KR101898591B1 - 수경재배 시스템 - Google Patents

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KR101898591B1
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 재배 식물에 대한 양액 공급이 자동적으로 이루어지도록 하는 수경재배 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 건물 내에 구비된 냉방기로 작동되는 공조 모듈로부터 생성되는 응축수 및 가습 모듈의 물을 양액 탱크에 자동 공급 또는 관리자에게 물 공급 알람을 전송하는 수경재배 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 수경재배 시스템은, 양액 탱크 또는 가습 모듈에 물 공급이 필요한 경우, 공조 모듈의 작동에 의하여 생성된 응축수가 공급되도록 하여 절수 효과를 가지는 한편, 생성된 응축수의 증가량을 기반으로 식물의 성장도를 예측하여 공급되어야 할 양액량을 자동 조절할 수 있다.

Description

수경재배 시스템{Hydroponic system}
본 발명은 수경재배 시스템에 관한 것으로서, 관리자의 편의성을 향상시키고, 응축수의 재사용을 통한 절수 효과를 얻으며, 식물의 성장도 예측을 통하여 자동으로 양액 공급량을 조절할 수 있는 수경재배 시스템에 관한 것이다.
수경재배란, 간단히 말해서 토양 없이 작물을 생산하는 재배방법을 말한다. 식물을 재배할 때 토양은 없어도 되지만, 물은 반드시 있어야 한다. 식물에 필요한 양분은 물에 녹인 양액을 공급하는 방식을 취한다.
이러한 수경재배는 주거지 또는 사무실 등의 건물 내부에 제반 구성을 쉽게 설치할 수 있는 바, 야외가 아닌 실내에서도 식물의 재배가 가능하여 각광을 받고 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 수경재배 시스템은, 관리자가 직접 양액을 저장하는 양액 탱크의 물의 수위를 확인한 다음 물의 공급이 필요할 때 수동적으로 물을 공급해주고 있는 실정이다.
아울러, 실내를 냉방 공조시키기 위한 냉방기로부터 응축된 응축수는 응축수 탱크에 저장되었다가 소정 수위를 초과하게 되면 별도의 배관을 통해 외부로 배수하여 버려지는 문제점이 있다.
또한, 실내를 가습시키기 위한 가습기에 필요한 물도 마찬가지로 가습기용 물탱크 내의 물 수위의 감지를 통해 관리자에게 알람을 통보하면 관리자가 수동적으로 물을 공급해주는 방식에 의존하고 있다.
또한, 종래 기술에 따른 수경재배 시스템은, 식물의 성장 모니터링이 전혀 이루어지지 않고, 식물이 재식된 재배 배드에 일정 양의 양액 만을 공급하여 줌으로써 필요 이상의 양액이 소모되는 문제점이 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2016-0142599호(2016.12.13.공개)
본 발명에 따른 수경재배 시스템은, 건물 내에 구비된 공조 모듈 및 가습 모듈의 물을 양액 공급을 위한 재사용이 가능함은 물론, 식물의 성장도에 따른 자동 양액 공급이 가능하도록 하여 관리자의 편의성을 향상시킬 수 있는 수경재배 시스템을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명에 따른 수경재배 시스템의 바람직한 일실시예는, 복수의 식물군이 재식된 재배 배드, 상기 재배 배드에의 양액 공급을 위해 상기 양액을 저장하는 양액 탱크, 상기 복수의 식물군 주변의 습도를 조절하고, 내부에 가습용 물이 저장되는 가습용 물탱크가 구비된 가습 모듈 및 상기 복수의 식물군 주변의 온도를 조절하고, 응축수가 저장되는 응축수 탱크가 구비된 공조 모듈을 포함하고, 상기 양액 탱크의 양액의 수위(이하, '제1수위'라 함), 가습용 물탱크의 물 수위(이하, '제2수위'라 함) 및 응축수 탱크의 응축수 수위(이하, '제3수위'라 함) 중 어느 하나의 수위가 설정 수위 이하로 낮아지면 사용자에게 물 공급 알람을 전송하거나 상호 연결된 복수의 연결 배관을 통해 물을 보충한다.
여기서, 상기 양액 탱크, 상기 가습용 물탱크 및 상기 응축수 탱크에는 수위를 감지하는 수위 감지 센서가 각각 구비될 수 있다.
또한, 상기 복수의 연결 배관은, 상기 응축수 탱크와 상기 양액 탱크를 연결하고, 제1응축수 공급 밸브에 의하여 응축수의 공급이 조절되는 제1배관과, 상기 응축수 탱크와 상기 가습용 물탱크를 연결하고, 제2응축수 공급 밸브에 의하여 응축수의 공급이 조절되는 제2배관과, 상기 가습용 물탱크와 상기 양액 탱크를 연결하고, 가습용 물 공급 밸브에 의하여 물 공급이 조절되는 제3배관을 포함할 수 있다.
또한, 상기 설정 수위는, 저장된 양액, 물 또는 응축수의 임의 수위를 나타내는 제1설정 수위와, 상기 제1설정 수위보다 높은 임의 수위를 나타내는 제2설정 수위로 설정될 수 있다.
또한, 상기 제1수위 내지 제3수위 전부가 제2설정 수위를 초과한 경우, 상기 응축수 탱크의 응축수는 상기 제1배관과 별도 또는 상기 제1배관으로부터 분지되게 구비된 응축수 배수 배관을 통하여 응축수 배수 밸브의 개방 조절에 의하여 외부로 배수되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1수위 및 상기 제2수위는 상기 제1설정 수위 이하이고, 상기 제3수위는 적어도 제1설정 수위를 초과한 경우, 상기 응축수 탱크의 응축수는 상기 양액 탱크 및 상기 가습용 물탱크로 직접 공급되거나, 상기 양액 탱크 및 상기 가습용 물탱크 중 어느 하나를 경유하여 나머지로 순차 공급되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1수위 및 상기 제2수위는 상기 제1설정 수위 이하이고, 상기 제3수위는 적어도 제1설정 수위를 초과한 경우, 상기 제1응축수 공급 밸브 및 상기 제2응축수 공급 밸브는 동시에 개방될 수 있다.
또한, 상기 제1수위는 상기 제1설정 수위 이하이고, 상기 제2수위 및 상기 제3수위가 적어도 제1설정 수위를 초과한 경우, 상기 가습용 물탱크의 물 및 상기 응축수 탱크의 응축수는 상기 양액 탱크에 각각 직접 공급되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1수위는 상기 제1설정 수위 이하이고, 상기 제2수위 및 상기 제3수위가 적어도 제1설정 수위를 초과한 경우, 상기 제1응축수 공급 밸브 및 상기 가습용 물 공급 밸브는 동시에 개방될 수 있다.
또한, 상기 제1수위 및 상기 제3수위가 적어도 제1설정 수위를 초과하고, 상기 제2수위가 제1설정 수위 이하인 경우, 상기 응축수 탱크의 응축수는 상기 가습용 물탱크에 직접 공급될 수 있다.
또한, 상기 제1수위 및 상기 제3수위가 적어도 제1설정 수위를 초과하고, 상기 제2수위가 제1설정 수위 이하인 경우, 상기 제2응축수 공급 밸브만 개방될 수 있다.
또한, 상기 제1수위 내지 상기 제3수위 전부가 제1설정 수위 이하인 경우, 사용자에게 상기 양액 탱크 및 상기 가습용 물탱크에의 물 공급 알람을 전송할 수 있다.
또한, 상기 응축수 탱크는 적어도 상기 가습용 물탱크 및 상기 양액 탱크보다 상부에 위치되고, 상기 응축수 탱크로부터 응축수를 상기 가습용 물탱크 및 상기 양액 탱크로 공급할 때 중력에 의해 공급할 수 있다.
또한, 상기 가습용 물탱크는 적어도 상기 양액 탱크보다 상부에 위치되고, 상기 가습용 물탱크로부터 물을 상기 양액 탱크로 공급할 때 중력에 의해 공급할 수 있다.
또한, 상기 가습용 물탱크 및 상기 응축수 탱크에는, 상기 양액 탱크로의 물 또는 응축수를 강제 공급하기 위한 워터 펌프가 구비될 수 있다.
또한, 상기 응축수 탱크는, 응축수가 수용된 내부와 외부가 상호 차단된 밀폐구조로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 응축수 탱크는, 외부로부터 내부로 빛의 투과가 방지되는 불투명 재질로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 재배 배드가 설치된 공간(이하, '재배 공간'이라 함)의 광량을 측정하는 광 센서와, 상기 재배 공간의 습도를 측정하는 습도 센서를 더 포함하고, 냉방기로 구비된 상기 공조 모듈을 통해 응축된 응축수의 생성량, 상기 광 센서에 의하여 측정된 상기 재배 공간의 광량 및 상기 습도 센서에 의하여 측정된 상기 재배 공간의 상대 습도 또는 절대 습도를 통하여 상기 복수의 식물군의 평균 잎면적 지수를 산출하여 식물 성장도를 예측할 수 있다.
또한, 상기 복수의 식물군의 식물 성장도에 따른 성장 곡선의 경사도가 감소한 경우, 인공 광원의 광량 및 상기 재배 배드에 대한 양액 공급량을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 복수의 식물군의 식물 성장도에 따른 성장 곡선의 변화가 없는 경우, 관리자에게 알람을 통보할 수 있다.
또한, 상기 복수의 식물군의 식물 성장도에 따른 성장 곡선의 경사도가 증가하거나 유지되는 경우, 현 상태의 인공 광원의 광량 및 상기 재배 배드에 대한 양액 공급량을 유지시키는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 수경재배 시스템의 바람직한 일실시예에 따르면 다음과 같은 효과를 달성할 수 있다.
첫째, 건물 내를 냉방 공조시키는 냉방기로 사용되는 공조 모듈로부터 발생되는 응축수를 양액 탱크의 물이 부족하거나 건물 내를 가습시키도록 구비된 가습 모듈의 사용 물이 부족할 때 양액 탱크 및 가습 모듈에 공급하여 재사용하도록 구비됨으로써 절수의 효과를 가진다.
둘째, 양액 탱크, 응축수 탱크 및 가습용 물탱크를 상호 배관 연결시켜, 각각의 수위에 따른 공급 및 배수가 자동으로 이루어지도록 함으로써 관리자의 편의성을 향상시키는 효과를 가진다.
셋째, 응축수의 생성량에 따른 식물의 성장도를 산출하여, 식물의 성장도에 따라 양액 공급이 능동적으로 변화되도록 이루어짐으로써 양액의 낭비를 방지할 수 있는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명에 따른 수경재배 시스템의 시설도이고,
도 2는 도 1의 양액 공급 배관도이며,
도 3은 각 수위 센서별 감지 수위에 따른 각 밸브의 개폐 관계 표이고,
도 4a 내지 도 4e는 도 3에 따른 물 공급 배관도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 또한, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 따른 수경재배 시스템에 관하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 수경재배 시스템의 시설도이고, 도 2는 도 1의 양액 공급 배관도이다.
본 발명에 따른 수경재배 시스템의 바람직한 일실시예는, 도 1 및 도 2에 참조된 바와 같이, 복수의 식물군이 재식된 재배 배드(1), 재배 배드(1)에의 양액 공급을 위해 상기 양액을 저장하는 양액 탱크(3)를 포함한다.
한편, 상술한 재배 배드(1) 및 양액 탱크(3)는 주거지 또는 사무실 등으로 이용되는 건물의 실내에 설치될 수 있다.
건물의 실내에는, 통상 실내 공기를 공조시키기 위한 난방기 또는 냉방기로 구성된 공조 모듈(2)이 구비되는 한편, 실내를 가습시키기 위한 가습 모듈이 구비될 수 있다.
수경재배를 통하여 생산하는 상기 복수의 식물군은 대개 완전 생장한 식물 개체의 크기가 대체로 작은 상추, 배추 또는 여러 가지 식용 채소의 재배 식물이 채용될 수 있다.
이와 같은 채소는 생장 환경 상 고랭지가 적합하므로, 온도 및 습도 환경에 매우 민감한 바, 상술한 공조 모듈(2) 중 냉방기 및 가습 모듈을 이용하여 채소의 생장 환경을 조절할 수 있다.
그러나, 반드시 수경재배를 위한 별도의 공조 모듈(2) 또는 가습 모듈을 구비할 필요는 없고, 수경재배 시스템이 구축되지 않는 일반의 실내를 공조하는 공조 모듈(2) 또는 가습시키는 가습 모듈을 연동하여 활용할 수 있음은 당연하다고 할 것이다.
공조 모듈(2)이 멀티 공기조화기로 구비될 경우, 건물의 실내 중 일부에 냉매를 압축하는 압축기가 설치되는 공조실이 마련되고, 공조 대상이 되는 복수의 실내에 난방기 또는 냉방기로 작용하는 실내기를 적어도 하나 이상 구비한 후, 공조실로부터 토출되는 냉매를 미도시의 연결배관을 통해 순환시켜 냉매의 냉동사이클을 구축한다.
특히, 실내기가 냉방기로 작용할 경우, 냉매는 실내기로 유입되어 실내 공기와 열교환한 후 증발되면서 실내 열교환기 표면에 응축수가 응결되고, 응결된 응축수는 별도로 포집되어 응축수 탱크(7)에 저장된다.
한편, 가습 모듈의 경우, 내부에 구비된 가습용 물탱크(5)에 공급 저장된 물을 이용하여 가습시키는데, 가습용 물탱크(5)의 물이 부족할 경우 일반적으로 관리자 또는 사용자(이하, '관리자'로 통칭함)가 수동적으로 공급 보충하는 방식이 상용화되어 있는 추세이다.
본 발명에 따른 수경재배 시스템의 바람직한 일실시예는, 상술한 재배 배드(1) 및 양액 탱크(3)에 더하여, 복수의 식물군 주변의 습도를 조절하고, 내부에 가습용 물이 저장되는 가습용 물탱크(5)가 구비된 가습 모듈 및 복수의 식물군 주변의 온도를 조절하고, 응축수가 저장되는 응축수 탱크(7)가 구비된 공조 모듈(2)을 더 포함할 수 있다.
여기서, 공조 모듈(2)은, 상술한 바와 같이, 고랭지 채소가 재배 배드(1)에 재식된 복수의 식물군으로 채용될 경우, 여름철로서, 고냉지 채소의 재배 환경에 적합한 환경을 조성하도록 냉방기로 한정될 수 있음은 당연하다.
아울러, 공조 모듈(2)에 구비된 응축수 탱크(7)는, 수경재배 시스템이 설치된 해당 실내의 냉방기에 의하여 응축된 응축수 뿐만 아니라, 수경재배 시스템이 설치된 실내와는 무관한 다른 실내에 구비된 냉방기에 의하여 응축된 응축수가 포집되는 수용체의 넓은 의미를 가질 수 있다. 다만, 본 발명에 따른 수경재배 시스템의 바람직한 일실시예에서는, 설명의 편의를 위해, 수경재배 시스템이 설치된 해당 실내의 냉방기로부터 응축된 응축수가 포집되는 응축수 탱크(7)로 전제하여 한정 설명하기로 한다.
한편, 재배 배드(1), 양액 탱크(3), 가습용 물탱크(5) 및 응축수 탱크(7)는, 복수의 연결 배관을 통해 상호 연결되도록 구비될 수 있다.
보다 상세하게는, 복수의 연결 배관은, 도 1에 참조된 바와 같이, 응축수 탱크(7)와 양액 탱크(3)를 연결하는 제1배관(10), 응축수 탱크(7)와 가습용 물탱크(5)를 연결하는 제2배관(20) 및 가습용 물탱크(5)와 양액 탱크(3)를 연결하는 제3배관(30)을 포함한다.
여기서, 제1배관(10)에는 제1응축수 공급 밸브(11)가 구비되어 응축수 탱크(7)로부터 양액 탱크(3)로의 응축수 공급이 제어된다. 또한, 제2배관(20)에는 제2응축수 공급 밸브(21)가 구비되어 응축수 탱크(7)로부터 가습용 물탱크(5)로의 응축수 공급이 제어된다. 그리고, 제3배관(30)에는 가습용 물 공급 밸브(31)가 구비되어 가습용 물탱크(5)로부터 양액 탱크(3)로의 물 공급이 제어된다.
한편, 응축수 탱크(7)에는 제1배관(10)으로부터 분지되거나 제1배관(10)과는 별도로 구비된 응축수 배수 배관이 구비되고, 응축수 배수 배관에는 응축수 배수 밸브가 구비된다. 후술하겠지만, 응축수 탱크(7)에 응축수가 만수된 경우로서 양액 탱크(3) 또는 가습기 물탱크 또한 만수된 경우 별도의 물 공급이 필요 없는 바, 응축수 탱크(7)의 응축수를 응축수 배수 배관의 응축수 배수 밸브를 개방하는 동작으로 외부로 배수한다.
제1응축수 공급 밸브(11), 제2응축수 공급 밸브(21) 및 가습용 물 공급 밸브(31)(응축수 배수 밸브도 포함)는 전자적으로 제어되는 솔레노이드 밸브로 구비될 수 있다.
이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 수경재배 시스템의 바람직한 일실시예는, 양액 탱크(3)의 양액의 수위(이하, '제1수위'라 함), 가습용 물탱크(5)의 물 수위(이하, '제2수위'라 함), 응축수 탱크(7)의 응축수 수위(이하, '제3수위'라 함) 중 어느 하나의 수위가 설정 수위 이하로 낮아지면 관리자에게 물 공급 알람을 전송하거나 제1배관(10), 제2배관(20) 및 제3배관(30)을 통해 물을 보충할 수 있다.
응축수 탱크(7)의 응축수는 제1배관(10) 및 제2배관(20)을 통하여 선택적으로 양액 탱크(3)에 직접 공급 또는 가습기 물탱크에 직접 공급될 수 있음은 물론, 제2배관(20) 및 제3배관(30)을 통하여 순차적으로 가습기 물탱크를 거친 후 양액 탱크(3)로 공급될 수 있다.
여기서, 설정 수위는, 저장된 양액, 물 또는 응축수의 임의 수위를 나타내는 제1설정 수위(Ⅰ)와, 제1설정 수위(Ⅰ)보다 높은 임의 수위를 나타내는 제2설정 수위(Ⅱ)로 구분되어 설정될 수 있다.
보다 상세하게는, 제1설정 수위(Ⅰ) 이하인 경우에는, 양액 탱크(3)의 양액, 가습기 물탱크의 물의 보충이 이루어져야 하는 조건으로 이해될 수 있고, 제1설정 수위(Ⅰ)를 초과하면서 제2설정 수위(Ⅱ) 이하인 경우에는, 양액 탱크(3)의 양액, 가습기 물탱크의 물 및 응축수 탱크(7)의 응축수의 보충이 없이도 사용 가능한 조건으로 이해될 수 있으며, 제2설정 수위(Ⅱ)를 초과한 경우에는, 양액 탱크(3)의 양액, 가습기 물탱크의 물의 보충이 필요 없는 한편, 응축수 탱크(7)의 응축수는 외부로 배수되어야 하는 조건으로 이해될 수 있다.
제1설정 수위(Ⅰ)와 제2설정 수위(Ⅱ)는, 실제 설치되는 양액 탱크(3)의 양액 수용 가능 부피, 가습기 물탱크의 물 수용 가능 부피 및 응축수 탱크(7)의 응축수 수용 가능 부피를 고려하여 상이하게 설정될 수 있음은 당연하다고 할 것이다.
한편, 제1설정 수위(Ⅰ) 및 제2설정 수위(Ⅱ)의 감지는, 각각에 설치된 수위 감지 센서를 통하여 이루어질 수 있다.
이하에서는, 양액 탱크(3)의 양액 수위를 감지하는 수위 감지 센서를 '양액 수위 감지 센서(41)'라 칭하고, 가습기 물탱크의 물 수위를 감지하는 수위 감지 센서를 '물 수위 감지 센서(42)'라 칭하며, 응축수 탱크(7)의 응축수 수위를 감지하는 수위 감지 센서를 '응축수 수위 감지 센서(43)'라 칭하기로 한다.
도 3은 각 수위 센서별 감지 수위에 따른 각 밸브의 개폐 관계 표이고, 도 4a 내지 도 4e는 도 3에 따른 물 공급 배관도이다.
본 발명에 따른 수경재배 시스템의 바람직한 일실시예는, 양액 수위 감지 센서(41)와 물 수위 감지 센서(42) 및 응축수 수위 감지 센서(43)를 통해 감지된 개별 수위에 따라 응축수의 재사용 여부를 결정한 후 응축수가 필요한 구성(예를 들면, 양액 탱크(3) 및/또는 가습기 물탱크)으로 응축수를 자동 공급하는 시스템을 제안한다.
이를 위해, 본 발명에 따른 수경재배 시스템의 바람직한 일실시예는, 상술한 수위 감지 센서들(41,42,43) 및 후술하는 광 센서(8)와 습도 센서(9)로부터 전달받은 신호를 토대로 각 밸브들(11,21,31)을 개폐 제어하는 제어부(6)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 제1의 경우로서, 제1수위 내지 제3수위 전부가 제2설정 수위(Ⅱ)를 초과한 경우를 살펴본다.
즉, 양액 탱크(3)의 양액의 수위, 가습용 물탱크(5)의 물 수위 및 응축수 탱크(7)의 응축수 수위가 모두 만충된 상태를 의미한다.
이 경우에는, 도 3 및 도 4a에 참조된 바와 같이, 제어부(6)는 응축수 탱크(7)의 응축수를 응축수 배수 배관을 통하여 응축수 배수 밸브의 개방 조절하여 외부로 배수한다. 이는, 양액 탱크(3)의 양액 및 가습기 물탱크의 물 수위 각각이 제2설정 수위(Ⅱ)를 초과한 경우라면 더 이상의 응축수의 공급이 필요하지 않는 한편, 응축수 탱크(7)의 응축수 수위가 제2설정 수위(Ⅱ)를 초과한 경우에는 응축수의 오버 플로우 현상이 발생할 염려가 있기 때문이다. 이때, 제어부(6)는 제1응축수 공급 밸브(11), 제2응축수 공급 밸브(21) 및 가습용 물 공급 밸브(31)를 전부 폐쇄된 상태로 유지한다.
다음으로, 제2의 경우로서, 제1수위 및 제2수위는 제1설정 수위(Ⅰ) 이하이고, 제3수위는 적어도 제1설정 수위(Ⅰ)를 초과한 경우를 살펴본다.
즉, 양액 탱크(3)의 양액의 수위 및 가습용 물탱크(5)의 물 수위는 보충을 요하고, 응축수 탱크(7)의 응축수는 만충된 상태를 의미한다.
이 경우에는, 도 3 및 도 4b에 참조된 바와 같이, 제어부(6)는 응축수 탱크(7)의 응축수를 제1배관(10)을 통하여 제1응축수 공급 밸브(11)를 개방 조절하여 양액 탱크(3)로 공급함과 동시에 제2배관(20)을 통하여 제2응축수 공급 밸브(21)를 개방 조절하여 가습용 물탱크(5)로 공급한다. 양액 탱크(3)의 양액 및 가습용 물탱크(5)의 물이 동시에 부족한 경우로서, 응축수 탱크(7)의 응축수가 양액 탱크(3) 및 가습용 물탱크(5)에 동시에 응축수를 공급할 만큼의 충분한 양이 포집되지 아니한 경우에는 우선적으로 양액 탱크(3)로 응축수를 공급하도록 함과 아울러, 가습용 물탱크(5)로 응축수 공급이 되지 않는 경우에 관리자에게 물 공급 알람을 전송하는 것이 바람직하다.
한편, 제3의 경우로서, 제1수위는 제1설정 수위(Ⅰ) 이하이고, 제2수위 및 제3수위가 적어도 제1설정 수위(Ⅰ)를 초과한 경우를 살펴본다.
즉, 양액 탱크(3)의 양액의 수위는 응축수 또는 물 보충을 요하고, 응축수 탱크(7) 및 가습용 물탱크(5)는 만충된 상태를 의미한다.
이 경우에는, 도 3 및 도 4c에 참조된 바와 같이, 제어부(6)는 응축수 탱크(7)의 응축수 및/또는 가습용 물탱크(5)의 물을 양액 탱크(3)로 공급하도록 제어하는 것이 바람직하다. 보다 상세하게는, 응축수 탱크(7)의 응축수는, 제1배관(10)을 통하여 제1응축수 공급 밸브(11)의 개방 조절에 의해 양액 탱크(3)로 공급되고, 가습용 물탱크(5)의 물은, 제3배관(30)을 통하여 가습용 물 공급 밸브(31)의 개방 조절에 의해 양액 탱크(3)로 공급될 수 있다. 이때, 제2응축수 공급 밸브(21)는 폐쇄 조절되어 제2배관(20)을 통해 응축수 탱크(7)의 응축수가 가습용 물탱크(5)로 공급되지 않도록 함이 바람직하다. 가습용 물탱크(5)로부터 물이 양액 탱크(3)로 공급되는 과정 동안, 가습용 물탱크(5)의 수위, 즉 제2수위가 제1설정 수위(Ⅰ) 이하로 낮아지면 가습용 물 공급 밸브(31)는 폐쇄 조절되어 양액 탱크(3)로의 물 공급을 중단함과 동시에 제2응축수 공급 밸브(21)가 개방 조절되어 제2배관(20)을 통하여 가습용 물탱크(5)로 응축수 탱크(7)의 응축수를 공급하도록 함이 바람직하다.
한편, 제4의 경우로서, 제1수위 및 제3수위가 제1설정 수위(Ⅰ)를 초과하고, 제2수위가 제1설정 수위(Ⅰ) 이하인 경우를 살펴본다.
즉, 양액 탱크(3)와 응축수 탱크(7)는 만충된 상태를 의미하고, 가습용 물탱크(5)는 물 공급을 요하는 상태를 의미한다.
이 경우에는, 도 3 및 도 4d에 참조된 바와 같이, 제어부(6)는 응축수 탱크(7)의 응축수를 제2배관(20)을 통하여 제2응축수 공급 밸브(21)를 개방 조절하여 가습용 물탱크(5)로 직접 공급한다. 이와 동시에, 제1배관(10)의 제1응축수 공급 밸브(11)를 폐쇄 조절하여 응축수 탱크(7)의 응축수가 양액 탱크(3)로 공급되는 것을 차단하도록 함과 아울러 제3배관(30)의 가습용 물 공급 밸브(31)를 폐쇄 조절하여 가습용 물탱크(5)의 물이 양액 탱크(3)로 공급되는 것을 차단하도록 함이 바람직하다. 즉, 가습용 물탱크(5)로의 물 공급만을 요하는 경우에는, 오로지 제2응축수 공급 밸브(21)만을 개방 조절할 수 있다.
한편, 제1수위 내지 제3수위 전부가 제1설정 수위(Ⅰ) 이하인 경우를 살펴본다.
즉, 양액 탱크(3)의 양액 및 가습용 물탱크(5)의 물 보충을 요하는 상태로서 응축수 탱크(7)에 포집된 응축수가 부족한 경우를 의미한다.
이 경우에는, 응축수 탱크(7) 및 가습용 물탱크(5)로부터 양액 탱크(3)에 공급할 수 있는 응축수 또는 물이 부족한 경우인 바, 제어부(6)는 제1응축수 공급 밸브(11), 제2응축수 공급 밸브(21) 및 가습용 물 공급 밸브(31)를 전부 폐쇄 조절하고, 부족한 양액 탱크(3)의 물 및 가습용 물탱크(5)의 물은 관리자가 직접 수동으로 공급할 수 있도록 물 공급 알람을 전송한다.
여기서, 물 공급 알람 방식은, 부저 또는 소정의 인디케이터의 깜빡임 신호를 외부로 출력하는 방식을 채택할 수 있으나, 관리자가 휴대하는 휴대폰 등을 포함한 휴대용 무선통신장치로 소정의 신호를 출력하는 방식을 채택할 수 있음은 당연하다.
한편, 응축수 탱크(7)로부터 양액 탱크(3) 또는 가습용 물탱크(5)로의 응축수 공급, 가습용 물탱크(5)로부터 양액 탱크(3)로의 물 공급은 중력에 의할 수 있다. 이를 위해, 응축수 탱크(7)는 적어도 가습용 물탱크(5) 및 양액 탱크(3)보다 상부에 위치되도록 구비됨이 바람직하고, 가습용 물탱크(5) 또한 적어도 양액 탱크(3)보다 상부에 위치되도록 구비됨이 바람직하다.
그러나, 반드시 응축수 또는 물 공급이 중력에 의할 필요는 없으며, 워터 펌프에 의한 강제 공급 방식이 채용될 수 있음은 당연하다. 따라서, 응축수 또는 물 공급 방식이 상술한 중력에 의하지 않을 경우에는, 가습용 물탱크(5) 및 응축수 탱크(7)에는 양액 탱크(3)로의 물 또는 응축수를 강제 공급하기 위한 워터 펌프가 구비될 수 있다. 워터 펌프가 구비된 경우에는, 응축수 탱크(7) 및 가습용 물탱크(5)의 설치 위치가 반드시 양액 탱크(3)의 상부에 위치될 필요는 없다.
한편, 응축수 탱크(7)는, 물 이끼, 녹조류 등의 발생 방지를 위해 불투명한 재질로 이루어짐이 바람직하다. 즉, 후술하는 바와 같이, 재배 식물을 위한 인공 광원(4)이 구비된 경우, 응축수 탱크(7)가 투명 재질로 이루어지면 내부에 포집된 응축수에 물 이끼나 녹조류가 발생될 우려가 있다. 이와 같은, 물 이끼 및 녹조류는 양액 탱크(3)로 함께 공급되어 재배 식물에 흡수되어야 할 양액의 영양 성분을 흡수해 버리는 문제점이 있다.
아울러, 응축수 탱크(7)는, 응축수 탱크(7) 내의 응축수가 증발되지 않도록 응축수가 수용된 내부와 외부가 상호 차단된 밀폐구조로 이루어질 수 있다. 이는, 후술하는 바와 같이, 응축수의 증가량을 통해 수경재배 시스템에 의하여 재배되는 재배 식물의 성장도를 정확하게 예측하도록 하기 위함이다.
한편, 본 발명에 따른 수경재배 시스템은, 재배 배드(1)가 설치된 공간(이하, '재배 공간'이라 함)의 천장 측에 구비된 복수의 인공 광원(4)과, 인공 광원(4)의 광량을 측정하는 광 센서(8)와, 재배 공간의 습도를 측정하는 습도 센서(9)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명에 따른 수경재배 시스템의 바람직한 일실시예는, 냉방기로 구비된 공조 모듈(2)을 통해 응축된 응축수의 생성량, 광 센서(8)에 의하여 측정된 재배 공간의 광량 및 습도 센서(9)에 의하여 측정된 재배 공간의 상대 습도 또는 절대 습도를 통하여 복수의 식물군의 평균 잎면적 지수(LAI)를 산출하여 식물 성장도를 예측할 수 있다.
구체적으로는, 상술한 식물 성장도의 예측은 다음 수식에 의할 수 있다.
[수식]
Figure 112017004586016-pat00001
여기서, LAI(잎면적 지수) = leaf area/ground area(
Figure 112017004586016-pat00002
/
Figure 112017004586016-pat00003
), a,b,k는 잎의 특성에 관련된 지수로서, 재배 식물의 종류에 따라 미리 측정되어지는 상수값, Et는 응축수의 양으로 비교 가능한 증산량, VPD는 습도 센서(9)를 통하여 측정된 포화수증기량이다.
따라서, 상기 수식을 통해 잎면적 지수(LAI)를 계산할 수 있고, 잎면적 지수는 곧바로 식물의 성장도를 가늠할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 수경재배 시스템의 바람직한 일실시예는, 나아가 산출된 식물의 성장도를 미도시의 날짜별 식물의 성장 곡선으로 출력한 뒤에, 복수의 식물군의 식물 성장도에 따른 성장 곡선의 경사도가 감소한 경우에는, 인공 광원(4)의 광량 및 재배 배드(1)에 대한 양액 공급량을 증가시킬 수 있다.
이는, 식물 성장도에 따른 성장 곡선의 경사도가 감소한 경우에는, 인공 광원(4)의 광량 및/또는 양액 공급량이 식물의 성장 속도에 비례하여 부족하기 때문에 생기는 문제점으로 인식될 수 있기 때문이다.
반면, 복수의 식물군의 식물 성장도에 따른 성장 곡선이 수평선을 이루는 경우에는, 관리자에게 알람을 통보할 수 있다. 이는, 더 이상의 증산량의 증대를 보이지 않거나 응축수의 증가량의 변화가 없는 것으로부터 재배 식물이 완전 성장하였음을 의미할 수 있으므로, 관리자에게 복수의 식물군의 수확을 통보하는 수단이 될 수 있다.
한편, 복수의 식물군의 식물 성장도에 따른 성장 곡선의 경사도가 증가하거나 유지되는 경우에는, 제어부(6)는 현 상태의 인공 광원(4)의 광량 및 재배 배드(1)에 대한 양액 공급량을 유지시킬 수 있다. 이는, 현재까지 복수의 식물군의 성장을 위해 공급된 광량과 양액량이 적당하기 때문이며, 이와 같은 상태를 계속 유지시킬 필요가 있기 때문이다.
본 발명에 따른 수경재배 시스템의 바람직한 일실시예는, 건물의 내부에 설치되는 결과, 기존의 공조 모듈(2) 또는 가습 모듈로부터 양액에 필요한 물을 자동 공급하거나 관리자에게 물 공급 알람을 전송하도록 함으로써 관리자 편의성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 바람직한 일실시예는, 복수의 식물군의 성장도를 정확하게 예측하여 재배 배드(1)로 공급되어야 할 양액량을 산출하여 상술한 각종 밸브를 통한 양액 자동 공급 시스템을 구현할 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 수경재배 시스템의 바람직한 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였다. 그러나, 본 발명의 실시예가 반드시 상술한 바람직한 일실시예에 의하여 한정되는 것은 아니고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변형 및 균등한 범위에서의 실시가 가능함은 당연하다고 할 것이다. 그러므로, 본 발명의 진정한 권리범위는 후술하는 청구범위에 의하여 정해진다고 할 것이다.
1: 재배 배드 3: 양액 탱크
4: 인공 광원 5: 가습용 물탱크
6: 제어부 7: 응축수 탱크
8: 광 센서 9: 습도 센서
10: 제1배관 11: 제1응축수 공급 밸브
20: 제2배관 21: 제2응축수 공급 밸브
30: 제3배관 31: 가습용 물 공급 밸브
41: 양액 수위 감지 센서 42: 물 수위 감지 센서
43: 응축수 수위 감지 센서

Claims (21)

  1. 복수의 식물군이 재식된 재배 배드;
    상기 재배 배드에의 양액 공급을 위해 상기 양액을 저장하는 양액 탱크;
    상기 복수의 식물군 주변의 습도를 조절하고, 내부에 가습용 물이 저장되는 가습용 물탱크가 구비된 가습 모듈; 및
    상기 복수의 식물군 주변의 온도를 조절하고, 응축수가 저장되는 응축수 탱크가 구비된 공조 모듈;
    을 포함하고,
    상기 양액 탱크의 양액의 수위(이하, '제1수위'라 함), 가습용 물탱크의 물 수위(이하, '제2수위'라 함) 및 응축수 탱크의 응축수 수위(이하, '제3수위'라 함) 중 어느 하나의 수위가 설정 수위 이하로 낮아지면 사용자에게 물 공급 알람을 전송하거나 상호 연결된 복수의 연결 배관을 통해 물을 보충하고,
    상기 복수의 연결 배관은,
    상기 응축수 탱크와 상기 양액 탱크를 연결하고, 제1응축수 공급 밸브에 의하여 상기 응축수 탱크로부터 상기 양액 탱크로의 응축수의 공급이 조절되는 제1배관과;
    상기 응축수 탱크와 상기 가습용 물탱크를 연결하고, 제2응축수 공급 밸브에 의하여 상기 응축수 탱크로부터 상기 가습용 물탱크로의 응축수의 공급이 조절되는 제2배관과;
    상기 가습용 물탱크와 상기 양액 탱크를 연결하고, 가습용 물 공급 밸브에 의하여 상기 가습용 물탱크로부터 상기 양액 탱크로의 물 공급이 조절되는 제3배관을 포함하는 수경재배 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 양액 탱크, 상기 가습용 물탱크 및 상기 응축수 탱크에는 수위를 감지하는 수위 감지 센서가 각각 구비된 수경재배 시스템.
  3. 삭제
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 설정 수위는, 저장된 양액, 물 또는 응축수의 임의 수위를 나타내는 제1설정 수위와, 상기 제1설정 수위보다 높은 임의 수위를 나타내는 제2설정 수위로 설정되는 수경재배 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1수위 내지 제3수위 전부가 제2설정 수위를 초과한 경우, 상기 응축수 탱크의 응축수는 상기 제1배관과 별도 또는 상기 제1배관으로부터 분지되게 구비된 응축수 배수 배관을 통하여 응축수 배수 밸브의 개방 조절에 의하여 외부로 배수되는 수경재배 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1수위 및 상기 제2수위는 상기 제1설정 수위 이하이고, 상기 제3수위는 적어도 제1설정 수위를 초과한 경우, 상기 응축수 탱크의 응축수는 상기 양액 탱크 및 상기 가습용 물탱크로 직접 공급되거나, 상기 양액 탱크 및 상기 가습용 물탱크 중 어느 하나를 경유하여 나머지로 순차 공급되는 수경재배 시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1수위 및 상기 제2수위는 상기 제1설정 수위 이하이고, 상기 제3수위는 적어도 제1설정 수위를 초과한 경우, 상기 제1응축수 공급 밸브 및 상기 제2응축수 공급 밸브는 동시에 개방되는 수경재배 시스템.
  8. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1수위는 상기 제1설정 수위 이하이고, 상기 제2수위 및 상기 제3수위가 적어도 제1설정 수위를 초과한 경우, 상기 가습용 물탱크의 물 및 상기 응축수 탱크의 응축수는 상기 양액 탱크에 각각 직접 공급되는 수경재배 시스템.
  9. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1수위는 상기 제1설정 수위 이하이고, 상기 제2수위 및 상기 제3수위가 적어도 제1설정 수위를 초과한 경우, 상기 제1응축수 공급 밸브 및 상기 가습용 물 공급 밸브는 동시에 개방되는 수경재배 시스템.
  10. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1수위 및 상기 제3수위가 적어도 제1설정 수위를 초과하고, 상기 제2수위가 제1설정 수위 이하인 경우, 상기 응축수 탱크의 응축수는 상기 가습용 물탱크에 직접 공급되는 수경재배 시스템.
  11. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1수위 및 상기 제3수위가 적어도 제1설정 수위를 초과하고, 상기 제2수위가 제1설정 수위 이하인 경우, 상기 제2응축수 공급 밸브만 개방되는 수경재배 시스템.
  12. 청구항 4에 있어서,
    상기 제1수위 내지 상기 제3수위 전부가 제1설정 수위 이하인 경우, 사용자에게 상기 양액 탱크 및 상기 가습용 물탱크에의 물 공급 알람을 전송하는 수경재배 시스템.
  13. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 응축수 탱크는 적어도 상기 가습용 물탱크 및 상기 양액 탱크보다 상부에 위치되고, 상기 응축수 탱크로부터 응축수를 상기 가습용 물탱크 및 상기 양액 탱크로 공급할 때 중력에 의해 공급하는 수경재배 시스템.
  14. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 가습용 물탱크는 적어도 상기 양액 탱크보다 상부에 위치되고, 상기 가습용 물탱크로부터 물을 상기 양액 탱크로 공급할 때 중력에 의해 공급하는 수경재배 시스템.
  15. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 가습용 물탱크 및 상기 응축수 탱크에는, 상기 양액 탱크로의 물 또는 응축수를 강제 공급하기 위한 워터 펌프가 구비된 수경재배 시스템.
  16. 청구항 1에 있어서,
    상기 응축수 탱크는, 응축수가 수용된 내부와 외부가 상호 차단된 밀폐구조로 이루어진 수경재배 시스템.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 응축수 탱크는, 외부로부터 내부로 빛의 투과가 방지되는 불투명 재질로 이루어진 수경재배 시스템.
  18. 청구항 16에 있어서,
    상기 재배 배드가 설치된 공간(이하, '재배 공간'이라 함)의 광량을 측정하는 광 센서와, 상기 재배 공간의 습도를 측정하는 습도 센서를 더 포함하고,
    냉방기로 구비된 상기 공조 모듈을 통해 응축된 응축수의 생성량, 상기 광 센서에 의하여 측정된 상기 재배 공간의 광량 및 상기 습도 센서에 의하여 측정된 상기 재배 공간의 상대 습도 또는 절대 습도를 통하여 상기 복수의 식물군의 평균 잎면적 지수를 산출하여 식물 성장도를 예측하는 수경재배 시스템.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 복수의 식물군의 식물 성장도에 따른 성장 곡선의 경사도가 감소한 경우, 인공 광원의 광량 및 상기 재배 배드에 대한 양액 공급량을 증가시키는 수경재배 시스템.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 복수의 식물군의 식물 성장도에 따른 성장 곡선의 변화가 없는 경우, 관리자에게 알람을 통보하는 수경재배 시스템.
  21. 청구항 18에 있어서,
    상기 복수의 식물군의 식물 성장도에 따른 성장 곡선의 경사도가 증가하거나 유지되는 경우, 현 상태의 인공 광원의 광량 및 상기 재배 배드에 대한 양액 공급량을 유지시키는 수경재배 시스템.
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