KR101440861B1 - 저에너지 하이브리드 복합 온실시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 송풍기; 상기 송풍기에 연결되는 주입라인이 일측에 연결되며 타측에 배출라인이 연결되는 지중에 형성된 천공홀; 상기 배출라인에 연결되는 제습기; 상기 배출라인에 구성되는 히트펌프; 상기 히트펌프와 연결되어 온실에 연통하는 송풍라인; 상기 온실에 구성되는 센서; 상기 송풍기, 상기 제습기 및 상기 센서와 연동하는 제어부;로 구성되는 저에너지 하이브리드 복합 온실시스템에 관한 것이다.

Description

저에너지 하이브리드 복합 온실시스템{Greenhouse system using low energy and hybrid technologies}

본 발명은 저에너지 하이브리드 복합 온실시스템에 관한 것으로, 이를 더욱 상세히 설명하면 지중에 공기의 유동을 직접적으로 발생시켜 별도의 열교관매체의 순환구조 없이 온실의 난방이 가능하며, 이에 더하여 직접적으로 지중에 공기의 유동을 발생시킴에 따라 지중의 천연 이산화탄소를 온실에 공급할 수 있어 시비가 가능하므로 저에너지가 소요되며 난방과 시비가 하이브리드 된 복합 온실시스템에 관한 것이다.

일반적으로 지열 냉난방시스템은 지중에 열교환파이프를 매설하고, 이와 연결된 히트펌프, 공조설비 등으로 이루어지는 바, 열교환매체가 지중에 매설된 열교환파이프를 순환함으로써 열교환매체가 지중의 에너지를 축적하여 이러한 에너지를 이용하는 것으로 친환경적이며 열효율이 높은 장점이 있다.

종래 기술로서 대한민국 등록특허 제10-0880675호에서는 지열을 이용하기 위해 굴착된 굴착공 내부에 하단부를 마개로 차폐한 대구경의 외부순환관을 삽입 설치한 다음, 외부순환관의 내부에 유공관이 하부에 형성된 내부순환관을 바닥까지 삽입한 기술을 제시하고 있다.

그런데 상기 기술은 단순히 지중의 지열에너지 획득에만 초점을 맞춘 것으로서 순환관으로 물 등 열교환매체를 순환시켜 열교환매체에 의해 열을 흡수하도록 하며, 이와 별도로 순환펌프, 히트펌프, 축열조 등 열이 흡수된 열교환매체로부터 별도의 열교환수단에 의해 난방이 가능하도록 하는 것으로 복잡한 구조에 기해 시공이 용이하지 않으며, 복잡한 순환을 통해 열효율이 저하되는 문제가 있다.

한편 이산화탄소 시비(carbon dioxide enrichment)는 작물 재배시 공기 중의 이산화탄소 농도를 인위적으로 높여 줌으로써 광합성 작용을 활발하게 하여 생육을 촉진하고 품질을 향상시키는 재배 방법이다. 특히 온실과 같이 환기가 원활히 이루어지기 힘든 공간에서 이루어지는 시설원예 재배에서는 이산화탄소 부족으로 인해 광합성이 제한되므로 이산화탄소 시비를 통해 이를 보충하는 기술이 이용되고 있다.

종래 이산화탄소의 시비에 관한 기술로 대한민국 등록특허 1044375호 에서는 온실 난방의 필요 여부에 따라 열병합발전 시스템의 폐열회수장치가 선택적으로 구동되도록 함으로써 에너지 효율을 높일 수 있도록 하는 폐열회수장치를 구비한 온실 이산화탄소 시비용 열병합발전 시스템을 제시한다.

그러나, 이러한 기술에 의해서도 별도의 연소기 등 열병합발전을 위한 장치가 요구되는데, 연소기 등에서 연소 등에 의해 인위적으로 발생되는 이산화탄소를 이용함에 따라 2차적 환경문제를 유발시킬 수 있으며, 별도의 장치를 요함에 의해 당연히 시공비용이성 등 시공 및 경제면에서 불리한 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-0880675호 대한민국 등록특허 제10-1044375호

이에 본 발명은 상기 종래 기술에 의한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 온실의 난방에 지열에너지를 이용함과 동시에 시비가 가능한 복합시스템을 제공하고자 함이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 저에너지 하이브리드 복합 온실시스템은, 송풍기; 상기 송풍기에 연결되는 주입라인이 일측에 연결되며 타측에 배출라인이 연결되는 지중에 형성된 천공홀; 상기 배출라인에 연결되는 제습기; 상기 배출라인에 구성되는 히트펌프; 상기 히트펌프와 연결되어 온실에 연통하는 송풍라인; 상기 온실에 구성되는 센서; 상기 송풍기, 상기 제습기 및 상기 센서와 연동하는 제어부;로 구성됨을 특징으로 한다.

즉 본 발명은 지열에너지를 이용하여 지하공기를 직접 온실에 순환시킴에 따라 난방이 가능하도록 하는 것이며, 이와 더불어 지하공기의 천연 이산화탄소를 온실에 공급함에 따라 저에너지로 시비가 가능하도록 하는 것이다.

특히 본 발명에 있어 상기 제어부는, 온실에 시비를 함에 있어 상기 센서로서 습도센서와 연동하여 상기 제습기를 제어하여 온실로 공급되는 지하공기의 습윤을 조절하고, 상기 센서로서 이산화탄소센서와 연동하여 상기 송풍기를 제어하여 온실의 이산화탄소량을 조절토록 하는 것이다.

또한, 본 발명은 상기 송풍기, 상기 제습기, 상기 센서, 상기 히트펌프, 상기 제어부는 자가발전부와 연결되도록 하여 에너지를 절감시키면서, 오지 등에 있어서도 본 발명의 시스템 구동이 가능하도록 하는 것이다.

또한, 상기 천공홀에는 지열파이프가 내재되며, 상기 지열파이프에는 복수의 관통공이 타공되고, 그 내주연에는 상방향 경사구배를 형성하는 복수의 열전달난류형성판이 구성됨이 타당하다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명인 저에너지 하이브리드 복합 온실시스템은 공기의 유동을 통해 지열에너지를 이용하여 온실의 적정온도를 유지케 함으로써 별도의 열전달매체를 순환시키는 구성이 필요없어 경제적인 시공이 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명인 저에너지 하이브리드 복합 온실시스템은 지열에너지를 이용함에 있어 지중의 천연 이산화탄소를 공기의 유동에 의해 온실에 공급함으로써 친환경적으로 시비가 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명인 저에너지 하이브리드 복합 온실시스템은 지중의 천연 이산화탄소를 이용하여 시비를 함에 있어 제어부, 습도센서, 이산화탄소센서, 송풍기, 제습기의 연동에 기해 온실의 습도와 이산화탄소량의 조절이 용이한 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 저에너지 하이브리드 복합 온실시스템의 개략도이고,
도 2는 본 발명의 일 구성인 제어부의 작용을 나타내는 개략도이고,
도 3은 본 발명의 일 구성인 지열에너지이용장치의 실시 예를 나타내는 측단면도이다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 저에너지 하이브리드 복합 온실시스템의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 구성인 제어부의 작용을 나타내는 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일 구성인 지열에너지이용장치의 실시 예를 나타내는 측단면도이다.

본 발명의 저에너지 하이브리드 복합 온실시스템(100)은, 도 1에서 보는 바와 같이 송풍기(110), 상기 송풍기(110)에 연결되는 지열에너지이용장치(120), 제습기(130), 히트펌프(140), 온실(170)에 연통하는 송풍라인(150), 상기 온실(170)에 구성되는 센서(160), 각각의 구성을 제어하는 제어부(190)으로 구성됨을 특징으로 한다.

우선 상기 송풍기(110)는 상기 지열에너지이용장치(120)에서 공기의 유동을 발생시켜 지열에너지를 이용하도록 하는 것이며, 이와 더불어 지중의 이산화탄소를 유동하는 공기와 함께 상기 온실(170)로 배출토록 하여 시비를 유도하는 것이다.

상기 지열에너지이용장치(120)는 상기 송풍기(110)와 연결되는 주입라인(121)이 일측에 구성되고, 타측에 배출라인(122)이 형성되는 천공홀(123)로 구성된다.

상기 천공홀(123)은 지중에 구성되는 것으로, 상기 천공홀(123)에 공기의 유동이 발생되도록 하여 유입되는 공기와 지중 간의 열교환에 의하여 유출되는 공기에 지열에너지가 부가되도록 하는 것이다.

이러한 지열에너지이용장치(120)의 작동예를 보면 상기 송풍기(110)의 작동에 의해 상기 유입라인(121)으로 공기의 유동이 발생되며, 이렇게 유입된 공기는 상기 천공홀(123)에서 지열에너지를 흡수하여 상기 배출라인(122)을 통해 외부로 배출되는 것이다. 이렇게 지열에너지를 흡수한 공기가 상기 온실(170)에 공급됨으로써 온실(170)의 난방이 가능하도록 하는 것이다. 특히 본 발명의 지열에너지이용장치(120)는 공기를 직접 천공홀(123)에서 순환시킴으로써 천공홀(123)에 존재하는 천연 이산화탄소가 유동하는 공기와 함께 상기 온실(170)로 배출되도록 함으로써 시비가 되도록 하는 것이다. 즉 지열에너지를 이용하되 난방과 함께 시비가 이루어지도록 하여 에너지면에서 유리한 장점이 있다.

한편 본 발명에서는 도 3에서 보는 바와 같이 상기 지열에너지이용장치(120)의 실시 예를 제시하고 있다.

본 실시 예에서는 상기 천공홀(123)에 상기 천공홀(123)의 내주연과 접하는 지열파이프(124)가 구성되도록 하는 것이다. 상기 지열파이프(124)의 일측에 유입라인(121)이 구성되도록 하며, 타측에 배출라인(122)이 구성되도록 하는 것이다. 상기 지열파이프(124)는 열전달율이 우수한 재질을 사용하는 것이 타당한 바, 이는 천공홀(123)로부터 지열이 공기로의 전달율을 높이기 위한 것이다. 이와 같이 천공홀(123)을 구성하는 경우는 지반이 약해 상기 천공홀(123)의 붕괴될 수 있는 경우 상기 지열파이프(124)를 더 구성하게 되는 것이다.

상기 지열파이프(124)는 하부에 공간부를 형성하면서 구획벽(126)이 구성되는 바, 상기 구획벽(126)은 열을 차단할 수 있는 재질을 사용하여 상기 주입라인(121)에 의해 상기 지열파이프(123)로 유입된 공기가 상기 배출라인(122)으로 배출되는 지열에너지가 충분히 교환된 공기와 열교환이 이루어지는 것을 차단하도록 하는 것이 타당하다.

또한, 상기 지열파이프(123)에는 복수의 관통공(127)이 형성되도록 하여야 하는 바, 이는 지중으로부터 상기 관통공(127)으로 이산화탄소가 유입되도록 하여 지열파이프(123) 내부에서 순환되는 공기에 이산화탄소가 혼입되도록 하기 위함이다.

또한, 상기 지열파이프(123)에는 그 내주연에는 복수의 열전달난류형성판(125)이 구성되도록 하는 바, 상기 열전달난류형성판(125)은 상기 지열파이프(123)와 동일하게 열전달율이 우수한 재질을 사용하여 지열에너지를 유동하는 공기로 충분히 전달하기 위해 구성되는 것이다.

특히 상기 열전달난류형성판(125)은 상방향 경사구배를 형성하도록 구성되는 바, 이러한 구성에 기해 공기의 유입시 유입된 공기가 지열파이프(123)와 열전달난류형성판(125)에 의해 형성되는 공간에 체류시간을 길게 함으로써 지열에너지가 충분히 교환되도록 하는 것이며, 지열에너지가 교환된 공기는 배출측에서 열전달난류형성판(125)의 상방향 경사구배에 의해 열교환은 이루어지되 열교환이 이루어진 공기를 외부로 비교적 빨리 토출토록 하여 열교환효율을 증대시키는 것이다.

이와 같이 상기 지열에너지이용장치(120)에 의해 열교환이 이루어진 공기는 상기 배출라인(122)을 통해 외부로 유동하는 바, 상기 배출라인(122)에는 제습기(130)가 연결된다. 상기 제습기(130)는 상기 배출라인(122)에서 가동되는 경우 배출되는 지하공기로부터 습도를 제거하게 되는 것으로 이하에서 설명할 제어부(190)의 제어에 기해 선택적으로 작동을 하게 되는 것이다.

또한, 상기 배출라인(122)에는 히트펌프(140)가 구성되는 바, 상기 히트펌프(140)는 열교환이 이루어진 지하공기를 유입하여 적정온도의 지하공기를 상기 온실(170)로 송풍하도록 하는 것으로, 상기 히트펌프(140)의 작용기작은 공지기술로서 그 설명을 생략한다.

상기 히트펌프(140)로부터 적정의 온도로 조절된 지하공기는 상기 송풍라인(150)을 통해 온실(170)의 내부로 공급된다. 이렇게 온실(170)로 공급된 지하공기는 지열에너지에 의해 상기 온실(170)의 난방이 가능하도록 하는 것이며, 특히 공기순환과정에서 지하의 천연 이산화탄소를 상기 온실(170)로 공급함으로써 시비가 가능하도록 하는 것이다.

상기 온실(170)에는 센서(160)가 구성되는 바, 상기 센서(160)는 습도센서(161)와 이산화탄소센서(162)를 포함한다. 물론 온도센서(도면에 도시되지 않음)도 구성되어 적정온도를 제어할 수 있도록 하는 것은 당연하다.

상기 습도센서(161)는 도 2에서 보는 바와 같이 제어부(190)와 연동하며, 상기 습도센서(161)에 의해 측정된 온실(170)의 습도가 임계습도를 초과하는 경우 상기 제어부(190)는 상기 제습기(130)를 가동시킴으로써 상기 온실(170)의 습도를 저하시킨다.

또한, 상기 이산화탄소센서(162)는 도 2에서 보는 바와 같이 제어부(190)와 연동하며, 상기 이산화탄소센서(162)에 의해 측정된 온실(170)의 이산화탄소량이 임계치 미만의 경우 상기 제어부(190)는 상기 송풍기(110)를 제어하여 상기 지열에너지이용장치(120)를 순환시키는 공기의 량을 증가시켜 결국 온실(170)에 지하공기와 함께 유입되는 이산화탄소의 량을 증대시키는 것이다.

이러한 제어부(190)가 상기 센서(160)와 연동하여 송풍기(110) 또는제습기(130)를 제어하는 것은, 수동 또는 자동에 의해 수행되도록 할 수 있으며, 도면에 도시된 바는 없으나, 상기 제어부(190)의 제어상황이 모니터링 될 수 있는 중앙서버가 구성되도록 할 수 있다.

상기 온실(170)에는 환풍기(171)가 구성되도록 함은 당연하다.

상기 송풍기(110), 상기 제습기(130), 상기 센서(160), 상기 히트펌프(140), 상기 제어부(190)는 자가발전부(180)와 연결되도록 하여 자가발전에 의해 생산된 에너지를 전용할 수 있도록 함이 타당하다.

상기 자가발전부(180)는 자체적으로 전력을 생산하여 생산된 전원만으로 상기 송풍기(110) 등 본 발명의 구성에 있어 전력을 필요로 하는 전 구성이 운영될 수 있도록 전원을 공급한다.

이와 같이 전력 생산 및 공급을 위해 상기 자가발전수단(180)은 자연 에너지로부터 전력을 생산하기 위한 에너지 취득부와 상기 에너지 취득부에서 생산되는 전력을 축전시키기 위한 축전모듈 및 상기 축전모듈을 통해 전력이 축전되며 각 구성부로 전원을 공급하는 축전수단으로 구성되어 있다.

이때, 상기 자연 에너지는 태양열, 태양광 또는 풍력 등이 포함될 수 있으며 이에 대응하여 상기 에너지 취득부는 태양열 발전기, 태양광 발전기 또는 풍력 발전기 등이 적용될 수 있음은 당연하다.

상기 축전모듈은 상기 에너지 취득부에서 생산되는 전력에 따라 교류(AC) 전압을 직류(DC) 전압으로 변환시키는 수단으로써 정류기가 구비될 수 있다. 예를 들어, 네 개의 다이오드(D1 내지 D4)로 구성되는 브리지(bridge)형 정류기로 구성될 수 있다. 또한, 안정성을 도모하기 위하여 저항, 인덕터 및 다이오드 등의 전자 소자로 구성되는 안정회로를 포함할 수 있으며, 이때의 각 소자는 축전 수단에 충전되는 전하량의 손실이 최소화되도록 최대한 높은 효율을 갖는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 축전수단은 상기 축전모듈에 의해 충전 가능한 충전지(rechargeable battery) 또는 캐패시터(capacitor)로 구성된다. 캐패시터의 경우 용량은 상기 에너지 취득부에 의해 생성되는 전하량에 의해 결정될 수 있다. 또한, 상기 축전수단은 각 구성에서 요하는 입력 전원에 따라 그에 대응하는 전원을 공급할 수 있도록 필요에 따라 직류-직류 컨버터 내지 직류-교류 인버터를 포함할 수 있음은 당연하다.

이상 설명된 내용은 본 발명의 실시 예에 의하여 일례로 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 당업자라면 본 발명의 기술사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 범위는 명세서에 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

100 : 본 발명의 시스템
110 : 송풍기 120 : 지열에너지이용장치
130 : 제습기 140 : 히트펌프
150 : 송풍라인 160 : 센서
170 : 온실

Claims (4)

1. 송풍기; 상기 송풍기에 연결되는 주입라인이 일측에 연결되며 타측에 배출라인이 연결되는 지중에 형성된 천공홀; 상기 배출라인에 연결되는 제습기; 상기 배출라인에 구성되는 히트펌프; 상기 히트펌프와 연결되어 온실에 연통하는 송풍라인; 상기 온실에 구성되는 센서; 및 상기 송풍기, 제습기 및 센서와 연동하는 제어부;를 포함하는 온실시스템에 있어서,
   상기 천공홀에는 지열파이프가 내재되며, 상기 지열파이프에는 복수의 관통공이 타공되고, 그 내주연에는 상방향 경사구배를 형성하는 복수의 열전달난류형성판이 구성됨을 특징으로 하는 저에너지 하이브리드 복합 온실시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제어부는,
   상기 센서로서 습도센서와 연동하여 상기 제습기를 제어하고,
   상기 센서로서 이산화탄소센서와 연동하여 상기 송풍기를 제어하는 것을 특징으로 하는 저에너지 하이브리드 복합 온실시스템.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 송풍기, 상기 제습기, 상기 센서, 상기 히트펌프, 상기 제어부는 자가발전부와 연결됨을 특징으로 하는 저에너지 하이브리드 복합 온실시스템.
4. 삭제

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