KR102518823B1 - 6열 이상의 열교환 코일관으로 구성되는 열교환 유니트와 이를 포함하는 수직밀폐형 지중열교환기 장치 및 이의 설치 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 6열 이상의 열교환 코일관으로 구성되는 열교환 유니트와 이를 포함하는 수직밀폐형 지중열교환기 장치 및 이의 설치 방법에 관한 것으로, 동일 직경의 지열공을 운용하여 굴착비 상승 요인을 없애면서 열교환코일관의 열교환 표면적을 증가시켜 지중열교환기의 용량을 향상하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치는, 지중에 천공으로 형성되는 지열공(1)과; 열매체가 순환하도록 연결되는 저부에서 서로 연결되는 공급부 및 환수부가 구성되며 상기 지열공 안에 삽입 설치되는 열교환코일관(100)과; 상기 열교환코일관과 배관으로 연결되며 상기 열교환코일관을 따라 흐르는 열매체로부터 지열을 회수하고 상기 열매체를 상기 지열공쪽으로 복귀시키는 히트펌프(20)와; 상기 열교환코일관에 설치되는 하중부가재를 포함하며, 상기 열교환코일관은 3개 이상으로 공급부와 환수부의 합이 총 6개 이상으로 이루어지며, 3개 이상의 열교환코일관은 상기 공급부와 환수부 사이가 서로 직교하면서 상하로 겹쳐지도록 배열되어 6개 이상의 공급부와 환수부가 원주방향을 따라 배열된다.
본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치는, 지중에 천공으로 형성되는 지열공(1)과; 열매체가 순환하도록 저부에서 서로 연결되는 공급부 및 환수부가 구성되며 상기 지열공 안에 삽입 설치되는 열교환코일관(100)과; 상기 열교환코일관과 배관으로 연결되며 상기 열교환코일관을 따라 흐르는 열매체로부터 지열을 회수하고 상기 열매체를 상기 지열공쪽으로 복귀시키는 히트펌프(20)와; 상기 열교환코일관에 설치되는 하중부가재를 포함하며, 상기 열교환코일관은 3개 이상으로 공급부와 환수부의 합이 총 6개 이상으로 이루어지되, 상기 공급부와 환수부 중에서 어느 하나를 중앙측 관으로 하여 중앙부에 배치하고 나머지 관들을 상기 중앙측 관의 둘레부에 원주방향을 따라 배열하며 둘레의 관 중에서 1개의 둘레측 관의 중심선과 상기 중앙측 관의 중심선이 동일선상에 배치되도록 하면서 상기 둘레측 관과 중앙측 관 사이에는 경계의 벽이 없도록 배관된다.

Description

6열 이상의 열교환 코일관으로 구성되는 열교환 유니트와 이를 포함하는 수직밀폐형 지중열교환기 장치 및 이의 설치 방법{A heat exchange unit composed of a heat exchange coil tube in six or more rows, a vertically underground heat exchanger unit including the heat exchange coil tube, and a method of installing the same}
본 발명은 수직밀폐형 지중열교환기 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동일 직경의 지열공을 운용하면서 열교환코일관의 열교환 표면적을 증가시키는 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치 및 이의 설치 방법에 관한 것이다.
이 부분은 본 출원 내용과 관련된 배경 정보를 제공할 뿐 반드시 선행기술이 되는 것은 아니다.
지열이란 지하수를 굴착하여 양수되는 지하수가 갖고 있는 고유열과 지중의 열을 통칭하는 것이다.
일반적으로 지표하부를 100미터이상 500미터 내외의 깊은 깊이로 굴착한 후 이곳에 열교환을 위한 파이프를 묻거나 일반 지하수를 사용하여 지하수 심정시설과 동일하게 지하수 심정펌프와 양수파이프를 설치하여 지하수를 양수한 후 지하수가 갖고 있는 열을 히트펌프를 사용하여 열을 이용한 후 열교환 된 지하수를 환수관을 이용하여 다시금 지하수 심정 내부에 환수시키는 열교환 시스템을 이용하여 지열을 사용하고 있다.
지중 온도는 사계절 변함없이 17℃ 내지 18℃의 온도를 연중 유지하여 이 온도를 갖고 있는 지하수를 양수하여 히트펌프를 사용하여 열을 이용하게 되는 경우 지하수 심정 펌프의 양수량이 시간당 1000리터에 이르고 온도차가 4℃인 경우 시간당 4000킬로칼로리에 이르는 열량 확보가 가능하고 이렇게 열교환되어 상승되거나 혹 낮아진 지하수의 온도는 환수관을 통해 지하수 굴착공 내부로 유입되어 지중의 열에 의해 다시금 열교환되어 지하수의 온도는 낮아지거나 혹 다시금 높아진 상태를 온도변화 되면서 이러한 사이클이 지속적으로 사용 가능한 상태를 유지할 수 있게 된다. 이러한 원리를 이용한 시설이 지열 열교환 장치이다.
지열교환관의 공급측과 환수측은 제조원가가 저렴한 고밀도 폴리에틸렌관(HDPE 관)이 주로 사용되고 있다. HDPE 관은 가격이 저렴한 이점은 있지만, 비중이 약 0.94~0.97로 물보다 작아 가벼워 물에 뜨는 부력이 존재하고 연성인 특성이 있기 때문에 지열공 깊이가 300~500m에 이르는 고심도의 경우 공급측과 환수측으로 구성된 지열교환관을 지열공에 삽입할 때 부력이 발생되어 삽입 자체가 불가능하거나 어려운 현상이 발생된다.
종래의 수직밀폐형 지중열교환기로서, 예를 들면, 대한민국 등록특허공보 제10-0958360호의 "지열을 이용하는 지중열교환기"가 있다.
상기 특허문헌의 경우, 지열공 에 공급관과 환수관, 총 2개의 관만 삽입되어, 지열공 내부에 빈 공간이 넓게 형성되므로, 열교환 효율이 떨어지는 문제점이 있었으며, 이로 인해 스마트팜이나 일반건축물에 필요한 열용량을 충족시키기 위해서는 많은 지열공의 굴착이 요구되었고, 이에 따라 시설부지의 면적이 넓게 소요되는 문제점이 있었다.
또한, 수직밀폐형에 있어 가장 시공기간이 길게 소요되고 비용이 많이 소요되는 공정이 열교환코일관을 삽입 설치하기 위해 지표면 아래로 굴착하는 지열공 천공 공정이라 할 수 있다.
따라서 가장 경제적인 수직밀폐형 시공이 이루어지려면 단위 냉난방 열부하 용량에 대해 지열공 굴착수량을 감소시키기 위한 기술개발이 필요한 상황이다.
연구개발과정에서 지열공 내 삽입되는 열교환코일관의 관경이 커져서 지열공벽 간 간극이 작아질수록 열저항 값은 작아지게 되어 열교환 용량은 커질 수 있으며 열교환코일관의 전열면적이 커질수록 또한 열교환 용량이 커지는 것으로 확인된 바 있다.
이는 같은 깊이의 2관식 열교환코일관을 설치하는 지중열교환기의 열용량보다 4관식으로 열교환코일관을 설치하는 지중열교환기의 열용량이 약 15%이상 열교환용량이 커지는 시험결과 값으로 확인된 바 있다.
이러한 결과는 열교환코일관의 직경이 커짐으로써 지열공벽과의 거리가 가까워지는 것도 이유일 수 있으나 2관식의 열교환코일관의 전열면적보다 4관식의 열교환코일관의 전열면적이 더 넓어지는 것으로 인한 것도 포함되어 있다고 할 것이다.
즉, 지열공 내 삽입 설치되는 열교환코일관 수량을 6관식으로 할 때 4관식과 동일한 직경인 40mm의 열교환코일관을 사용하게 될 경우 열전달 표면적의 증가는 약 50%가 증가되는 것으로 산출될 수 있지만, 지열공의 직경을 한 단계 높힌 165mm 이상으로 굴착해야 함으로써 지열공 굴착비 상승으로 이어져 경제성이 낮아질 우려가 있다.
즉, 지열공 굴착직경을 종래(150mm)대로 유지하면서 열교환코일관의 직경을 32mm로 한 단계 낮춰 6관식으로 할 경우 열교환표면적의 증가는 약 20%이상 증대되어지게 되어 경제성이 확보될 수 있는 여유가 있다.
등록특허 제10-0958360호 등록특허 제10-2197104호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 동일 직경의 지열공을 운용하여 굴착비 상승 요인을 없애면서 열교환코일관의 열교환 표면적을 증가시켜 지중열교환기의 용량을 향상하는 6열 이상의 열교환 코일관으로 구성되는 열교환 유니트와 이를 포함하는 수직밀폐형 지중열교환기 장치 및 이의 설치 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.
본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관으로 구성되는 열교환 유니트는, 열매체가 순환하도록 연결되는 저부에서 서로 연결되는 관형의 공급부 및 환수부로 구성되어 상기 지열공 안에 삽입 설치되며 상기 열매체의 열을 열교환기에 전달하는 열교환코일관과; 상기 열교환코일관에 설치되는 하중부가재를 포함하며, 상기 열교환코일관은 3개 이상으로 공급부와 환수부의 합이 총 6개 이상으로 이루어지며, 3개 이상의 열교환코일관은 상기 공급부와 환수부를 연결하는 저부가 상하로 겹쳐지도록 배관되어 6개 이상의 공급부와 환수부가 원주방향을 따라 배열되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관으로 구성되는 열교환 유니트는, 열매체가 순환하도록 연결되는 저부에서 서로 연결되는 관형의 공급부 및 환수부로 구성되어 상기 지열공 안에 삽입 설치되며 상기 열매체의 열을 열교환기에 전달하는 열교환코일관과; 상기 열교환코일관에 설치되는 하중부가재를 포함하며, 상기 열교환코일관은 3개 이상으로 공급부와 환수부의 합이 총 6개 이상으로 이루어지되, 상기 공급부와 환수부 중에서 어느 하나를 중앙측 관으로 하여 중앙부에 배치하고 나머지 관들을 상기 중앙측 관의 둘레부에 원주방향을 따라 배열하며 둘레의 관 중에서 1개의 둘레측 관의 중심선과 상기 중앙측 관의 중심선이 동일선상에 배치되도록 하면서 상기 둘레측 관과 중앙측 관 사이에는 경계의 벽이 없도록 배관되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관으로 구성되는 열교환 유니트와 이를 포함하는 수직밀폐형 지중열교환기 장치 및 이의 설치 방법에 의하면, 열교환코일관의 열교환 표면적을 증가시켜 동일 직경의 지열공을 운용하면서도 지중열교환기의 용량을 향상함으로써 굴착비 상승 요인에 따른 비용 증가를 막을 수 있고 열교환용량의 증가에 따라 지열 공급 기술로서의 신뢰성을 향상하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치의 전체 구성도.
도 2는 본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치에 적용된 열교환코일관의 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치에 적용된 열교환 유니트의 사시도.
도 4는 본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치에 적용된 열교환 유니트의 평면도.
도 5는 본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치에 적용된 보호 케이싱을 보인 도면.
도 6은 본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치에 적용된 보호 케이싱의 다른 예시도.
도 7은 본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치에 적용된 쿠션을 보인 도면.
도 8은 본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치에 적용된 열교환 유니트의 다른 배열을 보인 도면.
도 9와 도 10은 각각 본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치에 적용된 하중부가재의 사시도와 평면도.
도 11과 도 12는 본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치에 적용된 하중부가재의 다른 예시도.
도 13과 도 14는 본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치에 8관식이 적용된 예를 보인 도면.
도 15 내지 도 16은 본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치에 적용된 스페이서의 예시도.
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. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치는, 지중에 천공 형성되는 지열공(1), 지열공(1) 안에 삽입 설치되며 열매체의 순환을 이용하여 지열을 회수한 후 공급하는 열교환 유니트(100), 열교환 유니트(100) 내부를 따라 열매체를 순환시키는 순환수단(10), 순환수단(10)을 통해 열교환 유니트(100)에서 공급되는 지열을 열원으로 하여 냉난방열을 생산하여 부하측 열교환기(30)에 공급하는 히트펌프(모든 열교환기를 총칭한다)(20) 및 지열공(1) 내부에 충진되는 충진재를 포함하며, 열교환 유니트(100)는 6관식 또는 8관식의 열교환코일관(110,120,130,140)을 기본 구성으로 하면서 열교환코일관(110,120,130,140)의 하중을 증가시키는 하중부가재(150)와 하중추(160)가 추가될 수 있다. 본 발명에서 설명한 열교환 유니트(100)는 전술한 다른 구성에 한정되지 않고 독립적인 사용이 가능하다.
본 발명에서 지열공(1)은 6관식 또는 8관식의 열교환코일관(110,120,130,140)을 사용하더라도 4관식의 열교환코일관을 사용하는 지열공과 동일한 직경이며, 열교환코일관(110,120,130,140)은 약 32mm의 직경(종래 4관식의 경우 40mm)인데 특징이 있다.
즉, 지열공(1)은 종래의 굴착장비를 통해 굴착 형성되지만 열교환코일관(110,120,130,140)과 유기적 결합관계를 맺고 있는 것으로 본 발명에 맞춰 굴착 형성되는 것이다.
순환수단(10)은 열교환코일관(110,120,130,140)과 히트펌프(20)를 연결하여 열매체가 열교환코일관(110,120,130,140)과 히트펌프(20)를 순환하도록 하는 연결관(11), 열매체를 강제로 순환시키는 순환펌프(12)를 포함한다.
연결관(11)은 열매체를 히트펌프(12)에 공급하는 공급부(11-1) 및 히트펌프(12)를 통과한 열매체를 열교환코일관(110,120,130,140)으로 복귀시키는 환수부(11-2)로 구분된다.
공급부(11-1)와 환수부(11-2)는 각각 열교환코일관(110,120,130,140)의 수량과 동일하여 1:1로 연결될 수 있고 또는 다수개의 열교환코일관(110,120,130,140)보다 더 적은 수량(예를 들어 1개)으로 형성되어 다수개의 열교환코일관(110,120,130,140)들이 하나로 모아져 연결되는 형태일 수도 있다.
열교환코일관(110,120,130,140)(이하 '제1 내지 제4열교환코일관'이라 칭함)은 동일한 구조로서 제1열교환코일관(110)을 예로 들어 그 구조를 설명한다.
도 2에서 보이는 것처럼, 제1열교환코일관(110)은 양쪽에 각각 개방부가 형성된 유밴드부(111), 유밴드부(111)의 개방부에 각각 연결되는 2개의 관으로서 공급부(112) 및 환수부(113)의 구조로 이루어지며 환수부(113) - 유밴드부(111) - 공급부(112)에 의한 열매체의 경로를 구비한다.
공급부(112)와 환수부(113)는 열매체가 공급부(112)와 환수부(113)를 따라 흐를 때 서로 열교환이 이루어지지 않도록 일정 거리를 두고 이격되며, 이 거리에 의한 공간은 열교환코일관의 배관을 위한 공간으로 사용된다.
제2 내지 제4열교환코일관(120,130,140)도 동일한 구조이며 동일한 방식으로 부호를 부여한다.
제1 내지 제4열교환코일관(110,120,130,140)은 구조뿐만 아니라 직경도 동일하고 전술한 크기이며, 전술한 직경의 지열공(1) 안에 삽입 설치되도록 다음과 배열된다.
도 3과 도 4는 6관식의 예를 보인 사시도와 평면이며, 제1,2열교환코일관(110,120)은 평행하게 배열되며 제3열교환코일관(130)은 제1,2열교환코일관(110,120)과 직교하는 방향으로 배열되면서 제3유밴드부(131)가 제1,2유밴드부(111,121)의 위쪽에 배치된다. 물론, 반대로 제3열교환코일관(130)의 제3유밴드부(131)가 제1,2유밴드부(111,121)의 아래쪽에 배치되는 것도 가능하다.
단, 전체 부피를 볼 때, 3개의 열교환코일관(110,120,130) 중에서 2개의 열교환코일관의 공급부와 환수부 사이의 공간에 1개의 열교환코일관이 삽입되는 것이 바람직하다. 반대의 경우 공급부와 환수부 사이의 거리를 넓게 확보하여야 하므로 지열공을 더 크게 하거나 열교환코일관의 직경을 더 작게 하여야 한다.
제1,2열교환코일관(110,120)은 공급부와 환수부 사이의 거리(a)는 제3열교환코일관(130)의 유밴드부(131)의 폭(b)보다 크게 형성된다.
이와 같이 제1,2열교환코일관(110,120)의 공급부부와 환수부 사이의 공간에 제3열교환코일관(130)이 삽입되어 제3유밴드부(131)가 제1,2유밴드부(111,121)의 상부에 배치됨으로써 지열공(1) 안에서 최적의 배열로 고효율을 확보할 수 있는 것이다.
이 때, 제1,2유밴드부(111,121)의 폭은 100~140mm 의 범위를 만족하는 것이 바람직하다.
지열공(1)은 직경이 150mm~165mm 이며, 열교환코일관(110,120,130)들의 공급부와 환수부는 각각 외경이 32mm~40mm 두께가 4mm~5mm 이고, 유밴드부(111,121,131)의 폭은 100~140mm 이다.
제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130)과 제1 내지 제3유밴드부(111,121,131)는 바람직하게 고밀도 폴리에틸렌(HDPE)을 재질로 한다.
제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130)의 제1 내지 제3유밴드부(111,121,131)를 하나로 모아 지열공(1)에 삽입이 용이하도록 함과 아울러 지열공(1)과의 마찰방지로 제1 내지 제3유밴드부(111,121,131)를 손상되지 않도록 보호하는 보호 케이싱(170)(도 5 참고)이 포함될 수 있다.
보호 케이싱(170)은 제1 내지 제3유밴드부(111,121,131) 삽입되도록 상부가 개방되고 저부가 제1 내지 제3유밴드부(111,121,131)의 외형에 맞춰 반구 형상의 구조이며, 내부에 충진재가 충진되어 제1 내지 제3유밴드부(111,121,131)와 함께 고정된다.
도 5에서 보이는 것처럼, 하중추(16)를 제1 내지 제3유밴드부(111,121,131) 중에서 어느 하나의 유밴드부에 연결할 수 있도록 보호 케이싱(170)은 저부가 개방되는 구조도 가능하다.
상기 충진재는 제1 내지 제3유밴드부(111,121,131)의 탈락을 방지하고 견고한 고정이 가능한 시멘트 등이 사용 가능하다. 이 때, 보호 케이싱(170)의 저면은 상기 충진재와 합성을 위하여 요철부가 구성될 수 있다.
한편, 보호 케이싱(170)은 제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130)이 제1 내지 제3유밴드부(111,121,131)없이 직접 결합되어 열매체가 합쳐진 후 분배되는 구조도 가능하며, 도 6에서 보이는 것처럼, 보호 케이싱(170)은 내부에 빈 공간이 있는 통구조이면서 상부에 제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130)이 각각 연결되는 코일관 연결홀(171)이 포함된다.
이 때, 보호 케이싱(170)을 상부가 개방된 통구조로 하면서 코일관 연결홀(171)이 형성된 별도의 판재를 결합하는 구조가 가능하다.
여기서, 보호 케이싱(170)의 내부 공간은 제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130) 중의 공급부와 환수부가 각각 격리되도록 격판이 구성될 수도 있다.
또한, 이와 같은 구조에서 제1,2열교환코일관(110,120)의 제1,2유밴드부(111,121)와 제3열교환코일관(130)의 제3유밴드부(131) 사이에서 이들(111,121,131)을 충돌로부터 보호하기 위한 쿠션(180)(도 7 참고)이 포함될 수 있다.
쿠션(180)은 블록 형태이며 저부에는 제1,2열교환코일관(110,120)의 제1,2유밴드부(111,121)의 상부를 덮는 제1,2홈(181,182)이 형성되고 상부에는 제3열교환코일관(130)의 제3유밴드부(131)의 저부를 받쳐 지지하는 제3홈(183)이 형성된다.
쿠션(180)은 제1,2유밴드부(111,121)와 제3유밴드부(131)의 높이차로 인하여 생기는 틈을 채우면서 제1,2,3유밴드부(111,121,131)를 지지하여 이들(111,121,131)의 떨림을 막아주고 또한 열매체의 열전달도 막아줄 수 있다.
지금까지 설명한 제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130)의 배열을 이용하면 지그재그 형태의 배열(이웃하는 관들이 원주방향을 따라 일정 각도만큼 이격되는 배열)도 가능하다.
도 8에서 보이는 것처럼, 제1유밴드부(111)의 상부에 제2유밴브부(121)가 삽입되고 제2유밴드부(121) 상부에 제3유밴드부(131)가 삽입되며, 이 때, 제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130)의 공급부(112,122,132)와 환수부(113,123,133) 총 6개의 관은 60도의 간격으로 배열된다.
도 9와 도 10에서 보이는 것처럼, 하중부가재(150)는 제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130)의 공급부(112,122,132)와 환수부(113,123,133)이 각각 삽입되는 코일관 정렬홈(151)이 포함된다.
하중부가재(150)는 6개의 날개(152)(열교환코일관의 수량에 따라 달라짐)가 원주방향을 따라 일정 간격을 두고 방사형으로 형성되는 구조이고, 이웃하는 날개(152)들 사이의 간격이 코일관 정렬홈(151)이 형성되는 것이며, 자중을 이용하여 열교환 유니트(100)의 하중을 더 무겁게 하면서도 날개(152)를 통해 제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130)이 서로 붙지 않고 간격을 유지하는 스페이서의 기능도 한다. 이 때, 스페이서의 기능은 날개(152)의 두께를 통해 이루어지는 것이므로 날개(152)는 제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130)들이 서로 붙지 않도록 하는 적정의 두께로 이루어진다.
하중부가재(150)는 6개의 날개(152)가 중앙의 몸체를 통해 서로 연결되는 구조이며, 바람직하게 하중을 갖는 주물품으로 이루어지되 외피면이 pvc 또는 pe 코팅되어 HDPE 재질인 제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130)의 표면이 손상되지 않도록 한다.
또한, 하중부가재(150)의 코일관 정렬홈(151)에 삽입된 제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130)은 고정밴드(154)를 통해 고정되며, 날개(152)에는 1단 이상으로 고정밴드(154)가 삽입되는 밴드홈(153)이 구성되는 것이 바람직하다.
하중부가재(150)는 제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130)들이 지열공(1)의 내벽면에 충돌하지 못하도록 제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130)보다 더 돌출(지열공(1)쪽을 향해 더 돌출)되는 길이이다.
또는, 날개(152)에 지열공(1)의 내벽면에 지지되어 제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130)과 지열공(1) 내벽면 간에 일정한 간격을 유지하는 스페이서(190)(도 1 참고)가 더 적용될 수 있다.
스페이서(190)는 하중부가재(150)와 동일한 평단면의 형태 즉, 도 15 내지 도 16에서 보이는 것처럼, 코일관 정렬홈(191)과 날개(192)를 갖는 구조이고, 하중부가재(15)에 비해 길이가 더 짧게 형성된다.
도 11a는 하중부가재(150)의 다른 형태 및 제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130)의 다른 배열을 보인 평면도이며, 제1열교환코일관(110)의 공급부(112)를 하중부가재(150)의 중앙에 배치하여 환수부(113)가 그 바깥쪽에 배열되도록 하고 제2,3열교환코일관(120,130)의 공급부(122,132)와 환수부(123,133)들이 공급부(122)의 둘레부에 환수부(113)와 함께 원주방향을 따라 배열되며 이 때 모든 관들이 같은 간격을 유지하고, 공급부(112)를 중심으로 하여 5개의 관들이 배열되는 형태이다.
이와 같은 배열을 요약하면, 하중부가재(150)의 중앙부에 하나의 관을 배치하고 나머지 관들을 상기 관의 주변에 배치하되, 둘레의 관 중에서 1개의 둘레측 관의 중심선과 중앙측 관의 중심선이 일치되도록 배치(동일선상으로 배치)되면서 2개의 관(둘레측 관과 중앙측 관) 사이에는 경계의 벽이 없도록 하여 중앙측 코일관의 삽입이 용이하도록 한 것이다.
이상의 배열을 위하여, 하중부가재(150)는 중앙에 제1열교환코일관(110)의 공급부(112)와 환수부(113)가 함께 삽입되는 하나의 중심측 코일관 정렬홈(151-1)이 형성되고 둘레부에 4개의 관이 삽입되는 4개의 둘레부측 코일관 정렬홈(151-2)이 형성된다.
하나의 중심측 코일관 정렬홈(151-1)이 2개의 관인 공급부(112)와 환수부(113)가 함께 삽입되고, 2개의 둘레부측 코일관 정렬홈(151-2)이 제2,3열교환코일관(120,130)의 공급부(122,132)와 환수부(123,133)를 각각 삽입할 수 있는 구조이기 때문에 모든 열교환코일관(110,120,130)의 조립이 매우 용이하다.
중심측 코일관 정렬홈(151-1)은 2개의 관인 공급부(112)와 환수부(113)가 삽입되는 구조이며, 이 때, 공급부(112)와 환수부(113)의 간격 유지를 위하여 마주하는 내벽면에는 각각 턱(151-3)이 형성될 수 있다. 턱(151-3)들 사이의 거리는 공급부(112)의 외경보다 작아 공급부(112)와 환수부(113)가 서로 붙지 않도록 하며, 턱(151-3)의 안쪽은 공급부(112)의 외경보다 큰 크기로 형성된다.
물론, 중심측 코일관 정렬홈(151-1)은 2개의 관이 서로 이격되도록 2개로 분할되는 것도 가능하다.
또한, 도 11b에서 보이는 것처럼, 중심측 코일관 정렬홈(151-1)은 턱(151-3)이 없는 직선형으로 형성되어 2개의 관이 일직선상으로 배치되도록 하는 것도 가능하다.
도 12는 전술한 배열의 변형예를 도시한 것이며, 제1열교환코일관(110)은 중심측 코일관 정렬홈(151-1) 안에 삽입되어 있고, 제2,3열교환코일관(120,130)은 서로 독립된 4곳의 둘레부측 코일관 정렬홈(151-2) 안에 각각 삽입되어 있다.
하중추(160)는 통상적으로 사용되는 중량물이며 제1 내지 제3유밴드부(111,121,131) 중 한 곳 이상에 매달려 설치된다.
지금까지는 6관식에 대해서만 설명하였으나, 본 발명은 8관식 즉 제1 내지 제4열교환코일관(110,120,130,140)의 구성도 가능하다.
도 13은 제1,2열교환코일관(110,120)이 나란히 배열되고 제1,2유밴드부(111,121)의 상부에 제3,4열교환코일관(130,140)이 나란히 배열됨으로써 제3,4유밴드부(131,141)가 배열되는 것을 도시한 것이다.
도 14는 중심측 코일관 정렬홈(151-1) 안에 제1열교환코일관(110)을 삽입하고, 6개의 둘레부측 코일관 정렬홈(151-2)을 형성하여 제2 내지 제4열교환코일관(120,130,140)의 공급부와 환수부를 각각 삽입하는 예를 도시한 것이다.
본 발명에 의한 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치의 설치 방법은 다음과 같다.
1. 지열공 천공.
굴착장비를 이용하여 지반을 수직으로 굴착하여 지열공(1)을 천공한다.
지열공(1)의 직경은 6관식 또는 8관식의 열교환 유니트(100)의 설치와 열교환효율을 극대화하기 위한 직경이다.
2. 지상 설비 설치.
지열공(1) 주변의 지상에 순환수단(10)과 히트펌프(20) 및 부하측 열교환기(30)를 설치하고 이들을 서로 배관으로 연결한다.
여기서, 순환수단(10)의 공급부(11-1)와 환수부(11-2)는 지표면 아래와 지상에 걸쳐 배관된다.
3. 열교환 유니트 조립 및 설치.
제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130)(또는 제4열교환코일관(140) 포함)을 하중부가재(150)로 고정하고 하중추(160)를 연결하여 열교환 유니트(100)를 조립한다.
열교환 유니트(100)를 지열공(1) 안에 삽입하고, 제1 내지 제3열교환코일관(110,120,130)을 순환수단(10)의 공급부(11-1)와 환수부(11-2)에 연결한다.
4. 지열공 충진.
지열공(1) 내부에 충진재(콩자갈, 시멘트 등 다양한 조성물이 가능)를 충진한다.
1 : 지열공, 10 : 순환수단
11 : 연결관, 11-1 : 공급부
11-2 : 환수부, 12 : 순환펌프
20 : 히트펌프, 30 : 부하측 열교환기
100 : 열교환 유니트,
110,120,130,140 : 제1 내지 제4열교환코일관,
111,121,131 : 공급부, 112,122,132 : 환수부
150 : 하중부가재, 151 : 코일관 정렬홈
152 : 날개, 153 : 밴드홈
154 : 고정밴드,
160 : 하중추,
170 : 보호 케이싱, 180 : 쿠션

Claims (9)

  1. 열매체가 순환하도록 연결되는 저부에서 서로 연결되는 관형의 공급부 및 환수부로 구성되어 지열공 안에 삽입 설치되며 상기 열매체의 열을 열교환기에 전달하는 열교환코일관과;
    상기 열교환코일관에 설치되는 하중부가재를 포함하며,
    상기 열교환코일관은 3개 이상으로 공급부와 환수부의 합이 총 6개 이상으로 이루어지되, 상기 공급부와 환수부 중에서 어느 하나를 중앙측 관으로 하여 중앙부에 배치하고 나머지 관들을 상기 중앙측 관의 둘레부에 원주방향을 따라 배열하며 둘레의 관 중에서 1개의 둘레측 관의 중심선과 상기 중앙측 관의 중심선이 동일선상에 배치되도록 하면서 상기 둘레측 관과 중앙측 관 사이에는 경계의 벽이 없도록 배관되는 것을 특징으로 하는 6열 이상의 열교환 코일관으로 구성되는 열교환 유니트.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 열교환코일관은 1개씩의 공급부와 환수부가 유밴드부로 연결되는 것을 특징으로 하는 6열 이상의 열교환 코일관으로 구성되는 열교환 유니트.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 하중부가재는 이웃하는 날개를 통해 상기 열교환코일관의 공급부와 환수부가 삽입되는 코일관 정렬홈을 포함하고, 상기 날개는 상기 열교환코일관보다 더 돌출되어 상기 열교환코일관이 지열공의 내벽면에 충돌하지 못하도록 하는 것을 특징으로 하는 6열 이상의 열교환 코일관으로 구성되는 열교환 유니트.
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 열교환코일관의 간격을 유지시키고 정렬하는 스페이서를 포함하고, 상기 스페이서는 상기 하중부가재와 동일한 평단면이면서 길이가 짧은 것을 특징으로 하는 6열 이상의 열교환 코일관으로 구성되는 열교환 유니트.
  8. 지중에 천공으로 형성되는 지열공과;
    청구항 1에 의한 6열 이상의 열교환 코일관으로 구성되는 열교환 유니트와;
    상기 지열공과 인접한 지상에 설치되는 순환수단과 히트펌프 및 부하측 열교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치.
  9. 청구항 8에 의한 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치의 설치 방법으로서,
    지중에 지열공을 천공하는 제1단계와;
    상기 지열공과 인접한 지상에 순환수단과 히트펌프 및 부하측 열교환기를 설치하고 서로 배관으로 연결하는 제2단계와;
    상기 지열공 안에 6열 이상의 열교환 코일관으로 구성되는 열교환 유니트를 삽입 설치하고 상기 순환수단에 연결하는 제3단계와;
    상기 지열공 내부를 충진재로 충진하는 제4단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 6열 이상의 열교환 코일관을 구성한 수직밀폐형 지중열교환기 장치의 설치 방법.


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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003302108A (ja) * 2002-04-12 2003-10-24 Misawa Kankyo Gijutsu Kk Ｕ字管式地中熱交換器
KR100958360B1 (ko) 2009-10-19 2010-05-17 유한회사 지오선 지열을 이용하는 지중열교환기
JP2014163554A (ja) * 2013-02-22 2014-09-08 Kubota-C. I Co Ltd 地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法および地中熱利用システム
JP2014185822A (ja) * 2013-03-25 2014-10-02 Mitsui Kagaku Sanshi Kk 地中熱利用熱交換器及びそれを用いたヒートポンプシステム
KR102197104B1 (ko) 2019-06-26 2020-12-30 주식회사 지앤지테크놀러지 다관식 수직밀폐형 지중열교환기를 구성한 지열 시스템 및 이의 설치방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006200848A (ja) * 2005-01-21 2006-08-03 Kimura Kohki Co Ltd 地中熱交換用パイプ

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003302108A (ja) * 2002-04-12 2003-10-24 Misawa Kankyo Gijutsu Kk Ｕ字管式地中熱交換器
KR100958360B1 (ko) 2009-10-19 2010-05-17 유한회사 지오선 지열을 이용하는 지중열교환기
JP2014163554A (ja) * 2013-02-22 2014-09-08 Kubota-C. I Co Ltd 地中熱利用システムの熱交換装置の施工方法および地中熱利用システム
JP2014185822A (ja) * 2013-03-25 2014-10-02 Mitsui Kagaku Sanshi Kk 地中熱利用熱交換器及びそれを用いたヒートポンプシステム
KR102197104B1 (ko) 2019-06-26 2020-12-30 주식회사 지앤지테크놀러지 다관식 수직밀폐형 지중열교환기를 구성한 지열 시스템 및 이의 설치방법

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