KR20120072436A - 식물공장 광원 및 이를 갖는 식물공장 조명시스템 - Google Patents

식물공장 광원 및 이를 갖는 식물공장 조명시스템 Download PDF

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KR20120072436A
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Abstract

식물공장 내의 배치면에 배치된 식물로 광을 제공하는 식물공장 광원은 제1 방향으로 길게 연장되고, 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 배치되어 식물로 광을 제공하는 복수의 광원모듈들을 포함한다. 광원모듈들 각각은 구동기판, 구동기판의 일면 상에 배치되는 발광소자부, 구동기판의 제1 방향으로의 양측부에 구동기판에 대하여 경사지게 배치된 한 쌍의 측면 반사거울들, 및 구동기판의 제1 방향으로의 중앙부에 구동기판에 대하여 경사지게 배치된 한 쌍의 중앙 반사거울들을 포함한다. 이와 같이, 각각의 반사거울들에 의해 발광소자부에서 발생된 광이 식물이 배치된 배치면으로 균일하게 효율적으로 조사할 수 있다.

Description

식물공장 광원 및 이를 갖는 식물공장 조명시스템{LIGHT SOURCE OF CULTIVATION PLANT AND LIGHTING SYSTEM OF CULTIVATION PLANT HAVING THE LIGHT SOURCE}
본 발명은 식물공장 광원 및 이를 갖는 식물공장 조명시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 식물의 조직배양용으로 사용되는 식물공장 광원 및 이를 갖는 식물공장 조명시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 식물은 빛에 의해 생육이 촉진되거나 억제되며, 빛의 조사 방법에 따라 특별한 기능성 물질의 합성이 향상될 수 있고, 대상 생물체나 배양 목적에 따라 광 조사 방법은 달라지게 되며, 농업생산이나 농업유래 기능성 물질의 인공적 생산에 있어 최적의 결과를 얻기 위한 광조사 방법의 구명은 생산시스템의 경쟁력을 결정하는 핵심기술이다.
특히 식물 조직배양의 경우, 소형의 공간에서 입체적 증식과 감염되지 않은 건전한 종묘를 계절이나 환경에 관계없이 단기간에 대량증식이 가능하여 활발하게 이용되고 있는 대표적인 생명공학기술이지만, 이에 이용 중인 광조사 시스템은 낮고 불균일한 광 강도, 발열, 고장, 높은 전력소모량 등과 배양체의 생육조절을 위한 광의 색깔, 강도, 간헐조사 등의 조절이 불가능하여 낮은 광이용 효율과 광환경의 제어에 어려움을 겪고 있다.
종래에는 생물체, 즉 식물의 광(빛) 영향을 실험하기 위해서 빛의 세기와 파장, 조사 주기를 임의로 조절이 가능한 장치가 없고, 다만 고정된 시험환경에서 형광등과 같은 단색 광원을 일정하게 조사하거나, 또는 광원을 소정의 주기로 조사 및 차단하면서 관찰하는 것에 불과하였다.
그러나, 형광등과 같은 광원은 낮은 광 투과율, 광 저하, 광 파장 및 세기를 조절할 수 없어 생물체의 광 영향을 파악하는데 어려움이 있을 뿐만 아니라, 작물에 따라 최적광원의 특성에 대한 구명을 할 수 없어, 결국 작물의 재배에 맞는 적정 광질을 공급하는데 어려움이 있다.
따라서 본 발명은 상기 문제점을 해결하고자 하는 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 규격화된 공간에 배치된 식물로 균일한 광질로 효율적으로 조사하고, 광 환경의 자동적 조절이 가능한 식물공장 광원을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 해결하고자 하는 다른 과제는 상기 식물공장 광원을 구비하는 식물공장 조명시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 식물공장 광원은 식물공장 내의 배치면 상에 배치된 식물로 광을 제공하는 광원으로, 제1 방향으로 길게 연장되고 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 배치되어 상기 식물로 광을 제공하는 복수의 광원모듈들을 포함한다.
상기 광원모듈들 각각은 구동기판, 발광소자부, 한 쌍의 측면 반사거울들 및 한 쌍의 중앙 반사거울들을 포함한다. 상기 구동기판은 상기 제1 방향으로 길게 연장된 형상을 갖는다. 상기 발광소자부는 상기 구동기판의 일면 상에 배치되고, 복수의 적색 발광 다이오드들, 복수의 녹색 발광 다이오드들 및 복수의 청색 발광 다이오드들을 포함한다. 상기 측면 반사거울들은 상기 구동기판의 상기 제1 방향으로의 양측부에 상기 구동기판에 대하여 경사지게 배치되어, 상기 발광소자부에서 발생된 광 중 상기 배치면을 벗어나도록 진행하는 광의 적어도 일부를 반사시켜 상기 배치면으로 진행시킨다. 상기 중앙 반사거울들은 상기 구동기판의 상기 제1 방향으로의 중앙부에 상기 구동기판에 대하여 경사지게 배치되어, 상기 발광소자부에서 발생된 광 중 상기 배치면의 중심을 향하여 진행하는 광의 일부를 반사시켜 상기 배치면의 중심에 광이 집중되는 것을 방지한다.
상기 광원모듈들 각각은 상기 구동기판의 상기 제1 방향으로의 중앙부 및 상기 중앙 반사거울들 사이를 연결하여, 상기 중앙 반사거울들이 상기 구동기판의 일면으로부터 이격시키는 거울 지지대를 더 포함할 수 있다.
상기 광원모듈들 각각은 상기 구동기판의 일면과 대향하는 타면 상에 배치되어, 상기 발광소자부에서 발생된 열을 흡수하여 외부로 방출시키는 방열판을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 방열판에는 외부로부터 인가되는 유체가 흐를 수 있는 방열통로가 형성될 수 있다.
한편, 상기 광원모듈들이 광원 배치영역에 배치된다고 할 때, 상기 광원 배치영역의 중심에서 멀어질수록 상기 광원모듈들 사이의 이격거리가 감소될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 식물공장 조명시스템은 식물공장 내의 배치면 상에 배치된 식물로 광을 제공하는 조명시스템으로, 제1 방향으로 길게 연장되고 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 배치되어 상기 식물로 광을 제공하는 복수의 광원모듈들을 포함하는 식물공장 광원, 및 상기 식물공장 광원을 제어하는 광원 제어부를 포함한다.
상기 광원모듈들 각각은 구동기판, 발광소자부, 한 쌍의 측면 반사거울들 및 한 쌍의 중앙 반사거울들을 포함한다. 상기 구동기판은 상기 제1 방향으로 길게 연장된 형상을 갖는다. 상기 발광소자부는 상기 구동기판의 일면 상에 배치되고, 복수의 적색 발광 다이오드들, 복수의 녹색 발광 다이오드들 및 복수의 청색 발광 다이오드들을 포함한다. 상기 측면 반사거울들은 상기 구동기판의 상기 제1 방향으로의 양측부에 상기 구동기판에 대하여 경사지게 배치되어, 상기 발광소자부에서 발생된 광 중 상기 배치면을 벗어나도록 진행하는 광의 적어도 일부를 반사시켜 상기 배치면으로 진행시킨다. 상기 중앙 반사거울들은 상기 구동기판의 상기 제1 방향으로의 중앙부에 상기 구동기판에 대하여 경사지게 배치되어, 상기 발광소자부에서 발생된 광 중 상기 배치면의 중심을 향하여 진행하는 광의 일부를 반사시켜 상기 배치면의 중심에 광이 집중되는 것을 방지한다.
상기 광원모듈들 각각은 상기 구동기판의 일면과 대향하는 타면 상에 배치되어, 상기 발광소자부에서 발생된 열을 흡수하여 외부로 방출시키는 방열판을 더 포함할 수 있고, 상기 방열판에는 외부로부터 인가되는 유체가 흐를 수 있는 방열통로가 형성될 수 있다.
상기 식물공장 조명시스템은 상기 방열판들과 연결되어 상기 방열통로들로 액체를 제공하는 광원 수냉부를 더 포함할 수 있고, 상기 광원 수냉부는 상기 액체를 순환시키는 순환펌프, 상기 액체의 온도를 감소시키는 라지에이터(radiator) 및 상기 방열판들, 상기 순환펌프 및 상기 라지에이터 사이를 각각 연결하는 복수의 연결관들을 포함할 수 있다.
상기 식물공장 조명시스템은 상기 발광소자부에서 발생되는 열에 의한 온도를 측정하여 상기 광원 제어부로 제공하는 적어도 하나의 온도 센서를 더 포함할 수 있고, 상기 광원 제어부는 상기 온도 센서에서 측정된 온도값에 따라 상기 순환펌프에 의한 순환속도를 제어할 수 있다. 이때, 상기 온도 센서는 상기 방열판들 중 적어도 어느 하나에 부착될 수 있다.
상기 식물공장 조명시스템은 상기 광원 제어부에 의해 제어되어 상기 발광소자부로 구동전원을 제공하는 발광 전원부를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 식물공장 조명시스템은 상기 배치면 상에 배치되어 상기 발광소자부에서 발생된 광의 광량자속밀도를 측정하는 적어도 하나의 조도 센서를 더 포함할 수 있고, 상기 광원 제어부는 상기 조도 센서에서 측정된 광량자속밀도에 따라 상기 발광 전원부에서 출력되는 상기 구동전원을 제어할 수 있다.
상기 발광 전원부는 상기 적색 발광 다이오드들로 적색 구동전원을 제공하는 적색 전원소자, 상기 녹색 발광 다이오드들로 녹색 구동전원을 제공하는 녹색 전원소자, 및 상기 청색 발광 다이오드들로 청색 구동전원을 제공하는 청색 전원소자를 포함할 수 있고, 상기 광원 제어부는 상기 적색, 녹색 및 청색 전원소자들 각각을 제어할 수 있다.
상기 광원 제어부는 메모리에 저장된 상기 식물의 종류별 및 상기 식물의 생육단계별에 대한 광특성에 관한 데이터에 응답하여, 상기 적색, 녹색 및 청색 전원소자들 각각을 제어할 수 있고, 상기 광특성은 각 색깔별 광의 세기, 점멸주기, 조광주기 및 광색을 포함할 수 있다.
상기 식물공장 조명시스템은 상기 광원 제어부를 유선 또는 무선으로 신호를 주고받아 상기 광원 제어부를 제어하는 외부 컴퓨터를 더 포함할 수 있다.
이와 같은 식물공장 광원 및 이를 갖는 식물공장 조명시스템에 의하면, 발광모듈들의 배치위치와, 구동기판 상의 적색, 녹색 및 청색 발광다이오드의 배치형태와, 상기 발광모듈들 각각의 반사거울들에 의해 발광소자부에서 발생된 광이 식물이 배치된 배치면으로 균일하게 효율적으로 조사할 수 있다.
또한, 광원 제어부가 조도 센서에서 측정된 값에 응답하여 적색, 녹색 및 청색 전원소자들 각각을 개별 제어함에 따라, 식물의 종류 및 생장단계에 따라 발광소자부에서 발생되는 광의 광특성을 정밀하게 조절할 수 있다.
또한, 상기 광원 제어부가 온도 센서에서 측정된 값에 응답하여 순환펌프에 의한 순환속도를 제어함에 따라, 상기 발광소자부의 온도가 과도하게 증가되어 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 식물공장 조명시스템의 일부를 나타낸 측면도이다.
도 2는 도 1의 식물공장 조명시스템 중 광원모듈들 및 광원 수냉부의 관계를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 도 1의 식물공장 조명시스템에서의 신호 흐름을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 도 1의 식물공장 조명시스템 중 식물공장 광원이 배치되는 위치를 설명하기 위한 사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수개의표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다", "가지다", "구비하다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, "A가 B 상에 형성된다"라는 말은 "A가 B의 위 어디에도 형성될 수 있다"는 의미로, 단지 "A가 B의 표면에만 형성된다"라는 의미로 한정하여 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 식물공장 조명시스템의 일부를 나타낸 측면도이고, 도 2는 도 1의 식물공장 조명시스템 중 광원모듈들 및 광원 수냉부의 관계를 설명하기 위한 평면도이며, 도 3은 도 1의 식물공장 조명시스템에서의 신호 흐름을 설명하기 위한 블록도이다.
도 1, 도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 의한 식물공장 조명시스템은 식물공장 내의 지지판(10) 내에 배치된 식물로 광을 제공한다. 이때, 상기 식물은 식물용기(20) 내에 배치되어 있다. 예를 들어, 상기 식물공장 조명시스템이 상기 식물의 조직배양용으로 사용되는 조명시스템일 수 있다.
상기 식물공장 조명시스템은 복수의 광원모듈들(100)을 포함하는 식물공장 광원(LS), 광원 제어부(200), 외부 컴퓨터(300), 발광 전원부(400), 적어도 하나의 조도 센서(500), 광원 수냉부(600) 및 적어도 하나의 온도 센서(700)를 포함할 수 있다.
상기 광원모듈들(100)은 제1 방향(DI1)으로 길게 연장되고, 상기 제1 방향(DI1)과 수직한 제2 방향(DI2)을 따라 서로 이격되어 배치된다. 구체적으로, 상기 광원모듈들(100) 각각은 구동기판(110), 발광소자부(120), 한 쌍의 측면 반사거울들(130), 한 쌍의 중앙 반사거울들(140), 거울 지지대(150) 및 발열판(160)을 포함할 수 있다.
상기 구동기판(110)은 상기 제1 방향(DI1)으로 길게 연장된 형상을 갖고, 내부에는 각종 신호 및 전원을 전송하는 배선들이 형성되어 있다. 상기 발광소자부(120)는 상기 구동기판(110)의 일면 상에 배치되어 상기 배선들과 전기적으로 연결되고, 복수의 적색 발광 다이오드들(R), 복수의 녹색 발광 다이오드들(G) 및 복수의 청색 발광 다이오드들(B)을 포함한다. 이때, 상기 청색 발광 다이오드(B)의 개수가 상기 녹색 발광 다이오드(G)의 개수 또는 상기 적색 발광 다이오드(R)의 개수보다 많은 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 적색 발광 다이오드(R)는 30개, 상기 청색 발광 다이오드(B)는 18개 그리고 상기 녹색 발광 다이오드(G)는 6개로 형성되되, 도 2와 같은 서로 균일하게 섞이어 12행 3열로 배치될 수 있다. 구체적으로, 상기 30개의 적색 발광 다이오드들(R)과 상기 18개의 청색 발광 다이오드들(B)이 서로 균일하게 12행 3열로 배치된 상태에서 상기 6개의 녹색 발광 다이오드들(G)이 양측에 3개씩 균일하게 배치된 배치형태를 가질 수 있다.
상기 측면 반사거울들(130)은 상기 구동기판(110)의 상기 제1 방향(DI1)으로의 양측부에 상기 구동기판(110)에 대하여 경사지게 배치된다. 즉, 상기 측면 반사거울들(130)은 상기 구동기판(110)의 상기 제1 방향(DI1)으로의 양측부와 연결되고, 서로 대칭이 되게 상기 구동기판(110)의 양쪽 외측으로 각각 기울어져 있다. 그 결과, 상기 측면 반사거울들(130)은 상기 발광소자부(120)에서 발생된 광 중 상기 지지판(10)을 벗어나도록 진행하는 광의 적어도 일부를 반사시켜 상기 지지판(10)으로 진행시킨다.
상기 중앙 반사거울들(140)은 상기 구동기판(110)의 상기 제1 방향(DI1)으로의 중앙부에 상기 구동기판(110)에 대하여 경사지게 배치되고, 상기 거울 지지대(150)는 상기 구동기판(110)의 상기 제1 방향(DI1)으로의 중앙부 및 상기 중앙 반사거울들(140) 사이를 연결하여, 상기 중앙 반사거울들(140)이 상기 구동기판(110)의 일면으로부터 일정거리 이격시킨다. 이때, 상기 거울 지지대(150)는 광을 반사키는 재질로 이루어는 것이 바람직하나, 광을 투과시키는 재질로 이루어질 수도 있다. 구체적으로, 상기 중앙 반사거울들(140)은 상기 거울 지지대(150)의 하단과 연결되어 서로 대칭이 되게 상기 구동기판(110)의 양쪽 외측으로 각각 기울어져 있다. 그 결과, 상기 중앙 반사거울들(140)은 상기 발광소자부(120)에서 발생된 광 중 상기 지지판(10)의 중심을 향하여 진행하는 광의 일부를 반사시켜 상기 지지판(10)의 중심에 광이 집중되는 것을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에서, 상기 발광소자부(120)에서 출사된 광이 상기 측면 반사거울들(130) 및 상기 중앙 반사거울들(140)에 의해 반사되어 상기 지지판(10)으로 조사됨에 따라, 상기 지지판(10)에서는 느끼는 광의 휘도분포가 상기 제1 방향(DI1)을 따라 균일해질 수 있다.
상기 방열판(160)은 상기 구동기판(110)의 일면과 대향하는 타면 상에 배치되어, 상기 발광소자부(120)에서 발생된 열을 흡수하여 외부로 방출시킨다. 이때, 상기 방열판(160)은 평면적으로 보았을 때, 상기 구동기판(110)과 실질적으로 동일한 형상, 즉 상기 제1 방향(DI1)을 길게 연장된 형상을 갖는다. 상기 방열판(160)에는 외부로부터 인가되는 유체가 흐를 수 있는 방열통로(162)가 형성될 수 있다. 상기 방열통로(162)는 상기 제1 방향(DI1)을 따라 일직선으로 또는 지그재그로 굴곡되어 연장된 형상을 가질 수도 있다.
한편, 상기 광원모듈들(100)이 일정한 광원 배치영역에 배치된다고 할 때, 상기 광원 배치영역의 중심에서 멀어질수록 상기 광원모듈들(100) 사이의 이격거리가 감소될 수 있다. 예를 들어, 상기 광원모듈(100)이 상기 광원 배치영역 내에서 상기 제2 방향(DI2)을 따라 이격되어 9개가 배치된다고 할 때, 가장 중앙에 배치된 광원모듈(100)에서 멀어질수록 인접하는 광원모듈 간의 이격거리가 감소될 수 있다. 그 결과, 상기 지지판(10)에서는 느끼는 광의 휘도분포가 상기 제2 방향(DI2)을 따라서도 균일해질 수 있다.
상기 광원 제어부(200)는 상기 조도 센서(500) 및 상기 온도 센서(700)로부터 각각 신호를 인가받고, 상기 발광 전원부(400) 및 상기 광원 수냉부(600)를 각각 제어할 수 있다. 이때, 상기 광원 제어부(200)는 각종 데이터를 저장할 수 있는 메모리(210)를 구비하고 있다.
상기 외부 컴퓨터(300)는 상기 광원 제어부(200)와 유선 또는 무선으로 연결되어 상기 광원 제어부(200)와 신호를 주고받을 수 있다. 예를 들어, 상기 외부 컴퓨터(300)는 전력선 모뎀을 통해 상기 광원 제어부(200)와 신호를 주고받을 수 있다. 또한, 상기 외부 컴퓨터(300)는 상기 광원 제어부(200)로부터 상기 발광소자부(120)에서 발생되는 광의 특성 및 상기 발광소자부(120)에서 발생되는 열에 의한 온도값을 인가받아 모니터링할 수 있다.
상기 발광 전원부(400)는 상기 광원 제어부(200)에 의해 제어되어 상기 발광소자부(120)로 구동전원을 제공한다. 상기 발광 전원부(400)는 상기 발광모듈들(100) 모두에서의 적색 발광 다이오드들(R)로 적색 구동전원을 제공하는 적색 전원소자(410), 상기 발광모듈들(100) 모두에서의 녹색 발광 다이오드들(G)로 녹색 구동전원을 제공하는 녹색 전원소자(420), 및 상기 발광모듈들(100) 모두에서의 청색 발광 다이오드들(B)로 청색 구동전원을 제공하는 청색 전원소자(430)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 적색, 녹색 및 청색 전원소자들(410, 420, 430) 각각은 상기 발광 전원부(400)에 의해 개별적으로 제어된다.
상기 조도 센서(500)는 상기 지지판(10) 상에 적어도 하나가 배치되어, 상기 발광소자부(120)에서 발생된 광의 광량자속밀도를 측정하여 상기 광원 제어부(200)로 제공한다. 이때, 상기 조도 센서(500)는 상기 지지판(10)의 중앙과 네 모서리에 각각 5개가 배치될 수 있다.
한편, 상기 광원 제어부(200)는 상기 조도 센서(500)에서 측정된 광량자속밀도에 따라 상기 적색, 녹색 및 청색 전원소자들(410, 420, 430) 각각에서 출력되는 구동전원들 각각을 제어함으로써, 상기 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드들(R, G, B) 각각을 제어할 수 있다. 또한, 상기 광원 제어부(200)는 상기 메모리(210)에 룩업 테이블 형태로 저장된 상기 식물의 종류별 및 생육단계별에 대한 광특성에 관한 데이터에 응답하여, 상기 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드들(R, G, B) 각각을 제어할 수 있다. 이때, 상기 광특성은 각 색깔별 광의 세기, 점멸주기, 조광주기 및 광색을 포함할 수 있다. 따라서, 작업자가 상기 외부 컴퓨터(300)를 통해 상기 식물의 종류 및 생육단계를 입력하면, 상기 광원 제어부(200)는 상기 외부 컴퓨터(300)로부터 상기 식물의 종류 및 생육단계에 대한 입력값을 인가받아, 상기 입력값과 대응되는 광특성을 상기 메모리(210)에서 로딩하고, 이에 따라 상기 적색, 녹색 및 청색 발광 다이오드들(R, G, B) 각각을 제어할 수 있다.
상기 광원 수냉부(600)는 상기 발광모듈들(100)의 각 방열판(160)과 연결되어 상기 방열판들(160)의 각 방열통로(162)로 액체, 예를 들어 물 또는 기름을 제공한다. 예를 들어, 상기 광원 수냉부(600)는 순환펌프(610), 라지에이터(620) 및 복수의 연결관들(630)을 포함할 수 있다.
상기 연결관들(630)은 상기 방열판들(160)의 각 방열통로(162)를 도 2와 같이 지그재그로 연결하고, 상기 방열판들(160) 중 일측 최외곽에 배치된 방열판(160)의 방열통로(162)와 상기 순환펌프(610) 사이를 연결하며, 상기 순환펌프(610)와 상기 라지에이터(620) 사이를 연결하고, 상기 라지에이터(620) 및 상기 방열판들(160) 중 타측 최외곽에 배치된 방열판(160)의 방열통로(162) 사이를 연결한다. 상기 순환펌프(610)는 상기 광원 제어부(200)에 의해 제어되어 상기 방열판들(160)의 각 방열통로(162)를 통해 흐르는 상기 액체가 순환되는 속도를 조절할 수 있다. 상기 라지에이터(620)는 상기 방열판들(160)의 각 방열통로(162)를 통해 흐르는 상기 액체로부터 열을 방출시켜 상기 액체의 온도를 감소시킬 수 있고, 별도의 방열팬을 통해 상기 액체의 온도를 더욱 감소시킬 수 있다.
상기 온도 센서(700)는 상기 발광소자부(120)에서 발생되는 열에 의한 온도를 측정하여 상기 광원 제어부(200)로 제공한다. 이때, 상기 온도 센서(700)는 상기 방열판들(160) 중 적어도 어느 하나에 부착되어 상기 온도를 측정할 수 있다. 상기 광원 제어부(200)는 상기 온도 센서(700)에서 측정된 온도값에 따라 상기 순환펌프에 의한 순환속도를 제어할 수 있다. 예를 들어, 상기 온도 센서(700)에서 측정된 온도값이 기준 온도보다 높을 경우, 상기 광원 제어부(200)는 상기 순환펌프에 의한 순환속도를 상승시켜 상기 온도값을 낮출 수 있다.
도 4는 도 1의 식물공장 조명시스템 중 식물공장 광원이 배치되는 위치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4를 참조하면, 상기 식물공장 광원(LS) 및 상기 식물용기들(20)은 상기 식물공장 내에 배치된 거치 구조물(30)에 거치될 수 있다. 이때, 상기 거치 구조물(30)에는 각 층별로 거치공간(32)이 형성되어 있고, 상기 식물공장 광원(LS) 및 상기 식물용기들(20)은 상기 거치공간(32) 내에 배치된다. 구체적으로, 상기 식물공장 광원(LS)은 상기 거치공간(32)의 상부면에 부착되고, 상기 식물용기들(20)은 상기 거치공간(32)의 하부면에 배치될 수 있다. 이때, 상기 식물용기들(20)은 도 4와 같이 상기 지지판(10)에 의해 지지된 후 배치되거나, 상기 거치공간(32)의 하부면에 직접 배치될 수도 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 상기 발광모듈들(100)이 상기 제2 방향(DI2)을 따라 이격되어 배치되고, 상기 측면 및 중앙 반사거울들(130, 140)이 상기 제1 방향(DI1)을 따라 이격되어 경사지게 배치됨에 따라, 상기 발광소자부(120)에서 발생된 광이 상기 지지판(10)으로 균일하게 효율적으로 조사할 수 있다.
또한, 상기 광원 제어부(200)가 상기 조도 센서(500)에서 측정된 값에 응답하여 상기 적색, 녹색 및 청색 전원소자들(410, 420, 430) 각각을 개별 제어함에 따라, 상기 식물의 종류 및 생장단계에 따라 상기 발광소자부(120)에서 발생되는 광의 광특성을 정밀하게 조절할 수 있다.
또한, 상기 광원 제어부(200)가 상기 온도 센서(700)에서 측정된 값에 응답하여 상기 순환펌프(610)에 의한 순환속도를 제어함에 따라, 상기 발광소자부(120)의 온도가 과도하게 증가되어 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
LS : 식물공장 광원 100 : 발광모듈
110 : 구동기판 120 : 발광소자부
130 : 측면 반사거울 140 : 중앙 반사거울
150 : 거울 지지대 160 : 방열판
162 : 방열통로 200 : 광원 제어부
210 : 메모리 300 : 외부 컴퓨터
400 : 발광 전원부 410 : 적색 발광소자
420 : 녹색 발광소자 430 : 청색 발광소자
500 : 조도 센서 600 : 광원 수냉부
610 : 순환펌프 620 : 라지에이터
630 : 연결관 700 : 온도 센서

Claims (15)

  1. 식물공장 내의 배치면에 배치된 식물로 광을 제공하는 식물공장 광원에 있어서,
    제1 방향으로 길게 연장되고, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 배치되어 상기 식물로 광을 제공하는 복수의 광원모듈들을 포함하고,
    상기 광원모듈들 각각은
    상기 제1 방향으로 길게 연장된 형상을 갖는 구동기판;
    상기 구동기판의 일면 상에 배치되고, 복수의 적색 발광 다이오드들, 복수의 녹색 발광 다이오드들 및 복수의 청색 발광 다이오드들을 포함하는 발광소자부;
    상기 구동기판의 상기 제1 방향으로의 양측부에 상기 구동기판에 대하여 경사지게 배치되어, 상기 발광소자부에서 발생된 광 중 상기 배치면을 벗어나도록 진행하는 광의 적어도 일부를 반사시켜 상기 배치면으로 진행시키는 한 쌍의 측면 반사거울들; 및
    상기 구동기판의 상기 제1 방향으로의 중앙부에 상기 구동기판에 대하여 경사지게 배치되어, 상기 발광소자부에서 발생된 광 중 상기 배치면의 중심을 향하여 진행하는 광의 일부를 반사시켜 상기 배치면의 중심에 광이 집중되는 것을 방지하는 한 쌍의 중앙 반사거울들을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장 광원.
  2. 제1항에 있어서, 상기 광원모듈들 각각은
    상기 구동기판의 상기 제1 방향으로의 중앙부 및 상기 중앙 반사거울들 사이를 연결하여, 상기 중앙 반사거울들이 상기 구동기판의 일면으로부터 이격시키는 거울 지지대를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장 광원.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광원모듈들 각각은
    상기 구동기판의 일면과 대향하는 타면 상에 배치되어, 상기 발광소자부에서 발생된 열을 흡수하여 외부로 방출시키는 방열판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장 광원.
  4. 제2항에 있어서, 상기 방열판에는
    외부로부터 인가되는 유체가 흐를 수 있는 방열통로가 형성된 것을 특징으로 하는 식물공장 광원.
  5. 제1항에 있어서, 상기 광원모듈들이 광원 배치영역에 배치된다고 할 때, 상기 광원 배치영역의 중심에서 멀어질수록 상기 광원모듈들 사이의 이격거리가 감소되는 것을 특징으로 하는 식물공장 광원.
  6. 식물공장 내의 배치면에 배치된 식물로 광을 제공하는 식물공장 조명시스템에 있어서,
    제1 방향으로 길게 연장되고, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향을 따라 서로 이격되어 배치되어 상기 식물로 광을 제공하는 복수의 광원모듈들을 포함하는 식물공장 광원; 및
    상기 식물공장 광원을 제어하는 광원 제어부를 포함하고,
    상기 광원모듈들 각각은
    상기 제1 방향으로 길게 연장된 형상을 갖는 구동기판;
    상기 구동기판의 일면 상에 배치되고, 복수의 적색 발광 다이오드들, 복수의 녹색 발광 다이오드들 및 복수의 청색 발광 다이오드들을 포함하는 발광소자부;
    상기 구동기판의 상기 제1 방향으로의 양측부에 상기 구동기판에 대하여 경사지게 배치되어, 상기 발광소자부에서 발생된 광 중 상기 배치면을 벗어나도록 진행하는 광의 적어도 일부를 반사시켜 상기 배치면으로 진행시키는 한 쌍의 측면 반사거울들; 및
    상기 구동기판의 상기 제1 방향으로의 중앙부에 상기 구동기판에 대하여 경사지게 배치되어, 상기 발광소자부에서 발생된 광 중 상기 배치면의 중심을 향하여 진행하는 광의 일부를 반사시켜 상기 배치면의 중심에 광이 집중되는 것을 방지하는 한 쌍의 중앙 반사거울들을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장 조명시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 광원모듈들 각각은
    상기 구동기판의 일면과 대향하는 타면 상에 배치되어, 상기 발광소자부에서 발생된 열을 흡수하여 외부로 방출시키는 방열판을 더 포함하고,
    상기 방열판에는 외부로부터 인가되는 유체가 흐를 수 있는 방열통로가 형성된 것을 특징으로 하는 식물공장 조명시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 방열판들과 연결되어 상기 방열통로들로 액체를 제공하는 광원 수냉부를 더 포함하고,
    상기 광원 수냉부는
    상기 액체를 순환시키는 순환펌프;
    상기 액체의 온도를 감소시키는 라지에이터(radiator); 및
    상기 방열판들, 상기 순환펌프 및 상기 라지에이터 사이를 각각 연결하는 복수의 연결관들을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장 조명시스템.
  9. 제8항에 있어서, 상기 발광소자부에서 발생되는 열에 의한 온도를 측정하여 상기 광원 제어부로 제공하는 적어도 하나의 온도 센서를 더 포함하고,
    상기 광원 제어부는 상기 온도 센서에서 측정된 온도값에 따라 상기 순환펌프에 의한 순환속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 식물공장 조명시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 온도 센서는
    상기 방열판들 중 적어도 어느 하나에 부착된 것을 특징으로 하는 식물공장 조명시스템.
  11. 제6항에 있어서, 상기 광원 제어부에 의해 제어되어 상기 발광소자부로 구동전원을 제공하는 발광 전원부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장 조명시스템.
  12. 제11항에 있어서, 상기 배치면 상에 배치되어 상기 발광소자부에서 발생된 광의 광량자속밀도를 측정하는 적어도 하나의 조도 센서를 더 포함하고,
    상기 광원 제어부는 상기 조도 센서에서 측정된 광량자속밀도에 따라 상기 발광 전원부에서 출력되는 상기 구동전원을 제어하는 것을 특징으로 하는 식물공장 조명시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 발광 전원부는
    상기 적색 발광 다이오드들로 적색 구동전원을 제공하는 적색 전원소자;
    상기 녹색 발광 다이오드들로 녹색 구동전원을 제공하는 녹색 전원소자; 및
    상기 청색 발광 다이오드들로 청색 구동전원을 제공하는 청색 전원소자를 포함하고,
    상기 광원 제어부는 상기 적색, 녹색 및 청색 전원소자들 각각을 제어하는 것을 특징으로 하는 식물공장 조명시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 광원 제어부는
    메모리에 저장된 상기 식물의 종류별 및 상기 식물의 생육단계별에 대한 광특성에 관한 데이터에 응답하여, 상기 적색, 녹색 및 청색 전원소자들 각각을 제어하고,
    상기 광특성은 각 색깔별 광의 세기, 점멸주기, 조광주기 및 광색을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장 조명시스템.
  15. 제6항에 있어서, 상기 광원 제어부를 유선 또는 무선으로 신호를 주고받아 상기 광원 제어부를 제어하는 외부 컴퓨터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장 조명시스템.
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