KR102124038B1 - 작물 재배 장치 - Google Patents

Abstract

작물 재배 장치가 개시된다. 개시된 작물 재배 장치는, 어류 서식을 위한 수조; 및 상기 수조 아래에 배치되며, 상기 수조로부터 유입되는 물을 배양액으로 하여 작물을 재배하는 복수의 재배모듈;을 포함하되, 상기 복수의 재배모듈을 거친 물은 상기 수조로 재유입되어 어류 서식에 이용될 수 있다.

Description

작물 재배 장치{A CROP CULTIVATION APPARATUS}

본 발명은 작물 재배 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 수족관과 작물재배 모듈이 구비된 캐비닛 형태의 작물 재배 장치에 관한 것이다.

작물이 농장에서 소비자에게 도달하기까지 글로벌 시장에서는 몇주에서 많게는 수개월이 소요되고, 국내 시장에서도 수일에서 수주가 소요된다. 유통과정이 긴 만큼 안전하고 신선한 음식이 소비자에게 제공하는 것을 담보하기 어렵다.

또한 소비자들은 여러 가지 화학적 방법으로 재배된 채소와 과일들을 먹고 있는데 이는 장기적으로 건강 이슈를 일으킨다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 가정 내에서 직접 작물을 재배할 수도 있다.

그러나, 현대화된 사회에서 작물 재배를 위한 공간 확보는 용이하지 않다. 비포장된 토지를 찾기도 어려우며 주거환경이 아파트를 선호하게 되면서 실내공간 자체도 협소하다.

가정 내에서도 적용할 수 있는 작물 재배 기술들이 기존에도 존재한다. 하이드로포닉(hydroponics), 아쿠아포닉(aquaponics), 에어로포닉(aeroponics), 포그포닉(fogponics) 등이 대표적이다.

하이드로포닉은 흙 없이 작물생육에 필요한 필수 원소를 그 흡수비율에 따라 적당한 농도로 용해시킨 배양액으로 작물을 재배하는 방식이다. 양액재배, 수경재배라 불리기도 하는 하이드로포닉은, 흙이 없으면 잡초나 해충이 자랄 수 있는 환경을 근본적으로 제거할 수 있으므로 제초제나 살충제를 쓰지 않을 수 있다. 이 방식은 허브나 꽃을 재배하는 데에 일반적으로 활용된다.

이러한 하이드로포닉에 아쿠아리움을 결합한 재배 방식이 아쿠아포닉이다. 아쿠아포닉은 자연의 순환을 베이스로 한다. 물고기가 배출하는 폐기물은 성장하는 식물에 대한 영양으로 제공하고, 식물은 물고기가 사는 물의 자연 필터를 제공한다. 가장 대중적인방식인 만큼 많은 DIY 설계들이 존재하기도 한다.

아쿠아포닉에서 한 단계 더 나아간 방식이 에어로포닉이다. 에어로포닉은 작물을 매달아놓고 물과 양분을 뿌리 쪽에 분무기로 뿜어주어서 재배하는 방식이다. 일명 분무식 재배방법이라고도 한다. 에어로포닉은 콩과식물을 재배하는 데에 많이 활용된다. 공중에 매달아 놓음으로써 뿌리에 산소를 충분히 공급할 수 있어서 아쿠아포닉의 단점인 물 속에 잠겨있는 뿌리 부분에 산소가 부족하여 제대로 영양분이 공급되지 않는 문제점을 해결할 수 있다. 따라사 다른 재배법에 비해 작물의 생육이 빠르고 열매도 다량으로 생산할 수 있다. 수조에 물을 담지 않아도 되므로 적은 양의 수액과 영양분만으로도 재배가 가능하다.

다만, 고압으로 물과 영양분을 분무해야 하므로 초기 시설비가 많이 소요된다. 뿌리가 항상 공기에 노출되어 있어 외부 온도에 따라 뿌리 온도도 자주 변하기 때문에 조절이 어렵기도 하다. 또한 물과 영양분을 분무하는 노즐이 막히게 되었을 때 이를 보수하는 데에 상당한 비용과 노력이 들기도 하다.

포그포닉은 가장 최신 기술로서, 공중에 매달린 식물 뿌리에 영양분과 산소를 전달하기 위해 수증기화된 양액을 사용한다. 수경재배의 일종이기도 한데, 담액방식의 하이드로포닉이나, 분사방식의 에어로포닉과 달리, 안개연무기를 이용한 방식이다. 초음파 미스트 발생기를 이용하여 양액이 수마이크로미터 단위의 입자들로 수증기화되어 식물에 공급된다.

상술한 기존의 기술들은 각각 별개로 구성되어 있었고 따로 운영함에 따른 여러 가지 비용 및 시간 측면에서 불리한 점을 갖고 있었다.

아쿠아포닉이 그나마 수족관과 수경재배를 결합하였다는 점에서 운영의 효율성을 추구하긴 하지만 다른 재배 기술들과 융합된 것은 여전히 아니며, 재배 기술들을 일체화하기 위한 연구는 매우 부족한 실정이다.

본 발명의 발명자는 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 오랫동안 연구하고 시행착오를 거친 끝에 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명과 관련된 선행기술로는 등록특허공보 제10-1813598호(발명의 명칭: 양어 연계형 채소재배 시스템 및 그의 운용 방법)가 있다.

본 발명의 실시예는 수족관과 여러 작물 재배 방식이 일체화된 캐비닛 형태의 작물 재배 장치를 제공한다.

한편, 본 발명의 명시되지 않은 또 다른 목적들은 하기의 상세한 설명 및 그 효과로부터 용이하게 추론할 수 있는 범위 내에서 추가적으로 고려될 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 작물 재배 장치는, 어류 서식을 위한 수조; 및 상기 수조 아래에 배치되며, 상기 수조로부터 유입되는 물을 배양액으로 하여 작물을 재배하는 복수의 재배모듈;을 포함하되, 상기 복수의 재배모듈을 거친 물은 상기 수조로 재유입되어 어류 서식에 이용될 수 있다.

상기 복수의 재배모듈은, 버티컬파밍 방식의 재배모듈, 에어로포닉 방식의 재배모듈, 포그포닉 방식의 재배모듈 및 하이드로포닉 방식의 재배모듈 중 2 이상을 포함할 수 있다.

상기 수조와, 상기 복수의 재배모듈 중 상기 수조 바로 아래에 배치되는 제1 재배모듈을 연결하여 이들간 물을 이송하는 제1 유출라인; 상기 제1 재배모듈과, 상기 복수의 재배모듈 중 상기 제1 재배모듈 바로 아래에 배치되는 제2 재배모듈을 연결하여 이들간 물을 이송하는 제2 유출라인; 및 상기 제2 재배모듈과 상기 수조를 연결하여 이들간 물을 이송하는 순환라인;을 더 포함할 수 있다.

상기 제2 재배모듈 바로 아래에 배치되는 순환부;를 더 포함하되, 상기 순환라인은, 상기 제2 재배모듈과 상기 순환부를 연결하여 이들간 물을 이송하는 제1 순환라인; 및 상기 순환부와 상기 수조를 연결하여 이들간 물을 이송하는 제2 순환라인;을 포함할 수 있다.

상기 순환부는, 상기 복수의 재배모듈을 거친 물을 상기 수조로 유입시키는 펌프;를 더 포함할 수 있다.

상기 펌프는 상기 순환라인상에 배치될 수 있다.

외부로부터 물을 유입받는 유입라인;을 더 포함하되, 상기 펌프는 상기 유입라인으로부터 유입된 물을 상기 복수의 재배모듈을 거친 물과 함께 상기 수조로 유입시킬 수 있다.

상기 수조의 수위를 감지하는 감지부;를 더 포함하되, 상기 감지 결과 기준치를 미달하는 경우 상기 유입라인에 배치된 밸브의 개폐에 따라 상기 유입라인을 통해 외부로부터 물이 유입될 수 있다.

상기 수조와, 상기 복수의 재배모듈 중 상기 수조 바로 아래에 배치되는 제1 재배모듈을 연결하여 이들간 물을 이송하는 제1 유출라인; 상기 제1 재배모듈과, 상기 복수의 재배모듈 중 상기 제1 재배모듈 바로 아래에 배치되는 제2 재배모듈을 연결하여 이들간 물을 이송하는 제2 유출라인; 상기 제2 재배모듈과, 상기 복수의 재배모듈 중 상기 제2 재배모듈 바로 아래에 배치되는 제3 재배모듈을 연결하여 이들간 물을 이송하는 제3 유출라인; 및 상기 제3 재배모듈과, 상기 수조를 연결하여 이들간 물을 이송하는 순환라인;을 더 포함할 수 있다.

본 기술은 수족관과 여러 작물 재배 방식이 일체화된 캐비닛 형태의 작물 재배 장치를 제공할 수 있다.

또한 본 기술은 하나의 수족관에 여러 재배 방식들을 결합할 수 있는 최적의 설계를 제공할 수 있다.

또한 본 기술은 장치 운용에 필요한 전력 소모를 최소화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 작물 재배 장치가 운용되는 개략적인 상태를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 작물 재배 장치의 상세한 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 도 2의 A부분에 대한 확대도로서, 재배모듈들과 유출라인들의 연결관계를 상세하게 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 작물 재배 장치의 상세한 구성을 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 작물 재배 장치의 상세한 구성을 도시하는 도면이다.
첨부된 도면은 본 발명의 기술사상에 대한 이해를 위하여 참조로서 예시된 것임을 밝히며, 그것에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되지는 아니한다.

이하에서는, 본 발명의 가장 바람직한 실시예가 설명된다. 도면에 있어서, 두께와 간격은 설명의 편의를 위하여 표현된 것이며, 실제 물리적 두께에 비해 과장되어 도시될 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지와 무관한 공지의 구성은 생략될 수 있다. 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 작물 재배 장치(100)가 운용되는 개략적인 상태를 도시한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 작물 재배 장치(100)는 맨 위에 배치되는 수조(110)와, 수조 아래로 배치되는 여러 재배모듈들(120a, 120b, 130, 140)을 포함한다.

도면에서는 수조 아래에 제1 재배모듈들(120a, 120b), 제1 재배모듈들 아래에 제2 재배모듈(130) 및 제2 재배모듈 아래에 제3 재배모듈(140)이 배치된다.

본 발명의 실시예에 따른 작물 재배 장치(100)는 실내에 놓여져 친환경 방식으로 작물을 재배 및 사용자가 수확할 수 있도록 한다. 마치 냉장고처럼 주방이나 베란다에 설치하고 실내 유휴 공간을 활용한 작물 재배 환경이 제공될 수 있도록 한다.

이에, 작물이 소비자에게 도달하는 과정을 투명하게 하고, 직접 재배한 안전하고 신선한 작물을 사용자에게 제공할 수 있다. 기존에 작물이 농장에서 소비자에게 도달하기까지의 유통과정을 획기적으로 줄일 수 있다.

수조(110)는 물고기들의 서식을 위한 환경을 제공한다. 수조는 실내용 수족관일 수 있다.

상술한 바와 같이 작물 재배 장치가 실내에 놓여지므로, 수조(110)는 수족관처럼 외부면들이 유리와 같은 투명재질로 형성될 수 있고, 내부에 서식하는 물고기들도 관상어일 수 있다. 본 발명이 관상어에 한정되는 것은 아니다. 그리고 수조 속 물고기들이 배출한 배설물들은 수조의 아래로 배치되는 재배 작물들을 위한 양분으로 제공된다.

수조(110)에 채워진 물과 함께 양분이 배양액으로써 재배 작물들에게 제공된다. 재배모듈들에 놓여진 작물들은 이를 이용하여 생육된다.

수조로부터 배출된 물은 물고기들의 배설물들을 기초로하는 양분을 포함하고 있으므로, 이하에서 배양액으로 참조하기로 한다. 즉, 수조로부터 배양액이 배출되어 그 아래에 배치되는 재배모듈들에 순차로 공급된다.

먼저, 수조 바로 아래에 배치된 제1 재배모듈들(120a, 120b)은 수조로부터 배출된 배양액을 이용하여 그 안에 놓여진 작물을 생장시킨다.

제1 재배모듈들 중 좌측의 재배모듈(120a)은 버티컬파밍(vertical farming) 방식의 재배모듈일 수 있다. 버티컬파밍 방식에 적합한 여러 식물들이 재배될 수 있다. 도면에서는 브로콜리나 돌나물과 같이 키가 작은 식물이 도시되었지만, 이에 한정되지 않고 버티컬파밍 방식이 가능한 다른 식물이 재배될 수도 있다.

작물은 수조(110)로부터 재배모듈(120a)로 물을 유입시키는 수직 구조의 배관을 따라 놓여져 재배모듈(120a) 안에 위치할 수 있다. 예를 들어, 수직 구조의 배관을 따라 홈이 형성되고, 그 홈에 식재된 작물이 배관으로 유입된 배양액으로부터 생장에 필요한 수분과 영양분을 공급받는다.

제1 재배모듈들 중 우측의 재배모듈(120b)은 에어로포닉 방식의 재배모듈일 수 있다. 에어로포닉 재배 방식에 적합한 콩과식물이 재배모듈(120b)에서 생장되는 것으로 도시된다. 그러나, 이에 한정되지 않고 에어로포닉 재배가 가능한 다른 식물이 재배될 수도 있다.

작물은 거치대(미도시)에 놓여져 재배모듈(120b) 안에 위치할 수 있다. 예를 들어, 거치대가 재배모듈의 바닥으로부터 일정 높이에 장착되고, 이러한 거치대에 놓여진 작물은 뿌리 부분이 공기 중에 노출된 상태로써 재배모듈 공간 내 분무된 양액으로부터 생장에 필요한 수분과 영양분을 공급받는다.

제1 재배모듈들이 120a로 참조된 것과 120b로 참조된 것으로 총 2개로 도시되고 있으나 본 발명이 개수에 한정되지 않는다. 도면에 도시된 것처럼 좌우 2단으로 분리된 구조는 키가 큰 식물을 재배하기 적합한 공간을 제공할 수 있다. 또한 수직으로 긴 공간을 확보할 수 있으므로 배관을 따라 작물을 세로로 배치한 버티컬파밍 방식에 적합하다.

다음으로, 제1 재배모듈 아래에 배치된 제2 재배모듈(130)은 배양액을 이용하여 그 안에 놓여진 작물을 생장시킨다. 배양액은 제1 재배모듈을 거친 후의 배양액일 수 있다.

제2 재배모듈은 포그포닉 방식의 재배모듈일 수 있다. 포그포닉 방식에 적합한 상추와 같은 채소가 제2 재배모듈에서 생장되는 것으로 도시되지만, 이에 한정되지 않고 포그포닉 재배가 가능한 다른 식물이 재배될 수도 있다.

작물은 거치대(미도시)에 놓여져 제2 재배모듈 안에 위치할 수 있다. 예를 들어, 거치대가 제2 재배모듈의 바닥으로부터 일정 높이에 장착되고, 이러한 거치대에 놓여진 작물은 뿌리 부분이 공기 중에 노출된 상태로써 제2 재배모듈 공간 내 수증기화된 양액으로부터 생장에 필요한 수분과 영양분을 공급받게 된다.

그리고, 제2 재배모듈 아래에 배치된 제3 재배모듈(140)은 배양액을 이용하여 그 안에 놓여진 작물을 생장시킨다. 배양액은 제1 및 제2 재배모듈을 거친 후의 배양액일 수 있다.

제3 재배모듈은 하이드로포닉 방식의 재배모듈일 수 있다. 하이드로포닉 방식에 적합한 허브가 제3 재배모듈에서 생장되는 것으로 도시되지만, 이에 한정되지 않고 하이드로포닉 재배가 가능한 다양한 식물이 적용될 수 있다.

이때에도, 작물은 거치대(미도시)에 놓여져 제3 재배모듈 안에 위치할 수 있다. 예를 들어, 거치대가 제3 재배모듈의 바닥으로부터 일정 높이에 장착되고, 이러한 거치대에 놓여진 작물은 뿌리 부분이 배양액에 잠긴 상태로써 제3 재배모듈 내에 채워진 양액으로부터 생장에 필요한 수분과 영양분을 공급받는다.

본 발명의 실시예에 따르면, 맨 위에 배치된 수조로부터 배출된 배양액은 중력 방향으로 이동하면서 제1 내지 제3 재배모듈들에 순차로 공급된다. 그리고, 이용을 마친 배양액은 재배모듈들의 식물들에 의해 정화된 상태로써, 다시 수조로 순환되어 물고기의 생장에 활용된다. 이러한 수조로부터 다시 물이 재배모듈들로 유출되고 수조로 재유입되는 과정은 반복될 수 있다.

마치, 기존의 아쿠아포닉 재배 방식이 하나의 수족관에 대해 하나의 재배 방식에 국한되었다면, 본 발명의 실시예에 따른 작물 재배 장치에서는 하나의 수족관에 대해 여러 재배 방식이 융합된 신규한 확장 구조를 갖는다.

본 발명의 실시예에 따르면, 여러 재배 방식들이 일체화됨으로써 재배 장치 설계의 간소화 및 운전 에너지 절감을 가능하게 한다. 또한 실내에 냉장고와 같이 설치되어 수족관을 통해 관상용으로 활용됨과 동시에 그 아래로 배치되는 재배모듈을 통해 사용자에게 수확의 즐거움을 제공한다. 이하 도 2 내지 도 5를 참조하여 수조와 여러 재배모듈들간 연결 구조를 보다 상세히 살펴본다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 작물 재배 장치(100)의 구성을 보다 상세하게 도시하는 도면이다. 설명의 편의를 위해, 도 1에서 도시된 물고기와 작물 없이 도시한다.

도 2를 참조하면, 수조(110)와 좌측의 제1 재배모듈(120a)을 연결하는 제1 유출라인(Lo1), 제1 재배모듈들(120a, 120b)과 제2 재배모듈(130)을 연결하는 제2 유출라인(Lo2a, Lo2b), 제2 재배모듈(130)과 제3 재배모듈(140)을 연결하는 제3 유출라인(Lo3), 및 제3 재배모듈(140)과 수조(110)를 연결하는 순환라인(Lc1, Lc2)을 포함한다.

작물 재배 장치는 제3 재배모듈(140) 아래로 배치되는 순환부(150)를 더 포함할 수 있다. 그래서, 순환라인(Lc1, Lc2)은 제3 재배모듈(140)과 순환부(150)를 연결하는 라인(Lc1)과 순환부(150)와 수조(110)를 연결하는 라인(Lc2)을 포함할 수 있다. 각각 제1 순환라인(Lc1), 제2 순환라인(Lc2)이라 한다.

설명의 편의를 위해, 도면부호 Lo2a와 Lo2b를 Lo2로 참조할 수 있다. 도면부호 120a와 120b를 120으로 참조할 수 있다. 그리고, 도면부호 Lc1과 Lc2를 Lc로 참조할 수 있다.

라인들(Lo1, Lo2a, Lo2b, Lo3, Lc1, Lc2) 중 몇몇은 설명의 편의를 위해, 수조나 재배모듈들로부터 이격된 것으로 도시되고 있으나(예를 들어, Lo2a, Lo2b, Lo3, Lc1, Lc2), 이에 한정되지 않고 수조나 재배모듈들의 측면에 임베디드된 타입이나 밀착형으로 설치될 수도 있다.

또한, 좌측의 제1 재배모듈(120a)과 수조(110)를 연결하는 제1 유출라인(Lo1)이 2개의 수직 배관으로 도시되고 있으나, 개수에 한정되지 않으며, 설치된 규모의 버티컬파밍에 필요한 적정 개수로 구비될 수 있다.

또한, 우측의 제1 재배모듈(120b)과 수조(110)를 연결하는 라인은 별도로 도시되지 않고 제1 재배모듈(120b)의 천장에 마련된 스크링쿨러와 같은 분사부(S)를 통해 수조로부터 제1 재배모듈(120b)로 직접 배양액이 유입되는 것으로 도시되고 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않으며, 제1 재배모듈(120b)에도 제1 유출라인(Lo1)과 같은 배관이 설치될 수도 있다. 예를 들어, 제1 재배모듈(120b)의 천장 부분에 임베디드 타입이나 부착형으로 수평 배관(미도시)이 설치되고 이러한 배관상에 마련된 분사부(S)를 통해 배양액이 수조(110)로부터 제1 재배모듈(120b)로 유입될 수도 있다.

좌측의 제1 재배모듈을 수직 배관 방식, 우측의 제1 재배모듈을 수평 배관 방식으로 참조하기로 한다.

도면에서는 제1 재배모듈을 좌측의 수직 배관 방식의 재배모듈(120a)과, 우측의 수평 배관 방식의 재배모듈(120b), 총 2개로 구비되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고, 제1 재배모듈은 좌측 방식 하나로만 구성될 수도 있고, 우측 방식 하나로만 구성될 수도 있다.

본 발명의 실시예에 따른 각 라인들(Lo1, Lo2a, Lo2b, Lo3, Lc1, Lc2)은 배양액이 흐를 수 있는 배관 형태로 구성될 수 있다. 배양액에 대한 내구성과 유체의 내압을 버틸 수 있는 견고한 재질로 형성될 수 있다. 스테인리스강이나 플라스틱 재질이 적용될 수 있다.

먼저, 수조(110)로부터 물(W)(즉, 배양액)이 제1 유출라인(Lo1)을 통해 좌측의 제1 재배모듈(120a)로 유출된다. 수조(110)로부터 좌측의 제1 재배모듈(120a)로 배양액의 유출 방향이 도면에서 F1a로 참조된다.

버티컬파밍 방식의 제1 재배모듈(120a)은 제1 유출라인을 통해 유입된 배양액을 제1 유출라인상에 마련된 홈들(H)을 통해 작물에 공급할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 홈들(H)은 수직 방향으로 배열되는 제1 유출라인(Lo1)의 길이 방향을 따라 일정 간격으로 마련될 수 있다. 그리고 이러한 홈들(H)에 각각 작물이 거치됨으로써, 제1 유출라인 내의 배양액이 작물에 공급될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1 유출라인 내에 스폰지와 같은 배양액을 머금을 수 있는 부재가 구비될 수 있다. 즉, 작물이 홈을 통해 스폰지로 식재되면, 스폰지에 흡수된 물을 배양액으로 하여 작물이 생장될 수 있다.

이 단계에서 배양액의 유출은 능동적으로 이루어질 수 있다. 즉, 수조에 채워진 배양액이 배관(Lo1)을 따라 중력에 의해 스스로 아래로 유출되는 방식이다.

다음으로, 수조(110)로부터 배양액은 우측의 제1 재배모듈(120b)로도 유출된다. 수조(110)로부터 제1 재배모듈(120b)로 배양액의 유출 방향이 도면에서 F1b로 참조된다.

에어로포닉 방식의 제1 재배모듈(120b)은 수조(110)로부터 유입된 배양액을 분사부(S)를 통해 공간 내로 분무한다. 분무된 배양액이 작물에 공급될 수 있다.

이 단계에서 이루어지는 배양액의 유출은 수동적으로 이루어질 수 있다. 즉, 분사부(S)를 통해 수조에 채워진 물이 외력에 의해 공간 내로 분사되는 것이다.

이후, 각각의 제1 재배모듈들(120a, 120b)로 유입된 배양액은 작물들로 공급된 후 바닥에 모여지고, 제2 유출라인(Lo2a, Lo2b)를 통해 제2 재배모듈로 유출된다.

구체적으로, 좌측의 제1 재배모듈(120a)로부터 배양액이 제2 유출라인(Lo2a)을 통해 제2 재배모듈(130)로 유출된다. 그 유출 방향이 도면에서 F2a로 참조된다.

그리고, 우측의 제1 재배모듈(120b)로부터 배양액이 제2 유출라인(Lo2b)을 통해 제2 재배모듈(130)로 유출된다. 그 유출 방향이 도면에서 F2b로 참조된다.

이 단계에서 배양액의 유출은 능동적으로 이루어질 수 있다. 즉, 바닥에 일정 높이 이상으로 채워진 배양액이 배관(Lo2)을 따라 중력에 의해 스스로 아래로 유출되는 방식이다.

따라서, 배관(Lo2)은 모듈 내 채워져야할 배양액의 수위를 고려하여 적정 높이에 설치될 수 있다.

예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 재배모듈(120b) 내에 유지될 배양액의 수위가 l1인 경우, 이 높이에 상응하는 위치 h1에 제2 유출라인(Lo2b)의 유입구(I_Lo2b)가 설치될 수 있다. 상기 제2 유출라인(Lo2b)은 물이 흐를 수 있는 배관으로 구성되고, 제2 유출라인(Lo2b) 중 제1 재배모듈(120b)과 연결되는 배관의 유입구는, 제1 재배모듈(120b) 내 채워져야할 물의 수위를 고려하여 제1 재배모듈(120b)의 바닥으로부터 기설정된 높이에 설치될 수 있다. 일례로, 바닥으로부터 3cm 높이까지만 배양액이 채워지도록 하는 경우, 배관의 단부(즉, 유입구)도 바닥으로부터 3.5cm 높이에 마련될 수 있다. 반대쪽 단부(즉, 배출구(O_Lo2b))는 아래 모듈로 배양액을 흘려보내는 데에 관여하므로, 아래 모듈의 제3 유출라인(Lo3)보다 높은 위치에 마련되면 충분하다. 좌측의 배관(Lo2a)에 대해서도 동일한 설명이 적용될 수 있다.

포그포닉 방식의 제2 재배모듈(130)은 제2 유출라인들(Lo2a, Lo2b)을 통해 유입된 배양액을 내부에 마련된 초음파 미스트 발생부(132)를 통해 수증기화 할 수 있다. 초음파 미스트 발생부는 제2 재배모듈 내에 채워진 배양액에 반쯤 잠긴 상태로 존재할 수 있다. 수증기화된 배양액이 도면에서 도면부호 V로 참조된다.

이후, 제2 재배모듈(130) 내에 유입된 배양액들 또는 증기화되어 작물로 공급된 후 바닥에 모여진 배양액은 제3 유출라인(Lo3)을 통해 제3 재배모듈로 유출된다.

보다 상세하게, 제2 재배모듈(130)로부터 배양액이 제3 유출라인(Lo3)을 통해 제3 재배모듈(140)로 유출된다. 그 유출 방향이 도면에서 F3로 참조된다.

이 단계에서도 배양액의 유출은 능동적으로 이루어질 수 있다. 즉, 바닥에 일정 높이 이상으로 채워지는 배양액이 제3 유출라인(Lo3)을 따라 중력에 의해 스스로 아래로 유출되는 방식이다.

따라서, 제3 유출라인(Lo3)은 모듈 내 채워져야할 배양액의 수위를 고려하여 적정 높이에 설치될 수 있다.

예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 재배모듈 내에 유지될 배양액의 수위가 l2인 경우, 이 높이에 상응하는 위치 h2에 제3 유출라인(Lo3)의 유입구(I_Lo3)가 설치될 수 있다. 일례로, 바닥으로부터 5cm 높이까지만 배양액이 채워지도록 하는 경우, 배관의 단부(즉, 유입구)도 바닥으로부터 5.5cm 높이에 마련될 수 있다. 반대쪽 단부(즉, 배출구(O_Lo3))는 아래 모듈로 배양액을 흘려보내는 데에 관여하므로, 아래 모듈의 배관(Lc1)보다 높은 위치에 마련되면 충분하다.

하이드로포닉 방식의 제3 재배모듈(140)에서는 제3 유출라인(Lo3)을 통해 유입된 배양액이 담액 방식으로 내부 작물에 수분과 영양분을 제공한다.

이후, 바닥에 일정 높이 이상으로 채워지는 배양액이 다시 그 아래에 배치되는 순환부(150)로 유출되고, 순환부에 마련되는 펌프(P)에 의해 수조(110)로 재유입될 수 있다. 순환부로 유출 방향이 도면에서 F4로 참조되고, 수조로 재유입 방향이 도면에서 F5로 참조된다.

이 단계에서도 배양액의 유출은 능동적으로 이루어질 수 있다. 즉, 바닥에 일정 높이 이상으로 채워지는 배양액이 배관(Lc1)을 따라 중력에 의해 스스로 아래로 유출되는 방식이다.

따라서, 배관(Lc1)은 모듈 내 채워져야할 배양액의 수위를 고려하여 적정 높이에 설치될 수 있다.

예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 제3 재배모듈 내에 유지될 배양액의 수위가 l3인 경우, 이 높이에 상응하는 위치 h3에 배관(Lc1)의 유입구(I_Lc1)가 설치될 수 있다. 일례로, 바닥으로부터 6cm 높이까지만 배양액이 채워지도록 하는 경우, 배관의 단부(즉, 유입구)도 바닥으로부터 6.5cm 높이에 마련될 수 있다.

그리고 배양액의 수조로 재유입은 (전력이 소모되는) 수동적으로 이루어질 수 있다. 순환부에 모아진 배양액이 펌프에 의해 수조까지 위로 끌어올려진다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 작물 재배 장치에서는 배양액을 수조로부터 그 아래로 배열되는 여러 재배모듈들로 유입시킴에 있어서, 분사부(S)와 펌프(P)에서만 전력이 소모되어도 충분하다. 우측의 제1 재배모듈 내로 배양액을 유입시킬 때와 맨 아래에서 수조로 배양액을 끌어올릴 때에만 분사부 및 펌프 가동에 필요한 전력이 소모될 뿐, 좌측의 제1 재배모듈, 제2 재배모듈 및 제3 재배모듈로는 중력에 의해 저절로 물이 유입된다. 나아가 순환부로도 중력에 의해 저절로 물이 유입된다.

또한 수조에는 물고기 서식을 위해 충분한 양의 물이 들어있으므로 그 물의 자중에 의해 분사부(S)는 적은 전력으로도 충분한 양의 분사를 할 수 있다(우측의 제1 재배모듈(120b)의 수평 배관(미도시)에 물이 가득 차 있는 상황을 고려하면 된다).

또한 펌프(P)는 각 재배모듈들에서 배양액이 소모된 이후 가장 적은 양의 배양액을 위로 끌어올리기만 하면 되므로 역시 적은 전력으로 아래로부터 위로 물의 순환을 가능하게 한다.

한편, 재배모듈들 내에 생육되는 작물들은 배양액을 소모한다. 소모된 배양액은 다음과 같은 과정을 통해 보충될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 외부로부터 작물 재배 장치로 새로운 물의 유입을 위한 유입라인(Li)을 더 포함할 수 있다.

유입라인(Li)은 순환부(150)에 마련될 수 있다. 유입라인(Li)에는 밸브(V1)가 설치될 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 수조(110)의 수위를 감지하는 감지부(112)를 더 포함할 수 있다. 감지부(112)는 수조(110)에 구비될 수 있다.

감지부(112)에서 수조의 수위를 감지하고, 감지 결과 기준치를 미달하는 경우, 유입라인(Li)을 개방하여 외부로부터 새로운 물이 작물 재배 장치(100) 내로 유입되도록 할 수 있다. 새로운 물의 유입방향이 도면에서 In으로 도시된다. 유입라인의 개방을 위해 유입라인에 배치된 밸브(V1)를 개방할 수 있다.

감지부의 감지 결과를 이용하여 밸브가 개폐되므로, 제어부(미도시)가 관여할 수 있다. 즉, 제어부가 감지부와 연결되어 감지 결과를 수신하고, 기설정된 기준치를 미달한다고 판단되는 경우 밸브를 개방함으로써 유입라인을 통해 외부로부터 새로운 물이 장치 내로 유입되도록 할 수 있다.

일례로, 수조로부터 그 아래의 재배모듈들로 흘러들어가는 물의 양이 10ml/min, 재배모듈들 내에 식재된 작물들이 소모하는 물의 양이 6ml/min, 그리고 남은 4ml/min의 물이 다시 수조로 순환된다고 할 때, 수조의 수위가 기준치 미달인 것으로 감지되는 경우, 소모된 양에 해당하는 6ml/min가 유입라인(Li)을 통해 외부로부터 작물 재배 장치(100) 내로 보충될 수 있다. 이때, 새로운 물의 유입 과정에는 상술한 감지부(112)와 밸브(V1)가 관여할 수 있다.

또한 일례로, 수조로부터 그 아래의 재배모듈들로 흘러들어간 물의 양이 500㎖, 재배모듈들 내에 식재된 작물들이 소모한 물의 양이 200㎖이라고 할 때, 남은 300㎖의 물이 다시 수조로 순환될 수 있고, 이때, 수조의 수위가 기준치 미달인 것으로 감지되는 경우, 소모된 양에 해당하는 200㎖의 물이 유입라인을 통해 외부로부터 장치 내로 보충될 수 있다.

또한, 제어부는 감지부의 감지 결과를 수신하므로 수위가 기설정된 기준치를 초과한다고 판단되는 경우 밸브를 폐쇄함으로써 외부로부터 더 이상의 물이 장치 내로 유입되지 않도록 할 수 있다.

상술한 과정은 증발에 의한 물 손실량과 같은 기타 손실량도 보전할 수 있다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 작물 재배 장치에 따르면, 가장 적은 양의 순환량으로도 수조와 여러 재배모듈들을 포함하는 전체 장치의 운용을 가능하게 한다.

물의 보충 과정은 상술한 유입라인과 밸브 없이, 저장탱크를 통해서도 가능하다. 즉, 펌프는 저장탱크에 저장된 물을 끌어다 쓸 수도 있다. 다시 말해, 상술한 유입라인이 건물 내에 설치된 수도관으로부터 물을 공급받는 것이라면, 수도관 없이 물을 저장할 수 있는 저장탱크로부터 물을 공급받을 수도 있다.

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 순환부(150)에 물을 저장할 수 있는 저장탱크(T)가 마련될 수 있다. 그러면, 감지부(112)에서 감지한 수조의 수위가 기준치를 미달하는 경우, 저장탱크(T)로부터 새로운 물이 수조로 유입될 수 있다.

일례로, 수조로부터 그 아래의 재배모듈들로 흘러들어가는 물의 양이 10ml/min, 재배모듈들 내에 식재된 작물들이 소모하는 물의 양이 6ml/min, 그리고 남은 4ml/min의 물이 다시 수조로 순환된다고 할 때, 수조의 수위가 기준치 미달인 것으로 감지되는 경우, 소모된 양에 해당하는 6ml/min의 물이 펌프(P)에 의해 저장탱크(T)로부터 수조(110)로 보충될 수 있다.

또한 일례로, 수조로부터 그 아래의 재배모듈들로 흘러들어간 물의 양이 500㎖, 재배모듈들 내에 식재된 작물들이 소모한 물의 양이 200㎖이라고 할 때, 남은 300㎖의 물이 다시 수조로 순환될 수 있고, 이때, 수조의 수위가 기준치 미달인 것으로 감지되는 경우, 소모된 양에 해당하는 200㎖의 물이 펌프에 의해 저장탱크로부터 수조로 보충될 수 있다.

저장탱크에 물은 사용자에 의해 수시로 채워질 수 있다. 이러한 구조는 근처에 수도꼭지와 같은 수원이 존재하지 않는 곳에 작물 재배 장치(200)를 설치 및 운용하기에 용이한 장점을 갖는다.

또한, 도 4를 참조하면, 순환부(150)에는 작물 재배 장치로 전력을 공급하는 배터리부(B)가 더욱 마련될 수 있다. 작물 재배 장치는 배터리부(B)로부터 전력을 공급받아 가동될 수 있다.

배터리부, 저장탱크, 펌프를 가장 아래에 배치되는 순환부(150)에 구비시킴으로써 사용자의 수족관과 재배모듈로의 접근의 용이성 및 미관성을 높일 수 있다.

또한 앞서 설명한 바와 같이, 전력을 소비하는 곳은 분사부와 펌프에 지나지 않으므로, 배터리부에 저장되는 전력으로도 충분히 전원을 공급할 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 작물 재배 장치(300)의 상세한 구성을 도시하는 도면이다. 상술한 도 2에 대응한다. 도 2와 비교하여, 배치된 재배모듈의 개수가 줄어든 것을 제외하고는 상술한 설명이 동일하게 적용될 수 있다. 차이점을 중심으로 설명한다.

도 5를 참조하면, 수조 아래로 배치되는 복수의 재배모듈들은 제1 재배모듈들(120a, 120b)와 제2 재배모듈(130)을 포함한다. 도 2 대비 제3 재배모듈 없이 구성된다. 도 2 대비 제2 재배모듈 없이 구성할 수도 있으나, 도 5에서는 제3 재배모듈이 없는 실시예를 중심으로 설명하기로 한다.

제3 재배모듈 없이 제1 및 제2 재배모듈들(120a, 120b, 130)만으로 이루어지므로, 순환라인(Lc')은 제2 재배모듈(130)과 수조(110)를 연결한다.

순환라인(Lc')은 순환부(150')를 통해서 제2 재배모듈과 수조를 연결할 수 있다. 그래서, 순환라인(Lc1', Lc2')은 제2 재배모듈(130)과 순환부(150')를 연결하는 라인(Lc1')과 순환부(150)와 수조(110)를 연결하는 라인(Lc2')을 포함할 수 있다. 각각 제1 순환라인(Lc1'), 제2 순환라인(Lc2')이라 한다.

제2 재배모듈(130)의 바닥에 일정 높이 이상으로 채워지는 배양액은 그 아래에 배치되는 순환부(150')로 제1 순환라인(Lc1')을 통해 유출될 수 있다. 그리고, 순환부에 마련되는 펌프(P)에 의해 제2 순환라인(Lc2')을 통하여 수조(110)로 재유입될 수 있다. 순환부로 유출 방향이 도면에서 F3'으로 참조되고, 수조로 재유입 방향이 도면에서 F5'로 참조된다.

이러한 본 발명의 실시예에 따른 작물 재배 장치도 저전력으로 장치를 운용할 수 있는 장점을 갖는다. 즉, 제1 재배모듈에서 제2 재배모듈로 물을 유입시킴에 있어서 별도의 전력을 소모하지 않는다. 나아가 제2 재배모듈에서 순환부로 물을 유입시킬 때에도 그러하다. 또한 수조에 담진 물의 자중을 제1 재배모듈에서 분사부의 동작에 활용할 수 있고, 펌프는 각 재배모듈들에서 배양액이 소모된 이후 가장 적은 양의 배양액을 위로 끌어올리기만 하면되므로 저전력으로 물의 순환을 가능하게 한다.

본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예들에 따라 구체적으로 기록되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 전문가라면 본 발명의 기술 사상 범위내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

100, 200, 300 : 작물 재배 장치
110 : 수조
112 : 감지부
120a, 120b : 제1 재배모듈
H : 홈
S : 분사부
130 : 제2 재배모듈
132 : 초음파 미스트 발생부
140 : 제3 재배모듈
150 : 순환부
Lo1 : 제1 유출라인
Lo2, Lo2a, Lo2b : 제2 유출라인
Lo3 : 제3 유출라인
Lc, Lc1, Lc2 : 순환라인
Li : 유입라인
B : 배터리부
T : 저장탱크
P : 펌프

Claims (9)

1. 어류 서식을 위한 수조; 및
   상기 수조 아래에 배치되며, 상기 수조로부터 유입되는 물을 배양액으로 하여 작물을 재배하는 복수의 재배모듈;을 포함하되,
   상기 복수의 재배모듈을 거친 물은 상기 수조로 재유입되어 어류 서식에 이용되고,
   상기 복수의 재배모듈은, 버티컬파밍 방식의 재배모듈, 에어로포닉 방식의 재배모듈, 포그포닉 방식의 재배모듈 및 하이드로포닉 방식의 재배모듈 중 2 이상을 포함하며,
   상기 수조와, 상기 복수의 재배모듈 중 상기 수조 바로 아래에 배치되는 제1 재배모듈을 연결하여 이들간 물을 이송하는 제1 유출라인;
   상기 제1 재배모듈과, 상기 복수의 재배모듈 중 상기 제1 재배모듈 바로 아래에 배치되는 제2 재배모듈을 연결하여 이들간 물을 이송하는 제2 유출라인; 및
   상기 제2 재배모듈과 상기 수조를 연결하여 이들간 물을 이송하는 순환라인;을 더 포함하고,
   상기 제2 재배모듈 바로 아래에 배치되는 순환부;를 더 포함하며,
   상기 순환라인은, 상기 제2 재배모듈과 상기 순환부를 연결하여 이들간 물을 이송하는 제1 순환라인; 및
   상기 순환부와 상기 수조를 연결하여 이들간 물을 이송하는 제2 순환라인;을 포함하며,
   상기 순환부는, 상기 복수의 재배모듈을 거친 물을 상기 수조로 유입시키는 펌프;를 더 포함하고,
   상기 제2 유출라인은,
   상기 물이 흐를 수 있는 배관으로 구성되고, 상기 제2 유출라인 중 상기 제1 재배모듈과 연결되는 상기 배관의 유입구는, 상기 제1 재배모듈 내 채워져야할 상기 물의 수위를 고려하여 상기 제1 재배모듈의 바닥으로부터 기설정된 높이에 설치되며,
   외부로부터 상기 순환부로 물을 유입받는 유입라인;을 더 포함하되,
   상기 펌프는 상기 유입라인으로부터 유입된 물을 상기 복수의 재배모듈을 거친 물과 함께 상기 수조로 유입시키고,
   상기 수조의 수위를 감지하는 감지부;를 더 포함하되,
   상기 감지 결과 기준치를 미달하는 경우 상기 유입라인에 배치된 밸브의 개폐에 따라 상기 유입라인을 통해 외부로부터 상기 순환부로 물이 유입되는, 작물 재배 장치.
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