KR101571547B1 - 식물공장 태양광 유입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 식물공장 태양광 유입장치에 관한 것으로, 식물공장(1)의 벽체에 형성한 개구부(5)에 설치되며 태양광을 상기 식물공장(1) 내부로 유입시키는 제1메인 렌즈부(51)와, 상기 식물공장(1)의 옥상층에 형성한 개구부(9)에 설치되며 태양광을 상기 식물공장(1) 내부로 유입시키는 제2메인 렌즈부(61)와, 상기 식물공장(1) 내에 설치되며 상기 제1메인 렌즈부(51) 또는 상기 제2메인 렌즈부(61)로부터 유입된 태양광을 반사시켜 상기 식물공장(1) 내에 배치된 재배작물(m)에 제공하는 반사렌즈부(71)를 포함한다.
본 발명은 반사경, 프리즘, 렌즈, 집광기 등을 이용하여 태양광을 식물공장 내부로 유입시킴으로써 태양광을 재배작물 성장을 위한 광원으로 풍부하게 이용할 수 있으므로 식물공장을 유지하기 위한 설비비용, 전기요금 문제를 최소화할 수 있는 이점이 있다.

Description

식물공장 태양광 유입장치{APPARATUS FOR FLOWING SUNLIGHT OF PLANT FACTORY}

본 발명은 식물공장 태양광 유입장치에 관한 것으로, 고품질 유기농 야채 및 고기능성 엽채류와 과채류 등을 적은 비용, 적은 노동력으로 대량 생산할 수 있는 식물공장 태양광 유입장치에 관한 것이다.

식물공장은 채소작물과 같은 농작물을 통제된 일정한 시설 내에서 빛, 온도 및 습도, 이산화탄소 농도, 배양액 등의 환경조건을 인공적으로 제어하며 계절이나 장소에 관계없이 연속 생산하기 위한 것이다.

이러한 식물공장은 최근처럼 기상이변이 자주 발생해 먹거리의 안정성과 가격 폭등 상태가 빈번하게 일어나는 상황에서 계절 및 장소와 관계없이 사계절 무공해 신선한 유기농 야채를 얻을 수 있고 좁은 공간에서도 효율적으로 대량 생산이 가능하다는 점에서 주목받고 있다.

현재 식물공장에서는 환경을 제어하는 등 상당한 기술력을 확보하여 엽채류와 과채류 등을 생산하고 있다.

그러나, 현재 식물공장은 고액의 전기시설과 재배작물의 상부마다 엘이디 전등과 같은 광원 설치로 인해 설치비용이 높고 대량 발생되는 전기요금 문제가 있으며, 자동화장치가 미개발되어 수작업에 의존함으로써 생산성은 낮은 반면, 많은 노동력과 고비용이 소요되어 보편화되기 어려운 실정이다.

한국등록특허 제1183919호(등록일자:2012.09.12, 명칭:식물공장 광원 및 이를 갖는 식물공장 조명시스템)

본 발명의 목적은 반사경, 프리즘, 렌즈, 집광기 등을 이용하여 태양광을 식물공장 내부로 유입시킴으로써 태양광을 재배작물 성장을 위한 광원으로 풍부하게 이용할 수 있도록 한 식물공장 태양광 유입장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 밀폐되어 청결한 상태에서 식물공장 내 공기 순환 장치, 온도, 습도, 이산화탄소, 산소공급 장치, 감시 카메라, 센서 등을 구비하여 식물공장 내부의 온도, 습도, 이산화탄소, 산소를 통합 제어되도록 함으로써 식물재배 환경을 최적의 조건으로 조성하여 양질의 엽채류와 과채류 등을 저비용으로 대량 생산할 수 있도록 한 식물공장 태양광 유입장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 식물공장의 벽체에 형성한 개구부에 설치되며 태양광을 상기 식물공장 내부로 유입시키는 제1메인 렌즈부와, 상기 식물공장의 옥상층에 형성한 개구부에 설치되며 태양광을 상기 식물공장 내부로 유입시키는 제2메인 렌즈부와, 상기 식물공장 내에 설치되며 상기 제1메인 렌즈부 또는 상기 제2메인 렌즈부로부터 유입된 태양광을 반사시켜 상기 식물공장 내에 배치된 재배작물에 제공하는 반사렌즈부를 포함한다.

상기 제1메인 렌즈부는 태양광을 반사하여 상기 반사렌즈부에 전달하는 정반사경을 포함한다.

상기 제1메인 렌즈부는 태양광을 집중시키는 집광기, 볼록렌즈 중 하나 이상을 더 포함한다.

상기 제2메인 렌즈부는 태양광을 받아 식물공장 내부로 전달하는 정반사경을 포함한다.

상기 제1메인 렌즈부 및 제2메인 렌즈부는 태양광을 받아 빛을 굴절시켜 상기 식물공장 내부로 전달하거나, 태양광을 받아 생성된 스펙트럼을 상기 반사렌즈부에 전달하는 프리즘을 포함한다.

상기 제2메인 렌즈부는 상기 프리즘에서 굴절된 빛이 상기 식물공장 내부로 유입시 분산시키는 난반사경을 더 포함한다.

상기 제1메인 렌즈부 및 상기 제2메인 렌즈부는 리드 스크류 모터에 의해 태양을 따라 움직이면서 태양의 정면에서 빛을 받아 상기 반사렌즈부에 전달한다.

태양이 가려진 때 상기 태양광을 대신하여 상기 제1메인 렌즈부와 상기 제2메인 렌즈부 중 적어도 하나 이상에 광원을 제공하도록 상기 제1메인 렌즈부와 상기 제2메인 렌즈부 중 적어도 하나 이상에 상부측으로 설치되거나 포함되는 조명부를 구비한다.

상기 반사렌즈부는 상기 재배작물의 상부측으로 배치된 정반사경과 난반사경을 포함한다.

상기 식물공장 내 다수 개의 난반사경이 케이지의 기둥을 감싸게 하며, 기둥 형태를 띤 막대형의 난반사경을 제작하여 일정 간격마다 더 배치한다.

상기 식물공장은 다수의 문틀을 조합하여 격벽체를 조성하고, 상기 격벽체에 도어가 구비되어 상기 도어를 개방 또는 밀폐할 수 있도록 된다.

본 발명은 반사경, 프리즘, 렌즈, 집광기 등을 이용하여 태양광을 식물공장 내부로 유입시킴으로써 태양광을 재배작물 성장을 위한 광원으로 풍부하게 이용할 수 있다.

또한, 반사경, 프리즘, 렌즈, 집광기 등은 고장이 거의 없고 한 번 설치하면 반영구적으로 사용이 가능하므로 엽채류와 과채류의 생산비용을 대폭 절감할 수 있다.

따라서, 전기시설, 전등설치 등과 같이 대량으로 발생되는 설비비용, 전기요금 문제를 해소할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 자동화장치가 승하강 가능하여 케이지에 설치된 각 단의 작물재배상의 높이에 맞추어 수평으로 정지 고정될 수도 있으며, 이송컨베이어의 작동에 연동하여 작동되는 매개컨베이어 및 구동롤러, 로봇 등에 의해 묘목이식과 재배작물의 수확 작업이 자동으로 이루어질 수 있다.

따라서, 적은 노동력으로 고품질의 농산물을 대량 생산할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 배지상자 기능이 포함된 이송벨트와 롤러 등을 조합하여 케이지에 재배작물 상을 적층으로 설치함으로써 외부 날씨에 상관없이 지속적으로 엽채류와 과채류를 대량 생산할 수 있다.

따라서, 농작물 수급조건과 가격안정화에 기여할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 공급 장치에 의해 온풍, 냉풍, 관수, 이산화탄소를 식물공장 내에 공급하여 환경 정밀 제어가 가능하므로 대량 생산이 가능할 뿐 아니라 청결한 무공해 환경에서 무공해 채소류 재배가 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 식물공장 태양광 유입장치가 설치된 상태를 보인 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 식물공장 내 재배작물이 배치된 상태를 보인 평면도.
도 3은 본 발명에 의한 식물공장 태양광 유입장치를 통해 태양광이 재배작물에 제공되는 상태를 보인 도면.
도 4는 본 발명의 실시예로 케이지를 보인 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예로 제1메인 렌즈부측에 설치된 블록렌즈 또는 집광기에 의해 태양광이 집광되어 식물공장 내로 유입되는 상태를 보인 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예로 제1메인 렌즈부측에 프리즘이 설치되고 태양광이 굴절되어 식물공장 내로 유입되는 상태를 보인 도면.
도 7은 본 발명의 실시예로 식물공장 내 공급 장치를 보인 도면.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명의 식물공장 태양광 유입장치는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 식물공장(1)의 벽체(3)와 옥상층(7)에 개구부(5,9)를 형성하고, 개구부(5,9)에 반사경, 프리즘, 렌즈, 집광기 등을 조합 구비하여 태양광을 식물공장(1)의 내부로 유입시켜 태양광을 재배작물(m)에 풍부하게 제공할 수 있도록 구성한 것이다.

태양광은 자연광으로 식물 재배에 적합한 다양한 파장대의 가시광선을 발생하므로 엘이디 조명이나 백열등과 같은 인공광에 비해 저비용으로 식물의 생장에 최적의 조건을 제공할 수 있다.

도 1에 도시된 바에 의하면, 식물공장 태양광 유입장치는 식물공장(1)의 벽체(3)에 형성한 개구부(5)에 설치되며 태양광을 식물공장(1)의 내부로 유입시키는 제1메인 렌즈부(51)와, 식물공장(1)의 옥상층(7)에 형성한 개구부(9)에 설치되며 태양광을 식물공장(1)의 내부로 유입시키는 제2메인 렌즈부(61)와, 식물공장(1) 내에 설치되며 제1메인 렌즈부(51) 또는 제2메인 렌즈부(61)로부터 유입된 태양광을 반사시켜 식물공장(1) 내에 배치된 재배작물(m)에 제공하는 반사렌즈부(71)를 포함한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 식물공장(1)은 외관을 벽체(3)가 형성하며 내부에 재배공간(11)이 형성된다. 재배공간(11)에는 중앙을 가로질러 자동화장치(13)가 설치되고 자동화장치(13)의 양측으로 재배작물(m)이 식재되는 복수의 케이지(31)가 설치된다.

자동화장치(13)의 양측으로 복수의 케이지(31)가 설치된 구조는 재배공간(11)의 공간효율성을 높여 생산성 증대에 기여한다.

자동화장치(13)는 승하강 가능하여 케이지(31)에 설치된 작물재배 상 각 층에 수평으로 정지 고정될 수 있다. 자동화장치(13)의 승하강은 유압실린더, 에어실린더, 리프트 등을 이용할 수 있다.

구체적으로, 자동화장치(13)는 아래에서 설명될 배지상자컨베이어(35)가 설치되는 바닥면으로부터 승하강 가능하여 케이지(31) 각 층에 장치된 재배작물상 높이에 맞춰 정지 고정될 수 있다. 이때, 특정한 케이지의 재배작물상 배지상자컨베이어(35)의 높이와 자동화장치(13)가 수평이 되며, 자동화장치(13)의 승하강은 유압실린더, 에어실린더, 리프트 등을 이용할 수 있다.

자동화장치(13)에는 이송컨베이어(15)가 구비된다. 이송컨베이어(15)는 배지 또는 재배작물(m)을 각 케이지(31)로 이송하거나 재배작물(m)을 후술할 작업장(21)으로 이송하기 위한 것이다.

배지는 식물을 배양하기 위해 영양물질을 혼합 제조한 것을 의미한다. 배지는 다종의 약초와 토착미생물을 발효시켜 생산된 친환경 고형배지를 사용함이 바람직하다. 이러한 배지는 합성농약, 화학비료, 항균 항생제, 화학첨가제 등의 잔류물질이 없는 고품질의 엽채류와 과채류를 생산할 수 있도록 한다.

이송컨베이어(15)에는 이송컨베이어(15)를 통해 이송된 배지 또는 재배작물(m) 묘목을 양측 케이지(31)로 보내고, 재배작물 수확시에는 케이지에서 수확된 재배작물을 작업장으로 보내기 위한 매개컨베이어(17)가 구비된다. 매개컨베이어(17)는 이송컨베이어(15)의 작동에 연동하여 작동됨이 바람직하다.

또는, 매개컨베이어(17)는 이송컨베이어(15)와 단독으로 작동될 수 있으며, 속도 조절장치를 포함한다.

매개컨베이어(17)와 동일 프레임상에 묘목이식을 위한 로봇(19)이 구비될 수 있다. 매개컨베이어(17)를 이루는 프레임과 로봇(19)은 동일한 몸체일 수 있다. 로봇(19)은 상하, 좌우, 전후로 이동되는 장치를 포함하는 로봇일 수 있다.

예를 들어, 1개의 이송컨베이어(15)가 식물공장(1) 내 설치되며 1개의 매개 컨베이어(17)가 양측 케이지(31)에 장치된 재배작물상(배지상자컨베이어)(35)에 배지를 전달하며, 작물을 수확시 역회전하여 재배작물상(배지상자컨베이어)(35), 매개컨베이어(17), 이송컨베이어(15)를 통하여 후술할 작업장(21)까지 전달된다.

매개컨베이어(17)는 이송컨베이어(15)를 좌우로 넘어 다니면서 양측 케이지(31)에 장치된 배지상자컨베이어(35)에 매개역할을 할 수 있다.

또한, 이송컨베이어(15)와 매개컨베이어(17)가 설치되는 면적 전체가 상하로 움직일 수 있다.

이송컨베이어(15)의 일단부는 작업장(21)과 연결된다. 작업장(21)에는 식물공장(1) 내부의 온도, 습도, 이산화탄소, 산소를 통합 제어할 수 있는 공조실(23)이 구비되며, 나머지 공간에는 고형배지(25) 등을 적재할 수 있도록 된다.

케이지(31)는 작업통로(11a)가 확보되도록 일정간격 이격되게 배치되어 있으며, 벽체(3)와 케이지(31) 사이도 이격되어 작업통로(11a)가 확보되도록 된다. 예를 들어, 격벽체를 개폐하여 매개컨베이어(17)가 내부로 진입하여 케이지의 배지상자와 연동하여 작업을 진행할 수 있다.

케이지(31)는 이송롤러(33), 구동롤러(37)를 조합하여 작물재배상을 만들고 그 외면을 배지상자컨베이어(35)로 감싸 형성하며, 구동롤러(37)의 작동에 의해 배지상자컨베이어(35)가 회전할 수 있다. 작물재배상을 적층으로 설치할 수 있으며, 필요에 따라 20층 이상의 작물재배상을 만들 수도 있다.

케이지(31)는 일정한 규격으로 식물공장(1) 일측 끝에서 반대편 끝까지 1개의 몸체로 구성하여 고정 설치될 수 있으며, 이송컨베이어(15), 매개컨베이어(17), 배지상자컨베이어(35)와 연동하여 작업을 진행하는 것이 바람직하다.

케이지(31)는 재배작물(m)의 식재 또는 수확을 한 장소에서 작업자 또는 로봇이 이동하지 않고 수행할 수 있어 적은 노동력으로 작물 생산성을 높이는데 기여할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 다수 개의 이송롤러(33)와 이송롤러의 외면을 배지상자컨베이어(35)가 감싸고, 구동롤러(37)의 회전에 의해 다수 개의 이송롤러(33)가 회전하면 배지상자컨베이어(35)가 무한궤도 형식으로 회전하도록 된다. 구동롤러(37)의 회전은 구동모터(39)가 작동하여 수행할 수 있다.

배지상자컨베이어(35)는 재배작물(m)을 감싸는 측벽(35a)이 형성되어 배지상자컨베이어(35)의 움직임에 따른 배지 및 재배작물(m)의 외부 이탈을 방지할 수 있다.

구동롤러(37)와 이송컨베이어(15), 매개컨베이어(17)는 연동되어 작동되며, 각각은 속도조절장치가 구비되어 속도조절이 가능하다.

재배공간(11)의 바닥면에는 로봇 청소기가 배치되고 작동되어 식물공장(1)의 바닥 미세먼지를 예방하도록 하는 것이 바람직하다.

케이지(31)의 모서리에는 기둥프레임(41)을 설치하여 케이지(31)가 각 층에 설치된 상태를 고정할 수 있다.

본 실시예에서, 케이지(31)는 일정한 간격(2.2m)마다 기둥프레임(41)을 설치하여 적층으로 장치된 재배작물상의 배지와 작물의 중량을 지지할 수 있도록 한다.

또는, 케이지(31)의 각 층에 작물재배상의 1층 폭 1.5m, 길이 90cm로 하여 시공할 수 있으며, 기둥프레임(41)의 간격을 3m로 시공할 수 있다.

식물공장(1)의 케이지(31) 부분은 다단식 입체재배가 가능하도록 복수의 층으로 이루어진다.

각 층은 다수의 격벽체(43)에 의해 구분이고, 격벽체(43)에는 문틀을 조합하여 형성하며 문틀에 도어(45)가 구비되어 개방 또는 밀폐될 수 있다.

본 실시예에서, 식물공장(1)의 중앙에 자동화장치 설치공간이 마련되고 양측으로 케이지 설치공간이 마련된다. 따라서, 자동화장치 설치공간과 케이지 설치공간 사이에 2개의 격벽체가 설치된다.

격벽체(43)는 케이지(31) 1층 측면의 크기와 동일한 다수 개의 문틀을 조합하여 구성할 수 있다. 그리고, 작업시 이송컨베이어(15), 매개컨베이어(17)가 장치된 자동화장치(13)를 어느 케이지(31)의 1층에 맞춰 고정시킨 후 도어(45)를 개방하여 배지상자컨베이어(35), 매개컨베이어(17), 이송컨베이어(15)를 연동시켜 작업을 수행할 수 있다.

도어(45)의 개방 또는 밀폐는 아래에서 설명될 제어부의 제어에 의해 자동으로 수행될 수 있다.

본 실시예에서 식물공장(1)은 케이지(31)가 5층(단)으로 이루어지고 최상부층(단)을 옥상층(7)이 형성한다. 그러나 식물공장이 반드시 본 실시예에 의해 한정되는 것은 아니고 필요에 따라 그 층수를 다양하게 설계할 수 있다.

벽체(3)에 일정한 간격으로 복수 개의 개구부(5)가 형성된다. 개구부(5)는 각 단마다 형성되며, 벽체(3)의 일측 단부에서 반대쪽 단부까지 일정한 간격으로 복수 개가 형성됨이 바람직하다.

벽체(3)의 각 개구부에 제1메인 렌즈부(51)가 설치된다. 제1메인 렌즈부(51)는 태양광을 반사하여 반사렌즈부(71)에 전달하는 정반사경이다.

정반사경은 입사각과 반사각이 같은 반사경으로 태양광을 식물공장(1) 내로 유입시키는 역할을 한다. 정반사경은 광원을 받아 반사기능을 하므로 광원의 위치에 따라 빛의 진로방향이 결정된다.

제1메인 렌즈부(51)는 리드 스크류 모터에 의해 태양을 따라 움직이면서 태양의 정면에서 빛을 받아 반사렌즈부(71)에 전달한다.

이를 위해, 제1메인 렌즈부(51)는 일단을 중심으로 타단이 개구부(5)에 대해 회동 가능하게 구성된다. 제1메인 렌즈부(51)의 회동에 영향을 받지 않고 식물공장(1) 내의 온도 및 습도 등이 제어될 수 있도록 개구부(5)는 유리 등으로 차폐되어 있을 수 있다.

그에 따라, 제1메인 렌즈부(51)를 통해 입사된 빛은 개구부(5)에 설치된 유리를 통과하여 식물공장(1) 내부로 유입될 수 있다.

개구부(5)가 유리 등으로 차폐되어 있으면 식물공장(1) 내부를 밀폐상태로 유지할 수 있고 청결한 상태로 재배작물(m)을 재배할 수 있다.

또는, 개구부(5)에 메인반사경이 배치되어 식물공장 내부를 밀폐상태로 유지할 수도 있다.

제1메인 렌즈부(51)측에 태양광을 집중시키는 집광기, 볼록렌즈(53) 중 하나 이상이 설치될 수 있다. 집광기 또는 볼록렌즈(53)는 태양광을 집중시켜 식물공장(1)에 유입되는 광원의 세기 및 광원의 량을 조절하여 빛이 없을 때와 빛의 강도(세기)를 높이는 보조장치이다.

식물은 빛의 세기에 따라 달리 반응하여 광합성량이 달라지므로 광원의 세기 및 광원의 량을 조절하는 것을 중요하다.

집광기 또는 볼록렌즈(53)는 제1메인 렌즈부(51)측에 설치되어 빛을 집광하고, 집광된 빛은 제1메인 렌즈부(51)에 전달되고 반사되어 식물공장(1) 내로 유입될 수 있다.

예를 들어, 집광기 또는 볼록렌즈(53) 등의 보조장치는 제1메인 렌즈부(51)의 위측(전면)에 각각 설치될 수 있다.

제1메인 렌즈부(51)측에 태양광을 받아 생성된 스펙트럼을 반사렌즈부(71)에 전달하는 프리즘(55)이 더 설치될 수 있다.

프리즘(55)은 태양광을 굴절시켜 빛의 진로를 바꿔 빛을 식물공장(1) 내로 유입시킴과 더불어 660nm~450nm의 적색광과 청색광을 선별하여 재배작물(m)에 제공할 수 있다.

식물은 빛의 밝기에 의해 성장하는 것이 아니라 다양한 스펙트럼에 의해서 광합성 작용을 하여 성장하므로 프리즘(55)의 기능을 활용하면 재배작물(m)의 성장을 촉진시킬 수 있다.

예를 들어, 스펙트럼 중 붉은 색이나 적외선은 열 작용을 하며, 파란색이나 자외선은 화학적 작용을 주로 한다.

프리즘(55)은 삼각프리즘 또는 오각프리즘인 것이 바람직하다.

프리즘(55)의 각도에 따라 빛의 진로가 결정되므로 벽체측에는 삼각프리즘을 사용하고 아래에서 설명할 옥상층에는 빛을 굴절시키기 용이한 오각프리즘을 사용하는 것이 적합하다.

옥상층(7)에 개구부(9)가 구비된다. 개구부(9)는 옥상층(7)의 일측 끝에서 반대측 끝까지 일정한 간격으로 복수 개가 형성된다. 옥상층(7)의 개구부(9)는 유리 등으로 차폐되어 있어 빛은 유입되고 식물공장(1) 내부는 밀폐상태로 유지할 수 있다.

옥상층(7)의 개구부(9)를 프리즘(55) 자체가 밀폐시키도록 구성할 수도 있다. 이 경우 개구부(9)를 별도의 유리로 차폐시킬 필요가 없다.

식물공장(1)의 내부를 밀폐상태로 유지하면 청결한 상태에서 온도, 습도, 이산화탄소, 산소 공급을 통하여 식물공장(1) 내부를 최적의 상태로 제어할 수 있다.

또한, 아래에서 설명할 공급 장치(91) 및 공기 순환 장치(99)에 의해 실내공기가 순환되면서 식물공장(1) 내의 온도를 유지하고 실내의 냉, 온열을 외부로 배출하지 않으므로 에너지 손실이 거의 발생하지 않는다.

옥상층(7)의 개구부(9)측에 제2메인 렌즈부(61)가 설치된다. 제2메인 렌즈부(61)는 제1메인 렌즈부(51)와 상호 협력하여 태양광을 식물공장(1) 내의 재배작물에 고르게 제공하기 위해 구비된다.

또는, 제2메인 렌즈부(61)는 햇빛이 없거나 더 많은 빛을 재배작물에 비추기 위한 용도로 설치된다.

제2메인 렌즈부(61)는 옥상층(7)에 설치되고 태양광을 받아 식물공장(1) 내부로 전달하는 정반사경(63)과, 옥상층(7)의 개구부(9)에 설치되며 태양광을 굴절시켜 식물공장(1) 내부로 전달하거나 식물공장 내부의 프리즘이 빛을 받아 생성된 스펙트럼을 반사렌즈부에 전달하는 프리즘(65) 중 적어도 하나 이상을 포함한다.

제2메인 렌즈부(61)에서 정반사경(63)은 리드 스크류 모터에 의해 태양을 따라 움직이면서 태양의 정면에서 빛을 받아 식물공장(1) 내의 반사렌즈부(71) 또는 옥상층(7)의 개구부(9)에 설치된 프리즘(65)에 전달할 수 있다.

옥상층(7)의 개구부(9)에 프리즘(65)만 설치될 수 있다. 프리즘(65)은 태양광을 직접 식물공장(1) 내부로 유입시킬 수 있다.

프리즘(65)은 설치된 각도 및 굴절각에 따라 빛의 진로가 결정되므로 90도 각도부터 45도 각도까지 원하는 방향으로 빛을 전달할 수 있다.

프리즘은 오각프리즘을 사용하는 것이 바람직하다. 오각프리즘은 옥상층에서 태양을 정면으로 받아 식물공장 바닥까지 수직으로 많은 광량을 전달하기 적합하다.

프리즘 내에 로프형 엘이디 조명을 삽입 제조하여 사용할 수 있다. 이 경우 다양한 복수의 엘이디 조명을 선택할 수 있으며 다양한 간격으로 배치할 수 있다. 이렇게 제작된 프리즘을 사용하는 경우 반사경을 사용하는 방법에 비해 간단하고 비용이 적게 드는 장점이 있다.

제2메인 렌즈부(61)는 프리즘(65)에서 굴절된 빛이 식물공장(1) 내부로 유입시 분산되게 프리즘(65)과 나란히 배치된 난반사경(67)을 더 포함할 수 있다. 난반사경(67)은 입사각에 상관없이 빛을 다양한 방향으로 반사시키는 역할을 한다.

반사렌즈부(71)는 재배작물(m)의 상부측으로 배치된 정반사경(73)과 난반사경(75)을 포함한다. 정반사경(73)과 난반사경(75)은 식물공장(1) 내로 유입된 빛을 재배작물(m)에 제공하거나 이웃하는 케이지(31)의 정반사경(73)과 난반사경(75)에 전달하는 역할을 한다.

예를 들어, 제1메인 렌즈부(51) 또는 제2메인 렌즈부(61)를 통해 유입된 태양광은 각 케이지(31)의 상부에 설치된 정반사경(73)과 난반사경(75)에 전달되며, 정반사경(73)에서 반사된 빛은 이웃하는 케이지에 전달되고 난반사경(75)에서 반사된 빛은 재배작물(m)에 제공될 수 있다.

식물공장(1) 내에 더 많은 빛을 풍부하게 제공하기 위해 다수 개의 난반사경이 구비될 수 있다. 난반사경은 식물공장(1) 내에 기둥 형태, 다각 막대형태로 일정 간격마다 배치될 수 있다.

본 실시예에서는 케이지(31)의 모서리에 설치되는 기둥프레임(41)을 난반사경(77)으로 감싸게 하여 재배작물(m)에 빛을 풍부하게 제공할 수 있도록 한다.

상술한 정반사경(73) 및 난반사경(75)은 반사된 빛이 재배작물(m)에 균일하게 비추도록 각도를 조절하여 설치하는 것이 바람직하다. 이는 태양광을 식물공장(1) 내 모든 재배작물(m)이 균일하게 받게 함으로써 광합성 작용이 보다 효과적으로 이루어지도록 한다.

특히, 상술한 난반사경은 반사된 빛이 재배작물에 비추도록 각도를 조절하여 설치하는 것을 바람직하다.

또한, 정반사경, 난반사경, 프리즘, 집광기는 크기와 두께, 두께의 위치와 각도, 각의 수에 의해 빛의 세기, 빛의 량, 빛의 집광, 빛의 진로 등이 결정되므로 식물공장(1)의 크기와 구조에 맞춰 선별적으로 적당한 장소에 배치할 수 있다.

정반사경, 난반사경, 프리즘, 집광기의 재질은 빛 투과율이 좋은 저 철분 유리 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 한국안전유리 자료에 의하면 저 철분 유리의 빛 투과율은 3-6T에서 92%이고 8T에서 91%이다. 저 철분 유리는 가격이 저렴하여 비용 절감 효과가 있다.

정반사경, 난반사경, 프리즘, 집광기는 외부의 전원이 필요 없고 고장이 없으며 한 번 설치하면 태양이 뜨는 한 반영구적으로 사용할 수 있다.

한편, 제1메인 렌즈부(51)와 제2메인 렌즈부(61)에 광원을 제공하도록 제1메인 렌즈부(51) 및 제2메인 렌즈부(61)의 상부측으로 설치되는 조명부(81)를 포함한다.

조명부(81)는 엘이디 조명부인 것이 바람직하다.

조명부(81)는 제1메인 렌즈부(51)의 상부 또는 제2메인 렌즈부(61)의 상부측으로 설치되어 흐린 날씨 등으로 인해 햇빛이 없을 때 식물공장(1) 내에 광원을 제공하는 역할을 한다. 조명부(81)는 각도 조절 가능하다.

조명부(81)의 빛이 식물공장(1) 내로 유입되는 방법은 전술한 태양광이 식물공장(1) 내로 유입되는 경로와 동일하다.

예를 들어, 동일한 상태에서 1개의 엘이디 조명부를 제1메인 렌즈부(51)에 비추면 반사된 빛이 식물공장(1) 내에서 반사렌즈부(71)에 의해 연속하여 반사될 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 식물공장(1) 내에 공급 장치(91), 감시 카메라(101), 센서(미도시) 등이 구비된다.

감시 카메라(101)는 소비자가 스마트폰을 통해 작물재배환경을 확인한 후 제품을 구입하도록 하기 위한 용도일 수 있다.

센서는 식물공장(1) 내부의 온도, 습도, 이산화탄소, 산소를 측정하며, 센서가 측정한 신호는 제어부로 전달된다. 제어부(미도시)는 공급 장치(91), 공기 순환 장치(99) 등을 선택적으로 작동시켜 식물공장(1) 내의 식물재배 환경을 최적의 조건이 되도록 제어할 수 있다.

공급 장치(91)는 각 층의 상부에 설치된 공급배관(93)과 배출구(93a)를 포함한다.

공급배관(93)은 냉풍, 온풍, 관수(미생물), 이산화탄소, 산소 등을 식물공장 내부로 공급할 수 있다. 이를 위해, 공급배관(93)에는 재배작물상과 대응되는 위치에 다수의 배출구(93a)가 형성되어 있음이 바람직하다.

배출구(93a)는 재배공간(11)으로 냉풍, 온풍, 관수(미생물), 이산화탄소, 산소 등이 고르게 유입되도록 한다.

공급 장치(91)는 하단벽체에 삽입되는 유입배관(95)과 통로배관(97)을 포함한다. 유입배관(95)은 벽체를 따라 설치된 통로배관(97)과 연통되며 통로배관(97)은 각 층에서 공급배관(93)과 연결된다.

따라서, 유입배관(95)을 통해 유입된 냉풍, 온풍, 관수(미생물), 이산화탄소, 산소 등은 통로배관(97)을 통해 각 층의 공급배관(93)으로 공급되고 공급배관(93)의 배출구(93a)를 통해 식물공장(1) 내로 유입된다.

유입배관(95)은 외부와 연통되는 유입구(95a)를 구비하며 유입구(95a)측에는 냉풍, 온풍 등을 식물공장 내부로 유입시키거나 배출시키는 유입팬(95b), 외부 이물질을 필터링하는 필터(95c) 등이 설치되어 있음이 바람직하다.

도시하지는 않았지만, 공기 순환 장치(99)는 식물공장(1)의 천정에 설치되는 덕트를 포함할 수 있다. 덕트에서 식물공장(1)의 공기를 흡입하고 측벽에 설치되는 배관을 통하여 측벽 하단에 설치되는 분출구 및 케이지(31) 하부의 지하에 설치되는 분출구를 통해 분출되면서 식물공장(1) 내부의 공기를 순환시킬 수 있다.

식물공장(1) 내부의 실내공기는 상층부와 하층부의 온도차가 심할 수 있으므로 실내공기를 순환시켜 온도를 균일하게 해줄 필요가 있다.

이하, 본 발명의 작용을 설명한다.

태양광이 제1메인 렌즈부를 통해 식물공장 내부로 유입되는 경로에 대해 우선 설명한다.

도 3에 도시된 바에 의하면, 제1메인 렌즈부(51)는 리드 스크류 모터에 의해 태양을 따라 움직이면서 태양의 정면에서 빛을 받아 식물공장(1) 내의 반사렌즈부(71)에 빛을 전달한다.

반사렌즈부(71)는 케이지(31)의 모서리에 설치되는 기둥프레임(41)을 감싼 난반사경(77), 케이지(31)의 상부에 병렬로 설치된 정반사경(73)과 난반사경(75)이다.

기둥프레임(41)을 감싼 난반사경(77)에 전달된 빛은 난반사되어 케이지(31)의 상부에 병렬로 설치된 정반사경(73)과 난반사경(75)에 전달될 수 있다. 또한, 제1메인 렌즈부(51)를 통해 반사된 빛은 케이지(31)의 상부에 병렬로 설치된 정반사경(73)과 난반사경(75)에 바로 전달될 수 있다.

케이지(31)의 상부에 설치된 정반사경(73)에 전달된 빛은 이웃하는 케이지(31)의 상부에 설치된 정반사경(73) 또는 난반사경(75)으로 전달되며, 난반사경(75)에 전달된 빛은 케이지(31)의 재배작물(m)에 전달된다.

즉, 케이지(31)의 상부에 설치된 정반사경(73)에서 반사된 빛이 이웃하여 병열로 설치된 정반사경(73)에 동시에 순차적으로 전달되면서 식물공장(1) 내 모든 케이지(31)의 상부에 설치된 정반사경(73)에 전달될 수 있다.

난반사경(75)은 재배작물(m)에 빛을 전달할 뿐 아니라 식물공장(1) 내에 설치된 모든 정반사경(73)과 난반사경(75)에 빛이 분산되어 전달되도록 한다. 즉, 난반사경(75)은 빛을 분산시켜 재배작물(m)에 고르게 전달시킨다.

도 5에 도시된 바에 의하면, 제1메인 렌즈부(51)에 집광기 또는 볼록렌즈(53)가 설치된 경우, 집광기 또는 볼록렌즈(53)는 태양광을 집중시켜 식물공장(1)에 유입되는 광원의 세기 및 광원의 량을 조절한다.

도 6에 도시된 바에 의하면, 제1메인 렌즈부(51)에 프리즘(55)이 설치된 경우, 프리즘(55)은 제1메인 렌즈부(51)에서 반사된 빛을 굴절시켜 빛의 진로를 바꿔줌으로써 식물공장(1) 내로 원활하게 유입시킨다.

또한, 제1메인 렌즈부(51)에서 반사된 빛은 프리즘(55)에서 굴절되면서 660nm~450nm 파장대의 빛이 생성되며, 이 빛은 케이지(31)의 상부에 설치된 정반사경(73)에 전달되고 반사되어 재배작물(m)에 전달되므로 재배작물의 생장을 촉진시킬 수 있다.

다음으로, 태양광이 제2메인 렌즈부를 통해 식물공장 내부로 유입되는 경로에 대해 설명한다.

도 3에 도시된 바에 의하면, 제2메인 렌즈부(61)는 리드 스크류 모터에 의해 태양을 따라 움직이면서 태양의 정면에서 빛을 받아 식물공장(1) 내의 반사렌즈부(71)에 빛을 전달한다.

제2메인 렌즈부(61)는 정반사경(63), 프리즘(65)을 포함하며, 정반사경(63)에 전달된 빛은 프리즘(65)에 전달되고 프리즘(65)에서 빛이 굴절되어 식물공장(1) 내부로 전달한다.

또한, 제2메인 렌즈부(61)의 정반사경(63)에 전달된 빛은 프리즘(65)에서 굴절된 후 난반사경(67)에서 반사되어 식물공장(1) 내에 다양한 방향으로 전달된다.

또는, 태양광이 프리즘(65)을 통해 바로 식물공장(1) 내로 전달될 수 있다.

식물공장(1) 내로 전달된 빛은 식물공장(1) 내의 난반사경(75) 및 정반사경(73)에서 반사되어 재배작물(m)에 균일하게 전달된다.

실험을 통해 2013.04.01일 08시, 태양광을 측정한 결과 49,800lux였으며, 벽체(3)의 개구부에 설치된 제1메인 렌즈부(51)에서 반사된 빛이 1회 굴절되어 740cm 떨어진 창고에 설치된 정반사경에 전달된 빛이 36,300lux였다.

다시 2회 차 굴절시켜 570cm 떨어진 정반사경에 전달된 빛이 34,000lux였으며, 다시 3회 차 굴절시켜 570cm 떨어진 정반사경에 전달된 빛이 30,400lux였으며, 다시 4회 차 굴절시켜 520cm 떨어진 정반사경에 전달된 빛이 22,700lux였다,

총 거리 2,400cm 중 제1메인 렌즈부(51)에서 거리가 멀어질수록 빛의 세기가 약해지며 빛을 전달하는 정반사경과 전달받는 정반사경이 정면으로 비출 때 빛의 세기의 감소율이 적었다.

이를 통해 식물공장(1) 내에 재배작물(m)에 빛을 고르게 전달할 때는 옥상층(7)의 개구부(9)를 통해 유입된 태양광으로 빛의 세기를 추가로 조절하여 재배작물(m)이 일률적으로 균일하게 성장하도록 하는 것이 바람직함을 알 수 있다.

제1메인 렌즈부(51)와 제2메인 렌즈부(61)를 통해 태양광을 식물공장(1) 내로 유입시킨 후 식물공장(1) 내에 병열로 배치한 정반사경(73)과 난반사경(75)을 이용하여 빛을 재배작물(m)에 균일하게 제공하는 상기의 방법은 태양광을 무한히 풍부하게 무료로 사용하는 것이 가능하므로 전기시설, 대량의 전등설치 등으로 발생되는 전기요금, 설비비용 문제를 해소할 수 있다.

또한, 제1메인 렌즈부(51), 제2메인 렌즈부(61), 반사렌즈부(71) 등은 한 번 설치하면 반 영구적으로 사용하는 것이 가능하므로 식물공장(1)의 유지비용을 절감할 수 있다.

한편, 날씨가 흐려 태양광이 부족할 경우에는 조명부(81)가 태양광 대신 광원으로 사용될 수 있다. 조명부(81)는 각도 조절 가능하며, 조명부(81)의 빛이 식물공장(1) 내로 유입되는 방법은 전술한 태양광이 식물공장(1) 내로 유입되는 경로와 동일하다.

다음으로, 식물공장 내 공급 장치, 공기 순환 장치 및 공기 순환흐름에 대해 설명하기로 한다.

식물공장(1)은 공급 장치(91) 및 공기 순환 장치(99)에 의해 내부의 온도, 습도, 이산화탄소, 산소의 통합 제어가 가능하다.

공급 장치는 냉풍, 온풍, 관수(미생물), 이산화탄소, 산소 등을 재배작물 성장의 필수 요소로 재배작물상에 공급한다.

즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 공급배관(93)을 통해 재배작물 성장의 필수요소인 냉풍, 온풍, 관수(미생물), 이산화탄소, 산소 등을 식물공장 내부로 공급하는 것이다.

공급배관(93)의 배출구(93a)는 냉풍, 온풍, 관수(미생물), 이산화탄소, 산소 등의 균일 공급이 가능하게 한다.

공기 순환 장치(99)는 식물공장(1) 내의 공기를 외부 공기와 혼합시켜 식물공장(1) 내의 온도를 일정하게 유지시키는 기능과 외부 환경과 내부 환경의 차이로 인해 벽체을 통해서 발생되는 온도차를 줄이기 위한 에어커텐의 기능을 한다.

공기 순환의 원리는 식물공장(1)의 천정에 덕트를 설치하여 공기를 흡입하고 측벽에 설치된 배관을 통하여 측벽 하단에 설치된 분출구 또는 케이지 하부 지하에 설치된 분출구를 통해서 분출되면서 공기를 순환시킬 수 있다.

또한, 식물공장(1) 내부는 벽체(3)와 옥상층(7)에 형성한 개구부(5,9)가 유리 또는 반사경, 프리즘 등으로 밀폐되고 제1메인 렌즈부(51), 제2메인 렌즈부(61) 등을 통해 태양광의 빛만 식물공장(1) 내부로 유입되는 구조이므로 청결한 무공해 환경에서 작물 재배가 가능하다.

또한, 최근 연작 피해가 발생하는 인삼재배에 있어서, 수확 때마다 배지를 교체함으로 인삼 연속재배가 가능하며, 최근 울산식물공장에서 광량을 풍부하게 제공하며 광합성 시간을 늘려 줌으로써, 노지재배에서 생산되는 2년근 인삼성분보다 더 많은 양의 성분이 포함된 인삼을 1년에 2회 생산하는데 성공하였을 뿐 아니라 인삼 뿌리보다 잎과 열매에 사포닌이 15~20배 더 많이 포함되어 있다는 사실이 밝혀지면서 인삼 잎이 쌈 채소 또는 제약회사의 원료로 공급되고 있다.

본 발명의 권리범위는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

1: 식물공장 3: 벽체
5: 개구부 7: 옥상층
9: 개구부 m: 재배작물
11: 재배공간 11a: 작업통로
13: 자동화장치 15: 이송컨베이어
17: 매개컨베이어 19: 로봇
21: 작업장 23: 공조실
25: 고형배지 31: 케이지
33: 롤러 35: 베이상자컨베이어
35a: 측벽 37: 구동롤러
39: 구동모터 41: 기둥프레임
43: 격벽체 45: 도어
51: 제1메인 렌즈부 53: 집광기 또는 볼록렌즈
55: 프리즘 61: 제2메인 렌즈부
63: 정반사경 65: 프리즘
67: 난반사경 71: 반사렌즈부
73: 정반사경 75: 난반사경
77: 난반사경 81: 조명부
91: 공급 장치 93: 공급배관
93a: 배출구 95: 유입배관
95a: 유입구 95b: 유입팬
95c: 필터 97: 통로배관
99: 공기 순환 장치 101: 감시 카메라

Claims (11)

1. 식물공장의 벽체에 형성한 개구부에 설치되며 태양광을 상기 식물공장 내부로 유입시키는 제1메인 렌즈부와,
   상기 식물공장의 옥상층에 형성한 개구부에 설치되며 태양광을 상기 식물공장 내부로 유입시키는 제2메인 렌즈부와,
   상기 식물공장 내에 설치되며 상기 제1메인 렌즈부 또는 상기 제2메인 렌즈부로부터 유입된 태양광을 반사시켜 상기 식물공장 내에 배치된 재배작물에 제공하는 반사렌즈부를 포함하고,
   상기 제1메인 렌즈부는 태양광을 반사하여 상기 반사렌즈부에 전달하는 정반사경을 포함하고,
   상기 제1메인 렌즈부는 태양광을 집중시키는 집광기, 볼록렌즈 중 하나 이상을 더 포함하고,
   상기 제1메인 렌즈부 및 제2메인 렌즈부는 태양광을 받아 빛을 굴절시켜 상기 식물공장 내부로 전달하거나, 태양광을 받아 생성된 스펙트럼을 상기 반사렌즈부에 전달하는 프리즘을 포함하고,
   상기 제2메인 렌즈부는 상기 프리즘에서 굴절된 빛이 상기 식물공장 내부로 유입시 분산시키는 난반사경을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장 태양광 유입장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2메인 렌즈부는 태양광을 받아 식물공장 내부로 전달하는 정반사경을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장 태양광 유입장치.
5. 삭제
6. 삭제
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1메인 렌즈부 및 상기 제2메인 렌즈부는 리드 스크류 모터에 의해 태양을 따라 움직이면서 태양의 정면에서 빛을 받아 상기 반사렌즈부에 전달하는 것을 특징으로 하는 식물공장 태양광 유입장치.
8. 청구항 1에 있어서,
   태양이 가려진 때 상기 태양광을 대신하여 상기 제1메인 렌즈부와 상기 제2메인 렌즈부 중 적어도 하나 이상에 광원을 제공하도록 상기 제1메인 렌즈부와 상기 제2메인 렌즈부 중 적어도 하나 이상에 상부측으로 설치되거나 포함되는 조명부를 구비하는 것을 특징으로 하는 식물공장 태양광 유입장치.
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 반사렌즈부는 상기 재배작물의 상부측으로 배치되는 정반사경과 난반사경을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장 태양광 유입장치.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 식물공장 내 다수 개의 난반사경이 상기 재배작물이 식재되는 케이지의 기둥을 감싸게 하고, 기둥 형태를 띤 막대형의 난반사경을 제작하여 일정 간격마다 더 배치하는 것을 특징으로 하는 식물공장 태양광 유입장치.
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 식물공장은 다수의 문틀을 조합하여 격벽체를 조성하고,
    상기 격벽체에 도어가 구비되어 상기 도어를 개방 또는 밀폐할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 식물공장 태양광 유입장치.

Images