KR20170117712A - 연속적 식물 재배 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 식물 종자를 파종할 수 있는 재배트레이, 상기 재배트레이를 파종된 식물의 성장 속도에 맞추어 이동시키는 레일, 상기 재배트레이의 상부에서 미리 조절된 량과 방식으로 수분을 공급하는 스프레이, 상기 재배트레이의 상부에서 미리 조절된 량과 방식으로 빛을 공급하는 빛 조사장치를 포함하는 재배유닛과 상기 재배유닛에 수분 및 영양물질 중 하나 이상을 제공하는 물저장탱크를 포함하는 식물재배장치에 대한 것이다.

Description

연속적 식물재배장치{omitted}

본 발명은 식물의 재배장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 초식동물의 사료용으로 사용될 수 있는 생초를 외부환경과 무관하게 연속적으로 재배할 수 있는 식물의 재배장치에 관한 것이다.

식물재배 장치라 함은, 식물의 생장에 적합한 환경을 구비하는 소정의 저장실을 가지는 장치이다. 상기 저장실은 식물의 종류에 따라 요구되는 온도 또는 습도조건, 그리고 광(光) 조건을 구비하여야 한다.

특히, 식물은 광합성 또는 엽록소 합성과 같은 작용을 수행하여야 하며, 이러한 작용이 활발히 이루어지기 위하여 특정 파장대의 빛을 필요로 하게 된다. 이를 위하여, 종래의 식물재배 장치에는, 재배대상이 되는 식물에 빛을 공급하기 위한 조명장치가 구비되었다. 이와 같은 종래의 식물재배 장치에 의하면, 상기 조명장치는 온 또는 오프 제어만 이루어질 뿐, 식물에 적합한 광량제어가 이루어지지 않으므로 식물의 최적 생장이 제한되는 문제점이 있었으며, 식물의 성장 속도에 맞추어 적절한 파장대의 빛을 공급하도록 수동으로 광량을 조절해야하는 불편함이 있었으며, 설비에 과다한 비용이 소요되는 문제가 있었다.

한편, 식물은 성장단계에 따라 적절량의 수분도 필요로 한다. 이를 위하여 종래의 식물재배 장치에는 재배대상이 되는 식물에 수분을 공급하기 위한 스프레이장치가 구비되어 있다. 그러나 이와 같은 종래의 장치에 의하면, 식물의 성장 속도에 맞추어 적절한 양과 방식으로 수분이 공급되지 않고 일괄적으로 공급되거나 수분 공급을 중단하도록 되어 있어 과도한 수분 공급으로 식물의 잎이나 뿌리가 썩거나 부족한 수분공급으로 식물의 성장이 원할하지 못한 문제가 있었다.

본 발명은 특히 초식동물에게 있어 양질의 사료로 사용될 수 있는 생초(보리, 밀 등 종류를 불문한 어린잎으로 마르지 않은 것)를 대량으로 생산할 수 있는 재배장치에 대한 것으로 이러한 생초사료는 영양성분이 매우 우수한 반면 그 재배공간 및 기간이 한정적인 문제가 있다. 특히, 우리나라는 계절의 변화가 뚜렷하여 겨울철에는 사료의 생산량이 현저히 감소하는 문제가 있어왔다. 이러한 문제로 인하여 일반 축산농가에서는 생초 생산이 가능한 여름/가을에는 생초를 다량 급여하고, 생초의 생산이 어려운 겨울철에는 건초나 곡물사료 등을 대체제로 공급하고 있는 실정이다.

이러한 문제를 해결하기 위해 계절에 상관없이 생초를 재배할 수 있는 생초재배장치가 사용되고 있으나, 이러한 종래의 생초 재배장치에 의하면 긴 재배기간 동안 밀폐공간에서 수분에 직접적으로 노출되어 있게 되어 곰팡이나 세균이 번식하는 등 그 품질이 저하된다는 문제가 있으며, 대부분 씨앗의 발아 시기와 성장 시기의 구분이 없이 수분 및 빛을 공급하여 생산성이 낮고, 고가의 설비가 필요한 문제가 있었다.

식물을 재배하는 장치로서 국내 공개 특허 제 10-2014-0145909호 "공간 절약형 3차원 식물 연속재배장치 및 방법"이 게시되어 있다.

본 발명은 종래기술에 대한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 간단한 설비 및 저렴한 비용으로 짧은 기간 동안 많은 량의 생초를 연속적으로 재배하여 수확할 수 있도록하는 연속 식물 재배 장치를 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 의하면 외부와 단절된 재배 유닛안에서 식물 재배트레이가 성장시기에 맞추어 이동하며 각 시기에 최적으로 설정된 방식으로 수분 및 빛을 공급받을 수 있게 함으로서 외부환경의 조건과 무관하게 입구에서 연속적으로 파종을 하고, 단기간 내에 식물을 성장시켜 출구에서는 연속적으로 수확을 할 수 있다.

본 발명은 식물 종자를 파종할 수 있는 재배트레이, 상기 재배트레이를 파종된 식물의 성장 속도에 맞추어 이동시키는 레일, 상기 재배트레이의 상부에서 미리 조절된 량과 방식으로 수분을 공급하는 스프레이, 상기 재배트레이의 상부에서 미리 조절된 량과 방식으로 빛을 공급하는 빛 조사장치를 포함하는 재배유닛과 상기 재배유닛에 수분 및 영양물질 중 하나 이상을 제공하는 물저장탱크를 포함하는 식물재배장치에 대한 것이다.

상기 재배유닛의 경우, 재배트레이가 레일을 따라 입구에서 출구로 이동하도록 설계되고, 입구에서 식물의 종자를 직접 파종하면 레일을 따라 이동하여 이동과정에서 식물이 성장하며, 출구에서는 식물을 수확할 수 있도록 한다.

상기 레일과 재배트레이의 결합방식 및 재배트레이의 이동방식의 경우 제한은 없으나, 레일의 형태는 재배트레이와의 마찰력을 최소화하여 이동을 쉽게 하기 위해 스케이트날을 뒤집은 형태로 구성되는 것이 바람직하고, 재배트래이가 레일에서 이탈되지 않고 레일을 따라 이동할 수 있도록 결합되어 있는 것이 바람직하다.

레일을 따라 재배트레이가 이동하는 동안 상부에 설치된 스프레이 및 빛 조사장치를 지나게 되는데, 상기 스프레이 및 빛 조사장치는 하단에 지나고 있는 재배트레이에 있는 식물의 성장 단계에 알맞은 수분 및 빛을 공급하도록 설정되어 있다.

구체적으로 식물의 성장 단계를 각각 필요한 수분 및 빛의 량과 종류에 따라 구분할 경우 발아단계, 뿌리내림단계, 싹틔움단계, 성장단계, 수확단계로 구분할 수 있다. 발아단계에서는 씨앗이 안정적으로 고정되어 발아할 수 있어야 하므로 어둡고 습한 환경이 필요하나, 과도한 수분이 공급될 경우 씨앗이 발아하지 못하고 썩을 수 있고, 뿌리내림단계에서는 씨앗이 어느 정도 고정된 상태로 뿌리의 추가 성장이 필요하므로 어두우면서도 수분이 충분한 환경이 필요하며, 싹틔움 단계에서는 잎이 형성되는 단계로 충분한 수분과 함께 식물의 형성을 촉진하는 청색광이 필요하고, 성장단계에서는 광합성의 촉진으로 잎의 성장을 도와야 하므로 충분한 수분과 함께 적생광을 공급하는 것이 좋으며, 식물이 성장을 완성하여 수확을 할 시기에는 추가 성장을 위해 충분한 수분을 공급하는 동시에 살균을 위해 녹색광과 백색광을 함께 공급하는 것이 바람직하다.

이러한 단계에 맞추어 수분을 공급하는 스프레이의 경우, 발아단계인 1 내지 2일차 에는 씨앗의 이탈을 방지하고 발아에 적합한 수분의 유지를 위하여 두께 0.1 이상부터 0.7mm 미만의 작은 입자의 물줄기가 넓게 퍼지도록 미세한 수분을 넓은 범위로 분무하는 형식으로 (이하 '안개분사') 수분을 공급하는 것이 바람직하고, 뿌리내림단계 및 싹틔움단계인 3내지 4일차에는 뿌리와 싹의 빠른 성장을 위해 더 많은 량의 수분을 공급하되, 약한 싹이 물줄기에 의해 상하지 않도록 가는비와 같은 수분 공급이 필요한바, 두께 0.7mm 이상부터 1.0mm미만의 물줄기로 가는 비가오듯 내리는 방식으로 (이하 '이슬비분사') 수분을 공급하는 것이 바람직하며, 성장단계 및 수확단계인 5일 내지 6일차에는 두께 1.0mm이상의 물줄기가 비오듯 고루 내리는 형식으로 (이하 '가랑비분사') 충분한 수분을 공급하는 것이 바람직하다.

위와 같은 식물의 성장단계에 맞춘 바람직한 방식과 량으로 수분을 공급하기 위하여 레일의 경로에 따라 설치된 스프레이 장치는 1 내지 2일차의 재배트레이가 위치하는 곳의 상부에는 안개분사 방식으로 조정된 것이 설치되어 있고, 3 내지 4일차의 재배트레이가 위치하는 곳의 상부에는 이슬비분사 방식으로 조정된 것이 설치되어 있으며, 5 내지 6일차의 재배트레이가 위치하는 곳의 상부에는 가랑비분사의 방식으로 조정된 것이 설치되는 것이 바람직하다. 특히, 식물의 성장에 가장 효과적인 수분을 공급하기 위해서 매 30분간격으로 60초간 상기 각 방식의 수분공급을 하는 것이 바람직하다. 이처럼 3가지 방식의 스프레이가 설치되어 있는 재배유닛안에서 재배트레이가 레일을 따라 이동할 경우 각 성장 단계에 맞는 수분을 공급받을 수 있다.

한편, 빛 조사 장치의 경우 발아단계 및 뿌리내림단계에서는 빛을 차단하는 것이 발아 및 뿌리내림에 바람직하므로 1 내지 3일차에는 빛을 공급하지 않고, 싹틔움 단계인 4일차에는 싹의 형성을 돕는 청색광을 공급하고, 성장단계에는 광합성에 필요한 적색광을 공급하고, 수확단계에서는 추가적인 성장을 돕고 곰팡이균 등의 억제를 위해 백색광과 녹색광을 함께 공급하는 것이 바람직하다.

위와 같이 식물의 성장단계에 맞춘 바람직한 빛을 공급하기 위하여 레일의 경로에 따라 설치된 빛 조사 장치는 1 내지 3일차의 재배트레이가 위치하는 곳의 상부에는 설치할 필요가 없고, 4일차의 재배트레이가 위치하는 곳의 상부에는 청색광을 공급하는 빛 조사장치를 설치하고, 5일차의 재배트레이가 위치하는 곳의 상부에는 적색광을 공급하는 빛 조사장치를 설치하며, 6일차의 재배트레이가 위치하는 곳의 상부에는 청색 및 백색광을 공급하는 빛 조사장치를 설치하는 것이 바람직하다. 식물의 성장에 가장 효과적인 빛 조사량은 4일차의 청색광은 30%, 5일차의 적색광은 100%, 6일차의 청색 및 백색광은 각 각 100%로 조사하는 것이 바람직하고, 빛 조사장치는 태양광과 유사한 LED조명으로 하는 것이 바람직하다. 이처럼 3가지 방식의 빛 조사장치가 설치되어 있는 재배유닛안에서 재배트레이가 레일을 따라 이동할 경우 각 성장 단계에 맞는 빛을 공급받을 수 있다.

요컨데, 레일에 놓여진 재배트레이는 입구부터 하루에 한 단계씩 출구쪽으로 이동하고, 발아단계인 1 내지 2일차에 트레이가 지나는 곳의 상부에는 안개분사되는 스프레이가 설치되어 있고, 3일차에 트레이가 지나는 곳의 상부에는 이슬비분사되는 스프레이가 설치되어 있으며, 4일차에 트레이가 지나는 곳의 상부에는 이슬비분사되는 스프레이 및 청색광을 내는 빛 조사 장치가 설치되어 있고, 5일차에 트레이가 지나는 곳의 상부에는 가랑비스프레이 및 적색광을 내는 빛 조사장치가 설치되어 있으며, 6일차에 트레이가 지나는 곳의 상부에는 가랑비 스프레이 및 청색과 백색광을 내는 빛 조사장치가 설치되어 있어, 입구에서 파종된 씨앗이 발아단계, 뿌리내림단계, 싹틔움단계, 성장단계 및 수확단계를 거치며 레일을 따라 이동하면서 각 단계에 알맞은 최적의 수분 및 빛을 공급받을 수 있는 일련의 장치가 하나의 재배유닛이 된다.

위와 같은 재배유닛은 1개만 설치될 수도 있고, 2개 이상의 재배 유닛이 상하, 좌우 또는 상하 및 좌우로 적층되어 설치될 수도 있다.

상기 재배 유닛은 안정적인 수분의 제공을 위해 물을 저장하는 물저장탱크와 연결해 둘 수 있다. 상기 물저장탱크는 1차 물저장탱크와 2차 물저장탱크로 구성되며, 1차 물저장탱크의 입구에는 탁도거름망이 설치되어 있어 이물질을 걸러내 스프레이의 분사구가 막히는 현상 등을 방지한다. 1차 물저장탱크에 저장된 물은 2차 탱크로 이동하며 파동을 형성하여 2차 물저장탱크1차 물저장탱크화된 물을 저장하게 한다. 또한 2차탱크는 저장된 물의 수온은 25 내지 30℃로 일정하게 유지시켜 재배유닛의 실내온도를 유지하는 것을 돕는다. 필요에 따라서는 상기 2차 물저장탱크에 영양물질을 혼합하여 식물의 성장을 도울 수있다.

본 발명에 의한 식물재배장치는 레일의 속도, 수분 및 빛 조사방식 및 량을 상황에 맞게 조정할 수 있으나, 레일의 속도는 입구부터 하루에 한 단계씩 출구쪽으로 이동하도록 하고, 발아단계인 1 내지 2일차에 트레이가 지나는 곳의 상부에는 안개분사되는 스프레이를 설치하고, 3일차에 트레이가 지나는 곳의 상부에는 이슬비분사되는 스프레이를 설치하며, 4일차에 트레이가 지나는 곳의 상부에는 이슬비분사되는 스프레이 및 청색광을 내는 빛 조사 장치를 설치하고, 5일차에 트레이가 지나는 곳의 상부에는 가랑비스프레이 및 적색광을 내는 빛 조사장치를 설치하며, 6일차에 트레이가 지나는 곳의 상부에는 가랑비 스프레이 및 청색과 백색광을 내는 빛 조사장치를 설치하는것이 바람직하다.

본 발명의 식물재배장치에 의하면 외부의 환경과 무관하게 휴경기 없이 연속적으로 생초를 재배하여 생산할 수 있고, 생초의 재배기간을 6일로 단축함과 동시에 수확량도 늘릴 수 있다. 재배기간이 단축됨으로써, 식물에 서식할 수 있는 곰팡이균 및 기타 세균이 번식하는 것을 방지하는 효과도 얻을 수 있다. 또한, 식물의 각 성장 단계에 따라 맞춤으로 수분을 공급하므로 물을 절약함과 동시에 폐수의 발생도 억제할 수 있다.

무엇보다도 본 발명에 의한 식물재배장치는 저렴한 비용 및 간단한 설비로 설치가 가능하고, 설치된 후에는 휴경기 없이 연속적으로 생초를 재배하여 수확할 수 있게 하여 축산농가의 사료비용 감축효과를 준다.

종국에는 가축에게 싸고 질 좋은 사료를 제공하여 질병을 예방하고, 질을 향상시켜 저렴하고 맛 좋은 고기를 제공하는 효과가 있다.

도1은 레일에 놓인 재배트레이를 나타낸 것이고, 도2는 레일을 따라 움직이는 재배트레이 및 그 상단에 설치된 스프레이와 빛 조사장치로 구성된 1세트의 재배실을 나타낸 것이며, 도3은 상기 재배실들이 상하 또는 좌우로 연속적으로 결합되어 하우징 내부에 위치하고 있는 것을 나타낸 것이고, 도4는 상기 하우징과 물 저장탱크가 결합된 본 발명에 의한 식물재배장치의 전체 외형을 나타낸 것이다.

본 발명에 의한 식물재배장치는 최소한의 공간에서 최대의 효율을 내며 식물을 재배할 수 있는 재배장치로서 축산 농가가 외부의 환경에 무관하게 값싸고 질좋은 생초를 가축에게 제공할 수 있도록 하는 식물재배장치에 관한 것이다.

본 발명에 의한 식물재배장치는 재배트레이(10), 레일(20), 스프레이장치(30) 및 빛 조사장치(40)가 한 세트로 구성된 재배유닛(100)이 두 개 이상 상하좌우로 결합된 형태인 하우징(200) 및 상기 하우징으로 수분 또는 수분 및 영양성분을 제공하는 한 개 이상의 물탱크(300, 400)로 구성된다. 상기 하우징(200)에 내부에 위치한 재배유닛(100)은 입구(202)와 출구(201)가 나란히 배열되어 하우징(200)의 한쪽면에 재배실의 입구(202)가 배치되며, 그 반대편엔 출구(201)가 배치된다.

사용자가 입구(202)에 있는 재배트레이(10)에 원하는 식물의 씨앗을 직접 파종하면, 재배트레이(10)에 파종된 식물은 해당 식물의 성장 속도에 맞추어 레일(20)을 따라 이동하면서 상부에 설치된 스프레이 장치(30) 및 빛 조사장치(40)로부터 각 단계에 알맞은 수분과 빛을 공급받아 최적의 조건에서 빠르게 성장하게 된다. 성장이 완성된 이후 사용자는 출구(201)에서 편하게 수확을 할 수 있다.

또한, 입구에서 씨앗이 파종된 재배트레이(10)가 해당 식물의 성장속도에 따라 다음단계로 이동하면 입구(202)쪽 레일에 새로운 재배트레이(10)를 배치하여 연속적으로 씨앗을 파종할 수 있다.

본 발명의 식물재배장치를 이용하여 반복실험을 한 결과 파종 이후 1일 내지 2일차에는 안개분사, 3일 내지 4일차에는 이슬비 분사, 5일 내지 6일차에는 가랑비 분사로 매 30분 마다 60초간 공급하는 경우 가장 많은 수확량을 얻을 수 있었고, 빛 공급의 경우 1일 내지 3일차에는 빛을 공급하지 않고, 4일차에는 청색광을 공급하고, 5일차에는 적색광을 공급하며, 6일차에는 청색 및 백색광을 공급하는 것이 수확량 증대에 효과적임을 알 수 있었다.

하기 그림들은 각 조건을 달리 설정하였을 때의 수확량을 나타낸 것으로 앞서 말한 반복실험의 결과에 대한 것이다. 모두 실내온도는 24 내지 27℃로 일정하게 유지하였다.

[그림 1] 제1실험도 - 가랑비분사로 수분공급

[그림 2] 제2실험도 - 가랑비 분사로 수분공급, 일률적 조명공급

[그림 3] 제3시험도 - 가랑비 분사로 수분공급, 일률적 조명공급, 2차 저장탱크에서 수온 조절

[그림 4] 제4시험도 - 각 단계에 맞춘 수분 및 조명공급, 탁도거름막/물 파동장치가 구비된 저장탱크, 2차 저장탱크에 영양물질 투입

상기 시험재배의 결과를 보았을 때, 본 발명의 식물재배장치의 경우 1 내지 2일차에 트레이가 지나는 곳의 상부에 설치된 스프레이는 안개분사 되도록 하고, 3일차에 트레이가 지나는 곳의 상부에 설치된 스프레이는 이슬비분사 되도록 하며, 4일차에 트레이가 지나는 곳의 상부에 설치된 스프레이는 이슬비분사 되고, 빛 조사장치에서는 청색광을 내도록 하며, 5일차에 트레이가 지나는 곳의 상부에 설치된 스프레이는 가랑비분사 되도록 하고, 빛 조사장치에서는 적색광을 내도록 하며, 6일차에 트레이가 지나는 곳의 상부에 설치된 스프레이는 가랑비분사 되도록하고, 빛 조사장치에서는 청색과 백색광을 내도록 조절할 경우 가장 단기간에 많은량의 생초를 수확할 수 있음을 알 수 있다.

10: 재배트레이
20: 레일
30: 스프레이장치
40: 빛 조사장치
100: 재배유닛
200: 하우징
201: 출구
202: 입구
300: 1차 물저장탱크
400: 2차 물저장탱크

Claims (5)

1. 재배트레이;
   상기 재배트레이를 기 결정된 일정 속도로 이동시키는 레일;
   상기 재배트레이의 상부에서 수분을 제공하도록 상기 레일의 경로에 따라 일정간격으로 설치된 1개 이상의 스프레이 장치:
   상기 재배트레이의 상부에서 빛을 제공하도록 상기 레일의 경로에 따라 일정간격으로 설치된 1개 이상의 빛 조사 장치를 포함하는 재배유닛이 2개 이상 상하, 좌우, 또는 상하 및 좌우로 적층되어 있는 하우징; 및
   상기 하우징에 수분 및 영양물질 중 하나 이상을 제공하는 물저장탱크 포함하는 식물재배장치로서
   상기 재배트레이는 하루에 한 칸씩 입구에서 출구로 이동하고, 상기 스프레이장치 및 빛 조사장치는 상기 이동과정에 있는 재배트레이에 적재되어 있는 식물의 각 성장 단계에 맞추어 수분 및 빛의 공급 방식 및 량이 조정되어 있어 입구에서 연속적으로 식물을 파종할 수 있고, 상기 파종된 식물은 레일을 따라 이동하며 성장하며, 출구에서는 상기 식물을 연속적으로 수확할 수 있도록 설계된 식물재배장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 재배트레이는 하루에 한 칸씩 레일을 따라 입구에서 출구로 이동되도록 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 스프레이 장치는 입구에서 출구방향으로 첫 번째 및 두번째에 설치된 것은 물줄기가 0.1 이상부터 0.7mm 미만의 두께가 되도록 안개분사되고, 세 번째 및 네 번째에 설치된 것은 물줄기가 0.7mm 이상부터 1.0mm 미만의 두께가 되도록 이슬분사되고, 다섯 번째 및 여섯 번째에 설치된 것은 물줄기가 1.0mm 이상부터 2.5mm 미만의 두께가 되도록 가랑비분사 되도록 조정되어 있는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 빛 조사 장치는 엘이디 조명장치로서 입구에서 출구방향으로 첫 번째에 설치된 것은 청색광 파장을 조사하고, 두 번째 설치된 것은 적색광파장을 조사하며, 세번째에 설치된 것은 녹색광파장과 백색광파장을 조사하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 물저장탱크저장탱크 저장탱크및 제2차 저장탱크 구성되고, 원수와 1차 저장탱크사이에는 탁도거름망이 추가되어있어 불순물이 제거된 물이 1차 저장탱크 저장되도록 하고, 1차 저장탱크에서 2차 저장탱크로 이동하는 동안 파동을 주어 나노화된 물이 2차 저장탱크에 저장되도록 하고, 2차 저장탱크에 저장된 물의 수온은 25 내지 30℃로 유지하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.

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