KR20170005003A - 식물 재배 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 식물 재배 장치의 운영 비용을 감소시키고; 재배 식물들의 양액 흡수율을 개선하고; 재배 식물들의 성장을 촉진하고; 재배 식물들의 수확량을 증가시키는 것이다. 본 발명은 재배 식물들의 근부들이 늘어지는 길고, 좁은 중공의 재배 박스를 구비한다. 양액 공급 튜브들은 측벽 내면을 따라 길이 방향으로 부착된다. 양액을 포함한 유체를 분무하기 위한 노즐들은 소요 간격을 가지고 각각의 양액 공급 튜브에 부착된다. 노즐들로부터 분무는 20㎛ 미만의 입도를 가지는 작은 입자들과 20㎛ 이상 100㎛ 이하 범위의 입도를 가지는 큰 입자들을 포함한다. 노즐들로부터 분무는 10㎛ ~ 30㎛ 범위의 평균 입도를 갖는다.

Description

식물 재배 장치 {PLANT CULTIVATION APPARATUS}

본 발명은 식물 재배 장치에 관한 것이고, 보다 특히, 식물 공장에서 영농을 실시하는데 바람직하게 이용되어 운영 비용 (running cost) 의 감소와 수확량의 증가로 인해 경제적인 영농을 가능하게 한 식물 재배 장치에 관한 것이다.

다수의 식물 재배 장치들이 제안되었다. 본 출원인은 일본 공개특허공보 제 2012－196164 호 (특허 문헌 1) 에 개시된 대로, 도 9(a) 및 도 9(b) 에 도시된 식물 재배 장치를 제안하였다. 특허 문헌 1 에서 제안된 식물 재배 장치에서, 길이 방향 (L) 을 따라 재배 박스 (100) 의 상면에 재배 식물들 (P) 이 배치되도록 재배 식물들 (P) 은 좌우로 긴 재배 박스 (100) 내에서 임의의 간격으로 세팅된다. 재배 식물들 (P) 의 근부들 (Pr) 은 재배 박스 (100) 내에서 아래로 늘어져 있다. 재배 박스 (100) 내에서, 재배 박스를 상부와 하부로 나누는 경사 칸막이 판 (106) 이 길이 방향을 따라 설치된다. 하나의 노즐 (110) 이 재배 박스 (100) 의 보다 짧은 측벽들 (101) 중 하나의 내면 중앙에 장착된다. 분무 순환용 팬 (115) 이 측벽 (101) 에 대향한 보다 짧은 타측벽 (102) 근방에서 하부에 장착된다.

재배 박스 (100) 내에서, 노즐 (110) 로부터 분무된 양액은 노즐 (110) 과 팬 (115) 의 작동에 의해 경사 칸막이 판 (106) 으로부터 타측벽 (102) 을 향해 위로 흐른다. 양액이 타측벽 (102) 을 따라 아래로 흐른 후, 양액은 경사 칸막이 판 (106) 으로부터 측벽 (101) 을 향하여 아래로 흐른다. 노즐 (110) 로서, 양액과 압축 공기의 혼합 가스를 분무하기 위한 이-유체 노즐을 사용함으로써, 도 9(b) 에 도시된 대로, 압축 공기가 공기 압축기 (120) 로부터 노즐 (110) 로 공급된다. 양액은 양액 탱크 (121) 로부터 재배 박스 안으로 소요 압력으로 공급된다. 재배 박스 (100) 내에서 타측벽 (102) 을 향하여 분무된 양액의 비거리를 증가시키기 위해서, 양액은 이-유체 노즐 (110) 로부터 타측벽 (102) 을 향하여 높은 분사 압력으로 분무된다.

긴 재배 박스 (100) 내에서 노즐 (110) 은 길이 방향으로 재배 박스의 일 단부측에 장착된다. 따라서, 노즐 (110) 로부터 분무된 양액이 재배 박스 (100) 내 공기 중에 체류할 수 있도록, 액적들의 직경은 30㎛ 이하, 바람직하게 10㎛ 이하로 작게 설정된다. 게다가, 재배 박스 내 습기는 분무된 양액의 포그 (fog) 로 근포화 상태로 되어서, 노즐 (110) 에서 떨어진 위치의 재배 식물들의 근부들 (Pr) 이 양액을 흡수할 수 있다.

특허 문헌 1: 일본 공개특허공보 제 2012－196164 호

특허 문헌 1 의 식물 재배 장치에서는, 재배 박스 (100) 의 타측에 설치된 팬 (115) 을 사용하여, 길이 방향으로 재배 박스 (100) 의 일 단부에 장착된 1 개의 노즐 (110) 로부터 재배 박스 (100) 내에서 전체적으로 분사된 분무를 순환시키도록, 분무의 비거리를 증가시키는 이-유체 노즐이 사용된다. 그러나, 이-유체 노즐에 압축 공기를 공급하기 위해서 공기 압축기를 필요로 하기 때문에, 설비 비용 및 운영 비용이 높아진다. 또한, 분무 순환용 팬 (115) 을 위한 설비 비용 및 운영 비용도 높아진다. 높은 운영 비용은 영농에 있어 불리하다.

직경이 10㎛ 이하인 입자들로 구성된 미세한 양액을 포함한 포그 (소위 드라이 포그) 가 재배 박스 (100) 내에 충전될 때, 노즐 (110) 에서 떨어진 위치의 재배 식물들의 근부들이 양액을 흡수하는 것을 허용할 수 있다. 하지만, 양액 분무측에 대향한 측에서는 양액이 희박해진다. 따라서, 식물들의 생육이 둔화되어서, 재배 식물들을 균일하게 생육하는 것이 어렵다. 또한, 공기 중에 부유 하는 액적들이 식물들에 의해 흡수되지 않고, 재배 박스 (100) 의 저부에 축적된다. 결과적으로, 도 9(b) 에 도시된 대로, 다량의 액적들이 탱크 (130) 에 회수된다. 회수된 액적들의 양은 노즐 (110) 로부터 분사된 분무량의 약 30% 이다. 식물들의 근부들에 의해 흡수된 양액의 양이 그 양만큼 감소하는데, 이것은 비효율적이다.

재배 식물들이 성장함에 따라, 요구되는 양분의 양도 따라서 증가한다. 양액이 재배 박스 내에서 공기 중에 부유되는 경우, 성장하는 근부들이 양액을 흡수하는 것을 허용할 수 있다. 그러나, 공기 중 부유하는 양액 양의 증가로, 액적들로서 낙하하여 회수되는 양액의 양이 증가한다. 결과적으로, 식물들의 근부들에 의해 흡수될 양액의 양이 부족해진다. 식물들의 건전한 생육 상태를 유지하고 식물을 조기에 성장시켜 수확량을 증가하기 위해서, 식물들의 근부들이 필요량의 양액을 확실하게 흡수하도록 식물 재배 장치를 개선할 필요가 있다.

본 발명의 목적은, 전술한 운영 비용의 문제와 재배 식물들의 낮은 양분 흡수율을 개선함으로써, 재배 식물들을 빠르게 성장시켜서 수확량을 증가시키고, 운영 비용을 감소시킴으로써, 경제적인 영농을 달성하는 것이다.

전술한 문제점들을 해결하기 위해서, 본 발명은 식물 재배 장치를 제공하고, 상기 장치는 재배 식물들의 근부들이 아래로 늘어지는 세장형 중공의 재배 박스를 구비하고; 양액 공급관들이 길이 방향으로 연장된 측벽들의 내면들을 따라 설치되고; 양액으로 구성되는 일-유체를 각각 분무하는 노즐들이 상기 양액 공급관들에 소요 간격으로 장착되고,

상기 노즐들로부터 분사되는 분무는 20㎛ 미만의 직경을 가지는 작은 입자들과 20㎛ 이상 100㎛ 이하의 직경을 가지는 큰 입자들의 혼합물로 구성되고; 입자들의 평균 입자 직경은 10㎛ ~ 30㎛ 로 설정된다.

전술한 대로, 본 발명에서는, 재배 식물들의 근부들로 양액을 분무하기 위한 복수의 노즐들이 재배 박스 내에서 임의의 간격으로 배치된다. 따라서, 1 개의 노즐로부터 분사된 분무가 재배 박스 내에서 순환되는 특허 문헌 1 의 식물 재배 장치의 구성과 달리, 본 발명의 식물 재배 장치의 구성은 노즐들로부터 분사되는 분무의 비거리를 늘릴 필요가 없다. 따라서, 가압 공기를 혼합 하지 않고 양액만 분무하는 일-유체 노즐이 본 발명에서 사용된다. 전술한 대로, 가압 공기를 이용하지 않기 때문에, 공기 압축기를 사용하고 재배 박스 내에서 분무를 순환시키기 위한 팬을 사용할 필요성을 없앨 수 있다. 따라서, 운영 비용 및 설비 비용을 줄일 수 있다.

10 ~ 30㎛ 의 평균 입자 직경을 가지는 소위 세미 드라이 포그가 일-유체 노즐로부터 분무된다. 20㎛ 이상 100㎛ 이하, 바람직하게는 20 ~ 40㎛ 의 범위, 또는 30㎛ 전후의 입자 직경을 가지는 양액이 재배 식물들의 근부들에 의해 직접 흡수된다. 10㎛ 이하의 직경을 가지는 입자들로 구성된 초미립 액적들은 재배 박스 내 공기 중에 부유되어서, 분무 분사측에 대향하여 배치된 근부들 일부 및 근경들로부터 분기하는 자부분들 (beards) 에 양액을 부착한다. 전술한 포그의 입자 직경은 레이저법에 의해 측정된다.

재배 식물들의 근부들이 큰 입자와 작은 입자로 구성된 액적들을 함유한 양액을 효율적으로 흡수할 수 있도록 하기 때문에, 재배 식물들의 성장을 촉진할 수 있다.

또한, 10 ~ 30㎛ 의 평균 직경을 가지는 미세 입자들로 구성되는 세미 드라이 포그가 노즐로부터 분무되기 때문에, 양액은 재배 박스의 저부에 액적들의 형태로 낙하하기 어렵다. 그리하여, 양액이 재배 식물들의 근부들에 의해 높은 흡수율로 흡수될 수 있고 양액이 헛되게 사용되는 것을 방지할 수 있다.

일반적으로, 노즐로부터 분사된 분무의 입자들의 직경들은 균일하지 않다. 특히, 공기와 혼합하지 않고 액체만을 분사하는 일-유체 노즐에서는, 분무 중에 포함되는 액적들의 입자들의 직경들이 커진다. 분사구로부터 선회류로서 양액을 분무하는 일-유체 노즐에서는, 분무 분포의 중앙 부분에 위치한 입자들의 직경들이 커지기 쉽고, 반면에 분무 분포의 외주에 위치한 입자들의 직경들은 작아지기 쉽다.

본 발명에서는, 전술한 대로, 선회류로서 양액을 분무하는 일-유체 노즐의 특성을 이용함으로써, 큰 입자들로 구성된 액적들이 재배 식물들의 근부들로 분무되어서 근부들이 확실하게 양액을 흡수할 수 있도록 하고, 반면에 작은 입자들로 구성된 액적들은 재배 박스 내 공기 중에 부유되어서 양액이 노즐들로부터 직접 분무될 수 없는 근부들의 일부가 양액을 흡수할 수 있도록 한다.

각각 일-유체 노즐로 구성되는 전술한 노즐들에서, 통 형상의 하우징의 중공부가 양액 유로로 설정되고; 양액은 길이 방향으로 양액 유로의 일측으로부터 노즐들로 공급되고; 길이 방향으로 양액 유로의 타 단부가 분사벽으로 폐쇄되고; 분사구는 상기 분사벽의 중앙에 형성되고;

노즐 팁은 분사벽의 내면에 고정되고; 분사구와 연통하는 분사 구멍은 노즐 팁의 일 단부면에 형성되고; 원호상으로 만곡된 선회 홈들이 노즐 팁의 타측에서 분사 구멍을 향하여 형성되어서 양액이 선회 홈들을 통해 선회되면서 분사구로부터 양액을 분사시키는 것이 바람직하다.

선회 홈의 원호 각도와 원호 길이를 포함한 선회 홈들의 구성 및 인접한 선회 홈들 사이 간격에 따라, 분무의 큰 입자와 작은 입자의 직경들 및 분무의 평균 입자 직경을 조절할 수 있다. 또한, 후술되는 분무 압력에 따라 노즐의 분무 각도 범위와 분무량을 증감할 수 있다.

전술한 노즐로서, 노즐의 분사구들로부터 선회류로서 양액을 분무하고 분무 압력의 증감에 의해 분무 각도 범위와 분무량이 증감되도록 구성되는 일-유체 노즐을 사용하는 것이 바람직하다.

펌프로부터 노즐들에 양액을 공급하고; 노즐의 분무 압력을 1 ㎫ ~ 7 ㎫ 의 범위로 설정하고; 재배 식물들의 성장하는 근부들의 길이에 대응하여 펌프의 토출 압력을 바꾸고 노즐의 분무 압력을 1 ㎫ ~ 7 ㎫ 의 범위 내에서 점차 증가시켜서 노즐의 분무 각도와 분무량이 증가될 수 있는 것이 바람직하다.

전술한 대로, 노즐의 분무 압력은, 1 ㎫ ~ 7 ㎫, 바람직하게는 2 ㎫ ~ 4 ㎫ 로 설정된다.

전술한 대로, 분무 압력을 조절함으로써, 분무량을 1：3 의 범위에서 증감하는 것이 바람직하다. 또, 분무 각도를 50° ~ 120° 의 범위에서 증감하는 것이 바람직하다.

보다 구체적으로, 재배 초기에는, 분무 압력이 낮게 설정되어서, 분무 각도를 50 ~ 70°의 범위로 설정하고 분무량을 작게 설정한다. 재배 식물이 성장함에 따라, 근부들이 상하 방향으로 빠르게 성장하는 식물들의 경우에는 분무 압력을 높여서 분무 각도가 90° ~ 120° 로 커지도록 하고 분무량을 재배 초기 분무량의 3 배 정도로 증가시키는 것이 바람직하다. 또한, 근부들이 상하 방향으로 느리게 성장하는 식물들의 경우에는 분무 각도를 50 ~ 90°로 설정하는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 분무 압력이 1 ~ 2 ㎫ 로 감소될 때 분무 각도가 50 ~ 70°로 감소되고 분무 압력이 3 ㎫ 를 초과하여 7 ㎫ 로 증대됨에 따라 분무 각도가 70 ~ 120°로 증가하고 분무량이 약 3 배 증가하는 일-유체 노즐을 사용하는 것이 바람직하다.

길이 방향으로 연장된 재배 박스의 양 측벽들의 내면들을 따라 양액 공급관을 설치하고 양 측벽들을 따라 배치된 양액 공급관들에서 임의의 간격으로 노즐들을 지그재그 장착하는 것이 바람직하다.

양 측벽들을 따라 설치된 양액 공급관들에 노즐들을 지그재그로 장착할 때, 재배 식물들의 근부들과 대향한 위치들 또는 인접한 근부들 사이 위치들에 노즐들을 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 재배 식물들이 작기 때문에 재배 식물들이 2 열로 배치되는 경우, 인접한 재배 식물들 사이에서 재배 박스의 동일 측에 노즐들을 배치하는 것이 바람직하다. 한편, 재배 식물들이 크기 때문에 재배 식물들이 1 열로 배치되는 경우, 인접한 재배 식물들 사이 간격의 2 배 간격으로 노즐들을 이격시켜 재배 박스의 양측에 노즐들을 배치하는 것이 바람직하다.

본 발명의 식물 재배 장치는 영농용을 대상으로 한다. 따라서, 예를 들어, 재배 박스는, 6m 의 길이, 0.35m ~ 1m 의 폭, 및 0.4m 의 높이 또는 18m ~ 20m 의 길이, 0.35m ~ 1m 의 폭, 및 0.4m 의 높이를 각각 가지는 재배 박스의 3 개의 대형 유닛들로 구성된다. 재배 식물들은 50 ~ 100㎝ 의 간격으로 대형 재배 박스 내에서 길이 방향으로 배치된다. 따라서, 재배 식물들이 일렬로 배치되는 경우에, 노즐들은 100 ~ 200㎝ 의 간격으로 재배 박스의 양측에 배치된 양액 공급관들에 장착된다.

전술한 대로, 재배 박스의 양측에서 지그재그로 배치된 노즐들로부터 양액을 안쪽으로 분무함으로써, 전체 재배 박스 내에 거의 균일하게 분무를 충전하고 재배 식물들의 근부들이 전체 외주에 걸쳐 양액을 균일하게 흡수할 수 있다.

노즐들로부터 재배 식물들의 근부들과 대향한 위치들 또는 인접한 재배 식물들의 근부들 사이 위치들로 양액을 분무함으로써, 근부들은 큰 입자들로 구성된 액적들을 직접 흡수하여서 양액이 헛되이 사용되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 경제적 영농을 수행할 수 있다.

재배 박스의 양 측벽들을 따라 설치된 한 쌍의 양액 공급관들이 양액 공급관들에 양액을 공급하기 위한 1 대의 펌프에 연결되고; 펌프는 양 측벽들을 따라 배치된 양액 공급관들로 시간차를 두고 양액을 공급하여서 양액은 양 측벽들에 배치된 노즐들로부터 교대로 분무되고;

혹은 양 측벽들에 배치된 1 개의 양액 공급관은 연속적으로 만들어지고, 양액 공급관에 양액을 공급하기 위한 1 대의 펌프가 1 개의 양액 공급관에 연결되어서 양액은 양 측벽들에 배치된 노즐들로부터 동시에 연속적으로 분무되거나 시간차를 두고 동시에 분무된다.

전술한 구성은, 1 대의 펌프가 양액을 재배 박스의 양측에 배치된 노즐들로 공급할 수 있도록 허용한다. 따라서, 운영 비용이 억제될 수 있다.

전자의 구성을 채택하고 재배 박스의 양측에 배치된 노즐들로부터 교대로 양액을 분무함으로써, 펌프의 용량을 작게 하고 운영 비용을 보다 크게 억제할 수 있다.

재배 박스를 복수 열로 배치하고 1 대의 펌프가 복수의 재배 박스들 내에 배치된 노즐들로 양액을 공급할 수 있도록 공통 공급관을 복수의 관들로 분기함으로써, 1 대의 펌프에 연결된 공통 공급관을, 개폐 밸브들을 개재하여 복수의 재배 박스들 내에 배치된 양액 공급관들에 연결하는 것이 바람직하다.

전술한 구성은 설비 비용 및 운영 비용을 감소시키고, 또한 재배 식물들의 수확량을 증가시킨다.

펌프의 흡입측에, 개폐 밸브들을 개재하여, 양액 공급관들과 세정수 공급관들을 서로 연결한 공용관을 연결하고, 개폐 밸브들을 개폐함으로써, 노즐들이 장착된 양액 공급관들에 세정수를 간헐적으로 공급하는 것이 바람직하다.

양액 공급관에 부착되는 점성을 갖는 양액을, 간헐적으로 공급되는 물 등의 세정수로 세정함으로써, 양액 중의 고착 성분들이 노즐 분사구나 노즐의 연결 부분들에 축적되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 노즐로부터 분사된 양액의 분무는 정상적으로 유지될 수 있다.

본 발명의 식물 재배 장치에서는, 재배 식물들의 근부들이 늘어지는 재배 박스들 내에 배관된 양액 공급관들에 임의의 간격으로 장착된 노즐들로부터 양액을 재배 식물들의 근부들 또는 인접한 근부들 사이에 분무시킨다. 따라서, 식물 재배 장치의 구성은 노즐들로부터 분무된 액적들의 비거리를 늘릴 필요성을 없앤다. 따라서, 가압 공기를 혼합하지 않고 양액만 분무하는 일-유체 노즐을 사용하고 공기 압축기의 사용과 재배 박스 내에서 분무를 순환시키기 위한 팬의 사용 필요성을 없앨 수 있다.

20㎛ 이상 100㎛ 이하의 직경을 가지는 큰 입자들과 20㎛ 미만의 직경을 가지는 작은 입자들이 분포되고 10㎛ ~ 30㎛ 의 평균 입자 직경을 가지는 소위 세미 드라이 포그로서 분무는 일-유체 노즐로부터 분사된다. 따라서, 재배 식물들의 근부들이 큰 입자들로 구성된 액적들을 직접 흡수할 수 있도록 하고 재배 박스 내에서 공기 중에 작은 입자들을 부유시킬 수 있다. 그리하여, 분무 분사측에 대향하여 배치된 근부들의 일부 및 근경들로부터 분기한 자부분들에 작은 입자들을 부착시킬 수 있다. 재배 식물들의 근부들이 큰 입자와 작은 입자로 구성된 액적들을 함유한 양분을 효율적으로 흡수할 수 있도록 하므로, 재배 식물들의 성장을 촉진할 수 있다. 또한, 10㎛ ~ 30㎛ 의 평균 직경을 가지는 세미 드라이 포그가 노즐로부터 분사되기 때문에, 양액이 액적들 형태로 재배 박스의 저부에 낙하하기 어렵다. 그리하여, 양액이 높은 흡수율로 재배 식물들의 근부들에 의해 흡수될 수 있도록 하고 양액이 헛되이 사용되는 것을 방지할 수 있다.

도 1(a) 는 본 발명의 제 1 실시형태의 식물 재배 장치의 재배 박스를 도시한 단면도이고, 도 1(b) 는 도 1(a) 의 B－B 선을 따라서 본 확대 단면도이고, 도 1(c) 는 주요부를 나타낸 확대 단면도이다.
도 2 는 식물 재배 장치의 전체 사시도이다.
도 3 은 식물 재배 장치의 양액 공급 경로를 도시한 개략적 평면도이다.
도 4 는 재배 박스 내에 설치된 노즐을 도시하고, 도 4(a) 는 단면도이고, 도 4(b) 는 노즐 팁의 우측면도이다.
도 5(a) 는 양액이 노즐로부터 재배 식물들에 분무되는 상태를 도시한 사시도이고, 도 5(b) 는 재배 초기에 노즐로부터 분사된 분무 각도를 도시한 사시도이고, 도 5(c) 는 재배 후기에 노즐로부터 분사된 분무 각도를 도시한 사시도이다.
도 6 은 제 1 실시형태의 제 1 변형예의 개략적 평면도이다.
도 7 은 제 1 실시형태의 제 2 변형예의 개략적 평면도이다.
도 8 은 제 2 실시형태의 개략적 평면도이다.
도 9(a) 및 도 9(b) 는 종래 기술을 도시한다.

이하, 본 발명의 식물 재배 장치의 실시형태를 도면을 참조해 설명한다.

도 1 내지 도 5 는 제 1 실시형태를 도시한다.

도 1 에 도시된 대로, 식물 재배 장치는, 상면이 개방된 직방체 형상의 재배 박스 (1) 를 구비한다. 각각의 재배 박스는 일정한 간격으로 다수의 재배 식물들 (P) 을 재배하도록 설정된 길이 (L) 및 폭 (W) 을 가지고 있다. 본 실시형태의 재배 박스 (1) 는 6 m 의 길이 (L), 450 ㎜ 또는 1 m (본 실시형태에서는 1 m) 의 폭 (W), 및 0.4 m 의 높이 (H) 를 갖는다. 3 개의 재배 박스들은 하나의 서브유닛을 길고 좁게 형성하도록 서로 연결된다. 재배 식물들 (P) 은 폭 방향으로 박스 내 중앙부에 일정 간격 (70 ㎜) 으로 일렬로 길이 방향으로 배치된다.

도 2 에 도시된 대로, 복수의 재배 박스들 (1) 은 탑재용 프레임 (10) 에 상단 및 하단으로 수직으로 탑재된다. 도 3 에 도시된 대로, 2 개의 서브유닛들 (SU) 은 각 스테이지에서 폭 방향으로 병렬 배치되고 1 개의 유닛 (U) 을 형성하도록 후술되는 관으로 서로 연결된다. 3 개의 유닛들 (U) 은 각 스테이지에서 병렬 배치된다. 탑재용 프레임 (10) 에 대한 재배 박스 (1) 의 탑재 형태 및 탑재 개수는 명확히 한정되지 않는다.

도 1 에 도시된 대로, 각각의 재배 박스 (1) 내에는, 한 쌍의 양액 공급관들 (2; 2A, 2B) 이 재배 박스의 거의 전체 길이에서 양 측벽들 (1a, 1b) 의 내면들을 따라 길이 방향으로 배관된다. 양액으로 구성된 일 유체를 분무하기 위한 노즐들 (3; 3A, 3B) 은, 노즐들의 팁들을 내부로 향하게 하여 일정한 간격으로 양액 공급관들 (2) 에 장착된다.

다수의 노즐들 (3) 이 재배 박스 (1) 내 길이 방향으로 재배 박스의 양측에 배치되므로, 특허 문헌 1 의 재배 박스와 달리, 상기 실시형태의 재배 박스 (1) 는 재배 박스 내에 배치된 분무 순환용 팬을 구비하지 않는다.

도 3 에 도시된 대로, 재배 박스의 양 측벽들을 따라 배관된 양액 공급관들 (2; 2A, 2B) 의 일단부 공급구들은, 전자 개폐 밸브들 (4A, 4B) 이 각각 장착되는 배관들 (5C, 5D) 에 연결된다. 배관들 (5C, 5D) 은 공통 배관 (5) 을 개재하여 펌프 (6) 에 연결된다. 펌프 (6) 는 양액 탱크 (7) 에 연결된다.

전술한 방식으로 배관함으로써, 미리 정해진 시간 간격으로 개폐 밸브들 (4A, 4B) 을 교대로 개방하여 양액이 미리 정해진 시간 간격으로 노즐들 (3A, 3B) 로부터 교대로 분무된다. 예를 들어, 양액이 노즐들 (3A) 로부터 10 초 동안 분무된 후, 50 초 시간 간격으로 양액이 노즐들 (3B) 로부터 10 초 동안 분무된다. 이 분무 방식은 반복된다.

도 3 에 도시된 대로, 본 실시형태에서는, 폭 방향으로 병렬 배치된 2 개의 서브유닛들 (SU) 이 하나의 유닛 (U) 으로 설정된다. 따라서, 2 개의 서브유닛들 (SU) 의 양액 공급관들 (2A) 은 결합 배관 (5A) 으로 서로 결합되고 배관 (5C) 에 연결된다. 2 개의 서브유닛들 (SU) 의 양액 공급관들 (2B) 은 결합 배관 (5B) 으로 서로 결합되고 배관 (5D) 에 연결된다. 3 개의 유닛들 (U) 의 공통 배관 (5) 은 펌프 (6) 에 연결된 연결관 (5E) 으로부터 분기하는 3 개의 분기관들 (5F, 5G, 5H) 에 연결된다. 분기관들 (5F 내지 5H) 에 각각 개폐 밸브들 (4C, 4D, 4E) 을 장착함으로써, 펌프 (6) 에 의해 양액이 순차적으로 각각의 양액 공급관 (2) 에 공급된다.

1 개의 서브유닛 (SU) 에서, 3 개의 재배 박스들 (1) 이 길이 방향으로 연속적으로 배치된다. 따라서, 양액 공급관 (2) 이 삽입되는 관통 구멍은 폭 방향으로 연장된 각각의 재배 박스 (1) 의 벽 (1c) 을 통하여 형성되어서 길이 방향으로 양액 공급관들 (2) 의 단부들이 이음새들 (도시 생략) 을 개재하여 연속되도록 허용한다. 이런 식으로, 양액 공급관들은 각각 관통 구멍들을 통하여 삽입된다. 즉, 길이 방향으로 연속적으로 배치된 3 개의 재배 박스들 (1) 의 양액 공급관들 (2) 은 3 개의 유닛들의 선단부들까지 서로 연결된다.

각각의 재배 박스 (1) 의 상면에 배치된 개구는 뚜껑 재료 (11) 로 폐쇄되어서 재배 박스 (1) 의 내부를 실질적으로 밀폐된 중공부 (1f) 로서 설정한다. 뚜껑 재료 (11) 는 발포 폴리스티렌으로 구성된 기판 (11a) 및 기판 (11a) 의 상면에 고정된 차열판 (11b) 으로 이루어진다. 뚜껑 재료 (11) 에 의해 부유하게 지지되는 재배 식물들 (P) 의 근부들 (Pr) 을 식재 구멍들 (11d) 을 통하여 삽입하고 근부들 (Pr) 을 중공부 (1f) 의 상부까지 아래로 늘어지게 하도록 식재 구멍들 (11d) 은 임의의 간격으로 뚜껑 재료 (11) 를 통하여 형성된다.

전술한 대로, 도 1(b) 및 도 5 에 도시된 대로, 재배 식물들이 식재될 때 재배 식물들 (P) 의 근부들 (Pr) 의 수직 위치에 거의 대응하는 높이에서 재배 박스 (1) 에 길이 방향으로 연장되는 양 측벽들 (1a, 1b) 의 내면들을 따라 양액 공급관 (2; 2A, 2B) 이 설치된다. 도 1(c) 에 도시된 대로, 인접한 재배 식물들 (P) 사이 간격 (S) 의 2 배인 2S 의 간격으로 노즐들 (3A, 3B) 을 이격함으로써 노즐들 (3A, 3B) 이 재배 박스의 양측에 배치된 양액 공급관들 (2A, 2B) 에 장착된다. 길이 방향으로 배치된 노즐들 (3A, 3B) 은 양액 공급관들에 지그재그로 장착되고 노즐들 (3A, 3B) 은 교대로 재배 식물들 (P) 에 대향한다. 근부들이 측방으로부터 양액을 흡수할 수 있도록 노즐들 (3A, 3B) 은 각각 인접한 재배 식물들 (P) 사이에 배치될 수도 있다.

노즐들 (3; 3A, 3B) 로서, 도 4(a) 및 도 4(b) 에 도시된 일-유체 노즐이 사용된다. 노즐들 (3) 은 소요 비율로 비료를 물로 희석하여 제조된 양액만 분무한다. 즉, 특허 문헌 1 에 나타낸 공기 압축기를 필요로 하는 이-유체 노즐은 본 실시형태에서는 사용되지 않는다.

일-유체 노즐인 노즐 (3) 은, 노즐의 분사구 (62c) 로부터 선회류로서 양액을 분무한다. 분무 압력의 증감에 의해 분무 각도 범위와 분무량이 증감한다. 노즐 (3) 로부터 분사된 분무의 입자들은 20㎛ 미만의 직경을 가지는 작은 입자들, 바람직하게는 20㎛ 이상 100㎛ 이하, 바람직하게는 30 ~ 50㎛ 의 직경을 가지는 큰 입자들과 혼합된 10㎛ 이하의 직경을 가지는 초미립자들을 포함한다. 또한, 10㎛ ~ 30㎛ 의 평균 입자 직경을 가지는 소위 세미 드라이 포그를 발생시킬 수 있다.

노즐 (3) 은 통 형상의 하우징 (62), 및 하우징 (62) 의 중공부로 구성되는 양액 유로 (62a) 의 길이 방향 일 단부에 배치된 분사 측벽 (62b) 의 내면에 고정된 노즐 팁 (63) 으로 이루어진다. 분사 측벽 (62b) 의 중앙에 분사구 (62c) 가 형성된다. 양액 유로 (62a) 의 타 단부에 배치된 개구는 양액 공급관 (2) 과 연속되도록 만들어진다.

분사구 (62c) 와 연통하는 분사 구멍 (63a) 은 분사측에서 노즐 팁 (63) 의 일 단부면에 형성된다. 노즐 팁 (63) 은 테이퍼상 구멍 (63b) 을 구비하고 상기 구멍의 직경은 노즐 팁 (63) 의 타 단부면으로부터 분사 구멍 (63a) 을 향하여 감소한다. 도 4(b) 에 도시된 대로, 원호상에 만곡된 복수의 선회 홈들 (63m) 이 테이퍼상 구멍 (63b) 의 내면 및 테이퍼상 구멍 (63b) 을 둘러싸는 타 단부면 (63c) 에 형성된다.

노즐 (3) 에서는, 펌프 (6) 로부터 양액 유로 (62a) 로 소요 압력으로 공급되는 양액이 노즐 팁 (63) 의 테이퍼상 구멍 (63b) 으로 유입된다. 테이퍼상 구멍 (63b) 의 내주면에 형성된 선회 홈들 (63m) 은, 양액이 선회하면서 분사 구멍 (63a) 및 분사구 (62c) 를 통해 외부로 분사되는 선회류를 생성한다.

펌프 (6) 의 토출 압력은, 양액이 1 ㎫ ~ 7 ㎫ 의 분사 압력으로 노즐 (3) 로부터 분사되도록 제어된다.

선회류로서 양액이 노즐 (3) 의 분사구 (62c) 로부터 분무되므로, 선회류로서 분사되는 분무가 분포되는 각도, 즉, 분무 각도는, 분무 압력이 증가하면, 점차 증가한다.

보다 구체적으로, 노즐 (3) 에서, 분무 압력이 1 ㎫ 에서 7 ㎫ 로 증가할 때, 분무 각도 (θ) 는 50°에서 120°로 확대한다. 분무 압력이 1 ㎫ 에서 7 ㎫ 로 증가할 때, 분무량은 3 배 증가한다.

따라서, 식물들 (P) 이 식재될 때, 도 5(b) 에 도시된 대로, 근부들 (Pr) 이 짧기 때문에, 분무 압력은 1 ㎫ 의 최소 압력으로 설정되고 분무 각도는 약 50°로 설정된다. 이런 식으로, 분무 압력과 분무 각도는 재배 식물들 (P) 의 성장하는 근부들 (Pr) 의 길이에 대응하여 설정된다. 재배 후기에, 도 5(c) 에 도시된 대로, 분무 각도를 확대하고 분무량을 증가시키기 위해서 펌프 (6) 의 토출 압력은 노즐 (3) 의 분무 압력을 7 MP 까지 점차 증가하도록 제어된다. 그리하여, 근부들 (Pr) 의 전체 길이는 분무 범위에 포함된다.

세정수로서 사용되는 수돗물은 노즐 (3) 로 간헐적으로 공급된다. 도 3 에 도시된 대로, 2 개의 흡입구들 (6i－1, 6i－2) 은 펌프 (6) 의 토출구 (6u) 에 연결된다. 하나의 흡입구 (6i－1) 는 배관 (16) 을 개재하여 양액 탱크 (7) 에 연결되고, 다른 흡입구 (6i－2) 는 배관 (17) 을 개재하여 수돗물 공급부 (18) 에 연결된다. 배관들 (16, 17) 에 각각 개폐 밸브들 (4H, 4I) 을 장착시킴으로써, 양액이 공급되지 않을 때 세정수가 노즐 (3) 에 공급된다.

분무 개시 및 분무 정지의 경우에서처럼, 전자 개폐 밸브들 (4A 내지 4I) 의 개폐를 제어함으로써 세정수가 노즐에 공급된다.

재배 박스 (1) 내에서 응축된 양액은 재배 박스 (1) 에 형성된 배수구로부터 배출된다. 배출된 양액은 회수 탱크 (도시 생략) 에 의해 회수되고 양액 탱크로 복귀되어 그것을 재사용한다.

전술한 구성을 가지는 식물 재배 장치에서는, 각 재배 박스 (1) 의 양측에 배치된 양액 공급관들 (2A, 2B) 에 장착된 노즐들 (3A, 3B) 로부터 시간차를 두고 교대로 양액을 재배 식물들 (P) 의 근부들을 향하여 분무한다. 평균 입자 직경이 10 ~ 30㎛ 로 설정되기 때문에, 분무가 액적들로서 응집해 낙하하는 것을 억제할 수 있다. 분무는 대형 재배 박스 (1) 내에서 공기 중에 부유되어서, 재배 식물들의 근부들이 양액을 쉽게 흡수하고 공기 중 산소와 질소를 쉽게 받아들일 수 있도록 한다. 또한, 양액이 노즐 (3) 로부터 근부들 (Pr) 로 직접 분무되기 때문에, 분무 중 포함되는 20㎛ 의 직경을 가지는 큰 입자들을 근부들 (Pr) 에 직접 부착시킬 수 있다. 그리하여, 양액의 흡수 효율을 높일 수 있다.

게다가, 재배 식물들의 성장에 대응하여 노즐 (3) 의 분무 압력을 증가함으로써 분무 각도가 확대되고, 근부들 (Pr) 은 항상 전체 길이로 양액을 직접 흡수할 수 있다. 또한, 재배 식물들의 성장에 대응하여 노즐의 분무 압력을 증가시킴으로써 노즐 (3) 의 분무량이 증가된다. 그 결과, 재배 식물들의 성장이 촉진된다. 그리하여, 수확량을 증가시킬 수 있다.

노즐들을 임의의 간격으로 이격시켜 노즐들 (3) 이 재배 박스 (1) 의 양측에 배치되므로, 각각의 노즐로부터 분사된 분무의 비거리를 증가시킬 필요가 없다. 따라서, 양액을 가압 공기와 혼합하지 않고 단지 양액만 분무하는 일-유체 노즐이 이 실시형태에서 사용되고, 이것은 재배 박스 (1) 내에서 분무를 순환시키기 위한 팬을 설치할 필요를 없앤다. 따라서, 이 실시형태의 식물 재배 장치의 구성은 공기 압축기 및 팬을 사용할 필요성을 없앤다. 그리하여, 운영 비용 및 설비 비용을 감소시킬 수 있다.

도 6 은 제 1 실시형태의 제 1 변형예를 도시한다.

제 1 변형예에서는, 재배 박스 (1) 의 양측에 배치된 양액 공급관들이 연속적으로 만들어져서 양액을 양액 공급관에 공급하기 위한 1 대의 펌프 (6) 가 연결되는 하나의 양액 공급관 (2) 을 형성한다. 양액은 재배 박스의 양측에서 지그재그로 배치된 노즐들 (3) 로부터 재배 식물들의 근부들에 동시에 분무된다.

도 7 은 제 1 실시형태의 제 2 변형예를 도시한다.

제 2 변형예에서는, 노즐들 (3A) 과 동일측에 배치된 식물들 (P) 에 노즐들 (3A) 을 대향시키고 노즐들 (3B) 과 동일측에 배치된 식물들 (P) 에 노즐들 (3B) 을 대향시킴으로써 재배 식물들 (P) 이 재배 박스 (1) 내에서 2 열로 지그재그로 배치된다.

도 7 에 도시된 재배 식물들 (P) 의 위치들로부터 이격된 위치들에 노즐들 (3A, 3B) 을 배치하도록 노즐들 (3A, 3B) 의 위치들은 도 7 에 도시된 노즐들 (3A, 3B) 의 위치들과 반대로 배치될 수도 있다.

인접한 재배 식물들의 근부들이 측방으로부터 양액을 흡수할 수 있도록 노즐들은 재배 식물들 (P) 의 위치들에 대향하지 않고 인접한 재배 식물들 사이에 배치될 수도 있다.

도 8 은 제 2 실시형태를 도시한다.

제 2 실시형태에서는, 재배 박스의 폭은 450 ㎜ 로 설정된다. 좁은 폭을 가지는 재배 박스 (1) 내에서, 길이 방향으로 연장된 일 측벽 (1a) 을 따라 양액 공급관 (2) 이 배관되고, 노즐들 (3) 은 양액 공급관에 장착되고, 반면에 양액 공급관 (2) 은 타 측벽 (1b) 을 따라 배관되지 않아서 노즐들이 장착되지 않았다. 따라서, 양액은 노즐들 (3) 로부터 재배 식물들의 단지 일측에만 분무된다. 재배 박스 (1－B) 는 18 m ~ 20 m 의 긴 길이를 갖는다. 2 개의 긴 재배 박스들 (1-B) 은 1 개의 유닛 (U) 을 구성하도록 서로 평행하게 배치된다. 2 개의 재배 박스들 (1-B) 내에 설치된 양액 공급관들 (2) 에 연결된 배관들 (5M, 5N) 에 개폐 밸브들 (4M, 4N) 이 장착된다.

전술한 대로, 제 2 실시형태의 재배 박스 (1-B) 내에서, 길이 방향으로 연장된 일 측벽 (1a) 을 따라 양액 공급관 (2) 이 배관되고, 단지 양액 공급관 (2) 에 장착된 노즐들 (3) 로부터 재배 식물들의 근부들의 일측으로 양액이 분무된다. 이 구성으로도, 양액은 10㎛ ~ 30㎛ 의 평균 입자 직경을 가지는 세미 드라이 포그로서 노즐들로부터 분무되기 때문에, 재배 박스 내 공기 중 액적들을 부유시키고 양액이 노즐들 (3) 로부터 직접 분무되지 않는 측에 배치된 근부들의 일부에 양액을 부착할 수 있다.

1: 재배 박스
2: 양액 공급관
3: 노즐
4: 개폐 밸브
6: 펌프
P: 재배 식물
Pr: 근부

Claims (9)

1. 재배 식물들의 근부들이 아래로 늘어지는 세장형 중공의 재배 박스를 구비하는 식물 재배 장치로서; 양액 공급관들이 길이 방향으로 연장된 측벽들의 내면들을 따라 설치되고; 양액으로 구성되는 일-유체를 각각 분무하는 노즐들이 상기 양액 공급관들에 소요 간격으로 장착되고,
   상기 노즐들로부터 분사되는 분무는 20㎛ 미만의 직경을 가지는 작은 입자들과 20㎛ 이상 100㎛ 이하의 직경을 가지는 큰 입자들의 혼합물로 구성되고; 평균 입자 직경은 10㎛ ~ 30㎛ 로 설정되는, 식물 재배 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐들로서, 노즐들의 분사구들로부터 선회류로서 상기 양액을 분무하는 일-유체 노즐이 사용되고, 상기 일-유체 노즐은 분무 압력의 증감에 의해 분무 각도 범위와 분무량이 증감되도록 구성되는, 식물 재배 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 양액은 펌프로부터 소요 압력으로 상기 노즐에 공급되고; 상기 노즐의 분무 압력은 1 ㎫ ~ 7 ㎫ 의 범위로 설정되고; 상기 재배 식물들의 성장하는 근부들의 길이에 대응하여; 상기 펌프의 토출 압력은 1 ㎫ ~ 7 ㎫ 로 설정된 상기 노즐의 상기 분무 압력 범위 내에서 점차 증가되어서, 상기 노즐의 상기 분무 각도와 상기 분무량이 증가될 수 있는, 식물 재배 장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
   상기 노즐들의 상기 분무 압력을 증감함으로써, 상기 분무량이 1：3 의 범위에서 증감될 수 있는, 식물 재배 장치.
5. 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 노즐들의 상기 분무 압력을 증감시킴으로써, 상기 분무 각도는 50° ~ 120° 의 범위에서 변화되는, 식물 재배 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 양액 공급관들은 상기 길이 방향으로 연장된 상기 재배 박스의 상기 양 측벽들의 상기 내면들을 따라 설치되고; 상기 노즐들은 상기 양 측벽들을 따라 배치된 상기 양액 공급관들에 임의의 간격으로 지그재그로 장착되고; 상기 노즐들로부터 분무되는 포그를 순환시키기 위한 팬은 상기 재배 박스 내에 설치되지 않는, 식물 재배 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 재배 박스의 상기 양 측벽들을 따라 설치된 한 쌍의 상기 양액 공급관들은, 상기 양액을 상기 양액 공급관들에 공급하기 위해 1 대의 펌프에 연결되고; 상기 펌프는 상기 양액을 시간차를 두고 상기 양 측벽들을 따라 배치된 상기 양액 공급관들에 공급하여서 상기 양액은 상기 양 측벽들에 배치된 상기 노즐들로부터 교대로 분무되고; 또는 대안적으로
   하나의 연속 양액 공급관이 상기 양 측벽들에 배치되고, 상기 양액 공급관에 상기 양액을 공급하기 위한 1 대의 펌프가 연결되어서 상기 양액은 상기 양 측벽들에 배치된 상기 노즐들로부터 동시에 연속적으로 분무되거나 시간차를 두고 동시에 분무되는, 식물 재배 장치.
8. 제 3 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 펌프의 흡입측에 연결될 상기 양액 공급관들과 세정수 공급관은 상기 펌프에 연결되고; 개폐 밸브는 상기 양액 공급관들과 상기 세정수 공급관에 연결되어서 상기 양액 공급관들을 통하여 상기 노즐들에 세정수를 간헐적으로 공급하는, 식물 재배 장치.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 노즐들 각각에서, 통 형상의 하우징의 중공부가 양액 유로로 설정되고; 길이 방향으로 상기 양액 유로의 타 단부가 분사벽으로 폐쇄되고; 분사구는 상기 분사벽의 중앙에 형성되고;
   노즐 팁은 상기 분사벽의 내면에 고정되고; 상기 분사구와 연통하는 분사 구멍은 상기 노즐 팁의 일 단부면에 형성되고;
   원호상으로 만곡된 선회 홈들이 상기 노즐 팁의 타측에서 상기 분사 구멍을 향하여 형성되어서 상기 양액이 상기 선회 홈들을 통해 선회되면서 상기 분사구로부터 상기 양액을 분무하는, 식물 재배 장치.
   

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