KR102387415B1 - 센서를 이용한 퇴비 부숙도 측정장치 - Google Patents
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Abstract
개시된 기술은 센서를 이용한 퇴비 부숙도 측정장치에 관한 것으로, 퇴비가 수용되는 하우징; 상기 하우징 내부에 공기를 분사하는 에어펌프; 상기 공기가 분사됨에 따라 상기 퇴비에서 발생하는 가스를 흡입하는 흡입구; 상기 가스를 상기 하우징 밖으로 배출되는 배출구; 상기 흡입구 및 상기 배출구의 사이에 구비되고 복수개의 센서를 이용하여 상기 가스의 성분을 측정하는 센서 모듈; 상기 센서 모듈의 측정 결과를 토대로 상기 퇴비의 부숙도를 계산하는 프로세서; 및 상기 프로세서의 계산 결과를 화면에 출력하는 디스플레이;를 포함한다. 따라서 퇴비의 부숙도를 단시간에 정확하게 측정하는 효과가 있다.
Description
개시된 기술은 센서를 이용하여 퇴비에서 발생하는 가스를 감지함으로써 부숙도를 측정하는 장치에 관한 것이다.
가축이 배출하는 분뇨를 발효시키지 않고 그대로 야지에 배출하면 분뇨에서 발생하는 악취와 유해가스로 인해 농작물의 생장을 저해하거나 인체에 악영향을 미칠 수 있다.
한편, 퇴비액비화기준 중 부숙도 기준 등에 관한 고시에 따라 농가에서는 퇴비를 일정 이상 부숙시켜서 배출해야하는데 종래 퇴비 부숙도를 판정하는 장치는 사용자가 부숙도 판정 키트를 이용하여 측정하였다. 일반적으로 솔비타 또는 콤백 제품을 이용하여 가스와 반응부재를 접촉시키는 것으로 부숙도를 판정하고 있으나 가스에 일정 시간 동안 노출시키는 방식으로 부숙도를 측정하기 때문에 측정이 완료되기까지 대기하는 시간이 다소 긴 불편함이 따랐다.
한편, 생물학적 방법인 종자발아법을 이용하여 부숙도를 측정하는 경우도 있으나 이 경우 친환경적이라는 장점은 있으나 부숙도 판정에 소요되는 시간이 훨씬 오래 걸린다는 문제점이 있어서 다수의 농가들이 키트를 이용하여 부숙도를 측정하고 있다.
한국등록특허 10-1002772호(발명의 명칭 : 부숙도 측정장치 및 방법)를 참조하면 액비의 부숙도를 단시간에 측정하기 위하여 액비의 악취가스에 대한 모델링 정보를 이용하는 기술이 개시되어 있다. 그러나 이는 종래의 측정키트를 이용하는 것과 크게 다르지 않아서 측정에 다소의 시간이 소요되는 종래의 문제점을 여전히 해결하지 못하고 있다.
개시된 기술은 복수의 센서를 이용하여 퇴비에서 발생하는 가스를 감지함으로써 단시간에 부숙도를 측정하는 장치를 제공하는데 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위하여 개시된 기술의 제 1 측면은 퇴비가 수용되는 하우징, 상기 하우징 내부에 공기를 분사하는 에어펌프, 상기 공기가 분사됨에 따라 상기 퇴비에서 발생하는 가스를 흡입하는 흡입구, 상기 가스를 상기 하우징 밖으로 배출되는 배출구, 상기 흡입구 및 상기 배출구의 사이에 구비되고 복수개의 센서를 이용하여 상기 가스의 성분을 측정하는 센서 모듈, 상기 센서 모듈의 측정 결과를 토대로 상기 퇴비의 부숙도를 계산하는 프로세서 및 상기 프로세서의 계산 결과를 화면에 출력하는 디스플레이를 포함하는 센서를 이용한 퇴비 부숙도 측정장치를 제공하는데 있다.
개시된 기술의 실시 예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 개시된 기술의 실시 예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 개시된 기술의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
개시된 기술의 일 실시예에 따르면 센서를 이용한 퇴비 부숙도 측정장치는 센서를 이용하여 퇴비에서 발생하는 가스를 단시간에 측정하여 부숙도 판정에 소요되는 시간을 단축시키는 효과가 있다.
또한, 이산화탄소와 VOC의 상관관계를 토대로 퇴비의 부숙도를 정확하게 측정하는 효과가 있다.
도 1은 종래의 센서를 이용한 퇴비 부숙도 측정장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 센서 모듈을 나타낸 도면이다.
도 2는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 센서 모듈을 나타낸 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제 1, 제 2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 그리고 "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다.
그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다. 따라서, 본 명세서를 통해 설명되는 각 구성부들의 존재 여부는 기능적으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 종래의 센서를 이용한 퇴비 부숙도 측정장치를 나타낸 도면이다. 도 1을 참조하면 센서를 이용한 퇴비 부숙도 측정장치는 하우징(110), 에어펌프(120), 흡입구(130), 배출구(140), 센서 모듈(150), 프로세서(미도시) 및 디스플레이(160)를 포함하며 측정장치의 모습을 측면에서 도시한 것이다.
도 1을 통한 설명에 앞서 일반적으로 가축을 사육함으로 인해 발생되는 분뇨는 미생물의 분해과정인 부숙과정을 거쳐 작물의 생산에 도움이 되는 퇴비의 형태로 변화하여 유통되어지고 있다. 하지만 충분히 부숙이 되지 않은 퇴비가 땅에 뿌려지게 되면 작물이 해를 입어 죽게 되는 경우가 생겨 충분히 부숙된 퇴비만이 땅에 환원될 수 있도록 해주어야 한다.
최근, 축산 농가가 대형화 되고 기업화 됨에 따라, 가축분뇨가 대량으로 발생하고 있으며 이에 따른 환경부하 또한 심각해지고 있는 실정이다. 이러한 현실 때문에 부숙되지 않은 대량의 가축분뇨가 땅에 뿌려지게 되면 악취발생, 농작물 피해, 토양오염 등의 나쁜 영향을 끼치게 될 수 있다. 따라서, 가축분뇨를 분해하는 미생물의 활성을 위하여 공기를 지속적으로 공급해주어 부패되지 않고 안정화된 물질이 될 수 있도록 해주는 퇴비화과정을 거쳐야 한다.
한편, 가축분뇨로부터 만들어진 퇴비를 땅에 뿌리기 전에 부숙도를 측정하는 기준이 확립되어 있다. ‘비료의 품질검사 및 시료채취 기준(농촌진흥청, 2019)’에 의하면 가축분뇨의 부숙도를 측정하는 3가지 방법이 있는데, 솔비타, 콤백, 종자발아법이 있다고 명시되어 있다. 이 중 가장 신뢰성 있는 방법으로는 종자발아법이 있는데, 가축분뇨 퇴비에서 추출한 용액을 서호무 씨앗 30개를 48시간 배양하여 발아율(발아된 씨앗의 수), 뿌리 길이를 이용하여 부숙도(GI, Germination Index)를 측정하여 부숙도가 70이상이면 퇴비화 과정이 완료되었다고 판단하는 방법이다.
한편, 복잡하고 시간이 오래 걸리는 종자발아법을 대신하여 퇴비로부터 발생하는 암모니아와 이산화탄소의 농도를 측정하여 부숙도를 간접적으로 측정할 수 있는 솔비타, 콤백법이 주로 이용되고 있다. 하지만, 암모니아와 이산화탄소 농도를 측정하기 위한 키트는 매번 측정할 때 마다 비용이 많이 발생하며, 키트로부터 측정된 값을 읽어주는 리더기는 고가이며, 기기를 일정한 장소에 고정시켜 써야하는 단점이 있기 때문에 농가마다 사용하기 힘들다는 단점이 있다. 특히, 부숙도 측정장치가 설치되어 있거나 종자발아법을 할 수 있는 실험 기반이 갖추어져 있는 곳으로 퇴비 시료를 보내어 부숙도를 확인해야하는 번거로움과 비용 발생은 농가에게 부담으로 느껴지고 있는 실정이다.
현재로는 가축분뇨 퇴비의 부숙도를 측정하는 방법의 편리성만이 개선된 상황으로 가축분뇨 퇴비를 생산하는 축산농가 및 가축분뇨 처리업체에서는 개선된 점이 없다는 것이며, 이는 양질의 퇴비를 생산하여 토양으로 환원하는 경축순환을 저해하는 요소로 작용하고 있으며 특히, 농가에서 가축분뇨 퇴비를 땅에 환원해도 되는 부숙도를 적은 노동력과 비용을 이용하여 간편하게 확인할 수 있는 방법에 대한 개발이 시급한 실정이다. 개시된 기술에서는 이러한 점에 착안하여 센서를 이용한 부숙도 측정장치를 제안함으로써 농가에서 직접 빠르고 간편하게 퇴비의 부숙도를 측정하고 적정 수준으로 부숙된 퇴비를 배출하게 하여 환경오염을 방지하고자 한다.
하우징(110)은 퇴비(101)가 수용되는 몸체이다. 하우징(110)은 직육면체 형상의 투명한 재질로 형성된다. 예컨대, 유리나 투명 플라스틱으로 형성될 수 있다. 하우징(110)은 일 측이 개방되어 내부로 퇴비(101)가 수용될 수 있다. 바람직하게는 상면에 뚜껑을 형성하여 퇴비(101)를 삽입할 수 있다.
에어펌프(120)는 퇴비(101)가 수용된 하우징(110) 내부에 공기를 분사한다. 에어펌프(120)는 다이어프램이나 피스톤을 구동하여 외부 공기를 하우징(110) 내부로 분사할 수 있다. 물론 다른 방식으로 동작하는 에어펌프를 이용할 수도 있다. 에어펌프(120)의 동작에 따라 하우징(110) 내부에 수용된 퇴비(101)에 일정 압력의 공기가 분사되면서 가스가 발생하게 된다. 한편, 하우징(110)의 일 측에는 에어펌프(120)에 전원을 공급하는 전원부가 더 구비될 수 있다. 전원부는 배터리를 장착하거나 콘센트를 연결하는 방식으로 에어펌프(120)에 전원을 공급할 수 있으며 에어펌프(120) 뿐만 아니라 측정장치에서 전원을 필요로 하는 다른 구성요소들에도 전원을 공급할 수 있다.
흡입구(130)는 공기가 분사됨에 따라 퇴비(101)에서 발생하는 가스를 흡입한다. 가스의 흡입을 원활하게 하기 위해서 흡입구(130)의 내측에는 팬이 구비될 수 있다. 예컨대, 팬이 일 방향으로 회전하면서 하우징(110) 내부에 발생된 가스를 빨아들일 수 있다.
배출구(140)는 흡입구(130)로 유입된 가스를 하우징(110) 밖으로 배출한다. 흡입구(130)와 배출구(140) 사이에 팬이 구비되는 것이며, 팬의 구동에 따라 흡입구(130)로 가스가 유입되고 배출구(140)를 통해 배출될 수 있다.
센서 모듈(150)은 흡입구(130)와 배출구(140)의 사이에 구비된다. 예컨대 흡입구(130) 및 배출구(140)는 하나의 유로로 이어진 관(Pipe)의 입구와 출구이며 이러한 관의 내부에 센서 모듈(150)이 구비되는 것일 수 있다. 센서 모듈(150)은 복수개의 센서를 이용하여 흡입구(130)를 통해 유입되는 가스의 성분을 측정한다. 일 실시예로, 센서 모듈(150)은 복수개의 센서를 이용하여 가스에 포함된 이산화탄소 함량 및 휘발성 유기탄소 함량을 측정할 수 있다. 이를 위해서 센서 모듈(150)은 이산화탄소 함량을 측정하는 제 1 센서와 휘발성 유기탄소 함량을 측정하는 제 2 센서를 포함한다. 제 1 센서 및 제 2 센서는 서로 인접하는 위치에 구비되며 제 1 센서가 먼저 가스에 포함된 이산화탄소 함량을 측정하고 제 2 센서가 휘발성 유기탄소 함량을 측정할 수 있다. 물론 두 센서가 가스의 성분을 측정하는 순서가 바뀔 수도 있다.
프로세서는 센서 모듈(150)의 측정 결과를 수신하여 퇴비의 부숙도를 계산한다. 프로세서는 센서의 측정결과를 입력값으로 하여 소정의 계산을 수행하는 것으로, 제 1 센서가 측정한 이산화탄소 함량의 결과값과 제 2 센서가 측정한 휘발성 유기탄소 함량의 결과값을 토대로 기 저장된 산술식에 따라 계산을 수행한다. 여기에서 프로세서는 두 개의 측정 결과를 합산하거나 각각의 비율 내지는 가중치에 따라 퇴비(101)의 부숙도를 일정한 수치값으로 환산할 수 있다.
디스플레이(160)는 프로세서의 계산 결과를 화면에 출력한다. 디스플레이(160)는 LCD 또는 LED와 같은 장치일 수 있다. 디스플레이(160)는 하우징(110)의 일 측에 구비되며 부숙도 측정에 대한 결과값을 출력하여 사용자로 하여금 부숙도의 진행 상태를 확인하게 할 수 있다.
도 2는 개시된 기술의 일 실시예에 따른 센서 모듈을 나타낸 도면이다. 도 2를 참조하면 측정장치의 상면을 나타낸 것이며, 화살표의 방향이 가스가 흐르는 방향을 나타낸다. 하우징의 내부에 형성된 관을 통해 퇴비에서 발생된 가스가 일 방향으로 지날 때, 관의 내부에 배치된 제 1 센서(150a)와 제 2 센서(150b)가 각각 가스의 이산화탄소 함량과 휘발성 유기탄소 함량을 측정하는 것을 확인할 수 있다. 도 2에 도시된 제 1 센서(150a) 및 제 2 센서(150b)는 서로 구분되어 있으나 센서의 성능 내지는 종류에 따라 하나로 병합될 수도 있고 배치되는 순서가 바뀔 수도 있다.
팬(170)이 구동함에 따라 유입구를 통해 가스가 유입되면 제 1 센서(150a)가 이산화탄소 함량을 측정하고 뒤를 이어 제 2 센서(150b)가 휘발성 유기탄소 함량을 측정할 수 있다. 그리고 팬(170)은 가스가 배출구를 통해 배출되도록 일정 시간 동안 회전하도록 제어될 수 있다.
한편, 도면을 통해 도시하지는 않았으나 팬(170)이 구동되는 전원 또한 전원부를 통해 공급될 수 있다. 그리고, 전원에 따라 팬(170)이 회전하는 방향을 변경하여 동작할 수도 있다. 측정장치는 팬(170)의 회전방향을 변경하는 것으로 퇴비에 공기를 분사하거나 발생된 가스를 수집할 수 있다. 예컨대, 팬(170)을 일 방향으로 회전시켜서 배출구를 통해 공기를 유입시키고, 유입된 공기를 유입구를 통해 배출하여 하우징 내부에 수용된 퇴비에 분사할 수 있다. 그리고 충분한 가스가 발생되기까지 일정 시간을 대기하다가 팬(170)을 반대 방향으로 회전하여 유입구를 통해 가스를 유입시키고 배출구로 가스를 배출시킬 수 있다.
개시된 기술의 일 실시예에 따른 센서를 이용한 퇴비 부숙도 측정장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 기술의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
101 : 퇴비 110 : 하우징
120 : 에어펌프 130 : 유입구
140 : 배출구 150 : 센서 모듈
160 : 디스플레이
120 : 에어펌프 130 : 유입구
140 : 배출구 150 : 센서 모듈
160 : 디스플레이
Claims (5)
- 퇴비가 수용되는 하우징;
상기 하우징 내부에 공기를 일 방향으로 분사하여 상기 퇴비에 일정한 압력의 공기를 분사하는 에어펌프;
상기 공기가 분사됨에 따라 상기 퇴비에서 발생하는 가스를 흡입하는 흡입구;
상기 가스를 상기 하우징 밖으로 배출되는 배출구;
상기 흡입구 및 상기 배출구의 사이에 구비되고 복수개의 센서를 이용하여 상기 가스의 성분을 측정하는 센서 모듈;
상기 센서 모듈의 측정 결과를 토대로 상기 퇴비의 부숙도를 계산하는 프로세서; 및
상기 하우징의 일측에 배치되고, 상기 프로세서의 계산 결과를 화면에 출력하는 디스플레이;를 포함하되,
상기 흡입구 및 상기 배출구는 하나의 관 형태로 연결되며, 상기 센서 모듈은 상기 관 내부에 배치되고,
상기 흡입구 및 상기 배출구 사이에는 상기 가스를 상기 일 방향으로 이동시키는 팬이 구비되고,
상기 센서 모듈은 상기 가스에 포함된 이산화탄소 함량을 측정하는 제1 센서; 및 상기 제1 센서와 인접하는 위치에서 상기 가스에 포함된 휘발성 유기탄소 함량을 측정하는 제2 센서를 포함하고,
상기 프로세서는 상기 제1 센서의 측정값과 상기 제2 센서의 측정값을 이용하여 환산된 값을 기준으로 상기 퇴비의 부숙도를 계산하는 센서를 이용한 퇴비 부숙도 측정장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 하우징은 직육면체 형상의 투명한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 센서를 이용한 퇴비 부숙도 측정장치. - 삭제
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