KR102403514B1 - 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치 및 방법 - Google Patents

포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 작물의 발육 상태에 따라 이온화된 드라이 포그와 미스트 포그로 영양액 및 배양액을 분사하여 작물의 온도 및 습도 환경을 제어하여 최적의 발육 상태를 유지하는 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치 및 방법 {SYSTEM AND METHOD FOR VTICAL CULTIVATION HAVING FOG SPRAY SYSTEM}
본 발명은 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직형으로 작물을 재배하도록 구성하여 공간 활용을 극대화하고, 작물의 발육 상태에 따라 이온화된 드라이 포그와 미스트 포그를 이용한 배양액 또는 영양액을 분사하여 작물의 발육 상태를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적인 수경재배장치는 박스 내부에 부직포를 깔아 놓거나 설치한 구조이며, 부직포에 씨를 뿌리거나 모종을 안착 시킨 다음, 주기적으로 배양액을 공급하여 식물을 재배하도록 되어 있다. 이러한 구조의 경우, 규모가 작고 배양액을 수시로 공급해 주어야 하므로 관리가 용이하지 못하며, 식물의 대량재배가 어렵고 줄기가 긴 식물의 경우 줄기를 지지하기 위한 별도의 장치를 설치해야 한다.
펌프를 이용한 수직식 수경재배기의 경우, 배양액에 작물을 계속 담거 두면 작물이 썩게 되므로 공기가 공급되어야 하며, 공기공급을 위해 별도로 공기공급기를 사용하여야 한다. 그러나, 일반적인 공기공급기는 유량을 조절할 수 없고 배양액 재배만 가능하며, 소규모 수경재배에는 이용하기 힘든 문제점이 있다.
일반적인 수경재배장치 및 펌프를 이용한 수직식 수경재배기는 배양액과 영양액에 따른 물의 오염 그리고 각종 작물의 뿌리와의 접촉에서 나오는 부산물에 의해 부영양화 및 오염이 있어 수시로 물을 순화하여 교체 하여야 하는 문제점이 있다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2009-0091420호에 개시되어 있다.
본 발명은 작물의 발육 상태에 따라 이온화된 드라이 포그와 미스트 포그로 배양액 또는 영양액을 분사하여 작물을 재배하는 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치는 재배판을 수직으로 적층 하여 작물을 재배할 수 있는 공간을 제공하는 재배부, 재배부에 구비되어 작물의 잎 또는 뿌리에 드라이 포그와 미스트 포그를 분사하는 분사부 및 분사부의 분사위치, 분사 압력을 제어하는 단말부를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면에 따르면, 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 방법 및 이를 기록한 기록매체를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 방법 및 이를 기록한 기록매체는 재배부의 온도, 습도, pH정보중 적어도 하나의 정보를 획득하는 단계, 획득한 재배부 정보에 따라 분사부 제어신호를 생성하는 단계, 생성한 분사부 제어신호에 따라 드라이 포그와 미스트 포그의 분사위치를 결정하는 단계, 생성한 분사부 제어신호에 따라 드라이 포그와 미스트 포그의 분사압력을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 작물의 발육 상태에 따라 이온화된 드라이 포그와 미스트 포그로 배양액 또는 영양액을 분사하여 최상의 작물 발육상태를 유지하는 기능을 제공할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치를 설명하기 위한 도면.
도2 내지 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 재배부를 설명하기 위한 도면들.
도6 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분사부를 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말부를 설명하기 위한 도면.
도8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 방법을 설명하기 위한 도면.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 이를 상세한 설명을 통해 상세히 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 본 명세서 및 청구항에서 사용되는 단수 표현은, 달리 언급하지 않는 한 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치(100)는 재배부(200), 분사부(300) 및 단말부(400)를 포함한다.
재배부(200)는 수직형으로 작물을 재배한다. 재배부(200)는 작물 재배 단계 별로 혼용할 수 있는 재배판(230)을 수직으로 구비하여 작물을 재배할 수 있는 공간을 제공한다. 이에 대해서는 도 2 내지 5에서 더욱 상세히 설명한다.
분사부(300)는 작물을 발육상태를 제어하기 위해 드라이 포그(Dry Fog)와 미스트 포그(Mist Fog)형태로 배양액 또는 영양액을 작물에 분사한다. 이에 대해서는 도 6에서 더욱 상세히 설명한다.
단말부(400)는 재배부(200)의 습도, 온도, pH (수소 이온 농도 지수) 등의 정보를 파악하여 분사부(300)를 제어한다.
단말부(400)는 다수의 재배부(200)와 연결되어 운용중인 재배부(200)를 관리한다. 이에 대해서는 도 7에서 더욱 상세히 설명한다.
도2 내지 도 5는 본 발명의 일 실시 예에 따른 재배부(200)를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 재배부(200a)는 재배부(200)를 측면에서 바라본 도면이고, 재배부(200b)는 재배부(200)를 정면에서 바라본 도면이다.
재배부(200)는 프레임(210), 거치홀(220)을 포함한다.
프레임(210)은 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치(100)의 내부에 작물이 재배될 수 있는 공간을 형성한다.
거치홀(220)은 후술하는 재배판(230), 노즐판(240), 하부판(250) 및 습도, 온도, pH 센서의 거치가 용이하도록 프레임(210)에 다수 형성한다.
도 3을 참조하면, 재배판(230)은 스프레이 홀(231), 시딩 홀(232), 재배판부(233) 및 재배판 거치용 핀(234)을 포함한다.
재배판(230)은 조립된 프레임(210) 내부에서 지면에 대하여 수평 또는 수직 방향으로 구비되어 작물을 고정하며, 작물 생산성 향상을 위해, 재배부(200) 내에 복수의 층으로 형성되는 것이 바람직하다.
스프레이 홀(231)은 드라이 포그와 미스트 포그를 작물에 분사 가능하도록 한다.
시딩 홀(232)은 재배 작물을 씨앗형태로 재배 할 수 있고, 모종형태로 재배 가능한 공간을 제공한다.
재배판부(233)는 스프레이 홀(231), 시딩 홀(232)을 지지한다. 예를 들어 재배판부(233)는 가로 1m, 세로 1.5m 구성되어 있다.
재배판 거치용 핀(234)은 재배판(230)이 재배부(200) 프레임(210)의 거치홀(220)로부터 부착, 탈착이 용이하도록 구성된다.
도 4를 참조하면, 노즐판(240)은 노즐(241), 노즐판부(242), 노즐판 거치용 핀(234)을 포함한다.
노즐판(240)은 재배판(230)과 같은 크기로 형성 되어 있다.
노즐(241)은 다수로 구비될 수 있으며 재배판(230) 또는 작물에 배양액 또는 영양액을 분사한다.
노즐판부(242)은 노즐(241)을 지지한다.
노즐판 거치용 핀(243)은 노즐판(240)이 재배부(200) 프레임(210)의 거치홀(220)로부터 부착, 탈착이 용이하도록 구성된다.
도 5를 참조하면, 하부판(250)은 하부판부(251) 및 배수구(252)을 포함한다.
하부판(250)은 재배판(230)과 같은 크기로 형성 되어 있다.
하부판부(251)는 재배부(200)의 내부에 배치된 재배판(230) 및 노즐판(240)이 여러 층으로 쌓여 있을 때, 상층에서 낙하되는 배양액 및 영양액이 하층으로 흘러내려가 하층의 작물에 배양액 및 영양액이 과다하게 낙하되지 않도록 방지해주는 역할을 한다.
배수구(252)는 하부판(250)에 낙하되는 배양액 및 영양액을 원활하게 배수 할 수 있도록 한다.
도6 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 분사부(300)를 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 분사부(300)는 드라이 포그 노즐(310), 배양액관(311), 배양액 밸브(312), 배양액탱크(313), 미스트 포그 노즐(320), 영양액관(321), 영양액 밸브(322) 영양액탱크(323), 가스관(331), 에어필터(332), 에어 컴프레서(333), 제1 가스 밸브(334), 제2 가스 밸브(335)을 포함한다.
분사부(300)는 작물에 드라이 포그와 미스트 포그를 각각 분사하는 드라이 포그 노즐(310) 및 미스트 포그 노즐(320)를 포함한다. 여기서, 드라이 포그 노즐(310) 및 미스트 포그 노즐(320)은 같은 에어 컴프레서(333)을 사용할 수 있으며, 제1 가스 밸브(334), 제2 가스 밸브(335)를 통해 분사 압력을 자동 조절할 수 있다. 또한, 드라이 포그 노즐(310) 및 미스트 포그 노즐(320)은 동시에 작동되지 않고, 배양액 밸브(312) 및 영양액 밸브(322)를 단말 제어부(420)에서 선택하여 작동할 수 있다.
드라이 포그 노즐(310)은 작물에 배양액을 드라이 포그 형태로 분사한다. 드라이 포그 노즐(310)은 예를 들면, 액체 크기가7 ㎛ 이하로 분사가능한 스프레이 노즐형태로 구비될 수 있다.
배양액관(311)은 드라이 포그 노즐(310)과 배양액탱크(313)를 연결한다. 배양액관(311)은 예를 들면, 0.4㎫ 이상의 압력을 견디도록 설계될 수 있다.
배양액 밸브(312)는 배양액관(311)의 배양액 흐름을 조절한다.
배양액탱크(313)는 배양액을 저장한다. 배양액탱크(313)는 예를 들면, 4L 크기일 수 있다.
이에 따라, 분사부(300)는 드라이 포그 노즐(310)을 통해 가스와 배양액을 동시에 주입하여 배양액 드라이 포그를 분사한다.
미스트 포그 노즐(320)은 작물에 영양액을 미스트 포그 형태로 분사한다. 미스트 포그 노즐(320)은 예를 들면, 액체 크기가50~70 ㎛ 수준으로 분사가능한 스프레이 노즐형태로 구비될 수 있다.
영양액관(321)은 미스트 포그 노즐(320)과 영양액탱크(323)를 연결한다. 영양액관(321)은 예를 들면, 0.2㎫ 이상의 압력을 견디도록 설계될 수 있다.
영양액 밸브(322)는 영양액관(321)의 영양액 흐름을 조절한다.
영양액탱크(323)는 영양액을 저장한다. 영양액탱크(323)는 예를 들면, 4L 크기일 수 있다.
이에 따라, 분사부(300)는 미스트 포그 노즐(320)을 통해 영양액과 가스를 동시에 주입하여 영양액 미스트 포그를 분사한다.
가스관(331)은 에어 컴프레서(333)와 드라이 포그 노즐(310) 또는 미스트 포그 노즐(320)을 연결한다.
에어필터(332)는 드라이 포그 노즐(310)과 미스트 포그 노즐(320)이 이물질로 막히는 현상을 방지한다.
에어 컴프레서(333)는 드라이 포그 노즐(310) 또는 미스트 포그 노즐(320) 공급되는 압축 공기를 생산한다. 에어 컴프레서(333)는 드라이 포그 노즐(310)에 0.4㎫의 가스 압력이 가해져 배양액이 드라이 포그 형태로 분사되도록 레큘레이터(미도시)를 통하여 제어될 수 있다. 또한, 에어 컴프레서(333)는 미스트 포그 노즐(320)에 0.2㎫의 가스 압력이 가해져 영양액이 미스트 포그 형태로 분사되도록 레큘레이터(미도시)를 통하여 제어될 수 있다.
제1 가스 밸브(334), 제2 가스 밸브(335)는 가스관(331)의 압축 공기의 압력과 방향을 제어한다.
도7 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 단말부(400)를 설명하기 위한 도면이다.
단말부(400)는 재배부(200)의 관리 및 모니터링이 가능한 전용 애플리케이션을 다운로드 받아서 사용하거나 내장된 애플리케이션을 구동 시켜 사용할 수 있다.
단말부(400)는 재배부(200) 및 분사부(300)와 정보를 주고받는다. 단말부(400)는 예를 들면, 컴퓨터, 노트북, 스마트폰과 같은 단말형태로 구비될 수 있다.
도 7을 참조하면, 단말부(400)는 단말 정보 저장부(410), 단말 제어부(420) 및 단말 통신부(430)를 포함한다.
단말 정보 저장부(410)는 재배부(200)에 다수로 구비되고 구비된 센서를 통해 재배부(200)의 온도, 습도 및 pH 정보를 소정 시간별로 저장한다.
단말 제어부(420)는 단말 정보 저장부(410)로 받은 재배부(200)의 온도, 습도 및 pH 정보를 고려하여 분사부(300)의 제어신호를 생성하여 분사부를 제어한다.
단말 제어부(420)는 작물의 분사 액체에 따라 배양액 밸브(312) 및 영양액 밸브(322)를 제어하여 드라이 포그 노즐(310)과 미스트 포그 노즐(320)의 공급 액체를 제어 할 수 있다.
단말 제어부(420)는 작물의 분사 위치에 따라 제1 가스 밸브(334), 제2 가스 밸브(335)를 제어하여 드라이 포그 노즐(310)과 미스트 포그 노즐(320)의 분사 압력을 제어 할 수 있다.
단말 제어부(420)는 배양액 드라이 포그를 분사하는 경우 작물의 상부 또는 측면에 구비된 분사부(300)를 선택하여 작물의 잎 부분에 배양액 드라이 포그를 분사할 수 있다.
단말 제어부(420)는 영양액 미스트 포그를 분사하는 경우 작물의 하부에 구비된 분사부를 선택하여 작물의 뿌리 부분에 영양액 미스트 포그를 분사할 수 있다.
단말 제어부(420)는 단말 정보 저장부(410)를 통해 재배부(200)의 온도 및 습도가 기준치를 벗어나면 작물의 상부 또는 측면에 구비된 분사부(300)의 제어신호를 생성하여 물로 구성된 드라이 포그와 미스트 포그를 작물의 잎에 분사하여 재배부(200)의 온도 및 습도를 제어한다.
단말 제어부(420)는 온도, 습도 및 pH가 기준치 이내라고 판단하면 작물의 상부 또는 측면에 구비된 분사부(300)의 제어신호를 생성하여 배양액으로 구성된 드라이 포그를 작물의 잎에 분사하여 작물의 발육 상태를 제어할 수 있다.
단말 제어부(420)는 특정 주기에 따라 작물의 하부에 구비된 분사부(300)의 제어신호를 생성하여 영양액으로 구성된 미스트 포그를 작물의 뿌리에 분사하여 작물의 발육 상태를 제어할 수 있다.
단말 통신부(430)는 재배부(200), 분사부(300)와 무선으로 연결되어 정보를 주고 받는다.
도 8 은 본 발명의 일 실시 예에 따른 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8을 참조하면, 단계 S500에서 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치(100)는 재배부의 온도, 습도, pH 중 적어도 하나의 정보를 획득한다.
단계 S510에서 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치(100)는 획득한 재배부 정보에 따라 분사부의 분사위치를 잎 용인지 뿌리 용인지 판단한다.
단계 S520에서 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치(100)는 분사부의 분사위치를 잎용으로 결정한다.
단계 S530에서 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치(100)는 분사부의 분사압력을 잎 용으로 결정한다.
단계 S540에서 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치(100)는 획득한 재배부 정보에 따라 분사부의 분사위치를 잎 용인지 뿌리 용인지 판단한다.
단계 S550에서 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치(100)는 분사부의 분사위치를 뿌리용으로 결정한다.
단계 S560에서 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치(100)는 분사부의 분사압력을 뿌리용으로 결정한다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다.
도면에서 동작들이 특정한 순서로 도시되어 있지만, 반드시 동작들이 도시된 특정한 순서로 또는 순차적 순서로 실행되어야만 하거나 또는 모든 도시 된 동작들이 실행되어야만 원하는 결과를 얻을 수 있는 것으로 이해되어서는 안 된다. 특정 상황에서는, 멀티태스킹 및 병렬 처리가 유리할 수도 있다. 더욱이, 위에 설명한 실시 예 들에서 다양한 구성들의 분리는 그러한 분리가 반드시 필요한 것으로 이해되어서는 안 되고, 설명된 프로그램 컴포넌트들 및 시스템들은 일반적으로 단일 소프트웨어 제품으로 함께 통합되거나 다수의 소프트웨어 제품으로 패키지 될 수 있음을 이해하여야 한다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 수직형 작물 재배 장치
200 : 재배부
200a : 재배부 측면
200b : 재배부 정면
210 : 프레임
220 : 거치홀
230 : 재배판
231 : 스프레이 홀
232 : 시딩 홀
233 : 재배판부
234 : 재배판 거치용 핀
240 : 노즐판
241 : 노즐
242 : 노즐판부
243 : 노즐판 거치용 핀
250 : 하부판
251 : 하부판부
252 : 배수구
300 : 분사부
310 : 드라이 포그 노즐
311 : 배양액관
312 : 배양액 밸브
313 : 배양액탱크
320 : 미스트 포그 노즐
321 : 영양액관
322 : 영양액 밸브
323 : 영양액탱크
331 : 가스관
332 : 에어필터
333 : 에어 컴프레서
334 : 제1 가스 밸브
335 : 제2 가스 밸브
400 : 단말부
410 : 단말정보 저장부
420 : 단말 제어부
430 : 단말 통신부

Claims (5)

  1. 수직형 작물 재배 장치에 있어서,
    재배판을 수직으로 적층 하여 작물을 재배할 수 있는 공간을 제공하는 재배부;
    상기 재배부에 구비되어 작물의 잎 또는 뿌리에 드라이 포그 및 미스트 포그 중 적어도 하나를 분사하는 분사부; 및
    상기 분사부의 분사위치, 분사 압력을 제어하는 단말부를 포함하며,
    상기 재배부는 프레임과 상기 프레임에 다수 형성되는 거치홀을 포함하며,
    상기 재배판은 상기 작물을 고정하며, 작물을 모종 형태로 재배 가능한 공간을 제공하는 다수의 시딩 홀과 상기 드라이 포그와 미스트 포그를 상기 작물에 분사하는 스프레이 홀과 상기 시딩 홀과 스프레이 폴을 지지하는 재배판부 및 상기 재배판이 상기 프레임의 거치홀로부터 부착 또는 탈착되도록 하는 재배판 거치용 핀을 포함하며,
    상기 수직형 작물 재배 장치는 상기 재배부에 거치되며, 상기 재배판과 같은 크기로 형성되는 노즐판을 더 포함하며,
    상기 노즐판은 상기 재배판 또는 작물에 배양액 또는 영양액을 분사하는 노즐과 상기 노즐을 지지하는 노즐판부 및 상기 노즐판이 상기 프레임의 거치홀로부터 부착 또는 탈착되도록 하는 노즐판 거치용 핀을 포함하는 것을 특징으로 하는 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 분사부는
    액체와 압축공기를 동시에 분사하는 것을 특징으로 하는 포그 스프레이 시스템을 구비한 수직형 작물 재배 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
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