KR20230082456A - 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 실내에서 다단식으로 형성되어 식물을 재배하는 수경재배 시스템에서 물 또는 양액의 상태를 측정하는 각종 센서들을 동일 위치에 위치시키면서도 정확하게 센싱값을 측정할 수 있고 또한, 양액탱크에 투입되는 원료들 역시 교차되어 양액탱크에 투입되도록 하여 양액탱크 내에서 또는 라인상에서 결정 형태로 굳게 되는 것을 방지할 수 있으며, 특히 센서부의 센싱 데이터가 기준값에 가까워질수록 양액탱크에 연결된 원료액의 공급펌프의 작동률을 점차 감소시켜, 최종적으로 센싱 데이터가 기준값에 도달시 원료액이 초과투입되지 않고 정확하게 정량 투입될 수 있도록 하며 또한, 물 또는 양액을 식물 뿌리에 직접 분사하지 않고, 물 또는 양액이 다른 부분에 부딪혀 반사되면서 식물 뿌리로 공급되는 간접 방식을 통해 식물 뿌리가 손상되지 않고 물과 양액을 공급받아 생육을 촉진할 수 있는 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템에 관한 것이다.

Description

분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템{A Nnutrient solution supply system of spray type hydroponics system}
본 발명은 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 실내에서 다단식으로 형성되어 식물을 재배하는 수경재배 시스템에서 물 또는 양액의 상태를 측정하는 각종 센서들을 동일 위치에 위치시키면서도 정확하게 센싱값을 측정할 수 있고 또한, 양액탱크에 투입되는 원료들 역시 교차되어 양액탱크에 투입되도록 하여 양액탱크 내에서 또는 라인상에서 결정 형태로 굳게 되는 것을 방지할 수 있으며, 특히 센서부의 센싱 데이터가 기준값에 가까워질수록 양액탱크에 연결된 원료액의 공급펌프의 작동률을 점차 감소시켜, 최종적으로 센싱 데이터가 기준값에 도달시 원료액이 초과투입되지 않고 정확하게 정량 투입될 수 있도록 하며 또한, 물 또는 양액을 식물 뿌리에 직접 분사하지 않고, 물 또는 양액이 다른 부분에 부딪혀 반사되면서 식물 뿌리로 공급되는 간접 방식을 통해 식물 뿌리가 손상되지 않고 물과 양액을 공급받아 생육을 촉진할 수 있는 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템에 관한 것이다.
토양 재배는 지나친 농약, 화학 비료의 남용, 휴경기 없는 다모작 재배 등에 의해 계속적으로 토양 환경이 악화되어 생산성이 저하되었던 바, 이를 극복하기 위해 고품질, 고생산, 고가격이 가능한 무토양 양액 재배가 대두되고 있다. 이러한 무토양 양액 재배는 네델란드, 덴마크, 프랑스, 이스라엘 등 선진 농업국들이 중앙 통제 자동화 시스템에 의한 고기술 고품질 고생산 체계를 확립하여 전체 시설면적의 30∼50%의 대규모 양액 재배를 통해 세계 고급화훼와 원예시장은 물론 관련 기자재 시장을 주도하고 있다. 최근 우리나라에서도 시설 채소의 각광과 아울러 청정 채소의 요청이 늘어나 양액 재배에 대한 관심이 높아지고 있다. 우리나라에서는 1980년경부터 양액재배가 시작되어, 현재 오이, 토마토, 고추 등의 과채류, 상추, 미나리, 들깨 등의 엽채류, 장미, 카네이션 등의 화훼류 등의 작물에 광범위하게 사용되고 있다.
양액 재배는 작물의 생육에 필요한 물과 양분을 토양에서 공급받는 것이 아니고, 양분을 적당한 비율로 물에 용해시킨 배양액을 만들어 산소와 함께 공급하면서 작물을 재배하는 방법으로, 이 중 수경 재배는 작물 재배에 필요한 양액을 작물 뿌리에 침전 내지 분사하여 공급하는 방식을 취하고 있다.
특히, 최근의 수경 재배 시스템은, 실내 공간에서 다단식으로 재배기가 배열되어 공간을 효율적으로 사용하면서도 각종 센서를 통해 주변 환경을 계측하고 제어하여 기존 농업 대비 동일 면적에서 더 많은 양의 작물을 재배할 수 있는 장점을 갖고 있다.
그러나, 기존의 수경 재배 시스템의 경우, 식물 씨앗의 발아 이후, 다시 재배기(재배판)으로 이식하는 단계를 거쳐야 하기 때문에 번거로운 과정을 거쳐야 하며, 또한 재배되는 식물 뿌리에 물 또는 양액을 공급하는 과정에서 식물 뿌리를 향해 직접적으로 분사하기 때문에 어린 식물의 뿌리가 손상되어 재배에 실패하게 되는 사례가 많이 발생하고 있다. 또한, 이러한 수경 재배 시스템에 적용되는 양액공급 제어의 경우에도, PH, EC 등의 각종 센서(전류를 흘려보내 값을 측정하는 원리가 적용됨)가 동시에 작동하는 경우 측정을 위해 흘려보내는 전류의 충돌로 인해 정확한 값을 측정하기 어렵기 때문에 각각의 센서들을 전류충돌이 적은 각기 다른 위치에 떨어뜨려 설치하고 사용하게 되고, 이로 인해 각각의 센서들의 위치가 멀어지는 만큼 측정 값의 오차가 발생하게 되고, 이를 최소화하기 위해 고가의 센서를 구비하는 문제들이 발생하고 있다.
<특허문헌> 한국등록특허 제10-2218487호(2021.09.16. 공고) "다년생 수삼 수경재배용 수조장치"
상기 특허문헌에 개시된 선행기술 역시, 수삼 재배를 위한 수경재배장치(시스템)에 관한 것으로, 다년생 수삼(뿌리)으로부터 줄기와 잎사귀를 양액을 사용하여 재배할 수 있도록 이루어진 다년생 수삼 수경재배용 수조장치에서, 수삼재배용 수조 내에 위치하여 양액을 분사하여 수삼에 양액을 공급하도록 이루어진 양액분사장치를 개시하고 있는데, 이러한 양액분사장치가 수삼 뿌리에 직접 양액을 분사하는 구조를 개시하고 있을 뿐이다.
이와 같이, 기존 수경 재배 시스템에서 발생하고 있는 재배 과정의 번거로운 단계들을 거쳐야 하는 불편함 및 식물 뿌리에 직접 물 또는 양액이 분사되는 과정에서 발생하는 여러 문제점 그리고 시스템 내 설치되는 다수 센서들을 각각 원거리 이격시켜 설치한 후 사용함에 따른 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 수경 재배 시스템에 대한 해결을 위해 본 발명이 발명되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,
본 발명은 실내에서 다단식으로 형성되어 식물을 재배하는 수경재배 시스템에서 물 또는 양액의 상태를 측정하는 각종 센서들을 동일 위치에 위치시키면서도 정확하게 센싱값을 측정할 수 있고 또한, 양액탱크에 투입되는 원료들 역시 교차되어 양액탱크에 투입되도록 하여 양액탱크 내에서 또는 라인상에서 결정 형태로 굳게 되는 것을 방지할 수 있는 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 센서부의 센싱 데이터가 기준값에 가까워질수록 양액탱크에 연결된 원료액의 공급펌프의 작동률을 점차 감소시켜, 최종적으로 센싱 데이터가 기준값에 도달시 원료액이 초과투입되지 않고 정확하게 정량 투입될 수 있도록 하는 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 실내에서 다단식으로 형성되어 식물을 재배하는 수경재배 시스템에서 물 또는 양액을 식물 뿌리에 직접 분사하지 않고, 물 또는 양액이 다른 부분에 부딪혀 반사되면서 식물 뿌리로 공급되는 간접 방식을 통해 식물 뿌리가 손상되지 않고 물과 양액을 공급받아 생육을 촉진할 수 있는 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템은 골격을 이루는 프레임부; 상기 프레임부에 장착되며, 식물이 재배되는 식재부; 상기 프레임부에 장착되며, 상기 식재부에서 재배되는 식물에 광을 조사하는 광원부; 상기 프레임부에 장착되며, 상기 식재부에 재배되는 식물 뿌리에 물과 양액을 공급하는 분무부; 상기 분무부에서 공급되는 물과 양액의 상태를 센싱하는 센서부; 및 상기 센서부에서 센싱되는 데이터를 기반으로 양액탱크에 투입되는 원료를 조절하고 공급되는 물과 양액을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템에 있어서 상기 센서부는, 물 또는 양액의 pH를 측정하는 pH센서, 물 또는 양액의 EC를 측정하는 EC센서 또는 물 또는 양액의 온도를 측정하는 온도센서를 포함하며, 상기 pH센서, EC센서 또는 온도센서는 동일한 지점에서 물과 양액의 상태를 센싱하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템에 있어서 상기 제어부는, 동일 지점에 위치하는 상기 pH센서, EC센서 또는 온도센서의 측정 주기를 각각 달리하여 각 센서가 동일 지점에서도 정확하게 측정값을 센싱할 수 있도록 하는 센싱주기제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템에 있어서 상기 제어부는, 상기 센서부에서 센싱되는 데이터를 기반으로 양액탱크에 투입되는 원료를 조절함에 있어서 양액탱크에 연결된 각각의 원료액의 공급펌프의 작동 주기를 각각 달리하여 양액탱크 내에 복수의 원료가 동시에 투입되는 것을 방지하는 원료공급주기제어모듈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템에 있어서 상기 제어부는, 상기 센서부에서 센싱되는 데이터를 기반으로 양액탱크에 투입되는 원료를 조절함에 있어서 상기 센서부의 센싱 데이터가 기준값에 가까워질수록 양액탱크에 연결된 원료액의 공급펌프의 작동률을 점차 감소시키면서 기준값에서 원료액이 초과투입되는 것을 방지하는 원료공급비율제어모듈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템에 있어서 상기 분무부는, 물과 양액이 공급되는 공급라인과, 상기 공급라인 상에 형성되어 물 또는 양액을 분사하는 분사노즐을 포함하며, 상기 분사노즐은 분사되는 물 또는 양액이 상기 안착모듈에서 재배되는 식물 뿌리에 직접 분사되지 않도록 분사노즐의 방향이 안착모듈을 향하지 않게 안착모듈 아래쪽에 위치하는 프레임부의 바닥면을 향하도록 형성되고, 상기 프레임부의 바닥면에는 다수 개의 돌기가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템에 있어서 상기 돌기는 높이 방향으로 서로 다른 각도로 형성되는 다단의 면을 포함하여, 상기 분사노즐을 통해 프레임부 바닥면을 향해 분사되는 물 또는 양액이 바닥면에 형성된 다수 개의 돌기에 부딪히는 과정에서 서로 다른 각도로 형성된 돌기의 다단 면에 부딪히면서 상측으로 다양한 각도로 튀면서 안착모듈 상의 식물 뿌리 전체에 골고루 물 또는 양액이 간접적으로 식물 뿌리에 공급될 수 있게 하며, 상기 돌기는 높이 방향으로 서로 다른 각도로 형성되는 다단의 면의 아랫단과 윗단의 면이 좌우 측면 방향으로 서로 다른 각도로 형성되어, 상기 분사노즐을 통해 프레임부 바닥면을 향해 분사되는 물 또는 양액이 바닥면에 형성된 다수 개의 돌기에 부딪히는 과정에서 좌우 측면 방향으로 서로 다른 각도로 형성된 돌기의 다단 면에 부딪히면서 좌우로 다양한 각도로 튀면서 안착모듈 상의 식물 뿌리 전체에 골고루 물 또는 양액이 간접적으로 식물 뿌리에 공급될 수 있게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
본 발명은, 실내에서 다단식으로 형성되어 식물을 재배하는 수경재배 시스템에서 물 또는 양액의 상태를 측정하는 각종 센서들을 동일 위치에 위치시키면서도 정확하게 센싱값을 측정할 수 있고 또한, 양액탱크에 투입되는 원료들 역시 교차되어 양액탱크에 투입되도록 하여 양액탱크 내에서 또는 라인상에서 결정 형태로 굳게 되는 것을 방지할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명은, 센서부의 센싱 데이터가 기준값에 가까워질수록 양액탱크에 연결된 원료액의 공급펌프의 작동률을 점차 감소시켜, 최종적으로 센싱 데이터가 기준값에 도달시 원료액이 초과투입되지 않고 정확하게 정량 투입될 수 있도록 하는 효과를 갖는다.
본 발명은, 실내에서 다단식으로 형성되어 식물을 재배하는 수경재배 시스템에서 물 또는 양액을 식물 뿌리에 직접 분사하지 않고, 물 또는 양액이 다른 부분에 부딪혀 반사되면서 식물 뿌리로 공급되는 간접 방식을 통해 식물 뿌리가 손상되지 않고 물과 양액을 공급받아 생육을 촉진할 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 분무식 수경재배 시스템의 사용례 사진
도 2는 본 발명에 따른 분무식 수경재배 시스템의 구조 사진
도 3은 분무부의 일 실시예를 도시한 단면도
도 4는 돌기의 일 실시예를 도시한 사시도
도 5는 제어부의 세부 구성을 도시한 블럭도
도 6은 제어부를 통해 양액 내 투입되는 원료를 조절하는 과정을 도시한 순서도
이하에서는 본 발명에 따른 분무식 수경재배 시스템 및 그 양액공급 제어시스템의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미하며, 또한 명세서에 기재된 "...부", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
이하에서는, 본 발명이 적용되는 분무식 수경재배시스템의 기본 구성에 대해 먼저 설명한 후, 양액공급 제어시스템(센서부 및 제어부 등)의 작동에 대해 설명하도록 한다.
도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템은 골격을 이루는 프레임부(10); 상기 프레임부(10)에 장착되며, 식물이 재배되는 식재부(30); 상기 프레임부(10)에 장착되며, 상기 식재부(30)에서 재배되는 식물에 광을 조사하는 광원부(70); 상기 프레임부(10)에 장착되며, 상기 식재부(30)에 재배되는 식물 뿌리에 물과 양액을 공급하는 분무부(50); 상기 분무부(50)에서 공급되는 물과 양액의 상태를 센싱하는 센서부(80, 미도시); 및 상기 센서부(80, 미도시)에서 센싱되는 데이터를 기반으로 양액탱크에 투입되는 원료를 조절하고 공급되는 물과 양액을 제어하는 제어부(90);를 포함할 수 있다.
상기 프레임부(10)는 본 발명에 따른 분무식 수경재배 시스템의 골격을 이루는 구성으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 분무식 수경재배 시스템은 후술할 광원부(70), 식재부(30) 및 분무부(50)가 수직으로 다단 구조로 형성되어 동일 공간 내에서 공간을 효율적으로 활용할 수 있는 구조로 형성되며, 상기 광원부(70), 식재부(30) 및 분무부(50)를 배치시키기 위한 골격을 상기 프레임부(10)에 의해 형성하여, 상기 광원부(70), 식재부(30) 및 분무부(50)는 모두 프레임부(10)의 골격에 장착되게 된다.
상기 광원부(70)는 상기 프레임부(10)에 장착되며, 상기 식재부(30)에서 재배되는 식물에 광을 조사하는 구성으로, 상기 광원부(70)로는 LED 광원 등이 활용될 수 있다. 상기 광원부(70)에서 조사되는 LED 광원을 통해 식물 재배에 필요한 광을 제어에 의해 적절하게 공급함으로써 본 발명의 시스템을 통해 재배되는 식물은 실내에서도 자연 재배보다 더 효율적으로 생육이 가능하게 된다.
상기 식재부(30)는 상기 프레임부(10)에 장착되며, 식물이 재배되는 구성으로, 앞서 종래 수경재배 시스템의 문제점으로 설명한 바와 같이, 기존의 수경 재배 시스템의 경우, 식물 씨앗의 발아 이후, 다시 재배기(재배판)으로 이식하는 단계를 거쳐야 하기 때문에 번거로운 과정을 거쳐야 하는 문제점을 안고 있었던바, 본 발명에서는 이를 해결할 수 있도록 하기 위해 상기 식재부(30)는, 식물 씨앗이 부착되어 발아하는 안착모듈(310)과, 상기 안착모듈(310)을 지지하며 식물 뿌리가 하향 성장할 수 있도록 개방된 공간을 형성하는 지지모듈(320)을 포함하는 형태로 형성되며 특히, 상기 안착모듈(310)이 양털직모로 형성되어 식물 씨앗을 바로 부착시켜 발아부터 재배까지 안착모듈에서 원스탑으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 안착모듈(310)은 식물 씨앗을 고정하고 발아 및 재배될 수 있게 하는 구성으로, 본 발명의 시스템을 통해 재배되는 식물 씨앗을 발아부터 재배까지 별도의 이식과정 없이 원스탑으로 이루어질 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다. 이를 위해 상기 안착모듈(310)은 양털 직모로 형성되는데, 양털 직모의 경우 뿌려진 식물 씨앗이 양털 직모 내에 잘 안착,고정될 수 있게 하는 다수의 공극을 포함하고 있고 또한 발아한 식물의 뿌리가 안정적으로 고정될 수 있는 지지력 및 내구성을 갖추고 있으므로, 발아한 식물이 그 위치 그대로 뿌리를 내리고 성장할 수 있게 된다. 이를 통해 별도의 재배기(재배판)으로의 이식 과정을 생략할 수 있기 때문에 비용을 절감할 수 있게 된다.
상기 지지모듈(320)은 양털 직모로 형성되는 상기 안착모듈(310)을 지지하는 구성으로, 특히 양털 직모에서 발아하여 뿌리를 내리는 식물의 뿌리가 안정적으로 하향 성장할 수 있도록 개방된 공간을 형성하는데, 일 예로 다수의 공극 내지 통공이 형성되는 망 형태로 형성되거나 또는 다수의 통공이 형성된 판 형태로 형성될 수 있다. 본 발명의 시스템에서는 상기 안착모듈(310)(양털 직모)를 덮은 지지모듈(320)(즉, 지지모듈(320) 상부에 안착모듈(310)(양털 직모)를 부착한 상태)를 프레임부(10)에 결합하는 형태로 설치 및 해체가 용이하기 때문에, 필요에 따라 간편하게 탈부착하여 조립식으로 설치 및 해체가 용이한 장점을 갖는다.
상기 분무부(50)는 상기 프레임부(10)에 장착되며, 상기 식재부(30)에 재배되는 식물 뿌리에 물과 양액을 공급하는 구성으로, 앞서 종래 수경재배 시스템의 문제점으로 설명한 바와 같이, 기존의 수경 재배 시스템의 경우, 재배되는 식물 뿌리에 물 또는 양액을 공급하는 과정에서 식물 뿌리를 향해 직접적으로 분사하기 때문에 어린 식물의 뿌리가 손상되어 재배에 실패하게 되는 사례가 많이 발생하는 문제점을 안고 있었던바, 본 발명에서는 이를 해결할 수 있도록 하기 위해 상기 분무부(50)는, 물과 양액이 공급되는 공급라인(530)과, 상기 공급라인(530) 상에 형성되어 물 또는 양액을 분사하는 분사노즐(510)을 포함하며, 상기 분사노즐(510)이 분사되는 물 또는 양액이 상기 안착모듈(310)에서 재배되는 식물 뿌리에 직접 분사되지 않도록 분사노즐(510)의 방향이 안착모듈(310)을 향하지 않게 형성되는 것을 특징으로 한다. 즉, 분사노즐(510)을 통해 분사되는 물 또는 양액이 식물 뿌리를 향해 직접 분사되지 않도록 일 예로, 분사노즐(510)의 위쪽 방향에 식물 뿌리가 위치하는 경우 분사노즐(510)은 아래쪽 바닥면을 향해 물 또는 양액을 분사시켜 바닥면에 부딪힌 후 반사되면서 간접적으로 식물 뿌리에 물 또는 양액이 공급될 수 있게 함으로써, 식물 뿌리에 직접 분사되는 과정에서 식물 뿌리에 손상을 주는 것을 방지할 수 있도록 하는 것이다.
다만, 이러한 간접 공급 방식의 경우, 상대적으로 식물 뿌리에 공급되어야 하는 물 또는 양액이 식물 뿌리에 충분히 공급될 수 있도록 하는 것이 중요한바, 이를 위해 상기 분사노즐(510)은 일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 안착모듈(310)의 아래쪽에 위치하는 프레임부(10)의 측면을 따라 형성되면서, 분사노즐(510)의 방향이 상기 안착모듈(310) 아래쪽에 위치하는 프레임부(10)의 바닥면을 향하도록 형성되고, 이때 상기 프레임부(10)의 바닥면에는 굴곡(미도시)을 형성하여, 상기 분사노즐(510)을 통해 프레임부(10) 바닥면을 향해 분사되는 물 또는 양액이 바닥면의 굴곡에 부딪혀 위쪽으로 튀면서 간접적으로 식물 뿌리에 공급될 수 있게 할 수 있다. 즉, 편평한 바닥면 보다는 바닥면에 형성된 다양한 굴곡에 부딪히면서 튀어오르게 함으로써 식물 뿌리에 물 또는 양액이 좀 더 충분히 공급될 수 있게 하는 것이다.
여기서 더 나아가 좀 더 효율적으로 물 또는 양액이 식물 뿌리에 간접적으로 공급될 수 있도록 하기 위해, 본 발명의 다른 실시예에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 프레임부(10)의 바닥면에 다수 개의 돌기(520)가 형성하며, 이때 상기 돌기(520)는 높이 방향으로 서로 다른 각도로 형성되는 다단의 면을 포함하도록 형성될 수 있다.
즉, 상기 돌기(520)가 높이 방향으로 단일 각도의 면을 형성하는 것에 비해, 도 3에 도시된 바와 같이, 높이 방향으로 서로 다른 각도로 형성되는 다단의 면 즉, 일정 각도로 형성되는 제1단(521)(아랫단) 면과 상기 제1단(521) 면과는 다른 좀 더 완만한 각도로 형성되는 제2단(522)(윗단) 면을 포함하게 되면, 상기 분사노즐(510)을 통해 프레임부(10) 바닥면을 향해 분사되는 물 또는 양액이 바닥면에 형성된 다수 개의 돌기(520)에 부딪히는 과정에서 서로 다른 각도로 형성된 돌기의 다단 면에 부딪히면서 상측으로 다양한 각도로 튀면서 안착모듈 상의 식물 뿌리 전체에 골고루 물 또는 양액이 간접적으로 식물 뿌리에 공급될 수 있게 된다. 즉, 상기 제1단(521) 면과 제2단(522) 면에 각각 부딪혀 튀게 되는 물 또는 양액의 각도는 보다 다양하게 변경되므로, 하나의 돌기(520)를 활용해서 좀 더 다양한 방향으로 물 또는 양액을 간접적으로 식물 뿌리에 공급할 수 있게 되고, 이는 바닥면에 형성되는 돌기(520)의 갯수를 좀 더 줄이면서도 식물 뿌리에도 물 또는 양액이 충분히 공급될 수 있게 되는 효과를 도모할 수도 있게 된다.
한편, 보다 더 효율적으로 물 또는 양액이 식물 뿌리에 간접적으로 공급될 수 있도록 하기 위해, 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 돌기(520)가 높이 방향으로 서로 다른 각도로 형성되는 다단의 면의 아랫단(제1단(521))과 윗단(제2단(522))의 면이 좌우 측면 방향으로도 서로 다른 각도로 형성될 수 있다.
즉, 앞서 설명한 바와 같이, 이미 높이 방향으로 서로 다른 각도로 형성되는 다단의 면 즉, 제1단(521)과 제2단(522)의 면이 좌우 방향으로도 서로 다른 각도로 형성되게 함으로써, 상기 분사노즐(510)을 통해 프레임부(10) 바닥면을 향해 분사되는 물 또는 양액이 바닥면에 형성된 다수 개의 상기 돌기(520)에 부딪히는 과정에서, 상향 방향으로도 서로 다른 각도로 형성된 돌기(520)의 다단 면에 부딪히면서 다양한 각도로 튀면서, 여기에 더해 좌우 측면 방향으로도 서로 다른 각도로 형성된 돌기(520)의 다단 면에 부딪히면서 좌우로도 다양한 각도로 튀면서 안착모듈(310) 상의 식물 뿌리 전체에 골고루 물 또는 양액이 간접적으로 식물 뿌리에 공급될 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 분무식 수경재배 시스템에서는, 추가적으로 상기 프레임부(10)의 바닥면에 상기 분사노즐(510)을 통해 공급되는 물 또는 양액이 일정 수위로 채워질 수 있도록 배수라인(미도시)을 형성하고 여기에 더해 바닥면에 초음파 진동자(미도시)를 형성하여, 초음파 진동자의 진동에 의해 물방울을 발생시켜 물 또는 양액이 간접적으로 식물 뿌리에 공급될 수 있게 할 수 있다.
즉, 상기 분사노즐(510) 및/또는 돌기(520)를 활용하여 물 또는 양액을 간접적으로 식물 뿌리에 공급하는 과정에서 물 또는 양액은 프레임부(10)의 바닥면에 모이게 되는데, 이를 바로 배수시키지 않고 일정 수위로 바닥면에 물 또는 양액이 채워질 수 있도록 한 다음, 여기에 초음파 진동자를 활용하여 진동에 의해 물방울을 발생시켜 가습기 형태로 식물 뿌리에 물 또는 양액이 공급될 수 있도록 하게 되면, 상기 분사노즐(510)을 통한 공급과 병행하여 다양한 방식의 물 또는 양액 공급이 가능하게 되고, 좀 더 나아가 분사노즐(510)의 작동 횟수를 좀 더 줄이면서 경제적으로 식물 재배가 가능하게 되는 장점도 발휘할 수 있게 된다.
상기 센서부(80,미도시)는, 상기 분무부(50)에서 공급되는 물과 양액의 상태를 센싱하는 구성으로, 물 또는 양액의 pH를 측정하는 pH센서, 물 또는 양액의 EC를 측정하는 EC센서 또는 물 또는 양액의 온도를 측정하는 온도센서를 포함할 수 있다. 특히, 앞서 종래기술의 문제점으로 언급한 바와 같이, PH, EC 등의 각종 센서(전류를 흘려보내 값을 측정하는 원리가 적용됨)가 동시에 작동하는 경우 측정을 위해 흘려보내는 전류의 충돌로 인해 정확한 값을 측정하기 어렵기 때문에 각각의 센서들을 전류충돌이 적은 각기 다른 위치에 떨어뜨려 설치하고 사용하게 되고, 이로 인해 각각의 센서들의 위치가 멀어지는 만큼 측정 값의 오차가 발생하게 되는 문제점이 있었던바, 본 발명에서 상기 센서부는 상기 pH센서, EC센서 또는 온도센서는 동일한 지점에서 물과 양액의 상태를 센싱할 수 있도록 하며 동시에 후술할 상기 제어부(90)의 센싱주기제어모듈(910)을 통해, 동일 지점에 위치하는 상기 pH센서, EC센서 또는 온도센서의 측정 주기를 각각 달리하여 각 센서가 동일 지점에서도 정확하게 측정값을 센싱할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 제어부(90)는, 상기 센서부(80,미도시)에서 센싱되는 데이터를 기반으로 양액탱크에 투입되는 원료를 조절하고 공급되는 물과 양액을 제어하는 구성으로, 보다 구체적으로 상기 제어부(90)는 도 5에 도시된 바와 같이, 동일 지점에 위치하는 상기 pH센서, EC센서 또는 온도센서의 측정 주기를 각각 달리하여 각 센서가 동일 지점에서도 정확하게 측정값을 센싱할 수 있도록 하는 센싱주기제어모듈(910)과, 상기 센서부(80,미도시)에서 센싱되는 데이터를 기반으로 양액탱크에 투입되는 원료를 조절함에 있어서 양액탱크에 연결된 각각의 원료액의 공급펌프의 작동 주기를 각각 달리하여 양액탱크 내에 복수의 원료가 동시에 투입되는 것을 방지하는 원료공급주기제어모듈(920)과, 상기 센서부(80,미도시)에서 센싱되는 데이터를 기반으로 양액탱크에 투입되는 원료를 조절함에 있어서 상기 센서부(80,미도시)의 센싱 데이터가 기준값에 가까워질수록 양액탱크에 연결된 원료액의 공급펌프의 작동률을 점차 감소시키면서 기준값에서 원료액이 초과투입되는 것을 방지하는 원료공급비율제어모듈(930)을 포함할 수 있다.
상기 센싱주기제어모듈(910)은, 동일 지점에 위치하는 상기 pH센서, EC센서 또는 온도센서의 측정 주기를 각각 달리하여 각 센서가 동일 지점에서도 정확하게 측정값을 센싱할 수 있도록 하는 구성으로, 앞서 설명한 바와 같이, PH, EC 등의 각종 센서(전류를 흘려보내 값을 측정하는 원리가 적용됨)가 동시에 작동하는 경우 측정을 위해 흘려보내는 전류의 충돌로 인해 정확한 값을 측정하기 어렵기 때문에 각각의 센서들을 전류충돌이 적은 각기 다른 위치에 떨어뜨려 설치하고 사용하게 되고, 이로 인해 각각의 센서들의 위치가 멀어지는 만큼 측정 값의 오차가 발생하게 되는 문제점이 있었던바, 본 발명에서 상기 센서부(80,미도시)는 상기 pH센서, EC센서 또는 온도센서가 모두 동일한 지점에서 물과 양액의 상태를 센싱할 수 있도록 하며 동시에 상기 센싱주기제어모듈(910)을 통해, 동일 지점에 위치하는 상기 pH센서, EC센서 또는 온도센서의 측정 주기를 각각 달리하여 각 센서가 동일 지점에서도 정확하게 측정값을 센싱할 수 있도록 하게 된다.
상기 원료공급주기제어모듈(920)은, 상기 센서부(80,미도시)에서 센싱되는 데이터를 기반으로 양액탱크에 투입되는 원료를 조절함에 있어서 양액탱크에 연결된 각각의 원료액의 공급펌프의 작동 주기를 각각 달리하여 양액탱크 내에 복수의 원료가 동시에 투입되는 것을 방지하는 구성으로, 식물을 재배하기 위한 양액을 공급하는 양액탱크 내에는 다수의 원료가 투입되어 양액이 제조되게 되는데, 특정 양액의 원료들의 경우 동시에 투입되게 되면 결정의 형태로 굳게 되는 경우가 발생할 수 있다. 따라서, 상기 원료공급주기제어모듈(920)을 통해 양액탱크에 투입되는 원료들 역시 교차되어 양액탱크에 투입되도록 하여 양액탱크 내에서 또는 라인상에서 결정 형태로 굳게 되는 것을 방지할 수 있도록 한다.
상기 원료공급비율제어모듈(930)은, 상기 센서부(80,미도시)에서 센싱되는 데이터를 기반으로 양액탱크에 투입되는 원료를 조절함에 있어서 상기 센서부(80,미도시)의 센싱 데이터가 기준값에 가까워질수록 양액탱크에 연결된 원료액의 공급펌프의 작동률을 점차 감소시키면서 기준값에서 원료액이 초과투입되는 것을 방지하는 구성으로, 상기 센서부(80,미도시)에서 센싱되는 데이터를 기반으로 양액탱크에 투입되는 원료를 정확하게 조절하여 정량만 투입될 수 있도록 하기 위해 기준값에 가까워질수록 양액탱크에 연결된 원료액의 공급펌프의 작동률(일 예로, 공급펌프의 회전수)를 점차 감소시킴으로써 정확히 기준값에 도달시 원료의 공급이 정지되어 정확하게 정량만 투입되어 양액의 정밀도를 향상시킬 수 있게 된다. 일 예로, 설명하면, 처음 양액을 제조할 때는 많은 양의 각각의 원료들이 양액탱크 내로 들러가게 되면서 많은 양의 원료 투입에 맞추어 공급펌프(정량펌프)가 많이 회전하게 되는데, 이후 설정값에 도달할수록 점점 더 공급펌프의 회전수를 감소시킴으로써 정확히 기준값에 도달시 원료의 공급이 정지되어 정확하게 정량만 투입되어 양액의 정밀도를 향상시킬 수 있게 한다. 한편, 상기 양액은 최초 식물에 공급되고 남은 양이 프레임부(10)의 바닥면에 모인 후 다시 양액탱크로 순환되어 계속적으로 순환되어 사용되게 되는데, 이때 식물이 흡수하고 남은 양액은 최초 양액 대비 pH, EC 값 등에 차이가 발생하게 되는바, 이러한 변동값에 대해 지속적으로 보정하는 과정이 상기 제어부(90)를 통해 이루어지게 된다.
이와 같은 본 발명의 양액공급 제어시스템은 원격으로 양액의 제조 및 투입 등이 정밀하게 제어될 수 있게 함으로써 수경재배 시스템을 통해 사용자가 편리하게 쉽게 작물(식물)을 재배할 수 있고 재배되는 작물(식물)은 효과적으로 물 또는 양분을 흡수하여 재배될 수 있도록 한다.
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
10: 프레임부
30: 식재부 310: 안착모듈 320: 지지모듈
50: 분무부 510: 분사노즐 520: 돌기
521: 제1단 522: 제2단 530: 공급라인
70: 광원부 80: 센서부
90: 제어부 910: 센싱주기제어모듈
920: 원료공급주기제어모듈 930: 원료공급비율제어모듈

Claims (5)

  1. 골격을 이루는 프레임부;
    상기 프레임부에 장착되며, 식물이 재배되는 식재부;
    상기 프레임부에 장착되며, 상기 식재부에서 재배되는 식물에 광을 조사하는 광원부;
    상기 프레임부에 장착되며, 상기 식재부에 재배되는 식물 뿌리에 물과 양액을 공급하는 분무부;
    상기 분무부에서 공급되는 물과 양액의 상태를 센싱하는 센서부; 및
    상기 센서부에서 센싱되는 데이터를 기반으로 양액탱크에 투입되는 원료를 조절하고 공급되는 물과 양액을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서부는, 물 또는 양액의 pH를 측정하는 pH센서, 물 또는 양액의 EC를 측정하는 EC센서 또는 물 또는 양액의 온도를 측정하는 온도센서를 포함하고, 상기 pH센서, EC센서 또는 온도센서는 동일한 지점에서 물과 양액의 상태를 센싱하며,
    상기 제어부는, 동일 지점에 위치하는 상기 pH센서, EC센서 또는 온도센서의 측정 주기를 각각 달리하여 각 센서가 동일 지점에서도 정확하게 측정값을 센싱할 수 있도록 하는 센싱주기제어모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 센서부에서 센싱되는 데이터를 기반으로 양액탱크에 투입되는 원료를 조절함에 있어서 양액탱크에 연결된 각각의 원료액의 공급펌프의 작동 주기를 각각 달리하여 양액탱크 내에 복수의 원료가 동시에 투입되는 것을 방지하는 원료공급주기제어모듈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 센서부에서 센싱되는 데이터를 기반으로 양액탱크에 투입되는 원료를 조절함에 있어서 상기 센서부의 센싱 데이터가 기준값에 가까워질수록 양액탱크에 연결된 원료액의 공급펌프의 작동률을 점차 감소시키면서 기준값에서 원료액이 초과투입되는 것을 방지하는 원료공급비율제어모듈을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 분무부는, 물과 양액이 공급되는 공급라인과, 상기 공급라인 상에 형성되어 물 또는 양액을 분사하는 분사노즐을 포함하며,
    상기 분사노즐은 분사되는 물 또는 양액이 상기 안착모듈에서 재배되는 식물 뿌리에 직접 분사되지 않도록 분사노즐의 방향이 안착모듈을 향하지 않게 안착모듈 아래쪽에 위치하는 프레임부의 바닥면을 향하도록 형성되고, 상기 프레임부의 바닥면에는 다수 개의 돌기가 형성되며,
    상기 돌기는 높이 방향으로 서로 다른 각도로 형성되는 다단의 면을 포함하여, 상기 분사노즐을 통해 프레임부 바닥면을 향해 분사되는 물 또는 양액이 바닥면에 형성된 다수 개의 돌기에 부딪히는 과정에서 서로 다른 각도로 형성된 돌기의 다단 면에 부딪히면서 상측으로 다양한 각도로 튀면서 안착모듈 상의 식물 뿌리 전체에 골고루 물 또는 양액이 간접적으로 식물 뿌리에 공급될 수 있게 하며,
    상기 돌기는 높이 방향으로 서로 다른 각도로 형성되는 다단의 면의 아랫단과 윗단의 면이 좌우 측면 방향으로 서로 다른 각도로 형성되어, 상기 분사노즐을 통해 프레임부 바닥면을 향해 분사되는 물 또는 양액이 바닥면에 형성된 다수 개의 돌기에 부딪히는 과정에서 좌우 측면 방향으로 서로 다른 각도로 형성된 돌기의 다단 면에 부딪히면서 좌우로 다양한 각도로 튀면서 안착모듈 상의 식물 뿌리 전체에 골고루 물 또는 양액이 간접적으로 식물 뿌리에 공급될 수 있게 하는 것을 특징으로 하는 분무식 수경재배 시스템의 양액공급 제어시스템.
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