KR102652407B1 - 재생에너지를 이용한 스마트팜 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지열을 공급하는 지열공급유닛; 태양열을 공급하는 태양열 공급유닛; 상기 지열공급유닛과 상기 태양열 공급유닛에서 공급된 열원을 저장하는 열원 저장유닛; 상기 열원 저장유닛에 연결되어 상기 열원 저장유닛으로부터 열원을 공급받아 재배작물을 난방시키며 외부와의 열교환이 가능한 재배유닛; 및 상기 지열공급유닛, 상기 태양열 공급유닛, 상기 열원 저장유닛 및 상기 재배유닛에 각각 연결되어 상기 지열공급유닛, 상기 태양열 공급유닛, 상기 열원 저장유닛 및 상기 재배유닛의 작동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

재생에너지를 이용한 스마트팜 시스템{SMART FARM SYSTEM USING RENEWABLE ENERGY}

본 발명은 경상북도 소관의 2020~23년도 '신재생에너지 스마트팜 개발,실증 사업'의 결과물로서 태양열과 지열을 복합적으로 이용하여 작물을 재배하는 재생에너지를 이용한 스마트팜 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 널리 사용되는 화석에너지는 그 양이 한정되어 있으므로 언젠가는 고갈되고, 여러 오염물질을 배출하기 때문에 대부분의 국가에서는 이를 대체하여 사용할 수 있는 대체에너지를 개발하고 있는 실정이다.

화석에너지를 대체할 수 있는 에너지원으로는 조수 간만의 차를 이용하여 에너지를 얻는 조력, 바람의 힘을 이용하여 에너지를 얻는 풍력, 태양의 열이나 빛을 이용한 태양에너지 등이 있고, 이러한 자연력을 이용한 다양한 에너지원 활용에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이와 관련된 다양한 기술이 개발되고 있다.

이러한 자연력을 이용한 난방 시스템 중 하나로 태양열을 이용한 난방 공급 시스템이 있다.

태양열 난방 공급 시스템은 기존 화석연료 난방시스템에 비해 대기오염이 전혀 없는 청정에너지이다. 그러나 자연력 중 태양열만 이용하여 난방을 수행함으로써, 일사량 등 환경요인에 의하여 열량 생산에 영향을 크게 미치는 문제점이 있다.

한편, 스마트팜(Smart Farm)은 농림축수산물의 생산, 가공, 유통 단계에서 정보 통신 기술(ICT)을 접목하여 지능화된 농업 시스템으로서, 사물 인터넷, 빅데이터, 인공 지능 등의 기술을 이용하여 농작물, 가축 및 수산물 등의 생육 환경을 적정하게 유지관리하고, PC와 스마트폰 등으로 원격에서 자동 관리하는 기술이다.

종래에는 ICT 기술을 활용한 스마트팜 기술을 통해 온도, 상대습도, 광량, 이산화탄소, 토양 등 환경 정보 및 생육 정보에 대한 정확한 데이터를 기반으로 생육 단계별 정밀한 관리와 예측 등이 가능하고 수확량과 품질을 향상시켜 수익성을 높일 수 있다.

특히, 태양열 설비 모니터링 시스템, 지열 설비 모니터링 시스템, 환경데이터 모니터링 시스템이 하나로 결합 시 시설원예의 운영 리스크를 최소화 하고 시설원예내 소모되는 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

그러나, 현재 스마트팜 관리의 경우 환경, 설비 시스템 단위로 개별적 사용됨에 따라 사용자의 운영효율 개선 및 활용도가 극히 떨어지며, 재생에너지 설비에 대한 시스템 또한 개별적으로만 존재한다.

이에 따라 2종이상의 재생에너지 구축 시 구축된 에너지를 통합적으로 관리 할 수 있는 시스템이 필요한 실정이다.

또한, 종래에는 재생에너지 설비 구축업체, 환경센서 등 설비구성 업체가 각각 모두 상이하여 데이터를 일련화하고 통합하는 시스템 개발이 이뤄지지 않고 있다.

또한, 우리나라의 경우 사계절이 뚜렷한 관계로 특히, 여름과 겨울의 일교차 및 일사량의 차이가 심하여 태양의 일사량이 연중 일정치 않으므로 태양열 집열장치 등이 여름에는 과도한 일사량 때문에 과열되어 손상이 발생할 수 있으며, 겨울에는 일사량이 부족하여 작물 등의 재배를 위한 열원으로서 이용이 쉽지 않을 수 있어, 이에 대한 대비책 마련이 요구되고 있는 실정이다.

대한민국 등록특허 제10-2154957호(2020.09.10) 대한민국 등록특허 제10-2422807호(2022.07.20.)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 태양열과 지열을 복합적으로 이용하여 열원을 제공하는 재생에너지를 이용한 스마트팜 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 태양의 일사량이 풍부할 경우 남는 잉여 태양열을 축적하는 기능이 구비되어 필요시에 사용이 가능한 재생에너지를 이용한 스마트팜 시스템을 제공하는 것이다.

다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위하여 창출된 것으로, 지열을 공급하는 지열공급유닛; 태양열을 공급하는 태양열 공급유닛; 상기 지열공급유닛과 상기 태양열 공급유닛에서 공급된 열원을 저장하는 열원 저장유닛; 상기 열원 저장유닛에 연결되어 상기 열원 저장유닛으로부터 열원을 공급받아 재배작물을 난방시키며 외부와의 열교환이 가능한 재배유닛; 및 상기 지열공급유닛, 상기 태양열 공급유닛, 상기 열원 저장유닛 및 상기 재배유닛에 각각 연결되어 상기 지열공급유닛, 상기 태양열 공급유닛, 상기 열원 저장유닛 및 상기 재배유닛의 작동을 제어하는 컨트롤러;를 포함할 수 있다.

또한, 일실시예에서, 상기 지열공급유닛은, 지열을 활용하여 난방, 냉방 및 온수 중에서 적어도 어느 하나를 제공하는 지열히트펌프; 상기 지열히트펌프에 연결되어 지하에서 발생되는 지열을 전달하기 위해 보어홀이 형성된 상태로 지하에 매설되는 적어도 하나의 파이프로 구성되는 지열흡입모듈; 및 상기 지열히트펌프, 상기 지열흡입모듈 및 상기 열원 저장유닛에 각각 연결되어 열원을 설정된 방향으로 이송시키는 지열순환펌프모듈;을 포함할 수 있다.

또한, 일실시예에서, 상기 지열히트펌프는, 지열원에서 추출한 열을 상기 열원 저장유닛로 이송하는 지중열교환기; 상기 지중열교환기와 연결되며 상기 열원 저장유닛의 열원을 이용하여 상기 재배유닛의 내부 온도를 조절하는 온도조절부재; 및 상기 지중열교환기와 상기 온도조절부재를 연결하는 연결배관;을 포함할 수 있다.

또한, 일실시예에서, 상기 지열순환펌프모듈은, 상기 지열히트펌프에서 상기 지열흡입모듈로 열원을 이송시키는 지열 1차 순환펌프; 및 상기 열원 저장유닛에서 상기 지열히트펌프로 열원을 이송시키는 지열 2차 순환펌프;를 포함할 수 있다.

또한, 일실시예에서, 상기 태양열 공급유닛은, 히트파이프 방식으로 이중진공관형으로 형성되어 태양열을 집열하는 태양열집열기; 상기 태양열집열기에 연결되며 상기 태양열집열기에서 집열된 열원을 상기 열원 저장유닛으로 이송하는 태양열교환기; 및 상기 태양열집열기, 상기 태양열교환기 및 상기 열원 저장유닛에 각각 연결되어 열원을 설정된 방향으로 이송시키는 태양열 순환펌프모듈;을 포함할 수 있다.

또한, 일실시예에서, 상기 태양열 순환펌프모듈은, 상기 태양열집열기로부터 상기 태양열교환기로 열원을 이송시키는 태양열 1차 순환펌프; 및 상기 태양열교환기로부터 상기 열원 저장유닛으로 열원을 이송시키는 태양열 2차 순환펌프;를 포함할 수 있다.

또한, 일실시예에서, 상기 열원 저장유닛은, 열원을 저장하는 열원 저장탱크; 상기 열원 저장탱크와 상기 지열공급유닛에 각각 연결되어 상기 지열공급유닛의 열원을 상기 열원 저장탱크로 이송시키는 계간축열순환펌프; 및 상기 열원 저장탱크와 상기 재배유닛에 각각 연결되어 상기 지열공급유닛의 열원을 상기 열원 저장탱크로 이송시키는 난방순환펌프;를 포함할 수 있다.

또한, 일실시예에서, 상기 재배유닛에 구비되며 상기 컨트롤러에 연결되어 상기 재배유닛 내의 온도를 모니터링하면서 측정하는 온도측정유닛;을 더 포함할 수 있다.

또한, 일실시예에서, 상기 컨트롤러는 상기 온도측정유닛을 통해서 측정된 상기 재배유닛의 온도가 기 설정된 온도 이하인 경우 상기 난방순환펌프를 가동하여 상기 저장유닛의 열원을 상기 재배유닛에 제공할 수 있다.

또한, 일실시예에서, 상기 컨트롤러는, 상기 태양열 공급유닛으로 축적된 잉여 열원을 상기 열원 저장유닛을 통해서 상기 지열공급유닛으로 이송하여 축적하고, 필요시 상기 지열공급유닛에 축적된 열원을 상기 재배유닛으로 공급할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 태양열과 지열을 복합적으로 이용하여 열원을 재배유닛에 난방으로 공급하면서 목적하는 작물을 재배할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 태양의 일사량이 풍부할 때 잉여 태양열을 지열공급유닛에 축적하여 태양열 공급유닛의 과열을 방지하고 일사량이 부족한 시기에 지열과 함께 재배유닛에 제공하여 난방할 수 있다.

다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니된다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 재생에너지를 이용한 스마트팜 시스템의 개념도이다.
도 2는 컨트롤러의 구성요소 제어 블록도이다.
도 3은 스마트팜 시스템의 전체적인 배치도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시 예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시 예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시 예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 재생에너지를 이용한 스마트팜 시스템의 개념도이고, 도 2는 컨트롤러의 구성요소 제어 블록도이며, 도 3은 스마트팜 시스템의 전체적인 배치도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 지열공급유닛(100), 태양열 공급유닛(200), 열원 저장유닛(300), 재배유닛(400) 및 컨트롤러(500)를 포함할 수 있다.

지열공급유닛(100)은 지열을 공급할 수 있다. 구체적으로, 지열공급유닛(100)은 지열의 열원의 공급과 함께 태양열 공급유닛(200)으로부터 열원 저장유닛(300)을 통해서 보내진 잉여 태양열에 의한 열원을 축적할 수 있다. 전술한 바와 같이 열원 저장유닛(300)으로부터 이송받아 죽척된 잉여 열원은 동절기 등 태양의 일사량이 현저히 떨어지는 경우 컨트롤러(500)의 제어에 의해 지중의 열원과 함께 재배유닛(400)으로 보내져서 난방을 제공할 수 있다.

지열공급유닛(100)은 지열히트펌프(110), 지열흡입모듈(120) 및 지열순환펌프모듈(130)을 포함할 수 있다.

지열히트펌프(110)는 지열을 활용하여 난방, 냉방 및 온수 중에서 적어도 어느 하나를 제공할 수 있다.

구체적으로, 히트펌프는 냉매가 증발기내에서 증발하고, 주위에서 열을 빼앗아 기체가 되며, 다시 응축기에 의해 주위에 열을 방출하여 액화하는 냉동 사이클로서, 방출된 열을 난방이나 가열에 이용하는 경우의 냉동기를 말하며, 열을 저온부에서 고온부로 빨아올린다는 의미에서 열펌프라고 한다. 열원은 공기, 우물물, 태양열, 지열 등이 이용될 수 있다.

지열히트펌프(110)는 지열에너지를 활용하여 건물의 난방, 냉방 및 온수 제공에 활용되는 것으로서, 지하수나 지열원에서 추출한 열을 이용하여 건물 내부를 난방하거나 냉방하는 방식으로 작동할 수 있는데, 지하수나 지열원으로부터 추출한 냉, 온수는 지중열교환기(112)를 통해 지열히트펌프(110)로 유입되며, 이를 이용하여 건물이나 각종 시설물 등의 내부의 온도를 유지하거나 조절할 수 있다.

지열히트펌프(110)는 환경 친화적이며, 전기나 가스와 같은 화석연료를 사용하는 보편적인 난방 및 냉방 시스템보다 경제적이며, 또한 전기를 사용하여 작동하는 기존의 에어컨이나 난방기에 비해 더 효율적이고 안정적인 온도 조절이 가능하다.

지열히트펌프(110)는 지중열교환기(112), 온도조절부재(114) 및 연결배관(116)을 포함할 수 있다.

지중열교환기(112)는 지열원에서 추출한 열을 열원 저장유닛(300)으로 이송할 수 있다. 구체적으로, 지중열교환기(112)는 지열히트펌프(110)에서 가장 중요한 부품으로, 지하수나 지열원에서 추출한 열을 실제로 건물 내부로 옮기는 역할을 하며, 지하수나 지열원의 열을 이용하여 건물이나 각종 시설물 등을 난방하거나 냉방하는데 사용되고, 대개 전용액을 사용하여 열을 전달하며, 이 때 전용액은 열 전달 능력이 높아야 한다..

온도조절부재(114)는 지중열교환기(112)와 연결되며 열원 저장유닛(300)의 열원을 이용하여 재배유닛(400)의 내부 온도를 조절할 수 있다. 구체적으로, 온도조절부재(114)는 건물이나 각종 시설물 등의 내부의 온도를 제어하는 장치로, 지열히트펌프(110)를 운영하는 데 필수적인 구성요소이며, 대개 디지털 온도계, 온도제어기, 시간제어기 등이 포함될 수 있다.

구체적으로, 온도조절부재(114)는 컨트롤러(500)의 제어에 의해 온도측정유닛(600)으로 측정한 재배유닛(400)의 온도에 따라 열원 저장유닛(300)에 신호를 인가하여 열원 저장유닛(300)에 저장된 열원을 재배유닛(400)으로 보내어 난방을 제공할 수 있다.

연결배관(116)은 지중열교환기(112)와 온도조절부재(114)를 연결할 수 있다. 구체적으로, 연결배관(116)은 건물이나 각종 시설물 등의 내부와 지하수나 지열원 간의 전용액을 운반하는 배관으로, 지중열교환기(112)와 온도조절부재(114)를 연결하는 역할을 할 수 있다.

여기서, 지중열교환기(112)나 태양열교환기(220)에 사용되는 열교환기의 전용액은 열을 전달하기 위해 열교환기 내에서 사용되는 유체이다. 열교환기는 열을 한 장소에서 다른 장소로 전달하기 위해 사용되는 장치로서, 냉각 또는 가열 작업에서 사용될 수 있다. 전용액은 열을 효율적으로 전달하고 열교환기의 성능을 최적화하기 위한 것으로, 열교환기의 종류와 용도에 따라 다양한 종류가 있다.

일반적으로는 냉각수, 엔진 오일, 열전도유, 냉매 등이 전용액으로 사용되며, 이러한 유체는 열을 전달하는데 효과적이며 열교환기가 설계된 작동 온도 범위 내에서 안정적으로 작동할 수 있다.

전용액은 열을 흡수하고 방출하는 능력을 가지고 있어서, 열교환기를 통해 전달된 열을 효과적으로 처리할 수 있다. 열교환기는 일반적으로 두 개의 전용액 회로를 가지고 있으며, 하나의 회로에서는 열을 흡수하고 다른 회로에서는 열을 방출하고, 이를 통해 열을 효율적으로 전달하고 열 손실을 최소화할 수 있다.

그 외에 지열히트펌프(110)의 운영을 위해 필요한 기타 부속품으로는 보일러, 냉각기, 각종 센서 등이 있다.

지열흡입모듈(120)은 지열히트펌프(110)에 연결되어 지하에서 발생되는 지열을 전달하기 위해 보어홀이 형성된 상태로 지하에 매설되는 적어도 하나의 파이프(20)로 구성될 수 있다.

구체적으로, 보어홀은 시추작업으로 인해 지면에 뚫린 구멍으로서, 보어홀을 이용한 지열히트펌프(110)는 지열에너지를 이용하여 건물이나 각종시설물 등의 난방 및 냉방 시스템에 활용될 수 있다. 따라서. 지하수나 지열에너지원에서 추출한 냉, 온수를 이용하여, 보어홀을 통해 지하에서 추출한 열을 건물이나 각종 시설물 등 내부로 이동시켜 건물이나 각종 시설물 등의 내부의 온도를 유지하거나 조절할 수 있다.

보어홀은 흙속에 강철이나 플라스틱으로 만든 실린더 모양의 파이프(20) 등의 관을 쏘아넣어 만든 구조물로서, 이 구조물을 통해 지하수나 지열에너지원으로부터 추출한 열을 건물이나 각종 시설물 등의 내부로 이동시킬 수 있다. 이러한 방식으로 지열에너지를 활용하면, 전기나 가스와 같은 화석연료를 사용하는 보편적인 난방 및 냉방 시스템보다 환경 친화적이며 경제적일 수 있다.

지열순환펌프모듈(130)은 지열히트펌프(110), 지열흡입모듈(120) 및 열원 저장유닛(300)에 각각 연결되어 열원을 설정된 방향으로 이송시킬 수 있다.

지열순환펌프모듈(130)은 지열 1차 순환펌프(132) 및 지열 2차 순환펌프(134)을 포함할 수 있다.

지열 1차 순환펌프(132)는 지열히트펌프(110)에서 지열흡입모듈(120)로 열원을 이송시킬 수 있다.

지열 2차 순환펌프(134)는 열원 저장유닛(300)에서 지열히트펌프(110)로 열원을 이송시킬 수 있다.

태양열 공급유닛(200)은 태양열을 공급할 수 있다.

태양열 공급유닛(200)은 태양열집열기(210), 태양열교환기(220) 및 태양열 순환펌프모듈(230)을 포함할 수 있다.

태양열집열기(210)는 히트파이프 방식으로 이중진공관형으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 태양열집열기(210)는 태양일사를 효과적으로 수집, 이용하기 위하여 설치한 시설물로서 흡열판, 투명덮개, 단열재 등으로 구성될 수 있다.

태양열집열기(210)의 종류로는 평판형 집열기, 진공관형 집열기 PTC(Parabolic Trough Concentrator)형 집열기, CPC(Compound Parabolic Concentrator) 집열기, Dish형 집열기 등이 있다.

평판형 집열기는 전세계적으로 가장 많이 사용되고 있는 집열기로서 집열기가 평판형 형태이며 투과체, 흡수판, 열매체관 단열재로 구성될 수 있다. 진공관형 집열기는 투과체 내부를 진공으로 만들어 그 내부에 흡수판을 위치시킨 집열기로 진공관의 형태에 따라서 단일 진공관과 2중진공관이 있다.

태양열교환기(220)는 태양열집열기(210)에 연결되며 태양열집열기(210)에서 집열된 열원을 열원 저장유닛(300)으로 이송할 수 있다.

태양열교환기(220)의 구체적인 설명은 전술한 지중열교환기(112)에서 설명한 바와 같다.

태양열 순환펌프모듈(230)은 태양열집열기(210), 태양열교환기(220) 및 열원 저장유닛(300)에 각각 연결되어 열원을 설정된 방향으로 이송시킬 수 있다.

태양열 순환펌프모듈(230)은 태양열 1차 순환펌프(232) 및 태양열 2차 순환펌프(234)를 포함할 수 있다.

태양열 1차 순환펌프(232)는 태양열집열기(210)로부터 태양열교환기(220)로 열원을 이송시킬 수 있다.

태양열 2차 순환펌프(234)는 태양열교환기(220)로부터 열원 저장유닛(300)으로 열원을 이송시킬 수 있다.

열원 저장유닛(300)은 지열공급유닛(100)과 태양열 공급유닛(200)에서 공급된 열원을 저장할 수 있다.

열원 저장유닛(300)은 열원 저장탱크(310), 계간축열순환펌프(320) 및 난방순환펌프(330)를 포함할 수 있다.

열원 저장탱크(310)는 열원을 저장할 수 있다.

계간축열순환펌프(320)는 열원 저장탱크(310)와 지열공급유닛(100)에 각각 연결되어 지열공급유닛(100)의 열원을 열원 저장탱크(310)로 이송시킬 수 있다.

난방순환펌프(330)는 열원 저장탱크(310)와 재배유닛(400)에 각각 연결되어 지열공급유닛(100)의 열원을 열원 저장탱크(310)로 이송시킬 수 있다.

또한, 열원 저장유닛(300)은 컨트롤러(500)의 제어에 의해 태양열 공급유닛(200)에서 공급된 잉여 열원을 지열공급유닛(100)에서의 축적을 위해 지열공급유닛(100)으로 이송할 수 있다.

재배유닛(400)은 열원 저장유닛(300)에 연결되어 열원 저장유닛(300)으로부터 열원을 공급받아 재배작물을 난방시키며 외부와의 열교환이 가능하다. 재배유닛(400)은 내부에 FCU휀 코일 유닛 등의 설비가 구비되어 유체의 열을 교환하여 외부 공기로 방출시키는 역할을 할 수 있다.

컨트롤러(500)는 지열공급유닛(100), 태양열 공급유닛(200), 열원 저장유닛(300) 및 재배유닛(400)에 각각 연결되어 지열공급유닛(100), 태양열 공급유닛(200), 열원 저장유닛(300) 및 재배유닛(400)의 작동을 제어할 수 있다.

컨트롤러(500)는 온도측정유닛(600)을 통해서 측정된 재배유닛(400)의 온도가 기 설정된 온도 이하인 경우 난방순환펌프(330)를 가동하여 열원 저장유닛(300)의 열원을 재배유닛(400)에 제공할 수 있다.

컨트롤러(500)는 온도측정유닛(600)을 통해서 측정된 재배유닛(400)의 온도가 기 설정된 온도 이상인 경우 난방순환펌프(330)의 가동을 중단하여 열원 저장유닛(300)에서 재배유닛(400)로의 열원의 공급을 중단할 수 있다.

컨트롤러(500)는 태양열 공급유닛(200)으로 축적된 잉여 열원을 열원 저장유닛(300)을 통해서 지열공급유닛(100)으로 이송하여 축적하고, 필요시 지열공급유닛(100)에 축적된 열원을 재배유닛(400)으로 공급할 수 있다.

구체적으로, 본 발명의 스마트팜 시스템(10)은 컨트롤러(500)의 제어에 의해 난방기간에는 태양열 공급유닛(200)에 의한 태양열과 지열공급유닛(100)에 의한 지열을 통한 신재생에너지 100%를 난방공급으로 실현하고, 비난방기간에는 태양열 공급유닛(200)을 통해 축적된 태양열을 지중의 지열공급유닛(100)의 지열흡입모듈(120)로 보내 축적하여 태양열 공급유닛(200)의 과열을 방지할 수 있다. 이와 같이, 지중에 축열된 열원은 추, 동절기 등 태양의 일사량이 부족할 경우, 컨트롤러(500)의 제어로 계간축열순환펌프(320)와 난방순환펌프(330)를 가동시켜서 지열공급유닛(100)을 통해 공급되는 지열과 함께 열원 저장탱크(310)로부터 재배유닛(400)으로 이송되어 리사이클 에너지원으로 활용이 가능하다.

컨트롤러(500)는 무선통신모듈이 구비되어 외부의 모바일 단말기 등과 와이파이 통신모듈, 블루트스 통신모듈 및 지그비 통신모듈 중에서 어느 하나로 연동되어 외부에서도 작동을 제어하거나 제어 상황을 실시간으로 알아볼 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 재생에너지를 이용한 스마트팜 시스템은 온도측정유닛(600)을 더 포함할 수 있다.

온도측정유닛(600)는 재배유닛(400)에 구비되며 컨트롤러(500)에 연결되어 재배유닛(400) 내의 온도를 모니터링하면서 측정할 수 있다.

또한, 재배유닛(400)에 비상용 보일러(30)가 연결되어 시스템 미가동시 디젤연료 등을 사용하여 난방의 공급이 가능하다.

상술한 바와 같이 개시된 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시 예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.

본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.

10 : 스마트팜 시스템
20 : 파이프
30 : 비상용 보일러
100 : 지열공급유닛
110 : 지열히트펌프
112 : 지중열교환기
114 : 온도조절부재
116 : 연결배관
120 : 지열흡입모듈
122 : 파이프
130 : 지열순환펌프모듈
132 : 지열 1차 순환펌프
134 : 지열 2차 순환펌프
200 : 태양열 공급유닛
210 : 태양열집열기
220 : 태양열교환기
230 : 태양열 순환펌프모듈
232 : 태양열 1차 순환펌프
234 : 태양열 2차 순환펌프
300 : 열원 저장유닛
310 : 열원 저장탱크
320 : 계간축열순환펌프
330 : 난방순환펌프
400 : 재배유닛
500 : 컨트롤러
600 : 온도측정유닛

Claims (10)

1. 지열을 공급하는 지열공급유닛;
   태양열을 공급하는 태양열 공급유닛;
   상기 지열공급유닛과 상기 태양열 공급유닛에서 공급된 열원을 저장하는 열원 저장유닛;
   상기 열원 저장유닛에 연결되어 상기 열원 저장유닛으로부터 열원을 공급받아 재배작물을 난방시키며 외부와의 열교환이 가능한 재배유닛; 및
   상기 지열공급유닛, 상기 태양열 공급유닛, 상기 열원 저장유닛 및 상기 재배유닛에 각각 연결되어 상기 지열공급유닛, 상기 태양열 공급유닛, 상기 열원 저장유닛 및 상기 재배유닛의 작동을 제어하는 컨트롤러;를 포함하되,
   상기 지열공급유닛은,
   지열을 활용하여 난방, 냉방 및 온수 중에서 적어도 어느 하나를 제공하는 지열히트펌프;
   상기 지열히트펌프에 연결되어 지하에서 발생되는 지열을 전달하기 위해 보어홀이 형성된 상태로 지하에 매설되는 적어도 하나의 파이프로 구성되는 지열흡입모듈; 및
   상기 지열히트펌프, 상기 지열흡입모듈 및 상기 열원 저장유닛에 각각 연결되어 열원을 설정된 방향으로 이송시키는 지열순환펌프모듈;을 포함하고,
   상기 지열히트펌프는,
   지열원에서 추출한 열을 상기 열원 저장유닛로 이송하는 지중열교환기;
   상기 지중열교환기와 연결되며 상기 열원 저장유닛의 열원을 이용하여 상기 재배유닛의 내부 온도를 조절하는 온도조절부재; 및
   상기 지중열교환기와 상기 온도조절부재를 연결하는 연결배관;을 포함하며,
   상기 재배유닛에 구비되며 상기 컨트롤러에 연결되어 상기 재배유닛 내의 온도를 모니터링하면서 측정하는 온도측정유닛;을 포함하고,
   상기 지열히트펌프는 지하수나 지열원으로부터 추출한 냉, 온수가 상기 지중열교환기를 통해 유입되어 시설물의 내부의 온도를 유지하거나 조절할 수 있고,
   상기 지중열교환기는 전용액을 사용하여 열을 전달하며, 상기 전용액은 열을 흡수하고 방출하는 능력을 가지고 있고, 냉각수, 엔진 오일, 열전도유 및 냉매 중에서 어느 하나이며,
   상기 온도조절부재는 디지털 온도계, 온도제어기 및 시간제어기가 포함되어, 상기 컨트롤러의 제어에 의해 상기 온도측정유닛으로 측정한 상기 재배유닛의 온도에 따라 상기 열원 저장유닛에 신호를 인가하여 상기 열원 저장유닛에 저장된 열원을 상기 재배유닛으로 보낼 수 있고,
   상기 보어홀은 흙속에 강철이나 플라스틱의 실린더 모양의 파이프를 쏘아넣어 만든 구조물인 것을 특징으로 하는 재생에너지를 이용한 스마트팜 시스템.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 지열순환펌프모듈은,
   상기 지열히트펌프에서 상기 지열흡입모듈로 열원을 이송시키는 지열 1차 순환펌프; 및
   상기 열원 저장유닛에서 상기 지열히트펌프로 열원을 이송시키는 지열 2차 순환펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생에너지를 이용한 스마트팜 시스템.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 태양열 공급유닛은,
   히트파이프 방식으로 이중진공관형으로 형성되어 태양열을 집열하는 태양열집열기; 및
   상기 태양열집열기에 연결되며 상기 태양열집열기에서 집열된 열원을 상기 열원 저장유닛으로 이송하는 태양열교환기; 및
   상기 태양열집열기, 상기 태양열교환기 및 상기 열원 저장유닛에 각각 연결되어 열원을 설정된 방향으로 이송시키는 태양열 순환펌프모듈;을 포함하는 것을 특징으로 하는 재생에너지를 이용한 스마트팜 시스템.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 태양열 순환펌프모듈은,
   상기 태양열집열기로부터 상기 태양열교환기로 열원을 이송시키는 태양열 1차 순환펌프; 및
   상기 태양열교환기로부터 상기 열원 저장유닛으로 열원을 이송시키는 태양열 2차 순환펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생에너지를 이용한 스마트팜 시스템.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 열원 저장유닛은,
   열원을 저장하는 열원 저장탱크;
   상기 열원 저장탱크와 상기 지열공급유닛에 각각 연결되어 상기 지열공급유닛의 열원을 상기 열원 저장탱크로 이송시키는 계간축열순환펌프; 및
   상기 열원 저장탱크와 상기 재배유닛에 각각 연결되어 상기 지열공급유닛의 열원을 상기 열원 저장탱크로 이송시키는 난방순환펌프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 재생에너지를 이용한 스마트팜 시스템.
   
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9. 청구항 7에 있어서,
   상기 컨트롤러는 상기 온도측정유닛을 통해서 측정된 상기 재배유닛의 온도가 기 설정된 온도 이하인 경우 상기 난방순환펌프를 가동하여 상기 저장유닛의 열원을 상기 재배유닛에 제공하는 것을 특징으로 하는 재생에너지를 이용한 스마트팜 시스템.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 컨트롤러는,
    상기 태양열 공급유닛으로 축적된 잉여 열원을 상기 열원 저장유닛을 통해서 상기 지열공급유닛으로 이송하여 축적하고, 필요시 상기 지열공급유닛에 축적된 열원을 상기 재배유닛으로 공급하는 것을 특징으로 하는 재생에너지를 이용한 스마트팜 시스템.

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