KR100204931B1 - 온실의 지표층 하부 가열 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열소비를 최소화할 수 있고, 주변 대기 온도를 자동으로 조절할 수 있으며 또한 주변 대기의 습도를 균등하게 유지시킬 수 있는, 전기전도성 발열 콘크리트를 포함한 온실의 지표층 하부 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 온실의 지표층 하부 가열 장치는 전기전도성 발열 콘크리트로 이루어진 가열요소층을 포함하는 바닥 가열층, 지주(支柱)층 및 자동 온도조절 장치로 구성된다.

또한 본 발명의 온실의 지표층 하부 가열 장치는 생장 지표층의 습기 자동조절 장치를 포함할 수 있다.

Description

온실의 지표층 하부 가열 장치

본 발명은 농업 계통의 생산을 위한 종합 농공단지내의 온실의 가열 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 전기 전도성 발열 콘크리트를 포함하는 동절기용 창고형 온실의 지표층 하부 가열 장치에 관한 것이다.

여기에서 전기 전도성 발열 콘크리트라 함은 본 출원인의 특허출원 제97-14654호 및 제97-14655호(출원일 1997년 4월 19일)에 기재된 바와 같은 것을 말한다. 즉, 전기 전도성 발열 콘크리트는 광물접합 물질, 전기전도성 물질, 첨가물질, 보조물질로 구성된다. 광물접합 물질로는 시멘트, 물유리, 불화규산나트륨과 같은 것을 사용하고, 여기에 전기전도성 물질을 넣어 전기를 흐를 수 있게 하고, 크롬철광, 마그네슘 성분, 내화점토, 석영, 적벽돌, 황토, 플라이 애쉬, 제철슬라그, 연료류의 연소 잔류물 등의 여러 가지 골재용 보조물질과 미분쇄한 첨가물질을 넣어 전기전도성 발열 콘크리트를 만든다.

종래의 온실 가열 장치는 여러종류의 휴온(携溫)물질(증기, 물, 기름 등)을 여러 가지 라디에이터를 이용하여 가열하는 것이다. 이러한 라디에이터는 대개의 경우 온실내의 습기 및 대기 환경의 가열을 위해 온실 내에 직접 설비된다. 그러나 종래의 이러한 온실 가열 장치는 난방용 휴온물질의 가열을 위해 보일러 및 중앙 난방 시스템의 설비가 필요하며 또한 보일러에서 중앙 난방 시스템까지 휴온물질을 이입(移入)시키는 과정에서 최상의 효율을 가정할 경우에조차도 유기 연료의 연소를 통해 얻을 수 있는 실제 열에너지의 양이 5-10% 정도에 불과할 정도로 열에너지의 중간 손실량이 크다는 결점이 있을 뿐만아니라 보일러 장치로부터 중앙 난방 장치에 이르기까지 휴온물질의 수송을 위해 휴온물질을 이동시키고 이입시키는 도관들 및 기타 난방요소들의 설비에 드는 필요 금속량이 대단히 클 수 밖에 없다는 결점이 있다.

뿐만아니라 지구상에 현존하는 유기 연료의 이용가능 매장량의 한계로 인하여 향후 인류는 지속적인 에너지의 획득원으로서 어떠한 방식으로든간에 유기연료의 연소 및 소비를 배제하는 형식으로 열에너지를 확보하는 방향으로의 근본적 전환이 불가피하다.

이러한 사정에서 대안으로 제시되는 것이 전기에너지를 이용하여 휴온물질을 가열하는 가열장치이다.

전기에너지를 이용하여 휴온물질을 가열하는 가열장치는 보일러 설치가 필요없을 뿐만아니라 보일러로부터 중앙 난방 장치에까지 휴온물질을 이동 및 분산시키는 도관 설비, 그리고 그외 각종의 기계적 보조장치들(통풍시설 및 기타의 폐쇄장치 등)을 설치할 필요가 없어 중앙 난방장치 자체의 설비공정을 크게 단순화할 수 있는 잇점이 있다. 사실상 앞으로 휴온물질의 가열방식에 있어 전기에너지의 사용을 통한 방법외에 다른 대안이 거의 없다고 할 수 있다.

그러나 현재 일반적인 금속성의 나선형 도선이나 도관 또는 여러 가지 전류의 유도를 위한 케이블을 이용한 전기 가열 장치는 대개의 경우 그 기능이나 성능에 있어 이들 장치의 내구성이 매우 제한적인 수준에 머물고 있는 실정이다.

따라서 본 발명자는 종래의 전기에너지를 이용한 가열 장치의 문제점을 개선할 수 있는 온실의 가열 장치에 대하여 연구하였다.

본 발명은 종래의 전기 에너지를 이용한 가열 장치의 문제점이 없으면서 열소비를 최소화할 수 있고, 주변 대기 온도를 자동으로 조절할 수 있으며 또한 주변 대기의 습도를 균등하게 유지시킬 수 있는, 전기전도성 발열 콘크리트를 포함한 온실의 지표층 하부 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

즉, 본 발명은 전기에너지를 이용하여 가열이 가능한 전기전도성 발열 콘크리트를 포함한 가열 및 난방 장치를 이용하여 동절기 조건하의 예외적인 경우까지를 고려한 온실의 지표층 하부 가열 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 본 발명의 온실 및 그의 지표층 하부 가열 장치를 나타낸 개략도

도 2는 본 발명의 온실의 지표층 하부 가열 장치의 바닥 가열층의 상세도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 온실의 골조 2 : 가열 바닥층

3 : 전기절연물질층 4 : 가열요소(전기전도성 발열콘크리트)

5 : 시멘트층 또는 시멘트 몰탈층 6 : 전기절연 및 방수처리층

7 : 모래층 8 : 바닥 가열층

9 : 지주층 10 : 야채 생장 지표층

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 온실의 지표층 하부 가열 장치는 바닥 가열층(8), 지주(支柱)층(9) 및 자동 온도조절 장치로 구성된다.

또한 본 발명의 온실의 지표층 하부 가열 장치는 생장 지표층의 습기 자동조절 장치를 포함할 수 있다.

바닥 가열층(8)은 박편형 재료로 이루어진 가열 바닥층(2), 바닥층이 전도성 물질로 구성된 경우에 바닥층위에 전기절연물질층(3),이 전기절연물질층 상부에 전기전도성 발열 콘크리트로 구성된 가열요소(4), 시멘트 또는 시멘트몰탈로 이루어진 층(5) 및 전기절연 및 방수처리층(6)이 순차적으로 적층된 구조로 구성된다. 이때 전기 절연 및 방수처리층(6)은 나중에 그 위에 설치될 야채 생장 지표층(10)의 두께 정도의 굽을 둘레에 쳐 완료한다. 또한 지표층 하부 가열 바닥의 내구성과 관련한 예외적 경우를 고려하여 시멘트층 또는 시멘트몰탈층(5)은 금속성 골조로 보강하는 것이 좋다. 또한 바닥 가열층(8)의 측면에는 계획된 야채 생장 지표층(10)의 높이보다 높게 측면 벽을 설치한다.

지주층(9)은 바닥 가열층(8)을 지지하는 층으로서 바닥 가열층 하부에 접하는 바닥과 이 바닥으로부터 연장하여 바닥 가열층의 측면에 접하면서 하방향으로 뻗은 기둥으로 이루어진다. 따라서 지주층(9)은 바닥 가열층(8)을 지지하는 열할을 한다.

상기 온실의 지표층 하부 가열 장치가 온실에 설치될 때, 야채 재배를 위한 실내 작업에 있어 최상의 인체 공학적 조건들을 실현하고 유리로 둘러쳐진 벽의 표면에 있어 외부 경계(지표층 하부 난방 가열 바닥 층을 아래 방향으로부터 공기로 둘러싼) 방향으로 가열된 공기 흐름의 분산을 합리화하고 야채 생장 지표층내의 기온 및 습도 조건을 최적화하기 위하여 지주층(9)이 지면으로부터 적당한 높이가 되도록 설치하고, 지주층의 적당한 곳에 기둥을 설치하여 지주층(9)이 지지되도록 한다. 지주층의 높이는 20 - 60 cm가 바람직하다. 이 경우 온실의 변경(온실의 유리로 둘러쳐진 주변 칸막이에 가깝게)에 설치된 지주층(支柱層)의 지주(支柱)들은 온실의 중앙 부분에 가깝게 위치해 설비된 지주층(支柱層)과 비교하여 더 높게 설치한다. 온실의 변경에 설치된 지주층들은 온실의 중앙부분에 설치된 지주층보다 4 - 10 cm 높게 설치되는 것이 바람직하다.

온도 자동 조절 장치는 연동형의 다채널 자동 계측-조절기구와 바닥 가열층(8)의 야채생장 지표층(10)위에 직접 설치하여 조절기구의 계측 시스템 채널들에 접속되는 송열기-저항 터모미터들로 구성된다. 가열 및 발열 요소 부분은 전류 공급 시스템과 바로 야채 생장 지표층(10)에 설비하는 자동 온도 조절 장치에 연결된다. 그리하여 야채생장 지표층(10)위의 온도가 야채생장 조건에 알맞게 조절될 수 있다.

또한 관수 시스템은 야채 생장 지표층내에 최적의 습도 상태를 유지하기 위하여 자동 조절 장치에 연결시켜야 하는데 높은 표고(標高)(유리로 둘러 쳐진 벽의 외부 표면을 따라 설치된 지주층(支柱層)의 높이가 중앙보다 높기 때문에)를 갖는 구획을 따라 물방울을 적하하는 관수(灌水)용 수로관(수로관)들을 그 가장자리를 따라 설치한다.

물방울을 적하하는 관수용 수로관들은 높은 표고를 갖는 구획의 가장자리를 따라 설치하는데 이는 낮은 표고를 갖는 야채 생장 지표층(10)의 나머지 구획 지역들까지 전기 절연 및 방수 처리 층(6)을 따라 도달되는 물을 최종적으로 흡수하기 위한 것이다. 높은 표고를 가진 구획에서 야채 생장 지표층(10)에까지 이르는 물의 흡수를 더욱 좋게 하기 위하여 전기 절연 및 방수 처리된 층(6) 위에 먼저 적당한 두께의 모래층(7)을 덮는 것이 좋다. 이때 모래층(7)의 두께는 2 - 5 cm 가 적당하다.

또한, 야채 생장 지표층(7)의 습도 자동조절 장치는 야채 생장 지표층 아래에 설치되고 온도의 자동조절을 위해 이용이 가능한 연동형의 자동조절 체계의 채널들에 접속되는 송신 전극들과 물방울의 자동 적하를 위한 솔레노이드 밸브 형식의 실행장치로 구성된다.

즉, 낮은 표고 층의 가장자리를 따라 야채 생장 지표층(10)의 수분(水分) 송신 전극들은 그 사이에 위치한 야채 생장 지표층의 전기 저항의 변화에 따라 습도의 간접적인 조절을 하기 위하여 망상형(網狀形) 전극들 형식으로 설치된다. 이들 전극들은 그 후에 이들 전극들 사이에 교류 계기용 전압으로 가교 형식으로 작동하는 자동 조절 및 기록 계기들에 접속된다. 물방울의 자동 적하 시스템 기능의 메커니즘으로 통상적인 솔레노이드 밸브들을 이용하는데 이들은 중간 계전기를 통해 자동 조절 계기들의 조절 접촉부분에 접속된다. 그리하여 망상형 전극들 사이에 위치한 야채 생장 지표층(10)의 전기저항이 물의 공급에 따라 점차로 작아져 하한치에 달하게 되면 자동조절기구와 솔레노이드 밸브의 작동에 의하여 물의 공급이 중단되고, 그렇게 되면 수분의 공급이 없으므로 점차로 야채 생장 지표층(10)의 전기저항이 상승하게 되며, 상한치에 도달하게 되면 상기와 같은 방식에 의하여 다시 물의 공급이 시작된다. 이렇게 하여 야채 생장에 필요한 수분의 양이 조절되며, 또한 야채 생장 지표층의 습도가 자동으로 조절된다.

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하는 바, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일뿐 하기의 실시예에 의하여 본 발명의 청구범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예

온실은 전통적인 금속성 골조(1)로 이루어진다. 동절기에 극심한 열 손실을 고려하여 창고는 2중의 유리벽을 두르되 2중 유리벽의 사이 간격은 1 - 2 mm 이하가 되도록 한다. 동절기에 극심한 열 손실이 예상되지 않는 그 밖의 경우에는 2중 유리벽을 반드시 설비해야 할 필요는 없는데 이는 봄 또는 가을 기간에 전형적인 온도라 할 수 있는 섭씨 0 도에 근사한 기온 치에서 볼 경우 야채 생장 지표층(10)의 온도를 원하는 수준에서 지속시키기 위하여 필요한 열 소비량과 단일 층 유리벽과 2중 유리벽을 통하여 발생되는 열손실 량을 비교해 볼 경우 커다란 차이가 없기 때문이다.

난방 온실을 위한 지표층(10) 하부 가열 바닥층(2)은 나중에 제거되지 않는 바닥으로서 통상적인 파상형(波狀形)의 슬레이트를 이용하여 만들며, 측면 벽은 계획된 야채생장 지표층보다 2 - 5 cm이상 높게 설치한다. 이들 측면벽 설비는 금속성 재료나 그 밖의 다른 재료를 사용하여 만들 수 있으며, 한 예를 들면 주변 가장자리 테를 만들기 위하여 평평한 석면 슬레이트의 낱장을 이용한다. 파상형의 움푹 들어간 곳(요선)을 하나 또는 2개 단위의 파상형 선을 건너뛰는 식으로 요선들의 모든 끝부분에 전류를 끌어댈 수 있는 단자들을 설치하고 이들 움푹 들어간 요선의 상부 표면 표고의 높이와 동일한 높이로 전기 전도성 발열 콘크리트(4)를 덮는데 이들 전기 전도성 발열 콘크리트(4)는 나중에 가열 요소 시스템(가열 표면)을 구성한다. 그리고 전기 전도성 발열 콘크리트(4)에 의해 덮여지지 않은 슬레이트의 요선들에 외장용 보강 축들을 설치하고 상기 가열요소를 포함하여 슬레이트를 모래 콘크리트 혼합물(시멘트몰탈)로 덮어 시멘트몰탈층(5)을 형성한다. 하나의 지표층 하부 바닥 가열층(8)에 설치되는 축들의 수와 이들 위를 덮는 시멘트몰탈층의 두께는 지표층 하부 바닥 가열층(8) 위에 덮일 재배 야채 생장 지표층(10)의 크기, 수확 예정 야채의 추정량과 이들 온실 표면 위에 향후 작업 인력의 크기 또는 기타의 필요한 요인들을 고려하여 결정된다.

본 실시예에서 사용한 전기 전도성 발열 콘크리트 혼합의 구성은 하기와 같다 :

시멘트 --------------------------------- 400 kg / 1 입방 m

흑연 코우크스 --------------------------- 1000 kg / 1 입방 m

물 ------------------------------------- 300 l / 1 입방 m1

상기와 같은 조성의 전기 전도성 발열 콘크리트 혼합물은 1- 2 !'/m 의 물성치를 나타낸다.

가열 요소 부분들은 단자들을 통해 인접한 지표층 하부 바닥 가열층(8)의 가열 요소들(4) 모두를 직렬 또는 병렬로 연결하되 각 가열요소가 설계된 전기 저항치에 이를 때까지 전류를 공급한다. 마찬가지 방식으로 다른 지표층 하부 바닥 가열층(8)의 가열 요소 부분들도 가열요소들(4) 모두를 직렬 또는 병렬로 연결하여 계획된 온도치의 자동 조절 시스템에 접속하고 바닥 가열층(8)의 콘크리트판의 사전 건조를 위해 전류를 공급한다. 이들 건조 과정이 종료된 후에는 인접한 가장자리에 굽이 둘려 쳐진 시멘트몰탈층(5) 위에 전기 절연 및 방수층(6)을 덮고 2 - 5 cm의 두께로 모래층(7)을 그 위에 덮은 후 재배 야채의 실제 생장 지표층(10)의 습도 자동조절 장치를 설치한 다음에 계획된 두께로 재배 야채의 실제 생장 지표층(10)을 깐다.

높은 표고의 가장자리 측면을 따라 물방울을 적하하는 수로관을 설치하는데 이들 수로관은 물방울 자동 적하 시스템과 접속한다.

재배 야채 씨앗을 파종하기 전에 가열 요소(4)를 잡초들의 씨앗이나 농업 해충들 및 기타 박테리아 등을 제거할 수 있는 온도(60 내지 90℃)까지 가열하여 야채 생장 지표층(10)을 살균 및 소독한다.

야채 재배를 위한 최적의 기후 조건은 먼저 재배 야채의 실제 생장 지표층(10)의 온도를 필요한 수준에서 유지하고 이와 아울러 중앙에서 온실의 외부 경계 차단벽에 이르는 방향으로 가열 판의 아래로부터 대기의 흐름에 따라 공기를 순환시킴으로써 주변의 대기 온도를 간접적으로 상승시킴으로써 보장할 수 있다.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 온실의 지표층 하부 가열 장치는 종래의 휴온 물질의 가열을 위해 필요한 부차적인 보일러의 설치가 필요하지 않으며, 휴온 물질의 분산을 위해 필요한 여러 가지 종류의 라디에이터, 대류식 난방장치, 기타의 도관형 장치망의 설치가 필요없다는 잇점이 있다.

또한 종래의 여러 가지 가열 기구에 의해 주변의 대기 온도를 상승시키는 종래의 온실 난방 방법과 비교할 때 본 발명의 지표층 하부 가열 장치는 야채의 생장이 이루어지는 지표층(10)에 직접 난방 가열 설비를 한다는 면에서 다음과 같은 잇점이 있다. 즉, 열의 소비가 야채 생장 지표층(10)의 바닥 가열과 가열된 지표층 하부 가열 난방 받침의 공기가 아래로부터 순환함으로써 가열된 지표층 하부 바닥 가열층(8)의 열소비만을 통해 주변 대기 온도를 대류를 통하여 상승시키는 방식으로 집중화되어 있어 열소비를 최소화할 수 있고, 결과적으로 전기 에너지 소비를 최소화할 수 있을 뿐만아니라 즉, 에너지의 절약 차원에서만이 아니라 야채 생장을 위해 더욱 유리한 미세기후 조건을 온실 내에 만들어 낼 수 있다는 잇점이 있다.

또한, 본 발명의 전기 에너지를 이용한 온실의 지표층 하부 가열 장치는 자연적 조건하에서 모든 채소 각각에 적합한 온도를 인공적으로 현실화할 수 있는 자동 온도 조절 시스템의 운영을 통하여 여러 가지 다양한 재배 채소 종류의 생장에 적합한 최적의 농업 생산에 필요한 균일한 온도 및 습도 조건을 매우 쉽게 지속적으로 유지할 수 있다는 잇점이 있다.

이와 동시에 본 발명의 지표층 하부 가열 장치를 이용한 채소 재배 방법은 전기 에너지를 이용하여 소독과 열을 이용한 제초를 목적으로 가열 온도를 섭씨 60 내지 90도까지 가열하여 야채 생장 지표층에 대한 파스퇴르 살균이 가능하며, 이러한 온도 조건하에서 모든 잡초의 씨앗들과 농업 해충 및 기타의 박테리아 등을 모두 죽임으로써 소독과 제초를 먼저 하고 바닥을 다시 적정 온도로 냉각한 후에 재배 채소의 이식이나 묘종을 할 수 있고 그럼으로써 야채 재배에 필요한 노동량을 크게 절약할 수 있다는 잇점이 있다.

Claims (8)

1. 바닥 가열층(8), 지주층(9) 및 온도조절 장치로 구성되는 것을 특징으로 하는 온실의 지표층 하부 가열 장치
2. 제1항에 있어서, 바닥 가열층(8)은 박편형 재료로 이루어진 바닥층(2), 바닥층이 전도성 물질로 구성된 경우에 바닥층(2)위에 형성되는 전기절연물질층(3), 이 전기절연물질층 상부에 전기전도성 발열 콘크리트로 구성된 가열요소(4), 시멘트 또는 시멘트몰탈로 된 층(5) 및 전기절연 및 방수처리층(6)이 순차적으로 적층된 구조로 구성되는 것을 특징으로 하는 온실의 지표층 하부 가열 장치
3. 제1항에 있어서, 지주층(9)은 바닥 가열층(8)을 지지하는 층으로서 바닥 가열층(8) 하부에 접하는 바닥과 이 바닥으로부터 연장하여 바닥박침 가열층의 측면에 접하면서 하방향으로 뻗은 기둥으로 이루어지고, 온실에 설치될 때 온실의 변경 방향으로 가열된 공기 흐름의 분산을 합리화하고 야채 생장층내의 기온 및 습도조건을 최적화하기 위하여, 지면으로부터 적당한 높이가 되도록 설치되며, 창고형 온실의 변경에 설치된 지주층(支柱層)(9)이 온실의 중앙 부분에 가깝게 위치해 설비된 지주층(支柱層)보다 더 높게 설치되는 것을 특징으로 하는 온실의 지표층 하부 가열 장치
4. 제3항에 있어서, 지주층(9)의 지면으로부터의 높이가 20 내지 60cm인 것을 특징으로 하는 온실의 지표층 하부 가열 장치
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 온실의 변경에 설치된 지주층(9)이 온실의 중앙부분에 설치되는 지주층(9)보다 4 내지 10cm 높게 설치되는 것을 특징으로 하는 온실의 지표층 하부 가열 장치
6. 제1항에 있어서, 온도 자동 조절 장치는 연동형의 다채널 자동 계측-조절기구와 가열받침의 야채생장 지표층(10)위에 직접 설치하여 조절기구의 계측 시스템 채널들에 접속되는 송열기-저항 터모미터들로 구성되는 것을 특징으로 하는 온실의 지표층 하부 가열 장치
7. 제2항에 있어서, 전기전도성 발열 콘크리트로 구성된 가열 요소(4) 부분이 전류 공급 시스템과 야채 생장 지표층(10)에 설비하는 자동 온도 조절 장치에 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 온실의 지표층 하부 가열 장치
8. 제1항에 있어서, 생장 지표층(10) 아래에 설치되고 온도의 자동조절을 위해 이용이 가능한 연동형의 자동조절 쳬계의 채널들에 접속되는 송신 전극들과 솔레노이드 밸브 형식으로 물방울을 적하하는 관수시스템을 실행하는 장치로 구성되는 생장 지표층(10)의 습도 자동조절 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 온실의 지표층 하부 가열 장치

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