KR100674368B1 - 식물의 재배·배양 환경장치와 재배·배양 방법,재배·배양 설비 - Google Patents

식물의 재배·배양 환경장치와 재배·배양 방법,재배·배양 설비 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 식물의 재배·배양장치는, 옥외 공기를 받아 들이는 흡기부와 고습도 공기 발생부를 갖는다. 고습도 공기 발생부는, 흡기부와 재배실 내로부터 흡입한 공기를 가습 처리하고, 처리 후의 공기를 재배실 내로 내보낸다. 이로 인해 식물의 생육을 저해하지 않을 정도로 물방울의 발생, 물고임 혹은 결로를 일으키는 일 없이, 재배실 내를 거의 포화 고습도 환경으로 유지한다.
식물, 재배, 환경, 포화, 물고임

Description

식물의 재배·배양 환경장치와 재배·배양 방법, 재배·배양 설비{Apparatus for environment of cultivating/culturing plant, cultivation/culture method and cultivation/culture apparatus}
본 발명은, 야채나 버섯 등 식물의 재배·배양을 수행하는 재배실 내의 공기 환경을 원하는 온도와 습도로 변동없이 유지하는 식물의 재배·배양 환경장치와 재배·배양 방법, 재배·배양 설비에 관한 것이다.
일반적으로 물이나 양분, 빛에 더하여, 공기 환경은, 식물의 형태 형성이나 성장에 영향을 준다. 공기 환경이라 함은, 온도, 습도, 기류, 공기 중의 가스 성분, 먼지나 균 등 공기 중에 부유하는 입자상태 등을 포함한다. 종래의 식물의 재배·배양 방법과 재배·배양 환경장치는, 예를 들면 일본 특개 2000-324947호 공보에 개시되어 있다. 이하, 그 방법과 장치에 대하여 도 6을 참조하면서 설명한다.
재배실(101)의 실내에는 식물을 얹어두는 재배 선반(102)이 설치되어 있다. 또한, 공기 환경을 조정하는 기기로서, 하계에 실온을 낮추는 냉방기(103), 동계에 실온을 높이는 난방기(104), 습도를 높이는 가습기(105)가 설치되어 있다. 또한, 환기 장치(106)가 설치되어 있다. 식물은 생육 과정에서 산소나 이산화탄소를 배출 또는 소비하기 때문에 실내의 가스 농도, 성분이 변한다. 이 가스 성분을 유지하기 위하여, 환기 장치(106)는 실내의 공기를 실내측 흡입부(107)로부터 흡입하여, 실외측 배기구(108)를 거쳐 옥외로 배출한다. 동시에 실외측 흡기구(109)로부터 옥외 공기를 받아들여 실내측 취출(吹出)부(110)에서 불어 내보낸다. 이렇게 받아들인 옥외 공기를 실내 공기 환경상태에 맞추기 위해서라도 공기 환경을 조정하는 기기는 운전된다. 또한, 실내 조명등(111)이 천정에 설치되어 있다.
이러한 종래의 방법과 장치에서는, 냉방기(103)를 운전하면 공기를 냉각하는 과정에서 공기 중의 습도분이 제거된다. 또한 난방을 위하여 공기를 가열하면 상대 습도가 저하한다. 그 때문에, 가습기(105)를 운전하여 상대 습도의 감소분을 보충하고 있다. 냉방기(103), 난방기(104) 등 일반적인 공조기는, 온도를 검지하여 온도폭을 갖고 온/오프 하도록 제어된다. 즉, 난방시에는 설정 온도보다 검출한 온도가 예를 들어 2℃ 밑돌면 기기를 오프로 하고, 설정 온도보다도 2℃ 높아지면 운전을 재개한다. 이 때문에, 온도는 기기의 운전 정지에 맞춰 변동한다. 이 온도폭에서도 상대 습도는 변동하는데다가, 가습기(105)도 역시 습도 센서로 습도를 검지하여, 소정의 습도폭을 갖고 온/오프 제어되기 때문에, 변동폭은 더욱 커진다.
또한, 실외로부터 받아들인 공기의 온도와 습도는, 실내 공기의 환경 상태와는 일반적으로 다르기 때문에, 온도나 습도를 제어하는데 있어서 외란 요인이 된다. 이렇게, 공기 환경을 조정하는 기기를 운전하면 반드시 온도와 습도가 변동하기 때문에, 온도와 습도의 변동폭의 억제가 요구되고 있다. 특히 90% 이상의 고습도 환경이 요구되는 것은 식물의 마름이나 증산(蒸散)을 억제하기 위함이며, 고습도일수록 변동폭의 허용 범위는 적다.
또한, 상대 습도를 90% 이상의 고습도로 제어하는 경우, 앞서 말한 온도와 습도의 변동폭이 크기 때문에 공기 중의 수분이 많은 과포화 상태가 되기 쉬워, 재배실 벽면 뿐 아니라 재배물 표면에도 결로한다. 또한 가습기로서의 분무 노즐이나 초음파 가습기로부터 발생하는 수적(水滴, 이하 '물방울'이라 한다)의 지름은 눈에 보일 정도로 크다. 즉, 이들 가습기는 100% 이상의 과포화 상태에서 물방울을 분무하고 있기 때문에, 물방울의 대부분은 바닥이나 식물 위에 방울져 떨어져 물고임을 만든다. 한 번 고인 수분은 고습도 조건이기 때문에 증발하기 어려우며, 이 결로나 물고임 등의 잔류수에서 잡균이 번식하여, 재배물의 성장 저해나 품질을 떨어뜨린다. 그 때문에, 고습도에서도 물방울이나 물고임이 발생하지 않는 환경이 요구되고 있다.
본 발명에 따른 식물의 재배·배양 장치는, 옥외 공기를 받아들이는 흡기부와 고습도 공기 발생부를 갖는다. 고습도 공기 발생부는, 흡기부와 재배실 내로부터 흡입한 공기를 가습 처리하여, 처리 후의 공기를 재배실 내로 불어 내보낸다.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 식물의 재배·배양 환경장치의 시스템 구성을 나타내는 재배실의 평면도.
도 2A는 본 발명의 실시예 2에 따른 식물의 재배·배양 환경장치의 고습도 공기 발생부의 횡단면도.
도 2B는 도 2A의 고습도 공기 발생부의 종단면도.
도 3은 본 발명의 실시예 3에 따른 식물의 재배·배양 환경장치의 시스템 구성을 나타내는 입면도.
도 4는 본 발명의 실시예 4에 따른 식물의 재배·배양 환경장치의 수온 설정부, 습도 조절부, 송풍량 변화부, 이산화탄소 농도 조정부의 구성을 나타내는 블록도.
도 5는 본 발명의 실시예 5에 따른 식물의 재배·배양 환경장치의 구성을 나타내는 덕트 배치의 입면도.
도 6은 종래의 식물의 재배·배양 환경장치를 나타내는 시스템도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1 출입구 2 흡기 덕트
3 외기 흡입구 4 외기 흡입유선(流線)
5 배기 덕트 6 배기구
7 옥외 배기유선(流線) 8 실내 리턴 덕트
9 흡입구 10 리턴 합류부
11 흡기량 조정밸브 12 증기 배관
13 증기 분무 노즐 14 실내 서플라이 덕트
15 취출(吹出)구 16 서플라이 분기부
17 배기량 조정밸브 18 리턴 덕트
19 고습도 공기 발생부 20 서플라이 덕트
21, 46 취출유선 22, 45 흡입유선
23 송풍기 24 분무부
25 기액(氣液) 분리부 26 수조
27 수온 조절부 28 분사탑(塔)
29 노즐 30 분사관
31 펌프 32 외통
33 내통 34 사이클론탑
35 송풍 덕트 36 연접 덕트
37 헤더 38 배수부
39 연통관 40 풍로부
41 수로부 42 흡입구
43 송기구 44 공기 조화기
47 재배 대상물 48 온도 센서
49 습도 센서 50 수온 센서
51 온도 검출 회로 52 마이크로 컴퓨터
53, 57 스위치 54 온도 입력 회로
55 히터 출력 회로 56 습도 검출 회로
58 습도 입력 회로 59 펌프 회전수 제어회로
60 송풍기 회전수 제어회로 61 이산화탄소 농도 센서
62 이산화탄소 농도 검출회로 63 전동밸브 구동회로
64 모터 66 물빠짐 구멍
67 배수 튜브 68 배수 피트
81 재배실 82 재배 선반
101 재배실 102 재배 선반
103 냉방기 104 난방기
105 가습기 106 환기장치
107 실내측 흡입부 108 실외측 배기구
109 실외측 흡기구 110 실내측 취출부
111 실내 조명등
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 동일한 구성을 이루는 것에는 같은 부호를 붙이고 상세한 설명은 생략한다.
(실시예 1)
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 식물의 재배·배양 환경장치의 시스템 구성을 나타내는 재배실의 평면도이다. 식물을 재배·배양하는 재배실(81)에는 출입구(1)가 설치되어 있다. 또한 흡기 덕트(2)가 재배실(81)의 벽을 관통하고 있으며, 선단이 외기 흡입구(3)로서 개방되어 있다. 이 때문에 외기는, 흡입유선(流線)(4)과 같이 재배실(81)로 흡기된다. 흡기 덕트(2)와 외기 흡기구(3)는 흡기부를 구성하고 있다. 또한, 재배실(81) 내의 공기를 실외로 배출하는 배기부로서 배기 덕트(5)가 재배실(81)의 벽을 관통하고 있으며, 선단이 배기구(6)로서 개방되어 있다. 이 때문에 재배실(81) 내의 공기는, 배기유선(7)과 같이 옥외로 배출된다. 또한, 재배실(81)의 공기를 실외로 배출하는 배기하는 배기부로는, 출입구(1)의 문의 틈새나 벽면에 있는 개구부(도 생략)를 사용하는 것도 가능하다.
재배실(81)에는 실내 리턴 덕트(이하, 덕트)(8)가 설치되어 실내의 공기를 순환시킨다. 덕트(8)에는 흡입구(9)가 복수 설치되어, 재배실(81) 내의 공기 순환을 균등하게 한다. 덕트(8)와 흡입구(9)가 흡입부를 구성하고 있다. 덕트(8)는 리턴 합류부(이하, 합류부)(10)에 접속되고, 합류부(10)에는, 흡기 덕트(2)가 흡기량 조정밸브(이하, 밸브)(11)를 통하여 접속되어 있다. 또한 합류부(10)에는, 흡기한 외기를 가열 가습하는 가열 가습부가 설치되어 있다. 구체적으로는, 증기 보일러(도시하지 않음)로부터의 증기 배관(12)에 설치된 증기 분무 노즐(13)이 밸브(11) 뒤에 설치되어 있다. 또한, 재배실(81)에는 공기 순환을 목적으로 하여 실내 서플라이 덕트(이하, 덕트)(14)가 설치되어 있으며, 덕트(14)에는 재배실(81) 내의 공기 순환이 균등하게 되도록 취출(吹出)구(15)가 적절하게 부착되어 있다. 덕트(14)와 취출구(15)가 취출부를 구성하고 있다. 덕트(14)는 서플라이 분기부(이하, 분기부)(16)에 접속되어 있다. 분기부(16)에는 배기 덕트(5)가 배기량 조정밸브(이하, 밸브)(17)를 통하여 접속되어 있다. 밸브(11 및 17)는, 각각 흡기량 조절부, 배기량 조절부를 구성하고 있다. 리턴 덕트(18)는, 합류부(10)와, 송풍부를 내장하는 고습도 공기 발생부(발생부)(19)를 접속하고, 서플라이 덕트(20)는, 발생부(19)와 분기부(16)를 접속하고 있다.
상기 구성에 있어서, 재배실(81)의 공기는 합류부(10)에서 흡기 덕트(2)로부터 흡입된 외기와 혼합된 후 발생부(19)에 의해 수증기 포화에 가까운 상태에서 결 로를 일으키지 않도록 가습된다. 외기 온도가 낮을 때에는, 외기를 혼합하기 전에 증기 분무 노즐(13)이 외기를 가열 가습하기 때문에, 순환 공기는 흡기량의 많고 적음에 관계없이 고습으로 유지된다. 그 후, 취출유선(21)과 같이 균등하게 불어 내보내, 흡입유선(22)에 의해 재배실(81)을 순환한다. 이로 인해, 외기가 낮고 습도가 적을 때라도 발생부(19)의 성능이 유지되기 때문에, 재배실(81) 내가 거의 포화 고습도 환경으로 유지된다. 또한, 외기 도입량은 밸브(11)로 조정되고, 재배실(81)로부터 배기하는 공기량은 밸브(17)로 조정된다. 이 때문에, 흡기량의 많고 적음에 관계없이 재배실(81)은 정압으로 유지할 수 있으며, 흡입 덕트(2) 이외에서 재배실(81)로 외기가 들어오는 일은 없다. 또한, 밸브(11)와 밸브(17)를 설치하고 있기 때문에, 온·습도의 변동 요인이 되는 외기의 혼입량을 최소한으로 억제한다.
또한, 본 실시예에서는, 배기 덕트(5)를 분기부(16)에 접속하였으나, 재배실(81)과 외기를 도통시키도록 독립하여 설치하여도 상관없다. 또한, 본 실시예에서는, 증기 분무 노즐(13)을 설치하여, 외기를 흡기한 후에 가열 가습하는 것으로 설명하고 있다. 여기에서 증기 분무 노즐(13)을 대신하여 증기 코일이나 온수 코일, 히터 등의 가열부를 이용할 수도 있으며, 동일한 효과를 얻을 수 있다.
(실시예 2)
도 2A, 2B는, 고습도 공기 발생부(이하, 발생부)(19)의 구성을 나타내고 있다. 발생부(19)는, 송풍기(23)와, 분무부(24)와, 기액(氣液)분리부(이하, 분리부)(25)와 수조(26)와, 히터로 이루어지는 수온 조절부(27)를 갖는다. 재배·배양 환경장치 전체의 구성은 도 1과 동일하다.
분무부(24)는 수조(26) 내로부터 끌어 올려진 물을 분사하여 미세 물방울로 분열시킨다. 분무부(24)는 분사탑(28)과 분사관(30)과 펌프(31)를 갖는다. 분사관(30)은 분사탑(28) 내에 배관되며, 물을 분사하는 다수의 노즐(29)을 갖는다. 분사관(30)은, 펌프(31)를 통하여 수조(26)에 접속되어 있다. 분사탑(28)은, 내외 이중통으로 이루어지며, 외통(32)은 송풍기(23)에 접속되고, 내통(33)은 사이클론탑(34)에 접속되어 있다. 송풍기(23)는, 실내 리턴 덕트(8)로부터 공기를 흡인하여 분사탑(28) 내로 불어 넣고, 분사탑(28) 내에서 공기의 선회류를 형성하여, 이것을 사이클론탑(34)으로 송풍한다. 송풍기(23)에 접속된 송풍 덕트(35)는, 분사탑(28)의 외통(32)의 상부에 연통하고 있다.
사이클론탑(34)은, 분리부(25)를 형성하고 있으며, 분무부(24)가 물방울의 분열에 의해 발생 시킨 미세 물방울을 공기의 선회류와 함께 받아들인다. 그리고 공기의 선회에 의해 생기는 원심력 작용으로 기액 분리한다. 즉, 사이클론탑(34)은, 미세 물방울 중, 큰 물방울의 대부분을 분리하여, 1㎛ 이하, 바람직하게는 0.5㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.1㎛ 이하의 직경을 갖는 초미세 물방울을 다량으로 포함하는 공기를 발생부(19)의 외부로 배출한다.
연접 덕트(36)는, 사이클론탑(34)과 분사탑(28)의 내통(33)를 접속하고 있다. 내통(33)은, 분사탑(28)의 외통(32)의 중심 부분에 상하로 배관되며, 둘레 방향으로 삐져 나온 헤더(37)를 갖는다. 분사관(30)은, 헤더(37)의 상방으로 기립시켜 헤더(37)에 동심 형상으로 장비되며, 다수의 노즐(29)이 외통(32)의 내면을 향해 설치되어 있다. 또한, 내통(33)의 하단 개구 위치는, 노즐(29)로부터 분사되는 물방울이 직접 들어오지 않는 높이로 설정되어 있다.
수조(26)는, 분사관(30)으로 보내는 물을 충전하는 탱크이다. 수조(26)에는, 오버 플로어(overflow)구(도시하지 않음)가 설치되어 있으며, 급수구(도시하지 않음)에 의해 상시 급수되고, 오버 플로어구로 배수됨으로써 일정한 수위가 유지되고 있다. 수조(26)에는, 분사탑(28) 내로 공급되어 분사탑(28)에 생긴 나머지 물과, 사이클론탑(34)에서 분리한 물이 회수된다. 수조(26)와 사이클론탑(34)의 바닥은, 배수부(38)에서 접속되고, 또한 분사탑(28)의 하부와도 연통관(39)으로 접속되어 있다.
이 때문에, 수조(26) 내에 충전된 물은, 기내를 순환하고, 그 순환수의 일부는 분사탑(28) 내로 유입하여 그 하부에 고인다. 이 결과, 분사탑(28)의 상부는, 공기를 유동시키는 상방의 풍로(風路)부(40)가 되고, 하부의 일정 범위는, 순환수로 채워져 수로부(41)가 된다. 즉, 분사탑(28)은, 풍로부(40)와 수로부(41)로 구획되어 있다.
이하, 발생부(19)의 동작을 설명한다. 송풍기(23)에 의해 흡입된 공기는, 분사탑(28)의 흡입구(42)로부터 외통(32)의 내면을 따라 선회하면서 하강한다. 한편, 수조(26) 내의 물은 펌프(31)에 의해 퍼내어져, 분사관(30)의 각 노즐(29)에서 분사되고, 외통(32)의 내면에 충돌하여 미세 물방울로 분열한다. 그리고 외통(32) 내를 선회하면서 하강하는 공기류와 접촉하여 교반된다. 노즐(29)로부터 분출된 대부분의 물방울은, 그대로 외통(32) 내면을 따라 수로부(41) 내로 낙하하고, 수조(26) 내로 되돌려져 순환사용된다.
분무부(24)에 발생한 미세 물방울은 공기의 선회류를 타고, 수로부(41)의 수면에서 반전하여 내통(33) 내로 유입하고, 또한 분리부(25) 내로 보내어진다. 사이클론탑(34) 내를 선회하면서 하강하는 동안에 선회에 의해 생긴 원심력 작용으로, 선회 공기중의 미세 물방울과 공기 중에 포함되는 미세한 먼지는 원심분리된다. 물방울은 먼지와 함께 사이클론탑(34)의 내벽을 따라 수조(26) 내로 되돌아가고, 고습도인 공기는 반전 상승하여 사이클론탑(34)의 송기구(43)로부터 발생부(19)의 외부로 배출된다.
상기 구성에 있어서, 발생부(19)는, 실내의 공기와 외기를 습도 100%의 고습도 상태로 할 수 있다. 또한 수온을 조정하면, 수온과 흡입 공기 온도와의 온도차에 의해, 취출 온도를 조정할 수 있다. 가습과 함께 가열을 필요로 하는 경우, 일단 온도가 올라간 공기는 주위의 공기로 냉각되어 과포화 상태가 된다. 예를 들면, 원하는 온도가 15℃이고 습도를 100%로 하는 경우에는 수온을 17℃ 정도로 높여 분무하면 17℃에서 습도 100%의 상태로 불어 내보내어, 주위의 공기로 냉각되어 과포화 상태가 된다. 그러나 발생부(19)는 배출하는 공기에, 1㎛ 이하, 바람직하게는 0.5㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.1㎛ 이하의 초미세 물방울을 포함시킨다. 과포화 공기 중의, 이러한 크기의 물방울은 바닥이나 재배물의 표면에 물방울의 발생, 물고임 혹은 결로를 일으키기 어렵다. 이것은, 초음파 가습기나 노즐 분무로 발생하는 수 ㎛ ~ 수십 ㎛의 물방울에 비하여, 이러한 크기의 물방울은 공기 중으로 확산되기 쉬워 자연 침하(沈下)되기 어렵다는 것과, 물방울이 부착된 경우라도 내부로 침투하기 쉽기 때문으로 추정된다. 발생부(19)는 이렇게, 물방울이 방울져 떨어지 는 물방울의 발생, 혹은 결로가 일어나기 어려운 거의 과포화 수증기 상태의 공기를 배출할 수 있다. 이와 같이 본 실시예에서는 수온을 조정함으로써, 포화 습도에 가까운 상태에서도 습도의 변동을 억제할 수 있으며, 또한 공기중의 과포화된 수분을 적게 할 수 있다.
(실시예 3)
도 3은, 도 1의 입면도이며, 식물을 재배·배양하는 재배실(81)에는, 고습도 공기 발생부(이하, 발생부)(19)가 설치되어 있다. 재배실(81)에는 공기 순환을 목적으로 하는 실내 서플라이 덕트(14)가 설치되며, 바닥 부근의 아래쪽으로 취출구(15)가 장착되어 있다. 또한 재배실(81)에는, 공기 순환을 목적으로 하는 실내 리턴 덕트(이하, 덕트)(8)가 설치되고, 상방의 천정 부근에는 흡입구(9)가 장착되어 있다. 공기 조화기(44)는 재배실 천정 부근에 장착되어, 실내 공기를 흡입유선(45)과 같이 흡입하고, 온·습도를 조정하여 취출유선(46)과 같이 불어 내보내고 있다. 또한, 재배실(81)에는, 재배 선반(82)에 재배 대상물(47)이 얹어져 있다. 또한 재배실 내의 온도를 검출하는 실온 검출부로서의 온도 센서(48)와, 재배실 내의 재배·배양 대상물의 분위기 습도를 검출하는 습도 검출부로서의 습도 센서(49)가 재배 선반(82)에 설치되어 있다.
상기 구성에 있어서, 공기 조화기(44)로부터 취출유선(46)과 같이 불어 내보낸 공기는 덕트(8)에 설치된 흡입구(9)에 이르는 흡입유선(22)의 영역에 도달하여, 발생부(19)로 도입된다. 이 때문에, 공기 조화기(44)로부터 불어 내보낸 공기가 재배 대상물(47)에 도달하는 비율이 적어져, 이 불어 내보낸 공기로 온·습도가 변동 하는 비율이 적어지기 때문에 고습도가 유지된다. 또한, 공기는, 공기조화기(44)에서 습도 조절 또는 온·습도 조절의 전처리를 수행하고 나서, 발생부(19)로 도입된다. 이 공기 조화기(44)의 전처리에 의해, 발생부(19)는 온·습도의 대폭적인 변동, 즉 대폭적인 온·습도 부하 변동에 대응할 수 있다.
또한, 재배실(1)을 순환하는 공기는, 취출구(15)로부터 재배 선반(82)에 얹혀진 재배 대상물(47)을 거쳐 흡입구(9)에 도달한다. 이와 같이, 흡입구(9)가 재배실(81) 내의 기류의, 재배 대상물(47)의 하류측으로 되어 있다. 이 때문에, 재배물 등에 의해 온·습도가 변동하여 습도가 저하된 공기는 빠르게 흡입구(9)측으로 유인되어, 재배실(81) 내로부터 배출, 순환 습도 처리된다. 또한, 거의 과포화 고습도 공기를 내보내는 취출구(15)가 재배 대상물(47)의 아래쪽에 설치되고, 공기 순환의 흡입구(9)가 재배 대상물(47)의 위쪽에 설치된다. 이 때문에, 재배물의 자기 발열이나 적외선에 의해 재배물이 가열된 경우, 주위 분위기의 온도가 올라가 상승 기류가 일어나고 공기 순환의 흡입구(9)로부터 흡입되어 순환 처리된다. 즉, 재배실 내에서 발생한 열이 빠르게 재배실 내로부터 배출되어 고습도가 유지된다.
(실시예 4)
도 4는, 고습도 공기 발생부(이하, 발생부)(19)에 있어서의 수온 설정부의 구성을 나타내고 있다. 재배실 내의 온도를 검출하는 온도 센서(48)와, 수조에 설치된 수온 센서(50)는, 각각 온도 검출회로(51)를 통하여 마이크로 컴퓨터(52)로 온도 신호를 출력한다. 또한, 마이크로 컴퓨터(52)에는, 온도값을 입력 설정하는 스위치(53)가 온도 입력 회로(54)를 통하여 연결되어 있다. 마이크로 컴퓨터(52)는 설정 온도값이 될 때까지 히터 출력 회로(55)에 의해 수온 조절부(27)를 구동하는 프로그램이 설정되어 있다.
또한, 도 4는 습도 조절부의 구성을 나타내고 있다. 재배실(81) 내의 습도를 검출하는 습도 센서(49)는 습도 검출 회로(56)를 통하여, 마이크로 컴퓨터(52)에 습도 신호를 출력한다. 또한, 마이크로 컴퓨터(52)에는, 습도값을 입력 설정하는 스위치(57)가 습도 입력 회로(58)를 통하여 이어져 있다. 마이크로 컴퓨터(52)는 설정 습도가 되도록 펌프 회전수 제어회로(59)에 의해 펌프(31)의 운전 회전수를 제어하는 프로그램이 설정되어 있다. 이 프로그램은, 예를 들면 검출 습도가 설정값보다 낮은 경우에는 최대의 회전수로 펌프를 작동시켜, 100%의 포화 공기로 가습하여 설정값에 가깝게 한다. 그리고 검출 습도가 설정값을 넘으면 회전수를 떨어뜨려, 분무수 양을 낮춰 가습량을 떨어뜨림과 동시에 검출 습도의 변천(變遷)을 검출하여 피드백하도록 구성하는 것이 바람직하다. 이렇게 최적 회전수를 선정함으로써 최적 가습을 수행할 수 있다. 이상과 같이, 송풍되는 공기의 습도를 조정함으로써, 발생부(19)는 실온과 비교하여 불어 내보낸 시점에서 안개화(霧化)하기 어려운 거의 과포화 공기를 내보낼 수 있다.
또한, 1㎛ 이하, 바람직하게는 0.5㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.1㎛ 이하의 물방울은 내부로 침투하기 쉽기 때문에, 식물체에 대하여 수분을 보급하고, 식물의 호흡에 의해 증발산해 가는 수분을 보충한다. 이 침투하는 수분량을 고려하여, 습도값을 입력 설정하는 스위치(57)로부터 입력하는 설정값을 낮춰 마이크로 컴퓨터(52)에 입력하여 운전하면, 식물의 보유 수분을 유지하기 위한 습도 조건을 낮추어 재배·배양할 수 있다. 종래의 공기 환경에서 습도 100%를 필요로 했던 재배물은, 식물의 보유 수분을 유지하기 위하여 증발산량이 적절하게 되는 것이 습도 100%라는 것이다. 한편, 1㎛ 이하, 바람직하게는 0.5㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 0.1㎛ 이하의 초미세 물방울을 포함하는 공기 중에서는, 초미세 물방울에 의한 식물로의 침투·흡수력이 높아진다. 이 때문에, 100%보다 적은 습도 분위기라도, 식물로부터의 수분의 증산과 수분 보급이 평형이 되는 것으로 추정된다.
또한, 도 4는 송풍량 변화부의 구성을 나타내고 있다. 마이크로 컴퓨터(52)에는 송풍기(23)의 회전수 제어회로(60)가 이어져 있다. 마이크로 컴퓨터(52)는, 송풍량을 변화시켜 자연의 바람에 가까운 풍속 변동을 발생시키는 소위 1/f 변동 제어 프로그램을 설정하고 있다. 이와 같이 자연의 바람과 동일한 변화를 줌으로써, 풍속이 빠를 때에 결로한 물방울의 증산을 촉진한다. 또한 이 변동 제어는, 예를 들면 일본 특개평 6-129389에 나타난 바와 같이 마이크로 컴퓨터 자체와는 별도로 설치한 회로로 구성할 수도 있다.
또한, 도 4는 이산화탄소(CO2) 농도 조정부의 구성을 나타내고 있다. 실내 리턴 덕트(8) 내에 설치된 이산화탄소(CO2) 농도 센서(61)는, CO2 농도 검출회로(62)를 통하여, CO2 농도를 신호로 하여 마이크로 컴퓨터(52)로 출력한다. 마이크로 컴퓨터(52)는, 미리 설정된 값 이상의 CO2 농도를 검출하면 전동밸브 구동회로(63)를 통하여 흡기량 조정밸브(11)에 직결된 모터(64)를 구동시켜 흡기량 조정밸브(11)를 여는 프로그램이 설정되어 있다. 이 프로그램은 또한, 미리 설정된 값 이하 의 값을 검출하면 모터(64)를 구동시켜 흡기량 조정밸브(11)를 닫도록 제어한다. 이와 같이 하여 이산화탄소 농도가 낮아지면 흡기량을 떨어뜨린다. 이로 인해, 외기의 흡입에 의한 부하 변동을 억누르고, 습도 변동을 억누를 수 있어 고습도를 유지할 수 있다.
상기 구성에 있어서, 예를 들면 실온이 18℃이고, 수온을 실온에 비해 2℃ 높게 설정하면, 마이크로 컴퓨터(52)가 수온과 실온을 검출하여, 수온 조절부(27)로 통전하여 20℃가 될 때까지 수온을 상승시킨다. 이렇게 실온과 비교하여 수온을 높게 조절함으로써, 고습도 공기 발생부(19)는, 불어 내보낸 시점에서 안개화되기 어려운 거의 과포화 공기를 불어 내보낸다. 예를 들면, 검출 습도가 95%이고, 습도를 90%로 설정하면, 검출 습도에 대하여 설정 습도가 낮기 때문에, 마이크로 컴퓨터(52)가 펌프(31)의 회전수를 떨어뜨리는 제어를 수행한다. 펌프(31)의 회전수가 저하되면 분사 수량이 저하되고 미세 물방울의 발생량이 감소하여 가습량이 감소하기 때문에 검출 습도를 설정 습도에 가깝게 하는 제어가 수행된다. 또한, 1/f 변동의 강약의 리듬에 의해 일정 풍속보다도 미세 물방울이 결로하기 어려워진다. 또한, 실내 CO2 농도가 높아지면, 마이크로 컴퓨터(52)는 모터(64)에 의해 흡기량 조정밸브(11)를 열어 CO2 농도를 저감시킨다.
또한, 본 실시예에서는, 수온 설정부와 습도 조절부의 제어 사양으로서 마이크로 컴퓨터 제어를 이용하였으나, 마이크로 컴퓨터 제어를 대신하여 시퀀서 제어나 온도차 센서 등을 이용할 수도 있다. 또한, 수온 조절부(27)로서 히터를 이용하 였으나, 증기 가열 등을 이용할 수도 있다. 또한, 고습도 공기 발생부(19)가 발생시키는 습도를, 펌프 회전수를 제어함으로써 조절하였으나, 유량 조정 밸브 등의 다른 방법으로 분무수 양을 조정할 수도 있다. 또한, 마이크로 컴퓨터(52)는 수온 설정부, 습도 조절부, 송풍량 변화부, CO2 농도 조정부로 겸용하고 있으나, 따로따로 설치하여도 상관없다.
(실시예 5)
도 5는 본 발명의 실시예 5에 따른 식물의 재배·배양 환경장치의 구성을 나타내는 덕트 배치의 입면도이다. 고습도 공기 발생부(19)의 취출측에는, 실내 서플라이 덕트(이하, 덕트)(14)가 접속되어 있다. 덕트(14)에는 재배실(81) 내의 순환이 균등하게 되도록 취출구(15)가 적절하게 장착되어 있다. 덕트(14)는 바닥 부근의 아래쪽으로 둘러쳐져 있음과 동시에, 물이 흐르도록 경사(θ1)가 설정되어 있다. 덕트(14)의 선단부에서 가장 낮은 곳에는 배수부로서 물빠짐 구멍(66)이 설치되며, 배수 튜브(67)를 거쳐 배수 피트(68)로 배관되어 있다. 실내 리턴 덕트(이하, 덕트)(8)도 또한 물이 흐르도록 경사(θ2)를 가지고 배치되어 있으며, 선단부의 가장 낮은 곳에는 배수부로서 물빠짐 구멍(66)이 있고, 배수 튜브(67)를 거쳐 배수 피트(68)로 배관되어 있다.
고습도 공기 발생부(19)로부터 불어 내보낸 공기는, 덕트(14)의 덕트 벽면 온도와의 온도차에 의해 덕트(14) 내에 결로를 일으키는 경우가 있다. 상기 구성에 있어서는, 그 결로 물방울이 덕트 경사(θ1)에 의해 덕트(14) 선단부로 도입되어, 물빠짐 구멍(66)에서 배수되기 때문에, 덕트 내에 결로수가 고이는 일이 없어진다. 또한, 덕트(8)에 대해서도 마찬가지로, 덕트(8) 내에서 결로하여도 물방울은 물빠짐 구멍(66)에서 배수된다. 이 때문에, 결로 물방울이 재배실(81) 내에 체류하는 일이 없고, 또한 취출구(15)로부터 물방울이 방울져 떨어지거나 비산이 없기 때문에, 재배물에 물방울이 부착됨에 따른 잡균의 번식이나 생육 저해가 없어진다.
본 발명에 따르면 흡기 덕트로부터 받아들인 외기를 가습 처리한 후 실내로 공급되기 때문에, 외기가 습도 100%의 상태로 공급된다. 그 때문에, 재배실 내의 습도 변동이 적다. 또한 재배 대상물의 생육을 저해하지 않을 정도로 물방울의 발생, 물고임 혹은 결로를 일으키지 않도록 할 수 있다.
또한, 본 시스템은 고습도 환경뿐 아니라 초미세 물방울의 침투성에 의해, 90% 이하의 습도 환경에서 사용할 수도 있으며, 예를 들어 60%가 하한인 식물이라도 50% 환경에서 재배할 수 있다. 또한, 순환 기류에서의 실내 온도 불균일의 해소나 미세 물방울의 식물로의 침투보습의 효과도 얻을 수 있다.

Claims (22)

  1. 식물을 재배ㆍ배양하는 재배실 내를 고습도 환경으로 유지하는 식물의 재배ㆍ배양 환경장치로서,
    외기를 흡기하기 위한 흡기부와, 물을 분무하여 물방울화하는 분무부와, 상기 분무부에 의해 발생하는 물방울로부터 미세 물방울을 분리하는 분리부를 가지고, 상기 흡기부로부터의 외기와 상기 재배실 내로부터의 공기를 함께 가습 처리하는 고습도 공기 발생부를 구비한 환경장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 흡기한 외기를 가열 가습하는 가열 가습부를 더 구비한 환경장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 고습도 공기 발생부로 도입하기 전에 상기 가열 가습부가 흡기한 외기를 가열 가습하는 환경장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 흡기부로부터의 흡기량을 조정하는 흡기량 조절부와, 상기 재배실 내의 공기를 실외로 배출하는 배기부와, 상기 배기부로부터의 배기량을 조정하는 배기량 조절부를 더 구비한 환경장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 재배실 내의 공기를 흡입하는 흡입구를 설치한 실내 리턴 덕트와, 상기 고습도 공기 발생부가 가습 처리한 공기를 상기 재배실 내로 불어 내보내는 취출구를 설치한 실내 서플라이 덕트를 더 구비하고,
    상기 실내 리턴 덕트와 실내 서플라이 덕트에 의해, 상기 재배실 내의 공기를 순환시키는 환경장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 분리부가 분리하는 미세 물방울의 직경은 1㎛ 이하인 환경장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 고습도 공기 발생부는 상기 분무부에 의해 분무하는 물의 수온을 조절하는 수온 조절부를 갖는 환경장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 재배실 내로부터의 공기를 상기 고습도 공기 발생부로 도입하기 전에, 적어도 습도를 전처리하는 공기 조화기를 더 구비한 환경장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 재배실 내의 기류의, 재배 대상물의 하류측에, 상기 재배실 내의 공기를 흡입하는 흡입부를 더 구비한 환경장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 재배실 내의 재배 대상물의 아래쪽에 상기 고습도 공기 발생부가 가습 처리한 공기를 불어 내보내는 취출부와, 상기 재배실 내의 재배 대상물의 위쪽에 상기 재배실 내의 공기를 흡입하는 흡입부를 더 구비한 환경장치.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 재배실 내의 온도를 검출하는 온도 센서와, 상기 온도 센서에 의해 검출된 온도보다도 상기 분무부가 분무하는 물의 수온을 높게 설정하는 수온 설정부를 더 구비한 환경장치.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 재배실 내의 습도를 검출하는 습도 센서와, 상기 습도 센서에 의해 검출된 습도에 연동하여, 상기 고습도 공기 발생부로부터 불어 나오는 공기의 습도를 조정하는 습도 조절부를 더 구비한 환경장치.
  14. 제 1 항에 있어서, 상기 흡기부로부터의 외기와 상기 재배실 내의 공기를 상기 고습도 공기 발생부로 도입하는 송풍기와, 상기 송풍기의 회전수를 변화시켜, 순환하는 풍속에 변동을 주는 송풍량 변화부를 더 구비한 환경장치.
  15. 제 1 항에 있어서, 상기 재배실 내의 이산화탄소 농도를 검출하는 이산화탄소 농도 센서와, 상기 이산화탄소 농도 센서에 의해 검출된 상기 재배실 내의 이산 화탄소 농도와 연동하여 외기의 흡기량을 조절하는 흡기량 조절부를 구비한 환경장치.
  16. 제 1 항에 있어서, 상기 고습도 공기 발생부가 가습 처리한 공기를 불어 내보내는 취출구를 설치하고, 경사지게 설치되며 경사가 낮은 쪽 일단에 배수부를 갖는 덕트를 더 구비한 환경장치.
  17. 식물을 재배하는 재배실 내를 고습도 환경으로 유지하는 식물의 재배 방법으로서,
    A) 외기를 흡기하는 단계와,
    B) 상기 재배실 내의 공기를 흡기하는 단계와,
    C) 상기 흡기된 외기와 상기 재배실 내로부터의 공기에 물을 분무하여 물방울화함과 동시에 상기 물방울로부터 미세 물방울을 분리하여, 상기 흡기된 외기와 상기 재배실 내로부터의 공기에 가습 처리하는 단계를 구비한 재배 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 단계C)에 있어서, 상기 미세 물방울이 재배 대상물에 침투하는 수분량을 제외하고 상기 재배실 내의 습도를 설정하는 재배 방법.
  19. 내부를 고습도 환경으로 유지하여 식물을 재배하는 설비로서,
    상기 식물을 얹어놓는 재배실과, 외기를 흡기하기 위한 흡기부와, 물을 분무하여 물방울화하는 분무부와, 상기 분무부에 의해 발생하는 물방울로부터 미세 물방울을 분리하는 분리부를 가지고, 상기 흡기부로부터의 상기 흡기된 외기와 상기 재배실 내로부터의 공기를 함께 가습 처리하는 고습도 공기 발생부를 포함하는 환경장치를 구비한 재배 설비.
  20. 식물을 배양하는 재배실 내를 고습도 환경으로 유지하는 식물의 배양 방법으로서,
    ⅰ) 외기를 흡기하는 단계와,
    ⅱ) 상기 재배실 내의 공기를 흡기하는 단계와,
    ⅲ) 상기 흡기된 외기와 상기 재배실 내로부터의 공기에 물을 분무하여 물방울화함과 동시에 상기 물방울로부터 미세 물방울을 분리하여, 상기 흡기된 외기와 상기 재배실 내로부터의 공기에 가습 처리하는 단계를 구비한 배양 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 단계ⅲ)에 있어서, 상기 미세 물방울이 재배 대상물에 침투하는 수분량을 제외하고 상기 재배실 내의 습도를 설정하는 배양 방법.
  22. 내부를 고습도 환경으로 유지하여 식물을 배양하는 설비로서,
    상기 식물을 얹어놓는 재배실과, 외기를 흡기하기 위한 흡기부와, 물을 분무하여 물방울화하는 분무부와, 상기 분무부에 의해 발생하는 물방울로부터 미세 물방울을 분리하는 분리부를 가지고, 상기 흡기부로부터의 상기 흡기된 외기와 상기 재배실 내로부터의 공기를 함께 가습 처리하는 고습도 공기 발생부를 포함하는 환경장치를 구비한 배양 설비.
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