KR101156480B1 - 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 시설재배를 위한 재배실 내부(야간에는 작물의 호흡으로 이산화탄소 농도가 상승된다.)로부터의 공기 및/또는 재배실 외부로부터의 공기에서 이산화탄소(CO2)를 분리하기 위한 멤브레인(membrane)을 가지는 포집장치, 포집된 이산화탄소를 저장하기 위한 저장탱크, 저장된 이산화탄소를 재배실에 공급하는 공급장치를 포함하는 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치를 제공한다.

Description

시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치{CO2 Separation, Storage and Supply Apparatus for Cultivation Under Structure}
본 발명은 공기 중의 이산화탄소(CO2)를 분리하여 저장하고, 이 저장된 이산화탄소를 작물 재배실에 공급하는 장치에 관한 것이다.
시설재배는 유리온실이나 플라스틱(비닐) 하우스와 같이 재배실을 가지는 인공시설에서 재배환경을 인위적으로 조절하면서 작물(예：국화, 장미, 파프리카 등)을 재배하는 것을 말한다.
일반적으로, 이와 같은 시설재배에는 작물 생장에 필요한 이산화탄소를 재배실에 공급하기 위한 이산화탄소 공급 장치가 이용되는데, 이 이산화탄소 공급 장치는 액상 이산화탄소가 저장되는 탱크, 액상 이산화탄소를 기화시키는 기화기, 기화된 이산화탄소를 재배실에 공급하는 공급 장치를 포함한다.
여기에서, 액상 이산화탄소는 산업용을 사용하면 에틸렌(ethylene)에 의하여 작물에 피해를 줄 수 있으므로 식음용을 사용하여야 하지만, 식음용 액상 이산화탄소의 경우에는 수급 관리가 어려운 데다, 고가이므로 상당한 비용이 소요된다는 문제가 있었다. 또, 이러한 액상 이산화탄소를 이용한 이산화탄소 공급 장치를 시설재배에 도입하기 위해서는 막대한 시설투자가 전제되어야만 하였다.
한편, 백등유, 액화석유가스(LPG) 등 연료의 연소 시에 발생하는 이산화탄소를 시설재배에 이용하는 방식도 사용되고 있으나, 이는 유가 급등추세로 인한 연료비의 증가, 연료의 불완전연소로 인하여 작물이 피해를 입을 수 있는 점 등의 문제가 있었다.
본 발명의 실시예에 따르면, 시설재배를 위한 재배실 내부로부터 공기를 유입하는 내부공기 유입수단과; 상기 재배실의 외부로부터 공기를 유입하는 외부공기 유입수단과; 상기 내, 외부공기 유입수단으로부터의 내부공기와 외부공기 중 적어도 하나를 유출시키기 위한 공기 유출수단과; 상기 공기 유출수단으로부터의 공기에서 이산화탄소를 분리하는 이산화탄소 포집장치와; 상기 이산화탄소 포집장치에 의하여 포집된 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장탱크와; 상기 이산화탄소 저장탱크에 저장된 이산화탄소를 상기 재배실에 공급함으로써 상기 재배실 내 작물에 이산화탄소를 제공하는 이산화탄소 공급장치와; 이산화탄소 저장모드 시에는 상기 이산화탄소 저장탱크에 이산화탄소가 저장되도록 하고 이산화탄소 공급모드 시에는 상기 이산화탄소 공급장치에 의하여 상기 재배실에 이산화탄소가 공급되도록 하는 제어장치를 포함하는 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치가 제공된다.
상기 제어장치는 이산화탄소 저장모드 시 상기 재배실 내 이산화탄소 농도가 사전에 정하여 놓은 설정농도 미만이면 상기 외부공기만이 유출되고 상기 설정농도 이상이면 상기 내부공기만 또는 상기 내부공기와 외부공기가 동시에 유출되도록 상기 공기 유출수단을 제어할 수 있다. 이 때, 상기 설정농도는 500 ~ 700ppm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 제어장치는 이산화탄소 공급모드 시 상기 이산화탄소 저장탱크 내 이산화탄소 저장량이 사전에 정하여 놓은 설정량 미만이면 상기 공기 유출수단으로부터 외부공기가 유출되고 상기 이산화탄소 포집장치가 상기 외부공기에서 이산화탄소를 분리하며 이렇게 포집한 이산화탄소가 상기 이산화탄소 저장탱크에 저장되게 할 수 있다.
상기 이산화탄소 포집장치는, 상기 공기 유출수단으로부터의 공기를 압축하는 압축기와; 상기 압축기로부터의 압축공기에서 막 투과속도에 따라 이산화탄소를 분리하는 이산화탄소 분리용 멤브레인을 갖춘 포집기를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 압축기는 상기 공기 유출수단으로부터의 공기를 0.2 ~ 1.0MPa로 압축하는 것이 바람직하다.
상기 이산화탄소 공급장치는 이산화탄소 분출기구를 포함하고, 상기 이산화탄소 분출기구는 상기 작물로부터 상측으로의 이격거리를 조절할 수 있도록 상기 재배실에 상하이동 가능하게 장착될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치는 상기 이산화탄소 공급장치에 의하여 재배실에 공급되는 이산화탄소에 공기를 혼합하는 공기 혼입장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치는 상기 이산화탄소 공급장치에 의하여 재배실에 공급되는 이산화탄소를 가열하기 위한 가열장치와 냉각하기 위한 냉각장치 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치가 도시된 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 공기 유출수단을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 이산화탄소 분출기구 및 그 설치구조의 일례를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 이산화탄소 분출기구 및 그 설치구조의 다른 예를 나타내는 정면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치를 보인 구성도로, 이 도 1에서의 도면부호 1은 시설재배를 위한 재배실(5)을 가지는 인공시설이다. 물론, 인공시설(1)은 유리온실, 플라스틱(비닐) 하우스 등일 수 있다.
본 발명에 따른 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치는 작물 생장에 필요한 이산화탄소(CO2)를 주로 야간(작물의 호흡작용이 활발한 시간대)에 공기 중에서 포집, 저장하여 두었다가, 필요 시(주로, 작물이 활발하게 광합성작용을 하는 주간 시간대) 재배실(5)에 공급하여 이 재배실(5) 내부의 작물에 제공하기 위한 것으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 이는 공기 유입수단(10A,10B) 및 공기 유출수단(20), 공기 유출수단(20)으로부터의 공기 중에서 이산화탄소를 분리하기 위한 이산화탄소 포집장치(30), 포집된 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장장치(40), 저장된 이산화탄소를 재배실(5) 내부에 공급하기 위한 이산화탄소 공급장치(50)를 포함한다.
공기 유입수단(10A,10B)은 공기 유출수단(20)에 의하여 이산화탄소 포집장치(30)에 제공할 공기를 유입하는 역할을 한다. 공기 유입수단(10A,10B)은 외부와 차단이 가능한 재배실(5) 내부로부터 공기를 유입하는 내부공기 유입수단(10A), 재배실(5)의 외부(대기 중)로부터 공기를 유입하는 외부공기 유입수단(10B)으로 구분된다. 설명의 편의를 위하여, 이하에서는 재배실(5) 내부의 공기를 내부공기, 재배실(5) 외부의 공기를 외부공기라 각각 칭하기로 한다.
내부공기 유입수단(10A)은 내부공기 유입을 위하여 재배실(5)의 내부에 위치된 내부공기 유입기구(11A), 이 내부공기 유입기구(11A)가 유입하는 내부공기를 재배실(5)의 외부로 이송할 수 있도록 내부공기 유입기구(11A)와 연결된 내부공기 이송라인(12A), 이 내부공기 이송라인(12A)에 장착되어 내부공기 중의 이물질을 제거하는 내부공기 필터(13A)를 포함한다. 외부공기 유입수단(10B)은 유입구를 가져 재배실(5)의 외부에서 유입구를 통하여 유입되는 외부공기를 이송하는 외부공기 이송라인(12B), 이 외부공기 이송라인(12B)에 장착되어 외부공기 중의 이물질을 제거하는 외부공기 필터(13B)를 포함한다. 도시된 바는 없으나, 내부 및 외부공기 이송라인(12A,12B)에는 각각 내부공기와 외부공기의 강제적 유입을 위한 수단(예를 들어, 팬 등)이 장착될 수 있다.
내부공기 유입기구(11A)는 재배실(5) 내부 중 바닥 측에 배치하는 것이 바람직하다. 내부공기 유입기구(11A)는 유입구가 마련된 적어도 한 개의 유입관을 포함할 수 있다.
도 2는 공기 유출수단(20)을 보인 단면도이다. 이 도 2를 참조하면, 공기 유출수단(20)은 본관(本管)(21) 및 이 본관(21)에서 두 갈래로 갈라져 각각 내부공기 이송라인(12A)의 말단과 외부공기 이송라인(12B)의 말단에 연결된 제1, 제2 분기관(22A,22B)으로 구성된 공기 유출라인을 포함한다. 또한, 공기 유출수단(20)은 본관(21)과 두 분기관(22A,22B)이 만나는 부분에 장착되어 내부공기 이송라인(12A)으로부터의 내부공기와 외부공기 이송라인(12B)으로부터의 외부공기 중 적어도 어느 한쪽의 공기가 유출되도록 관로(유로)를 전환하는 가변밸브(23)를 더 포함한다. 다시 말해, 이 가변밸브(23)는 본관(21)을 통하여 내부공기 또는 외부공기만이 유출되거나 내부공기와 외부공기가 함께 유출되도록 하는 것이다. 물론, 내부공기와 외부공기가 모두 유출되지 않게 할 수도 있다.
이산화탄소 포집장치(30)는 공기 유출수단(20)의 본관(21)으로부터 유출되는 공기를 제공받아 압축하는 공기 압축기(31), 이 공기 압축기(31)로부터의 압축공기에서 이물질을 제거하는 압축공기 필터(32), 이 압축공기 필터(32)의 여과작용으로 이물질이 제거된 공기에서 이산화탄소를 분리하는 포집기(33), 이 포집기(33)에 의하여 포집된 이산화탄소를 저장하는 리시브탱크(receive tank)(34)를 포함한다.
여기에서, 포집기(33)는 공기의 막 투과속도에 따라 공기 중의 이산화탄소를 분리하는 것으로서 폴리설폰산계 중공사막 등으로 이루어져 이산화탄소 분리효율이 95% 이상인 이산화탄소 분리용 멤브레인(membrane)을 가지는 멤브레인 모듈을 포함한다. 이러한 이산화탄소 분리용 멤브레인에서의 막 투과속도는 압력조건에 영향을 받으므로, 공기 압축기(31)에 의한 공기의 압축은 0.2 ~ 1.0MPa 범위로 이루어지는 것이 바람직하다. 이 때, 공기를 0.2MPa 미만으로 압축하면 이산화탄소 분리효율이 낮아지게 된다. 반면, 1.0MPa을 초과하면 공기를 0.2 ~ 1.0MPa 범위로 압축한 것과 비교할 때, 이산화탄소 분리효율 면에서는 큰 차이가 없다.
이산화탄소 저장장치(40)는 리시브탱크(34)로부터 이산화탄소를 제공받아 압축하는 이산화탄소 압축기(41), 이 이산화탄소 압축기(41)에 의하여 압축된 고온의 이산화탄소를 냉각하여 부피를 줄이는 냉각기(42), 이 냉각기(42)에 의하여 냉각된 이산화탄소에서 이물질을 제거하는 이산화탄소 필터(43), 이 이산화탄소 필터(43)를 거친 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장탱크(44)를 포함한다.
이산화탄소 공급장치(50)는 재배실(5)의 내부에 위치된 이산화탄소 분출기구(51), 이 이산화탄소 분출기구(51)로 이산화탄소 저장탱크(44)로부터의 이산화탄소를 이송하는 이산화탄소 이송라인(52), 이 이산화탄소 이송라인(52)에 장착되어 이산화탄소 이송량을 조절하는 유량제어밸브(53)를 포함한다. 도시하지 않았으나, 이산화탄소 이송라인(52)에는 이산화탄소를 재배실(5) 측으로 강제적으로 이송(공급)하기 위한 수단(예를 들어, 팬 등)이 장착될 수 있다.
도 3은 이산화탄소 분출기구(51)의 설치구조가 도시된 단면도이다. 이산화탄소 분출기구(51)는 분출구가 마련된 적어도 하나의 분출관을 포함할 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이러한 이산화탄소 분출기구(51)는 재배실(5) 내부의 작물로부터 상측으로 이격된 거리를 조절할 수 있도록 가동수단(55)에 의하여 상하방향으로 이동 가능하게 설치된다.
가동수단(55)은 재배실(5)의 천장 측에 상하방향으로 장착된 일정 길이의 가이드(56), 이 가이드(56)에 가이드(56)의 길이방향을 따라 상하이동 가능하게 장착된 승강부재(57), 이 승강부재(57)를 승강시키는 구동유닛을 포함하고, 이산화탄소 분출기구(51)는 승강부재(57)에 장착되어 이 승강부재(57)와 함께 승강된다.
여기에서, 가이드(56)는 재배실(5)의 천장 측에 장착되지 않고, 재배실(5)의 바닥 측에 세워져 있을 수 있다. 승강부재(57)를 승강시키기 위한 구동유닛은 가이드(56)에 길이방향을 따라 마련된 래크(rack)(58R), 이 래크(58R)와 맞물린 상태로 승강부재(57)에 장착된 피니언(pinion)(58P), 이 피니언(58P)을 양방향으로 회전시키기 위한 모터(59)를 포함한다.
이와 같은 가동수단(55)에 의하면, 모터(59)에 의하여 피니언(58P)을 회전시키면 이 피니언(58P)의 회전방향에 따라 승강부재(57)가 상승되거나 하강되면서 이산화탄소 분출기구(51)를 이동시키므로 이 이산화탄소 분출기구(51)를 원하는 높이에 위치시켜 작물에의 이산화탄소 공급이 중요한 부위 주변에 이산화탄소를 집중적으로 공급할 수 있다. 즉, 작물의 원활한 생장을 고려할 때, 작물에 대한 이산화탄소 중요공급 부위는 작물의 생장점 및 그 주변의 잎면과 같이 광합성작용이 활발하여 이산화탄소 소비가 많은 곳이고, 이산화탄소는 무거워서 가라앉기 때문에, 작물에 대한 이산화탄소 공급은 작물로부터 상측으로 5 ~ 15㎝ 이격된 높이에서 이루는 것이 바람직한데, 가동수단(55)은 이러한 점 및 성장하는 작물 높이에 따라 이산화탄소의 공급위치를 적절히 조절할 수 있도록 한 것이다. 참고로, 재배실(5)의 바닥에서 이산화탄소를 공급하면, 작물에서 이산화탄소 소비량이 상대적으로 적은 부위인 뿌리 쪽에 이산화탄소가 치중되고, 재배실(5)의 하부부터 이산화탄소를 채워 가야만 작물의 상부에 이산화탄소를 적극적으로 공급할 수 있어 대량의 이산화탄소가 소요되기 때문에, 이는 효율적인 이산화탄소 공급방법이라 할 수 없겠다.
본 발명에 따른 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치는 재배실(5)의 내부에 공급되는 이산화탄소에 공기를 혼합하여 이산화탄소가 공기와 함께 재배실(5)에 공급되게 하는 공기 혼입장치(70)를 더 포함한다. 작물의 생장점 및 그 주변에 고농도의 이산화탄소가 직접적으로 공급되면 오히려 작물의 생장에 나쁜 영향을 끼칠 수 있는데, 공기 혼입장치(70)에 의하면 이를 방지할 수 있다.
이와 같은 공기 혼입장치(70)는 이산화탄소 이송라인(52)에 장착된 에어믹서(air mixer)(71), 이 에어믹서(71)에 재배실(5) 외부(대기 중)로부터의 공기(이하, 혼입공기라 한다.)를 제공하기 위한 혼입공기 이송라인(72), 이 혼입공기 이송라인(72)에 혼입공기 이송방향을 따라 순차적으로 장착된 혼입공기 필터(73), 혼입공기 압축기(74) 및 유량제어밸브(75)를 포함한다.
여기에서, 혼입공기 이송라인(72)은 유입구를 가지며 에어믹서(71)와 연결되어 재배실(5)의 외부에서 혼입공기 이송라인(72)의 유입구를 통하여 유입되는 공기를 에어믹서(71)로 이송하고, 이 에어믹서(71)는 이산화탄소 이송라인(52)으로부터의 이산화탄소와 혼입공기 이송라인(72)으로부터의 혼입공기를 혼합한다. 도시하지는 않았으나, 혼입공기 이송라인(72)의 유입구 측에는 혼입공기를 강제적으로 유입하기 위한 수단(예를 들어, 팬 등)이 장착될 수 있다.
혼입공기 필터(73)는 혼입공기에서 이물질을 제거하고, 혼입공기 압축기(74)는 혼입공기 필터(73)에 의하여 이물질이 제거된 혼입공기를 압축하며, 유량제어밸브(75)는 혼입공기 이송량(이산화탄소에 혼입할 혼입공기 양)을 조절한다. 참고로, 혼입공기 필터(73)와 혼입공기 압축기(74)의 위치는 서로 바뀔 수 있다.
에어믹서(71)에 의하여 혼입공기와 혼합이 된 이산화탄소를 가열하거나 냉각하기 위하여, 이산화탄소 이송라인(52)에는 전원을 공급하면 펠티에효과(Peltier effect)에 의하여 한쪽은 흡열하고 다른 쪽은 발열하는 TEC(thermo electric cooler)(열전소자라고도 한다.)를 가지는 가열ㆍ냉각장치(80)가 장착된다. 참고로, 실시조건에 따라서는 이러한 가열ㆍ냉각장치(80) 대신, 일반적인 가열장치 및 냉각장치가 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치는 그 작동이 제어장치(60)에 의하여 컨트롤되는데, 이 제어장치(60)는 이산화탄소 저장탱크(44)에의 이산화탄소 저장을 위한 이산화탄소 저장모드, 이산화탄소 저장탱크(44)에 저장된 이산화탄소를 재배실(5)에 공급하기 위한 이산화탄소 공급모드에 따라 컨트롤을 행한다.
구체적으로, 제어장치(60)는 이산화탄소 저장모드 시 재배실(5) 내 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소 농도측정센서(61)로부터의 측정농도를 사전에 정하여 놓은 설정농도와 비교하는바, 비교 결과, 측정농도가 설정농도에 해당하면 내부공기와 외부공기가 이산화탄소 포집장치(30)에 함께 제공되도록 가변밸브(23)를 작동시키고,(도 2의 (A) 참조) 측정농도가 설정농도 미만이면 외부공기만이 이산화탄소 포집장치(30)에 제공되게 가변밸브(23)를 작동시키며,(도 2의 (B) 참조) 측정농도가 설정농도를 초과하면 내부공기만이 이산화탄소 포집장치(30)에 제공되도록 가변밸브(23)를 작동시킨다.(도 2의 (C) 참조)
대기 중 이산화탄소 농도는 지역에 따라 다소 차이가 있으나, 주간 시간대에는 약 350ppm 수준이고, 야간 시간대에는 약 500ppm 이상이 된다. 대기와 달리, 야간 시간대의 재배실(5) 내 이산화탄소 농도는 1,000ppm 이상까지 상승되는 것이 일반적이므로,(재배되는 작물 개체수 등에 따라 다소 차이가 있을 수 있다.) 야간 시간대에는 재배실(5) 내 이산화탄소 농도가 대기(재배실 외부)에 비하여 높다. 이렇게 재배실(5) 내 이산화탄소 농도가 더 높은 경우에는 내부공기를 이산화탄소 포집장치(30)에 제공할 수 있게 하고자, 설정농도는 500 ~ 700ppm인 것이 바람직하다.
이산화탄소 공급모드 시, 제어장치(60)는 이산화탄소 저장탱크(44)에 저장된 이산화탄소 양을 측정하는 이산화탄소 저장량측정센서(62)로부터의 측정값(저장량)을 사전에 정하여 놓은 설정값(설정량)과 비교하는바, 비교 결과, 측정값이 설정값 미만이면 이산화탄소 포집장치(30)에 외부공기만이 제공되고, 이산화탄소 포집장치(30)가 이렇게 제공되는 외부공기에서 이산화탄소를 분리하며, 이렇게 포집한 이산화탄소가 이산화탄소 저장탱크(44)에 저장되게 한다. 이 때, 측정값과의 비교를 위한 설정값은 이산화탄소 저장탱크(44) 내 이산화탄소 잔량이 10 ~ 30%인 것이 바람직하나, 이는 이산화탄소 저장탱크(44) 용량, 재배실(5) 면적 등에 따라 변경될 수 있다.
작물이 활발하게 광합성작용을 하는 주간 시간대와 달리, 작물이 호흡작용을 하는 야간 시간대에는 작물에의 이산화탄소 공급이 필요 없으므로, 본 발명은 야간 시간대에는 이산화탄소 저장모드로 운전되고 주간 시간대에는 이산화탄소 공급모드로 운전된다.
이산화탄소 저장모드 시, 제어장치(60)는 이산화탄소 농도측정센서(61)에 의한 측정농도를 설정농도와 비교하는데, 앞서 언급하였듯이, 야간에는 재배실(5) 내 이산화탄소 농도가 외부보다 높은 것이 일반적이므로, 대부분 측정농도는 설정농도를 초과한다. 이에, 가변밸브(23)는 도 2의 (C)와 같이 본관(21)에서 내부공기만이 유출되도록 제어장치(60)에 의하여 작동된다. 시간대, 재배실(5) 및 그 주변환경에 따라서는 측정농도가 설정농도 미만이거나 설정농도에 해당할 수도 있는데, 설정농도 미만인 전자의 경우 도 2의 (B)와 같이 본관(21)에서 외부공기만이 유출되고 설정농도에 해당하는 후자의 경우 도 2의 (A)와 같이 본관(21)에서 내부공기와 외부공기가 함께 유출되도록 가변밸브(23)가 작동된다. 이렇게, 도 2의 (B)나 (C)와 같이 가변밸브(23)를 제어하면, 이산화탄소 포집장치(30)에 상대적으로 많은 양의 이산화탄소가 포함된 공기를 제공할 수 있다. 도 2의 (A)와 같이 가변밸브(23)가 작동된 경우에는 내부공기와 외부공기에 포함된 이산화탄소 양이 유사한 수준이라 볼 수 있다.
다음, 본관(21)으로부터의 공기는 공기 압축기(31), 압축공기 필터(32)를 차례로 거친 후, 포집기(33)에 제공되고, 포집기(33)는 그 이산화탄소 분리용 멤브레인에 의하여 공기에서 이산화탄소를 분리한다. 이렇게 포집한 이산화탄소는 리시브탱크(34)에 저장되었다가, 이산화탄소 압축기(41), 이산화탄소 냉각기(42), 이산화탄소 필터(43)를 순차적으로 거친 뒤, 이산화탄소 저장탱크(44)에 저장된다.
이산화탄소 공급모드 시, 이산화탄소 저장탱크(44)로부터의 이산화탄소는 도면부호 53 유량제어밸브의 조작에 따라 일정한 양이 이산화탄소 이송라인(52)을 따라 이송되고, 이산화탄소 분출기구(51)를 통하여 재배실(5) 내에 분출된다. 이 때, 가동수단(55)을 작동시켜 이산화탄소 분출기구(51)를 승강시키면 작물에 대한 이산화탄소 분출위치가 상하로 변경되는바, 분출된 이산화탄소의 집중 공급위치를 적절히 조절할 수 있다.
이와 같은 이산화탄소 공급모드 시에는 이산화탄소 저장탱크(44)에의 이산화탄소 저장을 위한 운전이 중지된다. 다만, 제어장치(60)는 이산화탄소 저장량측정센서(63)로부터의 측정값(저장량)을 설정값과 비교하는데, 측정값이 설정값 미만인 경우(즉, 저장된 이산화탄소 잔량이 설정값 미만인 경우)에는 제어장치(60)에 의하여 이산화탄소 저장탱크(44)에의 이산화탄소 저장을 위한 운전이 시작된다. 이 때, 가변밸브(23)는 도 2의 (B)와 같이 본관(21)에서 외부공기만이 유출되게 작동되어, 이산화탄소 저장탱크(44)에는 이산화탄소 포집장치(30)가 외부공기에서 분리한 이산화탄소가 저장된다.
공기 혼입장치(70)에 의한 혼입공기는 혼입공기 필터(72), 혼입공기 압축기(73)를 거친 후, 에어믹서(71)에 제공되어 이산화탄소와 혼합된다. 이에 따르면, 재배실(5)의 내부에 이산화탄소와 함께 공기가 공급되므로 재배실(5) 내 산소 농도가 과도하게 저하되는 것을 방지할 수 있고 작물에 고농도의 이산화탄소가 직접 공급되어 작물에 피해를 주는 것을 방지할 수 있다.
가열ㆍ냉각장치(80)에 의하면, 이산화탄소(혼입공기를 혼합시킨 것일 수 있다.)는 가열되거나 냉각된다. 이에 따르면, 이산화탄소와 재배실(5) 내부의 온도차이로 인하여 재배실(5) 내부의 온도가 의도하지 않게 상승되거나 하강되는 것을 방지할 수 있다.
이상, 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 통상의 기술자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.
예를 들면, 위에서는 공기 유출수단(20)이 가변밸브(23)를 가지는 것으로 설명하였으나, 공기 유출수단(20)은 가변밸브(23) 대신, 제1, 제2 분기관(22A,22B)에 각각 장착된 개폐밸브를 가질 수 있다.
또한, 이산화탄소 저장모드 시, 제어장치(60)가 공기 유출수단(20)에서 내부공기만이 유출되거나 외부공기만이 유출되거나 내부공기와 외부공기가 함께 유출되게 하는 것으로 설명하였으나, 제어장치(60)는 측정농도가 설정농도 미만이면 외부공기만이 유출되고 측정농도가 설정농도 이상이면 내부공기만이 유출되게 할 수 있다.
또한, 위에서는 가동수단(55)이 가이드(56), 승강부재(57) 및 구동유닛을 가지는 것으로 설명하였으나, 이와 달리, 가동수단(55)은 실린더 로드를 가지는 실린더를 포함하는 것일 수 있다. 또는, 도 4에 도시된 바와 같이, 가동수단(155)은 재배실(5)의 천장 측에 수평으로 장착된 고정파이프(156), 이 고정파이프(156) 내부에 회전 가능하게 삽입된 회전파이프(157), 이 회전파이프(157)에 각각 감긴 상태로 고정파이프(156) 하부의 인출구를 통하여 인출되며 이산화탄소 분출기구(51)에 연결되어 이산화탄소 분출기구(51)를 수평으로 지지하는 연결로프(158), 회전파이프(157)를 회전시키는 회전유닛(159)을 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 가동수단(155)은 회전유닛(159)에 의하여 회전파이프(157)를 회전시키면 회전파이프(157)에 연결로프(158)가 감기거나 풀리면서 이산화탄소 분출기구(51)가 승강된다. 참고로, 도 4에는 회전유닛(159)이 손잡이를 이용하는 수동식인 것으로 도시하였으나, 회전유닛(159)은 전동식일 수 있다.
5 : 재배실 10A : 내부공기 유입수단
10B : 외부공기 유입수단 20 : 공기 유출수단
30 : 이산화탄소 포집장치 40 : 이산화탄소 저장장치
44 : 이산화탄소 저장탱크 50 : 이산화탄소 공급장치
51 : 이산화탄소 분출기구 55 : 가동수단
60 : 제어장치 70 : 공기 혼입장치
80 : 가열ㆍ냉각장치

Claims (9)

  1. 시설재배를 위한 재배실 내부로부터 공기를 유입하는 내부공기 유입수단과;
    상기 재배실의 외부로부터 공기를 유입하는 외부공기 유입수단과;
    상기 내, 외부공기 유입수단으로부터의 내부공기와 외부공기 중 적어도 하나를 유출시키기 위한 공기 유출수단과;
    상기 공기 유출수단으로부터의 공기에서 이산화탄소(CO2)를 분리하는 이산화탄소 포집장치와;
    상기 이산화탄소 포집장치에 의하여 포집된 이산화탄소를 저장하는 이산화탄소 저장탱크와;
    상기 이산화탄소 저장탱크에 저장된 이산화탄소를 상기 재배실에 공급함으로써 상기 재배실 내 작물에 이산화탄소를 제공하는 이산화탄소 공급장치와;
    이산화탄소 저장모드 시에는 상기 이산화탄소 저장탱크에 이산화탄소가 저장되도록 하고 이산화탄소 공급모드 시에는 상기 이산화탄소 공급장치에 의하여 상기 재배실에 이산화탄소가 공급되도록 하는 제어장치를 포함하는 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어장치는 이산화탄소 저장모드 시 상기 재배실 내 이산화탄소 농도가 사전에 정하여 놓은 설정농도 미만이면 상기 외부공기만이 유출되고 상기 설정농도 이상이면 상기 내부공기만 또는 상기 내부공기와 외부공기가 동시에 유출되도록 상기 공기 유출수단의 작동을 컨트롤하는 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 설정농도는 500 ~ 700ppm인 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제어장치는 이산화탄소 공급모드 시 상기 이산화탄소 저장탱크 내 이산화탄소 저장량이 사전에 정하여 놓은 설정량 미만이면 상기 공기 유출수단으로부터 외부공기가 유출되고 상기 이산화탄소 포집장치가 상기 외부공기에서 이산화탄소를 분리하며 이렇게 포집한 이산화탄소가 상기 이산화탄소 저장탱크에 저장되게 하는 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 이산화탄소 포집장치는,
    상기 공기 유출수단으로부터의 공기를 압축하는 압축기와;
    상기 압축기로부터의 압축공기에서 막 투과속도에 따라 이산화탄소를 분리하는 이산화탄소 분리용 멤브레인(membrane)이 구비된 포집기를 포함하는 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 압축기는 상기 공기 유출수단으로부터의 공기를 0.2 ~ 1.0MPa로 압축하는 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 이산화탄소 공급장치는 이산화탄소 분출기구를 포함하고,
    상기 이산화탄소 분출기구는 상기 작물로부터 상측으로의 이격거리를 조절할 수 있도록 상기 재배실에 상하이동 가능하게 장착된 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 이산화탄소 공급장치에 의하여 재배실에 공급되는 이산화탄소에 공기를 혼합하는 공기 혼입장치를 더 포함하는 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 이산화탄소 공급장치에 의하여 재배실에 공급되는 이산화탄소를 가열하기 위한 가열장치와 냉각하기 위한 냉각장치 중 적어도 하나를 더 포함하는 시설재배용 이산화탄소 분리, 저장 및 공급 장치.
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