KR101089758B1 - 에너지 자립형 온실 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 에너지 자립형 온실은 지상에 설치되는 다수 개의 골조재와 지붕재로 구성되는 이중구조의 온실에 있어서, 상부보온판과 하부보온판으로 구성되는 지붕재, 상판급수부, 하판급수부, 조명부, 실내온도감지기, 히터, 상기 상판급수부 및 하판급수부와 순환수집수정을 연결하는 1차순환수공급파이프, 상기 1차순환수공급파이프로 순환수집수정의 물을 공급하는 1차순환수공급펌프, 상기 상부보온판 및 하부보온판에 뿌려져 벽체를 타고 흘러내린 물인 1차순환수를 다시 순환수집수정으로 돌려보내는 1차순환수수급파이프, 순환수집수정으로 돌아온 1차순환수를 다시 온실지붕으로 이동시키는 2차순환수공급파이프, 상기 2차순환수공급파이프로 1차순환수를 공급하는 2차순환수공급펌프, 온실지붕으로 이동된 1차순환수를 태양열을 이용하여 재가열시키는 히트파이프, 상기 히트파이프를 거쳐 재가열된 물인 2차순환수를 다시 순환수집수정으로 돌려보내는 2차순환수수급파이프 및 상기 상판급수부, 하판급수부, 조명부, 실내온도감지기. 히터, 1차순환수공급펌프 및 2차순환수공급펌프를 제어하는 제어기를 포함한다.

본 발명에 의한 에너지 자립형 온실에 따르면, 온실운영에 필요한 열에너지와 전기 및 담수생산을 태양광 및 태양열을 이용하여 자체적으로 해결할 수 있다는 장점이 있다.

Description

에너지 자립형 온실{Greenhouse of self-supporting energy}

본 발명은 실용등록 0440359호의 고안을 개량한 발명으로 온실운영에 필요한 열에너지와 전기 및 담수생산을 태양광을 이용하여 자체적으로 해결할 수 있는 에너지 자립형 온실에 관한 것이다.

일반적으로, 온실 소요 에너지로는 주로 화석연료(석유, 등유 등)에 의존하였으나 연료비 상승으로 작물재배를 포기하는 사례까지 나타나고 있다. 이를 해결하기 위하여 보일러(온풍기)의 성능을 개선, 지열이용, 지하수 이용 등 많은 방법이 시도되고 있으나 시설자금의 과다, 효율저하 등의 이유로 확실한 난방이 되지 못하고 있다는 문제점이 있다.

또한, 화석 연료의 사용으로 온난화가 더욱 심각해지고 있는 상황에서 청정에너지의 필요성이 한층 더 절실해지고 있는 시점으로 본 발명은 저렴한 에너지와 친환경 청정에너지를 생산하기 위한 발명으로 온실 운영 농가에 직접적인 수익성과 고급 작물 재배를 위한 기초를 제공하는 기능성 온실을 만들고자 하는 것이다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로 온실운영에 필요한 열에너지의 자립을 위하여 순환수집수정의 순환수 수온을 더 높이는 방안으로 별도의 2차순환수 순환파이프를 설치하고 여기에 이중진공관식 히트파이프를 병행설치하고 순환수를 통과시켜 고온의 순환수를 얻기 위함에 그 목적이 있다.

또한, 온실운영에 필요한 전기 에너지(온실 내외의 조명, 각종 기기, 자동화 기기, 보조 히타 등)를 해결하기 위하여 온실지붕에 태양전지를 설치하여 태양 빛으로부터 전기를 생산하며, 농업용수가 부족한 지역(특히 사막지역이나 아프리카지역 등지)에서도 작물재배가 가능하도록 바닷물을 순환시켜 태양열에 의한 담수생산으로 외부의 농업용수 공급 없이 온실 내에서 작물재배가 가능하도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 에너지 자립형 온실은, 지상에 설치되는 다수 개의 골조재와 지붕재로 구성된 이중구조의 온실에 있어서, 상기 지붕재는 봉상의 지지구에 의하여 대칭되어 이격되는 다수 개의 상/하부지지프레임과, 대향되는 테두리부가 인접하는 상부지지프레임 일측에 각각 고정되는 다수 개 의 상부보온판과, 대향되는 테두리부가 인접하는 하부지지프레임 일측에 각각 고정되는 다수 개의 하부보온판으로 구성되며, 순환수집수정으로부터 공급되는 물을 상기 상부보온판 상면에 뿌려주는 상판급수부; 순환수집수정으로부터 공급되는 물을 상기 하부보온판 상면에 뿌려주는 하판급수부; 다수 개의 조명구가 전기적으로 연결된 조명블럭을 다수 개 연결하여 상기 상부보온판 또는 하부보온판을 향하여 발광하는 조명부; 온실 내부의 공기온도를 감지하는 실내온도감지기; 온실내부에 열에너지를 공급하는 히터; 상기 상판급수부 및 하판급수부와 순환수집수정을 연결하는 1차순환수공급파이프; 상기 1차순환수공급파이프로 순환수집수정의 물을 공급하는 1차순환수공급펌프; 상기 상부보온판 및 하부보온판에 뿌려져 벽체를 타고 흘러내린 물인 1차순환수를 다시 순환수집수정로 돌려보내는 1차순환수수급파이프; 순환수집수정로 돌아온 1차순환수를 다시 온실지붕으로 이동시키는 2차순환수공급파이프; 상기 2차순환수공급파이프로 1차순환수를 공급하는 2차순환수공급펌프; 온실지붕으로 이동된 1차순환수를 태양열을 이용하여 재가열시키는 히트파이프; 상기 히트파이프를 거쳐 재가열된 물인 2차순환수를 다시 순환수집수정로 돌려보내는 2차순환수수급파이프; 및 상기 상판급수부, 하판급수부, 조명부, 실내온도감지기. 히터, 1차순환수공급펌프 및 2차순환수공급펌프를 제어하는 제어기를 포함한다.

또한, 상기 2차순환수에서 발생하는 증기와 접하도록 위치하며 내부로 냉각수가 이동하여 상기 2차순환수에서 발생하는 증기를 액화시키는 냉각수공급파이프; 상기 냉각수공급파이프에 의하여 액화된 담수가 저장되는 담수순환수집수정을 더 포함하는 것이 바람직하다.

아울러, 소정의 간격을 두고 동일한 면적의 태양전지셀이 매트릭스 형태로 배열된 태양전지모듈을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 태양전지모듈은 상기 상부보온판과 하부보온판에 각각 부착된 2층의 구조이며, 상기 태양전지셀은 투명염료감응형 또는 투명박막형 태양전지셀 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 에너지 자립형 온실.

본 발명은 온실 운영에 필요한 각 에너지를 태양열과 태양빛으로부터 얻게 되어 친환경 청정에너지를 얻을 수 있고 추후 친환경 청정 에너지 생산으로 탄소배출권을 획득하여 온실 운영농가에 제2의 수익원을 가질 수 있다.

또한, 에너지 자립으로 화석연료(석유,등유)에 지불되는 경비와 전기료를 획기적으로 줄이기 때문에 온실운영 농가에서 직접적인 수익성과 경쟁력을 가질 수 있게 된다.

아울러, 농업용수가 부족한 지역에서 담수 생산으로 온실에서 작물 재배가 가능하게 하며 특히 주야의 온도 차가 심한 사막 지역에서도 온도 조절기능(냉,난방)을 통하여 작물재배를 용이하게 할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적 이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적인 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 에너지 자립형 온실의 사시도이며. 도 1을 참조하면 본 발명의 에너지 자립형 온실(100)은 기본적으로 지상에 설치되는 다수 개의 골조재와 지붕재로 구성된 이중구조로, 상기 지붕재는 봉상의 지지구에 의하여 대칭되어 이격되는 다수 개의 상/하부지지프레임과, 대향되는 테두리부가 인접하는 상부지지프레임 일측에 각각 고정되는 다수 개의 상부보온판(110)과, 대향되는 테두리부가 인접하는 하부지지프레임 일측에 각각 고정되는 다수 개의 하부보온판으로 구성되며, 순환수집수정(160)으로부터 공급되는 물을 상기 상부보온판 상면에 뿌려주는 상판급수부와 순환수집수정(160)으로부터 공급되는 물을 상기 하부보온판 상면에 뿌려주는 하판급수부와 다수 개의 조명구가 전기적으로 연결된 조명 블럭을 다수 개 연결하여 상기 상부보온판 또는 하부보온판을 향하여 발광하는 조명부와 온실 내부의 공기온도를 감지하는 실내온도감지기 및 온실내부에 열에너지를 공급하는 히터(185)를 포함한다.

이는 실용등록 0440359호에 기재된 내용이므로 이에 대한 자세한 설명은 생략하도록 하겠다.

이하 본 발명에 대한 설명은 열에너지 생산, 담수 생산, 전기에너지 생산의 3가지 부분으로 되어 있으며 먼저 열에너지 생산에 대하여 설명하도록 하겠다.

도 2는 1차순환수의 경로와 2차순환수의 경로를 나타내며 도 2를 참조하면, 1차순환수공급파이프(130)는 순환수집수정(160)의 물을 상기 하판급수부(116)로 이동시키는 통로역할을 하며 1차순환수공급펌프(131)는 순환수집수정(160)의 물을 1차순환수공급파이프(130)로 공급한다.

하판급수부(116)로 이동한 물은 하부보온판(115)을 거쳐 온실의 벽체로 흐르면서 태양열로 인하여 가열되면서 태양열을 축적하게 되며 1차순환수수급파이프(137)를 통하여 다시 순환수집수정(160)으로 이동한다.

순환수집수정(160)으로 이동한 물은 다시 2차순환수공급펌프(141)에 의하여 가압되고 2차순환수공급파이프(140)를 통하여 온실지붕 쪽으로 이동한다. 2차순환수공급파이프(140)에는 다수 개의 히트파이프(145)가 연결되어 있으며 이동한 물은 태양열로 인하여 가열된 히트파이프(145)를 통과하면서 다시 재가열되고, 2차순환수수급파이프(147)를 통하여 순환수집수정(160)으로 이동한다.

여기서 상기 히트파이프(145)는 이중진공관식 히트파이프인 것이 바람직하 며, 1차로 가열된 물인 1차순환수가 이중진공관식 히트파이프를 통과하며 재가열된 물인 2차순환수는 약 70℃까지 가열된다.

따라서, 주간에 온실 내의 온도가 설정온도 이상이 되면 자동으로 1차순환수공급펌프(131)가 가동되고 순환수집수정(160)의 순환수를 1차순환수공급파이프(130)로 보내어 지붕과 벽체로 흘려 온실 내의 온도를 설정온도로 유지하게 하고, 다음으로 2차순환수공급펌프(141)가 가동하여 1차순환수가 2차순환수공급파이프(140)를 지나 히트파이프(145)를 통과하면서 재가열되어 1차순환수 보다 높은 온도의 2차순환수가 되어 순환수집수정(160)으로 되돌아가는 과정을 반복함으로써 높은 온도의 순환수를 집적할 수 있게 된다.

상기와 같이 높은 온도로 집적된 순환수집수정(160)의 순환수는 온실 내의 온도가 설정온도 이하가 되면 자동으로 1차순환수공급펌프(131)가 가동되어 1차순환수공급파이프(130)를 통하여 온실 지붕과 벽체로 공급되어 온실 내의 온도를 유지할 수 있도록 한다.

그리고, 흐린 날 또는 비상시를 대비한 열에너지 공급을 위한 보조전기히터(161)를 순환수집수정(160)에 설치하여 유사시에도 순환수의 온도를 보상할 수 있다.

또한, 1차순환수공급펌프(131)와 2차순환수공급펌프(141) 및 보조전기히터(161)의 가동과 정지는 온실 내에 설치된 온도센서의 신호를 받아 제어기(180)에서 자동으로 제어하게 한다.

순환수집수정(160)의 크기는 1일 단위로 주야를 통해 순환수가 충분히 순환 할 수 있는 용량으로 하고, 수량도 1개 또는 복수 개로 설치할 수 있다.

도 3은 도 2의 A부분을 확대한 부분확대도이다. 도 3을 참조하여 본 발명의 담수 생산에 대하여 설명하도록 하겠다.

본 발명에서는 담수 생산을 하는 경우 순환수를 해수로 사용하며 이 해수는 1차순환 및 2차순환을 거치면서 고온으로 가열되며 수증기를 발생하게 된다.

냉각수공급파이프(150)는 상기 해수에서 발생하는 수증기와 접하도록 위치하며 내부로 냉각수가 이동하므로 해수에서 발생하는 수증기를 액화시키는 역할을 한다. 액화된 수증기는 담수화되어 담수집수정(170)으로 이동되어 저장된다.

즉, 본 발명은 농업용수가 부족한 지역에서 사용시에는 순환수를 해수로 대체하고 담수를 생산할 수 있는 온실로 운용할 수 있는 것이다.

더욱 자세하게 살펴보면 2차순환수공급파이프(140)에 설치된 히트파이프(145)를 거쳐나온 고온의 순환수(해수)는 2차순환수수급파이프(142)로 흐르면서 수증기를 발생하게 되며 이 수증기는 2차순환수수급파이프(142) 상부에 설치된 냉각수공급파이프(150)와 접촉하면서 액화되어 담수파이프(175)를 통하여 담수집수정(170)에 집수된다.

이때, 냉각수공급파이프(150)의 내부를 통과하는 냉각수(해수)는 외부에서 유입되므로 2차순환수보다 훨씬 낮은 온도이므로, 이러한 온도차이를 이용하여 수증기를 액화시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 에너지 자립형 온실에 태양전지를 설치한 사시도이다. 도 4를 참조하면 온실운영(온실 내외의 각종 조명, 각종 기기, 자동화 기기, 보조히터 등)에 필요한 전기에너지를 얻기 위하여 온실의 지붕부에 태양광발전부(190)가 설치되어 있는 모습을 볼 수 있다.

도 5는 본 발명의 온실에 적용되는 태양전지모듈의 사시도이며, 도 6은 태양전지모듈에 태양전지셀이 배열된 모습을 나타낸 사시도이다. 도 5 및 도 6을 참조하면 태양광발전부(190)는 다수 개의 태양전지모듈(195)을 포함하며 이 태양전지모듈(195)은 일정규격의 판유리 한 면에 일정규격의 태양전지셀(196)이 매트릭스 형태로 배열되고 셀 바로 옆으로 연결전선(197)이 배치된다.

그리고, 태양전지모듈(195)의 하단 좌우에 각각 양극(+)커넥터(198)와 음극(-)커넥터(198)가 설치되며 상부에는 각 부품의 고정, 절연, 수밀을 위하여 코팅부(199)가 위치한다. 상기 코팅부(199)는 에폭시수지 또는 UV수지를 이용하여 코팅마감처리되는 것이 바람직하다.

온실의 하부보온판(115)을 일정규격의 판유리로 만들고 이 판유리의 한면에 일정 면적의 동일한 태양전지셀(196)을 일정간격을 두고 종방향과 횡방향으로 매트릭스 형태로 배열한다. 여기서 태양전지셀(196)을 매트릭스 형태로 배열하는 이유는 각각의 태양전지셀(196) 사이의 간격을 일정하게 유지하고 종방향과 횡방향으로 배열하여 그 사이로 태양 빛이 충분히 들어와 재배하는 작물이 생육하는데 지장이 없게 하기 위함이다.

특히, 태양전지셀(196)이 투명일 경우 각 태양전지셀(196)과의 간격을 최소화하여 발전용량을 늘릴 수 있으며, 상기 태양전지모듈(195)을 상기 상부보온판(110)과 하부보온판(115)에 각각 부착된 2층의 구조로 할 수 있어 발전 용량을 더욱 늘릴 수 있다는 장점이 있다. 여기서 투명한 태양전지셀로(196)는 투명염료감응형 또는 투명박막형 태양전지셀이 사용될 수 있다.

또한, 일정 크기의 태양전지셀(196)을 일정간격으로 매트릭스형태로 배열하면 태양전지셀(196) 당 발전용량이 모두 같기 때문에 횡방향의 셀단위 발전용량과 종방향의 셀 발전용량이 모두 같아지고 발전용량이 같은 경우 내부 저항차 또는 전압차가 없기 때문에 열 단위로 직렬 또는 병렬의 전기배선이 모두 가능하다.

아울러, 태양전지모듈(195) 역시 모듈 당 횡방향과 종방향에 같은 수량의 태양전지셀(196)로 배열되어 있기 때문에 모듈당 발전용량이 같아지므로 직렬 또는 병렬배선이 모두 가능하다.

이때 태양전지셀(196)로 실리콘태양전지 등의 불투명한 태양전지가 사용될 경우에는 태양전지셀(196) 사이에 간격을 두어 온실내 작물재배를 위한 일정량의 태양빛이 통과할 수 있도록 하며, 그 간격은 임의 조정이 가능하다. 또한, 투명염료감응형 또는 투명박막형 태양전지셀이 사용될 경우에는 태양전지셀(196) 사이에 간격을 두지 않아도 된다.

그리고, 태양전지모듈(195)의 좌, 우에 각각의 양극(+)커넥터(198)와 음극(-)커넥터(198)를 두어 전기 출력시 모듈단위로 전압을 직,병렬 배선만으로 임의로 조정할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

아울러, 일정한 간격으로 설치되어 있는 골조재의 위쪽에는 상지붕재(판유리)를 고정하고 아래 쪽에는 하지붕재 즉, 태양전지모듈(판유리)을 셀 부분이 온실 내부쪽으로 향하도록 설치하고 그 사이의 공간에 1차순환수를 뿌려 흐르게 하면 1 차순환수는 하지붕재(태양전지모듈)을 타고 흐르게 된다. 이렇게 하면 고온의 태양열로 인한 태양전지모듈(195)의 기능 저하를 막을 수 있는 효과가 있다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 자립형 온실의 사시도,

도 2는 순환수의 경로를 나타낸 모식도,

도 3은 도 2의 A부분을 확대한 부분확대도,

도 4는 본 발명의 에너지 자립형 온실에 태양전지를 설치한 사시도,

도 5는 본 발명의 온실에 적용되는 태양전지의 사시도,

도 6은 태양전지모듈에 태양전지셀이 배열된 모습을 나타낸 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100...에너지 자립형 온실 110...상부보온판

111...상판급수부 115...하부보온판

116...하판급수부 120...제설수수급파이프

121...제설수공급펌프 130...1차순환수공급파이프

131...1차순환수공급펌프 132...1차순환수수급파이프

140...2차순환수공급파이프 141...2차순환수공급펌프

142...2차순환수수급파이프 145...히트파이프

150...냉각수공급파이프 151...냉각수공급펌프

160...순환수집수정 161...보조전기히터

162...순환수집수정온도센서 170...담수집수정

175...담수파이프 180...제어기

185...히터 190...태양광발전부

195...태양전지모듈 196...태양전지셀

197...연결전선 198...커넥터

199...코팅부

Claims (4)

1. 지상에 설치되는 다수 개의 골조재와 지붕재로 구성된 이중구조의 온실에 있어서,

   상기 지붕재는 봉상의 지지구에 의하여 대칭되어 이격되는 다수 개의 상/하부지지프레임과, 대향되는 테두리부가 인접하는 상부지지프레임 일측에 각각 고정되는 다수 개의 상부보온판과, 대향되는 테두리부가 인접하는 하부지지프레임 일측에 각각 고정되는 다수 개의 하부보온판으로 구성되며,

   순환수집수정으로부터 공급되는 물을 상기 상부보온판 상면에 뿌려주는 상판급수부;

   순환수집수정으로부터 공급되는 물을 상기 하부보온판 상면에 뿌려주는 하판급수부;

   다수 개의 조명구가 전기적으로 연결된 조명블럭을 다수 개 연결하여 상기 상부보온판 또는 하부보온판을 향하여 발광하는 조명부;

   온실 내부의 공기온도를 감지하는 실내온도감지기;

   온실내부에 열에너지를 공급하는 히터;

   상기 상판급수부 및 하판급수부와 상기 순환수집수정을 연결하는 1차순환수공급파이프;

   상기 1차순환수공급파이프로 순환수집수정의 물을 공급하는 1차순환수공급펌프;

   상기 상부보온판 및 하부보온판에 뿌려져 벽체를 타고 흘러내린 물인 1차순환수를 다시 순환수집수정으로 돌려보내는 1차순환수수급파이프;

   순환수집수정으로 돌아온 1차순환수를 다시 온실지붕으로 이동시키는 2차순환수공급파이프;

   상기 2차순환수공급파이프로 1차순환수를 공급하는 2차순환수공급펌프;

   온실지붕으로 이동된 1차순환수를 태양열을 이용하여 재가열시키는 히트파이프;

   상기 히트파이프를 거쳐 재가열된 물인 2차순환수를 다시 순환수집수정으로 돌려보내는 2차순환수수급파이프; 및

   상기 상판급수부, 하판급수부, 조명부, 실내온도감지기. 히터, 1차순환수공급펌프 및 2차순환수공급펌프를 제어하는 제어기를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 자립형 온실.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 2차순환수에서 발생하는 증기와 접하도록 위치하며 내부로 냉각수가 이동하여 상기 2차순환수에서 발생하는 증기를 액화시키는 냉각수공급파이프;

   상기 냉각수공급파이프에 의하여 액화된 담수가 저장되는 담수집수정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 자립형 온실.
3. 제 1항에 있어서,

   소정의 간격을 두고 동일한 면적의 태양전지셀이 매트릭스 형태로 배열된 태양전지모듈을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 자립형 온실.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 태양전지모듈은 상기 상부보온판과 하부보온판에 각각 부착된 2층의 구조이며,

   상기 태양전지셀은 투명염료감응형 또는 투명박막형 태양전지셀 중 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 에너지 자립형 온실.

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