KR20140023379A - 높낮이를 가지는 경로를 따라서 식물을 성장시키기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

높낮이를 가지는 경로를 따라서 식물을 성장시키기 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

복수의 식물 크래들을 성장 경로를 따라서 무한 컨베이어 상에서 진행시키는 것에 의해서 식물이 성장 기계 내에서 성장되고, 상기 경로의 적어도 일부는 교번적인 상향 부분 및 하향 부분을 가지는 높낮이를 가지는 경로이고 그리고 상기 높낮이를 가지는 부분으로 다시 루프 연결하기 위한 복귀 부분을 가진다. 평행한 무한 컨베이어의 쌍을 이용하여, 크래들이 상기 컨베이어들 사이에서 제거가능하게 지지된다. 크래들로 성장-지원 액체 및 성장-촉진 빛이 공급된다. 하나 이상의 식물이 목표 성장에 도달할 때까지 상기 경로를 따라서 크래들이 전진되고, 상기 목표 성장에 도달한 후에, 식물이 수확될 수 있거나 또는 수확을 위해서 성장할 때까지 하나 이상의 후속 기계로 이송될 수 있다. 기계는, 직렬, 병렬, 또는 그 조합으로 배열된 모듈들 내에 위치되는 것을 포함하여, 제어된 분위기 내에 있을 수 있다.

Description

높낮이를 가지는 경로를 따라서 식물을 성장시키기 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR GROWING PLANTS ALONG AN UNDULATING PATH}
본원 발명은, 전체가 여기에서 참조로서 포함된, 2011년 5월 6일자로 출원된 미국 가출원 61/483,433의 35 U.S.C 119(e)하의 이익 향유를 주장한다.
여기에서 개시된 실시예는 제어된 분위기에서 식물을 성장시키기 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 실시예는 풋프린트(footprint)를 최소화하면서 생산을 최대화하기 위해서 제어된 분위기에서 무한 컨베이어를 이용하는 시스템 및 방법에 관한 것이다.
통상적인 상업 영농 기술은 전형적으로 노동 집약적이고, 그리고 곡물을 수확(harvest)하기 위한 광대한 양의 가용 토지를 필요로 한다. 각각의 성장 사이클 또는 시즌의 시작시에, 오퍼레이터(operator) 또는 농부는 관심 곡물의 씨앗 또는 종묘(seedings)를 심기 전에 반드시 전답(field)을 먼저 준비하여야 한다. 전답의 준비는 통상적으로, 전체 전답을 가로질러 전후로 트랙터 뒤의 쟁기(plow)를 끌어 당김으로서 전답을 쟁기질하는 것을 포함한다. 쟁기질하여야 하는 전답의 크기에 따라서, 쟁기질은 전형적으로 노동 및 시간 집약적이고 그리고 트랙터의 사용을 위한 연료와 연관된 비용도 상당할 수 있다.
전답을 쟁기질한 후에, 전답을 가로질러 전후로 종묘이식(seeding) 기계 또는 파종기(seeder)를 끌어 당김으로써, 농부는, 상업적으로 이용가능한 씨앗 또는 종묘를 이용하여, 곡물을 이식할 수 있다. 다시, 전답의 종묘이식 또는 식재(planting)가 노동 및 시간 집약적이고 그리고 그와 관련된 비용이 상당할 수 있다.
전형적인 농장은, 일반적으로, 전답 관개(irrigating)를 위한 시스템을 채용한다. 또한, 곡물의 신속하고 건강한 성장을 돕기 위해서, 농부가 (화학적 또는 기타의) 비료(ferfilizers)를 살포하도록 결정할 수 있을 것이고, 그러한 비료 살포는 트랙터를 이용하여 전답을 가로질러 전후로 비료 살포기(applicator)를 끌어당겨 이동하는 것에 의해서, 또는 소형 비행기 또는 헬리콥터와 같은 항공기를 이용하여 공중에서 화학 비료를 분무하는 것에 의해서 이루어질 수 있다.
식재된 곡물의 성장 사이클 중에, 농부는 또한 화학적 살충제 및/또는 제초제(herbicides)를 분무함으로써 해충들 또는 침입 식물(invasive weeds)에 의해서 곡물이 손상되지 않도록 할 수 있다. 화학적 살충제 및/또는 제초제의 분무는 통상적으로, 전답을 가로질러 전후로 화학적 살포기를 이동시키는 것에 의해서 이루어질 수 있고, 또는 항공기로부터 공중에서 분무될 수 있다.
곡물이 성숙한 후에, 트랙터에 의해서 끌어 당겨지는 콤바인 또는 수확기와 같은 수확 장비를 전답을 가로질러 전후로 이동시키는 것에 의해서 수확이 통상적으로 이루어진다.
이어서, 수확된 곡물이 농장으로부터 처리 센터로 운송되어 포장되고 그리고 지역적인(local) 창고로 분배될 수 있고, 그러한 창고에서 곡물이 지역 슈퍼마켓 또는 다른 잡화점으로 선적될(shipped) 것이다. 농장으로부터 지역의 잡화점 또는 슈퍼마켓으로 운송하는 것은, 곡물의 최종 목적지의 지리적인 위치에 따라서, 7일까지 소요되거나 그보다 더 길게 소요될 수 있을 것이다.
전형적으로, 곡물을 수확하는 것은 곡물의 약 10%가 과다 성숙되었을 때 그리고 약 10%가 미성숙되었을 때 이루어진다. 또한, 나머지 곡물의 다른 20%는, 수확으로부터 소매점 선반까지의 시간으로 인해서 유효 기간을 감소시키는 장거리 운송으로 및 관련된 창고 보관으로 인해서 손상된다.
통상적인 영농 기술은 생육가능한 농장 토지에 대한 큰 비용, 농장 기계류에 대한 큰 자본적 투자, 연료에 대한 큰 자본 비용, 및 선적을 위한 큰 비용을 필요로 한다. 통상적인 영농 기술은 또한, 잠재적인 곡물에 실질적인 손상을 가할 수 있는, 홍수, 극단적인 온도, 큰 폭풍 등과 같은 예측할 수 없는 기후 패턴의 영향을 받는다.
추가적으로, 통상적인 영농 기술은 수확된 곡물을 수용하고 그리고 곡물을 그 곡물의 최종 목적지로 재-분배하기 위한 대형 저장 또는 창고 공간을 필요로 한다. 운송비가 지역적인 시장에서의 야채의 소매 비용의 70%까지 차지할 수 있다. 또한, 운송 시간으로 인해서, 지역적인 시장에서 판매되는 야채의 상당량이 신선하지 않게 되고 그리고 그 야채의 완전한 영양적 함량을 보유하지 못하게 된다.
예를 들어, 통상적인 영농 기술을 이용하여 재배된 상추는 연간 에이커당 약 200,000 개의 상추의 결구(heads; 結球)를 생산한다. 미국 캘리포니아에서 생산되는 상추의 결구를 농장으로부터 캐나다, 알버타, 캘거리의 지역적인 상점까지 운송하기 위해서는 6일이 소요된다. 수확 후 단지 2일만에, 상추의 영양적 수치가 약 50% 손실된다는 것이 알려져 있다. 따라서, 캐나다, 알버타, 캘거리에서 소비자에게 판매되는 상추는 신선하지 않을 것이고, 적어도 6일이 지난 것이 될 것이고 그리고 그 영양적 수치의 약 50% 미만을 가질 것이다.
Valcent Product (EU) Limited로 양도된 Bradford 등의 국제특허 공개 WO 2010/097562는, 제어된 분위기에서 식물을 성장시키기 위한, 온실과 같은 성장실을 교시하고 있다. 성장실은 제어된 분위기에서 식물을 성장시키기 위한 수직 성장 시스템을 수용한다. 그러한 시스템은 복수의 지지 조립체를 지지하고 그리고 그러한 시스템을 따라서 이동할 수 있는 수평의 오버헤드 컨베이어 시스템을 포함한다. 각각의 지지 조립체는 곡물을 내부에 식재하기 위한 복수의 제거가능한 수용기(receptacles)를 더 포함한다. 수용기는, 서로 상하로, 각각의 지지 조립체를 따라서, 수직으로 적층될 수 있다. 오버헤드 컨베이어 시스템은 수용기를 수평 경로를 따라서 그리고 단일 급수(watering) 스테이션을 통해서 이동시켜, 식물이 통과할 때 그 식물로 물과 영양분을 제공한다. 이러한 시스템은 상당한 면적의 풋프린트를 가진다.
야채를 위해서 소비자가 지불하는 가격을 줄이기 위해서 영농과 연관된 전체적인 비용을 감소시키는 그리고 지역적인 상점에서 소비자에게 판매되는 곡물의 신선도 및 영양 수치를 높이는, 영농 시스템 및 방법이 요구되고 있다.
통상적인 영농 방법으로부터의 곡물 산출량에 대비할 때, 최소 풋프린트로 전체적인 곡물 산출량을 높이는 영농 시스템 및 방법이 요구되고 있다.
임의의 위치 및 임의의 기후에서 작은 풋프린트를 이용하여 과일, 야채 및 다른 상업적으로 성장된 식물을 상업적인 양으로 생산하기 위한 시스템 및 방법이 개시된다. 통상적인 산업적인 상업 영농 방법에 대비할 때, 주어진 풋프린트에서 성장될 수 있는 생산 부피 또는 곡물 산출량이 제어된 경작 분위기에서 크게 증가된다.
여기에서 개시된 실시예는, 원격 식품 생산 지역 또는 농장으로부터의 긴 거리 운송과 관련된 경제적인 인자의 개선을 유도하는, 실내의 도심 셋팅(indoor urban settings)에서의 지역적인 식품 생산에 적합한 큰 산출량의 성장 기계를 포함한다.
실시예는 통상적인 산업적 실외 영농 방법 보다 상당히 적은 물을 사용하도록 분위기 조건을 제어하기 위해서 이용될 수 있고 그리고 빛에 대한 보다 많은(greater) 접근을 제공한다. 또한, 식물이 제어된 실내 분위기에 위치되기 때문에, 식물은 해충이나 잡초에 의해서 덜 영향을 받을 수 있고 그에 따라 살충제 및/또는 제초제를 필요로 하지 않게 된다. 따라서, 여기에서 개시된 실시예는 제초제 및 살충제의 대량 사용과 연관된 환경적 영향을 감소시킨다. 실시예는 안전성, 지속가능성(sustainability), 추적가능성(traceability), 및 감소된 탄소 풋프린트라는 인자를 고려한다.
동작 중에, 성장 시스템은, 무한 컨베이어를 따라서 운반되는 복수의 성장 크래들(cradles) 내에서 씨앗 또는 종묘로 식재된다. 무한 컨베이어가 수직 상하로 높낮이를 가지는(undulating) 배열체로 배열되어 최소 계획 면적 또는 풋프린트 내에서의 이동을 최대화할 수 있다. 또한, 높낮이를 가지는 배열체는 성장 빛에 대한 식물의 노출을 최대화할 수 있다. 성장 시스템은 영양제 인가(application), 수분공급(pollination), 및 해충 제어를 위한 수단을 포함할 수 있다. 각각의 성장 스테이지가 모듈로 취급될 수 있다. 또한, 성장 사이클 중에, 식물이 더 성장하고 그리고 인접한 식물의 성장 공간을 침입할 때, 식물이 추가적으로 이격될 수 있다. 각각의 식물에 대해서 충분한 성장 공간을 제공하기 위해서, 크래들이 서로로부터 더 멀리 이격되어 식물 성장을 허용할 수 있다. 일 실시예는 점점 더 큰 식물을 크래들들 사이의 간격이 점점 더 커지는 모듈로 이동시킨다.
하나의 양태에서, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계가 성장 경로를 형성하는 무한 컨베이어를 포함하고, 상기 성장 경로의 적어도 일부가 교번적인 상향 및 하향 부분을 가지는 높낮이를 가지는 경로 및 복귀 경로가 된다. 복수의 크래들이 성장 경로를 따른 이동을 위해서 컨베이어를 따라서 이격되고 그리고 컨베이어에 의해서 지지되며, 각각의 크래들은 식물 및 성장-유지 액체 배향(a plant and growth-sustaining liquid orientation)으로 하나의 식물 또는 식물을 내부에서 지지한다. 성장-유지 액체의 공급원 및 성장-유지 빛의 공급원이 또한 제공된다.
다른 양태에서, 식물을 성장시키기 위한 방법이 컨베이어를 따라서 이격된 복수의 성장 크래들을 가지는 무한 컨베이어를 가지는 성장 기계를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 각각의 크래들은 하나 이상의 식물을 내부에서 지지한다. 상기 방법은, 성장-유지 액체를 상기 크래들로 공급하면서 그리고 하나 이상의 식물을 성장-촉진 빛에 노출시키면서, 복수의 크래들을 경로를 따라서 전진시키는 단계로 진행되고, 상기 경로의 적어도 일부가 교번적인 상부 부분 및 하부 부분을 가지는 높낮이를 가지는 경로이다. 하나 이상의 식물이 아직 목표 성장에 도달하지 못하였다면, 하나 이상의 식물이 해당 기계에 대한 목표 성장에 도달할 때까지, 상기 경로를 따라서 복수의 크래들을 전진시키는 단계를 계속적으로 반복한다. 일단 목표 성장에 도달하고, 그리고 식물이 수확할 수 있을 정도로 아직 성숙되지 않은 경우에, 식물을 추가적인 기계로 이동시켜, 다음 목표 성장을 달성하기 위해서 적합한 성장 공간을 만들기에 적합하게 식물을 이격시킬 수 있고, 수확까지 이러한 것이 계속될 수 있다.
결과적으로, 곡물이 최소 풋프린트에서 성장될 수 있고, 그리고 성숙된 곡물이 적기 재고로서(just-in-time inventory) 수확될 수 있고, 지역적으로 성장될 수 있고 그리고 지역적인 식품 소매 체인을 위해서 이용될 수 있으며, 그에 따라 산업적인 경작 수확과 최종적인 소비자 판매 사이의 지연으로 인한 전형적인 상당한 손실의 발생을 배제할 수 있다.
도 1은 제 1 방향으로 제 1 경로를 따라서 이동하고 상기 제 1 방향에 반대되는 제 2 방향으로 복귀 경로를 따라서 복귀하는 복수의 성장 크래들을 지지하는 무한 컨베이어를 도시한 실시예의 측면도로서, 다른 요소의 명료함을 위해서 컨베이어를 은폐한, 측면도이다.
도 2는, 2개의 무한 컨베이어의 동기화된 이동을 위해서, 기어 모터 및 공통 구동 샤프트에 의해서 서로 작동식으로 연결된 이격된 무한 컨베이어의 쌍을 지지하는 프레임을 도시한 실시예의 부분적인 측면 사시도로서, 제 1 경로와 제 2 경로 사이의 전이부에서 일부 크래들만을 도시하였고, 다른 요소의 명료함을 위해서 대부분의 크래들 및 컨베이어를 은폐한 사시도이다.
도 3은 스프로켓에 의해서 구동되는 무한 구동 체인 컨베이어의 일부를 도시한 도면이다.
도 4는, 액체-수용 부분을 형성하는 백스플래시(backsplash) 및 크래들의 대향 단부 상의 후크를 도시한, 크래들의 실시예의 측면 사시도이다.
도 5a는 크래들의 액체 수용 부분으로 성장-유지 액체를 지향시키는 노즐의 평면도이다.
도 5b는 도 5a의 선 B-B를 따른 실시예의 측단면도이다.
도 6은, 액체 수용 부분 및 크래들의 하단부 내의 배수(drain) 포트를 도시한, 도 4의 크래들의 측단면도이다.
도 7은 배수 포트를 도시한 도 4의 크래들의 평면도이다.
도 8a는, 크래들이 제 1 경로로부터 제 2 복귀 경로로 전이될 때, 폐쇄된 밀봉 위치의 배수 포트를 가지고 그리고 배수 홈통(trough)에 접근하는 도 4의 크래들을 도시한, 실시예의 횡단면도이다.
도 8b는, 크래들의 제 2 복귀 경로 상에서 그리고 크래들의 플러그가 배수 홈통과 결합하여 플러그를 개방 배수 위치로 조작하고 유지하는 크래들을 도시한, 도 8a의 실시예의 횡단면도이다.
도 8c는 도 8a 및 8b의 실시예의 밀봉된 위치로부터 배수 위치까지 전이되는 배수 포트의 단계를 도시한 부분적인 개략도이다.
도 9는 프레임 내에서 지지되는 2개의 동기적인 컨베이어들 사이에서 수평으로 연장하는 크래들을 도시한 실시예의 단부도로서, 각각의 크래들이 지면(ground) 바닥에 대해서 실질적으로 평행하게 그리고 항상 현수되는(suspended) 것을 도시한 단부도이다.
도 10a는 높낮이를 가지는 경로의 상향 부분 또는 하향 부분 중 하나를 따라서 이동하고 그리고 크래들로 경사를 부여하기 위해서 크래들의 일 단부가 타 단부 보다 앞서서 색인된(indexed) 크래들을 도시한 실시예의 단부도이다.
도 10b는, 크래들이 높낮이를 가지는 경로의 하향 부분 또는 상향 부분 중 다른 하나를 따라서 이동할 때, 각각의 크래들의 경사의 천이(shifting) 또는 반전을 도시한 도 10a의 실시예의 단부도이다.
도 10c는 컨베이어의 쌍의 대향 스프로켓 및 하나의 예시적인 크래들의 가상의(fanciful) 사시도로서, 크래들이 하나의 단부가 다른 단부를 초과하여 전진하는 것에 의해서 생성된 높이 차이에 의해서 형성된 제 1 배향 또는 기울기를 가지는 것을 도시한 사시도이다.
도 10d는, 크래들이 높낮이를 가지는 경로의 정점에 도달함에 따라, 각각의 크래들이 반전된 제 2 배향 또는 기울기를 가지는 것을 도시한, 도 10c에 따른 가상의 사시도이다.
도 11은, 제 1 경로를 따른 이동 중에 각각의 크래들의 기울기 천이를 위해서 이용되는 대향 구동 스프로켓, 체인 및 지지 핀의 회전 색인을 도시한, 실시예의 도면이다.
도 12a는 인접한 식물의 가용 성장 공간으로 침입하기에 충분할 정도로 성장된 식물을 가지는 제 1 성장 기계의, 장치가 아니라, 성장 시퀀스를 도시한 도면이다.
도 12b는 도 12a의 성장된 식물을 제 2 성장 기계로 이송하는 것을 도시한 것으로서, 다시 도 12a의 실시예의, 장치가 아니라, 성장 시퀀스를 도시한 도면으로서, 이송된 식물이 그들 사이의 가용 성장 공간을 증가시키기 위해서 서로로부터 더 이격된 것을 도시한 도면이다.
도 13a 내지 13d는 기계 사이의 이송의 구현을 도시한 도면으로서,
도 13a는 성장하는 식물과 함께 성장 크래들을 가지는 제 1 성장 기계의 단부를 도시한 도면으로서, 식물이 제 2 성장 기계로 이송되도록 준비된 것으로 도시한 도면이고,
도 13b는 도 13a의 제 1 기계로부터 제 2의 또는 후속하는 성장 기계로 성장 식물을 이송하는 것을 도시한 도면이며,
도 13c는 제 2 기계로부터 제 3의 후속 성장 기계로 몇 개의 성장 식물을 이송하는 것을 도시한 것으로서, 제 3 기계 상의 성장 식물이 식물 사이의 가용 성장 공간을 증가시키기 위해서 서로로부터 더 이격되는 것을 도시한 도면이며,
도 13d는 제 3 성장 기계로부터 제 4 성장 기계로 몇 개의 성장 식물을 이송하는 것을 도시한 것으로서, 제 4 성장 기계 상의 성장 식물이 식물 사이의 가용 성장 공간을 증가시키기 위해서 서로로부터 더 이격되고, 그리고 식물이 완전한 성숙 후에 수확을 위해서 준비된 것을 도시한 도면이다.
도 14는 성장 기계가 내부에 각각 수용된 3개의 분리된 모듈을 도시한 도면으로서, 모듈이 서로 상하로 적층되어 적층체를 형성하는 것을 도시한 도면이다.
도 15a는, 성장 사이클 중에 식물의 전체적인 이동을 도시한, 창고 분위기 내의 모듈의 적층체 또는 복수의 모듈의 가능한 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 15b는, 성장 사이클 중에 식물의 전체적인 이동을 도시한, 창고 분위기 내의 모듈의 적층체 또는 복수의 모듈의 또 다른 가능한 레이아웃을 도시한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제어된 실내 분위기에서 식물을 성장시키기 위한 시스템은, 기계(10)의 면적 풋프린트를 최소화하기 위해서 높낮이를 가지는 경로(P)를 따라서 식물의 크래들을 이동시키기 위한 성장 기계(10)를 포함한다. 적어도 하나의 무한 컨베이어(12)가 경로(P)를 따른 진행을 위해서 하나 이상의 수평 연장 성장 크래들(14)을 지지하고, 상기 경로는 일반적으로 평면 내에 놓인다. 무한 컨베이어(12)는 프레임(16) 내에서 지지된다. 상기 경로(P)는 수직 평면 내에 놓일 수 있을 것이다. 실시예에서, 복수의 크래들(14, 14,...)이 컨베이어(12)를 따라서 분포되고 그리고 일반적으로 수평으로 그에 따라 일반적으로 컨베이어 경로(P)에 수직으로 지지된다. 크래들(14)은 복수의 곤돌라와 같이 높낮이를 가지는 경로(P)를 따라서 이격되고 배열된다. 각각의 크래들(14)이 하나 이상의 식물을 지지하고, 식물이라는 용어는 예를 들어 씨앗, 종묘, 및 식물의 곡물의 최종적인 식물을 포함하는 모든 성장 스테이지를 포함한다.
크래들(14)은 프레임(16) 내에서 무한 경로를 따라서 이동한다. 크래들(14)이 제 1 방향으로 제 1 경로(P1)를 따라서 그리고, 상기 제 1 방향에 반대되는 제 2 방향으로 제 2 복귀 경로(P2)를 따라서 이동하여, 제 1 단부(20)로 복귀된다. 성장 기계(10)가 개별적인 관리 및 분위기 제어를 위해서 모듈(22) 내에 수용될 수 있다. 둘 이상의 기계(10, 10,...) 또는 둘 이상의 모듈(22, 22,...)이 병렬로, 직렬로, 또는 이들의 조합으로 배열될 수 있다. 해양 또는 선적 컨테이너는, 견고하고 폐쇄가능한 수용 분위기를 가지는 적합한 모듈의 한 예가 된다. 하나의 실시예에서, 모듈은 복수의 크래들(14, 14,...)을 가지는 하나의 성장 기계(10)를 수용하고, 각각의 크래들(14)은 컨베이어 상으로의 로딩 및 컨베이어로부터의 제거를 가능하게 하기 위해서 컨베이어 상에서 제거가능하게 지지된다. 편리하게, 기계(10)의 경우에, 로딩이 제 1 단부(20)에서 이루어지고 그리고 언로딩 또는 제거가 대향 단부(24)에서 이루어진다. 도 3을 참조하면, 각각의 크래들(14)이 무한 컨베이어(12) 상에서 피봇식으로 지지되고, 그에 따라, 경로(P1, P2)를 따른 컨베이어(12) 상의 크래들(14)의 위치와 관계없이, 식물이 직립된 상태로 크래들(14)이 중력하에서 걸리게 된다. 각각의 성장 크래들(14)이 제 1 및 제 2 경로(P1, P2)를 따라서 이동함에 따라, 내부의 식물이 물, 영양분, 및 기타 성장 유지에 유용한 첨가제를 포함하는 성장-유지 액체(L)에 노출된다. 식물 성장을 촉진하고 장려하기 위한 수경법(hydroponics) 및 다른 경작 프로세스의 분야에서, 유지 액체(L)에 대한 다양한 포뮬레이션(formulations)이 공지되어 있다. 각각의 크래들이, 부양형 뗏목(floating raft), 영양제 필름, 그리고 범람 및 배수 시스템과 같은 수경법을 포함하는 많은 타입의 접근방식 중 하나에 적합한 성장 분위기를 형성한다. 암면(rockwool), 코이어(coir), 이탄(peat), 또는 콤포스트(compost)와 같은 성장 매체가 제공될 수 있다.
컨베이어(12)는, 수확을 위해서 준비되는 것 또는 후속 성장 기계로의 이송에 적합한 크기를 가지는 것과 같은 목표 성장에 도달하기 전까지, 식물이 상부에서 유지되는 시간의 길이를 제어하기 위해서 조작될 수 있는 이동 레이트(rate)를 가진다. 또한, 식물이 기계(10)의 공간 한계를 넘어서 자랄 때, 즉 크래들 내의 식물 사이의 공간 또는 크래들 사이의 공간을 넘어서 자랄 때, 목표 성장에 도달될 수 있을 것이다.
제 1 및 제 2 경로(P1, P2)를 이동하는 동안 식물로 제공되는 양 및 노출을 제어하는 것을 포함하여, 유지 액체(L), CO2 레벨, 습도 및 빛(18)을 포함하는 분위기적 인자가 조작된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 실시예에서, 기계(10)는, 전체적인 직사각형 풋프린트를 형성하는, 크래들(14)의 길이를 수용하기 위한 폭, 그리고, 도 1에 도시된 바와 같은, 길이방향 범위 또는 길이를 가진다. 제 1 경로(P1)가 기계(10)의 제 1 단부(20)로부터 기계의 제 2 단부(24)로 이동하고, 제 2 경로(P2)가 제 1 단부(20)로 복귀한다. 경로(P1)는, 높낮이를 가지는, 적어도 제 1의 전반적인 상향 경로(26) 및 적어도 제 1의 전반적인 하향 경로(27)를 가지는 한편, 경로(P1)가 제 2 단부를 향해서 이동함에 따라 전반적으로 경로를 따라서 증가적인 길이방향 전진(advance)(28)을 또한 가진다. 경로의 상향 부분(26) 및 하향 부분(27)이 높낮이를 가지는 방식으로 반복될 수 있고, 반복적으로 그리고 교번적으로 상향(26) 및 하향(27) 이동하고 그리고 기계(10)의 길이방향 범위의 전체 길이를 따라서 점진적으로 진행한다(28). 제 1 경로(P1)는 홈통(30)과 피크 또는 정점(32) 사이에서 상향(26) 및 하향(27)을 교번적으로 가진다. 정점(32)은 프레임(16)의 허용가능한 천장 높이 이내에 있고 그리고 홈통(30)은 제 2 복귀 경로(P2)로부터 이격된 프레임(16)의 하부 부분 이내에 있다. 제 1 경로(P1)의 시작부로 다시 이동하기 위해서, 제 1 경로(P1)가, 프레임(16)의 대향하는 제거 단부(24)에서, 제 2 복귀 경로(P2)로 전이될 수 있다. 복귀 경로(P2)가 전반적으로 수평이고 그리고 제 1 경로(P1)의 하나 이상의 홈통(30, 30,...) 아래에 위치될 수 있고, 그에 따라 연속적인 루프를 생성할 수 있다.
높낮이를 가지는 경로는 기계(10)의 유효 길이를 증가시켜, 성장 기계(10)의 전체 길이를 최소화하면서도, 그 경로를 따라서 운송되는 식물을 분위기 인자에 노출시키는 것을 최대화한다. 높낮이를 가지는 제 1 경로(P1)는 무한 컨베이어(12)의 용량을 증가시키고, 많은 수의 성장 크래들을 상부에서 지지하고, 그리고 단지 선형적인 경로만을 가지는 전형적인 컨베이어와 대조적으로, 분위기적 인자에 대한 보다 많은 노출을 제공한다.
여기에서 개시된 실시예에서, 제 1 경로(P1)가 프레임(16)의 제 1 로딩 단부(20)에서 시작된다. 적절하게 오퍼레이터 또는 장치가 각각의 크래들(14)을 컨베이어(12) 상으로 편안하게 그리고 안전하게 배치시킬 수 있도록 허용하기 위해서, 로딩 단부(20)에서의 상향 이동이 접근 또는 로딩 위치를 가로지르는 것을 포함할 수 있다. 로딩 위치는 작업(work) 바닥 또는 작업 플랫폼 위로 충분히 이격된 소정 높이에 위치된다. 공중에서의(on-the-fly) 로딩을 허용하도록 이동 레이트가 결정될 수 있을 것이고, 또는 각각의 크래들(14)을 차례로 컨베이어(12)로 거는 것을 허용하기 위해서 필요에 따라 컨베이어가 시동되고 중단될 수 있을 것이다. 그에 따라, 각각의 크래들(14)이 컨베이어(12) 상으로 배치될 때, 크래들이 제 1 경로(P1)를 따라서 전진하여, 후속 성장 크래들(14)의 배치를 위한 접근 지점에서 컨베이어(12) 상에 충분한 공간을 남긴다.
도시된 바와 같이, 제 2 복귀 경로(P2)가 선형적인, 전반적으로 수평인 경로(P2)가 될 수 있다. 그러나, 대안적인 실시예에서, 풋프린트를 최소화하면서, 제 2 복귀 경로(P2)가 또한 성장 기계(10)의 생산 용량을 추가적으로 증가시키기 위해서 높낮이를 가지는 경로가 될 수 있다.
도 2 및 도 9를 참조하면, 그리고 일 실시예에서, 무한 컨베이어(12, 12)의 쌍이, 그 사이에 크래들을 지지하기 위해서, 서로에 대해서 평행하게 지지될 수 있다. 각각의 컨베이어가 평면 내에 있고 그리고 각각의 평면이 평행하다. 편리하게 직사각형 프레임(16)의 경우에, 컨베이어의 평면이 전반적으로 수직하고 그리고 컨베이어(12, 12)가 프레임의 둘레 또는 측벽에 대해서 이격된다. 복수의 크래들(14, 14,...)이 이격된 컨베이어들(12, 12) 사이에서 현수된다. 컨베이어의 쌍이 제 1 및 제 2 경로(P1, P2)를 따라서 크래들을 이동시키기 위해서 서로 동기화된 이동으로 동작된다. 도시된 바와 같이, 2개의 무한 컨베이어(12, 12)의 각각이, 하나 이상의 스프로켓에 의해서 구동되고 안내되는, 구동 체인(40)일 수 있다. 컨베이어(12, 12)의 쌍이, 공통 기어 모터(44)를 가지고 그리고 각각의 구동 스프로켓(46, 46)을 통해서 양 무한 컨베이어(12, 12)를 동기적으로 구동하기 위해서 프레임(16)의 폭에 걸쳐서 연장하는, 공통 구동 샤프트(42)에 의해서 구동될 수 있다. 기어 모터(44)가 독일 브루샬에 소재하는 SEW-Eurodrive GmbH & Co KG로부터 입수가능한 헬리컬 기어 모터(Model R37/A R17)와 같은, 소형 산업적 적용예를 위한 임의의 적합한 기어 모터일 수 있을 것이다.
도 3을 참조하면, 컨베이어(12)의 각각이 그 컨베이어들 사이에서 연장하는 성장 크래들(14)을 제거가능하게 그리고 피봇가능하게 현수하고 지지하기 위한 크래들 지지 수단(50)을 포함한다. 그에 따라, 컨베이어(12, 12)의 쌍이 제 1 경로(P1)를 따라서 동기식으로 이동됨에 따라, 크래들(14)이, 직립 식물 및 액체 친화적(friendly) 배향을 유지하면서, 상향 및 하향 이동한다.
도 3 및 4를 참조하면, 그리고 하나의 실시예에서, 각각의 크래들(14)은 컨베이어로부터 제거가능하게 지지하기 위한 행거(52)와 피팅된 단부를 가진다. 크래들 지지 수단은, 대향 컨베이어(12)를 향해서 각각의 컨베이어(12)로부터 수평으로 연장하는, 분포된 복수의 핀(54, 54)과 같은, 상응하게 수평인 피봇의 쌍을 포함한다. 각각의 핀(54)이 크래들(14)의 각각의 단부의 행거(52)를 피봇식으로 지지한다.
또한 도 4를 참조하면, 각각의 크래들(14)은, 그 크래들을 따라서 식물 및 성장-지원 액체(L) 모두를 수용하고 분배하기 위한 액체-홀딩 홈통(56)이 된다. 각각의 크래들(14)은, 대향하는 단부 벽(58, 58) 및 측벽(60, 60) 그리고 그 사이에서 연장하는 하부(62)를 가지는 개방형-상단부의, 전반적으로 직사각형인 홈통(56)을 포함한다. 크래들은 상단부(64)에서 개방된다. 인접한 단부 벽(58)이 크래들 행거(52)를 포함하고, 보다 특히 컨베이어(12, 12)의 각각을 따라서 분포된 핀(54) 중 하나와 결합하고 그로부터 매달리기 위해서 크래들(14)로부터 상향 연장하는 후크를 포함한다. 행거(52)는 단부 벽(58), 하부(62), 및 볼트(65)와 같은 체결 수단에 의해서 대향 단부 벽(58, 58)에 체결된 측벽(60, 60)과 일체가 될 수 있다. 하부(62) 및 측벽(60, 60)이 U-형상의 채널 재료로 형성되어, 이음매를 최소화할 수 있을 것이다.
도 5a, 5b를 참조하면, 성장 기계(10)의 실시예는 식물로 유지 액체(L)를 공급하기 위한 관개 시스템을 더 포함한다. 액체(L)는 각각의 성장 크래들(14) 내의 각각의 식물로 직접 인가될 수 있고, 또는 크래들의 각각으로 인가될 수 있다. 액체의 공급부가, 제 1 경로(P1) 높낮이 중 하나 이상의 최고점 또는 정점(32)과 같이, 직접적으로 위쪽에 형성될 수 있고, 그리고 크래들과의 접촉을 방지하기 위해서 경로와 접촉 없이(clear) 이격된다. 또한, 액체가 크래들의 경로(P)로부터 길이방향으로 이격된 지점으로부터 제공될 수 있다.
각각의 크래들(14)이 경로(P1, P2)를 따라서 이동하는 동안 임의의 적합한 관개 수단에 의해서 예를 들어 공통 저장 탱크로부터 식물로, 유지 액체(L)가 전달될 수 있다. 도시된 바와 같이, 저장 탱크로부터 펌핑된 물 및/또는 영양분을 각각의 크래들(14)의 액체-수용 부분(72)으로 지향시키기 위해서, 하나의 관개 수단이 공통 저장 탱크에 유체적으로 연결된 노즐(70)을 포함할 수 있다.
도 5a, 5b, 6 및 7을 참조하면, 액체 입력을 크래들로 공급하기 위한 선택적인 배열체를 최대화하고 그리고 분무 및 스플래시에 의한 액체 손실을 최소화하기 위해서, 각각의 크래들(14)이 필요에 따라 백스플래시(74)를 포함하여 액체(L)를 차단(intercept)하고 그 액체를 액체-수용 부분(72)으로 지향시킨다. 도시된 바와 같이, 액체(L)의 최대 차단을 위해서, 크래들(14)의 일 단부에 배치된 백스플래시(74)가 크래들(14)의 상단부(64) 위로 연장한다. 크래들의 나머지로 액체가 유출 유동될 수 있게 허용하도록 하부에서 통로(78)(도 6)를 제공하기 위해서, 백스플래시(74)가 크래들 하단부로부터 이격된 하부 엣지(76)를 가진다. 공급 노즐(70)이 크래들(14)의 측부로부터 액체(L)를 제공하여, 경로(P)를 따른 크래들 이동이 접촉하지 않게(clear) 유지한다. 크래들이 노즐에 근접할 때에만 액체(L)를 제공하기 하도록 액체의 공급이 타이밍될 수 있을 것이다. 일 실시예에서, 액체(L)가 경로(P1)의 정점(32)에서 제공되고, 또는 다른 실시예에서, 경로(P2)로부터 경로(P1)로의, 또는 그 반대의 전이부에서 제공된다. 또한, 무한 컨베이어(12/12)를 이동시키는 기계의 효율을 보조하기 위해서, 액체(L)가 제 1 경로(P1)의 크래들의 하향 이동(27) 중에 부가될 수 있다.
도 6 및 7에서, 크래들을 따라서 이격된 식물에 대한 접근을 위해서, 액체가 크래들(14)의 하부(62)를 따라서 분배된다. 배수 포트(80)는, 크래들(14) 내의 소비된 액체의 배수 또는 완전한 제거를 위해서 성장 기술과 비례하여(commensurate) 제공된다. 배수 포트(80)는 물 수용 부분(72)에 대향하는 크래들 단부(58)에 인접하여 배치된다.
도 8a 내지 8c를 참조하면, 프레임(16)이 각각의 크래들(14)로부터 배수된 액체를 수용하기 위한 배수 홈통(82)을 더 포함할 수 있다. 크래들(14)이 제 2 복귀 경로(P2)를 따라서 이동할 때 크래들을 인터셉트(intercept)하기 위해서, 배수 홈통(82)이 복귀, 제 2 경로(P2) 아래에 배치된다. 배수 홈통(82)이 제 2 경로(P2)의 길이의 적어도 일부를 따라서 연장할 수 있다. 도시된 바와 같이, 각각의 크래들 포트(80)가 배수 플런저 또는 플러그(84)로 피팅된다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 플러그(84)가 밀봉 요소(86) 및 샤프트(88)를 가진다. 도 8a에서, 샤프트(88)가 배수 포트(80)를 통해서 자유롭게 수용되고 그리고 자체 중량 하에서 밀봉 요소(86)와 함께 놓여 포트(80) 주위에서 크래들의 하부(62)와 결합된다. 플러그는 액체(L)를 크래들 내에서 유지하기 위한 폐쇄 위치(도 8a)와 액체(L)를 배수하기 위한 개방 위치(도 8b) 사이에서 동작될 수 있다.
도 8c에 또한 도시된 바와 같이, 플러그(84)는, 밀봉 요소(86)의 밀봉부가 크래들(14)과 간섭하도록, 그 개방 위치 내로 자유롭게 상향 조작될 수 있다. 플러그(84)가 각각의 크래들(14)로부터 액체의 일부 또는 전부를 배수하기 위해서 그 개방 위치에서 유지된다. 각각의 배수 플러그(84)의 샤프트(88)가, 각각의 크래들(14)의 하부 벽(62)과 각각의 컨베이어(12) 아래의 배수 홈통(82) 사이의 간격 보다 더 큰 높이를 가지도록 충분한 크기를 가진다. 따라서, 각각의 크래들(14)이 제 2 복귀 경로(P2)에 도달함에 따라, 그 배수 플러그(84)의 샤프트(88)가 배수 홈통(82)(도 8b)과 결합하고 그리고 밀봉 요소(86)를 하부 벽(62)으로부터 개방 위치까지 상승시킨다. 플러그(84)가 배수 홈통(82)의 길이를 따라서 끌어당겨진다(drag). 제 2 경로(P2)가 제 1 경로(P1)로 전이됨에 따라, 각각의 크래들(14)이 상향 이동하여(도 8a), 플러그(84)을 해제하고 그리고 밀봉 요소(86)를 크래들(14)의 하부(62)와 재-결합시킨다.
배수된 액체가 복원, 재활용, 또는 폐기를 위해서 배수 홈통(82)을 따라서 이동될 수 있다.
실시예에서, 그리고 도 9에 도시된 바와 같이, 액체(L)가 수압(hydraulic) 헤드를 통해서 분배되고, 크래들(14) 내로 수용되고 그리고 크래들을 따라서 분배된다. 다른 실시예에서, 도 10a 내지 10d에 도시된 바와 같이, 하나의 단부로부터 타 단부까지 유입 액체를 보다 강하게(vigorously) 이동시키기 위해서, 크래들(14)이 기울어져 배열된다.
도 9에서, 각각의 크래들(14)이 2개의 컨베이어들(12, 12) 사이에서 수평으로 그리고 프레임(16)이 상부에서 배향되는 지면(G)에 대해서 실질적으로 평행하게 연장한다. 각각의 크래들로 공급되는 액체(L)가 높이 조정되어(level out), 각각의 크래들 내에서 액체를 균일하게 공급할 것이다.
그러나, 도 10a 및 10b의 실시예에서, 성장 기계(10)가 각각의 크래들(14) 내의 액체의 분배에 대해서 여분의 운동력(extra impetus)을 도입하기 위한 수단을 더 구비한다. 단순하게, 크래들이 단부-대-단부로 교번적으로 흔들리고(rocked), 그에 따라 액체를 하나의 방향으로 그리고 다시 반대로 강제한다. 각각의 크래들(14)이 제 1 경로(P1)를 따라서 이동하는 동안 후방으로 그리고 전방으로 흔들리도록 각각의 크래들(14)의 배향이 배열된다.
도 10a에 도시된 바와 같이, 제 1 경로(P1)를 따라 정점(32)을 향해서 상향 이동하는 동안에, 각각의 크래들(14)의 제 1 단부 벽(58a)이 대향하는 제 2 단부 벽(58b) 보다 더 높도록 배열될 수 있다. 동기적이고, 연속적인 무한 컨베이어(12, 12)의 쌍에서, 제 1 단부 벽(58a)이, 다른 컨베이어(12)의 제 1 단부 벽 보다 약간 앞서서 또는 약간의 이후에 색인된 그 제 1 단부벽의 컨베이어(12) 상에서 지지된다. 상향 이동(26)시에, 이러한 색인은 각각의 크래들(14)의 기울기를 생성하고, 그에 따라 보다 높은 단부 벽(58a)으로부터 보다 낮은 단부 벽(58b)으로 액체를 이동시키기 위한 여분의 운동력을 제공하고 그리고 하향 이동(27)을 구동하며, 도 10b에 도시된 바와 같이, 크래들이 단부(58b)로부터 단부(58a)까지 기울어진다.
도 10c에 도시된 바와 같이, 제 1 단부 벽(58a)이 제 2 단부 벽(58b)에 앞서서 색인되고 그리고 크래들이 상향 이동 시에 제 1 단부 벽(58a)으로부터 제 2 단부 벽(58b)까지 기울어진다. 상향 이동(26) 중에, 크래들이 제 1 수평 배향 또는 제 1 기울기(91)를 가질 것이다. 크래들(14)이 정점(32)에 접근하고 꼭대기에 이름에 따라, 크래들이 하향 이동으로의 전이 중에 점진적으로 수평이(level) 된다. 정점에 오른 후에, 도 10d에 도시된 바와 같이, 크래들의 기울기가 반전되고, 하향 이동(27) 중에 지속되는 반대의 제 2 기울기(92)를 가지게 된다. 결과적으로, 크래들 내의 액체가 현재 더 높은 제 2 단부 벽(58b)으로부터 현재 더 낮은 제 1 단부 벽(58a)으로 이동한다. 각각의 크래들(14)의 흔들림으로 인한 기울기(91, 92)의 천이로 인해서, 액체가 후방 및 전방으로 이동된다.
일 실시예에서, 하나의 컨베이어 상의 구동 스프로켓(46a)이 반대 스프로켓(46b)에 대해서 회전식으로 색인될 수 있고, 다시 말해서 기준 치형부를 다른 것의 기준 치형부 보다 약간 앞서게 진행시킴으로써 색인될 수 있다. 색인의 미세 제어가 달성될 수 있다. 그러한 실시예에서, 구동 스프로켓(46a, 46b)의 기준 치형부가, 예를 들어 동일한 스프로켓을 가지도록, 회전식으로 정렬되고, 그리고 구동 샤프트에 대해서 동일하게 키이되고(keyed), 오퍼레이터는 컨베이어(12) 상에서 크래들의 하나의 컨베이어(12) 단부를 대항하는 단부에 대해서 선행하게 또는 지연되게 의도적으로 현수하여 기울기를 형성할 수 있다. 단부 벽(58)과 컨베이어(12) 사이의 연결 특성에 따라서, 기울기에 대한 제어가 보다 더 크게(coarser; 대략적으로) 이루어질 수 있을 것이다. 예를 들어, 제 1 단부 벽(58a)에 대한 피봇 핀(54)이, 다른 컨베이어의 동기적으로-구동되는 구동 체인(40)에 대비하여, 구동 체인(40)을 따라서 전진될 수 있고 또는 하나 이상의 링크를 색인할 수 있고, 기울기의 변화는 크래들(14)의 링크 치수 및 길이와 관련된다.
도 1을 다시 참조하면, 성장 기계(10)는 프레임(16) 전체를 통해서 성장 빛(18)을 더 포함한다. 실시예에서, 복수의 광원(18)이 제 1 경로(P1)의 길이를 따라서 이격되고 배치되어, 각각의 식물에 대한 빛의 노출량을 최대화할 수 있다. 높낮이를 가지는 경로 실시예에서, 빛은 상향 이동 부분(26)과 하향 이동 부분(27) 사이에서 각각이 홈통 내에 제공될 수 있다. 따라서, 광원 또는 광원(18 ,18,...)의 어레이가, 상향 이동으로 이송되는 식물과 하향 이동으로 이송되는 식물 모두에 동시적으로 도달한다. 빛(18)은, 광원의 온 또는 오프 여부 또는 광원에 의해서 방출되는 세기를 포함하여, 노출을 관리하기 위해서 제어될 수 있다. 광 사이클로 조명을 제공하는 것을 포함하여, 노출을 제어하기 위해서 빛(18)이 수동적으로 또는 자동적으로 턴온 또는 턴오프되거나 조정될 수 있다.
실시예에서, 복수의 광원(18)이 발광 다이오드(LEDs)일 수 있고, 그러한 발광 다이오드는, 식물 성장 및 발전의 특정 스테이지를 수용하고 제어하기 위해서, 오퍼레이터로 하여금 식재된 곡물에 대해서 노출되는 빛의 스펙트럼을 제어할 수 있게 허용한다. 또한, LEDs가 전형적인 형광 램프 보다 약 25% 적은 전력을 소비함에 따라, LEDs의 사용은 원격 영역에서 특히 유리한 태양 발전의 이용을 가능하게 한다.
도 2 및 14를 참조하면, 실시예에서, 성장 기계(10)가 모듈(22) 내에서 위치될 수 있고 또는 모듈(22)의 일부로서 지지될 수 있다. 모듈(22)의 예를 들면, 크래들 또는 식물의 로딩 및 제거를 위해서 단부에서 접근할 수 있는 선적 컨테이너가 있다. 가용 광을 최대화하기 위해서 그리고 가용 광에 대한 식물의 노출을 최대화하기 위해서, 모듈이 반사적인 내부 벽을 가질 수 있다.
다른 실시예에서, 내부에서 성장되는 식물에 맞춰진 최적의 성장 조건을 제공하기 위해서, 각각의 모듈(22)이 습도 및 온도를 제어하기 위한 수단을 더 포함할 수 있다.
동작
일 실시예에서, 식물의 성장 방법은, 경로(P)를 따른 이동을 위한 연속적인 또는 무한 컨베이어(12)를 따라서 이격된 복수의 전반적으로 수평으로 연장하는 성장 크래들(14)을 가지는 적어도 하나의 성장 기계(10)를 제공하는 단계를 포함하고, 상기 경로의 적어도 일부가 높낮이를 가지고, 각각의 크레들이 하나 이상의 식물을 지탱한다. 적어도 하나의 성장 크래들(14)을 제 1 로딩 위치(20)에서 상기 성장 기계(10)에 현수시키고 그리고 상기 적어도 하나의 성장 크래들(14)을 로딩 위치로부터 상향 및 하향으로, 그리고 제 1의 높낮이를 가지는 경로(P1)를 따라서 점진적으로 길이방향으로(28) 전진시킨다. 전체를 통해서, 적어도 하나의 식물을 성장 촉진 빛(18)에 노출시키고 그리고 적어도 성장-지원 액체(L)를 적어도 하나의 식물로 제공한다. 적어도 하나의 성장 크래들(14)이 제 2 복귀 경로(P2)를 따라서 로딩 위치로 복귀된다. 성숙된 경우에, 식물이 제 1 단부(20) 또는 제 2 단부(24)를 포함하는 통상적인 접근 지점에서 수확될 수 있다. 만약 수확이 준비되지 않았다면, 적어도 하나의 식물이 수확 준비될 때까지 또는, 과다 성장된 크래들 또는 크래들 대 크래들 간격을 가지는 것을 포함하여, 일부 다른 목표 성장에 도달할 때까지 반복한다.
실시예에서, 식물 성장을 최적화하기 위해서 빛 및 지원 액체의 동시적인 전달의 양 및 레이트를 제어하기 위해서, 성장 크래들의 전진 레이트가 제어될 수 있다.
실시예에서, 식물이 한 번의 통과 후에 수확을 위해서 또는 후속 취급을 위해서 제거된다. 다른 실시예에서, 식물이, 예를 들어, 특정 성숙도 또는 크기에 도달한 후와 같은 문턱값 성장 스테이지 이후에 컨베이어로부터 제거된다. 다른 실시예에서, 식물이 컨베이어의 동일한 단부(20, 20)에서 로딩 및 제거된다. 다른 실시예에서, 식물이 성장 기계의 로딩 단부(20)에서 로딩되고 그리고 성장 기계의 제 2의 제거 단부(24)에서 제거된다.
오퍼레이터는, (네덜란드, 틸버그에 소재하는 Saint-Gobain Cultilene B.V.의) Cultilene 과 같이, 다양한 원예 공급자로부터 용이하게 그리고 상업적으로 입수할 수 있는, 불활성(inert) 성장 매체, 예를 들어, 암면의 큐브 또는 벽돌(bricks) 내에 씨앗 또는 종묘를 식재하고 그리고 식재된 씨앗 또는 종묘를 성장 크래들 내에 배치한다. 각각의 로딩된 또는 식재된 성장 크래들(14)이 제거되고, 그리고 성장 기계(10)의 로딩 단부(20)에서의 로딩 위치에서 성장 기계 상으로 피봇식으로 현수될 수 있다. 컨베이어 기계류 자체의 구불구불한 경로와 관계없이, 크래들이 적절한 식물 성장을 위해서 배향되어 유지될 것이다. 크래들이 제 1 및 제 2 경로(P1, P2)를 따라서 이동되어, 빛에 노출되고 그리고 성장을 위한 적어도 성장-지원 액체가 제공된다.
도 12a 내지 13d를 참조하면, 성장 기간 후에, 식물이 해당 기계에 대한 목표 성장에 도달할 것이다. 예를 들어, 식물이 수확 준비될 수 있거나, 비록 수확할 정도로 성숙되지 않았지만, 인접한 식물이나 크래들의 가용 성장 공간으로 침입할 정도로 유사하게 성장되었을 수 있고 그리고 성장 공간의 증가를 필요로 할 수 있을 것이다. 그에 따라, 증가된 크기의 식물이 서로로부터 추가적으로 이격된다.
도 12a 및 12b에 도시된 바와 같이, 필수적으로 기계(10)를 반영한 것이 아니라, 성장 및 운송만을 단지 반영한 하나의 실시예에서, 식물이 로딩 위치(20)로부터 제거 지점(24)으로 이송된다. 만약 식물이 성장 사이클의 적절한 성장 스테이지에 도달하였다면, 해당 기계(10)에 대한 제거 지점(24)에서 성장 기계(10)로부터 성장 크래들을 제거함으로써 식물이 수확될 수 있다.
식물이 아직 성숙되지 않은 경우에, 성장 프로세스를 지속시키기 위해서, 식물이 로딩 위치로부터 제거 지점(24)까지 제 1 경로(P1)를 따라서 이송되고, 그리고 로딩 위치(20)까지 제 2 경로(P2)를 따라서 복귀된다. 목표 성장 스테이지에 도달하기 위해서 및/또는 성장 사이클 완료를 위해서, 이러한 무한의 제 1 경로(P1)로부터 제 2 경로(P2)까지의 회로 또는 루프가 필요에 따라 반복될 수 있다. 목표 성장 스테이지가 특정의 성숙도 또는 식물 크기를 포함할 수 있다.
도 13a 내지 13d를 참조하면, 일련의 성장 기계들이, 직렬로, 제공되고, 각각의 기계가 식물의 성장 사이클의 스테이지를 관리한다. 도 13a에서, 실시예에서, 제 1 성장 기계(10a)가 씨앗으로부터 종묘를 성장시키기 위해서 이용될 수 있다. 도시된 바와 같이, 성장 기간 후에, 크래들마다 6개의 씨앗이 발아되고 그리고 종묘로 성장된다. 제거하기에 충분할 정도로 크기가 커진 6개의 종묘가 후속하는 또는 제 2의 성장 기계(10b)로의 전달을 위해서 제거된다.
도 13b를 참조하면, 제 2 성장 기계(10b)의 로딩 단부에서 수용된 6개의 종묘가 성숙된 식물로서 수확될 수 있도록 성장될 수 있다. 그 대신에, 그리고 식물에 따라서, 미성숙 식물이 인접한 크래들의 가용 성장 공간을 침입하기 시작할 때까지, 6개의 종묘가 성장될 수 있다. 크래들이, 각각의 크래들 사이의 가용 성장 공간을 증가시키기 위해서 컨베이어 상에서 길이방향으로 더 멀리 이격되도록 재-분배될 수 있고, 또는 다른 후속 성장 기계(10c)로 이동될 수 있다.
도시된 바와 같이, 그리고 이제 도 13c를 참조하면, 보다 적은 수의 식물 및 보다 적은 수의 크래들(4개의 크래들이 도시됨)이 이송되고 그리고 후속하는 또는 제 3 성장 기계 또는 기계들(10c)로 로딩된다. 유사하게, 식물이 수확될 수 있고, 또는 도 13d를 참조하면, 보다 많은 수의 미성숙된 식물을 지탱하는 크래들이, 도 13d에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 후속하는 최종 기계(10d)로 이동될 수 있다.
성장 레이트 및 크기를 포함하는 특별한 식물 특성을 위해서, 성장 기계의 간격 및 스테이지가 미리-결정될 수 있다.
예
여기에서 개시된 실시예는 하나 이상의 적층가능한 모듈(22)을 포함할 수 있고, 각각의 모듈이 성장 기계(10)의 프레임(16)을 수용한다. 일 실시예에서 그리고 도 14에 도시된 바와 같이, 적층가능한 모듈(22)이 8 피트 x 8 피트 x 40 피트일 수 있고 그리고 3개의 모듈(22, 22, 22)이 서로 상하로 적층되어 하나의 적층체를 형성할 수 있다. 따라서, 전형적으로, 10,000 ft2 창고가 3개의 성장 기계의 약 13개의 나란한 또는 단부-대-단부의 적층체를 수용하여 총 약 39개의 성장 기계를 수용할 수 있다.
창고 풋프린트의 디자인에 따라서, 성장 기계의 적층체의 배치가 달라질 수 있다. 도 15a에 도시된 바와 같이, 그리고 약 10,000 ft2 의 경우에, 13개의 적층체가 단일 열(column)로 정렬될 수 있다. 다른 실시예에서, 그리고 도 15b에 도시된 바와 같이, 13개의 적층체가 3개의 행(row)으로 이루어진 4개의 열로 정렬될 수 있고, 이때 하나의 열이 4개의 행을 가진다.
실시예에서, 성장 기계가 창고 또는 빈 건물(barn) 내에서 "포드(pods) 또는 규정된 공간" 내로 배치된다. 포드는 3개의, 중실형(solid) 벽 지역의, 용이한 접근을 위한 도어를 가지는 4개의 벽을 가지는 바닥으로부터 천장까지의 벽을 가지는 모듈로 형성된다. 포드는 빈 건물에 적합한 하나 이상의 성장 기계를 수용할 수 있다. 예를 들어, 100개의 성장 기계를 필요로 하는 빈 건물의 경우에, 각각 5개의 성장 기계를 가지는 20개의 포트가 존재할 수 있다. 포드는, 성장되는 특별한 곡물에 대한 기후 분위기에 걸친 제어를 보장한다.
성장 기계에서의, 그리고 성장 기계 내에서의 성장 분위기의 제어는, 물, 영양분, 이산화탄소(CO2), 습도 및 기타 성장 인자를 포함할 수 있다. 여기에서, 성장 기계는, 광합성, 호흡, 및 발산(transpiration)을 포함하는, 식물 성장 및 발전에 기본적인 3개의 기본 기능 모두를 제공한다. 전술한 바와 같이, 성장-지원 액체 및 빛이 제공된다. CO2 관리의 경우에, 식물 성장에 의한 CO2 의 소비가 광합성의 손상을 방지하기 위해서 대체될 수 있고 그리고 곡물 및 조건의 타입을 기초로 보충될 수 있다. CO2 는 개선된 식물 성장 및 활력(vigour)을 통해서 생산성을 증가시킨다.
여기에서 개시된 실시예는, 지리적인 위치와 관계없이, 적은 자본 투자로 신선한 야채 및 과일의 지역적인 공급원을 제공하는데 있어서 유용하다. 실시예는 빛, 물, 및 영양분을 식물로 제공하기 위한 수단을 더 포함할 수 있고, 각각의 모듈이 지역적인 시장에 근접한 위치에 또는 원격 위치에 위치되고 배치될 수 있다. 따라서, 물과 전력이 공급되는 어떠한 위치도 적합하기 때문에, 성장 기계의 이용이 지역에 또는 성장 계절에 의해서 제한되지 않음에 따라, 선적 비용이 최소화된다.
또한, 실시예가 제어된 분위기 내에서 성장 기계를 더 포함할 수 있기 때문에, 오퍼레이터가 각각의 식물을 돌봐야 하는 필요성이 감소되고, 그에 따라 전형적인 산업적인 상업 영농과 연관된 노동력을 감소시킬 수 있다.
매일 매일의 식품 수요뿐만 아니라 기능성 식품(nutraceutical) 회사와 같은 특정 수요를 위한 구체적인 요건을 충족시키기 위해서, 식물이 가속된 성장 사이클로 성장될 수 있다. 세계적인 기아인구가 지역적으로 해소될 수 있다.
실시예는 시장으로 제품을 운송하는데 있어서 이용되는 화석 연료의 감소, 에너지 효율, 감소되는 및/또는 무시할 수 있는 영양분 오염(nutrient pollution), 독성 살충제 및 제초에의 이용 배제, 제어되고 감소된 물의 이용, 및 버려진 또는 빈(idle) 설비의 재사용과 같은 환경적인 장점을 제공할 수 있다.
하나의 양태에서, 제어된 폐쇄형 분위기 공간 내에 수용된 식물을 성장시키기 위한 시스템이 제공되고, 그러한 시스템은 고밀도 성장 기계를 포함하고, 상기 성장 기계는: 일련의, 수평의, 측방향으로 연장하고 식물을 반송하는 크래들로서, 상기 크래들이 높낮이를 가지는 경로 내에서 제 1 위치와 제 2 위치 사이에서 상향 및 하향 이동으로 그리고 점진적으로 길이방향으로 이동하고 그리고 제 1 위치로 복귀하는 동기화되고 평행한 무한 컨베이어들에 연결되고 그 사이에 현수되는, 크래들, 복수의 성장-촉진 광원, 그리고 물 및 식물 성장 영양분을 상기 성장 크래들로 제공하기 위한 수단을 포함한다. 무한 컨베이어가 프레임 내에서 지지될 수 있고, 상기 프레임에서, 제 1 위치가 로딩 단부가 되고 그리고 제 2 위치가 프레임의 제거 단부가 된다. 프레임이 모듈의 일부가 되거나 모듈 내에 수용될 수 있다.
실시예에서, 상기 식물이 복수의 성장 크래들 상에서 반송되고 그리고, 식물이 성장함에 따라, 크래들들이 추가적으로 이격된다. 하나의 접근방식은, 크래들을 제거하고 그리고 후속 기계 상에서 크래들을 배치하고 그리고 크래들들을 추가적으로 이격시키는 것이다. 다른 접근방식은, 일부 크래들을 제거하여, 보다 큰 간격으로 크래들들을 유지하고 제거된 크래들을 후속 기계 상으로 배치하는 것이다. 간격은 성장 기계의 면적당 식물의 밀도를 최대화하도록 선택된다.
실시예에서, 상기 성장 크래들이 컨베이어 체인의 피크 수직 높이에서 물 및/또는 식물 영양분으로 관개되고(irrigated), 그에 따라 하향 이동에 대해서 작용하는 중력이 상향 이동 중에 다소 가벼운 크래들을 상승시키는 것을 돕는다.
실시예에서, 복수의 식물 성장 촉진 광원이 높낮이를 가지는 경로를 따라서 홈통 내에서 전략적으로 이격될 수 있고, 프레임의 폭을 따라서 분배될 수 있고, 그리고 식물 성장의 기간들 중에 조작될 수 있다.
실시예에서, 성장 크래들을 로딩 및 언로딩하는 피고용자를 높은 레벨의 CO2 로부터 또는 제어된 성장 분위기 내에 존재하는 다른 위험들로부터 분리하기 위해서, 상기 컨베이어 체인이 제어된 공간 또는 분위기를 일시적으로 벗어난다.
다른 양태에서, 시스템은, 성장 매체를 포함하는 성장 크래들 내로 물 및 식물 영양분과 같은 액체를 삽입하기 위한 장치 또는 수단을 더 포함할 수 있다.
다른 양태에서, 시스템은, 수경법적으로 성장시키기 위해서 물 및 영양분을 포함하는 액체를 성장 크래들로 제공하기 위한 장치 또는 수단을 포함할 수 있다.
실시예에서, 시스템은, 제어된 분위기 내에 존재하는 가스의 농도를 제어하기 위한 장치 또는 수단을 더 포함할 수 있다.

Claims (28)

  1. 제어된 분위기 내에서 식물을 성장시키기 위한 방법으로서:
    컨베이어를 따라서 이격된 복수의 성장 크래들을 가지는 무한 컨베이어를 갖는 성장 기계를 제공하는 단계로서, 상기 각각의 크래들이 하나 이상의 식물을 내부에서 지지하는, 성장 기계 제공 단계;
    상기 복수의 크래들을 경로를 따라서 전진시키는 단계로서, 상기 경로의 적어도 일부가 교번적인 상부 부분 및 하부 부분을 갖는 높낮이를 가지는 경로인, 전진 단계;
    성장-지원 액체를 크래들로 공급하는 단계;
    하나 이상의 식물을 성장-촉진 빛에 노출시키는 단계; 및
    하나 이상의 식물이 상기 기계에 대한 목표 성장에 도달할 때까지, 상기 경로를 따라서 복수의 크래들을 전진시키는 단계를 반복하는 단계를 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 식물이 목표 성장에 도달할 때까지, 상기 경로를 따라서 복수의 크래들을 전진시키는 단계가:
    하나 이상의 식물이 다른 식물의 가용 성장 공간을 침입할 때까지 상기 복수의 크래들을 전진시키는 단계를 더 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 방법.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 식물이 목표 성장에 도달한 후에, 하나 이상의 식물이 후속 기계에 대한 목표 성장에 도달할 때까지 후속 성장 기계의 경로를 따라서 복수의 크래들을 전진시키는 단계를 반복하기 위해서 상기 크래들을 후속 성장 기계로 이송하는, 식물을 성장시키기 위한 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 후속 기계에 대한 식물의 목표 성장까지 성장된 식물을 가지는 크래들을, 하나 이상의 식물이 수확을 위해서 준비될 때까지, 다른 후속 성장 기계로 이송하는 단계를 반복하는 단계를 더 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    임의 기계 또는 후속 기계에 대해서, 식물이 상기 기계 또는 후속 기계에 대한 목표 성장에 도달한 후에, 상기 성장 크래들을 상기 컨베이어 상에서 추가적으로 이격시키는, 식물을 성장시키기 위한 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각각의 성장 크래들 내에서 하나 이상의 식물을 지지하는 것이 불활성 성장 매체 내에 하나 이상의 씨앗을 식재하는 것을 더 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성장-지원 액체를 각각의 크래들로 공급하는 단계가:
    상기 크래들을 기울어지게 배향하는 단계;
    상기 크래들로 액체를 공급하는 단계; 및
    상기 기울어진 크래들을 따라서 액체를 유동시키는 단계를 더 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 크래들이 상기 높낮이를 가지는 경로의 상향 부분과 하향 부분 사이에서 교번적이 될 때, 상기 크래들의 기울기를 반전시키는 단계를 더 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경로를 따라 상기 크래들 내의 유체의 적어도 일부를 배수하는 단계를 더 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 식물을 성장-촉진 빛에 노출시키는 단계가 교번적인 상향 부분 및 하향 부분 사이에 위치되는 광원으로부터 식물을 조명하는 단계를 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성장-지원 액체를 크래들로 공급하는 단계가 상기 경로의 하향 부분 중 적어도 하나로 액체를 도입하는 단계를 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 방법.
  12. 제어된 분위기 내에서 식물을 성장시키기 위한 성장 장치로서:
    성장 경로를 형성하는 무한 컨베이어로서, 상기 경로의 적어도 일부가 교번적인 상향 부분 및 하향 부분을 가지는 높낮이를 가지는 경로 및 복귀 경로인, 무한 컨베이어;
    상기 성장 경로를 따른 이동을 위해서 상기 컨베이어를 따라서 이격되고 상기 컨베이어에 의해서 지지되는 복수의 크래들로서, 상기 각각의 크래들이 하나 이상의 식물을 식물 및 성장-지원 액체 배향으로 내부에서 지지하는, 복수의 크래들;
    성장-지원 액체 공급원; 및
    성장-지원 빛의 공급원을 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 무한 컨베이어가 무한 컨베이어의 쌍이고, 그리고 상기 크래들이 상기 무한 컨베이어들 사이에서 지지되고,
    각각의 크래들이, 전반적으로 수평인 배향으로 상기 크래들을 이송하기 위해서 상기 컨베이어의 쌍 사이에서 지지되는 대향 단부를 더 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 무한 컨베이어의 쌍 중의 각각의 무한 컨베이어가 하나의 평면 내에 있고, 그리고 평면들이 서로 평행한, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계.
  15. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,
    상기 성장 경로가: 상기 높낮이를 가지는 상향 부분 및 하향 부분을 포함하는 제 1 경로를 더 포함하고 그리고 상기 복귀 경로가 상기 제 1 경로로 다시 루프 연결(looping)하기 위한 제 2 경로인, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 제 2 경로가 선형의, 전반적으로 수평의 경로인, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계.
  17. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 크래들이 상기 컨베이어로부터 제거가능한, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계.
  18. 제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 1 행잉(hanging) 지지부의 쌍으로서, 각각의 제 1 행잉 지지부가 각각의 크래들 위치에서 각각의 컨베이어로부터 측방향으로 연장하는, 제 1 행잉 지지부의 쌍; 및
    각각의 크래들이, 식물 및 성장-지원 액체 배향을 유지하기 위해서, 상기 컨베이어로부터 상기 크래들을 피봇식으로 행잉하기 위해서 상기 제 1 행잉 지지부와 양립가능한(compatible) 제 2 행잉 지지부를 가지는, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 행잉 지지부의 쌍이 핀이고 그리고 상기 제 2 행잉 지지부가 상기 크래들로부터 상향 연장하는 후크인, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계.
  20. 제 12 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각각의 크래들이, 성장-지원 액체를 크래들로부터 주기적으로 배수하기 위한 배수 포트를 가지는 하단부를 더 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 배수 포트가, 상기 배수 포트 내에 자유롭게 피팅되고 그리고 배수 위치와 밀봉 위치 사이에서 동작될 수 있는 배수 플러그를 더 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 배수 플러그를 배수 위치로 작동시키기 위해서 상기 2개의 컨베이어 중 적어도 하나의 복귀 경로 아래에 배치된 배수 홈통을 더 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계.
  23. 제 12 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 성장-지원 액체를 상기 크래들 내로 지향시키기 위한 노즐을 더 포함하고, 상기 지향에 의해서 상기 크래들이 전진되는, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계.
  24. 제 13 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 각각의 컨베이어가 무한 구동 체인, 구동 스프로켓 및 복수의 안내 스프로켓을 더 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 각각의 컨베이어가, 상기 무한 컨베이어의 쌍을 동기적으로 구동하기 위해서 상기 무한 컨베이어의 쌍의 각각에 작동식으로 연결된 공통 구동 샤프트 및 기어 모터를 더 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계.
  26. 제 18 항 또는 제 19 항에 있어서,
    상기 각각의 컨베이어가 무한 구동 체인, 구동 스프로켓, 복수의 안내 스프로켓, 상기 무한 컨베이어의 쌍을 동기적으로 구동하기 위해서 상기 무한 컨베이어의 쌍의 각각에 작동식으로 연결된 공통 구동 샤프트 및 기어 모터를 더 포함하고, 상기 각각의 크래들로 기울기를 부여하기 위해서 그리고 상기 크래들이 상기 높낮이를 가지는 경로를 따라서 상향 이동하고 이어서 하향 이동할 때 기울기를 반전시키기 위해서, 다른 컨베이어의 다른 제 1 행잉 지지부에 앞서서 색인된 상기 컨베이어의 쌍 중 하나의 컨베이어로부터 상기 제 1 행잉 지지부가 연장하는, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계.
  27. 제 26 항에 있어서,
    각각의 크래들에 대해서, 다른 컨베이어의 다른 제 1 행잉 지지부에 앞서서, 컨베이어의 쌍 중 하나의 컨베이어로부터 연장하는 상기 제 1 행잉 지지부를 색인하는 것이, 상기 다른 컨베이어에 대해서, 상기 컨베이어의 쌍 중 하나의 컨베이어의 구동 스프로켓을 회전식으로 색인하는 것을 더 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계.
  28. 제 26 항에 있어서,
    각각의 크래들에 대해서, 다른 컨베이어의 다른 제 1 행잉 지지부에 앞서서, 컨베이어의 쌍 중 하나의 컨베이어로부터 연장하는 상기 제 1 행잉 지지부를 색인하는 것이, 상기 컨베이어의 쌍 중 하나의 컨베이어로부터의 제 1 행잉 지지부를 성장 경로 상에서 상기 다른 컨베이어의 다른 제 1 행잉 지지부에 대해서 선행하게 또는 지연되게 배치하는 것을 더 포함하는, 식물을 성장시키기 위한 성장 기계.
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