KR20170128879A

KR20170128879A - 지열을 이용한 지붕 융설 시스템

Info

Publication number: KR20170128879A
Application number: KR1020160059477A
Authority: KR
Inventors: 박성구; 이준석
Original assignee: (주)지오테크
Priority date: 2016-05-16
Filing date: 2016-05-16
Publication date: 2017-11-24
Also published as: WO2017200200A1

Abstract

지열을 이용한 지붕 융설 시스템이 개시된다. 본 발명면에 따른 지열을 이용한 지붕 융설 시스템은, 지중 열교환기와의 열교환을 통해 냉난방용 열원을 생성하여 공급하는 히트펌프유닛, 히트펌프유닛에 의해 생성되고 배관을 통해 공급되는 냉난방용 열원을 저장하는 냉난방 축열탱크, 냉난방 축열탱크에 배관으로 연결되고 냉난방 축열탱크에 저장된 냉난방용 열원을 냉난방이 필요한 공간에 공급하는 냉난방 유닛, 동절기 냉난방 축열탱크에 저장된 난방용 열원과의 열교환을 통해 얻어진 온수를 경사진 건물 지붕에 쌓인 눈을 융해시키는 융설수(融雪水)로 사용하도록 구비된 융설수 공급부 및 융설수 공급부에 배관으로 연결되고 융설에 사용된 상기 융설수를 회수하여 다시 융설수 공급부에 공급하는 융설수 회수부로 이루어져, 친환경적이고 경제적인 냉난방을 구현하는 동시에 보다 효율적이며 즉각적인 지붕 융설이 행해질 수 있다.

Description

지열을 이용한 지붕 융설 시스템{Roof melting of snow system using the geothermy}

본 발명은 지붕 융설 시스템에 관한 것으로, 좀 더 구체적으로는 동절기 지열을 통해 획득된 난방용 열원으로 온수를 생성시켜 경사진 건물 지붕에 쌓인 눈을 신속하게 융해시킬 수 있도록 한 지열을 이용한 지붕 융설 시스템에 관한 것이다.

대부분의 조립식 패널로 지어진 건물이나 비닐 하우스와 같은 가건물은 구조적으로 상당히 취약하다. 따라서 폭설로 건물 지붕에 많은 양의 눈이 쌓인 경우 쌓인 눈의 무게를 감당하지 못하고 붕괴되는 사고가 빈번하게 발생되고 있다. 특히 다량의 습기를 머금은 습설(濕雪) 내린 경우 그 피해는 더욱 커지게 된다.

종래에는 폭설로 인한 피해가 예상될 경우 사람이 직접 삽이나 비와 같은 제설도구를 들고 건물 지붕에 올라가 쌓인 눈을 쓸어 내리는 방식으로 제설작업을 행하였다. 그러나 대규모 시설일 경우 인력과 장비부족으로 작업이 거의 불가능한 실정이며, 특히 지붕 접근이 어려워 신속 대처가 사실상 불가능하며 낙상과 같은 안전사고의 위험이 있다.

이에 지붕에 전기 코일을 배설하여 지붕 융설(融雪, melting snow)을 도모하고자 한 기술이 제안되었다. 그러나 전기 코일 방식의 경우 누전이나 합선 등에 의한 화재의 위험이 있고, 가격이 고가이기 때문에 비용부담이 크며, 특히 많은 전력 소비로 유지에도 비용소요가 크기 때문에 실제 적용사례는 그리 많지 않은 실정이다.

이에 따라, 지지구조나 지붕의 강도가 취약한 건물에서의 효율적인 제설을 위한 대책, 즉 폭설에 따른 피해를 효과적으로 방지하면서도 시스템 운영에 있어 효율성을 확보할 수 있는 제설을 위한 대비책 마련이 시급한 실정이다.

대한민국 특허공개 제2015-0019176호(공개일 2015.02.25)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 동절기 지열을 통해 획득된 난방용 열원을 이용하여 건물 지붕에 쌓인 눈을 신속하게 융해시킬 수 있도록 시스템을 구성함으로써, 효율적이며 즉각적인 지붕 융설과 함께 친환경적이고 경제적인 냉난방을 동시에 구현할 수 있는 지열을 이용한 지붕 융설 시스템을 제공하고자 하는 것이다.

과제 해결을 위한 수단으로서 본 발명의 실시 예에 따르면,

지중 열교환기와의 열교환을 통해 냉난방용 열원을 생성하여 공급하는 히트펌프유닛;

상기 히트펌프유닛에 의해 생성되고 배관을 통해 공급되는 냉난방용 열원을 저장하는 냉난방 축열탱크;

상기 냉난방 축열탱크에 배관으로 연결되고 냉난방 축열탱크에 저장된 상기 냉난방용 열원을 냉난방이 필요한 공간에 공급하는 냉난방 유닛;

동절기 상기 냉난방 축열탱크에 저장된 난방용 열원과의 열교환을 통해 얻어진 온수를 경사진 건물 지붕에 쌓인 눈을 융해시키는 융설수(融雪水)로 사용하도록 구비된 융설수 공급부; 및

상기 융설수 공급부에 배관으로 연결되고 융설에 사용된 상기 융설수를 회수하여 다시 상기 융설수 공급부에 공급하는 융설수 회수부;를 포함하는 지열을 이용한 지붕 융설 시스템을 제공한다.

본 발명의 실시 예에서 상기 융설수 공급부는, 상기 융설수가 저장되며, 열교환기를 통해 상기 냉난방 축열탱크의 난방용 열원과 열교환 가능하도록 연결된 융설수 공급탱크, 건물 지붕에 설치되며 좌우 양측 또는 일측에 길이방향으로 복수의 융설수 분사구멍 또는 융설수 분사노즐이 형성되고 융설수 공급관을 통해 상기 융설수 공급탱크로부터 융설수를 공급받아 건물 지붕에 분사하는 융설수 분사관 및 상기 융설수 공급관에 설치되며, 융설수 공급탱크에 저장된 융설수를 흡입하여 일정 압력으로 상기 융설수 분사관 측에 토출하는 융설수 공급펌프(54)를 포함하는 구성일 수 있다.

본 발명의 실시 예에서 상기 융설수 회수부는, 지붕을 따라 흘러내린 융설수의 집수를 위해 상기 경사진 건물 지붕의 하단 가장자리를 따라 설치되는 상부가 개구된 원통형 또는 각형 단면의 융설수 집수통, 지중에 매설되며, 제1 환수관을 통해 상기 융설수 집수통으로부터 유입된 융설수가 저장되는 제1 융설수 환수탱크, 지상에 설치되며 제2 환수관을 통해 상기 제1 융설수 환수탱크로부터 유입된 융설수가 저장되는 제2 융설수 환수탱크 및 상기 제2 융설수 환수탱크와 융설수 공급탱크를 연결하는 제3 환수관에 설치되며 상기 제2 융설수 환수탱크에 저장된 융설수를 흡입하여 일정 압력으로 상기 융설수 공급탱크 측에 토출하는 환수펌프를 포함하는 구성일 수 있다.

이때, 상기 환수펌프의 융설수 유입 측에는 제3 환수관을 따라 유동되는 융설수 내 이물질을 필터링하는 필터부재가 설치될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 또한, 상기 제2 융설수 환수탱크에 설치되며, 제2 융설수 환수탱크에 채워지는 융설수의 수위를 검출하고 검출된 수위정보를 전기신호 형태로 외부의 콘트롤러에 출력하는 수위센서를 더 포함할 수 있으며, 상기 수위센서를 통해 검출된 제2 융설수 환수탱크의 수위정보가 상기 콘트롤러에 사전에 입력된 한계수위에 도달하면, 상기 콘트롤러에 의해 상기 환수펌프의 가동 중지를 위한 제어가 실행될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 또한, 상기 건물 지붕에 설치되며, 적설량을 검출하고 검출된 적설정보를 전기신호 형태로 외부의 콘트롤러에 출력하는 적설심도계를 더 포함할 수 있으며, 상기 적설심도계를 통해 검출된 적설정보가 상기 콘트롤러에 사전에 입력된 융설 시스템의 가동 기준이 되는 기준 적설높이(H)에 도달하면, 상기 콘트롤러에 의해 지붕 융설 시스템을 가동시키는 제어가 실행될 수 있다.

이때 상기 기준 적설높이(H)는 40mm 내지 60mm 일 수 있으며, 상기 지붕 융설 시스템의 가동으로 적설심도계를 통한 적설 관측 값이 10mm 이하로 떨어지면, 콘트롤러에 의해 상기 지붕 융설 시스템의 가동을 중지를 위한 제어가 실행될 수 있다.

본 발명의 실시 예는 또한, 상기 융설수 공급부 및 융설수 회수부의 결빙 방지를 위해 콘트롤러에 사전 입력된 설정 주기로 상기 지붕 융설 시스템이 가동되도록 구성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 지열을 이용한 지붕 융설 시스템에 의하면, 동절기 지열을 통해 획득된 난방용 열원을 이용하여 건물 지붕에 쌓인 눈을 신속하게 융해시켜 제거한다. 이에 따라 신속한 제설이 이루어지지 못함에 따른 많은 적설로 가건물 지붕이나 비닐하우스 등이 붕괴되는 사고를 확실하게 예방할 수 있다.

더욱이, 지열을 이용한 소정 온도(약 45℃~48℃)의 융설수를 사용함에 따라, 시스템 유지에 비용소요가 크지 않아 경제성 측면에 유리함이 있고, 친환경적이고 경제적인 냉난방을 동시에 구현할 수 있으며, 적설심도계의 관측 값(적설량)에 따라 융설 시스템이 자동으로 가동되므로 즉각적인 지붕 융설과 시스템의 운용의 효율성을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 지열을 이용한 지붕 융설 시스템의 계통도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 지붕 융설 시스템에 적용되는 융설수 분사구조에 관한 바람직한 일 실시 예를 도시한 도면.
도 3은 융설수 분사구조에 관한 바람직한 다른 실시 예를 도시한 도면.
도 4는 융설수 회수부의 설치 예시도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 지붕 융설 시스템이 적용되는 건물을 위에서 바라본 도면.

이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 상세히 설명하기로 한다.

명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 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 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사 용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에" 와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는" 과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다

이하, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일한 구성 요소에 대해서는 동일도면 참조부호를 부여하기로 하며 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 지열을 이용한 지붕 융설 시스템의 계통도가 도시되어 있다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 지열을 이용한 지붕 융설 시스템은, 지중 열교환기(10) 및 냉난방용 열원을 생성하여 공급하는 히트펌프유닛(20)을 포함한다. 지중 열교환기(10)는 지중에 매립된 지중루프(12)를 포함하며, 히트펌프유닛(20)은 지상에서 상기 지중 열교환기(10)와 열교환을 통해 냉난방용 열원을 생성하여 공급할 수 있도록 구비된다.

지중 열교환기(10)는 지중에 매립 설치되어 지중의 열 또는 냉기를 집열하는 지중루프(12)를 포함한다. 지중의 열 또는 냉기 집열을 위해 열전달 유체가 사용되며, 상기 열전달 유체가 순환 이동될 수 있도록 상기 지중루프(12)를 포함하는 지중 열교환기(10)는 그 내부에 유로를 형성한 배관구조로 형성될 수 있다.

열전달 유체로는 물, 부동액, 염수 등이 사용될 수 있다. 그리고 지중에 매립되는 상기 지중루프(12)는 도면의 예시와 같이, 연속적으로 절곡된 파형이나 U자형 구조를 비롯해 효율적인 집열을 도모할 수 있는 모든 형태를 포함할 수 있다. 또한 지중루프(12) 내면에는 열교환 면적의 증대 및 높은 열전도를 위해 돌기(미도시)가 형성될 수도 있다.

돌기는 상기 지중루프(12)의 내주면을 따라 길이 방향으로 연속(連續)되는 나선형 구조로 이루어지거나, 지중루프(12)의 내주면을 따라 길이 방향으로 단속(斷續, 끊겼다 이어졌다 함)적으로 형성된 나선형 구조로 이루어질 수 있다. 또한 나선 형태에 있어서도 단일나선(single spiral)이나 이중이상 다중나선(multi spiral)형 구조가 적용될 수 있다.

지중루프(12)는 속이 빈 단일 중공관 형태뿐 아니라, 외부 유공관 안에 내부 유공관이 삽입된 이중 유공관 구조도 포함할 수 있다. 지중루프(12)는 대략 15℃ 정도를 상시 유지하는 깊이에 매설될 수 있다. 바람직하게는, 지면으로부터 약 50m 에서 깊게는 200m 깊이로 매설될 수 있다. 물론 지반 상태나 암질에 따라 매설 깊이는 달라질 수 있다.

지중루프(12)를 제외한 지중 열교환기(10), 즉 지상 측으로 연장된 지중 열교환기(10)는 지상의 히트펌프유닛(20)에 연결된다. 히트펌프유닛(20)은 구체적으로 도시하지는 않았으나, 압축기, 팽창밸브, 열교환기, 배관유닛, 그리고 열전달 유체의 흐름을 바꾸거나 이동을 단속하는 복수의 밸브들(삼방밸브 및 사방밸브)을 포함하는 공지의 구성일 수 있다.

히트펌프유닛(20)은 주름진 열교환기를 사용하는 간접 가열식 혹은 온수탱크에 직수를 흘려 열전달 유체를 이용해 직접 가열 또는 냉각시키는 직접 가열식 등 공지된 모든 형태의 히트펌프가 적용될 수 있으며, 지중 열교환기(10)와의 열교환을 통해 생성된 냉난방용 열원을 저장하는 냉난방 축열탱크(30)가 히트펌프유닛(20)에 배관(P1)으로 연결된다.

냉난방 축열탱크(30)는 상기 히트펌프유닛(20)에 의해 생성되고 상기 배관(P1)을 통해 공급되는 냉난방용 열원(히트펌프유닛 내에서의 열교환을 통해 소정의 온도로 가열된 온수 또는 소정의 온도로 냉각된 냉수)을 저장한다. 냉난방 축열탱크(30)는 그 내부에 상기 냉난방용 열원이 채워지는 소정 체적의 수용공간이 형성되며 단열재로 둘러싸인 구성일 수 있다.

냉난방 축열탱크(30)는 시스템의 설비 규모에 따라 단수 혹은 둘 이상 복수로 형성될 수 있으며, 냉난방 대상 공간에 배치되는 냉난방 유닛(40)에 배관(P2)을 통해 상기 냉방용 열원을 공급할 수 있도록 연결된다. 이에 따라 냉난방 축열탱크(30)에 저장된 냉난방용 열원은 상기 배관(P2)을 통해 냉난방이 필요한 공간의 냉난방 유닛(40)에 공급될 수 있다.

냉난방 축열탱크(30)의 냉난방용 열원 중 겨울철 난방용으로 저장되는 난방용 열원은 건물 지붕에 쌓인 눈을 융해시켜 제거하는 융설수(融雪水)를 가열시키기 위한 열원으로 사용된다. 즉 동절기 냉난방 축열탱크(30)에 저장된 난방용 열원과의 열교환을 통해 얻어진 온수를 경사진 건물 지붕에 쌓인 눈을 융해시키는 융설수로 사용하도록 융설수 공급부(50)가 구비된다.

융설수 공급부(50)는 바람직하게, 융설수 공급탱크(52), 융설수 분사관(58), 그리고 융설수 공급펌프(54)를 포함할 수 있다. 융설수 공급탱크(52)에는 융설을 위한 융설수가 저장되며, 융설수 분사관(58)은 융설수 공급탱크(52)로부터 융설수를 공급받아 눈이 쌓인 건물 지붕에 분사한다. 그리고 융설수 공급펌프(54)는 융설수가 융설수 분사관(58)에 공급될 수 있도록 구동된다.

융설수 공급탱크(52)는 열교환기(35)를 통해 상기 냉난방 축열탱크(30)의 난방용 열원과 열교환 가능하도록 연결될 수 있다. 융설수 공급탱크(52)에 융설용 유체로 저장되는 융설수로는 물이 사용될 수 있다. 물론 겨울철 결빙을 고려하면 에틸 알코올 주성분으로 하는 부동액에 물을 일정 비율로 혼합시킨 용액이 사용될 수 있으며, 염수도 사용 가능하다.

융설수 분사관(58)은 융설이 필요한 건물 지붕을 따라 설치될 수 있다. 융설수 분사관(58)은 융설수 공급관(56)을 통해 상기 융설수 공급탱크(52)로부터 융설수를 공급받을 수 있도록 구비되며, 도 2의 예시와 같이, 좌우 양측 또는 일측에 길이방향으로 복수의 융설수 분사구멍 또는 융설수 분사노즐(580)이 형성된 구성일 수 있다.

물론 도 2의 예시와 같은 직관 구조의 융설수 분사관(58)으로 한정되는 것은 아니다. 건물의 구조나 형태에 따라 곡관이나 절곡된 형태로 형성될 수 있으며, 그 길이나 개수 배치 형태에 있어 특별한 제한이 있는 것은 아니다. 또한 분사구멍 또는 분사노즐의 배치 형태나 간격 역시도 건물 구조나 형태에 따라 얼마든지 달라질 수 있다.

도 3의 바람직한 다른 예시와 같이, 지붕 최상부를 따라 배치된 선형부재(112)와, 선형부재(112)를 따라 왕복 이동되는 무버(Mover, 114)로 구성된 리니어 모터(110) 방식이 사용될 수도 있다. 이 경우 상기 무버(114)에 융설수가 분사되는 분사관(58)의 단부(580b)가 고정될 수 있으며, 따라서 분사관(580b)이 선형부재(112)를 따라 이동되는 무버(114)에 의해 좌우로 이동되면서 융설수를 분사하게 된다.

융설수 공급펌프(54)는 도 1에 도시된 바와 같이, 융설수 공급관(56)에 설치된다. 융설수 공급펌프(54)는 융설수 공급탱크(52)에 저장된 융설수를 흡입하여 일정 압력으로 상기 융설수 분사관(58) 측에 토출시키며, 건물 형태나 구조에 따라 달라지는 요구 양정에 따라 회전형, 베인형, 기어형, 플런져 구조 등 공지된 모든 형태의 유체펌프가 사용될 수 있다.

도 4는 융설수 회수부가 설치된 건물을 예시한 도면이다.

도 4 및 앞선 도 1을 참조하면, 융설에 사용된 상기 융설수를 회수하여 다시 상기 융설수 공급부(50)에 공급하도록 융설수 회수부(60)가 배관을 통해 상기 융설수 공급부(50)에 연결된다. 융설수 회수부(60)는 바람직하게, 융설수 집수통(62), 제1 융설수 환수탱크(64), 제2 융설수 환수탱크(66) 및 환수펌프(69), 그리고 복수의 환수관(63, 65, 67)을 포함할 수 있다.

융설수 집수통(62)은 지붕을 따라 흘러내린 융설수의 집수를 위해 상기 경사진 건물 지붕의 하단 가장자리(도 4의 (a)) 또는 건물 옥상 가장자리를 따라 설치(도 4의 (b))될 수 있다. 바람직하게는, 상부가 개구된 원통형 또는 각형 단면의 길이방향으로 긴 물받이 형태나 상구가 개구된 원통형의 집수구 형태로 구성될 수 있다.

융설수 집수통(62)에는 상기 제1 융설수 환수탱크(64)가 제1 환수관(63)을 통해 융설수 유동 가능하게 연결된다. 제1 환수관(63)은 융설수 집수통(62)으로부터 지면을 향해 연장되고 일부는 지중에 매립되는 형태로 설치될 수 있으며, 지중에서 상기 제1 융설수 환수탱크(64)에 연결된다. 이에 따라 제1 환수관(63)을 따라 이동된 융설수는 제1 융설수 환수탱크(64)에 임시 저장된다.

제1 융설수 환수탱크(64)는 건물 주변의 지중에 매설될 수 있다. 겨울철 낮은 외기에 의해 내부에 저장된 융설수가 결빙되는 것을 막고, 제1 환수관(63)을 따라 흘러내리는 융설수의 유동성 측면에서 유리하기 때문이다. 도 4의 예시와 같이 건물 바닥 중앙 하부나 건물 측부의 지중에 매설될 수 있으나, 특정 위치로 매설 위치가 정해지는 것은 아니다.

제2 융설수 환수탱크(66)는 지상에 설치될 수 있다. 물론 제1 융설수 환수탱크(64)와 마찬가지로 지중에 매설될 수도 있다. 제2 융설수 환수탱크(66)는 제2 환수관(65)을 통해 상기 제1 융설수 환수탱크(64)와 연결된다. 이에 따라 제1 융설수 환수탱크(64)에 임시 저장된 융설수는 후술하게 될 환수펌프(69) 구동으로 제2 환수관(65)을 거쳐 제2 융설수 환수탱크(66)에 유입된다.

도면에는 바람직한 실시 예로서, 두 개의 융설수 환수탱크를 사용하는 실시 예를 예시하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 경우에 따라서는 제1 융설수 환수탱크(64)나 제2 융설수 환수탱크(66) 중 하나가 생략될 수 있으며, 시스템 설비 규모에 따라 제3, 제4 융설수 환수탱크(미도시)가 추가적으로 배치될 수도 있다.

환수펌프(69)는 제2 융설수 환수탱크(66)와 전술한 융설수 공급탱크(52)를 연결하는 제3 환수관(67)에 설치될 수 있다. 환수펌프(69)는 제2 융설수 환수탱크(66)에 저장된 융설수를 흡입하여 일정 압력으로 상기 융설수 공급탱크(52) 측에 토출하며, 제1, 제2 융설수 환수탱크(66)의 용량 및 이격 거리에 따라 달라지는 요구 양정에 맞춰 다양한 양태의 유체펌프가 사용될 수 있다.

환수펌프(69)의 융설수 유입 측에는 필터부재(68)가 설치될 수 있다. 필터부재(68)는 스트레이너(strainer)를 비롯하여 공지된 모든 형태의 여과체를 포함할 수 있으며, 제3 환수관(67)을 따라 유동되는 융설수 내 이물질을 필터링하여 이물질이 환수펌프(69)의 성능에 끼치는 악영향 및 관내 고착 혹은 이물질에 의한 융설수 분사관(58)의 막힘을 방지한다.

제2 융설수 환수탱크(66)에는 수위센서(70)가 설치될 수 있다. 수위센서(70)는 전기저항방식 초음파 레벨링방식 등을 포함하여 공지의 모든 형태의 수위 검출 방식이 적용될 수 있으며, 제2 융설수 환수탱크(66)에 채워지는 융설수의 수위를 검출하고 검출된 수위정보를 전기신호 형태로 시스템을 통제하는 외부의 콘트롤러(100)에 출력한다.

콘트롤러(100)에는 제2 융설수 환수탱크(66)의 저장한계용량과 관련하여 한계수위가 설정 입력될 수 있다. 따라서 수위센서(70)를 통해 검출된 제2 융설수 환수탱크(66)의 수위정보가 상기 콘트롤러(100)에 사전에 입력된 한계수위에 도달하면, 콘트롤러(100)에 의해 상기 환수펌프(69)의 가동 중지를 위한 제어가 실행될 수 있다.

바람직하게는, 융설수의 수위가 상기 한계수위에 달하면 제2 융설수 환수탱크(66)에 임시 저장된 융설수의 일부를 외부에 방류하도록, 제2 융설수 환수탱크(66)의 일측에는 융설수 배출관(90, 도 4 (a) 참조)이 배관될 수 있으며, 융설수 배출관(90)에는 수위 검출정보에 따라 상기 콘트롤러(100)의 통제로 개폐되는 전자제어밸브(92)가 설치될 수도 있다.

도 5에는 본 발명의 실시 예에 따른 지붕 융설 시스템이 적용되는 건물을 위에서 바라본 도면이 도시되어 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 건물 지붕에는 적설심도계(Depth of snow cover meter, 80)가 설치될 수 있다. 적설심도계(80)는 초음파를 발사해 목표물에 부딪혀 되돌아오는 반사파로부터 적설량을 감지하는 초음파방식 혹은 적외선을 이용하여 적설량을 감지하는 광학식 구성일 수 있으며, 검출한 적설정보를 전기신호 형태로 외부의 콘트롤러(100)에 출력한다.

콘트롤러(100)에는 융설 시스템의 가동 기준이 되는 기준 적설높이(H)가 설정 입력될 수 있다. 이 경우 적설심도계(80)를 통해 검출된 지붕에 쌓인 눈의 양을 나타내는 적설량이 상기 콘트롤러(100)에 사전에 입력된 기준 적설높이(H)에 도달하면, 콘트롤러(100)에 의해 상기 본 발명에 따른 융설 시스템을 가동시키기 위한 제어가 실행될 수 있다.

기준 적설높이(H)는 바람직하게, 40mm 내지 60mm 일 수 있다. 하지만 건물 지붕의 형태나 구조에 따라 지붕이 견딜 수 있는 눈의 하중이 달라질 수 있기 때문에 특별히 상기 수치범위로 한정되는 것은 아니며, 지붕 융설 시스템의 가동으로 적설 관측 값이 10mm 이하로 떨어지면, 콘트롤러(100)에 의해 지붕 융설 시스템의 가동을 중지를 위한 제어가 실행될 수 있다.

한편 본 발명의 실시 예는 또한, 콘트롤러(100)에 사전 입력된 설정 주기 또는 외기 온도에 따라 지붕 융설 시스템이 가동되도록 구성될 수도 있다. 이는 겨울철 융설수 공급부(50) 및 융설수 회수부(60)의 결빙을 방지하기 위한 것으로, 적설량이 많지 않아 시스템이 장시간 가동되지 않으면 융설수의 결빙으로 치명적인 동파사고 발생될 수 있기 때문이다.

이상 살펴본 본 발명의 실시 예에 따른 지열을 이용한 지붕 융설 시스템에 의하면, 동절기 지열을 통해 획득된 난방용 열원을 이용하여 건물 지붕에 쌓인 눈을 신속하게 융해시켜 제거한다. 이에 따라 신속한 제설이 이루어지지 못함에 따른 많은 적설로 가건물 지붕이나 비닐하우스 등이 붕괴되는 사고를 확실하게 예방할 수 있다.

이상의 본 발명의 상세한 설명에서는 그에 따른 특별한 실시 예에 대해서만 기술하였다. 하지만 본 발명은 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정되는 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

10 : 지중 열교환기 12 : 지중루프
20 : 히트펌프유닛 30 : 냉난방 축열탱크
35 : 열교환기 40 : 냉난방 유닛
50 : 융설수 공급부 52 : 융설수 공급탱크
54 : 융설수 공급펌프(54) 56 : 융설수 공급관
58 : 융설수 분사관 580 : 분무노즐
60 : 융설수 회수부 62 : 융설수 집수통
63 : 제1 환수관 64 : 제1 융설수 환수탱크
65 : 제2 환수관 66 : 제2 융설수 환수탱크
67 : 제3 환수관 68 : 필터부재
69 : 환수펌프 70 : 수위센서
90 : 융설수 배출관 92 : 전자제어밸브
80 : 적설심도계 100 : 콘트롤러

Claims

지중 열교환기(10)와의 열교환을 통해 냉난방용 열원을 생성하여 공급하는 히트펌프유닛(20);
상기 히트펌프유닛(20)에 의해 생성되고 배관을 통해 공급되는 냉난방용 열원을 저장하는 냉난방 축열탱크(30);
상기 냉난방 축열탱크(30)에 배관으로 연결되고 냉난방 축열탱크(30)에 저장된 상기 냉난방용 열원을 냉난방이 필요한 공간에 공급하는 냉난방 유닛(40);
동절기 상기 냉난방 축열탱크(30)에 저장된 난방용 열원과의 열교환을 통해 얻어진 온수를 경사진 건물 지붕에 쌓인 눈을 융해시키는 융설수(融雪水)로 사용하도록 구비된 융설수 공급부(50); 및
상기 융설수 공급부(50)에 배관으로 연결되고 융설에 사용된 상기 융설수를 회수하여 다시 상기 융설수 공급부(50)에 공급하는 융설수 회수부(60);를 포함하는 지열을 이용한 지붕 융설 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 융설수 공급부(50)는,
상기 융설수가 저장되며, 열교환기(35)를 통해 상기 냉난방 축열탱크(30)의 난방용 열원과 열교환 가능하도록 연결된 융설수 공급탱크(52);
건물 지붕에 설치되며, 좌우 양측 또는 일측에 길이방향으로 복수의 융설수 분사구멍 또는 융설수 분사노즐이 형성되고, 융설수 공급관(56)을 통해 상기 융설수 공급탱크(52)로부터 융설수를 공급받아 건물 지붕에 분사하는 융설수 분사관(58); 및
상기 융설수 공급관(56)에 설치되며, 융설수 공급탱크(52)에 저장된 융설수를 흡입하여 일정 압력으로 상기 융설수 분사관(58) 측에 토출하는 융설수 공급펌프(54);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 지열을 이용한 지붕 융설 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 융설수 회수부(60)는,
지붕을 따라 흘러내린 융설수의 집수를 위해 상기 경사진 건물 지붕의 하단 가장자리를 따라 설치되는 상부가 개구된 원통형 또는 각형 단면의 융설수 집수통(62);
지중에 매설되며, 제1 환수관(63)을 통해 상기 융설수 집수통(62)으로부터 유입된 융설수가 저장되는 제1 융설수 환수탱크(64);
지상에 설치되며, 제2 환수관(65)을 통해 상기 제1 융설수 환수탱크(64)로부터 유입된 융설수가 저장되는 제2 융설수 환수탱크(66); 및
상기 제2 융설수 환수탱크(66)와 융설수 공급탱크(52)를 연결하는 제3 환수관(67)에 설치되며, 상기 제2 융설수 환수탱크(66)에 저장된 융설수를 흡입하여 일정 압력으로 상기 융설수 공급탱크(52) 측에 토출하는 환수펌프(69);를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 지열을 이용한 지붕 융설 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 환수펌프(69)의 융설수 유입 측에 설치되며, 제3 환수관(67)을 따라 유동되는 융설수 내 이물질을 필터링하는 필터부재(68);를 더 포함하는 지열을 이용한 지붕 융설 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 제2 융설수 환수탱크(66)에 설치되며, 제2 융설수 환수탱크(66)에 채워지는 융설수의 수위를 검출하고 검출된 수위정보를 전기신호 형태로 외부의 콘트롤러(100)에 출력하는 수위센서(70);를 더 포함하며,
상기 수위센서(70)를 통해 검출된 제2 융설수 환수탱크(66)의 수위정보가 상기 콘트롤러(100)에 사전에 입력된 한계수위에 도달하면, 상기 콘트롤러(100)에 의해 상기 환수펌프(69)의 가동 중지를 위한 제어가 실행되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 지붕 융설 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 건물 지붕에 설치되며, 적설량을 검출하고 검출된 적설정보를 전기신호 형태로 외부의 콘트롤러(100)에 출력하는 적설심도계(80);를 더 포함하며,
상기 적설심도계(80)를 통해 검출된 적설정보가 상기 콘트롤러(100)에 사전에 입력된 융설 시스템의 가동 기준이 되는 기준 적설높이(H)에 도달하면, 상기 콘트롤러(100)에 의해 지붕 융설 시스템을 가동시키는 제어가 실행되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 지붕 융설 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 기준 적설높이(H)는 40mm 내지 60mm 이며,
상기 지붕 융설 시스템의 가동으로 적설심도계(80)를 통한 적설 관측 값이 10mm 이하로 떨어지면, 콘트롤러(100)에 의해 상기 지붕 융설 시스템의 가동을 중지를 위한 제어가 실행되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 지붕 융설 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 융설수 공급부(50) 및 융설수 회수부(60)의 결빙 방지를 위해 콘트롤러(100)에 사전 입력된 설정 주기로 상기 지붕 융설 시스템이 가동되는 것을 특징으로 하는 지열을 이용한 지붕 융설 시스템.