KR200362989Y1 - 엘이디 광원을 이용한 색소식물 생육장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 색소식물을 재배하는데 있어서 단위면적당 생산효율이 높고 단시간에 재배가 가능하도록 하는 엘이디(LED, Light Emitting Diode) 색소식물생육장치에 관한 것으로서, (a) 엔에프티 및 분무식 겸용 수경재배 수단, (b) 엘이디 램프, (c) 자외선 살균장치 및 오존 살균장치, (d) 용존산소 공급장치 및 (e) USB 카메라를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 고안을 통하여 색소의 안정성과 생육속도를 향상시켜 고효율 색소식물의 재배가 연중 가능하도록 하는 장치를 제공한다.

Description

엘이디 광원을 이용한 색소식물 생육장치 {Apparatus for culturing dye plants using LED light source}

본 고안은 고효율의 색소식물생육장치에 관한 것이다. 구체적으로는, 천연광이 아닌 엘이디 광원을 이용하여 색소식물을 효율적으로 생육시킬 수 있는 장치에 관한 것이다.

종래에는 온실이나 비닐하우스에서 천연광을 이용하여 식물을 재배하거나, 형광등이나 고압의 나트륨 램프 등의 광선 조사장치를 이용하였으나, 상기 기술에서는 유효한 파장의 빛만을 선별하여 식물에 조사할 수 없다는 문제점과 에너지 효율이 낮다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위한 방법으로 국내공개특허공보 제2003-5023호 에서는 적색, 녹색, 청색, 적외선 등의 엘이디 중에서 선택되는 엘이디를 다수 배치하고 이를 제어하는 식물생육장치에 대하여 개시하고 있으나, 상기 공개공보에 개시된 내용은 단순히 엘이디를 사용하는 것에 대하여만 기재되어 있을 뿐, 색소식물에 적합한 엘이디 광원의 구체적인 조합 및 파장, 배양액의 안정성 향상을 위한 수단, 식물의 빠른 성장을 위한 수단, 실시간으로 식물의 성장을 관찰할 수 있는 수단 등에 대한 개시가 전혀 없다.

상기에서 살펴 본 바와 같이 종래기술에서는 찾아볼 수 없는 색소식물의 효율적인 생육장치를 본 고안을 통하여 제시하고자 한다.

도1은 본 고안의 엘이디 광원을 이용한 색소식물생육장치의 구조를 나타낸다.

도2는 본 고안에서의 배양액의 흐름을 나타낸다.

도3은 본 고안의 실시예로서 3단 재배베드구조의 색소식물생육장치를 나타낸다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1: 알루미늄 재배틀

2, 2', 2": 재배공간

3, 3', 3": 재배베드

4: 배양액 순환 파이프

5: 색소식물

6, 6', 6": 엘이디 광원

7: 냉각팬

8, 8', 8": 공기공급장치

9: 자외선살균장치

10: 오존살균장치

11: 압력계

12, 12': 압력밸브

13: 순환펌프

14: 이온, 용존산소, pH, 전기전도도센서

15: 용존산소 공급장치

16: 환경조절룸 온도, 습도센서

17: USB PC CAM

18: 컨트롤러

19: 인터넷 컴퓨터

20: 배양액조성탱크

21: 환경조절룸

22: PCB

본 고안의 엘이디 광원을 이용한 색소식물생육장치는 색소식물을 생육시키기 위한 환경조절룸 내에 하기의 장치를 포함하는 것을 특징으로 한다.

(a) 엔에프티 및 분무식 겸용 수경재배 수단;

(b) 엘이디 광원;

(c) 자외선 살균장치 및 오존 살균장치 ;

(d) 용존산소 공급장치; 및

(e) USB 카메라

이하에서는 상기 구성장치별로 구체적으로 설명한다.

본 고안의 엔에프티(NFT, Nutrient Film Technique) 및 분무식 겸용 수경재배 수단은 식물을 재배하기 위한 재배베드(3), 알루미늄 재배틀(1), 공기공급장치(8) 등의 통상적인 구성성분으로 구성되어 있으며, 단위면적당 재배효율을 높이기 위해 통상의 방법을 이용하여 다단계의 재배베드로 구성할 수 있다.

본 고안의 엘이디 광원(6)은 재배베드(3)의 상부에 설치한다. 본 고안의 엘이디 광원을 이용한 색소식물생육장치에 적합한 색소식물로는 쪽, 꼭두서니, 치자,홍화, 고량, 적양배추, 차즈기, 지치, 자색고구마, 애기똥풀 등이 있다. 상기 색소 식물 등에 바람직한 엘이디 광원의 파장으로는 색소식물의 광합성 반응에 이용되는 적색광(600 ~ 700 ㎚) 중 660 ㎚, 굴광성과 형태 형성에 이용되는 청색광(400 ~ 500 ㎚) 중 450 ㎚, 발아 및 화아 현상에 관여하는 피토크롬계(phytochrom) (650 ~ 740 ㎚) 중 730 ㎚의 원적외색광이 있다. 상기 파장의 엘이디 광원을 이용할 경우 색소식물로부터 색소 생합성량을 크게 향상시켜 고농도 색소를 함유한 색소식물을 재배할 수 있어 식물 유래 천연색소의 대량 생산이 가능할 뿐만 아니라 전력소비를 줄일 수 있어 경제성 있는 색소식물생육장치를 제공할 수 있다.

본 고안의 색소식물생육장치에서는 상기 엘이디의 조사와 함께 식물생육에 제공되는 배양액의 장시간 사용을 위해, 도1과 같이 자외선 살균장치(9) 및 오존 살균장치(10)를 구비하여 배양액을 재사용 할 수 있도록 한다.

본 고안의 장치에서는 식물체의 빠른 성장을 유도할 수 있도록 배양액의 용존산소 공급장치(15)를 배양액 탱크(20) 안에 설치하여 용존산소량을 일정하게 유지하여 준다.

본 고안의 장치 내에서 일어나는 식물의 생육단계 및 돌발 상황 등을 원거리에서도 확인할 수 있도록, 환경조절룸의 적당한 측면 또는 재배베드의 상부에 USB PC CAM(17)를 설치한다.

또한, 환경조절룸 내에 조도센서(CDS)를 설치하여 엘이디 광량을 측정하고, 콘트롤러(18)나 컴퓨터(19)를 통해 엘이디의 세기 및 시간 등을 자동제어 하도록한다. 배양액탱크(20) 내의 배양액의 이온, 용존산소, pH 등을 측정할 수 있는 센서(14)를 설치한다.

도2는 본 고안에서의 배양액의 흐름을 나타내는 것으로서, 배양액의 재사용이 가능하도록 순환구조를 이루고 있으며,이를 위한 수단으로서 자외선 및 오존 살균장치를 구비하고 있다.

(실시예)

이하에 본 고안의 실시예를 첨부된 도면3에 의거하여 설명하지만, 본 고안은첨부된 도면에 한정되지 않는다.

도3은 본 고안에 따르는 엘이디 광원 색소식물생육장치로서, 식물체에 양분을 공급하는 3단 재배베드의 엔에프티 및 분무식 겸용 수경재배 수단과, 밀폐상태에서 엘이디 광원을 조사하여 식물광원을 수행하는 수단, 배양액에 용존산소를 공급하는 수단, 배양액을 살균하여 재사용하는 수단, USB 카메라를 인터넷에 연결하여 재배 환경을 실시간으로 관찰할 수 있도록 하는 수단 등으로 구성되어 있다.

광폐쇄 공간 내 온도와 습도 조절이 가능한 환경 조절룸(21)에 엘이디 광원 색소식물생육장치을 설치하였으며, 고효율 재배를 위해 원적외색광 730 ㎚, 적색광 660 ㎚, 청색광 450 ㎚으로 구성된 엘이디 램프를 광원으로 선택하여 사용하였고, 조도센서(CDS센서)에서 엘이디 광원을 측정하여 최상의 생육환경에 맞도록 엘이디 광원의 세기를 자동제어할 수 있도록 설계하였다. 엘이디 램프기반과 램프장치 재배시스템을 3단으로 쌓아 배치한 고밀도 식물재배 시스템의 과도한 온도 상승을 방지하기 위해서 냉각팬(7)을 구성하여 여기에서 나오는 열원이 재배식물체에 영향을 주지 않도록 하였다.

수경재배 시스템으로는 알루미늄 재배 틀을 이용한 엔에프티 방식의 수경재배 시스템에 산소공급을 원활히 할 수 있도록 분무식 수경재배 시스템을 겸용할 수 있는 재배 베드를 설치하였다. 제어 알고리즘을 프로그래밍하여 이온, 용존산소, pH, 전기전도도 센서의 각종 신호값을 아날로그/디지털 변환기(A/D Converter)를 통해 컴퓨터로 수신하여 분석하여 각각의 제어변수를 디지털/아날로그 변환기(D/AConverter)를 통해 환경을 조절하여 주는 컨트롤러(18)를 구성하였다. 또한 재배환경제어 온도습도센서(16)에서 현재의 환경 측정치를 받아 자동으로 최상의 생장 환경조건에 맞는 환경치와 비교하여 식물의 환경을 제어하여 주도록 컨트롤러(18)에 연결하였다. 식물 재배에 필요한 배양액의 저장 및 공급을 최적화시킬 수 있도록 하는 배양액 제어 시스템을 갖춘 배양액 조성탱크(20)와 배양액 조성탱크에는 식물에 공급할 용존산소 공급장치(15)와 이온, 용존산소, pH 및 전기전도도를 측정할 수 있는 센서(14)를 구성하였다. 엘이디 광원 색소식물생육장치 내에서 일어나는 상황과 식물의 생육단계를 USB PC CAM(17)을 이용하여 진단 환경설정에 따라 생육상태를 원거리에서도 인터넷PC를 통하여 색소식물생육장치의 현재 상태를 모니터링할 수 있도록 구성하였다.

본 고안의 식물재배에 이용되는 가시영역의 엘이디 광원은 적외선 영역의 에너지 방사를 거의 포함하고 있지 않기 때문에 광원을 식물체에 근접시킬 수 있는 장점을 가지고 있다. 이처럼 엘이디 광원을 식물체에 근접 조사함으로써 식물의 광이용 효율을 높일 수 있었다. 또한 재배시스템을 다단식으로 설계할 수 있기 때문에 전체적으로 공간 효율을 극대화시킬 수 있었다. 엘이디 광원의 수명은 5만 시간 이상으로서, 이것은 1일 12시간 사용할 경우에도 10년 이상 색소식물생육장치을 가동시킬 수 있는 내구성을 지니고 있으며, 두께가 수 밀리미터 밖에 안 되는 엘이디 패널로 구성할 수 있어 얇은 시트상태의 엘이디 광원 장치를 제공함으로써, 다양한 공간과 형태에서 식물체의 성장에 적합한 광원만을 제공할 수 있는 장점을 가지고 있다.

본 고안의 엘이디 광원 색소식물생육장치 시스템을 이용하여 한 결과 쪽, 꼭두서니, 치자, 홍화, 고량, 적양배추, 차즈기, 자색고구마, 지치, 애기똥풀 등과 같은 색소식물을 플러그판에서 파종 후 20일 재배한 결과, 엘이디를 조사하여 재배한 식물체는 형광등을 광원으로 이용하는 기존의 온실에서 재배한 식물과 외형적인 성장속도를 비교한 결과 색소식물의 종류에 따라 최대 1.8 ~ 2.6배의 성장 빠른 성장속도를 보였다. 또한 형광등을 광원으로 이용하는 기존의 온실에서 재배한 색소식물의 색소 및 비타민 함유량을 비교한 결과 엘이디 광원을 조사한 식물은 색소식물 1 kg당 색소함량이 색소식물의 종류에 따라 3.5 ~ 5.3 브릭스%가 증가하였고, 색소식물 1 kg당 비타민 C 함유량은 25~ 38% 증가하였다.

표 1. 종래의 형광등을 이용한 색소식물생육방법과 본 고안의 색소식물생육장치를 이용한 방법과의 비교

측정항목	(본 고안의 엘이디 색소식물생육장치)/(형공등을 이용한 색소식물장치)
성장속도	1.8 ~ 2.6배 증가
비타민C함유량/kg	25 ~ 38%증가
색소함량/kg	3.5 ~ 5.3브릭스% 증가

본 고안의 엘이디 광원 색소식물생육장치을 이용할 경우, 필요한 파장의 가시광선만을 조사하므로 식물 생장의 속도가 빠르며, 색소식물로부터 색소함량을 크게 향상시킬 수 있어 고농도의 색소식물을 재배할 수 있다. 또한 연중 대량생산이가능할 뿐만 아니라 계절에 따른 기후변화와 천재지변의 영향을 받지 않아 에너지 비용을 줄일 수 있어 경제성 있는 색소식물을 재배할 수 있다.

Claims (4)

1. 색소식물을 재배하기 위한 환경조절룸 내부에 엔에프티 및 분무식 겸용 수경재배 수단, 재배베드의 상부에 엘이디 광원 램프(6), 상기 수경재배수단 전단에 자외선 살균장치(9) 및 오존 산균장치(10), 배양액 탱크(20)에 용존산소 공급장치(15) 및 환경조절룸의 일면에 유에스비 카메라(USB Camera)(17)를 설치하는 것을 특징으로 하는 엘이디 색소식물생육장치.
2. 제1항에 있어서, 엘이디 광원으로서 원적외색광, 적색광 및 청색광을 사용하는 것을 특징으로 하는 엘이디 색소식물생육장치.
3. 제2항에 있어서, 엘이디 광원으로서 원적외색광 730 ㎜, 적색광 660 ㎜ 및 청색광 450 ㎜를 조사하는 것을 특징으로 하는 엘이디 색소식물생육장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 재배베드의 구조가 2단 이상의 다단형인 것을 특징으로 하는 엘이디 색소식물생육장치.