지열 에너지 이용과 보강일체형의 선단정착형 에너지 볼트 장치 및 공법{ENERGY BOLT APPARATUS FOR USING GEOTHERMAL ENERGY AND FOR GROUND REINFORCEMENT AND THE METHOD USING THE SAME}
본 발명은 지열 에너지를 이용함과 동시에 지반 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치 및 공법에 관한 것으로, 보다 상세히는 천공홀의 내부에 보강재와 쐐기 슬라이드 및 선단 정착체를 장착하고, 열교환 파이프를 통하여 순환수를 통과시킴으로써, 지반 구조를 효과적으로 보강할 수 있을 뿐만 아니라, 연중 일정한 온도를 유지하고 있는 지하의 지열 에너지를 효과적으로 활용하여 각종 시설물의 에너지를 충당할 수 있도록 된 지열 에너지 이용과 보강일체형의 선단정착형 에너지 볼트 장치 및 공법에 관한 것이다.
일반적으로 신재생 에너지의 확대 공급 정책에 따라서 지열의 수요는 지속적으로 증가하고 있다. 이와 같은 지열 에너지를 이용하는 지열 시스템은 새로운 에너지를 개발한다는 측면에서 매우 그 이용가치가 높다고 할 수 있으나, 종종 지하수를 오염시키는 문제점을 갖는다. 이와 같이 지하수를 취수하지 않은 상태에서 지중 열을 이용할 수 있는 종래 기술의 예로서는 대한민국 등록특허 제10-0880675호의 "이중 삽입 지열관을 이용한 폐쇄형 지중열교환기 장치 및 구성 방법"이 제안되어 있다. 이와 같은 종래의 지열 시스템은 폐쇄형 지중열 교환장치로서 이중 삽입 지열관을 이용한 구조이다. 이와 같은 종래 기술은 지열을 이용하기 위해 굴착된 굴착공 내부에 하단부를 마개로 차폐한 대구경의 외부 순환관을 삽입 설치한 다음, 외부 순환관의 내부에 유공관이 하부에 형성된 내부 순환관을 바닥까지 삽입하여 구성한 것이다. 그리고 운전동력비 절감을 위해 폐쇄형 순환회로를 구성하여 순환펌프를 지상에 설치하도록 하였으며 외부 순환관의 삽입 설치를 용이하게 하기 위하여 선단부를 원추형으로 가공한 구조이다. 그러나 이와 같은 종래의 기술은 단순히 지중의 지열 에너지 획득에만 초점을 맞춘 것으로서, 지열을 이용하기 위해 지중 암반 깊숙이 굴착된 지열 굴착공의 내부에 무게를 갖게 한 PE 재료의 유공관을 연결 설치하여 순환관을 통하여 지열을 회수하도록 구성된 것이다. 따라서 지반의 안정화를 위한 지반 보강에는 아무런 역할도 하지를 못하는 문제점이 있다. 한편 이와는 다른 종래의 기술로는 대한민국 등록특허 제10-0778936호의 "지열파이프 일체형 지반보강공법"이 제안되어 있다. 이와 같은 종래의 기술은 지열파이프를 설치할 경우 지반이 취약해지는 것을 막고, 지열에너지로 인한 대체에너지의 사용과 구조물의 안정성을 모두 확보할 수 있는 파일앵커를 지열파이프와 일체로 설치함으로써 공사비의 절감효과를 얻을 수 있는 지열파이프 일체형 지반보강공법에 관한 것이다. 이와 같은 종래의 기술은 케이싱을 연약층과 암반층의 경계까지 삽입하고, 상기 케이싱 내로 지면으로부터 연약층을 지나 암반층까지 천공하여 천공홀을 형성하며, 상기 천공홀 내의 바닥부까지 지열파이프를 설치하고, 열전달그라우팅을 천공홀에 충전한다. 그리고 상기 열전달그라우팅 위로 앵커파일을 삽입하고, 패커를 설치하며, 재차 상기 패커에 시멘트 그라우팅액을 공급하고 경화시키는 과정으로 시공되는 것이다. 즉 이와 같은 종래의 기술은 지열에너지 사용과 구조물의 안정성을 모두 확보할 수 있는 지열파이프 일체형 지반보강공법으로 선단구간을 지열획득구간으로 후단구간으로 지반보강구간으로 구분하여 시공하고 있다. 그러나 이와 같은 종래의 기술은 지역획득구간과 지반보강구간을 상하로 구분하여 시공하기 때문에 지반 천공홀의 깊이가 상대적으로 깊게 형성되고, 그에 관련된 시공비용의 증가를 초래하여 비용측면에서 비효율적인 문제점이 있었다. 한편, 터널, 흙막이, 비탈면 등과 같은 지반구조물은 연중 일정한 온도를 유지하고 있어 지열에너지 자원으로 활용하기 좋음에도 불구하고 실제 현장 활용은 미비하다. 이와 같은 지반구조물의 지열에너지 이용을 위해서는 지열 에너지 파이프 설치를 위해 지반에 다수의 천공이 필요하며, 일반적인 PE 유공관과 같은 지열파이프는 지반에 대한 안정화를 하지 못한다. 따라서 이와 같은 PE 유공관과 같은 지열파이프와는 별도로 지반의 안정화를 위한 별도의 보강재를 설치하여야 함으로써 공사비를 이중으로 발생시키는 문제점을 갖는다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 그 목적은 굴착된 지반의 안정성을 확보하기 위해 사용되는 보강재와, 지열에너지를 이용할 수 있는 순환수가 통과하는 열교환 파이프 기능을 더함으로써 지반을 암반층까지 굴착하지 않고서도 효과적으로 지반을 보강할 수 있을 뿐만 아니라, 연중 일정한 온도를 유지하고 있는 지중의 지열 에너지를 효과적으로 이용할 수 있어서 공사비를 이중으로 발생시키지 않고, 비용 절감 효과를 크게 얻을 수 있는 지열 에너지 이용과 보강일체형의 선단정착형 에너지 볼트 장치 및 공법을 제공함에 있다. 그리고 본 발명의 다른 목적은 에너지 볼트로부터 얻어진 지중의 열원을 이용하여 지하철 역사의 냉난방 및 터널 출입구의 결빙방지, 터널의 부대시설 등과 같이 각종 시설물에서 소요되는 에너지 일부를 충당함으로써 효과적으로 지열 에너지를 사용할 수 있도록 된 지열 에너지 이용과 보강일체형의 선단정착형 에너지 볼트 장치 및 공법을 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 지반의 천공홀 내부로 삽입되고, 그 선단에는 직경 확대수단을 구비하며, 상기 천공홀의 내부로 충전되는 그라우팅과 상호작용하여 지반을 안정화시키는 보강재; 상기 보강재의 중간에 중앙이 각각 삽입되어 보강재를 천공홀의 중앙에 배치하고, 외경이 확대된 복수의 스페이서에 장착되며, 순환수가 내부를 통과하여 지열 에너지를 외부로 추출하는 열교환 파이프; 및 상기 열교환 파이프의 유입 커플러 또는 유출 커플러에 연결되어 유출 순환수를 히트펌프 혹은 다음 단계의 에너지 볼트까지 이송해주며, 또는 히트펌프 혹은 인접의 에너지 볼트에서 열교환이 이루어진 순환수를 다시 에너지 볼트까지 이송해주는 외부 파이프;를 포함하여 상기 보강재와 그라우팅을 통하여 지반을 구조적으로 보강하는 동시에 열교환 파이프를 통과하는 순환수를 이용하여 지열 에너지를 추출하여 이용하는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치를 제공한다. 그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 직경 확대수단은 보강재의 하단에 일체로 상단이 연결되고, 상부로부터 하부로 갈수록 직경이 확대되는 원추형 숫나사산을 형성한 쐐기 슬라이드를 구비하고, 상부로부터 하부로 갈수록 상기 쐐기 슬라이드의 직경에 일치하여 그 내경이 확대형성된 원추형의 암나사산을 구비한 선단 정착체를 포함하며, 상기 선단 정착체는 원형의 베이스와 상기 베이스의 상단으로 연장된 다수의 확장편들을 구비하여 상기 쐐기 슬라이드의 회전에 의해서 확장편들이 점점 직경 외측방향으로 밀리면서 외경이 확대되어 천공홀의 내벽면 지반에 압력을 가하여 보강재를 고정시키는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치를 제공한다. 또한 본 발명은 바람직하게는 상기 스페이서는 중앙에 보강재가 삽입되는 관통공을 형성한 보디를 구비하고, 상기 보디의 사방으로는 돌기들이 돌출 형성되어 직경이 확대되며, 그 양측의 돌기에는 열교환 파이프가 각각 고정되는 끼움 공을 형성하고, 상기 보강재에 다수 장착된 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치를 제공한다. 그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 외부 파이프는 지반구조물의 길이방향을 따라서 연장하는 메인 관부와, 상기 메인 관부로부터 지반구조물의 단면 방향을 따라서 연장하는 다수의 지관부를 포함하며, 상기 지관부에는 지반구조물에 각각 시공된 열교환 파이프의 유입 커플러와 유출 커플러가 연결되어 순환수를 히트펌프 혹은 다음 단계의 에너지 볼트까지 이송해주는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치를 제공한다. 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 지반에 천공홀을 형성하고, 상기 천공홀 내부에는 선단에 직경 확대수단을 구비한 보강재를 삽입하며, 상기 직경 확대수단의 외경이 확대되도록 하여 천공홀 내면에 압력을 가하여 고정하고, 상기 보강재에는 외경이 확대된 복수의 스페이서를 끼워서 고정하며, 상기 스페이서의 양 외측 돌기에 순환수가 통과하는 열교환 파이프를 장착하고, 상기 열교환 파이프의 양단에는 각각 외부 파이프를 연결시킨 다음, 상기 천공홀의 내부에 열전달율이 높은 그라우팅을 충전하여 상기 보강재와 열교환 파이프를 고정시키고, 열교환 파이프의 내부에 순환수를 유입시켜 지열에 열교환한 순환수를 외부로 배출시키는 단계들을 포함하여 상기 보강재와 그라우팅을 통하여 지반을 구조적으로 보강하는 동시에 열교환 파이프를 통과하는 순환수를 이용하여 지열 에너지를 추출하여 이용하는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 시공공법을 제공한다. 그리고 본 발명은 바람직하게는 상기 직경 확대수단은 보강재를 회전시켜서 그 하단에 연결된 쐐기 슬라이드가 회전되도록 하고, 상기 쐐기 슬라이드의 원추형 숫나사산이 선단 정착체의 원추형 암나사산에 결합하여 회전함으로써 상기 쐐기 슬라이드의 회전에 의해서 선단 정착체의 베이스 상부측에 형성된 다수의 확장편들이 점점 그 직경 외측방향으로 밀리면서 외경이 확대되어 천공홀의 지반에 압력을 가함으로써 보강재가 천공홀 내에 고정되는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 시공공법을 제공한다. 또한 본 발명은 바람직하게는 상기 외부 파이프는 지반구조물의 길이방향을 따라서 연장하는 메인 관부와, 상기 메인 관부로부터 지반구조물의 단면 방향을 따라서 연장하는 다수의 지관부를 포함하도록 설치하고, 상기 지관부에는 지반구조물의 벽체에 각각 시공된 열교환 파이프의 유입 커플러와 유출 커플러를 연결하여 순환수를 히트펌프 혹은 다음 단계의 에너지 볼트까지 이송시킴으로써 지반에 구축된 터널의 지열 에너지를 이용함과 동시에, 지반구조물을 구조적으로 보강하는 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 시공공법을 제공한다.
본 발명에 의하면 지반의 천공홀 내부에 직경 확대수단을 구비한 보강재를 삽입하여 그라우팅함으로써 지반을 쉽게 보강할 수 있고, 이와 같은 보강재에는 스페이서를 통하여 열교환 파이프를 장착하여 순환수를 통과시킴으로써 지열 에너지를 쉽게 추출하여 효과적으로 이용할 수 있다. 또한 본 발명에 의하면 지반을 암반층까지 굴착하지 않고서도 효과적으로 지반을 보강할 수 있어서 공사비를 이중으로 발생시키지 않고, 비용 절감 효과를 크게 얻을 수 있는 우수한 효과가 얻어진다. 그리고 본 발명에 의하면 에너지 볼트로부터 얻어진 지중의 열원을 이용하여 지하철 역사의 냉난방 및 터널 출입구의 결빙방지, 터널의 부대시설 등과 같이 각종 시설물에서 소요되는 냉난방 에너지의 일부를 충당할 수 있음으로써 실용적으로 지열 에너지를 활용할 수 있는 우수한 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치를 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치가 지반의 천공홀에 설치된 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치가 지반의 천공홀에 설치되고, 선단 정착체의 회전을 방지하기 위해 고정장치를 설치한 단면도이다.
도 4a는 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치에 구비된 스페이서와 열교환 파이프를 도시한 사시도이다.
도 4b는 도 4a에 도시된 스페이서와 열교환 파이프의 평단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치가 터널 구조물에 적용된 설명도이다.
도 6a 내지 도 6e는 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 시공공법을 단계적으로 도시한 설명도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 지반의 천공홀(H) 내부로 삽입되는 보강재(110)를 구비하는데, 이와 같은 보강재(110)는 기존의 보강재와 같은 봉형상의 강재 재료로 이루어지고, 상기 천공홀(H)의 내부로 충전되는 그라우팅(G)과 상호작용하여 지반을 안정화시킨다. 이와 같은 보강재(110)는 그 선단에 직경 확대수단(120)을 구비하는데, 이와 같은 직경 확대수단(120)은 보강재(110)의 하단에 일체로 상단이 연결되는 쐐기 슬라이드(122)를 구비한다. 이와 같은 쐐기 슬라이드(122)는 원추형의 구조로 이루어지는 것으로서, 상기 보강재(110)의 하단에는 별도의 연결재(124)를 통하여 결합될 수도 있지만, 용접들을 통하여 일체로 고정될 수 있다. 이와 같은 쐐기 슬라이드(122)는 상부(126a)로부터 하부(126b)로 갈수록 직경(d1)이 확대되는 원추형 숫나사산(128)을 외주면에 형성하는데, 보강재(110)가 연결된 상단으로부터 점차 하부측으로 향할수록 그 직경(d1)이 커지게 되며, 원추형 숫나사산(128)에는 선단 정착체(132)의 원추형 암나사산(134)이 나사결합으로 연결되어 있다. 상기 선단 정착체(132)는 하부측에 원형의 베이스(136)가 형성되고, 상기 베이스(136)의 상단으로는 다수의 확장편(138)들이 연장되어 상기 쐐기 슬라이드(122)에 나사결합하는 것으로서, 상기 베이스(136)와 다수의 확장편(138) 내주면에는 도 2에 단면으로 도시된 바와 같은, 원추형 암나사산(134)이 형성된 구조이다. 이와 같은 원추형 암나사산(134)은 상부측으로부터 하부측으로 향할수록 그 내경(d2)이 점차 커지게 되어 쐐기 슬라이드(122)의 숫나사산(128)에 나사결합하며, 상기 확장편(138)들은 그 원주방향으로 일정 간극(138a)을 형성한 것이다. 이와 같은 선단 정착체(132)는 상기 쐐기 슬라이드(122)의 회전에 의해서 이에 나사결합한 다수의 확장편(138)들이 점점 직경 외측방향으로 밀리면서 외경이 확대되어 천공홀(H)의 내벽면 지반에 압력을 가하여 보강재(110)를 고정시키게 된다. 또한 상기 선단 정착체(132)는 도 3에 도시된 바와 같이, 보강재(110)의 선단 정착시, 선단 정착체(132)의 회전을 방지하기 위해 선단 정착체(132) 앞에 고정장치(140)를 형성할 수 있는데, 이와 같은 고정장치(140)는 선단 정착체(132)의 외면에서 직경 방향으로 돌출형성된 다수의 걸림판(142)으로 형성될 수 있다. 그리고 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치(100)는 상기 보강재(110)의 중간에 복수의 스페이서(150)를 통하여 열교환 파이프(170)가 장착된다. 상기 스페이서(150)는 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 그 중앙에 보강재(110)가 삽입되는 관통공(152a)을 형성한 보디(152)를 구비하고, 상기 보디(152)의 사방으로는 돌기(154)들이 돌출 형성되어 직경이 확대되며, 보강재(110)를 천공홀(H)의 중앙에 배치시킨다. 이와 같은 스페이서(150)는 사방의 돌기(154)들 중에서 서로 대향한 양측의 돌기(154)에 열교환 파이프(170)가 각각 고정되는 끼움 공(156)을 형성하여 열교환 파이프(170)를 유입측과 유출측으로 구분하고, 상기 보강재(110)에 다수 장착된 것이다. 상기 열교환 파이프(170)는 순환수가 내부를 통과하여 지열 에너지를 외부로 추출하는 것으로서, 열전달 특성이 우수한 재료, 예를 들면 알루미늄관, 동관 또는 PE관으로 이루어진다. 그리고 상기 천공홀(H)의 내부에는 열전달율이 높은 그라우팅(G)이 충전되어 상기 보강재(110), 스페이서(150) 및 열교환 파이프(170)들을 일체로 고정시킨다. 또한 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치(100)는 상기 열교환 파이프(170)의 유입 커플러(172a) 또는 유출 커플러(172b)에 연결되는 외부 파이프(180)를 구비한다. 이와 같은 외부 파이프(180)는 유출 순환수를 히트펌프(210) 혹은 다음 단계의 에너지 볼트 장치(100) 까지 이송해주며, 또는 히트펌프(210) 혹은 인접의 에너지 볼트 장치(100)에서 열교환이 이루어진 순환수를 다시 에너지 볼트 장치(100) 까지 이송해주는 것이다. 상기 외부 파이프(180)는 도 5에 도시된 바와 같이, 터널 구조물(200)에 배치되는 경우, 지반구조물의 길이방향을 따라서 연장하는 메인 관부(182)와, 상기 메인 관부(182)로부터 지반구조물의 단면 방향을 따라서 연장하는 다수의 지관부(184)를 포함한다. 또한 상기 지관부(184)에는 지반구조물에 각각 시공된 열교환 파이프(170)의 유입 커플러(172a)와 유출 커플러(172b)가, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 연결되어 순환수를 히트펌프(210) 혹은 다음 단계의 에너지 볼트 장치(100) 까지 이송해주게 되며, 이와 같은 연결구조를 통하여 터널 구조물(200)의 일정한 지열 에너지를 이용함과 동시에, 지반구조물을 구조적으로 보강할 수 있게 된다. 그리고 본 발명은 상기 보강재(110)의 상단부에는 도 2에 도시된 바와 같이, 나사산(112)이 형성되어 너트(190) 및 플레이트(192)가 장착되고, 천공홀(H)의 입구를 막게 된다. 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치(100)는 상기 보강재(110)와 그라우팅(G)을 통하여 지반을 구조적으로 보강하는 동시에 열교환 파이프(170)를 통과하는 순환수를 이용하여 지열 에너지를 추출하여 외부 시설에 이용할 수 있다. 이와 같은 경우, 본 발명은 지반의 천공홀(H) 내부에 삽입된 기존의 보강재와 같은 봉형상의 보강재(110)를 회전시킴으로써 쐐기 슬라이드(122)가 회전하고, 이는 직경 확대수단(120)의 확장편(138)을 외측으로 확대시켜서 보강재(110)를 천공홀(H)에 고정한 다음, 그라우팅(G)을 시공함으로써 지반을 쉽게 구조적으로 보강할 수 있다. 이와 동시에 스페이서(150)에 의해서 상기 보강재(110)에 장착된 열교환 파이프(170)를 통하여 순환수를 통과시킴으로써 순환수가 열교환 파이프(170)의 유입측 상부로부터 하부의 절곡부(176)측으로 하강하고, 다시 유출측 상부로 배출되는 과정에서 그라우팅(G)을 통하여 전열되는 지열을 받아서 열교환하게 되고, 열교환 파이프(170)를 나가게 될때에는 지열 에너지를 포함하게 되어 이를 효과적으로 이용할 수 있다. 이하, 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 시공공법(300)에 대해서 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 먼저, 본 발명에 따른 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 시공공법(300)은 도 6a에 도시된 바와 같이, 지반에 천공홀(H)을 형성하고, 도 6b에 도시된 바와 같이, 상기 천공홀(H)의 내부에는 선단에 직경 확대수단(120)을 구비한 보강재(110)를 삽입하며, 상기 직경 확대수단(120)의 외경이 확대되도록 하여 천공홀(H)의 내면에 압력을 가하여 고정한다. 이와 같은 경우, 상기 직경 확대수단(120)은 보강재(110)를 회전시킴으로써 그 외경이 확장되는데, 보강재(110)의 회전에 의해서 그 하단에 연결된 쐐기 슬라이드(122)가 회전하고, 상기 쐐기 슬라이드(122)의 원추형 숫나사산(128)이 선단 정착체(132)의 원추형 암나사산(134) 내에서 회전한다. 따라서 상기 쐐기 슬라이드(122)의 회전에 의해서 쐐기 슬라이드(122)는 선단 정착체(132)의 상부측으로 점차 상승하고, 쐐기 슬라이드(122)의 원추형 숫나사산(128)이 점차 상승하면서 베이스(136) 상부측에 형성된 다수의 확장편(138)들의 내측으로 진입함으로써 상기 확장편(138)들은 점점 그 직경 외측방향으로 밀리면서 외경이 확대되어 천공홀(H)의 지반에 압력을 가하고, 천공홀(H)의 내부에 보강재(110)를 견고히 고정시켜서 지반을 구조적으로 보강시킨다. 그리고 다음으로는, 도 6c에 도시된 바와 같이, 상기 보강재(110)에 복수의 스페이서(150)와 열교환 파이프(170)를 장착하게 되는데, 상기 스페이서(150)는 각각 그 중앙에 형성된 관통공(152a)으로 보강재(110)를 끼우게 되며, 이와 같은 스페이서(150)의 양외측 돌기(154)에는 순환수가 통과하는 열교환 파이프(170)가 장착되어 있다. 이와 같은 열교환 파이프(170)는 그 하단이 스페이서(150)의 중앙에 배치된 보강재(110)와의 간섭을 피하여 보강재(110)를 우회하도록 절곡부(176)를 형성하는 것이 바람직하다. 이와 같이 보강재(110)에 스페이서(150)와 열교환 파이프(170)를 장착한 다음에는, 상기 열교환 파이프(170)의 양단에는 도 6d에 도시된 바와 같이, 각각 외부 파이프(180)를 연결시키고, 상기 천공홀(H)의 내부에 열전달율이 높은 그라우팅(G)을 충전하여 상기 보강재(110)와 열교환 파이프(170)를 일체로 고정시킨다. 이때 상기 외부 파이프(180)는 도 5에 도시된 바와 같이, 지반구조물의 길이방향을 따라서 연장하는 메인 관부(182)와, 상기 메인 관부(182)로부터 지반구조물의 단면 방향을 따라서 연장하는 다수의 지관부(184)를 포함하도록 설치하고, 상기 지관부(184)에는 지반구조물의 벽체에 각각 시공된 열교환 파이프(170)의 유입 커플러(172a)와 유출 커플러(172b)를, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 연결하여 순환수를 히트펌프(210) 혹은 다음 단계의 에너지 볼트 장치(100) 까지 이송하도록 연결한다. 그리고 다음으로는, 도 6e에 도시된 바와 같이, 상기 외부 파이프(180)를 통해서 열교환 파이프(170)의 내부에 순환수를 유입시켜서 지열에 열교환한 순환수를 외부로 배출시키게 된다. 이와 같이 본 발명은 지반을 쉽게 보강할 수 있고, 순환수를 통과시킴으로써 지열 에너지를 쉽게 추출하여 효과적으로 이용할 수 있다. 또한 본 발명은 지반을 암반층까지 굴착하지 않고서도 보강재(110)를 이용하여 효과적으로 지반을 보강할 수 있음으로써 공사비를 이중으로 발생시키지 않고, 비용 절감 효과를 크게 얻을 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명은 에너지 볼트 장치(100)로부터 얻어진 지중의 열원을 이용하여 지하철 역사의 냉난방 및 터널 출입구의 결빙방지, 터널의 부대시설 등과 같이 각종 시설물에서 소요되는 냉난방 에너지의 일부를 충당할 수 있음으로써 실용적으로 지열 에너지를 활용할 수 있게 된다. 앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 일 실시예는 본 발명의 기술적사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
100...... 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 장치
110...... 보강재 112...... 나사산
120...... 직경 확대수단 122...... 쐐기 슬라이드
124...... 연결재 126a...... 상부
126b..... 하부 128...... 숫나사산
132...... 선단 정착체 134...... 암나사산
136...... 베이스 138...... 확장편
140...... 고정장치 142...... 걸림판
150...... 스페이서 152...... 보디
152a..... 관통공 154...... 돌기
156...... 끼움 공 170...... 열교환 파이프
172a..... 유입 커플러 172b...... 유출 커플러
176...... 절곡부 180...... 외부 파이프
182...... 메인 관부 184...... 지관부
190...... 너트 192...... 플레이트
200...... 터널 구조물 210...... 히트펌프
300...... 지열 에너지 이용과 보강을 위한 일체형 에너지 볼트 시공공법
d1...... 직경 d2...... 내경
G...... 그라우팅 H...... 천공홀 |
