KR20120028040A - 고효율 식물 재배 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식물재배장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 LED를 구비하는 확산 또는 집속광원부를 사용함으로써, 고효율 식물 재배가 가능한 식물재배장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 고효율 식물 재배 장치에 관한 것으로서, 케이스; 상기 케이스의 내부에 배치되고, 내부에 구비된 배양액을 이용하여 식물을 개별 단위로 재배할 수 있는 다수 개의 식물재배홈을 구비하는 트레이; 및 상기 트레이의 상부표면과 마주보는 상기 케이스의 상단에 배치되되, 상기 다수 개의 식물재배홈의 각각에 대응되는 위치에 배치되고, 사전에 설정된 파장 대역의 빛을 확산하여 상기 대응되는 식물재배홈으로 각각 조사하는 다수 개의 확산광원부;를 구비하고, 상기 확산광원부로부터 조사되는 빛의 면적은 상기 확산광원부로부터의 거리와 비례관계인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고효율 식물 재배장치는 확산광원부로부터 멀어질수록 빛의 조사 면적이 넓어지는 특징을 이용하여, 식물 성장에 따라 확산광원부로부터의 간격을 조절함으로써 상기 식물에만 효과적으로 빛을 조사할 수 있게 된다. 따라서, 불필요한 빛의 사용을 하지 않아도 되므로, 그만큼의 전력을 절감할 수 있다.
본 발명에 따른 고효율 식물 재배장치는 확산광원부로부터 멀어질수록 빛의 조사 면적이 넓어지는 특징을 이용하여, 식물 성장에 따라 확산광원부로부터의 간격을 조절함으로써 상기 식물에만 효과적으로 빛을 조사할 수 있게 된다. 따라서, 불필요한 빛의 사용을 하지 않아도 되므로, 그만큼의 전력을 절감할 수 있다.
Description
본 발명은 식물재배장치에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 광원을 확산 또는 집속시켜 식물재배에만 사용하도록 함으로써, 고효율 식물 재배가 가능한 식물재배장치에 관한 것이다.
산업이 발전하고 인구가 증가함에 따라 각종 공장시설의 확장과 주택의 건설로 농경지나 청정지역이 감소하고 있으며, 특히 화학비료 등의 사용으로 농작물을 재배하는 농경지가 척박해지고, 산업공해의 증가로 청정 농산물이나 각종 식물의 재배가 날로 어려워지고 있다. 더욱이 이러한 환경에서 자라는 식물들은 제대로 성장하지 못함은 물론이며, 오염물질이 식물 내에 축적되어 인간에게 공급되는 경우 여러 질병을 일으키는 요인으로 작용하게 된다.
특히, 상추나 샐러드와 같이 가공하지 않고 섭취하는 채소의 경우, 잔존하는 농약의 유해성에 대한 관심이 고조되면서, 일반 가정에서 식생활에 필요한 채소를 직접 재배하여 먹고자 하는 욕구가 높아지고 있다. 그러나, 일반적으로 채소를 재배하기 위해서는 재배에 필요한 토지를 확보해야하고, 또한, 채소의 재배에 상당한 인적 노력이 요구된다. 또한, 채소의 재배는 단기간에 이루어지지 않고, 채소를 파종하여 수확할 때까지 상당한 기간이 요구되기 때문에, 일반 가정에서 자신이 소비할 야채를 직접 재배한다는 것은 현실적으로 매우 어렵다.
따라서, 최근에는 가정에서 직접 채소를 재배할 수 있는 하나의 대안으로서 수경재배가 고려되고 있다. 수경재배는 식물의 뿌리에 대하여 각종 성장촉진제가 포함된 배양액을 직접적으로 공급하여 식물의 성장속도를 인위적으로 촉진시킴으로써, 일반적인 노지재배에 비해 단기간에 다량의 수확량을 얻을 수 있도록 하는 것이다. 이에 따라, 한국등록실용 제20-0395999호의 "수경 재배기"는 실내에서 식용으로 사용되는 잎채소 및 기타 식물을 재배하기 위한 수경 재배기를 개시하고 있다.
하지만, 종래 기술은 자연광에 가까운 조명등을 연출하기 위하여 굉장히 많은 전력을 소비해야 하며, 그 빛이 전 영역을 조사하게 되므로 비효율적으로 전력을 소비하게 되어, 일반 가정에서 사용 시에 비용 부담이 크다는 단점이 있다.
전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, LED를 구비하는 광원을 사용하고, 상기 광원을 확산 또는 집속시켜 식물 재배에만 사용하도록 함으로써, 적은 전력으로도 일반 가정에서 상추와 같은 식물을 재배할 수 있는 고효율 식물 재배 장치를 제공하고자 하는 것이다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 특징은, 고효율 식물 재배 장치에 관한 것으로서, 케이스; 상기 케이스의 내부에 배치되고, 내부에 구비된 배양액을 이용하여 식물을 개별 단위로 재배할 수 있는 다수 개의 식물재배홈을 구비하는 트레이; 및 상기 트레이의 상부표면과 마주보는 상기 케이스의 상단에 배치되되, 상기 다수 개의 식물재배홈의 각각에 대응되는 위치에 배치되고, 사전에 설정된 파장 대역의 빛을 확산하여 상기 대응되는 식물재배홈으로 각각 조사하는 다수 개의 확산광원부;를 구비하고, 상기 확산광원부로부터 조사되는 빛의 면적은 상기 확산광원부로부터의 거리와 비례관계인 것을 특징으로 한다.
전술한 특징에 따른 고효율 식물 재배 장치에 있어서, 상기 확산광원부는 정면에 광학장치를 더 구비하여 빛을 확산시키는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 고효율 식물 재배 장치에 있어서, 상기 광학장치는 양오목렌즈 및 평오록렌즈 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 고효율 식물 재배 장치에 있어서, 상기 확산광원부는 LED 소자를 이용하여 빛을 방출하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 특징은, 고효율 식물 재배 장치에 관한 것으로서, 케이스; 상기 케이스의 내부에 배치되고, 내부에 구비된 배양액을 이용하여 식물을 개별 단위로 재배할 수 있도록 다수 개의 식물재배홈을 구비하는 트레이; 및 상기 트레이의 상부표면과 마주보는 상기 케이스의 상단에 배치되되, 상기 다수 개의 식물재배홈의 각각에 대응되는 위치에 배치되고, 사전에 설정된 파장 대역의 빛을 집속하여 상기 대응되는 식물재배홈으로 각각 조사하는 다수 개의 집속광원부;를 구비하고, 상기 집속광원부로부터 조사되는 빛의 면적은 상기 집속광원부로부터의 거리와 반비례관계인 것을 특징으로 한다.
전술한 특징에 따른 고효율 식물 재배 장치에 있어서, 상기 광원부는 정면에 광학장치를 더 구비하여 빛을 집속시키는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 고효율 식물 재배 장치에 있어서, 상기 광학장치는 양볼록렌즈 및 평볼록렌즈 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 고효율 식물 재배 장치에 있어서, 상기 집속광원부는 LED 소자를 이용하여 빛을 방출하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 고효율 식물 재배 장치에 있어서, 상기 케이스는 정면이 개방되고, 상기 트레이는 상기 케이스의 개방된 정면을 통해 케이스의 내부에 장착되거나, 케이스로부터 분리되어 교체 가능한 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 고효율 식물 재배 장치에 있어서, 상기 케이스는 내측면을 따라 상기 트레이를 슬라이딩 가능하게 지지하는 고정가이드부를 구비하고, 상기 트레이는 상기 고정가이드부와 결합되어 상기 트레이를 슬라이딩하게 하는 가동가이드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 고효율 식물 재배 장치에 있어서, 상기 식물 재배 장치는 상기 케이스 내부에 배치된 트레이의 높이를 조정할 수 있는 높이조정부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 고효율 식물 재배 장치에 있어서, 상기 케이스는 내부 표면에 빛을 반사시키는 반사층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 고효율 식물 재배 장치에 있어서, 상기 트레이는 상기 다수 개의 식물재배홈 각각에 상온에서 원적외선을 방출하는 물질로 구성되는 원적외선 방출기재를 배치하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 고효율 식물 재배 장치에 있어서, 상기 원적외선 방출기재는 세라믹, 천기토, 토르말린, 귀양석, 맥반석 중의 하나가 선택되어 사용되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 고효율 식물 재배 장치에 있어서, 상기 원적외선 방출기재는 상온에서 5~20㎛ 파장 대역의 원적외선을 방출하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 고효율 식물 재배 장치에 있어서, 상기 식물 재배 장치는 상기 케이스의 내부에 배치된 원적외선 램프를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 고효율 식물 재배 장치에 있어서, 상기 트레이 또는 케이스는 상온에서 원적외선을 방출하는 물질을 포함하는 재료로 제작되는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
전술한 특징에 따른 고효율 식물 재배 장치에 있어서, 상기 배양액은 나노입자상태의 금(Au) 및 은(Ag) 중 어느 하나 또는 둘을 포함하는 것을 특징으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 고효율 식물 재배장치는 확산광원부로부터 멀어질수록 빛의 조사 면적이 넓어지는 특징을 이용하여, 식물 성장에 따라 확산광원부로부터의 간격을 조절함으로써 상기 식물에만 효과적으로 빛을 조사할 수 있게 된다. 따라서, 불필요한 빛의 사용을 하지 않아도 되므로, 그만큼의 전력을 절감할 수 있는 고효율 식물 재배 장치이다. 특히, 친환경적인 LED 소자를 이용하여 식물의 생장에 필요한 파장으로 광원을 구성하고, 트레이나 식물로부터 반사되는 빛을 다시 재반사할 수 있는 반사층을 사용함으로써, 전력 절감 효과를 극대화할 수 있다는 장점을 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 고효율 식물 재배 장치는 집속광원으로부터 멀어질수록 빛의 조사 면적이 좁아지는 특징을 이용하여, 식물 성장에 따라 자연스럽게 상기 식물에만 효과적으로 빛을 조사할 수 있게 된다. 따라서, 제1 실시예와 같이 트레이의 위치를 성장에 맞춰 조절할 필요가 없어 편리하게 사용할 수 있다는 장점을 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 고효율 식물 재배 장치는 원적외선을 이용하여 배양액의 부패를 막을 수 있음은 물론이며, 원적외선 공명 효과를 이용하여 물 분자를 흡수가 잘되는 작은 사이즈로 분해하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 고효율 식물 재배 장치 내의 환경을 식물의 성장에 도움이 되도록 조성함으로써, 식물의 성장을 더욱 촉진할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 고효율 식물 재배 장치는 나노입자상태의 금 또는 은을 배양액에 포함시킴으로써, 식물이 배양액과 함께 흡수할 수 있도록 하여 금 또는 은을 포함하는 식물을 재배할 수 있다
또한, 본 발명에 따른 고효율 식물 재배 장치는 다수 개의 트레이를 배치할 수 있도록 다수 개의 층을 갖도록 함으로써, 한정된 공간에서도 효율적으로 많은 양의 식물을 재배할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고효율 식물 재배장치의 구조를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치의 확산광원부의 구조 및 동작원리를 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치를 이용하여 식물을 재배하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치에 원적외선 방출기재를 활용한 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다수 개의 층을 구비한 고효율 식물 재배 장치를 예시적으로 도시한 사시도이다.
도 6는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치의 집속광원의 구조 및 동작 원리를 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치를 이용하여 식물을 재배하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치의 확산광원부의 구조 및 동작원리를 도시한 측면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치를 이용하여 식물을 재배하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치에 원적외선 방출기재를 활용한 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다수 개의 층을 구비한 고효율 식물 재배 장치를 예시적으로 도시한 사시도이다.
도 6는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치의 집속광원의 구조 및 동작 원리를 도시한 측면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치를 이용하여 식물을 재배하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치의 구조 및 동작 원리를 구체적으로 설명한다.
제1
실시예
도 1의 (a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치의 사시도, (b)는 상기 식물 재배 장치의 트레이의 사시도, (c)는 상기 식물 재배 장치의 케이스의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치(10)는 케이스(100), 트레이(110) 및 다수 개의 확산광원(120)을 구비한다.
상기 트레이(110)는 상기 케이스(100)의 내부에 배치되고, 내부에 구비된 배양액을 이용하여 식물을 개별 단위로 재배할 수 있는 다수 개의 식물재배홈을 구비한다.
상기 다수 개의 확산광원(120)은 상기 트레이(110)의 상부표면과 마주보는 상기 케이스(100)의 상단에 배치되되, 상기 다수 개의 식물재배홈의 각각에 각각 대응되는 위치에 배치되고, 사전에 설정된 파장 대역의 빛을 확산하여 상기 대응되는 식물재배홈에만 조사한다. 또한, 상기 확산광원부로부터 조사되는 빛의 면적은 상기 확산광원부로부터의 거리와 비례관계를 갖는다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치(10)는 상기 식물재배홈(112)에 배치된 식물에만 빛을 조사하되, 상기 확산광원부로부터의 거리가 멀어질수록 조사되는 빛의 면적이 넓어지는 비례관계를 갖는다. 이하, 전술한 구성요소들의 구조에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치(10)는 사용자가 재배하는 식물을 쉽게 관리할 수 있도록 상기 케이스(100)를 정면이 개방된 육면체로 구성하고, 상기 트레이(110)를 인출이 용이한 서랍식으로 상기 케이스(100)의 내부에 배치한다. 상기 트레이(110)는 상기 케이스의 개방된 정면을 통해 케이스의 내부에 장착되거나, 케이스로부터 분리되어 교체 가능하다.
이에 따라, 상기 케이스(100)는 내측면을 따라 상기 트레이(110)를 슬라이딩 가능하도록 지지하는 고정가이드부(105)를 구비하고, 상기 트레이(110)는 상기 고정가이드부(105)와 결합되어 상기 트레이(110)가 슬라이딩 가능하게 하는 가동가이드부(112)를 구비한다. 상기 고정가이드부 및 가동가이드부는 레일형식으로 상기 케이스 및 트레이에 각각 설치할 수도 있으나, 본 발명에서는 상기 케이스(100)의 내측면을 따라 가이드홈을 형성하고, 상기 가이드홈에 대응되도록 상기 트레이의 양측면을 따라 돌출부를 형성함으로써 레일 형식보다 간편한 방식으로 인출이 가능하도록 한다. 또한, 전술한 가이드홈 및 돌출부로 슬라이딩 가능하도록 하는 방식은 이하 설명할 확산광원부(120)과 트레이(110)의 간격을 조절함에 있어서 레일 형식보다 조절이 용이하다는 장점을 갖는다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치의 경우, 확산광원부(120)는 다수 개의 LED 소자를 구비한다. 상기 LED소자는 형광등이나 백열등과 달리 조사되는 빛의 파장대역을 사전에 설정할 수 있다는 장점을 갖는다. 또한, 상기 확산광원부(120)는 대응되는 식물재배홈에만 빛을 조사할 수 있도록 설정된 각도를 정해주는 광학장치를 더 구비할 수 있다. 상기 광학장치는 사전에 설정된 각도로 빛이 조사되도록 빛의 확산 영역을 정해주는 캡(124), 또는 빛을 굴절시켜 빛을 확산시키는 양오목렌즈 및 평오목렌즈 중 어느 하나로 구비될 수 있다. 상기 광학장치는 상기 LED 소자로부터 방출되는 빛이 설정된 영역이 아닌 영역으로 조사되는 것을 막고, 상기 식물재배홈(112)으로만 조사될 수 있게 한다. 상기 광학장치에 의해 상기 트레이(110)의 식물재배홈(112)으로 진행되는 빛은 집속광원부로부터 멀어질수록 조사되는 빛의 면적은 커진다. 즉, 확산광원부로부터의 거리(Hn)와 확산광원부로부터 조사되는 빛의 면적(Sn)은 비례관계를 갖게 된다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치의 확산광원부의 동작원리를 도시한 측면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 확산광원부는 확산광원부로부터 멀어질수록 빛의 조사 면적이 넓어지는 비례관계를 갖는다.
한편, 식물은 광합성을 하기 위해서 광보상점 기준으로 200~3000 lux의 광량이 필요하다. 여기서 광보상점이란 광합성에 의해 줄어드는 이산화탄소의 양과 호흡에 의해 방출되는 이산화탄소의 양이 같을 때의 빛의 세기이다. 따라서, 식물 성장을 위해서는 보상점 이상의 강한 빛이 요구된다. 상기 광보상점은 식물의 종류에 따라 다르다. 예를 들면, 양상추의 광보상점은 1500 lux(PPFD)이며, 토마토 또는 수박의 광보상점은 3000 lux(PPFD)이다. 여기서, PPFD(Photosynthetic Photon Flux Density)란, 광합성 광양자 밀도이다. 일반적으로 대부분의 조명은 인간을 위해 개발되었기 때문에 인간의 시 감도를 바탕으로 한 단위가 사용되고 있으나, 광합성은 인간이 느끼는 시감각과는 아무런 관련이 없기 때문에, 식물 재배에 필요한 광도를 구성하기 위해서는 광합성의 특성에 부합하는 단위를 사용할 필요가 있다.
또한, 성장 발달에 따라서 단위면적당 적정 광량이 변하게 되는데, 그 이유는 식물이 성장함에 따라 광합성을 할 수 있는 잎의 면적이 넓어지고, 넓어진 면적을 통해 흡수된 빛을 이용하여 충분한 광합성을 할 수 있게 되기 때문이다. 따라서, 식물이 성장함에 따라 단위면적당 적정 광량은 적어지게 된다.
본 발명에 따른 고효율 식물 재배 장치는 전술한 식물의 특성을 이용한 것으로, 식물의 종류에 대응되는 광보상점 이상의 빛을, 어린 싹일 때는 좁은 면적으로 집중시켜 조사하고, 점점 성장함에 따라 식물 크기에 맞도록 넓은 면적으로 변화시켜 조사함으로써, 식물의 각 성장단계에 대응되는 적정 광량을 공급할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 고효율 식물 재배 장치는 광원에서 소비되는 전력을 최소화하면서, 효율적으로 식물을 재배할 수 있다는 장점을 갖는다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치는 케이스는 상기 케이스 내부에 배치된 트레이의 높이를 조정할 수 있는 높이조정부재를 더 구비할 수 있다. 상기 높이 조정부재는 적어도 하나 이상의 고정가이드부(105)를 구비된다. 하나 이상의 고정가이드부(105)는 서로 평행하게 배치되어 상기 트레이(110)의 배치를 상하로 이동할 수 있게 함으로써, 확산광원부로부터 상기 트레이(110)까지의 간격(높이)을 조절할 수 있다. 따라서, 식물이 어린 싹일 때는 최상단으로 트레이(110)를 배치하여 좁은 면적에 빛이 집중적으로 조사할 수 있도록 하고, 식물이 성장함에 따라 상기 트레이(110)를 하단으로 순차적으로 이동시킴으로써 식물 성장 크기에 대응되는 면적으로 빛이 조사될 수 있도록 한다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치를 이용하여 식물을 재배하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다. 도 3을 참조하면, 식물이 성장함에 따라 확산광원부(120)에 대한 트레이(110)의 위치를 순차적으로 낮추어서 식물의 성장 크기에 대응되는 빛의 조사 면적으로 식물을 재배하게 되어, 식물 재배에만 집중적으로 빛을 활용할 수 있다.
한편, 인간이 시각적으로 감지하는 같은 밝기의 인공 조명이라도 식물에게는 어떠한 조명이냐에 따라 매우 큰 차이점이 있다. 식물이 성장함에 있어서, 모든 파장 대역의 빛이 필요한 것은 아니다. 식물의 광합성작용에 필요한 빛의 파장은 430nm, 670nm이며, 식물의 엽록소작용에 필요한 빛의 파장은 440nm, 655nm이다. 이에 따라, LED를 이용하여 식물의 생장에 필요한 파장 대역을 주로 하여 빛을 방출하도록 함으로써, 모든 파장 대역을 방출하는 형광등 또는 백열등과 같은 종래 광원과는 달리, 전력 소비를 최소한으로 할 수 있다. 상기 LED는 식물 광합성의 좁은 파장대역의 빛만을 사용하여 최대의 효율을 구현하였기 때문에, 똑같은 조건으로 1만 룩스를 비출때, 식물이 흡수하는 정도는 일반 백열등이나 형광등에 비해 LED를 이용한 확산광원부는 몇 배 이상의 효율을 낼 수 있는 것이다.
한편, 본 발명에 따른 고효율 식물 재배 장치는 케이스의 내부 표면에 빛을 반사시키는 반사층(126)을 더 구비할 수 있다. 상기 반사층(126)는 확산광원부(120)로부터 조사된 빛 중 트레이 또는 식물의 표면에서 반사되는 빛을 재반사시킴으로써, 더욱 효율적으로 빛을 사용할 수 있고, 확산광원부에 소비되는 전력을 절감할 수 있게 된다. 상기 반사층은 반사시트로 구비될 수 있으며, 또는 반사물질을 도포함으로써 형성될 수 있다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치는 트레이의 식물재배홈에 식물의 성장에 필요한 물질들로 구성된 배양액을 채워놓고, 상기 배양액을 이용하여 식물을 재배하게 된다. 한편, 상기 배양액은 상기 트레이의 홈에 고여있게 되므로, 미생물 번식이 쉬워 부패하기 쉽다는 문제점이 있다. 전술한 문제점을 해결하기 위해서 배양액에 방부제와 같은 물질을 섞을 수도 있지만, 이는 사람의 몸에 해로운 물질이므로, 상기 방부제와 같은 물질을 사용하지 않고 전술한 문제점을 해결하는 방법이 필요하다. 따라서, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치는 원적외선 방출 기재를 더 구비함으로써, 전술한 문제점을 해결할 수 있다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치에 원적외선 방출기재를 활용한 구조를 예시적으로 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 배양액이 채워지는 트레이의 식물재배홈에 원적외선 방출 기재(400)를 배치하고, 상기 식물재배홈에서 식물을 재배한다. 상기 원적외선 방출 기재(400)는 상온에서 원적외선을 방출하는 물질로 구성되며, 세라믹, 천기토, 토르말린, 귀양석 및 맥반석 중의 하나가 선택되어 사용될 수 있다.
원적외선이란 빛의 파장역역 중 3~1000㎛ 범위로써, 가시광선보다 강한 열작용을 하며, 방사에너지가 직접적이고 순간적인 열전달로 빠르게 가열하여 에너지 절약효과가 크며, 건조가열, 난방, 온열치료, 건강용품, 식품가공, 건축내장재, 생활용품 및 동식물의 생체적 작용 등에 널리 이용되고 있다. 상기 원적외선은 항균작용과 같은 효과를 나타내며, 특히 물질에 닿으면 그 물질을 구성하는 분자 속에서 공명 현상을 일으키게 된다. 파장 범위에 따라 공명하는 물질의 종류가 달라지는데, 5~20㎛ 범위의 원적외선은 물과 공명을 해서 물분자를 분해할 수 있으며, 특히, 6.7~7㎛ 범위의 원적외선은 물분해 효과가 뛰어나다. 덩어리가 큰 물분자는 흡수되기가 어려우나, 상기 원적외선으로 인하여 분해된 물분자는 상대적으로 흡수가 쉬워, 식물의 성장을 촉진시킬 수 있다.
한편, 원적외선 방출기재를 따로 구비하지 않고, 상기 트레이를 제작할 때 원적외선 방출 물질을 포함하여 제작할 수도 있다. 또한, 상기 케이스의 내부에 원적외선 램프를 배치하여, 원적외선을 식물로 조사할 수 있다. 원적외선 램프를 상기 트레이와 마주보는 면에 배치하였을 경우에는, 배양액의 항균작용을 위해서, 원적외선 방출기재를 식물재배홈에 배치하는 방법 및 원적외선 물질로 제작된 트레이를 사용하는 방법 중 어느 하나를 추가로 적용해야 한다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치를 이용하여 금(Au) 및 은(Ag) 중 어느 하나를 식물이 포함하도록 할 수 있다. 일반적으로, 금은 체내에 흡수되어 독성을 제거하고 혈액순환을 원활하게 하는 효과가 있으며, 은은 살균 효과가 있다고 알려져 있다. 이에 따라, 최근들어 식용 금가루나 금박을 음식과 함께 섭취하는 경우가 많아졌으나, 상기 금가루나 금박은 대부분 체내에 흡수되지 못할 뿐만 아니라, 흡수되어도 체내에 축적되는 중금속으로 남게 된다. 따라서, 전술한 효과를 얻기 위해서는 금 및 은을 나노입자상태로 섭취하여야 한다. 여기서, 금 및 은을 나노입자상태로 만드는 방법은 이미 해당 기술분야에서 공지된 기술일 뿐만 아니라 본 특허의 권리범위와는 무관하므로, 본 명세서에서는 그 설명을 생략한다.
본 발명에 따른 고효율 식물 재배 장치에서는 재배하는 식물이 상기 나노입자상태의 금 및 은 중 어느 하나를 포함하도록 금 수용액 및 은 수용액 중 어느 하나를 배양액에 포함하도록 한다. 수용액에 녹아있는 나노입자상태의 금 또는 은은 식물이 흡수가 가능할 정도로 미세한 크기를 지니므로, 식물이 배양액을 흡수할 때 금 또는 은을 함께 흡수하게 된다. 따라서, 전술한 과정에 의해 식물에 흡수된 금 또는 은은 사람이 상기 식물을 섭취할 때, 사람의 몸에 흡수되고, 체내에 수용액 상태로 순환하다가 몸 밖으로 배출되게 되며, 체내에 머무는 동안 전술한 효과를 발휘한다.
한편, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치는 하나의 케이스에 다수 개의 트레이를 배치할 수 있도록 다수 개의 층을 나누어, 한정된 공간에서 많은 양의 식물을 재배할 수 있도록 할 수 있다. 도 5은 본 발명의 제1 실시예에 따른 다수 개의 층을 구비한 고효율 식물 재배 장치를 예시적으로 도시한 사시도이다. 도 5을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치는 적어도 하나 이상의 트레이를 배치할 수 있도록 다수 개의 층을 나누어 서랍식 구조를 형성함으로써, 보다 많은 양의 식물을 한 공간에서 재배할 수 있게 한다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치는 확산광원부로부터 멀어질수록 빛의 조사 면적이 넓어지는 특징을 이용하여, 식물 성장에 따라 확산광원부로부터의 간격을 조절함으로써 상기 식물에만 효과적으로 빛을 조사할 수 있게 된다. 따라서, 불필요한 빛의 사용을 하지 않아도 되므로, 그만큼의 전력을 절감할 수 있는 고효율 식물 재배 장치이다. 특히, 친환경적인 LED 소자를 이용하여 식물의 생장에 필요한 파장으로 광원을 구성하고, 트레이나 식물로부터 반사되는 빛을 다시 재반사할 수 있는 반사시트를 사용함으로써, 전력 절감 효과를 극대화할 수 있다는 장점을 갖는다.
또한, 본 발명은 원적외선을 이용하여 배양액의 부패를 막을 수 있음은 물론이며, 원적외선 공명 효과를 이용하여 물 분자를 흡수가 잘되는 작은 사이즈로 분해하게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 고효율 식물 재배 장치 내의 환경을 식물의 성장에 도움이 되도록 조성함으로써, 식물의 성장을 더욱 촉진할 수 있다. 또한, 본 발명은 나노입자상태의 금 또는 은을 배양액에 포함함으로써, 금 또는 은을 포함하는 식물을 재배할 수 있다는 특징이 있다.
제2
실시예
도 1의 (a)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치의 사시도, (b)는 상기 식물 재배 장치의 트레이의 사시도, (c)는 상기 식물 재배 장치의 케이스의 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치(10)는 케이스(100), 트레이(110) 및 다수 개의 집속광원부(620)를 구비한다.
상기 트레이(110)는 상기 케이스(100)의 내부에 배치되고, 내부에 구비된 배양액을 이용하여 식물을 개별 단위로 재배할 수 있도록 다수 개의 식물재배홈을 구비한다.
상기 다수 개의 집속광원부(620)는 상기 트레이(110)의 상부표면과 마주보는 상기 케이스(100)의 상단에 배치되되, 상기 다수 개의 식물재배홈의 각각에 대응되는 위치에 배치되고, 사전에 설정된 파장 대역의 빛을 집속하여 상기 대응되는 식물재배홈에만 조사한다. 또한, 상기 집속광원부로부터 조사되는 빛의 면적은 상기 집속광원부로부터의 거리와 반비례관계를 갖는다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치(10)는 상기 식물재배홈(112)에 배치된 식물에만 빛을 조사하되, 상기 집속광원부로부터의 거리가 멀어질수록 조사되는 빛의 면적이 좁아지는 반비례관계를 갖는다. 이하, 전술한 구성요소들의 구조에 대하여 보다 구체적으로 설명한다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치(10)의 집속광원부의 구조를 제외한 나머지 구조 및 동작 방법은 제1 실시예의 그것과 동일하므로 중복되는 설명은 생략한다.
도 6는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치의 집속광원부의 구조 및 동작 원리를 도시한 사시도이다. 도 6를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치의 경우, 집속광원부(620)는 다수 개의 LED 소자(622)를 구비하되, 대응되는 식물재배홈의 중심으로 빛을 조사할 수 있도록 빛을 집속시키는 광학장치(628)를 더 구비할 수 있다. 상기 광학장치(628)는 상기 LED 소자로부터 방출되는 빛이 대응되는 식물재배홈의 중심으로 집속될 수 있도록 한다. 상기 광학장치(628)는 양볼록렌즈 및 평볼록렌즈 중 어느 하나로 구성될 수 있다. 또한, 상기 집속광원부(620)는 상기 광학장치(628)를 구비하지 않고, 다수 개의 LED소자(622)를 사전에 설정된 각도를 갖고 대칭되도록 배치시켜, 홈의 중심을 향하여 빛을 조사하도록 할 수 있다. 상기 광학장치는 본 발명에서 언급하지 않더라도, 빛을 집속시킬 수 있는 모든 장치를 의미한다. 한편, 본 발명에서는 전자를 이용하는 방법을 기준으로 집속광원부의 구조 및 동작방법을 설명한다.
상기 광학장치(628)에 의해 상기 트레이(110)의 홈(112)으로 진행되는 빛은 집속광원부로부터 멀어질수록 빛이 조사되는 면적은 작아진다. 즉, 집속광원부로부터의 거리(Hn)와 집속광원부로부터 조사되는 빛의 면적(An)은 반비례관계를 갖게 된다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이, 식물이 성장함에 따라 단위면적당 적정 광량은 적어지게 된다. 본 발명에 따른 고효율 식물 재배 장치는 전술한 식물의 특성을 이용한 것으로, 어린 싹일 때는 좁은 면적으로 집중시켜 빛을 조사하고, 점점 성장함에 따라 빛을 식물 크기에 맞도록 넓은 면적으로 변화시켜 빛을 조사함으로써, 식물의 각 성장단계에 대응되는 적정 광량을 공급할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 고효율 식물 재배 장치는 광원에서 소비되는 전력을 최소화하면서, 효율적으로 식물을 재배할 수 있다는 장점을 갖는다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치는 제1 실시예와 달리, 집속광원부과 트레이의 간격을 조절하지 않고도 식물의 자연스러운 성장을 이용하여 적정 광량을 조절할 수 있다는 장점을 갖는다. 상기 트레이를 하단에 고정시켜 놓고, 식물이 어린 싹일 때는 좁은 면적에 빛이 집중적으로 조사할 수 있도록 하고, 식물이 성장하면서는 식물의 키가 점점 커지므로 자연스럽게 넓은 면적으로 빛이 조사될 수 있도록 하는 것이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치를 이용하여 식물을 재배하는 과정을 예시적으로 도시한 도면이다. 도 7을 참조하면, 식물이 성장함에 따라 식물의 키가 커져서 자연스럽게 식물의 성장 크기에 대응되는 빛의 조사 면적으로 식물을 재배하게 되어, 식물 재배에만 집중적으로 빛을 활용할 수 있다.
전술한 구성을 갖는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고효율 식물 재배 장치는 집속광원부로부터 멀어질수록 빛의 조사 면적이 좁아지는 특징을 이용하여, 식물 성장에 따라 자연스럽게 상기 식물에만 효과적으로 빛을 조사할 수 있게 된다. 따라서, 제1 실시예와 같이 트레이의 위치를 성장에 맞춰 조절할 필요가 없어 편리하게 사용할 수 있다는 장점을 갖는다.
이상에서 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예를 중심으로 설명하였으나, 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 그리고, 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명에 따른 고효율 식물 재배 장치는 무농약 친환경 채소가 필요한 모든 분야에 널리 사용될 수 있다. 환경오염 및 농약의 잦은 사용으로 시판되는 채소보다는 직접 길러서 안심할 수 있는 채소를 얻고자 하는 가정 또는 식당에서 본 발명에 따른 고효율 식물 재배 장치를 구비함으로써, 낮은 전력으로도 친환경 채소를 공급하는데 사용될 수 있다.
10 : 식물재배장치
100 : 케이스
105 : 고정가이드부
110 : 트레이
112 : 식물재배홈
114 : 가동가이드부
120 : 확산광원부
620 : 집속광원부
122, 622 : LED 소자
124, 628 : 광학장치
126, 626 : 반사시트
400 : 원적외선 방출 기재
100 : 케이스
105 : 고정가이드부
110 : 트레이
112 : 식물재배홈
114 : 가동가이드부
120 : 확산광원부
620 : 집속광원부
122, 622 : LED 소자
124, 628 : 광학장치
126, 626 : 반사시트
400 : 원적외선 방출 기재
Claims (18)
- 케이스;
상기 케이스의 내부에 배치되고, 내부에 구비된 배양액을 이용하여 식물을 개별 단위로 재배할 수 있는 다수 개의 식물재배홈을 구비하는 트레이; 및
상기 트레이의 상부표면과 마주보는 상기 케이스의 상단에 배치되되, 상기 다수 개의 식물재배홈의 각각에 대응되는 위치에 배치되고, 사전에 설정된 파장 대역의 빛을 확산하여 상기 대응되는 식물재배홈으로 각각 조사하는 다수 개의 확산광원부;
를 구비하고,
상기 확산광원부로부터 조사되는 빛의 면적은 상기 확산광원부로부터의 거리와 비례관계인 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치. - 제 1항에 있어서, 상기 확산광원부는
정면에 광학장치를 더 구비하여 빛을 확산시키는 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치. - 제 2항에 있어서, 상기 광학장치는
양오목렌즈 및 평오록렌즈 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치. - 제 1항에 있어서, 상기 확산광원부는
LED 소자를 이용하여 빛을 방출하는 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치. - 케이스;
상기 케이스의 내부에 배치되고, 내부에 구비된 배양액을 이용하여 식물을 개별 단위로 재배할 수 있도록 다수 개의 식물재배홈을 구비하는 트레이; 및
상기 트레이의 상부표면과 마주보는 상기 케이스의 상단에 배치되되, 상기 다수 개의 식물재배홈의 각각에 대응되는 위치에 배치되고, 사전에 설정된 파장 대역의 빛을 집속하여 상기 대응되는 식물재배홈으로 각각 조사하는 다수 개의 집속광원부;
를 구비하고,
상기 집속광원부로부터 조사되는 빛의 면적은 상기 집속광원부로부터의 거리와 반비례관계인 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치. - 제 5항에 있어서, 상기 집속광원부는
정면에 광학장치를 더 구비하여 빛을 집속시키는 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치. - 제 6항에 있어서, 상기 광학장치는
양볼록렌즈 및 평볼록렌즈 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치. - 제 5항에 있어서, 상기 집속광원부는
LED 소자를 이용하여 빛을 방출하는 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치. - 제 1항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 케이스는 정면이 개방되고,
상기 트레이는 상기 케이스의 개방된 정면을 통해 케이스의 내부에 장착되거나, 케이스로부터 분리되어 교체 가능한 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치. - 제 9항에 있어서,
상기 케이스는 내측면을 따라 상기 트레이를 슬라이딩 가능하게 지지하는 고정가이드부를 구비하고,
상기 트레이는 상기 고정가이드부와 결합되어 상기 트레이를 슬라이딩하게 하는 가동가이드부를 구비하는 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치. - 제 1항에 있어서, 상기 식물 재배 장치는
상기 케이스 내부에 배치된 트레이의 높이를 조정할 수 있는 높이조정부재를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치. - 제 1항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 케이스는
내부 표면에 빛을 반사시키는 반사층을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치. - 제 1항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트레이는
상기 다수 개의 식물재배홈 각각에 상온에서 원적외선을 방출하는 물질로 구성되는 원적외선 방출기재를 배치하는 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치. - 제 13항에 있어서, 상기 원적외선 방출기재는
세라믹, 천기토, 토르말린, 귀양석, 맥반석 중의 하나가 선택되어 사용되는 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치. - 제 13항에 있어서, 상기 원적외선 방출기재는
상온에서 5~20㎛ 파장 대역의 원적외선을 방출하는 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치. - 제 1항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 식물 재배 장치는
상기 케이스의 내부에 배치된 원적외선 램프를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치. - 제 1항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 트레이 또는 케이스는
상온에서 원적외선을 방출하는 물질을 포함하는 재료로 제작되는 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치. - 제 1항 및 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배양액은
나노입자상태의 금(Au) 및 은(Ag) 중 어느 하나 또는 둘을 포함하는 것을 특징으로 하는 고효율 식물 재배 장치.
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