KR20230073802A

KR20230073802A - 식물재배장치

Info

Publication number: KR20230073802A
Application number: KR1020210160563A
Authority: KR
Inventors: 김도현; 이광용; 구현모
Original assignee: 에스케이매직 주식회사
Priority date: 2021-11-19
Filing date: 2021-11-19
Publication date: 2023-05-26

Abstract

본 발명은, 외관을 형성하는 캐비넷, 상기 캐비넷 내에 적어도 하나가 마련되되, 내부에 재배공간을 형성하는 내상, 상기 재배공간에 마련되어, 식물이 재배되는 트레이, 및 상기 재배공간 내 공기를 조화시키기 위한 공조장치가 포함된 기계실을 포함하되, 상기 공조장치는 상기 재배공간 내 공기 이외에, 상기 트레이의 식물에 제공되는 배양액의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치를 제공한다.

Description

식물재배장치 {APPARATUS FOR CULTIVATING PLANTS}

본 발명은, 식물재배장치에 관한 것으로, 구체적으로는 식물의 성장을 제어할 수 있는 환경을 조성할 수 있는 식물재배장치에 관한 것이다.

식물재배장치는 내부에 식물을 수용할 수 있는 공간인 재배실을 갖되, 재배실 내 수용된 식물의 성장을 제어할 수 있는 환경을 조성할 수 있는 장치로서, 식물의 성장에 영향을 미칠 수 있는 양분과 빛을 제공하기 위한 구성요소를 포함할 수 있다.

종래 대한민국특허공개번호 제2020-0100497호 등에서 개시하고 있는 식물재배장치는 재배공간을 가진 캐비넷과, 재배공간에 마련된 다단의 트레이와, 트레이에 재배되는 식물로 빛을 조사하는 광원모듈과, 트레이에 물을 공급하는 워터탱크와, 재배실 내 공기조화를 위한 공기조화모듈 등을 포함하여, 재배실 내 식물의 성장을 제어하고 있다.

식물재배장치는 식물의 생장을 위해 요구되는 성장환경을 구현하여야 하며, 재배공간 내 식물의 생장을 위한 적절한 온도를 유지하기 위해, 상기 재배공간에 외기나 공기조화장치에 의해 냉각된 공기를 도입케하는 기술 등이 개시되고 있다.

이러한 경우라도, 식물의 생장을 위해 식물의 뿌리에 제공되는 물이나 배양액 등의 온도가 적절하지 않은 경우에는 식물의 생장 장애를 일으킬 수 있는 문제가 있으며, 이러한 문제를 해소하기 위한 필요기술이 요구되는 실정에 있다.

KR

10-2020-0100497

A1

본 발명은, 재배공간 내 식물의 생장을 위해 식물의 뿌리에 제공되는 물이나 배양액의 온도를 조절할 수 있는 식물재배장치를 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 외관을 형성하는 캐비넷, 상기 캐비넷 내에 적어도 하나가 마련되되, 내부에 재배공간을 형성하는 내상, 상기 재배공간에 마련되어, 식물이 재배되는 트레이, 및 상기 재배공간 내 공기를 조화시키기 위한 공조장치가 포함된 기계실을 포함하되, 상기 공조장치는 상기 재배공간 내 공기 이외에, 상기 트레이의 식물에 제공되는 배양액의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치를 제공한다.

일 실시예에 따라, 상기 트레이에 제공되는 배양액을 저장하는 배양액탱크를 더 포함하되, 상기 공조장치는 상기 배양액탱크 내 배양액의 온도를 조절할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 공조장치는, 냉매가 순환하는 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 냉동사이클을 포함하되, 상기 증발기는, 상기 재배공간 내 공기를 냉각시키기 위한 제1 증발기와, 상기 배양액탱크 내 배양액을 냉각시키기 위한 제2 증발기를 포함하되, 상기 제1 및 제2 증발기는 병렬로 연결될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 냉동사이클은, 상기 압축기에서 고온고압으로 토출되어 상기 응축기 및 상기 팽창밸브를 통과한 냉매를 상기 제1 및 제2 증발기 중 적어도 하나로 유도하기 위한 삼방밸브를 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 재배공간 내 공기를 냉각시키고자 할 때 냉매를 상기 제1 증발기로 유도하도록 상기 삼방밸브의 동작을 제어하고, 상기 배양액탱크 내 배양액을 냉각시키고자 할 때 냉매를 상기 제2 증발기로 유도하도록 상기 삼방밸브의 동작을 제어하는 제어모듈을 더 포함할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 제어모듈은, 상기 재배공간 내 공기와 상기 배양액탱크 내 배양액을 모두 냉각시키고자 할 때에는, 상기 배양액탱크 내 배양액을 먼저 냉각시키도록 상기 삼방밸브의 동작을 제어하고, 그 이후 상기 재배공간 내 공기를 냉각시키기 위한 상방밸브의 동작을 제어할 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 재배공간 내 공기를 제공하기 위한 기류를 형성하는 순환팬을 더 포함하되, 상기 제어모듈이 먼저 상기 배양액탱크 내 배양액을 냉각시키는 도중, 상기 순환팬을 작동하여 상기 재배공간 내 공기유동을 일으킬 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 내상은, 상기 순환팬에 의해 공기가 유입되는 유입구가 하측에 마련될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 배양액탱크 내 마련되어, 내부의 상기 배양액을 혼합하기 위한 교반장치를 더 포함하되, 상기 제어모듈은, 상기 배양액탱크 내 배양액을 냉각시키기 위해 상기 삼방밸브의 동작을 제어할 때, 상기 교반장치를 작동시킬 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 제2 증발기는, 상기 배양액탱크의 외주면 또는 내주면 중 적어도 일부를 감싸도록 마련될 수 있다.

일 실시예에 따라, 상기 제2 증발기는, 상기 배양액탱크의 저면에 마련될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 재배공간 내 온도 이외에, 재배공간 내 식물의 뿌리에 제공되는 물이나 배양액의 온도를 조절할 수 있다.

이때, 재배공간 내 식물이 재배되는 트레이에 담수되는 물이나 배양액의 온도를 조절하기 위한 별도의 냉각장치 등을 이용하지 않고, 재배공간 내 온도를 조절하기 위한 공조장치 또는 냉동사이클을 이용하여, 식물에 제공되는 물이나 배양액의 온도를 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배시스템을 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐의 외관을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치의 케이스가 개방된 상태를 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 4의 식물재배장치의 배면을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4의 식물재배장치의 정면을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치의 복수의 내상을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 내상을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 재배공간의 배양액순환과 공기순환의 계통도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉동사이클의 구성도이다.
도 11은 도 10에서 도시한 냉동사이클의 냉매유로를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배양액탱크에 마련된 제2 증발기를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 재배공간 내 공급되는 공기와 배양액을 모두 냉각시키는 제어방법의 단계별 흐름도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 이하의 설명에서 사용되는 구성 요소에 대한 접미사 "유닛" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 실시 예를 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 본 명세서에 개시된 기술적 사상이 제한되지 않으며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 명세서에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

식물재배시스템

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배시스템을 나타낸 개념도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배시스템(1000)은 식물재배장치(100), 캡슐(200), 사용자단말기(300) 및 서버(400)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배시스템(1000)에서는 사물인터넷기술(Internet of Things, IoT)이 적용되어, 식물재배장치(100)는 캡슐(200)을 센싱하여 획득한 제어데이터를 근거로 식물의 재배환경을 자동으로 제어할 수 있다.

또한, 사용자는 사용자단말기(300)를 통해, 식물의 재배과정을 실시간으로 모니터링할 수 있으며, 이와 동시에 재배기록이 데이터베이스화되어 사용자단말기(300)에 저장될 수 있다. 사용자는 사용자단말기(300)를 통해 식물재배장치(100)를 원격으로 제어하여, 식물의 재배 환경을 커스터마이징(customizing)할 수도 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 캡슐의 외관을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치의 케이스가 개방된 상태를 나타낸 사시도이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 캡슐(200)은 씨드(seed)(150)가 패키징(packaging)된 용기일 수 있다. 여기서, 씨드(250)는 씨, 씨앗, 종자 등을 가리킬 뿐만 아니라, 씨드가 발아한 모종(nursery plants)을 포함하는 개념일 수 있다. 씨드의 품종에 따라 캡슐(200)의 모양이나 색상 등과 같은 외관은 다를 수 있다. 사용자는 시장(market place)에서 자신의 기호에 맞게 캡슐(200)의 품종을 취사선택하여 구매할 수 있다.

도 4에 도시한 바와 같이, 캡슐(200)은 식물재배장치(100)의 트레이(120)에 안착될 수 있고, 트레이(120)에 안착된 캡슐(200)의 씨드는 식물재배장치(100)의 재배공간(S)에서 배양되어 성장할 수 있다.

캡슐(200)의 품종은 식물재배장치(100)의 센서모듈(170)에 의해 감지될 수 있다(도 7 등 참조). 센서모듈(170)이 캡슐(200)에 대한 안착 여부, 품종, 제어데이터 등과 같은 각종 정보를 획득하기 위해 다양한 방법에 의할 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따라, 캡슐(200)은 QR코드(Quick response code)와 같은 스마트코드(Smart code)가 마련되고, 카메라모듈을 포함한 센서모듈(170)은 캡슐(200)의 QR코드를 촬영하고, 촬영한 이미지를 분석 및 처리함으로써, 트레이(120)의 복수의 스팟에 임의로 배치된 캡슐(200)을 식별하여 캡슐(200)의 개수, 식별된 각 캡슐(200)의 품종, 각 캡슐(200)의 배치위치, 배치시기 등에 대한 각종 정보를 획득할 수 있다.

본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라 센서모듈(170)은 RFID(Radio frequency identification) 등과 같은 NFC(Near field communication, 근거리 무선 통신) 방식이나 원거리 무선 통신 방식 등을 이용하여 캡슐(200)로부터 각종 정보를 획득할 수 있다. 이 이외에, 광학식 인식 방식 또는 전자기적 인식 방식이나 특징점을 이용한 정보 획득 방식 등 다양한 방식을 이용할 수 있음은 물론이다.

전술한 바와 같이, 캡슐(200)에 대한 품종은 센서모듈(170)에 의해 식별될 수 있고, 이에 따라 제어모듈은 센서모듈(170)에 의해 식별된 캡슐(200)의 종류와 배치 등에 따라 식물재배장치(100)를 제어하기 위한 제어데이터를 생성할 수 있다.

한편, 캡슐(200)은 캡슐프레임(210), 캡슐커버(220) 및 씨드(250)를 포함할 수 있다(도 2 참조).

캡슐프레임(210)은 캡슐(200)의 골격을 이루어 내부에 씨드수용부(240)를 수용하기 위한 부재일 수 있다. 이때, 캡슐프레임(210)의 재질은 합성수지 등일 수 있으며, 플라스틱 사출성형 등으로 제작될 수 있다.

캡슐프레임(210)의 상면과 하면은 개방될 수 있고, 측면에도 적어도 일부분에 개방된 부분이 형성될 수 있다. 캡슐프레임(210)의 상면의 개방 부분을 통해 성숙한 식물이 외부로 노출될 수 있으며, 캡슐프레임(210)의 하면의 개방 부분과 측면의 복수의 개방 부분을 통해 씨드수용부(240)에 식물의 생장에 필요한 공기와 배양액 등이 공급될 수 있다.

캡슐프레임(210)의 상면에는 개방된 부분을 덮어 캡슐프레임(210) 내부의 씨드(250)를 보존하기 위한 캡슐커버(220)가 마련될 수 있다. 이에 따라 캡슐커버(220)의 개봉시 캡슐프레임(210)의 상면 개방부분은 외부로 노출됨으로써 씨드(250)의 생장을 위한 공간이 확보될 수 있다. 또한, 캡슐커버(220)에 마련된 인식부(230)는 캡슐(200)에 대한 각종 정보를 제공할 수 있다.

캡슐커버(220)는 캡 형태로 적어도 일부가 개폐 가능하게 마련될 수 있으며, 이를 위해 상기 캡슐커버(220)는 잔존부(221)와 제거부(222)를 포함할 수 있다. 여기서 잔존부(221)는 캡슐커버(220)가 개봉될 때 잔존하는 부분일 수 있고, 제거부(222)는 캡슐커버(220)가 개봉될 때 제거되는 부분일 수 있다.

제거부(222)는 대략 캡슐프레임(210)의 상면의 개방 부분을 덮도록 형성될 수 있으며, 캡슐커버(220)의 개봉을 위해 제거부(222)와 잔존부(221)의 사이에는 개봉을 용이하게 하기 위해 절취선 중 일부가 분리 또는 절취된 이지컷(Easy-cut)이 형성될 수 있다.

인식부(230)는 식물재배장치(100)의 센서모듈(170)에 의해 인식되는 부분으로서, 인식부(230)는 인식 방식에 따라 다양한 형태를 가질 수 있고, 일 예로 QR코드(Quick response code), RFID 칩, 자성체 및 특징점 등일 수 있다.

인식부(230)가 QR코드(Quick response code)와 같은 스마트 코드 형태로 마련된 경우, 캡슐커버(220)의 잔존부(221)에 배치 및/또는 일체로 형성될 수 있으나 인식부(230)의 위치가 이에 한정되는 것은 아니다.

씨드수용부(240)는 자연 상태에서의 토양과 같이, 씨드(250)를 수용하는 부분으로서, 씨드수용부(240)는 공기가 통과할 수 있는 통기성과, 수분을 흡수하여 머금을 수 있는 성질을 갖는 것이 바람직하며, 일 예로, 씨드수용부(240)의 재질은 다공성의 스펀지 재질일 수 있으나, 이에 한하는 것은 아니다.

또한, 하나의 캡슐(200)에 단일 품종의 씨드(250)가 존재하는 것이 바람직하나, 이에 한하지 않고, 하나의 캡슐(200)에 다품종의 복수의 씨드(250)가 존재할 수도 있다.

식물재배장치

한편, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치의 외관을 나타낸 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치의 케이스가 개방된 상태를 나타낸 사시도이며, 도 5는 도 4의 식물재배장치의 배면을 나타낸 도면이고, 도 6은 도 4의 식물재배장치의 정면을 나타낸 도면이다.

도 3 내지 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치(100)는 캐비넷(110), 트레이(120), 광원모듈(160), 공조장치(151~153) 및 제어모듈(미도시)을 포함할 수 있다.

캐비넷(110)은 식물재배장치(100)의 외관을 형성하되, 캐비넷(110)은 내부에 재배공간(S)을 형성하는 적어도 하나의 내상(130)과, 그 하부에 위치하는 기계실(M)을 포함할 수 있다.

캐비넷(110)은 전방에 개폐가능한 도어(111)가 마련될 수 있다.

도어(111)의 개방시 재배공간(S)은 외부로 노출될 수 있으며, 사용자는 필요에 따라, 도어(111)를 개방하여 트레이(120)에 캡슐(200)을 안착시키거나, 트레이(120)에 성숙된 식물을 수확할 수 있다.

반대로, 도어(111)의 폐쇄시 재배공간(S)은 외부와 차단될 수 있으며, 사용자는 필요에 따라, 도어(111)를 폐쇄하여 재배공간(S)을 외부로부터 격리시킴으로써 외부와 독립된 재배 환경을 마련할 수 있다.

도어(111)에는 적어도 하나의 윈도우(1111)가 마련될 수 있으며, 사용자는 윈도우(1111)를 통해 캐비넷(110) 내부의 재배공간(S)을 육안으로 확인할 수 있다. 따라서 윈도우(1111)는 재배공간(S)를 향하여 위치할 수 있다.

재배공간(S) 내 조도는 광원모듈(160)에 의해 식물의 재배 환경에 맞추어 밝게 설정될 수 있고, 이에 따른 사용자의 눈부심이나 안구의 손상을 방지하기 위해, 윈도우(1111)에는 재배공간(S) 내 빛을 차단하거나 흡수하기 위한 수단이 마련될 수 있다. 일 예로 윈도우(1111) 중 적어도 일부에는 광흡수 및/또는 광반사를 위한 물질이 코팅될 수 있다.

또한, 도어(111)에는 사용자입력을 받거나 각종 정보를 화면으로 출력하기 위한 전자패널(112)이 마련될 수 있고, 사용자는 전자패널(112)을 통해 식물재배환경 등과 관련된 정보를 육안으로 확인하거나, 사용자는 전자패널(112)을 통한 터치입력이나 누름입력 등으로 식물재배환경을 제어할 수 있다.

또한, 도어(111)에는 재배공간(S)과 외기를 교환하기 위한 제1 채널(C1) 및/또는 제2 채널(C2)이 형성될 수 있다. 제1 채널(C1)을 통해 외기는 재배공간(S)으로 유입될 수 있고, 반대로 제2 채널(C2)을 통해 재배공간(S)의 공기는 외부로 배출될 수 있다.

또한, 도어(111)의 내측면에는 가위나 트레이 따위와 같은 수확 도구를 거치할 수 있는 공간을 가져, 사용자는 거치된 도구를 이용하여 편리하게 성숙된 식물을 수확하고 수확된 식물을 운반할 수 있다.

한편, 도 4에서 나타내는 바와 같이, 캐비넷(110) 내에는 재배공간(S)을 형성하는 내상(130)이 복수 개 마련될 수 있으며, 내상(130)에 의해 재배공간(S)은 독립적으로 구분될 수 있다(도면부호 Sa~Sc). 즉, 내상(130)과 재배공간(S)은 일대일로 대응되어, 1개의 내상(130)에는 1개의 재배공간(S)이 마련될 수 있으며, 본 명세서에서 사용하는 용어 중 재배공간(S)은 내상(130)을 가리킬 수 있다.

이때, 캐비넷(110) 내 복수의 내상(130)은 상하로 적층되어 마련될 수 있으나, 이에 한하는 것은 아니며, 다양한 형태로 배치 마련될 수 있음은 물론이다.

복수의 재배공간(Sa~Sc)은 각 재배공간(Sa~Sc)마다 트레이(120a~120c), 광원모듈(160a~160c) 및 센서모듈(170a~170c) 중 적어도 하나가 마련될 수 있다. 재배공간(Sa~Sc)의 하부에는 트레이(120)가 마련될 수 있고, 재배공간(Sa~Sc)의 천정에는 광원모듈(160) 및 센서모듈(170)이 배치될 수 있다.

캐비넷(110)은 캐비넷(110)의 골격을 형성하는 캐비넷프레임(101, 102)을 포함할 수 있다. 캐비넷프레임(101, 102)은 수직방향으로 마련된 복수의 수직프레임(101)과 수평방향으로 마련된 복수의 수평프레임(102)의 조합으로 이루어질 수 있다(도 4 및 7 등 참조).

즉, 복수의 수직프레임(101)과 복수의 수평프레임(102)은 격자로 연결되어 대략 수직방향으로 길이가 긴 직육면체 형태를 가질 수 있으며, 이때 도어(111)가 마련되는 전방에 마련되는 복수의 수평프레임(102) 중 적어도 일부는 생략되어 개방될 수 있다.

캐비넷프레임(101, 102)에는 적어도 하나의 내상(130)이 결합될 수 있으며, 이에 따라 내상(130)은 캐비넷(110) 내에 고정 지지될 수 있다. 구체적으로, 캐비넷(110)의 좌우측에 마련되는 수평프레임(102) 중 적어도 일부에는 복수의 내상(130)이 서로 높이를 달리하여 결합됨으로써, 복수의 내상(130)은 캐비넷프레임(101, 102)에 고정 지지될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 내상을 나타낸 도면이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 전술한 바와 같이, 내상(130)의 천정에는 광원모듈(160)과 센서모듈(170)이 마련될 수 있고, 내상(130)의 하부에는 트레이(120)가 마련될 수 있으며, 이때 트레이(120)는 전후방으로 슬라이드 이동할 수 있도록 내상(130)의 좌우측 내벽에는 한 쌍의 레일이 마련될 수 있다.

트레이(120)는 내상(130)에 마련된 한 쌍의 레일을 따라 전후방으로 이동하여, 내상(130) 내부로 인입되거나 내상(130)으로부터 외부로 인출될 수 있다.

트레이(120)는 내상(130)의 내부로 인입하여 장착되면, 배양액탱크(191)에 연결된 배양액유로(fm1~fm3)와 연결될 수 있다(도 9 참조).

구체적으로, 트레이(120)에는 내부 수용 공간에 배양액이 공급되는 유입구가 마련될 수 있고, 배양액탱크에 저장된 배양액은 트레이(120)의 유입구를 통해 트레이(120)의 내부 수용 공간으로 유입될 수 있다. 즉, 배양액탱크(191)에 저장된 배양액은 밸브 따위에 의해 제어된 유량으로 펌프나 액추에이터 따위에 의한 동력을 제공받아 트레이(120)의 내부 수용 공간으로 제공될 수 있다.

또 다른 실시예에 따라, 트레이(120)에는 내부 수용 공간에 배양액이 공급되는 유입구 이외에 내부 수용 공간에 저장된 배양액을 배출되는 유출구가 마련될 수도 있다. 이에 따라, 트레이(120)에 마련된 유입구 및 유출구를 통해 트레이(120)의 내부 수용 공간의 배양액은 배양액탱크(191)와 순환할 수 있다. 즉, 배양액탱크(191)에 저장된 배양액은 밸브 따위에 의해 제어된 유량으로 펌프나 액추에이터 따위에 의한 동력을 제공받아 트레이(120)의 내부 수용 공간을 경유하여 순환할 수 있다.

결국, 트레이(120)의 상측면은 재배공간(S)과 접하여 복수의 캡슐(200)이 안착될 수 있는 복수의 스팟이 마련될 수 있고, 스팟에 안착된 캡슐(200) 내 식물은 트레이(120)의 내부 수용 공간에 저장된 배양액에 의해 성장할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈은 배양액의 공급량 또는 순환량을 제어하되, 이때 트레이(120)의 복수의 스팟에 마련된 캡슐(200)을 센싱하여 제어데이터를 획득할 수 있고, 캡슐(200)의 개수, 품종, 배치 위치 및 배치 시기 중 적어도 하나에 따라, 배양액의 공급량 또는 순환량 등을 제어할 수 있다.

이에 따라, 사용자는 성숙된 식물을 캡슐(200) 단위로 하나씩 채취할 수도 있고, 트레이(120)를 내상(130)로부터 분리함으로써 성숙된 식물을 모판 단위로 한 번에 획득할 수도 있다. 이때, 사용자가 식물을 모판 단위로 수확하는 경우, 트레이(120)를 식탁으로 바로 옮겨 식사를 할 수 있도록 트레이(120)는 식탁 위에 안정적(수평 유지)으로 안착할 수 있도록, 저면에 돌출 형성된 다리를 포함할 수 있다.

한편, 내상(130) 내 광원모듈(160)은 재배공간(S)에 광을 출사하여 식물재배를 위한 조명환경을 형성할 수 있다. 광원모듈(160)은 빛을 재배공간(S)에 제공함으로써 재배공간(S)의 조도 등을 결정할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치(100)는 복수의 광원모듈(160a~160c)을 포함할 수 있고, 이때 광원모듈(160)의 개수는 내상(130) 또는 재배공간(S)의 개수와 동일할 수 있다. 즉, 복수의 광원모듈(160a~160c)과 복수의 재배공간(Sa~Sc)은 일대일로 대응되어, 1개의 재배공간(S)에 1개의 광원모듈(160)이 배치될 수 있다.

광원모듈(160)로부터의 출사광은 트레이(120)의 복수의 스팟에 입사될 수 있도록, 전술한 바와 같이, 광원모듈(160)은 재배공간(S)의 천정(또는 상측 부분)에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라 광원모듈(160)은 내상(130)의 내부에 위치할 수 있으나, 반드시 이에 한하는 것은 아니며, 내상(130)의 외부에 위치할 수도 있다.

광원모듈(160)은, 복수의 램프가 실장된 적어도 하나의 기판(미도시)을 포함할 수 있다. 여기서, 기판은 인쇄 회로 기판(PCB, Printed circuit board)일 수 있고, 복수의 램프는 LED 어레이(Light Emitting Diode array)일 수 있다.

램프의 출사광은 파장 대역이 백색 파장 대역, 적색 파장 대역 및 청색 파장 대역 중 어느 하나 또는 이들의 조합일 수 있다. 바람직하게 복수의 램프는 자연광의 파장 대역을 구현하기 위해, 복수의 램프 중 백색 파장 대역의 램프가 차지하는 비율이 가장 높고, 적색 파장 대역의 램프가 차지하는 비율이 그 다음으로 높으며, 청색 파장 대역의 램프가 차지하는 비율이 가장 낮을 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈은, 트레이(120)의 복수의 스팟에 랜덤으로 배치된 캡슐(200)을 센싱하여 제어데이터를 획득할 수 있으며, 캡슐(200)의 개수, 품종, 배치 위치 및 배치 시기 중 적어도 하나에 따라, 광원모듈(160)의 복수의 램프를 이용하여 영역별 조닝(zoning)제어, 광량제어, 파장대역제어 등을 할 수 있다.

광원모듈(160)은, 본 발명의 일 실시예에 따라 두 개의 기판(미도시)이 마련될 수 있고, 두 개의 기판은 대략 가운데에 위치한 센서모듈(170)을 중심으로 좌우 양측 각각에 마련될 수 있으나, 본 발명은 기판의 개수나 배치 등에 대해 특별히 한정하지 않는다.

또한, 광원모듈(160)은 하부를 향하도록 마련된 램프를 실장한 기판의 전방에 마련되어 기판이 재배공간(S)의 습기에 노출되지 않도록 기판을 덮는 기판커버(161)를 포함할 수 있다.

기판커버(161)는 램프에 의해 발생된 빛이 투과할 수 있는 소재로 이루어진 것이면, 그 소재를 특별히 한정하지 않으며, 기판커버(161)는 기판을 지지하는 기판베이스(미도시)와 결합됨으로써, 기판과 기판베이스 그리고 기판커버(161)를 포함한 광원모듈(160)은 모듈화될 수 있다. 이렇게 모듈화된 광원모듈(160)은 모듈 단위로, 내상(130)의 상부에 장착되거나 탈착될 수 있다.

여기서, 기판커버(161)는 센서모듈(170)의 전방을 가리지 않고 센서모듈(170)이 관통홀을 통해 재배공간(S)을 향하여 노출됨으로써, 기판커버(161)에 의한 램프의 빛반사나 빛굴절 따위에 센서모듈(170)이 영향을 받지 않도록 하는 것이 바람직하다.

다만, 관통홀과 이에 끼워진 센서모듈(170) 사이에 형성되는 틈을 통해 재배공간(S) 내 습기가 기판으로 유입되지 않도록, 센서모듈(170)의 외주면과 관통홀 사이에는 씰링부재(미도시)가 개재되어 광원모듈(160)의 내부를 기밀 또는 수밀을 유지토록 하는 것이 바람직하다.

한편, 광원모듈(160)의 대략 중심에 위치한 센서모듈(170)은 트레이(120)의 복수의 스팟에 랜덤으로 배치된 캡슐(200)을 센싱(인식)하여 제어데이터를 생성하는 모듈일 수 있다. 여기서, 제어데이터는 트레이(120)의 복수의 스팟에 랜덤으로 배치된 캡슐(200)의 개수, 품종, 배치 위치 및 배치 시기 등에 대한 정보를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치(100)는 트레이(120)의 복수의 스팟에 랜덤으로 배치된 캡슐(200)에 대한 정보에 따라, 광원모듈(160), 순환팬(141), 공조장치(151~153), 히터(180) 및 배양액의 순환량, 농도 등을 제어함으로써, 사용자가 캡슐(200)을 취사 선택하여 배치하더라도 최적의 재배 환경을 제공할 수 있다.

이때, 센서모듈(170)은 사용자의 선택에 따라 작동을 온/오프할 수 있다. 즉, 사용자는 트레이(200)의 복수의 스팟에 캡슐(200)을 셋팅 완료한 다음, 센서모듈(170)을 온(on)시킴으로써, 센서모듈(170)이 작동을 시작한 시점에 셋팅된 캡슐(200)을 기준으로 획득한 제어데이터에 따라 재배공간(S)의 환경이 자동으로 제어되도록 할 수 있다.

이러한, 센서모듈(170)은 캡슐(200)을 인식하기 위한 수단으로서, 일 예로, 카메라모듈을 포함할 수 있고, 캡슐(200)의 인식부(230)가 QR코드(Quick response code)와 같은 스마트 코드(Smart code)를 포함한 경우, 센서모듈(170)은 QR코드를 촬상한 이미지를 분석 및 처리함으로써, 캡슐(200)을 인식할 수 있다.

다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 일 예로, 캡슐(200)의 인식 방식으로서 RFID(Radio frequency identification) 등과 같은 NFC(Near field communication, 근거리 무선 통신) 방식 및 원거리 무선 통신 방식 등이 이용되는 경우, 센서모듈(170)은 캡슐(200)의 인식부(230)와 무선 통신하기 위한 리더기 및 수신기 형태로 마련될 수 있다.

또한, 다른 일 예로, 캡슐(200)의 인식 방식으로서 캡슐(200)의 인식부에서 발생하는 고유의 자기장이 이용되는 경우, 센서모듈(170)은 홀 센서(Hall-sensor) 형태로 마련될 수 있다. 또한, 다른 일 예로, 캡슐(200)의 인식 방식으로서 캡슐(200)의 인식부에서 방출하는 특정 파장 대역의 광이 이용되는 경우, 센서모듈(170)은 광 감지 센서 형태로 마련될 수 있다.

이 외에도, 캡슐(200)의 인식 방식으로서 다양한 방식이 이용될 수 있으며, 이 경우, 센서모듈(170)로서 캡슐(200)을 인식하는 방식에 매칭되는 다양한 센서가 이용될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈은 센서모듈(170)을 이용하여, 캡슐(200)을 인식하는 것뿐만 아니라, 식물에 대한 이미지를 획득하여 식물의 잎이 차지하는 면적이나 면적비율을 근거로 식물의 생장도를 측정하기 위해, 상기 센서모듈(170)은, 전술한 바와 같이, 카메라모듈을 포함할 수 있다.

한편, 도 6 및 7에 도시한 바와 같이, 내상(130)의 일측면(일 예로 후방면)에는, 재배공간(S) 내 공기를 제1 덕트(142)로 배출하기 위한 배출구(O)와, 제2 덕트(143)를 따라 유동하는 공기가 재배공간(S)으로 유입되는 유입구(I)가 마련될 수 있다.

이에 따라, 재배공간(S) 내 공기는 배출구(O)를 통해 배출되고, 기계실(M) 내 공조장치(151~153)에 의해 냉각 또는 가열된 다음 유입구(I)를 통해 유입되어, 재배공간(S) 내 공기는 조화(conditioning)될 수 있다.

내상(130)에 형성된 유입구(I)와 배출구(O)의 위치는 특별히 한정하지 않으나, 본 발명의 일 실시예에 따라, 온도 또는 습도 등이 조화(또는 조절)된 공기가 광원모듈(160)에 의해 직접 영향받지 않고 재배공간(S) 내 제공될 수 있도록 유입구(I)는 내상(130)의 후방면 하측에 위치하고, 이에 상응하여 배출구(O)는 내상(130)의 후방면 상측에 위치할 수 있다.

한편, 기계실(M)은 재배공간(S) 내 공기를 조화시키기 위한 공조장치(151~153)와, 내상(130)에 연결된 제1 및 제2 덕트(142, 143)를 따라 공기가 유동할 수 있도록 기류를 형성하기 위한 순환팬(141) 등이 마련될 수 있다.

기계실(M)은 고장 발생 등에 사용자가 아닌 작업자만 접근할 수 있도록, 캐비넷(110) 하부의 후방에 마련되는 것이 바람직하며, 캐비넷(110)의 배면 중 적어도 일부 영역은 수리 등을 위해 개폐 가능하도록 구현되는 것이 바람직하다.

한편, 도 4 및 6에 도시한 바와 같이, 기계실(M)의 일측(일 예로, 전방)에는 물을 저장하는 워터탱크(194)와, 영양액을 저장하는 영양액탱크(192)와, 물과 영양액이 혼합된 배양액을 저장하는 배양액탱크(191)와, 냉동사이클의 구동에 의해 또는 재배공간(S) 내 다습한 분위기 등에 의해 기계실(M)이나 재배공간(S)으로부터 발생하는 각종 응축수를 저장하는 응축수탱크(195)를 포함할 수 있다.

워터탱크(194), 영양액탱크(192) 및/또는 응축수탱크(195) 등을 전방에 배치함으로써, 사용자가 필요에 따라 물을 채우거나 버리기 쉽고, 영양액을 리필(refill)하기 용이하며, 전방에 배치되어 액상의 원수나 영양액 등에 포함된 이물질을 제거하기 위한 필터 등을 손쉽게 교체할 수 있다.

영양액탱크(192)는 내부에 서로 다른 종류의 양액을 저장하기 위해 둘 이상으로 구획될 수 있으며, 사용자가 이를 육안으로 식별하여 구분할 수 있도록 영양액탱크(192)의 내부에는 구별할 수 있는 색상이나 문자 따위가 표시될 수 있다.

워터탱크(194)나 영양액탱크(192)는 사용자가 외부로 인출하기 용이하도록 각 탱크의 전면판에는 사용자가 파지할 수 있는 홈타입이나 돌출타입으로 마련된 손잡이를 포함할 수 있다.

배양액탱크(191)는 워터탱크(194)나 영양액탱크(192)와 같이 기계실(M)의 전방에 위치할 수 있으나, 이에 한하지 않고, 바람직한 일 실시예에 따라 배양액탱크 내 혼합된 배양액에 대하여 사용자가 임의로 영양액이나 물을 투입하여 농도 조절을 하지 못하도록 외부에 노출되지 않고 기계실(M)의 내부에 위치할 수도 있다.

배양액탱크(191)에서 트레이(120)로 제공되는 배양액은, 워터탱크(194) 내 물과 영양액탱크(192) 내 영양액이 혼합된 액상일 수 있으며, 물과 영양액의 혼합 비율에 의해 농도가 결정될 수 있다.

구체적으로, 워터탱크(194)와 영양액탱크(192) 각각에 저장된 물과 영양액은 밸브 따위에 의해 제어된 유량으로, 펌프나 액추에이터 따위에 의해 동력을 제공받아 소정 비율로 혼합되어 배양액탱크(191)에 저장될 수 있다. 이에 따라, 전술한 바와 같이, 배양액탱크(191)에 저장된 배양액은 펌프나 액추에이터 따위에 의해 동력을 제공받아 트레이(120)에 제공될 수 있으며, 밸브 따위의 개폐제어에 의해 또는 펌프나 액추에이터 따위의 작동압력이나 작동시간 등의 제어에 의해 조절된 유량으로 제공될 수 있다.

또 다른 실시예에 따라, 전술한 바와 같이, 트레이(120)에는 유입구와 유출구가 마련될 수 있으며, 이에 따라, 트레이(120)에 마련된 유입구 및 유출구를 통해 트레이(120)의 내부 수용 공간의 배양액은 배양액탱크(191)와 순환할 수 있다. 즉, 배양액탱크(191)에 저장된 배양액은 밸브 따위에 의해 제어된 유량으로 펌프나 액추에이터 따위에 의한 동력을 제공받아 트레이(120)의 내부 수용 공간에 제공될 수도 있고, 배양액탱크(191)에 저장된 배양액은 트레이(120)의 내부 수용 공간을 경유하여 순환할 수도 있다.

또 다른 실시예에 따라, 트레이(120)에는 워터탱크(194)로부터 급수되는 물이 유입되는 제1 유입구(미도시)와, 영양액탱크(192)로부터 급수되는 영양액이 유입되는 제2 유입구(미도시)가 마련되어, 밸브 따위나 펌프나 액추에이터 따위에 의해 제어된 유량으로 워터탱크(194)에 저장된 물이 상기 제1 유입구를 통해 트레이(120)의 내부 수용 공간으로 유입되거나, 또는 영양액탱크(192)에 저장된 영양액이 상기 제2 유입구(미도시)를 통해 트레이(120)의 내부 수용 공간으로 유입될 수 있다. 즉, 물과 영양액이 혼합된 배양액이 트레이(120)로 공급되지 않고, 물과 영양액이 트레이(120)로 따로 유입될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈은 물과 영양액의 혼합비율에 따른 배양액의 농도를 제어할 수 있고, 이때 배양액에 혼합되는 영양액의 종류도 복수 중 적어도 어느 하나를 선택 제어할 수 있다. 이를 위해 제어모듈은 트레이(120)의 복수의 스팟에 마련된 캡슐(200)을 센싱하여 제어데이터를 획득할 수 있고, 캡슐(200)의 개수, 품종, 배치 위치 및 배치 시기 중 적어도 하나에 따라, 배양액의 종류, 순환량 및 농도 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.

여기서, 도면에 도시하지 않았으나, 전술한 영양액탱크(192), 워터탱크(194), 응축수탱크(195) 및 배양액탱크(191)는, 각 탱크에 저장된 유체의 수위를 센싱하거나 각 탱크에서 유출입되는 유량을 센싱하기 위한 적어도 하나의 센서, 그리고 각 탱크에 연결된 유출입 유로를 개폐하거나 유량을 조절하기 위한 적어도 하나의 밸브를 포함할 수 있다.

배양액계통

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 재배공간의 배양액순환과 공기순환의 계통도이다.

도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라, 배양액탱크(191)에 워터탱크(194)와 영양액탱크(192)가 연결되고, 제어모듈은 배양액탱크(191)에 투입되는 워터탱크(194) 내 물(또는 원수)의 양과 영양액탱크(192) 내 영양액의 양을 조절함으로써, 물과 영양액이 혼합된 배양액의 농도를 제어할 수 있다.

즉, 제어모듈은 워터탱크(194)와 배양액탱크(191) 사이에 마련된 워터펌프(P194)와, 그리고 영양액탱크(192)와 배양액탱크(191) 사이에 마련된 영양액펌프(182)의 작동을 제어하여, 배양액탱크(191)에 물 및/또는 영양액을 배양액탱크(191)에 공급하여 혼합함으로써 배양액을 제조할 수 있다.

이때, 영양액탱크(192)는 내부에 둘 이상 종류의 영양액을 저장할 수 있고, 영양액펌프(182) 서로 다른 종류의 영양액을 배양액탱크(191)에 공급함으로써, 배양액탱크(191) 내 혼합된 영양액은 공급된 영양액의 종류에 따라 서로 다른 종류의 배양액이 제조될 수도 있다. 만약, 영양액탱크(192)가 서로 다른 종류의 영양액을 저장하는 경우, 영양액펌프(182)는 둘 이상일 수 있고, 이때 영양액펌프(182)를 중간 매개로 영양액탱크(192)와 배양액탱크(191) 간에 형성되는 유로 역시 둘 이상일 수 있다.

또한, 제어모듈은 영양액펌프(182) 및/또는 워터펌프(P194)에 대한 작동시간이나 작동압력을 조절함으로써, 배양액탱크(191) 내 배양액의 농도를 조절할 수 있다.

또 다른 일 실시예에 따라, 워터탱크(194)와 배양액탱크(191) 사이, 그리고/또는 영양액탱크(192)와 배양액탱크(191) 사이에 밸브가 마련될 수 있고, 여기서 밸브는 제어모듈에 의해 개폐 동작이나 개방 정도가 제어됨으로써, 배양액탱크(191) 내 배양액의 농도가 조절될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따라, 배양액탱크(191) 내 저장된 배양액을 복수의 내상(130) 각각에 마련된 트레이(120)로 급수하기 위해, 복수의 배양액유로(fm1~fm3)가 형성될 수 있다.

즉, 배양액유로(fm1~fm3)는 배양액펌프(P191)와 각 제1 내지 제3 트레이(120a~120c) 사이에 배양액이 유동하는 제1 내지 제3 배양액유로(fm1~fm3)일 수 있다. 이에 따라 배양액탱크(191)와 각 제1 내지 제3 트레이(120a~120c) 사이의 유로 상에는 두 분기점이 마련될 수 있다.

이때, 복수의 트레이(120) 각각의 전단에는 제1 내지 제3 급수밸브(181a~181c)가 마련될 수 있고, 제어모듈에 의해 제1 내지 제3 급수밸브(181a~181c)는 선택적으로 개폐 동작을 함으로써, 배양액탱크(191) 내 배양액은 선택적으로 제1 내지 제3 트레이(120a~120c)에 공급될 수 있다.

다시말해, 제어모듈에 의해 생성된 제어신호에 따라 제1 내지 제3 급수밸브(181a~181c) 중 선택된 적어도 하나는 개방되고 나머지는 폐쇄됨으로써, 제어모듈은 복수의 트레이(120a~120c) 중 배양액을 공급하고자 하는 대상으로서 적어도 어느 하나, 또는 이에 대응하는 적어도 하나의 배양액유로(fm1~fm3)를 선택할 수 있다.

제어모듈은 복수의 트레이(120a~120c) 중 적어도 하나를 선택하고, 선택된 트레이(120a~120c) 내 배양액을 공급하도록, 배양액탱크(191)와 복수의 트레이(120a~120c) 사이에는 배양액펌프(P191)가 마련될 수 있으며, 이에 따라 배양액펌프(P191)는 배양액탱크(191) 내 저장된 배양액을 트레이(120)로 가압할 수 있다.

이와 함께, 배양액탱크(191)와 복수의 트레이(120a~120c) 사이, 구체적으로 배양액펌프(P1919)의 후단에는 유량센서(SF1)가 마련되어, 제어모듈은 유량센서(SF1)를 이용하여 배양액펌프(P1919)에서 트레이(120a~120c)로 공급되는 배양액의 유량을 측정할 수 있고, 제어모듈은 측정된 유량을 이용하여 복수의 급수밸브(181a~181c) 중 현재 개방되어 있는 급수밸브(181a~181c)에 해당하는 트레이(120a~120c)에 공급되는 배양액의 양을 산출할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 배양액펌프(P191)는 식물재배장치(100)의 구동 중 소정 주기에 따라 주기적으로 구동할 수 있다. 즉, 식물재배장치(100)의 구동 중 배양액펌프(P191)는 주기적으로 구동하여, 배양액탱크(191) 내 배양액을 트레이(120)에 공급할 수 있다. 다만, 여기서 주기는 식물의 개수, 품종 및 배치 시기 중 적어도 하나에 따라 달라질 수 있다.

또 다른 일 실시예에 따라, 배양액펌프(P191)는 트레이(120) 내 배양액의 소진 여부에 따라 구동할 수도 있다. 일 예로 제어모듈은 센서를 이용하여 트레이(120)의 내부 수용 공간에 저장된 배양액의 양(또는 수위)을 감지하고, 트레이(120) 내 배양액의 소진 여부를 판단함으로써, 배양액의 양(또는 수위)이 소정 임계값 미만이면, 배양액펌프(P191)를 구동하여, 배양액탱크(191) 내 배양액을 트레이(120)에 공급할 수 있다.

한편, 트레이(120)로 공급되는 배양액의 농도를 측정하기 위해 배양액의 농도를 측정할 수 있는 농도측정수단은 배양액탱크(191) 내부, 트레이(120) 내부, 및/또는 배양액유로(fm1~fm3) 상에 마련될 수 있다.

구체적으로, 농도측정수단은 배양액탱크(191) 내부에 마련되어 배양액탱크(191) 내 저장된 배양액의 농도를 측정할 수도 있고, 또 복수의 트레이(120) 각각의 내부에 마련되어 트레이(120) 내 저장된 배양액의 농도를 측정할 수도 있으며, 또 배양액탱크(191)와 트레이(120) 간에 배양액이 유동하는 배양액유로(fm1~fm3) 상에 마련되어 배양액유로(fm1~fm3)를 유동하는 배양액의 농도를 측정할 수도 있다.

다만, 본 발명의 일 실시예에 따라 농도측정수단이 배양액유로(fm1~fm3) 상에 마련되되, 배양액유로(fm1~fm3)가 둘 이상인 경우, 하나의 배양액농도측정수단으로 각각의 배양액유로(fm1~fm3)는 물론, 전체의 배양액유로(fm1~fm3)에 대하여 배양액 농도를 측정할 수 있도록, 상기 농도측정수단은 배양액유로(fm1~fm3) 중, 구체적으로 배양액탱크(191)의 후단, 그리고 배양액펌프(P191)의 전단인 배양액탱크(191)와 배양액펌프(P191) 사이에 마련될 수 있다.

여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 배양액의 농도측정수단은, 배양액의 농도를 측정하기 위한 것이면 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 배양액농도측정수단은 배양액의 전기전도도(EC; electric conductivity)를 이용하여 배양액의 농도를 측정하는 전기전도도센서일 수 있다.

즉, 배양액은 칼륨, 칼슘, 마그네슘, 질소, 인 등의 원소가 이온상태로 녹아 있어 전기전도도(EC)를 갖고 있으며, 농도가 높을수록 전기전도도가 높다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따라, 배양액의 농도는 배양액의 전기전도도를 측정함으로써 배양액의 농도를 간접적으로 측정할 수 있다.

따라서, 제어모듈은 전기전도도센서를 이용하여 측정된 전기전도도를 근거로, 측정된 배양액의 농도가 배양액목표농도값보다 낮으면 영양액탱크(192)의 영양액을 배양액탱크(191)에 투입하고, 반대로 측정된 배양액의 농도가 배양액목표농도값보다 높으면 워터탱크(194)의 물을 배양액탱크(191)에 투입할 수 있다. 여기서, 상기 배양액목표농도값은 특정된 어느 하나의 값이거나 특정된 어느 하나의 값을 포함한 소정의 범위일 수 있다.

여기서, 배양액목표농도값은 사용자입력에 의해 설정될 수 있으나, 제어모듈은 트레이(120)의 복수의 스팟에 랜덤으로 배치된 캡슐(100)을 센싱하여 제어데이터를 획득할 수 있고, 캡슐(100)의 개수, 품종, 배치 위치 및 배치 시기 중 적어도 하나에 따라, 배양액의 목표 농도값을 설정할 수 있다. 또한, 제어모듈은 상기 제어데이터를 근거로 배양액펌프(P191)의 구동을 제어하여 상기 선택된 트레이(120a~120c)로 공급하는 배양액의 공급량을 조절할 수도 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따라, 식물재배장치(100)에서 발생하는 각종 응축수를 저장하는 응축수탱크(195)와 보조응축수탱크(미도시)를 포함할 수 있다.

보조응축수탱크(미도시)는 식물재배장치(100)에서 발생하는 각종 응축수를 1차적으로 집수하여 저장할 수 있고, 보조응축수탱크 내 저장된 응축수가 소정 수위 이상이면 응축수펌프(미도시)의 구동으로 응축수탱크(195)로 이송될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치(100)는, 도 9 등에 나타난 바와 같이, 워터탱크(194)와, 영양액탱크(192), 그리고 응축수탱크(195)는 사용자의 접근이 가능하도록 기계실(M)의 일측, 일 예로 전방에 위치하되, 워터탱크(194)는 식물의 소비량이 많은 물을 저장하여야 하기 때문에 집수용량이 가장 크다. 워터탱크(194)에 비하여 영양액탱크(192)의 집수용량은 상대적으로 작지만, 필요시 보충이나 교체가 필요하기 때문에 사용자가 손쉽게 접근할 수 있어야 하고, 응축수탱크(195) 역시 저장된 응축수가 버려져 비워져야 하기 때문에 사용자가 손쉽게 접근할 수 있어야 한다.

결국, 제한된 공간을 가진 식물재배장치(100)가 전방에 워터탱크(194), 영양액탱크(192) 그리고 응축수탱크(195)가 모두 마련될 경우, 응축수탱크(195)가 집수할 수 있는 용량은 매우 제한적일 수 밖에 없어, 사용자가 매우 빈번하게 응축수탱크(195) 내 저장된 응축수를 비워야 하는 번거로움을 해소할 수 있도록, 응축수탱크(195)와는 별도로 응축수를 저장할 수 있는 보조응축수탱크를 더 포함할 수 있다.

즉, 응축수탱크(195) 이외에 응축수를 저장할 수 있는 보조응축수탱크를 추가로 구비하여, 응축수를 저장할 수 있는 용량을 추가 확보함으로써, 사용자가 빈번하게 응축수를 비워야하는 번거로움을 해소할 수 있다. 다만, 응축수탱크(195)와 다르게 보조응축수탱크는 사용자가 접근할 수 없도록 기계실(M)의 내측에 노출되지 않도록 마련되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 보조응축수탱크에는, 식물재배장치(100) 내 각종 구성요소로부터 응축수를 집수하기 위해, 적어도 하나의 응축수유로(미도시)를 가질 수 있다.

구체적인 일 예로, 보조응축수탱크를 중심으로, 보조응축수탱크에는 배양액탱크(191)와 연결된 제1 응축수유로와, 적어도 하나의 트레이(120)와 연결된 제2 응축수유로와, 공조장치(151~153), 특히 증발기(153)와 연결된 제3 응축수유로가 형성될 수 있다.

구체적으로, 배양액탱크(191)에는 워터탱크(194) 내 저장된 물과, 영양액탱크(192) 내 저장된 영양액이 혼합된 배양액을 저장하되, 배양액탱크(191) 내 저장된 배양액은 수위센서의 오류 등으로 오버플로우(overflow)될 수 있다. 배양액탱크(191)에서 오버플로우된 배양액은 제1 응축수유로를 따라 보조응축수탱크로 1차 집수될 수 있다.

또, 다습한 분위기를 가진 재배공간(S)에서 응축수가 발생하여 내상(130)의 내부에 저류할 수 있고, 이 이외에 식물이 소비하는 배양액을 저장하는 트레이(120)가 내상(130)에 인출입하는 과정 등에서 배양액이 넘치거나, 트레이(120) 내부에 배양액을 급수하는 과정 등에서 배양액이 누출됨으로써, 내상(130)의 내부에는 응축수 및/또는 배양액은 저류할 수 있다.

이렇게 내상(130)의 내부에 저류된 응축수 및/또는 배양액은 저면에 마련된 내상배수구(1304)를 통해 외부로 배출될 수 있으며, 내상배수구(1304)로부터 배출된 배양액은 제2 응축수유로를 따라 보조응축수탱크로 1차 집수될 수 있다.

내상(130)이 둘 이상인 경우, 제2 응축수유로 역시 내상(130)의 개수에 상응하여 둘 이상일 수 있으며, 이에 따라 보조응축수탱크에서 제1 내지 제3 내상(130a~130c)까지의 유로 상에는 적어도 하나 이상의 분기점이 마련될 수 있다.

또, 공조장치(151~153)는 냉매와 공기 간 열을 교환하는 열교환기, 특히 증발기(153)에는 냉매가 지나가며 주위 공기의 열을 빼앗고, 열을 빼앗겨 냉각된 공기는 내상(130)으로 공급되지만, 이때 냉매가 지나가는 관로에 닿는 공기는 이슬점온도 아래로 내려가 결로현상에 의해 응축수가 발생할 수 있다.

이렇게 열교환기, 특히 증발기(153)에서 발생된 응축수는 응축수배수구(1531)를 통해 외부로 배출될 수 있으며, 응축수배수구(1531)를 통해 배출된 응축수는 제3 응축수유로를 따라 보조응축수탱크로 1차 집수될 수 있다.

결국, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치(100) 내 각종 구성요소로부터 발생된 응축수는, 제1 내지 제3 응축수유로를 따라 보조응축수탱크로 1차 집수될 수 있으며, 보조응축수탱크 내 1차 집수된 응축수는, 응축수탱크(195)와 보조응축수탱크 사이에 마련된 응축수펌프(P196)의 구동으로 응축수탱크(195)로 이송될 수 있다.

공조 계통 - 재배공간 내 공기 온도 조절

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치(100)는, 재배공간(S) 내 공기 조화를 위해 공조장치(151~153)를 포함할 수 있다.

공조장치(151~153)는 재배공간(S) 내 공기 조화를 위한 수단으로서, 재배공간(S) 내 공조환경을 제어(온도, 습도, 이산화탄소 농도 등)할 수 있다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉동사이클의 구성도이고, 도 11은 도 10에서 도시한 냉동사이클의 냉매유로를 나타낸 도면이다.

도 10 및 11에 도시한 바와 같이, 공조장치(151~153)는 공기를 냉각시키기 위하여 냉동사이클을 구성하는 압축기(151), 응축기(152), 증발기(153), 및 팽창밸브(155)를 포함할 수 있다.

압축기(151)는 증발기(153)에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 흡입하고 냉매를 응축기(152)로 가압함으로써, 냉매가 냉매유로를 따라 순환할 수 있도록 할 수 있다. 이때, 압축기(151)는 응축기(152)에서 냉매를 응축시켜 액화할 수 있도록 응축온도에 상응하는 포화압력까지 압력을 증가시킬 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따라 증발기(153)가 병렬로 연결된 제1 및 제2 증발기(153a, 153b)인 경우, 압축기(151)에 의해 가압되어 유동하는 냉매는 도 11에 도시한 바와 같이, fr1 또는 fr2의 냉매순환유로를 형성할 수 있다.

응축기(152)는 압축기(151)에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매를 주위의 공기와 열교환시킴으로써, 고온의 기체냉매는 열을 방출하여 응축액화될 수 있다. 이를 위해 응축기(152)의 주변에는 열을 방출하기 위해 방열팬(154)이 마련될 수 있다.

팽창밸브(155)는 응축기(152)에 의해 응축액화된 고온고압의 액체 냉매를 교축작용에 의해 저온저압의 액체냉매로 변환시킬 수 있고, 또 팽창밸브(155)를 따라 유동하는 냉매의 유량을 조절함으로써, 팽창밸브(155) 후단에 마련된 증발기(153)에서 액체증발에 의한 열흡수작용을 유도할 수 있다. 이때, 팽창밸브(155)는 전자식 밸브로서, 제어모듈의 제어지령에 따라 개도율(開度率)을 단계적으로 조절하여, 냉매 유량을 조절할 수 있다.

또한, 냉매순환유로 상에는 순환하는 냉매에 포함된 수분이나 이물질 따위를 제거하여, 팽창밸브(155), 구체적으로 팽창밸브(155) 내 모세관의 막힘을 방지하기 위한 드라이어(미도시)가 마련될 수 있다.

드라이어는 팽창밸브(155)의 전단에 마련되어, 팽창밸브(155)로 유입되는 냉매에 함유된 수분을 제거할 수 있다.

결국, 냉매는 냉동사이클을 구성하는 압축기(151), 응축기(152), 팽창밸브(155) 및 증발기(153)를 순차로 유동하여 반복 순환할 수 있고, 이에 따라 fr1 또는 fr2의 냉매순환유로를 형성할 수 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발기(153)는 재배공간(S)에 공급되는 공기를 냉각시키기 위한 제1 증발기(153a)와, 트레이(120)에서 재배되는 식물에 제공되는 배양액을 냉각시키기 위한 제2 증발기(153b)를 포함할 수 있다.

이에 따라, 냉매는 압축기(151), 응축기(152), 팽창밸브(155), 그리고 증발기(153)를 순환할 수 있으나, 상기 제1 및 제2 증발기(153a, 153b)가 서로 병렬로 연결되어 있기 때문에, 상기 냉동사이클은, 압축기(151)에서 고온고압으로 토출되어 응축기(152) 및 팽창밸브(155)를 통과한 냉매를 제1 증발기(153a) 및 제2 증발기(153b) 중 어느 하나로 유도하기 위한 삼방밸브(1561)를 더 포함할 수 있다.

즉, 삼방밸브(1561)는 냉매사이클을 따라 순환하는 냉매의 유로를 전환할 수 있는 수단으로서, 팽창밸브(155)를 통해 유입된 냉매를 제1 증발기(153a) 또는 제2 증발기(153b)로 유도할 수 있다.

이때, 삼방밸브(1561)의 유로전환동작은 제어모듈에 의해 제어될 수 있고, 본 발명의 일 실시예에 따른 삼방밸브(1561)가 제어모듈에 의해 냉매사이클을 따라 순환하는 냉매를 제1 증발기(153a)로 유도하는 경우, 즉 냉매순환유로 fr1을 형성케할 수 있다.

제1 증발기(153a)는 팽창밸브(155)를 통과하여 저온저압으로 상태변환된 액체냉매가 유입되며, 이때 주변에 피냉각대상인 재배공간(S)으로부터 인출되어 재배공간(S)으로 재공급되는 순환공기나 외부에서 인입된 외기와 열교환함으로써, 액체 냉매는 피냉각대상으로부터의 열 흡수로 증발하고, 상기 피냉각대상은 냉각될 수 있다.

이에 따라, 재배공간(S) 내부에서 인출되어 재배공간(S)으로 재공급되는 순환공기나 외부에서 인입된 외기는 열교환기인 제1 증발기(153a)를 통과함으로써 열교환이 이루어질 수 있고, 제1 증발기(153a)와 열교환이 이루어진 공기는 순환팬(141)에 의해 재배공간(S)에 공급됨으로써 재배공간(S) 내 공기의 온도는 조절될 수 있다.

도 11의 도면부호 1562는 제1 증발기(153a)를 통해 유동하는 냉매 및/또는 제2 증발기(153b)를 통해 유동하는 냉매를 압축기(151)로 유도하기 위한 냉매합류밸브를 가리킬 수 있다. 냉매합류밸브(1562)는 분기된 두 냉매순환유로(fr1, fr2)의 합류점에 마련되어 제1 증발기(153a) 및/또는 제2 증발기(153b)를 통해 유동하는 냉매를 압축기(151)로 유도할 수 있으며, 이때 냉매합류밸브(1562)는 삼방밸브(1561)와 같이 유로를 전환하는 동작을 하지 않을 수 있다.

한편, 전술한 바와 같이, 제1 채널(C1)을 통해 외기는 재배공간(S)으로 유입될 수 있고, 반대로 제2 채널(C2)을 통해 재배공간(S) 내 공기는 외부로 배출될 수 있다(도 3 및 4 참조). 제1 채널(C1)은 외기를 재배공간(S)으로 유입시킨다는 측면에서 유입채널로 호칭될 수 있고, 제2 채널(C2)은 재배공간(S)의 공기를 외부로 배출시킨다는 측면에서 배출채널로 호칭될 수 있다.

이때, 제1 채널(C1)과 제2 채널(C2)은 기계실(M), 특히 공조장치(151~153)나 이에 연결된 제1 및 제2 덕트(142, 143)를 경유함으로써, 외부와 재배공간(S)을 서로 연통 가능하도록 연결할 수 있다. 구체적으로, 외기는 제1 채널(C1)과 공조장치(151~153) 및/또는 제1 및 제2 덕트(142, 143)의 공기와 혼합되어 재배공간(S)으로 유입될 수 있고, 또 재배공간(S)의 공기는 공조장치(151~153) 및/또는 제1 및 제2 덕트(142, 143)의 공기와 혼합되어 외부로 배출될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치(100)는 외부와 재배공간(S)이 직접 연결되는 것이 아니라 공조장치(151~153) 및/또는 제1 및 제2 덕트(142, 143)를 통해 연결됨으로써, 외기와 재배공간(S) 내 공기를 공조시스템의 동력을 이용하여 효과적으로 재배공간(S)으로 유입하거나 외부로 배출할 수 있다(도 5 참조).

물론, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치(100)는 필요시 공조장치(151~153)를 가동하지 않고도 재배공간(S)으로 외기를 도입하거나 재배공간(S) 내 공기를 외부로 배출함으로써, 재배공간(S) 내 공조환경을 제어할 수도 있다.

기계실(M) 내 순환팬(141)은 재배공간(S)의 공기가 제1 및 제2 덕트(142, 143)를 따라 기류를 형성하는 구동력을 발생시킬 수 있다. 즉, 제1 덕트(142)와 제2 덕트(143) 내 압력은 순환팬(141)에 의해 형성될 수 있고, 이를 위해 순환팬(141)은 일 예로, 원심팬, 블로워 팬 등일 수 있지만, 이에 한하는 것은 아니며, 공기를 유동시키기 위해 동력을 발생시키기 위한 것이면 그 종류를 특별히 한정하지 않는다.

순환팬(141)의 구동으로 제1 덕트(142)는 음압(진공 상태를 포함)이 형성되어 제1 덕트(142)는 연통된 공간의 공기를 흡입할 수 있고, 이와 반대로 제2 덕트(143)는 순환팬(141)에 의해 양압이 형성되어 제2 덕트(143)는 연통된 공간으로 공기를 배출할 수 있다.

공조장치(151~153)는 열교환기(152, 153)를 통해 제1 및 제2 덕트(142, 143)의 공기와 냉매 간에 열교환을 유도할 수 있고, 이에 따라 재배공간(S) 내 공기는 순환되어 온도 및/또는 습도 등이 조절될 수 있다.

제1 덕트(142)는 일측 터미널이 순환팬(141)과 연결될 수 있고, 타측 터미널은 재배공간(S)의 배출구(O)와 연결되는 적어도 하나의 제1 터미널(T11~T13)이 마련될 수 있다. 또한, 제2 덕트(143)는 일측 터미널이 순환팬(141)과 연결되되, 제1 덕트(142)의 일측 터미널과 반대편에 위치할 수 있다. 제2 덕트(143)의 타측 터미널에는 재배공간(S)의 유입구(I)와 연결되는 적어도 하나의 제2 터미널(T21~T23)이 마련될 수 있다. 여기서, 도면부호 Oa~Oc 및 Ia~Ic는, 복수의 재배공간(Sa~Sc) 각각에 마련된 배출구와 유입구를 가리킨다(도 5 및 6 참조).

결국, 순환팬(141)의 구동으로 재배공간(S)의 공기는 제1 덕트(142)의 음압에 의해 배출구(O)를 통해 제1 덕트(142)로 배출(도 11의 도면부호 fa4의 유로를 형성할 수 있음)될 수 있고, 열교환기(152, 153)를 거쳐 공조장치(151~153)의 냉매와 열교환한 다음, 제2 덕트(143)의 양압에 의해 유입구(I)를 통해 다시 재배공간(S)으로 유입(도 9의 도면부호 fa1의 유로를 형성할 수 있음)될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 제1 및/또는 제2 덕트(142, 143)는 하나로 일체로 형성될 수 있지만, 또 다른 일 실시예에 따라, 복수의 단위덕트체(1421~1423, 1431~1433)가 직렬로 다단 연결될 수도 있다.

다음으로, 외기가 제1 및 제2 덕트(142, 143)를 따라 유동하여 제1 및 제2 덕트(142, 143)의 공기와 혼합되어 재배공간(S)으로 유입되는 과정을 자세히 살펴보기로 한다.

외기가 제1 및 제2 덕트(142, 143)를 통해 재배공간(S)으로 유입되는 경로는 다양할 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따라 제1 덕트(142)의 타측 터미널에는 제1 채널(C1)과 연결되는 제3 터미널(미도시)이 마련될 수 있다.

제1 덕트(142)의 타측 터미널에 제3 터미널이 마련된 경우, 외기는 순환팬(141)의 구동력에 의해 형성되는 제1 덕트(142)의 음압에 의해 제1 덕트(142)로 유입되어, 도 9의 도면부호 fa3의 유로를 형성하고, 제1 덕트(142)의 공기와 혼합될 수 있다. 그 다음, 제1 덕트(142)의 혼합된 공기는 열교환기(153a)를 거쳐 제2 덕트(143)의 양압에 의해 유입구(I)를 통해 재배공간(S)으로 유입될 수 있다. 즉, 외기는 제1 채널(C1)과 제1 덕트(142), 그리고 제2 덕트(143)를 통해 재배공간(S)으로 유입될 수 있다.

이와 반대로, 재배공간(S)의 공기가 공기유로(241)를 통해 공기유로(241)의 공기와 혼합되어 외부로 배출되는 과정을 살펴보기로 한다.

재배공간(S)의 공기를 외부로 배출시키는 경로는 다양할 수 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따라 제2 덕트(143)의 타측 터미널에는 제2 채널(C2)과 연결되는 제4 터미널(T4)이 마련될 수 있다.

제2 덕트(143)의 타측 터미널에 제4 터미널(T4)이 마련된 경우, 재배공간(S)의 공기는 제1 덕트(142)의 음압에 의해 배출구(O)를 통해 제1 덕트(142)로 유입되어, 제1 덕트(142)의 공기와 혼합될 수 있다. 그 다음, 제1 덕트(142)의 혼합된 공기는 열교환기(152, 153)를 거쳐 제2 덕트(143)의 양압에 의해 제2 채널(C2)을 통해 외부로 배출(도 9의 도면부호 fa2의 유로를 형성할 수 있음)될 수 있다. 즉, 재배공간(S)의 공기는 제1 덕트(142), 그리고 제2 덕트(143)를 거쳐 제2 채널(C2)을 통해 외부로 배출될 수 있다.

여기서, 제1 덕트(142)의 타측 터미널에 마련된 복수의 제1 터미널(T11~T13)은 분기된 형태로 마련될 수 있고, 제2 덕트(143)의 타측 터미널에 마련된 복수의 제2 터미널(T21~T23) 역시 분기된 형태로 마련될 수 있다. 이때, 제1 덕트(142)는 제1 터미널(T11~T13) 이외에 제3 터미널(미도시)이 분기된 형태를 가질 수 있고, 또 제2 덕트(143)는 제2 터미널(T21~T23) 이외에 제4 터미널(T4)이 분기된 형태를 가질 수 있다.

한편, 제어모듈은 내상(130)의 재배공간(S)의 공조환경을 형성할 수 있으며, 이를 위해, 제1 채널(C1)과 제2 채널(C2)은 제어모듈(미도시)에 의해 생성된 제어명령에 의해 개폐 동작이 제어될 수 있다. 도 9의 도면부호 C1a는 제1 채널(C1)을 통해 외기가 식물재배장치(100)의 내부로 도입되는 유로를 개폐하기 위한 댐퍼를 가리킬 수 있고, 도면부호 C2a는 제2 채널(C2)을 통해 외기가 식물재배장치(100)의 외부로 배출되는 유로를 개폐하기 위한 댐퍼를 가리킬 수 있다.

재배공간(S)의 공조환경(온도, 습도, 이산화탄소 농도 등)에 따라, 제어모듈은 외기의 도입 여부 및 재배공간(S)의 공기의 배출 여부를 결정할 수 있다. 또한, 제어모듈은 재배공간(S)의 습도를 조절하기 위해 재배공간(S)의 공기 배출량이나 배출속도를 제어할 수 있다.

이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치(100)는 재배공간(S)의 공조환경을 센싱하기 위해 온/습도기와 이산화탄소 농도 측정기(미도시) 등이 재배공간(S)의 내부 또는 외부(일 예로, 덕트)에 마련될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치(100)는 외부에서 식물재배기(100) 내부로 도입되는 외기의 온도를 측정하기 위한 온도센서, 제1 덕트(142) 상에 유동하는 온도, 즉 내상(130)의 배출구(O)를 통해 제1 덕트(142)로 유입된 재배공간(S)의 온도를 측정하기 위한 온도센서, 압축기(151)로부터 토출되는 냉매의 온도를 측정하기 위한 온도센서, 그리고/또는 열교환기인 응축기(152)와 증발기(153) 간에 유동하는 냉매의 온도를 측정하기 위한 온도센서 등을 포함할 수 있고, 제어모듈은 상기 적어도 하나의 온도센서로부터 측정된 온도데이터를 획득할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈은 트레이(120)의 복수의 스팟에 랜덤으로 배치된 캡슐(200)을 센싱하여 제어데이터를 획득할 수 있으며, 캡슐(200)의 개수, 품종, 배치 위치 및 배치 시기 중 적어도 하나에 따라, 재배공간(S)에 외기의 도입 여부, 재배공간(S) 내 공기의 외부 배출 여부 및 공조장치(151~153)나 히터 등을 통해 재배공간(S)으로 공급되는 공기의 온도, 습도, 공급량, 공급주기, 공급속도 등을 제어할 수 있다.

구체적으로, 제어모듈은 재배공간(S)의 공조환경에 대한 데이터와 외부의 공조환경에 대한 데이터를 근거로, 재배공간(S)의 공조환경(온도, 습도, 이산화탄소 농도 등)을 적정공조환경으로 유지하기 위해, 제1 채널(C1)을 개방(도면부호 fa3의 댐퍼를 개방)하여 재배공간(S)으로 외기를 유입하거나, 제2 채널(C2)을 개방(도면부호 fa2의 댐퍼를 개방)하여 재배공간(S)의 공기를 외부로 배출시키거나, 제1 채널(C1)과 제2 채널(C2)을 모두 개방(도면부호 fa2 및 fa3의 댐퍼를 모두 개방)하여 재배공간(S)으로 외기를 유입하는 동시에 재배공간(S)의 공기를 외부로 배출시킬 수 있다. 여기서, 재배공간(S)의 적정공조환경은 센서모듈(170)로부터 수신받은 제어데이터(캡슐의 개수, 품종, 배치 위치, 배치 시점 등)에 의해 결정될 수도 있다.

다시말해, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치(100)는 트레이(120)의 복수의 스팟에 랜덤으로 배치된 캡슐(200)의 개수와 품종 등에 따라 재배공간(S)의 적정공조환경이 기 설정될 수 있으며, 이를 기준으로 재배공간(S)의 현재 공조환경에 따라, 재배공간(S)으로 외기를 선택적으로 유입하거나, 재배공간(S)의 공기를 외부로 선택적으로 배출하거나, 재배공간(S)으로 냉각 또는 가열된 공기를 유입하거나, 재배공간(S)으로 제습 또는 가습된 공기를 유입함으로써, 재배공간(S)의 공조환경을 적정공조환경으로 조정하거나 유지할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치(100)는, 상기 공조장치(151~153)를 이용하여 재배공간(S) 내 냉각된 공기를 제공할 수 있으나, 이 이외에 재배공간(S) 내 가열된 공기를 제공하기 위한 수단으로서, 덕트를 따라 유동하는 공기를 가열하기 히터(180)를 포함할 수 있다(도 9 참조).

여기서, 히터(180)는 그 종류를 특별히 한정하지 않으나, 전기히터인 것이 바람직하며, 히터(180)는 덕트 상에, 바람직하게는 내상(130)으로 유입되는 공기가 유동하는 제2 덕트(143), 더욱 바람직하게는 제2 덕트(143)가 순환팬(141)에 연결되는 제2 연결단(141b)의 관로 내부에 마련되어, 제어모듈의 제어신호에 따라 작동하여 유동하는 공기를 가열시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치는 재배공간(S)의 습도를 제어하기 위해, 재배공간(S)에 별도로 가습을 하기 위해 물 따위를 분무하거나, 트레이(120) 내 배양액이 저장된 내부 수용 공간에 공기를 공급하여 트레이(120) 내 배양액을 증발 기화시키는 등의 방식을 이용할 수 있으나, 본 발명은 재배공간(S) 내 가습 또는 제습을 위한 방식을 특별히 한정하지 않는다.

공조 계통 - 재배공간 내 배양액 온도 조절

한편, 전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 증발기(153)는 재배공간(S)에 공급되는 공기를 냉각시키기 위한 제1 증발기(153a)와, 트레이(120)에서 재배되는 식물에 제공되는 배양액을 냉각시키기 위한 제2 증발기(153b)를 포함할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 삼방밸브(1561)가 제어모듈에 의해 냉매사이클을 따라 순환하는 냉매를 제2 증발기(153b)로 유도하는 경우, 즉 냉매순환유로 fr2를 형성케할 수 있다.

냉매는 압축기(151), 응축기(152), 제2 증발기(153b), 및 팽창밸브(155)를 순환할 수 있고, 그 중 제2 증발기(153b)에는 팽창밸브(155)를 통과하여 저온저압으로 상태변환된 액체냉매가 유입되며, 이때 주변에 피냉각대상인 배양액탱크(191) 내 배양액과 열교환함으로써, 액체 냉매는 피냉각대상으로부터의 열 흡수로 증발하고, 상기 피냉각대상은 냉각될 수 있다.

이에 따라, 제2 증발기(153b)와 열교환되어 냉각된 물 또는 배양액은 트레이(120)에 제공됨으로써, 트레이(120)에서 재배되는 식물에 제공되는 물 또는 배양액의 온도는 조절될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치(100)는 재배공간(S) 내 식물의 생장을 위한 적절한 온도를 유지하기 위해, 전술한 바와 같이 공조장치(151~153)를 이용하여 냉각된 공기를 재배공간(S)에 유입시킬 수 있으나, 이에 한하지 않고 식물에 제공되는 물이나 배양액의 온도를 적절히 조절하기 위해, 상기 공조장치(151~153)를 이용할 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치(100)는 공조장치(151~153)에서 서로 병렬로 연결된 제1 및 제2 증발기(153a, 153b) 중 제2 증발기(153b)를 이용하여 트레이(120)의 식물에 제공되는 물 또는 배양액의 온도를 조절할 수 있다.

트레이(120)에서 재배되는 식물에 제공되는 물 또는 배양액의 온도를 조절하기 위해, 트레이(120)에 담수된 물 또는 배양액을 직접 냉각하는 방법을 이용할 수 있으나, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따라, 제2 증발기(153b)를 배양액탱크(191)에 마련하여, 배양액탱크(191) 내 배양액의 온도를 조절하고, 배양액탱크(191) 내 온도가 조절된 배양액을 트레이(120)에 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제2 증발기(153b)는 배양액탱크(191)에 마련되되, 다양한 구현예에 따라 제2 증발기(153b)를 배양액탱크(191)에 마련하여 배양액탱크(191) 내 배양액의 온도를 냉각시킬 수 있다.

구체적으로, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배양액탱크에 마련된 제2 증발기를 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 제2 증발기(153b)는, 도 12(a)에 도시한 바와 같이, 배양액탱크(191)의 외주면 중 적어도 일부, 바람직하게는 하부 외주면 중 적어도 일부를 감싸도록 마련되어, 배양액탱크(191) 내 담수된 배양액을 냉각시킬 수 있다. 이 경우에는 배양액탱크(191)에 제2 증발기(153b)를 마련하기 위해, 배양액탱크(191)에 타공을 하지 않아도 되기 때문에 배양액탱크(191)의 내부에 담수된 배양액의 누수 가능성을 높이지 않을 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 제2 증발기(153b)는, 도 12(b)에 도시한 바와 같이, 배양액탱크(191)의 내주면 중 적어도 일부, 바람직하게는 하부 내주면 중 적어도 일부를 감싸도록 마련되어, 배양액탱크(191) 내 담수된 배양액을 냉각시킬 수 있다. 이 경우에는 배양액탱크(191) 내 담수된 배양액과 제2 증발기(153b) 간에 열교환이 직접 이루어지기 때문에, 제2 증발기(153b)를 통한 배양액탱크(191) 내 배양액의 냉각을 신속하게 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 제2 증발기(153b)는, 도 12(c)에 도시한 바와 같이, 배양액탱크(191)의 저면에 마련되어, 배양액탱크(191) 내 담수된 배양액을 냉각시킬 수 있다. 제2 증발기(153b)는 배양액탱크(191)의 내측 저면에 적어도 일부가 노출되도록 마련될 수도 있고, 이와 다르게 배양액탱크(191)의 저면에 매립되어 마련될 수도 있다. 이 경우에는 배양액탱크(191) 내 담수된 배양액의 수위가 낮은 경우라도 배양액을 냉각시킬 수 있다.

배양액탱크(191)에는 워터탱크(194)로부터 유입된 물과, 영양액탱크(192)로부터 유입된 영양액을 혼합하기 위해 교반장치(미도시)가 마련될 수 있다.

다만, 제2 증발기(153b)를 이용하여 배양액탱크(191) 내 배양액을 냉각시킬 때, 제어모듈은 상기 교반장치를 작동시킬 수 있고, 배양액탱크(191) 내 배양액을 냉각시킴과 동시에 교반장치를 작동함으로써, 배양액탱크(191) 내 배양액을 고르게 냉각시키도록 하는 것이 바람직하다.

다시말해, 제어모듈이 배양액탱크(191) 내 배양액을 냉각시키고자할 때 냉각사이클의 냉매를 제2 증발기(153b)로 유도하도록 삼방밸브(1561)의 동작을 제어할 때, 상기 교반장치를 작동시킬 수 있다.

여기서, 교반장치는 배양액탱크(191) 내 물과 영양액을 혼합하기 위한 것이면 특별히 한정하지 않으나, 일 실시예에 따라, 수직하게 마련된 회전축을 중심으로 마련된 임펠러와, 상기 회전축을 자전구동시키기 위한 구동장치를 포함할 수 있다.

한편, 제어모듈은, 전술한 바와 같이, 삼방밸브(1561)의 동작을 제어하여, 재배공간(S) 내 공기를 냉각시키고자 할 때에는 냉매를 제1 증발기(153a)로 유도하도록하고, 또 배양액탱크(191) 내 배양액을 냉각시키고자 할 때에는 냉매를 제2 증발기(153b)로 유도하도록 할 수 있다.

제어모듈은, 재배공간(S)이나 제1 덕트(142)에 마련된 온도센서 따위에 의해 측정된 재배공간(S) 내 감지된 온도가 식물의 생장을 위해 요구되는 온도와 차이가 있어 온도를 조절하기 위해, 단순하게 외기를 도입하여 재배공간(S)으로 제공할 수도 있지만, 공조장치(151~153), 특히 제1 증발기(153a)를 이용하여 재배공간(S)을 순환하는 공기나 외기를 냉각하여 재배공간(S)에 제공할 수 있다.

또한, 제어모듈은, 트레이(120)나 배양액탱크(191) 또는 배양액유로(fm1~fm3) 상에 마련된 온도센서 따위에 의해 측정된 배양액의 온도가, 식물의 생장을 위해 적절하지 않은 경우, 배양액의 온도를 조절하기 위해, 공조장치(151~153), 특히 제2 증발기(153b)를 이용하여 배양액탱크(191) 내 배양액을 냉각하여 트레이(120)에 제공할 수 있다.

즉, 제어모듈은 재배공간(S) 내 공기 온도에 따라, 또는 트레이(120) 내 배양액의 온도에 따라, 삼방밸브(1561)의 동작을 제어하여, 냉동사이클을 따라 순환하는 냉매를 선택적으로 제1 증발기(153a)와 제2 증발기(153b) 중 어느 하나로 유도할 수 있다.

다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈이 재배공간(S) 내 공급되는 공기의 온도를 낮추고자 함과 동시에, 트레이(120)에 공급되는 배양액의 온도도 낮추고자 할 때에는, 도 13에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 제어모듈이, 먼저 fr1 냉매순환유로를 형성하도록 삼방밸브(1561)의 작동을 제어하여 배양액탱크(191) 내 배양액을 냉각(S10)시킨 다음, 이후 fr2 냉매순환유로를 형성하도록 삼방밸브(1561)의 작동을 제어하여 재배공간(S) 내 공급되는 공기를 냉각(S30)시키는 것이 바람직하다.

더욱 바람직하게는, 제어모듈이 삼방밸브(1561)의 동작을 제어하여 냉동사이클을 이용하여 배양액탱크(191) 내 배양액을 냉각시키는 도중에도, 순환팬(141)을 작동(S20)하여 재배공간(S) 내 냉각되지 않은 공기라도 공급하여, 재배공간(S)의 내 공기유동을 일으키는 것이 좋다.

왜냐하면, 전술한 바와 같이, 내상(130)의 내부에 공급되는 공기가, 도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따라 하부측 또는 트레이(120)측에 마련된 유입구(I)를 통해 유입되는 경우, 배양액탱크(191) 내 배양액이 냉각되어 배양액펌프(P191)에 의해 트레이(120)에 제공되었을 때 내상(130)의 유입구(I)를 통해 유입된 공기에 의해 트레이(120)에 담수된 배양액의 냉기는 내상(130)의 내부를 순환하여 재배공간(S) 내 공기를 저온의 분위기로 형성케할 수 있기 때문이다.

이렇게 저온의 분위기로 형성된 재배공간(S)에 냉각된 공기를 제공하는 경우, 재배공간(S) 내 공기의 온도를 신속하게 목표온도까지 낮출 수 있고, 공기를 냉각시키기 위해 요구되는 소비전력을 낮출 수 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1000: 식물재배시스템 200: 캡슐
100: 식물재배장치 300: 사용자단말기
400: 서버 110: 캐비넷
101: 수직프레임 102: 수평프레임
111: 도어 1111: 윈도우
120: 트레이 130: 내상
141: 순환팬 142: 제1 덕트
1421~1423: 제1 단위덕트체 143: 제2 덕트
1431~1433: 제2 단위덕트체 T11~T13: 제1 터미널
T21~T23: 제2 터미널 151: 압축기
152: 응축기 153: 증발기
154: 방열팬 155: 팽창밸브
151~153: 공조장치 1561: 삼방밸브
1562: 냉매합류밸브 160: 광원모듈
161: 기판커버 170: 센서모듈
180: 히터 C1: 제1 채널
C2: 제2 채널 181: 급수밸브
182: 영양액펌프 191: 배양액탱크
192: 영양액탱크 194: 워터탱크
195: 응축수탱크 P191: 배양액펌프
P194: 워터펌프 210: 캡슐프레임
220: 커버 221: 잔존부
222: 제거부 230: 인식부
240: 씨드수용부 250: 씨드

Claims

외관을 형성하는 캐비넷;
상기 캐비넷 내에 적어도 하나가 마련되되, 내부에 재배공간을 형성하는 내상;
상기 재배공간에 마련되어, 식물이 재배되는 트레이; 및
상기 재배공간 내 공기를 조화시키기 위한 공조장치가 포함된 기계실;
을 포함하되,
상기 공조장치는 상기 재배공간 내 공기 이외에, 상기 트레이의 식물에 제공되는 배양액의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
제 1 항에 있어서,
상기 트레이에 제공되는 배양액을 저장하는 배양액탱크;
를 더 포함하되,
상기 공조장치는 상기 배양액탱크 내 배양액의 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
제 2 항에 있어서,
상기 공조장치는, 냉매가 순환하는 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 냉동사이클을 포함하되,
상기 증발기는, 상기 재배공간 내 공기를 냉각시키기 위한 제1 증발기와, 상기 배양액탱크 내 배양액을 냉각시키기 위한 제2 증발기를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
제 3 항에 있어서,
상기 냉동사이클은,
상기 압축기에서 고온고압으로 토출되어 상기 응축기 및 상기 팽창밸브를 통과한 냉매를 상기 제1 및 제2 증발기 중 적어도 하나로 유도하기 위한 삼방밸브를 포함하되,
상기 제1 및 제2 증발기는 병렬로 연결된 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
제 4 항에 있어서,
상기 재배공간 내 공기를 냉각시키고자 할 때 냉매를 상기 제1 증발기로 유도하도록 상기 삼방밸브의 동작을 제어하고, 상기 배양액탱크 내 배양액을 냉각시키고자 할 때 냉매를 상기 제2 증발기로 유도하도록 상기 삼방밸브의 동작을 제어하는 제어모듈;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제어모듈은, 상기 재배공간 내 공기와 상기 배양액탱크 내 배양액을 모두 냉각시키고자 할 때에는, 상기 배양액탱크 내 배양액을 먼저 냉각시키도록 상기 삼방밸브의 동작을 제어하고, 그 이후 상기 재배공간 내 공기를 냉각시키기 위한 상방밸브의 동작을 제어하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
제 6 항에 있어서,
상기 재배공간 내 공기를 제공하기 위한 기류를 형성하는 순환팬;
을 더 포함하되,
상기 제어모듈이 먼저 상기 배양액탱크 내 배양액을 냉각시키는 도중, 상기 순환팬을 작동하여 상기 재배공간 내 공기유동을 일으키는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
제 7 항에 있어서,
상기 내상은, 상기 순환팬에 의해 공기가 유입되는 유입구가 하측에 마련되는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
제 5 항에 있어서,
상기 배양액탱크 내 마련되어, 내부의 상기 배양액을 혼합하기 위한 교반장치;
를 더 포함하되,
상기 제어모듈은, 상기 배양액탱크 내 배양액을 냉각시키기 위해 상기 삼방밸브의 동작을 제어할 때, 상기 교반장치를 작동시키는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제2 증발기는, 상기 배양액탱크의 외주면 또는 내주면 중 적어도 일부를 감싸도록 마련되는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
제 2 항에 있어서,
상기 제2 증발기는, 상기 배양액탱크의 저면에 마련되는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.