크게 열펌프 구입비, 지중열파이프 시공비(시추구멍천공, 그라우팅재료구입, 지중열파이프 구입), 실내공조설비 구입비용과 설치비용, 자동제어장치설치비용으로 구성되며 지중열파이프시공비용이 전체에서 약 40-50％를 차지한다. 따라서 지열시스템 전체공정에서 지하에 위치하는 시추작업, 지질조건 분석, 지중열파이프 삽입, 그라우팅재료주입공정등은 비교적 많은 작업시간과 비용을 차지하고, 지열시스템의 성공여부에 영향을 주는 중요한 요소이다.Geothermal energy generally refers to a characteristic of maintaining a constant temperature throughout the year at a certain depth. Therefore, it can be classified into shallow geothermal and deep geothermal according to the depth from the ground surface, and can be classified into direct use and indirect use technology in terms of use. Direct use supplies energy from 10-20 ℃ underground to the heat source of energy converters such as heat pumps or freezers to heat and cool buildings, snow melting, hot springs, aquaculture and farming facilities. It is used for district heating. Indirect utilization technology is geothermal power generation technology that draws hot water or steam above about 120 ℃ of deep geothermal heat to the ground and uses it to generate electricity by turning turbines. Geothermal energy varies widely depending on the region and geological conditions and therefore varies widely over the range of temperatures available. Currently in Korea, geothermal technology is mostly geothermal heat pump systems that heat or heat buildings or supply hot water. Finishing is done by inserting a male tube used as a ground heat exchanger pipe into the borehole and then refilling the half space between the pipe and the borehole with grouting materials. Geothermal heat exchanger pipes are currently mainly used high density polyethylene (HDPE) or polybutylene (PB) pipe. The grouting material promotes heat transfer to the ground heat exchanger circulation fluid and soil or rocks around the drilling hole, blocks water from entering the drilling hole from the ground surface, and prevents groundwater from entering the drilling hole. Block the potential groundwater contamination. As the grouting material, bentonite-based or cement-based materials having low permeability are mainly used. The geothermal pipe selects suitable grouting materials by analyzing the geological conditions in the area where the system will be installed when designing the entire system for long-term operation. Because the grouting material is an important factor in the heat transfer between the geology (soil or rock) and the geothermal heat pipe, there are other important factors such as the surface area (heat transfer area) and the geothermal thermal properties of the geothermal heat pipe. The geothermal material properties are influenced by various factors such as seasonality, annual rainfall and changes in water content of the soil or rock around the underground heat exchanger according to system operation. The initial cost of geothermal heat pump system is composed of heat pump purchase cost, underground heat pipe construction cost (drilling hole drilling, grouting material purchase, geothermal heat pipe purchase), indoor air conditioning equipment purchase cost and installation cost, and automatic control device installation cost. Heat pipe construction costs account for about 40-50% of the total. Therefore, the underground drilling process, geological condition analysis, geothermal pipe insertion, grouting material injection process, etc. occupy a relatively large time and cost, and are important factors influencing the success of the geothermal system.
본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 시추공을 천공한 후 지하에 곧바로 지(중)열 교환기를 매설할 수 있게 하는 지중열 교환기 조립체 및 이의 시공 방법을 제공하는 데에 있다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art, an object of the present invention is to provide an underground heat exchanger assembly and its construction method that allows the underground heat exchanger to be buried immediately underground after drilling a borehole. It's there.
본 발명의 다른 목적은 지중열 교환기 조립체의 조립시에 지열교환파이프 사이의 치밀한 결합을 도모할 수 있는 지중열 교환기 조립체 및 이의 시공 방법을 제공하는 데에 있다.Another object of the present invention is to provide a geothermal heat exchanger assembly and a construction method thereof, which can achieve a tight coupling between geothermal heat exchange pipes when assembling the geothermal heat exchanger assembly.
상기 및 그 밖의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 일면은, In order to achieve the above and other objects, one aspect of the present invention,
전체적으로 U자형이며 열교환 매체가 담겨질 지열교환파이프가 길이 방향으로 매설되고 상기 지열교환파이프의 주변으로 채움재가 채워져 있으며, 일측은 돌출된 형상을 갖고 타측의 일부에는 원주 방향으로 나사산이 형성된 지중열 교환기 기초 부재;The geothermal heat exchange pipe which is generally U-shaped and contains heat exchange medium is embedded in the longitudinal direction, and the filler is filled in the periphery of the geothermal heat exchange pipe. absence;
상기 지중열 교환기 기초 부재측 지열교환파이프와 나란하게 대응되게 지열교환파이프가 길이 방향으로 매설되고 상기 지열교환파이프의 주변으로 채움재가 채워져 있으며, 상기 지열교환기 기초 부재의 타측의 일부에 형성된 나사산에 나사 결합되는 지중열 교환기 중간열 부재; 및The geothermal heat exchange pipe is embedded in the longitudinal direction so as to correspond to the geothermal heat exchange pipe in parallel with the geothermal heat exchanger base member side, and the filler is filled in the periphery of the geothermal heat exchange pipe, and the screw is formed on a part of the other side of the geothermal heat exchanger base member. A ground heat exchanger intermediate heat member coupled thereto; And
상기 지중열 교환기 중간열 부재측 지열교환파이프와 나란하게 대응되게 지열교환파이프가 길이 방향으로 매설되고 상기 지열교환파이프의 주변으로 채움재가 채워져 있으며, 상기 지중열 교환기 중간열 부재에 나사 결합되는 지중열 교환기 마감 부재를 포함하는 지중열 교환기 조립체를 제공한다.Geothermal heat exchanger is embedded in the longitudinal direction to correspond to the geothermal heat exchanger pipe side-by-side heat exchanger pipe in the longitudinal direction, and the filling material is filled around the geothermal heat exchanger pipe, the geothermal heat screwed to the geothermal heat exchanger intermediate heat member A ground heat exchanger assembly is provided that includes an exchanger closure member.
본 발명에 있어, 상기 지중열 교환기 조립체의 외주면의 일부 또는 전부가 나사산 형상을 이루는 것을 특징으로 한다.In the present invention, a part or all of the outer circumferential surface of the underground heat exchanger assembly is characterized by a thread shape.
본 발명에 있어, 상기 지중열 교환기 기초 부재와 상기 지중열 교환기 중간열 부재 사이의 연결 부위 및 상기 지중열 교환기 중간열 부재와 상기 지중열 교환기 마감 부재 사이의 연결 부위에 각각 제공되어 있는 지열교환파이프 중의 어느 하나 또는 둘 모두의 일부가 길이 방향으로 신축 가능하게 제공되어 있는 신축성 지열교환파이프 부분을 갖는 것을 특징으로 한다.In the present invention, the geothermal heat exchange pipe is provided at the connection site between the ground heat exchanger base member and the geothermal heat exchanger intermediate heat member and the connection site between the geothermal heat exchanger intermediate heat member and the geothermal heat exchanger closing member, respectively. A portion of either or both of them has a stretchable geothermal exchange pipe portion that is provided to be stretchable in the longitudinal direction.
이의 바람직한 실시예로서, 길이 방향으로 나란하게 배향된 상기 신축성 지열교환파이프 부분의 외측의 일부 또는 전부는 나사산 구조를 가지며, 상기 신축성 지열교환파이프 부분의 외측 나사산 구조와 맞물려 동작하는 기어가 각각 배치되어 있고, 상기 기어는 상호 맞물려 회전할 수 있도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.As a preferred embodiment thereof, a part or all of the outer side of the stretchable geothermal heat exchange pipe portion oriented side by side in the longitudinal direction has a thread structure, and gears operating in engagement with the outer thread structure of the stretchable geothermal heat exchange pipe portion are respectively disposed. And the gears are arranged to rotate with each other.
이의 보다 더 바람직한 실시예로서, 상기 신축성 지열교환파이프 부분은 이와 대응되는 상기 지열교환파이프와 상기 신축성 지열교환파이프 부분의 신축에 의해 치밀하게 암수 결합되며, 상기 신축성 지열교환파이프 부분의 내주면과 이에 암수 결합되는 상기 지열교환파이프의 내주면이 나란하게 배치되게 구성되는 것을 특징으로 한다.In a more preferred embodiment thereof, the flexible geothermal heat exchange pipe portion is densely coupled by the expansion and contraction of the geothermal heat exchange pipe portion and the flexible geothermal heat exchange pipe portion corresponding thereto, and the inner circumferential surface of the flexible geothermal heat exchange pipe portion and male and female The inner circumferential surface of the geothermal heat exchange pipes to be coupled is configured to be arranged side by side.
이때, 상기 기어 중의 어느 하나 또는 둘 모두는 축 결합된 외부의 강제 작동 부재에 의해 작동되게 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.At this time, any one or both of the gear is characterized in that it is configured to be operated by the external force operating member coupled to the shaft.
상기 채움재는 시멘트, 벤토나이트, 모래, 및 콩자갈과 모래의 혼합물로부터 1종 이상 선택되는 것을 특징으로 한다.The filler is characterized in that at least one selected from cement, bentonite, sand, and a mixture of soybean and sand.
본 발명의 다른 일면은,Another aspect of the present invention,
(a) 지중열 교환기 매설 대상 지역의 지질 정보를 입수하여 분석하는 단계;(a) obtaining and analyzing geological information of the region to be buried underground heat exchanger;
(b) 단계 (a)를 거쳐 분석된 데이터에 기초하여 지중열 교환기 매설 대상 지역의 지질에 부합하는 채움재를 갖는 상기한 지중열 교환기 조립체의 지중열 교환기 기초 부재, 지중열 교환기 중간열 부재 및 지중열 교환기 마감 부재를 지상에서 미리 제조하는 단계;(b) the ground heat exchanger base member, the ground heat exchanger intermediate heat member and the ground of the above-described ground heat exchanger assembly having a filler material corresponding to the lipid of the geothermal heat exchanger embedding area based on the data analyzed through step (a). Prefabricating the heat exchanger closure member on the ground;
(c) 상기 단계 (b)에 따라 제조된 지중열 교환기 조립체의 외주면에 형성된 나사산의 직경 보다 작고 상기 지중열 교환기 조립체의 외주면의 직경과 같거나 큰 수직홀을 천공하는 단계;(c) drilling a vertical hole smaller than the diameter of the thread formed on the outer circumferential surface of the ground heat exchanger assembly manufactured according to step (b) and equal to or larger than the diameter of the outer circumferential surface of the ground heat exchanger assembly;
(d) 상기 단계 (c)를 거쳐 형성된 수직홀에 상기 단계 (b)를 거쳐 제조된 지중열 교환기 기초 부재를 회전시키면서 상기 수직홀에 투입시키는 단계;(d) inserting the underground heat exchanger base member manufactured through step (b) into the vertical hole while rotating through the vertical hole formed through step (c);
(e) 상기 지중열 교환기 기초 부재의 일단에 상기 지중열 교환기 중간열 부재를 나사 결합시킨 후, 상기 지중열 교환기 기초 부재와 상기 지중열 교환기 중간열 부재를 함께 회전시키면서 상기 지중열 교환기 중간열 부재의 상단이 지표면에 이를 때까지 투입시키는 단계;(e) screwing the geothermal heat exchanger intermediate heat member to one end of the geothermal heat exchanger base member, and then rotating the geothermal heat exchanger base member and the geothermal heat exchanger intermediate heat member together while rotating the geothermal heat exchanger intermediate heat member. Injecting until the top reaches the ground surface;
(f) 상기 지중열 교환기 중간열 부재의 일단에 상기 지중열 교환기 마감 부재를 나사 결합시킨 후, 상기 지중열 교환기 기초 부재, 상기 지중열 교환기 중간열 부재 및 상기 지중열 교환기 마감 부재를 함께 회전시키면서 상기 지중열 교환기 마감 부재의 상단이 지표면에 이를 때까지 함께 투입시키는 단계; 및 (f) screwing the geothermal heat exchanger closing member to one end of the geothermal heat exchanger intermediate heat member, and then rotating the geothermal heat exchanger base member, the geothermal heat exchanger intermediate heat member and the geothermal heat exchanger closing member together. Injecting together the ground heat exchanger closing member until the top reaches the ground surface; And
필요에 따라, (g) 상기 단계 (f)까지의 단계를 통해 온전히 체결 및 삽입된 지중열 교환기 조립체와 상기 단계 (c)에 의해 천공된 수직홀 사이의 간극을 진동에 의해 메꾸는 단계를 포함하는 지중열 교환기 시공 방법을 제공한다.If necessary, (g) filling the gap between the underground heat exchanger assembly fully fastened and inserted through the steps up to (f) and the vertical hole drilled by step (c) by vibration. It provides a ground heat exchanger construction method.
바람직하게는, 상기 단계 (e) 및 (f)에서, 신축성 지열교환파이프 부분의 외표면과 맞물려 회전하는 기어 중의 어느 하나를 강제 회전시켜 상기 신축성 지열교환파이프 부분을 삽입 대상 지열교환파이프 부분에 치밀하게 결합시키는 공정을 더 포함한다.Preferably, in the above steps (e) and (f), any one of the gears which rotates in engagement with the outer surface of the stretchable geothermal heat exchange pipe portion is forcibly rotated so that the stretchable geothermal heat exchange pipe portion is tightly inserted into the target geothermal heat exchange pipe portion. It further comprises a step of combining.
본 발명에 따른 지중열 교환기 조립체 및 그 시공 방법에 의하면, 지중열 교환기의 시공이 간편할 뿐만 아니라 지열교환파이프 사이에도 치밀하게 결합되게 하므로 분리형 시공이 가능하다.According to the ground heat exchanger assembly and the construction method thereof according to the present invention, not only the construction of the ground heat exchanger is simple, but also the dense coupling between the ground heat exchange pipes is possible.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 지중열 교환기 조립체의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 지중열 교환기 조립체 중 가장 하위에 위치하는 지중열 교환기 기초 부재의 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 지중열 교환기 조립체 중 중간열에 위치하는 지중열 교환기 중간열 부재의 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 지중열 교환기 조립체 중 가장 상위에 위치하는 지중열 교환기 마감 부재의 단면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 지중열 교환기 조립체의 결합 후의 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 지중열 교환기 조립체를 지중에 매립하기 위해 천공된 보어홀(bore hole)을 나타낸 개략 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 보어홀에 본 발명에 따른 지중열 교환기 조립체 중 가장 하위에 위치하는 지중열 교환기 기초 부재를 끼우는 과정을 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 8은 도 7의 공정 후에 지중열 교환기 기초 부재를 회전시키면서 보어홀에 매립하는 과정을 도해하는 도면이다.
도 9는 도 8의 공정 후에 지중열 교환기 중간열 부재를 지중열 교환기 기초 부재에 결합시킨 후 함께 회전시키면서 보어홀에 매립하는 과정을 도해하는 도면이다.
도 10은 도 9의 공정 후에 지중열 교환기 마감 부재를 지중열 교환기 중간열 부재에 결합시킨 후 함께 회전시키면서 보어홀에 매립하는 과정을 도해하는 도면이다.
도 11 내지 도 13은 지중열 교환기 조립체에 매설되는 지열교환파이프의 다른 일련의 예를 보여주는 도면으로, 지열 교환 파이프의 치밀한 결합 과정을 순차적으로 보여주는 도면이다.1 is an exploded perspective view of an underground heat exchanger assembly according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a cross-sectional view of the underground heat exchanger foundation member located at the bottom of the ground heat exchanger assembly shown in FIG. 1.
3 is a cross-sectional view of the geothermal heat exchanger intermediate heat member located in the intermediate heat of the geothermal heat exchanger assembly shown in FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view of the ground heat exchanger closing member positioned at the top of the ground heat exchanger assembly shown in FIG. 1.
5 is a cross-sectional view after coupling of the underground heat exchanger assembly shown in FIG. 1.
6 is a schematic cross-sectional view showing a bore hole drilled for embedding an underground heat exchanger assembly in the ground according to the present invention.
FIG. 7 is a view schematically illustrating a process of fitting the underground heat exchanger base member located at the lowermost of the underground heat exchanger assembly according to the present invention to the borehole shown in FIG. 6.
8 is a view illustrating a process of embedding in a bore hole while rotating the ground heat exchanger base member after the process of FIG. 7.
FIG. 9 is a diagram illustrating a process of joining a geothermal heat exchanger intermediate heat member to a geothermal heat exchanger base member after the process of FIG. 8 and then embedding it in a borehole while rotating together.
FIG. 10 is a view illustrating a process in which the ground heat exchanger closing member is coupled to the ground heat exchanger intermediate heat member after the process of FIG. 9 and then embedded in the borehole while rotating together.
11 to 13 show another series of examples of geothermal heat exchange pipes embedded in a geothermal heat exchanger assembly, which sequentially shows the tight coupling process of geothermal heat exchange pipes.
이하, 본 발명은 첨부된 예시 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명된다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The invention will be described in more detail with reference to the following illustrative drawings.
도 1을 참조하면, 본 발명의 하나의 바람직한 실시예에 따른 지중열 교환기 조립체는 보어홀의 가장 하위에 매립되는 지중열 교환기 기초 부재(10), 그 위에 배치되어 삽입되는 하나 이상의 지중열 교환기 중간열 부재(20) 및 지중열 교환기 중간열 부재(20) 위에 배치되어 함께 삽입되는 지중열 교환기 마감 부재(30)를 포함한다.Referring to FIG. 1, a ground heat exchanger assembly according to one preferred embodiment of the present invention includes a ground heat exchanger foundation member (10) embedded at the bottom of a borehole, and one or more ground heat exchanger intermediate rows disposed therein and inserted therein. And a ground heat
도 1과 함께 도 2를 참조하면, 상기 지중열 교환기 기초 부재(10)에는 지열교환파이프(12a, 12b)가 길이 방향으로 내부에 매설된다. 상기 지열교환파이프(12a, 12b)는 전체적으로 U자형으로 형상화되어 있으며, 하나는 유입 포트 역할을 하고 다른 하나는 유출 포트 역할을 한다. 지열교환파이프(12a, 12b)에는 시공이 완료된 후 열교환 매체가 담겨지게 된다. 지열교환파이프(12a, 12b)의 주변으로는 채움재가 채워진다. 채움재는 시공되는 장소의 지질조건에 따라 부합되게 선택적으로 채워진다. 채움재의 대표적인 비제한적인 예로는 시멘트, 벤토나이트, 모래, 및 콩자갈과 모래의 혼합물이 언급될 수 있다. 지중열 교환기 기초 부재(10)의 시공상 상측 부분에는 도시된 바와 같이 결합을 위한 나사산이 형성된다. 한편, 지중열 교환기 기초 부재(10)의 외주면에는 이의 회전에 의해 보어홀에 삽입이 용이하게 나사산이 형상화되어 있다.Referring to FIG. 2 together with FIG. 1, geothermal
도 1과 함께 도 3을 참조하면, 각각의 지중열 교환기 중간열 부재(20)에는 상기 지중열 교환기 기초 부재측 지열교환파이프(12a, 12b)와 나란하게 대응되게 지열교환파이프(22a, 22b)가 길이 방향으로 매설된다. 상기 지열교환파이프(22a, 22b)도 마찬가지로 하나는 유입 포트 역할을 하고 다른 하나는 유출 포트 역할을 한다. 지열교환파이프(22a, 22b)에는 시공이 완료된 후 열교환 매체가 담겨지게 된다. 지열교환파이프(22a, 22b)의 주변으로는 시공되는 장소에 따라 부합되게 채움재가 선택적으로 채워진다. 이러한 채움재의 비제한적인 예로는 시멘트, 벤토나이트, 모래, 및 콩자갈과 모래의 혼합물이 언급될 수 있다. 상기 지중열 교환기 기초 부재(10)의 시공상 하측 부분과 상측 부분에는 결합을 위한 나사산이 형성된다. 한편, 지중열 교환기 중간열 부재(20)의 외주면에는 이의 회전에 의해 보어홀에 삽입이 용이하게 나사산이 형상화되어 있다.Referring to FIG. 3 along with FIG. 1, each of the geothermal heat exchanger
도 1과 함께 도 4를 참조하면, 지중열 교환기 마감 부재(30)에는 상기 지중열 교환기 중간열 부재측 지열교환파이프(22a, 22b)와 나란하게 대응되게 지열교환파이프(32a, 32b)가 길이 방향으로 매설된다. 상기 지열교환파이프(32a, 32b)도 마찬가지로 하나는 유입 포트 역할을 하고 다른 하나는 유출 포트 역할을 한다. 지열교환파이프(32a, 32b)에는 시공이 완료된 후 열교환 매체가 담겨지게 된다. 지열교환파이프(32a, 32b)의 주변으로는 시공되는 장소에 따라 부합되게 채움재가 선택적으로 채워진다. 이러한 채움재의 비제한적인 예로는 시멘트, 벤토나이트, 모래, 및 콩자갈과 모래의 혼합물이 언급될 수 있다. 상기 지중열 교환기 마감 부재(30)의 시공상 하측 부분에는 결합을 위한 나사산이 도시된 바와 같이 형성되어 있다. 한편, 상기 지중열 교환기 마감 부재(30)의 외주면에는 이의 회전에 의해 보어홀에 삽입이 용이하게 나사산이 형상화되어 있다.Referring to FIG. 1 along with FIG. 4, the ground heat
상기 지중열 교환기 기초 부재(10), 지중열 교환기 중간열 부재(20) 및 지중열 교환기 마감 부재(30)는 최종적으로는 도 5에 도시된 바와 같이 상호 나사 결합되어 하나의 조립체를 이루게 된다.The geothermal heat
도 6 내지 도 10에는 본 발명에 따른 지중열 교환기 조립체의 시공 방법이 순차적으로 도해되어 있다. 이하에서는, 이들 도면을 참조하여 본 발명에 따른 지중열 교환기 조립체의 시공 방법이 설명된다.6 to 10 sequentially illustrate the construction method of the underground heat exchanger assembly according to the present invention. In the following, a construction method of a ground heat exchanger assembly according to the present invention will be described with reference to these drawings.
먼저, 지중열 교환기 매설 대상 지역의 지질 정보를 입수하여 분석한 후, 상기한 바와 같은 지중열 교환기 조립체의 개별 부재를 먼저 지상에서 제조한다. 지중열 교환기 조립체의 개별 부재는 상기한 바와 같이 지중열 교환기 기초 부재(10), 지중열 교환기 중간열 부재(20) 및 지중열 교환기 마감 부재(30)를 의미한다. 본 명세서를 숙지한 당업자라면 상기한 본 발명의 개시된 내용을 토대로 공지된 기술을 활용하여 각각의 지중열 교환기 개별 부재를 제조할 수 있을 것이다.First, after obtaining and analyzing the geological information of the geothermal heat exchanger embedding target area, the individual members of the geothermal heat exchanger assembly as described above are first manufactured on the ground. Individual members of the geothermal heat exchanger assembly refer to the geothermal heat
그런 다음, 도 6에 도시된 바와 같이 지중열 교환기를 설치하고자 하는 장소(G)에 시추 장비 등의 장비를 이용하여 직경 d1의 수직홀을 천공한다. 이때, 상기 수직홀의 직경(d1)은 지중열 교환기 조립체에 외표면에 형성된 나사산 구조의 골의 직경(d2)과 동일하게 하거나 초과하지 않도록 한다.Then, as shown in Figure 6 in the place (G) to install the underground heat exchanger drilling holes such as the vertical hole of the diameter d 1 using equipment. At this time, the diameter (d 1 ) of the vertical hole is equal to or does not exceed the diameter (d2) of the valley of the thread structure formed on the outer surface of the ground heat exchanger assembly.
이어서, 천공된 수직홀에 상기한 바와 같이 제조한 지중열 교환기 조립체 중 지중열 교환기 기초 부재(10)를 도 7에 도시된 바와 같이 천공된 수직홀에 수직으로 투입시킨 후, 도 8에 도시된 바와 같이 이의 외표면에 형성된 나사산 구조를 이용하여 회전시켜 수직홀에 삽입시킨다. 그런 다음, 지중열 교환기 기초 부재(10)가 어느 정도 수직홀에 삽입되면 지중열 교환기 중간열 부재(20)를 도 9에 도시된 바와 같이 나사 결합 방식으로 끼운 다음에 지중열 교환기 기초 부재(10)와 지중열 교환기 중간열 부재(20)를 함께 회전시켜 수직홀에 더 삽입되게 한다. 이때 각각의 부재에 형성된 지열교환파이프의 유입 포트와 유출 포트가 상호 나란하게 일치되게 하여야 한다.Subsequently, the underground heat
이어서, 상기 지중열 교환기 중간열 부재(20)의 상측에 도 10에 도시된 바와 같이 지중열 교환기 마감 부재(30)를 나사 결합 방식으로 끼운 다음 이미 결합된 지중열 교환기 기초 부재(10)와 지중열 교환기 중간열 부재(20)와 함께 회전시키면서 지중열 교환기 마감 부재(30)의 상단이 지표면에 이를 때까지 더 삽입되게 한다. 이후의 공정은 통상의 지중열 교환기를 매립시킨 후의 공정과 유사하나, 본 발명에서는 지중열 교환기와 수직홀 사이의 공간에 별도의 채움재를 요구하지 않는다. 필요에 따라 지중열 교환기 조립체에 또는 지중열 교환기 조립체가 매립된 지중에 진동을 주는 방식 등으로 지중열 교환기 조립체가 지중과 온전하게 결합되게 할 수 있다.Subsequently, as shown in FIG. 10, the underground heat
도 11 내지 도 13에는 본 발명의 더욱 더 바람직한 실시예가 도시되어 있다.11 to 13 show even more preferred embodiments of the present invention.
이들 도면에는 지중열 교환기 기초 부재(10)와 지중열 교환기 중간열 부재(20)가 결합되고 지중열 교환기 기초 부재(10)와 지중열 교환기 중간열 부재(20)에 각각 매설되어 있는 지열교환파이프가 열교환 매체의 누출 없이 치밀하게 결합되는 구성이 도시되어 있다. 도면에는 도시되어 있지 않지만 지중열 교환기 중간열 부재(20)와 지중열 교환기 마감 부재(30)의 결합도 이에 따르는 것으로 이해되어야 한다.In these figures, the ground heat
이들 도면을 참조하면, 지중열 교환기 기초 부재(10)와 지중열 교환기 중간열 부재(20) 사이의 연결 부위 (및 지중열 교환기 중간열 부재(20)와 지중열 교환기 마감 부재(30) 사이의 연결 부위)에 각각 제공되어 있는 지열교환파이프(12a, 12b)(22a, 22b) 중의 지중열 교환기 중간열 부재측 지열교환파이프(22a, 22b)의 일부, 즉 도면상 신축성 지열교환파이프 부분(22a', 22b')은 도시된 바와 같이 길이 방향으로 신축되게 구성된다. 상기 신축성 지열교환파이프 부분(22a', 22b')의 외주면은 도 11의 확대 부분과 같이 기어의 톱니와 연동할 수 있도록 일정한 배열의 구조를 가지며, 나란하게 연장되어 있는 신축성 지열교환파이프 부분(22a', 22b') 사이에는 상기 신축성 지열교환파이프 부분(22a', 22b')의 외주면과 맞물려 회전할 수 있도록 2개의 기어(26a, 26b)가 배치되어 있다. 상기 2개의 기어(26a, 26b)는 또한 상호 맞물려 회전할 수 있도록 배치되어 있다. 한편, 지중열 교환기 기초 부재측의 지열교환파이프(12a, 12b) 부분은 도시된 바와 같이 확장된 내경을 갖는다. 이로써 상기 기어(26a, 26b) 중의 어느 하나를 조작할 경우 신축되는 신축성 지열교환파이프 부분(22a', 22b')이 온전히 포함되게 하는 구조를 갖게 되는 것이다. 이때, 신축성 지열교환파이프 부분의 내부는 열교환매체의 흐름을 방해하지 않도록 그 하단에 놓인 지중열 교환기 기초 부재(10)의 지열교환파이프(12a, 12b)의 내경과 같게 하는 것이 바람직하다. 이러한 공정은 상호 결합되는 지중열 교환기 조립체, 가령 지중열 교환기 기초 부재(10)와 지중열 교환기 중간열 부재(20) 및/또는 지중열 교환기 중간열 부재(20)와 지중열 교환기 마감 부재(30) 사이의 외적인 결합 이후에 상기한 기어(26a, 26b) 중의 어느 하나를 외부에서 강제적으로 회전시킴으로써 수행된다. 즉, 도 11에 도시된 바와 같은 각각의 지중열 교환기 조립체 부재가 도 12와 같이 상호 나사산 결합한 후, 기어(26a, 26b)의 조작에 의해 도 13과 같이 지열교환파이프(12a, 12b) (22a, 22b)가 상호 치밀하게 결합되는 것이다.Referring to these figures, the connection site between the geothermal heat
10 : 지중열 교환기 기초 부재
12a, 12b, 22a, 22b, 32a, 32b : 지열교환파이프
22a', 22b' : 신축성 지열교환파이프 부분
20 : 지중열 교환기 중간열 부재
26a, 26b : 기어
30 : 지중열 교환기 마감 부재10: underground heat exchanger foundation member
12a, 12b, 22a, 22b, 32a, 32b: geothermal heat exchange pipe
22a ', 22b': part of flexible geothermal heat exchange pipe
20: underground heat exchanger intermediate heat member
26a, 26b: gears
30: ground heat exchanger closing member
Claims (10)
상기 지중열 교환기 기초 부재측 지열교환파이프(12a, 12b)와 나란하게 대응되게 지열교환파이프(22a, 22b)가 길이 방향으로 매설되고 상기 지열교환파이프(22a, 22b)의 주변으로 채움재가 채워져 있으며, 상기 지중열 교환기 기초 부재(10)의 타측의 일부에 형성된 나사산에 나사 결합되는 지중열 교환기 중간열 부재(20) 하나 이상; 및
상기 지중열 교환기 중간열 부재측 지열교환파이프(22a, 22b)와 나란하게 대응되게 지열교환파이프(32a, 32b)가 길이 방향으로 매설되고 상기 지열교환파이프(32a, 32b)의 주변으로 채움재가 채워져 있으며, 상기 지중열 교환기 중간열 부재(20)에 나사 결합되는 지중열 교환기 마감 부재(30)를 포함하며;
상기 지중열 교환기 기초 부재(10)와 상기 지중열 교환기 중간열 부재(20) 사이의 연결 부위 및 상기 지중열 교환기 중간열 부재(20)와 상기 지중열 교환기 마감 부재(30) 사이의 연결 부위에 각각 제공되어 있는 지열교환파이프(12a, 12b)(22a, 22b)(32a, 32b) 중의 어느 하나 또는 둘 모두의 일부가 길이 방향으로 신축 가능하게 제공되어 있는 신축성 지열교환파이프 부분(22a', 22b')(32a', 32b')을 갖는 것을 특징으로 하는 지중열 교환기 조립체. Geothermal heat exchange pipes (12a, 12b) are generally U-shaped, the heat exchange medium (12a, 12b) is embedded in the longitudinal direction and the filler is filled around the geothermal heat exchange pipes (12a, 12b), one side has a protruding shape and the other part Underground heat exchanger base member (10) having threads formed in the circumferential direction;
Geothermal heat exchange pipes (22a, 22b) are embedded in the longitudinal direction to correspond to the geothermal heat exchange pipes (12a, 12b) side by side of the ground heat exchanger base member and the filler is filled around the geothermal heat exchange pipes (22a, 22b) At least one underground heat exchanger intermediate heat member (20) screwed to a thread formed on a portion of the other side of the ground heat exchanger base member (10); And
The geothermal heat exchange pipes 32a and 32b are embedded in the longitudinal direction so as to correspond to the geothermal heat exchanger pipes 22a and 22b in parallel with the geothermal heat exchanger, and the filler is filled around the geothermal heat exchange pipes 32a and 32b. A ground heat exchanger closing member (30) screwed to the ground heat exchanger intermediate heat member (20);
At the connection site between the geothermal heat exchanger foundation member 10 and the geothermal heat exchanger intermediate heat member 20 and the connection site between the geothermal heat exchanger intermediate heat member 20 and the geothermal heat exchanger closing member 30. A part of any one or both of the geothermal heat exchange pipes 12a, 12b, 22a, 22b, 32a, 32b, which are provided respectively, is provided in a stretchable geothermal heat exchange pipe portion 22a ', 22b provided to be stretchable in the longitudinal direction. ') (32a', 32b ').
(b) 단계 (a)를 거쳐 분석된 데이터에 기초하여 지중열 교환기 매설 대상 지역의 지질에 부합하는 채움재를 갖는 제 2항 또는 제 5항에 따른 지중열 교환기 조립체의 지중열 교환기 기초 부재(10), 지중열 교환기 중간열 부재(20) 하나 이상 및 지중열 교환기 마감 부재(30)를 각각 제조하는 단계;
(c) 상기 단계 (b)에 따라 제조된 지중열 교환기 조립체의 외주면에 형성된 나사산의 직경 보다 작고 상기 지중열 교환기 조립체의 외주면의 직경과 같거나 큰 수직홀을 천공하는 단계;
(d) 상기 단계 (c)를 거쳐 형성된 수직홀에 상기 단계 (b)를 거쳐 제조된 지중열 교환기 기초 부재(10)를 회전시키면서 상기 수직홀에 투입시키는 단계;
(e) 상기 지중열 교환기 기초 부재(10)의 일단에 상기 지중열 교환기 중간열 부재(20)를 나사 결합시킨 후, 상기 지중열 교환기 기초 부재(10)와 상기 지중열 교환기 중간열 부재(20)를 함께 회전시키면서 상기 지중열 교환기 중간열 부재(20)의 상단이 지표면에 이를 때까지 투입시키는 단계; 및
(f) 상기 지중열 교환기 중간열 부재(20)의 일단에 상기 지중열 교환기 마감 부재(30)를 나사 결합시킨 후, 상기 지중열 교환기 기초 부재(10), 상기 지중열 교환기 중간열 부재(20) 및 상기 지중열 교환기 마감 부재(30)를 함께 회전시키면서 상기 지중열 교환기 마감 부재(30)의 상단이 지표면에 이를 때까지 함께 투입시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중열 교환기 시공 방법.(a) obtaining and analyzing geological information of the region to be buried underground heat exchanger;
(b) a geothermal heat exchanger foundation member (10) of the geothermal heat exchanger assembly according to claim 2 or 5 having a filler material corresponding to the geology of the geothermal heat exchanger embedding area, based on the data analyzed through step (a). ), Manufacturing at least one geothermal heat exchanger intermediate heat member 20 and a geothermal heat exchanger closure member 30;
(c) drilling a vertical hole smaller than the diameter of the thread formed on the outer circumferential surface of the ground heat exchanger assembly manufactured according to step (b) and equal to or larger than the diameter of the outer circumferential surface of the ground heat exchanger assembly;
(d) inserting the underground heat exchanger base member (10) manufactured through the step (b) into the vertical hole formed through the step (c) while rotating it;
(e) screwing the geothermal heat exchanger intermediate heat member 20 to one end of the geothermal heat exchanger base member 10, and then the geothermal heat exchanger base member 10 and the geothermal heat exchanger intermediate heat member 20 Rotating) together until the top of the ground heat exchanger intermediate heat member 20 reaches the ground surface; And
(f) screwing the geothermal heat exchanger finishing member 30 to one end of the geothermal heat exchanger intermediate heat member 20, and then the geothermal heat exchanger base member 10 and the geothermal heat exchanger intermediate heat member 20 And rotating together the ground heat exchanger closing member (30) until the upper end of the ground heat exchanger closing member (30) reaches the ground surface.
(b) 단계 (a)를 거쳐 분석된 데이터에 기초하여 지중열 교환기 매설 대상 지역의 지질에 부합하는 채움재를 갖는 제 5항에 따른 지중열 교환기 조립체의 지중열 교환기 기초 부재(10), 지중열 교환기 중간열 부재(20) 하나 이상 및 지중열 교환기 마감 부재(30)를 각각 제조하는 단계;
(c) 상기 단계 (b)에 따라 제조된 지중열 교환기 조립체의 외주면에 형성된 나사산의 직경 보다 작고 상기 지중열 교환기 조립체의 외주면의 직경과 같거나 큰 수직홀을 천공하는 단계;
(d) 상기 단계 (c)를 거쳐 형성된 수직홀에 상기 단계 (b)를 거쳐 제조된 지중열 교환기 기초 부재(10)를 회전시키면서 상기 수직홀에 투입시키는 단계;
(e) 상기 지중열 교환기 기초 부재(10)의 일단에 상기 지중열 교환기 중간열 부재(20)를 나사 결합시킨 후, 상기 지중열 교환기 기초 부재(10)와 상기 지중열 교환기 중간열 부재(20)를 함께 회전시키면서 상기 지중열 교환기 중간열 부재(20)의 상단이 지표면에 이를 때까지 투입시키는 단계; 및
(f) 상기 지중열 교환기 중간열 부재(20)의 일단에 상기 지중열 교환기 마감 부재(30)를 나사 결합시킨 후, 상기 지중열 교환기 기초 부재(10), 상기 지중열 교환기 중간열 부재(20) 및 상기 지중열 교환기 마감 부재(30)를 함께 회전시키면서 상기 지중열 교환기 마감 부재(30)의 상단이 지표면에 이를 때까지 함께 투입시키는 단계;를 포함하며,
상기 단계 (e) 및 단계 (f)에서 신축성 지열교환파이프 부분(22a', 22b')(32a', 32b')의 외표면과 맞물려 회전하는 기어(26a)(26b) 중의 어느 하나를 강제 회전시켜 상기 신축성 지열교환파이프 부분(22a', 22b')(32a', 32b')을 삽입 대상 지열교환파이프 부분에 치밀하게 결합시키는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 지중열 교환기 시공 방법.
(a) obtaining and analyzing geological information of the region to be buried underground heat exchanger;
(b) the geothermal heat exchanger foundation member 10 of the geothermal heat exchanger assembly according to claim 5 having a filler material corresponding to the geology of the geothermal heat exchange site, based on the data analyzed through step (a); Manufacturing at least one exchanger middle heat member 20 and a ground heat exchanger closing member 30, respectively;
(c) drilling a vertical hole smaller than the diameter of the thread formed on the outer circumferential surface of the ground heat exchanger assembly manufactured according to step (b) and equal to or larger than the diameter of the outer circumferential surface of the ground heat exchanger assembly;
(d) inserting the underground heat exchanger base member (10) manufactured through the step (b) into the vertical hole formed through the step (c) while rotating it;
(e) screwing the geothermal heat exchanger intermediate heat member 20 to one end of the geothermal heat exchanger base member 10, and then the geothermal heat exchanger base member 10 and the geothermal heat exchanger intermediate heat member 20 Rotating) together until the top of the ground heat exchanger intermediate heat member 20 reaches the ground surface; And
(f) screwing the geothermal heat exchanger finishing member 30 to one end of the geothermal heat exchanger intermediate heat member 20, and then the geothermal heat exchanger base member 10 and the geothermal heat exchanger intermediate heat member 20 And rotating together the ground heat exchanger closing member 30 until the top of the ground heat exchanger closing member 30 reaches the ground surface.
Force rotation of one of the gears 26a and 26b which rotates in engagement with the outer surfaces of the flexible geothermal heat exchange pipe portions 22a ', 22b', 32a 'and 32b' in the above steps (e) and (f). Further comprising the step of tightly coupling the flexible geothermal heat exchange pipe portions (22a ', 22b') (32a ', 32b') to the geothermal heat exchange pipe portions to be inserted.
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2010
- 2010-04-01 KR KR1020100029963A patent/KR101170739B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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