KR101817148B1 - 수막재배 시스템 - Google Patents

Abstract

지하수의 용존 철이나 용존 망간의 농도를 낮출 수 있는 수막재배 시스템이 개시된다. 수막재배 시스템은 하우스, 수막형성용 파이프, 양수관정, 지하수 공급수단, 산소수 주입관정, 산소수 제조-주입장치 및 제어반을 포함한다. 하우스는 내부공간이 형성되게 지면으로부터 입설된 내측 하우스와, 내측 하우스를 감싸며 수막공간을 가지도록 내측 하우스의 외측에서 일정 간격으로 이격되어 설치된 외측 하우스로 구성된다. 수막형성용 파이프는 수막공간의 상부에 내측 하우스의 길이방향으로 설치되어 내측 하우스의 외부면에 지하수를 흘려보내 수막이 형성되도록 한다. 양수관정은 하우스와 근접된 위치에 위치한다. 지하수 공급수단은 양수관정으로부터 지하수를 펌핑하여 펌핑된 지하수를 수막형성용 파이프에 공급한다. 산소수 주입관정은 하우스와 근접된 위치에 위치한다. 산소수 제조-주입장치는 산소수 주입관정에 산소의 농도가 높도록 지하수에 산소를 강제 공급한다. 제어반은 지하수 공급수단의 미동작 구간에 산소수 제조-주입장치의 동작을 제어하되, 지하수 공급수단에 의한 지하수 양수동작과 산소수 제조-주입장치에 의한 산소 공급동작 사이에 강제 휴지기를 둔다.

Description

수막재배 시스템{PROTECTED CULTIVATION SYSTEM}

본 발명은 수막재배 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지하수의 용존 철이나 용존 망간의 농도를 낮출 수 있는 수막재배 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 비닐하우스, 유리온실 등의 시설(이하, 하우스로 칭함) 안에서 채소, 과수, 화훼 등의 작물을 재배하는 것을 시설재배라고 하며, 시설재배는 작물 생장에 가장 적합한 환경을 인위적으로 만들어 주어 노지보다 훨씬 우수한 작물을 단시일 내에 생산 출하하여 판매하도록 함으로써, 최대한의 이익을 얻을 수 있게 하고, 연중재배를 가능하게 함으로써 농촌에서 광범위하게 실시되고 있음이 주지된 사실이다.

그러나, 겨울철 시설재배에서는 작물에 필요한 온도 유지가 가장 중요한데, 유가가 상승하면 난방비 부담이 가중되기 때문에, 시설재배 전반에 걸쳐 악영향을 주는 문제가 있다.

이러한 난방비 부담에 대한 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 연중 15℃ 내외의 온도를 유지하는 지하수를 겨울철에 하우스의 외부에 뿌려 하우스 내의 온도를 상승시키는 지하수를 이용한 수막재배법이 활용되고 있다.

그러나 상기와 같은 수막재배방법이 철/망간 성분이 많이 용존된 지하수 분포지역에 행해질 경우, 철/망간 성분이 비닐하우스 표면에 부착되면서 고형화되어 표면을 붉게 착색시켜 비닐하우스의 광투과율을 급속도로 감소시킨다. 수막재배가 중지되는 시간 동안에 수막호스내에 남아 있는 지하수와 비닐피복재에 붙어 있는 물방울이 공기와 장시간 접촉하며 산화작용을 겪게 되어 수막호스내의 지하수는 공기와 접촉하면서 용존되어 있는 철/망간의 비율에 따라 갈색 또는 흑갈색 등의 침전물이 형성되며, 수막부의 비닐피복재에 붙어 있는 지하수 물방울은 증발되고 산화작용에 의하여 철/망간은 비닐피복재에 부착되면서 산화물형태로 고형화되므로 비닐피복재를 오염시켜 비닐하우스의 광투과율을 감소시킨다. 수막재배를 재개하면, 수막호스내의 산화된 지하수가 우선 살수되어 비닐피복재의 오염도를 가중시키게 되어 광투과율이 급속히 감소하게 된다.

이러한 광투과율의 감소는 비닐하우스 내의 광량 부족으로 식물의 광합성 활동을 저하시켜 결과적으로 농산물 수확량의 감소뿐만 아니라, 품질불량, 비닐 교체 등으로 농가의 농작물 생산소득에 큰 손실을 주기 때문에 큰 문제점으로 대두되고 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 일부 농가에서는 비닐하우스 전체에 수막재배를 하지 않고 일부만 하고 있으나 이에 따른 작물 생산에 지장을 겪고 있는 실정이다.

이런 점을 개선하기 위해, 현재 가장 많이 쓰이고 있는 방법은 지하수에 포함된 금속류(철이나 망간), 광물류 및 미생물류 등을 필터로 제거 후 사용하는 방법이 제안되고 있다.

하지만 이러한 방법은 필터를 자주 교체해야 하기 때문에 경제성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 수막재배를 무인시스템으로 작동시키는 경우, 한겨울 밤에 필터가 막혀서 지하수가 살포되지 않으면, 농작물이 동해를 입게 될 위험이 있다. 더구나, 지하수를 일단 지상으로 끌어올리면 주변의 차가운 기온으로 인해 물의 온도가 급강하하므로, 보온을 위하여서는 빠른 시간 내에 물을 살포해야만 하는데, 필터를 통과하는 과정으로 인해 즉시 살포가 불가능하므로, 역시 충분한 보온효과를 기대할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 수막재배 지역의 지하수에 철/망간이 고농도로 용존하면, 용존 철/망간에 의한 스크린 부식 및 관정 막힘 현상이 발생한다. 즉, 지하수의 용존 철이나 용존 망간의 농도가 높으면 양수관정에 형성된 스크린이나 양수펌프 등에 막힘 현상(Clogging, 이하, 클로깅)이 발생한다.

양수관정의 스크린에 클로깅 현상이 발생되면, 취수량이 급격히 줄어들 뿐만 아니라, 주기적인 우물 재개발(우물 청소 및 써징 등)로 인해 추가비용이 발생한다.

한국등록특허 제10-1172269호 (등록일자: 2012년 8월 9일, 발명의 명칭: 비닐하우스의 광투과율 저하를 막기 위한 수막재배장치 및 방법) 한국등록특허 제10-1006725호 (등록일자: 2010년 12월 31일, 발명의 명칭: 강변여과수 현장 처리시스템 및 그 방법)

이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 지하수에 용존하는 철/망간의 침전을 유도하여 지하수의 용존 철이나 용존 망간의 농도를 낮출 수 있는 수막재배 시스템을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위하여 일실시예에 따른 수막재배 시스템은 하우스, 수막형성용 파이프, 양수관정, 지하수 공급수단, 산소수 주입관정, 산소수 제조-주입장치 및 제어반을 포함한다. 상기 하우스는 내부공간이 형성되게 지면으로부터 입설된 내측 하우스와, 상기 내측 하우스를 감싸며 수막공간을 가지도록 상기 내측 하우스의 외측에서 일정 간격으로 이격되어 설치된 외측 하우스로 구성된다. 상기 수막형성용 파이프는 상기 수막공간의 상부에 상기 내측 하우스의 길이방향으로 설치되어 상기 내측 하우스의 외부면에 지하수를 흘려보내 수막이 형성되도록 한다. 상기 양수관정은 상기 하우스와 근접된 위치에 위치한다. 상기 지하수 공급수단은 상기 양수관정으로부터 지하수를 펌핑하여 펌핑된 지하수를 상기 수막형성용 파이프에 공급한다. 상기 산소수 주입관정은 상기 하우스와 근접된 위치에 위치한다. 상기 산소수 제조-주입장치는 상기 산소수 주입관정에 산소의 농도가 높도록 지하수에 산소를 강제 공급한다. 상기 제어반은 상기 지하수 공급수단의 미동작 구간에 상기 산소수 제조-주입장치의 동작을 제어하되, 상기 지하수 공급수단에 의한 지하수 양수동작과 상기 산소수 제조-주입장치에 의한 산소 공급동작 사이에 강제 휴지기를 둔다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 양수관정과 상기 산소수 주입관정은 상기 하우스의 폭만큼 이격 배치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 산소수 제조-주입장치는, 공기압축기와, 상기 공기압축기에 연결되고 상기 산소수 주입관정내에 삽입된 산소수 주입파이프와, 상기 산소수 주입파이프의 종단에 연결되어 상기 공기압축기에서 압축된 공기를 상기 산소수 주입파이프를 통해 송기받아 지하수에 강제 주입하는 산소수 주입노즐을 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 산소수 주입노즐은 상기 산소수 주입관정에 형성된 스크린에 근접 배치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에서, 상기 공기압축기는, 상기 제어반의 제어에 응답하여 순도 조절된 산소를 발생시키는 산소발생기와, 상기 산소수 주입파이프에 연결되고, 상기 산소발생기에서 발생된 순도 조절된 산소를 물에 용해시켜 농도 조절된 산소수를 상기 산소수 주입파이프에 제공하는 농도 조절-발생 시스템을 포함하여 상기 산소의 농도를 가변시켜 강제 공급할 수 있다.

이러한 수막재배 시스템에 의하면, 충적대수층의 지하수에 강제적으로 산소를 공급하여 충적대수층 내에서 산화환경을 조성함으로써 철/망간의 침전 및 흡착율을 높여 지하수의 용존 철이나 용존 망간의 농도를 낮출 수 있다. 이에 따라, 양수관정에 형성된 스크린이나 양수펌프 등에 클로깅 현상이 발생되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 양수되는 지하수의 철이나 망간의 농도가 낮으므로 비닐피복재에 산화물형태로 고형화될 확률을 낮출 수 있어 비닐하우스의 광투과율 감소를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 수막재배 시스템의 개략 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 산소수 제조-주입장치를 설명하기 위한 개략 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 제어반에 의한 수막재배 시스템의 동작을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 4는 도 1에 도시된 제어반에 의한 수막재배 시스템의 동작의 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5는 도 1에 도시된 제어반에 의한 수막재배 시스템의 동작의 또 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예를 나타낸 수막재배 시스템의 개략 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 산소수 제조-주입장치를 설명하기 위한 개략 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 수막재배 시스템은 하우스(10), 수막형성용 파이프(20), 지하수 공급수단(30) 및 산소수 제조-주입장치(40)로 구성된다.

상기 하우스(10)는 수막 공간(13)을 가지도록 내측 하우스(11)와 외측 하우스(12)로 이루어진다. 구체적으로, 상기 하우스(10)는 작물을 재배할 수 있도록 내부공간을 가지며 지면으로부터 입설된 내측 하우스(11)와, 상기 내측 하우스(11)의 외측에서 일정 간격으로 이격되어 설치된 외측 하우스(12)로 구성된다.

한편, 상기 외측 하우스(12)가 내측 하우스(11)의 외측에서 일정 간격으로 이격되어 설치됨에 따라, 상기 외측 하우스(12)와 내측 하우스(11)의 사이에는 공간이 형성되고, 이 공간은 수막을 형성할 수 있는 수막공간(13)으로 사용된다. 상기 내측 하우스(11)는 다른 수막을 형성하는 다른 수막공간(13)을 더 갖도록 이중으로 형성될 수도 있으며, 이러한 상기 수막공간(13)은 내측 하우스(11)에 의하여 다중으로 형성될 수 있다.

즉, 상기 하우스(10)는 상기 내측 하우스(11)를 다중으로 형성하고, 상기 내측 하우스(11)와 상기 외측 하우스(12), 상기 내측 하우스(11)들 사이사이에 상기 수막공간(13)을 각각 형성하고 상기 수막형성용 파이프(20)를 각각 설치해 다중의 수막구조로 구성할 수 있다. 또한, 상기 하우스(10)는 상기 내측 하우스(11)를 다중으로 형성하고, 상기 내측 하우스(11)와 상기 외측 하우스(12)의 사이에만 상기 수막공간(13)을 형성하고 상기 수막 형성용 파이프(20)를 설치할 수도 있다.

상기 수막형성용 파이프(20)는 상기 수막공간(13) 상부에 설치되어 내측 하우스(11)의 외부면(11a)에 지하수를 분사하여 수막을 형성한다. 구체적으로, 상기 수막형성용 파이프(20)는 수막공간(13)의 상부에 설치되어 지하수 공급수단(30)으로부터 공급되는 지하수를 내측 하우스(11)의 외부면(11a)을 따라 흘려보내 수막을 형성하도록 한다.

이러한 수막형성용 파이프(20)는 내측 하우스(11)의 길이방향으로 길게 설치되며, 내측 하우스(11)의 외부면(11a)에 수막이 형성되도록 지하수를 분사하는 다수개의 구멍 또는 노즐을 갖도록 구성된다.

즉, 상기 수막형성용 파이프(20)에는 도 2와 같이 상기 수막형성용 파이프(20)의 길이방향을 기준으로 양측으로 지하수를 분사하는 다수개의 구멍 또는 노즐이 형성된다. 상기 수막형성용 파이프(20)는 수막공간(13)의 좌우측면 하부에 설치될 수도 있다.

상기 지하수 공급수단(30)은 상기 수막형성용 파이프(20)에 지하수를 공급한다. 구체적으로, 상기 지하수 공급수단(30)은 연중 내내 섭씨 15도 정도로 유지되는 지하수를 수막 형성용 파이프(20)에 공급하는 것으로서, 하우스(10)와 근접된 위치에 위치하는 양수관정(31)과, 상기 양수관정(31)에 삽입된 양수파이프(32), 상기 양수파이프(32)과 수막형성용 파이프(20)를 연결하는 지하수 공급관(33), 및 상기 지하수 공급관(33)에 설치되어 지하수를 펌핑하여 수막형성용 파이프(20) 쪽으로 이동시켜 공급하는 양수펌프(34)를 갖도록 구성된다. 여기서, 상기 양수관정(31)은 지하수를 흡입하는데 이용되는 스크린을 그 하부쪽에 갖도록 구성된다. 한편, 상기 양수펌프(34)는 보통 지상 로터리 펌프 또는 수중모터펌프를 사용한다.

상기 산소수 제조-주입장치(40)는 하우스(10)와 근접된 위치에 위치하는 산소수 주입관정(41)에 산소의 농도가 높도록 지하수에 산소를 강제 공급한다. 지하수에 산소가 공급됨에 따라 지하수의 상태는 산화 환경으로 조성되어 철이나 망간은 침전된다. 철이나 망간이 침전됨에 따라 용존 철의 농도나 용존 망간의 농도는 흡착 이온교환등의 반응을 통하여 낮은 농도를 유지하게 된다.

상기 산소수 제조-주입장치(40)는 공기압축기(42), 산소수 주입파이프(44) 및 산소수 주입노즐(46)을 포함할 수 있다.

상기 산소수 주입파이프(44)는 상기 공기압축기(42)에 연결되고 상기 산소수 주입관정(41)내에 삽입된다.

상기 산소수 주입노즐(46)은 상기 산소수 주입파이프(44)의 종단에 연결되어 상기 공기압축기(42)에서 압축된 공기를 상기 산소수 주입파이프(44)를 통해 송기받아 지하수에 강제 주입한다. 상기 산소수 주입노즐(46)은 상기 산소수 주입관정(41)에 형성된 스크린에 근접 배치될 수 있다.

본 발명의 수막재배 시스템은 상기 산소수 제조-주입장치(40)의 동작을 제어하는 제어반(50)을 더 포함할 수 있다. 상기 제어반(50)은 하우스(10) 내부에 설치될 수 있다. 상기 제어반(50)은 상기 지하수 공급수단(30)의 미동작 구간에 상기 산소수 제조-주입장치(40)의 동작을 제어한다.

일례로, 상기 제어반(50)은 상기 지하수 공급수단(30)의 양수펌프(34)의 미동작 구간에 상기 산소수 제조-주입장치(40)의 동작을 제어하되, 상기 지하수 공급수단(30)에 의한 지하수 양수동작과 상기 산소수 제조-주입장치(40)에 의한 산소 공급동작 사이에 강제 휴지기가 배치되도록 제어할 수 있다. 상기한 강제 휴지기는 지하수 양수동작이 이루어지는 시간이나 산소 공급동작이 이루어지는 시간과 동일할 수 있다.

이상에서는 산소수 제조-주입장치(40)가 압축된 공기를 지하수에 강제 주입하는 것을 설명하였으나, 산소수를 지하수에 강제 주입할 수도 있다. 이때 산소수의 산소 농도는 지하수의 용존 철이나 용존 망간의 농도에 따라 조절될 수 있다.

이를 위해, 상기 공기압축기(42)는 상기 제어반(50)의 제어에 응답하여 순도 조절된 산소를 발생시키는 산소발생기(미도시) 및 상기 산소수 주입파이프(44)에 연결되고, 상기 산소발생기에서 발생된 순도 조절된 산소를 물에 용해시켜 농도 조절된 산소수를 상기 산소수 주입파이프(44)에 제공하는 농도 조절-발생 시스템(미도시)를 포함하여 상기 산소의 농도를 가변시켜 강제 공급할 수 있다. 이때, 상기 산소수 주입파이프(44)는 상기 농도 조절-발생 시스템에 연결되고 상기 산소수 주입관정(41)내에 삽입된다. 상기 산소수 주입노즐(46)은 상기 산소수 주입파이프(44)의 종단에 연결되어 상기 농도 조절-발생 시스템에 의해 농도 조절된 산소수를 상기 산소수 주입파이프(44)를 통해 지하수에 강제 주입한다. 상기 산소수 주입노즐(46)은 상기 산소수 주입관정(41)에 형성된 스크린에 근접 배치될 수 있다.

한편, 상기 제어반(50)은 양수관정에 삽입되어 전기전도도(EC)나, 수소이온농도(pH), 산화환원전위(Oxidation Reduction Potential, ORP), 용존산소량(DO) 등을 측정하는 센서(미도시)에서 제공되는 검출 신호를 근거로 철이나 망간의 농도를 환산 또는 추정하고, 환산 또는 추정된 철이나 망간 농도를 근거로 산소수 제조-주입장치(40)의 동작을 제어할 수 있다.

철이나 망간 농도의 환산이나 추정은 수질분석 통계자료를 근거로 이루어질 수 있다. 예를들어, 김해 생림면 딴섬지구의 수질분석 통계자료는 아래 표 1과 같다.

[표 1]

상기한 표 1에 따르면, 전기전도도(EC)나, 수소이온농도(pH), 산화환원전위(ORP; Oxidation Reduction Potential), 용존산소량(DO) 등과 같은 수질분석 데이터를 근거로 철/망간 농도를 자동 측정할 수 있다.

산소수 제조-주입장치(40)의 동작을 제어는 다음과 같은 방식으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 환산 또는 추정된 철이나 망간의 농도가 설정된 기준치보다 낮은 것으로 체크되면 산소수 제조-주입장치(40)를 가동하지 않고, 환산 또는 추정된 철이나 망간의 농도가 기준치보다 같거나 높으면 산소수 제조-주입장치(40)를 가동하여 산소를 강제 공급한다. 이때, 철의 농도 단독 또는 망간의 농도 단독 또는 철 및 망간의 농도를 근거로, 제어반(50)은 산소수 제조-주입장치(40)를 가동할 수 있다.

일반적으로 비닐하우스 수막재배 지역은 지하수가 유출되는 하천변에 위치하고, 또한 작물재배시에 살포된 유기질 비료와 식물의 분해물질 등을 분해하기 위한 미생물의 산소 소비가 활발하게 진행되므로 환원환경이 형성되기 유리하다. 환원환경에서 지하수의 용존산소는 고갈되게 되고, 이때 미생물은 대수층 매질에 있는 철과 망간 광물의 전자를 이용하게 되며 이 과정에서 철과 망간은 고체상태의 광물로부터 유리되어 지하수에 용존 상태로 존재하게 된다. 따라서, 대부분의 비닐하우스 수막재배 지역에는 침전되지 않고 지하수에 용존된 철과 망간이 높은 농도를 나타내게 된다.

한편, 비닐하우스 수막재배시 이용되는 지하수가 비닐표면에 살포되면, 물방울은 대기 중의 공기와 접촉이 이루어지게 되며 다시 산화작용에 의해 철과 망간의 침전이 발생하게 된다. 따라서, 이렇게 비닐표면에 침착된 철과 망간 산화물질은 비닐하우스의 빛 투과력을 감소시키게 되어 작물 생육에 문제를 발생시키게 된다. 반면, 비닐하우스 수막재배에 이용되었던 지하수는 수막재배시 비닐표면에 살포되는 과정에서 대기와 접촉하게 되고 이 과정에서 다시 수집된 물은 산소의 농도가 풍부하게 된다. 또한, 모인 우수 역시 내리는 과정과 비닐하우스에서 수집되는 과정에서 높은 산소 농도를 가진 물로 만들어진다.

이러한 산소 농도가 높은 물이 지속적으로 충적대수층으로 주입되게 되면, 주변의 지하수의 산소 농도도 지속적으로 높아지게 된다. 이러한 환경이 충적대수층에 형성되면, 철과 망간은 환원환경에서만 용출되므로 산소가 높은 물이 철과 망간이 높은 환원환경의 지하수와 혼합되면서 다시 충적대수층 매질에 침전되게 된다. 따라서, 장기간에 걸친 충적대수층 인공함양이 이루어지게 되면, 전체적으로 충적대수층의 지하수가 산화환경이 형성되어 비닐하우스 수막재배시 철과 망간에 의한 문제가 발생하지 않게 된다.

부가적으로, 본 발명에서는 충적대수층 내에서 산소를 강제적으로 주입하도록 구성된 것이다. 즉, 비닐하우스 수막재배를 위해 양수된 지하수가 비닐표면에서 살포되는 과정에서 대기와 접촉함에 따라 산소 농도가 일차적으로 높아지고, 비닐표면을 타고 흘러내리는 물을 집수하여 산소수 주입관정(41)에 제공하고, 산소수 주입관정(41)에 삽입된 산소수 주입파이프(44)를 통해 산소를 강제 주입함으로써 충적대수층에 환원되는 지하수의 산소 농도를 이차적으로 높일 수 있다.

이에 따라, 충적대수층에 환원되는 지하수를 산화환경으로 조성함으로써, 충적대수층내에서 철이나 망간은 침전되어 용전된 철이나 망간의 농도는 줄어들게된다. 따라서, 향후 양수펌프에 의해 양수되어 비닐하우스 수막재배시 이용되는 지하수에는 철이나 망간의 농도가 저감되어 철이나 망간이 비닐표면에 침전될 소지를 줄일 수 있다. 결과적으로, 비닐하우스 수막재배 시스템에 채용되는 비닐의 광투과율이 저감되는 것을 방지할 수 있고, 비닐의 교체 주기를 늘려 비닐하우스 수막재배 시스템의 유지 보수 비용을 절감할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 제어반에 의한 수막재배 시스템의 동작의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 제어반(50)은 양수 시작이 요청되는지의 여부를 체크한다(단계 S100). 상기한 양수 시작의 요청은 사용자의 조작에 의해 이루어질 수도 있고, 사용자가 설정된 타이머에 의해 이루어질 수도 있다.

단계 S100에서 양수 시작이 요청되는 것으로 체크되면, 제어반(50)은 양수펌프(34)를 가동하여 수막을 형성한다(단계 S102).

제어반(50)은 양수 종료 요청 여부를 체크한다(단계 S104).

단계 S104에서 양수 종료 요청으로 체크되면, 제어반(50)은 양수펌프(34)의 동작을 정지시킨다(단계 S106).

일정 시간이 경과되었는지의 여부를 체크한다(단계 S108). 상기한 일정 시간은 양수펌프(34)에 의한 지하수 양수동작이 이루어지는 시간이나 후술되는 공급압축기(42)에 의한 산소 공급동작이 이루어지는 시간과 동일할 수 있다.

단계 S108에서 일정 시간이 경과된 것으로 체크되면, 공기압축기(42)를 가동하여 산소를 강제 공급한다(단계 S110).

제어반(50)은 양수 시작 요청 여부를 체크한다(단계 S112).

단계 S112에서 양수 시작 요청으로 체크되지 않으면 단계 S110로 피드백하고, 양수 시작 요청으로 체크되면 공기압축기(42)의 동작을 정지시킨다(단계 S114).

제어반(50)은 양수 시작 요청 여부를 다시 체크한다(단계 S116).

단계 S116에서 양수 시작 요청으로 체크되면 단계 S102로 피드백하고, 양수 시작 요청으로 미체크되면 시스템 종료 여부를 체크한다(단계 S118).

단계 S118에서 시스템 종료로 체크되면 종료하고, 시스템 종료로 미체크되면 단계 S100로 피드백한다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 수막재배 시스템에 따르면, 양수펌프를 가동하여 수막을 형성한 후 양수펌프가 미가동되는 구간동안 공기압축기를 가동시켜 산소를 산소수 주입파이프에 강제 공급함으로써, 충적대수층에 환원되는 지하수의 산소 농도를 높여 충적대수층내에서 철이나 망간의 침전 속도를 높일 수 있다. 따라서, 비닐하우스 수막재배시 철이나 망간이 비닐표면에 침전될 소지를 줄일 수 있고, 이에 따라, 비닐의 광투과율이 저감되는 것을 방지할 수 있고, 비닐의 교체 주기를 늘려 비닐하우스 수막재배 시스템의 유지 보수 비용을 절감할 수 있다.

도 4는 도 1에 도시된 제어반에 의한 수막재배 시스템의 동작의 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 제어반(50)은 양수 시작이 요청되는지의 여부를 체크한다(단계 S200).

단계 S200에서 양수 시작이 요청되는 것으로 체크되면, 양수펌프(34)를 가동하여 비닐하우스에 수막을 형성한다(단계 S202).

제어반(50)은 양수 종료 요청 여부를 체크한다(단계 S204).

단계 S204에서 양수 종료 요청으로 체크되면, 제어반(50)은 양수펌프(34)의 동작을 정지시킨다(단계 S206).

일정 시간이 경과되었는지의 여부를 체크한다(단계 S208). 상기한 일정 시간은 양수펌프(34)에 의한 지하수 양수동작이 이루어지는 시간이나 후술되는 공급압축기(42)에 의한 산소 공급동작이 이루어지는 시간과 동일할 수 있다.

단계 S208에서 일정 시간이 경과된 것으로 체크되면, 제어반(50)은 산화환원전위(Oxidation-reduction potential)를 측정한다(단계 S210).

이어, 제어반(50)은 측정된 산화환원전위와 기저장된 설정치를 비교한다(단계 S212).

단계 S212에서 측정된 산화환원전위가 설정치보다 낮은 것으로 체크되면, 제어반(50)은 공기압축기(42)를 가동하여 산소를 강제 공급한다(단계 S214). 산화환원전위가 설정치보다 낮다는 것은 지하수내 철이나 망간이 많은 환원상태인 것을 의미한다.

즉, 산화환원전위가 설정치보다 낮다면 철이나 망간의 농도가 높다는 것을 의미하므로, 환원되는 지하수를 보다 빠르게 산화환경으로 조성함으로써, 충적대수층내에서 철이나 망간의 침전 속도를 높일 수 있다. 따라서, 양수펌프에 의해 양수되는 지하수에는 철이나 망간의 농도를 저감시킬 수 있다.

산소를 강제 공급한 후, 또는 단계 S212에서 산화환원전위가 설정치보다 낮지 않은 것(산화환원전위가 설정치보다 높거나 같은 경우)으로 체크되면, 제어반(50)은 양수 시작 요청 여부를 체크한다(단계 S216). 상기한 양수 시작 요청은 조작자의 수동 조작에 의해 이루어질 수 있다.

단계 S216에서 양수 시작 요청으로 체크되지 않으면 단계 S214로 피드백하고, 양수 시작 요청으로 체크되면 공기압축기(42)의 동작을 정지시킨다(단계 S218).

이어, 제어반(50)은 양수 시작 요청 여부를 다시 체크한다(단계 S220).

단계 S220에서 양수 시작 요청으로 체크되면 단계 S202로 피드백하고, 양수 시작 요청으로 미체크되면 제어반(50)은 시스템 종료 여부를 체크한다(단계 S222).

단계 S222에서 시스템 종료로 체크되면 종료하고, 시스템 종료로 미체크되면 단계 S200로 피드백한다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 양수펌프(34)의 동작을 정지시킨 후 산화환원전위를 측정하고, 측정된 산화환원전위와 설정치를 비교하여 그 비교결과에 따라 공기압축기를 가동 제어할 수 있다.

도 5는 도 1에 도시된 제어반에 의한 수막재배 시스템의 동작의 또 다른 예를 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1 및 도 5를 참조하면, 제어반(50)은 양수 시작이 요청되는지의 여부를 체크한다(단계 S300).

단계 S300에서 양수 시작이 요청되는 것으로 체크되면, 양수펌프(34)를 가동하여 비닐하우스에 수막을 형성한다(단계 S302).

제어반(50)은 양수 종료 요청 여부를 체크한다(단계 S304).

단계 S304에서 양수 종료 요청으로 체크되면, 제어반(50)은 양수펌프(34)의 동작을 정지시킨다(단계 S306).

일정 시간이 경과되었는지의 여부를 체크한다(단계 S308). 상기한 일정 시간은 양수펌프(34)에 의한 지하수 양수동작이 이루어지는 시간이나 후술되는 공급압축기(42)에 의한 산소 공급동작이 이루어지는 시간과 동일할 수 있다.

단계 S308에서 일정 시간이 경과된 것으로 체크되면, 제어반(50)은 산화환원전위(Oxidation-reduction potential, ORP)를 측정한다(단계 S310).

이어, 제어반(50)은 측정된 산화환원전위(ORP)와 기저장된 설정치를 비교한다(단계 S312).

단계 S312에서 측정된 산화환원전위(ORP)가 설정치보다 높은 것으로 체크되면, 용존산소량(DO)를 측정한다(단계 S314).

이어, 제어반(50)은 측정된 용존산소량(DO)과 기저장된 설정치를 비교한다(단계 S316).

단계 S316에서 측정된 용존산소량(DO)이 설정치보다 낮거나 같은 것으로 체크되거나, 단계 S312에서 측정된 산화환원전위(ORP)가 설정치보다 낮거나 같은 것으로 체크되면, 제어반(50)은 공기압축기(42)를 가동하여 산소를 강제 공급한다(단계 S318). 산화환원전위(ORP)가 설정치보다 낮다는 것은 지하수내 철이나 망간이 많은 환원상태인 것을 의미한다. 즉, 산화환원전위(ORP)가 설정치보다 낮다면 철이나 망간의 농도가 높다는 것을 의미하므로, 환원되는 지하수를 보다 빠르게 산화환경으로 조성함으로써, 충적대수층내에서 철이나 망간의 침전 속도를 높일 수 있다. 따라서, 양수펌프에 의해 양수되는 지하수에는 철이나 망간의 농도를 저감시킬 수 있다.

산소를 강제 공급한 후, 또는 단계 S316에서 용존산소량이 설정치보다 높은 것으로 체크되거나, 단계 S312에서 산화환원전위가 설정치보다 낮지 않은 것(산화환원전위(ORP)가 설정치보다 높거나 같은 경우)으로 체크되면, 제어반(50)은 양수 시작 요청 여부를 체크한다(단계 S320). 상기한 양수 시작 요청은 조작자의 수동 조작에 의해 이루어질 수 있다.

단계 S320에서 양수 시작 요청으로 체크되지 않으면 단계 S312로 피드백하고, 양수 시작 요청으로 체크되면 공기압축기(42)의 동작을 정지시킨다(단계 S322).

이어, 제어반(50)은 양수 시작 요청 여부를 다시 체크한다(단계 S324).

단계 S324에서 양수 시작 요청으로 체크되면 단계 S302로 피드백하고, 양수 시작 요청으로 미체크되면 제어반(50)은 시스템 종료 여부를 체크한다(단계 S326).

단계 S326에서 시스템 종료로 체크되면 종료하고, 시스템 종료로 미체크되면 단계 S300로 피드백한다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 양수펌프(34)의 동작을 정지시킨 후 산화환원전위 및 용존산소량을 각각 측정하고, 측정된 산화원환전위 및 용존산소량과 설정치를 각각 비교하여 그 비교결과에 따라 공기압축기를 가동 제어할 수 있다. 한편, 산화환원전위나 용존산소량뿐 아니라 수소이온농도(pH) 등을 측정하여, 각 측정된 값과 설정치와의 비교와 각 측정된 값에 따른 연계 설정을 통해 공기압축기의 가동을 제어할 수도 있다.

또한, 본 실시예에서, 측정된 수소이온농도, 산화환원전위, 용존산소량를 근거로 직접적으로 설정치와의 비교를 통해 공기압축기의 가동 제어하는 것을 설명하였으나, 측정된 수소이온농도나 산화환원전위, 용존산소량을 철/망간 농도로 환산하여 환산된 철/망간 농도를 근거로 공기압축기의 가동을 제어할 수도 있다.

이상에서 설명된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수막재배 시스템에 따르면, 양수펌프를 가동하여 수막을 형성한 후 양수펌프가 미가동되는 구간동안 공기압축기를 가동시켜 산소를 산소수 주입파이프에 강제 공급하되, 철/망간의 농도를 근거로 공기압축기의 가동을 제어함으로써, 불필요하게 공기압축기가 가동되어 전력 소비가 증가하는 것을 방지하면서 충적대수층에 환원되는 지하수의 산소 농도를 높여 충적대수층내에서 철이나 망간의 침전 속도를 높일 수 있다.

따라서, 비닐하우스 수막재배시 철이나 망간이 비닐표면에 침전될 소지를 줄일 수 있고, 이에 따라, 비닐의 광투과율이 저감되는 것을 방지할 수 있고, 비닐의 교체 주기를 늘려 비닐하우스 수막재배 시스템의 유지 보수 비용을 절감할 수 있다.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 산소수 주입관정에 삽입된 산소수 주입파이프를 통해 산소를 강제 주입함으로써 충적대수층에 환원되는 지하수의 산소 농도를 높일 수 있다. 이에 따라, 충적대수층에 환원되는 지하수를 산화환경으로 조성함으로써 충적대수층내에서 철이나 망간은 침전되어 용전된 철이나 망간의 농도는 줄어들게된다.

따라서, 향후 양수펌프에 의해 양수되어 비닐하우스 수막재배시 이용되는 지하수에는 철이나 망간의 농도가 저감되어 철이나 망간이 비닐표면에 침전될 소지를 줄일 수 있다.

결과적으로, 비닐하우스 수막재배 시스템에 채용되는 비닐의 광투과율이 저감되는 것을 방지할 수 있고, 비닐의 교체 주기를 늘려 비닐하우스 수막재배 시스템의 유지 보수 비용을 절감할 수 있다.

10 : 하우스 11 : 내측 하우스
12 : 외측 하우스 13 : 수막 공간
20 : 수막형성용 파이프 30 : 지하수 공급수단
31 : 양수관정 32 : 양수파이프
33 : 지하수 공급관 34 : 양수펌프
40 : 산소수 제조-주입장치 41 : 산소수 주입관정
42 : 공기압축기 44 : 산소수 주입파이프
46 : 산소수 주입노즐 50 : 제어반

Claims (5)

1. 내부공간이 형성되게 지면으로부터 입설된 내측 하우스와, 상기 내측 하우스를 감싸며 수막공간을 가지도록 상기 내측 하우스의 외측에서 일정 간격으로 이격되어 설치된 외측 하우스로 구성된 하우스;
   상기 수막공간의 상부에 상기 내측 하우스의 길이방향으로 설치되어 상기 내측 하우스의 외부면에 지하수를 흘려보내 수막이 형성되도록 하는 수막형성용 파이프;
   상기 하우스와 근접된 위치에 위치하는 양수관정;
   상기 양수관정으로부터 지하수를 펌핑하여 상기 수막형성용 파이프에 공급하는 지하수 공급수단;
   상기 하우스와 근접된 위치에 위치하는 산소수 주입관정;
   지하수의 산소 농도가 높도록 상기 산소수 주입관정을 통해 지하수에 산소를 강제 공급하는 산소수 제조-주입장치; 및
   상기 지하수 공급수단의 미동작 구간에 상기 산소수 제조-주입장치의 동작을 제어하되, 상기 지하수 공급수단에 의한 지하수 양수동작과 상기 산소수 제조-주입장치에 의한 산소 공급동작 사이에 강제 휴지기를 두는 제어반을 포함하되,
   상기 산소수 제조-주입장치는, 공기압축기; 상기 공기압축기에 연결되고 상기 산소수 주입관정내에 삽입된 산소수 주입파이프; 및 상기 산소수 주입파이프의 종단에 연결되어 상기 공기압축기에서 압축된 공기를 상기 산소수 주입파이프를 통해 송기받아 지하수에 강제 주입하는 산소수 주입노즐을 포함하고,
   상기 공기압축기는, 상기 제어반의 제어에 응답하여 순도 조절된 산소를 발생시키는 산소발생기; 및 상기 산소수 주입파이프에 연결되고, 상기 산소발생기에서 발생된 순도 조절된 산소를 물에 용해시켜 농도 조절된 산소수를 상기 산소수 주입파이프에 제공하는 산소용해기를 포함하여 상기 산소의 농도를 가변시켜 강제 공급하는 것을 특징으로 하는 수막재배 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 양수관정과 상기 산소수 주입관정은 상기 하우스의 폭만큼 이격 배치된 것을 특징으로 하는 수막재배 시스템.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 산소수 주입노즐은 상기 산소수 주입관정에 형성된 스크린에 근접 배치된 것을 특징으로 하는 수막재배 시스템.
   
5. 삭제

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