KR101794176B1 - 작물 담수경 재배 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 작물 담수경 재배 장치에 관한 것으로, 특히 수직 방향으로 상호 이격 배치되는 복수의 담수경 수조마다 개별적으로 양액을 공급하고 수거하는 병렬 순환 구조를 구성함으로써, 복수의 담수경 수조 내의 양액에 대한 수질을 균일하게 유지하여 작물 재배 효율을 향상시킬 수 있는 작물 담수경 재배 장치에 관한 것이다.
본 발명인 작물 담수경 재배 장치를 이루는 구성수단은, 작물 담수경 재배 장치에 있어서, 수직 프레임에 수평하게 결합되되, 수직 방향으로 상호 이격 배치되는 복수의 안착 플레이트, 상기 각각의 안착 플레이트 상에 안착되되, 내부에 양액이 수용되고 작물들을 거치하는 작물 거치대가 장착되는 담수경 수조, 상기 담수경 수조 상측에 고정 배치되어 작물을 향하여 광을 조사하는 LED 모듈, 상기 각각의 담수경 수조에 개별적으로 양액을 공급하고 상기 각각의 담수경 수조로부터 개별적으로 양액을 수거하여 상기 각각의 담수경 수조에 대하여 개별적으로 양액을 순환시키는 양액 순환 공급 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

Description

작물 담수경 재배 장치{corps water culture hydroponic unit}

본 발명은 작물 담수경 재배 장치에 관한 것으로, 특히 수직 방향으로 상호 이격 배치되는 복수의 담수경 수조마다 개별적으로 양액을 공급하고 수거하는 병렬 순환 구조를 구성함으로써, 복수의 담수경 수조 내의 양액에 대한 수질을 균일하게 유지하여 작물 재배 효율을 향상시킬 수 있는 작물 담수경 재배 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 인삼은 다른 작물과는 다른 재배 방식이 요구되며, 인삼 재배를 위해서는, 준비기·묘포기·본포기로 나누어 각 기마다 특색 있는 인삼 재배 관리를 하여야 한다.

또한, 인삼은 봄에 발아하여 수개월간 생육 후 11월경 잎이 황변후 뇌두가 형성된 다음에 저온상태로 수개월 휴면에 들어가 월동한 다음 다시 발아되어 생육되는 특성을 가지며, 이러한 생육 특성으로 인해, 일반 인삼 경작법으로는 인삼을 연중 생산할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 파종에서 생산까지 긴 기간(수삼의 경우 대략 3~4년, 약용삼의 경우 대략 5~6년)이 요구되므로, 투자 후 자본 회수가 어렵다는 문제점이 있다. 또한 인삼의 일반 경작 재배는 재배지 선정 및 관리의 문제점이나, 일복가설에 따른 적절한 광선과 습도 조절 등의 여러 문제점을 안고 있다.

특히, 일반적인 인삼 재배 방식의 경우, 동일한 토양에서 긴 시간 인삼 재배가 이루어져야 하고 인삼 재배를 위한 고정식 해가림 온실이 개방되어 있어야 하므로 병해충에 취약하고, 이러한 병해충을 막기 위해 상당한 양의 화학 농양이 이용된다. 이러한 화학 농약의 사용은 인삼의 훌륭한 효능에도 불구하고 국내외 수요를 떨어뜨리는 큰 원인이 되고 있다.

이에 대해 인삼의 생육기간을 단축하고 농약 사용량을 줄이려는 시도가 당해 기술 분야에 있어왔다. 예컨대, 등록특허 제10-0959254호는 부직포, 왕겨 등을 포함하는 토양을 갖는 베드에 묘삼을 정식하고 양육수을 묘삼의 뿌리에 분무하는 인삼 수경 재배 기술을 개시한다.

그러나 종래 기술은 양육수 공급만으로 인삼을 재배하는 진정한 수경 재배라 볼 수 없으며 양육수의 공급 및 관리가 용이하지 않은 단점을 갖는다. 또한 종래기술은 시설비가 많이 들고 좁은 부지에 소규모 설치는 실질적으로 불가능하다는 단점을 안고 있다.

이와 같은 종래 기술의 단점을 해결하기 위하여 대한민국 등록특허 제10-1625647호는 담수 양육수와 간접 태양광을 이용하여 잔류 농약 없는 인삼을 초고속 수경 재배할 수 있는 인삼 수경 재배 시스템을 제시하고 있다.

그러나 이러한 선행기술문헌은 양육수를 저장부로부터 최상층의 수조로 우선적으로 공급하고, 이후 하측의 수조들로 연속적으로 공급되도록 하여 다시 저장부로 인입되도록 하는 직렬 순환 구조를 채택하고 있다.

이러한 담수경 재배 시스템에서 수조를 직렬로 연결하여 직렬 순환 구조를 채택하면 수조 내의 양육수 공급에 관련된 컨트롤이 쉽다. 하지만, 최상단 수로로 양육수가 들어가서 순차적으로 하측의 수조로 나오기 때문에 각 수조 내에 존재하는 양육수의 수질의 차이가 발생하는 단점이 있다. 다시 말하자면, 최상층의 수조의 수질이 가장 좋고 최하층의 수조의 수질이 가장 나쁘다.

또한, 각각의 수조 하단에 있는 물이 정체되어 녹조가 쉽게 발생할 수도 있다. 이러한 상태에서는 작물의 생장이 느려지고 녹조가 발생하며 작물에 병이 발생할 수 있는 단점을 가진다.

대한민국 등록특허 제10-1625647호(공고일자 : 2016년 05월 30일, 발명의 명칭 : 인삼 수경 재배 시스템)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 수직 방향으로 상호 이격 배치되는 복수의 담수경 수조마다 개별적으로 양액을 공급하고 수거하는 병렬 순환 구조를 구성함으로써, 복수의 담수경 수조 내의 양액에 대한 수질을 균일하게 유지하여 작물 재배 효율을 향상시킬 수 있는 작물 담수경 재배 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 양액이 담수경 수조의 일측면 상측부를 통해 균일하게 낮은 압력으로 유입되고, 타측면 하측부를 통해 균일하게 배출되도록 구성함으로써, 담수경 수조 내에서 양액의 흐름이 저속으로 발생할 수 있도록 하고, 이로 인하여 양액의 순환을 유도함과 동시에 작물 생장 환경을 유지할 수 있는 작물 담수경 재배 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 광 조사 수단을 구성하는 LED 모듈이 작물의 성장에 따라 수직 방향으로 구동되는 구성을 채택하지 않고, 고정된 상태에서 광의 밝기가 조절되도록 구성함으로써, 광 조사 수단의 채택 및 유지보수를 위한 시간, 노력 및 비용을 절감할 수 있는 작물 담수경 재배 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 복잡한 분무 장치를 이용하여 작물에 대한 습도를 조절하지 않고, 소형의 분무관을 간단하게 배치하고, 상하 인접하는 담수경 수조 사이에 비닐 커튼을 개방 가능하게 형성함으로써, 습도 조절 수단의 구성 및 적용을 위한 시간, 노력 및 비용을 절감할 수 있고, 작물 생장 과정에서 요구되는 적정 습도를 유지할 수 있는 작물 담수경 재배 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여 제안된 본 발명인 작물 담수경 재배 장치를 이루는 구성수단은, 작물 담수경 재배 장치에 있어서, 수직 프레임에 수평하게 결합되되, 수직 방향으로 상호 이격 배치되는 복수의 안착 플레이트, 상기 각각의 안착 플레이트 상에 안착되되, 내부에 양액이 수용되고 작물들을 거치하는 작물 거치대가 장착되는 담수경 수조, 상기 담수경 수조 상측에 고정 배치되어 작물을 향하여 광을 조사하는 LED 모듈, 상기 각각의 담수경 수조에 개별적으로 양액을 공급하고 상기 각각의 담수경 수조로부터 개별적으로 양액을 수거하여 상기 각각의 담수경 수조에 대하여 개별적으로 양액을 순환시키는 양액 순환 공급 수단을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 양액 순환 공급 수단은 상기 복수의 안착 플레이트 중, 최하측에 배치되는 안착 플레이트 하부에 배치되는 양액 탱크, 상기 양액 탱크와 상기 각각의 담수경 수조의 일측면 사이에 연결되어 개별 펌프를 통해 상기 양액 탱크 내의 양액을 상기 각각의 담수경 수조에 공급하는 개별 연결 공급 라인, 상기 각각의 담수경 수조의 타측면과 상기 양액 탱크 사이에 연결되어 상기 각각의 담수경 수조에서 배출되는 양액이 상기 양액 탱크로 수거되도록 하는 개별 연결 수거 라인을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 개별 연결 공급 라인은 일단이 상기 개별 펌프에 연결되고 타단이 대응하는 담수경 수조의 높이보다 더 높게 위치하는 공급 상승 배관, 상기 공급 상승 배관의 타단에 일단이 연결되어 수평하게 연장 배치되는 공급 중개 배관, 상기 공급 중개 배관의 타단에 일단이 연결되어 하방향으로 수직하게 연장 배치되는 공급 하강 배관, 상기 공급 하강 배관의 타단에 연결되어 상기 대응하는 담수경 수조의 일측면에 평행하도록 수평하게 연장 배치되는 공급 분배 배관 및 상기 공급 분배 배관과 상기 대응하는 담수경 수조의 일측면 상측부 사이에 수평하게 연결되는 복수의 공급 주입 배관을 포함하여 구성되고, 상기 개별 연결 수거 라인은 상기 대응하는 담수경 수조의 타측면 하측부에 일단이 연결되어 수평하게 연장 배치되는 복수의 수거 배출 배관, 상기 복수의 수거 배출 배관의 타단과 연결되어 상기 대응하는 담수경 수조의 타측면에 평행하도록 수평하게 연장 배치되는 수거 수집 배관, 상기 수거 수집 배관에 일단이 연결되고 타단이 상방향으로 수직하게 연장 배치되어 상기 대응하는 담수경 수조 내에 수용되는 양액의 수위와 동일한 높이에 위치하는 수거 상승 배관, 상기 수거 상승 배관의 타단에 일단이 연결되어 수평하게 연장 배치되는 수거 중개 배관 및 상기 수거 중개 배관의 타단과 상기 양액 탱크 사이에 연결되는 수거 하강 배관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 기술적 과제 및 해결 수단을 가지는 본 발명인 작물 담수경 재배 장치에 의하면, 수직 방향으로 상호 이격 배치되는 복수의 담수경 수조마다 개별적으로 양액을 공급하고 수거하는 병렬 순환 구조를 구성하기 때문에, 복수의 담수경 수조 내의 양액에 대한 수질을 균일하게 유지하여 작물 재배 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 양액이 담수경 수조의 일측면 상측부를 통해 균일하게 낮은 압력으로 유입되고, 타측면 하측부를 통해 균일하게 배출되도록 구성하기 때문에, 담수경 수조 내에서 양액의 흐름이 저속으로 발생할 수 있도록 하고, 이로 인하여 양액의 순환을 유도함과 동시에 작물 생장 환경을 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 광 조사 수단을 구성하는 LED 모듈이 작물의 성장에 따라 수직 방향으로 구동되는 구성을 채택하지 않고, 고정된 상태에서 광의 밝기가 조절되도록 구성하기 때문에, 광 조사 수단의 채택 및 유지보수를 위한 시간, 노력 및 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 복잡한 구조의 분무 장치를 이용하여 작물에 대한 습도를 조절하지 않고, 소형의 분무관을 간단하게 배치하고, 상하 인접하는 담수경 수조 사이에 비닐 커튼을 개방 가능하게 형성하기 때문에, 습도 조절 수단의 구성 및 적용을 위한 시간, 노력 및 비용을 절감할 수 있고, 작물 생장 과정에서 요구되는 적정 습도를 유지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 작물 담수경 재배 장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 작물 담수경 재배 장치를 구성하는 양액 순환 공급 수단의 상세 구성도이다.
도 3은 도 2의 양액 순환 공급 수단을 구성하는 개별 연결 공급 라인과 개별 연결 수거 라인의 상세 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 작물 담수경 재배 장치를 구성하는 LED 모듈의 동작 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 작물 담수경 재배 장치에 적용되는 비닐 커튼의 적용 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상기와 같은 과제, 해결수단 및 효과를 가지는 본 발명인 작물 담수경 재배 장치에 관한 바람직한 실시예를 상세하게 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 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 작물 담수경 재배 장치의 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 작물 담수경 재배 장치(100)는 수직 프레임(1)에 결합되는 복수의 안착 플레이트(10), 상기 안착 플레이트(10) 상에 안착되는 담수경 수조(30), 상기 담수경 수조(30) 상측에서 작물에 대하여 광을 조사하는 LED 모듈(50) 및 상기 담수경 수조(30) 내에 양액을 공급하고 수거하여 양액을 지속적으로 순환시키는 양액 순환 공급 수단(70)을 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 작물 담수경 재배 장치(100)는 기본적으로 수직 프레임(1), 상기 수직 프레임(1)에 수평 방향으로 결합되는 복수의 안착 플레이트(10) 및 상기 수직 프레임(1)의 상측에 부착되는 커버 플레이트(3)를 통해 틀을 형성한다.

상기 수직 프레임(1)은 복수개로 구성되어 별도의 수평 프레임을 통해 서로 안정적으로 연결되어 유지된다. 상기 수직 프레임(1)의 상단에는 상기 커버 플레이트(3)가 결합되는데, 이는 그 하측에 배치되는 담수경 수조(30)를 향하여 광을 조사할 수 있는 LED 모듈(50)을 설치하기 위하여 특히 요청된다.

상기 복수의 안착 플레이트(10)는 상기 수직 프레임(1)에 수평하게 결합되되, 수직 방향으로 상호 이격 배치된다. 즉, 상기 복수의 안착 플레이트(10) 각각은 상기 수직 프레임(1)에 결합되되 수평한 상태를 유지하도록 결합된다. 그리고, 서로 수직 방향으로 소정 간격으로 이격된 상태로 배치된다.

상기 수직 방향으로 인접하는 안착 플레이트(10) 사이의 거리는 상기 담수경 수조(30) 및 상기 LED 모듈(50)을 배치할 수 있고, 상기 담수경 수조(30) 내의 작물의 성장에 장애가 되지 않을 정도로 충분할 필요가 있다.

상기 각각의 안착 플레이트(10) 상에는 상기 담수경 수조(30)가 안착된다. 상기 담수경 수조(30)는 상기 각각의 안착 플레이트(10) 상에 안착되되, 내부에 양액이 수용되고 작물들을 거치하는 작물 거치대가 장착된다. 상기 양액은 상기 담수경 수조(30) 내에서 성장하는 작물에 필요로 하는 배양액을 의미하고, 기본적으로 물과 작물 생장에 도움이 되는 양액이 혼합된 액체를 의미한다. 상기 양액은 상기 담수경 수조(30) 내에 수용되되, 일측에서 유입되어 타측으로 천천히 이동하면서 배출됨으로써, 지속적으로 순환되어 수질이 유지될 수 있다.

상기 양액이 수용되는 담수경 수조(30)에는 재배하고자 하는 작물들이 거치되는 작물 거치대가 장착되는 것은 당연하다. 상기 작물 거치대는 복수개의 작물들을 안정적으로 거치하고 작물들이 상기 양액에 떠있는 상태로 뿌리 부분이 양액에 침지될 수 있도록 구성되어 상기 담수경 수조(30) 내에 장착되거나 양액에 떠 있는 상태를 유지한다.

상기 담수경 수조(30) 내에서 생장하는 상기 작물들은 광을 조사받아야 한다. 이를 위하여, 상기 각각의 담수경 수조(30) 상측에는 작물을 향하여 광을 조사할 수 있는 LED 모듈(50)이 배치된다. 즉, 상기 LED 모듈(50)은 상기 담수경 수조(30) 상측에 고정 배치되어 작물을 향하여 광을 조사한다.

일반적으로 작물의 생장에서 광이 필요하고 대략 30μmol/m²s에서 150μmol/m²s 사이의 광량이 필요하다. 광 조사 수단이 일정한 광량으로 작물에 조사하면, 작물은 출아 후에 지속적으로 자라서 광 조사 수단에 가까워지게 된다. 이 경우, 상기 작물이 상기 광 조사 수단에 너무 가까워지면 상기 작물이 받는 광을 적정 수준으로 유지하기 위하여 조사 광량을 적절하게 줄여줄 필요가 있다. 즉, 작물이 생장하는 과정에서 상기 작물이 받는 광량이 지속적으로 조절될 필요성이 있다.

이를 위하여, 상기 광 조사 수단은 상기 생장하는 작물과의 거리를 조절할 수 있도록 상하 이동 가능하게 구성할 수 있다. 그러나 이와 같이 상기 광 조사 수단을 상하 이동 가능하게 구성하면, 광 조사 수단의 구성 및 유지 보수를 위해 소요되는 시간, 노력 및 비용이 불필요가 증가하는 단점을 발생시킨다.

따라서, 본 발명은 상기 광 조사 수단을 구성하는 상기 LED 모듈(50)을 상하 구동되도록 구성하지 않고, 고정 배치되도록 구성한다. 따라서, 광 조사 수단을 구성하기 위한 시간, 노력 및 비용을 절약할 수 있다. 대신, 상기 작물의 생장에 따라 상기 작물이 받는 광량을 조절하기 위하여, 상기 LED 모듈(50)이 조사하는 광량이 조절될 수 있도록 구성한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 상기 LED 모듈(50)은 상기 각각의 대응하는 담수경 수조(30) 상측에 고정 배치되되, 더욱 안정적인 배치를 위하여 상기 대응하는 담수경 수조(30) 상측에 배치되는 안착 플레이트(10)의 하부면에 고정 배치된다. 즉, 상기 각각의 LED 모듈(50)은 하측에 배치되는 대응하는 담수경 수조(30)를 향하여 광을 조사하기 위하여, 상기 대응하는 담수경 수조(30) 상측에 배치되는 담수경 수조를 안착시키는 상기 안착 플레이트(10)의 하부면에 안정적으로 고정 배치된다. 다만, 복수의 안착 플레이트(10)들 중, 가장 최상측에 배치되는 안착 플레이트(10)에 안착되는 담수경 수조(30)에 광을 조사하는 LED 모듈(50)은 상기 커버 플레이트(3)의 하부면에 고정 배치된다.

도 4는 상기 안착 플레이트(10) 및 커버 플레이트(3)의 하부면에 고정 부착되어 광을 조사하는 LED 모듈(50)를 제어하기 위한 구성도이다. 앞서 설명함 바와 같이, 상기 작물들은 지속적으로 생장하기 때문에, 상기 LED 모듈(50)은 상기 작물들이 받는 광량이 적정하게 유지될 수 있도록 조사하는 광량이 조절될 수 있어야 한다.

이를 위하여, 본 발명은 상기 각각의 LED 모듈(50)의 밝기를 조절할 수 있는 디머(DIMMER)(53)와 상기 디머(53)에 안정적인 전원을 공급하는 SMPS(51)를 포함하여 구성된다. 따라서, 작물이 지속적으로 생장하더라도, 상기 LED 모듈(50)을 수직 방향으로 이동하지 않고, 안정적으로 고정된 상태에서 상기 디머(53)를 이용하여 상기 LED 모듈(50)이 조사하는 광의 밝기를 조절할 수 있고, 이로 인하여 작물들은 생장 과정에서 적정 수준의 광을 지속적으로 받을 수 있다.

본 발명에 따른 작물 담수경 재배 장치(100)는 수직 방향으로 이격 배치되는 각각의 담수경 수조(30)의 수질을 균일하게 하고, 일정 수준의 수질을 유지하기 위하여, 각각의 담수경 수조(30) 내의 양액이 개별적으로 순환될 수 있도록 한다. 이를 위하여 본 발명은 양액 순환 공급 수단(70)을 포함하여 구성된다.

상기 양액 순환 공급 수단(70)은 상기 수직 방향으로 이격 배치되는 상기 복수의 담수경 수조(30) 내의 양액을 직렬 구조로 순환시키는 것이 아니라, 각각의 담수경 수조(30) 내의 양액을 개별적으로 순환시킬 수 있는 병렬 구조를 채택하여 개별 순환시킨다. 따라서, 각각의 담수경 수조(30) 간의 양액의 수질은 균일성을 유지할 수 있고, 지속적인 순환 구조를 통해 일정한 수준의 수질을 유지할 수 있어서, 각각의 담수경 수조 내에서 생장하는 작물들의 생장 효율을 향상시킬 수 있다.

상기 양액 순환 공급 수단(70)은 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 각각의 담수경 수조(30)에 개별적으로 양액을 공급하고 상기 각각의 담수경 수조(30)로부터 개별적으로 양액을 수거하여 상기 각각의 담수경 수조(30)에 대하여 개별적으로 양액을 순환시킬 수 있는 구조로 구성된다.

구체적으로, 상기 양액 순환 공급 수단(70)은 상기 복수의 안착 플레이트(10) 중, 최하측에 배치되는 안착 플레이트(10) 하부에 배치되는 양액 탱크(71), 상기 양액 탱크(71)와 상기 각각의 담수경 수조(30)의 일측면 사이에 연결되어 개별 펌프(73)를 통해 상기 양액 탱크(71) 내의 양액을 상기 각각의 담수경 수조(30)에 공급하는 개별 연결 공급 라인(75), 상기 각각의 담수경 수조(30)의 타측면과 상기 양액 탱크(71) 사이에 연결되어 상기 각각의 담수경 수조(30)에서 배출되는 양액이 상기 양액 탱크(71)로 수거되도록 하는 개별 연결 수거 라인(77)을 포함하여 구성된다.

상기 양액 탱크(71)는 상기 각각의 담수경 수조(30)로부터 배출되어 떨어지는 양액을 수거하기 때문에, 상기 최하측에 배치되는 담수경 수조(30)의 하측에 배치되는 것이 바람직하다.

상기 개별 연결 공급 라인(75)은 상기 담수경 수조(30)의 개수만큼 형성되어 상기 양액 탱크(71)와 상기 각각의 담수경 수조(30)의 일측면 사이에 연결된다. 상기 개별 펌프(73)는 상기 각각의 개별 연결 공급 라인(75)에 연결되어, 상기 양액 탱크(71) 내의 양액이 상기 각각의 개별 연결 공급 라인(75)을 통해 상기 각각의 담수경 수조(30) 내로 공급될 수 있도록 한다. 상기 개별 연결 수거 라인(77)은 상기 담수경 수조(30)의 개수만큼 형성되어 상기 각각의 담수경 수조(30)의 타측면과 상기 양액 탱크(71) 사이에 연결된다.

결과적으로, 상기 각각의 개별 펌프(73)가 대응하는 개별 연결 공급 라인(75)을 통해 상기 양액 탱크(71) 내의 양액을 대응하는 담수경 수조(30)의 일측으로 공급하고, 공급된 양액은 상기 담수경 수조(30)의 타측으로 천천히 흘러서 이동하며, 상기 타측으로 이동되는 양액은 상기 개별 연결 수거 라인을 통해 배출되어 상기 양액 탱크(71) 내로 수거되는 과정을 통하여, 상기 양액은 각각의 담수경 수조에 순환 공급된다.

상기 담수경 수조(30) 내에서 작물들이 생장하기 때문에, 작물 생장 환경을 고려하여 상기 담수경 수조(30) 내에서 흐르는 양액의 속도는 가능한 작은 것이 바람직하다. 즉, 상기 담수경 수조(30) 내에서의 양액은 상기 작물의 생장에 악영향을 미치지 않고 일측에서 타측으로 이동할 수 있는 정도의 작은 속도로 흐르는 것이 바람직하다.

상기 각각의 개별 펌프(73)는 상기 양액이 상기 개별 연결 공급 라인(75) 내에서 정체되지 않고, 상기 대응하는 담수경 수조(30)의 일측을 통해 주입될 수 있을 정도의 압력만으로 상기 양액을 공급하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 담수경 수조(30) 내로 수용되는 양액은 상기 개별 펌프에 의한 양액의 주입 압력과 상기 상기 양액 탱크(71)에 대한 상기 담수경 수조(30)의 높이 차에 의하여 상기 담수경 수조의 타측면으로 천천히 이동하여 상기 개별 연결 수거 라인(77)을 통해 상기 양액 탱크(71)로 수거될 수 있다.

상기 담수경 수조(30) 내로 유입되는 양액은 낮은 압력으로 주입되지만 공간적으로 균일하게 유입되어 상기 담수경 수조(30) 내의 양액이 담수경 수조의 내부 공간에서 균일하게 천천히 이동하여 흘러서 타측면을 통해 배출되는 것이 필요하다. 이를 위하여 상기 기본적으로 상기 양액 탱크(71) 내의 양액은 상기 각각의 개별 펌프(73)에 의하여 작은 압력으로 공급될 필요성이 있고, 상기 개별 연결 공급 라인(75)과 상기 개별 연결 수거 라인(77)은 최적 배치 구조를 가지는 것이 바람직하다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 작물 담수경 재배 장치를 구성하는 양액 순환 공급 수단(70)의 상세 구성도이고, 도 3은 도 2의 양액 순환 공급 수단을 구성하는 개별 연결 공급 라인(75)과 개별 연결 수거 라인(77)의 상세 구성도이다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 각각의 개별 연결 공급 라인(75)과 개별 연결 수거 라인(77)은 단순하게 대응하는 담수경 수조(30)에 연결되는 것이 아니라, 특정 형태를 가지고 특정 위치에 연결되는 구조를 가진다.

구체적으로, 상기 개별 연결 공급 라인(75)은 일단이 상기 개별 펌프(73)에 연결되고 타단이 대응하는 담수경 수조(30)의 높이보다 더 높게 위치하는 공급 상승 배관(75a), 상기 공급 상승 배관(75a)의 타단에 일단이 연결되어 수평하게 연장 배치되는 공급 중개 배관(75b), 상기 공급 중개 배관(75b)의 타단에 일단이 연결되어 하방향으로 수직하게 연장 배치되는 공급 하강 배관(75c), 상기 공급 하강 배관(75c)의 타단에 연결되어 상기 대응하는 담수경 수조(30)의 일측면에 평행하도록 수평하게 연장 배치되는 공급 분배 배관(75d) 및 상기 공급 분배 배관(75d)과 상기 대응하는 담수경 수조(40)의 일측면 상측부 사이에 수평하게 연결되는 복수의 공급 주입 배관(75e)을 포함하여 구성된다.

상기 공급 상승 배관(75a)은 일단이 상기 대응하는 개별 펌프(73)에 연결되어 양액을 공급받고, 타단은 바로 상기 대응하는 담수경 수조(30)에 연결되는 것이 아니라 수직으로 연장된다. 여기서, 상기 공급 상승 배관(75a)의 타단은 대응하는 상기 담수경 수조(30)의 높이보다 더 높게 위치하도록 배치된다. 이와 같이 상기 공급 상승 배관(75a)의 타단이 상기 대응하는 상기 담수경 수조(30)의 높이보다 더 높은 위치에 배치되는 이유는 상기 양액이 상기 복수의 공급 주입 배관(75e)을 통해 상기 대응하는 담수경 수조 내로 균일하게 공급되도록 하기 위함이다.

상기 공급 중개 배관(75b)은 상기 공급 상승 배관(75a)을 통해 공급되는 양액을 수평 방향으로 이동시켜 상기 공급 하강 배관(75c)으로 중개한다. 그러면, 상기 양액은 상기 공급 하강 배관(75c)을 통해 하방향으로 압력이 더해져서 이동한다. 따라서, 상기 압력이 더해져서 하방향으로 이동하는 양액은 상기 공급 분배 배관(75d)의 끝부분까지 일정한 압력으로 공급될 수 있다. 결과적으로, 상기 공급 분배 배관(75d)과 상기 대응하는 담수경 수조(30)의 일측면 사이에 연결되는 상기 복수의 공급 주입 배관(75e)은 같은 압력으로 각각 상기 대응하는 담수경 수조(30)에 양액을 균일하게 주입할 수 있다.

상기 복수의 공급 주입 배관(75e)을 통해 동일한 압력으로 균일하게 양액이 주입되기 위해서는 상기 복수의 공급 주입 배관(75e)들이 연결되는 상기 공급 분배 배관(75d) 내의 모든 영역으로 상기 양액이 일정한 압력으로 균일하게 전달되어야 한다. 따라서, 상기 공급 하강 배관(75c)은 상기 대응하는 담수경 수조(30)보다 더 높은 위치에서 상기 양액을 전달받아 위치 에너지에 의한 더해지는 압력으로 상기 양액을 상기 공급 분배 배관(75d)으로 전달할 수 있도록 한다. 이를 위하여 상기 공급 상승 배관(75a)의 타단은 상기 대응하는 담수경 수조(30)의 높이보다 더 높게 위치되는 것이다.

여기서, 상기 복수의 공급 주입 배관(75e)은 상기 대응하는 담수경 수조(30)의 일측면에 연결되되, 일측면의 상측 부분에 연결되는 것이 바람직하다. 상기 양액이 상기 담수경 수조의 일측면 상측부를 통해 유입되면, 상기 양액은 상기 담수경 수조 내에서 하측 방향으로 이동하면서 흐르기 때문에, 양액의 순환력 및 흐름을 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 개별 연결 수거 라인(77)은 상기 대응하는 담수경 수조(30)의 타측면 하측부에 일단이 연결되어 수평하게 연장 배치되는 복수의 수거 배출 배관(77a), 상기 복수의 수거 배출 배관(77a)의 타단과 연결되어 상기 대응하는 담수경 수조(30)의 타측면에 평행하도록 수평하게 연장 배치되는 수거 수집 배관(77b), 상기 수거 수집 배관(77b)에 일단이 연결되고 타단이 상방향으로 수직하게 연장 배치되어 상기 대응하는 담수경 수조(30) 내에 수용되는 양액의 수위와 동일한 높이에 위치하는 수거 상승 배관(77c), 상기 수거 상승 배관(77c)의 타단에 일단이 연결되어 수평하게 연장 배치되는 수거 중개 배관(77d) 및 상기 수거 중개 배관(77d)의 타단과 상기 양액 탱크(71) 사이에 연결되는 수거 하강 배관(77e)을 포함하여 구성된다.

상기 복수의 수거 배출 배관(77a)은 대응하는 담수경 수조(30)의 타측면에 연결되되, 타측면의 하측 부분에 연결된다. 상기 담수경 수조(30)의 일측면 상측부를 통해 유입되는 양액이 타측면 하측부를 통해 배출되도록 함으로써, 상기 양액이 상기 담수경 수조 내에서 원활하게 순환되고 이동될 수 있도록 한다.

상기 복수의 수거 배출 배관(77a)을 통해 배출되는 양액이 바로 상기 양액 탱크(71)로 연결된다면, 상기 대응하는 담수경 수조(30) 내로 유입되는 양액의 양과 상기 대응하는 담수경 수조(30)로부터 배출되는 양액의 양을 동일하게 하는 것이 어렵기 때문에, 상기 대응하는 담수경 수조(30) 내의 양액 수위를 일정하게 유지하는 것이 어렵다.

따라서, 상기 복수의 수거 배출 배관(77a)에서 배출되는 양액은 수거 수집 배관(77b)로 수집된 후, 상측 방향으로 수직하게 형성된 수거 상승 배관(77c)을 통해 상측으로 이동된 후 배출된다. 구체적으로, 상기 수거 상승 배관(77c)은 상측 방향으로 연장되어, 그 타단이 상기 대응하는 담수경 수조 내에 수용되는 양액의 수위와 동일한 높이에 위치하도록 배치된다.

상기 수거 상승 배관(77c)의 타단이 상기 대응하는 담수경 수조(30)의 상측 부분의 높이까지 연장되어 형성되기 때문에, 상기 대응하는 담수경 수조(30) 내의 양액 수위는 상기 수거 상승 배관(77c)의 타단의 높이와 동일한 높이로 유지할 수 있다. 상기 수거 상승 배관(77c)에서 배출되는 양액은 상기 수거 중개 배관(77d)을 거쳐 높이차에 의한 하강 압력에 의하여 상기 수거 하강 배관(77e)을 통해 상기 양액 탱크(71)로 수거된다.

이상에서 설명한 개별 연결 공급 라인(75)과 개별 연결 수거 라인(77)의 연결 및 배치 구조와 상기 대응하는 담수경 수조(30)에 대한 연결 위치를 통하여, 상기 대응하는 담수경 수조(30) 내의 양액은 균일하게 유입되어 작은 속도로 이동하면서 순환되며, 일정한 수위를 지속적으로 유지할 수 있다.

한편, 작물의 생장에는 적정 습도 유지가 요청된다. 작물은 발아기 및 출아기에 약 70% ~ 80&%의 높은 습도가 요구되고, 출아 이후에는 약 55% ~ 60%의 습도를 유지하는 것이 바람직하다. 일반적으로 작물의 수경 재배에서의 습도 유지는 분무 장치 등을 이용한다. 그러나 이러한 분무 장치를 이용하는 것은 습도 조절 장치를 구성하고 유지하는데 불필요한 시간, 노력 및 비용을 소요하게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 작물 담수경 재배 장치(100)는 도 5에 도시된 바와 같이, 작물들이 노출되는 부분(작물 생장 공간)을 비닐 커튼(80)으로 커버하고, 상기 안착 플레이트(10)의 하부에 소형 분무관을 구비한다.

상기 소형 분무관(85)은 우레탄 튜브로 형성하여 상기 LED 모듈에 간섭되지 않도록 상기 안착 플레이트(10)의 하부에 부착된다. 상기 소형 분무관(85)에는 미스트(mist)를 분무할 수 있는 노즐(87)이 소정 간격 이격되어 배치되고, 상기 소형 분무관(85)은 상기 담수경 수조(30)에 설치되는 소형의 수중펌프(미도시)를 통해 물(양액)을 공급받아 하측에 위치하는 작물에 미스트(mist)를 분사한다.

또한, 상기 비닐 커튼(80)은 작물들이 노출되는 공간(작물 생장 공간)을 커버링하기 위하여, 안착 플레이트(10)와 그 하측에 배치되는 담수경 수조(30) 사이에 배치된다. 물론, 최상측에 배치되는 담수경 수조(30)에서 생장되는 작물의 습도 조절을 위해서, 상기 비닐 커튼(80)은 커버 플레이트(3)와 상기 최상측의 담수경 수조(30) 사이에 배치될 수 있다.

이때, 상기 비닐 커튼(80)은 상기 작물 생장 공간의 개방 정도를 조절할 수 있도록 설치된다. 예를 들어, 일반적인 가정용 커튼과 비슷하게 옆으로 걷을 수 있도록 구성(커튼 구조)하여 상기 작물 생장 공간의 개방 정도를 조절할 수도 있고, 또는 비닐 커튼의 상단은 상기 안착 플레이트(10) 및 커버 플레이트(3)에 고정되고 하단은 늘어지도록 구성하고, 하단을 필요한 만큼 말아서 풀리지 않도록 고정할 수 있도록 구성(발 구조)함으로써, 상기 작물 생장 공간의 개방 정도를 조절할 수도 있다.

다만, 일반 커튼과 비슷하게 옆으로 걷을 수 있는 구조는 작물의 좌우 위치에 따라 습도의 노출 정도가 달라질 수 있기 때문에, 상기 커튼 구조보다 작물의 좌우 위치에 따른 습도의 노출 정도가 균일할 수 있는 상기 발 구조를 적용하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 상기 비닐 커튼(80)을 설치하고, 소형 분무관(85)에 물을 공급하여 노즐(87)을 통해 미스트(mist)를 수시로 작물에 분사해줌으로써, 작물 생장 공간의 습도를 쉽게 올릴 수 있고, 비닐 커턴의 개방 정도를 조절하여 습도를 적정하게 조절할 수 있다.

한편, 작물의 생장에는 양액이 당연히 요청되고, 이 양액의 온도도 일정하게 유지하는 것이 작물 생장에 도움이 된다. 따라서, 본 발명에 따른 작물 담수경 재배 장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 양액 탱크(71)에 연결되는 쿨러/히터(91)를 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.

상기 양액 탱크(71) 내의 양액은 부가 펌프(95)에 의하여 제1 배관(93)을 통해 상기 쿨러/히터(91)로 공급된다. 그러면, 상기 쿨러/히터(91)는 사전에 세팅된 온도로 상기 양액을 냉각 또는 가열한 후, 제2 배관(97)을 통하여 다시 상기 양액 탱크(71)로 반환한다. 그러면, 상기 양액 탱크(71) 내의 양액은 상기 작물의 생장에 도움이되는 수온을 유지할 수 있다.

한편, 작물의 생장에는 양액의 용존 산소량이 중요한 인자로 작용한다. 일반적으로 담수경 수조의 용존 산소량을 높이기 위해 산소발생기를 사용한다. 공기 중에는 질소와 산소가 약 4:1의 비율로 존재하고, 수온이 20도일 때 질소는 160mg/liter(순도 100% 질소를 사용할 경우), 산소는 31mg/liter(순도 100%의 산소를 사용할 경우)가 물에 녹을 수 있는 포화농도이다. 공기를 물에 넣어주면 녹을 수 있는 공간의 대부분을 질소가 차지하기 때문에 산소의 포화농도는 약 9ppm 정도에 불과하다.

따라서, 산소를 물에 많이 녹이는 방법으로 공기 중에서 질소의 대부분을 제거하고 산소의 농도를 90% 이상으로 높여서 물에 넣어주면 용존산소의 농도가 20ppm 이상으로 증가된다. 산소가 20ppm 이상으로 유지되면 작물의 생육이 빨라질(약 30% 증가) 뿐 아니라 작물에 병이 발생하는 것도 감소된다.

산소를 담수경 수조의 물에 공급하기 위한 방법으로, 용해기를 이용하여 산소를 물에 녹여 수조에 공급하면, 입수구 쪽의 용존산소의 농도는 높지만 수조의 유속이 느리기 때문에 출수구 쪽의 용존산소의 농도는 입수구 쪽에 비해 상당히 낮아진다. 입수구 쪽의 용존산소량이 25ppm일 경우 출수구 쪽의 용존산소량은 15ppm에도 미치지 못한다.

따라서, 본 발명에 따른 작물 담수경 재배 장치(100)는 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 용해 효율은 떨어지지만 산소발생기에서 만든 순도 90% 이상의 산소를 분산기를 사용하여 수조에 직접 공급함으로써, 수조 내의 용존산소량이 균일하게 유지할 수 있도록 한다. 실제 용해기의 용해율은 50~60%, 분산기의 용해 효율은 40%이지만, 본 발명에서는 분산기를 사용하여 산소 발생기에서 만든 산소를 직접 상기 담수경 수조에 공급함으로써, 담수경 수조 내에서 전체적으로 균일한 용존산소량이 유지될 수 있도록 한다. 이와 같이 본 발명에 따라 분산기를 사용하는 것은 용해기를 사용하는 것에 비하여 비용이 저렴할(약 1/10) 뿐만 아니라 수조의 용존산소량이 균일하게 유지될 수 있는 장점이 있다.

한편, 작물은 수조 내의 양액이 천천히 순환되고 유속이 너무 빠르지 않게 이동할 때 잘 자라게 된다. 실제 담수경 수조는 4m(길이) x 0.9m(폭) x 0.3m(높이)의 규격을 채택 사용하고, 개별 펌프가 6 ~ 8liter/min로 담수경 수조에 양액을 공급할 수 있도록 구성할 때, 담수경 수조 내에서 작물이 잘 자라는 것으로 나타났다.

상기 수조 규격에서의 양액의 총량은 1,080리터이기 때문에, 개별 펌프가 6liter/min 으로 양액을 공급할 때의 양액이 채워지는 시간(이동 시간)은 180min 이고, 개별 펌프가 8liter/min으로 양액을 공급할 때의 양액이 채워지는 시간(이동 시간)은 135min이다. 담수경 수조의 길이가 4m(400cm)이기 때문에, 담수경 수조 내에서의 유속은 400/180(cm/min) ~ 400/135(cm/min) 사이의 범위인 것이 바람직하다. 즉, 상기 수조 내의 양액 유속은 약 2.2(cm/min) ~ 3(cm/min) 사이의 범위인 것이 바람직하다.

한편, 상기 담수경 수조(30) 내의 양액은 상기 복수의 공급 주입 배관(75e)을 통해 주입되고 상기 복수의 수거 배출 배관(77a)을 통해 배출된다. 또한 상기 복수의 공급 주입 배관(75e)은 상기 담수경 수조의 일측면 상측부에 연결되고, 상기 복수의 수거 배출 배관(77a)은 상기 담수경 수조의 타측면 하측부에 연결된다.

이와 같은 구조에서 상기 담수경 수조 내에서의 양액은 일측면 상측에서 타측면 하측으로 이동하면서 순환되는데, 상기 수거 배출 배관(77a)을 통해 양액이 원활하게 빠져나갈 수 있도록, 상기 수거 배출 배관(77a)의 내경은 상기 공급 주입 배관(75e)의 내경보다 더 크게 형성하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 상기 공급 주입 배관(75e)은 내경이 15mm인 것으로 사용하고, 상기 수거 배출 배관(77a)은 내경이 20mm인 것으로 사용하는 것이 바람직하고, 더 나아가 상기 개별 연결 수거 라인(77)을 구성하는 수거 수집 배관(77b), 수거 상승 배관(77c), 수거 중개 배관(77d) 및 수거 하강 배관(77e)은 내경이 40mm인 것으로 사용하여, 내경이 30mm인 것으로 사용하는 상기 개별 연결 공급 라인(75)을 구성하는 공급 상승 배관(75a), 공급 중개 배관(75b), 공급 하강 배관(75c) 및 공급 분배 배관(75d)에 비하여 더 큰 내경을 가지는 것이 바람직하다.

한편, 상기 담수경 수조를 청소하거나 상기 양액을 완전 배출하기 위하여, 상기 담수경 수조(30)의 하부면에는 배수구(31)가 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 담수경 수조 내의 양액을 완전히 빼고 청소하기 위해서는 상기 배수구(31)를 개방하여 배출시키면 된다.

이상에서 본 발명에 따른 실시예들이 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 범위의 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 다음의 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.

1 : 수직 프레임 3 : 커버 플레이트
10 : 안착 플레이트 30 : 담수경 수조
31 : 배수구 50 : LED 모듈
51 : SMPS 53 : 디머(DIMMER)
70 : 양액 순환 공급 수단 71 : 양액 탱크
73 : 개별 펌프 75 : 개별 연결 공급 라인
75a : 공급 상승 배관 75b : 공급 중개 배관
75c : 공급 하강 배관 75d : 공급 분배 배관
75e : 공급 주입 배관 77 : 개별 연결 수거 라인
77a : 수거 배출 배관 77b : 수거 수집 배관
77c : 수거 상승 배관 77d : 수거 중개 배관
77e : 수거 하강 배관 80 : 비닐 커튼
91 : 쿨러/히터 93 : 제1 배관
95 : 부가 펌프 97 : 제2 배관
100 : 작물 담수경 재배 장치

Claims (3)

1. 작물 담수경 재배 장치에 있어서,
   수직 프레임에 수평하게 결합되되, 수직 방향으로 상호 이격 배치되는 복수의 안착 플레이트; 상기 각각의 안착 플레이트 상에 안착되되, 내부에 양액이 수용되고 작물들을 거치하는 작물 거치대가 장착되는 담수경 수조; 상기 담수경 수조 상측에 고정 배치되어 작물을 향하여 광을 조사하는 LED 모듈; 상기 각각의 담수경 수조에 개별적으로 양액을 공급하고 상기 각각의 담수경 수조로부터 개별적으로 양액을 수거하여 상기 각각의 담수경 수조에 대하여 개별적으로 양액을 순환시키는 양액 순환 공급 수단을 포함하여 이루어지되,
   상기 양액 순환 공급 수단은 상기 각각의 담수경 수조 내의 양액을 개별적으로 순환시킬 수 있는 병렬 구조를 구성하기 위하여, 상기 복수의 안착 플레이트 중, 최하측에 배치되는 안착 플레이트 하부에 배치되는 양액 탱크, 상기 양액 탱크와 상기 각각의 담수경 수조의 일측면 사이에 연결되어 개별 펌프를 통해 상기 양액 탱크 내의 양액을 상기 각각의 담수경 수조에 공급하는 개별 연결 공급 라인, 상기 각각의 담수경 수조의 타측면과 상기 양액 탱크 사이에 연결되어 상기 각각의 담수경 수조에서 배출되는 양액이 상기 양액 탱크로 수거되도록 하는 개별 연결 수거 라인을 포함하여 구성되고,
   상기 개별 연결 공급 라인은 일단이 상기 개별 펌프에 연결되고 타단이 대응하는 담수경 수조의 높이보다 더 높게 위치하는 공급 상승 배관, 상기 공급 상승 배관의 타단에 일단이 연결되어 수평하게 연장 배치되는 공급 중개 배관, 상기 공급 중개 배관의 타단에 일단이 연결되어 하방향으로 수직하게 연장 배치되는 공급 하강 배관, 상기 공급 하강 배관의 타단에 연결되어 상기 대응하는 담수경 수조의 일측면에 평행하도록 수평하게 연장 배치되는 공급 분배 배관 및 상기 공급 분배 배관과 상기 대응하는 담수경 수조의 일측면 상측부 사이에 수평하게 연결되는 복수의 공급 주입 배관을 포함하여 구성되며,
   상기 개별 연결 수거 라인은 상기 대응하는 담수경 수조의 타측면 하측부에 일단이 연결되어 수평하게 연장 배치되는 복수의 수거 배출 배관, 상기 복수의 수거 배출 배관의 타단과 연결되어 상기 대응하는 담수경 수조의 타측면에 평행하도록 수평하게 연장 배치되는 수거 수집 배관, 상기 수거 수집 배관에 일단이 연결되고 타단이 상방향으로 수직하게 연장 배치되어 상기 대응하는 담수경 수조 내에 수용되는 양액의 수위와 동일한 높이에 위치하는 수거 상승 배관, 상기 수거 상승 배관의 타단에 일단이 연결되어 수평하게 연장 배치되는 수거 중개 배관 및 상기 수거 중개 배관의 타단과 상기 양액 탱크 사이에 연결되는 수거 하강 배관을 포함하여 구성되고,
   상기 양액 탱크 내의 양액은 부가 펌프에 의하여 제1 배관을 통해 쿨러/히터로 공급되고, 상기 쿨러/히터에서 사전에 세팅된 온도로 냉각 또는 가열된 후, 제2 배관을 통하여 다시 상기 양액 탱크로 반환되는 것을 특징으로 하는 작물 담수경 재배 장치.
   
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