KR20130042127A - 온실 냉난방 시스템 - Google Patents

Abstract

하천 및 호소 주변의 비피압 지하수를 수열원으로 활용할 수 있는 온실 냉난방 시스템이 개시된다. 상기 온실 냉난방 시스템은 하천 또는 호소로부터 지층에 침투된 비피압 지하수를 취수하여 열원수로 사용할 수 있도록 상기 하천 또는 호소의 이웃하는 위치의 지층에 형성되는 취수정; 상기 취수정에 설치되는 취수 펌프; 상기 취수 펌프와 연결되어 상기 취수 펌프에 의해 상기 취수정으로부터 공급되는 열원수에 포함된 이물질을 제거하는 이물질 제거유닛; 상기 이물질 제거유닛과 연결되는 열교환기; 상기 이물질 제거유닛으로부터 열교환기로 공급되는 열원수와 냉매가 열교환될 수 있도록 상기 열교환기와 연결되는 히트펌프; 상기 열교환기와 연결되도록 지층에 형성되어 상기 열교환기를 통해 히트펌프의 냉매와 열교환된 열원수를 회수하는 회수정; 및 상기 히트펌프의 냉매와 내부에 충진된 냉난방수가 열 교환될 수 있도록 상기 히트펌프와 연결되며, 상기 히트펌프의 냉매와 열 교환된 냉난방수를 온실로 공급하여 순환시킨 후 회수할 수 있도록 상기 온실과 연결되는 축열조;를 포함할 수 있다.

Description

온실 냉난방 시스템{COOLING AND HEATING SYSTEM FOR GREENHOUSE}

본 발명은 온실 냉난방 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하천 및 호소 주변의 비피압 지하수를 수열원으로 활용할 수 있는 온실 냉난방 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 온실이라 함은 계절이나 주변 온도에 관계없이 내부를 일정 온도로 유지시켜 원하는 채소나 식물을 재배하는 곳을 말한다.

이러한 온실은 항시 목적하는 온도를 유지해야만 하므로 겨울철에는 난방장치가 필요하고, 여름철에는 냉방장치가 필요하게 된다.

도 1은 대한민국 등록특허공보 제0435097호에 개시된 온실용 냉난방장치를 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 대한민국 등록특허공보 제0435097호(공고일자 2004. 06. 09.)에 개시된 온실용 냉난방 장치는, 보일러(5)에서 가열된 물이 공급되도록 연결한 공급관(8)의 끝부분에는 재배틀(1)에 삽입되는 다수의 유동관(9)을 분기시켜 온수가 재배틀(1)의 곳곳을 통과하도록 하고, 유동관(9)의 끝부분을 회수관(10)에 연결하여 유동관(9)을 통과한 물이 회수관(10)을 통해 보일러(5)로 회수되도록 한 것에 있어서, 상기 보일러(5)에서 가열된 물이 저장된 후 공급관(8)으로 공급되도록 축열탱크(6)를 구비함과, 상기 축열탱크(6)와 회수관(10)의 사이에 보조관(14)을 연결설치하고, 이 보조관(14)의 도중에 축열탱크(6) 내의 온수가 회수관(10) 측으로 흘러나가도록 하는 체크밸브(15)를 설치함과, 상기 회수관(10)의 도중에는 온도 하강한 물의 강제회수를 위한 제 2 및 제 3 모터(12,13)를 회수관(10)에 대해 병렬로 설치함과, 상기 회수관(10)과 공급관(8)으로부터 각기 분기된 제 1 연결관(18)과 제 2연결관(19)에 연결한 분기된 열교환관(20)을 지면에 지하수가 유입되도록 형성한 공간부(17)에 매립되도록 형성된다.

상기와 같은 온실 냉난방 장치는, 유동관(9) 삽입을 위한 다수의 삽입홈을 구비하고 있는 재배틀(1)을 온실 내에 설치하고, 축열탱크(6)에 저장된 온수를 공급관(8)을 통해 유동관(9)으로 공급하며, 유동관(9)을 통과한 온수가 회수관(10)을 통해 보일러(5)로 회수되도록 하되, 공급관(8)을 통해 공급된 온수가 100% 회수되어 보일러(5)로 회수되도록 함과 동시에 축열탱크(6)에 저장된 온수의 일부가 회수관(10)을 통해 보일러(5)로 피드백되어 재가열되도록 하며, 냉방수단으로서 지하수를 이용하여 냉각수를 냉각시켜 유동관(9)으로 공급되도록 함으로써, 난방시에는 적은 연료로서도 온실을 충분히 난방시킬 수 있게 되어 난방효율의 향상 및 연료소비량 감소의 효과를 기대할 수 있고, 냉방시에는 지하수를 이용하므로 별도의 에너지 소비를 필요로 하지 않도록 한다.

그러나, 상술한 바와 같은 온실 냉난방 장치는 단순히 지하수를 온실의 냉방시에만 사용할 뿐 온실의 난방은 별도의 보일러를 설치하여 난방을 실시할 뿐만 아니라, 지하수를 냉방 시에 이용하기 위해서는 열교환장치의 설치를 위한 많은 수의 지열관정을 설치해야 함으로써 초기 설치비용이 많이 소요될 뿐만 아니라 유지/보수비용 또한 많이 소요된다는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명의 목적은 비피압 지하수를 온실의 냉난방시 히트펌프의 열원으로 사용할 수 있도록 하여 열교환기 설치를 위한 지열관정의 설치수량을 최소화함으로써 초기 설치비용을 대폭 저감시킬 수 있는 온실 냉난방 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 시스템의 내구성을 향상시킴과 더불어 냉난방 효율을 향상시킴으로써 유지/보수비용을 저감시킬 수 있는 온실 냉난방 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 대용량의 수열원을 확보함과 동시에 수자원 낭비를 방지할 수 있는 온실 냉난방 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명에 의한 온실 냉난방 시스템은, 하천 또는 호소로부터 지층에 침투된 비피압 지하수를 취수하여 열원수로 사용할 수 있도록 상기 하천 또는 호소의 이웃하는 위치의 지층에 형성되는 취수정; 상기 취수정에 설치되는 취수 펌프; 상기 취수 펌프와 연결되어 상기 취수 펌프에 의해 상기 취수정으로부터 공급되는 열원수에 포함된 이물질을 제거하는 이물질 제거유닛; 상기 이물질 제거유닛과 연결되는 열교환기; 상기 이물질 제거유닛으로부터 열교환기로 공급되는 열원수와 냉매가 열교환될 수 있도록 상기 열교환기와 연결되는 히트펌프; 상기 열교환기와 연결되도록 지층에 형성되어 상기 열교환기를 통해 히트펌프의 냉매와 열교환된 열원수를 회수하는 회수정; 및 상기 히트펌프의 냉매와 내부에 충진된 냉난방수가 열 교환될 수 있도록 상기 히트펌프와 연결되며, 상기 히트펌프의 냉매와 열 교환된 냉난방수를 온실로 공급하여 순환시킨 후 회수할 수 있도록 상기 온실과 연결되는 축열조;를 포함할 수 있다.

일예를 들면, 상기 취수정은, 상기 하천 또는 호소에 이웃하도록 지층에 형성되는 적어도 하나의 취수공; 상기 취수공에 삽입 설치되며, 다수개의 투과 홀이 형성되는 외부 케이싱; 상기 외부 케이싱 내부에 삽입 설치되며, 다수개의 투과 홀이 형성된 내부 케이싱; 상기 내부 케이싱과 외부 케이싱 사이에 개재되어 열원수로 사용될 수 있도록 상기 내부 케이싱에 유입되어 취수되는 비피압 지하수에 포함된 이물질을 제거하는 여과 필터; 및 상기 내부 케이싱에 설치되는 스크린;을 포함할 수 있다.

한편, 상기 이물질 제거유닛은, 상기 취수펌프 및 열교환기와 연결되는 제 1 이물질 제거기;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 이물질 제거유닛은, 상기 제 1 이물질 제거기와 열교환기 사이에 설치되는 제 2 이물질 제거기;를 더 포함할 수 있다.

이에 더하여, 상기 이물질 제거유닛은, 상기 제 1 이물질 제거기와 제 2 이물질 제거기 사이에 연결되는 공기 압축기를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 제 1 이물질 제거기는, 상기 취수펌프로부터 공급되는 열원수에 포함된 모래를 여과시키는 모래 여과기일 수 있다.

또한, 상기 제 2 이물질 제거기는, 상기 제 1 이물질 제거기를 통해 모래가 여과된 열원수에 포함되어 있는 철과 망간을 제거하는 철/망간 제거기일 수 있다.

여기서, 상기 제 2 이물질 제거기는, 상기 철과 망간을 산화시켜 제거할 수 있다.

일예를 들면, 상기 회수정은, 상기 지층에 형성되는 회수공; 및 상기 열교환기와 연결되도록 상기 회수공의 내부에 삽입 설치되는 케이싱;을 포함할 수 있다.

한편, 상기 회수정은, 상기 케이싱의 상단부를 밀폐시키는 밀폐부재(154)를 더 포함할 수 있으며, 상기 케이싱에는 열원수 배출 홀이 더 형성될 수 있다.

일예를 들면, 상기 축열조는, 상기 냉난방수과 통과하는 투과 홀이 형성된 다수개의 격벽에 의해 내부가 저온부, 중온부, 고온부로 구분되어, 상기 저온부의 냉난방수가 히트펌프로 유입되어 상기 히트펌프의 냉매와 열교환된 후 고온부로 회수될 수 있도록 상기 히트펌프와 연결되고, 상기 고온부의 냉난방수가 온실로 공급되어 순환된 후 상기 저온부로 회수될 수 있도록 상기 온실과 연결될 수 있다.

여기서, 상기 격벽은, 단열 및 방수 처리될 수 있다.

한편, 상기 열원수는, 상기 하천 또는 호소로부터 지층에 침투되어 취수정에 도달하는 과정을 통해 상기 지층과 열 교환되어 일정한 온도를 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 온실 냉난방 시스템은, 상기 열교환기로부터 회수정으로 회수되는 열원수의 회수량이 일정량을 초과할 시 초과된 열원수를 지표배출 할 수 있도록 상기 열교환기와 회수정 사이에 연결되는 지표배출 유닛을 더 포함할 수 있다.

일예를 들면, 상기 지표배출 유닛은, 상기 열교환기와 회수정 사이에 연결되어 상기 열교환기로부터 회수정으로 회수되는 열원수가 일정량을 초과하면 개방되는 밸브; 및 상기 밸브와 연결되어 초과된 열원수를 지표 배출하는 지표 배출관;을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 온실 냉난방 시스템은, 하천 또는 호소로부터 지층에 침투되어 취수정에 도달하는 과정을 통해 지층과 열 교환되어 항상 일정한 온도를 유지하는 비피압 지하수를 히트펌프의 열원으로 사용할 수 있다.

따라서, 대용량의 수열원을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 1개 내지 2개의 취수정만 설치하면 됨으로써 열교환기 설치를 위한 지열관정의 설치수량을 최소화할 수 있도록 한다.

그러므로, 본 발명의 일실시예에 의한 온실 냉난방 시스템은 종래의 지열을 이용한 온실 냉난방 시스템에 비하여 초기 설치비는 물론 유지/보수비용 또한 대폭 저감시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 의한 온실 냉난방 시스템은 회수정에 회귀되는 사용된 열원수는 열원수 배출 홀을 통해 배출되어 대수층으로 회수됨으로써 수자원의 선순환을 도모하여 수자원 낭비를 방지할 수 있는 효과가 있다.

이에 더하여, 본 발명의 일실시예에 의한 온실 냉난방 시스템은 이물질 제거유닛을 통해 열원수에 포함된 모래나 실트는 물론, 철이나 망간까지도 제거함으로써 열교환기의 효율 및 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 격벽에 의해 저온부, 중온부, 고온부로 온도 분리된 축열조를 사용하여 항상 저온부의 냉난방수 만이 히트펌프로 유입되도록 함으로써 히트펌프의 성능계수를 향상시킬 수 있도록 한다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 의한 온실 냉난방 시스템은 한층 더 저렴한 비용으로 온실 냉난방을 할 수 있을 뿐만 아니라, 유지/보수비용을 대폭 절감할 수 있으며 초기 설치비를 절감할 수 있어 초기 투자비 회수기간을 대폭 단축할 수 있고 온실 유지에 따른 농가의 부담을 한층 덜어 줄 수 있으므로 농가소득을 증대시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 대한민국 등록특허공보 제0435097호에 개시된 온실용 냉난방장치를 도시한 도면
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 온실 냉난방 시스템의 개략도
도 3은 취수정의 일예를 도시한 단면도
도 4는 회수정의 일예를 도시한 단면도
도 5는 축열조의 일예를 도시한 도면

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 안테나에 대하여 설명한다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 온실 냉난방 시스템의 개략도이며, 도 3은 취수정의 일예를 도시한 단면도이고, 도 4는 회수정의 일예를 도시한 단면도이며, 도 5는 축열조의 일예를 도시한 도면이다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 온실 냉난방 시스템(10)은, 취수정(100), 취수 펌프(110), 이물질 제거유닛(120), 열교환기(130), 히트펌프(140), 회수정(150), 축열조(160)를 포함할 수 있다.

상기 취수정(100)은 하천 또는 호소(20)로부터 지층(30)에 투입된 비피압 지하수를 취수하여 열원수로 사용할 수 있도록 상기 하천 또는 호소(20)의 이웃하는 위치의 지층(30)에 형성된다. 예를 들면, 상기 취수정(100)은 취수공(101), 외부 케이싱(102), 내부 케이싱(103), 여과 필터(104), 스크린(105)을 포함할 수 있다. 상기 취수공(101)은 하천 또는 호소(20)에 이웃하도록 적어도 하나가 지층(30)에 형성된다. 여기서, 상기 취수공(101)은 지표면으로부터 20m 내지 25m의 수직 심도를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 외부 케이싱(102)은 다수개의 투과 홀(도시되지 않음)이 형성되어 상기 취수공(101)에 삽입 설치된다. 상기 내부 케이싱(103)은 다수개의 투과 홀(도시되지 않음)이 형성되어 상기 외부 케이싱(102) 내부에 삽입 설치된다. 상기 여과 필터(103)는 상기 내부 케이싱(103)과 외부 케이싱(102) 사이에 개재되어 열원수로 사용될 수 있도록 상기 내부 케이싱(103)에 유입되어 취수되는 비피압 지하수에 포함된 이물질을 제거한다. 상기 스크린(105)은 상기 내부 케이싱(103)에 설치된다. 여기서, 상기 외부 케이싱(102)은 적어도 하부 끝단부에서부터 풍화토층까지의 직경(d)보다 모래/자갈층부터 상부 끝단부까지의 직경(D)이 더 크게 형성될 수 있다. 그러므로 상기 여과 필터(104)가 외부 케이싱(102)의 하부 끝단부에서부터 풍화토층까지 보다 모래/자갈층부터 외부 케이싱(102)의 상부 끝단부까지 더 두껍게 채워질 수 있다. 따라서, 모래 함유량이 많은 실트질 모래층과 모래/자갈층으로부터 내부 케이싱(103) 내부로 취수되는 비피압 지하수의 모래 여과 효율을 더욱 향상시킬 수 있도록 한다. 그리고 상기 스크린(105)은 여과 필터(104)에서 거르지 못한 모래나 실트질 모래 등을 거르고 여과면적을 극대화시켜 유량을 증가시키는 기능을 한다.

상기 취수 펌프(110)는 상기 취수정(100)에 설치되어 하천 또는 호소(20)로부터 지층(30)에 침투된 후 상기 취수정(100)으로 취수된 비피압 지하수를 이물질 제거유닛(120) 측으로 공급할 수 있도록 한다.

상기 이물질 제거유닛(120)은 상기 취수 펌프(110)와 연결되어 상기 취수 펌프(110)에 의해 상기 취수정(100)으로부터 공급되는 열원수에 포함된 이물질을 제거할 수 있도록 한다. 여기서, 상기 이물질 제거유닛(120)은 상기 취수펌프(110) 및 열교환기(130)와 연결되는 제 1 이물질 제거기(121)를 포함할 수 있다. 예를 들면 상기 제 1 이물질 제거기(121)로는 상기 취수펌프(110)에 의해 공급되는 열원수에 포함된 모래를 제거할 수 있는 모래 여과기를 사용할 수 있다. 즉, 상기 제 1 이물질 제거기(121)로는 취수정의 여과 필터(104)에 의해 필터링 되지 않은 취수펌프(110)에 의해 공급되는 열원수에 포함된 모래나 실트를 제거할 수 있는 모래 여과기를 사용할 수 있다. 여기서, 상기 모래 여과기는 원심력을 이용한 싸이클론식 모래 여과기를 사용하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 이물질 제거유닛(120)은 상기 제 1 이물질 제거기(121)와 열교환기(130) 사이에 설치되는 제 2 이물질 제거기(122)를 더 포함할 수 있다. 상기 제 2 이물질 제거기로(122)는 상기 제 1 이물질 제거기(121)로부터 공급되는 열원수 내에 포함된 철과 망간을 제거하는 철/망간 제거기를 사용할 수 있다. 여기서, 상기 제 2 이물질 제거기(122)는 열원수 내에 철이 0.3ppm, 망간이 0.1ppm 이하로 함유되어 있을 경우에는 생략될 수 있다. 한편, 상기 철/망간 제거기는 열원수에 포함된 철과 망간을 산화시켜 제거할 수 있는 산화사(페록스)를 이용한 철/망간 제거기를 사용하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 제 2 이물질 제거기(122)는 열원수과 열교환기(122)로 공급되기 전에 열원수에 포함된 철과 망간을 제거함으로써 열교환기(130)가 열원수에 의해 녹이 슬거나 부식이 발생되는 현상을 방지하여 열교환 효율을 향상시킬 수 있도록 한다.

또한, 상기 이물질 제거유닛(120)은 상기 제 1 이물질 제거기(121)와 제 2 이물질 제거기(122) 사이에 연결되어 상기 제 2 이물질 제거기(122)에 공기를 일정한 시간간격으로 폭기(Aeration)시켜 산화사가 산화력을 잃지 않도록 하는 폭기수단인 공기 압축기(123)를 더 포함할 수 있다.

상기 열교환기(130)는 상기 이물질 제거유닛(120)과 연결된다. 여기서, 상기 열교환기(130)로는 판형 열교환기와 셀엔튜브형 열교환기 모두 사용할 수 있으나, 상기 판형 열교환기는 이물질이 끼는 현상이 발생함으로써 본 발명에서는 열교환기(130)로 셀엔튜브형의 열교환기를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 히트펌프(140)는 열교환기(130)와 연결된다. 즉, 상기 히트펌프(140)는 열교환기(130)와 연결되어 냉매를 상기 열교환기(130)로 순환시킴으로써 상기 이물질 제거유닛(120)으로부터 열교환기(130)로 공급되는 열원수와 상기 히트펌프(140)의 냉매가 열 교환될 수 있도록 한다.

상기 회수정(150)은 상기 열교환기(130)와 연결되도록 지층(30)에 형성되어 상기 열교환기(130)를 통해 히트펌프(140)의 냉매와 열교환된 열원수를 회수할 수 있도록 한다. 상기 회수정(150)은 회수공(151)과 케이싱(152)으로 형성될 수 있다. 여기서, 상기 회수공(151)은 지층(30)에 형성될 수 있다. 여기서, 상기 회수공(151) 또한 상기 취수공(101)과 마찬가지로 지표면으로부터 20m 내지 25m의 수직 심도를 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 상기 케이싱(152)은 상기 열교환기(130)와 연결되도록 상기 회수공(151)의 내부에 삽입 설치될 수 있다. 한편, 상기 케이싱(152)에는 상기 케이싱(152) 내부로 회수되는 열원수를 케이싱(152) 외부로 배출하여 대수층으로 회수되도록 하는 열원수 배출 홀(153)이 더 형성될 수 있다. 상기와 같은 열원수 배출 홀(153)은 열원수를 대수층으로 회수시킴으로써 수자원의 선순환을 도모함으로써 수자원 낭비를 방지할 수 있도록 한다.

또한, 상기 회수정(150)은 상기 케이싱(152)의 상단부를 밀폐시켜 상기 케이싱(152) 내부에 양압(+)이 형성되도록 하여 상기 열원수 배출 홀(153)을 통해 열원수를 보다 용이하게 대수층으로 배출하여 회수시킬 수 있도록 하는 밀폐부재(154)를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 회수정(150)은 회수정(150)으로 회귀된 회귀수의 열 간섭으로 인한 상기 취수정(100)에 취합된 열원수의 온도 저하를 방지하기 위하여 상기 취수정(100)과 일정거리만큼 이격되어 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 상기 회수정(150)은 취수정(100)과 50m이상 이격되어 형성되는 것이 바람직하다.

상기 축열조(160)는 상기 히트펌프(140)의 냉매와 내부에 충진된 냉난방수가 열 교환될 수 있도록 상기 히트펌프(140)와 연결되며, 상기 히트펌프(140)의 냉매와 열 교환된 냉난방수를 온실로 공급하여 순환시킨 후 회수할 수 있도록 상기 온실(40)과 연결될 수 있다.

상기 축열조(160)는, 상기 냉난방수가 통과하는 투과 홀(162)이 형성된 다수개의 격벽(163)에 의해 그 내부가 저온부(160a), 중온부(160b), 고온부(160c)로 구분될 수 있다. 그리고, 상기 축열조(160)의 저온부(160a)는 상기 히트펌프(140)와 연결되어 항상 상기 저온부(160a)의 냉난방수 만이 상기 히트펌프(140)로 공급되어 상기 히트펌프(140)의 냉매와 열 교환되도록 한다. 또한, 상기 축열조(160)의 고온부(160c)는 상기 히트펌프(140)와 연결되어 상기 저온부(160a)로부터 히트펌프(140)로 공급된 후 히트펌프(140)의 냉매와 열교환되어 온도가 상승된 냉난방수가 상기 고온부(160c)에 충진될 수 있도록 한다. 그리고 상기 축열조(160)의 고온부(160c)는 온실(40)로 연결되어 고온부(160c)에 충진된 온도가 상승된 냉난방수를 상기 온실(40)로 공급하여 온실(40)의 온도를 조절할 수 있도록 한다. 한편, 상기 저온부(160a)는 상기 온실(40)과 연결됨으로써 상기 고온부(160c)로부터 온실(40)로 공급되어 상기 온실(40)의 온도를 조절함으로써 열교환된 냉난방수가 그 내부로 유입될 수 있도록 한다.

여기서, 상기 축열조(160)의 내부 공간을 저온부(160a), 중온부(160b), 고온부(160c)로 분리하는 상기 격벽(163)은 단열 및 방수 처리되는 것이 바람직하다. 상기와 같이 격벽(163)을 단열 및 방수 처리함으로써 상기 축열조(160)의 저온부(160a), 중온부(160b) 및 고온부(160c)의 온도분리 효과를 더욱 향상시킬 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에 의한 온실 냉난방 시스템(10)은, 상기 열교환기(130)로부터 회수정(150)으로 회수되는 열원수의 회수량이 일정량을 초과할 시 초과된 열원수를 지표배출 할 수 있도록 상기 열교환기(130)와 회수정(150) 사이에 연결되는 지표배출 유닛(175)을 더 포함할 수 있다.

상기 지표배출 유닛(175)은 밸브(175a)와 지표 배출관(175b)을 포함할 수 있다. 상기 밸브(175a)는 상기 열교환기(130)와 회수정(150) 사이에 연결되어 상기 열교환기(130)로부터 회수정(150)으로 회수되는 열원수가 일정량을 초과하게 되면 개방될 수 있다. 그리고, 상기 밸브(175a)를 통해 상기 열교환기(130)로부터 회수정(150)으로 회수되는 열원수의 회수량과 압력을 조절할 수도 있다. 상기 지표 배출관(175b)은 상기 밸브(175a)와 연결되어 상기 회수정(150)으로 회수되는 열원수가 세팅된 회수량을 초과하게 되어 상기 밸브(175a)가 개방되면 세팅된 회수량을 초과한 열원수를 지표로 배출할 수 있도록 한다.

다시, 도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 온실 냉난방장치의 작동과정과 작용효과에 대하여 설명하면 다음과 같다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 의한 온실 냉난방장치(10)를 사용하여 온실(40)의 냉난방을 실시하기 위해서는, 먼저 하천 또는 호소(20)로부터 지층(30)에 침투되는 열원수로 사용되는 비피압 지하수를 취수정(100) 내에 취수한다.

상기 열원수로 사용되는 비피압 지하수는 상기 하천 또는 호소(20)로부터 지층(30)에 침투되어 취수정(100)에 도달하는 과정을 통해 지층(30)과 열 교환되어 취수정(100)에 취합된 상태에서는 항상 일정한 온도를 유지하게 된다. 즉, 열원수는 하천 또는 호소(20)로부터 지층(30)에 침투되어 취수정(100)에 도달하는 과정을 통해서 상기 지층(30)과 열교환되어 취수정(100)에 취수된 상태에서는 12℃ 내지 18℃의 일정한 수온을 유지하게 된다. 여기서, 상기 열원수로 사용되는 비피압 지하수는 하천 또는 호소(20)로부터 지층(30)에 침투되어 취수정(100)에 도달되는 과정에서 지층(30)에서 흐르고 있는 지하수가 포함될 수도 있다.

상기와 같이 본 발명에 의한 온실 냉난방 시스템(10)은 하천 또는 호소(20)로부터 지층(30)에 침투되어 취수정(100)에 도달하는 과정을 통해 지층(30)과 열 교환되어 항상 일정한 온도를 유지하는 비피압 지하수를 히트펌프(140)의 열원으로 사용할 수 있도록 한다. 따라서, 상기 비피압 지하수를 취수하기 위한 1개 내지 2개의 취수정(100)만을 설치하면 히트펌프(140)의 열원을 충분히 확보할 수 있다. 그러므로, 열교환기 설치를 위한 지열관정의 설치수량을 최소화하여 초기 설치비 및 유지비용을 대폭 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 상기 지층(30)에 침투된 비피압 지하수는 외부 케이싱(102)의 투과 홀(도시되지 않음)을 통해 외부 케이싱(102) 내부로 침투된 후 여과 필터(104)를 거친 다음 상기 내부 케이싱(103)의 투과 홀(도시되지 않음)을 통해 상기 내부 케이싱(103) 내부로 취수된다. 상기와 같이 내부 케이싱(103) 내부로 취수되어 열원수로 사용되는 비피압 지하수는 상기 외부 케이싱(102)과 내부 케이싱(103) 사이에 개재된 여과 필터(104)를 통과하면서 일차적으로 이물질이 제거된다.

상기와 같이 일정한 온도의 수온을 유지하는 취수정(100)에 취수된 열원수는 상기 취수정(100)에 설치된 취수펌프(110)에 의해 펌핑되어 제 1 열원수 공급라인(171)을 통해 제 1 이물질 제거기(121)로 공급된다.

상기와 같이 제 1 이물질 제거기(121)로 공급된 열원수는 상기 제 1 이물질 제거기(121)에 의해 모래나 실트와 같은 이물질을 여과시킨 후 제 2 열원수 공급라인(172)을 통해 제 2 이물질 제거기(122)로 공급된다.

상기와 같이 제 2 이물질 제거기(122)로 공급된 열원수는 상기 제 2 이물질 제거기(122)를 통과하면서 열원수에 포함된 망간과 철을 산화시켜 제거한 후, 제 3 열원수 공급라인(173)을 통해 열교환기(130)로 공급된다. 상기와 같이 제 2 이물질 제거기(122)에 의해 열원수에 포함된 철과 망간이 제거됨으로써 열교환기(130)가 상기 열원수에 의해 녹이 슬거나 부식이 발생되는 현상을 방지함으로써 상기 열교환기(130)의 열 교환 효율을 향상시킬 수 있다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이 상기 열원수에 철이 0.3ppm, 망간이 0.1ppm 이하로 포함되어 있을 경우에는 상기 제 2 이물질 제거기(122)와 제 2 열원수 공급라인(172)은 생략될 수 있다.

상기와 같이 제 3 열원수 공급라인(173)을 통해 열교환기(130)로 열원수가 공급됨과 동시에 상기 열교환기(130)에는 히트펌프(140)로부터 제 1 냉매 순환라인(181)을 통해 냉매가 유입됨으로써 상기 열원수와 냉매가 열 교환된다. 이때, 상기 열원수는 열교환기(130)를 통과함으로써 상기 열교환기(130)를 통과하기 전 보다 상대적으로 온도가 저하된 후 제 1 열원수 회귀라인(174)을 통해 회수정(150)으로 유입되고, 상기 냉매는 열교환기(130)를 통과함으로써 상기 열교환기(130)를 통과하기 전 보다 상대적으로 온도가 상승된 후 제 2 냉매 순환라인(182)을 통해 다시 히트펌프(140) 내부로 유입된다.

이때, 상기 제 1 열원수 회귀라인(174)을 통해 회수정(150)으로 유입된 열원수는, 상기 회수정(150) 케이싱(152)에 형성된 열원수 배출 홀(153)을 통해 회수정(150) 외부, 즉 대수층 배수되어 회수됨으로써 수자원의 선순환을 도모하여 수자원의 낭비를 방지할 수 있도록 한다.

한편, 상기 제 1 열원수 회귀라인(174)을 통해 회수정(150)으로 회수되는 열원수의 회수량이 세팅된 회수량을 초과하게 되면, 상기 제 1 열원수 회귀라인(174) 상에 설치된 밸브(175a)가 개방되어 세팅된 회수량을 초과하는 열원수가 지표 배출관(175b)을 통해 지표로 배출된다.

이와 동시에, 상기 축열조(160)의 저온부(160a)에 충진되어 있는 냉난방수는 제 1 냉난방수 공급라인(191)을 통해 히트펌프(140) 내부로 공급되어 상기 히트펌프(140)를 통과하면서 열교환되어 수온이 상승된 후 제 1 냉난방수 회귀라인(192)을 통해 상기 축열조(160)의 고온부(160c)로 유입되어 저장된다.

앞서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 온실 냉난방 시스템(10)은 축열조(160)가 투과 홀(162)이 형성된 격벽에 의해 저온부(160a), 중온부(160b), 고온부(160c)로 분리되어 상기 저온부(160a)의 냉난방수 만이 히트펌프(140)로 유입되도록 함으로써 상기 히트펌프(140)의 성능계수를 향상시킬 수 있으며 이에 따라 전력 소모량을 현저하게 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

상기와 같이 히트펌프(140)에 의해 열교환된 후 제 1 냉난방수 회귀라인(192)을 통해 축열조(160)의 고온부(160c)로 유입되어 저장된 온도가 상승된 냉난방수는 제 2 냉난방수 공급라인(193)을 통해 온실(40)로 공급되어 순환됨으로써 상기 온실(40)의 온도를 조절할 수 있도록 한다. 즉, 본 발명에 의한 온실 냉난방 시스템(10)은 겨울철과 같이 온실(40)의 온도 보다 상기 제 2 냉난방수 공급라인(193)을 통해 온실(40)로 공급되어 순환되는 냉난방수의 온도가 높을 경우에는 상기 온실(40)의 온도를 상승시킬 수 있는 난방 시스템으로 사용되어 온실(40)의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 하며, 여름철과 같이 온실(40)의 온도 보다 상기 제 2 냉난방수 공급라인(193)을 통해 온실(40)로 공급되어 순환되는 냉난방수의 온도가 낮을 경우에는 상기 온실(40)의 온도를 하강시키는 냉방 시스템으로 사용되어 온실(40)의 온도를 일정하게 유지할 수 있도록 한다.

상기와 같이 제 2 냉난방수 공급라인(193)을 통해 온실(40)로 공급되어 순환됨으로써 상기 온실(40)의 온도를 조절한 냉난방수는 제 2 냉난방수 회귀라인(194)을 통해 축열조(160)의 저온부(160a)로 공급되어 저장된다.

상술한 바와 같이 본 발명의 일실시예에 의한 온실 냉난방 시스템(10)은, 하천 또는 호소(20)로부터 지층(30)에 침투되어 취수정(100)에 도달하는 과정을 통해 지층(30)과 열 교환되어 항상 일정한 온도를 유지하는 비피압 지하수를 히트펌프(140)의 열원으로 사용할 수 있다.

따라서, 대용량의 수열원을 확보할 수 있을 뿐만 아니라, 1개 내지 2개의 취수정(100)만 설치하면 됨으로써 열교환기 설치를 위한 지열관정의 설치수량을 최소화할 수 있도록 한다.

그러므로, 본 발명의 일실시예에 의한 온실 냉난방 시스템(10)은 종래의 지열을 이용한 온실 냉난방 시스템에 비하여 초기 설치비는 물론 유지/보수비용 또한 대폭 저감시킬 수 있는 장점이 있다.

한편, 본 발명의 일실시예에 의한 온실 냉난방 시스템(10)은 회수정(150)에 회귀되는 사용된 열원수는 열원수 배출 홀(153)을 통해 대수층으로 배출되어 회수됨으로써 수자원의 선순환을 도모하여 수자원 낭비를 방지할 수 있는 장점이 있다.

이에 더하여, 본 발명의 일실시예에 의한 온실 냉난방 시스템(10)은 이물질 제거유닛(120)을 통해 열원수에 포함된 모래나 실트는 물론, 철이나 망간까지도 제거함으로써 열교환기(130)의 효율 및 내구성을 향상시킬 수 있다.

또한, 격벽(163)에 의해 저온부(160a), 중온부(160b), 고온부(160c)로 온도 분리된 축열조(160)를 사용하여 항상 저온부(160a)의 냉난방수 만이 히트펌프(140)로 유입되도록 함으로써 히트펌프(140)의 성능계수를 향상시킬 수 있도록 한다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 의한 온실 냉난방 시스템(10)은 한층 더 저렴한 비용으로 온실(40) 냉난방을 할 수 있어 온실(40) 유지에 따른 농가의 부담을 한층 더 덜어줄 수 있는 장점이 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

(100) : 취수정 (110) : 취수펌프
(130) : 열교환기 (140) : 히트펌프
(150) : 회수정 (160) : 축열조

Claims (15)

1. 하천 또는 호소로부터 지층에 침투된 비피압 지하수를 취수하여 열원수로 사용할 수 있도록 상기 하천 또는 호소의 이웃하는 위치의 지층에 형성되는 취수정;
   상기 취수정에 설치되는 취수 펌프;
   상기 취수 펌프와 연결되어 상기 취수 펌프에 의해 상기 취수정으로부터 공급되는 열원수에 포함된 이물질을 제거하는 이물질 제거유닛;
   상기 이물질 제거유닛과 연결되는 열교환기;
   상기 이물질 제거유닛으로부터 열교환기로 공급되는 열원수와 냉매가 열교환될 수 있도록 상기 열교환기와 연결되는 히트펌프;
   상기 열교환기와 연결되도록 지층에 형성되어 상기 열교환기를 통해 히트펌프의 냉매와 열교환된 열원수를 회수하는 회수정; 및
   상기 히트펌프의 냉매와 내부에 충진된 냉난방수가 열 교환될 수 있도록 상기 히트펌프와 연결되며, 상기 히트펌프의 냉매와 열 교환된 냉난방수를 온실로 공급하여 순환시킨 후 회수할 수 있도록 상기 온실과 연결되는 축열조;를 포함하는 온실 냉난방 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 취수정은,
   상기 하천 또는 호소에 이웃하도록 지층에 형성되는 적어도 하나의 취수공;
   상기 취수공에 삽입 설치되며, 다수개의 투과 홀이 형성되는 외부 케이싱;
   상기 외부 케이싱 내부에 삽입 설치되며, 다수개의 투과 홀이 형성된 내부 케이싱;
   상기 내부 케이싱과 외부 케이싱 사이에 개재되어 열원수로 사용될 수 있도록 상기 내부 케이싱에 유입되어 취수되는 비피압 지하수에 포함된 이물질을 제거하는 여과 필터; 및
   상기 내부 케이싱에 설치되는 스크린;을 포함하는 온실 냉난방 시스템.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 이물질 제거유닛은,
   상기 취수펌프 및 열교환기와 연결되는 제 1 이물질 제거기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온실 냉난방 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 이물질 제거유닛은,
   상기 제 1 이물질 제거기와 열교환기 사이에 설치되는 제 2 이물질 제거기;를 더 포함하는 온실 냉난방 시스템.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 이물질 제거유닛은,
   상기 제 1 이물질 제거기와 제 2 이물질 제거기 사이에 연결되는 공기 압축기를 더 포함하는 온실 냉난방 시스템.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 제 1 이물질 제거기는,
   상기 취수펌프로부터 공급되는 열원수에 포함된 모래를 여과시키는 모래 여과기인 것을 특징으로 하는 온실 냉난방 시스템.
7. 제 4 항에 있어서,
   상기 제 2 이물질 제거기는,
   상기 제 1 이물질 제거기를 통해 모래가 여과된 열원수에 포함되어 있는 철과 망간을 제거하는 철/망간 제거기인 것을 특징으로 하는 온실 냉난방 시스템.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 제 2 이물질 제거기는,
   상기 철과 망간을 산화시켜 제거하는 것을 특징으로 하는 온실 냉난방 시스템.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 회수정은,
   상기 지층에 형성되는 회수공; 및
   상기 열교환기와 연결되도록 상기 회수공의 내부에 삽입 설치되는 케이싱;을 포함하는 온실 냉난방 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 회수정은,
    상기 케이싱의 상단부를 밀폐시키는 밀폐부재를 더 포함하며,
    상기 케이싱에는 열원수 배출 홀이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 온실 냉난방 시스템.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 축열조는,
    상기 냉난방수과 통과하는 투과 홀이 형성된 다수개의 격벽에 의해 내부가 저온부, 중온부, 고온부로 구분되어,
    상기 저온부의 냉난방수가 히트펌프로 유입되어 상기 히트펌프의 냉매와 열교환된 후 고온부로 회수될 수 있도록 상기 히트펌프와 연결되고, 상기 고온부의 냉난방수가 온실로 공급되어 순환된 후 상기 저온부로 회수될 수 있도록 상기 온실과 연결되는 것을 특징으로 하는 온실 냉난방 시스템.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 격벽은, 단열 및 방수 처리된 것을 특징으로 하는 온실 냉난방 시스템.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 열원수는,
    상기 하천 또는 호소로부터 지층에 침투되어 취수정에 도달하는 과정을 통해 상기 지층과 열 교환되어 일정한 온도를 유지하는 것을 특징으로 하는 온실 냉난방 시스템.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환기로부터 회수정으로 회수되는 열원수의 회수량이 일정량을 초과할 시 초과된 열원수를 지표배출 할 수 있도록 상기 열교환기와 회수정 사이에 연결되는 지표배출 유닛을 더 포함하는 온실 냉난방 시스템.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 지표배출 유닛은,
    상기 열교환기와 회수정 사이에 연결되어 상기 열교환기로부터 회수정으로 회수되는 열원수가 일정량을 초과하면 개방되는 밸브; 및
    상기 밸브와 연결되어 초과된 열원수를 지표 배출하는 지표 배출관;을 포함하는 온실 냉난방 시스템.

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