KR100963328B1 - 지중 근역 균등 관수 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 과수나 관상수 등 각종 작물의 근역에 균등하게 급수하기 위한 지중 근역(根域) 균등 관수(灌水) 장치 및 그 방법을 개시한다.

본 발명은 가지 하방에 분포하는 작물의 근역을 둘러싸도록 관수 수단을 지중에 매설하고, 이러한 관수 수단에 의하여 물이 작물의 근역에 직접, 고루 공급될 수 있도록 하기 위하여 주관, 지관, 세관을 거쳐 공급되는 물이 감압밸브에 의하여 복수개의 분산 세관을 통하여 관수 수단으로 공급되도록 하였다.

이에 따라, 본 발명은 물이 인근 토양에 의하여 소모됨을 최소화하여 효과적으로 관수할 수 있게 되고 작물의 뿌리가 고르게 성장하게 됨으로서 효율적인 관수가 가능하게 되고, 뿌리 전역에 걸친 고른 영양 흡수가 가능하게 되어 작물의 효율적인 균형 성장이 가능하게 된다. 또한, 본 발명은 잡초 등 기생 식물이 성장에 필요한 수분을 확보하기 어렵게 함으로써 제초를 위한 농업노동력을 줄이고 토양을 오염 시키는 제초제의 사용을 더욱 억제할 수 있게 되는 효과도 있는 것이다.

관수 근역 균등 지중

Description

지중 근역 균등 관수 장치 및 그 방법{Underground Root Margin Even Irrigation Apparatus and Method Thereof}

본 발명은 지중 근역 균등 관수 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 과수나 관상수, 조경수 등 각종 작물의 근역에 균등하게 직접 급수하기 위한 지중 근역(根域) 균등 관수(灌水) 장치 및 그 방법에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 관수 방법에는 호스관수, 점적관수, 분수관수, 살수관수, 미스트관수, 고랑관수, 지중관수 등 여러 가지가 있다.

이중에 호스관수는 호스를 이용하여 물을 지표면에 공급하는 방식이며 점적관수는 플라스틱파이프나 튜브에 미세한 구멍을 뚫고 이 구멍에 연결된 가느다란 관의 선단에 노즐이나 미세한 수분 배출구를 만들어 물이 방울져 소량씩 스며 나오도록 하여 관수하는 방법이다. 아울러 분수관수는 유공튜브에 물을 분출시켜 관수하고, 살수관수는 노즐을 이용하여 물을 뿌려 관수하며, 미스트관수는 미스트장치로 물을 미세한 세무로 만들어 관수하는 방법이다. 고랑관수는 시설내의 고랑에 물 을 공급하는 방법이며, 지중관수는 지중에 매설한 관수 파이프로 작물 뿌리에 직접 물을 공급하는 방법이다.

지중관수를 제외한 관수방법들은 모두 표층에 물을 공급하기 위한 것으로, 뿌리에 직접 물을 공급하지 않아 증발로 인한 수분의 소모가 많게 되어 농업용수의 사용량을 증가시키게 되는 문제점이 생기므로 지중관수를 이용하게 된다. 이러한 지중관수를 이용한 급수장치로 대한민국 특허공개 제1987-6호(발명의 명칭: 자동급수장치, 이하 '인용발명1'이라 함)가 개시되어 있으며, 이를 도 1에 도시하였다.

도시된 바와 같이 자동급수장치(100)는 저수조(101), 급수헤드(102) 및 이에서 연장되는 급수관(106)으로 구성되어 있다. 상기 급수헤드(102)는 투수성 재질로 만들어지고 하단이 원추형 단부로 막혀져 있으며, 경작지에 재배되는 작물 뿌리 부근의 토양에 삽설되는 급수 관상부(103)와, 방수재질로 만들어져 상기 급수관상부(103)의 상부 개방단에 연결되는 헤드부(104)와, 급수 헤드(102)가 삽설되는 위치보다 낮은 수위를 갖는 저수조(101)의 하부에서 연결되는 상기 급수관(106)을 통해 이송되어 급수될 물이 급수 헤드(102)의 헤드부(104)로 공급되는 배출구(105)로 이루어져 있다.

이러한 종래에 사용된 자동급수장치는 육묘포트의 수분함유량에 따라 발생되는 압력차에 따라 물이 지속적으로 공급되는 것으로, 육묘포트에 공급된 수분이 증발하게 되면 압력이 낮아지게 되어 이 압력차에 의해 수분이 저수조에서 육묘포트로 이동하게 되는 것이다. 따라서 수분의 증발에 따라 자동으로 상시 물이 공급되도록 되어 있어 수분의 적정유지 관점에서는 유리하나, 시설하우스의 채소 재배나 과수 등의 밭작물에는 항시 수분을 최적상태로 유지시키는 것이 생육에 반드시 이롭다고 볼 수 없으며, 때로는 수분의 양이 광합성에 비례하거나 제어를 통한 저수분 상태가 필요하다. 따라서 식물의 생육상태에 따른 수분량과 지중의 공급위치 조절이 식물 생산성 및 수분의 절감에 유리하기 때문에 실제로 이와 같은 자동급수장치는 적절하게 사용할 수 없는 문제점이 있었다.

또한, 이러한 자동급수장치는 고가의 장비로서 과수, 조경수 등의 넓은 면적에 걸쳐 다수 작물에 급수를 하여야 하는 영농재배환경에서는 이러한 고가의 설비를 다수 시설하기 어려워 토양수분을 계측하는 연구실, 실험실, 양액재배 농가 등에서 제한적으로 사용되고 있는 실정이다.

그러므로, 본 출원인은 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 뿌리에 직접 수분을 공급하되, 작물 뿌리의 발육상태에 상응하는 최적 위치에 급수하도록 하여 뿌리 내림을 유인하고, 물이 생육작물의 뿌리에만 효과적으로 흡수되도록 하여 생육촉진을 도모하는 지중관수 시스템을 대한민국 특허등록 제556300호(발명의 명칭: 지중관수 시스템, 이하 '인용발명2'라 함)로 제안한 바 있다. 이는 저수조(201)에 저장된 용수를 작물에 공급하도록 하는 공지의 것에 있어서, 상기 저수조(201)에 저장된 용수를 설정 압력으로 급수하도록 하는 펌핑수단(203)과, 측면에 상기 펌핑수단(203)으로부터 펌핑된 용수가 유입되는 유입구(213)가 형성되고 상기 유입구(213)와 연통되는 수관(214)이 내부에서 하방으로 형성되며 상부에 타격부(215)가 형성된 헤드부(211)와, 상기 헤드부(211) 하부에 결합되며 중앙에 상기 수관(214)과 연통되는 연통로(217)가 형성되고 하단부에 상기 연통로(217)와 연통되 어 외부로 물이 유출되는 유출구(219)가 형성된 몸체부(216)와, 상기 몸체부(216)와 결합되며 지중으로 삽입이 용이하도록 원추형으로 형성된 첨단부(221)로 구성된 관수 수단(210)으로 이루어진 것이며, 그 몸체부(216) 외부에 스케일(220)을 형성하여 작물 뿌리의 발육 상태에 상응하는 최적 위치에 삽입하고 급수하여 하부로 뿌리내림을 유인하며, 몸체부(216)의 연통로(217)는 이 연통로(217)로 통과되는 물의 속도를 지연시키며 물의 온도를 상승시키도록 하는 지연로(218)가 형성된 것이다.

그러므로, 이러한 인용발명2는 작물의 뿌리가 신속하게 하방으로 뻗어나가도록 유인함으로써, 생육을 촉진시켜, 뿌리의 천근성에 의한 냉해의 방지와 조기 수확이 가능하게 되어 수익성을 증대시킬 수 있고, 수분증발이 적으므로 시설하우스에서는 결로(結露)현상이 억제되어 병해를 최소화할 수 있다. 아울러 지표층 보다 깊은 곳에 수분이 공급되므로 지표층이 질척이지 않아 수확, 방재, 리어커의 이동 등 작업성이 좋게 되며, 농업용수의 사용량을 격감시켜 수자원의 절감과 생육효과를 높일 수 있는 장점이 있는 것이다.

또한, 본 출원인에 의하여 특허등록 제 594479호(발명의 명칭: 지중관수 시스템, 이하 '인용발명3'이라 함)가 제안된 바 있으며, 이를 도 4 내지 도 5에 도시하였다.

도시된 바와 같이 이러한 인용발명3은 용수가 공급되어 저수조(301)에 저장된 용수를 펌핑하도록 하는 펌핑수단(303)과 상기 펌핑수단(303)으로부터 펌핑된 용수를 지중으로 공급하기 위한 유입공(314)과 유출공(319)을 연결하는 관체(316)가 구비된 관수 수단(310)으로 구성된 것에 있어서, 전기 펌핑수단(303)의 일측에 설치된 노브가 구비된 압력조절밸브(302)와, 펌핑 수단(303)과 관수 수단(310)의 사이를 연결하는 관로 일측에 니플(305)의 내부 중심공(306)에 삽입 고정시킨 감압공(308)을 구비한 리듀서(307)로 구성된 것이다.

반면에, 이러한 인용발명들은 모두 하나의 지점에 하나의 관수 수단으로 급수하도록 하는 것이며, 시간이 경과함에 따라 작물의 뿌리가 이러한 관수 수단으로 편중되는 상태가 되어 균형잡힌 성장이 어렵게 될 뿐만 아니라, 지중의 한 지점으로만 작물의 생장에 필요한 양 만큼 집중 급수하여야 하는데, 관수 수단으로 공급되는 물은 방사상으로 스며들게 되므로 공급수의 약 50%의 물은 증발되거나, 근역(根域)을 벗어나서 인근 토양에 흡수되어 손실되는 것이어서, 실제 작물에 흡수되는 물의 배(倍) 정도를 급수하여야 하므로 여전히 수자원을 낭비하게 되는 문제점이 있는 것이다.

본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 가지 하방에 분포하는 작물의 모든 근역에 관수 수단에 의하여 물이 고루 공급될 수 있도록 하여서 된 지중 근역 균등 관수 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.

본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 펌프에 의하여 물탱크의 물이 공 급되는 주관과, 주관에 연결된 지관과, 각 지관과 작물의 근역에 매설된 관수 수단 사이를 연결하는 세관으로 구성된 공지의 지중 관수 장치에 있어서,

전술한 세관과 입구가 연결되고 복수개의 출구가 분산 세관에 의하여 지중의 근역 둘레에 균등 간격으로 매설된 복수개의 관수 수단과 연결되도록 한 감압밸브를 구비하여서 된 지중 근역 균등 관수 장치를 제안한다.

아울러, 본 발명은 펌프에 의하여 물탱크의 물이 주관을 통하여 복수개의 지관으로 공급되도록 하며, 복수개의 지관으로 공급된 물이 지관에 연결된 세관을 경유하여 작물의 근역에 배치된 관수 수단으로 급수가 실시되도록 하는 공지의 지중 관수 방법에 있어서,

세관으로 공급된 물을 분산 세관으로 공급하되, 분산 세관으로 공급되는 물의 압력을 감압 및 정압하여 분산 매설된 복수개의 관수 수단에 의하여 작물의 근역 둘레에 균등하게 급수할 수 있도록 하여서 된 지중 근역 균등 관수 방법을 제안한다.

이와 같이 하여 본 발명은 지관으로 공급되는 물이 감압밸브를 통과하면서 일정 압력으로 복수개의 관수 수단에 공급되는 것이다. 따라서, 복수개의 관수 수단에 의하여 작물의 모든 근역에 가까운 위치에서 균등한 상태로 물이 공급되므로, 농작물의 모든 뿌리에 균등하게 감압밸브에 의한 최적량의 물을 공급할 수 있게 되는 것이어서, 작물의 뿌리가 균형 잡힌 상태로 내릴 수 있게 되는 것이므로, 작물 의 균형 성장이 가능하게 되는 것이며, 물이 근역 외의 토양으로 흡수되어 소모되는 불필요한 소모량을 최소화하여 수자원의 효율적인 활용이 가능하게 된다.

또한, 본 발명은 작물의 성장을 촉진시키거나 열매의 품질을 개선하기 위한 영양제를 투여하는 경우에도 근역에 고루 공급할 수 있게 되어 투여량을 감소시켜 소요 경비를 절감할 수 있으며, 특히 작물의 근역에 직접 적용하므로 흡수 효율을 제고시켜 작물의 성장률을 크게 향상시킬 수 있게 되고 고품질의 작물을 생산할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 식물의 근역에 직접 영양제를 적용하는 것이므로, 주변 토양 오염을 최소화할 수 있게 되는 것이고, 고품질의 생산이 가능하게 되는 등의 유용한 효과가 있다.

아울러, 본 발명은 대상 작물의 근역에만 정확하게 적량의 물을 공급하게 되는 것이므로, 잡초 등 기생 식물이 성장에 필요한 수분을 확보하기 어렵게 함으로써 제초를 위한 농업노동력을 줄이고 제초제의 사용을 더욱 억제할 수 있게 되는 것이다.

이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 실시하기 위한 전체적인 구성을 도 6, 7로 도시하였다.

이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명은 물탱크(1)에 연결되어 주관(2)을 거쳐 지관(3)으로 적정 압력의 물을 공급하기 위한 펌프(4)와, 전술한 지관(3)에서 분기된 물이 세관(5)을 거쳐 복수개의 감압밸브(7) 입구에 도달하도록 하며,

감압밸브(7)의 복수개 출구에 방사상으로 분산 세관(6)을 배열하여 관수 수단(8)에 연결되도록 하며, 전술한 관수 수단(8)은 일정 거리를 두고 지중의 근역 둘레에 매설되도록 하여서 된 것이며, 이러한 관수 수단(8)은 그 상단이 지중 5 Cm 내지 10 Cm의 깊이에 매설되도록 하여서 된 것이다.

이러한 실시예에 의한 본 발명은 펌프(4)에 전원을 인가하면, 물탱크(1)의 물이 주관(2) 및 지관(3), 세관(5)을 거쳐 감압밸브(7)의 입구에 도달하게 되며, 이러한 감압밸브(7)의 내부에는 도 10의 A-A선 단면도로 도시한 바와 같이 여러개의 분기관(71)으로 되어 있고 이러한 각 분기관(71)의 내부에는 분기관(71) 종단면 도에서 보는 바와 같이 실리콘 충전물이 채워져 있어, 이를 통과하는 과정에서 감압되며, 이의 출구에는 분기된 분산 세관(6)이 연결되어 있어서, 분산 세관(6)에 연결된 복수개의 관수 수단(8)에 정압의 물을 공급하게 된다.

즉, 세관(5)의 물은 작물 마다 설치된 복수개의 감압밸브(7)에 도달하게 되며, 본 발명에서는 이러한 물이 감압밸브(7)에서 규정 압력으로 감소된 후 분기된 분산 세관(6)을 거쳐서 관수 수단(8)에서 시간당 예를 들면 4ℓ/hr 씩 일정하게 배출되도록 하는 것이다.

이에 따라, 관수 수단(8)에서 배출된 물은 근역에서 분산되는 바, 이러한 근역에 투여된 물은 배수되는 지점을 중심으로 상, 하, 좌, 우의 뿌리와 인근의 토양으로 분산 흡수되기는 하나, 본 발명에서는 특히 뿌리에 가장 근접하여 물이 공급되므로, 뿌리에 의한 흡수율을 최대화할 수 있게 되는 것이며, 인근의 토양으로 흡수되는 양을 최소화할 수 있게 되는 것이다.

더욱이, 본 발명에서는 작물의 전체 근역에 균등 간격으로 배열된 관수 수 단(8)에 의하여 전체 근역에 걸쳐 균등한 양의 물이 분산되는 것이다.

그러므로, 작물은 뿌리 전체에 걸쳐서 물을 흡수할 수 있으므로, 생장에 필요한 수분 공급을 원활히 할 수 있게 되는 것이며, 그 결과 작물의 성장 속도나, 과수의 품질 등에서 탁월한 성과를 얻게 되는 것이다.

즉, 본 발명에서는 종래의 인용발명들과는 달리 한 지점에서 작물의 생장에 필요한 물을 필요량을 초과하여 일괄 공급하고, 인근의 토양으로 흡수되면서 반대편의 뿌리까지 도달되는 방식이 아니고 도 8 및 도 9의 사선부분으로 보인 바와 같이 전체 뿌리에 걸쳐 동시에 적량의 물을 공급하게 되는 것이므로, 균형잡힌 뿌리 내림 상태가 되는 것이며, 공급되는 물의 대부분(습윤체적 125%)이 작물 뿌리에 의하여 직접 흡수되는 것이어서, 토양에서 흡수되어 소모되는 물의 손실량을 크게 줄일 수 있게 되는 것이다. 이에 따라 본 발명은 종래의 지중 근역의 어떤 한 지점에 급수를 실시하는 종래의 지중 관수 방법에 비하여 현저한 물 절감효과를 얻게 되어 수자원 낭비를 방지할 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 본 발명은 작물의 생육시기에 부족한 영양분(질소, 인산 칼리 등)을 직접 뿌리의 근역에 공급함으로써 소량 투여에 의하여 충분한 양의 영양분이 흡수될 수 있게 되는 것이어서, 고품질 농산물의 생산을 할 수 있을 뿐만 아니라, 불필요하게 인근의 토양에 흡수되는 영양분을 최소화하여 토양 오염도 방지할 수 있게 되는 것이다.

아울러, 이러한 본 발명은 작물의 근역에 가급적 많은 수의 관수 수단(8)을 균등 배열할수록 작물의 뿌리에서 효과적으로 수분이나 영양분을 흡수할 수 있게 되며, 작물의 근역에 따라 적정한 수의 관수 수단(8)이 설치되어야 함은 물론이다.

또한, 본 발명은 도 10으로 보인 바와 같이, 전술한 지관(3)에 적정 간격으로 배수공(9)을 형성하고, 이에 상협하광의 체결턱(10)을 구비한 연결구(11)를 결합하며, 연결구(11)의 출구에 전술한 세관(5)을 연결하여 줌으로써 매우 간편하게 지관(3)과 세관(5)을 연결할 수 있게 되는 것이어서 시설 작업의 능률을 도모할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 본 발명에서 분산 세관(6)의 길이는 작물의 뿌리 영역에 따라 50 Cm 내지 100 Cm로 하는 것이 이상적인 것으로 실험에 의하여 확인되었다.

아울러, 본 발명에서 사용되는 관수 수단(8)은 도 11로 보인 바와 같이, 분산 세관(6)에 연결되는 결합부(15) 그리고 하방으로 연장되는 안내관(12), 그리고 중간에 형성된 배출공(13) 및 종단까지 개방된 배출부(14)로 구성되는 것을 사용할 수 있으며, 이에 의하여 관수 수단(8)에 의하여 원하는 깊이, 둘레에 급수가 실시되도록 할 수 있는 것이다.

아울러, 본 발명에서는 감압밸브(7)에 실리콘 충전물을 채운 형태의 것을 예시하였으나, 기타 다양한 구조의 감압밸브를 적용할 수 있음은 물론이다.

도 1은 종래의 지중관수를 이용한 자동급수장치를 나타낸 단면도.

도 2는 본 출원인에 의하여 기 제안된 지중관수 시스템을 나타낸 개략도.

도 3은 본 출원인에 의하여 기 제안된 지중관수 시스템을 나타낸 종단면도.

도 4는 본 출원인에 의하여 기 제안된 다른 형태의 지중관수 시스템이 설치된 개략도.

도 5는 본 출원인에 의하여 기 제안된 다른 형태의 지중관수 시스템을 나타낸 종단면도.

도 6은 본 발명에 의한 지중 근역 균등 관수 장치를 보인 설명도.

도 7은 본 발명에 의한 작물에 설치된 지관 및 세관 그리고 분산 세관의 설치 상태를 보인 설명도.

도 8은 본 발명에 의한 작물의 급수 상태를 보인 설명도.

도 9는 본 발명에 의한 작물의 급수 상태를 보인 평면도.

도 10은 본 발명에 의한 지관과 세관 그리고 분산 세관의 연결 상태를 예시한 설명도.

도 11a, 11b는 본 발명에 의한 관수 수단을 예시한 설명도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 물탱크 2: 주관 3: 지관 4: 펌프

5: 세관 6: 분산 세관 7: 감압밸브 8: 관수 수단

9: 배수공 10: 체결턱 11: 연결구 12: 안내관

13: 배출공 14: 배출부 15: 결합부 71: 분기관

Claims (5)

1. 펌프에 의하여 물탱크의 물이 공급되는 주관과, 주관에 연결된 지관과, 각 지관과 작물의 근역에 매설된 관수 수단 사이를 연결하는 세관으로 구성된 공지의 지중 관수 장치에 있어서,

   전술한 세관과 입구가 연결되고 복수개의 출구가 분산 세관에 의하여 지중의 근역 둘레에 균등 간격으로 매설된 복수개의 관수 수단과 연결되도록 한 감압밸브를 구비하여서 됨을 특징으로 하는 지중 근역 균등 관수 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   전술한 지관에 적정 간격으로 배수공을 형성하고, 이에 상협하광의 체결턱을 구비한 연결구를 결합하며, 연결구의 출구에 전술한 세관을 연결하여서 됨을 특징으로 하는 지중 근역 균등 관수 장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   전술한 세관과 분산 세관 사이에 설치된 감압밸브는 내부에 실리콘 충전물을 채운 구조로 된 것임을 특징으로 하는 지중 근역 균등 관수 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   전술한 분산 세관의 길이는 50 Cm 내지 100 Cm임을 특징으로 하는 지중 근역 균등 관수 장치.
5. 펌프에 의하여 물탱크의 물이 주관을 통하여 복수개의 지관으로 공급되도록 하며, 복수개의 지관으로 공급된 물이 지관에 연결된 세관을 경유하여 작물의 근역에 배치된 관수 수단으로 급수가 실시되도록 하는 공지의 지중 관수 방법에 있어서,

   세관으로 공급된 물을 분산 세관으로 공급하되, 분산 세관으로 공급되는 물의 압력을 감압 및 정압하여 분산 매설된 복수개의 관수 수단에 의하여 작물의 근역 둘레에 균등하게 급수할 수 있도록 함을 특징으로 하는 지중 근역 균등 관수 방법.

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