WO2011013892A2 - 식물공장 시스템 - Google Patents

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WO2011013892A2
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유영호
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화우테크놀러지주식회사
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01G—HORTICULTURE; CULTIVATION OF VEGETABLES, FLOWERS, RICE, FRUIT, VINES, HOPS OR SEAWEED; FORESTRY; WATERING
    • A01G31/00—Soilless cultivation, e.g. hydroponics
    • A01G31/02—Special apparatus therefor
    • A—HUMAN NECESSITIES
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    • A01G9/00—Cultivation in receptacles, forcing-frames or greenhouses; Edging for beds, lawn or the like
    • A01G9/24—Devices or systems for heating, ventilating, regulating temperature, illuminating, or watering, in greenhouses, forcing-frames, or the like
    • A01G9/249—Lighting means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
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    • Y02P60/20—Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions in agriculture, e.g. CO2
    • Y02P60/21—Dinitrogen oxide [N2O], e.g. using aquaponics, hydroponics or efficiency measures

Definitions

  • the present invention is a plant factory to insert a plurality of LED modules into the floodlight panel to form a slim panel form to minimize space occupancy to maximize plant cultivation space and to simplify the installation and handling management significantly and to reduce costs It's about the system.
  • the shelf tray 105 is provided with a multi-layered shelf structure and a culture tray 106 in which nutrient solution 107 is circulated on each floor.
  • a culture tray 106 in which nutrient solution 107 is circulated on each floor.
  • One of the main components of such a plant factory is a luminaire that provides light for photosynthesis and growth of the plant.
  • Plants have different preferred wavelengths of light according to their types and growth conditions. In plant factories, luminaires that use the light characteristics of the plants to provide the most suitable color light of the wavelengths needed by the plants are used. It is becoming.
  • the existing lighting fixtures of plant plants are installed in a special fluorescent lamp 101 of the blue light having a specific wavelength to help photosynthesis, and the LED lamp 102 is installed in a tube shape or the like.
  • the fluorescent lamp 101 and the LED lamp 102 in the form of a tube occupy a large space vertically, and there is a problem such as encroaching the plant cultivation space between layers and the configuration becomes complicated.
  • each floor should be as large as possible in the shelf structure to grow plants.
  • Fluorescent lamps and tube-shaped LED lamps occupy a considerable amount of vertical space, thus encroaching the space where plants can grow in the vertical direction.
  • fluorescent lamps and tube-type LED lamps are installed separately on one floor, there is a problem of waste of cost, complicated installation work, and inconvenient handling management.
  • the temperature and humidity of the cultivation room are automatically adjusted to an optimal state by a constant temperature and a humidity chamber, and the carbon dioxide necessary for photosynthesis of clean air and plants is supplied and circulated.
  • It is a batch circulation system that supplies and discharges to the other side, and this air circulation system is not a big problem in the early stage of growth of small plants, but when the growth progresses and leaves become lush, the space between the bed and the plants Lush leaves hinder air movement and stagnant air is stagnated.
  • each shelf structure requires a passage for accessing a manager and a bogie for transplanting, managing, and harvesting plants.
  • the present invention is to solve the above problems
  • An object of the present invention is to form a slim panel form the luminaire to minimize the interlayer space occupancy of the shelf structure to improve the expansion and productivity of the plant cultivation space, consisting of a compact single-panel LED lighting fixture with compact illumination of various wavelengths. This provides a plant plant system that significantly simplifies installation and handling and reduces costs.
  • Still another object of the present invention is to maximize the space utilization by constituting the shelf structure supported by the plant cultivation bed to enable a larger number of shelf structures in the same area and productivity per unit area of the plant factory To provide a plant factory system that significantly improves.
  • the bed is installed in the cultivation room is blocked from the external environment and the nutrient solution is circulated, a plurality of shelf structure is provided with a multi-layer shelf floor for supporting the bed and lighting fixtures installed in the upper space of each floor ,
  • the lighting apparatus includes a light source unit including one or more LED modules in which a plurality of LEDs are mounted on a printed circuit board (PCB), and one or more LED module installation grooves for inserting and installing the LED modules.
  • Transmissive panel formed in the form of a line, characterized in that consisting of a flat panel LED lighting device including a heat dissipation member is installed to contact the PCB of the LED module.
  • the air pipe is installed along the bed and a plurality of injection holes are formed upwardly at a predetermined interval so that the gas is injected upward from the bottom of the plant and the air pipe to any one or more gases of clean air or carbon dioxide
  • Air supply means including a blower device for supplying is characterized in that it is further provided.
  • a plurality of rails for the movement of the shelf structure is installed parallel to the planting room floor, the shelf structure is composed of a mobile rack type is provided with a moving means including a plurality of rollers It is characterized by.
  • Plant factory system according to the present invention having the above configuration
  • the lighting fixture is formed in the form of a slim panel has a remarkable effect of minimizing the interlayer space occupancy of the shelf structure to improve the expansion and productivity of the plant cultivation space.
  • the light of various wavelengths is composed of a compact unitary flat panel type LED luminaire in the form of slim panel, it is easy to install and handle the management and reduce the cost.
  • the air pipe is installed to inject the air upward from the bottom of the plant to prevent the stagnation of air and to prevent the dampness of the plant by over-humidity in advance.
  • the shelf structure is configured by a mobile rack type to minimize the area occupied by the passage in the cultivation room has the effect of improving the efficiency and productivity per area of the plant factory.
  • FIG. 1 is a partial cutaway perspective view showing the configuration of an embodiment according to the present invention
  • Figure 2 is a bottom view showing the configuration of an embodiment according to the present invention.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a portion of section A-A of FIG. 2.
  • FIG. 4 is an exploded view of a part of FIG. 3.
  • Figure 5 is a bottom view showing the configuration of an embodiment according to the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram of an embodiment according to the present invention.
  • FIG. 8 is an exploded view of FIG. 7;
  • FIG. 10 is a partial excerpt showing an air supply means of an embodiment according to the present invention.
  • FIG. 11 is a plan view showing the configuration of an embodiment according to the present invention.
  • FIG. 12 is a side view of FIG.
  • FIG. 13 is a block diagram of a prior art
  • Plant plant system according to an embodiment of the present invention is shown in Figures 1 to 4, the bed 220 is installed in the cultivation room is blocked from the external environment and the nutrient solution is circulated, shelf type for supporting the bed
  • the floor 211 includes a plurality of shelf structures 210 having a plurality of floors and lighting fixtures installed in an upper space of each floor, and the lighting fixtures include a plurality of PCBs (Printed Circuit Board) 13.
  • a light source unit L including one or more LED modules 10 on which an LED (Light Emitting Diode) 11 is mounted, and one or more LED module installation grooves 31 for inserting and installing the LED module 10. It consists of a flat panel LED lighting device 1 including a light-transmitting panel 30 formed in this line shape, and a heat dissipation member 40 installed in contact with the PCB 13 of the LED module.
  • the flat LED lighting device 1 includes a light source unit L including a blue LED 11a, a red LED 11b, and a white LED 11c.
  • the blue LEDs 11a, the red LEDs 11b, and the white LEDs 11c are mixed and arranged in various setting ratios.
  • the blue: red: white LEDs are mixed in a 3: 2: 2 ratio (Fig. 2).
  • this ratio may vary depending on the quality of the LED emitting colored light in each wavelength band.
  • the arrangement and the combination of the color light LEDs forming the ratio are performed by sequentially arranging the blue LEDs 11a, the red LEDs 11b, the white LEDs 11c, and the blue LEDs 11a.
  • the cycle 10a can be used for various arrangements and the like.
  • the LEDs may be combined with only the blue LEDs 11a and the red LEDs 11b, and in this case, blue: red may be formed in a 3: 1 or 2: 1 ratio.
  • the light source unit L is preferably flickered by the control unit.
  • the LED module installation groove 31 has a V-shaped groove 311 in cross section at the distal end for light diffusion of the LED (FIG. 3, See FIG. 4).
  • the V-groove 311 diffuses the light of the LED 11 having a narrow irradiation angle, and a lens unit (not shown) may be formed in the LED module installation groove 31 for light diffusion.
  • the flat LED lighting device (1) is a heat dissipation member 40, the individual heat-radiating sheet 41 on the top of the PCB 13 of the LED module has an adhesive or thermal pad having a thermal conductivity
  • a heat dissipation cover 43 is installed to be bonded through and covers the entire floodlight panel 30 thereon.
  • the heat dissipation cover 43 binds the floodlight panel 30 and the heat dissipation cover 43, and a waterproof tape for sealing and waterproofing the light source unit L.
  • 51 is taped.
  • the LED module installation groove 31 is formed so that the PC 13 protrudes upward when the LED module is inserted and installed (see FIG. 3).
  • the individual heat dissipation sheet 41 and the heat dissipation cover 43 is made of aluminum and the like, and the heat dissipation cover 43 serves as a cover function and a function of diffusing and dissipating heat.
  • the reflective member 53 is installed above the light transmission panel 30.
  • the reflective member 53 installed on the upper portion of the light transmission panel 30 is preferably made of a reflective tape or the like coated with an adhesive sheet in the form of a sheet or the back.
  • the waterproof tape 51 is coated with an adhesive on the back surface and is sealed to be sealed along the circumferential side of the heat dissipation cover 43 and the light-transmitting panel 30, the waterproof packing 55 is provided at the inlet of the light-transmitting panel.
  • the waterproof tape 51 is coated with an adhesive on the back surface and is sealed to be sealed along the circumferential side of the heat dissipation cover 43 and the light-transmitting panel 30, the waterproof packing 55 is provided at the inlet of the light-transmitting panel.
  • FIG. 1 see FIG. 1.
  • the light source unit L includes the LED module 10 and at least one cold cathode fluorescent lamp (CCFL). Lamp) 20 is provided in combination, and the cold cathode fluorescent lamp installation groove 33 is preferably formed in a line shape in the light transmitting panel 30.
  • CCFL cold cathode fluorescent lamp
  • a reflective member is formed around the cold cathode fluorescent lamp 20 so as to surround the circumference of the cold cathode fluorescent lamp 20 except for the light irradiated thereto (not shown).
  • the flat type LED lighting device (1) is installed in the LED module installation groove 31 of the line shape in which the light source unit (L) is formed in the light-transmitting panel 30, the lighting fixture is slimmed in the form of a panel to form a shelf structure The space occupancy of the floor is minimized (see FIG. 6), and thus the plant cultivation space is expanded to improve productivity.
  • the illumination that emits color light of various wavelengths is composed of a compact unit, it is easy to install and handle and reduce the cost of lighting.
  • the light source unit L combines the blue LEDs 11a and the red LEDs 11b with the white LEDs 11c, thereby improving the photosynthesis of chlorophyll and the growth of plants, thereby increasing productivity.
  • Blue and red LEDs were better than blue and red only when white LEDs were mixed. Especially, growth was excellent when the blue: red: white LEDs were combined in a 3: 2: 2 ratio.
  • red, red kale, red cabbage and red lettuce appeared red when the ratio of blue light was high, and red was well when the ratio of red light was high.
  • the combination of the blue LED, the red LED and the cold cathode fluorescent lamp (CCFL) 20 was better than that of the blue and red LED alone.
  • the light source unit combines a white LED or a cold cathode fluorescent lamp in addition to the blue LED, the red LED, to achieve a better effect on plant growth.
  • the lighting fixtures installed in the hydroponic cultivation plant are required to be more stringent in waterproofing and moisture proof.
  • the light source unit L is inserted into an installation groove formed in the floodlight panel 30, and the heat dissipation cover 43 is covered thereon. After sealing, the entire circumference is sealed by using a waterproof tape 51 or the like to easily perform waterproof and moisture proof processing.
  • the heat generated from each LED module when turned on is transmitted to the individual heat dissipation sheet 41 bonded to the PCB, and transmitted to the heat dissipation cover 43 having a large area in contact with the individual heat dissipation sheet, the heat dissipation is made smoothly.
  • the heat dissipation cover 43 may be directly contacted with the PCB by removing the individual heat dissipation sheet.
  • a magnet may be installed on the top surface of the light transmitting panel 30 (not shown).
  • the installation of the steel floor which is an installation target structure, may be easily performed, and space may be lost due to the installation.
  • the air supply unit 300 further includes an air pipe 310 and a blower device 330 for supplying at least one gas of clean air or carbon dioxide to the air pipe 310.
  • the bed 220 and the air pipe 310 is integrally formed in parallel to form an air pipe integrated bed (G), the blower device 330 at one end of the air pipe 310 of the air pipe integrated bed (G) It is preferable that the connection pipe 320 connected to the) is coupled.
  • the air pipe integrated bed (G) is disposed in a plurality of lines on a single floor 211, the bed 220 of each line and the injection hole 311 of each line on the top of the plurality of air pipe integrated bed (G) is disposed Corresponding to) is a mattress 350 is formed is arranged with a port hole 351 and the air hole 353 is planted.
  • the mattress 350 is made of styrofoam, and the port hole 351 and the air hole 353 are continuously formed to be shifted from each other so that the air hole 353 is formed in all directions around one port hole 351. It is preferred to consist of (see Fig. 9, 10).
  • the blower device 330 is a blower and a filter is installed in the interior of the cultivation room or the outside air to clean the clean air and then supply to the air pipe 310 of the connection pipe 320 and each floor of the shelf structure,
  • a mixer for mixing carbon dioxide introduced from the carbon dioxide tank 360 is provided.
  • the nutrient solution circulation pipe 420 connected to the bed 220 of each floor and the nutrient solution tank 410 is stored.
  • the air is purified through a filter in the blower device 330 into which outside air or internal air is introduced, and a gas in which the purified clean air and a predetermined amount of carbon dioxide introduced from the carbon dioxide tank 360 are mixed (hereinafter referred to as "air"). Is distributed through the connecting pipe 320 and the air pipe 310 branching from the connecting pipe.
  • the air pipe 310 is located below the plant and the injection hole 311 is formed to be upwardly installed so that the air is injected upward to prevent the stagnation of the space formed between the bed 220 and the plant by This will prevent the plant from damping.
  • the space layer formed between the plant and the bed 220 is interfering with air movement due to the leaf of the plant, which grows intensively, and the air is stagnated, and thus the air is placed in a very high humidity environment.
  • By spraying the air upward in the air it triggers air movement in the space below the plant and spreads the moisture so that the growth of the plant is made smoothly and the humidity is prevented.
  • the air pipe 310 for injecting the air upward from the bottom of the plant as described above is formed of an air pipe integrated bed (G) integrally formed in parallel with the bed 220, the installation and management of the air supply means 300 It's easy.
  • the shelf structure 210 is preferably composed of a mobile rack type having a moving means 230 including a plurality of rollers 231.
  • the moving unit 230 is preferably composed of a handle 233 is installed on one side of the shelf structure 210 and a power transmission unit for transmitting the rotational force of the handle 233 to the roller 231.
  • the moving means 230 is preferably composed of a power transmission unit for transmitting the rotational force of the electric motor and the electric motor to the roller 231 and a control unit for controlling the electric motor.
  • shelf structure 210 is preferably formed in the wiring space 215 for wiring the nutrient solution or air pipe to the nutrient solution is moved in the lower corners.
  • the shelf structure 210 configured as a mobile rack type is provided with a moving means 230 moving on the rail 250 installed on the floor, and a plurality of shelf structures are installed in the manager and the bogie. Ensuring that only one passage is sufficient improves productivity per unit area of the growing room.
  • the waterproofing of the lighting fixture due to the swelling or scattering of the nutrient solution during the movement of the plant-cultivated shelf structure may be concerned, the present invention is equipped with a flat-type LED lighting fixture that the waterproofing treatment as described above is waterproof A mobile rack type shelf structure is realized without worrying about the problem.
  • Plant plant system according to the present invention having the above configuration is formed in the form of a slim panel of the lighting fixtures to minimize the floor space occupancy of the shelf structure to improve the expansion and productivity of the plant cultivation space, installation and handling management in a compact configuration It is simple and saves money.
  • the air pipe is installed to inject air upward from the bottom of the plant to prevent air congestion and to prevent the humidity of the plant due to over-humidity, and the shelf structure of the shelf structure of the shelf structure occupies the area occupied by the passage in the cultivation room. Minimizing the efficiency and productivity per plant area.

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Abstract

본 발명은 복수의 엘이디모듈을 투광패널에 삽입 설치하여 슬림 패널형태로 형성함으로써 공간점유를 최소화하여 식물재배 공간을 극대화하고 구성이 간단하여 설치 및 취급 관리가 현저히 간편하며 비용을 절감토록 하는 식물공장 시스템에 관한 것이다. 이를 실현하기 위한 본 발명은 외부환경과 차단되는 재배실에 설치되고 양액이 순환 이동되는 베드, 상기 베드를 지지하기 위한 선반식 플로어가 복층으로 구비되는 복수의 선반식 구조물 및 각 플로어의 상부공간에 설치되는 조명기구를 포함하고, 상기 조명기구는 피씨비(PCB; Printed Circuit Board)에 복수의 엘이디(LED: Light Emitting Diode)가 배열 실장된 하나 이상의 엘이디모듈을 포함하는 광원부, 상기 엘이디모듈을 삽입 설치하기 위하여 하나 이상의 엘이디모듈 설치홈이 라인형태로 형성되는 투광패널, 상기 엘이디모듈의 피씨비에 접하도록 설치되는 방열부재를 포함하는 평판형 엘이디 조명기구로 구성됨을 특징으로 하는 한다.

Description

식물공장 시스템
본 발명은 복수의 엘이디모듈을 투광패널에 삽입 설치하여 슬림 패널형태로 형성함으로써 공간점유를 최소화하여 식물재배 공간을 극대화하고 구성이 간단하여 설치 및 취급 관리가 현저히 간편하며 비용을 절감토록 하는 식물공장 시스템에 관한 것이다.
식물공장은 외부환경과 차단되는 재배실에서 도 13에 도시된 바와 같이, 선반식 플로어(105)가 복층 구비된 선반식 구조물을 설치하고 각 플로어에 양액(107)이 순환하는 배양트레이(106) 또는 배양베드와 조명기구를 이용하여 식물을 수경재배하는 것으로서 빛이나 온도, 습도, 이산화탄소 농도 등이 인공적으로 조절되기 때문에 날씨의 변화 등에 의한 흉작이나 과다생산이 없이 고품질 야채를 안정적으로 공급 가능하고 일관적인 모양과 맛 영양소의 관리가 가능한 장점이 있다.
이와 같은 식물공장의 주요 구성요소 중 하나는 식물의 광합성 및 생육에 필요한 빛을 제공하는 조명기구이다.
식물은 그 종류 및 생육상태에 따라 각각 선호하는 빛의 파장이 상이하며, 식물공장에서는 식물의 빛에 대한 특성을 최대한 이용하여 식물이 필요로 하는 파장의 색광을 적절하게 공급하고자 하는 조명기구가 이용되고 있다.
기존의 식물공장의 조명기구는 광합성을 돕는 특정파장의 청색광이 특수 형광등(101)으로 설치되고, 이와 함께 엘이디램프(102)가 튜브형태 등으로 구성되어 설치되고 있다.
그런데, 상기 형광등(101) 및 튜브형태의 엘이디램프(102)는 수직상으로 공간을 크게 차지하여 층간 식물재배공간을 잠식하고 구성이 복잡하게 되는 등의 문제가 있다.
즉, 선반식 구조물에서 각각의 플로어는 식물이 자라날 수 있도록 층간 공간을 최대한 크게 확보해야 하는데 형광등 및 튜브형태의 엘이디램프는 수직상으로 상당한 공간을 점유하므로 식물이 수직방향으로 자라날 수 있는 공간을 잠식하는 한편, 하나의 플로어에 여러 형광등 및 튜브형 엘이디램프가 별개로 설치되므로 비용이 낭비되며 설치작업이 복잡하고 취급 관리가 불편한 문제가 있다.
또한, 재배실의 온도와 습도는 항온ㆍ항습기에 의하여 자동으로 최적의 상태로 조절되고, 청정공기 및 식물의 광합성에 필요한 이산화탄소가 공급 및 순환되도록 하는데, 종래에는 재배실 상부에서 일괄적으로 공기를 공급하고 다른 일측으로 배출시키는 일괄 순환방식으로 되어 있으며, 이러한 공기의 일괄 순환방식은 식물의 크기가 작은 생육초기에는 큰 문제가 되지 않으나 생육이 진행되어 잎이 무성해질 경우 베드와 식물 사이의 공간은 무성해진 잎에 의하여 공기이동이 지장을 받게 되고 습도가 높은 공기가 정체된다.
이와 같이 습도가 높은 공기의 정체는 식물에 곰팡이, 박테리아가 번식하는 습해를 발생시켜 작물의 상품성이 떨어지고 수확량이 줄어드는 치명적인 문제점이 있다.
또한, 재배실에는 많은 수의 선반식 구조물이 설치되는데 각각의 선반식 구조물에 식물의 이식, 관리, 수확을 위한 관리자 및 대차의 접근을 위한 통로가 필요하다.
종래기술에서는 선반식 구조물이 바닥에 고착상태로 설치되기 때문에 상기 통로를 선반식 구조물 사이마다 형성해야 됨으로써 상당한 면적이 잠식되고 식물공장의 면적대비 효율 및 생산성을 저하시키는 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서,
본 발명의 목적은 조명기구가 슬림형 패널형태로 형성되어 선반식 구조물의 층간 공간점유를 최소화하여 식물재배 공간의 확장 및 생산성을 향상시키며, 다양한 파장대의 조명이 콤팩트한 단일체 평판형 엘이디 조명기구로 구성됨으로써 설치 및 취급 관리가 현저히 간편하며 비용을 절감토록 하는 식물공장 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 공기를 식물의 하방에서 상향 분사시킴으로써 베드와 식물 하방 사이 공간층의 공기정체를 방지하여 식물의 습해를 미연에 방지토록 하는 식물공장 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 식물재배 베드가 지지되는 선반식 구조물을 모빌랙타입으로 구성함으로써 공간활용성을 극대화시켜 동일면적에 보다 많은 수량의 선반식 구조물을 설치가능토록 하고 식물공장의 단위면적당 생산성을 현저히 향상토록 하는 식물공장 시스템을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 식물공장 시스템은,
외부환경과 차단되는 재배실에 설치되고 양액이 순환 이동되는 베드, 상기 베드를 지지하기 위한 선반식 플로어가 복층으로 구비되는 복수의 선반식 구조물 및 각 플로어의 상부공간에 설치되는 조명기구를 포함하고,
상기 조명기구는 피씨비(PCB; Printed Circuit Board)에 복수의 엘이디(LED: Light Emitting Diode)가 배열 실장된 하나 이상의 엘이디모듈을 포함하는 광원부, 상기 엘이디모듈을 삽입 설치하기 위하여 하나 이상의 엘이디모듈 설치홈이 라인형태로 형성되는 투광패널, 상기 엘이디모듈의 피씨비에 접하도록 설치되는 방열부재를 포함하는 평판형 엘이디 조명기구로 구성됨을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 베드를 따라 설치되고 기체가 식물의 하방에서 상향 분사되도록 설정 간격으로 복수의 분사구가 상향 형성된 에어관과 상기 에어관으로 청정공기 또는 이산화탄소 중 어느 한가지 이상의 기체를 공급하는 블로어장치를 포함하는 에어공급수단이 더 구비됨을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 선반식 구조물의 이동을 위한 복수의 레일이 재배실 바닥에 평행설치되고, 상기 선반식 구조물은 복수의 롤러를 포함하는 이동수단이 구비되는 모빌랙타입으로 구성됨을 특징으로 한다.
상기 구성을 지닌 본 발명에 따른 식물공장 시스템은
첫째, 조명기구가 슬림형 패널형태로 형성되어 선반식 구조물의 층간 공간점유를 최소화하여 식물재배 공간의 확장 및 생산성을 향상시키는 현저한 효과가 있다.
둘째, 다양한 파장대의 조명이 슬림형 패널형태의 콤팩트한 단일체 평판형 엘이디 조명기구로 구성됨으로써 설치 및 취급 관리가 간편하고 비용을 절감시켜 주는 효과가 있다.
셋째, 에어관이 식물의 하방에서 공기를 상향 분사하도록 설치됨으로써 공기정체를 방지하고 과습에 의한 식물의 습해를 미연에 방지하는 현저한 효과가 있다.
넷째, 선반식 구조물이 모빌랙타입으로 구성됨으로써 재배실에서 통로가 차지하는 면적을 최소화시켜 식물공장의 면적당 효율 및 생산성을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 일부 절개 사시도
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 저면도
도 3은 도 2의 A-A선 단면 일부 확대도
도 4는 도 3의 일부 확대부 분해도
도 5는 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 저면도
도 6은 본 발명에 따른 일 실시예의 구성도
도 7은 도 6의 B-B선 단면 확대도
도 8은 도 7의 분해도
도 9는 도 6의 C-C선 시선 일부 생략도
도 10은 본 발명에 따른 일 실시예의 에어공급수단을 보이는 일부 발췌도
도 11은 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 평면도
도 12는 도 11의 측면도
도 13은 종래 기술의 구성도
이하, 본 발명의 식물공장 시스템에 대한 실시예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 일 실시예의 식물공장 시스템은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 외부환경과 차단되는 재배실에 설치되고 양액이 순환 이동되는 베드(220), 상기 베드를 지지하기 위한 선반식 플로어(211)가 복층으로 구비되는 복수의 선반식 구조물(210) 및 각 플로어의 상부공간에 설치되는 조명기구를 포함하고, 상기 조명기구는 피씨비(PCB; Printed Circuit Board)(13)에 복수의 엘이디(LED: Light Emitting Diode)(11)가 배열 실장된 하나 이상의 엘이디모듈(10)을 포함하는 광원부(L), 상기 엘이디모듈(10)을 삽입 설치하기 위하여 하나 이상의 엘이디모듈 설치홈(31)이 라인형태로 형성되는 투광패널(30), 상기 엘이디모듈의 피씨비(13)에 접하도록 설치되는 방열부재(40)를 포함하는 평판형 엘이디 조명기구(1)로 구성되는 것이다.
여기서, 상기 평판형 엘이디 조명기구(1)는 광원부(L)가 청색 엘이디(11a), 적색 엘이디(11b) 및 백색 엘이디(11c)를 포함하여 구성됨이 바람직하다.
또한, 상기 청색 엘이디(11a), 적색 엘이디(11b) 및 백색 엘이디(11c)는 다양한 설정 비율로 혼합배열되는데 바람직하기는 청색:적색:백색 엘이디가 3:2:2 비율로 혼합되는 것이다(도 2 참조).
그러나, 이러한 비율은 각 파장대의 색광을 내는 엘이디의 품질에 따라 변할 수 있다.
그리고, 상기 비율을 형성하는 색광 엘이디의 배열 및 조합은 도 2에 도시된 바와 같이, 청색 엘이디(11a), 적색 엘이디(11b), 백색 엘이디(11c), 청색 엘이디(11a)의 순차적 배열을 한 싸이클(10a)로 하여 연속 배열하는 등으로 다양하게 할수 있다.
또한, 상기 엘이디가 청색엘이디(11a)와 적색엘이디(11b)만으로 조합될 수도 있으며 이 경우에는 청색:적색이 3:1 또는 2:1 비율로 형성될 수 있다.,
또한, 상기 광원부(L)는 제어부에 의하여 점멸됨이 바람직하다.
빛이 점멸함에 있어서 연속광 대비 전원단속 횟수 및 이에 따른 빛의 점멸횟수가 증가할수록 광합성량이 증가하며, 에너지가 절감되는 부수적인 효과도 있다.
본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 평판형 엘이디 조명기구(1)는 엘이디모듈 설치홈(31)이 엘이디의 광확산을 위하여 선단부에 단면상 V홈(311)이 형성됨이 바람직하다(도 3, 도 4 참조).
상기 V홈(311)은 조사각이 좁은 엘이디(11)의 빛을 확산시켜 주며, 광확산을 위하여 엘이디모듈 설치홈(31)에 렌즈부(미도시)가 형성될 수도 있다.
본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 평판형 엘이디 조명기구(1)는 방열부재(40)로서 엘이디모듈의 피씨비(13) 상부에 개별방열시트(41)가 열전도특성을 갖는 접착제 또는 서멀패드를 통하여 접합설치되고 그 위에 투광패널(30) 전체를 덮는 방열커버(43)가 설치되며, 상기 투광패널(30)과 방열커버(43)를 결속시키며 광원부(L)의 밀폐ㆍ방수를 위한 방수테이프(51)가 테이핑됨이 바람직하다.
상기 엘이디모듈 설치홈(31)은 엘이디모듈 삽입 설치시 상부로 피씨비(13)가 돌출되도록 형성된다(도 3 참조).
상기 개별방열시트(41) 및 방열커버(43)는 알루미늄 등으로 이루어지며, 상기 방열커버(43)는 열을 확산 및 방출하는 기능과 커버기능을 겸하여 수행한다.
또한, 상기 투광패널(30)의 상부에는 반사부재(53)가 설치됨이 바람직하다.
상기 투광패널(30)의 상부에 설치되는 반사부재(53)는 밀접 시트형태 또는 이면에 접착제가 도포된 반사테이프 등으로 이루어짐이 바람직하다.
또한, 상기 방수테이프(51)는 이면에 접착제가 도포되고 상기 방열커버(43)와 투광패널(30)의 둘레 측면을 따라 밀폐토록 접착되며, 투광패널의 전선 입구에는 방수패킹(55)이 구비됨이 바람직하다(도 1 참조).
본 발명에 따른 일 실시예의 평판형 엘이디 조명기구(1A)로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 광원부(L)는 상기 엘이디모듈(10)과 하나 이상의 냉음극 형광램프(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)(20)를 복합적으로 구비하여 이루어지고, 상기 투광패널(30)에는 상기 냉음극 형광램프 설치홈(33)이 라인형태로 형성됨이 바람직하다.
그리고, 냉음극 형광램프(20)의 주위에는 냉음극 형광램프(20)에서 빛이 조사되는 하방을 제외한 둘레를 둘러싸는 형태의 반사부재가 설치됨이 바람직하다(미도시).
상기 구성을 지닌 본 발명에 따른 평판형 엘이디 조명기구(1)의 작용상태를 살펴본다.
상기 평판형 엘이디 조명기구(1)는 광원부(L)가 투광패널(30)에 형성되는 라인형태의 엘이디모듈 설치홈(31)에 삽입설치됨으로써 조명기구가 패널형태로 슬림형성되어 선반식 구조물의 층간 공간점유를 최소화하게 되고(도 6 참조), 이에 따라 식물재배 공간이 확장되어 생산성을 향상시킨다.
또한, 다양한 파장대의 색광을 발하는 조명이 콤팩트한 단일체로 구성됨으로써 설치 및 취급 관리가 간편하고 조명에 따른 비용을 절감시켜 준다.
또한, 광원부(L)가 청색 엘이디(11a), 적색 엘이디(11b) 외에 백색 엘이디(11c)를 조합하여 됨으로써 엽록소의 광합성 진행 및 식물의 생육을 좋게 하여 생산성을 증대시킨다.
백색 엘이디를 포함하는 광원부(L)의 작용상태을 알아보기 위하여 적갓, 돌산갓, 적케일, 비트 등 15종류의 채소류에 어떠한 영향을 미치는지 생장형태를 알아보는 실험을 다양하게 실시하여 다음과 같은 결과가 나왔다.
1. 청색 엘이디와 적색 엘이디만으로 조합하고 그 비율이 3:1 또는 2:1 에서 양호하였다.
2. 청색 엘이디, 적색 엘이디와 함께 백색 엘이디 혼합시 청색, 적색만으로 된 경우보다 양호하고 특히 청색:적색:백색 엘이디가 3:2:2 비율로 조합하였을 때 생장이 우수하였다.
3. 잎에 적색을 띠는 종류 가운데 적갓, 적케일, 적양배추, 적상추 등은 청색광의 비율이 높을 때 적색이 잘 나타났고, 비트는 적색광의 비율이 높을 때 적색이 잘 나타났다.
4. 적색광이 많으면 식물이 지나치게 커지고 늘어지며, 청색광이 많으면 튼튼하게 자라났다.
또한, 청색 엘이디, 적색 엘이디 및 냉음극 형광램프(CCFL)(20)를 조합하는 경우가 청색, 적색 엘이디만으로 된 경우보다 양호하였다.
이와 같이 본 발명에 따른 광원부는 청색 엘이디, 적색 엘이디 외에 백색 엘이디 또는 냉음극 형광램프를 조합함으로써 식물생장에 보다 양호한 효과를 거둘수 있도록 한다.
수경재배 식물공장에 설치되는 조명기구는 광원부의 방수, 방습이 보다 엄격하게 요구되는데 광원부(L)가 투광패널(30)에 형성되는 설치홈에 삽입설치되고, 그 위에 방열커버(43)가 덮여진 다음 전둘레를 방수테이프(51) 등을 이용하여 밀폐 결속시킴으로써 방수ㆍ방습처리가 용이하게 이루어진다.
또한, 점등시 각각의 엘이디모듈에서 발생되는 열은 피씨비에 접합 설치된 개별방열시트(41)로 전달되고 개별방열시트와 접하며 넓은 면적을 갖는 방열커버(43)로 전달 확산되어 방열이 원활하게 이루어진다.
상기에서 개별방열시트를 배제하고 방열커버(43)가 피씨비에 직접 접하는 구성도 가능하다.
또한, 투광패널(30) 상면에 자석이 설치될 수 있으며(미도시), 이 경우 설치대상 구조물인 철재 플로어 대한 부착설치가 간편하게 이루어지고 설치에 따른 공간 손실이 발생하지 않는 장점이 있다.
본 발명에 따른 일 실시예로서, 도 6 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 베드(220)를 따라 설치되고 기체가 식물의 하방에서 상향 분사되도록 설정 간격으로 복수의 분사구(311)가 상향 형성된 에어관(310)과 상기 에어관(310)으로 청정공기 또는 이산화탄소 중 어느 한가지 이상의 기체를 공급하는 블로어장치(330)를 포함하는 에어공급수단(300)이 더 구비됨이 바람직하다.
여기서, 상기 베드(220)와 에어관(310)은 일체로 병렬 형성되어 에어관 일체형 베드(G)로 형성되고, 에어관 일체형 베드(G)의 에어관(310) 일측단에 블로어장치(330)와 연결되는 연결관(320)이 결합됨이 바람직하다.
상기 에어관 일체형 베드(G)는 단일 플로어(211) 상에 복수라인 배설되고, 복수라인의 에어관 일체형 베드(G)가 배설된 상부에 각 라인의 베드(220)와 에어관의 분사구(311)에 대응하여 식물이 심기는 포트홀(351)과 에어홀(353)이 배열 형성된 매트리스(350)가 얹혀진다.
또한, 상기 매트리스(350)는 스티로폼으로 이루어지고, 상기 포트홀(351)과 에어홀(353)은 상호 어긋나게 연속 형성되어 하나의 포트홀(351)을 중심으로 에어홀(353)이 사방으로 형성되는 형태로 이루어짐이 바람직하다(도 9, 도 10 참조).
또한, 상기 블로어장치(330)는 블로어 및 필터가 내설되며 재배실 내부 또는 외기를 흡입하여 청정공기로 정화시킨 후 연결관(320) 및 선반식 구조물 각 플로어의 에어관(310)으로 공급하며, 이산화탄소탱크(360)(도 10 참조)로부터 유입되는 이산화탄소 혼합용 믹서가 구비됨이 바람직하다.
또한, 상기 각 플로어의 베드(220)에 연결되는 양액순환관(420)과 양액이 저장되는 양액탱크(410)가 구비된다.
이와 같은 구성을 지닌 에어공급수단(300)의 작용상태를 살펴 보면 다음과 같다.
외기 또는 내부공기가 유입되는 블로어장치(330) 내에서 필터를 통하여 공기가 정화되고, 정화된 청정공기와 이산화탄소탱크(360)로부터 유입되는 설정량의 이산화탄소가 혼합된 기체(이하 "공기"라 함)가 연결관(320) 및 연결관으로부터 분기되는 에어관(310)을 통하여 분배 공급이 이루어진다.
이와 같은 에어관(310)이 식물의 하방에 위치되고 분사구(311)가 상향 형성되어 공기가 상향 분사되도록 설치됨으로써 상기 베드(220)와 식물 사이에 형성되는 공간의 공기정체를 방지하고 과습에 의한 식물의 습해를 미연에 방지하게 된다.
다시 말하면, 식물과 베드(220) 사이에 형성되는 공간층은 무성하게 자라난 식물의 잎으로 인하여 공기이동이 간섭을 받아 공기가 정체되고 이로 인하여 습도가 매우 높은 환경에 처하게 되는데, 식물의 하방에서 공기를 상향 분사시켜줌으로써 식물 하방 공간의 공기이동을 촉발시키고 습기를 확산시켜 식물의 생육이 원활하게 이루어짐과 아울러 습해를 미연에 방지한다.
또한, 이와 같이 식물의 하방에서 공기를 상향 분사하는 에어관(310)이 베드(220)와 일체로 병렬형성되는 에어관 일체형 베드(G)로 형성됨으로써 에어공급수단(300)의 설치 및 관리가 간편하게 이루어진다.
본 발명에 따른 일 실시예로서, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 선반식 구조물(210)의 이동을 위한 복수의 레일(250)이 재배실 바닥에 평행설치되고, 상기 선반식 구조물(210)은 복수의 롤러(231)를 포함하는 이동수단(230)이 구비되는 모빌랙타입으로 구성됨이 바람직하다.
상기 이동수단(230)은 선반식 구조물(210) 일측에 설치되는 핸들(233)과 상기 핸들(233)의 회전력을 상기 롤러(231)로 전달하는 동력전달부로 구성됨이 바람직하다.
본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 이동수단(230)은 전동모터와 전동모터의 회전력을 상기 롤러(231)로 전달하는 동력전달부와 상기 전동모터를 제어하는 제어부로 구성됨이 바람직하다.
또한, 상기 선반식 구조물(210)은 하방 양측 모퉁이에 양액이 이동되는 양액관 또는 에어관 배선을 위한 배선공간(215)이 형성됨이 바람직하다.
이와 같이, 모빌랙타입으로 구성되는 선반식 구조물(210)은 바닥에 설치된 레일(250)을 타고 이동하는 이동수단(230)이 구비되는 것으로서, 다수의 선반식 구조물이 설치되는 중에 관리자 및 대차의 통로가 하나만 확보되면 충분하므로 재배실의 단위면적당 생산성을 향상시킨다.
한편, 식물재배용 선반식 구조물의 이동시 양액의 출렁임 또는 비산으로 인한 조명기구의 방수가 염려될 수 있으나, 본 발명은 상기와 같이 방수처리가 면밀하게 이루어지는 평판형 엘이디 조명기구를 구비하고 있어 조명기구 방수문제에 대한 염려 없이 모빌랙타입의 선반식 구조물을 구현시킨다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다. 여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
상기 구성을 지닌 본 발명에 따른 식물공장 시스템은 조명기구가 슬림형 패널형태로 형성되어 선반식 구조물의 층간 공간점유를 최소화하여 식물재배 공간의 확장 및 생산성을 향상시키며, 콤팩트한 구성으로 설치 및 취급 관리가 간편하고 비용을 절감시켜 준다.
또한, 에어관이 식물의 하방에서 공기를 상향 분사하도록 설치됨으로써 공기정체를 방지하고 과습에 의한 식물의 습해를 미연에 방지하며, 선반식 구조물이 모빌랙타입으로 구성됨으로써 재배실에서 통로가 차지하는 면적을 최소화시켜 식물공장의 면적당 효율 및 생산성을 향상시킨다.

Claims (12)

  1. 외부환경과 차단되는 재배실에 설치되고 양액이 순환 이동되는 베드, 상기 베드를 지지하기 위한 선반식 플로어가 복층으로 구비되는 복수의 선반식 구조물 및 각 플로어의 상부공간에 설치되는 조명기구를 포함하고,
    상기 조명기구는 피씨비(PCB; Printed Circuit Board)에 복수의 엘이디(LED: Light Emitting Diode)가 배열 실장된 하나 이상의 엘이디모듈을 포함하는 광원부, 상기 엘이디모듈을 삽입 설치하기 위하여 하나 이상의 엘이디모듈 설치홈이 라인형태로 형성되는 투광패널, 상기 엘이디모듈의 피씨비에 접하도록 설치되는 방열부재를 포함하는 평판형 엘이디 조명기구로 구성됨을 특징으로 하는 식물공장 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 평판형 엘이디 조명기구는 광원부가 청색 엘이디, 적색 엘이디 및 백색 엘이디를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 식물공장 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 평판형 엘이디 조명기구는 엘이디모듈 설치홈이 엘이디의 광확산을 위하여 선단부에 단면상 V홈이 형성됨을 특징으로 하는 식물공장 시스템.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 평판형 엘이디 조명기구는 방열부재로서 엘이디모듈의 피씨비 상부에 개별방열시트가 열전도특성을 갖는 접착제 또는 패드를 통하여 접합설치되고 그 위에 투광패널 전체를 덮는 방열커버가 설치되며,
    상기 투광패널과 방열커버를 결속시키며 광원부의 밀폐ㆍ방수를 위한 방수테이프가 테이핑됨을 특징으로 하는 식물공장 시스템.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 투광패널의 상부에는 반사부재가 설치됨을 특징으로 하는 식물공장 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 광원부는 상기 엘이디모듈과 하나 이상의 냉음극 형광램프(CCFL: Cold Cathode Fluorescent Lamp)를 복합적으로 구비하여 이루어지고,
    상기 투광패널에는 상기 냉음극 형광램프 설치홈이 라인형태로 형성됨을 특징으로 하는 식물공장 시스템.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 베드를 따라 설치되고 기체가 식물의 하방에서 상향 분사되도록 설정 간격으로 복수의 분사구가 상향 형성된 에어관과 상기 에어관으로 청정공기 또는 이산화탄소 중 어느 한가지 이상의 기체를 공급하는 블로어장치를 포함하는 에어공급수단이 더 구비됨을 특징으로 하는 식물공장 시스템.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 베드와 에어관은 일체로 병렬 형성되어 에어관 일체형 베드로 형성되고, 에어관 일체형 베드의 에어관 일측단에 블로어장치와 연결되는 연결관이 결합됨을 특징으로 하는 식물공장 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 에어관 일체형 베드는 단일 플로어 상에 복수라인 배설되고,
    복수라인의 에어관 일체형 베드가 배설된 상부에 각 라인의 베드와 에어관의 분사구에 대응하여 식물이 심기는 포트홀과 에어홀이 배열 형성된 매트리스가 얹혀짐을 특징으로 하는 식물공장 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 선반식 구조물의 이동을 위한 복수의 레일이 재배실 바닥에 평행설치되고, 상기 선반식 구조물은 복수의 롤러를 포함하는 이동수단이 구비되는 모빌랙타입으로 구성됨을 특징으로 하는 식물공장 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 이동수단은 선반식 구조물 일측에 설치되는 핸들과 상기 핸들의 회전력을 상기 롤러로 전달하는 동력전달부로 구성됨을 특징으로 하는 식물공장 시스템.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 이동수단은 전동모터와 전동모터의 회전력을 상기 롤러로 전달하는 동력전달부와 상기 전동모터를 제어하는 제어부로 구성됨을 특징으로 하는 식물공장 시스템.
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