KR102070359B1 - 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 아쿠아포닉스 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 히트 펌프와, 축열조 및 열교환기를 이용하여 재배조와 수조에 각기 다른 온도의 물을 제공함으로써 식물 재배에 필요로 하는 물의 온도와, 양식생물 사육에 필요로 하는 물의 온도가 각기 다른 경우에도 적용할 수 있어 다양한 식물과 양식생물을 재배 및 양식할 수 있도록 하는 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 아쿠아포닉스 시스템에 관한 것으로서, 상세하게는 히트 펌프와, 축열조 및 열교환기를 이용하여 재배조와 수조에 각기 다른 온도의 물을 제공함으로써 식물 재배에 필요로 하는 물의 온도와, 양식생물 사육에 필요로 하는 물의 온도가 각기 다른 경우에도 적용할 수 있어 다양한 식물과 양식생물을 재배 및 양식할 수 있도록 하는 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템에 관한 것이다.
아쿠아포닉스(Aquaponics)는 물고기 양식(Aqualculture)과 수경재배(Hydroponics)를 융합한 기술이다. 수조에서 물고기를 키우고, 물고기 배설물과 소진되지 않은 물고기 사료 등 사육수의 수질을 악화시킬 수 있는 오염원을 순환시켜 수경재배하는 식물에게 공급하며, 식물의 뿌리는 물속의 녹아든 물고기 배설물 등의 유기물에서 영양을 섭취하고 물고기에 유해한 암모니아를 정화시켜 물고기에게 깨끗한 물을 돌려주는 시스템이다.
아쿠아포닉스 시스템은 식물과 어패류 뿐만 아니라 환경유용 미생물이 포함되며, 환경유용 미생물을 이용하여 암모니아, 아질산 등 오염물질을 분해시키거나 새로운 유기물로 전환시켜 먹이로 재이용하게 한다. 사육수 내에는 미생물-식물플랑크톤-동물플랑크톤-양식생물 사이에 건강한 생태계가 균형을 유지하게 하면 환경 유용 미생물군이 사육수 내에 우점하기 때문에 기생충이나 비브리오 등의 병원균이 외부에서 유입되더라도 경쟁에서 밀려 질병을 일으키기 어렵다.
또한 아쿠아포닉스 시스템은 기존 양식장에서 배출되는 사육수로 인한 환경오염을 줄일 수 있다. 양식생물의 배설물과 사료찌꺼기 등이 다량 포함되어 있는 사육수를 외부로 배출하면 주변 하천이나 연안을 오염시키고 부영양화를 일으켜 녹조 또는 적조를 유발하며 이로 인한 수질악화를 처리하기 위해 많은 비용이 소요된다. 그러나 폐쇄된 양식 시스템인 아쿠아포닉스 시스템을 사용하면 사료찌꺼기, 양식생물 배설물 등이 환경유용 미생물에 의해 천연유기물로 전환되어 재이용될 수 있으며, 수경재배 식물이나 식물플랑크톤과 동물플랑크톤 및 양식생물로 이어지는 안정적인 생태계를 이루어 균형을 유지하게 되어 수계로 배출되는 폐수량을 저감시켜 환경개선 효과를 가져 온다.
또한 친환경적이고 사료 및 에너지의 효율이 높을 뿐만 아니라, 자연환경 및 지리적 입지 조건에 제한받지 않고 연중 안정적인 유기 농수산물의 생산 및 공급 체계 구축이 가능하기 때문에 아쿠아포닉스 시스템에 대한 연구가 활발하다.
일반적으로 수경재배는 토양에서의 재배에 비하여 연작장해를 피할 수 있고, 재배수질을 관리함으로써 재배식물로의 병원균 및 바이러스 감염 기회를 낮출 수 있는 장점이 있다. 아쿠아포닉스 시스템의 경우, 양식생물로의 기생생물, 병원균 및 바이러스의 유입을 억제하기 위하여 사육수의 수질을 폐쇄된 시스템에서 관리하기 때문에, 재배식물의 병충해를 예방하는 데에도 효과적이다.
이러한 아쿠아포닉스 시스템은 대한민국 등록특허 제10-1549217호, 제10-1551748호, 제10-1923530호, 대한민국 공개특허 제10-2018-0011533호 등에 개시되어 있으며, 공통적으로 어류 등의 양식생물을 사육할 수 있는 수조와, 수조 내의 사육수를 수경재배조로 옮길 수 있는 펌프와, 사육수에 의해 수경재배되는 식물의 재배조를 포함한다.
수경재배를 위한 재배조는 일반적으로 복층 또는 다층구조로, 각 층마다 LED광원을 배치하여 광합성을 유도하며 펌프를 사용하여 상층 재배조로 급수한다. 최근에는 재배조를 단층으로 구성하여 양식수조 등에 띄워 수경재배함으로써 사료찌꺼기나 배설물을 이용하면서도 자연광을 이용하는 방법이 개발되고 있다.
그러나, 이러한 종래의 아쿠아포닉스 시스템은 재배조와 수조의 동일 온도의 물을 상호 순환시키기 때문에 식물 재배에 필요로 하는 물의 온도와, 양식생물 사육에 필요로 하는 물의 온도가 각기 다른 경우에는 적용이 불가능한 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 히트 펌프와, 축열조 및 열교환기를 이용하여 재배조와 수조에 각기 다른 온도의 물을 제공함으로써 식물 재배에 필요로 하는 물의 온도와, 양식생물 사육에 필요로 하는 물의 온도가 각기 다른 경우에도 적용할 수 있어 다양한 식물과 양식생물을 재배 및 양식할 수 있도록 하는 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 계절에 상관없이 동일한 온도의 물을 제공하여 안정적으로 식물과 양식생물을 재배 및 양식할 수 있고, 히트 펌프에서 발생되는 여열인 냉수와 온수를 이용하여 냉방기와 난방기(또는 건조기)를 동작시켜 냉난방 및 농수산물 건조를 수행하도록 하는 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은,
어류와 같은 양식생물을 사육하는 수조와, 상기 수조 내의 물을 배출하여 순환시키는 제 1순환 배관과, 상기 수조에서 제 1순환 배관을 통해 배출되는 물을 이용하여 식물을 수경 재배하는 재배조 및 상기 재배조 내의 물을 상기 수조로 배출하여 순환시키는 제 2순환 배관을 포함하는 아쿠아포닉스 시스템에 있어서, 상기 제 1순환 배관을 통해 상기 수조에서 배출되는 물과 외부에서 공급되는 냉수를 열교환시켜 냉각된 물을 상기 재배조로 공급하는 제 1열교환기와; 상기 제 2순환 배관을 통해 상기 재배조에서 배출되는 물과 외부에서 공급되는 온수를 열교환시켜 승온된 물을 상기 수조로 공급하는 제 2열교환기; 및 상기 제 1열교환기 및 제 2열교환기와 상기 제 1, 2순환 배관에 의해 연결되고, 상기 제 1열교환기에서 열교환된 후 배출되는 냉수를 냉각시켜 상기 제 1열교환기로 배출하고, 상기 제 2열교환기에서 열교환된 후 배출되는 온수를 승온시켜 상기 제 2열교환기로 배출하는 히트 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템은 상기 제 1열교환기와 상기 히트 펌프 사이에 병렬 설치되어 냉수를 축열시키고, 상기 제 1열교환기로 냉수를 공급하고, 상기 제 1열교환기에서 열교환되어 배출되는 물을 저장하는 제 1축열조와; 상기 제 2열교환기와 상기 히트 펌프 사이에 병렬 설치되어 온수를 축열시키고, 상기 제 2열교환기로 온수를 공급하고, 상기 제 2열교환기에서 열교환되어 배출되는 물을 저장하는 제 2축열조를 더 포함한다.
여기에서 또한, 상기 수조와 재배조는 2개가 한 쌍을 이루며, 한 쌍이 1개 또는 2개 이상으로 병렬 설치된다.
여기에서 또, 상기 히트 펌프는 상기 제 1열교환기 사이와 제 2열교환기 사이에 각각 제 1, 2팬코일 유니트가 연결되고, 하절기 시 상기 히트 펌프에서 배출되는 냉수를 상기 제 1팬코일 유니트로 일부 공급시켜 냉방과 동시에 상기 히트 펌프에서 배출되는 온수를 상기 제 2팬코일 유니트로 공급시켜 농수산물을 건조시키며, 동절기시 상기 히트 펌프에서 배출되는 온수를 상기 제 1팬코일 유니트로 일부 공급시켜 난방을 수행한다.
여기에서 또, 제 1, 2순환 배관은 동절기시 상기 히트 펌프의 유로를 가변시킨다.
여기에서 또, 상기 제 1열교환기와 수조 및 제 2열교환기와 재배조 사이에는 이물질을 제거하기 위한 필터 부재가 구비된다.
상기와 같이 구성되는 본 발명인 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템에 따르면, 히트 펌프와, 축열조 및 열교환기를 이용하여 재배조와 수조에 각기 다른 온도의 물을 제공함으로써 식물 재배에 필요로 하는 물의 온도와, 양식생물 사육에 필요로 하는 물의 온도가 각기 다른 경우에도 적용할 수 있어 다양한 식물과 양식생물을 재배 및 양식할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 계절에 상관없이 동일한 온도의 물을 제공하여 안정적으로 식물과 양식생물을 재배 및 양식할 수 있고, 히트 펌프에서 발생되는 여열인 냉수와 온수를 이용하여 냉방기와 난방기(또는 건조기)를 동작시켜 냉난방 및 농수산물 건조를 수행할 수 있다.
도 1, 2는 본 발명의 일실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 3, 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 4계절 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 건물 냉방 및 건조 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 건물 난방 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 4계절 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 건물 냉방 및 건조 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 건물 난방 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
도 3, 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 4계절 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 건물 냉방 및 건조 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 건물 난방 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 4계절 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 건물 냉방 및 건조 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 건물 난방 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1, 2는 본 발명의 일실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템(1)은 수조(10)와, 재배조(20)와, 제 1열교환기(30)와, 제 2열교환기(40) 및 히트 펌프(50)로 구성된다.
먼저, 수조(10)는 통상의 구조로서 어류와 같은 양식생물을 사육하고, 내부의 물을 제 1순환 배관(L1)을 통해 재배조(20)로 배출하고, 제 2순환 배관(L2)을 통해 재배조(20)로부터 물을 공급받는다.
그리고, 재배조(20)는 수조(10)에서 제 1순환 배관(L1)을 통해 배출되어 공급되는 물을 이용하여 식물을 수경 재배하고, 내부의 물을 제 2순환 배관(L2)을 통해 수조(10)로 공급한다.
한편, 수조(10)와, 재배조(20)는 도 1에 도시된 바와 같이 2개가 한 쌍을 이루며 단독으로 설치되거나 도 2에 도시된 바와 같이 한 쌍이 2개 이상으로 병렬 설치된다. 이때, 수조(10)의 온수 유입측과, 재배조(20)의 냉수 유입측에는 각각 온도 센서(T)가 설치되고, 펌프(P)와, 밸브(V)가 온도에 따라 비례 동작되어 온수 및 냉수 공급량이 제어되도록 하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1열교환기(30)는 제 1순환 배관(L1)을 통해 히트 펌프(50)에서 공급되는 냉수가 1차측으로 유입되고, 수조(10)에서 배출되는 물이 2차측으로 유입되어 이들을 열교환시켜 냉각된 물을 재배조(20)로 공급하고, 열교환된 냉수를 히트 펌프(50)로 배출한다. 이때, 제 1열교환기(30)와 수조(10) 사이에는 이물질을 제거하기 위한 세퍼레이터, 메쉬망, 파이버 필터와 같은 필터 부재(S)가 구비된다.
또, 제 2열교환기(40)는 제 2순환 배관(L2)을 통해 히트 펌프(50)에서 공급되는 온수가 1차측으로 유입되고, 재배조(20)에서 배출되는 물이 2차측으로 유입되어 이들을 열교환시켜 승온된 물을 수조(10)로 공급하고, 열교환된 온수를 히트 펌프(50)로 배출한다. 이때, 제 2열교환기(40)와 재배조(20) 사이에는 이물질을 제거하기 위한 세퍼레이터, 메쉬망, 파이버 필터와 같은 필터 부재(S)가 구비된다.
이어서, 히트 펌프(50)는 제 1열교환기(30)와 제 2열교환기(40)로부터 배출되는 열교환된 냉수를 냉각시켜 재공급하고, 제 2열교환기(40)로부터 배출되는 열교환된 온수를 승온시켜 재공급한다. 이때, 히트 펌프(50)는 5~10℃의 냉수와, 50~60℃의 온수를 각각 배출하는 데, 재배조(20)에서 15℃의 물이 필요한 경우 10℃의 냉수를 배출하고, 수조(10)에서 20℃의 물이 필요한 경우 45℃의 온수를 배출한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템(1)은 히트 펌프(50)와 제 1열교환기(30) 사이와 히트 펌프(50)와 제 2열교환기(40) 사이에 각각 제 1, 2팬코일 유니트(F1, F2)가 연결되고, 제 1, 2순환 배관(L1, L2)은 히트 펌프(50)의 유로를 가변시킬 수 있도록 구성된다.
한편, 도 3, 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 구성을 나타낸 계통도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템은 수조(10)와, 재배조(20)와, 제 1열교환기(30)와, 제 2열교환기(40)와, 히트 펌프(50)와, 제 1축열조(60) 및 제 2축열조(70)로 구성된다.
먼저, 수조(10)와, 재배조(20)와, 제 1열교환기(30)와, 제 2열교환기(40) 및 히트 펌프(50)는 상기와 동일 구성으로 그 중복 설명은 생략한다.
그리고, 제 1축열조(60)는 제 1열교환기(30)와 히트 펌프(50) 사이에 병렬 설치되어 심야 시간 및 여열 발생시 냉수를 축열시키고, 낮 시간에 제 1열교환기로 냉수를 공급하고, 제 1열교환기(30)에서 열교환되어 배출되는 물을 저장한다. 이때, 제 1축열조(60)의 냉수를 제 1팬코일 유니트(F1)로 공급하여 냉방을 수행할 수도 있다.
또한, 제 2축열조(70)는 제 2열교환기(40)와 히트 펌프(50) 사이에 병렬 설치되어 심야 시간 및 여열 발생시 온수를 축열시키고, 제 2열교환기(40)로 온수를 공급하고, 제 2열교환기(40)에서 열교환되어 배출되는 물을 저장한다. 이때, 제 2축열조(70)의 온수를 동절기시 제 1팬코일 유니트(F1)로 공급하여 난방을 수행하고, 하절시기 제 2팬코일 유니트(F2)로 공급하여 식품 건조 등에 사용할 수도 있다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 4계절 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 건물 냉방 및 건조 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이며, 도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 건물 난방 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
먼저, 도 5에 도시된 바와 같이 4계절 동작을 설명하면, 20℃의 수조(10)의 물이 제 1순환 배관(L1)의 펌프(P)의 동작에 의해 재배조(20)로 배출하고, 재배조(20)의 15℃의 물이 제 2순환 배관(L2)의 펌프(P)의 동작에 의해 수조(10)로 공급되어 순환된다.
이러한 상태에서, 온도 센서(T)에서 센싱된 온도가 기준 온도를 벗어나는 경우 수조(10)에서 배출되는 20℃의 물은 제 1열교환기(30)의 2차측으로 배출되고, 재배조(20)에서 배출되는 15℃의 물은 제 2열교환기(40)의 2차측으로 배출된다.
그러면, 제 1열교환기(30)는 히트 펌프(50)에서 1차측으로 공급되는 10℃의 냉수와 2차측으로 유입되는 수조(10)에서 배출되는 20℃의 물을 열교환시켜 냉각시킨 다음 15℃의 물을 재배조(20)로 공급한다.
또한, 제 2열교환기(40)는 히트 펌프(50)에서 1차측으로 공급되는 45℃의 온수와 2차측으로 유입되는 재배조(20)에서 배출되는 15℃의 물을 열교환시켜 승온시킨 다음 20℃의 물을 수조(10)로 공급한다.
그리고, 도 6에 도시된 바와 같이 건물 냉방 및 건조 동작을 설명하면, 도 5에서 설명한 4계절 동작과 동일하게 동작되는 데, 히트 펌프(50)에서 배출되는 10℃의 냉수를 제 1팬코일 유니트(F1)로 일부 공급시켜 냉방을 수행하고, 이와 동시에 히트 펌프(50)에서 배출되는 45℃의 온수를 제 2팬코일 유니트(F2)로 공급시켜 농수산물을 건조시킨다. 이때, 히트 펌프(50)에서 배출되는 45℃의 온수를 별도의 열교환기를 이용하여 급탕수로 사용할 수도 있다.
또한, 도 7에 도시된 바와 같이 건물 난방 동작을 설명하면, 동절시기 히트 펌프(50)를 역방향으로 동작시켜 난방을 수행하도록 온수와 냉수의 유로를 가변한다.
이러한 상태에서 20℃의 수조(10)의 물이 제 1순환 배관(L1)의 펌프(P)의 동작에 의해 재배조(20)로 배출하고, 재배조(20)의 15℃의 물이 제 2순환 배관(L2)의 펌프(P)의 동작에 의해 수조(10)로 공급되어 순환된다.
이러한 상태에서, 온도 센서(T)에서 센싱된 온도가 기준 온도를 벗어나는 경우 수조(10)에서 배출되는 20℃의 물은 제 1열교환기(30)의 2차측으로 배출되고, 재배조(20)에서 배출되는 15℃의 물은 제 2열교환기(40)의 2차측으로 배출된다.
그러면, 제 1열교환기(30)는 히트 펌프(50)에서 1차측으로 공급되는 10℃의 냉수와 2차측으로 유입되는 수조(10)에서 배출되는 20℃의 물을 열교환시켜 냉각시킨 다음 15℃의 물을 재배조(20)로 공급한다.
또한, 제 2열교환기(40)는 히트 펌프(50)에서 1차측으로 공급되는 45℃의 온수와 2차측으로 유입되는 재배조(20)에서 배출되는 15℃의 물을 열교환시켜 승온시킨 다음 20℃의 물을 수조(10)로 공급한다.
그리고, 히트 펌프(50)에서 배출되는 45℃의 온수를 제 1팬코일 유니트(F1)로 공급시켜 건물 난방을 수행한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 4계절 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 건물 냉방 및 건조 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이며, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템의 건물 난방 동작을 설명하기 위한 동작 설명도이다.
먼저, 도 8에 도시된 바와 같이 4계절 동작을 설명하면, 심야 시간에 히트 펌프(50)가 동작되어 제 1축열조(60)에 10℃의 냉수와 제 2축열조(70)에 45℃의 온수가 각각 저장된다.
그리고, 낮 시간에 20℃의 수조(10)의 물이 제 1순환 배관(L1)의 펌프(P)의 동작에 의해 재배조(20)로 배출하고, 재배조(20)의 15℃의 물이 제 2순환 배관(L2)의 펌프(P)의 동작에 의해 수조(10)로 공급되어 순환된다.
이러한 상태에서, 온도 센서(T)에서 센싱된 온도가 기준 온도를 벗어나는 경우 수조(10)에서 배출되는 20℃의 물은 제 1열교환기(30)의 2차측으로 배출되고, 재배조(20)에서 배출되는 10℃의 물은 제 2열교환기(40)의 2차측으로 배출된다.
그러면, 제 1열교환기(30)는 제 1축열조(60)에서 1차측으로 공급되는 10℃의 냉수와 2차측으로 유입되는 수조(10)에서 배출되는 20℃의 물을 열교환시켜 냉각시킨 다음 15℃의 물을 재배조(20)로 공급한다.
또한, 제 2열교환기(40)는 제 2축열조(70)에서 1차측으로 공급되는 45℃의 온수와 2차측으로 유입되는 재배조(20)에서 배출되는 15℃의 물을 열교환시켜 승온시킨 다음 20℃의 물을 수조(10)로 공급한다.
한편, 제 1축열조(60)와 제 2축열조(70)는 낮시간에 히트 펌프(60)가 동작되는 경우에는 여열을 축열할 수도 있다.
그리고, 도 9에 도시된 바와 같이 건물 냉방 및 건조 동작을 설명하면, 도 8에서 설명한 4계절 동작과 동일하게 동작되는 데, 제 1축열조(60)에서 배출되는 10℃의 냉수를 제 1팬코일 유니트(F1)로 일부 공급시켜 냉방을 수행하고, 이와 동시에 제 2축열조(70)에서 배출되는 45℃의 온수를 제 2팬코일 유니트(F2)로 공급시켜 농수산물을 건조시킨다. 이때, 제 2축열조(70)에서 배출되는 45℃의 온수를 별도의 열교환기를 이용하여 급탕수로 사용할 수도 있다.
또한, 도 10에 도시된 바와 같이 건물 난방 동작을 설명하면, 동절시기 히트 펌프(50)를 역방향으로 동작시켜 제 1축열조(60)와 제 2축열조(70)에 열을 축열시키도록 온수와 냉수의 유로를 가변한다.
이러한 상태에서 20℃의 수조(10)의 물이 제 1순환 배관(L1)의 펌프(P)의 동작에 의해 재배조(20)로 배출하고, 재배조(20)의 15℃의 물이 제 2순환 배관(L2)의 펌프(P)의 동작에 의해 수조(10)로 공급되어 순환된다.
이러한 상태에서, 온도 센서(T)에서 센싱된 온도가 기준 온도를 벗어나는 경우 수조(10)에서 배출되는 20℃의 물은 제 1열교환기(30)의 2차측으로 배출되고, 재배조(20)에서 배출되는 15℃의 물은 제 2열교환기(40)의 2차측으로 배출된다.
그러면, 제 1열교환기(30)는 제 1축열조(60)에서 1차측으로 공급되는 10℃의 냉수와 2차측으로 유입되는 수조(10)에서 배출되는 20℃의 물을 열교환시켜 냉각시킨 다음 15℃의 물을 재배조(20)로 공급한다.
또한, 제 2열교환기(40)는 제 2축열조(70)에서 1차측으로 공급되는 45℃의 온수와 2차측으로 유입되는 재배조(20)에서 배출되는 15℃의 물을 열교환시켜 승온시킨 다음 20℃의 물을 수조(10)로 공급한다.
그리고, 제 2축열조(70)에서 배출되는 45℃의 온수를 제 1팬코일 유니트(F1)로 공급시켜 건물 난방을 수행한다.
본 발명은 다양하게 변형될 수 있고 여러 가지 형태를 취할 수 있으며 상기 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 : 수조 20 : 재배조
30, 40 : 제 1열교환기 50 : 히트 펌프
60, 70 : 제 1, 2축열조
30, 40 : 제 1열교환기 50 : 히트 펌프
60, 70 : 제 1, 2축열조
Claims (6)
- 어류와 같은 양식생물을 사육하는 수조와, 상기 수조 내의 물을 배출하여 순환시키는 제 1순환 배관과, 상기 수조에서 제 1순환 배관을 통해 배출되는 물을 이용하여 식물을 수경 재배하는 재배조 및 상기 재배조 내의 물을 상기 수조로 배출하여 순환시키는 제 2순환 배관을 포함하며, 상기 수조와 재배조가 2개가 한 쌍을 이루며, 한 쌍이 1개 또는 2개 이상으로 병렬 설치되는 아쿠아포닉스 시스템에 있어서,
상기 제 1순환 배관을 통해 상기 수조에서 배출되는 물과 외부에서 공급되는 냉수를 열교환시켜 냉각된 물을 상기 재배조로 공급하는 제 1열교환기와;
상기 제 2순환 배관을 통해 상기 재배조에서 배출되는 물과 외부에서 공급되는 온수를 열교환시켜 승온된 물을 상기 수조로 공급하는 제 2열교환기와;
이물질을 제거하기 위해 상기 제 1열교환기와 수조 및 제 2열교환기와 재배조 사이에 설치되는 필터 부재와;
상기 제 1열교환기 및 제 2열교환기와 상기 제 1, 2순환 배관에 의해 연결되고, 상기 제 1열교환기에서 열교환된 후 배출되는 냉수를 냉각시켜 상기 제 1열교환기로 배출하고, 상기 제 2열교환기에서 열교환된 후 배출되는 온수를 승온시켜 상기 제 2열교환기로 배출하는 히트 펌프와;
상기 히트 펌프와 제 1열교환기 사이 및 상기 히트 펌프와 제 2열교환기 사이에 각각 연결되는 제 1, 2팬코일 유니트와;
상기 제 1열교환기와 히트 펌프 사이에 병렬 설치되어 심야 시간 및 여열 발생시 냉수를 축열시키고, 낮 시간에 상기 제 1열교환기 및 제 1팬코일 유니트로 냉수를 공급하고, 상기 제 1열교환기에서 열교환되어 배출되는 물을 저장하는 제 1축열조; 및
상기 제 2열교환기와 히트 펌프 사이에 병렬 설치되어 심야 시간 및 여열 발생시 온수를 축열시키고, 상기 제 2열교환기로 온수를 공급하고, 동절기시 온수를 상기 제 1팬코일 유니트로 공급하여 난방을 수행하고, 하절시기 상기 제 2팬코일 유니트로 공급하여 식품 건조를 수행하고, 상기 제 2열교환기에서 열교환되어 배출되는 물을 저장하는 제 2축열조를 포함하며,
상기 히트 펌프는,
하절기 시 상기 히트 펌프에서 배출되는 냉수를 상기 제 1팬코일 유니트로 일부 공급시켜 냉방과 동시에 상기 히트 펌프에서 배출되는 온수를 상기 제 2팬코일 유니트로 공급시켜 농수산물을 건조시키며, 동절기시 상기 히트 펌프에서 배출되는 온수를 상기 제 1팬코일 유니트로 일부 공급시켜 난방을 수행하는 것을 특징으로 하는 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
제 1, 2순환 배관은,
동절기시 상기 히트 펌프의 유로를 가변시키는 것을 특징으로 하는 생육 수온 최적화를 위한 히트 펌프 적용 아쿠아포닉스 시스템. - 삭제
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