KR20150029260A - 수직방향으로 이격된 생산시설을 갖추고 있는 온실의 난방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수직방향으로 이격된 생산시설을 갖추고 있는 온실의 난방시스템에 관한 것으로서, 지면으로부터 재배공간을 수직으로 이격시키도록 한개이상의 기둥을 갖고 있는 수직지지대와;상기 수직지지대의 아래쪽으로 U자형의 단면을 가진 보온블럭과; 태양열집열장치를 통하여 온도를 높인 공기를 이송하는 난방파이프;를 포함하는데 상기 파이프는 상기 보온블럭의 안쪽에 위치한 물주머니를 관통하여 지나며
상기 난방파이프는 물주머니의 중심부에 위치하도록 잠김수단을 포함한다.

Description

수직방향으로 이격된 생산시설을 갖추고 있는 온실의 난방시스템{HEATING SYSTEM FOR GREENHOUSE}

본 발명은 지면으로부터 수직방향으로 이격된 생산시설을 갖추고 있는 온실의 난방시스템에 관한 것이다.

본 발명은 지면으로부터 수직방향으로 이격된 생산시설을 갖추고 있는 시설하우스의 난방시스템에 관한 것이다. 시설하우스에서 작물을 재배하는 방법은 크게 두가지로 분류될 수 있다.

첫째는 일반적인 방법으로 시설하우스내의 지면에서 각종 채소나 과일 또는 화훼 등의 작물을 심어 재배하는 관행 농업이고, 둘째는 최근 급격히 보급되고 있는 방법으로 지면으로부터 수직방향으로 이격되어 재배하는 수경재배 방법이다 .그런데

작물을 최상의 상태로 재배하기 위해서는 작물에 따라 시설하우스 내부를 적절한 온도와 습도로 유지시키는 것이 매우 중요하다. 이를 위해서 시설하우스에는 보일러나 온풍기와 같은 난방기구가 설치되며, 이러한 난방 기구에 의해 추운 겨울철이나 햇빛이 없는 야간에도 온실의 내부 온도를 적절하게 유지시킨다.

그러나 난방기구를 가동하기 위해서는 기름이나 석탄 또는 전기와 같은 에너지가 사용되어야 하므로 재배 작물의 생산원가가 높아지는 주요 원인이 되고 특히 고유가 시대에 난방비는 농가의 큰 부담이 된다.

이를 위해서 근래에는 시설하우스에서 지면에서 재배하는 관행농업의 경우 낮 시간 동안의 태양열 에너지를 축열하였다가 기온이 떨어지는 야간에 사용함으로서 별도의 난방기구를 사용하지 않으려는 연구가 행하여지고 있다.

하지만 최근에 급격히 보급되고 있는 수경재배에 있어서는 지면으로부터 수직방향으로 이격되어 생산시설이 설치되기 때문에 수직방향으로 설치된 생산시설이 햇빛을 차단하여 구조적으로 태양광 이용의 효율성이 떨어지게 되어, 주로 일반적인 난방기구를 사용하며 여기에 적용하는 태양광에너지의 이용에 대한 연구도 미미한 실정이다.

기존에는 물이 담겨진 플라스틱 튜브 형태의 물주머니를 온실의 이랑 사이 사이에 설치하여 낮시간 동안의 태양열 에너지를 이들 물주머니에 담겨진 물에 축열하였다가 야간에 사용할 수 있도록 한 물주머니 축열방법이 알려져 있으며, 이 방법의 경우 물주머니에 축열되어 있던 열에너지가 야간에 온실내로 자연 방사 되므로 온실 내부가 소정 온도이하로 떨어지는 것을 막아주게 된다. 그런데 상기 물주머니를 이용한 축열방법은 물주머니가 온실의 이랑 사이 사이( 고랑)에 설치되기 때문에 작업자가 물주머니를 밟고 다녀야 하는 작업상의 불편함이 있고 부주의 등으로 인해 물주머니가 터지거나 구멍이 뚫리는 경우 새어나오는 물에 의해 작물이 물에 잠기는 문제가 있다.

한편 최근 보급이 확대되고 있는 지면으로부터 수직방향으로 이격되어 설치되는 적층형 생산시설을 갖춘 수경재배용 시설하우스 에 있어서는, 수직으로 높게 설치된 생산시설로 인하여 시설하우스의 바닥은 햇빛을 충분히 받지 못하게 되므로 기존 물주머니를 이용한 축열 방법은 효율이 저하되어 사용할 수 없게 된다. 도1은 이러한 기존의 축열물주머니를 사용한 예를 찍은 사진이다.

또한, 기존 물주머니의 축열 효율을 높이기 위하여 개발된 기술로 대한민국 등록특허 제10-1209092호 "태양열과 지열을 이용한 무동력 비닐하우스의 난방장치"가 개시된바 있는데 상기 특허는 비닐하우스 내부 양측의 고랑에 형성되는 비닐튜브 축열탱크와, 천정에는 태양열 반사판과 일체로 형성되는 태양열 진공 집열관이 각각으로 형성되며, 상기 태양열 진공 집열관으로 유입되는 가온 공기를 비닐튜브 축열탱크와 상기 비닐튜브 축열탱크의 보온 및 단열의 기능과 지지 받침 기능을 하는 고랑수벽 사이에 난방 파이프에 통과시킴으로 비닐튜브 축열탱크에 축열 후 기온 하강시 비닐하우스 난방에 사용하는 방법이다.

상기 특허는 태양빛으로 직접 비닐튜브축열 탱크를 가온하는 것이 아니라 태양열 진공 집열관을 통하여 가온된 공기를 비닐튜브에 접촉시킴으로서 축열 효율을 높인 다는 것으로서 태양빛을 직접 받아 축열하는 기존 물주머니 난방 방법과는 상이하다 할 수 있으나 이러한 방법은 작업자의 불편함을 줄이기 위하여 비닐하우스 내부 좌 우측 외각 고랑에 비닐튜브 축열탱크를 설치하였으나, 설치되는 면적이 줄었을 뿐 , 여전히 축열 장치가 고랑에 설치되기 때문에 작업자가 물주머니를 피해 다녀야 하는 작업상의 불편함이 여전히 존재한다.

즉 고추나 도마토의 경우를 살펴보면 외각 고랑부분에서 하우스 내부 방향으로 자란 고추와 도마토를 수확할 경우, 비닐튜브 축열탱크로 인하여 농작물의 수확자체도 어려울뿐더러, 수확한 농작물의 운반도 어렵게 되는 등 작업자에게 불편함을 줄 수 밖에 없다. 또한 구조적으로 인용특허의 비닐튜브 축열탱크는 비닐 튜브 축열탱크를 보호하는 고랑수벽 구조체의 안쪽에 형성되기 때문에 하우스내부의 중앙에 있는 이랑과 이랑 사이에는 설치 할 수 없게 된다. 이것은 작물의 성장과 계절에 따라 수시로 이랑과 이랑사이에는 많은 농기구들이 이동하게 되는데 인용특허의 비닐튜브 축열탱크는 철거와 해체가 용이하지 않아서 하우스 중앙의 이랑과 이랑 사이에는 설치될 수 없는 것이다. 또한 좌 우측 고랑에만 설치된 비닐튜브 축열탱크는 하우스 내부의 기온 하강시, 발열하게 되는데 좌 우측에 밀착되어 있는 관계로 하우스 전체를 효울적으로 난방하는데 효율이 떨어지게 되며 비닐튜브 축열 텡크는 쉽게 변형되거나 파손되어 비닐튜브가 쉽게 터지게된다. 이것은 첫째 변형이 가속화 되는 원인으로 통상 태양열 진공 집열관에서 나오는 공기는 일조량이 좋은날은 섭씨 100도씨를 상회하게 된다.또한 비닐튜브 축열탱크를 축열하기 위한 가온파이프가 비닐튜브 하단에서 비닐튜브와 밀착하게 되는데, 이때 100도씨가 상회하는 파이프의 측면과 직접 닿는 비닐튜브 부분은 비닐 튜브의 다른 부위와 달리 매일 반복적으로 낮과 밤마다 높은 온도차가 있게 되며 이로 인하여 열에 약한 비닐의 특성상 쉽게 변형되는 것이다.

둘째 파손의 원인으로는 , 비닐튜브 축열탱크는 축열량을 늘리기 위하여 상당량의 물을 저장하게 되며 비닐튜브 축열 텡크 바닥에는 상당한 수압이 작용하게 된다. 한편 태양열 축열등에 사용되는 난방파이프는 열 교환 효율을 높이기 위하여 얇은 알루미늄 주름관등을 사용하게 되는데 , 난방파이프가 비닐튜브하단에 위치함으로서 비닐튜브에 들어있는 물의 수압으로 인하여 비닐튜브하단과 난방 파이프사이에는 다양한 형태의 틈세가 형성되며, 그 틈새에 의하여 비닐이 접히게 되고 그로인하여 파손이 쉽게 되는 것이다.

또한, 난방 파이프의 열기를 비닐튜브 축열 텡크로 전달하는 열 교환 효율이 떨어지어 비닐튜브 축열 탱크를 가온하는데 많은 시간을 필요로 한다. 이것은 가온파이프가 비닐튜브 축열탱크와 비닐 튜브 축열탱크를 보호하는 고랑수벽 구조체의 사이에 형성되어 있어서 가온파이프와 축열탱크의 접촉면적이 작기 때문이다. 따라서, 가온파이프의 뜨거운 공기는 일부만이 축열탱크를 가온하는 열교환에 사용되고 나머지는 그대로 외부로 흘러 가게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된것으로서,공간을 효율적으로 사용하면서도 축열물주머니가 작업에 방해가 되지 않도록 하는 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기한 바와 같은 목적을 해결하기 위하여 안출된것으로서 수직방향으로 이격된 생산시설을 갖추고 있는 온실의 난방시스템을 제공하는데 지면으로부터 재배공간을 수직으로 이격시키도록 한개이상의 기둥을 갖고 있는 수직지지대와;상기 수직지지대의 아래쪽으로 U자형의 단면을 가진 보온블럭;과 태양열집열장치를 통하여 온도를 높인 공기를 이송하는 난방파이프;를 포함하는데 상기 파이프는 상기 보온블럭의 안쪽에 위치한 물주머니를 관통하여 지나는 것일 수 있다.

상기 난방파이프는 물주머니의 중심부에 위치하도록 잠김수단을 포함하는 것일 수 있다.

상기 잠김수단은 무거운물건을 매달아 난방파이프를 떠오르지 않도록 하는 것과 보온블럭과 같은 단면 형태를 가지고 중앙에 나있는 구멍에 난방파이프를 고정시키는 것중 어느 하나 일 수 있다.

상기 난방시스템은 태양열집열판을 더 포함하고 있으며 태양열집열판의 온도상승 속도에 따라 난방파이프내의 공기흐름의 속도를 조절할 수 있도록 하는 것일 수 있다.

상기 보온블럭은 보온덮개를 더 포함하는 것일 수 있다.

본 발명은 생산활동을 하는 작업자의 동선에 지장을 주지 않으면서도 열 교환 효율이 높고 파손율이 적은 태양열을 이용한 비닐 튜브 축열 물주머니를 포함하는 난방시스템을 제공한다.

도1은 종래의 축열물주머니를 사용한 예를 도시한 도면
도2 내지 5는 본 발명에 따른 시스템을 사용하는 예를 도시한 도면

이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도2는 본 발명에 따른 일실시예를 도시한 도면이다. 온실(10)의 바깥쪽 벽에는 태양열집열판(20)이 설치되어 있으며 온실의 안쪽으로 태양열집열판에는 배기구(21)와 흡기구(22)가 형성되어 있다. 태양열에 의하여 더워진 공기는 파이프(30)를 따라서 움직이는데 파이프(30)는 축열물주머니(40)의 안쪽을 관통하여 지나게 되어 축열물주머니(40)를 데우고 송풍기(60)의 작동에 의하여 온도나 내려간 상태에서 배출된다.

또한, 축열물주머니는 수직지지대(50)의 아래쪽으로 지나도록 하며 수직지지대의 위쪽으로 작물을 심을 수 있도록 하였다. 이처럼 본 발명은 축열물주머니를 고랑에 설치하되 수직재배장치를 이용하여 식물재배를 함으로써 종래와 같은 문제점을 해결하도록 하였다. 이것은 많은 농가가 쌈 채소류를 비롯한 , 딸기, 인삼, 등 버섯등 다양한 식물들을 다양한 수경재배 방법으로 재배하고 있으나 동절기에는 엄청난 에너지 비용으로 경제성이 떨어져 생산활동을 중단하고 있는 실정이다. 그러나 본원 발명과 같은 장치를 이용하였을때 에너지비용을 절감할 수 있기 때문에 경제성 문제를 해결할 수 있다.

도3은 물주머니를 보관하는 방법을 좀더 자세하게 도시한 것인데 난방 파이프(30)를 띠(31)로 감싸고 잠김수단(32)에 의하여 어느 정도 잠겨있을 수 있도록 한다 또한 축열 물주머니(40)는 보온블럭(41)의 안쪽에 위치하도록 하는데 보온블럭(41)은 U자형의 형상으로 안쪽에는 물주머니(40)가 들어가고 덮개(42)로 덮어 물주머니를 보호할 수 있도록 한다. 또한 보온블럭(41)은 수직지지대(50)의 아래쪽에 위치하도록 한다.

즉, 수직지지대(50)의 위쪽에서는 작물을 재배하고 아래쪽에는 축열물주머니(40)가 위치되도록 하되 물주머니(40)는 보온블럭에 의해 보호되도록 함으로써 온실내부에서 움직이는 작업자의 동선에 방해를 주지 않으면서도 축열물주머니를 사용할 수 있게 한다.

특히 길이 방향으로 설치된 비닐튜브 축열 물주머니 내부에 난방파이프를 관통시킴으로서 난방파이프와 물과의 접촉 면적을 최대한 넓혀주도록 하였으며 난방파이프를 열 전도율이 높은 알루미늄 주름관으로 사용하면 접촉면적이 더욱 넓어져 효율이 극대화 될 수 있다.

그런데 축열 물주머니(40)를 관통하는 난방파이프(30)는 비닐튜브에 물이 차오르게 되면 부력에 의하여 비닐튜브내 상층부로 떠오르게 되는데 이와 같은 현상은 비닐 튜브 축열 물주머니 내에 가온된 물이 상층부에 위치하게 되어 대류가 어렵게 됨으로서 축열 효율을 떨어뜨릴 수 있으며, 또한 상층부로 밀려 올라간 난방파이프가 비닐튜브의 표면을 직접 밀어올리게 됨으로서 비닐 튜브의 변형을 가져올 수 있다. 이러한 현상을 방지하기위하여 비닐튜브 축열 물주머니에 물이 차오를 때에 난방파이프가 상층부로 올라가지 않고 물속에 잠기도록 비닐튜브 축열 물주머니의 중간에 붙잡아 둘 수 있는 잠김 수단(32)이 필요하다.

잠김수단으로는 난방파이프를 길이 방향으로 중간 중간에 띠(31)와 같은 것으로 묶고 띠(31)의 하부에 무거운 것을 매달아 난방파이프가 부력에 의해 떠오르는 것을 막도록 한다.

또는 압축 스폰지와 같이 일정형태를 유지할 수 있는 재료를 이용하여 원형 또는 모서리가 곡선으로 다각형 형상의 두께가 있는 판재를 만든 후 판재의 중앙에 난방파이프가 끼워 질 수 있도록 원형의 홀을 만든다. 만들어진 다수개의 판재에 난방파이프를 일정 간격으로 끼우고 비닐튜브 축열 물주머니내로 삽입하여 놓은 후, 비닐 튜브 축열 물주머니에 물을 채우게 되면 난방파이프는 다수개의 판재에 의하여 부력에 의해 떠오르지 않고 비닐튜브 축열 물주머니 중앙 부분에 위치하게 된다.

도5에는 이러한 형태를 도시하였다. 도시된 바와 같이 난방파이프(30)를 판재형의 잠김수단(33)에 끼워 축열물주머니(40)를 관통하도록 하여 축열물주머니 안쪽에서 난방파이프(3)가 항상 축열물주머니의 중간쪽에 위치하도록 하였다.

또한 태양열집열장치(20)는 시설 하우스의 외부에 설치할 수도 있으나 바람직하게는 시설하우스의 외부 비닐이 피복되어 있는 측벽 프레임에 설치하는 것이 좋은데 이것은 태양열 집열장치를 시설하우스 외부에 설치하는 경우 태양열 집열장치에 의해 가온된 공기가 외부에 있는 태양열 집열장치로 부터 난방파이프를 통하여 시설하우스 내부에 있는 비닐튜브 축열 물주머니 까지 도달하는 과정에 열 손실이 발생할 개연성이 높아진다.

또한 가온을 하기위하여 태양열 집열장치로 유입되는 공기는 신속한 가온을 위하여 가급적 시설하우스 외부의 차가운 공기보다, 시설하우스 내부의 따뜻한 공기가 유리하다. 그런즉 시설하우스로부터 태양열 집열장치가 떨어져 있으면 있을수록 태양열 집열장치로 유입되는 공기의 열 손실 또한 커지기 때문에 태양열 집열장치내부 공기를 일정온도 이상으로 가온하는데 시간이 많이 소요되게 된다.

또한, 태양열 집열판의 가온 정도에 따른 난방파이프의 공기흐름 속도조절을 위한 자동 센서가 필요할 수 있는데 일조량이 매우 양호하여 태양열 집열판의 가온이 빠른 속도로 일정 온도 이상 올라가면 자동센서를 통하여 송풍기의 회전 속도를 높여 가온호스의 공기를 빠른 속도로 비닐튜브 축열 물주머니로 통과하도록 하고 반대로 일조량이 적은 경우에는 태양열 집열판의 가온이 느린 속도로 진행되며 이때는 자동센서를 통하여 송풍기의 회전 속도를 낮추어 가온호스의 공기를 느린 속도로 비닐튜브 축열 물주머니로 통과하도록 한다.

마주보고 있는 수직지지대 사이에 "??" 모양으로 길이방향으로 설치된 보온 시트 상부에 개폐 수단은 비닐 튜브 축열 물주머니에 축열된 열 에너지를 효율적으로 활용하려면 동절기라도 시설하우스 내의 온도가 기준 수준 이상 이면 축열된 열에너지를 사용하지 않고, 기준 수준 이하인 경우에만 사용되도록 하여야 한다. 따라서, 비닐튜브 축열 물주머니의 축열을 필요한 시기에 방출되도록 비닐 튜브 축열 물주머니 상단부 , 즉 보온시트 상부에 개폐가 가능한 보온 덮개를 필요로 하게 된다.

도5는 또다른 실시예를 도시하는데 수직적층형 생산시설(70)을 이용하여 공간을 효율적으로 사용할 수 있도록 하였다.

본 발명에 따른 장치는 지면으로부터 수직 방향으로 이격시켜 생산시설이 설치되는 농 축 수산물의 모든 생산시설에 적용될 수 있는데 지면으로부터 수직방향으로 이격되어 수경재배 되는 모든 농산물 재배시설, 지면으로부터 수직방향으로 이격되어 양식되는 곤충 양식시설, 지면으로부터 수직방향으로 이격 되어 설치되는 양계장 시설, 지면으로부터 수직방향으로 이격 되어 설치되는 수산물 양식시설 등에 적용 될 수 있다.

10:온실 20: 태양열 집열판
21: 배기구 22: 흡기구
30; 난방파이프 40 축열 물주머니
41:보온블럭 42: 보온덮개
50: 수직지지대 60:송풍기
70: 수직적??형생산시설 80: 지반

Claims (5)

1. 수직방향으로 이격된 생산시설을 갖추고 있는 온실의 난방시스템으로서,
   지면으로부터 재배공간을 수직으로 이격시키도록 두개이상의 기둥을 갖고 있는 수직지지대와;
   상기 수직지지대의 아래쪽으로 U자형의 단면을 가진 보온블럭;과
   태양열집열장치를 통하여 온도를 높인 공기를 이송하는 난방파이프;를 포함하는데
   상기 파이프는 상기 보온블럭의 안쪽에 위치한 물주머니를 관통하여 지나는 것을 특징으로 하는, 수직방향으로 이격된 생산시설을 갖추고 있는 온실의 난방시스템
2. 제1항에 있어서, 상기 난방파이프는 물주머니의 중심부에 위치하도록 잠김수단을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수직방향으로 이격된 생산시설을 갖추고 있는 온실의 난방시스템
3. 제2항에 있어서, 상기 잠김수단은 무거운물건을 매달아 난방파이프를 떠오르지 않도록 하는 것과 보온블럭과 같은 단면 형태를 가지고 중앙에 나있는 구멍에 난방파이프를 고정시키는 것중 어느 하나 인것을 특징으로 하는, 수직방향으로 이격된 생산시설을 갖추고 있는 온실의 난방시스템
4. 제3항에 있어서, 상기 난방시스템은 태양열집열판을 더 포함하고 있으며 태양열집열판의 온도상승 속도에 따라 난방파이프내의 공기흐름의 속도를 조절할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, 수직방향으로 이격된 생산시설을 갖추고 있는 온실의 난방시스템
5. 제1항에 있어서, 상기 보온블럭은 보온덮개를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 수직방향으로 이격된 생산시설을 갖추고 있는 온실의 난방시스템
   
   
   

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