KR100962686B1 - 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템 및 방법에 관한 것으로, 버섯 재배사 내부에 구비되어 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소 농도 측정센서와; 버섯 재배사 내부의 분진이나 포자와 같은 이물질이 이산화탄소 제어부 내부로 들어가는 것을 차단하도록 복수의 필터로 구성되는 제1,2샘플링 필터와; 상기 제1,2샘플링 필터 후단에 설치되어 필터의 오염도에 따라 버섯 재배사 내부의 가스 샘플링 방향을 결정하는 3웨이 밸브와; 상기 3웨이 밸브로부터 공급되는 가스의 압력 변화를 감지하도록 이산화탄소 제어부의 유입구에 구비되는 압력게이지와; 상기 공급된 가스를 오일리스 컴프레서로 압축시키는 진공펌프와; 상기 압축가스를 공기와 습윤의 막 투과속도에 따라 물과 공기로 분리시켜, 물은 상기 버섯 재배사로 되돌려 보내며, 공기는 압력조절밸브를 통해 배출하는 제1멤브레인과; 상기 습윤이 탈기된 공기를 압축하여 저장하며, 압력게이지를 구비하는 리시브탱크와; 상기 리시브탱크 배출부에 구비되어, 잔류된 먼지나 습윤을 2차에 걸쳐 분리시키는 필터와; 상기 필터를 거쳐 유입되는 압축공기를 상부측은 질소를 배출하고, 하단부 측면으로는 이산화탄소를 배출하는 제2멤브레인과; 상기 제2멤브레인에서 분리된 이산화탄소 기체를 상부측은 고농도 이산화탄소로 배출하고, 측면으로는 진공펌프를 부착하여 잔류 산소로 분리 배출하여, 산소를 상기 버섯 재배사로 되돌려 보내는 제3멤브레인으로 구성된다. 따라서, 본 발명은 기체분리막을 이용하여 버섯의 생장에 의해 발생되는 이산화탄소를 선택적으로 제거함으로써 버섯 재배사 내부의 열과 습기의 손실 없이 환기 가능하며, 이산화탄소 제거 멤브레인 모듈이 이산화탄소 계측기와 연동되기 때문에 농도 조절이 가능한 효과가 있다.
Figure R1020090114925
버섯 재배사, 이산화탄소, 측정센서, 진공펌프, 멤브레인

Description

버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템 및 방법{Method and system for automatic control of mushroom cultivating house}
본 발명은 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 세부적으로는 버섯 재배사에서 발생되는 이산화탄소를 계측하고 일정농도로 이산화탄소를 제어하는 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템 및 방법에 관한 것이다.
버섯의 생육에 관련된 요인으로 영양원인 배지재료와 배료내의 환경요인, 균사생장 후의 버섯발생과 생육에 관련한 재배사 내의 환경요인에 의해 지배되는데, 버섯의 온도 및 습도 등 버섯사 환경에 대한 실험적 자료는 많은 연구를 통하여 확보되었으나, 버섯의 성장 과정에서 필요한 에너지는 신진대사 활동으로 이뤄지며, 상기 신진대사 활동시 재배사 내의 산소를 소비함과 동시에 이산화탄소가 발생되는데, 소비된 산소와 발생한 이산화탄소는 환기 시스템으로 제어되고 있는 현실이다.
이러한 분야에 대한 종래 기술로는 대한민국 등록특허 제10-0384879호의 “이산화탄소 멀티 제어장치”, 대한민국 등록특허 제10-0579907호의 “버섯 재배사 관리 방법”, 대한민국 등록실용 제20-0424775호의 “버섯재배사의 자동 환기장치 ”, 대한민국 등록특허 제10-0751864호의 “버섯 재배사의 환기시스템” 등이 알려져 있으며, 도 1은 종래의 버섯 재배사 구성을 나타낸 개략도로서, 재배사 내부 공기를 배출시키는 환기구(110)와 외부 공기를 유입시키는 유입구(120) 및 상기 유입된 공기를 재배사 내 버섯으로 배출시키는 배출관(130)으로 구성된다.
그러나, 상기와 같은 환기시스템은 하절기와 동절기에 온도와 습도 조절의 어려움이 따르며, 온도 습도 조절을 위한 열교환기와 공조기 사용으로 많은 에너지가 소모되는 단점이 있으며, 또한 외기 유입에 따른 잡균 등의 유입으로 버섯의 병해 및 균일성장을 방해하는 등 많은 문제점을 도출하고 있는 실정이다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 버섯 재배사 내에서 발생되는 이산화탄소를 포함한 공기를 오일리스 컴프레서를 이용하여 압축한 후, 분리막 모듈을 이용하여 수분과 산소를 회수하여 버섯 재배사로 공급하며, 이산화탄소와 질소는 외부로 방출하여 버섯 재배사 내의 이산화탄소를 자동제어함으로써, 환기를 하지 않고서도 이산화탄소 농도를 버섯의 생장에 최적한 조건으로 유지하는 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템 및 방법을 제공하는데 목적이 있다.
목적을 달성하기 위한 구성으로는 버섯 재배사 내부에 구비되어 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소 농도 측정센서와; 버섯 재배사 내부의 분진이나 포자와 같은 이물질이 이산화탄소 제어부 내부로 들어가는 것을 차단하도록 복수의 필터로 구성되는 제1,2샘플링 필터와; 상기 제1,2샘플링 필터 후단에 설치되어 필터의 오염도에 따라 버섯 재배사 내부의 가스 샘플링 방향을 결정하는 3웨이 밸브와; 상기 3웨이 밸브로부터 공급되는 가스의 압력 변화를 감지하도록 이산화탄소 제어부의 유입구에 구비되는 압력게이지와; 상기 공급된 가스를 오일리스 컴프레서(Oilless Compressor)로 압축시키는 진공펌프와; 상기 압축가스를 공기와 습윤의 막 투과속도에 따라 물(H2O)과 공기로 분리시켜, 물(H2O)은 상기 버섯 재배사로 되돌려 보내며, 공기는 압력조절밸브를 통해 배출하는 제1멤브레인과; 상기 습윤이 탈기된 공기를 압축하여 저장하며, 압력게이지를 구비하는 리시브탱크와; 상기 리시브탱크 배출부에 구비되어, 잔류된 먼지나 습윤을 2차에 걸쳐 분리시키는 필터와; 상기 필터를 거쳐 유입되는 압축공기를 상부측은 질소(N2)를 배출하고, 하단부 측면으로는 이산화탄소(CO2)를 배출하는 제2멤브레인과; 상기 제2멤브레인에서 분리된 이산화탄소(CO2) 기체를 상부측은 고농도 이산화탄소(CO2)로 배출하고, 측면으로는 진공펌프를 부착하여 잔류 산소(O2)로 분리 배출하여, 산소(O2)를 상기 버섯 재배사로 되돌려 보내는 제3멤브레인으로 구성된다.
목적을 달성하기 위한 방법으로는 이산화탄소 농도 측정센서로 버섯 재배사 내부의 이산화탄소 농도를 실시간으로 측정하는 제10단계와; 상기 이산화탄소 농도 측정센서에 의해 버섯 재배사 내부의 이산화탄소 농도가 설정된 값 이상을 가지는지 판단하는 제20단계와; 설정된 값 이상의 이산화탄소 농도를 가질 경우, 진공펌프를 작동시켜 버섯 재배사 내부의 가스를 이산화탄소 제어부로 유입시키는 제30단계와; 상기 유입된 버섯 재배사 내부의 가스를 진공펌프에서 4~10kgf/㎠로 압축시키는 제40단계와; 상기 압축가스를 제1멤브레인에서의 막 투과속도에 따라 공기와 물(H2O)로 분리시키는 제50단계와; 상기 분리된 물(H2O)은 버섯 재배사로 이송시키고, 습윤이 탈기된 공기는 리시브탱크에서 압축되어 저장되는 제60단계와; 상기 리시브탱크의 압축공기를 2차에 걸쳐 필터링하여 잔류 먼지나 습윤을 분리시키는 제70단계와; 상기 필터링된 압축공기를 제2멤브레인에서의 막 투과속도에 따라 질소(N2)와 이산화탄소(CO2)를 분리시키는 제80단계와; 분리된 이산화탄소(CO2)를 제3멤브레인에서의 막 투과속도에 따라 고농도 이산화탄소(CO2)와 잔류 산소(O2)로 분리시킨 후 분리된 산소(O2)를 버섯 재배사로 이송시키는 제90단계를 포함한다.
상기한 바와 같이, 본 발명은 기체분리막을 이용하여 버섯의 생장에 의해 발생되는 이산화탄소를 선택적으로 제거함으로써 버섯 재배사 내부의 열과 습기의 손실 없이 환기 가능하며, 이산화탄소 제거 멤브레인 모듈이 이산화탄소 계측기와 연동되기 때문에 농도 조절이 가능한 효과가 있다.
또한, 통상적인 멤브레인 모듈이 아니라, 이산화탄소 분리를 위한 전단과 산소를 재분리하기 위한 후단을 가지는 2단 모듈을 사용함으로써 보다 효율적인 기체 농도 관리가 가능하고, 유지 및 관리가 단순하며, 버섯의 종류에 따른 최적 농도 프로파일의 프로그래밍이 가능하여 버섯의 생장 단계별 기체 농도를 지정하여 재배할 수 있는 효과가 있다.
도 2는 본 발명에 따른 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템의 구성을 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템의 전체 구성을 나타낸 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어방법의 순서도이고, 도 5는 본 발명에 따른 멤브레인의 기체 분 리막 투과속도를 나타낸 참고도이고, 도 6은 본 발명에 따른 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템의 성능 실험을 나타낸 그래프이다.
이하, 도면을 참고로 구성요소를 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템의 구성을 나타낸 개략도로서, 버섯 생육을 위한 버섯 재배사(100)와, 상기 버섯에서 발생되는 이산화탄소의 농도가 설정치를 초과할 경우 버섯 재배사(100) 내부 가스를 포집하여 처리하는 이산화탄소 제어부(200) 및 상기 이산화탄소 제어부(200)에서 분리된 이산화탄소를 재생하는 이산화탄소 재생부(300)로 구성된다.
상기 버섯 재배사(100)에는 내부공기 환기를 위한 환기구(110)가 구비되는데, 상기 환기구(110)에 이산화탄소 제어부(200)가 호스나 배관과 같은 내부공기를 이송할 수 있는 연결장치로 연결되어, 이산화탄소(CO2), 산소(O2), 물(H2O) 등으로 구성되는 버섯 재배사(100) 내부의 가스를 포집하게 되며, 상기 포집된 가스는 이산화탄소 제어부(200)에서 분리되어, 산소(O2)와 물(H2O)은 상기 버섯 재배사(100)의 유입구(120)로 이송되어 내부 배출관(130)을 통해 재배되는 버섯에게 다시 공급되고, 이산화탄소(CO2)는 외부로 배출되거나 별도로 구비되는 이산화탄소 재생부(300)에 저장되어 재사용이 가능하다.
상기 버섯 재배사(100)와 이산화탄소 제어부(200) 및 이산화탄소 재생부(300)의 구체적인 구성을 도 3을 참고하여 설명한다.
상기 버섯 재배사(100) 내부 일측에는 생육되는 버섯에서 발생되는 이산화탄 소 농도를 측정하는 이산화탄소 농도 측정센서(150)가 구비되어, NDIR(Nondispersive infrared sensor) 방식으로 이산화탄소 농도를 측정하는데, 상기 NDIR은 CO나 CO2 등 가스상 물질들이 적외선에 대한 특정한 흡수 스펙트럼을 갖는 것을 이용해서 특정성분의 농도를 구하는 방법이다.
또한, 상기 버섯 재배사(100)의 환기구(110) 입구에는 제1,2샘플링 필터(160,170)와 3웨이 밸브(180)가 구비되는데, 상기 제1,2샘플링 필터(160,170)는 버섯 재배사(100) 내부의 분진이나 포자와 같은 이물질이 이산화탄소 제어부(200) 내부로 들어가는 것을 차단하도록 구성되며, 상기 제1,2샘플링 필터(160,170) 후단에는 3웨이 밸브(180)가 연결되어 필터의 오염도에 따른 버섯 재배사(100) 내부의 가스 샘플링 방향을 결정하게 된다.
상기 필터를 복수개로 사용하는 것은 샘플링 필터의 막힘으로 인한 시스템 장애를 예방하기 위하여, 제1,2샘플링 필터(160,170) 중 오염도가 심하지 않는 필터를 선택하여 사용하기 위함이며, 상기 필터는 이물질을 걸러낼 수 있도록 부직포 등을 이용하여 접촉 면적이 넓은 형태로 제작하여 손쉽게 교환할 수 있도록 사용한다.
상기 3웨이 밸브(180)를 통해 공급되는 버섯 재배사(100) 내부 가스는 이산화탄소 제어부(200)의 진공펌프(220)로 공급되는데, 진공펌프(220)로의 연결라인에는 압력게이지(210)가 구비되어, 상기 3웨이 밸브(180)로부터 공급되는 가스의 압력 변화를 감지하게 된다.
만약, 현재 제1샘플링 필터(160)가 개방되어 진공펌프(220)로 버섯 재배사(100) 내부 가스가 공급되고 있는 상태에서 압력이 일정 값(시스템에 무리가 가는 정도의 값) 이상일 경우에는 상기 3웨이 밸브(180)에 전압을 인가하여 샘플링 위치를 제1샘플링 필터(160)에서 제2샘플링 필터(170)로 변경하도록 한다.
상기 버섯 재배사(100)에서 공급되는 가스는 진공펌프(220)에서 오일리스 컴프레서(Oilless Compressor)를 이용하여 4~10kgf/㎠ 범위로 압축시킨 다음, 제1멤브레인(230)으로 압축가스를 이송시키게 된다.
상기 제1멤브레인(230)은 폴리설폰산계 중공사막으로 구성되는 습윤 리싸이클링 멤브레인(H2O Recycling Membrane)으로, 버섯 재배사(100) 가스의 특성상 다습조건을 가지고 있으므로, 상기 압축가스를 공기와 습윤의 막 투과속도에 따라 물(H2O)과 공기로 분리시켜, 분리된 물(H2O)은 버섯 재배사(100)로 되돌려 보내며, 공기는 상부로 배출하되, 배출부에 구비되는 압력조절밸브(231)에 의해 압력이 제어된다.
상기 제1멤브레인(230)에서 습윤이 탈기된 공기는 리시브탱크(Receive Tank)(240)에서 4~10kgf/㎠ 범위로 압축되어 저장하며, 압축시 발생되는 소량의 물(H2O)은 하단에 구비되는 수거장치(242)로 집진되며, 압축공기는 상부로 배출하되, 배출부에는 압력게이지(241)가 구비되어 리시브탱크(240) 내부 압력상태를 표시하게 된다.
상기 압축공기는 리시브탱크(240) 배출부에 구비되는 필터(250)를 통과하게 되며, 상기 필터(250)는 2개로 구비되어 잔류된 먼지나 습윤을 2차에 걸쳐 분리시키게 된다.
상기 필터(250)를 통과한 압축공기는 제2멤브레인(260)으로 이송되는데, 상기 제2멤브레인(260)는 폴리설폰산계 중공사막으로 구성되는 이산화탄소 분리 멤브레인(CO2 Separation Membrane)으로, 상기 4~10kgf/㎠ 범위의 압축공기를 막 투과속도에 따라 상부측으로는 질소(N2)를 배출시키고, 하단부 측면으로는 이산화탄소(CO2)를 배출시키게 된다.
상기 상부측으로 배출되는 질소(N2)에는 일부 산소(O2)를 포함하고 있으며, 하단부 측면으로 배출되는 이산화탄소(CO2) 역시 잔류 산소(O2)를 포함하고 있다.
또한, 질소(N2)가 배출되는 상부에는 압력조절밸브(261)가 구비되어, 제2멤브레인(260)의 내부압력이 제어되며, 이산화탄소(CO2)가 배출되는 제2멤브레인(260)의 하단 측면에는 압력게이지(262)가 구비되어 제2멤브레인(260) 내부 압력상태를 표시하게 된다.
상기 배출되는 이산화탄소(CO2)는 제3멤브레인(270)으로 이송되는데, 상기 제3멤브레인(270)는 폴리설폰산계 중공사막으로 구성되는 산소 리싸이클링 멤브레인(O2 Recycling Membrane)으로, 상기 잔류 산소(O2)를 포함하는 이산화탄소(CO2)는 막 투과속도에 따라 상부측으로는 고농도 이산화탄소(CO2)를 배출시키고, 측면으로 는 잔류 산소(O2)를 분리 배출시켜, 상기 제1멤브레인(230)에서 배출되는 물(H2O)와 함께 버섯 재배사(100)로 이송되어, 배출관(130)으로 통해 버섯에게 공급된다.
상기 이산화탄소(CO2)가 배출되는 상부에는 압력조절밸브(271)가 구비되어, 제3멤브레인(270)의 내부압력이 제어되며, 산소(O2)가 배출되는 제3멤브레인(270)의 측면에는 압력게이지(272)와 진공펌프(273)가 구비되어 제3멤브레인(270) 내부 압력상태 표시 및 배출되는 산소(O2)를 압축하여 이송시키게 된다.
또한, 상기 제3멤브레인(270)의 압력조절밸브(271)에는 배출되는 이산화탄소(CO2)를 재생 및 저장시키는 재생장치(310)와 저장탱크(320)로 구성되는 이산화탄소 재생부(300)가 연결되어, 배출되는 이산화탄소(CO2)를 포집하여 재사용할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 버섯 재배사 이산화탄소 자동제어방법을 도 4의 순서도를 참고하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 버섯 재배사(100) 내부에 구비되는 이산화탄소 농도 측정센서(150)로 이산화탄소 농도를 실시간으로 측정하면서(S10 단계), 버섯 재배사(100) 내부의 이산화탄소 농도가 설정된 값 이상을 가지는지 판단한다(S20 단계).
상기 이산화탄소 농도 설정은 하기의 표 1과 같이, 버섯 종류별 및 생육단계별 이산화탄소 농도가 상기 이산화탄소 농도 측정센서(150)에 사전에 저장되어진다.
- 버섯생육단계별 최적 이산화탄소
버섯 종류별
 생육단계별 이산화탄소 농도 (ppm)
균사배양 발이 생육초기 생육중기 생육후기
느타리
(중온성)		 600±100(배양실내)
21±1%(배양기내)		 1,800±200 1,200±200 1,000±200 800±200
새송이
 600±100(배양실내)
20±1%(배양기내)		 1,500±200 1,000±200 800±200 600±200
팽이버섯
 600±100(배양실내)
20±1%(배양기내)		 2,500±200 2,000±200 1,500±200 1,000±200
양송이
 600±100(배양실내)
20±1%(배양기내)		 2,000±200 1,500±200 1,000±200 800±200
버섯 재배사(100) 내부가 상기와 같이 설정된 값 이상의 이산화탄소 농도를 가질 경우, 진공펌프(220)를 작동시켜 버섯 재배사(100) 내부의 가스를 이산화탄소 제어부(200)로 유입시키게 되는데(S30 단계), 상기 이산화탄소의 유입시 이산화탄소 제어부(200)의 압력게이지(210)에서 제1,2샘플링 필터(160,170)의 압력을 측정하는 S31 단계와, 3웨이 밸브(180)에 의해 상기 제1,2샘플링 필터(160,170) 중 압력이 높지 않는 필터를 선택하여, 버섯 재배사(100) 내부의 가스를 유입시키는 S32 단계를 포함한다.
상기 유입된 버섯 재배사(100) 내부의 가스를 진공펌프(220)에서 4~10kgf/㎠로 압축시킨 후(S40 단계), 제1멤브레인(230)으로 이송되어 막 투과속도에 따라 공기와 물(H2O)로 분리시키는데, 상기 물(H2O)과 공기의 분리는 도 5와 같이, 멤브레인 내부에서 상대적인 투과속도를 이용하여 물(H2O)과 공기로 각각 분리 배출시키게 된다(S50 단계).
참고로, 도 5는 멤브레인의 기체 분리막 투과속도를 나타낸 참고도로서, 상대적인 투과속도는 물(H2O), 수소(H2), 헬륨(He), 이산화탄소(CO2), 황화수소(H2S), 산소(O2), 공기(AIR), 일산화탄소(CO), 질소(N2), 메탄(CH4) 순으로 느리게 투과되는데, 공기분리의 경우 일정 압력하에서 압축공기를 중공사막 내부로 공급하고, 다른 한쪽부분이 더 낮은 압력으로 유지될 때 산소(O2)같이 질소(N2)에 비하여 상대적인 투과속도가 빠른 기체는 막을 빠르게 투과하고, 질소(N2)같이 상대투과속도가 느린 기체는 중공사막 내부에 남게 됨으로서 고농도의 질소(N2)와 산소(O2)를 얻게 된다.
상기와 같이 분리된 물(H2O)은 버섯 재배사(100)로 이송시키고, 습윤이 탈기된 공기는 리시브탱크(240)에서 4~10kgf/㎠로 압축되어 저장되며(S60 단계), 상기 리시브탱크(240)의 압축공기는 2차에 걸쳐 필터링하여 잔류 먼지나 습윤을 분리시킨다(S70 단계).
상기 필터링된 압축공기는 제2멤브레인(260)에서의 막 투과속도에 따라 질소(N2)와 이산화탄소(CO2)로 분리시키는데, 상기 질소(N2)와 이산화탄소(CO2)의 분리는 상기 도 5의 설명과 같이, 멤브레인 내부에서 상대적인 투과속도를 이용하여 질소(N2)와 이산화탄소(CO2)로 각각 분리 배출시키게 된다(S80 단계).
상기와 같이 분리된 이산화탄소(CO2)는 제3멤브레인(270)에서의 막 투과속도에 따라 농축된 이산화탄소(CO2)와 잔류 산소(O2)로 분리시키는데, 상기 농축된 이산화탄소(CO2)와 산소(O2)의 분리는 상기 도 5의 설명과 같이, 멤브레인 내부에서 상대적인 투과속도를 이용하여 농축된 이산화탄소(CO2)와 산소(O2)로 각각 분리 배출시키게 되며, 상기 분리된 산소(O2)는 상기 S50단계의 제1멤브레인(230)에서 분리된 물(H2O)과 함께 버섯 재배사(100)로 이송되어져 생육중인 버섯에게 공급된다(S90 단계).
도 6은 본 발명에 따른 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템의 성능 실험을 나타낸 그래프로서, 상기 제2멤브레인(260) 상부에서 발생되는 질소에 포함되어진 이산화탄소 농도를 압력에 따라 변동되는 값을 측정한 것이며, 1%(10,000ppm)의 이산화탄소와 99%의 질소를 주입하였으며, 압력이 낮을 수록 이산화탄소 농도가 높고, 7~8kgf/㎠일 때 가장 좋은 조건을 나타냄을 알 수 있다.
따라서, 버섯 재배사 내에서 발생되는 이산화탄소의 환기에 있어, 기존에는 “환기”라는 수단을 사용하는데 반해, 본 발명에서는 “기체분리막”을 사용함으로써, 다양한 효과를 가져온다.
첫째, 버섯의 생장에 의하여 발생한 이산화탄소를 선택적으로 제거함으로써 버섯 재배사 내부의 열과 습기의 손실 없이 환기하는 효과가 있는데, 기존의 버섯 재배사용 환기 시스템은 이산화탄소의 농도가 일정 수준에 다다르면 무조건 재배사 내부의 공기를 외부로 배출하고, 새로운 외기를 강제 투입하는 방식으로 운영되므로, 필연적으로 광열비 증가를 수반하게 된다.
둘째, 이산화탄소 제거 멤브레인 모듈이 이산화탄소 계측기와 연동되어 매우 정교한 농도 조절이 가능한 것으로, 버섯 종에 따라서는 이산화탄소 농도가 자주 변화면 버섯의 품질 저하가 발생하는 경우가 있으며, 본 발명에서는 원하는 set point에서 이산화탄소 농도를 정밀하게 제어할 수 있으므로 보다 고품질의 버섯을 재배할 수 있다.
셋째, 통상적인 멤브레인 모듈이 아니라, 물과 가스를 분리한 후 이산화탄소 분리를 위한 전단과 산소를 재분리하기 위한 후단을 가지는 2단 모듈을 사용한다는 점인데, 통상적인 기체 분리막을 이용하면 이산화탄소와 함께 산소도 함께 배출되는 단점이 있으나, 본 발명의 2단 시스템은 1차 분리된 이산화탄소 배기에서 산소를 재분리하여 버섯 재배사로 투입할 수 있으므로 보다 효율적인 기체 농도 관리가 가능하다.
넷째, 유지 및 관리가 단순한데, 기체 분리막 모듈은 한번 설치하면 반영구적인 수명을 가지므로 별다른 유지관리비가 소요되지 않는다.
다섯째, 버섯의 종류에 따른 최적 농도 프로파일의 프로그래밍이 가능하여 버섯의 생장 단계별 기체 농도를 지정하여 재배할 수 있다.
따라서, 본 발명은 버섯 재배사 내에서 발생되는 이산화탄소를 포함한 공기를 오일리스 컴프레서를 이용하여 압축한 후, 분리막 모듈을 이용하여 수분과 산소를 회수하여 버섯 재배사로 공급하며, 이산화탄소와 질소는 외부로 방출하여 버섯 재배사 내의 이산화탄소를 자동제어함으로써, 환기를 하지 않고서도 이산화탄소 농도를 버섯의 생장에 최적한 조건으로 유지할 수 있다.
본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 첨부된 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 버섯 재배사 구성을 나타낸 개략도.
도 2는 본 발명에 따른 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템의 구성을 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명에 따른 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템의 전체 구성을 나타낸 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어방법의 순서도.
도 5는 본 발명에 따른 멤브레인의 기체 분리막 투과속도를 나타낸 참고도.
도 6은 본 발명에 따른 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템의 성능 실험을 나타낸 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
100 : 버섯 재배사 110 : 환기구
120 : 유입구 130 : 배출관
150 : 이산화탄소 농도 측정센서 160,170 : 제1,2샘플링 필터
180 : 3웨이 밸브 200 : 이산화탄소 제어부
210 : 압력게이지 220 : 진공펌프
230 : 제1멤브레인 231 : 압력조절밸브
240 : 리시브탱크 241 : 압력게이지
242 : 수거장치 250 : 필터
260 : 제2멤브레인 261 : 압력조절밸브
262 : 압력게이지 270 : 제3멤브레인
271 : 압력조절밸브 272 : 압력게이지
273 : 진공펌프 300 : 이산화탄소 재생부
310 : 재생장치 320 : 저장탱크

Claims (5)

  1. 환기구(110)와 유입구(120) 및 배출관(130)으로 구성되는 버섯 재배사(100)에 이산화탄소 제어부(200)가 연결되는 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템에 있어서,
    버섯 재배사(100) 내부에 구비되어 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소 농도 측정센서(150)와;
    버섯 재배사(100) 내부의 분진이나 포자와 같은 이물질이 이산화탄소 제어부(200) 내부로 들어가는 것을 차단하도록 복수의 필터로 구성되는 제1,2샘플링 필터(160,170)와;
    상기 제1,2샘플링 필터(160,170) 후단에 설치되어 필터의 오염도에 따라 버섯 재배사(100) 내부의 가스 샘플링 방향을 결정하는 3웨이 밸브(180)와;
    상기 3웨이 밸브(180)로부터 공급되는 가스의 압력 변화를 감지하도록 이산화탄소 제어부(200)의 유입구에 구비되는 압력게이지(210)와;
    상기 3웨이 밸브(180)로부터 공급되는 가스를 오일리스 컴프레서(Oilless Compressor)로 압축시키는 진공펌프(220)와;
    상기 압축가스를 공기와 습윤의 막 투과속도에 따라 물(H2O)과 공기로 분리시켜, 물(H2O)은 상기 버섯 재배사(100)로 되돌려 보내며, 공기는 압력조절밸브(231)를 통해 배출하는 제1멤브레인(230)과;
    상기 습윤이 탈기된 공기를 압축하여 저장하며, 압력게이지(241)를 구비하는 리시브탱크(240)와;
    상기 리시브탱크(240) 배출부에 구비되어, 잔류된 먼지나 습윤을 2차에 걸쳐 분리시키는 필터(250)와;
    상기 필터(250)를 거쳐 유입되는 압축공기를 상부측은 질소(N2)를 배출하고, 하단부 측면으로는 이산화탄소(CO2)를 배출하는 제2멤브레인(260)과;
    상기 제2멤브레인(260)에서 분리된 이산화탄소(CO2) 기체를 상부측은 고농도 이산화탄소(CO2)로 배출하고, 측면으로는 진공펌프(273)를 부착하여 잔류 산소(O2)로 분리 배출하여, 산소(O2)를 상기 버섯 재배사(100)로 되돌려 보내는 제3멤브레인(270)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1~3멤브레인(230,260,270)은 폴리설폰산계 중공사막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2,3멤브레인(260,270) 상단에는 압력조절밸브(261,271)와 측면에는 압력게이지(262,272)가 구비되어 질소(N2)와 이산화탄소(CO2)를 각각 배출시키되, 상기 제3멤브레인(270)의 압력조절밸브(271)에는 배출되는 이산화탄소(CO2)를 재생 및 저장시키는 재생장치(310)와 저장탱크(320)로 구성되는 이산화탄소 재생부(300)가 연결되는 것을 특징으로 하는 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어시스템.
  4. 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어방법에 있어서,
    이산화탄소 농도 측정센서(150)로 버섯 재배사(100) 내부의 이산화탄소 농도를 실시간으로 측정하는 제10단계(S10)와;
    상기 이산화탄소 농도 측정센서(150)에 의해 버섯 재배사(100) 내부의 이산화탄소 농도가 설정된 값 이상을 가지는지 판단하는 제20단계(S20)와;
    설정된 값 이상의 이산화탄소 농도를 가질 경우, 진공펌프(220)를 작동시켜 버섯 재배사(100) 내부의 가스를 이산화탄소 제어부(200)로 유입시키는 제30단계(S30)와;
    상기 유입된 버섯 재배사(100) 내부의 가스를 진공펌프(220)에서 4~10kgf/㎠로 압축시키는 제40단계(S40)와;
    상기 압축가스를 제1멤브레인(230)에서의 막 투과속도에 따라 공기와 물(H2O)로 분리시키는 제50단계(S50)와;
    상기 분리된 물(H2O)은 버섯 재배사(100)로 이송시키고, 습윤이 탈기된 공기는 리시브탱크(240)에서 압축되어 저장되는 제60단계(S60)와;
    상기 리시브탱크(240)의 압축공기를 2차에 걸쳐 필터링하여 잔류 먼지나 습윤을 분리시키는 제70단계(S70)와;
    상기 필터링된 압축공기를 제2멤브레인(260)에서의 막 투과속도에 따라 질소(N2)와 이산화탄소(CO2)를 분리시키는 제80단계(S80)와;
    분리된 이산화탄소(CO2)를 제3멤브레인(270)에서의 막 투과속도에 따라 고농도 이산화탄소(CO2)와 잔류 산소(O2)로 분리시킨 후 분리된 산소(O2)를 버섯 재배사(100)로 이송시키는 제90단계(S90)를 포함하는 것을 특징으로 하는 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 제30단계(S30)는
    이산화탄소 제어부(200)의 압력게이지(210)에서 제1,2샘플링 필터(160,170)의 압력을 측정하는 제31단계(S31)와;
    3웨이 밸브(180)에 의해 상기 제1,2샘플링 필터(160,170) 중 압력이 높지 않는 필터를 선택하여, 버섯 재배사(100) 내부의 공기를 유입시키는 제32단계(S32)를 포함하는 것을 특징으로 하는 버섯 재배사의 이산화탄소 자동제어방법.
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