KR102469059B1 - 온실에 발전소의 온배수열과 이산화탄소를 동시에 공급하는 배관망 시스템 - Google Patents

온실에 발전소의 온배수열과 이산화탄소를 동시에 공급하는 배관망 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온실 열에너지 및 이산화탄소 공급 시스템으로서, 일 실시예에 따르면, 발전소에서 배출되는 온배수를 냉각하거나 해수를 가열하는 열교환기; 온실의 온도 조절에 사용되는 축열조의 유체를 가열하거나 냉각하는 히트펌프; 및 상기 열교환기와 상기 히트펌프 사이에서 작동유체로서 이산화탄소를 순환시키는 폐루프의 히트 파이프;를 포함하는 온실 배관망 시스템을 제공한다.

Description

온실에 발전소의 온배수열과 이산화탄소를 동시에 공급하는 배관망 시스템 {Pipeline network system supplying thermal effluent and CO2 emitted from power plant to greenhouse}
본 발명은 온실에 냉난방에 필요한 에너지와 이산화탄소를 공급하는 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 발전소에서 배출되는 온배수와 이산화탄소를 하나의 배관망으로 동시에 공급하여 온실 운용비를 절감할 수 있는 시스템에 관한 것이다.
온실은 계절에 상관없이 일정한 온도와 습도 등 생육환경을 적절히 유지하는 것이 중요하므로 겨울철이나 여름철에 난방비나 냉방비가 많이 발생하며, 최근 이러한 온실 관리비용을 절감하기 위한 방안으로 겨울철 난방에 발전소의 온배수열을 활용하는 기술이 개발되고 있다.
이 기술에 따르면, 일반적으로 발전소에서 터빈을 돌린 증기를 다시 물로 전환시킬 때 냉각용으로 해수를 사용하며 이렇게 사용된 해수는 대략 섭씨 7도 정도 상승한 고온의 해수가 되어 바다로 배출되거나 냉각탑을 통해서 열을 배출하는데 통칭하여 발전소에서 발생하는 온배수라 하며, 이 온배수의 열에너지("온배수열")를 온실의 히트펌프에 전달하여 히트펌프에서 대략 40도 내지 50도 사이의 온수를 만들고 이를 온실에 공급하여 온실의 실내 온도를 적정 온도로 유지한다.
그러나 이와 같이 발전소 온배수열을 활용한 기존 냉난방 방식의 경우 섭씨 20도 내지 30도 사이의 물을 기반으로 현열을 이용하여 해수의 에너지를 히트펌프 측으로 공급하는 시스템이므로 에너지 밀도가 낮아 유량이 증가해야 하고 이에 따라 배관경이 커져야 하는데, 배관 길이가 증가하면 경제성이 떨어지고 특히 대부분의 경우 발전소가 바닷가에 위치하는데 온실을 수km 내지 수십km 내륙에 설치할 경우 발전소와 온실 사이의 먼 거리로 인해 경제성이 더욱 떨어지는 단점이 있다.
또한, 온실에 이산화탄소를 공급하여 온실 내 이산화탄소 농도를 높이게 되면 식물의 성장속도를 혁신적으로 상승시키게 된다. 그렇지만 이산화탄소 저장탱크에서 소모되는 이산화탄소를 지속적으로 보충하기 위해서는 주기적으로 차량으로 배달되는 액화 탄산가스를 공급받아야 하므로 많은 운영비가 발생하게 된다.
특허문헌1: 한국 등록특허 제10-2061551호 (2020년 1월 3일 공고) 특허문헌2: 한국 공개특허 제2020-0039886호 (2020년 4월 17일 공개)
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 발전소와 온실 사이에 이산화탄소를 작동유체로 하는 히트 파이프를 설치하고 이를 통해 발전소 온배수의 열에너지와 이산화탄소를 온실까지 전달할 수 있는 온실 배관망 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 온실 열에너지 및 이산화탄소 공급 시스템으로서, 발전소에서 배출되는 온배수를 냉각하거나 해수를 가열하는 열교환기; 온실의 온도 조절에 사용되는 축열조의 유체를 가열하거나 냉각하는 히트펌프; 및 상기 열교환기와 상기 히트펌프 사이에서 작동유체로서 이산화탄소를 순환시키는 폐루프의 히트 파이프;를 포함하는 온실 배관망 시스템을 제공한다.
일 실시예에서 상기 히트 파이프가 액상의 이산화탄소를 이송하는 제1 유로와 기상의 이산화탄소를 이송하는 제2 유로로 구성될 수 있다.
일 실시예에서 상기 온실 배관망 시스템이 난방 모드에서 동작할 때, 제1 유로를 통해 상기 열교환기로 공급된 액상 이산화탄소가 온배수와 열교환하여 기상 이산화탄소로 기화한 후 제2 유로를 통해 상기 히트펌프로 이송될 수 있다.
일 실시예에서 상기 온실 배관망 시스템이 냉방 모드에서 동작할 때, 제1 유로를 통해 상기 히트펌프로 공급된 액상 이산화탄소가 상기 히트펌프 내를 순환하는 냉매로부터 열에너지를 전달받아 기상 이산화탄소로 기화한 후 제2 유로를 통해 상기 열교환기로 이송될 수 있다.
또한 일 실시예에서 상기 온실 배관망 시스템이, 발전소에서 배출되는 이산화탄소를 상기 히트 파이프의 제1 유로 또는 제2 유로로 공급하는 제1 공급유로; 및 상기 히트파이프의 제1 유 또는 제2 유로에서 분기하여 온실로 이산화탄소를 공급하는 제1 배출유로;를 더 포함할 수 있다.
또한 일 실시예에서 상기 온실 배관망 시스템이, 이산화탄소를 저장하는 저장탱크; 상기 저장탱크의 이산화탄소를 상기 히트 파이프로 공급하는 제2 공급유로; 및 상기 히트 파이프의 이산화탄소를 상기 저장탱크로 배출하는 제2 배출유로;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 발전소의 온배수의 열에너지를 히트펌프까지 전달하는 열전달 매질로서 물 대신 이산화탄소를 사용하고 특히 이산화탄소의 상변화를 통해 온배수 열에너지를 전달하도록 구성하였고, 따라서 기존에 물을 이용한 현열 방식이 아니라 이산화탄소의 잠열 기반으로 온배수 열에너지를 전달하므로 에너지밀도가 증가하고 유동저항이 감소하여 배관 직경을 줄일 수 있어 설비 설치 및 유지비를 절감할 수 있다.
또한 발전소에서 배출되는 이산화탄소를 히트 파이프로 직접 주입하고 히트 파이프에서 직접 배출하여 온실로 공급할 수 있으므로 이산화탄소를 공급하는 별도의 배관이나 액화탄산 탱크와 같은 별도의 운반수단이 필요 없으므로 경제성이 더욱 증가한다.
따라서 발전소 온배수 및 이산화탄소 공급 경제성 향상으로 기존 대비 장거리까지 경제성 확보가 가능하므로 발전소에서 더욱 먼 거리까지 대면적 열수요를 확보할 수 있는 이점이 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따라 발전소의 온배수열과 이산화탄소를 활용하는 온실 배관망 시스템을 설명하는 도면,
도2는 일 실시예에 따른 온실 배관망 시스템의 난방모드 동작을 설명하는 도면,
도3은 일 실시예에 따른 온실 배관망 시스템의 냉방모드 동작을 설명하는 도면,
도4는 대안적 실시예에 따른 온실 배관망 시스템을 설명하는 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "~를 포함한다", "~로 구성된다", 및/또는 "~로 이루어진다"라는 표현은 이 표현에 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예를 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따라 발전소의 온배수와 이산화탄소를 활용하는 온실 배관망 시스템을 개략적으로 도시하였다.
도1을 참조하면 일 실시예에 따른 온실 배관망 시스템은 발전소(20)에서 배출되는 온배수의 열에너지와 이산화탄소를 온실(10)로 공급하기 위한 시스템으로, 일 실시예에서 열교환기(30), 히트펌프(40), 히트 파이프(50), 및 축열조(60)를 포함할 수 있다.
온실은 최근 스마트팜(smart farm) 기술의 개발로 사물 인터넷, 빅데이터, 인공 지능 등의 기술을 이용하여 온도나 습도 등 생육환경을 적정하게 유지 관리하고 컴퓨터와 스마트폰 등으로 원격에서 제어하여 다양한 농작물을 재배하고 있다.
발전소(20)는 화력발전소, 원자력발전소 등 온배수와 이산화탄소를 배출하는 임의의 발전소일 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따른 온실 배관망 시스템은 발전소(20)에서 배출되는 온배수의 열에너지와 이산화탄소를 온실(10)에 적절하고 효율적으로 공급할 수 있는 시스템을 제공한다.
일 실시예에서 발전소(20)는 해수를 공급받아 열교환기(21)에서 발전소 터빈을 냉각시키고 고온의 해수(이하 "온배수")를 배출하며 이를 위해 해수 공급유로(L1)와 해수 배출유로(L2) 및 그 사이에 설치된 하나 이상의 유로전환밸브(71)를 포함할 수 있다. 유로전환밸브(71)의 동작에 의해, 온실 배관망 시스템이 난방 모드에서 동작할 때 해수 공급유로(L1)로 공급되는 해수는 발전소의 열교환기(21)에서 가열되어 온배수가 된 후 열교환기(30)로 공급되었다가 해수 배출유로(L2)로 배출되고, 온실 배관망 시스템이 냉방 모드에서 동작할 때 공급유로(L1)로 공급된 해수는 발전소(20)를 거치지 않고 열교환기(30)를 통과한 후 배출유로(L2)로 배출될 수 있다.
열교환기(30)는 발전소(20)에서 배출되는 온배수 또는 해수와 히트 파이프(50)의 작동유체 사이를 열교환하는 장치이다. 일 실시예에서 온실 배관망 시스템이 난방 모드에서 동작할 때 열교환기(30)에서 온배수가 냉각되고 작동유체가 가열되며 냉방 모드에서 동작할 때 열교환기(300에서 해수가 가열되고 작동유체가 냉각될 수 있다.
히트펌프(40)는 히트펌프 내의 냉매가 압축, 응축, 팽창, 및 증발로 이루어진 사이클을 돌며 낮은 온도의 열원에서 높은 온도의 열원으로 열을 펌핑하는 장치이다. 일 실시예에서 온실 배관망 시스템이 난방 모드에서 동작할 때 히트펌프(40)는 히트 파이프(50)의 작동유체의 열에너지를 축열조(60)의 유체(물)로 전달하며 냉방 모드에서 동작할 때 히트펌프(40)는 축열조(60)나 온실(10)의 열에너지를 히트 파이프(50)의 작동유체로 전달하는 역할을 한다.
축열조(60)는 예컨대 온수나 냉수와 같은 유체를 저장하며 온실(10)의 온도 조절에 사용될 수 있다. 예를 들어 난방 모드에서 축열조(60)의 온수를 이용하여 온실(10)의 온도를 외기 온도보다 높일 수 있고 냉방 모드에서 축열조(60)의 냉수를 이용하여 온실(10)의 온도를 외기 온도보다 낮출 수 있다.
일 실시예에서 히트 파이프(50)는 열교환기(30)와 히트펌프(40) 사이에서 작동유체를 순환시키는 폐루프로 구성된다. 일반적으로 히트 파이프(heat pipe)는 중공으로 형성된 금속 파이프의 내부에 작동유체(working fluid)를 적당량 주입하고 이를 밀봉시킨 막대 형태로 제작하지만 본 발명의 일 실시예에서는 히트 파이프를 루프 형태로 구성하고 작동유체의 이송을 위해 펌프(55)를 이용하는 펌프 방식의 히트 파이프(pumped heat pipe)를 사용한다. 즉 본 발명에 따른 히트 파이프(50)는 액상의 작동유체를 이송하는 제1 유로(51)와 기상의 작동유체를 이송하는 제2 유로(52)가 연결되어 폐루프를 이루며, 작동유체가 열교환기(30)와 히트펌프(40)에서 상변화를 한 후 제1 유로(51)와 제2 유로(52)를 순환하도록 구성된다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에서 히트 파이프(50)의 작동유체로서 이산화탄소를 사용한다. 이 경우 이산화탄소는 열교환기(30)와 히트펌프(40)에서 각각 액체와 기체 사이의 상변화를 일으키며 제1 유로(51)를 통해 액체의 이산화탄소가 이송되고 제2 유로(52)를 통해 기체의 이산화탄소가 이송된다.
일 실시예에서 온실 배관망 시스템은 발전소(20)에서 배출되는 이산화탄소를 히트 파이프(50)로 공급하는 이산화탄소 공급유로(L3) 및 공급유로(L3)에 설치된 개폐밸브(72)를 포함할 수 있다. 이산화탄소 공급유로(L3)는 히트 파이프(50)의 제1 유로(51) 또는 제2 유로(52)에 연결되어 이산화탄소를 히트 파이프(50)로 주입할 수 있다. 예를 들어 발전소(20)에서 배출되는 이산화탄소가 액체 상태이면 제1 유로(L51)로 주입하고 기체 상태이면 제2 유로(52)로 주입할 수 있지만 이는 예시적인 것이며 구체적 실시 형태에 따라 제1 유로(51)나 제2 유로(52) 중 임의의 유로로 이산화탄소를 주입할 수 있다.
온실 배관망 시스템은 히트 파이프(50)에서 분기되어 이산화탄소를 온실(10)로 배출하는 이산화탄소 배출유로(L6) 및 여기에 설치된 개폐밸브(73)를 더 포함할 수 있다. 이산화탄소 배출유로(L6)는 구체적 실시 형태에 따라 제1 유로(51)에 연결되어서 액체 상태의 이산화탄소를 온실(10)로 공급할 수도 있고 제2 유로(52)에 연결되어 기체 상태의 이산화탄소를 온실(10)로 공급할 수도 있다.
일반적으로 발전소(20)는 발전 과정에서 이산화탄소를 배출하는 반면 온실(10)은 식물의 광합성 촉진을 위해 이산화탄소를 필요로 한다. 따라서 본 발명의 일 실시예에서는 이산화탄소 공급유로(L3)와 배출유로(L6)를 구비하여 발전소(20)에서 버려지는 이산화탄소를 온실(10)로 공급하여 활용하되, 별도의 이산화탄소 공급망이나 액화탄산 탱크 등 저장장치를 통하지 않고 히트 파이프(50)를 통해 직접 발전소(20)에서 온실(10)로 이산화탄소를 공급할 수 있으므로 공급비용을 대폭 절감할 수 있다.
이제 도2와 도3을 참조하여 일 실시예에 따른 온실 배관망 시스템의 난방 모드와 냉방 모드 동작에 대해 설명하기로 한다. 이하 도면에 표시한 해수와 이산화탄소의 온도나 압력 등 수치는 설명의 편의를 위한 예시적인 값이며 구체적 실시 형태에 따라 그 값이 달라질 수 있음은 물론이다.
도2는 일 실시예에 따른 온실 배관망 시스템의 난방모드 동작을 나타낸다. 도2를 참조하면, 난방 모드에서 해수 공급유로(L1)로 공급되는 해수는 발전소의 열교환기(21)에서 가열되어 온배수가 된 후 열교환기(30)로 공급된다. 도면에 도시한 예컨대 해수 온도가 섭씨 20도이고 온배수의 온도가 섭씨 26도일 수 있다.
히트 파이프(50)는 내부가 55bar로 유지되며 이 압력 하에서 이산화탄소는 액체-기체간 상변화 온도가 대략 섭씨 19도이다. 제1 유로(51)를 통해 예컨대 섭씨 18도의 액체상태 이산화탄소가 히트펌프(40)에서 열교환기(30)측으로 이송되고 제2 유로(52)를 통해 예컨대 섭씨 20도의 기체상태 이산화탄소가 열교환기(30)에서 히트펌프(40)측으로 이송된다.
이러한 구성에 의해 제1 유로(51)를 통해 열교환기(30)로 공급된 액상 이산화탄소가 온배수와 열교환하여 기상 이산화탄소로 기화하고 그 후 제2 유로(52)를 통해 히트펌프(40)측으로 이송된다. 그리고 제2 유로(52)를 통해 히트펌프(40)로 공급된 기상 이산화탄소는 히트펌프(40) 내를 순환하는 냉매와 열교환하여 응축되고 제1 유로(51)를 통해 열교환기(30)측으로 다시 이송된다.
따라서 난방 모드에서 온배수의 열에너지가 히트 파이프(50)의 작동유체로 전달되고 작동유체의 열에너지가 히트펌프(40)의 냉매로 전달되고 냉매의 열에너지로 축열조(60)의 유체를 가열함으로써 결과적으로 온배수의 열에너지를 온실(10)의 난방에 사용할 수 있게 된다.
한편 난방 모드에서 발전소(20)에서 배출되는 이산화탄소는 이산화탄소 공급유로(L3)를 통해 히트 파이프(50)로 주입된 후 히트 파이프(50)의 배출유로(L6)를 통해 온실(10)로 배출됨으로써 발전소(20)로부터 온실(10)까지 히트 파이프(50)를 통해 이산화탄소를 공급할 수 있다.
도3은 일 실시예에 따른 온실 배관망 시스템의 냉방모드 동작을 나타낸다. 도3을 참조하면, 냉방 모드에서 축열조(60) 또는 온실(10)의 열에너지가 히트펌프(40)의 냉매로 전달된다. 즉 냉방 모드에서 히트펌프(40)가 에어컨으로 작동하며 축열조(60)나 온실(10)의 열에너지를 히트 파이프(50)측으로 발산한다.
히트 파이프(50)는 내부가 대략 67bar로 유지되며 이 압력 하에서 이산화탄소는 액체-기체간 상변화 온도가 대략 섭씨 27도이고 제1 유로(51)를 통해 예컨대 섭씨 26도의 액체상태 이산화탄소가 히트펌프(40)측으로 이송되고 제2 유로(52)를 통해 예컨대 섭씨 28도의 기체상태 이산화탄소가 열교환기(30)측으로 이송된다.
따라서 제1 유로(51)를 통해 히트펌프(40)로 공급된 액상 이산화탄소가 히트펌프(40)의 냉매와 열교환하여 기상 이산화탄소로 기화하고 그 후 제2 유로(52)를 통해 열교환기(30)측으로 그리고 제2 유로(52)를 통해 열교환기(30)로 공급된 기상 이산화탄소는 해수와 열교환하며 응축되어 액화하고 다시 제1 유로(51)를 통해 히트펌프(40)측으로 다시 이송된다. 냉방 모드에서 해수 공급유로(L1)로 공급되는 해수는 발전소(20)를 거치지 않고 열교환기(30)로 공급되며, 열교환기(30)에서 작동유체(이산화탄소)와 열교환하여 가열된 후 해수 배출유로(L2)를 통해 외부로 배출된다.
따라서 냉방 모드에서 축열조(60)나 온실(10)의 열에너지를 히트펌프(40)의 냉매와 히트 파이프(50)의 작동유체를 거쳐 해수로 전달함으로써 온실(10) 내부를 적절한 온도로 냉방할 수 있다.
한편 냉방 모드에서 발전소(20)에서 배출되는 이산화탄소는 이산화탄소 공급유로(L3)를 통해 히트 파이프(50)로 주입된 후 히트 파이프(50)의 배출유로(L6)를 통해 온실(10)로 공급할 수 있으므로 발전소(20)로부터 온실(10)까지 히트 파이프(50)를 통해 이산화탄소를 직접 공급할 수 있다.
도4는 대안적 실시예에 따른 스마트팜 시스템을 개략적으로 나타낸다. 도4의 실시예에서 온실 배관망 시스템은 열교환기(30), 히트펌프(40), 히트 파이프(50), 및 축열조(60)와 이에 연결된 유로들(L1,L2,L3,L4,L5,L6)을 포함하며 이러한 구성요소들은 도1의 각 구성요소와 동일 또는 유사한 구성과 기능을 가지므로 설명을 생략한다.
온실 배관망 시스템이 난방 모드에서 동작하는 경우 해수의 열에너지를 히트펌프(40) 내 냉매의 기화열로 가능한 전부 그대로 공급하는 것이 좋으며 그러기 위해서는 해수의 온도 변화에 추종하여 히트 파이프(50)의 작동유체의 온도와 압력을 조절하는 것이 바람직할 수 있다.
이를 위해 도4의 실시예에서 온실 배관망 시스템은 도1의 온실 배관망 시스템의 구성요소들에 더하여 이산화탄소 저장탱크(90)와 이에 연결된 유로(L7,L8) 및 컨트롤러(80), 온도센서(81), 압력센서(82) 등을 더 포함할 수 있다.
저장탱크(90)는 이산화탄소를 저장하는 탱크이다. 저장탱크(90)는 액체 상태의 이산화탄소를 저장할 수 있지만 대안적으로 기체 상태의 이산화탄소를 저장할 수도 있다. 저장탱크(90)에 저장된 이산화탄소는 공급유로(L7)를 통해 히트 파이프(50)로 공급될 수 있다. 공급유로(L7)에는 개폐밸브나 유량제어 밸브와 같은 밸브수단(75) 및 이산화탄소의 주입 압력을 히트 파이프(50) 내부 압력보다 높여서 이산화탄소를 주입하도록 하는 펌프(95) 등의 수단을 포함할 수 있다.
또한 히트 파이프(50)의 이산화탄소를 저장탱크(90)로 배출하는 배출유로(L8) 및 이에 설치된 밸브수단(76)을 포함하며, 필요에 따라 히트 파이프(50)의 압력 및/또는 유량 조절을 위해 히트 파이프(50) 내 이산화탄소를 저장탱크(90)로 배출할 수 있다.
일 실시예에서 발전소(20)에서 배출되는 이산화탄소는 이산화탄소 공급유로(L3)를 따라 이송된 후 분기유로(L31,L32)로 분기될 수 있다. 즉 제1 분기유로(L31)를 따라 히트 파이프(50)로 직접 공급될 수 있고 제2 분기유로(L32)를 따라 저장탱크(90)에 저장될 수도 있으며, 이러한 분기 동작을 위해 하나 이상의 밸브수단(72,74)이 설치될 수 있다.
온도센서(81)는 해수 공급유로(L1) 및/또는 해수 배출유로(L2)에 설치되어 유입 및/또는 배출되는 해수 온도를 측정할 수 있다. 압력센서(82)는 히트 파이프(50) 내부의 압력을 측정하는 센서이며 제1 유로(51) 또는 제2 유로(52) 중 임의의 유로에 설치될 수 있다. 온도센서(81)와 압력센서(82)에서 각각 측정한 측정값은 컨트롤러(80)로 전송될 수 있다.
컨트롤러(80)는 온도센서(81)와 압력센서(82)의 측정값과 사용자 명령 등에 기초하여 온실 배관망 시스템의 각종 밸브수단(71~76)과 펌프(95)을 제어함으로써 히트 파이프(50) 내 작동유체의 온도와 압력을 제어할 수 있다. 일 실시예에서 컨트롤러(80)는 저장탱크(90)의 이산화탄소를 히트 파이프(50)에 더 주입하거나 히트 파이프(50)의 이산화탄소를 저장탱크(90)로 배출함으로써 히트 파이프(50) 내 이산화탄소의 압력을 조절하고 이산화탄소 압력 변화에 따라 이산화탄소의 온도와 상변화 온도를 조절할 수 있다.
컨트롤러(80)에 의한 작동유체의 압력 및 온도 제어의 예로서, 예를 들어 해수의 온도가 2도 상승하였다고 가정하면 예컨대 섭씨 28도의 온배수가 열교환기(30)로 공급되며 이에 따라 히트 파이프(50)의 작동유체의 온도를 2도 상승시킬 수 있다. 즉 밸브수단(75)과 펌프(95)를 작동시켜 저장탱크(90)의 이산화탄소를 히트 파이프(50)로 더 주입하여 작동유체의 압력과 온도를 증가시키며, 따라서 해수의 증가된 열에너지를 가능한 그대로 히트펌프(40)측으로 전달할 수 있다.
이상과 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 온실 20: 발전소
30: 열교환기 40: 히트펌프
50: 히트 파이프 60: 축열조
80: 컨트롤러 90: 이산화탄소 저장탱크

Claims (10)

  1. 삭제
  2. 온실 배관망 시스템으로서,
    발전소에서 배출되는 온배수를 냉각하거나 해수를 가열하는 열교환기;
    온실의 온도 조절에 사용되는 축열조의 유체를 가열하거나 냉각하는 히트펌프; 및
    상기 열교환기와 상기 히트펌프 사이에서 작동유체로서 이산화탄소를 순환시키는 폐루프의 히트 파이프;를 포함하고,
    상기 히트 파이프가 액상의 이산화탄소를 이송하는 제1 유로와 기상의 이산화탄소를 이송하는 제2 유로로 구성되며, 상기 발전소에서 배출되는 이산화탄소를 상기 히트 파이프의 제1 유로 또는 제2 유로로 공급하는 제1 공급유로를 더 포함하는 것인, 온실 배관망 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    난방 모드에서, 제1 유로를 통해 상기 열교환기로 공급된 액상 이산화탄소가 온배수와 열교환하여 기상 이산화탄소로 기화한 후 제2 유로(52)를 통해 상기 히트펌프로 이송되는 것인, 온실 배관망 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 히트펌프로 이송된 기상 이산화탄소의 열에너지가 상기 히트펌프 내를 순환하는 냉매의 기화열로 사용됨으로써 상기 히트펌프가 상기 축열조의 유체를 가열하도록 구성된, 온실 배관망 시스템.
  5. 제2 항에 있어서,
    냉방 모드에서, 제1 유로를 통해 상기 히트펌프로 공급된 액상 이산화탄소가 상기 히트펌프 내를 순환하는 냉매로부터 열에너지를 전달받아 기상 이산화탄소로 기화한 후 제2 유로를 통해 상기 열교환기로 이송되는 것인, 온실 배관망 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 열교환기에서 제2 유로의 기상 이산화탄소와 해수 사이를 열교환 함으로써 기상 이산화탄소가 응축되고 해수가 가열되는 것인, 온실 배관망 시스템.
  7. 삭제
  8. 제 2 항에 있어서,
    상기 히트파이프의 제1 유로 또는 제2 유로에서 분기하여 온실로 이산화탄소를 공급하는 제1 배출유로를 더 포함하는 것인, 온실 배관망 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    이산화탄소를 저장하는 저장탱크;
    상기 저장탱크의 이산화탄소를 상기 히트 파이프로 공급하는 제2 공급유로; 및
    상기 히트 파이프의 이산화탄소를 상기 저장탱크로 배출하는 제2 배출유로;를 더 포함하는 것인, 온실 배관망 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 공급유로와 제2 배출유로에 각각 설치된 개폐밸브; 및
    상기 개폐밸브를 제어하여 상기 히트 파이프 내의 이산화탄소 압력을 조절하는 컨트롤러;를 더 포함하는 것인, 온실 배관망 시스템.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL292980A (en) * 2022-05-12 2023-12-01 Nof Natural Offset Farming Ltd Method and device for optimizing the root temperature of plants

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007132622A (ja) * 2005-11-11 2007-05-31 Daikin Ind Ltd ヒートポンプ給湯装置

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20120094212A (ko) * 2011-02-16 2012-08-24 양인철 냉열 온열 통합생산 및 운영시스템
KR101347523B1 (ko) * 2011-11-28 2014-01-07 서울대학교산학협력단 온실용 냉난방 시스템 및 그의 냉난방 방법
KR101357747B1 (ko) * 2012-10-11 2014-02-05 이영오 시설 하우스의 환경제어장치 및 그 제어방법
KR101753187B1 (ko) * 2015-10-21 2017-07-04 경상대학교산학협력단 멤브레인 분리막 기술 및 열교환기를 이용한 이산화탄소 및 온배수 재활용 시스템 및 방법
KR20190037919A (ko) * 2017-09-29 2019-04-08 한국전력공사 발전 및 히트펌프의 연계 시스템
KR20200039886A (ko) 2018-10-05 2020-04-17 주식회사유넷컨버전스 수소연료전지를 이용한 스마트팜 운영 시스템
KR102061551B1 (ko) 2019-06-20 2020-01-03 동명대학교산학협력단 수소 및 신재생에너지를 이용한 스마트 팜

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007132622A (ja) * 2005-11-11 2007-05-31 Daikin Ind Ltd ヒートポンプ給湯装置

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