KR102574699B1 - 아쿠아포닉스 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 물고기를 양식하고, 물고기의 배설물을 이용하여 작물을 재배하는 아쿠아포닉스 장치에 대하여 개시한다. 본 발명의 아쿠아포닉스 장치는, 수조와 기포발생기를 포함하는 어류 양식부(100)와, 식물보관용기를 포함하는 식물 재배부(500)와, 식물 재배부를 지지하는 지지부(400)와, 수조에서 식물재배부로 연결되는 공급 배관부(200)와, 회수조로 유출되는 바이패스부(300) 및 회수 배관부(600)와, 제어부(800)를 포함한다. 제어부는 근접센서의 신호로부터 지지부의 분리 여부를 판단하고, 식물 재배부가 분리된 경우 펌프의 가동시간을 감소시켜 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.

Description

아쿠아포닉스 장치{AQUAPONICS APPARATUS}
본 발명은 아쿠아포닉스 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 어류 양식부와 재배부를 쉽게 분리할 수 있고, 물의 순환을 효율적으로 설계하여, 에너지 절감과 유지보수가 용이한 아쿠아포닉스 장치에 관한 것이다.
아쿠아포닉스란 양어(Aquaculture)와 수경재배(Hydroponics)의 합성어로, 수조에서는 물고기를 키우고 그 물을 이용하여 수경으로 상추, 난, 산세베리아 등의 식물을 재배하는 방법을 의미한다.
일반적인 수경재배의 경우에는 물에 영양을 공급하기 위해 인공 비료나 물에 반응하여 분해되는 유기비료를 사용하는데, 아쿠아포닉스 시스템에서는 어류가 배출한 물질들을 양분으로 식물에게 영양을 공급해준다. 이러한 아쿠아포닉스 시스템을 사용하는 경우, 물고기가 자라는 수조에서 어류가 배출한 물질을 효율적으로 정화할 수 있고, 수경재배하는 식물에는 공급할 영양분을 줄일 수 있어서 자원 순환하여 이용하는 효율적인 시스템이다.
아쿠아포닉스 시스템의 작동 원리는 다음의 과정을 거쳐서 이루어진다. 우선, 수조에서는 물고기가 먹이를 먹고 배설한 배출물로 인해 물이 암모니아(NH3) 성분이 된다. 암모니아(NH3) 성분이 된 물을 미생물을 이용하여 질산(NO3) 성분으로 변화시킨다. 질산(NO3) 성분이 된 물은 식물로 투입되면, 식물은 질산염을 흡수하고, 그 결과 물이 정화되고, 정화된 물은 다시 물고기에게 투입된다.
아쿠아포닉스 시스템은 물 사용량을 90%이상 줄일 수 있고, 물고기와 식물을 동시에 키울 수 있으며, 비료를 구입량을 줄일 수 있고, 연중 재배가 가능하며, 물고기는 높은 양식 밀도가 가능하고 식물의 성장은 2배 이상 빠르며, 재배면적을 75%이상 줄일 수 있는 장점이 있다.
아쿠아포닉스 시스템의 단점을 살펴보면, 전기가 필요하고, 물고기와 식물이 사는 최적의 조건을 동시에 만족시키기 어려우며, 물고기와 식물의 필요성분이 항상 완벽하게 일치하지 않아서, 아쿠아포닉스만으로 완벽한 영양분을 제공하지 못하고 외부에서 추가 영양분 공급이 필요하다는 점 등이 있다.
아쿠아포닉스 시스템은 기본적으로 어류의 양식과 작물의 수경재배를 위한 것이므로, 종래의 아쿠아포닉스 시스템은 대규모로 이루어지는 것이 일반적이었다. 최근에는 개인들도 관상용 및 취미용 수경재배가 증가하여 가정에서 운영할 수 있는 소규모 아쿠아포닉스 시스템에 대한 관심과 연구가 증가하고 있다.
가정용 아쿠아포닉스 시스템은 물의 흐름을 위해 전기를 사용하여야 하므로 효율적인 에너지 관리가 필요하고, 사용자가 집을 비워도 자동적으로 관리가 될 수 있으며, 저렴하고 유지관리가 용이한 시스템이 필요하다.
등록특허공보 제10-1726034호 “소형 아쿠아포닉스 시스템”(2017년04월05일 등록)에서는 느린 유입속도로 양액이 공급되더라도 정상적으로 작동하는 특수한 구조를 가지는 아쿠아포닉 사이펀을 개발하여 소형 아쿠아포닉스 시스템에 적용하는 발명을 개시한다. 아쿠아포닉스 시스템은 식물재배부와 어류양식부와 양액 유로 및 식물재배부의 양액을 어류양식부에 이동시키는 아쿠아포닉 사이펀 장치를 포함하며, 아쿠아포닉 사이펀 장치는 사이펀 및 양액배출부로 이루어지고, 양액배출부 하단부에 공기유입조절바와 고무패킹을 포함하는 배수조절장치를 포함한다.
등록특허공보 제10-2043640호 “아쿠아포닉스 재배장치”(2019년11월06일 등록)에서는 용존산소량을 늘리고 투입수의 염소를 효과적으로 제거하며, 작물의 뿌리 주변에 공기의 흐름을 만들어 뿌리의 노폐물을 제거하고 호흡이 용이하게 하며, 뿌리에 분무되는 물방울이 뿌리를 손상하지 않도록 하며, 양어가 서식하는 수조에 녹조가 발생하지 않도록 하는 아쿠아포닉스 재배장치를 개시한다. 이를 위해 이젝터와, 하우징의 환형공간과, 하우징 내의 필터부의 카트리지필터의 여과공과, 카본필터와, LED와, 바닥면에 설치된 노즐과, 배구수를 포함한다.
등록특허공보 제10-2144282호 “아쿠아포닉스 장치 및 아쿠아포닉스 장치의 구동 방법”(2020년08월07일 등록)에서는 학습자의 수준에 따라 난이도가 다른 아두이노 모듈을 활용하도록 하여 아쿠아포닉스 식물을 보다 용이하고 효과적으로 재배 및 관리할 수 있는 아쿠아포닉스 장치를 개시한다. 아쿠아포닉스 장치는 아쿠아포닉스 용기, 급수 모듈, 먹이 급여 모듈, 통신부, 사용자의 학습수준을 판단하는 수준 판단부, 제어부 및 제어부의 연결 포트를 제어하는 인터페이스부를 포함한다.
등록특허공보 제10-1726034호 “소형 아쿠아포닉스 시스템”(2017년04월05일 등록) 등록특허공보 제10-2043640호 “아쿠아포닉스 재배장치”(2019년11월06일 등록) 등록특허공보 제10-2144282호 “아쿠아포닉스 장치 및 아쿠아포닉스 장치의 구동 방법”(2020년08월07일 등록)
본 발명의 목적은, 어류 양식부와 식물 재배부를 효율적으로 활용할 수 있는 아쿠아포닉스 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 통상적인 부품을 사용하여 저렴하면서도 기능이 우수한 아쿠아포닉스 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 에너지를 효율적으로 사용하고 유지보수가 용이한 아쿠아포닉스 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 이루기 위한 하나의 양태에 따르면, 물고기를 양식하고 물고기의 배설물을 이용하여 작물을 재배하는 아쿠아포닉스 장치에 있어서, 중앙 하부에 배수구(190)를 구비하는 물고기가 서식하는 공간인 수조(110)와, 기포발생기를 포함하는 어류 양식부(100); 상기 수조의 물고기 배설물을 공급받아 재배할 수 있는 식물을 보관하는 식물보관용기(550)를 포함하는 식물 재배부(500); 상기 수조가 놓이는 하부판(410)과, 상기 하부판과 분리가능하게 결합되어 상기 식물 재배부를 지지하는 좌우 측면판(430)을 포함하는 지지부(400); 상기 수조의 온도를 측정하는 온도센서, 상기 수조의 pH를 측정하는 pH센서, 상기 수조의 수위를 측정하는 수위센서, 상기 좌우 측면판의 분리여부를 측정하는 근접센서를 포함하는 계측부(700); 상기 배수구에 연결되는 펌프(210)와, 상기 펌프로부터 상기 식물 재배부로 향하는 공급 배관(250)과, 입구가 상기 공급 배관에 연결되고 출구 중 한쪽은 상기 식물 재배부에 연결되는 Y형 연결관(270)과, 상기 Y형 연결관과 상기 식물 재배부 사이에 위치하는 밸브(290)를 포함하는 공급 배관부(200); 상기 식물 재배부에서 상기 수조를 향하는 회수 배관(650)을 구비하는 회수 배관부(600); 상기 Y형 연결관의 출구 중 한쪽과 연결되어 유입되는 유량을 조절하는 유량조절 밸브(310)와, 유입되는 물을 상기 수조로 흘려보내는 바이패스 배관(350)을 구비하는 바이패스부(300); 상기 계측부로부터 신호를 수신하여, 상기 펌프의 동작을 제어하는 제어부(800); 및 상기 펌프, 계측부 및 제어부에 전원을 공급하는 전원부(900);를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 근접센서의 신호로부터 상기 좌우 측면판의 분리 여부를 판단하여, 상기 식물 재배부가 분리된 경우 상기 펌프의 가동시간을 감소시킨다.
상기 바이패스부는, 상기 펌프에 의해 상승된 물의 낙차를 이용하여 발전하는 발전기(390);를 더 포함할 수 있고, 상기 전원부는 상기 발전기의 전력을 저장하는 배터리;를 포함할 수 있다.
상기 지지부는, 경첩(470)과, 상기 경첩에 의해 회동가능하게 부착되는 LED램프를 구비하는 LED조명부(450);를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는, 상기 근접센서로부터 상기 좌우 측면판의 분리 여부를 판단하여, 상기 식물 재배부가 결합된 경우에만 상기 LED램프를 켤 수 있다.
상기 식물보관용기는, 원통형 파이프 형상이며, 상부에 식물을 보관하는 식물보관개구부(570); 및 내부의 상기 공급 배관과 결합하는 부위에 암모니아 성분을 질산염 성분으로 바꾸는 여과기;를 포함할 수 있다.
상기 식물 재배부는, 복수의 식물보관용기를 계단형으로 배치하되, 각 식물보관용기는 좌우측 중 어느 한쪽으로 경사지도록 배치할 수 있다.
상기 어류 양식부는, 스텝모터를 구비하는 자동 먹이급여기; 및 상기 수조와 연결되고 물을 저장하는 보조탱크;를 더 포함할 수 있고, 상기 제어부는, 일정 시간 간격으로 상기 스텝모터를 가동하여 물고기의 먹이를 상기 수조로 공급하고, 상기 수위센서에서 물이 부족한 것으로 판단되면 상기 보조탱크의 물을 상기 수조에 공급할 수 있다.
상기 아쿠아포닉스 장치는, 통신부(850);를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 온도센서와 pH센서에서 측정한 값이 미리 설정한 범위를 벗어나는 경우, 상기 통신부를 통하여 사용자 단말에 알림을 송신할 수 있다.
본 발명에 따른 아쿠아포닉스 장치는, 분리 결합을 쉽게 할 수 있어서 어류 양식부와 식물 재배부를 효율적으로 활용할 수 있다.
본 발명에 따른 아쿠아포닉스 장치는, 통상의 부품을 사용하여 장치를 저가로 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 아쿠아포닉스 장치는, 물의 순환을 효율적으로 설계하여 에너지를 절감하고 유지보수를 용이하게 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치의 구성을 실제 구현한 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치의 전체적인 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치의 수로의 구성을 나타내는 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치의 식물 재배부를 분리한 모습을 나타내는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치의 좌우 측면판의 세부 구성을 나타내는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치의 구동방법을 나타내는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치를 제어하는 사용자 단말의 화면배치를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면들 및 후술되어 있는 내용을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되어지는 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급되지 않는 한 복수형도 포함된다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자가 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치는 물고기를 양식하고, 물고기의 배설물을 이용하여 작물을 재배한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치의 개략적인 구성을 나타내는 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치는 어류 양식부(100), 공급 배관부(200), 바이패스부(300), 지지부(400), 식물 재배부(500), 회수 배관부(600), 계측부(700), 제어부(800), 통신부(850), 전원부(900)를 포함한다.
어류 양식부(100)의 물은 공급 배관부(200)를 통해서 식물 재배부(500)로 공급된다. 공급 배관부(200)를 통해 이동하는 물 중 일부는 바이패스부(300)를 통해서 어류 양식부(100)으로 돌아온다. 식물 재배부(500)를 통과한 물은 회수 배관부(600)를 통해서 다시 어류 양식부(100)로 회수된다.
식물 재배부(500)는 지지부(400)에 의해서 지지되며, 지지부(400)에는 LED조명부(450)가 부착되어 식물 재배부(500)로 LED램프의 빛을 조사할 수 있다.
어류 양식부(100)는 각종 계측기를 구비한 계측부(700)에 의해서 상태가 점검된다. 계측부(700)에서 계측된 결과는 제어부(800)로 전달되고, 제어부(800)는 어류 양식부에서 식물 재배부로의 물의 흐름을 제어할 수 있다. 계측부(700)의 데이터에 이상이 발생한 경우 제어부(800)는 통신부(850)를 통해서 사용자 단말(미도시)로 신호를 송신할 수 있다. 전원부(900)는 계측부(700), 제어부(800) 등에 전원을 공급한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치의 구성을 실제 구현한 사진이다.
어류 양식부(100) 좌우측에 지지부(400)가 형성되어 있으며, 지지부(400)의 홈에는 상부 식물 재배부(501)와 하부 식물 재배부(502)가 배치되어 있다. 상부 식물 재배부(501)에서 하부 식물 재배부(502)로 연결 배관(503)을 통해서 물이 흐를 수 있다. 식물 재배부는 재배되는 식물(504)이 태양광 또는 LED조명 등을 골고루 받을 수 있도록 앞뒤로 배치한다. 즉, 상부 식물 재배부(501)와 하부 식물 재배부(502)는 계단식으로 배치된다.
상부 식물 재배부(501)는 어류 양식부(100)로부터 펌프의 압력으로 공급되는 물을 공급 배관부(200) 통해 공급받는다. 공급 배관부(200)로 공급되는 물 중 일부는 바이패스부(300) 통해서 다시 어류 양식부(100)로 돌아간다. 상부 식물 재배부(501)로 공급된 물은 연결 배관(503)을 통해서 하부 식물 재배부(502)로 공급되고, 하부 식물 재배부(502)에서 배출된 물은 회수 배관부(600) 통해서 다시 어류 양식부(100)로 돌아간다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치의 전체적인 구성을 나타내는 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치의 수로의 구성을 나타내는 구성도이다.
어류 양식부(100)는 수조(110)와, 기포발생기(미도시)와, 배수구(190)를 포함하여, 물고기를 양식한다. 수조(110)는 물고기가 서식하는 공간이며, 중앙 하부에 배수구(190)를 구비한다. 기포발생기는 수조의 물속에 기포를 발생시켜 물속의 용존산소량을 유지시킨다.
어류 양식부(100)는 스텝모터를 구비하는 자동 먹이급여기(미도시)와 상기 수조와 연결되고 물을 저장하는 보조탱크(미도시)를 더 포함할 수 있다. 제어부(800)는, 일정 시간 간격으로 스텝모터를 가동하여 물고기의 먹이를 수조(110)로 공급한다. 제어부는 수위센서의 측정데이터에서 물이 부족한 것으로 판단되면, 보조탱크의 물을 수조(110)에 추가로 공급할 수 있다.
공급 배관부(200)는 펌프(210)와, FET 전압조정기(미도시)와, 공급 배관(250)과, Y형 연결관(270)과, 밸브(290)를 포함하여, 어류 양식부(100)의 유기물이 포함된 물을 식물 재배부(500)로 공급한다.
펌프(210)는 수조(110)의 배수구(190)에 연결된다. 배설물 등 유기물을 균일하게 공급하기 위해, 수조의 중앙 하부의 배수구(190)로부터 용수를 공급받는다. 펌프(210)는 공급 배관(250)에 연결된다. 공급 배관(250)은 펌프에서 공급받은 물을 식물 재배부(500)로 전달한다.
Y형 연결관(270)은 입구가 공급 배관(250)에 연결되고, 출구 중 한쪽은 식물 재배부(500)로 연결되고, 나머지 한쪽 출구는 바이패스부(300)에 연결된다. 식물 재배부(500)로 연결되는 부분은 밸브(290)와 연결하여, 식물 재배부(500)를 분리하는 경우에 밸브를 잠가 물의 누수를 방지할 수 있다. 밸브(290)는 원터치 피팅 밸브와 같이 파이프의 분리가 용이한 밸브를 사용하는 것이 바람직하다.
FET 전압조정기는 펌프(210)의 전압을 조정하여 토출량을 변화시킬 수 있다. 저가형 펌프의 경우 낮은 전압에서 동작하지 않기 때문에 전압조정에 의한 최저 토출량이 제한된다. 따라서 가정용으로 저렴하게 시스템을 구성하는 경우, 토출량이 과다한 경우가 발생할 수 있다. 따라서 바이패스부(300)를 이용하여 적정한 량의 물이 식물 재배부(500)로 공급되도록 할 수 있다.
바이패스부(300)는 유량조절 밸브(310)와, 바이패스 배관(350)을 포함하여, 불필요한 유량을 수조(110)로 돌려보낸다. 유량조절 밸브(310)는 공급 배관부(200)의 상기 Y형 연결관의 출구 중 한쪽과 연결되어 바이패스부로 흐르는 유량을 조절하여 적절한 양의 물이 식물 재배부(500)로 공급되도록 한다. 바이패스 배관(350)은 유량조절 밸브(310)를 통과해 유입되는 물을 수조(110)로 흘려보낸다.
바이패스부(300)는 필터(330)와 발전기(390)를 더 포함할 수 있다. 식물 재배부(500)가 분리된 상태로 장기간 지나는 경우, 식물에 의한 정화가 이루어지지 않아서 수조(110)가 점점 오염된다. 따라서, 식물 재배부(500)가 분리된 상태로 미리 설정된 시간을 경과하는 경우, 제어부(800)는 수조(110)의 물이 필터(330)를 통과하도록 하여 바이패스부(300)로 순환시켜 수조(110)의 오염을 방지할 수 있다.
발전기(390)는 펌프(210)에 의해 상승된 물의 낙차를 이용하여 발전할 수 있다. 발전기(390)의 전력은 작기 때문에 전원부(900)의 배터리에 저장하여 사용할 수 있다.
식물 재배부(500)는 식물보관용기(550)와 여과기(미도시)를 포함하며, 어류 양식부(100)의 물고기 배설물을 공급 배관부(200)를 통해 공급받아서 식물을 재배한다.
식물보관용기(550)는 식물을 보관하고, 수조(110)의 물고기 배설물을 공급받아 재배한다. 식물보관용기(550)는 원통형 파이프 형상인 것이 바람직하다. 저가형 시스템 구성시 통상적으로 사용하는 펌프(210)는 토출량이 과다한 경우가 발생할 수 있다. 또한, 식물 재배부(500)를 분리하여 이동시 내부의 물이 흔들려 밖으로 튀는 것을 방지할 수 있고, 직사광에 노출하여도 수분이 쉽게 증발하지 않으므로, 식물보관용기(550)는 원통형 파이프 형상이 유리하다.
한편, 식물보관용기(550)는 상부에 식물(504)을 보관하는 식물보관개구부(570)를 구비한다. 식물보관개구부(570)에는 미니화분을 장착할 수 있어서, 손쉽게 식물(504)을 보관할 수 있다. 식물보관용기(550)는 유기물이 잔류하지 않도록 경사지도록 설치하는 것이 바람직하다. 복수의 식물보관용기(550) 사용하는 경우, 식물에 충분한 빛이 입사되도록 각 식물보관용기(550)는 계단형으로 배치하는 것이 바람직하다.
여과기는 식물보관용기(550) 내의 공급 배관과 결합하는 부위에 설치된다. 여과기는 암모니아 성분을 질산염 성분으로 바꾸는 장치로, 미생물을 포함하고 있다. 안정적인 아쿠아포닉스 환경을 만들기 위해서는 여과기를 장착한 상태에서 배설물을 순환시켜주는 과정이 필요하다.
회수 배관부(600)는 식물 재배부(500)에서 어류 양식부의 수조(110)를 향하는 회수 배관(650)을 포함하여, 식물 재배부(500)를 통과하여 정화된 물을 수조(110)로 회수한다.
지지부(400)는 하부판(410)과, 좌우 측면판(430)을 포함하여, 어류 양식부(100)와 식물 재배부(500)를 지지한다.
하부판(410)은 어류 양식부의 수조(110)를 지지한다. 수조(110)는 중앙 하부에 배수구(190)를 구비하여 펌프(210)에 연결되므로, 하부판(410)도 배수구(190)와 대응되는 위치에 구멍을 구비하고, 하부판(410) 아래에는 펌프(210) 또는 배수구와 연결되는 배관이 지나는 공간을 구비한다.
좌우 측면판(430)은 식물 재배부(500)를 지지한다. 좌우 측면판(430)은 식물보관용기(550)가 끼워지는 관통공을 구비한다. 좌우 측면판(430)은 하부판(410)에 자석을 이용한 자력결합, 돌기와 홈을 이용한 끼움결합, 클램프를 이용한 클램프결합 등을 사용하여 서로 분리가능하게 결합시킬 수 있다.
좌우 측면판(430)의 하부에는 근접센서가 쉽게 감지하도록 금속 재질은 포함하도록 구성하는 것이 바람직하다. 제어부(800)는 근접센서의 신호로부터 좌우 측면판(430)의 분리 여부를 감지하여, 식물 재배부(500)가 분리된 것으로 판단한 경우 펌프(210)의 가동시간 또는 유량을 감소시켜 에너지 효율적으로 사용할 수 있다.
지지부(400)는, 식물 성장을 촉진하기 위해 LED조명부(450)를 더 포함할 수 있다. LED조명부(450)는 식물을 향하는 면에 광합성에 필요한 청색광, 적색광, 백색광 또는 이들을 혼합한 LED램프를 부착하여 사용할 수 있다.
LED조명부(450)는 경첩(470)에 의해 회동가능하도록 지지부(400)의 다른 구성에 부착된다. 경첩(470)을 이용하여 LED조명부(450)를 위로 올리게 되면, 좌우 측면판(430)과 식물 재배부(500)의 분리를 좀더 쉽게 할 수 있다.
제어부(800)는 근접센서의 신호로부터 좌우 측면판(430)의 분리 여부를 감지하여, 식물 재배부(500)가 결합된 경우에만 LED램프를 켜서 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다. LED조명부(450)의 LED램프 부착면의 반대면인 위쪽에는 태양전지를 부착하여 전력을 생산할 수 있다. 태양전지에서 생성한 전력은 전원부(900)의 배터리에 저장하여 사용할 수 있다.
식물 재배부(500)는 복수의 식물보관용기(550) 각각에 빛이 원활이 도달하도록 식물보관용기(550)를 계단형으로 배치하는 것이 바람직하다. 각 식물보관용기(550)는 좌우측 중 어느 한쪽으로 경사지도록 좌우 측면판(430)의 구멍에 끼워진다. 도 3에서, 상부의 식물보관용기(551)는 좌측 측면판의 상부 구멍에 끼워져서 하부에 공간(437)이 비어 있고, 우측 측면판에서는 하부 구멍에 끼워져서 상부에 공간(435)이 비어 있다. 즉, 상부 식물보관용기(551)는 오른쪽이 아래로 경사진 상태를 유지한다. 상부 식물보관용기(551) 내의 물은 경사를 따라 왼쪽에서 오른쪽으로 용이하게 이동하여 잔류물 침전을 방지하므로 침전물로 인한 유지보수를 줄일 수 있어서 관리가 용이하다. 연결 배관(503)을 통해 상부 식물보관용기(551) 연결된 하부 식물보관용기(552)는 왼쪽이 오른쪽보다 낮게 경사진 상태로 회수 배관(650)에 연결된다.
계측부(700)는 수조의 온도를 측정하는 온도센서, 수조의 pH를 측정하는 pH센서, 수조의 수위를 측정하는 수위센서, 좌우 측면판(430)의 분리여부를 측정하는 근접센서를 포함한다.
제어부(800)는 계측부(700)로부터 신호를 수신하여, 펌프(210)의 동작을 제어한다. 전원부(900)는 펌프(210), 계측부(700), 및 제어부(800)에 전원을 공급한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치의 식물 재배부를 분리한 모습을 나타내는 사시도이다.
식물 재배부(500)를 지지부 중 좌우 측면판(430)과 함께 분리하여, 분리된 식물 재배부(500)에 태양의 직사광을 쪼여 생장을 촉진할 수 있다.
가정용 수조(110)는 얕아서 직사광 조사시 물고기가 자외선에 의한 영향을 받기 쉽고, 수조(110)의 물이 쉽게 증발하므로 어류 양식부(100)는 직사광을 피하는 위치에 설치하는 것이 바람직하다. LED램프의 빛보다 태양의 직사광을 받는 경우 더욱 잘 자라는 식물을 재배하는 경우에는 식물 재배부(500)를 분리하여 직사광을 쪼여서 식물 재배를 효율적으로 할 수 있다.
식물보관용기(550)를 원통형 파이프로 구성하면, 분리하여 이동시 내부의 물이 흔들려 밖으로 튀는 것을 방지할 수 있고, 직사광에 노출하여도 수분이 쉽게 증발하지 않는 효과가 있다. 식물보관용기(550)는 계단식으로 배치하여 태양의 직사광이 식물보관개구부(570)에 있는 식물에 골고루 조사되도록 할 수 있다.
좌우 측면판의 하부(433) 특히 내측 하부에는 근접센서로 분리와 장착을 감지하기 용이한 금속을 부착한다. 제어부(800)는 근접센서의 신호로부터 좌우 측면판(430)의 분리 여부를 판단하여, 식물 재배부(500)가 분리된 경우 펌프(210)의 가동시간을 줄여서 에너지를 효율적으로 사용할 수 있다.
좌우 측면판(430)과 하부판(410)은 자석을 이용한 자력결합, 돌기와 홈을 이용한 끼움결합, 클램프를 이용한 클램프결합 등을 사용하여 서로 분리가능하게 결합시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치의 좌우 측면판의 세부 구성을 나타내는 사시도이다.
좌우 측면판(430)은 서로 결합할 수 있는 복수의 측면블록(440)을 구비할 수 있다. 측면블록(440)은 결합 돌기(441)와 결합 홈(449)을 더 구비할 수 있다. 결합 홈(449)은 결합 돌기(441)에 대응하도록 형성하여, 서로 끼움 결합을 할 수 있다. 상부의 결합 돌기를 또 다른 측면블록 하부의 결합 홈에 결합시키면 복수의 측면블록을 안정적으로 결합할 수 있다.
측면블록(440)은 식물보관용기(550)가 끼워질 수 있는 상부 관통공(445)과 하부 관통공(447)을 구비한다. 상부 관통공(445)과 하부 관통공(447)은 경계가 서로 붙어서 하나의 관통공을 이룰 수 있다. 원활한 물의 흐름을 위해, 원통형 식물보관용기(550)는 좌우측 중 어느 한쪽으로 경사지도록 끼워지는 것이 바람직하므로, 식물보관용기(550)의 한쪽은 측면블록(440)의 상부 관통공(445)에 끼우고, 다른쪽은 또다른 측면블록(440)의 하부 관통공(447)에 끼우는 것이 바람직하다.
원통형 식물보관용기(550) 안정적으로 지지하기 위해, 반달모양의 상부 관통공 지지부재(446)와 하부 관통공 지지부재(448)를 사용할 수 있다. 상부 관통공(445)에 원통형 식물보관용기(550)를 삽입한 경우, 아래쪽 빈 공간에 상부 관통공 지지부재(446)를 끼워서 보강할 수 있다. 마찬가지로, 하부 관통공(447)에 원통형 식물보관용기(550)를 삽입한 경우, 위쪽 빈 공간에 하부 관통공 지지부재(448) 끼워서 보강할 수 있다. 상부 관통공 지지부재(446)와 하부 관통공 지지부재(448)는 서로 회전대칭이므로 동일한 부재를 사용할 수 있다. 상하 대칭인 간단한 구조의 측면블록(440)을 사용하여, 저렴하면서도 안정적으로 식물보관용기(550)를 경사지게 지지할 수 있다.
측면블록(440)은 손잡이부(443)를 더 구비할 수 있다. 손잡이부(443)는 홈 또는 돌기로 형성할 수 있으며, 이동시 잡고 이동할 수 있으며, 다른 물체에 고정할 때 사용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치의 구동방법을 나타내는 순서도이다.
제어부는 타이머를 확인하여(S10) 물고기에게 먹이를 주는 주기가 되었는지 확인한다(S15). 물고기에게 먹이를 주어야 하는 시간이면, 스텝모터를 동작시켜 먹이급여기로부터 수조로 물고기 먹이를 자동으로 공급한다(S20).
제어부는 수위센서를 확인하여(S30) 수조의 수위가 낮은지 확인한다(S35). 수조의 수위가 낮아서 물이 부족하다고 판단된 경우, 수조에 연결되고 물을 저장하는 보조탱크로부터 수로로 물을 공급한다(S40).
제어부는 온도센서와 pH센서와 수위센서의 측정값들을 확인하여(S50) 미리 설정된 범위를 초과하는 지 확인한다(S55). 온도센서와 pH센서와 수위센서에서 측정한 값이 미리 설정한 범위를 벗어나는 경우, 통신부를 통하여 사용자 단말에 알림을 송신한다(S60).
제어부는 근접센서를 확인하여(S70) 식물 재배부가 분리 상태인지 확인한다(S75). 식물 재배부가 분리 상태인 경우, LED램프를 소등하고, 펌프의 가동 시간을 줄여서 에너지를 절약한다(S80).
제어부는 식물재배부가 분리 상태로 펌프가 가동된 시간을 별도로 기록하고, 누적된 시간이 미리 설정된 필터의 교체주기에 해당하는 경우, 통신부를 통하여 사용자 단말에 알림을 송신할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 아쿠아포닉스 장치를 제어하는 사용자 단말의 화면배치를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 사용자 단말은 외부 온도(951), 외부 습도(952) 측정결과를 전달받아 표시할 수 있다. 사용자 단말은 수조의 온도(961), 수조의 pH(962)를 알려주고, 온도설정 버튼(971)과 pH설정 버튼(972)을 통해서 알람을 수신할 임계값을 직접 설정할 수 있다. 사용자 단말은 펌프의 가동 버튼(981)과 먹이급여기로부터 먹이를 수조로 공급하는 버튼(982)을 조작하여 수조의 상태를 제어할 수 있다. 도 8을 참조하면, 어항용 LED(991)는 off 상태이고, 식물용 LED(992)는 on 상태이다.
100 : 어류 양식부(100) 110 : 수조(110)
190 : 배수구(190)
200 : 공급 배관부(200) 210 : 펌프(210)
250 : 공급 배관(250) 270 : Y형 연결관(270)
290 : 원터치 피팅 밸브(290)
300 : 바이패스부(300) 310 : 유량조절 밸브(310)
330 : 필터(330) 350 : 바이패스 배관(350)
390 : 발전기(390)
400 : 지지부(400) 410 : 하부판(410)
430 : 좌우 측면판(430) 450 : LED조명부(450)
470 : 경첩(470)
500 : 식물 재배부(500) 550 : 식물보관용기(550)
570 : 식물보관개구부(570)
600 : 회수 배관부(600) 650 : 회수 배관(650)
700 : 계측부(700)
800 : 제어부(800) 850 : 통신부(850)
900 : 전원부(900)

Claims (7)

  1. 물고기를 양식하고, 물고기의 배설물을 이용하여 작물을 재배하는 아쿠아포닉스 장치에 있어서,
    중앙 하부에 배수구(190)를 구비하는 물고기가 서식하는 공간인 수조(110)와, 기포발생기를 포함하는 어류 양식부(100);
    상기 수조의 물고기 배설물을 공급받아 재배할 수 있는 식물을 보관하는 식물보관용기(550)를 포함하는 식물 재배부(500);
    상기 수조가 놓이는 하부판(410)과, 상기 하부판과 분리가능하게 결합되어 상기 식물 재배부를 지지하는 좌우 측면판(430)을 포함하는 지지부(400);
    상기 수조의 온도를 측정하는 온도센서, 상기 수조의 pH를 측정하는 pH센서, 상기 수조의 수위를 측정하는 수위센서, 상기 좌우 측면판의 분리여부를 측정하는 근접센서를 포함하는 계측부(700);
    상기 배수구에 연결되는 펌프(210)와, 상기 펌프로부터 상기 식물 재배부로 향하는 공급 배관(250)과, 입구가 상기 공급 배관에 연결되고 출구 중 한쪽은 상기 식물 재배부에 연결되는 Y형 연결관(270)과, 상기 Y형 연결관과 상기 식물 재배부 사이에 위치하는 밸브(290)를 포함하는 공급 배관부(200);
    상기 식물 재배부에서 상기 수조를 향하는 회수 배관(650)을 구비하는 회수 배관부(600);
    상기 Y형 연결관의 출구 중 한쪽과 연결되어 유입되는 유량을 조절하는 유량조절 밸브(310)와, 유입되는 물을 상기 수조로 흘려보내는 바이패스 배관(350)을 구비하는 바이패스부(300);
    상기 계측부로부터 신호를 수신하여, 상기 펌프의 동작을 제어하는 제어부(800); 및
    상기 펌프, 계측부, 및 제어부에 전원을 공급하는 전원부(900);를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 근접센서의 신호로부터 상기 좌우 측면판의 분리 여부를 판단하여, 상기 식물 재배부가 분리된 경우 상기 펌프의 가동시간을 감소시키고,
    상기 식물보관용기(550)는,
    원통형 파이프 형상이며,
    상부에 식물을 보관하는 식물보관개구부(570); 및
    내부의 상기 공급 배관과 결합하는 부위에 암모니아 성분을 질산염 성분으로 바꾸는 여과기;를 포함하고,
    상기 식물 재배부(500)는,
    복수의 식물보관용기(550)를 계단형으로 배치하되, 각 식물보관용기(550)를 좌우측 중 어느 한쪽으로 경사지도록 배치하며,
    상기 식물 재배부(500)를 지지하는 좌우 측면판(430)은,
    서로 결합할 수 있는 복수의 측면블록(440);을 포함하고,
    상기 측면블록(440)은,
    상기 원통형 식물보관용기(550)가 끼워질 수 있고 서로 경계가 붙어서 하나의 관통공을 이루고 있는 상부 관통공(445)과 하부 관통공(447); 및
    상기 원통형 식물보관용기(550)를 지지하는 반달모양의 서로 대칭인 상부 관통공 지지부재(446)와 하부 관통공 지지부재(448) 중 어느 하나;를 포함하고,
    상기 식물보관용기(550)는,
    한쪽이 측면블록의 상부 관통공(445)에 끼워지며, 아래쪽 빈 공간은 상부 관통공 지지부재(446)로 지지되고,
    다른쪽은 측면블록의 하부 관통공(447)에 끼워지며, 위쪽 빈 공간은 하부 관통공 지지부재(448)로 지지되는
    것을 특징으로 하는 아쿠아포닉스 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 바이패스부는, 상기 펌프에 의해 상승된 물의 낙차를 이용하여 발전하는 발전기(390);를 더 포함하고,
    상기 전원부는, 상기 발전기의 전력을 저장하는 배터리;를 포함하는 것을 특징으로 하는 아쿠아포닉스 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 지지부는, 경첩(470)과, 상기 경첩에 의해 회동가능하게 부착되는 LED램프를 구비하는 LED조명부(450);를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 근접센서로부터 상기 좌우 측면판의 분리 여부를 판단하여, 상기 식물 재배부가 결합된 경우에만 상기 LED램프를 켜는 것을 특징으로 하는 아쿠아포닉스 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 어류 양식부는,
    스텝모터를 구비하는 자동 먹이급여기; 및
    상기 수조와 연결되고 물을 저장하는 보조탱크;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    일정 시간 간격으로 상기 스텝모터를 가동하여 물고기의 먹이를 상기 수조로 공급하고, 상기 수위센서에서 물이 부족한 것으로 판단되면 상기 보조탱크의 물을 상기 수조에 공급하는 것을 특징으로 하는 아쿠아포닉스 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    통신부(850);를 더 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 온도센서와 pH센서에서 측정한 값이 미리 설정한 범위를 벗어나는 경우, 상기 통신부를 통하여 사용자 단말에 알림을 송신하는 것을 특징으로 하는 아쿠아포닉스 장치.
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