KR20120100345A - 엽 채류 생산을 위한 식물공장 시스템. - Google Patents

Abstract

본 발명은 엽 채류의 식물을 파종하여 인공적으로 성장시키는 식물공장 시스템에 관한 것으로서, 엽 채류가 성장하는 데에는 빛과 이산화탄소의 광합성 작용과 질소 인산 칼리(탄산칼륨)의 비료의 3대 요소가 필요하며, 이를 충분하게 인공적으로 공급하면, 성장속도가 빠른데 기인하여, 제한된 공간속에서 여러 단계의 장치를 압축적으로 설치하여, 자동으로 엽 채류를 생산하기 위한 식물 공장 시스템에 관한 것이다.
일반적인 식물공장은 이송수단을 수동 또는 체인으로 이동시키면서, 이산화탄소와 액체비료를 세분화시켜 공급 하지 못하여 균일한 제품이 생산되지 못하는 단점과 식물의 뿌리가 소정의 길이만큼 자라기 전 까지 액체비료 및 산소 등의 필요한 성분을 공급하는 데 난점이 있다.
본 발명은 액체 게르마늄을 희석한 액체비료와 이산화탄소를 재배 실 구역을 세분화 해 공급하고, 액체비료 내부로 공기를 주입시켜 공기가 액체비료에서 탈출할 때 발생하는 힘을 이용하여 액체비료를 기화시켜, 뿌리에 공급하며, 공급 측과 출하 측에 밀고 당기며, 상하로 이송시키는 자동화 대차를 설치함으로서, 균일한 엽 채류를 빠른 시간에 자동으로 생산 할 수 있다.
따라서 , 이상기후 현상으로 식물생산이 어려움을 겪고 있는 시점에서 무공해 엽 채류를 다량 생산할 수 있으므로 반드시 필요한 발명이다.

Description

엽 채류 생산을 위한 식물공장 시스템.{A PLANT FACTORY SYSTEM FOR VEGETABLES}

본 발명은 식물을 자동으로 성장시키는 것에 관한 것이므로, 농업에 관한 1차 산업과 필요한 성분을 자동으로 공급하며 이송시키는 기구학적해석과 유체학적 해석이 종합적으로 필요하며, 액체비료를 사용하는 수경재배에 관한 기술 등이 본 발명이 속하는 기술 분야라고 할 수 있다.

상기 본 발명을 이루기 위하여 필요한 기술로는 LED 조명의 조사기술과 공기속의 이산화탄소 함유량 조정, 물과 액체 비료의 성분비 조정, 그리고 상기 요소들을 구역의 세분화 공급 등이 반드시 필요하며,

특히, 식물의 성장하는 주변의 습도, 온도 등을 자동으로 조종할 수 있어야 하므로, 공조기술, 센서 활용기술, 유량제어 기술 등의 종합적인 기술이 그 배경기술로 필요하다.

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본 발명은 대기오염이 심각해지고 이상기후 현상이 빈번하게 발생하는 현 시점에서 천연의 액체비료와 액체 게르마늄성분 등을 물에 희석하여 공급하며, 이산화탄소와 태양의 빛에 근접한 LED빛을 조사하여, 무공해 엽 채류를 대량 생산하는 엽 채류 생산을 위한 식물공장 시스템을 공급하는 데 그 목적이 있으며,

상기의 목적으로 시도되고 있는 기술로는 여러 방향으로 시도 되고 있으나, 이는 광합성 작용에 필요한 이산화탄소와 액체 비료 등을 필요한 구역의 세분화 하여 공급하지 못하고, 단순하게 공급하고 있으므로 생산되는 엽 채류의 상태가 균일하지 못하며, 특히, 출하 측의 액체비료 통의 게이트가 없어 엽 채류의 뿌리가 손상된 채로 출하되는 등의 난점이 있다.

또한, 뿌리가 자라서 액체 비료에 닿기 전까지 액체 비료를 공급하는 장치가 없어 상부에서 분사되어 공급되는 액체 배료에 의존하기 때문에 엽 채류의 성장시간이 늦어지는 단점이 있다.

따라서 , 본 발명은 엽 채류가 성장하는 각층의 재배실의 한 측면에 이산화탄소의 공급 관을 설치하고, 반대 측면에 이산화탄소의 배출 관을 설치하고, 액체 비료 통의 면적의 세분하여 액체 비료의 공급을 세분화 하였으며, 특히, 액체 비료 내부로 공기를 분사하여 공기가 액체 비료를 이탈할 때, 발생하는 표면 장력의 작용으로 액체 비료와 산소를 엽 채류의 뿌리에 공급하며, 뿌리가 자라서 액체 비료까지 닿았을 때, 뿌리를 운동시켜 엽 채류의 빠른 성장을 유도 하였다.

또한, 식물 공장의 내부온도를 조정하는 냉각 장치에 있어서, 공장의 상층부에 물을 분사하여 증기 화하는 장치를 설치하였으며, 공급 측의 컨베이어는 파종 대차의 위치를 정확하게 결정하는 위치 조정 컨베이어를 설치하고, 출하 측의 컨베이어는 엽 채류의 뿌리를 보호하기 위하여 중간부가 없는 어태치먼트 체인을 이용한 컨베이어를 설치하였다.

상기에서 기술한 바와 같이 엽 채류가 성장하는 재배 실을 여러 단으로 설치하므로 좁은 면적에서 많은 엽 채류를 생산하며, 균일하고 빠른 성장시간을 단축하며, 공급 측과 출하 측의 자동 대차를 이용하여 생산자동화를 실현하여 생산단가를 낮게 하였으므로, 국토가 좁고, F.T.A와 같은 국제협약으로부터 경쟁력을 갖출 수 있으므로 반드시 필요한 발명이다.

제1도 : 본 발명의 평면 구성도.
제2도 : 본 발명의 정면 구성도.
제3도 : 본 발명의 측면 구성도.
제4도 : 본 발명의 재배 실 측면 단면도.
제5도 : 본 발명의 부분 작동 단면도.
제6도 : 본 발명의 재배 실 설치 설명도.
제7도 : 본 발명의 "가"부 상세도.
제8도 : 본 발명의 "나"부 상세도.
제9도 : 본 발명의 이송 대차 부품도.
제10도 : 본 발명의 주요 부품 구성도.

[발명의 구성]

본 발명의 구성 상태를 첨부도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제1도에서 제10도까지의 제시된 도면에 있어서,

[공장의 구성]

소정의 길이를 갖으며 다수개의 단으로 설치된 재배 실(30)을 평행 하게하여 소정의 간격을 두어 다수의 열로 배치를 한 평면상의 재배 실(30)을 기준하여, 재배 실(30)의 간격 공간에 액비 공급 탱크(26)와 액비 회수탱크(23), 성분 혼합 탱크(24), 예비 탱크(25)를 각각의 공간에 설치하고, 관이음을 통하여 연결하되, 각각의 관에 솔레노이드 밸브(70)를 설치한다.

이어서, 각각의 재배 실(30) 한 측 부에 자동 공급 장치(27)[파종 완료 대차(31)를 공급 컨베이어(28)로부터 재배 실(30)의 내부로 이송시키는 각 컨베이어가 동시에 상, 하로 움직이게 설치된 수직 방향 컨베이어]가 설치되고, 각각의 재배 실(30)의 다른 측 부에 자동 출하 장치(22)[재배 완료 대차(33)를 재배 실(30)의 내부로부터 출하 컨베이어(21)의 상면에 이송 시키는 컨베이어 이송 장치들이 동시에 상, 하로 움직이게 설치된 수직 방향 컨베이어]를 설치한다.

이때, 각각의 출하 대차 수평 이송 컨베이어(84), 대차 당김 컨베이어(88), 추력 컨베이어(91)를 포함 한 자동 출하 장치(22)와 자동 공급 장치(27)는 각각의 구동 모터(75)와 집게 구동 모터(83)의 구동을 스플라인 축(78)의 회전에 의하여 상, 하 또는 좌, 우로 움직이며, 안내 봉(76)과 볼 부시 등의 작용으로 안내 되는 구조로 설치하며, 특히, 집게 구동을 하게하는 스플라인 축(78)의 왼나사와 오른 나사의 스플라인 축(78)을 사용하여, 양쪽의 집게 걸이(81)가 서로 반대 방향으로 작용하도록 설치한다.

이어서, 각각의 자동 공급 장치(27)의 외측 부에 위치 결정 센서(29)가 설치된 공급 컨베이어(28)를 설치하고, 자동 출하 장치(22)의 외측 부에 중간부가 공간인 어테치먼트 체인을 이용한 출하 컨베이어(21)를 설치한다.

한편, 공장의 내부 공간의 상부 중앙부에 재배 실(30)의 길이 방향으로 반원 탱크(35)를 설치하고, 재배 실(30)의 길이 방향이며 소정의 간격으로 무화 노즐(36) 설치하여, 공장내부의 온도를 냉각시키도록 하여 설치한다.

[재배 실]

압축 스티로폼 등의 재질로 상부가 개방되고 한쪽 측면부가 개방되고, 개방된 측면의 단면부에 사각 통 형태의 돌기부가 설치된 보온 체(68)와 상부와 양 측 부가 개방되고 개방된 한 쪽은 상기한 돌기부가 설치되고 다른 쪽은 상기한 돌기부와 같은 형태의 홈이 설치 된 보온 체(68)를 다수 개 준비 한다.

이때, 보온 체(68)의 하면에는 상, 하를 관통하는 다수개의 원형 공이 소정의 위치에 정확하게 설치되어야 하며, 이 원형 공은 액비 공급 노즐(64)과 체크 노즐(65), 배출 관(69)과, 밀폐고무(37)를 설치하기 위함이다.

한편, 사각 관(94)을 사용하여 소정의 폭과 높이와 길이를 갖는 직 사각육면체의 틀을 설치한다.

이어서, 상기 설치된 사각 관(94)의 내측 면 양 하부에 소정의 높이를 갖도록 하여 조립 체(71)를 고정 체(79)로서 견고하게 고정 설치하고, 조립 체(71)의 상면에 레일(61)을 재배 실(30)의 길이 방향으로 연결하여 양쪽에 각각 설치하며, 조립 체(71)의 다른 측면 상부에 단면이 관 형태의 긴 형태의 사각 통(62)을 재배 실(30)의 길이 방향으로 각각 설치한다.

이때, 사각 통(62)의 이음은 상부가 없는 플랜지이음을 하며, 내측의 면에는 사각 판(73)을 각각 설치하여, 보온 체(68)의 설치를 용이하게 한다.

이어서, 양측부와 상부가 개방된 ㄷ자 형태의 스테인리스 판(38)을 사각 판(73)의 내측 면에 각각 고정 설치하고, 상기한 보온 체(68)[한쪽 측 부가 개방]를 설치하고, 상기한 보온 체(68)[양쪽 측면부가 개방]를 상기한 돌기부와 홈의 끼워 맞춤으로 연결하여 재배 실(30)의 길이 방향으로 설치하되, 이음부에 외면 하부와 양 측면 부를 스테인리스 판(38)으로 보강 설치한다.

이때, 액체 비료가 누설 되지 않도록 연결 설치하는 것이 중요하다.

이어서, 출하 측의 보온 체(68)의 측면부에는 고무 튜브(86)를 설치하며, 고무 튜브(86)의 외측 반경과 동일한 반원 관을 스테인리스 재질로 제작하여 보강 하여 재배 실(30)의 하면 부 일부를 완성한다.

이때, 고무 튜브(86)의 양쪽은 소정의 압력에 견디도록 밀봉장치를 하며, 솔레노이드 밸브(70)를 설치하여야 한다.

이어서, 상기한 하면 부 일부를 소정의 높이를 갖도록 하여 다수의 단을 설치하며, 스테인리스 판(38)의 하면에는 각각의 T형 접속 체(63)를 설치하여 액비 공급 노즐(64)과 분사노즐(55)을 설치하며,

이어서, 재배 실(30)의 외부의 하부 저면에는 배출 관(69)과 솔레노이드 밸브(70)를 양쪽에 각각 함께 설치하고, 재배 실(30)의 내부의 상부에 체크노즐(65)과 LED 설치 판(57)과 LED(53)을 함께 설치한다.

이때, LED(53)를 설치 할 때 거리는 50MM로 하는 것이 이상적이며, 조사거리는 450MM로 설치하는 것이 효과적이며, 특히, 체크 노즐(65)은 내부가 압축스프링과 볼로 작동되는 체크밸브의 기능과 다 방향으로 분사되는 원형공의 하면 중간지점에 원형 공을 설치하여, 액체 비료를 베르누이 정리에 의하여 무화시키는 기능을 갖게 설치하여야 한다.

이어서, 재배 실(30)의 한쪽 측 부에 이산화탄소 공급 관(51)을 설치하고, 다른 쪽 측 부에 이산화탄소 배출 관을 설치하여, 순환 송풍기의 흡입부와 배출부에 각각 연결 설치하고, 상기 설치한 각각의 액비 공급 노즐(64)과 분사 노즐(55), 무화노즐(36)을 각각 연결하는 파이프의 한쪽은 공급 펌프의 배출부와 다른 한 쪽은 액비 회수탱크(23)와 연결하여 설치하고, 체크 노즐(65)과 고무 튜브(86)는 압축기의 공기탱크와 연결설치하면 본 발명의 구성이 완료된다.

이어서, 본 발명의 작동상태를 첨부 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도에서 제10도까지 제시된 도면에 있어서, 원형 스펀지 등에 파종된 모종을 대차의 탈착 및 부착 홈(15)에 끼워 완성된 파종 완료 대차(31)를 공급 컨베이어(28)상에 놓으면 위치 결정 센서(29)에 의해 필요한 재배 실(30)의 위치까지 이동되면, 대차 당김 컨베이어(88)의 스위치 왕복대(87)가 파종 완료대차(31)의 하부로 이동하여 당김 스위치(85)에 의하여 파종완료 대차(31)를 자동 공급 장치(27)의 내부로 당기게 되며,

이어서, 추력 컨베이어(91)의 추력 스위치(92)에 의하여 재배 실(30)내부로 이동 되게 된다.

이때, 당김 스위치(85)와 추력 스위치(92)는 스프링에 의하여 링크 작용을 하여 각각의 역할을 하게 되며, 파종 완료 대차(31)는 결속스토퍼(99)에 의하여 정지하게 된다.

상기 기술한 작용의 반복하여 기 설치된 파종 완료 대차(31)의 결속 장치(11)에 다음으로 오는 후방의 파종완료 대차(31)의 결속 고리(12)가 서로 결속하게 된다.

이어서, 재배 실(30)의 내부에 파종 완료 대차(31)의 설치가 완료 되면, 고무 튜브(86)의 내부로 에어를 공급하여 액체비료가 누설 되지 않도록 하여 보온 체(68)의 내부로 액체비료를 액비 공급 노즐(64)을 통하여 공급하여 엽 채류를 재배하게 된다.

이때, 재배 실(30)의 측면에 설치된 이산화탄소 공급 관(51)을 통하여 약 1000ppm으로 공기와 희석된 이산화탄소를 공급하며, 상부의 분사 노즐(55)에 의하여 엽 채류에 1000∼3000ppm으로 물과 희석된 액체 비료를 분사하며, 액체비료에는 액체 게르마늄이 포함된 천연 비료를 사용하는 것이 효과적이다.

또한, 파종된 엽 채류의 뿌리가 액체 비료의 액에 도달하기 전에는 액체 비료의 액면을 체크노즐(65)의 분사 공보다 낮게 하여 에어를 분사하면, 액체비료는 베르누이 정리에 의해 무화되어 엽 채류의 뿌리에 공급되며, 액체비료의 액면이 체크노즐(55)의 분사 공 보다 높으면 액체비료의 내부로 에어가 공급되어 뿌리를 운동시키며, 에어가 액체비료 외부로 이탈되는 과정의 표면 장력에 의하여 비료를 뿌리의 상부로 공급하고, 산소도 공급하여 엽 채류의 성장을 빠르게 한다.

액체 비료는 사각 통(62)의 측면에 설치된 배출 공(74)을 통과하여 순환되며, 액비 회수 탱크(23)에 회수되면, 각종 성분을 센서로 검출하여 소정의 필요한 만큼의 양을 성분 혼합 탱크(24)에서 보충하고 예비 탱크(25)를 통하여 액비 공급 탱크(26)로 순환되어 지며, 이산화탄소 역시 같은 맥락으로 보충되어 공급 되어 진다.

이어서, 엽채 류가 완전히 자라서 출하를 하게 되면, 액체 비료를 배출 관(69)을 통하여 완전히 배출하고, 고무 튜브(86)의 에어를 배출하여 배출 공간을 확보하고,

대차 당김 컨베이어(88)의 스위치 왕복대(87)를 재배 완료 대차(33)의 하부로 이동시켜 당김 스위치(85)로서 재배완료 대차(33)를 재배 실(30)의 외부로 이송 시킨 후, 자동 출하 장치(22)로서 상부로 상승시킨다.

이때, 재배 완료대차(33)끼리 결속되었던 결속 장치(11)가 결속 고리(12)에서 분리된다.

이어서, 집게 구동 모터(83)에 의하여 집게 왕복대(82)를 이송시켜 집게 걸이(81)로서 재배 완료대차(33)의 하부를 걸은 후, 출하 물 수평이동 컨베이어(84)에 의하여 출하 컨베이어(21)의 상면으로 이동 되게 되며, 대차의 보지 체(17)에 의하여 출하 컨베이어(21)의 상면에 지지되어 이동된다.

이때, 출하 컨베이어(21)는 엽 채류의 뿌리를 보호하기 위하여, 중앙부가 공간으로 설치되어 있으므로 뿌리를 온전하게 보호되어 출하 할 수 있다.

상기한 작용을 역순으로 그리고 반복하여 재배 실(30)의 재배 완료 대차(33)를 출하 실로 이동시키면 엽 채류의 재배 작용이 완료 되며, 공장 내부의 온도와 습도를 조정하기 위하여 공장 상부에 설치한 무화 노즐(36)에 의하여 냉각 작용을 하며, 지열 등을 이용한 온방작용을 통하여 실행 한다.

상기에서 기술한 바와 같이 LED 등(53)의 조사와 이산화탄소의 균일한 공급으로 광합성 작용을 하게하며, 게르마늄을 포함한 액체비료를 균등하게 공급하여 무공해 엽 채류를 공급하게 되는 본 발명은 FTA와 같은 국제 협약속에서 반드시 필요한 발명이라 할 것이다.

이상에서 설명한 것은 본 발명을 실시하기위한 하나의 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정하지 않고, 이하의 특허 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명에 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경실시가 가능할 것이다.

11) 결속 장치 12) 결속 고리 13) 이송 캐스터
15) 탈착 및 부착 홈 17) 보지 체 21) 출하 컨베이어
22) 자동 출하 장치 23) 액비 회수탱크 24) 성분 혼합 탱크
25) 예비 탱크 26) 액비 공급탱크 27) 자동 공급 장치
28) 공급 컨베이어 29) 위치 결정 센서 30) 재배 실
31) 파종완료 대차 33) 재배완료 대차 35) 반원 탱크
36) 무화 노즐 37) 밀폐 고무 38) 스텐리스 판
51) 이산화탄소 공급 관 53) LED 등 55) 분사노즐
57) LED 설치 판 59) 원형 파이프 61) 레일
62) 사각 통 63) T형 접속 체 64) 액비 공급 노즐
65) 체크 노즐 66) 액면 표시 67) 공기 방울
68) 보온 체 69) 배출 관 70) 솔레노이드 밸브
71) 조립 체 72) 롤러 브라켓 73) 사각 판
74) 배출 공 75) 구동 모터 76) 안내 봉
77) 직선 왕복대 78) 스플라인 축 79) 고정 체
81) 집게 걸이 82) 집게 왕복 대 83) 집게 구동 모터
84) 출하 물 수평이송 컨베이어 85) 당김 스위치
86) 고무 튜브 87) 스위치 왕복 대
88) 대차 당김 컨베이어 90) 추력 왕복 대
91) 추력 컨베이어 92) 추력 스위치 93) 회전 핀
94) 사각 관 96) 액비 공급 노즐 위치
97) 액비 분사 노즐 위치 98) 공기 공급 노즐 위치
99) 결속 스토퍼
▣1∼▣10 : 대차 이송 운동 표시
* 표시 없는 사각형은 공간임.
→ 화살표는 액체 비료 및 공기 공급 및 배출 표시임.

Claims (3)

1. 재배 실(30) 한 측 부에 자동 공급 장치(27)[파종 완료대차(31)를 공급 컨베이어(28)로부터 재배 실(30)의 내부로 이송시키는 각 컨베이어가 동시에 상, 하로 움직이게 설치된 수직 방향 컨베이어]를 설치하고, 다른 측 부에 자동 출하 장치(22)[재배 완료 대차(33)를 재배 실(30)의 내부로부터 출하 컨베이어(21)의 상면에 이송 시키는 컨베이어 이송 장치들이 동시에 상, 하로 움직이게 설치된 수직 방향 컨베이어]를 설치하며,
   집게 구동을 하게하는 스플라인 축(78)을 왼나사와 오른 나사의 스플라인 축(78)을 클러치로 연결하여 양쪽의 집게 걸이(81)를 설치하고,
   자동 공급 장치(27)의 외측 부에 위치 결정 센서(29)가 설치된 공급 컨베이어(28)와 자동 출하 장치(22)의 외측 부에 출하 컨베이어(21)를 설치하며,
   공장의 내부 공간의 상부 중앙부에 재배 실(30)의 길이 방향으로 반원 탱크(35)를 설치하고, 재배 실(30)의 길이 방향이며 소정의 간격으로 무화 노즐(36)을 설치하고,
   재배 실(30)의 간격 공간에 액비 공급 탱크(26)와 액비 회수탱크(23), 성분 혼합 탱크(24), 예비 탱크(25)를 설치한 공장부와,
   상부가 개방되고 한쪽 측면부가 개방되고, 개방된 측면의 단면부에 사각 통 형태의 돌기부가 설치된 보온 체(68)와 상부와 양 측 부가 개방되고 개방된 한 쪽은 상기한 돌기부가 설치되고 다른 쪽은 상기한 돌기부와 같은 형태의 홈이 설치 된 보온 체(68)의 하면에 양측부와 상부가 개방된 ㄷ자 형태의 스테인리스 판(38)을 고정 설치하고,
   스테인리스 판(38)의 하면에는 각각의 T형 접속 체(63)를 설치하여 액비 공급 노즐(64)과 분사노즐(55) 체크노즐(65)[내부가 압축스프링과 볼로 작동되는 체크밸브의 기능과 다 방향으로 분사되는 원형공의 하면 중간지점에 원형 공을 설치하여, 액체 비료를 베르누이 정리에 의하여 무화시키는 기능]을 설치하고,
   재배 실(30)의 내부 상부에 LED 설치 판(57)과 LED(53)을 설치하며,
   재배 실(30)의 외부 저면에는 배출 관(69)과 솔레노이드 밸브(70)를 양쪽에 설치하고,
   출하 측의 보온 체(68)에 고무 튜브(86)를 설치한 재배 실(30)부를 특징으로 하는 엽 채류 생산을 위한 식물공장 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 체크노즐(65)[내부가 압축스프링과 볼로 작동되는 체크밸브의 기능과 다 방향으로 분사되는 원형공의 하면 중간지점에 원형 공을 설치하여, 액체 비료를 베르누이 정리에 의하여 무화시키는 기능]이 재배 실(30)의 내부 보온 체(68) 상면에 설치된 엽 채류 생산을 위한 식물공장 시스템.
3. 제1항에 있어서, 재배 실(30)의 출하 측 보온 체(68)의 출하 측 부에 고무 튜브(86)게이트가 설치 된 엽 채류 생산을 위한 식물공장 시스템.

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