KR101333637B1 - 태양광과 풍력을 이용한 복합 발전형 축사 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복합 발전형 축사에 관한 것으로, 내부에 수용공간이 구비되며 벽체를 형성하는 벽체 구조물, 상기 벽체 구조물의 상측에 구비되는 지붕 구조물, 상기 지붕 구조물에 설치되는 태양광 패널을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 태양광 발전부, 상기 벽체 구조물의 후측에 설치되어, 상기 수용 공간의 공기를 외부로 배출시키는 배기부 그리고, 상기 배기부와 인접하여 설치되며 상기 배기부로부터 배기되는 공기를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 풍력 발전부를 포함하는 복합 발전형 축사를 제공한다.
본 발명에 의할 경우, 태양광 및 풍력을 이용하여 에너지를 생산함으로써 운영 비용을 절감할 수 있다. 또한, 이와 같이 에너지를 자체 생산함으로써 축사의 에너지 자립도를 향상시켜 정전 등의 비상사태에도 정상적으로 축사 운영이 가능한 장점이 있다.

Description

태양광과 풍력을 이용한 복합 발전형 축사{HYBRID POWER GENERATING ANIMAL HOUSE USING SOLAR ENERGY AND WIND POWER}
본 발명은 복합 발전형 축사에 관한 것으로, 구체적으로는 태양광 및 풍력을 이용하여 전기 에너지를 자체 생산할 수 있는 복합 발전형 축사에 관한 것이다.
일반적으로 축사라 함은 닭, 오리, 돼지 및 소와 같은 가축을 사육하기 위한 시설을 의미한다. 이러한 축사는 자연의 기상(氣象)으로부터 가축을 보호하는 동시에, 가축의 사육 및 관리 능률을 향상시킬 수 있도록 구성된다.
최근 들어 축산 농가가 대형화 되고 기업화됨에 따라, 축사 시설 또한 대규모로 건축되고 다량의 가축을 밀집된 환경에서 집단 사육하는 시스템이 적용되고 있다. 따라서, 축사의 운영을 자동화하고 에너지를 절감하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있으며, 이러한 기술은 한국공개특허 2007-0026984호에도 구체적으로 개시되어 있다.
이와 같이, 대규모의 축사에 다량의 가축을 밀집하여 사육하므로 적정한 사육 환경을 조성하기 위해 조명 시설 및 환기 시설을 구비하며, 외부로부터 전기 에너지를 제공받아 각각의 구성요소를 운전한다. 다만, 종래의 경우 외부로부터 제공되는 전기 에너지에만 의존하였기 때문에, 정전 등의 비상 사태가 발생하는 경우 축사 내 사육 환경을 유지하는 것이 어려운 문제가 있었다.
한국공개특허 2007-0026984호 (2007. 3. 9)
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해, 자체적으로 전기 에너지를 생산할 수 있도록 구성하여 외부로부터 전기 에너지가 제공되지 않은 상황에서도 적정한 사육 환경을 유지할 수 있는 복합 발전형 축사를 제공하기 위함이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 내부에 수용공간이 구비되며 벽체를 형성하는 벽체 구조물, 상기 벽체 구조물의 상측에 구비되는 지붕 구조물, 상기 지붕 구조물에 설치되는 태양광 패널을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 태양광 발전부, 상기 벽체 구조물의 후측에 설치되어, 상기 수용 공간의 공기를 외부로 배출시키는 배기부 그리고, 상기 배기부와 인접하여 설치되며 상기 배기부로부터 배기되는 공기를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 풍력 발전부를 포함하는 복합 발전형 축사를 제공한다.
여기서, 상기 태양광 발전부 및 상기 풍력 발전부에서 생산되는 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부를 포함하고, 상기 에너지 저장부는 상기 배기팬을 포함하는 내부의 구성요소에 전기 에너지를 제공하거나 외부 선로를 통해 전기 에너지를 외부로 송출하도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 수용 공간의 내부에는 복수개의 발광 다이오드를 포함하는 광 조사부가 형성되고, 상기 광 조사부는 상기 태양광 발전부에서 직류 형태로 생산된 전기 에너지를 교류의 변환 과정 없이 이용하도록 구성되는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 광 조사부는 상기 태양광 발전부에서 생산된 전기 에너지를 직접 제공받는 제1 경로, 상기 에너지 저장부에 저장된 전기 에너지를 제공받는 제2 경로 및 외부로부터 전기 에너지를 제공받는 제3 경로가 연결되도록 구성될 수 있다.
한편, 상기 배기부는 상기 수용 공간의 공기를 외부로 배출하는 배기팬, 상기 배기팬을 통해 수평 방향으로 배출되는 공기의 경로를 상측으로 전환시키는 경로 전환부 그리고 상기 경로 전환부의 상측에 형성되어 공기를 외부로 배출시키는 배출구를 포함하여 구성된다.
그리고, 상기 풍력 발전부는 상기 배출구에 인접하여 설치되며, 상기 배출구를 통해 배출되는 공기의 풍력을 이용하여 전기 에너지를 생성할 수 있다.
또는, 상기 풍력 발전부는 상기 배출구 내측에 설치되는 제1 발전팬 및 상기 배출구의 외부에 설치되는 제2 발전팬을 포함하고, 상기 제1 발전팬은 상기 배출구를 통해 배출되는 공기의 풍력을 이용하여 전기 에너지를 생산하고, 상기 제2 발전팬은 외부 자연풍의 풍력을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 것도 가능하다.
본 발명에 의할 경우, 태양광 및 풍력을 이용하여 에너지를 생산함으로써 운영 비용을 절감할 수 있다. 또한, 이와 같이 에너지를 자체 생산함으로써 축사의 에너지 자립도를 향상시켜 정전 등의 비상사태에도 정상적으로 축사 운영이 가능한 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합 발전형 축사의 외관을 도시한 사시도,
도 2는 도 1에서 복합 발전형 축사의 길이 방향 단면을 도시한 종단면도,
도 3은 도 1에서 복합 발전형 축사의 폭 방향 단면을 도시한 횡단면도,
도 4는 도 3에서 사료 공급부의 구조를 도시한 사시도,
도 5는 도 2에서 냉기 유입부의 외측 구조를 도시한 사시도,
도 6은 다른 적용예에 따른 냉기 유입부의 외측 구조를 도시한 사시도이고,
도 7은 도 1에서 복합 발전형 축사의 전력 계통 구조를 도시한 블록도이다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 복합 발전형 축사에 대해 구체적으로 설명하도록 한다. 아래의 설명에서 각 구성요소의 위치관계는 원칙적으로 도면을 기준으로 설명한다. 그리고 도면은 설명의 편의를 위해 발명의 구조를 단순화하거나 필요할 경우 과장하여 표시될 수 있다. 따라서 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 이 이외에도 각종 장치를 부가하거나, 변경 또는 생략하여 실시할 수 있음은 물론이다.
또한, 본 발명에서는 복합 발전형 축사의 일 예로서 닭을 사육하기 위한 계사(鷄舍)를 일 예로 설명한다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 이 이외에도 소, 돼지, 오리 등의 다른 가축을 사육하기 위한 축사에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 복합 발전형 축사(1)의 외관을 도시한 사시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 복합 발전형 축사(1)는 벽체 구조물(10) 및 지붕 구조물(20)을 포함하는 건축물로 이루어지며, 내부에 가축을 수용하는 수용 공간이 형성된다.
벽체 구조물(10)은 복합 발전형 축사(1)의 4면 측벽을 형성하면서 수용 공간을 구획한다. 벽체 구조물(10)의 전방에는 관리자 및 가축이 출입할 수 있는 입구(50)가 형성된다. 그리고, 벽체 구조물(10)의 양 측에는 수용 공간 내부로 외부의 공기가 유입되기 위한 복수개의 개구부(510)가 형성된다. 그리고 개구부(510)에는 태양광이 개구부를 통해 수용공간으로 조사되는 것을 차단하는 차양 부재(520)가 설치된다.
지붕 구조물(20)은 벽체 구조물(10)의 상측에 설치되어, 복합 발전형 축사(1)의 상부 구조를 형성한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 지붕 구조물(20)의 상측에는 복수개의 태양광 패널(120)이 설치된다. 태양광 패널(120)은 태양광을 이용하여 전기 에너지를 생산한다. 생산된 전기 에너지는 복합 발전형 축사(1)에서 자체적으로 사용하는 것도 가능하고, 송전 선로를 따라 외부로 전기 에너지를 제공하는 것도 가능하다.
이하에서는, 도 2 및 도 3을 참조하여 지붕 구조물과 벽체 구조물의 구성, 그리고 복합 발전형 축사 내부에 설치되는 구성에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1에서 복합 발전형 축사의 길이 방향 단면을 도시한 종단면도이고, 도 3은 도 1에서 복합 발전형 축사의 폭 방향 단면을 도시한 횡단면도이다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 지붕 구조물(20)은 벽체 구조물(10)의 상측에 형성된다. 구체적으로, 양측 벽체 구조물(10)의 사이에는 골격을 형성하는 지붕 프레임(30)이 구비되고, 지붕 구조물은 지붕 프레임에 지지되도록 설치된다.
지붕 구조물(20)과 태양광 패널(120) 사이에는 수평 방향으로 설치되는 지지 프레임(110)이 형성된다. 지지 프레임(110)은 강우 또는 바람 등의 영향을 최소화시킬 수 있는 격자형 메시 구조로 형성될 수 있다. 수평면을 형성하는 지지 프레임(110) 상에는 태양광 패널(120)이 배치될 수 있다.
일반적으로 지붕 위에 설치되는 태양광 패널은 지붕의 경사면을 따라 설치되므로 건물의 방향에 따라 패널의 설치 방향이 결정된다. 따라서, 지붕의 경사면이 남향으로부터 비껴난 건물에 설치되는 경우 발전 효율이 낮은 문제가 있었다. 반면, 본 실시예에서는 태양광 패널이 지붕의 경사면이 아닌 지붕 상측에서 수평면을 형성하는 지지 프레임 상에 설치되므로, 축사의 방향과 상관없이 발전 효율을 고려하여 태양광 패널의 설치 방향을 자유롭게 결정할 수 있는 장점이 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 복수개의 태양광 패널(120)은 지붕 프레임 상에 동일한 높이를 갖는 복수개의 열을 형성하도록 배치된다. 이러한 태양광 패널은 외부에 노출된 상태로 설치되므로 잦은 유지 보수가 요구되나, 종래의 경우 태양광 패널이 지붕 경사면에 대형 구조물로 밀착 설치되어 특정 구역을 유지 보수하는 것이 어려웠다. 이에 비해, 본 실시예서는 태양광 패널이 복수개의 열로 구성되어 있어 각각의 열 사이를 통해 유지 보수 작업을 진행하는 것이 가능하며, 특히 태양광 패널이 설치된 지지 프레임이 작업자의 보행 통로 기능을 수행하므로 유지 보수 작업을 용이하게 진행할 수 있는 장점이 있다. 도면에는 별도로 도시하지 않았으나, 작업자가 지지 프레임 상에서 이동이 용이하도록 지지 프레임 상에 레일 등을 이용하여 이동 가능하게 설치되는 별도의 작업 패널을 더 구비하는 것도 가능하다.
이러한 태양광 패널(120) 및 지지 프레임(110)은 복수개의 패널 지지부(130)에 의해 지붕 구조물(20) 상측에 설치된다. 도 3에 도시된 바와 같이 패널 지지부(130)는 지붕 구조물(20)과 지지 프레임(110)을 연결하는 제1 부재(131) 및 지지 프레임(110)과 태양광 패널(120)을 연결하는 제2 부재(132)를 포함한다.
제1 부재(131)의 상단은 지지 프레임(110)을 고정시키도록 체결되고, 하단에는 지붕 구조물의 상면과 밀착되어 설치되는 플랜지(131a)가 형성된다. 이때, 플랜지(131a)에 설치되는 체결구(131b)는 지붕 구조물(20)을 관통하여 지붕 구조물을 지지하는 지붕 프레임(30)에 체결되도록 구성될 수 있다. 그리고, 제2 부재(132)의 상단은 태양광 패널(120)을 지지하도록 설치되고, 하단은 지지 프레임(110)에 고정되도록 설치된다. 이와 같이, 태양광 패널(120)은 지지 프레임(110) 및 패널 지지부(130)에 의해 지붕 프레임(30)과 일체로 고정 설치됨으로써 보다 견고한 결합 상태를 유지할 수 있다.
한편, 지붕 프레임(30)의 상측에는 태양광 패널(120)의 하측으로 진행하는 공기의 운동 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하기 위한 팬(790)이 형성될 수 있다. 공기의 유동은 경로가 좁아지는 부분에서 유속이 증가한다. 따라서, 상대적으로 공기가 빠르게 진행하는 지붕 구조물(30)과 태양광 패널(120) 사이에 지붕 구조물의 길이 방향을 따라 적어도 하나의 팬(790)을 설치함으로써, 효과적으로 전기 에너지를 생산할 수 있다. 이는 후술하게 되는 배출구(770)의 회전팬(780)과 더불어 풍력 발전에 의해 전기 에너지를 자체적으로 생산하는 것이 가능하다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 지붕 프레임(30)의 하측에는 복수개의 광 조사부(300)가 설치된다. 광 조사부(300)는 가축이 사육되는 수용 공간으로 광을 조사한다. 따라서, 외부 기상 환경과 무관하게 수용공간의 조도를 유지하여, 가축의 성장을 촉진할 수 있다.
이러한 복수개의 광 조사부(300)는 각각 동일한 높이로 형성되도록 설치될 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이 수용 공간의 중심 측에 위치한 광 조사부(300)는 양측에 위치한 광 조사부(300)에 비해 수용 공간의 상측에서 긴 와이어에 의해 고정되도록 설치될 수 있다. 이에 의해, 수용 공간 내부에서 위치에 따른 광 조사량의 차이를 최소화 할 수 있다.
이러한 광 조사부(300)는 복수개의 발광 다이오드를 포함하는 모듈로 구성된다. 발광 다이오드는 수명이 길고 에너지 효율이 우수하므로, 장시간 동안 광을 조사하는 광 조사부(300)에 이를 적용하는 것이 유리하다. 여기서, 광 조사부(300)는 가시광 대역 파장의 광을 조사하는 발광 다이오드를 이용할 수 있다. 또는 살균 효과를 갖는 자외선 대역의 파장의 광을 조사하는 발광 다이오드를 더 포함하여, 자외선 조사를 통해 수용 공간의 위생 환경 개선을 도모할 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 지붕 프레임(30)의 하측에는 사료 공급부(400)가 설치된다. 사료 공급부(400)는 수용 공간 상측에 승강 가능하게 설치되며, 수용 공간 곳곳에 사료를 공급하는 구조이다.
도 4는 도 3에서 사료 공급부를 도시한 사시도이며, 도 4를 참조하여 사료 공급부의 구조를 구체적으로 설명하도록 한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 사료 공급부(400)는 사료가 공급되는 공급관(410) 및 공급관에 설치되며 공급관으로부터 공급되는 사료를 가축에게 제공하는 사료 트레이(tray)(420)를 포함하여 구성된다.
공급관은 일측에 구비되는 사료 저장부(미도시)에 저장된 사료를 공급관(410) 내부 경로를 따라 이동시킨다. 공급관(410)의 내부에는 스크류 형상의 이동 부재(430)가 구비되어, 이동 부재(430)의 구동(본 실시예에서는 스크류 부재의 회전)에 따라 사료 저장부에 저장된 사료가 공급관(410)을 따라 이동한다.
사료 트레이(420)는 공급관(410)을 따라 복수개의 위치에 형성된다. 공급관(410)에는 사료 트레이(420)가 설치된 위치마다 홀(미도시)이 형성되어, 공급관(410)을 따라 이동하는 사료가 홀을 통해 사료 트레이(420)로 공급된다. 따라서, 가축은 사료 트레이(420)로 공급된 사료를 직접 섭취할 수 있다.
이러한 사료 공급부(400)는 가축의 생장 주기에 따라 공급하는 사료의 양을 조절할 수 있다. 일 예로서, 공급관(410) 내부에 설치된 이동 부재(430)의 구동 속도를 제어하거나, 공급관(410)으로부터 사료 트레이(420)에 사료가 공급되는 홀의 크기를 선택적으로 제어함으로써 사료의 공급량을 제어하는 것이 가능하다.
그리고, 수용 공간의 상측으로부터 연장되는 복수개의 와이어(w)가 공급관에 연결되며, 와이어의 구동에 따라 사료 공급부의 높낮이가 제어될 수 있다. 따라서, 가축의 성장에 따라 사료 공급부의 높낮이를 제어할 수 있다.
이상에서는 지붕 프레임의 하측에 구비되는 광 조사부(300) 및 사료 공급부(400)에 대해서 설명하였으나, 이 이외에도 모니터링 장치를 비롯하여 다양한 구성요소들이 설치될 수 있다.
이러한 광 조사부 및 사료 공급부를 비롯한 각종 구성요소는 복합 발전형 축사에서 자체적으로 생산한 전기에너지를 이용하거나, 외부로부터 제공되는 전기 에너지를 이용하여 구동되며, 이에 대해서는 아래에서 별도로 설명하도록 한다.
이하에서는 다시, 도 2 및 도 3을 중심으로 설명한다. 한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 관리자가 출입하는 입구 및 수용 공간 사이에 클린룸(clean room)(210)을 형성한다. 클린룸(210)은 수용 공간과 분리된 공간을 형성한다. 클린룸(210)의 상면 또는 측면에는 에어 샤워 유닛(air shower unit)(211)이 구비된다. 에어 샤워 유닛(211)은 고압의 공기를 분사하는 복수개의 에어 노즐로 구성된다. 이러한 에어 샤워 유닛(211)은 가축이 수용된 수용 공간으로 들어가고자 하는 사람의 몸에 뭍은 먼지 및 병원균 등의 이물질을 제거한다. 따라서, 본 실시예에 의할 경우 인편에 의해 유해 물질이 수용 공간으로 진입하는 것을 차단할 수 있다.
본 실시예에서는 관리자 등의 외부인 출입에 의한 감염을 통제하기 위해 에어 사워를 진행하는 클린룸을 형성하였으나, 사육되는 가축의 종류 및 예방하고자하는 내용에 따라 출입하는 외부인에게 방역 가스를 분사하여 살균을 진행하는 방역실을 구성하는 것도 물론 가능하다.
한편, 클린룸(210)과 수용공간 사이에는 개폐 가능하게 설치되어 외부인이 출입하는 통로를 형성하는 게이트(220)가 구비된다. 그리고 게이트의 상측 또는 측면에는 에어 커튼 유닛(air curtain unit)(221)이 구비된다. 에어 커튼 유닛(221)은 고압의 공기를 분사하는 복수개의 에어 노즐로 구성된다. 따라서, 게이트(220)가 개방되면 고압의 공기를 분사하여 클린룸(210)의 공기가 수용 공간으로 진입하는 것을 차단한다. 따라서, 에어 샤워 중 외부인의 몸에서 떨어진 유해물질이 클린룸으로부터 수용공간으로 진입하는 것을 차단할 수 있다.
한편, 벽체 구조물(10)의 양측에는 길이 방향을 따라 복수개의 개구부(510)가 형성되며, 개구부(510)를 통해 외부의 공기가 수용 공간 내측으로 유입된다. 그리고, 벽체 구조물(10)의 후방에는 배기팬(710)이 형성되어, 수용 공간 내부의 공기를 외부로 배기시킨다. 이러한 배기팬(710)의 강제 배기에 의해 외부의 공기가 유입되며, 가축들이 수용되는 수용 공간의 환기가 이루어진다.
도 3에서는 이러한 공기의 이동 경로를 보다 구체적으로 도시하고 있다. 배기팬(710)의 배기가 진행되면 벽체 구조물(10) 양측의 개구부(510)를 통해 외부의 공기가 유입된다. 이때, 개구부(510)에는 별도의 제1 가이드 부재(511)가 설치되어 유입되는 공기를 상측 방향으로 유도할 수 있다. 나아가, 제1 가이드 부재(511)는 와이어에 연결되어 개폐 가능하게 설치됨으로써 유입되는 공기의 양을 제어하는 것도 가능하다.
한편, 양측 벽체 구조물(10)의 전방에는 냉기가 유입되는 냉기 유입부(610)가 더 구비될 수 있다. 이때, 냉기 유입부(610)는 외부로부터 수용 공간 내측으로 저온의 공기가 유입되는 통로를 형성한다. 냉기 유입부(610)에는 별도의 제2 가이드 부재(미도시)가 설치되어 유입되는 공기를 상측 방향으로 유도할 수 있다. 나아가, 제2 가이드 부재(미도시)는 와이어(w)에 연결되어 개폐 가능하게 설치됨으로써 유입되는 냉기의 양을 제어하는 것도 가능하다. 이와 같이 냉기 유입부(610)는 수용 공간으로 공급되는 냉기의 양을 조절하여, 수용 공간의 온도를 적정한 수준으로 조절할 수 있다.
도 5는 도 2에서 냉기 유입부의 외측 구조를 도시한 사시도이며, 도 5를 참조하여 냉기 유입부의 구조를 구체적으로 설명하도록 한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 냉기 유입부(610)가 형성된 벽체 구조물의 외측에는 냉각 컨테이너(40)가 구비되고, 냉각 컨테이너(40)의 내부에는 외기를 냉각시키기 위한 각종 구성요소가 설치된다.
구체적으로, 컨테이너(40)의 내부에는 냉각 필터(620) 및 급수 노즐(630)이 형성된다. 냉각 필터(620)는 메쉬 구조(mesh structure)를 갖는 패널로 형성된다. 급수 노즐(630)은 냉각 필터(620)의 상측에서 물을 분사하여, 냉각 필터(620)의 메쉬 구조를 타고 물이 흘러내리도록 구성된다. 따라서, 냉각 필터(620)를 통과하는 공기는 물이 흘러내리는 메쉬 구조를 통과하면서 냉각이 이루어진 상태로 냉기 유입부(610)로 유입된다.
냉각 필터(620)의 하측에는 메쉬 구조를 타고 흘러내린 물이 수용되는 저수부(640)가 형성된다. 저수부(640)에 저장된 물은 외부로 배수되도록 구성되는 것도 가능하며, 본 실시예와 같이 펌프(650)를 이용하여 다시 급수 노즐(630)을 통해 순환이 이루어지도록 구성될 수 있다.
나아가, 저수부에는 히터 또는 열교환기 등의 온도조절부재(641)가 설치될 수 있다. 온도조절부재(641)는 저수부(저장된)에 저장된 물을 가열 또는 냉각시킴으로써, 급수 노즐을 통해 냉각 필터(620)로 제공되는 물의 온도를 제어할 수 있다. 냉각 필터를 통과하는 공기는 냉각 필터를 흐르는 물의 온도에 의해 온도가 제어될 수 있으므로, 전술한 온도조절부재(641)를 구동하여 수용 공간 내부에 냉기 뿐 아니라 온기도 선택적으로 제공할 수 있다.
본 실시예에서는 급수 노즐이 설치된 냉각 필터를 이용하여 수냉식 방식으로 냉기를 형성하는 구성을 도시하였으나, 이는 일 예에 불과하며 이 이외에도 다양한 방식으로 냉기를 제공할 수 있다.
도 6는 다른 적용예에 따른 냉기 유입부의 외측 구조를 도시한 사시도이다. 다른 적용 예로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 냉기 유입부(610)의 외측에 열교환기(660)를 설치하여 냉기를 형성할 수 있다. 열교환기(660)는 내부에 프레온 가스와 같은 냉매가 통과하는 다수의 미세관을 포함하여 구성된다. 따라서, 공기가 미세관들을 통과하면서 열 교환이 이루어지면서, 냉기 유입부(610)로 냉기를 공급하는 것이 가능하다.
이러한 열교환기는 미세관을 따라 진행하는 냉매가 순환하면서 팽창 및 압축되면서 일측에서는 외기의 열을 흡수하고, 타측에서는 외기로 열을 방출하는 구성이다. 따라서, 이러한 열 교환기를 이용하는 경우 외부로부터 유입되는 공기의 유로를 변경시킴으로써, 냉기뿐만 아니라 온기 또한 선택적으로 수용공간으로 공급하는 것이 가능하다. 다만, 이러한 열교환기는 일반적으로 사용되는 모델을 사용할 수 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
이하에서는, 도 2 및 도 3을 중심으로 설명한다. 전술한 개구부(510) 및 냉기 유입부(610)를 통해 유입되는 공기는 제1 가이드 부재 및 제2 가이드 부재에 의해 수용 공간의 상측 방향으로 이동하면서 지붕 구조물의 하측을 따라 진행하여 수용 공간의 중심부 상측에서 만나 하측으로 하강하게 된다.
다만, 지붕 구조물(20)의 하측에는 지붕 구조물(20)을 지지하는 지지 프레임(110)을 비롯하여 다양한 구성요소들이 구비된다. 따라서, 개구부를 통해 유입된 공기가 지붕 구조물의 하측을 따라 상승하게 되면 다른 구성요소들과 부딪히면서 이동 경로가 불규칙해지고 이동성이 떨어질 우려가 있다.
본 실시예에서는 이러한 문제를 해결할 수 있도록 지붕 구조물(20)의 하측을 따라 공기의 상승 경로를 안내하는 유선형 가이드(540)를 설치할 수 있다. 유선형 가이드(540)는 섬유 또는 합성 수지 등의 재질을 이용한 막 또는 패널로 형성될 수 있으며, 이 이외에도 다양한 재질로 구성할 수 있음은 물론이다.
유선형 가이드(540)는 지붕 구조물(20)과 소정 간격 이격되어 설치되어, 지붕 구조물(20)과 유선형 가이드(540) 사이에 각종 구성요소들이 배치될 수 있다. 따라서, 개구부(510)를 통해 유입되는 공기가 상승하는 경로를 따라 이동하면서, 타 구성요소와의 마찰을 최소화하면서 원활하게 진행하는 것이 가능하다.
나아가, 이러한 유선형 가이드(540)는 별도의 구동 부재(미도시)를 이용하여 수용 공간 내측에서 승강 가능하도록 설치될 수 있다. 이 경우, 유선형 가이드(540)의 위치에 따라 유로를 변경시키는 것이 가능하다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 벽체 구조물(10)의 일 측면에는 개구부(510)를 통해 유입되는 공기량을 제어하는 유량 제어팬(720)이 더 구비될 수 있다. 양측의 개구부를 통해 유입되는 공기의 양은 외부의 지형 및 기상 상황(예를 들어, 풍향)에 따라 상이할 수 있다. 예를 들어, 축사의 일측에 외부 구조물이 인접하여 위치한 경우, 외부 구조물과 인접한 측면의 개구부를 통해 유입되는 공기의 양은 반대변의 개구부에 비해 적을 수 있다. 따라서, 본 실시예에서는 유량 제어팬을 구동하여 양측 개구부를 통해 유입되는 공기의 양의 불균형을 해소할 수 있다.
일 예로, 유량 제어팬(720)은 상대적으로 많은 양의 공기가 유입되는 일측 벽면 구조물에 설치될 수 있다. 따라서, 상대적으로 적은 양의 공기가 유입되는 개구부(510)와 대향된 상태에서 배기를 진행하여 대향된 개구부(510)를 통해 유입되는 공기의 양을 증가시킬 수 있다. 또는, 양측 벽체 구조물(10)에 각각 유량 제어팬(720)을 설치하고, 외부의 기상 환경에 따라 유량 제어팬(720)을 각각 독립적으로 제어하도록 구성되는 것도 가능하다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 복합 발전형 축사(1)는 배기팬(710)의 구동에 의해 외부의 공기가 벽체 구조물(10)의 양측 개구부 및 냉기 유입부(610)를 통해 수용공간으로 진입하고, 진입된 공기는 상측 중심부로 이동한 후 하측으로 하강하면서 벽체 구조물(10)의 후방으로 배기되는 방식으로 환기가 진행된다.
여기서, 배기팬(710)은 앞서 서술한 바와 같이, 전술한 바와 같이 수용 공간 내부의 공기를 외측으로 강제 배기시키는 구성이다. 도 3에서는 배기팬(710)이 2개로 구성되는 것으로 도시하였으나, 2개 이상의 복수개로 구비될 수 있다. 이때, 각각의 배기팬(710)은 독립적으로 제어될 수 있다. 또한, 각각의 배기팬은 온-오프 제어뿐만 팬의 회전 속도를 선형적으로 제어할 수 있도록 구성된다. 따라서, 각각의 배기팬(710)의 운전 속도를 조절하여 위치별 통풍량을 제어할 수 있다.
이때, 배기팬(710)에 의해 배기되는 공기는 닭 등의 가축이 밀집하여 사육되는 공간을 통과하기 때문에 깃털 및 분진과 같은 이물질을 다량 포함하고 있다. 따라서, 배기팬(710)에 의해 배기되는 공기는 외부로 배기되기에 앞서 이물질 처리부(730)를 통과한다.
이물질 처리부(730)는 배기팬(710)의 후측에 설치되며, 이물질을 필터링하기 위한 이물질 제거 필터를 포함하여 구성된다. 또한, 도면에는 도시하지 않았으나 분진을 제거하기 위한 물 분사부를 포함하는 것도 가능하며, 냄새를 제거하기 위한 탈취 필터를 더 포함하여 구성될 수 있다. 따라서, 배기팬(710)에 의해 배기되는 공기는 이물질 처리부(730)를 통과하면서 이물질 및 냄새가 제거된 상태로 외부로 배출될 수 있다.
이물질 처리부(730)를 통과한 공기는 후방에 배치되는 벽면(740)과 부딪히면서 배기가 이루어진다. 이때, 일부의 공기가 배기되지 않고 배기팬(710) 방향으로 역류하는 것을 방지하기 위해, 배기팬(710)과 후방의 벽면 사이에는 역류 방지 가이드(750)가 형성된다. 본 실시예의 역류 방지 가이드(750)는 도 2에 도시된 바와 같이 배기 유로(760)와 인접한 상측 벽면에 설치된다. 다만, 이러한 역류 방지 가이드(750)는 배기된 공기의 유로를 고려하여 변경된 위치에 설치될 수 있음은 물론이다.
따라서, 배기팬(710)을 통해 배기되는 공기는 이물질 처리부(730)를 통과하여 후방의 벽면(740)과 부딪힌 후 상측으로 형성된 배기 유로(760)를 따라 배출구(770) 방향으로 진행한다.
한편, 배출구(770)와 인접한 위치에는 풍력 발전 유닛(미도시)이 설치될 수 있다. 일반적으로 풍력 발전 유닛은 바람을 운동 에너지를 이용하여 팬을 회전시키고 이러한 회전력을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 장치이다. 따라서, 본 실시예에서는 배출구를 통해 배기되는 공기를 이용하여 팬을 회전시킴으로써 전기 에너지를 생산하는 것이 가능하다.
본 실시예에 따른 풍력 발전 유닛은 배출구에 설치되어 배기되는 공기에 의해 회전하는 회전팬(780), 상기 회전팬(780)의 회전력을 전달하는 변속 기어(미도시), 그리고 변속기어에서 전달되는 회전력을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 발전 유닛(미도시)을 포함하여 구성된다. 따라서, 본 실시예에서는 축사 운영시 배기되는 공기를 이용하여 전기 에너지를 자체적으로 생산하는 것이 가능하다.
이때, 풍력 발전 유닛의 회전팬(780)은 배출구(770)와 인접한 위치에 설치되어, 배출구(770)를 통해 배출되는 공기의 운동 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있다. 배출구(770)를 통해 배출되는 공기의 유속을 증가시킬 수 있도록, 상측으로 형성되는 배기 유로(760)는 공기의 진행 방향을 따라 단면이 점차적으로 감소하도록 형성될 수 있다.
이때, 풍력 발전 유닛의 회전팬(780)은 배출구와 인접하되, 외부로 노출되도록 설치된다. 이 경우, 풍력 발전 유닛은 배출구(770)를 통해 배출되는 공기의 운동 에너지 뿐 아니라, 외부의 자연풍의 운동 에너지를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 것이 가능하다. 나아가, 풍력 발전 유닛은 앞서 설명한 지붕 구조물 상측의 팬(780)으로부터 지붕 구조물과 태양광 패널 사이로 진행하는 외기의 운동 에너지까지 이용하여 전기 에너지를 생산할 수 있다.
전술한 태양광 발전이 기상 상황에 크게 영향을 받는 것에 비해, 풍력 발전 유닛은 축사 운영시 주기적으로 배기되는 공기를 이용하므로 안정적으로 전기 에너지를 확보하는 것이 가능하다. 또한, 종래의 경우 축사에서 배기되는 공기는 폐기(waste air)로서 취급되었으나, 본 발명에서는 이를 이용하여 전기 에너지를 생산함으로써 에너지를 재활용하고, 에너지 자급율을 향상시키는 장점이 있다.
이처럼 본 실시예에서는 태양광 발전 및 풍력 발전을 이용하여 자체적으로 전기 에너지를 생산할 수 있다. 따라서, 정전 등의 비상 상황으로 인해 외부로부터 전기 에너지가 제공되지 않는 경우에도, 태양광 및 풍력을 이용하여 자체적으로 생산한 전기 에너지를 이용하여 축사의 사육 환경을 정상적으로 유지할 수 있다. 또한, 외부로부터 에너지가 정상적으로 제공되는 동안에는 자체적으로 생산된 전기 에너지를 외부에 제공하는 것도 가능하다.
도 7은 도 1에서 복합 발전형 축사의 전력 계통 구조를 도시한 블록도이다. 이하에서는 도 7을 이용하여 본 실시예에 따른 복합 발전형 축사의 전력 계통 구조를 구체적으로 설명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 복합 발전형 축사(1)는 외부 전력부(930), 태양광 발전부(910) 및 풍력 발전부(920)로부터 공급되는 전기 에너지를 선택적으로 이용하도록 구성될 수 있다. 여기서, 외부 전력부(930)는 외부 선로를 따라 외부 발전소에서 생산되는 전기 에너지를 제공한다. 그리고 태양광 발전부(910)는 태양광을 이용하여 자체적으로 생산된 전기 에너지를 제공하며, 풍력 발전부(920)는 풍력을 이용하여 자체적으로 생산된 전기 에너지를 제공한다.
여기서, 태양광 발전부(910)는 전술한 태양광 패널(120)을 포함하여 구성되며, 이 이외에도 축전지 및 전력 변환 장치 등을 포함하여 구성될 수 있다. 그리고, 풍력 발전부(920)는 전술한 바와 같이 회전팬(780), 변속 기어 및 발전기를 포함하는 풍력 발전유닛을 포함하여 구성될 수 있다.
한편, 태양광 발전부(910) 및 풍력 발전부(920)에서 생산되는 전기 에너지는 축사(1) 자체에 구비되는 에너지 저장부(940)에 저장될 수 있다. 따라서, 축사(1)에 구비되는 각종 설비는 에너지 저장부(940)에 저장된 자체 생산 에너지 또는 외부 전력부(930)에서 제공되는 전기 에너지를 선택적으로 제공받아 동작하도록 구성될 수 있다.
여기서, 본 실시예에 따른 축사는 광 조사부(300), 배기팬(710), 유량 제어팬(720)을 비롯하여 전기 에너지를 이용하여 동작하는 각종 설비를 포함한다. 이러한 설비들은 대부분이 교류 형태로 전기 에너지를 제공받고, 설비 내부에 구비되는 교류/직류 컨버터(AC/DC converter)를 이용하여 직류 형태의 에너지를 이용한다. 그런데, 태양광 발전부(910)에서 생성되는 전기 에너지는 직류 형태이므로 이를 교류로 변환하여 전송하고 각 설비 내부에서 다시 직류로 변환하는 것은 설비 비용 측면이나 에너지 효율에 있어서도 불리할 수 있다.
따라서, 본 실시예의 각종 설비중 광 조사부(300)는 태양광 발전부(910)에서 생성되는 전기 에너지를 직류 형태로 제공받아 교류로 변환하는 과정없이 직류 형태로 사용하도록 구성할 수 있다(DC-DC type). 수용 공간 내부에는 복수개의 광 조사부(300)가 설치되므로 각각의 광 조사부마다 별도의 교류-직류 컨버터를 구비하는 것에 비해 설비 비용을 절감할 수 있다.
그리고, 광 조사부(300)를 제외한 나머지 설비는 교류 형태의 전기 에너지를 제공받아 이용하며, 이하에서는 광 조사부와 구별하기 위해 편의상 부하 설비(950)라고 명명한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 태양광 발전부(910)에서 생산되는 직류 형태의 전기에너지는 광 조사부(300)로 직접 제공되거나, 직류-교류 인버터(960)를 통과하여 에너지 저장부에 저장되는 것도 가능하다. 그리고, 풍력 발전부(920)에서 생산되는 전기 에너지는 에너지 저장부(940)로 저장된다.
에너지 저장부(940)는 자체 생산된 에너지를 이용하여 각종 설비에 전기 에너지를 제공할 수 있다. 이때, 부하 설비(950)에 전기 에너지를 제공하는 경우에는 교류 형태의 전기 에너지를 직접 제공할 수 있다. 이에 비해, 광 조사부(300)로 전기 에너지를 제공하는 경우에는 교류 형태의 전기 에너지를 교류-직류 컨버터(970)를 거쳐 직류 형태로 제공할 수 있다. 그리고, 에너지 저장부(940)에 저장된 전기 에너지가 충분한 경우 또는 외부 전력부(930)가 축사에 전기 에너지를 제공하고 있는 경우, 에너지 저장부(940)는 저장된 전기 에너지를 외부로 전송하는 것도 가능하다.
한편, 외부 전력부(930) 또한 축사 내부의 각종 설비에 전기 에너지를 제공할 수 있다. 외부 전력부(930)에서 전기 에너지를 제공하는 방식은 전술한 에너지 저장부의 방식과 마찬가가지로, 부하 설비(950)에는 교류 형태로 직접 전기 에너지를 제공할 수 있고, 광 조사부(300)에는 교류-직류 컨버터(970)를 거쳐 직류 형태로 제공할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 복합 발전형 축사(1)는 전력 계통의 제어를 통하여 태양광 발전부(910), 풍력 발전부(920) 및 외부 전력부(930)로부터 제공되는 전력을 선택적으로 제공받을 수 있다. 여기서, 광 조사부(300)는 태양광 발전부(910)로부터 직접 전기 에너지를 제공받는 경로, 에너지 저장부(940)에 저장된 전기 에너지를 제공받는 경로, 외부 전력부(930)로부터 전기 에너지를 제공받는 경로의 세 가지 경로를 통해 선택적으로 전기 에너지를 제공받을 수 있다. 그리고, 광 조사부(300)를 제외한 각종 부하 설비(950)는 에너지 저장부(940)에 저장된 전기 에너지를 제공받는 경로 또는 외부 전력부(930)로부터 전기 에너지를 제공받는 경로의 세가지 경로를 통해 선택적으로 전기 에너지를 제공받을 수 있다.
이러한 복합 발전형 축사(1)에서 전력 계통의 공급 경로는 제어부에 의해 제어될 수 있다. 이때, 제어부는 축사가 위치한 환경 조건, 기상 환경, 외부 전력 송신 상황 등을 고려하여 다양하게 전력 계통을 제어하는 것이 가능하다.

Claims (7)

  1. 내부에 수용공간이 구비되며, 벽체를 형성하는 벽체 구조물;
    상기 벽체 구조물의 상측에 구비되는 지붕 구조물;
    상기 지붕 구조물에 설치되는 태양광 패널을 이용하여 전기 에너지를 생산하는 태양광 발전부;
    상기 벽체 구조물의 후측에 설치되어, 상기 수용 공간의 공기를 외부로 배출시키는 배기부; 그리고,
    상기 배기부와 인접하여 설치되며, 상기 배기부로부터 배기되는 공기를 이용하여 전기 에너지를 생산하는 풍력 발전부;를 포함하고,
    상기 배기부는 상기 수용 공간의 공기를 외부로 배출하는 배기팬, 상기 배기팬을 통해 수평 방향으로 배출되는 공기의 경로를 상측으로 전환시키는 경로 전환부 그리고 상기 경로 전환부의 상측에 형성되어 공기를 외부로 배출시키는 배출구를 포함하여 구성되고,
    상기 풍력 발전부는 상기 배출구 내측에 설치되는 제1 발전팬 및 상기 배출구의 외부에 설치되는 제2 발전팬을 포함하고, 상기 제1 발전팬은 상기 배출구를 통해 배출되는 공기의 풍력을 이용하여 전기 에너지를 생산하고, 상기 제2 발전팬은 외부 자연풍의 풍력을 이용하여 전기 에너지를 생산하며,
    상기 태양광 발전부 및 상기 풍력 발전부에서 생산되는 전기 에너지를 저장하는 에너지 저장부를 포함하고, 상기 에너지 저장부는 상기 배기팬을 포함하는 내부의 구성요소에 전기 에너지를 제공하거나 외부 선로를 통해 전기 에너지를 외부로 송출하는 것을 특징으로 하는 복합 발전형 축사.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수용 공간의 내부에는 복수개의 발광 다이오드를 포함하는 광 조사부가 형성되고, 상기 광 조사부는 상기 태양광 발전부에서 직류 형태로 생산된 전기 에너지를 교류의 변환 과정 없이 이용하는 것을 특징으로 하는 복합 발전형 축사.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 광 조사부는 상기 태양광 발전부에서 생산된 전기 에너지를 직접 제공받는 제1 경로, 상기 에너지 저장부에 저장된 전기 에너지를 제공받는 제2 경로 및 외부로부터 전기 에너지를 제공받는 제3 경로가 연결되는 것을 특징으로 하는 복합 발전형 축사.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 풍력 발전부는 상기 배출구에 인접하여 설치되며, 상기 배출구를 통해 배출되는 공기의 풍력을 이용하여 전기 에너지를 생성하는 것을 특징으로 하는 복합 발전형 축사.
  7. 삭제
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