KR100216025B1 - 태양열을 이용한 시설원예용 지중가온 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 태양열을 이용한 시설원예용 지중가온(地中加溫) 시스템에 관한 것으로서, 특히 태양열을 흡수하여 내장된 열교환기를 통해 순환중인 난방수를 가열하는 집열부(10)와, 상기 집열부(11)에 의해 가열된 난방수를 저장하는 축열탱크(30)와, 상기 축열탱크(30)에 저장되어 있는 난방수를 각각의 비닐하우스에 지중매설되어 있는 난방호스로 분배하는 분배기(51,52)와, 상기 분배기(51,52)로 배출되는 난방수를 일정한 온도로 조정하는 전동밸브(40)와, 상기 축열탱크(30)에 저장되어 있는 난방수를 배관을 따라 순환시키는 다수의 순환펌프(81∼85)를 구비함에 따라 환경오염을 방지하며 아울러 저렴한 비용으로 비닐하우스내의 토양의 온도를 작물이 성장할 수 있는 최적의 상태로 조성할 수 있다.

Description

태양열을 이용한 시설원예용 지중가온 시스템
본 발명은 혹한기에도 작물이 원활하게 성장할 수 있도록 토양을 일정한 온도로 가온(加溫)하는 시스템에 관한 것으로서, 특히 태양열에 의해 가열된 난방수를 이용하여 비닐하우스내의 토양을 일정한 온도로 가온하여 작물이 성장할 수 있는 최적의 환경을 조성하는 태양열을 이용한 시설원예용 지중가온(地中加溫) 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 비닐하우스를 이용한 시설작물의 재배시 기온, 햇빛 및 CO2등과 같은 지상부의 환경도 중요하지만 지하부의 환경 즉, 토양내의 수분, 온도, 양분 및 산소 등도 시설작물의 성장에 절대적인 영향을 미친다.
이에따라, 시설작물이 성장할 수 있는 최적의 환경을 조성하기 위하여 현재 온풍난방기, CO2기, 관수(灌水) 시설 등과 같은 시설작물 재배시설과 장비가 개발되어 사용되고 있으나, 토양의 온도를 적정하게 유지시킬 수 있는 방법과 시설은 별다른 발전을 이루지 못하고 있다.
그러나, 혹한기(12월∼3월)의 시설작물에 대한 수요가 매년 증가추세에 있고, 높은 가격을 유지함에 따라 농민들은 소득증대를 위해 현재 온수보일러를 이용한 지중가온 시스템을 도입하여 사용하고 있다.
즉, 20a의 비닐하우스를 기준으로 7만 ㎉의 발열량을 갖는 온수보일러를 설치하고, 이 온수보일러에 각각의 비닐하우스로 가열된 온수를 분배하는 온수분배기를 연결한 후, 이 온수분배기에 지표로 부터 40㎝ 깊이로 20㎝ 간격으로 매설되어 있으며 그 하부에 단열을 위한 스치로폴과 비닐이 설치된 주택난방용 엑셀(Excell) 난방호스(패드구)를 연결하여 비닐하우스내의 토양을 일정온도로 가온한다.
그러나, 상기와 같은 온수보일러를 이용한 지중가온 시스템은 사용자가 보일러에 대한 지식을 가지고 있지 않는 경우에는 농가에서 관리하기 어렵고, 또한 사용 부주의시에는 폭발 및 화재 등의 위험성을 내포하고 있으며, 아울러 난방수의 급탕온도가 40℃를 초과하는 경우에는 작물의 뿌리를 손상시킬 수 있다는 문제점을 가지고 있다.
또한, 경유 또는 등유를 연료로 사용하기 때문에 영농비중 연료비가 차지하는 부분이 높아 생산성을 저하시키며, 불연소가스 누출시 작물의 손상이 우려되고, 아울러 유한자원인 석유의 무분별한 사용으로 인한 자원의 낭비와 이로인한 환경오염 등이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 청정에너지인 태양열을 이용하여 난방수를 가열하고, 이를 이용하여 비닐하우스내의 토양을 일정온도로 가온(加溫)함에 따라 환경오염을 방지하며 아울러 저렴한 비용으로 작물이 생육할 수 있는 최적의 환경을 조성할 수 있는 태양열을 이용한 시설원예용 지중가온 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 태양열을 흡수하여 내장된 열교환기를 통해 순환중인 난방수를 가열하는 집열부와, 상기 집열부에 의해 가열된 난방수를 저장하는 축열탱크와, 상기 축열탱크에 저장되어 있는 난방수를 각각의 비닐하우스에 지중매설되어 있는 난방호스로 분배하는 분배기와, 상기 분배기로 배출되는 난방수를 일정한 온도로 조정하는 전동밸브와, 상기 축열탱크에 저장되어 있는 난방수를 배관을 따라 순환시키는 다수의 순환펌프를 구비하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 시설원예용 지중가온 시스템의 구성을
개략적으로 나타낸 도면.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 집열부11 : 집열기
20 : 제어기30 : 축열탱크
40 : 전동밸브51,52 : 분배기
60 : 관수용 탱크71∼74 : 온도검출센서
81∼85 : 순환펌프91 : 플로트센서
92 : 플로트 연동밸브100 : 개폐밸브
111,112 : 관수파이프121 : 체크밸브
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 태양열을 이용한 시설원예용 지중가온 시스템의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로, 태양열을 흡수하여 내장된 열교환기를 통해 순환중인 난방수를 가열하는 집열부(10)가 비닐하우스의 실외에 설치되어 있는데, 상기 집열부(10)는 6개의 집열기(11)를 하나의 그룹으로 하여 2개 그룹 12개의 집열기(11)로 구성되어 있다.
상기 집열부(10)는 동절기에 집중적으로 사용됨에 따라 태양열을 최대한 흡수할 수 있도록 지표에서 50°의 각도로, 그리고 방향은 남서 5°를 원칙으로 하되, 정남을 기준으로 남동 20°에서 남서 30°의 변위를 갖도록 설치한다.
아울러, 집열부(10)는 일사 장애물이 없는 곳에 설치하며, 집열부(10)를 지면에 설치하는 경우에는 지면으로 부터 최소한 150㎜ 이상의 높이에 그리고 정비 및 청정이 용이하도록 여유공간을 확보할 수 있는 위치에 설치한다. 또한, 집열부(10)를 지지하는 지지대는 풍압과 눈 등의 하중을 견딜 수 있도록 소정의 강도를 갖는 재질로 형성하며, 부식을 방지할 수 있도록 처리한다.
상기 집열부(10)에 의해 가열된 고온의 난방수는 배관을 통해 축열탱크(30)의 상부로 공급되며, 이 축열탱크(30)의 하부에는 저온의 난방수를 집열부(10)로 공급하는 배관이 결합되어 있는데, 배관의 소정부위에는 난방수의 원환한 순환을 위해 순환펌프(81)가 설치되어 있다.
또한, 집열부(10)로 부터 축열탱크(30)로 유입 또는 유출되는 난방수의 온도를 검출하는 온도검출센서(72,73)가 집열부(10)에 의해 가열된 난방수의 최고온을 감지할 수 있는 부분과 난방수의 최저온을 감지할 수 있는 부분에 각각 설치되어 있으며, 집열부(10)의 난방수 유입관측에는 배관의 동파를 방지하기 위해 난방수의 온도를 검출하는 동파방지용 온도검출센서(71)가 설치되어 있다.
아울러, 태양열 제어기(20)는 온도검출센서(71∼73)에서 검출된 난방수의 온도에 따라 순환펌프(81)를 구동하여 축열탱크(30)내의 난방수를 배관을 통해 순환시킨다. 이에따라, 집열부(10)에 의한 난방수의 원활한 가열이 가능하며 아울러 배관의 동파를 방지할 수 있다.
한편, 축열탱크(30)의 용량은 집열부(10)의 면적에 의해 결정되는데, 본 실시예에서는 1600ℓ의 용량을 갖는 축열탱크(30)를 사용한다. 축열탱크(30)는 견고한 구조위에 설치되고, 정비 및 수리가 용이하도록 본체의 상부 및 측면에 300㎜ 이상의 여유공간을 확보할 수 있는 위치에 설치하며, 하부에도 100㎜ 이상의 여유공간을 확보할 수 있도록 설치하되, 보온처리한다.
상기 축열탱크(30)의 내측에는 축열탱크(30)내에 저장되어 있는 난방수의 용량을 검출하는 플로트센서(91)가 장착되어 있는데, 이 플로트센서(91)의 출력신호에 따라 연동밸브(92)가 구동되어 배관을 개방함에 따라 부족량의 난방수를 보충하기 위해 원수가 축열탱크(30)로 공급된다.
상기 축열탱크(30)에 저장되어 있는 난방수는 삼방밸브(3-way valve)인 전동밸브(40)에 의해 일정한 온도로 조정되어 분배기(51,52)를 통해 각각의 비닐하우스에 노패드구 방식, 즉 단열을 위한 스치로폴과 비닐을 설치하지 않는 방식으로 지중매설되어 있는 난방호스로 공급된다.
다시말해, 삼방밸브(40)의 일유입단은 배관을 통해 축열탱크(30)의 상부에 결합되어 있으며, 다른 유입단은 배관을 통해 축열탱크(30)의 하부에 결합되어 있고, 출력단은 배관을 통해 각각의 비닐하우스로 난방수를 분배하는 분배기(51,52)에 각각 결합되어 있는데, 배출관의 소정부위에는 분배기(51,52)로 배출되는 난방수의 온도를 검출하는 온도검출센서(74)가 장착되어 있다.
따라서, 분배기(51,52)로 배출되는 난방수의 온도에 따라 미도시된 제어기가 삼방밸브(40)를 제어하여, 즉 온도검출센서(72,73)에서 검출되는 축열탱크(30) 상부의 고온의 난방수와 축열탱크(30) 하부의 저온의 난방수를 적절히 혼합하여 일정한 온도로 조정한 후, 이를 분배기(51,52)를 통해 각각의 비닐하우스에 지중매설되어 있는 난방호스로 공급하여 비닐하우스내의 지중온도를 일정하게 유지시킨다. 이에따라, 타기기의 고장으로 인해 비닐하우스내의 지중온도가 설정치 이상으로 상승하는 것을 방지할 수 있어 온도변화로 인한 작물의 손상을 예방할 수 있다.
상기와 같이 난방호스를 노패드구 방식으로 설치하는 것은 다음의 [표1] 및 [표2]에서 알수 있듯이 지중가온시 에너지의 일부가 지표로 부터 40㎝의 하단부에 축열되고, 이 축열이 40㎝의 상단부로 지속적으로 이동하여 가온효과를 상승시키기 때문이다.
[표1]
토양깊이별 패드구 및 노패드구의 온도변화
공급난방수온도 처리구 깊이별 온도변화 실내온도
10㎝ 20㎝ 30㎝
50℃ 패드 17.5℃ 21℃ 24.5℃ 12℃
노패드 20.5℃ 23℃ 25.5℃
60℃ 패드 18℃ 21℃ 26.5℃ 12℃
노패드 21℃ 23.5℃ 27℃
70℃ 패드 18℃ 21℃ 27℃ 13℃
노패드 20.5℃ 23.5℃ 28℃
[표2]
지중가온방법에 따른 시설오이의 초기생육상태
지중가온방법 개체수 총마디수 개체당 평균마디수
관행구 39 213 5.46 (100%)
패드구 36 223 6.19 (113%)
노패드구 38 255 6.71 (123%)
한편, 배관의 주요부위에는 순환되는 난방수를 제어하기 위한 다수의 개폐밸브(100)가 장착되어 있으며, 또한 난방수의 원활한 순환을 위해 다수의 순환펌프(82∼85)가 배관의 주요부위에 장착되어 있다. 미설명된 도면부호 121은 난방수의 역류를 방지하기 위한 체크밸브를 나타낸 것이다.
아울러, 작물의 성장에 필요한 농업용수를 저장하고 있는 관수용 탱크(60)가 비닐하우스내에 설치되어 있는 관수파이프(111,112)에 결합되어 있는데, 동절기에는 온수를 작물에 공급하기 위하여 축열탱크(30)에 저장되어 있는 난방수가 관수파이프(111,112)로 공급되도록 배관이 결합되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 태양열을 이용한 시설원예용 지중가온 시스템은 난방수를 순환펌프(81)로 강제 순환시켜 집열부(10)에서 흡수된 태양열 에너지를 통해 가열한 후, 축열탱크(30)내에 저장하고 필요시에 축열탱크(30)에 저장된 고온의 난방수를 난방호스로 공급하여 비닐하우스내의 토양을 가온한다.
상기와 같이 본 발명은, 청정에너지인 태양열을 이용하여 난방수를 가열하고, 이를 이용하여 비닐하우스내의 토양을 일정온도로 가온함에 따라 환경오염을 방지하며 아울러 저렴한 비용으로 작물이 생육할 수 있는 최적의 환경을 조성할 수 있다.
또한, 난방호스로 공급되는 난방수의 온도를 일정하게 유지할 수 있어 고온으로 인한 작물의 뿌리손상을 방지할 수 있으며, 아울러 난방호스를 노패드구 방식으로 설치함에 따라 가온효과를 향상시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에 통상의 지식을 지닌 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구의 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (6)

  1. 태양열을 흡수하여 내장된 열교환기를 통해 순환중인 난방수를 가열하는 집열부(10)와, 상기 집열부(11)에 의해 가열된 난방수를 저장하는 축열탱크(30)와, 상기 축열탱크(30)에 저장되어 있는 난방수를 각각의 비닐하우스에 지중매설되어 있는 난방호스로 분배하는 분배기(51,52)와, 상기 분배기(51,52)로 배출되는 난방수를 일정한 온도로 조정하는 전동밸브(40)와, 상기 축열탱크(30)에 저장되어 있는 난방수를 배관을 따라 순환시키는 다수의 순환펌프(81∼85)를 구비하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 시설원예용 지중가온 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 집열부(10)로 부터 축열탱크(30)로 유입 또는 유출되는 난방수의 온도를 검출하는 온도검출센서(72,73)가 집열부(10)에 의해 가열된 난방수의 최고온을 감지할 수 있는 부분과 난방수의 최저온을 감지할 수 있는 부분에 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 시설원예용 지중가온 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 집열부(10)의 난방수 유입관측에는 배관의 동파를 방지하기 위해 난방수의 온도를 검출하는 동파방지용 온도검출센서(71)가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 시설원예용 지중가온 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 난방호스는 단열을 위한 스치로폴과 비닐이 설치되지 않는 노패드구 방식으로 지중매설되어 있는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 시설원예용 지중가온 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전동밸브(40)는 삼방밸브(3-way valve)인 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 시설원예용 지중가온 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전동밸브(40)는 배출관측에 장착된 온도검출센서(74)에서 검출되는 난방수의 온도에 따라 축열탱크(30) 상부의 고온의 난방수와 축열탱크(30) 하부의 저온의 난방수를 혼합하여 일정한 온도로 조정한 후, 이를 분배기(51,52)를 통해 난방호스로 공급하는 것을 특징으로 하는 태양열을 이용한 시설원예용 지중가온 시스템.
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