KR20180057070A - 식물재배 시설물 냉방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 식물재배 시설물 냉방시스템을 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템은 천연 지하수, 해양심층수 등의 천연 저온수를 열교환 냉매로 사용하여 식물재배 시설물의 내부를 냉각시킴으로써 설정온도의 열교환 냉매를 생성시키기 위한 에너지소비가 절감되면서 냉방 기능의 향상이 도모되고, 자연친화적인 냉방시스템 구성이 가능해지면서 식물 재배환경의 인공적인 요소들을 줄일 수 있으며, 외부 공기가 열교환기를 통과하여 냉각 공기로 변환되는 과정에서 결로 현상으로 발생되는 물방울이 수집되어 식물재배 시설물의 외벽이나 지붕에 분무됨으로써 증발 잠열에 의한 온도 하강이 유도되어 냉방 기능의 추가적인 향상이 도모되는 기술적 특징을 갖는다.
본 발명에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템은 열교환 냉매가 유동하는 냉매관(11)이 설정패턴으로 배열되고, 외부 공기가 통과하게 되며, 외부 공기가 냉매관(11)과의 접촉에 의한 열교환으로 냉각 공기로 변환되도록 하는 열교환기(10)와; 열교환기(10) 하부에 배치되고, 외부 공기의 열교환기(10) 통과시 발생되는 결로현상에 의한 물방울이 수집되는 결로 수집구(20)와; 결로 수집구(20)에 연결되어 물을 전달받아 이동시키는 집수 배관(30)과; 집수 배관(30)이 연결되어 물을 전달받아 저장시키는 결로 수집형 저장탱크(40)와; 결로 수집형 저장탱크(40)로부터 물을 전달받게 되고, 식물이 재배되는 내부공간(2)을 갖는 식물재배 시설물(1)의 외벽(1b)과 지붕(1a) 중에서 선택된 어느 하나의 표면으로 물을 분무하여 증발 잠열에 의해 식물재배 시설물(1)의 내부공간 온도 하강을 유도하는 물 분사장치(50)를 포함하여, 열교환기(10)를 통과한 냉각 공기가 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)으로 유입되면서 내부공간(2)에 대한 냉방 기능이 수행되도록 한다.

Description

식물재배 시설물 냉방시스템{Plant cultivation facility cooling system}

본 발명은 식물재배 시설물 냉방시스템에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 천연 지하수, 해양심층수 등의 천연 저온수를 열교환 냉매로 사용하여 식물재배 시설물의 내부를 냉각시킴으로써 설정온도의 열교환 냉매를 생성시키기 위한 에너지소비가 절감되면서 냉방 기능의 향상이 도모되고, 자연친화적인 냉방시스템 구성이 가능해지면서 식물 재배환경의 인공적인 요소들을 줄일 수 있으며, 외부 공기가 열교환기를 통과하여 냉각 공기로 변환되는 과정에서 결로 현상으로 발생되는 물방울이 수집되어 식물재배 시설물의 외벽이나 지붕에 분무됨으로써 증발 잠열에 의한 온도 하강이 유도되어 냉방 기능의 추가적인 향상이 도모되는 식물재배 시설물 냉방시스템에 관한 것이다.

현재 유리온실, 비닐하우스 등의 식물재배 시설물을 통한 각종 농산물의 생산이 활발하게 이루어지고 있다. 이와 같은 식물재배 시설물은 내부공간이 외부로부터 차단되는 구조임에 따라 내부공간의 온도를 인위적으로 조절할 필요가 있다. 그리고 낮 시간동안의 강한 햇빛이나 여름철 햇빛에 의해서 내부공간의 온도가 급상승할 수 있는데, 이를 방지하기 위한 냉방시스템을 식물재배 시설물에 구축할 필요가 있다. 또한 딸기와 같은 저온 생장작물을 식물재배 시설물에서 재배하기 위해서는 고효율의 냉방시스템이 필요하다.

이와 같은 식물재배 시설물의 냉방시스템과 관련한 기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0019195호 "식물공장 냉방시스템의 구조" 등이 안출되어 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 냉방시스템의 경우, 열교환기를 통과하여 냉각된 냉각 공기가 식물재배 시설물의 내부공간으로 단순 공급되는 구조여서 냉방 효율을 증대시키는데 한계가 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2014-0019195호 "식물공장 냉방시스템의 구조"

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 한계를 극복하기 위한 것으로, 외부 공기가 열교환기를 통과하여 냉각 공기로 변환되는 과정에서 결로 현상으로 발생되는 물방울이 결로 수집구, 집수 배관, 결로 수집형 저장탱크를 통해 수집되도록 하고, 결로 수집형 저장탱크에 연결된 물 분사장치에 의해 식물재배 시설물의 외벽이나 지붕으로 물이 분무되도록 함으로써 분무된 물의 증발 잠열에 의해 식물재배 시설물 내부의 온도 하강이 유도되면서 냉방 기능의 향상이 도모되도록 하는 새로운 형태의 식물재배 시설물 냉방시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고 본 발명은 천연 지하수, 해양심층수 등의 천연 저온수가 열교환 냉매로 사용되도록 함으로써 설정온도의 열교환 냉매를 생성시키기 위한 에너지소비가 절감되도록 하는 한편 냉방 기능의 향상이 도모되도록 하고, 자연친화적인 냉방시스템 구성을 통해 식물 재배환경의 인공적인 요소들이 줄어들면서 식물 생장효율이 증대되도록 하는 새로운 형태의 식물재배 시설물 냉방시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 열교환 냉매가 유동하는 냉매관(11)이 설정패턴으로 배열되고, 외부 공기가 통과하게 되며, 외부 공기가 냉매관(11)과의 접촉에 의한 열교환으로 냉각 공기로 변환되도록 하는 열교환기(10)와; 열교환기(10) 하부에 배치되고, 외부 공기의 열교환기(10) 통과시 발생되는 결로현상에 의한 물방울이 수집되는 결로 수집구(20)와; 결로 수집구(20)에 연결되어 물을 전달받아 이동시키는 집수 배관(30)과; 집수 배관(30)이 연결되어 물을 전달받아 저장시키는 결로 수집형 저장탱크(40)와; 결로 수집형 저장탱크(40)로부터 물을 전달받게 되고, 식물이 재배되는 내부공간(2)을 갖는 식물재배 시설물(1)의 외벽(1b)과 지붕(1a) 중에서 선택된 어느 하나의 표면으로 물을 분무하여 증발 잠열에 의해 식물재배 시설물(1)의 내부공간 온도 하강을 유도하는 물 분사장치(50)를 포함하여, 열교환기(10)를 통과한 냉각 공기가 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)으로 유입되면서 내부공간(2)에 대한 냉방 기능이 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 식물재배 시설물 냉방시스템을 제공한다.

이와 같은 본 발명에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템은 지하에 위치한 천연 지하수와 해양에 위치한 해양심층수 중에서 선택된 어느 하나가 공급되는 천연 저온수 공급배관(60)을 더 포함하여, 열교환기(10)는 천연 저온수 공급배관(60)으로부터 천연 지하수와 해양심층수 중에서 선택된 어느 하나를 열교환 냉매로 공급받게 될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템에서 열교환기(10)는 냉매관(11)이 그물망 구조, 벌집 구조, 다층 적층 구조 중에서 선택된 어느 하나의 패턴으로 배열되도록 하고, 냉매관(11)의 형상은 주름이 형성된 주름관 형상, 주름이 형성되지 않은 비주름관 형상, 굴곡라인으로 형성된 굴곡라인 관 형상 군 중에서 선택된 어느 하나의 형상으로 이루어지며, 냉매관(11)의 소재는 설정 크기 이상의 열전도율을 갖는 탄소섬유 소재, 탄소나노튜브(CNT) 입자가 함유된 소재 중에서 선택된 어느 하나의 소재로 이루어지며, 열교환기(10)의 냉매관 크기, 냉매관(11)을 통과하는 열교환 냉매의 유량(flow rate)은 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)에 대한 냉방 목표온도에 맞추어 설정될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템은, 식물재배 시설물(1) 외부에 배치되어 회전 동작에 의해 외부 공기를 직접 유입시키고, 밀폐된 외부공기 유입 경로의 후방에 배치된 열교환기(10)로 외부 공기를 전달하는 외부공기 흡입용 팬(80a)과; 열교환기(10)와 연결되어 열교환기(10)로부터 생성된 냉각 공기를 전달받게 되고, 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)과 연통되어 내부공간(2)으로 냉각 공기를 공급하게 되는 냉각공기 유입배관(90)을 포함하는 구성으로 이루어질 수 있으며, 냉각공기 유입배관(90)의 출입구에 각각 배치되는 냉각공기 유입용 팬(80b)과; 식물재배 시설물(1)의 지붕에 배치되는 공기배출용 팬(80c)을 더 포함하는 구성으로 이루어질 수도 있다. 또한 본 발명에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템은, 열교환기(10)의 전방측 설정지점과 후방측 설정지점 중에서 선택된 어느 하나에 배치되고, 살균 기능과 제습 기능을 수행하는 공기필터(81)를 더 포함하여, 병해 방제와 습도 관리가 수행되도록 할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템에서 식물재배 시설물(1)은 재배 중인 식물이 포함된 설정크기의 단위 재배영역이 내부공간(2)에 할당되도록 하되, 단위 재배영역은 설정형상의 외벽 하우징(4)으로 둘러싸인 공간에 형성되도록 하고, 냉각공기 유입배관(90)은 외벽 하우징(4)으로 둘러싸인 단위 재배영역으로 냉각 공기를 공급하여 식물재배 시설물(1)에 대한 냉방 용량 부족이 최소화되도록 할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템에서 열교환기(10)는 식물재배 시설물(1)의 일측면 외벽에 냉매관(11)이 설정패턴으로 배열되도록 하되, 식물재배 시설물(1) 타측면 외벽에 배치되어 식물재배 시설물(1)의 내부공기를 외부로 배출시켜 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)을 음압 상태로 만드는 음압발생용 팬(80d)을 포함하여, 음압 상태가 된 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)으로 외부 공기가 유입되는 과정에서 열교환기(10)를 통과하여 냉각 공기가 생성되도록 할 수 있다. 여기서 열교환기(10)의 전방측 설정지점과 후방측 설정지점 중에서 선택된 어느 하나에 배치되고, 살균 기능과 제습 기능을 수행하는 공기필터(81)를 더 포함하여, 병해 방제와 습도 관리가 수행되도록 할 수 있다.

본 발명에 의한 식물재배 시설물 냉방시스템에 의하면, 열교환 냉매로 천연 저온수(천연 지하수, 해양심층수 등)가 사용되어 설정온도의 열교환 냉매를 생성시키기 위한 에너지소비가 절감되면서 시스템 유지비용의 절감과 냉방 기능의 향상이 동시적으로 도모되는 효과가 있다. 또한 본 발명에 의한 식물재배 시설물 냉방시스템에 의하면, 자연친화적인 시스템 구성이 가능해져 식물 재배환경의 인공적인 요소들이 줄어들면서 식물 생장효율이 증대되는 효과가 있다.

특히 본 발명에 의한 식물재배 시설물 냉방시스템에 의하면, 외부 공기가 열교환기를 통과하여 냉각 공기로 변환되는 과정에서 결로 현상으로 발생되는 물방울이 수집되어 식물재배 시설물의 외벽이나 지붕에 분무되므로, 증발 잠열에 의한 온도 하강이 유도되어 냉방 기능의 추가적인 향상이 도모되는 효과가 있다.

도 1의 (a)와 (b)는 본 발명에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템의 기본 구성블록도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 열교환 냉매 공급/배출 구성블록도;
도 3의 (a) 내지 (c)는 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 냉매관 배치 구성도;
도 4의 (a)와 (b)는 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 냉매관의 구성 예시도;
도 5는 본 발명에 따른 열교환기의 냉매관으로 공급되는 열교환 냉매의 유량제어 구성블록도;
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 8은 본 발명의 제1실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템에서 단위 재배여역에 한정되어 냉각 공기가 공급되는 구성을 보여주기 위한 도면;
도 9의 (a)와 (b)는 음압발생용 팬에 의한 외부 공기의 흡입으로 냉각 공기를 생성시키는 본 발명에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템의 기본 구성블록도;
도 10의 (a)와 (b)는 본 발명의 제3실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템의 구성을 보여주기 위한 도면;
도 11의 (a)와 (b)는 본 발명의 제3실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템에서 열교환기의 냉매관이 식물재배 시설물의 외벽에 배열되는 구성을 보여주기 위한 도면;
도 12의 (a)와 (b)는 식물재배 시설물의 외벽에 패드가 설치되지 않은 본 발명의 제4실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템의 구성을 보여주기 위한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 12에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 식물재배 시설물, 열교환기, 냉매관, 열교환 냉매, 천연 지하수, 해양심층수, 물 분사장치, 팬, 음압발생용 팬, 탄소섬유, 탄소나노튜브(CNT), 공기 필터 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.

본 발명에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)은 도 1에서와 같이 열교환기(10), 결로 수집구(20), 집수 배관(30), 결로 수집형 저장탱크(40), 물 분사장치(50)를 포함하는 구성으로 이루어진다.

열교환기(10)는 열교환 냉매가 유동하는 냉매관(11)이 설정패턴으로 배열되어 있는 것으로, 외부 공기는 열교환기(10)를 통과하면서 냉매관(11)과의 접촉에 의한 열교환으로 냉각 공기로 변환되어 식물재배 시설물(1)로 공급된다.

여기서 본 발명의 실시예에 따른 열교환기(10)는 도 2에서와 같이 천연 저온수 공급배관(60)으로부터 천연 지하수와 해양심층수 등의 천연 저온수를 열교환 냉매로 공급받게 된다. 이와 같은 천연 저온수 공급배관(60)은 지하에 위치한 천연 지하수나 해양에 위치한 해양심층수가 공급되는 통로로서 냉매관(11)과 연결된다. 외부 공기와의 열접촉으로 가열된 열교환 냉매는 배출 배관(61)을 통해 배출된다.

한편 열교환기(10)는 냉매관(11)이 도 3의 (a)에서와 같이 그물망 구조의 패턴으로 배열되도록 하거나, 도 3의 (b)에서와 같이 벌집 구조의 패턴으로 배열되도록 하거나, 도 3의 (c)에서와 같이 다층 적층 구조의 패턴으로 배열되도록 한다. 이를 통해 외부 공기가 열교환기(10)의 냉매관(11)과 접촉하는 면적이 증대되면서 열교환 효율이 증대될 수 있게 된다.

한편 냉매관(11)의 형상은 도 4의 (a)에서와 같이 주름이 형성되지 않은 비주름관 형상으로 이루어질 수도 있으나, 도 4의 (b)에서와 같이 주름이 형성된 주름관 형상으로 이루어질 수도 있으며, 도 4의 (c)에서와 같이 굴곡라인으로 형성된 굴곡라인 관 형상으로 이루어질 수도 있다. 이와 같은 주름관 형상의 냉매관(11)이나 굴곡라인 관 형상의 냉매관(11)은 외부 공기와의 접촉면적을 증대시키게 되면서 열교환 효율을 증대시킬 수 있게 된다. 그리고 냉매관(11)은 설정 크기 이상의 열전도율을 갖는 탄소섬유 소재, 탄소나노튜브(CNT) 입자가 함유된 소재 등으로 이루어지는 것이 바람직하다. 이를 통해 물이나 염분 등으로 인한 부식과 침식을 방지하고 열교환 효율을 증대시키게 된다. 특히 본 발명에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)은 물을 열교환 냉매로 사용하게 되므로, 부식이나 침식에 강한 재질의 냉매관(11)을 사용하는 것이 바람직하다.

그리고 열교환기(10)에 구비되는 냉매관(11)의 크기는 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)에 대한 냉방 목표온도에 맞추어 설정되는 것이 바람직하며, 냉매관(11)을 통과하는 열교환 냉매의 유량(flow rate)도 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)에 대한 냉방 목표온도에 맞추어 설정되는 것이 바람직하다. 특히 냉매관(11)을 통과하는 열교환 냉매의 유량은 도 5에서와 같이 천연 저온수 공급배관(60)에 설치되는 유량제어장치(62)와 유량제어장치(62)의 동작을 제어하는 컨트롤러(70)에 의해 실시간으로 조절될 수 있다.

결로 수집구(20)는 열교환기(10) 하부에 배치되는 것으로, 외부 공기의 열교환기(10) 통과시 발생되는 결로현상에 의한 물방울이 수집된다. 결로현상에 의한 물방울은 자연 낙하하여 결로 수집구(20)에 수집된다. 집수 배관(30)은 결로 수집구(20)에 연결되어 물을 전달받아 이동시키게 된다. 결로 수집형 저장탱크(40)는 집수 배관(30)이 연결되어 물을 전달받아 저장시키게 된다.

여기서 결로 수집구(20), 집수 배관(30), 결로 수집형 저장탱크(40)는 지하에 설치되어 외부 기온의 영향이 최소화되도록 할 수 있다. 물론 집수 배관(30), 결로 수집형 저장탱크(40)은 단열처리되면서 지상에 설치될 수도 있다.

물 분사장치(50)는 결로 수집형 저장탱크(40)로부터 물을 전달받게 되는 것으로, 식물이 재배되는 내부공간(2)을 갖는 식물재배 시설물(1)의 외벽(1b)이나 지붕(1a)의 표면으로 물을 분무하여 증발 잠열에 의해 식물재배 시설물(1)의 내부공간 온도 하강을 유도하게 된다. 이와 같은 물 분사장치(50)는 도 1의 (a)에서와 같이 식물재배 시설물(1)의 지붕(1a) 표면으로부터 설정간격 이격된 위치에 배치되어 지붕(1a) 표면으로 물을 분무할 수도 있고, 도 1의 (b)에서와 같이 식물재배 시설물(1)의 지붕(1a) 표면과 외벽(1b) 표면으로부터 설정간격 이격된 위치에 각각 배치되어 지붕(1a) 표면과 외벽(1b) 표면으로 물을 각각 분무할 수도 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)은 열교환기(10)를 통과한 냉각 공기가 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)으로 유입되면서 내부공간(2)에 대한 냉방 기능이 수행되도록 하는 동시에, 결로현상으로 발생되는 물방울이 수집되어 물 분사장치(50)에 의해 식물재배 시설물(1)의 지붕(1a) 표면이나 외벽(1b) 표면으로 분무되면서 증발 잠열에 의해 식물재배 시설물(1)의 내부공간 온도 하강이 유도되도록 하는 2중의 온도조절 구조를 제공함으로써 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)에 대한 온도조절 효율이 증대될 수 있게 된다.

한편 본 발명의 제1실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)은 도 6에서와 같이 외부공기 흡입용 팬(80a), 냉각공기 유입배관(90), 냉각공기 유입용 팬(80b), 공기배출용 팬(80c)을 구비하는 것으로, 외부공기 흡입용 팬(80a)에 의해 강제 흡입된 외부 공기를 냉각 공기로 변환시켜 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)으로 공급하는 시스템 구조를 갖는다.

외부공기 흡입용 팬(80a)은 식물재배 시설물(1) 외부에 배치되어 회전 동작에 의해 외부 공기를 직접 유입시키는 것으로, 밀폐된 외부공기 유입 경로의 후방에 배치된 열교환기(10)로 외부 공기를 전달하게 된다. 이와 같은 외부공기 흡입용 팬(80a)은 구동모터와 같은 액추에이터에 의해 구동되어 외부 공기를 강제 대류 방식으로 흡입하게 된다.

여기서 본 발명의 제1실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)은 외부공기 흡입용 팬(80a)와 열교환기(10)를 연결시키는 제1덕트(82a) 및, 열교환기(10)와 냉각공기 유입배관(90)을 연결시키는 제2덕트(82b)를 구비하고, 제1덕트(82a)와 제2덕트(82b)가 밀폐 구조를 가지도록 할 수 있다. 그리고 제2덕트(82b)의 하부에 결로 수집구(20)가 형성되도록 할 수 있다.

냉각공기 유입배관(90)은 열교환기(10)와 연결되어 열교환기(10)로부터 생성된 냉각 공기를 전달받게 되는 것으로, 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)과 연통되어 내부공간(2)으로 냉각 공기를 공급하게 된다. 이와 같은 냉각공기 유입배관(90)은 단열처리되거나, 지하에 매설되어 외부 기온의 영향이 최소화되도록 하는 것이 바람직하다. 물론 냉각공기 유입배관(90)은 단열처리되는 동시에 지하에 매설되는 것이 가장 바람직하다.

여기서 본 발명의 제1실시예에 따른 냉각공기 유입배관(90)은 식물재배 시설물(1)의 전후방향 길이에 대응하는 길이로 지하에 매설되는 메인관체(91)와, 메인관체(91) 상부단에 길이방향을 따라 설정간격으로 이격되어 상향 돌출형성되는 복수의 상향 분기관체(92)를 포함하는 구성으로 이루어지는데, 복수의 상향 분기관체(92)를 통해 냉각 공기가 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)으로 공급된다.

냉각공기 유입용 팬(80b)은 냉각공기 유입배관(90)의 출입구에 각각 배치되는 것으로, 냉각공기 유입배관(90)을 이루는 메인관체(91)의 입구 부위, 각 상향 분기관체(92)의 출구 부위에 냉각공기 유입용 팬(80b)이 설치되어 냉각 공기가 원활하게 냉각공기 유입배관(90)으로 유입되어 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)으로 공급되도록 한다. 이와 같은 냉각공기 유입용 팬(80b)은 구동모터와 같은 액추에이터에 의해 구동되어 냉각 공기를 강제 대류 방식으로 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)으로 공급하게 된다.

공기배출용 팬(80c)은 식물재배 시설물(1)의 지붕(1a)에 배치되는 것으로, 본 발명의 제1실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)은 복수의 공기배출용 팬(80c)이 식물재배 시설물(1)의 지붕(1a)에 설정간격으로 배치되도록 한다. 이와 같은 공기배출용 팬(80c)은 구동모터와 같은 액추에이터와 연결된 날개차(동력형)가 아닌 자유회전하는 날개차(비동력형)를 구비하여 내부 공기의 자연 대류에 의한 외부 배출이 원활하게 수행하도록 한다. 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)으로는 외부공기 흡입용 팬(80a)과 냉각공기 유입용 팬(80b)에 의해 계속해서 공기가 유입되는 동시에, 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)에서 온도가 높아진 공기는 계속해서 위로 올라가게 되는데, 이에 따라 내부공간(2) 상측 부위에 양압이 발생됨으로써 자유회전하는 날개차를 구비한 공기배출용 팬(80c)을 통해서도 내부 공기의 외부 배출이 원활하게 수행되는 것이다. 물론 공기배출용 팬(80c)은 구동모터와 같은 액추에이터와 연결된 날개차를 가질 수도 있다.

여기서 본 발명의 제1실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)은 물 분사장치(50)에 연결되는 복수의 분무노즐(51)이 식물재배 시설물(1)의 외벽(1b)이나 지붕(1a)으로부터 이격되어 설정간격으로 배치되면서 물을 분무하도록 한다.

한편 본 발명의 제1실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)은 살균 기능과 제습 기능을 수행하는 공기필터(81)를 설정지점에 설치하여 병해 방제와 습도 관리가 수행되도록 한다. 이와 같은 공기필터(81)는 열교환기(10)의 전방측 설정지점, 후방측 설정지점을 비롯한 다양한 설정지점에 설치될 수 있는데, 본 발명의 제1실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)은 외부공기 흡입용 팬(80a)의 후방 부위, 열교환기(10)의 후방 부위, 냉각공기 유입배관(90)의 입구 측 냉각공기 유입용 팬(80b)의 전방 부위에 공기필터(81)를 배치시켜 살균 및 제습 효율이 극대화되도록 한다. 물론 공기필터(81)의 배치 위치와 배치 개수가 이에 한정되는 것은 아니다.

여기서 공기필터(81)는 광촉매 물질을 함유하여 공기살균이 수행되도록 하는 한편, 브롬화 리튬과 같은 제습제를 함유하여 공기의 제급이 수행되도록 할 수 있다.

이와 달리 본 발명의 제2실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)은 도 7에서와 같이 음압발생용 팬(80d)과 냉각공기 유입배관(90)을 포함하는 구성으로 이루어질 수 있다.

음압발생용 팬(80d)은 식물재배 시설물(1) 외부에 배치되는 열교환기(10)의 후방에 이격 배치되는 것으로, 열교환기(10)와 음압발생용 팬(80d)는 제3덕트(82c)에 의해 서로 연결되고, 제3덕트(82c) 내부에는 밀폐된 이격공간(821)이 형성된다. 이때 열교환기(10)와 음압발생용 팬(80d) 사이에 형성된 밀폐된 이격공간(821)의 공기가 음압발생용 팬(80d)의 회전으로 배출되면서 이격공간(821)이 음압 상태가 되고, 이격공간(821)의 음압에 의해 외부 공기가 열교환기(10)를 통과하면서 냉각 공기가 생성된다.

냉각공기 유입배관(90)은 음압발생용 팬(80d)과 연결되어 열교환기(10) 및 음압발생용 팬(80d)을 통과한 냉각 공기를 전달받게 되는 것으로, 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)과 연통되어 내부공간(2)으로 냉각 공기를 공급하게 된다. 여기서 본 발명의 제2실시예에 따른 냉각공기 유입배관(90)은 식물재배 시설물(1)의 전후방향 길이에 대응하는 길이를 가지면서 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)에 일정높이로 배치되는 메인관체(91)와, 메인관체(91) 하부단에 길이방향을 따라 설정간격으로 이격되어 하향 돌출형성되는 복수의 하향 분기관체(93)를 포함하는 구성으로 이루어지는데, 복수의 하향 분기관체(93)를 통해 냉각 공기가 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)으로 공급된다. 물론 본 발명의 제2실시예에 따른 냉각공기 유입배관(90)은 하향 분기관체(93) 대신 상향 분기관체(92)를 형성시킬 수도 있다.

본 발명의 제2실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)에서도 식물재배 시설물(1)의 지붕(1a)에 배치되는 공기배출용 팬(80c)이 설치될 수 있으며, 살균 기능과 제습 기능을 수행하는 공기필터(81)가 열교환기(10) 후방에 설치되어 병해 방제와 습도 관리가 수행되도록 할 수 있다. 물론 공기필터(81)의 배치 위치나 배치 개수가 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 본 발명의 제2실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)도 물 분사장치(50)에 연결되는 복수의 분무노즐(51)이 식물재배 시설물(1)의 외벽(1b)이나 지붕(1a)으로부터 이격되어 설정간격으로 배치되면서 물을 분무하도록 한다.

한편, 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)은 도 8에서와 같이 단위 재배영역이 설정형상의 외벽 하우징(4)으로 둘러싸인 공간에 형성되도록 할 수 있다. 여기서 단위 재배영역은 재배 중인 식물이 포함된 설정크기의 영역으로, 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)에 할당된다.

그리고 냉각공기 유입배관(90)이 외벽 하우징(4)으로 둘러싸인 단위 재배영역으로 냉각 공기를 공급하여 식물재배 시설물(1)에 대한 냉방 용량 부족이 최소화되도록 할 수 있다.

상기와 달리 본 발명에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)은 "Fan and Pad Cooling Sytem"을 적용한 구조로 이루어질 수 있는데, 도 9의 (a)와 (b)에는 음압발생용 팬에 의한 외부 공기의 흡입으로 냉각 공기를 생성시키는 본 발명에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)이 도시되어 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)은 도 9의 (a)에서와 같이 물 흡수가 가능한 설정크기의 패드(pad)(3) 및, 패드(3) 후방에 배치되는 열교환기(10)가 식물재배 시설물(1)의 일측면 외벽에 배치되도록 하고, 식물재배 시설물(1) 타측면 외벽에 음압발생용 팬(80d)이 배치되도록 한다. 음압발생용 팬(80d)의 회전으로 식물재배 시설물(1)의 내부공기가 음압발생용 팬(80d)을 통과하여 외부로 배출되면, 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)이 음압 상태로 된다. 외부 공기는 음압 상태가 된 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)으로 유입되는데, 이 과정에서 외부 공기가 열교환기(10)를 통과하면서 냉각 공기가 생성된다. 여기서 패드(3)와 열교환기(10)가 설치되는 식물재배 시설물(1)의 일측면 외벽 부위는 패드(3)와 열교환기(10)로 구성되어 외부 공기가 패드(3)와 열교환기(10)를 통과하면서 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)으로 유입되도록 한다.

한편 본 발명에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)은 식물재배 시설물(1)의 일측면 외벽 상측에 물 분사장치(50) 또는 물 분사장치(50)에 연결된 분무노즐(51)이 배치되어 물 분사장치(50)로부터 패드(3) 방향으로 물이 분무되도록 할 수 있는데, 물 분사장치(50)로부터 분무되는 물이 패드(3)에 의해 흡수되면서 외부 공기가 패드(3)를 통과하는 과정에서 증발 잠열에 의해 외부 공기의 온도를 낮춤으로써 냉각 공기의 생성이 원활하게 이루어지도록 하는 한편, 외부 공기를 설정온도의 냉각 공기로 변환시키기 위한 열교환기(10)의 열부하(heat load)를 줄일 수 있도록 할 수 있다.

물론, 도 9의 (b) 및, 도 12의 (a)와 (b)에서와 같이 패드(3)를 제외한 열교환기(10) 만이 식물재배 시설물(1)의 일측면 외벽 부위에 설치될 수도 있다.

한편 패드(3)와 열교환기(10)는 도 10의 (a)에서와 같이 식물재배 시설물(1)의 일측면 외벽 전체 부위에 설치될 수도 있고, 도 10의 (b)에서와 같이 식물재배 시설물(1)의 일측면 외벽 일부에 설치될 수도 있다. 식물재배 시설물(1)의 일측면 외벽 일부에 패드(3)와 열교환기(10)가 설치될 경우, 식물재배 시설물(1)의 일측면 외벽 상측 부위에 패드(3)와 열교환기(10)를 설치하는 것이 바람직하다. 공기의 온도별 밀도 특성상 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2) 하측 부위에는 낮은 온도가 공기가 위치하게 되고, 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2) 상측 부위에는 높은 온도가 공기가 위치하게 되기 때문이다.

그리고 열교환기(10)에 구비되는 냉매관(11)은 다양한 구성/구조/형상으로 이루어질 수 있으며, 다양한 배열 패턴으로 식물재배 시설물(1)의 일측면 외벽에 설치될 수 있다. 예를 들어 냉매관(11)은 식물재배 시설물(1)의 일측면 외벽에 도 11의 (a)와 (b)에서와 같은 배열 패턴으로 설치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)은 외부 공기가 열교환기(10)를 통과하여 냉각 공기로 변환되는 과정에서 결로 현상으로 발생되는 물방울이 결로 수집구(20), 집수 배관(30), 결로 수집형 저장탱크(40)를 통해 수집되도록 하고, 결로 수집형 저장탱크(40)에 연결된 물 분사장치(50)에 의해 식물재배 시설물(1)의 외벽(1b)이나 지붕(1a)으로 물이 분무되도록 하므로, 분무된 물의 증발 잠열에 의해 식물재배 시설물 내부의 온도 하강이 유도되면서 냉방 기능의 향상이 도모된다. 그리고 본 발명의 실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템(100)은 천연 지하수, 해양심층수 등의 천연 저온수가 열교환 냉매로 사용되도록 하므로, 설정온도의 열교환 냉매를 생성시키기 위한 에너지소비가 절감되는 한편 냉방 기능의 향상이 도모되고, 자연친화적인 냉방시스템 구성을 통해 식물 재배환경의 인공적인 요소들이 줄어들면서 식물 생장효율이 증대된다.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 식물재배 시설물 냉방시스템을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

1 : 식물재배 시설물
1a : 지붕
1b : 외벽
2 : 내부공간
3 : 패드
4 : 외벽 하우징
10 : 열교환기
11 : 냉매관
20 : 결로 수집구
30 : 집수 배관
40 : 결로 수집형 저장탱크
50 : 물 분사장치
51 : 분무노즐
60 : 천연 저온수 공급배관
61 : 배출 배관
62 : 유량제어장치
70 : 컨트롤러
80a : 외부공기 흡입용 팬
80b : 냉각공기 유입용 팬
80c : 공기배출용 팬
80d : 음압발생용 팬
81 : 공기필터
82a : 제1덕트
82b : 제2덕트
82c : 제3덕트
821 : 이격공간
90 : 냉각공기 유입배관
91 : 메인관체
92 : 상향 분기관체
93 : 하향 분기관체
100 : 식물재배 시설물 냉방시스템

Claims (8)

1. 열교환 냉매가 유동하는 냉매관(11)이 설정패턴으로 배열되고, 외부 공기가 통과하게 되며, 외부 공기가 냉매관(11)과의 접촉에 의한 열교환으로 냉각 공기로 변환되도록 하는 열교환기(10)와;
   열교환기(10) 하부에 배치되고, 외부 공기의 열교환기(10) 통과시 발생되는 결로현상에 의한 물방울이 수집되는 결로 수집구(20)와;
   결로 수집구(20)에 연결되어 물을 전달받아 이동시키는 집수 배관(30)과;
   집수 배관(30)이 연결되어 물을 전달받아 저장시키는 결로 수집형 저장탱크(40)와;
   결로 수집형 저장탱크(40)로부터 물을 전달받게 되고, 식물이 재배되는 내부공간(2)을 갖는 식물재배 시설물(1)의 외벽(1b)과 지붕(1a) 중에서 선택된 어느 하나의 표면으로 물을 분무하여 증발 잠열에 의해 식물재배 시설물(1)의 내부공간 온도 하강을 유도하는 물 분사장치(50)를 포함하여,
   열교환기(10)를 통과한 냉각 공기가 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)으로 유입되면서 내부공간(2)에 대한 냉방 기능이 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 식물재배 시설물 냉방시스템.
2. 제 1항에 있어서,
   지하에 위치한 천연 지하수와 해양에 위치한 해양심층수 중에서 선택된 어느 하나가 공급되는 천연 저온수 공급배관(60)을 더 포함하여,
   열교환기(10)는 천연 저온수 공급배관(60)으로부터 천연 지하수와 해양심층수 중에서 선택된 어느 하나를 열교환 냉매로 공급받게 되는 것을 특징으로 하는 식물재배 시설물 냉방시스템.
3. 제 1항에 있어서,
   열교환기(10)는 냉매관(11)이 그물망 구조, 벌집 구조, 다층 적층 구조 중에서 선택된 어느 하나의 패턴으로 배열되도록 하고,
   냉매관(11)의 형상은 주름이 형성된 주름관 형상, 주름이 형성되지 않은 비주름관 형상, 굴곡라인으로 형성된 굴곡라인 관 형상 군에서 선택된 어느 하나의 형상으로 이루어지며, 냉매관(11)의 소재는 설정 크기 이상의 열전도율을 갖는 탄소섬유 소재, 탄소나노튜브(CNT) 입자가 함유된 소재 중에서 선택된 어느 하나의 소재로 이루어지며,
   열교환기(10)의 냉매관 크기, 냉매관(11)을 통과하는 열교환 냉매의 유량(flow rate)은 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)에 대한 냉방 목표온도에 맞추어 설정되는것을 특징으로 하는 식물재배 시설물 냉방시스템.
4. 제 1항에 있어서,
   식물재배 시설물(1) 외부에 배치되어 회전 동작에 의해 외부 공기를 직접 유입시키고, 밀폐된 외부공기 유입 경로의 후방에 배치된 열교환기(10)로 외부 공기를 전달하는 외부공기 흡입용 팬(80a)과;
   열교환기(10)와 연결되어 열교환기(10)로부터 생성된 냉각 공기를 전달받게 되고, 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)과 연통되어 내부공간(2)으로 냉각 공기를 공급하게 되는 냉각공기 유입배관(90)을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물재배 시설물 냉방시스템.
5. 제 4항에 있어서,
   냉각공기 유입배관(90)의 출입구에 각각 배치되는 냉각공기 유입용 팬(80b)과;
   식물재배 시설물(1)의 지붕에 배치되는 공기배출용 팬(80c)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물재배 시설물 냉방시스템.
6. 제 4항에 있어서,
   식물재배 시설물(1)은 재배 중인 식물이 포함된 설정크기의 단위 재배영역이 내부공간(2)에 할당되도록 하되, 단위 재배영역은 설정형상의 외벽 하우징(4)으로 둘러싸인 공간에 형성되도록 하고,
   냉각공기 유입배관(90)은 외벽 하우징(4)으로 둘러싸인 단위 재배영역으로 냉각 공기를 공급하여 식물재배 시설물(1)에 대한 냉방 용량 부족이 최소화되도록 하는 것을 특징으로 하는 식물재배 시설물 냉방시스템.
7. 제 1항에 있어서,
   열교환기(10)는 식물재배 시설물(1)의 일측면 외벽에 냉매관(11)이 설정패턴으로 배열되도록 하되,
   식물재배 시설물(1) 타측면 외벽에 배치되어 식물재배 시설물(1)의 내부공기를 외부로 배출시켜 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)을 음압 상태로 만드는 음압발생용 팬(80d)을 포함하여,
   음압 상태가 된 식물재배 시설물(1)의 내부공간(2)으로 외부 공기가 유입되는 과정에서 열교환기(10)를 통과하여 냉각 공기가 생성되도록 하는 것을 특징으로 하는 식물재배 시설물 냉방시스템.
8. 제 4항 또는 제 7항에 있어서,
   열교환기(10)의 전방측 설정지점과 후방측 설정지점 중에서 선택된 어느 하나에 배치되고, 살균 기능과 제습 기능을 수행하는 공기필터(81)를 더 포함하여, 병해 방제와 습도 관리가 수행되도록 하는 것을 특징으로 하는 식물재배 시설물 냉방시스템.

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