KR20180124391A - 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 식물의 광합성 작용을 유도하는 조명장치, 및 영양분과 물을 공급하는 순환펌프를 포함하는 식물재배기의 냉각시스템에 관한 것으로, 냉각 시스템은, 식물에 공급하기 위한 배양액을 저장하는 수조; 상기 수조의 일측면에 수직으로 거치되고, 하단부가 상기 수조의 배양액을 흡수하는 구조이고, 공기가 통과하기 위한 기화필터; 상기 기화필터의 상단부에 인접하여 설치되고, 외기를 유입하여 상기 기화필터로 공기가 통과하도록 송풍을 하는 송풍기를 포함한다. 이러한 본 발명의 실시예에서는, 식물재배기의 배양액 순환 구조를 통해 냉각된 기화필터와 배양액이 열교환하게 됨으로써 배양액을 전체적으로 냉각 시킬 수 있다.

Description

기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템{Plant Grower Cooling System with Vaporizing Heat Cooling}

본 발명은 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템에 관한 것으로, 특히 기화열 냉각 시스템을 적용하여 배양액을 냉각하고 이렇게 냉각된 물을 별도 순환 구조를 통해 순환시켜 배양액의 온도를 조절하는 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 수경재배란 인공광원 하에서 식물의 성장에 필요한 물과 각종 영양분이 함유된 양액(배양액)에서 식물을 재배하는 재배방법을 말한다.

수경재배에 의하면, 보통 외부나 하우스에서 식물을 재배하는 통상의 경우와는 달리 식물의 재배환경을 비교적 용이하게 통제할 수 있기 때문에 인체에 유해한 농약을 사용하지 않아 오염되지 않은 깨끗한 채소나 작물을 수확할 수 있을 뿐 아니라 작물의 재배기간을 단축시킬 수 있어 단기에 많은 수확량을 얻을 수 있는 장점이 있다.

통상의 수경재배는 비닐하우스나 온실과 같이 태양광을 이용한 시설들에서 재배되어 왔으나, 최근에는 외부와는 격리된 시설 내에서 빛, 온도와 습도, 이산화탄소 농도 및 배양액 등의 환경 조건을 인공적으로 제어하여 계절과 장소에 관계 없이, 병충해의 발생이 없이 작물을 재배할 수 있도록 하는 식물재배기 내지 식물공장이 개발되었다.

큰 규모의 식물재배기를 식물공장이라 할 수 있으므로 이하에서는 단순히 식물재배기라 한다.

식물재배기는 통상 실내에서 운영되는 것이 일반적이므로 백열등, 형광등 또는 LED 등과 같은 인공광원을 사용하게 된다. 이들 인공광원의 사용을 통해 작물의 생장에 적합한 파장과 강도의 빛을 최적의 주기로 조사함으로써 작물의 재배기간을 대폭 단축시킬 수 있는 것이 식물재배기의 큰 장점 중의 하나이다.

그러나 폐쇄된 공간에서 다수의 인공광원을 사용함으로써 식물재배기 내부의 온도가 과도하게 상승하는 문제가 있다. 예를 들면, 형광등이나 백열등과 같은 일반조명기구는 열과 빛이 함께 발생하고, LED의 경우 빛은 앞으로 나가지만 열은 뒤쪽에서 발생, 모듈 내부로 향하게 되기 때문에 소정의 방열구조에 의해 내부 열을 외부(식물공장 공간)로 배출하게 되는데, 식물재배기에서는 일반 조명과는 달리 비교적 고밀도의 인공조명을 사용 하게 되므로 그에 따른 식물재배기 내부의 고온화가 문제가 된다.

기존의 식물재배기의 경우 식물의 적정 생육온도인 20~25℃℃ 수준으로 배양액의 온도가 냉각되지 않아 혹서기의 괴사하는 경우가 발생한다. 즉, 배양액의 온도가 높아지고 이에 따라 식물의 생장에 필요한 용존산소량이 줄어듬에 따라 식물의 뿌리는 썩어버린다.

따라서 종래 식물재배기에서는 내부 온도제어를 위하여 에어컨과 같은 별도의 냉각시스템을 구비하는 것이 일반적이다.

공개특허 10-2011-0071636은 LED발열장치에 특정 구조의 수냉각배관을 형성하고, 순환수냉각장치를 두어 LED조명장치를 효율적으로 냉각하기 위한 시스템을 제안하고 있다. 공개특허 10-2012-0015684에는, 식물 트레이의 저면에 LED기판을 밀착시켜 부착함으로써 LED조명으로부터 발생하는 열을 트레이에 저장된 수경재배용 배양액의 순환에 의해 냉각시키는 구조가 개시되어 있다. 그러나 이들 기술은 시스템이 복잡할 뿐 아니라, 조명장치 자체의 온도상승을 막기 위한 것이어서 식물공장 내부공간의 온도를 제어하기 위한 별도의 냉각시스템이 요구된다.

또한, 공개특허 10-2004-0010426, 10-2012-0041538에는 과도한 온도 상승을 방지하기 위해서 일측에 냉각팬을 설치하거나, 온도와 습도를 조절하도록 공기를 공급시키는 덕트를 두고 있다.

그러나 식물재배기가 대형화되는 경우 단순한 공기순환이나 공기공급만으로는 식물재배기 내부의 온도상승을 제어할 수 없다.

등록특허 10-1222399에는 통상의 압축기, 응축기, 팽창밸브 등으로 이루어진 냉각기가 구비된 수경재배장치가 개시되어 있는데, 이에 의하면 식물재배기의 온도제어가 원활하게 되지만, 전기사용량이 증가하면서 작물의 생산원가가 높아지게 되는 단점이 있다. 즉, 배양액의 냉각 시스템을 가진 식물재배기라고 할지라도(compressor, 열전 냉각) 식물의 재배에 필요한 적정 온도를 냉각하기 위해 많은 에너지를 소비한다.

또한, 별도의 냉각 시스템을 구성한 식물재배기는 주위 환경(온도/습도)과 상관없이 배양액을 냉각하므로 냉각된 배양액의 수조 및 유로에 결로가 발생하며, 이를 방지하기 위해서는 별도 결로 방지 부품을 구성하여야 하므로 시스템이 좀 더 복잡해진다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 기화열 냉각 방식을 이용한 기술이 국내공개특허 2015-0071834호에 개시되어 있다.

그런데 이러한 선행기술은 물을 흡수하면서 공기가 통과하는 기화필터; 상기 기화필터에 물을 공급하는 물공급기; 및 상기 기화필터로 공기가 통과하도록 하는 하나 또는 복수개의 송풍기를 포함하되, 물공급기는 물을 상기 기화필터의 상면으로 공급하는 펌프 및 물공급관으로 이루어지는 복잡한 구조이다.

그리고, 펌프를 구동해야하므로 이에 따른 전력소모도 크게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 송풍기와 기화필터의 간단한 구조로 배양액을 냉각하고 이렇게 냉각된 물을 별도 순환 구조를 통해 배양액의 온도를 조절하는 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 주위 환경 조건(온도 및 습도)에 따라 기화열 냉각을 적용하여 냉각 시 발생 가능한 결로 현상을 방지하는 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 식물재배기의 배양액 순환 구조를 통해 냉각된 기화필터와 배양액이 열교환하게 됨으로써 배양액을 전체적으로 냉각 시킬 수 있는 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템을 제공하는 것이다.

이러한 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 특징에 따른 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템은,

식물의 광합성 작용을 유도하는 조명장치, 및 영양분과 물을 공급하는 순환펌프를 포함하는 식물재배기의 냉각시스템으로서,

식물에 공급하기 위한 배양액을 저장하는 수조;

상기 수조의 일측면에 수직으로 거치되고, 하단부가 상기 수조의 배양액을 흡수하는 구조이고, 공기가 통과하기 위한 기화필터;

상기 기화필터의 상단부에 인접하여 설치되고, 외기를 유입하여 상기 기화필터로 공기가 통과하도록 송풍을 하는 송풍기를 포함한다.

상기 수조에 연결된 순환펌프는 배양액을 순환유로를 통해 순환시키고, 상기 배양액을 순환시키면서 상기 기화필터에서 냉각된 열과 열교환을 한다.

상기 기화필터는 다공성으로 바람을 잘 통하는 구조로 구성되고, 상기 기화필터는 수조에 형성된 사각 홈에 장착이 용이하도록 사각 케이스 형태인 것을 특징으로 한다.

상기 순환펌프의 순환에 따라 상기 배양액이 배지분무유로를 따라 복수개의 배양액 트레이에 공급되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 실시예에서는 송풍기와 기화필터의 간단한 구조로 배양액을 냉각하고 이렇게 냉각된 물을 별도 순환 구조를 통해 배양액의 온도를 조절함으로써 적정 온도로 냉각된 물을 일반 식물 뿐만 아니라 특용작물의 재배에 사용하는 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 주위 환경 조건(온도 및 습도)에 따라 기화열 냉각을 적용하여 냉각 시 발생 가능한 결로 현상을 방지하는 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 식물재배기의 배양액 순환 구조를 통해 냉각된 기화필터와 배양액이 열교환하게 됨으로써 배양액을 전체적으로 냉각 시킬 수 있는 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 식물 재배기 내부에 송풍기를 통해 기화필터의 습기를 기화시켜 가습 효과를 가질수 있는 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템의 정면을 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템의 평면을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템의 측단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템의 순환펌프 부위의 단면을 보인 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템에서 기화필터가 배양액과 열교환 하는 상태를 보인 도면이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 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. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템의 정면을 보인 도면이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템의 평면을 나타낸 도면이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템의 측단면을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템의 순환펌프 부위의 단면을 보인 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템에서 기화필터가 배양액과 열교환 하는 상태를 보인 도면이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템(100)은,

식물의 광합성 작용을 유도하는 조명장치(110), 및 영양분과 물을 공급하는 순환펌프(180)를 포함하는 식물재배기의 냉각시스템으로서, 수조(190), 기화필터(160), 송풍기(150)를 포함한다.

수조(190)는 식물에 공급하기 위한 배양액을 저장하며, 배양약은 물과 식물이 자라는데 유용한 영양분이 혼합되어 있다.

기화필터(160)는 상기 수조(190)의 일측면에 수직으로 거치되고, 하단부가 상기 수조(190)의 배양액을 흡수하고, 흡수된 수분은 전체로 확산된다. 그리고 기화필터(160)의 수분은 공기가 통과하면서 기화가 된다. 상기 기화필터(160)는 다공성으로 바람을 잘 통하는 구조로 구성되고, 상기 기화필터(160)는 수조(190)에 형성된 사각 홈에 장착이 용이하도록 사각 케이스 형태인 것을 특징으로 한다.

송풍기(150)는 상기 기화필터(160)의 상단부에 인접하여 설치되고, 외기를 유입하여 상기 기화필터(160)로 공기가 통과하도록 송풍을 한다.

상기 수조(190)에 연결된 순환펌프(180)는 배양액을 순환유로를 통해 순환시키고, 상기 배양액을 순환시키면서 상기 기화필터(160)에서 냉각된 열과 열교환을 한다.

상기 순환펌프(180)의 순환에 따라 상기 배양액이 배지분무유로(171)를 따라 복수개의 배양액 트레이(140)에 공급되며, 순환펌프(180)의 아웃렛(181)으로 배양액이 유출되고, 인렛(182)으로 배양액이 유입된다.

12개의 트레이(140)가 2열로 배열되며, 트레이(140) 주위에는 트레이 커버(141)가 위치한다.

또한 내부 공기 순환을 위해 환풍구 본체 후면에 환풍구 팬(130)이 설치되고, 공기 유입구(131)가 좌측면에 설치된다.

그리고, LED(110)가 내부 천정에 설치되고, 디스플레이 겸, 메뉴 선택을 위한 표시 및 입력부(120)가 상단 외부에 설치된다.

그러면 이러한 구성을 가진 본 발명의 실시예에 따른 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템의 동작에 관하여 설명하면 다음과 같다.

먼저 기화필터(160)는 수조(190)의 일측면에 수직으로 거치되고, 하단부가 상기 수조(190)의 배양액을 흡수하고 있다.

이 상태에서 전원이 인가되면, 송풍기(150)가 회전을 하고, 기화필터(160)에 흡수된 수분은 기화된다. 즉, 기화필터(160)의 수분은 공기가 통과하면서 기화가 되고, 냉각된 기화필터(160)는 수조(190)의 배양액에 담겨있는 상태이므로 냉각된 기화필터(160)가 수조(190)에 담겨있는 배양액과 열교환을 하면서 배양액을 냉각시킨다.

상기 기화필터(160)는 다공성으로 바람을 잘 통하는 구조로 구성되고, 상기 기화필터(160)는 수조(190)에 형성된 사각 홈에 장착이 용이하도록 사각 케이스 형태이다.

한편, 수조(190)에 연결된 순환펌프(180)는 배양액을 순환유로를 통해 순환시키고, 상기 배양액을 순환시키면서 도 5와 같이 상기 기화필터(160)에서 냉각된 열과 열교환을 한다.

그리고 상기 순환펌프(180)의 순환에 따라 상기 배양액이 배지분무유로(171)를 따라 복수개의 배양액 트레이(140)에 공급된다. 따라서, 식물은 물과 영양분을 공급받게 된다.

이상의 본 발명의 실시예에서는 송풍기(150)와 기화필터(160)의 간단한 구조로 배양액을 냉각하고 이렇게 냉각된 물을 별도 순환 구조를 통해 배양액의 온도를 조절함으로써 적정 온도로 냉각된 물을 일반 식물 뿐만 아니라 특용작물의 재배에 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 주위 환경 조건(온도 및 습도)에 따라 기화열 냉각을 적용하여 냉각 시 발생 가능한 결로 현상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 식물재배기의 배양액 순환 구조를 통해 냉각된 기화필터(160)와 배양액이 열교환하게 됨으로써 배양액을 전체적으로 냉각 시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에서는, 식물 재배기 내부에 송풍기(150)를 통해 기화필터의 습기를 기화시켜 가습 효과를 가질수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (4)

1. 식물의 광합성 작용을 유도하는 조명장치, 및 영양분과 물을 공급하는 순환펌프를 포함하는 식물재배기의 냉각시스템으로서,
   식물에 공급하기 위한 배양액을 저장하는 수조;
   상기 수조의 일측면에 수직으로 거치되고, 하단부가 상기 수조의 배양액을 흡수하는 구조이고, 공기가 통과하기 위한 기화필터;
   상기 기화필터의 상단부에 인접하여 설치되고, 외기를 유입하여 상기 기화필터로 공기가 통과하도록 송풍을 하는 송풍기를 포함하는 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수조에 연결된 순환펌프는 배양액을 순환유로를 통해 순환시키고, 상기 배양액을 순환시키면서 상기 기화필터에서 냉각된 열과 열교환을 하는 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 기화필터는 다공성으로 바람을 잘 통하는 구조로 구성되고, 상기 기화필터는 수조에 형성된 사각 홈에 장착이 용이하도록 사각 케이스 형태인 것을 특징으로 하는 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템.
4. 제3항에 있어서,
   상기 순환펌프의 순환에 따라 상기 배양액이 배지분무유로를 따라 복수개의 배양액 트레이에 공급되는 것을 특징으로 하는 기화열 냉각 방식을 가진 식물 재배기 냉각 시스템.
   
   
   

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