KR20010087064A - 히트 파이프를 이용한 잔디 경기장 지중 온도 조절시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잔디 경기장의 잔디를 계절에 관계없이 항상 경기하기에 최적의 상태로 유지시켜 주기 위한 지중 온도 조절시스템에 관한 것으로 경기장 바닥, 즉 잔디가 심어져 있는 지반 밑에 히트 파이프를 설치하여 지중 온도를 조절함으로써 가장 좋은 잔디 생육 환경을 조성한다.

이를 위해 경기장 지반 밑에 냉수나 온수를 공급할 수 있는 주배관을 설치하고, 설치된 주배관에 히트 파이프를 V자로 삽입하여 주배관으로 흐르는 온수의 열을 히트 파이프의 응축부를 통해 신속하게 경기장 바닥 전체로 분배하여 지중 온도를 높이거나 또는 높아진 지열을 히트 파이프를 통해 주배관으로 흐르는 냉수를 이용해 뽑아냄으로써 지중 온도를 낮추어 준다. 한편, 잔디 상태를 항상 경기하기에 가장 좋은 조건으로 유지하기 위해 주배관을 통해 급수되는 물의 온도를 일정하게 유지되도록 제어한다.

Description

히트 파이프를 이용한 잔디 경기장 지중 온도 조절시스템{Lawn Ground Temperature Control System with Heat pipe}

본 발명은 잔디 경기장의 잔디를 계절에 관계없이 항상 경기하기에 최적의 상태로 유지시켜 주기 위한 지중 온도 조절시스템에 관한 것이다.

지중 온도 조절시스템은 잔디가 심어져 있는 지반 밑에 물을 공급할 수 있는 주배관을 설치하고, 설치된 주배관에 히트 파이프를 V자로 삽입하여 이를 통해 겨울철에는 주배관으로 흐르는 온수의 열을 신속하게 경기장 바닥 전체로 분배하고, 여름철에는 높아진 지열을 히트 파이프를 통해 주배관으로 흐르는 냉수를 이용하여 제거함으로써 지중 온도조건을 잔디 생육에 적합하도록 조절한다. 또한 이렇게 조절된 환경을 유지하기 위해 주배관을 통해 급수되는 물의 온도를 측정하여 지중 온도가 최적 잔디 생육조건이 되도록 보일러나 냉동기의 용량을 조절한다.

히트 파이프의 기본 원리는 밀봉된 용기(16) 내에 다공성 모세관 위(wick)을 감고 이 모세관 윅(17)을 작동 유체(18)가 액체 형태로 유지되도록 포화시키고, 윅안쪽의 공간은 기체 상태로 만든다. 이 때 외부 열원에 의해 증발부에 열이 부과되면 그 주위의 작동 유체는 증발되고 이로 인해 증발부의 압력이 상승하여 증발부로부터 응축부로 작동 유체의 증기가 이동한다. 이 증기는 응축부에서 증발잠열을 히트 파이프 주위에 전달하고 응축이 일어난다. 응축된 액체는 모세관 윅을 타고 증발부로 이동하여 한 사이클을 이룬다. 외부 열원이 지속적으로 가해지면 위와 같은 작동 유체의 증발, 응축 작용이 연속적으로 이루어지면서 열을 수송한다. 이와 같은 히트 파이프는 잠열에 의한 열전달이므로 대량의 열수송이 가능하고, 온도 분포가 균일하며, 가볍고 구조가 간단하다. 또한 응답성이 빠르고, 가열부와 냉각부를 분리하는 것이 가능하다. 따라서 주위 온도가 최적 잔디 생육 온도보다 낮은 경우에는 주배관으로 온수를 공급하여 히트 파이프를 통해 경기장 바닥 전체로 온수의 열을 분배하고, 높은 온도 조건일 경우에는 주배관으로 냉수를 공급하여 히트 파이프를 통해 주변의 지열을 제거함으로써 한겨울이나 한여름에도 지중 온도를 일정하게 유지할 수 있게 된다.

기존의 잔디 경기장에는 크게 난지형과 한지형 두 가지 종류의 잔디가 식재되어 사용되어지고 있다. 난지형 잔디는 한국이나 일본에서 주로 사용되는 잔디로 높은 온도에 잘 견디고, 병에 대한 내성이 강하나 녹색 기간이 짧고 마모성이 강하며 그늘과 저온에 약해 겨울철에는 사용이 곤란하다. 한지형 잔디는 강한 내한성과 긴 녹색 기간이 장점이나 고온 다습한 환경에서 병충해에 약하고 기온이 25℃이상 되면 하고현상이 발생한다. 따라서 이와 같은 난지형과 한지형 잔디의 장점을 살리고 단점을 보완하기 위해 전열선 및 보일러를 이용한 난방시스템, 태양열을 이용한 난방 시스템 등이 설치되고 있으나 효율성과 내구성, 경제성 면에서 개선의 여지를 많이 안고 있다. 전열선 매설의 경우 전기 저항선을 지중에 직접 매설하여 지표면을 가열하는 방식으로 시공이 간단하고 시공비가 저렴하나 장기간 사용시 수분에 의한 화학작용으로 가열선 피복이 손상되어 누전이나 부식 등의 문제점이 발생된다. 또한 여름철에는 별도의 냉각장치가 필요하므로 시설투자를 2중으로 해야 한다. 또한 태양열을 이용하는 시스템인 경우 한번 설치로 장기간 사용이 가능하여경제적이기는 하나 시설 당시 설치비가 과다하게 소요되고, 2000여 평의 경기장 면적에 필요한 태양열 집열판을 설치할 수 있는 공간을 필요로 하는 문제점을 안고 있다.

본 발명의 주된 목적은, 우리 나라와 같이 여름철과 겨울철의 평균 기온 차이가 큰 환경에서도 잔디 경기장의 잔디에 대해 적절한 온도 조건을 조성해줌으로써 잔디가 일년 내내 푸르름을 잃지 않고 항상 경기하기에 최적의 상태를 유지할 수 있는 지중 온도 조절 시스템을 제공하는데 있다.

제1도는 본 발명의 설치 평면도.

제2도는 본 발명의 설치 단면 상세도.

제3도는 주배관에 설치된 히트 파이프 사시도.

제4도는 제3도에 표시된 A부 상세도(히트 파이프 고정 장치).

제5도는 공급수 온도제어 장치도.

제6도는 히트 파이프의 작동 원리 설명도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1...주배관 2...히트 파이프

3...공급수 헤더 4...공급수 저장 탱크

5...보일러 6...냉동기

7...공급수 순환 펌프 8...공급수 온도센서

9...모래+유기질층 10...잔디

11...온도 제어기 12,13,14,15...히트 파이프 고정 장치

16...밀폐 용기 17...모세관 윅

18...히트 파이프 작동 유체

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 제1도 및 제3도에 도시한 바와 같이 주배관(1)에 히트 파이프(2)를 삽입 설치하여 겨울철에는 보일러(5)로 데워진 온수를 공급하고, 여름철에는 냉동기(6)로 차가워진 냉수를 공급함으로써 신속하고 경제적으로 지중 온도를 조절할 수 있게 한다.

경기장 전체가 균일한 온도 분포를 갖게 함은 물론 주배관의 압력 손실 등을 고려하여 경기장을 반으로 나누어 각각에 본 시스템을 설치한다.

제2도에 도시한 바와 같이 주배관 간격은 4500mm로 설치하여 히트 파이프로부터 전열된 열이 고르게 분배되도록 한다. 그 위에 모래와 유기질 혼합물(9)을 100mm 두께로 덮어 전달된 열이 일정 시간 유지될 수 있도록 하고, 그 위에 잔디(10)를 심는다.

제3도에 도시된 것은 주배관에 설치된 히트 파이프 사시도이다. 주배관에 경사각 5°의 V자형으로 설치한다. 이는 작동 유체가 증발, 응축되면서 원할하게 순환되도록 하기 위해서이다. 히트 파이프의 설치 간격은 보통 1500mm 정도이나 주위환경 및 온도 조건에 따라 간격을 넓히거나 좁혀서 설치할 수 있다. 히트 파이프를 주배관에 삽입·고정하는 방법은 제4도에 도시된 바와 같이 주배관에 구멍을 뚫고 고정 장치 본체(15)를 주배관에 용접하여 고정하거나 구멍에 탭을 내어 주배관에 나사식으로 고정한다. 여기에 상·하부 페럴(13,14)를 끼운 히트 파이프를 원하는 길이만큼 주배관부에 삽입한 후 고정 캡(12)을 돌려 고정한다. 고정 캡에 의해 상·하부 페럴이 히트 파이프를 조이면서 누르게 되므로 고정 및 밀봉이 동시에 이루어지게 된다.

제5도는 지중 온도조절을 위해 공급되는 공급수의 온도제어 장치도로 공급수 저장탱크(4)로부터 순환 펌프(7)에 의해 공급되는 물의 온도를 측정(8)하여 이 온도 값을 온도 제어기(11)로 보낸다. 온도 제어기에서는 설정 온도(최적 잔디 생육 온도)와 측정 온도(공급수 온도)를 비교하여 설정 온도보다 낮은 경우에는 보일러(5)에 작동 신호를 내보내고, 설정 온도보다 높으면 냉동기(6)에 작동 신호를 보낸다. 그러나 보통의 경우 여름철에는 순환되어 오는 물의 온도가 설정 온도보다 높으므로 주로 냉동기가 가동되고, 겨울철에는 순환수 온도가 설정 온도보다 낮으므로 보일러가 가동된다. 따라서 여름철에는 보일러 배관에 설치된 밸브(V₁)를 잠그고, 반대로 겨울철에는 냉동기 배관에 설치된 밸브(V₂)를 잠금으로써 배관에서의 불필요한 마찰 저항을 일으키지 않도록 한다.

본 발명은 히트 펌프를 이용하여 잔디 경기장의 지중 온도를 조절함으로써 우리 나라와 같이 여름철과 겨울철의 평균 기온 차이가 큰 환경에서도 잔디 경기장의 잔디를 일년 내내 푸르름을 잃지 않도록 조성하여 항상 경기하기에 최적의 상태를 유지할 수 있게 해 준다.

Claims (3)

1. 히트 파이프를 이용하여 온수 및 냉수로부터 빠르게 열을 전달시켜 지중 온도를 원하는 온도로 유지시키는 열전달 및 온도 조절시스템.
2. 제1항에 있어서, 히트 파이프에 사용되는 작동 유체의 원할한 이동으로 더욱 효과적이고 빠른 열전달을 달성하기 위한 히트 파이프의 V자형 배치.
3. 제1항에 있어서, 설정 온도를 유지시켜주기 위한 온도 제어시스템