KR102506956B1 - 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식물 광합성에 필요한 가시광선은 통과되도록 하고, 내부 온도를 상승시키는 적외선은 차단되도록 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조에 관한 것이다. 본 발명은 복층판에 물이 차오르면서 복층판 내부에 두꺼운 수막층이 형성되도록 하여, 식물의 광합성에 필요한 가시광선은 통과되도록 하고, 비닐하우스의 내부 온도를 상승시키는 적외선은 수막층에 의하여 차단되도록 하며, 이를 통하여 저전력 및 고효율로 무더운 여름철에 하우스부재의 내부 온도를 농작물을 기르는데 적합한 온도로 유지할 수 있게 되는 효과가 있다.
Description
본 발명은 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 식물 광합성에 필요한 가시광선은 통과되도록 하고, 내부 온도를 상승시키는 적외선은 차단되도록 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조에 관한 것이다.
일반적으로 비닐하우스는 농가의 소득증대와 다양한 과수 재배를 도모하기 위하여 비닐로 만든 온실로서, 하우스 형태의 뼈대를 일정 간격으로 다수 개 배열하여 형성하는 프레임부재와, 프레임부재를 커버하며 빛을 투과시키는 비닐로 구성된다.
이러한 비닐하우스는 햇빛에 의해 실내의 온도를 높게 유지할 수 있어, 계절에 관계없이 채소, 과일, 화훼 등 각종 작물을 재배할 수 있다. 그러나 무더운 여름철에는 햇빛에 의한 복사열에 의하여 비닐하우스의 내부 기온이 지나치게 과열되는 관계로 작물이 제대로 생육되지 않아, 농사를 수행하는데 있어서 많은 어려움을 겪게 된다. 즉, 여름철에는 비닐하우스의 내부 기온이 필요 이상으로 상승하는데, 이는 작물의 성장을 방해하고, 고온의 환경에 오랫동안 노출된 작업자는 온열 질환으로 이어지게 되는 문제점이 있다.
이를 해결하고자 종래에는 비닐하우스의 외측에 광도를 조절하는 차광막을 설치하여 무더운 여름철 비닐하우스의 내부 기온이 필요 이상으로 상승하지 않도록 한 비닐하우스 서냉장치가 개발된 바 있다.
도 1은 종래 비닐하우스 서냉장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 종래 비닐하우스 서냉장치는 비닐하우스의 뼈대를 구성하는 지지프레임(10)과, 비닐하우스 내부를 보호하고 보온하는 비닐커버(11)와, 비닐커버(11)의 상부에 설치되며 비닐커버(11)의 외측면에 균일하게 물을 살수하는 수막호스(20)와, 수막호스(20)가 안착되는 벨트재(30)와, 비닐커버(11) 외측 상부의 수막호스(20) 위로 이격되며 광도를 조절하는 차광막(60)을 포함한다.
도 2는 종래 비닐하우스 서냉장치를 응용한 다른 예시를 설명하기 위하여 도시한 도면이다. 도 2를 참조하면, 종래 비닐하우스 서냉장치는 상호 이격되는 내측비닐(11a)과 외측비닐(11b)을 구비하고, 외측비닐(11b)과 마주보는 내측비닐(11a)의 외면을 따라 물이 살수되도록 구성된다. 그리고 외측비닐(11b)의 외면에 차광막(60)이 설치된다. 내측비닐(11a)의 외면을 따라 살수되는 물은 내측비닐(11a)의 외면에 얇은 수막(Water Film)을 형성한다.
이러한 종래기술은 무더운 여름철 온도를 서냉시키기 위하여 내측비닐(11a)의 외면에 얇은 수막(Water Film)이 형성되도록 하고, 차광막(60)을 이용하여 비닐하우스 내부로 유입되는 광도를 조절하는 것이다. 그러면 비닐하우스 내부의 대류열이 내측비닐(11a)의 외면에 형성되는 수막으로 전달되면서 열교환이 진행되고, 태양광선의 가시광선과 적외선이 차광막(60)에 의하여 감소되어, 비닐하우스 내부 온도가 낮아지게 된다.
한편, 태양광이 지구의 표면에 직접 도달하여 발생하는 복사열은 자외선(UV), 가시광선(VIS) 및 적외선(IR)의 스펙트럼을 보여준다. 이 중에서 가시광선은 식물 광합성에 필요하고, 적외선은 열을 발생시키는 특성이 있다. 따라서 차광막(60)을 이용하여 태양광을 차단시키게 되면, 적외선은 물론, 식물 광합성에 필요한 가시광선까지 감소시키게 되어 작물 성장에 악영향을 끼치게 되는 문제점이 있다.
또한, 내측비닐(11a)의 외면에 형성되는 얇은 수막은 적외선의 차단 효율이 낮아 무더운 여름철에 비닐하우스의 내부 온도를 작물 생육에 필요한 온도 이상으로 상승시키는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 식물 광합성에 필요한 가시광선은 통과되도록 하고, 내부 온도를 상승시키는 적외선은 차단되도록 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 비닐하우스의 뼈대 역할을 하는 프레임과, 상기 프레임을 커버하도록 형성되며 복층으로 형성되는 한 쌍의 복층판과, 상호 마주보는 한 쌍의 상기 복층판 사이의 공간부로 물을 공급하는 공급수단을 갖는 수막층형성수단을 포함하고, 상기 복층판은 태양광이 투과될 수 있는 재질로 형성되고, 상기 공급수단에 의하여 상기 공간부로 물이 공급되면, 상기 공간부에 물이 차오르게 되면서 수막층이 형성되는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조를 제공한다.
또한, 비닐하우스에 구비되는 비닐막의 일면과 마주보도록 위치되며 다각형 또는 원형으로 형성되는 프레임과, 상기 프레임을 커버하도록 형성되며 복층으로 형성되는 복층판과, 상호 마주보는 한 쌍의 상기 복층판 사이의 공간부로 물을 공급하는 공급수단을 갖는 수막층형성수단을 포함하고, 상기 복층판은 태양광이 투과될 수 있는 재질로 형성되고, 상기 공급수단에 의하여 상기 공간부로 물이 공급되면, 상기 공간부에 물이 차오르면서 수막층이 형성되는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조를 제공한다.
또한, 상기 공간부는 상부에서 하부 방향을 따라 상부공간부, 중부공간부 및 하부공간부로 구분되고, 상기 공급수단이 상기 상부공간부로 물을 공급하면, 상기 하부공간부 및 상기 중부공간부에 차례로 물이 가득 채워지는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조를 제공한다.
상기 복층판은 제 1 판, 제 2 판 및 제 3 판이 상호 마주보도록 위치되고, 상기 제 3 판은 외부를 향하도록 위치되고, 상호 마주보는 상기 제 1 판과 상기 제 2 판 사이에 사이에 상기 공간부가 구비되고, 상호 마주보는 상기 제 2 판과 상기 제 3 판 사이에 공기층이 형성되는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조를 제공한다.
또한, 상기 공간부에는 상하 방향으로 형성되는 복수 개의 격벽이 상호 병렬로 배열되어, 상기 공간부는 상기 격벽에 의하여 복수 개의 공간으로 구획되는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조를 제공한다.
또한, 상기 복층판의 길이가 길어짐에 비례하여 상기 격벽의 개수가 증가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조를 제공한다.
또한, 하기 수학식을 적용하여 복층판의 하부에 가해지는 수막층의 작용응력(MPa)이 결정되고,
[수학식]
여기서 y는 복층판의 하부에 가해지는 수막층의 작용응력(MPa), n은 격벽의 개수, x는 복층판의 길이이다.
y(n, x) 값이 기 설정된 허용응력 이상인 경우, 해당 n값이 상기 격벽의 개수로 결정되는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조를 제공한다.
또한, 상기 공간부는 상부에서 하부 방향을 따라 상부공간부, 중부공간부 및 하부공간부로 구분되고, 복수 개의 상기 격벽은 상기 중부공간부에 병렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조를 제공한다.
또한, 상기 공급수단은: 상기 프레임의 상부에 설치되는 공급관; 상기 공급관으로 공급되는 물을 상기 상부공간부로 공급하는 상부연결부; 상기 프레임의 하부에 설치되는 회수탱크; 상기 하부공간부로 이동된 물을 상기 회수탱크로 배수시키는 하부연결부; 및 상기 회수탱크로 배수된 물을 상기 공급관으로 펌핑시키는 펌핑부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조를 제공한다.
또한, 상기 하부공간부로 이동된 물을 상기 회수탱크로 배수시키거나 배수시키지 않도록 상기 하부연결부에 설치되는 배수밸브; 상기 공간부 또는 상기 공급관의 수위를 감지하는 수위감지센서; 및 상기 수위감지센서가 감지하는 상기 공간부의 수위 또는 상기 공급관의 수위가 적정 수위를 유지하도록 상기 배수밸브 또는 상기 펌핑부를 작동시키는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조를 제공한다.
본 발명은 복층판에 물이 차오르면서 복층판 내부에 두꺼운 수막층이 형성되도록 하여, 식물의 광합성에 필요한 가시광선은 통과되도록 하고, 비닐하우스의 내부 온도를 상승시키는 적외선은 수막층에 의하여 차단되도록 하며, 이를 통하여 저전력 및 고효율로 무더운 여름철에 하우스부재의 내부 온도를 농작물을 기르는데 적합한 온도로 유지할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 하우스부재 내부의 대류열은 상대적으로 낮은 수온의 수막층으로 전달되면서 열교환이 진행되어, 하우스부재의 내부 온도를 더욱 떨어트리게 되는 효과가 있다.
또한, 복층판의 길이에 따라 최적 격벽의 개수를 결정할 수 있어, 복층판의 내부에 설치되는 격벽을 필요 이상으로 많이 설계할 필요가 없게 되는 효과가 있다.
또한, 프레임을 하우스부재에 직립시킬 수 있으므로, 날씨 변화에 따라 수막층형성수단을 프레임부재에 선택적으로 설치 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래 비닐하우스 서냉장치를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 2는 종래 비닐하우스 서냉장치를 응용한 다른 예시를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조의 다양한 예시를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조의 수막층형성수단을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층형성수단을 수직 단면으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층형성수단의 공급관에서 복층판으로 물이 공급되는 과정을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층형성수단의 복층판에서 회수탱크로 물이 배수되는 과정을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층형성수단의 제어부재를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판의 구조를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판에 형성되는 수막층의 효과를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판 내부를 따라 중력 방향으로 유동되는 유체의 유동 검증 해석을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판에 구비되는 격벽의 필요성을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판의 길이와 허용응력을 고려하여 최적화 격벽의 개수를 결정하기 위한 기본 정보를 제공하기 위한 그래프를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판의 길이와 허용응력을 고려하여 격벽의 개수를 결정하기 위한 순서도를 도시한 도면이다.
도 2는 종래 비닐하우스 서냉장치를 응용한 다른 예시를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조의 다양한 예시를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조의 수막층형성수단을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층형성수단을 수직 단면으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층형성수단의 공급관에서 복층판으로 물이 공급되는 과정을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층형성수단의 복층판에서 회수탱크로 물이 배수되는 과정을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층형성수단의 제어부재를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판의 구조를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판에 형성되는 수막층의 효과를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판 내부를 따라 중력 방향으로 유동되는 유체의 유동 검증 해석을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판에 구비되는 격벽의 필요성을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판의 길이와 허용응력을 고려하여 최적화 격벽의 개수를 결정하기 위한 기본 정보를 제공하기 위한 그래프를 도시한 도면이다.
도 15는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판의 길이와 허용응력을 고려하여 격벽의 개수를 결정하기 위한 순서도를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조를 더욱 상세히 설명한다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조의 다양한 예시를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조는 하우스부재(100) 및 수막층형성수단(200)을 포함한다.
하우스부재(100)는 비닐하우스의 뼈대 역할을 하는 복수 개의 지지부(110)와, 지지부(110)를 커버하도록 형성되는 비닐막(미도시)을 포함한다. 이러한 하우스부재(100)는 비닐하우스 또는 온실 역할을 할 수 있다. 지지부(110)는 복수 개가 활 형태 또는 집 형태를 이루며, 지면에 설치 고정된다. 비닐막은 투명 또는 반투명 재질의 얇은 필름 형태로 형성되며, 비닐막에 의하여 형성되는 안쪽 공간에는 각종 농작물을 재배할 수 있도록 구성된다.
수막층형성수단(200)은 비닐막의 외면과 마주보도록 위치되는 것으로, 비닐막의 외면에 수막층이 형성되도록 하여 하우스부재(100)의 내부 온도 상승 요인인 적외선을 차단시키도록 하고, 하우스부재(100) 내부의 대류열이 열교환 되도록 한다.
도 4를 참조하면, 수막층형성수단(200)은 비닐막의 내면과 마주보도록 위치된다. 즉, 수막층형성수단(200)은 비닐막의 외면 또는 내면과 마주보도록 위치될 수 있다. 이하, 수막층형성수단(200)의 세부 구조에 대하여 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조의 수막층형성수단을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층형성수단을 수직 단면으로 도시한 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 수막층형성수단(200)은 프레임(210), 복층판(230), 공급수단(240) 및 제어부재(250)를 포함한다.
프레임(210)은 하우스부재(100)의 비닐막의 일면, 즉, 비닐막의 외면 또는 내면과 마주보도록 위치되는 것으로, 다각형 또는 원형 형상으로 형성되며, 바람직하게는 사각형으로 형성되어, 상부에 위치되는 상부프레임(212), 상부프레임(212)의 하방으로 이격되는 하부프레임(216), 상부프레임(212)과 하부프레임(216)의 양측을 상호 연결시키는 측방프레임(214)으로 구성될 수 있다. 이러한 프레임(210)은 비닐막의 일면을 따라 복수 개가 배열될 수 있다.
그리고 프레임(210)의 상부프레임(212)의 양측에는 상부지지부(220)가 상방으로 돌출 형성된다. 프레임(210)의 하부 양측에는 하부지지부(222)가 하방으로 돌출 형성되고, 프레임(210)의 하부 양측에서 대각선 방향으로는 한 쌍의 기립안내부(224)가 돌출 형성된다. 상부지지부(220)에 후술하는 공급관(241)이 결합된다. 하부지지부(222)의 길이만큼 프레임(210)의 하부가 상부로 이격되도록 위치되어, 프레임(210)과 지면 사이에 후술하는 회수탱크(243)가 위치되도록 공간이 구비되고, 한 쌍의 기립안내부(224)가 프레임(210)을 지지하므로, 프레임(210)이 지면에서 세워지도록 위치된다. 그리고 프레임(210)의 측방프레임(214)에는 후술하는 연결관(246)을 고정시키기 위한 고정돌부(226)가 돌출 형성된다.
복층판(230)은 프레임(210)을 커버하도록 형성되는 것으로, 복층으로 형성된다. 복층판(230)의 재질은 태양광이 투과될 수 있는 재질로 형성되는 것으로, 예를 들면 투명한 아크릴판 등으로 구성될 수 있다. 복층판(230)의 구조를 살펴보면, 프레임(210)을 커버하도록 판형으로 형성되는 제 1 판(231a)과, 제 1 판(231a)과 마주보도록 위치되는 제 2 판(231b)을 포함한다. 제 1 판(231a)과 제 2 판(231b) 사이의 이격된 공간에는 공간부(232)가 구비된다. 공간부(232)의 두께는 예를 들면 1㎜ 이상이 되도록 구성될 수 있다.
그리고 공간부(232)는 상부에서 하부 방향을 따라 상부공간부(232a), 중부공간부(232b) 및 하부공간부(232c)로 구분된다. 상부공간부(232a) 및 하부공간부(232c)는 상대적으로 작은 높이를 갖도록 형성되고, 중부공간부(232b)는 상대적으로 큰 높이를 갖도록 형성되며, 바람직하게는 중부공간부(232b)가 전체 공간부(232)의 대부분을 차지하도록 구성된다.
그리고 중부공간부(232b)에는 상하 방향으로 형성되는 복수 개의 격벽(236)이 상호 병렬로 배열되어, 중부공간부(232b)는 격벽(236)에 의하여 복수 개의 공간으로 구획된다. 그리고 복층판(230)의 길이가 길어짐에 비례하여 격벽(236)의 개수가 증가하도록 구성되며, 이는 후술하기로 한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층형성수단의 공급관에서 복층판으로 물이 공급되는 과정을 설명하기 위하여 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층형성수단의 복층판에서 회수탱크로 물이 배수되는 과정을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 공급수단(240)은 상호 마주보는 한 쌍의 제 1, 2 판(231a, 231b) 사이의 공간부(232)로 물을 공급하는 것으로, 공급관(241), 상부연결부(242), 회수탱크(243), 하부연결부(244) 및 펌핑부(245)를 포함한다.
공급관(241)은 프레임(210)의 상부 길이방향을 따라 내부가 빈 관 형태로 길게 형성된다. 공급관(241)의 양 단부는 상부지지부(220)에 지지되도록 구성된다. 상부연결부(242)는 예를 들면, 호스, 파이프, 고무관 등으로 형성되며 공급관(241)의 길이방향을 따라 복수 개가 상호 이격되도록 구비된다. 이러한 상부연결부(242)의 일측은 공급관(241)에 연결되고 상부연결부(242)의 타측은 상부공간부(232a)에 연결된다. 그리고 공급관(241)으로 공급되는 물은 중력에 의하여 상부공간부(232a)를 통하여 상부공간부(232a)로 이동되고, 이어서, 중부공간부(232b)를 지나 하부공간부(232c)로 이동된다. 이때, 후술하는 배수밸브(247)는 잠겨 있는 상태이므로, 하부공간부(232c), 중부공간부(232b) 및 상부공간부(232a)로 차례로 물이 채워지게 된다.
즉, 공간부(232)에 물이 가득 차오르면서 공간부(232)에 두꺼운 수막층이 형성되는 것이다. 수막층의 두께는 공간부(232)의 두께에 따라 결정되는 것으로, 예를 들면 1㎜ 이상이 되도록 구성될 수 있다. 이러한 두꺼운 수막층의 역할은 후술하기로 한다.
회수탱크(243)는 물이 수용되도록 공간이 형성되며, 프레임(210)과 하부지지부(222) 사이의 공간에 위치된다. 하부연결부(244)는 예를 들면, 호스, 파이프, 고무관 등으로 형성되며 회수탱크(243)의 길이방향을 따라 복수 개가 상호 이격되도록 구비된다. 이러한 하부연결부(244)의 일측은 하부공간부(232c)에 연결되고 하부연결부(244)의 타측은 회수탱크(243)에 연결되어, 하부공간부(232c)로 이동되는 물을 회수탱크(243)로 배수시킨다. 펌핑부(245)는 회수탱크(243)로 배수된 물을 연결관(246)을 통하여 공급관(241)으로 펌핑시킨다. 그리고 하부공간부(232c)로 이동된 물을 회수탱크(243)로 배수시키거나 배수시키지 않도록 하부연결부(244)에는 배수밸브(247)가 설치될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 하우스부재(100)의 외면 또는 내면에 수막층형성수단(200)이 구비되도록 구성되나, 본 발명을 이로 한정하지 않고, 수막층형성수단이 하우스부재(100) 역할까지 하도록 구성될 수도 있을 것이다. 이 경우, 기존 하우스부재(100)는 생략되고, 수막층형성수단은 프레임, 복층판 및 공급수단을 구비한다. 상기 프레임은 비닐하우스의 뼈대 역할을 하고, 한 쌍의 상기 복층판은 프레임을 커버하도록 형성되며 복층으로 형성된다. 상기 복층판은 태양광이 투과될 수 있는 재질로 형성된다. 그리고 상기 공급수단은 상기 복층판으로 물을 공급하는 것으로, 상기 공급수단에 의하여 상호 마주보는 한 쌍의 상기 복층판 사이의 공간부로 물이 공급되면, 상기 공간부에 물이 차오르게 되면서 수막층이 형성된다.
도 9는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 수막층형성수단의 제어부재를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 5 내지 도 9를 참조하면, 제어부재(250)는 수위감지센서(252), 배수밸브(247), 밸브구동부(256), 펌프구동부(258), 제어부(254), 밸브구동부(256) 및 펌프구동부(258)를 포함한다.
수위감지센서(252)는 공간부(232)의 상부에 설치되거나 또는 공급관(241)의 내부 상측에 설치되어 공간부(232)에 채워지는 물의 수위 또는 공급관(241)의 내부로 공급되는 물의 수위를 감지하도록 구성된다.
배수밸브(247)는 하부공간부(232c)로 이동된 물을 회수탱크(243)로 배수시키거나 배수시키지 않도록 하부연결부(244)에 설치된다.
밸브구동부(256)는 제어부(254)로부터 제어신호를 전달받아 배수밸브(247)가 하부연결부(244)를 개방 또는 폐쇄시키도록 구동시킨다. 펌프구동부(258)는 제어부(254)로부터 제어신호를 전달받아 펌핑부(245)의 작동을 온 또는 오프시키도록 한다.
제어부(254)는 수위감지센서(252)가 감지하는 공간부(232)의 수위 또는 공급관(241)의 수위가 적정 수위를 유지하도록 배수밸브(247) 또는 펌핑부(245)를 작동시킨다. 예를 들어, 제어부(254)는 수위감지센서(252)가 감지하는 공간부(232)의 수위가 적정 수위 미만인 경우, 밸브구동부(256)로 제어신호를 전달하여 배수밸브(247)가 하부연결부(244)를 폐쇄시키도록 제어하고, 펌프구동부(258)로 제어신호를 전달하여 펌핑부(245)가 작동되도록 제어한다. 그러면 공간부(232)에 채워진 물이 회수탱크(243)로 배수되지 않고, 회수탱크(243)에 수용된 물은 펌핑부(245)의 작동에 의하여 공급관(241)으로 공급된다. 그리고 공급관(241)은 상부연결부(242)를 통하여 공간부(232)로 물을 공급하여, 공간부(232)의 수위가 적정 수위를 유지하도록 제어된다.
또한, 제어부(254)는 수위감지센서(252)가 감지하는 공간부(232)의 수위가 적정 수위를 초과하는 경우, 밸브구동부(256)로 제어신호를 전달하여 배수밸브(247)가 하부연결부(244)를 개방시키도록 제어하고, 펌프구동부(258)로 제어신호를 전달하여 펌핑부(245)가 작동되지 않도록 제어한다. 그러면 공간부(232)에 채워진 물이 회수탱크(243)로 배수되고, 회수탱크(243)에 수용된 물은 공급관(241)으로 공급되지 않게 되므로, 공간부(232)의 수위가 적정 수위를 유지하도록 제어된다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판의 구조를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 10을 참조하면, 복층판(230)은 제 1, 2 판(231a, 231b) 이외에 제 3 판(231c)을 더 포함할 수 있다. 즉, 제 1 판(231a), 제 2 판(231b) 및 제 3 판(231c)이 상호 마주보도록 위치된다. 제 1 판(231a)은 비닐하우스에 식재된 농작물과 마주보도록 위치되고, 제 3 판(231c)은 외부를 향하도록 위치된다. 그리고 상호 마주보는 제 1 판(231a)과 제 2 판(231b) 사이에 사이에 공간부(232)가 구비되고, 상호 마주보는 제 2 판(231b)과 제 3 판(231c) 사이에 공기층(234)이 형성된다.
그리고 공간부(232)에는 복수 개의 격벽(236)이 병렬로 배열되고, 공기층(234)에는 복수 개의 지지벽(231c-1)이 병렬로 배열된다. 지지벽(231c-1)은 제 3 판(231c)이 제 2 판(231b)과 이격된 상태를 지지하도록 하여, 제 3 판(231c)과 제 2 판(231b) 사이에 공기층(234)이 형성되도록 하기 위한 것으로, 공기층(234)에 복수 개가 구비된다. 격벽(236)과 지지벽(231c-1)의 개수는 상호 같거나 다를 수 있으며, 예를 들면 격벽(236)의 개수가 더 많도록 구성될 수 있다.
도 11은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판에 형성되는 수막층의 효과를 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 11을 참조하면, 태양광이 지구의 표면에 직접 도달하여 발생하는 복사열이 복층판(230)으로 전달되면, 복사열의 가시광선은 복층판(230)의 공기층(234)과 수막층을 차례로 통과하여 하우스부재(100)의 내부에 식재된 농작물로 전달되어 식물의 광합성에 도움이 되도록 한다. 그리고 열을 발생시키는 특성을 갖는 복사열의 적외선은 복층판(230)의 수막층에 있는 물에 흡수된다.
즉, 복층판(230)에는 복층판(230)의 표면을 따라 흐르면서 형성되는 얇은 수막이 아닌, 복층판(230) 내부의 공간으로 물이 채워지면서 형성되는 두꺼운 수막층이 형성되므로, 하우스부재(100)의 내부 온도 상승 요인인 적외선은 복층판(230)의 수막층에 있는 많은 양의 물에 의하여 차단되도록 구성되는 것이다.
이처럼 본 발명은 복층판(230) 내부에 물이 차오르면서 복층판(230) 내부에 두꺼운 수막층이 형성되도록 하여, 식물의 광합성에 필요한 가시광선은 통과되도록 하고, 비닐하우스의 내부 온도를 상승시키는 적외선은 수막층에 의하여 차단되도록 구성되며, 이를 통하여 저전력 및 고효율로 무더운 여름철에 하우스부재(100)의 내부 온도를 농작물을 기르는데 적합한 온도로 유지할 수 있게 되는 효과가 있다.
또한, 하우스부재(100) 내부의 대류열은 상대적으로 낮은 수온의 수막층으로 전달되면서 열교환이 진행되어, 하우스부재(100)의 내부 온도를 더욱 떨어트리게 되는 효과가 있다.
한편, 수막층에 흡수된 적외선은 수막층의 물 분자를 자극하여, 수막층의 수온이 일정 온도 이상으로 상승될 수 있다. 이에 따라 공급관(241) 또는 회수탱크(243)에는 물의 온도를 낮추는 통상의 냉각부(미도시)가 구비되어, 냉각부를 이용하여 공급관(241)으로 공급되는 물의 온도 또는 회수탱크(243)로 배수되는 물의 온도를 낮추도록 구성될 수도 있다.
도 12는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판 내부를 따라 중력 방향으로 유동되는 유체의 유동 검증 해석을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 12를 참조하면, 수막층을 형성하는 복층판(230)의 구조 건전성을 개선하고, 복층판(230) 내부를 따라 흐르는 유체가 균일하게 유동하기 위해서는 중력 방향으로의 유동이 필요함을 알 수 있다. 이에 따라, 복층판(230)의 상부에 공급관(241)이 구비되고, 공급관(241)을 통하여 공급되는 물이 중력 방향을 따라 공급관(241)의 하부에 위치되는 복층판(230)의 공간부(232)로 물을 공급한다. 그리고 공간부(232)의 상부로 공급되는 물은 중력방향을 따라 공간부(232)의 하부로 유동된다.
도 13은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판에 구비되는 격벽의 필요성을 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 13을 참조하면, 복층판(230)의 공간부(232)에는 물이 담겨 있으므로, 공간부(232)의 하부 측에 하중이 크게 발생한다. 즉, 공간부(232)에 채워진 물의 하중에 의하여 공간부(232)의 하부에 가해지는 수막층의 작용응력이 가장 크게 나타난다. 이러한 하중을 지지하기 위해서는 복층판(230)을 형성하는 제 1 판(231a)과 제 2 판(231b)의 두께를 증가시키거나 또는 공간부(232)에 복수 개의 격벽(236)이 구비되도록 해야 한다. 그런데 제 1 판(231a)과 제 2 판(231b)의 두께를 증가시키는 것은 제조 비용이 많이 들고 설치 공간을 더욱 더 요구하므로, 공간부(232)에 복수 개의 격벽(236)이 구비되도록 하는 것이 바람직하다. 격벽(236)은 공간부(232)의 하부에 가해지는 수막층의 하중을 고르게 지지하므로, 복층판(230)의 두께를 감소시킬 수 있다.
한편, 공간부(232)의 길이가 길수록 공간부(232)의 하부 측 응력은 점차 커지게 되므로, 복층판(230)의 길이가 길어짐에 비례하여 격벽(236)의 개수가 증가하도록 구성된다. 이하, 도 14 및 도 15를 참조하여 복층판(230)의 길이에 따른 격벽(236)의 최적 개수 설계에 대하여 알아보도록 한다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판의 길이와 허용응력을 고려하여 최적화 격벽의 개수를 결정하기 위한 기본 정보를 제공하기 위한 그래프를 도시한 도면이다.
도 14를 참조하면, 복층판(230)에 형성되는 수막층의 길이에 따른 허용응력에 대한 기본정보가 그래프로 제공된다. 예를 들어, 수막층의 길이가 1000㎜ 인 경우(S10), 허용응력은 20MPa를 갖는다(S12). 그리고 수막층의 길이에 대한 수직선과 허용응력에 대한 수평선을 생성하여, 이들 수직선과 수평선이 만나는 지점에서 아래로 이동하면 최적화 격벽(236) 수 즉, 2개가 계산된다(S14).
도 15는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복층판의 길이와 허용응력을 고려하여 격벽의 개수를 결정하기 위한 순서도를 도시한 도면이다.
도 15 및 하기 수학식1을 참조하면, 하기 수학식1을 통하여 복층판(230)의 하부에 가해지는 수막층의 작용응력(MPa)을 계산할 수 있다.
[수학식1]
여기서 y는 복층판(230)의 하부에 가해지는 수막층의 작용응력(MPa), n은 격벽(236)의 개수, x는 복층판(230)의 길이이다.
그리고, y(n, x) 값이 기 설정된 허용응력 이상인 경우, 해당 n값이 격벽(236)의 개수로 결정된다. 여기서 해당 n값은 최대값으로 구성될 수 있다.
예를 들어, 수학식1을 통하여 길이가 2000㎜인 복층판(230)에 적용되는 최적 격벽(236)의 개수를 알아보면, 먼저, y(1, 2000) 값을 계산하면 반올림하여 91이 계산된다(S20). 그리고 도 14에 도시된 그래프를 참조하면, 길이가 2000㎜인 복층판(230)에 대한 격벽(236)수 1개의 허용응력은 91보다 크므로(S22), y(2, 2000) 값을 계산한다. y(2, 2000) 값은 반올림하면 40이 계산된다. 그리고 도 14에 도시된 그래프를 참조하면, 길이가 2000㎜인 복층판(230)에 대한 격벽(236)수 2개의 허용응력은 41 정도가 되므로, 40보다 크다(S24). 이어서 y(3, 2000) 값을 계산한다. y(3, 2000) 값은 반올림하면 26이 계산된다. 그리고 도 14에 도시된 그래프를 참조하면, 길이가 2000㎜인 복층판(230)에 대한 격벽(236)수 3개의 허용응력은 25 정도가 되므로, 26보다 작다(S26). 이에 따라 2000㎜인 복층판(230)에 적용되는 최적 격벽(236)수는 3개가 되는 것이다(S28).
이처럼 본 발명은 복층판(230)의 길이에 따라 최적 격벽(236)의 개수를 결정할 수 있어, 복층판(230)의 내부에 설치되는 격벽(236)을 필요 이상으로 많이 설계할 필요가 없게 되는 효과가 있다.
본 발명은 상기 실시예에서 상세히 설명되었지만, 본 발명을 이로 한정하지 않음은 당연하고, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.
100: 하우스부재
110: 지지부
200: 수막층형성수단
210: 프레임 212: 상부프레임
214: 측방프레임 216: 하부프레임
220: 상부지지부 222: 하부지지부
224: 기립안내부 226: 고정돌부
230: 복층판 231a: 제 1 판
231b: 제 2 판 231c: 제 3 판
231c-1: 지지벽 232: 공간부
232a: 상부공간부 232b: 중부공간부
232c: 하부공간부 234: 공기층
236: 격벽 240: 공급수단
241: 공급관 242: 상부연결부
243: 회수탱크 244: 하부연결부
245: 펌핑부 246: 연결관
247: 배수밸브 250: 제어부재
252: 수위감지센서 254: 제어부
256: 밸브구동부 258: 펌프구동부
110: 지지부
200: 수막층형성수단
210: 프레임 212: 상부프레임
214: 측방프레임 216: 하부프레임
220: 상부지지부 222: 하부지지부
224: 기립안내부 226: 고정돌부
230: 복층판 231a: 제 1 판
231b: 제 2 판 231c: 제 3 판
231c-1: 지지벽 232: 공간부
232a: 상부공간부 232b: 중부공간부
232c: 하부공간부 234: 공기층
236: 격벽 240: 공급수단
241: 공급관 242: 상부연결부
243: 회수탱크 244: 하부연결부
245: 펌핑부 246: 연결관
247: 배수밸브 250: 제어부재
252: 수위감지센서 254: 제어부
256: 밸브구동부 258: 펌프구동부
Claims (10)
- 비닐하우스의 뼈대 역할을 하는 프레임과, 상기 프레임을 커버하도록 형성되며 복층으로 형성되는 한 쌍의 복층판과, 상호 마주보는 한 쌍의 상기 복층판 사이의 공간부로 물을 공급하는 공급수단을 갖는 수막층형성수단을 포함하고,
상기 복층판은 태양광이 투과될 수 있는 재질로 형성되고,
상기 공급수단에 의하여 상기 공간부로 물이 공급되면, 상기 공간부에 물이 차오르게 되면서 수막층이 형성되고,
상기 공간부에는 상하 방향으로 형성되는 복수 개의 격벽이 상호 병렬로 배열되어, 상기 공간부는 상기 격벽에 의하여 복수 개의 공간으로 구획되고,
하기 수학식을 적용하여 복층판의 하부에 가해지는 수막층의 작용응력(MPa)이 결정되고,
[수학식]
여기서 y는 복층판의 하부에 가해지는 수막층의 작용응력(MPa), n은 격벽의 개수, x는 복층판의 길이이다.
y(n, x) 값이 기 설정된 허용응력 이상인 경우, 해당 n값이 상기 격벽의 개수로 결정되는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조.
- 비닐하우스에 구비되는 비닐막의 일면과 마주보도록 위치되며 다각형 또는 원형으로 형성되는 프레임과, 상기 프레임을 커버하도록 형성되며 복층으로 형성되는 복층판과, 상호 마주보는 한 쌍의 상기 복층판 사이의 공간부로 물을 공급하는 공급수단을 갖는 수막층형성수단을 포함하고,
상기 복층판은 태양광이 투과될 수 있는 재질로 형성되고,
상기 공급수단에 의하여 상기 공간부로 물이 공급되면, 상기 공간부에 물이 차오르면서 수막층이 형성되고,
상기 공간부에는 상하 방향으로 형성되는 복수 개의 격벽이 상호 병렬로 배열되어, 상기 공간부는 상기 격벽에 의하여 복수 개의 공간으로 구획되고,
하기 수학식을 적용하여 복층판의 하부에 가해지는 수막층의 작용응력(MPa)이 결정되고,
[수학식]
여기서 y는 복층판의 하부에 가해지는 수막층의 작용응력(MPa), n은 격벽의 개수, x는 복층판의 길이이다.
y(n, x) 값이 기 설정된 허용응력 이상인 경우, 해당 n값이 상기 격벽의 개수로 결정되는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 공간부는 상부에서 하부 방향을 따라 상부공간부, 중부공간부 및 하부공간부로 구분되고,
상기 공급수단이 상기 상부공간부로 물을 공급하면, 상기 하부공간부 및 상기 중부공간부에 차례로 물이 가득 채워지는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조.
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 복층판은 제 1 판, 제 2 판 및 제 3 판이 상호 마주보도록 위치되고,
상기 제 3 판은 외부를 향하도록 위치되고,
상호 마주보는 상기 제 1 판과 상기 제 2 판 사이에 사이에 상기 공간부가 구비되고,
상호 마주보는 상기 제 2 판과 상기 제 3 판 사이에 공기층이 형성되는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조.
- 삭제
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 복층판의 길이가 길어짐에 비례하여 상기 격벽의 개수가 증가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조.
- 삭제
- 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 공간부는 상부에서 하부 방향을 따라 상부공간부, 중부공간부 및 하부공간부로 구분되고,
복수 개의 상기 격벽은 상기 중부공간부에 병렬로 배열되는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조.
- 제 8 항에 있어서,
상기 공급수단은:
상기 프레임의 상부에 설치되는 공급관;
상기 공급관으로 공급되는 물을 상기 상부공간부로 공급하는 상부연결부;
상기 프레임의 하부에 설치되는 회수탱크;
상기 하부공간부로 이동된 물을 상기 회수탱크로 배수시키는 하부연결부; 및
상기 회수탱크로 배수된 물을 상기 공급관으로 펌핑시키는 펌핑부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조.
- 제 9 항에 있어서,
상기 하부공간부로 이동된 물을 상기 회수탱크로 배수시키거나 배수시키지 않도록 상기 하부연결부에 설치되는 배수밸브;
상기 공간부 또는 상기 공급관의 수위를 감지하는 수위감지센서; 및
상기 수위감지센서가 감지하는 상기 공간부의 수위 또는 상기 공급관의 수위가 적정 수위를 유지하도록 상기 배수밸브 또는 상기 펌핑부를 작동시키는 제어부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220093883A KR102506956B1 (ko) | 2022-07-28 | 2022-07-28 | 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020220093883A KR102506956B1 (ko) | 2022-07-28 | 2022-07-28 | 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR102506956B1 true KR102506956B1 (ko) | 2023-03-07 |
Family
ID=85512390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020220093883A KR102506956B1 (ko) | 2022-07-28 | 2022-07-28 | 수막층을 이용한 저전력 고효율 피복 구조 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102506956B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102615849B1 (ko) * | 2023-05-24 | 2023-12-21 | 주식회사 스탠더드시험연구소 | 적외선 차단이 가능한 수막층 스크린 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101449382B1 (ko) | 2014-05-09 | 2014-10-10 | 강형원 | 비닐하우스의 서냉장치 |
| KR20210089307A (ko) * | 2020-01-08 | 2021-07-16 | 한세진 | 플라스틱 복층판 |
| KR102388899B1 (ko) * | 2021-07-13 | 2022-04-21 | 주식회사 스탠더드시험연구소 | 수막복층판을 구비하는 저전력 온실 시스템 |
-
2022
- 2022-07-28 KR KR1020220093883A patent/KR102506956B1/ko active IP Right Grant
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| KR102388899B1 (ko) * | 2021-07-13 | 2022-04-21 | 주식회사 스탠더드시험연구소 | 수막복층판을 구비하는 저전력 온실 시스템 |
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