KR101411647B1 - 자연광을 이용하는 식물 공장 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 자연광을 이용한 식물 공장에 관한 것으로서, 내부에 식생대상 식물을 생육할 수 있도록 밀폐된 내부공간을 갖게 형성된 생육하우스와, 생육 하우스 상면에 태양광을 내부공간 내로 입사할 수 있도록 형성된 채광창과, 채광창을 통해 유입되는 태양광을 차폐 또는 선택한 파장대역의 광만 필터링하여 투과할 수 있도록 된 필터유니트를 구비한다. 이러한, 자연광을 이용한 식물 공장에 의하면, 채광되는 태양광을 식물생장에 필요한 파장대역의 광을 필터링 하여 공급할 수 있고, 거주 건물의 공기를 이산화탄소 공급원으로 이용할 수 있는 장점을 제공한다.

Description

자연광을 이용하는 식물 공장{plant factory for cultivating plants}
본 발명은 자연광을 이용하는 식물 공장에 관한 것으로서, 상세하게는 자연 광과 인공 광원을 함께 이용하여 식물을 생육할 수 있도록 된 식물 공장에 관한 것이다.
일반적으로, 식물은 빛에 의해 생육이 촉진되거나 억제되며 빛의 조사 방법에 따라 특별한 기능성 물질의 합성이 향상될 수 있고, 대상 생물체나 생육 목적에 따라 광 조사 방법은 달라진다.
최근에는 폐쇄공간 내에서 식물생장 환경조건을 인공적으로 조성하고 식물의 생장속도를 제어하여 식물을 대량으로 생산할 수 있는 식물 공장이 다양하게 제안되고 있다.
이러한 식물공장은 인공광원으로써 종래의 형광등에 비하여 효율이 우수한 발광다이오드(LED)를 활용하는 방식이 국내 공개특허 제2012-0072436호 등 다양하게 제시되고 있다.
그런데, 발광다이오드만을 이용하는 경우 조명을 위한 시설비가 많은 단점이있다.
한편, 자연채광을 이용하는 유리온실의 경우 투명한 유리로 외피를 구성하기 때문에 태양광 투과율은 높지만 단열성이 낮기 때문에 실내의 냉방 또는 난방 비용이 많이 발생하는 단점이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 낮에는 자연채광을 이용하고 밤에는 인공광원을 이용하는 태양광 병용형 식물공장이 제안되고 있으나, 자연채광은 인공광원과는 달리 생육 대상에 필요한 파장대역의 광만을 제공할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하기 위하여 창안된 것으로서, 자연채광과 인공광원을 병행하여 이용하되 자연채광을 필터링하여 원하는 파장대역의 광을 식물에 조사할 수 있는 식물 공장을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 식물 공장은 내부에 식생대상 식물을 생육할 수 있도록 밀폐된 내부공간을 갖게 형성된 생육하우스와; 상기 생육 하우스 상면에 태양광을 상기 내부공간 내로 입사할 수 있도록 형성된 채광창과; 상기 채광창을 통해 유입되는 태양광을 차폐 또는 선택한 파장대역의 광만 필터링하여 투과할 수 있도록 된 필터유니트;를 구비한다.
상기 필터 유니트는 상기 채광창과 대향되어 상기 생육 하우스에 회전축을 통해 회전가능하게 설치된 회전판과; 상기 회전판에 상기 회전축을 따라 회전시 상기 채광창에 각각 대향되게 분할된 영역상에 광을 차폐 또는 상호 다른 컬러광을 선택투과시킬 수 있도록 배치된 색상필터;들을 구비한다.
바람직하게는 상기 회전판은 회전축을 중심으로 원주방향을 따라 상기 채광창의 투광영역에 대응되게 4개의 필터링 영역으로 구획되어 있고, 상기 색상필터는 상기 4개의 필터링 영역에 적색광을 투과하는 적색 색상필터와, 녹색광을 투과하는 녹색 색상필터와, 청색광을 투과하는 청색 색상필터와, 광투과를 차단하는 광차폐필터;로 형성된다.
또한, 상기 생육하우스의 내부공간 내에 있는 생육대상 식물에 광을 조사할 수 있도록 발광다이오드 조명등이 어레이된 발광부와; 상기 생육 하우스 내의 조도를 검출하는 조도센서와; 생육대상 식물에 대한 생육환경 조성정보가 저장된 기억부와; 상기 기억부에 저장된 생육환경 조성정보에 따라 상기 조도센서로부터 출력되는 정보로부터 상기 발광부의 온/오프 가동 및 광량이 제어되게 상기 발광부를 제어하는 메인 제어부;를 구비한다.
더욱 바람직하게는 거주공간으로 이용되는 건물 내의 공기를 상기 생육하우스로 공급할 수 있도록 배관된 공기 공급관과; 상기 공기 공급관의 관로 상에 설치되어 상기 건물 내의 공기를 상기 메인 제어부에 제어되어 상기 생육하우스로 송풍하는 송풍유니트와; 상기 생육 하우스의 지붕에 설치된 태양전지 모듈에서 생성된 전력을 상기 발광부의 구동전력으로 공급하는 태양광 발전부;를 구비한다.
본 발명에 따른 식물 공장에 의하면, 태양광 중 식물생장에 필요한 파장대역의 광을 필터링 하여 공급할 수 있고, 거주 건물의 공기를 이산화탄소 공급원으로 이용할 수 있는 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 식물 공장을 나타내 보인 도면이고,
도 2는 도 1의 필터유니트 설치 부분을 발췌하여 나타내 보인 분리 사시도이고,
도 3은 도 1의 식물 공장의 제어계통 블록도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 식물 공장을 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 식물 공장을 나타내 보인 도면이고, 도 2는 도 1의 필터유니트 설치 부분을 발췌하여 나타내 보인 분리 사시도이고, 도 3은 도 1의 식물 공장의 제어계통 블록도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 식물공장(100)은 생육하우스(110), 필터 유니트(130), 발광부(140), 조도센서(151), 이산화탄소센서(153), 온도센서(155), 습도센서(157), 공기공급관(161), 송풍 유니트(170), 태양광 발전부(180), 제어 유니트(190)를 구비한다.
생육 하우스(110)는 내부에 식생대상 식물을 생육할 수 있도록 밀폐된 내부공간(112)을 갖게 형성되어 있고, 지붕에 해당하는 상면(114)에는 태양광을 내부공간 내로 입사할 수 있도록 다수개의 채광창(118)이 형성되어 있다.
여기서, 채광창(118)은 태양광의 집광효율을 높일 수 있도록 생육하우스(110) 상면(114)에서 사각형으로 형성된 투광홀(118a)로부터 상방으로 진행할수록 내부폭이 점진적으로 좁아지게 삼각형 형상을 갖도록 되어 있다.
생육 하우징(110)은 채광창(118) 이외의 벽체(115)는 단열성을 높일 수 있도록 비투광성 소재로 구축한다.
필터 유니트(130)는 채광창(118)의 투광홀(118a)을 통해 유입되는 태양광을 차폐 또는 선택한 파장대역의 광만 필터링하여 투과할 수 있도록 되어 있다.
필터 유니트(130)는 채광창(118))의 투광홀(118a)과 대향되어 생육 하우스(110)에 회전축(132)을 통해 회전가능하게 지지되어 설치된 회전판(143)과, 회전판(134)에 회전축(132)을 따라 회전시 채광창(118)의 투광홀(118a)에 각각 대향되게 분할된 4개의 영역상에 광을 차폐 또는 상호 다른 컬러광을 선택투과시킬 수 있도록 배치된 색상필터(141 내지 144)들로 되어 있다.
도시된 예에서 회전판(134)은 회전축(132)을 중심으로 원주방향을 따라 채광창의 투광영역에 대응되게 4개의 필터링 영역으로 구획되어 있고, 색상필터(141 내지 144)는 4개의 필터링 영역에 적색광을 투과하는 적색 색상필터(141)와, 녹색광을 투과하는 녹색 색상필터(142)와, 청색광을 투과하는 청색 색상필터(143)와, 광투과를 차단하는 광차폐필터(144)로 되어 있다.
여기서 광차폐필터(144)는 내부공간 내로의 광투과를 차단하는 것이면 되고, 일 예로서, 검정색으로 형성될 수 있다.
이와는 다르게, 광투과가 차단되는 소재로된 회전판(134)을 광차폐필터(144)형성영역에 별도의 필터를 적용하지 않고 그대로 이용하여도 된다.
회전판(134)의 크기는 회전축(132)을 90°각도로 회전시 마다 각 색상필터(141 내지 144)가 채광창(118)의 투광홀(118a) 영역을 커버할 수 있게 형성되면 된다.
한편, 도시된 예에서는 회전판(134)은 하부에 마련된 손잡이(148)를 통해 수동으로 채광 색상을 조정할 수 있도록 도시되어 있지만, 모터(미도시)의 구동에 의해 회전각도를 조정할 수 있도록 구축될 수 있다. 이 경우 후술되는 메인 제어부(196)에 의해 회전판(134)을 구동하는 모터를 제어할 수 있도록 구축될 수 있다.
발광부(140)는 생육하우스(110)의 내부공간(112) 내에 있는 생육대상 식물에 광을 조사할 수 있도록 어레이된 발광다이오드(LED) 조명등(144) 및 발광구동부(146)을 구비한다.
여기서, 발광다이오드 조명등(144)은 메인 제어부(196)에 제어되는 발광 구동부(146)에 의해 색상별로 독립적으로 구동될 수 있게 적색 발광다이오드, 녹색발광다이오드, 청색발광다이오드가 상호 어레이된 구조가 적용되는 것이 바람직하다.
조도 센서(151)는 생육 하우스(110) 내부공간(112) 내의 조도를 검출하여 메인 제어부(196)에 제공한다.
이산화탄소(CO2)센서(153)는 생육 하우스(110) 내부공간(112) 내의 이산화탄소 농도를 검출하여 메인 제어부(196)에 제공한다.
온도센서(155)는 생육 하우스(110) 내부공간(112) 내의 온도를 검출하여 메인 제어부(196)에 제공한다.
습도센서(157)는 생육 하우스(110) 내부공간(112) 내의 습도를 검출하여 메인 제어부(196)에 제공한다.
공기 공급관(161)은 거주공간으로 이용되는 건물(200) 내의 공기를 생육하우스(110)로 공급할 수 있도록 배관되어 있다. 여기서, 거주공간으로 이용되는 건물(200)은 유치원, 학교, 빌딩 등을 말한다.
도시되지는 않았지만 공기 공급관(161)을 통해 이산화 탄소를 공급할 수 있는 이산화 탄소 공급 탱크(미도시)가 메인 제어부(196)에 의해 개폐가 제어되는 전자밸브(미도시)를 거쳐 공기 공급관(161)에 접속되게 구축될 수 있다.
송풍유니트(170)는 공기 공급관(161)의 관로 상에 설치되어 건물(200) 내의 공기를 메인 제어부(170)에 제어되어 생육 하우스(110)로 송풍한다.
송풍 유니트(170)는 생육 하우징(110) 내의 공기를 다시 유입받아 정화할 수 있도록 된 순환관(163)과 건물의 공기 공급관(161)이 함께 접속되어 생육 하우징(110) 내로 여과된 공기를 공급하도록 되어 있다.
송풍 유니트(170)는 송풍 하우징(171) 내에 공기를 여과하기 위한 프리필터(prefilter)(172), 미디엄 필터(medium filter)와, 송풍기(176) 및 자외선램프(177)가 내장되어 있다. 송풍기(176)는 메인 제어부(196)에 제어되는 송풍 구동부(178)에 의해 구동된다.
태양광 발전부(180)는 생육 하우스(110)의 상면(114)인 지붕에 설치된 태양전지 모듈(182)과, 태양전지 모듈(182)에서 생성된 전력을 충전하고, 충전된 전력을 발광부(140)를 포함한 전력구동요소의 구동전력으로 공급하는 충전부(184)를 구비한다.
참조부호 224는 약액 또는 물을 노즐(222)을 공급할 수 있도록 된 분사관이고, 참조부호 226은 분사관으로 공급대상 액체를 펌핑하여 공급하며 메인 제어부(196)에 제어되어 구동되는 펌프이다.
제어유니트(190)는 입력부(191), 표시부(192), 기억부(193)을 구비한다.
입력부(191)는 생육환경 조성과 관련된 설정정보의 입력을 포함한 지원되는 기능을 입력 또는 설정할 수 있도록 되어 있다.
표시부(192)는 메인 제어부(196)에 제어되어 표시정보를 표시한다.
기억부(193)에는 생육대상 식물에 대한 생육환경 조성정보가 저장되어 있다.
여기서, 생육환경 조성정보는 생육 대상 식물에 대한 생육기간 별 적용 광파장, 광조사량 및 광조사 주기 정보 등 성장기간에 대응되는 생육단계별 생육 조건 정보를 말한다.
메인 제어부(196)는 기억부(193)에 저장된 생육환경 조성정보와 조도센서(151), 이산화탄소 센서(153), 온도센서(155), 습도센서(157)로부터 수신된 정보를 이용하여, 발광부(144), 송풍 구동부(178), 펌프(226)의 구동을 제어한다.
메인 제어부(196)는 생육환경 조성정보 및 채광창(118)을 통해 유입되는 광의 조도에 따라 발광부(144)의 온/오프 가동 및 광량, 광조사 색상등이 제어되게 발광부(140)를 제어한다.
일 예로서, 생육환경 조성정보가 생육 대상 식물에 대해 현재부터 일주일 동안 적색광을 조사하도록 생육환경 조성정보가 기록된 경우 메인 제어부(196)는 표시부(192)를 통해 필터유니트(130)의 적색 색상필터(141)가 채광창(118)의 투광홀(118a)에 배치되게 안내하고, 회전판(134)을 모터에 의해 구동하는 방식의 경우 적색 색상필터(141)가 채광창(118)의 투광홀(118a)에 배치되게 모터를 제어하고, 발광부(140)를 오프한 상태에서 채광창(118)을 통해 내부공간(112) 내로 조사되는 광에 대해 조도센서(151)에서 검출된 조도가 설정된 조도 보다 낮은 경우 설정된 조도레벨에 맞게 적색 발광다이오드가 발광되게 발광부(140)를 제어한다.
이러한 식물 공장(100)은 채광창(118)을 통해 자연채광되는 태양광을 식물생장에 필요한 파장대역의 광을 필터링 하여 공급할 수 있고, 거주 건물(200)의 공기를 이산화탄소 공급원으로 이용할 수 있고, 태양전지모듈(182)을 통해 생성된 전력으로 발광부(140)를 포함한 전력요소의 구동전력으로 이용할 수 있는 장점을 제공한다.
110: 생육하우스 130: 필터 유니트
140: 발광부 151: 조도센서
153: 이산화탄소센서 155: 온도센서
157: 습도센서 161: 공기공급관
170: 송풍 유니트 170: 태양광 발전부
190: 제어 유니트

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 내부에 식생대상 식물을 생육할 수 있도록 밀폐된 내부공간을 갖게 형성된 생육하우스와;
    상기 생육 하우스 상면에 태양광을 상기 내부공간 내로 입사할 수 있도록 형성된 채광창과;
    상기 채광창을 통해 유입되는 태양광을 차폐 또는 선택한 파장대역의 광만 필터링하여 투과할 수 있도록 된 필터유니트;를 구비하고,
    상기 필터 유니트는
    상기 채광창과 대향되어 상기 생육 하우스에 회전축을 통해 회전가능하게 설치된 회전판과;
    상기 회전판에 상기 회전축을 따라 회전시 상기 채광창에 각각 대향되게 분할된 영역상에 광을 차폐 또는 상호 다른 컬러광을 선택투과시킬 수 있도록 배치된 색상필터;들을 구비하는 것을 특징으로 하는 식물 공장.
  3. 제2항에 있어서, 상기 회전판은 회전축을 중심으로 원주방향을 따라 상기 채광창의 투광영역에 대응되게 4개의 필터링 영역으로 구획되어 있고,
    상기 색상필터는 상기 4개의 필터링 영역에 적색광을 투과하는 적색 색상필터와, 녹색광을 투과하는 녹색 색상필터와, 청색광을 투과하는 청색 색상필터와, 광투과를 차단하는 광차폐필터;로 형성된 것을 것을 특징으로 하는 식물공장.
  4. 제3항에 있어서, 상기 생육하우스의 내부공간 내에 있는 생육대상 식물에 광을 조사할 수 있도록 발광다이오드 조명등이 어레이된 발광부와;
    상기 생육 하우스 내의 조도를 검출하는 조도센서와;
    생육대상 식물에 대한 생육환경 조성정보가 저장된 기억부와;
    상기 기억부에 저장된 생육환경 조성정보에 따라 상기 조도센서로부터 출력되는 정보로부터 상기 발광부의 온/오프 가동 및 광량이 제어되게 상기 발광부를 제어하는 메인 제어부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 식물공장.
  5. 제4항에 있어서, 거주공간으로 이용되는 건물 내의 공기를 상기 생육하우스로 공급할 수 있도록 배관된 공기 공급관과;
    상기 공기 공급관의 관로 상에 설치되어 상기 건물 내의 공기를 상기 메인 제어부에 제어되어 상기 생육하우스로 송풍하는 송풍유니트와;
    상기 생육 하우스의 지붕에 설치된 태양전지 모듈에서 생성된 전력을 상기 발광부의 구동전력으로 공급하는 태양광 발전부;를 구비하는 것을 특징으로 하는 식물공장.

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