KR20150071834A - 공기순환-공기정화 겸 냉각장치가 구비된 식물재배장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물의 기화열을 활용하여 효율적으로 식물재배장치의 내부온도를 제어하는 냉각장치가 구비된 식물재배장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작물의 광합성 작용을 유도하는 조명장치, 영양분과 물을 공급하는 수경재배 장치 및 각각의 장치를 제어하기 위한 제어장치를 포함하는 식물재배장치에 있어서, (A) 물을 흡수하면서 공기가 통과하는 기화필터; (B) 상기 기화필터에 물을 공급하는 물공급기; 및 (C) 상기 기화필터로 공기가 통과하도록 하는 하나 또는 복수개의 송풍기;를 포함하는 공기순환-공기정화 겸 냉각장치가 구비된 식물재배장치에 관한 것이다.

Description

공기순환-공기정화 겸 냉각장치가 구비된 식물재배장치{Plant Cultivating Apparatus with Air Circulating-Air Cleaning-cum-Cooling Device}

본 발명은 식물재배장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 물의 기화열을 활용하여 효율적으로 식물재배장치의 내부온도를 제어하는 냉각장치가 구비된 식물재배장치에 관한 것이다.

수경재배란 인공광원 하에서 식물의 성장에 필요한 물과 각종 영양분이 함유된 양액(배양액)에서 식물을 재배하는 재배방법을 말한다.

수경재배에 의하면, 보통 외부나 하우스에서 식물을 재배하는 통상의 경우와는 달리 식물의 재배환경을 비교적 용이하게 통제할 수 있기 때문에 인체에 유해한 농약을 사용하지 않아 오염되지 않은 깨끗한 채소나 작물을 수확할 수 있을 뿐 아니라 작물의 재배기간을 단축시킬 수 있어 단기에 많은 수확량을 얻을 수 있는 장점이 있다.

통상의 수경재배는 비닐하우스나 온실과 같이 태양광을 이용한 시설들에서 재배되어 왔으나, 최근에는 외부와는 격리된 시설 내에서 빛, 온도와 습도, 이산화탄소 농도 및 배양액 등의 환경 조건을 인공적으로 제어하여 계절과 장소에 관계 없이, 병충해의 발생이 없이 작물을 재배할 수 있도록 하는 식물재배장치 내지 식물공장이 개발되었다. 큰 규모의 식물재배장치를 식물공장이라 할 수 있으므로 이하에서는 단순히 '식물재배장치'라 한다.

식물재배장치는 통상 실내에서 운영되는 것이 일반적이므로 백열등, 형광등 또는 LED 등과 같은 인공광원을 사용하게 된다. 이들 인공광원의 사용을 통해 작물의 생장에 적합한 파장과 강도의 빛을 최적의 주기로 조사함으로써 작물의 재배기간을 대폭 단축시킬 수 있는 것이 식물재배장치의 큰 장점 중의 하나이다.

그러나 폐쇄된 공간에서 다수의 인공광원을 사용함으로써 식물재배장치 내부의 온도가 과도하게 상승하는 문제가 있다. 예를 들면, 형광등이나 백열등과 같은 일반조명기구는 열과 빛이 함께 발생하고, LED의 경우 빛은 앞으로 나가지만 열은 뒤쪽에서 발생, 모듈 내부로 향하게 되기 때문에 소정의 방열구조에 의해 내부 열을 외부(식물공장 공간)로 배출하게 되는데, 식물재배장치에서는 일반 조명과는 달리 비교적 고밀도의 인공조명을 사용하게 되므로 그에 따른 식물재배장치 내부의 고온화가 문제가 되는 것이다.

종래 식물재배장치에서는 내부 온도제어를 위하여 에어컨과 같은 별도의 냉각시스템을 구비하는 것이 일반적이다.

공개특허 10-2011-0071636은 LED발열장치에 특정 구조의 수냉각배관을 형성하고, 순환수냉각장치를 두어 LED조명장치를 효율적으로 냉각하기 위한 시스템을 제안하고 있다. 공개특허 10-2012-0015684에는, 식물 트레이의 저면에 LED기판을 밀착시켜 부착함으로써 LED조명으로부터 발생하는 열을 트레이에 저장된 수경재배용 배양액의 순환에 의해 냉각시키는 구조가 개시되어 있다. 그러나 이들 기술은 시스템이 복잡할 뿐 아니라, 조명장치 자체의 온도상승을 막기 위한 것이어서 식물공장 내부공간의 온도를 제어하기 위한 별도의 냉각시스템이 요구된다.

공개특허 10-2004-0010426, 10-2012-0041538에는 과도한 온도 상승을 방지하기 위해서 일측에 냉각팬을 설치하거나, 온도와 습도를 조절하도록 공기를 공급시키는 덕트를 두고 있다. 그러나 식물재배장치가 대형화되는 경우 단순한 공기순환이나 공기공급만으로는 식물재배장치 내부의 온도상승을 제어할 수 없다.

등록특허 10-1222399에는 통상의 압축기, 응축기, 팽창밸브 등으로 이루어진 냉각기가 구비된 수경재배장치가 개시되어 있는데, 이에 의하면 식물재배장치의 온도제어가 원활하게 되지만, 전기사용량이 증가하면서 작물의 생산원가가 높아지게 되는 단점이 있다.

공개특허 10-2011-0071636 공개특허 10-2012-0015684 공개특허 10-2004-0010426 공개특허 10-2012-0041538 등록특허 10-1222399

본 발명은 단순한 구조로 에너지를 거의 소비하지 않으면서 식물재배장치의 내부 온도상승을 제어할 수 있는 냉각시스템이 구비된 식물재배장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 작물의 광합성 작용을 유도하는 조명장치, 영양분과 물을 공급하는 수경재배 장치 및 각각의 장치를 제어하기 위한 제어장치를 포함하는 식물재배장치에 있어서, (A) 물을 흡수하면서 공기가 통과하는 기화필터; (B) 상기 기화필터에 물을 공급하는 물공급기; 및 (C) 상기 기화필터로 공기가 통과하도록 하는 하나 또는 복수개의 송풍기;를 포함하는 공기순환-공기정화 겸 냉각장치가 구비된 식물재배장치에 관한 것이다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 식물재배장치에 필수적인 공기의 순환을 활용하여 물을 증발시킴으로써 식물재배장치의 내부 온도를 낮출 수 있어 식물재배장치의 제조 및 운전비용을 대폭 절감할 수 있게 된다.

또한 본 발명에 의하면, 식물재배장치 내부공간을 작물이 생장하기 적절한 습도(70~80%)로 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한 본 발명에 의하면 순환되는 공기 중의 먼지 등 불순물이 기화필터에 의해 걸러지므로 식물재배장치 내부공기를 정화하는 효과도 얻을 수 있다.

도 1, 2는 본 발명에 의한 냉각장치가 구비된 식물재배장치의 두 가지 개념도.
도 3은 본 발명에 의한 냉각장치가 구비된 식물재배장치의 제작과정에서 기화필터부분을 보여주는 사진.
도 4a는 본 발명에 의한 냉각장치가 구비된 식물재배장치를 제작하는 중간단계를 보여주는 사진, 도 4b는 제작이 완료된 식물재배장치를 이용하여 온도강하 확인실험을 하는 상태를 보여주는 사진, 도 4c는 도 4b에서 기화필터 부분을 확대한 사진.
도 5는 본 발명에 의한 냉각장치가 구비된 식물재배장치에서 식물을 재배하고 있는 모습을 보여주는 사진.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

본 발명은, 작물의 광합성 작용을 유도하는 조명장치, 영양분과 물을 공급하는 수경재배 장치 및 각각의 장치를 제어하기 위한 제어장치를 포함하는 냉각장치가 구비된 식물재배장치에 관한 것이다. 물론 본 발명에서 식물재배장치는 내부의 온도 및 습도를 조절하는 공조장치의 존재를 배제하는 것은 아니다.

본 발명에 의한 식물재배장치는 (A) 물을 흡수하면서 공기가 통과하는 기화필터(11); (B) 상기 기화필터(11)에 물을 공급하는 물공급기(12); 및 (C) 상기 기화필터(11)로 공기가 통과하도록 하는 하나 또는 복수개의 송풍기(16);를 포함하는 공기순환-공기정화 겸 냉각장치가 구비되어 있다.

도 1 및 2에 본 발명에 의한 냉각장치가 구비된 식물재배장치의 두 가지 개념도를 도시하였다. 도 3에 본 발명에 의한 냉각장치가 구비된 식물재배장치의 제작과정에서 기화필터부분을 보여주는 사진을 첨부하였다. 도 4a에 본 발명에 의한 냉각장치가 구비된 식물재배장치를 제작하는 중간단계를 보여주는 사진, 도 4b에 제작이 완료된 식물재배장치를 이용하여 온도강하 확인실험을 하는 상태를 보여주는 사진, 도 4c에 도 4b에서 냉각장치(기화필터) 부분(적색 타원)을 확대한 사진을 각각 첨부하였다. 도 5에 본 발명에 의한 냉각장치가 장착된 식물재배장치에서 식물을 재배하고 있는 모습을 보여주는 사진을 첨부하였다.

본 발명에서 상기 '기화필터(11)'란, 수분이 흡수된 상태에서 공기가 통과할 수 있고 공기가 통과하면서 필터에 함유된 수분이 증발하게 되는 필터를 의미한다. 통상 수지가 코팅된 천연펄프 또는 부직포 재질일 수 있는데 이에 한정되는 것은 아니다. 기화필터(11)는 패드형태, 케이스형태, 원통형태 등 다양한 것이 가능하며 식물재배장치의 특성에 따라 선택하여 사용할 수 있을 것이다. 하기 실시예에서는 케이스형태의 기화필터(11)를 적용하였다.

본 발명에서 물공급기(12)는 상기 기화필터(11)에 고르게 물을 공급하는 장치이다. 물공급기(12)는 가장 간단하게는 단순한 수조(13)일 수도 있고, 좀더 복잡하게 기화필터(11)의 상면으로 공급하는 펌프(15) 및 물공급관(14)으로 이루어질 수도 있다.

예를 들면, 공기가 수평으로 통과하도록 기화필터(11)를 수직으로 세워서 기화필터(11)의 저면이 상기 수조(13)의 물에 침지되도록 할 수 있다. 그러면 수조(13)의 물이 모세관현상에 의해 기화필터(11)의 전면으로 퍼져나가게 된다.

또는 수직으로 세워진 기화필터(11)의 상부에 소정의 구멍이 뚫린 물공급관(14)을 설치하고 펌프(15)로 물을 공급하면 모세관현상 및 중력작용에 의해 물이 기화필터(11)의 전면으로 퍼져나가게 되는 것이다(도 1, 도 4c 참조).

본 발명에서 상기 송풍기(16)는 기화필터(11)로 공기가 통과하도록 강제하는 기능을 한다. 송풍기(16)는 식물재배장치 내부공기를 고르게 순환하는 기능을 겸한다.

한편, 통상의 식물재배장치는 내외부간 공기가 유동되도록 공기유입구(21)와 공기유출구(22)가 형성되어 있는 것이 일반적이다. 이 경우 상기 기화필터(11)는 상기 공기유입구(21)측에 공기유입구(21)를 통해 유입되는 모든 공기가 기화필터(11)를 거쳐서 내부로 유입되도록 설치되는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하기로는, 식물재배장치의 공간을 효율적으로 활용할 수 있도록, 기화필터(11)가 공기유입구(21)를 덮는 형태로 장착되는 것이 좋다(도 2, 도 3, 4a~4c 참조).

이때 송풍기(16)는 상기 공기유입구(21)와 공기유출구(22) 사이에 설치되는데, 기화필터(11)의 전단이나 직후단 또는 공기유통로상의 어딘가에 하나 또는 복수개 설치된다. 송풍기(16)의 설치위치와 설치수는 식물재배장치의 크기와 특성에 따라 선택할 수 있을 것이다.

한편 식물재배장치에서 재배공간의 효율적 이용을 위해 작물이 존재하는 공간 이외의 공간은 최소화하는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명에 의한 냉각장치에서, 상기 공기유입구(21)는 식물재배장치의 저면 또는 저면측면에 형성하고, 상기 기화필터(11)는 상기 공기유입구(21) 바로 위에 수평으로 설치하는 것이 좋다. 기화필터(11)가 수평으로 설치됨으로써 더 많은 공간을 작물 생육공간으로 활용할 수 있게 된다.

이때 물공급기(12)를 이용하여 물을 상기 기화필터(11) 위로 흘리거나 분무하는 것이 바람직하다.

어떤 제작사례에 의해서건, 기화필터(11)에 공급된 과량의 물이 기화필터(11)의 아래로 배출될 수도 있다. 이때 배출되는 물을 회수하기 위한 적절한 물받이수단을 장착하는 것은 당업자에게 용이한 일일 것이다(도 4c 참조).

이상과 같은 구성의 본 발명에 의한 냉각장치가 구비된 식물재배장치를 제작하여(도 4a~4c 참조) 아래 실시예처럼 온도강하 테스트를 실시하여 우수한 효과를 나타냄을 확인하였고, 상기 식물재배장치에서 작물을 배양하는 것도 가능함을 확인하였다(도 5 참조).

도 1처럼 본 발명에 의한 냉각장치의 기화필터(11)가 식물재배장치의 하부측면에 수직으로 설치되고, 작물생장공간이 2단으로 형성된 식물재배장치를 제작하였다(도 4a~4c 참조). 작동시에는 도어를 닫아 밀폐된 상태가 되도록 하였다.

식물재배장치의 외형은 가로*세로*높이=560mm*560mm*1530mm로 하였고 식물재배장치 각 단의 상면에 18W의 LED조명을 한 층에 4개씩 총 8개를 장착하였다. 공기순환기 겸 송풍기(16)로 도 1에 도시된 각각의 위치에 6개의 팬을 설치하였다.

이렇게 제작된 본 발명에 의한 냉각장치가 장착된 식물재배장치(실시예)와 냉각장치가 없는[기화필터(11)에 물을 공급하지 않은] 식물재배장치(비교예)를 30분간 운전한 후 30분 간격으로 장치 내부의 온도를 측정하였다. 장치의 외부 온도는 25℃였다.

측정결과 비교예에서는 LED조명의 발열에 의하여 내부온도 37~38℃ 정도까지 상승한 상태가 유지되었다. 그러나 실시예에서는 내부온도가 가동 30분 안에 29~30℃였고 1시간 경과하면서부터는 20~22℃로 안정적으로 유지되었다.

즉 실시예에 의하면 비교예에 비하여 식물재배장치의 내부온도가 17~18℃ 가량 더 낮게 유지할 수 있음이 확인되었다.

11. 기화필터 12. 물공급기 13. 수조
14. 물공급관 15. 펌프 16. 송풍기
21. 공기유입구 22. 공기유출구
L. 인공광원

Claims (5)

1. 작물의 광합성 작용을 유도하는 조명장치, 영양분과 물을 공급하는 수경재배 장치 및 각각의 장치를 제어하기 위한 제어장치를 포함하는 식물재배장치에 있어서,
   (A) 물을 흡수하면서 공기가 통과하는 기화필터(11);
   (B) 상기 기화필터(11)에 물을 공급하는 물공급기(12);
   (C) 상기 기화필터(11)로 공기가 통과하도록 하는 하나 또는 복수개의 송풍기(16);
   를 포함하는 공기순환-공기정화 겸 냉각장치가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 물공급기(12)는 수조(13)이고, 상기 기화필터(11)의 저면이 상기 수조(13)의 물에 접하여 있거나,
   상기 물공급기(12)는, 물을 상기 기화필터(11)의 상면으로 공급하는 펌프(15) 및 물공급관(14)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 식물재배장치에 공기유입구(21) 및 공기유출구(22)가 형성되어 있고,
   상기 기화필터(11)는 상기 공기유입구(21)측에 공기유입구(21)를 통해 유입되는 공기가 기화필터(11)를 거쳐서 내부로 유입되도록 설치되며,
   상기 송풍기(16)는 상기 공기유입구(21)와 공기유출구(22) 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 공기유입구(21)는 식물재배장치의 저면 또는 저면측면에 형성되어 있고,
   상기 기화필터(11)는 상기 공기유입구(21) 바로 위에 수평으로 설치되는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 물공급기(12)는, 물을 상기 기화필터(11) 위로 흘리거나 분무하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.

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