KR101603067B1 - 살균장치를 포함한 수경재배 배양액 재순환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인체에 안전하고 배양액의 조성변화나 침전물이 발생하지 않으면서도 전기충격을 가해 배양액에 존재하는 곰팡이, 세균, 바이러스 등과 같은 병원균을 저렴한 비용으로 살균할 수 있는 살균장치를 포함한 수경재배 배양액 재순환장치에 관한 것으로서, 원수탱크(11), 농축액비탱크(12), 양액혼합탱크(13), 급액제어기(14), 양액순환펌프(15), 배액회수탱크(16), 배액수집탱크(17), 여과장치(18), 여과장치(18)를 거치면서 이물질이 제거된 배액이 통과하는 동안 전기 충격 제어수단(22)의 제어로 전기 충격을 가해 곰팡이, 세균, 바이러스를 포함하는 병원균을 살균하는 살균장치(19) 및 살균배액 저장탱크(20)로 구성된다.

Description

살균장치를 포함한 수경재배 배양액 재순환장치{Including sterile hydroponic culture recirculation device}

본 발명은 살균장치를 포함한 수경재배 배양액 재순환장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 인체에 안전하고 배양액의 조성변화나 침전물이 발생하지 않으면서도 전기충격을 가해 배양액에 존재하는 곰팡이, 세균, 바이러스 등과 같은 병원균을 저렴한 비용으로 살균할 수 있는 살균장치를 포함한 수경재배 배양액 재순환장치에 관한 것이다.

수경재배는 흙을 사용하지 아니하고 물과 수용성 영양분을 이용하여 식물을 재배하는 방법을 말하는 것으로서 물 재배, 양액 재배, 무토양 재배라고 한다.

따라서, 수경재배는 비료성분의 공급과 관리가 정밀하고 토양의 연작장해와 같은 염려가 없는 장점이 있어 점차 그 면적이 증가하고 있다.

하지만, 비순환식의 수경재배에서는 사용한 배양액을 재처리하거나 정화처리하여 재사용하는 장치를 활용하지 않고 하천에 흘려보내 하천수 오염의 원인이 되고 있어 수경재배에서 배양액을 하천에 흘려보내는 것은 앞으로 규제의 대상이 예상되기 때문에 장치으로부터 흘러나오는 배양액을 살균 정화하여 재이용하는 기술 및 장치 개발은 시급한 과제이다.

현재 배양액의 살균이나 정화, 유기물의 분해 등을 위한 몇 가지 장치가 있지만 비용이 많이 드는 등의 문제로 경제적이고 효율적인 장치는 아직은 찾아보기 어려운 실정이다.

특히 수경재배는 일반적인 온실 설비 이외에 배양액의 관리나 재배 베드 등의 기계설비에 고가의 설비비가 투입되는 재배방법이다. 수경재배에서 배양액의 감염은 농약살포 등 방제로서 회복하는 것은 어려우며, 수확 전에 감염되는 경우에는 초기 투입된 농자재나 종묘, 난방 유류비, 비료 등의 비용 전액이 손해로 이어진다.

또한, 순환식 수경재배에서는 배양액이 전체 베드를 순환하기 때문에 배양액 중에 피슘(Pythium)이나 푸사리움(Fusarium)속 균과 같은 유해세균이 침입하여 배양액이 오염되면 순식간에 시설 전체에 병원균이 확산되어 회복 불가능한 피해가 발생할 위험이 있기 때문에 확실한 배양액 살균 기술이 필요하다.

이에 종래에는 배양액에 존재하는 각종 병원균을 제거하기 위해, 자외선, 오존, 염소, 염소와 탈염소, 이산화탄소, 고온 및 고압 등을 이용한 살균기술이 이용되고 있다.

1) 자외선을 이용하는 경우는, 254 ㎚ 파장의 저압램프 또는 200~400 ㎜ 파장의 중압램프를 이용하여 미생물을 살균하는 기술(특허문헌 1 참조)로서, 환경오염이 없고 생태계에 피해를 주지 않으며 살균력이 강하고 조절이 가능하며 운영비가 저렴하지만, 금속이온의 침전과 전기누전에 주의해야 한다.

2) 오존을 이용하는 경우는, 현장에서 오존을 발생시켜 반응조에 주입하는 기술(특허문헌 2 참조)로서, 염소부산물이 없으나, 불안정하고 완전 살균이 어려워 미생물의 재증식이 가능하며 침전물이 발생할 뿐더러 가격이 비싸다.

3) 염소를 이용하는 경우는, 염소를 주입하여 HOCl 및 OCl^-의 소독을 이용하는 기술로서, 가격은 저렴하나, 온도에 영향을 미치고 자외선이나 오존법에 비해 소독력이 약하며 염소부산물의 생성으로 인해 별도의 탈염소 공정이 필요하다.

4) 염소 및 탈염소를 이용하는 경우는, 염소시설 후단에 반응조를 설치하여 이산화황(sulfur dioxide)을 첨가하여 잔류염소를 환원시켜 제거하는 기술로서, 잔류하는 염소 제거로 생태계에 미치는 영향을 최소화할 수 있으나, 염소제에 비해 탈염소제의 가격이 비싸 염소법에 비해 투자비가 2~3배 더 소요되고 과잉의 탈염소제는 용존산소를 감소시켜 이산화황이 잔류하게 된다.

5) 이산화탄소를 이용하는 경우는, 현장에서 ClO₂를 발생시켜 염소와 동일한 방법으로 주입하는 기술로서, 염소보다 소독력이 강하지만, 불안정하고 독성물질인 ClO₃ ^-, ClO₂ ^- 가 생성된다.

6) 고온을 이용하는 경우는, 100~130℃에서 수 초간 처리하는 기술로서, 처리시간이 짧고 장기보존이 가능하나, 물질 성분이 변하고 영양분이 파괴된다.

7) 고압을 이용하는 경우는, 공기의 압력을 높여 살균하는 기술로서 살균효과 및 지속성은 우수하나, 시설투자비가 많이 들고 안전성이 낮다는 문제점이 있다.

국내 특허 제 10-1317699 호(2013. 10. 15. 등록공고) 국내 특허 제 10-1206008 호(2012. 11. 28. 등록공고)

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술의 문제점을 극복하기 위한 것으로서, 인체에 안전하고 배양액의 조성변화나 침전물이 발생하지 않으면서도 전기충격을 가해 배양액에 존재하는 곰팡이, 세균, 바이러스 등과 같은 병원균을 저렴한 비용으로 살균할 수 있는 살균장치를 포함한 수경재배 배양액 재순환장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적은, 수경재배에서 사용되는 수돗물 또는 지하수를 포함하는 원수를 저장하는 원수탱크; 비료를 녹인 농축액비를 저장하는 농축액비탱크; 상기 원수탱크로부터의 원수, 상기 농축액비탱크로부터의 정량의 농축액비 및 재사용이 가능한 배액이 혼입 또는 혼합되어 급액할 수 있는 배양액을 저장하는 양액혼합탱크; 시간, 광도, 온도를 포함하는 인자에 따라 급액 제어프로그램을 운영하는 급액제어기; 상기 급액 제어기로부터의 급액신호에 따라 작동하여 정해진 시간에 정해진 양의 배양액을 작물에 공급하는 양액순환펌프; 작물에 공급되어 사용되고 남아 배지 밖으로 흘러나오는 배액을 회수하는 배액회수탱크; 상기 배액회수탱크를 통해 온실의 배지에서 나온 배액을 모아두는 배액수집탱크; 상기 배액수집탱크에 모여진 배액을 재사용하기 위해 복수의 필터를 통해 이물질을 제거하는 여과장치; 상기 여과장치를 거치면서 이물질이 제거된 배액이 통과하는 동안 전기 충격 제어수단의 제어로 전기 충격을 가해 곰팡이, 세균, 바이러스를 포함하는 병원균을 살균하는 살균장치; 및 여과 및 살균되어 재사용이 가능한 배액을 저장하는 살균배액 저장탱크로 구성되는 살균장치를 포함한 수경재배 배양액 재순환장치에 의해 달성된다.

본 발명의 하나의 측면에 의하면, 상기 배액회수탱크는, 작물을 재배하는 재배라인별로 각각 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 살균장치는, 전기 절연체가 감싸고 있는 관으로서, 상기 관의 내부 표면은 관 형상의 음극으로 구성되고, 상기 관의 중앙에 봉 형상의 양극이 배치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 음극과 상기 양극은 스테인레스 재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 전기충격 제어수단은, 교류 전원을 공급하는 전원 공급부; 전기충격을 위한 시간과 전류 및 전압을 설정하는 입력부; 상기 입력부의 조작에 따라 정해진 시간 동안 정해진 전압과 전류의 전기의 발생을 제어하는 메인 제어부; 및 상기 메인 제어부의 제어로 상기 전원 공급부로부터 공급되는 교류전원을 정해진 전압과 전류로 변환하여 정해진 시간 동안 배액에 전기충격을 가하는 전류 제어부로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 입력부의 조작으로 설정되는 전기충격을 위한 시간과 전류 및 전압을 표시하고, 상기 전류 제어부에 의해 전기충격이 가해지는 시간과 전압 및 전류를 표시하는 디스플레이부가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 상기 전기충격을 위한 전압은 24V이하이고, 전류는 0.5~10A인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 수경재배에서 발생되는 재순환 배양액에 전기충격을 가해 저렴하고 인체에 안전하게 배양액에 존재하는 곰팡이, 세균, 바이러스 등과 같은 병원균을 살균함으로써 양액재배나 무토양 재배 등과 같은 순환식 수경재배산업에 기여할 수 있다.

또한, 본 발명은 외주면을 전기 절연체가 감싸고 있는 관 형태의 살균장치의 내면에 원통 형상의 음극을 설치하고 중앙에 봉 형상의 양극을 설치함으로써 배양액에 존재하는 곰팡이, 세균, 바이러스 등과 같은 병원균을 살균하면서도 인체에 해를 주지 않는다.

또한, 본 발명은 전기충격을 가하는 음극과 양극을 스테인레스 재질로 구성함으로써 전기분해로 인하여 침전물이 생성되지 않을뿐더러 pH 변화가 일어나지 않는다.

또한, 본 발명은 배양액에 전기충격을 가하기 위한 전류와 전압 그리고 시간을 조절함으로써 병원균의 종류, 배양액의 종류 등에 따라 살균력을 쉽게 조절할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 살균장치를 포함한 수경재배 배양액 재순환장치의 모식도이다.
도 2는 살균장치에 전기충격을 가하는 전기충격 제어수단의 구성도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명에 의한 살균장치를 포함한 수경재배 배양액 재순환장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 수경재배에서 사용되는 수돗물 또는 지하수를 포함하는 원수를 저장하는 원수탱크(11), 비료를 녹인 농축액비를 저장하는 농축액비탱크(12), 원수탱크(11)로부터의 원수, 농축액비탱크(12)로부터의 정량의 농축액비 및 재사용이 가능한 배액이 혼입 또는 혼합된 급액할 수 있는 배양액을 저장하는 양액혼합탱크(13), 시간, 광도, 온도를 포함하는 인자에 따라 급액 제어프로그램을 운영하는 급액제어기(14), 급액 제어기(14)로부터의 급액신호에 따라 작동하여 정해진 시간에 정해진 양의 배양액을 작물에 공급하는 양액순환펌프(15), 작물에 공급되어 사용되고 남아 배지 밖으로 흘러나오는 배액을 회수하는 배액회수탱크(16), 배액회수탱크(16)를 통해 온실의 배지에서 나온 배액을 모아두는 배액수집탱크(17), 배액수집탱크(17)에 모여진 배액을 재사용하기 위해 복수의 필터를 통해 이물질을 제거하는 여과장치(18), 여과장치(18)를 거치면서 이물질이 제거된 배액이 통과하는 동안 전기 충격 제어수단(22)의 제어로 전기 충격을 가해 곰팡이, 세균, 바이러스를 포함하는 병원균을 살균하는 살균장치(19) 및 여과 및 살균되어 재사용이 가능한 배액을 저장하는 살균배액 저장탱크(20)로 구성된다.

여기서, 배액회수탱크(16)는 작물을 재배하는 재배라인별로 각각 설치되는 것으로서, 작물에 공급되는 배양액 중 약 20~30%가 작물에 흡수되지 않고 빠져나오는데 이를 라인별로 수집하는 탱크이다.

순환되는 배액에 존재하는 곰팡이, 세균, 바이러스를 포함하는 병원균을 살균하기 위한 살균장치(19)는 도 2에 도시한 바와 같이, 전기 절연체가 감싸고 있는 관으로서, 관의 내부 표면은 관 형상의 음극(19a)으로 구성되고, 관의 중앙에 봉 형상의 양극(19b)이 배치된 구조를 가진다.

특히, 음극(19a)과 양극(19b)으로는 은, 구리, 금, 알루미늄, 마그네슘, 아연, 니켈, 철, 납, 안티몬과 함께 스테인레스 스틸 등과 같은 재질이 사용될 수 있다. 특히, 스테인레스 재질의 경우, 다른 재질과 달리 전기충격을 가하는 과정에서 음극에서 수소와 함께 침전물이 발생하지 않으며 pH의 변화에도 영향을 주지 않는다.

위에서와 같이 살균장치(19)에 전기충격을 위해 가해지는 전압과 전류 그리고 전압과 전류가 가해지는 시간 등을 제어하는 전기충격 제어수단(22)은 도 2에 도시한 바와 같이, 교류 전원을 공급하는 전원 공급부(22a), 전기충격을 위한 시간과 전류 및 전압을 설정하는 입력부(22b), 입력부(22b)의 조작에 따라 정해진 시간 동안 정해진 전압과 전류의 전기의 발생을 제어하는 메인 제어부(22c), 메인 제어부(22c)의 제어로 전원 공급부(22a)로부터 공급되는 교류전원을 정해진 전압과 전류로 변환하여 정해진 시간 동안 배액에 전기충격을 가하는 전류 제어부(22d) 및 입력부(22b)의 조작으로 설정되는 전기충격을 위한 시간과 전류 및 전압을 표시하고, 전류 제어부(22b)에 의해 전기충격이 가해지는 시간과 전압 및 전류를 표시하는 디스플레이부(22e)로 구성된다.

여기서, 메인 제어부(22c)의 제어로 각종 병원균을 살균하기 위해 배액에 전기충격을 가하는 전류 제어부(22d)는 전기충격을 위한 전압을 24V이하로, 전류를 0.5~10A로 하는 것이 바람직하다.

이하, 작물에 공급되는 배양액(배액)의 순환과정과 배양액에 존재하는 곰팡이, 세균, 바이러스 등과 같은 병원균을 살균하는 과정을 설명한다.

먼저, 수경재배를 관리하는 관리자는 입력부(22b)와 기타 각종 입력수단을 조작하여 농축액비와 원수의 혼합비와 배양액의 공급량, 시간, 배양액을 살균하기 위한 전압, 전류, 전기충격을 가해지는 시간 등을 설정한다.

위와 같이 수경재배를 위한 환경을 설정하고 나면, 원수탱크(11)의 원수 또는 살균배액저장탱크(20)의 배액과 농축액비탱크(12)의 농축액비가 양액혼합탱크(13)에 혼입 및 혼합되어 배양액으로 저장된다. 원수와 농축액비 또는 배액과 농축액비의 혼합비는 작물에 맞게 사전에 설정할 수 있다.

양액혼합탱크(13)에 저장된 배양액은 급액제어기(14)의 제어로 양액순환펌프(15)의 작동으로 온실 내의 작물에 공급된다. 이때 작물에 공급되는 배양액은 급액제어기(14) 내에 탑재된 급액 제어 프로그램에 따라 그 양과 시간 등을 자동 조절된다.

온실의 작물에 공급된 배양액은 작물에 흡수되지만, 그의 일부는 작물에 흡수되지 않고 배지로부터 빠져나와 배액회수탱크(16)를 거쳐 배액수집탱크(17)에 모아진다.

이는 다시 여과장치(18)와 살균장치(19)를 경유하면서 여과 및 살균되어 각종 이물질이나 곰팡이나 세균, 바이러스 등과 같은 병원균이 제거된 상태의 배액으로 살균배액저장탱크(20)에 저장된다. 이는 다시 배양액 혼합시 양액혼합탱크(13)로 재순환된다.

여기서, 살균장치(19)는 전원공급부(22a)를 통해 입력되는 교류전원이 메인 제어부(22c)의 제어로 전류 제어부(22d)를 통해 배액에 존재하는 곰팡이나 세균, 바이러스 등과 같은 병원균을 살균하기에 적합한 전압, 전류로 변환되어 정해진 시간 동안 음극(19a)과 양극(19b)을 통해 배액에 전기충격을 가하게 된다.

따라서 배액에 존재하는 곰팡이나 세균, 바이러스 등과 같은 병원균이 살균되어 재순환되어 작물에 다시 안전하게 공급할 수 있는 배액으로 살균배액저장탱크(20)에 저장된다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구의 범위뿐 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

11 : 원수탱크 12 : 농축액비탱크
13 : 양액혼합탱크 14 : 급액제어기
15 : 양액순환펌프 16 : 배액회수탱크
17 : 배액수집탱크 18 : 여과장치
19 : 살균장치 19a : 음극
19b : 양극 20 : 살균배액저장탱크
21 : 온실 22 : 전기충격 제어수단
22a : 전원 공급부 22b : 입력부
22c : 메인 제어부 22d : 전류 제어부
22e : 디스플레이부

Claims (7)

1. 수경재배에서 사용되는 수돗물 또는 지하수를 포함하는 원수를 저장하는 원수탱크(11);
   비료를 녹인 농축액비를 저장하는 농축액비탱크(12);
   상기 원수탱크(11)로부터의 원수, 상기 농축액비탱크(12)로부터의 정량의 농축액비 및 재사용이 가능한 배액이 혼입 또는 혼합되어 급액할 수 있는 배양액을 저장하는 양액혼합탱크(13);
   시간, 광도, 온도를 포함하는 인자에 따라 급액 제어프로그램을 운영하는 급액제어기(14);
   상기 급액 제어기(14)로부터의 급액신호에 따라 작동하여 정해진 시간에 정해진 양의 배양액을 작물에 공급하는 양액순환펌프(15);
   작물을 재배하는 재배라인별로 각각 설치되어, 작물에 공급되어 사용되고 남아 배지 밖으로 흘러나오는 배액을 회수하는 배액회수탱크(16);
   상기 배액회수탱크(16)를 통해 온실의 배지에서 나온 배액을 모아두는 배액수집탱크(17);
   상기 배액수집탱크(17)에 모여진 배액을 재사용하기 위해 복수의 필터를 통해 이물질을 제거하는 여과장치(18);
   관의 내면에 구성되는 음극(19a), 상기 관의 중앙에 배치되는 봉 형상의 양극(19b), 및 상기 관을 감싸고 있는 전기 절연체로 구성되어, 상기 여과장치(18)를 거치면서 이물질이 제거된 배액이 통과하는 동안 전기 충격 제어수단(22)의 제어로 전기 충격을 가해 곰팡이, 세균, 바이러스를 포함하는 병원균을 살균하는 살균장치(19); 및
   여과 및 살균되어 재사용이 가능한 배액을 저장하는 살균배액 저장탱크(20)
   로 구성되는 살균장치를 포함한 수경재배 배양액 재순환장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 음극(19a)과 상기 양극(19b)은 스테인레스 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 살균장치를 포함한 수경재배 배양액 재순환장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 전기충격 제어수단(22)은,
   교류 전원을 공급하는 전원 공급부(22a);
   전기충격을 위한 시간과 전류 및 전압을 설정하는 입력부(22b);
   상기 입력부(22b)의 조작에 따라 정해진 시간 동안 정해진 전압과 전류의 전기의 발생을 제어하는 메인 제어부(22c); 및
   상기 메인 제어부(22c)의 제어로 상기 전원 공급부(22a)로부터 공급되는 교류전원을 정해진 전압과 전류로 변환하여 정해진 시간 동안 배액에 전기충격을 가하는 전류 제어부(22d)
   로 구성되는 것을 특징으로 하는 살균장치를 포함한 수경재배 배양액 재순환장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 입력부(22b)의 조작으로 설정되는 전기충격을 위한 시간과 전류 및 전압을 표시하고, 상기 전류 제어부(22b)에 의해 전기충격이 가해지는 시간과 전압 및 전류를 표시하는 디스플레이부(22e)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 살균장치를 포함한 수경재배 배양액 재순환장치.
7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
   상기 전기충격을 위한 전압은 24V이하이고, 전류는 0.5~10A인 것을 특징으로 하는 살균장치를 포함한 수경재배 배양액 재순환장치.
   

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