KR101966142B1 - 하이브리드 배관, 및 이를 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템 - Google Patents

하이브리드 배관, 및 이를 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하이브리드 배관, 및 이를 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이산화탄소 시비 기능을 수행하면서 냉방작용을 동시에 수행할 수 있고, 시비용 이산화탄소를 생성할 수 있으며, 공기정화기능을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 온실에서 필요한 전기에너지를 발전할 수 있는 하이브리드 배관, 및 이를 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 하이브리드 배관은 유체가 유입, 이송되는 제1 유로가 형성된 외부관; 및 상기 외부관의 내부에 배치되고 유체가 유입, 이송되는 제2 유로가 형성된 내부관을 포함하고, 상기 외부관은 외부로 유체가 분출되도록 상기 제1 유로와 연통되는 제1 분출부를 구비하고, 상기 내부관은 상기 제2 유로의 유체를 상기 제1 유로를 향해 분출시키도록 형성된 제2 분출부와, 상기 제2 분출부를 개폐하는 개폐밸브가 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템은 이산화탄소가 저장되는 이산화탄소저장용기; 상기한 하이브리드 배관; 상기 이산화탄소저장용기와 상기 내부관의 유입측 사이에 연결되어 액상이산화탄소가 공급되는 액상이산화탄소 공급라인; 상기 내부관의 회수측과 상기 이산화탄소저장용기 사이에 연결되고 상기 내부관을 경유한 액상이산화탄소가 상기 이산화탄소저장용기로 회수되는 액상이산화탄소 회수라인; 상기 이산화탄소저장용기에 연결되어 유입되는 액상이산화탄소를 기화시키는 기화장치; 및 상기 기화장치에 일단이 연결되고 타단이 상기 제1 유로와 연결되는 기상이산화탄소 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드 배관, 및 이를 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템{HYBRID PIPE AND CARBON DIOXIDE SUPPLY SYSTEM USING IT}
본 발명은 하이브리드 배관, 및 이를 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 이산화탄소 시비 기능을 수행하면서 냉방작용을 동시에 수행할 수 있고, 시비용 이산화탄소를 생성할 수 있으며, 공기정화기능을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 온실에서 필요한 전기에너지를 발전할 수 있는 하이브리드 배관, 및 이를 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템에 관한 것이다.
이산화탄소는 식물의 광합성 반응에 필수적인 성분으로 작물의 재배시 자연에서 직접 공급받는 것이 일반적이지만, 온실과 같은 인공 재배공간에서는 이산화탄소 시비(carbon dioxide enrichment)를 수행하여 작물 재배시 공기 중의 이산화탄소 농도를 인위적으로 조정하여 생육을 촉진하고 생산품질을 향상시키고 있다.
상기한 이산화탄소 시비는 비닐 하우스와 같이 환기가 원활하지 않은 시설원예 재배 경우 이산화탄소 부족으로 인한 광합성의 악영향을 해소하기 위해 필수적으로 시행하고 있고, 이와 관련하여 대한민국 등록특허 등록번호 제10-1398395호로 개시된 '이산화탄소와 온수 통합 이송배관을 구비한 온실 이산화탄소 시비용 열병합발전 시스템', 대한민국 등록특허 등록번호 제10-1063372호로 개시된 '온실 이산화탄소 시비용 열병합발전 시스템', 대한민국 등록특허 등록번호 제10-1044375호로 개시된 '폐열회수장치를 구비한 온실 이산화탄소 시비용 열병합발전 시스템' 등 다양한 이산화탄소 공급기술이 제안되어 있다.
한편, 온실에는 하절기와 같은 더운 날씨에 내부온도를 쿨링시키는 냉방시스템이나 냉난방시스템이 마련되어 있고, 이와 관련하여 대한민국 등록특허 등록번호 제10-1707045호로 개시된 '유리온실 냉난방시스템', 대한민국 등록특허 등록번호 제10-1478101호로 개시된 '유리 온실용 지열 동시 냉난방 장치', 대한민국 등록특허 등록번호 제10-1392430호로 개시된 '비닐하우스 냉난방시스템', 등 다양한 냉방기술이 제안되어 있다.
전술한 바와 같은 이산화탄소 시비장치(2)나 냉방시스템(3)의 적용예를 간략하게 설명하면, 도1에 도시된 바와 같이 이산화탄소 시비장치(2)는 비닐하우스와 같은 온실(1) 외부에 마련된 액화탄산가스탱크(21)에 충진한 다음 기화기를 통해 온도를 높여 기화시키는 팽창탱크(22,Expansion tank)를 경유한 후 비닐하우스의 내부에 시설된 이산화탄소공급배관(23)을 통해 공급하도록 되어 있고, 냉방시스템(3)은 냉기발생장치(31)로부터 생성된 냉기를 냉각용배관(32)을 통해 공급하는 등의 방식으로 구성되어 있다.
하지만, 전술한 종래 온실은 내부에 이산화탄소 시비장치(2)나 냉방시스템(3)을 개별적으로 구성하여야 하므로 배관 등의 자재비 및 시공비의 증가로 시설비의 상승을 초래하고 온실 내부공간이 복잡해지게 되어 시설의 관리 및 유지보수에 어려움이 있을 뿐만 아니라 유지보수비용 또한 상승되는 단점이 있다.
그리고, 전술한 종래 온실은 내부에 이산화탄소 시비장치(2)나 냉방시스템(3)을 개별적으로 작동시켜야 하므로 과다한 에너지비용 등으로 인해 운전비용이 증가되어 작물의 생산비용이 상승되는 단점이 있다.
한국등록특허 등록번호 제10-1398395호 '이산화탄소와 온수 통합 이송배관을 구비한 온실 이산화탄소 시비용 열병합발전 시스템' 한국등록특허 등록번호 제10-1063372호 '온실 이산화탄소 시비용 열병합발전 시스템' 한국등록특허 등록번호 제10-1044375호 '폐열회수장치를 구비한 온실 이산화탄소 시비용 열병합발전 시스템'
본 발명은 상기 내용에 착안하여 제안된 것으로, 이산화탄소 시비 기능을 수행하면서 냉방작용을 동시에 수행할 수 있도록 한 하이브리드 배관, 및 이를 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은, 시비용 이산화탄소를 생성할 수 있고, 공기정화기능을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 온실에서 필요한 전기에너지를 자체적으로 발전할 수 있도록 한 하이브리드 배관, 및 이를 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 하이브리드 배관은 유체가 유입, 이송되는 제1 유로가 형성된 외부관; 및 상기 외부관의 내부에 배치되고 유체가 유입, 이송되는 제2 유로가 형성된 내부관을 포함하고, 상기 외부관은 외부로 유체가 분출되도록 상기 제1 유로와 연통되는 제1 분출부를 구비하고, 상기 내부관은 상기 제2 유로의 유체를 상기 제1 유로를 향해 분출시키도록 형성된 제2 분출부와, 상기 제2 분출부를 개폐하는 개폐밸브가 구비된 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명에 따른 하이브리드 배관은 상기 제1 유로에 배치되고 상기 내부관을 상기 외부관의 내부에 정위치 시키는 지지부재가 더 구성될 수 있다.
그리고, 상기 외부관은 방열작용을 수행하는 냉각부재가 형성될 수 있다.
상기 외부관은 광의 투과가 가능하도록 전체가 투명소재로 형성되거나, 외면 일부에 투명소재로 형성된 투광부가 구비될 수 있다.
또한, 상기 외부관은 외면 일부 영역에 배치되는 투명 염료감응형전지부가 구비될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 하이브리드 배관은 상기 외부관의 내면 또는 상기 내부관의 외면에 형성되는 광촉매층이 더 구성될 수 있다. 이때, 상기 내부관의 외면에 형성되는 반사층이 구성될 수 있다.
바람직하게, 상기 제1 분출부는 상기 외부관에 천공되는 분출공으로 구성되고, 상기 제2 분출부는 상기 내부관에 연통되게 접속되고 상기 개폐밸브가 설치되는 연결관, 상기 연결관에 접속되고 복수의 분출공이 형성된 분출관을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템은 이산화탄소가 저장되는 이산화탄소저장용기; 상기한 하이브리드 배관; 상기 이산화탄소저장용기와 상기 내부관의 유입측 사이에 연결되어 액상이산화탄소가 공급되는 액상이산화탄소 공급라인; 상기 내부관의 회수측과 상기 이산화탄소저장용기 사이에 연결되고 상기 내부관을 경유한 액상이산화탄소가 상기 이산화탄소저장용기로 회수되는 액상이산화탄소 회수라인; 상기 이산화탄소저장용기에 연결되어 유입되는 액상이산화탄소를 기화시키는 기화장치; 및 상기 기화장치에 일단이 연결되고 타단이 상기 제1 유로와 연결되는 기상이산화탄소 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 액상이산화탄소 회수라인에 접속되고 이산화탄소를 압축시키는 이산화탄소압축장치를 더 포함하여 구성될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템은 온실의 내부 환경을 측정하도록 설치되는 감지모듈; 상기 감지모듈로부터 인가받은 감지신호와 기 설정된 데이터와 비교하여 상기 개폐밸브의 개폐를 위한 제어신호를 생성하는 제어부; 상기 제어부 제어신호에 따라 상기 개폐밸브에 구동신호를 인가하는 밸브구동부를 더 포함하여 구성될 수 있다.
그리고, 상기 감지모듈로부터 수집된 수집데이터를 송수신하는 통신부; 및 상기 감지모듈로부터 수신된 수집정보를 이용하여 온실을 모니터링 하고 상기 모니터링 된 결과에 따라 상기 온실을 관리하는 관리서버가 더 구성될 수도 있다.
상기 감지모듈은 온실의 이산화탄소 농도를 측정하는 기체농도측정센서, 온도센서, 습도센서, 위치센서, 광량센서, 이미지촬상모듈 중에서 적어도 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 기화장치는 액상 이산화탄소가 팽창, 기화되면서 기상 이산화탄소로 변환되는 팽창탱크를 포함하여 구성되고, 상기 팽창탱크는 동절기에 기상 이산화탄소의 냉기를 제거할 수 있도록 지중에 매립되는 구조로 구성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템은 상기 하이브리드 배관으로 유기물을 공급하는 유기물 공급장치를 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 유기물 공급장치는, 상기 내부관의 유입측에 연결되는 유기물 공급라인; 및 상기 유기물 공급라인으로 유기물을 압송하는 유기물압송장치를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 하이브리드 배관, 및 이를 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템에 의하면, 이산화탄소의 시비와 냉방용으로 호환성 있게 사용할 수 있는 하이브리드 배관이 마련되어 온실의 시설비를 줄일 수 있고, 온실의 내부 구조를 간결, 단순화할 수 있어서 작업성 및 관리의 편의성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 이산화탄소의 시비과정에서 냉방기능이 동시에 발휘되므로 냉방비용을 현저히 절감할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명에 따른 하이브리드 배관, 및 이를 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템에 의하면, 광촉매 반응을 이용하여 온실 내부의 공기를 정화할 수 있으므로 동절기의 경우 환기를 시키지 않더라도 청정하게 유지할 수 있고, 이산화탄소의 시비를 자체적으로 시행하여 효과적으로 식물을 재배할 수 있는 효과가 있다.
그 외에도, 투명한 염료감응형전지부를 구비할 경우 광의 투과가 가능하여 식물에 성장에 악영향을 초래하지 않으면서 자체적으로 전기에너지를 생산하여 사용할 수 있으므로 유지비용을 절감할 수 있는 효과가 있다. 또한 하절기 이산화탄소 냉방을 통해 온실 내부의 냉방 목적 이외에도 온실 내부 온도 및 태양광 에너지 강도의 증가로 인해 발생할 수 있는 염료감응형 태양광 전지의 열화로 인한 효율 저하를 방지완화할 수 있는 효과가 있다.
도1은 종래 기술을 설명하기 위한 도면,
도2a 내지 도2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 배관을 설명하기 위한 도면으로서, 도2a는 사시도, 도2b는 횡단면구조를 간략화 하여 나타낸 단면도, 도2c는 종단면구조를 간략화 하여 나타낸 단면도이다.
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 배관을 설명하기 위한 도면,
도4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 하이브리드 배관을 설명하기 위한 도면,
도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템을 설명하기 위한 모식도,
도6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템의 변형예를 설명하기 위한 모식도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 도2a 내지 도6에 의거하여 상세히 설명하고, 도2a 내지 도6에 있어서 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조번호를 부여한다. 한편 각 도면에서 일반적인 기술로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성과 그에 대한 작용 및 효과에 대한 도시 및 상세한 설명은 간략히 하거나 생략하고 본 발명과 관련된 부분들을 중심으로 도시하였다.
도2a 내지 도2c는 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 배관을 설명하기 위한 도면으로서, 도2a는 사시도, 도2b는 횡단면구조를 간략화 하여 나타낸 단면도, 도2c는 종단면구조를 간략화 하여 나타낸 단면도이다.
도2a 내지 도2c를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 배관(100)은 온실과 같은 인공 재배공간의 이산화탄소 시비(carbon dioxide enrichment)와 온실의 내부온도 관리를 위한 냉방기능 등을 동시에 수행할 수 있는 배관으로, 외부관(110)과 이 외부관(110)의 내부에 배치되는 내부관(120)으로 구성되어 있다.
외부관(110)은 유체가 유입, 이송되는 제1 유로(112)가 형성된 통체로서, 사각형 등 다각형의 단면구조, 타원형 단면구조 등의 다양한 단면 형상을 갖도록 구성될 수 있지만 본 실시예에서는 원형 단면구조로 형성된 것으로, 대략 대구경의 파이프 형상과 유사한 구조를 갖는도록 구성되어 있다.
특히, 외부관(110)은 외부로 유체가 분출되도록 제1 유로(112)와 연통되게 형성된 제1 분출부(113)를 구비한다. 제1 분출부(113)는 분사용 노즐을 설치하는 방식으로 구성할 수 있지만, 본 실시예에서는 외부관(110)에 천공된 분출공으로 구성되어 있다.
그리고 외부관(110)은 방열작용을 수행하는 냉각부재(114)가 형성되어 있다. 이 냉각부재(114)는 내부관(120)으로부터 제1 유로(112) 내부로 분출되는 액상이산화탄소가 분출되면서 기화에 따른 흡열반응으로 생성된 냉기를 외부로 전달하는 냉각핀의 기능을 수행한다.
한편, 내부관(120)은 외부관(110)의 내부에 삽입되는 형태로 배치되는 것으로, 유체가 유입, 이송되는 제2 유로(122)가 형성된 통체로 구성되되, 제2 유로(122)의 유체를 제1 유로(112)를 향해 분출시키도록 형성된 제2 분출부(123)와, 이 제2 분출부(123)를 개폐하는 개폐밸브(130)가 구성되어 있다.
제2 분출부(123)는 내부관(120)에 설치되는 연결관으로 구성되어 있고, 이 연결관에는 개폐밸브(130)가 설치되어 있다. 그리고, 개폐밸브(130)는 볼이나 디스크와 같은 개폐부재(미도시)가 내장된 밸브체(131)와, 이 밸브체(131)에 설치되어 개폐부재를 개폐력을 인가하는 액츄에이터(132)로 구성되어 있다. 여기서, 개폐밸브(130)는 통상 자동제어밸브로 호칭되고 있고 밸브체에 액츄에이터가 구비된 밸브를 적용할 수 있으므로 세부 구조에 대한 구체적인 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 다른 실시예에 따른 하이브리드 배관을 설명하되, 전술한 제1 실시예에 나타난 구성요소와 유사한 구성요소에 대하여는 구체적인 설명을 생략하고 차이점을 갖는 구성요소를 중심으로 설명한다. 그리고, 이하의 다른 실시예에서는 제1 실시예 등에 나타난 구성요소 또는 다른 실시예에 나타난 구성요소 중에서 서로 간에 채용 가능한 구조라면 선택적으로 적용할 수도 있는 것으로 구체적인 설명이나 도면상 도시는 생략한다.
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 배관을 설명하기 위한 도면으로서, 횡단면구조를 확대하되, 개폐밸브 등과 같은 구성요소는 간략화하여 나타낸 단면도이다.
도3을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 배관은 유체가 유입, 이송되는 제1 유로(112)가 형성된 외부관(110)과, 외부관(112)의 내부에 배치되고 유체가 유입, 이송되는 제2 유로(122)가 형성된 내부관(120)으로 구성되고, 상기 내부관(120)은 제2 유로(122)의 유체를 제1 유로(112)를 향해 분출시키도록 형성된 제2 분출부(123)와, 이 제2 분출부(123)를 개폐하는 개폐밸브(130)를 구비하는 한편 내부관(120)을 외부관(110)의 내부에 정위치 시키도록 브라켓 등으로 구성되는 지지부재(140)가 구비되어 있다.
그리고, 상기 제2 분출부(123)는 내부관에 연통되게 접속되고 개폐밸브(130)가 설치되는 연결관(123a), 이 연결관(123a)에 연결되고 복수의 분출공(123c)이 형성된 분출관(123b)으로 구성되어 있다.
상기 외부관(110)은 외부로 유체가 분출되도록 제1 유로(112)와 연통되게 제1 분출부(113)가 형성되되, 온실에 설치된 상태에서 식물에 인가되는 광을 차단하는 현상을 방지할 수 있도록 구성된 점에 특징을 갖는다. 이를 위해 외부관(110)은 외면 일부에 유리, 투명합성수지, 폴리카보네이트 등과 같은 투명소재로 형성된 투광부가 마련된 구조로 구성할 수 있지만, 본 실시예에서는 외부관 전체가 광의 투과가 가능하도록 투명소재로 형성되어 있다.
아울러, 상기 내부관(120)은 외면에 광촉매층(126)이 형성되어 있다. 광촉매층(126)은 이산화티탄과 같은 광촉매를 포함하는 것으로, 광촉매는 이산화티탄 외에도 산화텅스텐 또는 산화아연과 같은 금속산화물의 단일 또는 복합물을 사용할 수도 있다.
광촉매의 작용원리를 간단하게 설명하면, 광촉매는 가전자대 E, 전도대 D, 밴드갭 G를 가지며, 밴드갭 G는 광촉매의 고유 값으로 이산화티탄(TiO2)의 경우 약 3eV로 파장으로 환산하면 대략 400nm로서 이산화티탄(TiO2) 광촉매에 광에너지가 조사되면 광촉매 내부에 전자 e - , 정공 h+ 쌍이 생성되어 표면으로 취출되고, 흡착물질과 반응시키면 A는 A- 로 환원되고 알칼리 R은 R+ 로 산화되어 광촉매 반응이 일어난다.
전도대 D로 이동하는 전자의 여기 현상으로 전자 e- 가 빠져나간 곳에 정공 h+ 가 생기게 되는데, 이러한 상태가 광촉매의 여기 상태이다. 이때, 여기 전자 e- 가 갖는 환원력보다 정공 h+ 가 갖는 산화력이 훨씬 크므로, 전자 e- 가 여기 되면 가전자대 E에 남아있는 정공 h+ 에 온실 공기 중에 함유된 휘발성 유기물질 등과 같은 각종 오염물질이 전자의 도너로서 작용하여 각종 오염물질을 산화시켜 분해함으로써 광촉매의 표면으로부터 아래와 같은 화학반응이 발생하여 공기가 정화되는 것이다.
VOC(휘발성 유기화합물) → CO2+ H2 O + Mineral acid(무기산)
전술한 바와 같이 외부관(110)이 투명하게 구성되어 있으므로 광에너지가 광촉매에 인가되면 공기 속의 유기물은 물(H2O)과 이산화탄소(CO2 )로 산화되어 냄새는 제거된다. 이러한 광촉매 탈취 반응은 산소의 환원에 의해 생성된 O2는 과산화수소를 거쳐 보다 산화력이 강한 수산 라디컬 OH로 되기도 하고 혹은 물과 산소로 된다.
그리고, 전술한 본 발명의 제2 실시예에 따른 하이브리드 배관은 개폐밸브(130)에 길이가 길고 다수의 분출공(123c)이 형성된 분출관(123b)이 설치된 구조이므로 고가인 개폐밸브(130)의 배치 수량을 최소화할 수 있어서 저렴한 비용으로 구현할 수 있는 장점이 있다.
상기 제2 분출부(123)는 내부관에 연통되게 접속되고 개폐밸브(130)가 설치되는 연결관(123a), 이 연결관(123a)에 연결되고 복수의 분출공(123c)이 형성된 분출관(123b)으로 구성되어 있다.
도4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 하이브리드 배관을 설명하기 위한 도면으로서, 종단면구조를 확대하되, 개폐밸브 등과 같은 구성요소는 간략화하여 나타낸 단면도이다.
도4를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 하이브리드 배관은 유체가 유입, 이송되는 제1 유로(112)가 형성된 외부관(110)과, 외부관(110)의 내부에 배치되고 유체가 유입, 이송되는 제2 유로(122)가 형성된 내부관(120)으로 구성되고, 상기 내부관(120)은 제2 유로(122)의 유체를 제1 유로(112)를 향해 분출시키도록 형성된 제2 분출부(123)와, 이 제2 분출부(123)를 개폐하는 개폐밸브(130)를 구비하는 한편 외부관(110)은 외면 일부 영역에 배치되는 염료감응형전지부(117)가 구성되어 있다.
여기서, 염료감응형전지부(117)는 통상의 염료감응형전지패널이 설치되되, 온실 내부에 식재된 식물로 투사되는 광의 유입에 악영향을 초래하지 않도록 투명한 염료감응형전지패널이 설치되어 있다.
또한, 투명 연료감응형전지패널은 연료감응형 태양전지(Dye sensitized solar cell)를 제한 없이 선택하여 적용할 수 있는 것으로, 예컨대 투명기판으로 형성된 음극계 전극과 양극계 전극 사이에 광흡수층 및 전해질이 내장된 통상의 연료감응형 태양전지를 사용하되, 단면구조가 호 형상으로 만곡되어 외부관(110)의 상부와 하부에 설치할 수 있도록 형성한 것을 적용한다.
여기서, 염료감응형전지부(117)는 외부관(110)의 외부관몸체(111)에 결속되는 결속부재(119)를 매개로 결합되는 것으로, 이 결속부재(119)의 구조 및 형태는 다양하게 구성될 수 있다.
상기 외부관(110)은 내부로 유입되는 태양의 광에너지를 이용하여 이산화탄소를 생성하여 시비하는 효과, 이물질의 분해 및 공기정화기능을 수행할 수 있도록 내면에 광촉매층(116)이 형성되어 있다.
그리고, 내부관(120)에는 외면에 반사층(127)이 형성되어 있다. 이 반사층(127)은 반사용 도료, 은박 필름 등으로 구성될 수 있고, 외부관(110)의 내부로 입사된 광을 광촉매층(116)을 향해 굴절 시킴으로써 보다 효과적인 광촉매 작용이 발휘되도록 한다. 여기서, 광촉매 작용과 그에 따른 효과는 전술한 제2 실시예와 동일, 유사하므로 구체적으로 에 따른 되도록 한다.
이하, 본 발명에 따른 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템을 설명한다.
도5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템을 설명하기 위한 모식도이다.
도5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템은 외부로부터 공급되는 이산화탄소가 저장되도록 고압탱크와 같은 용기로 구성된 이산화탄소저장용기(31), 유리온실, 비닐하우스 등과 같은 온실(1)의 내부에 시설되는 하이브리드 배관(100), 액상이산화탄소 공급라인(32), 액상이산화탄소 회수라인(33), 기화장치(34), 및 기상이산화탄소 공급라인(35)이 구비되어 있다.
하이브리드 배관(100)은 온실(1)의 내부에 설치되어 이산화탄소의 시비, 냉방작용을 통한 온도조절기능, 공기정화기능 및 이산화탄소의 생성기능 등을 수행하는 부분으로서, 전술한 제1 내지 제3 실시예에 나타난 것을 선택하거나 변형하여 적용할 수 있으므로 구체적인 설명을 생략한다.
액상이산화탄소 공급라인(32)은 액상이산화탄소를 공급하기 위한 배관으로서, 이산화탄소저장용기(31)와 내부관(120)의 유입측 사이에 연결되어 있고, 이산화탄소저장용기(31)의 공급측과 접한 공급측 배관(36)상에 설치되는 액상이산화탄소 공급제어밸브(41)의 개폐동작을 통해 공급이 제어되도록 구성되어 있다.
액상이산화탄소 회수라인(33)은 내부관(120)을 경유한 액상이산화탄소가 회수되는 배관으로서, 이산화탄소저장용기(31)의 공급측과 접한 공급측 배관상에 설치되는 액상이산화탄소 회수제어밸브(42)의 개폐동작을 통해 흐름이 제어되도록 구성되어 있다.
기상이산화탄소 공급라인(35)은 기상이산화탄소를 공급하기 위한 배관으로서, 기화장치(34)에 일단이 연결되고 타단이 제1 유로(112)와 연결되도록 외부관(110)에 접속되어 있다.
기화장치(34)는 이산화탄소저장용기(31)에 연결되어 유입되는 액상이산화탄소를 기화시켜 기상이산화탄소로 변환할 수 있는 장치라면 특별한 제한 없이 다양하게 구성될 수 있지만, 본 실시예에서는 액상이산화탄소가 팽창, 기화되면서 기상이산화탄소로 변환되는 팽창탱크(Expansion tank)를 포함하는 구조로 형성되어 있다.
여기서, 팽창탱크는 동절기에 기상이산화탄소의 냉기를 제거할 수 있도록 지중에 매립되는 구조로 설치되어 있다. 이와 같이 팽창탱크가 지중에 매립되면 동절기에 기온이 영하로 내려가더라도 지중의 온도는 상대적으로 높으므로 액상이산화탄소의 기화시에 냉기를 흡수할 수 있고, 이로 인해 기상이산화탄소 공급라인(35)으로 공급되는 기상이산화탄소의 온도를 상대적으로 높일 수 있어서 동절기에 온실 내부에서 냉기의 방출을 줄일 수 있다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템은 이산화탄소를 압축시키는 이산화탄소압축장치(37)와, 하이브리드 배관(100)으로 유기물을 공급하는 유기물 공급장치(50)가 구성되어 있다.
이산화탄소압축장치(37)는 액상이산화탄소가 온실에 배치된 하이브리드 배관(100)의 내부관(120)을 경유하면서 열손실 등으로 액상의 정도가 약화 될 경우 이를 압축하여 액화하기 위한 장치로서, 이산화탄소 압축분야에서 이용되고 있는 압축기(Compressor)를 액상이산화탄소 회수라인(33)에 접속하여 구성한다.
그리고, 상기 이산화탄소압축장치(37)은 별도로 구비되는 이산화탄소 발생장치(예>열병합발전기, 보일러 등; 미도시)에서 포집되는 고순도의 이산화탄소를 공급받아 가압하여 이산화탄소저장용기(31)에 저장이용 할 수 있는 장치로도 활용될 수 있다.
상기 유기물 공급장치(50)는 하이브리드 배관(100)의 유입측에 연결되는 유기물 공급라인(51)과, 이 유기물 공급라인(51)으로 유기물을 압송하는 펌프와 같은 유기물압송장치(52)로 구성되어 있다.
유기물 공급라인(51)은 외부관(110)에 연결하는 방식으로 구성할 수 있지만, 본 실시예에서는 하이브리드 배관(100) 전체 영역에 골고루 공급할 수 있도록 내부관(120)의 유입측에 일단에 접속되어 있고, 역류를 방지하기 위한 유기물역류방지밸브(53)가 설치되어 있다.
그리고, 상기 유기물 공급장치(50)는 유기물이 수용되는 피트(54)나 유기물용기(미도시), 내부관의 회수측에 접속되는 유기물 회수라인(55)이 구비되어 있다. 여기서, 유기물 회수라인(55)은 내부관(120)에 잔류하는 유기물이나 청소시에 청소용수나 이물질 등의 제거시 회수용 배관으로 사용할 수 있는 것으로 이산화탄소의 역류를 방지하기 위한 이산화탄소역류방지밸브(56)가 설치되어 있다.
도6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템의 변형예를 설명하기 위한 모식도이다.
도6을 참조하면, 본 발명에 따른 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템은 온실의 내부 환경을 측정하도록 설치되는 감지모듈(61), 개폐밸브(130) 등을 작동시키는 밸브구동부(62), 감지모듈(61)로부터 인가받은 감지신호와 기 설정된 데이터와 비교하여 개폐밸브(130)의 개폐를 위한 제어신호를 밸브구동부(62)에 인가하는 제어부(63)가 구비되어 있다.
그리고, 제어부(63)에 입력신호를 입력하기 위한 키버튼, 터치스크린 등으로 구성된 입력부(64), 각종 데이터가 저장되는 메모리(65), 주요 구성의 작동상태나 이산화탄소의 공급상태 등이 표시되는 디스플레이부(66) 등이 구비되어 있다.
상기 감지모듈(61)은 온실의 이산화탄소 농도를 측정하는 기체농도측정센서와, 온도를 측정하는 온도센서가 온실의 내부에 설치되어 있다. 그 외에도 감지모듈로서 습도센서, 위치센서, 광량센서, CCD카메라와 같은 이미지촬상모듈이 더 설치 될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템은 감지모듈로부터 수집된 수집데이터를 송수신하는 통신부(미도시), 감지모듈로부터 수신된 수집정보를 이용하여 온실을 모니터링하고 모니터링 된 결과에 따라 온실을 관리하는 관리서버(미도시)가 더 구비될 수 있다.
여기서, 통신부는 관리서버(미도시)와의 무선통신을 수행하는 것으로, 무선통신은 WIFI, LoRa, RF, LTE 기술 등으로 구현할 수 있다.
이하, 전술한 본 발명에 따른 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템의 작용을 간략하게 설명한다.
먼저, 하이브리드 배관(100)을 온실(1)의 내부에 시설하고, 이산화탄소저장용기(31)와 하이브리드 배관 사이에 도5에 도시된 바와 같이 액상이산화탄소 공급라인(32), 액상이산화탄소 회수라인(33), 기화장치(34), 기상이산화탄소 공급라인(35), 공급측 배관(36), 이산화탄소압축장치(37) 및 각종 밸브를 설치하여 시스템을 구성한다.
이러한 상태에서 이산화탄소 시비(carbon dioxide enrichment)를 시행하고자 할 경우 기상이산화탄소 공급라인(35)을 통해 외부관(110) 내부로 기상이산화탄소를 공급하게 되면 제1 유로(112)으로 유입된 후 제1 분출부(113)를 통해 온실 내부로 분출되면서 식물의 생육에 필요한 이산화탄소를 제공하게 된다.
한편, 하절기와 같이 식물의 효과적인 재배를 위해 이산화탄소 시비와 함께 냉방이 필요한 경우 개폐밸브(130)를 개방시키게 되면 액상이산화탄소 공급라인(32)을 통해 공급되는 액상이산화탄소가 제2 분출부(123)로 분출됨과 동시에 기화되면서 외부관(110)을 냉각시키게 되고 그 냉기는 냉각부재(114)를 통해 온실 내부로 방출되면서 냉각작용을 수행하게 된다. 동시에, 기화된 기상이산화탄소는 제1 분출부(113)를 통해 온실 내부로 분출되면서 식물의 생육에 필요한 이산화탄소로 시비 된다. 이러한 상태에서 감지모듈(61)의 기체농도측정센서에 의해 온실의 이산화탄소 농도가 적정한 농도로 도달되면 제어부(63)의 제어하에 개폐밸브(130)를 차단 시키는 방식으로 이산화탄소 공급을 중지할 수 있다. 전술한 바에 따르면 이산화탄소의 시비과정에서 냉방기능이 동시에 발휘되므로 종래와 같이 냉방을 위해 별도로 사용하여야 하는 냉방시스템의 작동시간을 줄일 수 있어서 냉방비용을 현저히 절감할 수 있는 장점이 있다.
그리고, 도3 또는 도4에 도시된 바와 같이 내부관(120)이나 외부관(110)에 광촉매층(126)이 형성되어 있으면 광에너지가 인가될 경우 공기 속의 유기물은 물(H2O)과 이산화탄소(CO2 )로 산화되므로 공기를 정화하게 되고, 생성된 이산화탄소(CO2 )를 식물의 성장용으로 사용할 수 있으므로 특별히 이산화탄소를 시비할 필요가 없는 장점이 있다.
특히, 난방비 등의 이유로 자주 환기를 수행하기가 어려운 동절기의 경우, 환기를 시키지 않더라도 온실 내부의 공기를 청정하게 유지할 수 있고, 이산화탄소의 시비를 자체적으로 시행할 수 있을 뿐만 아니라 에너지 손실을 줄여 난방비를 절감할 수 있는 장점이 있다. 또한 도4에 도시된 하이브리드 배관은 투명한 염료감응형전지부(117)가 구비되어 있어서 이를 적용할 경우 광의 투과가 가능하여 식물에 성장에 악영향을 초래하지 않으면서 전기에너지를 생산할 수 있으므로 에너지 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 하이브리드 배관, 및 이를 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템를 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어나지 않은 범위 내에서 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 사상이 있다고 할 것이다.
상기한 실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
1:온실 31:이산화탄소저장용기
32:액상이산화탄소 공급라인 33:액상이산화탄소 회수라인
34:기화장치 35:기상이산화탄소 공급라인
36:공급측 배관 37:이산화탄소압축장치
50:유기물 공급장치 51:유기물 공급라인
52:유기물압송장치 61:감지모듈
62:밸브구동부 63:제어부
64:입력부 65:메모리
66:디스플레이부 100:하이브리드 배관
110:외부관 116,126:광촉매층
117:연료감응형전지부 120:내부관
130:개폐밸브 140:지지부재

Claims (17)

  1. 유체가 유입, 이송되는 제1 유로가 형성된 외부관; 및
    상기 외부관의 내부에 배치되고 유체가 유입, 이송되는 제2 유로가 형성된 내부관을 포함하고,
    상기 외부관은 외부로 유체가 분출되도록 상기 제1 유로와 연통되는 제1 분출부를 구비하고, 상기 내부관은 상기 제2 유로의 유체를 상기 제1 유로를 향해 분출시키도록 형성된 제2 분출부와, 상기 제2 분출부를 개폐하는 개폐밸브가 구비되되,
    상기 제1 분출부는 상기 외부관에 천공되는 분출공으로 구성되고,
    상기 제2 분출부는 상기 내부관에 연통되게 접속되고 상기 개폐밸브가 설치되는 연결관, 상기 연결관에 접속되고 복수의 분출공이 형성된 분출관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 유로에 배치되고 상기 내부관을 상기 외부관의 내부에 정위치 시키는 지지부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배관.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외부관은 방열작용을 수행하는 냉각부재가 형성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배관.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외부관은 광의 투과가 가능하도록 전체가 투명소재로 형성되거나, 외면 일부에 투명소재로 형성된 투광부가 구비된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배관.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외부관은 외면 일부 영역에 배치되는 투명 염료감응형전지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배관.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 외부관의 내면 또는 상기 내부관의 외면에 형성되는 광촉매층을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배관.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 내부관의 외면에 형성되는 반사층을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배관.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 외부관의 외면에 형성되는 광촉매층을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배관.
  10. 이산화탄소가 저장되는 이산화탄소저장용기;
    제1항 내지 제7항, 제9항 중 어느 한 항의 하이브리드 배관;
    상기 이산화탄소저장용기와 상기 내부관의 유입측 사이에 연결되어 액상이산화탄소가 공급되는 액상이산화탄소 공급라인;
    상기 내부관의 회수측과 상기 이산화탄소저장용기 사이에 연결되고 상기 내부관을 경유한 액상이산화탄소가 상기 이산화탄소저장용기로 회수되는 액상이산화탄소 회수라인;
    상기 이산화탄소저장용기에 연결되어 유입되는 액상이산화탄소를 기화시키는 기화장치; 및
    상기 기화장치에 일단이 연결되고 타단이 상기 제1 유로와 연결되는 기상이산화탄소 공급라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 액상이산화탄소 회수라인에 접속되고 이산화탄소를 압축시키는 이산화탄소압축장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    온실의 내부 환경을 측정하도록 설치되는 감지모듈;
    상기 감지모듈로부터 인가받은 감지신호와 기 설정된 데이터와 비교하여 상기 개폐밸브의 개폐를 위한 제어신호를 생성하는 제어부;
    상기 제어부 제어신호에 따라 상기 개폐밸브에 구동신호를 인가하는 밸브구동부를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 감지모듈로부터 수집된 수집데이터를 송수신하는 통신부; 및
    상기 감지모듈로부터 수신된 수집정보를 이용하여 온실을 모니터링 하고 상기 모니터링 된 결과에 따라 상기 온실을 관리하는 관리서버를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 감지모듈은 온실의 이산화탄소 농도를 측정하는 기체농도측정센서, 온도센서, 습도센서, 위치센서, 광량센서, 이미지촬상모듈 중에서 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 기화장치는 액상 이산화탄소가 팽창, 기화되면서 기상 이산화탄소로 변환되는 팽창탱크를 포함하여 구성되고, 상기 팽창탱크는 동절기에 기상 이산화탄소의 냉기를 제거할 수 있도록 지중에 매립되는 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 하이브리드 배관으로 유기물을 공급하는 유기물 공급장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 유기물 공급장치는,
    상기 내부관의 유입측에 연결되는 유기물 공급라인; 및
    상기 유기물 공급라인으로 유기물을 압송하는 유기물압송장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 배관을 이용한 온실의 하이브리드 이산화탄소 공급시스템.
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