KR20210049856A - Vertical cultivation tower for automated horticulture and agriculture - Google Patents
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Abstract
작물을 연속 자동화 재배하는 방법 및 장치는 중앙 칼럼으로부터 반경방향으로 연장되는 작물 지지 아암들의 수직 어레이를 사용한다. 이 장치는 자연 또는 인공 조명의 외부 광원 부근에 위치된다. 각 아암은 작물 모종과 양액 및 물을 수용하는 복수의 홈통 부재들을 갖는다. 작물 지지 아암들은 모터 구동되고 고 상단에서 고정 중앙 관 상에 장착되는 베어링 상에 지지되는 중공 칼럼 상에서 회전한다, 중앙 관은 지지면 내에 매립되는 콘크리트 기초 또는 포스트에 고정된다. 물은 각 아암의 반경방향 내측 단부로부터 중앙 칼럼으로 배수된다.A method and apparatus for continuous automated cultivation of crops uses a vertical array of crop support arms extending radially from a central column. The device is placed near an external light source in natural or artificial lighting. Each arm has a plurality of trough members for receiving crop seedlings and nutrient solutions and water. The crop support arms are motor driven and rotate on a hollow column supported on a bearing mounted on a fixed central tube at the top of the height, which is fixed to a concrete foundation or post embedded in the support surface. Water drains from the radially inner end of each arm to the central column.
Description
본 발명은 원예(horticulture), 수경재배(hydroponics) 및 농경(agriculture)의 분야에 관한 것으로, 특히 제어된 환경에서의 작물의 자동화된 상업적 재배(commercial growth) 및 생산(production)의 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to the fields of horticulture, hydroponics and agriculture, and in particular, to an apparatus and method of automated commercial growth and production of crops in a controlled environment. About.
전통적으로 작물의 상업적 원예 및 농업은 양묘장(nursery) 및 온실들에서 수행되어 왔는데, 여기서 작물들은 수평 및 고정으로 배치된다. 더 효율적인 방법들이 더 최근에 개발되었는데, 그 일부가 '수직농법(vertical farming)'으로 지칭된다. 예를 들어 본 발명자는 미국 특허 제7415796, 7533493, 7559173, 7818917 및 7984586호들에, 각각 중앙 광원을 갖고 그 둘레의 작물의 행(row)들이 회전함으로써 특정 면적(given area)에서의 작물 재배의 생산성을 향상시키는 회전 영역(sphere)들의 회전하는 수직 회전대(carousel)를 사용하는 식물 재배 방법들을 개시했다. 그러나 이러한 시스템으로부터의 성숙한 작물의 수확은 복잡하고 시간 소모적이 될 수 있다. 미국특허 제10070594호에서 본 발명자는 또한 자연광이 불충분하거나 별도의 광원이 제공되지 않는 곳에 사용되는 조명 기구(light fixture)들을 지지하는 프레임에 매달린(suspended) 회전하는 화분 지지 아암(potting arm)들의 탑(tower) 역시 개시했다. 이에 따라 이러한 장치는 전적으로 자연광 또는 별도의 광원에 의존하는 곳에 사용되기에는 덜 적합하다.Traditionally, commercial horticulture and farming of crops has been carried out in nurseries and greenhouses, where the crops are placed horizontally and stationary. More efficient methods have been developed more recently, some of which are referred to as'vertical farming'. For example, the inventors of U.S. Patent Nos. Plant cultivation methods using a rotating vertical carousel of spheres have been disclosed to improve. However, harvesting mature crops from these systems can be complex and time consuming. In U.S. Patent No. 10070594, the inventor also has a tower of rotating potting arms suspended on a frame that supports light fixtures used where natural light is insufficient or no separate light source is provided. (tower) also started. Accordingly, such devices are less suitable for use in places that depend entirely on natural light or a separate light source.
관련 기술의 이상의 예들과 이에 관련된 한계들은 예시적이며 배타적인 것을 의도한 것이 아니다 관련 기술들의 다른 한계들은 당업계에 통상의 기술을 가진 자가 이 명세서를 읽고 도면들을 검토하면 명백해질 것이다.The above examples of the related art and the limitations related thereto are illustrative and not intended to be exclusive. Other limitations of the related art will become apparent upon reading this specification and reviewing the drawings by a person skilled in the art.
이하의 실시예들과 그 국면(aspect)들은 예시적(exemplary) 및 설명적(illustrative)이며 범위의 한정을 의도하지 않은 시스템, 툴 및 방법들에 연계하여 설명 및 예시될 것이다. 여러 실시예들에서, 하나 이상의 전술한 문제들이 경감 또는 제거되는 한편, 다른 실시예들은 다른 개선들을 지향한다.The following embodiments and their aspects will be described and illustrated in connection with systems, tools, and methods that are exemplary and illustrative and are not intended to be limiting in scope. In various embodiments, one or more of the aforementioned problems are mitigated or eliminated, while other embodiments are directed towards other improvements.
본 발명은 작물의 연속적인 자동화 재배(automated growing)의 방법 및 장치를 제공한다. 복수의 수직으로 이격된, 작물 지지 아암(plant supporting arm)들의 대략 수평의 어레이(array)들이 중앙 지지 중공(hollow) 칼럼(column)으로부터 반경방향으로(radially) 연장되는데, 각 작물 지지 아암은 작물 재배 배지(plant growth medium) 내의 작물 종자, 모종(seedling), 또는 재배 작물(growing plant)을 수용하도록 상방으로 개방되는 홈통 부재(trough element)를 구비한다. 중공 칼럼은 중심축 둘레로 회전 가능하다. 복수의 급수관(liquid supply line)들이 각 홈통 부재와 연통되어(communicate), 각 홈통 부재에 물과 양액(liquid nutrient)을 제공하도록 액체 공급 배관(liquid feed line)에 의해 급수된다. 중심축 둘레로 중공 칼럼을 회전시키는 모터는 이에 따라 작물 재배 아암들을 중심축 둘레로 회전시킨다. 각 홈통 부재의 내부는 중공 칼럼과 연통됨으로써 각 홈통 부재를 지지하며 중공 칼럼 내로 연장되는 작물 지지 아암을 통해 각 홈통 부재로부터 중공 칼럼으로 액체가 흐르게 된다.The present invention provides a method and apparatus for continuous automated growing of crops. A plurality of vertically spaced, approximately horizontal arrays of plant supporting arms extend radially from a central supporting hollow column, each crop supporting arm It has a trough element that opens upward to accommodate crop seeds, seedlings, or growing plants in a plant growth medium. The hollow column is rotatable around a central axis. A plurality of liquid supply lines communicate with each gutter member and are fed by a liquid feed line to provide water and a liquid nutrient to each gutter member. A motor that rotates the hollow column around a central axis thus rotates the crop growing arms around the central axis. The inside of each gutter member communicates with the hollow column to support each gutter member, and liquid flows from each gutter member to the hollow column through crop support arms extending into the hollow column.
본 발명은 또한 전술한 장치를 다음과 같이 사용하는 방법을 제공하는데, a) 장치를 천연 또는 인공 조명의 외부 광원 부근에 위치시키고; b) 복수의 홈통 부재들 내에 복수의 작물 모종(seedling plant)들을 위치시키며; c) 중공 칼럼을 고정된 중앙 지지부(central support) 상에서 회전시킴으로써 작물 지지 아암들을 회전시키고; d) 작물 모종의 성숙도(degree of maturity)에 따라 중공 칼럼의 회전 속도와 천연 또는 인공 조명의 외부 광원에 대한 장치의 노출 시간(duration of exposure)을 조정하며; e) 각 홈통 부재에 주기적으로 물과 양액을 공급하고; f) 작물 모종들이 시간이 지나 성장함에 따라 급수(feeding)의 빈도(frequency)를 증가시키고; 그리고 g) 작물 모종들이 수확할 수 있게 성숙한 작물들이 되면 상기 성숙한 작물들을 수확 및/또는 제거한다.The invention also provides a method of using the above-described device as follows: a) placing the device in the vicinity of an external light source of natural or artificial lighting; b) positioning a plurality of seedling plants within the plurality of gutter members; c) rotating the crop support arms by rotating the hollow column on a fixed central support; d) adjusting the rotational speed of the hollow column and the duration of exposure of the device to an external light source of natural or artificial lighting according to the degree of maturity of the crop seedlings; e) periodically supplying water and nutrient solution to each gutter member; f) increasing the frequency of feeding as crop seedlings grow over time; And g) harvesting and/or removing the mature crops once the crop seedlings are ripe for harvest.
도면들을 참조하고 이하의 상세한 설명을 검토하면 이상에 설명한 예시적 국면 및 실시예들에 추가하여, 또 다른 국면 및 실시예들이 명확해질 것이다.Further aspects and embodiments will become apparent by referring to the drawings and reviewing the detailed description below, in addition to the exemplary aspects and embodiments described above.
예시적 실시예들이 도면들을 참조하여 설명된다, 이 명세서에 개시된 실시예와 도면들은 제한적이 아니라 예시적이라고 간주되어야 한다.
도 1은 도시의 편의상 전구들이 생략된, US 10070594에 개시된 재배 유닛의 사시도;
도 2는 조명 기구들이 작동 위치 밖으로 선회해 나온 상태의 도 1에 도시된 재배 유닛의 사시도;
도 3은 도 1에 도시된 재배 유닛의 정면도;
도 4는 도 1에 도시된 재배 유닛의 측면도;
도 5는 조명 기구들이 작동 위치 밖으로 선회해 나온 상태의 도 1에 도시된 재배 유닛의 정면도;
도 6은 도 1에 도시된 사시도의 상세도;
도 7은 자연광 또는 별도의 광원을 사용하는 한 실시예에 따른 수직 재배 탑의 사시도;
도 8은 도 7에 도시된 실시예의 정면도;
도 9는 도 7에 도시된 실시예의 상면도'
도 10, 11, 및 12는 도 7에 도시된 급수 수단의 상세도들;
도 13은 도시의 편의상 물 이송 시스템이 생략된, 도 7에 도시된 수직 재배 탑의 사시도;
도 14는 도 13에 도시된 실시예의 상면도;
도 15는 도 7 및 13에 도시된 구동 모터의 상세도;
도 16은 구동 모터를 도시하는 도 13에 도시된 실시예의 정면도;
도 17a는 도 13에 도시된 실시예의 칼럼 세그먼트 부분 조립체의 상세도, 도 17b는 그 분해도;
도 18a는 도 13에 도시된 홈통 부분 조립체의 상세도, 도 18b는 그 분해도;
도 19는 도 7에 도시된 수직 재배 탑의 상판 영역의 상세 사시도; 및
도 20-22는 도 19의 상세도의 분해도들;
도 23은 하부 베어링 캡의 사시도;
도 24는 안정화 플런저 조립체의 사시도;
도 25는 안정화 플런저 조립체를 보이는 부분 절개 사시도;
도 26은 구동 시스템의 제2 실시예의 분해 사시도;
도 27은 도 26에 도시된 구동 시스템의 제1 실시예의 정면도; 및
도 28은 베어링 하우징 조립체의 제2 실시예의 분해 사시도이다.Exemplary embodiments are described with reference to the drawings, and the embodiments and drawings disclosed in this specification are to be regarded as illustrative rather than restrictive.
1 is a perspective view of a cultivation unit disclosed in US 10070594, with bulbs omitted for convenience of illustration;
Fig. 2 is a perspective view of the cultivation unit shown in Fig. 1 with the lighting fixtures pivoted out of the operating position;
Figure 3 is a front view of the cultivation unit shown in Figure 1;
Figure 4 is a side view of the cultivation unit shown in Figure 1;
Fig. 5 is a front view of the cultivation unit shown in Fig. 1 with the lighting fixtures pivoted out of the operating position;
Figure 6 is a detailed view of the perspective view shown in Figure 1;
7 is a perspective view of a vertical cultivation tower according to an embodiment using natural light or a separate light source;
Figure 8 is a front view of the embodiment shown in Figure 7;
9 is a top view of the embodiment shown in FIG. 7
10, 11, and 12 are detailed views of the water supply means shown in FIG. 7;
13 is a perspective view of the vertical cultivation tower shown in FIG. 7 in which the water transfer system is omitted for convenience of illustration;
Fig. 14 is a top view of the embodiment shown in Fig. 13;
15 is a detailed view of the drive motor shown in FIGS. 7 and 13;
Fig. 16 is a front view of the embodiment shown in Fig. 13 showing a drive motor;
17A is a detailed view of the column segment subassembly of the embodiment shown in FIG. 13, and FIG. 17B is an exploded view thereof;
Fig. 18A is a detailed view of the trough subassembly shown in Fig. 13, and Fig. 18B is an exploded view thereof;
19 is a detailed perspective view of a top plate area of the vertical cultivation tower shown in FIG. 7; And
20-22 are exploded views of the detailed view of FIG. 19;
23 is a perspective view of a lower bearing cap;
24 is a perspective view of a stabilizing plunger assembly;
25 is a partially cut-away perspective view showing the stabilizing plunger assembly;
26 is an exploded perspective view of a second embodiment of a drive system;
Fig. 27 is a front view of the first embodiment of the drive system shown in Fig. 26; And
28 is an exploded perspective view of a second embodiment of a bearing housing assembly.
이하의 설명 전체에 걸쳐, 구체적 상세들은 당업계에 통상의 기술을 가진 자에게 더 완전한 이해를 제공하기 위해 제시되는 것이다. 그러나 개시가 불필요하게 모호해지지 않도록 잘 알려진 부재들은 도시 또는 상세히 설명하지 않았다. 이에 따라 이 설명 및 도면들은 제한적 의미보다 예시적인 것으로 간주되어야 한다.Throughout the following description, specific details are presented to provide a more thorough understanding to those of ordinary skill in the art. However, well-known members have not been shown or described in detail so as not to unnecessarily obscure the disclosure. Accordingly, these descriptions and drawings should be regarded as illustrative rather than restrictive.
도 1에서, 미국특허 제100070594호에 개시된 바와 같은 자동화 수직 재배(cultivation) 및 수확을 위한 재배 유닛(growing unit)이 일반적으로 10으로 지시된다. 이는 수평 빔(horizontal beam; 14)과, 그 하단에 재배 시설의 바닥에 고정되는 플랜지 또는 발(feet)(18)을 갖는 수직 포스트(vertical post; 16)들을 포함하는 프레임(12)을 갖는다.In Fig. 1, a growing unit for automated vertical cultivation and harvesting as disclosed in U.S. Patent No. 100070594 is generally designated 10. It has a horizontal beam (14) and a frame (12) comprising vertical posts (16) with flanges or feet (18) fixed to the floor of the cultivation facility at the bottom thereof.
회전 식재기 조립체(rotating planter assembly; 20)(도 3)는 고정된 빔(14)에 매달린다(suspended). 이는 복수의 화분 지지 아암(potting arm; 24)들이 부착되고 반경방향으로(radially) 연장되는 중앙 배수관(central drainage tube; 22)을 포함한다. 중앙 배수관(22)은 서로 고정 결합되는 세 관 부분(tubing section; 26, 28, 30)들을 구비한다. 화분 지지 아암(24)들은 한 단부(32)에서 폐쇄되고 반대쪽 단부에서 중앙 배수관(22)에 부착되어, 화분 지지 아암(22)들 내부로부터의 액체가 중앙 배수관(22)을 통하고 (도시되지 않은) 배수 유출구를 통해 중앙 배수관(22)의 바닥(34) 밖으로 흐른다. 각 화분 지지 아암(24)은 복수의 화분 받침(pot receptacle; 36)들을 구비하는데, 이는 각각 배지 원통(soil cylinder)(화분) 내에 작물 모종(seedling plant)을 수용하는 크기로 구성된다. 각 화분 받침은 홈(recess; 36)으로부터 화분 지지 아암(24) 내부로의 유체의 흐름을 허용하도록 구멍들이 뚫려있다(perforated). 화분 지지 아암(24)들은 브래킷(bracket; 38)들 상에 지지된다.A rotating planter assembly 20 (FIG. 3) is suspended on a
도 2에 도시된 수평 조명 기구(light fixture)(40)들은 힌지(hinge; 42)에서 수직 포스트(16)에 힌지 연결되어(hingedly connected), 도 1에 도시된 작동 위치로 선회해 들어가고 도 2에 도시된 바와 같이 작동위치 밖으로 선회해 나올 수 있다. 조명 기구(40)는 내측 원호(arc)(44)와, 외측 원호(46)와, 및 반경방향 프레임 부재(48)로 구성된 프레임을 갖는다. 각 조명 기구는 안정기(ballast)와 형광등의 전기 연결들을 구비(carry)할 수 있는데, 전기는 원격 제어되는 전기 스위치에 제어되어 수직 포스트(16)로부터의 접속부(connection; 42)를 통해 공급될 수 있다.The
각 조명기구(40)의 중앙 반경방향 프레임 부재(48)에는 미세섬유 섬유사(micro-fibre strand; 52)들의 매달린 띠(suspended strip)로 형성되는 기계적 수분기 아암(mechanical pollinator arm; 50)이 부착된다(도 6 참조). 조명기구(40)들은 전기 구동 작동기(activator)들에 의해 개별적으로 상승 또는 하강할 수 있는데, 이 작동기들은 또한 전술한 바와 같이 각 조명기구(40)를 작동 위치 내외로 선회시킬 동력도 제공할 수 있다. 기계적 수분기(pollinator)는 일정 높이에 유지됨으로써 섬유사(52)의 바닥 2인치가 화분 지지 아암(24)들에 지지되는 작물들 위를 쓸게 된다(brush). 작물이 성장함에 따라 조명기구(40)들은 포스트(16) 상에서 더 높이 상승된다. 각 조명기구(40) 상 또는 이에 연결된 초음파 진동기 역시 기계적 수분기(50)의 수분 활동을 강화하도록 더 구비될 수 있다. 각 조명기구(40)의 프레임 부재(48) 상에는 CO2-강화(enriched) 공기를 화분 지지 아암(24) 상에 방출하는 공기 방출 노즐 아암(도시 안 됨)이 더 구비된다. 압축 공기는 수직 포스트(16)를 따라 위로 연장되는 배관 및 힌지 부재(42)를 통해 공급되어 화분 지지 아암(24) 내의 작물들 상에 CO2-강화 공기를 방출한다.The central
도 6에서, 물과 양분(food)은 공급 배관(72)에 연결되어 급수되는 액적 방출기(drip emitter; 36)에 의해 화분 받침(36) 내의 작물들에 제공된다. 온실, 수경재배, 및 다른 원예 용도에 사용되는 일반적 방식의 액적 방출기(70)가 저속 액적 급수(slow drip feed)를 제공한다. 액체 공급 배관(72)은 액적 방출기(70)를 통해 각 층(level)의 화분 받침(36)들에 양액(liquid nutrient solution)을 공급한다.In FIG. 6, water and food are provided to the crops in the
도 6에서, 구동 시스템(60)은 전기 모터(62)와, 중앙 배수관(22)에 부착된 스프라켓(sprocket; 68)을 구동시키는 체인(66)을, 구동시키는 스프라켓(64)을 갖는다. 이에 따라 구동 시스템(60)은 작동시 중앙 배수관(22)과 이에 부착된 화분 지지 아암(24)들을 낮은 회전 속도로 회전시킨다. 성장의 단계와 작물의 종류에 따라 전형적인 회전 속도는 시간당 4 회전이다. 회전은 어느 방향으로도 이뤄질 수 있다.In FIG. 6, the
다음 실시예는 도 7에 도시되어 있다. 이는 자연광 또는 별도의 광원을 사용한다(rely on). 작물의 자동화 재배 및 수확을 위한 수직 재배 탑(vertical growing tower)은 대략 80으로 지시되고 있다. 이 실시예에서는, 지지에 프레임을 사용하는 대신, 재배 탑이 중공(hollow)의 분할된(segmented) 중앙 칼럼(central column; 82)에 의해 지지된다(도 8). 칼럼(82)은 6인치 직경의 강관이 될 수 있는 중공의 중앙의 원통형 고정 관(86) 상에 안착되어 이에 지지 및 회전된다. 칼럼(82)은 중앙 (고정) 관(86) 상부의 베어링 조립체(bearing assembly) 상에서 회전된다. 도 19-22를 참조하여 더 상세히 후술될 바와 같이, 중앙 칼럼(82)은 예를 들어 복수의 볼트(83)들로 상부 칼럼 세그먼트(81)의 상변에 고정되는 그 상판(top plate; 84)으로 지지된다. 상판(84)은 또한 예를 들어 볼트(87)에 의해 상부 장착 보스(top mounting boss; 85)에도 고정되는데, 이는 베어링(91)의 내륜(inner race; 89)의 상면에 마찰로 안착된다, 베어링(91)의 외륜(93)은 하부 베어링 캡(lower bearing cap; 95)의 쇼울더(shoulder; 97) 상에 지지되는데(도 23), 이는 고정 관(86)의 상단 상에 장착된다. 이에 따라 상판(84)과 이에 부착된 칼럼(82)은 고정 관(86) 상에서 회전한다.The next embodiment is shown in FIG. 7. It uses natural light or a separate light source (rely on). Vertical growing towers for automated cultivation and harvesting of crops are indicated at approximately 80. In this embodiment, instead of using a frame for support, the cultivation tower is supported by a hollow segmented central column 82 (FIG. 8). The
베어링 조립체의 제2 실시예는 도 28에 도시되어 있다, 상판(84)은 역시 상부 장착 보스(85)에 고정되고, 이는 일체(one-piece)의 드러스트 볼베어링(thrust ball bearing)(160)의 상륜(upper race) 상에 마찰로 안착되는데, 이 드러스트 볼베어링은 높은 축방향 부하를 저속으로 지탱하는 롤러(roller) 드러스트 볼베어링이 될 수 있다. 드러스트 베어링(160)은 관 플랜지(pipe flange; 164)에 고정되는 베어링 하우징(bearing housing; 162) 내에 위치될 수 있다. 관 플랜지는 고정 관(86)의 상단의 상부 상에 위치될 수 있다. 이에 따라 상판 및 이에 부착된 칼럼(82)은 고정 관(86) 상에서 회전한다.A second embodiment of the bearing assembly is shown in Fig. 28, the
고정 관(86)의 하단은 그 자체로 지면 또는 콘크리트에 매립(set in)되거나 지지 포스트(도시 안 됨) 내에 또는 상에 장착될 수 있다. 예를 들어 지지 포스트는 지면 또는 콘크리트 내에 매립된 중실(solid)의 원통형 포스트가 될 수 있다. 고정 관(86)의 하단은 지면에 매립되거나 그 위에 자립되는(free standing) 바람직하기로 콘크리트 또는 강제의 기초(base) 상에 지지될 수도 있다.The lower end of the fixing
칼럼(82)은 롤러 체인(94)을 통해 탑 스프라켓(tower sprocket; 92)을 구동하는 모터 스프라켓(90)을 통해, 전기 모터(88)에 의해 중앙 (고정) 관(86) 상에서 회전한다. 위 제1 실시예에서 전술한 바와 같이, 구동 모터(88)는 작동시 중앙 칼럼(82) 및 작물 홈통(96)들을 낮은 회전 속도로 회전시키는데, 이 회전 속도는 시간당 4회전의 회전 속도 등 작물의 성장 단계 및 종류에 좌우될 것이다. 회전은 어느 방향으로도 이뤄질 수 있다. 중앙 칼럼이 중앙 (고정) 관(86) 상에 중심을 잡도록, 네 조정 가능한 안정화 로드(stabilizer rod; 140)들이 최하부의 칼럼 세그먼트(142) 상에 구비된다(도 24, 25). 안정화 로드들은 각각, 너트(148)에 의해 판(146)을 통해 조정됨으로써 원통형 고무 범퍼(bumper)(150)가 중앙 (고정) 관(86)의 외면에 접촉하도록 반경 방향으로 조정될 수 있는 나사붙이 볼트(144)를 갖는다.The
구동 시스템의 제2 실시예는 도 26 및 27에 도시된 직접 구동 시스템이다. 전기 모터(88)는 하부 칼럼 세그먼트(142)에 고정된 랜턴 케이지 조립체(lantern cage assembly; 154)에 맞물려(engage) 구동하는 랜턴 기어(152)를 구동한다.The second embodiment of the drive system is the direct drive system shown in Figs. 26 and 27. The
도 7, 8, 17, 및 18에서, 재배 작물들은 여러 수평 층들(levels or tiers) 내의 복수의 작물 홈통(plant trough: 96)들 내에 지지된다. 도 7-9에 도시된 예에서는, 45도 간격을 갖는 각 층 내에 8개의 작물 홈통들을 갖는 6개의 수평 층들이 존재한다. 이러한 배치에 있어, 예를 들어 탑은 직경 9 2/3 피트(3 m) 및 높이 13 1/4 피트(4 m)가 될 수 있다. 칼럼(82)의 각 층은 칼럼 세그먼트(120)들로 형성된다(도 17a, b). 홈통(96)들은 각각, 중앙 칼럼(82) 내의 구멍(aperture; 102)들에 연결된 반경방향 수집관(collection tube)(100)들에 연결되는 홈통 배수(관) 및 브래킷(98) 상에 지지된다. 원주방향(tangential) 연결 브레이스(brace)(104)(도 9)들이 각 층에서 인접 홈통(96)들을 연결하여 강성을 제공한다.In Figures 7, 8, 17, and 18, cultivated crops are supported in a plurality of
물 및 양분은 공급 배관(108)에 연결 및 이로 급수되는 액적 방출기(106)에 의해 작물 홈통(96) 내의 작물들에 제공된다. 액적 방출기(106)는 전술한 것과 유사하여 온실, 수경재배, 및 다른 원예 용도에 사용되어 낮은 속도로 액적을 공급하는 일반적 방식의 것이다. 액체 공급 배관(108)은 중앙 (고정) 관(86)의 중공의 내부에서 상방으로 연장되어 각 수평 층 상의 원형 배관(112)에 연결되는 중앙 공급 배관(도 11)에 의해 급수된다. 중간 배관(114)(도 10)들이 인접 수평 층들 상의 배관(112)들 사이에 연장된다. 배관(108)이 액적 방출기(106)를 각 층 상의 원형 배관들에 연결되어 물과 양액을 각 작물 홈통(96) 내의 작물들에 공급한다. 물과 양액은 공급 탱크(도시 안 됨)들로부터 중앙 (고정) 관(86)을 통해 중앙 액체 공급 배관(110)에 가압 상태로 공급된다.Water and nutrients are provided to the crops in the
도 7에 도시된 실시예에서, 작물 홈통(96)들로부터의 배수는 칼럼(82)의 중공의 중심을 통해 하방으로 이뤄진다. 도 18a, 18b에 도시된 바와 같이, 홈통(96)은, 이를 통해 액체가 홈통 배수(관)(122)으로 흐른 다음 수집관(100) 및 구멍(102)으로 흐르는 개구(opening; 118)를 갖는 중앙 바닥 채널(116)을 구비한다. 액체는 이어서 배수 유출구(도시 안 됨)를 통해 칼럼(82)의 내부 밑으로 지면 또는 후속 배수 시스템으로 배수된다.In the embodiment shown in FIG. 7, drainage from the
이 실시예에서는 조명기구들이 수직 탑에 연결되지 않았다, 재배 탑이 온실 또는 다른 실내 환경에서 사용되는 경우, 예를 들어 형광등 램프, 또는 각 성장 단계에서 특정한 작물에 따른 작물에 대해 조정된 조명 사이클을 제공하도록 프로그래밍된 다른 성장 촉진 조명 등의 인공 조명이 별도로 제공될 수 있다. 이와는 달리 또는 이에 추가하여 작물은 자연 일광 내에서 재배될 수도 있다.In this example, the luminaires are not connected to the vertical tower, if the cultivation tower is used in a greenhouse or other indoor environment, e.g. a fluorescent lamp, or an adjusted lighting cycle for the crop according to the specific crop at each stage of growth. Artificial lighting, such as other growth promoting lights programmed to provide, may be provided separately. Alternatively or in addition, the crop may be grown in natural sunlight.
작동에 있어서, 각 작물 홈통(96)은, 상부에서 개방되고 각각 종자, 작물 모종, 종자 발아 플러그(seeded starting plug) 또는 작물을 재배하고 재배 배지 내의 작물의 성장을 허용하는 토양 함유, 다공성(porous) 및 투수성(water-permeable) 포대(cloth bag), 또는 작물 재배 배지(growth medium) 등의 복수의 작물 재배 유닛(growing unit)들을 구비한다. 모종, 작물, 또는 발아 퍽(germination puck)은 별도의 위치에서 준비되고, 각 작물은 재배 유닛(80)에 로딩되기(loaded) 전에 제1 발아 단계를 거친다. 충분한 발아 기간 이후, 작물들이 재배 유닛(80)에 이송될 준비가 되고나면, 재배 유닛(80)의 각 층 상의 홈통(96)들 내에 작물을 투입하는 데 바퀴달린(wheeled) 시저 리프트(scissor lift)가 사용될 수 있다. 컨베이어의 일단이 시저 리프트에 연결되고 작물들이 컨베이어의 타단에 로딩될 수 있다. 시저 리프트가 복수의 재배 유닛(80)들을 서비스할 수 있도록 시저 리프트는 동력화될 수 있다. 작물들은 수확할 준비가 될 때까지 각 재배 유닛(80) 내에 잔류한다. 작물이 충분히 성숙되고 나면, 각 층에서 수동으로 시저 리프트에 수확되어 컨베이어 상에 로딩될 수 있다. 바람직하기로 작물들이 수확됨과 동시에 새로운 모종들이 각 수확된 작물을 대체한다. 작물들은 또한 컨베이어에 위치되기 전에 시저 리프트 상에서 수확될 때 포장된 다음 저온 창고(cold storage)에 저장될 수 있다.In operation, each
재배 시설은 자연광에 개방되거나 및/또는 자연 및 인공 조명 모두를 사용하여 작동될 수 있다. (재배시설은) 다수의 재배 유닛(80)을 수용할 수 있으며, 발아 지역, 포장 지역, 저온 창고, 세척 지역, 파종(seeding) 지역, 및 공급 탱크 저장 지역 역시 포함할 수 있다.The cultivation facility may be open to natural light and/or operated using both natural and artificial lighting. (The cultivation facility) may accommodate a plurality of
구현예 - 딸기Embodiment-Strawberry
딸기의 생산에 (본 발명) 실시예를 적용한 구현예는 이하에 설명한다. 양액 혼합물의 예는 다음과 같다:An embodiment in which the (invention) example is applied to the production of strawberries will be described below. Examples of nutrient mixtures are as follows:
i) 박테리아 퇴비 또는 지렁이 퇴비(vermicompost) 1.6 파운드(700g)i) 1.6 pounds (700 g) bacterial compost or vermicompost
액상 블랙 스트랩(black strap) 당밀 3-4 티스푼(45-60ml) 3-4 teaspoons (45-60 ml) liquid black strap molasses
건조 용해성 다시마(kelp) 4 티스푼(23g) 또는 액상 다시마 2 테이블스푼 4 teaspoons (23 g) dry soluble kelp or 2 tablespoons liquid kelp
어류 유제(fish emulsion) 3-4 티스푼(15-20ml)을 3-4 teaspoons (15-20 ml) of fish emulsion
20L의 여과수마다 첨가하여 혼합한 박테리아 퇴비차(Bacterial Compost Tea) Bacterial Compost Tea added and mixed with every 20L of filtered water
ii) 비료/양액으로, 캐나다 BC주 Mission의 Technaflora Plant Products가 제조한 PURA VIDATM GROW가 사용된다. EDTA Iron이 최종 용액에 20 ppm으로 첨가된다. 새로운 배치(batch) 혼합물마다 50 갤런의 양액(feed solution) 당 1 갤런의 퇴비차가 첨가된다. ii) As fertilizer/nutrient solution, PURA VIDA TM GROW manufactured by Technaflora Plant Products of Mission, BC, Canada is used. EDTA Iron is added at 20 ppm to the final solution. One gallon of compost tea is added per 50 gallons of feed solution for each new batch mixture.
발아 단계에서, 발아 플러그인 JiffyTM 토탄 퍽(peat puck)(바람직하기로 항목 번호 70000591)을 포함할 수 있는 재배 배지에 딸기 씨가 식재된다. 약 1주 후, 작물들에 전체 농도(full strength)의 퇴비차를 5.8 pH로 살포한다. 2주차 동안, 배지는 하루 한 번 5.8pH인 400 ppm의 양액으로 적셔진다. 약 15일 후, 모종들이 75% BotanicareTM Cocogro® Coir Fiber 배지 및 25% 펄라이트(perlite)로 충전된 성형 플라스틱 화분(85)들에 이식된다. Botanicare ZHOTM Root Inoculant가 레이블의 지시(label direction)들에 따라 첨가되고 파종 과정에 사용된 것과 동일한 퇴비차 혼합물에 포화된 1 갤런의 배지 당 1 테이블스푼(tbsp)의 돌로마이트 라임(dolomite lime) 역시 첨가된다. 이어서 화분들은 재배 유닛(80)의 각 층 상의 홈통(96) 내에 위치된다. 이상적으로, 온도는 62도 F로 유지되고, 습도는 68%로 유지되며, 외부 인공 조명이 사용되는 경우 조명 사이클은 18 시간 On, 6시간 Off로 유지된다. 유닛의 회전은 시간당 약 4 회전이 될 수 있다. 15-30 일차 동안, 액적 방출기가 5.8 pH 및 540 ppm의 양액으로 하루 한 번 작동된다. 약 30일 후, 배지가 1 EC(전기전도도; electrical conductivity)에서 포화되고, 작물에 전체 농도의 위와 같이 조성된 퇴비차 용액이 5.8 pH로 살포된다, 30-45일차부터, 방출기가 5.8 pH 및 640 ppm의 양액으로 하루 두 번 작동된다. 45일차에 작물들이 수확된다. In the germination stage, strawberry seeds are planted in a cultivation medium which may contain a germination plug-in Jiffy™ peat puck (preferably item number 70000591). After about a week, the crops are sprayed with full strength compost tea at a pH of 5.8. During the second week, the medium is soaked with 400 ppm nutrient solution at 5.8 pH once a day. After about 15 days, seedlings are transplanted into molded plastic pots 85 filled with 75% Botanicare™ Cocogro® Coir Fiber medium and 25% perlite. Botanicare ZHO TM Root Inoculant was added according to the label directions and 1 tablespoon of dolomite lime per gallon of medium saturated in the same compost tea mixture as used in the sowing process Is added. Subsequently, the pots are located in the
이와 같이 개시된 시스템을 사용하면, 자동화되고 제어된 작물의 연속적인 생산이 이뤄질 수 있다. 작물의 다른 성장 단계들과 또한 다른 작물들에 대해 다른 외부 조명, 온도, 습도, 및 양액이 프로그래밍될 수 있다. 이는 컴퓨터에 의해 원격으로 이뤄질 수 있다. 작물의 생산에 요구되는 토지 공간이 현저히 감소되며 이는 재배 유닛(80)의 높이를 증가시킴으로써 더욱 감소될 수 있다. 다른 단계들에서 작물을 이송시키는 데 로봇을 사용하여 전체 과정이 자동화될 수 있다.Using the system disclosed in this way, automated and controlled continuous production of crops can be achieved. Different external lighting, temperature, humidity, and nutrient solutions can be programmed for different growth stages of the crop and also for different crops. This can be done remotely by a computer. The land space required for the production of crops is significantly reduced, which can be further reduced by increasing the height of the
이러한 시스템은 딸기 생산에 잘 맞지만, 상추, 시금치, 포도 묘목 및 토마토 모종 등 많은 다른 종류의 작물들도 이러한 시스템 및 방법들을 사용하여 효율적으로 생산될 수 있다.While these systems are well suited for strawberry production, many other types of crops, such as lettuce, spinach, grape seedlings and tomato seedlings, can also be efficiently produced using these systems and methods.
이상에서 여러 가지 국면들과 실시예들이 논의되었지만, 당업계에 통상의 기술을 가진 자라면 어떤 변형, 치환, 추가, 및 그 부분조합들을 인식할 것이다. 이에 따라 본 발명은 그 진정한 개념 및 범위 내에 있는 바와 같이 이런 모든 변형, 치환, 추가, 및 그 부분조합들을 포함하는 것으로 해석될 것을 의도한 것이다.Various aspects and embodiments have been discussed above, but those of ordinary skill in the art will recognize any modifications, substitutions, additions, and subcombinations thereof. Accordingly, it is intended that the present invention be construed as including all such modifications, substitutions, additions, and subcombinations thereof as are within its true concept and scope.
Claims (16)
a) 중심 수직축을 갖는 수직으로 연장되는 중앙 지지 부재와;
b) 상기 중앙 지지 부재 상에 장착되며 상기 지지 부재의 상기 중심 축 둘레로 회전 가능한 중공 칼럼과;
c) 수직으로 이격되고, 상기 중공 칼럼으로부터 반경방향으로 연장되는 복수의 작물 지지 아암들의 대략 수평의 어레이들로, 상기 각 작물 지지 아암이 작물 재배 배지 내의 작물 종자, 작물 모종, 종자 발아 부재 또는 재배 작물을 수용하도록 상방으로 개방된 홈통 부재를 구비하는 상기 작물 지지 아암들의 상기 어레이들과;
d) 상기 각 홈통 부재들과 연통되며 액체 공급 배관으로 급수되어 상기 각 홈통 부재에 물과 양액을 제공하는 복수의 급수관들과; 및
e) 상기 중공 칼럼을 상기 지지 부재의 상기 중심축 둘레로 회전시킴으로써 상기 작물 지지 아암들을 상기 지지 부재의 상기 중심축 둘레로 회전시키는 모터를 구비하고;
상기 홈통 부재의 내부가 상기 중공 칼럼과 연통됨으로써 상기 각 홈통 부재로부터의 액체가 상기 각 홈통 부재를 지지하는 관련 작물 지지 아암들을 통해 상기 중공 칼럼으로 흐르는 자동화 재배 장치.With a continuous automated cultivation device for crops:
a) a vertically extending central support member having a central vertical axis;
b) a hollow column mounted on the central support member and rotatable around the central axis of the support member;
c) Vertically spaced, approximately horizontal arrays of a plurality of crop support arms extending radially from the hollow column, each of which is a crop seed, crop seedling, seed germination or cultivation in the crop cultivation medium. Said arrays of said crop support arms having an upwardly open trough member to receive a crop;
d) a plurality of water supply pipes communicating with each of the trough members and supplying water and nutrient solution to each of the trough members by supplying water to the liquid supply pipe; And
e) a motor for rotating the crop support arms around the central axis of the support member by rotating the hollow column around the central axis of the support member;
An automated cultivation apparatus wherein the inside of the trough member communicates with the hollow column so that the liquid from each trough member flows into the hollow column through associated crop support arms supporting the respective trough members.
상기 수직으로 연장되는 지지 부재가 중공의 관을 구비하는 자동화 재배 장치.The method of claim 1,
Automated cultivation apparatus wherein the vertically extending support member has a hollow tube.
상기 중공 칼럼이 스프라켓을 구비하고 상기 모터가 체인을 통해 상기 스프라켓을 구동함으로써 상기 중공 칼럼을 회전시키는 자동화 재배 장치.The method of claim 1,
An automated cultivation apparatus in which the hollow column has a sprocket and the motor drives the sprocket through a chain to rotate the hollow column.
상기 중공 칼럼이 상기 중앙 지지 부재 상 또는 그 근처에 장착된 베어링 조립체 상에서 회전되는 자동화 재배 장치.The method of claim 1,
An automated cultivation apparatus in which the hollow column is rotated on a bearing assembly mounted on or near the central support member.
상기 중공 칼럼이 그 상단에 상기 베어링 조립체에 접촉하는 상판을 구비함으로써 상기 중앙 지지 부재의 상기 중공 칼럼의 상기 중심 수직축 둘레의 회전이 허용되는 자동화 재배 장치.The method of claim 4,
An automated cultivation apparatus in which the hollow column has a top plate contacting the bearing assembly at its upper end, thereby allowing rotation of the central support member around the central vertical axis of the hollow column.
상기 중앙 지지 부재의 하단이 기저면 내에 매립되거나 그 위에 자립되는 지지 기초 또는 포스트 상에 고정되는 자동화 재배 장치.The method of claim 1,
Automated cultivation apparatus in which the lower end of the central support member is embedded in the base surface or fixed on a support base or post that is self-standing thereon.
상기 중앙 지지 부재의 하단이, 상기 하단이 기저면 또는 상기 기저면에 설치된 콘크리트에 매립됨으로써 상기 기저면 상 또는 내에 고정 지지되는 자동화 재배 장치.The method of claim 1,
Automated cultivation apparatus wherein the lower end of the central support member is fixedly supported on or within the base surface by being embedded in the base surface or concrete installed on the base surface.
상기 중공 칼럼이 상기 중앙 지지 부재에 대해 고정된 모터에 의해 상기 중앙 지지 부재에 대해 회전 운동하고, 상기 모터는 상기 중공 칼럼 상에 장착된 기어와 맞물리는 구동 연결을 갖는 자동화 재배 장치.The method of claim 1,
An automated cultivation apparatus having a drive connection in which the hollow column rotates with respect to the central support member by a motor fixed to the central support member, and the motor engages with a gear mounted on the hollow column.
상기 중공 칼럼이, 각각 반경 방향 내측에 위치하여 상기 중앙 부재의 반경방향 외측 면과 맞물림으로써 상기 중공 칼럼의 상기 하단이 상기 중앙 지지 부재 상에 중심을 잡도록 조정되는 복수의 조정 가능한 반경방향 로드들을 구비하는 자동화 재배 장치.The method of claim 1,
The hollow column is provided with a plurality of adjustable radial rods, each of which is located radially inward and engaged with the radially outer surface of the central member so that the lower end of the hollow column is centered on the central support member Automated cultivation device.
상기 각 홈통 부재에 연통되는 상기 복수의 급수관들에 급수하는 상기 액체 공급 배관이, 상기 중앙 지지 부재 내에 위로 연장되어 상기 수직으로 이격된 작물 지지 아암들의 대략 수평 어레이들의 각각 상의 급수관에 연통되는 중앙 공급 배관을 구비하는 자동화 재배 장치.The method of claim 1,
The liquid supply pipe for supplying water to the plurality of water supply pipes in communication with each of the trough members extends upward in the central support member and communicates with the water supply pipes on each of approximately horizontal arrays of vertically spaced crop support arms Automated cultivation device with piping.
상기 각 홈통 부재와 연통되는 상기 복수의 급수관들이 각각 제어된 양의 물과 양액을 상기 각 홈통 부재에 이송하는 액적 방출기를 구비하는 자동화 재배 장치.The method of claim 10,
Automated cultivation apparatus comprising a droplet ejector for transferring a controlled amount of water and nutrient solution to each of the plurality of water supply pipes in communication with each of the gutter members.
상기 복수의 홈통 부재들의 각각의 반경방향 외측 단부가 상기 복수의 홈통 부재들의 각각의 반경방향 내측 단부보다 수직으로 더 높음으로써 액체가 중력에 의해 상기 홈통 부재를 따라 반경방향 내측으로 상기 중공 칼럼 내부로 배수되는 자동화 재배 장치.The method of claim 10,
Each radially outer end of the plurality of gutter members is vertically higher than each of the plurality of gutter members in a radial direction, so that the liquid is radially inwardly along the gutter member into the hollow column by gravity. Automated cultivation device drained.
상기 중앙 지지 부재가 원통형 관인 자동화 재배 장치.The method of claim 1,
Automated cultivation apparatus in which the central support member is a cylindrical tube.
상기 중공 칼럼이 복수의 수직 세그먼트들로 구성되는 자동화 재배 장치.The method of claim 1,
Automated cultivation apparatus in which the hollow column is composed of a plurality of vertical segments.
상기 각 수직으로 이격된, 작물 지지 아암들의 대략 수평의 어레이들이 대략 동일 면내인 자동화 재배 장치.The method of claim 1,
The automated cultivation apparatus wherein each of the vertically spaced approximately horizontal arrays of crop support arms are approximately in the same plane.
a) 수직으로 이격되고, 상기 중공 칼럼으로부터 반경방향으로 연장되는 복수의 작물 지지 아암들의 대략 수평의 어레이들로, 상기 각 작물 지지 아암이 토양 배지 내에 작물 모종을 수용할 수 있는 크기로 구성되고 각각 양액과 물의 공급원을 갖는 홈통 부재를 포함하는 상기 작물 지지 아암들의 상기 어레이들을 구비하는 제1항의 자동화 재배 장치를 제공하는 단계와;
b) 상기 장치를 자연 또는 인공 조명의 외부 광원 부근에 위치시키는 단계와;
c) 복수의 작물 모종들을 상기 복수의 홈통 부재들 내에 위치시키는 단계와;
d) 상기 중공 칼럼을 고정된 중앙 지지 부재 상에서 회전시킴으로써 상기 작물 지지 아암들을 회전시키는 단계와;
e) 상기 작물 모종의 성숙도에 따라 상기 중공 칼럼의 회전 속도와 상기 장치의 상기 자연 또는 인공 조명의 외부 광원에 대한 노출의 지속시간을 조정하는 단계와;
f) 상기 각 홈통 부재에 물과 양액을 주기적으로 공급하는 단계와;
g) 상기 작물 모종이 시간이 지나 성장함에 따라 급수의 빈도를 증가시키는 단계와;
h) 작물 모종이 수확할 준비가 된 성숙한 작물이 되고 나면, 상기 성숙된 작물을 수확 및/또는 제거하는 단계를
구비하는 자동화 재배 방법.The method of continuous automated cultivation of crops:
a) vertically spaced, approximately horizontal arrays of a plurality of crop support arms extending radially from the hollow column, each of the crop support arms being sized to accommodate crop seedlings in the soil medium and each Providing the automated cultivation apparatus of claim 1 comprising the arrays of said crop support arms comprising a trough member having a source of nutrient solution and water;
b) placing the device near an external light source of natural or artificial lighting;
c) positioning a plurality of crop seedlings within the plurality of trough members;
d) rotating the crop support arms by rotating the hollow column on a fixed central support member;
e) adjusting the rotational speed of the hollow column and the duration of exposure of the device to an external light source of the natural or artificial lighting according to the maturity of the crop seedling;
f) periodically supplying water and nutrient solutions to each of the trough members;
g) increasing the frequency of watering as the crop seedlings grow over time;
h) Once the crop seedling has become a mature crop ready to be harvested, the step of harvesting and/or removing the mature crop is carried out.
Equipped with automated cultivation method.
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