KR101926700B1 - 식물재배용 이산화탄소 발생 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 식물재배용 이산화탄소 발생 시스템에 관한 것이다. 상기 식물재배용 이산화탄소 발생 시스템은, 내부에 소정 크기의 드라이아이스(1)가 저장되는 진공탱크(10)와; 상기 진공탱크(10)로부터 공급되는 상기 드라이아이스(1)를 승화시켜 이산화탄소를 발생시키는 승화기(20)와; 상기 승화기(20)로부터 공급되는 이산화탄소를 저장하는 저장탱크(30) 및; 상기 승화기(20)의 작동을 제어하는 제어기(40); 를 포함한다.
이러한 구성에 따르면, 드라이아이스를 사용하여 운반과 저장 및 사용이 용이하고, 이산화탄소의 공급량을 정확하게 조절할 수 있는 이산화탄소 발생 시스템을 제공할 수 있다.

Description

식물재배용 이산화탄소 발생 시스템 {System for generating carbon dioxide to cultivate plants}

본 발명은 온실이나 비닐하우스 내부로 이산화탄소를 공급하기 위한 식물재배용 이산화탄소 발생 시스템에 관한 것이다.

최근에는 병충해를 예방하고 기후의 영향을 받지 않고 식물을 재배하기 위하여 비닐하우스 또는 온실(이하 '온실') 내부에서 식물(작물)을 재배하고 있다.

그러나 일반적으로 식물은 빛과 이산화탄소 및 물을 이용하여 광합성을 하면서 생장하는데, 밀식상태의 온실 내부는 이산화탄소의 농도가 약 370ppm 정도로 식물의 광합성을 위한 적정의 이산화탄소의 농도 700~2500ppm보다 크게 떨어지고, 이마저도 식물이 광합성을 시작하면서 이산화탄소 농도가 약 150ppm이하로 크게 떨어지면서 식물이 적절하게 광합성을 하지 못하게 되어 성장이 저하된다.

따라서 온실에는 식물의 생장에 필요한 적정의 빛과 더불어 이산화탄소를 인위적으로 공급함으로써 식물의 생장에 필요한 광합성을 담보하고 있다(특허문헌 1 내지 4의 내용 참조).

온실의 내부에 이산화탄소를 공급하기 위한 방법으로는 액화탄산을 공급하는 방법과 액상 또는 고형 연료를 버너 등을 이용하여 연소시켜 발생하는 이산화탄소를 공급하는 방법이 있다.

그러나, 액화탄산은 용기 설치비가 매우 비싸서 소규모 농장에서 사용하기 어렵다.

따라서, 일반 농가에서는 주로 화석 연료를 연소시켜 발생하는 이산화탄소를 온실의 내부로 공급하고 있다. 그러나 이 경우 화석 연료의 연소과정에서 발생하는 유해가스가 작물의 생장에 안 좋은 영향을 주고, 또한 화석 연료를 사용함에 있어서도 유지비용이 많이 발생하던 문제가 있다.

그리고 화석 연료를 연소시켜 발생하는 이산화탄소를 공급하는 경우에는 온실의 내부로 공급되는 이산화탄소의 양을 정확하게 조절하는 데에 어려움이 있고, 과도하게 발생된 이산화탄소는 대기 중으로 그대로 배출됨으로써 대기를 오염시키는 문제도 있었다.

따라서 이산화탄소의 공급과 사용이 간편하고, 온실로 공급되는 이산화탄소의 공급량을 정확하게 조절할 수 있으며, 이산화탄소에 유해가스가 포함되어 있지 않아 친환경적인 이산화탄소 발생 시스템이 요구된다.

KR 10-1361152 B1 KR 10-2014-0020646 A KR 10-1396256 B1 KR 10-2017-0087619 A

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 식물 재배용 이산화탄소 공급 시스템이 가지던 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 이산화탄소의 공급과 사용이 간편하고, 이산화탄소의 공급량을 정확하게 조절할 수 있으며, 이산화탄소에 유해가스가 포함되어 있지 않아 친환경적인 이산화탄소 발생 시스템을 제공하고자 함에 그 목적이 있다.

상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른 식물재배용 이산화탄소 발생 시스템은, 내부에 소정 크기의 드라이아이스가 저장되는 진공탱크와; 상기 진공탱크로부터 공급되는 상기 드라이아이스를 승화시켜 이산화탄소를 발생시키는 승화기와; 상기 승화기로부터 공급되는 이산화탄소를 저장하는 저장탱크 및; 상기 승화기의 작동을 제어하는 제어기; 를 포함한다.

또한, 상기 승화기에는 상기 드라이아이스를 분쇄하는 분쇄기가 구비된다.

또한, 상기 승화기는 상기 분쇄기를 통해 분쇄된 상기 드라이아이스를 가열하여 승화를 촉진하는 히팅플레이트를 더 포함한다.

또한, 상기 승화기와 상기 저장탱크 사이를 연결하는 저장라인; 상기 저장라인에 설치되는 제1 밸브; 상기 저장탱크와 온실 사이를 연결하는 공급라인; 상기 공급라인에 설치되는 제2 밸브; 를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 제1 밸브와 상기 제2 밸브의 작동을 제어한다.

본 발명에 따르면, 진공탱크 내부에 드라이아이스가 진공 저장되므로 운반 및 저장이 용이하고, 필요한 이산화탄소량에 맞추어 드라이아이스를 분쇄하여 사용할 수 있으므로 이산화탄소의 과공급과 드라이아이스의 낭비가 방지된다.

또한 본 발명은 드라이아이스가 승화하여 발생하는 이산화탄소를 사용하기 때문에 화석 연료 등을 연소시키는 과정에서 발생하는 유해가스가 포함되어 있지 않아 친환경적이다.

더욱이 본 발명은 제어기가 온실 환경을 지속적으로 모니터링하여 온실 내부의 조도, 온도 및 이산화탄소 소비량 데이터를 저장하고, 누적된 데이터에 기초하여 현재 온실 내부의 조도와 온도 조건에 맞는 이산화탄소량을 계산한 다음, 이에 맞추어 필요한 양 만큼의 이산화탄소를 발생시켜 자동으로 공급하기 때문에 관리가 용이하면서도 이산화탄소를 과도하게 발생시키는 것이 방지된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 식물재배용 이산화탄소 발생 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드라이아이스 저장탱크를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 승화기를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저장탱크를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저장탱크를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 동작순서를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 식물재배용 이산화탄소 발생 시스템의 사용 예를 도시하는 도면이다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 식물재배용 이산화탄소 발생 시스템을 도시하는 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 드라이아이스 저장탱크를 도시하는 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 승화기를 도시하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 식물재배용 이산화탄소 발생 시스템은 진공탱크(10), 승화기(20), 저장탱크(30) 및 제어기(40)를 포함한다.

도 2를 참조하면, 진공탱크(10)는 내부에 소정 크기의 블록(또는 펠릿) 모양의 드라이아이스(1)가 저장되고, 드라이아이스(1)의 자연 승화를 지연시켜 드라이아이스의 낭비와 이산화탄소의 손실을 줄이기 위해 진공 및 열 차단 구조로 제작된다. 진공탱크(10)는 -78℃ 이상의 온도에서 자연 승화하는 드라이아이스의 승화 속도를 지연시켜, 드라이아이스의 낭비와 이산화탄소 손실을 제한한다.

드라이아이스(1)는 인체에 무해하여 99%이상의 식용 가능한 이산화탄소를 생성하는 것으로 알려져 있다.

상기와 같은 진공탱크(10)는, 내부에 100~200리터의 드라이아이스(1)가 저장되는 공간이 형성된 내부용기(11)와, 이러한 내부용기(11)의 외측면을 소정 두께로 감싸도록 형성되는 단열재(12) 및 단열재(12)의 외측면을 감싸도록 설치되는 외부용기(13)를 포함한다.

여기서 내부용기(11)는 드라이아이스(1)의 저온에도 쉽게 손상되지 않는 금속재질로 구성되고, 단열재(12)는 무게가 가벼우면서도 열 차단 성능이 우수한 우레탄 폼이 사용될 수 있다.

또한 외부용기(13)는 폴리에틸렌 등의 합성수지 또는 스테인리스 등과 같은 금속 재질로 마감함으로써 진공탱크(10)가 외력에도 쉽게 파손되지 않도록 구성된다.

그리고 진공탱크(10)의 하부에는 내부용기(11)의 내부로 드라이아이스(1)를 저장하거나 배출하기 위한 입출구로서 관통공(11A)이 형성된다. 그리고 관통공(11A)에는 뚜껑(14)이 조립되어 진공탱크(10)의 운송 및 보관 시 진공이 유지되도록 구성된다.

또한 진공탱크(10)의 상부에는 내부용기(11)로 연통되는 설치공(11B)이 형성되고, 이 설치공(11B)을 통해 압력계(15)와 릴리프밸브(16)가 설치된다.

여기서 압력계(15)는 내부용기(11)에 저장된 드라이아이스(1)의 자연 승화에 따른 내부용기(11)의 압력을 감지한다.

그리고 릴리프밸브(16)는 내부용기(11)의 압력이 한계 압력에 도달하거나 한계 압력 이상이 되면 밸브를 자동 개방하여 내부의 압력을 낮추는 기능을 한다.

또한 진공탱크(10)의 내부에는 드라이아이스(1)의 잔량을 확인할 수 있도록 무게를 감지하는 중량계(도시하지 않음) 및 센서(도시하지 않음)가 설치될 수 있다.

상기와 같은 진공탱크(10)는 내부에 저장된 드라이아이스(1)의 잔량이 감소하여 교체가 요구되는 경우에는 작업자가 빈 진공탱크(10)를 후술하는 승화기(20)로부터 분리한 다음, 새로운 진공탱크(10)를 승화기(20) 위에 재설치하는 것으로 간단하게 설치가 완료된다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 승화기(20)는 진공탱크(10)의 하부에 위치된다. 그리고 진공탱크(10)의 관통공(11A)을 통해 자유 낙하되는 드라이아이스(1)를 필요한 양만큼 분쇄하여 승화시키도록 구성된다.

상기와 같은 승화기(20)는, 상부와 일측면에 내부로 연통되는 입구부(21A)와 출구부(21B)가 각각 구비되는 저장부(21)와, 입구부(21A)에 설치되면서 드라이아이스(1)의 자유 낙하를 차단함과 동시에 회전 동작에 의해 소정의 드라이아이스(1)를 분쇄하여 공급하는 분쇄기(22) 및 저장부(21)의 내측 바닥에 설치되면서 분쇄기(22)를 통해 분쇄된 드라이아이스(1)를 가열하여 승화를 촉진하는 히팅플레이트(23)를 포함한다.

여기서 분쇄기(22)는 모터의 회전축에 스크루형 칼날(22A)이 장착된 구조로 이루어지고, 모터의 위쪽에는 드라이아이스(1)를 칼날(22A) 쪽으로 안내하는 원뿔 모양의 가이드판(22)이 설치된다.

또한 히팅플레이트(23)는 전원이 공급됨에 따라 발열되는 히팅 코일 등을 사용한 전기발열체가 사용된다.

상기와 같은 승화기(20)는 분쇄기(22)가 정지된 상태에서 드라이아이스(1)가 칼날(22A)에 의해 승화기(20)의 내부로 공급되지 못하고 차단된 상태로 유지된다. 그리고 분쇄기(22)가 동작되면 칼날(22A)에 의해 드라이아이스(1)가 분쇄되면서 승화기(20)의 내부로 적당량이 떨어진다. 이때 분쇄기(22)의 회전수 또는 승화기(20)의 내부로 떨어지는 드라이아이스(1) 분말의 무게 및 승화기(20) 내부의 압력을 감지하는 것으로 이산화탄소의 발생량이 조절된다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 저장탱크를 도시하는 도면이다. 도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 저장탱크를 도시하는 도면이다.

도 4를 참조하면, 저장탱크(30)는 승화기(20)를 통해 발생된 이산화탄소가 출구부(21B)를 통해 저장라인(L1)을 따라 공급되어 내부에 저장되도록 구성된다. 그리고 저장탱크(30)에 저장된 이산화탄소가 후술하는 제어기(40)의 제어에 의해 공급라인(L2)을 통해 온실(2)의 내부로 공급되도록 구성된다.

상기와 같은 저장탱크(30)는, 내부에 이산화탄소가 저장되는 탱크본체(31)와, 탱크본체(31)의 내부로 삽입 설치되어 탱크본체(31)의 내부 압력을 감지하는 압력계(32) 및 탱크본체(31)의 내부 압력에 따라 저장된 이산화탄소를 외부로 배출하는 릴리프밸브(33)를 포함한다.

그리고 탱크본체(31)의 일측에는 저장라인(L1)이 내부와 연통되도록 연결되고, 탱크본체(31)의 타측에는 공급라인(L2)이 내부와 연통되도록 연결된다.

또한 저장라인(L1)과 공급라인(L2)에는 제1 밸브(V1)와 제2 밸브(V2)가 각각 설치된다. 여기서 제1, 2 밸브(V1, V2)는 후술하는 제어기(40)의 제어에 의해 자동 제어되는 전자밸브로 구성된다.

그리고 공급라인(L2)에는 소정 간격을 두고 온실(2) 내부로 하향길이를 가지는 분사라인(L3)이 설치될 수 있다. 또는 분사라인(L3)의 선단에는 노즐이 설치될 수 있다.

도 5를 참조하면, 저장탱크(30)에 저장된 이산화탄소를 공급라인(L2)을 통해 온실(2)의 내부로 공급하기 위해서는 적정의 공급 압력이 필요할 수 있고, 이를 위해 공급라인(L2)상에 압축펌프(34) 또는 블로워(송풍기)가 설치될 수 있다.

제어기(40)는 온실(2)의 내부 또는 외부에 설치된다. 그리고 온실(2) 내부의 조도, 온도, 이산화탄소량(농도)을 각각 감지하고 저장한다. 이때 제어기(40)는 획득되는 데이터를 이용하여 식물이 광합성을 하는 시간대를 추측하고, 이 시간대에 이산화탄소량(농도)을 감지함으로써 광합성에 필요한 적정의 이산화탄소량(농도)를 계산한다.

그리고 분쇄기(22)를 작동하여 드라이아이스(1)를 필요한 양에 맞추어 분쇄 및 승화시켜 이산화탄소를 발생시키고, 발생된 이산화탄소를 저장탱크(30)를 통해 온실(2) 내부로 계산된 이산화탄소량만큼 정량 공급한다.

상기와 같은 제어기(40)는 저장된 데이터를 딥러닝(deep learning) 방식으로 기계적 반복 학습을 통해 식물의 생장을 위한 조도, 온도 및 이산화탄소의 소비량 관계를 분석하고, 이에 맞추어 최적의 조건으로 이산화탄소를 공급하도록 구성된다.

또한 제어기(40)는 필요에 따라 이산화탄소를 적정량 발생시켜 온실(2)의 내부로 공급할 수 있도록 분쇄기(22), 제1, 2 밸브(V1, V2), 압축펌프(34)의 구동을 자동으로 제어한다.

그리고 제어기(40)는 필요에 따라 압력계(15, 32)를 통해 감지된 압력 정보를 획득함으로써 드라이아이스(1)의 잔량과 진공탱크(10)의 교체주기 등에 대한 정보를 사용자에게 제공한다.

여기서 제어기(40)는 무선통신모듈(도시하지 않음)을 더 포함하고, 이 무선통신모듈을 이용하여 사용자의 휴대용 단말기(예를 들면, 스마트폰)로 데이터를 전송함으로써 실시간으로 온실(2)의 정보를 획득하고 관리할 수 있도록 구성될 수 있다.

이하에서는 본 발명의 식물재배용 이산화탄소 발생 시스템의 사용례를 설명하기로 한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 동작순서를 도시하는 도면이다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 식물재배용 이산화탄소 발생 시스템의 사용 례를 도시하는 도면이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 이산화탄소 발생 시스템이 구동되면 제어기(40)는 온실(2) 내부에 설치되어 조도와 온도 및 이산화탄소량(농도)을 감지하는 센서(3)를 통해 각각의 정보를 획득한다. 이때 센서(3)는 레일(3A)을 따라 온실(2)의 내부를 이동해 가면서 보다 정확하게 정보를 획득한다.

그런 다음, 식물이 통계적으로 광합성을 하는 시간대(정규시간)인지 여부를 확인하고, 해당 시간인 경우, 온실(2)의 조도와 온도가 광합성을 위한 적정한 조도와 온도인지를 판단한다. 이때 광합성을 위한 적정한 조도와 온도는 제어부에 의해 누적된 데이터를 이용하여 판단하거나 또는 사용자가 임의로 설정한 값을 기준으로 한다.

온실(2)의 조도와 온도가 광합성을 위한 적정한 조도와 온도로 판단되면, 이산화탄소의 농도를 감지하여 기준량(예를 들면, 1000ppm) 이하이면, 분쇄기(22)를 작동하여 드라이아이스(1)를 분쇄함으로써 이산화탄소를 발생시킨다.

그리고 발생된 이산화탄소를 제1 밸브(V1)를 개방하여 저장라인(L1)을 통해 저장탱크(30)로 공급한 다음, 제1 밸브(V1)를 닫고, 저장탱크(30)의 제2 밸브(V2)를 개방하여 공급라인(L2)을 통해 필요한 이산화탄소량에 맞추어 이산화탄소를 온실(2)의 내부로 정량 공급한다.

한편, 감지된 이산화탄소의 농도가 기준량 이상이면, 광합성에 필요한 이산화탄소의 농도가 적정한 것으로 볼 수 있고, 이 경우에는 이산화탄소를 추가로 발생하지 않고, 광합성을 위한 시간대인지를 지속적으로 판단하여 온실(2) 내부의 조도, 온도 및 이산화탄소의 농도를 감지하는 위 과정을 반복한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은 진공탱크 내부에 드라이아이스가 저장되어 운반이 용이하고, 필요에 따라 드라이아이스를 분쇄하여 사용할 수 있으므로 이산화탄소를 필요한 양만큼 적절하게 발생시켜 사용할 수 있다.

또한, 온실(2) 내부로의 이산화탄소의 공급량은 제어기(40)의 제어에 의해 정밀하게 제어될 수 있다.

또한, 드라이아이스가 승화하여 발생하는 이산화탄소를 사용하기 때문에 화석 연료 등을 연소시키는 과정에서 발생하는 유해가스가 포함되어 있지 않아 친환경적이고, 이산화탄소를 공급하는 비용이 획기적으로 절감될 수 있다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

1: 드라이아이스 2: 온실
3: 센서 3A: 레일
10: 진공탱크 11: 내부용기
11A: 관통공 11B: 설치공
12: 단열재 13: 외부용기
14: 뚜껑 15: 압력계
16: 릴리프밸브 20: 승화기
21: 저장부 21A: 입구부
21B: 출구부 22: 분쇄기
22A: 칼날 22B: 가이드판
23: 히팅플레이트 30: 저장탱크
31: 탱크본체 32: 압력계
33: 릴리프밸브 34: 압축펌프
40: 제어기 L1: 저장라인
L2: 공급라인 L3: 분사라인
V1: 제1 밸브 V2: 제2 밸브

Claims (4)

1. 온실 내부로 이산화탄소를 발생하여 공급하는 식물재배용 이산화탄소 발생 시스템에 있어서,
   내부에 소정 크기의 드라이아이스(1)가 저장되는 진공탱크(10)와;
   상기 진공탱크(10)의 하부에 연결되고, 상기 진공탱크(10)로부터 공급되는 상기 드라이아이스(1)를 승화시켜 이산화탄소를 발생시키는 승화기(20)와;
   상기 승화기(20)로부터 공급되는 이산화탄소를 저장하는 저장탱크(30) 및;
   상기 승화기(20)의 작동을 제어하는 제어기(40);
   상기 승화기(20)와 상기 저장탱크(30) 사이를 연결하는 저장라인(L1);
   상기 저장라인(L1)에 설치되는 제1 밸브(V1);
   상기 저장탱크(30)와 온실 사이를 연결하는 공급라인(L2);
   상기 공급라인(L2)에 설치되는 제2 밸브(V2);
   를 포함하고,
   상기 진공탱크(10)는 드라이아이스(1)가 저장되는 공간이 형성된 내부용기(11)와, 상기 내부용기(11)의 외측면을 소정 두께로 감싸도록 형성되는 단열재(12)와, 상기 단열재(12)의 외측면을 감싸도록 설치되는 외부용기(13)를 포함하고,
   상기 진공탱크(10)의 하부에는 상기 내부용기(11)의 내부로 드라이아이스(1)를 저장하거나 배출하기 위한 입출구로서 관통공(11A)이 형성되고, 상기 관통공(11A)에는 뚜껑(14)이 결합될 수 있고,
   상기 진공탱크(10)의 상부에는 상기 내부용기(11)로 연통되는 설치공(11B)이 형성되고, 상기 설치공(11B)을 통해 압력계(15)와 릴리프밸브(16)가 설치되고,
   상기 승화기(20)는 상부에 상기 관통공(11A)과 나사 결합되는 입구부(21A)가 돌출 형성되고 일측면에 출구부(21B)가 구비되는 저장부(21)와, 상기 입구부(21A)에 설치되면서 정지된 상태에서는 상기 내부용기(11)로부터 상기 저장부(21)로 드라이아이스(1)의 자유 낙하를 차단하고, 회전 동작 되면 소정의 드라이아이스(1)를 분쇄하여 상기 저장부(21)의 내부로 공급하는 분쇄기(22)를 포함하고,
   상기 분쇄기(22)는 모터의 회전축에 스크루형 칼날(22A)이 장착된 구조로 이루어지고, 상기 모터의 상부에는 드라이아이스(1)를 상기 칼날(22A) 쪽으로 안내하는 원뿔 모양의 가이드판(22)이 설치되고,
   상기 저장부(21)에는 상기 입구부(21A)와 연결되도록 상기 칼날(22A)의 측면을 둘러싸고 하부로 갈수록 내경이 줄어드는 드라이아이스 안내부(21C)가 형성되고,
   상기 승화기(20)는 상기 저장부(21)의 내부 바닥에 설치되면서 상기 분쇄기(22)를 통해 분쇄된 드라이아이스(1)를 가열하여 승화를 촉진하는 히팅플레이트(23)를 더 포함하고,
   상기 진공탱크(10)는 상기 관통공(11A) 부분을 회전하여 상기 입구부(21A)에서 분리할 수 있고,
   상기 제어기(40)는 상기 제1 밸브(V1)와 상기 제2 밸브(V2)의 작동을 제어하는 식물재배용 이산화탄소 발생 시스템.
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