KR20190084699A

KR20190084699A - 근권부 가온 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR20190084699A
Application number: KR1020180002765A
Authority: KR
Inventors: 최미근; 임유빈
Original assignee: 대환카본(주)
Priority date: 2018-01-09
Filing date: 2018-01-09
Publication date: 2019-07-17
Also published as: KR102012447B1

Abstract

본 발명의 근권부 가온 시스템은 지중에 매립되고 외주면에 다수의 기공들이 형성되고, 길이방향으로 연장된 지중 터널과, 지중 터널 내의 바닥의 단열시트 상에 설치된 발열시트와, 지중 터널의 일단에 설치되어, 발열시트의 일단이 연결되어 발열시트를 권취하기 위한 권취 롤러와, 지중터널의 타단에 설치되어 발열시트의 타단에 결합된 당김줄을 권취하기 위한 권취 보빈과, 가온모드 및 난방모드의 선택에 응답하여 상기 발열시트의 발열온도를 제어하는 컨트롤러를 구비한다. 따라서 권취롤러와 권취 보빈에 의해 발열시트를 설치하고 교체 보수 작업이 용이하다.

Description

근권부 가온 시스템 및 방법{System and Method Heating Root Zone in Underground}

본 발명은 근권부 가온 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 식물 뿌리 하방의 지중에 매설된 탄소발열체를 포함한 발열지중터널 내의 공기를 가열하고 가열된 더운 공기의 상승작용에 의해 식물 성장에 적합한 근권부를 가온시킬 뿐만 아니라 온실 내부의 온도를 난방수준으로 제어할 수 있는 근권부 가온 시스템 및 방법에 관한 것이다.

열에너지의 공급이 요구되는 시설로 겨울철 농작물을 재배하기 위한 비닐 하우스와 각종 가축을 키우기 위한 축사 및 각종 효소 등을 발효시키도록 하는 발효소 등(시설 하우스)을 예시할 수 있다. 비닐하우스에 실시되는 열에너지의 공급은 농작물의 생장을 촉진시킬 수 있도록 하며, 소 돼지 닭 등의 가축이 항상 일정한 온도조건에서 우수한 품종으로 성장할 수 있도록 하기 위한 것임은 주지된 것과 같다.

본 출원의 발명자는 농업용 대류식 난방장치(등록특허 제10-1597988)를 발명한 적이 있다.

상기 등록특허의 농업용 대류식 난방장치는 더운 공기의 상승작용에 의해 식물의 생육환경에 필요한 난방환경을 제공함으로써 에너지 소모를 대폭적으로 절감시킬 수 있다. 또한 비전문가도 용이하게 발열터널의 설치가 가능하다. 발열터널에 의해 열원이 보호되므로 단전 등의 비상시에도 발열터널 내부의 공간열로 장시간 난방 상태를 유지할 수 있다. 또한 땅을 파헤치지 않고 발열터널을 통하여 내부의 발열시트의 수시 점검이 가능하고, 유지 보수가 용이하다.

그러나 상기 등록특허는 2 내지 4m 단위의 발열시트들을 중간 중간에서 연결하여 구성하기 때문에 설치 작업성이 떨어지고 고장원인의 우려가 있었다. 또한 지중 난방에는 매우 효과적이나 온실 내부 난방에는 별도의 화목보일러, 기름 보일러 또는 전기 보일러 등을 시설해야 하는 문제가 있었다.

1. 공개특허 1993-0003805, 1999-018498, 2009-0043654, 2012-0025136, 2013-0061882 2. 등록특허 10-1515291 3. 등록실용신안 20-0174579, 20-0283269

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 설치 작업 및 유지 보수의 편리성을 향상시킬 수 있는 근권부 가온 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 근권부 가온뿐만 아니라 온실 내부 난방도 효과적으로 겸용할 수 있는 근권부 가온 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 농업용 시설하우스의 관리의 효율화, 우지보수의 편리성 및 운영비 절감을 통한 농촌 소득증대에 기여할 수 있는 근권부 가온 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

상술한 본 발명의 일 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 근권부 가온 시스템은 지중에 매립되고 외주면에 다수의 기공들이 형성되고, 길이방향으로 연장된 지중 터널과, 지중 터널 내의 바닥의 단열시트 상에 설치된 발열시트와, 지중 터널의 일단에 설치되어, 발열시트의 일단이 연결되어 발열시트를 권취하기 위한 권취 롤러와, 지중터널의 타단에 설치되어 발열시트의 타단에 결합된 당김줄을 권취하기 위한 권취 보빈과, 가온모드 및 난방모드의 선택에 응답하여 상기 발열시트의 발열온도를 제어하는 컨트롤러를 구비한다. 따라서 권취롤러와 권취 보빈에 의해 발열시트를 설치하고 교체 보수 작업이 용이하다.

또한 본 발명의 시스템은 지중터널의 내부 공간과 연통되어 지상으로 돌출된 복수의 난방관들을 더 구비할 수 있다. 복수의 난방관들은 난방모드에서 지중터널의 열기를 지상으로 빠르게 공급하는 통로 역할을 하여 겨울철 온실 온도를 별도의 난방설비 없이 조속히 상승시킬 수 있다. 따라서 한겨울 밤에 온실 내부 온도를 심야전기를 이용하여 적정 온도로 유지시킬 수 있다.

본 발명의 시스템은 복수의 난방관들 각각의 상단에는 덮개가 구비될 수 있다. 즉 가온모드에서는 복수의 난방관을 통하여 열기가 지상으로 손실되는 것을 방지하여 지중 가온 효과를 유지할 수 있다.

또한 본 발명의 시스템은 지중터널 또는 복수의 난방관들 중 적어도 어느 한 개소에 송풍 팬이 설치될 수 있다. 즉 가온모드에서는 자연대류방식을 사용하고 난방모드에서는 강제순환방식을 사용함으로써 각 모드에 최적의 환경을 제공할 수 있다.

본 발명의 시스템에서 지중터널은 상부 단면이 아치형상으로 된 것이 바람직하다. 또한 본 발명 시스템에서 발열시트는 탄소코팅 섬유로 직조된 탄소발열체인 것이 좋다.

본 발명의 제어방법은 지중에 매립되고 외주면에 다수의 기공들이 형성되고, 길이방향으로 연장된 지중 터널; 지중터널의 내부 공간과 연통되어 지상으로 돌출된 복수의 난방관들; 복수의 난방관들 각각의 상단을 덮는 복수의 덮개들; 지중 터널 내의 바닥의 단열시트 상에 설치된 발열시트 및 가온모드 및 난방모드의 선택에 응답하여 발열시트의 발열온도를 제어하는 컨트롤러를 구비한 근권부 가온 시스템에 있어서, 복수의 난방관들의 상단이 덮개로 폐쇄된 상태에서 컨트롤러의 동작모드를 가온모드로 제어하고, 복수의 난방관들의 상단의 덮개를 개방한 상태에서 컨트롤러의 동작모드를 난방모드로 제어한다. 따라서 온실 내부의 난방과 지중 가온 기능을 겸할 수 있다. 여기서 컨트롤러는 가온모드에서는 발열시트의 발열온도를 섭씨 40~50도로 하고, 난방모드에서는 섭씨 60 내지 90도로 설정할 수 있다.

또한 본 발명의 제어방법은 난방모드에서는 지중터널 또는 복수의 난방관들 중 어느 개소에 설치된 적어도 하나 이상의 송풍 팬을 작동시켜서 식물이 심어진 땅의 온도가 고온으로 상승하는 것을 최대한 방지하기 위하여 발생된 열기를 강제 순환시켜서 지상으로 뿜어냄으로써 온실 실내 온도를 빠른 시간 내에 원하는 난방 온도로 상승시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예의 시스템은 지중에 매립되고 외주면에 다수의 기공들이 형성되고, 길이방향으로 연장된 지중 터널과, 지중터널의 내부 공간과 연통되어 지상으로 돌출된 복수의 난방관들과, 지중터널 또는 복수의 난방관들 중 적어도 어느 한 개소에 설치된 적어도 하나 이상의 송풍 팬과, 지중 터널 내의 바닥의 단열시트 상에 설치된 발열시트와, 지중 터널의 일단에 설치되어, 발열시트의 일단이 연결되어 발열시트를 권취하기 위한 권취 롤러와, 지중터널의 타단에 설치되어 발열시트의 타단에 결합된 당김줄을 권취하기 위한 권취 보빈과, 가온모드 및 난방모드의 선택에 응답하여 발열시트의 발열온도를 제어하고, 난방모드에서는 적어도 하나 이상의 송풍 팬을 작동시켜서 열기가 강제 순환되도록 제어하는 컨트롤러를 구비한다.

본 발명의 다른 실시예의 시스템은 지중에 매립되고 외주면에 다수의 기공들이 형성되고, 길이방향으로 연장된 지중 터널과, 지중터널의 내부 공간과 연통되어 지상으로 돌출된 복수의 열기 배출관들과, 지중터널의 내부 공간과 연통되어 지상으로 돌출되고 복수의 열기 배출관들의 길이 보다 짧은 복수의 냉기 유입관들과, 지중 터널 내의 바닥의 단열시트 상에 설치된 발열시트와, 지중 터널의 일단에 설치되어, 발열시트의 일단이 연결되어 발열시트를 권취하기 위한 권취 롤러와, 지중터널의 타단에 설치되어 발열시트의 타단에 결합된 당김줄을 권취하기 위한 권취 보빈과, 가온모드 및 난방모드의 선택에 응답하여 발열시트의 발열온도를 제어하는 컨트롤러를 구비한다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 근권부 가온 시스템은 더운 공기의 상승작용에 의해 식물의 생육 환경에 필요한 가온환경을 제공함으로써 에너지 소모를 대폭적으로 절감시킬 수 있을 뿐만 아니라 온실 내부의 난방도 겸용할 수 있어서 농업용 시설하우스의 관리의 효율화, 우지보수의 편리성 및 운영비 절감을 통한 농촌 소득증대에 기여할 수 있다.

다만, 본 발명의 효과는 상기에서 언급된 효과로 제한되는 것은 아니며, 상기에서 언급되지 않은 다른 효과들은 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 가온 및 난방 겸용 근권부 가온 시스템의 바람직한 일실시예를 설명하기 위한 온실의 평면도,
도 2는 도 1의 A-A선 단면도.
도 3은 도 1의 B-B선의 지중 터널 단면도.
도 4는 도 1의 C-C선의 지중 터널 단면도.
도 5는 본 발명에 의한 지중 터널의 바람직한 일 실시예의 사시도.
도 6은 도 1의 가온 및 난방 겸용 근권부 가온 시스템의 유지 보수의 편리성을 설명하기 위한 종단면도.
도 7은 본 발명에 의한 가온 및 난방 겸용 근권부 가온 시스템의 블록도.
도 8은 본 발명에 의한 가온 및 난방 겸용 근권부 가온 시스템의 표시부의 가온모드 표시상태를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명에 의한 가온 및 난방 겸용 근권부 가온 시스템의 표시부의 난방모드 표시상태를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명에 의한 가온 및 난방 겸용 근권부 가온 시스템의 가온모드를 설명하기 위한 종단면도.
도 11은 도 10의 가온모드에서의 온도 그래프.
도 12는 본 발명에 의한 가온 및 난방 겸용 근권부 가온 시스템의 난방모드를 설명하기 위한 종단면도.
도 13은 도 12의 난방모드에서의 온도 그래프.
도 14는 본 발명에 의한 가온 및 난방 겸용 근권부 가온 시스템의 다른 실시예의 난방모드를 설명하기 위한 종단면도.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 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. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 구성요소에 대해 사용하였다.

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. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 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.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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 설시(說示)된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 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 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명에 의한 가온 및 난방 겸용 근권부 가온 시스템의 바람직한 일실시예를 설명하기 위한 온실의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A선 단면도이고, 도 3은 도 1의 B-B선의 지중 터널 단면도이고, 도 4는 도 1의 C-C선의 지중 터널 단면도이고, 도 5는 본 발명에 의한 지중 터널의 바람ㄴ직한 일 실시예의 사시도이다.

도면을 참조하면 본 발명의 가온 및 난방 겸용 근권부 가온 시스템(100)은 온실(10) 내부의 지중에 매설된다. 가온 및 난방 겸용 근권부 가온 시스템(100)은 지중 터널(110), 복수의 난방관들(120), 덮개(122), 송풍 팬(130), 발열시트(140), 권취 롤러(150), 권취 보빈(160), 당김줄(162) 및 컨트롤러(170)를 구비한다.

지중 터널(110)은 길이방향으로 연장되고, 단면이 반원 형상의 플라스틱 관체로 형성된다. 지중 터널(110)의 하부(112)는 편평한 판체 형상이고, 상부(114)는 아치 형상으로 토압에 강한 구조를 가진다. 하부(112) 및 상부(114) 각각에는 다수의 기공들(116)이 형성된다. 상부의 기공들(116)은 레이저 가공으로 물은 통과되지 않고 공기는 통과될 정도의 마이크로 직경으로 형성된 것이 바람직하다. 하부의 기공들(116)은 지중 터널 내에 유입된 물이 하방으로 잘 배수될 정도의 직경으로 형성된 것이 바람직하다. 하부(112)의 중앙부에는 상부 결합홈이 형성되어 상부(114)의 에지를 잡아주는 구성을 한다.

또한 지중터널(110)의 상부(114)에는 복수의 난방관 연결구(118)가 형성되어 있다. 난방관 연결구(118)에 난방관(120)이 각각 결합되어 난방모드에서 지중 터널(110) 내부의 열기를 조속히 지상으로 뿜어내는 가이드 역할을 한다. 난방관(120)의 하단 내부에는 송풍 팬(130)이 설치된다. 송풍 팬(130)은 컨트롤러(170)에 의해 온/오프 제어된다.

또한 지중터널(110)의 하부(114)는 고정못(119)에 의해 고정될 수 있다.

전체적으로 본 발명에 의한 지중 터널(110)은 PVC, PP, PE 등의 합성 수지 압출공정에 의해 성형되고 일정 길이로 절단 제작 가능하므로 제조가 용이하고 제조원가를 대폭 절감할 수 있다. 일정 길이로 절단된 상하부는 돌출부 커팅공정과 레이저 타공 공정을 거쳐서 완성된다.

발열시트(140)는 단열시트(142) 상에 배치된다.

단열시트(142)는 스펀지 재, 섬유재, 발포 고무, 우레탄 등의 단열재로 형성된다. 단열시트(142) 상면에는 열반사층 예컨대 알루미늄 박막필름 등이 적층될 수 있다. 단열시트(142)는 발열시트(140)에서 발생된 열이 하방으로 손실되는 것을 방지하고 상방으로 열을 상방향으로 반사시켜 주는 역할을 한다.

발열시트(140)는 탄소섬유사로 직조된 면상 발열체를 사용한다. 본 발명의 발열시트(140)에서는 본 출원인이 선출원한 출원번호 제2015-0000183호 탄소코팅사 제조장치 및 제조방법에 의해 제조된 탄소 섬유사를 사용하는 것이 바람직하다. 발열시트(140)는 외부가 실리콘 절연재로 코팅되고 유연한 형상으로 권취 롤러(150)에 권취된다. 발열시트(140)의 타단에는 당김줄(162)이 연결되고 당김줄(162)은 권취 보빈(160)에 권취된다.

발열시트를 권취하기 위한 권취 롤러(150)는 온실(10) 내부의 좌측 요홈(12) 내에 설치된다. 당김줄을 권취하기 위한 권취 보빈(160)는 온실(10) 내부의 우측 요홈(14) 내에 설치된다. 지중 터널(110)은 요홈(12)와 요홈(14) 사이의 지중에 매설되고, 좌측 입구는 요홈(12)의 공간부와 연통되고, 우측 출구는 요홈(14)의 공간부와 연통된다.

근권부 가온 시스템(100)은 지중 터널(110)내의 바닥에 단열시트(142)를 설치한 후 지중 터널(120)을 매설한다. 이 때 당김줄(162)의 일측을 지중 터널(110)을 통해서 요홈(14)로부터 요홈(12)로 미리 인출하여 놓는다. 지중 터널(110)의 매설이 완료되면 도 6에 도시한 바와 같이 권취롤러(150)에 권취된 발열시트를 요홈(12)에 설치한다. 이어서 발열시트(140)의 일단에 미리 인출해 놓은 당김줄을 연결한 후에 요홈(14)에 설치된 권취 보빈(160)을 작동시켜서 당김줄을 감으면 발열시트(140)가 풀리면서 지중 터널(110) 내부를 따라 요홈(14) 방향으로 삽입되게 된다. 따라서 당김줄(162)을 당겨서 도 2에 도시한 바와 같이 발열시트(140)를 지중 터널(110) 내부의 단열시트(142) 상에 간편하게 설치할 수 있다. 발열시트(140)의 지하 터널(110) 내의 설치가 완료되면 발열시트(140)와 컨트롤러를 전기적으로 연결한다.

한편 발열시트(140)의 고장수리나 교체시에는 설치와 반대로 권취롤러(150)를 작동시켜서 발열시트를 권취롤러(150)에 감으면 쉽게 지중터널(110)로부터 발열시트(140)를 분리시킬 수 있다. 따라서 발열시트의 유지보수 관리가 매우 용이하고 편리하다.

도 7은 본 발명에 의한 가온 및 난방 겸용 근권부 가온 시스템의 블록도이다.

도 7을 참조하면, 컨트롤러(170)는 제어부(171), 표시부(172), 입력부(173), 지중 터널 온도센서(174), 지중 온도센서(175), 온실 내부 온도센서(176), 온실 외부 온도센서(177) 및 팬 모터(178)을 포함한다.

표시부(172)는 세븐 세그먼트 표시 또는 액정 표시부로, 도 8 및 도 9에 도시한 바와 같이 가온모드와 난방모드에 대한 동작모드와 온도들을 표시한다. 입력부(173)는 전원 키와, 가온모드시 지중온도설정이나 난방모드시 온실내부온도를 설정하기 위하여 업다운키들을 포함한다. 지중 터널 온도센서(174)는 지중 터널 내의 발열시트(140)의 온도를 측정하기 위한 센서이다. 지중 온도센서(175)는 식물의 근권부 온도를 측정하기 위하여 지중에 매설되는 온도센서이다. 온실 내부 온도센서(176)는 온실 내부 온도를 측정하기 위하여 온실 내부 지상 약 1M 높이에 에 설치되는 온도센서이다. 온실 외부 온도센서(177)은 온실(10) 외부의 외기 온도를 측정하기 위하여 온실 외부 지상 약 1M 높이에 설치되는 온도센서이다.

제어부(171)는 가온모드 동작시에는 지중온도센서(175)의 설정온도에 따라 발열시트(140)에 공급되는 전류량을 제어하거나 온/오프 제어한다. 또한 제어부(171)는 난방모드 동작시에는 온실내부온도센서(176)의 설정온도에 따라 발열시트(140)에 공급되는 전류량을 제어하거나 온/오프 제어한다. 제어부(171)는 가온모드 또는 난방모드 동작시에 온실외부온도센서를 통한 온실 외부의 온도조건에 응답하여 발열시트(140)의 발열전류량을 제어할 수도 있다. 제어부(171)는 난방모드 동작시에는 팬모터(178)를 구동시켜서 송풍 팬을 작동시킨다. 따라서 난방모드에서는 송풍 팬에 의한 강제 순환에 의해 지중 터널(110) 내부의 열기가 온실 내부로 빠르게 순환되도록 하여 난방을 제어한다.

도 10은 본 발명에 의한 가온 및 난방 겸용 근권부 가온 시스템의 가온모드를 설명하기 위한 종단면도이고, 도 11은 도 10의 가온모드에서의 온도 그래프를 나타낸다.

도 10 및 도 11에 도시한 바와 같이, 가온모드에서는 난방관(120)의 덮개(122)를 덮어서 난방관(120)을 통해 지중터널(110) 내부의 열기가 지상으로 빠져나오지 못하게 차단한 상태에서 가온모드를 수행한다.

한편 지중터널(110) 내에 삽입된 발열시트(140)는 하부(112)으로부터 단열시트(142)를 개재하여 이격되고, 상부(114)로부터 공동부의 공기층을 개재하여 이격되게 설치된다.

그러므로 발열시트(140)는 지중터널(110)과는 직접 접촉되지 않은 상태로 지중터널(110) 내에 설치되므로 발열시트(140)에서 생성된 열은 지중터널(110)에 직접 전도되지 않는다. 공동부 내부의 공기는 발열시트(140)에 의해 히팅되고 히팅된 공기는 팽창되어 대류현상에 의해 상부(114)에 형성된 기공(116)을 통해 지중으로 유출된다. 지중터널(110) 내부의 더운 공기가 지중으로 빠져나가면 지중의 찬 공기가 유입된다. 이와 같이 발열시트(140)를 지중터널(110)와 직접 접촉되지 않게 설치하여 열전도가 발생되지 않도록 하고 자연 대류에 의해 더운 공기가 상부을 통해 상방향에 식재된 식물의 근권부로 배출되게 된다.

따라서 발열시트(140)는 단열시트(142) 및 지중터널(110)의 공기층에 의해 외부와 단열된 상태로 유지되므로 가열 초기에 발열시트(140)는 작은 전류에 의해 설정 온도까지 빨리 상승할 수 있다.

또한 공기층은 축열 시간이 길기 때문에 히팅된 발열시트(140)의 열을 장시간 보유할 수 있기 때문에 적은 전력으로 고효율의 보온 효과를 제공할 수 있다. 또한 발열시트(140)는 카본 섬유사로 직조된 면상 발열체로 절연 코팅물질에는 원적외선 발생을 위한 광물질 등이 첨가되고 광물질으로는 포르말, 맥반석, 게르마늄 등이 사용될 수 있다. 원적외선은 파장이 25㎛ 이상인 적외선으로 열작용이 크고 침투력이 강하며, 유기화합물 분자에 대한 공진 및 공명 작용이 강하다. 그러므로 위 물질들이 발열시트(130)에 첨가함으로써 난방효과를 더욱 향상시키고 원적외선이 세균을 제거하므로 식물 생장에 적합한 환경을 제공할 수 있다.

도 11에 도시한 바와 같이 중부지방에서 1월달 5일간 가온모드에서 온도를 측정한 결과이다. 즉 온실 외부온도는 밤에는 4℃ ~ 2℃로 떨어지고 낮에는 12℃ ~ 14℃의 평균적인 겨울날씨를 보인다. 본 발명의 온실에서는 지중온도를 20℃ 로 가온하기 하기 위하여 온도설정을 하면 컨트롤러(170)는 발열시트(140)를 40℃ 로 히팅 제어한다. 따라서 시간이 지남에 따라 대략 24시간 후에는 지중온도가 10℃에서 20℃로 상승함을 알 수 있다. 이 때 온실 내부온도는 외부 온도 변화 추이에 따라 대략 8℃ ~14℃ 범위내에서 유지됨을 알 수 있다. 따라서 겨울철에도 식물의 근권부 가온 상태를 유지할 수 있으므로 식물 재배가 가능함을 알 수 있다.

도 12는 본 발명에 의한 가온 및 난방 겸용 근권부 가온 시스템의 난방모드를 설명하기 위한 종단면도이고, 도 13은 도 12의 난방모드에서의 온도 그래프를 나타낸다.

도 12를 참조하면, 난방모드에서는 난방관(120)의 덜개(122)를 제거하여 지중 터널(110) 내부의 열기가 지상으로 빠르게 배출될 수 있도록 한다. 또한 컨트롤러(170)는 송풍 팬(130)을 가동시켜서 지중터널(110) 내부의 열기를 강제로 지상으로 배출시켜서 조속한 지상 온도 상승을 유도한다.

도 13을 참조하면, 중부지방에서 1월달 5일간 난방모드에서 온도를 측정한 결과이다. 즉 온실 외부온도는 밤에는 -4℃ ~ 2℃로 떨어지고 낮에는 12℃ ~ 14℃의 평균적인 겨울날씨를 보인다. 본 발명의 온실에서는 온실내부온도를 20℃로 난방하기 하기 위하여 온도설정을 하면 컨트롤러(170)는 발열시트(140)를 70℃ 로 히팅 제어한다. 따라서 시간이 지남에 따라 대략 24시간 후에는 온실 내부온도가 10℃에서 20℃로 상승함을 알 수 있다. 이 때 지중온도는 지중터널의 열기가 강제순환에 의해 지중으로 조속히 빠져나가게 되므로 발열시트의 온도에 따라 온도가 급하게 상승하지않고 온실 내부 온도를 추종하게 되어 거의 20℃로 유지됨을 알 수 있다. 따라서 겨울철에 식물 근권부 가온을 위한 발열시트로 식물에 영향을 주지 않고 온실 내부 난방이 가능함을 알 수 있다.

도 14는 본 발명에 의한 가온 및 난방 겸용 근권부 가온 시스템의 다른 실시예의 난방모드를 설명하기 위한 종단면도를 나타낸다.

도 14의 다른 실시예는 난방관(120)을 긴 열기 배출관(124)과 짧은 냉기 유입관(126)으로 구성하여 자연 순환식으로 구성한 점이 다르다.

다른 실시예는 지중 터널(110) 내부에서 발열시트(140)에 의해 데워진 열기가 열기 배출관(124)를 통하여 온실 내의 지상으로 배출된다. 온실 내의 차가워진 냉기는 짧은 냉기 유입관(126)을 통하여 지중 터널(110)로 유입된다. 따라서 공기의 대류 현상에 의해 공기가 자연 순환하게 된다.

한편 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능하다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 근권부 가온 시스템
110 : 지중터널
120 : 난방관
130 : 송풍 팬
140 : 발열시트
150 : 권취롤러
160 : 권취보빈
170 : 컨트롤러

Claims

지중에 매립되고 외주면에 다수의 기공들이 형성되고, 길이방향으로 연장된 지중 터널;
상기 지중 터널 내의 바닥의 단열시트 상에 설치된 발열시트;
상기 지중 터널의 일단에 설치되어, 상기 발열시트의 일단이 연결되어 발열시트를 권취하기 위한 권취 롤러;
상기 지중터널의 타단에 설치되어 상기 발열시트의 타단에 결합된 당김줄을 권취하기 위한 권취 보빈; 및
가온모드 및 난방모드의 선택에 응답하여 상기 발열시트의 발열온도를 제어하는 컨트롤러를 구비한 근권부 가온 시스템.
제1항에 있어서, 상기 지중터널의 내부 공간과 연통되어 지상으로 돌출된 복수의 난방관들을 더 구비한 근권부 가온 시스템.
제2항에 있어서, 상기 복수의 난방관들 각각의 상단에는 덮개가 구비된 근권부 가온 시스템.
제2항에 있어서, 상기 복수의 난방관들 각각의 상단에는 송풍 팬이 설치되고, 상기 온도 컨트롤러는 난방모드에서는 상기 송풍 팬을 작동시키고, 가온모드에서는 상기 송풍 팬의 작동을 정지시키는 근권부 가온 시스템.
제1항에 있어서, 상기 지중터널은 상부 단면이 아치형상으로 된 근권부 가온 시스템.
제1항에 있어서, 상기 발열시트는 탄소코팅 섬유로 직조된 탄소발열체인 근권부 가온 시스템.
지중에 매립되고 외주면에 다수의 기공들이 형성되고, 길이방향으로 연장된 지중 터널; 상기 지중터널의 내부 공간과 연통되어 지상으로 돌출된 복수의 난방관들; 상기 복수의 난방관들 각각의 상단을 덮는 복수의 덮개들; 상기 지중 터널 내의 바닥의 단열시트 상에 설치된 발열시트 및 가온모드 및 난방모드의 선택에 응답하여 상기 발열시트의 발열온도를 제어하는 컨트롤러를 구비한 근권부 가온 시스템의 제어방법에 있어서,
상기 복수의 난방관들의 상단이 상기 덮개로 폐쇄된 상태에서 상기 컨트롤러의 동작모드를 가온모드로 제어하고, 상기 복수의 난방관들의 상단의 덮개를 개방한 상태에서 상기 컨트롤러의 동작모드를 난방모드로 제어하는 제어방법.
제7항에 있어서, 상기 컨트롤러는 가온모드에서는 발열시트의 발열온도를 섭씨 40~50도로 하고, 난방모드에서는 섭씨 70 내지 90도로 설정하는 제어방법.
제7항에 있어서, 상기 컨트롤러는 난방모드에서는 상기 지중터널 또는 복수의 난방관들 중 어느 개소에 설치된 적어도 하나 이상의 송풍 팬을 작동시키고, 가온모드에서는 상기 적어도 하나 이상의 송풍 팬의 작동을 정지시키는 제어방법.
지중에 매립되고 외주면에 다수의 기공들이 형성되고, 길이방향으로 연장된 지중 터널;
상기 지중터널의 내부 공간과 연통되어 지상으로 돌출된 복수의 난방관들;
상기 지중터널 또는 복수의 난방관들 중 적어도 어느 한 개소에 설치된 적어도 하나 이상의 송풍 팬;
상기 지중 터널 내의 바닥의 단열시트 상에 설치된 발열시트;
상기 지중 터널의 일단에 설치되어, 상기 발열시트의 일단이 연결되어 발열시트를 권취하기 위한 권취 롤러;
상기 지중터널의 타단에 설치되어 상기 발열시트의 타단에 결합된 당김줄을 권취하기 위한 권취 보빈; 및
가온모드 및 난방모드의 선택에 응답하여 상기 발열시트의 발열온도를 제어하고, 난방모드에서는 상기 적어도 하나 이상의 송풍 팬을 작동시켜서 열기가 강제 순환되도록 제어하는 컨트롤러를 구비한 근권부 가온 시스템.
지중에 매립되고 외주면에 다수의 기공들이 형성되고, 길이방향으로 연장된 지중 터널;
상기 지중터널의 내부 공간과 연통되어 지상으로 돌출된 복수의 열기 배출관들;
상기 지중터널의 내부 공간과 연통되어 지상으로 돌출되고 상기 복수의 열기 배출관들의 길이 보다 짧은 복수의 냉기 유입관들;
상기 지중 터널 내의 바닥의 단열시트 상에 설치된 발열시트;
상기 지중 터널의 일단에 설치되어, 상기 발열시트의 일단이 연결되어 발열시트를 권취하기 위한 권취 롤러;
상기 지중터널의 타단에 설치되어 상기 발열시트의 타단에 결합된 당김줄을 권취하기 위한 권취 보빈; 및
가온모드 및 난방모드의 선택에 응답하여 상기 발열시트의 발열온도를 제어하는 컨트롤러를 구비한 근권부 가온 시스템.