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1. WO2020111435 - DUST CONTROL SYSTEM OF CLOSED-TYPE PLANT FACTORY AND CONTROL METHOD THEREOF

Document

명세서

발명의 명칭

기술분야

1  

배경기술

2   3   4   5   6  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

7  

과제 해결 수단

8   9   10  

발명의 효과

11   12   13   14   15  

도면의 간단한 설명

16   17   18   19   20  

발명의 실시를 위한 형태

21   22   23   24   25   26   27   28   29   30   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50   51   52   53   54   55   56   57   58   59   60   61   62   63   64   65   66   67   68   69   70   71   72   73   74   75   76   77   78   79   80   81   82   83   84   85   86   87   88   89   90   91   92   93   94   95   96   97   98   99   100   101   102   103   104   105   106   107   108   109   110   111   112   113   114   115   116   117   118   119   120   121   122   123   124   125   126   127   128   129   130   131   132   133   134   135   136   137   138   139   140   141   142   143   144   145   146   147   148   149   150   151   152   153   154   155   156   157   158   159   160   161   162   163  

산업상 이용가능성

164  

청구범위

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17   18  

도면

1   2   3   4   5   6   7   8  

명세서

발명의 명칭 : 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템 및 이의 제어방법

기술분야

[1]
본 발명은 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 밀폐형 식물 공장내의 분진을 신속하고 효율적으로 제거하여 의약품 제조용 식물과 작업자를 모두 고려하여 최적의 실내 환경을 제공할 수 있는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

배경기술

[2]
의약품 제조용 식물을 생산하기 위해서는 재배 환경을 인위적으로 조절하고, 세균, 바이러스, 곰팡이 등에 의한 외부 감염이나 병해충의 침입을 방지하기 위하여 밀폐형 식물 공장 방식이 사용되고 있으며, 바이오 크린룸이라고도 한다.
[3]
밀폐형 식물 공장은, 주로 의약품 제조용 식물을 생산하기 위한 공장이므로, 실내 환경을 미리 설정된 조건으로 유지하는 것이 매우 중요하다.
[4]
그러나, 밀폐형 식물 공장은, 식물의 재배 조건만을 고려할 경우 작업자의 작업 환경은 열악해져 작업 효율성이 저하되는 문제점이 있다.
[5]
또한, 밀폐형 식물 공장은, 태양광을 대신하여 인공 조명을 사용하기 때문에, 인공 조명으로 인한 내부 발열 부하가 매우 크므로 냉방 부하가 매우 커서 에너지 소모가 매우 큰 문제점이 있다.
[6]
또한, 종래의 밀폐형 식물 공장의 환경 제어는 주로 온도와 습도를 제어하고 있으나, 밀폐형 식물 공장내의 분진은 오염의 매개체 및 척도가 되기 때문에 분진 제어가 필요하다.

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[7]
본 발명의 목적은, 밀폐형 식물 공장으로 도입되는 외기의 분진이나 내부에서 발생되는 분진을 신속하고 효율적으로 제거할 수 있는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템 및 이의 제어방법을 제공하는 데 있다.

과제 해결 수단

[8]
본 발명에 따른 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템은, 의약품 제조용 식물이 수용된 복수의 트레이 부재들이 적치되고, 상기 식물에 빛 에너지를 제공하는 인공 조명이 구비된 밀폐형 식물 공장에 있어서, 상기 밀폐형 식물 공장의 실내로 공기를 공급하는 급기 덕트에 설치되어, 상기 급기 덕트로 유입되는 외기의 유입 유량을 조절하는 외기 댐퍼와; 상기 실내에서 공기를 배출하는 배기 덕트에 설치되어, 상기 실내로부터 배출되는 실내 공기의 유량을 조절하는 배기 댐퍼와; 상기 급기 덕트와 상기 배기 덕트를 연결하는 연결 덕트에 설치되어, 상기 실내에서 배출된 후 다시 상기 실내로 순환되는 순환공기의 유량을 조절하는 순환공기 댐퍼와; 상기 급기 덕트에 설치되어, 상기 실내로 유입되는 공기에 CO 2를 공급하는 CO 2 공급장치와; 상기 급기 덕트에 설치되어, 상기 실내로 유입되는 공기를 가습하는 가습코일과; 상기 급기 덕트에 설치되어, 상기 실내로 유입되는 공기를 가열 또는 냉각시키는 냉온수 코일과; 상기 급기 덕트에 설치되어, 상기 외기의 온도를 측정하는 외기 온도센서와, 상기 외기의 상대습도를 측정하는 외기 습도센서와, 상기 외기의 CO 2 농도를 측정하는 실내 CO 2센서를 포함하는 외기 센서부와; 상기 배기 덕트에 설치되어, 상기 실내 공기의 온도를 측정하는 실내 온도센서와, 상기 실내 공기의 상대습도를 측정하는 실내 습도센서와, 상기 실내 공기의 CO 2 농도를 측정하는 실내 CO 2센서를 포함하는 실내 센서부와; 상기 실내의 인체를 감지하는 인체감지센서와; 상기 실내 공기의 분진 농도를 감지하는 분진감지센서와; 상기 실내 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 분진 필터를 이용해 필터링하고, 필터링된 공기를 실내로 토출하는 팬 필터 유닛과; 상기 인공 조명이 점등되어 상기 식물이 광합성을 하는 주간 모드시, 상기 인체감지센서에서 인체가 감지되고, 상기 실내 CO 2센서에서 측정한 CO 2농도가 미리 설정된 상한값 이상이면, 상기 실내 공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이에 따라 외기 도입율을 다르게 설정하여 환기하는 외기도입 제어모드를 수행하고, 상기 인공 조명이 소등되어 상기 식물이 호흡하는 야간 모드시, 상기 분진감지센서에서 감지된 분진 농도가 미리 설정된 분진 설정값 이상이면 상기 팬 필터 유닛을 설정시간동안 작동시키는 분진 필터링 모드를 수행하는 제어부를 포함한다.
[9]
본 발명의 다른 측면에 따른 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템은, 의약품 제조용 식물이 수용된 복수의 트레이 부재들이 적치되고, 상기 식물에 빛 에너지를 제공하는 인공 조명이 구비된 밀폐형 식물 공장에 있어서, 상기 밀폐형 식물 공장의 실내에 구비되어, 미리 설정된 온도와 미리 설정된 습도의 공기를 실내에 공급하는 항온 항습기와; 상기 실내로 CO 2를 공급하는 CO 2 공급장치와; 상기 실내로 유입되는 외기의 유량을 조절하는 외기 댐퍼와; 상기 실내에서 배출되는 실내 공기의 유량을 조절하는 배기 댐퍼와; 상기 외기 댐퍼로 유입되는 외기를 송풍하는 급기팬과; 상기 배기 댐퍼를 통해 배출되는 실내 공기를 송풍하는 배기팬과; 상기 실내의 천장에 구비되어, 상기 실내의 기류가 균일하도록 공기를 순환시키는 유인팬과; 상기 외기의 온도를 측정하는 외기 온도센서와, 상기 외기의 상대습도를 측정하는 외기 습도센서와, 상기 외기의 CO 2 농도를 측정하는 실내 CO 2센서를 포함하는 외기 센서부와; 상기 실내 공기의 온도를 측정하는 실내 온도센서와, 상기 실내 공기의 상대습도를 측정하는 실내 습도센서와, 상기 실내 공기의 CO 2 농도를 측정하는 실내 CO 2센서를 포함하는 실내 센서부와; 상기 실내의 인체를 감지하는 인체감지센서와; 상기 실내 공기의 분진 농도를 감지하는 분진감지센서와; 상기 실내 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 분진 필터를 이용해 필터링하고, 필터링된 공기를 실내로 토출하는 팬 필터 유닛과; 상기 인공 조명이 점등되어 상기 식물이 광합성을 하는 주간 모드시, 상기 인체감지센서에서 인체가 감지되고, 상기 실내 CO 2센서에서 측정한 CO 2농도가 미리 설정된 상한값 이상이면, 상기 실내 공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이에 따라 외기 도입율을 다르게 설정하여 환기하는 외기도입 제어모드를 수행하고, 상기 인공 조명이 소등되어 상기 식물이 호흡하는 야간 모드시, 상기 분진감지센서에서 감지된 분진 농도가 미리 설정된 분진 설정값 이상이면 상기 팬 필터 유닛을 설정시간동안 작동시키는 분진 필터링 모드를 수행하는 제어부를 포함한다.
[10]
본 발명의 다른 측면에 따른 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 방법은, 의약품 제조용 식물을 재배하는 밀폐형 식물 공장에서 센서부가 실내 공기의 온도와 상대습도를 일정 시간 간격으로 측정하고, 상기 밀폐형 식물 공장의 외기의 온도와 상대습도를 일정 시간 간격으로 측정하는 온/습도 측정단계와; 제어부가 상기 밀폐형 식물 공장의 실내에 구비된 인공 조명이 점등되어 상기 식물의 광합성이 이루어지는 주간 모드와, 상기 인공 조명이 소등되어 상기 식물의 호흡만 이루어지는 야간 모드 중 어느 하나를 설정하는 주야간 설정단계와; 상기 주야간 설정단계에서 상기 주간 모드로 설정되면, 상기 실내에서 인체감지센서가 인체 감지 여부를 판단하는 인체감지단계와; 상기 인체감지단계에서 인체가 감지되면, CO 2센서가 상기 실내의 CO 2 농도를 일정 시간 간격으로 측정하는 CO 2 농도 측정단계와; 상기 CO 2 농도 측정단계에서 측정된 상기 실내의 CO 2 농도가 미리 설정된 상한값 이상이면, 상기 제어부가 상기 실내 공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이에 따라 외기 도입율을 다르게 설정하여 환기하는 외기도입 제어모드를 수행하는 단계와; 상기 CO 2 농도 측정단계에서 측정된 상기 실내의 CO 2 농도가 상기 상한값 미만이고 미리 설정된 하한값 이상이면, 분진감지센서에서 감지된 실내 공기의 분진 농도를 미리 설정된 분진 설정값과 비교하는 분진 농도 판단단계와; 상기 분진 농도 판단단계에서 상기 분진 농도가 상기 분진 설정값 이상이면, 팬 필터 유닛을 설정시간동안 작동시켜 실내 공기를 필터링하는 분진 필터링 모드를 수행하는 단계와; 상기 설정시간이 경과되면, 상기 분진감지센서에서 감지된 실내 공기의 분진 농도를 상기 분진 설정값과 다시 비교하는 분진 농도 재판단 단계와; 상기 분진 농도 재판단 단계에서 상기 분진 농도가 상기 분진 설정값 미만이면, 상기 실내 공기의 엔탈피와 상기 외기의 엔탈피를 비교하여 외기를 도입하는 엔탈피 제어모드와, 외기를 도입하지 않고 실내공기를 순환시키는 실내순환모드 중 어느 하나가 설정되었는지 확인하는 엔탈피제어모드 확인단계와; 상기 엔탈피제어모드 확인단계에서 상기 엔탈피 제어모드가 설정되었다고 판단되면, 상기 실내 공기의 엔탈피와 상기 외기의 엔탈피를 계산하고, 상기 실내 공기의 엔탈피, 상기 외기의 엔탈피, 상기 외기의 온도, 상기 외기의 상대습도에 따라 상기 외기도입 제어모드의 수행 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

발명의 효과

[11]
본 발명에서는 엔탈피 제어모드를 확인하기 이전에 실내 공기의 분진농도에 따라 상기 팬 필터 유닛의 작동시켜 실내 공기를 우선적으로 정화시킴으로써, 실내의 분진을 효과적으로 제거하여 의약품 제조용 식물 생산을 위한 최적의 환경으로 유지할 수 있는 이점이 있다.
[12]
또한, 팬 필터 유닛을 설정시간동안 작동시킨 후 분진 농도를 재감지하여 충분히 정화되지 않았다고 판단되면, 외기를 도입하여 환기시키되, 실내 공기의 온도와 외기온도의 차이에 따라 외기 도입율을 다르게 제어하기 때문에, 공기 정화를 하면서도 실내 환경을 최적의 환경으로 제어할 수 있다.
[13]
또한, 팬 필터 유닛을 통해 실내 공기를 충분히 정화시킨 후, 실내외 공기의 엔탈피차에 의해 외기 도입을 제어하기 때문에, 적절한 외기 도입이 가능하고, 외기를 이용한 냉방을 통해 에너지를 절감시킬 수 있다.
[14]
또한, 식물이 광합성 작용을 하는 주간 모드시와 식물이 호흡 작용만을 하는 야간 모드시에 따라 외기 도입 제어를 다르게 제어함으로써, 보다 효율적으로 외기 도입이 이루어질 수 있다.
[15]
또한, 주간 모드시, 식물과 함께 작업자도 고려함으로써, 실내 환경을 최적의 환경으로 제어할 수 있다.

도면의 간단한 설명

[16]
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 공조기 방식 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템을 나타낸 도면이다.
[17]
도 2는 도 1에 도시된 공조기 방식 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
[18]
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 패키지형 항온항습기 방식 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템을 나타낸 도면이다.
[19]
도 4는 도 3에 도시된 패키지형 항온항습기 방식 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템의 구성이 도시된 블록도이다.
[20]
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 밀폐형 식물 공장의 분진 제어방법이 도시된 순서도이다.

발명의 실시를 위한 형태

[21]
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면, 다음과 같다.
[22]
본 발명의 실시예에 따른 밀폐형 식물 공장은, 의약품 제조용 식물(이하, '식물'이라 칭함)을 재배하기 위한 시설이다. 상기 밀폐형 식물 공장은 상기 식물을 재배하기 위한 최적의 환경으로 제어하고, 외부 감염이나 해충 등의 침입을 방지하기 위해 밀폐된다. 상기 밀폐형 식물 공장은, 상기 식물을 대상으로 환경을 제어하는 것이므로, 온도는 약 25℃, 습도는 40~80%, CO 2 농도는 800~1500ppm 으로 제어되며, 사람을 대상으로 공조하는 실과는 다른 조건을 가지므로 환경 제어도 다르다.
[23]
상기 밀폐형 식물 공장의 실내(R)에는, 상기 식물에 빛 에너지를 제공하여 상기 식물이 광합성을 하도록 하는 인공 조명(미도시)이 구비된다. 상기 인공 조명(미도시)은, 상기 식물의 성장에 필요한 광합성 에너지를 제공해야 하므로, 매우 높은 조명 밀도를 가져야 한다. 상기 인공 조명은 약 200W/m 2의 조명 밀도를 가질 수 있다. 따라서, 상기 밀폐형 식물 공장은 상기 인공 조명으로 인해 내부 발열 부하가 크고, 내부 발열 부하로 인한 냉방 부하도 매우 크기 때문에, 공조기 방식 또는 패키지형 항온항습기 방식을 이용하여 실내 온도 및 습도를 제어하는 것이 필요하다.
[24]
상기 밀폐형 식물 공장의 실내(R)에는 상기 식물(P)이 수용되는 복수의 트레이 부재들이 적치된다.
[25]
상기 식물은, 벤타미아나 등 수경 재배하는 식물이 포함된다. 상기 식물은, 식물체 내 외래단백질의 일시적 발현을 유도하기 위해서 단백질을 암호화하는 유전자로 형질전환된 아그로박테리움을 식물 조직에 침윤시키는 데 사용된다. 상기 밀폐형 식물 공장은, 상기 식물의 조직에 침윤 용액을 주입시키는 장치도 함께 구비될 수 있다.
[26]
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 공조기 방식 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템을 나타낸 도면이다. 도 2는 도 1에 도시된 공조기 방식 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템의 구성을 나타낸 블록도이다.
[27]
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템은, 공조기 방식이다.
[28]
상기 공조기 방식은, 외기를 도입하여, 외기를 냉각 또는 가열, 가습 또는 제습을 한 후 실내로 공급하는 방식이다.
[29]
상기 공조기 방식 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템은, 급기 덕트(10), 외기 댐퍼(11), 급기팬(12), 배기 덕트(20), 배기 댐퍼(21), 배기팬(22), 연결덕트(30), 순환공기 댐퍼(31), CO 2 공급장치(40), 가습 코일(42), 냉온수 코일(44), 재열코일(46), 외기필터(48), 외기 센서부(50), 실내 센서부(60), 인체감지센서(70), 분진감지센서(90), 분진필터 차압센서(91), 외기필터 차압센서(92), 팬 필터 유닛(95) 및 제어부(80)를 포함한다.
[30]
상기 급기 덕트(10)는, 외기 또는 외기와 순환공기가 혼합된 혼합 공기를 상기 실내(R)로 공급하기 위한 유로이다.
[31]
상기 외기 댐퍼(11)는, 상기 급기 덕트(10)의 일측에 설치되어, 상기 급기 덕트(10)로 유입되는 외기의 유입 유량을 조절하는 댐퍼이다.
[32]
상기 급기팬(12)은, 상기 급기 덕트(10)의 내부에 구비되어, 상기 실내(R)로 공급되는 공기를 송풍하는 팬이다.
[33]
상기 배기 덕트(20)는, 상기 실내(R)로부터 공기를 배출하기 위한 유로이다.
[34]
상기 배기 댐퍼(21)는, 상기 배기 덕트(20)의 일측에 설치되어, 상기 배기 덕트(20)로부터 배출되는 실내 공기의 유량을 조절하는 댐퍼이다.
[35]
상기 배기팬(22)은, 상기 배기 덕트(20)의 내부에 구비되어, 상기 실내(R)로부터 배출되는 공기를 송풍하는 팬이다.
[36]
상기 연결덕트(30)는, 상기 급기 덕트(10)와 상기 배기 덕트(20)를 연결하여, 상기 배기 덕트(20)를 통해 배출되는 실내 공기 중 일부를 상기 급기 덕트(10)로 순환시키는 유로이다.
[37]
상기 순환공기 댐퍼(31)는, 상기 연결덕트(30)의 내부에 구비되어, 상기 실내(R)에서 배출된 후 다시 상기 실내로 순환되는 순환공기의 유량을 조절하는 댐퍼이다.
[38]
상기 CO 2 공급장치(40)는, 상기 급기 덕트(10)의 내부에 설치되어, 상기 실내로 유입되는 공기에 CO 2를 공급하는 장치이다. 상기 식물은 광합성을 할 때 CO 2를 필요로 하기 때문에, 필요에 따라 CO 2를 공급할 수 있다.
[39]
상기 가습 코일(42)은, 상기 급기 덕트(10)의 내부에 설치되어, 상기 실내로 유입되는 공기를 가습시키는 장치이다. 상기 가습 코일(42)은, 상기 냉온수 코일(44)과 상기 CO 2 공급장치(40) 사이에 구비된다.
[40]
상기 냉온수 코일(44)은, 상기 급기 덕트(10)의 내부에 설치되어, 상기 실내로 유입되는 공기를 가열 또는 냉각시키는 장치이다.
[41]
상기 재열코일(46)은, 상기 급기 덕트(10)와 상기 실내(R)를 연결하는 유로 상에 설치되어, 상기 급기 덕트(10)에서 냉각 제습과정시 과냉되어 나온 공기를 재가열하는 장치이다.
[42]
상기 외기필터(48)는, 상기 급기 덕트(10)와 상기 실내(R)를 연결하는 유로 상에 설치되어, 상기 실내(R)로 공급되는 공기를 필터링한다.
[43]
상기 외기 센서부(50)는, 상기 급기 덕트(10)에 설치되어 상기 외기의 온도를 측정하는 외기 온도센서(51)와, 상기 외기의 상대습도를 측정하는 외기 습도센서(52)와, 상기 외기의 CO 2 농도를 측정하는 실내 CO 2센서(53)를 포함한다.
[44]
상기 실내 센서부(60)는, 상기 배기 덕트(20)에 설치되어, 상기 실내(R)로부터 배출되는 실내 공기의 온도를 측정하는 실내 온도센서(61)와, 상기 실내 공기의 상대습도를 측정하는 실내 습도센서(62)와, 상기 실내 공기의 CO 2 농도를 측정하는 실내 CO 2센서(63)를 포함한다.
[45]
상기 인체감지센서(70)는, 상기 실내(R)에 설치되어, 상기 실내(R)에 존재하는 인체를 감지한다. 상기 실내(R)는 평상시에는 상기 식물만으로 고려하여 환경이 제어되는 바, 작업자 등의 사람의 출입시 인체를 위한 환경도 고려되어야 하고, 상기 인체로 인해 상기 실내(R)의 환경이 변할 수도 있으므로 인체 여부를 감지하는 상기 인체감지센서(70)가 구비되어야 한다.
[46]
또한, 상기 급기 덕트(10)의 내부에서 상기 연결 덕트(30)를 통해 유입된 실내 공기와 외기가 혼합되는 위치에는 실내 공기와 외기가 혼합된 혼합 공기의 온도를 측정하는 혼합공기 온도센서(72)가 설치될 수 있다.
[47]
상기 분진감지센서(90)는, 실내 공기의 분진 농도를 감지하는 센서이다. 상기 분진감지센서(90)는, 실내의 천장 또는 벽면에 설치될 수 있다.
[48]
상기 팬 필터 유닛(95)은, 상기 실내 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 분진 필터(96)를 이용해 필터링하고, 필터링된 공기를 실내로 토출하는 공기 정화 유닛이다. 상기 분진 필터(96)는 헤파 필터 등이 사용될 수 있다. 상기 팬 필터 유닛(95)은, 실내의 천장에 설치된 것으로 예를 들어 설명한다.
[49]
상기 분진필터 차압센서(91)는, 상기 팬 필터 유닛(95)에 구비되어, 상기 분진 필터(96)의 흡입측 압력과 토출측 압력의 차이를 측정하는 압력 센서이다.
[50]
상기 외기필터 차압센서(92)는, 상기 외기 필터(48)의 흡입 압력과 토출 압력의 차이를 측정하는 압력 센서이다.
[51]
상기 제어부(80)는, 상기 인공 조명(미도시)의 점등 여부, 상기 인체감지센서(70), 상기 실내 CO 2센서(63), 상기 실내 온도 센서(61), 상기 실내 습도 센서(62), 상기 외기 온도 센서(51), 상기 외기 습도 센서(52), 상기 외기 CO 2센서(53), 상기 혼합공기 온도센서(72) 및 상기 분진감지센서(90)의 감지 신호에 따라 상기 외기 댐퍼(11), 상기 배기 댐퍼(21), 상기 순환공기 댐퍼(31) 및 상기 팬 필터 유닛(95)의 작동을 제어하여, 외기도입 제어모드, 엔탈피 제어모드, 실내순환모드 및 분진 필터링 모드 중 적어도 하나를 수행한다.
[52]
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 패키지형 항온항습기 방식 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템을 나타낸 도면이다. 도 4는 도 3에 도시된 패키지형 항온항습기 방식 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템의 구성이 도시된 블록도이다.
[53]
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템은, 패키지형 항온항습기 방식인 점이 상기 제1실시예와 상이하다.
[54]
상기 패키지형 항온항습기 방식은, 상기 밀폐형 식물 공장의 실내(R)에 항온항습기(100)가 설치되어, 상기 항온항습기(100)가 미리 설정된 온도와 미리 설정된 습도로 조화된 공기를 공급하는 방식이다. 따라서, 상기 항온항습기 방식은 공조기 방식에 필요한 가습 코일이나 재열 코일이 외기 도입 유로 상에 별도로 설치되지 않는다.
[55]
상기 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템은, 상기 항온항습기(100), 외기 댐퍼(110), 급기팬(112), 배기 댐퍼(120), 배기팬(122), 유인팬(200), CO 2 공급장치(140), 외기 필터(148), 외기 센서부(150), 실내 센서부(160), 인체감지센서(170), 분진감지센서(190), 분진필터 차압센서(191), 외기필터 차압센서(192), 팬 필터 유닛(195) 및 제어부(180)를 포함한다.
[56]
상기 외기 댐퍼(110)는, 외기를 상기 실내(R)로 공급하는 유로 상에 설치되어 외기의 유입유량을 조절한다.
[57]
상기 급기팬(112)은, 상기 실내(R)로 공급되는 공기를 송풍하는 팬이다.
[58]
상기 배기 댐퍼(120)는, 상기 실내(R)로부터 실내 공기를 배출하는 유로 상에 설치되어, 배출되는 실내 공기의 유량을 조절한다.
[59]
상기 배기팬(122)은, 상기 실내(R)로부터 배출되는 공기를 송풍하는 팬이다.
[60]
상기 유인팬(200)은, 상기 실내(R)의 기류가 균일하도록 실내 공기를 순환시키는 팬이다.
[61]
상기 CO 2 공급장치(140)는, 상기 실내에 CO 2를 직접 공급하는 장치이다. 상기 식물은 광합성을 할 때 CO 2를 필요로 하기 때문에, 필요에 따라 CO 2를 공급할 수 있다.
[62]
상기 외기 필터(148)는, 외기를 상기 실내(R)로 공급하는 유로 상에 설치되어, 상기 실내(R)로 공급되는 공기를 필터링한다. 따라서, 외부 감염이나 해충의 침입을 방지할 수 있다.
[63]
상기 외기 센서부(150)는, 상기 밀폐형 식물 공장의 외부 또는 외기를 상기 실내(R)로 공급하는 유로 상에 설치된다. 상기 외기 센서부(150)는, 상기 외기의 온도를 측정하는 외기 온도센서(151)와, 상기 외기의 상대습도를 측정하는 외기 습도센서(152)와, 상기 외기의 CO 2 농도를 측정하는 실내 CO 2센서(153)를 포함한다.
[64]
상기 실내 센서부(160)는, 상기 실내(R) 또는 상기 실내(R)로부터 실내 공기를 배출하는 유로 상에 설치된다. 상기 실내 센서부(160)는, 상기 실내(R)로부터 배출되는 실내 공기의 온도를 측정하는 실내 온도센서(161)와, 상기 실내 공기의 상대습도를 측정하는 실내 습도센서(162)와, 상기 실내 공기의 CO 2 농도를 측정하는 실내 CO 2센서(163)를 포함한다.
[65]
상기 인체감지센서(170)는, 상기 실내(R)에 설치되어, 상기 실내(R)에 존재하는 인체를 감지한다. 상기 실내(R)는 평상시에는 상기 식물만으로 고려하여 환경이 제어되는 바, 작업자 등의 사람의 출입시 인체를 위한 환경도 고려되어야 하고, 상기 인체로 인해 상기 실내(R)의 환경이 변할 수도 있으므로 인체 여부를 감지하는 상기 인체감지센서(170)가 구비되어야 한다.
[66]
상기 분진감지센서(190)는, 실내 공기의 분진 농도를 감지하는 센서이다. 상기 분진감지센서(190)는, 상기 항온항습기(100)의 흡입구 측에 설치된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고, 상기 분진감지센서(190)는 실내의 천장 또는 벽면에 설치될 수 있다.
[67]
상기 팬 필터 유닛(195)은, 상기 실내 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 분진 필터(196)를 이용해 필터링하고, 필터링된 공기를 실내로 토출하는 공기 정화 유닛이다. 상기 분진 필터(96)는 헤파 필터 등이 사용될 수 있다. 상기 팬 필터 유닛(195)은, 실내의 천장에 설치된 것으로 예를 들어 설명한다.
[68]
상기 분진필터 차압센서(191)는, 상기 팬 필터 유닛(195)에 구비되어, 상기 분진 필터(196)의 흡입측 압력과 토출측 압력의 차이를 측정하는 압력 센서이다.
[69]
상기 외기필터 차압센서(192)는, 상기 외기 필터(148)의 흡입 압력과 토출 압력의 차이를 측정하는 압력 센서이다.
[70]
상기 제어부(180)는, 상기 인공 조명(미도시)의 점등 여부, 상기 인체감지센서(170), 상기 실내 CO 2센서(163), 상기 실내 온도 센서(161), 상기 실내 습도 센서(162), 상기 외기 온도 센서(151), 상기 외기 습도 센서(152), 상기 외기 CO 2센서(153), 상기 혼합공기 온도센서(172) 및 상기 분진감지센서(190)의 감지 신호에 따라 외기도입 제어모드, 엔탈피 제어모드, 실내순환모드 및 분진필터링 모드 중 적어도 하나를 수행한다.
[71]
도 5 내지 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 밀폐형 식물 공장의 분진 제어방법이 도시된 순서도이다.
[72]
도 5 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 밀폐형 식물 공장의 분진 제어방법에 대해 설명한다.
[73]
상기 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템은, 공조기 방식과 패키지형 항온항습기 방식으로 구분하여 설명하였으나, 제어방법은 통합적으로 설명한다.
[74]
상기 밀폐형 식물 공장의 가동시, 상기 실내(R)가 미리 설정된 온도와 미리 설정된 습도로 유지된다.
[75]
도 5를 참조하면, 상기 밀폐형 식물 공장의 가동과 환경 제어가 시작되면, 실내 공기의 온도와 실내 공기의 상대습도, 외기의 온도와 외기의 상대습도를 일정시간 간격으로 측정한다.(S1)
[76]
또한, 상기 제어부는, 주/야간 모드를 설정하는 주야간 설정단계를 수행한다.(S2)
[77]
상기 주간 모드는, 상기 인공 조명이 점등되어 상기 식물의 광합성이 이루어지는 명기이다. 상기 야간 모드는, 상기 인공 조명이 소등되어 상기 식물의 호흡 작용만 이루어지는 암기이다. 상기 밀폐형 식물 공장은, 식물을 고려하여 환경제어가 이루어지는 곳이므로, 주간 모드인지 야간모드인지에 따라 식물이 활동이 달라지므로 이에 따른 제어가 달라진다. 또한, 상기 주간 모드시에는 광합성이 이루어져야 하기 때문에, 상기 CO 2 농도가 야간 모드시보다 중요하다. 또한, 야간 모드시에는 식물의 호흡이 이루어지기 때문에, 외기를 바로 공급해도 식물 성장에 필요한 CO 2 농도에는 영향이 없으므로 외기를 이용하여 냉방하여 에너지 절감을 이룰 수 있다. 따라서, 주간 모드와 야간 모드에 따라 환경 제어가 달라진다.
[78]
상기 주야간 설정단계(S2)에서, 상기 야간 모드로 설정되는 경우는 뒤에서 상세히 설명한다.
[79]
상기 주야간 설정단계(S2)에서, 상기 주간 모드로 설정되면, 상기 제어부는 상기 실내에서 인체가 감지되었는지 여부를 판단하는 인체감지단계를 수행한다.(S3)
[80]
상기 주간 모드시에는 작업자가 상기 실내(R)를 출입하면서 작업을 할 수 있으므로, 상기 실내(R)의 CO 2 농도가 너무 높을 경우 작업자의 호흡에 문제가 발생할 수도 있고, 상기 작업자로 인해 상기 실내(R)의 CO 2 농도에 영향을 줄 수도 있다. 즉, 상기 주간 모드시에는 상기 실내(R)의 CO 2 농도가 1000ppm을 넘지 않도록 제어해야 한다. 따라서, 상기 주간 모드시에는 작업자의 유무를 파악하기 위해 인체감지단계를 수행한다.
[81]
상기 인체감지단계(S3)에서 인체가 감지되면, 상기 실내의 CO 2 농도를 일정 시간 간격으로 측정하는 CO 2 농도 측정단계를 수행한다.(S4)
[82]
상기 CO 2 농도 측정단계(S4)에서 측정된 상기 실내의 CO 2 농도를 미리 설정된 상한값과 비교한다.(S5)
[83]
상기 실내의 CO 2 농도를 미리 설정된 상한값 이상이면, 상기 제어부가 상기 실내 공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이에 따라 외기 도입율을 다르게 설정하여 환기하는 외기도입 제어모드(S100)를 수행한다. 상기 외기도입 제어모드(S100)는 뒤에서 상세히 설명하기로 한다.
[84]
상기 CO 2 농도 측정단계(S4)에서 측정된 상기 실내의 CO 2 농도가 상기 상한값 미만이면, 상기 실내의 CO 2 농도를 미리 설정된 하한값과 비교한다.(S6)
[85]
상기 실내의 CO 2 농도가 상기 하한값 미만이면, 상기 실내의 CO 2 농도가 높지 않다고 판단하여 작업자의 작업 환경에 영향을 주지 않는다고 판단할 수 있다. 따라서, 상기 실내의 CO 2 농도가 상기 하한값 미만이면, 상기 CO 2 농도를 계속해서 측정하며 상태를 확인한다.
[86]
한편, 상기 실내의 CO 2 농도가 상기 하한값 이상이면, 분진 농도를 감지하여 팬 필터 유닛의 작동을 제어한다.
[87]
즉, 상기 실내의 CO 2 농도가 상기 하한값 이상이면, 상기 분진감지센서(91)(191)가 실내 공기의 분진 농도를 감지하는 분진농도 감지 단계를 수행한다.(S7)
[88]
다만, 이에 한정되지 않고, 상기 분진농도 감지는 상기 실내 공기의 온도, 습도, 상기 외기의 온도, 상대습도를 측정하는 단계에서 함께 수행되거나, 실시간으로 이루어질 수 있다.
[89]
상기에서 감지된 분진 농도를 미리 설정된 분진 설정값과 비교하는 분진 농도 판단단계를 수행한다.(S8)
[90]
상기 분진 설정값은, 상기 밀폐형 식물공장 내의 식물 성장에 영향을 줄 수 있는 분진 농도로 미리 설정된다.
[91]
상기 분진 농도가 상기 분진 설정값 이상이면, 상기 제어부는 상기 팬 필터 유닛(95)(195)을 작동시킨다.(S9)
[92]
상기 팬 필터 유닛(95)(195)은 미리 설정된 설정시간 동안 작동시킨다. 상기 팬 필터 유닛(95)(195)이 작동되면, 상기 팬 필터 유닛(95)(195)의 내부로 실내 공기가 흡입된 후 상기 분진 필터(96)(196)에서 분진이 걸러진다. 상기 분진 필터(96)(196)에서 필터링된 깨끗한 공기는 다시 실내로 토출한다.
[93]
상기 팬 필터 유닛(95)(195)이 작동되는 동안, 상기 설정시간이 경과하는 지 여부를 판단한다.(S10)
[94]
상기 설정시간이 경과되면, 상기 분진감지센서(91)(191)에서 실내 공기의 분진 농도를 재감지하는 분진 농도 재감지 단계를 수행한다.(S11)
[95]
여기서는, 상기 분진감지센서(91)(191)가 실내 공기의 분진 농도를 재감지하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 분진감지센서(91)(191)는 실시간으로 분진 농도를 감지하고 있을 수도 있다.
[96]
상기 분진 농도 재감지 단계에서 재감지된 분진 농도를 상기 분진 설정값과 다시 비교하는 분진 농도 재판단 단계를 수행한다.(S12)
[97]
상기 분진 농도 재판단 단계(S12)에서 상기 재감지된 분진 농도가 상기 분진 설정값 미만이라고 판단되면, 상기 팬 필터 유닛(95)(195)이 작동되는 동안 실내 공기가 충분히 정화되었다고 판단한다.
[98]
따라서, 상기 팬 필터 유닛(95)(195)의 작동을 중지한다.(S13)
[99]
상기 팬 필터 유닛(95)(195)의 작동이 중지한 후, 상기 제어부는 상기 실내 공기의 엔탈피와 상기 외기의 엔탈피를 비교하여 외기를 도입하는 엔탈피 제어모드와, 외기를 도입하지 않고 실내공기를 순환시키는 실내순환모드(S200) 중 어느 하나가 설정되었는지 확인하는 엔탈피제어모드 확인단계를 수행한다.(S14)
[100]
도 6을 참조하면, 상기 엔탈피제어모드 확인단계(S14)에서 상기 엔탈피 제어모드가 설정되었다고 판단되면, 상기 실내 공기의 엔탈피와 상기 외기의 엔탈피를 계산한다.(S15)
[101]
상기 엔탈피의 계산방법은 수학식 1과 같다.
[102]
[수식1]


[103]
수학식 1에서, T= 온도, c a 는 건조공기의 정압비열(1,005J/kg·K, 0.240kcal/kg·℃),c v 는 증기의 정압비열(1,846J/kg·K, 0.441kcal/kg·℃), r 0는 0℃물의 증발잠열(2,501ㅧ103J/kg, 597.5kcal/kg)을 나타낸다.
[104]
상기 절대습도(x)를 계산하는 방법은 수학식 2와 같다.
[105]
[수식2]


[106]
여기서, P는 대기압이고, Pw는 수증기 분압을 나타낸다.
[107]
상기 대기압(P)은 수학식 3에 의해 계산되고, 상기 수증기 분압(Pw)은 수학식 4에 의해 계산된다.
[108]
[수식3]


[109]
여기서,P 0은 표준대기의 해수면에서 대기압(=101.325kPa(760mmHg)), Z는 해발고도(m)이고, T 0ab는 288.15K(=15+273.15)
[110]
여기서, T 0ab는 표준 대기의 해수면에서의 대기압이다.
[111]
[수식4]


[112]
여기서, RH 는 상대습도(%)이고, P ws 는 포화수증기압(kPa)이며, 수학식 5에 의해 계산된다.
[113]
[수식5]


[114]
여기서, T ab[k]=T+273.15이다.
[115]
상기 수학식 1에 의해 실내 공기의 엔탈피와 외기의 엔탈피를 각각 구하면, 상기 실내 공기의 엔탈피와 외기의 엔탈피의 차이를 계산한다. 상기 실내 공기의 엔탈피와 외기의 엔탈피의 차이를 엔탈피 에너지라 할 수 있다.
[116]
상기 실내 공기의 엔탈피와 상기 외기의 엔탈피를 비교한다.(S16)
[117]
상기 외기의 엔탈피가 상기 실내 공기의 엔탈피를 초과하면, 외기 도입을 하지 않도록 상기 온도와 습도를 측정하는 단계(S1)로 돌아간다.
[118]
상기 외기의 엔탈피가 상기 실내 공기의 엔탈피 이하이면, 상기 외기의 온도를 미리 설정된 실내 설정온도와 비교한다.(S17)
[119]
상기 외기의 온도가 상기 실내 설정온도를 초과하면, 외기 도입을 하지 않도록 상기 온도와 습도를 측정하는 단계(S1)로 돌아간다.
[120]
상기 외기의 온도가 상기 실내 설정온도 이하이면, 상기 외기의 상대습도가 미리 설정된 설정습도범위이내인지 판단한다.(S18)
[121]
상기 외기의 상대습도가 상기 설정습도범위를 벗어나면, 외기 도입을 하지 않도록 상기 온도와 습도를 측정하는 단계(S1)로 돌아간다.
[122]
상기 외기의 상대습도가 상기 설정습도범위 이내이면, 상기 외기도입 제어모드(S100)를 수행한다.
[123]
상기 밀폐형 식물 공장의 실내를 항온항습 상태로 유지시, 외기 도입시 가습 또는 제습을 위한 잠열부하가 커져 경제성이 저하될 수 있으므로, 상기 외기의 상대습도가 상기 설정습도 범위 이내일때 외기를 도입하도록 제어한다.
[124]
도 7을 참조하면, 상기 외기도입 제어모드(S100)를 설명한다.
[125]
상기 외기도입 제어모드(S100)에서는, 상기 실내공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이를 계산한다.(S101)
[126]
외기 도입시, 외기 도입으로 인한 온도 변화에 의해 식물이 스트레스 받는 것을 방지하기 위해, 상기 실내공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이에 따라 외기의 급기량을 다르게 제어한다.
[127]
상기 외기의 급기량은, 상기 시스템이 상기 공조기 방식일 때는 상기 외기 댐퍼와 상기 배기 댐퍼의 개도 조절을 통해 조절하며, 상기 패키지형 항온합습기 방식일 때는 상기 급기 팬과 상기 배기 팬의 회전수 제어나 극수 제어(pole change)를 통해 조절할 수 있다.
[128]
따라서, 상기 시스템이 상기 공조기 방식인지 상기 패키지형 항온항습기인지를 판단한다.(S102)
[129]
상기 외기도입 제어모드이고, 상기 공조기 방식인 경우 제어방법은 다음과 같다.
[130]
상기 실내공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이가 미리 설정된 최소값 이하이면, 상기 배기 댐퍼, 상기 외기 댐퍼 및 상기 순환공기 댐퍼를 미리 설정된 최대 개도로 개방한다.(S103)(S104)
[131]
여기서, 상기 최소값은 5℃이고, 상기 최대 개도는 100% 개도인 것으로 예를 들어 설명한다.
[132]
또한, 상기 실내공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이가 상기 최소값을 초과하고, 미리 설정된 최대값 이하이면, 상기 배기 댐퍼, 상기 외기 댐퍼 및 상기 순환공기 댐퍼를 상기 실내공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이에 비례하게 설정된 개도율에 따라 개방한다.(S105)(S106)
[133]
여기서, 상기 최대값은 10℃인 것으로 예를 들어 설명한다.
[134]
또한, 상기 실내공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이가 상기 최대값을 초과하면, 상기 배기 댐퍼, 상기 외기 댐퍼 및 상기 순환공기 댐퍼를 미리 설정된 최소 개도로 개방한다.(S107)(S108)
[135]
여기서, 상기 최소 개도는, 미리 설정된다.
[136]
한편, 상기 외기도입 제어모드이고, 상기 패키지형 항온항습기 방식인 경우 제어방법은 다음과 같다.
[137]
상기 배기 댐퍼와 상기 외기 댐퍼를 미리 설정된 최대 개도로 개방한다.(S111)
[138]
여기서, 상기 최대 개도는 100% 개도인 것으로 예를 들어 설명한다.
[139]
또한, 상기 실내공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이가 미리 설정된 최소값 이하이면, 상기 급기팬과 상기 배기 팬을 미리 설정된 최대 가동율로 작동을 제어한다.(S112)(S113)
[140]
여기서, 상기 최소값은 5℃이고, 상기 최대 가동율은 100%인 것으로 예를 들어 설명한다.
[141]
또한, 상기 실내공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이가 상기 최소값을 초과하고, 미리 설정된 최대값 이하이면, 상기 급기팬과 상기 배기팬을 상기 온도의 차이에 비례하게 설정된 가동율로 작동을 제어한다.(S114)(S115)
[142]
여기서, 상기 최대값은 10℃인 것으로 예를 들어 설명한다.
[143]
또한, 상기 실내공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이가 상기 최대값을 초과하면, 상기 급기팬과 상기 배기팬을 미리 설정된 최소 가동율로 작동을 제어한다.(S116)(S117)
[144]
여기서, 상기 최소 가동율은 미리 설정된다.
[145]
한편, 도 5의 상기 주야간 설정단계(S2)에서, 상기 야간 모드로 설정되면, 상기 야간 모드시에는 CO 2 농도가 중요하지 않으므로 CO 2 농도는 측정하지 않는다.
[146]
상기 야간 모드로 설정되면, 상기 엔탈피 제어모드가 설정되었는지 확인하기 이전에 상기 분진 농도 감지 단계(S7)를 우선적으로 수행한다.
[147]
한편, 도 5의 상기 엔탈피제어모드 확인단계(S14)에서 상기 엔탈피제어모드가 설정되지 않고, 상기 실내순환모드(S200)가 설정되었다고 판단되면, 외기 도입을 하지 않는 상기 실내순환모드(S200)를 수행한다.
[148]
도 8을 참조하면, 상기 실내순환모드(S200)를 설명한다.
[149]
상기 공조기 방식이면, 상기 배기 댐퍼, 상기 외기 댐퍼 및 상기 순환공기 댐퍼를 모두 닫는다.(S202)
[150]
상기 항온항습기 방식이면, 상기 배기 댐퍼와 상기 외기 댐퍼를 모두 닫고, 상기 급기팬과 상기 배기팬을 모두 정지시킨다.(S203)(S204)
[151]
한편, 도 5의 상기 분진 농도 재판단단계(S12)에서 상기 재감지된 분진 농도가 상기 분진 설정값 이상이라고 판단되면, 상기 팬 필터 유닛(95)(195)이 작동되는 동안 실내 공기가 충분히 정화되지 않았다고 판단한다.
[152]
따라서, 상기 제어부는, 상기 팬 필터 유닛(95)(195)의 작동을 유지하면서, 외기를 도입시켜 환기시키기 위하여 상기 외기 도입 제어모드(S100)를 수행한다.
[153]
상기 외기 도입시 상기 외기 필터(48)(148)가 유입되는 외기의 분진을 필터링할 수 있다.
[154]
한편, 도 5의 상기 인체감지단계(S3)에서 인체가 감지되지 않으면, 상기 제어부는 상기 실내의 CO 2 농도를 미리 설정된 하한값과 비교한다.(S6)
[155]
상기 실내의 CO 2 농도가 상기 하한값 이상이면, 상기 분진감지센서(91)(191)가 실내 공기의 분진 농도를 감지하는 상기 분진농도 감지 단계를 수행한다.(S7)
[156]
한편, 상기 분진 필터 차압 센서(91)(191)에서 감지된 상기 분진 필터의 흡입 압력과 토출 압력의 차이가 미리 설정된 차이값 이상이면, 상기 분진 필터(96)(196)의 교체가 필요하다고 판단하여 교체를 알리는 경보를 표시할 수 있다.
[157]
또한, 상기 외기 필터 차압 센서(92)(192)에서 감지된 상기 외기 필터의 흡입 압력과 토출 압력의 차이가 미리 설정된 차이값 이상이면, 상기 외기 필터(92)(192)의 교체가 필요하다고 판단하여 교체를 알리는 경보를 표시할 수 있다.
[158]
상기와 같이, 본 발명에서는 상기 엔탈피 제어모드를 확인하는 단계(S7) 이전에 실내 공기의 분진농도를 측정하고, 분진 농도에 따라 상기 팬 필터 유닛의 작동시켜 실내 공기를 우선적으로 정화시킬 수 있다.
[159]
또한, 상기 팬 필터 유닛을 상기 설정시간동안 작동시킨 후, 상기 분진 농도를 재감지하여 충분히 정화되지 않았다고 판단하면 외기를 도입하여 환기시키되, 실내 공기의 온도와 외기온도의 차이에 따라 외기 도입율을 다르게 제어하기 때문에, 공기 정화를 하면서 실내 환경을 최적의 환경으로 제어할 수 있다.
[160]
또한, 상기 실내의 CO 2 농도가 상기 상한값과 상기 하한값 사이의 범위에 들 경우, 실내외 공기의 엔탈피차에 의해 외기 도입을 제어하기 때문에, 적절한 외기 도입이 가능하고, 외기를 이용한 냉방을 통해 에너지를 절감시킬 수 있다.
[161]
또한, 식물이 광합성 작용을 하는 주간 모드시와 식물이 호흡 작용만을 하는 야간 모드시에 따라 외기 도입 제어를 다르게 제어함으로써, 보다 효율적으로 외기 도입이 이루어질 수 있다.
[162]
또한, 주간 모드시, 식물과 함께 작업자도 고려함으로써, 실내 환경을 최적의 환경으로 제어할 수 있다.
[163]
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

산업상 이용가능성

[164]
본 발명을 이용하면, 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템을 제조할 수 있다.

청구범위

[청구항 1]
의약품 제조용 식물이 수용된 복수의 트레이 부재들이 적치되고, 상기 식물에 빛 에너지를 제공하는 인공 조명이 구비된 밀폐형 식물 공장에 있어서, 상기 밀폐형 식물 공장의 실내로 공기를 공급하는 급기 덕트에 설치되어, 상기 급기 덕트로 유입되는 외기의 유입 유량을 조절하는 외기 댐퍼와; 상기 실내에서 공기를 배출하는 배기 덕트에 설치되어, 상기 실내로부터 배출되는 실내 공기의 유량을 조절하는 배기 댐퍼와; 상기 급기 덕트와 상기 배기 덕트를 연결하는 연결 덕트에 설치되어, 상기 실내에서 배출된 후 다시 상기 실내로 순환되는 순환공기의 유량을 조절하는 순환공기 댐퍼와; 상기 급기 덕트에 설치되어, 상기 실내로 유입되는 공기에 CO 2를 공급하는 CO 2 공급장치와; 상기 급기 덕트에 설치되어, 상기 실내로 유입되는 공기를 가습하는 가습코일과; 상기 급기 덕트에 설치되어, 상기 실내로 유입되는 공기를 가열 또는 냉각시키는 냉온수 코일과; 상기 급기 덕트에 설치되어, 상기 외기의 온도를 측정하는 외기 온도센서와, 상기 외기의 상대습도를 측정하는 외기 습도센서와, 상기 외기의 CO 2 농도를 측정하는 실내 CO 2센서를 포함하는 외기 센서부와; 상기 배기 덕트에 설치되어, 상기 실내 공기의 온도를 측정하는 실내 온도센서와, 상기 실내 공기의 상대습도를 측정하는 실내 습도센서와, 상기 실내 공기의 CO 2 농도를 측정하는 실내 CO 2센서를 포함하는 실내 센서부와; 상기 실내의 인체를 감지하는 인체감지센서와; 상기 실내 공기의 분진 농도를 감지하는 분진감지센서와; 상기 실내 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 분진 필터를 이용해 필터링하고, 필터링된 공기를 실내로 토출하는 팬 필터 유닛과; 상기 인공 조명이 점등되어 상기 식물이 광합성을 하는 주간 모드시, 상기 인체감지센서에서 인체가 감지되고, 상기 실내 CO 2센서에서 측정한 CO 2농도가 미리 설정된 상한값 이상이면, 상기 실내 공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이에 따라 외기 도입율을 다르게 설정하여 환기하는 외기도입 제어모드를 수행하고, 상기 인공 조명이 소등되어 상기 식물이 호흡하는 야간 모드시, 상기 분진감지센서에서 감지된 분진 농도가 미리 설정된 분진 설정값 이상이면 상기 팬 필터 유닛을 설정시간동안 작동시키는 분진 필터링 모드를 수행하는 제어부를 포함하는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템.
[청구항 2]
의약품 제조용 식물이 수용된 복수의 트레이 부재들이 적치되고, 상기 식물에 빛 에너지를 제공하는 인공 조명이 구비된 밀폐형 식물 공장에 있어서, 상기 밀폐형 식물 공장의 실내에 구비되어, 미리 설정된 온도와 미리 설정된 습도의 공기를 실내에 공급하는 항온 항습기와; 상기 실내로 CO 2를 공급하는 CO 2 공급장치와; 상기 실내로 유입되는 외기의 유량을 조절하는 외기 댐퍼와; 상기 실내에서 배출되는 실내 공기의 유량을 조절하는 배기 댐퍼와; 상기 외기 댐퍼로 유입되는 외기를 송풍하는 급기팬과; 상기 배기 댐퍼를 통해 배출되는 실내 공기를 송풍하는 배기팬과; 상기 실내의 천장에 구비되어, 상기 실내의 기류가 균일하도록 공기를 순환시키는 유인팬과; 상기 외기의 온도를 측정하는 외기 온도센서와, 상기 외기의 상대습도를 측정하는 외기 습도센서와, 상기 외기의 CO 2 농도를 측정하는 실내 CO 2센서를 포함하는 외기 센서부와; 상기 실내 공기의 온도를 측정하는 실내 온도센서와, 상기 실내 공기의 상대습도를 측정하는 실내 습도센서와, 상기 실내 공기의 CO 2 농도를 측정하는 실내 CO 2센서를 포함하는 실내 센서부와; 상기 실내의 인체를 감지하는 인체감지센서와; 상기 실내 공기의 분진 농도를 감지하는 분진감지센서와; 상기 실내 공기를 흡입하고, 흡입된 공기를 분진 필터를 이용해 필터링하고, 필터링된 공기를 실내로 토출하는 팬 필터 유닛과; 상기 인공 조명이 점등되어 상기 식물이 광합성을 하는 주간 모드시, 상기 인체감지센서에서 인체가 감지되고, 상기 실내 CO 2센서에서 측정한 CO 2농도가 미리 설정된 상한값 이상이면, 상기 실내 공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이에 따라 외기 도입율을 다르게 설정하여 환기하는 외기도입 제어모드를 수행하고, 상기 인공 조명이 소등되어 상기 식물이 호흡하는 야간 모드시, 상기 분진감지센서에서 감지된 분진 농도가 미리 설정된 분진 설정값 이상이면 상기 팬 필터 유닛을 설정시간동안 작동시키는 분진 필터링 모드를 수행하는 제어부를 포함하는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템.
[청구항 3]
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제어부는, 상기 분진 필터링 모드가 시작된 후 상기 설정시간이 경과하면, 상기 분진감지센서에서 감지된 분진 농도를 상기 분진 설정값과 다시 비교하고, 상기 분진 농도가 상기 분진 설정값 이상이면, 상기 팬 필터 유닛을 작동시키면서 상기 외기도입 제어모드를 수행하여 환기시키는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템.
[청구항 4]
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제어부는, 상기 분진 필터링 모드가 시작된 후 상기 설정시간이 경과하면, 상기 분진감지센서에서 감지된 분진 농도를 상기 분진 설정값과 다시 비교하고, 상기 분진 농도가 상기 분진 설정값 미만이면, 상기 실내 공기의 엔탈피와 상기 외기의 엔탈피를 비교하여 외기를 도입하는 엔탈피 제어모드와, 외기를 도입하지 않고 실내공기를 순환시키는 실내순환모드 중 어느 하나가 설정되었는지 판단하고, 설정된 모드로 환기를 제어하는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템.
[청구항 5]
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제어부는, 상기 주간 모드시, 상기 실내 CO 2센서에서 측정한 CO 2농도가 상기 상한값 미만이고, 미리 설정된 하한값 이상이면, 상기 분진감지센서에서 감지된 분진 농도를 상기 분진 설정값과 비교하고, 상기 분진 농도가 상기 분진 설정값 이상이면 상기 팬 필터 유닛을 설정시간동안 작동시키는 상기 분진 필터링 모드를 수행하는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템.
[청구항 6]
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 팬 필터 유닛의 흡입 압력과 토출 압력의 차이를 측정하는 분진 필터 차압 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 분진 필터 차압 센서에서 감지된 압력의 차이가 미리 설정된 차이값 이상이면, 상기 분진 필터의 교체를 경보하는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템.
[청구항 7]
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 실내로 유입되는 외기를 필터링하는 외기 필터와, 상기 외기 필터의 흡입 압력과 토출 압력의 차이를 측정하는 외기 필터 차압 센서를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 외기 필터 차압 센서에서 감지된 압력의 차이가 미리 설정된 차이값 이상이면, 상기 외기 필터의 교체를 경보하는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템.
[청구항 8]
청구항 4에 있어서, 상기 제어부는, 상기 엔탈피 제어모드가 설정되었다고 판단되면, 상기 실내 공기의 엔탈피와 상기 외기의 엔탈피를 계산하여 비교하고, 상기 외기의 엔탈피가 상기 실내 공기의 엔탈피 이하이면, 상기 외기의 온도를 미리 설정된 실내 설정온도와 비교하고, 상기 외기의 온도가 상기 실내 설정온도 이하이면, 외기의 상대습도가 미리 설정된 설정습도범위이내인지 판단하고, 상기 외기의 상대습도가 상기 설정습도범위 이내이면, 상기 외기도입 제어모드를 수행하는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템.
[청구항 9]
청구항 1에 있어서, 상기 제어부는, 상기 외기도입 제어모드시, 상기 실내공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이가 미리 설정된 최소값 이하이면, 상기 배기 댐퍼, 상기 외기 댐퍼 및 상기 순환공기 댐퍼를 미리 설정된 최대 개도로 개방하고, 상기 실내공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이가 상기 최소값을 초과하고, 미리 설정된 최대값 이하이면, 상기 배기 댐퍼, 상기 외기 댐퍼 및 상기 순환공기 댐퍼를 상기 온도의 차이에 비례하게 설정된 개도율에 따라 개방하고, 상기 실내공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이가 상기 최대값을 초과하면, 상기 배기 댐퍼, 상기 외기 댐퍼 및 상기 순환공기 댐퍼를 미리 설정된 최소 개도로 개방하는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템.
[청구항 10]
청구항 2에 있어서, 상기 제어부는, 상기 외기도입 제어모드시, 상기 실내공기 온도와 상기 외기의 온도의 차이가 미리 설정된 최소값 이하이면, 상기 급기팬의 가동율과 상기 배기팬의 가동율을 미리 설정된 최대 가동율로 개방하고, 상기 실내공기 온도와 상기 외기의 온도의 차이가 상기 최소값을 초과하고, 미리 설정된 최대값 이하이면, 상기 급기팬의 가동율과 상기 배기팬의 가동율을 상기 온도의 차이에 비례하게 설정된 가동율에 따라 개방하고, 상기 실내공기 온도와 상기 외기의 온도의 차이가 상기 최대값을 초과하면, 상기 급기팬의 가동율과 상기 배기팬의 가동율을 미리 설정된 최소 가동율로 개방하는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어 시스템.
[청구항 11]
의약품 제조용 식물을 재배하는 밀폐형 식물 공장에서 센서부가 실내 공기의 온도와 상대습도를 일정 시간 간격으로 측정하고, 상기 밀폐형 식물 공장의 외기의 온도와 상대습도를 일정 시간 간격으로 측정하는 온/습도 측정단계와; 제어부가 상기 밀폐형 식물 공장의 실내에 구비된 인공 조명이 점등되어 상기 식물의 광합성이 이루어지는 주간 모드와, 상기 인공 조명이 소등되어 상기 식물의 호흡만 이루어지는 야간 모드 중 어느 하나를 설정하는 주야간 설정단계와; 상기 주야간 설정단계에서 상기 주간 모드로 설정되면, 상기 실내에서 인체감지센서가 인체 감지 여부를 판단하는 인체감지단계와; 상기 인체감지단계에서 인체가 감지되면, CO 2센서가 상기 실내의 CO 2 농도를 일정 시간 간격으로 측정하는 CO 2 농도 측정단계와; 상기 CO 2 농도 측정단계에서 측정된 상기 실내의 CO 2 농도가 미리 설정된 상한값 이상이면, 상기 제어부가 상기 실내 공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이에 따라 외기 도입율을 다르게 설정하여 환기하는 외기도입 제어모드를 수행하는 단계와; 상기 CO 2 농도 측정단계에서 측정된 상기 실내의 CO 2 농도가 상기 상한값 미만이고 미리 설정된 하한값 이상이면, 분진감지센서에서 감지된 실내 공기의 분진 농도를 미리 설정된 분진 설정값과 비교하는 분진 농도 판단단계와; 상기 분진 농도 판단단계에서 상기 분진 농도가 상기 분진 설정값 이상이면, 팬 필터 유닛을 설정시간동안 작동시켜 실내 공기를 필터링하는 분진 필터링 모드를 수행하는 단계와; 상기 설정시간이 경과되면, 상기 분진감지센서에서 감지된 실내 공기의 분진 농도를 상기 분진 설정값과 다시 비교하는 분진 농도 재판단 단계와; 상기 분진 농도 재판단 단계에서 상기 분진 농도가 상기 분진 설정값 미만이면, 상기 실내 공기의 엔탈피와 상기 외기의 엔탈피를 비교하여 외기를 도입하는 엔탈피 제어모드와, 외기를 도입하지 않고 실내공기를 순환시키는 실내순환모드 중 어느 하나가 설정되었는지 확인하는 엔탈피제어모드 확인단계와; 상기 엔탈피제어모드 확인단계에서 상기 엔탈피 제어모드가 설정되었다고 판단되면, 상기 실내 공기의 엔탈피와 상기 외기의 엔탈피를 계산하고, 상기 실내 공기의 엔탈피, 상기 외기의 엔탈피, 상기 외기의 온도, 상기 외기의 상대습도에 따라 상기 외기도입 제어모드의 수행 여부를 판단하는 단계를 포함하는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어방법.
[청구항 12]
청구항 11에 있어서, 상기 분진 농도 재판단 단계에서 상기 분진 농도가 상기 분진 설정값 이상이면, 상기 외기도입 제어모드를 수행하여 환기시키는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어방법.
[청구항 13]
청구항 11에 있어서, 상기 주야간 설정단계에서 상기 야간 모드로 설정되면, 상기 분진 판단단계, 상기 분진 필터링 모드를 수행하는 단계, 상기 분진 재판단 단계 및 상기 엔탈피제어모드 확인단계를 차례로 수행하는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어방법.
[청구항 14]
청구항 11에 있어서, 상기 팬 필터 유닛에 설치된 분진 필터 차압 센서가 상기 팬 필터 유닛의 흡입 압력과 토출 압력의 차이를 측정하는 단계와; 상기 분진 필터 차압 센서에서 감지된 압력의 차이가 미리 설정된 차이값 이상이면, 상기 제어부가 상기 분진 필터의 교체를 경보하는 단계를 더 포함하는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어방법.
[청구항 15]
청구항 11에 있어서, 외기 필터 차압 센서가 상기 실내로 유입되는 외기를 필터링하는 외기 필터의 흡입 압력과 토출 압력의 차이를 측정하는 단계와; 상기 외기 필터 차압 센서에서 감지된 압력의 차이가 미리 설정된 차이값 이상이면, 상기 제어부가 상기 외기 필터의 교체를 경보하는 단계를 더 포함하는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어방법.
[청구항 16]
청구항 11에 있어서, 상기 엔탈피제어모드 확인단계에서 상기 엔탈피 제어모드가 설정되었다고 판단되면, 상기 실내 공기의 엔탈피와 상기 외기의 엔탈피를 계산하여 비교하고, 상기 외기의 엔탈피가 상기 실내 공기의 엔탈피 이하이면, 상기 외기의 온도를 미리 설정된 실내 설정온도와 비교하고, 상기 외기의 온도가 상기 실내 설정온도 이하이면, 상기 외기의 상대습도가 미리 설정된 설정습도범위이내인지 판단하고, 상기 외기의 상대습도가 상기 설정습도범위 이내이면, 상기 외기도입 제어모드를 수행하는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어방법.
[청구항 17]
청구항 11에 있어서, 상기 밀폐형 식물 공장은, 상기 실내로 공기를 공급하는 급기 덕트에 설치되어, 상기 급기 덕트로 유입되는 외기의 유입 유량을 조절하는 외기 댐퍼와, 상기 실내에서 공기를 배출하는 배기 덕트에 설치되어, 상기 실내로부터 배출되는 실내 공기의 유량을 조절하는 배기 댐퍼와, 상기 급기 덕트와 상기 배기 덕트를 연결하는 연결 덕트에 설치되어, 상기 실내에서 배출된 후 다시 상기 실내로 순환되는 순환공기의 유량을 조절하는 순환공기 댐퍼와, 상기 급기 덕트에 설치되어, 상기 실내로 유입되는 공기에 CO 2를 공급하는 CO 2 공급장치와, 상기 급기 덕트에 설치되어, 상기 실내로 유입되는 공기를 가습하는 가습코일과, 상기 급기 덕트에 설치되어, 상기 실내로 유입되는 공기를 가열 또는 냉각시키는 냉온수 코일을 포함하여 공조기 방식으로 제어되면, 상기 외기도입 제어모드는, 상기 실내공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이가 미리 설정된 최소값 이하이면, 상기 배기 댐퍼, 상기 외기 댐퍼 및 상기 순환공기 댐퍼를 미리 설정된 최대 개도로 개방하는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어방법.
[청구항 18]
청구항 11에 있어서, 상기 밀폐형 식물 공장은, 상기 실내에 구비되어, 미리 설정된 온도와 미리 설정된 습도의 공기를 실내에 공급하는 항온 항습기와, 상기 실내로 CO 2를 공급하는 CO 2 공급장치와, 상기 실내로 유입되는 외기의 유량을 조절하는 외기 댐퍼와, 상기 실내에서 배출되는 실내 공기의 유량을 조절하는 배기 댐퍼와, 상기 외기 댐퍼로 유입되는 외기를 송풍하는 급기팬과, 상기 배기 댐퍼를 통해 배출되는 실내 공기를 송풍하는 배기팬과, 상기 실내의 천장에 구비되어, 상기 항온 항습기를 통해 공급되는 공기를 순환시키는 유인팬을 포함하여 패키지형 항온항습기 방식으로 제어되면, 상기 외기도입 제어모드는, 상기 실내 공기의 배출 유량을 조절하기 위한 배기 댐퍼와 상기 외기의 유입 유량을 조절하는 외기 댐퍼를 미리 설정된 최대 개도로 개방하고, 상기 실내공기의 온도와 상기 외기의 온도의 차이가 미리 설정된 최소값 이하이면, 상기 급기팬과 상기 배기 팬을 미리 설정된 최대 가동율로 작동을 제어하는 밀폐형 식물 공장의 분진 제어방법.

도면

[도1]

[도2]

[도3]

[도4]

[도5]

[도6]

[도7]

[도8]