KR101189079B1

KR101189079B1 - 지중열교환용 말뚝

Info

Publication number: KR101189079B1
Application number: KR1020110011961A
Authority: KR
Inventors: 이종섭; 변용훈
Original assignee: 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: KR20120091883A

Abstract

본 발명은 지중열교환용 말뚝에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 지중열교환용 말뚝은, 콘크리트로 제조된 제1몸체와, 상단부 및 하단부가 개구되도록 상기 제1몸체에 삽입 설치되어 열교환 유체가 연통되는 유입파이프와 배출파이프가 구비되는 제1열교환파이프를 포함하는 제1중공관; 및 콘크리트로 제조된 제2몸체와, 상기 제2몸체에 삽입 설치되며 열교환 유체가 연통되는 것으로 상단부가 개구된 유입파이프와 배출파이프 및 상기 유입파이프와 배출파이프의 하단부 사이에 연결형성된 연결파이프가 구비되는 제2열교환파이프를 포함하는 제2중공관을 포함하고, 상기 제1중공관과 상기 제2중공관의 유입파이프와 배출파이프는 서로 연통되게 길이방향으로 결합하되, 상기 제2중공관이 최하부에 위치하는 것을 특징으로 하며, 본 발명에 따른 지중열교환용 말뚝을 사용함으로써, 제1열교환파이프 및 제2열교환파이프와 지반 사이의 거리를 최소화함과 동시에 지중열교환용 말뚝의 제1몸체 및 제2몸체를 구성하는 콘크리트에 의해 열전달이 원활하게 이루어지기 때문에 지반의 열이 효율적으로 열전달 유체에 전도되며, 이로 인하여 열전도율이 향상된 효과를 얻기 때문에, 지중열교환용 말뚝에 결합된 열교환기의 성능이 향상된다.

Description

지중열교환용 말뚝{GEOTHERMAL EXCHANGING PILE}

본 발명은 지중열교환용 말뚝으로서, 더욱 상세하게는 건물의 기초가 되는 말뚝에 열교환용파이프를 삽입 설치함으로써, 지중열교환장치를 설치할 별도의 부지를 구비할 필요가 없어 협소한 장소에서도 시공이 가능하며, 지반과의 이격된 거리를 단축시킴으로써, 지중의 열이 열교환유체로 전달되는 열전도도가 향상된 지중열교환용 말뚝에 관한 것이다.

화석 연료를 대체할 친환경 에너지로, 태양열이나 풍력 등이 사용되는데, 그 중 최근에는 일년 내내 일정한 온도를 유지하는 지중(地中)열을 이용하여 건물을 냉난방하는 방법이 각광받는다. 이와 같이 지중열을 유효에너지로 전환시키는 지중열교환장치 중, 수직밀폐형 지중열교환장치는 지반을 천공하여 형성된 보어홀에 U자형 튜브 형태의 열교환용파이프를 구비하여, 지중열을 전달하는 열교환 유체가 순환되도록 한다. 보어홀에 열교환용파이프를 삽입한 이후에는 벤토나이트나 시멘트 그라우트 등을 채움으로써, 그라우트재를 통해 지중열이 열교환 유체로 전도되도록 한다. 지중열교환장치에 사용되는 그라우트재는, 열교환용파이프 내에서 유동되는 열교환유체와 지반 사이에 열적 단락이 형성되는 것을 방지하고, 지하수 오염을 방지하는 목적으로 시공된다. 그러나 이러한 경우, 건물을 시공하는 공정이 진행됨과 동시에, 보어홀을 천공하고 열교환용파이프를 매설하는 과정이 별도로 진행되어야 했기 때문에 지중열교환장치를 시공할 부지가 필요하고 별도의 공정시간이 소요된다는 문제점이 있다.

종래에는 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 도 1에 도시된 바와 같이, 건물(3)의 기초가 되는 말뚝(10)의 내부에 열교환용파이프(22, 24)를 매설함으로써, 열교환용파이프(22, 24)를 매설할 부지를 확보하고자 하였다. 그러나 이러한 경우, 지반(1)의 열이 열교환용파이프(22, 24)로 전달되려면, 지중열이 말뚝(10)을 통과한 후에 말뚝(10) 내부의 그라우트재(G)를 통과해야 그라우트재(G) 내에 매설된 열교환용파이프(22, 24)로 열이 전달되기 때문에, 열교환용파이프(22, 24) 내를 유동하는 열교환 유체로 지중열이 전달되는 효율이 급격히 저하된다는 문제점이 있다. 뿐만 아니라, 그라우트재(G)가 먼저 투입된 이후에 열교환용파이프(22, 24)가 말뚝(10)과 별개로 각각 삽입 설치되기 때문에, 열교환용파이프(22, 24)와 그라우트재(G) 사이에 기포가 형성되면서 부분적으로 열단락이 발생하여 지중열교환장치(5)의 열전도율이 더 낮아지게 된다.

따라서, 근래에는 별도의 부지를 확보할 필요가 없으면서 지중의 열이 열교환 유체로 원활히 전달될 수 있도록 지중열교환장치에 결합되는 지중열교환용 말뚝의 필요성이 대두되고 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 건물의 기초가 되는 말뚝으로 사용함과 동시에 열교환파이프와 지반과의 거리를 최소화함으로써, 지열이 열교환 유체로 원활하게 전달되는 지중열교환용 말뚝을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여, 콘크리트로 제조된 제1몸체와, 상단부 및 하단부가 개구되도록 상기 제1몸체에 삽입 설치되어 열교환 유체가 연통되는 유입파이프와 배출파이프가 구비되는 제1열교환파이프를 포함하는 제1중공관; 및

콘크리트로 제조된 제2몸체와, 상기 제2몸체에 삽입 설치되며 열교환 유체가 연통되는 것으로 상단부가 개구된 유입파이프와 배출파이프 및 상기 유입파이프와 배출파이프의 하단부 사이에 연결형성된 연결파이프가 구비되는 제2열교환파이프를 포함하는 제2중공관을 포함하고,

상기 제1중공관과 상기 제2중공관의 유입파이프와 배출파이프는 서로 연통되게 길이방향으로 결합하되, 상기 제2중공관이 최하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 지중열교환용 말뚝을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2중공관의 연결파이프는, 상기 유입파이프 및 상기 배출파이프와의 연결부위에 곡률이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 지중열교환용 말뚝은, 상기 제1열교환파이프와 상기 제2열교환파이프 사이에 결합되는 연결구를 더 포함하고,

상기 연결구는, 제1열교환파이프 및 상기 제2열교환파이프에 연통되게 결합되는 파이프체결부와, 상기 열교환 유체가 유출되지 않도록 상기 파이프 체결부의 양단 사이에 돌출 형성된 패킹부를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 연결구의 파이프체결부는 상기 열교환 유체가 유입되는 유입구 및, 상기 유입구의 반대쪽에 위치하며 유입된 열교환 유체가 배출되는 배출구를 포함하고,

상기 유입구에는, 상기 제1열교환파이프 또는 상기 제2열교환파이프가 삽입되고,

상기 배출구는, 상기 제1열교환파이프 또는 상기 제2열교환파이프에 삽입되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 파이프체결부는, 상기 유입구가 형성된 유입체결관과 상기 배출구가 형성된 배출체결관이 형성된 배출파이프로 구비되고,

상기 패킹부는 상기 유입체결관 및 상기 배출체결관 각각에 체결된 한 쌍의 패킹재를 포함하며,

상기 유입체결관과 상기 배출체결관 사이에는 가요성의 굽힘관이 연결형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 연결구가 결합되는 상기 제1중공관 및 상기 제2중공관의 단부에는, 상기 연결구의 패킹부가 결합되는 패킹안착홈이 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 지중열교환용 말뚝에는 길이방향으로 결합되는 상기 제1중공관이 복수 개 구비되고,

상기 제1중공관의 제1열교환파이프 사이에는, 상기 제1열교환파이프 사이에 연통되게 결합되는 파이프체결부와 상기 열교환 유체가 유출되지 않도록 상기 파이프 체결부의 양단 사이에 돌출 형성된 패킹부를 포함하는 연결구가 결합되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 연결구의 파이프체결부는 상기 열교환 유체가 유입되는 유입구 및, 상기 유입구의 반대쪽에 위치하며 유입된 열교환 유체가 배출되는 배출구를 포함하고,

상기 유입구에는, 상기 제1열교환파이프가 삽입되고,

상기 배출구는, 상기 제1열교환파이프에 삽입되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 파이프체결부는, 상기 유입구가 형성된 유입체결관과 상기 배출구가 형성된 배출체결관이 형성된 배출파이프로 구비되고,

또한, 상기 연결구가 결합되는 상기 제1중공관의 단부에는, 상기 연결구의 패킹부가 결합되는 패킹안착홈이 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 화석연료의 사용량을 감소시킬 수 있는 친환경적인 에너지를 공급할 수 있다. 또한, 지중열교환용 말뚝은 건물의 기초로 사용함과 동시에 제1몸체 및 제2몸체 내를 열교환 유체가 이동하며 지중열을 교환하기 때문에, 협소한 부지에도 시공이 가능하며, 지중열을 교환시키는 장치를 시공하는데 걸리는 시간이 단축된다. 게다가 제1열교환파이프 및 제2열교환파이프와 지반 사이의 거리를 최소화함과 동시에 지중열교환용 말뚝의 제1몸체 및 제2몸체를 구성하는 콘크리트에 의해 열전달이 원활하게 이루어지기 때문에 지반의 열이 효율적으로 열전달 유체에 전도되며, 이로 인하여 열전도율이 향상된 효과를 얻기 때문에, 지중열교환용 말뚝에 결합된 열교환기의 성능이 향상된다.

도 1은 일반적인 말뚝시공방법에 사용되는 지중열교환장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중열교환용 말뚝이 지반에 장착된 단면도이다.
도 3은 본 발명의 여러 가지 실시예에 따른 지중열교환용 말뚝의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 여러 가지 실시예에 따른 지중열교환용 말뚝의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 여러 가지 실시예에 따른 지중열교환용 말뚝의 단면 확대도이다.

이하, 바람직한 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

본 발명에 따른 지중열교환용 말뚝은, 건물의 기초가 되는 말뚝과 일체형으로 형성되기 때문에, 협소한 장소에서도 시공이 가능하며 말뚝의 몸체에 열교환용파이프를 삽입 설치하기 때문에 지반과 열교환용파이프 간의 간격을 최소화하여 지중열의 열전도 효율을 극대화할 수 있다. 여기서, 지중열교환용 말뚝은 여러 가지 공법에 사용될 수 있지만, 본 명세서에서는 이해를 돕기 위하여 여러 가지 공법 중, 매입말뚝공법에 의해 지반에 시공된 지중열교환용 말뚝에 대해 설명한다. 그러나 본 발명에 따른 지중열교환용 말뚝의 시공방법이 매입말뚝공법에 한정되는 것은 아니다.

매입말뚝공법은 지반을 소정의 심도까지 선굴착하고 시멘트 풀과 같은 그라우트재를 주입한 뒤에 지중열교환용 말뚝을 삽입하여 지반에 고정시킨다. 즉, 제1중공관(100)과 제2중공관(200)을 포함하는 본 발명에 따른 지중열교환용 말뚝은, 도 2에 도시된 바와 같이, 매입말뚝공법에 적용함으로써, 지반과 열전달 유체와의 간격을 최소화하여 지중열이 열전달 유체로 전달되는 효율을 극대화할 수 있고, 지중열을 사용함으로써 에너지 사용량이 많은 도심에서 소비되는 에너지를 친환경에너지로 전환할 수 있다. 여기서 사용되는 그라우트재로는 시멘트계 그라우트재와 같이 열전도율이 높은 것을 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에 따른 지중열교환용 말뚝과 지반 사이에, 지반의 열을 용이하게 전달할 수 있는 그라우트재를 사용함으로써 지중열이 열교환 유체로 용이하게 전달될 수 있도록 하는 것이다. 또한 제1열교환파이프(120) 및 제2열교환파이프(220)는 각각 제1몸체(110) 및 제2몸체(210)에 밀착되어 있기 때문에 공극에 의해 열단락이 발생하는 것을 방지할 수 있어 열전도율이 향상된다.

도 2에는 본 발명의 일 실시예에 따른 지중열교환용 말뚝이 지반에 장착된 단면도이다.

지중열을 이용하여 냉난방 기능을 가동시키는 장치(5)는 지중열이 화석연료를 대체할 수 있기 때문에, 냉난방이 진행되는 동안 온실가스가 발생하는 양을 감소시킬 수 있다. 이러한 장치(5)는, 지하 50~200m 사이에서 연중 일정한 온도로 지중욜이 유지되는 것을 이용하여 냉난방을 하게 된다. 이러한 지중열 냉난방시스템은 열교환기 역할을 하는 지중열교환용 말뚝을 통하여 필요한 열에너지를 흡수 또는 방출하며 지상에 설치된 열교환장치(5)를 사용하여 건물(3)의 냉난방 시스템을 운영하게 된다.

이러한 냉난방 시스템 및 건물의 기초로 사용되는 본 발명의 지중열교환용 말뚝은, 콘크리트로 제조된 제1몸체(110)와, 상단부 및 하단부가 개구되도록 상기 제1몸체(110)에 삽입 설치되어 열교환 유체가 연통되는 유입파이프(122)와 배출파이프(124)가 구비되는 제1열교환파이프(120)를 포함하는 제1중공관(100); 및

콘크리트로 제조된 제2몸체(210)와, 상기 제2몸체(210)에 삽입 설치되며 열교환 유체가 연통되는 것으로 상단부가 개구된 유입파이프(222)와 배출파이프(224) 및 상기 유입파이프(222)와 배출파이프(224)의 하단부 사이에 연결형성된 연결파이프(226)가 구비되는 제2열교환파이프(220)를 포함하는 제2중공관(200)을 포함하고,

상기 제1중공관(100)과 상기 제2중공관(200)의 유입파이프(122, 222)와 배출파이프(124, 224)는 각각의 유입파이프(122, 222)와 배출파이프(124, 224)가 서로 연통되게 길이방향으로 결합하되, 상기 제2중공관(200)이 최하부에 위치하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 제1중공관(100)과 제2중공관(200)은 길이방향으로 체결함으로써, 제2중공관(200) 내에 삽입설치된 제2열교환파이프(220)가 제1중공관(100) 내의 제1열교환파이프(120)와 연통되도록 한다. 따라서, 제1열교환파이프(120) 및 제2열교환파이프(220)가 전체적으로 U자형관 형상이 되도록 결합되는 것이다. 따라서, 제1열교환파이프(120)의 유입파이프(122) 내의 열교환유체가 제2열교환파이프(220)의 유입파이프(222), 연결파이프(226), 배출파이프(224)를 순차적으로 통과한 뒤, 제1열교환파이프(120)의 배출파이프(124)를 통해 냉난방이 가동될 건물로 지중열이 전달되도록 하는 것이다.

도 3에는 본 발명의 여러 가지 실시예에 따른 지중열교환용 말뚝의 사시도가 도시되어 있고, 도 4에는 본 발명의 여러 가지 실시예에 따른 지중열교환용 말뚝의 평면도가 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 지중열교환용 말뚝은, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1중공관(100)이 복수 개 구비되고, 지중열교환용 말뚝의 최하부에 제2중공관(200)이 배치되도록 제1중공관(100)과 제2중공관(200)을 체결한다. 즉, 하나의 제2중공관(200) 상부에 복수개의 제1중공관(100)을 중력방향으로 체결함으로써, 지중열교환용 말뚝이 장착되는 심도를 조절할 수 있다. 즉, 일반적으로 지열은 지하 50m 내지 200m 사이에서 일정한 온도가 유지되기 때문에 필요한 에너지량에 따라서 지반의 굴착심도를 결정하는데, 지중열교환용 말뚝이 설치될 지반의 심도에 따라 제1중공관(100)의 갯수를 조절함으로써, 지중열교환용 말뚝의 총길이를 조절할 수 있는 것이다.

여기서 제2중공관(200)의 제2열교환파이프(220)는, 도 3a에 도시된 바와 같이, 직선형상의 연결파이프(226)를 구비함으로써 ㄷ자 형상으로 형성될 수도 있고, 도 3b에도시된 바와 같이, 곡선형상의 연결파이프(226')를 구비함으로써 열교환 액체가 유입파이프(222')에서 연결파이프(226') 및 배출파이프(224')로 순차적으로 이동할 때 와류가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한 열교환 액체의 물성에 따라 열교환 액체가 원활하게 통과할 수 있는 형상으로 연결파이프(226')의 곡률을 선택할 수 있다. 또한 제2열교환파이프(220'', 220''')의 연결파이프(226'', 226''')는 도 4a의 평면도상에 도시된 바와 같이 직선형으로 구비될 수도 있고, 도 4b에 도시된 바와 같이, 지반과의 간격이 일정하도록 제2몸체(210)의 곡률에 따라 연결파이프(226''')에 수평방향의 곡률이 형성될 수도 있다.

도 5에는 본 발명의 여러 가지 실시예에 따른 지중열교환용 말뚝의 단면 확대도가 도시되어 있다. 여기서 연결구는 제1중공관과 제2중공관 사이에 결합된 것을 예시로 도시하였지만, 연결구는 인접한 제1중공관 사이에서도 도 5에 도시된 것과 동일하게 결합된다.

본 발명에 따른 지중열교환용 말뚝은, 상기 제1열교환파이프(120)와 상기 제2열교환파이프(220) 사이, 또는 중력방향으로 적층되어있는 인접한 제1열교환파이프(120) 간에 결합되는 연결구(300)를 더 포함한다. 연결구(300)는 파이프 체결부(320)와 패킹부(330)를 포함하는데, 파이프 체결부(320)는, 제1열교환파이프(120) 또는 제2열교환파이프(220)에 연통되게 결합하고, 패킹부(330)는 열교환 유체가 유출되지 않도록 상기 파이프 체결부(320)의 양단 사이에 돌출형성된 패킹안착부(332)와 상기 패킹안착부(332)의 상하부면에 각각 결합된 링 형상의 패킹재(334)를 포함한다. 상기 연결구(300)는 제1열교환파이프(120)와 상기 제2열교환파이프(220) 사이에 결합되는지, 또는 인접한 위치의 제1열교환파이프(120) 사이에 결합되는지와 관계없이 동일한 방법으로 지중열교환용 말뚝 내에 동일하게 적용할 수 있다. 즉, 상기 연결구(300)가 적용되는 제1열교환파이프(120)와 제2열교환파이프(220)의 단부는 동일한 형상이기 때문에 결합되는 열교환파이프의 종류와 상관없이 동일한 형상의 연결구(300)가 각각의 열교환파이프에 용이하게 결합될 수 있는 것이다.

여기서 연결구(300)가 장착되는 제1중공관(100) 및 제2중공관(200)의 단부에는 연결구(300)의 패킹부(330)가 안착되는 패킹안착홈(130, 230)이 형성될 수 있다. 즉, 패킹안착홈(130, 230)에 패킹부(330)가 삽입되도록 하기 때문에, 연결구(300)의 삽입위치를 좀 더 용이하게 확인할 수 있는 것과 더불어, 지중열교환용 말뚝의 외부로 열교환유체가 유실되는 것을 방지할 수 있다. 특히, 후술할 연결구(300) 형상 중, 유입체결관(321'', 321''')과 배출체결관(323'', 323''')으로 나눠지는 연결구(300'', 300''')의 경우 패킹안착홈(130, 230)에 패킹부(330)가 안착됨으로써, 열교환파이프가 어긋나게 구비되더라도 패킹안착홈(130, 230)에서 패킹부(330)를 받쳐주기 때문에 연결구(300)가 제1열교환파이프(120) 및 제2열교환파이프(220)에 견고하게 결합되도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 지중열교환용 말뚝은, 복수개의 제1중공관(100) 및 제2중공관(200) 사이에 연결구(300, 300', 300'', 300''')를 장착함으로써 제1열교환파이프(120) 및 제2열교환파이프(220) 내에서 순환되는 열교환 유체가 외부로 유실되지 않도록 한다. 상기 연결구(300, 300', 300'', 300''')는 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 파이프 체결부(320, 320')가 일체형인 것과, 도 5c 및 도 5d에 도시된 바와 같이, 파이프 체결부(320'', 320''')가 유입체결관(321'', 321''')과 배출체결관(323'', 323''')으로 분할되어 유입체결관(321'', 321''')과 배출체결관(323'', 323''') 사이에 굽힘관(340'', 340''')이 형성되어 있는 것으로 구분할 수 있다. 여기서 연결구(300, 300', 300'', 300''')는 공통적으로 파이프 체결부(320, 320', 320'', 320''')가 결합하는 제1열교환파이프(120) 또는 제2열교환파이프(220)의 내주면과 파이프 체결부(320)의 내주면이 일치하도록 형성된다. 따라서, 제1열교환파이프(120) 또는 제2열교환파이프(220)를 통과하는 열교환 유체의 흐름이 연결구(300, 300', 300'', 300''')를 통과할 때에도 유사하게 진행되도록 한다.

파이프 체결부(320)가 일체형으로 형성된 연결구(300)는 도 5a에 도시된 바와 같이, 파이프 체결부(320)의 외주면 양단이 내주면을 향하여 경사지게 형성될 수 있다. 또한, 도 5b에 도시된 바와 같이, 파이프 체결부(320')의 일단부는 외주면이 내주면을 향하여 경사지게 형성되고, 파이프 체결부(320')의 타단부는 내주면이 외주면을 향하여 경사지게 형성된다. 여기서 유입구(322')는 내주면이 외주면을 향해 경사지게 형성된 파이프 체결부(320')의 일단부에 구비되고, 배출구(324')는 외주면이 내주면을 향해 경사지게 형성되는 파이프 체결부(320')의 타단부에 구비된다. 즉, 제1열교환파이프(120) 또는 제2열교환파이프(220)와 접하는 면이 열교환 유체의 유동방향을 향해 경사지도록 형성함으로써, 열교환 유체가 연결구(300)를 통과하는 중에 외부로 유실되는 것을 최소화할 수 있다. 여기서, 도 5b는 제1열교환파이프(120) 및 제2열교환파이프(220)로 유입파이프(122, 222)를 도시한 것으로 배출파이프(124, 224)의 경우, 열교환 유체가 아래에서 위로 이동하기 때문에 연결구가 도 5b에 도시된 연결구(300')와 반대로 장착된다.

제1중공관(100)과 제2중공관(200)을 적층하여 지중열교환용 말뚝을 형성하고자 할 때, 공정상의 유효 오차범위 내에서 제1중공관(100)과 제2중공관(200)이 적층되는 위치가 어긋나게 배열되거나, 유효 오차범위 내에서 제1열교환파이프(120)나 제2열교환파이프(220) 각각이 제1중공관(100)과 제2중공관(200)에 삽입되는 위치에서 어긋나게 형성될 수 있다. 이와같이, 적층과정 또는 초기제조과정 중에 오차범위 내에서 제1열교환파이프(120) 및 제2열교환파이프(220)의 위치가 어긋나게 배열될 경우, 도 5c 및 도 5d와 같이 파이프 체결부(320'', 320''')가 유입체결관(321'', 321''')과 배출체결관(323'', 323''')으로 구분되고 유입체결관(321'', 323''')과 배출체결관(323'', 323''') 사이에 굽힘관(340'', 340''')이 연결형성된 연결구(300'', 310''')를 장착한다. 따라서, 제1열교환파이프(120) 또는 제2열교환파이프(220)가 어긋난 위치에 구비되더라도 열교환 유체가 연결구(300'', 300''')를 원활하게 통과할 수 있도록 한다. 따라서, 도 5c에 도시된 바와 같이, 연결구(300'')는 유입체결관(321'') 및 배출체결관(323'')의 말단의 외주면이 내주면을 향해 경사지게 형성되고, 유입체결관(321'')과 배출체결관(323'') 사이에 굽힘관(340'')이 연결형성된다. 또한, 도 5d에 도시된 바와 같이, 유입체결관(321''')의 말단은 내주면이 외주면을 향해 경사지게 형성되고, 배출체결관(323''')의 말단은 외주면이 내주면을 향해 경사지도록 연결구(300)가 형성될 수 있다. 이때, 유입체결관(321''')의 말단에는 열교환 유체가 유입되는 유입구(322''')가 위치하고, 배출체결관(323''')의 말단에는 열교환유체가 배출되는 배출구(324''')가 위치하도록 장착하는 것이 바람직하다. 즉, 제1열교환파이프(120) 또는 제2열교환파이프(220)와 접하는 면이 열교환 유체의 유동방향을 향해 경사지도록 형성함으로써, 열교환 유체가 연결구(300'', 300''')를 통과하는 중에 외부로 유실되는 것을 최소화할 수 있다. 여기서, 도 5d는 제1열교환파이프(120) 및 제2열교환파이프(220)로 유입파이프(122, 222)를 도시한 것으로, 배출파이프(124, 224)의 경우 열교환 유체가 아래에서 위로 이동하기 때문에, 연결구가 도 5d에 도시된 연결구(300''')와 반대로 장착된다.

본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 모두 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

100: 제1중공관 110: 제1몸체
120: 제1열교환파이프 130, 230: 패킹안착홈
200: 제2중공관 210: 제2몸체
220: 제2열교환파이프 226: 연결파이프
300: 연결구 340: 굽힘관
122, 222, 222', 222'': 유입파이프
124, 224, 224', 224'': 배출파이프
320, 320', 320'', 320''': 파이프 체결부
321'', 321''':유입체결관
322, 322', 322'', 322''': 유입구
323'', 323''': 배출체결관
324, 324', 324'', 324''': 배출구
330, 330', 330'', 330''': 패킹부
332, 332', 332'', 332''': 패킹안착부
334, 334', 334'', 334''': 패킹재

Claims

콘크리트로 제조된 제1몸체와, 상단부 및 하단부가 개구되도록 상기 제1몸체에 삽입 설치되어 열교환 유체가 연통되는 유입파이프와 배출파이프가 구비되는 제1열교환파이프를 포함하는 제1중공관; 및
콘크리트로 제조된 제2몸체와, 상기 제2몸체에 삽입 설치되며 열교환 유체가 연통되는 것으로 상단부가 개구된 유입파이프와 배출파이프 및 상기 유입파이프와 배출파이프의 하단부 사이에 연결형성된 연결파이프가 구비되는 제2열교환파이프를 포함하는 제2중공관을 포함하고,
상기 제1중공관과 상기 제2중공관의 유입파이프와 배출파이프는 서로 연통되게 길이방향으로 결합하되, 상기 제2중공관이 최하부에 위치하는 것을 특징으로 하는 지중열교환용 말뚝.
제1항에 있어서,
상기 제2중공관의 연결파이프는, 상기 유입파이프 및 상기 배출파이프와의 연결부위에 곡률이 형성되는 것을 특징으로 하는 지중열교환용 말뚝.
제1항에 있어서,
상기 지중열교환용 말뚝은, 상기 제1열교환파이프와 상기 제2열교환파이프 사이에 결합되는 연결구를 더 포함하고,
상기 연결구는, 제1열교환파이프 및 상기 제2열교환파이프에 연통되게 결합되는 파이프체결부와, 상기 열교환 유체가 유출되지 않도록 상기 파이프 체결부의 양단 사이에 돌출 형성된 패킹부를 포함하는 것을 특징으로 하는 지중열교환용 말뚝.
제3항에 있어서,
상기 연결구의 파이프체결부는 상기 열교환 유체가 유입되는 유입구 및, 상기 유입구의 반대쪽에 위치하며 유입된 열교환 유체가 배출되는 배출구를 포함하고,
상기 유입구에는, 상기 제1열교환파이프 또는 상기 제2열교환파이프가 삽입되고,
상기 배출구는, 상기 제1열교환파이프 또는 상기 제2열교환파이프에 삽입되는 것을 특징으로 하는 지중열교환용 말뚝.
제4항에 있어서,
상기 파이프체결부는, 상기 유입구가 형성된 유입체결관과 상기 배출구가 형성된 배출체결관이 형성된 배출파이프로 구비되고,
상기 패킹부는 상기 유입체결관 및 상기 배출체결관 각각에 체결된 한 쌍의 패킹재를 포함하며,
상기 유입체결관과 상기 배출체결관 사이에는 가요성의 굽힘관이 연결형성되는 것을 특징으로 하는 지중열교환용 말뚝.
제3항에 있어서,
상기 연결구가 결합되는 상기 제1중공관 및 상기 제2중공관의 단부에는, 상기 연결구의 패킹부가 결합되는 패킹안착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 지중열교환용 말뚝.
제1항에 있어서,
상기 지중열교환용 말뚝에는 길이방향으로 결합되는 상기 제1중공관이 복수 개 구비되고,
상기 제1중공관의 제1열교환파이프 사이에는, 상기 제1열교환파이프 사이에 연통되게 결합되는 파이프체결부와 상기 열교환 유체가 유출되지 않도록 상기 파이프 체결부의 양단 사이에 돌출 형성된 패킹부를 포함하는 연결구가 결합되는 것을 특징으로 하는 지중열교환용 말뚝.
제7항에 있어서,
상기 연결구의 파이프체결부는 상기 열교환 유체가 유입되는 유입구 및, 상기 유입구의 반대쪽에 위치하며 유입된 열교환 유체가 배출되는 배출구를 포함하고,
상기 유입구에는, 상기 제1열교환파이프가 삽입되고,
상기 배출구는, 상기 제1열교환파이프에 삽입되는 것을 특징으로 하는 지중열교환용 말뚝.
제8항에 있어서,
상기 파이프체결부는, 상기 유입구가 형성된 유입체결관과 상기 배출구가 형성된 배출체결관이 형성된 배출파이프로 구비되고,
상기 패킹부는 상기 유입체결관 및 상기 배출체결관 각각에 체결된 한 쌍의 패킹재를 포함하며,
상기 유입체결관과 상기 배출체결관 사이에는 가요성의 굽힘관이 연결형성되는 것을 특징으로 하는 지중열교환용 말뚝.
제7항에 있어서,
상기 연결구가 결합되는 상기 제1중공관의 단부에는, 상기 연결구의 패킹부가 결합되는 패킹안착홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 지중열교환용 말뚝.