KR102553718B1 - 버퍼탱크 및 삼방밸브를 도입하여 냉각 효율을 높인 양액 냉각 장치 및 양액 냉각 장치의 동작 방법 - Google Patents

버퍼탱크 및 삼방밸브를 도입하여 냉각 효율을 높인 양액 냉각 장치 및 양액 냉각 장치의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 엽채류 등의 시설원예 작물 수경재배에 사용되는 양액의 온도를 냉각시키는 장치에 관한 것으로, 양액을 냉각시키는 냉각기; 상기 냉각기로부터 제공된 양액을 저장하고, 저장된 양액을 온실로 제공하는 버퍼탱크; 상기 버퍼탱크로부터 제공된 양액을 저장하고, 상기 온실로부터 양액을 회수하여 저장하는 양액탱크; 상기 버퍼탱크에 저장된 양액 및 상기 양액탱크에 저장된 양액 중 적어도 하나를 제공받는 삼방밸브; 및 상기 삼방밸브로부터 제공받은 양액을 상기 냉각기로 제공하는 펌프를 포함하고, 상기 삼방밸브는 상기 버퍼탱크에 저장된 양액 및 상기 양액탱크에 저장된 양액을 모두 제공받는 경우, 상기 버퍼탱크로부터 제공된 양액과 상기 양액탱크로부터 제공된 양액을 혼합하는 것을 특징으로 한다.

Description

버퍼탱크 및 삼방밸브를 도입하여 냉각 효율을 높인 양액 냉각 장치 및 양액 냉각 장치의 동작 방법{NUTRIENT SOLUTION COOLING DEVICE AND METHOD IN WHICH THE EFFICIENCY OF THE CHILLER IS INCREASED BY INTRODUCING A BUFFER TANK AND A THREE-WAY VALVE}
본 발명은 엽채류 등의 시설원예 작물 수경재배에 사용되는 양액의 온도를 냉각시키는 장치에 관한 것이다.
최근, 기후변화로 인해 여름일수가 증가하고, 혹서가 빈발하여 다양한 고온 생리장해를 유발하여 시설원예 농업계의 생산성이 저하되고 있다. 특히 상추 등의 엽채류는 저온성 작물로 고온에서 생육정지나 고사가 발생하여 여름재배가 매우 어려우며 계절적 가격변동이 매우 크다. 고온기 온실 공간의 전체를 대상으로 하는 냉방은 경제성이 낮으며 차광, 환기, 및 기화식냉방 등 소극적 냉방은 성능이 제한적이다. 따라서 고온기 시설원예 수경재배를 위한 효율적인 냉방기술의 개발이 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 냉각 효율이 향상된 양액 냉각 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 엽채류 등의 시설원에 작물 수경재배에 사용되는 양액의 온도를 냉각시키는 장치에 관한 것으로서, 양액을 냉각시키는 냉각기; 상기 냉각기로부터 제공된 양액을 저장하고, 저장된 양액을 온실로 제공하는 버퍼탱크; 상기 버퍼탱크로부터 제공된 양액을 저장하고, 상기 온실로부터 양액을 회수하여 저장하는 양액탱크; 상기 버퍼탱크에 저장된 양액 및 상기 버퍼탱크에 저장된 양액 중 적어도 하나를 제공받는 삼방밸브; 및 상기 삼방밸브로부터 제공받은 양액을 상기 냉각기로 제공하는 펌프를 포함하고, 상기 삼방밸브는 상기 버퍼탱크에 저장된 양액 및 상기 양액탱크에 저장된 양액을 모두 제공받는 경우, 상기 버퍼탱크로부터 제공된 양액과 상기 양액탱크로부터 제공된 양액을 혼합하여 냉각기로 공급한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 냉각기, 및 상기 삼방밸브를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 삼방밸브 출구에 설치된 온도센서를 더 포함하고, 상기 온도센서는 측정된 온도를 상기 제어부로 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 상기 측정된 온도에 따라 상기 냉각기의 가동 여부를 결정할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 삼방밸브는 상기 양액탱크 방향, 상기 버퍼탱크 방향, 및 상기 펌프 방향 중 적어도 하나에 조절 가능한 밸브를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 삼방밸브는 상기 양액탱크 방향 밸브와 상기 버퍼탱크 방향 밸브를 포함하고, 상기 양액탱크 방향 밸브의 개도율과 상기 버퍼탱크 방향 밸브의 개도율이 독립적으로 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 제어부는 양액의 실시간으로 측정되는 온도에 따라 상기 양액탱크 방향 밸브의 개도율과 상기 버퍼탱크 방향 밸브의 개도율이 조절될 수 있다.
상기 양액 냉각 장치를 사용하여 양액을 냉각시키는 양액 냉각 장치의 동작 방법에 있어서, 냉각기에서 제공된 양액이 버퍼탱크로 제공되는 단계; 상기 버퍼탱크에 저장된 양액이 온실로 제공되는 단계; 상기 버퍼탱크에 저장된 양액이 양액탱크로 제공되는 단계; 상기 온실에 제공된 양액이 상기 양액탱크로 제공되는 단계; 삼방밸브로 상기 버퍼탱크에 저장된 양액, 상기 양액탱크에 저장된 양액 중 적어도 하나가 제공되는 단계; 상기 삼방밸브에 제공된 양액이 펌프로 제공되는 단계; 및 상기 펌프에 제공된 양액이 상기 냉각기로 제공되는 단계를 포함하고, 상기 버퍼탱크에 저장된 양액과 상기 양액탱크에 저장된 양액 모두가 상기 삼방밸브에 제공되는 경우, 상기 삼방밸브 내에서 두 양액이 혼합되는 단계를 더 포함하는 양액 냉각 장치의 동작 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 삼방밸브 출구에 부착된 온도센서에 의해 양액의 온도가 측정되는 단계를 더 포함하고, 상기 온도센서가 측정된 온도를 제어부로 전송하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 측정된 온도가 설정 온도를 초과한 경우, 상기 제어부에 의해 상기 냉각기가 가동되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 측정된 온도가 설정 온도를 초과한 경우, 상기 제어부에 의해 상기 설정 온도를 초과하는 값에 따라 상기 삼방밸브 내 상기 버퍼탱크 방향 밸브의 개도율이 1~50%로, 상기 양액탱크 방향 밸브의 개도율이 50~99%로 조정되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 측정된 온도가 설정 온도 이하인 경우, 상기 제어부에 의해 상기 냉각기가 가동되지 않는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 상기 측정된 온도가 설정 온도 이하인 경우, 상기 제어부에 의해 상기 삼방밸브 내 상기 버퍼탱크 방향 밸브의 개도율이 0%로, 상기 양액탱크 방향 밸브의 개도율이 100%로 조정되는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 양액 냉각 장치는 버퍼탱크 및 삼방밸브를 도입함으로써, 냉각 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 수경재배 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 양액 냉각 장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 양액 냉각 장치의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 4는 제어부 및 온도센서가 결합된 양액 냉각 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 제어부 및 온도센서가 결합된 양액 냉각 장치의 동작 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6a는 측정 온도가 설정 온도를 초과하는 경우, 제어부 및 온도센서가 결합된 양액 냉각 장치의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6b는 측정 온도가 설정 온도 이하인 경우, 제어부 및 온도센서가 결합된 양액 냉각 장치의 동작 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 버퍼탱크의 수온, 양액탱크의 수온, 및 외부 기온을 나타낸 그래프이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 대조군으로, 양액 냉각 장치를 사용하지 않은 재배 시설 내 온실의 기온, 걸리(gully) 입구의 수온(버퍼탱크에서 제공된 양액), 및 걸리 출구의 수온(양액탱크로 회수된 양액)을 나타낸 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실험군으로, 본 발명의 양액 냉각 장치를 사용한 재배 시설 내 온실의 기온, 걸리(gully) 입구의 수온(버퍼탱크에서 제공된 양액), 및 걸리 출구의 수온(양액탱크로 회수된 양액)을 나타낸 그래프이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 대조군으로, 양액 냉각 장치를 사용하지 않은 재배 시설에서 생장된 식물을 도시한 사진이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실험군으로, 본 발명의 양액 냉각 장치를 사용한 재배 시설에서 생장된 식물을 도시한 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대조군, 및 실험군의 초장, 엽장, 엽폭, 근장, 및 근주의 길이를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 버퍼탱크와 냉각기(칠러)를 도시한 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 삼방밸브와 펌프를 도시한 사진이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 양액라인 연결 부분 중 일부를 도시한 사진이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 양액탱크를 도시한 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온실 내부를 도시한 사진이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 양액 냉각 장치 및 양액 냉각 장치의 동작 방법을 상세히 설명하기로 한다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어는 사전적인 의미로 한정 해석되어서는 아니되며, 발명자는 자신의 발명을 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절히 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
상세한 설명, 도면들, 및 청구항들에서 상술하는 예시적인 실시 예들은 한정을 위한 것이 아니며, 다른 실시 예들이 이용될 수 있으며, 여기서 개시되는 기술의 사상이나 범주를 벗어나지 않는 한 다른 변경들도 가능하다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예 및 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 표현하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 존재할 수 있음을 이해하여야 한다.
당업자는 본 개시의 구성요소들, 즉 여기서 일반적으로 기술되고, 도면에 기재되는 구성요소들을 다양하게 다른 구성으로 배열, 구성, 결합, 및 도안할 수 있으며, 이것들의 모두는 명백하게 고안되며, 본 개시의 일부를 형성하고 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 버퍼탱크 및 삼방밸브를 도입하여 냉각 효율을 높인 양액 냉각 장치 및 양액 냉각 장치의 동작 방법에 관한 것이다. 본 발명은 일반적으로 양액(배양액)을 사용하는 엽채류 등의 시설원예 작물 수경재배에 사용될 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 버퍼탱크, 삼방밸브, 및 온도센서 등을 도입하여 냉각기의 효율을 높이는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 수경재배 시스템(10)을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 수경재배 시스템(10)은 온실(200) 및 양액 냉각 장치(100)를 포함한다.
온실(200)은 일반적으로 배양액(양액)을 사용하는 시설원예 작물 재배 시설을 의미하며, 양액을 사용해야 하는 작물 재배 시설이라면 이를 한정하지 않는다. 온실(200)은 양액 냉각 장치(100)로부터 냉각된 양액을 공급받고, 냉각된 양액은 온실(200) 내부를 순환한 후 다시 양액 냉각 장치(100)로 회수된다.
양액 냉각 장치(100)은 온실(200)로부터 회수된 양액을 냉각시킨 후, 냉각된 양액을 다시 온실(200)로 공급하는 장치이다.
본 발명의 기술적 사상에 따른 실시 예에 있어서, 수경재배 시스템(10)의 양액 냉각 장치(100)은 삼방밸브와 버퍼탱크를 도입하여 냉각 효율을 높일 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 양액 냉각 장치(100)를 더 자세히 보여주는 블록도다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 양액 냉각 장치(100)는 냉각기(110), 버퍼탱크(120), 양액탱크(130), 삼방밸브(140), 펌프(150), 및 복수의 배관들(161, 162, 163, 164, 165, 166, 167, 168)을 포함한다.
냉각기(110)는 양액을 냉각시킬 수 있다. 예를 들어, 냉각기(110)는 양액의 온도를 설정된 온도로 냉각시킬 수 있다. 또한, 냉각기(110)는 제1 배관(161)으로부터 양액을 제공받을 수 있다.
버퍼탱크(120)는 냉각기(110)로부터 제공된 양액이 저장될 수 있다. 예를 들어, 버퍼탱크(120)는 제2 배관(162)을 거쳐 냉각기(110)로부터 제공받은 양액을 저장할 수 있다. 또한, 버퍼탱크(120)는 저장된 양액을 온실(200)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 버퍼탱크(120)는 저장된 양액 일부를 제3 배관(163)을 통해 온실(200)로 제공할 수 있다. 또한, 버퍼탱크(120)는 버퍼탱크(120) 내에 저장된 양액이 일정 수위를 초과하는 경우 저장된 양액을 제4 배관(164)을 거쳐 양액탱크(130)로 이동시킬 수 있다.
양액탱크(130)는 버퍼탱크(120)로부터 제공된 양액과 온실(200)로부터 회수된 양액을 저장할 수 있다. 예를 들어, 양액탱크(130)는 제4 배관(164)을 거쳐 버퍼탱크(120)로부터 양액을 제공받을 수 있고, 제5 배관(165)을 거쳐 온실(200)로부터 양액을 회수할 수 있다. 또한, 양액탱크(130)는 버퍼탱크(120)와 온실(200)로부터 제공된 양액을 저장할 수 있다.
삼방밸브(140)는 버퍼탱크(120)의 양액, 양액탱크(130)의 양액 중 적어도 하나를 제공받을 수 있다. 예를 들어, 삼방밸브(140)는 제6 배관(166)을 거쳐 버퍼탱크(120)의 양액을 제공받을 수 있고, 제7 배관(167)을 거쳐 양액탱크(130)의 양액을 제공받을 수 있다. 또한, 삼방밸브(140)는 버퍼탱크(120)의 양액과 양액탱크(130)의 양액을 모두 제공받는 경우 두 양액을 혼합시킬 수 있다.
또한, 삼방밸브(140)는 양액탱크(130) 방향, 버퍼탱크(120) 방향, 및 펌프(150) 방향 중 적어도 하나에 조절 가능한 밸브를 포함할 수 있다. 밸브가 두 개 이상 포함되는 경우, 밸브는 각각 독립적으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 삼방밸브(140)는 양액탱크(130) 방향 밸브, 및 버퍼탱크(120) 방향 밸브를 포함할 수 있으며, 양액탱크(130) 방향 밸브와 버퍼탱크(120) 방향 밸브는 각각 독립적으로 조절될 수 있다. 조절에 있어서, 단위는 개도율(%)을 사용한다.
펌프(150)는 삼방밸브(140)로부터 제공된 양액을 냉각기(110)로 제공할 수 있다. 예를 들어, 펌프(150)는 삼방밸브(140)로부터 제8 배관(168)을 거쳐 제공받은 양액을 제1 배관(161)을 거쳐 냉각기(110)로 제공할 수 있다. 또한, 양액을 순환시킬 목적으로 복수의 배관들(161, 162, 163, 164, 165, 166, 167, 168) 중간에 펌프(150)를 추가 설치할 수 있으며, 이 점에 있어서, 펌프의 종류와 개수를 제한하지 않는다.
도 3은 도 2에 도시된 양액 냉각 장치(100)을 본 발명의 일 실시 예에 따라 실시한 양액 냉각 장치(100)의 동작 방법의 순서도이다.
S100에서는 냉각기(110)에서 제공된 양액이 버퍼탱크(120)로 제공된다.
S200에서는 버퍼탱크(120)에 저장된 양액이 온실(200)로 제공된다.
S300에서는 버퍼탱크(120)에 저장된 양액이 양액탱크(130)로 제공된다.
S400에서는 온실(200)에 제공된 양액이 양액탱크(130)로 제공된다.
S10에서는 버퍼탱크(120) 방향 밸브가 개방 여부를 파악한다. 버퍼탱크(120) 방향 밸브가 닫혀있는 경우 NO 방향을 진행되고, 버퍼탱크(120) 방향 밸브가 열려있는 경우 YES 방향으로 진행된다.
버퍼탱크(120) 방향 밸브가 닫혀있는 경우(NO), S500에서는 양액탱크(130)에 저장된 양액이 삼방밸브(140)로 제공된다. 이후 S600으로 진행된다.
버퍼탱크(120) 방향 밸브가 열려있는 경우(YES), S510에서는 버퍼탱크(120)와 양액탱크(130)에 저장된 양액이 삼방밸브(140)로 제공된다. 버퍼탱크(120)와 양액탱크(130)에 저장된 양액이 삼방밸브로 제공될 때 버퍼탱크(120)의 양액이 먼저 제공되는 경우, 양액탱크(130)의 양액이 먼저 제공되는 경우, 및 버퍼탱크(120)와 양액탱크(130)에 저장된 양액이 동시에 제공되는 경우를 제한하지 않는다. 이후 S520으로 진행된다.
S520에서는 삼방밸브(140)에 제공된 양액이 혼합된다. 혼합 비율은 밸브의 개도율에 의해 정해진다.
S600에서는 삼방밸브(140)에 제공된 양액이 펌프(150)로 제공된다.
S700에서는 펌프(150)에 제공된 양액이 냉각기(110)로 제공된다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, S700 이후 S100으로 이어지는 순환구조이므로, 시작, 및 끝 지점은 임의로 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 양액 냉각 장치(100)를 사용하고 양액 냉각 장치(100)의 동작 방법을 적용하면, 관행 양액탱크 냉각 방식에서 사용되던 80알티(RT) 규모의 냉각기가 아닌 40알티(RT) 규모의 냉각기(110)로 동일한 냉각 장치 효율을 낼 수 있으며, 이는 곧 절반 규모의 냉각기로 동일한 효과를 낼 수 있음을 의미한다. 이에 따라, 관행 양액 냉각 장치를 도입하기 위해 필수적으로 요구되던 과도한 설치비 부담을 경감할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 양액 냉각 장치(100_1)를 보여주는 블록도이다. 도 4의 양액 냉각 장치(100_1)는 도 2의 양액 냉각 장치(100)와 일부 유사하다. 따라서, 동일하거나 유사한 구성요소는 동일하거나 유사한 참조번호를 이용하여 표기되었으며, 동일하거나 반복되는 내용은 간략한 설명을 위하여 이하 생략될 것이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 양액 냉각 장치(100_1)는 도 2의 양액 냉각 장치(100)에 비하여 제어부(170)와 온도센서(18)을 더 포함한다.
제어부(170)는 냉각기(110), 및 삼방밸브(140)를 제어할 수 있다. 예를 들어, 제어부(170)는 냉각기(110)의 가동 여부를 결정할 수 있다. 또한, 제어부(170)는 삼방밸브(140) 내 밸브의 개도율을 조절할 수 있다.
온도센서(180)는 삼방밸브(140)의 출구, 즉 펌프(150) 방향 출구에 설치되어 측정 지점을 지나는 양액의 온도를 측정할 수 있다. 예를 들어, 온도센서(180)는 삼방밸브(140)의 출구에 설치되어 삼방밸브(140)로부터 제공된 양액의 온도를 측정할 수 있다. 또한, 온도센서(180)는 측정된 양액의 온도를 제어부(170)에 보낼 수 있다. 본 발명의 일 실시 예에 따른 온도센서(180)는 측정된 양액의 온도를 제어부(170)에 실시간으로 보낼 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 양액 냉각 장치(100_1)을 본 발명의 일 실시 예에 따라 실시한 양액 냉각 장치의 동작 방법의 순서도이다.
S800에서는 온도센서에 의해 양액의 온도가 측정된다.
S810에서는 온도센서에 의해 측정된 양액의 온도가 제어부로 전송된다.
S20에서는 제어부로 전송된 양액의 온도가 설정 온도 이하인지 초과인지 파악한다. 설정 온도 이하인 경우 YES 방향으로, 설정 온도를 초과한 경우 NO 방향으로 진행된다.
설정 온도 이하인 경우(YES), S900에서는 버퍼탱크 방향 밸브 개도율이 0%로, 양액탱크 방향 밸브 개도율이 100%로 조정되며, 냉각기가 가동되지 않는다.
설정 온도를 초과한 경우(NO), S910에서는 버퍼탱크 방향 밸브 개도율이 1~50%로, 양액탱크 방향 밸브 개도율이 50~99%로 조정되며, 냉각기가 가동된다. 본 발명의 일 실시 예에 따르면, 밸브 개도율은 설정 온도보다 초과된 온도 값에 따라 조절될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 양액 냉각 장치(100_1)를 사용하고 양액 냉각 장치(100_1)의 동작 방법을 적용하면, 밸브의 개도율을 초과한 온도에 따라 정밀하게 제어함으로써, 버퍼탱크(120)의 온도를 적정 온도로 항상 유지하도록 운전할 수 있다. 이에 따라, 각 식물이 생장하기 가장 적합한 온도로 조정할 수 있게 되어 보다 효과적인 식물 재배가 가능하다.
도 6a는 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 양액 냉각 장치(100_1)를 통한 양액 냉각 장치의 동작 방법 중 양액의 온도가 설정 온도를 초과한 경우를 나타내는 흐름도이다.
도 6a를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 양액의 온도가 설정 온도를 초과한 경우 진행되는 양액 냉각 장치의 동작 방법에 대해 설명하도록 한다.
먼저, 냉각기(110)에서 양액을 냉각시키고(S100), 버퍼탱크(120)에 냉각기(110)로부터 제공된 양액이 저장되고(S200), 온실(200)에 제공된 양액이 제공되고(S300), 양액탱크(130)에 버퍼탱크(120)에서 제공된 양액과 온실(200)에서 회수된 양액이 저장되고(S400), 버퍼탱크(120)에 제공된 양액과 양액탱크(130)에 저장된 양액 모두가 삼방밸브(140)에 제공되고(S510), 삼방밸브(140) 내에서 두 양액이 혼합되고(S520), 삼방밸브 출구에 부착된 온도센서(180)에 의해 제공된 양액의 온도가 측정되고(S700), 측정된 양액의 온도가 제어부에 전송되고(S710), 삼방밸브(140)로부터 펌프(150)로 제공된 양액이 펌프(150)에 의해 냉각기(110)로 제공되게 된다(S600).
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 양액의 온도가 설정 온도를 초과하는 경우, 제어부(170)에 의해 냉각기(110)가 가동되고, 설정 온도를 초과하는 값에 따라 삼방밸브(140) 내 버퍼탱크(120) 방향 밸브의 개도율이 1~50%, 및 양액탱크(130) 방향 밸브의 개도율이 50~99%로 조정된다(S910).
실시 예 1
여름철 외부 기온 35℃및 온실 기온 42℃조건에서 10헥타르(ha) 온실, 250톤 양액탱크, 40알티(RT) 냉각기(140kW), 15톤 버퍼탱크, 삼방밸브, 펌프, 배관, 온도센서, 및 제어부를 포함하여 양액 냉각 장치를 구성하였다. 삼방밸브의 출구온도가 설정 온도(18℃를 초과한 경우, 냉각기를 가동하고 삼방밸브 내 버퍼탱크 방향 및 양액탱크 방향 밸브의 개도율을 각각 1~50%, 50~99% 조합으로 비례제어하여 출구온도를 설정 온도(18℃를 초과하지 않도록 운전하였다. 삼방밸브의 출구온도에 따른 버퍼탱크 방향 밸브 개도율 및 양액탱크 방향 밸브 개도율은 하기 표 1과 같다.
[표 1]
Figure 112020137447114-pat00001
상기 실시 예, 및 표 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 있어서, 삼방밸브의 출구온도에 따른 버퍼탱크 방향 밸브 개도율 및 양액탱크 방향 밸브 개도율은 설정온도를 초과한 값에 따라 조절된다. 예를 들어, 설정온도보다 0.2℃초과된 경우, 버퍼탱크 방향 밸브 개도율은 10%로 양액탱크 방향 밸브 개도율은 90%로 조절되고, 설정온도보다 0.4℃초과된 경우, 버퍼탱크 방향 밸브 개도율은 20%로 양액탱크 방향 밸브 개도율은 80%로 조절되고, 설정온도보다 0.6℃초과된 경우, 버퍼탱크 방향 밸브 개도율은 30%로 양액탱크 방향 밸브 개도율은 70%로 조절되고, 설정온도보다 0.8℃ 초과된 경우, 버퍼탱크 방향 밸브 개도율은 40%로 양액탱크 방향 밸브 개도율은 60%로 조절되고, 설정온도보다 1.0℃초과된 경우, 버퍼탱크 방향 밸브 개도율은 50%로 양액탱크 방향 밸브 개도율은 50%로 조절된다.
도 6b는 도 4에 도시된 본 발명의 일 실시 예에 따른 양액 냉각 장치(100_1)를 통한 양액 냉각 장치의 동작 방법 중 양액의 온도가 설정 온도 이하인 경우를 나타내는 흐름도이다.
도 6b를 참조하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 양액의 온도가 설정 온도가 이하인 경우 진행되는 양액 냉각 장치의 동작 방법에 대해 설명하도록 한다. 도 6b의 양액 냉각 장치(100_1)의 동작 방법은 도 6a의 양액 냉각 장치(100_1)의 동작 방법과 일부 유사하다. 따라서, 동일하거나 유사한 구성요소는 동일하거나 유사한 참조번호를 이용하여 표기되었으며, 동일하거나 반복되는 내용은 간략한 설명을 위하여 이하 생략될 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 있어서, 양액의 온도가 설정 온도 이하인 경우, 제어부(170)에 의해 냉각기(110)가 가동되지 않고, 삼방밸브(140) 내 버퍼탱크(120) 방향 밸브의 개도율이 0%, 및 양액탱크(130) 방향 밸브의 개도율이 100%로 조정된다(S900).
실시 예 2
여름철 외부 기온 35℃및 온실 기온 42℃조건에서 10헥타르(ha) 온실, 250톤 양액탱크, 40알티(RT) 냉각기(140kW), 15톤 버퍼탱크, 삼방밸브, 펌프, 배관, 온도센서, 및 제어부를 포함하여 양액 냉각 장치를 구성하였다. 삼방밸브의 출구온도가 설정 온도(18℃ 이하인 경우, 냉각기를 가동하지 않고 버퍼탱크 방향 밸브의 개도율을 0%, 및 양액탱크 방향 밸브의 개도율을 100% 조합으로 운전하였다
실시 예 3
본 발명에 따른 양액 냉각 장치를 전북 김제시 소재 엽채류 MGS(Mobile Gully System) 방식 박막수경 재배온실(1ha)에 설치하여 엽채 재배 적용시험을 수행하였다. 실외에 15톤 버퍼탱크, 및 40알티(RT) 냉각기(140kW)를 설치하였으며 내부 250톤 양액탱크 옆에 삼방밸브, 및 펌프를 설치하였다.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 버퍼탱크(120)의 수온, 양액탱크(130)의 수온, 및 외부 기온을 나타낸 그래프이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 양액 냉각 장치(100)를 실제로 시행하였을 때, 외부 기온과 수온의 편차를 확인할 수 있다. 점차 상승하는 외부 기온 대비 버퍼탱크(120)의 수온은 18~20℃정도로 유지되고 양액탱크(130)의 수온은 22~25℃ 정도로 유지되었다.
삼방밸브 출구에 설치한 온도센서의 실시간 측정값에 따라 삼방밸브의 버퍼탱크 방향 밸브 개도율 및 양액탱크 방향 밸브 개도율을 제어하여 실시간 측정값을 설정 온도로 유지하였다. 엽채 재배 적용시험은 엽채 라리크 품종을 대상으로 2020년 7월 1일 파종하여 7월 27일 정식하였고 8월 17일 수확하는 조건으로 시행되었다. 동일한 조건에서, 대조군으로 양액 냉각 장치를 사용하지 않은 재배 시설에서 재배하였고, 실험군으로 양액 냉각 장치를 사용한 재배 시설에서 재배하였다.
도 8a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 대조군으로, 양액 냉각 장치를 사용하지 않은 재배 시설 내 온실의 기온, 걸리(gully) 입구의 수온(버퍼탱크에서 제공된 양액), 및 걸리 출구의 수온(양액탱크로 회수된 양액)을 나타낸 그래프이다.
도 8a를 참조하면, 대조군에서는 걸리 입구의 수온과 걸리 출구의 수온이 거의 차이가 없었고, 온실 기온에 영향을 많이 받는 것으로 나타났으며, 25~40℃ 사이의 큰 변화폭을 보였다.
도 8b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실험군으로, 본 발명의 양액 냉각 장치를 사용한 재배 시설 내 온실의 기온, 걸리(gully) 입구의 수온(버퍼탱크에서 제공된 양액), 및 걸리 출구의 수온(양액탱크로 회수된 양액)을 나타낸 그래프이다.
도 8b를 참조하면, 실험군에서는 걸리 입구의 수온과 걸리 출구의 수온은 약 5℃정도 차이가 났고, 온실 기온에 영향을 덜 받아 일정 수치를 유지하는 것으로 나타났으며, 걸리 입구의 수온은 20~25℃정도, 걸리 출구의 수온은 23~30℃정도의 변화폭을 보였다.
도 8a 및 8b를 참조하면, 대조군 대비 실험군의 걸리 입구 수온 경우 대략 14℃ 정도 차이가 났다. 이에 따라 양액 냉각 장치를 사용할 경우 온실 기온의 영향을 덜 받으면서 상대적으로 낮은 수온으로 식물을 재배할 수 있다.
도 9a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 대조군으로, 양액 냉각 장치를 사용하지 않은 재배 시설에서 생장된 식물을 도시한 사진이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 실험군으로, 본 발명의 양액 냉각 장치를 사용한 재배 시설에서 생장된 식물을 도시한 사진이다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 대조군, 및 실험군의 초장, 엽장, 엽폭, 근장, 및 근주의 길이를 측정한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 9a 내지 도 10을 참조하면, 실험군 식물은 대조군 식물 대비 초장, 엽장, 엽폭, 근장, 및 근주 생체중에서 모두 유의한 생육개선 결과를 보였으며, 특히 근장은 121%, 생체중은 157% 높게 나타나 양액 냉각이 뿌리 활력 개선을 통한 지상부의 생체중 증가에 큰 영향을 미친 것으로 확인되었다.
도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 15톤 버퍼탱크와 40알티(RT) 냉각기(칠러)를 도시한 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시 예에 따른 삼방밸브와 펌프를 도시한 사진이다.
도 13은 본 발명의 일 실시 예에 따른 양액라인 연결 부분 중 일부를 도시한 사진이다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 양액탱크를 도시한 사진이다.
도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 온실 내부를 도시한 사진이다.
상술한 바와 같이 본 발명에서는 버퍼탱크와 삼방밸브를 사용하여 양액 냉각 장치를 구성함으로써, 40알티(RT) 규모의 냉각기를 사용하여 여름철 높은 기온 조건에서 양액의 온도를 설정 온도(예를 들어, 18℃)로 유지할 수 있다. 이는 관행 양액 냉각 방식에서 사용되는 80알티(RT) 규모의 냉각기보다 50% 적은 용량이며, 이에 따라 양액 냉각 장치의 과도한 설치비가 경감될 수 있다. 또한, 양액 냉각 장치 구성에 포함된 밸브의 제어를 통해 양액 온도를 정밀하게 제어할 수 있다. 이를 통해, 양액의 온도를 설정 온도로 항상 유지하는 것이 가능하므로, 재배하는 식물에 맞춘 최적의 온도로 재배하여 보다 효과적인 생육이 가능하다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니며 특허 청구의 범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
10 : 수경재배 시스템 100 : 양액 냉각 장치
110 : 냉각기 120 : 버퍼탱크
130 : 양액탱크 140 : 삼방밸브
150 : 펌프 161 : 제1 배관
162 : 제2 배관 163 : 제3 배관
164 : 제4 배관 165 : 제5 배관
166 : 제6 배관 167 : 제7 배관
168 : 제8 배관 170 : 제어부
180 : 온도센서 200 : 온실

Claims (13)

  1. 양액의 순환 경로 내에 삼방밸브를 포함하여 냉각 효율을 증진하는 양액 냉각 장치에 있어서,
    양액을 냉각시키는 냉각기;
    상기 냉각기로부터 제공된 양액을 저장하고, 저장된 양액을 온실로 제공하는 버퍼탱크;
    상기 버퍼탱크로부터 제공된 양액을 저장하고, 상기 온실로부터 양액을 회수하여 저장하는 양액탱크;
    상기 버퍼탱크에 저장된 양액 및 상기 양액탱크에 저장된 양액 중 적어도 하나를 제공받는 삼방밸브; 및
    상기 삼방밸브로부터 제공받은 양액을 상기 냉각기로 제공하는 펌프를 포함하고,
    상기 삼방밸브는 상기 버퍼탱크에 저장된 양액 및 상기 양액탱크에 저장된 양액을 모두 제공받는 경우, 상기 버퍼탱크로부터 제공된 양액과 상기 양액탱크로부터 제공된 양액을 혼합하는 양액 냉각 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 냉각기, 및 상기 삼방밸브를 제어하는 제어부를 더 포함하는 양액 냉각 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 삼방밸브 출구에 설치된 온도센서를 더 포함하고,
    상기 온도센서는 측정된 온도를 상기 제어부로 전송하는 양액 냉각 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 측정된 온도에 따라 상기 냉각기의 가동 여부를 결정하는 양액 냉각 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 삼방밸브는 상기 양액탱크 방향, 상기 버퍼탱크 방향, 및 상기 펌프 방향 중 적어도 하나에 조절 가능한 밸브를 포함하는 양액 냉각 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 삼방밸브는 상기 양액탱크 방향 밸브와 상기 버퍼탱크 방향 밸브를 포함하고,
    상기 양액탱크 방향 밸브의 개도율과 상기 버퍼탱크 방향 밸브의 개도율이 독립적으로 조절되는 양액 냉각 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 제어부는 양액의 실시간으로 측정되는 온도에 따라 상기 양액탱크 방향 밸브의 개도율과 상기 버퍼탱크 방향 밸브의 개도율이 조절되는 양액 냉각 장치.
  8. 양액의 순환 경로 내에 삼방밸브를 포함하여 냉각 효율을 증진하는 양액 냉각 장치의 동작 방법에 있어서,
    냉각기에서 제공된 양액이 버퍼탱크로 제공되는 단계;
    상기 버퍼탱크에 저장된 양액이 온실로 제공되는 단계;
    상기 버퍼탱크에 저장된 양액이 양액탱크로 제공되는 단계;
    상기 온실에 제공된 양액이 상기 양액탱크로 제공되는 단계;
    삼방밸브로 상기 버퍼탱크에 저장된 양액, 상기 양액탱크에 저장된 양액 중 적어도 하나가 제공되는 단계;
    상기 삼방밸브에 제공된 양액이 펌프로 제공되는 단계; 및
    상기 펌프에 제공된 양액이 상기 냉각기로 제공되는 단계를 포함하고,
    상기 버퍼탱크에 저장된 양액과 상기 양액탱크에 저장된 양액 모두가 상기 삼방밸브에 제공되는 경우, 상기 삼방밸브 내에서 두 양액이 혼합되는 단계를 더 포함하는 양액 냉각 장치의 동작 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 삼방밸브 출구에 부착된 온도센서에 의해 양액의 온도가 측정되는 단계를 더 포함하고,
    상기 온도센서가 측정된 온도를 제어부로 전송하는 단계를 더 포함하는 양액 냉각 장치의 동작 방법.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 측정된 온도가 설정 온도를 초과한 경우, 상기 제어부에 의해 상기 냉각기가 가동되는 단계를 더 포함하는 양액 냉각 장치의 동작 방법.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 측정된 온도가 설정 온도를 초과한 경우, 상기 제어부에 의해 상기 설정 온도를 초과하는 값에 따라 상기 삼방밸브 내 상기 버퍼탱크 방향 밸브의 개도율이 1~50%로, 상기 양액탱크 방향 밸브의 개도율이 50~99%로 조정되는 단계를 더 포함하는 양액 냉각 장치의 동작 방법.
  12. 제9 항에 있어서,
    상기 측정된 온도가 설정 온도 이하인 경우, 상기 제어부에 의해 상기 냉각기가 가동되지 않는 단계를 더 포함하는 양액 냉각 장치의 동작 방법.
  13. 제9 항에 있어서,
    상기 측정된 온도가 설정 온도 이하인 경우, 상기 제어부에 의해 상기 삼방밸브 내 상기 버퍼탱크 방향 밸브의 개도율이 0%로, 상기 양액탱크 방향 밸브의 개도율이 100%로 조정되는 단계를 더 포함하는 양액 냉각 장치의 동작 방법.
KR1020200177457A 2020-12-17 2020-12-17 버퍼탱크 및 삼방밸브를 도입하여 냉각 효율을 높인 양액 냉각 장치 및 양액 냉각 장치의 동작 방법 KR102553718B1 (ko)

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