KR102486643B1 - 스마트 팜 시스템의 공조 제어 장치 - Google Patents

스마트 팜 시스템의 공조 제어 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스마트 팜 시스템에 관한 것으로 특히 스마트 팜 시설에서 식물의 생육과정과 휴지시간의 내부 온도차에 의한 제습 및 온도 보상을 통해서 불필요하게 소비되는 난방열을 재사용하여 에너지 절감을 구현하고 이를 통해 식물생육에 필요한 적절한 환경을 구현하는 공조 제어 장치에 관한 것으로 여기서 상기 공조 제어 장치는 바람직하게 마이콤, 증발기 코일, 제 1 실외기, 제 2 실외기, 컴프레서, 제 1 및 2 밸브 등을 포함하여 구성된다. 추가적으로 증발기 코일의 저압 발생시 이를 보완하기 위하여 제 3 밸브를 포함하여 구성될 수 있다.

Description

스마트 팜 시스템의 공조 제어 장치{Smart farm heating and cooling system}
본 발명은 스마트 팜 시스템에 관한 것으로 특히 스마트 팜 시설에서 식물의 생육과정과 휴지시간의 내부 온도차에 의한 제습 및 온도 보상을 통해서 불필요하게 소비되는 난방열을 재사용하여 에너지 절감을 구현하고 이를 통해 식물생육에 필요한 적절한 환경을 구현하는 공조 제어 장치에 관한 것이다.
일반적으로 스마트 팜과 같은 식물공장에서 식물의 재배/생산을 관리함에 있어서 온도나 습도는 상기 식물의 생육에 직접적인 영향을 미치는 중요한 요소이며, 이러한 온도 및 습도를 조절하기 위한 다양한 장치 및 방법들이 개발되어 스마트 함 공조에 보급되고 있다.
이러한 스마트 팜 시설내에서 종래의 온도나 습도를 조절하기 위한 장치들은 식물의 생육과정에서 햇빛을 대신하여 LED등의 빛을 조사함으로써 식물재배의 적정온도보다 내부온도가 상승하고, 양분을 공급하기 위하여 양액을 만들어 지속적으로 뿌리에 공급하고 생육과정에서 식물 잎에서 발생하는 증산작용으로 인하여 내부 습도가 높아지는 경향이 종종 존재한다.
또한 LED등의 열원이 제공되지 않는 휴지기간에는 그 온도가 식물생육에 필요한 적정온도 이하로 낮아지게 되는 경우도 발생하여 식물의 생육을 저해하는 요소로 작용하고 있다.
상기 상승하는 내부온도를 낮추기 위해서 종종 냉방장치를 작동시켜서 그 온도를 지속적으로 낮추는 장치들이 제공되어 있으며, 상기 휴지기간내에 낮아진 온도를 올리기 위해서는 히터를 가동시켜서 상기 낮아진 온도를 증가시키고 있다
또한 상기 증산작용에 의해 높아진 스마트 팜내의 실내습도를 낮추기 위해서는 일반적으로 제습기를 가동시켜서 적정한 습도로 조정하고 있다.
상기와 같이 스마트 팜 내의 높아진 온도를 낮추기 위해서는 사용하는 냉방기 및 휴지시간의 LED 열원 미공급으로 인해 낮아진 온도를 높이기 위한 히터장치 그리고 스마트 팜내에서 식물의 증산작용에 따라 높아진 습도를 낮추기 위해서 사용되는 제습기의 각각 가동으로 인한 막대한 에너지의 손실로 인해 스마트 팜 공조에서 심각한 문제를 노출시키고 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 상기 LED 열원 공급으로 인하여 높아진 온도를 낮추기 위해 가동하는 냉방장치의 증발기에서 발생하는 열을 재사용하여 버려지는 증발 발생 열을 본 원의 공조 제어 장치에 다시 재사용함으로써 본 원의 스마트 팜 공조장치에서 사용되는 에너지의 절대적인 양을 획기적으로 저감하여 스마트 팜 공조장치의 효율성을 극대화하는 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 측면은,스마트 팜 시설에서 식물의 생육과정과 휴지시간의 내부 온도차에 의한 제습 및 온도 보상을 통해서 불필요하게 소비되는 난방열을 재사용하여 에너지 절감을 구현하고 이를 통해 식물생육에 필요한 적절한 환경을 구현하는 공조 제어 장치를 제공하는 것이다.
여기서 상기 공조 제어 장치는 바람직하게 마이콤, 증발기 코일, 제 1 실외기, 제 2 실외기, 컴프레서, 제 1 및 2 밸브등을 포함하여 구성된다. 추가적으로 코일의 저압 발생시 이를 보완하기 위하여 제 3 밸브를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 구성품외에 공조 제어 장치를 구동하기 위한 다양한 부가 장치가 포함될 수 있으며, 이는 공조 제어 장치의 일반적인 구성으로 당업자라면 누구나 일견하여 추가 혹은 제거할 수 있는 구조로서 본 원의 핵심개념을 설명하는데 있어서는 필요치 않으므로 그 상세 설명은 생략하기로 한다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 스마트팜 공조 제어 장치에 따르면, 상기 공조 제어장치내에 설치된 적어도 하나이상의 실외기 및 하나이상의 밸브를 사용하여 선택적으로 복수의 실외기를 제어함으로써 냉각장치 구동시 발생된 열을 휴지기간에 내부 온도를 상승시키는 에너지로 재사용하여 스마트 팜 시설에서 식물의 생육과정의 적절한 온도 혹은 습도 보상을 통해서 불필요하게 소비되는 난방열을 재사용하여 에너지 절감을 구현하고 이를 통해 식물생육에 필요한 적절한 환경을 구현하는 이점이 있다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1 은 종래의 스마트팜 시설의 냉각 공조 제어 장치를 간략하게 표시한 블럭도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 스마트팜 공조 제어 장치의 회로도이다
도 3은 본 발명의 일 실시예에 적용된 컴프레스가 복수의 소형 컴프레스로 구성될 수 있음을 나타낸 도면이다.
전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된"...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 1 은 종래 스마트 팜 시설의 냉각 공조 제어 장치를 간략하게 표시한 블럭도이고,도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 스마트팜 공조 제어 장치의 회로도이다.
도 1 을 참조하여 종래 기술의 스마트 팜 시설의 간략한 구조는 전체 구성요소를 제어하는 마이콤(101)와 냉각 가스를 발생하는 컴프레스(103)와 상기 컴프레스에 냉각가스 발생을 위한 적절한 전력을 공급하는 코일(102)와 상기 컴프레서의 작동시에 발생하는 열을 외부로 배출하는 실외기(104)로 구성된다. 이 밖에 다른 일반적인 구성요소가 추가되어 사용될 수 있으나 이는 당업자라면 충분히 인지하는 범용기술로서 본 발명의 요지를 설명하는데 있어서는 불필요한 혼선을 줄 수 있으므로 그 기재를 생략하여 기재하지 않는다.
상기 언급된 냉각장치의 동작을 설명하면 스마트 팜 시설에서 상기 언급한 바와 같이 식물의 생육을 위해 LED등 적절한 열원 발광소자의 조사로 인해 스마트 팜 시설내의 내부 온도가 식물 생육의 적정 온도를 초과하여 증가할 수 있다.
이러한 적정온도의 초과가 발생하는 경우 상기 마이콤(101)에서는 일반적인 온도센서등을 이용해 이를 인지하여 상기 코일(102)를 동작시키고 이에 따라 상기 컴프레스(103)가 동작하여 냉각 기능을 동작하도록 하여 스마트 팜 시설내의 온도를 적정온도를 벗어나지 않는 범위내에서 조절하도록 한다. 이때 발생하는 컴프레서의 잔존열은 상기 실외기(104)를 통하여 외부로 배출되도록 한다.
그러나 이러한 종래기술에 따르는 일반적인 스마트 팜의 공조장치에서는모든 시간동안 LED등의 열원 발광소자를 조사할 수는 없으므로 필연적으로 상기 LED등의 열원 발광을 휴지하는 기간이 존재하게 되며, LED등의 열원 발광소자가 조사되지 않는 휴지기간에는, 그 온도가 식물의 생육에 필요한 온도이하로 급격히 떨어져서 상기 생육온도를 맞추기 위해서는 본 원에서는 개시되지 않았으나 추가적으로 히터장치를 가동하여 온도를 상승시켜야 하는 구조로 구성되어 있으며, 이러한 추가적인 히터장치의 구성으로 인해 불필요한 장치의 구성 및 비효율적인 에너지 낭비가 발생하게 된다. 이에 본 발명은 위와 같은 사실에 착안하여 개시된 것으로 상기 불필요한 히터 장치의 구성을 배제하여 에너지 효율을 극대화한 것을 그 특징으로 한다.
도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 스마트팜 공조 제어 장치는 구성요소들을 제어하는 마이콤(201)와 냉각 가스 발생을 위한 컴프레스(203)와 상기 컴프레스(203)에 적절한 전류를 공급하는 증발기 코일(202)와 상기 컴프레스(203)의 발생열을 외부로 배출하는 제 1 실외기(204)와 상기 컴프레스(203)의 발생열을 스마트 팜 시설의 내부로 배출하는 제 2 실외기(205)와 상기 제 1 실외기(204) 및 제 2 실외기(205)로 유입되는 열가스를 선택적으로 제어하는 제 1 밸브(206) 및 제 2 밸브(207)를 포함하여 구성된다. 또한 본 공조 제어 장치에는 선택적으로 제 3 밸브(208)가 포함될 수 있으며 상기 제 3 밸브(208)는 상기 증발기 코일(202)가 저압으로 인해 가동의 어려움이 있을때 고온의 가스를 선택적으로 공급할 수 있도록 하는 기능을 포함한다.
상기 도 2 를 참조하여 본 원의 상세 동작을 이하 설명하기로 한다.
일반적으로 상기 기재한 바와 같이 스마트 팜 공조 제어 장치는 일정시간 가동되고 또한 그 가동시간 사이에 일반적으로 가동이 중지되는 휴지시간을 종종 가지기도 한다. 본 원에 따르는 스마트 팜 공조 제어 장치는 그 가동시기에는 상기 증발기 코일(202) 및 상기 컴프레스(203)의 가동으로 스마트 팜 내부의 온도를 적정 온도 이하로 유지하는 작용을 한다. 그러나 그 가동이 중지되는 휴지기간에는 스마트 팜 내부의 온도가 식물 생육의 온도에 적합하지 않는 온도로 하강하는 경우가 있으므로 이러한 경우에 있어서는 상기 컴프레스(203)의 일부 혹은 온도제어에 필요한 용량만 동작을 수행하도록 하고 상기 제 1 밸브(206)를 차단하고 상기 제 2 밸브(207)를 개방하여 상기 컴프레스(203)에 의한 일부 발생열이 제 2 실외기(205)를 통해 스마트 팜 내부로 전달되도록 하여 스마트 팜 내부의 온도가 식물의 생육 온도 이하로 내려가는 것을 방지하도록 한다. 또한 이러한 제어에 의해 스마트 팜 내부의 습도도 또한 식물의 생육에 필요한 습도로 제어될 수 있다. 이러한 제어는 본 공조 제어 장치내의 상기 마이콤(201)에 의해서 본 도면에 기재되지 않았지만 장치 내부에 부착된 온도 센서를 측정하여 제어가 이루어진다.
도 3에 기재된 바를 참조하면, 도 2에 기재된 컴프레스(203)는 도 3에 기재된 바와 같이 소형의 복수의 컴프레스(300-1, 300-n)로 구현될 수도 있다.
상기 소형의 복수의 컴프레스(300-1, 300-n)는 마이콤의 제어에 따라 그 필요한 만큼 선택적으로 가동이 수행될 수 있다. 즉 필요 용량에 따라 복수개의 컴프레스가 일부만 가동 될 수도 있고 또한 전체가 가동 될 수 도 있음을 나타낸다.
도 2에 기재된 컴프레스(203)가 하나의 컴프레스로 작동할 수 있으며, 또한 도 3에 기재된 바와 같이 복수의 컴프레스의 병렬적인 구현으로 작동할 수 도 있다. 만약 단일 컴프레스(203)의 동작이 일부 동작 및 전체 동작으로 냉각발생용량을 조절할 수 있으면 단일 컴프레스를 사용하여도 되고, 복수의 컴프레스를 사용하여 냉각 발생 용량을 조절하고 싶으면 그렇게 사용하여도 무방하다.
상기 휴지기간에서는 상기 컴프레스(203)의 전체 용량을 가동할 필요가 없이 필요한 온도 하강만을 막기위한 일부 컴프레스의 가동으로 충분할 수 있으므로 선택적으로 컴프레스의 냉각 발생 용량을 제어할 수 있다.
일반적으로 제 1 실외기(204)에는 제 1 밸브(206)가 부착되고 제 2 실외기(205)에는 제 2 밸브(207)가 부착된다. 상기 기재한 바와 같이 마이콤(201)의 제어로 상기 제 1 밸브(206) 및 제 2 밸브(207)가 선택적으로 개방 및 차단되어 전체 냉각시에는 제 1 밸브(205)의 개방 및 제 2 밸브(206)의 차단, 그리고 휴지기간에는 제 1 밸브(206)의 차단 및 제 2 밸브(207)의 개방으로 본 발명이 추구하는 기능을 수행하게 된다. 바람직하게는 상기 제 1 밸브(206) 및 제 2 밸브(207)는 도면에 기재된 바와 같이 솔레노이드 밸브(SOLENOID V/V)를 사용할 수 있으며 이와 동일한 기능이 있는 다른 밸브를 사용하여도 무방하다.
도 2에 기재된 증발기 코일(202)은 일반적으로는 적정한 압력으로 가동을 수행하지만 내부 혹은 외부 환경의 변화등으로 인해 일시적으로 저압의 상태로 전환되면 그 가동에 어려움이 발생할 수 있다. 이러한 경우는 마이콤(201)의 제어로 제 3 밸브(208)를 개방하여 고온의 가스가 공급되도록 하며 적정 압력을 유지시켜 정상적인 동작을 수행할 수 있다. 상기 제 3 밸브(208)도 일반적으로 솔레노이드 밸브(SOLENOID V/V)를 사용할 수 있으며 이와 동일한 기능이 있는 다른 밸브를 사용하여도 무방하다. 도면에 기재된 다른 구성 부품들은 상기 기재한 바와 같이 본 원의 일반적인 공조 제어 장치를 구현하는데 필요한 일반적인 부품으로 본 원의 핵심 구현 요소를 설명하는데 있어서는 혼란을 유도할 수 있으므로 이하 상세 설명은 생략하기로 한다.
전술한 본 발명에 따른 스마트 팜 공조 제어 장치에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
101 : 마이콤
102 : 코일
103 : 컴프레서
104 : 실외기
201 : 마이콤
202 : 증발기 코일
203 : 컴프레스
204 : 제 1 실외기
205 : 제 2 실외기
206 : 제 1 밸브
207 : 제 2 밸브
208 : 제 3 밸브
300-1 : 제 1 컴프레서
300-n : 제 n 컴프레서

Claims (6)

  1. 스마트 팜 시설의 식물 생육에 필요하는 온도 혹은 습도를 제어하는 공조 제어 장치에 있어서,
    공조 제어 장치의 구성요소들을 제어하는 마이콤(201);
    컴프레스(203);
    증발기 코일(202);
    상기 컴프레스(203)에 의한 발생열을 스마프 팜 외부로 배출하는 제 1 실외기(204);
    상기 컴프레스(203)에 의한 발생열을 스마트 팜 내부로 배출하는 제 2 실외기(205);
    상기 제 1 실외기에 공급되는 가스를 제어하는 제 1 밸브(206);
    상기 제 2 실외기에 공급되는 가스를 제어하는 제 2 밸브(207);를 포함하고,
    상기 증발기 코일(202)에 공급되는 가스를 제어하는 제 3 밸브(208)를 더 포함하고,
    상기 제 3 밸브(208)는 상기 증발기 코일(202)이 저압으로 인해 가동의 어려움이 있을때 고온의 가스를 선택적으로 공급할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 공조 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴프레스(203)는 복수의 컴프레스(300-1, 300-n)로 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 공조 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 컴프레스(203)는 단일 컴프레서로 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 공조 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 밸브(206) 혹은 제 2 밸브(20&)는 솔레노이드 밸브(SOLENOID V/V)로 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 공조 제어 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 3 밸브(208)는 솔레노이드 밸브(SOLENOID V/V)로 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 팜 공조 제어 장치.
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KR102652945B1 (ko) 2023-12-28 2024-03-29 주식회사 에이비파트너스 지능형 스마트팜 공조시스템

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KR20040059533A (ko) * 2002-12-27 2004-07-06 장용기 멀티형 가스히트펌프 공기조화 시스템
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KR20200129792A (ko) * 2019-05-10 2020-11-18 김동열 폐열을 이용한 식물 재배 및 배양실 온도제어 시스템

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