KR20230006681A - 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템 - Google Patents

신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적을 달성하기 위한 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템은 하우징, 상기 하우징의 내부에 배치되어 수경재배 방식으로 식물을 재배하는 수경재배부, 상기 하우징 내부에 상기 수경재배부에서 정화된 물을 공급받고, 내부에 어류를 양식하며 발생하는 어류의 배설물을 포함한 물을 상기 수경재배부로 공급할 수 있도록 배치되는 어류양식부, 상기 하우징의 일측에 구비되어 전기를 생성하는 신재생 에너지 발생부, 상기 신재생 에너지 발생부에서 발생된 전기를 축전하는 배터리부, 상기 수경재배부 및 상기 어류 양식부 중 적어도 어느 하나에 구비되고, 상기 배터리부의 전력을 활용하여 수중 산소 및 수소를 분해하는 수전해부, 상기 수전해부에서 분해된 수소를 저장하여 전력으로 활용하기 위한 수소연료전지부 및 상기 배터리부 또는 상기 수소연료전지부의 전력을 활용하여 각각의 장치들을 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템{Aquaponics System Using Renewable Energy as an Independent Power Source}
본 발명은 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광 또는 풍력 등과 같은 신재생 에너지를 활용하여 외부의 전원 공급 없이 어류 양식 및 수경 재배를 동시에 수행할 수 있으며, 수전해 방식을 이용하여 수전해에 의해 분리되는 산소는 어류 양식수조에 공급하고, 분리되는 수소는 별도의 수소연료전지부에 저장하여 태양광 또는 풍력이 부족한 상황에서도 독립적인 전원을 통해 안정적인 어류 양식 및 수경 재배가 가능한 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 육상수조식 또는 노지 등으로 조성된 양식장은 지속적으로 새로운 물을 공급하고 배출하는 방식으로 사육과정에서 발생하는 사육수는 시간이 경과함에 따라 사료 및 생물이 배출하는 노폐물 또는 주변환경으로부터 영양염인 질산염이나 인산염 등이 유입되어 발생하는 부영양화로 인해 수질이 악화된다. 이를 처리하기 위해서는 많은 비용이 수반되며, 실제적으로 사육폐수의 처리시설을 정상적으로 갖추지 못하고 그대로 하천 및 지하로 배출되어 환경오염을 야기시키는 문제점이 있다.
기존의 사육수 수질개선을 위한 방법으로는 화학적인 방법과 물리적인 방법이 고지되어 있다.
화학적인 방법은 광합성 억제제, 살초제, 제초제 등의 화학약품 등을 투입하여 조류 등의 증식을 억제하고, 응집제 등을 투입하여 잔재물을 침전되게 하는 방법이 있다. 하지만, 이러한 방법은 정기적으로 약품을 투입하여야 하기 때문에 화학약품으로 인하여 양식장 내의 어류 등이 정상적으로 성장을 하지 못하고, 식용으로 안정성을 확보하기 어려운 문제점이 있다.
물리적인 방법 중 하나로 사육수를 순환시키면서 필터를 이용하여 여과하는 방법이 있다. 하지만, 이러한 여과 방법은 고가의 필터를 주기적으로 교체해야 하는 문제점이 있다.
또 다른 물리적인 방법으로는 응집, 침전, 여과시설을 설치하여 고분자 응집제로 응집하여 침전된 잔재물을 여과시설에서 탈수하여 처리하는 방법이 있으며, 이러한 방법은 처리장치르 설치하기 위하여 상당한 면적의 설치 환경이 필요하고, 초기 설비투자 비용이 과도하게 발생하며, 지속적인 운전비용이 요구되는 문제점이 있다.
한편, 산업화와 환경오염으로 인한 먹거리에 대한 불신이 나날이 높아지면서 친환경적인 방법으로 생산된 농수산물의 수요가 나날이 증가하고 있다.
따라서 농어촌의 활성화를 위해 새로운 소득원 창출, 기술선진화를 통한 경쟁력 제고와 자연 환경오염, 인력이 미치지 못하는 자연재해 등에 의한 양식생산의 불안정성을 해소하고, 바다 또는 강과 같은 수원이 멀리 떨어진 도시와 같은 곳에서도 양식이 가능하도록 육상 사육시설의 개발이 요구되고 있다.
이에 따라 최근에는 양식기술의 발전으로 대상생물을 바다 또는 강이 아닌 육상의 수조에서 양식하는 기술이 확립되어 있고, 이를 더욱 발전시켜 도심지 등에서 건물 혹은 건축구조물 등을 이용하여 통제된 시설 내에서 층별, 수조별 다양한 어패류를 양식하는 개념의 복합빌딩 양식이 개시되고 있다.
복합 빌딩양식이란 바다 또는 강으로부터 떨어진 육상에서 IT를 양식기술에 접목하여 자동화, 무인화를 통해 다양한 어패류를 대량으로 양식하는 기술로서 층별, 수조별 개별관리가 가능하여, 질병 예방 및 확산 방지가 용이하다. 또한, 어종 생육에 따른 크기별 분리 입식이 가능하며, 생산성 향상과 출하시기 등의 조절이 가능하여 양식 어종의 부가가치를 향상시킬 수 있다.
그러나 복합빌딩양식이 이루어지기 위해서는 양식어류가 사용하고 난 오염된 사육수를 재활용할 수 있는 기술이 확보되어야 하고, 이러한 사육수의 재활용을 위해서 개발된 여러가지 다양한 양식방법이 개발이 요구되고 있다.
또한, 복합 빌딩양식 등 기존의 식물재배 또는 어류 양식 방법에는 주로 화석연료 에너지를 사용하여 가동되고 있다. 하지만, 화석 에너지를 사용하는 경우 지구온난화 및 이산화 탄소 배출 등 다양한 문제가 제기된다.
KR 1414261 10(2014.06.25)
본 발명은 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로서, 태양광 또는 풍력 등과 같은 신재생 에너지를 활용하여 외부의 전원 공급 없이 어류 양식 및 수경 재배를 동시에 수행할 수 있으며, 수전해 방식을 이용하여 수전해에 의해 분리되는 산소는 어류 양식수조에 공급하고, 분리되는 수소는 별도의 수소연료전지부에 저장하여 태양광 또는 풍력이 부족한 상황에서도 독립적인 전원을 통해 안정적인 어류 양식 및 수경 재배가 가능한 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 목적은 여기에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템은 하우징, 상기 하우징의 내부에 배치되어 수경재배 방식으로 식물을 재배하는 수경재배부, 상기 하우징 내부에 상기 수경재배부에서 정화된 물을 공급받고, 내부에 어류를 양식하며 발생하는 어류의 배설물을 포함한 물을 상기 수경재배부로 공급할 수 있도록 배치되는 어류양식부, 상기 하우징의 일측에 구비되어 전기를 생성하는 신재생 에너지 발생부, 상기 신재생 에너지 발생부에서 발생된 전기를 축전하는 배터리부, 상기 수경재배부 및 상기 어류 양식부 중 적어도 어느 하나에 구비되고, 상기 배터리부의 전력을 활용하여 수중 산소 및 수소를 분해하는 수전해부, 상기 수전해부에서 분해된 수소를 저장하여 전력으로 활용하기 위한 수소연료전지부 및 상기 배터리부 또는 상기 수소연료전지부의 전력을 활용하여 각각의 장치들을 제어하는 제어부를 포함한다.
이때, 상기 수전해부에서 분해된 산소는 어류 양식수조에 공급되고, 분해된 수소는 수소연료전지에 활용하고, 상기 수소연료전지에서 전력을 생산하며 발생되는 열은 상기 하우징의 내부로 공급되어 상기 하우징의 내부 온도를 조절할 수 있다.
또한, 상기 신재생 에너지 발생부는 태양광 발전부 및 풍력 발전부 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 수경재배부 및 상기 어류양식부를 연결하여 물을 순환시키는 관로 일측에 구비되어 순환되는 물의 압력을 이용하여 전기를 생성하는 소수력 발전부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부와 연결되도록 구비되어 외부로부터 위치정보, 기상정보, 시간정보 및 날짜 정보 중 죽어도 어느 하나를 수신하여 상기 제어부로 전달하는 정보수신부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 하우징의 내부 일측에는 상기 하우징의 내부 온도 및 습도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 온습도 조절부를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 온습도 조절부는 히트펌프 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 태양광, 풍력, 수력 뿐만 아니라 수전해를 통한 수소발전을 이용하여 독립적인 전원을 생산할 수 있기 때문에 식물재배 및 어류양식을 위한 전원을 외부에서 공급받지 않아도 되는 효과가 있다.
둘째, 태양광 및 풍력 외에 수력 및 수전해를 이용하여 에너지를 생산하기 때문에 기후 등의 불규칙한 외부 환경 변화에 영향을 받지 않고 안정적으로 아쿠아포닉스 시스템을 구동할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라, 지리적 입지 조건 또는 계절 등에 관계없이 안정적인 식물재배 및 어류양식이 가능한 효과가 있다.
셋째, 외부에서 전원을 공급받지 않아도 되기 때문에 아쿠아포닉스 시스템의 설치 장소에 제약이 없기 때문에 도심 뿐만 아니라, 어디서든 아쿠아포닉스 시스템을 사용할 수 있는 효과가 있다.
넷째, 수전해를 통해 분해된 수소를 이용하여 전기를 생산하기 위한 수소 발전 시 발생하는 열을 아쿠아포닉스 시스템의 온도 조절에 사용함으로써 내부 온도를 상승하기 위한 히팅펌프 등의 온도 조절장치의 사용을 최소화하여 전력 낭비를 방지할 수 있는 효과가 있다.
다섯째, 정보 수신부를 통해 외부의 정보를 수신하여 수신된 정보를 활용하여 제어부는 배터리부 또는 수소연료전지부에 축전된 전기의 사용을 최소화하고, 필요에 따라서 배터리부 또는 수소연료전지부에 축전된 전기를 사용함에 따라 외부 환경에 따른 영향을 최소화하여 안정적인 에너지의 소비가 가능한 효과가 있다.
여섯째, 통제된 시설에서 첨단 녹색 기술을 적용함으로써 생육 기간 단축, 단위 면적당 높은 생산성을 확보할 수 있는 효과가 있다.
일곱째, 아쿠아포닉스 시스템을 적용하여 어류 배설물의 질소와 인 성분을 식물의 비료로 활용하고, 식물에 의해 정수 처리된 물을 어류양식에 재활용할 수 있도록 순환시키고, 식물에서 나오는 산소와 어류에서 나오는 이산화탄소를 이용하여 식물과 어류가 원활하게 상생할 수 있는 환경을 조성할 수 있는 효과가 있다.
여덟째, 하우징 내부에서 식물 및 어패류를 생장시키기 때문에 자연환경 변화에 영향을 받지 않고, 조명부의 파장, 조도, 작동시간 등을 제어하여 식물의 색소제어, 항산화 물질의 증강, 병해충 방지 효과 등을 얻을 수 있으므로 안정적인 식물 및 어패류의 생장이 가능한 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 상기 언급한 효과에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템의 개략적인 구성도;
도 2는 본 발명에 따른 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템의 개략적인 개념도; 및
도 3은 본 발명에 따른 수경재배부 및 어류양식부가 상호 물을 교환하기 위환 관로의 결합 상태를 나타내는 개략적인 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2구성요소일수도 있음은 물론이다.
다른 정의가 없다면 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템의 구성
도 1은 본 발명에 따른 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템의 개략적인 개념도이다. 본 발명에 따른 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템(10)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 하우징(100), 수경재배부(200), 어류양식부(300), 신재생 에너지 발생부(400), 배터리부(450), 수전해부(500), 수소연료전지부(550), 제어부(600), 정보수신부(700), 조명부(800), 온습도 조절부(900) 등으로 구성된다.
하우징(100)은 본 발명에 따른 아쿠아포닉스 시스템(10)의 전체적인 외관을 형성하고, 내부에 수경재배부(200) 및 어류양식부(300)가 배치될 수 있는 공간을 제공하는 장치이다. 이러한 하우징(100)은 사용양태 및 설치 면적 등을 고려하여 다양한 크기로 이루어질 수 있으며, 외부 환경으로부터 수경재배부(200) 및 어류양식부(300)를 안전하게 보호할 수 있다면 어떠한 형상 및 재질로 이루어져도 무방하다. 하지만, 바람직하게는 별도의 건설 공사 없이 바로 사용이 가능한 소정의 부피를 갖는 컨테이너로 구성되는 것이 좋다.
수경재배부(200)는 하우징(100)의 내부에 배치되어 수경재배 방식으로 식물을 재배할 수 있는 장치이다. 이러한 수경재배부(200)는 하우징(100)의 내부에 적어도 하나 이상 배치될 수 있다. 만약, 복수의 수경재배부(200)가 배치되는 경우에는 공간을 용이하게 활용하기 위하여 복수 적층된 형태로 배치할 수 있다. 이때, 각각의 수경재배부(200)의 하부 일측에는 수경재배부(200)에 수용된 물을 배출하기 위한 배출공(211)이 형성된다.
어류양식부(300)는 하우징(100)의 내부에 배치되어 각종 어패류를 양식하는 장치이다. 이러한 어류양식부(300)는 어류의 배설물을 포함한 물을 수경재배부(200)로 공급하고, 수경재배부(200)에서 정화된 물을 공급받을 수 있도록 수경재배부(200)와 상호 순환 가능한 구조로 이루어진다. 즉, 수경재배부(200)의 배출공(211)에서 배출되는 물이 어류양식부(300)로 공급되고, 어류양식부(300)에서 배출되는 배설물 등이 포함된 물을 수경재배부(200)로 공급할 수 있도록 관로를 통해 상호 연결되도록 구비된다. 이때, 어류양식부(300) 역시 수경재배부(200)와 마찬가지로 공간 활용을 위하여 적층되는 구조로 복수 구비될 수 있다.
전술한 수경재배부(200) 및 어류양식부(300)는 다양한 방식으로 배치될 수 있지만, 바람직하게는 수경재배부(200)의 하부에 어류양식부(300)가 배치될 수 있도록 구성되는 것이 좋다. 사용양태에 따라 수경재배부(200) 및 어류양식부(300)는 외부 하우지의 상부에 복수의 수경재배부(200)가 복수 적층되고, 그 하부에 어류양식부(300)가 복수 배치될 수 있으며, 다른 사용양태로 수경재배부(200) 및 어류양식부(300)가 교차되도록 복수 적층되도록 배치될 수도 있다. 이러한 수경재배부(200) 및 어류양식부(300)의 배치 방법은 사용양태 하우징(100)의 부피 등을 고려하여 보다 다양한 방식으로 배치될 수 있음은 자명하다.
도 3은 본 발명에 따른 수경재배부 및 어류양식부가 상호 물을 교환하기 위환 관로의 결합 상태를 나타내는 개략적인 단면도이다. 전술한 바와 같이 수경재배부(200) 및 어류양식부(300)는 상호 물을 교환화여 순환할 수 있도록 제1관로(210) 및 제2관로(310)를 통해 연결된다. 이때, 전술한 바와 같이 수경재배부(200)가 어류양식부(300)의 상부에 배치되는 경우 수경재배부(200)에서 어류양식부(300)로 물을 공급하는 제1관로(210)는 중력에 의해 공급될 수 있으며, 수경재배부(200)의 하부에 배치되는 어류양식부(300)에서 배출되는 제2관로(310)는 펌프(320) 등을 구비하여 펌프(320)의 압력을 이용하여 수경재배부(200)로 공급할 수 있다. 물론 수경재배부(200) 및 어류양식부(300)의 배치 방법에 따라 양쪽 관로에 모두 펌프(320)가 구비될 수도 있다.
여기서 제1관로(210) 및 제2관로(310) 중 적어도 어느 하나에는 상호 순환하는 물에 포함되는 이물질 등을 걸러 내기 위한 필터부(220, 330)가 더 구비될 수 있다. 이러한 필터부(220, 330)는 수경재배부(200) 및 어류양식부(300)의 사용양태에 따라 다양한 구조 및 필터부(220, 330)재를 통해 일부 이물질을 제거 후 순환이 이루어지도록 할 수 있다. 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 제1관로(210) 및 제2관로(310) 양측에 모두 필터부(220, 330)가 구비되는 것을 중심으로 도시 및 설명하고 있으나, 사용양태에 따라서는 어느 하나의 관로에만 구비될 수 있다.
신재생 에너지 발생부(400)는 외부에서 별도로 전력을 공급받지 않더라도 본 발명에 따른 아쿠아포닉스 시스템(10)을 구동시키기 위하여 태양광, 풍력 또는 수력 등의 신재생 에너지를 이용하여 자체적으로 전기를 생산하는 장치이다. 이러한 신재생 에너지 발생부(400)는 신재생 에너지를 활용하여 자체적으로 전기를 생산할 수 있는 장치라면 어떠한 장치를 사용하여도 무방하다. 일실시예로, 본 발명에 따른 신재생 에너지 발생부(400)는 태양광 발전부(410), 풍력 발전부(420) 및 소수력 발전부(430) 중 적어도 어느 하나의 장치를 사용할 수 있다.
태양광 발전부(410)는 태양광을 집광하여 전기를 생산할 수 있는 장치라면 어떠한 장치를 사용하여도 무방하다. 일실시예로는 하우징(100)의 외부 일측, 바람직하게는 하우징(100)의 상부 또는 상단면 일측에 장착되는 태양광 집광판으로 구성될 수 있다.
풍력 발전부(420)는 풍력을 이용하여 전기를 생산할 수 있는 장치라면 어떠한 장치를 사용하여도 무방하다. 일실시예로 하우징(100)의 외부 일측에 구비되는 풍력 발전 장치로 구성될 수 있다.
소수력 발전부(430)는 물의 흐름, 바람직하게는 높이로 인한 수력을 이용해 전기 에너지로 전환하여 전기를 발생하는 장치이다. 이러한 소수력 발전부(430)는 하우징(100)의 내부 일측에 구비되어 물의 흐름을 이용하여 전기를 발생할 수 있는 장치라면 어떠한 장치를 사용하여도 무방하다. 하지만, 바람직하게는 제1관로(210) 또는 제2관로(310)의 일측, 또는 별도로 구비되는 발전용 수조의 일측에 구비되는 것이 좋다. 본 발명에서는 제1관로(210)의 일측에 소수력 발전부(430)가 구비되는 것을 중심으로 설명하기로 한다. 제1관로(210)는 상부에 배치되는 수경재배부(200)에서 하부에 배치된 어류양식부(300)로 물을 공급하는 통로를 제공하는 것으로서 높이 차에 의해 물의 흐름이 발생하고, 이러한 낙하하는 물의 압력을 이용하여 발전장치로 활용할 수 있다.
배터리부(450)는 전술한 태양광 발전부(410), 풍력 발전부(420) 또는 소수력 발전부(430) 등으로 구성되는 신재생 에너지 발생부(400)와 연결되도록 구비되어 신재생 에너지 발생부(400)에서 생산하는 전기를 축전하는 장치이다.
수전해부(500)는 수경재배부(200) 및 어류 양식부 중 적어도 어느 하나에 구비되어 배터리부(450)에서 공급되는 전기를 이용하여 수중 산소 및 수소를 분해하는 장치이다. 이러한 수전해부(500)는 일반적으로 널리 사용되는 수전해 장치를 사용해도 무방하기 때문에 상세한 설명은 생략하기로 한다. 이때, 수전해부(500)는 분해된 수소 및 산소를 각각 저장하기 위한 산소탱크(510) 및 수소탱크(520)를 포함한다. 이처럼 수전해부(500)를 통해 분해된 산소는 어류 양식수조에 공급되어 어류 양식을 원활하게 하고, 분해된 수소는 전력공급원으로 활용하기 위하여 수소연료전지부(550)에 공급한다.
수소연료전지부(550)는 수전해부(500)의 일측, 바람직하게는 수소탱크(520) 및 산소탱크(510)와 연결되도록 구비되어 수소탱크(520) 및 산소탱크(510)에 저장된 수소 및 산소를 활용하여 수소와 산소가 반응하여 물이 되는 전체반응을 통해 전자는 산화전극에서 외부 도선을 통해 환원전극으로 이동하면서 전기 에너지를 발생하는 원리를 이용하여 전력을 생산한다. 이러한 수소연료전지부(550)는 배터리부(450)와 함께 본 발명에 따른 아쿠아포닉스 시스템(10)을 구동하기 위한 에너지원으로 활용된다. 또한, 수소연료전지부(550)에서 전기 에너지를 발생하며 발생하는 열은 하우징(100) 내부의 온도를 조절하기 위한 열로 활용된다.
이러한 수소연료전지부(550)는 지속적으로 수소발전을 수행하거나, 배터리부(450)의 잔여 전력이 낮은 경우에만 선택적으로 수소발전을 수행하는 등 그 사용여부는 제어부(600)가 선택적으로 결정될 수 있다.
제어부(600)는 하우징(100)의 내부 일측에 구비되어 배터리부(450) 또는 수소연료전지부(550)에서 공급되는 전원을 활용하여 본 발명에 따른 아쿠아포닉스 시스템(10)을 구동 시키기 위한 각각의 장치를 제어하는 장치이다. 이러한 제어부(600)는 기설정된 시스템(10)에 의해 아쿠아포닉스 시스템(10)을 자동으로 제어하지만, 사용양태에 따라서 사용자가 시스템(10) 설정을 변경하거나, 수동으로 조작하기 위한 조작반을 포함할 수 있다. 이러한 제어부(600)는 정보수신부(700)로부터 전달되는 정보를 기초로하여 식물 및 어패류의 생장에 유리하도록 하우징(100) 내부의 조건들을 제어한다.
정보수신부(700)는 하우징(100)의 내부 또는 외부 일측에 제어부(600)와 연결되도록 구비되어 인공위성 등과 같은 외부장치들로부터 위치정보, 기상정보, 시간정보 및 날짜 정보 등을 전달받는 장치이다. 이러한 정보수신부(700)는 제어부(600)로 외부의 기상정보 등과 같은 다양한 정보를 제어부(600)로 전달하여 제어부(600)가 다양한 상황을 고려하여 안정적이고 최적화된 제어가 가능하도록 보조하는 장치이다. 이처럼 정보수신부(700)는 외부에서 수신되는 정보 등을 제어부(600)로 안정적으로 전달할 수 있는 장치라면 어떠한 장치를 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 GPS수신부(700)를 사용하는 것이 좋다. 이때, 정보수신부(700)는 인공위성 등의 외부 장치뿐만 아니라 하우징(100) 외부에 주변 환경을 측정하기 위한 다양한 센서 등을 추가적으로 구비하고, 이러한 센서 등을 통해 보다 정확한 외부 환경에 대한 정보를 수신할 수도 있다. 즉, 인공위성 또는 유, 무선 통신 등을 통해 외부장치에서 위치정보, 기상정보, 시간 및 날짜 정보 등을 수신하는 동시에 하우징(100)의 외부에 설치된 온도, 습도, 풍력, 조도 센서 등을 통해 하우징(100)의 외부 환경에 대한 보다 정확한 정보를 수신하여 제어부(600)로 전달하여 제어부(600)가 보다 안정적이고 원활한 제어가 가능하도록 할 수 있다.
조명부(800)는 하우징(100)의 내부 일측에 구비되어 배터리부(450) 또는 수소연료전지부(550)에서 공급되는 전원을 활용하여 하우징(100)의 내부에 밝기를 조저하는 장치이다. 이러한 조명부(800)는 하우징(100) 내부에 식물 또는 어패류 등이 원활하게 생장할 수 있도록 조명을 제공하거나, 하우징(100) 내부의 조도를 조절하는 장치이다. 이처럼 하우징(100) 내부에 조명을 제공 및 제어할 수 있는 장치라면 어떠한 장치를 사용하여도 무방하지만, 바람직하게는 LED조명 장치를 사용하는 것이 좋다.
온습도 조절부(900)는 하우징(100)의 내부에 제어부(600)와 연결되도록 구비되어 하우징(100) 내부의 온도, 습도 및 수온 등을 식물 및 어패류가 원활하게 생장할 수 있도록 조절하는 장치이다. 이를 위하여 온습도 조절부(900)는 하우징(100)의 내부, 수경재배부(200) 및 어류양식부(300)에 온도센서 및 습도센서를 구비할 수 있다. 이러한 온도센서 및 습도센서는 획득한 정보를 제어부(600)로 전송하고, 제어부(600)는 이를 기반으로 하우징(100) 내부의 온도 및 습도를 제어한다.
하우징(100) 내부의 온도를 수소연료전지부(550)에서 수소 발전 시 발생되는 열을 이용하여 조절하지만, 정밀한 온도제어를 위하여 온습도 조절부(900)는 히트펌프를 더 포함할 수 있다. 이러한 히트펌프 역시 제어부(600)와 연결되어 제어부(600)에서 획득하는 온도 및 습도 정보에 의해 히트 펌프의 구동을 제어한다.
신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템의 사용양태
전술한 구성을 갖는 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템(10)의 사용양태를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 아쿠아포닉스 시스템(10)은 전술한 구성과 같이 하나의 하우징(100) 내부에 수경재배부(200) 및 어류양식부(300)가 적어도 하나 이상씩 구비된다. 이때, 수경재배부(200) 및 어류양식부(300) 내부에 충진되는 물은 상호 순환되며 각각에서 필요로 하는 물질을 교환하여 상생할 수 있는 환경을 조성한다. 이를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
어류양식부(300)에서 양식되는 어패류의 배설물에 포함된 질소와 인성분은 순환하는 물과 함께 제2관로(310)를 통해 수경재배부(200)로 공급되어 식물의 비료로 활용하며 이때 어류양식부(300)에서 공급된 물은 정화가 이루어진다. 이렇게 정화된 물은 제1관로(210)를 통해 어류양식부(300)로 공급되어 어류양식에 재활용된다. 이때, 제1관로(210) 및 제2관로(310)의 일측에는 각각 부유물 등과 같이 부피가 큰 이물질을 걸러주어 순환되는 물의 사용율을 향상시켜 줄 수 있고, 이를 통해 새로운 물의 공급양이 감소되어 원활한 아쿠아포닉스 시스템(10)의 활용이 가능하다. 또한, 식물에서 나오는 산소와 어패류 양식에서 발생하는 이산화탄소 역시 수경재배부(200) 및 어류양식부(300)에서 각각 활용하며 식물과 어류 생장에 필요한 공기 역시 순환되며 원활한 상생이 가능한 구조를 이룰 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 아쿠아포닉스 시스템(10)은 외부에서 별도의 전력을 공급받지 않더라도 신재생 에너지 및 수전해를 통해 자체적인 전력 생산이 가능하기 때문에 아쿠아포닉스 시스템(10)의 설치 장소가 제한적이지 않다. 이러한 전력 생산 방법 및 이로 인해 아쿠아포닉스 시스템(10)이 전달되는 다양한 영향을 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
제어부(600)는 정보 수신부(700)를 통해 아쿠아포닉스 시스템(10)이 구비된 장소, 시간 및 외부 환경에 대한 다양한 정보를 수신할 수 있다. 전술한 구성과 같이 정보수신부(700)는 외부에서 전달되는 정보 및 하우징(100)의 외부에 구비되는 다양한 측정 센서들의 정보를 제어부(600)로 전달하여 제어부(600)가 식물 및 어패류의 생장에 최적화된 제어가 가능하도록 할 수 있다.
신재생 에너지 발생부(400) 및 수전해부(500)를 통해 전력 발생 및 발생된 전력을 활용하는 사용양태를 보다 상세하게 설명하면 다음과 같다.
신재생 에너지 발생부(400)는 태양광 패널을 통한 태양광 발전부(410), 외부에서 불어오는 바람을 활용하는 풍력 발전부(420)를 통해 아쿠아포닉스 시스템(10)은 독립적인 전력 생산이 가능하다. 이처럼 태양광 발전부(410) 및 풍력 발전부(420) 등을 통해 생산되는 전기 중 일부는 생산과 동시에 아쿠아포닉스 시스템(10)을 구성하는 장치에 공급되어 각각의 장치를 구동할 수 있는 전력으로 사용되고, 일부는 배터리부(450)에 축전된다.
또한, 신재생 에너지 발생부(400)에 포함되는 소수력 발전부(430)는 수경재배부(200) 및 어류양식부(300)를 순환하는 물의 흐름을 이용하여 전력을 생산하는 장치이다. 이때, 수경재배부(200) 및 어류양식부(300)의 물의 순환은 각각의 장치가 배치되는 위치 또는 배치 방법에 따라 다양하게 수행될 수 있다. 하지만, 본 발명의 일실시예에 따른 수경재배부(200) 및 어류양식부(300)는 상하에 적층구조로 배치되기 때문에 수경재배부(200)에서 어류양식부(300)로 공급되는 물은 중력에 의해 낙하될 수 있지만, 이와 반대의 경우에는 물을 배출하기 위한 압력이 필요하기 때문에 이를 위한 펌프(320)를 활용한다.
이러한 펌프(320)는 태양광 발전부(410) 및 풍력 발전기에서 생산되는 전기 또는 배터리부(450)에 축전된 전기를 사용하여 구동될 수 있다. 이를 통해 수경재배부(200) 및 어류양식부(300)는 제1관로(210) 및 제2관로(310)를 따라 물을 순환시킬 수 있다. 이때, 제1관로(210) 및 제2관로(310) 중 적어도 어느 하나의 일측에 구비되는 소수력 발전부(430)는 물의 순환에 의해 발생하는 압력을 이용하여 전기를 발생시킨다. 이처럼 소수력 발전을 통해 생산되는 전기 역시 각각의 장치를 구동할 수 있는 전기를 생산하거나, 배터리부(450)에 축전될 수 있다.
소수력 발전부(430)는 제1관로(210) 또는 제2관로(310) 외에 소수력 발전을 위한 별도의 발전용 수조를 구비하거나, 제1관로(210) 및 제2관로(310) 중 적어도 어느 하나와 연결되도록 연결되어 물의 흐름을 형성하여 소수력 발전을 수행할 수 있는 보조 수조 등이 더 구비되어 발전용 수조 또는 보조 수조에서 소수력 발전이 이루어질 수도 있다. 이처럼 소수력 발전부(430)는 제1관로(210) 및 제2관로(310) 외에 소수력 발전이 가능한 추가적인 장치를 별도로 구비하는 등 다양한 구성 및 배치에 따른 소수력 발전을 수행할 수 있음은 자명하다.
또한, 본 발명에서는 신재생 에너지 발생부(400) 외에 수전해부(500)를 통해 분리되는 수소를 이용한 수소발전을 통해서도 전력 생산이 가능하다. 이러한 수전해부(500)는 수경재배부(200) 및 어류양식부(300)에 충진되어 있는 물을 수전해하거나, 별도의 수전해용 수조 또는 수경재배부(200) 및 어류양식부(300) 물을 보충하기 위한 보충용 수조 중 적어도 어느 하나에 구비되어 수전해를 통해 물을 수소와 산소로 분해한다. 이렇게 분해된 수소와 산소는 각각 수소탱크(520) 및 산소탱크(510)에 저장된다. 이때, 산소탱크(510)에 저장된 산소는 하우징(100) 내부의 산소가 부족한 경우 하우징(100) 내부의 산소를 보충할 수 있으며, 수소탱크(520) 및 산소탱크(510)에 저장된 수소 및 산소를 활용하여 수소연료전지부(550)에서 수소발전을 수행하여 전력을 생산할 수 있다.
수소연료전지부(550)에서 수소발전을 통해 배출되는 물은 다시 수경재배부(200), 어류양식부(300), 수전해용 수조 또는 보충용 수조 등에 공급되어 재 순환이 이루어지도록 하고, 수소연료전지부(550)에서 수소발전 시 발생하는 열은 하우징(100) 내부의 온도 조절에 사용된다. 이를 통해 겨울철 등에 별도로 하우징(100) 내부의 향상을 위한 발열장치가 필요치 않거나, 온도조절장치의 사용을 최소화하여 전력낭비를 방지할 수 있다. 물론 사용양태에 따라 정밀 온도제어가 필요할 수 있기 때문에 이러한 경우에는 온습도 조절부(900)에 구비되는 히트펌프 등을 이용하여 하우징(100) 내부의 온도를 정밀 제어할 수도 있다.
전술한 방법에 의해 전력을 생산하는 신재생 에너지 발생부(400)는 아쿠아포닉스 시스템(10)이 설치되는 주변 환경의 영향을 크기 받는다. 즉, 태양광 또는 풍력에 의해 발전을 하는 장치이기 때문에 흐른 날씨 또는 바람이 불지 않는 경우에는 신재생 에너지 발생부(400)에서 발생되는 전력이 원활하지 않을 수 있으며, 이러한 기간이 길어지는 경우 아쿠아포닉스 시스템(10)의 유지가 어려울 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 주변 기상 상태에 영향을 받지 않는 소수력 발전부(430) 및 수전해부(500)를 통해 하우징(100)의 내부에서 자체적으로 전력을 생산하기 때문에 주변의 기상상태가 장기간 좋지 않더라도 안정적으로 전력을 생산하여 아쿠아포닉스 시스템(10)을 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 하우징(100) 내부에 구비되는 조명부(800)는 하우징(100) 내부의 조명을 조절하여 수경재배부(200)에서 재배되는 식물 및 어류양식부(300)에서 양식되는 어패류의 양식을 원활하게 수행할 수 있도록 조명을 조사한다. 이러한 조명부(800)의 구동시간 및 조도 등은 제어부(600)에서 식물 및 어패류의 종류에 따라 그에 맞추어 시간 및 조도 등을 조절할 수 있다.
제어부(600)에서는 정보 수신부(700)에서 수신되는 각종 정보를 수집하여 안정적으로 식물 및 어패류가 생장할 수 있도록 각각의 장치를 제어하는 동시에, 주변 기상 상황을 고려하여 신재생 에너지 발생부(400)에서 생산되는 에너지를 실시간으로 활용할 것인지, 배터리부(450)에 축전할 것인지를 제어하고, 배터리부(450)의 축전상태 등을 고려하여 수소연료전지부(550) 및 배터리부(450)의 축전된 전기 중 어떠한 전력을 활용할 것인지를 제어하여 항상 안정적인 전력 소모가 이루어지도록 제어할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에 따른 아쿠아포닉스 시스템(10)은 하우징(100) 내부의 물, 공기 등이 식물 및 어패류가 상생할 수 있는 환경을 조성할 수 있도록 순환 시스템(10)을 마련하고, 자체적으로 독립적인 전력을 생산하기 때문에 관리자의 관리를 최소화함으로써 아쿠아포닉스 시스템(10)을 운용하기 위한 인력 소모가 최소화된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: (신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는)아쿠아포닉스 시스템
100: 하우징
200: 수경재배부
210: 제1관로
211: 배출공
220: 필터부
300: 어류양식부
310: 제2관로
320: 펌프
330: 필터
400: 신재생 에너지 발생부
410: 태양광 발전부
420: 풍력 발전부
430: 소수력 발전부
450: 배터리부
500: 수전해부
510: 산소탱크
520: 수소탱크
550: 수소연료전지부
600: 제어부
700: 정보 수신부
800: 조명부
900: 온습도조절부

Claims (7)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 내부에 배치되어 수경재배 방식으로 식물을 재배하는 수경재배부;
    상기 하우징 내부에 상기 수경재배부에서 정화된 물을 공급받고, 내부에 어류를 양식하며 발생하는 어류의 배설물을 포함한 물을 상기 수경재배부로 공급할 수 있도록 배치되는 어류양식부;
    상기 하우징의 일측에 구비되어 전기를 생성하는 신재생 에너지 발생부;
    상기 신재생 에너지 발생부에서 발생된 전기를 축전하는 배터리부;
    상기 수경재배부 및 상기 어류 양식부 중 적어도 어느 하나에 구비되고, 상기 배터리부의 전력을 활용하여 수중 산소 및 수소를 분해하는 수전해부;
    상기 수전해부에서 분해된 수소를 저장하여 전력으로 활용하기 위한 수소연료전지부; 및
    상기 배터리부 또는 상기 수소연료전지부의 전력을 활용하여 각각의 장치들을 제어하는 제어부;
    를 포함하는 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수전해부에서 분해된 산소는 어류 양식수조에 공급되고, 분해된 수소는 수소연료전지에 활용하고, 상기 수소연료전지에서 전력을 생산하며 발생되는 열은 상기 하우징의 내부로 공급되어 상기 하우징의 내부 온도를 조절하는 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 신재생 에너지 발생부는 태양광 발전부 및 풍력 발전부 중 적어도 어느 하나를 포함하는 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수경재배부 및 상기 어류양식부를 연결하여 물을 순환시키는 관로 일측 또는 별도의 수조를 추가적으로 구비하고, 순환되는 물의 압력을 이용하여 전기를 생성하는 소수력 발전부를 더 포함하는 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제어부와 연결되도록 구비되어 외부로부터 위치정보, 기상정보, 시간정보 및 날짜 정보 중 죽어도 어느 하나를 수신하여 상기 제어부로 전달하는 정보수신부를 더 포함하는 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하우징의 내부 일측에는 상기 하우징의 내부 온도 및 습도 중 적어도 어느 하나를 조절하는 온습도 조절부를 더 포함하는 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 온습도 조절부는 히트펌프 유닛을 포함하는 신재생 에너지를 독립전원으로 활용하는 아쿠아포닉스 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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