KR102285510B1 - 양액 농도조절용 캡슐 및 그 용도 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 캡슐의 내부와 배양액의 농도 차이에 의한 삼투압을 이용하여 수경재배 양액 또는 액체 비료 등의 농도를 일정하게 조절할 수 있는 양액 농도조절용 캡슐 및 상기 캡슐을 이용하여 수경재배 양액 또는 액체 비료 배양액의 농도를 조절하거나, 식물을 재배하는 방법에 관한 것이다.

Description

양액 농도조절용 캡슐 및 그 용도{Capsule for controlling concentration of nutrient solution and use of the same}
본 발명은 양액 농도조절용 캡슐 및 그 용도에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캡슐의 내부와 배양액의 농도 차이에 의한 삼투압을 이용하여 수경재배 양액 또는 액체 비료 등의 농도를 일정하게 조절할 수 있는 양액 농도조절용 캡슐 및 상기 캡슐을 이용하여 수경재배 양액 또는 액체 비료의 농도를 조절하거나, 식물을 재배하는 방법에 관한 것이다.
수경재배(water culture)는 육상식물을 토양 없이, 영양배지를 첨가한 물인 양액에서 키우는 방식으로서, 상기 양액은 식물 뿌리에 직접 닿게 하거나 뿌리 지지체 역할을 하는 불활성 지지체에 양액을 적시는 방법으로 공급한다.
토양을 통해 양분을 흡수하는 것에 비해, 양액을 통해 영양분을 공급받게 되면 식물은 훨씬 효율적으로 양분을 흡수하여 성장이 촉진되는 효과를 갖는다. 수경재배 농법을 이용하게 되면 식물의 생육환경을 세밀하게 통제할 수 있기 때문에, 생산량 증대 뿐만 아니라 수확시기의 조절이 가능하다.
또한, 토양의 질이 악화된 지역이나 작물을 키우기 힘든 지역에서도 신선한 농작물의 생산을 가능하게 한다.
수경재배에 관한 종래기술로는 담배 식물의 수경재배 방법(특허문헌 1), 저질산 함유 엽채류 생산을 위한 수경재배방법(특허문헌 2) 등이 개시되어 있으나, 식물의 재배에 최초로 공급한 양액이 식물의 성장에 의해 소모됨에 따라 최초의 양액 농도보다 낮아지게 되는 문제점이 있다.
한편, 삼투압 약물주입 펌프에 관한 특허문헌 3 및 팔리페리돈의 조절 전달을 위한 방법 및 복용 형태에 관한 특허문헌 4에는 삼투압을 이용하여 방출을 조절하는 점이 개시되어 있지만, 약물을 인체에 투여하기 위한 것일 뿐, 수경재배에 의한 식물재배에 관해서는 전혀 개시되어 있지 않은 실정이다.
공개특허공보 제10-2017-0072747호 공개특허공보 제10-2018-0037451호 공개특허공보 제10-2015-0083231호 공개특허공보 제10-2005-0044895호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 내부와 외부 양액의 농도 차이에 의한 삼투압을 이용하여 별도의 동력이 없이도 자율적으로 양액의 농도를 일정하게 유지시켜 줄 수 있는 양액 농도조절용 캡슐을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 양액 농도조절용 캡슐의 용도를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 삼투압 조절부, 방출 조절부, 및 상기 삼투압 조절부와 방출조절부 사이에 존재하는 피스톤 또는 신축성 막으로 이루어지는 양액 농도조절용 캡슐로서, 상기 삼투압 조절부는 소정 농도의 양액을 포함하고, 상기 캡슐의 외부와 연결되는 상기 삼투압 조절부의 입구는 삼투압 발생을 위한 반투과막으로 이루어지며, 상기 방출 조절부는 상기 삼투압 조절부에 포함되는 양액의 농도보다 농도가 높은 고농도의 양액을 포함하고, 상기 캡슐의 외부와 연결되는 상기 방출 조절부의 입구는 상기 고농도의 양액이 상기 캡슐의 외부로 방출되는 방출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 양액 농도조절용 캡슐을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 양액 농도조절용 캡슐을 이용하여 수경재배 양액 또는 액체 비료의 농도를 조절하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 양액 농도조절용 캡슐을 이용하여 식물을 재배하는 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 양액 농도조절용 캡슐은 캡슐 내부와 외부의 농도 차이에 의한 삼투압을 이용하여 양액의 농도를 일정하게 유지하고, 별도의 동력이 없이 농도의 유지가 가능하기 때문에, 비용 절약 및 사용 기간을 연장시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.
또한, 본 발명에 의한 양액 농도조절용 캡슐을 이용하여 수경재배 양액 또는 액체 비료 배양액 등의 농도를 일정하게 조절할 수 있게 됨으로써, 사용자에게 편리성을 제공하고, 수질오염 문제에서도 보다 자유로울 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양액 농도조절용 캡슐의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양액 농도조절용 캡슐의 삼투압 조절부에 포함되는 반투과막을 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양액 농도조절용 캡슐의 방출 조절부에 포함되는 방출부를 나타내는 정면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이고, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이고, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 표시된 구성요소의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한, 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
본 발명은 삼투압 조절부, 방출 조절부, 및 상기 삼투압 조절부와 방출조절부 사이에 존재하는 피스톤 또는 신축성 막으로 이루어지는 양액 농도조절용 캡슐로서, 상기 삼투압 조절부는 소정 농도의 용액을 포함하고, 상기 캡슐의 외부와 연결되는 상기 삼투압 조절부의 입구는 삼투압 발생을 위한 반투과막으로 이루어지며, 상기 방출 조절부는 상기 삼투압 조절부에 포함되는 용액의 농도보다 농도가 높은 고농도의 양액을 포함하고, 상기 캡슐의 외부와 연결되는 상기 방출 조절부의 입구는 상기 고농도의 양액이 상기 캡슐의 외부로 방출되는 방출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 양액 농도조절용 캡슐에 관한 것이다.
본 발명의 상기 양액 농도조절용 캡슐에서, 상기 삼투압 조절부의 내부에 존재하는 용액의 농도는 상기 캡슐의 외부에 존재하는 양액의 농도보다 높을 경우, 삼투압에 의해 상기 캡슐의 외부에 존재하는 양액의 물 분자가 상기 반투과막을 통하여 상기 삼투압 조절부의 내부로 유입되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 양액 농도조절용 캡슐에서, 상기 삼투압 조절부 내부의 압력 차이에 의해, 상기 피스톤이 상기 방출 조절부 빙향으로 이동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 양액 농도조절용 캡슐에서, 상기 방출구는 1개 이상의 미세기공으로 이루어질 수 있는데, 상기 기공의 직경은 1000 내지 0.1 nm이고, 기공 간 간격은 0.001 내지 50 nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 상기 양액 농도조절용 캡슐에서, 상기 소정 농도는 상기 캡슐 외부의 최초 양액 농도와 동일한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 양액 농도조절용 캡슐에서, 상기 캡슐 외부의 양액 농도와 상기 삼투압 조절부의 내부에 존재하는 용액의 농도가 동일한 경우, 상기 방출 조절부의 내부에 존재하는 양액이 외부로 방출되지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 양액 농도조절용 캡슐에서, 상기 캡슐은 원통형 또는 다각형 구조일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 구조를 변형하여 사용할 수 있다. 상기 다각형은 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형, 십이각형 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 변형된 구조를 가질 수 있다.
본 발명에 의한 상기 농도조절용 캡슐의 길이는 5~30cm, 바람직하게는 10~20cm일 수 있고, 높이(지름)는 5~20cm, 바람직하게는 5~10cm일 수 있다. 한편, 위와 같은 상기 농도조절용 캡슐의 길이와 높이는 일 실시예일뿐 이에 한정되지 않고, 배양액 탱크의 용량이나 재배되는 작물의 종류에 따라 상기 농도조절용 캡슐의 길이와 높이가 달라질 수도 있다. 상기 길이 및 높이의 범위를 벗어나는 경우, 농도조절부의 고농도 배양액이 전부 소모되기 전에 반투과막의 미세공이 막혀 효율이 떨어질 수 있는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 본 발명에서 상기 양액은 액체비료, 비료액, 여과 오폐수, 음식물 폐기물 산 발효액, 이산화탄소 흡수액, 여과액비 및 비료액 등에서 선택된 적어도 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 액체비료는 폐 커피 추출액, 깻묵 발효액, 청초액비, 솎음열배 이용 발효액, 청초깻묵액비, 당밀액비, 막거리액비, 발효액비, 한방액비, 달걀껍질 이용 칼슘액비, 김치액비, 우유액비, 미생물액비, 생선액비, 축산분료 액비 및 기타 유기액비 등의 여과액일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 비료액은 일반적인 화학 비료의 액으로서, UREA, NH4NO3, NH4Cl, Ca(NO3)2, NH4H2PO4, NaNO3, KNO3, (NH4)2SO4, KH2PO4, (NH4)2HPO4, K2SO4 및 KCl 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 상기 농도조절용 캡슐을 이용하여 수경재배 양액 또는 액체 비료 배양액의 농도를 조절하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 양액 농도조절용 캡슐을 이용하여 식물을 재배하는 방법에 관한 것이다.
1개 이상의 상기 농도조절용 캡슐이 투입된 수경재배 양액 또는 액체 비료배양액에서, 농작물이 생장함에 따라 상기 캡슐의 외부에 존재하는 상기 양액 또는 배양액의 농도가 낮아지면, 삼투압에 의해 상기 캡슐의 삼투압 조절부 입구에 존재하는 반투과막을 통해 물분자(H2O)가 상기 삼투압 조절부로 유입될 수 있다.
상기 삼투압 조절부 내부의 압력 차이에 의해, 상기 캡슐의 피스톤이 방출 조절부 방향으로 이동하고, 상기 방충 조절부의 내부에 존재하는 고농도 양액 또는 배양이 방출구를 통해 상기 캡슐의 외부로 방출될 수 있다.
상기 양액 농도조절용 캡슐에서, 상기 캡슐 외부의 양액 또는 배양액의 농도와 상기 삼투압 조절부의 내부에 존재하는 양액 또는 배양액의 농도가 동일한 경우, 상기 방출 조절부의 내부에 존재하는 양액이 외부로 방출되지 않게 되어, 별도의 동력이 없이도 자율적으로 양액 또는 배양액의 농도를 조절할 수 있게 된다.
본 발명에서, 상기 식물은 농작물, 원예식물 등 재배 또는 배양이 가능한 것이라면, 제한없이 이에 포함될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양액 농도조절용 캡슐(100)의 구조를 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 양액 농도조절용 캡슐(100)은 삼투압 조절부(10), 방출 조절부(30), 및 상기 삼투압 조절부(10)와 방출조절부(30) 사이에 존재하는 피스톤(20)으로 이루어질 수 있다.
상기 삼투압 조절부(10)는 소정 농도의 양액을 포함하고, 상기 캡슐(100)의 외부와 연결되는 상기 삼투압 조절부(10)의 입구는 삼투압 발생을 위한 반투과막(11)으로 이루어질 수 있다.
상기 방출 조절부(30)는 상기 삼투압 조절부(10)에 포함되는 양액의 농도보다 농도가 높은 고농도의 양액을 포함하고, 상기 캡슐(100)의 외부와 연결되는 상기 방출 조절부(30)의 입구는 상기 고농도의 양액이 상기 상기 캡슐(100)의 외부로 방출되는 방출구(31)를 포함할 수 있다.
상기 삼투압 조절부(30)의 내부에 존재하는 양액의 농도는 상기 캡슐(100)의 외부에 존재하는 양액의 농도보다 높을 경우, 삼투압에 의해 상기 캡슐(100)의 외부에 존재하는 양액의 물 분자가 상기 반투과막(11)을 통하여 상기 삼투압 조절부(10)의 내부로 유입될 수 있다. 즉, 농작물이 생장함에 따라 상기 캡슐(100) 외부에 존재하는 양액의 농도가 낮아지면, 상기 반투과막(11)을 통해 물분자가 상기 삼투압 조절부(10)로 유입될 수 있다.
상기 삼투압 조절부(10) 내부의 압력 차이에 의해, 상기 피스톤(20) 또는 신축성 막(미도시)이 상기 방출 조절부(30)로 이동할 수 있다. 즉, 삼투압에 의해 상기 피스톤(20) 또는 신축성 막(미도시)이 방출 조절부(30) 방향으로 이동하고, 상기 방출 조절부(30) 내부에 존재하는 고농도 양액이 방출구(31)를 통해 상기 캡슐(100)의 외부로 방출될 수 있다.
상기 양액 농도조절용 캡슐(100)에서, 상기 방출구(31)는 1개 이상, 바람직하게는 1~100만개, 보다 바람직하게는 1000~10만개의 미세기공(32)으로 이루어질 수 있다.
상기 양액 농도조절용 캡슐(100)에서, 상기 소정 농도는 상기 캡슐(100) 외부의 최초 양액 농도와 동일할 수 있다. 즉, 상기 삼투압 조절부(10)의 내부에는 최초 제조된 양액의 농도와 같은 농도의 용액으로 충진되어 있는 것이 바람직하다.
상기 양액 농도조절용 캡슐(100)에서, 상기 캡슐(100) 외부의 양액 농도와 상기 삼투압 조절부(10)의 내부에 존재하는 양액의 농도가 동일한 경우, 상기 방출 조절부(30)의 내부에 존재하는 양액이 외부로 방출되지 않게 된다.
상기 양액 농도조절용 캡슐(100)은 원통형(100) 또는 다각형(미도시) 구조일 수 있다. 상기 다각형은 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형, 십이각형 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 필요에 따라 변형된 구조를 가질 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 양액 농도조절용 캡슐(100)의 삼투압 조절부(10)에 포함되는 반투과막(11)을 나타내는 정면도이다.
상기 반투과막((semipermeable membrane)은 어떤 성분은 통과할 수 있지만 다른 성분들은 통과시키지 않는 반투과성 현상을 일으키는 막을 말하는 것으로서, 보통 미세한 아주 작은 구멍들이 있는 막으로 되어 있어, 작은 분자들은 자유롭게 오가지만, 큰 분자들은 통과하지 못하는 것이 많다. 반투과막(11)을 사이에 둔 두 용액은 처음에는 농도가 높은 고장액과 낮은 저장액으로 나뉘지만, 시간이 지남에 따라 물질이 이동해 두 용액의 높이는 달라도 농도는 같은 등장액이 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 양액 농도조절용 캡슐(100)의 방출 조절부(30)에 포함되는 방출구(31)를 나타내는 정면도이다.
삼투압에 의해 상기 피스톤(20) 또는 신축성 막(미도시)이 방출 조절부(30) 방향으로 이동하고, 상기 방출 조절부(30)의 내부에 존재하는 고농도 양액이 1개 이상의 방출구(31)를 통해 상기 캡슐(100)의 외부로 방출될 수 있다.
상기 방출구(31)는 미세기공(32)으로 이루어질 수 있는데, 상기 미세기공(32)의 직경은 1000 내지 0.1 nm이고, 기공 간 간격은 0.001 내지 50 nm일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 통상의 기술자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 양액 농도조절용 캡슐은 캡슐 내부와 외부의 농도 차이에 의한 삼투압을 이용하여 양액의 농도를 일정하게 유지하고, 별도의 동력이 없이 농도의 유지가 가능하기 때문에, 비용 절약 및 사용 기간을 연장시킬 수 있는 장점을 가지고 있어, 이를 이용하여 수경재배 양액 또는 액체 비료 배양액 등의 농도를 일정하게 조절할 수 있게 됨으로써, 본 발명이 속하는 기술분야에 유용하게 적용될 수 있다.
100 : 양액 농도조절용 캡슐
10 : 삼투압 조절부
11 : 반투과막
20 : 피스톤
30 : 방출 조절부
31 : 방출구
32 : 미세기공

Claims (9)

  1. 삼투압 조절부, 방출 조절부, 및 상기 삼투압 조절부와 방출조절부 사이에 존재하는 피스톤 또는 신축성 막으로 이루어지는 양액 농도조절용 캡슐로서,
    상기 삼투압 조절부는 소정 농도의 양액을 포함하고, 상기 캡슐의 외부와 연결되는 상기 삼투압 조절부의 입구는 삼투압 발생을 위한 반투과막으로 이루어지며,
    상기 방출 조절부는 상기 삼투압 조절부에 포함되는 양액의 농도보다 농도가 높은 고농도의 양액을 포함하고, 상기 캡슐의 외부와 연결되는 상기 방출 조절부의 입구는 상기 고농도의 양액이 상기 캡슐의 외부로 방출되는 방출구를 포함하는 것을 특징으로 하는 양액 농도조절용 캡슐.
  2. 제1항에 있어서, 상기 삼투압 조절부의 내부에 존재하는 양액의 농도는 상기 캡슐의 외부에 존재하는 양액의 농도보다 높을 경우, 삼투압에 의해 상기 캡슐의 외부에 존재하는 양액의 물 분자가 상기 반투과막을 통하여 상기 삼투압 조절부의 내부로 유입되는 것을 특징으로 하는 양액 농도조절용 캡슐.
  3. 제1항에 있어서, 상기 삼투압 조절부 내부의 압력 차이에 의해, 상기 피스톤 또는 신축성 막이 상기 방출 조절부 방향으로 이동하는 것을 특징으로 하는 양액 농도조절용 캡슐.
  4. 제1항에 있어서, 상기 방출구는 1개 이상의 미세기공으로 이루어진 것을 특징으로 하는 양액 농도조절용 캡슐.
  5. 제1항에 있어서, 상기 소정 농도는 상기 캡슐 외부의 최초 양액 농도와 동일한 것을 특징으로 하는 양액 농도조절용 캡슐.
  6. 제1항에 있어서, 상기 캡슐 외부의 양액 농도와 상기 삼투압 조절부의 내부에 존재하는 양액의 농도가 동일한 경우, 상기 방출 조절부의 내부에 존재하는 양액이 외부로 방출되지 않는 것을 특징으로 하는 양액 농도조절용 캡슐.
  7. 제1항에 있어서, 상기 캡슐은 원통형 또는 다각형 구조인 것을 특징으로 하는 양액 농도조절용 캡슐.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 양액 농도조절용 캡슐을 이용하여 수경재배 양액 또는 액체 비료의 농도를 조절하는 방법.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 양액 농도조절용 캡슐을 이용하여 식물을 재배하는 방법.
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