KR101920532B1 - 양액 과다공급 방지 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양액 과다공급 방지 시스템에 관한 것으로, 양액을 공급하는 양액 공급부; 상기 양액을 희석하기 위해 원수를 공급하는 원수탱크; 상기 양액 및 상기 원수를 희석하는 혼합조, 및 설정부를 통해 설정한 값으로 연결된 장치들의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 양액 공급기; 및 상기 혼합조의 관수를 작물에 공급하여 작물이 흡수하고 남은 배수로의 양액 폐수 농도를 측정하는 제2 농도감지센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

양액 과다공급 방지 시스템 및 방법{SYSTEM FOR PREVENDING OVER SUPPLY OF NUTRIENT SOLUTION AND METHOD THEREOF}

본 발명은 양액 공급 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 작물에 공급하고 남은 양액 폐수의 농도와 산도를 측정하여 양액의 과다 공급을 방지하는 양액 과다공급 방지시스템에 관한 것이다.

양액 재배는 배지에 작물을 심고 물과 양액을 공급함으로써 토양에 구애받지 않고 식물을 재배할 수 있어 병충해 방지에 유리하고, 무농약 청정 재배로 무공해 식물을 생산할 수 있어 농가에 보급이 점차 확산되고 있다.

일반적으로 양액 재배는 재배작물에 따라 요구되는 양액의 농도와 산도는 최적 조건을 벗어나면 재배 작물의 생장에 지장을 주어 생산량이 급감하게 되므로 최적 조건을 자동으로 조절하며 관수를 실시할 수 있는 자동화된 시스템이 이용되고 있다.

또한, 일반적으로 양액 재배되는 재배 시설의 단위 면적이 크고, 재배 시설에 요구되는 관수량이 많아, 일정 용량을 갖는 혼합조에 원수와 양액을 유입시켜 혼합하고 혼합된 관수를 재배시설로 배출하는 형태로 실시되었다.

그러나 종래에는 관수를 작물에 공급하기 전에 양액 농도를 측정하여 설정 농도로 조절하였다. 이로 인해 작물에 공급되는 양액이 과다 투입되거나 과소 투입되어 조성상태에 민감하게 반응하는 재배 식물의 생산성이 감소되고, 또한 작물의 흡수 여부를 고려하지 않고 양액이 과다 투입되어 양액 생산 비용이 증가하고 하수 및 토양에 오염을 발생시키는 문제점이 있었다.

한국 등록특허공보 제10-1090279호(2011.11.30)(발명의 명칭: 양액공급 시스템)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 작물에 공급하고 흡수하지 못한 양액 폐수의 농도와 산도를 측정하여 양액의 과다 공급을 방지하는 양액 과다공급 방지 시스템 및 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 실시예에 따른 본 발명은 양액을 공급하는 양액 공급부; 원수를 공급하는 원수탱크; 상기 양액 및 상기 원수를 희석하는 혼합조, 및 설정부를 통해 설정한 값으로 연결된 장치들의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 양액 공급기; 및 상기 혼합조의 관수를 작물에 공급하여 작물이 흡수하고 남은 양액 폐수의 농도를 측정하는 제2 농도감지센서;를 포함하는 양액 과다공급 방지 시스템을 제공한다.

상기 양액 공급부는 다수의 공급용기를 구비하고, 상기 공급용기에는 양액을 골고루 섞는 교반기를 설치할 수 있다.

상기 혼합조의 내부 일측에는, 상기 관수의 농도를 감지하는 제1 농도감지센서; 및 상기 관수의 산도를 감지하는 제1 산도감지센서;를 포함할 수 있다.

상기 제1 및 제2 농도감지센서는 관수의 전기전도도를 측정하는 EC 센서를 포함할 수 있다.

상기 제2 농도감지센서는 양액 폐수가 배출되는 배수로의 끝 부분에 설치할 수 있다.

상기 혼합조의 관수를 작물에 공급하여 작물이 흡수하고 남은 양액 폐수의 산도를 측정하는 제2 산도감지센서;를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 산도감지센서는 양액 폐수가 배출되는 배수로의 끝 부분에 설치할 수 있다.

또한, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 실시예에 따른 본 발명은 양액 공급부의 양액과 원수탱크에 저장된 원수를 혼합조로 공급하는 단계; 상기 혼합조의 관수를 양액 공급기를 통해 작물재배 지역에 공급하는 단계; 상기 작물재배 지역에서 작물이 관수를 흡수하고 남은 양액 폐수의 농도 및 산도를 측정하는 단계; 상기 양액 폐수의 농도 및 산도 중 적어도 하나가 수확량 감소가 없는 농도 및 산도의 10~20%로 측정되면 관수를 차단하는 단계; 및 양액 공급 관을 원수탱크에 저장된 원수로 세척하는 단계;를 포함하는 양액 과다공급 방지 방법을 제공한다.

상기 양액 공급부의 양액은 교반기로 잘 섞는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 작물에 공급하고 남은 양액 폐수의 농도와 산도를 측정하여 양액의 과다 공급을 차단함으로써 재배작물의 생장 환경에 적절한 상태로 양액을 공급할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 과다 공급되는 양액을 절감시켜 비용을 획기적으로 줄일 수 있으며 하수 및 토양 오염을 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 배양액 과다공급 방지 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배양액 과다공급 방지 방법의 순서도이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 양액 과다공급 방지 시스템 및 방법에 대하여 자세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 배양액 과다공급 방지 시스템을 나타낸 도면이다.

도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 배양액 과다공급 방지 시스템은 양액 공급부(10, 11), 원수탱크(30), 및 양액 공급기(40)를 포함할 수 있다.

상기 양액 공급부(10, 11)는 재배되는 작물의 생육에 필요한 무기양분을 갖는 양액을 혼합조(41)로 공급한다.

여기서, 상기 양액 공급부(10, 11)는 다수의 공급용기(10a, 10b, 10c)로 구성될 수 있고 이에 한정하지 않으며, 공급용기(10a, 10b, 10c) 중 어느 하나는 양액 재배에 이용하는 관수의 산도(pH)를 조절하기 위한 pH 용액이 저장될 수 있는데, 이하에서는 공급용기(10a, 10b)에 양액이 저장되고, 공급용기(10c)에 pH 용액이 저장되어 공급되는 것을 예로 설명하기로 한다.

또한, 상기 공급용기(10a, 10b, 10c) 각각에는 양액을 골고루 섞을 수 있도록 십자형 날개가 설치된 봉을 모터로 돌리는 교반기(20a, 20b, 20c)를 설치할 수 있다.

상기 원수탱크(30)는 양액을 희석하기 위한 원수를 공급하기 위한 것으로 혼합조(41)에 원수를 공급한다.

상기 원수탱크(30)는 저장된 원수를 혼합조(41)에 공급하여 양액 공급부(10, 11)로부터 공급된 양액과 혼합되며 양액을 희석하는 용도로 사용된다.

상기 양액 공급기(40)는 동작을 제어하기 위한 설정을 실시할 수 있도록 설정부(42)가 구비되고, 설정부(42)를 통해 설정한 값으로 연결된 장치들의 동작을 제어하기 위한 제어부(43)가 마련되어 있다.

여기서, 상기 제어부(43)는 마이크로프로세서를 통해 프로그램된 동작을 수행할 수 있는 공지된 다양한 방식이 적용될 수 있고, 관수의 농도 따른 양액 공급부(10,11)를 통해 공급되는 투입량을 제어한다.

상기 제어부(43)는 설정부(42)를 통해 설정한 값으로 양액을 골고루 섞는 교반기(20), 원수를 공급하는 원수탱크(30)와 양액 공급부(10, 11)를 제어하게 된다.

상기 혼합조(41) 내부 일측에는 관수의 농도를 감지하는 제1 농도감지센서(44)가 설치되어 있다. 여기서, 상기 제1 농도감지센서(44)는 전기전도도(EC)를 측정하는 EC 센서를 포함할 수 있다. 이때, 전기전도도(EC)를 이용하여 관수의 농도를 측정하는 것은 양액이 투입되는 정도에 따라 전기전도도(EC)가 달라지므로 전기전도도(EC)를 통해 양액의 농도를 역으로 산출할 수 있다.

여기서, 상기 제1 농도감지센서(44)는 혼합조(41)에서 혼합되어 형성된 관수의 농도를 측정하게 되는데, 이에 따라 혼합조(41)로 투입되는 원수, 양액, pH용액의 투입에 따른 전기전도도의 변화를 신속히 감지할 수 있어 관수의 실질적 농도를 빠르게 획득하여 설정 농도로 유지하는 제어에 이용할 수 있다.

또한, 상기 혼합조(41) 내부 일측에는 관수의 산도(pH)를 감지하는 제1 산도감지센서(45)를 포함한다.

상기 설정부(42)에서는 재배 시설에 공급하고자 하는 관수의 설정 농도 및 산도를 설정 가능하게 마련되고, 제어부(43)는 제1 농도감지센서(44)와 제1 산도감지센서(45)에 의해 각각 감지된 관수의 농도와 산도에 기초하여, 관수의 농도와 산도가 설정 농도와 산도로 조절되도록 양액 공급부(10a, 10b, 11a, 11b)와 pH 용액 공급부(10c, 11c)를 제어하게 된다.

이때, pH 용액은 첨가될수록 측정되는 산도(pH)가 낮아져 산성도가 높아지므로, 제1 산도감지센서(45)에 의해 감지된 관수의 산도가 설정 산도보다 높은 값을 가질 때, pH 용액을 더 첨가할 수 있도록 pH 용액 투입 지속 시간을 증가시키고, 관수의 산도가 설정 산도보다 낮은 값을 가질 때, pH 용액 투입 지속 시간을 감소시키도록 설정한다.

상기 양액 공급기(40)는 원수탱크(30)를 통해 공급되는 원수와, 양액 공급부(10a, 10b, 11a, 11b)를 통해 공급되는 양액과, pH 용액 공급부(10c, 11c)로부터 공급되는 pH 용액이 혼합조(41)에 유입 및 혼합된 관수를 재배 시설로 배출하게 된다.

이때, 상기 혼합조(41)에서 원수, 양액, pH용액이 혼합된 관수는 솔로노이드 밸브(미도시)를 거쳐 다수의 전자밸브(50a, 50b, 50c)를 통해 작물에 공급된다. 공급한 관수는 작물이 흡수하고 남은 폐수는 배수로(60)를 통해 배출되는데, 이때 배출되는 폐수의 양액 농도와 산도를 배수로(60) 끝 부분에 설치된 제2 농도감지센서(70)와 제2 산도감지센서(80)로 각각 측정하게 된다.

상기 제2 농도감지센서(70)와 제2 산도감지센서(80)를 통해 배수로(60)로 배출되는 양액 폐수의 농도 및 산도를 측정하여 관수 공급을 차단하거나 설정 농도로 유지하는 제어에 이용할 수 있다.

통상 양액 재배에 이용되는 작물의 생육과 전기전도도(EC) 농도는 표 1과 같다.

작 물	수 확 량 감 수 정 도 (단위:ds/ml)
	0%	10%	25%	50%	100%
딸 기	1.0	1.3	1.8	2.5	4.0
수 박	2.5	3.3	4.4	6.3	10.1
토마토	2.5	3.5	5.0	7.6	12.7

상기 표 1에서와 같이, 딸기의 경우 전기전도도(EC)가 1.0ds/m이면 수확량 감소가 없으며, 이는 작물이 양액을 대부분 흡수하여 생육이 활발히 이루어지고 있음을 알 수 있다. 이와 반대로 작물이 양액을 흡수하지 않으면 배출되는 폐수의 전기전도도(EC)가 높게 나타날 수 있다.

따라서, 본 발명에서는 배출되는 양액 폐수를 제2 농도감지센서(70) 및 제2 산도감지센서(80)로 각각 측정하여 수확량 감소가 없는 전기전도도(EC) 및 산도(pH)의 10~20% 범위로 측정되면 양액 공급기(40)의 제어부(44)를 통해 작물에 공급되는 관수를 차단하고 농도 및 산도를 제어하게 된다.

예로써, 양액 폐수의 농도가 딸기의 경우 수확량 감소가 없는 전기전도도(EC) 1.0ds/m의 10~20%로 측정되면, 즉 0.8~0.9ds/m로 측정되면 작물에 공급되는 관수를 차단하고 양액의 농도를 제어하게 되고, 또한 통상 딸기 수경재배에 있어 양액의 산도(pH)가 5.8~6.2이면 적정한데 양액 폐수의 산도(pH)가 5.8~6.26의 10~20% 범위로 측정되면 작물에 공급되는 관수를 차단하고 양액의 산도를 제어하게 된다.

이로 인해 재배 작물의 생장 환경에 적절한 상태의 양액 농도와 산도를 공급할 수 있고, 양액을 절감하여 비용을 줄일 수 있으며 하수 및 토양의 오염을 방지할 수 있다.

도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 배양액 과다공급 방지 방법의 순서도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 배양액 과다공급 방지 방법은 먼저 원수탱크(30)에 저장된 원수와 양액 공급부(10a, 10b, 11a, 11b)의 양액을 교반기(20)로 잘 섞은 후 혼합조(41)로 공급한다(S100). 이때, 상기 교반기(20a, 20b, 20c)는 공급용기(10a, 10b, 10c)의 양액을 골고루 섞어 주는 역할을 한다.

여기서, 상기 양액 공급부(10a, 10b, 11a, 11b)는 제어부(43)에 의해 제어되며 일정 주기마다 양액이 공급된다. 상기 제어부(43)는 양액 투입 주기에서 양액 공급부(10a, 10b, 11a, 11b)의 양액의 투입 지속 시간을 제어하며 농도를 조절하게 된다. 일례로, 양액 공급부(10a, 10b, 11a, 11b)가 제어부(43)에 의해 제어되는 솔레노이드 밸브(11a, 11b)로 마련되고, 3초의 주기마다 양액이 공급된다고 하면, 3초마다 오는 양액 투입 주기에서 양액을 공급하기 위한 솔레노이드 밸브(11a, 11b)가 개방되는 지속 시간을 제어함으로써 원수에 투입되는 양액의 양을 조절한다.

이때, 상기 제어부(100)는 제1 농도감지센서(44)와 제1 산도감지센서(45)에 의해 각각 감지되는 관수의 농도와 산도가 설정 농도와 산도로 유지되도록 양액 공급부(10a, 10b, 10c, 11a, 11b, 11c)를 제어한다.

다음으로, 혼합조(41)의 관수를 솔로노이드 밸브(미도시)를 통해 다수의 전자밸브(50a, 50b, 50c)로 공급하고, 각 작물재배 지역의 전자밸브를 통해 작물에 관수를 공급한다(S200).

다음으로, 각 작물재배 지역에 설치된 배수로(60)를 통해 배출되는 양액 폐수의 농도와 산도를 제2 농도감지센서(70)와 제2 산도감지센서(80)로 각각 측정한다(S300). 여기서, 제2 농도감지센서(70)와 제2 산도감지센서(80)는 배수로(60)의 끝 부분에 설치하는 것이 바람직하다.

그런 다음, 양액 폐수의 농도 및 산도 중 적어도 하나를 측정하여 작물의 수확량 감소가 없는 농도의 10~20% 범위로 측정되면 제어부(44)를 통해 작물에 공급되는 관수를 차단하고 농도와 산도를 제어한다(S400).

마지막으로, 관에 잔류하는 양액을 원수탱크(30)에 저장된 원수를 5~10분 정도 흘려보내 세척한다(S500).

이와 같은 구성에 따라, 본 발명은 양액 폐수의 농도와 산도를 측정하여 과도한 농도와 산도로 작물에 공급되는 관수를 방지함으로써 재배 작물의 생장환경을 적절히 유지할 수 있다.

이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

10: 양액 공급부 20: 교반기
30: 원수탱크 40: 양액 공급기
50: 전자밸브 60: 배수로
70: 제2 농도감지센서 80: 제2 산도감지센서

Claims (9)

1. 양액을 골고루 섞는 교반기가 각각 설치된 다수의 공급용기를 통해 양액을 공급하는 양액 공급부;
   상기 양액을 희석하기 위해 원수를 공급하는 원수탱크;
   상기 양액 및 원수를 희석하는 혼합조, 재배 시설에 공급하고자 하는 관수의 설정 농도 및 산도를 설정 가능하게 마련된 설정부, 및 상기 설정부를 통해 설정한 값으로 연결된 장치들의 동작을 제어하는 제어부를 포함하는 양액 공급기;
   상기 혼합조의 내부 일측에 관수의 농도를 감지하는 제1 농도감지센서;
   상기 혼합조의 내부 일측에 관수의 산도를 감지하는 제1 산도감지센서;
   상기 혼합조의 관수를 작물에 공급하여 작물이 흡수하고 남은 양액 폐수가 배출되는 배수로의 끝 부분에 설치하여 농도를 측정하는 제2 농도감지센서;
   상기 혼합조의 관수를 작물에 공급하여 작물이 흡수하고 남은 양액 폐수가 배출되는 배수로의 끝 부분에 설치하여 산도를 측정하는 제2 산도감지센서; 및
   상기 교반기, 원수탱크 및 양액 공급부를 제어하고, 상기 제1 농도감지센서와 제1 산도감지센서에 의해 각각 감지된 관수의 농도와 산도에 기초하여 관수의 농도와 산도가 설정 농도와 산도로 조절되도록 양액 공급부와 pH 용액 공급부를 제어하는 제어부;를 포함하고,
   상기 제어부는 제2 농도감지센서와 상기 제2 산도감지센서를 통해 배수로로 배출되는 양액 폐수의 농도 및 산도를 측정하여 수확량 감소가 없는 전기전도도(EC) 및 산도(pH)의 10~20% 범위로 측정되면 작물에 공급되는 관수를 차단하고 농도 및 산도를 제어하는 것을 특징으로 하는 양액 과다공급 방지 시스템.
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3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 농도감지센서는 관수의 전기전도도를 측정하는 EC 센서를 포함하는 것을 특징으로 하는 양액 과다공급 방지 시스템.
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