KR102450860B1 - 작물 생육을 위한 양액 공급 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 작물 생육을 위한 양액 공급 장치에 관한 것으로, 이는 작물 생장을 위한 토양 또는 양액을 수용하는 베드; 플라즈마 버블을 생성 및 공급하는 플라즈마 살균 장치; 원수에 적어도 하나의 영양제를 혼입하여 양액을 제조 및 공급하는 양액 제조 장치; 및 상기 양액에 상기 베드의 배출수를 혼합시킨 후 상기 플라즈마 버블을 통해 살균 처리하여, 상기 베드에 공급하는 제1 탱크를 포함하는 작물 생육을 위한 양액 공급 장치를 제공한다.
Description
본 발명은 작물 생육을 위한 양액을 생성 및 공급하는 장치에 관한 것으로, 특히 플라즈마 살균 장치를 이용하여 양액을 지속적으로 반복 재사용할 수 있도록 하는 작물 생육을 위한 양액 공급 장치에 관한 것이다.
작물 공장 시스템은 인공광원을 이용하여 외부 조건의 영향을 받지 않고 작물을 재배할 수 있는 것으로, 지리적 입지에 상관없이 작물을 재배할 수 있으며, 내부 환경을 정밀하게 조절할 수 있어 재배 작물의 생산성을 높이며, 품질을 향상시킬 수 있으며, 연중 생산이 가능한 장점을 가진다.
작물 공장은 주로 수경 재배 환경을 통해 작물을 생장시키는 데, 이를 위해서는 작물공장의 환경조절 및 양액 공급의 최적화가 선행되어야 한다.
이에 수경재배를 위한 농업용수 및 양액을 대상으로 폐액 처리 및 재사용을 위한 다양한 기술들에 제안 및 개발되고 있으며, 대표적인 예로 UV, 제올라이트, 활성탄, 광촉매, Ultrafiltration 기술이 존재한다.
UV는 간단한 설비로서 순환식 수경재배에 가장 많이 적용되는 기술로 살균제로 쓰이는 peracetic acid 또는 광촉매, 오존 등 다양한 기술과 복합적으로 적용 가능하다. 그러나 자외선 살균의 경우 미생물의 파괴가 아닌 불활성화의 특성에 따라 조사 후 특정 범위의 파장의 빛에 노출되는 경우 광회복ㅇ재활화가 되어 조사에 의한 손상이 회복될 수 있고, 에너지 소비량이 높으며 추가적으로 화학제가 첨가될 경우 운영비가 증가하는 단점을 가진다.
활성탄 및 제올라이트, 모래여과는 필터효과를 통해 폐양액 내 유기오염물질을 정화함. 폐양액 내 축적된 유기산의 처리에 적용된 연구 사례가 있으나 균 제거를 목적으로 적용시키기에는 한계가 존재하며, 또한 이러한 여과재를 배양시스템에 적용할 경우 관리가 어렵고 복잡하며 시공경비 및 유지관리비가 높은 단점을 가진다.
한편, 폐양액의 재이용에 적용된 기술 중 UV와 함께 Ultrafiltration(UF) 기술의 연구가 다수 존재한다. UF는 많은 연구를 통해 작물 배양 실험에 적용되며 작물에 해로운 특정 병원균 및 대장균 등의 제거 성능이 높고 다른 유기물의 제거효율 또한 높은 것으로 입증되었다. 그러나 이 또한, 처리 대상 폐양액에 고농도의 유기물 존재 시 막 파울링(fouling)에 의해 효율이 급격히 떨어질 수 있으며 필터 교체 및 설비비에 따른 고비용이 소비되는 단점을 가진다.
이에 본 발명에서는 플라즈마 살균 장치를 이용하여 지속 가능한 양액 순환 시스템을 구축할 수 있도록 하는 작물 생육을 위한 양액 공급 장치를 제공하고자 한다.
또한 바이오 블록, 마이크로 버블, 수소수 처리 장치 등을 추가적으로 이용하여, 양액의 살균 효과를 더욱 증대함과 동시에 작물 생육 환경도 개선할 수 있도록 하는 작물 생육을 위한 양액 공급 장치도 제공하고자 한다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 작물 생장을 위한 토양 또는 양액을 수용하는 베드; 플라즈마 버블을 생성 및 공급하는 플라즈마 살균 장치; 원수에 적어도 하나의 영양제를 혼입하여 양액을 제조 및 공급하는 양액 제조 장치; 및 상기 양액에 상기 베드의 배출수를 혼합시킨 후 상기 플라즈마 버블을 통해 살균 처리하여, 상기 베드에 공급하는 제1 탱크를 포함하는 작물 생육을 위한 양액 공급 장치를 제공한다.
상기 양액 공급 장치는 상기 베드에 삽입되어, 작물 발하 및 생육 촉진을 위한 다수개의 바이오블럭을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 양액 공급 장치는 마이크로 버블을 생성 및 공급하는 마이크로 버블 공급기; 상기 양액을 상기 플라즈마 버블을 통해 살균 처리하되, 양액 공급시에는 상기 마이크로 버블을 통한 세정 및 살균 처리를 다시 한번 더 진행한 후 상기 베드에 공급하는 제2 탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 양액 공급 장치는 수소수를 생성하여 상기 양액 공급 장치에 공급하는 수소수 처리 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
마지막으로, 작물 생육 환경을 제어함과 동시에 상기 작물 생육 환경에 따른 작물 생육 상태를 추적 모니터링함으로써, 작물 각각의 최적 작물 생육 환경을 유추 및 통보하는 모니터링 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 플라즈마 살균 장치를 이용한 살균 동작을 통해 양액을 지속적으로 반복 재사용할 수 있도록 한다.
또한 바이오 블록, 마이크로 버블, 수소수 처리 장치 등을 추가적으로 이용하여, 양액의 살균 효과를 더욱 증대함과 동시에 작물 생육 환경도 보다 효과적으로 개선할 수 있도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 작물 생육을 위한 양액 공급 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 작물 생육을 위한 양액 공급 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 작물 생육을 위한 양액 공급 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 작물 생육을 위한 양액 공급 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 작물 생육을 위한 양액 공급 장치를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 살펴보기로 한다.
다만, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 용어가 동일하더라도 표시하는 부분이 상이하면 도면 부호가 일치하지 않음을 미리 말해두는 바이다.
그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 설정된 용어들로서 이는 실험자 및 측정자와 같은 의료진의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.
다르게 정의되지 않는 하, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 작물 생육을 위한 양액 공급 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 양액 공급 장치는 베드(100), 바이오 블록(150), 양액 제조 장치(200), 플라즈마 살균 장치(300), 탱크(400), 및 모니터링 장치(500) 등을 포함한다.
베드(100)는 작물 생장을 위한 양액을 수행하며, 작물 생장에 사용되는 남는 물, 즉 배출수를 다시 탱크(400)로 재공급할 수 있도록 한다. 더하여, 베드(100)는 작물 생장을 위한 토양을 수행할 수도 있으며, 이러한 경우에는 배출수 배출 동작을 별도로 수행하지 않을 수도 있도록 한다.
바이오 블록(150)은 황토, 게르마늄, 맥반석, 일라이트, 미네랄, 토르마린, 미네랄수소(H2) 환원 ORP 등과 같은 자연 순환에너지 소재로 제조되며, 작물 발하 및 생육을 촉진하는 방사에너지를 발생한다. 이때, 방사 에너지는 0.926㎛ 정도인 것이 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.
즉, 본 발명에서는 바이오 블록(150)의 항산화 기능, 촉매적 기능, 항균, 온습도 제어, 생리활성화 등의 특성을 통해 대상 작물의 생육 촉진 및 유효성분 증가를 도모하고자 한다. 또한 바이오 블록 내에서 발생되는 음이온 및 방사에너지를 통한 마이크로 버블 효과를 극대화하며, 이를 통한 살균력/성장촉진/폐수경의 오염방지 등의 기능도 확보할 수 있도록 한다. 특히, pH 변화 및 ORP 환원 특성, 용존산소 증가 공정을 통한 친환경적 In house 생육환경을 제어하며 융합된 단위공정 및 시스템을 상용화를 구축할 수도 있도록 한다.
양액 제조 장치(200)는 원수에 적어도 하나의 영양제를 혼입하여 양액을 제조 및 공급하며, 이때의 양액 제조 조건은 작물의 종류, 작물 생육 구간, 작물 상태 등을 고려하여 다양하게 설정 또는 조정 가능하다.
플라즈마 살균 장치(300)는 플라즈마 버블, 특히 저온 플라즈마 버블을 생성 및 공급한다. 이때 플라즈마 버블은 라디칼, 활성전자 등 활성종을 생성시킨 후 폐수와 반응시켜, 위해성 물질을 활발하게 산화시키는 역할을 하며, 그 결과 생태 독성 및 난분해성물질 등 위해성을 저감시킬 수 있게 된다. 이때, 플라즈마 생산 에너지는 0.3kW 정도이며, 24시간 풀가동되는 것이 가장 바람직하나 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
탱크(400)는 양액 제조 장치(200)로부터 공급되는 양액과 베드(100)의 배출수를 혼합시킨 후, 플라즈마 살균 장치(300)의 플라즈마 버블을 통해 살균 처리하여 베드(100)에 공급하도록 한다.
이때, 양액과 배출수의 혼합 비율은 기 설정된 제어 조건 또는 사용자의 수동 개입하에 수시 조정될 수 있으며, 이에 기반하여 양액 제조 장치(200)의 출력 밸브(210)와 베드(100)의 출력 밸브(110)의 개폐량을 종속 제어할 수 있음을 물론 당연하다.
모니터링 장치(500)는 양액 제조 장치(200) 및 플라즈마 살균 장치(300)를 통해 작물 생장 조건을 전반적으로 조정한다. 그리고 베드(100)를 향하도록 설치된 카메라(510)를 통해 생육되는 작물을 촬영한 후, 이를 기 설정된 영상 분석 조건에 따라 영상 분석하여 작물 생육 상태를 확인 및 통보하도록 한다.
즉, 작물 생장 조건을 전반적으로 조정하면서, 작물 생육 환경에 따른 작물 생육 상태를 추적 모니터링함으로써, 대상 작물의 최적 작물 생육 환경을 유추 및 통보하도록 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 작물 생육을 위한 양액 공급 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 양액 공급 장치는 베드(100), 바이오 블록(150), 양액 제조 장치(200), 플라즈마 살균 장치(300), 탱크(400), 모니터링 장치(500) 이외에 원수 대신에 수소수를 생성하여 양액 제조 장치(200)에 추가 공급하는 수소수 처리 장치(600)를 더 포함할 수 있다.
수소수 처리 장치(600)는 양극과 음극을 배치한 후 양극과 음극을 통해 전기를 흘려 H2O인 물을 도 3과 같이 분해함으로써, 음극에는 칼슘, 마그네슘, 칼륨, 나트륨 등의 양이온과 양극에는 염산, 황산, 질산 등의 음이온을 발생하기 위한 원리로 음극 측 양이온이 생성되는 수소수를 생성한다. 이러한 수소수는 대상 작물의 대상 지표 유효물질 농축과 수확 후 선도 유지가 가능하도록 한다.
이에 양액 제조 장치(200)는 원수 대신에 수소수 기반으로 양액을 생성 및 공급할 수 있게 되고, 그 결과 작물 생육 환경은 더욱 개선되어 진다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 작물 생육을 위한 양액 공급 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 양액 공급 장치는 베드(100), 양액 제조 장치(200), 플라즈마 살균 장치(300), 탱크(400), 모니터링 장치(500), 및 마이크로 버블 장치(700) 등을 포함할 수 있다.
마이크로 버블 장치(700)는 직경이 0.05mm 이하의 마이크로 버블을 생성하고, 이를 이용하여 살균, 유해물질 분해, 색도 제거 작업을 추가적으로 수행한다.
마이크로 버블은 매우 작지만, 기포의 부상 속도가 매우 느려서 수중 체류 시간이 길며 수중 산소 전달율이 매우 높은 특징이 있다. 또한 기포간의 반발력으로 물 속에서 넓은 지역으로 확산되는 특징을 가진다. 이에 수중 오염물질(+)을 음전하(-) 성질의 마이크로 버블이 부착하여, 수면위로 천천히 부상시키고, 표면의 음전하(-)는 오염물질(통상 양전하)를 분리시킨다. 마이크로 버블은 수면 위로 서서히 상승하며 물속으로 용해되여, 수중 유해물질 분해, 호기성 미생물 성장 증대 등과 같은 작용을 하게 된다.
다만, 마이크로 버블은 한정된 시간 동안 선택적으로 구동되도록 한다. 즉, 탱크가 양액 공급하는 동안, 또는 양액 공급 직전부터 양액 공급 완료시까지만 구동되는 것이 바람직하다. 이는 마이크로 버블 생성 과정에 의해 양액 온도가 비정상적으로 증가할 수 있기 때문이다.
도 4의 양액 공급 장치는 또한 바이오 블록(150) 및 수소수 처리 장치(600)를 선택적으로 구비할 수 있음은 물론 당연하다.
한편, 도 1 및 도 2의 양액 공급 장치는 양액 기반으로 작물 생장을 지원하는 베드(100)에 적용되는 것이, 도 4의 양액 공급 장치는 토양 기반으로 작물 생장을 지원하는 베드(100)에 적용되는 것이 더욱 바람직하나, 이에 한정되지는 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Claims (5)
- 작물 생장을 위한 토양 또는 양액을 수용하는 베드;
플라즈마 버블을 생성 및 공급하는 플라즈마 살균 장치;
마이크로 버블을 생성 및 공급하는 마이크로 버블 공급기;원수에 적어도 하나의 영양제를 혼입하여 양액을 제조 및 공급하는 양액 제조 장치;
양액 미공급시에는 상기 양액에 상기 베드의 배출수를 혼합시킨 후 상기 플라즈마 버블을 통해 살균 처리하되, 양액 미공급 시에는 상기 마이크로버블을 통한 세정 및 살균처리를 다시 한번 더 진행한 후, 상기 베드에 공급하는 탱크; 및
작물 생육 환경을 제어함과 동시에 상기 작물 생육 환경에 따른 작물 생육 상태를 영상 기반으로 추적 모니터링함으로써, 작물 각각의 최 작물 생육 환경을 유추 및 통보하는 모니터링 장치를 포함하는 작물 생육을 위한 양액 공급 장치. - 제1항에 있어서,
상기 베드에 삽입되어, 작물 발하 및 생육 촉진을 위한 다수개의 바이오블럭을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 작물 생육을 위한 양액 공급 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
수소수를 생성하여 상기 양액 공급 장치에 공급하는 수소수 처리 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 작물 생육을 위한 양액 공급 장치. - 삭제
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