KR20220004868A - 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치 및 냉난방방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치 및 냉난방방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작물을 재배할 수 있는 공간을 갖는 고형배지; 상기 고형배지 하부측에 상기 고형배지의 길이방향을 따라 설치되며, 내부로 열매체 또는 냉열매체가 공급되어 수송되는 열수송관; 및 상기 고형배지 하부측에 상기 고형배지의 길이방향을 따라 설치되고, 상부 일측에 복수의 기류분사공이 형성되어, 공급된 공기를 상기 기류분사공을 통해 상기 고형배치 측으로 분사하는 공조관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치 및 냉난방방법에 대한 것이다.
일반적으로 유리 온실 또는 비닐 온실 등과 같은 작물 재배용 하우스는 외부 온도가 낮은 봄이나 가을, 또는 겨울철에 원예나 과수 등을 재배하기 위하여 설치되는 것이며, 특히 적절한 실내 온도를 위해 난방이 필수적이다.
종래에는 하우스 내부를 난방하기 위하여 보일러에 의해 가열된 온풍을 하우스 내부의 바닥면에 설치한 송풍덕트를 통해 하우스 내부로 송풍하거나, 보일러에 의해 급가열된 물을 하우스 내부에 설치한 발열부로 공급하여 실내 공기를 가열하는 방식을 취하였다.
그러나, 상기와 같이 연소식 보일러를 이용하여 난방을 수행하는 종래의 하우스 난방장치는 보일러 등을 비롯한 장치의 설치와 이동이 용이하지 않고, 그 구성이 복잡하며, 장치 전체의 크기가 대형화될 수 밖에 없는 단점이 있었다.
특히, 종래의 난방장치에서는 석유나 가스와 같은 고가의 연료를 사용하여 버너의 연소열에 의해 공기를 간접 가열하게 되므로 연료비가 많이 소요되었는 바, 난방비용이 많이 들었고, 재배 야채나 과일 등을 상품화하였을 때 이익금이 많지 않게 되는 등 경제적으로 부담이 컸던게 사실이다.
또한, 종래의 난방장치에서는 보일러의 연소 소음이 심하게 발생하고, 식물 성장에 필요한 다량의 산소를 태우는 한편 장시간 사용시 완전 연소되지 못한 그을음이나 연소시 발생하는 각종 유해가스로 인해 하우스 내부의 공기가 탁해지며, 가스사고 사례 또한 종종 발생하는 등 운전조작과 열관리 제어에 불편한 점이 많았다.
그리고 종래에, 온실 난방을 위해 고형배지 아래 비닐 또는 금속재질의 관을 이용한 기류방식을 사용하거나 난방 효율을 개선하고자 수관을 이용한 복사방식의 온열공급을 사용하였다.
수관을 이용한 복사방식의 경우 온실 내 열분포 균일성 및 효율적 온열공급측면에서 장점이 있으나 온도조절에 시간이 많이 소요되는 단점이 있었다.
또한 단순 송풍을 통한 기류방식의 경우 온실 내 빠른 열공급이 가능한 장점이 있으나 온열의 확산으로 에너지소비량이 증가하는 한계가 존재한다.
따라서 본 발명에서 제안하고자 하는 공기막(air curtain) 냉난방 기술은 열수송관을 이용한 복사방식과 공기막 효과를 이용하여 정밀유동제어가 가능한 기류방식이 혼합된 하이브리드형 온실 냉난방 기술로 기류방식의 빠른 열공급과 복사방식의 에너지 절감효과로 기존 복사 및 기류방식 냉난방기술의 기능적 한계를 개선하고자 한다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 온실, 인도어팜(indoor farm), 버티컬팜(vertical farm), 윈도우팜(window farm) 등에서 고형배지재배 시 온습도 조절, 습식분무 냉각, 이산화탄소(CO2) 시비, 농약 및 비료 살포 등 작물의 안정적인 생육관리를 위한 냉난방기술을 제공하는데 목적이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 정밀농업 취지에 부합하도록 온실냉난방 에너지 소비를 줄이기 위해 작물이 생육하는 고형배지 부근에 최적의 생육환경조건을 공급함으로써 필요 이외의 공간에 에너지가 낭비 또는 소비되는 것을 절감하여 온실 및 영농에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있는, 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치 및 냉난방방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 공조관에서의 표면열복사와 적절한 기류분사 위치선정에 의한 유동장 제어로 작물 및 배지 주변을 흐르는 공기막을 형성함으로써 균일한 온도 및 속도배분을 통한 최적의 생육환경 조성 및 온실 냉난방 에너지 관리가 가능하며, 이러한 열유동장 제어 공조기술을 작물재배에 응용하여 기류식 공조관에 이산화탄소, 농약, 수분(습식분무) 등을 주입함으로써 작물의 생육상태 맞춤형 환경제어도 가능하고, 이를 통해 열에너지뿐만 아니라 작물 생육에 필요한 자원공급을 정밀하게 제어함으로써 정밀농업을 근간으로 하는 지능형 온실(스마트팜)관리로도 적용범위를 넓힐 수 있는, 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치 및 냉난방방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 작물을 재배할 수 있는 공간을 갖는 고형배지; 상기 고형배지 하부측에 상기 고형배지의 길이방향을 따라 설치되며, 내부로 열매체 또는 냉열매체가 공급되어 수송되는 열수송관; 및 상기 고형배지 하부측에 상기 고형배지의 길이방향을 따라 설치되고, 상부 일측에 복수의 기류분사공이 형성되어, 공급된 공기를 상기 기류분사공을 통해 상기 고형배치 측으로 분사하는 공조관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치로서 달성될 수 있다.
그리고 내부 공기 또는 외부 공기를 상기 공조관측으로 공급시키는 송풍기; 및 상기 열수송관의 열매체 또는 냉열매체와, 상기 송풍기에 의해 공급되는 공기를 열교환시켜, 상기 공기를 가열 또는 냉각시키는 열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 열교환기와 상기 열수송관 사이에 구비되는 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 열수송관에 의한 복사열만이 필요한 경우 상기 밸브를 닫고, 상기 복사열과 상기 공조관에 의한 기류분사가 필요한 경우 상기 밸브를 개방하도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 공조관과 연결되어, 상기 송풍기에 의해 상기 작물 측 공기를 흡입하여 상기 공조관으로 재순환시키는 재순환관을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 온실 내의 온도를 실시간으로 측정하는 온도센서, 습도를 측정하는 습도센서, 이산화탄소 농도를 측정하는 CO2센서를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 공조관으로 유입되는 공기에 이산화탄소, 농약, 비료, 수분 중 적어도 어느 하나를 함유시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 기류분사공에 의해 분사되는 공기는, 상기 고형배지 하부 측벽 양단 측으로 분사되는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 고형배지재배를 위한 냉난방 방법에 있어서, 공급수단에 의해, 고형배지 하부측에 고형배지의 길이방향을 따라 설치된 열수송관 내부로 열매체 또는 냉열매체가 공급되어 상기 열수송관에 의해 복사방식으로 상기 고형배지 온도를 제어하는 단계; 송풍기 가동에 의해 공기가 상기 고형배지 하부측에 상기 고형배지의 길이방향을 따라 설치된 공조관 측으로 유입되는 단계; 열교환기에 의해 상기 열수송관의 열매체 또는 냉열매체와, 상기 송풍기에 의해 공급되는 공기가 열교환되어 가열 또는 냉각되는 단계; 열교환된 공기가 상기 공조관 상부 일측에 복수의 기류분사공을 통해 상기 고형배치 측으로 분사되는 단계;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 분사되는 단계는, 열교환된 공기가 고형배지 하부 측벽 양단 측으로 분사되어, 상기 고형배지 하단과 상기 공조관 사이에 1차 재순환영역이 형성되고, 상기 고형배지 측벽으로 흐르는 분사기류는 동압강하로 인한 벽면밀착되고, 고형배지 측벽을 흐른 기류는 상기 고형배지 상단과 작물 사이의 공간으로 인한 2차 재순환영역이 생성되어 작물표면을 따라 열류가 흐르게 되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 제어부가 상기 열수송관에 의한 복사열만이 필요한 경우, 열교환기와 상기 열수송관 사이에 구비되는 밸브를 닫고, 상기 복사열과 상기 공조관에 의한 기류분사가 필요한 경우 상기 밸브를 개방하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 공조관 측으로 유입되는 단계에서, 상기 공조관과 연결된 재순환관을 통해, 상기 송풍기에 의해 상기 작물 측 공기를 흡입하여 상기 공조관으로 재순환시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한 상기 공조관 측으로 유입되는 단계에서, 상기 공조관으로 유입되는 공기에 이산화탄소, 농약, 비료, 수분 중 적어도 어느 하나를 함유시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치 및 냉난방방법에 따르면, 온실, 인도어팜(indoor farm), 버티컬팜(vertical farm), 윈도우팜(window farm) 등에서 고형배지재배 시 온습도 조절, 습식분무 냉각, 이산화탄소(CO2) 시비, 농약 및 비료 살포 등 작물의 안정적인 생육관리가 가능한 효과를 갖는다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치 및 냉난방방법에 따르면, 정밀농업 취지에 부합하도록 온실냉난방 에너지 소비를 줄이기 위해 작물이 생육하는 고형배지 부근에 최적의 생육환경조건을 공급함으로써 필요 이외의 공간에 에너지가 낭비 또는 소비되는 것을 절감하여 온실 및 영농에너지 이용 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치 및 냉난방방법에 따르면, 공조관에서의 표면열복사와 적절한 기류분사 위치선정에 의한 유동장 제어로 작물 및 배지 주변을 흐르는 공기막을 형성함으로써 균일한 온도 및 속도배분을 통한 최적의 생육환경 조성 및 온실 냉난방 에너지 관리가 가능하며, 이러한 열유동장 제어 공조기술을 작물재배에 응용하여 기류식 공조관에 이산화탄소, 농약, 수분(습식분무) 등을 주입함으로써 작물의 생육상태 맞춤형 환경제어도 가능하고, 이를 통해 열에너지뿐만 아니라 작물 생육에 필요한 자원공급을 정밀하게 제어함으로써 정밀농업을 근간으로 하는 지능형 온실(스마트팜)관리로도 적용범위를 넓힐 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치의 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치의 정면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치의 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 재순환관을 갖는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치의 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방방법의 흐름도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 속도분포(좌측), 온도분포(우측)를 나타낸 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치의 단면도를 도시한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치의 사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치의 정면도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치의 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 재순환관을 갖는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치의 사시도,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방방법의 흐름도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 속도분포(좌측), 온도분포(우측)를 나타낸 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치의 단면도를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치의 구성, 기능 및 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 작물 부근의 최적 생육환경(온습도, 습식분무, 이산화탄소농도, 농약/비료 살포 등) 관리를 위하여 고형배지 하부측에 열매체(또는 냉열매체) 수송관과 공조관 및 열교환기를 배치하고, 공조관과 연결하여 일체화된 열교환 송풍기에 열매체(또는 냉엶매체) 수송관을 흐르는 열매체(또는 냉열매체)를 공급함으로써 배지주변 국소 생육 에너지를 관리할 수 있는 특징이 반영되었다. 본 발명의 실시예에서 제안하고자 하는 공기막(air curtain) 냉난방 기술은 열수송관을 이용한 복사방식과 공기막 효과를 이용하여 정밀유동제어가 가능한 기류방식이 혼합된 하이브리드형 온실 냉난방 기술로 기류방식의 빠른 열공급과 복사방식의 에너지 절감효과로 기존 복사 및 기류방식 냉난방기술의 기능적 한계를 개선하고자 한다.
먼저, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치의 사시도를 도시한 것이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치의 정면도를 도시한 것이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치의 단면도를 도시한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치(100)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 하우징(10)과, 고형배지(20), 열수송관(30), 공조관(60) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
고형배지(배드)(20)는 작물(1)을 재배할 수 있는 공간을 갖고, 하우징(10) 내에 설치되며, 열수송관(30)은 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 고형배지(20) 하부측에 고형배지(20)의 길이방향을 따라 설치되며, 열매체(또는 냉열매체) 공급수단(36)에 의해 열수송관(30) 내부로 열매체 또는 냉열매체가 공급되어 수송되도록 구성된다. 이러한 열수송관(30)은 고형배지(20)를 지지하는 역할을 수행할 수 있으며, 내부로 유동되는 열매체(또는 냉열매체)에 의한 복사방식으로 고형배지(20) 주변 온도를 제어할 수 있게 된다.
또한 본 발명의 실시예에 따른 공조관(60)은 고형배지(20) 하부측에 고형배지(20)의 길이방향을 따라 설치되고, 공조관(60)의 길이방향을 따라 상부 일측에 서로 특정간격 이격된 복수의 기류분사공(61)이 형성되어, 공급된 공기를 기류분사공(61)을 통해 고형배치(20) 측으로 분사하도록 구성된다.
그리고 도 3에 도시된 바와 같이, 기류분사공(61)에 의해 분사되는 공기는, 고형배지(20) 하부 측벽 양단 측을 향해 분사되게 됨을 알 수 있다.
또한, 공조관(60) 일측에 송풍기(50)가 구비되어, 내부 공기 또는 외부 공기를 공조관(60)측으로 공급시키도록 구성되며, 송풍기(50)에 의해 공급되는 공기는 열교환기(40)에 의해 열수송관(30)의 열매체 또는 냉열매체와 열교환되어, 열교환된 공기가 기류분사공(61)을 통해 기류분사되게 된다.
즉, 열교환기(40)는 열수송관(30)의 열매체 또는 냉열매체와, 송풍기(50)에 의해 공급되는 공기를 열교환시켜, 공기를 가열 또는 냉각시키게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 열수송관(30)은 열매체 또는 냉열매체가 공급되어 유동되는 유입관(31)과, 열교환기(40)에서 열교환된 열매체 또는 냉열매체가 유동되는 순환관(33)을 포함하며, 이러한 유입관(31)과 열교환기(40) 사이에 공급관(32)이 구비되고, 순환관(33)과 열교환기(40) 사이에 배출관(34)이 구비되게 됨을 알 수 있다.
따라서 유입관(31)으로 유입된 열매체 또는 냉열매체는 공급관(32)을 통해 열교환기(40)로 유입되어 공조관(60)으로 유입되는 공기를 가열 또는 냉각시킨 후, 배출관(34)을 통해 순환관(33)으로 배출되게 된다.
또한, 이러한 열교환기(40)와 열수송관(30) 사이에 밸브(34)가 설치되어 질 수 있다. 이러한 밸브(35)는 제어부(80)에 의해 작동이 제어될 수 있으며, 제어부(80)는 열수송관(30)에 의한 복사열만이 필요한 경우 밸브(35)를 닫고, 열수송관(30)에 흐르는 열매체와 냉열매체에 의해 고형배지(20)의 온도를 제어하게 된다. 그리고 복사열과 공조관(60)에 의한 기류분사가 모두 필요한 경우 밸브(35)를 개방하도록 제어한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 재순환관을 갖는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치의 사시도를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 재순환관(70)이 공조관(60)과 연결되어, 송풍기(50)에 의해 작물(1) 측 온실 내의 공기를 흡입하여 공조관(60)으로 재순환되도록 구성될 수 있음을 알 수 있다. 즉, 온실 내부 열을 재활용하기 위해 열교환 송풍기(50)와 연결된 재순환관(70)을 포함하여 구성될 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 온실 내의 온도를 실시간으로 측정하는 온도센서(81), 습도를 측정하는 습도센서(82), 이산화탄소 농도를 측정하는 CO2센서(83) 등을 포함할 수 있고, 제어부(80)는 이러한 측정된 데이터를 기반으로, 송풍기(50)와, 밸브(35), 열매체 공급수단(36)을 제어하도록 구성됨을 알 수 있다.
그리고 본 발명의 실시예에서는 공조관(60)으로 유입되는 공기에 이산화탄소, 농약, 비료, 수분 중 적어도 어느 하나를 함유시키도록 구성될 수 있다. 즉, 기류식 공조관(60)에 이산화탄소, 농약, 수분(습식분무) 등을 주입함으로써 작물의 생육상태 맞춤형 환경제어도 가능하며, 이를 통해 열에너지뿐만 아니라 작물 생육에 필요한 자원공급을 정밀하게 제어함으로써 정밀농업을 근간으로 하는 지능형 온실(스마트팜)관리로도 적용범위를 넓힐 수 있다.
이하에서는 앞서 언급한 본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치(100)의 작동방법에 대해 설명하도록 한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방방법의 흐름도를 도시한 것이다. 그리고 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 속도분포(좌측), 온도분포(우측)를 나타낸 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치(100)의 단면도를 도시한 것이다.
먼저, 열매체 공급수단(36)에 의해, 고형배지(20) 하부 측에 고형배지(20)의 길이방향을 따라 설치된 열수송관(30) 내부로 열매체 또는 냉열매체가 공급되어 열수송관(30)에 의해 복사방식으로 고형배지(20) 온도를 제어하게 된다(S1, S2).
그리고 기류방식에 의한 제어가 필요한 경우(S3), 제어부(80)는 밸브(85)를 개방하게 된다(S4).
그리고 송풍기(50) 가동에 의해 공기가 고형배지(20) 하부측에 고형배지(20)의 길이방향을 따라 설치된 공조관(60) 측으로 유입되게 되며(S5), 밸브(35)의 개방에 의해 열수송관(30)의 열매체 또는 냉열매체가 열교환기(40)로 유입되게 된다.
따라서 열교환기(40)에 의해 열수송관(30)의 열매체 또는 냉열매체와, 송풍기(50)에 의해 공급되는 공기가 열교환되게 된다. 즉 열교환기(40)에서 열매체 또는 냉열매체에 의해 공조관(60)으로 공급되는 공기가 가열 또는 냉각되게 된다(S6).
또한, 이때, 공조관(60)측으로 공기가 유입되는 단계에서, 공조관(60)으로 유입되는 공기에 이산화탄소, 농약, 비료, 수분 등을 주입함으로써 작물의 생육상태 맞춤형 환경제어도 가능하다. 이를 통해 열에너지뿐만 아니라 작물 생육에 필요한 자원공급을 정밀하게 제어함으로써 정밀농업을 근간으로 하는 지능형 온실(스마트팜)관리로도 적용범위를 넓힐 수 있다.
그리고 열교환된 공기는 공조관(60) 상부 일측의 복수의 기류분사공(61)을 통해 고형배지(20) 하부 측벽 양단 측으로 분사되게 된다(S7).
이러한 기류 분사되는 단계는, 열교환된 공기는 고형배지(20) 하부 측벽 양단 측으로 분사되어, 고형배지(20) 하단과 공조관(60) 사이에 1차 재순환영역이 형성되고, 고형배지(20) 측벽으로 흐르는 분사기류는 동압강하로 인한 벽면밀착되고, 고형배지(20) 측벽을 흐른 기류는 고형배지(20) 상단과 작물(1) 사이의 공간으로 인한 2차 재순환영역이 생성되어 작물표면을 따라 열류가 흐르게 된다.
보다 구체적으로, 도 7의 (좌측) 속도 및 (우측) 온도분포 결과에서 보듯,
(1) 표면 열복사를 하는 공조관(60)에서 기류 분사공(61)을 통해 고형배지(20) 측벽으로 냉열 또는 온열을 분사하면,
(2) 고형배지(20)와 공조관(60) 사이에서 1차 재순환영역이 형성되어 주변으로의 열손실을 최소화하고 작물(1) 근권부에 안정적인 열을 공급할 수 있다.
(3) 고형배지(20) 측벽으로 흐르는 분사기류는 빠른 유속에 의한 동압강하로 인한 벽면밀착(Coanda) 효과에 의해(열을 머금고 있는) 기류의 주변부 확산을 억제하고,
(4) 고형배지(20) 측벽을 흐른 기류는 고형배지(20) 상단과 작물(1) 사이의 공간으로 인해 2차 재순환영역이 생성되어 작물(1) 표면을 따라 공기막과 같은 유동형태의 열류가 흐르게 된다.
이러한 고형배지(20) 상단 및 하단에서의 재순환영역 형성 및 고형배지(20) 측벽에서의 기류밀착현상을 이용하면 작물(1) 주변부로의 열확산을 최소화하여 효과적인 에너지이용이 가능하고 냉온열 흐름 방해 및 주변공기 유입 최소화로 작물주변에 균일한 온도분포를 형성하여 효과적인 생육환경제어가 가능하다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1:작물
10:하우징
20:고형배지
30:열수송관
31:유입관
32:공급관
33:순환관
34:배출관
35:밸브
36:열매체공급수단
40:열교환기
50:송풍기
60:공조관
61:기류분사공
70:재순환관
80:제어부
81:온도센서
82:습도센서
83:CO2센서
100:공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치
10:하우징
20:고형배지
30:열수송관
31:유입관
32:공급관
33:순환관
34:배출관
35:밸브
36:열매체공급수단
40:열교환기
50:송풍기
60:공조관
61:기류분사공
70:재순환관
80:제어부
81:온도센서
82:습도센서
83:CO2센서
100:공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치
Claims (13)
- 작물을 재배할 수 있는 공간을 갖는 고형배지;
상기 고형배지 하부측에 상기 고형배지의 길이방향을 따라 설치되며, 내부로 열매체 또는 냉열매체가 공급되어 수송되는 열수송관; 및
상기 고형배지 하부측에 상기 고형배지의 길이방향을 따라 설치되고, 상부 일측에 복수의 기류분사공이 형성되어, 공급된 공기를 상기 기류분사공을 통해 상기 고형배치 측으로 분사하는 공조관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치.
- 제 1항에 있어서,
내부 공기 또는 외부 공기를 상기 공조관측으로 공급시키는 송풍기; 및
상기 열수송관의 열매체 또는 냉열매체와, 상기 송풍기에 의해 공급되는 공기를 열교환시켜, 상기 공기를 가열 또는 냉각시키는 열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치.
- 제 2항에 있어서,
상기 열교환기와 상기 열수송관 사이에 구비되는 밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치.
- 제 3항에 있어서,
상기 열수송관에 의한 복사열만이 필요한 경우 상기 밸브를 닫고, 상기 복사열과 상기 공조관에 의한 기류분사가 필요한 경우 상기 밸브를 개방하도록 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치.
- 제 2항에 있어서,
상기 공조관과 연결되어, 상기 송풍기에 의해 상기 작물 측 공기를 흡입하여 상기 공조관으로 재순환시키는 재순환관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치.
- 제 2항에 있어서,
온실 내의 온도를 실시간으로 측정하는 온도센서, 습도를 측정하는 습도센서, 이산화탄소 농도를 측정하는 CO2센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치.
- 제 6항에 있어서,
상기 공조관으로 유입되는 공기에 이산화탄소, 농약, 비료, 수분 중 적어도 어느 하나를 함유시키는 것을 특징으로 하는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 기류분사공에 의해 분사되는 공기는, 상기 고형배지 하부 측벽 양단 측으로 분사되는 것을 특징으로 하는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치.
- 고형배지재배를 위한 냉난방 방법에 있어서,
공급수단에 의해, 고형배지 하부측에 고형배지의 길이방향을 따라 설치된 열수송관 내부로 열매체 또는 냉열매체가 공급되어 상기 열수송관에 의해 복사방식으로 상기 고형배지 온도를 제어하는 단계;
송풍기 가동에 의해 공기가 상기 고형배지 하부측에 상기 고형배지의 길이방향을 따라 설치된 공조관 측으로 유입되는 단계;
열교환기에 의해 상기 열수송관의 열매체 또는 냉열매체와, 상기 송풍기에 의해 공급되는 공기가 열교환되어 가열 또는 냉각되는 단계;
열교환된 공기가 상기 공조관 상부 일측에 복수의 기류분사공을 통해 상기 고형배치 측으로 분사되는 단계;을 포함하는 것을 특징으로 하는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방방법.
- 제 9항에 있어서,
상기 분사되는 단계는,
열교환된 공기가 고형배지 하부 측벽 양단 측으로 분사되어, 상기 고형배지 하단과 상기 공조관 사이에 1차 재순환영역이 형성되고, 상기 고형배지 측벽으로 흐르는 분사기류는 동압강하로 인한 벽면밀착되고, 고형배지 측벽을 흐른 기류는 상기 고형배지 상단과 작물 사이의 공간으로 인한 2차 재순환영역이 생성되어 작물표면을 따라 열류가 흐르게 되는 것을 특징으로 하는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방방법.
- 제 10항에 있어서,
제어부가 상기 열수송관에 의한 복사열만이 필요한 경우, 열교환기와 상기 열수송관 사이에 구비되는 밸브를 닫고,
상기 복사열과 상기 공조관에 의한 기류분사가 필요한 경우 상기 밸브를 개방하도록 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 공조관 측으로 유입되는 단계에서, 상기 공조관과 연결된 재순환관을 통해, 상기 송풍기에 의해 상기 작물 측 공기를 흡입하여 상기 공조관으로 재순환시키는 것을 특징으로 하는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방방법.
- 제 10항에 있어서,
상기 공조관 측으로 유입되는 단계에서, 상기 공조관으로 유입되는 공기에 이산화탄소, 농약, 비료, 수분 중 적어도 어느 하나를 함유시키는 것을 특징으로 하는 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방방법.
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| KR1020200081892A KR102439899B1 (ko) | 2020-07-03 | 2020-07-03 | 공기막 효과를 이용한 고형배지재배 냉난방장치 및 냉난방방법 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| KR102536985B1 (ko) | 2022-09-27 | 2023-05-26 | 농업회사법인 주식회사 고은 | 작물 재배를 위한 온도 조절 포트장치 |
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| KR101629002B1 (ko) | 2015-03-26 | 2016-06-09 | 충청북도 (관리부서:충청북도 농업기술원) | 다단계로 온도제어가 가능한 하이베드 재배용 난방 시스템 |
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-
2020
- 2020-07-03 KR KR1020200081892A patent/KR102439899B1/ko active IP Right Grant
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|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant | ||
| G170 | Re-publication after modification of scope of protection [patent] |