KR20210078250A - 스마트팜의 최적의 단열 시스템과 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스마트팜의 최적의 단열 시스템과 그 제어 방법이 개시된다. 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 스마트팜의 최적의 단열 시스템과 그 제어 방법은 작물이 재배되는 재배 공간을 형성하도록 패널로 이루어진 컨테이너부; 상기 컨테이너부의 온도를 조절하는 온도조절부; 및 상기 온도조절부의 작동을 제어하는 제어부; 를 포함하고, 상기 패널은 내부에 복수개의 원통관이 구비되어 내부 공간이 구분되며, 상기 온도조절부에 의해 발생되는 냉기 또는 온기가 상기 패널 내부를 유동하여 상기 컨테이너부의 온도가 조절되도록 구성된다.

Description

스마트팜의 최적의 단열 시스템과 그 제어 방법 {OPTIMAL INSULATION SYSTEM OF SMART FARM AND CONTROL METHOD THEREOF}
본 발명은 스마트팜의 최적의 단열 시스템과 그 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 단열과 단냉을 극대화할 수 있는 스마트팜의 최적의 단열 시스템과 그 제어 방법에 관한 것이다.
농업은 먹거리를 생산하는 것임에 따라 인류생존에 필수적인 산업이지만, 전통적인 농업기술이 유지되고 있어 혁신이 가장 느린 산업이기도 하다. 이와 더불어 현재 농업 생산인구의 감소와 고령화로 미래 먹거리 생산에 대한 불안이 증대되고 있기도 하다.
이에 대응하기 위한 농업의 혁신이 다양하게 시도되고 있는데, 정보통신기술을 농업의 생산, 가공, 유통, 소비 등에 접목하여 원격에서 자동으로 작물의 생육환경을 관리하도록 하고 생산효율성을 높일 수 있도록 하는 스마트 팜(Smart Farm)이 현재 주목받고 있다.
일반적으로, 스마트팜이란 비닐하우스에서 농장물을 재배하거나, 실내에서 식물공장으로 농식품을 생산하는 것을 말한다.
이러한 스마트팜은, 농장재배와 도시농업, 식물공장 분야로 구성되어 있으며, 농작물을 재배하는 시스템으로서 농작물 생산량 증대에 초점이 맞춰진 비즈니스이다.
이와 같은 스마트팜과 관련된 기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2016-0061501호에 "다목적 환경 조절형 스마트 재배 장치 및 상품작물 거래 시스템" 등이 제안되어 있다.
그러나 종래의 스마트팜은 계절 특성에 따른 계절 변화에 능동적으로 대처하지 못하는 문제점이 있고, 난방과 냉방이 비효율적이라는 문제점이 있으며 이에 대한 대책이 요구되고 있는 실정이다.
본 발명의 일 실시 예는 상기 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 스마트팜의 벽면을 복층 구조로 하여 단열과 단냉을 극대화할 수 있는 스마트팜의 최적의 단열 시스템과 그 제어 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 작물이 재배되는 재배 공간을 형성하도록 패널로 이루어진 컨테이너부; 상기 컨테이너부의 온도를 조절하는 온도조절부; 및 상기 온도조절부의 작동을 제어하는 제어부; 를 포함하고, 상기 패널은 내부에 복수개의 원통관이 구비되어 내부 공간이 구분되며, 상기 온도조절부에 의해 발생되는 냉기 또는 온기가 상기 패널 내부를 유동하여 상기 컨테이너부의 온도가 조절되도록 구성된다.
상기 패널은 투명한 고분자 수지로 이루어진다.
상기 패널은 내부 공간을 형성하도록 양면이 상호 이격되어 있는 샌드위치 구조로 이루어진다.
상기 원통관은 복수열의 적층 구조를 이룬다.
상기 복수개의 원통관은 냉기 또는 온기의 흐름이 제어되는 복수개의 전자밸브가 연결되어 있다.
상기 온도조절부에는 냉기 또는 온기를 발생시키는 펠티어 소자를 포함한다.
상기 스마트팜의 최적의 단열 시스템은 유휴 에너지를 이용하는 유휴 에너지 이용부를 더 포함한다.
상기 유휴 에너지 이용부는, 온기를 공급하도록 물을 가열하는 히터; 냉기를 공급하도록 물을 냉각하는 냉각기; 상기 히터와 상기 냉각기에 각각 연결되어 물을 저장하는 저장 탱크; 상기 저장 탱크의 물이 순환하는 배관부; 및 상기 배관부에 연결되어 물을 순환시키는 순환펌프; 를 더 포함한다.
본 발명에 따른 스마트팜의 최적의 단열 시스템과 그 제어 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 단열과 단냉을 극대화하여 냉난방에 따른 에너지 손실이 최소화될 수 있다.
둘째, 온도를 일정하게 유지하여 농작물들이 받는 스트레스를 최소화하는 효과를 얻을 수 있다.
셋째, 농작물의 생산성을 향상시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 스마트팜의 최적의 단열 시스템의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 스마트팜의 최적의 단열 시스템의 컨테이너부를 구성하는 측벽의 정면 모식도이다.
도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면 모식도이다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 스마트팜의 최적의 단열 시스템의 온도조절부의 작동 원리를 나타내는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 스마트팜의 최적의 단열 시스템의 유휴 에너지 이용부를 나타내는 모식도이다.
이하 설명하는 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 당업자가 용이하게 이해할 수 있도록 제공되는 것으로 이에 의해 본 발명이 한정되지는 않는다. 또한, 첨부된 도면에 표현된 사항들은 본 발명의 실시 예들을 쉽게 설명하기 위해 도식화된 도면으로 실제로 구현되는 형태와 상이할 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있거나 접속되어 있다고 언급될 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 스마트팜의 최적의 단열 시스템의 모식도이고, 도 2는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 스마트팜의 최적의 단열 시스템의 컨테이너부를 구성하는 측벽의 정면 모식도이며, 도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면 모식도이다.
본 발명의 하나의 실시 예에 따른 스마트팜의 최적의 단열 시스템은 작물이 재배되는 재배 공간을 형성하도록 패널(112)로 이루어진 컨테이너부(110), 상기 컨테이너부(110)의 온도를 조절하는 온도조절부(120) 및 상기 온도조절부(120)의 작동을 제어하는 제어부(130)를 포함하고, 상기 패널(112)은 내부에 복수개의 원통관(114)이 구비되어 내부 공간이 구분되며, 상기 온도조절부(120)에 의해 발생되는 냉기 또는 온기가 상기 패널(112) 내부를 유동하여 상기 컨테이너부(110)의 온도가 조절된다.
본 발명에 따르면 상기 컨테이너부(110)에는 농작물을 재배하는 재배대(115)와 재배 배지(116)가 구비되어 있으며, 상기 재배대(115)는 상기 컨테이너부(110)의 패널(112)에 인접하여 배치되는 것이 바람직하다.
상기 패널(112)은 투명한 고분자 수지로 이루어져 햇빛으로부터 빛과 열이 투과하여 컨테이너부(110) 내부로 공급되며, 상기 패널(112)은 내부 공간을 형성하도록 양면이 상호 이격되어 있는 샌드위치 구조로 이루어져 있다.
상기 패널의 재질은 폴리카보네이트(Polyarbonate, PC), 폴리에틸렌(Polyethylene, PE) 등이 바람직하며, 햇빛은 통과하고 열은 공기에 전달하는 효과가 있다.
하나의 구체적인 예에서 상기 원통관(114)은 복수열의 적층 구조를 이루되, 상기 원통관(114)은 재배 공간을 형성하며 내외측의 양면이 상호 이격되어 있는 상기 패널(112)의 내부 공간에 위치한다. 상기 패널(112)과 상기 원통관(114)에 의해 물과 공기가 구분되어 흐르게 된다.
한편 상기 컨테이너부(110)에는 환기와 공기 순환을 위한 흡입팬(117)과 배기팬(118)이 구비되어 온도 조절을 균일하게 할 수 있다.
도 4는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 스마트팜의 최적의 단열 시스템의 온도조절부의 작동 원리를 나타내는 모식도이다.
도 4를 도 1 내지 도 3과 함께 참조하면 온도조절부(120)에는 냉기 또는 온기를 발생시키는 펠티어 소자(122)(Peltier Device)를 포함하여 구성되어 있고, 패널(112)의 일측에 각각 연결 배관을 통해 연결되어 있고, 연결 배관은 냉기 또는 온기의 흐름이 제어되는 복수개의 전자밸브(119-1, 119-2, 119-3, 119-4)에 연결되어 있다.
여기서 냉기는 상측에서 공급하도록 하고 온기는 하측에서 공급하도록 되어 있다. 이와 함께 상기 전자밸브(119-1, 119-2, 119-3, 119-4)의 개폐도 제어하되, 냉기 공급시에는 제 1 전자밸브(119-1)와 제 4 전자밸브(119-4)를 개방하고 제 2 전자밸브(119-2)와 제 3 전자밸브(119-3)를 폐쇄하여 냉기가 외부로 배출되는 것을 차단하고 열기를 외부로 배출시킨다.
이와 반대로 온기 공급시에는 제 2 전자밸브(119-2)와 제 3 전자밸브(119-3)를 개방하고 제 1 전자밸브(119-1)와 제 4 전자밸브(119-4)를 폐쇄하여 열기가 외부로 배출되는 것을 차단한다.
한편 펠티어 소자(122)는 열전 소자로서 판형 반도체(세라믹반도체)이며, 펠티어 소자에 직류전원을 공급하면 한쪽 면은 열이 발생되고 다른 면은 차가워진다. 그리고 전원의 극을 달리하면 반대로 열이 발생되었던 면이 차가워지고, 차가웠던 면은 열이 발생된다.
펠티어 소자를 이용하여 발생되는 현상을 펠티어 효과라고도 하며 두개의 서로 다른 금속도선의 양끝을 연결하여 폐회로를 구성하고 양단에 온도차를 주면 두 접점 사이에 전위차가 발생한다. 이를 열전현상(Thermo-electric Effect)이라 부르고 이 때 발생한 전위차를 열기전력이라고 한다.
이러한 열전현상은 양단간의 온도차를 이용하여 기전력을 얻어내는 제베크 효과, 기전력으로 냉각과 가열을 하는 펠티에 효과, 도체의 선상의 온도차에 의해 기전력이 발생하는 톰슨 효과로 나눌 수 있다.
서로 다른 2개의 전도물질로 이루어진 한 회로에서 2개의 전도물질 간의 접촉점들에 다른 온도를 가해주면 전류 또는 전압이 발생하고, 뜨거운 곳에서 차가운 곳으로 이동하는 열흐름이 전류를 발생시키게 된다.
이 과정에서 단일한 도체로 된 막대기의 양 끝에 전위차가 가해지면 이 도체의 양 끝에서 열의 흡수나 방출이 일어나게 된다.
도 5는 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 스마트팜의 최적의 단열 시스템의 유휴 에너지 이용부를 나타내는 모식도이다.
도 5를 도 1 내지 도 4와 함께 참조하면 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 스마트팜의 최적의 단열 시스템은 유휴 에너지를 이용하는 유휴 에너지 이용부(140)를 더 포함하여 구성되어 있다.
상기 유휴 에너지 이용부(140)는 온기를 공급하도록 물을 가열하는 히터(141), 냉기를 공급하도록 물을 냉각하는 냉각기(142), 상기 히터(141)와 상기 냉각기(142)에 각각 연결되어 물을 저장하는 저장 탱크(143), 상기 저장 탱크(143)의 물이 순환하는 배관부(144) 및 상기 배관부(144)에 연결되어 물을 순환시키는 순환펌프(145)를 더 포함하여 구성되어 있다.
본 발명에 따른 원통관(114)은 배관부(144)를 통해 컨테이너부(110)의 하부에 구비되어 있는 바닥 배관(146)에 연결되어 컨테이너부(110)의 측면과 바닥면에서 재배 공간을 보온 또는 냉각하게 된다.
도면들을 참조하여 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 스마트팜의 최적의 단열 시스템과 그 제어 방법의 작동 관계를 설명하면 농작물을 재배하는 재배대(115)와 재배 배지(116)가 구비되어 있는 컨테이너부(110)는 패널(112)로 재배 공간을 형성하며, 상기 패널(112) 내부에 복수개의 원통관(114)이 구비되어 있어 공기와 물의 유동 공간이 구분되어 있다.
온도조절부(120)에는 냉기 또는 온기를 발생시키는 펠티어 소자(122)가 구비되어 있되, 상기 펠티어 소자(122)에 직류전원을 공급하면 한쪽 면은 열이 발생되고 다른 면은 차가워진다.
상기 펠티어 소자(122)에 의해 발생되는 온기 또는 냉기가 상기 원통관(114)에 흐르되, 상기 원통관(114)에는 겨울에 가온된 공기가 흐르고, 여름에는 냉각된 공기가 흐른다. 또한 상기 원통관(114)들 사이에는 겨울에 가온된 물이 흐르고 여름에는 냉각된 물이 흐르게 된다.
이에 추가하여 본 발명의 하나의 실시 예에 따른 스마트팜의 최적의 단열 시스템은 유휴 에너지 이용부(140)가 포함되어 있되, 상기 유휴 에너지 이용부(140)에는 히터(141)와 냉각기(142)를 구비하고 있어 물을 가열 또는 냉각하며, 이와 같이 가열 또는 냉각된 물은 배관부(144)를 통해 상기 패널(112) 내부와 바닥 배관(146)을 유동하여 저장 탱크(143)에 저장된다.
따라서 본 발명에 따른 스마트팜의 최적의 단열 시스템은 단열과 단냉을 극대화하고 냉난방에 따른 에너지 손실이 최소화되도록 하고, 온도를 일정하게 유지하여 농작물의 생산성을 향상시키는 효과를 제공한다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 여러 가지 실시 가능한 예 중에서 당 업자의 이해를 돕기 위하여 가장 바람직한 실시 예를 선정하여 제시한 것일 뿐, 이 발명의 기술적 사상이 반드시 제시된 실시 예에만 의해서 한정되거나 제한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 부가 및 변경이 가능함은 물론, 균등한 타의 실시 예가 가능함을 밝혀둔다.
110: 컨테이너부
112: 패널
114: 원통관
115: 재배대
116: 재배 배지
117: 흡입팬
118: 배기팬
119-1, 119-2, 119-3, 119-4: 제 1, 제 2, 제 3, 제 4 전자밸브
120: 온도조절부
122: 펠티어 소자
130: 제어부
140: 유휴 에너지 이용부
141: 히터
142: 냉각기
143: 저장 탱크
144: 배관부
145: 순환펌프
146: 바닥 배관

Claims (8)

  1. 작물이 재배되는 재배 공간을 형성하도록 패널로 이루어진 컨테이너부;
    상기 컨테이너부의 온도를 조절하는 온도조절부; 및
    상기 온도조절부의 작동을 제어하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 패널은 내부에 복수개의 원통관이 구비되어 내부 공간이 구분되며, 상기 온도조절부에 의해 발생되는 냉기 또는 온기가 상기 패널 내부를 유동하여 상기 컨테이너부의 온도가 조절되는 것을 특징으로 하는
    스마트팜의 최적의 단열 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패널은 투명한 고분자 수지로 이루어진 것을 특징으로 하는
    스마트팜의 최적의 단열 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 패널은 내부 공간을 형성하도록 양면이 상호 이격되어 있는 샌드위치 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는
    스마트팜의 최적의 단열 시스템.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 원통관은 복수열의 적층 구조를 이루는 것을 특징으로 하는
    스마트팜의 최적의 단열 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 복수개의 원통관은 냉기 또는 온기의 흐름이 제어되는 복수개의 전자밸브에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는
    스마트팜의 최적의 단열 시스템.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도조절부에는 냉기 또는 온기를 발생시키는 펠티어 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는
    스마트팜의 최적의 단열 시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 스마트팜의 최적의 단열 시스템은 유휴 에너지를 이용하는 유휴 에너지 이용부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    스마트팜의 최적의 단열 시스템.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유휴 에너지 이용부는,
    온기를 공급하도록 물을 가열하는 히터;
    냉기를 공급하도록 물을 냉각하는 냉각기;
    상기 히터와 상기 냉각기에 각각 연결되어 물을 저장하는 저장 탱크;
    상기 저장 탱크의 물이 순환하는 배관부;
    상기 배관부에 연결되어 물을 순환시키는 순환펌프; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는
    스마트팜의 최적의 단열 시스템.
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KR20230149393A (ko) * 2022-04-19 2023-10-27 주식회사 코나솔 면상발열체의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 면상발열체를 포함하는 스마트팜용 히터

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KR20230149393A (ko) * 2022-04-19 2023-10-27 주식회사 코나솔 면상발열체의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 면상발열체를 포함하는 스마트팜용 히터

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