KR101454198B1 - 광원이용률 및 공간활용도가 개선된 식물공장용 조명-식재베드 세트 및 이것이 적용된 컨테이너형 식물공장 - Google Patents

Abstract

본 발명은 조명부의 활용률을 높이고 공간을 보다 효율적으로 활용할 수 있으며, 작물의 광주기에 적절하게 대처할 수 있는 새로운 구조의 식물공장용 조명-식재베드 세트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 (A) 수직의 원통 형상 또는 정n각통 형상의 베드프레임; (B) 상기 베드프레임의 둘레에 표면에 부착되는 둘 이상의 호형[베드프레임이 원통 형상일 때] 또는 n개의 평판형[베드프레임이 정n각통 형상일 때]으로서, ① 작물이 식재된 메디아 또는 ② 작물이 식재된 메디아를 담고 있는 포트가 장착-탈착되는 수직식재베드; (C) 상기 베드프레임의 일측 방향에 베드프레임과 소정거리 이격되어 설치되는 수직조명부; 및 (C) 상기 베드프레임의 수직중앙을 회전축으로하여 상기 베드프레임을 회전시키는 회전부;를 포함하는 식물공장용 조명-식재베드 세트에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 식물공장용 조명-식재베드 세트가 적용된 식물공장, 특히 컨테이너형 식물공장에 관한 것이다.

Description

광원이용률 및 공간활용도가 개선된 식물공장용 조명-식재베드 세트 및 이것이 적용된 컨테이너형 식물공장{Light Source for Plant Factory-Planting Bed Set Having Improved Utilization Rate for Light Source and Space and Container Type Plant Factory Applying It}

본 발명은 조명부의 활용률을 높이고 공간을 보다 효율적으로 활용할 수 있으며, 작물의 광주기에 적절하게 대처할 수 있는 새로운 구조의 식물공장용 조명-식재베드 세트 및 이것이 적용된 식물공장, 특히 컨테이너형 식물공장에 관한 것이다.

식물공장이란 "채소나 묘를 중심으로 하는 작물을 통제된 일정한 시설 내에서 빛, 온·습도, 이산화탄소 농도 및 배양액 등의 환경조건을 인공적으로 제어하여 계절이나 장소에 관계없이 자동적으로 연속 생산하는 시스템"을 말한다.

최근 식물공장은 식량의 안정된 확보차원 뿐만 아니라, 차세대 에너지원 개발,녹색환경의 조성 등 식물공장을 통한 다양한 전·후방산업에 영향을 미칠 것으로 기대되어 전 세계적으로 관련 기술에 대한 전문연구가 활발하게 이루어지고 있다. 기존 농·어업 분야에 첨단 융·복합 기술을 접목하여 국내 농어업을 첨단 농·어업으로 발전시켜 나아갈 수 있는 중요한 분야로, 특히 우리나라가 장점으로 보유하고 있는 IT, BT, 건설 및 소재분야 기술을 바탕으로 우리나라가 집중적으로 육성해야 할 중요한 분야이다. 또한, 식물공장은 전 세계적인 기후변화에 대응하여 식량안보, 에너지 저감을 통한 녹색환경 실현 등 전 세계가 직면하고 있는 문제해결에 기여할 수 있는 분야로 인식되고 있다. 특히, 국내에서는 2010년에 기상악화로 인한 채소파동을 겪으면서, 안정된 식량원의 확보가 국가 및 서민경제에 막대한 영향을 준다는 것을 확인한 바 있어 식물공장은 이를 극복할 수 있는 대안 중 하나로서 관심을 모으고 있다.

한편, 식물공장이 갖추어야 할 요소로는 시설 및 건조물, 조명 장치, 공기조화 장치, 가스조절 장치, 수경재배 시스템, 이송 장치, 자동화 설비 등이 있으며, 이들 각 요소는 개별적으로 연구개발이 진행되어 기술이 축적되고 있다.

이중 조명 장치는 주로 열이 적고 빛이 충분한 조명 장치로 구성하여야 하는데, 이 때 고려되어야 할 조명 성능으로는 광원, 광질, 광량, 광강도, 광주기 등이 있다. 초창기 식물공장은 광원으로 백열등, 형광등, 나트륨램프 등을 사용하였으나, 최근에는 LED에 의해 선택적 파장의 광을 공급하면 식물의 생장촉진, 재배기간 단축, 색소제어나 항산화물질 증강, 병해충 방제의 효과를 보이는 것으로 확인되면서 LED가 널리 이용되고 있다.

그러나 식물공장은 좁은 공간 내에 수직 다단으로 식물을 재배하기 위하여 많은 LED 조명을 사용하여야 하므로 LED 조명 설비비(식물공장 건설비용의 30~40%)가 많이 소요되며 또한 LED 조명에서 다량의 열이 발생하기 때문에 공기조화장치가 상시적으로 가동되어 운영비용이 증가하는 단점이 있다.

광주기(photoperiod)란 하루(24시간) 중의 명기/암기(낮/밤) 길이에 대한 식물의 생장 및 개화에 대한 반응을 말한다. 논문(이혜인, 전북대학교 생물산업기계공학과 석사학위 논문, 2011. 5. 11; 이재수, 전북대학교 생물산업기계공학과 석사학위 논문, 2012. 2. 22)에 의하면, LED 조명 적용시 상추의 경우 명기가 길수록 생체량이 증가하는 특성을 보이지만, 유효 생체성분인 안토시아닌의 함량은 광주기가 12/12인 조건에서 가장 높으며, 비타민 C의 함량은 광주기가 16/8일 때 가장 높다고 하였다. 또 다른 논문(권순주, 경상대학교 농공학과 석사학위 논문, 2012. 8.)은, LED 조명 적용시 상추의 생체중(뿌리 및 엽), 근장 및 엽수는 광주기가 길어질수록 생육상태가 상대적으로 양호하지만, [상품성 측면에서 중요한] 엽장과 엽폭은 광주기가 12/12에서 상대적으로 양호하다고 보고하고 있다. 또한 광이 줄기의 생장을 저해하지만 잎의 생장은 촉진하며, 상추(lettuce)와 무(radish)에서 광주기가 짧으면 지상부/지하부 비가 커진다는 보고도 있다. (http://www.cropsreview.com/photoperiodism.html)

아직 LED 조명의 광주기에 따른 다양한 작물들의 생체량, 유효 생체성분 함량 등에 대한 연구가 거의 이루어지지 않고 있지만, 식물공장에서 생육되는 작물들도 고유한 광주기에 따라 조명이 제어되어야 함은 명백하다.

그러나 현재까지 알려진 식물공장은 수직다단의 선반구조로 되어 있고 각 선반의 아래공간에 식물재배용 트레이 또는 베드가 탑재되고, 선반의 상부공간에 조명장치가 설치되어 있다. 이때 조명장치의 용량(예를 들면 LED의 개수와 광강도)은 트레이 또는 베드의 전면적에 걸쳐 조사되며, 재배되는 작물에 최적이 되도록 결정된다. 그리고 식물공장 운영시 재배되는 작물의 생리적 특성과 목표 품질에 따라 적절한 광주기가 되도록 통상 12~18시간 전면적으로 조명을 켜고 나머지 6~12시간동안 조명을 끄는 방식으로 관리하고 있다. [이하에서는 설명의 편의를 위해 광주기가 12/12라 가정한다.]

이렇게 예를 들어 광주기 12/12로 식물공장을 운영하는 경우 고가의 LED 조명장치를 불가피하게 50%밖에 활용하지 못하고 있는 것이 현실이다. 이러한 LED 조명장치의 불충분한 활용은, 현재까지 명시적으로 논의되거나 문제 제기된 바는 없지만, 일면에서는 고가의 LED 조명장치를 낭비하는 것이며, 다른 면에서는 식물공장의 공간적 활용도를 감소시킴으로써 궁극적으로 식물공장의 경제성을 떨어뜨려 이의 활성화를 어렵게 하는 중요한 요소가 되고 있다.

한편, 식물의 생장속도는 이산화탄소의 공급과 적절한 습도에 의해 영향을 받게 되는 데, 작물의 표면으로 적정한(미세한) 정도 이상의 기체 교란(바람)이 없으면 잎이 적당한 량의 이산화탄소 및 적절한 습도를 공급받지 못하여 생장이 저해되는 것으로 알려져 있다. 항상 바람이 부는 노지에서와는 달리 식물공장은 밀폐된 공간이기 때문에 자연적인 기류가 형성될 수 없다. 따라서 식물공장에서는 공기조화 장치의 팬 용량을 크게 하거나, 내부에 고르게 기류가 발생할 수 있도록 하는 공기순환장치를 별도로 구비하고 있다.(공개특허 10-2011-0023288) 이 역시 식물공장의 고정비용을 증가시키는 요인이 된다.

공개특허 10-2011-0023288

이혜인, 전북대학교 생물산업기계공학과 석사학위 논문, 2011. 5. 이재수, 전북대학교 생물산업기계공학과 석사학위 논문, 2012. 2. 권순주, 경상대학교 농공학과 석사학위 논문, 2012. 8. http://www.cropsreview.com/photoperiodism.html

본 발명은 조명장치를 실질적으로 100% 활용할 수 있도록 함으로써, 즉 종래 식물공장에 비해 적은 용량의 조명장치를 사용함으로써 경제성이 증대된 새로운 구조의 식물공장용 조명-식재베드 세트를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 식물공장용 조명-식재베드 세트를 적용하여 작물의 재배밀도를 더 높게 할 수 있는 새로운 구조의 식물공장을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 상기 식물공장용 조명-식재베드 세트를 적용하여 종래 컨테이너형 식물공장에 비해 공간이용효율이 증가된 새로운 구조의 컨테이너형 식물공장을 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 (A) 수직의 원통 형상 또는 정n각통 형상의 베드프레임; (B) 상기 베드프레임의 둘레에 표면에 부착되는 둘 이상의 호형[베드프레임이 원통 형상일 때] 또는 n개의 평판형[베드프레임이 정n각통 형상일 때]으로서, ① 작물이 식재된 메디아 또는 ② 작물이 식재된 메디아를 담고 있는 포트가 장착-탈착되는 수직식재베드; (C) 상기 베드프레임의 일측 방향에 베드프레임과 소정거리 이격되어 설치되는 수직조명부; 및 (C) 상기 베드프레임의 수직중앙을 회전축으로하여 상기 베드프레임을 회전시키는 회전부;를 포함하는 식물공장용 조명-식재베드 세트인 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 종래의 수직다단식 선반구조의 식물공장에 비하여 조명부를 최대한 활용[즉, 최소한의 조명부를 사용]함으로써 궁극적으로 재배공간을 최대화 할 수 있는 식물공장이 가능하게 된다. 이에 의해 종래와는 달리 여유 공간이 충분하여 작업이 편리하고 작물의 생산량은 증대되는 새로운 식물공장을 제작할 수 있게 된다.

본 발명에 의하면 종래 식물공장에 비해 고정비 및 운영비용을 상대적으로 절감할 수 있기 때문에 식물공장을 통한 작물의 생산비용을 대폭 낮추어 식물공장의 활성화에 기여하게 된다.

도 1a은 본 발명에 의한 식물공장용 조명-식재베드의 일예를 보여주는 사시도.
도 1b는 본 발명에 의한 식물공장용 조명-식재베드의 작동원리를 보여주는 개념적 평면도.
도 2a는 도 1에 예시된 조명-식재베드에서 수직식재베드를 베드프레임에 장착하는 과정을 예시적으로 도시한 흐름도.
도 2b는 본 발명의 수직식재베드의 베드프레임 상부틀과 하부틀을 부분적으로 보여주는 예시적 도면
도 2c는 본 발명의 수직식재베드 일예의 정면도, 측면도, 사시도 및 분해사시도.
도 2d는 본 발명에 의한 식물공장용 조명-식재베드에서 양액이 공급/회수되는 양액공급수단의 일부를 보여주는 예시적 도면.
도 2e는 본 발명에 의한 식물공장용 조명-식재베드에서 양액공급수단이 결합되는 예를 보여주는 흐름도.
도 3a 및 3b는 본 발명에 의한 조명-식재베드 세트가 복수개 설치되었을 때의 회전부의 구조와 작동방식을 보여주는 예시적 도면.
도 4a 및 4b는 본 발명에 의한 조명-식재베드가 적용된 구체적인 컨테이너형 식물공장의 투시 예시도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

먼저 혼동을 방지하기 위하여 본 발명에서 사용되는 용어를 정의한다.

일반적으로 '식재베드'란 양액재배장치 또는 식물공장에서 작물이 식재된 메디아 또는 작물이 식재된 메디아를 담고 있는 포트가 장착되어 작물이 자라게 되는 공간을 의미한다. '메디아'란 작물을 직접 고정하기 위한 인공토양, 스티로폼, 스펀지 등의 지지물로서, 하나의 메디아에 하나 또는 복수개의 작물이 지지될 수도 있다. 메디아는 특성(자체 형태유지 능력의 유무)에 따라 그대로 식재베드에 장착될 수도 있고, 액체가 자유통과되는 재질/구조로 된 소정의 포트에 담겨서 식재베드에 장착될 수도 있다.

일반적으로 식물공장에서의 조명부는 재배되는 작물이 광합성을 할 수 있도록 광원을 공급하는 기능을 하는 것으로서, 광원으로는 백열등, 형광등, 나트륨램프, 메탈할라이드램프 또는 다양한 파장대의 LED 등을 단독 또는 조합해서 사용할 수 있다. 본 발명의 조명부는 광원의 종류를 한정하지 않지만, 파장 선택이 용이하고 작물의 생장촉진, 재배기간 단축, 색소제어나 항산화물질 증강, 병해충 방제의 효과가 우수한 것으로 알려진 LED를 적용하는 것이 바람직하다. 조명부를 구성하기 위한 구체적인 LED의 종류나 전기회로의 구조 등은 당업계에 널리 알려져 있는 것으로서 상황에 따라 적절하게 선택할 수 있을 것이다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 베드프레임(10), 수직식재베드(20), 수직조명부(30) 및 회전부를 포함하는 식물공장용 조명-식재베드 세트에 관한 것이다. 도 1에 본 발명에 의한 식물공장용 조명-식재베드 세트의 일예의 사시도를 도시하였다.

본 발명의 가장 큰 특징은 ① 식재베드와 조명부가 수직형인 수직식재베드(20), 수직조명부(30)라는 점 ② 수직조명부(30)가 수직식재베드(20)의 일측 방향에만 설치된다는 점 및 ③ 수직식재베드(20)가 수직조명부(30)에 대하여 상대적으로 회전한다는 점이다.

종래 대부분의 식물공장이 수직다단의 선반구조로 되어 있고 각 선반의 아래공간에 식물재배용 트레이 또는 베드가 수평으로 탑재되고, 선반의 상부공간에 조명장치가 수평으로 설치되어 있다. 이에 반하여 본 발명에서 '수직식재베드(20)'와 '수직조명부(30)'는 도 1에서 볼 수 있듯이, 조명부와 식재베드가 수직으로 이격되어 있음을 의미한다. 물론 조명부에 장착되는 광원의 방향을 하향으로 조절함으로써 식재베드에 식재된 작물에는 거의 수직의 빛이 조사되도록 할 수 있다.

본 발명에서 베드프레임(10)은 수직식재베드(20)가 수직으로 장착되도록 하는 수직의 원통 형상 또는 정n각통 형상의 골격이다. 공간의 활용도, 수직식재베드(20)의 제작용이성 및 조작 편의성을 위해 상기 베드프레임(10)은, 도면에 예시적으로 도시한 바와 같이, 정육각통 형상인 것이 바람직하다.

도 2a의 A에 상부틀(11), 상부틀(11)과 하기 양액분사관(51)을 매개로 연결된 하부틀(13)로 이루어진 베드프레임(10)의 일예를 도시하였다. 이 예에서 하부틀(13)은 하기 양액 수집용기(54)와 일체화되어 있다. 한편, 도시되지는 않았지만 베드프레임(10)의 상부틀(11)과 하부틀(13) 사이에 수직으로 연결된 하나 이상의 고정연결관을 두어 베드프레임(10)의 형태가 견고하게 유지되도록 할 수도 있다. 아래에서 설명하겠지만, 수직식재베드(20)의 장착-탈착을 위해, 베드프레임(10)의 상부틀(11) 하면과 하부틀(13) 상면에, 마치 미닫이문-문짝 구조처럼, 상부틀홈(12)과 하부틀홈(14)을 형성하는 것이 좋다. 도 2b의 A와 B에 각각 상부틀홈(12)과 하부틀홈(14)의 일부를 도시하였다.

수직식재베드(20)는, ① 작물이 식재된 메디아 또는 ② 작물이 식재된 메디아를 담고 있는 포트가 장착-탈착되는 구조로 되어 있으며 상기 베드프레임(10)의 둘레 표면에 수직으로 부착된다. 설명의 편의를 위해, 부착된 수직식재베드(20)의 바깥면을 전면, 안쪽면을 후면이라 칭한다.

수직식재베드(20)는 베드프레임(10)에 고정 부착될 수도 있지만, 조작의 편의성을 위해 장착-탈착되도록 하는 것이 바람직하다. 구체적인 수직식재베드(20)의 장착-탈착방법은 고리식, 홈식 등 다양한 것을 선택할 수 있을 것이다. 도 2a 및 2b에 수직식재베드(20)의 상부말단을 베드프레임(10)의 상부틀홈(12)에, 하부말단을 베드프레임(10)의 하부틀홈(14)에 끼워서 장착(탈착은 반대)하는 구조에서 수직식재베드(20)를 장착하는 과정을 예시적으로 도시하였다. 수직식재베드(20)를 탈착식으로 함으로써 수확 및 정식 시 간편하게 탈부착 할 수 있도록 하여 작업을 간편화하고, 수확 후 수직식재베드(20)를 를 즉시 교체함으로써 생산주기 단축하는 효과를 얻을 수 있다.

수직식재베드(20)의 기본형상은, 베드프레임(10)이 원통 형상일 때 수직식재베드(20)는 둘 이상의 호형(도시 생략)인 것이 바람직하며, 베드프레임(10)이 정n각통 형상일 때는 n개의 평판형인 것이 바람직하다. 도면에서는 베드프레임(10)을 정육각통 형상을 예시하였으며, 따라서 수직식재베드(20)는 정육각통의 각 외면에 대응되는 크기의 것 여섯 개가 필요하다.

본 발명에서 상기 수직식재베드(20)에 ① 작물이 식재된 메디아 또는 ② 작물이 식재된 메디아를 담고 있는 포트(이하 단순히 '메디아'라 함)는 다양한 방식으로 탈부착될 수 있다. 예를 들면, 도 2c에 예시적으로 도시된 바와 같이, 수직식재베드(20)에 수평으로 소정정 개수의 관통부(22)가 형성되어 있고 각각의 관통부(22)에 '메디아'를 지지하는 식재틀(21)이 탁착가능하게 장착되어 있다(도 2c 참조). 도 2c에서 A~D는 각각 수직식재베드(20)의 일예의 정면도, 측면도, 사시도 및 일부분해 사시도이다.

이렇게 수직식재베드(20)에 식재틀(21)과 관통부(22)가 있는 경우, 상기 베드프레임(10)의 중앙축상에 위치하며, 상기 수직식재베드(20)의 관통부(22)를 향하여 양액을 분사하는 양액분사구(52)가 소정의 간격으로 복수개 형성된 양액분사관(51)과, 상기 양액분사관(51)의 상부로 양액을 공급하는 양액이송관(53) 및 양액탱크(도시 생략)와, 상기 베드프레임(10)의 바닥에 위치하며, 흘러내리는 양액을 수집하는 수집용기(54)와 수집용기(54)에 수집된 양액을 상기 양액탱크로 이송하는 양액회수관(55)과, 양액을 순환시키는 이송펌프(도시 생략)를 포함하는 양액이송수단을 추가로 설치하여 작물이 식재된 메디아에 양액이 공급/회수될 수 있도록 하는 것이 좋다(도 2c 참조). 여기서 수집용기(54)는, 도면에서처럼 상기 베드프레임(10)의 하부틀(13)과 일체로 형성되는 것이 좋다. 도면에서 양액탱크, 양액펌프, 필터장치 등은 도시를 생략하였다.

이때 베드프레임(10)(따라서 여기에 장착된 수직식재베드(20) 및 수집용기(54))과 양액분사관(51)은 함께 회전해도 되고, 양액분사관(51)이 고정될 수도 있다. 도 2d에 양액분사관(51)과 양액이송관(53)을 결합하는 방식의 예를 순서에 따라 도시하였다. 이 경우 베드프레임(10)의 풀리-상부틀(11)-하부틀(13)은 양액분사관(51)과 상대적으로 회전가능하도록 결합(예를 들면 베어링결합)되어 있어 양액분사관(51)이 고정된 상태에서 베드프레임(10)(따라서 여기에 장착된 수직식재베드(20) 및 수집용기(54))가 회전하게 된다.

이러한 구조에 의하면, 수직식재베드(20)의 후면으로 분사된 양액이 관통부(22)를 통하여 메디아(또는 노출된 뿌리)에 공급되고 남는 양액이 중력에 의해 자연스럽게 하단의 수집용기(54)로 모이게 되므로 구성이 간단하면서도 과도한 양액공급에 의한 낭비 또는 뿌리의 썩음이 방지된다. 과다 양액이 효과적으로 배출되도록 상기 식재틀(21)의 바닥면은 수직식재베드(20)의 후면 방향으로 다소 기울어진 구조인 것이 좋다.

양액은 수직조명부(30)와 대면하는 면 즉, 조명을 받는 면에만 공급하는 것이 바람직하다. 이 경우 양액분사관(51)은 고정되고, 양액분사구(52)는 수직조명부(30)를 향해서만 형성되도록 한다. 이에 의하여 조명을 받는 동안(낮에 대응)에는 충분한 양액이 공급되어 광합성과 생장이 활발하게 이루어지고, 조명을 받지 않는 동안(밤에 대응)에는 작물이 휴지하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명에서 상기 수직조명부(30)는 상기 베드프레임(10)의 일측 방향에 베드프레임(10)과(따라서 수직식재베드(20)의 전면과) 소정거리 이격되어 설치된다. 수직조명부(30)는 평판형인 것도 가능하지만, 조명의 효율을 높이기 위해서 광원이 부착된 면의 형상이 베드프레임(10)의 형상에 대응되도록 하는 것이 바람직하다. 도 1a에, 정육각통 형상의 베드프레임(10)에 대응되는, 확대된 정육각통의 3면으로 이루어진 수직조명부(30)가 예시적으로 도시되어 있다.

본 발명에서 회전부(40)의 작동주기를 24시간으로 고정하였을 때, 상기 수직조명부(30)에 의해 베드프레임(10)에 조사되는 면적과 조사되지 않는 면적비가 조명-식재베드의 광주기가 된다. 예를 들면 도 1에서처럼 수직조명부(30)가 베드프레임(10)의 1/2에 조사되도록 하는 경우 광주기는 12/12가 되는 것이다. 그런데 작물의 종류나 생장주기에 따라 광주기를 변경할 필요가 있다. 이를 위해 본 발명에서는 상기 수직조명부(30)의 양측 수직말단을 확장 또는 축소할 수 있는 구조인 것이 바람직하다.

이렇게 본 발명에 의한 조명-식재베드 세트에서, 수직조명부(30)가 수직식재베드(20)의 일측 방향에만 설치되는 것 즉, 수직조명부(30)가 베드프레임(10)의 소정의 면적에만 돌아가면서 조사한다는 점이 본 발명의 핵심적 효과를 나타낸다. 즉, 본 발명에 의하면 조명부가 상시적으로 켜져 있으면서 [즉, 조명부의 활용도가 100%이면서] 작물에 대해 최적의 광주기를 적용할 수 있게 되는 것이다. 종래 기술에 의하면, 조명부와 식재베드가 고정되어 있어 광주기를 적용하기 위해서는 하루 중 일부 시간의 조명을 꺼 두어야 하기 때문에 결과적으로 고가의 조명부를 최대한 활용하지 못하며, 상대적으로 조명부를 위해 더 많은 공간을 필요로 하는 것이다.

본 발명에서 상기 회전부(40)는 상기 베드프레임(10)의 수직중앙축을 중심으로 베드프레임(10)을(따라서 여기에 부착되는 수직식재베드(20)) 상기 수직조명부(30)에 대해 상대적으로 회전시키는 기능을 한다. 본 발명에서 베드프레임(10)과 수직조명부(30) 중 어느 하나가 고정되고 다른 하나가 회전하면 되지만, 전기적 장치인 수직조명부(30)를 회전시키는 것이 기구적으로 복잡하므로 수직조명부(30)를 고정하고 베드프레임(10)을 회전시키는 것이 바람직하다. 회전속도는 하루 주기에 맞추어 1회전/24시간으로 하는 것이 바람직하다.

회전부(40)의 구체적 구조 및 작동방식은 당업자가 적절하게 선택할 수 있을 것이다. 도 3a 및 3b에 본 발명에 의한 조명-식재베드 세트가 복수개 설치되었을 때의 회전부(40)의 구조와 작동방식을 예시적으로 도시하였다. 도면의 명료화를 위해 도면에는 수직식재베드(20)가 부착된 베드프레임(10)과 회전부(40)만을 도시하였다. 도시된 바와 같이, 본 발명에서 회전부(40)는 회전모터(41)와, 각 베드프레임(10)의 상단에 설치된 풀리(15)와, 회전모터(41)(풀리)의 회전력을 베드프레임(10) 풀리(15)에 전달하는 벨트(42)로 구성될 수 있다. 이러한 방식의 회전수단과, 회전모터(41)의 수 등과, 또 다른 회전방식 등은 당업계에 널리 알려진 사항이므로 구체적인 설명을 생략한다.

이상과 같은 구조와 기능을 가지는 본 발명에 의한 조명-식재베드 세트는 하나 또는 복수개 연설하여 식물공장을 구성할 수 있다. 즉, 종래 식물공장에서 선반의 아래공간에 식물재배용 트레이 또는 베드가 수평으로 탑재되고, 선반의 상부공간에 조명장치가 수평으로 설치된 수직다단의 선반구조 대신 본 발명에 의한 조명-식재베드 세트를 적용함으로써 새로운 구조의 식물공장이 가능하게 된다.

본 발명에 의한 조명-식재베드를 제외한 다른 구성요소, 예를 들면, 공기조화장치, 가스조절장치, 이송장치, 자동화설비, 기타 시설 및 건축물 등은 당업자가 적절하게 선택하고 변경하여 적용할 수 있음은 명백하다.

다만, 종래 식물공장에서 작물의 표면에 고르게 이산화탄소 및 적절한 습도를 공급하기 위하여 공기조화 장치의 팬 용량을 크게 하거나, 내부에 고르게 기류가 발생할 수 있도록 하는 공기순환장치를 별도로 구비하는 것이 필수적이었으나, 본 발명에 의한 조명-식재베드가 적용된 식물공장에서는 베드프레임(10)이 회전하면서 항상 공기의 미세교란이 유도되므로 별도로 공기를 강제순환할 필요가 없어진다.

본 발명에 의한 조명-식재베드 세트는 종래 식물공장에서 사용되던 다단식 식재선반에 비해 공간 활용도가 월등히 높다. 따라서 정형화되고 한정된 컨테이너와 같은 공간에 적용할 경우 더욱 우수한 경제성을 나타낼 수 있다.

예를 들면, 통상의 컨테이너에, 상기 수직조명부(30)가 양측 벽면에 인접되도록 하고 상기 베드프레임(10)이 컨테이너의 내측에 위치하도록, 본 발명에 의한 조명-식재베드 세트가 두 줄로 설치된 컨테이너형 식물공장을 제작할 수 있다. 이때 컨테이너 좌우 벽에 광원(예를 들면 LED)을 고정하여 '수직조명부(30)'를 제작한다면[즉, 컨테이너 좌우벽을 수직조명부(30)로 활용한다면] 식물공장 제조비용을 더욱 낮추면서도 공간활용도를 높일 수 있을 것이다.

도 4a와 4b에 본 발명에 의한 조명-식재베드가 적용된 구체적인 컨테이너형 식물공장의 외형과 내부투시도를 예시하였다(이해의 편의를 위해 관찰자 측의 수직조명부(30)의 도시를 생략함). 상기 컨테이너형 식물공장은, 도시되었듯이, 외출입구(61); 상기 외출입구(61)에 인접하여 출입하는 인력 또는 물품을 소독하는 소독구역(62) 및 내출입구(63); 상기 내출입구에 인접하여 작물을 초기 육묘하는 육묘공간(64); 및 상기 육묘공간(64)에 인접하여 조명-식재베드 세트가 복수개 설치된 재배공간(65);으로 구성되는 것이 바람직하다.

소독구역은 출입하는 사람이나 물품의 미세 먼지와 오염 물질이나 유해균을 제거하는 공간으로서 예를 들면 Air shower room일 수 있다. 육묘공간(64)은 작물의 초기 생육을 촉진하여 작물의 생산주기를 짧게 하여 궁극적으로 생산량을 늘리는데 필요한 육묘작업이 이루어지는 공간이다. 예컨대, 상추의 경우 파종상자에 상추를 파종하고 육묘공간(64)에서 10~15cm 정도 성장할 때까지 육묘공간(64)에서 기른다.

10. 베드프레임
11. 상부틀 12. 상부틀홈 13. 하부틀
14. 하부틀홈 15. 풀리
20. 수직식재베드
21. 식재틀 22. 관통부
30. 수직조명부
40. 회전부
41. 회전모터 42. 벨트
51. 양액분사관 52. 양액분사구 53. 양액이송관
54. 수집용기 55. 양액회수관
61. 외출입구 62. 소독구역 63. 내출입구
64. 육묘공간 65. 재배공간

Claims (8)

1. 식물공장에 적용되는 조명-식재베드 세트로서,
   (A) 수직의 원통 형상 또는 정n각통 형상의 베드프레임(10);
   (B) 상기 베드프레임(10)의 둘레에 부착되는 둘 이상의 호형[베드프레임(10)이 원통 형상일 때] 또는 n개의 평판형[베드프레임(10)이 정n각통 형상일 때]으로서, 베드프레임(10)에 부착되었을 때 외부를 향하는 면에 ① 작물이 식재된 메디아 또는 ② 작물이 식재된 메디아를 담고 있는 포트가 장착-탈착되는 수직식재베드(20);
   (C) 상기 베드프레임(10)의 외부 일측 방향에 베드프레임(10)과 소정거리 이격되어 설치되는 수직조명부(30);
   (D) 상기 베드프레임(10)의 수직중앙을 회전축으로하여 상기 베드프레임(10)을 회전시키는 회전부(40);
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장용 조명-식재베드 세트.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 수직조명부(30)의 양측 수직말단은 필요에 따라 확장되거나 축소될 수 있는 것을 특징으로 하는 식물공장용 조명-식재베드 세트.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 수직식재베드(20)에는 수평으로 소정 개수의 관통부(22)가 형성되고, 상기 각각의 관통부(22)에는 ① 작물이 식재된 메디아 또는 ② 작물이 식재된 메디아를 담고 있는 포트가 안착되는 식재틀(21)이 탁착가능하게 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 식물공장용 조명-식재베드 세트.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   
   상기 베드프레임(10)의 중앙축에 위치하며, 상기 수직식재베드(20)의 관통부(22)를 향하여 양액을 분사하는 양액분사구(52)가 소정의 간격으로 복수개 형성된 양액분사관(51)과,
   상기 양액분사관(51)의 상부로 양액을 공급하는 양액이송관(53) 및 양액탱크와,
   상기 베드프레임(10)의 바닥에 위치하며, 흘러내리는 양액을 수집하는 수집용기(54)와 수집용기(54)에 수집된 양액을 상기 양액탱크로 이송하는 양액회수관(55)과,
   양액을 순환시키는 이송펌프를 포함하는 양액이송수단을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장용 조명-식재베드 세트.
   
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 의한 식물공장용 조명-식재베드 세트가 하나 또는 복수개 적용된 식물공장.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 식물공장은
   컨테이너에 내장되는 것을 특징으로 하는 컨테이너형 식물공장.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 수직조명부(30)가 컨테이너의 양측 벽면에 인접되도록 상기 조명-식재베드 세트가 두 줄로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 컨테이너형 식물공장.
   
8. 제 5 항에 있어서,
   외출입구(61);
   상기 외출입구(61)에 인접하여 출입하는 인력 또는 물품을 소독하는 소독구역(62) 및 내출입구(63);
   상기 내출입구(63)에 인접하여 작물을 초기 육묘하는 육묘공간(64);
   상기 육묘공간(64)에 인접하여 조명-식재베드 세트가 설치된 재배공간(65);
   으로 구성되는 것을 특징으로 하는 컨테이너형 식물공장.
   

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