KR101760024B1 - 온실용 이산화탄소 시비 장치 - Google Patents

온실용 이산화탄소 시비 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 온실용 이산화탄소 시비 장치(100)은 식물을 재배하는 온실(200); 상기 온실(200)과 가스공급라인(L10)으로 연결되는 보일러(110); 상기 온실(200)과 양액공급라인(L20)으로 연결되는 원수 탱크(120); 상기 온실(200)과 온수공급라인(L30)으로 연결되는 난방용 온수 탱크(130); 및 상기 보일러(110)에 연결되는 제어부(140);를 포함하고, 상기 보일러(110)와 상기 원수 탱크(120)는 제1 열교환 관로(L40)로 연결되고, 상기 보일러(110)와 상기 난방용 온수 탱크(130)는 제2 열교환 관로(L50)로 연결되며, 상기 제어부(140)는 상기 열교환 관로들(L40,L50) 중 어느 하나의 열교환 관로와 상기 보일러(110)의 열교환을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.

Description

온실용 이산화탄소 시비 장치{Carbon Dioxide Enrichment Apparatus for Greenhouse}
본 발명은 온실용 이산화탄소 시비 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이산화탄소(CO2) 시비 과정에서 발생하는 열을 이용하여 온실 내부로 공급되는 양액 또는 원수를 가열함으로써 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 농업용 온실 이산화탄소 시비 장치 및 방법에 관한 것이다.
양액 재배는 일반적인 토양재배와 다르게 작물에 공급되는 물과 양분을 동시에 조절하여 인공토양(배지)에 공급하면서 재배하는 방식이다.
양액 재배 방법은 시비 방법이 간편하고 관행적인 토양재배보다 토양 중의 비료 농도를 적량으로 낮게 조절할 수 있어서 토양에 염류 집적 장해가 나타나지 않게 되어 연작장해 경감 및 비료의 오용을 줄여 환경오염을 줄일 수 있는 이점이 있어 딸기, 파프리카, 토마토 등 시설재배에 보편적으로 이용하고 있다.
상기와 같이 작물 재배에 필요한 양분은 원수와 혼합하여 양액의 형태로 온실로 공급되며, 원수로는 주로 지하수가 사용된다.
공급되는 양액은 작물에 따라 15 내지 18℃ 정도의 적정한 온도를 유지하는 것이 중요한데, 특히 겨울철에는 원수위 온도가 10℃ 내외로 낮아져 양분의 흡수율이 떨어지기 때문에 수온을 높이기 위한 외부 열원 설치가 필요하다.
식물이 생장하는데 광, 온도, 수분과 더불어 이산화탄소가 필수 요소이기 때문에 작물을 시설 내에서 재배하는 농가에서는 광합성 작용을 촉진하기 위해서 부족해진 이산화탄소를 보충하여 시비를 한다.
특히, 비닐 하우스, 유리온실과 같이 외부 공기가 원활히 유입될 수 없는 저온기에는 이산화탄소 부족으로 인하여 광합성이 제한되기 쉬우므로 이산화탄소 시비가 필수적이다.
한편, 상기와 같은 이산화탄소 시비를 위하여 보일러의 연소 과정에서 발생하는 배기가스를 사용하여 온실로 이산화탄소를 공급하는 방법을 고려할 수 있는데, 별도의 이산화탄소 발생 장치를 설치해야 하고 연소 과정에서 발생한 열을 이용할 수 없어서 시스템의 효율이 떨어진다.
온실용 난방보일러를 이용한 온실의 이산화탄소 공급장치에 대한 기술 내용을 제시하는 종래의 문헌으로서, 대한민국등록실용신안 제20-0178420호를 예로 들 수 있다. 상기 등록실용신안은 연소실에서 발생된 연소가스가 컨덴서를 거쳐 정화되어 배출되는 동시에 식물의 성장에 필요한 양 만큼의 배기가스에 포함된 이산화탄소를 온실에 자동 공급되게 하고, 공급된 이산화탄소에 의하여 식물의 성장을 촉진시키는 동시에 보일러에서 가열된 온수에 의해 지중 난방을 행하게 하는 내용을 제시한다.
상기 종래의 문헌상에서는 난방보일러에서 발생된 이산화탄소를 처리한 후 이를 온실에 공급하여 작물의 생육을 촉진하는 내용을 제시하기는 하지만, 난방보일러를 이용하여 원수 또는 양액을 적절하게 공급하거나 일사량에 따라 이산화탄소의 공급량을 조절하는 방안 등에 대해서는 구체적으로 기재하지 않고 있다.
KR 20-0178420 B1
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로서, 보다 구체적으로 보일러에서 발생한 배기가스를 정화하여 이산화탄소(CO2) 시비 에 사용하며, 이 과정에서 발생하는 열을 이용하여 온실 내부로 공급되는 양액을 가열함으로써, 저온기 양액의 온도를 올려 양분 흡수를 촉진시키고, 이산화탄소 시비를 겸용으로 할 수 있어 시스템의 효율성을 향상시켰다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 제공되는 본 발명에 따른 온실용 이산화탄소 시비 장치(100)은 식물을 재배하는 온실(200); 상기 온실(200)과 가스공급라인(L10)으로 연결되는 보일러(110); 상기 온실(200)과 양액공급라인(L20)으로 연결되는 원수 탱크(120); 상기 온실(200)과 온수공급라인(L30)으로 연결되는 난방용 온수 탱크(130); 및 상기 보일러(110)에 연결되는 제어부(140);를 포함하고, 상기 보일러(110)와 상기 원수 탱크(120)는 제1 열교환 관로(L40)로 연결되고, 상기 보일러(110)와 상기 난방용 온수 탱크(130)는 제2 열교환 관로(L50)로 연결되며, 상기 제어부(140)는 상기 열교환 관로들(L40,L50) 중 어느 하나의 열교환 관로와 상기 보일러(110)의 열교환을 가능하게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부(140)는, 일조량이 기설정된 기준 한도 이상일 경우에 작동하는 제1 모드 및 일조량이 기설정된 기준 한도 미만일 경우에 작동하는 제2 모드로 구축되어 있다.
상기 제1 모드는, 상기 가스공급라인(L10)을 통해 상기 보일러(110)에서 상기 온실(200)로 가스를 공급하게 하는 동시에 상기 양액공급라인(L20)을 통해 상기 원수 탱크(120)에서 상기 온실(200)로 양액을 공급할 수 있도록 구축되어 있다.
상기 제2 모드는, 상기 온수공급라인(L30)을 통해 상기 난방용 온수 탱크(130)에서 상기 온실(200)로 온수를 공급하도록 하였고, 상기 제어부(140)에 의해 이산화탄소 공급량을 조절할 수 있도록 송풍기가 부착되어 있다.
본 발명에 따른 온실용 이산화탄소 시비 장치는 이산화탄소 시비를 위한 연소 과정에서 발생하는 열을 이용하여 양액 공급용 원수를 가열함으로써 별도의 설비를 추가하지 않고 이산화탄소를 시비할 수 있다.
또한, 본 발명 이산화탄소 시비 과정에서 발생하는 열을 이용하여 양액을 가열함으로써, 온실 내부로 양액을 공급하거나, 양액을 적정 온도로 유지하는 것을 편리하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온실용 이산화탄소 시비 장치의 개념도,
도 2는 도 1에 따른 장치의 제1 모드를 도시한 도면,
도 3은 도 1에 따른 장치의 제2 모드를 도시한 도면, 및
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온실용 이산화탄소 시비 장치의 개념도이다.
본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 온실용 이산화탄소 시비 장치를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명인 온실용 이산화탄소 시비 장치는 필요에 따라 일체형으로 제조되거나 각각 분리되어 제조될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용이 가능하다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 온실용 이산화탄소 시비 장치를 상세히 설명하기로 한다.
온실용 이산화탄소 시비 장치(100)의 실시예
본 발명의 실시예에서 사용되는 이산화탄소(CO2) 시비는 온실(200) 내에 이산화탄소를 공급하는 것을 말하며, 식물의 광합성 반응에 필수적인 요소인 이산화탄소를 사용하여 광합성 작용이 활발하게 일어나도록 할 수 있다. 특히, 하우스와 같이 환기가 원활히 이루어지기 힘든 공간에서 이루어지는 시설원예 재배에 있어서는 이산화탄소 부족으로 인하여 광합성이 제한되는 것을 방지할 수 있게 한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 온실용 이산화탄소 시비 장치(100)를 설명한다.
온실 이산화탄소 시비 장치(100)는 식물을 재배하는 온실(200)과 가스공급라인(L10)으로 연결되는 보일러(110), 온실(200)과 양액공급라인(L20)으로 연결되는 양액 원수 탱크(120), 온실(200)과 온수공급라인(L30)으로 연결되는 온수 탱크(130), 보일러(110)에 연결되는 제어부(140), 및 가스공급라인(L10) 상에 배치되는 송풍기(150)를 포함한다. 양액공급라인(L20) 상에는 양액 혼합기(124) 및 원수 펌프(122)가 배치되고 온수공급라인(L30) 상에는 온수 펌프(132)가 배치된다.
여기에서, 양액 원수 탱크(120)는 제1 열교환 관로(L40)를 통해 보일러(110)의 컨덴서(112)에 연결되고, 온수 탱크(130)는 제2 열교환 관로(L50)를 통해 보일러(110)에 연결된다.
본 발명이 적용되는 온실(200)은 그 내부에 재배되는 식물이 일정한 형태로 배열되어 재배되며, 배열된 식물 사이마다 배관(210)이 나열되는 구조를 유지한다. 가스공급라인(L10)을 통해 공급되는 이산화탄소 가스 및 양액공급라인(L20)을 통해 공급되는 양액이 배관(210)을 따라 각각의 재배 식물에 제공된다. 구체적으로, 가스공급라인(L10)은 복수의 배관(210)에 연결되는 가스분배관(220)에 연통하고, 양액공급라인(L20)은 복수의 배관(210) 사이에 배치되는 양액분배관(230)에 연통한다.
한편, 온수공급라인(L30)은 배관(210), 가스분배관(220), 및 양액분배관(230)을 둘러싸는 형태로 구성될 수 있다.
여기서, 이산화탄소와 양액이 적절한 분량으로 온실(200)에 공급됨으로써, 광합성 작용이 활발하게 일어나 재배식물의 생육이 촉진되고 품질이 향상될 수 있다.
또한, 온실(200)은 그 내부의 이산화탄소의 농도가 일정 수준을 넘으면 오히려 광합성이 둔화되는 경향을 나타낼 수 있으므로 이산화탄소를 외부로 배출시키는 환기 수단을 별도로 구비하여 상기 온실(200) 내부의 이산화탄소 농도를 조절하는 것이 바람직하다.
보일러(110)는 연료를 연소하여 발생하는 열을 이용하여 난방용 온수 또는 양액 공급을 위한 원수를 가열하는 부재로서, 제어부(140)의 제어를 받아 난방용 온수 또는 원수를 선택적으로 가열한다. 즉, 제어부(140)의 제어에 따라 연료를 연소하여 가스공급라인(L10)을 통해 이산화탄소 가스를 배출하고, 연료를 연소할 때 발생하는 열을 이용하여 보일러원수와 난방용 온수를 동시에 가열할 수 있다.
양액 원수 탱크(120)는 온실(200)에 양액 공급을 위한 원수가 저장되는 부재로서, 지하수 등의 농업용수가 저장된다. 상기 양액 원수 탱크(120)에 저장된 원수는 양액 혼합기(124)의 양분 원액과 혼합되어 양액을 형성하며, 상기 형성된 양액은 양액공급라인(L20)을 따라 온실(200) 측으로 이송된다.
또한, 상기 형성된 양액은 원수와 원액이 일정한 비율로 혼합되어 원수펌프(122)에 의해 양액공급라인(L20)을 따라 온실(200)에 공급된다.
온수탱크(130)는 온실(200)의 난방을 위하여 온실(200)에 제공되는 난방용 온수가 저장되는 부재로서, 주로 야간에 가열된 난방용 온수를 온실(200) 내부로 공급하여 온실(200)을 난방시킨다. 여기서, 가열된 난방용 온수는 온수 펌프(132)에 의해 온수공급라인(L30)을 따라 온실(200)에 공급된다.
제어부(140)는 양액 원수 탱크(120) 또는 온수탱크(130)를 선택적으로 가열하도록 보일러(110)를 제어하는 부재이다. 즉, 제1 열교환 관로(L40) 및 제2 열교환 관로(L50) 중 어느 하나 이상을 통해 유동하는 양액 또는 난방용 원수에 대한 열교환을 거쳐 가열을 시행한다. 또한, 제어부(140)는 보일러(110)의 동작 상태에 따라 보일러(110)에서의 연소시 발생하는 이산화탄소 가스를 온실(200)로 공급하도록 송풍기(150)를 제어한다.
송풍기(150)는 제어부(140)의 제어에 따라 작동하여 이산화탄소 가스를 이송시켜 온실(200) 내부로 공급하는 것이고, 송풍기(150)가 마련되는 가스공급라인(L10)은 보일러(110)에서 배출되는 이산화탄소 가스가 온실(200) 내부로 유동되는 경로를 제공한다.
이하, 도 2 내지 도 4를 이용하여 온실 이산화탄소 시비 장치(100)의 작동을 설명한다.
도 2는 온실 이산화탄소 시비 장치(100)의 제1 모드를 나타낸다. 여기에서는 외부 온도가 높은 경우 또는 태양광이 조사되어 온실(200) 난방에 필요한 열이 충분히 공급되는 경우에, 이산화탄소 시비를 위한 연소과정에서 발생하는 열을 이용해 양액을 가열한다.
즉, 주간에는 일조량이 충분하여 태양광 만으로도 온실(200) 난방에 필요한 열을 충분히 공급할 수 있으므로 난방용 온수공급라인(L30)을 통한 온수의 공급 없이 가스공급라인(L10)을 통해 보일러(110)의 연소과정에서 발생하는 이산화탄소를 공급하거나 또는 양액공급라인(L20)을 통하여 보일러(110)의 연소과정에서 발생하는 열원을 이용해 양액을 가열한다. 여기에서, 양액 혼합기(124)는 농축 양액(A,B,C)이 저장된 상태에서 필요에 따라 적절히 배합하여 사용할 수 있다.
상기와 같이, 보일러(110)에서 공급되는 이산화탄소 가스는 가스공급라인(L10)을 따라 온실(200) 내부에 공급되어 이산화탄소 시비에 사용된다.
이산화탄소 시비가 진행되는 경우에, 제어부(140)는 보일러(110)를 제어하여 제2 열교환 관로(L50)를 제외하고 제1 열교환 관로(L40) 만을 통해 양액 원수 탱크(120)에서 공급되는 원수에 열공급을 가능하게 한다. 상기와 같은 제어 방법을 통해 보일러(110)의 연소과정에서 발생하는 열을 제공받는 원수는 양액공급라인(L20)을 통해 용이하게 온실(200)로 제공된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 모드에 따라 작동시에 가스공급라인(L10)과 양액공급라인(L20)을 통해 온실(200)로 공급되는 이산화탄소 가스와 양액이 온실(200) 내부에 일정하게 배열된 재배식물 사이마다 배관(210)을 따라 각각의 재배식물에 공급된다.
또한, 온실(200) 내부의 이산화탄소의 농도가 일정 수준을 넘을 경우 광합성이 둔화되는 것을 예방하기 위해 이산화탄소를 외부로 배출시키는 환기수단을 이용하여 온실(200) 내부의 이산화탄소 농도를 조절할 수 있다. 여기서, 이산화탄소와 양액이 공급됨으로써, 광합성 작용이 활발하게 일어나 재배식물의 생육이 촉진되고 품질이 향상될 수 있다.
또한, 이산화탄소 시비 과정에서 발생하는 열을 이용하여 양액을 가열함으로써 불필요한 에너지 손실을 줄여 에너지를 효율적으로 사용하게 되므로 장치의 효율을 높일 수 있다.
도 3은 온실 이산화탄소 시비 장치의 제2 모드를 나타낸다. 여기에서는 태양광 만으로는 온실 난방이 불충분하여 추가적인 열 공급이 필요한 경우를 도식화 것이다.
야간에는 식물이 광합성 작용을 하지 않기 때문에 추가적인 이산화탄소의 공급이 불필요하다. 따라서 가스공급라인(L10)과 양액공급라인(L20)은 작동시키지 않고, 난방용 온수공급라인(L30)을 작동시켜 온실(200)에 열을 제공한다.
과정을 보면, 보일러(110)가 연료를 연소시킬 경우 열이 발생한다. 이때 발생하는 열을 이용하여 온수공급라인(L30)을 따라 흐르는 난방용 온수에 열교환을 통해 열을 제공한다. 가열된 난방용 온수는 온수공급라인(L30)을 따라 온실(200)에 공급되며 온실(200) 내부의 온도를 상승시키고 유지하는데 사용되며, 온수공급라인(L30)을 통해 순환한다.
상기와 같이, 태양광만으로는 온실(200) 난방이 불충분하므로 온실(200) 내부에 추가적인 난방을 필요로 할 경우에는 온실(200) 내에 이산화탄소 시비는 진행되지 않는다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 온실용 이산화탄소 시비 장치(100')를 도식화 한 것이다. 도 4를 참조하면, 온실 이산화탄소 시비 장치(100')는 이산화탄소 시비용 보일러(110a)와 난방용 보일러(110b)를 따로 구비할 수 있다. 즉, 제어부(140)는 이산화탄소 시비용 보일러(110a)와 난방용 보일러(110b)를 개별적으로 제어할 수 있다.
상술한 바와 같이 온실용 이산화탄소 시비 장치(100')에서는 양액공급라인(L20)과 난방용 온수공급라인(L30)이 제어부(140)의 제어에 따라 선택적으로 가동되는데, 이를 통해 불필요한 부분에 에너지를 사용함으로써 손실이 일어나는 것을 방지할 수 있다.
이상의 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.
100, 100' : 온실용 이산화탄소 시비 장치
110 : 보일러
110a : 이산화탄소 시비용 보일러
110b : 난방용 보일러
120 : 원수 탱크
130 : 난방용 온수 탱크
140 : 제어부
150 : 송풍기
160 : 열저장조
200 : 온실
210 : 배관
L10 : 가스공급라인
L20 : 양액공급라인
L30 : 온수공급라인
L40 : 제1 열교환 관로
L50 : 제2 열교환 관로

Claims (7)

  1. 식물을 재배하는 온실(200);
    상기 온실(200)과 가스공급라인(L10)으로 연결되는 보일러(110);
    상기 온실(200)과 양액공급라인(L20)으로 연결되며, 상기 양액공급라인(L20) 상에 위치하여 상기 온실(200)에 양액을 공급하는 양액 혼합기(124)에 원수를 공급하는 원수 탱크(120);
    상기 온실(200)과 온수공급라인(L30)으로 연결되는 난방용 온수 탱크(130); 및
    상기 보일러(110)에 연결되는 제어부(140);를 포함하고,
    상기 보일러(110)와 상기 원수 탱크(120)는 제1 열교환 관로(L40)로 연결되고, 상기 보일러(110)와 상기 난방용 온수 탱크(130)는 제2 열교환 관로(L50)로 연결되며,
    상기 제어부(140)는 상기 열교환 관로들(L40, L50) 중 어느 하나의 열교환 관로와 상기 보일러(110)가 열교환하도록 함으로써,
    상기 보일러(110)의 연소시 발생하는 이산화탄소가 상기 온실(200)에 공급되면서, 상기 난방용 온수 탱크(130)로부터 상기 온실(200)로의 온수 공급과 상기 원수 탱크(120)로부터 상기 양액 혼합기(124)로의 가열된 원수 공급은 선택적으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    온실용 이산화탄소 시비 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부(140)는, 일조량이 기설정된 기준 한도 이상일 경우에 작동하는 제1 모드 및 일조량이 기설정된 기준 한도 미만일 경우에 작동하는 제2 모드를 구비하는 것을 특징으로 하는,
    온실용 이산화탄소 시비 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 모드는,
    상기 가스공급라인(L10)을 통해 상기 보일러(110)에서 상기 온실(200)로 가스를 공급하게 하는 동시에 상기 양액공급라인(L20)을 통해 상기 원수 탱크(120)에서 가온된 원수를 상기 양액 혼합부(124)로 공급하여, 상기 온실(200)로 가열된 양액을 공급하게 하는 것을 특징으로 하는,
    온실용 이산화탄소 시비 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 모드는,
    상기 온수공급라인(L30)을 통해 상기 난방용 온수 탱크(130)에서 상기 온실(200)로 온수를 공급하게 하는 것을 특징으로 하는,
    온실용 이산화탄소 시비 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 가스공급라인(L10)을 통해 상기 온실(200)로부터 상기 보일러(110)에 이산화탄소가 공급되는 것을 특징으로 하는,
    온실용 이산화탄소 시비 장치.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 보일러(110)는 상기 원수 탱크(120)에 연결되는 이산화탄소 시비용 보일러(110a)와 상기 난방용 온수 탱크(130)에 연결되는 난방용 보일러(110b)를 포함하는 것을 특징으로 하는,
    온실용 이산화탄소 시비 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스공급라인(L10) 상에는 상기 온실(200)로부터 상기 보일러(110)로 공급되는 이산화탄소의 공급량을 조절하는 송풍기가 배치되고, 상기 송풍기는 상기 제어부(140)에 의해 조절되는 것을 특징으로 하는,
    온실용 이산화탄소 시비 장치.
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