KR101121067B1

KR101121067B1 - 엘이디 조명을 이용한 식물재배기

Info

Publication number: KR101121067B1
Application number: KR1020110030617A
Authority: KR
Inventors: 이상우; 안범섭
Original assignee: 이상우; 현진조명 주식회사
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-03-16

Abstract

본 발명은 LED를 이용한 식물재배기에 관한 것으로서, 수경재배 방식을 이용한 식물재배기에 있어서, 직사각의 틀 형상으로 되어 높이방향으로 다단의 선반이 형성되고 하단부에 이동바퀴가 장착된 재배기 프레임; 상기 재배기 프레임의 각 선반의 상면에 설치되는 다수개의 재배포트; 상기 각 선반 중 하단부의 선반을 제외한 각 선반과 재배기 프레임의 상단틀의 하면에 각각 설치되어 작물의 종류 및 생육시기에 따라 광도가 조절되는 LED 조명; 450nm~660nm의 청색광과 적색광과 그 사이의 주백색광의 LED를 이용하는 식물재배시스템; 주변의 빛을 감지하여 상기 LED 조명의 광도를 조절하는 광센서; 상기 재배기 프레임의 상단틀의 상면에 설치되는 태양전지판; 상기 재배기 프레임의 하부와 하단부의 선반 사이에 설치되어 내장된 양액 공급펌프의 작동에 의해 상기 각 재배포트에 양액을 공급하는 서랍식의 양액 저장탱크; 상기 양액 저장탱크의 전면에 설치되어 상기 LED 조명 등을 제어하는 제어부; 및 상기 재배포트에 심어진 작물의 생육이 완료되면 수확할 시기를 경보를 울려 알려주도록 상기 제어부에 설치되는 수확알림부저;로 이루어져, 작물의 종류와 생육시기에 따라 LED 조명의 광도를 조절하여 바람직한 성장으로 이끌 수 있고, 태양전지판에 의해 비상시에도 전원을 공급받으며, 서랍식의 양액 저장탱크에 의해 양액의 보충과 청소가 용이한 효과가 있다.

Description

엘이디 조명을 이용한 식물재배기{PLANT CULTIVATION DEVICE OF PLANTS USING OF LED LIGHT}

본 발명은 LED 조명을 이용한 식물재배기에 관한 것으로서, 상세히는 다단의 선반으로 구성된 재배기 프레임의 상기 선반과 상단틀에 재배포트와 LED 조명 및 태양전지판을 설치하고, 상기 재배기 프레임의 하부에 서랍식의 양액 저장탱크와 제어부를 설치함으로써, 상기 제어부의 제어에 의해 재배포트에 심어진 작물의 종류 및 생육시기에 따라 LED 조명의 광도를 조절하고, 상기 태양전지판에 의해 비상시에 전원을 공급받으며, 상기 제어부에 설치된 수확알림부저에 의해 작물의 생육이 완료되면 수확시기를 정확하게 알려주도록 한 LED 조명을 이용한 식물재배기에 관한 것이다.

일반적으로 수경재배농법은 토양대신에 영양분이 함유되어 있는 물로 채소, 화훼 등의 작물을 안전하고 대량생산할 수 있다는 장점 때문에 최근 각광받고 있는 식물재배법의 일종이다. 수경재배법은 산업 발달에 따른 농경지감소 및 무공해의 신선한 채소를 사계절 소비하려고 하는 현재의 소비패턴에 따른 재배법이며, 일반가정집에서도 간편하게 수경재배시스템을 도입 설치하여 사용할 수 있다는 이점 때문에 빠르게 보급되고 있는 추세이다.

이러한 수경재배법은 재배포트에 심어진 배양식물이 외부로부터 공급된 양액으로부터 양분을 흡수하여 자라게 되는데, 적당한 양액의 공급과 온도의 조절이 배양식물의 성장에 가장 큰 관건이 된다.

보통의 수경재배는 일정한 형상의 틀에 상토가 채워진 재배포트를 설치하고, 상기 재배포트의 상토에 식물을 심어 공급관을 통해 상기 상토에 양액을 공급함으로써 식물을 성장시키는 구조로 된 식물재배기를 많이 사용하고 있다.

그런데, 이와 같이 일반가정집에 설치되는 종래 식물재배기는 양액을 공급함은 물론 별도의 조명장치를 통해 식물이 빛을 받도록 조명을 설치해주고 있다

그러나, 작물의 종류 및 생육시기에 따라 광도를 다르게 해야 하지만 상기 조명은 일정한 광도로만 식물에 광을 조사하는 단점이 있다.

또, 종래 식물재배기는 주변의 빛의 밝기에 따라 조명의 광도를 조절해주지 못할 뿐만 아니라, 작물의 생육이 완료되어 수확할 시기가 되었다는 것은 그 시점이 작물을 섭취하는 등에 있어 가장 바람직한 시기이므로 신속하게 수확을 하는 것이 필요하나, 종래 식물재배기는 직접 눈으로 확인해야만 그 시기를 알 수밖에 없다는 문제가 있다.

또한, 종래 식물재배기는 작물에 양액을 공급하기 위해 양액이 저장된 저장탱크가 대부분 고정식이어서 청소 등의 관리에 어려움이 있다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 제반 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 그 목적은 재배기 프레임의 하부에는 양액 공급펌프를 통해 양액을 공급하는 서랍식의 양액 저장탱크가 설치되고 상부에는 다단으로 선반이 설치되고, 상기 각 선반에는 작물이 생육하는 재배포트와 LED 조명이 설치되며, 상기 재배기 프레임의 상단틀에는 태양전지판 등을 설치하고, 상기 양액 저장탱크에는 제어부를 설치한 LED 조명을 이용한 식물재배기를 제공함에 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 식물재배기는 상기 제어부의 제어에 의해 재배포트에 심어진 작물의 종류 및 생육시기에 따라 LED 조명의 광도를 조절하고, 상기 재배기 프레임의 상단틀에 설치된 태양전지판에 의해 비상시에도 전원을 공급하며, 상기 재배기 프레임에 설치된 광센서로 주변의 빛을 감지하여 LED 조명의 광도를 조절하고, 식물의 재배가 완료되어 수확할 시기가 되면 제어부에 설치된 수확알림부저를 통해 이를 알려주는 기능을 하게 된다.

다른 목적은 상기 양액 저장탱크 내에 수위센서를 설치하여 상기 수위센서의 감지에 의해 상기 수확알림부저와 다른 음이 울리는 보충부저를 통해 양액의 보충시기를 알려주도록 한 LED 조명을을 이용한 식물재배기를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명의 LED 조명을 이용한 식물재배기는, 수경재배 방식을 이용하며, 직사각의 틀 형상으로 되어 높이방향으로 다단의 선반이 형성되고 하단부에 이동바퀴가 장착된 재배기 프레임; 상기 재배기 프레임의 각 선반의 상면에 설치되는 다수개의 재배포트; 상기 각 선반 중 하단부의 선반을 제외한 각 선반과 재배기 프레임의 상단틀의 하면에 각각 설치되어 작물의 종류 및 생육시기에 따라 광도가 조절되는 LED 조명; 주변의 빛을 감지하여 상기 LED 조명의 광도를 조절하는 광센서; 상기 재배기 프레임의 상단틀의 상면에 설치되는 태양전지판; 상기 재배기 프레임의 하부와 하단부의 선반 사이에 설치되어 내장된 양액 공급펌프의 작동에 의해 상기 각 재배포트에 양액을 공급하는 서랍식의 양액 저장탱크; 상기 양액 저장탱크의 전면에 설치되어 상기 LED 조명 등을 제어하는 제어부; 및 상기 재배포트에 심어진 작물의 생육이 완료되면 수확할 시기를 경보를 울려 알려주도록 상기 제어부에 설치되는 수확알림부저;로 이루어진 것을 특징으로 하고 있다.

또, 상기 양액 저장탱크 내에 설치되어 양액의 수위를 감지하는 수위센서와, 상기 수위센서의 감지에 의해 수확알림부저와 다른 음으로 경보를 울려 양액의 보충시기를 알려주도록 상기 제어부에 설치되는 보충부저를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또, 상기 LED조명의 파장은 청색부터 적색까지 빛을 발산하는 450～660㎚ 파장의 범위 내에 있도록 하며, 상기 재배기 프레임의 이동바퀴에 장착되어 설치완료된 식물재배기를 고정하는 스토퍼를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 LED 조명을 이용한 식물재배기에 의하면, 다단의 각 선반별로 재배포트에 여러 가지의 작물을 동시에 재배할 수 있고, 각 작물의 종류 및 생육시기에 따라 LED 조명의 광도를 조절함으로써 각 작물의 특성 및 시기에 따라 가장 최적 재배환경조건을 구현해 낼 수 있다.

또, 광센서가 주변을 빛을 감지하여 LED 조명의 광도를 조절하므로 본 발명의 식물재배기를 어디에 설치하더라도 작물이 잘 자랄 수 있는 광조건을 부여 할 수 있다.

또한, 태양전지판이 설치되어 있으므로 정전 등의 이유로 전원이 차단되는 비상시의 경우에도 항상 전원을 공급할 수 있는 효과가 있다.

또한, 작물의 생육이 완료되어 수확을 해야 할 때에 수확알림부저를 통해 경보음을 울려 정확한 수확시기를 알려주는 효과가 있고, 양액 저장탱크에 설치된 수위센서의 감지에 의해 상기 수확알림부저와는 다른 음으로 경보음을 울리는 보충부저를 통해 양액을 적절한 시기에 보충할 수 있는 효과가 있다.

특히, 양액 저장탱크가 서랍식으로 되어 있어 양액의 보충 및 청소가 용이한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 LED 조명을 이용한 식물재배기의 사시도
도 2는 본 발명에 따른 LED 조명을 이용한 식물재배기의 측단면도
도 3은 본 발명에 따른 LED 조명을 이용한 식물재배기의 사용상태 사시도
도 4는 본 발명에 따른 LED 조명을 이용한 식물재배기의 사용상태 측단면도

이하, 본 발명에 따른 LED 조명을 이용한 식물재배기의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 LED 조명을 이용한 식물재배기의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 LED 조명을 이용한 식물재배기의 측단면도를 도시한 것이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 LED 조명을 이용한 식물재배기는 재배기 프레임(1), 재배포트(2), LED 조명(3a)(3b)(3c)(3d), 광센서(4), 태양전지판(5), 양액 저장탱크(6), 제어부(7) 및, 수확알림부저(8)로 이루어진다.

상기 재배기 프레임(1)은 직사각의 틀 형상으로 되어 높이방향으로 일정간격을 두고 다단으로 여러 개의 선반(9a)(9b)(9c)(9d)이 설치되고, 하단부의 네모서리에는 자유롭게 이동할 수 있는 이동바퀴(10)가 부착되며, 상기 이동바퀴(10)에는 스토퍼(10a)가 장착되어 있어 재배기 프레임(1)을 이동바퀴(10)에 의해 필요한 위치로 이동한 후 상기 스토퍼(10a)를 내려 움직이지 않도록 고정하게 된다.

상기 선반(9a)(9b)(9c)(9d)은 도면에 4단으로 설치하고 있으나 필요에 따라 4단 미만 또는 4단을 초과하여 설치할 수도 있다.

상기 재배포트(2)는 상토가 담겨져 작물이 심어지는 틀로써 상기 재배기 프레임(1)의 각 선반(9a)(9b)(9c)(9d)의 상부에 여러 개를 2열로 설치하게 되며, 필요에 따라 3열, 4열로도 설치할 수 있을 것이다.

상기 LED 조명(3a)(3b)(3c)(3d)은 재배기 프레임(1)의 하단부의 선반(9a)을 제외한 각 선반(9b)(9c)(9d) 및 상단틀(1a)의 하면에 설치되며, 450㎚의 청색의 파장에서 작물의 성장에 중요한 660㎚의 적색의 파장의 범위 내에서 주백색(주광색) 빛을 발산하게 된다.

상기 광센서(4)는 재배기 프레임(1)의 양액 저장탱크(6)에 제어부(7)와 연결되도록 설치되어 본 발명의 식물재배기가 설치된 주변의 빛을 감지하는 기능을 하게 된다.

상기 태양전지판(5)은 재배기 프레임(1)의 상단틀(1a)의 상면에 설치되어 태양 빛에 의한 전기를 충전지에 충전하게 되며, 상기 LED 조명(3a)(3b)(3c)(3d)의 작동 등을 위한 전원의 공급이 정전 등에 의해 중단되는 비상시에 자동으로 상기 충전지로 연결되어 충전된 전기를 공급하게 된다.

상기 양액 저장탱크(6)는 재배기 프레임(1)의 하부와 하단부의 선반(9a) 사이에서 서랍식으로 설치되며, 내장된 양액 공급펌프(6a)가 작동하여 공급관(6b)으로 통해 상기 각 재배포트(2)에 양액을 주기적으로 공급하게 된다.

상기 제어부(7)는 양액 저장탱크(6)의 전면에 부착된 조작패널과 후면의 PCB(Printed Circut Board)가 서로 연결된 형태로 설치되며, 식물재배 시기에 새싹과 성묘의 단계를 식물종류별로 데이터베이스화하여 상기 PCB에 저장해 놓고, 작물의 종류별로 어린묘와 성묘의 단계를 각각 선택하기 위한 각 모드의 선택시 상기 LED 조명(3a)(3b)(3c)(3d)의 밝기를 적절하게 조절하는 역할을 하게 된다.

또한, 상기 제어부(7)는 상기 LED 조명(3a)(3b)(3c)(3d)의 광도 조절 외에도 상기 광센서(4)와 태양전지판(5) 및 양액 저장탱크(6)의 양액 공급펌프(6a) 등의 작동을 적절하게 제어하는 역할을 하게 된다.

상기 수확알림부저(8)는 제어부(7)에 설치되어 상기 제어부(7)의 PCB에 작물의 종류별로 저장된 수확시기에 따라 해당 작물의 수확시기에 도달하면 경보음을 울리도록 되어 있다.

한편, 상기 양액 저장탱크(6) 내에는 수위센서(11)가 설치되어 제어부(7)에 설치된 보충부저(12)와 연결되어 있으므로, 상기 수위센서(11)가 양액 저장탱크(6)에 저장된 양액의 수위를 감지하여 일정 수위 이하로 떨어지면, 상기 보충부저(12)를 통해 수확알림부저(8)와는 다른 음으로 경보음을 울려 양액 저장탱크(6)에 양액을 보충할 수 있도록 한다.

다음은 상기한 바와 같이 구성된 본 발명의 LED 조명을 이용한 식물재배기의 사용상태를 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 LED 조명을 이용한 식물재배기의 사용상태 사시도이고, 도 4는 본 발명에 따른 LED 조명을 이용한 식물재배기의 사용상태 측단면도를 도시한 것이다.

도 3 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 식물재배기를 원하는 장소에 이동바퀴(10)를 이용하여 이동시켜 위치된 상태에서 스토퍼(10a)로 고정한 후, 재배기 프레임(1)의 각 선반(9a)(9b)(9c)(9d)에 설치된 재배포트(2)에 꽃이나 야채와 같은 각종의 작물(13)을 심게 되며, 이때 각 선반별로 서로 종류를 달리하는 작물을 심을 수도 있다.

이와 같이 상기 재배포트(2)에 작물(13)이 심어지면 상기 LED 조명(3a)(3b)(3c)(3d)에 의해 작물(13)에 450～660㎚ 범위 내의 파장으로 빛을 비추어 주게 되고, 이때, 제어부(7)의 PCB에 저장된 각 작물의 종류 및 생육시기에 따라 상기 제어부(7)의 조작패널의 조작으로 상기 LED 조명(3a)(3b)(3c)(3d)의 광도를 적절하게 조절하면서 비추어주도록 한다.

즉, 작물(13)이 심어진 초기의 새싹단계에서는 광도를 최대한 높게 하고 상기 작물(13)이 자라면서 커지는 단계마다 광도를 점점 낮추도록 하며, 재배기 프레임(1)의 각 선반(9a)(9b)(9c)(9d)의 서로 다른 작물의 종류에 따라서도 LED 조명(3a)(3b)(3c)(3d)의 광도를 조절함은 물론 빛이 비추는 시간을 길게 하거나 짧게 한다.

상기 재배포트(2)에서 작물(13)이 성장하고 있을 때 제어부(7)의 제어에 의해 광선세(4)가 감지하는 주변의 빛에 따라, 예컨대 베란다와 같은 곳에 본 발명의 식물재배기가 설치되어 자연광이 직접 재배포트(2)에 비추는 경우에는 LED 조명(3a)(3b)(3c)(3d)의 광도를 낮추고, 자연광이 점점 줄어들 때마다 상기 LED 조명(3a)(3b)(3c)(3d)의 광도를 점점 높게 한다.

하기 <표 1>은 식물별 재배에 필요한 광질의 자료의 일예를 나타내고 있다.

항 목	단 위	쌀	딸기	상추	토마토
재배 기간	일	100	90	30	90
PPFD(광량자)	μmolm²s¹	800	300	200	600
일간 조명시간	hour/day	12	16	16	12
일간 광합성량	μmolm²/day	34.6	17.3	11.5	25.9
필요 LED광질 (배율)		R(6), B(4)	R, B, I.R, Y	R, G, B,	R, B, I.R, Y

*R:Red, B:Blue, G:Green, Y:Yellow, I.R:Far Red

상기 <표 1>에 나타낸 바와 같이 식물의 종류에 따라 재배기간, 성장단계, 해당 식물이 필요로 하는 파장(빛) 및 필요 광량이 각각 다름을 알 수 있다.

또한, 예를 들면 재배식물이 상추이고, 상기 상추의 재배 조건이 하기 <표 2>와 같은 경우의 동작을 예로 들어 본 발명의 엘이디 조명을 이용한 식물재배기의 LED 조명의 제어동작을 살펴본다.

성장단계	재배기간	단계	광량	광종류(비율)
발아(1단계)	4일	씨앗	40%	B:80%, R:20%
발아(2단계)	5일	떡잎	60%	B:50%, R:50%
생장(1단계)	5일	본엽	70%	B:30%,R:60%, G=UV: 5%
생장(2단계)	20일	본엽성장	100%	B:20%,R:60%,Y=G=IR=UV=5%
생장(3단계)	1일	수확	60%	B=R=10%, G=Y=IR=UV=20%

상기 <표 2>를 참조하면, 상추는 성장단계가 발아 2단계 및 생장 3단계의 5단계로 구성될 수 있으며, 재배기간은 총 35일 될 수 있다. 그리고 상기 광량은 상기 LED 조명에서 조명하고자 하는 총 광량을 의미하며, 이때 구동되는 광종류는 해당 단계에서 구동되는 LED 조명들을 의미한다. 예를 들어 발아 1단계에서 LED 조명의 광량은 40%가 되며, 이때 구동되는 LED 조명은 청색 및 적색 LED이고, 이때 상기 청색 및 적색 LED의 구동은 청색이 80%, 적색이 20%의 비율로 구동된다는 의미이다.

상기 재배포트(2)의 작물(13)은 양액 공급펌프(6a)가 작동하여 공급관(6b)을 통해 양액 저장탱크(6)에 저장된 양액을 주기적으로 공급받게 되고, 지속적인 양액의 공급에 의해 양액 저장탱크(6) 내의 양액의 수위가 낮아지면 수위센서(11)가 이를 감지하여 제어부(7)를 통해 보충부저(12)에 경보음을 울리도록 함으로써 양액을 보충하게 된다.

상기 양액 저장탱크(6)는 서랍식으로 되어 있으므로 서랍을 열듯이 양액통을 꺼내어 양액을 보충하거나 청소를 하게 된다.

이러한 재배포트(2)의 작물(13)의 생육이 완료되면 각 작물에 따라 수확하는 시기를 제어부(7)의 PCB에 저장해놓았으므로 수확알림부저(8)를 통해 수확을 알리는 경보음을 울리게 된다.

한편, 상기한 바와 같이 전원의 공급이 차단되는 비상시에는 태양전지판(5)으로 전기가 충전된 충전지로 바로 연결되어 전원이 계속 본 발명의 식물재배기에 공급되도록 한다.

이상과 같이 본 발명에 따른 LED 조명을 이용한 식물재배기에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.

1 : 재배기 프레임 1a : 재배기 프레임의 상단틀
2 : 재배포트 3a,3b,3c,3d : LED 조명
4 : 광센서 5 : 태양전지판
6 : 양액 저장탱크 6a : 양액 공급펌프
6b : 공급관 7 : 제어부
8 : 수확알림부저 9a,9b,9c,9d : 선반
10 : 이동바퀴 10a: 스토퍼
11 : 수위센서 12 : 보충부저
13 : 작물

Claims

수경재배 방식을 이용한 식물재배기에 있어서,
직사각의 틀 형상으로 되어 높이방향으로 다단의 선반이 형성되고 하단부에 이동바퀴가 장착된 재배기 프레임;
상기 재배기 프레임의 각 선반의 상면에 설치되는 다수개의 재배포트;
상기 각 선반 중 하단부의 선반을 제외한 각 선반과 재배기 프레임의 상단틀의 하면에 각각 설치되어 작물의 종류 및 생육시기에 따라 광도가 조절되는 LED 조명;
주변의 빛을 감지하여 상기 LED 조명의 광도를 조절하는 광센서;
상기 재배기 프레임의 상단틀의 상면에 설치되는 태양전지판;
상기 재배기 프레임의 하부와 하단부의 선반 사이에 설치되어 내장된 양액 공급펌프의 작동에 의해 상기 각 재배포트에 양액을 공급하는 서랍식의 양액 저장탱크;
상기 양액 저장탱크의 전면에 설치되어 상기 LED 조명 등을 제어하는 제어부;
상기 재배포트에 심어진 작물의 생육이 완료되면 수확할 시기를 경보를 울려 알려주도록 상기 제어부에 설치되는 수확알림부저; 및
상기 재배기 프레임의 이동바퀴에 장착되어 설치완료된 식물재배기를 고정하는 스토퍼;
로 이루어진 것을 특징으로 하는 LED 조명을 이용한 식물재배기.
제 1 항에 있어서,
상기 양액 저장탱크 내에 설치되어 양액의 수위를 감지하는 수위센서와, 상기 수위센서의 감지에 의해 수확알림부저와 다른 음으로 경보를 울려 양액의 보충시기를 알려주도록 상기 제어부에 설치되는 보충부저를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LED 조명을 이용한 식물재배기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 LED조명의 파장은 청색부터 적색까지 빛을 발산하는 450～660㎚ 파장의 범위 내에 있는 것을 특징으로 하는 주백색 LED 조명을 이용한 식물재배기.
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