KR20120074075A - 모듈식 식물공장 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래에 단일 설비로 된 식물공장의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 재배 식물의 육성조건에 따라 표준화된 모듈을 마련하고 이들 모듈을 재배 일정에 맞추어 조립하는 방식으로 설치할 수 있는 모듈식 식물공장을 제공하는데 그 주된 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모듈식 식물공장은, 광원, 양액 공급부, 이산화탄소 공급부, 육성조건 제어부를 포함하고, 재배 식물에 대하여 2개 이상의 서로 다른 육성조건으로 세팅된 복수 개의 재배 모듈이 마련되며, 이들 재배 모듈이 재배 계획에 맞추어 연속적으로 조립 설치되도록 구성된다.

Description

모듈식 식물공장{MODULE TYPE PLANT FACTORY CONSTRUCTURE}

본 발명은 모듈식 식물공장에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 식물공장을 식물의 재배 조건에 따른 모듈로 구분하여 그 설치 및 변경이 용이하도록 구성된 모듈식 식물공장에 관한 것이다.

식물공장이란 유리온실이나 외부와 격리된 건물 내에서 작물이 생장할 수 있는 재배 조건을 맞추어 줌으로써 원하는 작물을 기후나 계절의 변화에 관계없이 안정적으로 생산할 수 있도록 해주는 설비를 말한다.

식물공장은 사용되는 광원의 종류에 따라 태양광 전용형, 태양광/인공광 병용형, 인공광 전용형으로 구분되고, 설비의 형태에 따라 수평형 식물공장 및 수직형 식물공장으로 구분된다.

광원으로 사용되는 인공광으로는 고효율 형광 램프, 나트륨 램프, LED 램프 등이 있으며, 최근에는 여러 파장의 빛을 조사할 수 있는 LED 램프를 사용하여 대상 식물의 생장에 가장 적합한 파장의 빛을 조사할 수 있도록 해주는 기술이 많이 개발되고 있다. 상기 수평형 식물공장은 1단의 단일설비로 구성되고 주야간 조절장치를 설치하여 태양광 또는 태양광/인공광 병용형을 주로 사용하고 있다. 수직형 식물공장은 시설면적의 이용을 최대화하기 위한 것으로서 다단식 건물에 수평/수직 컨베이어를 사용하여 재배 시설을 연속적으로 구성하며 주로 고효율 형광 램프 및 LED 램프를 사용하고 있다.

식물공장이 우리나라에 소개된 것은 거의 20여 년전 일이나 토지를 이용한 농작물 재배에 대한 인식이 너무 확고하고 과다한 시설비용 및 환경 제어기술의 미비 등으로 인해 국내에서는 아직까지 상용화되지 못하고 있으며, 현재 농촌진흥청이나 지방 자치단체 연구소에서 연구용으로 시설한 몇 개의 개소만이 운영되고 있는 실정이다. 그러나, 가까운 일본의 경우만 하더라도 식물공장 건설시장이 2007년 15억2천9백만엔, 2008년 16억8천만엔 등 매출대비 매년 10% 이상의 고속성장이 이루어지고 있으며, 최근 식탁의 안정성과 식량 자급률에 대한 사회적 이슈화 등으로 인해 농업기술에서 향후 발전 가능성이 높은 주요 분야로 관심이 급격히 높아지고 있다.

식물공장 설비로는 영양분을 만드는데 필요한 탄소동화 작용의 3대 요소인 빛을 공급하는 램프(광원), 물이나 영양분을 공급하는 양액공급장치, 이산화탄소를 공급하는 이산화탄소공급장치가 필수적으로 요구된다. 또한, 겨울철에 작물이 따뜻하게 온도를 높여주는 온풍난방기나 온수보일러 등의 난방기 및 여름철에 작물을 시원하게 하여 주는 냉방기와 같은 온도 제어장치를 필요로 한다. 또한, 신선한 공기를 들어오고 나가게 하는 창문이 지붕과 측면에 설치되고 건물 안의 공기를 원활하게 순환시키는 순환 환기팬을 필요로 한다.

또한, 온도와 습도, 이산화탄소, 햇빛의 세기, 영양분의 성분을 측정하는 많은 센서들이 설치된다. 이들 센서는 작물이 좋아하는 환경에 맞추어 미리 설정해 놓은 기준값에 따라 측정하고, 환경제어장치가 측정된 값을 근거로 자동제어를 통해 재배 식물에 알맞은 환경을 유지시켜준다.

이와 같이 구성된 기존의 식물공장 설비는 하나의 단일 설비로 설치된다. 단일 설비로 된 식물공장은 한 종류의 식물만 재배가 가능하여 적용 분야가 한정되고, 식물 재배를 위한 육성조건을 변화시키는 경우에는 변경에 필요한 설치 비용이 과다하게 소요되며 단일 설비가 필요 이상으로 커지는 단점이 있었다.

본 발명은 종래에 단일 설비로 된 식물공장의 문제점을 해결하기 위하여 개발된 것으로서, 재배 식물의 육성조건에 따라 표준화된 모듈을 마련하고 이들 모듈을 재배 일정에 맞추어 연속적으로 조립하는 방식으로 설치할 수 있는 모듈식 식물공장을 제공하는데 그 주된 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 모듈식 식물공장은, 광원, 양액 공급부, 이산화탄소 공급부, 육성조건 제어부를 포함하고, 재배 식물에 대하여 2개 이상의 서로 다른 육성조건으로 세팅된 복수 개의 재배 모듈이 마련되며, 이들 재배 모듈이 재배 계획에 맞추어 연속적으로 조립 설치되도록 구성된다.

또한, 상기 복수 개의 재배 모듈은 동일한 육성조건으로 세팅된 재배 모듈이 연속적으로 조립 설치될 수 있고, 상이한 육성조건으로 세팅된 재배 모듈이 연속적으로 조립 설치될 수도 있다.

또한, 상기 복수 개의 재배 모듈 중에서 제1 육성조건으로 세팅된 재배 모듈이 일정 간격을 두고 지지바를 매개로 연결 설치되고, 그 외의 육성조건으로 세팅된 재배 모듈이 상기 지지바 상에 연결 설치되도록 구성된다.

또한, 상기 서로 다른 육성조건으로 세팅된 재배 모듈 사이에는 컨베이어에 의해 재배 식물이 연속적으로 이동 가능하게 설치된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 모듈식 식물공장에 따르면, 복수 개의 상이한 육성조건을 가진 식물공장을 효과적으로 조립 설치할 수 있어 다양화된 재배 식물 및 재배 조건에 최적화된 식물공장 구조를 제공해 준다.

또한, 다양한 육성조건에 따라 표준화된 모듈을 구비하고, 새로운 재배 계획에 맞추어 표준화된 모듈 중 적합한 조합을 선택하여 조립하면 되므로 설치비용 및 기간을 크게 감축할 수 있고, 모듈 별로 표준화된 제어 메뉴얼을 제공하므로 식물공장의 운영에 큰 도움을 줄 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 모듈식 식물공정의 전체 공정도.
도 2는 동일한 육성조건을 가진 재배 모듈을 연결하는 방식을 나타낸 도면.
도 3은 상이한 육성조건을 가진 재배 모듈을 연결하는 방식을 나타낸 도면.
도 4는 상이한 육성조건을 가진 재배 모듈이 연결 완료된 상태를 나타낸 도면.

이하에서 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 일 실시예를 보다 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에 도시된 구성요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다는 점을 유념해야 할 것이다.

본 발명의 모듈식 식물공장은 광원, 양액 공급부, 이산화탄소 공급부, 육성조건 제어부를 포함하고, 재배 식물에 대하여 2개 이상의 서로 다른 육성조건으로 세팅된 복수 개의 재배 모듈이 마련되며, 이들 재배 모듈이 재배 계획에 맞추어 연속적으로 조립 설치되는 것을 특징으로 한다.

광원은 식물의 탄소동화 작용에 필수적인 구성요소로서 태양과 같은 자연광을 직접 사용할 수도 있고, 고효율 형광 램프, 나트륨 램프, LED 램프와 같은 인공광을 사용할 수도 있으며, 자연광 및 인공광을 병합하여 사용하도록 구성될 수도 있다.

양액 공급부는 토양성분과 유사하게 여러 가지 물질을 조제하여 식물 재배에 필요한 영양분이 포함된 배양액을 재배 식물의 심어진 프레임의 하부로 흘러보내 식물이 이로부터 필요한 영양분을 흡수할 수 있도록 해주는 것이다. 양액은 일정 주기별로 교체할 수 있는 시스템이 구축되어 있다.

이산화탄소 공급부는 식물의 탄소동화 작용에 필수적인 성분으로서 탄산가스 발생장치 등을 이용하여 식물공장 내부에 필요한 이산화탄소의 농도가 일정하게 유지될 수 있도록 해준다.

육성조건 제어부는 환경제어를 위한 메인 컨트롤러로서, 재배 식물의 생장에 필요한 광량 및 조사 주기, 온도, 습도, 양액의 공급주기, 이산화탄소 농도 등을 미리 설정된 육성조건에 맞추어 자동적으로 제어해주는 장치이다.

이와 같이, 본 발명에 따른 식물공장의 재배 모듈은 상기 광원, 양액 공급주, 이산화탄소 공급부, 육성조건 제어부를 기본적으로 포함되고, 재배 식물의 육성 계획(파종, 발아, 생장, 수확 등)에 따라 세부적인 육성조건에 맞추어 표준화되어 있다. 여기서 표준화되어 있다는 것은 각 재배 단계별로 필요한 육성조건에 최적화된 메뉴얼을 제공할 수 있도록 세팅되어 있음을 의미한다. 이는 하나의 재배 식물에 한정되지 아니하고, 여러 가지 재배 식물의 동일한 육성 단계에서 공통적으로 사용될 수 있도록 모듈화됨으로써 더욱 효과적인 식물공장의 구축이 가능하도록 해준다.

또한, 재배 식물에 대하여 2개 이상의 서로 다른 육성조건으로 세팅된 복수 개의 재배 모듈이 마련되며, 이들 재배 모듈이 재배 계획에 맞추어 연속적으로 조립 설치된다.

이때, 복수 개의 재배 모듈이 동일한 육성조건으로 세팅된 경우에는 이를 연속적으로 배치함으로써 전체 모듈식 식물공장을 확장해 나갈 수 있다. 동일한 육성조건인 경우 각 재배 모듈별로 별도의 종자 인입구와 출하 배출구를 배치하여 파종 및 출하가 독립적으로 이루어지도록 구성될 수도 있다.

한편, 상기 복수 개의 재배 모듈이 상이한 육성조건으로 세팅된 경우에는 핵심이 되는 제1 육성조건으로 세팅된 재배 모듈을 일정 간격을 두고 지지바를 매개로 연결 설치한 후에, 그 외의 육성조건으로 세팅된 재배 모듈을 상기 지지바 상에 연결 설치함으로써, 서로 다른 육성조건의 재배 모듈들을 효과적으로 연결할 수 있다.

이때, 상기 서로 다른 육성조건으로 세팅된 재배 모듈이 하나의 재배 식물에 대하여 일정 기간의 재배 계획에 따라 연결되는 경우에는 각 재배 모듈이 컨베이어에 의해 연결되어 재배 식물이 연속적으로 이동 가능하게 설치될 수 있다.

도 1은 상술한 본 발명의 모듈식 식물공장의 일 실시예를 도시한 것이다.

모듈식 식물공장은 크게 재배 식물의 파종 및 발아를 목적으로 하는 육성조건으로 세팅된 A 모듈(1)과 재배 식물의 성장 및 수확을 목적으로 하는 육성조건으로 세팅된 B 내지 D 모듈(2.3.4)로 구성된다. 대상 식물의 파종으로부터 수확까지 일련의 공정으로 이루어지므로, 재배 식물을 각 단계별 해당 모듈로 이송하기 위하여 컨베이어(10)가 설치된다.

상기 A 모듈(1)은 창이 없는 건물로 육성조건(온도 20℃, 습도 80%)이 동일한 2개의 재배 모듈이 연속적으로 배치된 형태로 구성된다.

B 내지 D 모듈은 유리 온실로 구성되는데, B 모듈(2)은 압박 공정으로서 파종을 한 후 기계적으로 압박하여 재배 식물의 뿌리를 고정시키는 단계에 필요한 육성조건으로 세팅되고, C 모듈(3)은 나트륨 램프를 이용해 필요한 광량 및 주기로 조사하여 재배 식물을 생장시키는 단계에 필요한 육성조건으로 세팅되며, D 모듈(4)은 재배 식물의 쓴맛을 제거하기 위하여 강풍을 불어주는 단계에 필요한 육성조건으로 각각 세팅된다. 위 B 내지 D 모듈의 단계에서 핵심이 되는 것은 식물의 생장을 돕는 C 모듈 단계이므로, C 사이 사이에 B, D를 배치하여 B -> C -> D -> C 모듈로 연속 배치된다. 즉, 후속 공정을 위한 설비는 서로 다른 육성조건을 가진 재배 모듈(2,3,4)이 연속적으로 조립되는 형태로 구성된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 파종 및 발아를 위한 동일한 육성조건으로 세팅된 2개의 A 모듈(1)은 이를 연속적으로 배치한 후 상호 조립함으로써 쉽게 연결할 수 있다. 동일한 육성조건에 따라 세팅된 관계로 그 규모나 설비사양이 동일하기 때문에 상호 연결을 위해 별도로 고려할 사항은 없다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 성장 및 수확을 위한 서로 상이한 육성조건으로 세팅된 B 내지 D 모듈은 가장 핵심이 되는 재배 모듈을 먼저 연결시킨 후에 다른 육성조건을 가진 재배 모듈을 연결하는 방식으로 연속 조립하는 것이 설치작업의 효율성 측면에서 바람직하다. 도 1에 도시된 모듈식 식물공장에서는 C 모듈의 육성 단계가 핵심 단계이므로 도 3에 도시된 바와 같이 C 모듈을 필요한 개수만큼 연결 설치한다. 비록 도 3에는 C 모듈의 사이 간격이 동일하게 예시되어 있으나, 그 사이에 배치될 다른 육성조건을 가진 모듈의 개수에 따라 C 모듈 사이의 간격도 달라질 수 있다.

C 모듈 사이의 연결은 직사각형 단면을 가진 각 모듈의 네 귀퉁이에 결합공(22)이 형성되고, 이 결합공(22)에 필요한 길이로 절단된 지지바(20)를 삽입 고정시키는 방식으로 이루어진다.

핵심 단계인 C 모듈의 연결이 완료된 후에는 그 사이 공간에 압박, 강풍의 육성조건으로 세팅된 B 모듈(2) 및 D 모듈(4)을 상기 지지바(20) 상에 연결 설치함으로써 전체 공장 설비를 완성한다. 지지바(20) 상에 기타 육성조건으로 세팅된 재배 모듈(2,4)을 장착시키는 방법은 각 재배 모듈을 1/2 형태(예를 들어 "ㄴ" 및 "ㄱ" 형태)로 예비 제조한 후 각 지지바(20)에 용접 등을 통해 최종 결합시키는 방식을 포함해 다양한 형태로 구성될 수 있다. 도 1에는 B, D 모듈이 1개씩 연결 설치되는 것으로 도시되어 있으나, 도 4에 도시된 바와 같이 B 모듈이 2개 이상으로 세분화되어 연결될 수도 있다.

이와 같이 본 발명의 모듈식 식물공장은 핵심 재배 모듈을 중심으로 연결 설치함으로써, 기타 육성조건이 변경되는 경우 B 모듈(2) 및 D 모듈(4)만을 지지바(20)로부터 분리하고 이를 새로운 육성조건으로 세팅된 재배 모듈로 교체함으로써 손쉽게 전체 재배 공정을 변경할 수 있다.

상기에서 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

1,2,3,4: 재배 모듈 10: 컨베이어
20: 지지바 22: 결합공

Claims (5)

1. 광원, 양액 공급부, 이산화탄소 공급부, 육성조건 제어부를 포함하고, 재배 식물에 대하여 2개 이상의 서로 다른 육성조건으로 세팅된 복수 개의 재배 모듈이 마련되며,
   이들 재배 모듈이 재배 계획에 맞추어 연속적으로 조립 설치되는 것을 특징으로 하는 모듈식 식물공장.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수 개의 재배 모듈은 동일한 육성조건으로 세팅된 재배 모듈이 연속적으로 조립 설치되는 것을 특징으로 하는 모듈식 식물공장.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수 개의 재배 모듈은 상이한 육성조건으로 세팅된 재배 모듈이 연속적으로 조립 설치되는 것을 특징으로 하는 모듈식 식물공장.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 복수 개의 재배 모듈 중에서 제1 육성조건으로 세팅된 재배 모듈이 일정 간격을 두고 지지바를 매개로 연결 설치되고, 그 외의 육성조건으로 세팅된 재배 모듈이 상기 지지바 상에 연결 설치되는 것을 특징으로 하는 모듈식 식물공장.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 서로 다른 육성조건으로 세팅된 재배 모듈 사이에는 컨베이어에 의해 재배 식물이 연속적으로 이동 가능하게 설치된 것을 특징으로 하는 모듈식 식물공장.
   

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