特許 7511931 多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム及びその設置方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-28

(45)【発行日】2024-07-08

(54)【発明の名称】多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム及びその設置方法

(51)【国際特許分類】

   F03G 4/00 20060101AFI20240701BHJP

   F24T 10/17 20180101ALI20240701BHJP

   F25B 27/00 20060101ALI20240701BHJP

【ＦＩ】

F03G4/00 501

F24T10/17

F25B27/00 P

F03G4/00 541

【請求項の数】 22

(21)【出願番号】P 2022563221

(86)(22)【出願日】2021-04-16

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-05-25

(86)【国際出願番号】 KR2021004803

(87)【国際公開番号】W WO2021210944

(87)【国際公開日】2021-10-21

【審査請求日】2022-10-17

(31)【優先権主張番号】10-2020-0046956

(32)【優先日】2020-04-17

(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR

(73)【特許権者】

【識別番号】522406724

【氏名又は名称】ジーアンドジー テクノロジー カンパニー リミテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｇ＆Ｇ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．，ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】（Ｓｏｎｇｄｏ－ｄｏｎｇ，Ｓｍａｒｔ Ｖａｌｌｅｙ）Ａｄｏｎｇ １０２ｈｏ，１０３ｈｏ，１６０４ｈｏ，３０，Ｓｏｎｇｄｏｍｉｒａｅ－ｒｏ，Ｙｅｏｎｓｕ－ｇｕ，Ｉｎｃｈｅｏｎ ２１９９０，Ｒｅｐｕｂｌｉｃ ｏｆ Ｋｏｒｅａ

(74)【代理人】

【識別番号】100130111

【弁理士】

【氏名又は名称】新保 斉

(72)【発明者】

【氏名】チョ、ヒ ナム

(72)【発明者】

【氏名】チャン、ヒョン ホ

(72)【発明者】

【氏名】チェ、ソン ウク

(72)【発明者】

【氏名】キム、ヨン ファ

(72)【発明者】

【氏名】アン、ジョ ボム

【審査官】稲本 遥

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－２６２４３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２７３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１３／００２５８１９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１５－０６４１８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０３Ｇ １／００－ ７／１０

Ｆ２４Ｔ １０／１７

Ｆ２５Ｂ ２７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤に垂直に掘削されて形成される地熱孔と、
前記地盤に配置され、循環ポンプを含むヒートポンプと、
前記地熱孔に埋設され、前記ヒートポンプに連結され、前記地熱孔内で吸熱した熱流体を前記循環ポンプを介して前記ヒートポンプに供給し、前記ヒートポンプで熱交換した熱流体をまた前記地熱孔に回収して吸熱するようにする連結配管及び部属設備を含む多管式垂直密閉型地中熱交換器と、を含み、
前記多管式垂直密閉型地中熱交換器は、
前記地熱孔の下側に配置される還収ヘッダー部と、
前記ヒートポンプに連結され、前記ヒートポンプで熱交換した熱流体が流出する流出管、下部及び側部にそれぞれ開口部が形成され、前記流出管に側部が連結される還収連結管、上部に一つの開口部が形成され、下部に一つ以上の開口部が形成され、前記還収連結管の下部に上部が連結される開口部と同数の分配管、及び前記地熱孔の内部に埋設され、上端が前記分配管の下部に連結され、下端が前記還収ヘッダー部に連結され、前記流出管から流出した熱流体が前記還収ヘッダー部に還収されて吸熱するようにする開口部と同数の還収管を含む還収部と、
前記ヒートポンプに連結される流入管、下部及び側部にそれぞれ開口部が形成され、前記流入管に側部が連結される供給連結管、上部に一つの開口部が形成され、下部に一つ以上の開口部が形成され、前記供給連結管の下部に上部が連結される合流管、及び前記地熱孔の内部に埋設され、上端が前記合流管の下部に連結され、下端が前記還収ヘッダー部に連結され、前記還収ヘッダー部に還収された熱流体が前記合流管、供給連結管及び流入管を通して前記ヒートポンプに供給されて吸熱するようにする二つ以上の供給管を含む供給部と、
前記還収管及び供給管に結合される荷重バーと、を含み、
前記還収ヘッダー部は、前記還収管及び供給管がそれぞれ連結され、前記還収管を通して還収された熱流体が合流した後、方向転換によって前記供給管に分配する内部空間を含み、前記内部空間は前記還収管から還収された熱流体が前記供給管に円滑に移送されるように下部が曲面に形成され、
前記荷重バーは固定部を介して前記還収管及び供給管に固定されて前記還収管と供給管とを互いに離隔させ、内部の金属材によって前記還収管及び供給管の浮上を防止する構成において、
前記還収連結管の側部が前記流入管に連結され、前記供給連結管の側部が前記流出管に連結され、前記還収管と前記供給管とは互いに機能が取り替えられて運用されることを特徴とする、多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項2】

前記還収連結管及び供給連結管の上部にそれぞれ形成された開口部を有し、前記還収連結管及び供給連結管の上部にそれぞれ設けられる点検部と、
前記地熱孔の上部を密閉して異物の流入を防止するカバーと、をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項3】

前記還収ヘッダー部は上部ヘッダー及び下部ヘッダーからなり、前記上部ヘッダーと下部ヘッダーとは突き合わせ方式で熱融着することを特徴とする、請求項１に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項4】

前記還収ヘッダー部は内側上部に複数のソケット部を備えることを特徴とする、請求項２に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項5】

前記ソケット部には熱線が内蔵され、
前記還収管及び供給管は前記ソケット部にそれぞれ挿入されて前記ソケット部に熱融着することを特徴とする、請求項４に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項6】

前記ソケット部には熱線が内蔵された支持保護リングが挿入されて固定され、
前記還収管及び供給管は前記支持保護リングにそれぞれ挿入され、前記支持保護リングに熱融着することを特徴とする、請求項４に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項7】

前記還収管及び供給管は、下端の外皮面が溶融した後、前記還収ヘッダー部の上部から上側に突設される複数の熱融着ソケットにそれぞれ熱融着することを特徴とする、請求項２に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項8】

前記還収ヘッダー部の熱融着ソケットの外周面には、前記熱融着ソケットの変形を防止する支持リングが嵌合されることを特徴とする、請求項７に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項9】

前記還収管は第１還収管及び第２還収管からなり、
前記供給管は第１供給管及び第２供給管からなることを特徴とする、請求項２に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項10】

前記還収管は、前記第１還収管及び第２還収管の下端に連結される合流管と、前記合流管の下端に連結され、下端が前記還収ヘッダー部に連結される第３還収管とをさらに含み、
前記供給管は、前記第１供給管及び第２供給管の下端に連結される分岐管と、前記分岐管の下端に連結され、下端が前記還収ヘッダー部に連結される第３供給管と、をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項11】

前記第１及び第２還収管と第１及び第２供給管とは外径及び内径が同じに構成されることを特徴とする、請求項１０に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項12】

前記第１還収管は前記第２還収管より外径及び内径が大きく構成され、
前記第１供給管は前記第２供給管より外径及び内径が大きく構成され、
前記第１還収管と前記第１供給管とは外径及び内径が同じに構成され、
前記第２還収管と前記第２供給管とは外径及び内径が同じに構成されることを特徴とする、請求項９に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項13】

前記還収ヘッダー部の下部に設けられて前記還収ヘッダー部の浮上を防止する荷重付加重りをさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項14】

前記還収管及び供給管側に配置されて前記還収管と供給管とを互いに離隔させ、内部に金属材を備える荷重バーと、
前記荷重バーを前記還収管及び供給管に固定させる固定部と、をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項15】

前記荷重バーの外面には、前記荷重バーを前記還収管及び供給管に付着させる接着バンドが設けられることを特徴とする、請求項１に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項16】

前記供給部及び還収部には前記熱流体が流れる方向を示す標識が形成されていることを特徴とする、請求項２に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項17】

水槽に連結され、注入水管を通して前記地熱孔内に水を供給する注入ポンプをさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項18】

前記地熱孔の内部に挿入され、上部がセメント注入ポンプに連結され、前記地熱孔の内部下側にセメントを含むグラウト材を供給するセメントトレミー管と、
前記地熱孔の内部に挿入され、上部がベントナイト注入ポンプに連結され、前記地熱孔の内部上側にベントナイトを含むグラウト材を供給するベントナイトトレミー管と、をさらに含み、
前記セメントを含むグラウト材は防水剤を含むことで、前記還収ヘッダー部から熱流体が漏出するとき、前記漏出した熱流体が前記還収管及び供給管の外部に流出することを防止することを特徴とする、請求項１に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム。

【請求項19】

請求項１８に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの設置方法であって、
地盤を垂直に掘削して地熱孔を形成する第１段階と、
前記地盤に二つ以上の還収管投入部及び二つ以上の供給管投入部を配置する第２段階と、
前記還収管投入部から供給される還収管及び前記供給管投入部から供給される供給管の下端に前記還収ヘッダー部を結合する第３段階と、
前記還収管及び供給管に荷重バーを固定し、前記地熱孔の内部に前記還収管投入部から前記還収管を投入し、前記供給管投入部から前記供給管を投入することで、還収ヘッダー部を前記地熱孔の下部に位置させ、前記セメントトレミー管及び／またはベントナイトトレミー管を前記地熱孔の内部に設置する第４段階と、
前記還収管及び供給管の上端にバルブを取り付け、前記還収管及び供給管の狭窄を防止するように、前記バルブを通して前記還収管及び供給管の内部に清水を充填する第５段階と、
セメントを含むグラウト材を前記セメントトレミー管を通して前記地熱孔の内部下側に供給し、ベントナイトを含むグラウト材を前記ベントナイトトレミー管を通して前記地熱孔の内部上側に供給する第６段階と、
前記還収管及び供給管の上端に取り付けられたバルブを除去し、前記還収管の上端に前記分配管を連結し、前記分配管に前記還収連結管を連結し、前記還収連結管に前記流出管を連結し、前記供給管の上端に前記合流管を連結し、前記合流管に前記供給連結管を連結し、前記供給連結管に前記流入管を連結し、前記流出管及び流入管を前記ヒートポンプに連結する第７段階と、を含むことを特徴とする、多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの設置方法。

【請求項20】

前記第７段階は、前記還収連結管及び供給連結管の上部にそれぞれ点検部を設けることを特徴とする、請求項１９に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの設置方法。

【請求項21】

前記第３段階は、前記還収ヘッダー部の下部に前記還収ヘッダー部の浮上を防止する荷重付加重りを設けることを特徴とする、請求項１９に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの設置方法。

【請求項22】

前記セメントトレミー管は前記ベントナイトトレミー管と同様に構成され、
前記第６段階は、前記セメントを含むグラウト材を前記セメントトレミー管を通して前記地熱孔の内部下側に供給し、前記ベントナイトを含むグラウト材を前記セメントトレミー管を通して前記地熱孔の内部上側に供給することを特徴とする、請求項１９に記載の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの設置方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は供給管及び還収管が多管で構成される多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム及びその設置方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、地中熱を用いる垂直密閉型地中熱交換器の熱交換構造は、地盤に垂直に多数の地熱孔を形成し、この地熱孔内に供給管、還収管などを埋設することで、供給管及び還収管の内部に流れる熱流体を介して地中熱を取得し、供給管及び還収管に連結されるヒートポンプを介して熱流体が取得した地中熱を用いて建物の内部を冷房または暖房する。

【0003】

ここで、垂直密閉型地中熱交換器は、供給管の下端と還収管の下端とをＵ形バンドで連結して構成しており、地熱孔の深さはおよそ１５０～３００Ｍになるように施工されられている。

【0004】

このような従来の垂直密閉型地中熱交換器として、例えば、韓国登録特許第１０－０９５８３６０号公報の「地熱を用いる地中熱交換器」（以下、従来技術という）がある。

【0005】

ところが、従来技術を含めた既存の垂直密閉型地中熱交換器の場合、地熱孔に供給管及び還収管の二つの管のみが挿入され、地熱孔の内部に空間が広く形成されるので、熱交換効率が落ちる問題点があり、これによりスマートファームや一般建築物に必要な熱容量を満たすためには、多くの地熱孔の掘削が要求され、よって施設敷地の面積が大きくかかる問題点があった。

【0006】

したがって、３管式または４管式のような多管式垂直密閉型地中熱交換器が開発されたことがある。熱伝導試験の際、投入熱量を基準にする場合、２管式が５０～８０Ｗ／ｍである一方で、４管式の場合には６５～１０５Ｗ／ｍであり、単位メートル当たり熱交換量を大きく向上させることができることが確認された。よって、地熱孔掘削数量の減少及び施設敷地の縮小可能性を高めることができた。

【0007】

しかし、従来の多管式垂直密閉型地中熱交換器は、供給管及び還収管の下端を単純に二つのＵ形バンドで連結する形態を有し、供給管及び還収管が多管で構成されることにより、単位長当たり体積の増加によって比例的に上昇した浮力により、供給管及び還収管が浅い施工深さでも容易に浮上する問題点があり、よって一般的な地中熱交換器地熱システムとして定着することができなかった問題点があった。

【0008】

そして、多管式垂直密閉型地中熱交換器が地熱孔に設置された後、点検が不可能であるので、循環する熱流体の漏出事故発生の際、地中熱交換器を閉鎖しなければならない問題点があった。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は前記問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、供給管及び還収管が多管で構成されることにより体積増加によって増加した浮力によって供給管及び還収管が浮上することを防止することができる多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム及びその設置方法を提供することである。
また、本発明の目的は、地熱孔に設置された後に点検が可能な多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム及びその設置方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記目的を達成するために、本発明の多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムは、地盤に垂直に掘削されて形成される地熱孔と、前記地盤に配置され、循環ポンプを含むヒートポンプと、前記地熱孔に埋設され、前記ヒートポンプに連結され、前記地熱孔内で吸熱した熱流体を前記循環ポンプを介して前記ヒートポンプに供給し、前記ヒートポンプで熱交換した熱流体をまた前記地熱孔に回収して吸熱するようにする連結配管及び部属設備を含む多管式垂直密閉型地中熱交換器とを含み、前記多管式垂直密閉型地中熱交換器は、前記地熱孔の下側に配置される還収ヘッダー部と、前記ヒートポンプに連結され、前記ヒートポンプで熱交換した熱流体が流出する流出管、下部及び側部にそれぞれ開口部が形成され、前記流出管に側部が連結される還収連結管、上部に一つの開口部が形成され、下部に一つ以上の開口部が形成され、前記還収連結管の下部に上部が連結される分配管、及び前記地熱孔の内部に埋設され、上端が前記分配管の下部に連結され、下端が前記還収ヘッダー部に連結され、前記流出管から流出した熱流体が前記還収ヘッダー部に還収されて吸熱するようにする一つ以上の還収管を含む還収部と、前記ヒートポンプに連結される流入管、下部及び側部にそれぞれ開口部が形成され、前記流入管に側部が連結される供給連結管、上部に一つの開口部が形成され、下部に一つ以上の開口部が形成され、前記供給連結管の下部に上部が連結される合流管、及び前記地熱孔の内部に埋設され、上端が前記合流管の下部に連結され、下端が前記還収ヘッダー部に連結され、前記還収ヘッダー部に還収された熱流体が前記合流管、供給連結管及び流入管を通して前記ヒートポンプに供給されて吸熱するようにする一つ以上の供給管を含む供給部とを含み、前記還収ヘッダー部は、前記還収管及び供給管が互いに連通して機能の境界をなすことを特徴とする。

【0011】

前記還収連結管及び供給連結管の上部にそれぞれ形成された開口部を有し、前記還収連結管及び供給連結管の上部にそれぞれ設けられる点検部と、前記地熱孔の上部を密閉して異物の流入を防止するカバーとをさらに含むことを特徴とする。

【0012】

前記還収連結管の側部が前記流入管に連結され、前記供給連結管の側部が前記流出管に連結され、前記還収管と前記供給管とは互いに機能が取り替えられて運用されることを特徴とする。
前記還収ヘッダー部は上部ヘッダー及び下部ヘッダーからなり、前記上部ヘッダーと下部ヘッダーとは突き合わせ方式で熱融着することを特徴とする。
前記還収ヘッダー部は内側上部に複数のソケット部を備えることを特徴とする。
前記ソケット部には熱線が内蔵され、前記還収管及び供給管は前記ソケット部にそれぞれ挿入されて前記ソケット部に熱融着することを特徴とする。

【0013】

前記ソケット部には熱線が内蔵された支持保護リングが挿入されて固定され、前記還収管及び供給管は前記支持保護リングにそれぞれ挿入され、前記支持保護リングに熱融着することを特徴とする。

【0014】

前記還収管及び供給管は、下端の外皮面が溶融した後、前記還収ヘッダー部の上部から上側に突設される複数の熱融着ソケットにそれぞれ熱融着することを特徴とする。
前記還収ヘッダー部の熱融着ソケットの外周面には、前記熱融着ソケットの変形を防止する支持リングが嵌合されることを特徴とする。
前記還収管は第１還収管及び第２還収管からなり、前記供給管は第１供給管及び第２供給管からなることを特徴とする。

【0015】

前記還収管は、前記第１還収管及び第２還収管の下端に連結される合流管と、前記合流管の下端に連結され、下端が前記還収ヘッダー部に連結される第３還収管とをさらに含み、前記供給管は、前記第１供給管及び第２供給管の下端に連結される分岐管と、前記分岐管の下端に連結され、下端が前記還収ヘッダー部に連結される第３供給管とをさらに含むことを特徴とする。
前記第１及び第２還収管と第１及び第２供給管とは外径及び内径が同じに構成されることを特徴とする。

【0016】

前記第１還収管は前記第２還収管より外径及び内径が大きく構成され、前記第１供給管は前記第２供給管より外径及び内径が大きく構成され、前記第１還収管と前記第１供給管とは外径及び内径が同じに構成され、前記第２還収管と前記第２供給管とは外径及び内径が同じに構成されることを特徴とする。
前記還収ヘッダー部の下部に設けられて前記還収ヘッダー部の浮上を防止する荷重付加重りをさらに含むことを特徴とする。

【0017】

前記還収管及び供給管側に配置されて前記還収管と供給管とを互いに離隔させ、内部に金属材を備える荷重バーと、前記荷重バーを前記還収管及び供給管に固定させる固定部とをさらに含むことを特徴とする。
前記荷重バーの外面には、前記荷重バーを前記還収管及び供給管に付着させる接着バンドが設けられることを特徴とする。
前記供給部及び還収部には前記熱流体が流れる方向を示す標識が形成されていることを特徴とする。
水槽に連結され、注入水管を通して前記地熱孔内に水を供給する注入ポンプをさらに含むことを特徴とする。

【0018】

前記地熱孔の内部に挿入され、上部がセメント注入ポンプに連結され、前記地熱孔の内部下側にセメントを含むグラウト材を供給するセメントトレミー管と、前記地熱孔の内部に挿入され、上部がベントナイト注入ポンプに連結され、前記地熱孔の内部上側にベントナイトを含むグラウト材を供給するベントナイトトレミー管とをさらに含み、前記セメントを含むグラウト材は防水剤を含むことで、前記還収ヘッダー部から熱流体が漏出するとき、前記漏出した熱流体が前記還収管及び供給管の外部に流出することを防止することを特徴とする。

【0019】

多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの設置方法であって、地盤を垂直に掘削して地熱孔を形成する第１段階と、前記地盤に二つ以上の還収管投入部及び一つ以上の供給管投入部を配置する第２段階と、前記還収管投入部から供給される還収管及び前記供給管投入部から供給される供給管の下端に前記還収ヘッダー部を結合する第３段階と、前記還収管及び供給管に前記固定部を介して荷重バーを固定し、前記地熱孔の内部に前記還収管投入部から前記還収管を投入し、前記供給管投入部から前記供給管を投入することで、還収ヘッダー部を前記地熱孔の下部に位置させ、前記セメントトレミー管及び／またはベントナイトトレミー管を前記地熱孔の内部に設置する第４段階と、前記還収管及び供給管の上端にバルブを取り付け、前記還収管及び供給管の狭窄を防止するように、前記バルブを通して前記還収管及び供給管の内部に清水を充填する第５段階と、セメントを含むグラウト材を前記セメントトレミー管を通して前記地熱孔の内部下側に供給し、ベントナイトを含むグラウト材を前記ベントナイトトレミー管を通して前記地熱孔の内部上側に供給する第６段階と、前記還収管及び供給管の上端に取り付けられたバルブを除去し、前記還収管の上端に前記分配管を連結し、前記分配管に前記還収連結管を連結し、前記還収連結管に前記流出管を連結し、前記供給管の上端に前記合流管を連結し、前記合流管に前記供給連結管を連結し、前記供給連結管に前記流入管を連結し、前記流出管及び流入管を前記ヒートポンプに連結する第７段階とを含むことを特徴とする。
前記第７段階は、前記還収連結管及び供給連結管の上部にそれぞれ点検部を設けることを特徴とする。
前記第３段階は、前記還収ヘッダー部の下部に前記還収ヘッダー部の浮上を防止する荷重付加重りを設けることを特徴とする。

【0020】

前記セメントトレミー管は前記ベントナイトトレミー管と同様に構成され、前記第６段階は、前記セメントを含むグラウト材を前記セメントトレミー管を通して前記地熱孔の内部下側に供給し、前記ベントナイトを含むグラウト材を前記セメントトレミー管を通して前記地熱孔の内部上側に供給することを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば次のような効果がある。

【0022】

まず、従来の単一の供給管及び単一の還収管からなる地中熱交換器に比べて、供給管及び還収管の個数が増えて熱交換面積が増加するので、地中熱交換器の熱交換効率が向上することができる。

【0023】

言い換えれば、従来と同じ掘削深さに設置された地中熱交換器と比較して、単位メートル当たり大きな地中熱交換量の確保によって所要容量当たり地熱孔掘削数量を減縮することができ、よって施設敷地の縮小効果はもちろんのこと、地熱孔掘削コスト及び地中熱交換器設置コストを節減することができて経済的な施工が可能である。

【0024】

そして、還収ヘッダー部の下部に荷重付加重りを設けることで、還収ヘッダー部と還収ヘッダー部に連結された還収管及び供給管の浮上を防止することができ、さらに還収管及び供給管側に荷重バーが配置され、荷重バーは固定部を介して還収管及び供給管に固定されるので、荷重バー及び固定部によっても還収管及び供給管の浮上を防止することができる。

【0025】

よって、３００ｍ以上の高深度に地中熱交換器を設置することができ、限定された面積に大規模に施設されるスマートファーム温室や都心のように建築敷地が狭い場合、小さい地熱孔数で大きな熱容量を確保することができるので、園芸施設及び建築敷地の空間活用性を大きく高める効果がある。

【0026】

また、還収連結管及び供給連結管の上部にそれぞれ点検部が設けられることで、多管式垂直密閉型地中熱交換器が地熱孔に設置された後、点検が可能であり、漏出事故を地熱孔別に区分して調査して措置することができるので、漏出事故による全体施設の閉鎖を事前に防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムを示す図である。

【図2】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの還収ヘッダー部を示す図である。

【図3】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの還収ヘッダー部を示す図である。

【図4】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの還収管及び供給管を示す図である。

【図5】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの還収管及び供給管を示す図である。

【図6】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの還収部を示す図である。

【図7】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの荷重バーを示す図である。

【図8】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの荷重バーを示す図である。

【図9】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの還収管、供給管、荷重バー及びタイバンドを示す図である。

【図10】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの還収管、供給管、荷重バー及びタイバンドを示す図である。

【図11】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの還収管、供給管及び還収ヘッダー部を示す図である。

【図12】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの還収管及び供給管の平面図を示す図である。

【図13】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの還収管、供給管、荷重バー及び固定部を示す図である。

【図14】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの還収管及び供給管を地熱孔の内部に挿入して設置することを示す図である。

【図15】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムを示す図である。

【図16】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムのグラウティング作業中、還収管及び供給管の狭窄を防止するようにバルブを通して還収管及び供給管の内部に清水を充填することを示す図である。

【図17】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの還収部及び供給部を示す図である。

【図18】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの還収ヘッダーが第１Ｕ形バンド及び第２Ｕ形バンドから構成されることを示す図である。

【図19】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの還収ヘッダー部を示す図である。

【図20】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの還収ヘッダー部を示す図である。

【図21】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの還収管及び供給管を示す図である。

【図22】本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムのブラケット部を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

本発明の好適な実施例について添付図面を参照してより具体的に説明するが、既に周知になった技術的部分については説明の簡潔のために省略するか簡単に説明する。

【0029】

本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器１０を構成する地熱システム１は、地盤２０に垂直に形成される地熱孔２１と、地盤２０に配置され、循環ポンプＣＰを含むヒートポンプＨＰと、地熱孔２１に埋設され、ヒートポンプＨＰに連結され、地熱孔２１内で吸熱した熱流体をヒートポンプＨＰに供給し、ヒートポンプＨＰで熱交換した熱流体を再び地熱孔２１に回収して吸熱するようにする、連結配管（図示せず）及び部属設備（図示せず）を含む多管式垂直密閉型地中熱交換器１０とを含む。

【0030】

ここで、循環ポンプＣＰはヒートポンプＨＰの内部に設けられるかまたはヒートポンプＨＰの外部に、ヒートポンプＨＰで熱交換した熱流体を循環させるために設けられる。

【0031】

図１～図１３、図１５及び図１７を参照して説明すると、多管式垂直密閉型地中熱交換器１０は、還収ヘッダー部１００、還収部２００、供給部３００、点検部４００、セメントトレミー管５００、ベントナイトトレミー管 ６００、荷重付加重り７００、及びカバー８００を含む。
図１及び図２を参照して説明すると、還収ヘッダー部１００は地熱孔２１の下側に配置される。
そして、還収ヘッダー部１００は、供給部３００の供給管３４０と還収部２００の還収管２４０とが互いに連結されて機能の境界をなすように構成される。
また、還収ヘッダー部１００は内部に形成された内部空間１００ｓを有することができる。

【0032】

図３を参照して説明すると、還収ヘッダー部１００の内部空間１００ｓは、還収部２００から還収された熱流体が方向転換によって供給部３００に円滑に移送されるように、下部が曲面に形成されることができる。

【0033】

そして、還収ヘッダー部１００の内部空間１００ｓには、還収ヘッダー部１００の上部に連結された還収管２４０から還収される熱流体が満たされ、内部空間１００ｓに満たされた熱流体は還収ヘッダー部１００の上部に連結された供給管３４０に供給される。

【0034】

図１９を参照して説明すると、還収ヘッダー部１００は上部ヘッダー１０１及び下部ヘッダー１０２からなり、上部ヘッダー１０１と下部ヘッダー１０２とは突き合わせ方式で熱融着することができる。

【0035】

さらに、図１８に示すように、還収管２４０は第１還収管２４０ａ及び第２還収管２４０ｂからなり、供給管３４０は第１供給管３４０ａ及び第２供給管３４０ｂからなることができる。

【0036】

さらに、図２１を参照して説明すると、還収管２４０は第１還収管２４０ａ及び第２還収管２４０ｂの下端に連結される合流管２４０ｄと、合流管２４０ｄの下端に連結され、下端が還収ヘッダー部１００に連結される第３還収管２４０ｃとをさらに含み、供給管３４０は、第１供給管３４０ａ及び第２供給管３４０ｂの下端に連結される分岐管３４０ｄと、分岐管３４０ｄの下端に連結され、下端が還収ヘッダー部１００に連結される第３供給管３４０ｃとをさらに含む。

【0037】

ここで、合流管２４０ｄは「Ｙ」字形管から構成され、第１還収管２４０ａ及び第２還収管２４０ｂの下端に上端が連結され、第３還収管２４０ｃの上端に下端が連結され、第３還収管２４０ｃは還収ヘッダー部１００に連結されるので、還収ヘッダー部１００に第１還収管２４０ａ及び第２還収管２４０ｂが連結されるときに比べて、連結される管の個数が減少して連結作業が容易になることができる。

【0038】

ここで、分岐管３４０ｄは「Ｙ」字形管にから構成され、第１供給管３４０ａ及び第２供給管３４０ｂの下端に上端が連結され、第３供給管３４０ｃの上端に下端が連結され、第３供給管３４０ｃは還収ヘッダー部１００に連結されるので、還収ヘッダー部１００に第１供給管３４０ａ及び第２供給管３４０ｂが連結される場合に比べて、連結される管の個数が減少して連結作業が容易になることができる。

【0039】

さらに、合流管２４０ｄと分岐管３４０ｄとを互いにずれて配置することで、地熱孔２１の直径が小さくても地熱孔２１内への挿入作業を容易に施行することができる。

【0040】

また、合流管２４０ｄ及び分岐管３４０ｄは、一端はエルボー管部品を使用し、他端はティー（Ｔ）管部品を使用して連結することで、同じ効果を具現することもできる。

【0041】

図１８を参照して説明すると、第１還収管２４０ａは第２還収管２４０ｂより外径及び内径が大きく形成され、第１供給管３４０ａは第２供給管３４０ｂより外径及び内径が大きく形成され、第１還収管２４０ａと第１供給管３４０ａとは外径及び内径が同じに形成され、第２還収管２４０ｂと第２供給管３４０ｂとは外径及び内径が同じに形成される場合、第２Ｕ形バンドＵ２は第１Ｕ形バンドＵ１より口径が大きく形成され、還収ヘッダー部１００は、第１還収管２４０ａ及び第１供給管３４０ａの下部に第１Ｕ形バンドＵ１が堅固に結合され、第２還収管２４０ｂ及び第２供給管３４０ｂの下部に第２Ｕ形バンドＵ２を堅固に結合され、好ましくはエポキシ、ウレタン、またはセメントを用いて外部が一体に構成される。

【0042】

もちろん、第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂと第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂとが同じ口径を有するように構成し、第１Ｕ形バンドＵ１と第２Ｕ形バンドＵ２とが同じ口径を有するように構成することもできるというのは言うまでもなく、還収ヘッダー部１００を構成する管体の内部に挿入して固定することで、構造を単純化して還収ヘッダー部１００を構成することもできる。

【0043】

図５を参照して説明すると、還収管２４０は第１還収管２４０ａ及び第２還収管２４０ｂからなり、供給管３４０は第１供給管３４０ａ及び第２供給管３４０ｂからなり、第１還収管２４０ａは第２還収管２４０ｂより外径及び内径が大きく形成され、第１供給管３４０ａは第２供給管３４０ｂより外径及び内径が大きく形成され、第１還収管２４０ａと第１供給管３４０ａとは外径及び内径が同じに形成され、第２還収管２４０ｂと第２供給管３４０ｂとは外径及び内径が同じに形成され、第１還収管２４０ａが右側前方、第２還収管２４０ｂが右側後方、第１供給管３４０ａが左側後方、第２供給管３４０ｂが左側前方に配置されることで、地熱孔２１の中心を基準に互いに対称状に配置され、第２還収管２４０ｂ及び第２供給管３４０ｂ側に余裕空間が形成されるので、地熱孔２１の一側部が狭く形成された場合にも多管式垂直密閉型地中熱交換器１０を設置することができる。

【0044】

図１及び図６を参照して説明すると、還収部２００は、ヒートポンプＨＰに連結され、ヒートポンプＨＰで熱交換した熱流体が流出する流出管２１０と、下部と側部とにそれぞれ開口部が形成され、流出管２１０に側部が連結される還収連結管２２０と、上部に一つの開口部が形成され、下部に二つ以上の開口部が形成され、還収連結管２２０の下部に上部が連結される分配管２３０と、地熱孔２１の内部に埋設され、上端が分配管２３０の下部に連結され、下端が還収ヘッダー部１００に連結されることで、流出管２１０に流出した熱流体が還収ヘッダー部１００に還収されて吸熱するようにする還収管２４０とから構成される。
ここで、還収連結管２２０の上部には開口部が形成され、上部に点検部４００が設けられることができる。

【0045】

そして、分配管２３０の上部に位置する開口部に流入する流量が下部に位置する二つの開口部から流出する流量に対応するように、分配管２３０の上部に位置する開口部は下部に位置する二つの開口部より大きく構成される。

【0046】

まとめると、還収部２００はヒートポンプＨＰ及び還収ヘッダー部１００に連結され、ヒートポンプＨＰで熱交換した熱流体を還収ヘッダー部１００に還収し、熱流体はヒートポンプＨＰから還収ヘッダー部１００に移送されるうちに地熱孔２１内で吸熱する。

【0047】

図１を参照して説明すると、供給部３００は、ヒートポンプＨＰに連結される流入管３１０と、下部及び側部にそれぞれ開口部が形成され、流入管３１０に側部が連結される供給連結管３２０と、上部に一つの開口部が形成され、下部に一つ以上の開口部が形成され、供給連結管３２０の下部に上部が連結される合流管３３０と、地熱孔２１の内部に埋設され、上端が合流管３３０の下部に連結され、下端が還収ヘッダー部１００に連結されることで、還収ヘッダー部１００に還収された熱流体が合流管３３０、供給連結管３２０及び流入管３１０を通してヒートポンプＨＰに供給されながら吸熱するようにする供給管３４０とから構成される。
ここで、供給連結管３２０の上部には開口部が形成され、上部に点検部４００が設けられることができる。

【0048】

そして、合流管３３０の上部に位置する開口部に流入する流量が下部に位置する二つの開口部から流出する流量に対応するように、合流管３３０の上部に位置する開口部は下部に位置する二つの開口部より大きく構成される。

【0049】

まとめると、供給部３００は還収ヘッダー部１００及びヒートポンプＨＰに連結され、還収ヘッダー部１００からヒートポンプＨＰに熱流体を供給し、熱流体は還収ヘッダー部１００からヒートポンプＨＰに移送されるうちに地熱孔２１内で吸熱する。

【0050】

そして、供給部３００の流入管３１０、供給連結管３２０、合流管３３０、及び供給管３４０は還収部２００の流出管２１０、還収連結管２２０、分配管２３０、及び還収管２４０と同様に構成されることができる。

【0051】

図２を参照して説明すると、還収管２４０及び供給管３４０は下端の外皮面が溶融し、還収ヘッダー部１００の上部から上側に突設される熱融着ソケット１１０の内皮面が溶融した後、熱融着ソケット１１０に押し込まれて熱融着し、還収ヘッダー部１００の熱融着ソケット１１０の外周面には熱融着ソケット１１０の変形を防止する支持リング１２０が嵌合される。

【0052】

もちろん、還収管２４０及び供給管３４０の下端の外皮面のうち下部切断面を還収ヘッダー部１００の上部に設けられた熱融着ソケット１１０に突き合わせ熱融着で結合することもでき、第１及び第２Ｕ形バンドＵ１、Ｕ２を用いて熱融着して構成することもできる。

【0053】

ここで、熱融着ソケット１１０は還収ヘッダー部１００に形成され、還収管２４０及び供給管３４０と結合される第１及び第２Ｕ形バンドＵ１、Ｕ２を含むものと見なさなければならないであろう。

【0054】

また、図１１のように、供給部３００の供給管３４０を単一の供給管３４０で構成し、還収部２００の還収管２４０を第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂで構成することもできる。
もちろん、供給管３４０を二つ以上に形成して還収ヘッダー部１００に結合することで構成することもできる。

【0055】

このような構成は、供給管３４０及び第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂの機能を逆に連結して供給部３００と還収部２００との役割を取り替えて運用することもできるというのは言うまでもない。

【0056】

すなわち、還収連結管２２０の側部が流入管３１０に連結され、供給連結管３２０の側部が流出管２１０に連結されることで、還収管２４０と供給管３４０とは互いに機能を取り替えて運用することができる。
結果的に、還収ヘッダー部１００は供給管３４０と還収管２４０とが互いに連通して機能の境界をなすように構成されたものと言える。
図１９及び図２０を参照して説明すると、還収ヘッダー部１００の内側上部には複数のソケット部１１０’が設けられる。

【0057】

ここで、還収ヘッダー部１００の内側上部にソケット部１１０’が設けられることは、小径の地熱孔２１内に還収ヘッダー部１００を挿入するとき、ソケット部１１０’が内側に設けられることが外部に突出することより空間が少なくかかるので、地熱孔２１内への挿入作業を容易に遂行することができるからである。

【0058】

そして、ソケット部１１０’には熱線Ｔが内蔵され、還収管２４０及び供給管３４０はソケット部１１０’にそれぞれ挿入され、ソケット部１１０’に熱融着することができる。

【0059】

もしくは、ソケット部１１０’には熱線Ｔが内蔵された支持保護リング１２０’が挿入されて固定され、還収管２４０及び供給管３４０は支持保護リング１２０’にそれぞれ挿入され、支持保護リング１２０’に熱融着することができる。
一方、点検部４００は還収連結管２２０及び供給連結管３２０の上部にそれぞれ設けられる。

【0060】

図６を参照して説明すると、点検部４００は、還収連結管２２０または供給連結管３２０の上部に形成された開口部に設けられ、内側にネジ部形成された点検ソケット４１０と、点検ソケット４１０と螺合して点検ソケット４１０を密閉する点検プラグ４２０とから構成され、作業者の点検の際、点検プラグ４２０を解体して多管式垂直密閉型地中熱交換器１０を点検することができる。

【0061】

したがって、多管式垂直密閉型地中熱交換器１０が地熱孔２１に設置された後、点検が可能であり、循環される熱流体の漏出事故を地熱孔２１別に区分して調査して措置することができるので、漏出事故による全体施設の閉鎖を事前に防止することができる。

【0062】

図１７を参照して説明すると、供給部３００及び還収部２００には熱流体が流れる方向を示す上、下、左、右の矢印などの標識Ｘが形成されることができ、供給、還収または相異なる色相など、供給及び還収の機能を区分することができる標識Ｘが形成されることで、供給部３００または還収部２００の連結過程で互いに取り替えられて連結されることを防止することができる。

【0063】

セメントトレミー管５００は地熱孔２１の内部に挿入され、上部がセメント注入ポンプＣＰに連結され、地熱孔２１の内部にセメントを含むグラウト材Ｃが供給され、地熱孔２１の下部はセメントを含むグラウト材Ｃで満たされる。

【0064】

ここで、セメントを含むグラウト材Ｃは特に防水剤を混合することで、地熱孔２１の内部で養生する場合、連結結合部分が多い還収ヘッダー部１００の上部熱融着ソケット１１０で漏出が発生すると言っても、養生したセメントによって、地熱孔２１の内部から漏出する熱流体が還収管２４０や供給管３４０の外部に漏出しないようにする。

【0065】

ベントナイトトレミー管 ６００は地熱孔２１の内部に挿入され、上部がベントナイト注入ポンプＢＰに連結され、地熱孔２１の内部にベントナイトを含むグラウト材Ｂが供給され、地熱孔２１の上部はベントナイトを含むグラウト材Ｂで満たされる。

【0066】

もちろん、施工過程でセメントトレミー管５００とベントナイトトレミー管 ６００とは単一管で構成して運用することができ、ベントナイトを含むグラウト材Ｂまたはセメントを含むグラウト材Ｃのうち一つのグラウト材を適用して施工することもできるというのは言うまでもない。

【0067】

一方、グラウト材Ｂ、Ｃを地熱孔２１の内部に注入するとき、特にセメント材、または熱伝導率を高めるためにベントナイトに過量のサンドを混合した、いわゆる高効率ベントナイト材の場合には、高比重によって高深度の区間で還収管２４０及び供給管３４０が内側に変形される狭窄事故が発生する可能性が高くなる。

【0068】

これを防止するために、グラウト材Ｂ、Ｃを地熱孔２１の内部に注入するに先立ち、還収管２４０及び供給管３４０側に設けられたバルブＶａの一側を通して注入された注入水の圧力を圧力計ＰＧでチェックしながら７～１０ｋｇ／ｃｍ^２前後に水圧を高め、セメントの養生またはベントナイトのゲル化が完成するうちに維持することで、還収管２４０及び供給管３４０の狭窄事故を防止する。

【0069】

また、地熱孔２１の内部に満たされるグラウト材であるセメントまたはベントナイトの含水率が高いほど熱伝導率が向上する特性があるにもかかわらず、特に冷房運転によって地熱孔２１の内部温度が上昇する場合、地中熱交換器１０の内部が乾燥した状態になって熱伝導率が低くなる。

【0070】

これを解決するために、注入ポンプＷＰに連結される注入水管ｗｐｔを、セメントトレミー管５００及びベントナイトトレミー管 ６００を挿入して設置するとき、一緒に地熱孔２１の内部に挿入して設置する。
注入水管ｗｐｔを挿入して設置するとき、泥または水溶性グリースなどでホールｗｐｔｓを遮蔽した後、挿入して設置する。

【0071】

そして、注入水を供給するための注入ポンプＷＰを水槽（図示せず）と連結して構成し、注入ポンプＷＰが水槽（図示せず）の水を注入水管ｗｐｔを通して強制的に地熱孔２１の内部に持続的に注入することで、泥または水溶性グリースなどで遮蔽されたホールｗｐｔｓが徐々に開放して注入水が地熱孔２１の内部に流入するようにすることにより、地熱孔２１の内部が高含水率を持続的に維持して地中熱交換器１０の熱伝導率が高くなるようにする。

【0072】

もちろん、注入水管ｗｐｔにホールｗｐｔｓを形成せず、外周面を微細に切開するかまたは重なったロール状の管を適用することで、地熱孔２１の内部にグラウティングを施行するとき、グラウティング材Ｂ、Ｃが注入水管ｗｐｔの内部に流入しないようにするとともに地熱孔２１の内部に注入水が供給されるようにする同一機能を具現することもできる。

【0073】

荷重付加重り７００はケースの内部に金属材またはセメントコンクリートなどのように水より比重が高い物質が満たされた形態として設けられ、還収ヘッダー部１００の下部に設けられて還収ヘッダー部１００の浮上を防止する。
したがって、荷重付加重り７００は還収ヘッダー部１００に連結された還収管２４０及び供給管３４０の浮上を防止することができる。
図２を参照して説明すると、荷重付加重り７００は還収ヘッダー部１００の下部に固定ボルトＥを介して固定されることができる。
図３を参照して説明すると、荷重付加重り７００は還収ヘッダー部１００の下部に連結部Ｆを介して固定されることができる。
さらに、荷重付加重り７００は還収ヘッダー部１００の下部に一体に形成されることができる。

【0074】

追加的に、図１８及び図２２を参照して説明すると、本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器１０は、第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂと第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂとの間に配置されて第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂと第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂとを互いに離隔させるブラケット部１１００と、第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂと第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂとをそれぞれブラケット部１１００に固定させるＵ形ボルト１１１０とをさらに含むことができる。

【0075】

より詳細に説明すると、還収ヘッダー部１００の上部に別途のブラケット部１１００を構成し、Ｕ形ボルト１１１０及びナットを用いて第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂ及び第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂの外径部を締め付けてブラケット部１１００に結合させることもできる。

【0076】

カバー８００は地熱孔２１の上部を密閉して異物の流入を防止し、側部に点検窓８１０が設けられているので、作業者は点検窓８１０を開けた後、点検部４００を通して多管式垂直密閉型地中熱交換器１０を点検することができる。

【0077】

図４を参照して説明すると、還収管２４０は第１還収管２４０ａ及び第２還収管２４０ｂからなり、供給管３４０は第１供給管３４０ａ及び第２供給管３４０ｂからなり、第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂと第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂは外径及び内径が同じに構成され、地熱孔２１の内部に互いに一定の間隔で離隔して配置されることができる。

【0078】

図５を参照して説明すると、還収管２４０は第１還収管２４０ａ及び第２還収管２４０ｂからなり、供給管３４０は第１供給管３４０ａ及び第２供給管３４０ｂからなり、第１還収管２４０ａは第２還収管２４０ｂより外径及び内径が大きく構成され、第１供給管３４０ａは第２供給管３４０ｂより外径及び内径が大きく構成され、第１還収管２４０ａと第１供給管３４０ａとは外径及び内径が同じに構成され、第２還収管２４０ｂと第２供給管３４０ｂとは外径及び内径が同じに構成され、第１還収管２４０ａが右側前方に、第２還収管２４０ｂが右側後方に、第１供給管３４０ａが左側後方に、第２供給管３４０ｂが左側前方に配置されることで、地熱孔２１の中心を基準に互いに対称状に配置され、第２還収管２４０ｂ及び第２供給管３４０ｂ側に余裕空間が形成されるので、地熱孔２１の一側部が狭く形成された場合にも、多管式垂直密閉型地中熱交換器１０を設置することができる。

【0079】

したがって、従来の単一の供給管及び単一の還収管からなった地中熱交換器に比べて、供給管３４０及び還収管２４０の個数が増えて熱交換面積が広くなるので、地中熱交換器１０の熱交換効率が向上することができる。
図７～図１０を参照して説明すると、本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器１０は、荷重バー９００及び固定部１０００をさらに含む。

【0080】

図７及び図８を参照して説明すると、荷重バー９００は、十字形断面を有する金属材９１０と、金属材９１０を包み、ＰＥ素材、ＰＶＣ、ゴム、ウレタンなどからなる外皮９２０とからなることで、金属材９１０の外表面との摩擦による第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂ及び第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂの損傷を防止し、第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂ及び第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂの間に配置されて第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂと第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂとを互いに離隔させる。

【0081】

追加的に、荷重バー９００の外面には、荷重バー９００を還収管２４０及び供給管３４０に付着させる接着バンド９３０が設けられ、接着バンド９３０は、荷重バー９００を還収管２４０及び供給管３４０に固定部１０００を介して固定させるとき、相互間の接着作用によって離脱することを防止することができる。
また、別途の固定バンド（図示せず）を用いて荷重バー９００を還収管２４０及び供給管３４０にボルト固定することができるように構成することもできる。

【0082】

図９及び図１０を参照して説明すると、固定部１０００は第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂ及び第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂに接触し、荷重バー９００の側部に形成された溝９００ｈに結合されることで、荷重バー９００を第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂ及び第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂに固定させる。
そして、固定部１０００は、ゴム、ウレタンなどからなるバンドとして構成されることができる。

【0083】

図９を参照して説明すると、第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂと第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂの外径及び内径が同じに構成される場合、荷重バー９００は十字形の断面を有し、第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂ及び第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂの間に配置されて第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂ及び第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂを互いに離隔させ、固定部１０００は荷重バー９００を第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂ及び第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂに固定させる。

【0084】

図１０を参照して説明すると、第１還収管２４０は第２還収管２５０より外径及び内径が大きく構成され、第１供給管３４０は第２供給管３５０より外径及び内径が大きく構成され、第１還収管２４０は第１供給管３４０と外径及び内径が同じに構成され、第２還収管２５０は第２供給管３５０と外径及び内径が同じに構成される場合、荷重バー９００は十字形断面の一側部が上側に他側部が下側に移動した形状に形成され、第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂ及び第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂの間に配置されて第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂと第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂとを互いに離隔させ、固定部１０００は荷重バー９００を第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂ及び第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂに固定させる。

【0085】

したがって、荷重バー９００は固定部１０００を介して第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂ及び第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂに固定されるので、荷重付加重り７００だけでなく、荷重バー９００によっても第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂ及び第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂの浮上を防止することができる。

【0086】

さらに、図１１～図１３のように、供給部３００の供給管３４０を単一の供給管３４０で構成し、還収部２００の還収管２４０を第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂで構成する場合、荷重バー９００は供給管３４０及び第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂを覆う形態を有する一対の板から構成されることができ、固定部１０００はボルトで構成され、荷重バー９００に締結されることで、荷重バー９００を供給管３４０及び第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂに固定させることができる。
図１、図２、図６、図１４及び図１６を参照して、本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システムの設置方法を説明する。
まず、図１を参照して説明すると、地盤２０を垂直に掘削して地熱孔２１を形成する第１段階（Ｓ１００）を実施する。
そして、図１４のように、地盤２０に二つ以上の還収管投入部２０００及び一つ以上の供給管投入部３０００を配置する第２段階（Ｓ２００）を実施する。

【0087】

ここで、還収管投入部２０００は、還収管２４０が巻かれている還収ローラー２１００と、還収ローラー２１００を回転させて還収管２４０を供給する還収ローラー用モーター２２００とから構成され、供給管投入部３０００は、供給管３４０が巻かれている供給ローラー３１００と、供給ローラー３１００を回転させて供給管３４０を供給する供給ローラー用モーター３２００とから構成される。

【0088】

もちろん、還収ローラー用モーター２２００及び供給ローラー用モーター３２００は、別途の油圧押込装置（図示せず）を備える場合には省略することもできる。

【0089】

ついで、図２のように、還収管投入部２０００から供給される還収管２４０及び供給管投入部３０００から供給される供給管３４０の下端に還収ヘッダー部１００を結合する第３段階（Ｓ３００）を実施する。

【0090】

そして、還収管２４０及び供給管３４０に固定部１０００を介して荷重バー９００を固定し、地熱孔２１の内部に還収管投入部２０００から還収管２４０を投入し、供給管投入部３０００から供給管３４０を投入することで、還収ヘッダー部１００を地熱孔２１の下部に位置させ、セメントトレミー管５００及び／またはベントナイトトレミー管 ６００を地熱孔２１の内部に設置する第４段階（Ｓ４００）を実施する。
ここで、セメントトレミー管５００は省略することもできる。

【0091】

ついで、図１６のように、還収管２４０及び供給管３４０の上端にバルブＶａを取り付け、還収管２４０及び供給管３４０の狭窄を防止するように、バルブＶａを通して還収管２４０及び供給管３４０の内部に清水を充填する第５段階（Ｓ５００）を実施する。

【0092】

そして、セメントトレミー管５００を通して、地熱孔２１の内部下側にセメントを含むグラウト材Ｃを供給し、ベントナイトトレミー管 ６００を通して、地熱孔２１の内部上側にベントナイトを含むグラウト材Ｂを供給する第６段階（Ｓ６００）を実施する。

【0093】

ここで、セメントを含むグラウト材Ｃをセメントトレミー管５００を通して地熱孔２１の内部下側に供給することを省略し、ベントナイトを含むグラウト材Ｂをベントナイトトレミー管 ６００を通して地熱孔２１の内部上側に供給することで６段階を実施することもできる。

【0094】

最後に、セメントを含むグラウト材Ｃまたはベントナイトを含むグラウト材Ｂが養生した後、還収管２４０及び供給管３４０の上端に取り付けられたバルブＶａを除去し、図６のように、還収管２４０の上端に分配管２３０を連結し、分配管２３０に還収連結管２２０を連結し、還収連結管２２０に流出管２１０を連結し、供給管３４０の上端に合流管３３０を連結し、合流管３３０に供給連結管３２０を連結し、供給連結管３２０に流入管３１０を連結し、流出管２１０及び流入管３１０をヒートポンプＨＰに連結する第７段階（Ｓ７００）を実施することで、多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム１の設置を終了する。
そして、第７段階（Ｓ７００）で、還収連結管２２０及び供給連結管３２０の上部にそれぞれ点検部４００を設けることができる。
また、第３段階（Ｓ３００）で、還収ヘッダー部１００の下部に還収ヘッダー部１００の浮上を防止する荷重付加重り７００を取り付けることができる。
さらに、セメントトレミー管５００はベントナイトトレミー管 ６００と同様に構成されることができる。

【0095】

より詳細に説明すると、第４段階（Ｓ４００）で地熱孔２１の内部にセメントトレミー管５００及びベントナイトトレミー管 ６００の両者を設置せず、セメントトレミー管５００のみを設置し、セメントトレミー管５００を通して地熱孔２１の内部下側にセメントを含むグラウト材Ｃを供給し、セメントトレミー管５００を通して地熱孔２１の内部上側にベントナイトを含むグラウト材Ｂを供給することができる。

【0096】

結果的に、本発明による多管式垂直密閉型地中熱交換器を構成する地熱システム１は、従来の単一の供給管及び単一の還収管からなる地中熱交換器に比べて、供給管３４０及び還収管２４０の個数が増えて熱交換面積が増加するので、地中熱交換器の熱交換効率が向上することができる。

【0097】

そして、還収ヘッダー部１００の下部に荷重付加重り７００が設けられることで、還収ヘッダー部１００と還収ヘッダー部１００に連結された第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂ及び第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂの浮上を防止することができ、さらに第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂと第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂの間に荷重バー９００が配置され、荷重バー９００はタイバンド１０００を介して第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂ及び第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂに固定されるので、荷重バー９００及びタイバンド１０００によっても第１及び第２還収管２４０ａ、２４０ｂ及び第１及び第２供給管３４０ａ、３４０ｂの浮上を防止することができる。

【0098】

そして、還収連結管２２０及び供給連結管３２０の上部にそれぞれ点検部４００が設けられることで、多管式垂直密閉型地中熱交換器１０が地熱孔２１に設置された後、点検が可能であり、漏出事故を地熱孔２１別に区分して調査して措置することができるので、漏出事故による全体施設の閉鎖を事前に防止することができる。

【0099】

上述したように、本発明についての具体的な説明は実施例に基づいて記述したが、上述した実施例は本発明の好ましい例を挙げて説明しただけであるので、本発明が前記の実施例にのみ限られるものと理解されてはいけなく、本発明の権利範囲は後述する特許請求の範囲及びその均等な範囲によって理解されなければならないであろう。

【符号の説明】

【0100】

１０ 多管式垂直密閉型地中熱交換器
１００ 還収ヘッダー部
２００ 還収部
２１０ 流出管
２２０ 還収連結管
２３０ 分配管
２４０ 還収管
２４０ａ 第１還収管
２４０ｂ 第２還収管
３００ 供給部
３１０ 流入管
３２０ 供給連結管
３３０ 合流管
３４０ 供給管
３４０ａ 第１供給管
３４０ｂ 第２供給管
４００ 点検部
５００ セメントトレミー管
６００ ベントナイトトレミー管
７００ 荷重付加重り
８００ カバー
９００ 荷重バー
１０００ 固定部
２０ 地盤
２１ 地熱孔
ＨＰ ヒートポンプ
ＣＰ 循環ポンプ
ＷＰ 注入ポンプ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】