KR20240043386A - 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 온실에서 생성된 폐열을 회수하여 재활용하면서 공기의 온도조절을 효과적으로 수행할 수 있도록 함으로써 온실 관리의 효율성 향상과 에너지 비용을 절감할 수 있는 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치는 온실의 폐열을 회수하여 재활용하면서 냉방 작용을 수행하는 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치에 있어서, 상기 온실의 내부공기가 유입되는 내부공기유입부와 상기 내부공기유입부로 유입된 내부공기가 배출되는 내부공기배출부가 형성된 내부공기이동부; 상기 내부공기배출부로부터 유입된 내부공기가 수용되는 내부공기수용실이 마련되고, 상기 내부공기수용실과 구획되어 용수가 수용되는 용수수용실이 마련된 유체열교환처리조; 상기 내부공기수용실에 수용된 내부공기와 상기 용수수용실에 수용된 용수 상호간의 열교환을 수행하는 내부공기열교환수단; 및 상기 내부공기열교환수단에 의한 열교환과정을 거친 상기 내부공기수용실의 열교환공기를 상기 온실로 이동, 공급시키는 공급공기이동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치{HEAT EXCHANGE APPARATUS FOR HEAT STORAGE AND COOLING OF GREENHOUSE}
본 발명은 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 온실에서 생성된 폐열을 회수하여 재활용하면서 공기의 온도조절을 효과적으로 수행할 수 있도록 함으로써 온실 관리의 효율성 향상과 에너지 비용을 절감할 수 있는 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치에 관한 것이다.
시설원예는 유리온실이나 비닐하우스 등의 온실 내부에 마련한 재배지에 작물을 식재하고, 작물의 재배에 이상적인 온도, 습도, CO2 등의 조건을 유지하도록 환경을 관리하면서 재배과정을 수행하는 시설로서, 온도의 조절을 위해 난방장치 및 냉방장치가 필수적으로 구비되어 있다.
예컨대, 온실의 난방장치 및 냉방장치로는 대한민국 등록특허 등록번호 제10-1707045호로 개시된 '유리온실 냉난방시스템'이 제안되어 있다.
상기한 유리온실 냉난방시스템은 도1에 도시된 바와 같이 열매체저장조(10), 히트펌프(20), 열매체순환공급라인(30), 공기순환공급라인(40), 외기유입라인(50), 배출라인(60), 개폐밸브(70), 온도센서(80) 및 제어부(90)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 히트펌프(20)는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달하는 냉난방장치로, 구동 방식에 따라 전기식과 엔진식으로 구분되는데, 현재 대부분이 냉방과 난방을 겸용하는 구조로 되어 있다.
전술한 유리온실 냉난방시스템은 열매체저장조(10)의 저장된 열매체를 이용하여 여름철에 히트펌프(20)를 냉방운전시켜 유리온실(5)의 내부를 냉방할 수 있고, 겨울철에 난방상태로 조작하여 히트펌프(20)를 난방운전시켜 상기 유리온실(5)의 내부를 난방할 수 있다. 즉, 공기순환공급라인(40)의 내부로 유입된 유리온실(5)의 내부공기는 공기순환공급라인(40)을 통해 히트펌프(20)를 경유하면서 냉각 및 가열된 상태로 다시 유리온실(5)의 내부로 순환 공급되면서 냉,난방을 수행할 수 있다.
그리고, 종래 유리온실 냉난방시스템은 공기조화장치로서 팬코일(300)이 구비되어 제 1상부열매체순환공급라인(311)으로부터 순환공급되는 열매체저장조(10)의 열매체(11)를 통과시켜 공기를 냉각 또는 가열한 후, 그 냉기 또는 온기를 송풍팬과 모터로 구성된 송풍기를 이용하여 유리온실(5) 내부로 토출함으로써 유리온실(5) 내부를 일정 온도로 유지시키면서 냉,난방 작용을 수행한다.
하지만, 전술한 종래 유리온실 냉난방시스템은 냉난방을 위해 전기식 또는 엔진식 히트펌프(20)를 가동시켜야 하고, 팬코일(300)의 송풍기를 가동시켜야 하며, 팬코일(300) 및 히트펌프(20)의 작동에 이동되는 열매체저장조(10)의 열매체(11)를 냉각하거나 가열하기 위한 에너지가 필요하므로 운전비용의 상승을 초래한다.
특히, 종래 유리온실 냉난방시스템은 하절기와 같이 태양의 복사에너지로 인해 온실의 온도가 고온으로 상승하게 되므로 식물에 적절한 생육 온도로 낮추기 위한 냉방 부하의 증가로 운전비용을 더욱 상승시키는 문제점이 있다.
그리고, 온실 내부 온도의 과도한 상승으로 측장 및 천정창의 개방할 경우 온실에 시비한 CO2가 외부로 유출, 낭비되므로 시비효과의 저하는 물론이고 관리비용의 상승을 초래하는 단점이 있고, 습도를 정확하게 조절할 수 없는 단점이 있다.
한국등록특허 등록번호 제10-1707045호 "유리온실 냉난방시스템" 한국등록특허 등록번호 제10-1347523호 "온실용 냉난방 시스템 및 그의 냉난방 방법" 한국공개특허 공개번호 제10-2015-0084103호 "온실하우스의 하이브리드 냉난방시스템"
본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 온실에서 생성된 폐열을 회수하여 재활용하면서 공기의 온도조절을 효과적으로 수행할 수 있도록 함으로써 온실 관리의 효율성 향상과 에너지 비용을 절감할 수 있도록 한 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치는 온실의 폐열을 회수하여 재활용하면서 냉방 작용을 수행하는 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치에 있어서, 상기 온실의 내부공기가 유입되는 내부공기유입부와 상기 내부공기유입부로 유입된 내부공기가 배출되는 내부공기배출부가 형성된 내부공기이동부; 상기 내부공기배출부로부터 유입된 내부공기가 수용되는 내부공기수용실이 마련되고, 상기 내부공기수용실과 구획되어 용수가 수용되는 용수수용실이 마련된 유체열교환처리조; 상기 내부공기수용실에 수용된 내부공기와 상기 용수수용실에 수용된 용수 상호간의 열교환을 수행하는 내부공기열교환수단; 및 상기 내부공기열교환수단에 의한 열교환과정을 거친 상기 내부공기수용실의 열교환공기를 상기 온실로 이동, 공급시키는 공급공기이동부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 유체열교환처리조는, 상기 내부공기수용실이 내부에 마련되고 상기 내부공기배출부가 접속되는 내부공기유입구와 상기 공급공기이동부가 접속되는 내부공기배출구가 형성된 내부공기챔버부; 상기 내부공기챔버부와 접하여 배치되고 상기 용수수용실이 내부에 마련되고 용수공급라인이 접속되는 용수배출구와 축열부회수라인이 접속되는 용수유입구가 형성된 용수챔버부; 및 상기 내부공기열교환수단이 설치되도록 상기 내부공기챔버부와 상기 용수챔버부의 경계벽에 마련되는 열교환수단설치부;를 포함하여 구성될 수 있다.
상기 내부공기이동부는 상기 온실의 상층부에 배치되고 상기 내부공기유입구가 마련된 공기흡입구간, 및 상기 유체열교환처리조를 향해 상기 공기흡입구간에 하방으로 굴곡되게 연장되고 단부에 상기 내부공기배출부가 형성된 공기이동구간을 구비한 공기유입덕트로 구성될 수 있고, 상기 공기유입덕트에 배치되는 내부공기흡입팬이 구비될 수 있다.
상기 공급공기이동부는 상기 내부공기배출구에 접속되는 접속구간, 및 상기 접속구간에 연결되어 상기 온실에 배치되고 분출구가 형성된 공기공급구간을 구비한 공기공급덕트로 구성될 수 있다.
상기 공급공기이동부는 상기 온실의 길이방향으로 복수 개가 배치되고, 상기 접속구간 또는 상기 공기공급구간에 설치되는 열교환공기흡입팬이 구비될 수 있다.
상기 용수챔버부는 용수의 온도변화를 최소화 하기 위해 지하수조로 구성되고, 상기 내부공기챔버부는 상기 지하수조와 대응하는 상부에 형성되는 단열공기조로 구성될 수 있다.
상기 내부공기열교환수단은 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 내부공기의 열을 용수에 전달하도록 일측이 상기 내부공기수용실로 노출되고 타측이 상기 용수수용실에 침지되는 진동형 히트파이프로 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치는 상기 내부공기유입구와 연통되는 공기유입실과, 상기 내부공기배출구와 근접하는 공기배출실이 서로 구획되도록 상기 내부공기수용실 내부에 형성되는 공기실구획부재를 구비할 수 있다.
상기 공기실구획부재는 상기 내부공기열교환수단을 둘러싸는 형태의 구획판으로 형성되되, 상기 내부공기유입구로 유입된 내부공기가 상기 내부공기열교환수단을 경유하면서 선입선출 되도록 상기 구획판의 가장자리에 상기 공기배출실과 연통되는 유출개구가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치에 의하면, 온실의 고온 공기를 유체열교환처리조의 내부공기챔버부에서 내부공기열교환수단에 의해 냉각한 후 온실로 재공급되는 형태로 순환되므로 별도의 냉방장치를 작동할 필요가 없고 폐열을 축열하여 재사용할 수 있을 뿐만 아니라 측장 및 천정창의 개방할 필요가 없는 장점이 있다. 이로 인해 냉난방을 위한 에너지 비용을 절감할 수 있고, 측장 및 천정창의 미개방으로 온실에 시비한 CO2의 유출에 따른 낭비를 차단하여 시비효과를 극대화할 수 있는 효과가 있다.
도1은 종래 유리온실 냉난방시스템을 설명하기 위한 도면,
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치의 기술적 사상을 설명하기 위한 개략적인 구성도,
도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치를 설명하기 위한 사시도,
도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치를 설명하기 위한 측단면도,
도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치의 주요 구성을 설명하기 위한 분리사시도,
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치의 복합 열환경제어부의 기술적 사상을 설명하기 위한 도면,
도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치의 복합 열환경제어부를 설명하기 위한 사시도,
도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치의 복합 열환경 제어부를 나타낸 분리사시도,
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치의 변형예를 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도2 내지 도9에 의거하여 상세히 설명하되, 도2 내지 도9에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호가 부여하여 설명하도록 한다.
한편, 각각의 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 상세한 설명은 간략히 하거나 생략한다. 또한, 본 발명이 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치에 특징을 갖는 것이므로 이와 관련된 부분들을 중심으로 도시 및 설명하고 나머지 부분에 대한 설명은 간략화하거나 생략하도록 한다.
도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치의 기술적 사상을 설명하기 위한 개략적인 구성도, 도3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도4는 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치를 설명하기 위한 측단면도로서, 온실에 설치된 상태를 나타낸 것이다. 도5는 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치의 주요 구성을 설명하기 위한 분리사시도이다.
도2 내지 도5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치는 온실(100)에서 생성된 폐열을 제거와 동시에 열기를 축열하면서 온도조절을 수행하고 축열된 열원을 난방을 위한 에너지로 재활용할 수 있도록 한 것으로서, 내부공기이동부(110), 유체열교환처리조(200), 내부공기열교환수단(300), 공급공기이동부(140) 등을 구비한다.
내부공기이동부(110)는 온실의 내부공기를 유체열교환처리조(200)로 유동시키기 위한 통로의 역활을 하는 구성요소로서, 공기조화 분야에서 널리 사용되는 덕트로 구성된다.
보다 구체적으로 설명하면, 내부공기이동부(110)는 온실(100)의 내부에 설치되고 온실의 내부공기가 유입되도록 다수의 홀 형태로 등으로 구성되는 내부공기유입부(115)와, 내부공기유입부(115)로 유입된 내부공기가 배출되는 내부공기배출부(116)가 형성된 공기유입덕트로 구성된다. 여기서 공기유입덕트는 도4에 도시된 바와 같이 태양광의 복사에너지 등 온실 내부공기 중 비교적 고온의 공기가 대류에 의해 상층부로 이동되는 점을 고려하여 온실의 천정에 길이방향으로 배치되고 내부공기유입부(115)가 다수 형성된 공기흡입구간(111)과, 유체열교환처리조(200)를 향해 공기흡입구간(111)에 하방으로 굴곡되게 연장되고 단부에 내부공기배출부(116)가 형성된 공기이동구간(112)을 구비한다.
그리고, 공기유입덕트에는 내부공기를 흡입하기 위한 내부공기흡입팬(120)이 설치되어 있다. 여기서 내부공기흡입팬(120)은 도2 및 도4에 도시된 바와 같이 공조설비나 온실 등에서 이용되는 흡입용 송풍팬을 적용할 수 있는 것으로 기호로 도시한다.
유체열교환처리조(200)는 온실 내부공기와 용수와의 열교환을 위해 마련된 구성요소로서, 내부공기배출부(116)로부터 배출된 내부공기가 수용되는 내부공기수용실(210a)이 마련되고, 내부공기수용실(210a)과 분리되어 용수가 수용되는 용수수용실(220a)이 마련된 구조라면 판재나 콘크리트 구조물 등으로 형태나 구조에 특별한 제한 없이 구성할 수 있다.
예컨대, 유체열교환처리조(200)는 도4 및 도5에 도시된 바와 같이 내부공기챔버부(210)와 용수챔버부(220)가 상하로 배치된 육면체 형상의 구조로 구성될 수 있다.
내부공기챔버부(210)는 대략 직육면체 형상으로 형성되고 내부공기수용실(210a)이 내부에 마련된 구조로서 상면 중앙에 내부공기배출부(116)가 접속되는 내부공기유입구(212)가 형성되어 있고, 온실 방향의 양쪽에 공급공기이동부(140)가 접속되는 내부공기배출구(213)가 형성되어 있다.
용수챔버부(220)는 내부공기챔버부(210)와 접하여 배치되어 내부공기챔버부와 대응되게 대략 직육면체 형상으로 형성되고 용수수용실(220a)이 내부에 마련된 구조로서 후술되는 히트펌프장치(400)와 연결되는 용수공급라인이 접속되는 용수배출구(222)와 히트펌프장치와 연결되는 용수회수라인이 접속되는 용수유입구(223)가 형성되어 있다.
그리고, 유체열교환처리조(200)는 내부공기열교환수단(300)이 설치되도록 내부공기챔버부(210)와 용수챔버부(220)의 경계부에 마련되는 열교환수단설치부(230)가 형성되어 있다.
열교환수단설치부(230)는 복수의 파이프삽입홀이 후술되는 진동형 히트파이프의 형상에 맞게 천공된 히트파이프조립판(미도시)을 구성하여 내부공기챔버부(210)와 용수챔버부(220)의 경계부에 설치하는 방식으로 구성할 수도 있지만, 본 실시예에서는 용수챔버부(220)의 상판(225)에 천공되는 열교환수단설치홀(231)에 설치되는 파이프설치판(232)를 구비한다.
파이프설치판(232)은 판상부재에 진동형 히트파이프(310)가 끼워지는 복수의 파이프삽입슬릿(2321)과, 판상부재의 가장자리 부분에 체결용 스크류의 체결을 위한 체결공(2322)이 형성되어 있다.
그리고, 진동형 히트파이프(310)는 파이프설치판(232)의 파이프삽입슬릿(2321)에 삽입된 상태에서 접착제에 의한 접착이나 용접에 의해 기밀적으로 고정된다. 이와 같이 진동형 히트파이프가 고정된 후 파이프삽입슬릿(2321)은 기밀부재(미도시)를 삽입하여 기밀적으로 부착하거나 기밀패드(미도시)를 덮어 부착할 수 있다.
바람직하게, 용수챔버부(220)는 용수의 온도변화를 최소화 하기 위해 온실과 접한 지하공간에 위치하도록 구성한 지하수조로 형성되어 있고, 내부공기챔버부(210)는 지하수조와 대응하는 상부에 단열소재에 의해 형성되는 단열공기조로 구성되어 있다.
한편, 내부공기열교환수단(300)은 온실 폐열의 열교환 과정을 통해 용수수용실(210a)의 유체를 가온하는 구성요소로서, 열교환 효율이 우수하다면 특별한 제한은 없지만, 하절기 고온의 온실 공기를 냉각하여 재공급할 수 있는 동시에 높은 열 유속의 열전달을 통해 축열작용을 수행할 수 있는 다수의 진동형 히트파이프(310)로 구성된다.
진동형 히트파이프(310)는 내부공기수용실(210a)에 수용된 내부공기와 용수수용실(220a)에 수용된 용수 상호간의 열교환을 수행하는 구성요소로서, 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 내부공기의 열을 용수에 전달하도록 일측이 내부공기수용실(210a)로 노출되고 타측이 용수수용실(220a)에 침지되게 구성되어 있다.
그리고 진동형 히트파이프(310)는 주지된 바와 같이 밀폐된 내부에 작동유체를 주입한 후 진공 배기한 것으로 작동유체의 증발과 응축에 의하여 별도의 외부동력없이 열을 전달하는 기구이다. 여기서, 작동유체(working fIuid)란 일반적으로 냉매를 말하는 것으로, 열기관에서는 열 에너지의 공급을 받는 유체가 팽창함으로써 역학적 일을 하는데, 나머지 에너지를 방출해 원래의 상태로 되돌아간 다음에 다시 열의 공급을 받는다는 식으로, 유체가 몇 단의 상태변화를 하는 하나의 사이클에 의해 동력이 발생한다. 아울러 진동형 히트파이프(310)는 열교환 대상유체(내부공기수용실에 수용된 내부공기와 용수수용실에 수용된 용수)의 최소 작동 온도차가 7℃ 이상일 경우 열교환 특성이 우수한 제품이 널리 적용되고 있지만 이에 제한되는 것은 아니다.
아울러, 내부공기열교환수단(300)으로 적용되는 진동형 히트파이프(310)는 표면에 소수성 코팅부(미도시)가 형성될 수 있다. 여기서, 소수성코팅부는 진동형 히트파이프(310) 표면에 소수성화합물(Hydrophobic compounds)을 적층한 소수성코팅층으로 구성한다. 여기서, 소수성화합물(Hydrophobic compounds)은 물분자와 친화성이 있는 기를 갖지 않는 물질로서 물이 흡수되지 않고 맺혀 미끄러지면서 분리될 수 있도록 조성한 공지된 다양한 제품을 적용할 수 있다.
한편, 공급공기이동부(140)는 내부공기열교환수단(300)에 의한 열교환과정을 거친 내부공기수용실(210a)의 열교환공기를 온실로 이동시키기 위한 통로의 역활을 수행하는 구성요소로서, 공기조화 분야에서 널리 사용되는 덕트로 구성된다.
공급공기이동부(140)는 내부공기배출구(213)에 접속되는 접속구간(141), 및 접속구간(141)에 연결되어 온실에 배치되고 일정한 간격으로 분출구(143)가 형성된 공기공급구간(142)을 구비한 공기공급덕트로 구성된다.
그리고 공급공기이동부(140)는 폭 방향으로 복수 개(양쪽)가 온실의 길이방향으로 배치되고, 접속구간(141) 또는 공기공급구간(142)에 설치되는 열교환공기흡입팬(570)이 구성되어 있다.
열교환공기흡입팬(570)은 공기를 흡입할 수 있다면 형상과 구조에 특별한 제한 없이 선택하여 적용할 수 있는 것으로서, 본 실시예에서는 도6에 도시된 바와 같이 연결덕트(560)에 송풍팬을 설치한 형태로 구성한 예를 도시하고 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치는 히트펌프장치(400), 축열부(600), 및 냉수공급장치부(700)를 구비한다.
히트펌프장치(400)는 내부공기열교환수단(300)에 의해 용수수용챔버부(220)의 용수에 회수된 열을 축열부와의 열교환을 위한 구성요소로서, 가온 용수에 포함된 열 에너지가 증발기(미도시)내에서 증발하고 응축기(미도시)에서 방출하는 공지의 히트펌프 중에서 선택하여 설치하는 것으로서, 본 실시예에서는 용수수용챔버부(220)의 가온된 용수가 가지는 열원을 축열부(600)의 난방용 열원 등으로 변환하는 작용을 수행한다.
그리고, 히트펌프장치(400)는 용수수용챔버부(220)와의 사이에 연결되는 용수순환라인(420)을 구비한다. 이때, 용수순환라인(420)에는 용수순환펌프(430)가 설치되어 있다. 여기서, 용수순환라인(420)은 용수챔버부(220)의 용수배출구(222)와 히트펌프장치(400)의 용수유입구 사이에 연결되는 용수공급라인(422)과, 용수챔버부(220)의 용수유입구(223)와 히트펌프장치(400)의 용수배출구 사이에 연결되는 용수회수라인(424)을 구비한다.
한편 축열부(600)는 히트펌프장치(400)에 의해 회수된 열을 축열하는 구성요소로서, 히트펌프장치(400)의 작용에 의해 축열된 축열수가 저장되는 축열조(610), 축열조(610)와 히트펌프장치(400) 사이에 연결되는 축열부순환라인(620)을 구비한다. 이때, 축열부순환라인(620)에는 축열수순환펌프(630)가 설치되어 있다. 여기서, 축열부순환라인(620)은 히트펌프장치(400)의 축열수유입구와 축열조(610) 사이에 연결되는 축열부공급라인(622)과, 히트펌프장치(400)의 축열수배출구와 축열조(610) 사이에 연결되는 축열부회수라인(624)을 구비한다.
그리고, 축열조(610)와 후술되는 복합 열환경제어부(500)의 온수챔버(531) 사이에는 후술되는 바와 같은 온도조절수순환라인(540)이 연결되어 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치의 작용을 간략하게 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치는 하절기 혹은 동절기 한 낮과 같이 온실이 태양의 복사에너지로 인해 고온 상태가 될 경우 냉방장치를 작동하거나 측장 및 천정창의 개방 없이 유체열교환처리조(200)로 온실 내부공기를 이동시켜 내부공기열교환수단(300)에 의한 열교환과정을 통해 식물의 생육에 적절한 온도로 낮출 수 있는 동시에 온실의 고온 폐열을 축열하여 재활용할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 온실 내부의 온도가 설정된 온도 이상으로 상승될 경우, 내부공기흡입팬(120)을 작동시키게 되면 내부공기유입부(115)로 유입된 내부공기가 내부공기배출부(116)를 통해 내부공기챔버부(210)로 유입된다.
연이어 내부공기챔버부(210)로 유입된 내부공기는 내부공기열교환수단(300)의 열교환 작용을 통해 냉각된 후 온실로 재공급된다. 이러한 내부공기열교환수단(300)의 열교환 작용은 진동형 히트파이프의 일측인 상측 부분이 내부공기챔버부(210)에 노출되어 있고 타측인 하측이 용수챔버부(220)의 용수에 침지되어 있으므로 주지된 진동형 히트파이프의 작용에 의해 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 내부공기의 온열과 용수챔버부(220)의 용수와의 열교환이 이루어지게 되어 내부공기의 온도가 낮아지게 되고, 반대로 용수챔버부(220)의 용수는 온열을 제공받아 온도가 상승되게 된다.
이와 같이 내부공기의 온도가 낮아진 열교환공기가 얻어지게 되면 열교환공기흡입팬(570)의 작동으로 공급공기이동부(140)의 덕트를 통해 온실 내부에 재공급된다. 이때, 공급공기이동부(140)에는 후술되는 바와 같이 복합 열환경제어부(500)가 구비되어 있어서 식물의 생육에 적절한 온도 조절은 물론이고 습도까지 조절된 최적의 상태로 변환된 후 온실로 공급된다.
그리고, 내부공기열교환수단(300)의 열교환 작용에 따라 용수챔버부(220)의 가온 용수의 열기는 히트펌프장치(400)로 공급되어 열교환 과정을 거치면서 축열수로 변환된 후 축열조(610)에 저장된다. 여기서 용수챔버부(220)의 가온된 용수는 용수순환펌프(430)의 작동시 용수공급라인(422)를 통해 이송되고 히트펌프장치(400)를 경유하면서 축열수의 생성을 위한 열기를 제공하고 냉각된 후 용수회수라인(424)을 통해 용수챔버부(220)로 재유입되는 형태로 순환하게 된다. 이때, 축열부공급라인(622)을 통해 히트펌프장치(400)로 유입되는 축열조의 축열수는 가온된 후 축열부회수라인(624)을 경유하여 축열조(610)로 공급되며, 축열조에 저장된 축열수는 후술되는 온수챔버(531)를 순환하면서 온도 조절용으로 재활용된다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치에 따르면, 온실이 태양의 복사에너지로 인해 고온 상태가 될 경우 유체열교환처리조(200)의 내부공기챔버부(210)에서 내부공기열교환수단(300)에 의해 냉각된 후 온실로 재공급되는 형태로 순환되므로 별도로 냉방장치를 작동시킬 필요가 없고, 측장 및 천정창의 개방 또한 불필요하게 된다.
또한, 축열조(610)에 저장된 축열수는 온도조절수순환라인(540)을 통해 후술되는 복합 열환경제어부(500)의 온수챔버(531)로 공급되면서 동절기 등에 온도 조절용 에너지로 사용할 수 있으므로 에너지 비용을 절감할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치에 의하면 온실의 냉난방을 위한 에너지를 절감할 수 있고, 측장 및 천정창의 미개방으로 온실에 시비한 CO2의 유출에 따른 낭비를 차단하여 시비효과를 극대화할 수 있다.
첨부도면 도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치의 복합 열환경제어부의 기술적 사상을 설명하기 위한 도면, 도7은 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치의 복합 열환경제어부를 설명하기 위한 사시도로서, 내부 구성품을 표현한 투시 사시도이다. 도8은 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치의 복합 열환경 제어부를 나타낸 분리사시도이다.
도6 내지 도8을 참조하면, 복합 열환경제어부(500)는 공급공기이동부(140)에 설치되어 내부공기열교환수단(300)의 열교환 과정을 거친 열교환공기를 설정된 온도 및 습도를 갖는 공급공기로 변환하는 구성요소로서, 온실 내부의 난방 및 냉방을 위한 온도 조절작용과, 습도 조절작용을 효과적으로 수행할 수 있는 복합 열환경 제어장치로 구성되어 있다.
복합 열환경 제어장치(500)는 공기통로부(510), 공기냉각수단(520), 공기가온수단(530)이 구비되어 온실(100) 내부로 공급되는 공기를 설정된 온도 및 습도를 갖도록 조절하는 작용을 수행한다.
공기통로부(510)는 공기가 이동되는 통로의 기능을 수행한 구성요소로서, 공급공기이동부(140)에 접속되는 공기통로함체(510a)로 구성되어 있다.
공기통로함체(510a)는 공기의 습도조절이 수행되는 냉각/습도조절실(511), 공기의 온도조절이 수행되는 온도조절실(512), 및 냉각/습도조절실(511)과 온도조절실(512)을 연결하는 온습도실연결부(513)를 구비한다.
특히, 공기통로함체(510a)는 공기의 습도 조절시 냉각된 공기가 재가온된 후 온실로 공급되도록 냉각/습도조절실(511)이 공기의 진입방향에 배치되고 연이어 온습도실연결부(513) 및 온도조절실(512)이 배치되는 것이 바람직하다.
냉각/습도조절실(511)은 하부에 배치되고 판형부재로 형성된 밑판(5111), 이 밑판(5111)과 마주보는 상부에 배치되고 판형부재로 형성된 상판(5112), 밑판과 상판 사이의 연결하는 복수의 측판(5113)으로 구성되어 있다. 그리고 냉각/습도조절실(511)은 공기의 유입방향 측판(5113)에 형성되는 연통공(5114)과 온도조절실(512)의 마주보는 측판(5113)에 형성되어 온습도실연결부(513)가 접속되는 연통공(5115)이 천공되어 있다.
그리고, 냉각/습도조절실(511)은 습도 조절과정에서 생성된 응축수의 배출을 위한 드레인부(5116)가 구비되어 있다.
드레인부(5116)는 응축수의 배출이 가능한 구조라면 형태에 특별한 제한 없이 형성될 수 있는 것으로서, 밑판에 천공된 배수홀에 설치되는 드레인라인(5116b)과 드레인라인에 응축수의 외부 배출을 위해 설치되는 드레인밸브(5116c)를 구비할 수 있다.
온도조절실(512)은 전술한 냉각/습도조절실(511)과 유사하게 밑판(5121), 밑판(5121)과 마주보는 상부에 배치되는 상판(5122), 밑판(5121)과 상판(5122)을 연결하는 복수의 측판(5123)으로 구성되어 있고, 공기의 배출방향 측판(5123)에 형성되는 연통공(5125)과 냉각/습도조절실(511)과 마주보는 측판(5123)에 온습도실연결부(513)가 접속되는 연통공(5124)이 천공되어 있다.
온습도실연결부(513)는 냉각/습도조절실(511)과 온도조절실(512) 사이를 이격시킴으로써 냉각/습도조절실(511)에 이루어지는 냉각 및 습도 조절 시에 온도조절실(512)의 온기가 역류하여 유입되거나, 온도조절실(512)의 가온시에 냉각/습도조절실(511)로부터 냉기의 유입이 최소화 되도록 하는 작용을 수행하는 것으로서, 원통 형상으로 형성되어 마주보는 측판(5113,5123)의 연통공(5115,5124)에 연결되어 있다.
한편, 공기냉각수단(520)은 공기통로부(510)를 경유하는 공기의 냉각작용 및 습도조절 작용을 위한 냉기를 제공하는 구성요소로서, 통기통로함체(510a)의 일측에 형성되어 냉수가 순환되는 냉수챔버(521), 냉수챔버(521)에 설치되는 냉각제어열교환수단(522)을 구비한다.
냉수챔버(521)는 냉각/습도조절실(511)로 유입된 공기를 냉각하는 냉수가 유입되어 체류하는 공간으로서, 냉각/습도조절실(511) 상부에 형성되어 있다.
냉수챔버(521)는 냉각/습도조절실로 유입된 공기의 냉각 특성이 우수하다면 형상과 크기에 특별한 제한은 없지만 본 실시예에서는 냉각/습도조절실(511)의 측판(5113)의 상단에 연장되는 챔버측판(5212)과, 이 챔버측판(5212)의 상부에 연결되는 챔버덮개판(5213)으로 구성되며, 냉수공급라인(551) 및 냉수회수라인(552)이 접속되는 접속부가 형성되어 있다.
냉각제어열교환수단(522)은 냉수챔버(521)에 수용된 냉수와 냉각/습도조절실(511)에 수용된 공기 상호간의 열교환을 수행하는 구성요소로서, 열교환 과정을 통해 냉각/습도조절실의 공기를 냉각하고, 냉각에 따른 응축으로 습기를 제거한다.이러한 냉각제어열교환수단(522)은 열교환 효율이 우수하다면 특별한 제한은 없지만, 본 실시예에서는 높은 열 유속의 열전달을 통해 축열작용(내열을 저장) 수행할 수 있는 진동형 히트파이프(522a)로 구성된다.
진동형 히트파이프(522a)는 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 외부공기의 열을 용수에 전달하도록 일측이 냉수챔버(521)로 노출되고 타측이 냉각/습도조절실(511)에 삽입되어 있다. 여기서 진동형 히트파이프의 세부 구성 및 작용효과는 전술한 내부공기열교환수단과 유사하므로 구체적인 설명을 생략한다.
아울러, 냉각제어열교환수단(522)으로 적용되는 진동형 히트파이프(522a)는 표면에 소수성 코팅팅부(미도시)가 형성되어 있다. 여기서, 소수성코팅부는 진동형 히트파이프(522a) 표면에 소수성화합물(Hydrophobic compounds)을 적층한 소수성코팅층으로 구성한다. 여기서, 소수성화합물(Hydrophobic compounds)은 물분자와 친화성이 있는 기를 갖지 않는 물질로서 물이 흡수되지 않고 맺혀 미끄러지면서 분리될 수 있도록 조성한 공지된 다양한 제품을 적용할 수 있다.
한편, 공기가온수단(530)은 공기통로부(510)를 경유하는 공기의 온도를 상승시키는 조절작용을 수행하는 구성요소로서, 통기통로함체(510a)의 타측 상부에 형성되고 온수가 순환하는 온수챔버(531), 이 온수챔버(531)에 설치되는 가온제어열교환수단(532)을 구비한다.
온수챔버(531)는 온도조절실(512)로 유입된 공기를 가온하는 온수가 유입되어 체류하는 공간으로서, 온도조절실(512) 상부에 형성되어 있다.
온수챔버(531)는 온도조절실(512)로 유입된 공기의 가온 특성이 우수하다면 형상과 크기에 특별한 제한은 없지만 본 실시예에서는 온도조절실(512)의 측판(5123)의 상단에 연장되는 챔버측판(5312)과, 이 챔버측판(5312)의 상부에 연결되는 챔버덮개판(5313)으로 구성되며, 온도조절수공급라인(541) 및 온도조절수회수라인(542)이 접속되는 접속부가 형성되어 있다.
가온제어열교환수단(532)은 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 축열조와 같은 축열부(600)로부터 공급되는 온수의 열을 공기에 전달하도록 일측이 온수챔버(531)의 온수에 침지되고 타측이 공기통로부(510)에 배치되는 진동형 히트파이프(532a)로 구성된 것으로서, 진동형 히트파이프의 세부 구성 및 작용효과는 전술한 내부공기열교환수단과 유사하므로 구체적인 설명을 생략한다.
한편, 냉각/습도조절실(511) 및 온도조절실(512)은 상판(5112, 5122)에 냉각제어열교환수단(522) 및 가온제어열교환수단(532)의 설치를 위한 열교환수단설치부(515)가 각각 구성되어 있다.
상기한 열교환수단설치부(515)는 냉각/습도조절실(511) 및 온도조절실(512)의 상판(5112,5122)에 천공되는 열교환수단설치홀(5151)과, 열교환수단설치홀(5151)에 설치되는 파이프설치판(5152)를 구비한다.
파이프설치판(5152)은 판상부재에 진동형 히트파이프(522a,532a)가 끼워지는 복수의 파이프삽입슬릿(5152a)과, 판상부재의 가장자리 부분에 체결용 스크류의 체결을 위한 체결공(5152b)이 형성되어 있다.
그리고, 진동형 히트파이프(522a,532a)는 파이프설치판(5152)의 파이프삽입슬릿(5152a)에 삽입된 상태에서 접착제에 의한 접착이나 용접에 의해 기밀적으로 고정된다. 이와 같이 진동형 히트파이프(522a,532a)가 고정된 후 파이프삽입슬릿(5152a)은 기밀부재를 삽입하여 기밀적으로 부착하거나 기밀패드를 덮어 부착할 수 있다.
한편, 복합 열환경제어부(500, 복합 열환경 제어장치)는 온수챔버(531)에 온수가 순환하도록 온도조절수순환라인(540)이 접속되어 있고, 냉수챔버(521)에 냉수가 순환하도록 냉수순환라인(550)이 접속되어 있다.
온도조절수순환라인(540)은 축열조와 같은 축열부(600)에 저장된 온수(축열수)가 공급되도록 온수챔버(531)에 연결되는 온도조절수공급라인(541)과, 온수챔버(531)를 경유하여 열교환 과정을 거친 온수가 회수되도록 연결되는 온도조절수회수라인(542)을 구비한다.
냉수순환라인(550)은 냉수저장부(700)와 같은 냉수공급장치부의 냉수가 공급되도록 냉수챔버(521)에 연결되는 냉수공급라인(551)과, 냉수챔버(521)를 경유하여 열교환 과정을 거친 냉수가 회수되도록 냉수공급장치부에 연결되는 냉수회수라인(552)을 구비한다.
그리고, 전술한 냉수순환라인(550)에는 냉수를 냉수챔버로 순환시키는 펌핑 작용을 수행하는 냉수순환펌프(553)가 설치되어 있고, 온도조절수순환라인(540)에는 온수를 온수챔버로 순환시키는 펌핑 작용을 수행하는 온도조절수순환펌프(543)가 설치되어 있다.
여기서, 냉수순환펌프(553)는 냉수공급라인(551) 및 냉수회수라인(552) 중에서 어느 한 곳에만 설치할 수 있고 보다 원활한 순환을 위해 냉수공급라인(551) 및 냉수회수라인(552)에 각각 설치할 수도 있다. 마찬가지로 온도조절수순환펌프(543) 또한 온도조절수공급라인(541) 및 온도조절수회수라인(542) 양쪽 또는 어느 한 곳에 설치할 수 있다.
한편, 공기통로함체(510)에는 공기 유입방향으로 냉각/습도조절실(511)에 접속되는 연결덕트(560)와, 이 연결덕트(560)에 설치되는 열교환공기흡입팬(570)이 구성되어 있다.
연결덕트(560)는 원통관의 양쪽에 연결프랜지가 결합된 구조로 형성되어 있다.
열교환공기흡입팬(570)은 공기를 흡입할 수 있다면 형상과 구조에 특별한 제한 없이 선택하여 적용할 수 있는 것으로서, 본 실시예에서는 연결덕트(560)에 송풍팬을 설치한 형태로 구성한 예를 도시하고 있다.
한편, 복합 열환경 제어장치(500)는 냉각/습도조절실(511)의 온도를 감지하는 제1 온도감지부(미도시), 온도조절실(512)의 온도를 감지하는 제2 온도감지부(미도시)와, 냉수챔버(521)의 온도를 감지하는 제3 온도감지부(미도시), 온수챔버(531)의 온도를 감지하는 제4 온도감지부(미도시)가 구성되어 있다. 여기서, 제1 내지 제4 온도감지부는 온도센서로 구성될 수 있다.
그리고, 복합 열환경 제어장치(500)는 습도를 감지하기 위해 습도센서와 같은 습도감지부(미도시)가 설치되어 있다. 습도감지부는 냉각/습도조절실(511), 온도조절실(512), 공급공기이동부(140) 등에 설치될 수 있다.
또한, 복합 열환경 제어장치(500)는 제1 내지 제4 온도감지부와 습도감지부에 의해 감지된 신호를 기초로 공급공기이동부(140)로 배출되어 온실(100)로 유입되는 공기의 온도 및 습도를 설정된 온도 및 습도가 되도록 제어하는 제어수단으로서 열환경제어부(미도시)가 구성되어 있다.
그 외에도 복합 열환경 제어장치(500)는 희망하는 온도 및 습도를 입력하도록 버튼이나 터치스크린 등으로 구성되는 입력부(미도시), 설정 온도 및 습도, 희망 온도 및 습도를 등을 디스플레이하는 표시부(미도시) 등이 구비되어 있다.
한편, 냉수공급장치부(700)는 복합 열환경제어부(500)에 냉수를 공급하는 구성요소로서, 냉수가 저장되는 냉수저장부(710)와, 이 냉수저장부(710)의 용수를 냉각하는 냉수생성부(720)로 구성되어 있다.
냉수저장부(710)는 용수가 저장되는 저장용기로서 정해진 양의 용수를 저장할 수 있는 공간을 갖는다면 구조나 형태에 특별한 제한 없이 다양하게 구성할 수 있다.
냉수생성부(720)는 냉수저장부(710)로부터 유입된 용수가 체류하면서 온도가 낮아지는 냉각과정이 수행되는 냉수생성조(미도시)와, 냉수생성조에 체류하는 용수에 냉각작용을 수행하는 외부공기열교환수단(미도시)을 구비한다.
이하 전술한 복합 열환경 제어장치의 작용을 간략하게 설명한다.
도?은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 열환경 제어장치의 작용효과를 설명하기 위한 도면으로서, 온실에 적용된 상태를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
복합 열환경 제어장치(500)는 계절별, 일별, 시각별 외기 조건의 변동과 작물 생육 단계에 따라 상대습도(Relative Humidity,RH)를 적정 기준으로 한 온실 습공기 제어가 필요한 경우도 있으나 단순 난방, 혹은 냉방만 필요한 경우도 발생할 수 있으므로 이러한 운전조건 변동에 따라 선택적인 냉난방 및 제습 제어를 용이하게 수행할 수 있다.
먼저, 온실의 냉방 제어를 수행하고자 할 경우 열환경제어부(미도시)의 제어하에 온도조절수순환펌프(543)의 구동을 정지시키고, 열교환공기흡입팬(570)을 구동시켜 공기를 흡인하는 한편 냉수순환펌프를 구동시켜 냉수를 냉수챔버(521)로 순환시킴으로써 냉각제어열교환수단(522)의 열교환 작용을 통해 냉각/습도조절실(511)로 유동되는 공기를 냉각한 후 온실로 공급한다.
여기서, 냉각제어열교환수단(522)의 열교환 작용은 진동형 히트파이프(522a)의 일측이 냉수챔버(521)의 냉수에 침지되고 타측이 냉각/습도조절실(511)의 공기와 접촉되어 있으므로 주지된 진동형 히트파이프의 작용에 의해 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 냉수의 냉열과 냉각/습도조절실(511)의 공기와의 열교환이 이루어지게 되어 공기의 온도가 낮아지게 된다.
그리고, 전술한 냉방과정에서 입력부(미도시)에 의해 냉방 온도가 설정된 경우 제1 온도감지부로부터 인가되는 감지신호를 기초로 냉방 온도를 추출하여 설정된 냉방 온도가 되도록 열교환공기흡입팬(570)의 구동 제어를 통한 유량 조절과, 냉수순환펌프(553)의 구동 제어를 통한 냉수의 유량이나 유속을 제어한다.
예컨대, 하절기 혹은 동절기 한 낮(맑은 날 기준) 온실 내부 공기는 고온건조(RH 40%, 33℃)한 상태로 적정한 상대습도 및 온도 조건(예; RH 70%, 20℃)으로 제어하기 위해서는 전술한 냉각제어열교환수단(522)에 의한 1차 냉각 열교환 후, 가온제어열교환수단(532)에 의한 2차 난방 열교환을 통한 재가열 없이 적정 온습도를 갖는 공기를 온실로 공급하는 것이 바람직하다.
한편 온실의 난방 제어를 수행하고자 할 경우 열환경제어부(미도시)의 제어하에 냉수순환펌프의 구동을 정지시키고, 열교환공기흡입팬(570)을 구동시켜 온실 공기를 흡인하는 한편 온도조절수순환펌프(543)를 구동시켜 온수를 온수챔버(531)로 순환시킴으로써 가온제어열교환수단(532)의 열교환 작용을 통해 온도조절실(512)로 유동되는 공기를 가온하여 온실로 공급한다.
여기서, 온도조절수순환펌프(543)의 열교환 작용은 진동형 히트파이프(532a)의 일측이 온수챔버(531)의 온수에 침지되고 타측이 온도조절실(512)의 공기와 접촉되어 있으므로 주지된 진동형 히트파이프의 작용에 의해 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 온수의 온열과 온도조절실(512)의 공기와의 열교환이 이루어지게 되어 공기의 온도가 상승된다.
예컨대, 동절기 밤, 혹은 새벽에 차가운 외기로 인해 온실 내 온도가 급격히 낮아지는 경우(RH 90%,5℃) 추가적인 온도 저하가 이루어질 경우 응축에 따른 작물의 결로로 인해 큰 피해가 발생하게 되므로 전술한 난방 제어가 필요하다. 이 경우에 냉각제어열교환수단(522)의 열교환 작용이 수행되지 않도록 냉수순환펌프의 구동을 정지시키고 온도조절수순환펌프(543)만을 작동하여 저온다습한 온실 공기를 중온건조한 적정 습공기 조건으로 조절하여 온실로 공급할 수 있다.
한편, 제습 제어는 전술한 냉방 제어와 난방 제어를 혼용하는 방식으로 열환경제어부(미도시)의 제어하에 온도조절수순환펌프(543)와 냉수순환펌프를 모두 구동시키는 한편 열교환공기흡입팬(570)을 구동시켜 온실(100) 상부의 고온의 공기를 흡인한다. 이때 냉각제어열교환수단(522)의 열교환 작용을 통해 냉각/습도조절실(511)로 유동되는 습공기의 온도를 크게 낮추어 습기가 물로 응축되도록 하여 습도를 낮아지도록 조절한다. 이러한 습도 조절과정을 거치게 되면서 냉각된 공기가 온도조절실(512)로 유입되면 가온제어열교환수단(532)의 열교환 작용을 통해 온열을 제공받아 상승되면서 다시 적정한 습도와 온도를 갖는 공기(예,상대습도 40% 정도의 중온건조한 공기)로 변환된 후 온실로 공급된다.
그리고 냉각제어열교환수단(522)으로 적용되는 진동형 히트파이프(522a)에 의한 제습 과정에서 그 표면에 소수성 코팅팅부(미도시)가 형성되어 있으므로 응축수가 보다 효과적으로 맺히게 되고 보다 신속하게 미끄러져 분리됨에 따라 열저항이 발생하지 않게 되므로 보다 효과적인 제습 및 냉방효과가 발휘되는 장점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 변형예를 설명하되, 전술한 일 실시예에 나타난 구성요소와 유사한 구성요소에 대하여는 구체적인 설명을 생략하고 차이점을 갖는 구성요소를 중심으로 설명한다.
도9는 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치의 변형예를 설명하기 위한 개략적인 구성도로서 유체열교환처리조(200) 부위의 개략적인 정단면도이다.
도9를 참조하면, 본 발명의 변형예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치는 내부공기배출부(116)로부터 내부공기챔버부(210)로 유입된 내부공기가 내부공기열교환수단(300)에 의해 열교환된 후 나중에 유입되는 내부공기와 혼합되지 않고 배출될 수 있도록 공기실구획부재(260)가 구성된 점에 특징이 있다.
공기실구획부재(260)는 내부공기유입구(212)와 연통되는 공기유입실(210b)과, 내부공기배출구(213)와 근접하는 공기배출실(210c)이 서로 구획되도록 내부공기수용실(210a)의 내부에 형성되어 있다.
그리고, 공기실구획부재(260)는 판재에 의해 내부공기열교환수단(300)을 둘러싸는 형태의 구획판으로 형성되되, 구획판의 하측 가장자리에는 내부공기유입구(212)로 유입된 내부공기가 내부공기열교환수단(300)을 경유하면서 선입선출 되도록 공기배출실(210c)과 연통되는 유출개구(270)가 형성되어 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 변형예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치는 공기실구획부재(260)가 추가로 구성되어 온실의 내부공기가 진입 순서로 따라 열교환된 후 온실로 재공급되므로 냉각효율 및 폐열 회수 효율이 더욱 향상되는 장점이 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치의 구성 및 동작에 대해서 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로서 본 기술분야에 통상의 지식을 가진자는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예의 일부를 치환 및 변형하는 것이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 보호범위는 특허청구범위에 기재된 발명 및 그 균등물에 미치는 것으로 이해되어야 할 것이다.
100:온실 110:내부공기이동부
120:내부공기흡입팬 140:공급공기이동부
200:유체열교환처리조 210:내부공기챔버부
220:용수챔버부 230:열교환수단설치부
300:내부공기열교환수단 310:진동형 히트파이프
400:히트펌프장치 500:복합 열환경제어부
510:공기통로부 510a:공기통로함체
511냉각/습도조절실 512온도조절실
513:온습도실연결부 520:공기냉각수단
521:냉수챔버 522:냉각제어열교환수단
522a,532a:진동형 히트파이프 530:공기가온수단
531:온수챔버 532:가온제어열교환수단
540:온도조절수순환라인 550:냉수순환라인
600:축열부 610:축열조
620:축열부순환라인 700:냉수공급장치부

Claims (8)

  1. 온실의 폐열을 회수하여 재활용하면서 냉방 작용을 수행하는 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치에 있어서,
    상기 온실의 내부공기가 유입되는 내부공기유입부와 상기 내부공기유입부로 유입된 내부공기가 배출되는 내부공기배출부가 형성된 내부공기이동부;
    상기 내부공기배출부로부터 유입된 내부공기가 수용되는 내부공기수용실이 마련되고, 상기 내부공기수용실과 구획되어 용수가 수용되는 용수수용실이 마련된 유체열교환처리조;
    상기 내부공기수용실에 수용된 내부공기와 상기 용수수용실에 수용된 용수 상호간의 열교환을 수행하는 내부공기열교환수단; 및
    상기 내부공기열교환수단에 의한 열교환과정을 거친 상기 내부공기수용실의 열교환공기를 상기 온실로 이동, 공급시키는 공급공기이동부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체열교환처리조는,
    상기 내부공기수용실이 내부에 마련되고 상기 내부공기배출부가 접속되는 내부공기유입구와 상기 공급공기이동부가 접속되는 내부공기배출구가 형성된 내부공기챔버부;
    상기 내부공기챔버부와 접하여 배치되고 상기 용수수용실이 내부에 마련되고 용수공급라인이 접속되는 용수배출구와 축열부회수라인이 접속되는 용수유입구가 형성된 용수챔버부; 및
    상기 내부공기열교환수단이 설치되도록 상기 내부공기챔버부와 상기 용수챔버부의 경계벽에 마련되는 열교환수단설치부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 내부공기이동부는 상기 온실의 상층부에 배치되고 상기 내부공기유입구가 마련된 공기흡입구간, 및 상기 유체열교환처리조를 향해 상기 공기흡입구간에 하방으로 굴곡되게 연장되고 단부에 상기 내부공기배출부가 형성된 공기이동구간을 구비한 공기유입덕트로 구성되고,
    상기 공기유입덕트에 배치되는 내부공기흡입팬이 구비된 것을 특징으로 하는 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 공급공기이동부는 상기 내부공기배출구에 접속되는 접속구간, 및 상기 접속구간에 연결되어 상기 온실에 배치되고 분출구가 형성된 공기공급구간을 구비한 공기공급덕트로 구성된 것을 특징으로 하는 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공급공기이동부는 상기 온실의 길이방향으로 복수 개가 배치되고,
    상기 접속구간 또는 상기 공기공급구간에 설치되는 열교환공기흡입팬이 구비된 것을 특징으로 하는 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 용수챔버부는 용수의 온도변화를 최소화 하기 위해 지하수조로 구성되고,
    상기 내부공기챔버부는 상기 지하수조와 대응하는 상부에 형성되는 단열공기조로 구성된 것을 특징으로 하는 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 내부공기열교환수단은 외부 동력 없이 작동유체의 증발과 응축에 의하여 내부공기의 열을 용수에 전달하도록 일측이 상기 내부공기수용실로 노출되고 타측이 상기 용수수용실에 침지되는 진동형 히트파이프로 구성된 것을 특징으로 하는 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 내부공기유입구와 연통되는 공기유입실과, 상기 내부공기배출구와 근접하는 공기배출실이 서로 구획되도록 상기 내부공기수용실 내부에 형성되는 공기실구획부재를 구비하고,
    상기 공기실구획부재는 상기 내부공기열교환수단을 둘러싸는 형태의 구획판으로 형성되되, 상기 내부공기유입구로 유입된 내부공기가 상기 내부공기열교환수단을 경유하면서 선입선출 되도록 상기 구획판의 가장자리에 상기 공기배출실과 연통되는 유출개구가 형성된 것을 특징으로 하는 온실용 축열 및 냉방을 위한 열교환장치.
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KR101347523B1 (ko) 2011-11-28 2014-01-07 서울대학교산학협력단 온실용 냉난방 시스템 및 그의 냉난방 방법
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