KR102226208B1 - 공조 장치 및 이를 이용한 실내 환경 제어 방법 - Google Patents

공조 장치 및 이를 이용한 실내 환경 제어 방법 Download PDF

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이재수
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원진호
석영식
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 공조 장치는, 실내 공간을 갖는 챔버; 및 챔버의 일측에 배치되어 실내 공간과 연결되는 공조 공간을 갖는 공조부를 포함하고, 공조부는, 외부로부터 공기를 흡입하는 흡입부; 흡입된 공기가 기 설정된 온도 및 습도를 만족하도록 흡입된 공기의 온도 및 습도를 제어하는 제어부; 및 공조 공간과 실내 공간을 연결하는 연결부를 포함하며, 챔버는, 연결부와 연통하며 챔버의 내측벽을 따라 배치되는 분사 배관; 및 분사 배관의 길이 방향을 따라 제공되되, 분사 배관의 측면부 및 하부를 감싸도록 배치되는 유로 가이드를 포함한다.

Description

공조 장치 및 이를 이용한 실내 환경 제어 방법{AIR CONDITIONING DEVICE　AND INDOOR ENVIRONMENT CONTROL METHOD USING THE SAME}
본 발명은 공조 장치 및 이를 이용한 실내 환경 제어 방법에 관한 것이다.
초기 곤충 농가는 일반 농가에서 부업으로 비닐하우스 같은 가건물에서 자연 환경으로 사육을 하였으나 연중 생산이 어렵고, 병해충 등의 피해가 빈번하게 발생되어 노동력 대비 농가 소득은 많지 않았다.
이를 해결하고자, 곤충사육시설의 현대화 사업이 추진되었고, 판넬 또는 콘크리트 등의 건축물에서 냉난방기, 가습기, 제습기 등의 환경 제어 장비를 통하여 사육함으로써, 연중 생산을 통한 생산량이 증가하여 곤충 농가의 소득이 향상되었다.
하지만, 냉난방기의 환경 제어 시 온도의 차가 급격하게 발생하여 곤충 생육 부진, 사육실 부분별 온도 차이로 인한 균일한 생산 관리의 어려움, 가습기 주변 과습으로 인한 병해 피해 발생 등의 문제점은 한계요인으로 작용하고 있다.
또한, 일부 선도 농가를 제외하면 특히, 농가현장에서 흰점박이꽃무지의 일반적인 사육 환경은 온습도 조절이 어렵고, 환기, 세척 및 소독이 제대로 이루어지지 않으며, 오염된 먹이공급 등으로 인하여 녹강병 등의 병해충 발생이 빈번하고 유충의 생육장애가 발생하고 있는 실정이다.
이에, 곤충 스마트 팜 사육 시스템 개발의 필요성이 절실하게 대두되고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 여름철 고온 다습한 환경 및 겨울철 저온 저습한 환경에서 실내 온도 및 상대 습도를 균일하게 조성하여 다양한 품종을 사육할 수 있는 공조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 식용 곤충의 사육 및 버섯 재배에 적합한 환경을 정밀하게 제어함으로써, 연중 생산을 통한 생산량을 확대할 수 있는 공조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공조 장치는, 실내 공간을 갖는 챔버; 및 챔버의 일측에 배치되어 실내 공간과 연결되는 공조 공간을 갖는 공조부를 포함하고, 공조부는, 외부로부터 공기를 흡입하는 흡입부; 흡입된 공기가 기 설정된 온도 및 습도를 만족하도록 흡입된 공기의 온도 및 습도를 제어하는 제어부; 및 공조 공간과 실내 공간을 연결하는 연결부를 포함하며, 챔버는, 연결부와 연통하며 챔버의 내측벽을 따라 배치되는 분사 배관; 및 분사 배관의 길이 방향을 따라 제공되되, 분사 배관의 측면부 및 하부를 감싸도록 배치되는 유로 가이드를 포함하고, 유로 가이드는 분사 배관의 상부 방향으로 연장되어 챔버의 천정과 소정 높이 이격된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 분사 배관은, 분사 배관의 외주면에 일정 간격으로 배치된 다수의 분배구를 갖는다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 챔버는, 챔버의 천정에 설치되는 팬을 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 제어부는 냉난방기, 가습기, 및 제습기 중 적어도 하나를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공조 장치는, 실내 공간과 외부를 연결하는 배기부를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공조 장치는, 실내 공간과 연결되는 내부 공간을 가지며, 챔버를 사이에 두고 공조부와 마주보도록 챔버의 일측에 배치되는 출입부를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 출입부는 실내 공간과 연결되는 내부 도어 및 외부와 연결되는 외부 도어를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 곤충 사육 시설은, 사육실을 갖는 챔버; 및 챔버의 일측에 배치되어 사육실과 연결되는 공조 공간을 갖는 공조부를 포함하고, 공조부는, 외부로부터 공기를 흡입하는 흡입부; 흡입된 공기가 기 설정된 온도 및 습도를 만족하도록 공기의 온도 및 습도를 제어하는 제어부; 및 공조 공간과 사육실을 연결하는 연결부를 포함하며, 챔버는, 연결부와 연통하며 챔버의 내측벽을 따라 배치되는 분사 배관; 및 분사 배관의 길이 방향을 따라 제공되되, 분사 배관의 측면부 및 하부를 감싸도록 배치되는 유로 가이드를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 작물 재배 시설은, 온실을 갖는 챔버; 및 챔버의 일측에 배치되어 온실과 연결되는 공조 공간을 갖는 공조부를 포함하고, 공조부는, 외부로부터 공기를 흡입하는 흡입부; 흡입된 공기가 기 설정된 온도 및 습도를 만족하도록 공기의 온도 및 습도를 제어하는 제어부; 및 공조 공간과 온실을 연결하는 연결부를 포함하며, 챔버는, 연결부와 연통하며 챔버의 내측벽을 따라 배치되는 분사 배관; 및 분사 배관의 길이 방향을 따라 제공되되, 분사 배관의 측면부 및 하부를 감싸도록 배치되는 유로 가이드를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공조 장치를 이용한 실내 환경 제어 방법은, 외부로부터 공조 공간 내부로 공기를 흡입하는 흡입 단계; 흡입된 공기가 기 설정된 온도 및 습도를 만족하도록, 흡입된 공기의 온도 및 습도를 제어하는 제어 단계; 제어된 공기를 공조 공간으로부터 실내 공간으로 공급하는 공급 단계; 및 실내 공간의 공기를 공조 공간으로 회수하는 회수 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공조 장치를 이용한 실내 환경 제어 방법은, 실내 공간의 공기를 외부로 배출하는 배출 단계를 더 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 장치의 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 장치의 종단면도이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 장치의 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공조 장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 공조 장치를 사용하여 곤충 스마트 팜의 내부를 온도 25℃로 설정하여 48시간 작동하였을 때, 외부 온도와 곤충 스마트 팜 내부의 온도 및 곤충 농가 온도를 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 공조 장치를 사용하여 곤충 스마트 팜의 재부를 습도 65%로 설정하여 48시간 작동하였을 때, 외부 습도와 곤충 스마트 팜 내부의 습도 및 곤충 농가 습도를 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6은 여름철 고온 다습한 환경에서 본 발명의 공조 장치를 사용하여 곤충 스마트 팜의 내부 온도를 36℃, 습도를 96% 환경으로 변경한 후 변화되는 과정을 모니터링한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 겨울철 저온 저습한 환경에서 본 발명의 공조 장치를 사용하여 곤충 스마트 팜의 내부 온도를 18℃, 습도를 35% 환경으로 변경한 후 변화되는 과정을 모니터링한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8 곤충 스마트 팜 내부에 인위적으로 CO2를 발생시킨 후, CO2 농도 변화를 모니터링한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 공조 시스템은 작물 재배 혹은 다양한 품종의 사육 환경에서 사용하기 위한 발명으로서, 특히, 여름철 고온 다습한 환경 및 겨울철 저온 저습한 환경에서 실내 온도 및 상대 습도를 균일하게 조성하여 다양한 품종을 사육하기 위한 것이다.
본 발명은 주로 식용 곤충의 사육 및 버섯 재배에 사용될 수 있으나 그 사용처가 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 분야에서 활용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 장치의 사시도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 장치의 종단면도이고, 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 장치의 횡단면도이다.
도 1, 2a, 및 2b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 장치(1)는, 실내 공간을 갖는 챔버(30); 및 챔버(30)의 일측에 배치되어 실내 공간과 연결되는 공조 공간을 갖는 공조부(10)를 포함한다.
도면에는 공조부(10)가 챔버(30)의 일측에서 챔버(30)가 동일한 높이를 갖도록 도시하였으나, 그 형상은 이에 한정되는 것은 아니며 공조부(10)가 챔버(30)의 일측에 배치되되 챔버(30) 내부의 실내 공간과 공조부(10) 내부의 공조 공간이 연결되는 형상이라면 모두 적용 가능하다.
먼저, 공조부(10)는, 흡입부(110), 제어부(120), 및 연결부(130)를 포함한다.
흡입부(110)는 외부로부터 공기를 흡입하는 기능을 한다. 흡입부(110)는 흡입구, 및 흡입 모터를 포함하도록 제공될 수 있다.
도면을 참조하면, 흡입구는 공조부(10) 내부의 공조 공간과 외부가 연결되도록 공조부(10)의 외측벽을 관통하는 형태로 마련될 수 있으며, 흡입 모터와 연결되도록 제공될 수 있다.
흡입 모터는 도면상에 도시 되지는 않았으나, 외부 공기를 흡입할 수 있도록 구동력을 제공할 수 있는 형상이라면 모두 적용가능하며, 공조 공간의 내부에 마련될 수 있고, 혹은 공조부(10)의 외부에 별도로 마련될 수도 있다.
제어부(120)는 흡입된 공기가 기 설정된 온도 및 습도를 만족하도록 흡입된 공기의 온도 및 습도를 제어하는 기능을 하며, 냉난방기(121), 가습기(122), 및 제습기(123) 중 적어도 하나를 포함하도록 제공될 수 있다.
도면상에서는 냉난방기(121)가 공조 공간의 상단부에 배치되고 가습기(122) 및 제습기(123)가 바닥면에 설치되도록 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 편의에 따라 다양한 형태로 배치될 수 있다.
연결부(130)는 공조 공간과 실내 공간을 연결한다. 연결부(130)는 그 기능에 따라 공조 공간에서 실내 공간으로 공기를 이송시키기 위한 공급 배관(131) 및 실내 공간에서 공조 공간으로 공기를 이송시키기 위한 회수 배관(132)으로 구분되도록 마련될 수 있다.
상기와 같은 공급 배관(131) 및 회수 배관(132)은 별도의 밸브를 구비하여 개폐 동작을 제어함에 따라 공조 공간과 실내 공간 사이를 연결 및 차단하도록 마련될 수 있다.
공급 배관(131) 및 회수 배관(132)은 이해의 편의를 위해 도면상에서 배관의 형태로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 공조실과 실내 공간을 연결하여 공기가 드나들 수 있는 형상이라면 모두 적용 가능하다.
또한, 연결부(130)는 공급 배관(131) 및 회수 배관(132)과 연결되는 순환 모터를 더 포함하도록 마련될 수 있으며, 순환 모터의 동작에 따른 구동력에 의해 공기가 공조 공간 및 실내 공간 사이에서 순환되도록 제공될 수 있다.
실시예에 있어서, 공조부(10)는 실내 공간과 외부를 연결하는 배기부(140)를 더 포함하도록 제공될 수 있다.
배기부(140)는 실내 공간와 외부를 연결하는 배출구 및 배출구와 연결되어 공기 배출을 위한 구동력을 제공하는 배기 모터를 포함하도록 마련될 수 있다.
배출구는 챔버(30)의 측벽면을 관통하여 실내 공간과 외부를 직접적으로 연결하는 개구의 형상, 혹은 챔버(30)와 공조부(10) 사이의 벽면을 관통하여 외부로 연장되는 파이프의 형상으로 제공될 수 있다.
도면을 참조하면 배기부(140)는 실내 공간으로부터 공조 공간을 거쳐 외부로 연결되도록 마련되도록 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다양한 형태로 제공될 수 있다.
본 발명의 공조 장치(1)가 상기한 공조부(10)를 포함함에 따라, 외부의 영향을 받지 않는 밀폐된 공조 공간 내에서 냉난방기(121), 가습기(122), 및 제습기(123)를 통해 공기의 온도 및 습도를 직접적으로 제어할 수 있어서 정밀한 온습도 제어가 가능한 이점이 있다.
또한, 외부의 공기를 실내 공간으로 직접 제공하지 않고 공조부(10)를 거쳐 공기를 미리 전처리함으로써, 실내 환경이 급변하는 것을 방지할 수 있게 되며, 전처리가 완료된 공기를 실내 공간으로 제공함에 따라, 더욱 안정적이고 균일한 온습도를 유지할 수 있는 이점이 있다.
이어서, 챔버(30)는 곤충 및 작물의 사육 혹은 재배를 위한 실내 공간을 갖는다.
챔버(30)는 공조부(10)로부터 제공되는 온습도가 제어된 공기를 챔버(30) 내부의 실내 공간으로 분사시키기 위한 분사 배관(310) 및 유로 가이드(320)를 포함할 수 있다.
분사 배관(310)은 연결부(130)와 연통하며 챔버(30)의 내측벽을 따라 배치된다.
실시예에 있어서, 분사 배관(310)은, 분사 배관(310)의 외주면에 일정 간격으로 배치된 다수의 분배구(311)를 갖도록 마련될 수 있다.
이 때, 분배구(311)는 특히 분사 배관(310)의 상부면에 배치되어 공기가 상부 방향으로 이동하는 데 더욱 용이하도록 마련될 수 있다.
또한, 분사 배관(310)이 특히 챔버(30)의 내측벽면 상에서 수평방향으로 배치되는 경우, 분사 배관(310)에 형성된 각 분배구(311)로부터 챔버(30)의 천정부로 공기가 이동하는 시간을 모두 동일하게 함으로써, 실내 공간 내로의 더욱 균일한 확산을 가능하게 할 수 있다.
분사 배관(310)의 형상은 도면상에서 파이프의 형태로 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 공조부(10)로부터 제공된 공기를 실내 공간으로 균일하게 분사할 수 있는 형상이라면 모두 적용 가능하다.
유로 가이드(320)는 분사 배관(310)에서 분사되는 공기의 이동 방향을 실내 공간의 상부로 제한하기 위한 구성으로서, 분사 배관(310)의 길이 방향을 따라 제공되되, 분사 배관(310)의 측면부 및 하부를 감싸도록 배치된다.
이 때, 유로 가이드(320)는 분사 배관(310)의 상부 방향으로 연장되어 챔버(30)의 천정과 소정 높이 이격되도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 공조부(10)로부터 제공된 공기가 유로 가이드(320)를 따라 챔버(30)의 천정까지 이동하여 실내 공간의 하부로 점차 하강되면서 공기의 균일한 확산이 가능해진다.
실시예에 있어서, 유로 가이드(320)는 챔버(30)의 천정부를 향해 수직으로 연장되도록 마련될 수 있으며, 유로 가이드(320)의 전체 또는 일부가 소정 각도 테이퍼진 형상으로 제공될 수도 있다.
유로 가이드(320)는 판상형으로 마련되어 상기 분사 배관(310)을 사이에 두고 챔버(30)의 내측벽과 소정의 간격을 가지며 마주보는 형태로 배치될 수 있다. 도면 상에서는, 유로 가이드(320)를 'ㄴ'자 형상으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 공기의 이동 방향을 상부로 제한하도록 분사 배관(310)의 측면부 및 하부를 감쌀 수 있는 형상이라면 모두 적용가능하다.
본 발명이 상기와 같은 유로 가이드(320)의 구성을 포함함에 따라, 온도가 제어된 공기가 실내 공간에서 사육 혹은 재배되는 대상물에 직접적으로 분사되지 않고, 유로 가이드(320)를 따라 실내 공간 내 상부로 이동한 후, 균일한 확산이 가능한 이점이 있다.
더하여, 본 발명의 챔버(30)는, 챔버(30)의 천정부에 설치되는 팬(330)을 더 포함하도록 제공될 수도 있다.
팬(330)의 형상은 예를 들면, 스크류 팬의 형태로 마련될 수 있으며, 이외에도 공기의 흐름을 발생시켜 공기의 상하이동에 따른 대류를 원활하게 발생시킬 수 있는 형상이라면 모두 적용 가능하다.
도면상에는 하나의 팬(330)만을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라 다수개의 팬(330)을 챔버(30) 내부에 다양한 형태로 배치하여 공기의 이동 및 확산이 더욱 용이해지도록 마련될 수도 있다.
본 발명의 챔버(30) 내부에 팬(330)이 구비되는 경우, 상기 유로 가이드(320)를 따라 실내 공간의 상부로 이송된 공기가 하부로 확산되는 속도를 더욱 향상시킬 수 있으며 공기의 대류를 형성함으로써, 실내 공간 전체를 균일한 환경으로 제어 및 유지할 수 있는 효과가 있다.
나아가, 본 발명의 다른 실시예에 따른 공조 장치(1)는 사용자의 출입을 가능하게 하도록 출입부(50)를 더 포함하도록 제공될 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 공조 장치의 개략도이다.
도 3을 참조하면, 출입부(50)는 사용자가 실내 공간으로 사육 혹은 재배 대상을 출입시키기에 용이하도록 마련된 것으로서, 실내 공간과 연결되는 내부 공간을 가지며, 챔버(30)를 사이에 두고 공조부(10)와 마주보도록 챔버(30)의 일측에 배치될 수 있다.
또한, 실내 공간과 연결되는 내부 도어 및 외부와 연결되는 외부 도어가 마련됨에 따라, 사용자가 필요 시 도어 및 내부 도어의 개폐를 제어할 수 있도록 제공될 수 있다. 이 때, 내부 도어는 미닫이 형태, 외부 도어는 여닫이의 형태로 제공될 수 있다.
예를 들면, 실내 공간에 재배 대상을 출입시키는 경우, 먼저, 외부와 연결되는 외부 도어를 열고 출입부(50)의 내부 공간으로 들어간 후, 외부 도어를 닫고 실내 공간과 연결된 내부 도어를 열어 재배 대상을 반입하거나 사용자가 실내 공간으로 들어가 내부 도어를 닫을 수 있도록 마련된다.
즉, 실내 공간이 외부와 직접적으로 접촉되지 않도록 그 사이에 출입부(50)를 마련함으로써, 외부의 공기가 직접적으로 들어오는 것을 막고, 실내 공간과 연결된 내부 도어를 개폐 가능하도록 제공함에 따라 실내 공간의 온습도 환경이 급변하는 것을 최소화할 수 있는 이점이 있다.
도면에서는 실내 공간을 사이에 두고, 공조실과 반대편에 마련되도록 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 실내 공간과 연결되는 내부 공간을 가지며, 실내 공간으로 사육 혹은 재배 대상의 출입이 용이하도록 도어를 포함하는 형태라면 모두 적용 가능하다.
본 발명의 공조 장치(1)가 상기 출입부(50)의 구성을 더 포함하는 경우, 챔버(30) 도어를 개폐할 때, 실내 공간이 외부 환경에 그대로 노출되는 것을 방지함에 따라, 실내 공간의 환경은 유지하면서 사용자의 출입 혹은 재배 대상물의 반입 등이 더욱 용이해지는 이점이 있다.
상기에서 살펴본 본 발명의 공조 장치는 주로 온습도에 민감한 식용 곤충의 사육을 위한 사육 시설로서 사용될 수 있다.
실시예에 있어서 곤충 사육 시설은, 사육실을 갖는 챔버; 및 챔버의 일측에 배치되어 사육실과 연결되는 공조 공간을 갖는 공조부를 포함하고, 공조부는, 외부로부터 공기를 흡입하는 흡입부; 흡입된 공기가 기 설정된 온도 및 습도를 만족하도록 공기의 온도 및 습도를 제어하는 제어부; 및 공조 공간과 사육실을 연결하는 연결부를 포함하며, 챔버는, 연결부와 연통하며 챔버의 내측벽을 따라 배치되는 분사 배관; 및 분사 배관의 길이 방향을 따라 제공되되, 분사 배관의 측면부 및 하부를 감싸도록 배치되는 유로 가이드를 포함하도록 제공될 수 있다.
또한, 본 발명의 공조 장치는, 버섯과 같은 작물 재배 시설에도 용이하게 적용될 수 있다.
실시예에 있어서, 작물 재배 시설은, 온실을 갖는 챔버; 및 챔버의 일측에 배치되어 온실과 연결되는 공조 공간을 갖는 공조부를 포함하고, 공조부는, 외부로부터 공기를 흡입하는 흡입부; 흡입된 공기가 기 설정된 온도 및 습도를 만족하도록 공기의 온도 및 습도를 제어하는 제어부; 및 공조 공간과 온실을 연결하는 연결부를 포함하며, 챔버는, 연결부와 연통하며 챔버의 내측벽을 따라 배치되는 분사 배관; 및 분사 배관의 길이 방향을 따라 제공되되, 분사 배관의 측면부 및 하부를 감싸도록 배치되는 유로 가이드를 포함하도록 제공될 수 있다.
본 발명의 공조 장치의 적용 분야는 상기한 것에 한정되는 것은 아니며, 온도 및 습도의 정밀한 제어를 필요로 하는 기술 분야라면 모두 적용이 가능할 것이다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 공조 장치의 구성에 대해 알아보았다. 이하에서는 상술한 공조 장치를 활용하여 실내 환경을 제어하는 방법에 대해 설명한다.
실내 환경 제어 방법은 흡입 단계, 제어 단계, 공급 단계, 회수 단계, 및 배출 단계를 포함한다.
다시 도 2a 및 2b를 참조하면, 먼저, 흡입 단계에서는 외부로부터 공조 공간 내부로 공기를 흡입한다.
흡입 단계에서는 흡입 모터를 작동시킴으로써, 흡입구를 통해 외부 공기를 흡입할 수 있다.
이 때, 실내 공간에는 외부의 공기가 흡입되지 않도록, 실내 공간과 연결되어 있는 챔버(30)의 연결부(130)를 폐쇄한 상태에서 흡입 모터를 작동시킬 수 있다. 이 경우, 도면에는 도시되지 않았으나, 공조부(10)의 공기를 외부로 방출할 수 있는 배기구가 별도로 더 제공될 수 있다.
흡입 단계는 후술할 공급 단계 및 회수 단계와 동시에 수행될 수 있으며, 이에 대한 자세한 설명은 아래에서 설명한다.
이어서, 제어 단계에서는, 흡입된 공기가 기 설정된 온도 및 습도를 만족하도록, 흡입된 공기의 온도 및 습도를 제어한다.
흡입된 공기가 곤충 사육 및 작물 재배에 적합한 기 설정된 온도 및 습도 범위를 만족하도록 냉난방기(121), 가습기(122), 및 제습기(123)를 작동시켜 공기의 온도 및 습도를 조절할 수 있다.
이 때, 기 설정되는 온도 범위 및 습도 범위는 사육 혹은 재배하고자 하는 대상물에 따라 상이하게 설정될 수 있다.
이후, 제어된 공기를 연결부(130)를 통해 실내 공간으로 이송시키는 공급 단계가 수행된다.
공급 단계에서는, 제어 단계에서 제어된 공기가 공급 배관(131)을 따라 공조 공간으로부터 실내 공간으로 이송되게 된다. 이 때, 공급 배관(131)은 순환 모터와 연결되도록 마련되어 순환 모터의 작동에 의해 발생하는 구동력을 사용하여 공기를 공급할 수 있다.
챔버(30)로 공급된 공기는 실내 공간 내부에서 균일하게 확산됨으로써, 실내 환경의 온도 및 습도가 제어된다.
여기서, 공기의 이동 경로에 대해 자세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제어된 공기는 공급 배관(131)과 연통되는 분사 배관(310)을 따라 실내 공간으로 이송되며, 분사 배관(310)의 외주면에 마련된 분배구(311)를 통해 실내 공간으로 균일하게 분배되게 된다.
분사 배관(310)의 주위에 유로 가이드(320)가 배치되는 경우, 분배구(311)를 통해 분배된 공기가 유로 가이드(320)를 따라 실내 공간의 상부로 우선적으로 이송되게 된다.
실내 공간의 상부로 이송된 공기는 자연히 실내 공간의 천정부를 따라 이동하다가 다시 하강하면서 대류를 형성하게 된다. 이 때, 챔버(30)의 천정부에 팬(330)이 배치되는 경우, 팬(330)의 가동에 의해 공기의 하강이 더욱 빠르게 일어나고 확산 속도가 향상될 수 있다.
이후, 공기는 실내 공간에서 상승 및 하강을 반복하면서 실내 공간 전체에 균일하게 확산됨으로써, 챔버(30) 내부의 온도 및 습도를 일정하게 유지시킬 수 있다.
이렇게 실내 공간에서 사용된 공기는 회수하여 재활용하거나 회부로 배출하는 것이 필요하게 된다.
예를 들어, 공조 장치가 곤충의 사육에 사용되는 경우, 시간이 지날수록 밀폐된 실내 공간 내 공기의 이산화탄소 함량이 점차 증가하게 되며, 습도가 높아지게 된다.
이에 따라, 실내 공간의 공기를 공조 공간으로 회수하는 회수 단계가 수행될 수 있다.
회수 단계에서는 실내 공간과 공조 공간을 연결하는 회수 배관(132)을 통해 공기가 이송될 수 있으며, 상술한 공급 단계와 마찬가지로 상술한 순환 모터의 작동에 따라 발생하는 구동력을 통해 실내 공간의 공기를 공조 공간으로 회수한다.
이 때, 공급 단계와 회수 단계는 필요에 따라 동시에 수행될 수도 있다.
공조부(10)로 회수된 공기는 제습기(123)를 통해 습도가 제어된다. 예를 들면, 회수 배관(132)의 단부와 제습기(123)가 연결되도록 배치함으로써, 실내 공간의 공기가 회수 배관(132)을 통해 공조 공간으로 회수되면서 동시에 습도도 함께 조절되어 배기될 수 있다.
이렇게 회수된 공기는 공조부(10)에서 온습도가 제어된 후, 상술한 공급 단계를 통해 다시 실내 공간으로 공급될 수 있다.
마지막으로, 배출 단계에서는 필요에 따라 실내 공간의 공기를 외부로 배출하는 작업이 수행된다.
이 단계에서는, 챔버(30)에 구비되어 실내 공간과 외부를 연결하는 배출구 혹은 배출 배관과 배출구로 공기가 배출되도록 구동력을 제공하는 배기 모터를 사용하여 공기를 외부로 직접 배출할 수 있다.
상술한 흡입 단계, 공급 단계, 회수 단계, 및 배출 단계는 이해의 편의를 위해 순서를 구분하여 설명하였으나, 동시에 수행될 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 흡입구, 공급 배관(131), 회수 배관(132), 및 배출구의 개폐가 제어 가능하도록 제공되는 경우, 상기 구성들 각각의 개폐를 필요에 따라 적절하게 제어함으로써, 공기의 이송 경로를 제어할 수 있다.
예를 들면, 회수 배관(132)의 개구만을 폐쇄시킨 상태에서, 흡입 모터 및 배기 모터를 가동시키는 경우, 공조 공간을 외부 공기로 채움과 동시에 실내 공간의 공기를 외부로 배출할 수 있게 된다.
이 때, 공조 공간을 외부 공기로 모두 채운 후, 다시 흡입구를 닫고 제어부(120)를 가동하여 공조 공간 내 공기의 온도 및 습도를 제어할 수 있다.
이후, 사용자의 필요에 따라 제어된 공기를 실내 공간으로 제공할 수 있다.
또한, 흡입구 및 배출구를 폐쇄하고, 공급 배관(131) 및 회수 배관(132)을 개방한 상태에서 순환 모터를 동작시킴에 따라, 공조 공간의 공기가 공급 배관(131)을 따라 실내 공간으로 이송되고, 실내 공간의 공기는 회수 배관(132)을 통해 공조 공간으로 다시 회수되도록 제어할 수 있다.
이후, 공조 공간과 실내 공간의 온도 및 습도가 동일해지면, 순환 모터의 동작을 중지시키고, 공조 공간의 공기의 온도 및 습도를 다시 기 설정된 온도 및 습도를 만족하도록 제어부(120)를 동작시킬 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명의 공조 장치를 적용하는 경우, 흡입구, 공급 배관(131), 회수 배관(132), 및 배출구의 개폐를 각각 제어함에 따라, 공기의 이송 경로를 용이하게 제어할 수 있는 이점이 있다.
또한, 이러한 제어 방법을 통해 외부의 공기를 직접 실내 공간에 흡입시켜 온습도를 제어하는 방법 대비, 실내 공간의 온습도 편차를 최소화시킬 수 있어서, 사육 혹은 재배 환경이 급변하는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 살펴본 본 발명의 공조 장치를 이용한 실내 환경 제어 방법을 활용하면, 실내 공간의 온도와 습도 및 CO2 변화량을 분석 가능하며, 이에 대한 자세한 방법은 아래에서 수행한 공조 장치 성능 분석 실험을 통해 설명한다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 설명한다. 하기의 실시예에서는 본 발명의 공조 장치를 곤충 스마트 팜에 적용한 예를 들어 설명하였으나, 이는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위한 것일 뿐, 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
곤충 스마트 팜 성능 분석 실험
본 발명의 공조 장치를 적용한 곤충 스마트 팜의 성능을 분석하기 위하여 사육실의 온습도 변화에 대하여 다음과 같이 실험을 수행하였다.
첫째, 곤충 사육의 최적 환경을 설정하였을 때 온도와 습도 및 CO2 변화량을 분석하였으며, 둘째, 여름철 고온 다습한 환경을 설정하였을 때 곤충 사육의 최적의 환경으로 변화되는 과정을 분석하였고, 셋째, 겨울철 저온 저습한 환경을 설정하 였을 때 곤충 사육의 최적의 환경으로 변화되는 과정을 분석 하는 제어 실험을 실시하였고, 마지막으로 최적 환경 내에서 CO2 가 기준치보다 높을 때의 대처 능력을 분석하였다.
실시예 1: 곤충 스마트 팜 온습도 및 곤충 농가 온습도 비교 실험
첫 번째 실험은 곤충 스마트 팜과 현대화 시설로 구축된 곤충 농가 사육실을 환경제어에서 최적 조건인 온도 25℃, 습도 65%로 설정하여 48시간 작동하였을 때, 시간에 따른 외부 온습도와 곤충 스마트 팜 온습도 및 곤충 농가 온습도를 비교하였다.
도 4는 본 발명의 공조 장치를 사용하여 곤충 스마트 팜 온도 25℃로 설정하여 48시간 작동하였을 때, 시간에 따른 외부 온도와 곤충 스마트 팜 내부의 온도 및 곤충 농가 온도를 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 참조하면, 분석 결과 곤충 스마트 팜 온도의 평균은 25.2℃, 곤충 농가 온도의 평균은 26.1℃로 설정된 온도 25℃에 ±1℃를 나타내어 매우 안정적으로 조절되는 것으로 확인되었으나, 이에 비해, 곤충 농가는 최대/최소 온도의 차가 7.3℃가 발생한 것으로 확인되었다.
습도의 경우, 곤충 스마트 팜이 평균 66.8%, 곤충 농가가 평균 65.1%로 설정된 습도 65%에 ±10%로 습도 또한 비교적 안정적으로 조절되었으나, 곤충 농가는 최대 최소 습도의 차가 36.8%가 발생하였다.
실시예 2: 여름철 고온 다습한 환경에서 스마트 팜 환경 변화 모니터링
두 번째 실험으로 여름철 고온 다습한 환경에서 곤충 생육의 최적의 환경까지 변경 과정을 확인하기 위하여 곤충 스마트 팜 내부 온도를 36℃, 습도를 96% 환경으로 변경한 후 시간에 따른 온도 및 습도의 변화 과정을 모니터링 하였다.
도 5는 본 발명의 공조 장치를 사용하여 곤충 스마트 팜의 재부를 습도 65%로 설정하여 48시간 작동하였을 때, 외부 습도와 곤충 스마트 팜 내부의 습도 및 곤충 농가 습도를 비교한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 5는 참조하면, 실험결과 온도는 설정된 25℃까지 도달하는데 2시간이 소요되었으며, 시간 당 평균 5.5℃ 떨어진 것을 알 수 있었으며, 습도는 설정된 65%까지 도달하는데 30분이 소요되었으나 안정화되기까지는 3시간이 소요됨을 알 수 있었다.
실시예 3: 겨울철 저온 저습한 환경에서 곤충 스마트 팜 환경 변화 모니터링
세 번째 실험으로 겨울철 저온 저습한 환경에서 곤충 생육의 최적의 환경까지 변경 과정을 확인하기 위하여 곤충 스마트 팜 내부 온도를 18℃, 습도를 35% 환경으로 변경한 후 시간에 따라 온도 및 습도의 변화되는 과정을 모니터링하였다.
도 6은 여름철 고온 다습한 환경에서 본 발명의 공조 장치를 사용하여 곤충 스마트 팜의 내부 온도를 36℃, 습도를 96% 환경으로 변경한 후 시간에 따라 변화되는 온도 및 습도를 모니터링한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 겨울철 저온 저습한 환경에서 본 발명의 공조 장치를 사용하여 곤충 스마트 팜의 내부 온도를 18℃, 습도를 35% 환경으로 변경한 후 시간에 따라 변화되는 온도 및 습도를 모니터링한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 6 및 7을 참조하면, 실험결과 온도는 설정된 25℃까지 도달하는데 6시간이 소요되었으며, 시간 당 평균 1℃씩 오른 것을 알 수 있었으며, 습도는 설정된 65%까지 도달하는데 1시간이 소요되었으나 안정화되기 까지는 1시간 30분이 소요됨을 알 수 있었다.
실시예 4: 스마트 팜 CO 2 유지 기능 분석 실험
마지막으로, CO2 유지 기능을 측정하기 위하여 곤충 스마트 팜 내부에 5분간 종이를 소각하여 인위적으로 CO2 를 발생시킨 후 시간에 따른 CO2 농도 변화를 모니터링하였다.
도 8 곤충 스마트 팜 내부에 인위적으로 CO2를 발생시킨 후, 시간에 따른 CO2 농도 변화를 모니터링한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 분석 결과, 소각으로 인하여 CO2 농도가 3,300ppm까지 상승하였으며, 설정된 CO2 농도 800ppm이하까지 2시간이 걸리는 것으로 측정되었다.
이상의 실험결과, 흰점박이꽃무지 유충의 사육을 위해 개발된 곤충 스마트 팜은 본 발명의 공조 장치를 사용하는 경우, 흰점박이꽃무지 유충의 최적 환경으로 충분히 제어가 가능함을 확인할 수 있었으며, 사육실 내 온습도 및 CO2 농도가 변경되더라도 설정된 환경으로 제어됨을 입증할 수 있었다.
이와 같이, 곤충 스마트 팜의 사육환경 제어를 위해 사용된 본 발명의 공조 장치는 흰점박이꽃무지 유충의 사육에만 가능한 것이 아닌 누에, 갈색거저리 유충 등의 식용곤충 사육 또는 느타리버섯, 표고 버섯 등 버섯류 생육 등 제어된 환경 조건에서 사육 또는 생육을 하는 품목에 대한 전반적인 사육 또는 생육 시설에 적용 가능할 것이다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1 : 공조 장치
10 : 공조부
110 : 흡입부
120 : 제어부
121 : 냉난방기
122 : 가습기
123 : 제습기
130 : 연결부
131 : 공급 배관
132 : 회수 배관
140 : 배기부
30 : 챔버
310 : 분사 배관
311 : 분배구
320 : 유로 가이드
330 : 팬
50 : 출입부

Claims (11)

  1. 식용 곤충 사육용 실내 공간을 갖는 챔버; 및
    상기 챔버의 일측에 배치되어 상기 실내 공간과 연결되는 공조 공간을 갖는 공조부를 포함하고,
    상기 공조부는,
    외부로부터 공기를 흡입하여 상기 공조 공간 내로 제공하는 흡입부;
    상기 공조 공간 내의 상기 흡입된 공기가 기 설정된 온도 및 습도를 만족하도록 상기 공조 공간 내의 상기 흡입된 공기의 온도 및 습도를 제어하는 냉난방기, 가습기, 및 제습기를 포함하는 제어부, 여기서 상기 냉난방기, 상기 가습기, 및 상기 제습기는 상기 공조 공간 내에 제공되고; 및
    상기 공조 공간과 상기 실내 공간을 연결하는 연결부를 포함하며,
    상기 챔버는,
    상기 연결부와 연통하며 상기 챔버의 내측벽을 따라 배치되는 분사 배관; 및
    상기 분사 배관의 길이 방향을 따라 제공되되, 상기 분사 배관에서 분사되는 공기의 이동 방향을 상기 실내 공간의 상부로 제한하도록 상기 분사 배관의 측면부 및 하부를 감싸도록 배치되는 유로 가이드를 포함하고,
    상기 유로 가이드는 상기 분사 배관의 상부 방향으로 상기 챔버의 천정부를 향해 수직하게 연장되어 상기 챔버의 천정과 소정 높이로 이격되며,
    상기 연결부는,
    상기 제어부에 의해 상기 온도 및 상기 습도가 제어된 공기를 상기 공조 공간으로부터 상기 실내 공간으로 제공하는 공급 배관;
    상기 챔버 내의 공기를 상기 실내 공간으로부터 상기 공조 공간으로 제공하는 회수 배관; 및
    상기 공급 배관 및 상기 회수 배관에 구비되어 상기 공급 배관 및 상기 회수 배관을 개폐하는 밸브를 포함하며,
    상기 공급 배관의 밸브는 상기 흡입부를 통해 상기 공조 공간으로 외부 공기가 흡입될 때 폐쇄되고, 상기 흡입된 공기가 상기 제어부에 의해 온도 및 습도가 제어될 때 상기 공조 공간은 밀폐되며, 상기 흡입된 공기는 상기 제어부에 의해 온도 및 습도가 제어된 후 상기 공조 공간으로부터 상기 실내 공간으로 제공되는 식용 곤충 사육용 공조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분사 배관은,
    상기 분사 배관의 외주면에 일정 간격으로 배치된 다수의 분배구를 갖는 식용 곤충 사육용 공조 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 실내 공간과 상기 외부를 연결하는 배기부를 더 포함하는 식용 곤충 사육용 공조 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 실내 공간과 연결되는 내부 공간을 가지며,
    상기 챔버를 사이에 두고 상기 공조부와 마주보도록 상기 챔버의 일측에 배치되는 출입부를 더 포함하는 식용 곤충 사육용 공조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 출입부는 상기 실내 공간과 연결되는 내부 도어 및 상기 외부와 연결되는 외부 도어를 포함하는 식용 곤충 사육용 공조 장치.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1 항의 식용 곤충 사육용 공조 장치를 이용한 실내 환경 제어 방법에 있어서,
    공급 배관의 밸브가 폐쇄된 상태로 외부로부터 공조 공간 내부로 공기를 흡입하는 흡입 단계;
    상기 공조 공간이 밀폐된 상태로 상기 공조 공간 내부로 흡입된 공기가 기 설정된 온도 및 습도를 만족하도록, 상기 공조 공간 내의 상기 흡입된 공기의 온도 및 습도를 제어하는 제어 단계;
    상기 제어된 공기를 상기 공조 공간으로부터 실내 공간으로 분사 배관을 통해 공급하는 공급 단계; 및
    상기 실내 공간의 공기를 상기 공조 공간으로 회수하는 회수 단계를 포함하며,
    상기 공급 단계에서 상기 공기는 상기 분사 배관의 길이 방향을 따라 제공되되, 유로 가이드에 의해 상기 공기의 이동 방향이 상부로 제한되는 공조 장치를 이용한 실내 환경 제어 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 실내 공간의 공기를 상기 외부로 배출하는 배출 단계를 더 포함하는 식용 곤충 사육용 공조 장치를 이용한 실내 환경 제어 방법.
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