KR20200064475A - 스마트팜 자동 냉난방 IoT 벌통 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 IoT 기술이 적용된 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템은, 벌이 생활하는 공간을 제공하는 벌통; 온도를 조절할 수 있는 온도조절장치; 및 온도조절장치에 전원을 공급하는 전원공급장치를 포함한다.

Description

스마트팜 자동 냉난방 IoT 벌통 시스템{Auto cooling and heating IOT beehive system for smart farm}

본 발명은 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 IoT 기술이 적용되어 벌통 자체의 개봉 없이도 벌통 내부의 온도 확인 및 조절할 수 있는 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템에 관한 것이다.

여기서는, 본 개시에 관한 배경기술이 제공되며, 이들이 반드시 공지기술을 의미하는 것은 아니다.

꿀벌들은 변온동물로 기후조건에 매우 민감하다. 또한, 꿀벌들의 경우 봉구 중심부 온도가 영상 32~35℃ 일때 산란이 가장 활발하여 왕성한 번식활동을 하게 되어 강군으로 육성하는데 유리하다.

바깥온도가 낮아지면 봉구를 형성하고 날개짓을 통해 열을 발생, 봉구의 활동을 조절하면서 추운 동절기에도 살아남을 수 있으나, 추운 겨울철을 지내면서 봉구 온도를 유지시키기 위해 많은 체력이 소모되고 이로 인해 각종 질병에 취약하게 됨으로써 생명을 잃은 경우가 있다.

바깥온도가 높아지면 꿀벌들은 정상적인 활동을 할 수 없으며 적당한 벌통 내부의 온도는 32~35℃지만 여름철 혹서기 뜨거운 햇빛에 벌통을 그대로 노출시키면 벌통 내부의 온도가 38℃를 넘게 되어 꿀벌들이 감당할 수 없을 정도로 높아지게 된다. 육아나 조소 및 수밀작업에 집중해야할 많은 꿀벌들이 소내외의 작업을 중단하고 소내의 온도 조절을 위해 과도한 선풍(煽風)작업 등에 치중하게 되므로 인해 꿀벌들의 수명은 급격히 단축되게 된다.

따라서, 꿀벌들이 생활하고 있는 벌통 내부의 환경 유지가 무엇보다도 중요하며, 양봉업자가 쉽고 편리하게 벌통을 유지 관리할 수 있도록 하는 것이 양봉에서 가장 중요한 요인으로 작용한다.

이에, 대한민국 등록특허 10-1218110에는, 액츄에이터로 시간당 설정된 양의 구제약품을 부직포패드에 인출 후 기화되도록 하여 벌통내의 온도가 상승하여도 부직포패드에 인출된 양만큼 기화되므로 농도가 높아지는 것을 방지하며, 벌통내의 온도가 낮아져서 기화속도가 떨어지면 구제약품을 흡수한 부직포패드의 온도를 조절하여 벌통 내부의 구제약품을 설정된 농도로 유지할 수 있는 양봉용 구제약품 기화 장치를 개시하고 있다.

그러나, 상기 등록특허에서는 벌통 내부 온도의 모니터링이 이루어지지 않아 양봉업자들이 직접 모니터링하여 적층되어 있는 벌통을 관리해야 하므로 결과적으로 근본적인 유지 관리의 편리함을 얻을 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 벌통 내부의 온도를 효과적으로 조절할 수 있으며 벌통 내부의 온도를 균일하게 유지할 수 있는 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템을 제공하고자 한다.

그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템은, 벌통; 상기 벌통의 온도를 일정하게 유지하기 위한 온도조절장치; 및 상기 온도조절장치에 전원을 공급해 주기 위한 전원공급장치;를 포함한다.

상기 온도조절장치는 전류의 방향성에 따라 냉난방의 전환이 가능한 펠티어 소자로 이루어질 수 있다.

상기 펠티어 소자에서 발생하는 열을 방열하기 위한 상기 펠티어 소자의 벌통 반대면에 설치되는 방열부를 더 포함할 수 있다.

상기 방열부는, 방열핀과 방열팬으로 구성될 수 있다.

상기 온도조절장치는 상기 벌통 내부의 온도를 측정하기 위한 온도센서 및 상기 온도센서로부터 측정된 데이터를 전달받아 제어부로 전송하기 위한 통신모듈을 포함할 수 있다.

상기 온도조절장치는 벌통과 분리되어 탈부착 가능할 수 있다.

상기 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템은 난방을 위한 탄소발열체를 더 포함할 수 있다.

상기 전원공급장치는 태양 전지를 구비할 수 있다.

상기 온도조절장치가 포함된 벌통은 유선 방식 또는 무선 방식 중 어느 하나의 방식을 사용하되, N개의 벌통을 통합 제어 할 수 있다. (N은 1이상의 자연수)

본 발명의 온도조절장치가 포함된 벌통시스템은 온도조절장치에 의해 생성된 열 또는 냉기를 벌통 내부로 균일하게 공급하도록 배치된 냉각핀과 균일하게 구멍이 형성된 금속판으로 이루어진 균일온도분포장치를 구비할 수 있다.

본 발명에 따르면,

IoT 기술이 적용되어 벌통 내부 환경을 개별적으로 제어함으로써 벌통 자체의 개봉 없이도 벌통 내부의 온도를 확인 할 수 있고 최적의 벌통 내부 온도를 유지할 수 있다.

이 때, 온도조절장치로서 탄소발열체 또는 펠티어 소자를 이용하여 난방뿐만 아니라 냉방의 효과까지 달성할 수 있다. 또한, 기존 표준벌통의 제품을 그대로 사용하며 온도조절장치만을 중간에 삽입함으로써 사용자의 필요에 따라 탈부착이 가능하여 발명의 적용이 용이하다.

또한 태양전지를 이용함으로써 비용절감 효과를 달성 할 수 있다.

방열판을 이용하여 열 또는 냉기를 벌통 내부로 균일하게 공급함으로써 벌통 내부 온도를 균일하게 유지할 수 있고, 온도 조절하는데 소요되는 시간을 감소하여 소비전력을 절감할 수 있다.

따라서 벌통 내부의 환경을 꿀벌의 생육에 적합한 환경으로 유지할 수 있으므로 벌꿀의 생산량을 증대시킬 수 있고, 유지관리가 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분을 도시한 상세도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 균일온도분포장치를 더 포함하는 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템의 사시도이다.
도 4는 도 3의 균일온도분포장치를 더 포함하는 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 상하면전환장치의 상세도이다.

이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.

본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.

한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 A 부분을 도시한 상세도, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 균일온도분포장치를 더 포함하는 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템의 사시도, 도 4는 도 3의 균일온도분포장치를 더 포함하는 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템을 개략적으로 도시한 단면도, 도 5는 상하면전환장치의 상세도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템은, 덮개(1), 벌이 생활하는 공간을 제공하는 벌통(100), 온도를 조절할 수 있는 온도조절장치(200), 그리고 온도조절장치에 전원을 공급하는 전원공급장치(400)를 포함할 수 있다. 그리고 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 온도조절장치(200)는 방열판(210)과 결합하여 방열판을 지지하는 하우징(250) 내부에 위치 할 수 있다. 이를 좀더 상세하게 설명한다.

벌통(100)은 벌이 생활하는 공간을 제공한다. 벌통(100)은 다양한 형상을 가질 수 있으며, 일례로 도면에 도시한 바와 같이 대략적인 직육면체 형상을 가질 수 있다.

이러한 벌통(100) 내부의 온도는 벌통(100)의 밑면에 위치한 방열판(210)에 결합된 온도조절장치(200)에 의하여 조절될 수 있다.

방열판의 상면에는 벌통의 온도를 측정하는 온도센서(260)와 통신모듈(270)이 위치할 수 있다. 벌통의 온도를 측정하는 온도센서(260)와 통신모듈(270)은 방열판(210)의 상면이나 벌통(100)의 상면, 밑면, 측면에 둘 수 있으나 방열판(210)의 상면에 위치하는 것이 바람직하다.

온도조절장치(200)는 전원공급장치(400)에 의하여 전기 에너지를 받아 가열 또는 냉각되어 벌통(100)의 내부를 가열 또는 냉각한다. 상기 온도조절장치(200)는 벌통(100)과 탈부착이 가능한 구조로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 방열판(210) 및 온도조절장치(200)는 밑면에 위치하는 것으로 예시하였으나, 본 발명에서 방열판(210) 및 온도조절장치(200)의 위치는 이에 한정되는 것은 아니다. 벌통(100)의 상면, 밑면, 측면에 둘 수 있으나 밑면에 위치하는 것이 바람직하며, 하나 이상의 면에 위치할 수 있다.

이러한 온도조절장치(200)로는 다양한 제품을 선택하여 사용할 수 있으며, 도면에서는 펠티어 소자를 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 상기 펠티어 소자는 19세기 프랑스의 펠티어라는 사람이 발명한 판형 반도체로서 이것에 직류전원을 공급하면 어느 한쪽 면은 열이 발생되고 그 나머지 면은 차가워지는 성질을 가지고 있으며, 온도조절장치로서 이러한 성질을 이용한다.

펠티어 소자(220)을 냉각을 위해 사용 시 펠티어 소자에 직류 전원이 인가되면 벌통(100) 접촉면은 냉각되며 이때 벌통(100) 반대면은 발열되는데 반대면의 열을 제거해야만 펠티어 소자(220)의 냉각 작용이 원활해지기 때문에 벌통 반대면에 방열핀(230)과 방열팬(240)을 두어 펠티어 소자(220)을 냉각시킨다. 즉, 펠티어 소자(220)에 의해 방열판(210)이 차가워 지고 이때 팰티어 소자(220)에 발생된 열은 도 2에 도시한 바와 같이, 방열팬(240)이 작동하여 펠티어 소자(220)를 식히게 되고 이때 발생된 더운 공기는 하우징(250) 내부의 공기 통로를 통해 배출된다. 본 실시예에서 펠티어 소자(220)에 발생된 열을 냉각시키는 방법으로 방열팬(240)을 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 냉각수, 실외에 설치된 송풍기 등 발생된 열을 냉각시킬 수 있는 일반적인 방법을 모두 포함한다.

펠티어 소자(220)를 난방을 위해 사용 시 펠티어 소자에 직류 전원이 인가되면 벌통(100) 접촉면은 발열되며 이때 벌통(100) 반대면은 냉각된다.

펠티어 소자(220)의 냉난방 전환은 전류의 방향을 기존 전류의 방향과 반대로 변경하는거나, 전류의 방향 변경 없이 펠티어 소자의 상하면 전환에 의해 가능하다.

상하면 전환은 펠티어 소자(220)가 위치한 판 자체를 벌통으로부터 제거 후 다시 기존의 반대 방향으로 벌통에 삽입하거나 상하면전환장치(220)를 포함하여 용이하게 달성할 수 있다. 도 5에 도시한 바와 같이, 상하면전환장치(220)는 온도조절창치(200)가 부분적으로 분리되며 각 부분에 기어가 연결되어 있어 손잡이를 돌려 상면과 하면의 위치를 전환할 수 있다. 도면에서는 상기 상하면전환장치(220)에 기어를 예시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 컨베이어벨트 등 상하면전환을 가능케 하는 장치를 이용할 수 있다.

난방부(300)는 전원공급장치(400)에 의하여 전기 에너지를 받아 가열되어 벌통(100)의 내부를 가열한다. 이러한 난방부(300)로는 다양한 제품을 선택하여 사용할 수 있으며, 탄소발열체에 한정되는 것은 아니다. 난방부는 벌통(100)의 상면, 밑면, 측면에 둘 수 있으나 밑면에 위치하는 것이 바람직하며, 하나 이상의 면에 위치할 수 있다.

방열판(210)은 하우징(250) 위에 얹혀져 있으며, 하우징(250) 내부에는 펠티어 소자(220), 방열핀(230) 및 방열팬(240)이 위치한다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 온도조절장치와 벌통 사이에 벌통 내부 온도가 균일하게 분포하기 위한 냉각핀(510)과 벌통 내부를 지지하면서 균일하게 구멍이 형성된 금속판(520)으로 구성된 균일온도분포장치가 위치 할 수 있다.

이때 온도조절장치(200) 및 균일온도분포장치(500)는 벌통과 탈부착이 가능한 구조로 형성될 수 있다.

도 5에 도시한 바와 같이, 냉각핀(510)은 방열판(210)의 상면에 위치할 수 있다. 이러한 냉각핀(510)은 온도조절장치(200)에 의해 생성된 열 또는 냉기를 벌통(100) 내부로 균일하게 유동시키는 역할을 한다.

벌통 내부를 지지하면서 균일하게 구멍이 형성된 하우징(520)은 구멍을 통해 좀더 효율적으로 열 또는 냉기를 균일하게 유동시킬 수 있으며, 냉각핀 존재 하에서 벌통 내부를 지지하는 역할을 한다. 본 실시예에서 구멍은 원형으로 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

전원공급장치(400)는 온도조절장치(200), 온도센서(260), 통신모듈(270)에 전기 에너지를 공급한다. 이러한 전원공급장치(400)로는 다양한 제품을 선택하여 사용할 수 있다. 본 실시예에서 전원공급장치(400)는 하우징 내부에 위치하는 것으로 예시하였으나, 본 발명에서 전원공급장치(200)의 위치는 이에 한정되는 것은 아니다. 온도조절장치 내부, 벌통 내부 또는 뚜껑 상면에 둘 수 있으나 외부에 독립하여 위치하는 것도 가능하며 한 종류 이상의 전원공급장치를 갖는 것도 가능하다.

전원공급장치(400)로서 태양전지를 사용하는 경우, 도 4와 같이 덮개(1)의 상면에 위치시키는 것이 바람직하며, 도면에서는 태양 전지를 예시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.

온도조절장치(200)는 온도센서(260)와 온도센서로부터 측정된 데이터를 전달받아 서버로 전송하기 위한 통신모듈(270)을 포함한다.

상기 온도센서(260)는 벌통(100) 내부 온도를 감지하여 획득되는 데이터를 통신모듈(270)로 전달한다. 상기 온도센서(260)는 습도센서와 일체로 이루어진 온습도센서로 구성될 수 있으며, 벌통(100)의 구조에 따라 여러 군데 설치될 수도 있다. 또한 온습도 대비 활동량을 모니터링하여 꿀벌의 개체수를 추산하기 위하여 꿀벌 입출력 카운트 센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.

상기 통신모듈(270)은 통신 네트워크를 통해 유선 방식 또는 무선 방식 중 어느 하나의 방식을 사용하여 상기 온도센서로(270)부터 전달받은 데이터를 제어부로 전송한다. 또한 상기 통신모듈(270)은 상기 벌통(100)에 전자파 영향을 최소화하기 위해 전자파 차폐부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

여기서, 통신 네트워크는 유선 및 무선 등과 같은 그 통신 양태를 가리지 않고 구성될 수 있으며, 개인 통신망(PAN; Personal Area Network), 근거리 통신망(LAN; Local Area Network), 도시권 통신망(MAN; Metropolitan Area Network), 광역 통신망(WAN; Wide AreaNetwork) 등 다양한 통신망으로 구성될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명에서 말하는 통신 네트워크는 Wi-Fi 통신 네트워크일 수 있다.

온도조절장치가 포함된 벌통 시스템은 벌통(100), 제어부(600) 및 사용자 단말기를 포함하며, 제어부(600)는 통신 네트워크를 통해 유선 방식 또는 무선 방식 중 어느 하나의 방식을 사용하여 1개 이상의 벌통 및 사용자 단말기와 연결되어 있다.

상기 제어부(600)는 통신 네트워크를 통해 상기 사용자 단말기와 통신하며, 벌통에 설치된 온도센서(260)로부터 벌통의 상태를 모니터링하기 위해 필요한 데이터를 수신한다. 수신된 데이터에 따라 상기 온도조절장치(200)를 원격으로 작동할 수 있도록 한다.

또한, 상기 제어부(600)는 상기 온도조절장치(200)와 전기적으로 연동되어 온도센서(260)로부터 수신된 데이터에 따라 온도조절장치(200)를 작동시켜 벌통 내부 온도가 일정하게 유지되도록 할 수도 있다. 예를 들어, 벌통 내부 온도를 감지하는 온도센서(260)를 설치하고 상기 온도센서(260)로부터 측정된 데이터를 수신받는 제어부(600)를 설치한 다음 상기 제어부(600)와 온도조절장치(200)를 전기적으로 연결하면, 상기 제어부(600)에 사전에 설정된 값(벌통 내부 온도)에 따라 온도조절장치(200)가 작동되어 온도의 자동 유지가 이루어지도록 할 수도 있다.

상기 사용자 단말기는 통신 네트워크를 통해 상기 벌통 관리 서버에 접속한 후 통신할 수 있도록 하는 기능을 포함하는 디지털 기기이다.

상술한 바에 따른 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 덮개
100: 벌통
200: 온도조절장치
210: 방열판
220: 팰티어 소자
230: 방열핀
240: 방열팬
250: 하우징
260: 온도센서
270: 통신모듈
300: 난방부(미도시)
400: 전원공급장치
500: 균일온도분포장치
510: 냉각핀
520: 균일하게 구멍이 형성된 금속판
600: 제어부

Claims (10)

1. 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템에 있어서,
   벌통;
   상기 벌통의 온도를 일정하게 유지하기 위한 온도조절장치; 및 상기 온도조절장치에 전원을 공급해 주기 위한 전원공급장치;를 포함하는 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 온도조절장치는 전류의 방향성에 따라 냉난방의 전환이 가능한 펠티어 소자를 포함하는 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 펠티어 소자에서 발생하는 열을 방열하기 위한 상기 펠티어 소자의 벌통 반대면에 설치되는 방열부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템.
4. 제 3항에 있어서,
   상기 방열부는, 방열핀과 방열팬으로 구성된 것을 특징으로 하는 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 온도조절장치는 상기 벌통 내부의 온도를 측정하기 위한 온도센서 및 상기 온도센서로부터 측정된 데이터를 전달받아 제어부로 전송하기 위한 통신모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 온도조절장치는 벌통과 분리되어 탈부착 가능한 것을 특징으로 하는 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템.
7. 제 1항에 있어서,
   난방부를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템.
8. 제 7항에 있어서,
   상기 난방부는 탄소발열체로 이루어진 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템.
9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 전원공급장치는 태양 전지를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 온도조절장치에 의해 생성된 열 또는 냉기를 벌통 내부로 균일하게 공급하도록 배치된 냉각핀과 균일하게 구멍이 형성된 금속판으로 이루어진 균일온도분포장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 온도조절장치가 포함된 벌통 시스템.
    

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