KR101870286B1 - 어류 및 식물의 고효율 재배 장치 - Google Patents

어류 및 식물의 고효율 재배 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 어류 양식 및 식물 재배가 동시에 이루어지는 스마트팜에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 식물 재배에서 발생하는 폐열을 이용하여 어류 양식에 사용함으로서, 에너지를 절감할 수 있는 새로운 스마트팜을 제공하는 것이다.
본 발명의 인삼-새우 양식 시스템은
LED 조명을 이용해서 인삼을 재배하는 다수의 다단식 인삼 재배 장치들이 내장되고, 상기 인삼 재배 장치들의 상단에 상기 LED에서 발생하는 폐열을 집열하기 위한 집열판이 설치된 인삼 재배용 컨테이너;
상기 집열판에서 집열된 열을 이용하여 새우를 양식하는 새우 양식 풀; 및
상기 집열판에서 증발된 냉매를 압축시키는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 냉각시키는 열교환기, 열교환기에서 냉각된 냉매를 집열판으로 보내는 제어기로 이루어진 컨테이너 냉각 관로와, 그리고 상기 새우 양식 풀에서 유출된 물이 상기 열교환기를 통과하면서 가열되어, 상기 새우 양식풀로 유입되는 새우 양식 풀 가열관로로 이루어진 폐열 회수 시스템을 포함한다.

Description

어류 및 식물의 고효율 재배 장치{PLANT AND FISH FACTORY WITH AN ENHANCED EFFICIENCY}
본 발명은 어류 양식 및 식물 재배가 동시에 이루어지는 스마트팜에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 식물 재배에서 발생하는 폐열을 이용하여 어류 양식에 사용함으로서, 에너지를 절감할 수 있는 새로운 스마트팜을 제공하는 것이다.
어류 양식나 식물의 재배가 성공적으로 이루어지기 위해서는, 노지나 해양에서 자연적으로 성장되는 어류나 식물에 비해서 경제적으로 유리해야 한다. 지나친 장치비와 운용비용으로 인해 가격 단가가 비싸지면서 오히려 손해가 발생하게 된다.
이에 따라, 식물을 온실에서 키우는 과정에서 생산되는 폐열을 이용하여, 어류 양식에 필요한 열을 제공함으로서, 운용비를 절감할 수 있는 방법이 개발되고 있다.
농업회사법인 에버그린팜 주식회사에 허여된 대한민국 특허 제1452044호에서는 내부 폐열을 활용한 어류 양식 및 작물재배용 온실을 개시한다. 이 장치는 공기를 강제로 순환시키는 장치가 필요하며, 온실의 온도가 외부 환경, 예를 들어, 계절과 날씨 또는 밤낮의 변화에 의해서 영향을 받게 되므로, 외부 온도가 낮아지는 겨울이나 밤에는 온실 내부를 가열할 수 있는 장치가 추가로 필요하고, 이로 인해 폐열의 이용하는 장점에도 불구하고 설치비와 운용비가 더 많이 소요되는 단점이 있다.
손덕순 등에게 허여된 대한민국 특허 제1446865호는 식물재배와 어류양식을 융합한 친환경 농어업장치 및 방법으로서, 직사각 관로형으로 되는 재배양식조에서 구획망으로 상,하부로 구획하여 상부는 식물재배, 하부는 어류양식을 영위할 수 있도록 하여 식물재배와 어류양식을 동일 시설에서 영위할 수 있게 하여, 어류의 양식과정에서 발생하는 부영양소를 식물 재배의 양액에 사용함으로서 시설비 및 관리 운영비를 절감시키는 장치와 방법을 제공한다. 그러나 이러한 방식은 어류의 배설물의 성분이 변화하므로, 성분의 변화에 따라 양액의 성분을 조절해 주어야 하는 문제가 있다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 온실을 외부 환경으로부터 차단하여 외부 환경에 의해서 온실 내부의 온도가 변하게 되는 문제를 해결하되, 온실을 외부 환경으로부터 차단할 경우 햇빛이 차단되는 문제를 해결하고, 또한, 외부 환경으로부터 차단에 의해서 발생하는 식물의 폐사율이 높아지는 문제를 해결하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은
LED 조명을 이용해서 인삼을 재배하는 다수의 다단식 인삼 재배 장치들이 내장되고, 상기 인삼 재배 장치들의 상단에 상기 LED에서 발생하는 폐열을 집열하기 위한 집열판이 설치된 인삼 재배용 컨테이너;
상기 집열판에서 집열된 열을 이용하여 새우를 양식하는 새우 양식 풀; 및
상기 집열판에서 증발된 냉매를 압축시키는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 냉각시키는 열교환기, 열교환기에서 냉각된 냉매를 집열판으로 보내는 제어기로 이루어진 컨테이너 냉각 관로와, 그리고 상기 새우 양식 풀에서 유출된 물이 상기 열교환기를 통과하면서 가열되어, 상기 새우 양식풀로 유입되는 새우 양식 풀 가열관로로 이루어진 폐열 회수 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이론적으로 한정된 것은 아니지만, 인삼은 다량의 햇빛을 받을 경우 성장이 저해되는 식물로서, 햇빛이 차단된 공간에서 엘이디 광원에 의한 재배가 바람직하다. 엘이디에서는 항상 일정한 열량이 방출되므로, 컨테이너의 내부는 별도의 가열장치 없이 냉각 관로만으로도 온도 제어가 가능하여, 장치비와 운전비용이 줄어들게 된다. 또한, 조밀하게 심어져 생육 과정에서 폐사된 인삼은 건조 후 가루로 만들어 새우 양식에 사용할 수 있어, 새우의 향균성을 높여 새우의 폐사율을 줄일 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 새우 양식용 수조에서 유출된 물은 열교환기에서 가열되기전에, 필터를 통해서 필터링되며, 열교환기에서 가열된 후 정화되어 새우 양식풀로 유입되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 새우 양식풀로 유입되는 물의 온도가 적정 온도보다 낮을 경우, 상기 물은 인라인 히터를 통해서 추가적으로 가열되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 새우 양식풀로 유입되는 물의 일부는 새우 양식 풀이 있는 층에 설치되는 라디에이터를 통과한 후, 새우 양식풀에서 유출되는 물에 합류되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 인삼 재배용 컨테이너와 새우 양식풀은 건물 내부에 설치될 수 있으며, 바람직하게는 인삼 재배용 컨테이너는 건물의 2층에 설치되고, 새우 양식풀은 건물의 1층에 설치되며, 상기 폐열 회수 시스템은 건물 외부에 설치되어 관로로 연결되는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 새우 양식은 인삼을 포함하는 사료를 이용하여 재배되는 것이 바람직하다. 특히, LED로 양식되는 어린 인삼들은 폐사될 경우 잎이 연해 새우의 사료로 적합하다.
본 발명에 따른 어류 및 식물의 동시 재배 장치는 외부 채광을 차단한 상태에서 키울 수 있는 인삼과 새우를 조합함으로써, LED를 이용해서 효율적으로 인삼을 키울 수 있으며, LED에서 발생되는 폐열과 인삼 폐사분을 새우의 양식에 사용할 수 있어, 설치비와 마리당 생산단가가 저렴하여 가격 경쟁력이 우수하다.
도 1은 본 발명에 따른 인삼-새우 양식시스템을 나타내는 설명도이다.
이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하기 위한 것이 아님을 유의하여야 한다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 하나의 건물에서 새우를 사육하고 동시에 인삼을 재배하는 공장(10)은 2층 건물로 이루어지며, 건물 1층에는 새우 양식용 수조(100)가 설치며, 2층에는 인삼 재배용 컨테이너(200)가 설치되며, 폐열 회수 시스템(300)은 공장(10) 외부에 설치된다.
인삼 재배용 컨테이너(200)는 외부의 광원이 유입되지 않도록 출입문을 제외하고는 차단된 상태를 이루며, 컨테이너 내부에 공기를 순환시킬 수 있는 공조 장치(도시되지 않음)를 포함한다. 컨테이너의 벽면은 겨울철 외부의 차가운 대기와 여름철 외부의 뜨거운 대기로부터 열전달을 차단할 수 있도록 벽면 내부에는 단열재가 설치된다.
인삼 재배용 컨테이너(200)에는 내부에 LED 조명을 이용해서 인삼을 재배하는 다수의 다단식 인삼 재배 장치(210)들이 설치된다. 바람직하게는 5~10 개의 다단식 인삼 재배 장치(210)들이 설치될 수 있다.
다단식 인삼 재배 장치(210)들은 3단 내지 4단으로 이루어진 다단 트레이(211)에 인삼 재배용 토양(212)을 넣고, 각각 단마다 LED 조명(213)이 설치된다. LED 조명(213)은 인삼의 재배 속도를 높이고, 고영양 성분의 인삼이 얻어질 수 있도록 소정의 파장으로 조절되어 방출된다.
인삼 재배용 컨테이너(200)의 상부에는 LED 조명에서 발생되는 폐열을 집열하기 위해 다수의 집열판(220)이 설치된다. 집열판(220)들은 공기와의 접촉 면적을 늘려 회수 효율을 개선할 수 있도록 설치되며, 바람직하게는 동일한 면적의 직사각형 형태의 집열판(220)들을 소정 간격으로 이격해서 설치하되, 비스듬하게 나란히 설치하는 것이 좋다.
집열판(220)은 건물 외부의 폐열 회수 시스템(300)에 두 개의 관을 통해서 연결되며, 하나는 외부로부터 압축된 냉매가 유입되는 냉매 유입관(221)이며, 다른 하나는 증발된 냉매가 유출되는 냉매 유출관(222)이다.
새우 양식용 수조(100)은 상부 개방된 원통형 탱크형이며, 건물 외부의 폐열 회수 시스템(300)에 두 개의 관을 통해서 연결된다. 하나는 새우 양식용 수조(100)의 온도가 내려가지 않도록 외부로부터 소정의 온도로 가열된 물이 유입되는 물 유입관(111)이며, 다른 하나는 냉각된 물이 유출되는 물 유출관(112)이다.
새우 양식용 수조(100)가 위치한 건물 1층 내부의 실내 온도를 높일 수 있도록, 라디에이터(113)을 설치할 수 있으며, 상기 라디에이터(113)는 상기 온수 유입관(111) 및 유출관(112)에 연결된다.
인삼 재배용 컨테이너(200)의 폐열을 새우 양식용 수조(100)에 이용하는 폐열 회수 시스템(300)은 냉매를 압축하고 팽창시키는 주제어 장치(310)와 뜨거운 냉매와 차가운 수조 물의 열을 교환하는 열교환기(320)로 이루어진다.
주제어장치(310)에서는 집열판(220)에서 유입된 가열된 냉매가 압축되어 열교환기(320)로 유출되며, 열교환기(320)에서 유입된 냉각된 냉매가 팽창되어 집열판(220)으로 유출된다.
열교환기(320)에는 열매체(321)가 충진된 본체(322)와 냉매 흐름관(323)과 물 흐름관(324)를 가진다. 냉매 흐름관(323)은 일측을 통해 주제어장치(310)로부터 냉매가 유입된 후, 타측을 통해 주제어장치(310)로 냉매가 유출되며, 물 흐름관(324)은 일측을 통해 새우 양식용 수조(100)로부터 냉각된 물이 유입되며, 물 흐름관(324)의 타측을 통해 새우 양식용 수조(100)로 냉각된 물이 유출된다.
열교환기(320)에서 유출된 물은 사육수 정화 장치(325)를 거쳐서 정화된 상태에서 새우 양식용 수조(100)로 공급되며, 열교환기(320)를 통과한 후에도 물의 온도가 낮을 경우를 대비하여, 인라인 히터(326)를 통해서 추가로 가열되어 새우 양식용 수조(100)로 공급된다. 또한, 열교환기(320)으로 유입되는 물은 새우 양식용 수조의 물에 포함된 부유물을 제거할 수 있도록, 필터(327)를 거쳐서 유입된다.
생육 과정에서 폐사된 인삼은 뿌리와 잎새 전체를 가열 건조과정을 통해서 분말로 제조되며, 새우 양식용 사료와 혼합되어 투입된다. 바람직하게는 새우 양식용 사료 100 중량부에 폐사된 인삼 건조 가루 0.1~1.0 중량부의 범위로 혼합하여 사용한다. 주로 폐사되는 2 년생 미만의 어린 인삼은 잎새에 좋은 성분들이 축적되어 있으므로, 잎새를 따로 채취하여 건조한 후 파쇄해서 사용하는 것이 좋다.

Claims (1)

  1. 새우를 사육하고 인삼을 재배하는 2층으로 이루어진 건물;
    상기 건물의 2층에 배치되고, 햇빛이 차단되는 인삼 재배용 단열 컨테이너, 여기서 상기 인삼재배용 단열 컨테이너는 LED 조명을 이용해서 인삼을 재배하는 다수의 다단식 인삼 재배 장치들이 내장되고, 상기 인삼 재배 장치들의 상단에 상기 LED에서 발생하는 폐열을 집열하기 위한 집열판이 설치되며, 상기 집열판은 냉매 유입관과 냉매 유출관이 건물 외부의 폐열회수 시스템에 연결되고;
    상기 건물의 1층에 배치되고, 상기 집열판에서 집열된 열을 이용하여 새우를 양식하는 새우 양식 수조, 여기서 상기 새우 양식수조는 물 유입관과 물 유출관을 통해서 건물 외부의 폐열 회수 시스템에 연결되며; 및
    건물 외부의 폐열 회수 시스템, 여기서 건물 외부의 폐열 회수 시스템은
    상기 집열판에서 증발된 냉매를 압축하여 열교환기로 보내며, 열교환기에서 냉각된 냉매를 집열판으로 보내는 주제어 장치와, 상기 주제어 장치에서 압축된 냉매를 냉각시키는 열교환기로 이루어진 컨테이너 냉각 관로와, 및 상기 새우 양식 수조에서 유출된 물이 상기 열교환기를 통과하면서 가열되어, 상기 새우 양식 수조로 다시 유입되는 새우 양식 수조 가열관로 이루어지며, 여기서 상기 새우 양식 수조 가열관로에는 필터와 인라인 히터를 더 포함하며, 상기 열교환기는 열매체가 충진된 본체와 냉매 흐름관과 물 흐름관을 가지며; 을 포함하는 인삼-새우 양식 시스템.
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