KR102150674B1 - 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 이용한 엽채류 및 버섯 재배 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다수의 측벽(101)에 의해 버섯재배사(110), 엽채류재배사(120), 공조영역(130), 관리영역(140) 및 수확영역(150)으로 구획되는 하우징(100); 상기 버섯재배사(110)와 엽채류재배사(120)로 광원을 조사하는 광조사장치(300); 상기 버섯재배사(110)에 적층되며 버섯의 재배가 이루어지는 버섯재배용선반(400); 상기 엽채류재배사(120)에 적층되며 엽채류의 재배가 이루어지는 엽채류재배용선반(500); 상기 공조영역(130)에 설치되며 상기 버섯재배사(110)에서 배출되는 이산화탄소를 저장하여 상기 엽채류재배사(120)로 전달하거나 상기 엽채류재배사(120)에서 배출되는 산소를 저장하여 상기 버섯재배사(110)으로 전달하며, 상기 버섯재배사(110)와 엽채류재배사(120)의 이산화탄소 농도, 습도, 온도를 제어하는 공조장치(600); 및 상기 광조사장치(300) 및 공조장치(600)를 IOT 기반으로 제어하는 제어부;를 포함하는 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 버섯은 균류가 형성하는 대형의 자실체를 일컫고 있고, 균은 지금은 균계를 이루고 있는 균류를 뜻하나, 원래는 버섯, 즉 영어의 Mushroom을 가리킨다.
식품으로서의 버섯의 가치는 영양가면에서 평가하는 것이 아니라, 엽채류성과 동물성 식품에서는 얻을 수 없는 물질이 버섯을 비롯한 균류에 들어 있다는 것이다. 식용버섯은 단백질, 지방 외에 조섬유, 칼륨, 인산, 비타민B와 D, 효소 등이 풍부한 알칼리 식품이다. 식용버섯의 독특한 맛과 향기는 아미노산, 만니톨, 트레할로오스 등이 많이 들어 있기 때문이다. 대표적인 종류로는 목이, 송이, 표고, 느타리, 능이, 싸리버섯, 꾀꼬리버섯, 팽나무 버섯, 맛버섯, 젖버섯 등이 있다.
이와 같은 버섯은 재배하여 공급되고 있으며, 한국, 일본은 표고버섯을 주로 재배하고, 중국, 동남아시아는 풀버섯을 재배하며, 유럽, 미국은 머쉬룸(한국명 양송이)을 주로 재배하여서, 이들 버섯을 세계의 3대 재배버섯이라고도 한다.
이와 같은 버섯을 재배하기 위해서는 여러 가지 생육조건을 만족시켜야 양질의 버섯을 재배할 수 있는데, 농가에서 버섯을 재배하고 있는 방법은 대부분 비닐하우스에 의존하고 있으므로 여름에는 고온에 의해 버섯재배가 불가능하거나 또는 버섯 전부가 폐사하는 사례가 속출하고 있는 실정이며, 겨울에는 영하의 온도에 의해 버섯의 성장저해와 수확이 현저하게 감소되고 있는 실정이다. 또한, 습도 조절이 어렵고, 환기장치가 미흡하여 이산화탄소 등의 영향으로 생장과 발육이 저해되는 문제점이 있다.
한국등록특허 제1852987호는 버섯의 생육조건을 만족시킬 수 있는 고부가가치 버섯재배를 위한 모듈형 엽채류공장시스템을 제공하였는데, 좀 더 상세하게는 환경수집수단으로부터 재배 환경 모니터링 정보를 수집하고, 수집된 재배 환경 모니터링 정보를 분석하여 재배환경제공수단으로 재배 환경 제어 정보를 제공하고, 환경수집수단으로 조도 및 영상 제어 정보를 제공하며, 배환경제공수단으로부터 재배 환경 제어 결과 정보를 수집하기 위한 생장환경통합관리수단과; 재배환경제공수단으로부터 제공된 재배 환경 변수값을 이용하여 재배 환경 모니터링 정보를 생성하여 생장환경통합관리수단으로 제공하고, 생장환경통합관리수단으로부터 조도 및 영상 제어 정보를 획득하여 조도 및 영상 제어를 수행하기 위한 환경수집수단과; 생장환경통합관리수단으로부터 재배 환경 제어 정보를 획득하여 항온항습기를 동작시키며, 센서들에 의해 감지된 재배 환경 변수값을 환경수집수단으로 제공하며, 재배 환경 제어 결과 정보를 생장환경통합관리수로 제공하기 위한 재배환경제공수단;을 포함하고, 상기 재배 환경 모니터링 정보는 재배 시설물에 설치 구성된 센서들로부터 수집된 재배 환경 변수값을 이용해 생성된 정보로서 현재 재배시설의 주변 환경 상황을 나타내는 정보이고, 상기 재배 환경 제어 정보는 버섯재배에 적합한 주변 환경을 조성하기 위해 항온항습기를 동작시키기 위한 제어정보이고, 상기 재배 환경 제어 결과 정보는 상기 재배 환경 제어 정보에 따라 재배환경제공수단이 항온항습기를 동작시켯다는 응답 정보이고, 상기 조도 및 영상 제어 정보는 버섯 재배에 접합한 조도가 되도록 조명장치를 제어하거나 버섯의 재배 상황을 촬영하기 위해 카메라부를 제어하기 위한 정보이며, 상기 생장환경통합관리수단은 환경수집수단으로부터 재배 환경 모니터링 정보를 수집하기 위한 환경정보수집부와, 상기 수집된 재배 환경 모니터링 정보를 기반으로 재배 환경 제어를 위한 데이터를 분석하기 위한 재배환경데이터분석부와, 웹 및 모바일로 재배 환경 모니터링 정보, 재배 환경 제어 정보를 제공하기 위한 환경관제부와, 상기 재배환경데이터분석부에 의해 분석된 데이터를 참조하여 조도 및 영상 제어 신호를 환경수집수단으로 제공하기 위한 조도 및 영상제어부와, 상기 재배환경데이터분석부에 의해 분석된 데이터를 참조하여 재배환경제공수단으로 재배 환경 제어 정보를 제공하며, 재배환경제공수단으로부터 재배 환경 제어 결과 정보를 획득하기 위한 재배환경제어부와, 품종 정보, 성장 정보, 성장 환경 정보, 시설운영 정보, 시장 정보를 포함하여 저장하고 있는 재배환경정보디비와, 설정된 스케쥴에 따라 재배 환경 제어 정보를 상기 재배환경제어부로 제공하기 위한 환경제어스케쥴설정부와, 재배 환경 변수들의 표준값과 임계값을 설정하여 환경수집수단으로 제공하며, 수집된 재배 환경 변수들이 설정된 임계값을 벗어나면 이벤트 신호를 발생시키며, 해당 이벤트 신호를 환경관제부로 제공하기 위한 이벤트관리부를 포함한다.
이 때, 종래기술은 버섯의 생육조건을 만족시키기 위하여 다양한 공기센서와 공기 조화장치를 설치함으로써, 설비비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 설비비용을 저감하면서도 엽채류 및 버섯의 상시재배가 가능하며 엽채류 및 버섯의 생산량과 품질을 극대화할 수 있는 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 버섯재배시 모든 장비를 IOT 기반으로 일체화 관리 및 조정할 수 있는 엽채류 및 버섯 재배 시스템을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따른 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템은 다수의 측벽(101)에 의해 버섯재배사(110), 엽채류재배사(120), 공조영역(130), 관리영역(140) 및 수확영역(150)으로 구획되는 하우징(100); 상기 버섯재배사(110)와 엽채류재배사(120)로 광원을 조사하는 광조사장치(300); 상기 버섯재배사(110)에 적층되며 버섯의 재배가 이루어지는 버섯재배용선반(400); 상기 엽채류재배사(120)에 적층되며 엽채류의 재배가 이루어지는 엽채류재배용선반(500); 상기 공조영역(130)에 설치되며 상기 버섯재배사(110)에서 배출되는 이산화탄소를 저장하여 상기 엽채류재배사(120)로 전달하거나 상기 엽채류재배사(120)에서 배출되는 산소를 저장하여 상기 버섯재배사(110)으로 전달하며, 상기 버섯재배사(110)와 엽채류재배사(120)의 이산화탄소 농도, 습도, 온도를 제어하는 공조장치(600); 및 상기 광조사장치(300) 및 공조장치(600)를 IOT 기반으로 제어하는 제어부;를 포함한다.
또한, 상기 공조장치(600)는 상기 버섯재배사(110)의 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소센서(610)와, 상기 이산화탄소센서(610)에서 측정된 이산화탄소 농도가 설정 수치 이상이면 상기 버섯재배사(110)의 이산화탄소를 흡입 및 저장하는 이산화탄소흡입탱크(620)와, 상기 이산화탄소흡입탱크(620)에 저장된 이산화탄소를 상기 엽채류재배사(120)로 전달하는 이산화탄소펌프(630)와, 상기 이산화탄소흡입탱크(620)와 이산화탄소펌프(630) 사이에 설치되어 이산화탄소에 포함된 분진 및 포자를 필터링하는 이산화탄소필터(640)와, 상기 엽채류재배사(120)의 산소 농도를 측정하는 산소센서(650)와, 상기 엽채류재배사(120)에서 측정된 산소 농도가 설정 수치 이상이면 상기 엽채류재배사(120)의 산소를 흡입 및 저장하는 산소흡입탱크(660)와, 상기 산소흡입탱크(660)에 저장된 산소를 상기 버섯재배사(110)로 전달하는 산소펌프(670)와, 상기 산소흡입탱크(660)와 산소펌프(670) 사이에 설치되어 산소에 포함된 습기를 필터링하는 산소필터(680)를 포함한다.
또한, 상기 공조장치(600)는 상기 이산화탄소필터(640)에 필터링된 분진 및 포자를 흡입하여 상기 버섯재배사(110)로 전달하는 제1리턴펌프(691)와, 상기 산소필터(680)에 필터링된 습기를 흡입하여 상기 엽채류재배사(120)로 전달하는 제2리턴펌프(692)를 포함한다.
또한, 상기 광조사장치(300)는 광원을 생성하는 LED와, 상기 LED의 광원 파장을 버섯과 엽채류의 성장 및 생장을 위한 특정 파장으로 조절하여 공급하는 광필터와, 상기 태양광패널(210)의 방위각을 조절하는 트레이를 포함한다.
또한, 상기 광필터는 상기 LED의 광원 파장을 430nm, 450nm, 640nm 또는 660nm로 조절하는 성장 모드와, 상기 LED의 광원 파장을 380nm 또는 405nm로 적용하는 생장 모드 중 어느 하나의 모드로 작동된다.
또한, 상기 하우징(100)의 버섯재배사(110)을 이루는 측벽(101)에 구성된 창문(102) 내면에 결합되어 상기 버섯재배사(110)의 습기를 흡수하는 습기흡수부재(710)와, 상기 창문(102) 내면에 결합되어 상기 버섯재배사(110)의 습도를 측정하는 습도센서(720)와, 상기 습도센서(720)에서 측정된 습도가 기설정된 수치 이하이면 상기 습기흡수부재(710)가 외부로 노출되도록 상기 창문(102)을 회동시키는 회동기(730)를 포함하는 습도조절장치(700);를 더 포함한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템은 설비비용을 저감하면서도 엽채류 및 버섯의 상시재배가 가능하며 엽채류 및 버섯의 생산량과 품질을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템은 엽채류 및 버섯재배시 모든 장비를 IOT 기반으로 일체화 관리 및 조정할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템을 나타낸 내부도.
도 3은 본 발명에 따른 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템을 나타낸 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 공조장치를 나타낸 블록 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 태양광발전장치를 나타낸 블록구성도.
도 6은 본 발명에 따른 습도조절장치를 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 습기흡수부재의 일 예를 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 공조장치의 제어방법을 나타낸 순서도.
도 2는 본 발명에 따른 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템을 나타낸 내부도.
도 3은 본 발명에 따른 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템을 나타낸 평면도.
도 4는 본 발명에 따른 공조장치를 나타낸 블록 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 태양광발전장치를 나타낸 블록구성도.
도 6은 본 발명에 따른 습도조절장치를 나타낸 사시도.
도 7은 본 발명에 따른 습기흡수부재의 일 예를 나타낸 사시도.
도 8은 본 발명에 따른 공조장치의 제어방법을 나타낸 순서도.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명에 따른 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템을 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템을 나타낸 내부도, 도 3은 본 발명에 따른 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템을 나타낸 평면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템은 하우징(100), 광조사장치(300), 버섯재배용선반(400), 엽채류재배용선반(500), 공조장치(600) 및 제어부를 포함한다.
상기 하우징(100)은 통상의 구조물로서, 다수의 측벽(101)에 의해 버섯재배사(110), 엽채류재배사(120), 공조영역(130), 관리영역(140) 및 수확영역(150)으로 구획된다. 이 때, 상기 버섯재배사(110)에서는 버섯이 재배되며, 상기 엽채류재배사(120)에서는 엽채류가 재배되며, 상기 공조영역(130)에서는 공기조화가 이루어지며, 상기 관리영역(140)에서는 제어가 이루어지며, 상기 수확영역(150)에서는 상기 버섯과 엽채류의 수확이 이루어질수 있다.
한편, 상기 버섯재배사(110)은 상기 하우징(100)의 좌측 상에 형성되며, 상기 엽채류재배사(120)은 상기 하우징(100)의 우측 상에 형성되며, 상기 공조영역(130), 관리영역(140) 및 수확영역(150)은 상기 버섯재배사(110)와 엽채류재배사(120) 사이에 형성되는 것이 바람직한데, 이는 상기 버섯재배사(110)에서 재배한 버섯과 상기 엽채류재배사(120)에서 재배한 엽채류를 상기 수확영역(150)에 용이하게 운반할 수 있으며, 상기 버섯재배사(110)에서 주로 발생하는 이산화탄소와 상기 엽채류재배사(120)에서 주로 발생하는 산소를 공조영역(130)에서 용이하게 상호 전달할 수 있기 때문이다.
상기 광조사장치(300)는 광원을 생성하여 상기 버섯재배사(110)와 엽채류재배사(120)로 조사한다. 이 때, 상기 광조사장치(300)는 상기 하우징(100)의 천장에 설치된 태양광발전장치(200)에서 발생한 전력에 의해 광원을 생성할 수 있다.
상기 버섯재배용선반(400)은 상기 버섯재배사(110)에 다수 적층되며 버섯의 재배가 이루어진다.
상기 엽채류재배용선반(500)은 상기 엽채류재배사(120)에 다수 적층되며 엽채류의 재배가 이루어진다. 이때, 엽채류는 배추, 상추, 시금치로 구성될 수 있다.
상기 공조장치(600)는 상기 공조영역(130)에 설치되며 상기 버섯재배사(110)에서 배출되는 이산화탄소를 저장하여 상기 엽채류재배사(120)로 전달하거나 상기 엽채류재배사(120)에서 배출되는 산소를 저장하여 상기 버섯재배사(110)으로 전달하며, 상기 버섯재배사(110)와 엽채류재배사(120)의 이산화탄소 농도, 습도, 온도를 제어한다. 좀 더 상세하게, 상기 버섯재배사(110)에서는 버섯이 재배됨에 따라 이산화탄소가 주로 발생하며, 상기 엽채류재배사(120)에서는 엽채류가 재배됨에 따라 산소가 주로 발생함에 따라, 상기 버섯재배사(110)에서 발생하는 이산화탄소와 상기 엽채류재배사(120)에서 발생하는 산소를 상호 교환하여, 버섯과 엽채류 재배 효율을 극대화할 수 있다.
상기 제어부는 상기 광조사장치(300) 및 공조장치(600)를 IOT 기반으로 제어한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템은 설비비용을 저감하면서도 엽채류 및 버섯의 상시재배가 가능하며 엽채류 및 버섯의 생산량과 품질을 극대화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템은 버섯재배시 모든 장비를 IOT 기반으로 일체화 관리 및 조정할 수 있는 장점이 있다.
도 4는 본 발명에 따른 공조장치를 나타낸 블록 구성도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 공조장치(600)는 이산화탄소센서(610), 이산화탄소흡입탱크(620), 이산화탄소펌프(630), 이산화탄소필터(640), 산소센서(650), 산소흡입탱크(660), 산소펌프(670), 산소필터(680), 제1리턴펌프(691), 제2리턴펌프(692)를 포함한다.
상기 이산화탄소센서(610)는 상기 버섯재배사(110)에 설치되어 상기 버섯재배사(110)의 이산화탄소 농도를 측정한다.
상기 이산화탄소흡입탱크(620)는 컴프레서가 내장된 탱크로서, 상기 공조영역(130)에 설치되어 상기 제어부의 제어에 의해 상기 이산화탄소센서(610)에서 측정된 이산화탄소 농도가 설정 수치 이상이면 상기 버섯재배사(110)의 이산화탄소를 흡입 및 저장한다.
상기 이산화탄소펌프(630)는 상기 공조영역(130)에 설치되어 상기 이산화탄소흡입탱크(620)에 저장된 이산화탄소를 상기 엽채류재배사(120)로 전달한다.
상기 이산화탄소필터(640)는 상기 이산화탄소흡입탱크(620)와 이산화탄소펌프(630) 사이에 설치되어 이산화탄소에 포함된 분진 및 포자를 필터링한다. 이 때, 상기 이산화탄소필터(640)는 다단식으로 구성되어 오염도가 낮은 필터를 교환할 수 있다.
상기 산소센서(650)는 상기 엽채류재배사(120)에 설치되어 상기 엽채류재배사(120)의 산소 농도를 측정한다.
상기 산소흡입탱크(660)는 상기 공조영역(130)에 설치되어 상기 제어부의 제어에 의해 상기 엽채류재배사(120)에서 측정된 산소 농도가 설정 수치 이상이면 상기 엽채류재배사(120)의 산소를 흡입 및 저장한다.
상기 산소펌프(670)는 상기 산소흡입탱크(660)에 저장된 산소를 상기 버섯재배사(110)로 전달한다.
상기 산소필터(680)는 상기 산소흡입탱크(660)와 산소펌프(670) 사이에 설치되어 산소에 포함된 습기를 필터링한다. 이 때, 상기 산소필터(680)는 다단식으로 구성되어 오염도가 낮은 필터를 교환할 수 있다.
상기 제1리턴펌프(691)는 상기 이산화탄소필터(640)에 필터링된 분진 및 포자를 흡입하여 상기 버섯재배사(110)로 전달한다.
상기 제2리턴펌프(692)는 상기 산소필터(680)에 필터링된 습기를 흡입하여 상기 엽채류재배사(120)로 전달한다.
한편, 상기 광조사장치(300)는 LED(도면부호미표시), 광필터(미도시), 트레이(미도시)를 포함한다.
상기 LED는 발광다이오드(Light-Emitting Diode)로서, 상기 태양광발전장치(200)에서 전달된 전기 에너지를 이용하여 광원을 생성한다.
상기 광필터는 상기 LED의 광원 파장을 버섯과 엽채류 성장 및 생장을 위한 특정 파장으로 조절하여 공급한다. 이때, 상기 광필터는 상기 LED의 광원 파장을 430nm, 450nm, 640nm 또는 660nm로 조절하는 성장 모드와, 상기 LED의 광원 파장을 380nm 또는 405nm로 적용하는 생장 모드 중 어느 하나의 모드로 작동될 수 있다. 좀 더 상세하게, 상기 버섯과 엽채류의 재배초기부터 재배중기까지는 상기 생장모드로 작동되며, 상기 버섯과 엽채류의 재배중기부터 재배말기까지는 상기 성장모드로 작동되는 것이 바람직하다.
상기 트레이는 태양고도에 따라 상기 태양광패널(210)의 방위각을 조절한다.
이에 따라, 상기 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템은 상기 광조사장치(300)를 이용하여 버섯과 엽채류 성장 및 생장을 극대화할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 태양광발전장치를 나타낸 블록구성도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 태양광발전장치(200)는 태양광패널(210), MPPT컨버터(220), DC버스(230), DC/AC인버터(240)를 포함한다.
상기 태양광패널(210)은 태양광에 의한 전기 에너지를 생성한다.
상기 MPPT컨버터(220)는 Maximum Power Point Tracking converter로서, 상기 태양광패널(210)에서 전달된 전기 에너지의 전압을 최대 전력점에서 승압시켜서 상기 DC/AC인버터(240)의 효율을 극대화시키는 역할을 한다.
상기 DC버스(230)는 상기 MPPT컨버터(220)에서 전달된 전기 에너지를 일시적으로 저장하면서 직류 전압을 일정하게 유지시켜서 정류하는 역할을 한다.
상기 DC/AC인버터(240)는 상기 DC버스(230)에서 전달된 전력을 교류 전압으로 변환한다.
이에 따라, 상기 태양광발전장치(200)는 상기 MPPT컨버터(220)를 이용하여 전력 생성 효율을 극대화할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 습도조절장치를 나타낸 사시도, 도 7은 본 발명에 따른 습기흡수부재의 일 예를 나타낸 사시도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템은 습도조절장치(700)를 더 포함할 수 있다.
상기 습도조절장치(700)는 상기 하우징(100)의 버섯재배사(110)을 이루는 측벽(101)에 구성된 창문(102) 내면에 결합되어 상기 버섯재배사(110)의 습기를 흡수하는 습기흡수부재(710)와, 상기 창문(102) 내면에 결합되어 상기 버섯재배사(110)의 습도를 측정하는 습도센서(720)와, 상기 습도센서(720)의 습도가 기설정된 수치 이하이면 상기 습기흡수부재(710)가 외부로 노출되도록 상기 창문(102)을 회동시키는 회동기(730)를 포함한다. 이 때, 도 5에는 상기 회동기(730)의 구동축만 도시되어 있다.
좀 더 상세하게, 상기 습도조절장치(700)는 상기 습기흡수부재(710)가 상기 버섯재배사(110)의 습도를 흡수하다가, 상기 습도센서(720)에서 측정된 습도가 기설정된 수치 이하이면 상기 회동기(730)를 작동시켜서 상기 습기흡수부재(710)를 외부로 노출시켜서 상기 습기흡수부재(710)의 습기가 마르게 한다.
또한, 상기 습도도절장치는 상기 습도센서(720)에서 측정된 습도가 기설정된 수치 이상이면 상기 회동기(730)를 작동시켜서 상기 습기흡수부재(710)를 상기 버섯재배사(110)으로 이동시켜서 상기 버섯재배사(110)의 습기를 흡수하게 한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 습기흡수부재(710)는 주변 습기를 최대한 흡수하기 위하여 반원통형으로 형성될 수 있다.
이 때, 상기 습도조절장치(700)는 상기 하우징(100)의 엽채류재배사(120)을 이루는 측벽(101)의 창문(102)에도 설치될 수 있다.
한편, 상기 측벽(101)의 내면과 외면 사이에는 보온을 위한 상변화물질이 내장될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 공조장치의 제어방법을 나타낸 순서도이다.
도 8을 참조하여 본 발명에 따른 공조장치의 제어방법에 대하여 설명하기로 한다.
제1단계에서(S10)는 상기 이산화탄소센서(610)가 상기 버섯재배사(110)의 이산화탄소 농도를 측정한다.
제2단계에서(S20)는 상기 제어부의 제어에 의해 상기 이산화탄소센서(610)에서 측정된 이산화탄소 농도가 설정 수치 이상 여부를 판독한다.
제3단계(S30)는 상기 이산화탄소 농도가 설정 수치 이상이면 상기 버섯재배사(110)의 이산화탄소를 흡입 및 저장한다.
제4단계(S40)는 상기 이산화탄소흡입탱크(620)에 저장된 이산화탄소를 상기 엽채류재배사(120)로 바로 전달한다, 이 때, 상기 이산화탄소필터(640)가 이산화탄소에 포함된 분진 및 포자를 필터링할 수 있다.
제5단계(S50)는 상기 산소센서(650)가 상기 엽채류재배사(120)의 산소 농도를 측정한다.
제6단계(S60)는 상기 제어부의 제어에 의해 상기 엽채류재배사(120)에서 측정된 산소 농도를 측정한다,
제7단계(S70)는 상기 산소 농도가 설정 수치 이상이면 상기 엽채류재배사(120)의 산소를 흡입 및 저장한다.
제8단계(S80)는 상기 산소흡입탱크(660)에 저장된 산소를 상기 버섯재배사(110)로 전달한다. 이 때, 상기 산소필터(680)가 산소에 포함된 습기를 필터링할 수 있다.
한편, 상기 제어부의 제어에 의해 제1유압센서(미도시)가 상기 이산화탄소필터(640)의 내부압력을 측정한다.
또한, 상기 제어부의 제어에 의해 상기 이산화탄소필터(640)의 내부압력이 설정 수치 이상이면 상기 제1리턴펌프(691)가 상기 이산화탄소필터(640)에 필터링된 분진 및 포자를 흡입하여 상기 버섯재배사(110)로 전달한다.
또한, 상기 제어부의 제어에 의해 제2유압센서(미도시)가 상기 산소필터(680)의 내부압력을 측정한다.
또한, 상기 제어부의 제어의 의해 상기 산소필터(680)의 내부압력이 설정 수치 이상이면 상기 제2리턴펌프(692)가 상기 산소필터(680)에 필터링된 습기를 흡입하여 상기 엽채류재배사(120)로 전달한다.
또한, 이 시스템에 공급되는 전원은 안정성이 중요하며, 오동작시 농작물의 생육에 많은 영향을 미치므로, 이에 대한 대책이 중요하다.
이러한 시스템의 오작동을 방지하기 위한 전원공급기의 노이즈를 제거하기 위한 대책이 필요하며, 이를 살펴보면,
도 9는 종래 스위칭 전원장치를 나타낸 것으로, 종래의 스위칭 전원장치의 전력변환회로는, 입력전압(11)이 공급되고, 스위칭 회로(12)의 게이트 신호에 PWM 신호가 인가되면 스위칭이 발생하며, 이에 따라 구형파 전압이 트랜스포머(13)에 입력되고 상기 트랜스포머(13)의 출력전압은 다이오드(14)회로에 의하여 정류된다. 이 정류된 전압은 저주파 필터(15)에 의하여 직류 또는 저주파 성분의 출력전압으로 나타나고 고주파 리플 성분은 작게 나타난다. 상기 스위칭 회로(12)는 스위칭 소자가 1개인 회로부터 다수인 회로까지 다양한 종류가 있고, 상기 트랜스포머(13)가 없는 회로방식도 포함된다. 출력전압의 파형을 관찰하면 그래프에 나타낸 바와 같이 직류 또는 저주파 성분(
)이 있고 여기에 고주파 교류 성분(
)이 나타난다. 교류 성분의 크기를 리플이라고 부르며 리플의 주파수는 PWM 주파수, 즉 스위칭 주파수와 동일하다.
출력전압과 입력전압의 비율인 전압변환비(Voltage conversion ratio)는 PWM 신호의 듀티 비(Duty ratio)에 의하여 결정되며, PWM 주파수와는 직접적인 관계가 없으므로 PWM 주파수를 변경하여도 출력전압은 영향을 받지 않는다. 즉, 출력전압의 크기를 제어하는 회로와 리플을 제한하는 회로는 독립적이다. 출력 전압을 제어하는 기능은 전압제어부에서 담당하는데, 출력전압 측정치와 기준치를 비교하여 듀티 비를 조절하는 방식으로 이루어진다.
본 발명은 출력전압 리플의 크기는 저주파 필터용 캐패시터의 용량과 스위칭 주파수에 반비례한다는 관계를 이용한다. 리플이 기준치보다 클 때 스위칭 주파수를 증가시키면 리플은 감소하며 출력전압의 크기는 영향을 받지 않는다.
도 10은 본 발명에 따른 스위칭 전원장치를 나타낸 것으로, 종래의 스위칭 전원장치를 구성하는 요소인 전압제어부(20)에 사용되는 PWM 신호의 주파수를 변경할 수 있도록 리플제어부(30)가 추가되는 방식으로 적용된다. 전력변환회로부(10)의 종류와 관계없이 적용될 수 있다. PWM 신호발생은 삼각파와 듀티 비(duty ratio) 신호를 비교하여 듀티 비 신호가 삼각파보다 클 때 스위치를 온(on) 시키도록 작동되므로, PWM 주파수는 삼각파 신호의 주파수와 동일하며, PWM 신호의 듀티비는 스위칭 주파수와 관계없고 듀티비 신호에 의하여 결정된다.
본 발명에서는 이러한 스위칭 전원장치의 리플이 상한치를 초과할 때 스위칭 주파수를 증가시키도록 삼각파 발진기의 입력신호를 조절하는 방법을 적용한다. 리플제어부(30)의 세부적인 동작을 살펴보면, 스위칭 전원회로의 출력전압으로부터 고주파 성분을 추출하기 위하여 고주파 필터(31)를 사용하고, 리플의 크기에 해당하는 진폭을 측정하기 위하여 진폭 검출기(32)를 이용하며, 리플 측정치와 리플 상한치를 비교하고 그 결과를 이용하여 리플 제어기(33)에서 주파수 제어신호를 발생시키고 삼각파 발진기(23)에 입력시킨다.
상기 리플 제어기(33)는, 상기 리플 측정치가 리플 상한치보다 큰 경우에 주파수 제어신호를 증가시키고 반대의 경우에는 감소시키는 기능을 가지며, 제어 성능과 안정성을 확보하기 위하여 비례-적분제어기 또는 Lead-Lag 보상기 등의 제어방식으로 구현된다. 리플 제어기에서 발생되는 주파수 제어신호는 삼각파 발진기에 입력되어 스위칭 주파수를 결정하는데, 주파수가 너무 낮아지거나 높아지는 상태를 방지하기 위하여 스위칭 주파수를 제한한다.
도 11은 본 발명에 따른 주파수 제어신호와 스위칭 주파수의 관계를 도식화한 것이다. 주파수 제어신호가 넓은 범위에서 변화하여도 스위칭 주파수는 하한치(
)와 상한치(
)를 벗어나지 않도록 한다. 스위칭 주파수의 하한치와 상한치는 전력변환회로의 설계 또는 특성시험에서 결정되는 값이다. 인덕터, 변압기 등의 자성 부품(Magnetic components)은 전압의 주파수가 감소하면 자속 포화의 가능성이 있다는 점을 고려하여 주파수 하한치가 결정되며, 주파수 상한치는 이론적으로는 제한이 없지만, 주파수 증가에 따라 스위칭 손실이 증가한다는 문제와 사용되는 부품들의 주파수 특성을 고려하여 결정된다.
도 12는 도 10의 리플 제어부를 연산증폭기(OP Amp)로써 구현하는 전자회로의 예를 나타낸다. 전원장치의 출력전압 신호로부터 직류 및 저주파 성분을 차단하고 스위칭 주파수에 해당하는 고주파 성분을 추출하기 위하여 대역통과필터(Band Pass Filter, BPF)를 사용한다. 대역통과필터는 고주파 필터를 사용하여도 되지만 스위칭 잡음에 의한 오동작을 방지하기 위한 것이다. 대역통과필터의 주파수 특성은, 스위칭 주파수를 포함하도록 설정되는데, 출력전압의 기본 주파수(직류전압 출력의 경우에는 직류 성분, 교류전압의 경우에는 교류성분)와 스위칭 잡음은 통과되지 않도록 한다. 진폭 검출을 위한 방법으로서 Envelop Detector 회로를 적용하며, 진폭 측정치와 리플 상한치를 비교하여 주파수 제어신호를 생성시킬 수 있도록 비례-적분 보상기를 적용하고 제어신호의 범위를 제한하기 위한 Clipper 회로를 다이오드 두 개로써 구현한다. 여기서 생성된 주파수 제어신호를 전압제어 발진기(Voltage-Controlled Oscillator, VCO)에 입력시켜서 삼각파형을 만들도록 한다. 삼각파형 생성이 가능한 전압제어 발진기(Voltage-Controlled Oscillator, VCO) 회로는 연산증폭기를 사용하여 구현할 수도 있지만, 시판되고 있는 전용 IC (LM566, LTC6990 등)를 이용하여 구현할 수도 있다. 이 삼각파형은 스위칭 전력변환회로의 PWM 신호 생성을 위하여 공급한다.
도 13는 본 발명에 따른 리플 제어부를 소프트웨어로 구현하는 알고리즘의 예를 보여준다. 스위칭 전원장치의 제어기능은 마이크로프로세서를 이용한 소프트웨어 방식으로도 구현될 수 있다. 그 중에서 PWM 신호 생성을 위한 스위칭 주파수를 결정하는 부분에 있어서 마이크로프로세서 내부의 소프트웨어 알고리듬으로써 구현하는 방법은 다음과 같다.
스위칭 주파수의 하한치와 상한치가 미리 설정되어 있고, 출력전압 리플 상한치도 설정되어 있을 때, 리플 제한 주기마다 출력전압 리플을 측정하고, 리플 측정치와 리플 상한치를 비교하며. 측정치가 상한치보다 크면 스위칭 주파수를 증가시키고, 그렇지 않은 경우에는 스위칭 주파수를 감소시킨다. 여기서 결정된 주파수가 스위칭 주파수 하한치와 상한치를 벗어나지 않도록 스위칭 주파수 제한 과정을 거쳐서 스위칭 주파수를 결정한다. 이런 절차를 주기적으로 반복한다. 여기에서 결정된 스위칭 주파수는 전원장치의 출력전압제어 기능에 필요한 PWM 신호 생성에 적용된다.
스위칭 전원장치의 스위칭 주파수를 PWM신호생성 방법은 출력전압의 리플을 측정하는 단계; 상기 측정된 리플을 미리 정한 리플 상한 설정치(
)와 크기를 비교하는 단계; 상기 측정한 리플의 크기가 미리 정한리플 상한 설정치(
)보다 큰 경우, 일정량의 주파수를 증가시키고, 상기 리플 상한 설정치(
)보다 작은 경우, 일정량의 주파수를 감소시키며, 주파수가 미리 정한 최소주파수보다 작은 경우, 그때의 주파수를 PWM 신호의 주파수로 결정하며, 상기 주파수가 미리정한 최소 주파수보다 큰 경우, 상기 주파수가 스위칭 주파수 상한치, (
)가 미리정한 최대 주파수보다 크면, 그때의 주파수는 최대주파수(
)로 셋팅되며, 상기 주파수가 상기 최대주파수(
)보다 작으면, 그때의 주파수로 PWM 신호의 주파수로 설정하는 방법으로 구성된다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.
100 : 하우징
101 : 측벽
102 : 창문
110 : 버섯재배사
120 : 엽채류재배사
130 : 공조영역
140 : 관리영역
150 : 수확영역
200 : 태양광발전장치
210 : 태양광패널
220 : MPPT컨버터
230 : DC버스
240 : DC/AC인버터
300 : 광조사장치
400 : 버섯재배용선반
500 : 엽채류재배선반
600 : 공조장치
700 : 습도조절장치
710 : 습기흡수부재
720 : 습도센서
730 : 회동기
101 : 측벽
102 : 창문
110 : 버섯재배사
120 : 엽채류재배사
130 : 공조영역
140 : 관리영역
150 : 수확영역
200 : 태양광발전장치
210 : 태양광패널
220 : MPPT컨버터
230 : DC버스
240 : DC/AC인버터
300 : 광조사장치
400 : 버섯재배용선반
500 : 엽채류재배선반
600 : 공조장치
700 : 습도조절장치
710 : 습기흡수부재
720 : 습도센서
730 : 회동기
Claims (6)
- 다수의 측벽(101)에 의해 버섯재배사(110), 엽채류재배사(120), 공조영역(130), 관리영역(140) 및 수확영역(150)으로 구획되는 하우징(100);
상기 버섯재배사(110)와 엽채류재배사(120)로 광원을 조사하는 광조사장치(300);
상기 버섯재배사(110)에 적층되며 버섯의 재배가 이루어지는 버섯재배용선반(400);
상기 엽채류재배사(120)에 적층되며 엽채류의 재배가 이루어지는 엽채류재배용선반(500);
상기 공조영역(130)에 설치되며 상기 버섯재배사(110)에서 배출되는 이산화탄소를 저장하여 상기 엽채류재배사(120)로 전달하거나 상기 엽채류재배사(120)에서 배출되는 산소를 저장하여 상기 버섯재배사(110)으로 전달하며, 상기 버섯재배사(110)와 엽채류재배사(120)의 이산화탄소 농도, 습도, 온도를 제어하는 공조장치(600); 및
상기 광조사장치(300) 및 공조장치(600)를 IOT 기반으로 제어하는 제어부;
상기 하우징(100)의 버섯재배사(110)을 이루는 측벽(101)에 구성된 창문(102) 내면에 결합되어 상기 버섯재배사(110)의 습기를 흡수하는 습기흡수부재(710)와, 상기 창문(102) 내면에 결합되어 상기 버섯재배사(110)의 습도를 측정하는 습도센서(720)와, 상기 습도센서(720)에서 측정된 습도가 기설정된 수치 이하이면 상기 습기흡수부재(710)가 외부로 노출되도록 상기 창문(102)을 회동시키는 회동기(730)를 포함하는 습도조절장치(700);를 더 포함하며,
상기 습기흡수부재(710)는 주변 습기를 최대한 흡수하기 위하여 반원통형으로 형성되며,
상기 측벽(101)의 내면과 외면 사이에는 보온을 위한 상변화물질이 내장되는 것을 포함하는 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 공조장치(600)는
상기 버섯재배사(110)의 이산화탄소 농도를 측정하는 이산화탄소센서(610)와,
상기 이산화탄소센서(610)에서 측정된 이산화탄소 농도가 설정 수치 이상이면 상기 버섯재배사(110)의 이산화탄소를 흡입 및 저장하는 이산화탄소흡입탱크(620)와,
상기 이산화탄소흡입탱크(620)에 저장된 이산화탄소를 상기 엽채류재배사(120)로 전달하는 이산화탄소펌프(630)와,
상기 이산화탄소흡입탱크(620)와 이산화탄소펌프(630) 사이에 설치되어 이산화탄소에 포함된 분진 및 포자를 필터링하는 이산화탄소필터(640)와,
상기 엽채류재배사(120)의 산소 농도를 측정하는 산소센서(650)와,
상기 엽채류재배사(120)에서 측정된 산소 농도가 설정 수치 이상이면 상기 엽채류재배사(120)의 산소를 흡입 및 저장하는 산소흡입탱크(660)와,
상기 산소흡입탱크(660)에 저장된 산소를 상기 버섯재배사(110)로 전달하는 산소펌프(670)와,
상기 산소흡입탱크(660)와 산소펌프(670) 사이에 설치되어 산소에 포함된 습기를 필터링하는 산소필터(680)를 포함하는 엽채류 및 버섯 재배 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 공조장치(600)는
상기 이산화탄소필터(640)에 필터링된 분진 및 포자를 흡입하여 상기 버섯재배사(110)로 전달하는 제1리턴펌프(691)와,
상기 산소필터(680)에 필터링된 습기를 흡입하여 상기 엽채류재배사(120)로 전달하는 제2리턴펌프(692)를 포함하는 엽채류 및 버섯 재배 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 광조사장치(300)는
광원을 생성하는 LED와,
상기 LED의 광원 파장을 버섯과 엽채류의 성장 및 생장을 위한 특정 파장으로 조절하여 공급하는 광필터와,
태양광패널(210)의 방위각을 조절하는 트레이를 포함하는 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 광필터는
상기 LED의 광원 파장을 430nm, 450nm, 640nm 또는 660nm로 조절하는 성장 모드와, 상기 LED의 광원 파장을 380nm 또는 405nm로 적용하는 생장 모드 중 어느 하나의 모드로 작동되는 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 통한 엽채류 및 버섯 재배 시스템.
- 삭제
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180129006A KR102150674B1 (ko) | 2018-10-26 | 2018-10-26 | 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 이용한 엽채류 및 버섯 재배 시스템 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020180129006A KR102150674B1 (ko) | 2018-10-26 | 2018-10-26 | 엽채류에서 발생하는 산소와 버섯에서 발생하는 이산화탄소의 상호교환을 이용한 엽채류 및 버섯 재배 시스템 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
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