KR20200144644A

KR20200144644A - Led 조명을 이용한 식물 공장 및 그 재배 방법

Info

Publication number: KR20200144644A
Application number: KR1020190072569A
Authority: KR
Inventors: 김명덕
Original assignee: 농업회사법인 도움기술 주식회사
Priority date: 2019-06-19
Filing date: 2019-06-19
Publication date: 2020-12-30
Also published as: KR102282854B1

Abstract

본 발명은 LED 조명을 이용한 식물 공장에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED 조명을 이용한 다단 식물 공장 및 그 재배 방법에 관한 것이다.
본 발명은 식물이 심겨지는 트레이가 소정 간격으로 상하로 배치되는 다단 트레이; 각 단 트레이의 상부에 설치되고 높이가 고정되고, 발광되는 광이 조절되는 LED 조명; 상기 트레이에 심겨져 성장하는 식물의 높이를 측정하는 높이 측정 장치; 및 상기 측정 장치의 데이터를 이용하여 상기 LED 조명의 세기를 조절하는 제어부;를 포함하는 식물 공장을 제공한다.

Description

LED 조명을 이용한 식물 공장 및 그 재배 방법{Plant factory using LED lighting and its cultivation method}

본 발명은 LED 조명을 이용한 식물 공장에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 LED 조명을 이용한 다단 식물 공장 및 그 재배 방법에 관한 것이다.

식물 공장에서는 트레이에 식물을 심고, 트레이 상단에 LED 조명을 설치하고, LED 조명을 발광시켜 광을 조사하면 식물이 성장된다.

협소한 공간에 최대한 많은 식물을 재배할 수 있도록 트레이가 소정 간격으로 다단 적층된 다단 트레이의 경우에는, 트레이 사이의 거리가 좁기 때문에, 광원과 트레이 사이가 좁고, 식물이 성장할 경우 LED 조명과 식물의 거리가 근접하게 된다.

어린 식물 상태에서 이격되어 조사되는 LED 조명이 식물의 성장에 따라서 가까운 거리에서 조사가 이루어지게 되면, 다양한 문제들이 생긴다.

이러한 문제를 해고하기 위해서, 식물의 키가 커짐에 따라서 LED를 승강시켜 거리를 유지하게 된다. 하지만, 이러한 방식은 LED의 승강 장치를 요구하게 되며, 각 단마다 승강을 위한 스태핑 모터와 같은 장치가 필요하게 되므로 장치가 복잡해진다.

전남대학교 산학협력단에서 출원한 대한민국 특허 출원 10-2011-0046276 (2011.05.17)에서는 식물 재배공간을 구비할 수 있도록 한 틀체와, 상기 틀체의 하부에 배치되어 식물을 식재할 수 있도록 하는 재배상자와, 상기 재배상자의 상측에 설치되어 LED조명의 불빛을 비출 수 있도록 한 LED조명부재와, 상기 LED조명부재가 고정설치되는 지지대를 상,하 방향으로 승강하여 LED조명과 식물간의 거리 및 광량을 조절할 수 있도록 한 승강부재와, 상기 LED조명부재의 LED가 부착된 PCB기판은 물이 순환유통되게 한 수냉식 방열부재에 부착되어 방열작용이 이루어지도록 한 식물공장용 LED조명 재배장치를 제공한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 다단 트레이를 갖추고 LED 조명을 이용해서 광을 재배하는 식물 공장에서, 트레이에 심겨진 식물이 자라나면서 광원과의 거리가 좁혀지는 문제를 해결할 수 있는 새로운 식물 공장을 제공하는 것이다.

본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 다단 트레이를 갖추고 LED 조명을 이용해서 광을 재배하는 식물 공장에서, 트레이에 심겨진 식물이 자라나면서 광원과의 거리가 좁혀지는 문제를 해결할 수 있는 새로운 재배 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은

식물이 심겨지는 트레이가 소정 간격으로 상하로 배치되는 다단 트레이;

각 단 트레이의 상부에 설치되고 높이가 고정되고, 발광되는 광이 조절되는 LED 조명;

상기 트레이에 심겨져 성장하는 식물의 높이를 측정하는 높이 측정 장치; 및

상기 측정 장치의 데이터를 이용하여 상기 LED 조명의 세기를 조절하는 제어부;를 포함하는 식물 공장을 제공한다.

본 발명은 일 측면에 있어서,

식물이 심겨지는 트레이가 소정 간격으로 상하로 배치되는 다단 트레이;와 단마다 트레이의 상부에 설치되고 높이가 고정되고, 발광되는 광이 조절되는 LED 조명;과 상기 트레이에 심겨져 성장하는 식물의 크기를 측정하는 측정 장치; 및 상기 측정 장치의 데이터를 이용하여 상기 LED 조명의 세기를 조절하는 제어부;를 포함하는 식물공장의 트레이에 식물을 심는 단계;

성장하는 식물의 높이를 측정하는 단계;

식물의 높이에 대한 데이터를 이용하여 LED 조명의 광을 조절하는 단계

를 포함하는 식물 재배 방법을 제공한다.

본 발명에 있어서, 상기 높이 측정 장치는 초음파를 이용한 높이 측정 장치일 수 있다.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 초음파 높이 측정 장치는 식물체를 포논상태로 만들어 식물의 열 방어기작을 일으키고, 이를 통해 세포질을 두껍게 할 수 있는 고주파 펄스형 초음파 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 바람직한 실시예에서, 상기 고주파 펄스형 초음파 센서는 30~50 KHz, 보다 바람직하게는 40KHz의 고주파 펄스를 방출하는 초음파 센서일 수 있다.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 초음파 높이 측정 장치에 의해서 측정된 식물의 높이는 센서노드에 연결되어 IOT 센서 데이터 수집장치에 데이터화 되어 전달되고, 이를 모니터링하여 식물의 생육상태에 대한 데이터로 변환시킬 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 식물의 생육 상태가 저조한 경우, 생육 조건, 예를 들어, 광세기, 광파장, 온도, 습도, 양액등이 조절될 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 LED 조명은 작물의 적절한 광포화점을 유지하기 위한 450~720nm 대역을 포함한 광, 바람직하게는 청색광과 적색광을 방출하는 조명이다.

본 발명의 실시에 있어서, 상기 LED 조명은 식물의 성장에 따라서 광량이 줄어드는 디밍이 이루어지며, 디밍된 조명은 줄어든 광량에도 불구하고 450~720nm 대역을 포함하는 디밍 광을 조사한다.

기존 식물 공장에서 광량을 조절하기 위해서, 스탭핑 모터를 이용해 조명의 위치를 상하 이동하여 조절하고, 이를 위해 한 층당 높이를 조명의 이동거리를 추가 확보해야 하는 문제를 해결하였다.

이에 따라, 본 발명은 샤프트, 스크류 등 많은 조명 높이 이동용 자재를 사용하지 않을 수 있어서, 식물 공장의 건립 비용을 줄일 수 있으며, 각 단의 간격을 좁혀서 동일한 높이에서 다층을 확보하여 경제적인 식물 공장의 이용이 가능하다.

본 발명은 식물성장 파장의 디밍(광량조절)이 자동으로 이루어져 조명장치의 이동이 필요 없고 광 환경에 필요한 에너지를 절감할 수 있으며, 작물별 초장의 최대 높이만 고려하여 재배 단을 설계하면 되기 때문에 수직의 많은 공간을 확보할 수 있다.

또한, 본 발명에서 고주파 펄스형 초음파 센서를 사용할 경우, 별도의 유동팬 없이 식물공장에서 생산되는 작물의 엽육이 얇은 단점을 보완할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 식물 공장을 설명하는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 식물 공장을 설명하는 도면이다.

이하 실시 예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것이며, 본 발명을 한정하기 위한 것은 아니다.

도 1에서 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 식물 공장(1)은 공장에서 인공광에 의해서 재배되는 식물이 심겨지는 상토 트레이(10)가 상하 소정 간격으로 다단으로 배치된 안착판(20)에 고정된다. 상기 상토 트레이(10)와 안착판(12)의 상하 간격은 상토 트레이(10)에서 재배되는 식물(30)이 식물 공장(1)에서 재배되는 기간 동안 성장되는 최고 높이보다 10~20% 크게 이격된다.

안착판(20)의 하부에는 아래쪽에 위치하는 상토 트레이(10)에 광을 조사할 수 있도록 LED 조명(40)이 설치되어 고정된다.

고정된 LED 조명(40)은 660nm를 피크로 하고 610~780nm의 파장을 포함하는 광대역 적색 LED 광원과 440~460 nm 파장 범위의 청색 LED 광원으로 이루어지며, 적색광과 청색광의 세기는 2:1의 비율을 유지한다.

상기 LED 조명(40)의 광 세기는 상토 트레이(10)에서 성장하는 식물(30)의 높이에 따라서 달라지며, 광 세기는 상토 트레이(10)에서 성장하는 식물의 높이에 반비례한다.

상기 LED 조명(40)의 파장은 식물의 성장에 따라 광세기가 줄어드는 경우에도 660nm를 피크로 하고 610~780nm의 파장을 포함하는 광대역 적색 LED 광원과 440~460 nm 파장 범위의 청색 LED 광원으로 이루어지며, 적색광과 청색광의 세기는 2:1의 비율을 유지하다. 상기 LED 조명(40)의 광세기는 LED 조명의 출력을 조절하여 조절한다.

상기 상토 트레이(10)에서 재배되는 식물(30)은 묘삼과 같이 광에 의해서 어린삼으로 속성 재배될 수 있는 식물이다. 상토 트레이(10)에서 재배되는 식물(30)의 크기는 각 단에 배치된 초음파 측정 장치(50)에 의해서 측정된다.

초음파 측정 장치(50)는 효과적인 높이 측정과 함께, 식물(30)을 포논상태로 만들어 식물(30)의 열 방어 기작을 일으키고, 이를 통해 세포질을 두껍게 할 수 있도록 40KHz의 고주파 펄스를 방출하는 초음파 측정 장치(50)을 사용한다.

초음파 측정 장치(50)에 의해서 측정된 높이 정보는 제어부(60)로 전송된다. 상기 제어부(60)에는 식물(30)의 식물의 종류와, 식물의 높이와, 식물의 높이에 따라 필요한 광 조사 정보를 가지는 데이터 베이스(61)가 내장된다. 광 조사 정보에는 광 출력, 광 조사시간, 광 피크 파장등에 대한 정보를 포함된다.

제어부(60)는 입력된 식물(30)의 높이와 데이터 베이스(61)에 저장된 정보를 이용하여, LED 조명(40)에 제어 신호를 송출하는 출력부(62)를 포함한다.

상기 데이터 베이스(61)에는 식물의 종류와 높이별로 식물 공장의 내부 온도와 습도 및 양액의 종류, 및 분무 시간 등에 정보가 광조사 정보와 함께 내장되며, 출력부(61)는 LED 조명(40)의 출력과 함께 온도, 습도, 및 양액의 종류와 분무 간격등을 함께 조절한다.

식물 공장(1)의 내부의 온도는 온도 조절 장치를 이용하여 23~25℃로 유지하고, 양액은 안개 발생장치의 초음파를 이용하여 양액을 미스트 형태로 공급하였으며, 습도는 60%로 유지하였다.

1: 식물 공장
10: 상토 트레이
20: 안착판
30: 식물
40: LED 조명
50: 초음파 측정 장치
60: 제어부

Claims

식물이 심겨지는 트레이가 소정 간격으로 상하로 배치되는 다단 트레이;
각 단 트레이의 상부에 설치되고 높이가 고정되고, 식물의 높이에 따라 발광되는 광이 조절되는 LED 조명;
상기 트레이에 심겨져 성장하는 식물의 높이를 측정하는 높이 측정 장치; 및
상기 측정 장치의 데이터를 이용하여 상기 LED 조명의 세기를 조절하는 제어부;를 포함하는 식물 공장.
제1항에 있어서,
상기 초음파 높이 측정 장치는 고주파 펄스형 초음파 측정 장치인 것을 특징으로 하는 식물 공장.
제2항에 있어서,
상기 초음파 높이 측정 장치는 40KHz의 고주파 펄스를 방출하는 초음파 센서인 것을 특징으로 하는 식물 공장.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 광은 높이에 반비례하여 조절되는 것을 특징으로 하는 식물 공장.
제1항 또는 제2항에 있어서,
온도, 습도, 양액, 분무량으로 이루어진 그룹 중 하나 이상의 조건과 함께 제어되는 것을 특징으로 하는 식물 공장.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 조절된 LED 조명은 청색광과 적색광을 방출하는 것을 특징으로 하는 식물 공장.
식물이 심겨지는 트레이가 소정 간격으로 상하로 배치되는 다단 트레이와,
단마다 트레이의 상부에 설치되고 높이가 고정되고, 발광되는 광이 조절되는 LED 조명과,
상기 트레이에 심겨져 성장하는 식물의 크기를 측정하는 측정 장치와, 및
상기 측정 장치의 데이터를 이용하여 상기 LED 조명의 세기를 조절하는 제어부를 포함하는 식물공장의 트레이에 식물을 심는 단계;
성장하는 식물의 높이를 측정하는 단계; 및
식물의 높이에 대한 데이터를 이용하여 LED 조명의 광을 조절하여 재배하는 단계; 를 포함하는 식물 재배 방법.