KR101964365B1 - 태양광을 이용한 식물공장 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이동식 식물 공장에 관한 것으로, 상기 이동식 식물 공장은 태양광의 적어도 일부가 차단되고 운반가능한 컨테이너; 상기 컨테이너의 내부에 구비되어 식물을 재배하는 식물 재배반; 상기 컨테이너 내부의 온도 및 습도를 조절하는 공조 제어부; 상기 식물의 생장에 필요한 빛을 공급하는 조명장치; 상기 식물 재배반의 식물 생장에 필요로 하는 물을 포함한 영양분을 공급하는 양액 공급기; 상기 컨테이너의 상부에 구비되는 태양광 모듈; 및 상기 태양광 모듈에 의해 생산되는 전력을 이용하여 상기 식물 재배반, 공조 제어부, 조명장치 및 양액 공급기 및 태양광 모듈을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 태양광 모듈은, 다수의 태양전지판이 구비되는 평판형의 집광부; 상기 집광부의 적어도 일측을 지지하여 상기 집광부의 기울기를 가변시키는 하나 이상의 보조축; 및 상기 집광부와 연결되고 태양의 위치를 추적하여 상기 집광부의 회전 각도를 상기 제어부에 전송하는 광센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 이동식 식물공장에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 태양광을 이용하는 이동식 식물공장에 관한 것이다.
일반적으로 태양광 발전시스템(Photovoltaic System)은 구조물의 구동유무에 따라 크게 고정식과 추적식으로 나눌 수 있으며, 고정식은 태양의 이동과 무관하게 남쪽을 향하도록 태양전지판 어레이를 설치하는 방식이고, 추적식은 태양광 추적센서를 이용하여 태양의 고도와 궤도에 따라 추적센서로부터 입력된 정보를 이용하여 태양전지판 어레이를 항상 태양과 직각 위치가 되도록 경사각과 궤도각을 조절하여 발전효율을 극대화하는 방식이다.
현재 사용되는 태양전지판은 특성상 태양과 직교 시에 발전효율이 100% 발휘되며, 태양전지판이 태양과 수직으로부터 30~45도 기울게 되면 효율이 40~50%로 저하되고 45도를 넘어가게 되면 효율이 거의 0%가 되는 특성을 갖는다.
따라서, 태양전지판의 발전효율을 높이기 위해서는 자연히 추적식 태양광 발전시스템을 선택하게 되고, 이러한 추적식 태양광 발전시스템에서는 태양광 추적센서로부터 입력된 정보에 따라 태양전지판 어레이의 경사각 및 궤도를 조절하는 장치가 매우 중요하다.
또한, 태양은 지역의 위도에 따라 정중(正中)에 위치하는 시간이 각각 달라지는데 종래의 태양광 발전장치의 경우 작업자가 일일이 수동으로 조작하여 태양의 정중(正中)과 태양광 발전 모듈 간의 최적의 집광상태를 맞춰야 하는 불편함이 있었다.
본 발명은 전술한 문제 및 다른 문제를 해결하는 것을 목적으로 한다. 또 다른 목적은 태양광을 이용한 이동식 식물 공장을 제공하는 것이다.
상기 또는 다른 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 측면에 따르면, 태양광의 적어도 일부가 차단되고 운반가능한 컨테이너; 상기 컨테이너의 내부에 구비되어 식물을 재배하는 식물 재배반; 상기 컨테이너 내부의 온도 및 습도를 조절하는 공조 제어부; 상기 식물의 생장에 필요한 빛을 공급하는 조명장치; 상기 식물 재배반의 식물 생장에 필요로 하는 물을 포함한 영양분을 공급하는 양액 공급기; 상기 컨테이너의 상부에 구비되는 태양광 모듈; 및 상기 태양광 모듈에 의해 생산되는 전력을 이용하여 상기 식물 재배반, 공조 제어부, 조명장치 및 양액 공급기 및 태양광 모듈을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 태양광 모듈은, 다수의 태양전지판이 구비되는 평판형의 집광부; 상기 집광부의 적어도 일측을 지지하여 상기 집광부의 기울기를 가변시키는 하나 이상의 보조축; 및 상기 집광부와 연결되고 태양의 위치를 추적하여 상기 집광부의 회전 각도를 상기 제어부에 전송하는 광센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 식물 공장이 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 컨테이너의 상부 일 지점에 수직 형성되는 지지축; 일 단부가 상기 집광부의 하부에 고정되고, 타 단부는 상기 컨테이너의 상측에 고정되어 상기 집광부의 회전을 보조하는 하나 이상의 보조축을 더 포함하고, 상기 집광부는 상기 지지축에 의해 지지되면서 상기 지지축을 중심으로 원주 방향을 따라 회전가능한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 보조축은, 상기 집광부의 일측에 힌지 결합되고 상기 집광부의 일측을 상하로 이동시키는 제1 보조축; 및 상기 집광부의 타측에 힌지 결합되고 상기 집광부의 타측을 상하로 이동시키는 제2 보조축을 포함하고, 상기 제1 보조축과 제2 보조축은 상기 지지축을 중심으로 상기 집광부를 서로 반대 방향으로 작동시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 지지축에는 제1 피니언 기어가 형성되고, 상기 제1 피니언 기어와 맞물려 구동되고, 상기 집광부의 하부에 구비되고 일부 영역에 제2 피니언 기어가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 보조축 및 제2 보조축 중 적어도 어느 하나는, 상기 집광부의 하부에 힌지 결합되는 스크류; 및 상기 스크류의 하부에 구비되어 상기 스크류를 회전시키는 모터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 보조축 및 제2 보조축 중 적어도 어느 하나는 유압 실린더이고, 상기 유압 실린더는 모터에 의해 작동되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 보조축 및 제2 보조축 중 적어도 어느 하나는, 상기 집광부의 하부에 힌지 결합되는 랙 기어(rack gear); 및 상기 랙 기어의 일측에 구비되어 상기 랙 기어와 기어 결합하는 피니언 기어를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 컨테이너는, 네 개의 모서리를 가지며 서로 마주보며 형성되는 상판 및 하판; 상기 상판 및 하판의 사이에 배치되고 서로 마주보며 형성되는 한 쌍의 제1 측판; 및 상기 상판, 하판 및 제1 측판의 사이에 배치되고 서로 마주보며 형성되는 한 쌍의 제2 측판을 포함하고, 상기 제1 측판은, 수평 방향을 따라 분리되고 상하로 분리가능하며, 상기 모서리 중 어느 하나에서 상기 상판과 힌지 결합되어 상하 회전이 가능한 제1 상부 측판; 및 상기 제1 상부 측판과 수평 방향을 따라 분리 형성되고, 상기 하판과 힌지 결합되어 회전하는 제1 하부 측판을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1 상부 측판 및 제1 하부 측판은 상기 제2 측판과 결합부재에 의해 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 이동식 식물 공장은, 서로 인접하여 배치되는 제1 컨테이너 및 제2 컨테이너를 포함하고, 상기 제1 컨테이너의 제1 상부 측판과 상기 제2 컨테이너의 제2 상부 측판의 단부는 결합부재에 의해 고정되고, 상기 제1 컨테이너의 제1 하부 측판과 상기 제2 컨테이너의 제2 하부 측판의 단부는 결합부재에 의해 고정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제1컨테이너의 제2 측판과 제2 컨테이너의 제2 측판 사이에는 추가 측판이 구비되고, 상기 제1 컨테이너의 제1 상부 측판과 상기 제2 상부 측판이 상기 추가 측판에 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 결합부재에 결합되는 부분에는 상기 제1 측판, 제2 측판 및 추가 측판의 단부에는 모서리를 따라 체결부가 형성되고, 상기 체결부는 상기 제1 측판, 제2 측판 및 추가 측판이 서로 인접하여 형성될 때 서로 인접한 부분에 동일한 형상의 단면으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 이동식 식물 공장의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 운반가능한 컨테이너 내부에 식물을 재배함으로써 어느 장소로든 운반이 가능하다는 장점이 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 운반가능한 컨테이너로 형성되어 이송이 편리하고, 좁은 공간에서도 쉽게 설치할 수 있음은 물론, 내부를 외부로부터 차단시킴과 동시에 식물의 생장에 필요한 광량, 온도, 습도, 용수를 제어부를 통해 자동 조절할 수 있도록 함으로써, 식물 재배가 어려운 극지방, 도시 또는 사막과 같은 지역에서도 채소류 등의 식물들을 효율적으로 재배할 수 있으며, 식물의 성장속도를 균일하고 극대화할 수 있어 생산성이 증가되는 효과가 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 식물 공장의 크기를 확장시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 태양광을 활용하여 전력을 생산함으로써 식물 공장의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 적용 가능성의 추가적인 범위는 이하의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다. 그러나 본 발명의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정은 당업자에게 명확하게 이해될 수 있으므로, 상세한 설명 및 본 발명의 바람직한 실시예와 같은 특정 실시예는 단지 예시로 주어진 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 식물 공장의 전체적인 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 기본 형태를 도시한 것이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 다양한 예시를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너의 사시도이다.
도 8은 도 7의 분해사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너의 정면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 세 개의 컨테이너가 서로 연결된 것을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 기본 형태를 도시한 것이다.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈의 다양한 예시를 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너의 사시도이다.
도 8은 도 7의 분해사시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너의 정면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 세 개의 컨테이너가 서로 연결된 것을 도시한 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 일 실시예에서는 이동식 식물 공장(100)이 제공되는데, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 식물 공장(100)의 전체적인 모식도이다.
이하에서는 도 1을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 식물 공장(100)에 대하여 살펴보기로 한다. 상기 이동식 식물 공장(100)은 운반가능한 컨테이너(110)와, 상기 컨테이너(110)의 내부에 구비되어 식물을 재배하는 식물 재배반(120)과, 상기 컨테이너(110) 내부의 온도 및 습도를 조절하는 공조 제어부(130)와, 상기 식물의 생장에 필요한 빛을 공급하는 조명장치(140)와, 상기 식물 재배반(120)의에는 식물 생장에 필요로 하는 물을 포함한 영양분을 공급하는 양액 공급기(200)와, 상기 식물 재배반(120), 공조 제어부(130), 조명장치(140) 및 양액 공급기(200)를 제어하는 제어부(160)를 포함하여 이루어진다.
상기 컨테이너(110)는 외부의 빛이 완전히 차단될 수도 있고, 적어도 일부가 투명 또는 반투명 재질로 이루어져 태양광이 컨테이너(110)의 내부로 유입될 수도 있다. 상기 식물 재배반(120)은 식물을 올려놓고 재배하는 재배상(bed)과 그 받침대를 포함할 수 있고, 일반적으로는 여러 단으로 되어 있고, 다수의 재배상들이 열을 지어 배치된다. 식물의 재배면적은 재배상의 단 수와 크기 그리고 라인 사이의 간격에 의해 결정되는데, 재배상의 단수는 재배하고자 하는 식물에 따라 작업의 효율성과 조명장치(140)의 배치 등을 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.
재배상의 형태로는 자갈, 모래, 암면, 상토 등을 사용하는 고형배지 재배상과 고형배지를 사용하지 않는 재배상으로 수경재배 방식(분무, 점적, 유통 등)이 있다. 재배상의 두 형태는 조금 다를 수 있지만 무기 화학비료를 물에 녹여 무기이온을 흡수하도록 하는 양액 재배방식인 점에서는 동일하다.
본 발명의 일 실시예에서의 식물 재배반(120)은 수경재배반 또는 수직 방향으로 다수의 층으로 이루어지는 수직 재배반 등일 수 있다.
또한, 빛은 식물재배에 있어서 가장 큰 영향을 미치는 요인 중 하나인데, 상기 조명장치(140)는 식물의 생장에 필수적인 파장을 선택적으로 많이 공급할 수 있게 하였다. 식물은 빛에 포함된 광양자 하나를 받아서 하나의 광합성을 하는데 이 빛의 강도를 광합성광양자속 밀도(Phostosynthetic photon flux density)라 한다. 상기 조명장치(140)는 LED이고, 상기 LED는 적색, 녹색, 청색, 적외선 또는 자외선 중 적어도 하나 이상의 빛을 발생시킬 수 있다.
상기 LED 전등의 발광 파장은 식물 엽록소의 흡수 피크와 거의 일치시킬 수 있어 광합성에 유리하고, 낮은 전압으로 작동할 수 있으며 수명이 긴 장점이 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서는 식물의 성장에 필요한 광합성 작용과 엽록소의 생성이 극대화될 수 있고, 식물의 발아, 개화 및 성장 등의 과정에 최적의 파장을 제공할 수 있도록 400nm ~ 455nm 파장의 청색 LED와 640nm ~ 725nm 파장의 적색 LED가 미리 설정된 비율로 혼합되어 구성될 수도 있다. 이는 청색광과 적색광을 동시에 조사하면 개별적으로 조사한 것의 합보다 광합성이 증가되는 광합성촉진 효과를 증진시키기 위함이다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 조명장치(140)와 마주보는 위치에 구비되어 상기 조명장치(140)로부터 발산되는 광을 센싱하여 광량을 측정하고, 광량 정보를 유선 또는 무선 통신을 통해 제어부(160)로 전송하는 광량 측정기(141)를 포함하며, 상기 조명장치(140)로부터 전송되는 광량 설정량 정보와 상기 측정된 광량을 비교하고, 비교 결과를 유선 또는 무선 통신을 통해 상기 제어부(160)로 전송한다. 이때, 상기 제어부(160)에는 재배하고자 하는 식물에 부합하는 광량 설정량이 이미 저장되어 있으며, 식물 생장 모니터링부(163)에 의해 재배되고 있는 식물이 인식되어 상기 제어부(160)에 의해 상기 식물의 생장에 맞도록 광량이 조절되거나, 사용자의 이동 단말기(191) 또는 스마트 워치(192)를 통해 직접 광량 설정량을 전달받아 조절될 수 있다. 상기 이동 단말기(191) 또는 스마트 워치(192)는 사용자 단말기로 칭할 수도 있다.
한편, 식물 공장(100)에서 식물 재배는 빛과 온도, 습도 등의 지상부 환경 조건과 함께 뿌리가 자라는 지하부의 환경조절도 중요하다. 재배상의 지하부의 영양공급은 대부분 양액 재배 방식으로 양액통(20)에서 순환펌프로 뿜어서 호스와 밸브를 통해 식물 지하부에 양액이 공급되도록 한다. 양액통(20)은 크기가 식물공장에서 사용하는 양액의 양에 맞게 되어야 하고, 순환펌프에 의해 재배상으로 공급되어 사용하고 남은 것은 다시 양액통(20)으로 흘러 들어가도록 되어 있으므로 여과기와 살균기가 설치되어야 한다. 이때, 여과는 주로 미세필터를 사용하고, 살균방식은 이온, 광촉매, 자외선 전등을 사용하여 살균한다. 또한, 상기 양액통(20)의 내부에는 상기 양액통(20)에 저장된 양액에 포함된 미네랄, pH, 이온성 물질, 용존 산소의 농도를 감지할 수 있는 양액 측정센서(15)가 구비될 수 있다.
상기 제어부(160)에서는 상기 양액 측정센서(15)에서 측정된 상기 양액의 미네랄, pH, 이온성 물질 및 용존 산소의 농도가 재배하고자 하는 식물의 재배를 위해 필요한 농도에 적합하지 않는 경우 상기 양액 공급기(200)를 제어하여 상기 양액통(20)에 저장된 상기 양액에 상기 미네랄, pH조절물질, 상기 이온성 물질, 산소 및 상기 정수를 재배하고자 하는 식물에 따라 적정 농도로 각각 공급함으로써 재배 식물에 적합한 양액의 조성함량을 형성하도록 한다.
상기 양액 공급기(200)는 기설정된 영양분의 공급 시간, 공급 주기에 따라 공급 량을 제어하도록 하고, 양액은 뿌리가 양이온과 음이온으로 된 무기이온을 흡수하도록 무기화학비료를 물에 녹여 이온화 시켜 만든다. 양액은 비료성분의 조성과 농도(EC), pH, 온도, 용존 산소량 등의 식물생육 최적 조건을 알면 그 조건과 같게 조절할 수 있어 생육기간을 줄이거나 품질관리 등이 가능하다.
상기 양액 공급기(200)에 의해 정수와 영양분이 공급되는데, 도 1에 도시된 바와 같이, 정수통(10)에 담겨져 있는 물을 정수 제어기(11)에 의해 공급량을 제어하고, 양액통(20)에 담겨져 있던 양액을 양액 제어기(21)에 의해 비료성분의 조성과 농도(EC), pH, 온도, 용존 산소량 등공급량을 제어하도록 한다. 상기 정수 제어기(11) 및 양액 제어기(21)는 제어부(160)에 연결되어 제어부(160)에 의해 제어되도록 한다.
또한, 상기 컨테이너(110)의 일측에는 도어(111)가 형성되어 있어 관리자가 출입할 수 있도록 하며, 상기 도어(111)의 상태도 제어부(160)에 의해 자동으로 열림 상태(open state) 또는 닫힘 상태(closed state)를 유지하도록 할 수 있다. 이는 외부로부터 유입되는 이물질이나 세균 등의 유입을 방지하기 위함이다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 컨테이너(110)의 상측에 태양광 모듈(150)을 구비하고, 태양광 모듈(150)로부터 발생되는 전력을 사용함으로써 에너지를 절약할 수 있는 이동형 식물 공장(100)이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이동식 식물 공장(100)의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈(150)의 기본 형태를 도시한 것이고, 도 3 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 태양광 모듈(150)의 다양한 예시를 도시한 것이다.
이하에서는 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 일 실시예 중 특히 태양광 모듈(150)과 관련된 이동식 식물 공장(100)에 대하여 설명하기로 한다.
상기 이동식 식물 공장(100)에서의 태양광 모듈(150)은 다수의 태양전지판(153a)이 구비되는 평판형의 집광부(153)와, 상기 집광부(153)의 적어도 일측을 지지하여 상기 집광부(153)의 기울기를 가변시키는 하나 이상의 보조축(154a,154b)을 포함하는데, 상기 집광부(153)는 상기 태양전지판(153a)과 태양전지판(153a)이 구비되는 플레이트(153b)를 포함한다. 또한, 상기 태양전지판(153a)의 전력 효율을 최대화하기 위해서는 상기 태양전지판(153a)과 태양이 위치하는 각도가 수직(남중)이어야 하므로 태양과 플레이트(153b)가 이루는 각도가 수직이 되도록 플레이트(153b)를 회전시켜야 한다. 즉, 상기 태양전지판(153a)의 전력 효율을 최대로 하기 위해서는 태양의 위치를 추적해야 하는데, 이를 위하여 상기 집광부(153)와 연결되고 태양의 위치를 추적하여 상기 집광부(153)의 회전 각도를 상기 제어부(160)에 전송하는 광센서(152)를 포함한다. 상기 제어부(160)와 광센서(152)는 유선 또는 무선으로 연결될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 보조축(154)을 상기 플레이트(153b)의 일측 단부에 형성하고, 상기 보조축(154)의 길이를 가변시키고 타측 단부(153c)는 상기 컨테이너(110)에 힌지 결합시킴으로써 상기 플레이트(153b)를 회전시킬 수 있게 된다. 이때의 상기 보조축(154)은 유압 실린더 등일 수 있다. 상기 보조축(154)의 길이를 가변시킴으로써 상기 플레이트(153b)를 회전시키게 된다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 이동식 식물 공장(100)에서 상기 집광부(153), 보다 구체적으로 상기 플레이트(153b)를 회전시키기 위한 구성으로는 상기 컨테이너(110)의 상부 일 지점에 수직 형성되는 지지축(151)을 포함할 수 있다. 이때, 상기 지지축(151)에는 제1 피니언 기어(151a)가 형성되고, 상기 제1 피니언 기어(151a)와 맞물려 구동되는 제2 피니언 기어(151b)를 포함할 수 있다. 상기 제2 피니언 기어(151b)는 상기 집광부(153)의 하부에 구비되고 적어도 일부 영역에 기어가 형성되어 상기 제1 피니언 기어(151a)와 기어결합을 하면서 상기 집광부(153)를 회전시킬 수도 있다. 이때, 상기 제2 피니언 기어(151b)는 모터에 의해 구동될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 지지축(151)이 있거나 없어도 가능하며, 지지축(151)이 없는 경우에는 상기 플레이트(153b)의 일 단부(153c)가 반드시 컨테이너(110)에 힌지 결합되어 있어야 한다. 또한, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 지지축(151) 및 보조축(155a,155b,156a,156b,157a,157b)이 있는 경우 상기 지지축(151)에 결합되는 제1 피니언 기어(151a) 및 제2 피니언 기어(151b)는 상기 보조축(155a,155b,156a,156b,157a,157b)의 승하강하는 거리에 맞도록 한다.
즉, 상기 식물 공장(100)은 일 단부가 상기 집광부(153)의 하부에 고정되고, 타 단부는 상기 컨테이너(110)의 상측에 고정되어 상기 집광부(153)의 회전을 보조하는 하나 이상의 보조축(155a,155b,156a,156b,157a,157b)을 더 포함할 수 있으며, 상기 보조축(155a,155b,156a,156b,157a,157b)이 2개 이상인 경우에는 서로 동일하거나 서로 상이한 구성으로 이루어질 수 있다. 이때, 상기 집광부(153)는 상기 지지축(151)에 의해 지지되면서 상기 지지축(151)을 중심으로 원주 방향을 따라 회전하게 된다.
보다 구체적으로 상기 보조축(155a,155b,156a,156b,157a,157b)은 상기 집광부(153)의 일측에 힌지 결합되고 상기 집광부(153)의 일측을 상하로 이동시키는 제1 보조축(155a,156a,157a)과, 상기 집광부(153)의 타측에 힌지 결합되고 상기 집광부(153)의 타측을 상하로 이동시키는 제2 보조축(155b,156b.157b)을 포함하고, 상기 제1 보조축(155a,156a,157a)과 제2 보조축(155b,156b,157b)은 상기 지지축(151)을 중심으로 상기 집광부(153)를 서로 반대 방향으로 작동시키게 된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 제1 보조축(155a)과 제2 보조축(155b) 중 적어도 어느 하나는 유압 실린더로 이루어질 수 있고, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1 보조축(156a)과 제2 보조축(156b) 중 적어도 어느 하나는 상기 집광부(153)의 하부에 힌지 결합되는 스크류와, 상기 스크류의 하부에 구비되어 상기 스크류를 회전시키는 모터(156c)를 포함하여 이루어질 수 있다.
나아가, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제1 보조축(157a)과 제2 보조축(157b) 중 적어도 어느 하나는 상기 집광부(153)의 하부에 힌지 결합되는 랙 기어(rack gear,157a,157b)와 상기 랙 기어(157a,157b)와 기어 결합하는 피니언 기어(157d,157e)를 포함하여 이루어질 수 있다. 상기 랙 기어(157a,157b)는 상하로 이동하면서 상기 집광부(153)를 회전시키고 상기 피니언 기어(157d,157e)는 모터(157c)에 의해 구동될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 태양광 모듈(150)의 효율을 높이기 위하여 상기 플레이트(153b)를 태양의 움직임을 따라서 회전하도록 하였다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서는 2개 이상의 컨테이너(110)를 서로 연결하여 일정한 크기를 갖는 다수의 컨테이너(110)를 이용하여 필요한 면적을 갖는 컨테이너(110)를 형성할 수 있도록 하였다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너(110)의 사시도이고, 도 8은 도 7의 분해사시도이며, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너(110)의 정면도이다. 이하에서는 도 7 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 컨테이너(110)에 대하여 설명하기로 한다.
먼저, 상기 컨테이너(110)는 네 개의 모서리를 가지며 서로 마주보며 형성되는 상판(113) 및 하판(118)과, 상기 상판(113) 및 하판(118)의 사이에 배치되고 서로 마주보며 형성되는 한 쌍의 제1 측판(115)과, 상기 상판(113), 하판(118) 및 제1 측판(115)의 사이에 배치되고 서로 마주보며 형성되는 한 쌍의 제2 측판(117)을 포함하여 이루어진다. 즉, 본 발명의 일 실시예에서의 컨테이너(110)는 육면체 형상을 갖는다.
상기 제1 측판(115)은 수평 방향을 따라 분리되고 상하로 분리가능하며, 상기 모서리 중 어느 하나에서 상기 상판(113)과 힌지 결합되어 상하 회전이 가능한 제1 상부 측판(115a)과, 상기 제1 상부 측판(115a)과 수평 방향을 따라 분리 형성되고, 상기 하판(118)과 힌지 결합되어 회전하는 제1 하부 측판(115b)을 포함하여 이루어진다. 다시 말해, 상기 제1 측판(115)은 서로 분리 가능하도록 형성되고, 분리된 제1 상부 측판(115a) 및 제1 하부 측판(115b)을 각각 상하로 회전시킴으로써 컨테이너(110)의 면적을 보다 확장시킬 수 있는 구조를 갖는다.
이때, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 컨테이너(110) 하나가 단독으로 사용되는 경우에는 상기 제1 상부 측판(115a) 및 제1 하부 측판(115b)은 상기 제2 측판(117)과 결합부재(112a)에 의해 결합되어 있다. 상기 결합부재(112a)는 일 방향(y방향)으로 길게 형성되며 상기 제1 상부 측판(115a) 및 제1 하부 측판(115b)이 맞닿는 부분에는 각각 체결부(114a)가 형성되어 있고, 상기 체결부(114a)가 상기 결합부재(112a)에 삽입되어 고정됨으로써 상기 제1 상부 측판(115a) 및 제1 하부 측판(115b)이 회전하는 것을 방지하게 된다. 또한, 상기 제2 측판(117)과 상기 제1 상부 측판(115a) 및 제1 하부 측판(115b)도 결합부재(112b) 및 체결부(114c)가 결합되어 기밀이 유지되도록 한다. 이때, x축, y축 및 z축을 따라 형성되는 결합부재를 각각 제3 결합부재(112c), 제1 결합부재(112a) 및 제2 결합부재(112b)라 칭할 수 있으며, x축, y축 및 z축을 따라 형성되는 체결부를 각각 제2 체결부(114b), 제1 체결부(114a) 및 제3 체결부(114c)라 칭할 수 있다.(도 7 내지 도 10 참조)
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 제1 상부 측판(115a)의 양 단부에는 고정축(115c)이 돌출 형성되고 상기 고정축(115c)이 상기 상판(113)에 형성되는 고정축 삽입구(113a)에 삽입 고정됨으로써 상기 제1 상부 측판(115a)이 상기 상판(113)에 힌지 결합하여 회전가능하게 된다. 이는 다수의 컨테이너(110)가 연결되는 경우에도 마찬가지이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에서의 이동식 식물 공장(100)은 다수의 컨테이너(110)를 포함할 수 있는데, 일예로 서로 인접하여 배치되는 제1 내지 제3 컨테이너(110a,110b,110c)를 포함할 수 있다.
도 10은 제1 내지 제3 컨테이너(110a,110b,110c)가 서로 연결된 것을 도시한 것인데, 도 10을 참조하면, 상기 제1 컨테이너(110a)의 제1 상부 측판(115a)과 상기 제2 컨테이너(110b)의 제2 상부 측판(119a)의 단부는 결합부재(112a-1)에 의해 고정되고, 상기 제1 컨테이너(110a)의 제1 하부 측판(115b)과 상기 제2 컨테이너(110b)의 제2 하부 측판(미도시)의 단부는 결합부재에 의해 고정된다. 이와 같이, 하나의 측면을 이루던 측판이 상하로 각각 회전하면서 인접한 컨테이너(110a,110b)의 측판과 결합됨으로써 컨테이너(110)의 면적을 확장시킬 수 있다. 이때, 제1 컨테이너(110a)와 제2 컨테이너(110b)의 사이의 정면은 새로운 공간이 생기게 되는데, 이를 채우기 위한 측판이 필요하다. 즉, 상기 제1컨테이너(110a)의 제2 측판(117a)과 제2 컨테이너(110b)의 제2 측판(117b) 사이에는 제1 추가 측판(116a)이 구비된다.
이때, 상기 제1 컨테이너(110a)의 제1 상부 측판(115a)과 상기 제2 상부 측판(119a)이 상기 제1 추가 측판(116a)에 결합되며, 이들의 결합은 결합부재(112c-1,112c-2)에 의해 이루어지게 된다. 상기 제2 측판(117a)과 제1 추가 측판(116a)은 결합부재(112b-1)에 의해 결합된다. 제2 컨테이너(110b) 및 제3 컨테이너(110c)의 결합에 의한 공간 확장도 이와 같은 방식에 이루어진다. 다만, 양 단부에 배치되는 컨테이너(110a,110c)의 제1 측판은 분리되지 않은 채 사용된다. 이러한 과정에 의해 A, B 영역 만큼 이동식 식물 공장(100)의 영역이 확장된다. 즉, 사용자가 원하는 크기의 식물 공장을 설계할 수 있게 된다. 상기 결합부재(1121-1,112b-1,112c-1)에 결합되는 부분에는 상기 제1 측판(115a), 제2 측판(119a) 및 추가 측판(116a)의 단부에는 모서리를 따라 체결부가 형성되고, 상기 체결부는 상기 제1 측판(115a), 제2 측판(119a) 및 추가 측판(116a)이 서로 인접하여 형성될 때 서로 인접한 부분에 동일한 형상의 단면으로 형성된다. 상기 체결부는 대략 길이 방향을 따라 외곽으로 꺾인 'ㄱ'형상일 수 있다.
상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
10: 정수통, 11: 정수 제어기, 15: 양액 측정센서, 20: 양액통, 21: 양액 제어기, 30: 공급 배관, 100: 식물 공장, 110: 컨테이너, 111: 도어, 112: 결합부재, 113: 상판, 113a: 고정축 삽입구, 114: 체결부, 115: 제1 측판, 115a: 제1 상부 측판, 115b: 제1 하부 측판, 115c: 고정축, 116a: 제1 추가 측판, 116b: 제2 추가 측판, 117: 제2 측판, 118: 하판, 119a: 제2 상부 측판, 119b: 제2 하부 측판, 120: 식물 재배반, 130: 공조 제어부, 140: 조명장치, 141: 광량 측정기, 145: 이산화탄소 발생기, 147: 기류 측정기, 149: 양액 공급기, 150: 태양광 모듈, 153a: 태양전지판, 153b: 태양전지 플레이트, 151: 지지축, 151a: 제1 피니언 기어, 151b: 제2 피니언 기어, 151c: 모터, 153: 집광부, 154: 보조축, 154a: 제1 보조축, 154b: 제2 보조축, 154b-2: 스크류, 155a: 모터, 160: 제어부, 163: 식물 생장 모니터링부, 170: 데이터 수집부, 180: 응용서버, 190: 웹서버, 191,192: 이동 단말기,
Claims (12)
- 태양광의 적어도 일부가 차단되고 운반가능한 컨테이너;
상기 컨테이너의 내부에 구비되어 식물을 재배하는 식물 재배반;
상기 컨테이너 내부의 온도 및 습도를 조절하는 공조 제어부;
상기 식물의 생장에 필요한 빛을 공급하는 조명장치;
상기 식물 재배반의 식물 생장에 필요로 하는 물을 포함한 영양분을 공급하는 양액 공급기;
상기 컨테이너의 상부에 구비되는 태양광 모듈; 및
상기 태양광 모듈에 의해 생산되는 전력을 이용하여 상기 식물 재배반, 공조 제어부, 조명장치 및 양액 공급기 및 태양광 모듈을 제어하는 제어부를 포함하고,
상기 태양광 모듈은,
다수의 태양전지판이 구비되는 평판형의 집광부;
상기 집광부의 적어도 일측을 지지하여 상기 집광부의 기울기를 가변시키는 하나 이상의 보조축; 및
상기 집광부와 연결되고 태양의 위치를 추적하여 상기 집광부의 회전 각도를 상기 제어부에 전송하는 광센서를 포함하고,
상기 컨테이너는,
네 개의 모서리를 가지며 서로 마주보며 형성되는 상판 및 하판;
상기 상판 및 하판의 사이에 배치되고 서로 마주보며 형성되는 한 쌍의 제1 측판; 및
상기 상판, 하판 및 제1 측판의 사이에 배치되고 서로 마주보며 형성되는 한 쌍의 제2 측판을 포함하고,
상기 제1 측판은,
수평 방향을 따라 상하로 분리가능하며, 상기 모서리 중 어느 하나에서 상기 상판과 힌지 결합되어 상하 회전이 가능한 제1 상부 측판; 및
상기 제1 상부 측판과 수평 방향을 따라 분리 형성되고, 상기 하판과 힌지 결합되어 회전하는 제1 하부 측판을 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 식물 공장. - 제1항에 있어서,
일 단부는 상기 컨테이너의 상부 일 지점에 고정되어 수직 형성되고, 타 단부는 상기 집광부에 결합되는 지지축;
일 단부가 상기 집광부의 하부에 고정되고, 타 단부는 상기 컨테이너의 상측에 고정되어 상기 집광부의 회전을 보조하는 하나 이상의 보조축을 더 포함하고,
상기 집광부는 상기 지지축에 의해 지지되면서 상기 지지축을 중심으로 원주 방향을 따라 회전가능한 것을 특징으로 하는 이동식 식물 공장. - 제2항에 있어서,
상기 보조축은,
상기 집광부의 일측에 힌지 결합되고 상기 집광부의 일측을 상하로 이동시키는 제1 보조축; 및
상기 집광부의 타측에 힌지 결합되고 상기 집광부의 타측을 상하로 이동시키는 제2 보조축을 포함하고,
상기 제1 보조축과 제2 보조축은 상기 지지축을 중심으로 상기 집광부를 서로 반대 방향으로 작동시키는 것을 특징으로 하는 이동식 식물 공장. - 제3항에 있어서,
상기 지지축에는 제1 피니언 기어가 형성되고, 상기 제1 피니언 기어와 맞물려 구동되고, 상기 집광부의 하부에 구비되고 일부 영역에 제2 피니언 기어가 형성되는 것을 특징으로 하는 이동식 식물 공장. - 제4항에 있어서,
상기 제1 보조축 및 제2 보조축 중 적어도 어느 하나는,
상기 집광부의 하부에 힌지 결합되는 스크류; 및
상기 스크류의 하부에 구비되어 상기 스크류를 회전시키는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 식물 공장. - 제4항에 있어서,
상기 제1 보조축 및 제2 보조축 중 적어도 어느 하나는 유압 실린더이고, 상기 유압 실린더는 모터에 의해 작동되는 것을 특징으로 하는 이동식 식물 공장. - 제4항에 있어서,
상기 제1 보조축 및 제2 보조축 중 적어도 어느 하나는,
상기 집광부의 하부에 힌지 결합되는 랙 기어(rack gear); 및
상기 랙 기어의 일측에 구비되어 상기 랙 기어와 기어 결합하는 피니언 기어를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동식 식물 공장. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제1 상부 측판, 제1 하부 측판 및 상기 제2 측판은 서로 결합부재에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 이동식 식물 공장. - 제1항에 있어서,
상기 이동식 식물 공장은,
서로 인접하여 배치되는 제1 컨테이너 및 제2 컨테이너를 포함하고,
상기 제1 컨테이너의 제1 상부 측판과 상기 제2 컨테이너의 제2 상부 측판의 단부는 결합부재에 의해 고정되고,
상기 제1 컨테이너의 제1 하부 측판과 상기 제2 컨테이너의 제2 하부 측판의 단부는 결합부재에 의해 고정되는 것을 특징으로 하는 이동식 식물 공장. - 제10항에 있어서,
상기 제1컨테이너의 제2 측판과 제2 컨테이너의 제2 측판 사이에는 추가 측판이 구비되고, 상기 제1 컨테이너의 제1 상부 측판과 상기 제2 상부 측판이 상기 추가 측판에 결합되는 것을 특징으로 하는 이동식 식물 공장. - 제9항 또는 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 결합부재에 결합되는 부분에는 상기 제1 측판, 제2 측판 및 추가 측판의 단부에는 모서리를 따라 체결부가 형성되고,
상기 체결부는 상기 제1 측판, 제2 측판 및 추가 측판이 서로 인접하여 형성될 때 서로 인접한 부분에 동일한 형상의 단면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 이동식 식물 공장.
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| KR1020180166651A KR101964365B1 (ko) | 2018-12-20 | 2018-12-20 | 태양광을 이용한 식물공장 |
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