KR101770390B1 - 지열을 이용한 하우스 냉난방장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지열을 이용한 하우스 냉난방장치에 관한 것으로서, 상세하게는 물이 저장되는 물탱크와; 상기 물탱크에서 공급되는 물이 흐르거나 내부에 채워질 수 있도록 제1유로가 형성되고, 지중에 매설되는 제1지중매설배관부와; 상기 제1지중매설배관부에 공기를 공급하는 제1송풍기와; 상기 제1지중매설배관부 내부의 물에 외주면이 접하도록 상기 제1지중매설배관부의 내부에 배치되고, 내부에는 하우스 내부의 공기를 순환시키기 위한 제2유로가 형성된 제2지중매설배관부와; 상기 제2지중매설배관부에 하우스 내부의 공기를 공급하는 제2송풍기와; 상기 제1송풍기 및 제2송풍기의 동작을 각각 제어하는 제어부;를 구비한다.
본 발명에 따른 지열을 이용한 하우스 냉난방장치는 배관 내에서 물과 공기의 열교환이 이루어지게 하여 하우스 내부의 온도를 실외보다 낮추거나 높일 수 있고, 하우스 내부의 온도를 전체적으로 균일하게 유지하여 재배작물의 생육 발달을 고르게 할 수 있는 장점이 있다.

Description

지열을 이용한 하우스 냉난방장치{House heating and cooling device using the geothermal}

본 발명은 지열을 이용한 하우스 냉난방장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 비닐하우스나 유리온실 내부의 온도를 전체적으로 균일하게 유지하여 재배작물의 생육 발달을 고르게 할 수 있는 지열을 이용한 하우스 냉난방장치에 관한 것이다.

통상적으로 시설재배는 유리온실이나 플라스틱 하우스와 같은 인공시설하에서 인위적으로 재배환경을 조절하면서 작물을 재배하는 방법으로서, 이때 온도관리는 작물의 생육과 생산성을 좌우하는 가장 중요한 요소이다.

이에 냉난방시스템을 통한 적절한 온도제어에 의하여 겨울철 냉해와 여름철 열해는 물론 작물이 성장하기 적합한 재배환경을 조성하는바, 그 예로서 난방시스템의 경우에는 보일러에서 고온으로 가열된 온수를 시설 내에 설치된 열교환기를 통하여 난방하고, 냉각된 저온수는 보일러로 회수되는 방식으로 이루어져 있고, 이러한 시설 내부의 온도 조절 및 난방 효율을 높이기 위한 기술개발이 꾸준히 이루어지고 있다.

종래 시설재배용 난방장치의 일 예로 국내등록특허 제10-0324463호에는 비닐하우스용 난방장치가 게시되어 있다.

상기의 비닐하우스용 난방장치는 토양 난방용 배관과 외곽을 순환하는 배관을 구비함과 아울러 이들에 온수를 선택적으로 순환시킬 수 있도록 제어함으로써, 토양의 온도가 적정온도에 도달하면 토양 난방용 배관측으로의 온수 공급을 차단하여 적정 지중온도를 유지할 수 있고, 이 경우 차단된 온수는 하우스의 내측 외곽 둘레로 설치된 배관으로 순환되도록 하여 하우스의 가장자리까지도 난방함으로써 외부의 냉기가 내부로 들어오는 것을 차단하도록 하고 있다.

그러나, 상기와 같은 종래의 비닐하우스용 난방장치는 온수가 가열관을 타고 이송되며 난방하고, 난방에 사용된 온수는 외곽순환관을 통하여 회수되는 구조이므로, 보일러와 인접하는 가열관상의 난방온도와 먼 거리 가열관상의 난방온도 편차가 발생하여 재배작물의 생육 발달이 불균일하게 되어 작물의 품질저하 및 출하시기의 불일치로 이어지는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 다수의 배관을 지중에 매설하고, 매설된 배관 내에서 물과 공기의 열교환이 이루어지게 하여 하우스 내부의 온도를 실외보다 낮추거나 높일 수 있도록 하고, 하우스 내부의 온도를 전체적으로 균일하게 유지하여 재배작물의 생육 발달을 고르게 할 수 있는 지열을 이용한 하우스 냉난방장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 지열을 이용한 하우스 냉난방장치는 물이 저장되는 물탱크와; 상기 물탱크에서 공급되는 물이 흐르거나 내부에 채워질 수 있도록 제1유로가 형성되고, 지중에 매설되는 제1지중매설배관부와; 상기 제1지중매설배관부에 공기를 공급하는 제1송풍기와; 상기 제1지중매설배관부 내부의 물에 외주면이 접하도록 상기 제1지중매설배관부의 내부에 배치되고, 내부에는 하우스 내부의 공기를 순환시키기 위한 제2유로가 형성된 제2지중매설배관부와; 상기 제2지중매설배관부에 하우스 내부의 공기를 공급하는 제2송풍기와; 상기 제1송풍기 및 제2송풍기의 동작을 각각 제어하는 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 제1지중매설배관부에는 상기 물탱크에서 공급되는 물이 주입되는 물주입구와, 상기 제1유로의 물을 상기 물탱크로 배출시키기 위한 물배출구와, 상기 제1송풍기에서 공급되는 공기가 주입되는 공기주입구와, 상기 제1유로를 통과하는 공기를 외부로 배출시키기 위한 공기배출부가 각각 구비된 것을 특징으로 한다.

상기 물탱크에 설치되어 상기 물탱크에 저장된 물을 가열하는 히터;를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 지열을 이용한 하우스 냉난방장치는 배관 내에서 물과 공기의 열교환이 이루어지게 하여 하우스 내부의 온도를 실외보다 낮추거나 높일 수 있고, 하우스 내부의 온도를 전체적으로 균일하게 유지하여 재배작물의 생육 발달을 고르게 할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 지열을 이용한 하우스 냉난방장치를 나타낸 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 지열을 이용한 하우스 냉난방장치의 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 지열을 이용한 하우스 냉난방장치의 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지열을 이용한 하우스 냉난방장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 3에는 본 발명에 따른 지열을 이용한 하우스 냉난방장치가 도시되어 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 지열을 이용한 하우스 냉난방장치는 물탱크(10)와, 제1지중매설배관부(20)와, 제1송풍기(30)와, 제2지중매설배관부(40)와, 제2송풍기(50)와, 제어부(60)를 구비한다.

이하에서 설명하는 하우스는 비닐을 이용한 비닐하우스나 유리를 이용한 유리온실 또는 시설재배하우스 등 재배 식물이나 작물의 주요 생육환경인 빛, 온도, 습도를 인공적으로 조절할 수 있도록 만든 구조물을 모두 포함한다.

상기 물탱크(10)는 제1지중매설배관부(20)에 물을 공급하기 위한 저수공간이 내부에 형성되어 있다. 상기 물탱크(10)는 여름철 직사광선에 의해 물이 가온되는 것을 방지하면서, 겨울철 물이 얼거나 얼어서 깨지거나 터지는 현상을 방지하기 위한 단열부재(미도시)를 더 구비할 수 있다.

상기 제1지중매설배관부(20)는 물탱크(10)에서 공급되는 물이 흐르거나 내부에 채워질 수 있도록 제1유로(21)가 형성되어 있고, 직육면체 형상으로 형성되어 있으며, 지중에 매설되어 있다. 도시된 바와 다르게 상기 제1지중매설배관부(20)는 후술하는 제2지중매설배관부(40)의 제2매설배관들을 각각 감싸도록 원형 파이프 형상으로 형성된 다수의 제1지중매설배관들을 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우, 물탱크(10)로부터 제1지중매설배관들 각각에 물이 공급되도록 한다. 그리고, 상기 제1지중매설배관부(20)는 하루 중 온도변화가 거의 없는 1m~2m 또는 이상의 깊이에 매설되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 제1지중매설배관부(20)에는 물탱크(10)로부터 물뿐만 아니라, 외기 또는 하우스 내부의 공기 중 어느 하나가 공급된다. 이때, 상기 제1지중매설배관부(20)는 제1유로(21)를 따라 공기가 이동할 수 있도록 물탱크(10)로부터 공급되는 물의 양을 적절하게 조절하는 것이 바람직하다. 일 예로, 물탱크(10)로부터 공급되는 물의 양은 후술하는 제2지중매설배관부(40)가 내부에 배치된 상태에서 제1지중매설배관부(20)의 중간 또는 그보다 약간 높은 수위를 이루도록 할 수 있다.

제1송풍기(30)는 외기를 흡입하여 제1지중매설배관부(20)로 공급하도록 되어 있으며, 계절에 따라 외기 또는 하우스 내부의 공기를 선택적으로 제1지중매설배관부(20)로 공급할 수 있다.

상기 제1지중매설배관부(20)에는 물탱크(10)에서 공급되는 물이 주입되는 물주입구(22)와, 제1유로(21)의 물을 상기 물탱크(10)로 배출시키기 위한 물배출구(23)와, 제1송풍기(30)에서 공급되는 공기가 주입되는 공기주입구(24)와, 제1유로(21)를 통과하는 공기를 외부로 배출시키기 위한 공기배출구(25)가 각각 구비되어 있다. 상기 물배출구(23)에는 흡입펌프(26)가 구비되어 제1지중매설배관부(20) 내부의 물을 물탱크(10)로 회수하도록 되어 있다.

상기 제2지중매설배관부(40)는 제1지중매설배관부(20) 내부를 따라 흐르거나 내부에 체류하는 물에 외주면이 접하도록 제1지중매설배관부(20)의 내부에 배치되어 있다. 상기 제2지중매설배관부(40)는 하우스 내부의 공기를 순환시키기 위한 제2유로(41)가 내부에 각각 형성되고 서로 이격되게 배치되는 다수의 제2지중매설배관(42)들을 포함하여 구성되어 있다.

상기 제2지중매설배관(42)들 각각은 도시된 바와 같이 직육면체 형상의 제1지중매설배관부(20) 내부에 전체가 잠기도록 배치되거나 외주면 일부가 잠기도록 배치되어 있으며, 도시된 바와 다르게 파이프 형상으로 형성되는 제1지중매설배관들 내부에 일부 또는 전체가 잠기도록 배치될 수도 있다.

그리고, 상기 제2지중매설배관부(40)는 하우스 내부의 공기를 제2유로(41)를 통해 순환시킬 수 있도록 하우스 내부와 연통되게 설치되어 있다. 이는 제2지중매설배관부(40)의 일 측과 타 측을 하우스 내부로 연장하거나, 일 측이 하우스 내부로 연장되고 타 측은 제2지중매설배관부(40)와 연결된 연장배관을 통해 제2유로(41)와 하우스 내부를 연통시킬 수 있다.

상기 제2지중매설배관부(40)의 일 측에는 하우스 내부의 공기를 흡입하여 강제적으로 제2지중매설배관부(40)로 공급하는 제2송풍기(50)가 설치되어 있다. 상기 제2송풍기(50)는 여름철 하우스 내부의 뜨거운 공기를 제2유로(41)에 공급하거나, 겨울철 하우스 내부의 차가운 공기를 제2유로(41)에 공급하도록 되어 있다.

상기 제어부(60)는 상기 제1송풍기(30)와 제2송풍기(50) 및 흡입펌프(26)의 동작을 사용자의 조작에 의해 수동적으로 제어하거나 설정된 주기 또는 하우스 내부의 환경에 따라 자동으로 제어하도록 되어 있다. 일 예로, 하우스 내부의 공기가 설정된 온도보다 높은 경우 상기 제어부(60)는 제2송풍기(50)를 단독으로 동작되게 제어하거나, 제1송풍기(30)와 제2송풍기(50)가 모두 동작되게 제어할 수 있다. 이를 위해 하우스 내부에는 온도를 측정하기 위한 온도센서가 구비되어 측정된 온도정보를 제어부(60)로 전송하도록 되어 있다. 이때, 제어부(60)는 측정된 온도정보와 설정된 기준온도정보를 비교하여 제1송풍기(30) 및 제2송풍기(50)의 동작 여부를 결정할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 지열을 이용한 하우스 냉난방장치는 겨울철 하우스 내부의 공기를 가온시키기 위한 히터(70)를 더 구비한다. 상기 히터(70)는 물탱크(10) 내부에 설치되어 물탱크(10)에 저장된 물을 가열하도록 되어 있으며, 제어부(60)에 의해 동작이 제어된다.

이하, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 지열을 이용한 하우스 냉난방장치를 이용한 하우스의 냉방 및 난방 과정을 상세하게 설명한다.

먼저, 여름철 하우스 내부의 공기가 설정된 온도범위를 초과하는 경우, 제어부(60)는 제2송풍기(50)를 동작되게 제어하여 제2지중매설배관부(40)를 통해 하우스 내부의 공기를 순환시키게 되는데, 제2지중매설배관부(40)를 통과하는 뜨거운 공기는 이동중 제1지중매설배관부(20)에 접촉되면서 열교환이 이루어져 냉각된다.

이와 같은 과정을 통해 냉각된 공기는 하우스 내부로 공급되며 이러한 과정이 지속적으로 이루어지게 되면서 하우스 내부의 온도가 하강하게 된다. 한편, 제1지중매설배관부(20) 내부의 물은 제2지중매설배관부(40)를 통과하는 공기와의 열교환에 의해 온도가 증가하나, 지중으로 열이 방출됨으로써 온도가 다시 하강하게 된다. 이때, 부가적으로 제어부(60)는 제1송풍기(30)를 동작되게 제어하여 제1지중매설배관부(20)로 뜨거운 외기를 공급하는데, 이는 제1지중매설배관부(20) 내부의 물이 공급되는 뜨거운 공기에 의해 증발하면서 주변의 열을 흡수하도록 하여 제1지중매설배관부(20) 내의 물을 냉각시키도록 한 것이다

이와 같이 여름철 하우스 내부의 뜨거운 공기를 제2지중매설배관부(40)로 공급하고, 제2지중매설배관부(40)에서 냉각된 공기를 다시 하우스 내부로 공급하는 순환구조를 통해 여름철 하우스 내부의 온도를 설정된 온도로 유지시킬 수 있다.

한편, 여름철 하우스 내부의 공기가 설정된 온도범위보다 낮은 경우, 제어부(60)는 히터(70)를 동작되게 제어하여 물탱크(10) 내부의 물을 설정된 온도로 가온시키고, 제2송풍기(50)를 동작되게 제어하여 제2지중매설배관부(40)를 통해 하우스 내부의 공기를 순환시키게 되는데, 제2지중매설배관부(40)를 통과하는 차가운 공기는 이동중 제1지중매설배관부(20)에 접촉되면서 열교환이 이루어져 가온된다. 이렇게 가온된 공기는 하우스 내부로 공급되며 이러한 과정이 지속적으로 이루어지게 되면서 하우스 내부의 온도가 상승하게 되는 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 지열을 이용한 하우스 냉난방장치는 지중에 매설되는 배관들내의 물과 공기의 열교환이 이루어지게 하여 하우스 내부의 온도를 실외보다 낮추거나 높일 수 있고, 하우스 내부의 온도를 전체적으로 균일하게 유지하여 재배작물의 생육 발달을 고르게 할 수 있는 장점이 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 지열을 이용한 하우스 냉난방장치는 도면에 도시된 일 예를 참조하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호의 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.

10 : 물탱크
20 : 제1지중매설배관부
30 : 제1송풍기
40 : 제2지중매설배관부
50 : 제2송풍기
60 : 제어부
70 : 히터

Claims (3)

1. 물이 저장되는 물탱크와;
   상기 물탱크에서 공급되는 물이 흐르거나 내부에 채워질 수 있도록 제1유로가 형성되고, 지중에 매설되는 제1지중매설배관부와;
   상기 제1지중매설배관부에 하우스 바깥의 공기를 공급하는 제1송풍기와;
   상기 제1지중매설배관부 내부의 물에 외주면이 접하도록 상기 제1지중매설배관부의 내부에 배치되고, 내부에는 하우스 내부의 공기를 순환시키기 위한 제2유로가 형성된 제2지중매설배관부와;
   상기 제2지중매설배관부에 하우스 내부의 공기를 공급하는 제2송풍기와;
   상기 제1송풍기 및 제2송풍기의 동작을 각각 제어하는 제어부;를 구비하고,
   상기 제1지중매설배관부에는 상기 물탱크에서 공급되는 물이 주입되는 물주입구와, 상기 제1유로의 물을 상기 물탱크로 배출시키기 위한 물배출구와, 상기 제1송풍기에서 공급되는 공기가 주입되는 공기주입구와, 상기 제1유로를 통과하는 공기를 외부로 배출시키기 위한 공기배출부가 각각 구비되고,
   상기 물탱크에는 단열부재가 더 구비된 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 하우스 냉난방장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 물탱크에 설치되어 상기 물탱크에 저장된 물을 가열하는 히터;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 하우스 냉난방장치.
   

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