KR100992876B1 - 농업용 온실가스 측정 장치 및 이를 이용한 온실가스 측정 방법 - Google Patents

농업용 온실가스 측정 장치 및 이를 이용한 온실가스 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본원 발명은 농업용 온실가스 측정 장치 및 이를 이용한 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 농작물에서 발생하는 온실가스를 채집하여 실시간으로 분석함으로써, 온실가스 배출량을 계산하는 시간을 단축하고, 그에 따른 노동력을 절감하는 것이 가능한 농업용 온실가스 측정 장치 및 이를 이용한 측정 방법에 관한 것이다.
이를 위하여 본원 발명은, 챔버, 상기 챔버의 내부에서 가스시료를 채집하는 가스포집부, 상기 챔버의 내부에 구비되는 센서부, 상기 챔버의 내부에 구비되는 순환시스템부, 상기 챔버의 외부에 구비되어 상기 가스포집부 및 센서부가 연결되는 제어부, 상기 챔버의 외부에 구비되어 시료가스의 성분을 분석하는 가스분석부 및 상기 제어부 및 가스분석부를 연결하는 수송관을 포함하여 구성되어 가스시료의 채집에서 분석까지 자동화로 진행되는 것을 특징으로 한다.
온실가스, 챔버, 가스포집, 순환시스템, 센서부

Description

농업용 온실가스 측정 장치 및 이를 이용한 온실가스 측정 방법{APPARATUS FOR MEASURING GREENHOUSE GASES IN FARMING AND METHOD FOR USING THE SAME}
본원 발명은 농업용 온실가스 측정 장치 및 이를 이용한 측정 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 농작물에서 발생하는 온실가스를 채집하여 실시간으로 분석함으로써, 온실가스 배출량을 계산하는 시간을 단축하고, 그에 따른 노동력을 절감하는 것이 가능한 농업용 온실가스 측정 장치 및 이를 이용한 측정 방법에 관한 것이다.
지구온난화(Global warming)란, 지구 표면의 평균온도가 상승하는 현상으로 땅이나 물에 있는 생태계가 변화하거나 해수면이 올라가서 해안선이 달라지는 등 기온이 올라감에 따라 발생하는 문제를 포함하기도 한다.
온난화 현상 자체는 과거에도 있었으나, 여기에서는 주로 19세기 후반부터 관측되고 있는 온난화를 가리킨다.
이러한 현대 온난화의 원인은 온실가스의 증가에 있다고 보는 견해가 지배적이다. 산업 발달에 따라 석유와 석탄 같은 화석연료를 사용하고 농업 발전을 통해 숲이 파괴되면서 온실효과의 영향이 커졌다는 의견이 다수이다.
온난화 현상이 가속화 되어 지구의 연평균기온이 계속 상승함에 따라 땅이나 바다에 함유되어 있는 각종 기체가 대기 중으로 더욱 많이 유입될 것으로 예측되며, 이로 인하여 많은 과학자들은 온난화 현상은 더욱 가속화 될 것으로 예측하고 있다.
온난화에 따른 피해를 예를 들면, 대기 중의 수증기량이 증가하면서 평균강수량이 증가하여 홍수나 가뭄으로 이어지고, 가장 큰 문제인 기온 상승에 따라 빙하가 해빙되어 해수면이 상승하여 섬이나 해안에 사는 사람들의 생활 뿐 아니라 심지어 해안에 가까운 도시에 사는 사람들에게 까지 큰 영향을 미칠 수 있다.
온난화 현상을 일으키는 데에는 수증기가 가장 큰 역할을 맡고 있지만, 가장 중요한 요인으로 꼽히는 온실가스('온실기체'라고도 함)는 이산화탄소가 가장 대표적이며, 이외에도 일산화질소(아산화질소), 염화플루오린화탄소(프레온, CFC), 메테인 등이 온실효과를 일으키는 기체로 널리 알려져 있다.
먼저, 이산화탄소는 대기 중의 양이 매년 증가하고 있는데, 인간이 산업화를 진행하면서 사용하게 된 화석연료에 의해 그 양이 크게 증가하고 있다.
1750년 산업혁명이 시작되면서 31%가 증가되어 2003년에는 376 ppm의 양이 대기 중에 존재했다. 이는 남극 빙하 속의 이산화탄소 양을 통해 측정한 과거 65만년 동안의 어느 시대에서보다 높은 양이다. 이산화탄소는 같은 농도의 메테인에 비하여 온실효과를 유발하는 정도가 1/20에 불과하다.
다음으로, 메테인은 현재 연간 2억 5천만 톤이 대기 중으로 배출되는데, 이는 화석연료를 태울 때에도 발생하지만, 비료나 논, 쓰레기더미에서도 발생하고, 심지어는 초식동물이 풀을 소화시킬 때 호흡에서도 발생하는 것으로 알려져 있다.
그렇기 때문에 인구가 늘어나고 식량 생산을 늘려 나가는 과정에서 대기 중의 메테인이 증가됐다고 보는 것이 일반적인 견해이다.
마지막으로, 수증기는 대기 중에 대단히 많은 양이 존재하며, 흡수할 수 있는 열량 역시 이산화탄소나 메테인에 비해서 대단히 크다. 하지만 수증기는 구름을 이루어서 태양빛을 반사할 수도 있기 때문에 실제로 어떻게 수증기가 온실효과에 영향을 미치는지 정확히 알기 어렵다.
이러한 기체들은 1997년에 채택되어 2005년 2월 러시아가 비준을 함으로써 최소한의 비준국 수치인 55개국에 도달하면서 효력을 발휘하게 된 교토의정서에 의해 온실가스 저감사업이 시행되고 있다.
현재 우리나라는 Annex Ⅰ국가(기후변화협약에서 구속력 있는 감축의무를 부담하는 국가)에 속하지 않아 직접적인 저감 의무를 가지고 있지는 않지만, 세계 온실가스 배출량 9위의 위치에 있다.
기후변화협약의 이행을 위해 설정한 3차례(각 공약기간별 5년)의 온실가스 저감 의무 공약기간 중 2008 내지 2012년에 해당하는 제1차 의무공약기간의 종료 후 제2차 의무공약기간에는 온실가스 감축 의무를 부여받을 가능성을 배제할 수 없는 것이 현실이다.
이러한 이유로 국가적인 차원에서 온실가스 배출량 인벤토리를 구축하고, 배출량을 산정하는 하는 것이 중요하다.
그러나 이러한 배출량 계산이 간단한 문제가 아닐뿐더러 그 절차와 방법이 복잡하고, CDM(Clean Development Mechanism) 사업의 경우 온실가스 배출 감축을 달성한다 하더라도 데이터의 신뢰성이 보장되지 않는다면 온실가스 배출 감축량에 따른 크레딧을 시장 메커니즘을 통하여 거래하는 배출권거래제에 적용하기가 어렵다.
여러 곳에서 온실가스를 측정할 시, 가스시료를 채집하여 측정하는데 소요되는 시간이 상당하고, 많은 노동력이 필요한 문제가 있다.
본원 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서,
본원 발명은, 농작물 위에 설치되는 챔버의 내부에 가스포집부, 센서부, 순환시스템부가 구비되고, 상기 챔버의 외부 일측면에 상기 가스포집부와 센서부에 연결되는 제어부가 구비되어 상기 챔버 내부의 가스시료를 채집하여 상기 제어부에 연결된 수송관을 통하여 상기 챔버의 외부에 구비되는 가스분석부로 가스시료를 수송하여 분석하는 과정의 자동화가 가능한 농업용 온실가스 측정 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본원 발명의 다른 목적은, 상기 챔버의 하부 둘레면에 다수개의 통공이 형성되어 온실가스측정 시 상기 농작물에 양액(담수)이 원활히 공급되는 농업용 온실가스 측정 장치를 제공하는데 목적이 있다.
본원 발명의 또 다른 목적은, 상기 센서부는, 상기 농작물이 재배되는 지표면 온도를 측정하는 제1온도계와 상기 챔버 내부의 온도를 측정하는 제2온도계가 구비되어, 상기 농작물의 재배환경 조건에 따른 온실가스를 측정하는 농업용 온실가스 측정 장치를 제공하는데 있다.
본원 발명의 또 다른 목적은, 상기 센서부는, 상기 농작물이 담수재배되는 경우 담수의 온도를 측정하는 제3온도계와 상기 담수의 높이를 측정하는 수위계가 구비되어, 다양한 방법으로 재배되는 농작물의 재배환경 조건에 따른 온실가스를 측정하는 농업용 온실가스 측정 장치를 제공하는데 있다.
본원 발명의 또 다른 목적은, 상기 덮개는 상기 챔버에 힌지로 연결되며, 상기 챔버의 측면에 결합되는 지지수단과 상기 덮개를 연결하는 상기 실린더가 상기 압축기에 의해 구동되어, 상기 덮개의 개폐동작이 자동화된 농업용 온실가스 측정 장치를 제공하는데 있다.
본원 발명의 또 다른 목적은, 상기 공급 및 토출관은, 상기 실린더의 일측에 연결되는 제1관 및 상기 실린더의 타측에 연결되는 제2관으로 구성되어, 상기 덮개의 개폐동작을 부드럽게 하여 상기 덮개의 파손을 방지하는 농업용 온실가스 측정 장치를 제공하는데 있다.
본원 발명의 또 다른 목적은, 상기 순환시스템부는, 상기 덮개의 하면에 제2순환팬이 더 구비되어, 상기 가스시료를 채집하기 전에 상기 챔버 내의 공기를 균일하게 하여 온실가스 측정 시 오차를 감소시키는 농업용 온실가스 측정 장치를 제공하는데 있다.
본원 발명의 또 다른 목적은, 상기 수송관은, 상기 수송관의 내부에서 불순물을 걸러내는 여과망이 구비되어, 온실가스 측정 시 오차를 감소시키는 농업용 온 실가스 측정 장치를 제공하는데 있다.
본원 발명의 또 다른 목적은, 개방된 환경에서 농작물로부터 발생하는 제1가스시료를 채집하고 분석하는 바탕실험단계와, 밀폐된 환경에서 상기 농작물로부터 발생하는 제2가스시료를 채집하고 분석하는 본실험단계 및 상기 바탕실험단계의 데이터와 상기 본실험단계의 데이터 및 그 비교값을 출력하는 디스플레이단계를 포함하여 구성되어, 가스시료 채집에서 분석까지 자동화된 농업용 온실가스 측정 방법을 제공하는데 있다.
본원 발명의 또 다른 목적은, 상기 디스플레이단계는, 사용자가 원격접속에 의하여 데이터를 출력 및 다운로드가 가능하며, 다수의 사용자가 동시에 원격접속이 가능한 농업용 온실가스 측정 방법을 제공하는데 있다.
이하 본원 발명을 설명하면 다음과 같다.
과제 해결 수단과 관련하여,
본원 발명은, 개폐가 가능한 덮개가 구비되고 하부가 개방되어 농작물 위에 설치되는 챔버와, 상기 챔버의 일측면을 관통하여 상기 챔버의 내부로 일부가 삽입되어 상기 농작물로부터 발생하는 가스시료를 채집하는 가스포집부와, 상기 챔버의 일측면 내부에 구비되어 상기 챔버 내부의 온도를 감지하는 센서부와, 상기 챔버 내부의 일측면에서 공기를 순환시키는 제1순환팬이 구비되는 순환시스템부와, 상기 챔버 외부의 일측면에 구비되어 상기 가스포집부 및 센서부가 연결되는 제어부와, 상기 챔버의 외부에 구비되어 상기 가스포집부로부터 채집된 가스시료 성분을 분석 하는 가스분석부 및 상기 제어부 및 가스분석부를 연결하는 수송관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본원의 다른 발명은, 상기 챔버는 하부 둘레면에 다수개의 통공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본원의 또 다른 발명은, 상기 센서부는 상기 챔버의 내부에서 상기 농작물이 재배되는 지표면 온도를 측정하는 제1온도계 및 상기 챔버 내부의 온도를 측정하는 제2온도계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본원의 또 다른 발명은, 상기 센서부는 상기 농작물이 담수재배되는 경우 상기 챔버의 내부에서 담수의 온도를 측정하는 제3온도계 및 상기 챔버의 외부에 구비되어 상기 담수의 높이를 측정하는 수위계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본원의 또 다른 발명은, 상기 덮개는 상기 덮개의 일측과 상기 챔버의 일측면 상부를 결합하는 힌지와, 상기 챔버의 일측면에 결합되는 지지수단과, 일측이 상기 지지수단에 연결되고 타측이 상기 덮개의 상면에 연결되어 상기 덮개를 개폐하는 실린더 및 일측은 상기 실린더에 연결되고, 타측은 상기 제어부에 연결되는 공급 및 토출관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본원의 또 다른 발명은, 상기 공급 및 토출관은 일측이 상기 실린더의 일측에 연결되고, 타측은 상기 제어부에 연결되는 제1관 및 일측이 상기 실린더의 타측에 연결되고, 타측은 상기 제어부에 연결되는 제2관으로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본원의 또 다른 발명은, 상기 순환시스템부는 상기 덮개의 하면에 구비되어 공기를 순환시키는 제2순환팬을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본원의 또 다른 발명은, 상기 수송관은 상기 수송관의 내부에 구비되어 불순물을 걸러내는 여과망을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본원의 또 다른 발명은, 상기 가스분석부는 상기 수송관에 연결되며 공기를 압축하여 상기 제어부에 연결된 상기 공급 및 토출관을 통하여 상기 실린더를 구동하는 압축기를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본원의 또 다른 발명은, 개방된 환경에서 농작물로부터 발생하는 제1가스시료를 채집하여 상기 제1가스시료 내의 액체와 기체를 분리한 후, 상기 제1가스시료를 분석한 데이터를 저장하며, 상기 농작물 주변의 온도를 측정하는 바탕실험단계와, 밀폐된 환경에서 상기 농작물로부터 발생하는 제2가스시료를 채집하여 상기 제2가스시료 내의 액체와 기체를 분리한 후, 상기 제2가스시료를 분석한 데이터를 저장하며, 상기 농작물 주변의 온도를 측정하는 본실험단계 및 상기 바탕실험단계의 데이터와 상기 본실험단계의 데이터 및 그 비교값을 출력하는 디스플레이단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
본원의 또 다른 발명은, 상기 바탕실험단계 및 본실험단계는 사용자가 설정한 시간에 따라 반복하여 상기 제1·2가스시료를 채집하는 것을 특징으로 한다.
본원의 또 다른 발명은, 상기 바탕실험단계 및 본실험단계는 상기 제1·2가스시료 내의 액체와 기체를 분리하기 전에, 상기 제1·2가스시료에 함유된 불순물을 걸러내는 것을 특징으로 한다.
본원의 또 다른 발명은, 상기 바탕실험단계 및 본실험단계는 액체가 분리된 상기 제1·2가스시료의 유입량이 일정하게 유지되도록 상기 제1·2가스시료의 유량을 감시하여 제어하는 것을 특징으로 한다.
본원의 또 다른 발명은, 상기 바탕실험단계 및 본실험단계는 상기 제1·2가스시료를 분석하기 전에, 상기 제1·2가스시료 내의 수분을 감지하는 것을 특징으로 한다.
본원의 또 다른 발명은, 상기 바탕실험단계 및 본실험단계는 하나 이상으로 구비되는 온실가스 측정 장치를 순차적으로 시퀀스제어하는 것을 특징으로 한다.
본원의 또 다른 발명은, 디스플레이단계는 상기 바탕실험단계 및 본실험단계의 데이터를 선택적인 출력이 가능한 것을 특징으로 한다.
본원의 또 다른 발명은, 상기 디스플레이단계는 상기 바탕실험단계 및 본실험단계의 데이터를 분석하여 저장된 데이터를 원격접속에 의해 온라인 모니터링 및 다운로드 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본원의 또 다른 발명은, 상기 디스플레이단계는 적어도 한 명 이상의 사용자가 동시에 원격접속하여 상기 바탕실험단계 및 본실험단계의 데이터를 분석하여 저장된 데이터를 온라인 모니터링 및 다운로드 할 수 있는 것을 특징으로 한다.
첫째, 본원 발명은, 내부에 가스포집부, 센서부, 순환시스템부 및 제어부가 구비된 챔버를 농작물 위에 설치하고, 상기 챔버의 외부에 구비된 가스분석부로 농작물에서 발생한 온실가스 가스시료를 수송하여 분석하는 일련의 과정이 자동화로 가능한 온실가스 측정 장치를 제공하는 효과가 있다.
둘째, 본원 발명은, 상기 가스시료를 채집하기 전에, 상기 순환시스템부를 구동하여 상기 챔버 내의 공기를 균일하게 함으로써, 온실가스 측정 시 오차를 감소시키는 것이 가능한 효과도 있다.
셋째, 본원 발명은, 상기 디스플레이단계에서 저장된 바탕실험단계 및 본실험단계의 데이터를 원격접속으로 온라인 모니터링과, 데이터의 다운로드가 가능하며, 다수의 사용자가 동시에 원격접속할 수 있는 효과도 있다.
넷째, 본원 발명은, 상기 바탕실험단계 및 본실험단계에서 본원 발명에 따른 온실가스 측정 장치의 구동 시, 순차적으로 시퀀스 제어함으로써, 하나의 상기 가스분석부에 다수개의 상기 챔버를 설치하여도 각 챔버에서 채집되는 상기 가스시료가 혼합되지 않아 신뢰성을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.
이하에서는 도 1 내지 도 8을 참조하여 본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 장치 및 이를 이용한 농업용 온실가스 측정 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 1은, 본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 장치의 챔버를 분해한 사시도이고, 도 2는, 도 1의 A부를 확대한 도면이며, 도 3은, 본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 장치의 챔버를 도시한 측면도이고, 도 4는, 본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 장치의 챔버를 도시한 배면도이며, 도 5는, 본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 장치를 도시한 도면이고, 도 6은, 본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 방법을 도시한 도면이며, 도 7은, 본원 발명에 따른 바탕실험단계를 도시한 도면이고, 도 8은, 본원 발명에 따른 본실험단계를 도시한 도면이다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 장치(1)를 설명하면, 덮개(100)가 구비되고 하부가 개방되어 농작물(20) 위에 설치되는 챔버(10)와 상기 챔버(10) 내부에 구비되어 상기 농작물(20)에서 발생하는 가스시료를 채집하는 가스포집부(200), 상기 챔버(10) 내부의 온도를 감지하는 센서부(300), 상기 챔버(10) 내부의 공기를 순환시키는 순환시스템부(400)와 상기 챔버(10) 외부에 구비되어 상기 가스포집부(200) 및 센서부(300)에 연결되는 제어부(500), 상기 가스시료를 분석하는 가스분석부(600) 및 상기 제어부(500) 및 가스분석부(600)를 연결하는 수송관(700)을 포함하여 구성된다.
상기 챔버(10)는, 내부에 공간이 형성되고 상부와 하부가 개방된 직육면체의 형상으로 상기 농작물(20) 위에 설치되어 상기 챔버(10)의 내부에서 상기 농작물(20)을 생육하면서, 상기 챔버(10) 내부에 온실가스를 포집한다.
상기 챔버(10)는 크기의 제한이 없으며, 사용자의 필요에 따라 온실가스를 측정하고자 하는 상기 농작물(20)의 크기에 적합하도록 하는 것이 바람직하다.
본원 발명에 따른 상기 챔버(10)는, 벼에서 발생하는 온실가스를 측정하기 위한 일실시예로써, 가로 및 세로가 각각 60 cm이고, 높이가 130 cm로 설치 및 이동이 간편하며, 벼 뿐 아니라 기타 농작물(20)에 적용하는 것이 가능하다.
본원 발명에서는 상기 챔버(10)를 농작물(20) 위에 설치할 시, 농작물(20)의 생장에 필수적인 수분의 공급이 원활히 되도록 하기 위하여 상기 챔버(10)의 하부에 다수개의 통공(11)을 구비하는 것이 바람직하다.
상기 챔버(10)의 상부에는 상기 챔버(10)의 일측면 상부에 적어도 하나 이상 구비되는 힌지(110)로 결합되어 개폐가 가능한 상기 덮개(100)가 구비된다.
상기 덮개(100)는, 상기 덮개(100)의 일측과 상기 챔버(10)의 일측면 상부를 결합하는 힌지(110)와, 상기 챔버(10)의 일측면에 결합되는 지지수단(120)과, 일측이 상기 지지수단(120)에 연결되고 타측이 상기 덮개(100)의 상면에 연결되어 상기 덮개(100)를 개폐하는 실린더(130) 및 일측은 상기 실린더(130)에 연결되고, 타측은 상기 제어부(500)에 연결되는 공급 및 토출관(140)을 포함하여 구성된다.
상기 지지수단(120)은, 상기 챔버(10)의 후면 외측에서, 일측이 상기 챔버(10)의 후면 일측에 결합되어 상향으로 연장되어 상기 챔버(10)의 후면 타측으로 절곡되고, 다시 하향으로 절곡되어 상기 지지수단(120)의 타측이 상기 챔버(10)의 후면 타측에 결합된다.
상기 지지수단(120)은, 상기 덮개(100)를 개폐하는 상기 실린더(130)를 지지하는 것으로, 그 형상에는 제한이 없으므로 본원 발명에서 기술된 '┏┓'형상뿐 아니라, 스틱 형상 또는 반원 형상 등이 가능하며, 또는 상기 실린더(130)가 상기 덮개(100)를 밀어 올려서 열고, 끌어 당겨서 닫을 수 있도록 상기 챔버(10)의 내부에 상기 실린더(130)를 구비하여 상기 챔버(10)의 외부로 상기 지지수단(120)이 돌출되지 않게 함으로써, 안전사고를 방지하는 것도 가능하다.
상기 실린더(130)는, 일측이 상기 챔버(10)의 후면에서 상부로 절곡되며 연장된 상기 지지수단(120)의 중앙에 연결되고, 타측은 상기 덮개(100)의 상면 중앙에 연결된다.
상기 실린더(130)는 내부에 공기, 기름 등이 유입되거나 토출되면서 상기 실 린더(130) 내부에 구비된 피스톤(131)을 전진 또는 후진이동 시키는 것으로 유압실린더(130) 및 공압실린더(130) 등이 있으나, 본원 발명에서는 저렴하고 유지 및 보수가 간편한 공압실린더(130)를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 공압실린더(130)는 이미 널리 알려진 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 공급 및 토출관(140)은, 일측은 상기 제어부(500)에 연결되고, 타측은 상기 실린더(130)의 일측에 연결되는 제1관(141)과, 일측은 상기 제어부(500)에 연결되고, 타측은 상기 실린더(130)의 타측에 연결되는 제2관(142)을 포함하여 구성된다.
상기 제1관(141) 및 제2관(142)은 각각의 일측이 상기 제어부(500)에 연결되어 압축기(610)로부터 생성된 압축공기를 상기 실린더(130)에 공급하거나 토출함으로써, 상기 실린더(130)의 피스톤(131)을 전/후진으로 이동시킨다.
상기 압축기(610)는 후술하기로 한다.
본원 발명에서는 상기 챔버(10)의 상부둘레에 고무몰딩(미도시)을 구비하여 상기 챔버(10)의 상부둘레와 상기 덮개(100)의 하면이 완전히 밀착되게 함으로써, 상기 챔버(10) 내의 가스시료가 외부로 유출되는 것을 방지하여 정확한 온실가스 분석 데이터를 계산하며, 상기 덮개(100)의 개폐 시 상기 챔버(10)의 상부와 상기 덮개(100)의 하면이 충격으로 인하여 파손되는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
상기 챔버(10) 및 덮개(100)는 철재를 이용하여 견고하게 제조하여도 무방하나, 본원 발명에서는 투명한 아크릴소재로 제작하여 상기 챔버(10) 내에 있는 농작 물(20)의 생장을 육안으로 확인할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 가스포집부(200)는, 일측이 상기 챔버(10)의 일측면을 관통하여 상기 챔버(10)의 내부로 일부가 삽입되고, 타측이 상기 제어부(500)에 연결되어 상기 농작물(20)로부터 발생하는 가스시료를 채집한다.
상기 가스포집부(200)는, 상기 챔버(10)의 내부에서 생육되는 상기 농작물(20)이 생장하면서 발생하는 가스시료의 원활한 채집을 위하여 상기 농작물(20)의 생장이 완료되는 평균 높이에 구비되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 센서부(300)는, 상기 챔버(10)의 내부의 일측면에 구비되어 상기 챔버(10) 내부의 온도를 감지한다.
상기 센서부(300)는, 상기 농작물(20)이 재배되는 지표면의 온도를 측정하는 제1온도계(310), 상기 챔버(10) 내부의 온도를 측정하는 제2온도계(320), 상기 농작물(20)을 담수(30)재배할 시 담수(30)의 온도를 측정하는 제3온도계(330) 및 상기 담수(30)의 높이를 측정하는 수위계(340)를 포함하여 구성된다.
상기 센서부(300)를 도 1 내지 도 4를 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
상기 챔버(10)의 후면 내측에 지면에 수평한 직육면체의 바 형상인 고정대(350)가 상기 챔버(10)의 후면 중앙 부분에 구비된다.
상기 제1온도계(310)는, 일측이 상기 고정대(350)의 상부에서 하부로 관통되어 고정되고, 타측은 상향으로 연장되어 상기 챔버(10)의 후면으로 절곡되면서 상기 챔버(10)의 후면을 관통하며, 다시 상향으로 절곡되어 타측이 상기 제어부(500) 에 연결된다.
상기 제1온도계(310)의 일측은 상기 농작물(20)이 생육되는 지표면의 온도를 측정할 수 있도록, 상기 챔버(10)의 하부로 연장되어 지표면에 접촉되거나 상기 제1온도계(310)의 일측 일부가 지표면에 매설되도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제2온도계(320)는 상기 제1온도계(310)로부터 일정거리 이격되며, 상기 제1온도계(310)와 마찬가지로 일측이 상기 고정대(350)의 상부에서 하부로 관통되어 고정되고, 타측은 상향으로 연장되어 상기 챔버(10)의 후면으로 절곡되면서 상기 챔버(10)의 후면을 관통하며, 다시 상향으로 절곡되어 타측이 상기 제어부(500)에 연결된다.
상기 제2온도계(320)의 일측은 상기 챔버(10)의 내부에서 상기 농작물(20) 주변의 온도를 측정할 수 있도록, 상기 농작물(20)이 생장하는 높이에 맞춰서 제작되는 상기 챔버(10)의 중앙부에 위치하도록 연장되게 구비되는 것이 바람직하다.
상기 제3온도계(330) 역시 상기 제2온도계(320)로부터 일정거리 이격되며, 상기 제1온도계(310)와 마찬가지로, 일측이 상기 고정대(350)의 상부에서 하부로 관통되어 고정되고, 타측은 상향으로 연장되어 상기 챔버(10)의 후면으로 절곡되면서 상기 챔버(10)의 후면을 관통하며, 다시 상향으로 절곡되어 타측이 상기 제어부(500)에 연결된다.
상기 제3온도계(330)의 일측은 상기 담수(30)의 온도를 측정할 수 있도록, 상기 챔버(10)의 하부로 연장되어 지표면에 접촉되지 않고, 상기 담수(30)에 상기 제3온도계(330)의 일측 일부가 잠기도록 하는 것이 바람직하다.
상기 제1온도계(310), 제2온도계(320) 및 제3온도계(330)에 사용되는 온도센서는 역학적 온도계, 전기적 온도계, 복사 온도계 및 특수한 온도계 등으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 온도계를 이용하며, 이에 관하여는 이미 널리 알려진 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 수위계(340)는, 상기 챔버(10)의 외부에 구비된다.
도 3 및 도 4를 참조하여 더욱 상세하게 설명하면, 상기 수위계(340)는 상기 챔버(10)의 후면 외측에 구비된다.
상기 수위계(340)가 구비되는 위치는 제한이 없으나, 본원 발명에서는, 상기 챔버(10) 후면의 중앙 이하의 높이로 상기 제1 내지 3온도계로부터 일정거리 이격되게 구비함으로써, 상기 센서부(300)의 각 센서들이 오작동하는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
상기 수위계(340)는 초음파를 발생하여 거리를 측정하는 것으로 초음파 계측기는 이미 널리 알려진 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고, 상기 수위계(340)의 상기 담수의 높이 계측시, 상기 농작물(20)로 인하여 상기 수위계(340)가 오작동 되는 것을 방지하도록, 상기 수위계(340)의 양 측에 격벽을 구비하여 초음파에 간섭이 생기지 않도록 하는 것이 바람직하다.
상기 순환시스템부(400)는, 상기 챔버(10) 내부의 공기를 순환시켜 균일하게 하는 것으로 제1순환팬(410) 및 제2순환팬(420)으로 구성된다.
상기 제1순환팬(410)은, 상기 챔버(10) 내부의 일측면에 구비된다.
더욱 상세하게는, 상기 제1순환팬(410)은 상기 챔버(10)의 후면 내측에서 상 기 센서부(300)의 타측으로 일정거리 이격되어 구비된다.
상기 제1순환팬(410)은 본원 발명에 따른 온실가스 측정 장치(1)에서 가스시료를 채집하기 전에 상기 농작물(20)에서 발생한 온실가스가 상기 챔버(10) 내의 공기와 균일하게 혼합되도록 하는 것으로서 즉, 외기를 끌어들이는 것이 아니라 내부의 공기를 순환시키는 역할을 한다.
상기 제2순환팬(420)은, 상기 덮개(100)의 하부 중앙에 구비되어 상기 제1순환팬(410)과 마찬가지로, 외기를 끌어들이는 것이 아니라 내부의 공기를 순환시키는 역할을 한다.
상기 순환시스템부(400)는 상기 제1순환팬(410) 및 제2순환팬(420)으로 구성되어, 상기 챔버(10) 내의 공기를 2방향으로 혼합함으로써, 상기 챔버(10) 내의 온실가스 농도를 더욱 균일하게 할 수 있다.
상기 제어부(500)는, 상기 챔버(10) 외부의 일측면에 구비되는데, 상기 제어부(500)가 구비되는 위치는 제한이 없으나, 본원 발명에서는, 상기 공급 및 토출관(140)과 상기 가스포집부(200) 및 상기 센서부(300)에 연결이 간편하도록 상기 챔버(10)의 후면 외측 상부에 위치하는 것이 바람직하다.
상기 가스분석부(600)는, 상기 챔버(10)의 외부에 구비되어 상기 가스포집부(200)에서 채집되는 가스시료의 성분을 분석하고 계산하여 데이터를 저장한다.
상기 수송관(700)은, 일측은 상기 제어부(500)에 연결되고, 타측은 상기 가스분석부(600)에 연결된다.
상기 수송관(700)은, 상기 가스포집부(200)로부터 채집된 가스시료를 상기 가스분석부(600)로 이송 할 뿐만 아니라 상기 센서부(300)에서 측정된 지표면의 온도와 상기 챔버(10) 내부의 공기 온도, 담수(30)의 높이 및 온도에 관한 데이터가 상기 가스분석부(600)로 이송된다.
그리고 상기 가스분석부(600)는 상기 수송관(700)을 통하여 전력을 공급하고, 상기 가스분석부(600)에는 메인 컴퓨터(미도시)가 구비되어 상기 제어부(500)를 컨트롤 하게 된다.
또한, 상기 가스분석부(600) 내에 압축기(610)가 구비되어 공기를 압축한 후, 상기 수송관(700)을 통하여 상기 제어부(500)에 연결된 상기 제1관(141) 및 제2관(142)에 압축공기를 공급하거나 토출시켜 상기 실린더(130)를 구동하여 상기 덮개(100)를 개폐한다.
상기 압축기(610)는 이미 널리 공지된 기술이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 메인 컴퓨터의 프로그램에 의하여 상기 제어부(500)를 컨트롤함으로써, 본원 발명에 따른 온실가스 측정 장치(1)는 상기 가스시료의 채집에서 분석 및 디스플레이까지 자동화 되어 온실가스 분석 시 발생하는 오차를 감소시키는 것이 가능하다.
이하에서는, 도 6 내지 도 8을 참조하여 본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 장치(1)를 이용하여 온실가스를 측정하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 방법은, 개방된 환경에서 농작물(20)로부터 발생하는 제1가스시료를 채집하여 상기 제1가스시료 내의 액체와 기 체를 분리한 후, 상기 제1가스시료를 분석한 데이터를 저장하며, 상기 농작물(20) 주변의 온도를 측정하는 바탕실험단계와, 밀폐된 환경에서 상기 농작물(20)로부터 발생하는 제2가스시료를 채집하여 상기 제2가스시료 내의 액체와 기체를 분리한 후, 상기 제2가스시료를 분석한 데이터를 저장하며, 상기 농작물(20) 주변의 온도를 측정하는 본실험단계 및 상기 바탕실험단계의 데이터와 상기 본실험단계의 데이터 및 그 비교값을 출력하는 디스플레이단계를 포함하여 구성된다.
상기 농업용 온실가스 측정 장치(1)에서는, 제1가스시료와 제2가스시료로 구분하지 않고 '가스시료'로 기술하였으나, 온실가스 측정은 상기 가스시료내의 온실가스 초기 함유량 데이터를 구하고, 일정시간 경과 후 상기 가스시료내의 온실가스 변화량 데이터를 구하기 위하여 본원 발명에 따른 온실가스 측정 방법은 상기 가스시료내의 온실가스 초기 함유량 데이터를 구하기 위해 채집한 가스시료를 제1가스시료라 하고, 일정시간 경과 후 온실가스 변화량 데이터를 구하기 위하여 채집한 가스시료를 제2가스시료라 하기로 한다.
상기 제1·2가스시료를 채집하고 난 후 측정하는 온도는, 상기 농작물(20) 주변의 온도로써, 상기 농작물(20)에서 발생하는 온실가스의 변화량을 측정하기 위하여 본원 발명에 따른 상기 농업용 온실가스 측정 장치(1)의 내부에서 생육되는 상기 농작물(20) 주변의 온도를 측정하여야 하므로, 상기 챔버(10) 내부의 온도를 측정한다.
상기 바탕실험단계는, 사용자가 설정한 시간에 따라 반복하여 상기 제1가스시료를 채집하는 것이 가능하다.
그러므로 사용자가 시간을 설정하면, 설정시간 간격으로 연속적인 상기 제1가스시료를 채집하는 것이 가능하다.
상기 설정시간은 사용자의 필요에 따라 다양하게 설정하는 것이 가능하다.
상기 바탕실험단계는, 상기 제1가스시료 내의 액체와 기체를 분리하기 전에, 상기 제1가스시료에 함유된 불순물을 걸러내어 장비가 파손되는 것을 방지하고, 온실가스를 분석한 데이터의 신뢰도를 향상 시킨다.
상기 바탕실험단계는, 액체가 분리된 상기 제1가스시료의 유입량이 일정하게 유지되도록 하여 항상 동일한 양의 온실가스를 분석함으로써 데이터의 신뢰도를 향상시키기 위하여 상기 제1가스시료의 유량을 감시하여 제어한다.
상기 바탕실험단계는, 상기 제1가스시료를 분석하기 전에, 상기 제1가스시료 내의 수분을 감지하여 장비 내로 수분이 유입되어 파손되는 것을 방지한다.
이하 본실험단계를 설명하면 다음과 같다.
상기 본실험단계는 상기 바탕실험단계와 그 과정이 유사하나, 상기 바탕실험단계가 상기 챔버(10) 내 초기의 온실가스 함유량을 구하기 위한 실험단계이나, 상기 본실험단계는 상기 챔버(10)를 밀폐하고 일정시간 경과 후 상기 챔버(10) 내의 온실가스 함류량에 대한 변화량을 구하기 위한 실험이다.
상기 본실험단계는, 사용자가 설정한 시간에 따라 반복하여 상기 제2가스시료를 채집하는 것이 가능하다.
그러므로 사용자가 시간을 설정하면, 설정시간 간격으로 연속적인 상기 제2가스시료를 채집하는 것이 가능하다.
상기 본실험단계는, 상기 제2가스시료 내의 액체와 기체를 분리하기 전에, 상기 제2가스시료에 함유된 불순물을 걸러내어 장비가 파손되는 것을 방지하고, 온실가스를 분석한 데이터의 신뢰도를 향상 시킨다.
상기 본실험단계는, 액체가 분리된 상기 제2가스시료의 유입량이 일정하게 유지되도록 상기 제2가스시료의 유량을 감시하여 하여 항상 동일한 양의 온실가스를 분석하고, 상기 제1가스시료와 동일한 양을 비교함으로써 데이터의 신뢰도를 향상 시킨다.
상기 본실험단계는, 상기 제2가스시료를 분석하기 전에, 상기 제2가스시료 내의 수분을 감지하여 장비 내로 수분이 유입되어 파손되는 것을 방지한다.
상기 디스플레이단계는, 상기 바탕실험단계에서 측정된 데이터와 상기 본실험단계에서 측정된 데이터를 저장 및 비교하며, 출력하는 단계로써, 이 때 저장된 데이터를 시간별, 날짜별, 또는 각 단계별 등으로 선택적인 출력이 가능하다.
상기 디스플레이단계는, 상기 바탕실험단계에서 측정된 데이터와 상기 본실험단계에서 측정된 데이터를 사용자가 원거리에서 원격으로 접속하여 단말기(800)로 확인 하는 온라인 모니터링이 가능하며, 필요시 해당 데이터를 상기 단말기(800)로 다운로드 할 수 있다.
상기 디스플레이단계는, 적어도 한 명 이상의 사용자가 동시에 원격접속하여 상기 바탕실험단계에서 측정된 데이터와 상기 본실험단계에서 측정된 데이터를 온라인 모니터링 및 다운로드 할 수 있다.
이하, 본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 장치(1)의 구동을 설명하면 다음과 같다.
사용자가 설정한 시간이 되면 본원 발명에 따른 온실가스 측정 장치(1)가 상기 가스시료를 채집하기 위하여 구동을 시작한다.
먼저, 온실가스를 분석한 데이터의 대조군 데이터를 구하기 위하여 상기 챔버(10) 내의 평상시 온실가스를 측정하는 상기 바탕실험단계에서 상기 제1가스시료를 채집한다.
상기 챔버(10) 내의 온실가스 양과 상기 챔버(10) 외부의 온실가스 양이 동일해 지도록 상기 덮개(100)가 개방된 상태에서 실험이 시작되며, 상기 챔버(10)로 인하여 공기 순환이 원활하게 되지 않을 수 있으므로, 상기 순환시스템부(400)의 상기 제1순환팬(410) 및 제2순환팬(420)이 구동되어 공기 순환을 하게 된다.
그리고 상기 압축기(610)로부터 상기 가스포집부(200)로 압축공기를 토출하여 상기 가스포집부(200) 내의 수분, 벌레 및 먼지 등의 불순물을 제거하는 에어퍼징 작업을 한다.
상기 에어퍼징 작업이 종료되면, 상기 챔버(10) 내의 초기 가스시료에 해당하는 상기 제1가스시료를 상기 가스포집부(200)를 통하여 상기 가스분석부(600)로 흡입(이송)한다.
이 때, 상기 가스포집부(200)의 내부에는 상기 에어퍼징 작업으로 인하여 잔류된 압축공기가 있으므로, 순수한 상기 제1가스시료를 채집하기 위하여 상기 가스분석부(600)로 흡입되는 제1가스시료 중 초기의 일부는 상기 가스분석부(600)에서 분석하지 않고 외부로 토출시키는 라인퍼징 작업을 한다.
상기 라인퍼징 작업 이후, 상기 가스분석부(600)는, 상기 가스포집부(200)를 통하여 계속해서 흡입되는 상기 제1가스시료의 성분을 분석하고, 상기 제1가스시료 내의 온실가스량을 측정하여 데이터를 저장한다.
상기 가스포집부(200)로 흡입되어 상기 수송관(700)을 통하여 상기 가스분석부(600)로 흡입되는 상기 제1가스시료는, 상기 가스분석부(600)의 파손을 방지하고, 신뢰도 높은 온실가스 측정 데이터를 위하여 상기 수송관(700) 내부에서 상기 제1가스시료를 채집할 때 함께 흡입될 수 있는 미세먼지, 곤충 및 잔류수분 등이 여과된다.
그리고, 분석 장치가 파손되거나 측정 시 발생할 수 있는 오차를 최소화하기 위하여 상기 제1가스시료내의 액체를 한 번 더 분리한다.
상기 제1가스시료에서 분리된 액체는 상기 수송관(700)의 외부로 토출되고, 액체가 분리된 상기 제1가스시료는 상기 가스분석부(600)로 유입된다.
상기 가스분석부(600)로 유입되는 상기 제1가스시료는, 항시 동일한 양의 상기 제1가스시료에서 온실가스의 함유량을 분석할 수 있도록 상기 제1가스시료의 유입량을 감시하고 제어한다.
상기 가스분석부(600)는 상기 제1가스시료가 유입되기 직전, 상기 제1가스시료내의 미세하게 잔류될 수 있는 수분을 감지하여 제거하여 그 성분을 분석한다.
본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 장치(1)를 이용하여 상기 제1가스시료 및 제2가스시료에서 분석하는 성분은, 이산화탄소(CO2), 메테인(CH4) 및 아산화 질소(N2O)의 지구 온난화 현상에 가장 많은 영향을 끼치는 대표적인 3가지 성분을 분석하는 것이 바람직하나, 이는 상기 가스분석부(600)에 가스검출기(미도시)를 교환하거나 추가함으로써 상기한 온실가스 이외의 성분을 분석하는 것이 가능하다.
상기 제1가스시료의 성분을 분석함과 동시에 상기 센서부(300)를 이용하여 상기 챔버(10) 내부의 온도와 상기 담수(30)의 수위를 측정한다.
상기 센서부(300)에 의하여 상기 챔버(10)의 내부와 상기 담수의 온도 및 수위를 측정하여 그 측정값을 저장하면 상기 바탕실험단계가 완료되며, 상기 본실험단계를 위하여 상기 덮개(100)를 구동하여 상기 챔버(10)를 밀폐시킨다.
상기 덮개(100)는, 상기 압축기(610)에서 생성된 압축공기가 상기 제어부(500)를 통하여 상기 제1관(141)으로 유입되고, 상기 실린더(130) 내부에 있던 공기는 상기 제2관(142)으로 토출되어 상기 실린더(130) 내부의 상기 피스톤(131)을 전진 이동시킨다. 그러면 상기 실린더(130)의 타측에 연결된 상기 덮개(100)는 상기 힌지(110)를 축으로 하여 회동하여 상기 챔버(10)를 밀폐시킨다.
다음으로, 온실가스의 변화량을 분석한 데이터의 실험군 데이터를 구하기 위하여 상기 챔버(10)를 밀폐시킨 후 일정시간이 경과한 후 상기 챔버(10) 내의 온실가스를 상기 본실험단계에서 상기 제2가스시료를 채집한다.
상기 바탕실험단계 이후 상기 본실험단계가 시작되는 시간 간격은 사용자가 임의로 설정하는 것이 가능하다.
상기 본실험단계는 상기 바탕실험단계에서 이미 선행된 상기 에어퍼징 작업 으로 인하여 상기 가스포집부(200) 내의 불순물이 제거된 상태이므로, 여기에서는 상기 에어퍼징 작업을 실행하지 않는다.
상기 본실험단계가 시작되면, 밀폐된 상기 챔버(10) 내에서 변화된 온실가스량을 분석하기 위한 제2가스시료를 상기 가스포집부(200)를 통하여 상기 가스분석부(600)로 흡입(이송)한다.
이 때, 상기 가스포집부(200)의 내부에는 상기 바탕실험단계에서 잔류된 상기 제1가스시료가 있으므로, 순수한 상기 제2가스시료를 채집하기 위하여 상기 가스분석부(600)로 흡입되는 제2가스시료 중 초기의 일부는 상기 가스분석부(600)에서 분석하지 않고 외부로 토출시키는 라인퍼징 작업을 한다.
상기 라인퍼징 작업 이후, 상기 가스분석부(600)는, 상기 가스포집부(200)를 통하여 계속해서 흡입되는 상기 제2가스시료의 성분을 분석하고, 상기 제2가스시료 내의 온실가스량을 측정하여 데이터를 저장한다.
상기 가스포집부(200)로 흡입되어 상기 수송관(700)을 통하여 상기 가스분석부(600)로 흡입되는 상기 제2가스시료는, 상기 제1가스시료와 마찬가지로, 상기 제2가스시료를 채집할 때 함께 흡입될 수 있는 미세먼지, 곤충 및 잔류수분 등을 상기 수송관(700)에서 여과한다.
그리고, 상기 제2가스시료내의 액체를 한 번 더 분리하여 액체는 상기 수송관(700)의 외부로 토출시키고, 액체가 분리된 상기 제2가스시료는 상기 가스분석부(600)로 유입된다.
상기 가스분석부(600)로 유입되는 상기 제2가스시료는, 상기 제1가스시료와 동일한 양을 분석하도록 상기 제2가스시료의 유입량을 감시하고 제어한다.
상기 가스분석부(600)는 상기 제2가스시료가 유입되기 직전, 상기 제2가스시료내의 미세하게 잔류될 수 있는 수분을 감지하여 제거하여 그 성분을 분석한다.
상기 본실험단계는, 상기 제2가스시료 내의 온실가스를 측정한 데이터를 저장하고, 상기 덮개(100)를 구동하여 상기 챔버(10)를 개방함으로써 종료된다.
상기 덮개(100)는, 상기 압축기(610)에서 생성된 압축공기가 상기 제어부(500)를 통하여 상기 제2관(142)으로 유입되고, 상기 실린더(130) 내부에 있던 공기는 상기 제1관(141)으로 토출되어 상기 실린더(130) 내부의 상기 피스톤(131)을 후진 이동시킨다. 그러면 상기 실린더(130)의 타측에 연결된 상기 덮개(100)는 상기 힌지(110)를 축으로 하여 회동하여 상기 덮개(100)를 당김으로써, 상기 챔버(10)를 개방시킨다.
상기 제2가스시료의 성분을 분석함과 동시에 상기 센서부(300)를 이용하여 상기 챔버(10) 내부, 지표면 및 상기 담수(30)의 온도와 상기 담수(30)의 수위를 측정하고, 그 값을 저장한다. 상기 바탕실험단계에서 저장된 데이터와 상기 본실험단계에서 저장된 데이터를 배출량 계산공식을 이용하여 온실가스 변화량에 대한 데이터를 구한다.
상기 온실가스 배출량 계산식은 아래와 같다.
Figure 112009074824862-pat00001
상기 식에서 F 는 온실가스의 배출량으로써, 단위는 mg/㎡/hr 이다.
p 는 상수값으로써, 아산화질소의 배출량을 측정할 시에는 1.96을 대입하고, 메테인의 배출량을 측정할 시에는 1.25를 대입한다.
H 는 상기 챔버 내의 유효높이로써, 상기 챔버 내의 높이에서 상기 담수의 높이를 뺀 높이를 말한다.
△c/△t 는 온실가스 농도의 평균 증가속도로써, △c 는 상기 제2시료가스에서 상기 제1시료가스를 뺀 값이고, △t 는 사용자가 설정한 시간으로써, 상기 제2시료가스를 채집하기 위하여 상기 덮개를 닫힌 상태로 유지한 시간이다.
T 는 상기 챔버 내의 평균온도로써, 상기 제1시료가스의 채집 및 분석한 때의 온도와 상기 제2시료가스의 채집 및 분석한 때의 평균 절대온도(K)를 말한다.
상기 바탕실험단계와 본실험단계가 종료되면 상기 디스플레이단계에서 상기 바탕실험단계 및 본실험단계에서 저장된 값을 상기 온실가스 배출량 계산공식에 대입하여 온실가스의 변화량을 계산하고, 상기 단말기(800)를 통하여 수치화된 온실가스 변화량을 확인할 수 있다.
2009년 9월 4일에 경기도농업기술원 내의 논에서 본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 장치 및 이를 이용한 측정 방법을 이용하여 벼의 온실가스 발생량을 측정하였다.
[표 1]
CH4배출량
(mg/m2/hr)		 N2O배출량
(mg/m2/hr)		 기온 상자높이(m) CH4 농도 N2O 농도
전 후 전 후 전 후
00시 4.06 1.05 20.85 20.32 0.98 3.32 6.45 2.14 2.60
02시 4.47 0.97 19.70 19.57 0.98 3.65 7.09 2.26 2.69
04시 4.33 1.18 19.53 19.21 0.98 0.90 4.22 1.87 2.39
06시 4.07 1.05 19.78 21.01 0.97 0.61 3.76 1.85 2.31
08시 4.03 0.65 24.66 30.05 0.98 0.62 3.78 1.92 2.22
10시 6.59 1.65 29.97 34.61 0.99 0.47 5.70 1.71 2.46
12시 7.74 1.84 32.42 39.95 0.99 0.43 6.66 1.66 2.50
14시 13.60 3.17 32.78 38.82 0.99 0.46 11.38 1.61 3.06
16시 8.30 1.77 30.00 31.74 0.98 0.65 7.23 1.66 2.47
18시 5.82 1.85 26.40 26.01 0.98 0.91 7.04 1.64 2.47
20시 5.83 1.31 24.07 23.43 0.98 1.12 5.66 1.73 2.31
22시 5.05 1.15 23.03 22.52 0.98 2.50 6.42 1.98 2.49
상기 표 1은 본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 장치를 이용하여 벼에서 발생하는 대표적인 온실가스인 메테인과 아산화질소의 배출량을 측정한 결과를 나타낸 것으로, 2009년 09월 04일 00시 내지 22시까지 2시간 간격으로 측정하였으며, 상기 제1시료가스를 채집 및 분석 한 후 30분 후에 상기 제2시료가스를 채집 및 분석한 값을 이용하여 배출량을 계산한 것이다.
표 1에서 확인할 수 있는 바와 같이, 온도가 상승하면 온실가스 배출량이 증가하고, 정오에서 오후 4시에 온실가스 배출량이 가장 많으며, 오전보다 오후에 발생하는 온실가스가 더 많음을 알 수 있다.
한편, 상기 챔버(10)를 다수개를 설치하여 여러 곳에서 온실가스를 측정할 시에는, 상기 제1가스시료와 제2가스시료가 혼합되지 않도록, 상기 챔버(10)를 상기 바탕실험단계와 본실험단계에서 각 과정에 따른 시퀀스별로 제어하여 이를 방지하는 것이 바람직하다.
상기 디스플레이단계는, 상기 바탕실험단계에서 측정된 상기 제1가스시료 내의 온실가스량과, 상기 본실험단계에서 측정된 상기 제2가스시료 내의 온실가스량을 비교하여 상기 단말기(800)로 출력함으로써 온실가스의 변화량을 확인할 수 있다.
상기 센서부(300)는, 상기 제1가스시료 및 제2가스시료를 분석하여 온실가스량을 계산 시 상기 챔버(10) 내의 온도와 상기 담수(30)의 수위를 측정하여도 무방하나, 본원 발명에서는 상기 센서부(300)를 상시로 가동하여 온도와 담수(30)의 수위의 변화를 항상 측정하여 온실가스 측정에 필요한 시간이나 날짜에 따른 상기 챔버(10) 내부의 온도 및 상기 담수(30)의 수위를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 제1온도계(310)에서 측정되는 지표면의 온도와 상기 제3온도계(330)에서 측정되는 상기 담수(30)의 수온은 상기한 온실가스 배출량을 구하는 공식에 적용되지는 않지만, 상기 농작물(20)의 환경에 대한 데이터로 사용하기 위한 서브데이터로 활용하여, 상기한 온실가스 배출량을 구하는 공식에 이용되는 변수 이외의 조건을 파악한다.
상기와 같이, 본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 장치(1) 및 이를 이용한 온실가스 측정 방법을 이용함으로써, 상기 챔버(10)를 다수개를 설치할 시, 각각의 상기 챔버(10)에서 상기 제1가스시료와 제2가스시료를 채취하고, 분석하여 저 장 및 출력하는 단계각 개별적으로 이루어지는 종래의 수동식 측정방법의 문제점을 해결하는 것이 가능하다.
본원 발명은, 상기 제1가스시료를 채집하고, 상기 제2가스시료를 채집하기 전에 상기 제1가스시료의 분석이 완료되며, 상기 제2가스시료의 채집이 완료된 후 수초 내지 수분 이내에 상기 제1가스시료와 제2가스시료를 비교한 데이터가 출력됨으로써 온실가스 발생량을 측정하는데 소요되는 시간을 단축하고, 온실가스 측정에 필요한 노동력을 절감하는 것이 가능한 것이다.
본원 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본원 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은, 본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 장치의 챔버를 분해한 사시도.
도 2는, 도 1의 A부를 확대한 도면.
도 3은, 본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 장치의 챔버를 도시한 측면도.
도 4는, 본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 장치의 챔버를 도시한 배면도.
도 5는, 본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 장치를 도시한 도면.
도 6은, 본원 발명에 따른 농업용 온실가스 측정 방법을 도시한 도면.
도 7은, 본원 발명에 따른 바탕실험단계를 도시한 도면.
도 8은, 본원 발명에 따른 본실험단계를 도시한 도면.
<도면의 주요 부호에 대한 설명>
1 : 농업용 온실가스 측정 장치
10 : 챔버 11: 통공
20 : 농작물 30 : 담수
100 : 덮개 110 : 힌지
120 : 지지수단 130 : 실린더
131 : 피스톤 140 : 공급 및 토출관
141 : 제1관 142 : 제2관
200 : 가스포집부 300 : 센서부
310 : 제1온도계 320 : 제2온도계
330 : 제3온도계 340 : 수위계
350 : 고정대 400 : 순환시스템부
410 : 제1순환팬 420 : 제2순환팬
500 : 제어부 600 : 가스분석부
610 : 압축기 700 : 수송관
800 : 단말기

Claims (18)

  1. 개폐가 가능한 덮개가 구비되고 하부가 개방되어 농작물 위에 설치되는 챔버;
    상기 챔버의 일측면을 관통하여 상기 챔버의 내부로 일부가 삽입되어 상기 농작물로부터 발생하는 가스시료를 채집하는 가스포집부;
    상기 챔버의 일측면 내부에 구비되어 상기 챔버 내부의 온도를 감지하는 센서부;
    상기 챔버 내부의 일측면에서 공기를 순환시키는 제1순환팬이 구비되는 순환시스템부;
    상기 챔버 외부의 일측면에 구비되어 상기 가스포집부 및 센서부가 연결되는 제어부;
    상기 챔버의 외부에 구비되어 상기 가스포집부로부터 채집된 가스시료 성분을 분석하는 가스분석부; 및
    상기 제어부 및 가스분석부를 연결하는 수송관;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 농업용 온실가스 측정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 챔버는,
    하부 둘레면에 다수개의 통공이 형성되는 것을 특징으로 하는 농업용 온실가스 측정 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 센서부는,
    상기 챔버의 내부에서 상기 농작물이 재배되는 지표면 온도를 측정하는 제1온도계; 및
    상기 챔버 내부의 온도를 측정하는 제2온도계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 농업용 온실가스 측정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 센서부는,
    상기 농작물이 담수재배되는 경우 상기 챔버의 내부에서 담수의 온도를 측정하는 제3온도계; 및
    상기 챔버의 외부에 구비되어 상기 담수의 높이를 측정하는 수위계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 농업용 온실가스 측정 장치.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 덮개는,
    상기 덮개의 일측과 상기 챔버의 일측면 상부를 결합하는 힌지;
    상기 챔버의 일측면에 결합되는 지지수단;
    일측이 상기 지지수단에 연결되고 타측이 상기 덮개의 상면에 연결되어 상기 덮개를 개폐하는 실린더; 및
    일측은 상기 실린더에 연결되고, 타측은 상기 제어부에 연결되는 공급 및 토출관;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 농업용 온실가스 측정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 공급 및 토출관은,
    일측이 상기 실린더의 일측에 연결되고, 타측은 상기 제어부에 연결되는 제1관; 및
    일측이 상기 실린더의 타측에 연결되고, 타측은 상기 제어부에 연결되는 제2관;으로 구성되는 것을 특징으로 하는 농업용 온실가스 측정장치.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 순환시스템부는,
    상기 덮개의 하면에 구비되어 공기를 순환시키는 제2순환팬;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 농업용 온실가스 측정 장치.
  8. 제 3 항에 있어서, 상기 수송관은,
    상기 수송관의 내부에 구비되어 불순물을 걸러내는 여과망;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 농업용 온실가스 측정 장치.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 가스분석부는,
    상기 수송관에 연결되며 공기를 압축하여 상기 제어부에 연결된 상기 공급 및 토출관을 통하여 상기 실린더를 구동하는 압축기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 농업용 온실가스 측정 장치.
  10. 개방된 환경에서 농작물로부터 발생하는 제1가스시료를 채집하여 상기 제1가스시료 내의 액체와 기체를 분리한 후, 상기 제1가스시료를 분석한 데이터를 저장하며, 상기 농작물 주변의 온도를 측정하는 바탕실험단계;
    밀폐된 환경에서 상기 농작물로부터 발생하는 제2가스시료를 채집하여 상기 제2가스시료 내의 액체와 기체를 분리한 후, 상기 제2가스시료를 분석한 데이터를 저장하며, 상기 농작물 주변의 온도를 측정하는 본실험단계; 및
    상기 바탕실험단계의 데이터와 상기 본실험단계의 데이터 및 그 비교값을 출력하는 디스플레이단계;를 포함하여 구성되는 농업용 온실가스 측정 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 바탕실험단계 및 본실험단계는,
    사용자가 설정한 시간에 따라 반복하여 상기 제1·2가스시료를 채집하는 것을 특징으로 하는 농업용 온실가스 측정 방법.
  12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 바탕실험단계 및 본실험단계는,
    상기 제1·2가스시료 내의 액체와 기체를 분리하기 전에, 상기 제1·2가스시료에 함유된 불순물을 걸러내는 것을 특징으로 하는 농업용 온실가스 측정 방법.
  13. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 바탕실험단계 및 본실험단계는,
    액체가 분리된 상기 제1·2가스시료의 유입량이 일정하게 유지되도록 상기 제1·2가스시료의 유량을 감시하여 제어하는 것을 특징으로 하는 농업용 온실가스 측정 방법.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 바탕실험단계 및 본실험단계는,
    상기 제1·2가스시료를 분석하기 전에, 상기 제1·2가스시료 내의 수분을 감지하는 것을 특징으로 하는 농업용 온실가스 측정 방법.
  15. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 바탕실험단계 및 본실험단계는,
    하나 이상으로 구비되는 온실가스 측정 장치를 순차적으로 시퀀스제어하는 것을 특징으로 하는 농업용 온실가스 측정 방법.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 디스플레이단계는,
    상기 바탕실험단계 및 본실험단계의 데이터를 선택적으로 출력하는 것이 가능한 농업용 온실가스 측정 방법.
  17. 제 16 항에 있어서, 상기 디스플레이단계는,
    상기 제1가스시료 및 제2가스시료를 분석하여 저장된 데이터를 원격접속에 의해 온라인 모니터링 및 다운로드 할 수 있는 것을 특징으로 하는 농업용 온실가스 측정 방법.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 디스플레이단계는,
    적어도 한 명 이상의 사용자가 동시에 원격접속하여 상기 제1가스시료 및 제2가스시료를 분석하여 저장된 데이터를 온라인 모니터링 및 다운로드 할 수 있는 것을 특징으로 하는 농업용 온실가스 측정방법.
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