KR101221803B1 - 다단 적층 타입의 식물 재배 베드를 구비한 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치 및 이를 구비한 조명 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 인공 광원을 이용하는 수경 재배 시스템에 관한 것으로서, 특히 다단 적층 타입의 식물 재배 베드를 구비한 수경 재배 시스템에서 광합성 작용을 유도하는 인공 광원으로 사용되는 형광램프와 같은 조명장치에서 발생하는 열을 효율적으로 냉각하고 회수하여 이를 재활용할 수 있도록 하면서, 또한 조명장치의 조명 효율(높은 조도 및 최적의 파장)을 최대화시킬 수 있는 효과를 제공하기 위한 냉각장치에 대한 것이다.
Description
본 발명은 첨단 그린 도시 등에서 식물 공장 형태로 이용될 수 있는 인공 광원을 이용하는 다단 적층 타입의 식물 재배 베드를 구비한 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치에 관한 것으로서, 특히 다단 적층 타입의 식물 재배 베드를 구비한 수경 재배 시스템에서 광합성 작용을 유도하는 인공 광원으로 사용되는 형광램프(형광등)와 같은 조명장치에서 발생하는 열을 효율적으로 냉각하고 회수하여 이를 재활용할 수 있도록 하면서, 또한 조명장치의 조명 효율(높은 조도 및 최적의 파장)을 최대화시킴으로써 에너지 절약에 기여할 수 있도록 하면서, 사용되는 조명장치로서 형광램프와 LED의 효율적인 조합을 통한 경제성 향상의 효과를 제공하기 위한 냉각장치에 대한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이 일반적인 식물공장의 재배실 내부에 설치되는 프레임 구조물(1)에 다단으로 적층되는 재배 베드(2) 및 재배 플레이트(3)와, 이로부터 상부로 일정 거리 이격 배치되는 인공 조명장치(4a, 4b)와, 그리고 재배 베드(2)에서 재배되는 식물에 뿌리를 통하여 공급되는 영양분과 물을 공급하도록 재배 베드(2)로 약액을 공급하는 약액 공급 장치(약액 공급 장치의 일부인 약액 공급 파이프가 도 1에 도면부호 '5'로 도시)가 기본적으로 구성되는데, 공간적으로 폐쇄된 환경에서 운용되고 그리고 광합성 작용을 유도하는 광원으로서 인공 광원에 의존하는 정도가 높은 식물공장을 효율적으로 운영하기 위하여는, 광합성 작용을 유도하도록 설치 브라켓(4a)에 설치되는 형광램프(4b) 등의 조명장치, 재배되는 식물에 뿌리를 통하여 공급되는 영양분과 물을 공급하도록 재배 베드(2)로 약액을 공급하는 약액 공급 장치, 및 식물공장 재배실 내의 온도와 공기 조성(CO2 농도) 등의 적정 식물 성장 환경을 제공하는 공조장치(도시 생략) 등의 제반 장치들의 유기적인 작동이 필수적이다.
그런데, 이들 제반 장치들 중에서 광합성 작용을 유도하는 조명장치로 사용되는 것으로는 형광램프, 백열램프 및 LED 등이 사용될 수 있는데, 특히 도 1에 도시된 바와 같이 전원 공급단의 역할도 하는 설치 브라켓(4a) 사이에 설치되는 형광램프(4b)와 같은 조명장치는 사용 시간에 따라 계속적으로 열을 방출하게 되는데, 이와 같이 형광램프(4b)로부터 방출된 열은 폐쇄적 환경하에서 운용되는 재배실의 온도를 상승시키는 작용을 하게 되어서 공조장치로서 적절히 온도 제어를 하지 못하게 되면 식물 생장에 방해가 되어서 이를 냉각시키기 위하여 공조장치를 사용하여야 하기에 전력 소모가 증가하여 결국 생산되는 식물의 생산 원가를 상승시키는 원인을 제공하며, 또한 형광램프(4b)와 같은 조명장치 주변의 온도가 상승하여 적절한 온도 범위를 초과하는 경우에 그 상부에 설치된 재배 베드(2)로 열이 전달되어서 재배 베드(2) 내부의 약액의 온도를 적정 온도 범위 이상으로 상승시켜서 식물의 성장을 방해하기에 순환 공급되는 약액을 냉각시키는 별도의 냉각장치가 필요하며 이를 통한 전력 부하가 상승하는 문제점을 일으키고, 나아가 형광램프와 같은 조명장치 주변의 온도가 적정 범위를 벗어나게 되면 조명장치 자체의 효율을 저하시키면서 그 조도의 저하가 발생하여 식물 생육에 방해하고, 또한 조명장치의 수명도 크게 단축시키는 문제점이 있다.
한편, 형광램프는 두 개의 전극 사이에서 방전 아크가 발생할 때 방전관 내부의 저압 수은증기가 자외선 에너지를 발생시켜 방전관 내벽에 칠한 반투명의 형광물질을 자극시킴으로써 빛으로 변환하는 기본 구조를 가지므로, 수은증기 압력은 형광램프 내에서 가장 온도가 낮은 점에 좌우되므로 온도는 형광램프 특성에 큰 영향을 준다. 낮은 온도에서는 수은 증기압이 감소됨으로써 자외선 에너지의 방사가 적어져 형광체의 광출력이 감소되며, 높은 온도에서는 방사되는 파장이 길어짐으로 인해 형광체를 자극하기가 어려워져 광출력이 감소된다. 이와 같은 광출력과 발광효율은 형광램프의 관벽 온도가 대략 38℃에서 최대이며, 높은 온도에서는 소비전력과 광출력이 거의 같은 비율로 감소하나 저온에서는 광출력의 감소가 매우 현저한 온도 특성을 나타내며, 형광램프의 경우에는 방전관 내면에 도포되어진 형광체를 발광시키기 위해 미량의 수은이 들어 있는데, 이 수은의 증기압과의 관계로 발광효율의 최대가 되는 것은 형광램프의 관벽온도가 약 40℃~55℃ 정도로 적정 주위 온도 범위인 20~33℃ 보다 높도록 설정될 때 가장 효율적으로 동작된다.
또한, 형광램프는 그 주위 온도가 변함에 따라 특히 관내의 증기압이 변화되고 봉입가스와 수은증기와의 압력비가 변하기 때문에 시동 특성에 변화를 나타내는데, 특히 저온에서 시동성이 나쁘게 된다. 이러한 형광램프는 주위온도가 대략 20℃의 적정 온도일 때 최고의 기능을 발휘하게 설계됨이 일반적이며, 적정 온도를 초과하는 고온에서는 램프 전류가 증가하여 필라멘트 코일의 온도 또한 높아지므로 전자방출 물질의 증발이 많아지는 문제점을 가지며, 저온에서는 시동이 잘 안되며 필라멘트 온도가 낮아짐으로써 전자방출 물질의 비산이 많아지므로 수명이 짧아지는 문제점을 가진다.
이러한 특성을 가진 형광램프를 식물공장용 인공 광원으로 사용하는 경우에 식물 생장에 필요한 다양한 파장의 충분한 광출력을 얻기 어려우며 또한 램프의 수명도 짧아져 교환 주기가 조기에 도래하는 불편함을 초래하여 이를 대신하여 LED 조명장치를 사용하는 방안이 제시되고 있으나, LED 조명장치는 고가의 장치로서 식물공장에 요청되는 경제성을 확보하기 어려운 문제점을 가지고 있으며, 형광램프와 동일한 수준 내지는 그 이상의 광출력을 제공하는 Hi-Power(고출력) LED 조명장치의 경우에는 고출력 LED 소자가 실장되는 PCB 기판으로부터 방출되는 열로 인하여 식물공장 재배실의 내부 환경 폐해가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 종래기술에 대한 상술한 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 기술적 과제 중 하나의 과제는 식물공장에서 광합성 작용을 유도하는 광원으로서 사용되는 형광램프로부터 발생되는 열을 형광램프 주변으로부터 효과적으로 흡수 또는 제거할 수 있는 간편하고도 효율적인 수단을 제공하는 것이고, 또 다른 기술적 과제는 형광램프로부터 발생되는 열에 의해 초래되는 형광램프 자체의 효율 저하를 방지하면서 적정 온도 범위 내에서 형광램프가 작동되도록 함으로써 형광램프 수명을 연장시킬 수 있는 수단을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 또 다른 기술적 과제는 식물공장에서 광합성 작용을 유도하는 광원으로서 사용될 수 있는 조명장치로 형광램프와 LED 조명장치가 가진 각각의 장점을 최적화시키는 수단을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 광원을 이용하는 다단 적층 타입의 식물 재배 베드를 구비한 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치는,
다단으로 적층되는 식물 재배 베드 사이 공간에 배치되며, 상부 식물 재배 베드의 하부에 인접하고 하부 식물 재배 베드로부터 상방으로 이격되어 연속적으로 설치되는 다수개의 형광램프들과,
상기 형광램프들 각각을 둘러싸도록 형성되는 광투과성 재질의 통기 파이프 및 상기 통기 파이프들의 단부를 상호 연결하며 상부는 상부 식물 재배 베드의 하부에 고정되는 연결 파이프로 구성되는 직렬 통기 파이프 장치와,
상기 형광램프 상부에 상기 형광램프를 따라 종방향으로 배치되도록 상기 통기 파이프의 내부 상단에 삽입 배치되는 역 'W'자 형상의 반사판과,
다수개의 상기 직렬 통기 파이프 장치들을 흡기측 및 배기측에서 병렬적으로 통합하는 흡기 파이프 및 배기 파이프와,
상기 흡기 파이프 및 배기 파이프에 각각 연결되는 에어 댐퍼와,
상기 배기 파이프와 이에 연결되는 상기 에어 댐퍼 사이에 제공되는 배기 펌프를 포함하여 이루어지며,
상기 직렬 통기 파이프 장치를 구성하는 다수개의 상기 광투과성 재질의 통기 파이프는,
상기 형광램프들로부터 발생하는 열이 포함된 공기와 외부 공기의 혼합을 방지하면서 상기 흡기 파이프 및 상기 배기 파이프와 소통하면서 내부 공기의 온도가 제어되도록 제공되는데 상기 형광램프들로부터 발생하는 광선은 투과하여 하부 재배 베드 상의 식물에 조사되도록 형성되며, 상기 형광램프를 하단으로부터 이격하여 지지하도록 하단에서 내측으로 돌출 형성되는 형광램프 지지 돌기; 상기 반사판의 양측 하단을 지지하도록 중단에서 내측으로 돌출 형성되는 2개의 반사판 지지 돌기; 및 상기 2개의 반사판 지지 돌기 사이의 하부면에 제공되는 난반사 돌기면을 포함하여 이루어지고, 그리고
상기 통기 파이프의 내부 상단에 삽입 배치되는 역 'W'자 형상의 반사판의 내측 반사면에는 상기 형광램프가 제공하는 광파장과 다른 파장의 광선을 방출하는 보조 조명장치로서 다수개의 저출력 엘이디 소자가 제공되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 다단으로 적층되는 식물 재배 베드 사이 공간에 배치되며, 상부 식물 재배 베드의 하부에 인접하고 하부 식물 재배 베드로부터 상방으로 이격되어 연속적으로 설치되는 다수개의 형광램프들과,
상기 형광램프들 각각을 둘러싸도록 형성되는 광투과성 재질의 통기 파이프 및 상기 통기 파이프들의 단부를 상호 연결하며 상부는 상부 식물 재배 베드의 하부에 고정되는 연결 파이프로 구성되는 직렬 통기 파이프 장치와,
상기 형광램프 상부에 상기 형광램프를 따라 종방향으로 배치되도록 상기 통기 파이프의 내부 상단에 삽입 배치되는 역 'W'자 형상의 반사판과,
다수개의 상기 직렬 통기 파이프 장치들을 흡기측 및 배기측에서 병렬적으로 통합하는 흡기 파이프 및 배기 파이프와,
상기 흡기 파이프 및 배기 파이프에 각각 연결되는 에어 댐퍼와,
상기 배기 파이프와 이에 연결되는 상기 에어 댐퍼 사이에 제공되는 배기 펌프를 포함하여 이루어지며,
상기 직렬 통기 파이프 장치를 구성하는 다수개의 상기 광투과성 재질의 통기 파이프는,
상기 형광램프들로부터 발생하는 열이 포함된 공기와 외부 공기의 혼합을 방지하면서 상기 흡기 파이프 및 상기 배기 파이프와 소통하면서 내부 공기의 온도가 제어되도록 제공되는데 상기 형광램프들로부터 발생하는 광선은 투과하여 하부 재배 베드 상의 식물에 조사되도록 형성되며,
상기 형광램프를 하단으로부터 이격하여 지지하도록 하단에서 내측으로 돌출 형성되는 형광램프 지지 돌기; 상기 반사판의 양측 하단을 지지하도록 중단에서 내측으로 돌출 형성되는 2개의 반사판 지지 돌기; 및 상기 2개의 반사판 지지 돌기 사이의 하부면에 제공되는 난반사 돌기면을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치가 제공될 수 있다.
여기에서, 상기 직렬 통기 파이프 장치를 구성하는 다수개의 상기 광투과성 재질의 통기 파이프에는,
상기 역 'W'자 형상의 반사판이 내부 상단에 삽입 배치되는 것을 가이드 하도록 역 'W'자 형상의 반사판의 상부 오목부에 접하는 상부 가이드 돌기가 추가로 제공될 수 있다.
또한, 상술한 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치를 구비한 조명 시스템으로서,
상기 흡기 파이프를 재배실 실내와 실외로 분기하고 상기 흡기 에어 댐퍼를 재배실(100)의 실외와 실내 단부에 설치되는 제1 흡기 에어 댐퍼와 제2 흡기 에어 댐퍼로 분할 설치하고,
상기 배기 파이프를 재배실 실내와 실외로 분기하고 상기 배기 에어 댐퍼를 재배실의 실외와 실내 단부에 설치되는 제1 배기 에어 댐퍼와 제2 배기 에어 댐퍼로 분할 설치하고, 그리고
상기 광투과성 재질의 통기 파이프 내부에 설치되는 제1 온도 센서와,
재배실 내부에 설치되는 제2 온도 센서와,
재배실 외부에 설치되는 제3 온도 센서와, 그리고
상기 제1 온도 센서, 상기 제2 온도 센서, 및 상기 제3 온도 센서의 온도 측정값에 기초하여 상기 제1 흡기 에어 댐퍼 및 상기 제2 흡기 에어 댐퍼 중 하나의 흡기 에어 댐퍼와, 상기 제1 배기 에어 댐퍼 및 상기 제2 배기 에어 댐퍼 중 하나의 배기 에어 댐퍼를 선택하여 개방하여 상기 배기 펌프와 작동되도록 제어하는 제어장치를 포함하여 이루어지는 조명 시스템이 제공된다.
여기에서, 상기 광투과성 재질의 통기 파이프 내부에 설치되는 상기 제1 온도 센서는,
상기 반사판의 배면에 설치되는 것으로서, 상기 형광램프의 유리 방전관 중앙부에 설치되는 방전관 중앙부 온도 센서와 방전관 외측의 전극 부근에 설치되는 방전관 전극부 온도 센서를 포함하여 이루어지고,
상기 제어장치는 상기 방전관 중앙부 온도 센서와 상기 방전관 전극부 온도 센서의 측정값에 기초하여 상기 형광램프가 설정 기준 이하의 성능 상태에 있다고 판별될 때 교환 대상이 된다는 신호를 별로도 제공되는 디스플레이 장치에 표시하도록 형성될 수 있다.
이와 달리, 상기 광투과성 재질의 통기 파이프 내부에 설치되는 상기 제1 온도 센서는,
상기 반사판의 배면에 설치되는 것으로서, 상기 형광램프의 유리 방전관 중앙부에 설치되는 방전관 중앙부 온도 센서 및/또는 방전관 외측의 전극 부근에 설치되는 방전관 전극부 온도 센서를 포함하여 이루어지고,
상기 제어장치는 상기 광투과성 재질의 통기 파이프 내부에 설치되는 상기 제1 온도 센서의 측정값들을 비교하여 형광램프들 중에서 하나의 형광램프가 설정 기준 이하의 성능 상태에 있다고 판별될 때 교환 대상이 된다는 신호를 별로도 제공되는 디스플레이 장치에 표시하도록 형성될 수도 있다.
이상에서와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치 및 이를 구비한 조명 시스템은 다음과 같은 효과를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 실시예들에 따르면, 식물공장에서 광합성 작용을 유도하는 광원으로서 사용될 수 있는 조명장치로 형광램프와 LED 조명장치가 가진 각각의 장점을 최적화하는 효과가 제공될 뿐만 아니라, 간편하고도 효율적인 냉각장치를 통하여 식물공장에서 광합성 작용을 유도하는 광원으로서 사용되는 형광램프로부터 발생되는 열을 형광램프 주변으로부터 효과적으로 흡수 또는 제거하며, 나아가 주변 온도와 비교하여 에너지 효율 측면에서 최적화된 냉각장치의 작동 상태를 구현할 수 있도록 하는 효과가 제공되며, 또한 형광램프로부터 발생되는 열에 의해 초래되는 형광램프 자체의 효율 저하를 방지하면서 적정 온도 범위 내에서 형광램프가 작동되도록 함으로써 형광램프 수명을 연장시킬 수 있으며, 그리고 사용 기간이 경과하여 그 기능이 떨어진 형광램프를 조기에 식별하여 교환이 가능하도록 하여 주는 효과가 제공된다.
도 1은 종래 기술에 따른 다단 적층 타입의 식물 재배 베드를 구비한 수경 재배 시스템에서 광합성 작용을 유도하는 인공 광원으로 사용되는 형광램프와 같은 조명장치가 설치된 상태를 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 광원을 이용하는 다단 적층 타입의 식물 재배 베드를 구비한 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치의 설치 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 도 2 및 도 3에 도시된 본 발명에 따른 조명장치용 냉각장치를 구성하는 형광램프와, 통기 파이프, 및 반사판과 온도 센서의 설치 구조를 도시한 도면이다.
도 4c는 본 발명에 따른 조명장치용 냉각장치에 엘이디(LED) 조명장치가 설치된 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 조명장치용 냉각장치에서 통기 파이프의 단부에서 형광램프의 단자 소켓과 전원 공급선이 배선된 상태를 도시한 도면이다.
그리고, 도 6은 본 발명에 따른 조명장치용 냉각장치를 구비한 전체 조명 시스템을 도시한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인공 광원을 이용하는 다단 적층 타입의 식물 재배 베드를 구비한 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치의 설치 상태를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 4a 및 도 4b는 도 2 및 도 3에 도시된 본 발명에 따른 조명장치용 냉각장치를 구성하는 형광램프와, 통기 파이프, 및 반사판과 온도 센서의 설치 구조를 도시한 도면이다.
도 4c는 본 발명에 따른 조명장치용 냉각장치에 엘이디(LED) 조명장치가 설치된 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 조명장치용 냉각장치에서 통기 파이프의 단부에서 형광램프의 단자 소켓과 전원 공급선이 배선된 상태를 도시한 도면이다.
그리고, 도 6은 본 발명에 따른 조명장치용 냉각장치를 구비한 전체 조명 시스템을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조명장치용 냉각장치는, 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 종방향 지지 프레임(11)과 횡방향 지지 프레임(12)에 의해 제공되는 프레임 구조에 다단으로 적층되는 식물 재배 베드(20) 사이 공간에 배치되는 형광램프(40)들과, 직렬 통기 파이프 장치(50)와, 상기 직렬 통기 파이프 장치(50)의 내부에 설치되는 반사판(60)과, 상기 직렬 통기 파이프 장치(50)와 연결 설치되는 흡기 파이프(70) 및 배기 파이프(80)와, 상기 배기 파이프(80)와 이에 연결되는 에어 댐퍼(82a, 82b) 사이에 제공되는 배기 펌프(90)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 도 2 및 도 4a와 도 4b를 참조하여, 형광램프(40), 직렬 통기 파이프 장치(50), 및 반사판(60)에 대하여 구체적으로 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다단으로 적층되는 식물 재배 베드(20) 사이 공간에 다수개의 형광램프(40)들이 배치되는데, 이들은 상부 식물 재배 베드(20)의 하부에 인접하고 하부 식물 재배 베드(20)로부터 상방으로 이격되어 연속적으로 설치되게 된다.
그리고, 상기 직렬 통기 파이프 장치(50)는, 상기 형광램프(40)들 각각을 둘러싸도록 형성되는 광투과성 재질의 통기 파이프(51) 및 상기 통기 파이프(51)들의 단부를 상호 연결하며 상부는 상부 식물 재배 베드(20)의 하부에 접착제(55a) 등의 고정 수단에 의해 고정 설치되는 연결 파이프(55)로 구성된다. 여기에서, 상기 통기 파이프(51)와 상기 연결 파이프(55)는 탄성을 가진 소재로 형성하여 상기 통기 파이프(51)를 상기 연결 파이프(55)의 내측 또는 외측에 삽입하여 탄성적으로 고정될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
그리고, 본 발명에 따른 조명장치용 냉각장치에서 도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 통기 파이프(51)의 단부에서 형광램프(40)의 단자 소켓(41)이 체결되고 이에 전원 공급선이 외부로 인출 배선될 수 있도록, 통기 파이프(51)의 양측 단부의 상부에는 전원 공급선 인출 슬롯(51a)이 제공될 수 있다.
또한, 상기 형광램프(40) 상부에 상기 형광램프(40)를 따라 종방향으로 배치되도록 상기 통기 파이프(51)의 내부 상단에 삽입 배치되는 역 'W'자 형상(
)의 반사판(60)이 제공된다. 여기에서, 상기 반사판(60)은, 상기 반사판(60)이 설치되는 통기 파이프(51)의 직경이 약 50mm 정도가 되고, 내부의 형광램프 지지 돌기(52)의 높이가 약 5mm 정도로 설정되고, 그리고 20mm 내지 40mm(일반적 형광램프의 경우에 약 26mm)의 직경을 가진 형광램프(40)가 설치되는 실시예의 경우에, 양측 경사면이 수평면과 형성하는 각도(∠A1)은 약 42.5°~ 50°범위 내로 형성하고, 상부 경사면이 수평면과 형성하는 각도(∠A2)은 약 45°정도(따라서, 2개의 상부 경사면 사이의 각은 약 90°)로 형성하고, 그리고 양측 경사면과 상부 경사면이 형성하는 각도(∠A3)은 약 80°~ 95°범위 내로 형성하는 것이 형광램프의 조명 반사 효율을 최대화하는 측면에서 더욱 유리하다.
그리고, 다단으로 배치되는 식물 재배 베드(20) 각각에 설치되는 다수개의 상기 직렬 통기 파이프 장치(50)들을 흡기측 및 배기측에서 흡기 파이프(70; 71, 72) 및 배기 파이프(80; 81, 82)에 의해 병렬적으로 통합된다.
여기에서, 상기 흡기 파이프(70) 및 상기 배기 파이프(80)의 단부에는 재배실(100)의 외부 및 내부와 각각 소통하는 밸브로 형성되는 에어 댐퍼(81a, 81b 및 82a, 82b)들이 설치된다.
또한, 상기 배기 파이프(80)와 이에 연결되는 상기 에어 댐퍼(82a, 82b) 사이에 배기 펌프(90)가 제공되어서 상기 직렬 통기 파이프 장치(50) 내부의 공기를 흡입하여 외부로 배출하게 된다.
그리고, 상기 흡기 파이프(70)와 이에 연결되는 상기 에어 댐퍼(82a) 사이에는 외부 공기에 대한 정화 기능을 제공하는 필터(83)가 제공되는 것이 더욱 바람직할 것이다.
상기 직렬 통기 파이프 장치(50)를 구성하는 다수개의 상기 광투과성 재질의 통기 파이프(51)는, 상기 형광램프(40)들로부터 발생하는 열이 포함된 공기와 외부 공기의 혼합을 방지하면서 상기 흡기 파이프(70) 및 상기 배기 파이프(80)를 통하여 외부 공기와 소통하면서 내부 공기의 온도가 적정 범위에서 제어되도록 제공되는데 상기 형광램프(40)들로부터 발생하는 광선은 투과하여 하부 재배 베드(20) 상의 식물에 조사되도록 형성된다.
또한, 상기 통기 파이프(51)는, 상기 형광램프(40)를 하단으로부터 이격하여 지지하도록 하단에서 내측으로 돌출 형성되는 형광램프 지지 돌기(52); 상기 반사판(60)의 양측 하단을 지지하도록 중단에서 내측으로 돌출 형성되는 2개의 반사판 지지 돌기(54); 및 상기 2개의 반사판 지지 돌기 사이(54)의 하부면에 제공되는 프리즘 형상의 단면을 구비한 난반사 돌기면(51s)을 포함하여 이루어지는 특징을 구비하고 있는데, 상기 난반사 돌기면(51s)은 형광램프(40)로부터 발생된 광선이 보다 넓은 범위로 고르게 조사될 수 있도록 한다.
한편, 상기 직렬 통기 파이프 장치(50)를 구성하는 다수개의 상기 광투과성 재질의 통기 파이프(51)에는 역 'W'자 형상의 반사판(60)의 상부 오목부에 접하는 상부 가이드 돌기(53)가 추가로 제공되어서 상기 역 'W'자 형상의 반사판(60)이 내부 상단에 삽입 배치되는 것을 가이드 하도록 할 수 있다.
첨부 도면 도 4c에 도시된 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 통기 파이프(51)의 내부 상단에 삽입 배치되는 역 'W'자 형상의 반사판(60)의 내측 반사면에는 보조 조명장치로서 다수개의 저출력 엘이디 소자(40e; 40e1, 40e2)가 제공되어서, 상기 형광램프(40)가 제공하는 광파장과 다른 파장의 광선을 방출하게 되고, 이로써 형광램프와 엘이지(LED) 소자의 최적화된 통합 운용 시스템을 제공할 수 있다. 상기 저출력 엘이디 소자(40e; 40e1, 40e2)로는 5W 이하의 출력을 가진 소자(예컨대, 0.18W 정도의 저휘도 LED 소자 또는 3W 정도의 고휘도 LED 소자)가 사용된다.
이하에서는, 상기 도면들과 그리고 도 6을 참조하여, 상기 조명장치용 냉각장치를 구비한 식물공장 조명 시스템 전체의 구성과 작동에 대하여 살펴 보기로 한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 식물 공장의 재배실(100)에는 인공 광원을 이용하는 다단 적층 타입의 식물 재배 베드(20)를 구비한 수경 재배 시스템이 구축되고 이에 사용되는 조명장치에는 본 발명에 따른 상술한 조명장치용 냉각장치가 제공되는데,
상기 흡기 파이프(70)를 재배실(100) 실내와 실외로 분기하고 상기 흡기 에어 댐퍼를 재배실(100)의 실외와 실내 단부에 설치되는 제1 흡기 에어 댐퍼(81a)와 제2 흡기 에어 댐퍼(81b)로 분할 설치하고,
상기 배기 파이프(80)를 재배실(100) 실내와 실외로 분기하고 상기 배기 에어 댐퍼를 재배실(100)의 실외와 실내 단부에 설치되는 제1 배기 에어 댐퍼(82a)와 제2 배기 에어 댐퍼(82b)로 분할 설치하고, 그리고
상기 광투과성 재질의 통기 파이프(51) 내부에 설치되는 제1 온도 센서(Ts1, Ts2, Ts3)와,
재배실(100) 내부에 설치되는 제2 온도 센서(Tsri)와,
재배실 외부에 설치되는 제3 온도 센서(Tsro)와, 그리고
상기 제1 온도 센서(Ts1), 상기 제2 온도 센서(Tsri), 및 상기 제3 온도 센서(Tsro)의 온도 측정값에 기초하여 상기 제1 흡기 에어 댐퍼(81a) 및 상기 제2 흡기 에어 댐퍼(81b) 중 하나의 흡기 에어 댐퍼와, 상기 제1 배기 에어 댐퍼(82a) 및 상기 제2 배기 에어 댐퍼(82b) 중 하나의 배기 에어 댐퍼를 선택하여 개방하여 상기 배기 펌프(90)와 작동되도록 제어하는 제어장치(91)를 포함하여 이루어지는 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치를 구비한 조명 시스템이 제공된다.
이로써, 석션 펌프(suction pump) 타입으로 제공되는 배기 펌프(90)의 흡입력에 의해 배기 파이프(80)와, 직렬 통기 파이프 장치(50)의 통기 파이프(51) 내부의 공기가 배출되게 되는데, 형광램프(40)에 의해 가열된 공기의 온도가 적정 범위를 초과하게 되는 경우에 이와 같이 배기 펌프(90)가 작동되도록 상기 제어 장치(91)에 의해 제어된다. 이 때에도, 배기 파이프(8)에 분기 연결된 상기 제1 배기 에어 댐퍼(82a) 및 상기 제2 배기 에어 댐퍼(82b) 중 하나의 배기 에어 댐퍼를 선택하여 개방하게 되는데, 재배실(100) 내부에 설치되는 상기 제2 온도 센서(Tsri) 및 재배실(100) 외부에 설치되는 상기 제3 온도 센서(Tsro)의 측정값에 기초하여 예컨대 겨울철 재배실(100) 내부의 기온이 식물 생장에 필요한 적정 범위에 미달하는 경우에는 상기 제2 배기 에어 댐퍼(82b)가 개방되어서 형광램프(40)에 의해 가열된 공기는 재배실(100) 내부로 방출되게 된다.
물론, 흡기 파이프(70) 측의 상기 제1 흡기 에어 댐퍼(81a) 및 상기 제2 흡기 에어 댐퍼(81b)도 계절적 변화나 재배실(100) 내부 및 외부의 온도 값과 통기 파이프(51) 내부의 공기의 적정 온도 범위 등을 고려하여 자동적으로 선택되도록 제어되도록 구성된다. 예컨대, 겨울철에 너무 온도가 낮은 외부 공기가 통기 파이프(51) 내부로 흡입되도록 작동된다면, 형광램프의 주변부의 저온 현상으로 형광램프 자체의 성능 저하와 수명 단축의 문제가 발생하기 때문이다.
한편, 본 발명의 보다 구체적인 실시예에 따르면,
상기 광투과성 재질의 통기 파이프(51) 내부에 설치되는 상기 제1 온도 센서는 상기 반사판(60)의 배면에 설치될 수 있는데, 상기 형광램프(40)의 유리 방전관 중앙부에 설치되는 방전관 중앙부 온도 센서(Ts1)와 방전관 외측의 전극 부근에 설치되는 방전관 전극부 온도 센서(Ts2, Ts3)를 포함하여 이루어지고,
상기 제어장치(91)는 상기 방전관 중앙부 온도 센서(Ts1)와 상기 방전관 전극부 온도 센서(Ts2, Ts3)의 측정값에 기초하여 상기 형광램프(40)가 설정 기준 이하의 성능 상태에 있다고 판별될 때 교환 대상이 된다는 신호를 별로도 제공되는 디스플레이 장치(92)에 표시하도록 형성되는 조명 시스템을 제공할 수 있다.
물론, 이와 달리 상기 제어장치(91)는 상기 광투과성 재질의 통기 파이프(51) 내부에 설치되는 상기 제1 온도 센서(Ts1, Ts2, Ts3) 중 어느 하나의 센서의 측정값들을 비교하여 형광램프(40)들 중에서 하나의 형광램프(40)가 설정 기준 이하의 성능 상태에 있다고 판별될 때 교환 대상이 된다는 신호를 별로도 제공되는 디스플레이 장치(92)에 표시하도록 형성될 수도 있다.
예컨대, 재배실(100)의 실내 온도 20℃~25℃에서 형광램프(40)는 유리 방전관 중앙 하부의 표면온도가 점등 중에 약 40℃가 되며, 온도가 최고로 높은 부위는 방전관 양쪽의 전극 부근으로 50~60℃가 유지될 수 있도록, 통기 파이프(51) 내부 공기의 배기 작동 여부 및 흡기되는 공기의 선택이 결정 제어될 수 있도록 구성하는 것이 더욱 바람직할 것이다. 한편, 유리 방전관 중앙 하부의 표면온도와 상기 방전관 중앙부 온도 센서(Ts1)의 측정값 사이의 측정 위치에 따른 차이값에 대한 보정치를 고려하여 제어 설계되어야 한다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
20: 식물 재배 베드 40: 형광램프
40e, 40e1, 40e2: 엘이디 50: 직렬 통기 파이프 장치
51: 통기 파이프 52: 형광램프 지지 돌기
53: 상부 가이드 돌기 54: 반사판 지지 돌기
51s: 난반사 돌기면
55: 연결 파이프 60: 반사판
70: 흡기 파이프 80: 배기 파이프
81a, 81b, 82a, 82b: 에어 댐퍼 83: 필터
90: 흡기 펌프 91: 제어 장치
92: 디스플레이 장치 Ts1, Ts2, Ts3: 제1 온도 센서
Tsri : 제2 온도 센서 Tsro : 제3 온도 센서
100: 재배실
40e, 40e1, 40e2: 엘이디 50: 직렬 통기 파이프 장치
51: 통기 파이프 52: 형광램프 지지 돌기
53: 상부 가이드 돌기 54: 반사판 지지 돌기
51s: 난반사 돌기면
55: 연결 파이프 60: 반사판
70: 흡기 파이프 80: 배기 파이프
81a, 81b, 82a, 82b: 에어 댐퍼 83: 필터
90: 흡기 펌프 91: 제어 장치
92: 디스플레이 장치 Ts1, Ts2, Ts3: 제1 온도 센서
Tsri : 제2 온도 센서 Tsro : 제3 온도 센서
100: 재배실
Claims (7)
- 인공 광원을 이용하는 다단 적층 타입의 식물 재배 베드를 구비한 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치에 있어서,
다단으로 적층되는 식물 재배 베드 사이 공간에 배치되며, 상부 식물 재배 베드의 하부에 인접하고 하부 식물 재배 베드로부터 상방으로 이격되어 연속적으로 설치되는 다수개의 형광램프들과,
상기 형광램프들 각각을 둘러싸도록 형성되는 광투과성 재질의 통기 파이프 및 상기 통기 파이프들의 단부를 상호 연결하며 상부는 상부 식물 재배 베드의 하부에 고정되는 연결 파이프로 구성되는 직렬 통기 파이프 장치와,
상기 형광램프 상부에 상기 형광램프를 따라 종방향으로 배치되도록 상기 통기 파이프의 내부 상단에 삽입 배치되는 역 'W'자 형상의 반사판과,
다수개의 상기 직렬 통기 파이프 장치들을 흡기측 및 배기측에서 병렬적으로 통합하는 흡기 파이프 및 배기 파이프와,
상기 흡기 파이프 및 배기 파이프에 각각 연결되는 에어 댐퍼와,
상기 배기 파이프와 이에 연결되는 상기 에어 댐퍼 사이에 제공되는 배기 펌프를 포함하여 이루어지며,
상기 직렬 통기 파이프 장치를 구성하는 다수개의 상기 광투과성 재질의 통기 파이프는,
상기 형광램프들로부터 발생하는 열이 포함된 공기와 외부 공기의 혼합을 방지하면서 상기 흡기 파이프 및 상기 배기 파이프와 소통하면서 내부 공기의 온도가 제어되도록 제공되는데 상기 형광램프들로부터 발생하는 광선은 투과하여 하부 재배 베드 상의 식물에 조사되도록 형성되며, 상기 형광램프를 하단으로부터 이격하여 지지하도록 하단에서 내측으로 돌출 형성되는 형광램프 지지 돌기; 상기 반사판의 양측 하단을 지지하도록 중단에서 내측으로 돌출 형성되는 2개의 반사판 지지 돌기; 및 상기 2개의 반사판 지지 돌기 사이의 하부면에 제공되는 난반사 돌기면을 포함하여 이루어지고, 그리고
상기 통기 파이프의 내부 상단에 삽입 배치되는 역 'W'자 형상의 반사판의 내측 반사면에는 상기 형광램프가 제공하는 광파장과 다른 파장의 광선을 방출하는 보조 조명장치로서 다수개의 저출력 엘이디 소자가 제공되는 것을 특징으로 하는 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치. - 제1항에서, 상기 직렬 통기 파이프 장치를 구성하는 다수개의 상기 광투과성 재질의 통기 파이프에는,
상기 역 'W'자 형상의 반사판이 내부 상단에 삽입 배치되는 것을 가이드 하도록 역 'W'자 형상의 반사판의 상부 오목부에 접하는 상부 가이드 돌기가 추가로 제공되는 것을 특징으로 하는 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치. - 인공 광원을 이용하는 다단 적층 타입의 식물 재배 베드를 구비한 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치에 있어서,
다단으로 적층되는 식물 재배 베드 사이 공간에 배치되며, 상부 식물 재배 베드의 하부에 인접하고 하부 식물 재배 베드로부터 상방으로 이격되어 연속적으로 설치되는 다수개의 형광램프들과,
상기 형광램프들 각각을 둘러싸도록 형성되는 광투과성 재질의 통기 파이프 및 상기 통기 파이프들의 단부를 상호 연결하며 상부는 상부 식물 재배 베드의 하부에 고정되는 연결 파이프로 구성되는 직렬 통기 파이프 장치와,
상기 형광램프 상부에 상기 형광램프를 따라 종방향으로 배치되도록 상기 통기 파이프의 내부 상단에 삽입 배치되는 역 'W'자 형상의 반사판과,
다수개의 상기 직렬 통기 파이프 장치들을 흡기측 및 배기측에서 병렬적으로 통합하는 흡기 파이프 및 배기 파이프와,
상기 흡기 파이프 및 배기 파이프에 각각 연결되는 에어 댐퍼와,
상기 배기 파이프와 이에 연결되는 상기 에어 댐퍼 사이에 제공되는 배기 펌프를 포함하여 이루어지며,
상기 직렬 통기 파이프 장치를 구성하는 다수개의 상기 광투과성 재질의 통기 파이프는,
상기 형광램프들로부터 발생하는 열이 포함된 공기와 외부 공기의 혼합을 방지하면서 상기 흡기 파이프 및 상기 배기 파이프와 소통하면서 내부 공기의 온도가 제어되도록 제공되는데 상기 형광램프들로부터 발생하는 광선은 투과하여 하부 재배 베드 상의 식물에 조사되도록 형성되며,
상기 형광램프를 하단으로부터 이격하여 지지하도록 하단에서 내측으로 돌출 형성되는 형광램프 지지 돌기; 상기 반사판의 양측 하단을 지지하도록 중단에서 내측으로 돌출 형성되는 2개의 반사판 지지 돌기; 및 상기 2개의 반사판 지지 돌기 사이의 하부면에 제공되는 난반사 돌기면을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치. - 제3항에서, 상기 직렬 통기 파이프 장치를 구성하는 다수개의 상기 광투과성 재질의 통기 파이프에는,
상기 역 'W'자 형상의 반사판이 내부 상단에 삽입 배치되는 것을 가이드 하도록 역 'W'자 형상의 반사판의 상부 오목부에 접하는 상부 가이드 돌기가 추가로 제공되는 것을 특징으로 하는 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치. - 제1항 내지 제4항 중에서 어느 하나의 항에 따른 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치를 구비한 조명 시스템으로서,
상기 흡기 파이프를 재배실 실내와 실외로 분기하고 상기 흡기 에어 댐퍼를 재배실(100)의 실외와 실내 단부에 설치되는 제1 흡기 에어 댐퍼와 제2 흡기 에어 댐퍼로 분할 설치하고,
상기 배기 파이프를 재배실 실내와 실외로 분기하고 상기 배기 에어 댐퍼를 재배실(100)의 실외와 실내 단부에 설치되는 제1 배기 에어 댐퍼와 제2 배기 에어 댐퍼로 분할 설치하고, 그리고
상기 광투과성 재질의 통기 파이프 내부에 설치되는 제1 온도 센서와,
재배실 내부에 설치되는 제2 온도 센서와,
재배실 외부에 설치되는 제3 온도 센서와, 그리고
상기 제1 온도 센서, 상기 제2 온도 센서, 및 상기 제3 온도 센서의 온도 측정값에 기초하여 상기 제1 흡기 에어 댐퍼 및 상기 제2 흡기 에어 댐퍼 중 하나의 흡기 에어 댐퍼와, 상기 제1 배기 에어 댐퍼 및 상기 제2 배기 에어 댐퍼 중 하나의 배기 에어 댐퍼를 선택하여 개방하여 상기 배기 펌프와 작동되도록 제어하는 제어장치를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치를 구비한 조명 시스템. - 제5항에 있어서, 상기 광투과성 재질의 통기 파이프 내부에 설치되는 상기 제1 온도 센서는,
상기 반사판의 배면에 설치되는 것으로서, 상기 형광램프의 유리 방전관 중앙부에 설치되는 방전관 중앙부 온도 센서와 방전관 외측의 전극 부근에 설치되는 방전관 전극부 온도 센서를 포함하여 이루어지고,
상기 제어장치는 상기 방전관 중앙부 온도 센서와 상기 방전관 전극부 온도 센서의 측정값에 기초하여 상기 형광램프가 설정 기준 이하의 성능 상태에 있다고 판별될 때 교환 대상이 된다는 신호를 별로도 제공되는 디스플레이 장치에 표시하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치를 구비한 조명 시스템. - 제5항에 있어서, 상기 광투과성 재질의 통기 파이프 내부에 설치되는 상기 제1 온도 센서는, 상기 반사판의 배면에 설치되는 것으로서, 상기 형광램프의 유리 방전관 중앙부에 설치되는 방전관 중앙부 온도 센서 또는 방전관 외측의 전극 부근에 설치되는 방전관 전극부 온도 센서를 포함하여 이루어지고,
상기 제어장치는 상기 광투과성 재질의 통기 파이프 내부에 설치되는 상기 제1 온도 센서의 측정값들을 비교하여 형광램프들 중에서 하나의 형광램프가 설정 기준 이하의 성능 상태에 있다고 판별될 때 교환 대상이 된다는 신호를 별로도 제공되는 디스플레이 장치에 표시하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치를 구비한 조명 시스템.
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| KR1020100101529A KR101221803B1 (ko) | 2010-10-18 | 2010-10-18 | 다단 적층 타입의 식물 재배 베드를 구비한 수경 재배 시스템에 사용되는 조명장치용 냉각장치 및 이를 구비한 조명 시스템 |
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Family
ID=46140117
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| GB201808664D0 (en) * | 2018-05-25 | 2018-07-11 | Intelligent Growth Solutions Ltd | Ventilation and lighting support |
Citations (2)
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