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지앤지테크, ‘4관식 고심도 지중열교환’ 특허등록

설치심도 350m 시 최대 7RT 열교환용량 구현
대한민국 기업대상서 5년 연속 기술혁신상 쾌거

지열에너지 벤처기업인 (주)지앤지테크놀러지(대표 조희남)는 ‘4관식 고심도 수직밀폐형 지열 지중열교환기시스템’(이하 4관식 고심도 지중열교환시스템)에 대해 특허청으로부터 특허등록 결정을 받았다고 최근 밝혔다. 
 
신재생에너지원 중 가장 효율이 높고 친환경적인 지열에너지는 두 가지 형태가 현재  지열시장을 주도하고 있다. 그중 하나는 지하수의 수열을 직접 사용하기 위해 지열공 내부에 수중펌프를 설치해 지하수를 순환시켜 히트펌프와 열교환하는 ‘개방형(SCW) 지열시스템’이며 다른 하나는 지열공 내부에 열교환코일관을 삽입 설치한 후 그 내부에 열순환매체(부동액)를 순환펌프로 순환시켜 히트펌프와 열교환하게 하는 ‘수직밀폐형 지열시스템’이다. 
 
수직밀폐형 지열시스템은 전체 시장의 95% 내외를 차지하고 있다. 그 이유는 시설 운영관리가 단순 편리하고 운영비용도 상대적으로 저렴하기 때문이다. 
 
그러나 ‘수직밀폐형 지열시스템’의 경우 1개의 지열공이 열교환되는 용량이 개방형보다 1/10 정도에 불과해 지열공 굴착수량을 많이 필요하며 이로 인해 지열공 설치면적이 과도하게 넓게 소요되는 문제가 발생한다. 
 
이러한 문제해결을 위해 정부와 업계, 그리고 관련 연구소들에서 지열공당 열교환 용량 확대를 위한 기술개발이 근래 활발하게 진행돼 왔다. 이중 지앤지테크놀러지는 한국에너지기술평가원의 국가연구개발지원을 통해 이미 ‘2관식 고심도 수직밀폐형 지중열교환기 시스템’에 대해 기술개발을 완료한 바 있으며 ‘4관식 고심도 지중열교환시스템’에 대해서도 기술개발을 완료하고 현장실증을 진행한 바 있다. 

이러한 성과를 인정받아 환경부로부터 환경신기술로 인증받은데 이어 중소벤처기업부로부터 성능인증과 대한민국에너지기술대전에서 산업통상자원부장관 표창을 받은 바 있다. 

최근에는 국가연구개발평가에서 ‘우수평가’를 받으며 세종시 농정원 등 다수의 설계와 시공이 이뤄지며 사업화 성과를 나태내고 있다. ‘2관식 고심도 수직밀폐형 지중열교환기 시스템’의 경우 지열공당 열용량은 5.0RT 내외로 기존 저심도 수직밀폐형과 대비해 150% 이상의 열용량 확대 효과를 구현할 수 있다. 
 
특허등록이 결정된 ‘4관식 고심도 지중열교환시스템’은 1개의 지열공당 최대 6.2RT 내외의 열교환 용량을 확보할 수 있어 설치심도를 350m로 할 경우 최대 7RT 내외까지도 열교환 용량을 구현할 수 있다.  
 
이번 성과는 기존 저심도(150m)대비 300% 내외의 열교환 용량을 가능케 했을 뿐만 아니라 지열공 수량을 획기적으로 감소시킬 수 있어 도시지역에 지열에너지 적용 시 항상 어려운 문제로 대두됐던 지열공 시설부지면적을 기존 저심도대비 30% 내외의 면적만으로도 가능했던 지열시설 면적을 획기적으로 줄일 수 있도록 해결한 성과를 거두게 됐다. 
 
‘4관식 고심도 지중열교환시스템’의 열교환 용량은 대전 KAIST와 포항공대(POSTECH), 순창군 장유사업소와 완도군 해양치유센터 등 다수 현장에서 시행된 KOLAS인증 열전도시험과 GLD(Ground Loop Design)설계프로그램 계산을 통해 확인됐다. 

이러한 기술개발 성과를 인정받아 지앤지테크는 지난 2020년 12월 열린  산업통상자원부와 환경부가 후원하는 ‘2020 대한민국 기업대상’에서 기술혁신대상 5년 연속 수상하는 쾌거를 올렸으며 고심도 수직밀폐형 지열시스템 기술개발 공적을 인정받아 국토교통부장관 표창을 수상한 바 있다.
 
조희남 지앤지테크 대표는 “4관식 고심도 지중열교환시스템에 대해 특허결정을 해주신 당국에 감사드리며 국내뿐만 아니라 해외 지열시장에서도 충분히 높게 평가받을 수 있는 기술로 확신하고 있어서 현재 특허 우선권 신청에 이어 PCT 국제특허출원을 진행할 계획”이라며 “우선 국내 지열시장에서 성공적인 고심도 지열시스템 신기술 적용의 보편화를 위해 힘을 쏟겠다”고 밝혔다.