KR20160050001A - 공기조화 시스템 - Google Patents

Abstract

저비용으로 설치해 및 운전할 수 있는 지열을 이용한 새로운 공기조화 시스템을 제공한다.
본 발명의 공기조화 시스템(1)은 지하에 매설되어 물을 저장하고 지열을 저장하게 하는 제1 탱크(5)와, 비닐하우스(2) 내의 작업 공간(3)의 공기를 가져와 제1 탱크(5)에 보내는 흡기 경로(6)와 제1 탱크(5)로부터 작업 공간(3)의 지하를 통해 제1 탱크(5)에 다시 접속되는 순환 경로(7)와, 순환 경로(7)에서 작업 공간(3)에 배설되어 작업 공간(3)에 공기를 보내는 배기 경로(8)를 포함하여 구성된다.
순환 경로(7)는 제1 탱크(5) 내의 물 및 공기를 경로의 한쪽으로부터 송출해서 공기는 배기 경로(8)에 공급하고, 물은 제1 탱크(5)에 재공급하도록 구성된다.

Description

공기조화 시스템{AIR CONDITIONING SYSTEM}

본 발명은 지열을 이용하는 공기조화 기술에 관한 것이다.

종래에 지상의 온도(실내 온도 등)와 지중 온도의 차이를 이용하는, 즉 지열을 이용하는 공기조화 시스템이 다수 제안되고 있다.

종래 공기조화 시스템에서는, 예를 들어 지하 약 5m의 위치의 지중 온도가 연간 평균으로 15℃ 정도로 안정되고 있는 지중 온도의 특성, 즉 하절기에는 외기보다 저온이고, 동절기에는 외기보다 고온인 특성을 이용하고 있다.

예를 들어, 하기 특허문헌들에는 지열을 이용하는 구체적 방법으로서 지상에서 지중에 부동액 등의 열매체를 순환시키는 배관을 설치하여서 지중에서 지열과의 열교환을 시키는 다양한 기법이 개시되어 있다.

일본 특개 2012-097984호 공보 일본 특개 2011-179693호 공보 일본 특개 2008-096063호 공보 일본 특개 2007-333296호 공보 일본 특개 2007-333295호 공보

종래의 지열이용 시스템에서는, 고가의 자재를 이용하거나 운전 시에 큰 전력을 필요로 하는 등의 설치 비용 및 운용 코스트가 커진다고 하는 문제가 있다.

본 발명은 저비용으로 설치 및 동작시킬 수 있는 지열을 이용한 새로운 공기조화 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 공기조화 시스템은 지하에 매설되어 액상 열매체를 저장하고 지열을 저장하게 하는 제1 탱크와, 공조 대상실의 공기를 가져와 상기 제1 탱크에 보내는 흡기 경로와, 상기 제1 탱크로부터 상기 공조 대상실의 지하를 통해 상기 제1 탱크에 다시 접속되는 순환 경로와, 상기 순환 경로에서 상기 공조 대상실에 배설되어 상기 공조 대상실에 공기를 보내는 배기 경로를 포함하되, 상기 순환 경로는 상기 제1 탱크 내의 액상 열매체 및 공기를 경로의 한쪽으로부터 송출하되, 상기 공기는 상기 배기 경로에 공급하고, 상기 액상 열매체는 상기 제1 탱크에 재공급하도록 구성된다.

본 발명에서, 상기 순환 경로는 상기 공조 대상실의 지하에 수평으로 배설되어도 무방하다.

또 다른 양태에서는, 상기 순환 경로는 상기 공조 대상실의 지하에 하강 구배를 주어 배설되어 상기 경로 상의 하류 측에 설치한 제2 탱크를 통해서 상기 액상 열매체를 상기 제1 탱크에 보내도록 구성되어도 무방하다.

또한, 다른 양태에서는, 상기 공조 대상실은 공기압으로 외형이 보존(지지)되는 합성수지 필름을 외벽으로 다층으로 배치해서 이루어지는 하우스 내의 작업 공간이며, 상기 순환 경로는 또한, 상기 하우스의 주변(주연)에 설치되는 필름 고정용 기초의 내측을 통과하도록 배설되어도 무방하다.

본 발명에 의하면, 지열을 이용한 공기조화 시스템을 저비용으로 설치해 및 동작시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 공기조화 시스템 구성 요소를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 2는 흡물 경로의 구조 및 관로의 접속 방법의 일례를 나타내는 도이다.
도 3은 공기조화 시스템을 적용하는 비닐하우스의 구조를 간결하게 나타내는 도이다.
도 4는 비닐하우스에 적용한 공기조화 시스템의 배치 구성을 위로부터 본 상태를 모식적으로 나타내는 도이다.
도 5는 도 4의 B-B선 단면을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 6은 공기조화 시스템의 변형 예를 나타내는 도이다.
도 7은 공기조화 시스템의 변형 예를 나타내는 도이다.
도 8은 공기조화 시스템의 변형 예를 나타내는 도이다.
도 9는 공기조화 시스템의 변형 예를 나타내는 도이다.
도 10은 공기조화 시스템의 변형 예를 나타내는 도이다.
도 11은 도 10의 공기조화 시스템의 단면을 모식적으로 나타내는 도이다.
도 12는 공기조화 시스템의 변형 예를 나타내는 도이다.

이하, 본 발명의 공기조화 시스템(1)으로서 원예용 또는 농업용의 비닐하우스(2) 내의 공조 대상실(3)(이하, 작업 공간(3)이라고 칭함)의 공기를 조화를 이루는 시스템 구성 예에 대해서 도면을 참조해 설명한다.

도 1은 공기조화 시스템(1)의 구성을 모식적으로 나타낸다. 도 1을 참조함에 있어서 유의해야 할 점은, 도 1에서는 공기조화 시스템(1)으로 이용되는 구성요소를 개념적으로 나타낸 것에 지나지 않고, 각 구성요소의 위치 관계는 도 2 내지 5에 나타나는 점이다.

공기조화 시스템(1)은 외기 및 태양광에 노출되는 비닐하우스(2)의 작업 공간(3)이, 예를 들면 거기서 작업을 수행하는 사람에게 너무 고온 또는 저온이 되는 것을 억제하기 위해서 지열을 이용해 작업 공간(3) 내의 공기의 습도 및 온도를 작업자에게 좀더 쾌적한 상태로 조정한다.

이러한 공기조화를 수행하기 때문에, 공기조화 시스템(1)은 지하에 매설되어 액상 열매체(예를 들어, 물)를 저장하고 지열을 저장하게 하는 제1 탱크(5)와, 작업 공간(3)의 공기를 가져와 제1 탱크(5)에 보내는 흡기 경로(6)와, 제1 탱크(5)로부터 작업 공간(3)의 지하를 통해 제1 탱크(5)에 다시 접속되는 순환 경로(7)와, 순환 경로(7)에서 작업 공간(3)에 배설되어 작업 공간(3)에 공기를 보내는 배기 경로(8)를 포함하여 구성된다.

제1 탱크(5)는 전체 또는 그 대부분(본 실시 형태에서는 전체)이 지하에 매설되어 급수 경로(9)로부터 공급되는 수도물을 저장해, 물과 지중 퇴적물(예를 들면, 흙 등)을 열 교환시킴으로써, 저장하는 물로 지열을 저장하게 한다. 이것에 의해서, 제1 탱크(5) 내의 물은 계절을 불문하고, 땅속 온도(예를 들면 15℃ 정도)에 가까운 온도로 보존(유지)된다.

급수 경로(9)로부터의 제1 탱크(5)로의 급수는 반드시 계속 수행할 필요성은 없고, 제1 탱크(5) 내의 물이 소정의 수량(예를 들면, 공기와의 열교환을 수행하는데 불충분한 수량 등)까지 감소한 경우에 수행하면 좋다.

이러한 수량의 조정은 수위를 검지하는 센서 및 전자 밸브 등의 부재를 이용해서 자동으로 수행해도 무방하다.

또, 제1 탱크(5)는 내 부식성이 높은 금속(도장한 금속을 포함)이나 수지 등의 재료로 만들어진 것을 이용하면 좋고, 비용이 문제가 되지 않은 경우는 열전도율이 좀더 높은 재료로 만들어진 것을 이용하는 것이 바람직하다.

흡기 경로(6)는, 흡기구를 이루는 일단이 작업 공간(3) 내에 배치되고 타단이 제1 탱크(5) 내의 수중에 배치되도록 배설되어, 그 경로 상에 설치되는 송풍기(11)에 의해서 작업 공간(3) 내의 공기를 흡기구로부터 들이마셔 제1 탱크(5)에 보낸다. 본 실시 형태에서는, 특히, 문제가 되는 하계(夏季)의 작업 공간(3)의 기온 상승을 고려해서, 흡기 경로(6)의 흡기구는 고온 공기가 모이기 쉬운 작업 공간(3) 내의 높은 위치에 설치된다. 또, 흡기 경로(6)는 내 부식성이 높은 금속(도장한 금속을 포함)이나 수지 등의 재료로 만들어진 공지의 관재(예를 들면, 경질 염화비닐관 등)를 이용해 구성하면 좋다.

흡기 경로(6)에 흡입된 공기는 제1 탱크(5)의 바닥 부근으로 송출되어서 물을 교반 함으로써, 물과 열교환(간접적으로는 물을 통해 흙과 열교환)된다.

이것에 의해서, 하계(夏季) 등에 있어서 작업 공간(3) 내의 기온이 땅속 온도보다 높은 경우는, 공기가 제1 탱크(5) 내에서 차갑게 되며, 반대로 동계(冬季) 등에 있어서 작업 공간(3) 내의 기온이 땅속 온도보다 낮은 경우는, 공기가 제1 탱크(5) 내에서 데워진다.

본 실시 형태에서는, 작업 공간(3) 내의 공기를 흡기 경로(6)로 효율적으로 송출하기 위하여, 작업 공간(3) 내에서, 흡기 경로(6)의 흡기구로부터 가능한 한 멀어진 위치(도시의 예에서는, 흡기 경로(6)의 흡기구와 반대 측의 위치)에 송풍기(12)가 설치될 수 있다. 이것에 의해서, 흡기 경로(6)의 흡기구를 작업 공간(3) 내에 다수 배치하지 않아도, 작업 공간(3) 내의 높은 위치에 체류하기 쉬운 고온 공기를 빠짐없이 넣을 수 있다.

순환 경로(7)는 제1 탱크(5) 내의 물 및 공기를 각 경로의 한쪽으로부터 송출해서, 각 경로 내에 있어서 물과 공기를 열교환을 시킨 후, 공기는 배기 경로(8)로 공급하며, 물은 제1 탱크(5)로 재공급하도록 구성된다.

이러한 물과 공기의 흐름을 유지하기 위해서 순환 경로(7)는 배기 경로(8)와의 접속 부분 중 적어도 하류 측의 마지막 접속 부분(예를 들면, 도 1 에 있어서 좌단의 배기 경로(8)와의 접속 부분)까지 공기 및 물을 공급하는 전반부(14)와 전반부(14)로부터 공급되는 적어도 물을 제1 탱크(5)에 재공급하는 후반부(15)를 포함해서 전체적으로 약간의 하강 구배(하양 배관)를 두도록 구성된다.

순환 경로(7)의 전반부(14)는, 제1 탱크(5)의 수중(水中)에 배치되어 순환 경로(7) 내에 물을 공급하는 펌프(16)와, 펌프(16)에 의해서 공급되는 물(제1 탱크(5)로부터 흘러 넘침) 및 흡기 경로(6)로부터 제1 탱크(5)를 통해 공급되는 공기를 흐르게 하는 관로(17)로 구성된다. 이것에 의해서, 관로(17) 내에서도 공기가 물의 상부를 흐름으로써, 공기와 물 사이에서 열교환이 이루어진다.

또, 관로(17)의 상부(예를 들면, 관로(17)의 단면을 바라볼 때에, 그 절반부 중의 상부에 위치)에는, 간격을 적당히 두어 배기 경로(8)가 접속되어 제1 탱크(5) 측으로부터 공급되는 공기가 배기 경로(8)로 자연스럽게 공급된다. 또한, 관로(17)는 흡기 경로(6)와 같은 동일 재질을 이용할 수 있다.

순환 경로(7)의 후반부(15)는, 흡수성이 우수한 다공성 물질로 만들어진 흡물 경로(19)와, 흡물 경로(19)의 하류 측으로 상기 흡물 경로(19)로부터 유출하는 물을 저장하는 제2 탱크(20)와, 제2 탱크(20)에서 제1 탱크(5)로 물을 보내는 관로(21)로 구성된다. 또한, 도 1에서, 흡물 경로(19)는 편의상 빗금(해칭)으로 나타내고 있다.

도 2는 본 실시 형태로 이용하는 흡물 경로(19)의 구성 및 관로(17)의 접속 방법의 일례를 나타낸다.

흡물 경로(19)는, 예를 들면 세라믹이나 탄소 나노튜브 등의 높은 흡수성을 가지는 다공성 물질로 구성되는 복수의 각재(25)를 단면 오목형상이 되도록 길게 연결하여 만든 본체(26)와, 본체(26)의 길이 방향 중심선을 따라 형성된 홈(27) 및 본체(26) 위에 깔리는 다공성 물질의 파재(예를 들면, 각재(25)의 파편석)(28)로 구성된다. 또한, 도 1에서는, 본체(26)의 형상을 나타내기 위하여 편의상 파재(28)의 일부(도 2에서 본체(26)의 우상 부분에 전면에 깔려있는 파재(28))를 뽑아놓은(없앤) 상태를 나타낸다.

순환 경로(7)의 전반부(14)의 관로(17)는, 그 단부를, 예를 들면 흡물 경로(19)의 본체(26)의 길이 방향 중심선을 따라 홈(27)의 구석(도 2에서 좌하 구석) 안으로 끼워 넣거나, 본체(26)의 일부에 설치한 노치(29)에 끼워 넣는 등(도 2에서는 우하 옆으로 끼워 넣음)으로 흡물 경로(19)에 접속된다.

이것에 의해서, 순환 경로(7)의 전반부(14)로부터 공급되는 물은, 먼저 흡물 경로(19)[본체(26) 및 파재(28)]에 스며들고 완만하게 하류 측으로 흘러 스며들지 않은 경우에는, 본체(26)의 홈(27) 내부를 하류 측으로 흐를 수 있다.

또, 관로(17)의 단부는 다공성 물질의 파재(28) 속으로 끼워 넣어지기 때문에, 관로(17)의 단부가 개구(開口) 상태로 유지되어도 흡물 경로(19)의 주위에 간직하는 흙 등의 지중 퇴적물이 관로(17)의 단부 안으로 유입하지 않는다. 또한, 관로(17)의 단부 안으로 다공성 물질의 파재(28)가 침입한 경우에도, 원래 파재(28)가 물을 흡수 저장하여 물의 흐름을 방해할 수 있는 문제가 생기지 않는다.

다시, 도 1을 참조하면, 순환 경로(7)의 후반부(15)의 구성요소인 제2 탱크(20)에 대해서 설명한다.

제2 탱크(20)는 예를 들면 제1 탱크(5)와 같은 동일 재질로 만들어져 전체가 지중에 매설되어 흡물 경로(19)로부터 공급되는 물을 일단 저장한다. 또, 제2 탱크(20)는 관로(21)를 통해서 제1 탱크(5)와 연통하고 있기 때문에 양 제1 및 제2 탱크(5,20) 내의 수위(水位)는 대략 같아진다.

제2 탱크(20)로의 흡물 경로(19)의 접속 방법으로서는, 예를 들면 제2 탱크(20)에 개구(예를 들면 오목 형상의 개구)(30)를 형성해서 흡물 경로(19)의 본체 (26: 도 2)를 끼워 넣는 것을 생각할 수 있다.

관로(21)는 제2 탱크(20)와 제1 탱크(5) 사이에 배설되어, 살균 효과를 가지는 필터(32)를 통해 물을 제2 탱크(20)에서 제1탱크(5)로 보낸다. 관로(21)는 흡기 경로(6)나 관로(17)와 같은 동일 재질을 이용할 수 있다. 또, 필터(32)는 예를 들면, 다공질 세라믹필터 등의 무기 재료를 이용해 만들어지는 공지(公知)의 필터를 사용할 수 있다.

다음으로, 순환 경로(7)로부터 비닐하우스(2)의 작업 공간(3)에 공기를 보내는 배기 경로(8)에 대해서 설명한다.

배기 경로(8)는, 일단이 순환 경로(7) 중 전반부(14)의 관로(17)에 적당한 간격을 형성하여 접속되며, 타단이 비닐하우스(2)의 작업 공간(3) 내에 배설되어 관로(17)를 흐르는 공기를 작업 공간(3)으로 보낸다. 배기 경로(8)에 대해서도, 흡기 경로(6)나 관로(17)와 같은 동일 재질을 이용할 수 있다.

또, 배기 경로(8)에는 송풍기(35)가 설치되어 있어 제어 케이블(10)을 통해 후술한 기압 제어부(54)에 의해서 동작이 제어되어 배기 경로(8)를 이용해 소정의 타이밍으로 작업 공간(3) 내에 강하게 공기를 보낸다.

다음으로, 도 3을 참조해서, 본 실시 형태의 공기조화 시스템(1)을 적용하는 비닐하우스(2)의 구조를 간결하게 나타낸다.

비닐하우스(2)는 공기압(상세하게는, 내측의 공기압을 높이는 것)으로 외형이 지지되는 합성수지 필름(예를 들면, 폴리염화비닐 필름)을 외벽으로서 다층으로 배치해서 이루어지는 원예용이나 농업용의 작업 오두막이며, 본 실시 형태에서는 이중구조의 예를 나타낸다.

구체적으로는, 비닐하우스(2)는, 그 내부로 공기(바람)를 보내고 돔 형상으로 부풀림으로써 외벽을 이루는 합성수지제의 외측 필름(37) 및 내측 필름(38)과, 비닐하우스(2)의 전후에 두 개로 설치되는 출입구 겸 풍제실(39,40)을 포함하여 구성된다.

한쪽의 출입구 겸 풍제실(39)은 외측 필름(37) 및 내측 필름(38)을 부풀리기 위해서 이용되는 송풍기 등의 기계 설비를 제어하는 기기가 수용된 기계실(이하, 「기계실 39」(이)라고 칭함)로서 이용된다.

도 3에 나타난 바와 같이, 비닐하우스(2)의 외측 필름(37) 및 내측 필름(38)을 돔 형상으로 부풀린 경우, 내측 필름(38)과 지면 사이에는 돔 형상의 작업 공간(3)이 형성되고, 외측 필름(37)과 내측 필름(38) 사이에는 공기층(41)이 형성된다.

또, 외측 필름(37) 및 내측 필름(38)의 외측(겉)에는 로프(42)가 예를 들어 격자형상으로 고정되거나, 올려지거나 붙여져 있으므로, 비닐하우스(2)의 주연의 지중에 설치된 필름 고정용 기초(43)에, 로프(42) 중 비닐하우스(2)의 측면 방향으로 설치된 로프(43)를 연결함으로써, 비닐하우스(2)가 지면에 고정된다.

구체적으로는, 로프(42)와 필름 고정용 기초(43)는 걸림 구[예를 들면, 로프(42)에 고정한 링과 필름 고정용 기초(43)에 고정한 훅 등(모두 도시 생략)]를 통해서 연결된다.

또, 외측 필름(37) 및 내측 필름(38)의 하단부를 비닐하우스(2)의 외주 전체 길이에 걸치고 지중에 매립하는(보다 바람직하게는 필름 고정용 기초(43)에 직접적으로 고정함) 것 등으로, 작업 공간(3) 및 공기층(41)을 밀폐 상태로 하는 것도 좋다.

또, 이 경우, 작업 공간(3) 내의 기압 P0, 공기층(41)의 기압 P1, 및 외기압 P2의 관계가, P0≥P1≥P2가 되도록 각 필름(37,38)의 당김 상태를 조정하는 것이 좋다. 이것에 의해서, 적설이나 돌풍 등의 큰 압력이 외측 필름(37)에 가해지는 경우에도 이러한 압력이 공기층(41)으로 분산되기 때문에, 내측 필름(38)은 물론 외측 필름(37) 조차도 거의 진동하지 않고 안정된 상태가 유지된다.

도 4는 비닐하우스(2)에 적용한 공기조화 시스템(1)의 배치 구성을 위로부터 본 상태를 모식적으로 나타내며, 도 5는 도 4의 B-B선 단면을 모식적으로 나타낸다.

이들의 도면에 나타난 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 예를 들면 제1 탱크(5) 및 제2 탱크(20)는 모두 작업 공간(3)의 지하에 매설된다. 또, 순환 경로(7)는 비닐하우스(2)의 기계실(39) 부근의 지하에 설치된 제1 탱크(5)에서 좌우(도 4 상에서 좌우)로 1 경로씩 늘어나 비닐하우스(2)의 주연에 설치된 필름 고정용 기초(43)의 내측을 통과하도록 배설된다. 본 실시 형태에서는, 순환 경로(7)는 예를 들면 필름 고정용 기초(43)로 둘러싸진 땅속에 배설되어 작업 공간(3)의 중앙 부근(종 방향 중심선 부근)의 지중(地中)을 통해 제1 탱크(5)에 물을 재공급한다.

보다 상세하게는, 순환 경로(7: 도 1 참조)의 관로(17)는, 도 4에 나타난 바와 같이, 필름 고정용 기초(43)의 내측에서 소정의 간격을 두고 복수 경로(17a~17f)로 분기하며, 분기한 각 경로(17a~17f)가 작업 공간(3)의 중앙 부근에 매설된 흡물 경로(19)에 접속된다.

또, 도 5에 나타난 바와 같이, 순환 경로(7)를 필름 고정용 기초(43)의 내측을 관통하는 구조로 구성함으로써, 비닐하우스(2)의 설치 공사 시에, 필름 고정용 기초(43)의 설치 공사와 순환 경로(7)의 매설 공사를 한 번에 수행할 수 있기 때문에 공사 기간 및 비용의 면에서 효율적으로 공사를 수행할 수 있다.

또한, 도 4에 나타난 바와 같이, 비닐하우스(2)는 작업 공간(3)의 기압을 검출하는 센서(S1)와, 공기층(41)의 기압을 검출하는 센서(S2)와, 작업 공간(3)에 내측 필름(38)을 부풀리기 위해서 공기를 보내는 송풍기(50)와, 공기층(41)에 외측 필름(37)을 부풀리기 위해서 공기를 보내는 송풍기(51)와, 센서(S1, S2)로 검출한 기압이 소정의 조건에 이른 경우에 송풍기(35: 도 1) 및 송풍기(50,51)의 기동·정지를 제어하는 기압 제어부(54)를 구비한다. 또한, 비닐하우스(2)를 밀폐 상태로 한 경우 등, 외기압을 검출해서 비닐하우스(2) 내의 기압을 조정하는 경우에는, 외기압 검출용 센서를 별도로 설치할 수 있다.

예를 들면, 기압 제어부(54)는 작업 공간(3) 또는 공기층(41)의 공기가 너무 빠진 경우, 즉 작업 공간(3) 또는 공기층(41)의 기압의 정상값으로부터의 감소폭이 기준치를 초과한 경우에, 이에 대응하여 송풍기(50,51)를 기동해서, 작업 공간(3) 또는 공기층(41) 중 기압의 감소한 공간에 공기를 송풍한다.

또, 기압 제어부(54)는 적설이나 돌풍 등이 외적인 요인으로 특히, 내측 필름(38)이 급격하게 변형된 경우, 즉 작업 공간(3)의 기압의 정상값으로부터의 상승폭이 기준치를 초과한 경우에, 배기 경로(8)에 설치한 송풍기(35)를 기동시켜 바로 위를 향해서 강한 바람을 공급함으로써, 내측 필름(38)을 밀어올려 비닐하우스(2)의 외형을 정상적인 상태로 조정한다. 이와 같이 긴급 시에는, 복수의 송풍기(35)로부터 바로 위를 향해서 강한 바람을 보냄으로써, 적설이나 돌풍 등의 외적 요인에 의해서 비닐하우스(2)가 무너지는 종래의 문제를 해소할 수 있다.

[동작 예]

다음으로, 본 실시 형태의 공기조화 시스템(1)의 동작에 대해서 설명한다.

우선, 공기조화 시스템(1)의 기동 준비로서 흡물 경로(9)에서 제1 탱크(5)에 물이 공급되어 예를 들어 관로(17)로 일단 물이 흘러넘치게 한다. 이것에 의해, 흘러넘친 물은 관로(17) 및 흡물 경로(19)를 통해 제2 탱크(20)에 저장된다. 그리고 양 제1 및 제2 탱크(5,20)에 물이 어느 정도 모이면, 급수 경로(9)로부터의 급수를 정지해서, 공기조화 시스템(1)의 기동 준비를 완료한다.

기동 준비가 완료된 후, 작업 공간(3) 내의 송풍기(12), 흡기 경로(11)에 설치한 송풍기(11) 및 제1 탱크(5) 내의 펌프(16)를 기동한다. 이것에 의해서, 작업 공간(3)의 공기는 제1 탱크(5)에 이송되어 제1 탱크(5) 내에서 물을 교반하면서 상승함으로써 열 교환되어서, 제1 탱크(5)로부터 순환 경로(7)의 관로(17)로 압출된다.

이 공기는, 펌프(16)에 의해서 공급되는 물과 함께 순환 경로(7)의 관로(17)를 흘러서 관로(17)의 앞[예를 들면 흡물 경로(19)]으로 통과할 수 없기 때문에, 자연스럽게 배기 경로(8)로 유입해서 작업 공간(3)으로 재공급된다. 한편, 펌프(16)에 의해서 공급된 물은 관로(17)로부터 흡물 경로(19)로 흡수되어 제2 탱크(20)에 천천히 흘러 들어가서, 관로(21)를 통해서 제1 탱크(5)에 재공급된다.

상기의 일련의 흐름이 연속적으로 반복함으로써, 작업 공간(3)의 공기는 그 온도가 지중 온도보다 높은 경우에는 서서히 차갑게 되고, 반대로 그 온도가 지중 온도보다 낮은 경우에는 서서히 데워진다. 이것에 의해서, 작업 공간(3)이 고온(예를 들면 50℃)이 되는 하계(夏季)나, 저온(예를 들면 0℃)이 되는 동계(冬季)라도, 작업 공간(3) 내에서 쾌적하게 작업을 수행할 수 있다.

또, 본 발명의 공기조화 시스템(1)은 고가의 자재나 큰 전력이 필요한 기계 설비를 사용하지 않고 설치할 수 있기 때문에 설치 비용 및 운용 코스트를 낮게 억제할 수 있다.

이상, 실시 형태의 공기조화 시스템(1)에 대해서 설명했지만, 본 발명의 구성은 전술의 내용으로 한정되지 않고, 다양한 양태로 변형할 수 있다. 이하, 본 발명의 변형 예에 대해서 설명한다. 또한, 변형 예를 설명함에 있어서, 전술의 공기조화 시스템(1) 및 기타 변형 예의 구성 요소와 공통의 구성요소나, 같은 기능을 가지는 구성요소에 대해서는, 같은 명칭 또는 같은 명칭과 부호가 편의적으로 이용된 경우가 있다.

[변형 예]

도 6은 본 발명의 공기조화 시스템(61)의 구성을 모식적으로 나타낸다. 공기조화 시스템(61)이 전술의 공기조화 시스템(1: 도 1 등)과 다른 점은 예를 들면, (1) 공조 대상실이 건물(62)의 방(63)인 점, (2) 흡기 경로(6)가 방(63)의 천장 부근의 구석에서 구석(도에서는 좌단으로부터 우단)까지 배설되어 복수 설치한 흡기구로부터 실내의 공기를 가져오는 점, (3) 제1 탱크(5)에는 순환 경로(65)에 흘러넘칠 정도의 수위까지 물이 저장되어 있는 점, (4) 순환 경로(65)가 거의 수평으로 배설된 일련의 관로로 구성되어 있는 점, (5) 각 배기 경로(68)의 선단 부근에는, 횡 방향(수평)으로 공기를 송출하는 배기구가 복수 개 설치되어 있는 점, 및 (6) 각 배기 경로(68)에는, 기압 제어부(54: 도 1 등)에 의해서 제어되는 송풍기가 설치되지 않은 점이다.

공기조화 시스템(61)에서는, 흡기 경로(6)에서 제1 탱크(5)에 이송된 공기는 물을 교반하면서(물과 열 교환하면서) 상승해서, 필터(32) 측에는 흐를 수 없기 때문에, 순환 경로(65)의 한쪽(도에서는 제1 탱크(5)의 좌측)으로 흐른다. 또, 순환 경로(65)를 흐르는 공기는 배기 경로(68)와의 접속 부분을 지난 후, 필터(32)로 차단 및 포집되어 자연스럽게 배기 경로(68)로 유입되고 방(63)으로 재공급되어 방(63)의 공기를 조화를 이룬다. 또한, 제1 탱크(5)로부터 펌프(16)에 의해서 송출해지는 물은 공기와 같이 순환 경로(65)의 한쪽에 흘러 필터(32)를 통해서 제1 탱크(5)에 재공급된다. 기타 동작은 전술의 공기조화 시스템(1)과 같다. 또한, 배기 경로(68)로부터의 공기의 배출량을 크게 하고 싶은 경우는 배기 경로(68)에 송풍기를 설치해도 좋다. 이것은 송풍기가 설치되어 있는 배기 경로를 가지는 후술한 각 변형 예에서도 마찬가지이다.

도 7은 본 발명의 공기조화 시스템(71)의 구성을 모식적으로 나타낸다. 공기조화 시스템(71)에서는, 예를 들면, (1) 순환 경로(72)를 구성하는 관로(17) 및 흡물 경로(19)는 수평으로 늘어 놓아 배설되고 있는 점, 및 (2) 펌프(73)가 관로(17)의 수중에 설치되는 점, 이 구체적인 변형 개소이다. 또한, 펌프(73)는 수중 펌프나 맥동 펌프 등의 액체를 송출하는 공지의 펌프를 이용할 수 있어 혹은 프로펠러식 등의 팬을 이용해 물만 또는 가능하면 물과 공기의 양방(양쪽)을 내보내도록 해도 괜찮다.

도 8은 본 발명의 공기조화 시스템(81)의 구성을 모식적으로 나타낸다. 공기조화 시스템(81)에서는, 예를 들면, (1) 순환 경로(82)가 제1 탱크(5)에서 제2 탱크(20)에 걸치고 하강 구배를 제공하여 설치되는 관로(83)와 제2 탱크(20)와 제2 탱크(20)에서 제1 탱크(5)에 물을 보내는 관로(21)로 구성되어 있는 점, 및 (2) 관로(21)에는 제2 탱크(20)에서 제1 탱크(5)로 물을 보내는 펌프(85)가 설치되어 있는 점, 이 특징적인 변형 개소이다. 또한, 펌프(85)는 프로펠러식 등의 팬을 이용해도 괜찮다.

공기조화 시스템(81)에서는, 제1 탱크(5)에는 순환 경로(82)의 관로(83)에 흘러넘칠 정도의 물이 저장되어 있는 상태에서 펌프(85)를 작동함으로써, 제1 탱크(5)로부터 관로(83)를 내리는 물은 제2 탱크(20)를 경유해 제1 탱크(5)에 재공급되어서 이러한 물의 순환이 계속된다. 공기의 흐름에 대해서는 전술의 예와 같다.

도 9는 공기조화 시스템(91)의 구성을 모식적으로 나타낸다. 이 도에 나타난 바와 같이, 공기조화 시스템(91)의 순환경로(92)는 제1 탱크(5)에서 제2 탱크(20)에 하강 구배를 제공하여 설치되는 일련의 관로(83)와 제1 탱크(5)의 물을 관로(83)에 송출하는 펌프(16)와 제2 탱크(20)와 제2 탱크(20)에서 제1 탱크(5)에 물을 보내는 관로(21)를 포함하여 구성된다.

또 예를 들면, 전술의 각 변형 예의 설명에서는, 공기조화 시스템 (61,71,81,91)을 건물(62)에 적용하고 있지만, 공기조화 시스템(1)과 같이, 비닐하우스(2)(도 3 참조) 등의 원예용 또는 농업용의 하우스에 적용해도 무방하다.

또 예를 들면, 액상 열매체는 수도물에 한정되지 않고, 지하수나 빗물 등, 공기조화 시스템(1,61,71,81,91)의 설치 현장에서 계속 이용 가능한 물을 이용하면 좋다. 또, 액상 열매체는 물에 한정되지 않고, 열매체로서 이용 가능한 공지의 액체(점도의 비교적 작은 것이 바람직함)를 이용할 수 있다. 또한, 이러한 액체에는, 물과 기타 액체(부동액 등)를 혼합한 것도 포함된다.

또 예를 들면, 공기조화 시스템(1) 및 전술의 각 변형 예에서는, 제1 탱크(5) 및 순환 경로(7,65,72,82,92) 등의 각 구성 요소는 예를 들면, 흙 등의 지중 퇴적물 중에 배치되어 있지만, 이러한 지중 퇴적물은 흙에 한정되지 않고, 토사, 자갈, 또는 돌로 구성되어도 괜찮고, 그 외 공지의 축열재를 이용해 구성되어도 괜찮다.

또 예를 들면, 공기조화 시스템(1)의 흡기 경로(6)의 흡기구는 도 1, 도 4, 도 5에 나타난 바와 같이, 당해 경로의 다른 부위와 거의 동일한 지름의 개구가 되고 있지만, 이것에 한정되지 않는다. 예를 들면, 흡기 경로(6)의 작업 공간(3) 측의 단부는 도 10 및 도 11에 나타난 바와 같이, 작업 공간(3)의 최정상부까지의 소정의 범위(예를 들면, 작업 공간(3)의 최정상부까지의 높이 1m 및 전폭에 걸친 범위)에 상당하는 크기의 흡기구(101)로서 구성해도 무방하다. 이것에 의해서, 작업 공간(3) 내의 상부에 체류하는 비교적 고온의 공기를 흡기 경로(6)로 좀 더 확실히 가져올 수 있다.

또, 예를 들면, 실시 형태 및 각 변형 예로서 설명한 각 공기조화 시스템( 1,61,71,81,91)의 순환 경로(7,65,72,82,92)에는 하류 부근에 필터(32)가 설치되어 있지만, 수질을 유지할 수 있는 다른 수단을 강구하거나 수질 변화가 문제가 되지 않은 경우에 반드시 설치할 필요는 없다.

또 예를 들면, 공기조화 시스템(1: 도 10)은 도 12에 나타내도록 변형시켜도 괜찮다. 구체적으로는, (A) 흡기 경로(6) 및 배기 경로(8)는 모두 송풍기(11,35)를 구비하지 않고, 흡기 경로(6)의 단부가 제1 탱크(5) 내에서 액상 열매체(물 등)에 잠기지 않아도 자주, (B) 흡기 경로(6) 상에 1 또는 복수의 발전기(103)를 설치해도 좋고, (C) 외기를 제1 탱크(5)에 보내는 외기 공급 경로(105)를 설치해도 좋다.

상기 (A)의 변경 점 중, 흡기 경로(6)의 단부를 제1 탱크(5)의 액상 열매체 내에 침투시키지 않는 구성은, 흡기 경로(6)가 송풍기(11)를 구비하고 있는 경우에도 적용 가능하다. 또, 이러한 흡기 경로(6)의 배치 구성에 관한 변경 점 및 상기 (A)~(C)의 각종 변경 점은 1종류만을 적용해도 괜찮고, 복수 종류를 조합해 적용해도 좋고, 또한 공기조화 시스템(1: 도 1, 도 10)에 대해서만 적용되는 것은 아니고 다른 변형 예로서 설명한 공기조화 시스템에 대해서도 상식적인 범위에서 적용 가능하다.

상기 (A)의 흡기 경로(6) 및 배기 경로(8)가 송풍기(11,35)를 구비하지 않아도 좋은 이유는, 태양광에 의해서 가열된 작업공간(3) 내의 공기(특히 상부 부근의 공기)는 온도 상승에 따라 팽창해 압력이 증대하기 때문에 송풍기(11)를 특별히 구비하지 않아도, 작업 공간(3) 내의 유일한 공기의 출구이며, 또한 더 기압이 낮은 흡기 경로(6) 내로 힘차게 빨려 들여가 순환 경로(7) 및 배기 경로(8)로 흐르기 때문이다.

구체적으로는, 작업 공간(3)보다 제1 탱크(5) 측 쪽이 기온이 낮기 때문에, 흡기 경로(6) 내의 온도·기압은 작업 공간(3) 내부보다 낮아져서, 흡기 경로(6)의 흡기구(101) 부근에서는 작업 공간(3) 내가 가열된 공기의 압력에 대해서, 부압 상태가 되기 때문에, 공기가 흡기 경로(6) 내부에 흘러들어가게 된다. 또한, 작업 공간(3)내에는 배기 경로(8)의 배기구가 있지만, 가열된 공기는 작업 공간(3) 내의 상방에 이동함과 동시에, 작업 공간(3) 내의 하방의 공기는 온도가 낮아지므로(즉 압력도 낮다) 배기 경로(8)에 공기가 유입하는 경우는 없다. 이것에 의해서, 흡기 경로(6)에서 제1 탱크(5)에 이송되는 공기는 열기를 보존한 채로 순환 경로(7) 및 배기 경로(8)로 흘러서 그동안에 액상 열매체에 의해서 열 교환되고, 작업 공간(3)에 재공급되어 작업 공간(3) 내의 공기를 조화하는 것이 가능하다.

또, 상기 (A)의 변경 점과 함께 또는 (A)의 변경 점을 적용하지 않는 구성에 있어서, 흡기 경로(6)의 일부에서 공기의 통과하는 면적(이하, 「통기 면적」이라고 함)을 다른 부위보다 작게 해도 괜찮다. 구체적으로는, 통기 면적은 구멍을 다수 설치한 판형 부재를 흡기 경로(6) 내(예를 들면, 흡기구(101) 부근 등)에 배치하거나 내경의 것보다 작은 관재(이들의 관재의 다발이라도 좋다)를 흡기 경로(6)의 일부로서 사용하거나 또는 흡기 경로(6) 내에 고정하는 등, 국소적으로 작게 구성할 수도 있다. 이것에 의해서, 흡기 경로(6)의 통기 면적이 전체 길이에 걸쳐 균일한 경우와 비교하고, 통기 면적의 작은 개소의 전후로 압력차가 생기기 때문에, 통기 면적의 것보다 작은 개소를 통과하는 공기의 속도를 증대시킬 수 있다.

혹은, 공기조화 시스템(1) 및 전술의 각 변형 예의 흡기 경로(6)에 있어서, 그 일부 또는 전체 길이에 걸쳐서, 나선상 부재를 배치하는 등, 당해 경로의 내측을 나선형으로 구성함으로써, 당해 나선 구조를 가지지 않은 경우와 비교하고, 흡기 경로(6)에 받아들여지는 공기의 양을 크게 할 수도 있다. 이러한 구성은 전술의 흡기 경로(6)의 통기 면적을 국소적으로 작게 하는 구성과 조합해도 괜찮다.

또한, 상기 (A)의 변경 점과 같이, 흡기 경로(6)의 단부가 제1 탱크(5) 내에서 액상 열매체(물 등)에 잠기지 않는 경우, 제1 탱크(5)의 액상 열매체 내에 산기장치(107)를 배치해서 작동시키는 것이 바람직하다. 이러한 산기장치(107)는 공지의 것을 채용하면 좋고, 예를 들면, 수중에 미소한 기포를 보내 물을 교반 함으로써, 수분을 포함한 공기를 수상에 공급 가능한 것을 이용하는 것을 생각된다. 이것에 의해서, 이러한 수분을 포함한 공기가 순환 경로(7) 및 배기 경로(8)를 통해 작업 공간(3)에 공급되어 작업 공간(3) 내의 적합한 온도 조절이 촉진되어(더운 경우에는 냉각되고 추운 경우에는 데워져)와 함께 건조를 방지(습윤 상태를 유지하는 것)할 수 있다.

또, 상기 (B)와 같이, 흡기 경로(6) 상에 1 또는 복수의 발전기(103)를 설치한 경우에는, 흡기 경로(6) 내에 힘차게 흘러들어가는 공기의 양·속도를 이용해 전기를 생성할 수 있다. 또한, 설치하는 발전기(103)는 관로의 일부에 적용 가능한 공지의 것을 채용하면 좋다.

또, 상기 (C)와 같이, 외기를 제1 탱크(5)에 보내는 외기 공급 경로(105)를 설치해서 예를 들어, 작업 공간(3) 내의 기온이 작업자에게 너무 높은 경우(예를 들면, 40℃ 이상의 경우 등)에, 좀 더 저온(예를 들면, 35℃ 이하)의 외기를 제1탱크(5)에 공급함으로써, 흡기 경로(6)로부터 흘러들어가는 공기의 열교환이 촉진되어 작업 공간(3) 내의 공기조화를 효율적으로 수행할 수 있다. 또한, 외기 공급 경로(105)는 수동으로 또는 온도차(외기온과 작업 공간(3) 내의 기온의 차이)에 기초해 자동[기압 제어부(54) 등의 제어부에 의해서 자동]으로, 송풍 동작을 제어하는 것을 생각할 수 있다. 또, 외기 공급 경로(105)는 동작 정지 중은 수동으로 또는 자동으로 차단 가능하게 구성하는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 예를 들면 기압 제어부(54)는 작업 공간(3) 내의 기온이 소정 온도(예를 들면 35℃)보다 높고, 반대로 외기온도가 낮은 경우에, 송풍기(도시 생략)를 작동시켜 제1 탱크(5)에 외기를 보내는 것을 생각할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 의하면, 태양광에 의해서 가열된 공기의 압력 상승을 이용해 공기를 순환시켜서 그 공기와 지열을 열 교환(보다 상세하게는, 액상 열매체를 통해 열교환)시켜 작업 공간(3) 내를 공기 조화하는 것이 가능할 뿐만 아니라 발전도 수행할 수 있다. 또, 흡기 경로(6) 및 배기 경로(8)의 한쪽 또는 양쪽에 송풍기를 설치하지 않은 경우는, 공기조화 시스템(1)의 운전중의 전력 소비량을 극히 작게 억제할 수 있다. 즉, 본 발명에 의하면, 태양광 및 지열이 가지는 자연 에너지를 효율적으로 이용할 수 있다.

또한, 이러한 효과는 공조 대상실(2)의 작업 공간(3)이 밀폐 상태 경우에는, 작업 공간(3) 내의 상방에 체류하는 공기의 고압력 상태가 보존되기 쉬워지기 때문에 더 커지게 된다. 특히, 도 1, 도 3~5에서 설명한 2층 구조의 비닐하우스(2)에 있어서, 작업 공간(3) 및 공기층(41)을 밀폐 상태로 한경우, 동계(冬季)라도, 작업 공간(3) 내의 공기가 차가워지기 어려워짐과 동시에, 공기의 순환 및 지열과의 열교환에 의해서, 작업 공간(3)의 기온이 지중 온도(15℃ 정도)보다 높아지므로 더 쾌적한 작업 공간을 얻어을 수 있다.

1,61,71,81,91…공기조화 시스템
2…비닐하우스
3…작업 공간
5…제1 탱크
6…흡기 경로
7,65,72,82,92…순환 경로
8…배기 경로
9…급수 경로
11,12,35…송풍기
14…전반부
15…후반부
16,73,85…펌프
17,21,83…관로
19…흡물 경로
20…제2 탱크
25…각재
26…본체
27…홈
28…파재
29…노치
30…개구
32…필터
37…외측 필름
38…내측 필름
39…기계실
40…출입구 겸 풍제실
41…공기층
42…로프
43…필름 고정용 기초
62…건물
63…방
101…흡기구
103…발전기
105…외기 공급 경로
107…산기장치

Claims (4)

1. 지하에 매설되어 액상 열매체를 저장하여 지열을 축적하는 제1 탱크와, 공조 대상실의 공기를 가져와 상기 제1 탱크로 보내는 흡기 경로와, 상기 제1 탱크로부터 상기 공조 대상실의 지하를 통해서 상기 제1 탱크에 다시 접속되는 순환 경로와, 상기 순환경로에서 상기 공조 대상실에 배설되어 각 공조 대상실에 공기를 보내는 배기경로를 포함하되,
   상기 순환 경로는 상기 제1 탱크 내의 액상 열매체를 상기 제1 탱크에 재공급하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 공기조화시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 순환 경로는 상기 공조 대상실의 지하에 수평으로 매설되는 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 순환 경로는 상기 공조 대상실의 지하에 하강 구배(하향 배관)를 주고 배설되어 상기 순환 경로 상의 하류 측에 설치한 제2 탱크를 통해 상기 액상 열매체를 상기 제1 탱크에 보내는 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 공조 대상실은 공기압으로 외형이 지지되는 합성수지 필름을 외벽으로 다층 배치하여 이루어지는 하우스 내의 작업 공간이며, 상기 순환 경로는 상기 하우스의 주연(주변)에 설치되는 필름 고정용 기초의 내측을 통과하도록 배설되는 것을 특징으로 하는 공기조화 시스템.

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