KR102281447B1 - 수경재배용 양액공급장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수경 재배 시에 효율적으로 식물을 관리하고 재배할 수 있는 양액공급장치에 관한 것이다. 수경재배용 양액 공급 장치는 서로 다른 양액이 각각 저장되는 복수의 양액용기; 복수의 상기 양액용기와 연결되어, 상기 양액용기로부터 공급되는 양액을 혼합하여 교반하는 교반기; 상기 교반기에서 교반된 혼합 양액을 각각의 베드로 공급하기 위한 공급펌프; 상기 공급펌프와 연결되어 베드로 혼합 양액을 공급하기 위한 공급라인; 상기 공급라인에서 분기되어 각각의 베드와 연결되는 복수의 분기라인; 상기 교반기 및 상기 공급펌프를 제어하는 제어기; 를 포함하고, 상기 양액용기는 양액을 정량으로 상기 교반기로 공급하기 위한 정량펌프; 상기 양액용기와 상기 교반기를 연결하는 유로를 개폐하기 위한 밸브; 를 포함한다.
이러한 구성에 따르면, 수경재배용 양액 공급 장치는 작물의 생육에 필요한 영양분을 물과 함께 공급하여 생육 적기에 필요한 영양분을 물과 함께 공급할 수 있어 양분의 효율을 높이고, 노동력 절감 및 수확물 품질향상으로 고품질의 농산물의 출하가 가능할 수 있다.

Description

수경재배용 양액공급장치 {Nutrient supply device for hydroponic cultivation}
본 발명은 수경 재배 시에 효율적으로 식물을 관리하고 재배할 수 있는 양액 공급장치에 관한 것이다.
현재 우리나라 농업은 농촌 인구의 감소 및 고령화, 곡물 자급률 하락, 농가소득 정체, 한반도 기후 변화 심화 등의 어려움을 겪고 있다. 농업 인구의 감소 및 고령화 추세가 뚜렷하여 '2014년 농림 어업 조사 결과'에 따르면, 농가 고령화 율은 2014년 12월 기준 39.1%로 전년보다 1.8%포인트 높아졌다. 고령화율은 2010년 31.8%에서 매년 2% 포인트 가량씩 빠르게 높아지고 있다.
따라서, 이와 같은 노동 인구 및 농지 감소, 농업 경쟁력 약화, 한반도 기상 이변 등의 문제점을 타개하기 위한 노력의 일환으로 정보통신기술(Information & Communication Technology; ICT) 기반 스마트 농업 기술이 도입되고 있다.
과거의 단순 생산 중심의 농업이 ICT와 융합하여 고부가가치 산업으로 확대발전하고 미래성장산업화를 추진하고 있다. 비록 농업과 ICT를 융합하는 기술은 아직 초보적인 단계에 머물고 있지만, 스마트 팜은 최근 가장 활발한 연구개발이 이루어지고 있는 분야이다.
스마트 팜은 효율적인 시스템 구성으로 온실의 환경과 작물의 생육 상태에 대한 실시간 센싱 정보를 바탕으로 최적의 환경조건 유지 및 양액 제어를 통해 작물의 생산성 및 품질을 향상시키고자 하는 농업 ICT 융합기술이다. 청년층 유입으로 농촌 사회에 새로운 활력소를 불어넣는데 필요한 스마트 팜 기술은 농업의 새로운 전환점이 되고, 이러한 스마트 팜 기술에 있어서 양액 공급기의 개발은 필수적인 과정이라고 볼 수 있다.
종래의 양액 공급기는 사용자의 불편함과 기계 조작시 현장에서 수시로 확인하고 측정해야 하는 단점이 있으므로, 외부 환경 요인과 작물의 생육상태를 확인하여 양액을 공급할 수 있는 자동 양액 공급기가 필요하다.
또한, 양액은 농민이 여러 양액의 배합 비율을 모르므로, 비료회사에서 공급하는 그대로 양액을 작물에 공급하고 있는 실정이다. 그러나, 작물은 종류, 생육시기 또는 계절에 따라 여러 양액의 적절한 배합 비율이 다르므로, 이를 자동으로 배합 비율에 따라 공급할 수 있으면서 데이터 축적에 따라 최적의 양액 배합 비율로 공급할 수 있는 장치가 필요하다.
KR 10-1361152 B1 KR 10-2014-0020646 A
따라서, 본 발명은 상기 사정을 감안하여 발명한 것으로, 작물의 종류, 성장 과정과 환경 요인에 따라 여러 양액용기에서 자동으로 양액을 교반기로 공급하여 교반한 후 작물이 재배되는 베드로 공급할 수 있는 수경재배용 양액공급장치를 제공하고자 함에 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명에 따른, 수경재배용 양액 공급 장치는 서로 다른 양액이 각각 저장되는 복수의 양액용기; 복수의 상기 양액용기와 연결되어, 상기 양액용기로부터 공급되는 양액을 혼합하여 교반하는 교반기; 상기 교반기에서 교반된 혼합 양액을 각각의 베드로 공급하기 위한 공급펌프; 상기 공급펌프와 연결되어 베드로 혼합 양액을 공급하기 위한 공급라인; 상기 공급라인에서 분기되어 각각의 베드와 연결되는 복수의 분기라인; 상기 교반기 및 상기 공급펌프를 제어하는 제어기; 를 포함하고, 상기 양액용기는 양액을 정량으로 상기 교반기로 공급하기 위한 정량펌프; 상기 양액용기와 상기 교반기를 연결하는 유로를 개폐하기 위한 밸브; 를 포함한다.
또한, 상기 양액용기는 양액의 온도를 측정하는 온도센서를 포함하고, 상기 양액용기에는 히터 및 냉각기가 연결되어, 상기 양액용기 내의 양액을 가열 및 냉각할 수 있고, 상기 제어기는 상기 온도센서의 측정값을 기초로 상기 히터 및 냉각기를 제어하고, 상기 온도센서의 측정값을 기초로 상기 밸브를 제어하여 상기 양액용기로부터 양액을 상기 교반기로 공급한다.
또한, 상기 교반기에는 상기 교반기 내로 산소를 공급하면서 양액의 교반을 돕기 위한 에어펌프가 연결된다.
본 발명에 따르면, 작물의 종류, 성장 과정과 환경 요인에 따라 여러 양액용기에서 자동으로 양액을 교반기로 공급하여 교반한 후 작물이 재배되는 베드로 공급할 수 있는 수경재배용 양액공급장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수경재배용 양액 공급장치의 구성을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수경재배용 양액 공급장치 중 교반기의 구성을 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수경재배용 양액 공급장치 중 양액용기의 구성을 도시하는 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어서 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수경재배용 양액 공급장치의 구성을 도시하는 도면이다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수경재배용 양액 공급장치 중 교반기의 구성을 도시하는 도면이다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수경재배용 양액 공급장치 중 양액용기의 구성을 도시하는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 수경재배용 양액공급장치(이하, 양액공급장치)는 양액용기(110), 교반기(120), 공급펌프(150), 공급라인(160), 분기라인(170), 제어기(180) 등을 포함한다.
양액용기(110)는 수경재배 방법으로 식물을 재배하기 위한 양액이 저장되는 용기로, 복수 개로 구성되어 서로 다른 양액이 저장된다. 작물의 종류, 성장 과정과 환경 요인에 따라 여러 다른 성분이 배합된 양액이 필요하다. 본 실시예에서 양액용기(110)는 6개로 구성되고, 필요에 따라 더 적거나 많을 수 있다. 양액용기(110)는 연결 라인(112)을 통해서 교반기(120)로 양액을 공급할 수 있다.
각각의 양액용기(110)에는 정량펌프(111)와 밸브(112)가 설치된다.
정량펌프(111)는 양액을 정확한 양으로 교반기(120)로 공급하기 위한 것이다. 정량펌프는 양액을 미리 설정된 양 또는 제어 신호에 비례한 양으로 정확하게 교반기(120)로 공급한다.
밸브(112)는 양액용기(110)와 교반기(120)를 연결하는 연결 라인(유로)(112)을 개폐한다.
양액용기(110)에는 온도센서(116)가 설치되어 양액의 온도를 측정할 수 있다.
또한, 양액용기(110)의 외벽과 내벽 사이에는 나선형으로 연장되는 배관(115)이 설치되고, 이러한 배관(115)은 히터(101)와 연결되어, 히터(101)에 의해 가열된 온수가 배관(115)을 통해 순환할 수 있다. 그에 따라, 겨울철과 같이 양액용기(110) 내의 양액 온도가 내려가는 경우 양액을 베드(미도시)로 공급하기에 적절한 온도로 가열할 수 있다. 여름철과 같이 양액의 온도를 적절히 낮출 필요가 있는 경우, 배관(115)은 냉각기(102)와 연결되어, 냉각기(102)에 의해 냉각된 저온수가 배관(115)을 통해 순환할 수 있다.
제어기(180)는 온도센서(116)의 측정값을 기초로 히터(101) 및 냉각기(102)를 제어하고, 온도센서(116)의 측정값을 기초로 밸브(112)를 제어하여 양액을 양액용기(110)로부터 교반기(120)로 공급한다.
교반기(120)는 연결라인(113)을 통해 복수의 양액용기(110)와 각각 연결되어, 양액용기(110)부터 공급되는 복수의 양액을 혼합하여 교반한다.
교반기(120)에는 모터(121)와 연결된 주축(122)과 교반날개(123)가 설치되고, 교반날개(123)의 회전에 의해 복수의 양액용기(110)로부터 공급된 양액을 혼합한다.
교반기(120)에는 바이브레이터(125)가 연결될 수 있다. 바이브레이터(125)는 양액의 교반 과정에서 교반기(120)를 진동시켜, 양액의 용질 성분이 교반기(120)의 내벽과 바닥으로 집중되거나 침전되지 않게 하여 교반 효율을 향상시킨다.
작물의 종류나 계절에 따라 필요한 양액의 배합비율은 달라지고, 제어기(180)는 이에 따라 교반기(120)로 공급되는 양액의 종류와 양을 결정한다. 제어기(180)는 양액용기(110)의 정량펌프(111)와 밸브(112)를 제어하여 교반기(120)로 필요한 양의 양액이 공급되게 한다.
교반기(120)에는 압력센서(124), 전기전도도 센서(126), pH 센서(127), 온도센서(128)가 배치될 수 있다.
압력센서(124)는 교반기(120) 내의 압력을 측정하여 제어기(180)로 전달한다. 전기전도도 센서(126)는 양액의 전기전도도(Electrical Conductivity; EC)를 측정하고, pH 센서(127)는 양액의 pH를 측정한다.
제어기(180)는 전기전도도 센서(126), pH 센서(127), 온도센서(128)의 측정값을 기초로 추가로 물 또는 양액을 공급하여, 베드에서 재배되는 작물에 공급되는 양액의 전기전도도, pH, 온도 조절을 가능하게 한다. 이와 같이, 제어기(180)는 교반된 양액에 대하여 작물의 종류, 성장 과정과 환경 요인에 따라 작물에서 필요로 하는 적절한 양액을 판단하여 배합함으로써, 작물의 작황을 향상시킬 수 있다.
교반기(120)에는 산소를 공급하면서 양액의 교반을 돕기 위한 에어펌프(130)가 설치된다. 에어펌프(130)는 교반된 양액이 베드로 공급되기 전에 산소를 공급하여 양액에 포함되는 유익한 미생물이 잘 생존할 수 있게 한다. 에어펌프(130)의 분사구는 교반기(120)의 내벽과 바닥 쪽으로 공기를 분사하도록 설치됨으로써, 양액을 베드로 공급하기 전에 공기가 교반기(120)의 내벽과 바닥에 부딪히게 하여 내벽과 바닥 쪽에 집중되거나 침전될 수 있는 양액이 골고루 섞이게 한 상태에서 양액을 공급할 수 있다.
제어기(180)는 교반기(120)에서 교반된 양액을 베드로 공급하기 5분 전에 에어펌프(130)를 통해 교반기(120) 내로 산소를 공급하고 1분 전에 산소 공급을 중단하는 방식으로 에어펌프(130)를 운전할 수 있다. 이러한 방식으로 양액을 공급하면 양액 중에 유익한 미생물의 생존 비율이 향상된다.
공급펌프(150)는 교반기(120)에서 교반된 혼합 양액을 각각의 베드로 공급한다. 공급펌프(150)와 교반기(120) 사이에는 배출라인(135)과 배출밸브(136)가 설치된다.
물탱크(140)는 배출라인(135)과 연결되어, 양액에 추가의 물이 필요한 경우 물탱크(140)의 물을 교반기(120)로 공급할 수 있다. 또한, 교반기(120) 내의 세척이 필요한 경우, 물탱크(140) 내의 물을 배출라인(135)을 통해 교반기(120)로 공급하고 교반날개(123)를 회전시킨 후, 제2 배출라인(156)을 통해 배출할 수 있다. 제2 배출라인(156)에는 배출밸브(157)가 설치된다. 제2 배출라인(156)은 공급펌프(150)와 공급라인(160) 사이에서 분기되는 것으로, 교반기(120) 내의 잔류 양액을 배출하거나 세척수를 배출하는 용도로 사용된다.
공급라인(160)은 공급펌프(150)와 연결되어 베드로 혼합 양액을 공급한다. 공급라인(160)에는 압력계(161)가 연결되어 공급라인(160)의 막힘이나 이상 유무를 확인할 수 있다.
분기라인(170)은 공급라인(160)에서 분기되어 각각의 베드와 연결된다. 분기라인(170)에는 각각 분기밸브(171)가 설치되어, 양액이 베드로 공급되거나 공급되지 않게 한다.
제어기(180)는 양액용기(110), 교반기(120), 공급펌프(150) 등을 제어한다.
제어기(180)는 터치스크린(185)과 연결되어, 터치스크린(185)을 통해 명령, 조건 등을 입력하거나 양액의 공급상태 등을 확인할 수 있다.
제어기(180)는 또한 베드에 설치되는 토양 EC 센서(181), pH 센서(182), 일사량 센서(183)와 연결되어, 센서의 측정값을 기초로 양액용기(110), 교반기(120), 공급펌프(150) 등을 제어하고, 데이터를 축적하여 더 좋은 생육환경을 만들기 위한 기초 자료로 활용할 수 있다.
센서들을 통해 전달된 측정값과 양액 혼합비, 공급량 등의 제어 상황은 서버(190)로 전달되어 저장되고, 작업자는 단말기(195)를 통해 양액의 공급 정보 및 동작을 확인할 수 있다.
또한, 작물에 이상이 있을 경우 서버(190)에 저장된 양액 공급 데이터를 확인하고 분석해서 부족 또는 과잉 성분 등 이상의 원인을 파악하고 그에 따른 양액의 양이나 배합비율을 조정할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 양액공급장치는 여러 양액용기(110)에 저장된 양액을 필요한 양만큼 교반기(120)에서 혼합하여 작물의 재배에 적합한 배합비율로 양액을 혼합하여 베드로 공급할 수 있다. 이러한 과정은 제어기(180)에 의해 제어되고 공급되는 양액의 양이나 배합비율은 서버(190)에 저장됨으로써, 데이터 축적에 의해 더 좋은 생육환경을 조성하여 생산성을 증대시키고 우수한 품질의 작물을 생산할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
110 : 양액용기 111 : 정량펌프
112 : 밸브 113 : 연결 라인
120 : 교반기 121 : 모터
122 : 주축 123 : 교반날개
124 : 압력센서 125 : 바이브레이터
126 : EC 센서 127 : pH 센서
128 : 온도센서 130 : 에어펌프
135 : 배출라인 136 : 배출밸브
140 : 물탱크 150 : 공급펌프
156 : 제2 배출라인 157 : 배출밸브
160 : 공급라인 170 : 분기라인
171 : 분기밸브 180 : 제어기
181 : 토양 EC 센서 182 : pH 센서
183 : 일사량 센서 185 : 터치스크린
190 : 서버 195 : 단말기

Claims (3)

  1. 수경재배용 양액 공급 장치에 있어서,
    서로 다른 양액이 각각 저장되는 복수의 양액용기;
    복수의 상기 양액용기와 연결되어, 상기 양액용기로부터 공급되는 양액을 혼합하여 교반하기 위해 교반날개를 포함하는 교반기;
    상기 교반기에서 교반된 혼합 양액을 각각의 베드로 공급하기 위한 공급펌프;
    상기 공급펌프와 연결되어 베드로 혼합 양액을 공급하기 위한 공급라인;
    상기 공급라인에서 분기되어 각각의 베드와 연결되는 복수의 분기라인;
    상기 공급펌프와 상기 교반기 사이에 설치되는 배출라인(135)과 배출밸브(136);
    상기 교반기 내의 잔류 양액을 배출하기 위해 상기 공급펌프와 상기 공급라인 사이에서 분기되는 제2 배출라인(156);
    상기 교반기 및 상기 공급펌프를 제어하는 제어기;
    을 포함하고,
    상기 양액용기는 양액을 정량으로 상기 교반기로 공급하기 위한 정량펌프와, 상기 양액용기와 상기 교반기를 연결하는 유로를 개폐하기 위한 밸브와, 양액의 온도를 측정하는 온도센서를 포함하고,
    상기 제어기는 상기 온도센서의 측정값을 기초로 히터 및 냉각기를 제어하고, 상기 온도센서의 측정값을 기초로 상기 밸브를 제어하여 상기 양액용기로부터 양액을 상기 교반기로 공급하고,
    상기 양액용기의 외벽과 내벽 사이에는 나선형으로 연장되는 배관(115)이 설치되고, 상기 배관(115)은 히터와 연결되어 상기 히터에 의해 가열된 온수가 상기 배관(115)을 통해 순환할 수 있고, 상기 배관(115)은 냉각기와 연결되어, 상기 냉각기에 의해 냉각된 저온수가 배관(115)을 통해 순환할 수 있고,
    상기 교반기에는 상기 교반기 내로 산소를 공급하면서 양액의 교반을 돕기 위한 에어펌프가 연결되고, 상기 에어펌프의 분사구는 상기 교반기의 내벽과 바닥 쪽으로 공기를 분사하도록 설치되어, 상기 교반기의 내벽과 바닥 쪽에 집중되거나 침전되는 양액을 교반할 수 있고,
    상기 배출라인(135)에는 물탱크(140)가 연결되어, 상기 물탱크(140) 내의 물을 상기 배출라인(135)을 통해 상기 교반기로 공급하고 상기 교반날개를 회전시킨 후 상기 제2 배출라인(156)을 통해 배출할 수 있고,
    상기 교반기에는 바이브레이터가 연결되어, 양액의 교반 과정에서 상기 교반기를 진동시킬 수 있는 수경재배용 양액 공급 장치.
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