KR20100121996A - 밭작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치에 관한 것으로서, 밭 작물 재배지에 설치되는 고정 프레임; 상기 고정 프레임 상에 설치되어 상기 밭 장물 재배지를 다수의 포집 구간을 구획하는 격벽; 상기 고정 프레임 상에 이송 가능하게 설치되어 상기 각 격벽 사이에 구획되는 상기 포집 구간을 덮는 이동 쳄버; 상기 이동 쳄버가 상기 격벽 사이의 상기 각 포집 구간을 순차적으로 덮도록 이송시키는 이송 수단: 상기 각 격벽에 설치되어 상기 이동 쳄버에 의해 덮인 상기 포집 구간 내부로 동일량의 공기를 유입 및 배출시키는 환풍기: 및 상기 환풍기에 의해 상기 포집 구간 내에서 배출되는 공기중 기설정된 량을 포집하여 이산화탄소의 교환량을 모니터링하는 가스 분석기를 포함하여 구성되어, 밭 작물이 재배되는 밭 토양에 직접 설치되어 작물을 파괴하지 않고 실재 재배하는 환경과 최대한 유사하게 실험할 수 있기 때문에 인위적인 간섭을 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
Figure P1020090040966
밭 작물, 이산화탄소, 포집, 가스 분석기, 이동 쳄버

Description

밭작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치{CO2 AUTOMATIC SLIDING CANOPY CHAMBER IN UPLAND}
본 발명은 밭작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 밭 토양에서 대기와 토양간의 이산화탄소의 교환뿐만 아니라 대기와 작물체간의 이산화탄소를 실시간 모니터링할 수 있는 밭작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치에 관한 것이다.
현재까지 IPCC(유엔 기후변화협약 관련 정부다자간 협의체)에서 공인한 이산화탄소 포집 및 측정방법은 없는 실정이나 향후 지구온난화와 관련하여 작물 재배지에서 이산화탄소 배출 또는 흡수량을 측정하기 위해 효과적으로 이산화탄소를 포집할 수 있는 편리한 포집 기술 개발이 절실히 요구되고 있다.
일반적으로 이산화탄소의 포집 및 측정에는 이미 제품화되어 있는 분석기와 더불어 이산화탄소를 포집할 수 있는 소형 쳄버를 사용하는 쳄버 측정법이 사용되고 있다.
쳄버 측정법은 소형 쳄버를 이용하여 주기적으로 설치 및 밀폐시킨 후, 주사기 등을 이용하여 일정 시간 단위로 이산화탄소 가스를 포집하여 실험실 내 GC mass를 이용하거나 이산화탄소 분석기에 직접 흘려 보냄으로서 단위 시간당 이산화탄소의 농도변화를 측정하는 측정 방식이다.
그러나, 쳄버 측정법에 적용되는 대부분의 소형 쳄버는 소형의 원통형이며 이산화탄소를 포집하고자 하는 지점에 포집장비를 설치하고 다시 다른 지점으로 이동과 재설치를 해야하기 때문에 시간과 인력 소모 그리고 날씨 등에 만은 제한을 받게 된다.
또한, 쳄버 측정법은 측정 인력이 요구되기 때문에 야간에 포집할 수 없으며 기상적인 요인에 의해서도 제한을 받게 되므로 이산화탄소의 연속적인 측정이 불가능하다.
또한, 소형의 쳄버를 사용하면 토양과 대기 사이에서 발생되는 이산화탄소의 흐름만이 모니터링 가능할 뿐, 대기와 작물체 사이에서 발생하는 광합성 작용과 호흡 작용은 배제하게 된다.
또한, 일일 데이터를 분석하는데 있어 소수의 측정데이터를 일평균 데이터로 확대 해석하여 분석하게 되는 분석 오류를 범할 수 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 작물 재배 전체 기간에 걸쳐 연속적이며 실시간으로 토양과 식물체, 그리고 대기와의 이산화탄소 교환을 포함할 수 있는 자동화 이산화탄소 포집기 개발과 이를 기반으로 연속적인 데이터의 분석을 통해 밭작물 재배지에서의 생태계 순생량을 일 단위, 더 나아가 전체 재배 기간 동안 정확히 분석하는 밭작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치는 밭 작물 재배지에 설치되는 고정 프레임; 상기 고정 프레임 상에 설치되어 상기 밭 장물 재배지를 다수의 포집 구간을 구획하는 격벽; 상기 고정 프레임 상에 이송 가능하게 설치되어 상기 각 격벽 사이에 구획되는 상기 포집 구간을 덮는 이동 쳄버; 상기 이동 쳄버가 상기 격벽 사이의 상기 각 포집 구간을 순차적으로 덮도록 이송시키는 이송 수단: 상기 각 격벽에 설치되어 상기 이동 쳄버에 의해 덮인 상기 포집 구간 내부로 동일량의 공기를 유입 및 배출시키는 환풍기: 및 상기 환풍기에 의해 상기 포집 구간 내에서 배출되는 공기중 기설정된 량을 포집하여 이산화탄소의 교환량을 모니터링하는 가스 분석기를 포함할 수 있다.
상기 이송 수단은 상기 이동 쳄버가 고정 프레임을 따라 이송시키는 이송 모 터; 상기 격벽 일측에 구비되는 상기 이동 쳄버의 이송 거리를 검출하는 근접 센서; 및 상기 근접 센서에 의해 검출된 상기 이동 쳄버의 이송 거리에 따라 상기 이송 모터를 가동 제어하는 제어기를 포함할 수 있다.
상기 격벽과 상기 이동 쳄버 사이를 밀폐시키는 밀폐 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 밀폐 수단은 상기 격벽의 가장자리를 따라 설치되는 실리콘 튜브; 및
상기 실리콘 튜브에 공기를 주입하여 상기 격벽과 상기 이동 쳄버 사이를 밀폐시는 공기 주입기를 포함할 수 있다.
상기 각 포집 구간 내부에 설치되는 대기 온도 감지 센서, 토양 호흡 측정기, 토양 온도 감지 센서, 및 토양 수분 감지 센서를 더 포함할 수 있다.
상기한 본 발명의 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치는 밭 작물이 재배되는 밭 토양에 직접 설치되어 작물을 파괴하지 않고 실재 재배하는 환경과 최대한 유사하게 실험할 수 있기 때문에 인위적인 간섭을 최소화할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치는 직접 재배하며 생태계 순생산량을 측정할 수 있기 때문에 매우 실용적이고, 한 작물 개체만을 재배하는 것이 아니라 다수의 작물 개체를 대상으로 실험을 실시할 수 있으며, 밭 토양에서 발생하는 이산화탄소의 변화량을 실시간으로 모니터링 함으로써 보다 빠르고 각 생육 단계별 생태계 순생산량의 변화 추이를 자동 이동식 쳄버를 통해 자동으로 측정할 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명의 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치는 밭 토양에서의 이산화탄소 포집에 있어서 기존의 수동으로 가스 포집에 비해 이산화탄소 시료포집 인원 3-4명에 대한 인건비가 필요 없고 가스포집시간 절약과 24시간 365일 연속 측정 및 모니터링이 가능하며, 연구 범위를 확대할 수 있는 효과를 갖는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치의 사시도이고, 도 2는 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치의 단위 포집 구간을 도시한 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치(1)는 고정 프레임(10), 격벽(20), 이동 쳄버(30), 이송 수단, 환풍기(50), 가스 분석기(80)를 포함하여 구성된다.
고정 프레임(10)은 밭 작물이 직접 재배되는 밭 작물 재배지의 가장자리를 따라 설치된다.
격벽(20)은 고정 프레임(10) 상에 설치되어 밭 작물 재배지를 이산화탄소를 포집하기 위한 다수의 포집 구간으로 각각 구획한다.
본 실시예에서 고정 프레임(10)이 설치되는 밭 작물 재배지는 7개의 격벽(20)에 의해 5개의 포집 구간(11, 12, 13, 14, 15)으로 구획되며, 각각의 포집 구간()은 1.8m x 4m x 1.6m(길이 x 폭 x 높이)로 내부에서 작물이 생육할 수 있는 크기로 제작된다.
한편, 포집 구간(11, 15)의 말단을 이루는 격벽(20)은 각각 빛 투과성이 좋은 비닐 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
이동 쳄버(30)는 고정 프레임(10) 상에서 이송 가능하게 설치되어 상기 각 격벽들(20) 사이에 구획되는 포집 구간들(11, 12, 13, 14, 15) 중 어느 하나를 덮도록 형성된다.
이송 수단은 이동 쳄버(30)가 격벽들(20) 사이에 구획되는 포집 구간들(11, 12, 13, 14, 15)을 순차적으로 덮도록 이송시킨다.
이송 수단은 이송 모터(40), 근접 센서(71), 및 제어기(100)를 포함하여 구성된다.
이송 모터(40)는 고정 프레임(10)의 일측 단부에 구비되어 체인 또는 벨트 등의 동력전달 수단에 의해 연결되는 이송 쳄버(30)가 고정 프레임()의 길이 방향을 따라 이송되도록 이송 동력을 제공한다.
본 실시예에서 이송 모터(40)는 직류 모터로 구성되는 것을 예시한다. 그러나 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 이동 쳄버(30)가 이송될 수 있도록 이송 동력을 전달할 수 있는 한 다양한 종류의 이송 모터들이 모두 적용 가능하다.
근접 센서(71)는 이동 쳄버(30)의 이동 경로와 인접하는 격벽(20) 일측에 각각 구비되어 이송 모터(40)에 의해 이동되는 이동 쳄버(30)의 이송된 위치 정보를 검출하도록 한다.
그리고 제어기(100)는 근접 센서(71)에 의해 검출된 이동 쳄버(30)의 이송 위치에 따라 이송 모터(40)를 가동 제어하도록 구성된다.
제어기(100)는 이송 모터(40)를 가동시켜 고정 프레임(10)을 따라 이동 쳄버(30)를 이송시키고, 이동 쳄버(30)가 격벽(20)에 의해 구획된 포집 구간, 일례로 두 번째 포집 구간(12)을 완전히 덮는 위치에 도달하면 근접 센서(71)가 작동하여 이송 모터를 오프(off)시켜 전달되는 구동력을 차단시키도록 한다.
한편, 본 실시예에 따른 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치(1)는, 포집 구간(11, 12, 13, 14, 15)들을 구획하는 각각의 격벽(20)과 이동 쳄버(30) 사이를 밀폐시키기 위한 밀폐 수단을 더 포함하여 구성된다.
도 3은 도 1의 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치의 측단면도이다.
도 3을 참조하여 설명하면, 밀폐 수단은 실리콘 튜브(25)와 공기 주입기(27)를 포함하여 구성될 수 있다.
실리콘 튜브(25)는 포집 구단들(11, 12, 13, 14, 15)을 구획하는 격벽들(20)의 외측 가장자리를 따라 형성된다. 그리고, 공기 주입기(27)는 실리콘 튜브(25)에 내부에 공기를 유입 및 배출시키도록 한다.
한편, 공기 주입기(25)는 이동 쳄버(30)가 일례로 상기한 포집 구간(12)을 덮도록 이송된 후, 제어기(100)에 의해 가동 제어되어 상기한 포집 구간(12)을 구획하는 격벽(20)과 이동 쳄버(30) 사이를 밀폐시키도록 실리콘 튜브(25)에 공기를 주입한다. 그리고, 이동 쳄버(30)가 인접하는 다른 포집 구간(11 또는 12)을 덮도록 이송하기 위해서는 실리콘 튜브(25) 내에 채워진 공기를 배출시켜 포획 구간(12)을 구획하는 격벽 격벽(20)과 이동 쳄버(30) 사이가 이격될 수 있도록 한다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면, 가스 분석기(80)는 환풍기(50)에 의해 일측에 구비되는 포집 호스(85)를 통해 이동 쳄버(30)와 실리콘 튜브(25)에 덮여 밀폐된 포집 구간(12) 내에서 유입 및 배출되는 공기중 기설정된 량을 포집하여 이산화탄소의 교환량을 실시간으로 측정한다.
그리고, 가스 분석기(80)에 의해 실시간으로 측정된 이산화탄소 교환량은 제어기(100) 내에 설치되는 저장 장치 내에 입력되어 저장된다.
한편, 각각 포집 구간(11, 12, 13, 14, 15) 내에는 토양 호흡 측정기(70), 대기 온도 감지 센서(72), 토양 온도 감지 센서(73), 및 토양 수분 감지 센서(74)가 더 구비된다.
한편, 토양 호흡 측정기(70), 대기 온도 감지 센서(72), 토양 온도 감지 센서(73) 및 토양 수분 감지 센서(74)는 제어기(100)에 연결되어 이들로부터 측정된 포집 구간(12)의 토양 호흡값, 대기 온도값, 토양 온도값, 및 토양 수분값은 각각 제어기(100)의 저장 장치 내로 입력되어 저장된다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치(1)의 작동 과정을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제어기(100)는 이동 쳄버(30)가 이송 모터(40)의 구동력에 의해 고정 프레임(10)을 따라 첫 번째 포집 구간(11)을 덮도록 이동시킨다.
이동 쳄버(30)가 첫 번째 포집 구간(11)을 덮을 수 있는 위치에 도달하게 되면 접근 센서(71)가 이를 감지하게 되고, 이 감지 신호에 따라 이송 모터(40)의 구동력을 차단한다.
다음으로, 공기 주입기(27)를 가동시켜 첫 번째 포집 구간(11)을 구획하고 있는 두 격벽(20)의 외곽에 설치되어 있는 실리콘 튜브(25)에 공기를 주입하여 양측 격벽(20)과 이동 쳄버(30) 사이의 틈을 막아 첫 번째 포집 구간(11)을 밀폐시키고, 이와 동시에 양측 격벽(20)에 설치된 환풍기(50)를 작동시켜 동일량의 공기를 유입, 배출시킨다.
이때, 환풍기(50)의 뒤편에 인접하게 설치된 포집 호스(85)를 통해 일정량의 공기를 포집하여 가스 분석기(80)로 보내어 이산화탄소의 교환량을 분석하게 된다.
첫 번째 포집 구간(11)의 측정이 끝나면 공기 주입기(27)를 이용하여 첫 번째 포집 구간(11)을 구획하는 두 격벽(20)에 설치된 실리콘 튜브(25)로부터 공기를 뽑사내어, 고정 프레임(10)을 따라 두 번째 포집 구간(12)으로 이동 쳄버(30)의 이동시킨 후, 상기한 바와 동일한 과정을 반복하여 밀폐시킨 후, 환풍기(50)로 동일 량의 공기를 유입 및 배출시켜 두 번째 포집 구간(12)에 대해 이산화탄소의 교환량을 측정한다.
이후, 세 번째부터 다섯 번째 포집 구간(13-15)까지 이동 쳄버(30)를 순차적으로 이동하며 이산화탄소의 교환량 측정을 연속적으로 실행하고, 첫 번째부터 다섯 번째 포집 구간까지의 한 사이클이 완료되면 다시 첫 번째 포집 구획으로 이동하여 측정을 계속 진행시키며 이러한 측정은 24시간 365일 연속 측정한다.
도 4는 종래 소형 이산화탄소 쳄버와 본 발명의 일실시예에 따른 밭 작물 재배지 이산화탄소 자동 포집 장치의 이산화탄소 배출량을 비교한 그래프이다.
도 4를 참조하여 설명하면, 본 발명의 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치(1)를 이용시 가장 고려해야 할 부분은 실리콘 튜브(25)의 팽창을 이용한 격벽(20)과 이동 쳄버(30)의 밀폐성인데 이러한 밀폐성은 작물이 전혀 없는 시기에 본 실시예의 이산화탄소 자동 포집 장치(1)를 이용하여 측정된 생태계 순생산량과 동일 시기에 측정된 토양 호흡량과의 차이를 통해 밀폐율을 산정할 수 있다.
실제 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치(1)의 밀폐율 검증 실험 결과 밀폐율은 약 95.6%로 양호한 결과를 보였다.
따라서, 본 실시예의 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치(1)는 기존의 수동으로 가스 포집에 비해 이산화탄소 시료 포집 인원 3-4명에 대한 인건비가 필요 없고 가스포집시간 절약과 24시간 365일 연속 측정 및 모니터링이 가능하며, 연구 범위를 확대할 수 있도록 한다.
또한, 기존 소형 쳄버를 이용하여 1일 수차례에 걸친 측정을 통해 일평균과 기타 계절별 경향을 모니터링 할 때 생태계 순생산량의 과소평가할 수 있는 부분을 배제할 수 있도록 한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치의 사시도이다.
도 2는 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치의 단위 포집 구간을 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치의 측단면도이다.
도 4는 종래 소형 이산화탄소 쳄버와 본 발명의 일실시예에 따른 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치의 이산화탄소 배출량을 비교한 그래프이다.
<주요 도면 부호의 설명>
10: 고정 프레임 20: 격벽
25: 실리콘 튜브 27: 공기 주입기
30: 이동 쳄버 40: 이송 모터
50: 환풍기 70: 토양 호흡 측정기
71: 근접 센서 72: 대기 온도 감지 센서
73: 토양 온도 감지 센서 74: 토양 수분 감지 센서
80: 가스 분석기 85: 포집 호스
100: 제어기

Claims (6)

  1. 밭 작물 재배지에 설치되는 고정 프레임;
    상기 고정 프레임에 설치되어 상기 밭 장물 재배지를 다수의 포집 구간을 구획하는 격벽;
    상기 고정 프레임 상에 이송 가능하게 설치되어 상기 각 격벽들 사이에 구획되는 상기 포집 구간을 덮는 이동 쳄버;
    상기 이동 쳄버가 상기 격벽 사이의 상기 각 포집 구간을 순차적으로 덮도록 이송시키는 이송 수단:
    상기 각 격벽에 설치되어 상기 이동 쳄버에 의해 덮인 상기 포집 구간 내부로 동일량의 공기를 유입 및 배출시키는 환풍기: 및
    상기 환풍기에 의해 상기 포집 구간 내에서 배출되는 공기중 기설정된 량을 포집하여 이산화탄소의 교환량을 모니터링하는 가스 분석기를 포함하는 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 이송 수단은,
    상기 이동 쳄버가 고정 프레임을 따라 이송시키는 이송 모터;
    상기 격벽 일측에 구비되는 상기 이동 쳄버의 이송 위치를 검출하는 근접 센 서; 및
    상기 근접 센서에 의해 검출된 상기 이동 쳄버의 이송 거리에 따라 상기 이송 모터를 가동 제어하는 제어기를 포함하는 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치.
  3. 제1항에서,
    상기 격벽과 상기 이동 쳄버 사이를 밀폐시키는 밀폐 수단을 더 포함하는 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 밀폐 수단은,
    상기 격벽의 가장자리를 따라 설치되는 실리콘 튜브; 및
    상기 격벽과 상기 이동 쳄버 사이를 밀폐시는 상기 실리콘 튜브에 공기를 주입 및 배출시키는 공기 주입기를 포함하는 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치.
  5. 제1항에서,
    상기 각 포집 구간 내부에 설치되는 토양 호흡 측정기를 더 포함하는 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치.
  6. 제1항에서,
    상기 각 포집 구간 내부에 설치되는 대기 온도 감지 센서, 토양 온도 감지 센서, 및 토양 수분 감지 센서를 더 포함하는 밭 작물 재배지의 이산화탄소 자동 포집 장치.
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