KR20200010870A

KR20200010870A - 냉온 동시 재배 시스템

Info

Publication number: KR20200010870A
Application number: KR1020180085466A
Authority: KR
Inventors: 김선철; 최영재; 김종문
Original assignee: 위드케이 주식회사
Priority date: 2018-07-23
Filing date: 2018-07-23
Publication date: 2020-01-31
Also published as: KR102167938B1

Abstract

본 발명은 특히 각종 담수에 함유된 폐열 에너지로 냉열 작물과 온열 작물 모두에 최적 생장 환경을 제공할 수 있는 작물 재배 시스템에 관한 것으로서, 담수조와, 담수조와 연결되어 담수조로부터 용수 및 폐열을 공급받는 온수조와, 담수조와 연결되어 담수조로부터 용수를 공급받고 폐열을 담수조로 방출시키는 냉수조와, 온수조 또는 냉수조 수위가 일정 수위 이하일 때 온수조 또는 냉수조에 보충시키는 용수가 저장되는 보충수조와, 증발기, 압축기, 응축기, 팽창밸브가 차례로 연결되어 이루어지고, 증발기와 응축기는 각각 적어도 하나 이상이 마련되며, 증발기 중 하나는 상기 냉수조로부터 열을 회수하여 냉수조 내부를 저온으로 유지시키고, 응축기 중 하나는 상기 온수조에 열을 공급하며, 냉수조로부터 증발기로 회수된 열량이 응축기로 이동하여 온수조로 전달되게 구성되는 히트펌프로 이루어져, 우수나 오폐수 및 지하수 등에 함유된 버려지는 폐열을 재활용 하면서도 하나의 열원으로 각종 열량 소비처를 각각의 용도에 맞게 모두 만족시켜 줄 수 있고, 넓은 하우스 공간 전체에 대한 온도와 습도를 조절 할 필요가 없어 설비비와 유지비가 대폭 절감되면서도, 온도 조절과 습도 조절이 별개로 이루어짐으로써 과도한 수분 또는 열 공급으로 인한 근부 건강 또는 잎이나 줄기 건강을 해칠 우려가 없는 냉열 및 온열 동시 운용 시스템을 제공하고자 한다.

Description

냉온 동시 재배 시스템{Cultivation system under high and low temperature simultaneously}

본 발명은 에너지 시스템에 관한 것으로, 특히 각종 담수에 함유된 폐열 에너지를 작물 재배 및 기타 용도에 활용하여 고온 작물과 저온 작물을 동시에 재배시킬 수 있는 재배 시스템에 관한 것이다.

우리나라는 외국에 비해 상대적으로 토지 면적은 좁고 토지 가격은 비싸므로 복합 영농화 되는 것이 과거로부터의 추세이다. 또한 농지 사용 효율을 극대화시키기 위해 4계절 모두 재배가 가능한 하우스가 광범위하게 활용된다.

그런데 이처럼 복합 영농이 이루어지려면 서로 다른 종류의 작물에 적합한 생장환경이 조성되어야 하는데, 현재로서는 어느 하나의 하우스 내부 작물에 맞는 생장환경을 조성시키기 위해 하우스 공간 전체의 냉난방과 공기조화를 조절시키는 시스템이 운영되고 있으므로 하나의 하우스 내부에서 서로 다른 생장환경을 가지는 둘 이상의 작물을 함께 재배하기는 힘든 실정이다.

또한 영농을 위해서는 각종 건조로와 냉장창고, 냉동창고 등의 설비가 필요하므로 냉장, 냉동 창고에 필요한 냉열 및 온열 제공 설비와 하우스 공조 설비는 모두 독립적으로 설치 운영되므로 복합 영농을 위해서는 상당한 비용이 소요될 수밖에 없다.

더욱이 각종 냉장 및 냉동 창고와 건조로 및 하우스 공조 설비 시설이 별개로 설치된다면 막대한 설치비용뿐만 아니라 유지시키는 데에도 각각 별개로 연료비 및 전력 소모가 따르므로 유지비용도 상당할 수밖에 없다.

하나의 하우스 내에서 서로 다른 작물의 생장 환경에 맞는 재배를 위한 기술로서 최근에는 환경조건은 비닐하우스 전체 공간에 대한 습도와 온도만이 고려되나, 최근에는 작물의 지하부인 근부의 국소적인 환경(온도, 습도)이 작물의 생육에 많은 영향을 주는 것이 알려져 있다.

예를 들어, 공개특허공보 특1998-064547호(공개일자: 1998.10.07)에서 개시하고 있는 고설 재배장치는, 성토 내에 온탕파이프와 급수파이프를 매립하여 근부에 대한 온도와 습도를 직접 조절하는 것을 보여주고 있다.

상기 종래기술의 경우 온탕으로 온도와 습도를 조절하게 되지만, 온도 조절이 필요할 때 마다 온수가 함께 공급되면 과다한 수분 공급으로 인해 뿌리의 생장에 좋지 않은 영향을 줄 수 있다. 이러한 생육에 미치는 좋지 않은 영향으로 말미암아 결국 병충해에 취약해지므로 더욱 많은 농약이 사용되는 결과가 초래된다.

이러한 점 들을 고려할 때 현재 요청되는 과제는 첫째는 복합영농에 소요되는 에너지 사용량이 최소화 될 수 있게 버려지는 폐열을 재활용 하면서도 하나의 열원으로 각종 열량 소비처를 각각의 용도에 맞게 모두 만족시켜 줄 수 있는 시스템에 관한 기술이고, 둘째는 넓은 하우스 공간 전체에 대한 온도와 습도를 조절 할 필요 없이 국부적인 온도 습도 조절이 가능함으로써 설비비와 유지비가 대폭 절감되면서도, 온도 조절과 습도 조절이 별개로 이루어짐으로써 과도한 수분공급으로 인한 근부 건강을 해칠 우려가 없는 재배조 및 재배 시스템에 관한 기술이다.

공개특허공보 특1998-064547호(공개일자: 1998.10.07)

이에 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 첫째는 복합영농에 소요되는 에너지 사용량이 최소화 될 수 있게 버려지는 폐열을 재활용 하면서도 하나의 열원으로 각종 열량 소비처를 각각의 용도에 맞게 모두 만족시켜 줄 수 있는 시스템에 관한 기술과, 둘째는 넓은 하우스 공간 전체에 대한 온도와 습도를 조절 할 필요 없이 국부적인 온도 습도 조절이 가능함으로써 설비비와 유지비가 대폭 절감되면서도, 온도 조절과 습도 조절이 별개로 이루어짐으로써 과도한 수분공급으로 인한 근부 건강을 해칠 우려가 없는 냉온 동시 재배 시스템을 제공하고자 한다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉온 동시 재배 시스템은 정화된 오폐수, 우수, 지하수 및, 하천수 중 적어도 어느 하나가 저장되는 담수조와, 담수조와 연결되어 담수조로부터 용수 및 폐열을 공급받는 온수조와, 담수조와 연결되어 담수조로부터 용수를 공급받고 폐열을 담수조로 방출시키는 냉수조와, 상기 온수조 또는 냉수조 수위가 일정 수위 이하일 때 온수조 또는 냉수조에 보충시키는 용수가 저장되는 보충수조와, 증발기, 압축기, 응축기, 팽창밸브가 차례로 연결되어 이루어지고, 증발기와 응축기는 각각 적어도 하나 이상이 마련되며, 증발기 중 하나는 상기 냉수조로부터 열을 회수하여 냉수조 내부를 저온으로 유지시키고, 응축기 중 하나는 상기 온수조에 열을 공급하며, 냉수조로부터 증발기로 회수된 열량이 응축기로 이동하여 온수조로 전달되게 구성되는 히트펌프로 이루어진다.

한편, 바람직하게는 상기 온수조 내부의 온수가 배출되는 온수공급관과, 상기 냉수조 내부의 냉수가 배출되는 냉수공급관과, 온수공급관으로부터 분기되는 복수개의 관 중 어느 하나와 냉수공급관으로부터 분기되는 복수개의 관 중 어느 하나가 연결되어 온수공급관 또는 냉수공급관으로부터 전달받는 온수 또는 냉수의 양을 조절하여 혼합시키는 혼합밸브와, 혼합밸브로부터 전달받는 온수 및 냉수의 혼합액이 통과되는 열전달 코일과, 열전달 코일로부터 배출되는 열을 방사시키는 코일 팬으로 이루어지는 직팽유닛이 하나 이상 설치된다.

여기서 바람직하게는 길게 형성되고 상부가 개방되며 양 측면 중 어느 하나의 측면 하부에 공기유입구가 형성되는 통 형상의 재배 배지와, 상기 재배 배지 내부 공간을 상부의 배지 챔버와 하부의 공조 챔버로 분리시키며 미세 통기구가 다수 형성되는 분리판 및, 상기 공기유입구를 개폐시키는 커버로 구성되어, 주간 또는 야간 중 어느 한 시점에 커버를 개방시켰다가 야간 또는 주간이 시작될 때 커버를 닫음으로써 상기 공조 챔버 내부의 온도를 유지시키는 구들장 재배기가 복수개로 구비되어, 각 구들장 재배기 마다 상기 직팽 유닛이 연결됨으로써, 재배 배지에서 생장되는 작물의 종류에 따른 표준 생장 온도 유지를 위한 열량이 공조 챔버 내부로 공급된다.

이 경우 상기 커버는 바람직하게는 방사상으로 부챗살 형상의 통기창이 복수개로 형성되는 내측 커버와 외측 커버가 서로 상대 회전 가능하게 조립되어 이루어져서, 외측 커버를 회전시킴에 따라 내측 커버 통기창과 외측 커버 통기창이 서로 연통되는 면적이 조절된다.

또한 바람직하게는 상기 외측 커버의 노출면에는 손잡이가 형성되고, 상기 손잡이에 고정 조립되어 외측 커버와 함께 회전되는 회전링과, 회전링을 회전 구동시키는 개폐 모터로 이루어지는 개폐 모듈이 마련되며, 바람직하게는 상기 재배 배지에 설치되는 온도센서와, 온도센서로 측정되는 재배 배지 내부 온도 변화가 설정된 수치를 넘으면 상기 개폐 모터를 구동시켜, 내측 커버와 외측 커버의 통기창이 엇갈리도록 외측 커버를 회전시킴으로써 공조 챔버를 밀폐시키는 제어모듈이 설치된다.

또는 바람직하게는 상기 공기유입구에 설치되는 조절밸브와, 조절밸브에 연결되어 외부 공기를 공기유입구로 유인시키는 송풍 팬 및 공기유입관과, 한쪽 끝단은 공기유입관에 연결되고 나머지 끝단은 조절밸브에 연결되는 바이패스 관 및, 바이패스 관에 설치되는 수분보충기로 이루어지는 공조 모듈이 마련된다.

여기서 상기 수분보충기를 중심으로 바이패스 관은 바람직하게는 입력 바이패스관과 출력 바이패스관으로 나누어지고, 수분보충기의 양 측면 중 일측에는 유입구가 형성되고 타측에는 유출구가 형성되어, 입력 바이패스관은 유입구와 연결되고, 출력 바이패스관은 유출구와 연결되며, 수분보충기는 내부에 복수개의 격벽으로 인해 다수의 격실로 나누어지고, 인접되는 격벽 간에는 공기 통로가 형성되되, 서로 인접되는 공기 통로는 수분보충기의 폭 방향에서 서로 반대 측에 위치함에 따라, 어느 하나의 공기 통로를 통과한 공기가 인접되는 공기 통로로 흐르기 위해서는 수분보충기의 폭 방향을 가로지르게 공기 통로가 형성되고, 수분보충기의 하부에는 물이 유입되는 수분 보충구와 물이 배출되는 배수관이 설치된다.

이 경우 상기 공조 챔버에는 습도 센서가 설치되고, 바람직하게는 상기 공조 모듈에는 습도 센서로 측정되는 공조 챔버 내부 습도 값이 미리 설정된 기준 습도 값 미만일 경우 상기 송풍 팬을 가동시키고 조절 밸브가 수분보충기로부터 전달받는 수분이 함유된 공기를 유입시키게 개폐되도록 제어시키는 수분 제어 모듈이 설치된다.

본 발명에 따른 냉온 동시 재배 시스템은 첫째, 복합영농에 소요되는 에너지 사용량이 최소화 될 수 있게 버려지는 폐열을 재활용 하면서도 하나의 열원으로 각종 열량 소비처를 각각의 용도에 맞게 모두 만족시켜 줄 수 있고, 둘째, 넓은 하우스 공간 전체에 대한 온도와 습도를 조절 할 필요 없이 국부적인 온도 습도 조절이 가능함으로써 설비비와 유지비가 대폭 절감되면서도, 온도 조절과 습도 조절이 별개로 이루어짐으로써 과도한 수분공급으로 인한 근부 건강을 해칠 우려가 없는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 냉온 동시 재배 시스템의 일 실시예의 구성도,
도 2는 도 1의 변형 실시예를 나타내는 구성도,
도 3은 도 2의 변형 실시예를 나타내는 구성도,
도 4는 도 2에서 구들장 재배기의 사시도,
도 5는 도 4의 측단면도,
도 6은 도 5에서 커버의 구체적 실시예 중 하나를 나타내는 분해사시도,
도 7은 도 4에 공조 모듈이 추가된 평면도,
도 8a는 수분보충기의 평단면도,
도 8b는 수분보충기의 측단면도,

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 냉온 동시 재배 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이 보충수조(10)와, 담수조(20)와, 온수조(40)와, 냉수조(50) 및, 히트펌프(30)로 이루어진다.

여기서 담수조(20)에 저장되는 담수는 오폐수가 정화된 정화수일 수도 있고, 우수가 수집된 것일 수도 있으며, 또는 하천수나 지하수일 수도 있다. 담수조(20) 내부의 담수는 온수조(40)와 냉수조(50)로 공급되며, 히트펌프(30)는 담수조(20)와 냉수조(50) 내부 열량을 뽑아내어 각종 온열 수요처로 열량을 공급한다.

보충수조(10)는 온수조(40)와 냉수조(50) 수위가 일정 수위 이하로 낮아질 경우 온수조와 냉수조에 용수를 공급하기 위하여 마련된다. 보충수조(10)에 저장된 보충수도 역시 오폐수가 정화된 용수이거나 또는 우수, 하천수, 지하수 중 어느 하나일 수 있다.

온수조(40)와 냉수조(50) 내부에는 오폐수로부터 열량을 얻은 담수가 채워진다. 이때 온수조(40)에는 후술하게 될 히트펌프(30)의 응축기(33)가 내장될 수도 있고, 또는 도 1에 도시된 바와 같이 온수조(40) 외부에 응축기(33)가 설치되되, 온수조(40)에 저장된 온수가 응축기 내부를 통과하도록 응축기(33)와 온수조(40)가 연결되게 설치될 수도 있다.

냉수조(50)에는 히트펌프(30)의 증발기(31)가 내장되거나 또는 도 1에 도시된 바와 같이 냉수조(50) 외부에 설치되되 냉수조(50)에 저장된 냉수가 증발기(31) 내부로 통과되게 증발기(31)와 연결될 수 있다. 최초에 온수조(40) 및 냉수조(50)에 진입되는 담수 자체는 담수가 가진 자체 열량으로 인하여 상온 근처의 온도를 가지지만 냉수조(40) 내부로 진입되면 증발기(31)로 열량을 전달하여 냉각되므로 냉수조(50) 내부의 담수는 저온이 유지된다. 하지만 담수조(20)로부터 가열된 담수를 계속 공급받으므로 냉수조(50) 자체는 히트펌프(30)의 지속적인 열원으로 작용될 수 있다.

온수조(40)는 히트펌프(30)로부터 열량을 공급받으므로, 온수조(40)는 항상 일정한 온도로 가열되는데, 특히 온수조(40) 내부로 진입되는 담수 자체가 이미 일정한 열량을 가지므로 온수조(40) 내부의 담수를 높은 온도로 유지시키는 데에는 큰 열량이 소요되지 않는다.

히트펌프(30)는 앞서 살펴본 바와 같이 하나 이상의 증발기(31)와, 압축기(34)와, 하나 이상의 응축기(33) 및 복수개의 팽창밸브(32)가 차례로 연결되어 구성되는데, 도 2에 도시된 바와 같이 증발기(31)는 담수조(20)와 냉수조(50) 외에도 냉장창고(미도시) 및 냉동창고(미도시)와 같이 작물이나 열매 또는 종자의 장기간 보존을 위해 낮은 온도가 유지되어야 하는 냉열 수요처에 설치되어 냉장창고 및 냉동창고가 별도의 냉각 사이클 없이도 냉장 또는 냉동창고로 작용될 수 있다.

또한 응축기(33)는 온수조(40) 이외에도 동절기 난방이나 재배 배지와 같은 온열 수요처에 설치되어 열원으로 작용될 수 있다.

한편, 온수조(40)와 냉수조(50)는 내부에 저장된 온수 및 냉수 자체가 각종 온수 수요처와 냉수 수요처에 활용될 수도 있지만, 또한 온수조(40)와 냉수조(50)자체가 별도의 작물 생장 환경을 위한 온도 조성 작용을 할 수도 있다.

이러한 작용은 도 3에 도시된 바와 같이 온수와 냉수가 용도에 따라 최적의 양이 혼합된 상태로 냉풍 또는 온풍을 발생시킬 수 있는 직팽 유닛(77) 내부로 진입되면서 가능하게 된다.

아래에서 자세하게 후술하게 되겠지만, 온수와 냉수를 필요한 비율로 혼합시키는 혼합밸브(76)와 직팽 유닛(77)이 재배 배지(60)에 연결되고, 각각의 직팽 유닛(77)은 각각 서로 다른 하우스(6)에 하나씩 연결된다.

이때 하우스(6)마다 서로 다른 온도의 생육 환경을 요구하는 작물이 재배될 수 있고, 직팽 유닛(77)은 혼합밸브(76)가 혼합시켜 생성시키는 혼합수의 온도에 따라 복수개의 하우스(6)들 내부의 온도를 서로 다르게 유지시킨다.

특히, 종래에는 특정 생장 온도를 유지하는 작물이 있을 경우 하우스 전체를 데우거나 냉방을 유지시키거나 했어야 하나, 본 발명의 도 1 내지 3의 실시예에서는 각 하우스 내에 설치된 재배 배지 내부에 온기 또는 냉기를 공급시키면 되므로, 요구되는 온열 또는 냉열 양이 현저하게 감소되어 에너지 효율이 극도로 상승한다.

뿐만 아니라 뿌리와 잎이 요구하는 성장 환경 온도가 서로 다름에도 전체 하우스 온도를 높이거나 낮춤으로써 뿌리 또는 잎에 발생되는 질병도 현저하게 감소된다.

그리고 참고로 재배 배지 및 재배 배지가 내부에 자기만의 근부 온도 및 습도가 조절 가능한 구조를 갖는 구성들을 통틀어 구들장 재배조라고 칭하기로 한다.

본 발명에 따른 구들장 재배조는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 재배 배지(60)와, 분리판(601) 및, 커버(65)로 구성된다.

재배 배지(60)는 길게 형성되는 통체로서, 상부가 개방되며 양 측면 중 어느 하나의 측면 하부에 공기유입구(64)가 형성된다. 재배 배지(60)은 통상적으로 길게 형성되는 화분 형상과 동일하다.

분리판(601)은 재배 배지(60) 내부에 수평으로 설치되는 판이다. 따라서 분리판(601)은 재배 배지(60)과 마찬가지로 길게 형성된다. 분리판(601)이 재배 배지(60) 내부에 설치되는 높이는 제한은 없으나 작물(P)에 따라 뿌리 깊이 및 근부의 온도 조절 조건이 다르므로 재배 배지(60)에 심어지는 작물(P)에 따라 다르게 설치될 수 있다. 분리판(601)로 인하여 재배 배지(60) 내부 공간은 도 5에 도시된 바와 같이 배지 챔버(61)과 공조 챔버(62)로 분리된다.

또한 분리판(601)에 형성되는 통기구(63)은 공조 챔버(62)와 연통되므로 근부를 둘러싼 배양토(G)의 온도 및 습도가 공조 챔버(62)로 진입되는 공기 및 수분으로 인해 조절될 수 있다.

재배 배지(60)에 형성되는 공기유입구(64)는 바로 이러한 공조 챔버(62)의 생육 여건 조성 작용을 위해 공조 챔버(62) 내부로 작물(P) 생장 여건에 적절한 온도의 공기와 수분을 유입되는 통로로 작용된다.

구체적으로 특히 일교차로 인해 밤과 낮의 온도 차가 크므로, 야간에도 근부가 주간 온도에 근접하는 따뜻한 온도로 유지되어야 하는 경우 주간에는 공기유입구(64)를 개방시키고, 야간에는 커버(65)로 공기유입구(64)를 밀폐시킴으로써, 주간에 유입된 따뜻한 공기가 상당시간 유지되면서 근부 온도의 급격한 저하를 방지시킨다.

또한 주간 온도가 높을 경우 근부 온도는 낮게 유지되어야 한다면 야간에는 공기유입구(64)를 개방시켰다가 주간에 온도가 상승되기 시작하는 시점에 커버(65)로 공기유입구(64)를 밀폐시키면, 주간에도 상당시간 동안 근부의 온도가 조열하게 되지 않고 적절한 온도로 유지될 수 있다.

따라서 커버(65)는 공기유입구(64)에 반드시 필요한데, 커버(65)로 공기유입구(64)를 밀폐시키고 개방시키는 조작이 보다 간편하게 수행될 수 있게 본 발명에서는 도 6에 도시된 바와 같이 커버(65)가 서로 분리된 내측 커버(651) 및 외측 커버(652)의 조합으로 구성될 수 있다.

이때 내측 커버(651)과 외측 커버(652)에는 통기창(6511,6521)이 형성되고, 내측 커버(651)은 공기유입구(64)에 고정 설치되며, 외측 커버(652)는 내측 커버(651)에 대해 자유 회전 가능하게 조립됨으로써, 외측 커버(652)를 회전시킴에 따라 외측 커버(652)의 통기창(6521)과 내측 커버(651)의 통기창(6511)이 서로 연통되는 면적 조절이 가능하다.

이러한 연통되는 면적 조절로 인해 공기유입구(64)로 유입되는 공기량이 조절 가능하다. 이 경우 커버(65)의 개방 또는 밀폐가 필요한지 여부의 판단이 보다 손쉽게 이루어질 수 있도록 공조 챔버(62) 내부의 온도가 실시간으로 체크되는 온도 센서(66)이 설치될 수 있다. 이때 작물(P)의 계절별 시간별 적정 온도에 맞추기 위해 온도 센서(66)의 측정값을 참고하여 커버(65)를 밀폐시키거나 개방시킬 수 있고 또는 내측 및 외측 커버 통기창(6511,6521)의 연통 면적을 적절하게 조절할 수 있다.

이로써 본 발명에 따른 재배 배지(60)은 외부의 동력원이나 열원 없이도 작물(P)의 근부 온도 조절이 어느 정도 가능하여 종래에 비하여 연료비 및 전력사용량이 대폭 절감될 수 있다.

여기서 이러한 커버(65)의 개폐 조작은 또한 자동으로 이루어질 수 있다. 커버(65)가 자동으로 개폐될 수 있는 구성은 도 6에 도시된 바와 같이 외측 커버(652)를 회전시킬 수 있도록 외측 커버(652)에 조립되는 회전링(6524)과 회전링(6524)을 회전 구동시키는 개폐모터로(6526) 이루어진다.

이 경우에 개폐모터(6526)가 공조 챔버(62) 내부 온도 변화에 따라 자동으로 외측 커버(652)를 회전시켜 개방이 조작될 수 있도록, 온도 센서(66)의 측정치에 따라 미리 설정된 개방온도 폐쇄 온도에 맞추어서 개폐모터(6526)를 회전 구동시키는 제어모듈(미도시)이 설치될 수도 있다.

한편, 공조 챔버(62) 내부에 공기가 출입되면 근부의 수분이 공조 챔버(62) 내부로 증발 해 버려 근부 근처 습도가 바람직한 수준보다 더 낮아질 수 있다.

이러한 현상을 방지시키고자 본 발명에서는 도 7에 도시된 바와 같이 공조모듈(80)이 공기유입구(64)에 연결되게 설치될 수 있다.

공조모듈(80)은 공기유입구(64)로 주변 공기를 유입시키는 수단과, 공조 챔버(62) 내부 습도가 낮을 경우 수분을 유입시키는 수단으로 구성된다.

여기서 주변 공기를 유입시키는 수단은 도 7에 도시된 바와 같이 공기유입관(86)과 송풍팬(83)으로 이루어진다. 그리고 수분을 유입시키는 수단은 공기유입관(86)에 바이패스 형태로 연결되는 수분보충기(85)와, 수분보충기(85)를 공기유입관(86)과 연결시키는 입력 및 출력 바이패스관(81,82)으로 이루어진다.

이때 공기와 수분이 별개가 아니라 함께 적절한 양으로 혼합될 수 있는 것이 바람직하므로 이 혼합 작용을 담당하는 것이 조절밸브(84)이다.

수분보충기(85)는 도 8a 및 도 8b에 도시된 바와 같이 부에 복수개의 격벽(852)으로 인해 다수의 격실로 나누어지고, 인접되는 격벽(852) 간에는 공기 통로가 형성되되, 서로 인접되는 공기 통로는 수분보충기(85)의 폭 방향에서 서로 반대 측에 위치함에 따라, 어느 하나의 공기 통로를 통과한 공기가 인접되는 공기 통로로 흐르기 위해서는 수분보충기(85)의 폭 방향을 가로지르게 공기 통로가 형성되고, 수분보충기(85)의 하부에는 물이 유입되는 수분 보충구(856)와 물이 배출되는 배수관(855)이 설치된다.

따라서 일단 수분보충기(85)로 유입된 공기는 설치된 격벽(852)의 수만큼 수분보충기(85)의 폭에 해당하는 거리를 계속 왕복해야만 배출될 수 있으므로 수분보충기(85)에 저장된 물이 유입된 공기에 다량으로 증발하여 매우 습한 상태로 배출된다. 이 경우 수분보충기(85)에 포함되는 수분의 양은 유입되는 공기 온도에도 영향을 받지만 송풍기의 속도로도 조절 가능하다.

이 경우 공조 챔버(62) 내부에 습도 센서(67)이 설치되고, 습도 센서(67)의 측정값에 따라 조절밸브(24)가 수분보충기(85)로부터 전달받는 수분이 다량 함유된 공기가 공기유입구(64)를 통해 공조 챔버(62)로 유입되는 양이 자동으로 조절될 수 있게 수분 제어 모듈(미도시)이 설치될 수 있다.

수분이 공조 챔버(62) 내부로 유입되면, 근부의 수분 증발이 보충될 수도 있지만, 또한 공조 챔버(62) 내부 온도가 너무 낮을 경우 수분이 다량 함유된 공기가 공조 챔버(62) 내부로 유입되면서 수분이 다량 함유된 공기가 통기구(63)을 통하여 배양토(G)에 접촉될 때 수분이 응결되어 열이 방출되므로 공조 챔버(62) 내부 온도 및 근부 온도가 급격하게 저하되는 것이 방지될 수 있는 효과가 있다.

특히 수분이 다량 함유된 공기가 공조 챔버(62) 내부로 유입된 경우 야간에는 수분이 응결 상태로 존재하나, 주간 시간으로 변했을 때 주간의 온도 상승으로 인해 공조 챔버(62) 내부의 수분이 증발되면서 공조 챔버(62) 내부 온도가 하강되어 주간의 높은 온도에도 불구하고 근부 온도를 일정하게 유지시켜 줌으로써 생장조건을 일정하게 유지시켜 줄 수 있다.

이와 같이 본 발명은 한국에서 유일하게 존재하는 구들장의 원리를 식물 재배에 응용시켜 하우스 내부 전체 온도와 습도를 조절시키지 않더라도 재배 배지(60) 하부의 온도와 습도를 조절시킴으로써 재배 조건을 만족시켜 줄 수 있다. 이로 인하여 국부적인 생장조건 관리로 인한 비용절감 이외에도 자연 통풍 및 습기 공급이 가능하여 외부의 동력이나 열원이 최소한으로 사용됨으로써 또한 비용 절감이 크게 이루어질 수 있는 효과가 있다.

한편, 도 3에서는 재배 배지(60)가 3개로 설치되어 있지만, 이는 하나의 예에 불과하여 설치되는 재배 배지(60)의 수에는 제한이 없다. 따라서 둘 이상의 작물(P)이 하나의 공간에 서로 다른 재배 배지(60)에서 재배될 수 있다. 이 경우 서로 다른 작물(P)은 최적의 온도 조건도 서로 다르므로 이러한 다양한 조건을 모두 만족시켜 줄 수 있는 온도조절 수단이 필요하게 된다.

따라서 본 발명에서 혼합 밸브(36)는 서로 다른 작물(P)마다 하나 이상이 배치되어 그 작물(P)의 생육 조건에 맞는 온도 환경을 제공해줄 수 있다. 특히 이처럼 온도 환경이 서로 다른 작물(P)의 경우에도 하나의 공간에서 각자의 생육조건에 맞게 재배될 수 있는 것은 본 발명에 따른 구들장 재배조와 같은 구성을 가짐으로써 재배 배지(60) 단위로 생육 조건이 서로 다르게 조성될 수 있기 때문에 가능한 것이다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.

G : 배양토 P : 작물
W : 물 6 : 하우스
10 : 보충수조 20 : 담수조
21 : 폐열 회수 코일 관 30 : 히트펌프
31 : 증발기 32 : 팽창밸브
33 : 응축기 34 : 압축기
40 : 온수조 50 : 냉수조
60 : 재배 배지 61 : 배지 챔버
62 : 공조 챔버 63 : 통기구
64 : 공기유입구 65 : 커버
66 : 온도 센서 67 : 습도 센서
73 : 온수 공급관 74 : 냉수 공급관
75 : 회수관 76 : 혼합 밸브
77 : 직팽 유닛 80 : 공조부
81 : 입력 바이패스관 82 : 출력 바이패스관
83 : 송풍 팬 84 : 조절밸브
85 : 수분보충기 86 : 공기유입관
601 : 분리판 651 : 내측 커버
652 : 외측 커버 851 : 함체
852 : 격벽 853 : 유입구
854 : 유출구 855 : 배수관
856 : 수분 보충구 6511 : 내측 커버 통기창
6521 : 외측 커버 통기창 6522 : 손잡이
6523 : 회전구동 봉 6524 : 회전 링
6525 : 회전축 6526 : 개폐 모터

Claims

정화된 오폐수, 우수, 지하수 및, 하천수 중 적어도 어느 하나가 저장되는 담수조와;
담수조와 연결되어 담수조로부터 용수 및 폐열을 공급받는 온수조와;
담수조와 연결되어 담수조로부터 용수를 공급받고 폐열을 담수조로 방출시키는 냉수조와;
상기 온수조 또는 냉수조 수위가 일정 수위 이하일 때 온수조 또는 냉수조에 보충시키는 용수가 저장되는 보충수조와;
증발기, 압축기, 응축기, 팽창밸브가 차례로 연결되어 이루어지고, 증발기와 응축기는 각각 적어도 하나 이상이 마련되며, 증발기 중 하나는 상기 냉수조로부터 열을 회수하여 냉수조 내부를 저온으로 유지시키고, 응축기 중 하나는 상기 온수조에 열을 공급하며, 냉수조로부터 증발기로 회수된 열량이 응축기로 이동하여 온수조로 전달되게 구성되는 히트펌프;로 이루어지는 냉온 동시 재배 시스템.
제1항에 있어서,
상기 온수조 내부의 온수가 배출되는 온수공급관과,
상기 냉수조 내부의 냉수가 배출되는 냉수공급관과,
온수공급관으로부터 분기되는 복수개의 관 중 어느 하나와 냉수공급관으로부터 분기되는 복수개의 관 중 어느 하나가 연결되어 온수공급관 또는 냉수공급관으로부터 전달받는 온수 또는 냉수의 양을 조절하여 혼합시키는 혼합밸브와,
혼합밸브로부터 전달받는 온수 및 냉수의 혼합액이 통과되는 열전달 코일과,
열전달 코일로부터 배출되는 열을 방사시키는 코일 팬으로 이루어지는 직팽유닛; 이 하나 이상 설치되는 것을 특징으로 하는 냉온 동시 재배 시스템.
제2항에 있어서,
길게 형성되고 상부가 개방되며 양 측면 중 어느 하나의 측면 하부에 공기유입구가 형성되는 통 형상의 재배 배지와,
상기 재배 배지 내부 공간을 상부의 배지 챔버와 하부의 공조 챔버로 분리시키며 미세 통기구가 다수 형성되는 분리판 및,
상기 공기유입구를 개폐시키는 커버로 구성되어,
주간 또는 야간 중 어느 한 시점에 커버를 개방시켰다가 야간 또는 주간이 시작될 때 커버를 닫음으로써 상기 공조 챔버 내부의 온도를 유지시키는 구들장 재배기가 복수개로 구비되어,
각 구들장 재배기 마다 상기 직팽 유닛이 연결됨으로써, 재배 배지에서 생장되는 작물의 종류에 따른 표준 생장 온도 유지를 위한 열량이 공조 챔버 내부로 공급되는 것을 특징으로 하는 냉온 동시 재배 시스템.
제3항에 있어서,
상기 커버는 방사상으로 부챗살 형상의 통기창이 복수개로 형성되는 내측 커버와 외측 커버가 서로 상대 회전 가능하게 조립되어 이루어져서, 외측 커버를 회전시킴에 따라 내측 커버 통기창과 외측 커버 통기창이 서로 연통되는 면적이 조절되는 것을 특징으로 하는 냉온 동시 재배 시스템.
제4항에 있어서,
상기 외측 커버의 노출면에는 손잡이가 형성되고,
상기 손잡이에 고정 조립되어 외측 커버와 함께 회전되는 회전링과, 회전링을 회전 구동시키는 개폐 모터로 이루어지는 개폐 모듈이 마련되며,
상기 재배 배지에 설치되는 온도센서와, 온도센서로 측정되는 재배 배지 내부 온도 변화가 설정된 수치를 넘으면 상기 개폐 모터를 구동시켜, 내측 커버와 외측 커버의 통기창이 엇갈리도록 외측 커버를 회전시킴으로써 공조 챔버를 밀폐시키는 제어모듈이 설치되는 것을 특징으로 하는 냉온 동시 재배 시스템.
제3항에 있어서,
상기 공기유입구에 설치되는 조절밸브와, 조절밸브에 연결되어 외부 공기를 공기유입구로 유인시키는 송풍 팬 및 공기유입관과, 한쪽 끝단은 공기유입관에 연결되고 나머지 끝단은 조절밸브에 연결되는 바이패스 관 및, 바이패스 관에 설치되는 수분보충기로 이루어지는 공조 모듈이 마련되는 것을 특징으로 하는 냉온 동시 재배 시스템.
제6항에 있어서,
상기 수분보충기를 중심으로 바이패스 관은 입력 바이패스관과 출력 바이패스관으로 나누어지고, 수분보충기의 양 측면 중 일측에는 유입구가 형성되고 타측에는 유출구가 형성되어, 입력 바이패스관은 유입구와 연결되고, 출력 바이패스관은 유출구와 연결되며,
수분보충기는 내부에 복수개의 격벽으로 인해 다수의 격실로 나누어지고, 인접되는 격벽 간에는 공기 통로가 형성되되, 서로 인접되는 공기 통로는 수분보충기의 폭 방향에서 서로 반대 측에 위치함에 따라, 어느 하나의 공기 통로를 통과한 공기가 인접되는 공기 통로로 흐르기 위해서는 수분보충기의 폭 방향을 가로지르게 공기 통로가 형성되고,
수분보충기의 하부에는 물이 유입되는 수분 보충구와 물이 배출되는 배수관이 설치되는 것을 특징으로 하는 냉온 동시 재배 시스템.
제7항에 있어서,
상기 공조 챔버에는 습도 센서가 설치되고,
상기 공조 모듈에는 습도 센서로 측정되는 공조 챔버 내부 습도 값이 미리 설정된 기준 습도 값 미만일 경우 상기 송풍 팬을 가동시키고 조절 밸브가 수분보충기로부터 전달받는 수분이 함유된 공기를 유입시키게 개폐되도록 제어시키는 수분 제어 모듈이 설치되는 것을 특징으로 하는 냉온 동시 재배 시스템.