KR20160147095A - 초미세기포(나노버블) 생성 장치를 포함하는 수경재배기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1차 다공판 및 복수개의 2차 다공판을 포함하는 초미세기포 생성 장치를 수경 재배 용기와 결합시킴으로서 수경 재배에 초미세기포 산소 용해수를 이용할 수 있는, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기에 관한 것이다. 본 발명의 수경재배기는 초미세기포 생성 장치를 포함함으로서 초미세기포 산소용해수를 재배수로 사용할 수 있는데, 초미세기포 산소는 살균작용을 하기 때문에 추가적인 살균과정이 필요 없고, 용존산소량이 일정하게 유지되는 초미세기포 산소용해수는 재배되는 식물의 생장에 적합한 용존산소량을 보유한 재배수를 공급할 수 있는바, 깨끗하고 건강한 식물을 재배할 수 있고, 사용된 재배수를 상기 초미세기포 생성 장치에 주입하여 재활용할 수 있는 효과가 있다.

Description

초미세기포(나노버블) 생성 장치를 포함하는 수경재배기{APPARATUS FOR WATER CULTURE INCLUDING DEVICE FOR GENERATING NANOBUBBLE}

본 발명은 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 1차 다공판 및 복수개의 2차 다공판을 포함하는 초미세기포 생성 장치를 수경 재배 용기와 결합시킴으로서 수경 재배에 초미세기포 산소 용해수를 이용할 수 있는, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기에 관한 것이다.

일반적으로 수경재배(water culture)는, 흙을 사용하지 않고 물과 수용성 영양분으로 만든 배양액 속에서 식물을 키우는 방법을 말하는 것으로, 새싹채소, 열매채소, 넝쿨식물, 기타 일반식물 등이 수경재배로 재배할 수 할 수 있으며, 이러한 수경재배를 적용하여 식물 등을 용이하게 재배할 수 있는, 한국공개특허 제2015-0057733호와 같은 수경재배장치 등이 개발되어 있다. 그러나 수경재배장치 또는 수경재배기 관련 종래 기술은 좀 더 효율적으로 수경재배를 할 수 있는 구조의 개발에만 집중되어 있을 뿐, 소독제 없이 깨끗한 재배 환경을 유지할 수 있는 방법이나, 재배되는 식물에 적합한 용존산소량을 보유한 재배수를 공급하는 방법에 대해서는 개발이 거의 이루어지지 않고 있다. 식물은 재배수의 용존산소량에 따라 생산량 및 품질이 향상될 수 있기 때문에, 재배하는 식물에게 적합한 용존잔소량을 보유한 재배수를 공급하는 것은 매우 중요하다.

따라서 소독제가 없이도 위생적인 수경재배를 할 수 있고, 수경재배 작물에 적합한 산소량을 공급할 수 있는 수경재배기의 개발이 필요하다.

한국공개특허 제2015-0057733호

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 살균 효과가 있으면서도 용존산소량이 높은 재배수를 생산할 수 있는, 초미세기포 생성 장치를 수경재배에 이용함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명의 목적은,

초미세기포 생성 장치, 바닥면에 하나 이상의 배수공을 포함하는 재배용기, 상기 초미세기포 생성장치에서 생성된 초미세기포 산소용해수를 상기 재배용기로 공급하는 재배수 공급관, 및 상기 재배수 공급관과 연결된 상태로 상기 재배용기의 상부에 배치되는 분사기를 포함하는 수경재배기를 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해 본 발명은,

초미세기포 생성 장치, 바닥면에 하나 이상의 배수공을 포함하는 재배용기, 상기 초미세기포 생성장치에서 생성된 초미세기포 산소용해수를 상기 재배용기로 공급하는 재배수 공급관, 및 상기 재배수 공급관에 연결된 상태로 상기 재배용기의 상부에 배치되는 분사기를 포함하고,

상기 초미세기포 생성 장치가, 챔버, 물 공급관 및 산소 공급관과 연결된 공급관, 상기 챔버 내부의 상부에 위치하고, 상기 공급관의 분출구와 마주하여 이격된 상태로 설치되며, 상기 공급관을 통해 분출된 산소-물 혼합류를 관통시킴으로써, 상기 산소-물 혼합류에 포함되어 있는 산소를 미세화 하는 1차 다공판, 상기 챔버 내부에서 상기 1차 다공판의 아래 공간에 상호 이격되어 복수개로 설치되고, 상기 1차 다공판을 관통한 산소-물 혼합류를 다시 관통시킴으로써, 상기 산소-물 혼합류 내 산소를 더 미세화하고 와류를 형성하여 초미세기포 산소용해수를 생성하는 2차 다공판, 및 상기 재배수 공급관과 연결되는 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기를 제공한다.

상기 1차 다공판 및 상기 2차 다공판의 관통공 직경은 5 내지 15mm이고, 상기 관통공이 차지하는 면적은 다공판 면적 대비 30 내지 90%일 수 있다.

상기 초미세기포 생성 장치는 복수개로 직렬 연결된 형태일 수 있다.

상기 재배용기는 상기 배수공을 통해 배출되는 물을 저장하는 저수 공간을 포함하고, 상기 수경재배기는 상기 저수 공간의 물을 상기 초미세기포 생성 장치로 수송하는 수송관을 추가로 포함할 수 있으며, 상기 수송관은 초미세기포 생성 장치의 물 공급관과 연결될 수 있다.

상기 재배용기는 복수개로 수직 또는 수평 배열로 배치될 수 있다.

본 발명의 수경재배기는 초미세기포 생성 장치를 포함함으로서 초미세기포 산소용해수를 재배수로 사용할 수 있는데, 초미세기포 산소는 살균작용을 하기 때문에 추가적인 살균과정이 필요 없고, 재배되는 식물의 생장에 적합한 용존산소량을 보유한 재배수를 공급할 수 있는바, 깨끗하고 건강한 식물을 재배할 수 있고, 사용된 재배수를 상기 초미세기포 생성 장치에 주입하여 재활용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치의 일 실시예의 단도이다.
도 3은 본 라명에 따른 초미세기포 생성 장치의 다른 일 실시예의 단면도이다.
도 4는 상기 도 2의 일 실시예를 직렬 연결한 또 다른 일 실시예의 단면도이다.
도 5는 상기 도 3의 일 실시예를 직렬 연결한 또 다른 일 실시예의 단면도이다.
도 6은 도 2 및 도 3의 일 실시예에 구비된 1차 다공판을 챔버 상부에서 바라본 정면도이다.
도 7은 도 2의 일 실시예에 구비된 2차 다공판을 챔버 상부에서 바라본 정면도이다.
도 8은 도 3의 일 실시예에 구비된 2차 다공판을 챔버 상부에서 바라본 정면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기의 다른 일 실시예의 개략적인 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기에서, 재배용기가 복수개로 수직 배치된 것을 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기에서, 재배용기가 복수개로 수평 배치된 것을 나타내는 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예들은 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 이하의 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성 요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축적대로 도시된 것이 아니라, 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

먼저, 본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 정의한다.

"초미세기포"는 입경이 1㎛ 미만이고, 육안으로 확인이 불가능한 기포를 의미하는 것으로, "나노버블" 또는 "나노기포"라고도 한다.

"초미세기포 산소용해수"는 초미세기포 형태의 산소가 13ppm 이상의 농도로 용해되어있고, 약 20℃에서 대략 1시간 방치했을 때, 산소의 농도 감소율이 20% 미만인 물을 의미한다.

어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함" 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구체적으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기를 개략적으로 다타낸 단면도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 초미세기포 생성 장치의 일 실시예의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기는, 초미세기포 생성 장치(100), 바닥면에 하나 이상의 배수공(210)을 포함하는 재배용기(200), 초미세기포 생성 장치(100)에서 생성된 초미세기포 산소용해수를 재배용기(200)로 공급하는 재배수 공급관(300), 및 재배수 공급관(300)에 연결된 상태로 재배용기(200)의 상부에 배치되는 분사기(400)를 포함한다.

재배용기(200)의 상부는 개방형이거나, 분사기(400)가 재배용기의 상부를 덮어 윗면을 이룰 수 있다. 재배용기(200)의 바닥면에는 하나 이상의 배수공(210)이 형성되어 있음으로서 재배에 사용된 재배수가 배수되어 재배용기(200)를 빠져나오게 된다.

초미세기포 생성 장치(100)에서 생성된 초미세기포 산소용해수를 재배용기(200)로 공급하는 재배수 공급관(300)은 초미세기포 산소용해수를 임시로 저장할 수 있는 탱크와 연결될 수 있고, 상기 탱크와 재배수 공급관(300)이 연결된 부위에는 밸브가 설치되어 재배수가 분사되는 시기를 조절할 수 있다. 대량으로 수경재배를 할 경우에는 밸브에 타이머를 설치하여 자동으로 밸브에 열리도록 할 수 있다.

분사기(400)는 재배용기 상부에 배치되어 재배용기 내부의 식물에 초미세기포 산소용해수를 공급해주는 역할을 하고, 빛이 들어가는 것을 막아주는 역할을 동시에 수행할 수 있다. 또한, 분사기(400)는 도 1에 도시된바와 같이, 재배용기(200)와 이격되어 설치될 수 있으나, 이에 국한되지 않고 재배용기(200)의 상부에 부착되어 재배용기(200)의 윗면이 될 수도 있다. 덧붙여, 분사기(400)는 재배수의 분사세기를 조절할 수 있는 압력 제어기를 포함할 수 있다.

도 2 및 3을 참조하면, 본 발명의 초미세기포 생성 장치(100)는,

챔버(150), 물 공급관(134) 및 산소 공급관(132)과 연결된 공급관(130), 챔버(150) 내부의 상부에 위치하고, 공급관(130)의 분출구(133)와 마주하여 이격된 상태로 설치되며, 공급관(130)을 통해 분출된 산소-물 혼합류를 관통시킴으로써, 상기 산소-물 혼합류에 포함되어 있는 산소를 미세화 하는 1차 다공판(110), 챔버(150) 내부에서, 1차 다공판(110)의 아래 공간에 상호 이격되어 복수개로 설치되고, 1차 다공판을 관통한 산소-물 혼합류를 다시 관통시킴으로써, 상기 산소-물 혼합류 내 산소를 더 미세화하고 와류를 형성하여 초미세기포 산소용해수를 생성하는 2차 다공판(120), 및 제2라인(400)과 연결되는 배출구(140)를 포함한다.

챔버(150)는 본 발명의 초미세기포 함유 액체 생성 장치의 기본 형상을 이루는 구성으로서, 공급관(130), 1차 다공판(110), 2차 다공판(120), 및 배출구(140)를 내부에 포함한다. 챔버(150)의 형상은, 본 발명의 일 실시예에서는 원기둥형이지만, 이에 한정되지 않고, 본 발명의 초미세기포 생성 장치(100)가 설치되는 장소에 적합하도록 직육면체형, 삼각기둥형, 구 등의 형상으로도 구현될 수 있다. 또한, 챔버(150)의 크기는 원기둥형을 기준으로, 높이가 0.2-3 미터, 밑바닥 직경이 0.05-200 미터일 수 있다. 그러나, 챔버(150)의 크기는 목표하는 초미세기포 산소용해수의 생성량 등에 따라 적절하게 변경될 수 있다.

산소-물 혼합류를 공급하는 공급관(130)은, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 산소 공급관(132)으로부터 산소를, 물 공급관(134)으로부터 물을 공급관 내부(131)로 유입하여 산소-물 혼합류를 분출하는데, 도 2에 도시된 바와 같이, 공급관(130)의 분출구(133)가 1차 다공판(110)의 하부에 위치하여 상방을 향하는 형태로 배치될 수 있고, 도 3에 도시된 바와 같이, 공급관(130)의 분출구(133)가 1차 다공판(110)의 상부에 위치하여 하방을 향하는 형태로 배치될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 분출구(133)가 1차 다공판(110)의 하부에 위치하여 상방을 향하는 형태일 경우, 산소-물 혼합류가 올라갈 때 한 번, 내려올 때 한 번, 즉 총 두 번 1차 다공판(110)을 통과하게 되어, 도 3의 형태로 배치될 때보다 초미세기포 생성량이 더 많아질 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 형태로 배치될 경우, 공급관(130)의 분출구(133) 입구는 산소-물 혼합류가 1차 다공판(110)을 고르게 통과될 수 있도록 넓게 퍼진 형태가 바람직할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

공급관(130)의 배치는, 상기 형태에 한정되지 않고, 산소-물 혼합류가 공급관(130)에서 분출되었을 때, 가장 먼저 1차 다공판(110)을 통과할 수 있는 모든 형태가 바람직할 수 있다.

산소 공급관(132) 및 물 공급관(134)의 배치는 이에 한정되지는 않지만, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 공급관(30)에 각각 연결되어, 산소 및 물이 공급관(130)에 따로 공급되는 형태일 수 있고, 또는 산소 공급관(132)에 물 공급관(134)이 혼입되거나 물 공급관(134)에 산소 공급관(132)이 혼입된 형태로 공급관(130)에 연결되어, 산소-물 혼합류 자체가 공급관(130)에 공급되는 형태일 수 있다.

공급관(130)에서 분출되는 산소-물 혼합류의 공급 압력은, 산소-물 혼합류에 의해 1차 다공판(110)이 손상되지 않으면서도, 상기 산소-물 혼합류가 1차 다공판(110)의 관통공을 통과할 수 있는 정도의 압력이면 특별한 제한 없이 적용이 가능하며, 상기 압력은 공급관(130)의 길이, 공급관(130)의 분출구(133)와 1차 다공판(110) 간의 이격 거리 등에 따라 적합하게 설정될 수 있다.

도 4는 도 2의 초미세기포 생성 장치(100)를 직렬 연결한 또 다른 일 실시예의 단면도이고, 도 5는 도 3의 초미세기포 생성 장치(100)를 직렬 연결한 또 다른 일 실시예의 단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치(100)는 복수개가 직렬로 연결될 수 있다. 복수개의 초미세기포 생성 장치(100)는 연결라인(160)을 통해 직렬로 연결되고, 연결라인(160)에는 산소-물 혼합류에 압력을 부여할 수 있는 펌프(161)를 설치할 수 있지만, 필수적이지는 않다. 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치(100)를 복수개로 직렬 연결할 경우, 재배수 내 초미세기포 산소의 농도를 더욱 높일 수 있다.

도 6은 도 2 및 도 3에 도시된 일 실시예에 구비된 1차 다공판(110)의 정면도이다.

도 6에 도시된 1차 다공판(110)은 공급관(130)에서 분출된 산소-물 혼합류가 첫 번째로 통과하는 기판으로써, 초미세기포 생성에 매우 중요하다. 1차 다공판(110)은 상기 혼합류에 포함된 산소를 1차적으로 미세화하는 역할을 하고, 양식수도 미세화시켜 산소와의 접촉 면적을 증가시킴으로써 상기 미세화된 산소의 혼합류 내 농도를 증가시킨다. 1차 다공판(10)의 형태는 이에 한정되지는 않지만, 도 6 에 도시된 바와 같이 원형일 수 있고, 챔버(50)의 형태에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

1차 다공판(110)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 공급관(130)의 분출구(133)와 마주하여 이격된 상태로 설치되거나, 공급관(130)의 분출구(133)에 장착될 수 있다.

1차 다공판(110)은 단면적이 챔버 내부(151)의 단면적과 일치하여 챔버 내벽에 꼭 들어맞거나, 챔버 내부(151)의 단면적보다 작아서 챔버 내벽에 닿지 않는 부분이 존재할 수 있다. 챔버 내벽과 1차 다공판 사이에 간격 없이 꼭 들어맞을 경우, 양식수에 섞여있을 수 있는 불순물 등이 1차 다공판의 관통공(112)을 막아서 상기 혼합류가 역류할 수 있는 위험이 있으므로, 1차 다공판(10)과 챔버 내벽 간에 틈이 있는 것이 더 바람직하다.

1차 다공판(110)을 챔버 내부(151)의 상부에 위치하도록 도와주는 지지대(111)는, 1차 다공판(110)이 챔버 내벽에 부착될 경우 필요 없지만, 1차 다공판(110)이 챔버 내벽과 이격되어 있을 경우, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이 챔버(150)의 상부와 연결되는 형태로 배치될 수 있고, 또는, 챔버(150)의 측면 또는 하부와 연결될 수 있으며, 공급관(130) 또는 2차 다공판(120)과 연결될 수 있다. 지지대(111)의 배치는 상기에 한정되지 않고, 1차 다공판(110)이 챔버 내부(151)의 상부에 위치하도록 지지할 수 있는 모든 배치가 바람직할 수 있다.

2차 다공판(120)은 1차 다공판(110)에서 미세화된 산소를 더 미세화하고, 혼합류의 흐름을 간섭하여 와류를 발생시킴과 동시에, 혼합류의 흐름 궤적을 길게 만들어, 물에 녹아있는 초미세기포 산소의 농도를 더욱 증가시킨다. 따라서, 2차 다공판(120)은 산소-물 혼합류의 흐름 궤적을 길게 만듦과 동시에 와류를 형성하도록 유도하기 위해, 이격되어 복수개 설치되는 것이 바람직하다. 복수개의 2차 다공판(120)은 수직방향을 따라 교호적으로 형성될 수 있다.

도 7은 도 2에 도시된 일 실시예에 구비된 2차 다공판(120)을 챔버(150) 상부에서 바라본 정면도이고, 도 8은 도 3에 도시된 일 실시예에 구비된 2차 다공판(120)을 챔버(150) 상부에서 바라본 정면도이다.

도 2에 도시된 본 발명의 초미세기포 생성 장치(100)에 장착되어 있는 2차 다공판(120)은, 도 7에 도시된 바와 같이 도너츠 형태로써, 도너츠 형태의 중심원이 공급관(130)에 부착되고, 바깥원은 챔버(150) 내벽에 닿지 않는 형태 1(도 7의 a에 도시), 및 도너츠 형태의 중심원이 공급관(130)에 닿지 않고 바깥원이 챔버(150) 내벽에 부착된 형태 2(도 6의 b에 도시)가 교대로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 2차 다공판(20)이 상기와 같이 배치될 경우, 산소-물 혼합류의 흐름 궤적을 길게 만들 수 있다.

도 3에 도시된 본 발명의 초미세기포 생성 장치(100)에 장착되어 있는 2차 다공판(120)은, 도 8에 도시된 바와 같이 부채꼴 형태로써, 그 중심각이 이에 한정되지는 않지만, 180°이상 내지 360°미만이 바람직할 수 있다. 상기 중심각이 180°이상이면, 1차 다공판(110)을 통과한 산소-양식수 흐름류가 복수개의 2차 다공판(120)을 모두 관통하도록 유도할 수 있다. 상기 중심각이 360°미만인 이유는, 위에 배치된 2차 다공판(120)으로부터 아래에 배치된 2차 다공판(120)으로, 관통공(121)을 통과하지 않은 혼합류가 흘러 내려갈 수 있는 틈이 있어야 하기 때문이다.

2차 다공판(120)의 형태 및 배치는, 챔버(150) 형태 또는 공급관(130) 배치 구도에 따라 적절히 변경될 수 있고, 복수개의 2차 다공판(120)들은 그 사이즈가 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 2차 다공판(120)은 챔버 내벽과 직각으로 형성되거나, 하방 또는 상방으로 경사지게 형성될 수 있다.

1차 다공판(110) 및 2차 다공판(120)의 관통공(112, 121)은 그 직경이 바람직하게는 5 내지 15 mm일 수 있다. 관통공(112, 121) 직경이 15mm를 초과하면, 지름이 1 마이크로 미터 이상인 산소 기포들이 많이 생성되고, 와류가 적게 형성되어 양식수 내 산소의 농도가 감소한다. 또한, 관통공(112, 121) 직경이 5mm 미만이면, 산소-물 혼합류의 흐름이 정체되어 내부 압력이 높아지고, 이로 인해 산소-물 혼합류의 흐름이 역류하는 현상이 발생할 수 있다.

1차 다공판(110) 및 2차 다공판(120)에서 관통공(112, 121)이 차지하는 면적은, 각각의 다공판 면적 대비 약 30 내지 90%일 수 있고, 바람직하게는 약 65 내지 85%일 수 있다. 관통공이 차지하는 면적이 다공판 면적 대비 30% 미만일 경우, 1차 다공판(110) 및 2차 다공판(120)에 가해지는 압력이 너무 커지기 때문에 다공판(110, 120)이 손상되거나 산소-물 혼합류의 흐름이 역류하는 현상이 발생할 수 있으며, 관통공(112, 121)을 통과하지 않고 지나가는 산소-물 혼합류가 많아져 초미세기포 산소의 생성량이 현저히 감소하게 된다. 따라서, 관통공(112, 121)이 차지하는 면적이 다공판 면적 대비 30% 미만이면, 1차 다공판(110)및 2차 다공판(120)의 설치가 무의미해질 수 있다.

또한, 관통공(112, 121)이 차지하는 면적이 다공판 면적 대비 90% 초과할 경우, 산소-물 혼합류가 2차 다공판(120)을 대부분 그대로 통과하게 되어, 와류가 적게 형성되고, 혼합류의 흐름 궤적이 짧아지기 때문에, 물에 녹는 초미세기포 산소의 양이 현저히 감소한다. 뿐만 아니라, 관통공(112, 121)이 차지하는 면적이 너무 넓기 때문에 다공판(110, 120)의 내구성이 약해질 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치(100)를 포함하는 수경재배기의 다른 일 실시예의 개략적인 단면도이다.

도 9를 참조하면, 재배용기(200)는 배수공(210)을 통해 배출되는 물을 저장하는 저수 공간(220)을 포함하고, 본 발명의 수경재배기는 저수 공간(220)의 물을 초미세기포 생성 장치(100)로 수송하는 수송관(300)을 추가로 포함함으로서, 재배수를 재사용할 수 있다.

수송관(300)과 재배용기(200)가 연결되는 부위에는, 재배수에 포함된 이물질들을 걸러낼 수 있는 여과 장치가 추가로 설치될 수 있다.

또한, 수송관(300)은 도 9에 도시된바와 같이, 물 공급관(134)에 혼입될 수 있으나, 이에 한정되지 않고 초미세기포 생성 장치(100)의 공급관(130)에 바로 연결되거나, 산소 공급관(132)에 혼입될 수 있다.

수송관(300)은 저수 공간(220)의 물을 임시적으로 보관하는 저수 탱크와 연결될 수 있는데, 상기 저수 탱크에서 배출하는 물의 양을 조절함으로서 재배수 내 용존산소량을 제어할 수 있다. 상기 용존산소량은 수경재배 하고자 하는 식물의 종류에 따라 조절될 수 있다.

용존산소량의 제어가 가능한 것은, 산소가 초미세기포 형태이기 때문에 가능한 것이다. 마이크로 사이즈 이상의 입경을 갖는 산소기포는 물에 용해되더라도 금방 외부로 방출되기 때문에 물의 용존산소량을 조절하는 것이 매우 어렵다. 그러나, 나노 사이즈의 입경을 갖는 초미세기포 산소는 물에 녹더라도 외부로 쉽게 방출되지 않기 때문에 물 내 용존산소량이 일정하게 유지되므로, 재배수의 용존산소량을 쉽게 조절할 수 있다.

수경재배 특성상 막대한 양의 물이 소비되는데, 수자원의 절약 및 환경 보전의 측면에서 재배수의 재활용은 매우 중요한 해결책이다. 그러나 재배수를 순환시켜 재활용하면, 재배수 중의 유기물 농도가 높아져 곰팡이 또는 세균이 번식하기 좋은 환경이 된다. 따라서 재배수를 재사용할 경우, 살균과정이 필수적으로 필요하다.

그러나 초미세기포 산소용해수를 사용하면, 초미세기포의 살균작용 때문에 살균과정이 따로 필요 없는 장점이 있는바, 초미세기포 생성 장치를 수경재배에 사용하면 재배수를 재사용하기가 훨씬 수월해진다.

도 10은 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기에서, 재배용기가 복수개로 수직 배치된 것을 나타내는 단면도이고, 도 11은 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기에서, 재배용기가 복수개로 수평 배치된 것을 나타내는 단면도이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 재배용기(200)는 복수개로 설치될 수 있고, 그 배치 형태는 수직(도 10) 또는 수평(도 11) 형태일 수 있고, 또는 수직으로 배치된 복수개의 재배용기(200)가 복수개로 수평 상태로 배치될 수 있다. 이러한 배치 형태는 재배하고자 하는 공간의 크기 또는 재배하고자 하는 식물의 종류에 따라 적절히 선택할 수 있다.

본 발명에 따른 수경재배기는 모든 식물의 수경재배에 적용할 수 있고, 구체적인 예로써, 콩나물, 숙주나물, 고구마, 감자, 당근, 양파, 토란, 무, 무나물, 토마토, 미나리, 쑥갓, 양상추, 부추, 샐러리, 파 등을 들 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명 하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

< 실시예 - 초미세기포 생성 장치의 제조 >

도 2에 도시된 바와 같은 초미세기포 생성 장치(실시예 1)를 제조하였고, 도 3에 도시된 바와 같은 초미세기포 생성 장치(실시예 2)를 제조하였다. 1차 다공판 및 2차 다공판에서 관통공이 차지하는 면적 비율만 실시예 1과 달리하여 실시예 3 내지 6을 제조하였고, 실시예 1을 직렬 연결한 실시예 7을 제조하였다. 제조된 실시예의 챔버는 원기둥 형태로써, 높이가 약 1m이고 직경이 약 2m이다.

< 비교예 >

실시예 1과 동일하되 1차 다공판이 없는 비교예 1, 실시예 7과 동일하되 1차 다공판이 없는 비교예 2, 실시예 1과 동일하되 1차 다공판 및 2차 다공판에서 관통공이 차지하는 면적 비율만 달리한 비교예 3 내지 5를 제조하였다. 비교예 챔버의 크기는 상기 실시예와 동일하다.

< 실험예 >

물 및 산소를 이용하여, 상기 실시예 및 비교예의 용존산소량 및 산소농도감소 비율을 비교해 보았다. 용존산소량계(YSI-550A)로 실시예 및 비교예에서 생성된 산소용해수의 용존산소량(ppm)을 측정하였으며, 그 후, 20℃에서 1시간 방치하여 산소농도감소 비율(%)을 계산하였다. 또한, 초미세기포(입경이 1 ㎛ 미만)인지 여부는 육안으로 관찰하였다.

상기 실시예 및 비교예의 구성 및 상기 측정 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

	챔버 개수	공급반 배치형태	1차 다공판 설치 여부	2차 다공판 설치 여부	관통공 면적	용존 산소량 (ppm)	산소농도 감소비율 (%)	육안으로 기포관찰 가능여부
실시예 1	1	도 1	○	○	75%	19	15	Ｘ
실시예 2	1	도 2	○	○	75%	18	18	Ｘ
실시예 3	1	도 1	○	○	85%	17	17	Ｘ
실시예 4	1	도 1	○	○	90%	16	19	소량 관찰
실시예 5	1	도 1	○	○	45%	17	18	Ｘ
실시예 6	1	도 1	○	○	35%	17	18	Ｘ
실시예 7	2	도 3	○	○	75%	30	14	Ｘ
비교예 1	1	도 1	Ｘ	○	75%	11	32	○
비교예 2	2	도 3	Ｘ	○	75%	18	30	○
비교예 3	1	도 1	○	○	25%	13	28	○
비교예 4	1	도 1	○	○	10%	역압으로 인해 실험 불가	-	-
비교예 5	1	도 1	○	○	95%	12	22	소량 관찰

비교예 1은 실시예 1에서 1차 다공판을 설치하지 않은 것으로, 용존산소량이 실시예 1 에 비해 약 42% 감소되었고, 초미세기포가 생성되지 않았다. 초미세기포는 용매에서 방출이 잘 되지 않기 때문에, 용매 내 농도의 감소 비율이 큰 기포들보다 매우 작은데, 비교예 1은 초미세기포보다 입경이 큰 기포들이 생성되었으므로, 산소농도감소 비율이 실시예 1보다 2배 이상으로 컸다.

또한, 비교예 2는 실시예 7에서 1차 다공판을 설치하지 않은 것으로, 상기 비교예 1 및 실시예 1의 비교 양상과 비슷하게, 용존 산소량이 실시예 7에 비해 약 43% 감소하였고, 산소농도감소 비율이 2배 이상으로 증가되었다.

상기 비교예 1 및 2와 실시예 1 및 7의 비교를 통하여, 1차 다공판이 초미세기포의 생성 및 초미세기포의 용해농도 상승에 필수적인 구성이라는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 7은 실시예 1을 두 개 직렬 연결한 것으로써, 용존산소량이 실시예 1에 비해 약 37% 증가되었는바, 본 발명에 따른 장치를 복수개로 직렬 연결하면, 초미세기포의 용해농도를 높일 수 있다는 것을 알 수 있다.

실시예 1은 1차 및 2차 다공판에서 관통공이 차지하는 면적이 75%인데 반해, 비교예 3은 상기 면적을 25%로 설정한 것으로서, 실시예 1에 비해 용존산소량이 약 32% 감소하였고, 산소농도감소 비율은 약 1.9배 증가되었으며, 이러한 용존산소량 감소율 및 산소농도감소 비율 증가 정도는, 1차 다공판이 없는 비교예 1과 비슷한바, 이는 다공판에서 관통공이 차지하는 면적을 30% 미만으로 설정하면, 1차 다공판의 설치가 무의미하다는 것을 의미한다.

아울러, 실시예 1과 구조가 동일하되, 1차 및 2차 다공판에서 관통공이 차지하는 면적을 10%로 설정한 비교예 4는, 공급관에서 분출된 혼합류가 1차 다공판으로부터 역압을 받게 되어, 공급관으로부터의 혼합류 분출이 원활하지 않았고, 혼합류가 공급관 내부로 역류하는 현상까지 발생하여 실험 자체를 진행할 수 없었다.

또한, 실시예 1과 구조가 동일하되, 관통공이 차지하는 면적이 95%인 비교예 5는 용존산소량이 실시예 1에 비해 약 37% 감소하였고, 산소농도감소 비율은 약 1.5배 증가되었는데, 이는 비교예 5에서 관통공이 차지하는 비율이 너무 커서, 와류 형성이 부족하였고, 다공판을 그대로 통과하는 물의 양이 많아지는 바람에 흐름궤적이 짧아져서 용존산소량이 크게 감소된 것으로 판단된다.

상기 비교예 3 내지 5의 결과를 통해, 다공판에서 관통공이 차지하는 면적은 약 30 내지 90%가 바람직하다는 것을 알 수 있다.

< 제조예 - 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기의 제조 >

배수된 재배수를 받을 수 있는 저수 공간이 하부에 존재하고, 가로 0.5m, 세로 0.5m 및 높이 0.4m의 재배용기 9개를 3×3 배치로 준비하였고, 상기 저수 공간과 실시예 1의 초미세기포 생성 장치의 물 공급관을 연결하는 파이프를 설치하였으며, 상기 파이프를 통해 배수된 재배수가 초미세기포 생성 장치로 유입될 수 있도록 펌프를 파이프 중간에 설치하였다.

그 후, 상기 실시예 1의 초미세기포 생성 장치의 배출구와 분사기를 연결하는 파이프를 설치하였다. 상기 파이프 중간에는 실시예 1에서 생성되어 분출된 초미세기포 산소용해수를 저장할 수 있는 탱크를 연결해놓았고, 재배수를 분사하는 시기를 조절할 수 있도록 상기 탱크 입구에 밸브를 장착하였다. 상기 분사기는 상기 9개의 재배용기 모두에 재배수를 공급할 수 있을 정도로, 가로 1.7m, 세로 1.7m의 단면적을 가진다.

상기 설치된 수경재배기는 사용된 재배수를 다시 사용할 수 있는 순환 구조로서, 실제로 재배수의 재사용이 제대로 이루어지는지 알아보고자, 상기 재배용기의 배수공이 있는 바닥면 위에 부직포를 깔은 후, 물에 불린 콩나물콩을 고르게 펴 놓았다. 그 후, 실시예 1의 배출구와 분사기를 연결하는 파이프에 장착되어 있는 탱크의 밸브를 6시간에 한 번씩만 열어, 재배수를 분사하였다. 이러한 콩나물 재배는 어두운 공간에서 실시되었다.

5일이 지난 후, 콩나물을 살펴보자 콩나물이 상한 것 없이 싱싱하게 재배되어 있었고, 물을 중간에 새로 주지 않았음에도 곰팡이가 번식되어 있지 않았다. 따라서 본 발명에 따른 초미세기포 생성 장치를 활용하면, 추가적인 살균 장치가 없어도 재배수를 깨끗하게 재사용할 수 있다는 것을 알 수 있다.

100 : 초미세기포 생성 장치 110 : 1차 다공판
111 : 1차 다공판의 지지대 112 : 1차 다공판의 관통공
120 : 2차 다공판 121 : 2차 다공판의 관통공
130 : 산소-물 혼합류 공급관 131 : 공급관(130)의 내부공간
132 : 산소 공급관 133 : 공급관(130)의 분출구
134 : 물 공급관 140 : 배출구
150 : 챔버 151 : 챔버(150)의 내부공간
160 : 챔버(150) 간 연결 라인 161 : 펌프
200 : 재배용기 210 : 배수공
220 : 재배용기(200) 내부의 저수 공간 300 : 재배수 공급관
400 : 분사기
500 : 저수 공간(200)의 물을 초미세기포 생성 장치(100) 내부로 수송하는 수송관

Claims (6)

1. 초미세기포 생성 장치;
   바닥면에 하나 이상의 배수공을 포함하는 재배용기;
   상기 초미세기포 생성 장치에서 생성된 초미세기포 산소용해수를 상기 재배용기로 공급하는 재배수 공급관, 및
   상기 재배수 공급관에 연결된 상태로 상기 재배용기의 상부에 배치되어 재배용기 내부로 초미세기포 산소용해수를 분사하는 분사기를 포함하고,
   상기 초미세기포 생성 장치가,
   챔버;
   물 공급관 및 산소 공급관과 연결된 공급관;
   상기 챔버 내부의 상부에 위치하고, 상기 공급관의 분출구와 마주하여 이격된 상태로 설치되며, 상기 공급관을 통해 분출된 산소-물 혼합류를 관통시킴으로써, 상기 산소-물 혼합류에 포함되어 있는 산소를 미세화 하는 1차 다공판;
   상기 챔버 내부에서, 상기 1차 다공판의 아래 공간에 상호 이격되어 복수개로 설치되고, 상기 1차 다공판을 관통한 산소-물 혼합류를 다시 관통시킴으로써, 상기 산소-물 혼합류 내 산소를 더 미세화하고 와류를 형성하여 초미세기포 산소용해수를 생성하는 2차 다공판, 및
   상기 재배수 공급관과 연결되는 배출구를 포함하는 것을 특징으로 하는, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 1차 다공판 및 상기 2차 다공판의 관통공 직경이 5 내지 15mm이고, 상기 관통공이 차지하는 면적이 다공판 면적 대비 30 내지 90%인, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 초미세기포 생성 장치가 복수개로 직렬 연결된 형태인, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 재배용기가 상기 배수공을 통해 배출되는 물을 저장하는 저수 공간을 포함하고, 상기 수경재배기가 상기 저수 공간의 물을 상기 초미세기포 생성 장치로 수송하는 수송관을 추가로 포함하는, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 수송관이 초미세기포 생성 장치의 물 공급관과 연결되는, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 재배용기가 복수개로 수직 또는 수평 배열로 배치되는, 초미세기포 생성 장치를 포함하는 수경재배기.

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