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지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치

申请号 KR1020080005565 申请日 2008-01-18 公开(公告)号 KR1020080014916A 公开(公告)日 2008-02-14
申请人 조희남; 发明人 조희남;
摘要 A water recovery header apparatus for subterranean heat is provided to cause ground water introduced through a water recovery header to pass through the gap between a grouting casing and a non-porous pipe and the gap between an excavated wall and the non-porous pipe. A water recovery header apparatus includes a grouting casing(22), a water recovery header(51), and a non-porous pipe(7). The grouting casing is inserted into a drilled hole so as to protect a lower wall of a deep well of ground water. The water recovery header has a lower end fitted into an inner well material and an upper end connected to a header housing so as to form a chamber. The non-porous pipe is connected to an extension pipe(54) and inserted into the deep well of ground water.
权利要求
  • 지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중 열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치는,
    지하수 심정의 지표하부보호벽을 위해 굴착공에 삽입 설치한 그라우팅케이싱과;
    그라우팅케이싱에 결합되는 햇더하우징과 내부우물자재와 동일하거나 근접한 구경을 가지면서 하단을 내부우물자재에 삽입되도록 하고 상단은 햇더하우징과 연결하여 차폐한 연장관에 의해 형성되는 격실을 구성한 환수햇더와;
    연장관에 연결 설치되어 지하수 심정에 삽입 설치된 무공관으로 구성된 것을 특징으로 하는 지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중 열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치.
  • 청구항 1에 있어서,
    격실 내부에는 환수된 지하수가 환수햇더 내벽을 따라 맴돌아 낙하할 수 있도록 맴돌이판을 구성한 것을 특징으로 하는 지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중 열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치.
  • 청구항 1에 있어서,
    환수햇더의 연장관과 연결된 무공관은 지하수 심정의 바닥에 근접한 하부 근처까지 설치하고 그 하부에는 유공관과 무공관 또는 유공관만으로 연결 구성한 것 을 특징으로 하는 지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중 열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치.
  • 청구항 1에 있어서,
    환수햇더의 연장관은 연결된 무공관에 삽입하여 설치한 것을 특징으로 하는 지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중 열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치.
  • 청구항 1, 청구항 3에 있어서,
    환수햇더의 연장관과 연결된 무공관은 그 직경이 125mm인 것을 특징으로 하는 지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중 열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치.
  • 청구항 1에 있어서,
    햇더하우징에 결합된 환수소켓은 환수경사관을 이용하여 햇더하우징에 경사지도록 결합한 것을 특징으로 하는 지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중 열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치.
  • 청구항 1에 있어서,
    환수햇더와 케이싱의 결합은 후렌지 또는 용접으로 하여 일체화 한 것을 특 징으로 하는 지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중 열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치 .
  • 청구항 1에 있어서,
    환수햇더 상부에는 밀폐식 상부보호공을 설치하여 공급관과 연결하여 구성한 것을 특징으로 하는 지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중 열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치.
  • 청구항 1에 있어서,
    환수햇더 상부에 양수파이프를 고정하여 공급관과 연결되도록 구성한 것을 특징으로 하는 지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중 열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치.
  • 청구항 8, 청구항 9에 있어서,
    환수햇더 상부에 양수파이프를 고정하여 연결한 공급관 또는 밀폐식 상부보호공으로부터 연결된 공급관에는 모래등 이물질을 거르기 위한 휠터탱크를 설치한 것을 특징으로 하는 지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중 열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치.
  • 청구항 8에 있어서,
    환수햇더 상부에 설치되는 밀폐식 상부보호공의 덮개는 바닥 마감과 동일한 형태의 마감재로 마감하여 구성한 것을 특징으로 하는 지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중 열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치.
  • 说明书全文

    지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중 열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치{omitted}

    본 발명은 지하수를 이용한 지열용 시스템에 적용되는 지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중 열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 지열용 지하수 심정에 오염된 상층지하수가 유입되지 않도록 하면서 열교환을 마치고 돌아오는 지하수용 환수배관을 그라우팅케이싱 상단에 구성하여 결합한 원통형의 햇더하우징과 내부우물자재와 동일하거나 근접한 구경을 가지면서 하단을 내부우물자재에 삽입되도록 하고 상단은 햇더하우징과 연결하여 차폐하도록 한 연장관에 의해 형성되는 격실을 갖게 한 환수햇더와 환수관을 연결할 수 있도록 햇더하우징에 환수소켓을 결합하게 한 것이다. 특히 환수 소켓은 햇더하우징에 경사진 각도로 셜치되는 환수경사관에 결합하도록 하고 햇더하우징 내주면에는 환수된 지하수가 내부에서 환수경사관에 의해 내주면을 따라 계속 맴돌면서 내부우물자재와 그라우팅케이싱 사이로 흘러 내려갈 수 있도록 맴돌이판을 형성하도록 하였다. 또한, 환수햇더와 결합되는 내부우물자재는 상단에는 무공관으로 형성하고 하단에는 유공관과 무공관 또는 유공관 만으로 연결 구성하도록 함으로써 환수된 지하수가 그라우팅케이싱과 무공관 또는 암반 나공벽과 무공관 사이를 흘러내려오면서 충분한 지중 열교환이 이루어진 다음 지하수 심정펌프로 흡입되어 양수될 수 있도록 한 발명이다.

    즉, 지하수 심정에서 양수된 지하수가 지상 열교환기에서 열교환을 마치고 환수되어 환수햇더의 격실에 도달되었을 때 이를 환수햇더 내에서 고른 분배를 통해 그라우팅케이싱과 무공관 공간사이로 나선형으로 흘러 내리면서 지중 열교환이 효율적으로 이루어질 수 있도록 한 것이다.

    지열이란 지하수를 굴착하여 양수되는 지하수가 갖고 있는 고유열과 지중의 열을 통칭하는 것으로서 일반적으로 지표하부를 100미터이상 500미터 내외의 깊은 깊이로 굴착한 후 이곳에 열교환을 위한 피이파이프를 묻거나 일반 지하수를 사용하여 지하수 심정시설과 동일하게 지하수 심정펌프와 양수파이프를 설치하여 지하수를 양수한 후 지하수가 갖고 있는 열을 열교환기나 히트펌프를 사용하여 열을 이용한 후 열교환된 지하수를 환수관을 이용하여 다시금 지하수 심정 내부에 환수시키는 열교환시스템을 이용하여 사용하고 있다.

    지중 온도는 사계절 변함없이 17도씨 내지 18도씨의 온도를 년중 유지하고 있게 되어 이 온도를 갖고 있는 지하수를 양수하여 열교환기를 사용하여 열을 이용하게 되는 경우 지하수 심정 펌프의 양수량이 시간당 1000리터에 이르고 온도차가 4도씨인 경우 시간당 4000킬로칼로리에 이르는 열량 확보가 가능하고 이렇게 열교환되어 상승되거나 혹 낮아진 지하수의 온도는 환수관을 통해 지하수 굴착공 내부 로 유입되어 지중의 열에 의해 다시금 열교환되어 지하수의 온도는 낮아지거나 혹 다시금 높아진 상태를 유지하게 되면서 이러한 사이클이 지속적으로 사용가능한 상태를 유지할 수 있게 된다. 이러한 원리를 이용한 시설이 지열을 이용한 냉난방시스템이다. 이러한 지열 냉난방 시스템에서 필수적인 시설은 바로 굴착된 지하수 심정 시설이며 특히 지하수를 양수하여 열교환을 위한 시설인 경우에는 지하수 심정펌프와 양수파이프 및 환수관을 다시금 굴착된 지하수 심정 내부에 연결되도록 하는 것은 반드시 갖춰져야 하는 시스템이라 할 것이다.

    잘 알다시피 지하수(地下: groundwater)라 함은 지하의 지층이나 암석사이의 빈틈을 채우고 있거나 흐르는 물을 말하는 것으로, 현대에 이르러 산업화가 진척됨에 따라 환경오염이 심화되고, 토양의 오염이 심각해 짐으로써 자연히 토양층을 투과하여 형성되는 지하수 역시 그 오염 율이 날로 증가되어 가고 있는 추세이다. 지층은 통상적으로 일반 흙과 모래등으로 구성된 토사층과 지하수의 투수율이 그나마 높은 풍화암층, 그리고 불투수층이라 할 수 있는 연암층과 보통암, 경암층 순으로 구성되어 있다. 연암층 이하 층에 형성된 암반대수층 지하수는 지층 상부의 토사층이나 풍화암층으로부터의 오염된 지하수의 영향을 받지 않고 있어 맑고 깨끗한 수질상태를 유지하고 있게 된다. 그러나 토사층과 풍화암층은 지표상부로부터 유입하는 각종 오염물질로부터 일부 여과의 기능은 가능하다 하겠으나 투수 중 자연정화의 시간이 짧고 토사층이나 풍화암층이 오염되어 있을 경우 이 공간을 흐르는 지하수 역시 함께 오염될 수 밖에 없는 상황이 발생된다. 지하수 개발과정에서는 당연히 토사층과 풍화암층을 천공하게 되고 이러한 천공되는 구간은 이어서 연 암층과 보통암,경암층을 관통하여 구성되어지게 된다. 결과적으로 오염에 취약하거나 오염되어 있는 지하수는 아무런 저항이나 여과 수단없이 자연스럽게 오염되지 않은 암반대수층의 지하수에 혼입되어지게 되고 암반대수층 지하수 오염의 주요 요인이 되어왔다. 따라서, 지하수 개발과정에서 암반대수층의 지하수를 이러한 오염된 상층 지하수로부터 어떻게 보호하며 유입을 차단할 것인가가 지금까지의 지표하부보호벽 구성의 주요 목적이며 연구과제라 할 수 있었다

    지열을 이용하기 위한 굴착된 지하수 심정 역시 지하수를 사용하여야 하며 지하수 심정 펌프와 양수파이프를 설치하여야 함에는 일반 지하수 심정과 큰 차이가 없으며 단지 열을 이용한 후 다시금 지하수 심정 내부로 유입시키는 지하수환수관 시설만이 다를 뿐이어서 지하수 오염방지를 위한 지표하부보호벽 시설 또한 당연히 일반 지하수 심정과 동일하게 시설되어야 하고 또 고려되어야 할 부문이라 할 수 있다.

    또 다른 문제는 일반 지하수 심정과는 달리 지열용 지하수 심정은 다량의 지하수를 양수하여 사용함으로써 없어지는 것이 아니라 단지 지하수가 보유한 열량만을 열교환하여 사용한 후 양수했던 지하수량은 그대로 다시금 지하수 굴착공 내부로 환수되도록 시설이 이루어져 있다는 것이고 이러한 이유로 인해 지하수량을 사용하는 지하수 심정과는 달리 시설비를 낮추기 위해 가능한 지하수 심정펌프와 양수파이프가 설치되는 최소한의 공간을 확보할 수 있는 직경으로 굴착이 이루어지게 되는데 반해 열교환 후 되돌아 오는 환수된 지하수가 환수관을 따라 지하수 심정의 깊은 깊이까지는 투입이 불가능하다는 데 문제가 있었다. 대체적으로 상부에 위치 한 지하수 환수관은 환수되는 지하수를 지하수 심정 상부에서 토출이 이루어지게 되고 토출된 환수지하수는 지하수 심정 내부에서 낙수되면서 다량의 기포를 함유하게 되고 이들 기포는 지하수 심정 내부에서 열교환된 지하수와 함께 지하수 심정펌프로 흡입되어 양수파이프를 통해 열교환시스템 내부를 순환하게 된다. 순환되는 열교환용 지하수 내부에 혼입된 기포는 일차적으로 고속으로 회전하면서 지하수를 양수하는 지하수 심정펌프의 임펠라를 부식시키게 되며 또 한편으로는 순환배관 중에 에어포켓을 형성하여 지하수의 순환장애를 일으킴은 물론 열교환기 내부에서 효율적인 열교환을 방해하고 장치부식을 일으켜 열교환시스템의 장애를 발생시키는 요인으로 대두되고 있는 상황이다. 또한, 환수관을 통해 높고 강한 토출 수압으로 낙수되는 지하수는 특히 풍화암층의 암반공벽을 침식하여 다량의 모래를 지하수 심정 내부로 유입되게 작용하게 되고 결국 이들의 모래들로 인해 지하수 심정펌프의 임펠라 침식과 순환배관과 열교환기에 모래가 침적되어 지하수의 소통을 저해하게 되어 정상적인 시스템 운용에 장애가 되는 문제가 있었다. 또한, 좁은 굴착 직경을 갖는 지열용 지하수 심정 내부에 이미 설치된 심정펌프와 연결된 양수파이프와 심정펌프를 가동시키기 위한 동력케이블과 수위선이 설치되어 있어 활용가능한 공간이 없음에도 불구하고 이곳에 다시금 환수배관을 수위 깊숙한 곳까지 함께 설치하여 구성한다는 것은 현실적으로 큰 어려움이 있었던 것이 사실이다. 이러한 결과 열교환 된 지하수가 환수되어 지하수 심정 내부로 유입되는 경우 상부에 떨어지는 지하수는 지중 열교환이 충분히 이루어지지 않은 상태에서 지하수 심정 펌프로 즉시 유입되어 지상의 열교환기로 이동됨으로써 결과적으로 지열의 핵심기능 장치인 히트펌프의 효율을 떨어뜨리는 중요한 요인으로 작용되는 문제점을 가지고 있었으며 단순히 배열된 유공관의 설치깊이는 미쳐 열교환이 마쳐지지 않은 지하수를 지하수 심정펌프로 흡입되도록 함으로써 결과적으로 지열용 히트펌프의 열교환 효율을 떨어뜨리는 동일한 요인으로 작용하게 하였다.

    본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 문제점을 해소하기 위하여,

    지열을 이용하기 위해 굴착되는 지하수 심정의 오염방지를 위하여 시설되는 그라우팅 케이싱에 환수햇더를 결합하도록 하되 환수햇더는 그라우팅케이싱과 결합되는 햇더하우징과 내부우물자재(무공관과 유공관으로 구성)와 동일한 내부직경을 확보하면서 무공관과 연결되도록 한 연장관이 결합함으로써 형성되는 격실을 갖게 하였으며 내부우물자재 중 무공관을 굴착된 지하수 심정의 상부부분에 설치하도록 하되 그 설치깊이를 가능한 한 지하수 심정의 바닥에 근접한 깊이까지 설치하도록 하고 내부우물자재 중 유공관은 지하수 심정의 하부에 집중적으로 설치하도록 하여 환수햇더를 통해 유입되어 환수된 지하수가 지하수 심정 상단에서부터 그라우팅케이싱과 무공관 사이는 물론 지하수 심정 바닥 가까이 까지 삽입 설치된 굴착공벽과 무공관 사이를 통과하면서 충분한 지중 열교환이 이루어질 수 있도록 한 특징이 있다.

    본 발명은 지열을 이용하기 위해 굴착되는 지하수 심정의 오염방지를 위하여 시설되는 그라우팅 케이싱에 환수햇더를 결합하도록 하되 환수햇더는 그라우팅케이싱과 결합되는 햇더하우징과 내부우물자재인 무공관과 동일한 내부직경을 확보하면서 연결되도록 한 연장관으로 형성되는 격실을 갖게 하고 내부우물자재인 무공관을 굴착된 지하수 심정의 상부부분에 설치하도록 하되 그 설치깊이를 가능한 한 지하수 심정의 바닥에 가까운 깊이까지 설치하도록 하고 내부우물자재인 유공관은 지하수 심정의 하부에 집중적으로 설치하도록 하여 환수햇더를 통해 유입되어 환수된 지하수가 지하수 심정 상단에서부터 그라우팅케이싱과 무공관 사이는 물론 지하수 심정 바닥 가까이 까지 삽입 설치된 굴착공벽과 무공관 사이를 통과하면서 충분한 지중 열교환이 이루어질 수 있어 지열시스템인 히트펌프의 열교환 효율을 극대화 시킬 수가 있으며 지하수 양수 중 유입되는 모래등 이물질로부터 열교환기를 보호할 수가 있다.

    본 발명을 첨부된 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

    본 발명에 적용된 지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중 열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치는 도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이 구성되는 것이다.

    하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지의 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 설정된 용어들로서 이는 생산자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

    먼저, 본 발명의 기술적 구성의 특징은 지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중 열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치를 발명한 것으로서,

    지하수 심정 하부까지 설치된 무공관과 연결하여 지중 열교환 효율을 향상하도록 한 지열용 환수햇더 장치는,

    지하수 심정의 지표하부보호벽을 위해 굴착공에 삽입 설치한 그라우팅케이싱과;

    그라우팅케이싱에 결합된 원통형의 햇더하우징과 내부우물자재와 동일하거나 근접한 구경을 가지면서 하단을 내부우물자재에 삽입되도록 하고 상단은 햇더하우징과 연결하여 차폐하도록 한 연장관에 의해 형성되는 격실을 갖게 한 환수햇더와;

    연장관에 연결 설치되어 지하수 심정 하부까지 삽입설치된 내부우물자재인 무공관으로 구성된 것을 특징으로 하고 있다.

    또한, 햇더 하우징 내주면에는 환수된 지하수가 환수햇더 내벽을 따라 맴돌아 낙하할 수 있도록 맴돌이판을 구성한 것을 특징으로 하고 있으며,

    햇더하우징에 결합된 환수소켓은 환수경사관을 이용하여 햇더하우징에 경사지도록 결합한 것을 특징으로 하고 있다.

    이하 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

    지열을 이용하기 위하여 굴착된 지하수 심정(1)은 오염된 상층지하수의 유입을 방지하기 위해 그라우팅케이싱(22)을 암반선 1미터 깊이까지 삽입한 후 그라우팅케이싱(22)의 외주연으로 5센티미터 폭으로 지표면에서부터 그라우팅케이싱(22) 삽입깊이까지 시멘트액등으로 구성된 그라우팅액을 주입하여 양생함으로써 지표하부보호벽(37)을 구성하게 된다. 그라우팅케이싱(22) 하단부에는 주입되는 그라우팅액이 지하수 심정 내부로 누설되어 지하수(5)를 오염시키지 않도록 누설방지용팩커(6)를 설치하게 된다.굴착이 완료된 지하수 심정(1)은 굴착 공벽(2)이 함몰되거나 무너지는 과정 중의 돌출물로 인해 지하수 심정펌프(3)나 양수파이프(4)의 인양불가 사태등을 방지하고 양수되기 위해 암반 대수층으로부터 유입되는 지하수(5)의 유입량을 일정하게 유지시킬 목적으로 내부우물자재인 무공관(7)과 유공관(8)을 삽입 설치하게 된다. 그리고 그 내부에 지하수 심정펌프(3)와 양수파이프(4)를 설치하고 지하수 심정(1) 상단에 상부보호공을 설치하게 된다. 이때 지하수 심정(1)으로부터 양수파이프(4)와 공급관(12)을 통해 지상에 설치된 지열용 히트펌프에 부속된 열교환기를 통과한 지하수는 환수관을 거쳐 다시금 지하수 심정(1) 내부로 환수되어 유입되어지게 된다.

    무공관(7)과 연결된 환수햇더(51)는,

    그라우팅케이싱(22)의 상단을 다듬질한 후 케이싱 후렌지(205)를 용접하고 팩킹(201)을 삽입한 후 햇더하우징(52)의 하단에 결합한 하우징후렌지(206)와 결합볼트(200)와 너트(202)를 이용하여 결합하게 된다. 물론 용접으로 바로 결합하는 방법도 사용될 수 있다.

    햇더하우징(52)은 원통형의 파이프를 사용할 수도 있고 타원통체이거나 사각형으로 밴딩하여 사용할 수도 있다. 직경 또한 그라우팅케이싱(22)과 동일하거나 확대하여 구성할 수 있으며 다양한 크기의 직경과 길이로 변형 적용이 가능하다 하겠다. 다만 그 상단은 차폐된 상태에서 내부우물자재인 무공관과 연결이 될 수 있도록 동일 또는 근접한 내경을 갖는 연장관(54)을 구성하여 결과적으로 햇더하우징(52)과 결합된 상태에서 차폐된 공간이 형성되는 격실(50)이 구성될 수 있도록 하였다. 햇더하우징(52)과 연장관(54)의 상단 마감 방법은 연장관(54) 상단에 누름턱(55)을 형성시키고 햇더하우징(53)에 기 설치된 너트(미도시)에 결합볼트(56)를 이용하여 고정 결합하는 방법과 자체 하중이나 상부보호공 부속장치들에 의한 하중에 따라 결합되는 방식을 취할 수도 있다 하겠다.

    햇더하우징(52)의 내주면에는 환수된 지하수가 격실(50)에 유입되면서 햇더하우징(52) 내면에 부딪혀 포말이 일어나는 현상을 억제하고 연장관(54)과 무공관(7)의 외주면을 따라 순조롭게 하강할 수 있도록 맴돌이판(53)을 부착하도록 하였다. 물론 맴돌이판(53)의 구성은 필요시 동일한 효과를 얻기 위해 연장관(54)의 외주면에도 설치될 수도 있음은 당연하다 할 것이다.

    연장관(54)의 하단은 무공관(7)과의 결합시 별다른 작업여유공간 확보가 어려울 뿐 아니라 높은 수밀성을 요구하는 부분이 아니므로 무공관(7)의 외주연에 덧씌우거나 무공관(7) 내부에 삽입함으로써 이루어지도록 하였다. 단지 무공관(7)의 외주연에 덧씌우게 될 경우 연장관(54)의 내부직경의 크기를 무공관(7)의 외부 직 경보다 약간 크게 하여 삽입이 가능하게 하도록 하였다.

    연장관(54)과 연결 결합되는 내부우물자재인 무공관(7)은 굴착된 지하수 심정(1)의 상부 부분에 설치하도록 하되 그 설치깊이를 가능한 한 지하수 심정(1)의 바닥에 가까운 깊이까지 설치하도록 하고 내부우물자재인 무공관(7)과 유공관(8) 또는 유공관(8)은 지하수 심정(1)의 하부에 집중적으로 설치하도록 하여 환수햇더(51)를 통해 유입되어 환수된 지하수(5)가 지하수 심정(1) 상단에서부터 그라우팅케이싱(22)과 무공관(7) 사이는 물론 지하수 심정(1) 바닥 가까이 까지 삽입 설치된 굴착 공벽(2)과 무공관(7) 사이를 통과하면서 충분한 지중 열교환이 이루어질 수 있도록 구성하였다.

    즉, 무공관(7)은 지하수가 통과될 수 있는 아무런 개구부가 없는 상태이기 때문에 설령 지하수 심정(1) 내부에서 내부우물자재인 무공관(7) 내부이기도 하며 지하수 심정펌프(3)와 양수파이프(4)가 설치되어 있는 중심부와 무공관(7)을 경계로 하여 굴착 공벽(2)과 무공관(7) 외주면 사이의 지하수(5)의 수위차이가 형성된다 할지라도 양 구간사이에서의 자유로운 지하수(5)의 이동은 불가능하고 오로지 유공관(8)이 설치된 하부구간을 통해서만 지하수(5)의 이동이 가능하게 되어지는 것이다. 결과적으로 이러한 이동거리가 길어 질수록 지중 열교환은 효과적으로 이루어질 수 있으며 결국 히트펌프의 열효율은 높아질 수 밖에 없는 것이다. 특히 무공관(7)의 직경은 통상 굴착된 지하수 심정(1)의 직경이 250밀리미터인 경우에는 200밀리미터이며 지하수 심정(1)의 직경이 200밀리미터인 경우에는 150밀리미터, 지하수 심정(1)의 직경이 150밀리미터인 경우에는 100밀리미터로 적용되고 있으나 무공관(7)의 내부직경이 대체적으로 5마력내외의 지하수 심정펌프(3)를 사용하게 되는 경우 그 외부직경의 크기가 100밀리미터 이므로 가장 최적의 직경은 125밀리미터에서부터 150밀리미터라 할 수 있다. 그런데 초기 굴착 직경이 작을 수록 투자비용이 작아지므로 동일한 양수량을 확보할 수 있다면 굴착직경은 작게 구성하는 것이 좋으며 이러한 이유로 무공관(7)의 직경은 125밀 리가 적정하다 하겠다.

    또한, 환수햇더(51)에 연결되는 환수관(13)은 환수소켓(56)에 결합되어 격실(50)내부로 지하수가 유입될 수 있도록 하되 환수소켓(56)과 격실(50)간의 연결은 원주면을 따라 경사지도록 설치된 환수경사관(59)을 구성 설치하여 높은 압력을 보유한채 환수된 지하수가 햇더하우징(52)의 내주면을 따라 회전력을 얻을 수 있도록 하였다. 더욱이 햇더하우징(52) 내주면 또는 연장관(54) 외주면에 설치되는 맴돌이판(53)은 이러한 회전력을 유지시켜 유입되는 지하수를 큰 충격과 포말이 발생되는 현상을 억제하면서 지하수 심정(1) 내부로 유도할 수 있게 하였다.

    환수햇더(51) 상부에는 보호용브라겟(60) 또는 환수햇더(51)의 상단에 브라켓(17)을 설치하여 양수파이프(4)를 고정하고 결합장치(16)를 이용하여 양수파이프(4)와 공급관(12)을 누수없도록 결합한 상태에서 밀폐식하우징(15)의 상단에 상부덮개(10)를 팩킹(미도시)을 삽입한 후 볼트와 너트를 이용하여 밀실하게 구성한 밀폐식상부보호공(9)을 결합하여 설치하게 된다. 특히, 밀폐식상부보호공(9)의 경우 햇더하우징(52)의 상단에 밀폐식상부보호공 하단 외주연과 동일한 직경으로 연장된 관을 형성시키고 상호 용접하여 결합하게 하거나 또는 도시한 바와 같이 햇더하우징(52)의 상단에 기 가공된 고정너트(101)에 상부결합볼트(100)를 이용하여 결 합하게 할 수 있다. 이렇게 밀폐식상부보호공(9)을 환수햇더(51)에 결합구성하게 되는 경우에는 대체적으로 지하에 매설되는 경우가 많으므로 밀폐식상부보호공(9)의 덮개(10)의 표면마감은 보도블럭등 바닥재의 마감재와 동일하게 마감될 수 있도록 함으로써 미려한 설치가 가능하도록 한다.

    물론, 보호용브라겟(60)은 고정U 밴드(62)로 양수파이프(4)를 고정하여 공급관(12)과 연결하는 구조를 취하고는 있으나 환수햇더(51)의 상부면을 모두 덮을 수 있는 구조로 되어 있는 덮개형태로도 취할 수 도 있어 보호용브라켓(60)은 덮개형태를 모두 통칭한다는 의미로 해석되어져야 하겠다.

    또한, 지하수(5)를 양수하여 사용하게 되는 경우 다량의 모래나 진흙등 이물질등이 공벽(2)으로 부터의 탈리, 또는 암반대수층 수맥으로부터 지하수 심정(1) 내부로 유입되어지고 결과적으로 양수된 이러한 지하수(5)가 히트펌프의 열교환기를 오염시키거나 굴곡된 배관의 아래부분등을 폐색하여 지하수의 순환에 장애를 일으켜 장치 유지관리에 고장과 불편을 가져 오는 경우가 많은데 이러한 문제를 해결하기 위하여 환수햇더(51) 이후에 설치되는 공급관(12), 또는 밀폐식 상부보호공 직후 공급관(12)에 모래 또는 휠터등이 내장된 휠터탱크(500)를 설치하도록 하였다.

    한편, 본 발명은 상기의 구성부를 적용함에 있어 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있다.

    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.

    미설명 부호 8은 지표면, 14는 굴토후 토사로 복개된 부분을 표시한 것이며, 17은 양수관브라켓, 18은 양수파이프(4)의 연결후렌지, 103은 환수햇더와 밀폐식 상부보호공을 결합하기 위한 고정너트,402는 굴착과정에서 토양층의 무너짐을 방지하기위해 삽입되는 흙막이용케이싱을 표시한 것이다.

    도 1 은 본 발명의 무공관과 연결된 환수햇더를 구성한 지열용 지하수 심정 상부보호공장치를 설치한 단면도

    도 2 는 본 발명의 무공관과 연결된 환수햇더를 구성한 지열용 지하수 심정 상부보호공장치에 밀폐식상부보호공을 결합 설치한 단면도

    도 3 은 본 발명의 환수햇더의 사시도

    도 4 는 본 발명의 햇더하우징 내주면에 설치된 맴돌이판 사시도

    도 5 는 본 발명의 환수햇더 평면도

    도 6 은 본 발명의 무공관과 연결된 환수햇더를 구성한 지열용 지하수 심정 상부보호공장치에 보호용덮개를 설치한 단면도

    <도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

    1: 지하수 심정 2: 공벽 3: 심정펌프 4: 양수파이프

    7: 무공관 8: 유공관 9: 밀폐식상부보호공 12: 공급관

    13: 환수관 51: 환수햇더 52:햇더하우징 53: 맴돌이판 54: 연장관

    56: 환수소켓 59: 환수경사관

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