KR20160097091A

KR20160097091A - 사이펀 유닛 및 이를 이용한 아쿠아포닉스 장치

Info

Publication number: KR20160097091A
Application number: KR1020150018981A
Authority: KR
Inventors: 최민근
Original assignee: 최민근
Priority date: 2015-02-06
Filing date: 2015-02-06
Publication date: 2016-08-17

Abstract

본 발명은 사이펀 유닛에 관한것으로, 더욱 상세하게는 하부에 적어도 복수의 유입공이 형성되고 상기 유입공으로 물이 유입되는 외측 사이펀관과, 상기 외측 사이펀관의 내부에 배치되되 상단이 상기 외측 사이펀관의 상단보다 낮게 배치되는 내측 사이펀관과, 상기 외측 사이펀관의 상부를 밀폐하는 덮개 및 상기 내측 사이펀관의 내부에 장착되고 상기 외측 사이펀관의 상부에서 물의 유량이 상승할 경우 물의 흐름을 방해하여 관 막힘을 유도하는 막힘유도부를 포함하는 사이펀 유닛에 의해 달성된다. 이에 따라, 순환수의 유량이 적더라도 사이펀이 작동하여 순환수의 적절한 배출속도를 조절할 수 있다.

Description

사이펀 유닛 및 이를 이용한 아쿠아포닉스 장치{Siphon unit and aquaponics device using thereof}

본 발명은 사이펀 유닛 및 사이펀 유닛을 이용한 아쿠아포닉스 장치에 관한 것이다.

유기농 식물재배에는 여러 가지 방식이 있다. 그 중 아쿠아포닉스(aquaponics)는 양어를 의미하는 "acuaculture"와 식물의 수경재배를 의미하는 "hydroponics"를 합친 말로서, 어류의 배설물을 식물의 영양분으로 사용하고, 식물의 생물학적 작용에 의해 자연정화된 물을 어류의 양식에 사용하는 인공 식물재배의 한 방식이다. 아쿠아포닉스는 친환경적인 방식으로 어류의 양식과 식물의 수경재배를 동시에 하면서 유기농 식물을 재배할 수 있다는 점에서 최근 각광받는 식물재배 방식이다.

한편, 어류의 배설물은 인간 또는 다른 동물과 다르게 암모니아 또는 암모늄이 주성분을 이루고 있다. 특히, 암모니아는 물과 혼합되면 물이 포함하는 수소 이온 또는 옥소늄 이온과 결합하여 암모늄을 형성하기도 한다.

이러한 암모늄 또는 암모니아는 인간 또는 다른 동물이 분비하는 요소와 달리 식물의 영양분으로 바로 사용하기는 부적합하다. 따라서, 어류의 배설물에 포함되는 암모늄 또는 암모니아를 식물의 영양분으로 사용하기 위해서는 화학적, 생물학적인 메커니즘을 이용하여 질산염으로 변환해야 하는데, 이러한 변환을 이뤄주는 장치로 바이오필터(bio filter)가 있다.

바이오필터는 박테리아들이 서식할 수 있는 환경을 제공하고 박테리아들을 이용하여 암모늄 또는 암모니아를 질산염으로 바꾸는 역할을 한다.

여기서, 식물이 자라는 재배조에는 사이펀이 설치되고, 사이펀을 통해서 어류가 자라는 사육조로 자연정화된 물을 어류로 공급한다.

더욱 상세하게는, 수중 암모늄을 이용하는 질산화 미생물은 호기성 미생물로, 이를 재배조에 채워 넣은 난석에 부착시켜 성장을 시킨다. 이때 재배조로 유입하는 순환수 유입속도에 따라 미생물과 순환수 및 공기 접촉시간이 달라지고, 이에 따라 미생물 활성도에 영향을 끼치므로 적절한 유입속도가 중요하다.

종래기술의 등록특허 제10-1333902호를 살펴보면 사이펀을 통해서 사육조로 물이 흐르는데, 사이펀 내부에 유량이 많아질 경우에만 작동하고, 유량의 변화가 적은 경우에는 사이펀이 작동하지 않는 문제가 있다.

즉, 유량의 변화가 적은 경우에는 사이펀이 작동하지 않고 사이펀 내부로 소량의 물이 관을 타고 내려가기 때문에 재배조로 유입시키는 순환수의 유입속도를 조절할 수 없는 문제가 발생한다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 순환수의 유량이 적더라도 사이펀이 작동하여 순환수의 적절한 배출속도를 조절할 수 있는 사이펀 유닛을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 적은 유량에도 작동하는 사이펀 유닛을 이용하여 미생물의 활성도를 최적화할 수 있고 나아가 규모가 작은 관상용으로 사용할 수 있는 아쿠아포닉스 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

하부에 적어도 복수의 유입공이 형성되고 상기 유입공으로 물이 유입되는 외측 사이펀관과, 상기 외측 사이펀관의 내부에 배치되되 상단이 상기 외측 사이펀관의 상단보다 낮게 배치되는 내측 사이펀관과, 상기 외측 사이펀관의 상부를 밀폐하는 덮개 및 상기 내측 사이펀관의 내부에 장착되고 상기 외측 사이펀관의 상부에서 물의 유량이 상승할 경우 물의 흐름을 방해하여 관 막힘을 유도하는 막힘유도부를 포함하는 사이펀 유닛에 의해 달성된다.

또, 상기 막힘유도부는,

상기 내측 사이펀관에 장착되면 상기 막힘유도부의 둘레에 통기공이 형성될 수 있다.

또, 상기 막힘유도부는,

탄성 재질로 형성되고 상기 내측 사이펀관의 내부에 장착되며 상기 외측 사이펀관의 상부에서 물의 유량이 상승할 경우 물의 흐름을 방해하는 저지부 및 상기 저지부의 둘레에 복수의 돌출부를 포함하되, 상기 막힘유도부가 상기 내측 사이펀관에 장착되면, 상기 저지부의 외면이 상기 내측 사이펀관의 내면에 밀착되어 상기 저지부가 상기 내측 사이펀관의 아래로 밀리는 것을 방지하고, 상기 돌출부 주변으로 틈새가 발생하여 통기공이 형성될 수 있다.

또, 상기 저지부는, 상기 내측 사이펀관의 길이방향으로 서로 이격되어 상기 내측 사이펀관의 내부에 복수가 장착될 수 있다.

한편, 이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

식물이 자라는 재배부와, 상기 재배부의 바닥에 설치되고 상기 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 사이펀 유닛 및 상기 사이펀 유닛을 통해 물이 유입되고 어류를 양식하며 어류 양식에 사용된 물을 상기 재배부로 공급하는 수조부를 포함하는 아쿠아포닉스 장치에 의해서도 달성된다.

본 발명에 따르면, 물의 흐름을 방해함으로써 작은 유량변화에도 사이펀이 작동하는 장점이 있다.

또한, 막힘유도부를 별도의 고정수단 없이 장착할 수 있고, 손쉽게 설치할 수 있다.

또한, 내측 사이펀관과 저지부 사이에 통기공이 형성됨으로써, 사이펀 작동 후 통기공을 통해서 공기가 유입되어 신속하게 복원된다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 사이펀 유닛을 개략적으로 나타낸 분해사시도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 사이펀 유닛의 정단면 및 "A"부를 확대한 평면도를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 아쿠아포닉스 장치를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 4 및 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 아쿠아포닉스 장치의 작동상태를 개략적으로 나타낸 단면도.

본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명하되, 이미 주지된 기술적 부분에 대해서는 설명의 간결함을 위해 생략하거나 압축하기로 한다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 사이펀 유닛(1)은, 외측 사이펀관(11), 내측 사이펀관(12), 마개(13) 및 막힘유도부(14)를 포함한다.

외측 사이펀관(11)은, 대략 원통형으로, 하부 둘레에는 복수의 유입공(111)이 형성되고, 외측 사이펀관(11)의 하단이 후술할 재배부(2)의 바닥에 밀착되어 설치된다.

내측 사이펀관(12)은, 대략 원통형으로, 외경이 외측 사이펀관(11)의 내경보다 작게 형성되고, 외측 사이펀관(11)의 내부에 배치되되 상단이 외측 사이펀관(11)의 상단보다 낮게 배치되며, 후술할 재배부(2)의 바닥을 관통하여 재배부(2)의 바닥에 설치된다.

마개(13)는, 하단이 개구된 원통형으로 외측 사이펀관(11)의 상단에 끼워진다. 이에 따라, 마개(13)가 외측 사이펀관(11)의 상단에 끼워짐으로써, 외측 사이펀관(11)의 상단이 밀폐된다.

막힘유도부(14)는, 외측 사이펀관(11)의 내부에 물의 흐름을 방해하여 외측 사이펀관(11)의 상부에서 관 막힘을 유도하는 것으로, 저지부(141) 및 돌출부(142)를 포함한다.

저지부(141)는, 대략 원통형으로 3개가 마련되되 외경이 내측 사이펀관(12)의 내경보다 크게 형성되고, 실리콘 등의 탄성재질로 형성되며, 내측 사이펀관(12)의 상부에 일정한 간격으로 꽉 끼워져 고정된다.

이에 따라, 내측 사이펀관(12)으로 물이 흐를 때, 흐르는 물이 저지부(141)에 부딪쳐서 물의 흐름이 방해되고, 외측 사이펀관(11)의 상부에서 관 막힘 현상이 발생하여 사이펀 기능이 작동한다. 또한, 저지부(141)가 내측 사이펀관(12)에 꽉 끼워짐으로써 저지부(141)와 내측 사이펀관(12) 사이에는 마찰력이 상승하고, 마찰력이 상승함으로써 저지부(141)가 내측 사이펀관(12)의 하부로 밀리는 것이 방지된다.

따라서, 관 막힘 현상을 유도함으로써, 작은 유량에도 사이펀 기능이 작동하여 항상 적절한 유량을 유지할 수 있다.

돌출부(142)는, 대략 복수의 기다란 막대형태로, 저지부(141)의 외면에 등 간격으로 배치되어 고정되며, 저지부(141)와 함께 내측 사이펀관(12)의 내부에 장착되어 고정된다.

이에 따라, 돌출부(142)와 저지부(141)의 외면 및 내측 사이펀관(12)의 내면 사이에는 통기공(143)이 형성된다.

따라서, 사이펀 기능 작동 후에는 내측 사이펀관(12)의 하부에서 외부공기가 통기공(143) 또는 저지부(141)의 내부를 통해서 신속하게 유입됨으로써, 원상태로 신속하게 복원된다.

여기서 돌출부(142)는, 길이가 저지부(141)들을 서로 연결할 만큼 길게 형성되거나 저지부(141)의 높이와 저지부(141)와 저지부(141) 사이의 거리 만큼만 더해져서 형성될 수도 있으며, 경질의 재질로 형성될 수 있다.

또한 돌출부(142)는, 저지부(141)와 일체로 형성될 수도 있다.

이에 따라, 돌출부(142)와 저지부(141)가 3쌍으로 마련되어 내측 사이펀관(12)의 내부에 각각 삽입될 수도 있고, 돌출부(142)와 저지부(141)들 모두가 일체로 고정되어 내측 사이펀관(12)의 내부에 끼워질 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 따른 아쿠아포닉스 장치는, 재배부(2), 사이펀 유닛(1) 및 수조부(3)를 포함한다.

재배부(2)는, 대략 상단이 개구된 직육면체의 케이스의 바닥에 난석(S)이 깔려있고, 난석(S)의 상부에는 식물이 심어져 있으며, 수조부(3)로부터 물을 공급받는다.

사이펀 유닛(1)은, 재배부(2)의 바닥에 설치되고, 재배부(2)에 일정량의 물이 채워지면 사이펀 기능이 작동하여 재배부(2)에 채원진 물을 수조부(3)로 공급한다.

여기서 사이펀 유닛(1)은, 상술한 사이펀 유닛(1)에 대응하는바 상세한 설명은 생략하기로 한다.

이때, 재배부(2)의 수위가 내측 사이펀관(12)의 상단에 이른 상태에서 재배부(2)에 설정량 이하의 물이 공급되면, 재배부(2)의 물은 내측 사이펀관(12)을 타고 조금씩 흘러서 수조부(3)로 배출된다. 만약, 재배부(2)에 설정량 이상의 물이 공급되면, 사이펀 유닛(1)의 내부에서 관 막힘 현상이 발생하면서 사이펀 기능이 작동하여 재배부(2)에 채워진 물을 신속하게 배출시킬 수 있다.

수조부(3)는, 어류가 생식하는 곳으로, 대략 상단이 개구된 케이스에 일정량의 물이 채워지고, 수조부(3)에 채워진 물을 재배부(2)로 공급하는 펌프(P)가 한쪽에 마련되며, 사이펀 유닛(1)을 통해 재배부(2)에 채워진 물을 공급받는다.

이에 따라, 수조부(3)에 채워진 물은 펌프(P)를 통해서 재배부(2)로 공급되고, 재배부(2)로 공급된 물은 사이펀 유닛(1)을 통해 수조부(3)로 배출됨으로써 물의 순환이 이루어진다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 아쿠아포닉스 장치의 작동상태를 설명하기로 한다.

펌프(P)를 통해 수조부(3)에 채워진 물의 일부가 재배부(2)로 공급되면, 난석(S)에 호기성 미생물이 붙어서 성장하고, 식물은 수조부(3)로부터 공급받은 물에 의해서 성장한다.

재배부(2)에 설정량 이상의 물이 공급되면 사이펀 유닛(1)이 작동하여 물이 빠른 속도로 배출되는데, 이때 난석(S)에서 성장하는 호기성 미생물이 물과 함께 배출되어 수조부(3)로 공급된다.

이에 따라, 암모늄 농축으로 인한 물고기의 폐사를 방지할 수 있다.

물의 배출량이 점점 줄어들면서 통기공(143)을 통해서 공기가 빠른 속도로 유입되어 사이펀 기능이 정지한다.

종래에는 재배부(2)에 소량의 물이 공급되면 사이펀이 작동하지 않고, 이에 따라 물과 함께 배출되는 호기성 미생물의 배출량이 적어서 물고기가 폐사하는 사례가 발생하였다. 즉, 대량의 물이 공급될 때에는 사이펀이 작동하지만, 소량의 물이 공급될 때에는 사이펀이 작동하지 않아서 물고기의 폐사가 발생하는 것이다.

더욱 상세하게는, 사이펀 기능이 한 번 발동되면 많은 수량이 한꺼번에 배출되고, 이것이 끝나려면 유량이 점점 줄어들다 관내의 음압을 대기압이 밀어내며 그 대기압이 사이펀의 상부까지 올라가면 배수가 끝난다.

그런데, 관 벽면이 매끄러운 경우에는 물줄기가 관 벽면을 따라 내려오고, 이에 따라 사이펀 위쪽에 얇은 수막이 형성되어 물줄기는 계속 흐르게 된다. 이때, 유량은 펌프(P)에서 올리는 유입유량과 같아지며 이 수막을 대기압이 밀어내지 못하여 사이펀 기능이 발동하지 않고 펌프(P)에 의한 유입유량과 사이펀의 배출 유량이 같아지는 현상이 발생하게 된다.

하지만, 본 발명은 적은 유량의 변화에도 관 막힘을 유도하여 사이펀 기능을 발동시킴으로써 재배부(2)에 서식하는 호기성 미생물을 수조부(3)로 적절하게 배출시킬 수 있고, 나아가 물고기의 폐사를 방지할 수 있다.

특히, 저 유량 변화에도 사이펀 기능이 작동하므로 소형화가 가능하고 이에 따라 관상용으로도 제작이 가능하다.

상술한 본 발명을 설명하는데 있어서, 그 실시 예가 상이하더라도 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조번호를 사용하고, 필요에 따라 그 설명을 생략할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시 예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시 예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이기 때문에 본 발명이 상기의 실시 예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 아니 된다. 따라서 상기에서 설명한 것 외에도 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 사람은 본 발명의 실시 예에 대한 설명만으로도 쉽게 상기 실시 예와 동일 범주 내의 다른 형태의 본 발명을 실시할 수 있거나, 본 발명과 균등한 영역의 발명을 실시할 수 있을 것이다.

1; 사이펀 유닛
11; 외측 사이펀관
111; 유입공
12; 내측 사이펀관
13; 마개
14; 막힘유도부
141; 저지부
142; 돌출부
143; 통기공
2; 재배부
3; 수조부
P; 펌프
S; 난석

Claims

하부에 적어도 복수의 유입공이 형성되고 상기 유입공으로 물이 유입되는 외측 사이펀관;
상기 외측 사이펀관의 내부에 배치되되 상단이 상기 외측 사이펀관의 상단보다 낮게 배치되는 내측 사이펀관;
상기 외측 사이펀관의 상부를 밀폐하는 덮개; 및
상기 내측 사이펀관의 내부에 장착되고 상기 외측 사이펀관의 상부에서 물의 유량이 상승할 경우 물의 흐름을 방해하여 관 막힘을 유도하는 막힘유도부;를 포함하는 사이펀 유닛.
제1항에 있어서,
상기 막힘유도부는,
상기 내측 사이펀관에 장착되면 상기 막힘유도부의 둘레에 통기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 사이펀 유닛.
제2항에 있어서,
상기 막힘유도부는,
탄성 재질로 형성되고 상기 내측 사이펀관의 내부에 장착되며 상기 외측 사이펀관의 상부에서 물의 유량이 상승할 경우 물의 흐름을 방해하는 저지부; 및
상기 저지부의 둘레에 복수의 돌출부;를 포함하되,
상기 막힘유도부가 상기 내측 사이펀관에 장착되면, 상기 저지부의 외면이 상기 내측 사이펀관의 내면에 밀착되어 상기 저지부가 상기 내측 사이펀관의 아래로 밀리는 것을 방지하고, 상기 돌출부 주변으로 틈새가 발생하여 통기공이 형성되는 것을 특징으로 하는 사이펀 유닛.
식물이 자라는 재배부;
상기 재배부의 바닥에 설치되고 상기 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 사이펀 유닛; 및
상기 사이펀 유닛을 통해 물이 유입되고, 어류를 양식하며 어류 양식에 사용된 물을 상기 재배부로 공급하는 수조부;를 포함하는 아쿠아포닉스 장치.