KR20230079594A - 식물재배장치 및 이의 제어방법 - Google Patents

식물재배장치 및 이의 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 외관을 형성하는 캐비넷, 상기 캐비넷 내에 적어도 하나가 마련되되, 내부에 재배공간을 형성하는 내상, 상기 재배공간에 마련되어, 식물이 재배되는 트레이, 물과 영양액이 혼합된 배양액을 저장하는 배양액탱크, 및 상기 배양액탱크에 영양액을 급수하는 1차급수행정을 수행 후, 상기 배양액탱크에 물을 급수하는 2차급수행정을 수행하도록 하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치를 제공한다.

Description

식물재배장치 및 이의 제어방법 {APPARATUS FOR CULTIVATING PLANTS AND METHOD FOR CONTROLLING THE SAME}
본 발명은, 식물재배장치 및 이의 제어방법에 관한 것으로, 구체적으로는 식물의 성장을 제어할 수 있는 환경을 조성할 수 있는 식물재배장치 및 이의 제어방법에 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.
식물의 성장을 유도하기 위해 물과 영양액이 혼합된 배양액이 요구되고 있으며, 식물에 제공시 배양액의 농도를 일정하게 유지할 수 있도록 하기 위해, 각종의 방법들이 제안되고 있다.
즉, 식물에 제공되는 배양액의 농도를 목표농도로 마련하기 위한 필요기술이 요구되는 실정에 있다.
KR 10-2016-0005606 A1
본 발명은, 배양액의 농도를 일정하게 유지하거나, 기 설정된 목표농도로 배양액을 마련할 수 있는 식물재배장치 및 이의 제어방법을 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, 물과 영양액이 혼합된 배양액을 저장하는 배양액탱크, 및 상기 배양액탱크에 영양액을 급수하는 1차급수행정을 수행 후, 상기 배양액탱크에 물을 급수하는 2차급수행정을 수행하도록 하는 제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치를 제공한다.
일 실시예에 따라, 상기 배양액탱크에 공급되는 영양액의 유량을 측정하기 위한 유량센서를 더 포함하고, 상기 제어모듈은, 상기 1차급수행정에서 영양액 공급시 상기 유량센서에 의해 측정된 값을 이용할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배양액탱크에 영양액을 가압하여 공급하기 위한 영양액펌프를 더 포함하고, 상기 제어모듈은, 상기 1차급수행정에서 영양액 공급시 상기 영양액펌프의 작동시간을 이용할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배양액탱크는, 내부에 저장된 배양액의 수위를 감지하기 위한 수위센서를 더 포함하고, 상기 제어모듈은, 상기 2차급수행정에서 상기 수위센서를 이용하여 기 설정된 수위까지 물을 공급할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제어모듈은, 상기 배양액탱크의 기 설정된 수위에 따른 배양액양을 기준으로 한 투입된 영양액양의 비율로 배양액농도를 산정하거나, 상기 기 설정된 수위에 따른 배양액양을 기준으로, 상기 기 설정된 배양액목표농도값에 따라 상기 배양액탱크에 영양액을 공급할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제어모듈은, 상기 1차급수행정을 수행하기 전에, 상기 배양액탱크 내 배양액을 외부로 배출할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제어모듈은, 상기 배양액탱크 내 배양액을 외부로 배출할 때, 적어도 하나의 상기 트레이에 공급할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 제어모듈은, 상기 배양액탱크 내 배양액을 외부로 배출하기 전에, 상기 배양액탱크 내 배양액의 수위가 저수위 이하인지 판단할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 배양액탱크 내 배양액을 상기 트레이에 가압하여 공급하기 위한 배양액펌프를 더 포함하고, 상기 제어모듈은, 상기 배양액탱크 내 배양액의 수위가 저수위 이하인 경우, 상기 배양액탱크 내 배양액을 상기 트레이에 공급하되, 상기 배양액펌프를 기 설정된 비움시간동안 작동할 수 있다.
일 실시예에 따라, 상기 비움시간은, 상기 배양액탱크 내 배양액이 저수위일 때 상기 배양액펌프의 작동으로 잔여 배양액이 외부로 배출될 때까지 소요되는 시간 이상일 수 있다.
또한, 본 발명은, 외관을 형성하는 캐비넷과, 상기 캐비넷 내에 적어도 하나가 마련되되, 내부에 재배공간을 형성하는 내상과, 상기 재배공간에 마련되어, 식물이 재배되는 트레이와, 물과 영양액이 혼합된 배양액을 저장하는 배양액탱크를 포함하는 식물제배장치의 제어방법에 있어서, 제어모듈은, 상기 배양액탱크에 영양액을 급수하는 1차급수행정을 수행하는 단계, 및 상기 제어모듈은, 상기 배양액탱크에 물을 급수하는 2차급수행정을 수행하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치의 제어방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 배양액의 농도를 일정하게 유지하거나, 기 설정된 목표농도로 배양액을 마련할 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 정면을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치의 복수의 내상을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치의 개략적인 분해도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배양액의 계통도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배양액탱크의 외관을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 배양액탱크의 일부를 절개하여 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치의 배양액을 마련하는 단계별 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 배양액 마련을 위한 전처리과정에 대한 단계별 흐름도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차급수행정의 단계별 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차급수행정의 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 6 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 정면을 나타낸 도면이다.
도 3 내지 5에 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 4 내지 7에서 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 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.
한편, 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 8 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 배양액탱크와 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 순환)할 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.
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.
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.
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.
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 7 등에 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 내지 6, 그리고 7에 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 배양액탱크와 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.
한편, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치의 개략적인 분해도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 배양액의 계통도이다.
도 7 및 8에 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 배양액목표농도 값보다 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.
본 발명의 일 실시예에 따라, 제어모듈은 상기 기 설정된 배양액목표농도값에 따른 배양액을 배양액탱크(191)에 마련할 수 있으며, 배양액탱크(191)에 상기 기 설정된 배양액목표농도값에 따른 배양액을 마련하기 위해, 후술하는 바와 같이, 배양액탱크(191)에 소정의 영양액을 투입한 이후, 물을 소정 수위까지 투입할 수 있다.
배양액탱크
본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치(100)는, 트레이(120)에 직접, 워터탱크(194)에 저장된 소정 양의 물을 공급하거나 영양액탱크(192)에 저장된 소정 양의 영양액을 공급할 수 있으나, 바람직한 일 실시예에 따라, 워터탱크(194)에 저장된 물과 영양액탱크(192)에 저장된 영양액을 배양액탱크(191)에 공급하여, 배양액탱크(191)에 혼합 저장된 배양액을 트레이(120)에 공급할 수 있다.
여기서, 전술한 바와 같이, 워터탱크(194)와 영양액탱크(192)는 사용자의 접근 용이성을 위해 기계실(M)의 전방에 노출되도록 마련되는 것이 바람직하나, 배양액탱크(191)는 배양액탱크(191)에 사용자가 직접 물이나 영양액을 주입할 필요가 없어 외부로 노출되지 않고 사용자의 접근이 불가능하도록 기계실(M)의 내측에 위치하는 것이 바람직하다.
이때, 더욱 바람직하게 배양액탱크(191)는 오버플로우(overflow)된 배양액이 펌프나 액추에이터 따위와 같은 가압장치 없이 응축수탱크(195) 또는 보조응축수탱크(196)로 이송될 수 있도록 응축수탱크(195) 또는 보조응축수탱크(196) 보다 상위에 위치할 수 있다.
아울러, 배양액탱크(191)에는 배양액탱크(191) 내 저장된 배양액을 트레이(120)로 급수하기 위해, 배양액탱크(191)와 트레이(120)를 연결하는 유로 상에는 배양액펌프(P191)가 마련될 수 있고, 배양액펌프(P191)에 의해 가압되어 트레이(120)로 급수되는 배양액을 단속하기 위해, 배양액펌프(P191)와 트레이(120)를 연결하는 유로 상에는 급수밸브(181)가 마련될 수 있다.
이때, 트레이(120)가 복수 개인 경우, 배양액펌프(P191)에 연결된 급수밸브(181) 역시 트레이(120)의 상응한 수만큼 마련되어, 각 트레이(120)마다 독립적으로 배양액의 공급을 제어할 수 있다.
한편, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 배양액탱크의 외관을 나타낸 도면이고, 다.
도 9에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 배양액탱크(191)는, 내부에 배양액을 저장하기 위한 수용공간을 갖되, 내부로 유입된 물과 영양액, 또는 이들이 혼합된 배양액을 교반하기 위한 교반장치(1916~1917)를 포함할 수 있다.
교반장치(1916~1917)는 배양액탱크(191) 내 물과 영양액을 혼합하기 위한 것이면 특별히 한정하지 않으나, 본 발명의 일 실시예에 따라 회전축(1917a)을 구동시키기 위한 구동장치(1916)와, 회전축(1917a)에 마련되어 배양액탱크(191)의 내부에서 구동장치(1916)의 구동에 따라 회전하는 임펠러(1917)를 포함할 수 있다.
여기서, 회전축(1917a)은, 도면에 도시한 바와 같이, 수직방향으로 마련될 수 있고, 수직방향으로 마련되어 자전하는 회전축(1917a)은 하측에 배양액탱크(191)의 내부에서 물과 영양액을 혼합하기 위한 날개(1917b)를 구비할 수 있다.
통상 물과 혼합되는 영양액은 물보다 비중이 높기 때문에, 임펠러(1917)는 회전축(1917a)의 하측에 날개(1917b)가 마련되도록 하는 것이 바람직하다.
날개(1917b)의 형상은 특별히 한정하지 않으나 수직방향으로 긴 장방형인 것이 바람직하되, 회전축(1917a)의 외주면을 따라 수직방향으로 길게 형성된 복수의 날개는, 어느 한 사선방향으로 기울어지게 마련되어, 물과 영양액의 혼합이 원활하게 이루어지도록 하는 것이 좋다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 임펠러(1917)는, 수직방향으로 긴 장방형의 날개를 가져 배양액 혼합을 위한 자전시, 배양액이 배양액함체(1911)의 내벽으로 비산되는 것을 최소화하여, 배양액탱크(191) 내 마련된 수위센서(1918a~1918c) 등이 수위 등을 오감지하는 것을 방지토록 하는 것이 좋다.
또한, 임펠러(1917)는 사선방향으로 기울어지도록 마련된 복수의 날개(1917b)가 형성된 하부영역 이외에, 날개(1917b)가 마련되지 않거나 폭이 상대적으로 좁은 날개가 형성된 상부영역을 가질 수 있으며, 여기서, 하부영역과 상부영역의 경계, 즉 날개(1917b)의 상단부는 후술하는 만수위센서(1918b)와 저수위센서(1918a)의 설치높이 사이에 위치함으로써, 날개(1917b)가 배양액 교반을 위한 자전시, 배양액이 비산하여 만수위센서(1918b)나 물넘침센서(1918c)에 닿아 배양액이 만수위나 한계수위에 있어 펌프(일 예로, 영양액펌프(182)나 워터펌프(P194) 등)의 작동이 정지되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
한편, 전술한 임펠러(1917)를 회전축(1917a)을 중심으로 회동시키기 위한 구동장치(1916)는, 배양액커버(1912)에 마련될 수 있다.
배양액탱크(191)는 내부에 배양액을 저장하기 위한 수용공간을 형성하는 배양액함체(1911)와, 배양액함체(1911)를 덮는 배양액커버(1912)를 포함할 수 있으며, 이때 구동장치(1916)는 대략 판상의 배양액커버(1912)의 중심에 마련되어, 수직방향으로 마련된 임펠러(1917)를 자전토록 구동할 수 있다. 여기서, 구동장치(1916)의 외주면, 즉 배양액커버(1912)와 접하는 부분에는 배양액의 누수를 방지하기 위해 씰링부재가 개재될 수 있다.
한편, 배양액함체(1911)를 덮는 배양액커버(1912)에는 워터탱크(194) 내 저장된 물이 유입되는 물유입구(1913)와, 영양액탱크(192) 내 저장된 영양액이 유입되는 영양액유입구(1914)를 가질 수 있다.
물유입구(1913) 또는 영양액유입구(1914)는 배양액함체(1911)가 아닌 배양액커버(1912)에 마련되되, 배양액커버(1912)에 일체로 형성될 수 있으며, 워터펌프(P194)에 의해 가압된 워터탱크(194) 내 물은 물유입구(1913)를 통해 배양액함체(1911)로 주입되거나, 영양액펌프(182)에 의해 가압된 영양액탱크(192) 내 영양액은 영양액유입구(1914)를 통해 배양액함체(1911)로 주입될 수 있다.
이렇게 배양액함체(1911)를 상부에서 덮는 배양액커버(1912)에 물유입구(1913)와 영양액유입구(1914)가 마련됨으로써, 물유입구(1913)와 영양액유입구(1914)를 통해 배양액함체(1911)의 내부로 주입된 물이나 영양액은 배양액함체(1911) 내 바닥을 향하여 자유낙하할 수 있다.
다만, 도시하지 않았으나, 배양액함체(1911)의 내부에는 물유입구(1913) 또는 영양액유입구(1914)의 하류측 단부에는 낙하하는 물 또는 영양액이 바닥면으로 향하여 직하하지 않도록 낙수하는 경로 상에 경사면이 마련될 수 있다. 즉, 물유입구(1913) 또는 영양액유입구(1914)를 통해 주입된 물 또는 영양액은 경사면을 타고 흘러 배양액함체(1911) 내 바닥으로 낙하하여, 물과 영양액이 바닥으로 직하함으로써 발생하는 낙수음을 줄이도록 하는 것이 바람직하다.
배양액탱크(191)는 내부로 물과 영양액이 유입되며, 유입된 물과 영양액을 교반하기 때문에, 배양액탱크(191) 내 유체가 외부로 누수될 수 있다.
따라서, 배양액탱크(191) 내 유체가 외부로 누수되는 것을 방지하기 위해, 배양액함체(1911)와 이를 덮는 배양액커버(1912) 사이의 상호 접하는 부분에는 씰링부재(1912a)가 개재된 것이 바람직하다. 여기서, 씰링부재(1912a)는 수밀성을 유지할 수 있는 것이면 그 소재나 재질은 특별히 한정하지 않는다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배양액탱크(191)는 수위를 감지하기 위한 적어도 하나의 수위센서(1918a~1918c)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 수위센서(1918a~1918c)는 배양액탱크(191) 내 수위를 감지하기 위한 것이면 특별히 한정하지 않으나, 수위센서(1918a~1918c)는 해당 위치에 피감지대상의 존부를 감지하기 위한 것이면 족하며, 제어모듈은 수위센서(1918a~1918c)를 이용하여 해당 위치에 피감지대상인 배양액의 존부를 판단함으로써, 배양액탱크(191) 내 배양액의 수위를 판단할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 배양액탱크(191)는 내부에 수용된 배양액의 저수위와 만수위를 감지하기 위해 배양액함체(1911)의 하측 높이에 마련된 저수위센서(1918a)와 배양액함체(1911)의 상측 높이에 마련된 만수위센서(1918b)를 포함할 수 있고, 제어모듈은 저수위센서(1918a)와 만수위센서(1918b)를 이용하여 배양액탱크(191) 내 저수위센서(1918a)와 만수위센서(1918b)의 위치를 근거로, 저수위센서(1918a)와 만수위센서(1918b)에서 배양액이 모두 미감지되면, 배양액탱크(191) 내 수위가 저수위센서(1918a)의 설치 높이 미만의 저수위임을 판단할 수 있고, 저수위센서(1918a)와 만수위센서(1918b) 중 저수위센서(1918a)에서만 배양액이 감지되면, 배양액탱크(191) 내 수위가 저수위센서(1918a)의 설치 높이와, 만수위센서(1918b)의 설치 높이 사이의 중수위임을 판단할 수 있으며, 저수위센서(1918a)와 만수위센서(1918b) 모두에서 배양액이 감지되면, 배양액탱크(191) 내 수위가 만수위센서(1918b)의 설치 높이 이상의 고수위임을 판단할 수 있다.
만약, 제어모듈이 저수위센서(1918a)와 만수위센서(1918b) 중 만수위센서(1918b)에서만 배양액을 감지하는 경우에는, 저수위센서(1918a)와 만수위센서(1918b) 중 적어도 하나에 감지 오류가 있어, 센서 고장 등을 판단할 수 있다.
한편, 제어모듈은 배양액펌프(P191)를 이용하여 배양액탱크(191) 내 저장된 배양액을 트레이(120)로 제공할 수 있다.
배양액펌프(P191)는 배양액탱크(191)와 트레이(120)의 전단에 마련된 급수밸브(181) 사이의 유로 상에 마련되어, 배양액탱크(191) 내 저장된 배양액을 트레이(120)로 가압할 수 있으며, 이때, 배양액펌프(P191)의 하류측 후단에는 유량센서(SF1)가 마련될 수 있다.
본 발명은 특별히 한정하는 것은 아니나, 일 예로서, 상기 배양액펌프(P191)는 기계실(M)의 바닥에 안착 마련될 수 있고, 상기 유량센서(SF1)는, 도 9에 도시한 바와 같이, 배양액함체(1911)의 어느 일 측면에 마련될 수 있다.
이 이외에, 배양액함체(1911)의 또 다른 일 측면에는 배양액탱크(191)의 내부로 유입되는 물이나 영양액의 양을 감지하기 위한 유량센서(1919a)도 마련될 수 있으며(도 9 참조), 제어모듈은 유량센서(1919a)를 이용하여 배양액탱크(191) 내 주입되는 물이나 영양액의 양이 배양액의 농도목표값을 추종하도록 영양액펌프(182)나 워터펌프(P194)의 작동을 제어할 수 있다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따라, 후술하는 바와 같이, 배양액탱크(191) 내 기 설정된 배양액목표농도값을 가진 배양액을 마련하기 위해, 배양액탱크(191)로 유입되는 물의 유량을 감지하기 위한 유량센서는 제외하고, 배양액탱크(191)로 유입되는 영양액의 유량을 감지하기 위한 유량센서만 마련될 수 있다.
한편, 제어모듈은, 전술한 바와 같이, 배양액펌프(P191)에 대하여 식물재배장치(100)의 구동 중 소정 주기에 따라 주기적으로 구동하거나, 트레이(120) 내 배양액의 소진 여부에 따라 구동할 수 있으나, 제어모듈은 배양액탱크(191) 내 저장된 배양액의 수위가 저수위라고 판단하면, 배양액펌프(P191)의 작동을 정지하거나 작동하지 않도록 하여, 배양액펌프(P191)가 불필요하게 작동하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
구체적으로, 도 12에 도시한 S1 단계에서 저수위센서(1918a) 및 만수위센서(1918b) 모두 배양액이 미감지될 때까지, 즉 저수위를 판단할 때까지, 주기적 또는 비주기적으로 배양액펌프(P191)를 작동할 수 있다.
이에 상응하여, 제어모듈은 배양액탱크(191) 내 저장된 배양액의 수위가 만수위라고 판단하면, 배양액탱크(191)로 물이나 영양액이 유입되지 않도록 하기 위해, 워터펌프(P194)나 영양액펌프(182)의 작동을 정지하거나 작동하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 배양액탱크(191)는, 배양액함체(1911)의 상측 높이에 만수위센서(1918b)가 마련될 수 있다. 이때, 물유입구(1913)와 영양액유입구(1914)는, 만수위센서(1918b)의 설치 높이보다 높게 위치하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는, 만수위센서(1918b)의 설치 높이보다 높은 위치에 마련된 드레인배출구(1915)의 높이보다 더 높게 위치하는 것이 좋다.
여기서, 드레인배출구(1915)는 배양액탱크(191) 내 저장된 배양액이 외부로 배출되는 배출로를 마련하기 위한 것으로, 배양액탱크(191) 내 배양액이 드레인배출구(1915)의 높이까지 차오르면 자연스럽게 드레인배출구(1915)를 통해 외부로 배출될 수 있으며, 드레인배출구(1915)를 통해 외부로 배출된 배양액은 응축수탱크(195) 또는 보조응축수탱크(196)로 유도될 수 있다.
즉, 배양액탱크(191) 내 만수위센서(1918b), 드레인배출구(1915), 그리고 물유입구(1913) 또는 영양액유입구(1914)는, 낮은 높이부터 순서대로 만수위센서(1918b) - 드레인배출구(1915) - 물유입구(1913) 또는 영양액유입구(1914)가 위치하는 것이 바람직하다.
왜냐하면, 배양액탱크(191) 내 배양액의 수위가 만수위센서(1918b)의 설치 높이 이상의 만수위시, 추가적인 물이나 영양액이 유입되더라도, 배양액함체(1911)와 배양액커버(1912) 사이로 누수가 발생하지 않고 드레인배출구(1915)를 통해 응축수탱크(195)나 보조응축수탱크(196)로 배양액을 배출함과 동시에, 물유입구(1913)나 영양액유입구(1914)를 통해 배양액이 역류하지 않도록 하는 것이 바람직하기 때문이다.
다만, 여기서, 드레인배출구(1915)를 통해 배양액이 응축수탱크(195)나 보조응축수탱크(196)로 자연 유도될 수 있도록, 배양액탱크(191)나 이에 마련된 드레인배출구(1915)는 응축수탱크(195) 또는 보조응축수탱크(196) 보다 높게 위치하는 것이 바람직하다.
또한, 물유입구(1913) 또는 영양액유입구(1914)는, 전술한 바와 같이, 배양액함체(1911)를 덮는 배양액커버(1912)에 마련되는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배양액탱크(191)는, 내부에 저장된 배양액을 트레이(120)로 공급하기 위해, 내부 수용공간 내 배양액이 배출되는 배양액배수구(1910)를 가질 수 있다.
배양액배수구(1910)는 배양액펌프(P191)와 연결되어, 배양액펌프(P191)의 작동으로 배양액탱크(191) 내 배양액은 흡인되어 트레이(120)로 공급될 수 있으나, 바람직하게 배양액배수구(1910)는 배양액함체(1911)의 저면에 마련되어, 배양액탱크(191) 내 수용공간에 배양액이 잔수 없이 트레이(120)로 제공될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
전술한 바와 같이, 배양액탱크(191)나 이에 마련된 드레인배출구(1915)는 응축수탱크(195) 또는 보조응축수탱크(196) 보다 높게 위치할 수 있으며, 이를 위해, 배양액탱크(191)는 기계실(M)의 바닥면으로부터 소정 높이만큼 이격 설치되는 것이 바람직하며, 이에 따라, 상기 배양액배수구(1910)는 배양액함체(1911)의 일 측면 하단이 아닌 저면에 마련될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라 배양액탱크(191)에 마련되는 수위센서(1918a~1918c)는 저수위센서(1918a)와 만수위센서(1918b) 외에, 만수위센서(1918b)보다 높은 위치에 물넘침센서(1918c)를 더 포함할 수 있다.
물넘침센서(1918c)는 상기 드레인배출구(1915)의 높이 또는 그 이상의 배양액 수위를 감지하기 위한 것으로서, 제어모듈은 물넘침센서(1918c)를 이용하여 배양액이 감지되면 배양액탱크(191) 내 저장된 배양액의 수위가 한계수위임을 판단할 수 있다.
정상적인 작동과정에서 물넘침센서(1918c)는 배양액을 감지하지 못하지만, 만수위센서(1918b)에 고장이 발생하여, 배양액탱크(191) 내로 물 및/또는 영양액이 지속적으로 유입되는 경우, 배양액탱크(191)의 밖으로 배양액이 지속하여 누수되는 것을 방지하기 위해, 제어모듈은 만수위센서(1918b)의 감지결과와 무관하게 물넘침센서(1918c)에 의해 드레인배출구(1915)의 높이 또는 그 이상의 배양액 수위가 감지되면, 워터펌프(P194) 및/또는 영양액펌프(182)의 작동을 정지하거나 작동하지 않도록 하는 것이 바람직하다.
이때, 특별히 한정하지 않으나, 상기 물넘침센서(1918c)는 감지부위가 수직하도록 배양액커버(1912)에 마련될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라 배양액탱크(191)에 마련되는 수위센서(1918a~1918c)는 배양액함체(1911)의 저면에 마련되어 배양액을 감지하기 위한 확인센서(미도시)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로, 확인센서(1918d)는 감지부위가 수직하도록 배양액함체(1911)의 저면에 마련되어, 제어모듈은 확인센서를 이용하여 배양액함체(1911) 내 배양액이 있는지 여부를 판단할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 배양액탱크(191)는 내부에 저장된 배양액의 농도를 측정하기 위한 적어도 하나의 농도센서(1919b, 1919e)를 포함할 수 있다.
하나의 농도센서(1919e)는 배양액함체(1911)의 저면에 마련되어 내부에 저장된 배양액의 농도를 측정할 수 있고, 만약 또 다른 농도센서(1919b)가 추가된다면, 배양액커버(1912)에 마련되어 내부에 저장된 배양액의 농도를 측정하는 것이 바람직하다.
즉, 제어모듈은 어느 하나의 농도센서(1919b, 1919e)에 의해 측정된 배양액 농도측정값을 이용하여 배양액탱크(191) 내 배양액의 농도를 측정할 수 있으나, 바람직하게는 배양액탱크(191)의 상측과 하측 각각에 마련된 제1 및 제2 농도센서(1919b, 1919e)에 의해 측정된 제1 및 제2 농도측정값을 산술평균하거나 가중평균한 값을 최종 배양액농도로 할 수 있다.
왜냐하면, 물과 영양액은 비중이 서로 다르고, 물과 영양액의 교반 정도에 따라 배양액의 상측과 하층의 농도가 서로 다를 수 있기 때문이다.
더욱 바람직한 일 실시예에 따라, 상기 배양액탱크(191)는 내부에 저장된 배양액의 온도를 측정하기 위한 적어도 하나의 온도센서(1919c, 1919d)를 포함할 수 있다.
배양액의 농도는 온도에 따라 변하여 편차가 발생할 수 있고, 제어모듈은 농도센서(1919b, 1919e)를 이용하여 측정된 배양액의 농도값을 온도센서(1919c, 1919d)에 의해 측정된 온도값에 따라 보정하고, 온도보정된 농도값을 최종 농도값으로 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 농도센서(1919b, 1919e)는 온도센서(1919c, 1919d)와 쌍을 이룰 수 있고, 이를 위해 온도센서(1919c, 1919d)는 농도센서(1919b, 1919e)와 인접하여, 배양액함체(1911)의 저면 및/또는 배양액커버(1912)에 마련되어 내부에 저장된 배양액의 온도를 측정할 수 있다.
배양액탱크의 급수 제어
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치의 배양액을 마련하는 단계별 흐름도이다.
도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치(100)는, 전술한 바와 같이, 각 구성요소의 동작을 전반적으로 제어하기 위해 제어모듈(미도시)을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈은 배양액탱크(191)에 영양액을 급수하는 1차급수행정을 수행(S10)할 수 있고, 그 다음 배양액탱크(191)에 물을 급수하는 2차급수행정(S20)을 수행(S20)할 수 있다.
이하, 각 단계에 대해 자세히 살펴보기로 한다.
제어모듈이 1차급수행정을 수행하는 단계(S10)는 영양액탱크(192)에 저장된 영양액을 배양액탱크(191)에 공급하기 위해, 영양액펌프(182)를 작동시킬 수 있다.
이후, 제어모듈이 2차급수행정을 수행하는 단계(S20)는 워터탱크(194)에 저장된 물을 배양액탱크(191)에 공급하기 위해, 워터펌프(P194)를 작동시킬 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따라, 식물이 재배되는 트레이(120)에 공급되는 배양액을 배양액탱크(191)에 기 마련될 수 있으며, 이때 배양액탱크(191)에 배양액을 마련하기 위해 먼저 영양액을 투입하고, 이후 물을 투입하도록 하여, 배양액의 농도를 일정하게 유지하거나, 기 설정된 목표농도로 배양액을 마련할 수 있다.
구체적으로, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 1차급수행정의 단계별 흐름도이다.
도 13에 도시한 바와 같이, 1차급수행정은 제어모듈이 영양액탱크(192)에 저장된 영양액을 배양액탱크(191)에 공급할 때 유량센서(1919a) 및/또는 영양액펌프(182)를 이용할 수 있다.
여기서 유량센서(1919a)는 배양액탱크(191)에 공급되는 영양액의 유량을 측정하기 위한 것으로서, 영양액탱크(192)와 배양액탱크(191) 사이에 영양액이 유동하는 유로 상에 마련될 수 있다.
마찬가지로, 영양액펌프(182)는 영양액탱크(192)에 저장된 영양액을 배양액탱크(191)로 공급하기 위해 영양액을 가압하는 장치로서, 영양액탱크(192)와 배양액탱크(191) 사이에 영양액이 유동하는 유로 상에 마련될 수 있다.
제어모듈은 상기 유량센서(1919a)를 이용하여, 영양액펌프(182)에 의해 배양액탱크(191)로 가압되는 영양액의 양을 측정할 수 있다. 즉, 제어모듈은 영양액펌프(182)를 작동(S13)하여, 배양액탱크(191)에 물보다 먼저 영양액을 급수할 수 있으며, 이때, 상기 유량센서(1919a)에 의해 측정되는 값을 이용하여 배양액탱크(191)에 공급되는 영양액의 양을 산출할 수 있다.
즉, 제어모듈은 영양액펌프(182)를 작동(S13)하되, 유량센서(1919a)를 이용하여 기 설정된 배양액목표농도값에 상응하는 영양액의 양만큼 배양액탱크(191)에 투입한 다음, 영양액펌프(182)의 작동을 정지할 수 있다.
제어모듈이 배양액탱크(191) 내 배양액의 농도를 기 설정된 배양액목표농도값으로 마련하기 위해, 상기 기 설정된 배양액목표농도값에 상응하는 영양액의 양만큼 배양액탱크(191)에 투입하여야 하며, 이를 위해 제어모듈은 영양액펌프(182)를 기 설정된 작동시간(일 예로 5초) 이하로 작동하거나, 또는 유량센서에 의해 측정되는 값이 기 설정된 펄스값(일 예로 50펄스)이 감지될 때까지 영양액펌프(182)를 작동할 수 있다(S14).
왜냐하면, 일반적으로 배양액탱크(191)에 기 설정된 배양액목표농도값에 상응하는 영양액의 양은 매우 적기 때문에, 정량의 영양액을 배양액탱크(191)에 투입하기 위해 제어모듈은 상기 유량센서(1919a)와 영양액펌프(182)를 이용할 수 있다.
구체적으로, 제어모듈은 유량센서(1919a)에 의해 측정된 영양액의 유량 값만큼 배양액탱크(191)에 영양액을 급수할 수 있지만, 유량센서의 측정된 값이 정확하지 않을 수 있기 때문에, 유량센서에 의해 측정된 값이 기 설정된 값(펄스값) 미만이더라도, 영양액펌프(182)의 작동시간이 기 설정된 작동시간 이상이면, 영양액펌프(182)의 작동을 정지(S15)할 수 있고, 이와 반대로 제어모듈은 영양액펌프(182)의 작동시간만큼 배양액탱크(191)에 영양액을 급수할 수 있지만, 영양액펌프(182)에 의해 단위시간당 급수되는 양이 정확하지 않을 수 있기 때문에, 영양액펌프(182)의 작동시간이 기 설정된 작동시간 미만이더라도, 유량센서에 의해 측정된 값이 기 설정된 값 이상이면 영양액펌프(182)의 작동을 정지(S15)할 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈은 유량센서(1919a)와 영양액펌프(182)를 이용하여 기 설정된 유량값과 기 설정된 작동시간 중 먼저 도달하는 것을 기준으로 하여, 배양액탱크(191)에 기 설정된 배양액목표농도값에 상응하는 영양액만큼 투입함으로써, 배양액탱크(191)에 정량의 영양액을 투입할 때, 그 투입양에 대한 오차를 현저히 낮출 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따라, 제어모듈이 배양액탱크(191)에 영양액을 투입하기 위해 영양액펌프(182)를 작동(S13)할 수 있으며, 제어모듈은 영양액펌프(182)의 작동(S13)을 시작하기 전에, 영양액탱크(192) 내 영양액이 저수위 이상인지 여부를 판단(S11)할 수 있다.
영양액탱크(192)에는 내부에 저장된 영양액의 수위를 측정하기 위해 적어도 하나의 수위센서(미도시)가 마련될 수 있으며, 제어모듈이 영양액탱크(192)에 마련된 수위센서를 이용하여 영양액탱크(192) 내 수위가 저수위 미만으로 판단되면, 영양액을 보충을 표시하는 알람을 외부에 출력(S12)할 수 있다.
물론, 제어모듈은 영양액펌프(182)의 작동(S13) 중 영양액탱크(192) 내 수위가 저수위가 되면, 영양액펌프(182)의 작동(S13)을 정지하고 영양액을 보충을 표시하는 알람을 외부에 출력(S12)할 수 있다.
한편, 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 2차급수행정의 단계별 흐름도이다.
도 14에 도시한 바와 같이, 2차급수행정은 제어모듈이 워터탱크(194)에 저장된 물을 배양액탱크(191)에 공급할 때 배양액탱크(191) 내 마련된 수위센서(1918a~1918c), 구체적으로 만수위센서(1918b)를 이용할 수 있다.
구체적으로, 제어모듈은 1차급수행정에서 영양액을 배양액탱크(191)에 급수한 다음, 워터펌프(P194)를 작동(S23)하되, 만수위센서(1918b)가 감지될 때까지, 즉 배양액탱크(191)의 만수위까지 물을 급수하여, 물과 영양액이 혼합된 배양액을 마련할 수 있다.
즉, 배양액탱크(191)에 영양액을 투입할 때와 달리, 배양액탱크(191)에 물을 급수할 때에는 급수량을 산정하기 위해 별도의 유량센서를 이용하지 않을 수 있으며, 그리고 워터펌프(P194)의 작동시간을 이용하지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈은 배양액탱크(191)의 기 설정된 수위(일 예로 만수위)에 따른 배양액양을 기준으로 한 투입된 영양액양의 비율로 배양액의 농도를 산정할 수 있으며, 반대로 배양액탱크(191)의 기 설정된 수위(일 예로 만수위)에 따른 배양액양을 기준으로, 상기 기 설정된 배양액목표농도값에 따라 영양액을 공급할 수 있다.
다시말해, 제어모듈이 배양액탱크(191) 내 배양액을 마련할 때, 기 설정된 수위, 일 예로 만수위만큼 배양액을 마련하기 때문에, 배양액의 양은 고정된 값으로서, 이를 기준으로 투입한 영양액의 양을 이용하여 배양액농도를 산정하거나 또는 기 설정된 배양액목표농도값을 기준으로 영양액의 투입양을 산정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 제어모듈이 배양액탱크(191)에 물을 투입하기 위해 워터펌프(P194)를 작동(S23)할 수 있으며, 워터펌프(P194)의 작동(S23)을 시작하기 전에, 워터탱크(194) 내 물이 저수위 이상인지 여부를 판단(S21)할 수 있다.
워터탱크(194)에는 내부에 저장된 물의 수위를 측정하기 위해 적어도 하나의 수위센서(미도시)가 마련될 수 있으며, 제어모듈이 워터탱크(194)에 마련된 수위센서를 이용하여 워터탱크(194) 내 수위가 저수위 미만으로 판단되면, 물을 보충을 표시하는 알람을 외부에 출력(S22)할 수 있다.
물론, 제어모듈은 워터펌프(P194)의 작동(S23) 중 워터탱크(194) 내 수위가 저수위가 되면, 워터펌프(P194)의 작동(S23)을 정지하고 물을 보충을 표시하는 알람을 외부에 출력(S22)할 수 있다.
또한, 제어모듈이 워터탱크(194)를 작동(S23)한 이후, 배양액탱크(191)에 만수위가 감지(S24)되면, 워터펌프(P194)의 작동을 정지(S25)할 수 있으며, 여기서 제어모듈은 만수위센서(1918b)를 이용하여 배양액탱크(191)의 만수위를 감지할 뿐 아니라, 저수위센서(1918a)를 이용하여 배양액탱크(191)의 저수위를 감지하여, 배양액탱크(191) 내 저수위와 만수위가 모두 감지되는지 판단(S24)할 수 있다.
왜냐하면, 배양액탱크(191) 내 저장된 배양액은 저수위부터 만수위까지 점차적으로 수위가 상승하기 때문에, 제어모듈이 배양액탱크(191) 내 만수위를 감지하였지만, 저수위를 감지하지 못한 경우에는 수위센서(1918a~1918c)에 고장이 있음을 판정할 수 있고, 수위센서(1918a~1918c)의 고정을 표시하는 알람을 외부에 출력할 수 있다.
즉, 제어모듈이 워터탱크(194)의 작동(S23) 중 배양액탱크(191) 내 저장된 배양액이 저수위센서(1918a)에서 먼저 감지된 다음 만수위센서(1918b)에서 감지되는 경우 정상임을 판단할 수 있으나, 제어모듈이 워터탱크(194)의 작동(S23) 중 배양액탱크(191) 내 저장된 배양액이 저수위센서(1918a)에서 감지되지 않았음에도 만수위센서(1918b)에서 감지된 경우나, 먼저 만수위센서(1918b)에서 감지된 다음 저수위센서(1918a)에서 감지된 경우 등에는 센서 오류가 있음을 판단할 수 있다.
한편, 도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 배양액탱크 내 배양액 마련을 위한 전처리과정에 대한 단계별 흐름도이다.
도 12에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈은 1차급수행정을 수행하기 전에, 배양액탱크(191)를 비우기 위해 배양액탱크(191) 내 저장된 배양액을 외부로 배출할 수 있다.
즉, 제어모듈은 1차급수행정을 수행(S10)하기 전에 배양액펌프(P191)를 작동하여, 배양액탱크(191) 내 배양액 등을 외부로 배출시킬 수 있다(S2).
이때, 본 발명은 특별히 한정하지 않으나, 배양액탱크(191) 내 배양액 등을 완전히 배출시키기 위해, 제어모듈은 배양액펌프(P191)를 기 설정된 비움시간동안 작동할 수 있다. 여기서, 상기 비움시간은 배양액탱크(191) 내 저장된 배양액이 저수위일 때 배양액펌프(P191)의 작동으로 배양액탱크(191) 내 잔여 배양액이 외부로 배출될 때까지 소요되는 시간 이상일 수 있다.
전술한 바와 같이, 제어모듈이 배양액탱크(191) 내 배양액을 마련할 때, 기 설정된 수위, 일 예로 만수위만큼 배양액을 마련하기 때문에, 배양액의 양은 고정된 값으로서, 이때 배양액의 농도가 기 설정된 배양액목표농도값과 일치할 수 있도록 하기 위해, 배양액탱크(191)에 영양액을 투입하기 전에, 사전에 배양액탱크(191) 내 저장되어 있는 배양액을 외부로 배출할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 제어모듈은, 배양액탱크(191)를 비우기 위한 배양액펌프(P191)의 작동(S2) 전에, 배양액탱크(191)의 수위를 감지할 수 있다(S1).
구체적인 일 실시예에 따라, 제어모듈은 배양액탱크(191)에 마련된 저수위센서(1918a)와 만수위센서(1918b)를 이용하여, 배양액탱크(191) 내 저장된 배양액의 수위가 저수위 또는 저수위 미만인지 확인할 수 있다(S1).
이때, 제어모듈은 배양액탱크(191)의 저수위센서(1918a)와 만수위센서(1918b)에 의해 배양액이 모두 감지되지 않는 경우, 저수위센서(1918a)가 마련된 높이 미만의 저수위가 형성된 것으로 판단할 수 있다.
이렇게, 배양액탱크(191) 내 배양액이 저수위인 경우, 제어모듈은 배양액펌프(P191)를 작동(S2)하여, 배양액탱크(191) 내 배양액을 외부로 배출할 수 있다.
만약, 이와 다르게, 제어모듈이 저수위센서(1918a)와 만수위센서(1918b) 중 적어도 어느 하나에 의해 배양액을 감지한 경우, 먼저 만수위센서(1918b)에 의해 배양액이 감지되는지 판단할 수 있고, 만약 만수위센서(1918b)에 의해 배양액이 감지되지 않으면, 다시 저수위센서(1918a) 및 만수위센서(1918b)에서 모두 배양액이 감지되는지 판단하는 단계(S1)로 회귀할 수 있다. 즉 배양액탱크(191) 내 배양액이 중수위나 고수위를 형성하고 있는 경우, 배양액탱크(191) 내 물과 영양액을 혼합하여 배양액을 마련하지 않고, 주기적 또는 비주기적으로 배양액탱크(191) 내 배양액을 트레이(120)에 제공할 수 있다.
또한, 제어모듈이 저수위센서(1918a)와 만수위센서(1918b) 중 적어도 어느 하나에 의해 배양액을 감지하였지만, 만수위센서(1918b)에 의해 배양액이 감지되었지만, 저수위센서(1918a)에 의해 배양액이 감지되지 않으면, 저수위센서(1918a) 및/또는 만수위센서(1918b)에 고장 등이 있어 오류가 있음을 판단할 수 있고, 센서 고장 등을 판단한 경우, 제어모듈은 센서 고장 등이 있음을 외부로 알리기 위한 점검 알림을 출력(S5)할 수 있다.
만약, 제어모듈이 저수위센서(1918a)와 만수위센서(1918b) 중 적어도 어느 하나에 의해 배양액을 감지하였지만, 만수위센서(1918b)에 의해 배양액이 감지되었고, 그 다음으로, 저수위센서(1918a)에 의해 배양액이 감지되면, 다시 저수위센서(1918a) 및 만수위센서(1918b)에서 모두 배양액이 감지되는지 판단하는 단계(S1)로 회귀하여, 배양액탱크(191) 내 배양액의 수위가 저수위인지 여부를 판단할 수 있다.
한편, 배양액탱크(191) 내 배양액 등을 외부로 배출하는 단계(S2)는, 제어모듈이 배양액탱크(191) 내 저장되어 있는 잔여 배양액을 외부의 응축수탱크(195) 또는 보조응축수탱크(196) 따위로 배수하여 처리할 수 있으나, 바람직한 일 실시예에 따른 제어모듈은 배양액탱크(191) 내 잔여 배양액을 외부로 배출할 때, 적어도 하나의 트레이(120)에 공급할 수 있다.
즉, 제어모듈은 배양액탱크(191) 내 잔여 배양액을 식물에 공급하여 잔여 배양액이 낭비되지 않도록 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 식물재배장치(100)가 복수의 트레이(120)를 포함하고 있는 경우, 제어모듈은 급수밸브(181a~181c)를 이용하여 배양액탱크(191) 내 잔여 배양액을 복수의 트레이(120) 중 임의로 선택된 적어도 하나의 트레이(120)에 공급하거나, 또는 복수의 트레이(120)들 중 배양액의 수위가 가장 낮은 트레이(120)에 공급하거나, 또는 복수의 트레이(120)들 각각에 대해 미소량의 잔여 배양액을 나누어 공급하는 등 다양한 방법으로 트레이(120)에 잔여 배양액을 공급하여, 배양액탱크(191)를 비울 수 있다.
이렇게 제어모듈은 1차급수행정(S10) 및 2차급수행정(S20)을 통해 배양액탱크(191)에 기 설정된 배양액목표농도값에 따른 배양액을 마련하기 전에 배양액탱크(191)를 비움으로써, 배양액을 마련할 때 일정한 배양액목표농도값을 갖도록 할 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
1304: 내상배수구 141: 순환팬
142: 제1 덕트 143: 제2 덕트
1421~1423: 제1 단위덕트체 1431~1433: 제2 단위덕트체
T11~T13: 제1 터미널 T21~T23: 제2 터미널
151: 압축기 152: 응축기
153: 증발기 154: 방열팬
151~153: 공조장치 1531: 응축수배수구
160: 광원모듈 161: 기판커버
170: 센서모듈 180: 히터
C1: 제1 채널 C2: 제2 채널
181: 급수밸브 182: 영양액펌프
191: 배양액탱크 1910: 배양액배수구
1911: 배양액함체 1912: 배양액커버
1913: 물유입구 1914: 영양액유입구
1915: 드레인배출구 1916: 구동장치
1917a: 회전축 1917b: 임펠러
1918a: 저수위센서 1918b: 만수위센서
1918c: 물넘침센서 1919a: 유량센서
1919b, 1919e: 농도센서 1919c, 1919d: 온도센서
192: 영양액탱크 194: 워터탱크
195: 응축수탱크 196: 보조응축수탱크
P191: 배양액펌프 P194: 워터펌프
P196: 응축수펌프 210: 캡슐프레임
220: 커버 221: 잔존부
222: 제거부 230: 인식부
240: 씨드수용부 250: 씨드

Claims (11)

  1. 외관을 형성하는 캐비넷;
    상기 캐비넷 내에 적어도 하나가 마련되되, 내부에 재배공간을 형성하는 내상;
    상기 재배공간에 마련되어, 식물이 재배되는 트레이;
    물과 영양액이 혼합된 배양액을 저장하는 배양액탱크; 및
    상기 배양액탱크에 영양액을 급수하는 1차급수행정을 수행 후, 상기 배양액탱크에 물을 급수하는 2차급수행정을 수행하도록 하는 제어모듈;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배양액탱크에 공급되는 영양액의 유량을 측정하기 위한 유량센서;
    를 더 포함하고,
    상기 제어모듈은, 상기 1차급수행정에서 영양액 공급시 상기 유량센서에 의해 측정된 값을 이용하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 배양액탱크에 영양액을 가압하여 공급하기 위한 영양액펌프;
    를 더 포함하고,
    상기 제어모듈은, 상기 1차급수행정에서 영양액 공급시 상기 영양액펌프의 작동시간을 이용하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배양액탱크는, 내부에 저장된 배양액의 수위를 감지하기 위한 수위센서를 더 포함하고,
    상기 제어모듈은, 상기 2차급수행정에서 상기 수위센서를 이용하여 기 설정된 수위까지 물을 공급하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제어모듈은, 상기 배양액탱크의 기 설정된 수위에 따른 배양액양을 기준으로 한 투입된 영양액양의 비율로 배양액농도를 산정하거나,
    상기 기 설정된 수위에 따른 배양액양을 기준으로, 상기 기 설정된 배양액목표농도값에 따라 상기 배양액탱크에 영양액을 공급하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 1차급수행정을 수행하기 전에, 상기 배양액탱크 내 배양액을 외부로 배출하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 배양액탱크 내 배양액을 외부로 배출할 때, 적어도 하나의 상기 트레이에 공급하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어모듈은,
    상기 배양액탱크 내 배양액을 외부로 배출하기 전에, 상기 배양액탱크 내 배양액의 수위가 저수위 이하인지 판단하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 배양액탱크 내 배양액을 상기 트레이에 가압하여 공급하기 위한 배양액펌프;
    를 더 포함하고,
    상기 제어모듈은, 상기 배양액탱크 내 배양액의 수위가 저수위 이하인 경우, 상기 배양액탱크 내 배양액을 상기 트레이에 공급하되, 상기 배양액펌프를 기 설정된 비움시간동안 작동하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 비움시간은, 상기 배양액탱크 내 배양액이 저수위일 때 상기 배양액펌프의 작동으로 잔여 배양액이 외부로 배출될 때까지 소요되는 시간 이상인 것을 특징으로 하는 식물재배장치.
  11. 외관을 형성하는 캐비넷과, 상기 캐비넷 내에 적어도 하나가 마련되되, 내부에 재배공간을 형성하는 내상과, 상기 재배공간에 마련되어, 식물이 재배되는 트레이와, 물과 영양액이 혼합된 배양액을 저장하는 배양액탱크를 포함하는 식물제배장치의 제어방법에 있어서,
    제어모듈은, 상기 배양액탱크에 영양액을 급수하는 1차급수행정을 수행하는 단계; 및
    상기 제어모듈은, 상기 배양액탱크에 물을 급수하는 2차급수행정을 수행하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물재배장치의 제어방법.
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