KR102854390B1 - 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템 - Google Patents

폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템

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Abstract

본 발명은 온실의 폐열을 이용하여 냉난방을 수행함으로써 에너지 비용을 절감할 수 있고, 측장 및 천정창의 개방 없이 온실 내부의 난방 및 냉방을 위한 온도 조절작용과 습도 조절작용을 효과적으로 수행할 수 있는 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템은 태양광이 입사되도록 형성된 온실; 상기 온실의 내부공기가 유입되는 내부공기유입부와 상기 내부공기유입부로 유입된 내부공기가 배출되는 내부공기배출부가 형성된 내부공기이동부; 상기 내부공기배출부로부터 배출된 내부공기가 수용되는 내부공기수용실이 마련되고, 상기 내부공기수용실과 구획되어 용수가 수용되는 용수수용실이 마련된 유체열교환처리조; 상기 내부공기수용실에 수용된 내부공기와 상기 용수수용실에 수용된 용수 상호간의 열교환을 수행하는 내부공기열교환수단; 상기 용수수용실의 용수의 온열을 회수하기 위해 배치되는 히트펌프장치; 상기 히트펌프장치에 의해 회수된 온열을 축열하도록 배치되는 축열부; 상기 내부공기열교환수단의 열교환과정을 거친 상기 내부공기수용실의 열교환공기를 상기 온실로 공급하는 공급공기이동부; 및 상기 공급공기이동부에 설치되어 상기 열교환공기를 설정된 온도 및 습도를 갖는 공급공기로 변환하는 복합 열환경제어부;를 포함한다.

Description

폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템{GREENHOUSE COMPLEX THERMAL ENVIRONMENT CONTROL SYSTEM USING WASTE HEAT}
본 발명은 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 온실의 폐열을 이용하여 냉난방을 수행함으로써 에너지 비용을 절감할 수 있고, 측장 및 천정창의 개방 없이 온실 내부의 난방 및 냉방을 위한 온도 조절작용과 습도 조절작용을 효과적으로 수행할 수 있는 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 농작물 재배는 토질, 기후 조건, 계절 등에 맞는 작물을 선택하여 노지에서 재배하는 것이 일반적이다. 하지만 사계절이 뚜렷한 우리나라의 기후 특성상 노지에서의 작물재배는 일정 시기에 국한되어 있는 반면, 국민들의 소득수준은 나날이 높아져 신선 농산물에 대한 수요는 연중 지속되고 있는 것이 현실이고, 근래 이상기온이 빈번히 발생하면서 국내 농산물 수급과 물가 변동에 대한 불확실성이 커지고 있다.
이에 따라, 이상기온에 따른 불확실성을 줄이고, 소비자들의 연중 수요를 충족하기 위한 방안으로 시설원예산업이 점차 확대되고 있으며 다양한 연구개발이 진행되고 있다.
예를 들면 시설원예는 유리온실이나 비닐하우스 등의 온실 내부에 구성한 재배지에 작물을 식재하고, 작물의 재배에 이상적인 온도, 습도, CO2 등의 조건을 유지하도록 환경을 관리하면서 재배과정을 수행하게 된다.
온실은 종부재 및 횡부재 등을 이용하여 통상 골격의 기능을 수행하도록 시공된 온실프레임과, 이 온실프레임에 설치되는 유리나 비닐시트로 이루어진 광투과성면상체로 구성되어 있고, 온실의 내부에는 온도, 습도, CO2 조절 등을 위해 냉난방장치, 냉방배관, 습도조절장치, 이산화탄소공급장치 등이 설치되어 있다.
그리고, 온실은 내부에 작업성, 재배의 효율성 및 인건비 절감 등을 고려하여 지표면보다 높은 위치에서 작물을 재배하기 위한 장치로서 통상 고설 재배장치로 호칭 되는 시설을 구비하여 작물을 재배할 수도 있다.
하지만, 전술한 바와 같은 일반적인 온실은 재배과정의 수행시에 농작물이 식재되는 영역 뿐만 아니라 내부 공간 전체에 온도, 습도, CO2 조절 등을 조절해야 하므로 비용의 낭비가 심하고, 조절 시간 또한 지나치게 길어져서 즉각적인 대처가 어려워서 농작물 재배의 효율성이 낮은 단점이 있다.
그리고, 일반적인 온실은 우리나라와 같이 고온의 하절기와 긴 동절기를 갖는 지역의 경우 과도한 냉난방 비용으로 인해 생산원가를 상승시켜 농업경쟁력을 약화시키는 요인이 되고 있다.
특히, 냉난방장치는 주로 화석연료를 주로 사용하고 있고 전량 수입에 의존하고 있는 상황이어서 원유의 가격변동에 따라 농가의 부담이 매우 심각한 실정이고, 근래 지열, 태양광, 풍력 등과 같은 대체에너지를 이용이 시도되고 있으나 연구 개발 단계이고 실질적인 적용은 미흡한 실정이다.
현재 국내의 시설원예는 난방연료로서 경유, 중유 등을 주로 사용하고 있으며, 난방비가 시설작물경영비의 30~40%를 차지하고 있는데, 일본은 20%, 네델란드는 14~15%, 이스라엘은 10%인데 비하면 우리나라 시설원예의 난방비 점유율이 매우 높은 실정이다.
이를 해결하기 위한 대안으로 냉난방장치의 구동을 위한 대체에너지로서 지열 회수시스템, 큰 규모의 태양광 발전시스템, 풍력 발전시스템 등을 적용할 수 있지만, 이를 적용하기 위해서는 적절한 지리적 및 환경적 조건 등이 만족되어야 할 뿐만 아니라 대규모의 시설투자비가 소요되므로 단위 농가가 이를 쉽게 적용할 수 없는 한계점이 있다.
그리고, 온실은 하절기나 동절기의 낮 시간과 등과 같이 태양의 복사에너지로 인해 내부 온도가 고온으로 상승하게 되므로 식물에 적절한 생육 온도로 낮추기 위한 냉방 부하의 증가로 운전비용을 더욱 상승시키는 문제점이 있다.
아울러, 온실은 내부 온도가 과도하게 되면 측장 및 천정창의 개방할 필요가 있지만 이 경우 온실에 시비한 CO2가 외부로 유출, 낭비되므로 시비 효과의 저하는 물론이고 관리비용의 상승을 초래하는 단점이 있고, 습도를 정확하게 조절할 수 없는 단점이 있다.
한국공개특허 제10-2010-0134496호 "히트펌프를 이용한 냉, 난방장치" 한국등록특허 제10-0915701호 "지열 히트펌프를 이용한 하우스의 냉난방장치" 한국등록특허 제10-1128173호 "태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템 및 열자급형 복합 냉난방장치"
본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 온실의 폐열을 이용하여 냉난방을 수행함으로써 에너지 비용을 절감할 수 있도록 한 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 측장 및 천정창의 개방 없이 온실 내부의 난방 및 냉방을 위한 온도 조절작용과 습도 조절작용을 효과적으로 수행할 수 있도록 한 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 저온 외기에 의한 결빙이 발생되지 않아서 냉수를 안정적인 생산하여 온도 조절작용과 습도 조절작용을 효과적으로 수행할 수 있도록 한 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템은 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템에 있어서, 태양광이 입사되도록 형성된 온실; 상기 온실의 내부공기가 유입되는 내부공기유입부와 상기 내부공기유입부로 유입된 내부공기가 배출되는 내부공기배출부가 형성된 내부공기이동부; 상기 내부공기배출부로부터 배출된 내부공기가 수용되는 내부공기수용실이 마련되고, 상기 내부공기수용실과 구획되어 용수가 수용되는 용수수용실이 마련된 유체열교환처리조; 상기 내부공기수용실에 수용된 내부공기와 상기 용수수용실에 수용된 용수 상호간의 열교환을 수행하는 내부공기열교환수단; 상기 용수수용실의 용수의 온열을 회수하기 위해 배치되는 히트펌프장치; 상기 히트펌프장치에 의해 회수된 온열을 축열하도록 배치되는 축열부; 상기 내부공기열교환수단의 열교환과정을 거친 상기 내부공기수용실의 열교환공기를 상기 온실로 공급하는 공급공기이동부; 및 상기 공급공기이동부에 설치되어 상기 열교환공기를 설정된 온도 및 습도를 갖는 공급공기로 변환하는 복합 열환경제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유체열교환처리조는, 상기 내부공기수용실이 내부에 마련되고 상기 내부공기배출부가 접속되는 내부공기유입구와 상기 공급공기이동부가 접속되는 내부공기배출구가 형성된 내부공기챔버부; 상기 내부공기챔버부와 접하여 배치되고 상기 용수수용실이 내부에 마련되고 용수공급라인이 접속되는 용수배출구와 축열부회수라인이 접속되는 용수유입구가 형성된 용수챔버부; 및 상기 내부공기열교환수단이 설치되도록 상기 내부공기챔버부와 상기 용수챔버부의 경계벽에 마련되는 열교환수단설치부;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 내부공기이동부는 상기 온실의 상층부에 배치되고 상기 내부공기유입부가 마련된 공기흡입구간, 및 상기 유체열교환처리조를 향해 상기 공기흡입구간에 하방으로 굴곡되게 연장되고 단부에 상기 내부공기배출부가 형성된 공기이동구간을 구비한 공기유입덕트로 구성될 수 있다.
상기 공급공기이동부는 상기 내부공기배출구에 접속되는 접속구간, 및 상기 접속구간에 연결되어 상기 온실에 배치되고 분출구가 형성된 공기공급구간을 구비한 공기공급덕트로 구성될 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템은 상기 공기유입덕트에 배치되는 내부공기흡입팬, 및 상기 공급공기이동부에 설치되는 열교환공기흡입팬이 구비될 수 있다.
상기 복합 열환경제어부는, 공기가 이동되는 공기통로부; 상기 공기통로부를 경유하는 공기의 냉각작용 및 습도조절 작용을 수행하는 공기냉각수단; 및 상기 공기통로부를 경유하는 공기의 온도를 조절하는 공기가온수단;을 포함하는 복합 열환경 제어장치로 구성될 수 있다.
상기 공기통로부는 공급공기이동부에 접속되는 공기통로함체로 구성될 수 있다.
상기 공기냉각수단은 상기 공기통로함체의 일측에 형성되고 냉수가 순환되는 냉수챔버, 상기 냉수챔버와 상기 공기통로부 사이에 설치되는 냉각제어열교환수단을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 공기가온수단은 상기 공기통로함체의 타측에 형성되고 온수가 순환하는 온수챔버, 상기 온수챔버와 상기 공기통로부 사이에 설치되는 가온제어열교환수단을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 온수챔버는 온수가 순환되도록 온도조절수순환라인이 접속되고, 상기 냉수챔버는 냉수가 순환되도록 냉수순환라인이 접속될 수 있다.
상기 냉각제어열교환수단은 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 공급되는 냉수의 냉기를 공기에 전달하도록 일측이 상기 냉수챔버의 냉수에 침지되고 타측이 상기 공기통로부에 배치되는 진동형 히트파이프로 구성될 수 있다.,
상기 가온제어열교환수단은 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 공급되는 온수의 열을 공기에 전달하도록 일측이 상기 온수챔버의 온수에 침지되고 타측이 상기 공기통로부에 배치되는 진동형 히트파이프로 구성될 수 있다.
상기 내부공기열교환수단은 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 내부공기의 열을 용수에 전달하도록 일측이 상기 내부공기수용실로 노출되고 타측이 상기 용수수용실에 침지되는 진동형 히트파이프로 구성될 수 있다.
상기 공기통로함체는 공기의 습도조절이 수행되는 냉각/습도조절실, 공기의 온도조절이 수행되는 온도조절실, 및 상기 냉각/습도조절실과 상기 온도조절실을 연결하는 온습도실연결부를 포함하여 구성되고, 공기의 습도가 조절된 후 온도가 제어되어 공급되도록 상기 냉각/습도조절실이 공기의 진입방향에 배치되고 연이어 상기 온습도실연결부 및 상기 온도조절실이 배치될 수 있다.
상기 온도조절수순환라인은 온수가 공급되도록 상기 온수챔버에 연결되는 온도조절수공급라인과, 상기 온수챔버를 경유하여 열교환 과정을 거친 온수가 회수되도록 연결되는 온도조절수회수라인을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 냉수순환라인은 냉수가 공급되도록 상기 냉수챔버에 연결되는 냉수공급라인 및 상기 냉수챔버를 경유하여 열교환 과정을 거친 냉수가 회수되도록 연결되는 냉수회수라인을 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 상기 복합 열환경제어부는 상기 온도조절수순환라인에 설치되는 온도조절수순환펌프; 및 상기 냉수순환라인에 설치되는 냉수순환펌프;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 냉수챔버는 유입되는 냉수가 'U' 자 형상의 유로를 형성하면서 배출되도록 냉수경로안내격벽이 형성될 수 있고, 상기 냉각제어열교환수단으로 적용된 상기 진동형 히트파이프 일측이 상기 냉수경로안내격벽에 의해 구획된 일측 구획부에 배치될 수 있다.
상기 온수챔버는 유입되는 온수가 'U' 자 형상의 유로를 형성하면서 배출되도록 온수경로안내격벽이 형성되고, 상기 가온제어열교환수단으로 적용된 상기 진동형 히트파이프 일측이 상기 온수경로안내격벽에 의해 구획된 일측 구획부에 배치될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템은 상기 복합 열환경제어부에 냉수를 공급하도록 구성되는 냉수공급장치부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 냉수공급장치부는 냉수가 저장되는 냉수저장부; 및 상기 냉수저장부의 용수를 냉각하는 냉수생성부;를 포함하는 결빙 방지형 냉수 생성장치로 구성되되, 상기 냉수생성부는 외부공기가 수용되는 외부공기수용실이 마련되고, 상기 외부공기수용실과 구획되고 용수가 수용되는 냉수생성실이 마련된 냉수생성조; 및 상기 외부공기수용실에 수용된 외부공기와 상기 냉수생성실에 수용된 용수 상호간의 열교환을 수행하는 외부공기열교환수단;을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 냉수공급장치부는, 상기 냉수저장부의 용수를 상기 냉수생성실로 공급하도록 연결되는 냉수제조용수공급라인; 상기 냉수생성실을 경유하여 생성된 냉수가 상기 냉수저장부에 회수되도록 연결되는 냉수배출라인; 및 상기 냉수제조용수공급라인 또는 상기 냉수배출라인에 접속되는 냉수생성용펌프;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 외부공기열교환수단은 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 외부공기의 냉기를 냉수생성실에 채워진 용수에 전달하도록 일측이 상기 외부공기수용실에 배치되고 타측이 상기 냉수생성실에 배치되는 진동형 히트파이프로 구성될 수 있다.
상기 냉수공급장치부는, 상기 냉수생성실의 온도를 감지하는 냉수생성실온도감지부; 및 상기 냉수저장부의 온도를 감지하는 냉수저장부온도감지부;를 더 포함할 수 있다.
상기 냉수공급장치부는, 상기 냉수저장부온도감지부 및 상기 냉수생성실온도감지부에 의해 감지된 신호를 기초로 상기 냉수저장부의 냉수 온도가 설정 온도가 되도록 상기 냉수생성용펌프의 구동을 제어하되, 상기 냉수생성실온도감지부에 의해 감지되는 물의 온도가 설정 온도 이하일 경우 상기 냉수생성용펌프를 작동시켜 상기 냉수생성실의 결빙을 방지하는 제어동작을 수행하는 냉수생성제어부;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 냉수공급장치부는, 상기 외부공기수용실의 외부를 둘러싸도록 형성된 냉수생성부케이스; 상기 냉수저장부온도감지부 및 상기 냉수생성실온도감지부에 의해 감지된 신호를 기초로 상기 냉수저장부의 냉수 온도가 설정 온도가 되도록 상기 냉수생성제어부의 제어하에 상기 외부공기수용실로 외부공기를 유입시키도록 작동되는 외부공기송풍팬; 및 상기 외부공기수용실의 온도를 감지하는 외기온도감지부;를 더 포함하여 구성될 수 있다.
그리고 상기 냉수생성제어부는 상기 외기온도감지부와 상기 냉수생성실온도감지부에 감지된 감지신호를 기초로 검출된 온도 차이가 설정된 범위보다 작을 경우 외부공기송풍팬의 구동을 정지시키는 제어동작을 수행하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템에 의하면, 태양의 복사에너지에 의해 온실에 생성된 폐열인 고온 공기를 유체열교환처리조의 내부공기챔버부에서 내부공기열교환수단에 의해 냉각한 후 온실로 재공급하는 형태로 순환시켜 사용할 수 있어서 별도의 냉방장치를 작동할 필요가 없고 폐열을 축열하여 재사용할 수 있으므로 냉난방을 위한 에너지 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템에 의하면, 측장 및 천정창의 개방 없이 습도를 조절할 수 있으므로 측창 및 천정창의 개방에 따른 시비한 CO2 외부 유출이 방지되어 시비효과를 유지할 수 있고 CO2 낭비를 줄여 관리비용을 절감할 수 있을 뿐만 아니라 외기에 포함된 병원균 유입을 차단하여 병해충을 예방할 수 있으며, 동절기 급격한 찬공기 유입에 따른 농작물의 성장 불량으로 발생할 수 있는 생산성 저하 및 품질 저하를 방지할 수 있다.
본 발명에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템에 의하면, 진동형 히트파이프의 고성능 열전달 특성을 이용한 컴팩트한 열교환수단을 적용하여 냉각 및 가열 과정을 연속적으로, 또는 선택적으로 가동함으로써 온실 생육 조건에 맞는 정밀한 열환경 제어를 통해 작물 생육조건을 조성함으로써 작물의 수확량 증대와 상품성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템에 의하면, 진동형 히트파이프와 같은 외부공기열교환수단을 이용하여 별도의 에너지 없이 동절기 외기와의 열교환을 통해 효과적으로 냉수를 생산할 수 있고, 동절기에 외부공기가 빙점 이하로 하강할 경우 용수저장부의 용수를 용수생성부로 순환함으로써 결빙이 발생되지 않아서 냉수를 안정적인 생산할 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 전체적인 구성을 설명하기 위한 구성도,
도2a 내지 도2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 부분 확대도로서, 도2a는 도1의 A부 확대도, 도2b는 도1의 B부 확대도, 도2c는 도1의 C부 확대도이다.
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 주요 부분을 설명하기 위한 사시도,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 주요 부분을 설명하기 위한 측단면도,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 유체열교환처리조의 주요 구성을 설명하기 위한 분리사시도,
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 내부공기열교환수단을 구성하는 진동형 히트파이프를 나타낸 사시도,
도7a 및 도7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 복합 열환경제어부를 설명하기 위한 사시도로서, 도7a는 외관을 나타낸 사시도, 도7b는 내부 구성품이 나타나도록 표현한 투시 사시도이다.
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템 의 복합 열환경 제어부를 나타낸 분리사시도,
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 냉수공급장치부의 기술적 사상을 설명하기 위한 구성도,
도10은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 냉수공급장치부를 나타낸 사시도,
도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 냉수공급장치부 요부 사시도,
도12는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 냉수공급장치부의 냉수생성부를 설명하기 위한 투시도,
도13은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 냉수공급장치부 분리사시도,
도14는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템에 적용되는 냉수공급장치부의 작용을 설명하기 위한 구성도,
도15는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템에 적용되는 냉수공급장치부의 다른 형태를 나타낸 요부 구성도,
도16은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템에 적용되는 냉수공급장치부의 또 다른 형태를 나타낸 요부 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도1 내지 도16에 의거하여 상세히 설명하되, 에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여하여 설명하도록 한다.
한편, 각각의 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 상세한 설명은 간략히 하거나 생략한다. 또한, 본 발명이 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템에 특징을 갖는 것이므로 이와 관련된 부분들을 중심으로 도시 및 설명하고 나머지 부분에 대한 설명은 간략화하거나 생략하도록 한다.
도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 전체적인 구성을 설명하기 위한 구성도로서, 주요 구성을 간략화하여 도시한 개념도이다. 도2a 내지 도2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 부분 확대도로서, 도2a는 도1의 A부 확대도, 도2b는 도1의 B부 확대도, 도2c는 도1의 C부 확대도이다. 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 주요 부분을 설명하기 위한 사시도이고, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 주요 부분을 설명하기 위한 측단면도로서, 온실에 설치된 상태를 개략적으로 나타낸 것이다. 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 유체열교환처리조의 주요 구성을 설명하기 위한 분리사시도이다.
도1 내지 도5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템은 온실에서 생성되는 태양광의 복사에너지와 같은 폐열을 이용하여 냉난방을 수행함으로써 에너지 비용을 절감할 수 있도록 구성한 것으로서, 온실(100), 내부공기이동부(110), 유체열교환처리조(200), 내부공기열교환수단(300), 히트펌프장치(400), 복합 열환경제어부(500), 축열부(600), 공급공기이동부(140), 및 냉수공급장치부(700)를 구비한다.
온실(100)은 태양광이 입사되도록 형성되고 내부에 식물의 재배를 위한 온실공간이 마련되도록 구성된 구조라면 특별히 구조나 형태에 제한이 없지만 대표적으로 온실프레임(미도시)에 투명유리가 설치된 유리온실이나, 온실프레임에 투명비닐이 설치되는 비닐하우스가 대표적으로 적용될 수 있다.
내부공기이동부(110)는 온실의 내부공기를 유체열교환처리조(200)로 유동시키기 위한 통로의 역활을 하는 구성요소로서, 공기조화 분야에서 널리 사용되는 덕트로 구성된다.
보다 구체적으로 설명하면, 내부공기이동부(110)는 온실(100)의 내부에 설치되고 온실의 내부공기가 유입되도록 다수의 홀 형태 등으로 형성된 내부공기유입부(115)와, 내부공기유입부(115)로 유입된 내부공기가 배출되는 내부공기배출부(116)가 형성된 공기유입덕트로 구성된다. 여기서 공기유입덕트는 도4에 도시된 바와 같이 태양광의 복사에너지 등 온실 내부공기 중 비교적 고온의 공기가 대류에 의해 상층부로 이동되는 점을 고려하여 온실의 천정에 길이방향으로 배치되고 내부공기유입부(115)가 다수 형성된 공기흡입구간(111)과, 유체열교환처리조(200)를 향해 공기흡입구간(111)에 하방으로 굴곡되게 연장되고 단부에 내부공기배출부(116)가 형성된 공기이동구간(112)을 구비한다.
그리고, 공기유입덕트에는 내부공기를 흡입하기 위한 내부공기흡입팬(120)이 설치되어 있다. 여기서 내부공기흡입팬(120)은 공조 설비나 온실 등에서 이용되는 흡입용 송풍팬을 적용할 수 있는 것으로 간략화 한 기호로 도시한다.
유체열교환처리조(200)는 온실 내부공기와 용수와의 열교환을 위해 마련된 구성요소로서, 내부공기배출부(116)로부터 배출된 내부공기가 수용되는 내부공기수용실(210a)이 마련되고, 내부공기수용실(210a)과 분리되어 용수가 수용되는 용수수용실(220a)이 마련된 구조라면 판재나 콘크리트 구조물 등으로 형태나 구조에 특별한 제한 없이 구성할 수 있다.
예컨대, 유체열교환처리조(200)는 내부공기챔버부(210)와 용수챔버부(220)가 상하로 배치된 육면체 형상의 구조로 구성될 수 있다.
내부공기챔버부(210)는 대략 직육면체 형상으로 형성되고 내부공기수용실(210a)이 내부에 마련된 구조로서 상면 중앙에 내부공기배출부(116)가 접속되어 연통되는 내부공기유입구(212)가 형성되어 있고, 온실 방향의 양쪽에 공급공기이동부(140)가 접속되는 내부공기배출구(213)가 형성되어 있다.
용수챔버부(220)는 내부공기챔버부(210)와 접하여 배치되어 내부공기챔버부와 대응되게 대략 직육면체 형상으로 형성되고 용수수용실(220a)이 내부에 마련된 구조로서 후술되는 히트펌프장치(400)와 연결되는 용수공급라인이 접속되는 용수배출구(222)와 히트펌프장치와 연결되는 용수회수라인이 접속되는 용수유입구(223)가 형성되어 있다.
그리고, 유체열교환처리조(200)는 내부공기열교환수단(300)이 설치되도록 내부공기챔버부(210)와 용수챔버부(220)의 경계부에 마련되는 열교환수단설치부(230)가 형성되어 있다.
열교환수단설치부(230)는 복수의 파이프삽입홀이 후술되는 진동형 히트파이프의 형상에 맞게 천공된 히트파이프조립판(미도시)을 구성하여 내부공기챔버부(210)와 용수챔버부(220)의 경계부에 설치하는 방식으로 구성할 수도 있지만, 본 실시예에서는 용수챔버부(220)의 상판(225)에 천공되는 열교환수단설치홀(231)에 설치되는 파이프설치판(232)를 구비한다.
파이프설치판(232)은 판상부재에 후술되는 진동형 히트파이프(310)가 끼워지는 복수의 파이프삽입슬릿(2321)과, 판상부재의 가장자리 부분에 체결용 스크류의 체결을 위한 체결공(2322)이 형성되어 있다.
그리고, 진동형 히트파이프(310)는 파이프설치판(232)의 파이프삽입슬릿(2321)에 삽입된 상태에서 접착제에 의한 접착이나 용접에 의해 기밀적으로 고정된다. 이와 같이 진동형 히트파이프가 고정된 후 파이프삽입슬릿(2321)은 기밀부재(미도시)를 삽입하여 기밀적으로 부착하거나 기밀패드(미도시)를 덮어 부착할 수 있다.
바람직하게, 용수챔버부(220)는 용수의 온도변화를 최소화 하기 위해 온실과 접한 지하공간에 위치하도록 구성한 지하수조로 형성되어 있고, 내부공기챔버부(210)는 지하수조와 대응하는 상부에 단열소재에 의해 형성되는 단열공기조로 구성할 수 있다.
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 내부공기열교환수단을 구성하는 진동형 히트파이프를 나타낸 사시도로서 내부공기열교환수단을 구성하는 다수의 진동형 히트파이프 중에서 1개를 도시한 것이다.
도6을 참조하면, 내부공기열교환수단(300)은 온실 폐열의 열교환 과정을 통해 용수수용실(220a)에 수용된 유체를 가온하는 구성요소로서, 열교환 효율이 우수하다면 특별한 제한은 없지만, 하절기 고온의 온실 공기를 냉각하여 재공급할 수 있는 동시에 높은 열 유속의 열전달을 통해 축열작용을 수행할 수 있는 다수의 진동형 히트파이프(310)로 구성된다.
진동형 히트파이프(310)는 내부공기수용실(210a)에 수용된 내부공기와 용수수용실(220a)에 수용된 용수 상호간의 열교환을 수행하는 구성요소로서, 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 내부공기의 열을 용수에 전달하도록 일측이 내부공기수용실(210a)로 노출되고 타측이 용수수용실(220a)에 침지되게 구성되어 있다.
그리고 진동형 히트파이프(310)는 주지된 바와 같이 밀폐된 내부에 작동유체를 주입한 후 진공 배기한 것으로 작동유체의 증발과 응축에 의하여 별도의 외부동력없이 열을 전달하는 기구이다. 여기서, 작동유체(working fIuid)란 일반적으로 냉매를 말하는 것으로, 열기관에서는 열 에너지의 공급을 받는 유체가 팽창함으로써 역학적 일을 하는데, 나머지 에너지를 방출해 원래의 상태로 되돌아간 다음에 다시 열의 공급을 받는다는 식으로, 유체가 몇 단의 상태변화를 하는 하나의 사이클에 의해 동력이 발생한다. 아울러 진동형 히트파이프(310)는 열교환 대상유체(내부공기수용실에 수용된 내부공기와 용수수용실에 수용된 용수)의 최소 작동 온도차가 7℃ 이상일 경우 열교환 특성이 우수한 제품이 널리 적용되고 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
아울러, 내부공기열교환수단(300)으로 적용되는 진동형 히트파이프(310)는 표면에 소수성 코팅부(미도시)가 형성될 수 있다. 여기서, 소수성코팅부는 진동형 히트파이프(310) 표면에 소수성화합물(Hydrophobic compounds)을 적층한 소수성코팅층으로 구성한다. 여기서, 소수성화합물(Hydrophobic compounds)은 물분자와 친화성이 있는 기를 갖지 않는 물질로서 물이 흡수되지 않고 맺혀 미끄러지면서 분리될 수 있도록 조성한 공지된 다양한 제품을 적용할 수 있다.
한편, 공급공기이동부(140)는 내부공기열교환수단(300)에 의한 열교환과정을 거친 내부공기수용실(210a)의 열교환공기를 온실로 이동시키기 위한 통로의 역활을 수행하는 구성요소로서, 공기조화 분야에서 널리 사용되는 덕트로 구성된다.
공급공기이동부(140)는 내부공기배출구(213)에 접속되는 접속구간(141), 및 접속구간(141)에 연결되어 온실에 배치되고 일정한 간격으로 분출구(143)가 형성된 공기공급구간(142)을 구비한 공기공급덕트로 구성된다.
그리고 공급공기이동부(140)는 폭 방향으로 복수 개(양쪽)가 온실의 길이방향으로 배치되고, 접속구간(141) 또는 공기공급구간(142)에 설치되는 열교환공기흡입팬(570)이 구성되어 있다.
열교환공기흡입팬(570)은 공기를 흡입할 수 있다면 형상과 구조에 특별한 제한 없이 선택하여 적용할 수 있는 것으로서, 본 실시예에서는 연결덕트(560)에 송풍팬을 설치한 형태로 구성한 예를 도시하고 있다.
히트펌프장치(400)는 내부공기열교환수단(300)에 의해 용수챔버부(220)의 용수에 회수된 열을 축열부와의 열교환을 통해 전달하기 위한 구성요소로서, 가온 용수에 포함된 열 에너지가 증발기(미도시)내에서 증발하고 응축기(미도시)에서 방출하는 공지의 히트펌프 중에서 선택하여 설치하는 것으로서, 본 실시예에서는 용수챔버부(220)의 가온된 용수가 가지는 열원을 축열부(600)의 난방용 열원 등으로 변환하는 작용을 수행한다.
그리고, 히트펌프장치(400)는 용수챔버부(220)와의 사이에 연결되는 용수순환라인(420)을 구비한다. 이때, 용수순환라인(420)에는 용수순환펌프(430)가 설치되어 있다. 여기서, 용수순환라인(420)은 용수챔버부(220)의 용수배출구(222)와 히트펌프장치(400)의 용수유입구 사이에 연결되는 용수공급라인(422)과, 용수챔버부(220)의 용수유입구(223)와 히트펌프장치(400)의 용수배출구 사이에 연결되는 용수회수라인(424)을 구비한다.
첨부도면, 도7a 및 도7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 복합 열환경제어부를 설명하기 위한 사시도로서, 도7a는 외관을 나타낸 사시도, 도7b는 내부 구성품이 나타나도록 표현한 투시 사시도이다. 도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템 의 복합 열환경 제어부를 나타낸 분리사시도이다.
도7a 내지 도8을 참조하면, 복합 열환경제어부(500)는 공급공기이동부(140)에 설치되어 내부공기열교환수단(300)의 열교환 과정을 거친 열교환공기를 설정된 온도 및 습도를 갖는 공급공기로 변환하는 구성요소로서, 온실 내부의 난방 및 냉방을 위한 온도 조절작용과, 습도 조절작용을 효과적으로 수행할 수 있는 복합 열환경 제어장치로 구성되어 있다.
복합 열환경 제어장치(500)는 공기통로부(510), 공기냉각수단(520), 공기가온수단(530)이 구비되어 온실(100) 내부로 공급되는 공기를 설정된 온도 및 습도를 갖도록 조절하는 작용을 수행한다.
공기통로부(510)는 공기가 이동되는 통로의 기능을 수행한 구성요소로서, 공급공기이동부(140)에 접속되는 공기통로함체(510a)로 구성되어 있다.
공기통로함체(510a)는 공기의 습도조절이 수행되는 냉각/습도조절실(511), 공기의 온도조절이 수행되는 온도조절실(512), 및 냉각/습도조절실(511)과 온도조절실(512)을 연결하는 온습도실연결부(513)를 구비한다.
특히, 공기통로함체(510a)는 공기의 습도 조절시 냉각된 공기가 재가온된 후 온실로 공급되도록 냉각/습도조절실(511)이 공기의 진입방향에 배치되고 연이어 온습도실연결부(513) 및 온도조절실(512)이 배치되는 것이 바람직하다.
냉각/습도조절실(511)은 하부에 배치되고 판형부재로 형성된 밑판(5111), 이 밑판(5111)과 마주보는 상부에 배치되고 판형부재로 형성된 상판(5112), 밑판과 상판 사이의 연결하는 복수의 측판(5113)으로 구성되어 있다. 그리고 냉각/습도조절실(511)은 공기의 유입방향 측판(5113)에 형성되는 연통공(5114)과 온도조절실(512)의 마주보는 측판(5113)에 형성되어 온습도실연결부(513)가 접속되는 연통공(5115)이 천공되어 있다.
그리고, 냉각/습도조절실(511)은 습도 조절과정에서 생성된 응축수의 배출을 위한 드레인부(5116)가 구비되어 있다.
드레인부(5116)는 응축수의 배출이 가능한 구조라면 형태에 특별한 제한 없이 형성될 수 있는 것으로서, 밑판에 천공된 배수홀에 설치되는 드레인라인(5116b)과 드레인라인에 응축수의 외부 배출을 위해 설치되는 드레인밸브(5116c)를 구비할 수 있다.
온도조절실(512)은 전술한 냉각/습도조절실(511)과 유사하게 밑판(5121), 밑판(5121)과 마주보는 상부에 배치되는 상판(5122), 밑판(5121)과 상판(5122)을 연결하는 복수의 측판(5123)으로 구성되어 있고, 공기의 배출방향 측판(5123)에 형성되는 연통공(5125)과 냉각/습도조절실(511)과 마주보는 측판(5123)에 온습도실연결부(513)가 접속되는 연통공(5124)이 천공되어 있다.
온습도실연결부(513)는 냉각/습도조절실(511)과 온도조절실(512) 사이를 이격시킴으로써 냉각/습도조절실(511)에 이루어지는 냉각 및 습도 조절 시에 온도조절실(512)의 온기가 역류하여 유입되거나, 온도조절실(512)의 가온시에 냉각/습도조절실(511)로부터 냉기의 유입이 최소화 되도록 하는 작용을 수행하는 것으로서, 원통 형상으로 형성되어 마주보는 측판(5113,5123)의 연통공(5115,5124)에 연결되어 있다.
한편, 공기냉각수단(520)은 공기통로부(510)를 경유하는 공기의 냉각작용 및 습도조절 작용을 위한 냉기를 제공하는 구성요소로서, 공기통로함체(510a)의 일측에 형성되어 냉수가 순환되는 냉수챔버(521), 냉수챔버(521)에 설치되는 냉각제어열교환수단(522)을 구비한다.
냉수챔버(521)는 냉각/습도조절실(511)로 유입된 공기를 냉각하는 냉수가 유입되어 체류하는 공간으로서, 냉각/습도조절실(511) 상부에 형성되어 있다.
냉수챔버(521)는 냉각/습도조절실로 유입된 공기의 냉각 특성이 우수하다면 형상과 크기에 특별한 제한은 없지만 본 실시예에서는 냉각/습도조절실(511)의 측판(5113)의 상단에 연장되는 챔버측판(5212)과, 이 챔버측판(5212)의 상부에 연결되는 챔버덮개판(5213)으로 구성되며, 냉수공급라인(551) 및 냉수회수라인(552)이 접속되는 접속부가 형성되어 있다.
냉각제어열교환수단(522)은 냉수챔버(521)에 수용된 냉수와 냉각/습도조절실(511)에 수용된 공기 상호간의 열교환을 수행하는 구성요소로서, 열교환 과정을 통해 냉각/습도조절실의 공기를 냉각하고, 냉각에 따른 응축으로 습기를 제거한다.이러한 냉각제어열교환수단(522)은 열교환 효율이 우수하다면 특별한 제한은 없지만, 본 실시예에서는 높은 열 유속의 열전달을 통해 축열작용(내열을 저장) 수행할 수 있는 진동형 히트파이프(522a)로 구성된다.
진동형 히트파이프(522a)는 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 외부공기의 열을 용수에 전달하도록 일측이 냉수챔버(521)로 노출되고 타측이 냉각/습도조절실(511)에 삽입되어 있다. 여기서 진동형 히트파이프의 세부 구성 및 작용효과는 전술한 내부공기열교환수단과 유사하므로 구체적인 설명을 생략한다.
아울러, 냉각제어열교환수단(522)으로 적용되는 진동형 히트파이프(522a)는 표면에 소수성 코팅부(미도시)가 형성되어 있다. 여기서, 소수성코팅부는 진동형 히트파이프(522a) 표면에 소수성화합물(Hydrophobic compounds)을 적층한 소수성코팅층으로 구성한다. 여기서, 소수성화합물(Hydrophobic compounds)은 물분자와 친화성이 있는 기를 갖지 않는 물질로서 물이 흡수되지 않고 맺혀 미끄러지면서 분리될 수 있도록 조성한 공지된 다양한 제품을 적용할 수 있다.
한편, 공기가온수단(530)은 공기통로부(510)를 경유하는 공기의 온도를 상승시키는 조절작용을 수행하는 구성요소로서, 공기통로함체(510a)의 타측 상부에 형성되고 온수가 순환하는 온수챔버(531), 이 온수챔버(531)에 설치되는 가온제어열교환수단(532)을 구비한다.
온수챔버(531)는 온도조절실(512)로 유입된 공기를 가온하는 온수가 유입되어 체류하는 공간으로서, 온도조절실(512) 상부에 형성되어 있다.
온수챔버(531)는 온도조절실(512)로 유입된 공기의 가온 특성이 우수하다면 형상과 크기에 특별한 제한은 없지만 본 실시예에서는 온도조절실(512)의 측판(5123)의 상단에 연장되는 챔버측판(5312)과, 이 챔버측판(5312)의 상부에 연결되는 챔버덮개판(5313)으로 구성되며, 온도조절수공급라인(541) 및 온도조절수회수라인(542)이 접속되는 접속부가 형성되어 있다.
가온제어열교환수단(532)은 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 축열조와 같은 축열부(600)로부터 공급되는 온수의 열을 공기에 전달하도록 일측이 온수챔버(531)의 온수에 침지되고 타측이 공기통로부(510)에 배치되는 진동형 히트파이프(532a)로 구성된 것으로서, 진동형 히트파이프의 세부 구성 및 작용효과는 전술한 내부공기열교환수단과 유사하므로 구체적인 설명을 생략한다.
한편, 냉각/습도조절실(511) 및 온도조절실(512)은 상판(5112, 5122)에 냉각제어열교환수단(522) 및 가온제어열교환수단(532)의 설치를 위한 열교환수단설치부(515)가 각각 구성되어 있다.
상기한 열교환수단설치부(515)는 냉각/습도조절실(511) 및 온도조절실(512)의 상판(5112,5122)에 천공되는 열교환수단설치홀(5151)과, 열교환수단설치홀(5151)에 설치되는 파이프설치판(5152)를 구비한다.
파이프설치판(5152)은 판상부재에 진동형 히트파이프(522a,532a)가 끼워지는 복수의 파이프삽입슬릿(5152a)과, 판상부재의 가장자리 부분에 체결용 스크류의 체결을 위한 체결공(5152b)이 형성되어 있다.
그리고, 진동형 히트파이프(522a,532a)는 파이프설치판(5152)의 파이프삽입슬릿(5152a)에 삽입된 상태에서 접착제에 의한 접착이나 용접에 의해 기밀적으로 고정된다. 이와 같이 진동형 히트파이프(522a,532a)가 고정된 후 파이프삽입슬릿(5152a)은 기밀부재를 삽입하여 기밀적으로 부착하거나 기밀패드를 덮어 부착할 수 있다.
한편, 복합 열환경제어부(500, 복합 열환경 제어장치)는 온수챔버(531)에 온수가 순환하도록 온도조절수순환라인(540)이 접속되어 있고, 냉수챔버(521)에 냉수가 순환하도록 냉수순환라인(550)이 접속되어 있다.
온도조절수순환라인(540)은 축열조와 같은 축열부(600)에 저장된 온수(축열수)가 공급되도록 온수챔버(531)에 연결되는 온도조절수공급라인(541)과, 온수챔버(531)를 경유하여 열교환 과정을 거친 온수가 회수되도록 연결되는 온도조절수회수라인(542)을 구비한다.
냉수순환라인(550)은 냉수저장부(700)와 같은 냉수공급장치부의 냉수가 공급되도록 냉수챔버(521)에 연결되는 냉수공급라인(551)과, 냉수챔버(521)를 경유하여 열교환 과정을 거친 냉수가 회수되도록 냉수공급장치부에 연결되는 냉수회수라인(552)을 구비한다.
그리고, 전술한 냉수순환라인(550)에는 냉수를 냉수챔버로 순환시키는 펌핑 작용을 수행하는 냉수순환펌프(553)가 설치되어 있고, 온도조절수순환라인(540)에는 온수를 온수챔버로 순환시키는 펌핑 작용을 수행하는 온도조절수순환펌프(543)가 설치되어 있다. 여기서, 냉수순환펌프(553)는 냉수공급라인(551) 및 냉수회수라인(552) 중에서 어느 한 곳에만 설치할 수 있고 보다 원활한 순환을 위해 냉수공급라인(551) 및 냉수회수라인(552)에 각각 설치할 수도 있다. 마찬가지로 온도조절수순환펌프(543) 또한 온도조절수공급라인(541) 및 온도조절수회수라인(542) 양쪽 또는 어느 한 곳에 설치할 수 있다.
한편, 공기통로함체(510)에는 공기 유입방향으로 냉각/습도조절실(511)에 접속되는 연결덕트(560)와, 이 연결덕트(560)에 설치되는 열교환공기흡입팬(570)이 구성되어 있다.
연결덕트(560)는 원통관의 양쪽에 연결프랜지가 결합된 구조로 형성되어 있다.
열교환공기흡입팬(570)은 공기를 흡입할 수 있다면 형상과 구조에 특별한 제한 없이 선택하여 적용할 수 있는 것으로서, 본 실시예에서는 연결덕트(560)에 송풍팬을 설치한 형태로 구성한 예를 도시하고 있다.
한편, 복합 열환경 제어장치(500)는 냉각/습도조절실(511)의 온도를 감지하는 제1 온도감지부(미도시), 온도조절실(512)의 온도를 감지하는 제2 온도감지부(미도시)와, 냉수챔버(521)의 온도를 감지하는 제3 온도감지부(미도시), 온수챔버(531)의 온도를 감지하는 제4 온도감지부(미도시)가 구성되어 있다. 여기서, 제1 내지 제4 온도감지부는 온도센서로 구성될 수 있다.
그리고, 복합 열환경 제어장치(500)는 습도를 감지하기 위해 습도센서와 같은 습도감지부(미도시)가 설치되어 있다. 습도감지부는 냉각/습도조절실(511), 온도조절실(512), 공급공기이동부(140) 등에 설치될 수 있다.
또한, 복합 열환경 제어장치(500)는 제1 내지 제4 온도감지부와 습도감지부에 의해 감지된 신호를 기초로 공급공기이동부(140)로 배출되어 온실(100)로 유입되는 공기의 온도 및 습도를 설정된 온도 및 습도가 되도록 제어하는 제어수단으로서 열환경제어부(미도시)가 구성되어 있다.
그 외에도 복합 열환경 제어장치(500)는 희망하는 온도 및 습도를 입력하도록 버튼이나 터치스크린 등으로 구성되는 입력부(미도시), 설정 온도 및 습도, 희망 온도 및 습도를 등을 디스플레이하는 표시부(미도시) 등이 구비되어 있다.
도1을 참조하면 축열부(600)는 히트펌프장치(400)에 의해 회수된 열을 축열하는 구성요소로서, 히트펌프장치(400)의 작용에 의해 축열된 축열수가 저장되는 축열조(610), 축열조(610)와 히트펌프장치(400) 사이에 연결되는 축열부순환라인(620)을 구비한다. 이때, 축열부순환라인(620)에는 축열수순환펌프(630)가 설치되어 있다. 여기서, 축열부순환라인(620)은 히트펌프장치(400)의 축열수유입구와 축열조(610) 사이에 연결되는 축열부공급라인(622)과, 히트펌프장치(400)의 축열수배출구와 축열조(610) 사이에 연결되는 축열부회수라인(624)을 구비한다.
첨부도면, 도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 냉수공급장치부의 기술적 사상을 설명하기 위한 구성도, 도10은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 냉수공급장치부를 나타낸 사시도, 도11은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 냉수공급장치부 요부 사시도, 도12는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 냉수공급장치부의 냉수생성부를 설명하기 위한 투시도, 도13은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 냉수공급장치부 분리사시도이다.
도9 내지 도13을 참조하면, 냉수공급장치부(700)는 냉수를 복합 열환경제어부(500)의 냉수챔버에 공급할 수 있는 장치라면 특별한 제한 없이 적용할 수 있지만, 본 실시예에서는 동절기 외기와의 열교환을 통해 효과적으로 냉수를 생산할 수 있고 외기 온도가 결빙점 이하로 하강하더라도 결빙이 발생되지 않아서 냉수의 안정적인 생성이 가능한 결빙 방지형 냉수 생성장치로 구성한 점에 특징이 있다.
냉수공급장치부(700,결빙 방지형 냉수 생성장치)는 냉수가 저장되는 냉수저장부(710)와, 이 냉수저장부(710)의 용수를 냉각하는 냉수생성부(720)로 구성되어 있다.
냉수저장부(710)는 용수가 저장되는 저장용기로서 정해진 양의 용수를 저장할 수 있는 공간을 갖는다면 구조나 형태에 특별한 제한 없이 다양하게 구성할 수 있지만, 본 실시예에서는 냉수저장부(710)는 원통형의 저장조로 구성되어 있고, 그 외면에는 냉열의 안정적인 유지를 위해 단열층(미도시)이 형성되어 있다. 바람직하게 냉수저장부(710)는 보다 안정적인 단열을 위해 지하에 설치될 수 있다.
냉수생성부(720)는 냉수저장부(710)로부터 유입된 용수가 체류하면서 온도가 낮아지는 냉각과정이 수행되는 냉수생성조(721)와, 냉수생성조(721)에 체류하는 용수에 냉각작용을 수행하는 외부공기열교환수단(722)을 구비한다.
냉수생성조(721)는 외부공기가 수용되는 외부공기수용실(723)이 마련되고, 외부공기수용실(723)과 구획되고 용수가 수용되는 냉수생성실(724)이 마련되어 있다.
냉수생성조(721)는 외부공기열교환수단(722)의 일부가 외부공기에 노출되고 냉수생성실을 갖는 구조라면 형태나 구조에 특별한 제한 없이 구성할 수 있다.
예컨대, 냉수생성조(721)는 용수가 체류하는 수용공간을 형성하도록 밑판(7211), 측판(7212) 및 상판(7213)으로 이루어진 용기 형태로 형성되고, 상부에 외부공기수용실(723)의 외부를 둘러싸도록 형성된 냉수생성부케이스(725)가 형성된 구조로 되어 있으며, 밑판(7211)의 하부에 냉수저장부(710)의 상부에 올려지는 받침대(726)가 구비되어 있다.
외부공기열교환수단(722)은 외부공기수용실(723)에 수용된 외부공기와 냉수생성실(724)에 수용된 용수 상호간의 열교환을 수행하는 구성요소로서, 열교환 효율이 우수하다면 특별한 제한은 없지만, 본 실시예에서는 높은 열 유속의 열전달을 통해 축열작용(냉열을 저장) 수행할 수 있는 진동형 히트파이프(722a)로 구성된다.
진동형 히트파이프(722a)는 외부공기수용실(723)에 수용된 외부공기와 냉수냉성실(724)에 수용된 용수 상호간의 열교환을 수행하는 구성요소로서, 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 외부공기의 열을 용수에 전달하도록 일측이 외부공기수용실(723)로 노출되고 타측이 냉수생성실(724)에 침지되게 구성되어 있다.
냉수공급장치부(700)는 냉수생성조(721)의 상판(7213)에 간격에 맞게 다수의 파이프삽입홀을 천공하고 이 파이프삽입홀에 진동형 히트파이프(722a)의 각 파이프라인을 삽입하는 방식으로도 설치할 수 있지만, 본 실시예에서는 다수의 진동형 히트파이프(722a)로 구성된 외부공기열교환수단(722)을 냉수생성조(721)에 신속하고 용이하게 설치할 수 있도록 열교환수단설치부(727)를 구비한다.
상기한 열교환수단설치부(727)는 냉수생성조(721)의 상판(7213)에 외부공기열교환수단(722)의 설치를 위해 천공되는 열교환수단설치홀(7271)과, 이 열교환수단설치홀(7271)에 설치되는 파이프설치판(7272)를 구비한다.
파이프설치판(7272)은 판상부재에 진동형 히트파이프(722a)가 끼워지는 복수의 파이프삽입슬릿(7272a)과, 판상부재의 가장자리 부분에 체결용 스크류의 체결을 위한 체결공(7272b)이 형성되어 있다.
한편, 냉수공급장치부(700)는 냉수저장부(710)의 용수를 냉수생성실(724)로 공급하도록 연결되는 냉수제조용수공급라인(730)과, 냉수생성실(724)을 경유하여 생성된 냉수가 냉수저장부(710)에 회수되도록 연결되는 냉수배출라인(740)과, 냉수제조용수공급라인(또는 냉수배출라인)에 접속되는 냉수생성용펌프(750)를 구비한다.
그리고 냉수제조용수공급라인(730)에는 역류의 방지를 위한 체크밸브(732)가 설치될 수 있고, 냉수배출라인(740)에는 냉수생성실(724)에 수용된 용수가 배수되지 않도록 배출제어밸브(742)가 설치될 수 있다. 여기서 배출제어밸브(742)는 후술되는 냉수생성제어부의 제어하에 자동적으로 개폐되는 전동식 자동제어밸브로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 냉수공급장치부(700)는 냉수생성실의 온도를 감지하는 냉수생성실온도감지부(760)와, 냉수저장부(710)의 온도를 감지하는 냉수저장부온도감지부(770)가 구성되어 있다. 여기서, 냉수생성실온도감지부(760) 및 냉수저장부온도감지부(770)는 온도센서로 구성되어 있다.
냉수공급장치부(700)는 냉수저장부온도감지부(770) 및 냉수생성실온도감지부(760)에 의해 감지된 신호를 기초로 냉수저장부(710)의 냉수 온도가 설정 온도가 되도록 냉수생성용펌프(750)의 구동을 제어하는 냉수생성제어부(780)가 구성되어 있다.
냉수생성제어부(780)는 냉수생성실온도감지부(760)에 의해 감지되는 온도가 물의 빙점 이하일 경우 냉수생성용펌프(750)를 작동시켜 냉수생성실(724)의 결빙을 방지하는 제어동작을 수행하도록 구성되어 있다.
한편, 미설명부호 551는 냉수저장부(710)에 수용된 냉수를 사용처로 공급하는 냉수공급라인이고, 552는 사용처에서 열교환 과정을 거치면서 온도가 상승된 냉수가 회수되는 냉수회수라인이며, 793은 냉수저장부(710)로 보충수를 공급하기 위한 보충수라인이다.
아울러 전술한 외부공기수용실(723)은 본 실시예의 경우 냉수생성부케이스(725)에 의해 구획된 통기성 공간으로 구성되어 있으나, 별도의 케이스가 없더라도 진동형 히트파이프(722a)의 일측이 외부공기와 접촉할 수 있도록 구성한 구조를 포함하는 개념이다.
이하, 전술한 냉수공급장치부(700)의 작용을 간략하게 설명한다.
도14는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템에 적용되는 냉수공급장치부의 작용을 설명하기 위한 구성도이다.
도14를 참조하면 냉수공급장치부(700)는 하부의 냉수저장부(710)는 단열된 축냉조 공간의 기능을 수행하는 것으로 목표 온도 조건의 냉수를 열손실 없이 저장하는 저장 기능을 제공하며, 이 냉수저장부(710)의 상부에 구비되는 냉수생성부(720)는 하부의 냉수저장부(710)에 저장되는 목표 온도 조전의 냉수를 생성하는 기능을 수행한다.
기온이 하강하는 동절기에 냉수의 생성과정를 보다 구체적으로 설명하면 냉수저장부온도감지부(770)로부터 감지신호가 인가되어 냉수생성제어부(780)에 의해 검출된 냉수저장부(710) 용수의 온도가 설정된 온도 범위인 비교적 고온 냉수(예:15 ~ 18℃, 여기서 '고온'은 후술되는 저온 냉수에 비교되는 상대적 개념의 온도를 의미함)일 경우, 냉수생성제어부(780)의 제어하에 냉수생성용펌프(750)가 정해진 시간만큼 작동되면서 냉수제조용수공급라인(730)를 통해 냉수생성실(724)로 상기한 고온 냉수(예:15 ~ 18℃)를 설정한 유량만큼 유입시키는 작용을 수행한다.
이와 같이 고온 냉수가 유입되면 진동형 히트파이프(722a)는 일측이 외부공기수용실(723)의 동절기 찬 외기에 노출되고 타측이 냉수생성실(724)에 침지되어 있으므로 주지된 진동형 히트파이프의 작용에 의해 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 외부공기의 냉열과 냉수생성실(724)의 고온 냉수와의 열교환이 이루어지게 된다.
상기한 바와 같은 진동형 히트파이프(722a)의 열교환 과정에 통해 냉수생성실(724)에 수용된 고온 냉수가 설정된 범위의 온도(예;5 ~ 7℃)의 저온 냉수(여기서 '저온'은 상대적 개념의 낮은 온도를 의미함))로 냉각될 경우 냉수생성제어부(780)의 제어하에 냉수생성용펌프(750)가 정해진 시간만큼 재 작동되면서 냉수제조용수공급라인(730)를 통해 새로운 고온 냉수를 유입시키게 되고 반작용에 의해 냉수생성실(724)의 저온 냉수가 냉수배출라인(740)를 통해 냉수저장부(710)로 유출된다. 이때, 냉수배출라인(740)에 배출제어밸브(742)가 구비된 경우 냉수생성제어부(780)에 의한 개방동작이 이루어진다.
한편, 전술한 바와 같은 냉수 생산과정에서 외기공기의 온도가 매우 낮을 경우(예:-10℃), 냉수생성실(724)의 결빙이 유발될 수 있다. 즉 용수에 침지되는 진동형 히트파이프 부분에 결빙이 발생하고, 이 경우 표면의 얼음이 열 저항으로 작용함에 따라 원활한 열교환을 방해하여 냉수의 온도를 낮추기 보다는 얼음의 두께가 점차 두꺼워지는 방향으로 작용되는 문제점이 발생할 수 있다. 하지만 본 발명에 따른 결빙 방지형 냉수 생성장치는 냉수생성실온도감지부(760)에 의해 감지된 신호로부터 검출된 온도가 빙점에 근접할 경우 냉수생성용펌프(750)를 작동시켜 상대적으로 온도가 높은 냉수저장부(710)의 용수를 냉수생성실(724)로 순환시키는 방식으로 결빙을 방지할 수 있다. 예컨대 냉수생성실(724)의 냉각 온도가 5℃에 도달할 경우 냉수저장부(710)로 저온 냉수를 배출하고, 냉수저장부(710)의 상부의 고온 냉수를 유입하여 다시 외부공기와의 강제 대류 열교환을 통해 설정된 온도를 갖는 냉수 생산을 반복함으로써 최종적으로는 결빙이 발생하지 않아 냉수를 냉수저장부에 균일한 온도로 저장할 수 있다.
도15는 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템에 적용되는 냉수공급장치부의 다른 형태를 나타낸 요부 구성도로서 주요 구성요소를 부호 등으로 간략화하여 나타낸 것이다.
도15를 참조하면, 냉수공급장치부는 보다 신속한 냉수 생성을 위해 외부공기송풍팬(795)이 더 구성되어 있다.
외부공기송풍팬(795)은 냉수저장부온도감지부(760) 및 냉수생성실온도감지부(770)에 의해 감지된 신호를 기초로 냉수저장부의 냉수 온도가 설정 온도가 되도록 냉수생성제어부(780)의 제어하에 외부공기수용실(723)로 외부공기를 유입시키도록 작동된다.
외부공기송풍팬(795)은 냉수생성부케이스(725)에 형성된 개구부에 설치되는 것으로, 공조분야에서 사용되는 송풍팬을 설치할 수 있다.
냉수생성부(720)에는 외부공기수용실(723)의 온도, 즉 외부공기의 온도를 감지하도록 온도센서로 구성되는 외기온도감지부(796)이 더 구성되어 있다.
그리고 냉수생성제어부(780)는 외기온도감지부(796)와 냉수생성실온도감지부(770)에 의해 감지신호에 의해 검출된 온도 차이가 설정된 범위보다 낮을 경우 외부공기송풍팬(795)의 구동을 정지시키는 제어동작을 수행하도록 구성되어 있다.
상기한 냉수공급장치부는 동절기 외기와의 열교환을 통해 효과적으로 냉수를 생산할 수 있고, 외기의 온도가 매우 낮을 경우 결빙이 발생되지 않아서 냉수를 안정적으로 생산할 수 있음은 물론이고, 냉수의 생산과정에서 불필요하게 외부공기송풍팬(795)의 구동에 따른 에너지 낭비를 줄일 수 있다. 예컨대, 일반적인 진동형 히트파이프(722a)는 최소 작동 온도차가 7℃ 이상일 경우에 정상적인 열교환 작용이 수행되므로 외기온도감지부(796)와 냉수생성실온도감지부(760)에 의해 감지된 열교환 대상유체(냉수생성실의 용수와 외부공기수용실의 외부공기) 상호간의 온도 차이가 7℃ 이하일 경우 진동형 히트파이프(722a)의 정상적인 작동이 이루어지지 않으므로 냉수생성제어부(780)의 제어하에 외부공기송풍팬(795)의 작동을 중지시켜 에너지 낭비를 방지할 수 있다.
도16은 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템에 적용되는 냉수공급장치부의 또 다른 형태를 나타낸 요부 구성도로서 주요 구성요소를 부호 등으로 간략화하여 나타낸 것이다.
도16을 참조하면, 냉수공급장치부(700)는 전술한 구조와 유사하게 냉수저장부(710), 냉수생성부(720), 냉수제조용수공급라인(730), 냉수배출라인(740)과, 냉수생성용펌프(750), 냉수생성실온도감지부(760), 냉수저장부온도감지부(770), 외부공기송풍팬(795)으로 구성되되, 냉수생성용펌프(750)를 작동시키면서 냉수생성실(724)에 수용된 용수를 연속적으로 냉각할 경우 냉각 효율의 향상을 위한 냉수경로안내격벽(729)이 구성되어 있다.
냉수경로안내격벽(729)은 냉수생성실(724)로 유입되는 용수가 'U' 자 형상의 유로를 형성하면서 배출되도록 냉수생성조(721)의 내부에 유동구를 갖는 격벽 형태로 구성되어 있다.
전술한 냉수공급장치부(700)는 냉수생성실(724)에 'U' 자 형상의 유로가 형성됨에 따라 용수의 선입선출이 가능하므로 먼저 유입된 용수가 진동형 히트파이프(722a)에 의해 냉각된 후 나중에 유입되는 용수와 혼합되지 않고 배출될 수 있다. 이에 따라 냉수생성용펌프(750)를 작동시키면서 냉수생성실(724)에 수용된 용수를 연속적으로 냉각할 경우 선입선출을 통해 냉수 생산을 효과적으로 수행할 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 작용을 간략하게 설명한다.
도1을 참조하면, 하절기 혹은 동절기 한 낮과 같이 온실이 태양의 복사에너지로 인해 고온 상태가 될 경우 냉방장치를 작동하거나 측장 및 천정창의 개방 없이 유체열교환처리조(200)로 온실 내부공기를 이동시켜 내부공기열교환수단(300)에 의한 열교환과정을 통해 식물의 생육에 적절한 온도로 낮출 수 있는 동시에 온실의 고온 폐열을 축열하여 재활용할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 온실 내부의 온도가 설정된 온도 이상으로 상승될 경우, 내부공기흡입팬(120)을 작동시키게 되면 내부공기유입부(115)로 유입된 내부공기가 내부공기배출부(116)를 통해 내부공기챔버부(210)로 유입된다.
연이어 내부공기챔버부(210)로 유입된 내부공기는 내부공기열교환수단(300)의 열교환 작용을 통해 냉각된 후 온실로 재공급된다. 이러한 내부공기열교환수단(300)의 열교환 작용은 진동형 히트파이프의 일측인 상측 부분이 내부공기챔버부(210)에 노출되어 있고 타측인 하측이 용수챔버부(220)의 용수에 침지되어 있으므로 주지된 진동형 히트파이프의 작용에 의해 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 내부공기의 온열과 용수챔버부(220)의 용수와의 열교환이 이루어지게 되어 내부공기의 온도가 낮아지게 되고, 반대로 용수챔버부(220)의 용수는 온열을 제공받아 온도가 상승되게 된다.
이와 같이 내부공기의 온도가 낮아진 열교환공기가 얻어지게 되면 열교환공기흡입팬(570)의 작동으로 공급공기이동부(140)의 덕트를 통해 온실 내부에 재공급된다. 이때, 공급공기이동부(140)에는 후술되는 바와 같이 복합 열환경제어부(500)가 구비되어 있어서 식물의 생육에 적절한 온도 조절은 물론이고 습도까지 조절된 최적의 상태로 변환된 후 온실로 공급된다.
그리고, 내부공기열교환수단(300)의 열교환 작용에 따라 용수챔버부(220)의 가온 용수의 열기는 히트펌프장치(400)로 공급되어 열교환 과정을 거치면서 축열수로 변환된 후 축열조(610)에 저장된다. 여기서 용수챔버부(220)의 가온된 용수는 용수순환펌프(430)의 작동시 용수공급라인(422)를 통해 이송되고 히트펌프장치(400)를 경유하면서 축열수의 생성을 위한 열기를 제공하고 냉각된 후 용수회수라인(424)을 통해 용수챔버부(220)로 재유입되는 형태로 순환하게 된다. 이때, 축열부공급라인(622)을 통해 히트펌프장치(400)로 유입되는 축열조(610)의 축열수는 가온된 후 축열부회수라인(624)을 경유하여 축열조(610)로 공급되며, 축열조에 저장된 축열수는 후술되는 온수챔버(531)를 순환하면서 온도 조절용으로 재활용된다.
이하, 복합 열환경 제어부로 적용되는 복합 열환경 제어장치(500)의 작용을 보다 구체적으로 설명한다.
복합 열환경 제어장치(500)는 계절별, 일별, 시각별 외기 조건의 변동과 작물 생육 단계에 따라 상대습도(Relative Humidity,RH)를 적정 기준으로 한 온실 습공기 제어가 필요한 경우도 있으나 단순 난방, 혹은 냉방만 필요한 경우도 발생할 수 있으므로 이러한 운전조건 변동에 따라 선택적인 냉난방 및 제습 제어를 용이하게 수행할 수 있다.
먼저, 온실의 냉방 제어를 수행하고자 할 경우 열환경제어부(미도시)의 제어하에 온도조절수순환펌프(543)의 구동을 정지시키고, 열교환공기흡입팬(570)을 구동시켜 공기를 흡인하는 한편 냉수순환펌프(553)를 구동시켜 냉수를 냉수챔버(521)로 순환시킴으로써 냉각제어열교환수단(522)의 열교환 작용을 통해 냉각/습도조절실(511)로 유동되는 공기를 냉각한 후 온실로 공급한다.
여기서, 냉각제어열교환수단(522)의 열교환 작용은 진동형 히트파이프(522a)의 일측이 냉수챔버(521)의 냉수에 침지되고 타측이 냉각/습도조절실(511)의 공기와 접촉되어 있으므로 주지된 진동형 히트파이프의 작용에 의해 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 냉수의 냉열과 냉각/습도조절실(511)의 공기와의 열교환이 이루어지게 되어 공기의 온도가 낮아지게 된다.
그리고, 전술한 냉방과정에서 입력부(미도시)에 의해 냉방 온도가 설정된 경우 제1 온도감지부(미도시)로부터 인가되는 감지신호를 기초로 냉방 온도를 추출하여 설정된 냉방 온도가 되도록 열교환공기흡입팬(570)의 구동 제어를 통한 유량 조절과, 냉수순환펌프(553)의 구동 제어를 통한 냉수의 유량이나 유속을 제어한다.
예컨대, 하절기 혹은 동절기 한 낮(맑은 날 기준) 온실 내부 공기는 고온건조(RH 40%, 33℃)한 상태로 적정한 상대습도 및 온도 조건(예; RH 70%, 20℃)으로 제어하기 위해서는 전술한 냉각제어열교환수단(522)에 의한 1차 냉각 열교환 후, 가온제어열교환수단(532)에 의한 2차 난방 열교환을 통한 재가열 없이 적정 온습도를 갖는 공기를 온실로 공급하는 것이 바람직하다.
한편 온실의 난방 제어를 수행하고자 할 경우 열환경제어부(미도시)의 제어하에 냉수순환펌프의 구동을 정지시키고, 열교환공기흡입팬(570)을 구동시켜 온실 공기를 흡인하는 한편 온도조절수순환펌프(543)를 구동시켜 온수를 온수챔버(531)로 순환시킴으로써 가온제어열교환수단(532)의 열교환 작용을 통해 온도조절실(512)로 유동되는 공기를 가온하여 온실로 공급한다.
여기서, 온도조절수순환펌프(543)의 열교환 작용은 진동형 히트파이프(532a)의 일측이 온수챔버(531)의 온수에 침지되고 타측이 온도조절실(512)의 공기와 접촉되어 있으므로 주지된 진동형 히트파이프의 작용에 의해 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 온수의 온열과 온도조절실(512)의 공기와의 열교환이 이루어지게 되어 공기의 온도가 상승된다.
예컨대, 동절기 밤, 혹은 새벽에 차가운 외기로 인해 온실 내 온도가 급격히 낮아지는 경우(RH 90%,5℃) 추가적인 온도 저하가 이루어질 경우 응축에 따른 작물의 결로로 인해 큰 피해가 발생하게 되므로 전술한 난방 제어가 필요하다. 이 경우에 냉각제어열교환수단(522)의 열교환 작용이 수행되지 않도록 냉수순환펌프의 구동을 정지시키고 온도조절수순환펌프(543)만을 작동하여 저온다습한 온실 공기를 중온건조한 적정 습공기 조건으로 조절하여 온실로 공급할 수 있다.
한편, 제습 제어는 전술한 냉방 제어와 난방 제어를 혼용하는 방식으로 열환경제어부(미도시)의 제어하에 온도조절수순환펌프(543)와 냉수순환펌프를 모두 구동시키는 한편 열교환공기흡입팬(570)을 구동시켜 온실(100) 상부의 고온의 공기를 흡인한다. 이때 냉각제어열교환수단(522)의 열교환 작용을 통해 냉각/습도조절실(511)로 유동되는 습공기의 온도를 크게 낮추어 습기가 물로 응축되도록 하여 습도를 낮아지도록 조절한다. 이러한 습도 조절과정을 거치게 되면서 냉각된 공기가 온도조절실(512)로 유입되면 가온제어열교환수단(532)의 열교환 작용을 통해 온열을 제공받아 상승되면서 다시 적정한 습도와 온도를 갖는 공기(예,상대습도 40% 정도의 중온건조한 공기)로 변환된 후 온실로 공급된다.
그리고 냉각제어열교환수단(522)으로 적용되는 진동형 히트파이프(522a)에 의한 제습 과정에서 그 표면에 소수성 코팅부(미도시)가 형성되어 있으므로 응축수가 보다 효과적으로 맺히게 되고 보다 신속하게 미끄러져 분리됨에 따라 열저항이 발생하지 않게 되므로 보다 효과적인 제습 및 냉방효과가 발휘되는 장점이 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템에 따르면, 온실이 태양의 복사에너지로 인해 고온 상태가 될 경우 유체열교환처리조(200)의 내부공기챔버부(210)에서 내부공기열교환수단(300)에 의해 냉각된 후 온실로 재공급되는 형태로 순환되므로 별도로 냉방장치를 작동시킬 필요가 없고, 측장 및 천정창의 개방 또한 불필요하게 된다.
또한, 축열조(610)에 저장된 축열수는 온도조절수순환라인(540)을 통해 후술되는 복합 열환경제어부(500)의 온수챔버(531)로 공급되면서 동절기 등에 온도 조절용 에너지로 사용할 수 있으므로 에너지 비용을 절감할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치에 의하면 온실의 냉난방을 위한 에너지를 절감할 수 있고, 측장 및 천정창의 미개방으로 온실에 시비한 CO2의 유출에 따른 낭비를 차단하여 시비효과를 극대화할 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템의 구성 및 동작에 대해서 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로서 본 기술분야에 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예의 일부를 치환 및 변형하는 것이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물에 미치는 것으로 이해되어야 할 것이다.
100:온실 110:내부공기이동부
120:내부공기흡입팬 140:공급공기이동부
200:유체열교환처리조 210:내부공기챔버부
220:용수챔버부 230:열교환수단설치부
300:내부공기열교환수단 310:진동형 히트파이프
400:히트펌프장치 500:복합 열환경제어부
510:공기통로부 510a:공기통로함체
511냉각/습도조절실 512온도조절실
513:온습도실연결부 520:공기냉각수단
521:냉수챔버 522:냉각제어열교환수단
522a,532a:진동형 히트파이프 530:공기가온수단
531:온수챔버 532:가온제어열교환수단
540:온도조절수순환라인 550:냉수순환라인
600:축열부 610:축열조
620:축열부순환라인 700:냉수공급장치부
710:냉수저장부 720:냉수생성부
721:냉수생성조 722:외부공기열교환수단
722a:진동형 히트파이프 723:외부공기수용실
724:냉수생성실 729:냉수경로안내격벽
730:냉수제조용수공급라인 740:냉수배출라인
750:냉수생성용펌프 760:냉수생성실온도감지부
770:냉수저장부온도감지부 780:냉수생성제어부
795:외부공기송풍팬

Claims (14)

  1. 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템에 있어서,
    태양광이 입사되도록 형성된 온실; 상기 온실의 내부공기가 유입되는 내부공기유입부와 상기 내부공기유입부로 유입된 내부공기가 배출되는 내부공기배출부가 형성된 내부공기이동부; 상기 내부공기배출부로부터 배출된 내부공기가 수용되는 내부공기수용실이 마련되고, 상기 내부공기수용실과 구획되어 용수가 수용되는 용수수용실이 마련된 유체열교환처리조; 상기 내부공기수용실에 수용된 내부공기와 상기 용수수용실에 수용된 용수 상호간의 열교환을 수행하는 내부공기열교환수단; 상기 용수수용실의 용수의 온열을 회수하기 위해 배치되는 히트펌프장치; 상기 히트펌프장치에 의해 회수된 온열을 축열하도록 배치되는 축열부; 상기 내부공기열교환수단의 열교환과정을 거친 상기 내부공기수용실의 열교환공기를 상기 온실로 공급하는 공급공기이동부; 및 상기 공급공기이동부에 설치되어 상기 열교환공기를 설정된 온도 및 습도를 갖는 공급공기로 변환하는 복합 열환경제어부;를 포함하고,
    상기 복합 열환경제어부는, 공기가 이동되는 공기통로부; 상기 공기통로부를 경유하는 공기의 냉각작용 및 습도조절 작용을 수행하는 공기냉각수단; 및 상기 공기통로부를 경유하는 공기의 온도를 조절하는 공기가온수단;을 포함하는 복합 열환경 제어장치로 구성되고,
    상기 공기통로부는 공급공기이동부에 접속되는 공기통로함체로 구성되고, 상기 공기냉각수단은 상기 공기통로함체의 일측에 형성되고 냉수가 순환되는 냉수챔버, 상기 냉수챔버와 상기 공기통로부 사이에 설치되는 냉각제어열교환수단을 포함하고, 상기 공기가온수단은 상기 공기통로함체의 타측에 형성되고 온수가 순환하는 온수챔버, 상기 온수챔버와 상기 공기통로부 사이에 설치되는 가온제어열교환수단을 포함하고,
    상기 공기통로함체는 공기의 습도조절이 수행되는 냉각/습도조절실, 공기의 온도조절이 수행되는 온도조절실, 및 상기 냉각/습도조절실과 상기 온도조절실을 연결하는 온습도실연결부를 포함하고, 공기의 습도가 조절된 후 온도가 제어되어 공급되도록 상기 냉각/습도조절실이 공기의 진입방향에 배치되고 연이어 상기 온습도실연결부 및 상기 온도조절실이 배치되고, 상기 냉각/습도조절실은 습도 조절과정에서 생성된 응축수의 배출을 위한 드레인부가 구비된 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체열교환처리조는,
    상기 내부공기수용실이 내부에 마련되고 상기 내부공기배출부가 접속되는 내부공기유입구와 상기 공급공기이동부가 접속되는 내부공기배출구가 형성된 내부공기챔버부;
    상기 내부공기챔버부와 접하여 배치되고 상기 용수수용실이 내부에 마련되고 용수공급라인이 접속되는 용수배출구와 축열부회수라인이 접속되는 용수유입구가 형성된 용수챔버부; 및
    상기 내부공기열교환수단이 설치되도록 상기 내부공기챔버부와 상기 용수챔버부의 경계벽에 마련되는 열교환수단설치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내부공기이동부는 상기 온실의 상층부에 배치되고 상기 내부공기유입부가 마련된 공기흡입구간, 및 상기 유체열교환처리조를 향해 상기 공기흡입구간에 하방으로 굴곡되게 연장되고 단부에 상기 내부공기배출부가 형성된 공기이동구간을 구비한 공기유입덕트로 구성되고,
    상기 공급공기이동부는 상기 내부공기배출구에 접속되는 접속구간, 및 상기 접속구간에 연결되어 상기 온실에 배치되고 분출구가 형성된 공기공급구간을 구비한 공기공급덕트로 구성되며,
    상기 공기유입덕트에 배치되는 내부공기흡입팬, 및 상기 공급공기이동부에 설치되는 열교환공기흡입팬이 구비된 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 온수챔버는 온수가 순환되도록 온도조절수순환라인이 접속되고,
    상기 냉수챔버는 냉수가 순환되도록 냉수순환라인이 접속되고,
    상기 냉각제어열교환수단은 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 공급되는 냉수의 냉기를 공기에 전달하도록 일측이 상기 냉수챔버의 냉수에 침지되고 타측이 상기 공기통로부에 배치되는 진동형 히트파이프로 구성되고,
    상기 가온제어열교환수단은 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 공급되는 온수의 열을 공기에 전달하도록 일측이 상기 온수챔버의 온수에 침지되고 타측이 상기 공기통로부에 배치되는 진동형 히트파이프로 구성되며,
    상기 내부공기열교환수단은 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 내부공기의 열을 용수에 전달하도록 일측이 상기 내부공기수용실로 노출되고 타측이 상기 용수수용실에 침지되는 진동형 히트파이프로 구성된 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 온도조절수순환라인은 온수가 공급되도록 상기 온수챔버에 연결되는 온도조절수공급라인과, 상기 온수챔버를 경유하여 열교환 과정을 거친 온수가 회수되도록 연결되는 온도조절수회수라인을 포함하고,
    상기 냉수순환라인은 냉수가 공급되도록 상기 냉수챔버에 연결되는 냉수공급라인 및 상기 냉수챔버를 경유하여 열교환 과정을 거친 냉수가 회수되도록 연결되는 냉수회수라인을 포함하고,
    상기 온도조절수순환라인에 설치되는 온도조절수순환펌프; 및 상기 냉수순환라인에 설치되는 냉수순환펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 냉수챔버는 유입되는 냉수가 'U' 자 형상의 유로를 형성하면서 배출되도록 냉수경로안내격벽이 형성되고,
    상기 냉각제어열교환수단으로 적용된 상기 진동형 히트파이프 일측이 상기 냉수경로안내격벽에 의해 구획된 일측 구획부에 배치되고,
    상기 온수챔버는 유입되는 온수가 'U' 자 형상의 유로를 형성하면서 배출되도록 온수경로안내격벽이 형성되고,
    상기 가온제어열교환수단으로 적용된 상기 진동형 히트파이프 일측이 상기 온수경로안내격벽에 의해 구획된 일측 구획부에 배치된 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복합 열환경제어부에 냉수를 공급하도록 구성되는 냉수공급장치부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 냉수공급장치부는 냉수가 저장되는 냉수저장부; 및 상기 냉수저장부의 용수를 냉각하는 냉수생성부;를 포함하는 결빙 방지형 냉수 생성장치로 구성되되, 상기 냉수생성부는 외부공기가 수용되는 외부공기수용실이 마련되고, 상기 외부공기수용실과 구획되고 용수가 수용되는 냉수생성실이 마련된 냉수생성조; 및 상기 외부공기수용실에 수용된 외부공기와 상기 냉수생성실에 수용된 용수 상호간의 열교환을 수행하는 외부공기열교환수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 냉수공급장치부는, 상기 냉수저장부의 용수를 상기 냉수생성실로 공급하도록 연결되는 냉수제조용수공급라인; 상기 냉수생성실을 경유하여 생성된 냉수가 상기 냉수저장부에 회수되도록 연결되는 냉수배출라인; 및 상기 냉수제조용수공급라인 또는 상기 냉수배출라인에 접속되는 냉수생성용펌프;를 포함하고,
    상기 외부공기열교환수단은 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 외부공기의 냉기를 냉수생성실에 채워진 용수에 전달하도록 일측이 상기 외부공기수용실에 배치되고 타측이 상기 냉수생성실에 배치되는 진동형 히트파이프로 구성된 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 냉수생성실의 온도를 감지하는 냉수생성실온도감지부; 및 상기 냉수저장부의 온도를 감지하는 냉수저장부온도감지부;를 포함하고,
    상기 냉수저장부온도감지부 및 상기 냉수생성실온도감지부에 의해 감지된 신호를 기초로 상기 냉수저장부의 냉수 온도가 설정 온도가 되도록 상기 냉수생성용펌프의 구동을 제어하되, 상기 냉수생성실온도감지부에 의해 감지되는 물의 온도가 설정 온도 이하일 경우 상기 냉수생성용펌프를 작동시켜 상기 냉수생성실의 결빙을 방지하는 제어동작을 수행하는 냉수생성제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 외부공기수용실의 외부를 둘러싸도록 형성된 냉수생성부케이스;
    상기 냉수저장부온도감지부 및 상기 냉수생성실온도감지부에 의해 감지된 신호를 기초로 상기 냉수저장부의 냉수 온도가 설정 온도가 되도록 상기 냉수생성제어부의 제어하에 상기 외부공기수용실로 외부공기를 유입시키도록 작동되는 외부공기송풍팬; 및
    상기 외부공기수용실의 온도를 감지하는 외기온도감지부;를 더 포함하고,
    상기 냉수생성제어부는 상기 외기온도감지부와 상기 냉수생성실온도감지부에 감지된 감지신호를 기초로 검출된 온도 차이가 설정된 범위보다 작을 경우 외부공기송풍팬의 구동을 정지시키는 제어동작을 수행하도록 구성된 것을 특징으로 하는 폐열을 이용한 온실의 복합 열환경 제어시스템.
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