KR101074757B1 - 시설하우스용 지중 냉온풍 열교환 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시설하우스(10)에서 송풍팬(15)을 이용하여 냉온풍 열교환을 수행하는 장치에 있어서: 상기 시설하우스(10)의 실내와 지중 사이에 다수의 도관(22)(24)(26)을 설치한 도관부(20); 상기 도관부(20)의 지중에 설치되어 송풍 공기와 열교환을 수행하는 지중열교환기(30); 상기 시설하우스(10)의 실내에 설치되어 열교환을 거친 송풍 공기를 토출하는 전열덕트(45); 및 상기 도관부(20) 상에 설치되어 물의 기화잠열을 유발하는 보조수단(50);을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 유지 관리 비용이 낮으면서도 냉풍과 온풍을 원활하게 공급하여 특정 작물의 재배에 유용한 효과가 있다.

Description

시설하우스용 지중 냉온풍 열교환 장치{Ground heat exchange apparatus for vinyl house}
본 발명은 지중 냉온풍 열교환 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 유지 관리 비용이 낮으면서도 냉풍과 온풍을 원활하게 공급하여 특정 작물의 재배에 유용한 시설하우스용 지중 냉온풍 열교환 장치에 관한 것이다.
농가에서 난방용으로 활용하는 등유는 도시나 중산층이 쓰는 도시가스보다 훨씬 고가이지만 농촌에 도시가스 인프라를 구축하는 것은 사실상 실현이 곤란하다. 근래 환경오염을 줄이기 위한 저탄소 녹색성장이 화두가 되면서 태양, 지열, 바람, 가축 분뇨 등의 다양한 에너지원을 활용하는 방안이 모색되고 있는 바, 그 중에서 지열을 활용한 냉난방 시스템은 축사, 비닐하우스 등 농가시설에 상용화되는 계기로 에너지 비용 절감에 대한 기대감을 증대하고 있다. 이와 관련되는 선행기술로 한국 등록특허공보 제0628466호의 "지하 공기층을 이용한 냉난방설비", 한국 실용신안등록공보 제0369543호 등이 알려져 있다.
한국 등록특허공보 제0628466호는 화산회토 지형을 천공, 매설하여 지하공간까지 연장형성하되 그 하부에 다수의 관통공이 천공된 흡입관과, 상기 흡입관으로 오물이나 빗물 등이 유입되는 것을 방지하는 맨홀과, 상기 맨홀 개구부와 기밀결합되고 그 내측에 송풍기가 내재된 송풍관과, 상기 송풍기로부터 송풍된 지하공기를 시설물내로 유도하기 위한 유도관과, 상기 지하공기를 시설물내에 골고루 분사하도록 다수의 분사공이 천공되고 그 일측단이 상기 유도관과 연통된 복수개의 공급관 및, 지하공기의 유입으로 인한 상기 시설물내의 팽창공기를 실외로 배기시키기 위한 배기관이 구비되는 구성을 제안한다.
한국 실용신안등록공보 제0369543호는 내부에 열교환 유체인 공기가 충진된 수개의 열교환파이프가 형성되고, 지하 일정 깊이에 매설되는 지열교환기; 상기 지열교환기의 일측에 상부로 수직연장 형성되는 제 1연결덕트부; 상기 제 1연결덕트부에 수직연장 형성되고, 단부가 건물구조물내의 하부에 형성되는 흡입덕트; 상기 지열교환기의 타측에 상부로 수직연장 형성되는 제 2연결덕트부; 상기 제 2연결덕트부에 수직연장 형성되고, 단부가 건물구조물내의 상부에 형성되는 배출덕트; 및 상기 제 2연결덕트부에 위치하여 열교환 공기의 흐름을 형성하는 송출팬으로 이루어지는 구성을 제안한다.
상기한 선행기술에 의하면 비교적 초기 시설 비용과 유지 관리 비용을 낮추는 효과를 기대할 수 있기는 하지만, 비닐하우스 작물 재배에 적합한 온도를 유지하는 기능을 수행하기에 미흡한 단점을 지닌다.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 유지 관리 비용이 낮으면서도 냉풍과 온풍을 원활하게 공급하여 특정 작물의 재배에 유용한 시설하우스용 지중 냉온풍 열교환 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 시설하우스에서 송풍팬을 이용하여 냉온풍 열교환을 수행하는 장치에 있어서: 상기 시설하우스의 실내와 지중 사이에 다수의 도관을 설치한 도관부; 상기 도관부의 지중에 설치되어 송풍 공기와 열교환을 수행하는 지중열교환기; 상기 시설하우스의 실내에 설치되어 열교환을 거친 송풍 공기를 토출하는 전열덕트; 및 상기 도관부 상에 설치되어 물의 기화잠열을 유발하는 보조수단;을 포함하여 이루어지고, 상기 지중열교환기는 제2도관의 내외부를 연통하는 복수의 집열판이 방사상으로 설치되고, 상기 도관부는 복수의 제1도관과 제2도관이 하나의 제3도관에 방사상으로 연결되어 유로를 형성하며, 상기 보조수단은 제1도관의 상류단에 설치되는 분사노즐과, 제2도관 하류단에 설치되는 집수정과, 분사노즐과 집수정 사이에 연결되는 펌프를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따르면 상기 도관부는 실내 공기를 지중으로 유도하는 제1도관과, 지중에서 하향 구배의 유로를 형성하는 제2도관, 지중의 공기를 실내로 유도하는 제3도관으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
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이상과 같이 본 발명의 시설하우스용 지중 냉온풍 열교환 장치에 의하면, 유지 관리 비용이 낮으면서도 냉풍과 온풍을 원활하게 공급하여 특정 작물의 재배에 유용한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 장치를 개념적으로 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 장치에 사용되는 열교환기를 나타내는 모식도
도 3은 본 발명의 변형예에 따른 장치를 나타내는 모식도
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 시설하우스(10)에서 송풍팬(15)을 이용하여 냉온풍 열교환을 수행하는 장치에 관련된다. 가온 또는 무가온 시설하우스(비닐하우스) 내부는 겨울철에는 낮은 온도와 여름철에 높은 온도 환경으로 작물생육에 부적합한 조건이 지속되므로 지열을 이용한 냉온풍 공급으로 작물(예컨대 포도)의 생육기에 적합한 온도로 보정할 수 있는 장치의 필요성이 크다. 특히 별도의 열매체(냉매)를 사용하지 않고 송풍팬(15)을 이용한 열교환을 수행하여 초기 시설 비용과 유지 관리 비용을 절감하는 목적을 달성한다.
본 발명에 따르면 상기 시설하우스(10)의 실내와 지중 사이에 다수의 도관(22)(24)(26)을 설치한 도관부(20)를 구비한다. 비용 절감의 측면에서 도관부(20)의 도관(22)(24)(26)은 수지재를 사용하는 것이 좋으나 반드시 이에 국한되지 않고 적어도 부분적으로 금속재를 사용할 수도 있다.
이때, 상기 도관부(20)는 실내 공기를 지중으로 유도하는 제1도관(22)과, 지중에서 하향 구배의 유로를 형성하는 제2도관(24), 지중의 공기를 실내로 유도하는 제3도관(26)으로 구성된다. 수평 상태인 제2도관(24)의 양단에 각각 제1도관(22)과 제3도관(26)이 수직 상태로 연결된다. 제1도관(22)은 실내의 공기가 지중으로 유입되는 부분이고, 제3도관(26)은 지중의 공기가 실내로 분출되는 부분이다. 제2도관(24)의 위치는 지하 1.5m 또는 그 이상으로 한다. 제2도관(24)을 하향 구배로 하는 것은 수분이 낮은 곳으로 모이도록 하기 위함이다. 각각의 도관(22)(24)(26)은 그 단면 형상에 특별한 제한을 두지 않는다.
또, 본 발명에 따르면 상기 도관부(20)의 지중에 설치되어 송풍 공기와 열교환을 수행하는 지중열교환기(30)를 구비한다. 지중열교환기(30)는 교체 작업이 곤란한 지중에 위치하는 점을 고려하여 스테인레스 재질로 형성한다. 지중열교환기(30)의 설치 위치는 도관부(20)에서 공기의 흐름 방향으로 상류측이 좋으나 그 외의 위치에 추가적으로 설치할 수도 있다.
이때, 상기 지중열교환기(30)는 제2도관(24)의 내외부를 연통하는 복수의 집열판(35)이 방사상으로 설치된다. 낱개의 집열판(35)은 제2도관(24) 또는 별도 관체의 외부에서 내부를 향하여 방사상으로 고정된다. 집열판(35)의 수량은 도시처럼 4개가 적절하지만 6개 또는 8개를 선택하여 등간격의 방사상으로 고정할 수도 있다. 지중열교환기(30)의 열교환 능력을 향상하도록 집열판(35) 상에는 무수한 타공 또는 핀을 형성하는 것이 좋다.
또, 본 발명에 따르면 상기 시설하우스(10)의 실내에 설치되어 열교환을 거친 송풍 공기를 토출하는 전열덕트(45)를 구비한다. 전열덕트(45)는 열교환을 거친 냉온풍의 토출구를 지니는 덕트 구조로 형성된다. 도시에는 생략되나 시설하우스(10) 내의 균일한 냉온풍 분배를 위해서 전열덕트(45)의 토출구 개도를 변동할 수 있는 구성이 더욱 바람직하다.
또, 본 발명에 따르면 상기 도관부(20) 상에 설치되어 물의 기화잠열을 유발하는 보조수단(50)을 포함한다. 외기 온도의 급상승에 따라 지중열교환기(30)를 통한 냉온풍 온도 제어가 미흡할 경우 보조수단(50)에서 물분사를 통한 기화잠열(539kcal/g)을 이용한다.
이때, 상기 보조수단(50)은 제1도관(22)의 상류단에 설치되는 분사노즐(52)과, 제2도관(24) 하류단에 설치되는 집수정(54)과, 분사노즐(52)과 집수정(54) 사이에 연결되는 펌프(56)를 구비한다. 분사노즐(52)은 펌프(56)에 의한 고압수가 무상으로 분사되도록 제1도관(22)에서 송풍팬(15)의 하측에 설치한다. 집수정(54)은 지중열교환기(30)와 제2도관(24)을 통과한 물을 수집하도록 제2도관(24)의 가장 낮은 위치에 설치한다.
이에 따라, 시설하우스(10) 실내 공기를 지중열교환기(30)의 지열과 3~5℃ 이상 교환하는 작용효과를 유발하므로 년중 15℃ 내외의 온도를 안정적으로 유지하는 지열을 최대한 활용하여 작물을 재배할 수 있다.
본 발명의 변형예(도 3 참조)에 따르면, 상기 도관부(20)는 복수의 제1도관(22)과 제2도관(24)이 하나의 제3도관(26)에 방사상으로 연결되어 유로를 형성한다. 하나의 제3도관(26)을 중심으로 지중열교환기(30)를 지닌 3개 이상의 제2도관(24)을 연결할 수 있다. 제3도관(26)의 상단에 연결되는 전열덕트(45)도 3개 이상을 구비할 수도 있다. 도시에는 생략되나 지중열교환기(30)와 전열덕트(45)는 개별 유로의 개폐가 가능하도록 구성하는 것이 좋다. 이와 같은 방식에 의하면 지중열교환기(30)에서 효율적인 열교환을 수행하여 시설하우스(10) 내의 냉온풍 부하변동에 따른 온습도 제어가 용이하다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
10: 시설하우스 15: 송풍팬
20: 도관부 22: 제1도관
24: 제2도관 26: 제3도관
30: 지중열교환기 35: 집열판
45: 전열덕트 50: 보조수단
52: 분사노즐 54: 집수정
56: 펌프

Claims (5)

  1. 시설하우스(10)에서 송풍팬(15)을 이용하여 냉온풍 열교환을 수행하는 장치에 있어서:
    상기 시설하우스(10)의 실내와 지중 사이에 다수의 도관(22)(24)(26)을 설치한 도관부(20);
    상기 도관부(20)의 지중에 설치되어 송풍 공기와 열교환을 수행하는 지중열교환기(30);
    상기 시설하우스(10)의 실내에 설치되어 열교환을 거친 송풍 공기를 토출하는 전열덕트(45); 및
    상기 도관부(20) 상에 설치되어 물의 기화잠열을 유발하는 보조수단(50);을 포함하여 이루어지고,
    상기 지중열교환기(30)는 제2도관(24)의 내외부를 연통하는 복수의 집열판(35)이 방사상으로 설치되고,
    상기 도관부(20)는 복수의 제1도관(22)과 제2도관(24)이 하나의 제3도관(26)에 방사상으로 연결되어 유로를 형성하며,
    상기 보조수단(50)은 제1도관(22)의 상류단에 설치되는 분사노즐(52)과, 제2도관(24) 하류단에 설치되는 집수정(54)과, 분사노즐(52)과 집수정(54) 사이에 연결되는 펌프(56)를 구비하는 것을 특징으로 하는 시설하우스용 지중 냉온풍 열교환 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 도관부(20)는 실내 공기를 지중으로 유도하는 제1도관(22)과, 지중에서 하향 구배의 유로를 형성하는 제2도관(24), 지중의 공기를 실내로 유도하는 제3도관(26)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 시설하우스용 지중 냉온풍 열교환 장치.
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