KR102390855B1 - 순환식 기체 농도 계측 방법을 이용한 부숙도 판정 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

순환식 기체 농도 계측 방법을 이용한 부숙도 판정 장치 및 그 동작 방법 Download PDF

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Abstract

본 출원의 일 실시예에 따른 부숙도 판정 장치는 비료를 수용하는 기밀챔버, 상기 기밀챔버로부터 이격된 위치에 배치되고, 상기 비료에서 발생하는 기체 시료의 농도 정보를 기설정된 계측 시간 구간마다 측정하는 계측부 및 상기 기밀챔버와 상기 계측부 사이에 형성된 기체 순환로를 상기 기설정된 계측 시간 구간마다 개폐하여, 상기 기체 시료를 상기 기밀챔버로부터 상기 계측부를 통해 상기 기밀챔버로 순환 이송시키는 기체순환 이송부를 포함한다.

Description

순환식 기체 농도 계측 방법을 이용한 부숙도 판정 장치 및 그 동작 방법{MATURITY DETERMINING DEVICE USING CIRCULATION GAS CONCENTRATION MEASUREMENT METHOD AND OPERATION METHOD THEREOF}
본 출원은 부숙도 판정 장치 및 그 동작 방법에 관한 것으로, 특히, 비료로부터 발생하는 기체를 순환시키는 방식으로 기체 농도를 측정할 수 있는 부숙도 판정 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
돈분, 우분, 계분과 같은 가축에서 배출된 분뇨(이하, '가축분뇨'라 함)를 부숙시키지 않은 상태로 농지에 살포한 경우에는 가축분뇨에서 발생하는 악취로 인한 민원과 권근부의 산소 부족으로 농작물의 생장을 저해하게 된다.
따라서, 농가에서 수거된 가축분뇨는 톱밥과 혼합하여 미생물에 의해 부숙 시킨 다음, 유기질비료(퇴비)로 이용된다.
여기서, 부숙이란 가축분뇨와 톱밥의 혼합물을 식물이 흡수하기 좋은 물질로 미생물이 발효시키는 것을 의미하고, 유기질비료(퇴비)가 잘 부숙되면 농작물이 토양에 환원된 유기질비료(퇴비)성분을 잘 흡수하여 영양분으로 사용할 수 있는 것이고, 부숙되지 않은 유기질비료(퇴비)를 사용하게 되면 가축분뇨와 톱밥에 있는 탄수화물, 지방, 단백질 등 영양소에 대한 미생물 분해 활동이 계속되어 작물 뿌리의 지하부(권근부)에 산소농도가 낮아지고 농작물의 생육저해와 심할 경우 비가역적인 손상을 입게 되어 농작물의 피해가 발생하게 됨으로 유기질비료(퇴비)의 부숙도를 판정하는 과정이 요구된다.
이에 본 출원에서는, 부숙도 판정 요소인 암모니아를 오랜시간 동안 직접적으로 센싱함에 따라 발생하는 센서들의 초기화 시간 문제와 피로도 문제를 해결하고, 보다 정확한 농도 정보를 측정할 수 있는 부숙도 판정 장치 및 그 동작 방법을 제공하고자 한다.
본 출원의 목적은 비료에서 발생하는 가스에 대한 종래의 센서 노출 시간을 획기적으로 감소시키는 동시에, 보다 신속하고 정확하게 농도 정보를 측정할 수 있는 부숙도 판정 장치 및 그 동작 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 출원의 일 실시예에 따른 부숙도 판정 장치는 비료를 수용하는 기밀챔버, 상기 기밀챔버로부터 이격된 위치에 배치되고, 상기 비료에서 발생하는 기체 시료의 농도 정보를 기설정된 계측 시간 구간마다 측정하는 계측부 및 상기 기밀챔버와 상기 계측부 사이에 형성된 기체 순환로를 상기 기설정된 계측 시간 구간마다 개폐하여, 상기 기체 시료를 상기 기밀챔버로부터 상기 계측부를 통해 상기 기밀챔버로 순환 이송시키는 기체순환 이송부를 포함한다.
본 출원의 일 실시예에 따른 부숙도 판정 장치의 동작 방법은 기체순환 이송부가 기설정된 계측 시간 구간마다 기밀챔버와 계측부 사이에 형성된 기체 순환로를 개폐시키는 단계, 상기 계측부가 상기 기설정된 계측 시간 구간마다 각 기체 시료의 농도 정보를 측정하는 단계, 상기 계측부가 상기 각 기체 시료의 농도 정보가 적어도 둘 이상 누적된 경우, 기설정된 계측 시간 구간 사이의 갭 구간의 농도 변화량을 샘플링하는 단계 및 상기 계측부가 상기 각 갭 구간의 농도 변화량에 기초하여, 상기 비료에 대한 부숙도 적합 여부를 판정하는 단계를 포함한다.
본 출원의 다른 실시예에 따른 부숙도 판정 장치는 각 비료를 개별적으로 각각 수용하고, 서로에 대해 기밀이 유지되도록 형성된 복수의 기밀챔버들, 상기 비료에서 발생하는 기체 시료의 농도 정보를 분광 분석 방식으로 측정하도록 복수의 기밀챔버들로부터 일정 거리 이격된 위치에 배치된 계측부 및 상기 복수의 기밀챔버들 중 어느 하나의 기밀챔버와 상기 계측부 사이에 형성된 기체 순환로를 기설정된 계측 시간 구간 마다 개폐시키는 기체순환 이송부를 포함하고, 상기 계측부는 각 계측 시간 구간 사이의 각 갭 구간의 농도 변화량에 기초하여, 상기 어느 하나의 기밀챔버에 수용된 해당 비료에 대한 부숙도 적합 여부를 판정하고, 상기 기체순환 이송부는 상기 각 갭 구간에, 나머지 기밀챔버와 상기 계측부 사이에 형성된 각 기체 순환로를 순차적으로 개폐시킨다.
본 출원의 일 실시예에 따른 부숙도 판정 장치 및 그 동작 방법은 비료에서 발생하는 가스에 대한 종래의 센서 노출 시간을 획기적으로 감소시키는 동시에, 보다 정확하게 농도 정보를 측정할 수 있다.
본 출원의 다른 실시예에 따른 부숙도 판정 장치 및 그 동작 방법은 비료가 방치되는 갭 구간에 나머지 비료에 대해 센싱함으로써, 복수의 비료에 대한 부숙도 판정 시간을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 출원의 실시 예에 따른 부숙도 판정 장치에 대한 블록도이다.
도 2는 도 1의 계측 시간 구간을 설명하기 위한 예시 도이다.
도 3은 도 1의 기체순환 이송부에 대한 블록도이다.
도 4a는 도 1의 계측부에 대한 블록도이고, 도 4b는 도 4a의 계측부에 대한 실시 예이다.
도 5a는 도 1의 기밀챔버에 대한 실시 예이고, 도 5b는 도 5a의 챔버 헤드를 설명하기 위한 도이다.
도 6은 도 1의 부숙도 판정 장치의 동작 프로세스이다.
도 7은 도 3의 기체순환 이송부의 순환 이송 동작 프로세스이다.
도 8은 본 출원의 다른 실시 예에 따른 부숙도 판정 장치에 대한 블록도이다.
도 9는 도 8의 복수의 기밀챔버들을 구체적으로 보여주기 위한 도이다.
도 10은 도 8의 기체순환 이송부에 대한 동작 예를 설명하기 위한 도이다.
도 11은 도 8의 부숙도 판정 장치에 대한 동작 프로세스이다.
이하, 구체적인 실시형태 및 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 출원의 실시 형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 출원의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 또한, 본 출원의 실시형태는 통상의 기술자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
그리고 도면에서 본 출원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하고, 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었으며, 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다. 나아가, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
도 1은 본 출원의 실시 예에 따른 부숙도 판정 장치(10)에 블록도이고, 도 2는 도 1의 계측 시간 구간을 설명하기 위한 예시 도이다.
도 1을 참조하면, 부숙도 판정 장치(10)는 기밀챔버(100), 계측부(200) 및 기체순환 이송부(300)를 포함할 수 있다.
먼저, 기밀챔버(100)는 비료(1)를 수용할 수 있도록 형성될 수 있다. 이러한 기밀챔버(100)는 비료(1)에서 발생하는 기체 시료가 외부로 누설되지 않도록 기체 시료에 대해 기밀을 유지시킬 수 있다.
여기서, 기체 시료는 비료의 부숙과정에서 비료를 발효시키는 미생물과 비료 자체에서 발생하는 가스를 의미하는 것으로, 이산화탄소, 산소 및 암모니아를 포함하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 계측부(200)는 기밀챔버(100)로부터 이격된 위치에 배치되고, 비료(1)에서 발생하는 기체 시료의 농도 정보를 기설정된 계측 시간 구간(Ti) 마다 측정할 수 있다. 여기서, 기체 시료의 농도 정보는 이산화탄소 농도 정보, 암모니아 농도 정보 및 산소 농도 정보 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
한편, 종래의 계측부의 경우, 관심 기체는 기밀챔버(100) 내에 배치되는 전기화학식 센서를 이용하기 때문에, 비료(1)에서 발생하는 기체 시료에 대해 지속적으로 노출되는 문제가 있다. 이에, 종래의 계측부는 센서 초기치 회복 시간에 적어도 30분 이상의 시간이 소요되는 문제가 있고, 센서 피로가 누적됨에 따라 부정확한 농도 정보를 측정하게 되는 문제가 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 기설정된 계측 시간 구간(Ti)은 농도 정보를 측정하기 위한 시간으로서, 측정 시작 시간(T1)과 측정 종료 시간(T2)을 포함할 수 있다.
또한, 각 계측 시간 구간 사이(예컨대, Ti1~Ti2)에는 농도 정보를 측정하지 않고, 대기하는 시간인 갭 구간(TG)을 가질 수 있다. 예를 들면, 제1 갭 구간(TG1)은 제1 계측 시간 구간(Ti1)과 제2 계측 시간 구간(Ti2) 사이에 위치하고, 제2 갭 구간(TG2)은 제2 계측 시간 구간(Ti2)과 제3 계측 시간 구간(Ti3) 사이에 위치할 수 있다. 여기서, 갭 구간(TG)은 특정 계측 시간 구간 사이(예컨대, Ti1~Ti2)의 기체 발생 속도 계산에 필요한 기체 시료의 농도 변화량을 발생시키기 위한 방치 시간을 의미할 수 있으며, 제1 계측 시간 구간(Ti1)은 기체 시료의 초기 농도 계측 구간이며, 제2 계측 시간 구간(Ti2)은 해당 기체 시료의 종료 농도 계측 구간일 수 있다.
이때, 기설정된 계측 시간 구간(Ti)은 갭 구간(TG)보다 일정 시간 이상 작을 수 있다. 예를 들면, 기설정된 계측 시간 구간(Ti)이 1분 단위 구간을 가진 경우, 갭 구간(TG)은 30분 단위 구간을 가질 수 있다. 이러한 갭 구간(TG)은 비료의 종류 및 농도에 따라 다른 시간 단위 구간을 가질 수 있다.
실시예에 따라, 계측부(200)는 기설정된 계측 시간 구간(Ti)동안 기체 시료의 농도 정보를 복수회 측정하고, 복수의 기체 시료의 농도 정보에 대한 평균을 기설정된 계측 시간 구간(Ti)의 농도 정보로 출력할 수 있다.
다음으로, 기체순환 이송부(300)는 기밀챔버(100)와 계측부(200) 사이에 형성된 기체 순환로(R)를 개폐하여, 상기 기체 시료를 기밀챔버(100)로부터 계측부(200)를 통해 기밀챔버(100)로 기설정된 계측 시간 구간(Ti)마다 순환 이송시킬 수 있다.
여기서, 기체 순환로(R)는 기밀챔버(100)로부터 계측부(200)로 기체 시료가 이송되기 위한 흡기로(r1)와 계측부(200)로부터 기밀챔버(100)로 기체 시료가 이송되기 위한 배기로(r2)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 기체순환 이송부(300)는 각 기설정된 계측 시간 구간(Ti)의 측정 시작 시간(T1)에 기체 순환로를 개방시키고, 각 기설정된 계측 시간 구간(Ti)의 측정 종료 시간(T2)에 기체 순환로를 폐쇄시킬 수 있다. 이에, 기체 시료는 각 기설정된 계측 시간 구간(Ti)에, 기밀챔버(100)로부터 흡기로(r1)를 통해 계측부(200)로 흡기되고, 계측부(200)로부터 배기로(r2)를 통해 기밀챔버(100)로 배기됨에 따라 순환 이송될 수 있다.
실시예에 따라, 계측부(200)와 기체순환 이송부(300)는 관리자 입력에 따라 기설정된 계측 시간 구간(Ti)과 갭 구간(TG)의 각 크기를 조절할 수 있다.
본 출원의 실시예에 따른 부숙도 판정 장치(100)는 기체순환 이송부(300)를 통해 기체 시료를 기설정된 계측 시간 구간마다 기밀챔버(100)로부터 계측부(200)를 따라 기밀챔버(100)로 순환 이송시킴으로써, 기체 시료에 대한 종래의 센서 노출 시간을 획기적으로 감소시키는 동시에, 보다 정확하게 농도 정보를 측정할 수 있다.
예를 들어, 비료의 부숙을 위해 방치되는 갭 구간(TG)이 30분인 경우, 종래의 농도 센서는 30분 동안 기체 시료에 노출되는 반면, 본 출원의 계측부(200)는 갭 구간(TG)보다 감소된 각 기설정된 계측 시간 구간(Ti)에만 노출될 수 있다.
도 3은 도 1의 기체순환 이송부(300)에 대한 실시 예이다.
도 3을 참조하면, 기체순환 이송부(300)는 흡기부(310), 유량 조절부(320), 배기부(330) 및 조절 밸브(340)를 포함할 수 있다.
먼저, 흡기부(310)는 일측이 기밀챔버(100)에 연결되고, 타측이 유량 조절부(320)에 연결될 수 있다. 이때, 흡기부(310)는 기체 시료를 일측으로부터 타측으로 흡기하도록 형성될 수 있다.
다음으로, 유량 조절부(320)는 흡기부(310)와 계측부(200) 사이에 배치되고, 기밀챔버(100)로부터 흡기부(310)를 통해 계측부(200)로 흡기되는 기체량을 조절할 수 있다.
다음으로, 배기부(330)는 일측이 조절 밸브(340)에 연결되고 타측이 기밀챔버(100)에 연결될 수 있다. 이때, 배기부(330)는 일측으로부터 타측으로 배기하도록 형성될 수 있다.
다음으로, 조절 밸브(340)는 유량 조절부(320)와 배기부(330) 사이에 배치되고, 계측부(200)로부터 배기부(330)를 통해 기밀챔버(100)로 배기되는 기체량을 조절할 수 있다.
실시예에 따라, 기체순환 이송부(300)는 상기 기설정된 계측 시간 구간(Ti)과 갭 구간(TG)에 기초하여, 흡기부(310), 유량 조절부(320), 배기부(330) 및 조절 밸브(340) 중 적어도 하나를 자동으로 제어할 수 있다.
도 4a는 도 1의 계측부(200)에 대한 블록도이고, 도 4b는 도 4a의 계측부(200)에 대한 실시 예이다.
도 4a와 도 4b를 참조하면, 계측부(200)는 서브 챔버부(210), 농도 센서부(220) 및 컨트롤러부(230)를 포함할 수 있다.
먼저, 서브 챔버부(210)는 기밀챔버(100)로부터 흡기로(r1)를 통해 이송되는 기체 시료를 수용할 수 있다. 또한, 서브 챔버부(210)는 배기로(r2)를 통해 기밀챔버(100)로 기체 시료를 이송시킬 수 있다.
다음으로, 기체 시료가 서브 챔버부(210)에 수용됨에 따라, 농도 센서부(220)는 암모니아 농도와 이산화탄소 농도를 측정할 수 있다.
일 실시예에 따른 농도 센서부(220)는 암모니아 농도와 이산화탄소 농도를 동시에 측정하는 미드-적외선 기반의 CCD 스펙트럼미터를 이용할 수 있다.
이러한 CCD 스펙트럼미터는 CCD 스펙트럼미터는 미드-적외선(Mid-IR)으로부터 전파장 대역의 스펙트럼에 따라 분산된 파장별 광원들에 대응되는 픽셀 신호를 검출함에 따라 기체 농도를 획득할 수 있다. 구체적으로, CCD 스펙트럼미터는 미드-적외선(Mid-IR)을 광원으로 발광하는 광원부, 서브 챔버부(210)에 수용된 기체 시료의 일정량을 수집하는 수집셀부, 상기 광원부로부터 상기 수집셀부를 통과한 상기 광원을 스펙트럼에 따라 파장별 광원들로 분산시키는 분산부 및 상기 파장별 광원들 예를 들면, 400~4000cm-1 전영역의 스펙트럼에 대응되는 픽셀 신호에 기초하여, 기체 농도를 검출하는 CCD 검출부를 포함할 수 있다.
예를 들면, CCD 스펙트럼미터는 1600㎝-1 대역에 대응되는 이산화탄소 농도와 3400㎝-1 대역에 대응되는 암모니아 농도를 측정할 수 있다.
다른 실시예에 따른 농도 센서부(220)는 암모니아 농도를 전기 화학 방식으로 측정하는 암모니아 센서와 이산화탄소 농도를 ND-IR 방식으로 측정하는 NDIR 분석기를 이용할 수 있다. 이때, 농도 센서부(220)는 암모니아 센서와 NDIR 분석기를 통해 이산화탄소 농도와 암모니아 농도를 개별적으로 측정할 수 있다.
다음으로, 컨트롤러부(230)는 기설정된 계측 시간 구간(Ti) 마다 측정되는 기체 시료의 각 농도 정보를 누적하여 각 갭 구간(TG)의 농도 변화량으로 샘플링할 수 있다.
이때, 컨트롤러부(230)는 각 갭 구간(TG)의 농도 변화량에 따라 산출되는 기체 발생 속도에 기초하여, 비료(1)에 대한 부숙도 적합 여부를 판정할 수 있다.
실시예에 따라, 컨트롤러부(230)는 다음의 계산식(1)을 통해 기체 발생 속도를 산출할 수 있다.
여기서, 계산식(1)은 ((A-B)×C)/(D×E)이고, 이때, A는 제1 계측 시간 구간(Ti1)에서의 기체 시료의 농도 정보, B는 제2 계측 시간 구간(Ti2)에서의 기체 시료의 농도 정보, C는 상기 기밀챔버(100)의 부피, D는 상기 비료(1)의 중량 및 E는 상기 갭 구간일 수 있다.
도 5a는 도 1의 기밀챔버(100)에 대한 실시 예이고, 도 5b는 도 5a의 챔버 헤드(120)를 설명하기 위한 도이다.
도 5a와 도 5b를 참조하면, 기밀챔버(100)는 챔버 몸체(110), 챔버 헤드(120), 온도 센서(130) 및 항온 장치(140)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 챔버 몸체(110)는 비료(1)를 수용할 수 있도록 상부가 개구될 수 있다.
다음으로, 챔버 헤드(120)는 챔버 몸체(110)의 상부를 덮도록 형성되고, 비료(1)의 수용 공간에 대한 기밀을 유지시킬 수 있다. 실시예에 따른 챔버 헤드(120)는 기체 순환로를 형성하기 위한 적어도 두개의 관통홀이 형성될 수 있다.
다음으로, 온도 센서(130)는 챔버 헤드(120)에 배치되고, 수용 공간의 온도를 측정할 수 있다.
다음으로, 항온 장치(140)는 수용 공간으로부터 계측부(200)로 기체 확산을 지원하고, 공기 가열과 냉각을 이용하여 수용 공간의 내부 온도를 기설정된 온도로 일정하게 유지시키도록 챔버 몸체(110) 내부에 배치될 수 있다. 이에, 항온 장치(140)는 일정한 온도를 통해 신속하고 계측 가능한 환경을 제공할 수 있게 한다.
도 6은 도 1의 부숙도 판정 장치(100)에 대한 동작 프로세스이다.
도 1, 도 2 및 도 6을 참조하면, 먼저, S110 단계에서, 기체순환 이송부(300)는 기설정된 계측 시간 구간(Ti) 마다 기밀챔버(100)와 계측부(200) 사이에 형성된 기체 순환로를 개폐시킬 수 있다. 여기서, 비료(1)는 부숙되기 위하여, 일정 시간의 방치 기간인 갭 구간(TG)을 가질 수 있다.
실시예에 따라, 기체순환 이송부(300)는 기밀챔버(100)에 연결된 기체 순환로를 개폐하는 S110 단계 이전에, 기체 순환로의 오염 세척을 위한 클리닝 동작을 수행할 수도 있다.
이때, S120 단계에서, 계측부(200)는 각 기설정된 계측 시간 구간(Ti) 동안 각 기체 시료의 농도 정보를 측정할 수 있다.
그런 다음, S130 단계에서, 기설정된 계측 시간 구간(Ti)마다 측정된 각 기체 시료의 농도 정보가 적어도 둘 이상 누적된 경우, 계측부(200)는 각 기설정된 계측 시간 구간(Ti) 사이의 각 갭 구간(TG)의 농도 변화량을 샘플링할 수 있다.
이후, S140 단계에서, 계측부(200)는 각 갭 구간(TG)의 농도 변화량에 기초하여, 비료(1)에 대한 부숙도 적합 여부를 판정할 수 있다.
도 7은 도 3의 기체순환 이송부(300)의 순환 이송 동작 프로세스이다.
도 3, 도 6 및 도 7을 참조하면, 먼저, S210 단계에서, 기체순환 이송부(300)는 기설정된 계측 시간 구간(Ti)의 측정 시작 시간(T1)에, 기밀챔버(100)로부터 흡기부(310)와 유량 조절부(320)를 통해 계측부(200)로 기체 시료를 이송시킬 수 있다.
이후, 220 단계에서, 기체순환 이송부(300)는 기설정된 계측 시간 구간(Ti)의 측정 종료 시간(T2)에, 계측부(200)로부터 조절 밸브(340)와 배기부(330)를 통해 기밀챔버(100)로 기체 시료를 이송시킬 수 있다.
도 8은 본 출원의 다른 실시 예에 따른 부숙도 판정 장치(101)의 개략도이고, 도 9는 도 8의 복수의 기밀챔버들(100_1~100_N)을 구체적으로 보여주기 위한 도이며, 도 10은 도 8의 기체순환 이송부(300)에 대한 동작 예를 설명하기 위한 도이다.
도 8과 도 9를 참조하면, 부숙도 판정 장치(101)는 복수의 기밀챔버들(100_1~100_N), 계측부(200) 및 기체순환 이송부(300)를 포함할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 5에서 설명된 동일한 부재번호의 계측부(200) 및 기체순환 이송부(300)에 대한 중복된 설명은 생략될 것이다.
먼저, 복수의 기밀챔버들(100_1~100_N)은 각 비료(1_1~1_N)를 개별적으로 각각 수용하도록 형성될 수 있다. 이러한 각 기밀챔버(100_1~100_N)는 서로에 대해 기밀이 유지되도록 격리될 수 있다.
다음으로, 계측부(200)는 복수의 기밀챔버들(100_1~100_N)로부터 이격된 위치에 배치되고, 비료(1)에서 발생하는 기체 시료의 농도 정보를 측정할 수 있다.
다음으로, 기체순환 이송부(300)는 복수의 기밀챔버들(100_1~100_N)과 계측부(200)를 서로 연결할 수 있다. 구체적으로, 기체순환 이송부(300)의 흡기부(310)는 일측이 복수의 기밀챔버들(100_1~100_N)에 연결되고, 타측이 유량 조절부(320)에 연결될 수 있다. 또한, 기체순환 이송부(300)의 배기부(330)는 일측이 조절 밸브(340)에 연결되고 타측이 기밀챔버(100)에 연결될 수 있다.
실시예에 따른 기체순환 이송부(300)는 복수의 기밀챔버들(100_1~100_N) 중 어느 하나의 기밀챔버(100_1)와 계측부(200) 사이에 형성된 기체 순환로를 기설정된 계측 시간 구간(Ti) 마다 개폐시킬 수 있다.
이때, 계측부(200)는 어느 하나의 기밀챔버(100_1)로부터 기체 순환로를 통해 이송받는 기체 시료의 농도 정보를 계측 시간 구간(Ti)마다 측정하여 각 계측 시간 구간(Ti) 사이의 각 갭 구간(TG)의 농도 변화량을 샘플링할 수 있다.
그런 다음, 계측부(200)는 각 갭 구간(TG)의 농도 변화량에 기초하여, 어느 하나의 기밀챔버(100_1)에 수용된 해당 비료(1_1)에 대한 부숙도 적합 여부를 판정할 수 있다.
실시예에 따라, 기체순환 이송부(300)는 각 갭 구간(TG)에서, 나머지 기밀챔버(100_2~100_N)와 계측부(200) 사이에 형성된 각 기체 순환로를 순차적으로 개폐시킬 수 있다.
예를 들면, 도 10(a)에 도시된 바와 같이, 기체순환 이송부(300)는 제1 계측 시간 구간(Ti1)에, 복수의 기밀챔버들(100_1~100_N) 중 제1 기밀챔버(100_1)와 계측부(200) 사이에 형성된 기체 순환로를 개폐시킬 수 있다. 이때, 계측부(200)는 어느 하나의 기밀챔버(100_1)로부터 기체 순환로를 통해 이송되는 기체 시료의 농도 정보를 측정할 수 있다.
그런 다음, 기체순환 이송부(300)는 제1 기밀챔버(100_1)로부터 이송되는 기체 시료의 농도 변화량을 발생시키기 위한 제1 갭 구간(TG1) 동안 제1 기밀챔버(100_1)에 대한 방치 시간을 가질 수 있다.
도 10(b)에 도시된 바와 같이, 기체순환 이송부(300)는 제1 갭 구간(TG1)에 해당하는 제3 계측 시간 구간(Ti3)에, 나머지 기밀챔버(100_2~100_N) 중 제2 기밀챔버(100_2)와 계측부(200) 사이에 형성된 기체 순환로를 개폐시킬 수 있다. 이때, 계측부(200)는 제2 기밀챔버(100_2)로부터 기체 순환로를 통해 이송되는 기체 시료의 농도 정보를 측정할 수 있다.
또한, 도 10(c)에 도시된 바와 같이, 기체순환 이송부(300)는 제1 갭 구간(TG1) 및 제2 갭 구간(TG2)에 해당하는 제5 계측 시간 구간(Ti5)에, 나머지 기밀챔버(100_2~100_N) 중 제3 기밀챔버(100_3)와 계측부(200) 사이에 형성된 기체 순환로를 개폐시킬 수 있다. 이때, 계측부(200)는 제3 기밀챔버(100_3)로부터 기체 순환로를 통해 이송되는 기체 시료의 농도 정보를 측정할 수 있다.
이렇게, 계측부(200)는 각 갭 구간 (예컨대, TG1~ TG3)을 기준으로 이전 시간에 측정된 기체 시료의 농도 정보를 각 기체 시료의 초기 농도 정보로서 저장할 수 있다.
실시예에 따라, 기체순환 이송부(300)는 제1 갭 구간(TG1) 이후에, 어느 하나의 기밀챔버(100_1)와 계측부(200) 사이에 형성된 기체 순환로를 개폐시키고, 제2 갭 구간(TG2) 이후에, 제2 기밀챔버(100_2)와 계측부(200) 사이에 형성된 기체 순환로를 개폐시키며, 제3 갭 구간(TG3) 이후에, 제3 기밀챔버(100_3)와 계측부(200) 사이에 형성된 기체 순환로를 개폐시킬 수 있다.
이렇게, 계측부(200)는 각 갭 구간 (TG1~ TG3)을 기준으로 이후 시간에 측정된 기체 시료의 농도 정보를 각 기체 시료의 종료 농도 정보로서 저장할 수 있다.
즉, 기체순환 이송부(300)는 복수의 기밀챔버들(100_1~100_N)에 개별적으로 수용된 각 비료가 부숙되는 시간인 각 갭 구간(TG)에, 나머지 기밀챔버(100_2~100_N)와 계측부(200) 사이에 형성된 각 기체 순환로를 순차적으로 개폐시킴으로써, 복수의 비료들에 대한 부숙도 판정 시간을 획기적으로 단축시킬 수 있는 효과가 있다.
예를 들어, 비료의 방치 시간이 30분이고 센서 휴식 시간이 센서 노출 시간의 세배라고 가정하면, 종래의 센서는 30분의 갭 구간 동안 기체 농도를 센싱한 이후, 센서 오염을 회복하기 위한 센서 휴식 시간인 90분을 필요로 하여, 센서 피로도가 높아지고 센서가 해당 기밀챔버 내에 위치하여 갭 구간 동안 다른 기밀챔버의 비료에 대한 측정을 수행할 수 없는 반면, 본 출원의 계측부(200)는 계측 시간 구간이 1분인 경우, 기체 농도를 센싱한 이후, 센서 휴식 시간인 3분만을 필요로 하므로, 나머지 갭 구간 동안 나머지 기밀챔버에 수용된 비료들에 대해 측정을 수행할 수 있어서, 복수의 시료에 대한 측정 시간을 획기적으로 줄일 수 있다.
도 11은 도 8의 부숙도 판정 장치(101)에 대한 동작 프로세스이다.
도 8 내지 도 11을 참조하면, S310 단계에서, 복수의 기밀챔버들(100_1~100_N)은 챔버 내부에 수용된 각 비료의 중량을 측정할 수 있다. 예를 들면, 복수의 기밀챔버들(100_1~100_N) 내에 각 비료가 상온에서 일정시간 수용되고, 각 기밀챔버의 내부 온도가 일정 온도로 도달할 때, 복수의 기밀챔버들(100_1~100_N)은 각 비료의 중량을 측정할 수 있다.
그런 다음, S320 단계에서, 기체순환 이송부(300)는 복수의 기밀챔버들(100_1~100_N) 중 제1 기밀챔버(100_1)에 연결된 기체 순환로에 대한 클리닝 동작을 수행할 수 있다. 이때, 계측부(200) 내부의 농도는 대기 농도로 설정될 수 있다.
그런 다음, S330 단계에서, 계측부(200)는 제1 계측 시간 구간(Ti1)에 제1 기밀챔버(100_1)에서 이송되는 제1 기체 시료의 농도 정보를 측정하여, 제1 기체 시료에 대한 초기 농도 정보로서 저장할 수 있다.
이때, S340 단계에서, 기체순환 이송부(300)는 제1 계측 시간 구간(Ti1) 이후 일정 시간 내에 제1 기체 시료를 계측부(200)에서 제1 기밀챔버(100_1)에 이송하여 밀폐시키고, 제1 갭 구간(TG1) 동안 제1 기체 시료를 제1 기밀챔버(100_1)에 방치할 수 있다.
그런 다음, S350 단계에서, 제1 기체 시료가 방치될 때, 기체순환 이송부(300)는 복수의 기밀챔버들(100_1~100_N) 중 제2 기밀챔버(100_2)와 연결된 기체 순환로에 대한 클리닝 동작을 수행할 수 있다. 이때, 계측부(200) 내부의 농도는 대기 농도로 설정될 수 있다.
그런 다음, S360 단계에서, 계측부(200)는 제3 계측 시간 구간(Ti3)에 제2 기밀챔버(100_2)로부터 이송된 제2 기체 시료의 농도 정보를 측정하여, 제2 기체 시료에 대한 초기 농도 정보로서 저장할 수 있다.
그런 다음, S370 단계에서, 기체순환 이송부(300)는 제3 계측 시간 구간(Ti3) 이후 일정 시간 내에 제2 기체 시료를 계측부(200)에서 제2 기밀챔버(100_2)로 이송하여 밀폐시키고, 제2 갭 구간(TG2) 동안 제2 기체 시료를 제2 기밀챔버(100_2)에 방치할 수 있다.
이렇게, 계측부(200)와 기체순환 이송부(300)는 나머지 기밀챔버(100_3~100_N)에 대한 S320 내지 S340 단계 또는 S350 내지 S370 단계를 순차적으로 반복 수행함으로써, 각 기체 시료의 농도 정보를 측정하여 각 기체 시료에 대한 초기 농도 정보를 저장할 수 있다.
그런 다음, S380 단계에서, 기체순환 이송부(300)는 제1 기체 시료의 기설정된 방치 시간(TG1) 이후에, 제1 기밀챔버(100_1)에 연결된 기체 순환로에 대한 클리닝 동작을 재수행할 수 있다.
이때, S390 단계에서, 계측부(200)는 제2 계측 시간 구간(Ti2)에 제1 기밀챔버(100_1)에서 재이송되는 제1 기체 시료의 농도 정보를 측정하여 제1 기체 시료에 대한 종료 농도 정보로서 저장할 수 있다.
그런 다음, S400 단계에서, 기체순환 이송부(300)는 제2 기체 시료의 기설정된 방치 시간(TG2) 이후에, 제2 기밀챔버(100_2)에 연결된 기체 순환로에 대한 클리닝 동작을 재수행할 수 있다.
이후, S410 단계에서, 계측부(200)는 제4 계측 시간 구간(Ti4)에 제2 기밀챔버(100_2)에서 재이송되는 제2 기체 시료의 농도 정보를 측정하여 제2 기체 시료에 대한 종료 농도 정보로서 저장할 수 있다.
이렇게, 계측부(200)와 기체순환 이송부(300)는 나머지 기밀챔버(100_3~100_N)에 대한 S380 내지 S390 단계 또는 S400 내지 S410 단계를 순차적으로 반복 수행함으로써, 나머지 기체 시료에 대한 종료 농도 정보를 저장할 수 있다.
즉, 복수의 기밀챔버들(100_1~100_N)은 S380 단계에서, 해당 각 갭 구간(TG1~TGN) 이후에, 각 기밀 챔버에 연결된 기체 순환로에 대한 클리닝 동작을 순차적으로 재수행하고, 계측부(200)는 해당 각 계측 시간 구간(예컨대, Ti2, Ti4, Ti6, …)에 복수의 기밀챔버들(100_1~100_N)로부터 이송된 각 기체 시료의 농도 정보를 순차적으로 측정하여 각 기체 시료에 대한 종료 농도 정보로서 순차적으로 저장할 수 있다.
본 출원은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 출원의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 부숙도 판정 장치
100: 기밀챔버
200: 계측부
300: 기체순환 이송부

Claims (18)

  1. 비료를 수용하는 기밀챔버;
    상기 기밀챔버로부터 이격된 위치에 배치되고, 상기 비료에서 발생하는 기체 시료의 농도 정보를 기설정된 계측 시간 구간마다 측정하는 계측부; 및
    상기 기밀챔버와 상기 계측부 사이에 형성된 기체 순환로를 상기 기설정된 계측 시간 구간마다 개폐하여, 상기 기체 시료를 상기 기밀챔버로부터 상기 계측부를 통해 상기 기밀챔버로 순환 이송시키는 기체순환 이송부를 포함하는, 부숙도 판정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기설정된 계측 시간 구간은 상기 농도 정보를 측정하지 않는 갭 구간보다 일정 시간 이상 작고,
    상기 갭 구간은 각 계측 시간 구간 사이에 위치하고, 상기 기체 시료의 농도 변화량을 발생시키기 위한 방치 시간을 의미하는, 부숙도 판정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기체 시료의 농도 정보는 이산화탄소 농도 정보, 암모니아 농도 정보 및 산소 농도 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 부숙도 판정 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 기밀챔버에 이격된 위치에 배치되는 적어도 하나의 나머지 기밀챔버를 더 포함하고,
    상기 기체순환 이송부는 각 갭 구간에, 나머지 기밀챔버와 상기 계측부 사이에 형성된 각 기체 순환로를 순차적으로 개폐시키는, 부숙도 판정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기체순환 이송부는 상기 기설정된 계측 시간 구간의 측정 시작 시간에, 상기 기체 순환로를 개방시키고,
    상기 기설정된 계측 시간 구간의 측정 종료 시간에 상기 기체 순환로를 폐쇄시키는 부숙도 판정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기체순환 이송부는 일측이 상기 기밀챔버에 연결되고, 상기 기체 시료를 상기 기밀챔버로부터 타측으로 흡기하도록 형성된 흡기부;
    상기 흡기부를 통해 흡기되는 기체량을 조절하는 유량 조절부;
    타측이 상기 기밀챔버에 연결되고, 상기 기체 시료를 일측으로부터 상기 기밀챔버로 배기하도록 형성된 배기부; 및
    상기 유량 조절부와 상기 배기부 사이에 배치되고, 상기 계측부로부터 상기 배기부로 배기되는 기체량을 조절하는 조절 밸브를 포함하는, 부숙도 판정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 기체순환 이송부는 상기 기설정된 계측 시간 구간과 상기 갭 구간에 기초하여, 상기 흡기부, 상기 배기부, 상기 유량 조절부 및 상기 조절 밸브 중 적어도 하나를 자동으로 제어하는 순환 자동 제어부를 더 포함하는, 부숙도 판정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 계측부는 상기 기밀챔버로부터 이송되는 상기 기체 시료를 수용하도록 형성된 서브 챔버부;
    상기 기체 시료가 상기 서브 챔버부에 수용됨에 따라, 암모니아 농도와 이산화탄소 농도를 측정하는 농도 센서부; 및
    상기 기설정된 계측 시간 구간마다 측정되는 상기 암모니아 농도와 이산화탄소 농도를 누적하여 각 갭 구간의 농도 변화량으로 샘플링하는 컨트롤러부를 포함하는, 부숙도 판정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 컨트롤러부는 상기 각 갭 구간의 농도 변화량에 따라 다음의 계산식(1)을 통해 산출되는 기체 발생 속도에 기초하여, 상기 비료에 대한 부숙도 적합 여부를 판정하고,
    여기서, 계산식(1)은 ((A-B)×C)/(D×E)이고,
    이때, A는 제1 계측 시간 구간에서의 농도 정보, B는 제2 계측 시간 구간에서의 농도 정보, C는 상기 기밀챔버의 부피, D는 상기 비료의 중량 및 E는 상기 갭 구간인, 부숙도 판정 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 농도 센서부는 상기 암모니아 농도와 상기 이산화탄소 농도를 동시에 측정하는 미드-적외선 기반의 CCD 스펙트럼미터를 이용하는, 부숙도 판정 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 농도 센서부는 상기 암모니아 농도를 전기 화학 방식으로 측정하는 암모니아 센서와 상기 이산화탄소 농도를 ND-IR 방식으로 측정하는 NDIR 분석기를 이용하는, 부숙도 판정 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 기밀챔버는 상기 비료를 수용할 수 있도록 상부가 개구된 챔버 몸체;
    상기 챔버 몸체의 상부를 덮도록 형성되고, 비료가 수용된 수용 공간에 대한 기밀을 유지시키는 챔버 헤드;
    상기 챔버 헤드에 배치되고, 상기 수용 공간의 내부 온도를 측정하는 온도 센서; 및
    상기 수용 공간으로부터 상기 계측부로 기체 확산을 지원하고, 공기 가열과 냉각을 통해 상기 수용 공간의 내부 온도를 기설정된 온도로 일정하게 유지시키는 항온 장치를 포함하고,
    상기 챔버 헤드는 상기 기체 순환로를 형성하기 위한 적어도 두개의 관통홀 이 형성된, 부숙도 판정 장치.
  13. 부숙도 판정 장치의 동작 방법으로서,
    기체순환 이송부가 기설정된 계측 시간 구간마다 기밀챔버와 계측부 사이에 형성된 기체 순환로를 개폐시키는 단계;
    상기 계측부가 상기 기설정된 계측 시간 구간마다 각 기체 시료의 농도 정보를 측정하는 단계;
    상기 계측부가 상기 각 기체 시료의 농도 정보가 적어도 둘 이상 누적된 경우, 기설정된 계측 시간 구간 사이의 갭 구간의 농도 변화량을 샘플링하는 단계; 및
    상기 계측부가 상기 각 갭 구간의 농도 변화량에 기초하여, 비료에 대한 부숙도 적합 여부를 판정하는 단계를 포함하는, 부숙도 판정 장치의 동작 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 기체 순환로를 개폐시키는 단계는 상기 기체순환 이송부가 상기 각 계측 시간 구간의 측정 시작 시간에, 상기 기밀챔버로부터 흡기부와 유량 조절부를 통해 상기 계측부로 상기 기체 시료를 이송시키는 단계; 및
    상기 기체순환 이송부가 상기 각 계측 시간 구간의 측정 종료 시간에, 상기 기밀챔버로부터 조절 밸브와 배기부를 통해 상기 기밀챔버로 상기 기체 시료를 이송시키는 단계를 포함하는, 부숙도 판정 장치의 동작 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 각 계측 시간 구간은 상기 각 갭 구간보다 일정 시간 이상 작은, 부숙도 판정 장치의 동작 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 기체 시료의 농도 정보는 이산화탄소 농도 정보, 암모니아 농도 정보 및 산소 농도 정보 중 적어도 하나를 포함하는, 부숙도 판정 장치의 동작 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 기체순환 이송부가 상기 기체 순환로를 개폐시키기 이전에, 상기 기밀챔버에 연결된 기체 순환로의 오염 세척을 위한 클리닝 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는, 부숙도 판정 장치의 동작 방법.
  18. 각 비료를 개별적으로 각각 수용하고, 서로에 대해 기밀이 유지되도록 형성된 복수의 기밀챔버들;
    상기 비료에서 발생하는 기체 시료의 농도 정보를 분광 분석 방식으로 측정하도록 복수의 기밀챔버들로부터 일정 거리 이격된 위치에 배치된 계측부; 및
    상기 복수의 기밀챔버들 중 어느 하나의 기밀챔버와 상기 계측부 사이에 형성된 기체 순환로를 기설정된 계측 시간 구간 마다 개폐시키는 기체순환 이송부를 포함하고,
    상기 계측부는 각 계측 시간 구간 사이의 각 갭 구간의 농도 변화량에 기초하여, 상기 어느 하나의 기밀챔버에 수용된 해당 비료에 대한 부숙도 적합 여부를 판정하고,
    상기 기체순환 이송부는 상기 각 갭 구간에, 나머지 기밀챔버와 상기 계측부 사이에 형성된 각 기체 순환로를 순차적으로 개폐시키는, 부숙도 판정 장치.


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