KR101818927B1 - 계절적 호환성 및 대체 운용이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 계절적 호환성 및 대체 운용이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템에 관한 것으로, 제1펌프가 설치된 제1관정 및 제2펌프가 설치된 제2관정이 구비되고, 제1관정 및 제2관정은 지상의 열교환부에 연결되어서 제1관정 내의 지하수가 열교환부를 통과한 후 제2관정으로 회수되거나, 제2관정 내의 지하수가 열교환부를 통과한 후 제1관정으로 회수되며, 제1관정 및 제2관정은 연결통로로 연결되어서, 제2관정으로 회수된 지하수가 열복원된 후 연결통로를 통해 제1관정으로 이동되거나, 제1관정으로 회수된 지하수가 열복원된 후 연결통로를 통해 제2관정으로 이동되도록 구비된다.
따라서 열복원된 지하수가 제1관정 또는 제2관정을 통해 열교환부로 공급되고 열교환부를 통과한 지하수가 제2관정 또는 제1관정으로 유입되므로, 지하수가 공급되는 관정과 열교환부를 통과한 지하수가 회수되는 관정이 별개로 구비되며, 이에 따라 하나의 관정에서 지하수의 회수, 열복원이 이루어졌던 종래에 비해 열복원 효과가 뛰어날 뿐 아니라, 종래에 비해 지하수의 관정 깊이가 짧아지므로 시공성이 향상되고 시공비가 절감된다.

Description

계절적 호환성 및 대체 운용이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템{Two well way opening type geothermal exchange system alternative operational compatibility and possible}

본 발명은 계절적 호환성 및 대체 운용이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 굴착 깊이를 최소화하여서 굴착비용이 절감되고, 계절적 특성을 이용하여서 열효율을 극대화시킬 수 있으며, 한쪽 순환라인에 고장이 발생될 경우 반대쪽 순환라인을 작동시켜서 대체 운용할 수 있는 계절적 호환성 및 대체운용이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템에 관한 것이다.

일반적으로 지하수의 지열을 이용한 냉난방을 수행하는 개방형 지열시스템의 열교환구조는, 대략 500m 깊이의 지열공 즉, 지하수 관정을 개발하고 그 안에 수중 모터펌프를 설치하여 파이프 배관을 통해서 열교환기까지의 연중 15℃ 내외의 온도를 가진 지하수를 보내고, 열교환기와 열교환이 이루어진 지하수는 지열공으로 다시 회수하는 구조를 갖는다.

이러한 종래의 지열시스템의 열교환구조는, 지열공과 열교환기를 지속적으로 순환하면서 열교환되는 지하수에 의해, 지열공의 열복원 능력이 점차 감소되면서 열효율이 떨어지는 문제점이 발생된다.

예를 들어, 여름철에는 열교환기에 의해 온도가 상승된 상태의 지하수가 지열공 내부로 계속 회수되면서 지열공 내부의 온도를 점차 상승시키게 되고, 이에 따라 지하수의 온도도 점차 상승되므로 열교환기의 열효율을 떨어뜨리게 된다. 겨울철에는 열교환기에 의해 온도가 하강된 상태의 지하수가 지열공 내부로 계속 회수되면서 지열공 내부의 온도를 점차 하강시키게 되고, 이에 따라 지하수의 온도도 점차 하강되므로 열교환기의 열효율을 떨어뜨린다.

이러한 지열시스템의 다른 문제점은 열효율을 높이기 위해 지열공의 깊이를 500m 정도로 깊게 파야 한다는 점이다.

지열공의 깊이를 깊게 팔수록 열효율이 향상되지만 시공비가 크게 증가된다. 지열공 시공은 지열시스템의 시공비 중 가장 큰 비중을 차지하는 부분으로써, 지열공의 깊이가 깊어질수록 지열시스템의 시공비가 급격하게 상승된다.

또한, 지열공의 굴착깊이를 깊게 파다 보면 굴착 도중, 또는 굴착 후에 공벽의 유실이 발생되며 이로 인해 굴착심도가 낮아지므로 지하수의 순환통로가 차단되는 문제가 빈번하게 발생되었다.

그리고, 암반 등이 매장된 지중의 제반 요인에 의해 수직으로 깊게 천공되지 못하는 경우가 종종 발생되며 이에 따라 지열공을 이용하여서 지열시스템의 열효율을 향상시키는데 한계가 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 굴착 깊이를 최소화하여서 굴착비용이 절감되도록 한 계절적 호환성 및 대체 운용이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 계절적 특성을 이용하여서 열효율을 극대화시킬 수 있도록 한 계절적 호환성 및 대체운용이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 한쪽 순환라인에 고장이 발생될 경우 반대쪽 순환라인을 작동시켜서 대체 운용할 수 있도록 한 계절적 호환성 및 대체운용이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 계절적 호환성 및 대체운용이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템는, 제1펌프가 설치된 제1관정 및 제2펌프가 설치된 제2관정이 구비되고; 제1관정 및 제2관정은 지상의 열교환부에 연결되어서, 제1관정 내의 지하수가 열교환부를 통과한 후 제2관정으로 회수되거나, 제2관정 내의 지하수가 열교환부를 통과한 후 제1관정으로 회수되며; 제1관정 및 제2관정은 연결통로로 연결되어서, 제2관정으로 회수된 지하수가 열복원된 후 연결통로를 통해 제1관정으로 이동되거나, 제1관정으로 회수된 지하수가 열복원된 후 연결통로를 통해 제2관정으로 이동되도록 구비되어서; 여름철에는 제1펌프가 구동되어서 제1관정 내의 지하수가 제1펌핑관, 열교환부, 제1회수관을 통해 제2관정으로 회수된 후 연결통로를 통해 다시 제1관정으로 유도되도록 하고; 겨울철에는 제2펌프가 구동되어서 제2관정 내의 지하수가 제2펌핑관, 열교환부, 제2회수관을 통해 제1관정으로 회수된 후 연결통로를 통해 다시 제2관정으로 유도되도록 하며; 제1펌프의 고장시, 제2펌프를 구동하여서 제2관정 내의 지하수가 제2펌핑관, 열교환부, 제2회수관을 통해 제1관정으로 회수된 후 연결통로를 통해 다시 제2관정으로 유도되도록 하고; 제2펌프의 고장시, 제1펌프를 구동하여서 제1관정 내의 지하수가 제1펌핑관, 열교환부, 제1회수관을 통해 제2관정으로 회수된 후 연결통로를 통해 다시 제1관정으로 유도되도록 하는 것을 특징으로 한다.

상술한 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 계절적 호환성 및 대체 운용이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템는, 지중에 형성되어서 지하수가 유입되는 제1관정; 제1관정과 이격되게 지중에 형성되고 지하수가 유입되는 제2관정; 지중에 형성되고 제1관정 및 제2관정에 연결되어서 제1관정 또는 제2관정 내의 지하수가 제2관정 또는 제1관정으로 유도되도록 하는 연결통로; 일단이 제1관정 내에 위치되고 타단이 열교환부에 연결되어서 제1관정 내의 열복원된 지하수를 열교환부로 안내하는 제1펌핑관; 제1펌핑관에 설치되어서 제1관정 내의 열복원된 지하수를 열교환부로 펌핑하는 제1펌프; 일단이 제2관정 내에 위치되고 타단이 열교환부에 연결되어서 제2관정 내의 열복원된 지하수를 열교환부로 안내하는 제2펌핑관; 제2펌핑관에 설치되어서 제2관정 내의 열복원된 지하수를 열교환부로 펌핑하는 제2펌프; 일단이 열교환부에 연결되고 타단이 제2펌핑관에 연결되며 제1펌핑관에서 열교환부로 공급된 지하수가 제2펌핑관을 통해 제2관정으로 회수되도록 하는 제1회수관; 일단이 열교환부에 연결되고 타단이 제1펌핑관에 연결되며 제2펌핑관에서 열교환부로 공급된 지하수가 제1펌핑관을 통해 제1관정으로 회수되도록 하는 제2회수관을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명의 계절적 호환성 및 대체 운용이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템의 다른 특징은, 제1펌핑관의 하단은 제1관정의 하부에 위치되고, 제2펌핑관의 하단은 제2관정의 하부에 위치되며, 제1회수관의 하단은 제2펌프 및 제2펌핑관 하단 사이의 제2펌핑관에 연결되고, 제2회수관의 하단은 제1펌프 및 제1펌핑관 하단 사이의 제1펌핑관에 연결된다.

이상에서와 같은 본 발명은, 제1펌프가 설치된 제1관정 및 제2펌프가 설치된 제2관정이 구비되고, 제1관정 및 제2관정은 지상의 열교환부에 연결되어서 제1관정 내의 지하수가 열교환부를 통과한 후 제2관정으로 회수되거나, 제2관정 내의 지하수가 열교환부를 통과한 후 제1관정으로 회수되며, 제1관정 및 제2관정은 연결통로로 연결되어서, 제2관정으로 회수된 지하수가 열복원된 후 연결통로를 통해 제1관정으로 이동되거나, 제1관정으로 회수된 지하수가 열복원된 후 연결통로를 통해 제2관정으로 이동되도록 구비된다. 따라서 열복원된 지하수가 제1관정 또는 제2관정을 통해 열교환부로 공급되고 열교환부를 통과한 지하수가 제2관정 또는 제1관정으로 유입되므로, 지하수가 공급되는 관정과 열교환부를 통과한 지하수가 회수되는 관정이 별개로 구비되며, 이에 따라 하나의 관정에서 지하수의 회수, 열복원이 이루어졌던 종래에 비해 열복원 효과가 뛰어날 뿐 아니라, 종래에 비해 지하수의 관정 깊이가 짧아지므로 시공성이 향상되고 시공비가 절감된다.

이러한 본 발명은 여름철과 겨울철에 지하수의 순환 방향을 다르게 하는 바, 여름철에는 제2관정보다 낮은 온도를 유지하는 제1관정의 지하수를 열교환부로 공급하고, 겨울철에는 여름철의 냉각시스템 구동에 따라 제1관정보다 높은 온도가 형성된 제2관정의 지하수를 열교환부로 공급되도록 한다. 즉, 여름철에는 제1펌프가 구동되어서 제1관정 내의 지하수가 제1펌핑관, 열교환부, 제1회수관을 통해 제2관정으로 회수된 후 연결통로를 통해 다시 제1관정으로 유도되도록 한다. 열교환부를 통과한 지하수가 제2관정 내부로 지속적으로 회수됨에 따라 제2관정 내부의 온도는 제1관정보다 높은 상태가 유지된다. 겨울철에는 제2펌프가 구동되어서 제1관정보다 높은 온도를 유지하는 제2관정 내의 지하수가 제2펌핑관을 통해 열교환부로 공급되도록 하며, 열교환부를 통과한 지하수는 제2회수관을 통해 제1관정, 연결통로를 통해 다시 제2관정으로 유도되도록 한다. 따라서 계절적 특성에 따라 지하수의 순환 방향을 달리하므로 냉난방 효율을 극대화시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 제1펌프의 고장시, 제2펌프를 구동하여서 제2관정 내의 지하수가 제2펌핑관, 열교환부, 제2회수관을 통해 제1관정으로 회수된 후 연결통로를 통해 다시 제2관정으로 유도되도록 한다. 그리고 제2펌프의 고장시, 제1펌프를 구동하여서 제1관정 내의 지하수가 제1펌핑관, 열교환부, 제1회수관을 통해 제2관정으로 회수된 후 연결통로를 통해 다시 제1관정으로 유도되도록 한다. 따라서, 계절적 특성에 맞게 제1펌프 또는 제2펌프를 선택적으로 사용하다가 어느 하나의 펌프가 손상되면 손상된 펌프를 수리할 때까지 다른 펌프를 구동시켜서 냉방 또는 난방 시스템을 계속 구동시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 계절적 호환성 및 대체 운용이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템를 보인 개략도로써, 제1펌프의 구동 상태를 보인 도면
도 2는 제1펌프는 정지되고 제2펌프가 구동되는 상태를 보인 개략도

본 발명의 구체적인 특징 및 이점은 첨부된 도면을 참조한 이하의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.

도 1은 본 발명의 계절적 호환성 및 대체 운용이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템를 보인 개략도로써, 제1펌프의 구동 상태를 보인 도면이고, 도 2는 제1펌프는 정지되고 제2펌프가 구동되는 상태를 보인 개략도이다.

이러한 본 발명의 계절적 호환성 및 대체 운용이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템는, 제1펌프(50)가 설치된 제1관정(10) 및 제2펌프(70)가 설치된 제2관정(20)이 구비된다.

제1관정(10) 및 제2관정(20)은 지상의 열교환부(2)에 연결되어서, 제1관정(10) 내의 지하수가 열교환부(2)를 통과한 후 제2관정(20)으로 회수되거나, 제2관정(20) 내의 지하수가 열교환부(2)를 통과한 후 제1관정(10)으로 회수된다.

제1관정(10) 및 제2관정(20)은 연결통로(30)로 연결되어서, 제2관정(20)으로 회수된 지하수가 열복원된 후 연결통로(30)를 통해 제1관정(10)으로 이동되거나, 제1관정(10)으로 회수된 지하수가 열복원된 후 연결통로(30)를 통해 제2관정(20)으로 이동되도록 구비된다.

여름철에는 제1펌프(50)가 구동되어서 제1관정(10) 내의 지하수가 제1펌핑관(40), 열교환부(2), 제1회수관(80)을 통해 제2관정(20)으로 회수된 후 연결통로(30)를 통해 다시 제1관정(10)으로 유도되도록 한다.

겨울철에는 제2펌프(70)가 구동되어서 제2관정(20) 내의 지하수가 제2펌핑관(60), 열교환부(2), 제2회수관(90)을 통해 제1관정(10)으로 회수된 후 연결통로(30)를 통해 다시 제2관정(20)으로 유도되도록 한다.

제1펌프(50)의 고장시, 제2펌프(70)를 구동하여서 제2관정(20) 내의 지하수가 제2펌핑관(60), 열교환부(2), 제2회수관(90)을 통해 제1관정(10)으로 회수된 후 연결통로(30)를 통해 다시 제2관정(20)으로 유도되도록 한다.

제2펌프(70)의 고장시, 제1펌프(50)를 구동하여서 제1관정(10) 내의 지하수가 제1펌핑관(40), 열교환부(2), 제1회수관(80)을 통해 제2관정(20)으로 회수된 후 연결통로(30)를 통해 다시 제1관정(10)으로 유도되도록 한다.

이러한 본 발명의 계절적 호환성 및 대체 운용이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 제1관정(10), 제2관정(20), 연결통로(30), 제1펌핑관(40), 제1펌프(50), 제2펌핑관(60), 제2펌프(70), 제1회수관(80), 제2회수관(90)으로 이루어진다.

제1관정(10)은, 지중에 형성되어서 지하수가 유입된다.

제2관정(20)은, 제1관정(10)과 이격되게 지중에 형성되고 지하수가 유입된다.

제1관정 및 제2관정(20)은 종래의 관정에 비해 절반 정도의 깊이로 굴착되는 것이 바람직하다.

이러한 제1관정(10) 및 제2관정(20)의 깊이의 합은 종래의 하나의 관정의 깊이와 유사하게 굴착되지만, 종래와 같이 하나의 굴착공을 깊게 굴착할 때보다, 본 발명의 제1관정(10) 및 제2관정(20)을 시공할 때가 시공비가 절감된다.

또한, 본 발명은 제1관정이 열복원된 지하수 펌핑용 관정 역할을 하면, 제2관정은 열교환된 지하수 회수용 관정 역할을 수행하고, 제2관정이 열복원된 지하수 펌핑용 관정 역할을 하면, 제1관정은 열교환된 지하수 회수용 관정 역할을 수행한다. 따라서, 본 발명은 지하수 펌핑용 관정과 지하수 회수용 관정이 각각 별도로 구비된다. 그러므로 열복원된 지하수와, 열교환부를 통과하여 열효율이 떨어진 지하수가 하나의 관정에서 섞이지 않게 되므로 열효율이 그만큼 향상된다.

연결통로(30)는 지중에 형성되고 제1관정(10) 및 제2관정(20)에 연결되어서 제1관정(10) 또는 제2관정(20) 내의 지하수가 제2관정(20) 또는 제1관정(10)으로 유도되도록 한다.

제1펌핑관(40)은, 일단이 제1관정(10) 내에 위치되고 타단이 열교환부(2)에 연결되어서 제1관정(10) 내의 열복원된 지하수를 열교환부(2)로 안내한다.

제1펌프(50)는 수중모터펌프이며, 제1펌핑관(40)에 설치되어서 제1관정(10) 내의 열복원된 지하수를 열교환부(2)로 펌핑한다.

제2펌핑관(60)은, 일단이 제2관정(20) 내에 위치되고 타단이 열교환부(2)에 연결되어서 제2관정(20) 내의 열복원된 지하수를 열교환부(2)로 안내한다.

제2펌프(70)는 수중모터펌프이며, 제2펌핑관(60)에 설치되어서 제2관정(20) 내의 열복원된 지하수를 열교환부(2)로 펌핑한다.

제1회수관(80)은, 일단이 열교환부(2)에 연결되고 타단이 제2펌핑관(60)에 연결되며 제1펌핑관(40)에서 열교환부(2)로 공급된 지하수가 제2펌핑관(60)을 통해 제2관정(20)으로 회수되도록 한다.

제2회수관(90)은, 일단이 열교환부(2)에 연결되고 타단이 제1펌핑관(40)에 연결되며 제2펌핑관(60)에서 열교환부(2)로 공급된 지하수가 제1펌핑관(40)을 통해 제1관정(10)으로 회수되도록 한다.

여기서, 제1펌핑관(40)의 하단은 제1관정(10)의 하부에 위치되고, 제2펌핑관(60)의 하단은 제2관정(20)의 하부에 위치된다. 제1회수관(80)의 하단은 제2펌프(70) 및 제2펌핑관(60) 하단 사이의 제2펌핑관(60)에 연결되며, 제2회수관(90)의 하단은 제1펌프(50) 및 제1펌핑관(40) 하단 사이의 제1펌핑관(40)에 연결된다.

지반(1)과 연결통로(30) 사이의 수직거리(V)는 1.2∼2.2m가 적당하다.

이들의 수직 거리(V)가 1.2m 미만일 경우, 연결통로(30)을 통과하는 지하수가 지반열의 영향을 받게 되므로 지하수의 열효율이 그만큼 감소되며 지반(1)에 가해지는 압력의 영향을 받아서 연결통로(30)가 파손되는 등의 문제점이 발생된다. 이들의 수직 거리(V)이 2.2m를 초과할 경우, 상술한 문제점은 방지되나 2.2m를 초과하는 깊이로 연결통로(30)를 형성시키는데 많은 시간과 경비가 소요된다. 따라서 제반 사항을 고려한다면 지반(1)과 연결통로(30) 사이의 수직 거리(V)는 1.2∼2.2m가 바람직하다.

이러한 본 발명의 계절적 호환성 및 대체 운용ㅇ이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템는 다음과 같이 작동된다.

컨트롤러(도시하지 않음)를 조작하여서 제1펌프(50) 및 열교환부(2)를 작동시키면 제1관정(10) 하부의 지하수가 제1펌핑관(40)으로 흡입된 후 열교환부(2)로 공급된다.

열교환부(2)로 공급된 지하수는 열교환부(2)에 의해 열교환된 후 제1회수관(80)을 통해 제1관정(10)의 제2펌핑관(60) 하부로 유입된다. 제2펌핑관(60)의 하부로 유입된 지하수는 제2관정(20)의 하단에 배출된 후 제2관정(20)의 상측으로 점차 차오르게 된다.

지하수가 제2관정(20)의 상측으로 차오르면서 제2관정(20) 내의 지열에 의해 1차로 열복원된다. 상측으로 차오르는 지하수는 연결통로(30)를 통해 제1관정(10)의 상측으로 회수된다.

제1관정(10)의 상측으로 회수된 지하수는 제1관정(10)을 따라 그 하측으로 안내되면서 2차로 열복원된다. 제1관정(10)의 하측으로 흐른 지하수는 제1펌프(50)에 의해 제1펌핑관(40)으로 흡입된 후 다시 열교환부(2)로 공급된다.

여름철에 상술한 바와 같이 제1펌프(50) 및 열교환부(2)를 구동시켜서 실내를 냉각시키는데 사용된다. 이와 같이 여름철 내내 제1펌프(50) 및 열교환부(2)를 구동시키다 보면, 제2관정 내의 열복원 능력은 점차 감소되며, 이에 따라 제1관정(10) 보다 제2관정(20) 내의 온도가 상승된다. 따라서 겨울철에는 본 발명을 여름철과 반대로 작동시켜서 높은 온도의 제2관정(20) 내의 지하수를 열교환부(2)로 공급하므로 난방 열효율을 그만큼 향상시킬 수 있다.

즉, 겨울철에는 컨트롤러를 조작하여서 제2펌프(70) 및 열교환부(2)를 작동시키면 제2관정(20) 하부의 지하수가 제2펌핑관(60)으로 흡입된 후 열교환부(2)로 공급된다.

열교환부(2)로 공급된 지하수는 열교환부(2)에 의해 열교환된 후 제2회수관(90)을 통해 제1관정(10)의 제1펌핑관(40) 하부로 유입된다. 제1펌핑관(40)의 하부로 유입된 지하수는 제1관정(10)의 하단에 배출된 후 제1관정(10)의 상측으로 점차 차오르게 된다.

지하수가 제1관정(10)의 상측으로 차오르면서 제1관정(10) 내의 지열에 의해 1차로 열복원된다. 상측으로 차오르는 지하수는 연결통로(30)를 통해 제2관정(20)의 상측으로 회수된다.

제2관정(20)의 상측으로 회수된 지하수는 제2관정(20)을 따라 그 하측으로 안내되면서 2차로 열복원된다. 제2관정(20)의 하측으로 흐른 지하수는 제2펌프(70)에 의해 제2펌핑관(60)으로 흡입된 후 다시 열교환부(2)로 공급된다.

이러한 본 발명의 계절적 호환성 및 대체 운용이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템는 다음과 같은 장점이 있다.

첫째, 본 발명은 제1펌프가 설치된 제1관정 및 제2펌프가 설치된 제2관정이 구비되고, 제1관정 및 제2관정은 지상의 열교환부에 연결되어서 제1관정 내의 지하수가 열교환부를 통과한 후 제2관정으로 회수되거나, 제2관정 내의 지하수가 열교환부를 통과한 후 제1관정으로 회수되며, 제1관정 및 제2관정은 연결통로로 연결되어서, 제2관정으로 회수된 지하수가 열복원된 후 연결통로를 통해 제1관정으로 이동되거나, 제1관정으로 회수된 지하수가 열복원된 후 연결통로를 통해 제2관정으로 이동되도록 구비된다. 따라서 열복원된 지하수가 제1관정 또는 제2관정을 통해 열교환부로 공급되고 열교환부를 통과한 지하수가 제2관정 또는 제1관정으로 유입되므로, 지하수가 공급되는 관정과 열교환부를 통과한 지하수가 회수되는 관정이 별개로 구비되며, 이에 따라 하나의 관정에서 지하수의 회수, 열복원이 이루어졌던 종래에 비해 열복원 효과가 뛰어날 뿐 아니라, 종래에 비해 지하수의 관정 깊이가 짧아지므로 시공성이 향상되고 시공비가 절감된다.

둘째, 본 발명은 여름철과 겨울철에 지하수의 순환 방향을 다르게 하는 바, 여름철에는 제2관정보다 낮은 온도를 유지하는 제1관정의 지하수를 열교환부로 공급하고, 겨울철에는 여름철의 냉각시스템 구동에 따라 제1관정보다 높은 온도가 형성된 제2관정의 지하수를 열교환부로 공급되도록 한다. 즉, 여름철에는 제1펌프가 구동되어서 제1관정 내의 지하수가 제1펌핑관, 열교환부, 제1회수관을 통해 제2관정으로 회수된 후 연결통로를 통해 다시 제1관정으로 유도되도록 한다. 열교환부를 통과한 지하수가 제2관정 내부로 지속적으로 회수됨에 따라 제2관정 내부의 온도는 제1관정보다 높은 상태가 유지된다. 겨울철에는 제2펌프가 구동되어서 제1관정보다 높은 온도를 유지하는 제2관정 내의 지하수가 제2펌핑관을 통해 열교환부로 공급되도록 하며, 열교환부를 통과한 지하수는 제2회수관을 통해 제1관정, 연결통로를 통해 다시 제2관정으로 유도되도록 한다. 따라서 계절적 특성에 따라 지하수의 순환 방향을 달리하므로 냉난방 효율을 극대화시킬 수 있다.

셋째, 본 발명은 제1펌프의 고장시, 제2펌프를 구동하여서 제2관정 내의 지하수가 제2펌핑관, 열교환부, 제2회수관을 통해 제1관정으로 회수된 후 연결통로를 통해 다시 제2관정으로 유도되도록 한다. 그리고 제2펌프의 고장시, 제1펌프를 구동하여서 제1관정 내의 지하수가 제1펌핑관, 열교환부, 제1회수관을 통해 제2관정으로 회수된 후 연결통로를 통해 다시 제1관정으로 유도되도록 한다. 따라서, 계절적 특성에 맞게 제1펌프 또는 제2펌프를 선택적으로 사용하다가 어느 하나의 펌프가 손상되면 손상된 펌프를 수리할 때까지 다른 펌프를 구동시켜서 냉방 또는 난방 시스템을 계속 구동시킬 수 있다.

한편, 제1펌핑관(40)에 연결되는 제2회수관(90) 및 제2펌핑관(60)에 연결되는 제1회수관(80)은 제한된 공경을 가진 제1관정(10) 및 제2관정(20)의 내부에서 제1펌핑관(40) 및 제2펌핑관(60)에 연결하기 위한 수단으로 두가닥 이상의 소구경으로 제작될 수 있다.

제1관정(10) 및 제2관정(20)은 직경이 그다지 크지 않으며, 이러한 제1관정(10) 및 제2관정(20) 내부에 제1펌프(50), 제2회수관(90)을 설치하기가 쉽지 않다. 따라서 제2회수관(90)을 두가닥 이상의 소구경으로 제작하여서 설치한다면 좁은 공간 내에 충분히 설치하면서도 원하는 유량을 공급할 수 있는 장점이 있다.

또한, 제1관정(10) 및 제2관정(20)에 설치된 제1펌프(50) 및 제2펌프(70)에는 제1펌프(50) 또는 제2펌프(70)에 고장이 발생된 경우 이를 감지하는 작동감지센서(도시하지 않음)가 연결될 수 있다.

그리고, 상기 작동감지센서 및 제1펌프(50), 제2펌프(70)에는 상기 작동감지센서에 의해 제1펌프(50) 또는 제2펌프(70)의 고장 감지 신호가 전달되면 제2펌프(70) 또는 제1펌프(50)를 자동으로 가동시키는 제1작동제어장치(도시하지 않음)가 구비될 수 있다.

따라서, 제1펌프(50) 및 제2펌프(70) 중 어느 하나가 고장나면 상기 작동감지센서가 이를 감지하고 제1작동제어장치에 의해 나머지 하나가 동작되도록 한다. 그러므로 제1펌프(50) 또는 제2펌프(70)가 고장나도 본 발명의 시스템이 중단되지 않고 계속 작동된다.

그리고, 제1펌핑관(40) 및 제2펌핑관(60)의 상부 측에는 제1펌프(50) 또는 제2펌프(70)에서 올라오는 지하수 온도를 감지하는 온도센서(도시하지 않음)가 설치될 수 있다.

또한, 상기 온도센서 및 제1펌핑관(40), 제2펌핑관(60)에 설치된 개폐밸브에는 상기 온도센서에 의해 지하수 온도가 설정 온도 범위 미만이거나 설정 온도 범위를 초과한 것을 감지되면, 개폐밸브(도시하지 않음)를 개폐시켜서 지하수를 제1관정(10) 또는 제2관정(20) 외부로 배출시키거나 배출을 중지시키는 제2작동제어장치(도시하지 않음)가 연결될 수 있다.

따라서, 난방시 열교환부(2)를 통과한 지하수의 온도가 설정 온도보다 낮게 측정될 경우, 개폐밸브를 열어서 지하수를 외부로 배출시킨다.

그리고 냉방시에는 열교환부(2)를 통과한 지하수의 온도가 설정 온도보다 높게 측정될 경우, 개폐밸브를 열어서 지하수를 외부로 배출시킨다. 이와 같이 하여 지열공의 열효율을 높인다.

한편, 열교환부(2)의 케이스 외면에는 온도에 따라 색이 변화하는 변색부가 도포될 수 있다. 이 변색부는, 소정의 온도 이상이 되었을 때 색이 변하는 두 가지 이상의 온도변색물질이 열교환부(2)의 케이스 표면에 도포되어 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리됨으로써 단계적인 온도 변화를 판단할 수 있고, 변색부 위에는 변색부가 손상되는 것을 방지하기 위한 보호막층이 도포된다.

여기서, 변색부는, 각각 40℃ 이상 및 60℃ 이상의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 도포하여 형성될 수 있다. 변색부는 열교환부(2)의 케이스 온도에 따라 색이 변화하여 도료의 온도 변화를 감지하기 위한 것이다.

이러한 변색부는 소정의 온도 이상이 되었을 때 색깔이 변하는 온도변색물질이 열교환부(2)의 케이스 표면에 도포됨으로써 형성될 수 있다. 또한, 온도변색물질은 일반적으로 1~10㎛의 마이크로캡슐 구조로 구성되어 있고, 마이크로캡슐 내에 전자 공여체와 전자 수용체의 온도에 따른 결합 및 분리현상으로 인해 유색 및 투명색을 나타내도록 할 수 있다.

또한, 온도변색물질은 색의 변화가 빠르고, 40℃, 60℃, 70℃, 80℃, 등의 다양한 변색온도를 가질 수 있으며, 이러한 변색온도는 여러 방법으로 쉽게 조정될 수 있다. 이러한 온도변색물질은 유기화합물의 분자 재배열, 원자단의 공간 재배치 등의 원리에 의한 다양한 종류의 온도변색물질이 이용될 수 있다.

이를 위해, 변색부는 서로 다른 변색 온도를 가지는 두 가지 이상의 온도변색물질을 도포하여 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이 온도변색층은 상대적으로 저온의 변색온도를 갖는 온도변색물질과 상대적으로 고온의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 사용하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 40℃이상 및 60℃이상의 변색온도를 갖는 온도변색물질을 사용하여 변색부를 형성할 수 있다.

이를 통해, 열교환부(2)의 온도 변화를 단계적으로 확인할 수 있어 도료의 온도변화를 감지할 수 있으며, 이에 따라 열교환부(2)를 최적의 상태에서 운용할 수 있으며, 과열에 의한 열교환부(2)의 손상을 미연에 방지시킬 수 있다.

또한, 보호막층은 변색부 위에 도포되어서 외부의 충격으로 인해 변색부가 손상되는 것을 방지하며, 변색부의 변색 여부를 쉽게 확인함과 동시에 온도변색물질이 열에 약한 것을 고려하여 단열 효과를 가지는 투명 도포재를 사용하는 것이 바람직하다.

또한, 연결통로(30)에는 연결관이 매립될 수 있으며, 이 연결관의 내주면에는 플루오라이트카본(fluorite carbon)으로 이루어진 특수실리콘층이 도포될 수 있다. 플루오라이트카본은 분자결합상 치밀한 조직으로 구성되고 높은 내열성을 가지며 내화학성이 뛰어나다.

따라서 연결관의 내구성이 크게 향상되므로 연결통로(30)에 매설된 연결관이 장기간 경과하여도 부식, 파열, 훼손되지 않는다.

그리고, 제1회수관(80) 및 제2회수관(90)은 외부 충격 또는 외부 환경에 대한 내충격성이 우수한 폴리프로필렌 수지 조성물로 형성될 수 있다. 이러한 폴리프로필렌 수지 조성물은 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체 75~95중량% 및 에틸렌 함량이 20~50중량%인 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5~25중량%로 이루어진 폴리프로필렌 랜덤 블록 공중합체를 포함할 수 있다.

상기 폴리프로필렌 랜덤 블록 공중합체는 전술한 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체 75~95중량% 및 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5~25중량%인 것이 바람직한데, 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체가 75중량% 미만이면 강성이 저하되고, 95중량%를 초과하면 내충격성이 저하되며, 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체는 5중량% 미만이면 내충격성이 저하되고, 25중량%를 초과하면 강성이 저하된다. 상기 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체는 에틸렌 0.5~7중량% 및 탄소수가 4~5인 알파올레핀 1~15중량%를 포함하며, 폴리프로필렌 수지 조성물의 기계적 강성유지 및 내열성을 향상시키며 내백화성을 유지하는데 효과적인 역할을 한다.

상기 에틸렌 함량은 바람직하게는 0.5~5중량%이며, 더욱 바람직하게는 1~3중량%일 수 있으며, 0.5중량% 미만이면 내백화성이 저하되고, 7중량%를 초과하면 수지의 결정화도 및 강성이 저하된다. 또한, 상기 알파올레핀은 에틸렌 및 프로필렌을 제외한 임의의 알파올레핀을 의미하며, 바람직하게는 부텐이다. 또한, 전술한 알파올레핀은 탄소수가 4 미만이거나 5를 초과하면 랜덤 공중합체의 제조 시, 코모노머와의 반응성이 낮아 공중합체를 제조하는데 어려움이 있다. 또한, 전술한 알파올레핀 1~15중량%를 포함하며, 바람직하게는 1~10중량%이고, 더욱 바람직하게는 3~9중량%일 수 있다. 상기 알파올레핀은 1중량% 미만이면, 결정화도가 필요 이상으로 높아져 투명성이 저하되고, 15중량%를 초과하면 결정화도 및 강성이 저하되어 내열성이 현저히 낮아지는 문제점을 가진다.

또한, 상기 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체는 에틸렌 20~50중량%을 포함하며, 폴리프로필렌 수지 조성물에 내충격적 특성을 부여하고 미세 분산이 가능하여 내백화성 및 투명성을 동시에 부여하는 역할을 한다. 이러한 에틸렌 함량은 바람직하게는 20~40중량%일 수 있으며, 20중량% 미만이면 내충격성이 저하되고 50중량%를 초과하면 내충격성 및 내백화성이 저하될 수 있다.

그리고, 본 발명의 제1펌프(50) 및 제2펌프(70)의 케이스에는 부식방지용 피복 조성물이 도포될 수 있다.

피복 조성물은, 레조르시놀 디글리시딜에테르(Resorcinol diglycidyl ether) 80중량% 및 프로판올아민(Propanol amine) 20중량%를 혼합하여 제조한 수용해성 수지 조성물 100중량%에 대하여, 헥사메틸레이티드-헥사메틸롤 멜라민(Hexamethylated-hexamethylol melamine)을 1 내지 10중량%로 구성된다.

본 발명에서는 레조르시놀 디글리시틸에테르의 우수한 내화학성, 치수안정성 등의 특성과 프로판올아민의 내부식성 등의 특성 및 멜라민 유도체의 우수한 윤활특성 등을 활용하여 보다 친환경적인 제1펌프(50) 및 제2펌프(70) 케이스의 부식방지를 위한 피복을 형성할 수 있다.

상기 부식방지용 피복 조성물을 도포하는 방법은 특별한 제한은 없으나, 알루미늄합금 표면에 건조도막 두께가 10 내지 30㎛가 되도록 도포되는 것이 바람직하다. 건조도막 두께가 10㎛ 미만이면 수명이 짧아질 수 있고, 30㎛를 초과하는 경우에는 기능상 문제점은 없으나 경제적 이점이 감소한다.

또한, 상기 부식방지용 피복 조성물이 도포된 제1펌프(50) 및 제2펌프(70)의 케이스는 10 내지 30분 동안 공기 건조 후 100 내지 200℃, 바람직하게는 150 내지 180℃에서 10 내지 50분 동안 경화하여 비점착성이고 광택이 우수한 도막을 얻는 것이 가능하다.

그리고, 본 발명의 제1펌핑관(40) 및 제2펌핑관(60) 하단의 스트레이너(도시하지 않음)에는 오염물질의 부착방지 및 제거를 효과적으로 달성할 수 있도록 오염 방지 도포용 조성물로 이루어진 도포층이 도포될 수 있다. 상기 오염 방지 도포용 조성물은 붕산 및 탄산나트륨이 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있고, 붕산 및 탄산나트륨의 총함량은 전체 수용액에 대해 1 ~ 10 중량%이다. 이에 더하여, 상기 도포층의 도포성을 향상시키는 물질로 탄산나트륨 또는 탄산칼슘이 이용될 수 있으나 바람직하게는 탄산나트륨이 이용될 수 있다. 상기 붕산 및 탄산나트륨은 몰비로서 1:0.01 ~ 1:2가 바람직한 바, 몰비가 상기 범위를 벗어나는 경우에는 상기 스트레이너의 도포성이 저하되거나 도포후 표면의 수분흡착이 증가하여 도포막이 제거되는 문제점이 있다.

상기 붕산 및 탄산나트륨은 전제 조성물 수용액중 1 ~ 10 중량%가 바람직한 바, 1 중량% 미만이면 스트레이너의 도포성이 저하되는 문제점이 있고, 10 중량%를 초과하면 도포막 두께의 증가로 인한 결정석출이 발생하기 쉽다.

한편, 본 오염 방지 도포용 조성물을 스트레이너에 도포하는 방법으로는 스프레이법에 의해 도포하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 기재 상의 최종 도포막 두께는 500 ~ 2000Å이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1000 ~ 2000 Å이다. 상기 도포막의 두께가 500 Å미만이면 고온 열처리의 경우에 열화되는 문제점이 있고, 2000 Å을 초과하면 도포 표면의 결정석출이 발생하기 쉬운 단점이 있다.

또한, 본 오염 방지 도포용 조성물은 붕산 0.1 몰 및 탄산나트륨 0.05 몰을 증류수 1000 ㎖에 첨가한 다음 교반하여 제조될 수 있다.

따라서, 본 발명의 제1펌핑관(40) 및 제2펌핑관(60) 하단의 스트레이너에 오염 방지 도포용 조성물로 이루어진 도포층이 도포되므로 오염물질의 부착방지 및 제거 효과가 향상되며, 이에 따라 스트레이너가 막히는 문제가 방지된다.

1 : 지반 2 : 열교환부
10 : 제1관정 20 : 제2관정
30 : 연결통로 40 : 제1펌핑관
50 : 제1펌프 60 : 제2펌핑관
70 : 제2펌프 80 : 제1회수관
90 : 제2회수관

Claims (6)

1. 삭제
2. 지중에 형성되어서 지하수가 유입되는 제1관정(10);
   제1관정(10)과 이격되게 지중에 형성되고 지하수가 유입되는 제2관정(20);
   지중에 형성되고 제1관정(10) 및 제2관정(20)에 연결되어서 제1관정(10) 또는 제2관정(20) 내의 지하수가 제2관정(20) 또는 제1관정(10)으로 유도되도록 하는 연결통로(30);
   일단이 제1관정(10) 내에 위치되고 타단이 열교환부(2)에 연결되어서 제1관정(10) 내의 열복원된 지하수를 열교환부(2)로 안내하는 제1펌핑관(40);
   제1펌핑관(40)에 연결되어서 제1관정(10) 내에서 열복원된 지하수를 열교환부(2)로 펌핑하는 제1펌프(50);
   일단이 제2관정(20) 내에 위치되고 타단이 열교환부(2)에 연결되어서 제2관정(20) 내에서 열복원된 지하수를 열교환부(2)로 안내하는 제2펌핑관(60);
   제2펌핑관(60)에 연결되어서 제2관정(20) 내에서 열복원된 지하수를 열교환부(2)로 펌핑하는 제2펌프(70);
   일단이 열교환부(2)에 연결되고 타단이 제2펌핑관(60) 측면에 연결되어 제1펌핑관(40)에서 열교환부(2)로 공급된 지하수가 제2관정(20)으로 회수되도록 하는 제1회수관(80);
   일단이 열교환부(2)에 연결되고 타단이 제1펌핑관(40)에 연결되어 제2펌핑관(60)에서 열교환부(2)로 공급된 지하수가 제1펌핑관(40)을 통해 제1관정(10)으로 회수되도록 하는 제2회수관(90)을 포함하여 이루어지며;
   여름철에는 제1펌프(50)가 구동되어서 제1관정(10) 내의 지하수가 제1펌핑관(40), 열교환부(2), 제1회수관(80)을 통해 제2관정(20)으로 회수된 후 연결통로(30)를 통해 다시 제1관정(10)으로 유도되도록 하고;
   겨울철에는 제2펌프(70)가 구동되어서 제2관정(20) 내의 지하수가 제2펌핑관(60), 열교환부(2), 제2회수관(90)을 통해 제1관정(10)으로 회수된 후 연결통로(30)를 통해 다시 제2관정(20)으로 유도되도록 하며;
   제1펌프(50)의 고장시, 제2펌프(70)를 구동하여서 제2관정(20) 내의 지하수가 제2펌핑관(60), 열교환부(2), 제2회수관(90)을 통해 제1관정(10)으로 회수된 후 연결통로(30)를 통해 다시 제2관정(20)으로 유도되도록 하고;
   제2펌프(70)의 고장시, 제1펌프(50)를 구동하여서 제1관정(10) 내의 지하수가 제1펌핑관(40), 열교환부(2), 제1회수관(80)을 통해 제2관정(20)으로 회수된 후 연결통로(30)를 통해 다시 제1관정(10)으로 유도되도록 하며;
   제1펌핑관(40)의 하단은 제1관정(10)의 하부에 위치되고, 제2펌핑관(60)의 하단은 제2관정(20)의 하부에 위치되며, 제1회수관(80)의 하단은 제2펌프(70) 및 제2펌핑관(60) 하단 사이의 제2펌핑관(60)에 연결되고, 제2회수관(90)의 하단은 제1펌프(50) 및 제1펌핑관(40) 하단 사이의 제1펌핑관(40)에 연결되며;
   제1펌핑관(40)에 연결되는 제2회수관(90) 및 제2펌핑관(60)에 연결되는 제1회수관(80)은 제한된 공경을 가진 제1관정(10) 및 제2관정(20)의 내부에서 제1펌핑관(40) 및 제2펌핑관(60)에 연결하기 위한 수단으로 두가닥 이상의 소구경으로 제작되고;
   제1관정(10) 및 제2관정(20)에 설치된 제1펌프(50) 및 제2펌프(70)에 연결되어서 제1펌프(50) 또는 제2펌프(70)에 고장이 발생된 경우 이를 감지하는 작동감지센서와, 상기 작동감지센서 및 제1펌프(50), 제2펌프(70)에 연결되고 상기 작동감지센서에 의해 제1펌프(50) 또는 제2펌프(70)의 고장 감지 신호가 전달되면 제2펌프(70) 또는 제1펌프(50)를 자동으로 가동시키는 제1작동제어장치가 구비되며;
   제1펌핑관(40) 및 제2펌핑관(60)의 상부 측에 설치되어서 제1펌프(50) 또는 제2펌프(70)에서 올라오는 지하수 온도를 감지하는 온도센서와, 상기 온도센서 및 제1펌핑관(40), 제2펌핑관(60)에 설치된 개폐밸브에 연결되고 상기 온도센서에 의해 지하수 온도가 설정 온도 범위 미만이거나 설정 온도 범위를 초과한 것을 감지되면, 개폐밸브를 개폐시켜서 지하수를 제1관정(10) 또는 제2관정(20) 외부로 배출시키거나 배출을 중지시키는 제2작동제어장치를 포함하고;
   열교환부(2)의 케이스 외면에는 온도에 따라 색이 변화하는 변색부가 도포되되, 상기 변색부는, 일정한 온도 이상이 되었을 때 색이 변하는 두 가지 이상의 온도변색물질이 열교환부(2)의 케이스 표면에 도포되어 온도 변화에 따라 두 개 이상의 구간으로 분리됨으로써 단계적인 온도 변화를 판단할 수 있고, 상기 변색부 위에는 변색부가 손상되는 것을 방지하기 위한 보호막층이 도포되며;
   연결통로(30)에는 연결관이 매립되며, 상기 연결관의 내주면에는 플루오라이트카본(fluorite carbon)으로 이루어진 특수실리콘층이 도포되고;
   제1회수관(80) 및 제2회수관(90)은 폴리프로필렌 수지 조성물로 형성되되, 상기 폴리프로필렌 수지 조성물은 에틸렌-프로필렌-알파올레핀 랜덤 공중합체 75~95중량% 및 에틸렌-프로필렌 블록 공중합체 5~25중량%로 이루어진 폴리프로필렌 랜덤 블록 공중합체를 포함하며;
   제1펌프(50) 및 제2펌프(70)의 케이스에는 부식방지용 피복 조성물이 도포되되, 상기 피복 조성물은, 레조르시놀 디글리시딜에테르(Resorcinol diglycidyl ether) 80중량% 및 프로판올아민(Propanol amine) 20중량%를 혼합하여 제조한 수용해성 수지 조성물을 포함하고;
   제1펌핑관(40) 및 제2펌핑관(60) 하단의 스트레이너에는 오염 방지 도포용 조성물로 이루어진 도포층이 도포되되, 상기 오염 방지 도포용 조성물은 붕산 및 탄산나트륨이 1:0.01 ~ 1:2 몰비로 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 계절적 호환성 및 대체 운용이 가능한 투웰방식 개방형 지열시스템.
   
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