KR100890240B1 - 양어장 용수 수온 조절 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양어장 용수 수온 조절시스템에 관한 것으로 특히, 지면에서 수직방향으로 보어홀(Bore-hole)을 굴착시켜 열교환 파이프를 매설하여 공급되는 용수를 열교환 함과 함께 산소를 공급하고 히트펌프로 다시 열 교환시켜 양어장에 공급하도록 함으로 양어장 내의 수온을 조절할 수 있도록 하는 양어장 용수 수온조절시스템에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 지하수 부존 여부를 확인하여 지하수가 없고 암반 및 사면 붕괴가 발생하지 않고 지열이 높은 지역에 보어홀(100)을 굴착하여 매설되는 방열관(101)과 보충수파이프(11)로부터 공급된 용수를 저장하기 위한 용수저장조(10),

용수저장조(10)의 용수를 방열관(101) 내의 하부로 공급하기 위한 파이프라인(12)과 상기 방열관(101) 상부에 히트펌프(20)의 열교환판(21)을 구비한 열교환실(22) 및 상기 열교환실(21)로 공기를 공급하기 위한 공기생성장치(30)와 기포배출관(32)과, 상기 열교환실(21)에서 조절된 용수를 양어장(200)으로 공급하고 양어장(200)의 배출수를 공기생성장치(30)의 용수로 사용된 후 배출되도록 함을 특징으로 하는 양어장 용수 수온조절시스템을 제공하는 것이다.

또한 본 발명은 농장의 냉, 난방용 용수, 축산농가의 축사 냉, 난방용 및 공장등의 시설물의 냉,난방 용수로 적용할 수 있다.

보어홀, 히트펌프, 용존산소량

Description

양어장 용수 수온 조절 시스템{Water temperature control system of nursery}

본 발명은 양어장 용수의 수온 조절시스템에 관한 것으로 특히, 지면에서 수직방향으로 보어홀(Bore-hole)을 굴착시켜 열교환 파이프를 매설하여 공급되는 용수를 열 교환함과 함께 산소를 공급하고 히트펌프로 다시 열 교환시켜 양어장에 공급하도록 함으로 양어장 내의 수온을 조절할 수 있도록 하는 양어장 용수 수온 조절 시스템에 관한 것이다.

우리나라 양식업은 국내 수산물 총생산량의 33.3 % 를 점유하는 중요한 식량산업으로 성장되고 있는 한편, 양식 기술의 발전으로 고급어의 생산으로 수출에 따른 경제성 및 식량자원으로 크게 발전하고 있는 실정이다.

그러나 최근 저가 수입활어의 증가 및 유류비 상승 등으로 인한 내외적 요인에 의해 국내 양식업은 매년 경쟁력이 약화되고 있는 실정이다.

양식장의 애로사항으로는 양식장 내의 수온을 조절하기 위한 보일러 사용에 따른 생산비 증가 및 저수온에 의한 양식어의 저성장 및 폐사, 고수온의 미생물 번식에 의한 양식어의 폐사, 적조 미생물에 의한 양식어의 폐사, 하절기 냉수대에 의한 양식어의 폐사 등을 들 수가 있다. 이들 사항의 대부분은 양식장의 수온과 밀접한 관계가 있어서, 양식장의 수온 조절 시스템이 매우 중요하다고 할 수 있다.

특히, 양식장의 수온은 변온동물인 어류의 성장과 생존에 큰 영향을 줄 뿐만 아니라 산소의 용존 등 수질변화를 초래하는 중요한 요인이다. 양식은 최적의 조건하에서 최대의 생산성을 추구하여 경제성을 증대하기 위한 행위이므로 양식을 위한 최적의 사육 수온을 유지하는 것은 매우 중요하다.

우리나라의 여름철에는 섭씨 28도 내외의 고수온이 지속되어 현재 주로 양식되고 있는 해수어 넙치, 조피볼락, 농어 등의 성장과 생존에 상당한 제한 요인으로 작용되고 있을 뿐 아니라 이러한 현상은 지구 온난화 현상으로 더욱 심화될 것으로 예상된다. 또한, 겨울철 수온은 온대성 어류의 양식 저해 요인으로 작용할 뿐 아니라 월동 제한 요인으로 작용하여 양식어종의 다양화에 어려움을 주고 있다. 남해안 일부 해역에서 월동 가능한 어종도 다수 있으나 대다수의 어종은 섭씨 10도 이상의 월동 수온을 요하기 때문에 연중 양식이 어려운 실정이다.

현재 육상 수조식 양식장의 수온조절은 동계에는 직화식 보일러를 사용하여 수온을 상승시키며, 하계에는 액체질소, 얼음 및 지하수 등을 사용하고 있는 실정이다.

예를 들어, 기존의 넙치를 양식하는 육상수조식 양어장에서는 겨울철 수온 섭씨 7도의 해수를 섭씨 21도 정도로 상승시켜, 양어장에 공급시키고 있다. 이와 같은 기름 직화식 양어 시스템에서는 자연 상태의 환경조건을 인공적으로 형성하기 위해서 많은 양의 해수 소비가 필수적이다. 따라서 양어장 전체 운영비의 약 30 ∼ 40 % 를 차지하는 기름 직화식 보일러의 연료비는 최근의 높은 인건비와 함께 양식어 원가상승의 주원인이 되고 있다.

예를 들면, 기존의 양어 시스템에서 1일 100톤의 물을 사용할 경우, 1개월에 1,500만원 정도의 연료비(총생산비의 약 40 %)가 소요되고 있는 실정이다.

이를 해결하기 위해 발명된 선행기술로 등록특허 제10-0653238호에서는 용수를 저장하는 원수저장조에서 양식어를 생육하는 수조로 공급되고 이 수조에서의 폐기된 용수를 모아 저장하는 폐수저장탱크로 구비된다.

그리고 폐수저장탱크의 폐수 잔열을 회수하기 위한 히트펌프장치로 보내어 일부 열을 회수한 용수를 다시 보일러로 가열시켜 원수저장조로 공급하도록 함으로 용수의 수온을 보다 저렴한 비용으로 소정온도까지 조절할 수 있도록 하고 있다.

이러한 선행기술은 공지된 바와 같이 용수 온도를 높이기 위한 보일러를 사용함으로써 경비의 지출이 많고, 사용된 폐수를 계속 사용함으로써 용수 내의 용존 산소 결핍을 초래하고 또한 폐용수의 사용으로 양식어에서 배출된 이물질과 각종 병균 등에 의한 오염원을 제거하지 못함으로써 오는 문제점이 있어 비위생적인 단점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 이를 개선함을 목적으로 한 것으로 특히 지중의 지열이 충분한 지면에서 수직방향으로 보어홀(Bore-hole)을 굴착시켜 열교환 파이프를 매설하고 이 열교환파이프로 공급되는 용수를 지열로써 열 교환시켜 1차 수온을 조절함과,

상기에서 열 교환된 용수를 히트펌프에 의한 2차 열교환과 함께 공기 기포를 공급시켜 용수 내에 용존산소량을 증대하므로 양식어들의 생육조건을 증대함으로 빠른 성장과 각종 병균에 대한 항력의 증대로 양식어의 품질을 향상시킬 수 있도록 함을 목적으로 한다.

본 발명은 해수를 주 설명되고 있으나, 담수에서도 적용가능함은 물론이고 열 교환된 온수는 농장의 난방용 용수, 축산농가의 축사 난방용 및 공장등의 시설물의 냉,난방 용수로 적용할 수 있도록 한다.

이상과 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면에 의해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명의 양어장 용수 수온조절시스템의 바람직한 실시 예의 구성에 대한 사시도이고, 도 2 는 본 발명의 양어장 용수 수온조절시스템의 실시 예를 설명하기 위한 단면도이다.

상기 도면에서 도시한 바와 같이 지하수가 없거나 극히 미미한 지역, 암반 및 사면 붕괴가 발생하지 않고 지열이 높은 지역을 선택하여 대략 지하 50 ~ 200 m 정도의 보어홀(100)을 굴착함과 함께 이 보어홀(100)에 방열관(101)을 매설한다.

방열관(101)은 열 흡수를 증대하기 위하여 요철형으로 구성되거나, 또는 축열재를 더 구성시켜 열 보존을 할 수 있도록 하고 보어홀(100)은 필요에 따라 복수 개로 구성시켜 열 교환량을 증대할 수 있도록 함은 당연하다.

그리고 상기 방열관(101)과 근접된 위치에 용수를 보충하기 위한 보충수파이프(11)로부터 공급된 용수를 저장하기 위한 용수 저장조(10)와, 용수저장조(10)로부터 용수를 이송하기 위한 파이프라인(12)을 구성하되, 파이프라인(12)은 상기 방열관(101) 내의 하부까지 도달시켜 공급용수가 방열관(101) 하부에서 방출되어 방열관(101) 내에서 방열관(101)으로부터 열교환을 이루도록 한다.

방출된 공급용수는 지열로부터 가열 또는 냉각된 방열관(101)과 열교환되어 진 후 다시 방열관(101) 상부로 상승한다.

상승된 용수는 히트펌프(20)의 열교환판(21)을 구비한 열교환실(22)에서 2차 열교환을 거쳐 양식어에 적합한 적정온도로 유지시키게 된다.

이때 본 발명자에 의해 발명된 공기생성장치(30)에 의해 생성된 공기가 공기공급관(31)을 거쳐 다공을 뚫은 기포배출관(32)에서 다량의 공기를 열교환실(22)에 주입하게 된다.
이러한 주입공기는 열교환실(22)내의 용수와 혼합되면서 용존산소를 더 많이 함유하도록 하고 용존산소량이 증대한 상태로 용수주입관(23)을 거쳐 복수 개의 양어장(200)으로 공급하게 된다.

따라서 양식장은 양식어의 생육수온으로 조절된 용수와 용수에 다량의 용존산소가 함유되어 양식어의 생육조건을 충족하므로 빠른 성정과 건강한 양식어로 양식할 수 있게 된다.

상기 공기생성장치(30)는 전술한 본 출원인에 의해 발명된 상기 공기생성장치(30)와 함께 통상의 에어공급장치를 사용할 수 있다.

공기생성장치(30)는 양식장(200)의 주변에 퇴수관(33)과 연결되고 열교환실(22)보다 낮은 위치로 구성되어 양식장(200)에서 배출되는 용수가 퇴수관(33)을 통해 상기한 공기생성장치(30)로 보내져 공기생성용 용수로 사용된 후 배출된다.

본 발명의 파이프라인(12), 퇴수관(33) 또는 용수주입관(23)에는 용수의 조절을 위한 밸브(13)를 구성하여 공급량을 조절할 수 있다.

이러한 본 발명은 상기한 양식장의 용수와 함께 열교환된 냉,온수는 농장의 냉,난방용 용수, 축산농가의 축사 냉,난방용 및 공장 등의 시설물의 냉,난방 용수로 적용할 수 있고 이때에는 공기생성기로부터 공기공급을 차단하여도 무방하다.

본 발명은 지중의 지열에 의해 용수의 수온을 1차 조절하고 다시 2차로 조절하여 양식어의 생육조건에 적합한 수온으로 조절하므로 양식어의 생육조건을 충족하고 공급용수에 공기를 주입하여 용존산소의 증가로 양식어들의 생육조건을 충족하도록 함으로 빠른 성장과 각종 병균에 대한 항력의 증대로 양식어의 품질을 향상시킬 수 있고 수온조절을 저렴한 비용으로 조절하여 생산비절감효과 및 구성이 간단하고 고장이 없어 설치가 용이한 특징이 발휘되는 발명이다.

본 발명의 과제의 해결 수단을 첨부도면에 의해 그 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 1 은 본 발명의 양어장 용수 수온조절시스템의 바람직한 실시 예의 구성에 대한 사시도이고, 도 2 는 본 발명의 양어장 용수 수온조절시스템의 실시 예를 설명하기 위한 단면도에서 도시한 바와 같이 해수, 지하수 또는 하천으로부터 용수 를 공급받기 위한 보충수파이프(11)에 의해 용수저장조(10)에 용수를 공급받아 저장한다.

용수는 펌프를 이용하거나 또는 계곡에서는 높낮이에 따른 낙차를 이용하여 공급받을 수 있다.

이러한 공급용수는 그 출처와 계절 즉, 계곡물, 지하수는 여름철에는 대략 17 ~ 20 ℃정도이고 하천수의 경우 이보다 높은 수온을 유지하고 겨울철에는 - 0 ~ 11 ℃이하의 경우에 해당한다.

따라서 이러한 고온 또는 저온상태의 용수를 그대로 사용할 경우 양식어는 성숙·산란의 적온을 벗어나면, 생식소의 성숙이 진행되지 않고 좋은 수정란을 얻을 수 없으며, 부화율도 떨어지며. 또 생장 적온을 벗어나면 먹이의 섭취량이 떨어져서 생장이 늦어진다. 민물인 경우, 하천물은 기온의 영향을 받지만, 지하수는 연중 거의 일정 수온을 유지하는 특징이 있으나, 최근의 양식어종이 특정되지 않고 고온에서 서식하는 열대성 양식어 등도 양식하므로 양식어종에 적합한 온도의 용수를 제공하여야 할 필요성이 증가하고 있다.

용수저장조(10)에 저장된 용수는 전술한 바와 같이 양식장(200)의 양식어에 적합한 수온으로 가온 또는 냉각시켜 공급하게 된다.

즉, 용수저장조(10)의 용수를 파이프라인(12)으로 공급시켜 보어홀(100)의 방열관(101) 내의 하부에서 방출한다.

방출된 공급용수는 지열로부터 가열 또는 냉각된 방열관(101)과 1차 열 교환되어 공급용수의 수온을 조절한 후 다시 방열관(101) 상부로 상승한다.

상승한 용수는 히트펌프(20)의 열교환판(21)을 구비한 열교환실(22)로 이송되어 상기 열교환판(21)에서 2차 열교환을 거쳐 용수가 양식어에 적합한 적정 수온으로 조절하게 된다.

이때 본 발명자에 의해 발명된 공기생성장치(30) 또는 통상의 에어공급장치에 의해 생성된 공기가 공기공급관(31)을 거쳐 다공을 뚫은 기포배출관(32)에서 다량의 공기를 열교환실(22)에 주입하므로 이 열교환실(22)내의 용수는 공급된 공기와 혼합 및 흡착되면서 용존산소량을 늘려 많이 산소량이 함유된 상태로 용수주입관(23)을 거쳐 복수개의 양어장(200)으로 공급하게 된다.

따라서 양식장은 양식어의 생육 수온으로 조절된 용수와 용수에 다량의 용존산소가 함유되어 양식어의 생육조건을 충족하므로 양식어는 빠른 성정과 건강한 양식어로 양식할 수 있게 된다.

보어홀(100) 내의 지열온도는 우리나라의 경우 대략 지하 50 ∼ 200m 정도에서 지중 온도 10 ∼ 20℃를 이루는 열에너지가 있다고 알려지고 있다.

따라서 이러한 열 교환으로 용수의 수온을 대략 15℃ 전후로 조절할 수 있고 이보다 높은 수온 또는 냉온을 필요로 할 때에는 공지된 바와 같이 히트펌프(20)에 의한 열교환으로 원하는 수온까지 열 교환으로 조절할 수 있는 것이다.

히트펌프(20)는 주지하는 바와 같이 증발기에서 외부로부터의 열을 흡수하면서 증발하고, 저온, 저압의 가스상태가 되어 압축기로 흡입되고 압축기에서는 냉매가 압축되면서 고온고압의 상태가 되어 응축기로 전달되며, 응축기에서는 열을 방출하면서 냉매는 액화된다. 고압 액화된 냉매는 팽창밸브에서 감압되고 저온저압 액화상태의 냉매는 증발기로 들어가는 시스템이다.

따라서 한대의 기기로써 증발기와 응축기 측의 온열 및 냉열 이용방향을 바꾸면 냉방과 난방(급탕)이 동시에 가능하다.

양식장(200)에서 퇴수되는 배출수는 퇴수관(33)을 통해 공기생성장치(30)로 보내어 공기생성용 용수로 사용된 후 배출된다.

본 발명의 보어홀(100)은 양식장의 용수량 및 공급용수의 수온 등에 따라 많은 열교환을 이룰 수 있도록 복수 개로 구성되고 깊이를 선택할 수 있으며 또한 방열관(101)은 열 흡수를 증대하기 위하여 요철형으로 구성되거나 또는 축열재를 더 구성시켜 열 보존으로 항시 열교환을 이룰 수 있도록 한다.

이상과 같이 본 발명은 용수수온을 높이기 위한 가온 수단인 보일러시스템 또는 난방시스템을 사용하지 않고 지열로서 용수의 수온을 조절하므로 섭씨 약 3 ∼ 4℃ 정도의 온도를 가온할 경우 대략 월 30 ∼ 40%의 생산비 절감 효과를 낼 수 있었다.

본 발명의 의하면, 종래 육상 수조식 양어장에 설치된 대형 보일러는 유류비 손실이 크나 본 발명의 시스템에 의하면 유류비를 크게 절감을 기할 수 있고 수온 조절의 폭이 넓어지므로 다양한 어류 예를 들어, 민물고기와 해상어 등의 양식이 가능하다.

또한 본 발명은 상기한 양식장의 용수와 함께 열 교환된 냉,온수는 농장의 냉, 난방용 용수, 축산농가의 축사 냉, 난방용 및 공장 등의 시설물의 냉,난방 용수로 적용할 수 있고 이때에는 공기생성기로부터 공기공급을 차단하여도 무방하다.

도 1은 본 발명의 양어장 용수 수온조절시스템의 바람직한 실시 예의 구성에 대한 사시도.

도 2는 본 발명의 양어장 용수 수온조절시스템의 실시 예를 설명하기 위한 단면도.

※ 도면의 중요부호설명

10; 용수 저장조 11; 보충수파이프 12; 파이프라인

13; 밸브 20; 히트펌프 21; 열교환판

22; 열교환실 23; 용수주입관 30; 공기생성장치

31; 공기공급관 32; 기포배출관 33; 퇴수관

100; 보어홀 101; 방열관 200; 양어장

Claims (3)

1. 지하수가 없고 암반 및 사면 붕괴가 발생되지 않고 지열이 높은 지역에 보어홀(100)을 굴착하여 매설되는 방열관(101),

   보충수파이프(11)로부터 공급된 용수를 저장하기 위한 용수 저장조(10),

   용수저장조(10)의 용수를 방열관(101) 내의 하부로 공급하기 위한 파이프라인(12),

   상기 방열관(101) 상부에 히트펌프(20)의 열교환판(21)을 구비한 열교환실(22),

   상기 열교환실(21)로 공기를 공급하기 위한 공기생성장치(30)와 공기생성장치(30) 상부측에 구성되어 생성된 공기를 열교환실(21)로 공급하는 기포배출관(32),

   상기 열교환실(21)에서 조절된 용수를 용수주입관으로 양어장(200)에 공급하고 양어장(200)의 배출수는 퇴수관을 통해 공기생성장치(30)로 공급시켜 공기를 생성한 후 배출하도록 함을 특징으로 하는 양어장 용수 수온조절시스템.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 방열관(101)이 구성되는 보어홀(100)을 복수로 구성함을 특징으로 하는 양어장 용수 수온조절시스템.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 기포배출관(32)는 공기가 배출되는 다수의 소공을 뚫어 구성됨을 특징으로 하는 양어장 용수 수온조절시스템.

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