KR101551650B1 - 저수열을 이용한 냉각장치와 열 공급 장치의 동시 열교환 시스템 - Google Patents
저수열을 이용한 냉각장치와 열 공급 장치의 동시 열교환 시스템 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 지하수가 채워지는 지하수통과, 상기 지하수통에 전부 또는 일부가 잠기며 해수 또는 담수가 채워지는 표면수통으로 이루어지는 항온조와, 상기 항온조의 열에너지를 추출하는 히트펌프와, 상기 지하수통에서 지하수가 히트싱크로 이용되는 냉각장치를 포함하여 이루어짐으로써 항온조가 열원으로 이용됨으로써 계절에 상관없이 효율적인 냉각장치의 히트싱크 및 난방장치의 열원이 제공될 수 있고, 항온조에 의하여 냉각장치와 난방장치가 서로 하나의 열원을 공유하게 되어 서로의 효율을 올릴 수 있도록 접목될 수 있게 되어 현저한 에너지 효율 상승효과를 가져올 수 있으며, 항온조가 냉각장치 및 난방장치의 공통 열원으로 제공됨으로써 항온조의 항온성을 더욱 높일 수 있는 저수열을 이용한 냉각장치와 열 공급 장치의 동시 열교환 시스템을 제공하는 한편, 표면수 이용시설의 수온 조절이 가능한 수온조절관과, 이송펌프 및 온도센서를 구비하여 항온조에 의하여 양식장에 심각한 문제로 대두되는 수온상승 문제가 원천적으로 방지될 수 있는 저수열을 이용한 냉각장치와 열 공급 장치의 동시 열교환 시스템을 제공하고자 한다.
Description
본 발명은 냉각장치와 열 공급 장치의 동시 열교환 시스템에 관한 것으로, 특히 냉각장치와 난방장치의 에너지 수급을 접목시켜 낭비되는 에너지를 최소화 시키는 한편 양식장의 수온 관리도 함께 이루어져 양식장 수온의 이상 변화에 완벽한 대응이 가능한 저수열을 이용한 냉각장치와 열 공급 장치의 동시 열교환 시스템에 관한 것이다.
종래 인간생활에서 사용되는 에너지의 대부분은 화석연료를 이용한 것인데, 주요 화석연료는 사용가능 연한이 짧아서 계속 이용할 경우 에너지 고갈 사태를 초래할 수 있고, 온실가스 배출 등으로 각종 환경문제를 발생시킨다.
따라서 화석연료에 의존하지 않는 에너지의 개발이 절실하며 최근에는 지열, 해수열, 태양에너지, 풍력 등을 이용한 에너지 생산에 관한 연구가 활발하고 일부는 실생활에 상당히 이용되고 있다.
그러나 화석 연료 외의 자연 에너지의 이용은 아직까지는 자연에너지를 실생활에 필요한 에너지로 바꾸는 데에 있어서 또다른 에너지의 투입이 필요하여 그 이용 효율이 낮으며 자연 에너지의 이용 과정에서 상당한 비용이 투입되어야 한다.
예를 들어 지열을 이용한 난방 또는 발전 시스템의 경우 지하 땅 깊이 시추하는 공사가 필요하며 지하 땅 깊이 설비를 마련하는 데에 인력과 시간 및 비용이 막대하게 투입되어야 하는 것이다.
따라서 하나의 자연 에너지 이용에서 낭비되는 에너지가 다른 에너지의 생산에 이용될 수 있거나 다른 에너지 생산의 효율을 높이는 데에 이용될 수 있게 되어 에너지 생산 효율을 전반적으로 높일 수 있다면 실질적으로 화석연료의 대안이 될 수 있을 것이다.
특히 냉방과 난방을 위하여 막대한 에너지가 소모되는 실정이므로 냉난방이 자연에너지에 의하여 해결될 필요가 있으며 이에 대한 연구도 활발히 진행되고 있다.
하지만 종래 기술을 보면 자연 에너지의 이용을 위하여 추가적인 에너지가 소모되며 여기에는 화석연료를 이용하는 에너지가 투입되어 문제점은 여전히 남아있다.
따라서 자연에너지를 이용한 냉난방에 투입되는 화석연료를 최소화할 수 있는 방안으로서 독자적인 목적으로 가동되는 냉방 또는 냉각장치와 난방 장치가 함께 접목되어 서로의 효율을 상승시킬 수 있는 장치가 요구된다.
그러나 현재까지는 냉방장치와 난방장치가 서로의 효율을 올릴 수 있도록 접목시킬 수 있는 구체적인 수단은 전무한 실정이다.
구체적으로 종래기술을 살펴보면 등록특허공보 제10-0930298호(등록일자: 2009. 11. 30)에 개시된 '지열과 히트펌프 사이클을 이용한 냉난방 시스템'을 들 수 있다.
도1을 참조하면 상기 종래기술은, 압축기(11), 응축기(12), 팽창변(13) 및 증발기(14)로 이루어진 히트펌프 사이클(10)과; 난방시 지하수 공급관(1)과 회수관(2)을 히트펌프 사이클의 증발기에 연결하고 냉난방수 공급관(3)과 회수관(4)을 응축기에 연결하고, 냉방시 지하수 공급관(1)과 회수관(2)을 히트펌프 사이클의 응축기에 연결하고 냉난방수 공급관(3)과 회수관(4)을 증발기에 연결하도록 유로를 전환하는 제1,2유로전환수단(20,30)과,상기 냉난방수 회수관과 공급관이 연결되며 냉난방수 회수관을 통해 공급되는 난방수 또는 냉방수와 실내 공기를 열교환하여 실내를 난방 또는 냉방하는 열교환기(40)로 구성되어 냉방과 난방에 관계없이 히트펌프 냉매 흐름 방향을 한 방향으로 유지할 수 있으면서 실내온도를 필요에 따라 적절하게 유지시킬 수 있고 구조적으로 단순하고 저항이 전혀 없어 냉난방 효율을 높일 수 있는 히트펌프 사이클을 이용한 냉난방 시스템에 관한 것이다.
다만 상기 종래기술은 공급측의 지하수가 때로는 열원으로 때로는 히트싱크로 작용되기 위하여 또하나의 사이클을 구동시켜야 하는 점에서 한번의 냉방 또는 난방을 위하여 두 개의 사이클을 구동시켜야 하는 점에서, 효율이 구조적 단순성을 위하여 희생되는 문제점이 있는 것이다.
한편, 냉방 또는 난방은 사무실, 주거공간, 산업현장 뿐만 아니라 농업 및 어업시설에서 작물이나 사육 가축 또는 물고기를 위해서도 필요한데, 특히 동절기를 제외하면 항상 문제가 되는 양식장의 수온 증가는 집단 폐사등이 유발되어 큰 문제이다.
양식장의 심각한 수온 상승을 막기 위하여 별도의 냉각장치를 구동시킨다면 양식장의 면적이 작더라도 막대한 에너지가 소모되므로 영세 어민의 경우에는 이에 대처할 수 없을 것이다. 이때 수온 상승을 별도의 장치로 막는 것이 아니라 앞서 필요성을 설명한 복합 냉난방 시스템을 이용하여 별도의 큰 비용 없이 해결할 수 있다면 더없이 바람직할 것이다. 하지만 현재에는 이러한 복합 효율 상승 및 다 기능을 수행할 수 있는 시스템은 아직 찾아볼 수 없는 실정이다.
등록특허공보 제10-0930298호(등록일자: 2009. 11. 30)
이에 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 냉각과 난방 두 가지 모두의 열원으로 작용될 수 있는 항온열원조가 이용됨으로써 난방에서 버려질 수 있는 냉열이 냉각장치의 히트싱크로 쓰일 수 있게 되어 냉각과 난방이 서로 효율을 함께 상승시킬 수 있게 접목되며, 한편 열이동만 있고 물질이동은 없는 항온열원조의 특성상 표면수 이용시설의 수온을 유지시킬 수 있는 수단으로서도 작용될 수 있는 저수열을 이용한 냉각장치와 열 공급 장치의 동시 열교환 시스템을 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 지면 아래에 설치되어 지하수가 저장되는 지하수통(11)과, 지하수통(11) 내부의 지하수에 잠기게 설치되며 바닷물 또는 강물이 저장되는 표면수통(15)과, 지하수통(11)에 구비되는 지하수 수온측정용 제1온도센서(19)와, 표면수통(15)에 구비되는 제2온도센서(18), 로 이루어지는 항온열원조(10)와, 제1증발기(21), 제1압축기(22), 제1응축기(23), 제1팽창밸브(24)가 작동유체관(25)으로 차례로 연결되어 이루어지는 유기랭킨사이클 장치로서, 제1증발기(21)가 상기 지하수통(11) 내부에 배치되되 표면수통(15) 저면에 밀착 배치되어 지하수의 열을 흡수하는 히트펌프(20)와, 제2증발기(31), 제2압축기(32), 제2응축기(33), 제2 팽창밸브(34)가 냉매관으로 차례로 연결되어 이루어지는 냉각 사이클 장치로서, 냉장창고(35), 냉동창고(36), 에어컨(35) 중 어느 하나에 제2증발기(31)가 내장되며, 제2증발기(31)로 흡수되는 열이 제2압축기(32)를 거쳐서 제2응축기(33)를 통하여 상기 지하수통(11) 내부로 배출되는 냉각기(30)와, 항온열원조(10)의 지하수통(11)과 냉각기(30)의 제2응축기(33) 사이를 연결시켜, 지하수통(11) 내의 지하수를 제2응축기(33) 내부로 통과시킴으로써 제2응축기(33)의 열을 지하수통(11)으로 회수하는 열회수수단(40)과, 항온열원조(10)의 근린지역에 배치되어 항온열원조(10)의 표면수통(15)으로부터 표면수를 공급받아 수온이 조절되는 어항과, 어항 내부의 제3온도센서(53), 로 이루어지는 양식장(50) 및, 항온열원조(10)의 표면수통(15)으로부터 양식장(50)의 어항으로 표면수를 이송시키는 수온조절관(61)과, 수온조절관(61)에 구비되는 이송펌프(62)로 구성되는 양식장 수온조절수단(60) 으로 이루어진다.
이때 냉각기(30)를 이루는 제2증발기(31)의 설치 위치가 냉장창고(35) 또는 에어컨(35)의 내부인 경우, 상기 열회수수단(40)은 일단은 지하수통(11)에 연결되고 타단은 제2응축기(33)에 연결되어 지하수통(11)과 제2응축기(33)를 연결시키는 제1유입관(41)과 제1유출관(42) 으로 이루어짐으로써, 제1유입관(41)으로 유입되는 지하수가 제2응축기(33)의 내부를 통과하여 제1유출관(42)으로 유출되어 지하수통(11)으로 회수되되, 제1유입관(41)의 단부는 지하수통(11)의 내측 상부에 배치되고, 제1유출관(42)에서 지하수가 유출되는 단부는 표면수통(15) 저면에 밀착 배치된다.
또는 냉각기(30)를 이루는 제2증발기(31)의 설치 위치가 냉동창고(36)의 내부인 경우, 상기 열회수수단(40)은 외부공기를 포집하는 공기주입기(45), 포집된 공기를 팽창시키는 팽창밸브(46), 팽창밸브(46)에서 팽창된 공기가 통과되는 한편 지하수가 내장되어 상기 팽창된 공기와 접촉이 이루어지는 증발챔버(47), 제하수통(11)과 증발챔버(47)를 연결시키는 제2유입관(43), 제2유출관(44), 으로 이루어지되, 공기주입기(45)와, 팽창밸브(46)와, 증발챔버(47)와, 제2응축기(33)는 외부공기가 흐르는 공기관으로 차례로 이어져서 증발챔버(47)를 빠져나오는 외부공기가 제2응축기(33)로 유입되고, 제2유입관(43)과 제2유출관(44)의 일단은 지하수통(11) 내에 배치되고 타단은 증발챔버(47) 내에 배치되어, 제2유입관(43)으로 유입되는 지하수가 증발챔버(47) 내부를 거쳐 제2유출관(44)을 통하여 지하수통(11)으로 유출되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 항온열원조(10)는 제1 표면수통(111)과 제1 지하수통(112)으로 이루어지는 제1 항온열원조(110)와, 제2 표면수통(121)과 제2 지하수통(122)으로 이루어지는 제2 항온열원조(120) 및, 제3 표면수통(131)과 제3 지하수통(132)으로 이루어지는 제3 항온열원조(130)로 구비될 수 있다.
이 경우 바람직하게는 상기 지하의 수원으로부터 직접 지하수를 공급받는 상수원 탱크(70)가 구비되고, 지하의 수원과 상수원탱크(70)는 지하수 상수관(71)으로 연결되며, 지하수 상수관(71)은 길이 방향을 따라 제1분기관(721), 제2분기관(722), 제3분기관(723)이 형성되어, 순서대로 제1지하수통(112), 제2지하수통(122), 제3지하수통(132)에 연결되는 한편, 제1지하수통(112), 제2지하수통(122), 제3지하수통(132)은 순서대로 제1방출관(731), 제2방출관(732), 제3방출관(733)으로 상수원 탱크(70)와 직접 연결되어 각 지하수통(112,122,132) 내부의 지하수가 상수원 탱크(70)로 방출될 수 있는 것을 특징으로 한다.
이때 냉각기(30)를 이루는 제2증발기(31)의 설치 위치가 냉장창고(35) 또는 에어컨(35)의 내부인 경우, 상기 열회수수단(40)은 일단은 지하수통(11)에 연결되고 타단은 제2응축기(33)에 연결되어 지하수통(11)과 제2응축기(33)를 연결시키는 제1유입관(41)과 제1유출관(42) 으로 이루어짐으로써, 제1유입관(41)으로 유입되는 지하수가 제2응축기(33)의 내부를 통과하여 제1유출관(42)으로 유출되어 지하수통(11)으로 회수되되, 제1유입관(41)의 단부는 지하수통(11)의 내측 상부에 배치되고, 제1유출관(42)에서 지하수가 유출되는 단부는 표면수통(15) 저면에 밀착 배치된다.
또는 냉각기(30)를 이루는 제2증발기(31)의 설치 위치가 냉동창고(36)의 내부인 경우, 상기 열회수수단(40)은 외부공기를 포집하는 공기주입기(45), 포집된 공기를 팽창시키는 팽창밸브(46), 팽창밸브(46)에서 팽창된 공기가 통과되는 한편 지하수가 내장되어 상기 팽창된 공기와 접촉이 이루어지는 증발챔버(47), 제하수통(11)과 증발챔버(47)를 연결시키는 제2유입관(43), 제2유출관(44), 으로 이루어지되, 공기주입기(45)와, 팽창밸브(46)와, 증발챔버(47)와, 제2응축기(33)는 외부공기가 흐르는 공기관으로 차례로 이어져서 증발챔버(47)를 빠져나오는 외부공기가 제2응축기(33)로 유입되고, 제2유입관(43)과 제2유출관(44)의 일단은 지하수통(11) 내에 배치되고 타단은 증발챔버(47) 내에 배치되어, 제2유입관(43)으로 유입되는 지하수가 증발챔버(47) 내부를 거쳐 제2유출관(44)을 통하여 지하수통(11)으로 유출되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 항온열원조(10)는 제1 표면수통(111)과 제1 지하수통(112)으로 이루어지는 제1 항온열원조(110)와, 제2 표면수통(121)과 제2 지하수통(122)으로 이루어지는 제2 항온열원조(120) 및, 제3 표면수통(131)과 제3 지하수통(132)으로 이루어지는 제3 항온열원조(130)로 구비될 수 있다.
이 경우 바람직하게는 상기 지하의 수원으로부터 직접 지하수를 공급받는 상수원 탱크(70)가 구비되고, 지하의 수원과 상수원탱크(70)는 지하수 상수관(71)으로 연결되며, 지하수 상수관(71)은 길이 방향을 따라 제1분기관(721), 제2분기관(722), 제3분기관(723)이 형성되어, 순서대로 제1지하수통(112), 제2지하수통(122), 제3지하수통(132)에 연결되는 한편, 제1지하수통(112), 제2지하수통(122), 제3지하수통(132)은 순서대로 제1방출관(731), 제2방출관(732), 제3방출관(733)으로 상수원 탱크(70)와 직접 연결되어 각 지하수통(112,122,132) 내부의 지하수가 상수원 탱크(70)로 방출될 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명에는 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 항온열원조가 열원으로 이용됨으로써 계절에 상관없이 효율적인 냉각장치의 히트싱크 및 난방장치의 열원이 제공될 수 있다.
둘째, 항온열원조에 의하여 냉각장치와 난방장치가 서로 하나의 열원을 공유하게 되어 낭비되는 열을 최소화하면서 서로의 효율을 올릴 수 있도록 접목될 수 있게 되어 현저한 에너지 효율 상승효과를 가져올 수 있다.
셋째, 항온열원조가 냉각장치 및 난방장치의 공통 열원으로 제공됨으로써 항온열원조의 항온성을 더욱 높일 수 있다.
넷째, 각 항온열원조마다 온도 세팅을 달리하고, 서로 다른 목적을 가지는 히트펌프와 냉각기 중 서로 용량이 비슷한 것 끼리 하나의 항온열원조를 공유하도록 함으로써 낭비되는 에너지를 최소화 하고 지하수와 표면수의 잠재 에너지 사용을 최적화 시킬 수 있다.
다섯째, 항온열원조에 의하여 양식장에 심각한 문제로 대두되는 수온상승 및 수온 하강문제가 원천적으로 방지될 수 있다.
여섯째, 상수원으로 쓰이는 지하수에 개별 분기 관을 설치하여 평균온도를 벗어나는 항온열원조의 온도를 다시 평균온도로 손쉽게 되돌려 항온열원조의 항온성 유지를 용이하게 할 수 있다.
도 1은 종래기술을 나타내는 도면
도 2는 본 발명의 전체 작동 모습을 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명에서 냉각장치를 나타내는 구성도,
도 4는 본 발명에서 난방장치를 나타내는 구성도,
도 5는 본 발명에서 항온열원조와 양식장의 관계를 나타내는 구성도,
도 6은 본 발명에 의하여 냉각장치의 효율이 더욱 상승되는 원리를 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명의 전체 구성을 나타내는 구성도,
도 2는 본 발명의 전체 작동 모습을 나타내는 구성도,
도 3은 본 발명에서 냉각장치를 나타내는 구성도,
도 4는 본 발명에서 난방장치를 나타내는 구성도,
도 5는 본 발명에서 항온열원조와 양식장의 관계를 나타내는 구성도,
도 6은 본 발명에 의하여 냉각장치의 효율이 더욱 상승되는 원리를 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명의 전체 구성을 나타내는 구성도,
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
먼저 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 전체적인 구성을 간략하게 설명한 다음, 각 구성 간 상호 작용에 의하여 전체적인 효율이 상승하면서 항온열원조(10)에 의하여 냉각장치(30)와 히트펌프(20)가 함께 가동될 수 있는 원리에 대하여 설명한 다음, 양식장의 수온이 본 발명에 의하여 조절되는 원리에 대하여 설명하기로 한다.
참고로, 본 발명에 의한 설명에 들어가기에 앞서서 본 발명에서 사용되는 용어인 '표면수'는 바닷물인 해수와 강물인 담수를 통칭하는 용어인 것으로 정의한다.
도 2를 참조하여 본 발명의 전체적인 구성을 설명하기로 한다. 도2 에는
본 발명은 항온열원조(10)를 매개로 하여 히트펌프(20)와 냉각기(30)간에 열교환이 이루어지는 시스템이다. 또한 본 발명은 항온열원조(10)가 양식장(60)과 연결됨으로써 양식장(60) 내의 어항에 채워지는 해수 또는 담수의 수온이 조절될 수 있는 시스템이기도 하다. 따라서 본 발명은 기본적으로 항온열원조(10)와, 히트펌프(20)와, 냉각기(30)와, 열회수수단(40)과, 양식장(50)과, 양식장 수온조절수단(60)으로 이루어진다.
양식장과 항온열원조(10)의 관계는 도 5에 도시된 바와 같다.
본 발명의 전체 구성을 도2 내지 도7을 참조하여 간략하게 설명하면, 다음과 같다.
본 발명의 항온열원조(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 지면 아래에 설치되어 지하수가 저장되는 지하수통(11)과, 지하수통(11)에 저장되는 지하수에 잠기게 설치되며 바닷물 또는 강물이 저장되는 표면수통(15)과, 지하수통(11)에 구비되는 지하수 수온측정용 제1온도센서(19)와, 표면수통(15) 내부에 구비되는 제2온도센서(18), 로 이루어진다.
그리고 도 본 발명의 히트펌프(20)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1증발기(21), 제1압축기(22), 제1응축기(23), 제1팽창밸브(24)가 작동유체관(25)으로 차례로 연결되어 이루어지는 유기랭킨사이클 장치로서, 제1증발기(21)가 상기 지하수통(11) 내부에 배치되되 표면수통(15) 저면에 밀착배치되어 지하수의 열을 흡수한다.
제1증발기(21)가 표면수통(15) 저면에 밀착 배치됨으로써 제1 증발기(21)에 표면수로부터 지하수로 전해지는 열이 효과적으로 흡수될 수 있다.
히트펌프(20)에 의하여 생성되는 열은 도2에서와 같이 온수의 형태 또는 별도의 냉매에 의하여 각 주거시설, 목욕탕, 비닐하우스, 또는 각종 사무실과 산업현장 등에 두루 난방과 온수를 제공할 수 있게 제공된다.
냉각기(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 제2증발기(31), 제2압축기(32), 제2응축기(33), 제2팽창밸브(34)가 냉매관으로 차례로 연결되어 이루어지는 냉각 사이클 장치로서, 냉장창고(35), 냉동창고(36), 에어컨(35) 중 어느 하나에 제2증발기(31)가 내장되며, 제2증발기(31)로 흡수되는 열이 제2압축기(32)를 거쳐서 제2응축기(33)를 통하여 상기 지하수통(11) 내부로 배출된다.
열회수수단(40)은 역시 도 3에 도시된 바와 같이 항온열원조(10)의 지하수통(11)과 냉각기(30)의 제2응축기(33) 사이가 연결될 수 있게 설치되어 지하수통(11) 내의 지하수를 제2응축기(33) 내부로 통과시킴으로써 제2응축기(33)의 열을 지하수통(11) 내의 지하수로 회수시킨다.
즉 냉각기(30)를 이루는 제2응축기(33)의 열이 지하수통(11)으로 회수될 수 있게 구성된다.
양식장(50)은 도 5에 도시된 바와 같이 항온열원조(10)의 근린지역에 배치되며, 항온열원조(10)의 표면수통(15)으로부터 표면수를 공급받아 수온이 조절되는 어항과, 어항 내부의 제3온도센서(53), 로 이루어진다.
그리고 양식장 수온조절수단(60)도 역시 도 5에 도시된 바와 같이 항온열원조(10)의 표면수통(15)으로부터 양식장(50)의 어항으로 표면수를 이송시키는 수온조절관(61)과, 수온조절관(61)에 구비되는 이송펌프(62)로 이루어진다.
한편 항온열원조(10)는 도 7에 도시된 바와 같이 3개로 이루어질 수 있다. 여기서 3개의 항온열원조(10)는 제1표면수통(111)과 제1지하수통(112)으로 이루어지는 제1항온열원조(110)와, 제2표면수통(121)과 제2지하수통(122)으로 이루어지는 제2항온열원조(120) 및, 제3표면수통(131)과 제3지하수통(132)으로 이루어지는 제3항온열원조(130)에 해당된다.
다만 도 7에는 항온열원조(10)가 설명의 편의상 3개로 구비되어 있으나 도 7에 도시된 세 개의 항온열원조(10)의 연결관계와 동일하게 더 많은 항온열원조(10)가 구비될 수 있으므로 본 발명에서 항온열원조의 개수는 반드시 3개로 한정되는 것은 아니다.
도 7에 도시된 바와 같이, 세 개의 항온열원조(10) 중 가장 왼쪽에 도시된 제1표면수통(111)에는 근린지역에 위치하는 바다 또는 강으로부터 직접 바닷물이나 강물을 공급받는 표면수 공급관(16)이 구비되고, 제1지하수통(112)에는 지하의 수원으로부터 직접 지하수를 공급받는 지하수 공급관(12)이 구비된다.
그리고 제1표면수통(111) 및 제2표면수통(121) 사이와, 제2표면수통(121) 및 제3 표면수통(131) 사이는 표면수 전달관(141)으로 연결되고, 제1지하수통(112) 및 제2지하수통(122) 사이와, 제2지하수통(122) 및 제3지하수통(132) 사이는 지하수 전달관(142)으로 연결된다.
이때 표면수 전달관(141)과 지하수 전달관(142)을 통하여 표면수 또는 지하수가 각 항온조 사이에서 통상의 이송 펌프로 인한 전달될 수도 있지만, 펌프가 사용되지 않고도 전달될 수 있는 두 가지 원리가 있을 수 있다.
첫째는 세 개의 항온조가 점차 높이가 낮아지도록 설치되는 경우이다.(미도시) 즉 제1항온열원조(110)의 높이가 가장 높고, 제2항온열원조(120)의 높이는 제1항온열원조(110)보다 낮고, 제3항온열원조(130)의 높이는 제2항온열원조(120)보다 더 낮게 설치됨으로써 복수개의 항온열원조(10)가 순차적으로 높이가 낮게 설치되면 고도 차이에 의하여 표면수 또는 지하수가 전달될 수 있는 원리이다.
둘째는 도 7에 도시된 바와 같이, 표면수 전달관(141)과 지하수 전달관(142)이 표면수 또는 지하수가 전달되는 방향으로 낮아지도록 경사지게 설치됨으로써 펌프 없이도 중력에 의하여 표면수 또는 지하수가 전달될 수 있는 원리이다.
다음으로 도 3을 참조하여 열회수수단(40)에 관하여 간략하게 설명하기로 한다. 참고로 냉각기(30)의 구성요소인 제2증발기(31)가 설치되는 장소는 냉장창고(35) 또는 에어컨(35)일 수도 있고 냉동창고(36)일 수도 있다.
도 3에서 상부에 도시된 냉각기(30)가 냉장창고(35) 또는 에어컨(35)에 제2증발기(31)가 배치된 경우이며, 도 3에서 하부에 도시된 냉각기(30)가 냉동창고(36)에 제2증발기(31)가 배치된 경우이다.
도 3의 상부에 도시된 바와 같이, 냉각기(30)를 이루는 제2증발기(31)의 설치 위치가 냉장창고(35) 또는 에어컨(35)의 내부인 경우, 열회수수단(40)은 지하수통(11)과 제2응축기(33)를 연결시키는 제1유입관(41)과 제1유출관(42) 으로 이루어진다.
이때 제1유입관(41)으로 유입되는 지하수가 제2응축기(33)의 내부를 통과하여 제1유출관(42)으로 유출되어 지하수통(11)으로 회수되되, 제1유입관(41)의 단부는 지하수통(11)의 내측 상부에 배치되고, 제1유출관(42)에서 지하수가 유출되는 단부는 표면수통(15) 저면에 밀착배치 된다.
또한 도 3의 하부에 도시된 바와 같이 냉각기(30)를 이루는 제2증발기(31)의 설치 위치가 냉동창고(36)의 내부인 경우, 상기 열회수수단(40)은 외부공기를 포집하는 공기주입기(45), 포집된 공기를 팽창시키는 팽창밸브(46), 팽창밸브(46)에서 팽창된 공기가 통과되는 한편 지하수가 내장되어 상기 팽창된 공기와 접촉이 이루어지는 증발챔버(47), 제하수통(11)과 증발챔버(47)를 연결시키는 제2유입관(43), 제2유출관(44), 으로 이루어진다.
이때 공기주입기(45)와, 팽창밸브(46)와, 증발챔버(47)와, 제2응축기(33)는 외부공기가 흐르는 공기관으로 차례로 이어져서 증발챔버(47)를 빠져나오는 외부공기가 제2응축기(33)로 유입된다.
여기서 제2유입관(43)과 제2유출관(44)의 일단은 지하수통(11) 내에 배치되고 타단은 증발챔버(47) 내에 배치된다.
따라서 제2유입관(43)으로 유입되는 지하수가 증발챔버(47) 내부를 거쳐 제2유출관(44)을 통하여 지하수통(11)으로 다시 유출되는데, 제2유입관(43)의 일단은 지하수통(11)의 기저에 배치되고, 제2유출관(44)의 일단은 표면수통(15)의 저면에 밀착배치됨으로써 제2유입관(43)으로 유입되는 지하수는 가장 온도가 낮은 빙정수에 해당된다.
한편 상기 양식장 수온조절수단(60)은 도 7에 도시된 바와 같이 항온열원조(10)가 세 개로 구비되는 것에 대응되게 세 개로 구비될 수 있다.
따라서 수온조절관(61)은 제1표면수통(111)과 양식장(50)의 어항을 연결하는 제1수온조절관(611)과, 제2표면수통(121)과 양식장(50)의 어항을 연결하는 제2수온조절관(612) 및, 제3표면수통(131)과 양식장(50)의 어항을 연결하는 제3수온조절관(613)으로 구비된다.
그리고 양식장 수온조절수단(60)을 이루는 이송펌프(62)도 수온조절관 마다 마련되어 도 7에 도시된 바와 같이 제1수온조절관(611)에 설치되는 제1이송펌프(621)와, 제2수온조절관(612)에 설치되는 제2이송펌프(622) 및, 제3수온조절관(613)에 설치되는 제3이송펌프(623)로 구비된다.
한편, 본 발명에서는 도 7에 도시된 바와 같이 상수원 탱크(70)와, 분기관(721,722,723)과 방출관(731,732,733)이 구비될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이 상수원 탱크(70)가 항온열원조(110,120,130)와 별도로 설치된다. 이때 상수원 탱크(70)의 구체적인 위치는 도 7의 위치로 제한되는 것은 아니다.
지하의 수원과 상수원탱크(70)는 지하수 상수관(71)으로 연결되며, 지하수 상수관(71)은 길이 방향을 따라 제1분기관(721), 제2분기관(722), 제3분기관(723)이 형성되어, 순서대로 제1지하수통(112), 제2지하수통(122), 제3지하수통(132)에 연결되는 한편, 제1지하수통(112), 제2지하수통(122), 제3지하수통(132)은 순서대로 제1방출관(731), 제2방출관(732), 제3방출관(733)으로 상수원 탱크(70)와 직접 연결되어 각 지하수통(112,122,132) 내부의 지하수가 상수원 탱크(70)로 방출 된다.
즉 상수원 탱크(70)는 지하의 수원과 지하수 상수관(71)으로 연결되어 지하의 수원으로부터 직접 지하수를 공급받는 한편, 항온열원조(110,120,130)로부터 제1 내지 제3방출관(731,732,733)에 의하여 지하수통(111,121,131) 내에 있던 지하수도 공급받게 된다.
그리고 도 7의 제1 내지 제3 지하수통(111,121,131)은 지하수 공급관(12)과 지하수 전달관(142)으로 지하수를 공급받는 외에도 제1내지 제3분기관(721,722,723)으로 지하수를 공급받을 수 있다.
이상에서 본 발명의 전체적인 구성을 간략하게 살펴보았으므로 이하에서는 본 발명의 각 구성을 구체적으로 살펴보고, 각 구성의 유기적인 결합에 의하여 히트펌프와 냉각장치가 서로 하나의 열원을 공유하면서 서로 효율이 상승될 수 있는 원리와, 양식장 등의 표면수 이용시설에 심각한 피해를 줄 수 있는 수온상승이 본 발명에 의하여 원천적으로 방지될 수 있는 원리를 각 도면을 참고하여 차례로 살펴보기로 한다.
먼저, 도2를 참조하여 항온열원조(10)를 살펴보면, 항온열원조(10)는 지하수와 표면수가 표면수통(15)에 의하여 차단되므로 서로 물질이동은 없으면서 열교환은 있도록 형성된 것을 알 수 있다. 따라서 표면수통(15)은 부식에 강하면서 열교환은 원활하게 이뤄질 수 있는 재질로 제조되도록 한다. 열전달 성능이 좋으면서 부식에 강한 재질은 공지의 기술이므로 여기서 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이때 표면수는 바다에서 퍼올리는 해수일 수도 있고 강에서 퍼올리는 담수일 수도 있다. 표면수가 해수인지 담수인지 여부는 항온열원조(10)가 설치되는 지역에 따라서 경제적인 설치 거리가 고려되어 결정된다.
항온열원조(10)는 복수개로 설치될 수 있다. 그리고 항온열원조(10)의 크기에는 제한이 없다. 다만 항온성능을 위하여 일정 규모 이상의 용적을 지니는 것이 바람직하다. 항온열원조(10)의 용적과 개수는 항온열원조(10)를 이용하여 난방이 공급되어야 하는 시설의 규모에 의하여 결정될 수 있다. 따라서 소규모로 형성될 수도 있고, 대용량의 항온열원조(10)가 다량이 모여 대단지로 형성될 수도 있다.
복수개의 항온열원조(10) 중에서 실제로 외부의 수원으로부터 물을 공급받는 항온열원조(10)는 하나인 것이 바람직하다.
도 7에 도시된 바와 같이 외부의 수원으로부터 직접 지하수 또는 표면수를 공급받는 항온열원조(10)를 제1항온열원조(110)라고 하고 그와 차례로 연결되는 항온열원조(10)를 연결순서대로 제2항온열원조(120), 제3항온열원조(130)라고 칭한다면, 각 항온열원조(110-120,120-130) 사이의 지하수 또는 표면수의 전달은 지하수 전달관(142) 또는 표면수 전달관(141)으로 이루어질 수 있다.
이때, 각 항온열원조(10) 간의 지하수 또는 표면수의 전달이 별도의 전원 소모 없이 이뤄지기 위하여, 순서대로 항온열원조(10)의 높이를 점차 낮출 수도 있고(미도시) 또는 도 7에 도시된 바와 같이 지하수 전달관(142) 또는 표면수 전달관(141)이 경사지도록 설치되어 중력에 의하여 지하수 또는 표면수가 순차적으로 전달될 수 있다.
그리고 모든 항온열원조(10)는 지표면 상부의 기후 영향을 받지 않도록 전부 또는 일부가 지하에 설치되도록 한다. 바람직하게는 지하 3내지 5미터 이하에 설치되도록 한다.
도3에는 냉각기(30)가 도시되어 있다.
냉각기(30)는 항온열원조(10)를 이루는 지하수통(11)에 저장되는 지하수를 히트싱크로 활용하도록 설계된다. 즉 냉각기(30)를 이루는 구성요소인 제2 응축기(31)에서 발생되는 열이 지하수통(11) 내의 지하수로 흡수되는 것이다.
냉각기(30)는 냉장창고(35)와 냉동창고(36) 및 에어컨과 같은 냉방장치 등의 시설을 포함한다. 도 3에서 도면번호 35와 36으로 표현된 구성이 바로 냉장창고(35) 또는 냉동창고(36)이다. 냉장창고(35)의 위치에는 냉장창고(35) 대신 에어컨(35)이 배치될 수도 있다.
특히 하절기에는 냉방을 위한 냉각장치가 이용될 수 있다. 참고로 하절기에도 온수로 샤워를 하는 등 히트펌프(20)의 수요가 있으므로 냉각기(30)와 히트펌프(20)는 모두 구동된다.
또한 냉각장치는 식품 가공 공장이나 제약 공장 및 각종 산업시설과 농공시설에서 다양한 목적으로 냉각장치가 이용되는 경우에 쓰이는 모든 종류의 냉각장치를 포함한다.
도3의 냉각기(30)는 냉장창고(35)의 경우와 냉동창고(35)의 경우의 두 가지로 도시되어 있다.
냉장창고(35)와 냉동창고(36) 모두 공통점은 냉각장치로서 제2증발기(31)가 내부에 내장된다.
냉장창고(35)의 경우에는 제2응축기(33) 내부가 제1유입관(41)에 의하여 퍼올려지는 지하수로 채워진다.
제2응축기(33) 내부에 채워지는 지하수는 히트싱크의 역할을 맡게 되므로 제2응축기(33) 내부에서 냉매로부터 발산되는 열이 제2응축기(33)의 내부에 채워지는 지하수에 흡수되며, 이렇게 열이 흡수된 지하수는 제1유출관(42)에 의하여 다시 지하수통(11)으로 방출된다.
도 3에 도시된 바와 같이 냉각기(30)가 냉장창고 또는 에어컨에 적용되는 경우에는 제1유입관(41)에 의하여 제2응축기(33) 내부로 공급되는 지하수는 지하수조(11)에 채워진 지하수 중에서도 상부 층의 지하수로 채워진다.
지하수조(11)에 채워진 지하수 중에서도 상부 층의 지하수는 그 이하의 지하수 보다는 온도가 높은 상태이지만, 지하수통(11)내에 채워진 모든 지하수는 히트펌프(20)의 제1증발기(21)에 의하여 열을 뺏긴 상태이므로 상기 상부 층의 지하수의 수온은 하절기에는 지상온도보다 대략 10도 내지 20도 가량 더 낮은 상태이며 동절기에는 지상온도와 비슷하거나 5도 가량 더 높은 상태가 된다.
이처럼 낮은 온도의 지하수가 히트싱크로 사용되면 냉각기(30)의 효율은 더 높아지게 된다. 이는 다음 식에 의하여 증명된다.
도6의 (a)를 참조하면 위 식의 의미가 분명하게 된다. 즉 열이 방출되는 2와 3 사이의 구간이 제2응축기(33) 내부의 과정이 되고, 3 지점의 온도가 낮아지게 되면 과열되는 지점인 2지점의 온도도 함께 낮아지게 되어 결국 1지점과 2지점의 거리가 줄어들게 되기 때문이다.
이때 1지점과 2지점의 거리는 도6의 (a)에 나타난 것과 같이, 압축기 구동에 필요한 일을 나타내므로 결국 1지점과 2지점의 거리가 가까울수록 효율이 높아진다. 따라서 제2응축기(33) 내부로 통과되는 지하수의 온도가 낮을수록 제2제1압축기(22)에 소요되는 입력 일은 줄어들게 되어 냉각기(20)의 전체 효율이 상승하게 되는 것이다.
도 6 (b)에도 동일한 원리가 압력-엔탈피 선도로 표현되어 있다.
한편, 도3에 도시된 바와 같이 냉동창고(36)에 적용되는 냉각기(30)와 열회수수단(40)은 냉장창고(35)에 적용되는 냉각기(30)와 열회수수단(40)과는 구성이 서로 다르다.
즉 냉동창고(36)에 적용되는 열회수수단(40)은 제2유입관(43) 및 제2유출관(44) 뿐만 아니라 공기주입기(45), 팽창밸브(46), 증발챔버(47)를 더 포함한다.
냉동창고(36)는 냉장창고(35)보다 내부온도를 더 낮춰야 한다. 그리고 냉동창고(36)에도 도 6의 (a)와 (b)에 도시된 원리가 그대로 적용되므로 제2응축기(33)에서 방출되는 열을 흡수하는 지하수의 온도가 더 낮을수록 사이클 효율이 높아진다.
따라서 지하수통(11) 내부의 온도차이가 이용된다.
지하수통(11) 내부는 후술하게 될 히트펌프(20)에 의하여 열을 지속적으로 뺏기는 상태이므로 저온이 유지되며 특히 지하수통(11)의 가장 바닥부위에 축적되는 지하수의 온도가 가장 낮다. 이때 지하수통(11) 바닥으로 가라앉는 지하수는 응결이 일어나는 온도로 유지되는 빙정수이다.
또한 지하수통(11)의 가장 바닥 부위의 빙정수가 사용되되 냉각 사이클의 더욱 높은 효율을 위하여 공기 주입기(45)와 팽창밸브(46) 및 증발 챔버(47)가 구비된다.
지하수통(11)의 바닥 부위에 축적되는 가장 저온의 지하수는 일단 제2유입관(43)에 의하여 증발 챔버(47) 내부로 유입된다. 그리고 공기주입기(45)에서는 외부 공기를 유입시켜 팽창밸브(46) 통과시키고, 팽창밸브(46)에 의하여 팽창되면서 냉각된 외부 유입 공기는 다음으로 증발 챔버(47)를 거친다.
이때 외부 유입 공기는 팽창밸브(46)에 의하여 냉각될 뿐만 아니라 팽창되어 비체적이 높아진 상태이므로 더 많은 수분 함유가 가능하다. 따라서 팽창밸브(46)를 통과한 외부 유입 공기가 증발 챔버(47)를 거치면서 지하수통(11) 바닥으로부터 증발 챔버(47)로 유입된 가장 저온의 지하수가 증발되면 외부 유입 공기는 그보다 더 낮은 온도로 냉각된다.
즉 증발챔버(47)에 지하수통(11)으로부터 유입된 지하수가 채워진 상태에서 팽창밸브(46)를 통과한 외부 유입 공기는 지하수와 직접 접촉되면서 지하수를 증발시킴으로써 더욱 온도가 낮아지고, 이렇게 온도가 낮아진 상태의 외부 유입 공기가 바로 제2응축기(33) 내부로 주입되는 것이다.
이렇게 이중으로 냉각된 외부 유입 공기는 냉동창고(36)를 위한 제2응축기(33)의 하부로 들어가게 되고, 제2응축기(33) 내부의 냉매로부터 열을 뺏으면서 외부로 방출된다. 이때 특히 바람직하게는 도3과 마찬가지로 외부 유입 공기는 제2응축기(33)의 하부로 유입되어서 제2응축기(33)의 상부로 방출된다. 이를 위하여 제2응축기(33) 상부에는 외부 공기 배출구가 마련될 수 있다.
외부 유입 공기가 제2응축기(33)의 하부로 유입되면 냉매에서 받는 열로 인하여 차츰 온도가 상승하면서 자연스럽게 상승하게 된다. 따라서 이렇게 온도가 상승하게 되는 외부 유입 공기는 가장 높은 온도로 응축기(33)로 들어오는 냉매를 식히게 되고 열을 빼앗긴 냉매는 응축기(33) 내부로 최초로 유입되는 가장 차가운 온도의 유입 공기에 의하여 추가적으로 열을 뺏기면서 완전히 응축되는 것이다.
이때 더욱 바람직하게는 증발 챔버(47)와 응축기(33) 사이에는 팽창밸브가 추가적으로 설치될 수 있다(미도시).
한편, 냉장창고(35)에 적용되는 제2응축기(33)의 내부에서 냉매의 열을 흡수한 지하수는 제1유출관(42)에 의하여 다시 지하수통(11)으로 들어간다.
이때 제1유출관(42)에 의하여 다시 지하수통(11)으로 들어가는 지하수는 냉장창고(35)의 냉매로부터 열을 받아 온도가 상승된 상태이다.
여기서 도 3의 제1유출관(42)의 일단은 도 4에서 히트펌프(20)의 제1증발기(21)와 마찬가지로 표면수통(15)의 저면에 밀착배치된다.
따라서 제1유출관(42)에서 배출되는 지하수는 제1 히트펌프(20)의 열원의 일부로 쓰일 수 있게 된다.
히트펌프(20)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1증발기(21)와 제1압축기(22)와 제1응축기(23)와 제1팽창밸브(24)가 유기용매가 흐르는 관으로 차례로 연결되면서 유기랭킨사이클로 이루어지는 장치이다.
이때, 통상적으로는 해수 또는 담수 등의 표면수가 지하수에 비하여 온도가 높으므로 제1증발기(21)를 이루는 열교환관은 도 4에 도시된 것처럼 표면수통(15)의 저면에 밀착 배치된다.
지하수는 온도가 거의 일정하여 안정적인 열원으로 기능하지만 표면수의 열 까지 최대한 활용되기 위해서는 이처럼 제1증발기(21)는 표면수통(15)에 밀착되게 배치되는 것이 바람직하다.
항온열원조(10) 내부에 설치된 제1증발기(21)에 의하여 열을 얻은 냉매는 제1압축기(22)를 거쳐 제1응축기(23)에 들어가면서 열을 방출하게 된다. 도4의 제1응축기(23)는 방출되는 열을 받는 온수를 위한 열교환관이 함께 내장된다. 이렇게 생성되는 온수는 난방 및 온수 공급을 위하여 활용된다.
난방 및 온수가 필요한 장소는 주거지뿐만 아니라 비닐하우스 등의 농업 시설, 목욕탕, 사무실 등 다양하다. 일반적으로 비닐하우스나 축사 등에 난방을 공급하기 위하여 값비싼 연료가 사용되며, 연료비 절감을 위하여 연소용 펠릿의 개발이 시도되고 있으나 펠릿은 상당부분이 외국에서 수입되고 국내 생산품은 가격이 비싸므로 여전히 난방비의 부담은 높은 편이다.
따라서 본 발명에 의하여 자연에너지를 이용함으로써 이러한 값비싼 난방비의 절감이 가능하게 된다.
그리고 난방의 공급은 도4에서처럼 온수가 사용될 수도 있으며 그밖에 따뜻한 증기나 기타 온풍이 이용될 수도 있다.
도5에는 본 발명에 의하여 양식장(50)의 수온이 조절될 수 있는 구성이 도시되어 있다.
양식장의 관리에서는 수온 관리가 각별히 중요하다. 수온의 약간의 상승에 의해서도 어패류를 집단 폐사시키는 각종 바이러스나 질병이 발생될 수 있기 때문이다.
그리고 수온 상승은 비단 여름뿐만 아니라 특히 봄철에도 이상 수온 상승으로 인하여 여름 못지않은 피해가 발생된다. 한편, 겨울철의 양식장의 수온 하락은 어패류의 번식률을 현저히 떨어뜨려 생산성에 큰 지장이 초래될 수 있다.
그러나 양식장은 아무리 소규모라도 깊이와 면적 때문에 방대한 물이 내장되므로 온도의 인위적인 조절은 상당한 비용이 든다.
본 발명에서의 항온열원조(10)는 히트펌프(20)를 위한 온열원과 냉각기(30)를 위한 냉열원으로 사용되므로 하절기나 동절기에도 기후의 영향을 덜 받게 되어 비교적 일정한 온도가 유지 가능하다.
따라서 양식장의 수온이 상승될 때 항온열원조(10)의 표면수를 양식장으로 주입시키면 신속한 온도 하강이 가능하다.
이때 양식장의 수온 관리의 최적화를 위하여 양식장 수온이 실시간으로 체크되는 제3온도센서(53)가 구비될 수 있고, 바람직하게는 제어부(미도시)가 구비되어 제3온도센서(53)의 온도가 허용치 이상이 될 때 이송펌프(62)를 작동시켜 표면수가 수온조절 관(61)을 따라 양식장으로 즉각 공급되도록 할 수 있다.
여기서 양식장 수온조절수단(60)는 바로 앞서 설명된 수온조절 관(61)과, 이송펌프(62)와, 바람직하게는 제3온도센서(53)를 더 포함하여 이루어진다.
참고로, 표면수통(15) 내부의 표면수는 강이 근린지역에 있는 경우에는 강물이고 바다가 근린지역에 있는 경우에는 바닷물이므로 수온이 조절되는 양식장도 동일한 근린지역에 위치되어 바닷물은 바다 양식장으로 공급되고 강물은 민물 양식장으로 공급된다. 따라서 수질 자체의 문제는 없다.
이하에서는 도 7에 도시된 바와 같이 항온열원조(10)가 제1 내지 제3항온열원조(110,120,130)로 세 대가 구비되는 경우의 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 7의 실시예에서는 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132)의 지하수를 온열원으로 활용하는 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)와 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132)의 지하수를 냉열원으로 활용하는 제1 내지 제3 냉각기(310,320,330)가 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132)을 매개로 서로 대응되게 연결된다.
즉 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132) 내에 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)의 제1증발기(21)와 제1 내지 제3 냉각기(310,320,330)의 제1및 제2 유입관(41,43) 및 제1및 제2 유출관(42,44)이 대응되게 배치된다.
이때 바람직하게는 제1증발기(21)의 흡수 열량과 제1및 제2 유출관(42,44)이 배출시키는 열량의 차이가 가장 적게 배치된다.
즉 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132) 각각의 내부에서 제1 유출관(42)이 방출하는 열량과 제1증발기(21)이 흡수하는 열량의 차이가 최소가 될 수 있게 배치되는 것이다.
그 이유는 열에너지의 수급을 최대한 맞춰서 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)의 항온성을 유지시키기 위함이다. 이로써 낭비되는 열에너지를 최소화 시킬 수 있게 된다.
앞서 설명하였듯이 제1 내지 제3 냉각기(310,320,330)는 냉장창고나 냉동창고 또는 냉방장치에 사용될 수 있다. 기타 그 밖에 각종 산업시설이나 농공시설에서 운용되는 온도조절 가능한 각종 저장시설이나 기타 용도일 수도 있다.
그리고 하절기에는 별도의 난방이나 온수 수요가 없어서 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)의 용도는 극히 미미할 것으로 상식적으로 생각되지만, 실제로 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)는 하절기에도 요구되는 많은 수요처가 있다.
예를 들어 식품공장을 포함하는 각종 식품가공시설에서는 각 공정마다 가열과 건조가 필요할 경우가 많다. 따라서 공장이 가동될 때는 항상 함께 가동되는 가열로 또는 건조로가 있을 수 있다. 그 밖에도 농공단지에서 흔히 볼 수 있는 각종 수지 제조 또는 금속 표면처리나 제약공장 등에서도 여름철 가열로 또는 건조로의 가동은 필수이며 각종 전처리 공정에서 사용되는 온수 탱크 도 있다.
따라서 실제로는 동절기와 하절기를 불문하고 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)와 제1 내지 제3 냉각기(310,320,330)의 가동은 꾸준하게 이뤄질 필요가 있는 것이다.
그리고 용도에 따라 제1 내지 제3 냉각기(310,320,330) 또는 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)의 용량은 제각각 다를 수 있으므로 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)와 제1 내지 제3 냉각기(310,320,330)가 하나의 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132)을 온열원으로서 그리고 냉열원으로서 함께 공유하되 열 손실이 가장 적도록 배치된다.
이때 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)가 흡수하는 열량과 제1 내지 제3 냉각기(310,320,330)가 배출하는 열량은 시간을 고려한 열량이므로 단위 시간당 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)의 흡수 열량과 제1 내지 제3 냉각기(310,320,330)의 배출 열량이 최대한 유사하도록 배치된다.
그리고 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)는 서로 다른 온도로 유지되도록 세팅될 수 있다.
이렇게 서로 다른 온도로 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)의 온도가 세팅되면 양식장(50)의 수온 관리가 계절에 관계없이 완벽하게 이뤄질 수 있게 된다. 참고로 앞서와 마찬가지로 설명의 편의상 상기 표면수 이용시설은 양식장으로 한정하여 설명하기로 한다.
양식장의 수온은 특히 봄과 여름에는 급격한 수온 상승에 의하여 각종 세균과 바이러스가 급성장 하면서 어패류를 집단 폐사시키는 경우가 빈번하고, 겨울철에는 수온 하강에 의하여 번식률 또는 성장률이 급격히 저하되는 경우가 있다. 따라서 필요에 따라 양식장 수온 보다 낮은 온도 또는 높은 온도의 표면수를 공급시킬 필요가 있게 된다.
따라서 양식장의 수온이 특히 봄과 여름에 허용치 이상일 때에는 각 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)의 표면수통(111,121,131) 중 가장 저온의 표면수가 양식장으로 공급되고, 양식장의 수온이 특히 동절기에 허용치 이하일 때에는 가장 고온의 표면수가 양식장으로 공급되면 최소한의 공급량으로도 빠른 시간 내에 양식장의 수온이 허용치 내로 회복될 수 있게 된다.
이를 위하여 앞서 설명된 바처럼 제3온도센서(53)는 양식장에 설치되고, 제2온도센서(18)는 표면수통(1120,1220,1320)에 설치되며, 제1온도센서(19)는 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132)에 설치된다.
제1온도센서(19)는 결국 제2온도센서(18)의 철저한 관리를 위한 사전 모니터링 역할을 맡게 된다. 또한 후술하게 될 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)의 항온성 유지를 위한 모니터링의 역할도 함께 맡는다.
도 7에서는 설명이 간편하게 되도록 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)가 설치되는 것으로 도시되어 있다. 다만, 항온열원조(10)가 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)로 구비되어 3개가 설치되는 것은 설명의 편의를 위함이며 본 발명에서 항온열원조(10)의 개수에는 특별한 제한은 없다.
참고로 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)에 공통되는 구성이 개별적으로 지칭될 때에는 각 항온열원조의 명칭에 대응되게 '제1' 또는 '제2' 또는 '제3' 이라고 지칭하여 각각의 역할을 명확히 하기로 한다.
제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)에 의한 양식장의 수온 조절은 제1 내지 제3 표면수통(112,122,132)과 양식장(50)을 연결시키는 제1 내지 제3 수온조절 관(611,612,613)과 제1 내지 제3 이송펌프(621,622,623)로 이루어진다.
만약 양식장(50)의 수온을 나타내는 제3온도센서(53)의 측정치가 허용 상한치를 초과하고 제1 내지 제3 표면수통(112,122,132) 중 제2표면수통(122)의 온도가 가장 낮다면 제2이송펌프(622)를 가동시켜 제2표면수통(121) 내의 표면수를 제2수온조절 관(612)을 따라 양식장(50)으로 공급시킨다. 이때 제3온도센서(53)의 측정치가 양식장 수온 허용치 내로 낮아지면 제2이송펌프(622)의 가동을 중단시키게 된다.
반대로 제3온도센서(53)의 측정치가 양식장(50) 수온의 허용 하한치 미만으로 떨어지고, 이때 제3표면수통(131) 내의 표면수 온도인 제2온도센서(18)의 측정치가 가장 높게 나온다면, 이 경우에는 제3이송펌프(623)를 가동시켜 제3표면수통(131) 내의 표면수를 제3수온조절 관(613)을 따라 양식장(50)으로 공급시킨다. 이때 제3온도센서(53)의 측정치가 양식장(50) 수온 허용치 내로 높아지면 제3이송펌프(623)의 가동을 중단시키게 된다.
앞서 설명되었듯이 이러한 과정은 제1 내지 제3 온도센서(19,18,53)와 제1 내지 제3 이송펌프(621,622,623)를 제어하는 제어부가 별도로 구비되어 전 과정이 자동으로 수행될 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)의 항온성이 유지되기 위한 또하나의 수단으로서 상수원탱크(70)와, 제1 내지 제3 방출관(731,732,733)이 구비될 수 있다.
제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)는 각각 서로 다른 온도로 유지되도록 세팅되므로 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132)의 지하수 온도가 모두 세팅된 온도 범위 내로 유지되는 경우에는 상수원 탱크(70)에는 지하수 상수관(71)을 통하여 지하의 수원으로부터 직접 공급되는 지하수가 채워진다.
예를 들어 제1 지하수통(112)에 설치된 제1온도센서(19) 측정치가 세팅온도 범위를 벗어나게 될 경우에는 제1지하수통(112)에 저장된 지하수는 제1방출관(731)을 개방시켜 상수원 탱크(70)로 보내고, 제1분기관(721)을 통하여 새로운 지하수를 이송시켜 제1지하수통(112)을 채움으로써 원래의 세팅온도로 다시 맞출 수 있다.
그 이유는 제 1지하수통(112)을 매개로 서로 열을 교환하는 제1히트펌프(210)와 제1냉각기(310)에서 제1증발기(21)가 흡수하는 열량과 제1유출관(42)에서 방출되는 열량은 서로 차이가 있을 수 밖에 없으므로 시간이 경과되면서 제 1지하수통(112)내의 지하수의 세팅 수온이 변동되기 때문이다.
이때 원래 제1지하수통(112)에 담겨진 지하수 온도를 다시 재조정하기 보다는 새로 지하의 수원으로부터 지하수를 길어 올려서 온도를 다시 세팅시키는 편이 더욱 경제적이다.
다만, 지하 2미터 이하의 지점부터는 계절에 따른 온도변화가 미미하고 지하수통 내부의 온도 변화를 주위의 지각이 어느 정도 흡수 해 줌으로써 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132)의 온도의 변화는 상온에서의 물의 온도변화 보다는 훨씬 그 정도가 작게 되므로 지하수의 이동은 그다지 빈번하지 않게 된다.
한편, 이처럼 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132)의 항온성 유지를 위하여 마련되는 상수원 탱크(70)는 용적이 클수록 바람직하다.
왜냐하면 항온성 유지를 위한 지하수 유동 수량과 생활용수 또는 산업용수로 쓰이는 지하수의 수요량 사이의 완충 작용이 이뤄질 수 있도록 하면서 가뭄이나 비상 수요를 위한 상수원 저장조의 역할도 겸할 수 있기 위해서이다.
먼저 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 전체적인 구성을 간략하게 설명한 다음, 각 구성 간 상호 작용에 의하여 전체적인 효율이 상승하면서 항온열원조(10)에 의하여 냉각장치(30)와 히트펌프(20)가 함께 가동될 수 있는 원리에 대하여 설명한 다음, 양식장의 수온이 본 발명에 의하여 조절되는 원리에 대하여 설명하기로 한다.
참고로, 본 발명에 의한 설명에 들어가기에 앞서서 본 발명에서 사용되는 용어인 '표면수'는 바닷물인 해수와 강물인 담수를 통칭하는 용어인 것으로 정의한다.
도 2를 참조하여 본 발명의 전체적인 구성을 설명하기로 한다. 도2 에는
본 발명은 항온열원조(10)를 매개로 하여 히트펌프(20)와 냉각기(30)간에 열교환이 이루어지는 시스템이다. 또한 본 발명은 항온열원조(10)가 양식장(60)과 연결됨으로써 양식장(60) 내의 어항에 채워지는 해수 또는 담수의 수온이 조절될 수 있는 시스템이기도 하다. 따라서 본 발명은 기본적으로 항온열원조(10)와, 히트펌프(20)와, 냉각기(30)와, 열회수수단(40)과, 양식장(50)과, 양식장 수온조절수단(60)으로 이루어진다.
양식장과 항온열원조(10)의 관계는 도 5에 도시된 바와 같다.
본 발명의 전체 구성을 도2 내지 도7을 참조하여 간략하게 설명하면, 다음과 같다.
본 발명의 항온열원조(10)는 도 2에 도시된 바와 같이, 지면 아래에 설치되어 지하수가 저장되는 지하수통(11)과, 지하수통(11)에 저장되는 지하수에 잠기게 설치되며 바닷물 또는 강물이 저장되는 표면수통(15)과, 지하수통(11)에 구비되는 지하수 수온측정용 제1온도센서(19)와, 표면수통(15) 내부에 구비되는 제2온도센서(18), 로 이루어진다.
그리고 도 본 발명의 히트펌프(20)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1증발기(21), 제1압축기(22), 제1응축기(23), 제1팽창밸브(24)가 작동유체관(25)으로 차례로 연결되어 이루어지는 유기랭킨사이클 장치로서, 제1증발기(21)가 상기 지하수통(11) 내부에 배치되되 표면수통(15) 저면에 밀착배치되어 지하수의 열을 흡수한다.
제1증발기(21)가 표면수통(15) 저면에 밀착 배치됨으로써 제1 증발기(21)에 표면수로부터 지하수로 전해지는 열이 효과적으로 흡수될 수 있다.
히트펌프(20)에 의하여 생성되는 열은 도2에서와 같이 온수의 형태 또는 별도의 냉매에 의하여 각 주거시설, 목욕탕, 비닐하우스, 또는 각종 사무실과 산업현장 등에 두루 난방과 온수를 제공할 수 있게 제공된다.
냉각기(30)는 도 3에 도시된 바와 같이 제2증발기(31), 제2압축기(32), 제2응축기(33), 제2팽창밸브(34)가 냉매관으로 차례로 연결되어 이루어지는 냉각 사이클 장치로서, 냉장창고(35), 냉동창고(36), 에어컨(35) 중 어느 하나에 제2증발기(31)가 내장되며, 제2증발기(31)로 흡수되는 열이 제2압축기(32)를 거쳐서 제2응축기(33)를 통하여 상기 지하수통(11) 내부로 배출된다.
열회수수단(40)은 역시 도 3에 도시된 바와 같이 항온열원조(10)의 지하수통(11)과 냉각기(30)의 제2응축기(33) 사이가 연결될 수 있게 설치되어 지하수통(11) 내의 지하수를 제2응축기(33) 내부로 통과시킴으로써 제2응축기(33)의 열을 지하수통(11) 내의 지하수로 회수시킨다.
즉 냉각기(30)를 이루는 제2응축기(33)의 열이 지하수통(11)으로 회수될 수 있게 구성된다.
양식장(50)은 도 5에 도시된 바와 같이 항온열원조(10)의 근린지역에 배치되며, 항온열원조(10)의 표면수통(15)으로부터 표면수를 공급받아 수온이 조절되는 어항과, 어항 내부의 제3온도센서(53), 로 이루어진다.
그리고 양식장 수온조절수단(60)도 역시 도 5에 도시된 바와 같이 항온열원조(10)의 표면수통(15)으로부터 양식장(50)의 어항으로 표면수를 이송시키는 수온조절관(61)과, 수온조절관(61)에 구비되는 이송펌프(62)로 이루어진다.
한편 항온열원조(10)는 도 7에 도시된 바와 같이 3개로 이루어질 수 있다. 여기서 3개의 항온열원조(10)는 제1표면수통(111)과 제1지하수통(112)으로 이루어지는 제1항온열원조(110)와, 제2표면수통(121)과 제2지하수통(122)으로 이루어지는 제2항온열원조(120) 및, 제3표면수통(131)과 제3지하수통(132)으로 이루어지는 제3항온열원조(130)에 해당된다.
다만 도 7에는 항온열원조(10)가 설명의 편의상 3개로 구비되어 있으나 도 7에 도시된 세 개의 항온열원조(10)의 연결관계와 동일하게 더 많은 항온열원조(10)가 구비될 수 있으므로 본 발명에서 항온열원조의 개수는 반드시 3개로 한정되는 것은 아니다.
도 7에 도시된 바와 같이, 세 개의 항온열원조(10) 중 가장 왼쪽에 도시된 제1표면수통(111)에는 근린지역에 위치하는 바다 또는 강으로부터 직접 바닷물이나 강물을 공급받는 표면수 공급관(16)이 구비되고, 제1지하수통(112)에는 지하의 수원으로부터 직접 지하수를 공급받는 지하수 공급관(12)이 구비된다.
그리고 제1표면수통(111) 및 제2표면수통(121) 사이와, 제2표면수통(121) 및 제3 표면수통(131) 사이는 표면수 전달관(141)으로 연결되고, 제1지하수통(112) 및 제2지하수통(122) 사이와, 제2지하수통(122) 및 제3지하수통(132) 사이는 지하수 전달관(142)으로 연결된다.
이때 표면수 전달관(141)과 지하수 전달관(142)을 통하여 표면수 또는 지하수가 각 항온조 사이에서 통상의 이송 펌프로 인한 전달될 수도 있지만, 펌프가 사용되지 않고도 전달될 수 있는 두 가지 원리가 있을 수 있다.
첫째는 세 개의 항온조가 점차 높이가 낮아지도록 설치되는 경우이다.(미도시) 즉 제1항온열원조(110)의 높이가 가장 높고, 제2항온열원조(120)의 높이는 제1항온열원조(110)보다 낮고, 제3항온열원조(130)의 높이는 제2항온열원조(120)보다 더 낮게 설치됨으로써 복수개의 항온열원조(10)가 순차적으로 높이가 낮게 설치되면 고도 차이에 의하여 표면수 또는 지하수가 전달될 수 있는 원리이다.
둘째는 도 7에 도시된 바와 같이, 표면수 전달관(141)과 지하수 전달관(142)이 표면수 또는 지하수가 전달되는 방향으로 낮아지도록 경사지게 설치됨으로써 펌프 없이도 중력에 의하여 표면수 또는 지하수가 전달될 수 있는 원리이다.
다음으로 도 3을 참조하여 열회수수단(40)에 관하여 간략하게 설명하기로 한다. 참고로 냉각기(30)의 구성요소인 제2증발기(31)가 설치되는 장소는 냉장창고(35) 또는 에어컨(35)일 수도 있고 냉동창고(36)일 수도 있다.
도 3에서 상부에 도시된 냉각기(30)가 냉장창고(35) 또는 에어컨(35)에 제2증발기(31)가 배치된 경우이며, 도 3에서 하부에 도시된 냉각기(30)가 냉동창고(36)에 제2증발기(31)가 배치된 경우이다.
도 3의 상부에 도시된 바와 같이, 냉각기(30)를 이루는 제2증발기(31)의 설치 위치가 냉장창고(35) 또는 에어컨(35)의 내부인 경우, 열회수수단(40)은 지하수통(11)과 제2응축기(33)를 연결시키는 제1유입관(41)과 제1유출관(42) 으로 이루어진다.
이때 제1유입관(41)으로 유입되는 지하수가 제2응축기(33)의 내부를 통과하여 제1유출관(42)으로 유출되어 지하수통(11)으로 회수되되, 제1유입관(41)의 단부는 지하수통(11)의 내측 상부에 배치되고, 제1유출관(42)에서 지하수가 유출되는 단부는 표면수통(15) 저면에 밀착배치 된다.
또한 도 3의 하부에 도시된 바와 같이 냉각기(30)를 이루는 제2증발기(31)의 설치 위치가 냉동창고(36)의 내부인 경우, 상기 열회수수단(40)은 외부공기를 포집하는 공기주입기(45), 포집된 공기를 팽창시키는 팽창밸브(46), 팽창밸브(46)에서 팽창된 공기가 통과되는 한편 지하수가 내장되어 상기 팽창된 공기와 접촉이 이루어지는 증발챔버(47), 제하수통(11)과 증발챔버(47)를 연결시키는 제2유입관(43), 제2유출관(44), 으로 이루어진다.
이때 공기주입기(45)와, 팽창밸브(46)와, 증발챔버(47)와, 제2응축기(33)는 외부공기가 흐르는 공기관으로 차례로 이어져서 증발챔버(47)를 빠져나오는 외부공기가 제2응축기(33)로 유입된다.
여기서 제2유입관(43)과 제2유출관(44)의 일단은 지하수통(11) 내에 배치되고 타단은 증발챔버(47) 내에 배치된다.
따라서 제2유입관(43)으로 유입되는 지하수가 증발챔버(47) 내부를 거쳐 제2유출관(44)을 통하여 지하수통(11)으로 다시 유출되는데, 제2유입관(43)의 일단은 지하수통(11)의 기저에 배치되고, 제2유출관(44)의 일단은 표면수통(15)의 저면에 밀착배치됨으로써 제2유입관(43)으로 유입되는 지하수는 가장 온도가 낮은 빙정수에 해당된다.
한편 상기 양식장 수온조절수단(60)은 도 7에 도시된 바와 같이 항온열원조(10)가 세 개로 구비되는 것에 대응되게 세 개로 구비될 수 있다.
따라서 수온조절관(61)은 제1표면수통(111)과 양식장(50)의 어항을 연결하는 제1수온조절관(611)과, 제2표면수통(121)과 양식장(50)의 어항을 연결하는 제2수온조절관(612) 및, 제3표면수통(131)과 양식장(50)의 어항을 연결하는 제3수온조절관(613)으로 구비된다.
그리고 양식장 수온조절수단(60)을 이루는 이송펌프(62)도 수온조절관 마다 마련되어 도 7에 도시된 바와 같이 제1수온조절관(611)에 설치되는 제1이송펌프(621)와, 제2수온조절관(612)에 설치되는 제2이송펌프(622) 및, 제3수온조절관(613)에 설치되는 제3이송펌프(623)로 구비된다.
한편, 본 발명에서는 도 7에 도시된 바와 같이 상수원 탱크(70)와, 분기관(721,722,723)과 방출관(731,732,733)이 구비될 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이 상수원 탱크(70)가 항온열원조(110,120,130)와 별도로 설치된다. 이때 상수원 탱크(70)의 구체적인 위치는 도 7의 위치로 제한되는 것은 아니다.
지하의 수원과 상수원탱크(70)는 지하수 상수관(71)으로 연결되며, 지하수 상수관(71)은 길이 방향을 따라 제1분기관(721), 제2분기관(722), 제3분기관(723)이 형성되어, 순서대로 제1지하수통(112), 제2지하수통(122), 제3지하수통(132)에 연결되는 한편, 제1지하수통(112), 제2지하수통(122), 제3지하수통(132)은 순서대로 제1방출관(731), 제2방출관(732), 제3방출관(733)으로 상수원 탱크(70)와 직접 연결되어 각 지하수통(112,122,132) 내부의 지하수가 상수원 탱크(70)로 방출 된다.
즉 상수원 탱크(70)는 지하의 수원과 지하수 상수관(71)으로 연결되어 지하의 수원으로부터 직접 지하수를 공급받는 한편, 항온열원조(110,120,130)로부터 제1 내지 제3방출관(731,732,733)에 의하여 지하수통(111,121,131) 내에 있던 지하수도 공급받게 된다.
그리고 도 7의 제1 내지 제3 지하수통(111,121,131)은 지하수 공급관(12)과 지하수 전달관(142)으로 지하수를 공급받는 외에도 제1내지 제3분기관(721,722,723)으로 지하수를 공급받을 수 있다.
이상에서 본 발명의 전체적인 구성을 간략하게 살펴보았으므로 이하에서는 본 발명의 각 구성을 구체적으로 살펴보고, 각 구성의 유기적인 결합에 의하여 히트펌프와 냉각장치가 서로 하나의 열원을 공유하면서 서로 효율이 상승될 수 있는 원리와, 양식장 등의 표면수 이용시설에 심각한 피해를 줄 수 있는 수온상승이 본 발명에 의하여 원천적으로 방지될 수 있는 원리를 각 도면을 참고하여 차례로 살펴보기로 한다.
먼저, 도2를 참조하여 항온열원조(10)를 살펴보면, 항온열원조(10)는 지하수와 표면수가 표면수통(15)에 의하여 차단되므로 서로 물질이동은 없으면서 열교환은 있도록 형성된 것을 알 수 있다. 따라서 표면수통(15)은 부식에 강하면서 열교환은 원활하게 이뤄질 수 있는 재질로 제조되도록 한다. 열전달 성능이 좋으면서 부식에 강한 재질은 공지의 기술이므로 여기서 자세한 설명은 생략하기로 한다.
이때 표면수는 바다에서 퍼올리는 해수일 수도 있고 강에서 퍼올리는 담수일 수도 있다. 표면수가 해수인지 담수인지 여부는 항온열원조(10)가 설치되는 지역에 따라서 경제적인 설치 거리가 고려되어 결정된다.
항온열원조(10)는 복수개로 설치될 수 있다. 그리고 항온열원조(10)의 크기에는 제한이 없다. 다만 항온성능을 위하여 일정 규모 이상의 용적을 지니는 것이 바람직하다. 항온열원조(10)의 용적과 개수는 항온열원조(10)를 이용하여 난방이 공급되어야 하는 시설의 규모에 의하여 결정될 수 있다. 따라서 소규모로 형성될 수도 있고, 대용량의 항온열원조(10)가 다량이 모여 대단지로 형성될 수도 있다.
복수개의 항온열원조(10) 중에서 실제로 외부의 수원으로부터 물을 공급받는 항온열원조(10)는 하나인 것이 바람직하다.
도 7에 도시된 바와 같이 외부의 수원으로부터 직접 지하수 또는 표면수를 공급받는 항온열원조(10)를 제1항온열원조(110)라고 하고 그와 차례로 연결되는 항온열원조(10)를 연결순서대로 제2항온열원조(120), 제3항온열원조(130)라고 칭한다면, 각 항온열원조(110-120,120-130) 사이의 지하수 또는 표면수의 전달은 지하수 전달관(142) 또는 표면수 전달관(141)으로 이루어질 수 있다.
이때, 각 항온열원조(10) 간의 지하수 또는 표면수의 전달이 별도의 전원 소모 없이 이뤄지기 위하여, 순서대로 항온열원조(10)의 높이를 점차 낮출 수도 있고(미도시) 또는 도 7에 도시된 바와 같이 지하수 전달관(142) 또는 표면수 전달관(141)이 경사지도록 설치되어 중력에 의하여 지하수 또는 표면수가 순차적으로 전달될 수 있다.
그리고 모든 항온열원조(10)는 지표면 상부의 기후 영향을 받지 않도록 전부 또는 일부가 지하에 설치되도록 한다. 바람직하게는 지하 3내지 5미터 이하에 설치되도록 한다.
도3에는 냉각기(30)가 도시되어 있다.
냉각기(30)는 항온열원조(10)를 이루는 지하수통(11)에 저장되는 지하수를 히트싱크로 활용하도록 설계된다. 즉 냉각기(30)를 이루는 구성요소인 제2 응축기(31)에서 발생되는 열이 지하수통(11) 내의 지하수로 흡수되는 것이다.
냉각기(30)는 냉장창고(35)와 냉동창고(36) 및 에어컨과 같은 냉방장치 등의 시설을 포함한다. 도 3에서 도면번호 35와 36으로 표현된 구성이 바로 냉장창고(35) 또는 냉동창고(36)이다. 냉장창고(35)의 위치에는 냉장창고(35) 대신 에어컨(35)이 배치될 수도 있다.
특히 하절기에는 냉방을 위한 냉각장치가 이용될 수 있다. 참고로 하절기에도 온수로 샤워를 하는 등 히트펌프(20)의 수요가 있으므로 냉각기(30)와 히트펌프(20)는 모두 구동된다.
또한 냉각장치는 식품 가공 공장이나 제약 공장 및 각종 산업시설과 농공시설에서 다양한 목적으로 냉각장치가 이용되는 경우에 쓰이는 모든 종류의 냉각장치를 포함한다.
도3의 냉각기(30)는 냉장창고(35)의 경우와 냉동창고(35)의 경우의 두 가지로 도시되어 있다.
냉장창고(35)와 냉동창고(36) 모두 공통점은 냉각장치로서 제2증발기(31)가 내부에 내장된다.
냉장창고(35)의 경우에는 제2응축기(33) 내부가 제1유입관(41)에 의하여 퍼올려지는 지하수로 채워진다.
제2응축기(33) 내부에 채워지는 지하수는 히트싱크의 역할을 맡게 되므로 제2응축기(33) 내부에서 냉매로부터 발산되는 열이 제2응축기(33)의 내부에 채워지는 지하수에 흡수되며, 이렇게 열이 흡수된 지하수는 제1유출관(42)에 의하여 다시 지하수통(11)으로 방출된다.
도 3에 도시된 바와 같이 냉각기(30)가 냉장창고 또는 에어컨에 적용되는 경우에는 제1유입관(41)에 의하여 제2응축기(33) 내부로 공급되는 지하수는 지하수조(11)에 채워진 지하수 중에서도 상부 층의 지하수로 채워진다.
지하수조(11)에 채워진 지하수 중에서도 상부 층의 지하수는 그 이하의 지하수 보다는 온도가 높은 상태이지만, 지하수통(11)내에 채워진 모든 지하수는 히트펌프(20)의 제1증발기(21)에 의하여 열을 뺏긴 상태이므로 상기 상부 층의 지하수의 수온은 하절기에는 지상온도보다 대략 10도 내지 20도 가량 더 낮은 상태이며 동절기에는 지상온도와 비슷하거나 5도 가량 더 높은 상태가 된다.
이처럼 낮은 온도의 지하수가 히트싱크로 사용되면 냉각기(30)의 효율은 더 높아지게 된다. 이는 다음 식에 의하여 증명된다.
도6의 (a)를 참조하면 위 식의 의미가 분명하게 된다. 즉 열이 방출되는 2와 3 사이의 구간이 제2응축기(33) 내부의 과정이 되고, 3 지점의 온도가 낮아지게 되면 과열되는 지점인 2지점의 온도도 함께 낮아지게 되어 결국 1지점과 2지점의 거리가 줄어들게 되기 때문이다.
이때 1지점과 2지점의 거리는 도6의 (a)에 나타난 것과 같이, 압축기 구동에 필요한 일을 나타내므로 결국 1지점과 2지점의 거리가 가까울수록 효율이 높아진다. 따라서 제2응축기(33) 내부로 통과되는 지하수의 온도가 낮을수록 제2제1압축기(22)에 소요되는 입력 일은 줄어들게 되어 냉각기(20)의 전체 효율이 상승하게 되는 것이다.
도 6 (b)에도 동일한 원리가 압력-엔탈피 선도로 표현되어 있다.
한편, 도3에 도시된 바와 같이 냉동창고(36)에 적용되는 냉각기(30)와 열회수수단(40)은 냉장창고(35)에 적용되는 냉각기(30)와 열회수수단(40)과는 구성이 서로 다르다.
즉 냉동창고(36)에 적용되는 열회수수단(40)은 제2유입관(43) 및 제2유출관(44) 뿐만 아니라 공기주입기(45), 팽창밸브(46), 증발챔버(47)를 더 포함한다.
냉동창고(36)는 냉장창고(35)보다 내부온도를 더 낮춰야 한다. 그리고 냉동창고(36)에도 도 6의 (a)와 (b)에 도시된 원리가 그대로 적용되므로 제2응축기(33)에서 방출되는 열을 흡수하는 지하수의 온도가 더 낮을수록 사이클 효율이 높아진다.
따라서 지하수통(11) 내부의 온도차이가 이용된다.
지하수통(11) 내부는 후술하게 될 히트펌프(20)에 의하여 열을 지속적으로 뺏기는 상태이므로 저온이 유지되며 특히 지하수통(11)의 가장 바닥부위에 축적되는 지하수의 온도가 가장 낮다. 이때 지하수통(11) 바닥으로 가라앉는 지하수는 응결이 일어나는 온도로 유지되는 빙정수이다.
또한 지하수통(11)의 가장 바닥 부위의 빙정수가 사용되되 냉각 사이클의 더욱 높은 효율을 위하여 공기 주입기(45)와 팽창밸브(46) 및 증발 챔버(47)가 구비된다.
지하수통(11)의 바닥 부위에 축적되는 가장 저온의 지하수는 일단 제2유입관(43)에 의하여 증발 챔버(47) 내부로 유입된다. 그리고 공기주입기(45)에서는 외부 공기를 유입시켜 팽창밸브(46) 통과시키고, 팽창밸브(46)에 의하여 팽창되면서 냉각된 외부 유입 공기는 다음으로 증발 챔버(47)를 거친다.
이때 외부 유입 공기는 팽창밸브(46)에 의하여 냉각될 뿐만 아니라 팽창되어 비체적이 높아진 상태이므로 더 많은 수분 함유가 가능하다. 따라서 팽창밸브(46)를 통과한 외부 유입 공기가 증발 챔버(47)를 거치면서 지하수통(11) 바닥으로부터 증발 챔버(47)로 유입된 가장 저온의 지하수가 증발되면 외부 유입 공기는 그보다 더 낮은 온도로 냉각된다.
즉 증발챔버(47)에 지하수통(11)으로부터 유입된 지하수가 채워진 상태에서 팽창밸브(46)를 통과한 외부 유입 공기는 지하수와 직접 접촉되면서 지하수를 증발시킴으로써 더욱 온도가 낮아지고, 이렇게 온도가 낮아진 상태의 외부 유입 공기가 바로 제2응축기(33) 내부로 주입되는 것이다.
이렇게 이중으로 냉각된 외부 유입 공기는 냉동창고(36)를 위한 제2응축기(33)의 하부로 들어가게 되고, 제2응축기(33) 내부의 냉매로부터 열을 뺏으면서 외부로 방출된다. 이때 특히 바람직하게는 도3과 마찬가지로 외부 유입 공기는 제2응축기(33)의 하부로 유입되어서 제2응축기(33)의 상부로 방출된다. 이를 위하여 제2응축기(33) 상부에는 외부 공기 배출구가 마련될 수 있다.
외부 유입 공기가 제2응축기(33)의 하부로 유입되면 냉매에서 받는 열로 인하여 차츰 온도가 상승하면서 자연스럽게 상승하게 된다. 따라서 이렇게 온도가 상승하게 되는 외부 유입 공기는 가장 높은 온도로 응축기(33)로 들어오는 냉매를 식히게 되고 열을 빼앗긴 냉매는 응축기(33) 내부로 최초로 유입되는 가장 차가운 온도의 유입 공기에 의하여 추가적으로 열을 뺏기면서 완전히 응축되는 것이다.
이때 더욱 바람직하게는 증발 챔버(47)와 응축기(33) 사이에는 팽창밸브가 추가적으로 설치될 수 있다(미도시).
한편, 냉장창고(35)에 적용되는 제2응축기(33)의 내부에서 냉매의 열을 흡수한 지하수는 제1유출관(42)에 의하여 다시 지하수통(11)으로 들어간다.
이때 제1유출관(42)에 의하여 다시 지하수통(11)으로 들어가는 지하수는 냉장창고(35)의 냉매로부터 열을 받아 온도가 상승된 상태이다.
여기서 도 3의 제1유출관(42)의 일단은 도 4에서 히트펌프(20)의 제1증발기(21)와 마찬가지로 표면수통(15)의 저면에 밀착배치된다.
따라서 제1유출관(42)에서 배출되는 지하수는 제1 히트펌프(20)의 열원의 일부로 쓰일 수 있게 된다.
히트펌프(20)는 도 4에 도시된 바와 같이 제1증발기(21)와 제1압축기(22)와 제1응축기(23)와 제1팽창밸브(24)가 유기용매가 흐르는 관으로 차례로 연결되면서 유기랭킨사이클로 이루어지는 장치이다.
이때, 통상적으로는 해수 또는 담수 등의 표면수가 지하수에 비하여 온도가 높으므로 제1증발기(21)를 이루는 열교환관은 도 4에 도시된 것처럼 표면수통(15)의 저면에 밀착 배치된다.
지하수는 온도가 거의 일정하여 안정적인 열원으로 기능하지만 표면수의 열 까지 최대한 활용되기 위해서는 이처럼 제1증발기(21)는 표면수통(15)에 밀착되게 배치되는 것이 바람직하다.
항온열원조(10) 내부에 설치된 제1증발기(21)에 의하여 열을 얻은 냉매는 제1압축기(22)를 거쳐 제1응축기(23)에 들어가면서 열을 방출하게 된다. 도4의 제1응축기(23)는 방출되는 열을 받는 온수를 위한 열교환관이 함께 내장된다. 이렇게 생성되는 온수는 난방 및 온수 공급을 위하여 활용된다.
난방 및 온수가 필요한 장소는 주거지뿐만 아니라 비닐하우스 등의 농업 시설, 목욕탕, 사무실 등 다양하다. 일반적으로 비닐하우스나 축사 등에 난방을 공급하기 위하여 값비싼 연료가 사용되며, 연료비 절감을 위하여 연소용 펠릿의 개발이 시도되고 있으나 펠릿은 상당부분이 외국에서 수입되고 국내 생산품은 가격이 비싸므로 여전히 난방비의 부담은 높은 편이다.
따라서 본 발명에 의하여 자연에너지를 이용함으로써 이러한 값비싼 난방비의 절감이 가능하게 된다.
그리고 난방의 공급은 도4에서처럼 온수가 사용될 수도 있으며 그밖에 따뜻한 증기나 기타 온풍이 이용될 수도 있다.
도5에는 본 발명에 의하여 양식장(50)의 수온이 조절될 수 있는 구성이 도시되어 있다.
양식장의 관리에서는 수온 관리가 각별히 중요하다. 수온의 약간의 상승에 의해서도 어패류를 집단 폐사시키는 각종 바이러스나 질병이 발생될 수 있기 때문이다.
그리고 수온 상승은 비단 여름뿐만 아니라 특히 봄철에도 이상 수온 상승으로 인하여 여름 못지않은 피해가 발생된다. 한편, 겨울철의 양식장의 수온 하락은 어패류의 번식률을 현저히 떨어뜨려 생산성에 큰 지장이 초래될 수 있다.
그러나 양식장은 아무리 소규모라도 깊이와 면적 때문에 방대한 물이 내장되므로 온도의 인위적인 조절은 상당한 비용이 든다.
본 발명에서의 항온열원조(10)는 히트펌프(20)를 위한 온열원과 냉각기(30)를 위한 냉열원으로 사용되므로 하절기나 동절기에도 기후의 영향을 덜 받게 되어 비교적 일정한 온도가 유지 가능하다.
따라서 양식장의 수온이 상승될 때 항온열원조(10)의 표면수를 양식장으로 주입시키면 신속한 온도 하강이 가능하다.
이때 양식장의 수온 관리의 최적화를 위하여 양식장 수온이 실시간으로 체크되는 제3온도센서(53)가 구비될 수 있고, 바람직하게는 제어부(미도시)가 구비되어 제3온도센서(53)의 온도가 허용치 이상이 될 때 이송펌프(62)를 작동시켜 표면수가 수온조절 관(61)을 따라 양식장으로 즉각 공급되도록 할 수 있다.
여기서 양식장 수온조절수단(60)는 바로 앞서 설명된 수온조절 관(61)과, 이송펌프(62)와, 바람직하게는 제3온도센서(53)를 더 포함하여 이루어진다.
참고로, 표면수통(15) 내부의 표면수는 강이 근린지역에 있는 경우에는 강물이고 바다가 근린지역에 있는 경우에는 바닷물이므로 수온이 조절되는 양식장도 동일한 근린지역에 위치되어 바닷물은 바다 양식장으로 공급되고 강물은 민물 양식장으로 공급된다. 따라서 수질 자체의 문제는 없다.
이하에서는 도 7에 도시된 바와 같이 항온열원조(10)가 제1 내지 제3항온열원조(110,120,130)로 세 대가 구비되는 경우의 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 7의 실시예에서는 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132)의 지하수를 온열원으로 활용하는 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)와 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132)의 지하수를 냉열원으로 활용하는 제1 내지 제3 냉각기(310,320,330)가 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132)을 매개로 서로 대응되게 연결된다.
즉 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132) 내에 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)의 제1증발기(21)와 제1 내지 제3 냉각기(310,320,330)의 제1및 제2 유입관(41,43) 및 제1및 제2 유출관(42,44)이 대응되게 배치된다.
이때 바람직하게는 제1증발기(21)의 흡수 열량과 제1및 제2 유출관(42,44)이 배출시키는 열량의 차이가 가장 적게 배치된다.
즉 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132) 각각의 내부에서 제1 유출관(42)이 방출하는 열량과 제1증발기(21)이 흡수하는 열량의 차이가 최소가 될 수 있게 배치되는 것이다.
그 이유는 열에너지의 수급을 최대한 맞춰서 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)의 항온성을 유지시키기 위함이다. 이로써 낭비되는 열에너지를 최소화 시킬 수 있게 된다.
앞서 설명하였듯이 제1 내지 제3 냉각기(310,320,330)는 냉장창고나 냉동창고 또는 냉방장치에 사용될 수 있다. 기타 그 밖에 각종 산업시설이나 농공시설에서 운용되는 온도조절 가능한 각종 저장시설이나 기타 용도일 수도 있다.
그리고 하절기에는 별도의 난방이나 온수 수요가 없어서 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)의 용도는 극히 미미할 것으로 상식적으로 생각되지만, 실제로 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)는 하절기에도 요구되는 많은 수요처가 있다.
예를 들어 식품공장을 포함하는 각종 식품가공시설에서는 각 공정마다 가열과 건조가 필요할 경우가 많다. 따라서 공장이 가동될 때는 항상 함께 가동되는 가열로 또는 건조로가 있을 수 있다. 그 밖에도 농공단지에서 흔히 볼 수 있는 각종 수지 제조 또는 금속 표면처리나 제약공장 등에서도 여름철 가열로 또는 건조로의 가동은 필수이며 각종 전처리 공정에서 사용되는 온수 탱크 도 있다.
따라서 실제로는 동절기와 하절기를 불문하고 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)와 제1 내지 제3 냉각기(310,320,330)의 가동은 꾸준하게 이뤄질 필요가 있는 것이다.
그리고 용도에 따라 제1 내지 제3 냉각기(310,320,330) 또는 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)의 용량은 제각각 다를 수 있으므로 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)와 제1 내지 제3 냉각기(310,320,330)가 하나의 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132)을 온열원으로서 그리고 냉열원으로서 함께 공유하되 열 손실이 가장 적도록 배치된다.
이때 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)가 흡수하는 열량과 제1 내지 제3 냉각기(310,320,330)가 배출하는 열량은 시간을 고려한 열량이므로 단위 시간당 제1 내지 제3 히트펌프(210,220,230)의 흡수 열량과 제1 내지 제3 냉각기(310,320,330)의 배출 열량이 최대한 유사하도록 배치된다.
그리고 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)는 서로 다른 온도로 유지되도록 세팅될 수 있다.
이렇게 서로 다른 온도로 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)의 온도가 세팅되면 양식장(50)의 수온 관리가 계절에 관계없이 완벽하게 이뤄질 수 있게 된다. 참고로 앞서와 마찬가지로 설명의 편의상 상기 표면수 이용시설은 양식장으로 한정하여 설명하기로 한다.
양식장의 수온은 특히 봄과 여름에는 급격한 수온 상승에 의하여 각종 세균과 바이러스가 급성장 하면서 어패류를 집단 폐사시키는 경우가 빈번하고, 겨울철에는 수온 하강에 의하여 번식률 또는 성장률이 급격히 저하되는 경우가 있다. 따라서 필요에 따라 양식장 수온 보다 낮은 온도 또는 높은 온도의 표면수를 공급시킬 필요가 있게 된다.
따라서 양식장의 수온이 특히 봄과 여름에 허용치 이상일 때에는 각 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)의 표면수통(111,121,131) 중 가장 저온의 표면수가 양식장으로 공급되고, 양식장의 수온이 특히 동절기에 허용치 이하일 때에는 가장 고온의 표면수가 양식장으로 공급되면 최소한의 공급량으로도 빠른 시간 내에 양식장의 수온이 허용치 내로 회복될 수 있게 된다.
이를 위하여 앞서 설명된 바처럼 제3온도센서(53)는 양식장에 설치되고, 제2온도센서(18)는 표면수통(1120,1220,1320)에 설치되며, 제1온도센서(19)는 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132)에 설치된다.
제1온도센서(19)는 결국 제2온도센서(18)의 철저한 관리를 위한 사전 모니터링 역할을 맡게 된다. 또한 후술하게 될 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)의 항온성 유지를 위한 모니터링의 역할도 함께 맡는다.
도 7에서는 설명이 간편하게 되도록 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)가 설치되는 것으로 도시되어 있다. 다만, 항온열원조(10)가 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)로 구비되어 3개가 설치되는 것은 설명의 편의를 위함이며 본 발명에서 항온열원조(10)의 개수에는 특별한 제한은 없다.
참고로 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)에 공통되는 구성이 개별적으로 지칭될 때에는 각 항온열원조의 명칭에 대응되게 '제1' 또는 '제2' 또는 '제3' 이라고 지칭하여 각각의 역할을 명확히 하기로 한다.
제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)에 의한 양식장의 수온 조절은 제1 내지 제3 표면수통(112,122,132)과 양식장(50)을 연결시키는 제1 내지 제3 수온조절 관(611,612,613)과 제1 내지 제3 이송펌프(621,622,623)로 이루어진다.
만약 양식장(50)의 수온을 나타내는 제3온도센서(53)의 측정치가 허용 상한치를 초과하고 제1 내지 제3 표면수통(112,122,132) 중 제2표면수통(122)의 온도가 가장 낮다면 제2이송펌프(622)를 가동시켜 제2표면수통(121) 내의 표면수를 제2수온조절 관(612)을 따라 양식장(50)으로 공급시킨다. 이때 제3온도센서(53)의 측정치가 양식장 수온 허용치 내로 낮아지면 제2이송펌프(622)의 가동을 중단시키게 된다.
반대로 제3온도센서(53)의 측정치가 양식장(50) 수온의 허용 하한치 미만으로 떨어지고, 이때 제3표면수통(131) 내의 표면수 온도인 제2온도센서(18)의 측정치가 가장 높게 나온다면, 이 경우에는 제3이송펌프(623)를 가동시켜 제3표면수통(131) 내의 표면수를 제3수온조절 관(613)을 따라 양식장(50)으로 공급시킨다. 이때 제3온도센서(53)의 측정치가 양식장(50) 수온 허용치 내로 높아지면 제3이송펌프(623)의 가동을 중단시키게 된다.
앞서 설명되었듯이 이러한 과정은 제1 내지 제3 온도센서(19,18,53)와 제1 내지 제3 이송펌프(621,622,623)를 제어하는 제어부가 별도로 구비되어 전 과정이 자동으로 수행될 수 있다.
한편, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)의 항온성이 유지되기 위한 또하나의 수단으로서 상수원탱크(70)와, 제1 내지 제3 방출관(731,732,733)이 구비될 수 있다.
제1 내지 제3 항온열원조(110,120,130)는 각각 서로 다른 온도로 유지되도록 세팅되므로 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132)의 지하수 온도가 모두 세팅된 온도 범위 내로 유지되는 경우에는 상수원 탱크(70)에는 지하수 상수관(71)을 통하여 지하의 수원으로부터 직접 공급되는 지하수가 채워진다.
예를 들어 제1 지하수통(112)에 설치된 제1온도센서(19) 측정치가 세팅온도 범위를 벗어나게 될 경우에는 제1지하수통(112)에 저장된 지하수는 제1방출관(731)을 개방시켜 상수원 탱크(70)로 보내고, 제1분기관(721)을 통하여 새로운 지하수를 이송시켜 제1지하수통(112)을 채움으로써 원래의 세팅온도로 다시 맞출 수 있다.
그 이유는 제 1지하수통(112)을 매개로 서로 열을 교환하는 제1히트펌프(210)와 제1냉각기(310)에서 제1증발기(21)가 흡수하는 열량과 제1유출관(42)에서 방출되는 열량은 서로 차이가 있을 수 밖에 없으므로 시간이 경과되면서 제 1지하수통(112)내의 지하수의 세팅 수온이 변동되기 때문이다.
이때 원래 제1지하수통(112)에 담겨진 지하수 온도를 다시 재조정하기 보다는 새로 지하의 수원으로부터 지하수를 길어 올려서 온도를 다시 세팅시키는 편이 더욱 경제적이다.
다만, 지하 2미터 이하의 지점부터는 계절에 따른 온도변화가 미미하고 지하수통 내부의 온도 변화를 주위의 지각이 어느 정도 흡수 해 줌으로써 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132)의 온도의 변화는 상온에서의 물의 온도변화 보다는 훨씬 그 정도가 작게 되므로 지하수의 이동은 그다지 빈번하지 않게 된다.
한편, 이처럼 제1 내지 제3 지하수통(112,122,132)의 항온성 유지를 위하여 마련되는 상수원 탱크(70)는 용적이 클수록 바람직하다.
왜냐하면 항온성 유지를 위한 지하수 유동 수량과 생활용수 또는 산업용수로 쓰이는 지하수의 수요량 사이의 완충 작용이 이뤄질 수 있도록 하면서 가뭄이나 비상 수요를 위한 상수원 저장조의 역할도 겸할 수 있기 위해서이다.
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이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
10: 항온조 11: 지하수통
12: 지하수 공급관 13: 지하수 공급펌프
15: 표면수통 16: 표면수 공급관
17: 표면수 공급펌프 18: 제2 온도센서
19: 제1 온도센서 20: 히트펌프
21: 제1증발기 22: 제1압축기
23: 제1응축기 24: 제1팽창밸브
25: 작동유체관 26: 온수통
30: 냉각기 31: 제2증발기
32: 제2압축기 33: 제2응축기
34: 제2팽창밸브 35: 냉장창고, 에어컨
36: 냉동창고 40: 열회수수단
41: 제1유입관 42: 제1유출관
43: 제2유입관 44: 제2유출관
45: 공기 주입기 46: 팽창밸브
47: 증발챔버 50: 양식장
53: 제3 온도센서 60: 양식장 수온조절수단
61: 수온조절관 62: 이송펌프
70: 상수원탱크 71: 지하수상수관
110: 제1항온열원조 111: 제1표면수통
112: 제1지하수통 120: 제2항온열원조
121: 제2표면수통 122: 제2지하수통
130: 제3항온열원조 131: 제3표면수통
132: 제3지하수통 141: 표면수 전달관
142: 지하수 전달관 210: 제1히트펌프
220: 제2히트펌프 230: 제3히트펌프
310: 제1냉각기 320: 제2냉각기
330: 제3냉각기 611: 제1수온조절관
612: 제2수온조절관 613: 제3수온조절관
621: 제1이송펌프 622: 제2이송펌프
623: 제3이송펌프 721: 제1분기관
722: 제2분기관 723: 제3분기관
731: 제1방출관 732: 제2방출관
733: 제3방출관
12: 지하수 공급관 13: 지하수 공급펌프
15: 표면수통 16: 표면수 공급관
17: 표면수 공급펌프 18: 제2 온도센서
19: 제1 온도센서 20: 히트펌프
21: 제1증발기 22: 제1압축기
23: 제1응축기 24: 제1팽창밸브
25: 작동유체관 26: 온수통
30: 냉각기 31: 제2증발기
32: 제2압축기 33: 제2응축기
34: 제2팽창밸브 35: 냉장창고, 에어컨
36: 냉동창고 40: 열회수수단
41: 제1유입관 42: 제1유출관
43: 제2유입관 44: 제2유출관
45: 공기 주입기 46: 팽창밸브
47: 증발챔버 50: 양식장
53: 제3 온도센서 60: 양식장 수온조절수단
61: 수온조절관 62: 이송펌프
70: 상수원탱크 71: 지하수상수관
110: 제1항온열원조 111: 제1표면수통
112: 제1지하수통 120: 제2항온열원조
121: 제2표면수통 122: 제2지하수통
130: 제3항온열원조 131: 제3표면수통
132: 제3지하수통 141: 표면수 전달관
142: 지하수 전달관 210: 제1히트펌프
220: 제2히트펌프 230: 제3히트펌프
310: 제1냉각기 320: 제2냉각기
330: 제3냉각기 611: 제1수온조절관
612: 제2수온조절관 613: 제3수온조절관
621: 제1이송펌프 622: 제2이송펌프
623: 제3이송펌프 721: 제1분기관
722: 제2분기관 723: 제3분기관
731: 제1방출관 732: 제2방출관
733: 제3방출관
Claims (12)
- 지면 아래에 설치되어 지하수가 저장되는 지하수통(11)과, 지하수통(11) 내부의 지하수에 잠기게 설치되며 바닷물 또는 강물이 저장되는 표면수통(15)과, 지하수통(11)에 구비되는 지하수 수온측정용 제1온도센서(19)와, 표면수통(15)에 구비되는 제2온도센서(18), 로 이루어지는 항온열원조(10)와;
제1증발기(21), 제1압축기(22), 제1응축기(23), 제1팽창밸브(24)가 작동유체관(25)으로 차례로 연결되어 이루어지는 유기랭킨사이클 장치로서, 제1증발기(21)가 상기 지하수통(11) 내부에 배치되되 표면수통(15) 저면에 밀착 배치되어 지하수의 열을 흡수하는 히트펌프(20)와;
제2증발기(31), 제2압축기(32), 제2응축기(33), 제2 팽창밸브(34)가 냉매관으로 차례로 연결되어 이루어지는 냉각 사이클 장치로서, 냉장창고(35), 냉동창고(36), 에어컨(35) 중 어느 하나에 제2증발기(31)가 내장되며, 제2증발기(31)로 흡수되는 열이 제2압축기(32)를 거쳐서 제2응축기(33)를 통하여 상기 지하수통(11) 내부로 배출되는 냉각기(30)와;
항온열원조(10)의 지하수통(11)과 냉각기(30)의 제2응축기(33) 사이를 연결시켜, 지하수통(11) 내의 지하수를 제2응축기(33) 내부로 통과시킴으로써 제2응축기(33)의 열을 지하수통(11)으로 회수하는 열회수수단(40)과;
항온열원조(10)의 근린지역에 배치되어 항온열원조(10)의 표면수통(15)으로부터 표면수를 공급받아 수온이 조절되는 어항과, 어항 내부의 제3온도센서(53), 로 이루어지는 양식장(50); 및
항온열원조(10)의 표면수통(15)으로부터 양식장(50)의 어항으로 표면수를 이송시키는 수온조절관(61)과, 수온조절관(61)에 구비되는 이송펌프(62)로 구성되는 양식장 수온조절수단(60); 으로 이루어지되,
냉각기(30)를 이루는 제2증발기(31)의 설치 위치가 냉장창고(35) 또는 에어컨(35)의 내부인 경우, 상기 열회수수단(40)은 일단은 지하수통(11)에 연결되고 타단은 제2응축기(33)에 연결되어 지하수통(11)과 제2응축기(33)를 연결시키는 제1유입관(41)과 제1유출관(42) 으로 이루어짐으로써, 제1유입관(41)으로 유입되는 지하수가 제2응축기(33)의 내부를 통과하여 제1유출관(42)으로 유출되어 지하수통(11)으로 회수되되, 제1유입관(41)의 단부는 지하수통(11)의 내측 상부에 배치되고, 제1유출관(42)에서 지하수가 유출되는 단부는 표면수통(15) 저면에 밀착 배치되며,
냉각기(30)를 이루는 제2증발기(31)의 설치 위치가 냉동창고(36)의 내부인 경우, 상기 열회수수단(40)은 외부공기를 포집하는 공기주입기(45), 포집된 공기를 팽창시키는 팽창밸브(46), 팽창밸브(46)에서 팽창된 공기가 통과되는 한편 지하수가 내장되어 상기 팽창된 공기와 접촉이 이루어지는 증발챔버(47), 제하수통(11)과 증발챔버(47)를 연결시키는 제2유입관(43), 제2유출관(44), 으로 이루어지되, 공기주입기(45)와, 팽창밸브(46)와, 증발챔버(47)와, 제2응축기(33)는 외부공기가 흐르는 공기관으로 차례로 이어져서 증발챔버(47)를 빠져나오는 외부공기가 제2응축기(33)로 유입되고, 제2유입관(43)과 제2유출관(44)의 일단은 지하수통(11) 내에 배치되고 타단은 증발챔버(47) 내에 배치되어, 제2유입관(43)으로 유입되는 지하수가 증발챔버(47) 내부를 거쳐 제2유출관(44)을 통하여 지하수통(11)으로 유출되는 것을 특징으로 하는 저수열을 이용한 냉각장치와 열공급장치의 동시 열교환 시스템. - 삭제
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- 제1항에 있어서,
상기 항온열원조(10)는 제1 표면수통(111)과 제1 지하수통(112)으로 이루어지는 제1 항온열원조(110)와, 제2 표면수통(121)과 제2 지하수통(122)으로 이루어지는 제2 항온열원조(120) 및, 제3 표면수통(131)과 제3 지하수통(132)으로 이루어지는 제3 항온열원조(130)로 구비되고,
상기 지하수원은 상수도관에 의하여 상수원 탱크와 연결되고, 상기 상수도관은 상기 복수개의 항온열원조의 지하수통 개수만큼의 분기관에 의하여 각각의 지하수통과 연결되며, 상기 제3온도센서의 측정치가 허용 평균 수치를 벗어나는 지하수통으로 지하수가 공급되는 것을 특징으로 하는 저수열을 이용한 냉각장치와 열 공급 장치의 동시 열교환 시스템.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140134993A KR101551650B1 (ko) | 2014-10-07 | 2014-10-07 | 저수열을 이용한 냉각장치와 열 공급 장치의 동시 열교환 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020140134993A KR101551650B1 (ko) | 2014-10-07 | 2014-10-07 | 저수열을 이용한 냉각장치와 열 공급 장치의 동시 열교환 시스템 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101551650B1 true KR101551650B1 (ko) | 2015-09-18 |
Family
ID=54247779
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| KR1020140134993A KR101551650B1 (ko) | 2014-10-07 | 2014-10-07 | 저수열을 이용한 냉각장치와 열 공급 장치의 동시 열교환 시스템 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101551650B1 (ko) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101833909B1 (ko) | 2016-09-02 | 2018-03-05 | 위드케이 주식회사 | Idc 센터 냉각폐수가 이용되는 냉난방동시조절시스템 |
| KR20200000492U (ko) | 2018-08-24 | 2020-03-04 | 이광희 | 도어용 옷걸이 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101444264B1 (ko) | 2014-03-05 | 2014-09-26 | 김선철 | 항온열원조를 이용한 오폐수폐기물 재활용 시스템 |
-
2014
- 2014-10-07 KR KR1020140134993A patent/KR101551650B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101444264B1 (ko) | 2014-03-05 | 2014-09-26 | 김선철 | 항온열원조를 이용한 오폐수폐기물 재활용 시스템 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101833909B1 (ko) | 2016-09-02 | 2018-03-05 | 위드케이 주식회사 | Idc 센터 냉각폐수가 이용되는 냉난방동시조절시스템 |
| KR20200000492U (ko) | 2018-08-24 | 2020-03-04 | 이광희 | 도어용 옷걸이 |
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