KR101206008B1 - 식물공장용 양액 소독장치 및 방법 - Google Patents

식물공장용 양액 소독장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식물공장용 양액 소독장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 식물공장에서 사용되는 양액의 소독을 위하여 전기분해장치를 이용하며, 전기분해장치의 전단에 에어주입탱크를 구비함으로써 양액에 산소를 공급하여 용존산소량을 증가시키고 양액의 전기분해시 차아염소산과 오존을 발생량을 증가시킬 수 있으며, 전기분해장치의 후단에 에어주입탱크를 구비함으로써 전기분해장치를 통과한 양액에 산소를 공급하여 양액에 용존되어 있는 오존과 차아염소산을 제거하고 용존산소량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 주기적으로 또는 필요시 역방향으로 약염산을 공급하여 역세과정을 수행함으로써 짧은 시간에 간단한 방법으로 전극판의 오염을 방지할 수 있는 식물공장용 양액 소독장치 및 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은 식물공장에서 사용되는 양액에 산소를 공급하여 용존산소량을 증가시키고 양액의 전기분해시 차아염소산과 오존 발생량을 증가시키기 위한 제1 에어공급부와, 상기 제1 에어공급부로부터 공급된 공기를 확산시키기 위한 제1 공기산기관과, 양액을 외부로 배출하기 위한 제1 양액 주입관과, 상기 제1 양액 주입관에 구비되어 양액의 흐름을 제어하는 제1 제어밸브를 포함하는 제1 에어주입탱크; 상기 양액 주입관으로부터 양액을 공급받아 양액의 전기분해를 통해 차아염소산과 오존을 발생시켜 양액을 소독하는 전기분해장치; 및 상기 전기분해장치를 통과한 양액에 산소를 공급하여 양액에 용존되어 있는 차아염소산과 오존을 제거하고 용존산소량을 증가시키기 위한 제2 에어공급부와, 상기 제2 에어공급부로부터 공급된 공기를 확산시키기 위한 제2 공기산기관과, 상기 전기분해장치로부터 양액을 공급받는 제2 양액 주입관과, 상기 제2 양액 주입관에 구비되어 양액의 흐름을 제어하는 제2 제어밸브를 포함하는 제2 에어주입탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장용 양액 소독장치를 제공한다.

Description

식물공장용 양액 소독장치 및 방법{Device and Method of disinfecting nutrient solution for plant factory}
본 발명은 식물공장용 양액 소독장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 식물공장에서 사용되는 양액의 소독을 위하여 전기분해장치를 이용하며, 전기분해장치의 전단에 에어주입탱크를 구비함으로써 양액에 산소를 공급하여 용존산소량을 증가시키고 양액의 전기분해시 차아염소산과 오존을 발생량을 증가시킬 수 있으며, 전기분해장치의 후단에 에어주입탱크를 구비함으로써 전기분해장치를 통과한 양액에 산소를 공급하여 양액에 용존되어 있는 오존과 차아염소산을 제거하고 용존산소량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 주기적으로 또는 필요시 역방향으로 약염산을 공급하여 역세과정을 수행함으로써 짧은 시간에 간단한 방법으로 전극판의 오염을 방지할 수 있는 식물공장용 양액 소독장치 및 방법에 관한 것이다.
식물공장은 실내에서 광, 온도, 습도, 자양분 등 식물의 생육환경을 인위적으로 제어하여 계획생산이 가능하도록 하는 농업시스템을 일컫는다. 식물공장에서는 태양광을 고효율 형광등, 발광다이오드(LED) 등의 인공광으로 대체하고, 식물성장에 필요한 이산화탄소는 탄산가스 발생장치로 공급하며, 온도는 지열 등 신재생에너지를 이용하여 공급하고, 자양액은 토양성분과 유사하도록 다양한 물질을 조제하여 작물에 공급한다. 식물공장 생산공정은 파종에서 수확까지 첨단기술을 접목한 자동화 장치를 이용하여 기존의 농업생산과는 다른 새로운 시스템에 의해 진행된다.
미국의 경우 60~70년대 대기업에서 완전 인공광형 식물공장에 관한 연구를 수행하였으나, 수익성 문제로 실용화가 이루어지지 않았다. 최근에는 도심의 고층건물 방식을 채택한 수직형 식물농장(Vertical Farming) 개념으로 발전하고 있다.
일본의 경우 70년대부터 식물공장에 관한 연구를 시작하여 히타치 제작소 중앙연구소가 1974년에 완전 제어형 식물공장을 개발하여 식물의 최적 재배환경에 관한 연구로 생육기술을 확립하는 데 초점을 두었다. 2009년 이후 일본에서는 정부에서 농산물 생산자와 상공업자를 선정하고, 다양한 홍보를 통하여 민간사업자를 참여시킴으로써 사업의 조기정착을 유도하게 되면서 식물공장이 상당히 활성화된 상태이다.
우리나라는 2008년 녹색성장을 국가과제로 채택하여 환경보호와 경제성장을 이루기 위해 전 산업부문에 걸쳐 녹색성장을 위한 기술개발과 지원에 힘쓰고 있다.
식물공장은 기상환경 등의 제약 없이 연중 안정적으로 작물을 재배할 수 있는 기술을 제공하는 등 기후변화에 대응하는 미래농업기술로서 그 중요성이 부각되고 있다. 또한, 식물공장은 IT, NT, BT 등이 융합된 전자동 운영시스템이 도입되어 자원의 내부순환이 가능하도록 함으로써, 농업환경이 열악한 중동 등에 고부가가치의 원천기술을 수출할 수 있는 신성장 동력산업으로도 유망하다.
식물공장에서 농사를 짓기 위해서는 많은 단계를 거쳐야 한다. 먼저, 씨를 뿌리는 파종작업을 하고 싹을 틔우는 발아과정을 거친 후, 녹화과정을 통해 발아된 싹의 줄기를 튼튼하게 해 준다. 이어서, 줄기가 튼튼해지면 재배틀에 옮겨심는 정식과정을 해 주고, 재배틀로 옮겨진 묘는 주기적으로 양액을 공급받아 일정기간을 거쳐 성장하게 된다. 이러한 전 과정이 기계화, 자동화되어야 완전한 식물공장이라 할 수 있다.
식물공장에 사용되는 양액은 영양소가 풍부하여, 운반, 사용, 보관 등의 과정에서 미생물이 번식하기 쉽고 세균에 의해 오염되기 쉬운 특성을 가지고 있다. 더욱이, 양액은 용존산소가 결핍될 경우 혐기성 미생물에 의한 부패가 발생할 가능성이 높은 문제점이 있다. 원예작물이 최소한의 생육을 유지하려면 배양액 중에 적어도 5ppm 정도의 산소가 녹아 있어야 하며, 정상적으로 성장하기 위해서는 5ppm 이상의 용존산소가 존재해야 한다. 그러나, 양액의 온도가 상온인 20 ~ 25 도씨일 경우 양액 내의 용존산소의 양은 많아야 8 ~ 9ppm 정도밖에 되지 않으므로, 인위적인 배양액의 순환에 의해 용존산소의 양을 조절하여야 하는 불편함이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 특히 양액에 산소를 공급하여 용존산소량을 증가시키고 양액의 전기분해시 차아염소산과 오존을 발생량을 증가시킬 수 있으며, 차아염소산과 오존을 발생시켜 양액을 충분히 소독할 수 있으며, 소독 후 양액에 용존되어 있는 오존과 차아염소산을 제거하고 용존산소량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 짧은 시간에 간단한 방법으로 전극판의 오염을 방지할 수 있는 식물공장용 양액 소독장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 안출된 본 발명에 따른 식물공장용 양액 소독장치는 식물공장에서 사용되는 양액에 산소를 공급하여 용존산소량을 증가시키고 양액의 전기분해시 차아염소산과 오존 발생량을 증가시키기 위한 제1 에어공급부와, 상기 제1 에어공급부로부터 공급된 공기를 확산시키기 위한 제1 공기산기관과, 양액을 외부로 배출하기 위한 제1 양액 주입관과, 상기 제1 양액 주입관에 구비되어 양액의 흐름을 제어하는 제1 제어밸브를 포함하는 제1 에어주입탱크; 상기 양액 주입관으로부터 양액을 공급받아 양액의 전기분해를 통해 차아염소산과 오존을 발생시켜 양액을 소독하는 전기분해장치; 및 상기 전기분해장치를 통과한 양액에 산소를 공급하여 양액에 용존되어 있는 차아염소산과 오존을 제거하고 용존산소량을 증가시키기 위한 제2 에어공급부와, 상기 제2 에어공급부로부터 공급된 공기를 확산시키기 위한 제2 공기산기관과, 상기 전기분해장치로부터 양액을 공급받는 제2 양액 주입관과, 상기 제2 양액 주입관에 구비되어 양액의 흐름을 제어하는 제2 제어밸브를 포함하는 제2 에어주입탱크를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 양액 주입관은 상기 제1 에어주입탱크의 하단에 구비되며, 상기 제2 양액 주입관은 상기 제2 에어주입탱크의 상단에 구비될 수 있다.
또한, 상기 전기분해장치는 상기 제1 양액 주입관과 연통되어 상기 제1 에어주입탱크로부터 배출된 양액을 유입하고, 일정 간격으로 복수개의 홀이 형성되며, 반대측 단부는 마개로 폐쇄되는 양액 유입관; 상기 양액 유입관의 상부에 일정 간격으로 서로 평행하게 이격되되, 상기 각 홀과 홀 사이에 하나씩 배치되는 복수개의 전극판; 및 상기 전극판의 상단에 구비되며, 상기 제2 양액 주입관과 연통되어 상기 전극판을 거친 양액을 상기 제2 에어주입탱크로 배출하고, 일정 간격으로 복수개의 홀이 형성되며, 반대측 단부는 마개로 폐쇄되는 양액 배출관을 포함할 수 있다.
또한, 상기 전극판 중 양측 말단에 위치한 전극판에 반대 극성의 직류전원이 인가되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 식물공장용 양액 소독방법은 (a) 밀폐된 공간에서 공기를 발생시킨 후 확산시킴으로써 식물공장에서 사용되는 양액에 산소를 공급하는 단계; (b) 상기 (a)단계를 통해 용존산소량이 증가한 양액을 직류전원이 인가된 복수개의 전극판 사이로 통과시켜 전기분해함으로써 차아염소산과 오존을 발생시켜 양액을 소독하는 단계; (c) 상기 (b)단계를 통해 소독된 양액에 산소를 공급하여 양액에 용존되어 있는 차아염소산과 오존을 제거하고 양액의 용존산소량을 증가시키는 단계; 및 (d) 상기 복수개의 전극판에 약염산을 공급하여 역세과정을 통해 상기 전극판의 오염을 방지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 식물공장에서 사용되는 양액의 소독을 위하여 전기분해장치를 이용하며, 전기분해장치의 전단에 에어주입탱크를 구비함으로써 양액에 산소를 공급하여 용존산소량을 증가시키고 양액의 전기분해시 차아염소산과 오존을 발생량을 증가시킬 수 있으며, 전기분해장치의 후단에 에어주입탱크를 구비함으로써 전기분해장치를 통과한 양액에 산소를 공급하여 양액에 용존되어 있는 오존과 차아염소산을 제거하고 용존산소량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 의하면 주기적으로 또는 필요시 역방향으로 약염산을 공급하여 역세과정을 수행함으로써 짧은 시간에 간단한 방법으로 전극판의 오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식물공장용 양액 소독장치의 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식물공장용 양액 소독장치의 사시도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식물공장용 양액 소독장치의 단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식물공장용 양액 소독방법의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식물공장용 양액 소독장치의 구성도이다. 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식물공장용 양액 소독장치의 사시도이다. 도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식물공장용 양액 소독장치의 단면도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식물공장용 양액 소독장치는, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 에어주입탱크(100)와 전기분해장치(200) 및 제2 에어주입탱크(300)를 포함하여 이루어진다.
식물공장에 사용되는 양액은 영양소가 풍부하여 사용과정에서 미생물과 기타 세균오염이 발생하기 쉽다. 그리고, 양액은 용존산소가 결핍될 경우 혐기성 미생물에 의한 부패가 발생할 우려가 있다. 따라서, 식물공장용 양액에는 충분한 산소가 공급되어 용존산소량이 기준치 이상이 되어야 하며, 소독을 통하여 미생물과 세균을 제거한 후에 사용되어야 한다.
제1 에어주입탱크(100)는 식물공장용 양액의 산소농도를 높여 전기분해장치(200) 내에서 차아염소산과 오존의 발생량을 증가시켜 소독효과를 극대화하기 위함이다. 이를 위해 제1 에어주입탱크(100)는 하우징(105), 제1 에어공급부(110), 제1 공기산기관(120), 제1 양액 주입관(130) 및 제1 제어밸브(140)를 포함한다.
하우징(105)은 제1 에어주입탱크(100)의 내부를 밀폐함으로써, 제1 에어공급부(110)에서 발생하여 제1 공기산기관(120)을 통해 확산된 공기가 외부로 유출되지 않고 양액으로 공급되어, 양액의 용존산소량을 효율적으로 증가시킬 수 있도록 한다.
제1 에어공급부(110)는 식물공장용 양액에 산소를 공급하여 용존산소량을 증가시키고 양액의 전기분해시 차아염소산과 오존 발생량을 증가시키기 위해 하우징(105) 내에 공기를 공급한다. 이를 위해 제1 에어공급부(110)는 하우징(105) 내부에 구비되며, 외부로부터 전원을 공급받거나 자체적으로 내장된 배터리 등에 의해 동작하여 공기를 발생시킨다.
제1 공기산기관(120)은 제1 에어공급부(110)로부터 공급된 공기를 하우징(105) 내에 확산시키기 위해 구비된다. 이를 위해 제1 공기산기관(120)은 파이프 등에 의해 제1 에어공급부(110)와 연결된다. 제1 공기산기관(120)은 무수한 통공이 형성되어 있는 복수개의 단위 유닛이 파이프 등에 의해 서로 연결되는 형태로 구비될 수 있다.
제1 공기산기관(120)을 구성하는 단위 유닛들은 구 형상, 육면체 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 각 단위 유닛에는 많은 수의 통공이 구비되어 있어 제1 에어공급부(110)로부터 공급된 공기를 신속히 하우징(105) 내부로 확산시킬 수 있도록 한다. 도시되지 않았으나, 제1 공기산기관(120)은 일측 단부가 폐쇄된 파이프 형태로 형성될 수도 있으며, 파이프의 타측 단부는 제1 에어공급부(110)에 연결되고 파이프의 외주면과 폐쇄된 일측 단부에는 다수의 통공이 형성될 수 있다.
제1 양액 주입관(130)은 용존산소량이 증가된 양액을 하우징(105) 외부로 배출시킨다. 구체적으로, 제1 양액 주입관(130)의 일측 단부는 하우징(105)에 연결되고, 타측 단부는 전기분해장치(200)의 양액 유입관(202)에 연결된다.
제1 양액 주입관(130)은 제1 에어주입탱크(100)의 하단, 즉 하우징(105)의 하단에 구비된다. 이는 전기분해장치(200)의 양액 유입관(202)이 전기분해장치(200)의 하단에 구비되기 때문이다. 전기분해장치(200) 내에서는 하단의 양액 유입관(202)으로부터 양액을 공급받아 이를 전극판(210) 사이로 밀어올려 전기분해한 후, 상단의 양액 배출관(232)을 통해 제2 에어주입탱크(300)로 보내는 과정이 반복된다.
제1 제어밸브(140)는 제1 양액 주입관(130)에 구비되어 양액의 흐름을 제어한다. 제1 제어밸브(140)는 양액이 제1 에어주입탱크(100)에서 충분한 양의 산소를 공급받을 때까지 제1 양액 주입관(130)을 폐쇄하고, 용존산소량이 기준치 이상이 될 경우 제1 양액 주입관(130)을 개방하여 양액이 전기분해장치(200)로 유입될 수 있도록 한다. 이를 위해 제1 제어밸브(140)에는 액체의 용존산소량을 측정할 수 있는 센서가 구비되어, 연속적으로 양액의 용존산소량을 체크하여 제1 제어밸브(140)가 자동으로 작동하도록 할 수도 있다.
엽채류의 경우 수경재배 시설면적은 2002년 기준으로 98ha로, 전체 양액재배 시설면적 565ha의 17.3%를 차지하고 있다. 재배방식별로는 담액식 36.7%, 분무식 39.5%, 박막식 6.1%순을 이루고 있다. 담액식 수경재배시 온도, 양액의 농도 및 pH 변화가 적어 안정적인 재배가 가능하지만, 작물의 근권부 호흡에 필요한 산소는 양액 중에 녹아있는 용존산소에 주로 의존하기 때문에 용존산소의 농도가 안정적인 생산의 제한요인으로 작용하고 있다.
시험결과에 의하면 용존산소 농도에 대한 작물의 적응범위는 계절적으로 저온기에는 넓고 고온기에는 좁은 것으로 나타났다. 작물별로는 시금치와 적근대는 용존산소 농도에 민감하며, 치커리와 청경채는 상대적으로 둔감한 결과를 보였다. 따라서, 계절적으로 11월~3월까지는 용존산소의 조절이 상대적으로 덜 필요하나 4월~10월은 용존산소 농도를 인위적으로 조절할 필요가 있다. 작물별로는 시금치와 적근대의 경우 11~3월에는 5ppm 이상, 4~10월은 10~20ppm 수준의 관리가 필요하고, 상추, 쑥갓, 엔다이브는 6~9월에 5~20ppm 으로 관리하고 나머지 시기에는 용존산소의 농도조절이 상대적으로 덜 필요한 것으로 나타났다. 이상의 시험결과를 표 1에 정리하였다.

작물		 용존산소
민감도		 계절별 최적 용존산소 농도범위(ppm)
춘계
(4~5월)		 하계
(6~9월)		 추계
(10월)		 동계
(11~3월)
시금치, 적근대 고 10~20 10~20 10~20 5~10
상추, 엔다이브, 쑥갓 중 5~10 5~20 5~10 5~10
청경채, 적치커리 저 5~10 5~10 5~10 5~10
전기분해장치(200)는 양액의 전기분해를 통해 차아염소산과 오존을 발생시켜, 양액 중의 미생물과 세균을 소독한다.
소독물질로서 오존(O3)은 산화력이 강하고 pH에에 의한 영향이 적으며, 악취를 발생시키지 않고 소독에 의한 부산물 발생이 적은 장점을 가지고 있다. 반면, 오존은 반감기가 짧고 상태가 다소 불안정한 단점이 있다. 양액에 1분당 10g의 오존이 있으면 곰팡이, 세균, 바이러스 등은 물론 곰팡이 포자까지도 대부분 살균할 수 있는 것으로 나타났다. 양액에 산소가 공급되면 양액이 활성조건으로 되며, 활성조건으로 된 양액의 전기분해시 오존이 발생하게 된다.
소독물질로서 차아염소산은 잔류소독으로 가장 많이 사용되는 소독물질로, 저장이나 조작시 유해가스의 유출이 없으므로 매우 안전하면서도 효과는 액체염소와 동일하다는 장점이 있다.
전기분해장치(200)는 양액 유입관(202)과 전극판(210) 및 양액 배출관(232)을 포함한다.
양액 유입관(202)은 제1 양액 주입관(130)과 연통되어 제1 에어주입탱크(100)로부터 배출된 양액을 전기분해장치(200) 내부로 유입한다. 양액 유입관(202)에는 유입된 양액을 전극판(210) 사이로 배출하기 위한 홀(204)이 구비된다.
홀(204)은 일정 간격으로 복수개 구비되어, 양액 유입관(202)으로부터 전극판(210) 방향으로 양액을 분사시킨다. 홀(204) 간의 간격은 전극판(210) 간의 간격과 동일한 것이 바람직하다. 그 이유는 홀(204)로부터 분사된 양액은 각 전극판(210)들 사이로 스며들어 상부 방향으로 상승하므로, 홀(204)과 전극판(210)은 교대로 배치되기 때문이다.
양액 유입관(202)의 반대측 단부(제1 양액 주입관(130)에 연결되는 단부의 반대측 단부)는 마개(206) 등에 의해 폐쇄된다. 일정기간 동안 전기분해를 수행한 후 전극판에 오염이 발생할 수 있으므로, 전극판에 양액의 흐름방향(도 3에서 좌측 하단으로부터 우측 상단 방향)과 반대방향(도 3에서 우측 하단으로부터 좌측 상단방향)으로 약염산을 공급하는 역세 프로세스를 수행하게 되는데, 이 경우에는 마개(206)를 열어 양액 유입관(202)의 반대측 단부를 개방시킨 후, 약염산을 공급한다. 도시되지 않았으나, 마개(206)는 제어밸브 등으로 대체될 수도 있다.
전극판(210)은 양액 유입관(202)의 상부에 복수개가 일정 간격으로 서로 평행하게 이격되도록 배치된다. 전극판(210)의 재질로는 티타늄(Ti)이 사용될 수 있다. 그리고, 전극판에는 모든 전극판에 직류전원이 인가되는 것이 아니라 양측 말단에 위치한 전극판(212, 214)에만 반대 극성의 직류전원이 인가되는 바이폴라 방식(Bi-Polar Type)이 바람직하다.
모노폴라 방식(Mono-Polar Type)은 복수개의 전극판을 일정 간격으로 배치시키고, 각각의 전극판에 교대로 반대 극성의 직류전원을 인가하는 방식이다. 모노폴라 방식의 경우, 다수개의 전극판에 모두 전류를 흘려야 하므로 하전되는 전류의 양이 전극판 개수에 비례하는 관계로, 전선의 굵기, 정류기의 용량, 전극의 크기 등에 의한 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 모노폴라 방식의 경우 전기분해시 전극판의 표면에 표면오염 현상이 빈번히 발생하므로, 전극의 효율이 떨어져 전해수의 생산성이 저하되는 단점이 있다.
이에 반해 바이폴라 방식은 전류밀도가 크고 전극의 수명이 길며, 효율은 높은 반면 부피는 작다는 장점이 있다. 그리고, 모노폴라 방식이 고전류와 저전압의 특성을 보이는 반면, 바이폴라 방식은 저전류와 고전압의 특성을 보인다. 더불어, 바이폴라 방식은 전극오염이 적고 전선 굵기, 정류기 용량, 전극 크기 등 주변자재의 가격을 줄일 수 있는 장점이 있다.
양액 배출관(232)은 전극판(210)의 상단에 구비되며, 제2 양액 주입관(330)과 연통되어 전극판(210)을 거친 양액을 제2 에어주입탱크(300)로 배출한다. 양액 배출관(232)에는 전극판(210) 사이로 상승한 양액을 유입하기 위한 홀(234)이 구비된다.
홀(234)은 일정 간격으로 복수개 구비되어, 전극판(210)으로부터 양액 배출관(232) 방향으로 양액을 분출시킨다. 홀(234) 간의 간격은 전극판(210) 간의 간격과 동일한 것이 바람직하다. 그 이유는 전극판(210)으로부터 분사된 양액은 각 홀(234)을 통해 양액 배출관(232)으로 이동하므로, 홀(234)과 전극판(210)은 교대로 배치되기 때문이다.
양액 배출관(232)의 반대측 단부(제2 양액 주입관(330)에 연결되는 단부의 반대측 단부)는 마개(236) 등에 의해 폐쇄된다. 일정기간 동안 전기분해를 수행한 후 전극판에 오염이 발생할 수 있으므로, 전극판에 양액의 흐름방향(도 3에서 좌측 하단으로부터 우측 상단 방향)과 반대방향(도 3에서 우측 하단으로부터 좌측 상단방향)으로 약염산을 공급하는 역세 프로세스를 수행하게 되는데, 이 경우에는 마개(236)를 열어 양액 배출관(232)의 반대측 단부를 개방시킨 후, 약염산을 공급한다. 도시되지 않았으나, 마개(236)는 제어밸브 등으로 대체될 수도 있음은 상기에서 언급한 바와 같다.
제2 에어주입탱크(300)는 전기분해에 의한 소독을 마친 양액 내에 용존되어 식물의 성장을 저해할 수 있는 잔여 폐가스를 제거하고, 용존된 오존과 차아염소산을 제거하며, 용존산소량을 높여 양액의 부패를 방지하고 식물의 생장을 촉진하기 위함이다. 이를 위해 제2 에어주입탱크(300)는 하우징(305), 제2 에어공급부(310), 제2 공기산기관(320), 제2 양액 주입관(330) 및 제2 제어밸브(340)를 포함한다.
하우징(305)은 제2 에어주입탱크(300)의 내부를 밀폐함으로써, 제2 에어공급부(310)에서 발생하여 제2 공기산기관(320)을 통해 확산된 공기가 외부로 유출되지 않고 양액으로 공급되어, 양액의 용존산소량을 효율적으로 증가시킬 수 있도록 한다.
제2 에어공급부(310)는 전기분해장치(200)를 통과한 양액에 산소를 공급하여 양액에 용존되어 있는 오존과 차아염소산을 제거하고 용존산소량을 증가시키기 위해 하우징(305) 내에 공기를 공급한다. 이를 위해 제2 에어공급부(310)는 하우징(305) 내부에 구비되며, 외부로부터 전원을 공급받거나 자체적으로 내장된 배터리 등에 의해 동작하여 공기를 발생시킨다.
제2 공기산기관(320)은 제2 에어공급부(310)로부터 공급된 공기를 하우징(305) 내에 확산시키기 위해 구비된다. 이를 위해 제2 공기산기관(320)은 파이프 등에 의해 제2 에어공급부(310)와 연결된다. 제2 공기산기관(320)은 무수한 통공이 형성되어 있는 복수개의 단위 유닛이 파이프 등에 의해 서로 연결되는 형태로 구비될 수 있다.
제2 공기산기관(320)을 구성하는 단위 유닛들은 구 형상, 육면체 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 각 단위 유닛에는 많은 수의 통공이 구비되어 있어 제2 에어공급부(310)로부터 공급된 공기를 신속히 하우징(305) 내부로 확산시킬 수 있도록 한다. 도시되지 않았으나, 제2 공기산기관(320)은 일측 단부가 폐쇄된 파이프 형태로 형성될 수도 있으며, 파이프의 타측 단부는 제2 에어공급부(310)에 연결되고 파이프의 외주면과 폐쇄된 일측 단부에는 다수의 통공이 형성될 수 있다.
제2 양액 주입관(330)은 소독된 양액을 하우징(305) 내부로 유입시킨다. 구체적으로, 제2 양액 주입관(330)의 일측 단부는 전기분해장치(200)의 양액 배출관(232)에 연결되고, 타측 단부는 하우징(305)에 연결된다.
제2 양액 주입관(330)은 제2 에어주입탱크(300)의 상단, 즉 하우징(305)의 상단에 구비된다. 이는 전기분해장치(200)의 양액 배출관(232)이 전기분해장치(200)의 상단에 구비되기 때문이다. 전기분해장치(200) 내에서는 하단의 양액 유입관(202)으로부터 양액을 공급받아 이를 전극판(210) 사이로 밀어올려 전기분해한 후, 상단의 양액 배출관(232)을 통해 제2 에어주입탱크(300)로 보내는 과정이 반복된다.
제2 제어밸브(340)는 제2 양액 주입관(330)에 구비되어 양액의 흐름을 제어한다. 제2 제어밸브(340)는 양액이 전기분해장치(200)에서 충분한 소독이 이루어질 때까지 제2 양액 주입관(330)을 폐쇄하고, 오존과 차아염소산의 양이 기준치 이상이 될 경우 제2 양액 주입관(330)을 개방하여 양액이 제2 에어주입탱크(300)로 유입될 수 있도록 한다. 이를 위해 제2 제어밸브(340)에는 액체의 용존오존량과 차아염소산량을 측정할 수 있는 센서가 구비되어, 연속적으로 양액의 용존오존량과 차아염소산량을 체크하여 제2 제어밸브(340)가 자동으로 작동하도록 할 수도 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식물공장용 양액 소독방법의 흐름도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식물공장용 양액 소독방법은, 도 4를 참조하면, 공기발생단계(S10), 공기확산단계(S20), 산소공급단계(S30), 전기분해 및 소독단계(S40), 산소공급단계(S50), 및 역세단계(S60)를 포함하여 이루어진다.
공기발생단계(S10)는 공기발생장치 또는 산소발생장치를 이용하여 공기 또는 산소를 발생시키는 단계이다. 예컨대, 공기발생단계(S10)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식물공장용 양액 소독장치의 제1 에어공급부(110)를 통해 수행될 수 있으며, 식물공장용 양액에 산소를 공급하여 용존산소량을 증가시키고 양액의 전기분해시 차아염소산과 오존 발생량을 증가시키기 위함이다.
공기확산단계(S20)는 공기발생단계(S10)를 통해 생성한 공기를 밀폐된 공간 내에 확산시키는 단계이다. 예컨대, 공기확산단계(S20)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식물공장용 양액 소독장치의 제1 공기산기관(120)을 통해 수행될 수 있으며, 공급된 공기를 신속히 밀폐된 공간 내부로 확산시킴으로써 양액 내에 충분히 산소가 용해될 수 있도록 하기 위함이다.
산소공급단계(S30)는 공기발생단계(S10)와 공기확산단계(S20)를 통해 밀폐된 공간 내에 포화된 공기가 양액 내부로 용해되는 단계이다. 양액 내에 충분한 산소공급을 통해 용존산소량을 증가시키고, 양액의 전기분해시 차아염소산과 오존 발생량을 증가시키게 된다.
전기분해 및 소독단계(S40)는 충분히 산소가 공급된 양액을 전기분해시켜 차아염소산과 오존을 발생시킴으로써 양액을 소독하는 단계이다. 예컨대, 전기분해 및 소독단계(S40)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식물공장용 양액 소독장치의 전기분해장치(200)를 통해 수행될 수 있으며, 용존산소량이 증가한 양액을 직류전원이 인가된 복수개의 전극판 사이로 통과시켜 전기분해함으로써 차아염소산과 오존을 발생시켜 양액을 소독한다.
산소공급단계(S50)는 전기분해 및 소독단계(S40)를 통해 소독 프로세스를 거친 양액에 산소를 공급하여 양액에 용존되어 있는 오존과 차아염소산을 제거하고 용존산소량을 증가시키는 단계이다. 예컨대, 산소공급단계(S50)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식물공장용 양액 소독장치의 제2 에어주입탱크(300)를 통해 수행될 수 있다.
역세단계(S60)는 전기분해장치에 역방향으로 약염산을 공급함으로써 전극판의 오염을 방지하는 단계이다. 예컨대, 역세단계(S60)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 식물공장용 양액 소독장치의 전기분해장치(200)를 통해 수행될 수 있으며, 전기분해시의 양액흐름방향과 반대방향으로 약염산을 공급함은 상기에서 언급한 바와 같다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 식물공장에서 사용되는 양액을 소독하고 충분한 산소를 공급함으로써, 식물공장용 양액 소독장치의 설계 및 제조분야에 광범위하게 적용될 수 있다.
100 - 제1 에어주입탱크 110 - 제1 에어공급부
120 - 제1 공기산기관 130 - 제1 양액 주입관
140 - 제1 제어밸브 200 - 전기분해장치
202 - 양액 유입관 210 - 전극판
232 - 양액 배출관 300 - 제2 에어주입탱크
310 - 제2 에어공급부 320 - 제2 공기산기관
330 - 제2 양액 주입관 340 - 제2 제어밸브

Claims (5)

  1. 식물공장에서 사용되는 양액에 산소를 공급하여 용존산소량을 증가시키고 양액의 전기분해시 차아염소산과 오존 발생량을 증가시키기 위한 제1 에어공급부와, 상기 제1 에어공급부로부터 공급된 공기를 확산시키기 위한 제1 공기산기관과, 양액을 외부로 배출하기 위한 제1 양액 주입관과, 상기 제1 양액 주입관에 구비되어 양액의 흐름을 제어하는 제1 제어밸브를 포함하는 제1 에어주입탱크;
    상기 양액 주입관으로부터 양액을 공급받아 양액의 전기분해를 통해 차아염소산과 오존을 발생시켜 양액을 소독하는 전기분해장치; 및
    상기 전기분해장치를 통과한 양액에 산소를 공급하여 양액에 용존되어 있는 차아염소산과 오존을 제거하고 용존산소량을 증가시키기 위한 제2 에어공급부와, 상기 제2 에어공급부로부터 공급된 공기를 확산시키기 위한 제2 공기산기관과, 상기 전기분해장치로부터 양액을 공급받는 제2 양액 주입관과, 상기 제2 양액 주입관에 구비되어 양액의 흐름을 제어하는 제2 제어밸브를 포함하는 제2 에어주입탱크
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장용 양액 소독장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 양액 주입관은 상기 제1 에어주입탱크의 하단에 구비되며, 상기 제2 양액 주입관은 상기 제2 에어주입탱크의 상단에 구비되는 것을 특징으로 하는 식물공장용 양액 소독장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전기분해장치는
    상기 제1 양액 주입관과 연통되어 상기 제1 에어주입탱크로부터 배출된 양액을 유입하고, 일정 간격으로 복수개의 홀이 형성되며, 반대측 단부는 마개로 폐쇄되는 양액 유입관;
    상기 양액 유입관의 상부에 일정 간격으로 서로 평행하게 이격되되, 상기 각 홀과 홀 사이에 하나씩 배치되는 복수개의 전극판; 및
    상기 전극판의 상단에 구비되며, 상기 제2 양액 주입관과 연통되어 상기 전극판을 거친 양액을 상기 제2 에어주입탱크로 배출하고, 일정 간격으로 복수개의 홀이 형성되며, 반대측 단부는 마개로 폐쇄되는 양액 배출관
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장용 양액 소독장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전극판 중 양측 말단에 위치한 전극판에 반대 극성의 직류전원이 인가되는 것을 특징으로 하는 식물공장용 양액 소독장치.
  5. (a) 밀폐된 공간에서 공기를 발생시킨 후 확산시킴으로써 식물공장에서 사용되는 양액에 산소를 공급하는 단계;
    (b) 상기 (a)단계를 통해 용존산소량이 증가한 양액을 직류전원이 인가된 복수개의 전극판 사이로 통과시켜 전기분해함으로써 차아염소산과 오존을 발생시켜 양액을 소독하는 단계;
    (c) 상기 (b)단계를 통해 소독된 양액에 산소를 공급하여 양액에 용존되어 있는 차아염소산과 오존을 제거하고 양액의 용존산소량을 증가시키는 단계; 및
    (d) 상기 복수개의 전극판에 약염산을 공급하여 역세과정을 통해 상기 전극판의 오염을 방지하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물공장용 양액 소독방법.
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