KR102000481B1 - 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 충적대수층에 저장된 지하수를 이용하여 온실의 냉난방을 수행하는 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템에 관한 것으로, 냉수의 양수 및 주입을 위해 적어도 일부가 충적대수층에 위치하는 냉수 주관정, 온수의 양수 및 주입을 위해 냉수 주관정과 일정 거리 이격되어 적어도 일부가 충적대수층에 위치하는 온수 주관정, 냉수 주관정으로부터 양수된 냉수의 열교환을 통해 온실의 냉방을 수행하고, 온수 주관정으로부터 양수된 온수의 열교환을 통해 온실의 난방을 수행하는 히트 펌프, 히트 펌프로부터 배출되는 냉배수가 냉수 주관정에 주입될 때, 냉수 주관정에 차오르는 냉배수가 분산 주입될 수 있도록 냉수 주관정의 주위에 설치된 냉수 보조관정, 및 히트 펌프로부터 배출되는 온배수가 온수 주관정에 주입될 때, 온수 주관정에 차오르는 온배수가 분산 주입될 수 있도록 온수 주관정의 주위에 설치된 온수 보조관정을 포함한다. 이와 같이, 주관정의 주위에 하나 이상의 보조관정을 설치함으로써, 냉난방 수행 후 관정에 재주입되는 주입수의 주입 용량을 증대시켜 에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템{GREENHOUSE COOLING AND HEATING SYSTEM}

본 발명은 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 하절기에는 히트펌프에서 생성되는 온배수를 온수정을 통해 충적대수층에 저장하였다가 동절기 온실난방에 사용하고, 동절기에는 히트펌프에서 생성되는 냉배수를 냉수정을 통해 충적대수층에 저장하였다가 하절기 온실냉방에 사용하여 히트펌프의 냉난방 효율을 향상시킬 수 있는 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템에 관한 것이다.

최근 들어, 계절의 변화에 상관없이 온도가 일정한 지열을 냉난방의 열원으로 활용한 지열 냉난방시스템이 개발되고 있으며, 특히, 보온성과 단열성이 매우 양호하고 지표하 5~20m 하부에 위치하며 연평균 수온이 14℃ 정도를 유지하는 충적대수층을 지반으로 하는 지열 냉난방시스템을 온실의 냉난방에 이용하는 기술이 개발되고 있다.

일반적으로, 충적대수층을 이용한 축열 냉난방시스템은 지하수가 위치하는 충적대수층까지 관정되도록 냉수정과 온수정을 설치하고, 냉방시에는 냉수정의 지하수를 양수하여 히트펌프를 통한 열교환을 통해 냉방을 수행하고, 냉방 수행에 의해 가열된 온배수를 온수정으로 배출하여 충적대수층에 저장하며, 난방시에는 온수정의 지하수를 양수하여 히트펌프를 통한 열교환을 통해 난방을 수행하고, 난방 수행에 의해 냉각된 냉배수를 냉수정으로 배출하여 충적대수층에 저장하는 것에 의해 냉난방을 수행하도록 구성된다.

그러나, 냉난방을 위해 양수한 지하수가 일정량을 초과하는 경우, 냉난방 수행 후 관정에 재주입되는 지하수의 일부가 외부로 방출되어 지하수의 감소, 주변 지역의 지반 침하 및 하천의 건전화 등의 문제가 발생되며, 이로 인해 에너지 이용 효율이 떨어지는 문제가 발생된다.

(특허문헌 1) KR1021578 B1

따라서, 본 발명은 이와 같은 문제점을 감안한 것으로써, 냉난방 수행 후 관정에 재주입되는 주입수의 주입 용량을 증대시켜 에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있는 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템은, 충적대수층에 저장된 지하수를 이용하여 온실의 냉난방을 수행하는 것으로서, 냉수의 양수 및 주입을 위해 적어도 일부가 충적대수층에 위치하는 냉수 주관정, 온수의 양수 및 주입을 위해 상기 냉수 주관정과 일정 거리 이격되어 적어도 일부가 충적대수층에 위치하는 온수 주관정, 상기 냉수 주관정으로부터 양수된 냉수의 열교환을 통해 온실의 냉방을 수행하고, 냉방 수행에 의해 가열된 온배수를 상기 온수 주관정으로 배출하며, 상기 온수 주관정으로부터 양수된 온수의 열교환을 통해 온실의 난방을 수행하고, 난방 수행에 의해 냉각된 냉배수를 상기 냉수 주관정으로 배출하는 히트 펌프, 상기 히트 펌프로부터 배출되는 냉배수가 상기 냉수 주관정에 주입될 때, 상기 냉수 주관정에 차오르는 냉배수가 분산 주입될 수 있도록 상기 냉수 주관정의 주위에 적어도 하나 이상 설치된 냉수 보조관정, 및 상기 히트 펌프로부터 배출되는 온배수가 상기 온수 주관정에 주입될 때, 상기 온수 주관정에 차오르는 온배수가 분산 주입될 수 있도록 상기 온수 주관정의 주위에 적어도 하나 이상 설치된 온수 보조관정을 포함한다.

상기 히트 펌프를 통해 열교환된 냉수 또는 온수를 저장하는 축열조를 더 포함할 수 있다.

상기 냉수 주관정 및 상기 온수 주관정 각각은, 지상으로부터 토양층 및 충적대수층을 거쳐 암반층까지 관정되며, 충적대수층에 대응되는 위치의 적어도 일부에 주관정 스크린이 형성된 주관정 내부 케이싱, 상기 주관정 내부 케이싱의 외면 상에 밀착 형성되며, 충적대수층 및 토양층의 일부 영역에 대응되는 위치에 형성된 주관정 여제층, 및 상기 주관정 내부 케이싱의 외면 상에 밀착하여 상기 주관정 여제층 상에 형성되어, 상기 주관정 내부 케이싱의 외면을 타고 지하수가 올라오는 것을 방지하는 주관정 그라우팅층을 포함할 수 있다.

상기 냉수 주관정 및 온수 주관정 각각은, 지상으로부터 토양층 및 충적대수층을 거쳐 암반층의 상단까지 주관정 외부 케이싱을 설치하고, 상기 주관정 외부 케이싱의 내부에 상기 주관정 외부 케이싱보다 깊은 깊이로 상기 주관정 내부 케이싱을 설치하고, 상기 주관정 외부 케이싱와 상기 주관정 내부 케이싱 사이에 상기 주관정 여제층을 주입하고, 상기 주관정 외부 케이싱과 상기 주관정 내부 케이싱 사이의 상기 주관정 여제층 상에 상기 주관정 그라우팅층을 형성하고, 상기 주관정 외부 케이싱을 인발하는 과정을 통해 형성될 수 있다.

상기 주관정 스크린의 슬롯 사이즈는 1mm이며, 상기 주관정 여제층의 평균 입자 사이즈는 2~5mm일 수 있다.

상기 냉수 주관정 및 온수 주관정 각각은, 상기 주관정 내부 케이싱에 저장된 냉수 또는 온수를 양수하기 위해 상기 주관정 내부 케이싱의 내부에 설치된 주관정 양수관, 상기 주관정 양수관의 하단부에 설치된 수중 펌프, 및 상기 히트 펌프로부터 배출되는 온배수 또는 냉배수를 주입하기 위해 상기 주관정 내부 케이싱의 내부에 설치된 주관정 주입관을 더 포함할 수 있다.

상기 냉수 보조관정 및 상기 온수 보조관정 각각은, 지상으로부터 토양층을 거쳐 충적대수층까지 관정되며, 충적대수층에 대응되는 위치의 적어도 일부에 보조관정 스크린이 형성된 보조관정 내부 케이싱, 상기 보조관정 내부 케이싱의 외면 상에 밀착 형성되며, 충적대수층 및 토양층의 일부 영역에 대응되는 위치에 형성된 보조관정 여제층, 및 상기 보조관정 내부 케이싱의 외면 상에 밀착하여 상기 보조관정 여제층 상에 형성되어, 상기 보조관정 내부 케이싱의 외면을 타고 지하수가 올라오는 것을 방지하는 보조관정 그라우팅층을 포함할 수 있다.

상기 보조관정 스크린의 슬롯 사이즈는 0.3~0.6mm이며, 상기 보조관정 여제층의 평균 입자 사이즈는 2~5mm일 수 있다.

토양층 내에 매립 설치되며, 상기 냉수 주관정에 차오르는 냉배수 및 상기 온수 주관정에 차오르는 온배수의 분산 주입을 위해 상기 냉수 주관정과 상기 냉수 보조관정, 및 상기 온수 주관정과 상기 온수 보조관정을 연결하는 관정 연결관을 더 포함할 수 있다.

상기 관정 연결관은 상기 주관정 내부 케이싱으로부터 분기되어 상기 보조관정 내부 케이싱 방향으로 연장되는 제1 연결부, 상기 제1 연결부로부터 분기되어 상부 방향으로 연장되는 제2 연결부, 및 상기 제2 연결부로부터 연장되어 상기 보조관정 내부 케이싱의 내부에 삽입 설치되는 제3 연결부를 포함할 수 있다.

상기 보조관정 내부 케이싱 및 상기 관정 연결관의 내부에 차 있는 공기를 배출시키기 위해, 상기 관정 연결관에 설치된 공기 배출 밸브를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템에 따르면, 충적대수층에 저장된 온수 및 냉수를 이용하여 온실의 냉난방을 수행함으로써, 에너지 절감 및 냉난방 비용을 절감할 수 있다.

또한, 냉난방 수행 후 주관정에 재주입되는 주입수를 주관정 주위에 설치된 보조관정을 통해 분산시킴으로써, 주입수의 주입 용량을 증대시켜 에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있다.

더욱이, 주관정 및 보조관정의 구성을 간략하게 구성함으로써, 관정의 설치 비용을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템의 하절기 동작을 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템의 동절기 동작을 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 1에 도시된 냉수 주관정 및 냉수 보조관정의 구성을 보다 상세히 나타낸 구성도이다.
도 4는 도 3에 도시된 냉수 주관정의 설치 과정을 나타낸 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성 요소는 제 2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성 요소도 제 1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템의 하절기 동작을 나타낸 구성도이며, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템의 동절기 동작을 나타낸 구성도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템은 충적대수층에 저장된 지하수를 이용하여 온실의 냉난방을 수행하는 것으로서, 냉수의 양수 및 주입을 위해 지하에 설치된 냉수 주관정(100), 온수의 양수 및 주입을 위해 지하에 설치된 온수 주관정(200), 및 냉수 주관정(100)으로부터 양수된 냉수의 열교환을 통해 온실(700)의 냉방을 수행하고, 온수 주관정(200)으로부터 양수된 온수의 열교환을 통해 온실(700)의 난방을 수행하는 히트 펌프(300)를 포함한다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템은 히트 펌프(300)로부터 배출되는 냉배수의 분산 주입을 위해 냉수 주관정(100)의 주위에 설치된 냉수 보조관정(400), 및 히트 펌프(300)로부터 배출되는 온배수의 분산 주입을 위해 온수 주관정(200)의 주위에 설치된 온수 보조관정(500)을 포함한다.

냉수 주관정(100)은 냉수의 양수 및 주입을 위해 적어도 일부가 충적대수층에 위치하도록 지하에 관정된다. 냉수 주관정(100)은 하절기에는 충적대수층에 저장된 냉수를 양수하여 온실(700)의 냉방에 이용하고, 동절기에는 히트 펌프(300)를 통해 온실(700)의 난방에 이용되고 배출되는 냉배수를 충적대수층에 저장하는 데 이용된다.

온수 주관정(200)은 온수의 양수 및 주입을 위해 적어도 일부가 충적대수층에 위치하도록 지하에 관정된다. 온수 주관정(200)은 냉수 주관정(100)과의 열간섭을 방지하기 위해 냉수 주관정(100)과 일정 거리 이상 이격되어 설치된다. 예를 들어, 온수 주관정(200)은 냉수 주관정(100)과 약 50m 이상 이격되게 설치된다. 온수 주관정(200)은 동절기에는 충적대수층에 저장된 온수를 양수하여 온실(700)의 난방에 이용하고, 하절기에는 히트 펌프(300)를 통해 온실(700)의 냉방에 이용되고 배출되는 온배수를 충적대수층에 저장하는 데 이용된다.

히트 펌프(300)는 하절기에 냉수 주관정(100)으로부터 양수된 냉수의 열교환을 통해 온실(700)의 냉방을 수행하고, 냉방 수행에 의해 가열된 온배수를 온수 주관장(200)으로 배출한다. 또한, 히트 펌프(300)는 동절기에 온수 주관정(200)으로부터 양수된 온수의 열교환을 통해 온실(700)의 난방을 수행하고, 난방 수행에 의해 냉각된 냉배수를 냉수 주관정(100)으로 배출한다. 한편, 도면 상에서는 냉수 주관정(100)과 온수 주관정(200)이 공통의 배관을 통해 히트 펌프(300)와 연결된 것으로 도시되어 있으나, 냉수 주관정(100)과 히트 펌프(300)를 연결하는 배관과 온수 주관정(200)과 히트 펌프(300)를 연결하는 배관이 별도의 배관으로 설치될 수도 있다.

이러한 구성의 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템은 하절기 및 동절기로 구분하여, 하절기에는 온실의 냉방에 이용되고, 동절기에는 온실의 난방에 이용된다.

예를 들어, 하절기에는, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉수 주관정(100)을 통해 충적대수층에 저장되어 있는 냉수를 양수하여 히트 펌프(300)로 공급하고, 히트 펌프(300)를 이용한 열교환을 통해 온실(700)의 냉방을 수행하며, 히트 펌프(300)에서의 열교환에 의해 가열된 온배수는 온수 주관정(200)으로 배출되어 충적대수층에 저장된다.

반면, 동절기에는, 도 2에 도시된 바와 같이, 온수 주관정(200)을 통해 충적대수층에 저장되어 있는 온수를 양수하여 히트 펌프(300)로 공급하고, 히트 펌프(300)를 이용한 열교환을 통해 온실(700)의 난방을 수행하며, 히트 펌프(300)에서의 열교환에 의해 냉각된 냉배수는 냉수 주관정(100)으로 배출되어 충적대수층에 저장된다.

본 발명에 따른 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템은 냉수 주관정(100)에 주입되는 냉배수 및 온수 주관정(200)에 주입되는 온배수의 주입량을 증대시키기 위하여, 냉수 주관정(100)의 주위에 설치된 냉수 보조관정(400), 및 온수 주관정(200)의 주위에 설치된 온수 보조관정(500)을 포함한다.

냉수 보조관정(400)은 히트 펌프(300)로부터 배출되는 냉배수가 냉수 주관정(100)에 주입될 때, 냉수 주관정(100)에 차오르는 냉배수가 분산 주입될 수 있도록 냉수 주관정(100)의 주위에 적어도 하나 이상이 설치된다. 예를 들어, 냉수 보조관정(400)은 냉수 주관정(100)의 양측으로 각각 3개씩 일정한 간격으로 총 6개가 설치된다.

온수 보조관정(500)은 히트 펌프(300)로부터 배출되는 온배수가 온수 주관정(200)에 주입될 때, 온수 주관정(200)에 차오르는 온배수가 분산 주입될 수 있도록 온수 주관정(200)의 주위에 적어도 하나 이상이 설치된다. 예를 들어, 온수 보조관정(500)은 온수 주관정(200)의 양측으로 각각 3개씩 일정한 간격으로 총 6개가 설치된다.

이와 같이, 주관정(100, 200)의 주위에 하나 이상의 보조관정(400, 500)을 설치함으로써, 주관정(100, 200)에 차오르는 주입수가 보조관정(400, 500)으로 분산 주입되도록 하여 주관정(100, 200)의 수위 상승을 지체시켜 주입 시간을 증대시키며, 일정 시간이 경과한 후 주관정(100, 200)의 수위 상승이 지표면까지 도달하여 주관정(100, 200)을 넘치려고 하는 순간까지 시스템을 가동시키고, 주관정(100, 200)의 최고 수위를 초과하려고 할 때 시스템을 정지시켜 상승된 주관정(100, 200)의 수위가 본래의 지하 수위로 돌아가도록 유도하고, 이와 같은 과정을 반복하여 충적대수층으로 주입되는 주입량을 증대시킬 수 있다.

한편, 시스템이 정지되었을 때 온실(700)에 필요한 열량을 공급할 수 있도록 히트 펌프(300)를 통해 열교환된 냉수 또는 온수를 저장하는 축열조(600)가 더 설치될 수 있다.

또한, 온실(700)의 냉방 시에는, 냉수 주관정(100)으로부터 양수된 냉수를 히트 펌프(300)를 거치지 않고 온실(700) 내의 방열장치를 통과시켜 온수 주관정(200)으로 직접 주입시키는 구성이 추가적으로 설치될 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 냉수 주관정 및 냉수 보조관정의 구성을 보다 상세히 나타낸 구성도이다.

도 3을 참조하면, 냉수 주관정(100)은 주관정 내부 케이싱(110), 주관정 여제층(120) 및 주관정 그라우팅층(130)을 포함한다.

주관정 내부 케이싱(110)은 지상으로부터 토양층 및 충적대수층을 거쳐 암반층까지 관정된다. 주관정 내부 케이싱(110)은 내부가 비어있는 원통 형상의 관정으로, 예를 들어, 지름이 약 200mm인 관정으로 형성되며, 심도 약 100m까지 관정된다. 이와 같이, 주관정 내부 케이싱(110)을 암반층까지 설치함으로써, 냉수의 저장량을 증대시킬 수 있다.

주관정 내부 케이싱(110)은 충적대수층에 대응되는 위치의 적어도 일부 영역에 주관정 스크린(112)이 형성된다. 주관정 스크린(112)은 지하수의 유출입을 위한 것으로, 충적대수층에 저장되어 있는 냉수를 주관정 내부 케이싱(110)의 내부로 유입시키거나, 주관정 내부 케이싱(110)의 내부에 주입되는 냉배수를 충적대수층으로 유출시키기 위하여 관정의 내외부를 관통하는 복수의 슬롯이 형성된 구조를 갖는다. 예를 들어, 주관정 스크린(112)은 와이어 스크린으로 형성되며, 슬롯은 약 1mm의 사이즈로 형성된다.

주관정 여제층(120)은 주관정 내부 케이싱(110)의 외면 상에 밀착 형성되며, 충적대수층 및 토양층의 일부 영역에 대응되는 위치에 형성된다. 주관정 여제층(120)은 지하수의 흐름이 원활히 이루어지게 함과 동시에, 주관정 스크린(112)에 형성된 슬롯을 통해 여제가 주관정 내부 케이싱(110)의 내부로 유입되는 것을 방지하기 위하여 슬롯의 사이즈보다 큰 입자 사이즈를 갖는 물질로 형성된다. 예를 들어, 주관정 여제층(120)은 평균 입자 사이즈가 약 2~5mm인 모래자갈로 형성된다.

주관정 그라우팅층(130)은 주관정 내부 케이싱(110)의 외면 상에 밀착하여 주관정 여제층(120) 상에 형성된다. 주관정 그라우팅층(130)은 주관정 여제층(120)보다 밀도가 높은 물질, 예를 들어 시멘트 등의 물질로 형성되어, 주관정 내부 케이싱(110)의 외면을 타고 지하수가 올라오는 것을 방지하여, 지하수의 누출을 방지한다.

냉수 주관정(100)은 주관정 내부 케이싱(110)에 저장된 냉수를 양수하기 위해 주관정 내부 케이싱(110)의 내부에 설치된 주관정 양수관(114), 주관정 양수관(114)의 하단부에 설치된 수중 펌프(116), 및 히트 펌프(300)로부터 배출되는 냉배수를 주입하기 위해 주관정 내부 케이싱(110)의 내부에 설치된 주관정 주입관(118)을 더 포함할 수 있다.

주관정 양수관(114)은 외부로부터 주관정 내부 케이싱(110)의 내부로 삽입 설치되며, 그 하단부가 암반층의 위치까지 도달되도록 설치된다. 수중 펌프(116)는 주관정 양수관(114)의 하단부에 설치되며, 하절기에 온실(700)의 냉방을 위하여 주관정 내부 케이싱(110)의 내부에 저장되어 있는 냉수를 양수하여 주관정 양수관(114)을 통해 히트 펌프(300)로 보낸다. 한편, 동절기에 온실(700)의 난방을 위해 히트 펌프(300)에서 열교환된 후 배출되는 냉배수는 주관정 주입관(118)을 통해 주관정 내부 케이싱(110)의 내부로 주입된다.

도 4는 도 3에 도시된 냉수 주관정의 설치 과정을 나타낸 흐름도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 냉수 주관정(100)의 설치를 위해, 우선 지상으로부터 토양층 및 충적대수층을 거쳐 암반층의 상단부까지 주관정 외부 케이싱(미도시)을 설치한다(S100). 상기 주관정 외부 케이싱은 주관정 내부 케이싱(110)보다 지름이 큰 대구경 관정으로, 예를 들어 지름이 약 450mm인 관정으로 이루어진다.

이후, 상기 주관정 외부 케이싱의 내부에 상기 주관정 외부 케이싱보다 깊은 깊이로 주관정 내부 케이싱(110)을 설치한다(S110). 주관정 내부 케이싱(110)은 상기 주관정 외부 케이싱보다 지름이 작은 소구경 관정으로, 예를 들어 지름이 약 200mm인 관정으로 이루어지며, 중간에 형성된 주관정 스크린(112)이 충적대수층에 위치하도록 설치된다.

이후, 상기 주관정 외부 케이싱과 주관정 내부 케이싱(110) 사이에 평균 입자 사이즈가 약 2~5mm인 모래자갈로 이루어진 여제를 주입하여 주관정 여제층(120)을 형성한다(S120).

이후, 상기 주관정 외부 케이싱과 주관정 내부 케이싱(110) 사이의 주관정 여제층(120) 상에 시멘트 등의 물질을 이용하여 주관정 그라우팅층(130)을 형성한다(S130).

이후, 지하에 설치된 상기 주관정 외부 케이싱을 인발하여 제거한다(S140). 이와 같이, 상기 주관정 외부 케이싱을 지하에 계속 설치해 두는 대신, 인발하여 재활용함으로써, 설치 비용을 절감할 수 있다.

이어서, 주관정 양수관(114), 수중 펌프(116), 주광정 주입관(118) 등의 내부 시설물들을 설치하고, 상부에 주관정 맨홀(140)을 설치함으로써, 냉수 주관정(100)의 설치 과정이 완료된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 냉수 주관정(100)의 주위에는 냉수 주관정(100)으로 주입되는 주입수의 분산 주입을 위한 냉수 보조관정(400)이 하나 이상 설치된다. 예를 들어, 냉수 보조관정(400)은 냉수 주관정(100)의 양측으로 각각 3개씩 일정한 간격으로 총 6개가 설치된다.

냉수 보조관정(400)은 보조관정 내부 케이싱(410), 보조관정 여제층(420) 및 보조관정 그라우팅층(430)을 포함한다.

보조관정 내부 케이싱(410)은 지상으로부터 토양층을 거쳐 충적대수층까지 관정된다. 보조관정 내부 케이싱(410)은 내부가 비어있는 원통 형상의 관정으로, 예를 들어, 지름이 약 76mm인 관정으로 형성된다.

보조관정 내부 케이싱(410)은 충적대수층에 대응되는 위치의 적어도 일부 영역에 보조관정 스크린(412)이 형성된다. 보조관정 스크린(112)은 보조관정 내부 케이싱(410)의 내부에 주입되는 냉배수를 충적대수층으로 유출시키기 위하여 관정의 내외부를 관통하는 복수의 슬롯이 형성된 구조를 갖는다. 예를 들어, 보조관정 스크린(412)은 와이어 스크린으로 형성되며, 슬롯은 약 0.3~0.6mm의 사이즈로 형성된다.

보조관정 여제층(420)은 보조관정 내부 케이싱(410)의 외면 상에 밀착 형성되며, 충적대수층 및 토양층의 일부 영역에 대응되는 위치에 형성된다. 예를 들어, 보조관정 여제층(420)은 평균 입자 사이즈가 약 2~5mm인 모래자갈로 형성된다.

보조관정 그라우팅층(430)은 보조관정 내부 케이싱(410)의 외면 상에 밀착하여 보조관정 여제층(420) 상에 형성된다. 보조관정 그라우팅층(430)은 보조관정 여제층(420)보다 밀도가 높은 물질, 예를 들어 시멘트 등의 물질로 형성되어, 보조관정 내부 케이싱(410)의 외면을 타고 지하수가 올라오는 것을 방지한다.

이러한 구조의 냉수 보조관정(400)은 냉수 주관정(100)과 동일한 공정을 통해 설치될 수 있으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

한편, 냉수 주관정(100)으로 주입되는 냉배수가 냉수 보조관정(400)으로 분산 주입될 수 있도록, 냉수 주관정(100)과 냉수 보조관정(400)은 관정 연결관(800)을 통해 서로 연결되어 있다.

관정 연결관(800)은 토양층 내에 매립 설치되며, 냉수 주관정(100)에 차오르는 냉배수의 분산 주입을 위해 냉수 주관정(100)과 냉수 보조관정(400)을 서로 연결하도록 설치된다.

관정 연결관(800)은 주관정 내부 케이싱(110)으로부터 분기되어 보조관정 내부 케이싱(410) 방향으로 연장되는 제1 연결부(810), 제1 연결부(810)로부터 분기되어 상부 방향으로 연장되는 제2 연결부(820), 및 제2 연결부(820)로부터 연장되어 보조관정 내부 케이싱(410)의 내부에 삽입 설치되는 제3 연결부(830)를 포함할 수 있다. 이러한 관정 연결관(800)의 구성은 일 예일 뿐이며, 냉수 주관정(100)으로부터 냉수 보조관정(400)으로 분산 주입될 수 있도록 다양한 구조로의 변형이 가능하다.

한편, 보조관정 내부 케이싱(410) 및 관정 연결관(800)의 내부에 공기가 압축되어 차 있을 경우, 냉수 주관정(100)으로부터 냉수 보조관정(400)으로의 물의 흐름이 원할히 이루어지지 않을 수 있다. 따라서, 보조관정 내부 케이싱(410) 및 관정 연결관(800)의 내부에 차 있는 공기를 배출시키기 위해, 관정 연결관(800)에 공기 배출 밸브(840)가 설치된다. 예를 들어, 공기 배출 밸브(840)는 운전자의 용이한 조작을 위하여, 보조관정 맨홀(440)의 내부에 노출된 제2 연결부(820)에 설치될 수 있다.

이상과 같이, 냉수 주관정(100)의 주위에는 하나 이상의 냉수 보조관정(400)을 설치되며, 이들은 관정 연결관(800)을 통해 연결된 구성을 갖는다. 이에 따라, 냉수 주관정(100)에 주입되는 주입수의 수위가 높아지면 관정 연결관(800)을 통해 자연적으로 냉수 보조관정(400) 쪽으로 분산 주입이 이루어지게 되며, 이를 통해 주입량을 증대시킬 수 있다.

한편, 온수 주관정(200) 및 온수 보조관정(500)의 구성은 냉수 주관정(100) 및 냉수 보조관정(400)의 구성과 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 냉수 주관정 110 : 주관정 내부 케이싱
112 : 주관정 스크린 114 : 주관정 양수관
116 : 수중 펌프 118 : 주관정 주입관
120 : 주관정 여제층 130 : 주관정 그라우팅층
200 : 온수 주관정 300 : 히트 펌프
400 : 냉수 보조관정 410 : 보조관정 내부 케이싱
412 : 보조관정 스크린 420 : 보조관정 여제층
430 : 보조관정 그라우팅층 500 : 온수 보조관정
600 : 축열조 700 : 온실
800 : 관정 연결관 840 : 공기 배출 밸브

Claims (11)

1. 충적대수층에 저장된 지하수를 이용하여 온실의 냉난방을 수행하는 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템에 있어서,
   냉수의 양수 및 주입을 위해 적어도 일부가 충적대수층에 위치하는 냉수 주관정;
   온수의 양수 및 주입을 위해 상기 냉수 주관정과 일정 거리 이격되어 적어도 일부가 충적대수층에 위치하는 온수 주관정;
   상기 냉수 주관정으로부터 양수된 냉수의 열교환을 통해 온실의 냉방을 수행하고, 냉방 수행에 의해 가열된 온배수를 상기 온수 주관정으로 배출하며, 상기 온수 주관정으로부터 양수된 온수의 열교환을 통해 온실의 난방을 수행하고, 난방 수행에 의해 냉각된 냉배수를 상기 냉수 주관정으로 배출하는 히트 펌프;
   상기 히트 펌프로부터 배출되는 냉배수가 상기 냉수 주관정에 주입될 때, 상기 냉수 주관정에 차오르는 냉배수가 분산 주입될 수 있도록 상기 냉수 주관정의 주위에 적어도 하나 이상 설치된 냉수 보조관정; 및
   상기 히트 펌프로부터 배출되는 온배수가 상기 온수 주관정에 주입될 때, 상기 온수 주관정에 차오르는 온배수가 분산 주입될 수 있도록 상기 온수 주관정의 주위에 적어도 하나 이상 설치된 온수 보조관정을 포함하고,
   상기 냉수 주관정 및 상기 온수 주관정 각각은,
   지상으로부터 토양층 및 충적대수층을 거쳐 암반층의 상단까지 형성된 주관정 외부 케이싱의 내부에 상기 주관정 외부 케이싱보다 깊은 깊이로 설치되어, 지상으로부터 토양층 및 충적대수층을 거쳐 암반층까지 관정되며, 충적대수층에 대응되는 위치의 적어도 일부에 주관정 스크린이 형성된 주관정 내부 케이싱;
   상기 주관정 외부 케이싱과 상기 주관정 내부 케이싱 사이에 상기 주관정 내부 케이싱의 외면 상에 밀착 형성되며, 충적대수층 및 토양층의 일부 영역에 대응되는 위치에 형성되는 주관정 여제층; 및
   상기 주관정 내부 케이싱의 외면 상에 밀착하여 상기 주관정 여제층 상에 형성되어, 상기 주관정 내부 케이싱의 외면을 타고 지하수가 올라오는 것을 방지하는 주관정 그라우팅층을 포함하며, 상기 주관정 외부 케이싱은 인발되고,
   토양층 내에 매립 설치되며, 상기 냉수 주관정에 차오르는 냉배수 및 상기 온수 주관정에 차오르는 온배수의 분산 주입을 위해, 상기 주관정 내부 케이싱으로부터 분기되어 상기 냉수 주관정과 상기 냉수 보조관정, 및 상기 온수 주관정과 상기 온수 보조관정을 연결하며, 내부에 차 있는 공기를 배출하는 공기 배출 밸브를 포함하는 관정 연결관;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 히트 펌프를 통해 열교환된 냉수 또는 온수를 저장하는 축열조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 주관정 스크린의 슬롯 사이즈는 1mm이며, 상기 주관정 여제층의 평균 입자 사이즈는 2~5mm인 것을 특징으로 하는 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템.
6. 제1항에 있어서,
   상기 냉수 주관정 및 온수 주관정 각각은,
   상기 주관정 내부 케이싱에 저장된 냉수 또는 온수를 양수하기 위해 상기 주관정 내부 케이싱의 내부에 설치된 주관정 양수관;
   상기 주관정 양수관의 하단부에 설치된 수중 펌프; 및
   상기 히트 펌프로부터 배출되는 온배수 또는 냉배수를 주입하기 위해 상기 주관정 내부 케이싱의 내부에 설치된 주관정 주입관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템.
7. 제1항에 있어서,
   상기 냉수 보조관정 및 상기 온수 보조관정 각각은,
   지상으로부터 토양층을 거쳐 충적대수층까지 관정되며, 충적대수층에 대응되는 위치의 적어도 일부에 보조관정 스크린이 형성된 보조관정 내부 케이싱;
   상기 보조관정 내부 케이싱의 외면 상에 밀착 형성되며, 충적대수층 및 토양층의 일부 영역에 대응되는 위치에 형성된 보조관정 여제층; 및
   상기 보조관정 내부 케이싱의 외면 상에 밀착하여 상기 보조관정 여제층 상에 형성되어, 상기 보조관정 내부 케이싱의 외면을 타고 지하수가 올라오는 것을 방지하는 보조관정 그라우팅층을 포함하는 것을 특징으로 하는 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템.
8. 제7항에 있어서,
   상기 보조관정 스크린의 슬롯 사이즈는 0.3~0.6mm이며, 상기 보조관정 여제층의 평균 입자 사이즈는 2~5mm인 것을 특징으로 하는 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템.
9. 삭제
10. 제1항에 있어서,
    상기 관정 연결관은
    상기 주관정 내부 케이싱으로부터 분기되어 상기 보조관정 내부 케이싱 방향으로 연장되는 제1 연결부;
    상기 제1 연결부로부터 분기되어 상부 방향으로 연장되는 제2 연결부; 및
    상기 제2 연결부로부터 연장되어 상기 보조관정 내부 케이싱의 내부에 삽입 설치되는 제3 연결부를 포함하는 것을 특징으로 하는 충적대수층 계간축열 온실냉난방시스템.
11. 삭제

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