植物工厂的制作方法

本发明涉及一种植物工厂，更具体地涉及一种能够利用植物工厂的结构和安装在该结构中的栽培系统进行超高密度栽培并以最佳生产率获得高品质农作物的植物工厂。

背景技术：

众所周知，使用人造光的植物工厂于1957年在欧洲成立，并经过使用自然阳光且通过补充照明进行植物栽培的植物工厂，然后于20世纪60年代在美国发展成为仅使用人造光的完全受控的植物工厂。此后，在1989年，日本开发了一种人造光源，并将沙拉蔬菜投放市场，从而经历了植物工厂的复兴并获得了与植物工厂相关的技术。

然而，由于盈利能力差，大多数植物工厂因未产生期望的利润而破产。同时，在2011年3月日本发生福岛核事故之后，人类一直在寻找安全食品，并且现在正经历植物工厂的第二次复兴。

同时，由于全球变暖和异常天气现象，人类正面临着粮食短缺。另外，由于细粉尘、重金属污染以及病毒等疾病的传播而造成的全球环境破坏，获得安全食品正成为人类的新课题。在这样的背景下，植物工厂是必要的，并且正在经历商业化过程。然而，截至2015年，日本191家使用人造光的植物工厂中，有55％的公司经营亏损，只有23.5％的公司保持了盈亏平衡点(bep)。在这种情况下，工厂在盈利能力方面仍存在很大困难。

这种盈利能力不足的最大原因是业务方面，但首先是因为诸如植物工厂的结构、照明设备、栽培系统、环境控制系统、自动化和节能等技术的完成水平低。另外，该不足可能是由于栽培品种的选择不够、幼苗管理、光照控制管理、水培栽培、生长环境控制和农作物生产技术以及低作物生产率而造成的。

韩国的植物工厂处境相同。特别地，考虑到就每单位资源面积的投入成本而言利用效率低下，有必要建造工厂，以在其设计时就对工程方面进行考虑。

从农产品生产率的角度来看，尽管系统技术和农作物生产技术应在产生高品质产品的前提下关于彼此进行开发、安装和操作，但这些技术是分开开发的。由此，即使植物工厂已经获得了出色的基础技术，但到目前为止仍未取得理想的结果。

作为这些情况的示例，制造和安装植物工厂系统的供给商在不忽视投入资源的利用效率的情况下开发工厂，并且引入和使用工厂的消费者仅在不知道植物工厂的机制的情况下经营植物工厂。结果，无法解决所发生的问题，从而导致技术进步或业务连续性降低。

现有专利中已经描述了移动式植物栽培系统，这些专利主要公开了容易确保工作空间和工作路径的发明(韩国专利公报no.10-1246782)和显著提高单位面积的产量的发明(韩国特开专利公报no.10-2011-0096618)。然而，这两个发明都是从系统或设施的角度出发而开发的，而不是考虑在植物栽培技术和要种植的农作物的栽培环境、光和电能效率等方面与投入资源相比的利用效率的结果。

植物工厂的成败不应仅讨论建造时初始投入成本过高的问题，而且还应确保可以通过高生产率降低成本并产生对消费者有利的品质的技术。

也就是说，有必要从以下方向来完成：从系统的角度出发对竖直植物工厂技术进行分析和设计，然后安装植物工厂并通过r&d过程进行试运行，然后以中试规模对其进行经营。然而，大多数植物工厂仅局限于建筑结构和系统技术，并且还没有在植物工厂的建造成本降低技术、产品品质提高技术以及诸如气流、co2扩散和净光合速率(npr)和蒸腾作用等栽培技术上进行优化以最大限度地提高生产率。

[现有技术文献]

[专利文献]

韩国专利注册公报no.10-1246782(2013年3月18日注册)

韩国专利特开公报no.10-2011-0096618(2011年8月31日发布)

技术实现要素：

[本发明所解决的问题]

考虑到上述情况，本发明的一个目的是提供一种能够进行超高密度栽培的植物工厂，其能够通过平稳地维持空气在形成植物工厂的结构内部流动来提高所供给的空气中二氧化碳的利用效率和蒸腾速率，并根据栽培系统的类型提高光照射效果和净光合速率，并且可以通过调节作为复杂因素的温度和湿度来对农作物进行生理控制，并且使投入资源的利用效率最大化。

[解决问题的手段]

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种植物工厂，它包括：分层支承框架，其构造成将栽培室内部分隔为多个栽培层，并且包括形成在分隔出的栽培层之间的网状(网眼状)地板，以允许空气在其间流动；多个栽培台，它们彼此分开地安装在由分层支承框架分隔的各栽培层中；多个种植床，它们安装成在每个在其上种植植物的栽培台中分隔一个或多个种植层；营养液循环供给单元，其构造成将种植床彼此连接，并且循环(使之循环)和供给植物生长所需的营养液；栽培室空气循环供给单元，其构造成在栽培室内的各栽培层中产生水平气流，并在其中循环和供给空气；层间空气循环单元，其构造成在由分层支承框架的网状地板分隔的栽培层之间产生层间循环气流；栽培台空气供给单元，其构造成将每个栽培台的种植层的上部连接并供给空气，从而在种植层内部产生竖直的向下气流(下降气流，downdraft)；人造光照射单元，其构造成通过设置在各栽培台的种植层的上侧的人造光源以预定量的光照射种植床中种植的植物；和二氧化碳气体供给单元，其延伸到每个栽培台的种植层的上侧，并且构造成在植物附近供给二氧化碳气体。

这里，每个栽培台优选具有活动架子结构，该架子结构可沿着形成在每个栽培层的底部上的传送轨道水平移动。

另外，栽培室空气循环供给单元可以包括：恒温恒湿器，其构造成控制被循环和供给到栽培室中的空气的温度和湿度；栽培室空气供给管，其构造成通过与栽培室的一侧上的各个栽培层相对应地形成的空气供给管供给从恒温恒湿器供给的空气，同时在每个栽培层中产生水平气流；和栽培室空气回流管，其构造成允许供给到栽培室中的空气通过与各栽培层相对应形成在栽培室的另一侧的空气排出管返回至恒温恒湿器。

空气供给管可具有可旋转地安装在其空气供给端的多个叶片，以调节要供给到栽培室中的空气供给量和空气供给方向。

层间空气循环单元可以包括多个层间空气循环风扇，其以分层支承框架之间的预定间隔安装在网状地板的下部上，从而形成每个栽培层的顶蓬(顶板)。

在此，层间空气循环风扇优选地被安装成在每个栽培室的一个方向上交替地产生向上和向下的空气循环，所述空气循环沿彼此不同的循环方向。

另外，栽培台空气供给单元可以包括：栽培台空气供给管，其从恒温恒湿器分支并与每个栽培层的相应栽培台相对应地延伸；直列式吹风机，其设置在栽培台空气供给管上，以泵送并供给从恒温恒湿器分流和供给的空气；竖直空气供给管，其连接到栽培台空气供给管的延伸端部，并沿着每个栽培台的至少一侧竖直地设置；和水平空气喷射管，其从与栽培台的相应种植层相对应的竖直空气供给管分支，从而水平地设置在种植层的上侧，并且包括空气喷射孔，所述空气喷射孔在其纵向方向上以预定间隔形成在其中以产生竖直的向下的气流。

此外，人造光照射单元可以包括led照明装置，其在栽培台的纵向方向上成多列安装在每个栽培台的每个种植层上。

这里，led照明装置可以包括：散热板，其在栽培台的纵向方向上安装在栽培台的每个种植层的上侧；和led元件，其安装在散热板的下表面的中央部分中，其中，散热板包括反射板，反射板通过从散热板的下表面竖直延伸而形成在所述下表面的相对两端处，以限制用从led元件出射的光照射种植床中种植的植物的角度。

这里，反射板优选地延伸成使得从所述led元件出射的光以在110°至130°的范围内的照射角θ照射。

另外，散热板还可以包括：在其纵向方向上形成于其中的至少一个气体供给通路；以及形成在其中的多个气体喷射孔，以沿着led元件的一侧以预定间隔在气体供给通路上朝向在种植床中种植的植物进行穿透。

此外，二氧化碳气体供给单元可以包括：气体储存罐，其构造成储存二氧化碳气体；和气体供给管，其从气体储存罐连接到形成在led照明装置的散热板中的气体供给通路。

此外，二氧化碳气体供给单元还可以包括气体附加连接管，其从气体供给管分支并且连接到栽培台空气供给管，使得二氧化碳气体任选地通过竖直空气供给管和水平空气喷射管被供给到栽培台的种植层中。

另外，植物工厂还可以包括高度调节装置，其构造成根据在栽培台的每个种植层中种植的植物来调节竖直空气供给管、水平空气喷射管和led照明装置的间隔高度。

此外，高度调节装置可以包括：竖直高度调节器，其包括可移动地插入到形成在栽培台的竖直框架中的竖直引导沟槽中的调节器主体，和构造成拧紧调节器主体以固定其竖直高度的固定螺钉；至少一个支承件，其相对两端被紧固并固定在栽培台上，以便在其高度被竖直高度调节器调节的状态下安装在其横向方向上；和支承件紧固件，其用于将水平空气喷射管和led照明装置结合到支承件上，然后将它们悬挂在要固定的栽培台的种植层的上部部分上。

此外，营养液循环供给单元可以包括：营养液罐，其构造成储存营养液；营养液供给管，其构造成将营养液罐和相应栽培台的各植床的一侧连接；竖直营养液供给管，其被安装在种植床的一侧上以将种植床的一端彼此连接，并且竖直地设置成将从营养液供给管供给的营养液供给到每个栽培台的种植床；营养液循环泵，其设置在营养液供给管上以将营养液供给到形成各栽培台的种植层的种植床中；竖直营养液回流管，其安装在种植床的另一侧上以将种植床的另一端彼此连接，并且构造成将供给到种植床的营养液排出到形成在相应栽培层中的营养液收集槽；营养液回流管，其将各层的营养液收集槽与营养液罐连接，并允许收集在营养液收集槽中的营养液返回到营养液罐；和营养液调节器，其连接到营养液罐以调节返回的营养液的浓度、酸度、温度和氧浓度。

[有益效果]

根据本发明的植物工厂可以提供如下效果。网状地板通过栽培室内部的分层支承框架形成，并且栽培室被地板分隔为具有两层或更多层的多层结构的栽培层，从而使投入资源最小化并且最大限度地提高了空间和能量利用效率。

另外，通过栽培室空气循环供给单元整体上在各个分隔的栽培层中形成了水平气流，通过层间空气循环单元在由网状地板分隔的各个栽培层之间形成了层间循环气流，并且通过栽培台空气供给单元在栽培台内分隔的各个种植层中形成了竖直向下气流，从而不论在栽培室中的地点如何都可以通过均匀地提高气流速率来减小温度和二氧化碳(co2)浓度的偏差，并且通过提高植物的净光合速率和生长速率可以提高生产率。

此外，可以通过栽培室空气循环供给单元、层间空气循环单元和栽培台空气供给单元来改善栽培室中的空气流动，从而提高蒸腾速率。另外，在使营养液中的水(h2o)流经植物的根、茎和叶、然后经过叶和叶边界层的最终孔隙并移至室内空气的过程中，生长所需的无机元素也被移动，使得可以提高植物的生长速率。此外，关于植物生长过程中的生理症状，当种植诸如莴苣的叶类蔬菜时，可以解决由于在叶快速生长的情况下钙成分移动到叶尖和叶周围消耗了很长时间而发生的叶尖烧(叶尖和叶周围变褐)。

此外，通过栽培室空气循环供给单元、层间空气循环单元和栽培台空气供给单元，可以均匀地维持气流的速度。通过将二氧化碳注入空气供给通风管并将空气喷射管安装在靠近叶的位置，可以减小栽培台上的空气阻力，并且可以减小叶片周围的边界层的阻力，从而提高扩散叶周围的二氧化碳的扩散效率。

此外，可通过人造光照射单元和二氧化碳气体供给单元以及栽培室空气循环供给单元、层间空气循环单元和栽培台空气供给单元一起来提高净光合速率(npr)，因此提高了生产率，并由此提高了空气流量，空气流量是在费用、温度控制、二氧化碳浓度和光量方面占很大比例的管理因素。特别地，为了作为经济光量值的光合作用有效辐射通量密度(pard)控制在147至205wm^-2的范围内，可以增加空气流量，并且可以妥善管理二氧化碳浓度。

此外，由于用于分隔具有两层或更多层的多层结构的栽培层的分层支承框架可以以组件类型安装，因此可以容易地组装、安装和更换栽培层，从而降低整体成本。特别地，由于可调节的栽培台的连接部分是可拆卸地制成的，因此可以根据需要容易地转移或修理植物工厂。

此外，由于栽培台形成在可调节型架子移动结构中，因此栽培台在光照时间内被收集，因此可以减小照明面积，并且由于近距离的光照和重叠效果，也可以提高光合有效辐射通量密度(pard)以节省能量。

附图说明

图1是示意性地示出根据本发明的一个实施例的植物工厂的透视图。

图2是图1所示的植物工厂的横截面图。

图3是图1所示的植物工厂的纵截面图。

图4是图1所示的植物工厂的平面图。

图5是图1所示的植物工厂的单元栽培台的透视图。

图6是示意性地示出植物工厂的营养液流动图的横截面图。

图7是示意地示出植物工厂的栽培室中的空气循环流动图的横截面图。

图8是示意地示出植物工厂的栽培室层间空气循环单元的透视图。

图9是示出通过图8所示的植物工厂的栽培室层间空气循环单元的层间空气循环的状态的纵截面图。

图10是示意地示出植物工厂的栽培台中的空气供给流动图的横截面图。

图11是示出通过图10所示的栽培台空气供给单元引入的整个竖直气流的纵截面图。

图12是示出图11所示的竖直气流的单元栽培台的放大截面图。

图13是形成人造光照射单元的led照明装置的截面图。

图14是示意性地示出植物工厂的二氧化碳气体供给流程图的横截面图。

图15是栽培台的截面图，示出了通过led照明装置的散热板供给二氧化碳气体的状态。

图16是示意性地表示植物工厂的二氧化碳气体供给部的变形例的横截面图。

图17是栽培台的截面图，示出了通过栽培台空气供给部供给二氧化碳气体的状态。

图18是示出了用于本实施例的栽培台空气供给单元、人造光照射部和二氧化碳气体供给单元的高度调节装置的局部放大透视图。

图19是单元栽培台的纵截面图，示出了图18所示的高度调节装置。

图20是单元栽培台的放大横截面图，示出了图18所示的高度调节装置。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细描述本发明的优选实施例，以使得本发明所涉及的技术领域中的普通技术人员可以容易地实施本发明。然而，本发明可以以各种形式实现，并且不限于本文描述的实施例。在附图中，将不示出被判断为会不必要地使本发明的主旨模糊的公知功能和构型。参照附图，其中同样的附图标记指示同样或对应的零部件。

图1是示意性地示出了根据本发明的一个实施例的植物工厂的透视图，图2是图1所示的植物工厂的横截面图1，图3是图2所示的植物工厂的纵截面图，图4是图1所示的植物工厂的平面图。

本实施例的植物工厂1包括具有在其中限定的栽培室5的建筑结构2、分层支承框架10、多个栽培台20、多个种植床30、营养液循环供给单元40、栽培室空气循环供给单元50、层间空气循环单元60、栽培台空气供给单元70、人造光照射单元80、二氧化碳气体供给单元90和高度调节装置100。

首先，分层支承框架10构造成将形成在形成植物工厂1的建筑结构2内部的栽培室5的内部空间分隔为多个栽培层6和7。在分隔的下栽培层6和上栽培层7之间设置有网状地板15，以允许空气在它们之间流动。

本实施例将描述一个示例，在该示例中，通过分层支承框架10将形成在建筑结构2内部的栽培室5分隔为两个栽培层6和7，并且将下栽培层6和上栽培层7分隔以使空气流过网状地板15。

然而，本发明并不一定局限于此，当然也可以配置成使得形成在建筑结构2内部的栽培室5由分层支承框架10分隔成具有两个或更多个栽培层6和7的多层结构以允许空气在其间流动。

另外，在本发明中，虽然形成栽培室5的建筑结构2与建筑面积(地板面积，占地面积)相比占用了57％的栽培面积，但安装了具有两层或更多层的多层式结构的竖直植物工厂，由此植物的种植面积共计为建筑面积的8到16倍。因此，可以降低建造成本，并且可以以比迄今为止已知的植物工厂1的种植密度高至少33％的种植密度实现每坪(3.3m²)550株种植植物，由此大大提高了生产率。

同时，网状地板15形成被其分隔的下栽培层6的顶棚上表面，并且还形成上栽培层7的底面。

另外，网状地板15可以由具有预定尺寸的网孔(规格为swm34、lwm76.2、t3.2-4.5和w4.0-5.0)的多孔金属板(多孔金属网，钢板网，expandedmetal)制成。因此，下栽培层6与上栽培层7之间的空气循环可以通过使空气通过由于空气的温差引起的自然对流而在其间流动来实现，或者也可以通过强制对流通过下面描述的层间空气循环单元60的空气来实现各层之间的空气循环。

由多孔金属板制成的网状地板15应该易于安装，耐受放置在其上侧的栽培台20的重量，并防止由于营养液等引起的腐蚀。另外，需要地板维持通过每个网孔的气流的顺畅流动，并且如果需要的话，优选将地板选择为有助于环境控制，例如从上层向下进行的光照射、温度和湿度。

图5是图1所示的植物工厂的单元栽培台的透视图。

与图1至4一起参照图5，栽培台20彼此分开地安装在由分层支承框架10分隔的各栽培层6和7上。

本实施例将描述一个示例，其中栽培台20形成在由挤出铝(al)制成的可移动架子结构中，该结构具有安装在其下端上的u形管轮27，使得各栽培台可沿着形成在相应栽培层6和7的底部上的输送轨道26(由不锈钢制成的轨道管)水平移动。

另外，每个栽培台20具有由栽培台框架21限定的内部开放空间，其中该空间被分隔成一个或多个种植层，在其上安装有多个种植床30(由pvc制成)。种植床30具有以向上穿透以允许种植植物的方式形成在其中的种植孔，以及形成在其中的水道。因此，营养液流过水道，以滋养种植在种植孔中的植物。

在此，栽培台框架21包括：竖直栽培台框架22，其具有用作用于在竖直方向上进行高度调节的竖直引导沟槽22a的截面并由挤出铝制成；和水平栽培台框架23，其构造成水平连接竖直栽培台框架并在其中限定出开放空间。

本实施例将描述一个示例，其中单元栽培台20的内部被分隔为四个种植层25，并且其中包括四个种植床30，使得相应种植层25隔开一定间隔彼此平行固定。

然而，本发明不一定局限于此，显然，具有多层结构的种植空间可以根据种植在其上的植物的生长特性而由多个单元栽培台20分隔。

同时，优选地，栽培台20被安装成占据与由分层支承框架10分隔的各栽培层6和7的建筑面积的50％至65％对应的栽培面积。

为了计算要在各栽培层6和7中布置的栽培台20的数目，首先，考虑要栽培的建筑结构2的建筑面积(l×w)，计算配备有具有适合栽培作物的特性的标准(高度和宽度)的栽培台20的栽培系统(l1×w×h1)，然后考虑可行的富余系数和种植面积份额(％，l×w/l×w)计算可以放置在一层中的栽培台20的数目。

在此，考虑建筑结构的高度h和栽培台20的高度h1以及层间的间隙高度，计算层的总数，并且计算要安装在植物工厂将布置在其中的建筑结构中的栽培台20的总数。然后，当要在单个栽培系统中布置的种植床30的数量被确定时，获得植物工厂1的种植植物的总数。

当如上所述计算种植植物的总数时，可以理解投入资源(投资成本或栽培植物的数量/栽培面积)的效率，并且可以通过在设计时确定栽培台20的单个重量和栽培台20的总数来选择从其设计时开始的植物工厂1的结构和将要放置栽培台20的架子。

另外，优选将栽培台20的高度设定在与人的高度相似的1.7m至2m的范围内，从而允许农民更容易地进行种植、管理和收割种植床中的植物30的耕种操作。

营养液循环供给单元40构造成连接分隔相应栽培台20的种植层25的种植床30，并且循环和供给植物生长所需的营养液。

图6是示意性地示出植物工厂的营养液流动图的横截面图。

参照图6，在本实施例中，营养液循环供给单元40可以包括营养液罐41、营养液供给管42、竖直的营养液供给管44、营养液循环泵43、竖直的营养液回流管45、营养液回流管47和营养液调节器48。

营养液罐41容纳并储存营养液，该营养液包括植物生长所需的必需营养素。

这里，使用混合物作为营养液，在所述混合物中，植物生长所需的十六种元素—即氮(n)、磷(p)、钾(k)、钙(ca)、镁(mg)、铁(fe)、氯(cl)、锰(mn)、铜(cu)、硼(b)、钼(mo)、硫(s)、碳(c)、氢(h)、氧(o)和锌(zn)—在水中混合。

这十六种元素是植物生长的必需元素，而不是人造化肥，并且对应于植物从土壤中直接吸收的天然元素。营养液可以通过根据种植的植物200的生长以最佳组成比混合上述元素来制备。

营养液供给管42构造成通过竖直的营养液供给管将营养液罐41的出口与每个栽培台20的每个种植床30的一侧连接。

竖直地安装在栽培台20的一侧上的竖直营养液供给管44将种植床30的一端彼此连接，并且可以将通过营养液供给管42供给的营养液均匀地分配并供给到每个栽培台20的种植床30中。

同时，考虑到栽培台20是如上所述的可调节的活动架子结构，优选使用具有可根据栽培台的移动距离调节的长度的柔性管来将营养液供给管42和竖直营养液供给管44连接。在这种情况下，优选地，柔性管结构构造成不随栽培台20的移动而扭曲或缠结。

营养液循环泵43设置在营养液供给管42上，以将充填在营养液罐41中的营养液泵送并供给到安装在每个栽培台20的种植层25中的种植床30中。

安装在种植床30的另一侧上的竖直营养液回流管45将种植床30的另一端彼此连接，并将供给到种植床30的营养液排出到形成在各栽培层6和7中的营养液收集槽46。

营养液回流管47将各层的营养液收集槽46与营养液罐41连接，并且允许被收集在营养液收集槽46中的营养液返回至营养液罐41。

此外，营养液调节器48包括浓度控制器、酸度控制器、温度控制器、氧浓度控制器等，并且构造成调节返回到营养液罐41的营养液的浓度(ec)、营养液的酸度(ph)、营养液的供给温度(t)和营养液内的氧浓度(do)。

同时，尽管在附图中未详细示出，但是可以在营养液罐41中安装用于测量其中的营养液的浓度、酸度、温度和氧浓度的相应测量传感器，使得通过基于从这些测量传感器测得的信息自动控制营养液调节器48的浓度控制器、酸度控制器、温度控制器和氧浓度控制器，可以将营养液的浓度、酸度、温度和氧浓度调节为相应的预设值。

在本实施例的植物工厂1中，通过上述营养液循环供给单元40将营养液连续地供给至种植床30，并且通过系统地调节营养液的浓度、酸度、温度和氧浓度来均匀且自动地供给营养液，同时通过营养液调节器48持续管理营养液中的微生物和病原体以防止污染。

另外，本实施例描述了一个示例，其中营养液循环供给单元40仅包括一条营养液罐管线，但当然它可以构造成根据种植的植物200的生长来运行多条营养液罐管线，以便根据所种植的农作物族群来供给配方彼此不同的营养液。

栽培室空气循环供给单元50构造成在栽培室5内部的各栽培层6、7中产生水平气流，并在其中循环供给所产生的空气。

图7是示意地示出植物工厂的栽培室中的空气循环流程图的横截面图。

参照图7，栽培室空气循环供给单元50包括恒温恒湿器51、栽培室空气供给管52、空气供给管53、空气排出管54和栽培室空气回流管55。

恒温恒湿器51构造成根据种植的植物200的栽培环境通过设置在其中的冷却器、加热器和具有除湿功能的加湿器控制循环并供给到栽培室5的空气的温度和湿度来供给空气。

栽培室空气供给管52构造成通过形成在栽培室5的与相应栽培层6、7相对应的一侧上的空气供给管53将从恒温恒湿器51供给的空气供给到栽培层6和7中，使得空气在这些栽培层中流动，同时产生水平气流。

这里，空气供给管53优选包括多个叶片53a，它们可旋转地安装在其空气供给端，以便调节供给到栽培室5中的空气流量和空气供给方向。

另外，栽培室空气回流管55将形成在栽培室5的与相应栽培层6和7相对应的另一侧上的空气排出管54与恒温恒湿器51连接，从而允许从栽培室5的内部排出的空气返回到恒温恒湿器。

如上所述，空气通过栽培室空气循环供给单元50循环和供给，同时在栽培室5内的各栽培层6和7中产生水平气流，从而可以通过恒温恒湿器51更均匀地维持相应栽培层6和7中的空气的整体湿度和湿度。另外，通过在每小时0.01至0.02的范围内管理通风次数以防止外部空气流入栽培室5，可以使栽培室5内部的二氧化碳损失最小化。

层间空气循环单元60构造成通过强制使空气循环通过由分层支承框架10的网状地板15限定的栽培层6和7之间的多个层间空气循环风扇61来产生层间循环气流。

图8是示意地示出植物工厂的栽培室层间空气循环单元的透视图，图9是示出通过图8所示的植物工厂的栽培室层间空气循环单元的层间空气循环的状态的纵截面图。

参照图8和9，栽培室层间空气循环单元60中包括的多个层间空气循环风扇61(61(a)，61(b)和61(c))可以以分层支承框架10之间的预定间隔安装在网状地板15的形成栽培层6的顶棚的下部部分上。

特别地，优选而言，层间空气循环风扇61(61(a)，61(b)和61(c))以在每个栽培室的一个方向上交替地产生上下空气循环的方式安装，所述方向是彼此不同的循环方向。

本实施例将描述一个示例，其中三个层间空气循环风扇61(61(a)，61(b)，61(c))以其在分层支承框架10之间的预定纵向方向间隔安装在网状地板15的下部部分上。它们之中，安装在中间的循环风扇61(a)构造成使空气朝下层循环，并且与其邻接的相对的层间空气循环风扇61(b)和61(c)构造成使空气朝上层循环，从而层间空气循环风扇61(61(a)，61(b)和61(c))产生彼此不同的空气循环方向。

因此，在通过层间空气循环风扇61(61(a)，61(b)和61(c))供给到上栽培层7的空气和供给到下栽培层6的空气在其间强制循环的同时，均匀地维持了所产生的空气的温度和湿度，从而可以在于栽培室5内分隔出的上下栽培层6和7之间产生均匀的植物栽培环境。

栽培台空气供给单元70构造成连接每个栽培台20的种植层25的上部部分，并且在种植层25内部产生竖直的向下气流。

图10是示意地示出植物工厂的栽培台中的空气供给流程图的横截面图，图11是示出通过图10所示的栽培台空气供给单元引入的整个竖直空气的流动的纵截面图，图12是示出图11所示的竖直空气的流动的单元栽培台的放大截面图。

参照图10至12，栽培台空气供给单元70包括栽培台空气供给管71、直列式吹风机72、竖直空气供给管73和水平空气喷射管74。

栽培台空气供给管71从恒温恒湿器51分支，并且构造成对应于相应栽培层6和7的相应栽培台20延伸。

直列式吹风机72设置在栽培台空气供给管71上，以将从恒温恒湿器51分支并供给的温度和湿度受控的空气泵送并供给到栽培台中。

竖直空气供给管73连接到栽培台空气供给管71的延伸端部，并且沿着每个栽培台20的至少一侧竖直地布置。

此外，水平空气喷射管74与栽培台20的相应种植层25相对应地从竖直空气供给管73分支，从而沿着每个种植层25的上侧水平地设置，并且包括在其纵向方向上以预定间隔形成在其中的空气喷射孔75，以便产生竖直向下的气流。

这里，竖直空气供给管73和水平空气喷射管74通过彼此连接而一体地形成。一体形成的竖直空气供给管73和水平空气喷射管74构造成允许通过下述高度调节装置100根据在栽培台20的每个种植层25中的种植床30中种植的植物200的生长高度而更自由地调节其空气喷射高度。

同时，优选而言，栽培台20如上所述形成在可移动的活动架子结构中，并且栽培台空气供给管71和竖直空气供给管73使用具有可调节长度的柔性管连接，以便通过高度调节装置100控制其在栽培台20的每个种植层25内的高度。

如上所述，栽培台空气供给单元70连接每个栽培台20的种植层25的上部部分，并在种植层25内部产生竖直的向下气流，从而在种植了植物200的每个种植层25内部产生竖直向下的气流，以便在栽培台20位于相应栽培层6和7中的空气拥挤区段中时允许空气更顺畅地流动。

此外，如上所述，由栽培台空气供给单元70产生的竖直向下气流与如上所述的由栽培室空气循环供给单元50产生的水平气流和/或由层间空气循环单元60产生的层间气流一起被添加到其上。因此，通过所发生的涡旋现象，可以有效地消除彼此靠近的栽培台20之间可能由于其移动和布置而发生的空气拥挤现象。结果，可以产生更均匀的植物生长环境。

人造光照射单元80通过使用经电线供给到设置在每个栽培台20的种植层25的上侧的人造光源的电源来以预设量的光照射在种植床30中种植的植物200。

图13是形成人造光照射单元的led照明装置的截面图。

参照图13，本实施例将描述一个示例，其中人造光照射单元80包括安装在栽培台20的各种植层25上的led照明装置81，该led照明装置81在其纵向方向上形成为一个或多个列。

在此，led照明装置81包括：散热板83，它在其纵向方向上安装在栽培台20的各种植层25的上侧上；以及led元件82，它安装在散热板83的下表面的中央部分中。

一般而言，从照明装置发出的光能的约35％被植物的叶子吸收，其余的65％被照射到栽培室的顶部、地板、墙壁等，最终转化为对栽培植物没有任何帮助的热能。此时，为了减少植物工厂的输入能量，绝对有必要提高光合作用所需的照明效率。

为此，散热板83具有反射板84，该反射板84从散热板83的下表面的相对两端延伸，使得用从led元件82出射的光照射在种植床30中种植的植物200的照射角度θ可被限制在其纵向方向上的预定范围内。

此时，优选而言，反射板84的高度设定为使得从led元件82出射的光以在110°至130°的范围内的照射范围进行照射。

另外，led照明装置81构造成通过下述高度调节装置100根据在栽培台20的各种植层25中的种植床30中种植的植物的生长高度来调节其高度。

因此，由于调节栽培台20的各种植层25的光照射高度并通过反射板84将照射角θ限制在110°至130°(最优选120°)的范围内，可以在栽培台20的种植层25内用光更强烈地照射植物。因此，可以通过改善植物的光合作用所需的照明效果来减少电能。

同时，本实施例的led照明装置81中包括的散热板83可以包括在其纵向方向上形成在其中的一个或多个气体供给通路93，以便更容易地消散其中从led元件82产生的热量并确保用于供给下述二氧化碳气体的气体供给流路，还包括多个气体喷射孔94，所述气体喷射孔94沿着led元件82的一侧以预定间隔以朝向在气体供给通路93上的种植床30中种植的植物渗透的方式形成在其中。

二氧化碳气体供给单元90延伸到每个栽培台20的种植层25的上侧，从而靠近种植的植物200直接喷射和供给光合作用所需的二氧化碳气体。

图14是示意性地示出植物工厂的二氧化碳气体供给流程图的横截面图，图15是栽培台的截面图，示出了通过led照明装置的散热板供给二氧化碳气体的状态。

参照图14和15，本实施例的二氧化碳气体供给单元90包括：气体储存罐91，其容纳并储存二氧化碳气体；和气体供给管92，其将气体储存罐91和形成在led照明装置81的散热板83中的气体供给通路93连接，从而将二氧化碳气体从气体储存罐供给到栽培台。

因此，储存在气体储存罐91中的二氧化碳气体通过气体供给管92供给到各led照明装置81的散热板83中，并通过气体供给通路93和形成在每个散热板83中的气体喷射孔94而靠近在每个栽培台20的种植床30中种植的植物200直接喷射和供给到植物200。因此，可以提高二氧化碳气体的扩散速率。

同时，如上所述，led照明装置81通过下述高度调节装置100以可调节高度的方式安装在栽培台20的每个种植层25的内部，使得通过调节二氧化碳气体的供给高度以及光量，可以以受控的量和浓度更均匀地供给植物的光合作用所需的光和二氧化碳气体。

然而，本发明的二氧化碳气体供给单元90不一定局限于通过形成在上述led照明装置的散热板83中的气体喷射孔94和气体供给通路93向植物直接喷射和供给二氧化碳气体的构型，当然，也可以构造成通过上述栽培台空气供给单元将二氧化碳气体供给到植物。

图16是示意性地示出植物工厂的二氧化碳气体供给单元的一个修改例的横截面图，图17是栽培台的截面图，示出了通过栽培台空气供给单元供给二氧化碳气体的状态。

参照图16和17，二氧化碳气体供给单元90的一个修改例构造成进一步包括气体附加连接管93。

在此，气体附加连接管93的一端从气体供给管92分支，其另一端连接到栽培台空气供给管71以用于供给二氧化碳气体，从而通过竖直空气供给管73和水平空气喷射管74以及led照明装置的散热板选择性地将二氧化碳气体供给到栽培台20的种植层25中。

如上所述，二氧化碳气体被供给到所供给的空气，以通过栽培台空气供给单元70的竖直空气供给管73和水平空气喷射管74在栽培台20的种植层25中产生向下的气流。因此，可以更有效地提高二氧化碳气体在空气中的扩散速率。

此外，高度调节装置100调节水平空气喷射管74和led照明装置81的间隔高度，以将二氧化碳气体供给到在栽培台20的每个种植层25中种植的植物200。

图18是示出用于本实施例的栽培台空气供给单元、人造光照射单元和二氧化碳气体供给单元的高度调节装置的局部放大透视图，图19是单元栽培台的纵截面图，示出了图18所示的高度调节装置，图20是单元栽培台的放大横截面图，示出了图18所示的高度调节装置。

参照图18至20，本实施例将描述一个示例，其中高度调节装置100包括竖直高度调节器101、支承件102和支承件紧固件103。

高度调节器101包括：调节器主体101a，其沿水平方向可移动地插入到形成在栽培台20的竖直框架22中的竖直引导沟槽22a中；和固定螺钉101b，其拧紧要按照预设的竖直高度固定的调节器主体101a。

支承件102具有固定在其相对端上的高度调节器101，从而在通过调节器调节的高度处安装在栽培台20的横向方向上。

另外，支承件紧固件103用于将水平空气喷射管74和led照明装置81结合到支承件102上，然后将它们悬挂在要固定的栽培台20的种植层25的上部部分上。

本实施例已经描述了一个示例，其中高度调节装置100用于通过高度调节器101的固定螺钉101b固定调节器主体101a，并由此调节水平空气喷射管74和led照明装置81的高度，但本发明不一定局限于此。例如，当然，可以构造成通过使用驱动缸或驱动马达进行沿着形成在栽培台20的竖直框架22中的竖直引导沟槽22a的竖直移动和固定。

如上所述，借助于通过高度调节装置100来调节水平空气喷射管74和led照明装置81的高度的构型，可以通过以上构型更自由地控制通过水平空气喷射管74供给以产生竖直的向下气流的空气的供给、通过led照明装置81进行的光照射以及二氧化碳气体的供给高度。

同时，虽然图中未示出，但栽培室5的各栽培层6和7以及每个栽培台20的栽培层25可以进一步包括：空气流量计(型号：st-111，sinyoungchoukkico.,ltd)，用于测量通过上述栽培室空气循环供给单元50、层间空气循环单元60和栽培台空气供给单元70形成的气流的流量；用于确定空气的温度和湿度的温湿度计(型号：dt-802，cemco.，ltd)；和二氧化碳测量仪(型号：gc-2028，由lutronelectronicenterpriseco.,ltd制造)，用于测量空气中自然产生和通过二氧化碳气体供给单元90供给的空气中的二氧化碳浓度。

在下文中，将通过比较例描述将根据本发明的实施例的植物工厂1与常规植物工厂进行比较的实验结果。

<比较例>

首先，在下表1中示出了比较根据本发明的实施例的植物工厂1和常规植物工厂之间的生产率变化的实验结果。

[表1]

如表1所示，在栽培建筑面积相同的情况下，在常规植物工厂与本实施例的具有两层式结构的植物工厂1之间对栽培端口数/投入资源进行比较，可以看出，根据本发明的实施例的植物工厂可以降低建造成本，因为当作为投入资源/栽培面积(植物工厂建造成本)进行计算时，就业务可行性而言是有利的。

另外，在下表2中示出了比较根据本发明的实施例的植物工厂1与常规植物工厂之间的气流变化的实验结果。

[表2]

表2示出了气流和气流速率测量的水平和竖直移动方面。在根据本发明实施例的植物工厂1的情况下，除了通过栽培室空气循环供给单元50的水平空气流之外，与常规植物工厂相比，竖直空气流还被引导通过层间空气循环单元60和栽培台空气供给单元70。因此，可以看出，可以增加栽培室内的空气流量(竖直/水平)，并且可以减小上下栽培层6和7之间的竖直温度偏差，从而可以平稳地维持栽培室5内部的植物栽培环境。

此外，在下表3中示出了比较根据本发明的实施例的植物工厂1与常规植物工厂之间的光量和电力消耗的变化的实验结果。

[表3]

如表3所示，在根据本发明一个实施例的植物工厂1的情况下，形成人造光照射单元80的led照明装置81以可以通过高度调节装置100调节高度的方式被固定在每个栽培台20的种植层25内，并通过反射板84来限制用从led元件82发射的光集中照射在种植床30中种植的植物200的角度。因此，可以看出与常规工厂相比，可以进一步提高光合作用有效辐射通量密度，并且可以进一步减少用电量。

此外，下表4中示出了根据本发明的实施例的植物工厂1与常规植物工厂之间的净光合速率(npr)/二氧化碳消耗速率利用效率的变化进行比较的实验结果。

[表4]

如表4所示，可以看出，在根据本发明的实施例的植物工厂1的情况下，除了使用二氧化碳气体供给单元90通过形成在led照明装置81的散热板83中的气体供给通路93和气体喷射孔94供给二氧化碳气体之外，还通过上述栽培台空气供给单元70将二氧化碳气体供给到植物，使得二氧化碳(co2)的交换速率高于常规植物工厂。

因此，与常规植物工厂相比，本发明的实施例的植物工厂1可以通过不论在栽培室中的地点如何都均匀地提高空气流量来减小温度和二氧化碳(co2)浓度的偏差，并且可以通过提高植物的净光合速率和生长速率来提高生产率。

尽管已经参考优选实施例和修改例描述了本发明，但是本发明不限于上述特定实施例和修改例，并且本领域技术人员应理解，可以在本发明中做出各种改型和变型而不脱离通过所附权利要求书限定的本发明的范围，并且这些改型和变型不应与本发明的技术精神和前景分开理解。

[附图标记说明]

1：植物工厂，2：建筑结构

5：栽培室，6：下栽培层

7：上栽培层，10：分层支承框架

15：网状地板，20：栽培台

21：栽培台框架，22：竖直栽培台框架

22a：竖直引导沟槽，23：水平栽培台框架

25：种植层，26：转移轨道

27：管状轮，30：种植床

40：营养液循环供给单元，41：营养液罐

42：营养液供给管，43：营养液循环泵

44：竖直营养液供给管，45：竖直营养液回流管

46：营养液收集槽，47：营养液回流管

48：营养液调节器，50：栽培室空气循环供给单元

51：恒温恒湿器，52：栽培室空气供给管

53：空气供给管，53a：叶片

54：空气排出管，55：栽培室空气回路管

60：层间空气循环装置，61：层间空气循环风扇

70：栽培台空气供给单元，71：栽培台空气供给管

72：直列式吹风机，73：竖直空气供给管

74：水平空气喷射管，75：空气喷射孔

80：人造光照射单元，81：led照明装置

82：led元件，83：散热板

84：反射板，90：二氧化碳气体供给单元

91：气体储存罐，92：气体供给管

93：气体供给通路，94：气体喷射孔

100：高度调节装置，101：高度调节器

101a：调节器主体，101b：固定螺钉

102：支承件，103：支承件紧固件

103a：照明紧固件；103b：竖直空气喷射管紧固件

200：植物。