KR20120110493A - 컨테이너형 식물공장 - Google Patents

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KR20120110493A
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조남준
전지훈
양동근
박영민
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 컨테이너형 식물공장에 관한 것으로서, 본 발명의 일측면에 의하면, 격벽에 의해 서로 구획되는 기계실 및 재배실을 포함하는 함체; 내측에 복수 개의 베드가 적층되어 거치되는 공간을 가지며, 상기 재배실 내부에 배치되는 복수 개의 스탠드; 적어도 일부가 상기 기계실의 내부에 구비되는 공기조화설비; 및 상기 공기조화설비로부터 상기 각각의 스탠드로 공기를 공급하며, 상기 격벽을 관통하여 배치되는 복수 개의 덕트;를 포함하는 식물공장이 제공된다.

Description

컨테이너형 식물공장{CONTAINER TYPE PLANT FACTORY}
본 발명은 컨테이너형 식물공장에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 식물을 대량으로 생산할 수 있는 재배장치의 일종에 관한 것이다.
식물재배 방식인 수경재배 방식은 비닐하우스 또는 유리온실 내부에서 식물이 재배되는 식물재배 판에 식물에 각종 성장촉진제를 희석시킨 영양 액을 공급하여 식물을 재배하는 방식이다. 이러한 수경재배 방식은 각종 병충해로부터 식물을 보호할 수 있고, 노지재배에 의한 수확량보다 많은 수확량을 얻을 수 있는 이점을 갖는다.
그런데 수경재배 방식을 이용한 수경재배 시설은 수확하기 위한 작업자 및 수송기구의 이동통로 등의 많은 공간이 필요한 단점이 있다. 그리고 수경재배 시설은 내부 공간이 크기 때문에 내부공간의 설정온도를 유지하기 위한 많은 연료비용을 요구하는 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위해 일정한 밀폐공간을 확보하여 재배실을 마련하고, 상기 재배실에 식물이 재배되는 베드를 위치시킨 후, 공기조화설비 등을 이용하여 재배실의 온도, 광, 탄산가스, 배양액, 공기순환과 같은 환경조건을 완전 제어하여 식물을 생산하는 공장형 식물 재배시설, 소위 식물공장에 대한 연구가 진행되고 있다.
따라서, 이러한 식물공장은 컨테이너 박스와 유사한 형태를 갖는 재배실의 내부에 공기조화기, 상기 베드로 양액을 공급하기 위한 양액공급설비 및 이들 설비를 제어하기 위한 제어기 등을 포함하게 된다. 여기서, 상기 식물공장의 재배실에는 다수의 베드가 높은 밀도로 배치되어 있어, 온도나 습도 그리고 CO2 가스를 균일하게 제어하는 것이 중요하다. 그러나, 상기와 같은 컨테이너형 식물공장의 경우 내부에 구비된 각종 설비 등으로 인해서 공기의 흐름에 제한이 있게 되어 균일한 환경조건을 갖도록 제어하는 것이 어려운 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 단점을 극복하기 위해 안출된 것으로서, 적어도 베드가 위치한 공간에서 균일한 환경조건을 얻을 수 있는 식물공장을 제공하는 것을 기술적 과제로 삼고 있다.
상기와 같은 기술적 과정을 달성하기 위한 본 발명의 일측면에 의하면, 격벽에 의해 서로 구획되는 기계실 및 재배실을 포함하는 함체; 내측에 복수 개의 베드가 적층되어 거치되는 공간을 가지며, 상기 재배실 내부에 배치되는 복수 개의 스탠드; 적어도 일부가 상기 기계실의 내부에 구비되는 공기조화설비; 및 상기 공기조화설비로부터 상기 각각의 스탠드로 공기를 공급하며, 상기 격벽을 관통하여 배치되는 복수 개의 덕트;를 포함하는 식물공장이 제공된다.
본 발명의 상기 측면에서는 함체 내에 제공되는 공간을 기계실과 재배실로 구획하여, 공기조화 대상이 되는 공간을 줄여서 내부공기를 보다 균일하게 유지할 수 있도록 하며, 작물이 실제로 재배되는 베드를 스탠드 내부에 배치함으로써 재배실 전체가 아닌 스탠드의 내부 공간을 제어하도록 하여 보다 용이한 제어가 가능하도록 하고 있다. 아울러, 스탠드 내부 공간이 서로 독립적으로 유지되므로 주변 공간의 환경변화에도 영향을 받지 않고 설정된 상태가 유지되도록 할 수 있다.
여기서, 상기 공기조화설비는 냉난방장치, 환기장치, 가습장치 및 CO2 공급장치 중 적어도 하나 이상을 포함하고, 상기 냉난방장치는 상기 재배실의 내부에 배치되도록 할 수 있다. 이렇게 공기조화설비가 냉난방장치, 환기장치, 가습장치 및 CO2 공급장치를 포함하도록 하여 보다 정밀한 공기조화가 가능해진다.
여기서, 상기 냉난방장치는 각각의 스탠드 내부마다 구비되도록 할 수 있다.
또한, 상기 복수 개의 덕트는 상기 환기장치, CO2 공급장치 및 상기 가습장치와 각각 연결되는 환기덕트, CO2 공급덕트, 가습덕트 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 이렇게 덕트에 의해 조화된 공기가 스탠드가 배치된 재배실로 직접 공급되므로, 공기의 이송과정에서 공기의 상태가 변하는 것을 최소화할 수 있게 된다.
여기서, 환기덕트, CO2 공급덕트, 가습덕트 중 적어도 하나는 상기 스탠드의 하부를 관통하도록 연장될 수 있다. 이렇게 스탠드의 하부를 통과하는 덕트로부터 조화된 공기가 스탠드로 공급될 수 있으므로 공기가 덕트에서 스탠드로 직접 전달되도록 할 수 있다. 여기서, 상기 환기덕트는 상기 스탠드의 상부에 위치하도록 하는 예도 고려할 수 있다.
한편, 상기 기계실에 상기 공기조화설비 전부가 포함되는 예도 고려할 수 있다. 이 경우, 상기 기계실 내부에는 냉난방장치, 환기장치, 가습장치 및 CO2 공급장치가 배치될 수 있다. 경우에 따라서는, 환기장치만이 재배실 측에 배치될 수도 있다.
이때, 상기 복수 개의 덕트는 상기 냉난방장치, 환기장치, CO2 공급장치 및 상기 가습장치와 각각 연결되는 냉난방덕트, 환기덕트, CO2 공급덕트, 가습덕트 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 이들 중 적어도 하나는 상기 스탠드의 하부를 관통하도록 연장될 수 있다.
한편, 상기 스탠드는 내부공간을 갖는 스탠드 캐비넷; 상기 스탠드 캐비넷에 상하로 배치되며, 상기 베드를 거치하기 위한 복수 개의 트레이; 상기 스탠드 케비넷의 하부에 구비되며, 상기 덕트가 통과하는 공급부; 및 상기 공급부를 통해 전달된 공기를 상기 스탠드 캐비넷 내부로 불어넣는 송풍팬;을 포함할 수 있다. 상기 송풍팬은 상기 덕트를 통해서 상기 공급부로 전달된 공기를 캐비넷 내부로 불어넣는 역할을 하게 되므로, 캐비넷 내부 상태에 따라서 상기 송풍팬의 작동여부를 제어하여, 각 스탠드마다 개별적으로 공기조화가 이루어지도록 할 수 있다.
이때, 송풍팬에 의해 유입된 공기가 스탠드 캐비넷 내부에 고르게 전달되도록 하기 위해서, 상기 스탠드 캐비넷의 상하 방향으로 연장되며, 상기 송풍팬에 의해 유입된 공기가 통과하는 순환덕트가 추가적으로 구비될 수 있다.
상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 일측면에 의하면, 식물공장의 내부 공기를 보다 균일하고 정밀하게 제어할 수 있게 되므로, 작물의 생장률을 향상시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 식물공장의 제1 실시예를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 상기 제1 실시예를 도시한 측면도이다.
도 3은 상기 제1 실시예에 적용된 스탠드를 도시한 사시도이다.
도 4는 상기 스탠드의 내부구조를 도시한 정면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 식물공장의 제2 실시예의 내부구조를 개략적으로 도시한 내부구조도이다.
도 6은 본 발명에 따른 식물공장의 제3 실시예의 내부구조를 개략적으로 도시한 사시도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 식물공장의 실시예에 대해서 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 식물공장의 제1 실시예를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 상기 제1 실시예를 도시한 측면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 제1 실시예(100)는 컨테이너 박스 형태의 함체(102)를 구비하고 있고, 상기 함체(102)의 내부 공간은 격벽(108)에 의해서 작물이 재배되는 재배실(104)과 상기 식물공장을 유지하는 데 필요한 각종 설비들이 장착되는 기계실(106)로 구획된다.
상기 재배실(104)의 내부에는 복수 개의 스탠드(110)가 2열로 나란히 배치되어 있다. 상기 스탠드(110) 사이의 공간은 관리자의 이동통로로서 사용될 수 있으며, 도시된 예와 같이 스탠드가 반드시 2열을 이루도록 배치될 필요는 없으며 임의의 형태로 배치될 수 있다. 상기 스탠드(110)에 대해서는 후술한다.
상기 기계실(106)의 상부에는 한 쌍의 냉난방장치(120, 122)가 구비되어 있다. 상기 냉난방장치(120, 122)는 도시되지 않은 실외기와 함께 냉매압축 사이클장치의 일 종인 히트펌프를 구성하게 되고, 그에 따라 찬공기 또는 더운공기를 상기 재배실(104)로 공급할 수 있도록 구성된다. 여기서, 상기 냉난방장치(120, 122)는 생성된 냉풍 또는 열풍을 수직 및 수평덕트(130, 132)를 통해서 각각의 지점에 공급하는 소위 "덕트형" 장치의 형태를 갖는다.
구체적으로, 상기 냉난방장치(120, 122)에 의해 생성된 냉기 또는 열풍은 상기 함체(102)의 상하방향으로 연장되는 수직 덕트(130)를 따라서 바닥면 부근으로 이동한 후, 수평 덕트(132)를 통해서 각각의 스탠드(110)의 하부를 통과하면서 각 스탠드(110)의 내부로 개별적으로 공급되게 된다.
상기 기계실(106)의 내부에는 상기 재배실(104)의 내부에 수분을 공급하여 습도를 높이기 위한 가습기(124)와, 작물의 생육에 필요한 조건을 만들기 위한 CO2 공급기(126)도 함께 구비된다. 상기 가습기(124) 및 CO2 공급기(126)에도 가습덕트(134) 및 CO2 덕트(136)가 각각 연결되고, 이들 가습덕트(134) 및 CO2 덕트(136)는 상기 수평 덕트(132)와 나란하게 배열되어 각각의 스탠드(110) 하부를 통과하도록 배치된다.
그리고, 상기 재배실(104)의 상부에는 환기장치(128)가 설치된다. 상기 환기장치(128)는 재배실(104) 내부의 공기를 외부로 배출하기 위한 배기덕트(128a) 및 외기를 재배실(104) 내부로 유입하기 위한 흡기덕트(128b)를 각각 구비하고, 그 내부에 도시되지 않은 열교환기가 설치되어 배기공기와 흡기공기 사이에서 열교환이 일어나도록 하여 에너지의 손실을 저감할 수 있도록 구성된다. 상기 환기장치 내부에 구비되는 열교환기는 종래에 알려진 것을 이용할 수 있어, 그 구체적인 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.
상기 실시예에서는 상기 재배실 내부의 공기를 조화하기 위한 장치로서, 냉난방장치, 가습기, CO2 공급기 및 환기장치를 구비하고 있으며, 이중 환기장치를 제외한 나머지 장치들이 상기 기계실에 배치되어 있다. 물론, 상기 환기장치도 기계실에 배치하여 모든 설비들이 기계실에 배치되도록 하거나, 환기장치가 아닌 다른 장치를 재배실에 배치하는 예도 고려할 수 있다.
도 3은 상기 제1 실시예에 적용된 스탠드를 도시한 사시도이고, 도 4는 상기 스탠드의 내부구조를 도시한 정면도이다. 도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 스탠드(110)는 내부공간을 제공하는 스탠드 캐비넷(112)을 포함하고 있으며, 상기 스탠드 캐비넷(112)의 하부에는 받침부(116)가 구비되어 있다. 상기 받침부(116)는 지면에 대해서 상기 스탠드 캐비넷(112)이 소정 거리만큼 이격되어 위치되도록 하며, 그로 인해서, 상기 스탠드 캐비넷(112)과 지면 사이에는 공간이 형성되는데, 상기 공간은 상술한 각종 덕트들이 통과하는 곳으로서, 이하의 설명에서는 이를 공급부(114)로 지칭한다.
상기 스탠드 캐비넷(112)의 내부 공간에는 식물이 재배되는 복수 개의 베드(140)가 상하방향으로 배치되어 있고, 상기 베드(140)를 지지하기 위한 트레이(142)가 상기 스탠드 캐비넷(112)의 내벽에 고정된다. 아울러, 각각의 베드(140)의 상측에는 재배되는 식물에 맞는 조명을 공급하기 위한 LED 램프(144)가 구비된다.
아울러 상기 스탠드 캐비넷(112)의 내측 측벽을 따라서 순환덕트(148)가 구비된다. 상기 순환덕트(148)의 일측 단부는 상기 공간부(114) 측으로 노출되어 있고, 노출된 상기 순환덕트의 단부에 송풍팬(146)이 장착된다. 그리고, 상기 순환덕트(148)의 표면에는 복수 개의 개구부(148a) 구비된다. 상기 개구부(148a)는 상기 송풍팬(146)을 통해 공급되는 공기를 각각의 베드(140)로 균일하게 공급하는 역할과, 스탠드 캐비넷(112) 내부의 공기를 흡입하여 송풍팬을 통해 외부로 배출되도록 하는 역할을 겸하게 된다.
구체적으로, 상기 수평덕트, 가습 덕트 및 CO2 덕트는 상기 공급부(114)에 해당되는 지점에 개구부를 가져서, 공급된 공기의 일부는 상기 개구부를 통해서 공급부(114)의 내부에 머물게 된다. 이렇게 공급된 공기를 상기 송풍팬을 통해서 내부로 공급되도록 함으로써 각각의 스탠드 내부의 공간을 최적의 환경으로 제어할 수 있게 된다. 즉, 전체 재배실을 대상으로 공기조화를 수행하는 경우에 비해서 개별 공간에 대해서 상황에 맞는 적정제어가 가능해진다. 여기서, 상기 각각의 덕트가 상기 송풍팬에 직접 연결되는 경우도 고려할 수 있다.
특히, 상기 스탠드 캐비넷(112)의 내부 상태를 감지할 수 있는 센서를 장착하고, 센서에 의해 감지된 결과에 따라 상기 송풍팬을 작동시키면 각각의 스탠드 별로 서로 다른 종류의 작물을 재배하는 것도 가능하다.
한편, 상기 실시예는 다양한 형태로 변형할 수 있다. 가령, 상기 제1 실시예에서 두 개의 냉난방장치를 통해서 각각의 스탠드로 냉기 또는 열풍을 공급하도록 하고 있으나, 각각의 스탠드마다 개별적으로 냉난방장치를 구비하는 예도 고려할 수 있다.
또한, 상기 환기장치의 흡기 및 배기덕트를 상기 재배실 전체에 걸쳐서 연장하도록 할 수 있고, 이 경우 상기 환기장치를 기계실 내부에 배치하는 것도 가능하다.
아울러, 상기 환기장치를 다른 공기조화설비에 일체화하는 것도 가능하다. 도 5에는 이러한 제2 실시예가 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 상기 제2 실시예(200)는 함체(202)와 격벽(208)에 의해 구획된 재배실(206) 및 기계실(204)을 구비하고, 상기 재배실(206)의 내부에 복수 개의 스탠드(110)가 배치되는 점에서는 상기 제1 실시예와 동일하다. 다만, 상기 기계실(204)의 내부에 환기장치, 가습기가 일체화된 냉난방장치가 구비되는 점에서 차이를 갖는다.
구체적으로, 상기 냉난방장치(220)의 일측에 가습기(224)가 일체로 장착되어 있고, 상기 냉난방장치(220)와 별도로 CO2 공급기(226)가 상기 기계실(204)에 설치된다. 상기 냉난방장치(220)의 출구측에는 상기 재배실(206)의 상부측에서 연장되도록 설치되는 급기덕트(230)가 설치되고, 상기 가습기(224)의 입구측으로 상기 개배실(206) 내부의 공기를 흡입하기 위한 흡기덕트(240)가 설치된다. 아울러, 상기 가습기(224)의 입구측에는 외기가 유입되는 외기유입덕트(250)도 설치된다. 그리고, 상기 냉난방장치(220)를 작동시키기 위한 실외기(260)가 설치된다. 여기서, 상기 CO2 공급기는 상기 급기덕트(230)에 연결되어 재배실로 공급되는 공기의 CO2 함유량을 조절하도록 한다.
상기 실시예에서 상기 냉난방장치(220)는 상기 외기유입덕트(250) 및 흡기덕트(240)를 통해 유입된 공기의 온도 및 습도를 조절하여 상기 급기덕트(230)를 통해서 재배실(206)의 내부로 재공급하게 된다. 이렇게 공급된 공기는 상기 스탠드(110)에 구비된 송풍팬에 의해서 각 스탠드 캐비넷의 내부로 공급되게 된다. 이때, 상기 외기유입덕트(250) 및 흡기덕트(240)에는 도시되지 않은 댐퍼가 구비되어 가습기측으로 공급되는 외기 및 흡기의 비율을 제어할 수 있도록 한다.
여기서, 상기 가습기는 반드시 냉난방장치와 일체로 구성될 필요는 없으며, 별도로 구비되는 예도 고려할 수 있다.
한편, 상기 제1 실시예는 온도가 조절된 공기가 공급되는 수직 및 수평덕트를 구비하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 도 6은 다른 형태의 덕트를 갖는 제3 실시예를 도시한 사시도이다.
상기 제3 실시예(300)는 함체(302)와 격벽(308)에 의해 구획된 재배실(304) 및 기계실(306)을 구비하고, 상기 재배실(304)의 내부에 복수 개의 스탠드(110)가 배치되는 점에서는 상기 제1 실시예와 동일하다. 아울러, 상기 기계실(306)의 내부에 냉난방장치(320), 가습기(324) 및 CO2 공급기(326)가 배치되고, 상기 가습기 및 CO2 공급기를 공급하기 위한 가습 덕트(334) 및 CO2 덕트(336)가 상기 스탠드(110)의 하부를 관통되도록 연장되며, 재배실(304)의 내부에 환기장치(328)가 구비되는 점에서도 동일하다.
다만, 상기 냉난방장치(320)외에 추가적인 냉난방장치(320')를 재배실(304)의 내부에 구비하고 있고, 상기 각각의 냉난방장치(320, 320')로부터 연결되는 냉난방덕트(330, 330')가 상기 재배실(304)의 상측에 구비되는 점에서 차이를 갖는다.

Claims (11)

  1. 격벽에 의해 서로 구획되는 기계실 및 재배실을 포함하는 함체;
    내측에 복수 개의 베드가 적층되어 거치되는 공간을 가지며, 상기 재배실 내부에 배치되는 복수 개의 스탠드;
    적어도 일부가 상기 기계실의 내부에 구비되는 공기조화설비; 및
    상기 공기조화설비로부터 상기 각각의 스탠드로 공기를 공급하며, 상기 격벽을 관통하여 배치되는 복수 개의 덕트;를 포함하는 식물공장.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 공기조화설비는 냉난방장치, 환기장치, 가습장치 및 CO2 공급장치 중 적어도 하나 이상을 포함하고,
    상기 냉난방장치는 상기 재배실의 내부에 배치되는 것을 특징으로 하는 식물공장.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 냉난방장치는 각각의 스탠드 내부마다 구비되는 것을 특징으로 하는 식물공장.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수 개의 덕트는 상기 환기장치, CO2 공급장치 및 상기 가습장치와 각각 연결되는 환기덕트, CO2 공급덕트, 가습덕트 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장.
  5. 제4항에 있어서,
    환기덕트, CO2 공급덕트, 가습덕트 중 적어도 하나는 상기 스탠드의 하부를 관통하도록 연장되는 것을 특징으로 하는 식물공장.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 환기덕트는 상기 스탠드의 상부에 위치하는 것을 특징으로 하는 식물공장.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 공기조화설비는 상기 기계실 내부에 배치되는 냉난방장치, 환기장치, 가습장치 및 CO2 공급장치 중 적어도 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 복수 개의 덕트는 상기 냉난방장치, 환기장치, CO2 공급장치 및 상기 가습장치와 각각 연결되는 냉난방덕트, 환기덕트, CO2 공급덕트, 가습덕트 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉난방덕트, 환기덕트, CO2 공급덕트, 가습덕트 중 적어도 하나는 상기 스탠드의 하부를 관통하도록 연장되는 것을 특징으로 하는 식물공장.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 스탠드는
    내부공간을 갖는 스탠드 캐비넷;
    상기 스탠드 캐비넷에 상하로 배치되며, 상기 베드를 거치하기 위한 복수 개의 트레이;
    상기 스탠드 케비넷의 하부에 구비되며, 상기 덕트가 통과하는 공급부; 및
    상기 공급부를 통해 전달된 공기를 상기 스탠드 캐비넷 내부로 불어넣는 송풍팬;을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스탠드 캐비넷의 상하 방향으로 연장되며, 상기 송풍팬에 의해 유입된 공기가 통과하는 순환덕트가 추가적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 식물공장.
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