KR20200000422A - Energy self-sufficient smart farm system based on salinity gradient power generation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스마트 팜 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염분차 발전에 기반한 에너지 자립형 스마트 팜 시스템에 관한 것이다. The present invention relates to a smart farm system, and more particularly to an energy-independent smart farm system based on salinity generation.
물-에너지-식량 넥서스는 물, 에너지, 식량 자원의 연계성을 파악하고, 자원을 효율적으로 이용하기 위한 통합관리 기술을 의미한다. 물-에너지-식량 넥서스에서 중심이 되는 스마트 팜은 온실의 환경과 작물의 생육 상태에 대한 실시간 센싱 정보를 기반으로 최적의 환경조건 유지 및 양액 제어를 통해 작물의 생산성 및 품질을 향상하고자 하는 농업 ICT 융합기술이다. 더 넓은 의미의 스마트 팜은 노지 농업, 수경재배, 시설원예, 축산 등 농·축산업 분야에서 농·축산물 생산, 유통, 소비의 전주기적 과정에 ICT 융합 기술을 적용하고 이를 통해 농촌의 삶의 질 향상을 도모하는 농업 형태까지를 포함한다. Water-energy-food nexus refers to integrated management technology to identify the linkages of water, energy and food resources and to use them efficiently. Smart farms, which are central to the water-energy-food nexus, aim to improve the productivity and quality of crops by maintaining optimal environmental conditions and nutrient solutions based on real-time sensing information on the environment of the greenhouse and the growth of crops. Technology. Smart farms in the broader sense apply ICT convergence technology to the whole cycle of agricultural and livestock production, distribution, and consumption in the fields of agricultural and livestock industry such as open-field agriculture, hydroponic cultivation, facility horticulture, and livestock raising, thereby improving the quality of life in rural areas. Includes up to farming forms.
시설의 운영 및 관리를 위해 에너지가 많이 소모되는 스마트 팜의 특성상 전체 시스템의 효율성을 확보하기 위해서는 스마트 팜의 에너지 공급이 자립적이고 안정적으로 이루어져야 하며, 환경친화적으로 생장 원료의 공급이 이루어질 수 있어야 한다. 따라서, 이와 같은 에너지 자립형 스마트 팜 시스템의 개발이 요구된다. In order to secure the efficiency of the entire system, the energy supply of the smart farm must be self-sustaining and stable, and the growth raw materials must be supplied in an environmentally friendly manner. Therefore, the development of such energy-independent smart farm system is required.
본 발명은 염분차 발전을 이용하여 스마트 팜의 운용 관리에 필요한 에너지와 농작물의 종류에 따라 최적화된 생장원료를 맞춤형으로 공급할 수 있는 염분차 발전에 기반한 에너지 자립형 스마트 팜 시스템을 제공하고자 한다. An object of the present invention is to provide an energy-independent smart farm system based on salt power generation that can supply customized growth raw materials optimized according to the types of energy and crops required for operation management of smart farms using salt power generation.
본 발명의 실시예들에 따른 스마트 팜 시스템은 농작물 재배가 이루어지는 농장 시설, 및 여과 오폐수, 음식물 폐기물 산 발효액, 이산화탄소 흡수액, 및 여과액비로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 고농도 용액과 상기 고농도 용액보다 농도가 낮은 저농도 용액을 공급받아 상기 고농도 용액과 상기 저농도 용액의 농도차를 이용하여 전기를 생성하고, 상기 농작물의 생장에 사용되는 생장원료를 공급하는 염분차 발전장치를 포함할 수 있다. The smart farm system according to the embodiments of the present invention is a farm facility where crops are grown, and a high concentration solution and a high concentration solution comprising at least one selected from the group consisting of filtration waste water, food waste acid fermentation broth, carbon dioxide absorbent, and filtrate ratio. It may include a salt differential power generator for receiving electricity having a lower concentration of low concentration solution to generate electricity by using the concentration difference between the high concentration solution and the low concentration solution, supplying the growth raw materials used for the growth of the crop.
본 발명의 실시예들에 따른 스마트 팜 시스템은 농작물 재배가 이루어지는 농장 시설, 및 여과 오폐수, 음식물 폐기물 산 발효액, 이산화탄소 흡수액, 여과액비 및 비료액으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 고농도 용액과 상기 고농도 용액보다 농도가 낮은 저농도 용액을 공급받아 상기 고농도 용액과 상기 저농도 용액의 농도차를 이용하여 전기를 생성하고, 상기 농작물의 생장에 사용되는 생장원료를 공급하는 염분차 발전장치를 포함하는 염분차 발전장치 및 상기 전기 및 생장원료의 일부가 공급되는 미생물 배양 장치를 포함할 수 있다. Smart farm system according to the embodiments of the present invention is a farm facility in which the crop is grown, and a high concentration solution comprising at least one selected from the group consisting of filtration waste water, food waste acid fermentation broth, carbon dioxide absorbent, filtrate ratio and fertilizer liquid Salinity difference comprising a salt differential generator for receiving electricity from a low concentration solution having a lower concentration than a high concentration solution to generate electricity by using the concentration difference between the high concentration solution and the low concentration solution and supplying growth raw materials used to grow the crops. It may include a power generation device and a microbial culture device supplied with a portion of the electricity and growth raw materials.
본 발명의 실시예들에 따른 스마트 팜 시스템은 농작물 재배가 이루어지는 농장 시설, 및 상기 농장 시설 내의 개별 농작물 주변의 토양 또는 수경 재배액 상에 설치되고, 여과 오폐수, 음식물 폐기물 산 발효액, 이산화탄소 흡수액, 여과액비 및 비료액으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 고농도 용액과 상기 고농도 용액보다 농도가 낮은 저농도 용액을 공급받아 상기 고농도 용액과 상기 저농도 용액의 농도차를 이용하여 전기를 생성하고, 상기 농작물의 생장에 사용되는 생장원료를 공급하며, 상기 고농도 용액과 상기 저농도 용액은 각각 이동형으로 교체 가능한 캡슐 형태로 공급되는 염분차 발전 장치를 포함할 수 있다. Smart farm system according to the embodiments of the present invention is installed on a farm facility where crops are grown, and the soil or hydroponic cultivation around individual crops in the farm facility, filtration waste water, food waste acid fermentation broth, carbon dioxide absorbent, filtration Receiving a high concentration solution containing at least one selected from the group consisting of liquid fertilizer and fertilizer liquid and a low concentration solution having a lower concentration than the high concentration solution to generate electricity by using the concentration difference between the high concentration solution and the low concentration solution, Supplying growth raw materials used for growth, the high concentration solution and the low concentration solution may include a salt differential power generation device is supplied in the form of a capsule that can be replaced each removable.
본 발명의 실시예들에 따른 스마트 팜 시스템은 농작물 재배가 이루어지는 농장 시설, 여과 오폐수, 음식물 폐기물 산 발효액, 이산화탄소 흡수액, 여과액비 및 비료액으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 고농도 용액과 상기 고농도 용액보다 농도가 낮은 저농도 용액을 공급받아 상기 고농도 용액과 상기 저농도 용액의 농도차를 이용하여 전기를 생성하고, 상기 농작물의 생장에 사용되는 생장원료를 공급하는 염분차 발전장치, 고농도 염수와 상기 고농도 용액 중 어느 하나와 상기 저농도 용액을 공급받아 전기를 생성하는 대용량 염분차 발전장치, 및 상기 염분차 발전장치 및 상기 대용량 염분차 발전장치에서 생성된 전기를 저장하고, 상기 농장 시설에 상기 전기를 공급하는 에너지 저장 시스템을 포함할 수 있다. Smart farm system according to embodiments of the present invention is a high concentration solution and a high concentration solution comprising at least one selected from the group consisting of farm facilities, cultivated waste water, food waste acid fermentation broth, carbon dioxide absorbent, filtrate ratio and fertilizer liquid crops are grown A salt differential power generation device for supplying growth raw materials used for growing the crops, and generating electricity using a concentration difference between the high concentration solution and the low concentration solution by receiving a low concentration solution having a lower concentration than the solution, a high concentration brine and the high concentration A large-capacity salinity generator for generating electricity by receiving any one of the solutions and the low concentration solution, and storing the electricity generated by the salt-differential generator and the large-sized salt generator, and supplies the electricity to the farm facility It may include an energy storage system.
본 발명에 따르면, 스마트 팜 시스템은 담수와 폐자원 또는 비료 용액의 농도차를 이용하여 전기를 생산함과 동시에 농작물 생장에 적합한 농도의 생장원료를 공급할 수 있다. 따라서 스마트 팜 시스템은 에너지 자립을 실현할 수 있으며, 농작물의 생장을 효율적으로 도울 수 있어, 물-에너지-식량 넥서스 문제를 해결할 수 있다. 따라서, 스마트 팜 시스템은 스마트 팜 프랜차이즈 사업, 친환경 도시, 항노화가 기능화된 도시, 대규모 친환경 물-에너지-폐기물 자립형 스마트 도시 등에 적용될 수 있다.According to the present invention, the smart farm system can produce electricity by using the concentration difference between fresh water and waste resources or fertilizer solution and at the same time can supply growth raw materials suitable for crop growth. Thus, smart farm systems can realize energy independence, can help crops grow efficiently, and solve the water-energy-food nexus problem. Therefore, the smart farm system can be applied to smart farm franchise projects, eco-friendly cities, anti-aging functional cities, large-scale eco-friendly water-energy-waste independent smart cities, and the like.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 스마트 팜 시스템의 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1에 도시된 스마트 팜 시스템의 변형예들이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스마트 팜 시스템의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스마트 팜 시스템의 구성도이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 스마트 팜 시스템의 구성도이다.
도 8 및 도 9는 염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 제1 실시예를 나타내는 사시도 및 측면도 이다.
도 10은 염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 제1 실시예의 제1 용액 유입부 및 제1 유입 부재를 설명하기 위해 나타낸 분해 사시도 및 배면도 이다.
도 11은 염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 제1 실시예를 나타내는 분해 사시도이다.
도 12 및 도 13은 염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 염분차 발전 유닛을 설명하기 위한 사시도 및 개략도이다.
도 14 및 도 15는 염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 제2 실시예를 나타내는 사시도 및 측면도 이다.
도 16은 염분차 태양열 복합 발전 장치의 제2 실시예를 나타내는 분해 사시도이다.
도 17은 도 7에 도시한 스마트 팜 시스템 중 염분차 태양에너지 복합 발전 장치를 통해 염분차 발전 장치의 담수 및 염수 용액의 온도 변화에 따른 에너지 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 제3 실시예에 따른 염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 사시도 및 측면도 이다.
도 20 내지 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 염분차 태양에너지 복합 발전 시스템을 설명하기 위해 나타낸 사시도이다.
도 23은 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 스마트 팜 시스템을 통합한 통합 시스템의 구성도이다.
도 24는 도 1에 도시한 스마트 팜 시스템 중 화학 비료 성분의 종류 및 구성에 따른 염분차 발전장치의 에너지 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 25는 도 1에 도시한 스마트 팜 시스템 중 염분차 발전장치의 개회로 전압(Open Circuit Voltage, OCV)을 나타낸 그래프이다.
도 26은 도 1에 도시한 스마트 팜 시스템 중 화학 비료 성분을 이용한 염분차 발전장치의 담수 유량 변화에 따른 에너지 밀도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 27은 도 1에 도시한 스마트 팜 시스템 중 폐 커피 용액을 비료 용액으로 사용하고 민물을 담수로 사용한 염분차 발전장치의 에너지 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 28은 도 1에 도시한 스마트 팜 시스템 중 KNO3를 비료 용액으로 사용하고 폐 커피 용액을 담수로 사용한 염분차 발전장치의 에너지 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 29는 도 1 또는 도 6에 도시한 스마트 팜 시스템 중 돼지 분료로부터 얻은 액비를 비료 용액으로 사용하고 민물을 담수로 사용한 염분차 발전장치의 에너지 밀도를 나타낸 그래프이다.
도 30는 도 1에 도시한 스마트 팜 시스템 중 이산화탄소 흡수액를 비료 용액으로 사용하고 민물을 담수로 사용한 염분차 발전장치의 이산화탄소 흡수액의 농도변화를 나타낸 그래프이다.
도 31은 도 1에 도시한 스마트 팜 시스템 중 이산화탄소 흡수액를 비료 용액으로 사용하고 민물을 담수로 사용한 염분차 발전장치의 담수 용액의 농도변화를 나타낸 그래프이다.1 is a block diagram of a smart farm system according to a first embodiment of the present invention.
2 to 4 are modifications of the smart farm system shown in FIG.
5 is a block diagram of a smart farm system according to a second embodiment of the present invention.
6 is a block diagram of a smart farm system according to a third embodiment of the present invention.
7 is a block diagram of a smart farm system according to a fourth embodiment of the present invention.
8 and 9 are a perspective view and a side view showing a first embodiment of the salt differential solar energy combined cycle apparatus.
FIG. 10 is an exploded perspective view and a rear view illustrating the first solution inlet and the first inlet member of the first embodiment of the salt difference solar energy composite power plant. FIG.
11 is an exploded perspective view showing a first embodiment of a salt differential solar energy combined cycle power generation apparatus.
12 and 13 are a perspective view and a schematic view for explaining a salt differential power generation unit of the salt differential solar energy combined cycle power generation device.
14 and 15 are a perspective view and a side view showing a second embodiment of the salt differential solar energy combined cycle apparatus.
FIG. 16 is an exploded perspective view showing a second embodiment of the salt differential solar thermal power generation apparatus. FIG.
FIG. 17 is a graph showing energy densities according to temperature changes of fresh water and brine solutions of the salt differential power generator through the salt differential solar energy combined cycle power generator of FIG. 7.
18 and 19 are a perspective view and a side view of a salt differential solar energy combined cycle power generation apparatus according to a third embodiment of the present invention.
20 to 22 are perspective views illustrating a salt difference solar power generation system according to an embodiment of the present invention.
23 is a configuration diagram of an integrated system incorporating a smart farm system according to the first to fourth embodiments of the present invention.
24 is a graph showing the energy density of the salt differential power generator according to the type and configuration of chemical fertilizer components in the smart farm system shown in FIG.
FIG. 25 is a graph showing an open circuit voltage (OCV) of the salt differential power generator of the smart farm system shown in FIG. 1.
FIG. 26 is a graph illustrating energy density change according to freshwater flow rate change of the salt differential power generator using the chemical fertilizer component of the smart farm system shown in FIG. 1.
FIG. 27 is a graph showing the energy density of the salt power generator using the waste coffee solution as the fertilizer solution and the fresh water as the fresh water in the smart farm system shown in FIG. 1.
FIG. 28 is a graph showing the energy density of the salt power generation apparatus using KNO 3 as a fertilizer solution and waste coffee solution as fresh water in the smart farm system shown in FIG. 1.
FIG. 29 is a graph showing the energy density of the salt power generation apparatus using the liquid fertilizer obtained from pig manure as a fertilizer solution and fresh water as fresh water in the smart farm system shown in FIG. 1 or FIG. 6.
FIG. 30 is a graph illustrating a change in concentration of a carbon dioxide absorbing liquid of a salt generating apparatus using carbon dioxide absorbing liquid as a fertilizer solution and fresh water as fresh water in the smart farm system shown in FIG. 1.
FIG. 31 is a graph illustrating a change in concentration of a freshwater solution of a salt power generation apparatus using a carbon dioxide absorbing liquid as a fertilizer solution and freshwater as freshwater in the smart farm system shown in FIG. 1.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.
태양전지 패널 및 염분차 발전 장치(역전기투석 발전 장치)와 관련하여 따로 언급되지 않는 구성요소 들은 종래에 사용되어 오는 것이라면, 당해 기술분야에 속하는 통상의 전문가가 그 사용 목적 및 조건에 따라 적절하게 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 본 명세서 전체에서 '연결, 설치, 장착' 이라 함은, 볼트와 너트 등을 이용하여 고정 연결시키는 것을 의미하며, 볼트와 너트뿐만 아니라, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자가 연결부재를 적절히 선택하여 사용할 수 있다.Components not specifically mentioned in connection with solar panels and saline generators (reverse electrodialysis generators) are those conventionally used, and those of ordinary skill in the art may be properly adapted to the purpose and conditions of use thereof. You can choose to use it. In addition, the term 'connecting, installing, and mounting' as used throughout this specification means a fixed connection using a bolt and a nut, and the like, as well as a bolt and a nut, a self-connecting member having ordinary knowledge in the art. It can select suitably and can use.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 자립형 스마트 팜 시스템의 구성도이다. 1 is a block diagram of an energy-independent smart farm system according to an embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 제1 실시예의 스마트 팜 시스템(100)은 농작물 재배가 이루어지는 농장 시설(10), 저농도 용액과 고농도 용액을 이용하여 발전하는 염분차 발전장치(20), 전기를 저장하는 에너지 저장 시스템(30), 중앙제어장치(50)를 포함한다. Referring to FIG. 1, the
염분차 발전장치(20)는 저농도 용액 공급부(41) 및 고농도 용액 공급부(42)와 연결되고 중앙제어장치(50)에 의해 제어된다. The salt
농장 시설(10)은 일반적인 개방형 농장 시설이거나, 온실과 같은 건축물일 수 있다. 농장 시설(10)은 온도, 습도, 광량, 풍향, 풍속, 식물 성장 등을 감지하는 각종 센서(11)를 적어도 하나 이상을 포함하고, 농장 시설(10)의 운용 및 통신이 가능한 전자기계장치(12)를 포함한다. The
센서(11)는 토양 또는 수경 재배액에 부착되어 습도, 온도, pH, 영양도 등을 감지하는 센서와, 온실 내부의 광량을 감지하는 센서와, 농작물에 부착되어 농작물의 성장을 모니터링하는 센서 등을 포함할 수 있다. The
전자기계 장치(12)는 온도 조절을 위한 냉/난방기와, 환기를 위한 배기 팬과, 관수 제어를 위한 기계, 광 공급을 위한 조명장치, 중앙제어장치와 통신할 수 있는 장비 등을 포함할 수 있다.The
저농도 용액(담수) 공급부(41)는 담수원으로부터 얻은 저농도 용액)(0.005~1.0wt%)을 이송하는 제1 배관(L1)과, 제1 배관(L1)에 설치된 제1 펌프(P1)를 포함할 수 있다. 담수원은 일반 담수, 지하수, 수도물, 하수 방류수, 강물, 일반 농업용수, 세척수, 냉각수 및 이들의 혼합용액 중 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. The low concentration solution (fresh water)
고농도 용액 공급부(42)는 고농도 용액(1.0~50.0wt%)을 이송하는 제2 배관(L2)과, 제2 배관(L2)에 설치된 제2 펌프(P2)를 포함할 수 있다.The high concentration
고농도 용액은 여과 오폐수, 음식물 폐기물 산 발효액, 이산화탄소 흡수액, 여과액비 및 비료액으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나이고 해수가 아닌 고농도 용액일 수 있다. The high concentration solution may be at least one selected from the group consisting of filtration wastewater, food waste acid fermentation broth, carbon dioxide absorbent liquid, filtrate ratio and fertilizer liquid and high concentration solution other than seawater.
여과액비는 폐 커피 추출액, 깻묵 발효액, 청초액비, 솎음열배 이용 발효액, 청초깻묵액비, 당밀액비, 막거리액비, 발효액비, 한방액비, 달걀껍질 이용 칼슘액비, 김치액비, 우유액비, 미생물액비, 생선액비, 축산분료 액비 및 기타 유기액비 등의 여과액일 수 있다. The filtrate ratio is waste coffee extract, fermented soybean fermentation, neat liquid fermentation, fermented soybean fermentation, fermented soybean fermentation, molasses, fermented soybeans, fermented soybeans, herbal liquids, eggshell calcium, fermented soybeans, kimchi liquid, milk liquid, microbial liquid, fish Filtrates such as liquid ratio, livestock liquid ratio and other organic liquid ratios.
비료액은 일반적인 화학 비료의 액으로서, UREA, NH4NO3, NH4Cl, Ca(NO3)2, NH4H2PO4, NaNO3, KNO3, (NH4)2SO4, KH2PO4, (NH4)2HPO4, K2SO4, 및 KCl 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Fertilizer liquid is a liquid of general chemical fertilizer, UREA, NH 4 NO 3 , NH 4 Cl, Ca (NO 3 ) 2 , NH 4 H 2 PO 4 , NaNO 3 , KNO 3 , (NH 4 ) 2 SO 4 , KH 2 PO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4 , K 2 SO 4 , and KCl.
염분차 발전장치(20)는 제1 및 제2 배관(L1, L2)에 연결되어 저농도 용액과 고농도 용액을 공급받고, 저농도 용액과 고농도 용액의 농도차를 이용하여 전기를 생산하며, 생장원료(희석 양액 또는 탄산수)를 배출하여 농장 시설(10)의 작물(10)에 공급한다. 구체적으로 생장원료는 농장 시설(10)의 토양 또는 수경재배액으로 공급되어 작물(10)에 공급될 수 있다. The salt
염분차 발전장치(20)는 역전기투석(Reverse ElectroDialysis, RED) 장치일 수 있다. 역전기투석 장치는 양이온 교환막과 음이온 교환막이 번갈아 배열된 셀 스택과, 셀 스택의 양쪽 끝에 배치된 전극(산화 전극과 환원 전극)을 포함한다. 셀 스택에 고농도 용액과 저농도 용액이 공급되면, 음이온이 음이온교환막측으로 이동하고 양이온이 양이온교환막측으로 이동하면서 전위차가 발생하며, 전극 상에서 산화·환원 반응에 의해 전자의 흐름이 생기면서 발전이 이루어진다. 전극에서 전자의 흐름을 만들기 위해서는 산화·환원 반응 외에도 축전식 이온 탈·흡착 방식을 이용할 수도 있다. 일반적으로, 역전기투석 방식은 물이 분리막을 통해 이동하면서 전기를 생산하는 압력지연삼투 방식에 비해 원리상 분리막 표면에 오염 발생 정도가 낮아 염분차발전을 위해 사용되는 고농도 용액 및 저농도 용액에 대한 전처리 에너지 비용도 낮출 수 있어, 염분차발전의 장기 안정성 및 에너지효율 측면에서 유리한 장점을 갖는다.The salt
염분차 발전장치(20)에서 생산된 전기는 에너지 저장부(30)에 모두 저장되거나, 에너지 저장부(30)와 농장 시설(10) 및 중앙제어장치 (50)에 나누어 공급될 수 있다. 에너지 저장부(30)는 염분차 발전장치(20)에서 생산된 전기를 저장하고, 센서(11)와 전자기계 장치(12) 및 중앙제어장치(50)에 전기를 공급한다. 염분차 발전장치(20)는 저농도 용액과 고농도용액의 큰 농도차로 인해 농장 시설(10)의 운용에 필요한 충분한 양의 전기를 생산할 수 있다. The electricity produced by the
중앙제어장치(50)는 센서(11), 전자기계장치(12) 및 염분차 발전장치(20)와 전기적으로 연결되며, 미리 설정된 프로그램에 의해 센서(11)의 감지 신호에 따라 염분차 발전장치(20)의 구동을 제어한다. 구체적으로, 중앙제어장치(50)는 제1 펌프(P1)와 제2 펌프(P2)의 작동을 제어하여 염분차 발전장치(20)로 공급되는 저농도용액과 고농도용액이 유량을 정밀하게 제어하거나, 염분차발전기(20)의 동작 자체를 온/오프할 수도 있다. 또한, 중앙제어장치는 각종 센서로부터 얻은 빅데이터를 무선으로 전송 받을 수도 있다. 또한, 중앙제어장치(50)는 인공 지능 기반을 생장 환경의 빅데이터를 분석하고 이를 제어에 다시 적용하는 인공 지능 기반 중앙 제어 장치일 수 있다. 또한, 중앙제어장치(50)는 분석 및 모니터링 된 데이터를 사용자의 휴대용 제어장치(55)와 상호 통신할 수 있다.The
고농도 용액은 농도가 1wt% 내지 50wt% 범위에 속하는 고농축 용액이다. 따라서, 염분차 발전장치(20)를 통해 농도가 낮아진 상태로 배출된 생장 원료라 하더라도 농작물에 바로 공급하기에 농도가 높을 수 있다. 이럴 경우에는 농작물 생장 원료를 희석하여 농작물에 공급해야 한다. 생장 원료 희석 공급부(60)는 염분차 발전장치(20)와 농장 시설(10)에 연결 설치된 제3 배관(L3)과, 제3 배관(L3)에 설치된 농도 측정기(61) 및 삼방향 밸브(62)와, 삼방향 밸브(62)의 제2 출구(OP2)와 제2 배관(L2)에 연결 설치된 제4 배관(L4)을 포함할 수 있다. Highly concentrated solutions are highly concentrated solutions whose concentrations range from 1 wt% to 50 wt%. Therefore, even if the growth raw material discharged in a state of low concentration through the
삼방향 밸브(62)는 생장 원료 용액이 유입되는 입구(IP)와, 농장 시설(10)을 향하는 제1 출구(OP1)와, 제4 배관(L4)에 접속된 제2 출구(OP2)를 포함한다. 삼방향 밸브(62)는 농도 측정기(61)의 측정 결과에 따라 제1 출구(OP1)와 제2 출구(OP2) 중 어느 하나가 개방되어 희석된 농작물 생장 원료 용액의 공급 방향을 제어한다.The three-
예를 들어, 중앙제어장치(50)에는 농작물마다 최적의 농도 범위가 미리 설정되어 있고, 농도 측정기(61)는 제3 배관(L3)을 흐르는 농작물 생장 원료의 농도를 측정하여 측정 신호를 중앙처리장치(50)에 출력할 수 있다.For example, in the
중앙제어장치(50)는 측정 신호를 설정 범위와 비교하여 측정 신호가 설정 범위를 만족할 때 삼방향 밸브(62)의 제1 출구(OP1)를 개방하여 생장 원료가 농작물에 공급되도록 할 수 있다. 한편, 중앙제어장치(50)는 측정 신호가 설정 범위를 만족하지 않을 때 삼방향 밸브(62)의 제2 출구(OP2)를 개방하여 생장 원료를 제2 배관(L2)으로 이송할 수 있다. 제2 배관(L2)으로 이송된 생장 원료는 고농도 용액과 섞여 염분차 발전장치(20)로 다시 공급된다.The
종래의 염분차 발전장치(20)의 경우에는 담수와 해수를 염분차 발전의 원료로 사용하였으나 해수를 공급하기 위해서는 해안가와 인접해야 한다는 한계가 있다. 또한, 해수에 포함된 다량의 NaCl 염은 농작물에 피해를 줄 수 있어 사용이 상당히 제한적일 수 있다. 반면, 본 발명의 제1 실시예에 따를 경우 농장 시설(10) 주변에 있는 다양한 비료 및 폐기물 또는 이들 폐기물로부터 얻어진 원료를 사용하기 때문에 농장시설의 설치 위치에 제한이 없다. In the case of the conventional
특히 농장 시설(10) 주변의 정화조로부터 얻어진 여과 오폐수, 음식물 쓰레기 처리장으로부터 얻어진 음식물폐기물 산발효액, 연소 배기 시설의 연소 배기 가스로부터 배출되는 이산화탄소를 흡수하는 이산화탄소 포집 플랜트로부터 얻어진 이산화탄소 흡수액, 축사의 분뇨로부터 얻어진 여과 액비와 같은 폐자원이나 주변에서 쉽게 구할 수 있는 비료를 해수 대신 사용하고 지하수, 수도물, 하수 방류수, 강물, 저수지 및 기타 농업용수로부터 얻어진 담수를 사용하여 염분차 발전장치(20)를 통해 에너지로 전환함과 동시에 식물 생장에 사용되는 생장원료를 동시에 생성할 수 있다. In particular, from the filtration wastewater obtained from the septic tank around the
따라서, 스마트 팜 시스템(100)은 기피, 혐오 시설을 활용하여 에너지 자립을 실현할 수 있고 농작물의 생장을 효과적으로 조절할 수 있으며 폐기물의 선순환 구조를 완성할 수 있다. 즉, 환경과 에너지 문제를 동시에 해결하여 스마트 팜 프랜차이즈 사업, 친환경 도시, 항노화가 기능화된 도시, 대규모 친환경 물-에너지-폐기물 자립형 스마트 도시, 대규모 친환경 물-에너지-식량 자립형 스마트 도시 등에 적용될 수 있다.Therefore, the
도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스마트 팜 시스템의 다양한 변형 실시예들을 나타낸다. 2 to 4 illustrate various modified embodiments of the smart farm system according to the first embodiment of the present invention.
도면의 간단한 도시를 위해서 농장 시설(10), 에너지 저장부(30), 중앙제어장치(50), 및 농장 시설(10)은 블랙 박스 형태로 도시하고 무선통신신호는 도시를 생략한다. 그리고, 고농도 용액(42)으로는 액비를 예를 들어 설명한다. For the sake of simplicity of the drawings, the
도 2를 참조하면, 제1 변형예(100A)는 전술한 제1 실시예의 구성을 기본으로 하면서 염분차 발전장치(20)의 전단에 위치하는 정삼투 유닛(70)을 더 포함한다. 정삼투 유닛(70)은 반투과막(71)에 의해 분리된 제1 유로(CH1)와 제2 유로(CH2)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the
저농도 용액(담수) 공급부(41)는 담수원으로부터 얻은 담수를 염분차 발전장치(20)로 이송하는 제1 배관(L1)과, 제1 배관(L1)에 설치된 제1 펌프(P1)와, 담수원으로부터 얻은 담수를 정삼투 유닛(70)의 제2 유로(CH2)에 공급하는 제5 배관(L5)과, 제5 배관(L5)에 설치된 제3 펌프(P3)를 포함할 수 있다.The low-concentration solution (fresh water)
액비 공급부(42)는 액비를 정삼투 유닛(70)의 제1 유로(CH1)에 공급하는 제2 배관(L2)과, 제2 배관(L2)에 설치된 제2 펌프(P2)를 포함할 수 있다.The liquid
정삼투 유닛(70)의 제1 유로(CH1)에 액비가 공급되고, 제2 유로(CH2)에 담수가 공급되면, 액비와 담수의 삼투압에 의해 담수에 포함된 물이 반투과막(71)을 통과하여 제1 유로(CH1)로 이동한다. 그 결과 제1 유로(CH1)의 출구로 1차 희석 비료 용액이 배출되고, 제2 유로(CH2)의 출구로 담수가 배출된다. When the liquid ratio is supplied to the first flow path CH1 of the
제1 유로(CH1)에서 배출된 1차 희석 비료 용액은 염분차 발전장치(20)로 공급되고, 제2 유로(CH2)에서 배출된 담수는 제1 배관(L1)으로 이송되어 다시 염분차 발전장치(20)에 공급된다. 염분차 발전장치(20)는 담수와 1차 희석 비료 용액의 농도차를 이용하여 전기를 생산하며, 2차 희석 비료 용액을 배출하여 농작물에 공급한다. The first dilution fertilizer solution discharged from the first flow channel CH1 is supplied to the salt
농도 측정기(61)는 2차 희석 비료 용액의 농도를 측정하고, 측정 농도가 설정 범위를 만족하면 삼방향 밸브(62)의 제1 출구(OP1)가 개방되어 2차 희석 비료 용액이 농작물로 공급된다. 반대로 측정 농도가 설정 범위를 만족하지 않으면 삼방향 밸브(62)의 제2 출구(OP2)가 개방되고, 2차 희석 비료 용액은 제2 배관(L2)으로 이송되어 액비와과 섞인 후 다시 정삼투 유닛(70)에 공급된다.The
중앙제어장치(50)는 센서부(11)와 염분차 발전장치(20) 및 정삼투 유닛(70)을 제어하며, 미리 설정된 프로그램에 의해 센서부(11)의 감지 신호에 따라 염분차 발전장치(20)와 정삼투 유닛(70)의 구동을 제어한다.The
구체적으로, 중앙제어장치(50)는 제1 펌프 내지 제3 펌프(P1, P2, P3)에 전기적으로 연결될 수 있다. 중앙제어장치(50)는 제2 펌프(P2)와 제3 펌프(P3)의 작동을 제어하여 정삼투 유닛(70)으로 공급되는 액비와 담수의 유량을 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 중앙제어장치(50)는 정삼투 유닛(70)의 제1 유로(CH1)에서 배출되는 1차 희석 비료 용액의 유량에 따라 제1 펌프(P1)의 작동을 제어하여 염분차 발전장치(20)로 공급되는 담수의 유량을 정밀하게 제어할 수 있다.In detail, the
도 3을 참조하면, 제2 변형예(100B)는 정삼투 유닛(70)이 염분차 발전장치(20)의 후단에 위치하는 것을 제외하고 전술한 제제1 변형예(도 2의 100A)와 유사한 구성으로 이루어진다. 정삼투 유닛(70)은 반투과막(71)에 의해 분리된 제1 유로(CH1)와 제2 유로(CH2)를 포함한다.Referring to FIG. 3, the second modified example 100B is similar to the first modified example 1 (100A of FIG. 2) except that the
저농도 용액(담수) 공급부(41)는 담수원으로부터 얻은 담수를 염분차 발전장치(20)로 이송하는 제1 배관(L1)과, 제1 배관(L1)에 설치된 제1 펌프(P1)와, 담수원으로부터 얻은 담수를 정삼투 유닛(70)의 제2 유로(CH2)에 공급하는 제5 배관(L5)과, 제5 배관(L5)에 설치된 제3 펌프(P3)를 포함할 수 있다.The low-concentration solution (fresh water)
액비 공급부(42) 액비를 염분차 발전장치(20)에 공급하는 제2 배관(L2)과, 제2 배관(L2)에 설치된 제2 펌프(P2)를 포함할 수 있다.The liquid
염분차 발전장치(20)는 담수와 액비의 농도차를 이용하여 전기를 생산하고, 1차 희석 비료 용액을 배출하여 정삼투 유닛(70)의 제1 유로(CH1)에 공급한다. 정삼투 유닛(70)에서는 1차 희석 비료 용액과 담수의 삼투압에 의해 담수에 포함된 물이 반투과막(71)을 통과하여 제1 유로(CH1)로 이동한다. 그 결과 제1 유로(CH1)의 출구로 2차 희석 비료 용액이 배출되고, 제2 유로(CH2)의 출구로 담수가 배출된다.The salt
제1 유로(CH1)에서 배출된 2차 희석 비료 용액은 농장 시설의 농작물로 공급되고, 제2 유로(CH2)에서 배출된 담수는 제5 배관(L5)으로 이송되어 다시 정삼투 유닛(70)에 공급된다.The second dilution fertilizer solution discharged from the first flow path CH1 is supplied to the crops of the farm facility, and the fresh water discharged from the second flow path CH2 is transferred to the fifth pipe L5 to be
농도 측정기(61)는 2차 희석 비료 용액의 농도를 측정하고, 측정 농도가 설정 범위를 만족하면 삼방향 밸브(62)의 제1 출구(OP1)가 개방되어 2차 희석 비료 용액이 농작물로 공급된다. 반대로 측정 농도가 설정 범위를 만족하지 않으면 삼방향 밸브(62)의 제2 출구(OP2)가 개방되고, 2차 희석 비료 용액은 제2 배관(L2)으로 이송되어 액비와 섞인 후 다시 염분차 발전장치(20)에 공급된다.The
중앙제어장치(50)는 센서부(11)와 염분차 발전장치(20) 및 정삼투 유닛(70)을 제어하며, 미리 설정된 프로그램에 의해 센서부(11)의 감지 신호에 따라 염분차 발전장치(20)와 정삼투 유닛(70)의 구동을 제어한다.The
구체적으로, 중앙제어장치(50)는 제1 펌프(P1)와 제2 펌프(P2)의 작동을 제어하여 염분차 발전장치(20)로 공급되는 담수와 액비의 유량을 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 중앙제어장치(50)는 염분차 발전장치(20)에서 배출되는 1차 희석 비료 용액의 유량에 따라 제3 펌프(P3)의 작동을 제어하여 정삼투 유닛(70)으로 공급되는 담수의 유량을 정밀하게 제어할 수 있다.Specifically, the
도 4를 참고하면, 제3 변형예(100C)는 전술한 제1 실시예의 구성을 기본으로 하면서 두 개의 염분차 발전장치(20A, 20B)를 포함하며, 염수 공급부(43)와 정삼투 유닛(70)을 더 포함한다. 두 개의 염분차 발전장치(20A, 20B)는 제1 염분차 발전장치(20A)와 제2 염분차 발전장치(20B)를 포함한다.Referring to FIG. 4, the third modified example 100C includes two
염수 공급부(43)는 염수원으로부터 얻은 염수를 이송하는 제6 배관(L6)과, 제6 배관(L6)에 설치된 제4 펌프(P4)를 포함할 수 있다. 염수원은 산업 폐염수, 해수, 및 인공 염수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 염수의 농도는 담수의 농도보다 높고, 액비의 농도보다 낮다. 염수의 농도는 대략 2wt% 내지 7wt%의 범위에 속할 수 있다.The
정삼투 유닛(70)은 반투과막(71)에 의해 분리된 제1 유로(CH1)와 제2 유로(CH2)를 포함한다. 액비 공급부(42)의 제2 배관(L2)은 정삼투 유닛(70)의 제1 유로(CH1)에 연결되고, 염수 공급부(43)의 제6 배관(L6)은 정삼투 유닛(70)의 제2 유로(CH2)에 연결된다.The
정삼투 유닛(70)의 제1 유로(CH1)에 액비가 공급되고, 제2 유로(CH2)에 염수가 공급되면, 액비와 염수의 삼투압에 의해 염수에 포함된 물이 반투과막(71)을 통과하여 제1 유로(CH1)로 이동한다. 그 결과 제1 유로(CH1)의 출구로 1차 희석 비료 용액이 배출되고, 제2 유로(CH2)의 출구로 농축 염수가 배출된다.When the liquid ratio is supplied to the first flow path CH1 of the
저농도 용액(담수) 공급부(41)는 담수원과 연결된 제1 배관(L1)과, 제1 배관(L1)으로부터 분기된 제1 분기관(L11) 및 제2 분기관(L12)과, 제1 배관(L1)에 설치된 제1 펌프(P1)와, 제1 분기관(L11)에 설치된 제1 밸브(V1)와, 제2 분기관(L12)에 설치된 제2 밸브(V2)를 포함할 수 있다. 제1 분기관(L11)은 제1 염분차 발전장치(20A)에 연결되고, 제2 분기관(L12)은 제2 염분차 발전장치(20B)에 연결된다.The low concentration solution (fresh water)
저농도 용액(담수) 공급부(41)의 구성은 전술한 예시로 한정되지 않으며, 제1 및 제2 염분차 발전장치(20A, 20B)로 담수를 나누어 공급할 수 있는 구성이면 모두 적용 가능하다.The configuration of the low-concentration solution (freshwater)
제1 염분차 발전장치(20A)는 제1 배관(L1) 및 제1 분기관(L11)으로부터 담수를 공급받고, 정삼투 유닛(70)에서 배출된 농축 염수를 공급받으며, 담수와 농축 염수의 농도차에 의해 전기를 생산한다. 제1 염분차 발전장치(20A)는 희석 염수를 배출하며, 희석 염수는 다시 염수원으로 공급될 수 있다.The first salt
제2 염분차 발전장치(20B)는 제1 배관(L1) 및 제2 분기관(L12)으로부터 담수를 공급받고, 정삼투 유닛(70)에서 배출된 1차 희석 비료 용액을 공급받으며, 담수와 1차 희석 비료 용액의 농도차에 의해 전기를 생산한다. 제2 염분차 발전장치(20B)는 2차 희석 비료 용액을 배출하며, 2차 희석 비료 용액은 농장 시설(10)의 농작물로 공급된다.The second
농도 측정기(61)는 2차 희석 비료 용액의 농도를 측정하고, 측정 농도가 설정 범위를 만족하면 삼방향 밸브(62)의 제1 출구(OP1)가 개방되어 2차 희석 비료 용액이 농작물로 공급된다. 반대로 측정 농도가 설정 범위를 만족하지 않으면 삼방향 밸브(62)의 제2 출구(OP2)가 개방되고, 2차 희석 비료 용액은 제2 배관(L2)으로 이송되어 액비와과 섞인 후 다시 정삼투 유닛(70)으로 공급된다.The
에너지 저장부(30)는 제1 및 제2 염분차 발전장치(20A, 20B)에서 생산된 전기를 저장하고, 센서부(11)와 전자기계 장치(12) 및 중앙제어장치(50)에 전기를 공급한다. 중앙제어장치(50)는 센서부(11), 정삼투 유닛(70), 제1 및 제2 염분차 발전장치(20A, 20B)에 전기적으로 연결되며, 미리 설정된 프로그램에 의해 센서부(11)의 감지 신호에 따라 제1 및 제2 염분차 발전장치(20A, 20B)와 정삼투 유닛(70)의 구동을 제어한다.The
구체적으로, 중앙제어장치(50)는 제2 펌프(P2)와 제4 펌프(P4)의 작동을 제어하여 정삼투 유닛(70)으로 공급되는 액비와과 염수의 유량을 정밀하게 제어할 수 있다.Specifically, the
중앙제어장치(50)는 정삼투 유닛(70)에서 배출되는 농축 염수의 유량에 따라 제1 펌프(P1)와 제1 밸브(V1)의 작동을 제어하여 제1 염분차 발전장치(20A)로 공급되는 담수의 유량을 정밀하게 제어할 수 있다. 또한, 중앙제어장치(50)는 정삼투 유닛(70)에서 배출되는 1차 희석 비료 용액의 유량에 따라 제1 펌프(P1)와 제2 밸브(V2)의 작동을 제어하여 제2 염분차 발전장치(20B)로 공급되는 담수의 유량을 정밀하게 제어할 수 있다.The
제3 변형예(100C)는 정삼투 유닛(70)과 제2 염분차 발전장치(20B)를 이용하여 농작물로 공급되는 비료 용액의 농도를 조절할 수 있으며, 제1 및 제2 염분차 발전장치(20A, 20B)를 이용하여 농장 시설의 에너지 자립을 실현할 수 있다.In the third modified example 100C, the concentration of the fertilizer solution supplied to the crops can be adjusted using the
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 스마트 팜 관리 시스템을 나타낸다. 5 shows a smart farm management system according to a second embodiment of the present invention.
도 5를 참조하면, 제2 실시예에 따른 스마트 팜 시스템(200)은 농작물 재배가 이루어지는 농장 시설(10), 저농도 용액 담수와 고농도 용액을 이용하여 발전하는 염분차 발전장치(20), 전기를 저장하는 에너지 저장 시스템(30), 중앙제어장치(50), 미생물 배양이 이루어지는 미생물 배양 장치(270), 미생물 배양 장치(270)로부터 유용자원을 회수하는 유용자원회수장치(280)를 포함한다. Referring to FIG. 5, the
농장 시설(10)은 일반적인 개방형 농장 시설이거나, 온실과 같은 건축물일 수 있다. 농장 시설(10)은 온도, 습도, 광량, 풍향, 풍속, 식물 성장 등을 감지하는 각종 센서(11)를 적어도 하나 이상을 포함하고, 농장 시설(10)의 운용 및 통신이 가능한 전자기계장치(12)를 포함한다.The
농장 시설 내의 센서(11)는 토양 또는 수경 재배액에 부착되어 습도, 온도, pH, 영양도 등을 감지하는 센서와, 온실 내부의 광량을 감지하는 센서와, 농작물에 부착되어 농작물의 성장을 모니터링하는 센서 등을 포함할 수 있다.
미생물 배양 장치(270) 내의 센서(211)는 미생물 배양 장치(270) 내에 배치되어 내부온도를 측정하는 온도 센서, 미세조류 배양조의 pH를 측정하는 pH 센서, DO 센서, 탁도 센서, 미세조류 배양조의 광량을 측정하는 광 센서, PO4 3--P 센서, NH3-N 센서, NO3 --N 센서 습도, 온도, pH, 영양분의 농도, 광량, 탄산수 농도 등을 감지하는 센서일 수 있다. The sensor 211 in the
농장 시설(10)내의 전자기계 장치(12)는 온도 조절을 위한 냉/난방기와, 환기를 위한 배기 팬과, 관수 제어를 위한 기계, 광 공급이 가능한 조명장치, 중앙제어장치와 통신할 수 있는 장비 등을 포함할 수 있다.The
미생물 배양 장치(270) 내의 전자기계 장치(212)는 미생물 배양 장치(270) 내에 미생물(예., 미세조류)이 공급되는 공급밸브, 유입수가 공급되는 유입수 공급밸브, 유입수와 방류수를 순환시키는 컴프레셔, 미세조류 배양조 내부의 온도를 조절하는 보일러 또는 히터, 미세조류 배양조를 교반시키는 교반기를 포함할 수 있다. The electromechanical apparatus 212 in the
저농도 용액(담수) 공급부(41)는 담수원으로부터 얻은 저농도 용액을 이송하는 제1 배관(L1)과, 제1 배관(L1)에 설치된 제1 펌프(P1)를 포함할 수 있다. 담수원은 지하수, 수도물, 하수 방류수, 강물, 저수지 및 기타 농업용수 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The low concentration solution (fresh water)
고농도 용액 공급부(42)는 고농도 용액을 이송하는 제2 배관(L2)과, 제2 배관(L2)에 설치된 제2 펌프(P2)를 포함할 수 있다.The high concentration
고농도 용액은 여과 오폐수, 음식물 폐기물 산 발효액, 이산화탄소 흡수액, 여과액비 및 비료액으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나이고 해수가 아닌 고농도 용액일 수 있다.The high concentration solution may be at least one selected from the group consisting of filtration wastewater, food waste acid fermentation broth, carbon dioxide absorbent liquid, filtrate ratio and fertilizer liquid and high concentration solution other than seawater.
여과액비는 폐 커피 추출액, 깻묵 발효액, 청초액비, 솎음열배 이용 발효액, 청초깻묵액비, 당밀액비, 막거리액비, 발효액비, 한방액비, 달걀껍질 이용 칼슘액비, 김치액비, 우유액비, 미생물액비, 생선액비, 축산분료 액비 및 기타 유기액비 등의 여과액일 수 있다. The filtrate ratio is waste coffee extract, fermented soybean fermentation, neat liquid fermentation, fermented soybean fermentation, fermented soybean fermentation, molasses, fermented soybeans, fermented soybeans, herbal liquids, eggshell calcium, fermented soybeans, kimchi liquid, milk liquid, microbial liquid, fish Filtrates such as liquid ratio, livestock liquid ratio and other organic liquid ratios.
비료액은 일반적인 화학 비료의 액으로서, UREA, NH4NO3, NH4Cl, Ca(NO3)2, NH4H2PO4, NaNO3, KNO3, (NH4)2SO4, KH2PO4, (NH4)2HPO4, K2SO4, 및 KCl 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.Fertilizer liquid is a liquid of general chemical fertilizer, UREA, NH 4 NO 3 , NH 4 Cl, Ca (NO 3 ) 2 , NH 4 H 2 PO 4 , NaNO 3 , KNO 3 , (NH 4 ) 2 SO 4 , KH 2 PO 4 , (NH 4 ) 2 HPO 4 , K 2 SO 4 , and KCl.
염분차 발전장치(20)는 제1 및 제2 배관(L1, L2)에 연결되어 저농도 용액과 고농도 용액을 공급받고, 저농도 용액과 고농도 용액의 농도차를 이용하여 전기를 생산하며, 생장원료(희석 양액 또는 탄산수)를 배출하여 농장 시설(10)의 작물과 미생물 배양장치(270)에 공급한다. The salt
특히, 이산화탄소 흡수액을 고농도 용액으로 공급할 경우 전기 발생량을 증가시키면서 희석된 고농도 용액의 배출수 또는 농축된 저농도 용액의 배출수 중 미생물 배양에 적합한 조건의 농도에 맞는 용액을 제어하여 미생물 배양장치(270)에 탄산수를 탄소원으로 공급할 수 있다. 예를 들면 미생물이 남조류인 경우 남조류는 절대적 광합성 독립영양균 (photoautotrophs)으로서 탄소원으로 탄산수를 사용하여 소량의 미량 원소만 존재하면 대기 중 질소가스를 고정하여 단시간에 대량의 바이오에너지 재료물질(biomass)을 생산할 수 있다.In particular, when supplying the carbon dioxide absorbing liquid as a high concentration solution, the carbon dioxide water in the
염분차 발전장치(20)는 역전기투석(Reverse ElectroDialysis, RED) 장치일 수 있다. 역전기투석 장치는 양이온 교환막과 음이온 교환막이 번갈아 배열된 셀 스택과, 셀 스택의 양쪽 끝에 배치된 전극(산화 전극과 환원 전극)을 포함한다. 셀 스택에 고농도 용액과 저농도 용액이 공급되면, 음이온이 음이온교환막측으로 이동하고 양이온이 양이온교환막측으로 이동하면서 전위차가 발생하며, 전극 상에서 산화·환원 반응에 의해 전자의 흐름이 생기면서 발전이 이루어진다. 전극에서 전자의 흐름을 만들기 위해서는 산화·환원 반응 외에도 축전식 이온 탈·흡착 방식을 이용할 수도 있다. 일반적으로, 역전기투석 방식은 물이 분리막을 통해 이동하면서 전기를 생산하는 압력지연삼투 방식에 비해 원리상 분리막 표면에 오염 발생 정도가 낮아 염분차발전을 위해 사용되는 고농도 용액 및 저농도 용액에 대한 전처리 에너지 비용도 낮출 수 있어, 염분차발전의 장기 안정성 및 에너지효율 측면에서 유리한 장점을 갖는다.The salt
염분차 발전장치(20)에서 생산된 전기는 에너지 저장부(30)에 모두 저장되거나, 에너지 저장부(30)와 농장 시설(10), 미생물배양장치 (270) 및 중앙제어장치 (50)에 나누어 공급될 수 있다. 에너지 저장부(30)는 염분차 발전장치(20)에서 생산된 전기를 저장하고, 센서(11, 211)와 전자기계 장치(212), 미생물배양장치(270) 및 중앙제어장치(50)에 전기를 공급한다. 염분차 발전장치(20)는 저농도용액과 고농도용액의 큰 농도차로 인해 농장 시설(10)과 미생물 배양 장치(270)의 운용에 필요한 충분한 양의 전기를 생산할 수 있다. The electricity produced by the
중앙제어장치(50)는 센서(11, 211), 전자기계장치(12, 212) 및 염분차 발전장치(20)와 전기적으로 연결되며, 미리 설정된 프로그램에 의해 센서(11, 211)의 감지 신호에 따라 염분차 발전장치(20)의 구동을 제어한다. 구체적으로, 중앙제어장치(50)는 제1 펌프(P1)와 제2 펌프(P2)의 작동을 제어하여 염분차 발전장치(20)로 공급되는 저농도용액과 고농도용액이 유량을 정밀하게 제어하거나, 염분차발전기(20)의 동작 자체를 온/오프할 수도 있다. 또한, 중앙제어장치는 각종 센서로부터 얻은 빅데이터를 무선으로 전송 받을 수도 있다. 또한, 중앙제어장치(50)는 인공 지능 기반을 생장 환경의 빅데이터를 분석하고 이를 제어에 다시 적용하는 인공 지능 기반 중앙 제어 장치일 수 있다. 또한, 중앙제어장치(50)는 분석 및 모니터링 된 데이터를 사용자의 휴대용 제어장치(55)와 상호 통신할 수 있다.The
고농도 용액은 농도가 1wt% 내지 50wt% 범위에 속하는 고농축 용액이다. 따라서, 염분차 발전장치(20)를 통해 농도가 낮아진 상태로 배출된 생장 원료라 하더라도 농작물 또는 미생물에 바로 공급하기에 농도가 높을 수 있다. 이럴 경우에는 생장 원료를 희석하여 공급해야 한다. 생장 원료 희석 공급부(60)는 염분차 발전장치(20)와 농장 시설(10)에 연결 설치된 제3 배관(L3)과, 제3 배관(L3)에 설치된 농도 측정기(61) 및 삼방향 밸브(62)와, 삼방향 밸브(62)의 제2 출구(OP2)와 제2 배관(L2)에 연결 설치된 제4 배관(L4)을 포함할 수 있다. Highly concentrated solutions are highly concentrated solutions whose concentrations range from 1 wt% to 50 wt%. Therefore, even if the growth raw material discharged in a low concentration state through the
삼방향 밸브(62)는 생장 원료 용액이 유입되는 입구(IP)와, 농장 시설(10)을 향하는 제1 출구(OP1)와, 제4 배관(L4)에 접속된 제2 출구(OP2)를 포함한다. 삼방향 밸브(62)는 농도 측정기(61)의 측정 결과에 따라 제1 출구(OP1)와 제2 출구(OP2) 중 어느 하나가 개방되어 생장 원료 용액의 공급 방향을 제어한다.The three-
예를 들어, 중앙제어장치(50)에는 농작물 또는 미생물마다 최적의 농도 범위가 미리 설정되어 있고, 농도 측정기(61)는 제3 배관(L3)을 흐르는 생장 원료의 농도를 측정하여 측정 신호를 중앙처리장치(50)에 출력할 수 있다.For example, the
중앙제어장치(50)는 측정 신호를 설정 범위와 비교하여 측정 신호가 설정 범위를 만족할 때 삼방향 밸브(62)의 제1 출구(OP1)를 개방하여 생장 원료가 농작물 또는 미생물에 공급되도록 할 수 있다. 한편, 중앙제어장치(50)는 측정 신호가 설정 범위를 만족하지 않을 때 삼방향 밸브(62)의 제2 출구(OP2)를 개방하여 생장 원료를 제2 배관(L2)으로 이송할 수 있다. 제2 배관(L2)으로 이송된 생장 원료는 고농도 용액과 섞여 염분차 발전장치(20)로 다시 공급된다.The
한편, 미생물 배양 장치(270)에서 미생물을 대량으로 배양하는 단계에서는, 미생물 배양 장치(270)의 온도, 탄산수의 농도, 기타 다른 영양분의 농도는 센서(211)를 통해 중앙제어장치(50)로 전달된다. 인공지능기반의 중앙제어장치(50)는 센서(11)로부터 전달된 생장환경 빅 데이터를 분석하여 최적의 환경과 최적의 운전 조건을 분석한 후, 이에 기초하여 미생물 배양 장치의 운전시스템인 전자기계장치(212)를 제어하여 최소의 에너지를 소비하면서 미생물 배양의 최적 조건을 유지할 수 있도록 한다. On the other hand, in the step of culturing a large amount of microorganisms in the
그리고, 미생물 배양 장치(270)에서 생산되는 미생물의 양을 센서(211)를 통해 센싱한 후 그 결과가 중앙제어장치(50)로 송신되면 중앙제어장치(50)에서 미생물의 양이 정해진 값을 초과하는지를 판단한다. 미생물의 양이 정해진 값을 초과하면 중앙제어장치(50)는 전자기계장치(212) 중 배수 밸브 장치를 오픈하도록 제어하여 미생물 배양액을 유용자원 회수장치(280)로 이동시킨다. 유용자원 회수장치(280)는 미생물 배양액 중 미생물 만을 수거하는 장치이며, 배양물에 부유하는 미생물을 긁어 모으거나, 필터링 방식을 사용할 수 있으며, 이러한 공정은 자동화될 수 있다. 수거된 미생물은 바이오리파이너리(bio-refinery) 기술을 통해 유용자원으로 최종 가공될 수 있다. 유용자원은 의약(292), 식품(294), 및 기타 미생물을 이용한 다양한 서비스(296)(모발관리, 피부관리, 외모 증진 등의 서비스)가 될 수 있다. Then, after sensing the amount of microorganisms produced in the
즉, 역전기투석 장치에 의한 염분차발전을 활용함으로써 미생물(미세조류)이 생장하는데 필요한 영양분을 공급함과 동시에 에너지를 회수할 수 있다. 즉, 미생물(미세조류)의 생장 환경을 모니터링 하는데 필요한 센서 등을 구동하는데 필요한 에너지를 시스템에서 자체적으로 공급할 수 있다. 이러한 방식의 에너지 공급은 미생물(미세조류) 생장 시스템을 분산 전원에 의한 운전이 가능하게 하여, 별도의 전력망에 연결하는 수고를 덜어주며, 미생물(미세조류) 생장 시스템을 유기적으로 조정하여 최적의 조건을 유지하면서 미생물(미세조류)의 대량 생산이 가능하게 할 수 있다. 이렇게 생산된 미생물(미세조류)를 이용하여 항노화 신약 또는 건강 보조식품을 대량 생산할 수 있게 된다. 결과적으로 폐자원을 활용하여 값비싼 유용 자원을 생산하는 경제적 생산이 가능하게 된다. That is, by utilizing the salt differential power generation by the reverse electrodialysis apparatus, it is possible to supply the nutrients necessary for the growth of microorganisms (microalgae) and to recover energy. In other words, the system can supply itself with the energy required to drive the sensors required to monitor the growth environment of microorganisms (microalgae). This type of energy supply enables the microbial (microalgae) growth system to be operated by a distributed power source, reducing the effort of connecting to a separate power grid, and by adjusting the microbial (microalgae) growth system organically for optimum conditions. It can enable the mass production of microorganisms (microalgae) while maintaining the Using the microorganisms (microalgae) produced in this way it is possible to mass-produce anti-aging new drugs or dietary supplements. As a result, it is possible to produce economically using waste resources to produce expensive and useful resources.
제1 실시예와 마찬가지로, 역전기투석 장치로 이루어진 염분차 발전 장치를 활용하여 폐자원을 에너지로 전환함과 동시에 농작물 및 미생물의 생장에 사용되는 생장원료를 동시에 생성할 수 있으므로 스마트 팜 시스템(200)은 기피, 혐오 시설을 활용하여 에너지 자립을 실현할 수 있고 농작물 및 미생물의 생장을 효과적으로 조절할 수 있으며 폐기물의 선순환 구조를 완성할 수 있다. 즉, 환경과 에너지 문제를 동시에 해결하여 스마트 팜 프랜차이즈 사업, 친환경 도시, 항노화가 기능화된 도시, 대규모 친환경 물-에너지-폐기물 자립형 스마트 도시, 대규모 친환경 물-에너지-식량 자립형 스마트 도시 등에 적용될 수 있다.As in the first embodiment, the
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 스마트 팜 시스템을 나타낸다. 6 shows a smart farm system according to a third embodiment of the present invention.
도 6을 참조하면, 제3 실시예에 따른 스마트 팜 시스템(300)은 농장 시설(10) 내에 작물 생장 실시간 모니터링용 발전/통신 일체형 염분차 발전 장치(320)를 포함한다. Referring to FIG. 6, the
독립형 염분차 발전 장치(320)에 캡슐(340)에 담긴 담수(341)와 여과 오폐수, 음식물 폐기물 산 발효액, 이산화탄소 흡수액, 여과액비 및 비료액으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 유입하면 염분차 발전 장치(320)에서 발전과 동시에 생장원료가 생성된다. 특히 여과액비 또는 비료액을 사용할 경우 희석 비료 용액이 생성된다.When the fresh water in the stand-
독립형 염분차 발전 장치(320)에서 생성된 전기는 농작물별로 설치된 센서(11)와 염분차 발전 장치(320)에 설치된 센서(311)에 전달된다. 농작물에 설치된 센서(11)는 개별 농작물별 생장 상태(생리활성, 생리장해등)를 실시간으로 모니터링하기 위한 센서이고, 염분차 발전 장치(320)에 설치된 센서(311)는 농장 시설(10) 내의 환경(온도, 습도, 이산화탄소 농도, 일사량, 수온, pH 등)을 실시간으로 모니터링하기 위한 센서이다. The electricity generated by the
작물 센서(11)에서 수집된 정보는 인공지능 기반의 중앙제어장치(50)로 유·무선 방식의 통신을 통해 전달되면 중앙제어장치(50)에서 빅 데이터 기반의 분석을 통해 재배 작물의 생육상태, 수확량, 수확시기 등을 정확하게 예측하고 제어할 수 있으며, 염분차 발전 장치(320)에 설치된 센서에서 수집된 환경 정보를 분석하고 이에 근거하여 농장 시설(10) 내에 설치된 전자기계장치(12)를 제어하여 농장 시설(10)내의 환경을 작물의 성장에 최적화된 상태로 운용한다. When the information collected by the
그리고, 중앙제어장치(50)에 전달된 모든 정보는 모바일 단말기(55)로 전달하여 사용자가 언제든지 확인할 수 있도록 할 수 있다. And, all the information delivered to the
독립형 염분차 발전 장치(320)에서 생성된 희석 비료는 토양 또는 수경 재배액의 삼투압에 따라 자동으로 공급될 수 있다. Dilution fertilizer generated in the
제3 실시예에 따른 스마트 팜 시스템에 따르면 식물 생장 모니터링 시스템의 센서(11, 211)가 외부 전원에 연결되지 않고도 염분차 발전 장치(320)를 독립적인 전원으로 사용하여 운용이 가능하다. 따라서 대형 농장 등에 효과적으로 적용할 수 있다. According to the smart farm system according to the third embodiment, the
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 스마트 팜 시스템을 나타낸다. 도 7을 참조하면, 제4 실시예에 따른 스마트 팜 시스템(400)은 농작물 재배가 이루어지는 농장 시설(10), 대용량 염분차 태양에너지 복합 발전 시스템(420), 전기를 저장하는 에너지 저장 시스템(30) 및 중앙제어장치(50)를 포함한다. 7 shows a smart farm system according to a fourth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 7, the
대용량 염분차 태양에너지 복합 발전 시스템(420)은 대용량 염분차 태양에너지 복합 발전 장치(1001, 1002, 또는 1003)와 제1 용액 공급원(2100)과 제2 용액 공급원(2200)을 포함한다. 대용량 염분차 태양에너지 복합 발전 장치(1001, 1002, 또는 1003)는 이하 도 8 내지 도 22를 참고하여 상세히 설명한다. 제1 용액 공급원(2100)은 담수일 수 있으며, 제2 용액 공급원(2200)은 태양 연못의 바닥층인 고농도 염수층(약 80°C, 30wt%의 포화되어 있는 대류층)일 수 있다. 그러나, 이들은 공급원의 가장 대표적인 것을 에시하고 있을 뿐이며 제2 용액 공급원(2200)으로는 제1 내지 제2 실시예에서 사용한 고농도 용액인 여과 오폐수, 음식물 폐기물 산 발효액, 이산화탄소 흡수액(1.3~50.0wt%), 여과액비, 비료용액(1.0~50.0wt%), 염수(7.0wt% 이상) 및 이들의 혼합용액 중 선택되는 적어도 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.The large capacity salinity solar energy combined cycle
대용량 염분차 태양에너지 복합 발전 장치(1001, 1002, 또는 1003) 에서 농도가 낮아져서 배출되는 용액은 다시 제1 용액 공급원(2100)으로 농도가 높아져서 배출되는 용액은 제2 용액 공급원(2200)인 태양 연못의 중간층(밀도가 포화상태인 23wt% 에 이르기까지 약 1m 깊이에 걸쳐 나뉘어져 비대류특성을 갖는 층)으로 이송된다. The solution discharged due to the low concentration in the large-sized salinity solar energy combined
대용량 염분차 태양에너지 복합 발전 장치(1001, 1002, 1003)는 태양광 발전을 이용하여 전기에너지를 생산 및 이 때, 생산되는 온수를 역전기투석(RED) 장치로 공급함으로써, 역전기투석(RED) 장치 운전 시 발생하는 전기화학적 위치에너지를 보다 효율적으로 생산하여, 다시 말해 이온의 분리 이동이 원활히 발생하여, 전기생산을 향상시킬 수 있는, 태양광 및 태양열 발전과 염분차 발전이 동시에 가능한 염분차 태양에너지 복합 발전 장치에 관한 것이다. Large capacity salinity solar energy combined cycle power generation apparatus (1001, 1002, 1003) is produced by using electrical power generation and at this time, by supplying hot water produced by reverse electrodialysis (RED) device, reverse electrodialysis (RED ) Salinity difference that enables simultaneous generation of photovoltaic and solar power and salinity generation, which can produce electrochemical potential energy generated during operation of the device more efficiently, that is, the separation and movement of ions occurs smoothly and improve electricity production. It relates to a solar energy combined cycle device.
도 8 및 도 9는 염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 제1 실시예의 사시도 및 측면도, 도 10은 염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 제1 실시예의 제1 용액 유입부 및 제1 유입 부재를 설명하기 위해 나타낸 분해 사시도 및 배면도, 도 11은 염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 제1 실시예의 분해 사시도, 도 12 및 도 13은 염분차 발전 유닛을 설명하기 위한 사시도 및 개략도이다. 8 and 9 are a perspective view and a side view of a first embodiment of the salt differential solar energy combined cycle generator, and FIG. 10 is a first solution inlet and a first inflow member of the first embodiment of the salt differential solar power generation apparatus Figure 11 is an exploded perspective view and a rear view, Figure 11 is an exploded perspective view of a first embodiment of the salt differential solar energy combined cycle apparatus, Figures 12 and 13 are a perspective view and a schematic diagram for explaining the salt differential generation unit.
도 8 내지 도 13에 나타낸 바와 같이, 염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 제1 실시예(1001)는 태양전지 패널(1010) 및 염분차 발전 유닛(1020)을 포함한다. As shown in FIG. 8 to FIG. 13, a
태양전지 패널(1010)은, 수광부를 갖는 제1 면(1011) 및 제1 면(1011)의 반대방향의 제2 면(1012)을 포함한다. 여기서, 상기 제1 면(1011)의 수광부는 태양전지 패널이 빛을 받아 전기를 생산할 수 있는 영역을 의미한다.The
특히, 도 10의 (b)를 참조하면, 상기 제2 면(1012)의 적어도 일부 영역은 방열 부재(1013)를 추가로 포함할 수 있다. 상기 방열 부재(1013)는, 방열 효율을 상승시키기 위해 방열 면적을 넓게 하는 구조로 형성될 수 있으며, 일 예로, 제2 면(1012)에서 돌출되도록 형성되는 핀이나 히트파이브 구조일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In particular, referring to FIG. 10B, at least some regions of the
또한, 염분차 발전 유닛(1020)은, 제1 용액과 제2 용액이 유입하여 염분차 발전을 통해 전기를 생산할 수 있다. 제1 및 제2 용액은 각각 제1 용액 공급원(도 7의 2100 참조) 및 제2 용액 공급원(도 7의 2200참조)에서 공급된 것이다. Also, the salt differential
보다 구체적으로, 도 11 내지 도 13을 참조하면, 상기 염분차 발전 유닛(1020)은 제1 용액 유입포트(1210) 및 유출포트(1211), 제2 용액 유입포트(1212) 및 유출포트(1213)를 갖는 하우징(1200)을 포함한다. 하우징(1200)은 하우징 내에 배치되고, 소정간격 떨어져 마련된 애노드 전극(1220) 및 캐소드 전극(1230)과 애노드 전극(1220) 및 캐소드 전극(1230) 사이에 배열된 복수 개의 이온교환막(1240)을 포함한다.More specifically, referring to FIGS. 11 to 13, the salt differential
상기 복수 개의 이온교환막(1240)은, 애노드 및 캐소드 전극(1220, 1230) 사이에 제1 용액이 유동하는 제1 유로(1241) 및 제2 용액이 유동하는 제2 유로(1242)를 구획하도록 배열될 수 있다.The plurality of ion exchange membranes 1240 are arranged to partition the
여기서, 상기 복수 개의 이온교환막(1240)은 양이온 교환막(C), 음이온 교환막(A)을 포함하며, 상기 양이온 교환막(C)과 음이온 교환막(A)은 교번하여 배치될 수 있다. 따라서, 복수 개의 이온교환막이 배열된 상기 하우징(1200) 내부에는 각각 복수 개의 제1 유로(1241) 및 제2 유로(1242)가 형성될 수 있다.Here, the plurality of ion exchange membranes 1240 may include a cation exchange membrane (C) and an anion exchange membrane (A), and the cation exchange membrane (C) and the anion exchange membrane (A) may be alternately disposed. Accordingly, a plurality of
보다 구체적으로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 염분차 발전 유닛(1020)의 하우징(1200)은, 제1 용액 유입포트(1210), 제2 용액 유입포트(1212) 및 제1 용액 유출포트(1211) 및 제2 용액 유출포트(1213)가 각각 마련된 제1 내지 제4 프레임(1201,1202,1203,1204)을 포함한다.More specifically, the housing 1200 of the salt differential
또한, 상기 애노드 및 캐소드 전극(1220, 1230)을 각각 감싸도록 마련된 제5 및 제6 프레임(1205,1206)을 포함한다.In addition, fifth and
도 11을 참조하면, 하우징(1200)은 일 예로, 육면체로 형성될 수 있으며 제1 내지 제4 프레임(1201,1202,1203,1204)은 하우징(1200)의 옆면을 형성하고, 제5 및 제6 프레임(1205,1206)은 각각 상면 및 하면을 형성할 수 있다. Referring to FIG. 11, the housing 1200 may be formed of, for example, a hexahedron, and the first to
보다 구체적으로, 제1 프레임은(1201)은 제1 용액 유입포트(1210)를 포함할 수 있다. 또한, 제2 프레임(1202)은 제2 용액 유입포트(1212)를 포함할 수 있다. 또한, 제3 프레임(1203)은 제1 용액 유출포트(1211)를 포함할 수 있다. 또한, 제4 프레임(1204)은 제2 용액 유출포트(1213)를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 제1 내지 제6 프레임은 상호 연결함으로써, 하우징(1200)을 형성할 수 있다.More specifically, the
또한, 상기 제5 및 6 프레임은, 제5 및 제6 프레임(1205,1206) 사이에 마련되는 제1 및 제2 유로(241,242)를 유동하는 제1 및 제2 용액이 유출되지 않도록 마련된 실링 가스켓(1270)을 각각 추가로 포함할 수 있다.In addition, the fifth and sixth frames are sealing gaskets provided to prevent first and second solutions flowing through the first and
또한, 상기 제3 프레임(1203)은, 애노드 및 캐소드 전극(1220,1230) 측으로 전극용액 즉, 전해질을 공급 및 배출하기 위한 전해질 유입포트 및 유출포트(1271,1272)를 각각 추가로 포함할 수 있다.In addition, the
여기서, 상기 전해질을 공급하기 위한 전해질 공급원(미도시)이 추가로 포함될 수 있다.Here, an electrolyte source (not shown) for supplying the electrolyte may be further included.
또한, 제3 프레임(1203)은, 애노드 및 캐소드 전극(1220,1230)에서 생산되는 전기 콜렉터(collector)로써 전극봉(1273)을 추가로 포함할 수 있다.In addition, the
따라서, 상기 전극봉(1273)은 애노드 및 캐소드 전극(1220,1230)과 각각 연결 구비될 수 있도록 제3 프레임(1203) 상, 하단에 각각 마련될 수 있다.Accordingly, the
특히, 상기 전극봉(1273)은 제3 프레임(1203) 바깥 측으로 돌출되도록 형성됨으로써, 생산된 전기를 외부로 공급할 수 있다. In particular, the
한편, 도 9를 참조하면, 상기 하우징(1200)은, 제1 용액 유입포트(1210) 및 제1 유로(1241)를 유체 이동 가능하게 연결하는 제1 용액 유입부(1250)를 포함한다.Meanwhile, referring to FIG. 9, the housing 1200 includes a
또한, 상기 제1 용액 유입부(1250)는 유입된 제1 용액 및 태양전지 패널의 제2 면(1012) 사이에 열교환이 이루어지도록 마련될 수 있다.In addition, the
보다 구체적으로, 본 발명의 제1 용액 유입부(1250)는, 제1 용액이 유입되는 공간(S)을 형성하는 적어도 일면이 태양전지 패널(1010)의 제2 면(1012)일 수 있다.More specifically, at least one surface of the
상기 태양전지 패널(1010)의 제2 면(1012)과 제1 용액 유입포트(1210)를 갖는 제1 프레임(1201)은 제1 용액이 유입되는 공간(S)을 형성하도록 상호 연결되게 마련될 수 있다.The
특히, 상기 제1 프레임(1201)은, 제2 면(1012)의 모서리 둘레 영역을 따라 맞닿게 연결될 수 있으며, 제1 용액이 유입되는 공간(S)을 형성하도록 소정 두께(T)를 갖도록 형성될 수 있다.In particular, the
따라서, 상기 제1 용액이 제1 용액 유입부(1250)로 유입되면, 제1 용액은 태양전지 패널의 제2 면(1012)에 접촉할 수 있다.Therefore, when the first solution is introduced into the
즉, 상기 제1 용액이 제1 용액 유입포트(1210)를 통하여 제1 용액 유입부(1250)로 유입되면, 제1 용액은 제2 면(1012)에 접촉하게 된다.That is, when the first solution is introduced into the
상기 태양전지 패널의 제2 면(1012)은, 태양전지 패널의 제1 면(1011)의 수광부에서 받은 빛에 의해 온도가 상승된 상태이므로, 상기와 같이 유입된 제1 용액과의 열교환을 통해 태양전지 패널(1010)을 냉각시킴으로써 태양전지 패널(1010)의 성능을 상승시키는 효과를 갖게 된다.Since the temperature of the
이에 따라, 상기와 같이 유입된 제1 용액은 태양전지 패널 제2 면(1012)에 의해 온도가 상승하게 된다.Accordingly, the temperature of the first solution introduced as described above is increased by the
처음 유입된 제1 용액보다 온도가 상승된 제1 용액은, 제1 유로(1241)로 유입될 수 있다.The first solution whose temperature is higher than the first solution introduced first may flow into the
상기와 같은 접촉에 의해 제1 용액은, 제1 용액과 제2 면(1012)의 온도 차에 의해 제1 용액 유입부(1250)에서 대류가 발생할 수 있다.As a result of the contact, convection may occur at the
한편, 본 발명의 염분차 발전 유닛(1020)은, 제1 용액 유입부(1250)로 유입된 제1 용액을 제1 유로(1241)로 분배함과 동시에, 제1 용액이 제2 유로(1242)로 유입되지 않고, 전체 복수개의 이온교환막(1240)에 균일하게 분배되도록 마련된 제1 유입 부재(1260)를 추가로 포함한다.Meanwhile, the salt differential
보다 구체적으로, 제1 유입 부재(1260)는 제1 용액 유입부(1250)와 복수 개의 이온교환막(1240) 사이에 마련될 수 있다.More specifically, the
상기 제1 유입 부재(1260)는, 제1 용액이 통과하여 제1 유로로 유입될 수 있도록 형성된 소정 크기를 갖는 복수 개의 홀을 갖을 수 있다.The
일 예로, 상기 제1 유입 부재(1260)는, 다공판일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the
특히, 상기 제1 유입 부재(1260)는, 복수 개의 제1 홀(1261a)을 갖는 제1 다공판(1261)과 제1 홀(1261)보다 작은 크기의 제2 홀(1262a)을 갖는 제2 다공판(1262)을 포함한다. In particular, the
즉, 제1 홀(1261a)은 제2 홀(1262a) 보다 큰 크기의 홀을 갖는다.That is, the
상기 제1 용액 유입부(1250)를 기준으로, 제1 다공판(1261)과 제2 다공판(1262)은 차례로 배치될 수 있다.Based on the
상기와 같이 제1 용액을, 보다 큰 크기의 제1 홀(1261a)을 통과한 후 작은 홀의 제2 홀(1262a)을 통과하게 함으로써, 보다 효율적으로 빠르게 그리고 균일하게 제1 용액이 제1 유로(1241)로 유입될 수 있다. As described above, the first solution passes through the
여기서, 상기 제1 유입부재(1260)는 상기와 같이 제1 다공판 및 제2 다공판을 포함하고 있으나, 이에 한정되는 것이 아니고, 제1 다공판 만을 포함할 수도 있고, 제3 다공판을 추가하여 포함할 수 있음을 이해하여야 한다.Here, the
한편, 본 발명의 제1 유로(1241) 및 제2 유로(1242)를 유동하는 제1 용액과 제2 용액의 염분차에 의해, 제2 용액에 포함된 이온성물질이 복수 개의 이온교환막(1240)을 선택적으로 이동하며 전기를 생산할 수 있다.On the other hand, due to the salt difference between the first solution and the second solution flowing through the
보다 구체적으로, 도 13을 참조하면, 상기 제1 용액 유입부(1250)에서 유입된 제1 용액과 제2 용액 유입포트(1213)를 통해 유입된 제2 용액은 각각 제1 및 제2 유로(1241,1242)를 유동할 때, 제1 용액보다 높은 염 농도를 갖는 제2 용액에 포함된 이온성물질, 즉, 양이온성 물질과 음이온성 물질이 양이온 교환막(C) 및 음이온 교환막(A)을 선택적으로 통과함에 따라 전위차가 발생하여 애노드 전극 및 캐소드 전극(1220, 1230)에서 각각 산화반응 및 환원반응이 발생하며 전자의 흐름이 생성되어 전기를 생산할 수 있게 된다.More specifically, referring to FIG. 13, the first solution introduced from the
일 예로, 상기 양이온성 물질은 나트륨 이온(Na+), 음이온성 물질은 염소이온(Cl-)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.For example, the cationic material may be sodium ions (Na +), and the anionic material may be chlorine ions (Cl −), but is not limited thereto.
도 12의 (b)를 참조하면, 상기 복수 개의 이온교환막(1240)은, 제1 유로(1241)와 제2 유로(1242)를 형성하기 위한, 스페이서(1243) 및 가스켓(1244)를 추가로 포함할 수 있다.Referring to FIG. 12B, the plurality of ion exchange membranes 1240 further include a
상기 스페이서와 가스켓(1243,1244)은 복수 개의 양이온교환막(C)과 음이온교환막(A)에 각각 구비될 수 있다.The spacers and
도 12의 (a)에 나타낸 바와 같이, 양 말단에 형성된 애노드 및 캐소드 전극(1220,1230) 사이에 각각 스페이서와 가스켓(1243,1244)을 포함하는 양이온교환막(C)과 음이온교환막(A)이 교번하여 차례로 적층하여 배열함으로써, 제1 유로 및 제2 유로(1241,1242)가 형성될 수 있게 된다.As shown in FIG. 12A, a cation exchange membrane C and an anion exchange membrane A including spacers and
도 14 및 도 15는 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 제2 실시예의 사시도 및 측면도, 도 16은 염도차 태양에너지 복합 발전 장치의 제2 실시예의 분해 사시도를 나타낸다. 14 and 15 are a perspective view and a side view of a second embodiment of the salinity solar composite power plant, and FIG.
도 14 및 도 15를 참조하면, 염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 제2 실시예(1002)는, 제1 용액을 제1 유로 측으로 전달하도록 제1 용액 유입부(1250)와 제1 유입 부재(1260)를 유체 이동 가능하게 연결하는 제1 연결 유로(1280)를 추가로 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 14 and 15, a
보다 구체적으로, 전술한 바와 같이, 제1 용액 유입부(1250)로 유입된 제1 용액은, 태양전지 패널(1010)의 제2 면과 접촉한 후, 온도가 상승되어 제1 연결 유로(1280)를 통해 제1 유로(1241)로 유입될 수 있다.More specifically, as described above, after the first solution introduced into the
도 16과 같이, 제1 용액 유입부(1250)가 제1 연결 유로(1280)를 포함하는 경우, 제1 유입부(1250)는 제5 프레임(1205)과 맞닿게 연결 구비될 수 있다. As illustrated in FIG. 16, when the
이에 따라, 제1 프레임(1201)은, 제2 내지 제4 프레임(1202,1203,1204) 일측면과 맞닿도록 연결 구비될 수 있다.Accordingly, the
염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 제1 또는 제2 실시예(1001,1002)를 이용하여 전기를 생산하는 과정을 도 8 내지 도 16을 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to FIGS. 8 to 16, a process of producing electricity by using the first and
먼저, 도 8 및 도 14에 도시된 바와 같이, 태양전지 패널(1010)의 수광부를 갖는 제1 면(1011)으로 태양광이 입사되면, 입사된 태양광에 의해 전기가 생산된다.First, as shown in FIGS. 8 and 14, when sunlight is incident on the
이 때, 전기가 생산됨과 동시에 제1 면(1011)으로 입사된 태양광에 의해 제1면(1011)의 온도가 상승하고, 이에 따른 전도에 의해 제2 면(1012)은 온도가 상승하게 된다.At this time, as the electricity is produced, the temperature of the
제1 용액 유입포트(1210)를 통해 제1 용액 유입부(1250)로 유입된 제1 용액은, 상기와 같이 온도가 상승된 제2 면(1012)과 접촉하게 되고, 접촉된 제1 용액은 온도가 상승하게 된다.The first solution introduced into the
즉, 태양전지 패널(1010)은 제1 용액에 의해 냉각됨에 따라, 태양광을 이용하여 전기를 생산함에 있어서, 효율이 향상된다.That is, as the
상기와 같이 온도가 상승된 제1 용액은 제1 유입 부재(1260)를 통과하여 제1 유로(1241)로 유입된다.As described above, the first solution having the elevated temperature is introduced into the
상기와 같이 제1 유로(1241)로 제1 용액이 유입될 때, 제2 용액은 제2 용액 유입포트(1212)를 통해 제2 유로(1242)로 유입된다.As described above, when the first solution flows into the
상기와 같이 유입된 제1 및 제2 용액은 제1 및 제2 유로(1241,1242)를 유동하게 되고 제1 및 제2 용액의 염 농도차에 의해 전기가 생산될 수 있다.The first and second solutions introduced as described above flow through the first and
즉, 제1 용액보다 높은 염 농도를 갖는 제2 용액에 포함된 양이온성 물질 및 음이온성 물질이 양이온교환막(C)과 음이온교환막(A)을 선택적으로 이동함에 따라 전위차가 발생하게 되어 전기가 생산될 수 있다.That is, as the cationic material and the anionic material contained in the second solution having a higher salt concentration than the first solution selectively move the cation exchange membrane (C) and the anion exchange membrane (A), a potential difference is generated and electricity is produced. Can be.
도 17을 참조하면, 상기와 같이 온도가 상승된 제1 용액을 제1 유로(1241)로 유입시킴으로써, 제2 용액의 이온성물질의 이동 속도가 상승하게 되어 전력 생산량이 향상되게 된다. 실험에서 고농도 용액은 해수 3.5wt.%에 상당하는 NaCl 염 모사 용액을, 저농도 용액은 민물 0.005wt.%에 상당하는 NaCl 염 모사 용액을 각각 100cc/min의 양으로 공급하였다. 사용된 분리막은 한국에너지기술연구원에서 제작한 KIER 분리막이다. 결과로부터, 고농도 용액 측의 온도 상승보다는 저농도 용액측의 온도 상승에 의한 출력밀도 향상이 큰 것으로 나타났다. 이것은 염분차발전이 태양광 패널과의 복합 발전시, 태양광 패널의 온도 상승에 따른 성능 저감을 극복하기 위해 염분차발전으로 공급되는 고농도 용액 또는 저농도 용액을 태양광 패널의 냉각에 적용할 때, 고농도 용액 보다는 저농도 용액을 활용하는 것이 더 유리 (출력 향상 측면)할 수 있다는 것을 보여준다. 또한, 태양광 패널의 안정성 (염에 의한 부식 등의 대한 안정성 측면)을 고려할 때도, 고농도 용액 보다는 저농도 용액을 활용한 태양광 패널의 냉각에 의한 성능 향상과 염분차발전 소스의 온도 상승에 따른 성능 향상 모두를 도모하는 것이 유리한 것으로 판단된다. 도 17을 참조하면, 상기와 같이 전력을 생산하는 경우, 일반적인 역전기투석발전 장치에 비해 대략 20% 이상의 전력 생산 출력이 상승될 수 있다.Referring to FIG. 17, by flowing the first solution having the temperature increased as described above into the
도 17에 나타낸 바와 같이, 제1 유로(1241)로 20℃의 온도를 갖는 제1 용액이 유입되는 경우 최대 전력 밀도는 이온교환막 단위면적당 1.4(W/m2)으로 측정 되었으나, 본 발명과 같이 온도를 상승시켜 50℃의 온도를 갖는 제1 용액을 유입시키는 경우 최대 전력 밀도는 이온교환막 단위면적당 1.7(W/m2)로 측정되었다. 즉, 상기와 같이 전력 밀도가 상승됨을 확인할 수 있었다.As shown in FIG. 17, when the first solution having a temperature of 20 ° C. was introduced into the
상기와 같이 전기를 생산한 후 제1 및 제2 용액은 각각의 유출포트(1211,1213)로 배출될 수 있다.After the electricity is produced as described above, the first and second solutions may be discharged to the
도 18 및 도 19는 염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 제3 실시예(1003)의 사시도 및 측면도, 도 20 내지 도 22는 염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 제3 실시예(1003)를 설명하기 위해 나타낸 사시도들이다. 18 and 19 are a perspective view and a side view of a
염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 제3 실시예(1003)는, 전술한 제1 및 제2 실시예에 따른 염분차 태양에너지 복합 발전 장치 (1001,1002)에서 태양전지 패널이 한 개 더 추가된 구성을 나타낸다. The
따라서, 이하에서는 전술한 염분차 태양에너지 복합 발전 장치 (1001,1002)와 동일한 구성요소 및 그 작동에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.Therefore, hereinafter, the same components and operations of the above-described salt difference solar energy combined
먼저, 도 18을 참조하면, 염분차 태양에너지 복합 발전 장치의 제3 실시예 (1003)는, 제1 수광부를 갖는 제1 면(1011) 및 제1 면의 반대방향의 제2 면(1012)을 갖는 제1 태양전지 패널(1010)을 포함한다.First, referring to FIG. 18, a
이에 더하여, 제2 수광부를 갖는 제1 면(1110) 및 제1 면의 반대방향의 제2 면(1120)을 갖는 제2 태양전지 패널(1100)을 포함한다.In addition, the second
또한, 제1 용액과 제2 용액이 유입하여 염분차 발전을 통해 전기를 생산하기 위한 염분차 발전 유닛(1020)을 포함한다.In addition, the first solution and the second solution flows into the salt differential
보다 구체적으로, 상기 염분차 발전 유닛 (1020)은 제1 용액 유입포트 및 유출포트(1210,1211), 제2 용액 유입포트 및 유출포트(1212,1213)를 갖는 하우징(1200)을 포함한다.More specifically, the salt differential
또한, 하우징(1200) 내에 배치되고, 소정간격 떨어져 마련된 애노드 및 캐소드 전극(1220,1230)을 포함하고, 애노드 및 캐소드 전극(1220,1230) 사이에 제1 용액이 유동하는 제1 유로(1241) 및 제2 용액이 유동하는 제2 유로(1242)를 구획하도록 배열된 복수 개의 이온교환막(1240)을 포함한다.In addition, a
여기서, 상기 복수 개의 이온교환막(1240)은 양이온교환막(C) 및 음이온교환막(A)을 포함한다.Here, the plurality of ion exchange membrane 1240 includes a cation exchange membrane (C) and an anion exchange membrane (A).
*또한, 하우징(1200)은, 제1 용액 유입포트(1210) 및 제1 유로(1241)를 유체 이동 가능하게 연결하는 제1 용액 유입부(1250)를 갖을 수 있다.In addition, the housing 1200 may include a
특히, 제1 용액 유입부(1250)는 제1 용액의 유동 방향을 따라, 제1 용액 및 제1 태양전지 패널(1010)의 제2 면(1012) 사이에 열 교환이 이루어지고, 차례로 제1 용액 및 제2 태양전지 패널(1100)의 제2 면(1120) 사이에 열 교환이 이루어지도록 마련될 수 있다.In particular, the
여기서, 제1 용액 유입부(1250)는 제1 용액 유입포트(1210)와 연결된 제1 유입부(1251) 및 제1 유입부(1251) 및 제1 유로(1241)를 연결하는 제2 유입부(1252)를 포함한다.Here, the
즉, 제1 용액이 제1 유입부(1251)로 유입되면, 제1 태양전지 패널의 제2 면에 접촉한 후 제1 용액의 유동 방향을 따라, 제2 유입부(1252)로 유입되어 제2 태양전지 패널(1100)의 제2 면(1120)에 접촉할 수 있다.That is, when the first solution flows into the first inlet 1125, the first solution contacts the second surface of the first solar cell panel and then flows into the second inlet 1252 along the flow direction of the first solution. 2 may contact the
여기서, 제1 용의 유동 방향은 제1 유입부의 길이방향을 따라 유동한 후, 제2 유입부(1252)로 유입되어 유동될 수 있다.Here, the flow direction of the first dragon may flow along the longitudinal direction of the first inlet, and then may flow into the second inlet 1252.
상기 제2 유입부는, 제1 유입부에서 유동된 제1 용액이 유입되는 유입포트(1253)를 포함할 수 있다.The second inlet may include an inlet port 1253 through which the first solution flowed from the first inlet is introduced.
따라서, 상기 제1 용액은, 제1 유입부로 유입된 후 유입포트(1253)를 통해 제2 유입부(1252)로 유입될 수 있다.Therefore, the first solution may be introduced into the second inlet 1252 through the inlet port 1253 after being introduced into the first inlet.
또한, 상기 제1 및 제2 태양전지 패널은 제2 면(1012,1120)의 적어도 일부 영역에 마련된 방열 부재(1013)를 각각 추가로 포함할 수 있다.In addition, the first and second solar cell panels may further include a
이에 더하여, 염분차 발전 유닛 (1020)은, 제2 유입부(1252)에 배치되고, 제1 용액을 제1 유로로 분배함과 동시에, 제1 용액이 제2 유로로 유입되지 않도록 마련된 제1 유입 부재(1260)를 추가로 포함한다.In addition, the salt differential
또한, 제1 유로(1241) 및 제2 유로(1242)를 유동하는 제1 용액과 제2 용액의 염분차에 의해, 제2 용액에 포함된 이온성물질이 복수 개의 이온교환막을 선택적으로 이동하며 전기를 생산할 수 있다.In addition, by the salt difference between the first solution and the second solution flowing through the
한편, 상기 제1 용액은 제1 및 제2 유입부(1251,1252) 각각에서, 제1 및 제2 태양전지 패널 각각의 제2 면(1012,1120)에 의해 온도가 상승될 수 있다.Meanwhile, the temperature of the first solution may be increased by the
보다 구체적으로, 제1 유입부(1251)는, 제1 용액이 유입되는 공간(S1)을 형성하는 적어도 일면이 제1 태양전지 패널의 제2 면(1012)일 수 있다.More specifically, the first inlet 1125 may have at least one surface forming the space S1 into which the first solution is introduced, which may be the
또한, 제2 유입부(1252)는, 제1 용액이 유입되는 공간(S2)을 형성하는 적어도 일면이 제2 태양전지 패널의 제2면(1120)일 수 있다. In addition, at least one surface of the second inflow part 1252, which forms a space S2 into which the first solution is introduced, may be the
따라서, 제1 용액 유입포트(1210)로 유입된 제1 용액은, 제1 유입부(1251)의 적어도 일면인 제1 태양전지 패널의 제2면(1012)에 접촉하여 온도가 상승될 수 있다.Therefore, the temperature of the first solution introduced into the first
상기와 같이 온도가 상승된 제1 용액은, 유입포트(1253)를 통해 제2 유입부(1252)로 유입되어 제2 유입부(1252)의 적어도 일면인 제2 태양전지 패널의 제2 면(1120)에 접촉하여 한번 더 온도가 상승될 수 있다.As described above, the first solution having the elevated temperature is introduced into the second inlet 1252 through the inlet port 1253, so that the second surface of the second solar cell panel that is at least one surface of the second inlet 1252 ( The temperature may be raised once more in contact with 1120.
상기와 같이 온도가 상승된 제1 용액은 전술한 바와 같이, 제1 유로로 유입되어 염분차 발전이 보다 효율적으로 이뤄질 수 있게 된다.As described above, the first solution having the elevated temperature is introduced into the first flow path so that the salt differential power generation can be performed more efficiently.
이 때, 상기와 같이 유입된 제1 용액에 의해 냉각된 제1 및 제2 태양전지 패널(1010,1100) 각각은 냉각효과에 의해 전기 생산 효율이 향상될 수 있다.At this time, each of the first and second
상기와 같은 구성으로 이루어진 염분차 태양에너지 복합 발전 장치 제3 실시예(1003)를 이용하여 전기를 생산하는 과정을 도 19를 참조하여 설명하면 다음과 같다.Referring to FIG. 19, a process of producing electricity using the salt difference solar energy composite power generator
먼저, 태양전지 패널(1010)의 수광부를 갖는 제1 면(1011)으로 태양광이 입사되면, 입사된 태양광에 의해 전기가 생산된다.First, when sunlight is incident on the
이 때, 전기가 생산됨과 동시에 제1 면(1011)으로 입사된 태양광에 의해 제1면(1011)의 온도가 상승하고, 이에 따른 전도에 의해 제2 면(1012)은 온도가 상승하게 된다.At this time, as the electricity is produced, the temperature of the
제1 용액 유입포트(1210)를 통해 제1 유입부(1251)로 유입된 제1 용액은, 상기와 같이 온도가 상승된 제1 태양전지 패널의 제2 면(1012)과 접촉하게 되고, 접촉된 제1 용액은 온도가 상승함과 동시에 제2 면(1012)은 온도가 하강하게 된다.The first solution introduced into the
즉, 제1 태양전지 패널(10)은 제1 용액에 의해 냉각됨에 따라, 태양광을 이용하여 전기를 생산함에 있어서, 효율이 향상된다.That is, as the first
상기와 같이 온도가 상승된 제1 용액은 유입포트(1253)를 통해 제2 유입부(1252)로 유입된다.As described above, the first solution having the elevated temperature is introduced into the second inlet 1252 through the inlet port 1253.
이와 동시에, 태양전지 패널(1100)의 수광부를 갖는 제1 면(1110)으로 태양광이 입사되면, 입사된 태양광에 의해 전기가 생산되고, 전기가 생산됨과 동시에 제1 면(1110)으로 입사된 태양광에 의해 제1 면(1110)의 온도가 상승하고, 이에 따른 전도에 의해 제2 면(1120)은 온도가 상승하게 된다.At the same time, when sunlight is incident on the
제2 유입부(1252)로 유입된 제1 용액은, 상기와 같이 온도가 상승된 제2 태양전지 패널의 제2 면(1120)과 접촉하게 되고, 접촉된 제1 용액은 온도가 보다 상승하게 됨과 동시에 제2 면(1120)의 온도는 하강하게 된다.The first solution introduced into the second inlet 1252 is brought into contact with the
즉, 제2 태양전지 패널(1100)은 제1 용액에 의해 냉각됨에 따라, 태양광을 이용하여 전기를 생산함에 있어서, 효율이 향상된다.That is, as the second
상기와 같이 온도가 상승된 제1 용액은, 제1 유입 부재(1260)를 통과하여 제1 유로(1241)로 유입된다.The first solution whose temperature is raised as described above passes through the
상기와 같이 제1 유로로 제1 용액이 유입될 때, 제2 용액 유입포트(1212)를 통해 제2 용액이 제2 유로(1242)로 유입된다.As described above, when the first solution flows into the first flow path, the second solution flows into the
상기와 같이 유입된 제1 및 제2 용액은 제1 및 제2 유로(1241,1242)를 유동하게 되고, 제1 및 제2 용액의 염분차에 의해 전기가 생산될 수 있다.The first and second solutions introduced as described above flow through the first and
즉, 제1 용액보다 높은 염 농도를 갖는 제2 용액의 양이온성 물질 및 음이온성 물질이 양이온교환막(C)과 음이온교환막(A)을 선택적으로 이동함에 따라 전위차가 발생하게 되어 전기가 생산될 수 있다.That is, as the cationic material and the anionic material of the second solution having a higher salt concentration than the first solution selectively move the cation exchange membrane (C) and the anion exchange membrane (A), a potential difference may occur and electricity may be produced. have.
특히, 상기와 같이 온도가 상승된 제1 용액을 제1 유로(1241)로 유입시킴으로써, 제2 용액의 이온성물질의 이동 속도가 상승하게 되어 전력 생산 효율이 향상되게 된다.In particular, by introducing the first solution having a temperature rise as described above to the first flow path (1241), the moving speed of the ionic material of the second solution is increased to improve the power production efficiency.
상기와 같이 전기를 생산한 후 제1 및 제2 용액은 각각의 유출포트(1211,1213)로 배출될 수 있다.After the electricity is produced as described above, the first and second solutions may be discharged to the
본 발명은, 또한 염분차 태양에너지 복합 발전 시스템(420)을 제공한다.The present invention also provides a salt differential solar energy combined
예를 들어, 상기 염분차 태양에너지 복합 발전 시스템은, 전술한 염분차 태양에너지 복합 발전 장치를 이용한 시스템에 관한 것이다.For example, the salinity solar energy combined cycle system relates to a system using the salinity solar energy combined cycle apparatus described above.
따라서, 후술하는 염분차 태양에너지 복합 발전 장치에 대한 구체적인 사항은 염분차 태양에너지 복합 발전 장치(1001,1002,1003)에서 기술한 내용이 동일하게 적용될 수 있다.Therefore, the details described in the salt difference solar energy composite power generation apparatus to be described later may be equally applicable to the content described in the salt difference solar energy composite
도 20 내지 도 22를 참조하면, 상기 염분차 태양에너지 복합 발전 시스템(420)은, 전술한 염분차 태양에너지 복합 발전 장치(1001,1002,1003)가 복수 개 연결 구비되는 것을 포함한다.20 to 22, the salinity solar energy combined cycle
또한, 염분차 태양에너지 복합 발전 장치 각각의 제1 용액 유입 포트로 제1 용액을 공급하도록 마련된 제1 용액 공급원(2100)를 포함한다.The apparatus may further include a
또한, 염분차 태양에너지 복합 발전 장치 각각의 제2 용액 유입포트로 제2 용액을 공급하도록 마련된 제2 용액 공급원(2200) 를 포함한다.In addition, a
상기와 같이 구성된 시스템을 이용함으로써, 보다 효율적으로 전력을 생산할수 있어 전력생산량을 향상시킬 수 있게 된다. By using the system configured as described above, it is possible to produce power more efficiently, thereby improving the amount of power produced.
아래 표 1은 도 17을 참조하여 설명한 염분차 태양에너지 복합 발전 장치에 있어 온도 변화에 따른 복합발전 시스템의 출력 향상율을 계산한 도표이다.Table 1 below is a chart that calculates the output improvement rate of the combined cycle power system according to the temperature change in the salt differential solar energy combined cycle apparatus described with reference to FIG.
(3.5wt%)High concentration solution
(3.5wt%)
(0.005wt.%)Low concentration solution
(0.005wt.%)
(염분차유입온도)Temperature after passing solar panels
(Salin inlet temperature)
표 1에서와 같이 저농도 용액 측의 온도가 20도에서 50도까지 상승할 때 염분차발전의 출력 밀도는 1.4에서 1.7W/m2로 증가하는 것으로 나타났다. 이것을 염분차발전 스택 100 X 100 X 20 cm3 (W X L X h)에 적용할 경우 (KIER 분리막 약 250 cell pairs), 출력양은 약 350에서 425Wh로 약 21.4% 증가하는 것으로 계산되었다. 이를 기반으로 도 14에서와 같이 염분차 태양에너지 복합 발전 장치 를 구성할 경우, 약 100 X 120 X 10 cm3 (W X L X h)의 태양전지 패널을 구성할 수 있으며, 냉각 효율을 약 70%로 가정할 때, 태양전지 패널의 온도가 30도에서 20도로 냉각될 경우 출력양은 180에서 약 191Wh로 약 6% 향상되는 것으로 나타났다. 본 실시예를 통해 염분차발전의 공급 소스를 태양전지 패널의 냉각수로 활용할 경우, 염분차와 태양전지 발전 모두 성능이 향상되는 것으로 나타났다. 그러므로, 염분차발전 스택의 크기, 공급량 등의 제어를 통한 태양전지 패널과의 복합 발전 구조의 엔지니어링 설계를 통해 복합발전 장치의 발전량과 성능 향상율 제어를 최적화 할 수 있음을 알 수 있다.도 23은 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 스마트 팜 시스템을 통합한 통합 시스템을 나타낸다. As shown in Table 1, when the temperature of the low concentration solution is increased from 20 degrees to 50 degrees, the power density of the salt differential power generation is increased from 1.4 to 1.7 W / m 2 . When this is applied to the saline stack 100 x 100 x 20 cm 3 (WXLX h) (KIER separator about 250 cell pairs), the output is calculated to increase about 21.4% from about 350 to 425 Wh. On the basis of this, when the salinity solar composite power generation device is configured as shown in FIG. 14, a solar cell panel of about 100 X 120 X 10 cm 3 (WXLX h) can be configured, and cooling efficiency is assumed to be about 70%. When the temperature of the solar panel is cooled from 30 degrees to 20 degrees, the output amount is improved by about 6% from 180 to about 191Wh. According to the present embodiment, when the supply source of the differential power generation is used as the cooling water of the solar cell panel, the performance of both the salt difference and the solar cell power generation is improved. Therefore, it can be seen that it is possible to optimize the control of the generation amount and the performance improvement rate of the hybrid power generation apparatus through engineering design of the hybrid power generation structure with the solar cell panel by controlling the size and supply of the salt differential power generation stack. Represents an integrated system incorporating a smart farm system according to the first to fourth embodiments of the invention.
본 발명에 따른 스마트 팜 통합 관리 시스템(500)은 제1 및 제2 실시예에 따른 염분차 발전장치(20)와 제3 실시예에 따른 염분차 발전장치(320)와 제4 실시예에 따른 제3 염분차 발전장치(420)을 포함할 수 있다. 이들 염분차 발전장치들(20, 320, 420)은 분산전원으로 사용이 가능하며 부하 변동이 적고 생성된 전기를 센서(11, 211, 311), 전자기계장치(12), 중앙제어장치(50) 등에 공급하여 에너지 자립을 실현할 수 있다. The smart farm integrated
그리고, 각각의 센서(11, 211, 311)를 통해 수집된 정보는 중앙제어장치(50)로 전달되고 중앙제어장치(50)에서는 인공 지능을 기반으로 하여 생장 환경의 빅데이터를 분석하고 이에 기초하여 작물 또는 미생물의 생장을 제어한다. 따라서, 스마트 팜의 통합적인 운용 관리가 가능하며 고부가가치 스마트 팜의 구현이 가능하게 된다. The information collected through each of the
또한, 염분차 발전 장치(20)의 원료로 농장 시설(10) 주변의 정화조로부터 얻어진 여과 오폐수, 음식물 쓰레기 처리장으로부터 얻어진 음식물폐기물 산발효액, 연소 배기 시설의 연소 배기 가스로부터 배출되는 이산화탄소를 흡수하는 이산화탄소 포집 플랜트로부터 얻어진 이산화탄소 흡수액, 축사의 분뇨로부터 얻어진 여과 액비와 같은 폐자원이나 주변에서 쉽게 구할 수 있는 비료를 해수 대신 사용하고 지하수, 수도물, 하수 방류수, 강물, 저수지 및 기타 농업용수로부터 얻어진 담수를 사용하기 때문에 환경과 에너지 문제를 동시에 해결할 수 있다. Further, carbon dioxide absorbing carbon dioxide emitted from the filtration wastewater obtained from the septic tank around the
하기 표 2에 비료 용액의 종류에 따른 농도별 삼투압을 나타내었다.Table 2 shows the osmotic pressure by concentration according to the type of fertilizer solution.
KH2PO4 용액의 경우 농도가 높아질수록 삼투압이 상승 후 하강하는 경향을 보이며, K2SO4 용액의 경우 농도가 높아질수록 삼투압이 낮아지는 경향을 보인다. KH2PO4 용액과 K2SO4 용액을 제외한 나머지 비료 용액의 경우, 농도가 높아질수록 삼투압이 높아지는 경향을 보인다.도 24와 도 25는 각각 도 1에 도시한 스마트 팜 시스템에 고농도 용액(42)으로 사용되는 비료 성분의 종류 및 구성에 따른 염분차 발전장치의 에너지 밀도와 개회로 전압(Open Circuit Voltage, OCV)을 나타낸 그래프이다.In the case of KH 2 PO 4 solution, as the concentration increases, the osmotic pressure increases and then decreases. In the case of K 2 SO 4 solution, the osmotic pressure tends to decrease as the concentration increases. For fertilizer solutions other than KH 2 PO 4 solution and K 2 SO 4 solution, the osmotic pressure tends to increase as the concentration increases. FIGS. 24 and 25 respectively show high concentration solutions (42) in the smart farm system shown in FIG. The graph shows the energy density and open circuit voltage (OCV) of the salinity generator according to the type and composition of fertilizer.
실험에 사용된 비료 용액의 농도는 0.5M이고, 염분차 발전장치에 투입되는 비료와 담수의 유량은 모두 30cc/min이다. KNO3 비료 용액의 경우 가장 높은 출력 밀도를 보이며, NaNO3 비료의 경우 가장 높은 OCV를 보이고 있다. 여섯 가지 비료 모두에서 출력 밀도는 1.3W/m2 이상이며, OCV는 0.9V 이상이다.The concentration of fertilizer solution used in the experiment was 0.5M, and the flow rate of fertilizer and fresh water input to the salt differential power generator is 30cc / min. KNO 3 fertilizer solution has the highest power density and NaNO 3 fertilizer has the highest OCV. In all six fertilizers, the power density is above 1.3 W / m 2 and the OCV is above 0.9 V.
도 26은 도 1에 도시한 스마트 팜 시스템 중 화학 비료 성분을 이용한 염분차 발전장치의 담수 유량 변화에 따른 에너지 밀도를 나타낸 그래프이다.FIG. 26 is a graph illustrating energy densities according to changes in freshwater flow rate of the salt differential power generator using the chemical fertilizer component of the smart farm system illustrated in FIG. 1.
실험에 사용된 비료 용액은 1M의 KNO3 용액이며, 염분차 발전장치에 투입되는 비료의 유량은 30cc/min이다. 염분차 발전장치에 투입되는 담수의 유량을 10cc/min, 30cc/min, 50cc/min, 70cc/min로 변경하면서 에너지 밀도를 측정하였다. 실험 결과, 비료 용액과 담수의 공급 유량이 30cc/min으로 동일할 때 2W/m2을 초과하는 최고의 출력 밀도를 나타낸다.The fertilizer solution used in the experiment was a 1M KNO 3 solution, and the flow rate of the fertilizer introduced into the salt differential generator was 30 cc / min. The energy density was measured while changing the flow rate of fresh water introduced into the salt differential power generator to 10 cc / min, 30 cc / min, 50 cc / min, and 70 cc / min. Experimental results show the highest power density in excess of 2 W / m 2 when the feed flow rate of fertilizer solution and fresh water is the same at 30 cc / min.
도 27은 도 1에 도시한 스마트 팜 시스템 중 폐 커피 용액을 비료 용액으로 사용하고 민물을 담수로 사용한 염분차 발전장치의 에너지 밀도를 나타낸 그래프이다.FIG. 27 is a graph showing the energy density of the salt power generation apparatus using waste coffee solution as a fertilizer solution and fresh water as fresh water in the smart farm system shown in FIG. 1.
실험에 사용된 비료 용액은 커피 폐기물로부터 추출한 비료 용액이며, 대략 3mS/cm의 전기 전도도를 가진다. 실험에 사용된 담수는 일반적인 민물이며, 대략 0.0053mS/cm의 전기 전도도를 가진다. 염분차 발전장치에 투입되는 비료 용액의 유량과 담수의 유량은 모두 30cc/min이다. 실험 결과, 염분차 발전장치는 0.3W/m2을 초과하는 출력 밀도를 나타낸다.The fertilizer solution used in the experiment is a fertilizer solution extracted from the coffee waste and has an electrical conductivity of approximately 3 mS / cm. Freshwater used in the experiments is common fresh water and has an electrical conductivity of approximately 0.0053 mS / cm. The flow rate of the fertilizer solution and the fresh water flowed into the salt differential generator are 30 cc / min. As a result of the experiment, the salt differential generator showed an output density exceeding 0.3 W / m 2 .
도 28은 도 1에 도시한 스마트 팜 시스템 중 KNO3를 비료 용액으로 사용하고 폐 커피 용액을 담수로 사용한 염분차 발전장치의 에너지 밀도를 나타낸 그래프이다.FIG. 28 is a graph showing the energy density of a salt power generation apparatus using KNO 3 as a fertilizer solution and waste coffee solution as fresh water in the smart farm system shown in FIG. 1.
실험에 사용된 비료 용액은 0.5M의 KNO3 용액이며, 대략 55mS/cm의 전기 전도도를 가진다. 실험에 사용된 담수는 커피 폐기물로부터 추출한 용액이며, 대략 3mS/cm의 전기 전도도를 가진다. 염분차 발전장치에 투입되는 비료 용액과 담수의 유량은 모두 30cc/min이다. 실험 결과, 염분차 발전장치는 0.04W/m2을 초과하는 출력 밀도를 나타낸다.The fertilizer solution used in the experiment was a 0.5 M KNO 3 solution and had an electrical conductivity of approximately 55 mS / cm. Fresh water used in the experiments is a solution extracted from coffee waste and has an electrical conductivity of approximately 3 mS / cm. The flow rate of fertilizer solution and fresh water input to the salt power generator is 30 cc / min. As a result of the experiment, the salt difference generator has an output density exceeding 0.04 W / m 2 .
도 29는 도 1 또는 도 6에 도시한 스마트 팜 시스템 중 돼지 분료로부터 얻은 액비를 비료 용액으로 사용하고 민물을 담수로 사용한 염분차 발전장치의 에너지 밀도를 나타낸 그래프이다.FIG. 29 is a graph showing the energy density of a salt power generation apparatus using a liquid fertilizer obtained from pig manure as a fertilizer solution and fresh water as fresh water in the smart farm system shown in FIG. 1 or 6.
실험에 사용된 액비 용액은 대략 6mS/cm의 전기 전도도를 가진다. 염분차 발전장치에 투입되는 액비 용액과 담수의 유량은 모두 10cc/min이다. 실험 결과, 염분차 발전장치는 전극의 전해질이 ferri-/ferrocyanide일 때 0.2W/m2 정도였으며, 전극의 전해질을 비료의 종류인 Potassium nitrate를 사용할 경우에도 약 0.05 W/m2의 출력 밀도를 나타낸다.The liquid fertilizer solution used in the experiment has an electrical conductivity of approximately 6 mS / cm. The flow rate of the liquid fertilizer solution and fresh water input to the salt power generator is 10 cc / min. As a result, the salt differential power generator was about 0.2W / m 2 when the electrolyte of the electrode was ferri- / ferrocyanide, and the electrode had an output density of about 0.05 W / m 2 even when using the fertilizer Potassium nitrate. Indicates.
도 30은 도 1에 도시한 스마트 팜 시스템 중 이산화탄소 흡수액를 비료 용액으로 사용하고 민물을 담수로 사용한 염분차발전장치의 이산화탄소 흡수액의 농도변화를 나타낸 그래프이다.30 is a graph showing a change in the concentration of carbon dioxide absorbing liquid of the salt power generation apparatus using a carbon dioxide absorbing liquid as a fertilizer solution and fresh water as fresh water in the smart farm system shown in FIG.
실험에 사용된 분리막은 한국에너지기술연구원에서 자체 생산한 KIER 분리막, Fujifilm 사의 분리막, Fumasep 사의 분리막을 5 cell pairs로 사용하였다. 고농도 (이산화탄소 흡수액)와 저농도 용액 (민물)의 유량은 모두 15cc/min이다. 결과에서 고농도 용액측의 이산화탄소 흡수액의 농도는 염분차발전 이후 감소했으며, 그 폭은 Fujifilm 사의 분리막에서 제일 높게 측정되었다. 제일 감소폭이 적었던 KIER 분리막의 경우 생산된 출력 밀도는 약 0.02 W/m2 였다.The separator used in the experiment was KIER separator, Fujifilm separator and Fumasep membrane produced by KERI as 5 cell pairs. The flow rates of the high concentration (carbon dioxide absorbent) and the low concentration solution (fresh water) are both 15 cc / min. In the results, the concentration of carbon dioxide absorbent on the high concentration side decreased after the salt differential development, and the width was measured highest in the Fujifilm membrane. In the case of the smallest KIER separator, the output density produced was about 0.02 W / m 2 .
도 31은 도 1에 도시한 스마트 팜 시스템 중 이산화탄소 흡수액를 비료 용액으로 사용하고 민물을 담수로 사용한 염분차 발전장치의 담수 용액의 농도변화를 나타낸 그래프이다.FIG. 31 is a graph illustrating a change in the concentration of a fresh water solution of a salt power generation apparatus using a carbon dioxide absorbing liquid as a fertilizer solution and fresh water as fresh water in the smart farm system shown in FIG. 1.
도 31의 실험 조건에서 저농도 용액인 담수 측의 이산화탄소 증가율을 보여준다. 제일 농도 증가율이 높았던 Fujifilm 사의 분리막에서의 농도 증가 폭은 민물에 용해될 수 있는 이산화탄소의 용해도 대비 약 30%인 것으로 나타났다.31 shows the increase rate of carbon dioxide in the freshwater side which is a low concentration solution in the experimental conditions of FIG. Fujifilm's membrane growth rate, which had the highest concentration growth rate, was about 30% of the solubility of carbon dioxide that could be dissolved in fresh water.
상기에서는 본 발명의 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 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited thereto, and various modifications and changes can be made within the scope of the claims and the detailed description of the invention and the accompanying drawings. Naturally, it belongs to the range of.
*100, 200, 300, 400, 500: 스마트 팜 시스템
10: 농장 시설
11, 211, 311: 센서
12: 전자기계장치
20: 염분차 발전장치
20A: 제1 염분차 발전장치
20B: 제2 염분차 발전장치
30: 에너지 저장부
41: 저농도 용액 공급부
42: 농축 용액 공급부
43: 고농도 용액 공급부
50: 중앙제어장치
55: 사용자 모바일 단말
60: 희석 생장 원료 공급부
61: 농도 측정기
62: 삼방향 밸브
70: 정삼투 유닛
71: 반투과막
270: 미생물 배양 장치
280: 유용자원회수장치
290: 유용자원
320: 독립형 염분차 발전 장치
340: 캡슐
1001, 1002, 1003 : 대용량 염분차 태양에너지 복합 발전 장치
2100 : 제1 용액 공급원
2200: 제2 용액 공급원
* 100, 200, 300, 400, 500: smart farm system
10:
12: electromechanical apparatus 20: salt differential generator
20A:
30: energy storage 41: low concentration solution supply
42: concentrated solution supply 43: high concentration solution supply
50: central control unit 55: user mobile terminal
60: dilution growth raw material supply 61: concentration meter
62: three-way valve 70: forward osmosis unit
71: semipermeable membrane
270: microbial culture device 280: useful resource recovery device
290: Useful Resources 320: Stand Alone Power Plant
340: capsule
1001, 1002, 1003: large capacity salinity solar energy combined cycle generator
2100: first solution source 2200: second solution source
Claims (11)
음식물 폐기물 산 발효액, 이산화탄소 흡수액, 여과액비 및 비료액으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 고농도 용액과 상기 고농도 용액보다 농도가 낮은 저농도 용액을 공급받아 상기 고농도 용액과 상기 저농도 용액의 농도차를 이용하여 전기를 생성하고, 상기 농작물의 생장에 사용되는 생장원료를 배출하여 상기 농작물에 공급하는 염분차 발전장치;
상기 염분차 발전장치와 상기 농장 시설 사이에 설치된 생장 원료 희석 공급부로, 상기 생장 원료 희석 공급부는 상기 염분차 발전장치와 상기 농장 시설에 연결 설치된 배관, 상기 배관에 설치된 농도 측정기, 및 상기 농도 측정기에서 농도가 측정된 생장원료가 유입되는 입구, 상기 농장 시설에 연결된 제1 출구와 상기 염분차 발전장치 전단에 상기 고농도 용액의 경로에 연결된 제2 출구를 포함하는 밸브를 포함하고, 상기 농도 측정기의 측정 결과가 설정 범위를 만족하면 상기 제1 출구를 개방하여 상기 생장 원료를 상기 농장 시설에 공급하고, 상기 농도 측정기의 측정 결과가 설정 범위를 만족하지 않으며 상기 제2 출구를 개방하여 상기 생장 원료를 상기 고농도 용액과 섞어 상기 염분차 발전장치로 다시 공급하는 생장 원료 희석 공급부; 및
상기 염분차 발전장치에서 생산된 상기 전기를 저장하고, 상기 센서와 상기 전자기계 장치에 상기 전기를 공급하는 에너지 저장 시스템을 포함하는 염분차 발전장치에 기반한 에너지 자립형 스마트 팜 시스템.Farm cultivation, the farm facility comprising at least one crop cultivation sensor and an electromechanical device for cultivating the crop;
A high concentration solution containing at least one selected from the group consisting of a food waste acid fermentation broth, a carbon dioxide absorbing liquid, a filtrate ratio, and a fertilizer liquid and a low concentration solution having a lower concentration than the high concentration solution are supplied to use a difference in concentration between the high concentration solution and the low concentration solution A salt differential power generation device for generating electricity and discharging the growth raw materials used for growing the crops and supplying the crops to the crops;
A raw material dilution supply unit installed between the salt differential generator and the farm facility, wherein the growth raw material dilution supply unit is connected to the salt differential generator and the farm facility, a concentration meter installed on the pipe, and the concentration meter And a valve including an inlet through which the concentration of the growth raw material is introduced, a first outlet connected to the farm facility, and a second outlet connected to the path of the high concentration solution in front of the salt differential generator, and measuring the concentration meter. If the result satisfies the setting range, the first outlet is opened to supply the growing raw material to the farm facility, and the measurement result of the concentration meter does not satisfy the setting range, and the second outlet is opened to store the growing raw material. A growth material dilution supply unit for mixing with a high concentration solution and feeding it back to the salt differential power generator; And
An energy self-contained smart farm system based on a salt tolerance generator comprising an energy storage system for storing the electricity produced by the salt differential generator and supplying the electricity to the sensor and the electromechanical apparatus.
상기 농도 측정기의 측정 결과를 수신하여 상기 밸브를 제어하고,
상기 센서의 정보를 수신하고 이를 분석하여 상기 염분차 발전장치의 구동을 제어하여 상기 전기와 상기 생장 원료의 생성 및 공급을 제어하는 중앙제어장치를 더 포함하는 에너지 자립형 스마트 팜 시스템.According to claim 1,
Receiving the measurement result of the concentration meter to control the valve,
Receiving and analyzing the information of the sensor to control the operation of the salt differential power generation device further comprises a central control unit for controlling the generation and supply of the electricity and the growth raw material further energy independent smart farm system.
상기 염분차 발전장치의 전단 또는 후단에 반투과막에 의해 분리된 제1 유로와 제2 유로를 포함하고 상기 반투과막을 통해 삼투압에 의해 물이 이동하는 정삼투 유닛을 더 포함하는 에너지 자립형 스마트 팜 시스템. The method of claim 1,
An energy self-standing smart farm further comprising an forward osmosis unit including a first flow path and a second flow path separated by a semi-permeable membrane at a front end or a rear end of the salt differential power generator, and wherein water moves by osmotic pressure through the semi-permeable membrane. system.
미생물 배양을 위한 정보를 센싱하는 적어도 하나 이상의 센서와 상기 센서로부터 송신된 신호에 근거하여 미생물을 배양 환경을 조절하는 전자기계 장치를 포함하는 미생물 배양 장치를 더 포함하고,
상기 제1 출구는 상기 농장 시설과 상기 미생물 배양 장치에 연결되고,
상기 농도 측정기의 측정 결과가 설정 범위를 만족하면 상기 제1 출구를 개방하여 상기 생장 원료를 상기 농장 시설 및/또는 상기 미생물 배양 장치에 공급하는 에너지 자립형 스마트 팜 시스템. According to claim 1,
Further comprising a microbial culture apparatus comprising at least one sensor for sensing information for microbial culture and an electromechanical apparatus for adjusting the culture environment of the microorganism based on a signal transmitted from the sensor,
The first outlet is connected to the farm facility and the microbial culture apparatus,
When the measurement result of the concentration meter satisfies the set range, the energy-independent smart farm system for supplying the growth material to the farm facility and / or the microorganism culture device by opening the first outlet.
상기 고농도 용액은 이산화탄소 흡수액이고,
상기 미생물 배양 장치에 공급되는 상기 생장원료는 탄산수인 에너지 자립형 스마트 팜 시스템.The method of claim 4, wherein
The high concentration solution is a carbon dioxide absorbing liquid,
The growth raw material supplied to the microbial culture apparatus is carbonated water energy independent smart farm system.
음식물 폐기물 산 발효액, 이산화탄소 흡수액, 여과액비 및 비료액으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 고농도 용액과 상기 고농도 용액보다 농도가 낮은 저농도 용액을 공급받아 상기 고농도 용액과 상기 저농도 용액의 농도차를 이용하여 전기를 생성하고, 상기 농작물의 생장에 사용되는 생장원료를 배출하여 상기 농작물에 공급하는 염분차 발전장치;
고농도 염수와 상기 고농도 용액 중 어느 하나와 상기 저농도 용액을 공급받아 전기를 생성하는 대용량 염분차 발전장치; 및
상기 염분차 발전장치 및 상기 대용량 염분차 발전장치에서 생성된 전기를 저장하고, 상기 센서와 상기 전자기계 장치에 상기 전기를 공급하는 에너지 저장 시스템을 포함하고,
상기 대용량 염분차 발전장치는
수광부를 갖는 제1 면 및 제1 면의 반대방향의 제2 면을 갖는 태양전지 패널; 및
상기 저농도 용액으로 이루어진 제1 용액과 상기 고농도 염수와 상기 고농도 용액 중 어느 하나로 이루어진 제2 용액이 유입하여 염도차 발전을 통해 전기를 생산하기 위한 염도차 발전 유닛을 포함하며,
상기 염도차 발전 유닛은, 제1 용액 유입포트 및 유출포트, 제2 용액 유입포트 및 유출포트를 갖는 하우징;
하우징 내에 배치되고, 소정간격 떨어져 마련된 애노드 및 캐소드 전극; 및
애노드 및 캐소드 전극 사이에 제1 용액이 유동하는 제1 유로 및 제2 용액이 유동하는 제2 유로를 구획하도록 배열된 복수 개의 이온교환막을 포함하고,
상기 하우징은, 제1 용액 유입포트 및 제1 유로를 유체 이동 가능하게 연결하는 제1 용액 유입부를 갖고,
상기 제1 용액 유입부는 유입된 제1 용액 및 태양전지 패널의 상기 제2 면 사이에 열 교환이 이루어지도록 마련된 에너지 자립형 스마트 팜 시스템.Farm cultivation, the farm facility comprising at least one crop cultivation sensor and an electromechanical device for cultivating the crop;
A high concentration solution containing at least one selected from the group consisting of a food waste acid fermentation broth, a carbon dioxide absorbing liquid, a filtrate ratio, and a fertilizer liquid and a low concentration solution having a lower concentration than the high concentration solution are supplied to use a difference in concentration between the high concentration solution and the low concentration solution A salt differential power generation device for generating electricity and discharging the growth raw materials used for growing the crops and supplying the crops to the crops;
A large-capacity salinity generator for generating electricity by receiving any one of the high concentration saline solution and the high concentration solution and the low concentration solution; And
An energy storage system for storing electricity generated by the salt differential generator and the large capacity salt differential generator and supplying the electricity to the sensor and the electromechanical apparatus,
The large capacity salt difference generator
A solar cell panel having a first surface having a light receiving portion and a second surface opposite to the first surface; And
A first solution consisting of the low concentration solution and a second solution consisting of any one of the high concentration brine and the high concentration solution is introduced into a salinity difference generation unit for producing electricity through the salinity difference generation,
The salinity difference power generation unit includes a housing having a first solution inlet port and an outlet port, a second solution inlet port, and an outlet port;
An anode and a cathode disposed in the housing and spaced apart from each other by a predetermined distance; And
A plurality of ion exchange membranes arranged to partition a first flow path through which the first solution flows and a second flow path through which the second solution flows between the anode and the cathode electrode;
The housing has a first solution inlet for fluidly connecting the first solution inlet port and the first flow path,
The first solution inlet is an energy-independent smart farm system provided to heat exchange between the first solution introduced into the second surface of the solar cell panel.
상기 염분차 발전장치와 상기 농장 시설 사이에 설치된 생장 원료 희석 공급부를 더 포함하되,
상기 생장 원료 희석 공급부는 상기 염분차 발전장치와 상기 농장 시설에 연결 설치된 배관, 상기 배관에 설치된 농도 측정기, 및 상기 농도 측정기에서 농도가 측정된 생장원료가 유입되는 입구, 상기 농장 시설에 연결된 제1 출구와 상기 염분차 발전장치 전단에 상기 고농도 용액의 경로에 연결된 제2 출구를 포함하는 밸브를 포함하고,
상기 농도 측정기의 측정 결과가 설정 범위를 만족하면 상기 제1 출구를 개방하여 상기 생장 원료를 상기 농장 시설에 공급하고, 상기 농도 측정기의 측정 결과가 설정 범위를 만족하지 않으며 상기 제2 출구를 개방하여 상기 생장 원료를 상기 고농도 용액과 섞어 상기 염분차 발전장치로 다시 공급하는 에너지 자립형 스마트 팜 시스템.The method of claim 6,
Further comprising a raw material dilution supply unit installed between the salt differential generator and the farm facility,
The growth raw material dilution supply unit is connected to the salinity difference generator and the farm facility, the concentration meter installed in the pipe, the inlet through which the growth raw material measured concentration in the concentration meter flows, the first connected to the farm facility A valve including a second outlet connected to a path of the high concentration solution in front of an outlet and the salt differential generator,
When the measurement result of the concentration meter satisfies the setting range, the first outlet is opened to supply the growth raw material to the farm facility, and the measurement result of the concentration meter does not satisfy the setting range, and the second outlet is opened. Energy self-supporting smart farm system for mixing the growth raw material with the high concentration solution and supplied back to the salt differential generator.
상기 농도 측정기의 측정 결과를 수신하여 상기 밸브를 제어하고,
상기 센서의 정보를 수신하고 이를 분석하여 상기 염분차 발전장치의 구동을 제어하여 상기 전기와 상기 생장 원료의 생성 및 공급을 제어하는 중앙제어장치를 더 포함하는 에너지 자립형 스마트 팜 시스템.The method of claim 7, wherein
Receiving the measurement result of the concentration meter to control the valve,
Receiving and analyzing the information of the sensor to control the operation of the salt differential power generation device further comprises a central control unit for controlling the generation and supply of the electricity and the growth raw material further energy independent smart farm system.
미생물 배양을 위한 정보를 센싱하는 적어도 하나 이상의 센서와 상기 센서로부터 송신된 신호에 근거하여 미생물을 배양 환경을 조절하는 전자기계 장치를 포함하는 미생물 배양 장치를 더 포함하고,
상기 제1 출구는 상기 농장 시설과 상기 미생물 배양 장치에 연결되고,
상기 농도 측정기의 측정 결과가 설정 범위를 만족하면 상기 제1 출구를 개방하여 상기 생장 원료를 상기 농장 시설 및/또는 상기 미생물 배양 장치에 공급하는 에너지 자립형 스마트 팜 시스템. The method of claim 6,
Further comprising a microbial culture apparatus comprising at least one sensor for sensing information for microbial culture and an electromechanical apparatus for adjusting the culture environment of the microorganism based on a signal transmitted from the sensor,
The first outlet is connected to the farm facility and the microbial culture apparatus,
When the measurement result of the concentration meter satisfies the set range, the energy-independent smart farm system for supplying the growth material to the farm facility and / or the microorganism culture device by opening the first outlet.
상기 고농도 용액은 이산화탄소 흡수액이고,
상기 미생물 배양 장치에 공급되는 상기 생장원료는 탄산수인 에너지 자립형 스마트 팜 시스템.The method of claim 9,
The high concentration solution is a carbon dioxide absorbing liquid,
The growth raw material supplied to the microbial culture apparatus is carbonated water energy independent smart farm system.
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