KR20150142445A - 조립식 모듈형 식물공장 시스템과 장치 - Google Patents

조립식 모듈형 식물공장 시스템과 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식물공장시스템에 있어서 경작장치를 묘듈화 하여 모듈의 결합으로 경작면적을 임의 가변하는 조립식 식물공장시스템 장치에 관한 발명이다.
보다 상세하게는 식물공장 시스템장치에 있어서, 최소 1개 또는 이상의 지주에 상하 착탈식으로 재배조를 거치하며 재배조를 4측방에서 착탈식으로 연결거치 하도록 구성한 다수개의 거치대와, 거치대에 거치한 다수개의 재배조와 각 재배조에 물이나 양액을 공급하는 튜브로 경작장치를 모듈화하여 다수개의 단위 경작모듈의 수평 연결로 식물공장의 경작면적을 임의 가변하는 조립식 식물공장 시스템장치를 제공한다.
아울러 위의 조립식 식물공장시스템장치로 비닐하우스의 기존 노지재배를 해하지 않으면서 버려진 상부공간에 입체적으로 식물공장을 구축하고 외부 컴퓨터로 원격관리하는 경제적인 조립식 식물공장 전환 시스템을 제공하며 이로서 기존의 비닐하우스 농업을 조립식 식물공장 겸용 농업으로 전환시켜 농가의 일손부족을 해소하고 농가소득향상에 기여한다.

Description

조립식 모듈형 식물공장 시스템과 장치{System and apparatus for making plant factory with fabricated module.}
본 발명은 식물공장 시스템에 있어서 지주에 재배조를 다단으로 구성하여 ‘한그루의 나무’처럼 지주에 구성된 다수층의 재배조로 단위 경작모듈을 구성하여, 식물공장의 크기(면적)에 따라 다수개 경작모듈의 재배조 층수와 측방 연결로 식물공장의 크기에 맞추어 식물공장을 조립식으로 구축하는 조립식 식물공장 시스템 장치에 관한 발명이다.
보다 상세하게는 ‘다수 그루의 나무’가 숲을 이루듯이 다수개의 재배조를 다단으로 구성한 경작모듈에 4측방 연결수단을 구성하므로서 식물공장의 높이에 따라 재배조의 층 구성을 가변하고, 면적에 따라 각 단위 경작모듈의 측방을 연결 조립하므로서, 경작면적을 수직, 수평으로 임의 가변하는 조립식 식물공장 시스템을 제공한다.
이로써, 농업용 비닐하우스의 노지재배를 그대로 두고 버려진 상부 공간에 입체적으로 조립식 식물공장을 구축할 수 있게 되어 농지의 이용효율을 증대시키고, 무인경작으로 농가 일손 부족을 해소하여 농업경쟁력을 향상시킨다.
식물공장(植物工場, plant factory)이란 통제된 일정한 시설내에서 빛, 온도, 습도, 양액조성, 대기가스 농도 등의 재배환경조건을 인공적으로 제어하여 계절이나 장소에 관계없이 농산물을 공산품처럼 계획적으로 연속 생산하는 시스템적인 농업의 한 형태를 말한다(Kozai 2007).
위와 같은 개념에 따라 기존의 식물공장은 유리 온실이나 외부와 격리된 건물내에서 작물의 성장에 필요한 재배조건을 맞추어주므로서 기후나 계절의 변화에 관계없이 안정적으로 작물을 생산하도록 설계되어 있다.
위와 같은 식물공장은 빌딩형 농장, 수직형농장, 컨테이너형 농장으로 발전하여 왔으며, 시설물의 구조와 작물을 재배하는 설비가 모두 맞춤형이고, 에너지 소모가 많아 시설비와 운영비를 감안하면 작물생산 단가가 높아 식물공장의 생산성은 노지재배에 비하여 경쟁력이 없다는 문제점이 있다.
연구보고서(J.Plant Biotectral 2010.37-422-55)에 의하면, 상추 1kg를 재배했을 때 식물공장 생산비는 1만4천428원으로 시설상추 생산비보다 약 14배 가량 높고, 1차 에너지 투입으로 인해 약 15kg의 이산화탄소가 배출되므로 낮은 경제성과 환경문제는 쉽게 해결되지 않을 것이라 전망했다.
한편, 세계적으로 생활수준의 향상에 따라 유기농 채소의 수요가 점차 증가되고 있으며, 기존의 노지재배 농업이 비닐 하우스 농업으로 변화하고 있는 추세이고, 일반적으로 비닐하우스 농업에서는 혹한기 온도조절 외에는 인공적인 재배환경을 조성하지 아니하므로 하우스내 토지 및 입체적 공간의 효율적인 이용측면에서 비경제적이라는 문제점이 있다.
특히, 농촌의 고령화로 농가일손 부족이 심각한 현상이므로 기존의 비닐하우스 농업을 저렴하게 전자동 식물공장으로 전환시킬 수 있는 기술의 개발이 필요하다.
기존의 식물공장시스템에 관한 선행기술을 보면, 한국등록 특허 제10-1321336호에서 다수의 재배 베드(bed)를 다단으로 배치하여 온도, 습도, 및 이산화탄소로 생육조건을 자동 조성하는 식물공장 시스템 장치가 공개되어 있고, 한국등록 특허 제10-1328692호에서는 복수의 층으로 이루어진 식물공장시스템 기술이 등록되어 있으나 위의 식물공장은 모두 인공적인 조명과 온도로 생육조건을 맞추어 주는 수경 재배 시스템이므로 기존의 비닐하우스에 설치하기에는 비경제적이라는 문제점이 있다.
비닐하우스를 식물공장으로 전환시키기 위하여 하우스내의 바닥에 이송레일을 구축하고 비닐하우스를 보냉실과 온실로 구획하여 재배 베드(bed)를 필요에 따라 이동시키는 식물공장시스템이 개발되어 한국등록 특허 제10-0850684호로 등록된바 있으나 설비가 고가이며 인공적으로 재배환경을 조성하는 코스트가 고가일 뿐만 아니라 비닐하우스 바닥의 노지 경작을 겸용할 수 없으므로 작물의 생산 코스트가 높아 비경제적이라는 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해소하기 위하여, 규격이 다양한 비닐하우스의 노지재배방식을 그대로 두고 그 상부의 버려진 공간에 입체적으로 다단식 재배조를 구성하는 기술과 급수 및 양액공급을 자동화함으로서 비닐하우스의 노지재배를 저해하지 않으면서 전자동 무인 경작이 가능한 식물공장으로 전환시킬수 있는 경제적인 식물공장시스템을 제공한다.
본 발명은 상기목적을 달성하기 위하여 지주에 상하로 다수개의 재배조를 구성한 경작모듈을 제작하여(마치 ‘한그루의 나무’처럼), 각 경작 모듈의 측방을 연결하여 조립하는 방법으로 경작면적을 증감하며, 비닐하우스내의 벌어진 상부공간에 입체적으로 경작설비를 조립식으로 구축하고, 각 재배조에 물과 양액을 마이크로프로세서에서 설정된 양으로 전자 공급하도록 함으로서 무인경작이 가능한 식물공장 시스템을 제공한다.
기존의 식물공장이 온실이나 건물의 규격에 따라 맞춤형으로 경작설비를 구축하는데 비하여 본 발명은 규격화된 모듈형으로서 모듈의 증감으로 온실이나 건물의 크기에 제한을 받지 않고 식물공장을 조립식으로 구축할 수 있게 되어 편리하고 식물공장 구축비용을 현저하게 절감하는 효과가 있다.
태양광성과 비닐하우스 내측의 태양광 반사파를 이용하고 보조조명수단으로 LED를 이용함으로서 조명 비용을 획기적으로 절감하며, 기존의 식물공장에 비하여 작물의 제조 코스트를 절감하므로 제품의 시장경쟁력을 향상시킨다.
비닐하우스내의 버려진 상부공간을 이용하여 다단식 전자동 식물공장을 입체적으로 구축할 수 있게 되어 농지의 이용효율을 증대시키고 하우스내의 경작면적을 2배이상 증가시켜 농가소득 향상에 기여한다.
비닐하우스 농업을 전자동방식으로 전환할 수 있게 되어 농가 일손부족문제를 해결하는 효과가 있으며, FTA 등으로 인한 농가피해를 과학화로 해결하는 정책수단을 제공한다.
도1은 본 발명의 시스템 구성도이다
도2는 본 발명의 경직모듈 구성도이다.
도3는 본 발명의 재배조 거치대의 사시도이다.
도4은 본 발명의 비닐하우스 식물공장 구성 참조 사시도이다.
도5는 본 발명의 경작모듈 연결 예시도이다.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 아래와 같다.
도1에 의하는바 와같이 본 발명의 조립식 식물공장 시스템은 외부 물탱크(101)나 양액탱크(102)로부터 물이나 양액 공급을 선택적으로 ON/OFF제어하는 전동식 밸브(103)와 전동식밸브의 작동을 제어하는 제어수단(104)과, 제어수단에 구성된 마이크로프로세서의 프로그램에 의하여 프로그램 설정된 시간에 설정된 량의 물이나 양액을 선택적으로 공급하여 식물을 재배하는 다수개의 조립식 경작모듈(100-1, 100-2, 100-3, 100-n)로 구성된다.
조립식 경작 모듈은 도2에 의하는 바와 같이, 외부의 물탱크나 양액탱크로부터 물이나 양액을 공급하는 튜브(201)와, 튜브로 공급된 물이나 양액을 다수개의 재배조에 공급하는 다수개의 서브튜브(202-1, 202-2, 202-3, 202-n)와, 지주(204, 205)에 상하로 다단으로 구성된 다수개의 거치대(203-1, 203-2, 203-3, 203-n/ 204-1, 204-2, 204-3, 204-n)와, 거치대에 착탈식으로 거치된 다수개의 경작조(205-1,205-2, 205-3)로 구성된다.
각 재배조는 거치하는 거치대는 도3에 의하는 바와 같이 거치대에 상하로 최소 1개 또는 이상의 지주를 관통하여 설치하는 지주홈(205-1, 205-2, 205-3)과 좌우측에서 재배조를 연결하는 연결부(207, 208)와, 거치대간을 볼트넛으로 연결하기 위하여 거치대의 양단에 구성된 연결홈(209, 210)로 구성된다.
위와 같이 구성된 경작모듈은 도4에 의하는 바와 같이 거치대의 양측방에 경작조를 걸어 거치하게 되어 경작조를 무한대로 연결구성할 수 있으며, 거치대의 양단을 볼트 너트로 연결함으로서 재배조를 4측방에서 연결할 수 있게 되어 식물공장의 면적에 따라 경작모듈의 증감으로 조립식으로 식물공장을 구축할 수 있으며, 지주에 상하로 구성하는 재배조의 층수를 증감하여 수직공간까지 가변적으로 구성할 수 있으므로 경작면적을 수직 및 수평으로 증감할 수 있는 조립식으로 식물공장 시스템을 제공한다.
위의 구성에서 경작모듈의 각층 거치대간에 유압장치나 전동장치를 구성하게 되면 유압이나 전력으로 재배조의 높이를 임의 조절할 수 있는 것이고, 마이크로프로세서의 프로그램으로 재배조의 높이를 순차 변경하도록 프로그램 설정시 태양광이 각 재배조에 조사하는 시간을 가변할 수 있다.
위의 구성에서 재배조는 정사각형이나 직사각형이나 원형이나 타원형 등의 다양한 형태로 구성할 수 있으므로 재배조의 형태를 제한하지 않는다.
외부의 물탱크나 양액탱크에서 마이크로프로세서에 세팅된 프로그램에 의하여 전동식 개폐장치가 열리는 일정한 시간동안에 물이나 양액이 공급되고, 경작모듈의 경작조에 프로그램 설정된 양만큼 급수하게 되므로 인력이나 동력이 불필요하다.
본 발명에서 양액탱크를 별도 구성하지 않고 필요시 급수탱크에 양액을 혼합하는 방법으로 구성할 수 있다.
외부의 물탱크에 물을 공급하는 방법은 상수도나, 지하수나 하천의 급수파이프간에 펌프를 설치하고 물탱크내에 수위감지센서를 구성하여 항상 일정한 물이 탱크내에 채워지도록 구성하며 이 분야 요소기술을 기존의 공개기술을 원용한다.
위의 구성에서 물탱크에 물탱크차량으로 물을 채워두도록 구성하거나 펌프를 설치하여 각 재배조에 물이나 양액을 공급하도록 구성할 수 있다.
작물의 종류와 시설물의 높이에 따라 재배조를 1단, 2단, 3단, 또는 이상의 단으로 구성할수 있으며, 비닐하우스나 온실에 수경장치를 구축하여 태양광을 이용하는 방식으로 구축할시에는 각 재배조의 높낮이를 각기 다르게 조절하므로서 비닐하우스나 온실에 조사되는 햇빛의 차단율을 시차별로 조절할 수 있다.
본 발명의 시스템은 물이나 양액을 각 재배조에 공급하는 순환 펌프를 부가 구성할시 수경재배가 가능하므로 하나의 식물공장에서 수경재배나 토양재배를 겸용 또는 선택적으로 구성할 수 있는 기술을 제공한다.
또한, 기존의 비닐하우스를 이용하여 식물공장을 구축하므로서 건축비나 초기시설비의 지출을 줄일 수 있고, 식물의 광합성에 필요한 광원을 완전밀폐형보다 저렴하게 얻을 수 있으며, 토지이용 효율을 2배이상 증가시키며 무인경작이 가능하므로 기존의 노지재배방식에 비하여 경쟁력이 있다.
본 발명에서 기존 비닐하우스를 이용하며 작물별로 강한 햇빛이 필요치 않은 경우는 비닐하우스내의 반사파를 이용하므로 별도의 조명장치가 불필요하나, 별도의 조도가 필요할시 해당 재배조의 상부에 LED조명수단을 부가 구성하고 마이크로프로세서에서 조도를 감지하여 LED의 ON/OFF를 자동제어하도록 구성할 수 있다.
본 발명의 조립식 식물공장 시스템에서, 온도감지수단, 습도감지수단, 저수탱크, 수위감지수단, 경작조 수분감지수단, LED수단, 디지털카메라, 외부컴퓨터와의 통신수단에서 선택된 수단을 부가 구성하여 마이크로 프로세서 수단으로 비닐하우스의 재배환경을 감시하고 제어하도록 구성하거나 외부 컴퓨터로 원격 제어하도록 할 수 있으며 이 분야의 요소기술은 기존의 공개기술을 원용한다.
본 발명의 시스템을 이용하면, 비닐하우스뿐만 아니라 유리온실이나 별도의 건물이나 트레일러에 식물공장을 모듈형으로 구축할 수 있는 기술을 제공하며, 가정용 경작장치나 수경경작이나 토양에 의한 경작에 모두 이용할 수 있는 기술을 제공하므로 본 발명의 주요한 기술적 사상에서 일탈하지 않는 균등범위에 속하는 변형이나 변경은 모두 본 발명의 범위에 속한다.

Claims (10)

  1. 조립식 식물공장 시스템장치에 있어서,
    (1) 최소 1개 또는 이상의 지주에 상하 착탈식으로 다단 거치되어 좌우 양측방에서 재배조를 착탈식으로 연결 거치하도록 구성한 다수개의 거치대와, 거치대에 거치한 다수개의 재배조와, 각 재배조에 물이나 양액을 공급하는 급수튜브로 구성된 다수개의 경작모듈과,
    (2) 위 경작모듈의 급수튜브로 물이나 양액을 공급하는 외부 탱크간에 전동식개폐 벨브와 벨브의 작동을 원격제어하는 마이크로프로세서수단을 포함하는 구성으로, 경작모듈별 재배조의 층수와 다수개 경작모듈의 연결로 경작면적을 수평 또는 수직으로 임의 가변하는 것을 특징으로 하는 모듈형 조립식 식물공장 시스템장치
  2. 청구항 1에 있어서,
    거치대를 상하로 관통하는 최소1개 이상의 지주 관로홈과 거치대의 수평 4측방중 좌우 2측방에 경작재배조를 거치하는 거치수단과 나머지 2측방에 거치대간을 연결하는 연결수단을 구성하여 경작재배조를 4측방에서 연결할수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 조립식 식물공장 시스템장치
  3. 청구항 1에 있어서,
    거치대에 전동장치나 유압장치에서 선택적으로 높이조절장치를 부가 구성하여 경작재배조의 높이를 가변하도록 구성한 것을 특징으로 하는 조립식 식물공장 시스템장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    온도감지수단, 습도감지수단, 저수탱크 수위감지수단, 재배조 수분감지수단, LED수단, 디지털카메라, 외부컴퓨터와의 통신수단에서 선택된 수단을 부가 구성하고 각 수단의 제어장치를 마이크로 프로세서수단으로 제어하도록 구성하여 식물공장을 원격제어하는 것을 특징으로 하는 조립식 식물공장 시스템장치
  5. 농업용 비닐하우스를 식물공장으로 전환시키는 방법에 있어서,
    (1) 최소 1개 또는 이상의 지주에 상하 착탈식으로 재배조를 다단으로 거치하며 재배조를 좌우 2측방에서 착탈식으로 연결거치 하도록 구성한 다수개의 거치대와, 거치대에 거치한 다수개의 재배조와, 각 재배조에 물이나 양액을 공급하는 급수튜브로 구성하여 경작용 재배조를 모듈화하는 단계와,
    (2) 상기 모듈의 수평연결로 비닐하우스의 면적에 따라 경작 면적을 가변적으로 설정하며 비닐하우스의 높이에 따라 재배조의 층수를 설정하여 모듈을 조립식으로 연결구성하는 단계와,
    (3) 위 경작모듈의 튜브로 물이나 양액을 공급하는 외부 탱크간에 전동 벨브와 이를 제어하는 마이크로프로세서수단을 구성하는 단계를 포함하는 방법으로 다단식 재배조의 층수와 경작재배모듈의 수평연결로 경작면적을 수직 또는 수평으로 임의 가변 하는 것을 특징으로 하는 비닐하우스의 조립식 식물공장 전환방법
  6. 청구항 5에 있어서,
    비닐하우스 지상의 버려진 상부 공간에 1개 또는 이상의 지주로 다단식 재배조를 입체적으로 구성하여 비닐하우스의 노지재배를 겸용으로 하는 것을 특징으로 하는 비닐하우스의 조립식 식물공장 전환방법
  7. 청구항 5에 있어서,
    거치대에 거치한 다수개 재배조에 물이나 양액을 공급하는 튜브를 구성하고 재배조의 하부에 배수홈을 구성하여 급수시 잔여물이나 양액이 배수홈을 통하여 하우스바닥에 낙하하여 침투되도록 구성한 것을 특징으로 비닐하우스의 조립식 식물공장 전환 방법
  8. 청구항 5에 있어서,
    재배조간의 간격이나 높이를 가변할 수 있는 수단을 부가구성한 것을 특징으로 하는 비닐하우스의 조립식 식물공장 전환 방법
  9. 청구항 8에 있어서,
    경작재배조의 높이를 마이크로 프로세서의 프로그램으로 가변하여 각 재배조의 시차를 두고 태양광이 순차적으로 조사할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 비닐 하우스의 조립식 식물공장 전환 방법.
  10. 청구항 5에 있어서,
    온도감지수단, 습도감지수단, 저수탱크 수위감지수단, 경작조 수분감지수단, LED수단, 디지털카메라, 외부컴퓨터와의 통신수단에서 선택된 수단을 부가 구성하여 마이크로 프로세서수단으로 비닐하우스의 재배환경을 제어하도록 구성하거나 외부 컴퓨터로 원격제어 하도록 구성한 것을 특징으로 하는 비닐하우스의 조립식 식물공장 전환방법
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113273406A (zh) * 2020-07-13 2021-08-20 史顺海 一种积木搭建式多功能农作物种植培养设备
KR102490063B1 (ko) * 2022-04-01 2023-02-22 칸글로벌코리아 주식회사 블록형 스마트팜 시스템

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