KR101452284B1 - 인조광을 이용한 식물재배장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 인조광을 이용한 식물재배장치의 일 실시예는, 하면으로 광을 조사하는 조명판; 상기 조명판 하부에 구비되고, 식물이 식재되는 재배베드; 및 상기 조명판과 재배베드를 연결하는 다수개의 프레임을 포함할 수 있다.
이에 따르면, 형광등에서 발생하는 깜박임, LED에서 확산판을 사용함을 인해 발생하는 조도저하 문제를 보완할 수 있다.

Description

인조광을 이용한 식물재배장치{Cultivation device using artificial light}
본 발명의 실시예는 인조광을 이용한 식물재배장치 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 식물재배에 편리한 인조광을 이용한 식물재배장치에 관한 것이다.
이하에 기술되는 내용은 단순히 본 실시예와 관련되는 배경 정보만을 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것이 아님을 밝혀둔다.
인조광을 이용한 식물재배는 자연광을 사용하는 경우와 달리 일출과 일몰에 영향을 받지않고, 특히 빛에 민감한 장일식물 또는 단일식물을 재배하는데 편리하다.
또한, 인조광을 이용함에 더하여 양액을 사용하여 식물을 재배하는 수경재배(hydropnics), 양액을 분무하여 미세한 입자로 만든 분무양액 사용하여 식물을 재배하는 분무경재배(aeroponics, fogponics) 등의 재배방식을 사용하면 날씨와 기후의 제약을 받지않고, 비교적 협소한 공간에서 상업적 가치가 높은 식물을 재배할 수 있다.
식물재배에 사용되는 인조광에는 형광등, LED 등이 있다.
형광등을 사용하는 경우 설비면에서 비교적 저렴한 가격으로 식물을 재배할 수 있다. 그러나, LED와 비교하여 형광등은 전력의 소모가 심하기 때문에 에너지 효율면에서 불리하다.
또한, 형광등은 그 특성상 미미하지만 계속 반복되는 깜박임이 있고, 이러한 깜박임은 형광등이 노후화될수록 뚜렷하게 증가하게 되며, 깜박임으로 인해 작업자의 눈을 피로하게 할 수 있다.
또한, 인조광을 이용한 식물재배장치는 일반적으로 식물이 식재되어 재배되는 재배베드에 광을 집중적으로 조사할 필요가 있는데, 형광등은 지향성이 없는 방사형 광원이므로 특정방향으로 광을 조사하기 위해 반사갓을 별도로 사용해야한다.
LED는 형광등에 비해 에너지 효율이 높고 수명이 긴 장점이 있다. 그러나, LED 조명장치는 일반적으로 형광등에 비해 생산비가 높기 때문에, 형광등과 비교하면 초기 설비비가 높은 단점이 있다.
특히, LED는 다수개를 배열하여 사용하게 되고 광원이 집중되므로 면광을 만들기 위해 일반적으로 확산판을 사용하게 되는데, 이 경우 광원의 조도가 약해지는 단점이 있다.
본 발명의 실시예는, 전술한 형광등, LED의 단점을 보완하여 식물재배에 편리하게 사용할 수 있는 인조광을 이용한 식물재배장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 인조광을 이용한 식물재배장치의 일 실시예는, 하면으로 광을 조사하는 조명판; 상기 조명판 하부에 구비되고, 식물이 식재되는 재배베드; 및 상기 조명판과 재배베드를 연결하는 다수개의 프레임을 포함할 수 있다.
상기 조명판은, 전력을 공급받는 제1전극; 상기 제1전극 일측에 구비되는 제1유전체; 상기 제1전극과 이격되어 구비되고, 전력을 공급받는 제2전극; 상기 제1유전체와 대향하고, 상기 제2전극의 일측에 구비되는 제2유전체: 및 상기 제1유전체와 제2유전체 사이에 구비되는 발광부를 포함할 수 있다.
상기 발광부는 공급받는 전력에 의해 발광하는 발광물질을 포함하는 것일 수 있다.
이때, 상기 제1전극과 제2전극 사이에 전기장이 형성되는 경우 상기 발광물질이 발광할 수 있다.
상기 제2유전체와 제2전극은, 투명 또는 반투명 재질로 형성될 수 있다.
상기 제1전극과 제2전극은, 교류전력을 공급받는 것일 수 있다.
상기 조명판과 재배베드는, 다단으로 구성될 수 있다.
상기 재배베드는, 상부에 식물재배를 위한 재배구가 다수개 형성되는 것일 수 있다.
상기 조명판은, 상기 재배베드와 간격조절이 가능하도록 상기 프레임을 따라 이동가능하게 설치되는 것일 수 있다.
상기 조명판과 재배베드는, 상하면이 직각사각형인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 인조광을 이용한 식물재배장치의 다른 실시예는, 전력을 공급받는 제1전극과, 상기 제1전극 일측에 구비되는 제1유전체와, 상기 제1전극과 이격되어 구비되고, 전력을 공급받는 제2전극과, 상기 제1유전체와 대향하고 상기 제2전극의 일측에 구비되는 제2유전체 및 상기 제1유전체와 제2유전체 사이에 구비되는 발광층를 포함하는 광원부; 상기 광원부 하부에 구비되고, 식물이 식재되는 다수개의 재배구가 형성되는 재배베드; 및 상기 광원부와 재배베드를 고정하는 프레임을 포함할 수 있다.
전술한 실시예의 인조광을 이용한 식물재배장치는, 형광등에서 발생하는 깜박임과 부대설비로 반사갓을 사용해야 하는 문제를 보완할 수 있고, LED에서 형광등에 비교하여 상대적으로 높은 초기 설비비가 드는 문제, 확산판을 사용함으로 인해 발생하는 조도저하 문제를 등을 보완할 수 있는 효과가 있다.
또한, 광원을 다양한 형상으로 조형할 수 있으므로, 다양한 형태의 식물재배장치를 사용하여 다양한 공간에서 식물재배가 가능하다.
도 1은 본 발명에 사용되는 조명판의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 2는 본 발명에 사용되는 조명판의 일 실시예에서 발광현상을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치를 나타낸 사시도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
도 1은 본 발명에 사용되는 조명판(100)의 일 실시예를 나타낸 단면도이다.
조명판(100)은 제1전극(110), 제1유전체(120), 제2전극(130), 제2유전체(140) 및 발광부(150)를 포함한다.
제1전극(110)과 제2전극(130)은 외부로부터 전력을 공급받아 조명판(100)에 구비되는 발광물질(151)이 발광하도록 한다.
발광물질(151)은 공급되는 전력에 의해 전기장(electric field)이 형성되는 경우 발광하게 된다. 제1전극(110)과 제2전극(130)에 공급되는 전력은 발광물질(151)이 발광할 정도의 크기를 가진 전기장을 형성할 수 있다면, 직류이든 교류이든 무방하다.
또한, 제2전극(130)은 발광물질(151)로부터 발생한 광이 조사되는 방향에 위치하므로 그 재질이 투명 또는 반투명한 도체로 형성된다.
이러한 조건을 만족하는 제2전극(130)은 예를 들어, 인듐 주석 산화물 재질을 사용하여 형성할 수 있다.
제1유전체(120)는 일측이 제1전극(110)과 대면하고, 타측이 발광부(150)와 대면하며, 제2유전체(140)와 함께 조명판(100) 내부에 형성되는 전기장의 방향과 직교한다.
이때, 전기장이란 전위차가 형성되는 영역을 말한다. 전기장은 힘과 방향을 가진 벡터량이므로 그 방향이 형성되고, 전기장의 방향은 양전하로부터 음전하 방향이다.
따라서, 제1유전체(120)와 제2유전체(140)에 가해지는 전력이 교류인 경우 전류의 방향이 지속적으로 변하므로, 전기장의 방향도 지속적으로 변하게 된다.
제2유전체(140)는 일측이 제2전극(130)과 대면하고, 타측이 발광부(150)와 대면하며, 제1유전체(120)와 함께 조명판(100) 내부에 형성되는 전기장의 방향과 직교한다.
제1유전체(120)와 제2유전체(140)는 부도체 또는 전기전도도가 매우작은 물질이며, 일반적인 축전기(capacitor)에서와 마찬가지로 조명판(100)의 정전용량을 늘이는 역할을 한다.
이때, 제2유전체(140)는 발광물질(151)로부터 발생한 광이 조사되는 방향에 위치하므로 그 재질이 투명 또는 반투명한 부도체로 형성된다.
발광부(150)는 제1유전체(120)와 제2유전체(140) 사이에 구비되고 대부분이 고분자 물질(polymer)이고, 고분자 물질에 적은량의 발광물질(151)이 혼합된 구조를 가지고 있다.
발광물질(151)은 조명판(100)에 전기장이 형성되는 경우 발광하는 특성을 가진다. 발광물질(151)의 예로서 탄소 나노튜브를 들 수 있고, 기타 전기장이 형성되는 경우 발광하는 특성을 가진 것이라면 어떠한 물질도 발광물질(151)로 사용할 수 있다.
전술한 실시예에서 조명판(100)은 제1전극(110), 제1유전체(120), 제2전극(130), 제2유전체(140) 및 발광부(150)가 차례대로 겹쳐진 판형으로 형성되어 있으나, 전기장을 형성할 수 있는 구조라면 원형, 타원형 기타 다양한 형태로 형성 가능하다.
도 2는 본 발명에 사용되는 조명판(100)의 일 실시예에서 발광현상을 설명하기 위한 단면도이다.
조명판(100)에 구비되는 제1전극(110)과 제2전극(130)에 교류전력(20)이 공급되면, 발광층에는 전기장이 형성되고, 전기장의 방향은 교류전력(20)이 제공하는 전류의 방향에 따라 제1전극(110)으로부터 제2전극(130) 방향으로, 또는 제2전극(130)으로부터 제1전극(110)으로 지속적으로 변화한다.
교류전력(20)의 공급에 의해 형성된 전기장에는 전자(eletrons)와 정공(holes)이 모이게 되고, 전자와 정공의 상호작용에 의해 발광물질(151)은 발광하게 된다. 발광물질(151)에서 나오는 광은 태양광과 유사한 백색광을 가진다.
전기장의 방향에 따라 각각의 발광물질(151)이 생성하는 광의 방향은 달라질 수 있으나, 제1전극(110)은 투광성이 없는 재질을 사용하고, 제2전극(130)과 제2유전체(140)는 투명 또는 반투명한 투광성 재실을 사용하므로 조사광(400)은 항상 제2유전체(140)와 제2전극(130) 방향으로 방출된다.
이때, 조명판(100)에서 나오는 조사광(400)은 통상적으로 형광등에 비해 높고, LED와는 유사한 에너지 효율을 가진다.
전술한 내용의 조명판(100)의 일 실시예로서, 전계 유도형 폴리머 발광(field-induced polymer electroluminescent, FIPEL)현상을 이용한 것이 있다.
FIPEL 현상을 이용한 조명장치는 통상적으로 태양광과 유사한 백색광을 조사하고, 일반적인 형광등에 비해 2배 정도의 에너지 효율을 가지며, LED조명장치와는 유사한 에너지 효율을 가지는 것으로 알려졌다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치를 나타낸 사시도이다.
식물재배장치는 조명판(100), 재배베드 및 프레임(300)을 포함한다.
전술한 바와 같이, 조명판(100)은 제2전극(130) 방향으로 조사광(400)을 방출한다. 따라서, 조명판(100)은 하면으로 조사광(400)이 방출되도록 설치되고, 조명판(100) 하부에 식물(10)이 식재되는 재배베드(200)가 설치된다.
조명판(100)은 식물(10)이 자라기에 적합하도록 식물(10)의 상단과 적합한 거리를 유지해야한다. 따라서 조명판(100)은 식물(10)이 성장함에 따라 식물(10)이 자라기에 적합한 거리을 유지할 수 있도록 재배베드(200)와 간격조절이 가능하도록 설치되어야 한다.
간격조절을 위해 조명판(100)은 프레임(300)을 따라 이동가능하도록 설치되는데, 조명판(100) 이동방식은 프레임(300)에 조명판(100)이 억지 끼워맞춤 형태로 설치되어 조명판(100)이 프레임(300)을 따라 슬라이딩 되는 방식으로 구현할 수도 있고, 기타 통상적인 방법 또는 장치를 사용하여 조명판(100)이 프레임(300) 상을 이동할 수 있도록 구현할 수 있다.
재배베드(200)는 조명판(100)의 하부에 설치되고, 조명판(100)에서 조사광(400)이 방출되는 하면과 마주보는 위치인 재배베드(200)의 상부에 식물(10)의 식재를 위한 재배구(210)를 구비한다.
식물재배장치에는 다양한 방식의 재배기법이 사용될 수 있고, 이에 따라 재배베드(200)도 다양한 형태로 구비될 수 있다. 예를 들어 토양 등을 사용하는 일반적 식물재배장치인 경우 재배베드(200)에 토양 등을 채우고 식물(10)을 식재하여 재배할 수 있다.
재배양액을 사용하는 수경재배(hydroponics), 재배양액을 분무하여 식물(10)을 재배하는 분무경재배(aeroponics, fogponics)의 경우 이를 가능하게 하는 양액공급장치, 분무장치 등을 구비할 수도 있다.
재배구(210)는 재배베드(200)의 상부에 형성되고, 각 재배구(210)에는 식물(10)이 식재된다. 재배구(210)는 재배베드(200)에 다수개로 형성되는데 식재되는 식물(10)의 종류, 식물(10)의 재배기법에 따라 재배구(210)의 개수, 직경이 달라질 수 있고, 재배구(210)의 배열형태도 필요에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
효율적인 식물재배를 위해서는 좁은 공간에서 많은 식물(10)을 재배할 필요가 있다. 이를 위해 조명판(100)과 재배베드(200)는 식물재배장치에서 다단으로 구비될 필요가 있고, 다단으로 구비되는 조명판(100)과 재배베드(200)를 고정할 장치가 필요하다.
프레임(300)은 다단으로 구비되는 조명판(100)과 재배베드(200)를 연결하는 역할을 한다. 프레임(300)에 의해 조명판(100)과 재배베드(200)는 서로 연결되고 다단으로 구비되어 식믈의 재배효율이 향상됨과 동시에 작업자의 작업효율도 높일 수 있다.
도 3에서는 식물재배장치의 일 실시예로 평판형의 조명판(100)을 사용하고, 조명판(100)과 재배베드(200)는 상하면이 직사각형을 사용하고, 조명판(100)과 재배베드(200)의 각 모서리에 프레임(300)이 설치된 구조가 도시되었다.
그러나, 전술한 바와 같이, 조명판(100)은 다양한 형상으로 제작 가능하므로, 조명판(100)의 형상에 따라 재배베드(200)와 프레임(300)을 다양하게 변형하여 각각의 재배공간에 적합한 식물재배장치를 제작하여 사용할 수 있다.
이상에서 설명한 식물재배장치는 형광등을 사용하는 식물재배장치에 비해 에너지 효율이 높고, 깜박임이 없으며, 광원을 집중시키기 위한 반사갓을 별도로 사용할 필요도 없는 장점이 있다. 또한, LED와 유사한 에너지 효율을 가지며, LED조명장치에서 필요한 확산판이 본 발명의 식물재배장치에는 불필요한 장점이 있다.
또한, 본 발명의 식물재배장치에서 사용되는 광원은 자연광인 태양광과 유사한 특성을 가진다. 따라서, 본 발며의 식물재배장치에서 재배되는 식물(10)은 자연에서 재배되는 식물(10)의 특성을 가지는 장점이 있다.
본 발명의 실시예와 관련하여 상기와 같이 몇 가지만을 기술하였지만, 이 외에도 다양한 형태의 실시가 가능하다. 앞서 설명한 실시예들의 기술적 내용들은 서로 양립할 수 없는 기술이 아닌 이상은 다양한 형태로 조합될 수 있으며, 이를 통해 새로운 실시형태로 구현될 수도 있다.
10: 식물
20: 교류전력
100: 조명판
110: 제1전극
120: 제1유전체
130: 제2전극
140: 제2유전체
150: 발광부
151: 발광물질
200: 재배베드
210: 재배구
300: 프레임
400: 조사광

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 전력을 공급받는 제1전극과, 상기 제1전극 일측에 구비되는 제1유전체와, 상기 제1전극과 이격되어 구비되고 전력을 공급받는 제2전극과, 상기 제1유전체와 대향하고 상기 제2전극의 일측에 구비되는 제2유전체와, 상기 제1유전체와 제2유전체 사이에 구비되는 발광부를 포함하고, 하면으로 광을 조사하는 조명판;
    상기 조명판 하부에 구비되고, 식물이 식재되는 재배베드; 및
    상기 조명판과 재배베드를 연결하는 다수개의 프레임을 포함하는 인조광을 이용한 식물재배장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 발광부는 공급받는 전력에 의해 발광하는 발광물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 인조광을 이용한 식물재배장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1전극과 제2전극 사이에 전기장이 형성되는 경우 상기 발광물질이 발광하는 것을 특징으로 하는 인조광을 이용한 식물재배장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2유전체와 제2전극은,
    투명 또는 반투명 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 인조광을 이용한 식물재배장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1전극과 제2전극은,
    교류전력을 공급받는 것을 특징으로 하는 인조광을 이용한 식물재배장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 조명판과 재배베드는,
    다단으로 구성되는 것을 특징으로 하는 인조광을 이용한 식물재배장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 재배베드는,
    상부에 식물재배를 위한 재배구가 다수개 형성되는 것을 특징으로 하는 인조광을 이용한 식물재배장치.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 조명판은,
    상기 재배베드와 간격조절이 가능하도록 상기 프레임을 따라 이동가능하게 설치되는 것을 특징으로 하는 인조광을 이용한 식물재배장치.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 조명판과 재배베드는,
    상하면이 직각사각형인 것을 특징으로 하는 인조광을 이용한 식물재배장치.
  11. 전력을 공급받는 제1전극과, 상기 제1전극 일측에 구비되는 제1유전체와, 상기 제1전극과 이격되어 구비되고, 전력을 공급받는 제2전극과, 상기 제1유전체와 대향하고 상기 제2전극의 일측에 구비되는 제2유전체 및 상기 제1유전체와 제2유전체 사이에 구비되는 발광층를 포함하는 광원부;
    상기 광원부 하부에 구비되고, 식물이 식재되는 다수개의 재배구가 형성되는 재배베드; 및
    상기 광원부와 재배베드를 고정하는 프레임
    을 포함하는 인조광을 이용한 식물재배장치.
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KR1020130000674A KR101452284B1 (ko) 2013-01-03 2013-01-03 인조광을 이용한 식물재배장치

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KR20200094448A (ko) 2019-01-30 2020-08-07 (주)디케이에코팜 승강식 작업발판을 구비한 다단 재배대

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KR20120095792A (ko) * 2011-02-21 2012-08-29 가부시키가이샤 한도오따이 에네루기 켄큐쇼 조명 장치

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