KR102492489B1 - 체계적 생장환경 조성을 위한 식물재배시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 식물재배시스템은, 식물이 재배되는 재배공간을 제공하는 식물재배부; 양액 및 수분이 혼합된 혼합액이 저장되는 혼합액저장부; 혼합액이 공급되기 위한 급수펌프, 식물재배부 상측에 연결된 급수유로 및 급수유로를 개폐하는 급수밸브를 포함하는 급수부; 공기가 공급되기 위한 공기펌프, 식물재배부 하측에 연결된 공기유로 및 공기유로를 개폐하는 공기밸브를 포함하는 공기공급부; 식물재배부로부터 공급된 혼합액이 배수되기 위한 배수펌프, 배수펌프의 동작에 의해 혼합액이 배수되는 배수유로 및 배수유로를 개폐하는 배수밸브를 포함하는 배수부; 급수유로 및 공기유로 사이에 배치되어 공기유로로부터 공급되는 공기를 급수유로로 바이패스하는 바이패스유로 및 바이패스유로를 개폐하는 바이패스밸브를 포함하는 바이패스부; 및 급수부, 공기공급부 및 바이패스부를 제어하는 제어부를 포함하고, 제어부는 급수밸브, 공기밸브, 배수밸브 및 바이패스밸브를 제어하여 식물재배부로 혼합액 및 공기의 공급여부를 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.

Description

체계적 생장환경 조성을 위한 식물재배시스템 {PLANT CULTIVATION SYSTEM FOR SYSTEMATIC GROWTH ENVIRONMENT}
본 발명은 혼합액 공급과 공기 공급의 제어를 통해 양액공급과 습기제거를 동시에 수행할 수 있는 구조를 가진 식물재배시스템에 관한 것이다.
종래 농업과 같은 2차산업에 대한 종사자가 점점 줄어들고 있는 추세였으나, 최근 4차산업분야에 따른 AI나 빅데이터 기술이 농업시스템을 효율적으로 활용할 수 있도록 융합된 스마트팜 시장규모가 점점 증가하고 있는 추세이다. 스마트팜이란 식물재배부 또는 식물공장의 확장형 개념으로써, 사물인터넷과 같은 ICT기술이나 BT기술을 시설원예 등에 적용해 농산물의 생산성 및 품질을 향상시키는 진보된 농업형태를 의미한다.
국내외에서 스마트팜에 대한 지원사업 규모 및 시장규모는 연마다 증가하고 있는 추세이다. 국내의 경우, 2017년 4조 4,493억 원에서 연평균 5%씩 성장해 2022년에는 5조 9,588억 원의 규모를 형성할 것으로 예상되고 있고, 글로벌 시장규모 역시 연간 5% 이상 성장되고 있는 것을 확인할 수 있다.
특히, 국내의 경우, 정부나 공공기관에서 스마트팜 관련 지원사업에 대한 지원이 활발하게 이루어지고 있는 실정이다. 실제로 농촌진흥청에서는 2015년 기준으로 스마트팜의 효율적 기술개발 및 신속보급을 목적으로 3단계에 거쳐서 스마트팜 기술개발을 추진하고 있다. 1세대 기술인 원격모니터링 및 제어기술에 대해서는 이미 기술개발이 완료되었고, 2세대 기술인 지능형 정밀 생육관리 기술에 대해서는 현재 기술개발이 추진되고 있는 추세이다. 추후 3단계로 한국형 스마트팜 기술개발을 통해 기술수출을 진행하는 것을 목적으로 하고 있다. 이 외에도 각 지자체별로 스마트팜 혁신밸리를 전국 4개소에 설치하기로 결정하는 등 국내 스마트팜 기술개발 및 확산을 중심적으로 진행하고 있는 추세이다.
이러한 스마트팜 기술이 효율적으로 이루어지기 위해서는 센서를 활용하여 식물의 성장공간의 습기나 온도를 측정하고 이를 기초로 양액공급을 제어하는 방식을 통해 식물의 성장을 촉진할 수 있는 식물재배시스템이 중요한 요소로 작용된다. 하지만 종래에 제공되던 식물재배시스템의 경우, 아래와 같은 문제점이 있다.
우선 식물성장공간을 제공하는 식물재배부에 양액을 공급하는 방식이 기존에는 관리자가 직접 공급하거나 또는 설정시간 간격으로 일정하게 양액을 공급함에 따라 양액공급이 원활하게 이루어지지 않는 문제가 있다.
또한, 식물재배부에 양액만을 공급함에 따라 식물성장공간에 배치된 토양 내부의 습도를 조절할 수 있는 방법이 전무함에 따라, 토양 내부의 습도가 높은 경우 식물의 내부 뿌리가 ››거나 상해 식물성장에 방해가 되는 문제가 있다.
또한, 식물성장공간에 배치된 토양 내부에 공기가 공급될 수 없는 문제가 있어 식물의 뿌리호흡이 불가능한 문제가 있다. 토경재배를 통해 재배되는 식물의 경우, 토양 내부의 공기량, 즉 공기의 흐름에 따라 뿌리호흡을 수행할 수 있고 이를 통해 식물생장이 효율적으로 이루어지는데 반하여 이를 제공할 수 있는 시스템이 현재 없는 상태이다.
이에 스마트팜 산업 발전을 위해 양액의 공급과 뿌리호흡을 위한 산소공급이 동시에 원활하게 이루어지면서 습도조절이 가능한 식물재배시스템의 개발이 절실하게 필요한 상황이다.
대한민국특허 출원번호 제10-2005-0085834호 (발명의 명칭 : 적층상자 재배방식의 식물재배시스템)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 식물의 뿌리에 양액과 산소를 동시에 공급함과 동시에 식물뿌리가 묻힌 토양 내부의 공기밀도를 조절할 수 있는 식물재배시스템을 제공하는데 있다. 상기된 바와 같은 기술적 과제로 한정되지는 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배시스템은, 식물이 재배되는 재배공간을 제공하는 식물재배부; 양액 및 수분이 혼합된 혼합액이 저장되는 혼합액저장부; 혼합액이 공급되기 위한 급수펌프, 상기 식물재배부 상측에 연결된 급수유로 및 상기 급수유로를 개폐하는 급수밸브를 포함하는 급수부; 공기가 공급되기 위한 공기펌프, 상기 식물재배부 하측에 연결된 공기유로 및 상기 공기유로를 개폐하는 공기밸브를 포함하는 공기공급부; 상기 식물재배부로부터 공급된 혼합액이 배수되기 위한 배수펌프, 상기 배수펌프의 동작에 의해 혼합액이 배수되는 배수유로 및 상기 배수유로를 개폐하는 배수밸브를 포함하는 배수부; 상기 급수유로 및 상기 공기유로 사이에 배치되어 상기 공기유로로부터 공급되는 공기를 상기 급수유로로 바이패스하는 바이패스유로 및 상기 바이패스유로를 개폐하는 바이패스밸브를 포함하는 바이패스부; 및 상기 급수부, 상기 공기공급부 및 상기 바이패스부를 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 급수밸브, 상기 공기밸브, 상기 배수밸브 및 상기 바이패스밸브를 제어하여 상기 식물재배부로 혼합액 및 공기의 공급여부를 선택적으로 제어하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 급수유로는, 상기 급수펌프로부터 연장된 제1 급수유로; 및 상기 제1 급수유로에서 상기 식물재배부로 연장된 제2 급수유로를 포함하고, 상기 급수밸브는 상기 제1 급수유로에 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 공기유로는, 상기 공기펌프로부터 연장된 제1 공기유로; 및 상기 제2 공기유로에서 상기 식물재배부로 연장된 제2 공기유로를 포함하고, 상기 공기펌프는 상기 제2 공기유로에 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바이패스유로는, 일단이 상기 제1 공기유로 및 상기 제2 공기유로 사이에 배치되고, 타단이 상기 제1 급수유로 및 상기 제2 급수유로 사이에 배치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 식물재배부로 양액을 공급하기 위한 제1 양액공급모드에서, 상기 제어부는 상기 급수밸브 및 상기 공기밸브를 개방하고, 상기 바이패스밸브 및 상기 배수밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1 양액공급모드에서 설정시간 이상 경과한 뒤 상기 식물재배부로 양액을 공급하기 위한 제2 양액공급모드에서, 상기 제어부는 상기 급수밸브, 상기 공기밸브 및 상기 배수밸브를 개방하고, 상기 바이패스밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 식물재배부에 공기를 이중으로 공급하기 위한 제1 공기공급모드에서, 상기 제어부는 상기 공기밸브 및 상기 바이패스 밸브를 개방하고, 상기 급수밸브 및 상기 배수밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 식물재배부에 공기를 공급하기 위한 제2 공기공급모드에서, 상기 제어부는 상기 공기밸브를 개방하고, 상기 급수밸브, 상기 바이패스밸브 및 상기 배수밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 식물재배시스템에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
우선, 양액공급 시 선택적으로 산소가 포함된 공기를 주입시킬 수 있기 때문에 식물성장공간의 토양 내부에 양액이 균일하게 공급됨과 동시에 산소포화도를 최대치로 올려줌으로써 식물의 생장이 촉진되는 효과가 있다.
또한, 양액공급 과정에서 토양 내부에 양액이 설정기간동안 유지되도록 함으로써 식물의 뿌리가 일정시간동안 풍부한 양의 양액을 흡수하도록 하여 식물의 양액흡수력을 높이고 식물 생장을 촉진시키는 효과가 있다.
또한, 토양 내부의 습도 및 온도를 측정하여 설정기준을 초과하는 경우, 양액의 공급을 차단함과 동시에 공기만을 토양으로 공급할 수 있기 때문에 토양 내부의 습도나 온도를 식물성장에 적합하게 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 습도나 온도가 과도하게 설정기준과 차이나는 경우에는 식물재배부에 기존에 양액이 공급되는 급수유로로 공기를 바이패스하여 공기유로와 급수유로 양 유로를 통해 이분하여 공기를 주입할 수 있기 때문에 토양의 습도나 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 이를 통해 식물의 생장이 촉진되고 안정적인 작물수확이 가능함에 따라 관리자의 입장에서 연간 작물의 수확량을 일정하게 확정할 수 있고, 이에 따라 연간 관리비나 지출을 예측하기 쉬울 뿐 아니라 매출액 등이 상승될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 식물재배시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 식물재배시스템의 제1 양액공급모드의 동작을 도시한 식물재배시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 식물재배시스템의 제2 양액공급모드의 동작을 도시한 식물재배시스템의 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 식물재배시스템의 제1 공기공급모드의 동작을 도시한 식물재배시스템의 구성도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 식물재배시스템의 제2 공기공급모드의 동작을 도시한 식물재배시스템의 구성도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구조나 방법에 한정되지 않는다.
본 발명의 실시예에는 식물재배부(200)로 공급되는 양액과 산소의 공급량을 제어함으로써 식물성장을 촉진할 수 있는 식물재배 시스템에 관한 것으로, 이하에서는 간략하게 "식물재배시스템(100)"으로 호칭하기로 한다.
또한, 아래에서 양액과 수분이 혼합된 혼합액의 경우, 양액이 원액 단독으로 공급되는 경우도 포함될 수 있기 때문에, 아래에서 설명하는 혼합액을 청구항에서는 양액으로 정의한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 식물재배시스템(100)의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 식물재배시스템(100)은 식물재배부(200)에 재배중인 식물의 뿌리에 양액 및 산소를 공급할 수 있는 시스템으로, 식물에 공급되기 위한 양액을 제공하는 양액공급부(110), 양액공급부(110)로부터 공급된 양액을 식물재배부(200)로 공급하는 급수부(120), 식물재배부(200)로 공기를 공급하기 위한 공기공급부(130), 식물재배부(200)에 공급된 양액이 배출되기 위한 배수부(140), 식물이 생장하는 공간을 제공하고 급수부(120)와 공기공급부(130)로부터 양액 및 공기를 공급받는 식물재배부(200), 식물재배부(200)의 성장공간에 배치되어 성장공간에 배치된 토양의 습도 및 온도를 측정하는 센서부(210) 및 양액공급부(110), 급수부(120), 공기공급부(130) 및 배수부(140)의 동작을 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.
양액공급부(110)는 식물의 성장에 필요한 영양소를 공급하기 위한 양액을 공급하는 수단으로, 상세히 하나 이상의 양액이 저장되는 양액저장부(111), 식물에 급수되기 위한 양액의 농도조절을 위한 수분이 저장되는 수분저장부(112) 및 수분저장부(112)의 수분과 양액저장부(111)의 양액이 혼합된 혼합액이 저장되는 혼합액저장부(113)를 포함할 수 있다.
또한, 양액공급부(110)는 하나 이상의 양액저장부(111)로부터 혼합액저장부(113)로 연결된 하나 이상의 제1 양액유로, 제1 양액유로를 선택적으로 개폐하는 하나 이상의 제1 양액밸브, 수분저장부(112)로부터 혼합액저장부(113)로 연결된 제2 양액유로, 제2 양액유로를 선택적으로 개폐하는 제2 양액밸브, 혼합액저장부(113)로부터 급수부(120)로 연결된 제3 양액유로 및 제3 양액유로를 선택적으로 개폐하는 제3 양액밸브를 포함할 수 있다.
이에 따라, 제어부는 재배되는 식물의 종류에 따라 양액저장부(111)의 다양한 양액과 수분저장부(112)의 수분비율을 결정할 수 있고, 제1 내지 제3 양액밸브의 개폐를 조절하여 혼합액저장부(113)에 결정된 비율의 혼합액을 저장할 수 있다.
급수부(120)는 혼합액저장부(113)에 저장된 혼합액을 식물재배부(200)로 공급할 수 있는 수단이다. 상세히, 급수부(120)는 식물재배부(200)로 혼합액이 공급되기 위한 동력을 제공하는 급수펌프(121), 급수펌프(121)로부터 공급되는 혼합액이 유동하는 유로를 제공하는 급수유로(122) 및 선택적으로 공급유로를 개폐할 수 있는 급수밸브(123)를 포함할 수 있다.
상세히, 급수유로(122)는 급수펌프(121)로부터 연결되어 혼합액이 유동하는 제1 급수유로(122a) 및 제1 급수유로(122a)로부터 식물재배부(200)로 연결되어 혼합액이 식물재배부(200)로 유입되는 제2 급수유로(122b)를 포함할 수 있다. 이 경우, 급수밸브(123)는 제1 급수유로(122a) 상에 배치되어 제1 급수유로(122a)를 선택적으로 개폐할 수 있다. 즉, 관리자는 제어부를 제어하여 원하는 경우 급수밸브(123)를 통해 급수유로(122)를 개방 또는 폐쇄함으로써 혼합액의 식물재배부(200) 공급여부를 결정할 수 있다.
공기공급부(130)는 외부의 공기가 식물재배부(200)로 공급되기 위한 동력을 제공하는 공기펌프(131), 공기펌프(131)로부터 공급되는 공기가 유동하는 유로를 제공하는 공기유로(132) 및 선택적으로 공기유로(132)를 개폐할 수 있는 공기밸브(133)를 포함할 수 있다.
상세히, 공기유로(132)는 공기펌프(131)로부터 연결되어 산소를 포함한 공기가 유동하는 제1 공기유로(132a) 및 제1 공기유로(132a)로부터 식물재배부(200)로 연결되어 공기가 식물재배부(200)로 유입되는 제2 공기유로(132b)를 포함할 수 있다. 이 경우, 공기밸브(133)는 제2 공기유로(132b) 상에 배치되어 제2 공기유로(132b)를 선택적으로 개폐할 수 있다. 즉, 관리자는 제어부를 제어하여 원하는 경우 공기밸브(133)를 통해 공기유로(132)를 개방 또는 폐쇄함으로써 공기의 식물재배부(200) 공급여부를 결정할 수 있다.
배수부(140)는 식물재배부(200)로에서 식물에 공급되고 남은 혼합액이 외부로 배출될 수 있는 수단이다. 상세히, 배수부(140)는 식물공급 후 남은 혼합액이 배출되기 위한 동력을 제공하는 배수펌프(141), 배수펌프(141)로부터 배출되는 혼합액이 유동하는 유로를 제공하는 배수유로(142), 배수유로(142)를 선택적으로 개폐하는 배수밸브(143) 및 배수유로(142)를 통과하는 혼합액을 여과하여 필터링하는 필터부(144)를 포함할 수 있다.
상세히, 식물재배부(200)로부터 식물에 공급되고 남은 혼합액의 배수를 위해 제어부는 배수밸브(143)를 제어하여 배수유로(142)를 개방할 수 있다. 이에 따라 남은 혼합액은 배수펌프(141)의 동력에 의해 배수유로(142)를 따라 식물재배부(200)로부터 양액공급부(110), 상세히는 혼합액 저장부로 유동할 수 있다. 이 과정에서 혼합액을 필터부(144)를 거치면서 내부에 찌꺼기나 불순물이 여과되어 혼합액 자체로 혼합액저장부(113)에 저장될 수 있다.
바이패스부(150)는 급수유로(122) 및 공기유로(132) 사이에 배치되어 공기유로(132)로부터 공급되는 공기가 급수유로(122)로 바이패스될 수 있는 수단이다. 상세히, 바이패스부(150)는 공기유로(132)를 흐르는 공기가 바이패스되어 급수유로(122)로 유동되는 유로를 제공하는 바이패스유로(151) 및 바이패스유로(151)에 배치되어 바이패스유로(151)를 개폐하는 바이패스밸브(152)를 포함할 수 있다.
상세히, 바이패스유로(151)는 일단(입구측)이 공기유로(132)의 제1 공기유로(132a)와 제2 공기유로(132b) 사이에 배치될 수 있고, 타단(출구측)이 급수유로(122)의 제1 급수유로(122a) 및 제2 급수유로(122b) 사이에 배치될 수 있다. 이에 따라, 제어부가 바이패스밸브(152)를 제어하는 정도에 따라 공기유로(132)로 유동하는 공기가 급수유로(122)로 바이패스되어 유동될 수 있다. 상세히는 제1 공기유로(132a)로 유입되던 공기가 바이패스유로(151)를 통해 제2 급수유로(122b)로 선택적으로 유동할 수 있다. 상세한 동작에 대해서는 후술한다.
식물재배부(200)는 식물이 재배되기 위한 공간이 형성되고, 양액공급부(110)에서 생성된 혼합액을 급수부(120)로부터 공급받고 공기공급부(130)로부터 공기를 공급받아 식물에 제공할 수 있는 수단이다.
상세히, 식물재배부(200)는 내부에 토양이 수용되고 식물이 성장하기 위한 공간을 제공하는 성장공간부와, 성장공간부 하측에 분리되도록 배치되어 내부에 공기가 유입되거나 혼합액이 배출될 수 있는 공간을 제공하는 보조공간부로 구분될 수 있다. 다만, 성장공간과 보조공간의 위치는 일 예시일 뿐으로, 급수유로(122)나 공기유로(132)의 배치에 따라 그 위치가 변경될 수 있음은 자명하다.
센서부(210)는 식물재배부(200)의 성장공간에 배치되어 성장공간에 배치된 토양의 습도 및 온도를 측정할 수 있는 수단이다. 상세히, 센서부(210)는 식물재배부(200)에 배치된 토양의 습도 및 온도를 측정하고, 측정된 측정습도값 및 측정온도값을 제어부로 송신할 수 있다.
제어부는 식물재배시스템(100)의 모든 구성을 제어할 수 있는 수단이다. 상세히, 제어부는 양액공급부(110)의 혼합액저장부(113)에 저장되기 위한 혼합액의 양액비율을 조절하기 위해 제1 양액밸브 및 제2 양액밸브를 제어할 수 있다. 또한, 제어부는 센서부(210)가 측정한 측정습도값 및 측정온도값을 기초로 급수밸브(123), 공기밸브(133) 및 바이패스밸브(152)를 제어하여 식물재배부(200)로 공급되는 혼합액 및 공기의 양을 제어할 수 있따.
아래에서는 본 발명의 실시예에 따른 식물재배시스템(100)이 동작하기 위한 제어부의 혼합액 및 공기량 제어방법에 대하여 상세히 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 식물재배시스템(100)의 제1 양액공급모드의 동작을 도시한 식물재배시스템(100)의 구성도이고, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 식물재배시스템(100)의 제2 양액공급모드의 동작을 도시한 식물재배시스템(100)의 구성도이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 식물재배시스템(100)의 제1 공기공급모드의 동작을 도시한 식물재배시스템(100)의 구성도이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 식물재배시스템(100)의 제2 공기공급모드의 동작을 도시한 식물재배시스템(100)의 구성도이다.
우선 제어부는 식물재배시스템(100)을 양액공급을 위한 양액공급모드와 공기공급을 위한 공기공급모드로 제어할 수 있다.
또한, 양액공급모드는 양액공급과 더불어 공급된 양액의 배수가 이루어지지 않는 제1 양액공급모드와 양액공급과 더불어 공급된 양액의 배수가 이러우지는 제2 양액공급모드로 나누어질 수 있다.
또한, 공기공급모드는 식물재배기에 공급되는 공기량 및 공기공급방식에 따라서 제1 공기공급모드와 제2 공기공급모드로 나누어질 수 있다.
여기서 제1 공기공급모드와 제2 공기공급모드의 동작을 구분짓는 기준은 센서부(210)의 측정습도값 및 측정온도값이다. 제어부는 측정습도값이 설정습도값을 초과하거나 또는 측정온도값이 설정온도값을 초과하는 경우, 토양 내의 습도 및 온도를 줄이기 위해 공기공급모드로 식물재배시스템(100)을 동작시킬 수 있다.
또한, 제어부는 측정습도값의 초과값이 설정기준습도값을 초과하거나 측정온도값의 초과값이 설정기준온도값을 초과하면 제1 공기공급모드로, 그렇지 않은 경우에는 제2 공기공급모드로 동작하도록 식물재배시스템(100)을 동작시킬 수 있다.
도 2를 참조하면, 제1 양액공급모드에 대해서 설명한다. 제어부는 제1 양액공급모드에서 급수밸브(123) 및 공기밸브(133)를 개방하여 급수유로(122) 및 공기유로(132)를 개방시킬 수 있다. 이와 동시에 제어부는 바이패스밸브(152) 및 배수밸브(143)를 폐쇄하여 바이패스유로(151) 및 배수유로(142)를 폐쇄시킬 수 있다.
이 과정에서 양액공급부(110)에서 공급되는 혼합액은 급수유로(122)를 통해 식물재배부(200)로 공급될 수 있고, 이와 동시에 공기공급부(130)에서 공급되는 공기는 공기유로(132)를 통해 식물재배부(200)로 공급될 수 있다. 즉, 식물성장공간 및 보조공간에 각각 혼합액 및 공기가 동시에 공급될 수 있다.
이 때, 바이패스유로(151)는 폐쇄되어 있기 때문에 공기유로(132)의 공기는 급수유로(122)로 유동되지 않고, 마찬가지로 배수유로(142)가 폐쇄되어 있기 때문에 성장공간에 공급되고 남은 혼합액은 보조공간을 통해 배수유로(142)로 배수되지 않는 상태를 유지할 수 있다.
또한, 보조공간은 밀폐된 상태가 유지되기 때문에 공기유로(132)를 통해 유입된 공기가 보조공간을 통해 성장공간으로 유입될 수 있고, 이에 따라 토양 내에는 혼합액과 공기가 동시에 유입됨에 따라 식물 생장 및 뿌리호흡에 도움을 줌으로써 식물성장이 촉진되는 효과가 있다.
도 3을 참조하여 제2 양액공급모드에 대해서 설명한다. 제2 양액공급모드는 제1 양액공급모드로부터 설정시간 이상 경과한 뒤 진행될 수 있는 동작모드이다.
제어부는 제2 양액공급모드에서 급수밸브(123), 공기밸브(133) 및 배수밸브(143)를 개방하여 급수유로(122), 공기유로(132) 및 배수유로(142)를 개방시킬 수 있다. 이와 동시에 제어부는 바이패스밸브(152) 폐쇄하여 바이패스유로(151)를 폐쇄시킬 수 있다. 즉, 제1 양액공급모드의 동작을 유지시키면서 배수유로(142)를 추가적으로 개방시킴으로써 토양에 공급된 혼합액을 배수시킬 수 있다. 여기서 설정시간은 제1 양액공급모드에서 공급되는 혼합액이 토양 상측으로 넘쳐흐르지 않도록 하기 위한 시간으로 식물재배부(200)의 크기에 따라 달라질 수 있다.
상기와 같이 제어부는 제1 양액공급모드 후 설정시간 경과 후 제2 양액공급모드로 식물재배시스템(100)이 동작하도록 함으로써, 양액과 공기를 식물재배기로 동시에 공급할 수 있는 효과가 있다.
다음은 도 4를 참조하여 제1 공기공급모드에 대해서 설명한다. 제1 공기공급모드는 식물재배기의 상하, 즉 성장공간과 보조공간 모두를 통해 공기를 공급할 수 있는 동작모드이다.
제어부는 제1 공기공급모드에서 공기밸브(133) 및 바이패스밸브(152)를 개방하여 공기유로(132) 및 바이패스유로(151)를 개방시킬 수 있다. 이와 동시에 제어부는 급수밸브(123) 및 배수밸브(143)를 폐쇄하여 제1 급수유로(122a) 및 배수유로(142)를 폐쇄할 수 있다. 즉, 제1 급수유로(122a)를 통해 공급되는 혼합액의 공급을 막고 이와 동시에 제1 공기유로(132a)를 통해 공급되는 공기를 두 방향, 즉 제2 공기유로(132b)방향과 바이패스유로(151)방향으로 이분하여 유동시킬 수 있다. 즉, 식물재배부(200)로 공기가 이중으로 유입될 수 있다. 이에 따라, 제2 공기유로(132b)를 통해 식물재배기로 공기가 유입됨과 동시에 바이패스유로(151) 및 제2 급수유로(122b)를 통해 식물재배기로 공기가 유입될 수 있다.
도 5를 참조하여 제2 공기공급모드에 대해서 설명한다. 제2 공기공급모드는 식물재배기의 보조공간 측으로만 공기를 공급할 수 있는 동작모드이다.
제어부는 제2 공기공급모드에서 공기밸브(133)를 개방하여 공기유로(132)를 개방시킴과 동시에 급수밸브(123), 배수밸브(143) 및 바이패스밸브(152)를 폐쇄하여 급수유로(122), 배수유로(142) 및 바이패스유로(151)를 모두 폐쇄시킬 수 있다. 이에 따라, 공기유로(132)를 통해서만 공기가 보조공간으로 공급될 수 있다.
즉, 식물재배기에서 제1 공기공급모드의 경우 보조공간과 성장공간, 두 공간 모두 공기가 유입되는데 반하여 제2 공기공급모드의 경우 보조공간에만 공기가 공급되기 때문에, 제1 공기공급모드에서의 식물재배부(200) 내의 습도나 온도의 변화가 제2 공기공급모드에서의 식물재배부(200) 내의 습도나 온도의 변화에 비해 클 수 있다 .
상기와 같은 구성을 이루는 본 발명의 실시예에 따른 식물재배시스템(100)에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.
우선, 양액공급 시 선택적으로 산소가 포함된 공기를 주입시킬 수 있기 때문에 식물성장공간의 토양 내부에 양액이 균일하게 공급됨과 동시에 산소포화도를 최대치로 올려줌으로써 식물의 생장이 촉진되는 효과가 있다.
또한, 양액공급 과정에서 토양 내부에 양액이 설정기간동안 유지되도록 함으로써 식물의 뿌리가 일정시간동안 풍부한 양의 양액을 흡수하도록 하여 식물의 양액흡수력을 높이고 식물 생장을 촉진시키는 효과가 있다.
또한, 토양 내부의 습도 및 온도를 측정하여 설정기준을 초과하는 경우, 양액의 공급을 차단함과 동시에 공기만을 토양으로 공급할 수 있기 때문에 토양 내부의 습도나 온도를 식물성장에 적합하게 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 습도나 온도가 과도하게 설정기준과 차이나는 경우에는 식물재배부(200)에 기존에 양액이 공급되는 급수유로(122)로 공기를 바이패스하여 공기유로(132)와 급수유로(122) 양 유로를 통해 이분하여 공기를 주입할 수 있기 때문에 토양의 습도나 온도를 일정하게 유지시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 이를 통해 식물의 생장이 촉진되고 안정적인 작물수확이 가능함에 따라 관리자의 입장에서 연간 작물의 수확량을 일정하게 확정할 수 있고, 이에 따라 연간 관리비나 지출을 예측하기 쉬울 뿐 아니라 매출액 등이 상승될 수 있는 효과가 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 바람직한 실시예들을 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 실시예들은 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 : 식물재배시스템 110 : 양액공급부
111 : 양액저장부 112 : 수분저장부
113 : 혼합액저장부 120 : 급수부
121 : 급수펌프 122a : 제1 급수유로
122b : 제2 급수유로 123 : 급수밸브
130 : 공기공급부 131 : 공기펌프
132a : 제1 공기유로 132b : 제2 공기유로
133 : 공기밸브 140 : 배수부
141 : 배수펌프 142 : 배수유로
143 : 배수밸브 144 : 필터부
150 : 바이패스부 151 : 바이패스유로
152 : 바이패스밸브 200 : 식물재배부
210 : 센서부

Claims (8)

  1. 식물이 재배되는 재배공간을 제공하는 식물재배부;
    양액 및 수분이 혼합된 혼합액이 저장되는 혼합액저장부;
    혼합액이 공급되기 위한 급수펌프, 상기 급수펌프로부터 연장된 제1 급수유로, 상기 제1 급수유로에서 상기 식물재배부로 연장된 제2 급수유로 및 상기 제1 급수유로에 배치되어 상기 제1 급수유로와 상기 제2 급수유로를 선택적으로 개폐하는 급수밸브를 포함하는 급수부;
    공기가 공급되기 위한 공기펌프, 상기 식물재배부 하측에 상기 공기펌프로부터 연장된 제1 공기유로, 상기 제1 공기유로에서 상기 식물재배부로 연장된 제2 공기유로 및 상기 제2 공기유로에 배치되어 상기 제1 공기유로 및 상기 제2 공기유로를 선택적으로 개폐하는 공기밸브를 포함하는 공기공급부;
    상기 식물재배부로부터 공급된 혼합액이 배수되기 위한 배수펌프, 상기 배수펌프의 동작에 의해 혼합액이 배수되는 배수유로 및 상기 배수유로를 개폐하는 배수밸브를 포함하는 배수부;
    상기 제1 공기유로 및 상기 제2 공기유로 사이에 일단이 배치되고, 상기 제1 급수유로 및 상기 제2 급수유로 사이에 타단이 배치되며, 상기 제1 공기유로로부터 공급되는 공기를 상기 제2 급수유로로 바이패스하는 바이패스유로 및 상기 바이패스유로를 개폐하는 바이패스밸브를 포함하는 바이패스부; 및
    상기 급수부, 상기 공기공급부 및 상기 바이패스부를 제어하여 상기 식물재배부로 혼합액 및 공기의 공급여부를 선택적으로 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 식물재배부로 양액을 공급하기 위한 제1 양액공급모드에서,
    상기 제어부는 상기 급수밸브 및 상기 공기밸브를 개방하고, 상기 바이패스밸브 및 상기 배수밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 식물재배시스템
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    제1 양액공급모드에서 설정시간 이상 경과한 뒤 상기 식물재배부로 양액을 공급하기 위한 제2 양액공급모드에서,
    상기 제어부는 상기 급수밸브, 상기 공기밸브 및 상기 배수밸브를 개방하고, 상기 바이패스밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 식물재배시스템.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 식물재배부에 공기를 이중으로 공급하기 위한 제1 공기공급모드에서,
    상기 제어부는 상기 공기밸브 및 상기 바이패스 밸브를 개방하고, 상기 급수밸브 및 상기 배수밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 식물재배시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 식물재배부에 공기를 공급하기 위한 제2 공기공급모드에서,
    상기 제어부는 상기 공기밸브를 개방하고, 상기 급수밸브, 상기 바이패스밸브 및 상기 배수밸브를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는 식물재배시스템.

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