KR102061551B1 - 수소 및 신재생에너지를 이용한 스마트 팜 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소, 지열, 태양광 등의 친환경에너지를 온실, 축사, 양계장 등에 사용하여 오염물질의 배출을 최소화 함으로서, 무공해 친환경적으로 가축을 키우고, 농작물을 재배할 수 있는 신재생에너지를 이용한 스마트 팜을 제공하고자 하는 것으로서, 시설물(100) 내부의 온도를 조절하기 위한 지열장치(200) 및 태양광장치(300) 및 수소보일러(400)가 구비되되; 지열장치(200)는, 지중의 가장 깊은 곳에 매설되어 지열을 흡수하며,, 외주면에는 날개편(230)이 형성되고, 날개편은 상향경사면(231)의 각도가 하향경사면(232)의 각도보다 큰 미늘의 형상이며, 날개편의 외면에는 소돌기(233)가 돌출된 흡열파이프(P1)와, 제1중공부(241)는 내측에 트러스 형상의 보강재(244)가 구비되고, 제2중공부(242)에는 단열재가 구비되며, 제3중공부(243)로는 열교환매체가 통과하는 단열파이프(P2)와, 아래쪽으로 굴곡된 'U'형 곡관(253)의 구조이며, 'U'형 곡관(253)의 사이에는 'U'형 곡관(253)의 직경보다 작은 직경의 열교환파이프(252)가 연결되고, 'U'형 곡관(253)의 외면에는 열교환핀(251)이 돌출되어, 시설물(100) 내에 구비된 수조(210)에서 열교환시킴으로서, 수조 내의 물을 가열시키는 방열파이프(P3)와, 수조와 파이프로 연결되어, 시설물 내부의 공기를 가열하는 라디에이터(220)로 이루어진 것을 요지로 한다.

Description

수소 및 신재생에너지를 이용한 스마트 팜 {Smart Farm Using Hydrogen and Renewable Energy}
본 발명은 친환경 에너지를 이용한 팜(Farm)에 관한 것으로서, 구체적으로는 수소, 지열, 태양광 등의 친환경에너지를 온실, 축사, 양계장 등에 사용하여 오염물질의 배출을 최소화하면서, 기존의 농축산업의 방식을 탈피하여 무공해 친환경적으로 가축을 키우고, 농작물을 재배할 수 있는 수소 및 신재생에너지를 이용한 스마트 팜에 관한 것이다.
온실이나 축사 등에서 냉,난방으로 널리 사용되는 화석에너지는 그 양이 한정되어 있으므로 언젠가는 고갈되며, 화석에너지는 여러 오염물질을 배출하기 때문에 대부분의 국가에서는 이를 대체하여 사용할 수 있는 대체에너지를 개발하고 있는 실정이다.
온실은 주로 농업 분야에서 계절에 관계없이 상품을 재배하여 농가의 수입을 증가시키는 수단으로 이용되고 있으며, 이러한 온실은 경작물이 건강하고 정상적으로 성장시키기 위하여 적정한 온도를 유지하여야 한다.
도 1은 종래 온실의 개략적 구성도이다.
도시된 바와 같이 종래의 온실은, 온실(1) 내에 구비되는 개폐창(2), 그리고 보일러(3)에서 연장된 배관(4)을 포함하여 구성된다. 온실 내의 온도가 기준치 이하로 떨어지면 보일러(3)가 가동되어 배관(4)을 가열함으로써 실내 온도를 높이게 되는데, 외기가 낮을수록 실내 난방부하가 많이 발생하여 에너지의 비용이 높아지고 있으며, 화석연료를 사용하여 난방을 하는 것이므로, 오염물질이 배출되어 작물이나 환경에 악영향을 주는 문제점이 있었다.
등록특허공보 제10-0922821호(2009.10.21.공고)
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 수소, 지열, 태양광 등의 친환경에너지를 온실, 축사, 양계장 등에 사용하여 오염물질의 배출을 최소화 함으로서, 무공해 친환경적으로 가축을 키우고, 농작물을 재배할 수 있는 신재생에너지를 이용한 스마트 팜을 제공하고자 함이다.
본 발명에 따른 수소 및 신재생에너지를 이용한 스마트 팜은, 시설물 내부의 온도를 조절하기 위한 지열장치 및 태양광장치 및 수소보일러가 구비되되; 지열장치는, 지중의 가장 깊은 곳에 매설되어 지열을 흡수하며, 외주면에는 날개편이 형성되고, 날개편은 상향경사면의 각도가 하향경사면의 각도보다 큰 미늘의 형상이며, 날개편의 외면에는 소돌기가 돌출된 흡열파이프와, 제1중공부는 내측에 트러스 형상의 보강재가 구비되고, 제2중공부에는 단열재가 구비되며, 제3중공부로는 열교환매체가 통과하는 단열파이프와, 아래쪽으로 굴곡된 'U'형 곡관의 구조이며, 'U'형 곡관의 사이에는 'U'형 곡관의 직경보다 작은 직경의 열교환파이프가 연결되고, 'U'형 곡관의 외면에는 열교환핀이 돌출되어, 시설물 내에 구비된 수조에서 열교환시킴으로서, 수조 내의 물을 가열시키는 방열파이프와, 수조와 파이프로 연결되어, 시설물 내부의 공기를 가열하는 라디에이터로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 태양광장치는, 배면에 지지체가 구비되며, 상면에는 태양추적센서가 구비된 태양관판넬과, 시설물의 외부 기초판 위에 저면이 고정되고, 상면에는 유압에 의하여 출몰하는 실린더로드가 결합되며, 실린더로드는 태양광판넬의 저면에 형성된 지지체에 결합되면서, 태양광판넬의 저면 모서리의 4개소에 설치된 유압실린더와, 실린더로드와 지지체의 사이에 구비되어, 태양광판넬의 각도를 변환하는 볼조인트와, 태양추적센서의 신호에 의하여 태양관판넬 저면의 모서리 4개소에 설치된 유압실린더의 유압을 제어하여 실린더로드의 인출길이를 조절하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 수소보일러는, 중공의 원통형 구조이며, 내부에는 물을 내장한 본체와, 본체의 내부에 있는 물속에 잠겨서 일차적으로 물을 가열하는 연소통과, 본체의 외부에서 삽입되고, 연소통의 내부로 수소와 산소를 분사하는 버너와, 본체의 외부에서 삽입되어 버너의 선단부에 전기불꽃을 방사하는 착화기와, 연소통과 연결되면서, 선단부가 아래쪽으로 'U'자 형상으로 절곡되면서, 본체 내의 물에 잠겨, 수증기를 배기하는 배기관과, 본체 내에서 가열된 물은 모터펌프를 통하여 시설물의 내부에 설치된 난방파이프로 순환되는 것을 특징으로 한다.
또한, 버너에는 역화방지부가 구비되되; 역화방지부는, 중앙에 중공형상의 분사공이 형성되며, 수소와 산소의 혼합기체를 분사하는 노즐과, 노즐에 형성된 분사공의 내부 주변에 함몰된 형상으로 구비되며, 혼합기체가 유동되는 통로의 기능을 갖는 순환공과, 노즐에 형성된 순환공 저면의 외주면에 돌출된 구조를 가지는 하부돌기와, 노즐에 형성된 순환공 상면의 외주면에 일정한 간격으로 돌출된 상부돌기와, 탄성을 갖는 원판형의 판재형상이며, 상면에는 가이드봉이 돌출되어, 노즐의 분사공에 끼움,결합된 개폐판으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 시설물의 출입구에는 오염물질제거실이 더 구비되되; 오염물질제거실은, 내부 저면에 통공이 형성된 발판 중앙에 구비되며, 신발에 고착된 분진을 제거하여 배기덕트를 통하여 외부로 배출하는 신발세정기와, 오염물질제거실 내부 양측면에 구비되고, 원통형 구조의 몸체이며, 몸체의 외면에는 브러쉬가 결합되어, 몸체가 회전하면서, 브러쉬가 출입자의 피복물을 타격하여, 피복물에 견고하게 고착된 먼지를 털어내어 분리시키는 먼지제거기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 볼조인트는, 소결제조된 함유 베어링이며, 지지체에 반구형으로 함몰형성된 내부에 구비된 면압함유베어링과, 볼 형상이며, 실린더로드의 선단부에 구비되고, 면압함유베어링에 삽입되어 다방향으로 각도를 조절하는 헤드부를 포함하며, 면압함유베어링은, 기공률이 10 ~ 20%이고, 기공 내에, 150 ~ 280의 점도지수를 갖는 합성윤활유가 면압함유베어링에 함침되며, 기공을 제외한 기지 부분이 Cu 100 중량부에 대하여, Ni, Mo, Mn , Cr 중에서 선택되는 적어도 1종이 5 ∼ 15 중량부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명은 온실, 축사, 양계장 등에서 발생하는 오염물질의 배출을 최소화 하면서, 에너지비용을 절감하며, 무공해 친환경적으로 가축을 키우고, 농작물을 재배할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래 온실의 개략적 구성도.
도 2는 수소 및 신재생에너지를 이용한 시설물의 개략도.
도 3은 지열장치의 설치상태도.
도 4는 흡열파이프의 부분사시도.
도 5는 단열파이프의 부분단면도.
도 6은 방열파이프의 부분단면도.
도 7은 태양광장치의 사시도.
도 8은 도 7 볼조인트의 부분 확대단면도.
도 9는 수소를 이용한 보일러의 확대단면도.
도 10은 노즐의 개방상태 단면도.
도 11은 노즐의 폐쇄상태 단면도.
도 12는 오염물질제거실의 정면도
본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다.
또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하다.
그리고 본 출원에서, '포함하다', '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특정의 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지칭하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.
그러므로, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 구현 예(態樣, aspect)(또는 실시 예)들을 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, 본 명세서에서 사용한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 주지 또는 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다
이하에서 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참고하여 설명한다.
본 발명 수소 및 신재생에너지를 이용한 스마트 팜은, 수소, 지열, 태양광 등의 친환경에너지를 온실, 축사, 양계장 등(이하 '시설물'이라 한다)에 사용하여 오염물질의 배출을 최소화 함으로서, 무공해 친환경적으로 가축을 키우고, 농작물을 재배하고 하는 것이다.
도 2는 수소 및 신재생에너지를 이용한 시설물의 개략도이다.
도시된 바와 같이 신재생에너지를 이용한 시설물(100)은, 지열장치(200), 태양광장치(300), 수소보일러(400)를 이용하여 시설물 내부의 온도, 즉 냉, 난방을 조절할 수 있다.
아래에서는 그 중 지열장치(200)에 관하여 설명한다.
도 3은 지열장치의 설치상태도, 도 4는 흡열파이프의 부분사시도, 도 5는 단열파이프의 부분단면도, 도 6은 방열파이프의 부분단면도이다.
도시된 바와 같이 지열장치(200)는 수조(210), 라디에이터(220), 순환파이프(P) 및 순환파이프의 내부에 구비된 열교환매체를 순환시키는 펌프(M)를 포함한다.
순환파이프(P)는, 지열을 흡수할 수 있도록 시설물의 내부 지면으로부터 깊은 지중에 매설되어 있으며, 흡열파이프(P1), 단열파이프(P2), 방열파이프(P3)로 이루어져 있다.
상기 흡열파이프(P1)는, 지중에 가장 깊은 곳에 매설되어 지열을 흡수하는 구성으로서, 외주면에는 날개편(230)이 형성되어 있으며, 상기 날개편은 흡열파이프의 가상의 중앙선을 기준으로 일정한 각도를 갖는 상향경사면(231)과 하향경사면(232)이 구비되어 있고, 날개편의 외면에는 소돌기(233)이 돌출되어 있다.
즉, 상향경사면(231)의 각도가 하향경사면(232)의 각도보다 큰 미늘의 형상을 하고 있어, 흡열파이프가 지중에 매설된 상태에서, 지면을 향하는 외력인 지진 등이 발생하여도 미늘형상의 날개편에 의하여 지중에 견고하게 고정될 수 있는 것과 더불어, 날개편(230)과 소돌기(233)로 인하여 열교환면적이 넓어지는 것이므로, 지열을 효율적이고 용이하게 흡수할 수 있는 기능을 가지게 된다.
상기 흡열파이프는 지중에 매설되어 지열을 흡수하는 환경상, 열전도율이 높고, 고강도이며, 내부식성을 가지는 재질로 이루어질 필요가 있다.
본 실시 예의 흡열파이프의 재질은, Al 100 중량부에 대하여 Si 2 ~ 10 중량부 Fe 1 ~ 5 중량부 Mn 20 ~ 30 중량부, Zn 1 ~ 15 중량부, Zr 1 ~ 3 중량부의 조성물로 이루어진 것을 특징으로 하고 있으며, 이와같은 조성물로 이루어진 흡열파이프는 고강도, 고열전도도를 가지면서, 내부식성이 현저한 효과가 있다.
상기 단열파이프(P2)는, 흡열파이프에서 열교환된 매체가 지면으로 올라오는 동안 흡수한 열을 그대로 유지하기 위한 단열의 구조를 가지는, 제1중공부(241), 제2중공부(242), 제3중공부(243)가 구비된 삼중관의 형상을 하고 있으며, 삼중관 중 제일 외측의 제1중공부(241)은 내측에 트러스 형상의 보강재(244)가 구비되어 있어, 중공부로 인한 단열의 효과의 보강재로 인하여 강도를 향상시키는 효과를 더불어 가진다.
또한, 제2중공부(242)에는 단열재(245)가 구비되어 있어, 제3중공부(243)를 통과하는 열교환매체에 포함된 열을 파이프의 외벽으로 누설되지 않도록 단열시키는 기능을 한다.
상기 방열파이프(P3)는, 시설물(100) 내에 구비된 수조(210)에서 열교환시켜, 수조 내의 물을 가열시키는 구성으로서, 아래쪽으로 개방되어 굴곡된 'U'형 곡관(253)의 구조를 가지고 있으며, 곡관의 사이에는 'U'형 곡관(253)의 직경보다 작은 직경의 열교환파이프(252)가 연결되어 있고, 'U'형 곡관(253)의 외면에는 열교환핀(251)이 다수개 돌출되어 있으므로, 열교환면적을 넓혀, 열교화의 효율을 극대화하고 있다.
수조(210)는, 시설물(100)의 내부 또는 필요에 따라서 외부에 설치되며, 내부에는 물을 내장하고 있고, 지중으로부터 돌출된 방열파이프(P3)가 내장되어 구비되어 있으므로, 방열파이프(P3)에 의하여 수조 내부의 물을 가열시키는 기능을 한다.
라디에이터(220)는, 수조와 파이프로 연결되어 있어, 펌프 등에 의하여 수조 내의 물이 순환되면, 라디에이터에 의하여 시설물의 내부의 공기를 가열하는 기능을 가진다.
상기 라디에이터는 일반적으로 알려져 있는 주지, 관용의 구성이므로 여기에서는 구체적인 설명은 생략한다.
아래에서는 태양광장치(300)에 관하여 설명한다.
도 7은 태양광장치의 사시도, 도 8은 도 7 볼조인트의 부분 확대단면도이다.
도시된 바와 같이 태양광장치(300)은 태양광에 의하여 전력을 생산하고, 그 생산된 전력을 히트펌프시스템(도 2 참조)의 전원으로 사용함으로써, 히트펌프시스템에 의하여 시설물의 냉, 난방이 이루어지는 것인데, 본 실시 예는 태양의 위치를 추적할 수 있는 태양광장치를 제안하고 있다.
상기와 같은 태양광장치(300)는 태양관판넬(310), 유압실린더(320), 볼조인트(B), 태양추적센서(S1), 제어부로 이루어져 있다.
태양관판넬(310)은, 배면에 지지체가 구비되어 있어, 후술하는 실린더로드(321)와 결합되어 있으며, 상면에는 태양추적센서(S1)가 구비되어 있다.
유압실린더(320)는, 시설물의 외부 지면에 시공된 기초판 위에 저면이 고정되어 있고, 상면에는 유압에 의하여 출몰하는 실린더로드(321)가 결합되며, 실린더로드는 태양광판넬의 저면에 형성된 지지체에 결합된다.
상기 유압실린더는 태양광판넬의 저면 모서리의 4개소에 설치된다.
볼조인트(B)는, 실린더로드(321)와 지지체의 사이에 구비되어, 태양광판넬을 전,후,좌,우의 다방향으로 각도를 변환시키는 기능을 한다.
상기 볼조인트의 구체적 구성에 관한 설명은 후술한다.
제어부는, 태양추적센서(S1)의 신호에 의하여 태양관판넬 저면의 모서리 4개소에 설치된 유압실린더의 유압을 제어하여 실린더로드의 인출길이를 제어한다.
상기 제어부 자체는 일반적으로 상용되는 구성이므로, 여기에서는 구체적인 설명 및 도시를 생략한다.
이와 같은 태양광장치의 작동관계를 살펴보면,
태양이 하늘에서 일정한 궤적을 그리면서 이동하면, 태양광센서(S1)는 그 태양의 위치를 감지하여 제어부로 신호를 보낸다. 제어부는 태양광센서의 신호를 수신하면, 태양광판넬(310)이 태양을 정면으로 바라보도록 4개소 유압실린더의 유압을 조절하여 실린더로드의 인출길이를 조절함으로서, 태양광판넬이 항상 태향의 위치를 정면으로 바라보도록 제어하여 집광의 효율을 극대화할 수 있는 기능 및 효과가 있다.
이하에서는 볼조인트의 구체적 구성에 관하여 설명한다.
볼조인트(B)는 면압함유베어링(333), 헤드부(322)를 포함한다.
면압함유베어링(333)은, 소결제조된 함유 베어링으로서, 지지체에 반구형으로 함몰형성된 내부에 구비되며, 상기 면압함유베어링(333)은, 기공률이 10 ~ 20%이고, 기공 내에, 150 ~ 280의 점도지수를 갖는 합성윤활유가 면압함유베어링에 함침되며, 기공을 제외한 기지 부분이 Cu 100 중량부에 대하여, Ni, Mo, Mn , Cr 중에서 선택되는 적어도 1종이 5 ∼ 15 중량부로 이루어진 것을 특징으로 한다.
위와 같은 면압함유베어링(333)은, 윤활성 및 내마모성이 우수하며, 높은 면압 조건에서도 베어링과 구형의 헤드부(322)의 사이에서 높은 윤활막 강도를 가지고, 베어링에 함침한 합성윤활유가 슬라이딩면에 충분히 공급되는 효과가 있다.
헤드부(322)는, 볼 형상이며,실린더로드(321)의 선단부에 구비되어 있고, 면압함유베어링에 삽입되어 다방향으로 각도를 조절할 수 있는 기능을 가진다.
이하에서는 수소보일러(400)에 관하여 설명한다.
도 9는 수소를 이용한 보일러의 확대단면도이다.
도시된 바와 같이 수소보일러(400)는, 본체(410), 연소통(420), 버너(430), 착화기(440), 배기관(450), 릴리프파이프(460), 체크밸브(470)을 포함한다.
본체(410)는, 중공의 원통형 구조를 가지고 있으며, 내부에는 일정 수위까지 채워지는 물을 내장하고 있다.
연소통(420)은, 본체(410)의 내부에 있는 물속에 잠겨서 배치되어 일차적으로 물을 가열하게 된다.
버너(430)는. 본체(410)의 외부에서 삽입됨과 더불어 연소통(420)의 내부와 통하여 수소와 산소를 분사하게 되며, 상기 버너(430)에는 가스분사속도가 낮아져서 역화되는 것을 방지하기 위하여 역화방지부를 채택하고 있다.
상기 역화방지부의 구체적 구성은 후술한다.
착화기(440)는, 본체(410)의 외부에서 삽입됨과 더불어 연소통(420)의 내부와 통하여 버너(430)의 선단부에 전기불꽃을 방사하게 된다.
배기관(450)은, 연소통(420)과 연결됨과 더불어 선단부가 아래쪽으로 'U'자 형상으로 굽어서 본체(410) 내의 물에 잠겨서 수증기를 배기한다.
릴리프파이프(460)는, 일측 단부는 연소통(420)에 연결되고, 타측단부인 상단부는 본체(410) 내의 수면 위로 돌출된다.
체크밸브(470)는, 릴리프파이프(460)의 타측단부인 상단부에 설치되어 본체(410) 내의 수면 위쪽의 압력이 연소통(420) 내 압력보다 높을 때에 개방되고, 연소통(420) 내의 압력이 본체(410) 내의 수면 위쪽의 압력보다 클 때에는 폐쇄되는데, 이는 연소가 중단되어 연소통(420) 내부의 압력이 저하될 때에 본체(410) 내의 수면 위쪽 압력과 연소통(420) 내부의 압력 차이의 발생을 제거하여 본체(410) 내의 물이 배기관(450)을 통하여 연소통(420) 내부로 유입되는 것을 방지하게 된다.
이와 같은 수소 연료를 이용한 보일러의 작동관계를 살펴보면,
착화기에 전기를 공급하여 버너(430)의 선단부에 전기불꽃을 발생시킨 뒤, 수소와 산소를 버너(430)로 분사하면 수소와 산소가 연소통(420) 내부에 연소하여 고온, 고압의 수증기가 발생되어 연소통(420) 내의 압력이 상승하면서 체크밸브(470)가 닫히게 된다.
이 때 연소통(420)이 가열되면서 일차적으로 본체(410) 내의 물이 가열되고, 고온, 고압의 수증기가 배기관(450)을 통하여 분출되어 본체(410) 내의 물에 분사되면서, 이차적으로 물을 가열하면서 액화되는데, 고온의 수증기가 물과 직접적으로 열교환하기 때문에, 대부분의 수증기는 배기되는 과정에서 액화되며, 본체(410) 내의 물은 배기되는 수증기로 인하여 신속하게 교반되어 전체적으로 일정한 온도로 신속하게 가열된다.
또한, 본체(410) 내에서 신속하게 가열된 물은 모터펌프(M)를 통하여 시설물의 내부에 설치된 난방파이프로 순환되는 것이므로, 시설물의 내부를 난방할 수 있다.
위와 같은 수소보일러는 수소가 연소된 상태인 수증기가 대기로 유출되지 않고 본체 내부에서 모두 소모되기 때문에, 열교환에 필요한 구성요소를 매우 간단하게 구성할 수 있으며, 오염물질이 전혀 발생되지 않는다.
이하에서는 버너(430)의 내부에 구비된 역화방지부에 관하여 설명한다.
수소연료를 사용하는 버너는 수소연료의 특성상 연소가 너무 빨라서 연료의 역화 현상이 일어나 폭발할 위험성이 높으므로, 본 실시 예는 연료분사 후에 노즐의 분사공을 막는 응답속도가 빨라서 역화를 방지할 수 있는 역화방지부를 제안하고 있다.
도 10은 노즐의 개방상태 단면도, 도 11은 노즐의 폐쇄상태 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시 예의 역화방지부는, 노즐(431), 개폐판(432), 상부돌기(433a), 하부돌기(433b), 순환공(434)을 포함한다.
노즐(431)은, 중앙에 중공형상의 분사공이 형성되어 있으며, 수소와 산소의 혼합기체(이하 '혼합기체'라 한다)를 분사한다.
순환공(434)은, 노즐에 형성된 분사공의 내부 주변에 함몰된 형상으로 구비되며, 혼합기체가 유동되는 통로의 기능을 가진다.
하부돌기(433b)는, 노즐에 형성된 순환공 저면의 외주면에 돌출된 구조를 가지고 있으며, 후술하는 개폐판(432)판과 연동하여 밀착됨으로서, 노즐의 분사공을 차폐하여 연소된 수증기가 역류되는 것을 차단한다.
상부돌기(433a)는, 노즐에 형성된 순환공 상면의 외주면에 일정한 간격을 형성하면서, 돌출된 구조를 가지고 있어, 상부돌기(433a)들 사이로 혼합기체가 유동하는 통로의 기능 및 개폐판(432)의 양측면을 지지하여 개폐판을 분사된 혼합기체의 압력에 의하여 절곡시키는 기능 및 효과를 더불어 가진다.
개폐판(432)은, 탄성을 갖는 원판형의 판재형상을 하고 있으며, 상면에는 가이드봉(432a)이 돌출되어 있어, 노즐의 분사공 상측에 끼움결합되는데, 가이드봉의 외면과 분사공의 내면에는 간격이 형성되어 있어, 그 간격으로 혼합기체가 분사되며, 개폐판의 하면은 평편한 구조를 가지고 있어, 하부돌기(433b)와 접촉되어 분사공을 밀봉한다.
이와같은 역화방지부의 작동관계를 살펴보면,
버너(430)가 가동하여 혼합기체가 분사되면, 혼합기체의 압력과 상부돌기(433a)에 의하여 탄성을 갖는 개폐판(432)은 절곡되고, 혼합기체는 개폐판(432)의 외주면과 순환공(434)을 거쳐 노즐의 분사공에서 분사되어 연소된다. 그 다음 연소가 중단되어 연소통(420) 내의 수증기가 압력에 의하여 노즐의 분사공으로 역류하면, 수증기의 압력이 개폐판의 상면에 작용하게 됨으로써, 원판의 형상으로 복원된 개폐판의 저면이 하부돌기(433b)의 돌출된 외주연에 밀착되어 밀봉하는 것이므로, 분사공을 막는 응답속도가 빨라서 수소를 연료로 사용하는 버너의 노즐을 신속하게 차폐하여 역화를 방지하는 기능 및 효과를 가진다.
이하에서는 오염물질제거실에 관하여 설명한다.
분진, 먼지, 철새 배설물 등의 오염물질이 시설물을 출입하는 출입자에 의복 등에 부착되어 축사 또는 양계장을 오염시킴으로서, 구제역, 조류독감 등에 의하여 소, 돼지, 닭 등이 감염되어 폐사하는 경우가 있는데, 본 실시 예는 시설물의 출입구에 오염물질제거실을 제안하고 있다.
도 12는 오염물질제거실의 정면도이다.
도시된 바와 같이 오염물질제거실(500)은 신발세정기(520), 먼지제거기(550), 가이드레일(540)로 이루어진 것에 특징이 있다.
신발세정기(520)는, 오염물질제거실(500) 내부 저면에 통공이 형성된 발판(510) 중앙에 구비되어 있으며, 오염물질제거실(500)로 진입한 출입자가 신발세정기 위에 위치하게 되면 신발세정기가 구동되어 신발에 고착되어 있는 분진을 제거하여 배기덕트를 통하여 외부로 배출한다.
먼지제거기(550)는, 오염물질제거실(500) 내부 양측면에 구비되며, 원통형 구조의 몸체(552)를 가지고 있고, 몸체(552)의 외면에는 출입자에게 위해를 가하지 않을 정도의 경도를 갖는 브러쉬(551)가 결합되어 있으며, 몸체(552)가 회전하면서, 브러쉬(551)가 출입자의 피복물을 타격하여, 출입자의 피복물에 견고하게 고착된 먼지를 털어내어 분리시키는 기능을 한다.
가이드레일(540)은, 오염물질제거실(500)의 좌,우 측벽을 연결하는 바 형식으로 구비되어 있으며, 가이드레일(540)에 슬라이드 이동이 가능하도록 결합된 가이드편(541)이 도시하지 않은 구동수단에 의하여 가이드레일(540)의 좌,우로 이동된다.
상기 가이드편(541)에는 회전축(543)이 구비되어 있고, 회전축(543)은 먼지제거기의 몸체(552)와 연결되어 있어, 모터(542)의 구동에 의하여 회전축(543)이 회전하고, 회전축(543)이 회전되면 회전축(543)과 결합되어 있는 몸체(552)도 회전하고, 몸체(552)가 회전하면, 몸체(552)에 결합되어 있는 브러쉬(551)도 회전하게 되는 것이다.
이와 같은 오염물질제거실의 작동관계를 살펴보면,
오염물질제거실로 출입자가 진입하여 신발세정기의 위에 위치하고, 신발세정기 위에 출입자가 위치한 것을 센서(도시를 생략함)가 감지하면, 신발세정기를 구동하여 신발에 고착된 분진을 털어내어 분리시킴과 동시에, 먼지제거기를 가이드레일을 따라 출입자의 신체와 일정거리까지 접근하도록 제어하며, 일정거리까지 근접한 것을 센서(도시를 생략함)가 감지하면 먼지제거기를 회전시켜 출입자의 피복물에 고착된 먼지를 털어내어 분리시킨다.
이렇게 먼지제거기와 신발세정기에서 분리된 분진은 발판을 통하여 배기덕트로 유입되고, 배기팬에 의하여 외부로 배출되는 것이므로, 출입자의 신발 또는 피복물에 견고하게 고착된 먼지를 털어내어 제거할 수 있는 것이어서, 출입자의 신발 및 피복에 의하여 시설물이 오염되는 것을 방지하는 효과가 있는 것이다.
이상과 같은 본 발명 수소 및 신재생에너지를 이용한 스마트 팜은, 온실, 축사, 양계장 등에서 발생하는 오염물질의 배출을 최소화 하면서, 에너지비용을 절감하며, 무공해 친환경적으로 가축을 키우고, 농작물을 재배할 수 있는 효과가 있다.
100:시설물 200:지열장치
210:수조 220:라디에이터
230:날개편 231:상향경사면
232:하향경사면 233:소돌기
241:제1중공부 242:제2중공부
243:제3중공부 244:보강재
245:단열재 251:열교환핀
252:열교환파이프 253:'U'자형곡관
300:태양광장치 310:태양광판넬
320:유압실린더 321:실린더로드
322:구형의 헤드부 333:면압함유베어링
400:수소보일러 410:몸체
420:연소통 430:버너
431:노즐 432:개폐판
432a:가이드봉 433a:상부돌기
433b;하부돌기 434:순환공
440:착화기 450:배기관
460:릴리프파이프 470:체크밸브
500:오염물질제거실 510:발판
520:신발세정기 530:외벽
540:가이드레일 541:가이드편
543:회전축 550:먼지제거기
551:브러쉬 552:몸체
B:볼조인트 P:순환파이프
P1:흡열파이프 P2:단열파이프
P3:방열파이프 S1:태양추적센서

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 시설물(100) 내부의 온도를 조절하기 위한 지열장치(200) 및 태양광장치(300) 및 수소보일러(400)가 구비되되;
    지열장치(200)는,
    지중에 매설된 흡열파이프(P1)와,
    제1중공부(241)는 내측에 트러스 형상의 보강재(244)가 구비되고, 제2중공부(242)에는 단열재가 구비되며, 제3중공부(243)로는 열교환매체가 통과하는 단열파이프(P2)와,
    아래쪽으로 굴곡된 'U'형 곡관(253)의 구조이며, 'U'형 곡관(253)의 사이에는 'U'형 곡관(253)의 직경보다 작은 직경의 열교환파이프(252)가 연결되고, 'U'형 곡관(253)의 외면에는 열교환핀(251)이 돌출되어, 시설물(100) 내에 구비된 수조(210)에서 열교환시킴으로서, 수조 내의 물을 가열시키는 방열파이프(P3)와,
    수조와 파이프로 연결되어, 시설물 내부의 공기를 가열하는 라디에이터(220)로 이루어지되;
    태양광장치(300)는,
    배면에 지지체가 구비되며, 상면에는 태양추적센서(S1)가 구비된 태양관판넬(310)과,
    시설물의 외부 기초판 위에 저면이 고정되고, 상면에는 유압에 의하여 출몰하는 실린더로드(321)가 결합되며, 실린더로드는 태양광판넬의 저면에 형성된 지지체에 결합되면서, 태양광판넬의 저면 모서리의 4개소에 설치된 유압실린더(320)와,
    실린더로드(321)와 지지체의 사이에 구비되어, 태양광판넬의 각도를 변환하는 볼조인트(B)와
    태양추적센서(S1)의 신호에 의하여 태양관판넬 저면의 모서리 4개소에 설치된 유압실린더의 유압을 제어하여 실린더로드의 인출길이를 조절하는 제어부로 이루어진 것을 특징으로 하는 수소 및 신재생에너지를 이용한 스마트 팜.
  3. 청구항 제2항에 있어서,
    수소보일러(400)는,
    중공의 원통형 구조이며, 내부에는 물을 내장한 본체(410)와,
    본체(410)의 내부에 있는 물속에 잠겨서 일차적으로 물을 가열하는 연소통(420)과,
    본체(410)의 외부에서 삽입되고, 연소통(420)의 내부로 수소와 산소를 분사하는 버너(430)와,
    본체(410)의 외부에서 삽입되어 버너(430)의 선단부에 전기불꽃을 방사하는 착화기(440)와,
    연소통(420)과 연결되면서, 선단부가 아래쪽으로 'U'자 형상으로 절곡되면서, 본체(410) 내의 물에 잠겨, 수증기를 배기하는 배기관(450)과,
    본체(410) 내에서 가열된 물은 모터펌프(M)를 통하여 시설물의 내부에 설치된 난방파이프로 순환되는 것을 특징으로 하는 수소 및 신재생에너지를 이용한 스마트 팜.
  4. 청구항 제3항에 있어서,
    버너(430)에는 역화방지부가 구비되되;
    역화방지부는,
    중앙에 중공형상의 분사공이 형성되며, 수소와 산소의 혼합기체를 분사하는 노즐(431)과,
    노즐에 형성된 분사공의 내부 주변에 함몰된 형상으로 구비되며, 혼합기체가 유동되는 통로의 기능을 갖는 순환공(434)과,
    노즐에 형성된 순환공 저면의 외주면에 돌출된 구조를 가지는 하부돌기(433b)와,
    노즐에 형성된 순환공 상면의 외주면에 일정한 간격으로 돌출된 상부돌기(433a)와,
    탄성을 갖는 원판형의 판재형상이며, 상면에는 가이드봉(432a)이 돌출되어, 노즐의 분사공에 끼움,결합된 개폐판(432)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수소 및 신재생에너지를 이용한 스마트 팜.
  5. 청구항 제4항에 있어서,
    시설물의 출입구에는 오염물질제거실(500)이 더 구비되되;
    오염물질제거실(500)은,
    내부 저면에 통공이 형성된 발판(510) 중앙에 구비되며, 신발에 고착된 분진을 제거하여 배기덕트를 통하여 외부로 배출하는 신발세정기(520)와,
    오염물질제거실(500) 내부 양측면에 구비되고, 원통형 구조의 몸체(552)이며, 몸체(552)의 외면에는 브러쉬(551)가 결합되어, 몸체(552)가 회전하면서, 브러쉬(551)가 출입자의 피복물을 타격하여, 피복물에 견고하게 고착된 먼지를 털어내어 분리시키는 먼지제거기(550)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소 및 신재생에너지를 이용한 스마트 팜.
  6. 청구항 제5항에 있어서,
    볼조인트(B)는,
    소결제조된 함유 베어링이며, 지지체에 반구형으로 함몰형성된 내부에 구비된 면압함유베어링(333)과,
    볼 형상이며, 실린더로드(321)의 선단부에 구비되고, 면압함유베어링에 삽입되어 다방향으로 각도를 조절하는 헤드부(322)를 포함하며,
    상기 면압함유베어링(333)은, 기공률이 10 ~ 20%이고, 기공 내에, 150 ~ 280의 점도지수를 갖는 합성윤활유가 면압함유베어링에 함침되며, 기공을 제외한 기지 부분이 Cu 100 중량부에 대하여, Ni, Mo, Mn , Cr 중에서 선택되는 적어도 1종이 5 ∼ 15 중량부로 이루어진 것을 특징으로 하는 수소 및 신재생에너지를 이용한 스마트 팜.
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