KR102626875B1 - 수경재배용 배액살균 및 양액공급 제어시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수경재배용 배액살균 및 양액공급 제어시스템을 개시한다.
원수를 저장하는 원수탱크와, 양액의 원액을 저장하는 원액탱크와, 상기 원수탱크와 원액탱크로부터 투입된 원수와 원액을 혼합한 양액을 저장하는 혼합탱크로 이루어져, 수경식물이 재배되는 수경재배용 베드에 주기적으로 양액을 공급하는 양액공급부; 상기 수경재배용 베드로부터 배출되는 배액을 집수하는 배액회수부; 상기 배액회수부와 연결된 배액이송관을 통해 집수된 배액을 살균시키는 배액살균부; 상기 배액살균부에 의해 살균된 배액을 저장하는 살균배액저장부; 상기 살균배액저장부에 저장된 살균배액 중 일정량을 상기 양액공급부에 보충하고, 양액의 성분을 재조절하여 상기 수경재배용 베드에 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 수경재배용 배액살균 및 양액공급 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 혼합탱크에 저장된 양액의 성분을 측정 및 분석하고, 상기 원액탱크와 원수탱크로부터 각각 원액 및 원수를 상기 혼합탱크로 일정량 투입하도록 하며, 투입된 원수와 원액을 혼합하여 일정비율의 양액을 제조하여 주기적으로 수경재배용 베드로 공급하도록 제어하는 양액공급제어부; 수경재배용 베드에서 배출되는 배액을 상기 배액회수탱크로 전달하게 하고, 상기 배액회수탱크의 수위를 감시하는 배액회수제어부; 상기 배액살균부의 살균처리 과정을 제어하고, 살균된 배액을 상기 살균배액저장부로 전달하며, 상기 살균배액저장부에 저장된 살균배액을 추가 살균처리 및 저장하도록 제어하는 배액살균제어부; 상기 양액공급제어부와 연동되어 상기 혼합탱크에 저장된 양액이 일정 수위 이하가 되면 일정량의 살균배액을 상기 혼합탱크로 추가하거나, 매일 일정 시간대에 일정량의 살균배액을 상기 혼합탱크로 추가하도록 제어하는 살균배액공급제어부;를 포함하여 이루어져, 상기 혼합탱크에 추가된 살균배액은 기존 양액과 혼합되면서, 일정량의 원액 및 원수를 보충함으로서 최적의 양액으로 재조절될 수 있는 것을 특징으로 한다.
원수를 저장하는 원수탱크와, 양액의 원액을 저장하는 원액탱크와, 상기 원수탱크와 원액탱크로부터 투입된 원수와 원액을 혼합한 양액을 저장하는 혼합탱크로 이루어져, 수경식물이 재배되는 수경재배용 베드에 주기적으로 양액을 공급하는 양액공급부; 상기 수경재배용 베드로부터 배출되는 배액을 집수하는 배액회수부; 상기 배액회수부와 연결된 배액이송관을 통해 집수된 배액을 살균시키는 배액살균부; 상기 배액살균부에 의해 살균된 배액을 저장하는 살균배액저장부; 상기 살균배액저장부에 저장된 살균배액 중 일정량을 상기 양액공급부에 보충하고, 양액의 성분을 재조절하여 상기 수경재배용 베드에 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 수경재배용 배액살균 및 양액공급 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 혼합탱크에 저장된 양액의 성분을 측정 및 분석하고, 상기 원액탱크와 원수탱크로부터 각각 원액 및 원수를 상기 혼합탱크로 일정량 투입하도록 하며, 투입된 원수와 원액을 혼합하여 일정비율의 양액을 제조하여 주기적으로 수경재배용 베드로 공급하도록 제어하는 양액공급제어부; 수경재배용 베드에서 배출되는 배액을 상기 배액회수탱크로 전달하게 하고, 상기 배액회수탱크의 수위를 감시하는 배액회수제어부; 상기 배액살균부의 살균처리 과정을 제어하고, 살균된 배액을 상기 살균배액저장부로 전달하며, 상기 살균배액저장부에 저장된 살균배액을 추가 살균처리 및 저장하도록 제어하는 배액살균제어부; 상기 양액공급제어부와 연동되어 상기 혼합탱크에 저장된 양액이 일정 수위 이하가 되면 일정량의 살균배액을 상기 혼합탱크로 추가하거나, 매일 일정 시간대에 일정량의 살균배액을 상기 혼합탱크로 추가하도록 제어하는 살균배액공급제어부;를 포함하여 이루어져, 상기 혼합탱크에 추가된 살균배액은 기존 양액과 혼합되면서, 일정량의 원액 및 원수를 보충함으로서 최적의 양액으로 재조절될 수 있는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 수경재배용 양액공급 시스템에 관한 것으로, 상세하게는 토양을 이용하지 않고 액상비료인 양액으로 작물을 재배하는 수경재배 방식에서 사용되고 남는 배액을 살균 및 순환시켜 양액으로 재공급할 수 있는 수경재배용 배액살균 및 양액공급 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 수경재배는 육상식물을 토양없이 물과수용성 영양분으로 만든 배양액 속에서 키우는 방법을 일컬으며, 물재배, 양액재배, 무토양 재배라고 한다.
즉, 수경재배는 토양 대신에 물이나 고형배지에 생육에 필요한 무기양분을 골고루 녹인 양액을 공급하면서 작물을 재배하는 방식이다.
이때, 수경재배에서는 작물에 공급한 양액이 모두 흡수되지 못하고 배출되는 폐양액이 필연적으로 발생하여 급액된 배양액의 20~30%가 폐양액이 되며, 폐양액의 재사용 여부에 따라 순환식 수경재배와 비순환식 수경재배로 구분할 수 있다.
먼저, 비순환식 수경재배는 사용한 배양액을 재처리하거나 재사용하는 장치를 활용하지 않고 하천에 흘려보내 하천의 수질오염 및 부영양화의 원인이 되고 있어, 수경재배 폐양액 배출 규제에 대비하여 배양액을 살균 정화하여 재사용하는 기술이 필요하다.
한편, 순환식 수경재배는 폐양액을 재사용함에 따라 환경오염을 방지하고, 농업용수 절약과 작물재배에 사용되는 질소, 인 등의 비료 사용량을 줄일 수 있는 친환경 기술로 활용가치가 높아 폐양액의 회수 및 재활용 기술로서 순환식 수경재배에 대한 관심이 증대되고 있다.
그러나, 순환식 수경재배에서는 배양액이 전체 베드를 순환하기 때문에 배양액에 유해 세균이 침입하여 배양액에 오염이 발생하는 경우, 병원균이 양액탱크를 경유하여 시설 전체에 빠르게 확산되어 큰 피해가 발생할 위험이 있기 때문에 폐양액 속에 함유되는 이물질과 병원균을 제거할 수 있는 확실한 배양액 살균기술이 필요하다.
현재, 배양액의 살균이나 정화, 유기물의 분해 등을 위한 장치가 개발되었으나 비용이 많이 드는 등의 문제가 있어 경제적이고 효율적인 배양액 살균장치의 개발이 필요한 실정이다.
이를 해결하기 위하여, 한국등록실용신안공보 제20-0436646호는 재배용 베드에서 배출되는 폐양액을 회수하고, 회수된 폐양액 속에 포함되어있는 이물질과 병원균을 제거하여 폐양액을 재사용할 수 있도록 처리하는 '수경재배용 폐양액 처리장치'에 관한 기술을 공지한 바 있으나, 제균필터 장치 및 자외선 살균장치를 이용하여 폐양액에 대한 살균을 진행하며, 제균필터에 관한 세척 작업은 수행하나 자외선 살균장치에 관한 세척 작업은 관리가 되지 않는 단점이 있다.
그리고 살균한 배액을 한꺼번에 재활용하는 경우 양액성분을 최적화하는 것이 어려운 문제가 있다.
따라서, 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 수경재배시 발생하는 배액을 재사용할 수 있도록 살균력을 향상시킨 순환식 수경재배용 배액살균 및 양액공급 제어시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 살규된 배액을 기존 양액공급기에 적절하게 제공하도록 제어함으로써 살균된 배액의 재활용을 최적화할 수 있는 수경재배용 배액살균 및 양액공급 제어시스템을 제공하는 것이다.
그리고 본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수경재배용 배액살균 및 양액공급 제어시스템은, 원수를 저장하는 원수탱크와, 양액의 원액을 저장하는 원액탱크와, 상기 원수탱크와 원액탱크로부터 투입된 원수와 원액을 혼합한 양액을 저장하는 혼합탱크로 이루어져, 수경식물이 재배되는 수경재배용 베드에 주기적으로 양액을 공급하는 양액공급부; 상기 수경재배용 베드로부터 배출되는 배액을 집수하는 배액회수부; 상기 배액회수부와 연결된 배액이송관을 통해 집수된 배액을 살균시키는 배액살균부; 상기 배액살균부에 의해 살균된 배액을 저장하는 살균배액저장부; 상기 살균배액저장부에 저장된 살균배액 중 일정량을 상기 양액공급부에 보충하고, 양액의 성분을 재조절하여 상기 수경재배용 베드에 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 수경재배용 배액살균 및 양액공급 시스템에 있어서, 상기 제어부는, 상기 혼합탱크에 저장된 양액의 성분을 측정 및 분석하고, 상기 원액탱크와 원수탱크로부터 각각 원액 및 원수를 상기 혼합탱크로 일정량 투입하도록 하며, 투입된 원수와 원액을 혼합하여 일정비율의 양액을 제조하여 주기적으로 수경재배용 베드로 공급하도록 제어하는 양액공급제어부; 수경재배용 베드에서 배출되는 배액을 상기 배액회수탱크로 전달하게 하고, 상기 배액회수탱크의 수위를 감시하는 배액회수제어부; 상기 배액살균부의 살균처리 과정을 제어하고, 살균된 배액을 상기 살균배액저장부로 전달하며, 상기 살균배액저장부에 저장된 살균배액을 추가 살균처리 및 저장하도록 제어하는 배액살균제어부; 상기 양액공급제어부와 연동되어 상기 혼합탱크에 저장된 양액이 일정 수위 이하가 되면 일정량의 살균배액을 상기 혼합탱크로 추가하거나, 매일 일정 시간대에 일정량의 살균배액을 상기 혼합탱크로 추가하도록 제어하는 살균배액공급제어부;를 포함하여 이루어져, 상기 혼합탱크에 추가된 살균배액은 기존 양액과 혼합되면서, 일정량의 원액 및 원수를 보충함으로서 최적의 양액으로 재조절될 수 있다.
바람직한 것은, 상기 제어부는, 상기 양액공급제어부, 배액회수제어부, 배액살균제어부, 살균배액공급제어부를 통해 수집된 데이터를 상기 관리서버로 전송하고, 상기 관리서버는 수신된 데이터를 저장, 분석 및 처리하고 판단하여, 관리자의 무선단말기로 전송하며, 관리자는 상기 무선단말기를 통해 전 시스템의 상태를 모니터링하면서, 원격으로도 제어할 수 있는 송수신부가 더 포함될 수 있다.
그리고 상기 양액공급제어부는, pH센서, EC센서 및 이온센서를 포함하고, 상기 혼합탱크에서 혼합된 기존 양액과 추가된 살균배액의 성분을 상기 센서들이 측정한 값에 기초하여 원수와 원액의 추가량이 조절될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 아래와 같은 효과가 있다.
첫째, 배액을 살균처리하고 순환시켜 재사용함으로써 환경오염을 방지할 수 있고, 작물재배에 사용되는 사용되는 질소, 인 등의 비료사용량을 줄일 수 있음은 물론, 고가의 양액을 구입하는 비용을 줄일 수 있다.
둘째, 배액을 한꺼번에 재사용하는 것이 아니라, 기존 양액공급기에 일정량만 추가로 공급함으로써 양액의 품질 저하없이 배액을 재활용하면서도 최적의 양액을 지속적으로 공급할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 수경재배용 배액살균 및 양액공급 제어시스템의 전체적인 구조를 나타내는 개략도
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 제어부의 상세한 구조를 나타내는 상세도
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 제어부의 상세한 구조를 나타내는 상세도
이하에서, 본 발명의 실시 예는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 즉, 아래 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
또한, 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. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
덧붙여 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우, 상세한 설명은 생략할 수 있다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 수경재배용 배액살균 및 양액공급 제어시스템의 전체적인 구조를 나타내는 개략도이다.
도시된 바를 참조하면, 본 발명은 크게, 양액공급부(100), 배액회수부(200), 배액살균부(300), 살균배액저장부(400), 제어부(500)를 포함해서 구성될 수 있다.
우선, 각 구성에 대해 설명하기 전에 수경재배용 베드(HB)에 대해 설명하자면, 수경재배용 베드(HB)는 각종 식물을 재배하기 위한 용기로서, 통상의 구조와 동일하므로 구체적인 설명은 생략한다, 수경재배용 베드(HB)의 일측에는 양액공급관이 설치되고, 타측에는 작물이 흡수하고 남은 잉여 양액 즉, 폐배양액(이하, '배액'이라고 하기로 한다)이 배출될 수 있는 배액배출관이 설치되는 것이 바람직하다.
즉, 수경재배용 베드(HB)에 구비된 작물은 일측에 설치된 양액공급관으로부터 양액을 공급받으며, 타측에 설치된 배액배출관을 통해 흡수하고 남은 배액을 배출한다.
먼저, 상기 양액공급부(100)에 대해 설명하기로 한다.
상기 양액공급부(100)는 양액을 제조하여 주기적으로 수경재배용 베드(HB)로 공급하는 구성으로서, 원수탱크(110), 원액탱크(120) 및 혼합탱크(130)로 구성될 수 있다.
상기 원수탱크(110)는 물을 저장하는 탱크로서, 후술하는 원액탱크(120)에서 공급된 원액에 원수를 추가하여 희석시킬 수 있다. 외부에서 공급되는 물은 원수펌프를 통해 펌핑되고, 여과기를 통해 불순물이나 이물질이 걸러진 후 상기 원수탱크(110)로 투입된다. 그리고 상기 원수탱크(110)는 상기 혼합탱크(130)와 배관으로 연결되며 급수펌프를 통해 상기 혼합탱크(130)로 급수될 수 있다.
그리고 상기 원액탱크(120)는 양액을 제조하기 위한 원액이 저장되는 탱크로서, 비료원액을 종류별로 저장할 수 있다. 따라서 상기 원액탱크(120)는 A원액, B원액, C원액...과 같이 원액종류별로 구비되므로 하나 이상 설치되며 각각은 상기 혼합탱크(130)와 배관으로 연결되며 여과기를 통과한 후 상기 혼합탱크(130)로 유입될 수 있다.
상기 혼합탱크(130)는 상기 원수탱크(110)에서 급수된 원수와 상기 원액탱크(120)에서 투입된 원액을 서로 혼합하여 적절한 농도의 양액을 제조 및 저장하는 탱크이다.
상기 혼합탱크(130)의 내부에는 교반 임펠러가 구비되어 원수와 원액이 잘 섞이도도록 교반한다. 그리고 상기 혼합탱크(130)의 일측에는 수경재배용 베드로 양액을 공급하는 양액공급관이 상기 수경재배용 베드(HB)와 연결된다.
이때, 상기 양액공급관은 다수개의 수경재배용 베드(HB)로 분기되어 각각의 베드에 별개로 양액을 공급할 수 있다.
다음으로 상기 배액회수부(200)에 대해 설명한다.
상기 배액회수부(200)는 상기 수경재배용 베드(HB)에서 배출되는 배액을 집수하는 구성으로서, 배액회수탱크(200')로 구현된다.
상기 배액회수탱크(200')는 작물을 재배하는 재배라인별로 각각 설치되어 각 재배라인에서 배출되는 배액을 집수하며, 필요시 집수된 배액을 상기 배액살균부(300)로 전달한다.
구체적으로 상기 배액회수탱크(200')는 수경재배용 베드(HB)의 일측에 설치된 배액배출관과 일측이 연결되어 배액을 집수하여 저장하는 탱크이다. 이때, 상기 배액배출관()에는 배액펌프 또는 배액모터가 구비되어 배액을 용이하게 집수할 수 있다.
또한, 상기 배액회수탱크(200')는 일측에 수위조절기가 구비되어 배액회수탱크(200') 내부에 배액의 과다 저장으로 인해 수위가 일정한 높이 이상으로 상승되지 않도록 조절할 수 있다.
이를 위해 상기 수위조절기는 상기 제어부(500)의 배액회수제어부(520)와 연결되어 실시간으로 상기 배액회수탱크(200')에 저장된 배액의 수위를 모니터링할 수 있으며 일정 수위 이상이 되면 관리자에게 알려줄 수 있다.
예를 들어, 정전 또는 수위조절기의 고장으로 배액의 수위가 일정 수위 이상으로 높아지면 상기 배액회수제어부(520)가 경보가 울리게 할 수 있고, 관리자가 원격으로 상기 배액회수탱크(200') 일측에 구비된 비상배관을 통해 배액을 배수로로 배출시킬 수 있다.
다음으로 상기 배액살균부(300)에 대해 설명한다.
상기 배액살균부(300)는 상기 배액회수탱크(200')와 배액이송관으로 연결되어 집수된 배액을 공급받아 살균 처리하는 구성이다.
회수된 배액은 세균이나 오염물질이 포함될 수 있으므로 살균처리가 필요한데, 일단 상기 배액이송관과 배액살균부(300) 사이에 필터가 구비되어 찌꺼기 등의 불순물 및 부유물을 제거하고, 배액의 살균력을 높이기 위해 제1살균부(310)와 제2살균부(320)에 의해 두 번 살균처리하는 과정을 거친다.
상기 제1살균부(310)는 자외선을 이용하여 살균작용하고, 미생물 발육에 필요한 수분을 제거하는 건조작용을 통해 배액을 1차 살균한다.
여기서, 상기 제1살균부(310)는 185nm, 254nm 파장을 가지는 UV-C 자외선을 이용하여 배액을 살균한다. 이때, 상기 제1살균부(310)는 발광성이 좋은 수은, 갈륨을 활성물질로 한 UV-C 아말감 램프의 자외선을 이용하여 배액을 살균한다. 아말감 램프는 저압램프에 비해 자외선 밀도가 수십배 크기 때문에 반응시간이 짧아 빠르게 살균 가능하다.
여기서, 아말감 램프는 배액을 효율적으로 살균시키기 위해 '11자' 형상으로 소정 간격 이격시켜 배치할 수 있다.
그리고 상기 제2살균부(320)는 광촉매를 이용하여 배액을 살균하되, 365nm 파장을 가지는 UV-A 자외선을 이용하여, 강한 산화력을 가진 하이드록시 라디칼과 슈퍼옥사이드를 생성하여 유기물을 분해시키는 방식으로 배액을 2차 살균한다.
여기서, 상기 제2살균부(320)는 UV-A 자외선을 조사시킬 수 있도록 UV-A 자외선 램프가 중앙에 구비되고 UV-A 자외선 램프의 둘레에 이산화티타늄(TiO2)이 도포된 스크류 구조를 가진 광촉매 살균장치를 이용하여 배액을 살균한다.
이때, 제2살균부(320)는 UV-A 자외선 램프가 중앙에 구비되고 자외선 램프의 둘레를 따라 TiO2가 도포된 스크류 형태를 지니거나 또는 제2살균부(320) 배관의 내벽에 TiO2가 도포된 것을 특징으로 한다. 이는 배액이 직접 접촉하는 것과 비접촉하는 형태를 병행하므로 직접 접촉에 따른 이물질이 끼임에 따라 살균력이 줄어드는 것을 어느 정도 방지할 수 있는 장점이 있다.
좀더 설명하자면, 상기 제2살균부(320)의 광촉매 살균장치는 하부 일측에 유입구가 형성되고, 상부 일측에 배출구가 형성되며, 중앙에 이산화티타늄이 도포된 원통형의 자외선 램프가 형성된 구조를 지니며, 즉, 하부 유입구로부터 제2살균부(320)로 유입되는 배액이 유체의 흐름을 따라 중앙에 구비된 자외선램프를 필수적으로 거쳐 배출구로 이동가능한 구조로 형성됨에 따라, 중앙의 자외선램프가 배액에 포함된 유기물을 분해하여 살균한다.
정리하면, 상기 배액살균부(300)는 제1살균부(310)가 UV-C 자외선을 이용하고, 이어지는 제2살균부(320)가 UV-A 자외선을 이용하여, 자외선의 파장을 넓은 범위로 이용하여 살균함에 따라 기존의 자외선램프로 살균시 제거되지 못한 세균을 광촉매를 이용하여 제거할 수 있어 배액의 살균효과를 높일 수 있다.
부가적으로, 상기 배액살균부(300)는 배액에서 불순물 및 부유물을 비롯한 유해성분을 제거하고, 유익성분은 남겨둘 수 있도록 살균하기 위하여 반복적으로 순환시켜 살균하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 배액살균부(300)는 필터를 거쳐 찌꺼기 등의 불순물 및 부유물을 제거하고 자외선을 이용하여 살균하고, 광촉매를 이용하여 유기물을 분해하며, 자외선 조사 및 광촉매 조사 과정을 반복하도록 순환펌프(P) 등을 통해 배액회수부(200), 배액살균부(300) 및 후술하는 살균배액저장부(400)를 순환하여 2 ~ 4시간 반복할 수 있으며, 반복 순환함으로써 배액에 포함된 오염물질을 살균처리 할 수 있다.
이때, 순환펌프(P)는 배액을 상기 배액회수부(200), 배액살균부(300) 및 살균배액저장부(400)로 순환시켜 충분히 살균시킬 수 있는 위치에 구비되며, 순환시간을 설정 가능하다.
그러나 바람직한 것은 순환살균시, 상기 배액회수부와 배액살균부만을 순환하면서 살균을 지속시키고, 완전히 살균이 이루어졌다고 판단될 때 상기 살균배액저장부로 보내도록 제어하는 것이 좋을 것이다.
다음으로 상기 살균배액저장부(400)에 대해 설명한다.
상기 살균배액저장부(400)는 상기 배액살균부(300)에 의해 살균처리된 배액을 저장하면서 재사용이 가능한 양액으로 저장한다. 상기 살균배액저장부(400)는 살균배액저장탱크(400')로 구현된다.
상기 살균배액저장탱크(400')는 산소발생기를 연계한 마이크로버블 발생기가 구비되어 있고, 이를 계속 교반하도록 모터가 구동된다.
구체적으로, 살균배액저장탱크(40')는, 내부에 산소발생기와 연계된 마이크로버블 발생기가 구비되어 양액을 지속적으로 교반하도록 모터가 구동되고 있으며, 이는 상기 살균배액저장탱크(400') 내부에서 양액 양이온 성분과 양액 음이온 성분의 반응으로 인해 굳어질 수 있기 때문에 양액을 콜로이드 상태로 혼합하여 지속적으로 교반시켜 응고를 방지한다.
여기서, 마이크로버블은 50㎛ 이하의 작은 기포를 의미하며 발생과 동시에 매우 느린 속도로 상승하며, 40kHz의 초음파를 포함한 충격파로 시속 400km의 속도로 다량의 음이온 및 순간적인 고열(5,500℃)을 발생시키면서 유해 미생물을 살균한다. 다시 말해서, 상기 살균배액저장탱크(400') 내부에 미세기포가 발생하고 마이크로버블 발생기의 고온고압에 의해 압축되다 파열되어 5,500℃의 고열을 발생시켜 유해화학물질을 분해 3차 살균할 수 있으며, 마이크로버블 발생기에 의해 살균배액저장탱크(400') 내부에 저장된 양액의 용존산소 농도를 증가시킬 수 있다.
결론적으로, 본 발명에서 배액은 자외선, 광촉매 및 마이크로 버블에 의해 복합적으로 살균된다.
다음으로 도 2를 함께 참조하여 본 발명의 핵심적 기술구성인 제어부에 대해 상세하게 설명한다. 도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 제어부를 상세한 구조를 나타내는 상세도이다.
상기 제어부(500)는 상기 양액공급부(100)를 제어하는 양액공급제어부(510)와, 상기 배액회수부(200)를 제어하는 배액회수제어부(520), 상기 배액살균부(300)를 제어하는 배액살균제어부(530) 및 상기 살균배액저장부(400)를 제어하는 살균배액공급제어부(540)를 포함하여 구성될 수 있고, 유무선으로 관리서버(551) 및 관리자의 무선단말기(552)와 통신할 수 있는 송수신부(550)를 더 포함할 수 있다.
구체적으로 상기 양액공급제어부(510)는, 상기 혼합탱크(130)에 저장된 양액의 성분을 분석하고 필요한 원수 혹은 원액을 보충하도록 제어한다.
이를 위해, 상기 원수탱크(110)에 부착된 원수밸브 및 유량계를 제어하여 적절한 양의 원수를 상기 혼합탱크(130)로 급수하고, 상기 원액탱크(120)에 부착된 원액밸브 및 유량계를 제어하여 필요한 양의 원액을 상기 혼합탱크(130)로 주입할 수 있으며, 상기 혼합탱크(130)에 설치된 수위센서를 통해 양액의 저장량을 파악할 수 있다.
그리고 상기 양액공급관으로부터 분기되는 각 분기관에는 약액전자밸브 및 유량계가 구비되어, 개별로 제어되게 한다.
예를 들어, 낮에 일정한 주기로 상기 혼합탱크(130)로부터 일정량의 양액을 각 수경재배용 베드(HB)로 관수할 수 있고, 상기 혼합탱크(130)의 수위가 줄어드는 것을 수위센서로부터 정보를 받아 상기 원수탱크(110) 및 원액탱크(120)를 개방하여 적정량을 보충할 수 있다.
여기서, 상기 양액공급제어부(510)는 수경재배용 베드(HB)에서 재배되는 작물의 성장시기에 따라 양액을 조절하여 공급하며, 작물의 성장시기는 크게 작물의 뿌리와 잎의 성장시기, 꽃이 피는 시기, 열매 생성시기로 구분하여, 시기별 필요한 양액성분, 양액의 급액주기, 양액농도를 조절하여 공급할 수 있다.
중요한 것은 상기 혼합탱크(130)에는 pH센서, EC 센서 및 이온센서를 포함하여 설치될 수 있고, 작물의 성장시기를 기반으로 각 센서에서 감지한 측정값에 기초하여 양액의 농도와 급액량을 조절할 수 있다.
또한, 상기 양액공급제어부(510)는 급액량을 비롯하여 급액주기, 급액농도 및 양액주입성분을 조절하고, 시간, 온도, 습도, 광도, 광합성량, 산도, 수분을 포함하는 인자에 따라 급액을 제어할 수 있으며, 양액 관수펌프를 구비하여 급액신호에 따라 작동하여 정해진 시간에 정해진 양의 배양액을 작물에 공급한다.
이때, 상술한 상기 양액전자밸브가 개별로 작동하여 수경재배용 베드(HB)별로 따로 공급 가능하다.
상기 배액회수제어부(520)는 상기 배액회수탱크(200')를 제어한다.
상기 배액회수제어부(520)는 배액펌프를 가동하여 일정 주기로 상기 수경재배용 베드(HB)에서 배출되는 배액을 상기 배액회수탱크(200')에 전달한다.
그리고 상기 배액회수탱크(200')에 설치된 수위조절기로부터 수위정보를 전달받아 판단하고 일정 수위 이상이 되면 경보를 발하거나 비상배관을 개방하여 수위를 조절할 수 있다.
상기 배액살균제어부(530)는 상기 배액살균부(300)의 살균처리 과정을 제어하는 구성으로서, 상기 제1살균부(310)와 제2차살균부(320)를 제어한다.
상기 제1살균부(310)와 제차살균부(320)의 전원, 자외선램프의 온오프 등을 제어하고 살균되는 배액의 유량에 대한 정보도 수신하게 된다.
더불어 상기 배액살균제어부(530)는 상기 살균배액저장부(400)도 제어할 수 있다. 즉, 상기 살균배액저장탱크(400')에 저장되는 살균배액의 수위 정보를 수신하고, 상기 마이크로 버블기와 교반기를 작동시켜 살균배액을 3차 살균 및 교반할 수 있다.
또 상기 순환펌프(P)를 반복 가동하여 배액의 살균 횟수를 제어할 수 있다.
즉, 상기 순환펌프를 가동하여 상기 배액회수부와 배액살균부를 수 회 순환하면서 반복적으로 살균처리가 수행되게 한 후 완전한 살균이 이루어지면, 상기 살균배액저장부로 보내도록 제어할 수 있다.
상기 살균배액공급제어부(540)는 상기 살균배액저장탱크(400')에 저장된 살균배액을 상기 양액공급부(100)의 혼합탱크(130)에 추가로 보충함으로써 재사용할 수 있도록 제어한다.
이를 위해서, 상기 살균배액공급제어부(540)는 상기 양액공급제어부(510)와 연동되어, 상기 혼합탱크(130)의 수위가 일정 수위 이하로 낮아지면 상기 살균배액공급제어부(540)에서 살균배액밸브를 개방하여 상기 살균배액저장탱크(400')에 저장된 일정량의 살균배액을 상기 혼합탱크(130)로 보낸다.
또는 상기 혼합탱크(130)의 수위와 상관없이 매일 일정 시간대에 일정량의 살균배액을 상기 혼합탱크(130)로 보내도록 제어할 수도 있다.
이렇게 상기 혼합탱크(130)로 보내어진 살균배액은 기존 양액과 다시 혼합되고, 상기 양액공급제어부(510)는 상기 pH센서와 EC센서로부터 혼합된 양액성분 정보를 전달받아 적정량의 원액 및 원수를 다시 추가함으로써 최적의 양액으로 다시 재조절한 후 수경재배용 베드(HB)로 보낸다.
밤에는 수경재배용 베드(HB)에서 배출되는 배액을 상기 배액회수부(200)에서 집수하고, 정해진 시간(2 ~ 4시간)동안 상기 배액살균부(300)에 살균처리한 후 상기 살균배액저장부(400)에 저장할 수 있다.
그리고 낮에는 기본적으로 상기 양액공급부(100)에서 지속적으로 양액을 수경재배용 베드(HB)에 공급하도록 하고, 상기 혼합탱크(130)의 수위에 따라 또는 일정시간대가 되면 상기 살균배액저장탱크(400')에 저장된 살균배액 중 일정량을 상기 혼합탱크(130)로 보충하여 새롭게 양액을 재조절한 후 양액을 공급하도록 제어할 수 있다.
따라서, 살균배액 전체를 양액으로 재이용하는 것이 아니라 기존 양액과 혼합하여 성분을 재조절함으로써 배액을 재활용하더라도 항상 일정한 성분과 상태를 가진 최적의 양액을 공급할 수 있는 장점이 있는 것이다.
부가적으로 상기 제어부(500)에는 송수신부(550)가 더 포함될 수 있다.
상기 송수신부(550)는 별도의 관리서버(551) 및 관리자(무선단말기)와 유무선 통신네트워크를 통해 정보를 송수신할 수 있다.
상기 송수신부(550)를 통해 원격에서 상기 양액공급부(100), 배액회수부(200), 배액살균부(300), 살균배액저장부(400)의 상태를 실시간으로 확인하고, 명령을 내릴 수 있다.
구체적으로 상기 송수신부(550)는 상기 양액공급제어부(510), 배액회수제어부(520), 배액살균제어부(530), 살균배액공급제어부(540)를 통해 수집된 데이터를 상기 관리서버(551)로 보내서 저장, 분석 및 처리하고 판단하며, 관리자의 무선단말기(552)로 전달하여 관리자가 상태를 모니터링할 수 있으며, 원격으로도 제어할 수 있다.
이때, 상기 관리서버(551)로 전송받은 내외부 환경정보, 다시 말해서, 상기 배액회수탱크(200')에 집수된 배액량, 상기 살균배액저장탱크(400')에 저장된 살균배액량 및 상기 양액공급부(100)에서 공급되는 양액의 급액량 정보, 수경재배용 베드(HB)의 내외부 온도, 습도 등의 정보를 포함하는 각종 내외부 환경정보를 기반으로 양액공급과 배액살균 및 살균배액의 추가 공급을 상기 무선단말기(552)를 통해 원격으로 제어할 수 있다.
이상 본 발명의 실시 예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다.
100 : 양액공급부 110 : 원수탱크
120 : 원액탱크 130 : 혼합탱크
200 : 배액회수부 200' : 배액회수탱크
300 : 배액살균부
310 : 제1살균부 320 : 제2살균부
400 : 살균배액저장부 400' : 살균배액저장탱크
500 : 제어부 510 : 양액공급제어부
520 : 배액회수제어부 530 : 배액살균제어부
540 : 살균배액공급제어부 550 : 송수신부
551 : 관리서버 552 : 무선단말기
HB : 수경재배용 베드
120 : 원액탱크 130 : 혼합탱크
200 : 배액회수부 200' : 배액회수탱크
300 : 배액살균부
310 : 제1살균부 320 : 제2살균부
400 : 살균배액저장부 400' : 살균배액저장탱크
500 : 제어부 510 : 양액공급제어부
520 : 배액회수제어부 530 : 배액살균제어부
540 : 살균배액공급제어부 550 : 송수신부
551 : 관리서버 552 : 무선단말기
HB : 수경재배용 베드
Claims (3)
- 원수를 저장하는 원수탱크와, 양액의 원액을 저장하는 원액탱크와, 상기 원수탱크와 원액탱크로부터 투입된 원수와 원액을 혼합한 양액을 저장하는 혼합탱크로 이루어져, 수경식물이 재배되는 수경재배용 베드에 주기적으로 양액을 공급하는 양액공급부; 상기 수경재배용 베드로부터 배출되는 배액을 집수하는 배액회수부; 상기 배액회수부와 연결된 배액이송관을 통해 집수된 배액을 UV-C로 살균처리하는 제1살균부와, 상기 제1살균부에서 1차살균된 배액을 UV-A로 살균처리하는 제2살균부로 구성되는 배액살균부; 상기 배액살균부에 의해 살균된 배액을 저장하는 살균배액저장부; 상기 살균배액저장부에 저장된 살균배액 중 일정량을 상기 양액공급부에 보충하고, 양액의 성분을 재조절하여 상기 수경재배용 베드에 공급하도록 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 수경재배용 배액살균 및 양액공급 시스템에 있어서,
상기 제어부는,
상기 혼합탱크에 저장된 양액의 성분을 측정 및 분석하고, 상기 원액탱크와 원수탱크로부터 각각 원액 및 원수를 상기 혼합탱크로 일정량 투입하도록 하며, 투입된 원수와 원액을 혼합하여 일정비율의 양액을 제조하여 주기적으로 수경재배용 베드로 공급하도록 제어하되, pH센서, EC센서 및 이온센서를 포함하여 상기 혼합탱크에서 혼합된 기존 양액과 추가된 살균배액의 성분을 상기 센서들이 측정한 값에 기초하여 원수와 원액의 추가량을 조절하는 양액공급제어부; 수경재배용 베드에서 배출되는 배액을 상기 배액회수부로 전달하게 하고, 상기 배액회수부의 수위를 감시하는 배액회수제어부; 상기 배액살균부의 살균처리 과정을 제어하고, 살균된 배액을 상기 살균배액저장부로 전달하며, 상기 살균배액저장부에 저장된 살균배액을 추가 살균처리 및 저장하도록 제어하는 배액살균제어부; 및 상기 양액공급제어부와 연동되어 상기 혼합탱크에 저장된 양액이 일정 수위 이하가 되면 일정량의 살균배액을 상기 혼합탱크로 추가하거나, 매일 일정 시간대에 일정량의 살균배액을 상기 혼합탱크로 추가하도록 제어하는 살균배액공급제어부;를 포함하여 이루어져, 상기 혼합탱크에 추가된 살균배액은 기존 양액과 혼합되면서, 일정량의 원액 및 원수를 보충함으로서 최적의 양액으로 재조절될 수 있고,
상기 제어부에 상기 양액공급제어부, 배액회수제어부, 배액살균제어부, 살균배액공급제어부를 통해 수집된 데이터를 관리서버로 전송하고, 상기 관리서버는 수신된 데이터를 저장, 분석 및 처리하고 판단하여, 관리자의 무선단말기로 전송하며, 관리자는 상기 무선단말기를 통해 전 시스템의 상태를 모니터링하면서, 원격으로도 제어할 수 있는 송수신부가 더 포함되며,
상기 혼합탱크의 내부에는 교반 임펠러가 구비되어 원수와 원액이 잘 섞이도록 교반하고,
상기 배액회수부 일측에는 수위조절기가 구비되고 상기 배액회수제어부와 연결되어 실시간으로 배액의 수위를 모니터링하면서 수위가 일정 높이 이상으로 상승하면 관리자에게 알려주며,
상기 제1살균부는 수은, 갈륨을 활성물질로 하는 UV-C 아말감 램프를 이용하여 배액을 1차 살균하되, 배액을 효율적으로 살균시키기 위해 '11자' 형상으로 소정 간격 이격시켜 배치하고,
상기 제2살균부는 UV-A 자외선을 조사시킬 수 있도록 UV-A 자외선 램프가 중앙에 구비되고 UV-A 자외선 램프의 둘레에 이산화티타늄(TiO2)이 도포된 스크류 구조를 가진 광촉매 살균장치를 이용하여 배액을 2차 살균하며,
상기 살균배액저장부는, 내부에 산소발생기와 연계된 마이크로버블 발생기가 구비되어 저장된 양액을 지속적으로 교반하여, 응고를 방지하면서 용존산소 농도를 증가시키고,
상기 배액회수부와 배액살균부를 수 회 순환하면서 반복적으로 살균처리가 수행되게 한 후 상기 살균배액저장부로 보내도록 순환펌프가 설치되는 것을 특징으로 하는 수경재배용 배액살균 및 양액공급 제어시스템. - 삭제
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2023
- 2023-02-23 KR KR1020230024206A patent/KR102626875B1/ko active IP Right Grant
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