KR101266488B1 - 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 히트펌프를 이용하여 농업시설 내에 재배되고 있는 농작물의 생육에 맞도록 냉난방 시킬 수 있는 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치는 케이스, 전열교환기, 사방밸브, 히트펌프, 제1 열교환기, 제2 열교환기, 송풍기, 제어부를 포함하여 구성된다.

Description

열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치{Apparatus for heating and cooling for agriculture including ventilation method of heat recovery type}

본 발명은 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전열교환기와 히트펌프의 적절한 조합으로 환기에 따른 배기열 회수효율을 높임과 동시에 냉난방 소요에너지를 절감하며, 농업시설 내에 재배되고 있는 농작물의 생육에 맞도록 냉난방과 환기를 동시에 시킬 수 있는 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치에 관한 것이다.

일반적으로, 히트펌프를 이용한 냉난방장치는 제1 열교환기와 제2 열교환기가 각각 응측기와 증발기의 역할을 교대로 수행하고, 압축-응축-팽창-증발의 연속적인 과정을 갖는 냉난방 사이클에 따라 냉매가 순환 또는 역순환 되면서 냉방 및 난방을 실현하게 되는 것이다.

이와 같은 히트펌프를 이용한 냉난방장치는 냉방 시에는 상기 제1 열교환기를 얼마나 효과적으로 냉각하는가에 따라 냉방성능이 좌우되고, 난방 시에는 상기 제1 열교환기를 얼마나 효과적으로 가열하는가에 따라 난방성능이 좌우된다고 할 수 있다.

또한 기본적으로는 압축-응축-팽창-증발의 연속적인 과정을 갖는 냉난방 사이클이 얼마나 제대로 이루어지는가에 따라 냉난방성능이 크게 달라지게 된다.

이와 같은 히트펌프를 이용한 냉난방장치는 압축기, 냉방 시 응축기 역할을 하고 난방 시 증발기 역할을 하는 제1 열교환기, 팽창변, 냉방 시 증발기 역할을 하고 난방 시 응축기 역할을 하는 제2 열교환기, 상기 압축기와 제2 열교환기 사이에 설치되는 보조히터를 포함하여 구성되어 압축-응축-팽창-증발의 연속적인 과정을 진행시켜 나가면서 냉방 및 난방을 선택적으로 구현할 수 있었다. 또한, 상기 열교환기 및 내부의 열을 외부로 배출시키는 송풍기를 포함한다.

그러나, 이와 같은 히트펌프를 이용한 냉난방장치는 난방부하가 큰 한 겨울에는 증발기의 냉매 증발효율이 떨어져 난방효율이 저하될 뿐만 아니라, 증발기에 성에가 끼어 제상을 행하거나 난방운전이 불가능한 경우가 발생하게 된다.

그리고 근래에는 전열교환기를 포함한 환기장치에 히트펌프를 구성한 냉난방 겸용 환기장치가 안출되어 있으나 정사각 마름모꼴의 형태인 전열교환기를 통과하는 공기유량에 비례하여 히트펌프의 용량이 정해지므로 실내의 냉난방부하를 소화하기보다 환기장치의 배기 열회수 효율을 줄이는 것에 그 목적을 두고 있다.

또한, 히트펌프의 냉난방 부하용량을 높이기 위해서는 전열교환기의 크기를 크게 하거나 히트펌프의 응축기 및 증발기의 크기를 크게 해야 하고, 이로 인해 송풍기의 정압 손실이 커져 송풍기가 대형화되어야만 한다.

따라서 송풍기가 대형화되면 설치장소의 곤란성이나 설치비용 등의 설치문제가 대두될 뿐만 아니라 대형 모터를 사용해야 하기 때문에 전력소비가 많다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 히트펌프를 이용하여 농업시설 내에 재배되고 있는 농작물의 생육에 맞도록 냉난방 시킬 수 있을 뿐만 아니라, 2대의 전열교환기를 병렬로 연결하여 송풍정압이 작고 송풍기에 의한 소요동력을 줄일 수 있는 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치는, 일측 상,하부에 실외공기를 흡입하는 제1,2 급기 흡입구와, 타측 상,하부에 농업시설 내 공기를 외부로 배출하는 제1,2 환기구와, 일측 중간에 상기 제1,2 환기구를 통해 배출되는 실내공기가 열교환되어 외부로 배출되는 배기구와, 타측 중간에 상기 제1,2 급기 흡입구를 통해 흡입된 외부공기가 열교환되어 농업시설 내로 유입되는 급기구를 포함하는 케이스와; 상기 케이스의 내부에 병렬로 연결되어 상기 제1,2 급기 흡입구로부터 흡입되는 실외공기와 상기 제1,2 환기구로부터 배출되는 실내공기를 열교환시키는 2대의 전열교환기와; 상기 케이스의 내부에 설치되며 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 압축된 냉매가 냉방 및 난방에 따라 순환경로가 설정되도록 하는 사방밸브와, 상기 냉매가 팽창되도록 하는 팽창밸브를 구비한 히트펌프와; 상기 급기구 측에 설치되어 상기 히트펌프로부터 순환되는 냉매와 실외공기의 열교환이 이루어지게 하는 제1 열교환기와; 상기 배기구 측에 설치되어 상기 히트펌프로부터 순환되는 냉매와 실내공기의 열교환이 이루어지게 하는 제2 열교환기와; 상기 배기구와 급기구의 일측에 각각 설치되어 상기 제1,2 열교환기에 의해 열교환된 공기를 실내 또는 실외로 송풍시키는 송풍기와; 상기 실외공기가 실내로 유입되거나 실내공기가 외부로 배출되도록 상기 송풍기를 제어하고 상기 히트펌프를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치는, 히트펌프를 이용하여 열손실없이 농업시설의 실내온도를 적정한 온도로 유지시킬 뿐만 아니라, 2대의 전열교환기를 병렬로 연결하여 송풍정압이 작고 송풍기에 의한 소요동력을 줄임으로써 전기에너지 절감의 효과가 있다.

또한, 송풍정압이 작기 때문에 송풍기를 소형화하므로 설치 구조가 간단하여 제작비용을 절감하는 효과가 있다.

또한, 외부공기의 온도가 낮아 히트펌프에 의한 가열만으로 난방이 원활하지 않을 경우, 외부공기를 농업시설 내부로 공급하기 전에 전열히터에 의해 2차 가열을 하여 적정한 난방을 행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치를 도시한 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치의 히트펌프를 도시한 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치의 제어상태를 도시한 블록도.
도 4는 본 발명에 따른 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치의 다른 일예를 도시한 도면.

본 발명에 따른 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치는, 일측 상,하부에 실외공기를 흡입하는 제1,2 급기 흡입구와, 타측 상,하부에 농업시설 내 공기를 외부로 배출하는 제1,2 환기구와, 일측 중간에 상기 제1,2 환기구를 통해 배출되는 실내공기가 열교환되어 외부로 배출되는 배기구와, 타측 중간에 상기 제1,2 급기 흡입구를 통해 흡입된 외부공기가 열교환되어 농업시설 내로 유입되는 급기구를 포함하는 케이스와; 상기 케이스의 내부에 병렬로 연결되어 상기 제1,2 급기 흡입구로부터 흡입되는 실외공기와 상기 제1,2 환기구로부터 배출되는 실내공기를 열교환시키는 2대의 전열교환기와; 상기 케이스의 내부에 설치되며 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 압축된 냉매가 냉방 및 난방에 따라 순환경로가 설정되도록 하는 사방밸브와, 상기 냉매가 팽창되도록 하는 팽창밸브를 구비한 히트펌프와; 상기 급기구 측에 설치되어 상기 히트펌프로부터 순환되는 냉매와 실외공기의 열교환이 이루어지게 하는 제1 열교환기와; 상기 배기구 측에 설치되어 상기 히트펌프로부터 순환되는 냉매와 실내공기의 열교환이 이루어지게 하는 제2 열교환기와; 상기 배기구와 급기구의 일측에 각각 설치되어 상기 제1,2 열교환기에 의해 열교환된 공기를 실내 또는 실외로 송풍시키는 송풍기와; 상기 실외공기가 실내로 유입되거나 실내공기가 외부로 배출되도록 상기 송풍기를 제어하고 상기 히트펌프를 제어하는 제어부를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 급기구에는 농업시설 내에 연통되도록 급기분배유닛이 더 설치되며, 상기 급기분배유닛은 열교환된 실외공기가 유입되어 양측으로 분배되도록 각각의 분기구가 형성된 덕트와, 상기 양측 분기구의 일측에 각각 설치되는 전열히터 및 댐퍼로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히트펌프가 냉방을 하는 경우 상기 제1 열교환기는 증발기로 작동하고, 상기 제2 열교환기는 응축기로 작동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히트펌프가 난방을 하는 경우 상기 제1 열교환기는 응축기로 작동하고, 상기 제2 열교환기는 증발기로 작동하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 히트펌프의 일측에 냉난방을 위한 축냉 및 축열된 물을 저장하기 위한 축열조가 연결 설치되며, 상기 히트펌프와 축열조 사이에 설치되어 상기 히트펌프로부터 순환되는 냉매와 상기 축열조로부터 순환되는 축냉 및 축열된 물을 서로 열교환시키는 판형열교환기가 연결 설치되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치를 도시한 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치의 히트펌프를 도시한 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치의 제어상태를 도시한 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치의 다른 일예를 도시한 도면이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치는 케이스(1), 전열교환기(2), 히트펌프(3), 제1 열교환기(4), 제2 열교환기(5), 송풍기(6), 제어부(7)를 포함하여 구성된다.

상기 케이스(1)는 일측 상,하부에 실외공기를 흡입하는 제1,2 급기 흡입구(11,12)와, 타측 상,하부에 농업시설 내 공기를 외부로 배출하는 제1,2 환기구(13,14)와, 일측 중간에 상기 제1,2 환기구(13,14)를 통해 배출되는 실내공기가 열교환되어 외부로 배출되는 배기구(15)와, 타측 중간에 상기 제1,2 급기 흡입구(11,12)를 통해 흡입된 외부공기가 열교환되어 농업시설 내로 유입되는 급기구(16)를 포함한다.

상기 전열교환기(2)는 2대로 구성되며 상기 케이스(1)의 내부에 병렬로 연결되어 상기 제1,2 급기 흡입구(11,12)로부터 흡입되는 실외공기와 상기 제1,2 환기구(13,14)로부터 배출되는 실내공기를 열교환 시킨다.

상기 전열교환기(2)는 2대가 병렬로 연결 조합을 이루며, 실내에서 실외로 배출되는 배기와 실외에서 실내로 흡입되는 급기의 양을 증대시켜 히트펌프(3)의 냉난방 부하를 크게 할 수 있다.

또한, 전열교환기(2)를 크게 하지 않은 상태에서 급/배기 환기량을 늘릴 수 있으므로 전열교환기(2)의 전열판과 전열판의 사이에 형성된 유로의 길이가 길어지지 않아 송풍 정압손실이 커지지 않게 되는 것이다.

상기 히트펌프(3)는 상기 케이스(1)의 내부에 설치되며 냉매를 압축하는 압축기(31)와, 상기 압축기(31)로부터 압축된 냉매가 냉방 및 난방에 따라 순환경로가 설정되도록 하는 사방밸브(32)와, 상기 냉매가 팽창되도록 하는 팽창밸브(33)를 구비한다.

상기 제1 열교환기(4)는 상기 급기구(16) 측에 설치되어 상기 히트펌프(3)로부터 순환되는 냉매와 실외공기의 열교환이 이루어지게 하는 역할을 한다.

상기 제2 열교환기(5)는 상기 배기구(15) 측에 설치되어 상기 히트펌프(3)로부터 순환되는 냉매와 실내공기의 열교환이 이루어지게 하는 역할을 한다.

상기 히트펌프(3)가 냉방을 하는 경우 상기 제1 열교환기(4)는 증발기로 작동하고, 상기 제2 열교환기(5)는 응축기로 작동하게 되며, 상기 히트펌프(3)가 난방을 하는 경우 상기 제1 열교환기(4)는 응축기로 작동하고, 상기 제2 열교환기(5)는 증발기로 작동하게 된다.

상기 송풍기(6)는 상기 배기구(15)와 급기구(16)의 일측에 각각 설치되어 상기 제1,2 열교환기(4,5)에 의해 열교환된 공기를 실내 또는 실외로 송풍시킨다.

상기 송풍기(6)는 인버터(미도시)에 의해 구동을 하며 환기 및 히트펌프의 운전시 필요한 송풍량에 따라 회전수를 조절함과 아울러 전기에너지의 소모가 비교적 적게 한다.

상기 제어부(7)는 상기 실외공기가 실내로 유입되거나 실내공기가 외부로 배출되도록 상기 송풍기(6)를 제어하고 상기 히트펌프(3)를 제어하게 된다.

상기 제어부(7)는 상기 케이스(1)에 내설되거나 실내 벽체에 부착되어 설치되며, 실내외에 설치되는 온도센서 및 이산화탄소센서를 이용하여 실내외 온도 및 유해가스의 농도를 감지한다.

상기 이산화탄소센서는 농업시설 내의 농작물로부터 방출되는 탄산가스 등의 탁한 공기를 외부의 신선한 공기로 환기시키도록, 농업시설 내부의 이산화탄소 농도를 측정하는 통상적인 장치로서, 이산화탄소 농도의 데이터를 제어부(7)로 전송시킨다.

상기 제어부(7)는 농업시설 내부의 소정위치에 구비되며, 농업시설 내부의 이산화탄소 농도가 일정하게 유지되도록 이산화탄소센서에서 감지된 상기 데이터와 연동되어 송풍기(6)의 작동유무를 자동으로 제어한다.

보다 상세하게는 상기 데이터가 제어부(7)에 미리 입력된 데이터보다 높을 경우, 농업시설의 내부에는 환기가 필요하므로 제어부(7)에서 자동으로 송풍기(6)가 작동되도록 제어한다.

그러면 송풍기(6)는 제어부(7)에 의하여 작동되면서 신선한 외기가 급기분배유닛(8)을 통해 농업시설의 내부로 유입되고, 농업시설의 내부는 상기 외기에 의하여 자동으로 환기되면서 이산화탄소 농도를 낮추게 되며, 탁한 공기 또한 외부의 신선한 공기와 환기된다.

한편, 상기 급기구(16)에는 농업시설 내에 연통되도록 급기분배유닛(8)이 더 설치되며, 상기 급기분배유닛(8)은 열교환된 실외공기가 유입되어 양측으로 분배되도록 각각의 분기구(811)가 형성된 덕트(81)와, 상기 양측 분기구(811)의 일측에 각각 설치되는 전열히터(82) 및 댐퍼(83)로 구성된다. 상기 댐퍼(83)의 일측에는 상기 댐퍼(83)를 구동시켜 회전시키도록 제어부(7)의 신호에 따라 구동되는 액츄에이터(84)가 설치된다.

상기 급기분배유닛(8)은 제어부(7)의 조작에 따라 송풍기(6)가 구동됨과 동시에, 댐퍼(83)가 개방되어 실외공기가 덕트(81)를 통해 흡입되고 이어서 댐퍼(83)를 통과하여 농업시설의 실내로 공급되는 공기흐름을 갖는다.

상기 급기분배유닛(8)은 사용자의 선택에 따라 용이하게 장착 및 탈착이 가능하며, 실내공기의 오염이 심각한 농업시설 내부를 선택적으로 환기시킬 수 있는 것이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 상기 히트펌프(3)의 일측에 냉난방을 위한 축냉 및 축열된 물을 저장하기 위한 축열조(9)가 연결 설치되며, 상기 히트펌프(3)와 축열조(9) 사이에 설치되어 상기 히트펌프(3)로부터 순환되는 냉매와 상기 축열조(9)로부터 순환되는 축냉 및 축열된 물을 서로 열교환시키는 판형열교환기(10)가 연결 설치된다.

상기 축열조(9)의 축냉은 여름 냉방시 상대적으로 낮보다 온도가 낮아 냉방부하가 적은 밤에 행하여 지는 것으로, 냉방부하가 큰 한낮에 축열조(9)의 축냉된 물을 냉방에 이용함으로써 효율적인 냉방을 할 수 있는 것이다.

또한, 상기 축열조(9)의 축열은 겨울 난방시 상대적으로 밤보다 온도가 높아 난방부하가 적은 낮에 행하여 지는 것으로, 난방부하가 큰 심야에 축열조(9)의 축열된 물을 난방에 이용함으로써 효율적인 난방을 할 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

케이스(1)의 제1,2 급기 흡입구(11,12)를 통해 유입된 실외공기는 전열교환기(2)를 통과하면서 열교환되어 급기분배유닛(8)을 따라 농업시설의 실내로 토출된다. 또한, 제1,2 환기구(13,14)를 통해 유입된 실내공기는 전열교환기(2)를 통과하면서 열교환되어 배기구(15)를 따라 실외로 토출된다.

한편, 실내와 실외의 온도차가 크지 않을 때와 냉난방 운전 중 환기의 추가적인 환기가 필요할 때 실외공기 및 실내공기를 열교환을 통해 환기하는 동안 히트펌프(3)는 냉방운전 또는 난방운전을 한다.

히트펌프(3)가 난방운전을 하는 경우, 압축기(31)-제1 열교환기(응축)-팽창밸브(33)-사방밸브(32)-제2 열교환기(증발)-압축기(31)로 흐르게 하여, 제1 열교환기(4)는 응축기로 작동하고 제2 열교환기(5)는 증발기로 작동하여 냉매의 열과 상기 전열교환기(2)에서 1차 열교환된 실외공기의 열원과 다시 2차 열교환을 수행한 실외공기는 실내로 유입된다.

반대로, 히트펌프(3)가 냉방운전을 하는 경우, 상기 압축기(31)-제2 열교환기(응축)-팽창밸브(33)-사방밸브(32)-제1 열교환기(증발)-압축기(31)로 냉매가 흐르게 하여, 상기 제1 열교환기(4)는 증발기로 작동하고 제2 열교환기(5)는 응축기로 작동하여 냉매의 열과 전열교환기(2)에서 열교환된 실외공기의 열원과 다시 열교환을 수행한 실외공기는 실내로 유입된다.

1 : 케이스
11 : 제1 급기 흡입구
12 : 제2 급기 흡입구
13 : 제1 환기구
14 : 제2 환기구
15 : 배기구
16 : 급기구
2 : 전열교환기
3 : 히트펌프
31 : 압축기
32 : 사방밸브
33 : 팽창밸브
4 : 제1 열교환기
5 : 제2 열교환기
6 : 송풍기
7 : 제어부
8 : 급기분배유닛
81 : 덕트
811 : 분기구
82 : 전열히터
83 : 댐퍼
84 : 액츄에이터
9 : 축열조
10 : 판형열교환기

Claims (5)

1. 일측 상,하부에 실외공기를 흡입하는 제1,2 급기 흡입구(11,12)와, 타측 상,하부에 농업시설 내 공기를 외부로 배출하는 제1,2 환기구(13,14)와, 일측 중간에 상기 제1,2 환기구(13,14)를 통해 배출되는 실내공기가 열교환되어 외부로 배출되는 배기구(15)와, 타측 중간에 상기 제1,2 급기 흡입구(11,12)를 통해 흡입된 외부공기가 열교환되어 농업시설 내로 유입되는 급기구(16)를 포함하는 케이스(1)와;
   상기 케이스(1)의 내부에 병렬로 연결되어 상기 제1,2 급기 흡입구(11,12)로부터 흡입되는 실외공기와 상기 제1,2 환기구(13,14)로부터 배출되는 실내공기를 열교환시키는 2대의 전열교환기(2)와;
   상기 케이스(1)의 내부에 설치되며 냉매를 압축하는 압축기(31)와, 상기 압축기(31)로부터 압축된 냉매가 냉방 및 난방에 따라 순환경로가 설정되도록 하는 사방밸브(32)와, 상기 냉매가 팽창되도록 하는 팽창밸브(33)를 구비한 히트펌프(3)와;
   상기 급기구(16) 측에 설치되어 상기 히트펌프(3)로부터 순환되는 냉매와 실외공기의 열교환이 이루어지게 하는 제1 열교환기(4)와;
   상기 배기구(15) 측에 설치되어 상기 히트펌프(3)로부터 순환되는 냉매와 실내공기의 열교환이 이루어지게 하는 제2 열교환기(5)와;
   상기 배기구(15)와 급기구(16)의 일측에 각각 설치되어 상기 제1,2 열교환기(4,5)에 의해 열교환된 공기를 실내 또는 실외로 송풍시키는 송풍기(6)와;
   상기 실외공기가 실내로 유입되거나 실내공기가 외부로 배출되도록 상기 송풍기(6)를 제어하고 상기 히트펌프(3)를 제어하는 제어부(7)를 포함하고,
   상기 급기구(16)에는 농업시설 내에 연통되도록 급기분배유닛(8)이 더 설치되며, 상기 급기분배유닛(8)은 열교환된 실외공기가 유입되어 양측으로 분배되도록 각각의 분기구(811)가 형성된 덕트(81)와, 상기 양측 분기구(811)의 일측에 각각 설치되는 전열히터(82) 및 댐퍼(83)로 구성되는 것을 특징으로 하는 열회수형 환기방식을 포함하여 구성되며,
   상기 히트펌프(3)의 일측에 냉난방을 위한 축냉 및 축열된 물을 저장하기 위한 축열조(9)가 연결 설치되며, 상기 히트펌프(3)와 축열조(9) 사이에 설치되어 상기 히트펌프(3)로부터 순환되는 냉매와 상기 축열조(9)로부터 순환되는 축냉 및 축열된 물을 서로 열교환시키는 판형열교환기(10)가 연결 설치되고,
   상기 히트펌프(3)가 냉방을 하는 경우 상기 제1 열교환기(4)는 증발기로 작동하고, 상기 제2 열교환기(5)는 응축기로 작동되며,
   상기 히트펌프(3)가 난방을 하는 경우 상기 제1 열교환기(4)는 응축기로 작동하고, 상기 제2 열교환기(5)는 증발기로 작동하는 것을 특징으로 하는 열회수형 환기방식을 포함한 농업용 냉난방장치.
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