KR101128173B1

KR101128173B1 - 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템 및 열자급형 복합 냉난방장치

Info

Publication number: KR101128173B1
Application number: KR1020110066767A
Authority: KR
Inventors: 오석인
Original assignee: 오석인
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2012-03-22
Anticipated expiration: 2031-07-06

Abstract

본 발명은 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템 및 열자급형 복합 냉난방장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양이 무한으로 제공하는 열에너지와 빛에너지를 효과적으로 이용하여 실내 온도를 효율적으로 유지할 수 있도록 함으로써 에너지 이용효율을 극대화할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템 및 열자급형 복합 냉난방장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 일정 형상의 함체형으로 골조가 형성되고, 외측면은 투명재로서 형성되어, 그 내부에서 작물을 재배할 수 있도록 형성되는 온실과; 내부에 냉수 혹은 온수가 흐르는 파이프형으로서 상기 온실을 통과하도록 설치되는 냉/온 공급관과; 상기 냉/온 공급관에 연결되되, 일측은 상기 냉/온 공급관의 유입측에 제1개폐밸브를 포함하여 연결되고, 타측은 냉/온 공급관의 유출측에 제2개폐밸브를 포함하여 연결되며, 그 중앙측은 히트펌프의 증발부를 통과하도록 하는 냉수관과; 상기 냉/온 공급관에 연결되되, 일측은 상기 냉/온 공급관의 유입측에 연결되고, 타측은 냉/온 공급관의 유출측에 제3,4개폐밸브를 포함하여 연결되며, 그 중앙측은 히트펌프의 응축부를 경유하도록 하는 온수관과; 물이 담긴 일정 형상의 함체형으로 형성되되, 그 하부는 상기 냉수관의 일측과 중앙측 사이에 연결되고, 상부는 상기 냉수관의 타측과 중앙측 사이에 연결되어 상기 냉수관에 물을 공급하는 냉수조와; 상기 냉/온 공급관의 중앙측에 형성되어 상기 냉수관의 냉수 혹은 온수관의 온수가 온실의 내부를 원활하게 순환하도록 하는 메인 순환펌프와; 상기 냉수관에 형성되되, 그 일측과 중앙측 사이에 형성되어 냉수조의 물이 히트펌프의 증발부를 경유하여 순환하도록 하는 냉수 순환펌프와; 상기 증발부는 냉수관의 중앙측에 근접설치되고, 응축부는 온수관의 중앙측에 근접설치되는 히트펌프; 를 포함하여 이루어지는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템을 기본 특징으로 한다.

Description

태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템 및 열자급형 복합 냉난방장치{An integrated cooling and heating system of the self supply type using the solar energy and the device}

본 발명은 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템 및 열자급형 복합 냉난방장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 태양이 무한으로 제공하는 열에너지와 빛에너지를 효과적으로 이용하여 실내 온도를 효율적으로 유지할 수 있도록 함으로써 에너지 이용효율을 극대화할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템 및 열자급형 복합 냉난방장치에 관한 것이다.

일반적으로 초가을부터 늦은 봄까지 외부 기온이 낮은 시기에는 온실 등과 같은 공간에서 작물을 재배하는 경우가 많으며, 이 때, 낮은 외부 기온에 의해 작물이 동사되지 않도록 보온재를 이용하여 보온하여 주게 된다.

그러나, 위와 같은 외부 기온이 낮은 기간 중에도 태양의 고도가 상승하면, 온실 내부의 온도는 상승하게 되며, 작물의 재배에 적정한 온도 이상으로 상승하는 경우도 많다.

이러한 경우에는 온실의 측면에 형성된 창문 등을 개방하여 온실 외부의 차가운 공기가 온실 내부로 들어오도록 하여 온실 내부의 뜨거운 공기를 식혀주면서 그로 인해 온실 내부 공기가 작물 재배에 적당한 온도로 냉각되면, 상기 창문을 닫아줌으로써, 작물 재배에 적정한 온도를 유지시켜줄 수 있도록 하고 있다.

상기와 같은 주간의 내부 온도 조절방법은 냉방장치를 별도로 설치해야 하는 경제적 부담이 없으나, 동절기의 너무 낮은 외기와 가장 많이 접촉하는 창문 부근의 작물은 생장이 둔해지고 건강하지 못하여 병충해에 쉽게 피해를 입고 그로 인해 수확량이 상대적으로 낮아지는 문제점이 발생한다.

또한, 태양에너지가 제공되지 않는 야간에는 별도의 난방장치를 이용하여 내부 온도가 떨어지지 않도록 데워주어야 하는데, 이와 관련하여 상기 난방장치는 일반적으로 경유, 프로판 가스, 전기를 이용하여 열을 발생시켜 그 열풍으로 내부 공기를 데워 주게 된다.

상기와 같은 경유, 프로판 가스, 전기 등의 에너지원을 이용하여 난방하면서 재배한 작물의 원가에는 난방에 소요된 비용도 포함되는데, 상기 에너지원들은 최근 유가와 원자재 단가가 크게 높아지고 있고, 그에 따라 작물 재배단가도 어쩔 수 없이 크게 상승하고 있으며, 이는 작물의 수익성을 크게 떨어뜨리고 있는 실정이다.

위와 같은 문제점을 해소하기 위해 지열에너지를 이용하여 냉방과 난방이 이루어질 수 있도록 하는 장치가 개발되고 있는 바, 상기와 같은 지열식 히트펌프는 종래의 난방장치에 비해서는 열효율이 높으나, 이 역시 많은 설비비용이 소요되는 단점이 있음은 물론, 동력원으로 전기에너지를 사용하고 있어서 전기에너지의 소요량이 매우 높고 이에 따른 관리비용이 지대하므로, 결론적으로 효율성이 매우 낮다는 문제점이 있다.

위와 같은 지열식 히트펌프의 문제점을 해소하기 위해 본 발명의 출원인은 열자급형 복합 냉난방장치를 개발하여 특허등록한 바 있으나,(특허등록번호 제10-1021723호 2011.03.03.자 등록결정) 상기 열자급형 복합 냉난방장치는 결합구성이 다대하여 소형 온실과 같이 다량의 공기조화가 필요하지 아니한 경우에는 경제적이지 못하다는 단점이 있고, 아울러, 설치공간이 협소한 경우에는 용이하게 설치하기 어려울 뿐 아니라 구조가 복잡하여 제어가 용이하지 아니하다는 단점도 있다.

본 발명은 출원인이 선출원하여 특허등록한 바 있는 열자급형 복합 냉난방장치(특허등록번호 제10-1021723호)의 상기와 같은 문제점을 개선하고 더욱 개량하기 위해 안출한 것으로,

상기 선출원기술의 축열조를 생략하면서 상기 축열조와 개별적으로 연결되는 온수 펌프도 생략하고 기존의 냉수 펌프를 공동으로 사용하도록 함으로써 구성을 보다 간소화하여 설비 비용을 크게 절감하면서도 냉난방 효과는 기존과 동일하게 제공될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템 및 열자급형 복합 냉난방장치를 제공하고자 하는 데에 본 발명의 첫번째 목적이 있다.

또한, 상기와 같이 종래의 열자급형 복합 냉난방장치를 구성하던 축열조와 온수 펌프를 생략하고 냉수 순환펌프는 공용으로 사용하도록 형성하여, 동절기 심야에는 난방용 온수를 데울 때에 히트펌프에 의해 실시간으로 가온함으로써, 온도 하강에 신속하게 대응할 수 있고, 축열조와 같은 중간 단계를 거치지 아니하므로 에너지 손실을 크게 방지할 수 있어 에너지 이용효율을 크게 향상시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템 및 열자급형 복합 냉난방장치를 제공하고자 하는 데에 본 발명의 두번째 목적이 있다.

또한, 태양열 에너지 외에도 태양광 에너지를 이용하여 전기를 생성하거나, 히트펌프의 응축기의 일측에 쿨링 타워 대신에 증기 발전부를 형성하여, 냉온수 겸용펌프, 히트펌프 등과 같은 전기장치에 전기를 공급할 수 있도록 형성함으로써, 별도의 전기를 사용하지 아니하고도 전기를 자급할 수 있도록 하여 에너지 이용효율을 크게 향상시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템 및 열자급형 복합 냉난방장치를 제공하고자 하는 데에 본 발명의 세번째 목적이 있다.

아울러, 온실의 내부 일측에 온도센서를 설치하고, 이와 연결되는 제어부를 형성하되, 상기 제어부는 작물재배에 적정한 온도를 설정할 수 있도록 하며, 히트펌프는 상기 제어부에 의해 제어되도록 연결하여, 상기 온도센서를 통해 감지되는 온도가 제어부에 설정된 온도에 맞춰지도록 히트펌프의 구동을 자동으로 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템 및 열자급형 복합 냉난방장치를 제공하고자 하는 데에 본 발명의 네번째 목적이 있다.

이하에서는 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해결수단에 대해 개시하고자 한다.

즉, 본 발명은 일정 형상의 함체형으로 골조가 형성되고, 외측면은 투명재로서 형성되어, 그 내부에서 작물을 재배할 수 있도록 형성되는 온실과; 내부에 냉수 혹은 온수가 흐르는 파이프형으로서 상기 온실을 통과하도록 설치되는 냉/온 공급관과; 상기 냉/온 공급관에 연결되되, 일측은 상기 냉/온 공급관의 유입측에 제1개폐밸브를 포함하여 연결되고, 타측은 냉/온 공급관의 유출측에 제2개폐밸브를 포함하여 연결되며, 그 중앙측은 히트펌프의 증발부를 통과하도록 하는 냉수관과; 상기 냉/온 공급관에 연결되되, 일측은 상기 냉/온 공급관의 유입측에 제3개폐밸브를 포함하여 연결되고, 타측은 냉/온 공급관의 유출측에 제4개폐밸브를 포함하여 연결되며, 그 중앙측은 히트펌프의 응축부를 경유하도록 하는 온수관과; 물이 담긴 일정 형상의 함체형으로 형성되되, 그 하부는 상기 냉수관의 일측과 중앙측 사이에 연결되고, 상부는 상기 냉수관의 타측과 중앙측 사이에 연결되어 상기 냉수관에 물을 공급하는 냉수조와; 상기 냉/온 공급관의 중앙측에 형성되어 상기 냉수관의 냉수 혹은 온수관의 온수가 온실의 내부를 원활하게 순환하도록 하는 메인 순환펌프와; 상기 냉수관에 형성되되, 그 일측과 중앙측 사이에 형성되어 냉수조의 물이 히트펌프의 증발부를 경유하여 순환하도록 하는 냉수 순환펌프와; 상기 증발부는 냉수관의 중앙측에 근접설치되고, 응축부는 온수관의 중앙측에 근접설치되는 히트펌프; 를 포함하여 이루어지는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템을 특징으로 한다.

여기서, 상기 메인 순환펌프의 구동에 의해 냉수조의 냉수관 일측과 연결되는 냉/온 공급관의 유입측에는 냉수조 하부의 물이 유입되어 온실을 경유하면서 온실의 열을 흡수한 후, 냉/온 공급관의 유출측을 통해 냉수관 타측으로 흘러 냉수조 상부로 유입되도록 하여 온실 내부온도를 냉각시킬 수 있도록 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉수관의 타측과 중앙측의 사이에 형성되는 냉수 순환펌프와, 상기 냉수관의 중앙측에 위치하는 히트펌프의 구동에 의해, 상기 냉수조의 냉수는 냉/온 공급관을 통해 온실을 경유하면서 미온수로 전환되어 냉수관의 타측을 통해 냉수조의 상부에 유입되었다가 상기 냉수 순환펌프를 통해 히트펌프의 증발부를 경유하여 냉수조의 하부로 유입되도록 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉/온 공급관의 유입측과 냉수조의 상부 사이에는 제5개폐밸브를 포함하는 온수유입 보조관이 연결형성되고, 상기 냉/온 공급관의 유출측과 냉수조의 하부 사이에는 제6개폐밸브를 포함하는 온수유출 보조관이 연결형성되어, 상기 냉각과정에 의해 미온수가 담겨지는 냉수조는 상기 미온수를 상기 온수유입 보조관과 온수유출 보조관을 통해 상기 냉/온 공급관에 순환케 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1,2,5,6개폐밸브를 폐쇄한 상태에서 상기 냉수관의 타측과 중앙측의 사이에 형성되는 냉수 순환펌프를 구동시켜 히트펌프의 증발부에 냉수조의 냉수가 경유하도록 하고, 상기 냉/온 공급관과 연결되는 온수관의 온수는 제3,4개폐밸브의 개방과 상기 냉/온 공급관에 형성되는 메인 순환펌프의 구동에 의해 순환하도록 하되, 상기 온수는 히트펌프의 응축부를 경유하여 냉/온 공급관을 순환하도록 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉수관의 타측과 중앙측의 사이에 형성되는 냉수 순환펌프와, 상기 냉수관의 중앙측에 위치하는 히트펌프의 구동에 의해 냉수조의 냉수는 냉/온 공급관을 통해 온실을 경유하면서 미온수로 전환되어 상기 냉수관의 타측을 통해 냉수조의 상부에 유입되었다가 상기 냉수 순환펌프를 통해 히트펌프의 증발부를 경유하여 냉수조의 하부로 유입되도록 하고, 상기 히트펌프의 응축부의 일측에는 쿨링 타워와 응축 순환펌프를 포함하는 응축 냉각부를 형성하되, 상기 응축 냉각부의 순환구조는 상기 응축부를 경유하는 온수관을 이용하여 순환가능하도록 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템을 특징으로 한다.

또한, 상기 온수관의 일측에는 전기로 가열되는 전열부를 형성하여, 냉/온 공급관을 경유하면서 냉각되는 미온수는 상기 전열부를 거친 후, 히트펌프의 응축부를 경유하도록 하되, 상기 전열부의 일측에 온수센서를 설치하고, 상기 온수센서는 제어부와 연결되도록 설치하며, 상기 제어부는 히트펌프와도 연결되도록 설치하여, 전열부를 통과하는 온수가 설정온도 이상이면 상기 제어부에 의해 히트펌프는 구동되지 아니하도록 하고, 온수가 설정온도 이하이면 상기 제어부에 의해 히트펌프가 구동되도록 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템을 특징으로 한다.

또한, 상기 온실의 내부 일측에 기온센서를 설치하되, 상기 기온센서는 제어부와 연결되도록 설치하고, 상기 제어부는 히트펌프와도 연결되도록 설치하며, 상기 제어부에는 설정온도를 입력할 수 있도록 하여, 상기 기온센서에 의해 감지되는 온도는 상기 제어부에 입력된 설정온도에 맞추어질 수 있도록 히트펌프를 제어할 수 있도록 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템을 특징으로 한다.

또한, 상기 메인 순환펌프, 냉수 순환펌프, 히트펌프를 포함하는 전기장치에는 태양광 발전부가 더 포함되어 이루어져, 상기 전기장치에 전기를 자급할 수 있도록 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템을 특징으로 한다.

또한, 상기 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템에 대한 기술내용 중 어느 하나의 기술내용으로 이루어지는 열자급형 복합 냉난방장치도 본 발명의 특징으로 한다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명은 이하와 같은 기술적, 경제적 효과를 기대할 수 있다.

먼저, 선출원기술의 축열조를 생략하면서 상기 축열조와 개별적으로 연결되는 온수 펌프도 생략하고 기존의 냉수 펌프를 공동으로 사용하도록 함으로써 구성을 보다 간소화하여 협소한 공간에서도 용이하게 설치할 수 있도록 함은 물론 소형 온실에서도 유용하게 사용가능한 효과가 있으며, 아울러, 상기와 같은 구성의 간소화를 통해 설비 비용을 크게 절감하면서도 냉난방 효과는 기존과 동일하게 제공될 수 있도록 하여, 종래에 비해 냉난방 효율은 상대적으로 크게 개선되는 효과가 있다.

또한, 종래의 열자급형 복합 냉난방장치를 구성하던 축열조와 온수 펌프를 생략하고 냉수 펌프는 공용으로 사용하도록 형성하여, 동절기 심야에는 난방용 온수를 데울 때에 히트펌프에 의해 실시간으로 가온함으로써, 온도 하강에 신속하게 대응할 수 있어 작물이 항상 적정한 재배온도에서 재배되도록 하여 작물을 보호하는 효과가 있음은 물론, 축열조와 같은 중간 단계를 거치지 아니하므로 에너지 손실을 크게 방지할 수 있어 종래에 비해 에너지 이용효율을 크게 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, 태양열 에너지 외에도 태양광 에너지를 이용하여 전기를 생성하거나, 히트펌프의 응축기의 일측에 쿨링 타워 대신에 증기 발전부를 형성하여, 냉온수 겸용펌프, 히트펌프 등과 같은 전기장치에 전기를 공급할 수 있도록 형성함으로써, 별도의 전기를 사용하지 아니하고도 전기를 자급할 수 있도록 하여 에너지 비용을 크게 절감하는 효과도 있다.

아울러, 온실의 일측에 온도센서를 설치하고, 이와 연결되는 제어부를 형성하되, 상기 제어부는 작물재배에 적정한 온도를 설정할 수 있도록 하며, 히트펌프는 상기 제어부에 의해 제어되도록 연결하여, 상기 온도센서를 통해 감지되는 온도가 제어부에 설정된 온도에 맞춰지도록 히트펌프 등의 구동을 자동으로 제어할 수 있도록 함으로써 온도조절이 까다롭운 온실 재배를 더욱 용이하게 이용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 열자급형 복합 냉난방시스템의 동절기 주간 사용도
도 2는 본 발명에 의한 열자급형 복합 냉난방시스템의 동절기 저녁 사용도
도 3은 본 발명에 의한 열자급형 복합 냉난방시스템의 동절기 심야 사용도
도 4는 본 발명에 의한 열자급형 복합 냉난방시스템의 하절기 주간 사용도
도 5는 본 발명에 의한 열자급형 복합 냉난방시스템의 태양광 발전부 연결도

상기와 같은 해결수단과 효과를 제공하는 본 발명의 구체적인 구성을 첨부도면에 의거하여 보다 구체적으로 설명하고자 한다.

본 발명은, 일정 형상의 함체형으로 형성되는 골조에 투명재로서 외측면을 형성하여 그 내부에서 작물을 재배할수 있도록 조성되는 온실(10)의 일측에 냉각 및 온열이 제공가능한 냉/온 공급관(20)을 형성하되, 상기 냉/온 공급관(20)을 통과하는 냉수 및 온수는 태양으로부터 수득되는 열에너지를 이용하여 형성할 수 있도록 한 것으로, 위 냉수 및 온수를 형성할 때에 별도의 연료 및 에너지가 사용되는 것을 극소화할 수 있도록 하는 것을 기본 기술내용으로 한다.

이를 위한 본 발명의 구성을 보다 구체적으로 설명하면, 본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 일정 형상의 함체형으로 골조가 형성되고, 외측면은 투명재로서 형성되어, 그 내부에서 작물을 재배할 수 있도록 형성되는 온실(10)과; 내부에 냉수 혹은 온수가 흐르는 파이프형으로서 상기 온실을 통과하도록 설치되는 냉/온 공급관(20)과; 상기 냉/온 공급관(20)에 연결되는 냉수관(30) 및 온수관(40)으로 이루어져 있으며, 상기 냉/온 공급관(20)의 일측에는 메인 순환펌프(60)가 형성되어 있다.

여기서, 상기 냉/온 공급관(20)의 유입측에는 냉수관(30) 및 온수관(40)의 일측이 연결되고, 냉/온 공급관(20)의 유출측에는 상기 냉수관(30) 및 온수관(40)의 타측이 연결된 구조로 되어 있으며, 상기 냉수관(30) 혹은 온수관(40)은 개폐밸브들을 포함하여 상기 냉/온 공급관(20)에 연결되어 있어 상기 개폐밸브들의 제어를 통해 상기 냉/온 공급관(20)은 냉수관(30)과 물의 흐름의 연결되거나 혹은 온수관(40)과 물의 흐름이 연결되는 구조로 되어 있다.

즉, 냉수관(30)의 연결구조를 더욱 구체적으로 설명하면, 상기 냉/온 공급관(20)에 연결되되, 일측은 상기 냉/온 공급관(20)의 유입측에 제1개폐밸브(31)를 포함하여 연결되고, 타측은 냉/온 공급관(20)의 유출측에 제2개폐밸브(32)를 포함하여 연결되며, 그 중앙측은 히트펌프(80)의 증발부(81)를 경유하는 구성으로 되어 있다.

또한, 상기 냉수관(30)은 냉수조(50)와 연결되어 냉수조(50)에 담긴 냉수가 상기 냉수관(30)과 냉/온 공급관(20)을 흐르도록 형성되어 있는 바, 이를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 냉수조(50)는 수직으로 형성되는 사각 함체형으로 형성되되, 그 내부에는 냉수가 담겨 있으며, 상기와 같은 형태로 형성되는 냉수조(50)의 상부는 냉/온 공급관(20)의 유출측과 연결되는 냉수관(30)의 타측과 중앙측 사이에 위치하여 연결되고, 상기 냉수조(50)의 하부는 냉/온 공급관(20)의 유입측과 연결되는 냉수관(30)의 일측과 중앙측 사이에 위치하여 연결되는 구조로 되어 있다.

이 때, 상기 냉수관(30)의 일측에는 제1개폐밸브(31)가 형성되어 있고, 상기 냉수관(30)의 타측에는 제2개폐밸브(32)가 형성되어 있어, 상기 제1,2개폐밸브(31)(32)를 개방하여 냉/온 공급관(20)의 메인 순환펌프(60)를 구동시키게 되면, 상기 냉수관(30)에는 냉수조(50)에 담긴 냉수가 강제순환되고, 아울러, 상기 냉수관(30)과 연결되는 냉/온 공급관(20)에도 냉수가 흐르게 되며, 상기 냉/온 공급관(20)이 설치되는 온실의 내부에는 냉수가 지나가게 된다.

이러한 순환구조를 온실(10) 외부의 온도와는 별도로 태양의 복사열에너지로 인하여 작물 재배에 적정한 온도 이상으로 높아지는 주간에 가동시키게 되면, 상기 메인 순환펌프(60) 외에 별도의 장치를 구동시키지 아니하더라도 냉수 자체가 보유하고 있는 낮은 온도로써 온실(10) 내부를 경유하면서 태양의 복사열에너지로 데워진 온실(10) 내부를 식힐 수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기 냉/온 공급관(20)의 유입측은 냉수조(50)의 하부와 연결되는 냉수관(30)의 일측과 연결되도록 하여 가급적 냉수조(50)의 차가운 물이 유입되도록 하고, 상기 냉/온 공급관(20)의 유출측은 냉수조(50)의 상부와 연결되는 냉수관(30)의 타측과 연결되도록 하여 온실(10)을 경유하면서 온실(10)의 온열을 흡수함으로 인해 따뜻하게 데워진 냉수는 가급적 냉수조(50)의 상부에 모이도록 하여, 상기 냉/온 공급관(20)는 가급적 차가운 냉수가 순환되도록 한다.

이 때, 상기 냉수관(30)의 제1개폐밸브(31) 및 제2개폐밸브(32)를 제외하고 여타 개폐밸브는 폐쇄함으로써 상기 냉수관(30)만을 통해서 냉/온 공급관(20)으로 냉수가 흐르도록 한다.

상기와 같이 냉수조(50)에 담긴 냉수의 낮은 온도만으로 주간의 온실 온도를 제어할 수 있는 것은 춘절기, 혹은 늦은 추절기 및 동절기의 주간에 해당되는 것이고, 하절기의 주간에는 폭염으로 인해 온실(10) 내부 온도가 매우 크게 상승하게 되어 상기 냉수조(50)의 냉수만으로는 온실(10)의 내부 온도를 작물 재배에 적정한 온도로 유지하기 어렵다.

물론, 온실(10)의 주 사용기간은 외부 온도가 낮아 작물의 동사가 발생할 수도 있는 늦은 추절기부터 이른 춘절기까지이지만 열대작물이나 화초같은 경우에는 하절기에도 온실(10) 내부에서 재배를 하므로, 이에 대한 고려도 필요하다.

이에 따라, 상기와 같이 하절기 주간에 폭염으로 인해 온실(10) 내부 온도가 매우 크게 상승하는 경우에는 히트펌프(80)를 가동시켜, 냉수관(30)의 중앙측이 경유하는 증발부(81)의 온도가 현저하게 낮아지도록 함으로써, 상기 증발부(81)에 근접설치되는 냉수관(30)의 중앙측을 통과하는 냉수는 상기 증발부(81)의 낮은 온도에 의해 그 온도가 현저하게 떨어지게 된다.

이를 보다 구체적으로 설명하면, 상기 냉수관(30)의 일측에는 히트펌프(80)를 구비하되, 상기 히트펌프(80)의 증발부(81)가 냉수관의 중앙측에 근접위치하도록 설치함으로써, 냉매의 증발로 인하여 현저하게 차가워지는 증발부(81)로 인해 상기 증발부(81)를 경유하는 냉수관(30)의 냉수는 상기 증발부(81)의 차가운 온도로 인해 크게 차가워지게 되는 것이다.

이에 따라 상기 냉수조(50)에서 냉수관(30)의 일측을 통해 냉/온 공급관(20)을 통과하면서 온실의 뜨거운 열기 흡수를 통해 미지근하게 변화되어 냉수관(30) 타측을 통해 냉수조(50)로 다시 들어오는 냉수는 히트펌프(80)의 차가운 증발부(81)를 경유함으로써 다시 차가워져 냉수조(50)의 하부로 진입하게 되어 냉수조(50)에 담기는 냉수를 전체적으로 냉각시키게 되는 것이다.

이 때, 상기 냉수를 증발부(81)에 경유케 하는 강제 순환은 냉수관(30) 중앙측에 형성되어 있는 냉수 순환펌프(70)를 가동시킴으로써 그 순환이 보다 용이하게 이루어지도록 한다.

이와 같은 히트펌프(80)의 증발부(81)에 의해 온도가 현저하게 떨어진 냉수는 냉수조(50)에 다시 유입되고 이어서 냉/온 공급관(20)으로 유입됨으로써 하절기 주간에 발생하는 온실(10) 내부의 과다하게 높은 온도를 효과적으로 낮추어줄 수 있게 되고, 폭염으로 인해 온실(10) 내부의 온도가 크게 증가하는 하절기 주간에도 온실(10) 내부의 온도를 작물 재배가능한 온도로 적절하게 재배할 수 있게 되는 것이다.

이 때, 상기 히트펌프(80)의 일측에 형성되는 응축부(82)의 열을 효과적으로 냉각시켜 줌으로써 증발부(81)의 증발이 더욱 더 잘 이루어지도록 하여 냉각효율을 더욱 높일 수 있도록 하는 것도 가능한데, 이 때, 상기 응축부(82)의 열을 냉각시키는 것과 관련하여, 상기 응축부(82)의 위치에 대응되는 온수관(40)의 일측에 응축 냉각부(110)를 형성함으로써, 상기 응축부(82)의 열이 보다 효과적으로 방열되도록 한다.

즉, 상기 응축 냉각부(110)는 온수관(40)의 응축부(82) 전후측에 일측단과 타측단이 연결되되, 일측에는 제7개폐밸브(113)가 형성되고, 타측에는 제8개폐밸브(114)가 형성되는 유수관(115)을 형성하고, 상기 유수관(115)의 중앙측에는 일측에 가까운 순서대로 응축 순환펌프(112)와 쿨링 타워(111)를 차례대로 형성하는 구조로 이루어져 있다.

상기와 같은 구성으로 이루어지는 응축 냉각부(110)의 제7개폐밸브(113) 및 제8개폐밸브(114)를 열어(물론 온수관의 제3,4개폐밸브는 폐쇄한다) 응축 순환펌프(112)와 쿨링 타워(111)를 구동시키게 되면, 상기 유수관(115)의 물은 응축 순환펌프(112)에 의해 순환되어지면서 응축부(82)의 높은 열을 냉각시키게 되고, 응축부(82)의 열에너지를 흡수한 물은 쿨링 타워(111)에 의해 냉각되어진 후, 순환하면서 다시 응축부(82)를 냉각시키게 되어, 응축부(82)의 열을 효과적으로 냉각시킬 수 있게 되는 것이다.

한편, 상기 동절기와 같이 외부 기온이 낮은 기간의 주간에는 위와 같이 냉수조(50)에 담기는 냉수의 낮은 온도만으로 주간의 온실(10) 온도를 제어할 수 있으나, 저녁이 되면 태양의 복사열에너지가 없으므로 온실(10) 내부 온도 또한 외부와 마찬가지로 크게 떨어지므로, 상기 온실(10) 내부를 따뜻하게 데워주어야 작물이 동사하지 않게 된다.

이러한 경우, 상기 냉수조(50)의 상부와 연결되는 냉수조(50)의 타측과 냉/온 공급관(20)의 유입측을 연결하는 온수유입 보조관(90)을 통해 냉수조(50)의 상부에 몰린 데워진 물(주간 동안의 온실 내부의 열을 빼앗으면서 데워진 물)이 냉/온 공급관(20)의 유입측으로 유입되도록 하여, 온실 내부를 데우도록 하고,

상기 냉/온 공급관(20)을 경유하면서 온실(10) 내부에 열을 공급한 물은 냉/온 공급관(20)의 유출측으로 유출되도록 하며, 상기 냉/온 공급관(20)의 유출측과 연결되는 온수유출 보조관(100)을 통해 냉수조(50)의 하부에 유입되도록 함으로써 가급적 조금이라도 더 뜨거운 물이 냉/온 공급관(20)을 순환하도록 한다.

이 때에도 상기 냉/온 공급관(20)의 일측에 형성된 메인 순환펌프(60)를 작동시켜, 상기 냉/온 공급관(20)에 냉수조(50)의 물이 온수유입 보조관(90)과 온수 유출 보조관(100)을 통해 용이하게 순환하도록 한다.

여기서, 상기 온수유입 보조관(90)의 일측에 형성되는 제5개폐밸브(91)와, 상기 온수유출 보조관(100)의 일측에 형성되는 제6개폐밸브(101)는 개방하고, 그 외의 개폐밸브는 폐쇄하여 냉수조(50)의 따뜻한 물은 상기 온수유입 보조관(90) 및 온수유출 보조관(100)을 통해 냉/온 공급관(20)을 순환하도록 한다.

상기와 같이 주간동안의 순환을 통해 뜨겁게 데워진 물을 이용하여 동절기 저녁시간동안 온실(10) 내부를 잠시동안 따뜻하게 데울 수는 있으나, 계속되는 순환으로 인하여 냉수에 포함되어 있던 열은 점차 상실되어가고, 아울러 심야시간대가 되면 외부의 더욱 차가워지는 기온으로 인하여 위와 같이 주간동안 데운 물로는 온실 내부의 온도를 유지하기에는 한계가 있다.

이러한 경우에는 상기 히트펌프(80)를 가동시켜 냉/온 공급관(20)을 순환하는 온수를 뜨겁게 가열시켜 줌으로써 온실(10) 내부는 따뜻하게 유지되고, 그로 인해 동절기 심야시간동안 작물이 동사하는 것을 방지할 수 있게 되는 것이다.

여기서, 상기 냉/온 공급관(20)에 공급되는 온수는 온수관(40)을 통해서 공급되는데, 상기 온수관(40)의 일측에는 상기 히트펌프(80)의 응축부(82)가 근접 설치되는 구조로 되어 있으며, 상기 온수관(40)에는 제3,4개폐밸브(41)(42)가 형성된 구조로 되어 있다.

아울러, 상기 온수관(40)의 일측은 냉/온 공급관(20)의 유입측에 제3개폐밸브(41)를 통하여 연결되고, 타측은 온수관(40)의 유출측에 제4개폐밸브(42)를 통하여 연결되어 있으며, 상기 온수관(40)의 일측에는 히트펌프(80)의 응축부(82)가 근접설치되어 있으므로, 상기 히트펌프(80)와 함께 냉/온 공급관(20)의 메인 순환펌프(60)를 작동시키게 되면, 상기 히트펌프(80)는 작동하면서 응축부(82)의 높은 열은 온수관(40)을 가열시키게 되고, 상기와 같은 응축부(82)의 열에 의해 뜨겁게 가열되는 온수관(40)의 온수는 메인 순환펌프(60)의 구동에 의해 냉/온 공급관(20)을 순환하게 된다.

이 때, 상기 온수관(40)의 제3,4개폐밸브(41)(42)는 개방하되, 여타 개폐밸브는 폐쇄함으로써 온수관(40)의 뜨거운 온수만이 상기 냉/온 공급관(20)을 순환하도록 하여 온실(10) 내부를 따뜻하게 데울 수 있도록 한다.

여기서, 상기 증발부(81)를 근접하여 지나가는 냉수관(30)의 일측에 설치된 냉수 순환펌프(70)를 가동시켜 냉수조(50)의 미지근한 냉수는 히트펌프(80)의 증발부(82)를 경유하도록 함으로써 냉매의 증발을 통해 주변의 열을 빼앗는 증발부(81)가 활발하게 구동되도록 하여, 응축부(82)가 냉매를 응축하는 작업이 활발하게 이루어짐으로 인해 응축부(82)의 발열온도를 더욱 높여줄 수 있도록 하는 것도 가능하다.

한편, 동절기 심야시간대의 기온이 현저하게 낮아지는 경우에는 상기와 같은 응축부(82)의 발열에 의해 온수관(40)의 온수를 데우는 것도 한계가 있을 수도 있다. 즉, 응축부(82)의 발열에 의해 데워지는 온수만으로 온실(10) 내부의 온도를 높이기에 한계가 있을 수도 있으며, 히트펌프(80)의 지속적이고 과도한 구동은 히트펌프(80)의 수명을 단축시킬 뿐 아니라 전기에너지가 과도하게 사용될 수도 있다.

이를 위해, 상기 온실(10)의 일측에 태양광에너지를 이용하여 전기를 생성하는 태양광 발전부(150)를 형성함으로써, 상기 히트펌프(80)를 포함하여 전기에너지를 사용하는 전기장치에 상기 전기가 공급되도록 하여 본 발명에 사용되는 전기에너지를 크게 절감할 수 있도록 하는 것도 가능하며, 이를 통해 본 발명은 태양복사열에너지 뿐만 아니라 태양광에너지도 이용함으로써 태양에너지의 이용효율을 크게 높일 수 있게 되는 것이다.

또한, 상기 냉/온 공급관(20)의 유출측과 연결되는 온수관(40)에 전열부(120)를 형성함으로써 온수가 상기 전열부(120)에 의해 어느 정도 데워진 상태로 경유하도록 하여 응축부(82)에 과도한 부하가 걸리는 것을 완화시키는 것도 가능하며, 상기 전열부(120) 또한 태양광 발전부(150)에 의해 생성되어진 전기에너지를 이용함으로써 전기세 비용을 크게 절감할 수 있도록 한다.

아울러, 상기 전열부(120)의 일측에 온수센서(121)를 설치하고, 상기 온수센서(121)는 제어부(130)와 연결되도록 설치하며, 상기 제어부(130)는 히트펌프(80)와도 연결되도록 설치하여, 전열부(120)를 통과하는 온수가 설정온도 이상이면 상기 제어부(130)에 의해 히트펌프(80)는 구동되지 아니하도록 하고, 온수가 설정온도 이하이면 상기 제어부(130)에 의해 히트펌프(80)가 구동되도록 하는 것도 가능하며, 이를 통해 온수의 설정온도가 전열부(120)에 의해 달성되는 경우에는 히트펌프(80)의 불필요한 구동을 방지할 수 있게 된다.

또한, 상기 제어부(130)와 각 개폐밸브와 연결함으로써 기온센서(140)의 감지에 의해 동절기 주간 모드에서 동절기 저녁 모드로 변화될 때에 각 개폐밸브의 개폐가 자동으로 이루어지도록 하는 구성도 형성가능하다.

또 한편, 상기 온실(10)의 내부 일측에 기온센서(140)를 설치하되, 상기 기온센서(140)는 제어부(130)와 연결되도록 설치하고, 상기 제어부(130)는 히트펌프(80)와도 연결되도록 설치하며, 상기 제어부(130)에는 설정온도를 입력할 수 있도록 하여, 상기 기온센서(140)에 의해 감지되는 온도는 상기 제어부(130)에 입력된 설정온도에 맞추어질 수 있도록 히트펌프(80)를 제어할 수 있도록 하는 것도 가능하며, 이를 통해 심야시간대의 온도조절은 물론이고, 타 시간대의 온도조절 또한 용이하게 이루어질 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 상기와 같은 구체적인 예에 한정하여 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 아니하는 범위 내에서는 얼마든지 다양하게 변형하여 실시할 수 있음은 물론이다.

10 : 온실 20 : 냉/온 공급관
30 : 냉수관 31 : 제1개폐밸브
32 : 제2개폐밸브 40 : 온수관
41 : 제3개폐밸브 42 : 제4개폐밸브
50 : 냉수조 60 : 메인 순환펌프
70 : 냉수 순환펌프 80 : 히트펌프
81 : 증발부 82 : 응축부
90 : 온수유입 보조관 91 : 제5개폐밸브
100 : 온수유출 보조관 101 : 제6개폐밸브
110 : 응축 냉각부 111 : 쿨링 타워
112 : 응축 순환펌프 113 : 제7개폐밸브
114 : 제8개폐밸브 115 : 유수관
120 : 전열부 121 : 온수센서
130 : 제어부 140 : 기온센서
150 : 태양광 발전부

Claims

일정 형상의 함체형으로 골조가 형성되고, 외측면은 투명재로서 형성되어, 그 내부에서 작물을 재배할 수 있도록 형성되는 온실(10)과; 내부에 냉수 혹은 온수가 흐르는 파이프형으로서 상기 온실을 통과하도록 설치되는 냉/온 공급관(20)과; 상기 냉/온 공급관(20)에 연결되되, 일측은 상기 냉/온 공급관(20)의 유입측에 제1개폐밸브(31)를 포함하여 연결되고, 타측은 냉/온 공급관(20)의 유출측에 제2개폐밸브(32)를 포함하여 연결되며, 그 중앙측은 히트펌프(80)의 증발부(81)를 통과하도록 하는 냉수관(30)과; 상기 냉/온 공급관(20)에 연결되되, 일측은 상기 냉/온 공급관(20)의 유입측에 제3개폐밸브(41)를 포함하여 연결되고, 타측은 냉/온 공급관(20)의 유출측에 제4개폐밸브(42)를 포함하여 연결되며, 그 중앙측은 히트펌프(80)의 응축부(82)를 경유하도록 하는 온수관(40)과; 물이 담긴 일정 형상의 함체형으로 형성되되, 그 하부는 상기 냉수관(30)의 일측과 중앙측 사이에 연결되고, 상부는 상기 냉수관(30)의 타측과 중앙측 사이에 연결되어 상기 냉수관(30)에 물을 공급하는 냉수조(50)와; 상기 냉/온 공급관(20)의 중앙측에 형성되어 상기 냉수관(30)의 냉수 혹은 온수관(40)의 온수가 온실(10)의 내부를 원활하게 순환하도록 하는 메인 순환펌프(60)와; 상기 냉수관(30)에 형성되되, 그 일측과 중앙측 사이에 형성되어 냉수조(50)의 물이 히트펌프(80)의 증발부(81)를 경유하여 순환하도록 하는 냉수 순환펌프(70)와; 상기 증발부(81)는 냉수관(30)의 중앙측에 근접설치되고, 응축부(82)는 온수관(40)의 중앙측에 근접설치되는 히트펌프(80); 를 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 메인 순환펌프(60)의 구동에 의해 냉수조(50)의 냉수관(30) 일측과 연결되는 냉/온 공급관(20)의 유입측에는 냉수조(50) 하부의 물이 유입되어 온실(10)을 경유하면서 온실(10)의 열을 흡수한 후, 냉/온 공급관(20)의 유출측을 통해 냉수관(30) 타측으로 흘러 냉수조(50) 상부로 유입되도록 하여 온실(10) 내부온도를 냉각시킬 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 냉수관(30)의 타측과 중앙측의 사이에 형성되는 냉수 순환펌프(70)와, 상기 냉수관(30)의 중앙측에 위치하는 히트펌프(80)의 구동에 의해, 상기 냉수조(50)의 냉수는 냉/온 공급관(20)을 통해 온실(10)을 경유하면서 미온수로 전환되어 냉수관(30)의 타측을 통해 냉수조(50)의 상부에 유입되었다가 상기 냉수 순환펌프(70)를 통해 히트펌프(80)의 증발부(81)를 경유하여 냉수조(50)의 하부로 유입되도록 한 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 냉/온 공급관(20)의 유입측과 냉수조(50)의 상부 사이에는 제5개폐밸브(91)를 포함하는 온수유입 보조관(90)이 연결형성되고, 상기 냉/온 공급관(20)의 유출측과 냉수조(50)의 하부 사이에는 제6개폐밸브(101)를 포함하는 온수유출 보조관(100)이 연결형성되어, 상기 제 2 항의 냉각과정에 의해 미온수가 담겨지는 냉수조(50)는 상기 미온수를 상기 온수유입 보조관(90)과 온수유출 보조관(100)을 통해 상기 냉/온 공급관(20)에 순환되도록 한 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 제1,2,5,6개폐밸브(31)(32)(91)(101)를 폐쇄한 상태에서 상기 냉수관(30)의 타측과 중앙측의 사이에 형성되는 냉수 순환펌프(70)를 구동시켜 히트펌프(80)의 증발부(81)에 냉수조(50)의 냉수가 경유하도록 하고, 상기 냉/온 공급관(20)과 연결되는 온수관(40)의 온수는 제3,4개폐밸브(41)(42)의 개방과 상기 냉/온 공급관(20)에 형성되는 메인 순환펌프(60)의 구동에 의해 순환하도록 하되, 상기 온수는 히트펌프(80)의 응축부(82)를 경유하여 냉/온 공급관(20)을 순환하도록 한 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 냉수관(30)의 타측과 중앙측의 사이에 형성되는 냉수 순환펌프(70)와, 상기 냉수관(30)의 중앙측에 위치하는 히트펌프(80)의 구동에 의해 냉수조(50)의 냉수는 냉/온 공급관(20)을 통해 온실(10)을 경유하면서 미온수로 전환되어 상기 냉수관(30)의 타측을 통해 냉수조(50)의 상부에 유입되었다가 상기 냉수 순환펌프(70)를 통해 히트펌프(80)의 증발부(81)를 경유하여 냉수조(50)의 하부로 유입되도록 하고,
상기 히트펌프(80)의 응축부(82)의 일측에는 쿨링 타워(111)와 응축 순환펌프(112)를 포함하는 응축 냉각부(110)를 형성하되, 상기 응축 냉각부(110)의 순환구조는 상기 응축부(82)를 경유하는 온수관(40)을 이용하여 순환가능하도록 한 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 온수관(40)의 일측에는 전기로 가열되는 전열부(120)를 형성하여, 냉/온 공급관(20)을 경유하면서 냉각되는 미온수는 상기 전열부(120)를 거친 후, 히트펌프(80)의 응축부(82)를 경유하도록 하되, 상기 전열부(120)의 일측에 온수센서(121)를 설치하고, 상기 온수센서(121)는 제어부(130)와 연결되도록 설치하며, 상기 제어부(130)는 히트펌프(80)와도 연결되도록 설치하여, 전열부(120)를 통과하는 온수가 설정온도 이상이면 상기 제어부(130)에 의해 히트펌프(80)는 구동되지 아니하도록 하고, 온수가 설정온도 이하이면 상기 제어부(130)에 의해 히트펌프(80)가 구동되도록 한 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 온실(10)의 내부 일측에 기온센서(140)를 설치하되, 상기 기온센서(140)는 제어부(130)와 연결되도록 설치하고, 상기 제어부(130)는 히트펌프(80)와도 연결되도록 설치하며, 상기 제어부(130)에는 설정온도를 입력할 수 있도록 하여, 상기 기온센서(140)에 의해 감지되는 온도는 상기 제어부(130)에 입력된 설정온도에 맞추어질 수 있도록 히트펌프(80)를 제어할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 메인 순환펌프(60), 냉수 순환펌프(70), 히트펌프(80)를 포함하는 전기장치에는 태양광 발전부(150)가 더 포함되어 이루어져, 상기 전기장치에 전기를 자급할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 태양에너지를 이용한 열자급형 복합 냉난방시스템.
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