KR100339939B1 - 드라이아이스의 승화압을 이용한 친 탄소동화적 에어튜브식 비닐하우스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어튜브 식으로 접합한 2중 비닐필름에 평압보다 높은 탄산가스를 주입하여 그 압력으로 인하여 설계된 형태대로의 에어튜브 식 비닐하우스가 형성되어 종래의 비닐하우스 지주나 골조를 대신하여 자체 공기지주와 공기구조체를 에어층으로 유지하는, 단열성이 높아지는 비닐하우스로서, 단위에어튜브를 병열로 연결함으로서 온실의 크기를 증감할 수 있는 압력에어 층으로 이루어진 비닐하우스가 제공되며, 구조체를 유지하기 위하여 단위튜브 및 단위튜브가 연결된 전체 비닐하우스의 에어 층 압력이 외부조건과 관계없이 기이 설계된 구조로 지탱되기 위하여 지속적으로 가압을 하거나 또는 감압을 하여 압력을 일정히 유지시키어야 하는바, 이 가압과 감압의 방법을 드라이아이스의 승화(sublimation)압으로 제어하는 방법이 특징인 것으로서, 이 방법에 있어서, 압력유지 목적으로 이용된 탄산가스는 압력제어기능을 수행한 이후, 다시 비닐하우스 내부로 분사공급 시켜 비닐하우스 내에 재배하는 작물의 탄소동화작용을 증진시켜 작물의 생육을 증가시키는데 재 사용하는 친 탄소동화작용 적 비닐하우스를 system화하는 방법과 그 장치에 관한 것이다.

Description

드라이아이스의 승화압을 이용한 친 탄소동화 적 에어튜브 식 비닐하우스 {Pro-Photosynthesis Air Tube Type Green House Erected by Pressure of Sublimation of Dry Ice}

본 발명은 시설원예에 사용되는 비닐하우스에 관한 것으로서, 비닐필름을 튜브 식으로 만들고 드라이아이스에서 승화되는 압력탄산가스로 압력에어 층을 형성하는 단위튜브를 필요개수 만큼 병열로 연결하여 비닐하우스를 건립하는 것으로, 단위에어튜브를 탄산가스의 압력(1.2 bar)으로 벽체와 골조기능을 가진 설계된 형태대로의 아취 형 구조물로 형성되는 비닐하우스로서, 에어튜브를 지탱하는 압력을 드라이아이스(고체탄산가스)의 승화압을 이용하고 승화된 탄산가스는 압력유지기능을 수행 후 다시 비닐하우스 내부로 분출시켜 탄소동화작용의 기본요소인 탄산가스를 공급하게 함으로서 작물의 생육을 촉진시키게 하는 친 탄소동화 적 비닐하우스의 시스템(system)을 구성하는 방법과 그 장치에 관한 것이다.

이제까지의 비닐하우스는 골조를 세운 다음 홑겹의 필름을 위에 덮음으로서 마감을 하거나 단열효과를 높이기 위하여 2중 터널 식 복층 구조로 건립하는데 2중의 투자비를 요하며 단열효과가 낮고 필요이상의 설치비가 들게되는 반면, 한해 겨울 사용 후 후작 노지재배를 위하여 비닐하우스 철거시 골조와 필름 모두를 철거하여야 하는바 작업이 번거롭고 경비가 많이 들며 또한 철거한 필름은 재사용이 불가능하여 폐기로 인한 낭비가 크고 폐기 자체가 또한 쉽지 않아 환경오염을 야기 시키어 왔다.

다른 한편, 이와 같은 비효율적이며 비경제적인 종래의 비닐하우스를 개선하여 2중의 시트로 공기를 주입하여 보온과 단열도를 높이는 개선방법이 제시되기도 하였으나, 주입된 공기가 밤낮의 온도차이 및 기타요인에 의한 수축 및 팽창작용으로 비닐하우스가 제 형태를 항구적으로 공고히 유지하지 못하며 실용성의 문제가 있었다.

또 다른 방법으로서, 형태유지문제의 해결을 위하여 에어튜브에 컴프레셔 등으로 강제송풍을 하여 압력을 유지하는 방법이 있으나 에어튜브 내의 설정압력을 감지하는 압력센서와의 연동하는 컴프레셔를 압력제어를 하나 비닐시트로 구성된 신축율이 높은 에어튜브는 설정압과 평압의 차가 크지 않고 압력변화가 있어 컴프레셔는 계속 가동되는 결과를 초래하여 전력소비를 높이는 폐단이 있으며 설정압차를 높이면 에어튜브 내의 압력이 필요한 경우에도 컴프레셔가 작동하지 않는 문제점이 있어 이 시스템은 on/off만으로 일정압력유지가 충분하지 않아 실용상의 문제점이 있으며 하우스의 면적이 커질수록 연동제어가 둔화되어 통상적으로 컴프레셔를 연속작동 시키어야 하는 실정이다.유럽에서 널리 이용되는 방법으로는 2중 시트사이에 온도차로 인한 대류현상이 최소화되는 크기로 다수개의 밀폐공기구(球)를 형성하여 단열보온도를 높이는 방법이 있으나 에어튜브 식에 비하면 단열보온도가 현격히 떨어져 기본적인 문제점을 가지고 있다.또 다른 문제로, 비닐하우스 내부의 제한된 공간에 작물이 밀식됨으로 탄산가스의 부족현상이 야기되어 생육에 지장을 초래함으로 탄산가스 공급장치를 별도로 비닐하우스 내부에 설치하여 탄산가스를 공급하여야 하였음으로 하우스와 탄산가스발생장치는 별개의 것으로서 2중으로 설비비가 들게 되는 상황이었다.

본 발명은 위와 같은 종래 방법의 문제점들을 해결하기 위하여 개발된 기술로서, 드라이아이스에서 승화한 탄산가스로 압력에어 층이 형성된 단위 에어튜브를 지퍼식으로 연결하여 비닐하우스를 건립함으로서, 기이 공지의 사실인 단열성이 좋아지며, 골조 등 자재비의 절감, 설치 및 철거작업의 단순화로 인건비를 절약과, 비닐필름을 몇 해이고 재사용이 가능하여 자원을 절약할 수 있는 에어튜브 식 비닐하우스를 현실성 있는 실용기술로 제공하기 위하여 압력에어 층을 드라이아이스의 승화압을 이용하여 유지함에 있어서 필요에 따라서 지속적으로 감압 및 가압을 하는 간단하고 경제적인 드라이아이스 승화제어장치로 외기의 변화에 따른 구조물의 변형현상을 방지하여, 비닐하우스의 구조체를 안정시키며, 압력유지를 위하여 사용된 드라이아이스에서 승화한 탄산가스는 감압 시 에어튜브에서 방출하여야 하는 분 및 드라이아이스의 자연승화 분을 비닐하우스 내로 분출되게 하여 작물의 탄소동화작용을 돕게 함으로 제한된 공간 내에 밀식되는 작물들에게 나타나는 탄산가스 부족현상을 해소하여 작물의 생육을 촉진하게 함으로서 비닐하우스의 에어층을 유지하는 압력원으로 이용하고 이용된 탄산가스를 작물의 탄소동화작용에 재사용 되게 하여 별도의 탄산가스 발생시설을 설비하지 않고도 친 탄소동화 적 비닐하우스 시스템을 구성하도록 한 비닐하우스를 구현함으로서 비닐하우스를 보다 효율적이며 경제적으로 건립 및 유지하며 생산성이 증진되어 농업경쟁력을 높일 수 있는 비닐하우스의 구성방법과 그 장치를 제공함이 본 발명이 이루고자하는 기술적 과제이다.

도 1은 본 발명에 의한 비닐하우스의 실시예의 단면도도 1-1은 본 발명의 시스템 개념도

도 2는 단위 에어튜브 연결방법의 예시 및 일부절개 사시도

도 3은 드라이아이스의 제어장치와 구성도도 3-1은 드라이아이스 제어장치의 개방 사시도도 4는 본 발명에 적용되는 전자삼방변의 작동도

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 제어장치 13 : 재배상

1-1 : 가온실 14 : 재배작물1-3 : 덮개 15 : (드라이아이스) 장입실

2 : 전자삼방변 15-1 : 간격유지 대

3 : CO₂직접 송출관 16 : 가온공기 흡입구

4 : CO₂직접 방출관 16-1 : 가온공기

5 : CO₂공급관 17 : 찬 공기 배출구

6 : CO₂간접 송출관 17-1 : 찬 공기

7 : CO₂간접 방출관 18 : CO₂배출관

8 : 과압 방지변 18-1 : CO₂배출공

9 : 에어 연결구 20 : 전기히터

9-1 : 결착장치 21 : 시즈히터

10 : 에어튜브 외피 22 : 필터11 : 에어튜브 내피 23 : 입력단자12 : 압력에어층(CO₂)

이하 첨부된 도면에 의거, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 및 도 1-1은 본 발명에 의한 비닐하우스 실시예의 단면도와 시스템의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 단위에어튜브 연결방법의 예시 및 일부 절개 사시도이며, 도 3은 드라이아이스 제어장치와 구성도로서이고, 도 3-1은 드라이아이스 제어장치의 개방사시도이며, 도 4는 본 발명에 적용되는 전자삼방변의 작동도로서, 드라이아이스 제어장치(1)는 2 중의 통 구조로 단열된 외통으로부터 일정간격을 두고 승화를 촉진키 위한 가온공기(16-1)가 흐르게 한 자유공간인 승화촉진 가온실(1-1)을 사이에 두고 단열이 되지 않은 드라이아이스 장입실(15)이 형성되고 두통은 크렘프 등으로 개폐가 되어 드라이아이스를 장입 할 수 있게 한 단열 된 덥게(1-3)로 밀봉되게 부착되며, 드라아이스는 바닥과 간격을 두고 난 간격유지대(15-1) 위에 얹히는 식으로 위치하게 되어 승화로 인한 탄산가스는 밀봉된 드라이아이스 장입실(15)에서 압력이 발생되면 간격유지대(15-1) 사이에 낸 CO₂배출공(18-1)으로 배출되어 CO₂배출관(18)을 통하여 하우스를 구성하는 단위에어튜브의 압력에어층(12) 내의 압력이 설정된 압력보다 낮을 때에는 CO₂공급관(5)을 통하여 압력에어층(12)으로 공급되고 압력에어층(12)이 설정압에 이르면 탄산가스를 CO₂직접송출관(3)으로 유도되어 CO₂직접방출관(4)을 통하여 하우스 내 작물로 공급되도록 하는 전자삼방변(2)으로 진행하게 된다.

드라이아이스 제어장치(1)는 드라이아이스가 단열처리된 외통에 의하여 외기와 단열된 장입실(15)에 장입된 후 덥게(1-3)로 밀폐됨으로 드라이아이스는 자연승화 분은 전자삼방변(2)을 통하여 미미한 량의 탄산가스는 하우스 내로 방출되도록 방향(도4 AAA)이 설정되나 압력에어층(12)의 압력이 설정압 이하로 떨어질 때 전자삼방변(2)은 가스의 방향(도4 BBB)을 압력에어층(12)으로 바뀌고 제어장치 외통 상단과 반대편 하단에 각각 형성된 가온공기흡입구(16)의 가온공기(16-1)를 흡입하는 팬이 그리고 찬공기배출구(17)의 배출팬이 장입실(15)을 가온 시키며 외기를 통과시키어 드라이아이스의 승화를 촉진시키고 내려오는 찬공기(17-1)를 배출하는 팬이 연동되는 제어구조를 가지며 압력에어층(12)의 압력이 설정압에 이르면 다시 전자삼방변(2)은 탄산가스의 방향(도4 AAA)을 하우스 내로 보내는 CO₂직접송출관(3)으로 유도시키며 연동되던 가온공기흡입구(16)와 찬공기배출구(17)의 개구부가 닫히며 구동하던 팬은 정지하고 승화가 둔화되며 드라이아이스의 자체온도(-78℃)로 장입실(15)과 가온실(1-1)은 냉각되고 승화는 미미한 자연승화 분 이상의 승화를 하지 않게 됨으로 탄산가스는 전자삼방변(2)의 솔렌노이드가 스프링을 개방하여 열리는 방향(도 4 AAA)인 하우스 내로 분출이 되도록 하는, 튜브압력과 드라이아이스의 승화촉진 및 전자삼방변(2)이 연동되는 시스템이 작동하여 압력에어층(12)의 압력을 지속적으로 유지하며 일방 하우스 내로 탄산가스의 공급도 이루어진다.

기온이 평균이하로 낮아지거나 북쪽지방에서의 비닐하우스에는 드라이아이스 승화촉진에는 전기히타(20)가 쓰일 수 있는데 가온공기흡입구(16) 돌출부에 밀착하여 끼워지고 상기 연동시스템에 추가되어 가온공기흡입구(16)의 팬이 가동 시 전기히타(20)에 내장되고 입력단자(23)로 전력을 공급받는 시즈히터(21)가 ON되어 가열이 되면 가온공기흡입구(16)의 팬이 가동되어 흡입력이 생기면 반대쪽 필터(22)를 통하여 흡입된 공기는 시즈히터(21)를 통과하며 가온이 되어 가온공기흡입구(16)를 통하여 가온실(1-1)로 흡입되어 드라이아이스의 승화를 촉진시키는 열을 공급하고 찬공기배출구(17)로 외부로 방출된다. 다른 한편, 압력에어층(12)이 주간이나 외 기온의 상승 시 연동시스템과 무관히 에어연결구(9)로 연결된 각 단위에어튜브의 압력이 1.2bar를 넘을 때 에어연결구(9) 중앙에 형성되고 비닐하우스 내부에 낸 CO₂간접송출관(6)의 단말에 형성된 CO₂간접방출관(7)의 과압방지변(8)이 개방되어 압력에어층(12)과 전자삼방변(2) 이후 에어연결구(9)에 이르는 모든 관내 탄산가스 중 일부가 설정압까지 분출이 계속되고 설정압에 이르면 과압방지변(8)은 자동으로 차단되는 것으로 상기 연동시스템과 별개로 작동하여 압력에어층(12)의 과압을 방지한다.

도 2는 단위에어튜브 연결방법의 예시 및 일부절개 사시도로서, 단위에어튜브는 에어튜브외피(10)와 에어튜브내피(11) 2중의 시트로 이루어지고 그 사이 공간은 압력에어층(12)으로 형성되어 1.2bar의 탄산가스가 공급되어 압력을 유지하여 설계된 형상을 갖도록 하고 각 단위에어튜브는 좌.우단에 낸 지퍼식 결착장치(9-1)로 계속 결착하여 원하는 평수의 하우스를 건립할 수 있는데 단위에어튜브는 농업에 많이 쓰이는 단위(평, 1/2평 등)를 기준으로 형성하여 기존 기존하우스의 농자재와 호환성을 갖도록 크기가 결정된다. 결착된 각 에어튜브는 에어튜브연결구(9)로 연결되어 전체가 하나로 통하게 되며 압력공기층(12)의 압력은 에어튜브연결구(9)로 모두 동일한 압력을 갖게 되는 밀폐공기로 형성된다. 단, 건립 시와 상기 외부조건의 변화 또는 다른 이유로 압력공기층(12)의 압력이 저하될 때에 탄산가스를 공급받기 위하여 전자삼방변(2)을 통하여 장입실(15)과 연결되고, 또한 외부조건에 의하여 압력공기층(12)의 압력이 상승 시 과압방지변(8)의 작동으로 탄산가스를 하우스내로 방출하기 위하여 개방하는 경우 이외에는 계속 밀폐된다.

도 4는 본 발명에 적용되는 전자삼방변의 작동도로서, 압력공기층(12)의 압력이 설정압 이하로 저하되면 드라이아이스제어장치(1)의 전기히터(20) 및 가온공기흡입구(16)와 찬공기배출구(17)의 팬 등의 연동시스템이 동시에 ON이 되고 이때 전자삼방변(2)의 솔레노이드가 작동하여 스프링을 당겨서 도 4의 AAA와 같이 장입실(15)로부터 승화가 촉진되어 압력을 가지고 오는 CO₂를 압력공기층(12 : 에어튜브 쪽)으로 개방되어 압력을 보충하고, 설정압에 이르면 연동시스템은 동시 OFF가 되어 작동을 중지하며 이때 전자삼방변(2)의 솔레노이드는 스프링의 복원력으로 개방되면 4의 BBB와 같이 되어 장입실(15)로부터 오는 자연승화 분의 CO₂를 CO₂직접송출관(3)과 CO₂직접방출관(4)을 통하여 하우스 내로 탄산가스를 공급하도록 개방되어 드라이아이스제어장치(1)와 연동시스템을 이룬다..

전문시험기관의 보고에 의하면 탄산가스공급장치(기체탄산가스공급장 또는 연소식탄산가스발생장치)를 설치한 비닐하우스의 수확량은 그러하지 않은 비닐하우스의 수확량의 2배정도의 증산을 하게되는데 이는 공기 중 탄산가스의 함량이 300～350ppm(약 0.03％)인데 반하여 광합성이 활발한 주간에는 700～2,000ppm까지 탄산가스의 량이 필요하며 밀폐된 하우스 내의 탄산가스량은 평균 100～150ppm에 지나지 않아 작물의 광합성에 결정적 지장을 초래함으로 하우스 시설재배에는 필히 탄산가스를 적정 공급하여야 하는 것이다. 특히 광합성이 활발하여지는 아침에 집중적으로 탄산가스를 하우스 내에 공급함이 효과적임으로 기이 공급되는 탄산가스의 량이 부족하다고 판단 시에는 연동시스템을 수동조정으로 전환시키거나 과압방지변(8)을 소동으로 조작하여 하우스 내로 탄산가스를 700ppm정도로 공급할 수도 있다.

본 발명은 상기한 바와 같이 드라이아이스의 승화압을 제어하여 압력에어층(12)을 간편하고 실용적인 방법으로 유지하며 압력이 설정압을 넘을때에 탄산가스를 비닐하우스 내로 분출시켜 압력에어층(12)의 압력을 조정함과 동시에 광합성에 절대요소인 탄산가스를 작물에게 공급되게 하고, 다른 한편 언제나 제어시스템이 ON이 되면 승화가 촉진되기 위하여 대기 중인 드라이아이스의 자연승화 분을 또한 하우스 내로 공급하여 두 경로로 탄산가스가 작물에 공급되게 하여 별도의 탄산가스발생장치를 시설하지 않고도 탄산가스를 공급하는 방법이 제공되는 것이다.

상기의 탄산가스를 본 발명에 채택한 이점 이외에, 탄산가스는 불활성 기체임으로 공기 또는 다른 기체를 주입하는 방법에 비하여 단위 에어튜브의 수명을 연장시키며, 분자 입자가 공기 또는 다른 기체에 비하여 크므로 에어튜브의 자연압력누설현상을 최소화시키며, 특히 드라이아이스는 우리 나라의 석유화학공업의 발달로 저렴하게 다량으로 공급되고 탄산가스나 액화탄산가스 등과 같이 특정고압가스관리법 등의 취급환경과 전문인력이 필요하지 않으며, 섭씨 영하 78도(-78℃)부터 승화가 시작됨으로 승화촉진을 위한 장치가 외부단열과 드라이아이스 장입실(15) 둘레 가온실(1-1)에 가온공기 유입만으로 가능하여 승화제어가 간편한 점등으로 탄산가스를 채택하는 방법중에서도 드라이아이스로 하우스를 건립하는 압력을 얻고 다시 하우스 내의 작물에 보내는 리사이크링으로 및 비닐에어튜브가 고형체로 고정된 공간이 아니며 신축성이 있는 단위 에어튜브들이 설정압을 지속적으로 유지하기 위하여서는 상기 드라이아이스의 승화압을 제어기(1)와 전자삼방변(2) 및 과압방출변(8)으로 연동되는 제어시스템으로만 가능하여, 경제적인 하우스의 건립과 유지 및 경쟁력 있는 작물재배를 동시에 시행할 수 있는 에어튜브 식 비밀하우스에 드라이아이스는 필요충분조건을 모두 갖추고 있는 소재이다.

보온 및 단열을 극대화하기 위하여 구성되는 2중 비닐시트로 된 에어튜브 식 비닐하우스는 비닐에어튜브의 형상과 공기압이 가변적인 물성 상 특성으로 압력유지를 위하여 계속압력송풍이 요구되어왔었으나, 드라이아이스의 승화압을 이용한 간편하고 저렴한 제어장치로 실용적인 하우스를 건립 및 유지방법이 제공되며 1차 목적에 이용되는 탄산가스를 하우스 내로 공급하여 별도의 탄산가스발생장치가 없이도 작물의 생육을 돕고 수확량을 배가시키므로 그 이용의 용이성으로 본 발명의 하우스가 농민들에게 대중적으로 보급되어 기본 목표인 난방비 절약은 물론 수확량의 증가 및 품질 좋은 농산물의 수확으로 시설원예의 국제적 경쟁력을 제고할 뿐 아니라, 2중 시트의 에어튜브를 내구성이 있는 필름으로 선택됨으로 1회 성 폐기비닐필름을 다년간 사용하게 하여 환경오염방지 및 자원의 절약을 기하며, 현재 판로가 적어 폐기되는 부산물인 탄산가스(드라이아이스)의 대량 활용 처를 제공한다.

Claims (3)

1. 드라이아이스의 승화압을 제어하기 위하여 내부에 드라이아이스 장입실(15)을 형성하여 드라이아스를 장입하고 승화를 위한 가온실(1-1) 공간을 유지하며 단열된 외부의 통으로 다시 보온단열시키어 덮개(1-3)로 밀폐되는 2중구조의 것에 상단에 가온공기흡입구(16)를 흡입팬과 함께 형성하고 반대편 하단에 찬공기배출구(16)를 배기팬과 함께 형성되어 전자삼방변(2)과 연동되는 드라이아이스 제어기(1)와, 드라이아이스의 자연승화 분은 자압으로 CO₂배출공(18-1)을 통하여 전자삼방변(2) 솔레노이드 스프링이 해지된 방향(도 4AAA)이 비닐하우스 내로 난 CO₂직접송출관(3)을 타고 CO₂직접방출관(4)으로 분출되어 작물의 탄소동화작용을 돕게하나, 압력에어층(12)의 설정압(1.2bar)이 저하 시 전자삼방변(2)의 솔레노이드는 압력에어층(12)의 방향(도 4BBB)으로 바뀌며 동시에 드라이아이스제어장치(1)의 가온공기흡입구(16)와 찬공기배출구(17)의 팬이 각각 구동을 시작하여 외부에 상대적으로 높은 온도의 외기를 가온실(1-1)에 지속적으로 접촉케 하여 장입실(15) 외부온도를 섭씨 영하 78도 이상으로 높임으로 드라이아이스의 승화를 촉진시키어 발생하는 탄산가스의 압력을 삼방변(2)의 유도에 따라서 CO₂공급관(5)을 통하여 압력에어층(12)을 설정압에 이르도록 하여 비닐하우스가 설계된 형상을 갖추도록 하며, 압력에어층(12)이 설정압에 이르면 일련의 연동시스템은 OFF되어 장입실(15)의 드라이아이스는 승화가 격감되고 자연승화 분은 다시 하우스내로 공급되게 하는 연동시스템과, 외부기온 상승 등으로 압력에어층(12)의 압력이 설정압 이상에 이르는 경우 에어연결구(9)에 낸 과압방지변(8)의 개방으로 탄산가스를 하우스 내로 분출시켜 설정압에 이르러 자동폐쇄됨으로 설정압 유지시키는 장치를 상기연동시스템과 별도로 하여 전체 구성이 되는 드라이아이스의 승화압을 제어하여 탄산가스가를 압력에어층(12) 형성에 이용하고 제어과정에서 폐기되는 탄산가스(드라이아이스 승화물)를 하우스 내로 공급하여 재배작물(14)의 광합성을 도와 생육을 촉진시키고 수확량을 배증시키도록 구성되는 드라이아이스의 승화압을 이용한 친 탄소동화 적 에어튜브식 비닐하우스.
2. 삭제
3. 삭제