KR102490130B1 - Combined heat utilization System for smart farms - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 비닐하우스 또는 유리온실 등으로 구성되는 온실 내에서 농업작물, 원예작물 등을 재배하는 스마트팜에 적용하기 위한 기술로서, 연료를 연소시켜서 발생하는 열에너지를 이용하여 온실의 내부를 난방하되, 열교환기를 통해 생산되는 온수를 이용한 온수난방과, 배기가스의 열에너지를 이용하는 배기가스 난방을 병행하도록 구성되어 있고, 난방용 연료비를 크게 절약할 수 있으며, 온실에 재배 중인 작물의 광합성에 필요한 이산화탄소(CO2)를 생성하여 공급할 수 있는 스마트팜용 복합 열이용 시스템에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 통상의 유류를 사용하거나 목재 또는 농업부산물 등을 연료로 사용할 수 있으며, 특히, SRF(Solid Refuse Fuel)와 같이 저렴한 재생연료를 사용하여 스마트팜용 온실의 내부를 난방하면서도 환경오염을 발생시키지 않는 복합 열이용 기술에 관한 것이다.The present invention is a technology for application to a smart farm that grows agricultural crops, horticultural crops, etc. in a greenhouse composed of a vinyl house or a glass greenhouse, using thermal energy generated by burning fuel to heat the inside of the greenhouse, It is configured to simultaneously heat hot water using the hot water produced through the heat exchanger and heating the exhaust gas using the heat energy of the exhaust gas. ) It is about a complex heat utilization system for smart farms that can generate and supply. In particular, the present invention can use ordinary oil or wood or agricultural by-products as fuel. It relates to a complex heat utilization technology that does not generate heat.
사계절이 뚜렷한 우리나라에서도 농업 또는 원예관련 기술의 발전으로 인해 계절에 관계없이 다양한 농작물 또는 원예작물을 재배할 수 있게 되었다. 특히, 수요가 많은 농작물들은 사계절 내내 재배되어 시장에 공급되고 있다. Even in Korea, which has four distinct seasons, it is possible to grow various crops or horticultural crops regardless of the season due to the development of agriculture or horticultural technology. In particular, crops in high demand are grown all year round and supplied to the market.
한편, 대부분의 농작물은 기온이 크게 떨어지는 계절에는 외부에서 재배할 수 없으므로, 겨울이나 늦가을 또는 초봄과 같이 기온이 낮은 계절에 농작물을 재배하기 위해서는 비닐하우스나 유리온실과 같은 시설을 설치하여야 하고 동시에 그 내부의 작물이 발육 및 성장할 수 있는 환경이 되도록 하여야 하며, 난방설비를 구비하여야 한다.On the other hand, since most crops cannot be grown outside in seasons when the temperature drops significantly, in order to grow crops in seasons with low temperatures such as winter, late fall or early spring, facilities such as vinyl houses or glass greenhouses must be installed. An environment in which crops can develop and grow must be provided, and heating facilities must be provided.
특히, 온도가 크게 떨어지는 동절기에 비닐하우스나 온실의 내부를 난방하기 위해서는 막대한 난방비용이 소요되게 된다. 연료가격이 상승하고 동절기가 길어지는 경우,난방비는 온실에서 농작물을 재배하는 농가 또는 기업의 큰 부담이 되고 있다In particular, in order to heat the inside of a greenhouse or a greenhouse during the winter season when the temperature drops significantly, a huge heating cost is required. When fuel prices rise and the winter season gets longer, heating costs become a heavy burden for farmhouses or businesses that grow crops in greenhouses.
위와 같은 사정으로 인해, 비닐하우스 또는 유리온실(이하 ‘온실’로 통칭함)의 난방비 부담을 줄이기 위한 여러 가지 기술들이 개발되어 왔다.Due to the above circumstances, various technologies have been developed to reduce the burden of heating costs in vinyl houses or glass greenhouses (hereinafter collectively referred to as 'greenhouses').
예를 들어, 국내 등록실용신안 제20-0181007호(공고일; 2000.05.15.)는 ‘농업용 온풍기의 배기열 이용장치’라는 명칭의 고안으로서, 농업용 온풍기에서 배출되는 배기가스 중의 열을 이용하는 장치에 관한 것이다. 이 선행기술은 비닐하우스 또는 가축의 축사를 난방하는 농업용 온풍기의 배기가스 중의 잠열을 회수하여 재활용하는 장치에 관한 것이다.For example, Domestic Utility Model Registration No. 20-0181007 (published date; 2000.05.15.) is an invention titled 'Apparatus for using exhaust heat of an agricultural heater', which relates to a device that uses heat in the exhaust gas discharged from an agricultural heater. will be. This prior art relates to a device for recovering and recycling latent heat from exhaust gas of an agricultural hot air fan for heating a greenhouse or livestock shed.
이 선행기술에 따른 농업용 온풍기의 배기열 이용장치는, 고온의 배기가스가 외부로 배출되는 굴뚝 내에 대직경의 파이프와 소직경의 파이프를 교호로 나선상으로 배열하고, 순환펌프에 의해 파이프 내로 유체를 순환시켜서 유체를 가열하고, 가열된 유체를 방열기구 내로 유입시켜서 난방 등에 이용하도록 구성된 기술이다. In the apparatus for utilizing exhaust heat of a warm air fan for agriculture according to the prior art, a large-diameter pipe and a small-diameter pipe are alternately arranged in a spiral shape in a chimney through which high-temperature exhaust gas is discharged to the outside, and the fluid is circulated in the pipe by a circulation pump. It is a technology configured to heat the fluid by heating the fluid and introduce the heated fluid into the heat dissipation device to use it for heating or the like.
국내 등록실용신안 제20-0478844호(공고일; 2015.11.23.)는 ‘온풍 난방기의 폐열 회수장치 및 이를 포함하는 온실 난방 시스템’이라는 명칭의 고안에 관한 것으로, 농업용 온풍난방기의 배기가스관에서 버리는 배기열을 온수로 회수하여 재이용하기 위한 것이며, 코일 타입의 밀폐형 원통형 스테인리스 파이프를 배기가스관 주위에 설치하여 대기 중으로 버리는 열을 재이용할 수 있도록 하는 기술에 관한 것이다. 이 선행기술은 연통으로 배출되는 배기가스열을 회수할 수 있는 열회수기, 저장조 및 팬코일 유닛을 일체형으로 형성함으로써 대기 중으로 배출되는 열을 재활용하여 난방비를 절감할 수 있게 하는 온풍 난방기의 폐열 회수장치를 제공하기 위한 것이다.Domestic Utility Model Registration No. 20-0478844 (published date; 2015.11.23.) relates to a design titled 'Waste heat recovery device for warm air heater and greenhouse heating system including the same', and exhaust heat discarded from exhaust gas pipe of agricultural warm air heater It is for recovering and reusing hot water, and relates to a technology for reusing heat discarded into the atmosphere by installing a coil-type sealed cylindrical stainless steel pipe around an exhaust gas pipe. This prior art is a waste heat recovery device of a warm air heater that can reduce heating costs by recycling heat discharged into the atmosphere by integrally forming a heat recovery device capable of recovering exhaust gas heat discharged through flue gas, a storage tank, and a fan coil unit. is to provide
국내 등록특허 제10-1309000호(등록일; 2013.09.10.)는 ‘가연성 폐기물을 연료로 이용하는 가열로와 열교환기를 연계한 에너지 절약형의 친환경 폐기물 자원화 장치’라는 명칭의 발명에 관한 것이다. 이 선행기술은 가연성 폐기물을 연료로 이용하되 친환경적으로 연소시켜서 폐기물을 가스화 처리하여 열에너지로 효율적으로 전환시키는 가열로와, 가열로에서 발생되는 연소 가스로부터 폐열을 회수하여 냉난방 시설의 열원으로 공급하는 에너지 절약형의 열교환기를 포함하여 구성되며, 폐고무나 플라스틱 등의 가연성 폐기물 처리 과정에서 발생되는 여러 환경오염물질의 배출을 획기적으로 저감하고 동시에 발생되는 연소 가스를 에너지 대체 자원으로 활용하여 폐기물의 친환경 처리와 더불어 발열량이 높은 저가의 저공해 고효율의 에너지 자원으로서 부가적 에너지인 연소 가스로부터 폐열을 열교환시켜 회수하고 용도별로 다양한 열 수요처의 열원으로 활용하는 에너지 절약형의 친환경 폐기물 자원화 장치에 관한 것이다.Domestic Patent Registration No. 10-1309000 (registration date; 2013.09.10.) relates to an invention titled 'Energy-saving eco-friendly waste recycling device in conjunction with a heating furnace using combustible waste as fuel and a heat exchanger'. This prior art uses combustible waste as a fuel, but burns it in an environmentally friendly way to gasify the waste and efficiently converts it into heat energy, and energy that recovers waste heat from combustion gas generated in the furnace and supplies it as a heat source for air conditioning and heating facilities It is composed of a heat exchanger of a saving type, and dramatically reduces the emission of various environmental pollutants generated in the process of treating combustible waste such as waste rubber and plastic. In addition, as a low-cost, low-pollution, high-efficiency energy resource with high calorific value, waste heat is recovered by heat exchange from combustion gas, which is additional energy, and is used as a heat source for various heat demand sources for each purpose.
국내 등록특허 제10-2049893호(등록일; 2019.11.22.)는 ‘다중 원심 공간 분할 연소장치’라는 명칭의 발명이며, 복수의 연소 공기가 각각 별도의 경로 및 적당한 압력으로 연소실 내부로 유입되도록 하여 각각 투입된 연소 공기가 충분히 긴 거리를 회전하여 이동할 수 있도록 구성함으로써, 연소 대상물의 완전 연소가 효과적으로 이루어지고 또한, 연소장치 외부의 공기를 별도로 가열 또는 냉각하는 등의 조치 없이도 외통의 냉각이 효율적으로 이루어지도록 하면서, 내통 내부의 연소실에서 공기가 고온으로 가열되고, 세분화된 공기 주입을 통하여 투입 공기의 압력 및 속도를 조절함으로써, 연소대상 연료를 완전 연소시킬 수 있는 장치의 기술에 관한 것이다.Domestic Patent Registration No. 10-2049893 (registration date; 2019.11.22.) is an invention titled 'multi-centrifugal space division combustion device', and allows a plurality of combustion air to flow into the combustion chamber with separate paths and appropriate pressure, respectively. By configuring each injected combustion air to rotate and move a sufficiently long distance, complete combustion of the object to be burned is effectively accomplished, and cooling of the external cylinder is efficiently achieved without additional measures such as heating or cooling the air outside the combustion device. It relates to a device capable of completely burning fuel to be burned by heating the air to a high temperature in the combustion chamber inside the inner cylinder and adjusting the pressure and speed of the input air through the injection of finely divided air.
종래에는 유류 또는 고체 연료를 연소시켜서 발생하는 열을 이용하여 난방 등에 사용하고, 연소과정에서 발생하는 배기가스에 포함되어 있는 고온의 열을 흡수하기 위하여 굴뚝 또는 배기가스관의 일측에 배기가스의 열을 흡수할 수 있는 수단을 구비시켜서 배출되는 열을 재이용하는 기술이 많이 사용되었고, 폐고무나 RDF(재활용 고형연료)와 같은 가연성 폐기물을 연료로 사용하여 난방용 열원으로 재활용하는 기술 등이 사용되었다.Conventionally, the heat generated by burning oil or solid fuel is used for heating, etc., and the heat of the exhaust gas is applied to one side of the chimney or exhaust gas pipe to absorb the high-temperature heat contained in the exhaust gas generated during the combustion process. A technology for reusing exhausted heat by providing an absorbing means has been widely used, and a technology for recycling as a heat source for heating by using combustible waste such as waste rubber or RDF (recycled solid fuel) as fuel has been used.
위와 같이 종래에도 배기가스에 포함되어 있는 열을 재이용하는 기술이 이용되기는 하였으나, 배기가스의 열 중 일부만 흡수할 수 있었고, 배기가스의 열 중 대부분이 외부로 배출되는 경우가 많았다. 본 발명은 위와 같은 종래기술에 비해 열효율 및 운영효율이 더욱 개선된 열이용 시스템을 제공하기 위한 것이다.As described above, although a technique for reusing heat contained in exhaust gas has been used in the prior art, only some of the heat of the exhaust gas can be absorbed, and most of the heat of the exhaust gas is often discharged to the outside. An object of the present invention is to provide a heat utilization system with further improved thermal efficiency and operating efficiency compared to the prior art as described above.
특히, 본 발명은 국내 등록특허 제10-2049893호와 같이 연료를 거의 완전히 연소시킬 수 있는 연소장치를 사용하여 높은 온도로 연료를 연소시킴으로써, 유류와 같은 통상의 연료는 물론, 목재나 농업부산물 등을 연료로 사용할 수 있고 특히, SRF(Solid Refuse Fuel; 고형재생연료)와 같이 저렴한 재생연료를 연료로 사용할 수 있는 열이용 시스템을 제공하기 위한 것이며, 특히, 배기가스 중에 포함되어 있는 높은 열에너지를 주 열원으로 사용하고, 열교환부에서 발생하는 온수를 보조 열원으로 사용하여 온실을 난방하도록 구성되는 시스템을 제공하기 위한 것이다.In particular, the present invention burns the fuel at a high temperature using a combustion device that can almost completely burn the fuel, such as in Korean Patent Registration No. 10-2049893, so that not only conventional fuels such as oil, but also wood, agricultural by-products, etc. It is intended to provide a heat utilization system that can use as fuel, and in particular, can use inexpensive renewable fuels such as SRF (Solid Refuse Fuel) as fuel. It is to provide a system configured to heat a greenhouse by using as a heat source and using hot water generated in a heat exchanger as an auxiliary heat source.
본 발명은 유류, 목재와 같은 통상의 연료 및 SRF(Solid Refuse Fuel; 고형재생연료)와 같은 재생연료를 사용하면서도 환경오염이 거의 발생하지 않으면서 열효율이 매우 높은 연소장치를 사용하여 발생하는 열에너지를 온실난방의 열원으로 사용하는 스마트팜용 열이용 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention uses a conventional fuel such as oil and wood and a renewable fuel such as SRF (Solid Refuse Fuel) to generate thermal energy generated by using a combustion device with very high thermal efficiency and little environmental pollution. It is to provide a heat utilization system for smart farms used as a heat source for greenhouse heating.
본 발명은 초기 동작시에만 열교환기의 상부에서 분무시키기 위한 용수를 집수정에 공급한 상태에서 동작을 시작하고, 그 이후에는 외부에서 별도로 난방용 용수를 공급하지 않더라도 시스템 가동 중에 자체에서 생성되는 물(응축수)을 이용하여 온실을 난방할 수 있는 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention starts operation in a state in which water for spraying from the upper part of the heat exchanger is supplied to the collecting well only during the initial operation, and after that, water generated by itself during system operation even if water for heating is not separately supplied from the outside ( It is to provide a system capable of heating a greenhouse using condensate).
본 발명의 시스템은 배기가스 공급관을 지나는 배기가스에 포함되어 있는 이산화탄소(CO2)를 수산화나트륨 등의 알칼리성 용매에 접촉시켜서 해당 용매가 CO2를 포집하도록 한 후, CO2를 포함하고 있는 수산화나트륨 등을 가열하여 순수한 기체 이산화탄소(CO2)를 생성시켜서, 재배 중인 작물의 광합성에 필요한 양의 이산화탄소(CO2)를 온실로 공급하여, 작물의 생육을 촉진시키기 위한 것이다.In the system of the present invention, carbon dioxide (CO 2 ) contained in exhaust gas passing through an exhaust gas supply pipe is contacted with an alkaline solvent such as sodium hydroxide so that the solvent collects CO 2 , and then the sodium hydroxide containing CO 2 It is to generate pure gaseous carbon dioxide (CO 2 ) by heating the etc., and supply the amount of carbon dioxide (CO 2 ) necessary for photosynthesis of crops under cultivation to the greenhouse to promote the growth of crops.
본 발명은 연료를 1,500℃ 이상의 고온으로 연료를 연소시킴으로써, SRF(Solid Refuse Fuel; 고형재생연료) 또는 RDF(재활용 고형연료)와 같은 연료를 사용하면서도 환경오염을 유발하지 않는 연소장치를 사용하는 복합 열이용 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention is a composite using a combustion device that does not cause environmental pollution while using fuel such as SRF (Solid Refuse Fuel) or RDF (Recycled Solid Fuel) by burning fuel at a high temperature of 1,500 ° C. or higher. It is to provide a heat utilization system.
본 발명은 SRF와 같이 저렴한 재생연료를 사용하면서도, 안정적이고 연속적으로 연소가 이루어질 수 있고 열효율이 매우 높은 복합 열이용 시스템을 제공함으로써, 동절기 등에 농가의 난방비 지출을 크게 줄일 수 있는 스마트팜용 복합 열이용 시스템을 제공하기 위한 것이다.The present invention provides a combined heat utilization system that can be stably and continuously combusted and has very high thermal efficiency while using inexpensive renewable fuels such as SRF, thereby using combined heat for smart farms that can significantly reduce heating costs of farmhouses during the winter season. to provide the system.
본 발명의 스마트팜용 복합 열이용 시스템은 연소부, 열교환부, 열이용부, 굴뚝부 및 제어부를 포함하여 구성된다.The complex heat utilization system for smart farms of the present invention includes a combustion unit, a heat exchange unit, a heat utilization unit, a chimney unit, and a control unit.
연소부(100)는 연료를 연소시켜서 높은 온도의 배기가스를 발생시키기 위한 부분이며, 통상의 연료 및 SRF와 같은 재생연료를 연소시켜서 열교환용 고열을 발생하는 수단이다. 연소부는 연소에 사용되는 연료를 저장 및 공급하는 연료공급부와, 공급된 연료가 1차적으로 연소되는 1차 연소실과, 1차 연소실의 상부에 형성되며 1차 연소실에서 연소된 연료 및 배기가스 중에서 연소가 이루어지지 않는 재료 또는 불완전 연소된 가스 등이 추가로 연소되는 2차 연소실과, 연소용 공기를 공급하기 위한 연소공기 송풍기와, 연료 연소 후 남게 되는 재를 배출하고 수집하는 수단인 재(ash) 처리수단을 포함하여 구성된다. The
열교환부(200)는 연소부에서 발생되는 높은 열을 이용하여 온실난방용 온수를 가열하여 열이용부로 공급하고, 배기가스에 포함되어 있는 분진 등의 물질이 분무되는 회수수(순환수)에 흡수되도록 하기 위한 수단이다. 본 발명 열교환부의 상부는 수직 원통형으로 형성되고, 그 하부는 거꾸로 세운 원뿔(역원뿔) 형상으로 형성된다. 열교환부는 수직 원통형의 외측부를 형성하는 외부원통과, 외부원통의 내측에 형성되는 내부원통과, 외부원통 및 내부원통의 하부에 형성되고 역원뿔 형상으로 이루어지며, 열교환을 거쳐 가열된 순환수 즉, 온수가 저장되는 온수탱크와, 외부원통 및 내부원통의 상부에 형성되어 회수수(순환수)를 분무하도록 구성되어 있는 열포집기(heat scrubber)와, 온수탱크의 측면에 구비되어 온수가 온실측으로 배출되는 출구인 온수토출구를 포함하여 구성된다. 열교환부는 순환수(‘회수수’라고도 칭함)의 ph농도를 조절하기 위한 소석회를 공급하는 소석회공급수단을 더 포함하여 구성될 수 있다.The
열이용부(300)는 본 발명의 시스템에서 생산되는 열에너지와 배기가스에 포함되어 있는 CO2 가스를 활용하여 동절기 등에 농작물 또는 원예작물을 경작할 수 있도록 하기 위한 것이다.The
열이용부(300)는 열교환부에서 생성된 온수의 열과 굴뚝부에서 회수된 배기가스의 열을 이용하여 온실을 난방하도록 구성되고, 회수된 배기가스에 포함되어 있는 CO2를 포집한 후 그 포집된 CO2를 다시 기화시켜서 작물의 광합성에 필요한 만큼의 이산화탄소를 온실에 공급하도록 구성되어 있는 부분이다. 열이용부는 본 발명의 시스템에서 발생한 열과 가스를 함께 이용하는 부분으로서 ‘열/가스 이용부’라고 칭할 수도 있으며, 본 발명의 설명에서는 ‘열이용부’라는 명칭을 사용하기로 한다.The
본 발명의 열이용부는 비닐하우스 또는 유리온실의 형태로 이루어지는 온실 내에 구비되는 부분이며, 열교환부에서 가열된 온수를 사용하여 온실의 내부를 난방하도록 구성된 온수공급관(온수난방배관)과, 굴뚝부에서 회수된 고온의 배기가스가 통과하면서 온실의 내부를 난방하도록 구성되어 있는 배기가스 공급관과, 온수공급관을 통과한 온수 및 배기가스 중의 수증기가 응축되어 생성된 응축수가 모여 저장되는 집수정과, 집수정에 저장되어 있는 물(회수수 또는 순환수)을 열교환부의 열포집기 측으로 급수하기 위한 회수수 급수관과, 배기가스 중의 CO2를 포집하고 포집된 CO2를 다시 기체로 환원시켜서 온실로 공급하는 CO2 공급수단 및 배기가스가 배출되는 통로인 회수가스 배출관을 포함하여 구성된다.The heat utilization unit of the present invention is a part provided in a greenhouse in the form of a vinyl house or a glass greenhouse, and a hot water supply pipe (hot water heating pipe) configured to heat the inside of the greenhouse using hot water heated in the heat exchange unit, and a chimney An exhaust gas supply pipe configured to heat the inside of the greenhouse as the recovered high-temperature exhaust gas passes through, a collecting well in which condensate generated by condensing hot water passing through the hot water supply pipe and water vapor in the exhaust gas is collected and stored, and a collecting well A recovered water supply pipe for supplying water (recovered water or circulated water) stored in the heat exchanger to the heat collector side of the heat exchange unit, and a CO 2 supply that collects CO2 in the exhaust gas, reduces the collected CO2 back to gas, and supplies it to the greenhouse . It is configured to include means and a recovery gas discharge pipe that is a passage through which exhaust gas is discharged.
열이용부에 있어서 배기가스 공급관에는 굴뚝으로 배출되는 배기가스 중 일부 또는 대부분을 흡입하기 위한 배기가스 흡입팬(IDFAN)이 구비되고, 또한, 집수정에 모인 회수수를 회수수 급수관을 통해 열교환부의 열포집기로 급수하기 위한 회수수 급수펌프가 구비되어 있다.In the heat utilization unit, the exhaust gas supply pipe is provided with an exhaust gas intake fan (IDFAN) for sucking some or most of the exhaust gas discharged into the chimney, and the recovered water collected in the collecting well is passed through the recovered water supply pipe to the heat exchange unit. A recovery water feed pump is provided to supply water to the heat collector.
열이용부에 구비되어 있는 집수정은 온수탱크에서 배출되어 온수공급관을 통과하면서 온실 내부를 난방하면서 냉각되는 물(냉각온수)이 모이게 되고, 또한, 배기가스에 포함되어 있던 수증기가 배기가스 공급관을 통과하면서 온실 내부를 난방하는 동안 그 온도가 떨어지면서 응축되어 생성되는 물(응축수; condensed water)이 모이는 수단이다.In the collecting well provided in the heat utilization part, water that is discharged from the hot water tank and passes through the hot water supply pipe while heating and cooling the inside of the greenhouse (cooling hot water) is collected, and the water vapor contained in the exhaust gas passes through the exhaust gas supply pipe. It is a means for collecting condensed water (condensed water), which is produced by condensing as the temperature drops while heating the inside of the greenhouse as it passes through.
즉, 본 발명의 집수정에는 온수공급관을 지나면서 온실을 난방한 후 온도가 떨어진 물과, 배기가스 공급관을 지나는 배기가스 중의 수증기가 응축되어 생성되는 물(응축수)이 함께 모이게 된다. 본 발명에서는 위와 같은 2가지 경로를 거쳐 집수정으로 모이는 물을 통칭하여 회수수(returned water)라고 칭한다. 회수수는 열교환부와 열이용부 사이를 순환하면서 온실의 난방에 사용되게 되며, 따라서 회수수는 순환수라고 칭할 수도 있다. 본 발명의 설명에 사용되는 회수수와 순환수는 동일한 것이다.That is, in the collecting well of the present invention, water (condensate) produced by condensation of water vapor in the exhaust gas passing through the exhaust gas supply pipe and water that is cooled after heating the greenhouse while passing through the hot water supply pipe gather together. In the present invention, the water collected in the collecting well through the above two paths is collectively referred to as returned water. The recovered water is used for heating the greenhouse while circulating between the heat exchange unit and the heat utilization unit, and thus the recovered water may be referred to as circulating water. The number of times and the number of cycles used in the description of the present invention are the same.
회수가스 배출관은 굴뚝부의 배기가스 회수구를 통해 흡입되어 배기가스 공급관으로 공급된 배기가스가 온실을 지난 후 외부로 배출되는 통로가 되는 부분이다. 회수가스 배출관의 끝에는 회수가스 배출구가 구비되어 있다.The recovered gas discharge pipe is a part that serves as a passage through which exhaust gas sucked through the exhaust gas recovery port of the chimney and supplied to the exhaust gas supply pipe is discharged to the outside after passing through the greenhouse. A recovery gas outlet is provided at the end of the recovery gas discharge pipe.
본 발명의 굴뚝부(400)는 1차 및 2차 연소실에서 연료가 연소되는 과정에서 발생한 배기가스가 외부로 배출되는 부분이다. 굴뚝부는 굴뚝과, 배기가스 회수구와, 배기가스 측정부를 포함하여 구성된다. The
굴뚝은 배기가스의 주 배출통로가 되는 것이며, 굴뚝의 최상부는 배기가스가 외부로 배출되는 출구로서 배기가스 배출구라고 칭한다. 본 발명의 열이용부(300) 중에는 배기가스 회수구를 통해 흡입된 배기가스가 온실 내부를 통과한 후 외부로 배출되는 배기가스의 또 다른 출구인 회수가스 배출구가 구비되어 있다.The chimney serves as the main discharge passage of the exhaust gas, and the uppermost part of the stack is called an exhaust gas outlet as an outlet through which the exhaust gas is discharged to the outside. In the
굴뚝의 일측에는 배기가스 배출구을 향하여 이동하는 배기가스 중 일부 또는 거의 전부를 배기가스 공급관으로 회수(흡입)하기 위한 배기가스 회수구가 형성되어 있다. 또한, 굴뚝의 일측에는 배기가스에 포함되어 있는 유해물질의 성분 또는 농도를 측정하기 위한 배기가스 측정부가 구비될 수 있다.An exhaust gas recovery port is formed at one side of the chimney to recover (suck) some or almost all of the exhaust gas moving toward the exhaust gas outlet into an exhaust gas supply pipe. In addition, an exhaust gas measuring unit may be provided at one side of the chimney to measure components or concentrations of harmful substances included in the exhaust gas.
제어부(500)는 본 발명 시스템의 전체적인 동작을 제어하기 위한 수단이며, 온실 내부의 온도, 외부의 온도 또는 사용자가 설정한 조건에 따라 시스템의 동작을 제어하기 위한 것이다.The
제어부는 연료공급부의 연료정량호퍼 및 연료투입스크류를 제어하여 연료공급량을 제어하고, 1차 연소실로 연소용 공기를 송풍하는 연소공기 송풍기를 제어하여 송풍량을 조절하고, 1차 연소실에서 연속적으로 연소동작이 이루어지도록 점화버너를 제어한다.The control unit controls the amount of fuel supplied by controlling the fuel metering hopper and the fuel input screw of the fuel supply unit, controls the combustion air blower that blows combustion air into the primary combustion chamber to adjust the blowing amount, and continuously burns in the primary combustion chamber. Control the ignition burner to achieve this.
또한, 제어부는 배기가스 흡입팬의 동작을 제어하여 배기가스 공급관으로 공급되는 배기가스의 양을 제어하고, 회수수 급수펌프의 동작을 제어하여 집수정으로부터 급수되어 회수수 분무노즐을 통해 외부연통 및 내부연통의 상부에서 분무되는 회수수의 양 또는 분무압력을 제어하며, 배기가스로부터 포집한 CO2를 온실에 재배 중인 작물의 광합성에 필요한 분량만큼 기화시켜서 온실로 공급하도록 CO2 공급수단을 제어하게 된다.In addition, the control unit controls the operation of the exhaust gas suction fan to control the amount of exhaust gas supplied to the exhaust gas supply pipe, and controls the operation of the recovery water supply pump to supply water from the collecting well to external communication and communication through the recovery water spray nozzle. The amount or spray pressure of recovered water sprayed from the top of the internal communication is controlled, and the CO2 supply means is controlled so that the CO2 collected from the exhaust gas is vaporized in an amount required for photosynthesis of the crops grown in the greenhouse and supplied to the greenhouse.
본 발명의 제어부는 온실의 내부 온도가 떨어져서 더 많은 열에너지를 온실에 공급하여야 하거나 또는 온실 내부의 온도가 높아져서 열에너지 공급을 줄여야 할 경우, 연료의 공급량, 연소공기 송풍량, 배기가스 회수량 및 회수수 공급량 등을 증가 또는 감소시키도록 관련 구성요소를 제어하여, 온실의 상황에 따라 시스템이 자동으로 동작하도록 제어한다.When the control unit of the present invention needs to supply more heat energy to the greenhouse because the temperature inside the greenhouse drops or reduces the supply of heat energy because the temperature inside the greenhouse rises, the amount of fuel supplied, the amount of combustion air blowing, the amount of exhaust gas recovery, and the amount of recovered water supplied By controlling the related components to increase or decrease the light, the system is controlled to operate automatically according to the situation in the greenhouse.
위와 같이 구성되는 본 발명의 복합 열이용 시스템은 1차 및 2차 연소실에서 SRF 등의 연료를 점화 및 연소시켜서 높은 열의 배기가스를 발생시키고, 배기가스에 포함되어 있는 고열을 이용하여 온실 난방용 온수를 생성하며, 동시에 굴뚝으로 향하는 배기가스 중 일부 또는 대부분을 회수하여 배기가스에 포함되어 있는 높은 열을 온실의 난방에 사용하도록 구성되어 있고, 또한, 본 발명은 배기가스에 포함되어 있는 CO2를 알칼리성 용매 등을 사용하여 포집한 후, 포집된 CO2를 다시 기화시켜서 온실로 공급하여 재배 중인 작물의 생장을 도울 수 있도록 구성되어 있다.The complex heat utilization system of the present invention configured as above generates high-heat exhaust gas by igniting and burning fuel such as SRF in the primary and secondary combustion chambers, and uses the high heat contained in the exhaust gas to generate hot water for greenhouse heating. generating, and at the same time recovering some or most of the exhaust gas directed to the chimney to use the high heat contained in the exhaust gas for heating the greenhouse. In addition, the present invention converts CO 2 contained in the exhaust gas into After collecting using a solvent or the like, the collected CO 2 is vaporized again and supplied to the greenhouse to help the growth of crops under cultivation.
본 발명의 스마트팜용 복합 열이용 시스템은 유류와 같은 통상의 연료는 물론, 목재나 농업부산물 등을 연료로 사용할 수 있으며, 특히, SRF(Solid Refuse Fuel; 고형재생연료)와 같은 높은 열에너지를 갖는 연료를 사용하여 스마트팜의 난방을 위한 열에너지를 공급할 수 있고, 농작물 생장에 필요한 CO2 가스를 공급할 수 있다.The complex heat utilization system for smart farms of the present invention can use wood or agricultural by-products as well as conventional fuels such as oil, and in particular, fuels with high thermal energy such as SRF (Solid Refuse Fuel). can be used to supply thermal energy for heating smart farms and CO 2 gas required for crop growth.
특히, 본 발명의 열이용 시스템은 SRF(Solid Refuse Fuel; 고형재생연료)와 같은 재생연료를 사용하면서도 환경오염이 거의 발생하지 않고, 열효율이 매우 높은 스마트팜용 열이용 시스템을 제공할 수 있다.In particular, the heat utilization system of the present invention can provide a heat utilization system for smart farms with very high thermal efficiency and little environmental pollution while using renewable fuel such as SRF (Solid Refuse Fuel).
본 발명의 시스템은 초기 동작시에만 열교환기의 상부에 분무하기 위한 용수를 급수하고, 그 이후에는 외부에서 별도의 난방용수를 추가로 공급하지 않고도 시스템 가동 중에 시스템 자체에서 생성되는 물(응축수)을 이용하여 지속적으로 온실을 난방할 수 있어서, 매우 적은 양의 용수를 사용하게 된다.The system of the present invention supplies water for spraying to the top of the heat exchanger only during the initial operation, and thereafter, water (condensate) generated by the system itself during system operation is supplied without additionally supplying heating water from the outside. It can continuously heat the greenhouse by using it, so a very small amount of water is used.
본 발명의 시스템은 배기가스에 포함되어 있는 CO2를 알칼리성 용매 등을 이용하여 포집한 후, 포집된 이산화탄소를 다시 기화시켜서 재배 중인 작물의 생육에 필요한 양만큼 온실에 공급함으로써, 외부에서 CO2를 공급받거나 또는 CO2를 제조하기 위한 별도의 수단 없이도 시스템 자체에서 발생하는 배기가스를 이용하여 작물의 광합성에 필요한 CO2를 발생시켜서 농작물에 공급할 수 있다.The system of the present invention collects CO 2 contained in exhaust gas using an alkaline solvent, etc., then re-vaporizes the captured carbon dioxide and supplies it to the greenhouse in an amount necessary for the growth of crops under cultivation, thereby removing CO 2 from the outside. Even without a separate means for receiving or producing CO 2 , CO 2 necessary for photosynthesis of crops may be generated using exhaust gas generated from the system itself and supplied to crops.
본 발명은 1500℃ 이상의 고온으로 연료를 연소시킴으로써, SRF(Solid Refuse Fuel; 고형재생연료) 또는 RDF(재활용 고형연료)와 같이 저렴한 재생연료를 사용하면서도 환경오염을 유발하지 않는 열이용 시스템을 제공할 수 있다.The present invention provides a heat utilization system that does not cause environmental pollution while using inexpensive renewable fuels such as SRF (Solid Refuse Fuel) or RDF (Recycled Solid Fuel) by burning fuel at a high temperature of 1500 ° C or higher. can
본 발명은 SRF와 같이 저렴한 재생연료를 정량 공급하여 안정적이고 연속적으로 연소시킬 수 있고, 열효율이 매우 높은 열이용 시스템을 제공함으로써, 동절기 등에 농작물 또는 원예작물을 재배하는 농가 또는 기업의 온실 난방비를 크게 절감시킬 수 있다.The present invention provides a heat utilization system that can stably and continuously burn inexpensive renewable fuel such as SRF by quantitatively supplying it, and has very high thermal efficiency, thereby greatly reducing greenhouse heating costs for farmhouses or companies that grow crops or horticultural crops in winter. can save
도1은 본 발명 시스템의 구성을 측면도 형태로 표현한 도면이다.
도2는 본 발명 시스템의 구성을 평면도 형태로 표현한 도면이다.
도3은 본 발명 제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.1 is a diagram showing the configuration of the system of the present invention in the form of a side view.
Figure 2 is a diagram expressing the configuration of the system of the present invention in the form of a plan view.
Figure 3 is a diagram for explaining the operation of the control unit of the present invention.
본 발명은 농업작물 또는 원예작물을 재배하는 스마트팜에 적용하기 위한 기술로서, 특히, 난방에 많은 에너지를 사용하는 동절기 등에 비닐하우스 또는 온실 기반의 농장 또는 스마트팜에 적용하여 연료비를 크게 절약하도록 하고 동시에 재배 중인 작물의 생장을 촉진시킬 수 있는 복합 열이용 시스템에 관한 것이다. The present invention is a technology for application to smart farms that grow agricultural crops or horticultural crops, and in particular, it is applied to vinyl house or greenhouse-based farms or smart farms such as in winter when a lot of energy is used for heating to greatly save fuel costs, At the same time, it relates to a complex heat utilization system capable of promoting the growth of crops under cultivation.
근래에는 농업기술의 발전에 따라 계절 구분 없이 농산물의 수확이 가능한 경우가 많이 있으며, 특히 소비량이 많은 채소 및 과일의 경우에는 동절기와 같이 기온이 낮은 계절에도 재배되고 출하되는 경우가 많이 있다. In recent years, there are many cases where agricultural products can be harvested regardless of the season according to the development of agricultural technology. In particular, in the case of vegetables and fruits with high consumption, there are many cases where they are grown and shipped even during low-temperature seasons such as winter.
동절기와 같이 기온이 크게 떨어지는 계절에 농작물을 재배하기 위해서는 막대한 난방비가 소요되게 된다. 특히, 원자재 가격의 급등 등의 상황에 따라 연료공급가가 크게 상승하는 경우 또는 넓은 면적의 비닐하우스나 유리온실에서 농작물을 재배하는 농가의 경우, 난방비로 인해 적정한 수입을 기대하지 못하게 되어 동절기 작물재배를 포기하는 경우가 발생하는 등. 높은 난방비는 동절기 작물재배의 가장 큰 장애요인이 되고 있다.In order to grow crops in a season when the temperature drops significantly, such as the winter season, a huge heating cost is required. In particular, when the fuel supply price rises significantly due to a surge in raw material prices, or in the case of farmhouses that grow crops in a large plastic greenhouse or glass greenhouse, they cannot expect adequate income due to heating costs, so they cannot grow crops in the winter. giving up, etc. High heating costs are the biggest obstacle to growing crops in the winter.
본 발명은 통상적으로 사용되는 유류연료를 사용할 수 있고, 목재나 농업부산물 등을 연료로 사용할 수 있으며, 특히, SRF(Solid Refuse Fuel; 고형재생연료)와 같이 저렴한 재생연료를 사용하여 온실의 내부를 난방하고 동시에, 배기가스 중의 CO2를 포집 및 기화켜서 온실 내부로 공급하여 작물의 생장을 도울 수 있는 복합 열이용 시스템 기술에 관한 것이다.The present invention can use conventionally used oil fuel, can use wood or agricultural by-products as fuel, and in particular, uses inexpensive renewable fuel such as SRF (Solid Refuse Fuel) It relates to a complex heat utilization system technology capable of assisting the growth of crops by heating and simultaneously collecting and evaporating CO2 from exhaust gas and supplying it to the inside of a greenhouse.
본 발명의 시스템은 도1 내지 도3에 도시되어 있는 바와 같이 구성된다. 도1은 본 발명의 구성을 측면도 형태로 표현한 것이고, 도2는 본 발명의 구성을 평면도의 형태로 표현한 것이다. 이하 도1 내지 도3을 참조하여 본 발명의 구성에 대하여 자세히 설명하기로 한다.The system of the present invention is constructed as shown in Figures 1-3. 1 is a representation of the configuration of the present invention in the form of a side view, Figure 2 is a representation of the configuration of the present invention in the form of a plan view. Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3.
본 발명의 스마트팜용 복합 열이용 시스템은 연소부(100)와, 열교환부(200)와, 열이용부(300), 굴뚝부(400) 및 제어부(500)를 포함하여 구성된다The complex heat utilization system for smart farms of the present invention is composed of a
본 발명의 연소부(100)는 연료를 연소시켜서 고열을 발생시키기 위한 것이며, 통상의 연료 및 SRF와 같은 재생연료를 연소시켜서 열교환용 고열을 발생시키기 위한 것이다.The
연소부(100)는 1차 연소실(110)과, 2차 연소실(120)과, 연료공급부(130)와, 연소공기 송풍기(140)와, 재(ash) 처리수단(150)을 포함하여 구성된다. 또한, 연소부(100)에는 1차 연소실에서 연료를 연소시키기 위해 필요한 연소공기를 공급하는 연소공기 송풍기(140)가 구비되어 있으며, 연소용 공기를 미리 높은 온도로 예열하여 1차 연소실로 공급하는 연소공기 예열수단이 추가로 구비될 수 있다. 연소공기 송풍기(140)는 제어부의 제어에 따라 연소용 공기를 1차 연소실(110)로 송풍하게 된다.The
1차 연소실(110)은 연료가 1차적으로 연소되는 주 연소공간이며, 공급되는 연료가 연소되면서 높은 열이 발생되고, 그 결과 높은 온도의 배기가스가 생성되는 부분이다. 1차 연소실(110)에는 점화버너(111)가 구비되며, 연소용 공기를 공급하기 위한 연소공기 송풍기(140)가 구비되고, 연소를 보다 정밀하게 제어하기 위한 연소제어장치(도시 안 됨)가 구비될 수 있다. 또한, 1차 연소실에는 연소상태를 확인하기 위한 투시창(112)이 구비될 수 있다.The
1차 연소실(110)에는 공해저감기를 구비시킬 수 있다. 공해저감기를 구비할 경우, 질소산화물(NOx) 또는 황산화물(SOx)과 같은 공해 유발물질을 대부분 제거할 수 있게 된다. 한편, 이하 설명되는 바와 같이, 본 발명에서는 열교환부(200)에서 배기가스에 포함되는 분진 또는 오염물질의 상당 부분을 흡수할 수 있도록 구성되어 있어서, 공해저감기를 구비하지 않고 장치를 동작시킬 수도 있다.The
2차 연소실(120)은 1차 연소실의 상부에 형성되어 있으며, 1차 연소실에서 1차 연소된 연료 및 연소가스 중에서 연소가 충분히 이루어지지 않는 재료 또는 불완전 연소상태에 있는 가스 등이 추가로 연소되는 부분이다. 또한, 2차 연소실(120)은 연소장치에 적용되는 연소체류시간 즉, 연료가 연소되어 발생하는 연소가스가 연소공간 내에서 체류하는 시간을 확보하기 위한 수단이기도 하다. 본 발명의 2차 연소실은 연소에 사용되는 연료의 시간당 소비량에 따라 그 길이 및 폭(직경)을 달리하도록 하여 관련규정에 적합한 연소체류시간을 확보하도록 구성할 수 있다.The
연료공급부(130)는 연소에 사용되는 연료를 저장 및 공급하는 수단이며, 연료정량호퍼(131) 및 연료투입 스크류(132)를 포함하여 구성될 수 있다. 연료정량호퍼(131)는 연료를 일정하게 공급하기 위한 수단이며, 연료투입 스크류(132)는 정량호퍼에서 공급되는 연료를 1차 연소실로 이동시켜 주는 수단이다. The
본 발명은 일정 크기의 고체 연료를 사용하는 것이 바람직하며, 일정 크기로 분리 또는 제조된 SRF와 같은 연료를 사용할 수 있다. 공급되는 연료는 연료투입 스크류(132)의 폭 또는 피치에 따라 그 크기(직경, 길이, 넓이 또는 높이)를 정할 수 있으며, 사용되는 연료의 크기에 맞추어 연료투입 스크류(132)의 폭 또는 피치를 정할 수도 있다.In the present invention, it is preferable to use a solid fuel of a certain size, and a fuel such as SRF separated or manufactured in a certain size can be used. The size (diameter, length, width or height) of the supplied fuel may be determined according to the width or pitch of the
본 발명에 사용되는 연료의 크기(직경, 길이, 넓이 또는 높이)는 10cm 이하로 형성하는 것이 바람직하고, 5cm 이하인 것이 더 바람직하며, 3cm 이하의 크기로 형성하는 것이 더욱 바람직하다. 공급되는 연료의 크기는 장치의 연료투입 스크류(132)의 폭 또는 피치 외에 시간당 연료소비량에 따라 결정될 수도 있는 것이다.The size (diameter, length, width or height) of the fuel used in the present invention is preferably 10 cm or less, more preferably 5 cm or less, and more preferably 3 cm or less. The size of the supplied fuel may be determined according to the fuel consumption per hour in addition to the width or pitch of the
제어부(500)는 연료공급부(130)의 연료정량호퍼(131) 및 연료투입 스크류(132)를 제어하여 연료공급량을 제어할 수 있다.The
연소공기 송풍기(140)는 연소용 공기를 1차 연소실로 송풍하기 위한 것이다. 연소공기 송풍기(140)를 통해 공급되는 연소용 공기는 연소실로 공급되기 이전에 연소부(100) 또는 열교환부(200)에 형성되는 예열구조를 통과하면서 예열된 후 공급될 수 있다. 본 발명은 연소용 공기를 500℃까지의 높은 온도로 예열하여 연소실로 공급함으로써 연소효율을 크게 높일 수 있는 연소장치를 사용하여 구현되는 것이며, 그에 따라 SRF와 같은 연료를 사용하더라도 오염물질을 배출하지 않을 수 있게 된다. The
재 처리수단(150)은 1차 및 2차 연소실에서 연료가 연소된 후 낙하되는 재(ash)를 외부로 배출하기 위한 재 배출스크류(151)와, 외부로 배출되는 재를 수집하기 위한 재 수집컨테이너(152)를 포함하여 구성되는 재를 처리하기 위한 수단이다.The ash processing means 150 includes an
연소공기 송풍기(140)는 1차 연소실에 연소용 공기를 송풍하여 연료의 연소를 촉진시켜서 고열을 발생하도록 하기 위한 것이며, 제어부(500)는 연소공기 송풍기(140)의 출력을 제어하여 송풍되는 공기의 양을 조절할 수 있다.The
연소공기 예열수단(도면에 도시되어 있지 않음)은 1차 연소실에 공급되는 연소공기를 높은 온도로 예열하기 위한 것이다. 연소용 공기를 높은 온도로 예열하여 연소실로 공급할 경우, 연소실 내부에서 보다 활발한 연소가 이루어져서 연료의 연소효율이 높아지게 되고, 연소 후 외부로 배출되는 물질의 양이 크게 감소되게 된다.Combustion air preheating means (not shown) is for preheating combustion air supplied to the primary combustion chamber to a high temperature. When combustion air is preheated to a high temperature and supplied to the combustion chamber, more active combustion takes place inside the combustion chamber, thereby increasing the combustion efficiency of the fuel and greatly reducing the amount of substances discharged to the outside after combustion.
위와 같은 요소들을 포함하여 구성되는 본 발명의 연소부(100)는 등유 또는 연료용 가스와 같은 보조연료를 사용하고, 점화버너와 연소공기 송풍기 등을 이용한 동작을 통해 1분 정도의 짧은 시간에 연료가 정상적으로 연소되는 상태(이를 성화상태라고 표현한다)가 되도록 할 수 있다.The
본 발명의 열교환부(200)는 연소부(100)에서 발생되는 높은 열로 회수수를 가열하여 온수로 만들고, 동시에 연소가스 중에 포함되어 있는 물질(예; NOx, SOx 등)을 회수수로 흡수하기 위한 구성요소이다. 본 발명의 열교환부(200)는 그 외측을 형성하는 외부원통(210)과, 외부원통의 내측에 구비되는 내부원통(220)과, 열교환을 거쳐 가열된 온수가 낙하되어 저장되는 온수탱크(230)와, 외부원통 및 내부원통의 상부에서 회수수를 분무하는 열포집기(240; heat scrubber)를 포함하여 구성된다.The
외부원통(210)은 수직으로 형성된 원통형의 수단이며, 열교환부(200)의 외부 측면을 이루는 요소이고, 그 내부에는 내부원통(220)이 구비되어 있다. 외부원통(210)과 내부원통(220)은 동일한 축을 중심으로 각각 형성되는 동심 원통이며, 이들 사이에 형성되는 원형 파이프 형상의 공간은 2차 연소실을 거쳐 배출되는 배기가스가 통과하는 통로가 된다.The
도1 및 도2에 나타나 있는 바와 같이, 2차 연소실(120)을 통과하여 열교환부(200)로 향하게 되는 배기가스는 외부원통(210)의 상부에서 외부원통의 내부로 진입하게 되고, 진입 후에는 외부원통(210)과 내부원통(220)의 사이를 통과하되, 외부원통(210)의 내면을 따라 선회하면서 아래로 이동하게 되고, 아래로 이동하다가 온수탱크에 저장되어 있는 온수의 표면에 부딪혀서 방향을 바꾼 후 상승 이동하게 되며, 방향을 바꾼 후에는 내부원통(220)의 내면을 따라 선회하면서 위로 이동한 다음, 굴뚝(410)을 향하여 이동하게 된다.As shown in FIGS. 1 and 2, the exhaust gas passing through the
본 발명에 있어서, 1차 연소실에서는 연소용 공기가 지속적으로 송풍되고 또한 연소과정에서 공기의 부피가 팽창하면서 생성된 연소가스에는 배출압력이 발생하게 되는데, 이때 연소가스 즉 배기가스가 배출될 수 있는 통로는 굴뚝을 향하는 방향으로 형성되게 된다. 따라서 배기가스는 출구인 굴뚝을 향하여 이동하게 된다, In the present invention, in the primary combustion chamber, air for combustion is continuously blown and the volume of air expands during the combustion process, and exhaust pressure is generated in the generated combustion gas. The passage is formed in a direction toward the chimney. Therefore, the exhaust gas moves toward the chimney, which is the outlet.
본 발명의 시스템은 배기가스가 이동하는 통로가 외부원통 및 내부원통의 내부를 포함하도록 구성되어 있다. 본 발명의 시스템에서 연소 후 배출되는 배기가스는 특히 내, 외부원통의 내부면을 따라 선회하면서 이동하게 된다. 즉, 배기가스는 외부원통(210)의 내부면을 따라 선회하면서 아래로 이동하다가 온수탱크의 온수 표면에 부딪힌 후에는 방향을 바꾸어 내부원통(220)의 내부면을 따라 선회하면서 위로 이동하게 된다.The system of the present invention is configured so that the passage through which the exhaust gas moves includes the inside of the outer cylinder and the inner cylinder. Exhaust gas discharged after combustion in the system of the present invention moves while turning along the inner surfaces of the inner and outer cylinders. That is, the exhaust gas moves downward while turning along the inner surface of the
온수탱크(230)는 외부원통(210) 및 내부원통(220)의 하부에 형성되어 있는 역원뿔 형상의 온수 저장수단이다. 본 발명의 온수탱크(230)에 저장되는 물(온수)은 외부에서 급수되는 물이 아니라, 회수수 분무노즐(242)을 통해 외부원통(210) 및 내부원통(220)의 상부에서 분무된 후 아래로 낙하하는 동안 고온의 배기가스와 접촉하면서 가열되어 온도가 크게 상승하게 되는 물이다. 즉, 본 발명의 온수는 배기가스가 통과하는 공간의 상부에서 분무된 물이 가열되면서 낙하한 것이고, 이 물이 온수탱크로 모이게 된다.The
열포집기(240)의 구성요소인 회수수 분무노즐(242)을 통해 분무되는 회수수 중에서 배기가스의 고열에 의해 수증기로 변한 것은 배기가스와 함께 굴뚝(410)을 향하여 이동하게 되고, 100℃ 이하로 가열되어 물의 상태를 유지하는 회수수는 온수탱크(230)로 낙하하여 모이게 된다.Among the recovered water sprayed through the recovered
본 발명의 온수탱크의 상부에는 하나 또는 복수의 온수토출구(231)가 형성되어 있다. 온수토출구(231)는 온수탱크의 저장수위(232; 도1 참조)의 높이에 맞추어 형성된다, 즉, 온수토출구(231)의 하부는 저장수위(232)에 맞추어 형성된다. One or a plurality of
본 발명은 온수탱크(230)에 저장되어 있는 가열된 온수가 온수토출구(231)를 통해 배출되어 온수공급관(320)을 통하여 공급된 후 온실 내부를 자연스럽게 순환하면서 온실의 내부를 난방하도록 구성되어 있는 시스템에 관한 것이다. 즉, 온수탱크(230) 내부의 온수량이 증가하여 그 수위가 저장수위(232)보다 높아질 경우, 저장수위를 상회하는 온수가 온수토출구(231)를 통해 자연스럽게 넘쳐흘러서 온수공급관(320)으로 배출되게 되며, 온수공급관(320)으로 공급된 온수는 온실 내부를 지나는 동안 온실(310) 내부를 난방하게 된다.In the present invention, the heated hot water stored in the
한편, 본 발명은 소석회공급수단(250; 도2 참조)을 더 포함하도록 구성할 수 있다. 이하에서 추가로 설명하는 바와 같이, 본 발명에서는 시스템의 초기 동작시에만 외부에서 용수를 공급받고, 그 이후에는 시스템의 동작 중에 내부에서 생성되는 회수수(순환수)를 사용하여 온수난방을 수행하게 된다. 온수 즉, 회수수를 반복적으로 순환시켜서 온실 난방에 사용할 경우, 온수의 산성도(ph농도)가 높아질 수 있다. 본 발명의 시스템에는 온수 즉, 순환수 또는 회수수의 산성도가 일정값을 초과할 경우, 온수탱크에 소석회를 공급하여 온수의 산성도를 낮추기 위한 소석회 공급수단(250)을 구비할 수 있다.On the other hand, the present invention may be configured to further include slaked lime supply means (250; see FIG. 2). As will be described further below, in the present invention, water is supplied from the outside only during the initial operation of the system, and thereafter, hot water heating is performed using recovered water (circulating water) generated inside during the operation of the system. do. When hot water, that is, recovered water is repeatedly circulated and used for greenhouse heating, the acidity (ph concentration) of hot water may increase. The system of the present invention may include a slaked lime supply means 250 for lowering the acidity of hot water by supplying slaked lime to the hot water tank when the acidity of the hot water, that is, the circulating water or the recovered water, exceeds a predetermined value.
온수의 산성도를 측정하기 위해서는 온수탱크(230) 또는 온수공급관(320) 중 하나 또는 모두의 일측 위치에 온수 산성도측정기(도시 안 됨)를 구비하여야 한다. 소석회 공급수단(250)은 온수탱크(230)와 인접한 위치에 구비되며, 온수 산성도측정기가 측정한 온수의 산성도가 일정 값을 초과할 경우, 온수 산성도측정기는 그 측정값을 제어부(500)에 전달하고, 이를 전달받은 제어부(500)는 소석회 공급수단(250)을 동작시켜서 온수의 산성도를 정상 수준으로 낮출 수 있는 양의 소석회를 온수탱크 내부에 투입하게 된다.In order to measure the acidity of hot water, a hot water acidity meter (not shown) should be provided at one side of one or both of the
열포집기(240; heat scrubber)는 본 발명의 핵심구성 중 하나로서, 열교환부(200)의 상부인 외부원통(210) 및 내부원통(220) 내부의 상부측에 형성되어, 외부원통(210)과 내부원통(220)의 내부공간에 회수수를 분무하기 위한 것이다. 열포집기(240)는 회수수 분배관(241)과 회수수 분무노즐(242)을 포함하여 구성된다.The heat collector (240; heat scrubber) is one of the key components of the present invention, and is formed on the upper side of the
회수수 분배관(241)은 도2와 같이 내부원통(220)의 상부에 원형 형상으로 형성되고, 집수정(360)으로부터 급수된 회수수를 열교환부(200)의 상부에 복수로 구비되는 회수수 분무노즐(242)로 분배해 주기 위한 통로가 되는 것이다. 회수수 분배관(241)을 통해 분배된 회수수는 복수의 회수수 분무노즐(242)을 통해 외부원통(210) 및 내부원통(220)의 상부에서 미세 안개와 같은 형태로 분무된다. 분무된 회수수는 아래로 낙하되는 과정에서 배기가스의 고열에 의해 가열되어 온수 또는 수증기로 변하게 된다. 회수수 중 100℃ 이하로 가열된 온수는 그 아래에 형성된 온수탱크로 모이게 되고, 100℃ 이상으로 가열된 회수수는 수증기로 변화되어 배기가스와 함께 굴뚝을 향하여 이동하게 된다.The recovered
회수수 분무노즐(242)은, 도2에서와 같이, 원형의 회수수 분배관(241)을 따라 분기되어 외부원통(210) 내부의 상측부 및 내부원통(220) 내부의 상측부에 형성된다. 회수수 분무노즐(242)은 회수수 분배관(241)으로부터 양측으로 분기되어 형성되되, 외부원통(210) 내부의 상측과 내부원통(220) 내부의 상측에 각각 일정 거리를 두고 복수로 형성된다.As shown in FIG. 2, the recovered
도2에서와 같이 회수수 분무노즐(242)은 외부원통(210) 및 내부원통(220) 내부의 상부측에 각각 동일한 수로 구비될 수 있으며, 외부원통(210) 내부의 상부측에 더 많은 수가 구비될 수도 있다. 도2에는 외부원통(210) 및 내부원통(220) 내부의 상부에 각각 8개 즉, 전체 16개의 회수수 분무노즐(242)이 구비되어 있다. 회수수 분무노즐(242)은 6개 이상의 복수로 형성되는 것이 바람직하다.As shown in FIG. 2, the same number of recovery
회수수 분무노즐(242)의 수를 증가시킬 경우, 회수수가 더 고르게 분무될 수 있으며, 외부원통(210)과 내부원통(220)의 크기(직경 또는 높이)가 더 커질수록 회수수 분무노즐(242)의 수를 증가시키거나 또는 회수수 분무압력을 높여야 한다. 회수수 분무노즐(242)은 외부원통(210)과 내부원통(220) 내부의 상부측 즉, 회수수 분배관(241)의 양측에 각각 동일 간격으로 6개 이상 구비되는 것이 바람직하며, 8개 또는 10개 이상 구비될 수 있다.When the number of the recovery
한편, 외부원통(210)과 내부원통(220) 내부공간의 상부에 각각 별도의 회수수 분배관(241)을 구비시키고, 각각의 회수수 분배관(241)에 복수의 회수수 분무노즐(242)을 연결시켜서 회수수가 더 고르게 분무되도록 할 수도 있다.On the other hand, a separate recovery
본 발명은 외부원통(210) 및 내부원통(220) 내부의 상부측에서 회수수를 분무하도록 구성되어 있어서, 분무된 회수수가 낙하하면서 배기가스 중에 포함되어 있는 분진 또는 오염물질 등을 흡수하게 된다. 따라서 본 발명의 시스템에서는 최종 배출되는 배기가스에 포함되는 분진 또는 오염물질의 대부분을 흡수할 수 있게 된다. 안개 또는 미세 물방울의 형태로 분무되는 회수수가 낙하하면서 연소가스의 고열에 의해 가열되고, 동시에 연소가스 중에 포함되어 있는 물질들을 흡수하도록 구성되어 있는 것은 본 발명의 중요한 특징 중 하나이다.The present invention is configured to spray the recovered water from the upper side inside the
본 발명의 열이용부(300)는 본 발명의 시스템을 통해 생산되는 열에너지와 배기가스에 포함되어 있는 CO2 가스를 활용하여 동절기와 같은 계절에 농작물 또는 원예작물을 재배할 수 있도록 하기 위한 것이다.The
열이용부(300)는 열교환부(200)에서 가열되어 온수탱크에 모이는 온수를 이용하여 온실을 난방함과 동시에 굴뚝부의 배기가스 회수구(420)에서 회수된 배기가스의 고열을 이용하여 온실을 난방하며, 회수된 배기가스에 포함되어 있는 CO2를 포집한 후 그 포집된 CO2로부터 순수한 이산화탄소를 발생시켜서 온실로 공급하여 온실에 재배 중인 작물의 광합성 재료로 사용할 수 있도록 구성되어 있다. 즉, 본 발명의 열이용부는 시스템에서 발생한 열과 가스를 이용하여 온실을 난방하고 또한 온실에 재배 중인 작물의 광합성에 필요한 CO2를 생성하는 부분이다. ‘열이용부’는 정확히 표현하면 ‘열 및 가스 이용부’이지만 설명의 편의상 열이용부라고 칭한다.The
본 발명의 열이용부(300)는 비닐하우스 또는 유리온실 형태로 이루어지는 온실(310)의 내부에 구비되는 것으로서, 열교환부(200)에서 가열된 온수를 온실 내부로 공급하여 온실의 내부를 난방하는 온수공급관(320)과, 굴뚝부에서 회수된 고온의 배기가스가 통과하면서 온실의 내부를 난방하도록 구성되어 있는 배기가스 공급관(330)과, 배기가스 중의 CO2를 포집하고, 포집된 CO2를 다시 기체로 환원시켜서 온실로 공급하는 CO2 공급수단(340)과, 집수정에 저장되어 있는 물(회수수)을 열교환부의 열포집기(240) 측으로 급수하도록 구성되어 있는 회수수공급관(350)과, 열이용부를 통과하면서 냉각되는 온수와, 회수된 배기가스가 배기가스 공급관을 지나는 동안에 온도가 크게 떨어지면서 배기가스 중의 수증기가 응축되어 생성되는 응축수가 모여 저장되는 집수정(360)을 포함하여 구성된다.The
본 발명의 적용대상인 온실(310)은 외부가 비닐하우스 또는 유리 등의 재료로 이루어지고 그 내부에는 농작물 또는 원예작물 등이 재배되는 공간이다. 본 발명의 목적은 온실의 내부를 효율적으로 난방함과 동시에 온실 내부에서 재배되는 작물의 광합성에 필요한 이산화탄소를 공급하기 위한 것이다. The
온수공급관(320)은 열교환부(200)에서 가열되어 온수탱크(230)에 모인 온수를 온실 내부로 공급하기 위한 통로가 되는 것이며, 온수가 온수공급관을 통과하는 동안에 온수의 열에너지를 이용하여 온실 내부를 난방하도록 구성된 것이다. 온수공급관(320)은 온수난방배관이라고 칭할 수도 있다. 온수공급관(320)은 온수난방을 위한 열교환 수단이 된다.The hot
본 발명에서는 온수탱크에 모이는 가열된 온수의 양이 증가하여 그 수위가 저장수위(232) 보다 높아지게 될 경우, 저장수위(232)를 초과하는 부분의 온수를 사용하여 온실을 난방하도록 구성되어 있다. 이때 온수는 온수토출구(231)를 통해 온수공급관(320)으로 공급되도록 구성되어 있으며, 온수가 온수공급관(320)을 지나는 동안 온실 내부에 대한 난방이 이루어지게 된다. In the present invention, when the amount of heated hot water collected in the hot water tank increases and the water level becomes higher than the
위와 같이 구성되는 본 발명은 온수탱크(230)에서 넘쳐 흐르는 온수가 온실 내부로 흘러 들어가면서 온실을 난방하도록 구성되어 있어서 온수의 급수를 위한 급수펌프 등이 필요하지 않게 된다.The present invention configured as above is configured to heat the greenhouse while the hot water overflowing from the
온수공급관(320)은 하나 또는 복수가 구비될 수 있으며, 온실의 상황(면적, 길이, 넓이 등)에 따라 온실 내부 전체에 고르게 분포되도록 다양한 형상으로 배치할 수 있다. 온수공급관(320)은 열전도율이 우수한 재질로 이루어진 것을 사용하게 된다.One or more hot
배기가스 공급관(330)은 이하 설명되는 굴뚝부(400)에서 회수되는 고온의 배기가스를 통과시켜서 온실의 내부를 난방하도록 하기 위한 것이다. 굴뚝(410)의 일측에 구비되는 배기가스 회수구(420)를 통해 흡입(이 동작을 ‘배기가스 회수’라고 함)되는 배기가스의 온도는 150℃ 이상 250℃ 이하의 고온이다. 따라서 이와 같이 높은 온도의 배기가스가 배기가스 공급관(330)을 지나면서 온실의 내부를 난방하게 되고, 그 과정에서 배기가스의 온도가 떨어지면서 배기가스 중의 수증기가 응축되어 물(응축수)로 변하게 된다. 배기가스 공급관도 온실 내부를 고르게 난방하도록 다양한 형태로 배치될 수 있다. 배기가스 공급관(330)은 회수되어 온실 내부로 공급되는 배기가스가 통과하는 통로이면서, 배기가스 난방을 위한 열교환 수단이 되는 것이다.The exhaust
위와 같이, 본 발명의 시스템에서는 난방 동작을 수행하는 동안에 배기가스 공급관(330) 내에서 지속적으로 응축수가 생성되며, 생성된 응축수는 응축수 수집부(332)에 모인 다음, 응축수 배출관(333)을 통해 집수정으로 배출되게 된다. As described above, in the system of the present invention, condensate is continuously generated in the exhaust
본 발명에서는 시스템의 동작 초기에만 외부에서 용수를 급수하고, 이후 시스템이 동작을 시작하게 되면 시스템 자체에서 지속적으로 응축수가 생성되게 된다. 따라서 외부로부터 추가적으로 용수를 공급받지 않더라도 가스공급관의 내부에서 생성되어 집수정에 모이는 응축수와, 온수공급관을 통과하면서 냉각되어 집수정에 모이는 냉각온수를 시스템 동작에 사용할 수 있다. 이 2종류의 물을 포함하는 전체 물을 회수수 또는 순환수라고 한다. 본 발명의 회수수는 회수수 급수펌프(351)를 통해 펌핑된 후, 회수수 급수관(350), 회수수 분배관(241) 및 회수수 분무노즐(242)을 통하여 순환되면서, 온수난방 및 배기가스 난방에 사용되게 된다. In the present invention, water is supplied from the outside only at the beginning of the system operation, and condensed water is continuously generated in the system itself when the system starts operating thereafter. Accordingly, condensate generated inside the gas supply pipe and collected in the collecting well and cooled hot water passing through the hot water supply pipe and collected in the collecting well can be used for system operation even without additional water supply from the outside. The total water including these two types of water is called recovered water or circulating water. After the recovered water of the present invention is pumped through the recovered
본 발명의 시스템에서는 난방 동작 중에 응축수가 계속 생성됨으로써, 외부에서 용수를 공급받을 필요가 없고, 도리어 계속 생성되는 응축수로 인해 집수정의 수위가 일정 수위를 초과하여 상승할 수 있으며, 이 경우에는 집수정에 모인 물의 일부를 외부로 배출시키게 된다.In the system of the present invention, condensate is continuously generated during heating operation, so there is no need to receive water from the outside, and the water level in the collecting well can rise beyond a certain level due to the continuously generated condensate. Part of the water collected in the crystal is discharged to the outside.
배기가스 공급관(330)의 중간 일측에는 굴뚝으로 배출되는 배기가스를 회수하기 위한 배기가스 흡입팬(331)이 구비되어 있고, 또한, 회수되는 배기가스 중의 이산화탄소를 포집하고 포집된 이산화탄소를 다시 기화시켜서 온실로 공급하기 위한 CO2 공급수단(340)이 구비되어 있다.An exhaust
배기가스 흡입팬(331)은 굴뚝으로 향하는 배기가스를 흡입하여 배기가스 공급관(330)으로 공급하기 위한 것이다. 제어부(500)는 배기가스 흡입팬(331)의 회전수 등을 제어하여 배기가스 공급관(330)으로 공급되는 배기가스의 공급량(회수량)을 제어할 수 있다. 배기가스의 양이 많아질수록 온실에 공급되는 열에너지의 양이 많아지게 되는데, 본 발명은 배기가스 흡입팬(331)의 출력(특히 회전수)을 제어하여 연소부에서 배출되는 배기가스의 일부 또는 대부분을 회수할 수 있도록 구성되어 있다. 배기가스 회수량이 많아질수록 굴뚝(410)의 배기가스 배출구(411)를 통해 외부로 배출되는 배기가스의 양은 줄어들게 된다. 본 발명에서는 배기가스 흡입팬(331)을 제어하여 열교환부(200)를 지나 굴뚝으로 향하는 배기가스의 50% 이상을 회수하여 사용하게 되며, 대부분 즉 100%에 가까운 양을 회수하여 사용할 수 있다. 본 발명에서는 배기가스의 50% 이상 100% 이하를 회수하여 배기가스 공급관(330)으로 공급하여 사용하게 된다.The exhaust
배기가스 공급관(330)의 중간 일측에는 CO2 공급수단(340)이 구비된다. 도1, 2와 같이, CO2 공급수단(340)은 배기가스 공급관(330)의 후단에 구비될 수 있다. CO2 공급수단(340)이 배기가스 공급관(330)의 후단에 구비될 경우, CO2 공급수단(340)에는 온실 난방에 사용된 배기가스를 외부로 배출하기 위한 회수가스 배출관(335)이 연결되고, 타측에는 배기가스 중의 수증기가 응축되어 생성되는 응축수가 모이는 응축수 수집부(332)가 연결될 수 있다.A CO 2 supply means 340 is provided at one side of the middle of the exhaust
회수가스 배출관(335)은 배기가스 회수구(420)에서 흡입(회수)된 배기가스 중 CO2 공급수단(340)에서 흡착된 이산화탄소를 제외한 나머지 배기가스를 외부로 배출하기 위한 것이며, 이 배기가스는 회수가스 배출구(336)를 통해 외부로 배출된다. 회수가스 배출구(336)는 회수가스 배출관(335)의 끝에 형성되는 출구이다.The recovery
배기가스 중의 수증기가 응축되어 생성되는 응축수는 응축수 수집부(332)에 모인 후 응축수 배출관(333)을 통해 집수정(360)으로 배출된다. 응축수 수집부(332)는 CO2 공급수단(340)에 연결되어 형성하거나, CO2 공급수단(340)과 별도로 배기가스 공급관(330)의 후단 일측에 구비될 수도 있다.Condensate generated by condensation of water vapor in the exhaust gas is collected in the
CO2 공급수단(340)은 배기가스 공급관(330)에 공급되어 온실 내부를 통과하는 배기가스 중의 CO2를 포집하는 한편, 포집된 CO2를 온실에서 재배 중인 작물의 광합성에 사용되도록 다시 기화시켜서 온실 내부로 공급하기 위한 것이다. CO2 공급수단(340)은 배기가스 중의 CO2를 포집하기 위한 CO2 포집모듈(341)과, 포집된 CO2를 다시 기화시키기 위한 CO2 기화기(342)와, 온실에 공급되는 CO2의 양을 조절하기 위한 CO2 공급량조절기(343)를 포함하여 구성된다.The CO 2 supply means 340 is supplied to the exhaust
CO2 공급수단(340)은 이산화탄소(CO2)를 수산화나트륨 등의 알칼리성 용매에 접촉시켜서 해당 용매가 CO2를 포집하도록 한 후, CO2를 포함하고 있는 수산화나트륨 등을 가열하여 순수한 기체 이산화탄소(CO2)를 생성시켜서, 온실에 재배 중인 작물의 광합성에 사용되도록 공급하는 수단이다. 이산화단소 포집모듈(341)과 이산화탄소 기화기(342)는 통상적으로 제공되는 제품을 사용할 수 있다.The CO 2 supply means 340 brings carbon dioxide (CO 2 ) into contact with an alkaline solvent such as sodium hydroxide so that the solvent collects CO 2 , and then heats the sodium hydroxide containing CO 2 to obtain pure gaseous carbon dioxide (CO 2 ). 2 ) and supply them to be used for photosynthesis of crops under cultivation in the greenhouse. As the carbon
회수수 급수관(350)은 집수정(360)에 모여 저장되는 물(회수수)을 열포집기(240)의 회수수 분배관(241)으로 급수하기 위한 통로가 되는 수단이다. 회수수 급수관(350)의 중간 일측에는 회수수 급수펌프(351)가 구비되어 있다. 회수수 급수펌프(351)는 집수정(360)의 하단에 형성되는 회수수흡입구(352)로부터 회수수를 펌핑하여 열교환부(200)의 회수수 분배관(241)으로 급수하기 위한 것이다. 회수수 급수펌프(351)는 강한 압력으로 회수수를 급수하도록 구성되어 있어서, 회수수 분무노즐(242)을 통해 회수수가 분무되고, 분무된 회수수는 열교환기의 내부에서 낙하하는 동안 가열되어 온수 또는 수증기로 변하게 되며, 분무된 후 낙하하는 회수수는 연소가스에 포함되어 있는 물질들을 흡수하게 된다.The recovered
집수정(360)은 온수공급관(320)을 통과하면서 난방에 사용된 냉각된 온수와, 배기가스 공급관(330)을 통과하는 동안 온도가 떨어지면서 배기가스 중의 수증기가 응축되어 생성되는 응축수가 함께 모여 저장되는 수단이다. In the collecting well 360, the cooled hot water used for heating while passing through the hot
본 발명의 집수정(360)에 모여 저장되는 물은 회수수 또는 순환수라고 한다. 회수수는 배기가스 중에 포함되어 있던 수증기가 물로 변화된 것을 표현하는 명칭이며, 순환수는 열교환부(200)와 열이용부(300) 사이를 순환하는 물이라는 의미의 명칭이다, 본 발명에 대한 설명에서 회수수와 순환수는 동일한 것을 가리킨다. The water collected and stored in the collecting well 360 of the present invention is referred to as recovered water or circulating water. Recovery water is a name that expresses the conversion of water vapor contained in exhaust gas into water, and circulating water is a name that means water circulating between the
집수정(360)에는 냉각된 온수가 배출되는 출구인 냉각온수 배출구(322)와, 배기가스 중의 수증기가 응축되어 생성되는 응축수가 배출되는 출구인 응축수 배출구(334)와, 집수정(360)에 모여있는 회수수를 흡입하기 위한 입구인 회수수 흡입구(352)가 구비되어 있다. 냉각온수 배출구(322)는 온수공급관(320)의 일부를 이루면서 그 단부에 형성되는 것이고, 응축수 배출구(334)는 응축수 배출관(333)의 일부이면서 그 단부에 형성되며, 회수수 흡입구(352)는 회수수공급관(350)의 일부를 이루면서 집수정의 하부까지 연장, 형성되는 회수수의 흡입구이다.The collecting well 360 includes a cooling
한편, 온수공급관(320) 또는 회수수 급수관(350)의 중간 일측에는 온수 또는 회수수 중에 포함되어 있는 이물질을 걸러내기 위한 이물질필터(도시 안 됨)가 구비될 수 있다. 본 발명은 온수탱크(230)에 모이는 온수의 양이 증가하여 그 수위가 저장수위(232) 또는 일정수위 이상 상승하게 될 경우, 온수가 온수공급관(320)을 통해 온실 내부로 공급되도록 구성되어 있다. On the other hand, a foreign matter filter (not shown) for filtering out foreign substances contained in the hot water or the recovered water may be provided on one side of the middle of the hot
본 발명의 시스템에서는 온수 내부의 이물질을 걸러내기 위한 이물질필터(도시 안 됨)를 구비할 수 있다. 본 발명에 있어서, 온수공급관(320)을 통과하는 온수의 압력이 높지 않은 편이다. 따라서 이물질을 걸러내기 위한 이물질필터는 펌핑 압력이 작용하는 회수수 급수관(350)의 일측에 설치되는 것이 바람직하다.The system of the present invention may include a foreign matter filter (not shown) for filtering out foreign matter in hot water. In the present invention, the pressure of hot water passing through the hot
본 발명의 굴뚝부(400)는 1차 및 2차 연소실에서 연료가 연소되는 과정에서 발생하는 배기가스가 배출되는 부분이다. 굴뚝부(400)는 원통형상으로 이루어지는 굴뚝(410)과, 굴뚝의 측면에 구비되는 배기가스 회수구(420)와, 굴뚝의 타 측면에 구비되어 배기가스 중에 포함되어 있는 물질의 종류 및 농도 등을 측정하기 위한 배기가스 측정부(430)를 포함하여 구성된다. The
굴뚝(410)은 배기가스의 주 배출통로가 되는 것이며, 굴뚝(410)의 최상부에는 배기가스가 외부로 배출되는 출구인 배기가스 배출구(411)가 형성되어 있다. 한편, 본 발명의 열이용부(300) 중에는 배기가스 공급관(330)을 통해 온실로 공급된 배기가스가 외부로 배출되는 출구인 회수가스 배출구(336)가 있다. 즉, 본 발명의 시스템에는 배기가스를 배출시키기 위한 2개의 출구가 구비되어 있다.The
배기가스 회수구(420)는 배기가스 배출구(411)를 향하여 이동하는 배기가스의 일부 또는 대부분을 회수(흡수)하여 배기가스 공급관(330)으로 공급하기 위한 것이며, 굴뚝(410)의 일측에 구비된다. 굴뚝의 타측에는 배기가스 중에 포함되어 있는 유해물질의 성분 또는 농도를 측정하기 위한 배기가스 측정부(430)가 구비된다. 배기가스 측정부(430)에는 배출되는 배기가스 중의 오염물질의 종류 및 농도 등을 측정하여 원격감지수단으로 통지하기 위한 TMS(Tele-Monitoring System, 굴뚝원격감시체계)용 측정기 등이 설치될 수 있다.The exhaust
배기가스 측정부(430)가 배기가스 회수구(420)보다 아래에 형성될 경우, 온실(310) 측에 구비되는 회수가스 배출관(335)에는 별도의 배기가스 측정부를 설치하지 않아도 된다. 그러나 굴뚝의 형태 또는 환경관련 규정 등에 따라 필요한 경우에는 모든 배기가스 배출통로에 TMS를 설치하여야 한다. 본 발명 시스템의 경우에는 굴뚝부(400)에 하나의 배기가스 측정부(430)가 설치되거나, 또는 배기가스 배출구(411)의 인접부 및 회수가스 배출구(336)의 인접부에 각각 배기가스 측정부가 설치되게 된다.When the exhaust
한편, 도3에 나타나 있는 바와 같이, 본 발명의 배기가스 측정부(430)에는 배기가스의 온도를 측정하기 위한 배기가스 온도측정기와, 배기가스의 배출량을 측정하기 위한 배기가스 배출량측정기가 구비될 수 있다.On the other hand, as shown in FIG. 3, the exhaust
도3은 본 발명에 구비되는 제어부(500)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 제어부(500)는 본 발명 시스템의 전체적인 동작을 제어하기 위한 수단으로서, 온실 내부의 온도나 온실 외부의 온도 또는 사용자가 설정한 조건에 따라 시스템이 동작하도록 아래와 같이 각 구성요소를 제어하게 된다.3 is a diagram for explaining the operation of the
제어부(500)는 시스템 구성요소의 동작을 제어하기 위한 메인프로세서(MCU; 도시 안 됨)와, 메인프로세서와 각 구성요소의 사이에서 제어신호 등을 송수신하기 위한 통신부(도시 안 됨)를 포함하여 구성된다.The
제어부(500)는 연료공급부(130)를 제어하여 시간당 일정량의 연료가 1차 연소실(110)로 공급되도록 제어하고 또한, 연소용 공기를 송풍하는 연소공기 송풍기(140)의 동작을 제어한다. 즉, 제어부는 연료정량호퍼(131)와 연료투입스크류(132)의 동작을 제어하여 연료공급량을 제어하고, 연소공기 송풍기의 출력을 제어하여 1차 연소실(110)로 송풍되는 연소공기의 양이 투입되는 연료량에 연동되도록 제어하며, 1차 연소실에서의 연소동작이 연속적으로 이루어지도록 점화버너(111)의 동작을 제어한다. The
제어부(500)는 배기가스 흡입팬(331)의 공급전력 또는 회전수를 제어하여 배기가스 공급관(330)으로 공급되는 배기가스의 양을 제어할 수 있다. 배기가스 공급관(330)으로 공급되는 배기가스의 양이 증가할 경우, 더 많은 열에너지를 온실 난방에 사용할 수 있게 된다.The
제어부(500)는 회수수 급수펌프(351)의 동작을 제어하여 집수정(360)으로부터 펌핑되어 회수수 급수관(350)을 통해 급수되는 회수수의 양 또는 압력을 조절함으로써 회수수 분무노즐(242)을 통해 외부연통(210) 및 내부연통(220) 내부의 상부측에서 분무되는 회수수의 분무량 또는 분무 압력을 조절한다.The
제어부(500)는 온실(310)에 재배 중인 작물의 광합성에 필요한 CO2를 생성하여 온실로 공급하도록 CO2 공급수단(340)을 제어하게 된다. 제어부(500)는 배기가스 회수구(420)를 통해 회수된 배기가스 중에 포함되어 있는 CO2를 포집모듈(341)을 통해 포집하고, 기화기(342)를 통해 포집된 CO2를 다시 기화시켜서 기체 이산화탄소를 생성하도록 한 후, CO2 공급량조절기(343)를 통해 온실 내부로 공급하도록 CO2 공급수단(340)을 제어하게 된다. 온실에 공급되는 이산화탄소의 양은 작물의 종류, 온실 내부의 조도 및 온도 등에 따라 결정될 수 있다.The
본 발명의 제어부(500)는 온실의 외부 또는 내부의 온도가 설정된 값 이상으로 상승하거나 또는 설정값 이하로 하강할 경우, 시스템이 동작을 개시하거나 중지하도록 구성요소들을 제어하게 된다. 난방동작 수행 중에 온실 내부의 온도가 설정값 이하로 떨어질 경우에는 연료공급량을 증가시켜서 난방용 열에너지의 공급량을 증가시키고, 온실 내부의 온도가 다른 설정값 이상으로 상승하는 경우에는 연료공급량을 감소시키거나 시스템의 동작을 중지시키게 된다. 이를 위해서 본 발명에는 온실내부 온도측정기(도시 안 됨) 및/또는 온실외부 온도측정기(도시 안 됨)가 구비될 수 있다.The
또한, 제어부(500)는 본 발명 시스템의 내부에서 순환되는 순환수 즉, 온수의 산성도가 일정 값을 초과하게 될 경우, 소석회 공급수단(250)을 동작시켜서 소석회를 온수탱크 내부에 투입하도록 시스템을 제어한다. 즉, 온수의 산성도가 일정 값을 초과할 경우, 산성도측정기는 그 사실을 제어부에 전달하게 되고, 이를 전달받은 제어부(500)는 소석회 공급수단(250)을 동작시켜서 온수의 산성도가 정상 수준 또는 정해진 수준으로 회복될 수 있는 양의 소석회를 온수탱크 내부에 투입하도록 시스템을 제어하게 된다.In addition, the
본 발명의 제어부(500)는 굴뚝부(400)에 구비되어 있는 배기가스 온도측정기(도시 안 됨)로부터 전달받은 배기가스의 온도를 사용하여 연소부(100)에서의 연소상태를 감시할 수 있다. The
위에서 설명한 바와 같은 요소들을 포함하여 구성되는 본 발명의 스마트팜용 복합 열이용 시스템에서는 다음과 같은 동작이 이루어지게 되며, 전체 시스템의 동작이 제어부(500)의 제어에 따라 자동으로 수행되게 된다.In the complex heat utilization system for smart farms of the present invention, which includes the elements described above, the following operations are performed, and the operation of the entire system is automatically performed under the control of the
본 발명은 온실(310)의 난방에 온수의 열을 이용하는 온수 열이용 난방(온수난방) 및 배기가스의 열을 이용하는 배기가스 열이용 난방(배기가스 난방) 즉, 2가지 방식의 난방을 함께 이용하도록 구성되어 있다. 온수이용 난방에서는 온수공급관(320)이 온실에 난방열을 전달하는 수단으로 사용되고, 배기가스 열이용 난방에서는 배기가스 공급관(330)이 온실에 열을 전달하는 수단으로 사용된다.The present invention uses hot water heat heating (hot water heating) using hot water heat to heat the
먼저, 온수의 열을 이용하는 온수난방은 다음과 같은 내용으로 수행된다. First, hot water heating using the heat of hot water is performed as follows.
연소부(100)의 1, 2차 연소실에서는 SRF 등의 연료가 연소되면서 매우 높은 열이 발생하게 되며, 그 결과 2차 연소실과 직접 연결되어 있으면서 배기가스가 지나는 통로인 열교환부(200)의 내부 역시 매우 높은 열에너지를 갖는 공간이 된다. 본 발명의 시스템이 동작을 시작하면 열교환부(200)의 외부원통(210) 및 내부원통(220) 내부의 상부측에서는 회수수가 분무되고, 분무된 회수수는 낙하하면서 가열되어 온수 또는 수증기로 변하게 된다. 가열된 온수는 낙하하여 온수탱크(230)로 모이게 되고, 수증기는 배기가스와 함께 굴뚝을 향하여 이동하게 된다.In the first and second combustion chambers of the
본 발명에서는 온수난방 중에 온수탱크에 모인 온수의 양이 증가하여 그 수위가 저장수위(232) 보다 더 상승할 경우, 저장수위를 넘는 온수는 온수토출구(231)를 통하여 온수공급관(320)으로 공급되게 된다. In the present invention, when the amount of hot water collected in the hot water tank increases during hot water heating and the water level rises more than the
본 발명은 열교환부(200) 내부에서 생성되어 온수탱크에 모인 온수가 저장수위 또는 일정 수위 이상 상승할 경우, 그 수위를 넘는 온수가 온수공급관(320)으로 흘러 공급되며, 온수공급관(320)으로 공급되는 가열된 온수는 온수공급관(320)을 지나는 동안에 온실의 내부를 난방하게 된다.In the present invention, when the hot water generated inside the
온수토출구(231)와 온수공급관(320)은 난방대상 온실의 면적이나 동절기의 온도 등에 따라 하나 또는 복수로 이루어질 수 있으며, 온수공급관(320)은 온실의 면적, 길이 등에 따라 다양한 형태로 배치될 수 있다.The
다음으로, 배기가스의 열을 이용하는 배기가스 난방은 다음과 같이 수행된다.Next, exhaust gas heating using the heat of the exhaust gas is performed as follows.
연소부(100)의 1, 2차 연소실에서 연료가 연소되는 동안 연소실 내에는 높은 열이 발생하게 되며, 이렇게 발생되는 열 중 상당 부분이 배기가스에 포함되어 배출되게 된다. 한편, 사용되는 연료 중에 수소가 포함되어 있을 경우, 연료의 연소과정에서 수증기가 생성되게 된다. 본 발명의 시스템에 사용할 수 있는 대부분의 연료에는 수소가 포함되어 있다, 즉, 연료 분자는 대부분 CnHm(n, m; 정수)의 형태로 이루어져 있으며, 연소 중에 수소가 공기 중의 산소와 만나게 될 경우, 아래와 같이 결합하여 수증기가 발생하게 된다. 연료에 수소가 많이 포함되어 있으면 더 많은 수증기가 발생되게 된다.While fuel is burned in the first and second combustion chambers of the
연료에 포함되어 있는 수소 + 연소 공기 중의 산소 → H2O(수증기)Hydrogen contained in the fuel + oxygen in the combustion air → H2O (water vapor)
높은 열에너지를 포함하고 있는 배기가스는 열교환부(200)를 지난 후 굴뚝을 향하여 이동하게 된다. 본 발명의 배기가스 열을 이용한 온실 난방은 높은 열에너지를 포함하고 있는 배기가스를 바로 외부로 배출시키지 않고, 배기가스 중 일부 또는 대부분을 회수하여 그 열에너지를 온실의 난방에 이용하도록 구성되어 있다.Exhaust gas containing high thermal energy passes through the
배기가스 흡입팬(331)을 동작시키면 굴뚝(410)의 배기가스 회수구(420)를 통해 배기가스가 흡입되게 되고, 흡입된 배기가스는 배기가스 공급관(330)을 통해 온실 내부를 통과하게 되며, 배기가스 공급관(330)을 지나는 동안에 배기가스에 포함되어 있는 높은 열에너지가 온실 내부로 전달되어 온실의 난방이 이루어지게 된다. When the exhaust
한편, 앞에서 살펴본 바와 같이, 배기가스 공급관(330)으로 공급되는 배기가스 중에는, 연소과정에서 생성된 수증기와 열교환기 내에서 분무된 회수수가 가열되어 생성된 수증기가 함께 포함되어 있는데, 배기가스 공급관(330)으로 공급된 배기가스는 배기가스 공급관(330)을 통과하는 동안에 그 온도가 크게 떨어지게 되고, 그로 인해 배기가스에 포함되어 있던 수증기 중 일부 또는 상당 부분이 응축되어 물로 변하게 된다. 한편, 배기가스 중의 수증기가 응축수로 변하는 과정에서는 열도 발산된다. 따라서 본 발명에서는 배기가스에 포함되어 있는 높은 열에너지와 응축수가 생성되면서 발산하는 열로 인해 배기가스 공급관(330)을 통한 난방 효과가 매우 커지게 된다.On the other hand, as described above, among the exhaust gas supplied to the exhaust
한편, 본 발명의 복합 열이용 시스템은 배기가스의 열을 이용함에 있어서, 제어부(500)가 배기가스 흡입팬(331)의 흡입력을 제어하여 배기가스 공급관(330)으로 공급되는 배기가스의 양을 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 배기가스의 공급량이 많아지면 배기가스를 통해 공급되는 열에너지가 증가하게 되며, 따라서 더 넓은 면적의 온실을 난방하거나 또는 더 많은 열을 온실에 공급할 수 있게 된다. 즉, 본 발명은 배기가스의 회수량(공급량)을 조절하여 난방수준을 조절할 수 있다. 본 발명에서는 전체 배기가스의 50% 이상 100% 이하를 회수하여 사용할 수 있다.On the other hand, in the complex heat utilization system of the present invention, in using the heat of the exhaust gas, the
도1 내지 도2와 같이 구성되는 본 발명의 시스템에서는 다음과 같은 동작이 이루어지게 된다.In the system of the present invention configured as shown in FIGS. 1 and 2, the following operations are performed.
먼저, 연료공급부(130)에 공급되는 연료는 연료정량호퍼(131)와 연료투입스크류(132)를 통해 1차 연소실(110)로 일정량씩 투입된다.First, the fuel supplied to the
1차 연소실(110)에서는 점화버너(111)를 통해 투입된 연료에 대한 점화 및 연소가 이루어지게 된다. 연소용 공기는 연소공기 송풍기(140) 및 공기예열수단(도시 안 됨)을 통과하여 1차 연소실로 송풍되게 된다. 연소용 공기는 500℃의 높은 온도로 예열하여 1차 연소실로 공급될 수 있으며, 그 결과 연소실 내부에서는 더 활발한 연소가 이루어질 수 있게 된다.In the
연소부에서 투입된 연료의 대부분은 1차 연소실(110)에서 연소되게 된다. 한편, 1차 연소실에서 미처 연소되지 않은 연료 또는 가스 등의 경우에는 2차 연소실(120)을 지나는 동안에 추가 연소가 이루어지게 된다. 2차 연소실은 연소장치에 있어서 연소되는 연료가 체류하여야 하는 시간 규정에 적합한 장치가 되도록 하기 위한 길이와 폭(직경)으로 이루어지는 부분이다.Most of the fuel injected from the combustion unit is burned in the
즉, 본 발명의 시스템에 구비되는 연소부(100)에는 시스템에서 사용되는 연료의 양(시간당 소비량)에 따른 체류시간 규격에 적합한 연소장치가 되도록 하기 위하여 2차 연소실을 구비하고 있으며, 1차 연소실에서 연소가 완전히 이루어지지 않은 연료 또는 배기가스에 포함된 요소들에 대한 연소가 2차 연소실에서 추가로 이루어지게 되며, 그 결과 2차 연소실(120)을 통과한 배기가스 중에는 연소되지 않고 배출되는 연료성분이 거의 남지 않게 된다. That is, the
본 발명의 열교환부(200)는 도1 내지 도2에 도시되어 있는 바와 같이, 2개의 원통 즉, 외부원통(210)과 내부원통(220)을 중심으로 구성되며, 2차 연소실(120)에서 배출되는 고열의 배기가스가 외부원통 상부의 일측을 통해 열교환부(200)의 내부로 진입하게 되며, 진입 후에는 외부원통(210)의 내부면을 따라 하향 선회하게 되고, 온수탱크에 저장되어 있는 온수의 표면에 부딪혀서 방향을 바꾼 다음, 내부원통(220)의 내부면을 따라 상향 선회하다가 굴뚝(410)을 향하여 이동하게 된다. As shown in FIGS. 1 and 2, the
열교환부(200)에서는 집수정(360)으로부터 급수되어 온 회수수는 회수수 분배관(241) 및 회수수 분무노즐(242)을 통해 외부원통(210) 및 내부원통(220) 내부의 상부에서 강한 압력으로 분무된다. 회수수 분무노즐(242)은 회수수 분배관(241)을 따라 일정 간격으로 형성되며, 외부원통(210)과 내부원통(220) 내부의 상부측에 각각 6개 이상의 복수로 구비된다. 도2에는 회수수 분배관(241)의 내측 및 외측에 각각 8개씩, 전체 16개의 회수수 분무노즐(242)이 구비되어 있는데, 그 수를 증가시킬 경우, 회수수가 더 고르게 분무될 수 있다.In the
회수수 급수펌프(351)를 통해 급수되는 회수수는 회수수 분무노즐(242)을 통해 외부 및 내부원통의 상부에서 안개 또는 미세 물방울의 형태로 분무되게 된다. 이와 같이 분무된 회수수 중 일부는 외부원통 및 내부원통의 내부에서 낙하하는 동안 그 내부를 선회하면서 통과하는 고열의 배기가스에 의해 가열되어 온수탱크(230)로 모이게 되고, 분무된 회수수 중에서 100℃ 이상으로 가열된 것은 수증기로 변하여 배기가스와 함께 굴뚝을 향하여 이동하게 된다. 온수탱크(230)에 모인 온수 중 저장수위 또는 일정 수위를 넘는 온수는 온수공급관(320)으로 공급되고, 온수공급관(320)을 따라 온실 내부를 지나는 동안 온실 내부를 난방하게 된다.The recovered water supplied through the recovered
한편, 내부원통(220)의 내면을 따라 상향 선회하는 배기가스는 굴뚝(410)을 향하여 진행하게 되는데, 굴뚝의 배기가스 배출구(411) 방향으로 진행하는 고열의 배기가스 중 일부 또는 대부분이 배기가스 회수구(420)를 통해 회수되어 배기가스 공급관(330)을 통해 온실 내부로 공급된다. 제어부(500)는 배기가스 흡입팬(331)의 회전수 제어 등을 통해 배기가스 회수량을 제어한다. 본 발명에서는 온실 내부로 공급되는 배기가스의 양을 조절함으로써, 난방용 열에너지의 공급량을 조절할 수 있다. Meanwhile, the exhaust gas turning upward along the inner surface of the
예를 들어, 외부의 온도가 떨어져서 온실난방에 더 많은 열에너지가 필요할 경우에는 연료공급량을 증가시키고 동시에 배기가스의 회수량을 늘려서 재배 중인 작물의 생장에 적정한 온도가 되도록 온실을 난방하게 된다. 본 발명은 배기가스 회수구(420)를 통해 회수되는 배기가스의 흡입량을 조절하여 배기가스열을 이용한 난방의 정도를 조절할 수 있도록 구성되어 있으며, 필요시에는 굴뚝으로 향하는 배기가스의 대부분을 회수(흡입)하여 온실 난방용으로 사용할 수도 있다.For example, when the outside temperature drops and more heat energy is needed to heat the greenhouse, the amount of fuel supplied is increased and the recovery of exhaust gas is increased at the same time to heat the greenhouse to a temperature suitable for the growth of crops under cultivation. The present invention is configured to adjust the degree of heating using exhaust gas heat by adjusting the intake amount of exhaust gas recovered through the exhaust
한편, CO2 포집모듈(341)과, CO2 기화기(342) 및 CO2 공급량조절기(343)를 포함하여 구성되는 CO2 공급수단(340)은 배기가스 공급관(330)을 통과하게 되는 배기가스 중에 포함되어 있는 이산화탄소를 포집하고, 포집된 이산화탄소를 다시 기화시켜서 온실 내의 작물에 공급해 주게 된다. Meanwhile, the CO 2 supply means 340 including the CO 2 capture module 341, the CO 2 vaporizer 342, and the CO 2 supply controller 343 is exhaust gas passing through the exhaust
CO2 공급수단(340)을 통해 포집 및 기화되는 이산화탄소는 CO2 공급량조절기(343)에 의해 작물의 광합성에 필요한 양만큼 온실 내부로 공급되며, CO2 공급관(344)을 통해 공급되게 된다. CO2 공급량조절기(343)는 온실 내에 재배 중인 작물의 재배량 및 성장단계, 온실 내부의 온도 또는 광량에 따라 이산화탄소의 공급량을 조절하게 된다.Carbon dioxide collected and vaporized through the CO 2 supply means 340 is supplied into the greenhouse in an amount necessary for photosynthesis of crops by the CO 2
한편, 굴뚝(410)의 일측에서 회수되어 배기가스 공급관(330)을 통과하게 되는 배기가스는 온실 내부를 지나는 동안 열을 방출하면서 그 온도가 떨어지게 되고, 그 결과 배기가스 중의 수증기는 응축되어 물(응축수)로 변하게 된다. On the other hand, the exhaust gas recovered from one side of the
배기가스 공급관(330)으로 공급되는 배기가스 중에서 CO2 공급수단(340)에 의해 포집된 CO2를 제외한 나머지 배기가스는 회수가스 배출관(335)을 통해 외부로 배출되게 되며, 배기가스 중의 수증기가 응축되어 생성되는 응축수는 응축수 배출관(333)을 통해 집수정(360)으로 배출되게 된다. 회수가스 배출관(335)의 끝에는 회수가스 배출구(336)가 구비되고, 응축수 배출관(333)의 끝에는 응축수 배출구(334)가 구비된다.Of the exhaust gas supplied to the exhaust
집수정(360)에는 온실의 난방에 사용된 후 온도가 떨어진 냉각온수와, 배기가스 중의 수증기가 응축되어 생성되는 응축수가 모이게 되는데, 위와 같이 집수정에 모이는 회수수 또는 순환수는 다시 열교환부(200)의 회수수 분무노즐(242)를 통해 열교환부(200)의 외부원통(210) 및 내부원통(220) 내부의 상부측에서 각 원통의 내부로 분무된다.In the collecting well 360, the cooled hot water after being used for heating the greenhouse and the condensed water generated by condensing the water vapor in the exhaust gas are collected. 200) is sprayed into the inside of each cylinder from the upper side inside the
외부원통(210)과 내부원통(220) 내부의 상부측에서 분무되는 회수수는 그 내부에서 낙하되면서 가열되어 높은 온도의 온수가 되어 그 아래에 구비되어 있는 온수탱크(230)로 모이거나 또는 가열되어 수증기로 변화되어 배기가스와 함께 이동하게 된다. 온수탱크에 모인 온수는 온수공급관(320)을 통해 온실로 공급되어 온실난방에 사용된다.The recovered water sprayed from the upper side inside the
한편, 열교환부(200)를 지나서 굴뚝으로 향하는 고열의 배기가스 중 일부는 배기가스 회수구(420)를 통해 회수(흡입)된 후, 배기가스 공급관(330)을 지나면서 온실의 내부를 난방하게 된다. 본 발명은 배기가스 흡입팬(331)의 출력 즉, 흡입력을 제어함으로써 굴뚝으로 향하는 배기가스의 일부 또는 대부분을 배기가스 공급관(330)으로 회수하여 온실 난방에 사용하도록 동작한다.On the other hand, some of the high-temperature exhaust gas passing through the
위에서 설명한 바와 같이 구성되고 동작하는 본 발명의 스마트팜용 복합 열이용 시스템은 다음과 같은 특징을 갖는다.The composite heat utilization system for smart farms of the present invention configured and operated as described above has the following characteristics.
본 발명의 집수정(360)에는 온수공급관(320)을 지나면서 온실을 난방하는 동안 온도가 떨어지는 냉각온수와, 배기가스 공급관(330)을 통과하는 배기가스 중의 수증기가 응축되어 생성되는 응축수, 즉, 2가지의 물이 함께 모이게 된다. 위와 같은 2가지 경로를 거쳐 집수정으로 모이는 물인 회수수는 열교환부(200)와 열이용부(300)의 사이를 순환하면서 온실의 난방에 사용되므로 ‘순환수’라고 칭할 수도 있다.In the collecting well 360 of the present invention, cooling hot water, which passes through the hot
본 발명의 복합 열이용 시스템은 1차 및 2차 연소실에서 SRF 등의 연료를 점화 및 연소시켜서 높은 온도의 배기가스를 발생시키고, 열교환부(200)를 지나는 배기가스에 포함되어 있는 높은 열을 이용하여 난방용 온수를 생성하고, 굴뚝으로 향하는 배기가스 중 일부 또는 대부분을 회수하여 배기가스에 포함되어 있는 열을 온실의 난방에 사용하며, 배기가스에 포함되어 있는 CO2 가스를 포집한 후 다시 기화시켜서 온실로 공급하여 온실에 재배 중인 작물의 생장을 돕는 재료로 활용하게 된다.The complex heat utilization system of the present invention generates high-temperature exhaust gas by igniting and burning fuel such as SRF in the primary and secondary combustion chambers, and uses the high heat contained in the exhaust gas passing through the
본 발명은 농업작물, 원예작물 등을 재배하는 스마트팜에 적용하는 기술로서, 난방을 위하여 많은 에너지를 사용하는 비닐하우스 또는 온실에 적용하여 연료비를 크게 절약할 수 있고 동시에 재배 중인 작물의 발육을 촉진할 수 있는 스마트팜용 복합 열이용 시스템을 제공한다.The present invention is a technology applied to smart farms that grow agricultural crops, horticultural crops, etc., and can greatly save fuel costs by applying to greenhouses or greenhouses that use a lot of energy for heating, and at the same time promote the growth of crops under cultivation. It provides a complex heat utilization system for smart farms that can
본 발명의 시스템을 사용할 경우, 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.When using the system of the present invention, the following effects can be expected.
먼저, 본 발명의 스마트팜용 복합 열이용 시스템은 유류와 같은 통상의 연료 및목재나 농업부산물 등을 연료로 사용할 수 있고, 특히, SRF(Solid Refuse Fuel; 고형재생연료)와 같은 연료를 사용하여 스마트팜의 난방 등을 위한 열에너지를 공급할 수 있다.First, the complex heat utilization system for smart farms of the present invention can use conventional fuels such as oil, wood, agricultural by-products, etc. as fuels, and in particular, by using fuels such as SRF (Solid Refuse Fuel) It can supply thermal energy for heating the farm.
본 발명의 스마트팜용 열이용 시스템은 SRF와 같은 재생연료를 사용하면서도 환경오염을 발생시키지 않으면서 열효율이 매우 높은 열이용 시스템을 제공할 수 있다. 즉, 본 발명은 1차 연소실에서 1,500℃ 이상의 고온으로 연료를 연소시킴으로써, SRF 또는 RDF(재활용 고형연료)와 같은 저렴한 재생연료를 사용하면서도 환경오염을 유발하지 않는 열이용 시스템을 제공할 수 있다.The heat utilization system for smart farms of the present invention can provide a heat utilization system with very high thermal efficiency while using renewable fuels such as SRF without causing environmental pollution. That is, the present invention can provide a heat utilization system that does not cause environmental pollution while using inexpensive renewable fuel such as SRF or RDF (recycled solid fuel) by burning fuel at a high temperature of 1,500 ° C. or higher in the primary combustion chamber.
본 발명은 열교환부(200)의 상부측에서 회수수가 분무되고, 분무된 회수수가 외부원통(210) 및 내부원통(220)의 내부에서 낙하되면서 연소가스와 접하게 되며, 그 과정에서 연소가스 즉, 배기가스 중에 포함되어 있는 물질들을 흡수하여, 배기가스를 통해 외부로 배출되는 오염물질의 양을 크게 감소시킬 수 있다.In the present invention, recovered water is sprayed at the upper side of the
본 발명의 시스템은 초기 동작시에만 순환용 용수를 급수하고, 그 이후에는 외부로부터 별도의 용수를 추가로 공급받지 않고도 시스템 자체에서 생성되는 응축수를 이용하여 온실을 난방할 수 있어서, 시스템 동작에 사용되는 용수의 양이 매우 적게 된다.The system of the present invention supplies water for circulation only during the initial operation, and after that, it is possible to heat the greenhouse using the condensate generated by the system itself without additionally supplying water from the outside, so it is used for system operation. The amount of water used is very small.
본 발명의 시스템은 배기가스에 포함되어 있는 CO2를 수산화나트륨 등의 알칼리성 용매를 사용하여 포집한 후, 포집된 CO2를 다시 기화시켜서 재배 중인 작물의 생육에 필요한 양만큼 온실로 공급함으로써, 별도의 CO2 공급수단 없이도 시스템 자체에서 작물의 생장에 필요한 CO2를 생산하여 농작물에 공급할 수 있다.The system of the present invention collects CO 2 contained in exhaust gas using an alkaline solvent such as sodium hydroxide, then re-vaporizes the captured CO 2 and supplies it to the greenhouse in an amount necessary for the growth of crops under cultivation. Even without a CO 2 supply means, the system itself can produce CO 2 necessary for crop growth and supply it to crops.
특히, 본 발명은 SRF와 같이 저렴한 재생연료를 안정적이고 연속적으로 연소시킬 수 있고 열효율이 매우 높은 열이용 시스템을 제공함으로써, 동절기 등에 농작물 또는 원예작물을 재배하는 농가의 온실 난방비 부담을 크게 줄일 수 있다.In particular, the present invention provides a heat utilization system that can stably and continuously burn inexpensive renewable fuels such as SRF and has very high thermal efficiency, thereby greatly reducing the burden of greenhouse heating costs on farmhouses growing crops or horticultural crops in winter. .
위와 같이 본 발명의 내용에 대하여 상세히 설명하였는바, 본 발명의 기술 사상은 위에 설명된 내용에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상과 동일하거나 유사하여 특별한 기술적 변경 없이 적용할 수 있는 것을 포함하는 것이며, 또한, 특허청구범위에 기재되어 있는 본 발명의 기술 사상과 유사하거나 균등한 것 역시 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.As described above, the contents of the present invention have been described in detail, and the technical spirit of the present invention is not limited to the contents described above, and those skilled in the art to which the present invention belongs are the same as the technical spirit of the present invention. or similar to those that can be applied without special technical changes, and also similar or equivalent to the technical spirit of the present invention described in the claims should be construed as belonging to the scope of the present invention.
100 : 연소부
110 : 1차 연소실 111 : 점화버너
112 : 투시창 120 : 2차 연소실
130 : 연료공급부 131 : 연료 정량호퍼
132 : 연료투입 스크류 140 : 연소공기 송풍기
150 : 재 처리수단 151 : 재 배출스크류
152 : 재 수집컨테이너
200 : 열교환부
210 : 외부원통 220 : 내부원통
230 : 온수탱크 231 : 온수토출구
232 : 저장수위 240 : 열포집기
241 : 회수수 분배관 242 : 회수수 분무노즐
250 : 소석회공급수단
300 : 열이용부
310 : 온실 320 : 온수공급관
322 : 냉각온수 배출구
330 : 배기가스 공급관
331 : 배기가스 흡입팬 332 : 응축수 수집부
333 : 응축수 배출관 334 : 응축수 배출구
335 : 회수가스 배출관 336 : 회수가스 배출구
340 : CO2 공급수단 341 : CO2 포집모듈
342 : CO2 기화기 343 : CO2 공급량조절기
344 : CO2 공급관
350 : 회수수 급수관 351 : 회수수 급수펌프
352 : 회수수 흡입구 360 : 집수정
400 : 굴뚝부
410 : 굴뚝(원형) 411 : 배기가스 배출구
420 : 배기가스 회수구 430 : 배기가스 측정부
500 : 제어부100: combustion unit
110: primary combustion chamber 111: ignition burner
112: viewing window 120: secondary combustion chamber
130: fuel supply unit 131: fuel metering hopper
132: fuel input screw 140: combustion air blower
150: ash processing means 151: ash discharge screw
152: ash collection container
200: heat exchange unit
210: outer cylinder 220: inner cylinder
230: hot water tank 231: hot water outlet
232: storage water level 240: heat collector
241: recovery water distribution pipe 242: recovery water spray nozzle
250: slaked lime supply means
300: heat utilization part
310: greenhouse 320: hot water supply pipe
322: cooling hot water outlet
330: exhaust gas supply pipe
331: exhaust gas intake fan 332: condensate collection unit
333: condensate discharge pipe 334: condensate outlet
335: recovery gas discharge pipe 336: recovery gas outlet
340: CO2 supply means 341: CO2 capture module
342: CO2 vaporizer 343: CO2 supply controller
344: CO2 supply pipe
350: recovery water supply pipe 351: recovery water supply pump
352: recovered water inlet 360: collection well
400: chimney
410: chimney (circular) 411: exhaust gas outlet
420: exhaust gas recovery port 430: exhaust gas measuring unit
500: control unit
Claims (7)
상기 연소부(100)는 연료를 저장 및 공급하는 연료공급부(130)와, 공급된 연료가 1차적으로 연소되는 1차 연소실(110)과, 상기 1차 연소실의 상부에 형성되는 2차 연소실(120)과, 상기 1차 연소실로 연소용 공기를 송풍하는 연소공기 송풍기(140)와, 재를 배출 및 수집하는 재 처리수단(150)을 포함하여 구성되며,
상기 열교환부(200)는 그 외측부를 형성하는 외부원통(210)과, 상기 외부원통의 내측에 형성되는 내부원통(220)과, 상기 외부원통 및 내부원통의 하부에 역원뿔 형상으로 형성되는 온수탱크(230)와, 상기 외부원통 및 내부원통의 상부에 형성되는 열포집기(240)와, 상기 온수탱크의 측면에 구비되는 온수토출구(231)를 포함하여 구성되고,
상기 열이용부(300)는 온실(310) 내부로 온수를 공급하는 온수공급관(320)과, 상기 굴뚝부에서 회수된 고온의 배기가스를 온실 내부로 공급하는 배기가스 공급관(330)과, 온실 내부로 CO2를 공급하는 CO2 공급수단(340)과, 집수정에 모인 회수수를 상기 열포집기(240)로 급수하기 위한 회수수 급수관(350)과, 상기 온수공급관(320)을 통과하면서 냉각되는 온수 및 상기 배기가스 공급관(330)을 통과하는 배기가스 중의 수증기가 응축되어 생성되는 응축수가 모여 저장되는 집수정(360)을 포함하여 구성되며,
상기 굴뚝부(400)는 원통형상의 굴뚝(410)과, 상기 굴뚝(410)의 일측에 구비되는 배기가스 회수구(420)와 타측에 구비되는 배기가스 측정부(430)를 포함하여 구성되고,
상기 열포집기(240)는 상기 내부원통(220)의 상부에 원형 형상으로 형성되는 회수수 분배관(241)과, 상기 회수수 분배관(241)을 따라 일정 간격으로 구비되는 복수의 회수수 분무노즐(242)을 포함하여 구성되어 있으며,
상기 2차 연소실(120)을 통과한 배기가스는 상기 외부원통(210)의 상부에서 외부원통의 내부로 진입한 후, 상기 외부원통(210)의 내면을 따라 선회하면서 아래로 이동하고, 상기 온수탱크의 온수 표면에 부딪혀서 방향을 바꾼 후 상기 내부원통(220)의 내면을 따라 선회하면서 위로 이동한 다음 상기 굴뚝(410)을 향하여 이동하게 되고,
상기 회수수 분무노즐(242)을 통해 분무되는 회수수는 상기 외부원통(210) 및 상기 내부원통(220)의 내부에서 낙하하는 동안 배기가스의 열에 의해 가열되어 온수 또는 수증기로 변화하여, 온수는 상기 온수탱크(230)로 모이고, 수증기는 배기가스와 함께 상기 굴뚝(410)을 향하여 이동하며,
상기 온수탱크(230) 내부의 온수수위가 저장수위(232) 보다 높아질 경우, 상기 저장수위를 상회하는 온수는 온수토출구(231)를 통해 상기 온수공급관(320)으로 공급되어 온실 내부를 난방하게 되고,
상기 배기가스 회수구(420)를 통해 전체 배기가스의 50% 이상 100% 이하가 회수되며, 상기 회수되는 고온의 배기가스가 상기 배기가스 공급관(330)을 통과하면서 온실 내부를 난방하도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 스마트팜용 복합 열이용 시스템.
It is configured to include a combustion unit 100, a heat exchange unit 200, a heat utilization unit 300, a chimney unit 400 and a control unit 500,
The combustion unit 100 includes a fuel supply unit 130 for storing and supplying fuel, a primary combustion chamber 110 in which the supplied fuel is primarily combusted, and a secondary combustion chamber formed above the primary combustion chamber ( 120), a combustion air blower 140 for blowing air for combustion into the primary combustion chamber, and an ash treatment means 150 for discharging and collecting ash,
The heat exchange unit 200 includes an outer cylinder 210 forming an outer portion, an inner cylinder 220 formed inside the outer cylinder, and hot water formed in an inverted cone shape at the lower part of the outer cylinder and the inner cylinder. It is configured to include a tank 230, a heat collector 240 formed on the upper part of the outer cylinder and the inner cylinder, and a hot water outlet 231 provided on the side of the hot water tank,
The heat utilization unit 300 includes a hot water supply pipe 320 for supplying hot water to the inside of the greenhouse 310, an exhaust gas supply pipe 330 for supplying the high-temperature exhaust gas recovered from the chimney to the inside of the greenhouse, and a greenhouse While passing through the CO 2 supply means 340 for supplying CO 2 to the inside, the recovered water supply pipe 350 for supplying recovered water collected in the collecting well to the heat collector 240, and the hot water supply pipe 320, It is configured to include a collecting well 360 in which condensed water generated by condensing hot water to be cooled and water vapor in the exhaust gas passing through the exhaust gas supply pipe 330 is collected and stored,
The chimney unit 400 includes a cylindrical chimney 410, an exhaust gas recovery port 420 provided on one side of the chimney 410, and an exhaust gas measuring unit 430 provided on the other side,
The heat collector 240 includes a recovered water distribution pipe 241 formed in a circular shape on the upper part of the inner cylinder 220 and a plurality of recovered water sprays provided at regular intervals along the recovered water distribution pipe 241. It is composed of a nozzle 242,
The exhaust gas passing through the secondary combustion chamber 120 enters the inside of the outer cylinder from the top of the outer cylinder 210, then moves downward while turning along the inner surface of the outer cylinder 210, and the hot water After colliding with the hot water surface of the tank and changing direction, it moves upward while turning along the inner surface of the inner cylinder 220, and then moves toward the chimney 410,
The recovered water sprayed through the recovered water spray nozzle 242 is heated by the heat of the exhaust gas while falling inside the outer cylinder 210 and the inner cylinder 220 and is changed into hot water or steam. It is collected in the hot water tank 230, and the water vapor moves toward the chimney 410 together with the exhaust gas,
When the hot water level in the hot water tank 230 is higher than the storage water level 232, the hot water exceeding the storage water level is supplied to the hot water supply pipe 320 through the hot water outlet 231 to heat the inside of the greenhouse ,
50% or more and 100% or less of the total exhaust gas is recovered through the exhaust gas recovery port 420, and the recovered high-temperature exhaust gas is configured to heat the inside of the greenhouse while passing through the exhaust gas supply pipe 330. Characterized by a complex heat utilization system for smart farms.
상기 CO2 공급수단(340)은 상기 배기가스 공급관(330)을 통과하는 배기가스 중의 CO2를 포집하는 CO2 포집모듈(341)과, 포집된 CO2를 다시 기화시키기 위한 CO2 기화기(342)와, 온실에 공급되는 CO2의 양을 조절하기 위한 CO2 공급량조절기(343)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 스마트팜용 복합 열이용 시스템.
The method of claim 1,
The CO 2 supply unit 340 includes a CO 2 collection module 341 for collecting CO 2 in the exhaust gas passing through the exhaust gas supply pipe 330 and a CO 2 vaporizer 342 for vaporizing the collected CO 2 again. ) And, a CO 2 supply amount regulator 343 for controlling the amount of CO 2 supplied to the greenhouse, characterized in that it is configured to include a complex heat utilization system for smart farms.
상기 회수수 분무노즐(242)은 외부원통(210)과 내부원통(220) 내부의 상부에 각각 동일 간격으로 형성되되, 회수수 분배관(241)의 양측에 각각 동일 간격으로 6개 이상 구비되는 것을 특징으로 하는, 스마트팜용 복합 열이용 시스템.
The method of claim 1,
The recovery spray nozzles 242 are formed at equal intervals on the inside of the outer cylinder 210 and the inner cylinder 220, respectively, and six or more are provided at equal intervals on both sides of the recovery water distribution pipe 241 Characterized in that, a complex heat utilization system for smart farms.
상기 배기가스 공급관(330)의 중간 일측에는 굴뚝으로 배출되는 배기가스를 회수하기 위한 배기가스 흡입팬(331)이 구비되며, 상기 배기가스 흡입팬(331)의 출력을 제어하여 배기가스 회수량을 제어하는 것을 특징으로 하는, 스마트팜용 복합 열이용 시스템.
The method of claim 1,
An exhaust gas suction fan 331 for recovering exhaust gas discharged to the chimney is provided at one side of the middle of the exhaust gas supply pipe 330, and the exhaust gas recovery amount is increased by controlling the output of the exhaust gas suction fan 331. Characterized in that the control, complex heat utilization system for smart farm.
상기 온수탱크(230) 또는 상기 온수공급관(320) 중 하나 또는 모두의 일측 위치에 온수산성도측정기가 구비되고,
상기 온수산성도측정기가 측정한 온수의 산성도가 일정값을 초과할 경우, 상기 온수탱크(230)에 소석회를 공급하는 소석회 공급수단(250)이 구비되는 것을 특징으로 하는, 스마트팜용 복합 열이용 시스템.
The method of claim 1,
A hot water acidity meter is provided at one side of one or both of the hot water tank 230 or the hot water supply pipe 320,
When the acidity of the hot water measured by the hot water acidity meter exceeds a certain value, a slaked lime supply means 250 for supplying slaked lime to the hot water tank 230 is provided.
상기 제어부(500)는 메인프로세서(MCU)와, 메인프로세서와 각 구성요소의 사이에서 제어신호 등을 송수신하기 위한 통신부를 포함하여 구성되며,
상기 제어부(500)는 상기 연료공급부(130)의 연료 정량호퍼(131)와 연료투입 스크류(132)의 동작을 제어하여 시간당 일정량의 연료가 1차 연소실(110)로 공급되도록 제어하고, 1차 연소실(110)로 송풍되는 연소공기의 양이 투입되는 연료량에 연동되도록 연소공기 송풍기의 출력을 제어하고,
상기 제어부(500)는 배기가스 흡입팬(331)의 공급전력 또는 회전수를 제어하여 배기가스 공급관(330)으로 공급되는 배기가스의 양을 제어하며,
상기 제어부(500)는 회수수 급수펌프(351)의 동작을 제어하여 회수수 분무노즐(242)을 통해 외부연통(210) 및 내부연통(220) 내부의 상부측에서 분무되는 회수수의 분무량 또는 분무 압력을 조절하고,
상기 제어부(500)는 CO2 포집모듈(341)과, CO2 기화기(342)와, CO2 공급량조절기(343)를 제어하여 온실(310) 내에 재배 중인 작물의 광합성에 필요한 CO2를 생성하여 온실로 공급하도록 CO2 공급수단(340)을 제어하는 것을 특징으로 하는, 스마트팜용 복합 열이용 시스템.
The method of claim 1,
The control unit 500 includes a main processor (MCU) and a communication unit for transmitting and receiving control signals between the main processor and each component,
The control unit 500 controls the operation of the fuel metering hopper 131 and the fuel input screw 132 of the fuel supply unit 130 to supply a certain amount of fuel per hour to the primary combustion chamber 110, and The output of the combustion air blower is controlled so that the amount of combustion air blown into the combustion chamber 110 is interlocked with the amount of fuel injected,
The control unit 500 controls the amount of exhaust gas supplied to the exhaust gas supply pipe 330 by controlling the supply power or rotation speed of the exhaust gas intake fan 331,
The control unit 500 controls the operation of the recovered water supply pump 351 to control the spray amount of recovered water sprayed from the upper side inside the external communication 210 and the internal communication 220 through the recovered water spray nozzle 242 or Adjust the spray pressure,
The controller 500 controls the CO 2 capture module 341, the CO 2 vaporizer 342, and the CO 2 supply controller 343 to generate CO 2 required for photosynthesis of the crops being grown in the greenhouse 310. Characterized in that for controlling the CO 2 supply means 340 to supply to the greenhouse, the complex heat utilization system for smart farms.
상기 제어부(500)는 시스템의 내부에서 순환되는 온수의 산성도가 일정 값을 초과하게 될 경우, 소석회 공급수단(250)을 동작시켜서 온수의 산성도가 정상 수준 또는 정해진 수준으로 회복될 수 있도록 소석회를 온수탱크 내부에 투입하도록 제어하는 것을 특징으로 하는, 스마트팜용 복합 열이용 시스템.
The method of claim 6,
When the acidity of the hot water circulated inside the system exceeds a predetermined value, the control unit 500 operates the slaked lime supply unit 250 to supply the slaked lime as hot water so that the acidity of the hot water can be restored to a normal level or a predetermined level. Characterized in that it is controlled to put into the tank, a complex heat utilization system for smart farms.
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