KR20120024339A - 수막재배용 시설하우스의 냉난방시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수막재배에 사용하는 냉난방용수를 연속적으로 재순환 사용 할 수 있게 함으로서 지하수의 고갈을 예방하고, 냉난방용수의 열교환은 지하수 및 지중열을 이용하여 할 수 있게 한 수막재배용 시설하우스의 냉난방시스템에 관한 것이다.
구성의 특징은 지하수 또는 지표수를 저장하여 냉난방용수의 안정적인 공급이 이루어질 수 있게 하는 보충수탱크(10);와, 수위조절밸브(21) 및 시설하우스(50)를 돌아 나온 냉난방용수가 유입되는 유입관(22)과 오버드레인관(23)이 연결 장착되고, 저장된 물이 부족할 경우 상기 보충수탱크(10)로부터 보충수를 자동 공급시키도록 수위조절펌프(24)가 연결 구성된 저수탱크(20);와, 상기 저수탱크(20)의 하부 내측으로 연결 구성되어 지하수 또는 지중열에 의해 냉난방용수를 열 교환시킬 수 있게 한 열교환관(30);과, 지중에 깊게 지하수 시추공(60)을 천공하여 이 곳에 상기 열교환관(30)이 돌아 나오도록 설치한 구성;과, 상기 열교환관(30)을 통과한 냉난방용수를 시설하우스(50)로 공급하는 급수펌프(40);와, 상기 급수펌프(40)와 연결 구성됨과 동시에 시설하우스(50)의 워터커튼(51) 상단에 연결 설치되고 일정한 간격으로 순간 가열히터(53)가 장착된 급수관(52)으로 이루어짐을 특징으로 한다.
이와 같이 구성된 본 발명은 열교환관(30)을 시추공(60) 속에 투입시켜 열교환관을 통과하는 냉난방용수가 지하 깊은 곳의 암반 등을 흐르는 지하수 및 지중열의 작용에 의해 열교환 되기 때문에 (지하수를 퍼 올려 냉난방을 하는 것이 아니기에) 지하수의 낭비 및 고갈을 사전에 예방하는 효과가 있다.
[색인어]
지열난방장치, 지하수 재활용장치, 지열 및 순간가열히터를 이용한 냉난방장치, 지하수 절감형 냉난방장치.

Description

수막재배용 시설하우스의 냉난방시스템{a cold and heating system of greenhouse}

본 발명은 수막재배에 사용하는 냉난방용수를 연속적으로 재순환 사용할 수 있게 함으로서 사전에 지하수의 낭비 및 고갈을 예방하고, 냉난방용수의 열교환은 지하수 및 지중열을 이용하여 할 수 있게 한 수막재배용 시설하우스의 냉난방시스템에 관한 것이다.

주지된 바와 같이 시설하우스에서 채소나 과일을 비롯하여 화훼 등 각종 작물을 재배하는 경우 조기수확과 생산성증대 및 상품성극대화로 인한 소득증대를 위해 동절기에는 가온을 하절기에는 냉방을 하게 된다.

또, 위와 같이 시설하우스에 냉난방을 할 때는 석유류나 석탄, 연탄, 갈탄 등의 화석연료를 이용하는 경우를 비롯하여, 전기를 이용하는 경우, 그리고 지하수나 지열을 이용하는 경우 등 여러 가지 방법이 사용되고 있으며, 위 방법들 중 지하수를 이용하는 방법이 농가 부담이 적고 간편하여 많이 사용하는 실정이다.

그러나 많은 농가 들이 시추공을 뚫어 지하수를 퍼 올려 사용하다 보니 지하수가 점차 고갈되어 가고 있는데, 특히 많은 농가에서 야간에 집중적으로 지하수를 사용하여 냉 난방하는 경우가 많아 지하수 고갈로 난방이 중단되는 사태도 빈번하게 발생한다.

따라서 근자에는 안정적으로 지하수를 사용하기 위해 농가마다 경쟁적으로 시추공을 더 깊이 천공하는 실정에 있으며, 이로 인해 펌프의 소비전력 증대가 야기되어 농가부담이 한층 더 커지고 있는 실정이다.

다시 말하면 위와 같이 지하수를 퍼 올려 냉난방을 하는 방식은 시설비용과 유지 및 관리비용이 저렴하게 들어 많은 시설하우스 농가 및 버섯재배농가에서 선호하고 있으나, 많은 농가에서 동시다발적으로 지하수를 퍼 올려 사용하다보니 지하수를 집중적으로 퍼 올려 난방을 하는 야간에는 지하수가 고갈되어 난방이 중단되는 상황이 자주 발생할 수밖에 없게 되었고 이에 따라 작물이 동해나 냉해를 입는 경우도 자주 발생하여 농가에 많은 피해가 따랐다는 것이다.

따라서 본 발명은 전술한 종래의 제반 문제점을 감안하여 발명한 것으로, 특히, 냉난방용수로 지하수를 이용하는 시설하우스에 있어서, 냉난방용수를 연속적으로 재순환 사용할 수 있게 함으로서 지하수의 낭비 및 고갈을 예방하고, 상기 냉난방용수의 열교환은 지하수나 지중열(또는 지하수 및 지중열을 동시에 이용할 수도 있음)을 이용하여 안정적이면서도 원활한 열교환이 이루어지게 하며, 이에 따라 시설하우스의 안정적인 냉난방유지, 수확증대, 유지비용 절감으로 인한 농가소득증대를 극대화시킬 수 있게 하려는 데 본 발명의 목적이 있는 것이다.

상기와 같은 목적 달성을 위해 본 발명은 다음과 같이 구성된다.

즉, 땅속에 매립되며 지하수 또는 지표수를 저장하여 시설하우스(50) 내부로 항상 안정적으로 냉난방용수를 공급할 수 있게 하는 보충수탱크(10)와,

땅 속에 매립되며 내부 소정위치에 수위조절밸브(21)가 장착되고 상부 양측에는 시설하우스(50)를 돌아 나온 냉난방용수가 유입되게 하는 유입관(22)과 오버드레인관(23)이 연결 장착되며 저장된 물이 부족할 경우 상기 보충수탱크(10)로부터 보충수를 자동 공급시키는 수위조절펌프(24)가 연결 구성된 저수탱크(20)와,

상기 저수탱크(20)의 하부 내측으로 연결 구성되어 지하수 또는 지중열에 의해 냉난방용수를 열 교환시킬 수 있게 한 열교환관(30)과,

지중에 깊게 지하수 시추공(60)을 천공하여 상기 열교환관(30)이 돌아 나오도록 설치하고

상기 열교환관(30)을 통과한 냉난방용수를 시설하우스(50)로 공급하는 급수펌프(40)와,

상기 급수펌프(40)와 연결 구성됨과 동시에 시설하우스(50)의 워터커튼(51) 상단에 연결 설치되는 급수관(52)으로 이루어짐을 특징으로 하는 수막재배용 시설하우스의 냉난방 시스템이다.

한편, 열교환관(30)을 주름관으로 형성하게 되면 한층 더 열교환 효과를 높일 수 있다.

또 상기 급수관(52)에 일정간격으로 순간가열히터(53)를 더 장착 구성하면 혹한기 난방시 2단계에 걸쳐 가온을 시킬 수 있어 훨씬 안정적인 난방효과가 따르게 된다.

상기 열교환관(30)은 전술한 바와 같이 시추공(60)을 천공하여 수직으로 설치 사용할 수 있음은 물론, 수평으로도 매립 구성하여 지중열에 의한 열교환이 이루어지도록 구성함을 특징으로 하는 수막재배용 시설하우스의 냉난방시스템이다.

이와 같이 구성된 본 발명은 열교환관(30)을 시추공(60) 속에 투입시켜 열교환관을 통과하는 냉난방용수가 지하 깊은 곳의 암반 등을 흐르는 지하수 및 지중열의 작용에 의해 열교환 되게 한 것으로서, 지하수를 퍼 올려 냉난방을 하는 것이 아님으로 지하수의 낭비 및 고갈을 사전에 예방할 수 있다. 따라서 본 발명은 환경 친화적인 발명인데다가 지하수를 퍼 올리는데 필요한 펌프(통상 시추공의 깊이가 깊을수록 소비전력이 크게 증대하게 됨)등의 장비도 불필요하게 되어 시설비를 비롯한 전기료를 크게 절감할 수 있는 효과도 따른다.

또 혹한으로 인해 지하수 및 지열만으로 원하는 적정온도의 열교환이 어려워져서 냉난방용수가 적정온도를 유지하지 못할 경우에는 냉난방용수가 순간가열히터(53)에 의해 가열되게 함으로서 냉난방용수가 항상 균일한 수온을 유지하게 하고, 이에 따라 균일하고 안정적인 난방이 이루어지는 효과도 따른다.

도 1은 본 발명의 전체 예시도.
도 2는 본 발명의 요부확대도로서 순간가열히터를 나타낸 것임.
도 3은 본 발명의 요부확대도로서 시추공의 일부를 나타낸 것임.
도 4는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 열교환관의 평면예시도.

본 발명은 지하수나 지표수, 상수도 등의 용수를 시설하우스의 냉난방용수로 반복 순환시켜 사용할 수 있게 하되, 냉난방용수의 열교환은 지하수 및 지중열로 할 수 있게 함으로서 냉난방용수의 열교환이 안정적으로 이루어지게 하면서 지하수의 낭비와 고갈을 사전에 예방할 수 있게 구성한 환경 친화적인 발명인 것이다.

본 발명의 구성은

땅속에 매립되며 지하수나 지표수, 상수도물 등의 용수를 항상 일정수량으로 저장 유지하면서 후술하는 저수탱크(20)의 수위를 안정적으로 유지시켜주도록 작용하는 보충수탱크(10)와,

땅 속에 매립되며 내부 소정위치에 수위조절밸브(21)가 장착되어 상기 보충수탱크(10)로 부터 물을 공급받아 항상 일정수위를 유지하고, 상측에는 시설하우스(50)를 돌아 나온 냉난방용수가 재 유입되게 하는 유입관(22)과 일정수위를 넘으면 넘쳐 배출되도록 구성된 오버드레인관(23)이 장착되며, 저장된 물이 부족할 경우 수위조절밸브(21)의 신호에 의해 상기 보충수탱크(10)로부터 보충수를 자동 공급시키도록 수위조절펌프(24)가 연결 구성된 저수탱크(20),

상기 저수탱크(20)의 하부 내측으로 연결 구성되어 지하수 또는 지중열에 의해 냉난방용수를 열 교환시킬 수 있게 한 열교환관(30)과,

땅속 깊게 지하수 시추공(60)을 천공하여 상기 열교환관(30)이 삽입되어 돌아나오도록 설치하고

상기 열교환관(30)을 통과한 냉난방용수를 시설하우스(50)로 공급하는 급수펌프(40)와,

상기 급수펌프(40)와 연결 구성됨과 동시에 시설하우스(50)의 워터커튼(51) 상단에 연결 설치되는 급수관(52)으로 이루어짐을 특징으로 하는 수막재배용 시설하우스의 냉난방 시스템이다.

상기 지하수 시추공(60)의 깊이는 지역이나 지형에 따라 다소 차이가 있기는 하나 지하수를 얻기 위해 천공하는 시추공(60)의 깊이가 통상 짧게는 40?50m에서 길게는 300?400m의 깊은 상태이고, 또 지하수는 땅속에서도 암반사이로 계속 흐르는 상태이기 때문에 동절기에는 12℃내외, 하절기에는 18℃내외의 고른 수온을 얻을 수 있으며, 땅속의 지중열 또한 지하수의 수온과 비슷한 온도를 유지하게 된다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 지하수와 지중열을 효율적으로 활용하기 위해 시추공(60)에 저수탱크(20) 및 급수관과 연결된 열교환관(30)을 삽입설치하고 급수펌프(40)로서 냉난방용수를 강제 순환시킴으로서 상기 시추공(60)과 더불어 이곳에 삽입된 열교환관(30)이 하나의 열교환기로서의 기능을 할 수 있게 한 것이 큰 특징인 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명은 깊이가 깊게 형성된 시추공(60)과, 상기 시추공(60)에 삽입 설치되는 열교환관(30)의 유기적인 작용에 의해 냉난방용수를 열 교환시킴에 따라 냉난방시 지하수를 퍼 올려 사용할 필요가 전혀 없어 지하수낭비 및 고갈을 초래할 염려가 없는 매우 환경 친화적인 시스템이고, 더불어 지하수와 지중열을 함께 이용하여 냉난방용수를 열 교환시킴으로서 열교환 효율을 극대화시켜주게 되어 시설하우스의 냉난방을 안정적으로 유도할 수 있게 되는 것이다.

다시 말하면 시추공(60)내에 삽입 설치된 열교환관(30) 내부를 급수펌프(40)에 의해 냉난방용수가 순환되면서 시추공(60) 내부의 지중열과 시추공(60) 내부의 암반을 흐르는 지하수가 동시에 작용하여 냉난방용수를 열 교환시키는 구성이기에 그 효율이 매우 안정적이면서 뛰어나다는 것이다.

그리고 열교환관(30)의 단면적을 넓히면 열 교환효율을 더 높일 수 있으므로 열교환관(30)을 주름관이나 또는 외주면에 다수의 흡열돌기를 돌출 형성하여 사용하면 한 층 더 효과적이라 하겠다.

한편, 시설하우스(50)의 워터커튼(51) 상단에 설치되는 급수관(52)에 일정간격으로 순간가열히터(53)를 더 장착하면, 혹한기에 급수펌프(40)에 의해 열교환관(30)을 통과한 냉난방용수가 급수관(52)에 공급될 때 그 수온을 측정하여 설정온도 이하의 낮은 온도일 때 자동으로 작동하여 냉난방용수를 설정온도로 순간적으로 가열 공급시킬 수 있게 하는 것이다. 따라서 혹한기시 냉난방용수를 지하수와 지중열에 의해 1차 가열하고, 지하수와 지열만으로는 부족할 경우에는 순간가열히터(53)에 의한 2차 가열이 이루어짐에 따라 난방이 매우 안정적으로 이루어질 수 있게 되는 것이다.

도 4는 열교환관(30)을 지중에 수평으로 매설한 상태를 보여주는 예시도로서, 이는 지열에 의한 열교환 효율을 높이기 위해 저수탱크(20)로부터 난방용수가 공급되는 급수부(31)와, 공급된 난방용수가 지열에 의해 원활하게 열 교환될 수 있도록 직경이 작은 다수의 관체(32)로 이루어진 가열관부(33)와, 상기 가열관부(33)를 통과한 난방용수가 모아지는 집수부(34)로 이루어진 구성으로서 난방용수가 순환되는 과정에서 신속하게 지열에 의한 열교환이 이루어질 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

이하 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저 보충수 탱크(10)에는 지하수(지하수가 적거나 고갈된 경우는 하천물을 비롯한 지표수도 됨)를 저장한다. 상기 보충수 탱크(10)의 지하수는 저수탱크(20)로 공급되는데 저수탱크(20)의 수위가 설정수위에 못 미칠 경우에는 수위조절밸브(21)가 이를 감지하여 수위조절펌프(24)를 동작시킴으로서 보충수 탱크(10)에 저장된 물을 공급받게 되고, 설정수위가 되면 수위조절밸브(21)가 이를 감지하여 수위조절펌프(24)의 동작을 정지시킨다.

또, 상기 저수탱크(20)에는 열교환관(30)이 연결되어 있고, 상기 열교환관(30)은 땅속으로 깊게 천공된 시추공(60)을 통과하면서 지하수 및 지중열에 의해 열교환되도록 구성되어 있으므로 급수펌프(40)에 의해 냉난방용수가 급수관(52)으로 공급될 때 저수탱크(20)에 저장된 냉난방용수가 자연적으로 유입 순환되면서 시추공(60) 내에서 지하수와 지중열에 의해 열교환 공급되게 되는 것이다.

특히, 상기한 시추공(60) 내에는 지하수가 고여 있기 보다는 지하의 암반사이로 흐르는 상태이기 때문에 지하수의 수온이나 지중열이 항상 일정한 상태로 유지되게 되며, 따라서 냉난방용수의 열 교환이 항상 안정적으로 이루어지게 됨으로서 고른 냉난방효율을 기대할 수 있게 된다.

또, 시추공(60) 내의 지하수와 지중열로 열 교환시키기 때문에 히트펌프와 같은 고가의 장비가 불필요하여 시설비가 적게 드는 이점도 있다.

또, 혹한기에 지하수 및 지중열만으로 냉난방용수의 열교환이 원활하게 이루어지지 못할 때는 2차적으로 급수관(52)에 장착된 순간가열히터(53)가 동작하여 냉난방용수를 가열시켜 공급시킴으로서 혹한기라 하더라도 안정적인 사용이 가능하기 때문에 작물이 냉해나 동해를 입는 경우를 사전에 예방할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 땅속에 매립되며 지하수 또는 지표수를 저장하여 시설하우스(50) 내부로 항상 안정적으로 냉난방용수를 공급할 수 있게 하는 보충수탱크(10)와,
   땅 속에 매립되며 내부 소정위치에 수위조절밸브(21)가 장착되고 상부 양측에는 시설하우스(50)를 돌아 나온 냉난방용수가 유입되게 하는 유입관(22)과 오버드레인관(23)이 연결 장착되며 저장된 물이 부족할 경우 상기 보충수탱크(10)로부터 보충수를 자동 공급시키는 수위조절펌프(24)가 연결 구성된 저수탱크(20)와,
   상기 저수탱크(20)의 하부 내측으로 연결 구성되어 지하수 또는 지중열에 의해 냉난방용수를 열교환시킬 수 있게 한 열교환관(30)과,
   지중에 깊게 지하수 시추공(60)을 천공하고 이 곳에 상기 열교환관(30)이 돌아나오도록 설치한 구성과,
   상기 열교환관(30)을 통과한 냉난방용수를 시설하우스(50)로 공급하는 급수펌프(40)와,
   상기 급수펌프(40)와 연결 구성됨과 동시에 시설하우스(50)의 워터커튼(51) 상단에 연결 설치되는 급수관(52)으로 이루어짐을 특징으로 하는 수막재배용 시설하우스의 냉난방 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 급수관(52)에 일정간격으로 순간가열히터(53)를 더 장착 구성함을 특징으로 하는 수막재배용 시설하우스의 냉난방시스템이다.
3. 제1항에 있어서,
   열교환관(30)은 저수탱크(20)로부터 난방용수가 공급되는 급수부(31)와, 공급된 난방용수가 지열에 의해 원활하게 열 교환될 수 있도록 직경이 작은 다수의 관체(32)로 이루어진 가열관부(33)와, 상기 가열관부(33)를 통과한 난방용수가 모아지는 집수부(34)로 이루어져 땅 속에 수평으로 설치되어 지중열에 의한 열교환이 이루어지도록 구성함을 특징으로 하는 수막재배용 시설하우스의 냉난방시스템.

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