KR20180002113A - 스마트 수경재배장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 식물의 필요조건에 부합하는 양액을 자동으로 조성하여 공급할 수 있는 스마트 수경재배장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 스마트 수경재배장치는 내부공간을 갖는 본체와, 상기 본체에 장착되며, 배양액을 수용할 수 있는 배양액 저수부가 형성되어 있고, 재배대상 식물을 직접 식재하거나 재배대상 식물이 식재된 포트를 거치할 수 있도록 형성된 재배포트유닛과, 상기 재배포트유닛으로 공급될 배양액을 조성하고 공급하기 위한 배양액조성유닛과, 상기 배양액조성유닛을 통해 배양액을 조성하고 공급하는 것을 컨트롤하는 컨트롤부를 포함한다.

Description

스마트 수경재배장치{Smart hydroponics cultivation device}

본 발명은 스마트 수경재배장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 식물의 필요조건에 부합하는 양액을 자동으로 조성하여 공급할 수 있는 스마트 수경재배장치에 관한 것이다.

산업이 발전하고 인구가 증가함에 따라 농경지나 청정지역이 감소하고, 특히 화학비료 등의 사용으로 농작물을 재배하는 농경지가 척박해짐은 물론 공해의 증가로 청정 농산물의 재배가 어려워지고 있다.

또한, 최근 심각한 기후 변화로 인해 안정적으로 식량을 확보하기 위한 방안에 대한 관심이 높아지고 있으며, 이에 따라 기후 변화에 상관없이 식물을 인공적으로 재배할 수 있는 식물재배장치의 도입에 대한 필요성이 제기 및 증대되고 있다.

이러한 식물재배장치는 1990년대 중후반 네덜란드 및 일본 등을 중심으로 화훼 및 일부 특용작물의 안정적인 대량생산을 위해 도입된 것이며, 현재는 인공적 재배방식의 대형화 및 기업화 등의 양태를 나타내고 있어 식물공장이라 지칭하기도 하며, 빌딩형이나 건물일체형 등의 형태로 변형되어가고 있다.

한편, 웰빙시대에 맞추어 우리가 일상적으로 먹는 채소에 잔존하는 농약의 유해성에 대한 관심이 고조되면서 일반 가정에서 식생활에 필요한 야채를 직접 재배하여 먹고자 하는 욕구가 높아지고 있는데, 일반 가정에서 자신이 소비할 채소를 직접 재배한다는 것은 현실적으로 매우 어렵다.

일부 가정에서 수경재배를 통하여 인체에 유해한 농약을 사용하지 않아 오염되지 않은 상태의 채소를 직접 재배하는 경우가 있으나, 수경식물에 배양액만을 공급할 뿐 식물의 생장에 필요한 빛이나 온도를 제어할 수 없으므로 수경식물의 성장을 촉진하는데 일정 한계가 있었으며, 특히 햇빛이 부족한 장소에서는 효율적으로 수경재배를 하기 어려운 문제점이 있었다.

더욱이 통상의 수경재배장치는 원수에 양분 농축액을 혼합하여 양분이 희석된 상태의 양액을 형성하고, 형성된 양액을 식물 쪽으로 공급한 후 배수된 양액을 다시 식물 쪽으로 펌핑시키는 양액 순환방식을 채용하는 경우가 많다.

그러나 이와 같은 양액 순환방식에서는 순환과정에서 오염되어 버려지는 폐양액이 발생하지 않도록 하는데 어려움이 따르기 때문에, 수경재배방식을 보다 친환경적인 방식으로 개선하는데 한계를 가지고 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1549189호 : 수경재배장치 대한민국 등록실용신안 제20-0467246호 : 가정용 식물공장

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 원거리에서 식물재배를 위해 식물에 필요한 배양액을 필요 조건에 따라 자동으로 조성하고 공급함으로써 간편하고 효율적인 수경재배를 실시할 수 있는 스마트 수경재배장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 스마트 수경재배장치는 내부공간을 갖는 본체와, 상기 본체에 장착되며, 배양액을 수용할 수 있는 배양액 저수부가 형성되어 있고, 재배대상 식물을 직접 식재하거나 재배대상 식물이 식재된 포트를 거치할 수 있도록 형성된 재배포트유닛과, 상기 재배포트유닛으로 공급될 배양액을 조성하고 공급하기 위한 배양액조성유닛과, 상기 배양액조성유닛을 통해 배양액을 조성하고 공급하는 것을 컨트롤하는 컨트롤부를 포함한다.

상기 배양액조성유닛은 배양액의 조성을 위한 원료양액이 충진된 복수개의 양액카트리지를 포함하는 원료양액공급부와, 상기 원료양액공급부로부터 공급급된 원료양액들이 혼합될 수 있도록 혼합공간이 형성되는 혼합탱크를 포함하고, 상기 컨트롤부는 상기 복수개의 원료양액공급부의 각 양액카트리지로부터 설정된 원료양액을 상기 혼합탱크로 공급해 배양액을 조성하는 것이 바람직하다.

상기 혼합탱크로 물을 공급하기 위한 물공급부를 더 구비할 수 있다.

상기 혼합탱크에 설치되어 상기 혼합탱크에서 조성되는 배양액의 조건을 측정하는 측정유닛을 더 구비하며, 상기 측정유닛은 측정정보를 상기 컨트롤부로 전송하는 것이 바람직하다.

상기 측정유닛은 산도를 측정하는 PH측정부, 성분을 측정하는 성분측정부, 및 농도를 측정하는 농도측정부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.

상기 배양액조성유닛은 상기 복수개의 양액카트리지들을 지지하는 지지트레이를 더 구비하며, 상기 지지트레이에는 상기 각 양액카트리지의 무게를 측정하여 상기 양액카트리지의 교환시기를 판단할 수 있도록 로드셀이 구비되는 것이 바람직하다.

상기 양액카트리지는 일측에 비닐, 고무 또는 합성수지로 형성된 커버막으로 밀봉되는 배출홀이 형성되어 있으며, 상기 각각의 양액카트리지에 설치되어 상기 커버막을 관통해 상기 양액카트리지의 내부로 연장되는 연장관과, 상기 연장관의 상단에 설치되어 상기 양액카트리지의 몸체에 고정되고 원료양액의 토출을 단속하기 위한 단속밸브들이 구비되며, 상기 복수의 양액카트리지에 각각 설치되는 단속밸브들로부터 연장되는 이송튜브들이 연결되는 포집부와, 상기 포집부의 일측에 설치되어 상기 각 양액카트리지로부터 원료양액이 토출되도록 펌핑하는 원료공급펌프를 더 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 스마트 수경재배장치는 재배되는 식물의 생장조건에 부합하는 배양액을 자동으로 조성하고 공급함으로써 효율적이고 편리한 식물재배가 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 스마트 수경재배장치의 사시도,
도 2는 본 발명의 스마트 수경재배장치의 배양액조성유닛의 사시도,
도 3은 재배포트유닛의 부분절단 사시도,
도 4는 스마트 수경재배장치의 주요 구성요소들을 도시한 블럭도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 스마트 수경재배장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 스마트 수경재배장치(10)는 본체(100)와, 본체(100) 내부에 설치되는 재배포트유닛(200), 배양액을 조성하고 재배포트유닛(200)으로 공급하는 배양액조성유닛(300), 배양액의 조성을 조절하고, 내부 상황을 모니터링하기 위한 터치패널(120), 배양액조성유닛(300)의 가동을 제어하기 위한 컨트롤부(130)를 포함한다.

본체(100)는 식물재배가 이루어질 수 있는 내부공간을 제공하며, 상하로 이격되게 두 개의 재배포트유닛(200)이 설치되어 있다. 재배포트유닛(200)이 설치되어 있는 본체(100)의 벽체는 내부를 볼 수 있도록 투광창(110)으로 이루어져 있는데, 상기 투광창(110)은 투명한 플라스틱 또는 유리 소재로 형성될 수 있다.

본체(100)의 일측에는 재배조건이나, 상태, 배양액 정보를 출력하거나 입력할 수 있도록 터치패널(120)이 마련되어 있다.

본체(100)의 하부에는 소정의 장착공간이 형성되어 있으며, 이 장착공간에 재배포트유닛(200)으로 공급할 배양액을 조성 및 공급하는 배양액조성유닛(300)이 설치된다.

상기 재배포트유닛(200)은 도 3에 도시되어 있는 것처럼 수경재배를 위해 식물 재배에 필요한 배양액을 저장할 수 있도록 형성되어 있다.

재배포트유닛(200)은 배양액을 수용할 수 있도록 수용공간을 갖는 배양액저수부(210)와, 상기 배양액저수부(210)에 지지되는 지지프레임(220)을 포함한다.

상기 지지프레임(220)은 상하면을 관통하는 복수개의 지지홀(221)이 형성된 플레이트이며, 배양액저수부(210)에 장착되어 식물이 식재되어 있는 포트(230)를 장착할 수 있다. 상기 포트(230)는 하단에서 상단으로 연장될수록 외경이 점점 커지도록 형성되어 있으며, 상기 지지홀(221)의 직경은 상기 포트(230)의 최상단부 외경보다 작고, 하단부 외경보다는 커서 식물이 식재되어 있는 포트(230)가 소정깊이 지지홀(221)을 관통해 지지프레임(220)에 지지되도록 형성된다.

배양액저수부(210)에는 배양액이 저장되며, 일측에는 배양액조성유닛(300)으로부터 공급된 배양액이 입수될 수 있는 공급라인(420)이 연결되어 있고, 타측에는 저수되어 있던 배양액을 회수할 수 있도록 회수라인(430)이 연결되어 있다.

아울러 상부측 재배포트유닛(200)의 경우 도 3에 도시되어 있는 것처럼 배양액저수부(210)의 하단에 하부 재배포트유닛(200)의 식물을 향해 광을 조사할 수 있도록 조명부(410)가 설치될 수 있다.

본 실시예의 경우 두 개의 재배포트유닛(200)이 상하로 이격되게 설치되어 있는데, 재배포트유닛(200)은 하나의 본체(100)에 하나만 설치하거나 세 개 이상을 상하로 이격되게 설치할 수도 있다.

배양액조성유닛(300)은 재배포트유닛(200)으로 배양액을 공급하기 위한 것이며, 상술한 것처럼 본체(100)의 하부에 마련되어 있는 장착공간에 설치된다.

도 3에는 배양액조성유닛(300)의 일 실시예가 도시되어 있다.

배양액조성유닛(300)은 원료양액공급부와, 배양액을 혼합하는 혼합탱크(360)와, 물을 공급하기 위한 물공급부(370) 및 혼합탱크(360)와 원료양액공급부를 지지하는 지지트레이(340)를 구비한다.

원료양액공급부는 복수개의 양액카트리지(310)를 포함한다.

양액카트리지(310)는 소정크기로 형성되어 원료양액이 종류별로 충진되어 있고, 각 종류별 양액카트리지(310)로부터 원료양액을 인출하여 혼합탱크(360)에서 혼합함으로써 필요에 맞는 조건의 배양액을 조성하게 된다.

본 실시예의 경우 네 개의 양액카트리지(310)가 장착된 것으로 표시되었으나, 양액카트리지(310)는 두 개 이상이며, 필요에 따라 다양한 갯수로 이루어질 수 있다.

그리고 양액카트리지(310)는 상부에 배출홀이 형성되어 있으며, 배출홀의 입구는 커버막(311)으로 닫혀 밀봉된다. 상기 커버막(311)은 비닐, 고무 또는 합성수지가 적용될 수 있으며, 보관 또는 이송과정에서 원료양액이 누출되지 않고, 이물질이 내부로 유입되는 것을 차단하기 위한 것이다.

상기 지지트레이(340)에는 각각의 양액카트리지(310)가 안착되는 안착부에 로드셀(341)이 설치되어 있어서, 양액카트리지(310)의 무게를 측정한다. 후술하는 컨트롤부(130)에서는 로드셀(341)의 측정정보를 전달받아 양액카트리지(310)의 교체시기를 표시한다.

혼합탱크(360)는 양액카트리지(310)로부로 공급되는 원료양액들을 혼합할 수 있도록 소정의 혼합공간이 형성되어 있으며, 하부에는 원료양액들을 교반하기 위한 교반부(361)가 설치된다.

물공급부(370)는 혼합탱크(360)의 일측에 설치되어 있는 물탱크(371)이고, 이 물탱크(371)에 물이 충진되어 있다가 컨트롤부(130)에 의해 일정량이 혼합탱크(360)로 유입되도록 형성된다. 물공급부(370)는 상수도와 연결되어 자동으로 물탱크(371)에 물이 충진되도록 할 수도 있고, 물탱크(371)가 생략되고 상수도로부터 바로 물이 공급되도록 형성될 수도 있다.

상기 각 양액카트리지(310)에는 상기 커버막(311)을 관통하 연장관(320)이 체결된다. 연장관(320)은 하단부가 뾰족하게 형성되어 있어서 커버막(311)을 뚫고 양액카트리지(310)의 내부로 진입할 수 있도록 형성된다.

아울러 상기 연장관(320)의 상단에는 밸브(330)가 설치되어 있으며, 밸브(330)는 양액카트리지(310)의 상단부에 고정된다.

각 밸브(330)들로부터 원료양액이 이송될 수 있는 이송튜브가 연결되고, 이송튜브에는 양액펌프(350)가 연결된다.

배양액 조성을 위해 원료양액을 인출할 때, 양액펌프(350)가 구동되면, 컨트롤부(130)에서는 인출할 원료양액을 선정하고, 해당 원료양액이 충진된 양액카트리지(310)의 밸브(330)를 개방하여, 양액펌프(350)가 구동되는 동안 밸브(330)가 열려있는 양액카트리지(310)의 원료양액만 인출될 수 있게 한다.

이렇게 컨트롤부(130)가 각 양액카트리지(310)에 부착된 밸브(330)의 조작을 통해 원하는 양액카트리지(310)의 원료양액만을 인출할 수 있고, 밸브(330)의 개폐를 통해 원료양액의 인출량을 제어할 수 있다.

원료양액이 인출되어 혼합탱크(360)로 유입되면, 컨트롤부(130)는 급수펌프(372)를 가동하고, 급수밸브(373)를 조정하여 물탱크(371)에 저장된 물을 혼합탱크(360)로 급수하고, 원료양액과 물을 교반부(361)로 혼합하여 배양액을 조성한 다음 공급펌프(400)와 공급제어밸브(410)를 조절하여 재배포트유닛(200)으로 배양액을 공급한다.

아울러 상기 혼합탱크(360)에는 측정유닛(380)이 부착될 수 있으며, 이 측정유닛(380)이 PH측정부(381)와, 성분측정부(382), 농도측정부(383)를 구비하고 있어서, 각각의 측정부에서 조성되고 있는 배양액의 산도나 성분, 농도를 측정하여 배양액에 설정된 조건으로 조성되는지를 확인할 수 있고, 배양액을 설정된 성분과 산도 및 농도로 조성하여 공급한다.

도 4에 도시되어 있는 메모리부(131)는 배양액의 혼합비가 저장되어 있는 것으로, 사용자가 터치패널(120)을 통해 배양액의 조성 조건을 수동으로 입력할 수도 있지만, 재배되는 작물을 선택할 경우 메모리부(131)에 설정된 해당 식물에 적합한 배양액 정보를 바탕으로 컨트롤부(130)가 자동으로 배양액을 조성할 수 있게 배양액 정보가 메모리부(131)에 저장될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 스마트 수경재배장치(10)는 재배되는 식물의 종류나 상태에 따라 사용자가 원료양액의 종류와 양 및 농도를 용이하게 조절할 수 있고, 설정된 조건을 배양액을 자동으로 조성하여 공급할 수 있어 효율적인 수경재배 및 관리가 가능하다.

제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

10: 스마트 수경재배장치
100: 본체 110: 투광창
120: 터치패널 130: 컨트롤부
131: 메모리부
200: 재배포트유닛 210: 배양액저수부
220: 지지프레임 221: 지지홀
230: 포트 240: 조명부
300: 배양액조성유닛
310: 양액카트리지 311: 커버막
320: 연장관 330: 밸브
340: 지지트레이 341: 로드셀
350: 양액펌프 360: 혼합탱크
361: 교반부 370: 물공급부
371: 물탱크 372: 급수펌프
373: 급수밸브 380: 측정유닛
381: PH측정부 382: 성분측정부
383: 농도측정부
400: 공급펌프 410: 공급제어밸브
420: 공급라인 430: 회수라인

Claims (7)

1. 내부공간을 갖는 본체와;
   상기 본체에 장착되며, 배양액을 수용할 수 있는 배양액 저수부가 형성되어 있고, 재배대상 식물을 직접 식재하거나 재배대상 식물이 식재된 포트를 거치할 수 있도록 형성된 재배포트유닛과;
   상기 재배포트유닛으로 공급될 배양액을 조성하고 공급하기 위한 배양액조성유닛과;
   상기 배양액조성유닛을 통해 배양액을 조성하고 공급하는 것을 컨트롤하는 컨트롤부를 포함하는 것을 특징으로 하는
   스마트 수경재배장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 배양액조성유닛은 배양액의 조성을 위한 원료양액이 충진된 복수개의 양액카트리지를 포함하는 원료양액공급부와;
   상기 원료양액공급부로부터 공급급된 원료양액들이 혼합될 수 있도록 혼합공간이 형성되는 혼합탱크를 포함하고,
   상기 컨트롤부는 상기 복수개의 원료양액공급부의 각 양액카트리지로부터 설정된 원료양액을 상기 혼합탱크로 공급해 배양액을 조성하는 것을 특징으로 하는
   스마트 수경재배장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 혼합탱크로 물을 공급하기 위한 물공급부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
   스마트 수경재배장치.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 혼합탱크에 설치되어 상기 혼합탱크에서 조성되는 배양액의 조건을 측정하는 측정유닛을 더 구비하며,
   상기 측정유닛은 측정정보를 상기 컨트롤부로 전송하는 것을 특징으로 하는
   스마트 수경재배장치.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 측정유닛은 산도를 측정하는 PH측정부, 성분을 측정하는 성분측정부, 및 농도를 측정하는 농도측정부 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는
   스마트 수경재배장치.
   
6. 제 2항에 있어서,
   상기 배양액조성유닛은 상기 복수개의 양액카트리지들을 지지하는 지지트레이를 더 구비하며,
   상기 지지트레이에는 상기 각 양액카트리지의 무게를 측정하여 상기 양액카트리지의 교환시기를 판단할 수 있도록 로드셀이 구비된 것을 특징으로 하는
   스마트 수경재배장치.
   
   
7. 제 2항에 있어서,
   상기 양액카트리지는 일측에 비닐, 고무 또는 합성수지로 형성된 커버막으로 밀봉되는 배출홀이 형성되어 있으며,
   상기 각각의 양액카트리지에 설치되어 상기 커버막을 관통해 상기 양액카트리지의 내부로 연장되는 연장관과, 상기 연장관의 상단에 설치되어 상기 양액카트리지의 몸체에 고정되고 원료양액의 토출을 단속하기 위한 단속밸브들이 구비되며,
   상기 복수의 양액카트리지에 각각 설치되는 단속밸브들로부터 연장되는 이송튜브들이 연결되는 포집부와,
   상기 포집부의 일측에 설치되어 상기 각 양액카트리지로부터 원료양액이 토출되도록 펌핑하는 원료공급펌프를 더 구비하는 것을 특징으로 하는
   스마트 수경재배장치.
   

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