KR20110007102U - 온실내 잉여열 이용시스템 - Google Patents

Abstract

본 고안은 온실내 잉여열 이용시스템에 관한 것으로서, 식물에게 공급되는 용수가 저장되는 용수저장탱크와; 상기 용수와 혼합되어 식물에게 공급되는 배양액이 저장되는 배양액저장탱크와; 상기 온실내에 일정간격으로 복수개가 배치되며, 상기 용수저장탱크로부터 공급된 용수가 순환되는 용수순환관이 구비되어 상기 온실내의 가열된 공기와 상기 용수순환관 내부의 용수를 상호 열교환시켜 상기 용수를 는 팬코일유닛과; 상기 팬코일유닛에서의 열교환에 의해 가열된 용수를 상기 용수저장탱크와 상기 배양액저장탱크 중 어느 하나로 선택적으로 공급하여 상기 용수와 상기 배양액을 가온하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이에 의하여 온실내의 잉여열을 이용하여 용수와 배양액을 가열하므로 난방비를 절감하고 시설원예 농가의 경쟁력을 확보할 수 있다.

Description

온실내 잉여열 이용시스템{SURPLUS HEAT USING SYSTEM IN GREEN HOUSE}

본 고안은 온실내 잉여열 이용시스템에 관한 것으로, 구체적으로는 온실 내부에 태양열에 의해 가열된 공기로 인한 잉여열을 배양액탱크와 용수탱크를 가열하는데 이용하는 온실내 잉여열 이용시스템에 관한 것이다.

일반적으로 시설온실은 채소, 화훼 등의 시설작물을 계절에 관계없이 재배할 때 사용하는 것으로서 특히, 날씨가 더운 여름철에는 환기를 주로하고 추운 겨울재배에서는 작물이 자랄 수 있는 생육적온을 유지하기 위해 하우스 내부의 난방이 필수적으로 구비되어야 한다. 기존에는 온실의 천장 또는 측창을 개폐할 수 있는 개폐기, 환풍기 및 내부를 난방하기 위해 온풍난방기가 대부분 사용되었으며 온실 내부의 작물이 일정 온도조건 하에서 재배되도록 하였다.

그러나 기존의 시설온실은 적정온도 이상이 대면 환기를 통해 잉여에너지를 대기로 버려 에너지 소모가 많으며 작물생육온도에 도달하지 못하면 난방을 가동하여 난방비용의 증가를 가져오고 있다. 그리고, 고유가로 인하여 농가에서는 농업을 포기하는 사례가 발생하고 있다.

이와 같은 문제점으로 온실내 자갈이나 축열 물질을 두어 온실내 잉여열을 재이용하여 시설작물을 재배하고 있다.

대한민국 등록특허공보 공개번호 10-0396028-0000호 "자갈축열태양온실"에서는온실의 하부에는 단열재로 단열처리한 축열부에 값이 저렴하고 영구적으로 사용 할 수 있는 자갈을 삽입하여 자갈층을 형성하므로서 온실 설치비용을 절감하고, 겨울철 야간에 온실 내부에 보온 커텐을 설치하여 보온 효과를 높일 수 있도록 높이 조절이 가능한 덕트를 구비한 내기유입수단 및 공기유출수단을 설치하고, 여름철 냉방을 위하여 온실내부의 내기유입수단 및 공기유출수단과 함께 온실 외부에는 여름철 축열부에서 축열된 열을 축열부 밖으로 배출하여 축열부의 온도를 낮출 수 있는 외기유입수단와 배기수단을 장착함으로 인해, 온실 내부에 겨울철의 난방과 여름철의 냉방을 함에 있어서 온실 내, 외부의 온도에 따라, 각기 그 상황에 맞도록 온실 내부의 온도를 높히거나 낮게 조절할 수 있어 온실에서 재배하는 화초나 채소를 잘 자랄수 있도록 하면서도 저렴한 설치비용으로 냉, 난방비 절감의 효과를 극대화 할 수 있도록 제안하고 있다.

한편, 대한민국 등록특허공보 등록번호10-0284192-0000에 의하면 난방 및 보온에 이용할 수 있는 잠열 축열재 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 종래의 잠열 축열재의 상변화물질로 사용된 무기수화물의 상분리문제 및 과냉각에 따른 잠열량 감소의 문제점 및 용도의 제약을 극복하기 위하여 유기화합물을 상변화물질로 선택하여 이를 구형으로 제조한 후 잠열 축열 특성을 갖도록 한 후 난방 및 보온에 활용할수 있도록 제안하였다.

이와 같이 종래 기술에 따르면 시설온실내 공간 잉여열은 작물생육에 적합한 온도 이상은 개폐기나 환기장치를 통해 대기중으로 열을 버리는 구조로 되었으며 작물생육에 필요한 적정이하의 온도에서는 난방장치에 의존하므로 난방비가 너무 많이 소요되는 구조 및 잠열 축열방식의 구조로 되어있다. 기존 양액공급장치도 차가운 온도의 양액을 작물에 공급하므로 인하여 작물생육의 장애를 일으키고 있으며 지하수나 농업용수를 이용한 일부 농가에서는 가온을 하여 공급하기도 하는 것이 일반적이다.

본 고안의 목적은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로 온실공간 내의 잉여열을 이용하여 배양액과 용수를 가열하여 난방비용을 줄일 수 있는 온실내 잉여열 이용시스템을 제공하는 것이다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 고안의 일면은 온실내 잉여열 이용시스템에 관한 것이다. 본 고안의 온실내 잉여열 이용시스템은 식물에게 공급되는 용수가 저장되는 용수저장탱크와; 상기 용수와 혼합되어 식물에게 공급되는 배양액이 저장되는 배양액저장탱크와; 상기 온실내에 일정간격으로 복수개가 배치되며, 상기 용수저장탱크로부터 공급된 용수가 순환되는 용수순환관이 구비되어 상기 온실내의 가열된 공기와 상기 용수순환관 내부의 용수를 상호 열교환시켜 상기 용수를 는 팬코일유닛과; 상기 팬코일유닛에서의 열교환에 의해 가열된 용수를 상기 용수저장탱크와 상기 배양액저장탱크 중 어느 하나로 선택적으로 공급하여 상기 용수와 상기 배양액을 가온하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에 따르면, 상기 용수순환관은 상기 팬코일유닛과 상기 용수탱크저장조 및 상기 배양액저장탱크에 걸쳐 고르게 배치될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 배양액저장탱크의 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함하고, 상기 제어부는 상기 배양액저장탱크의 온도가 기준온도에 도달할 경우, 상기 가열된 용수의 상기 배양액저장탱크로의 공급을 차단하고 상기 용수저장탱크로 상기 가열된 용수가 공급되도록 상기 용수순환관을 단속할 수 있다.

겨울철 양액탱크내의 양액온도는 일반적으로 약10℃ 정도이며 시설온실 10,000㎡ 당 1회 5,000ℓ양액을 공급해야 한다. 이 때, 공급하는 양액의 온도를 약20℃까지 가온을 하는데 필요한 열량은 21,000kj로서 본 고안에 따른 온실내 잉여열을 회수하여 이용할 경우 별도의 난방비가 들지 않으므로 비용절감 효과를 볼 수 있다.

또한 여름철 고온기 지하 용수탱크를 활용할시 3~4℃의 냉방효도 있다. 따라서 이 장치를 활용시 여름철 냉방 및 겨울철 양액탱크 내의 양액을 가온하는데 비용절감 효과가 있다. 대부분 경유나 중유 등과 같은 유류를 사용하고 있어 국제유가 및 면세유가의 상승에 따른 경영비 부담이 가중되고 있으므로 온실내 공간 잉여열을 재이용하여 난방비를 절감 및 시설원예 농가의 경쟁력을 확보하고 소득을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 고안의 온실내 잉여열 이용시스템의 개략적인 구성을 도시한 개략도,
도 2는 본 고안의 온실내 잉여열 이용시스템의 개략적인 구성을 도시한 블록도,
도 3은 본 고안의 온실내 잉여열 이용시스템의 팬코일유닛의 구성을 도시한 사시도,
도 4는 본 고안의 온실내 잉여열 이용시스템의 배양액저장탱크의 구성을 도시한 사시도,
도 5는 본 고안의 온실내 잉여열 이용시스템의 용수저장탱크의 구성을 도시한 개략도이고,
도 6은 본 고안에 따른 팬코일유닛을 사용한 온실내부의 온도강하 효과를 도시한 그래프이고,
도 7은 본 고안에 따른 팬코일유닛의 열교환에 의한 용수저장탱크의 온도상승효과를 도시한 그래프이다.

본 고안을 충분히 이해하기 위해서 본 고안의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 본 고안의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 고안의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 고안을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도1은 본 고안에 따른 온실내 잉여열 이용시스템(1)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이고, 도2는 본 고안에 따른 온실내 잉여열 이용시스템(1)의 구성을 도시한 블록도이다.

도시된 바와 같이 본 고안에 따른 온실내 잉여열 이용시스템(1)은 온실(10) 내부에 배치되어 온실(10) 내 공기와 내부의 용수순환관(20) 내부의 용수를 상호 열교환시키는 팬코일유닛(100)과, 온실내 식물에 공급되는 배양액이 저장되는 배양액저장탱크(200)와, 온실내 식물에 공급되는 용수가 저장되는 용수저장탱크(300)와, 용수저장탱크(300)의 용수를 온실내부로 공급하는 순환펌프(400)와, 팬코일유닛(100)에서 열교환되어 가열된 용수를 용수저장탱크(300)와 배양액저장탱크(200) 중 어느 한 쪽으로 공급하여 용수와 배양액이 가열되도록 하는 제어부(500)를 포함한다.

온실(10) 내부는 태양열에 의해 낮시간동안 자연적으로 가열되거나, 히터와 같은 별도의 가열장비에 의해 인공적으로 가열된다. 이에 의해 온실(10) 내부의 공기는 항상 일정 온도로 가열되어 있다.

용수순환관(20)은 용수저장탱크(300)로부터 용수를 공급받아 온실(10) 내부 전체에 용수가 공급되도록 고르게 분포된다. 특히, 본 고안에 따른 용수순환관(20)은 팬코일유닛(100)의 내부를 관통하도록 구비되어 팬코일유닛(100)에서 가열된 난방공기와 열교환된다. 용수순환관(20)은 제어부(500)에 의해 개폐가 단속되어 용수저장탱크(300)와 배양액저장탱크(200) 중 어느 한 쪽으로만 용수가 순환될 수 있도록 폐회로가 구성될 수 있다.

용수순환관(20)은 도5에 도시된 바와 같이 일단부(23)가 용수저장탱크(300) 내부에 배치되고, 일단부(23)의 일측에 구비된 순환펌프(400)에 의해 용수가 용수순환관(20) 내부로 공급된다. 한편, 용수순환관(20)의 타단부(25)도 용수저장탱크(300)에 배치되어 용수가 용수순환관(20)을 따라 순환된다.

용수순환관(20)은 용수저장탱크(300) 및 배양액저장탱크(200)와 팬코일유닛(100)을 경유하도록 배치된다.

용수순환관(20)은 열교환 효율을 높이기 위해 열전달률이 좋은 알루미늄 등의 금속재질로 구비되는 것이 바람직하다. 또한, 팬코일유닛(100)의 내부에 배치된 용수순환관(20)의 판면에는 도3에 도시된 바와 같이 난방공기와 열교환효율을 높이기 위해 일정 길이의 열교환핀(21)이 복수개 형성될 수 있다. 그리고, 용수순환관(20)은 열교환면적을 높이기 위해 팬코일유닛(100)의 내부에 "S"자로 절곡형성되어 배치된다.

팬코일유닛(100)은 온실(10)의 상부영역에 복수개가 배치되어 용수순환관(20)과 난방공기가 상호 열교환되어 난방공기의 잉여열에 의해 용수순환관(20) 내부의 용수가 가열되도록 한다.

도3은 팬코일유닛(100)의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이 팬코일유닛(100)은 온실(10)의 상부영역에 배치되는 케이싱(110)과, 케이싱(110)의 일측에 배치되어 난방공기를 케이싱(110) 내부로 유동시키는 순환팬(120)을 포함한다. 케이싱(110)의 내부에는 용수순환관(20)이 배치되어 순환팬(120)에 의해 케이싱(110) 내부로 유동하는 난방공기와 용수순환관(20)이 상호 열교환되어 용수의 온도가 상승되도록 한다.

여기서, 팬코일유닛(100)의 일측에는 제1온도센서(150)가 배치된다. 제1온도센서(150)는 온실(10) 내부의 온도를 감지하여 온실(10) 내부의 온도가 기준온도 이상일 경우 팬코일유닛(100)의 순환팬(120)과 순환펌프(400)가 작동하여 난방공기의 잉여열과 용수가 상호 열교환되도록 한다.

배양액저장탱크(200)는 내부에 식물에 공급되는 배양액이 저장된다. 도4는 배양액저장탱크(200)와 제어부(500)의 구성을 개략적으로 도시한 개략도이다. 도시된 바와 같이 배양액저장탱크(200)는 제어부(500)를 경유한 용수순환관(20)이 내부에 배치된다. 용수순환관(20)은 배양액저장탱크(200) 내부의 배양액을 빠르게 가열할 수 있도록 접촉 면적을 넓히기 위해 일정횟수 감겨있는 형태로 배치된다. 이 때, 배양액저장탱크(200) 내부에는 용수순환관(20)의 위치를 고정시키기 위한 배관지지대(220)가 구비된다.

배양액저장탱크(200)의 일측에는 제2온도센서(250)가 구비된다. 제2온도센서(250)는 배양액의 온도를 감지하여 용수순환관(20)과 열교환되어 온도가 상승된 배양액이 설정된 온도에 도달할 경우 배양액저장탱크(200)로의 용수의 공급이 차단되도록 제어부(500)로 신호를 발생한다.

용수저장탱크(300)는 내부에 용수가 저장된다. 도5는 용수저장탱크(300)의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다. 도시된 바와 같이 용수저장탱크(300)는 지면(G)의 하부에 매설되고 온실(10)로 공급되는 용수가 저장된다. 용수저장탱크(300)에는 용수순환관(20)의 일단부(23)와 타단부(25)가 구비되어 순환펌프(400)에 의해 용수가 순환되도록 한다.

순환펌프(400)는 용수순환관(20)의 일측에 구비되어 제1온도센서(150)에 의해 잉여열이 발생되고 있음이 감지될 경우 제어부(500)에 의해 구동되어 용수가 용수순환관(20)을 따라 순환되며 난방공기와 열교환되도록 한다.

제어부(500)는 용수순환관(20)을 통한 용수의 유동흐름을 단속하여 난방공기의 잉여열을 이용하여 배양액 또는 용수의 온도가 상승되도로 한다. 제어부(500)는 도4에 도시된 바와 같이 용수순환관(20)의 흐름을 단속하는 복수의 개폐밸브(510,520,530,540,550,560)을 구비하여 용수순환관(20)을 통해 용수가 배양액저장탱크(200) 또는 용수저장탱크(300)로 공급되는 것을 단속한다.

제어부(500)는 제1온도센서(150)에 의해 난방공기의 온도가 기준온도 이상으로 상승하여 잉여열이 발생되고 있음을 감지하면, 순환펌프(400)와 팬코일유닛(100)의 순환팬()을 구동한다. 이에 의해 용수가 용수순환관(20)을 통해 순환하고 팬코일유닛(100)을 통해 난방공기와 용수가 상호 열교환한다.

제어부(500)는 배양액저장탱크(200)로 공급되는 용수순환관(20)의 밸브를 개방하여 팬코일유닛(100)에 의해 열교환되어 온도가 상승된 용수가 배양액저장탱크(200)로 공급되도록 한다. 이 때, 제어부(500)는 용수저장탱크(300)로 공급되는 용수순환관(20)의 밸브는 차단하여 가열된 용수가 배양액저장탱크(200)로만 공급되도록 한다.

일정시간이 경과하고 제2온도센서(250)가 배양액이 설정된 온도에 도달했음을 알려도면 제어부(500)는 배양액저장탱크(200)로 용수가 공급되는 밸브를 차단한다. 이 때, 용수는 배양액저장탱크(200)와 열교환하며 온도가 떨어져 있으므로 제어부(500)는 용수를 다시 팬코일유닛(100) 측으로 공급하여 난방공기와 다시 열교환되도록 한다.

제어부(500)는 난방공기에 의해 다시 온도가 상승된 용수를 용수저장탱크(300)로 공급하여 용수의 온도가 상승되도록 한다. 이 때, 제어부(500)는 배양액저장탱크(200)로는 용수가 공급되지 못하도록 차단한다. 일정시간이 경과되어 용수의 온도가 저하되면 제어부(500)는 순환펌프(400)를 구동시켜 용수를 다시 팬코일유닛(100) 측으로 공급한다.

도6은 본 고안에 따른 팬코일유닛(100)을 사용하여 잉여열을 이용했을 때 온실 내부의 온도 강하 효과를 도시한 그래프이다. 그래프에 도시된 바와 같이 잉여열을 이용하여 배양액과 용수의 온도를 상승시키더라도 온실 내부의 온도는 크게 떨어지지 않는 것을 알 수 있다.

도7은 팬코일유닛의 열교환에 의한 용수저장탱크의 온도상승효과를 도시한 그래프이다. 도시된 바와 같이 별도의 가열장치 없이 팬코일유닛에 의해 잉여열을 이용하여 용수저장탱크의 용수를 가열하더라도 3-4℃의 온도상승효과를 볼 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 고안에 따른 온실내 잉여열 이용시스템은 별도의 가열장치 없이 온실내의 잉여열을 이용하여 배양액과 용수를 가열하므로 난방비를 절감하고 시설원예 농가의 경쟁력을 확보할 수 있다.

이상에서 설명된 본 고안의 온실내 잉여열 이용시스템의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 고안이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 고안은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 고안의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 고안은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 고안의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 온실내 잉여열 이용시스템 10 : 온실
20 : 용수순환관 21 : 열교환핀
100 : 팬코일유닛 110 : 케이스
120 : 순환팬 150 : 제1온도센서
200 : 배양액저장탱크 210 : 탱크본체
220 : 배관지지대 250 : 제2온도센서
300 : 용수저장탱크 400 : 순환펌프
500 : 제어부 510 : 제1밸브
520 : 제2밸브 530 : 제3밸브
540 : 제4밸브 550 : 제5밸브
560 : 제6밸브

Claims (3)

1. 온실내 잉여열 이용시스템에 있어서,
   식물에게 공급되는 용수가 저장되는 용수저장탱크와;
   상기 용수와 혼합되어 식물에게 공급되는 배양액이 저장되는 배양액저장탱크와;
   상기 온실내에 일정간격으로 복수개가 배치되며, 상기 용수저장탱크로부터 공급된 용수가 순환되는 용수순환관이 구비되어 상기 온실내의 가열된 공기와 상기 용수순환관 내부의 용수를 상호 열교환시켜 상기 용수를 는 팬코일유닛과;
   상기 팬코일유닛에서의 열교환에 의해 가열된 용수를 상기 용수저장탱크와 상기 배양액저장탱크 중 어느 하나로 선택적으로 공급하여 상기 용수와 상기 배양액을 가온하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온실내 잉여열 이용시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 용수순환관은 상기 팬코일유닛과 상기 용수탱크저장조 및 상기 배양액저장탱크에 걸쳐 고르게 배치되는 것을 특징으로 하는 온실내 잉여열 이용시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 배양액저장탱크의 온도를 감지하는 온도센서를 더 포함하고,
   상기 제어부는 상기 배양액저장탱크의 온도가 기준온도에 도달할 경우, 상기 가열된 용수의 상기 배양액저장탱크로의 공급을 차단하고 상기 용수저장탱크로 상기 가열된 용수가 공급되도록 상기 용수순환관을 단속하는 것을 특징으로 하는 온실내 잉여열 이용시스템.

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