KR101856190B1

KR101856190B1 - 비닐하우스용 난방 시스템

Info

Publication number: KR101856190B1
Application number: KR1020160075659A
Authority: KR
Inventors: 박윤철; 고광수; 전병용; 조기현; 뢰 송
Original assignee: 제주대학교 산학협력단
Priority date: 2016-06-17
Filing date: 2016-06-17
Publication date: 2018-05-11
Also published as: KR20170143058A

Abstract

본 발명은 재배하우스에 설치되는 비닐하우스용 난방 시스템에 관한 것으로, 상기 재배하우스 외부에 배치될 수 있는 케이싱, 상기 재배하우스 외부에 배치될 수 있고 상기 재배하우스 내부 상층부와 연결될 수 있는 입구와 상기 재배하우스 내부 하층부와 연결될 수 있는 출구를 가지는 덕트 및 상기 케이싱과 상기 덕트에 분산 배치된 히트펌프 시스템을 포함하며, 상기 재배하우스 내부 공기는 상기 덕트를 통해 순환될 수 있고, 상기 공기는 상기 히트펌프 시스템과 열교환할 수 있다.

Description

비닐하우스용 난방 시스템{Heat pump systems for greenhouses}

본 발명은 비닐하우스용 난방 시스템에 관한 것이다.

재배하우스에서는 과일, 채소, 꽃 등의 각종 식물을 계절에 관계없이 재배하기 위해 사용된다. 재배하우스 내부는 식물에 생육에 맞게 최적의 온도를 유지해야 한다. 이에 난방이 필요하다.

이에, 기름, 가스, 전기에너지 등을 사용하는 난방기, 보일러 등을 구비하여 난방을 실시하고 있다.

이러한 난방기는 공장 등에서 제조한 뒤 설치 현장인 재배하우스 내부에 설치하거나 또는 일부 구성요소들을 재배하우스 내부와 외부에 나누어 분산배치하기도 한다.

난방기 구성요소들을 현장에서 하나, 하나 설치해야 하므로 설치 작업을 신속하게 할 수 없었다. 또한, 재배하우스 내부와 외부를 오가면 설치해야 하므로 설치 작업이 다소 불편하였다.

이와 같은 난방기는 기름, 가스, 전기에너지 등의 연료로 사용하므로 광열비 지출이 높아지게 되었다.

등록특허 제10-0915701호 (2009.08.28.) 공개특허 제10-2010-0052427호 (2010.05.19.)

본 발명은 비닐하우스용 난방 시스템을 설치 현장에서 간편하고 신속하게 설치할 수 있는 기술을 제공한다.

본 발명은 비닐하우스용 난방 시스템을 다양한 열원으로 사용할 수 있는 기술을 제공한다.

본 발명의 한 실시예에 따른 비닐하우스용 난방 시스템은 재배하우스에 설치되는 것으로, 상기 재배하우스 외부에 배치될 수 있는 케이싱, 상기 재배하우스 외부에 배치될 수 있고 상기 재배하우스 내부 상층부와 연결될 수 있는 입구와 상기 재배하우스 내부 하층부와 연결될 수 있는 출구를 가지는 덕트 및 상기 케이싱과 상기 덕트에 분산 배치된 히트펌프 시스템을 포함하며, 상기 재배하우스 내부 공기는 상기 덕트를 통해 순환될 수 있고, 상기 공기는 상기 히트펌프 시스템과 열교환할 수 있다.

상기 히트펌프 시스템은, 상기 케이싱 외부에 배치되어 있고 제1 열매체가 순환될 수 있는 집열부, 상기 케이싱에 배치되어 있고 상기 제1 열매체 및 상기 공기와 열교환할 수 이 제2 열매체가 수용될 수 있는 축열부, 적어도 일부분이 상기 덕트 내부에 위치하고 상기 축열부와 연결되어 상기 제2 열매체가 순환될 수 있는 직수 난방부, 적어도 일부분이 상기 덕트 내부에 위치하며 제3 열매체가 순환될 수 있는 외기 열원부 및 상기 제2 열매체와 상기 제3 열매체가 열교환하도록 설치된 판형 열교환기를 포함할 수 있으며, 상기 제3 열매체는 상기 덕트 내부 공기와 열교환할 수 있다.

상기 재배하우스의 내부 상층부에 설정온도보다 높은 잉여열이 발생하면 상기 잉여열을 상기 축열부에 저장하는 축열운전을 하며, 상기 재배하우스의 내부 열이 설정온도보다 낮으면 상기 재배하우스의 내부 온도를 높이는 난방운전 할 수 있다.

상기 잉여열은 상기 덕트를 통해 순환하며, 상기 축열운전 시 상기 잉여열은 상기 제3 열매체를 통해 상기 판형 열교환기에서 제2 열매체와 교환할 수 있다.

상기 축열부는 제1 축열조 및 제2 축열조를 포함하며, 상기 제1 축열조의 상기 제1 열매체는 상기 제2 축열조로 공급될 수 있고, 상기 제2 축열조의 상기 제1 열매체는 상기 판형 열교환기 또는 직수 난방부를 통해 상기 제1 축열조로 순환될 수 있으며, 상기 직수 난방부의 제1 열매체의 열은 상기 덕트 내부로 전달될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 난방 시스템은 재배하우스 외부에 설치된 덕트와 케이싱에 분산 배치된다. 이에 덕트와 케이싱을 재배하우스 현장에 설치한 후 덕트를 재배하우스와 연결하면 히트펌프 시스템의 설치가 완료된다. 이에 히트펌프 시스템을 재배하우스 현장에서 신속하게 설치할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 재배하우스 잉여열원, 태양열 등을 이용하여 축열하고, 축열을 이용하여 난방 하므로 광열비 지출을 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 비닐하우스용 난방 시스템을 나타낸 개략도.
도 2는 도 1의 비닐하우스용 난방 시스템의 축열운전 상태를 나타낸 개략도.
도 3 내지 도 5는 도 1의 비닐하우스용 난방 시스템의 난방운전 상태를 나타낸 개략도.

이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

그러면 본 발명의 한 실시예에 따른 비닐하우스용 난방 시스템에 대하여 도 1을 참고하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 비닐하우스용 난방 시스템을 나타낸 개략도이다.

도 1을 참고하면, 본 실시예에 따른 비닐하우스용 난방 시스템(200)은 케이싱(1), 덕트(2) 및 히트펌프 시스템(3)을 포함한다. 제조공장에서 히트펌프 시스템(3)을 케이싱(1)과 덕트(2)에 설치하고 설치 현장에서는 덕트(2) 만을 재배하우스(100)와 연결하여 비닐하우스용 난방 시스템(200)의 설치를 완료한다. 또한 비닐하우스용 난방 시스템(200)은 재배하우스(100)의 잉여열을 이용하여 축열 하거나 축열로 재배하우스(100)를 난방할 수 있다.

재배하우스(100)는 골조와 골조를 덮는 필름을 포함한다. 재배하우스(100) 내부에서는 식물을 생육할 수 있다. 재배하우스(100) 내부 온도는 비닐하우스용 난방 시스템(200)을 이용하여 설정할 수 있다. 재배하우스(100)는 유리온실 구조로 형성될 수 있다.

케이싱(1)은 재배하우스(100) 외부에 배치될 수 있다. 케이싱(1)의 내부에는 히트펌프 시스템(3)의 일부 구성요소가 배치되어 있다. 케이싱(1)은 단열 처리되어 있으며 환기창 등을 갖는다. 케이싱(1)은 보관 및 이동의 편의성을 위해 콤팩트타입으로 형성되어 있다.

덕트(2)는 재배하우스(100) 외부에 배치될 수 있으며 내부가 길이 방향을 따라 비어있고 입구(21)와 출구(22)를 갖는다. 덕트(2)의 입구(21)는 재배하우스(100)의 내부 상층부(100a)와 연결될 수 있고, 덕트(2)의 출구(22)는 재배하우스(100)의 내부 하층부(100b)와 연결될 수 있다. 재배하우스(100)의 내부 공기는 덕트(2)를 통해 순환할 수 있다. 공기 순환을 높이기 위해서 입구(21)와 출구(22)에는 팬(도시하지 않음)이 설치될 수 있다. 입구(21)와 출구(22)에는 이물질 유입을 방지하기 위한 필터(도시하지 않음)가 설치될 수 있다.

덕트(2) 내부에는 내부 공기와 열교환할 수 있는 히트펌프 시스템(3)의 일부 구성요소들이 배치되어 있다. 히트펌프 시스템(3)의 운전 상태에 따라 내부 공기 열이 히트펌프 시스템(3)으로 전달되거나, 히트펌프 시스템(3)의 열이 내부 공기로 전달될 수 있다.

히트펌프 시스템(3)은 집열부(31), 축열부(32), 직수 난방부(33), 외기 열원부(34) 및 판형 열교환기(35)를 포함하며 비닐하우스의 내부 공기 온도를 설정할 수 있다.

집열부(31)는 히트 파이프(311) 및 집열 배관(312)을 포함하며 태양열을 이용하여 제1 열매체의 온도를 높인다. 제1 열매체는 물, 기름 등의 유체일 수 있다.

히트 파이프(311)와 집열 배관(312)은 연결되어 있으며 내부에는 제1 열매체가 수용되어 있다. 제1 열매체는 히트 파이프(311)에서 태양열에 의해 가열될 수 있다. 제1 열매체는 집열 배관(312)에 설치된 펌프에 의해 순환할 수 있다. 히트 파이프(311)가 제1 열매체를 가열하는 구조는 널리 공지된 구성이 적용될 수 있는 바 상세한 구조에 대한 설명은 생략한다.

축열부(32)는 제1 축열조(321), 제2 축열조(322), 연결 배관(323), 축열 열교환 배관(324), 축열조 배관(325) 및 우회 배관(326)을 포함하며 유체의 열을 저장한다.

제1 축열조(321)의 내부는 비어 있으며 제2 열매체가 저장되어 있다. 제2 열매체는 물, 기름 등의 유체일 수 있다. 집열 배관(312)은 제1 축열조(321)를 관통한다. 제1 열매체 온도가 제2 열매체 온도보다 높으면 제1 열매체의 열을 제1 축열조(321) 내에서 제2 열매체로 전달할 수 있다. 제2 열매체의 온도는 전달된 열에 의해 높아질 수 있다.

제2 축열조(322)는 연결 배관(323)으로 제1 축열조(321)와 연결되어 있다. 연결 배관(323)의 일측은 제1 축열조(321) 상단과 연결되어 있고 타측은 제2 축열조(322) 하단과 연결되어 있다. 제1 축열조(321)의 제2 열매체는 연결 배관(323)을 통해 제2 축열조(322)로 유입될 수 있다.

위 설명과 도면 도 1에서 축열조를 2개로 도시하였으나, 축열조의 개수는 비닐하우스용 난방 시스템의 설계에 따라 달라질 수 있다.

축열 열교환 배관(324)의 양단은 제1 축열조(321) 하단과 연결되어 있다. 축열 열교환 배관(324)에는 펌프가 배치되어 있으며, 펌프 작동으로 제2 열매체는 축열 열교환 배관(324)을 따라 순환할 수 있다. 축열 열교환 배관(324)에는 제1 내지 제3 열교환 3WAY 밸브(324a, 324b, 324c)가 간격을 두고 배치되어 있다. 축열 열교환 배관(324)의 펌프는 제1 열교환 3WAY 밸브(324a)와 제2 열교환 3WAY 밸브(324b) 사이에 배치되어 있다.

축열조 배관(325)은 제2 축열조(322)와 축열 열교환 배관(324)을 연결한다. 축열조 배관(325)의 일측은 제2 축열조(322) 상단과 연결되어 있고 타측은 제1 열교환 3WAY 밸브(324a)와 연결되어 있다. 축열조 배관(325)에는 제2 열매체를 제어하는 밸브가 배치되어 있다.

우회 배관(326)은 제1 축열조(321)와 축열조 배관(325)을 연결한다. 우회 배관(326)에는 제2 열매체를 제어하는 밸브가 배치되어 있다. 제1 축열조(321)의 제2 열매체는 제2 축열조(322)를 통하지 않고 우회 배관(326)을 통해 축열조 배관(325)으로 순환할 수 있다.

직수 난방부(33)는 직수 난방 배관(331) 및 히팅 팬 코일 유닛(332)을 포함한다.

직수 난방 배관(331)은 덕트(2) 내부를 통과하며 일측이 제2 열교환 3WAY 밸브(324b)과 연결되어 있고 타측이 제3 열교환 3WAY 밸브(324c)과 연결되어 있다. 직수 난방 배관(331)에는 펌프가 배치되어 있다. 제1 내지 제3 열교환 3WAY 밸브(324c)의 제어와 펌프의 구동으로 제2 열매체는 직수 난방 배관(331)을 따라 순환할 수 있다.

히팅 팬 코일 유닛(332)은 덕트(2) 내부에 배치되어 직수 난방 배관(331)과 연결되어 있다. 히팅 팬 코일 유닛(332)은 제2 열매체가 고온인 경우 제2 열매체를 직접 사용하기 위한 난방코일이다. 이에, 히팅 팬 코일 유닛(332)을 이용하여 재배하우스(100) 내부를 난방할 수 있다. 히팅 팬 코일 유닛(332)의 세부 구성은 공지의 공기 조화의 팬 코일 유닛(fan coil unit)이 적용될 수 있는바, 이하 자세한 설명은 생략한다.

외기 열원부(34)는 외기 열원 배관(341), 압축부(342), 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343), 쿨링 팬 코일 유닛(344) 및 팽창밸브(345)를 포함한다.

외기 열원 배관(341)은 덕트(2) 내부를 통과하며 양단이 외기 4WAY 밸브(341c)와 연결되어 있다. 외기 열원 배관(341)에는 제1 외기 3WAY 밸브(341a) 및 제2 외기 3WAY 밸브(341b)가 배치되어 있다. 외기 열원 배관(341)에는 제3 열매체가 순환할 수 있다.

한편, 제1 외기 3WAY 밸브(341a) 및 제2 외기 3WAY 밸브(341b)에는 판형 열교환기(35)가 결합된 판형 열교환기 배관(36)의 일측과 타측이 연결되어 있다.

제1 외기 3WAY 밸브(341a)와 제2 외기 3WAY 밸브(341b)의 제어로 제3 열매체는 판형 열교환기 배관(36)으로 순환할 수 있다.

쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343)은 덕트(2) 내부에 배치되어 있으며 외기 열원 배관(341)과 연결되어 있다. 제3 열매체는 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343)을 통과하며, 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343)은 축열 시 응축기 역할을 수 있으며 난방 시 증발기 역할을 할 수 있다. 이에 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343)은 쿨링 또는 히팅용으로 사용될 수 있다.

쿨링 팬 코일 유닛(344)은 제1 외기 3WAY 밸브(341a)와 제2 외기 3WAY 밸브(341b) 사이에 위치하여 외기 열원 배관(341)에 배치되어 있다. 쿨링 팬 코일 유닛(344)은 케이싱(1) 외부에 배치되어 있다. 쿨링 팬 코일 유닛(344)은 응축기 역할을 할 수 있다.

팽창밸브(345)는 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343)과 제1 외기 3WAY 밸브(341a) 사이에 위치하여 외기 열원 배관(341)에 배치되어 있다. 팽창밸브(345)는 온도식 팽창밸브(Thermostatic Expansion Valve; T.E.V), 수동식 팽창밸브(Manual Expansion Valve; M.E.V), 정압식 팽창밸브(Automatic Expansion Valve; A.E.V) 등으로 구성될 수 있다.

압축부(342)는 외기 4WAY 밸브(341c)와 연결된 압축기(342a) 및 축적기(342b)를 포함한다. 축적기(342b)는 압축기(342a) 및 외기 4WAY 밸브(341c)와 연결되어 있다.

압축부(342)는 기체 상태의 열매체보다 액체 상태의 열매체를 압축해야 효율이 상승할 수 있다. 이에 축적기(342b)는 기체 또는 기체, 액체 혼합 상태의 열매체를 받아 액체 상태로 내보낸다. 제3 열매체는 액체 상태로 외기 열원 배관(341)을 순환할 수 있다.

판형 열교환기(35)는 제2 열교환 3WAY 밸브(324b)와 제3 열교환 3WAY 밸브(324c) 사이에 위치하여 축열 열교환 배관(324)과 연결되어 있다. 또한 판형 열교환기(35)는 판형 열교환기 배관(36)과 연결되어 있다. 이에 제2 열매체와 제3 열매체는 판형 열교환기(35)에서 열교환할 수 있다. 판형 열교환기(35)는 제2 열매체와 제3 열매체가 혼합되지 않도록 분리하여 유동시킨다.

제1 외기 3WAY 밸브(341a)와 제2 외기 3WAY 밸브(341b)의 제어에 따라 제3 열매체는 판형 열교환기(35) 또는 쿨링 팬 코일 유닛(344)을 통해 압축부(342)로 순환할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 각 배관에는 열매체의 유량을 측정하기 위한 유량계가 배치되어 있다. 판형 열교환기 배관(36)에는 유량계가 생략될 수 있다.

본 실시예에 따른 비닐하우스용 난방 시스템(200)은 온도센서(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 온도센서는 재배하우스(100) 내부 상층부, 하층부 등에 설치되어 재배하우스(100) 내부 온도를 감지할 수 있다.

본 실시예에 따른 비닐하우스용 난방 시스템(200)은 제어부(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 제어부는 온도센서 및 히트펌프 시스템과 전기적으로 연결되어 있으며 감지 온도에 따라 히트펌프 시스템의 운전 모드를 제어한다.

예컨대, 제어부는 재배하우스(100)의 내부 상층부에서 감지된 온도가 설정온도보다 높으면 축열부(32)에 열을 저장하는 축열운전을 하며, 재배하우스(100)의 내부에서 감지된 온도가 설정온도보다 낮으면 재배하우스(100)의 내부 온도를 높이는 난방운전을 한다.

다음으로 도 2 내지 도 5를 참고하여 비닐하우스용 난방 시스템의 축열운전, 난방운전에 대하여 설명한다.

먼저, 도 2를 참고하여 축열운전에 대하여 설명한다.

도 2는 도 1의 비닐하우스용 난방 시스템의 축열운전 상태를 나타낸 개략도이다.

축열운전은 축열부(32)의 제2 열매체의 온도를 높이는 것으로 재배하우스(100)의 잉여열 또는 집열부(31)를 이용할 수 있다.

먼저, 재배하우스(100)의 상층부 온도가 식물 생육에 따른 설정온도보다 높으면 식물의 생육에 악영향을 끼칠 수 있으므로 잉여열을 제거함과 동시에 그 열을 축열부에 저장한다.

외기 열원부(34)의 제3 열매체는 응축기 역할을 하는 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343), 외기 4WAY 밸브(341c), 압축부(342), 제2 외기 3WAY 밸브(341b), 판형 열교환기(35), 제1 외기 3WAY 밸브(341a), 팽창밸브(345) 다시 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343)으로 순환한다.

재배하우스(100)의 잉여열은 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343) 또는 팬의 작동으로 덕트(2)로 순환한다. 잉여열이 응축기인 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343)을 통과하게 되고 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343) 작동으로 잉여열에 의해 제3 열매체의 온도는 높아진다. 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343)을 통과한 잉여열의 온도는 낮아질 수 있고, 낮아진 열이 비닐하우스(1) 내부로 유입되므로 비닐하우스(1)의 내부 온도가 낮아질 수 있다.

제1 축열조(321)의 제2 열매체는 축열 열교환 배관(324)의 펌프 작동으로 제1 열교환 3WAY 밸브(324a), 제2 열교환 3WAY 밸브(324b), 판형 열교환기(35), 제3 열교환 3WAY 밸브(324c) 다시 제1 축열조(321)로 순환한다. 제3 열매체와 제2 열매체가 판형 열교환기(35)를 통과하면서 열교환을 한다.

따라서 재배하우스(100)의 잉여열은 외기 열원부(34), 판형 열교환기(35)를 통해 축열부(32)에 저장될 수 있다.

한편, 외기 열원부(34)의 축열과 관계없이 제1 열매체의 온도가 제2 열매체의 온도보다 높으면 집열부(31)가 작동하여 제1 열매체에 의해 제2 열매체의 온도는 높아질 수 있다.

다음으로 도 3을 참고하여 직수 난방부를 이용한 난방운전에 대하여 설명한다.

도 3은 직수를 이용한 난방운전 상태를 나타낸 개략도이다.

도 3을 참고하면, 난방운전은 재배하우스(100)의 내부 온도가 식물 생육에 따른 설정온도보다 낮으면 식물 생육에 악영향을 끼칠 수 있으므로 재배하우스(100)의 온도를 높인다. 이때 재배하우스(100)의 내부 온도는 제2 열매체의 온도보다 낮다.

축열부(32)의 온도가 고온일 경우 고온수를 직접 사용하여 재배하우스(100)를 난방한다. 직수 난방부(33)를 이용하여 제2 열매체를 순환시킨다. 직수 난방부(33)는 제2 열매체를 제2 축열조(322), 제1 열교환 3WAY 밸브(324a), 제2 열교환 3WAY 밸브(324b), 증발기 역할을 하는 히팅 팬 코일 유닛(332), 제1 열교환 3WAY 밸브(324a), 제1 축열조(321) 다시 제2 축열조(322)로 순환시킨다.

한편, 제1 축열조(321)의 제1 열매체가 제2 축열조(322)를 통하지 않고 우회 배관(326)을 통해 제1 열교환 3WAY 밸브(324a), 제2 열교환 3WAY 밸브(324b), 히팅 팬 코일 유닛(332), 제1 열교환 3WAY 밸브(324a), 제1 축열조(321)로 순환할 수 있다.

제2 열매체의 순환은 우회 배관(326)과 축열조 배관(325)의 밸브 제어에 따라 달라질 수 있다.

재배하우스(100)의 설정온도 보다 낮은 열은 히팅 팬 코일 유닛(332) 또는 팬의 작동으로 덕트(2)로 순환한다. 낮은 열은 히팅 팬 코일 유닛(332)을 순환하는 제2 열매체에 의해 높아지고 재배하우스(100)로 유입되어 재배하우스(100) 내부를 난방 하게 된다.

다음으로 도 4를 이용하여 축열부와 외기 열원부를 이용한 수열원 난방운전에 대하여 설명한다.

도 4는 수열원 난방운전 상태를 나타낸 개략도이다.

도 4를 참고하면, 제3 열매체의 온도가 제2 열매체의 온도보다 낮은 상태에서, 재배하우스(100)의 내부 온도가 작물 생육에 따른 설정온도 이하이면, 축열부(32)는 축열조 배관(325), 축열 열교환 배관(324)을 통해 제2 열매체를 순환시키고 외기 열원부(34)는 제3 열매체를 순환시켜 제2 열매체의 열이 판형 열교환기(35)에서 제3 열매체로 전달되도록 한다.

외기 열원부(34)의 제3 열매체는 증발기 역할을 하는 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343), 팽창밸브(345), 제1 외기 3WAY 밸브(341a), 판형 열교환기(35), 제2 외기 3WAY 밸브(341b), 외기 4WAY 밸브(341c), 압축부(342)의 압축기(342a), 축적기(342b), 외기 4WAY 밸브(341c), 다시 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343) 순으로 순환시킨다.

그리고 제2 열매체는 제2 축열조(322), 제1 열교환 3WAY 밸브(324a), 제2 열교환 3WAY 밸브(324b), 판형 열교환기(35), 제3 열교환 3WAY 밸브(324c), 제1 축열조(321), 그리고 제1 축열조(321)의 제1 열매체는 집열부(31)를 통해 데워져 다시 제2 축열조(322) 순으로 순환한다.

집열부(31)는 제2 열매체의 순환과 관계없이 제1 열매체를 순환시켜 제1 축열조(321) 내에서 제2 열매체에 열을 전달하여 제2 열매체의 온도를 높일 수 있다.

제2 열매체가 판형 열교환기(35)를 순환할 때 제2 열매체의 열은 판형 열교환기(35)를 순환하는 제3 열매체에 전달된다. 온도가 높아진 제3 열매체가 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343)을 순환할 때 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343)의 작동으로 제3 열매체에 의해 덕트(2) 내부의 낮은 열의 온도가 높아질 수 있다. 높아진 열이 재배하우스(100)로 유입되어 재배하우스(100) 내부는 난방 된다. 이에 축열부(32)의 제2 열매체의 열을 열원으로하여 재배하우스(100)를 난방할 수 있다

한편, 수열원 난방 운전은 판형 열교환기(35)의 온도가 기준 이하로 내려갔을 때 수행될 수 있다

보다 구체적으로 도 4에 도시된 공기열원 난방운전의 경우에는 공기열원(외기)의 온도가 낮아지면 쿨링 팬 코일 유닛(344)의 표면에 얼음이 생겨 히트펌프의 COP가 감소할 수 있다.

따라서 눈이 오거나 한파로 인해 쿨링 팬 코일 유닛(344)의 표면에 얼음이 생기면 집열부(31)에 저장된 수열원을 이용하여 수열원 난방운전을 가동한다. 수열원 난방운전을 가동함에 따라 쿨링 팬 코일 유닛(344) 표면에 얼음이 제거될 수 있다. 그리고 쿨링 팬 코일 유닛(344)의 표면에 얼음이 제거되면 다시 공기열원 난방운전을 수행한다.

즉 쿨링 팬 코일 유닛(344)의 표면에 얼음이 생기면 수열원 난방운전을 수행하고, 수행 후 얼음이 제거되면 다시 공기열원 난방운전을 수행한다. 이처럼 상황에 따른 다양한 운전을 선택적으로 수행함에 따라 COP를 상당히 향상시킬 수 있다.

다음으로 도 5를 참고하여 외기 열원부를 이용한 외기열원 난방운전에 대하여 설명한다.

도 5는 외기열원 난방운전 상태를 나타낸 개략도이다.

도 5를 참고하면, 재배하우스(100) 온도가 작물 생육에 따른 설정온도 이하이면, 제3 열매체를 순환시켜 재배하우스(100)를 난방한다.

외기 열원부(34)의 제3 열매체는 증발기 또는 응축기 역할을 하는 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343), 팽창밸브(345), 제1 외기 3WAY 밸브(341a), 증발기 역할을 하는 쿨링 팬 코일 유닛(344), 제2 외기 3WAY 밸브(341b), 외기 4WAY 밸브(341c), 압축부(342)의 압축기(342a), 축적기(342b), 외기 4WAY 밸브(341c), 다시 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343) 순으로 순환시킨다. 제3 열매체가 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343)을 순환할 때 쿨링/히팅 팬 코일 유닛(343)의 작동으로 제3 열매체에 의해 덕트(2) 내부의 낮은 열의 온도가 높아질 수 있다. 온도가 높아진 열이 재배하우스(100) 내부로 순환되어 재배하우스(100)를 난방할 수 있다. 이에 외기를 열원으로 하여 재배하우스(100) 내부를 난방할 수 있다.

제어부는 축열운전, 난방운전을 재배하우스 상층부 온도, 외부 온도, 집열부(31) 온도, 축열부(32) 온도에 맞추어 선택적으로 할 수 있다. 또한, 제어부는 축열운전, 난방운전을 위해 각 밸브들, 펌프 등을 선택적으로 조작하여 열매체의 순환 제어할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

100: 재배하우스 100a: 상층부
100b: 하층부
200: 비닐하우스용 난방 시스템
1: 케이싱 2: 덕트
21: 입구 22: 출구
3: 히트펌프 시스템 31: 집열부
311: 히트 파이프 312: 집열 배관
32: 축열부 321: 제1 축열조
322: 제2 축열조 323: 연결 배관
324: 축열 열교환 배관 324a: 제1 열교환 3WAY 밸브
324b: 제2 열교환 3WAY 밸브 324c: 제3 열교환 3WAY 밸브
325: 축열조 배관 326: 우회 배관
33: 직수 난방부 331: 직수 난방 배관
332: 히팅 팬 코일 유닛 34: 외기 열원부
341: 외기 열원 배관 341a: 제1 외기 3WAY 밸브
341b: 제2 외기 3WAY 밸브 341c: 외기 4WAY 밸브
342: 압축부 342a: 압축기
342b: 축적기 343: 쿨링&히팅 팬 코일 유닛
344: 쿨링 팬 코일 유닛 345: 팽창밸브
35: 판형 열교환기 36: 판형 열교환기 배관

Claims

재배하우스에 설치되는 것으로,
상기 재배하우스 내부 상층부와 연결될 수 있는 입구와 상기 재배하우스 내부 하층부와 연결될 수 있는 출구를 가지는 덕트 및 상기 덕트를 순환하는 공기와 열교환하는 히트펌프 시스템을 포함하며,
상기 히트펌프 시스템은, 제1 열매체가 순환될 수 있는 집열부, 상기 제1 열매체 및 상기 덕트를 순환하는 공기와 열교환할 수 있는 제2 열매체가 수용될 수 있는 축열부 및 상기 덕트 내부를 경유하고 상기 축열부와 연결되어 상기 제2 열매체가 순환될 수 있는 직수 난방부, 상기 덕트 내부를 경유하고 제3 열매체가 순환될 수 있는 외기 열원부 및 상기 제2 열매체와 상기 제3 열매체가 열교환하도록 설치된 판형 열교환기를 포함하며,
상기 축열부는, 제1 축열조 및 제2 축열조를 포함하고,
상기 제1 축열조의 상기 제2 열매체는 상기 제2 축열조로 공급될 수 있고, 상기 제2 축열조의 상기 제2 열매체는 상기 판형 열교환기 또는 직수 난방부를 통해 상기 제1 축열조로 순환될 수 있으며, 상기 직수 난방부의 제2 열매체의 열은 상기 덕트 내부로 전달될 수 있는
비닐하우스용 난방 시스템.
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제1항에서,
상기 재배하우스의 내부 상층부에 설정온도보다 높은 잉여열이 발생하면 상기 잉여열을 상기 축열부에 저장하는 축열운전을 하며, 상기 재배하우스의 내부 열이 설정온도보다 낮으면 상기 재배하우스의 내부 온도를 높이는 난방운전을 하는 비닐하우스용 난방 시스템.
제3항에서,
상기 잉여열은 상기 덕트를 통해 순환하며, 상기 잉여열은 상기 제3 열매체를 통해 상기 판형 열교환기에서 상기 제2 열매체와 교환하는 비닐하우스용 난방 시스템.
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