KR102051537B1

KR102051537B1 - 에너지절감을 위한 저전력 고효율의 식물공장

Info

Publication number: KR102051537B1
Application number: KR1020190079516A
Authority: KR
Inventors: 서석인
Original assignee: 서석인
Priority date: 2019-07-02
Filing date: 2019-07-02
Publication date: 2019-12-03

Abstract

식물공장이 개시된다. 식물공장은 내부에 온수 또는 냉수를 저장하도록 구성되는 물저장부; 복수의 식물을 수용하며 식물에 광을 제공하는 광원을 포함하는 식물랙; 물이 순환하기 위한 코일이 내부에 마련되며, 상기 물저장부와 배관으로 연결되어 상기 물저장부로부터 공급된 물이 상기 식물공장 내부를 순환되도록 구성되는 물순환부; 상기 식물랙에서 배출되는 배기의 공기열을 회수하여 상기 물저장부에 저장된 물의 온도를 상승시키도록 구성되는 공기열회수부; 상기 물저장부에 저장된 물이 상기 물순환부로 전달되도록 구성되는 펌프부; 및 상기 물저장부에서 물이 물순환부로 전달되도록 상기 펌프부의 동작을 제어하도록 구성되는 제어부를 포함한다. 본 발명에 따르면 전력을 사용하여 물의 온도를 높이거나 낮추는 보일러와 칠러가 사용되지 않거나 사용개수가 줄어듬으로써 오랜 기간 식물공장을 가동하더라도 소모비용의 부담이 덜어진다.

Description

에너지절감을 위한 저전력 고효율의 식물공장{Low Power and High Efficiency Plant Factory for saving energy}

본 발명은 식물공장 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 광원으로부터 형성되어 버려지는 배기와 순환수로부터 열을 회수하여 재활용함으로써 효율을 향상시킨 저전력 고효율의 식물공장에 관한 것이다.

식물공장이란 실내에서 다양한 농산물을 대량 생산해내기 위한 시스템이다. 식물공장은 빛, 온습도, 이산화탄소 농도 및 배양액등의 환경을 인위적으로 조절해 농작물을 계획생산한다. 최근 엘이디를 램프를 광원으로 하여 실내 자동화 식물재배 시스템을 갖춘 곳이 늘어나고 있다. 이러한 식물공장에서는 작물을 생육하기 위한 최적의 온도 및 습도를 제공하며 이를 위해 냉방장치, 히터, 가습기 등이 추가로 마련되어야 한다.

식물공장의 경우 24시간 풀로 가동되기에 전기를 사용한 보일러와 칠러를 이용해 물의 온도를 높이거나 낮추어 저장하고, 저장된 온수 또는 냉수를 사용하여 내부 온도를 맞추게 된다. 하지만 이런 전기를 이용한 보일러와 칠러의 에너지효율은 높지 못하다. 특히 엘이디 램프의 발열에 의해 내부 온도를 일정 레벨 이하로 맞추기 위해 많은 전기가 낭비되고 있는 실정이다

따라서, 식물공장의 에너지 비율을 절감하기 위한 방안이 요구된다.

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한국공개특허 제 10-2004-0010426호

본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로서, 배기와 순환수로부터 열을 회수하여 사용함으로써 전력효율을 극대화고, 식물에 적절한 환경을 제공함으로써 생산성을 향상한 저전력 고효율의 식물공장 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 식물공장에 있어서, 내부에 온수 또는 냉수를 저장하도록 구성되는 물저장부; 복수의 식물을 수용하며 식물에 광을 제공하는 광원을 포함하는 식물랙; 물이 순환하기 위한 코일이 내부에 마련되며, 상기 물저장부와 배관으로 연결되어 상기 물저장부로부터 공급된 물이 상기 식물공장 내부를 순환되도록 구성되는 물순환부; 상기 식물랙에서 배출되는 배기의 공기열을 회수하여 상기 물저장부에 저장된 물의 온도를 상승시키도록 구성되는 공기열회수부; 상기 물저장부에 저장된 물이 상기 물순환부로 전달되도록 구성되는 펌프부; 및 상기 물저장부에서 물이 물순환부로 전달되도록 상기 펌프부의 동작을 제어하도록 구성되는 제어부를 포함하는 식물공장이 제공된다. 본 발명에 따르면 전기를 사용하는 보일러와 칠러가 최소한으로 사용됨에 따라 식물공장 가동에 따른 소모비용의 부담이 덜어진다.

상기 식물공장으로 외기를 제공하도록 구성되는 공조기를 더 포함할 수 있다.

상기 물저장부 및 상기 물순환부와 연결되며, 상기 물순환부에서 출수되는 물로부터 열을 회수하여 상기 물저장부로 전달하도록 구성되는 수열회수부를 포함할 수 있다.

상기 공기열회수부는 상기 식물공장에서 배출되는 내기를 수집하도록 구성되는 공기포집챔버내에 마련되고, 상기 공기포집챔버는 외부배관을 통해 외부건물들과 연결되며, 상기 공기열회수부는 열이 회수된 공기를 상기 외부배관을 통해 상기 외부건물들로 배출하며, 상기 공기포집챔버, 상기 외부배관에는 공기의 흐름을 선택적으로 개폐하도록 구성되는 차단부가 마련될 수 있다.

본 발명에 따르면 전력을 사용하여 물의 온도를 높이거나 낮추는 보일러와 칠러가 사용되지 않거나 사용개수가 줄어듬으로써 오랜 기간 식물공장을 가동하더라도 소모비용의 부담이 덜어진다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물공장을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물공장 시스템을 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물랙을 도시한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물공장의 제어흐름을 나타내는 블록도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물공장의 물 순환흐름을 나타내는 블록도를 도시한다.

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

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 게시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 게시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다. 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.

또한, 본 명세서에서 사용되는 포함한다(comprise) 및/또는 포함하는(comprise) 이란 용어는 언급한 형상들, 숫자, 단계, 부재, 요소 및 또는 이들의 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 언급되지 않은 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하고자 하는 것이 아니다.

또한 다른 형상에 인접하여(adjacent) 배치된 구조 또는 형상은 인접하는 형상에 중첩되거나 하부에 배치되는 부분을 가질 수 있다.

본 명세서에서 아래로(below), 위로(above), 상부의(upper), 하부의(lower), 수평의(horizontal) 또는 수직의(vertical)와 같은 상대적 용어들은 도면들 상에서 도시된 바와 같이, 일 구성 부재, 층 또는 영역들이 다른 구성 부재, 층 또는 영역과 갖는 관계를 기술하기 위하여 사용될 수 있다. 이들 용어들은 도면들에 표시된 방향뿐만 아니라 장치의 다른 방향들도 포괄한다.

이하에서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들(및 중간구조 들)을 개략적으로 도시하는 단면도들을 참조하여 설명된다. 이들 도면들에 있어서 예를 들면, 부재들의 크기와 형상은 설명의 편의와 명확성을 위하여 과장될 수 있으며, 실제 구현시, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상으로 한정되지 아니한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물공장을 도시한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 식물공장(10)은 다양한 식물을 키우기에 적절한 조건을 만족시켜 생육하기 위한 장소를 제공한다. 식물공장(10)에는 복수개의 식물랙(102)이 마련된다. 각 식물랙(102)에는 식물(도 3의 1023 참조)을 수용하기 위한 선반과 식물(1023)에 광을 공급하기 위한 광원(도 3의 1021 참조)이 마련된다.

식물공장(10)의 상부에는 식물공장(10) 내부의 공기가 외부로 배출되기 위한 배출구가 마련될 수도 있다.

식물공장(10) 내부로는 온수, 냉수 및 신선한 외기가 공급될 수 있다. 공급된 온냉수와 외기는 식물랙(102)으로 전달된다. 식물공장(10)의 내외부에는 복수개의 다양한 센서부(101)가 마련되며 식물공장(10) 내외부의 상태를 센싱하여 제어부(100)로 제공함으로써 식물공장(10) 내부의 상태를 식물을 키우기 적절한 상태로 유지할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물공장 시스템을 도시한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물공장의 제어흐름을 나타내는 블록도를 도시한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물공장의 물 순환흐름을 나타내는 블록도를 도시한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 식물공장 시스템(1)은 식물공장(10), 열회수부(201), 공조기(300), 물저장부(400), 제어부(100), 차단부(108), 센서부(101)를 포함할 수 있다. 식물공장 시스템(1)은 식물공장(10)으로부터 신선한 공기를 공급받기 위한 외부건물(20, 30)을 더 포함할 수 있다. 외부건물(20, 30)은 예컨대 사무, 숙소공간, 온실하우스 등을 포함할 수 있다.

식물공장(10)은 식물(1023)을 식물랙(102)에서 키워 제공하기 위한 장소를 제공한다. 식물공장(10)은 식물랙(102), 물순환부(103), 외기인입부(104a), 내기배출부(104b)를 포함한다.

외기인입부(104a)는 공조기(300)로부터 전달되는 신선한 외기를 식물공장(10) 내부로 인입하기 위한 입구와 통로를 제공한다. 공조기(300)는 외부공기를 외기인입부(104a)를 통해 식물공장(10) 내부로 전달한다. 제어부(100)는 외부온도와 식물공장(10) 내부의 온습도를 비교하여 공조기(300)를 제어할 수 있다. 예컨대 제어부(100)는 외부온도가 지나치게 낮은 경우 따뜻한 공기가 식물공장(10)으로 들어가도록 물저장부(400)의 온수를 가습부(301)로 전달하고, 가습부(301)를 동작시킬 수 있다.

내기배출부(104b)는 식물공장(10) 내부의 공기를 공조기(300)로 전달하기 위한 출구와 통로를 제공한다. 내기배출부(104b)는 슬라이딩 형태로 길이를 조절하도록 구성될 수 있다. 내기배출부(104b)에는 내기배출부(104b)의 길이를 상하로 조절하도록 구성되는 길이조절부가 추가로 마련될 수 있다. 길이조절부는 내기배출부(104b)가 적절한 길이를 갖도록 슬라이딩 동작을 수행하는 롤러와 롤러를 작동하기 위한 모터를 포함할 수 있다. 제어부(100)는 식물공장(10) 내부의 온도가 높을수록 내기배출부(104b)를 아래로 내려서 뜨거운 공기를 더 빠르고 효과적으로 흡입할 수 있도록 길이조절부를 제어할 수 있다. 내기배출부(104b)는 공조기(300)의 흡입력에 따라 식물공장(10) 내부의 공기를 흡입하는 것이 일반적이나 필요에 따라 내기배출부(104b) 내부에 공기를 빨아들이기 위한 팬이 마련될 수도 있다. 제어부(100)는 식물공장(10) 내부의 공기가 소정 레벨을 초과하는 경우 팬을 동작시켜 내부공기를 더 효율적으로 빨아들일 수도 있다.

내기배출부(104b)를 통해 배출된 공기는 공조기(300)를 통해 공기포집챔버(200)로 전달된다. 공기포집챔버(200)에는 공기의 열을 회수하여 외부건물(20, 30)로 전달하고, 회수한 열은 온수탱크(400a)로 전달하는 역할을 수행하는 공기열회수부(201a)가 마련된다.

식물랙(102)은 식물(1023)을 수용하고, 키우기 위한 장소를 제공한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물랙을 도시한다. 식물랙(102)은 식물(1023)을 수용하기 위한 선반과 식물(1023) 상에 위치하여 식물(1023)에 광을 조사하기 위한 광원(1021)을 포함한다. 광원은 다양한 파장의 엘이디를 일 실시예로 하나 이에 한정되는 것은 아니다. 식물랙(102)에는 필요에 따라 식물(1023)에 물을 분사하기 위한 분사부가 마련될 수도 있다.

물순환부(103)는 물저장부(400)로부터 전달된 물이 식물공장(10) 내부에서 흐르기 위한 통로를 제공한다. 물순환부(103)는 온수가 흐르기 위한 온수코일과 냉수가 흐르기 위한 냉수코일을 포함할 수 있다. 제어부(100)는 물순환부(103)로 전달되는 물의 온도를 이용하여 식물공장(10) 내부의 온도를 조절한다.

식물공장(10) 내부의 온도를 올리기 위해 물순환부(103)의 온수코일을 거친 온수는 온수탱크(400a)로 바로 저장된다.

물순환부(103)로 전달된 냉수의 경우 식물공장(10) 내부의 열을 흡수하여 온도가 상승한다. 상승한 온도의 냉수는 다시 식혀 냉수탱크(400b)로 전달되어야 한다. 본 발명에 물순환부(103)로 들어왔다 출수되어 온도가 상승한 물은 수열회수부(201b)로 전달된다. 수열회수부(201b)는 온도가 상승한 물의 열을 회수하여 열을 온수탱크(400a)의 물의 온도를 높이기 위해 사용한다. 수열회수부(201b)에서 열이 회수된 물은 냉수탱크(400b)로 전달된다. 물순환부(103)를 거친 물의 온도가 소정 레벨이 되지 않았다면 제어부(100)는 밸브부(203)의 동작을 제어하여 냉수탱크(400b)로 바로 전달되도록 할 수도 있다. 이를 위해 물순환부(103)의 출구단에는 물의 온도를 측정하기 위한 센서가 마련될 수 있다.

식물공장(10) 내부에는 물순환부(103)를 랙을 향하는 방향으로 바람을 생성하여 제공하는 팬이 복수개가 마련될 수 있다. 팬은 식물공장(10) 내부의 공기를 순환시키는 역할을 한다. 팬이 동작함에 따라 물순환부(103)를 순환하는 물의 열 또는 냉기가 식물공장(10) 내부로 효율적으로 전파될 수 있다.

열회수부(201)는 물 또는 공기의 열을 흡수하도록 구성된다. 열회수부(201)는 열을 흡수하여 온수탱크(400a)로 전달하도록 구성될 수 있다. 열회수부(201)는 식물랙(102)에서 배출되는 공기에서 열을 회수하는 공기열회수부(201)와 순환되는 물에서 열을 회수하는 수열회수부(201b)를 포함한다. 공기열회수부(201)와 수열회수부(201b)는 효율이 일반 보일러 또는 칠러의 2.5배가 된다. 이를 위해 열회수부(201)는 히트펌프를 포함할 수 있다. 히트펌프는 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 고온의 열원을 저온으로 전달하는 장치이다. 본 실시예에서 히트펌프는 식물랙(102)에서 배출되는 배기의 열을 흡수하거나 식물공장(10)의 물순환부(103)를 통과한 순환수의 열을 흡수하도록 구성된다. 히트펌프는 흡수한 열을 온수탱크(400a)로 전달한다. 열이 흡수된 순환수는 냉수탱크(400b)로 전달된다. 이를 위해 열회수부(201)는 내기배출부(104b), 물저장부(400), 공조기(300)와 배관을 통해 연결될 수 있다.

공기열회수부(201)는 공기포집챔버(200) 내부에 마련될 수 있다. 공조기(300)는 식물공장(10) 내부의 공기를 공기포집챔버(200)로 전달한다. 공기포집챔버(200)에 마련된 공기열회수부(201)는 전달받은 식물공장(10) 내부의 공기에서 열을 회수한다. 공기열회수부(201)는 열을 회수한 공기를 외부배관(110)을 통해 배출한다. 배출된 공기는 제1외부건물(20)과 제2외부건물(30)로 전달된다. 이때 공기에는 산소(O₂)가 많아 사무공간, 숙소공간 등에서 유용하게 사용될 수 있다. 특히 공기의 열을 회수한 상태로서 외부건물(20, 30)들의 내부 온도를 에어컨 등의 추가 전기소모 없이 낮추고 싶을 때 효율적이다.

차단부(108)는 예컨대 공기포집챔버(200)의 배출구를 선택적으로 차단하는 제1, 제2차단부(108a, 108b), 외부배관(110)의 제1외부건물(20)로 전달되는 경로를 선택적으로 차단하는 제3차단부(108c), 외부배관(110)의 제2외부건물(30)로 전달되는 경로를 선택적으로 차단하는 제4차단부(108d), 외부배관(110)의 외부배출구를 선택적으로 차단하는 제5차단부(108e)를 포함할 수 있다. 차단부(108)는 댐퍼(damper)를 포함할 수 있다.

예컨대 공기열회수부(201)는 제어부(100)의 제어에 따라 온수탱크(400a)의 물의 온도가 소정 레벨 이상인 경우 식물공장(10) 내부 공기에서 열을 회수하는 동작을 수행하지 않을 수 있다. 공기포집챔버(200)는 공기열회수부(201)의 공기배출부가 공기포집챔버(200) 외부로의 배관이 직접적으로 연결되어 있어 공기열회수부(201)가 공기에서 열을 회수하여 배출하지 않으면 내부에 공기가 쌓이도록 구성된다. 이때 공기포집챔버(200) 내부에 공기가 지나치게 많이 들어오면 공기포집챔버(200) 내부압력이 높아진다. 이를 방지하기 위해 공기포집챔버(200) 외부로 공기가 배출되도록 배출구가 마련된다. 배출구는 제1차단부(108a) 및 제2차단부(108b)에 의해 선택적으로 차단될 수 있다.

다른예로서, 제어부(100)는 제1외부건물(20) 또는 제2외부건물(30)의 온도가 높은 경우 제3차단부(108c) 또는 제4차단부(108d)를 오픈할 수 있다. 제어부(100)는 만약 제1외부건물(20)과 제2외부건물(30)의 온도가 모두 소정 레벨 이하라면 제3차단부(108c)와 제4차단부(108d)를 제어하여 경로를 차단하고, 제5차단부(108e)를 오픈하도록 제어할 수도 있다. 제어부(100)는 센싱된 외부건물(20, 30)들의 온도뿐 아니라 사용자의 제어에 따라서 이러한 동작을 취할 수도 있다. 나아가, 차단부(108)는 필요에 따라 전부 오픈되거나 차단되는 것이 아니라 단계별로 30%, 50%, 70% 순으로 오픈될 수도 있다.

전술한 바와 같이 제어부(100)는 공기포집챔버(200) 내부의 압력과 외부건물(20, 30도에 따라 차단부(108)들의 동작을 제어할 수 있다.

물저장부(400)는 물을 저장하고, 물순환부(103), 공조기(300) 또는 외부건물(20, 30)로 전달하도록 구성된다. 물저장부(400)는 온수탱크(400a)와 냉수탱크(400b)를 포함한다. 온수탱크(400a)와 냉수탱크(400b)는 다양한 온도의 물을 나누어 저장하도록 구성될 수 있다. 예컨대 물저장부(400)는 식물공장(10) 내부의 온도를 급격히 올리거나 내려야 할 필요가 있을 때 가장 높은 온도의 온수 또는 가장 낮은 온도의 냉수를 물순환부(103)나 공조기(300)로 공급할 수 있다. 제어부(100)는 식물공장(10) 내외부의 온도에 기초하여 어떤 온도의 물을 사용할 지 분석하고, 적절한 온도의 물을 공급하기 위해 물저장부(400)와 펌프부(109)의 동작을 제어할 수 있다. 물저장부(400)에 저장된 물은 펌프부(109)의 동작에 의해 물순환통로를 지나 물순환부(103)나 공조기(300)로 제공된다. 펌프부(109)는 물순환부(103)에 물을 제공하기 위한 제1펌프부(109a)와 공조기(300)에 물을 제공하기 위한 제2펌프부(109b)를 포함한다. 펌프부(109)의 동작은 제어부(100)에 의해 제어될 수 있다.

냉수탱크(400b)는 물순환부(103) 또는 공조기(300)로부터 전달된 물을 저장할 수 있다. 냉수탱크(400b)로는 수열회수부(201b)로부터 열이 흡수된 냉수가 전달된다. 냉수탱크(400b), 수열회수부(201b), 물순환부(103) 및 공조기(300)는 밸브부(203)를 통해 연결될 수 있다. 밸브부(203)는 3웨이밸브로 구성될 수 있다. 제어부(100)는 공조기(300) 또는 물순환부(103)로부터 출수된 물의 온도에 따라 밸브부(203)의 동작을 제어할 수 있다. 이를 위해 출수된 물의 온도를 감지하기 위한 센서부(101)가 물순환통로에 마련될 수 있다. 예컨대 제어부(100)는 물의 온도가 소정 레벨 이상이면 수열회수부(201b)로 물이 전달되도록 밸브부(203)를 제어하고, 물의 온도가 소정 레벨 이하이면 냉수탱크(400b)로 물이 전달되도록 밸브부(203)를 제어할 수 있다.

공조기(300)는 식물공장(10) 실내의 공기를 외부의 새 공기로 환기시켜주도록 구성된다. 공조기(300)는 식물공장(10) 실내의 공기를 공기포집챔버(200)로 전달하도록 구성된다. 공조기는 공조 방식에 따라 중앙식 공조기, 공장조립형 공조기, 멀티존 공조기 등으로 분류된다. 본 발명에 따른 공조기(300)는 내부에 가습부(301)를 포함할 수 있다. 가습부(301)는 소정의 물을 저장하고 있다가 제어부(100)의 제어에 따라서 물을 무화하거나 미립화하여 식물공장(10) 내부로 전달되는 공기에 제공할 수 있다. 가습부(301)의 물은 물저장부(400)로부터 공급받을 수 있다. 이를 위해 물저장부(400)와 가습부(301)는 배관으로 서로 연결되며, 물저장부(400)는 필요한 온도의 물을 가습부(301)로 전달하도록 구성된다. 제어부(100)는 식물공장(10) 내부의 습도가 떨어졌다고 판단되면 가습부(301)가 동작하도록 제어할 수 있다. 또한 제어부(100)는 식물공장(10) 내부의 온도에 따라 가습부(301)로 전달되는 물의 온도를 조절하도록 물저장부(400)와 펌프부(109)를 제어할 수도 있다.

센서부(101)는 식물공장(10) 내외부 온습도, 공기포집챔버(200) 내부의 압력, 각 외부건물(20, 30)의 온도, 각 식물랙(102) 별 온습도, 물순환부(103) 및 공조기(300)에서 배출되는 물의 온도 배기통로를 흐르는 공기의 온도 등 다양한 정보를 센싱하도록 구성된다. 센서부(101)는 이들을 측정하기 위한 복수개의 센서의 집합을 의미한다.

제어부(100) 본 발명에 다른 식물공장 시스템(1)의 제반 구성들이 동작하기 위한 제어를 수행한다. 제어부(100)는 제어서버일 수도 있다. 제어부(100)에는 이러한 제어 동작들을 수행할 수 있도록 하는 제어프로그램과, 제어프로그램이 설치되는 비휘발성의 메모리, 설치된 제어프로그램의 적어도 일부가 로드되는 휘발성의 메모리 및 로드된 제어프로그램을 실행하는 적어도 하나의 마이크로프로세서 혹은 CPU(Central Processing Unit)를 포함할 수 있다. 제어프로그램은, BIOS, 디바이스드라이버, 운영체계, 펌웨어, 플랫폼 및 응용프로그램(어플리케이션) 중 적어도 하나의 형태로 구현되는 프로그램(들)을 포함할 수 있다. 하나의 실시예로서, 응용프로그램은, 제어부(100)의 제조 시에 제어부(100)에 미리 설치 또는 저장되거나, 혹은 추후 사용 시에 외부로부터 응용프로그램의 데이터를 수신하여 수신된 데이터에 기초하여 제어부(100)에 설치될 수 있다. 응용프로그램의 데이터는 예컨대, 어플리케이션 마켓과 같은 외부서버로부터 제어부(100)로 다운로드 될 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어부(100)는 센서부(101)로부터 수신되는 다양한 정보에 기초하여 식물공장 시스템(1)의 각 구성요소를 제어하도록 구성된다. 제어부(100)는 하나의 장치인 것처럼 도시되나 각 장치의 기능을 수행하기 위한 프로세서들의 집합으로 이해될 수도 있다.

제어부(100)는 식물공장(10) 내부의 온습도를 맞추기 위해 물저장부(400), 펌프부(109), 공조기(300)의 동작을 제어하도록 구성된다. 예컨대 식물공장(10) 내부의 온도가 높거나 낮은 경우 맞는 온도의 물이 물순환부(103)로 전달되도록 물저장부(400)와 제1펌프부(109a)를 제어한다. 제어부(100)는 식물공장(10) 내부의 습도가 낮은 경우 가습부(301)가 동작하도록 제어하며 필요한 경우 필요한 온도의 물이 가습부(301)로 전달되도록 물저장부(400)와 제2펌프부(109b)를 제어할 수 있다.

제어부(100)는 열회수부(201)의 동작을 또한 제어한다. 제어부(100)는 온수탱크(400a)의 온수가 소정레벨 이하인 경우 공기열회수부(201)가 식물공장(10) 내부의 공기로부터 열을 회수하여 온수탱크(400a)로 전달하도록 공기열회수부(201)의 동작을 제어한다.

제어부(100)는 물순환부(103) 또는 가습부(301)를 거친 물의 온도가 소정 레벨 이상인 경우 물이 수열회수부(201b)로 전달되도록 밸브부(203)의 동작을 제어할 수도 있다.

또한, 제어부(100)는 공기포집챔버(200), 외부건물(20, 30)들의 상태에 따라 차단부(108)의 동작을 제어할 수도 있다. 이에 대해서는 상술한바 있어 생략한다.

본 발명에 따른 식물공장 시스템(1)에는 필요에 따라 보조적으로 동작하는 보일러, 칠러, 잉여한 열을 저장하기 위한 보조온수탱크 등이 마련될 수 있다. 특히 보조온수탱크의 경우 온수탱크(400a)의 온도가 소정레벨이 넘으면 공기열회수부(201)나 수열회수부(201b)가 보조온수탱크로 열을 전달하도록 구성될 수 있다. 보조온수탱크는 온수탱크(400a)가 필요한 경우 열을 온수탱크(400a)로 전달하는 역할을 수행할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 다른 IOT가 적용된 식물공장 시스템(1)은 IOT가 적용될 수 있다. 이를 위해 제어부(100)와 사용자단말은 통신네트워크를 통해 연결되어 서로 정보와 제어신호를 주고받을 수 있다.

제어부(100)는 센서부(101)를 통해 수신되는 정보와, 현태 식물공장 시스템(1)의 운영상태에 대한 정보를 사용자단말로 전달하고, 사용자단말로부터 수신되는 제어신호에 기초하여 식물공장 시스템(1)의 구성들을 제어할 수 있다.

제어부(100)는 식물공장(10)의 상태와 이에 기초하여 제공되는 다양한 조치내용들을 기록하고, 보고서형태로 작성하여 사용자단말로 제공하는 등 동작을 취할 수도 있다. 보고서는 제어부(100)가 이상상태에 대응하여 취한 조치, 시간에 따른 식물공장(10) 내부 온습도 변경점, 식물의 생장상태, 온수 및 냉수사용량, 전력 사용량 등 다양한 내용을 포함할 수 있다.

사용자단말은 사용에게 제어부(100)를 통해 수신되는 다양한 정보와 인터페이스를 제공하며, 인터페이스를 통해 입력되는 사용자 명령을 제어부(100)로 전달하는 역할을 수행한다. 예컨대 물저장부(400), 펌프부(109), 밸브부(203) 등 다양한 차단부(108)와 같은 구성이 직접 제어될 수 있다.

1 - 식물공장 시스템
10 - 식물공장
100 - 제어부
101 - 센서부
102 - 식물랙
103 - 물순환부
104a - 외기인입부
104b - 내기배출부
108 - 차단부
200 - 공기 포집 챔버
201 - 열회수부
203 - 밸브부
300 - 공조기
301 - 가습부
400 - 물저장부

Claims

식물공장에 있어서,
상기 식물공장 내외부와 상기 식물공장의 외부에 위치한 외부건물들 내외부의 다양한 상태정보를 센싱하도록 구성되는 센서부;
내부에 온수 또는 냉수를 저장하도록 구성되는 물저장부;
복수의 식물을 수용하며 식물에 광을 제공하는 광원을 포함하는 식물랙;
물이 순환하기 위한 코일이 내부에 마련되며, 상기 물저장부와 배관으로 연결되어 상기 물저장부로부터 공급된 물이 상기 식물공장 내부를 순환되도록 구성되는 물순환부;
상기 식물공장으로 외기를 제공하고, 상기 식물랙에서 배출되는 배기를 공기포집챔버로 전달하도록 구성되는 공조기;
상기 공조기를 통해 전달되는 상기 배기를 수집하고, 외부배관을 통해 외부건물들로 배출하도록 구성되는 공기포집챔버;
상기 물저장부 및 상기 물순환부와 연결되며, 상기 물순환부에서 출수되는 물로부터 열을 회수하여 상기 물저장부로 전달하도록 구성되는 수열회수부;
상기 물저장부에 저장된 물이 상기 물순환부로 전달되도록 구성되는 펌프부; 및
상기 센서부에서 측정되는 상기 식물공장 내부 온도에 기초하여 상기 물저장부에서 온수 또는 냉수가 상기 물순환부로 전달되도록 상기 펌프부의 동작을 제어하도록 구성되는 제어부를 포함하고,
상기 공기포집챔버는,
상기 공조기를 통해 전달되는 상기 배기의 공기열을 회수하여 상기 물저장부에 저장된 물의 온도를 상승시키도록 구성되며, 상기 공기열이 회수된 배기를 외부배관을 통해 배출하도록 구성되는 공기열회수부와
상기 공기포집챔버 및 상기 외부배관에 마련되어 상기 외부건물들로의 공기의 흐름을 선택적으로 개폐하도록 구성되는 차단부를 포함하며,
상기 제어부는 상기 센서부에서 측정되는 상기 외부건물들의 온도에 기초하여 온도가 높은 온도의 외부건물로 상기 열이 회수된 공기가 더 많이 배출되도록 상기 차단부의 개폐동작을 단계별로 제어하도록 구성되는 식물공장.
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제 1항에 있어서,
상기 물저장부, 상기 물순환부 및 상기 수열회수부는 물의 흐르는 방향을 제어하도록 구성되는 밸브부를 통해 연결되며,
상기 흐르는 물의 온도를 측정하기 위한 센서부가 상기 물순환부 출구단쪽에 구비되고,
상기 제어부는 센서부에서 측정되는 상기 물순환부에서 배출되는 물의 온도에 기초하여 상기 물순환부에서 배출되는 물이 상기 물저장부 또는 상기 수열회수부로 전달되도록 상기 밸브부의 동작을 제어하도록 구성되는 식물공장.
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