KR20200010937A - 가축분뇨를 이용한 작물재배 맞춤형 액비제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가축분뇨를 이용한 작물재배 맞춤형 액비제조장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 작물의 특성을 파악하여 작물재배에 적합한 영양성분량을 파악하고, 작물재배지의 토양 영양성분량을 파악한 다음 부족한 영양성분량은 공급되는 액비를 통해 제공하되, 상기 맞춤형액비 제조 시 부족한 영양성분은 양분용액을 미리 혼합하여 제공함으로써 재배지에 액비만 공급하여도 작물재배에 최적의 영양성분 균형을 유지하여 토양생태계 보호와 생산량을 증대할 수 있는 맞춤형 액비제조장치에 관한 것이다.

Description

가축분뇨를 이용한 작물재배 맞춤형 액비제조장치{Apparatus for Manufacturing Optimized Liquid Fertilizer of Crop Cultivation Using Livestock Waste}

본 발명은 가축분뇨를 이용한 작물재배 맞춤형 액비제조장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 작물의 특성을 파악하여 작물재배에 적합한 영양성분량을 파악하고, 작물재배지의 토양내 영양성분 함량을 파악한 다음 부족한 영양성분량은 액비를 통해 공급하되, 상기 액비 제조시 부족한 영양성분량을 미리 혼합한 맞춤형 액비를 공급함으로써 재배지에 추가적인 화학비료 공급없이 작물재배에 필요한 최적의 양분 균형을 유지함으로써 생태계 환경보호와 함께 생산량을 향상시킬 수 있는 맞춤형 액비제조장치에 관한 것이다.

현재 인구 증가 및 식생활 수준의 다양화 및 고급화에 따라 음식물류폐기물과 가축분뇨 등의 유기성폐기물이 증가하고 있다. 특히 축산물의 수요가 증가함에 따라 수요를 충족시키기 위해 축산업이 대형화하는 추세이며, 축산업의 대형화로 가축분뇨도 대량으로 발생된다.

전통적인 소형 축산업의 경우 발생된 가축분뇨를 개인적으로 적절히 처리하여 퇴비 등으로 활용함으로써 소진하는 방법을 사용하였으나, 현대에는 상술한 바와 같은 축산업의 규모 자체가 달라진 점이나 생활환경의 변화 등의 여러 요인으로 인하여 이러한 전통적인 방식을 사용할 수 없음은 당연하다. 전통적인 방식의 경우, 가축분뇨 내에 섞여 있는 여러 이물질, 기생충, 세균 등을 분리할 방법이 없었으며, 이를 퇴비로 활용하였을 때 작물에 이러한 이물질, 기생충, 세균 등이 옮겨져 비위생적이라는 큰 문제가 있었다. 더불어 현대의 생활환경에서 퇴비로 활용하기 전 가축분뇨가 저장된 장소에서 발생 되는 악취 또한 커다란 문제가 된다.

따라서, 근래에는 고수분의 가축분뇨를 직접 퇴비화하지 않고 고액분리와 함께 액비화를 통해 비료로 활용시키고 있다.

기존의 가축분뇨 액비화기술은 농가에서 수거되는 가축분뇨를 호기성미생물을 이용하여 유기물을 분해하는 생화학적 반응이며, 이는 유입 가축분뇨의 특성에 따라 액비 생산하는 농도 및 품질이 결정되며, 이를 농가의 재배지에 공급하게 된다.

이와 같은 가축분뇨자원화사업은 2006년부터 시작되어 전국에 84개소(2016년 기준) 설치되어 운영 중에 있다. 그러나 자원화시설은 일부 계절적 요인 및 가축의 사육환경 또는 사료의 성분상태에 따라 액비의 품질저하와 일부 미부숙으로 인한 악취 발생 등 문제점을 가지고 있다.

상기 자원화시설이 일부 문제점이 있음에도 불구하고 가축분뇨의 처리효율성과 처리와 액비의 수요가 증가 되기 때문에 지속적으로 자원화시설에 대한 투자가 확대되고 있다.

이와 같이 각광받고 있는 가축분뇨를 자원화한 액비는 기술 발전으로 품질이 향상되고 있고, 화학비료를 대체하는 효과가 입증되면서 친환경농산물에 대한 수요가 증가 되고, 재배지의 토양개선 효과가 나타남으로 농가에서 각광을 받아 수요가 급격하게 증가 되는 추세이다.

그러나, 상기 액비는 자원화 과정과 가축분뇨의 성분 등에 따라 품질이 균질하지 못하여 화학비료나 수입유박을 이용하는 유기질비료보다 품질이 떨어지는 비료로 인식되고 있어 친환경 재배지 이외에서는 생산성이 떨어지기 때문에 사용이 제한적이다.

따라서, 액비의 성분을 균질하게 하거나 필요한 성분함량을 증가시킬 수 있는 방법에 대한 필요성이 제기되었다.

한국등록특허 제10-1843108호(2018.03.22. 등록; 이하 '선행문헌'이라 함)는 맞춤형 액비 제조기를 제시하였다. 상기 선행문헌은 액비 제조를 위한 제1 약품이 수용되되 상기 제1 약품에 물(water)을 넣어 교반시키는 제1 교반 탱크; 상기 제1 약품과 성분이 다른 제2 약품이 수용되되 상기 제2 약품에 상기 물을 넣어 교반시키는 제2 교반 탱크; 상기 제1 및 제2 약품과 성분이 다른 제3 약품이 수용되되 상기 제3 약품에 상기 물을 넣어 교반시키는 제3 교반 탱크; 상기 제1 내지 제3 교반 탱크와 연결되며, 상기 제1 내지 제3 교반 탱크 내에서 각각 교반이 완료된 제1 내지 제3 액상약품이 수집되어 혼합 및 배합되는 배합 탱크; 상기 제1 내지 제3 교반 탱크와 상기 배합 탱크로 물을 공급하는 물 공급부; 상기 물 공급부와 연결되는 물 공급라인; 상기 물 공급라인과 연결되며, 상기 제1 내지 제3 교반 탱크와 상기 배합 탱크로 향하는 다수의 제1 내지 제4물 분기라인; 상기 제1 내지 제4 물 분기라인에 각각 마련되어 해당 라인을 개폐하는 제1 내지 제4 자동 볼밸브; 상기 배합 탱크에 연결되는 청소용 라인; 상기 청소용 라인에 개폐 가능하게 연결되는 수동 볼밸브; 상기 배합 탱크에 외부 차량과의 연결을 위해 연결되는 외부 차량 연결용 라인; 상기 외부 차량 연결용 라인 상에 마련되는 원터치 켐록 커플링; 및 상기 외부 차량 연결용 라인에 개폐 가능하게 연결되되 상기 원터치 켐록 커플링이 동작될 때, 자동으로 오픈(open)되는 자동밸브; 를 포함하며,

상기 외부 차량 측의 라인을 상기 원터치 켐록 커플링에 연결시키면 상기 자동밸브가 자동으로 오픈(open)되어 상기 배합 탱크 내에서 배합이 완료된 액비를 상기 외부 차량 연결용 라인을 통해 상기 외부 차량으로 공급하며, 상기 외부 차량 측의 라인을 상기 원터치 켐록 커플링에서 연결 해제시키면 상기 자동밸브가 자동으로 차단(close)되는 한편 즉시 상기 물 공급부가 자동으로 온(on), 제1 내지 제3 자동 볼밸브가 자동으로 오프(off), 제4 자동 볼밸브가 자동으로 온(on)되어 상기 물 공급부 내의 물이 상기 배합 탱크로 공급되되 이 상태에서 상기 수동 볼밸브를 열어 상기 배합 탱크 내의 청소작업이 자동으로 진행되도록 하는 구조를 제공하고 있다.

그러나 상기 선행문헌은 가축분뇨를 자원화한 액비를 이용한 성분혼합 방식이 아닌 액상 화학제품을 배합하여 액상비료를 제조하여 공급하는 것으로, 가축분뇨를 자원화하여 가축분뇨 성상에 따라 다양한 영양성분을 갖는 액비를 이용하여 작물종류와 재배지의 조건에 따라 영양성분을 보강하는 맞춤형 비료제조와 근본적으로 다르다. 따라서, 가축분뇨에 의해 생산된 액비의 사용량을 증가시키면서 작물과 재배지의 지역적 특성을 고려한 맞춤형 액비 제조장치 개발은 가축분뇨 액비활성화와 생태계 환경 보전을 위해 반드시 필요하다.

한국등록특허 제10-1843108호(2018.03.22. 등록) : 맞춤형 액비 제조기

이에 본 발명의 가축분뇨를 이용한 작물재배 맞춤형 액비제조장치는, 재배지에 따라 작물 생육에 최적의 영양성분비를 갖는 가축분뇨 액비를 이용한 고품질 액비 제조장치 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 가축분뇨를 이용한 작물재배 맞춤형 액비제조장치는,

가축분뇨를 이용한 고품질 작물재배 맞춤형 액비제조장치에 있어서, 가축분뇨를 수집하여 고액분리한 액상물을 액비화하는 가축분뇨 액비화조; 상기 가축분뇨 액비화조에서 액비화가 이루어진 액비원수를 저장하는 액비저장조; 상기 액비저장조의 액비원수를 액비원수공급라인을 통해 공급받아 제1교반기로 교반하여 균질화하는 균질화탱크; 상기 균질화탱크로부터 균질화된 액비원수를 균질액비원수공급라인을 통해 공급받고, 내부에는 수위를 측정하는 혼합수위센서와 저장된 액비의 성분을 분석하는 성분분석센서를 장착하고, 양분용액을 혼합하여 액비의 영양성분 함량을 조절하고, 제2교반기로 교반하여 양분용액과 액비의 혼합액을 균질하게 교반시키고, 성분조절이 완료된 혼합액비를 하부측면에 연통된 혼합액비반출라인을 통해 반출시키는 혼합탱크; 부족된 영양성분을 각각 일정농도로 제조하여 저장하는 다수의 양분용액공급탱크로 구성되어 다수의 양분용액공급탱크 중 필요한 양분용액을 혼합탱크로 공급하는 양분용액공급수단; 및 혼합탱크로부터 성분측정값을 전달받아 설정된 목표성분량과 대비하여 필요량을 산출해 양분용액공급수단으로부터 공급받아 혼합되도록 제어하고, 양분용액공급수단에 필요한 고상비료와 물의 혼합량을 제어하고, 액비 및 양분용액의 공급라인에 설치된 펌프나 밸브를 단속하여 혼합량을 제어하는 제어장치; 등으로 구성될 수 있다.

상기 양분용액공급수단은, 3개 또는 4개의 양분용액공급탱크가 구비되고, 상기 각 양분용액공급탱크에는 내부 수위를 측정하는 양분용액수위센서가 장착되고, 상부에는 물을 공급하는 물공급라인이 연통설치되고, 과립 또는 분말상의 고상 비료성분을 투입하는 투입부가 형성되고, 모터에 의해 회전되는 양분용액교반기가 장착되고, 제조된 양분용액을 혼합탱크로 공급하는 양분용액공급라인을 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 상기 균질화탱크와 혼합탱크 및 양분용액공급탱크의 저면에는 가축분뇨 액비화조로 연통된 잔량배출라인을 설치하여 각 탱크의 잔량물질을 가축분뇨 액비화조로 배출할 수 있다.

또한, 상기 가축분뇨 액비화조와, 액비저장조, 균질화탱크, 양분용액공급탱크, 혼합탱크는 밀폐구조로 제공되어 액비성분비를 조정하는 과정에서 악취가스가 외부로 배출되는 것을 차단할 수 있다.

상기 제어장치는, 재배할 작물의 선택정보를 입력받는 작물선택단계; 다수의 작물 생육에 대한 최적영양성분값을 저장한 작물DB를 검색하여 선택정보의 작물에 대해 제공되는 영양성분의 최적성분값을 독출하는 단계; 작물 재배지 토양의 영양성분값을 입력받는 재배지성분값 입력단계; 독출된 작물최적성분값에서 재배지성분값을 감하여 혼합액비의 목표성분값을 계산하는 목표성분값 산출단계; 액비저장조의 펌프와 액비원수공급라인의 밸브를 제어하여 액비원수를 균질화탱크로 이송하여 균질화하는 단계; 균질화탱크와 연결된 균질액비원수공급라인의 밸브를 단속하여 균질화된 균질액비원수를 혼합탱크로 공급하고, 혼합탱크의 성분분석센서를 통해 균질액비원수의 성분을 측정하는 균질액비원수성분값 측정단계; 목표성분값과 균질액비원수성분값을 대비하여 부족한 영양성분을 판단하는 부족영양성분 판단단계; 양분용액공급수단 중 부족한 영양성분을 저장한 양분용액공급탱크의 양분용액공급라인에 설치된 밸브와 펌프를 단속하여 부족한 영양성분이 용해된 양분용액을 혼합탱크로 공급하는 양분용액혼합단계; 혼합탱크의 제2교반기를 지속적으로 회전시켜 교반하면서 양분용액혼합과 성분측정을 교대로 진행하여 성분측정값이 목표성분값의 1~3% 범위로 측정될 때 양분용액공급라인을 폐구시키고 제2교반기를 균질화시켜 맞춤형 액비를 제조하는 맞춤형액비 제조단계; 및 제조가 완료된 맞춤형액비는 혼합액비반출라인의 밸브를 단속하여 혼합탱크로부터 혼합액비를 반출시키는 반출단계;를 포함하여 제어가 이루어질 수 있다.

또한, 상기 제어장치는, 반출단계 다음으로는 균질화탱크, 혼합탱크에 남은 잔량의 액비를 잔량배출라인을 통해 가축분뇨 액비화조로 배출시켜 다른 성분비를 갖는 액비를 제조하기 위한 초기화하는 단계;가 더 이루어질 수 있다.

상기 해결수단에 의한 본 발명의 가축분뇨를 이용한 작물재배 맞춤형 액비제조장치는, 가축분뇨 액비화조에서 생산된 액비에 영양성분을 혼합하여 작물 생육에 적합한 영양성분비를 제공하되, 액비에 혼합되는 영양성분은 작물 재배지의 토양 영양성분까지 고려하여 제공함으로써 최적의 영양성분비를 갖는 액비를 제공하여 작물생산성을 향상시키고 영양성분 과잉공급에 의한 부영양화를 방지하여 수질을 보호할 수 있다.

또한, 가축분뇨를 이용하기 때문에 보다 친환경적인 작물재배가 가능하고, 다양한 지역에서 제조하여도 액비 품질을 균일화할 수 있는 유용한 장치의 제공이 가능하게 되었다.

도 1a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 맞춤형 액비제조장치를 도시한 구성도.
도 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 양분용액공급수단의 구성도.
도 2는 본 발명에 다른 제어장치의 제어과정을 도시한 공정도.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "연통되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 연통되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 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. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

도 1a와 도 1b는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 작물재배 맞춤형 액비제조장치를 도시한 구성도 및 양분용액공급수단의 구성도이다.

도시된 바와같이 본 발명에 따른 맞춤형 액비제조장치(10)는, 가축분뇨액비화조(20)와, 액비저장조(30)와, 균질화탱크(40)와, 혼합탱크(50)와, 양분용액공급수단(60) 및 제어장치(70)를 포함하여 구성된다.

상기 가축분뇨 액비화조(20)는, 가축분뇨를 자원화하는 시설에 연계하여 가축분뇨를 수집하여 고액분리한 액상물을 액비화하는 시설이다. 상기 가축분뇨 액비화조는 하나 또는 다수개의 수용조로 구획하여 단계별로 액비화가 진행되도록 하며, 밀폐된 구조로 제공하여 발생된 가스를 별도로 포집하여 후처리후 배출되게 하는 것이 바람직하다.

상기 액비저장조(30)는 가축분뇨 액비화조(20)로부터 액비화가 완료된 액비원수를 공급받아 저장하는 조이다. 상기 액비원수를 가축분뇨 액비화조로부터 월류하여 공급되거나 별도의 배관 또는 펌프를 통해 공급된다. 상기 액비저장조(30)는 내부에 펌프(P)와 교반기가 설치될 수 있고, 액비원수반출라인(32)을 배관하여 필요시 저장된 액비원수를 직접 반출하여 비료로 사용되게 할 수 있다. 상기 액비원수반출라인(32)에는 밸브(V)를 설치하여 배관개폐를 조절하게 할 수 있다.

상기 균질화탱크(40)는, 액비원수공급라인(31)을 통해 액비저장조(30)에 저장된 액비원수를 공급받아 교반에 의해 균질화시키는 탱크이다. 상기 균질화탱크(40)는 내부에 제1교반기(42)가 설치되어 교반에 의해 액비를 균질화시키고, 밀폐구조로 제공하여 외부로 가스배출을 억제하며, 별도의 가스배출라인이 설치하여 가스를 포집후 후처리를 통해 배출되게 할 수 있다. 또한 균질화탱크(40)에는 수위센서(41)를 장착하여 액비저장조(30)로부터 공급되는 액비원수량을 조절가능하게 할 수 있다. 예컨대 액비저장조(30)의 펌프(P)를 가동시켜 액비원수가 공급되도록 하되 균질화탱크 수위센서(41)의 상부지점이 감지되면 액비저장조(30)의 펌프를 중단시켜 액비원수 공급을 차단할 수 있으며, 수위센서(41)의 하부지점이 감지되면 제1교반기(42)의 작동을 중단시키게 할 수 있다. 또한 상기 균질화탱크(40)는 측면에 샘플을 채취하기 위한 샘플채취라인이 설치되어 균질화탱크에 저장된 액비원수의 성분분석이 이루어지게 할 수 있다.

상기 혼합탱크(50)는, 균질액비원수공급라인(43)을 통해 균질화탱크(40)의 균질액비원수를 공급받고, 액비원수의 주요성분이 설정된 성분비를 갖도록 유효영양성분인 양분용액을 혼합한다. 상기 혼합탱크(50)도 밀폐된 구조로 제공될 수 있으며, 수직축으로 제2교반기(52)가 장착되어 저장된 액비를 교반하게 된다. 여기서 본 발명의 교반기에는 회전축에 교반익을 하나 이상 설치하여 교반효율성을 향상시킬 수 있다. 또한, 혼합탱크(50)에는 혼합수위센서(51)를 장착하여 균질화탱크(40)로부터 공급되는 액비원수량을 제한하거나 균질화탱크(40)와 같이 제2교반기(52)의 작동과 정지 시점을 판단하게 할 수 있다. 또한 혼합탱크(50)에는 성분분석센서(53)를 장착하여 내부에 저장된 액비의 성분을 분석하게 할 수 있다. 이러한 성분분석센서(53)는 각 성분의 농도를 측정하는 다수개의 센서일 수 있으며, 도시된 바와같이 혼합혼합탱크(50) 측면에 샘플채취라인(531)으로 연결하여 측정시마다 샘플채취라인(531)의 밸브를 개방하여 일정량의 샘플을 채취하여 분석하는 성분분석장치일 수 있다. 이러한 성분분석센서에 의한 성분분석은 혼합탱크(50)에 저장된 액비의 성분을 연속적으로 분석하거나, 적어도 균질화탱크(40)로부터 균질액비원수를 공급받아 액비원수의 성분을 분석할때나 후술되는 양분용액공급수단(60)으로부터 양분용액을 공급받아 교반이 완료되었 때 혼합액비의 성분을 분석하여 설정된 성분비를 갖는지 여부를 판단할 수 있다. 또한, 상기 혼합탱크(50)에는 혼합액비반출라인(54)이 배관되어 설정된 성분비로 액비제조가 완료되면 외부로 배출되게 한다. 상기 혼합액비배출라인에는 밸브가 설치되고, 유량계를 설치하여 반출되는 혼합액비량을 측정할 수 있다.

상기 양분용액공급수단(60)은, 다수개의 양분용액공급탱크(61)로 구성된다. 상기 양분용액공급탱크(61)는 액비 내의 성분 중 조절이 필요한 성분수만큼 증가시킬 수 있으며, 대표적으로는 작물 생육에 영향을 미치는 질소, 인, 칼륨, 아미노산 이 있다. 따라서 본 발명에서는 4개 영양성분을 공급하는 것을 예로하여 4개의 양분용액공급탱크(61)로 양분용액공급수단을 구성하는 것으로 설명하지만, 이에 한정하지 않고 필요에 따라 그 종류를 가감하여 실행할 수 있다.

도시된 바와같이 각 양분용액공급탱크(61)에는 밸브가 설치된 물공급라인(64)을 연통설치되어 외부로부터 물공급이 이루어지며, 물공급라인(64)의 밸브는 제어장치에 의해 단속이 이루어진다. 또한, 양분용액수위센서(62)가 설치되어 내부 수위를 측정할 수 있고, 수직으로 모터에 의해 회전되는 양분용액교반기(63)가 설치되어 교반이 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 상부 일측에는 고상비료성분 투입구가 형성되어 과립 또는 분말상의 고상비료 즉 성분조절 대상 영양성분이 포함된 제품을 공급하게 한다. 이때 상기 고상비료성분 투입구에는 스크류피더를 장착하여 정량공급이 이루어지게 할 수 있다. 이러한 구조에서 양분용액공급탱크(61)로 공급되는 물의 량과 고상비료성분량을 계산하여 양분용액공급탱크의 양분용액농도를 설정할 수 있다.

또한, 양분용액공급수단(60)으로는 양분용액공급라인(65)이 포함되며, 양분용액공급라인은 각 양분용액공급탱크를 개별적으로 혼합탱크와 연통되도록 배관연결된다. 상기 각 양분용액공급라인의 일단은 양분용액공급탱크(61)에 연통되고 타단은 혼합탱크(50)의 상부측에 연통된다. 또한, 양분용액공급라인(65) 상에는 펌프(P)가 설치되어 양분용액공급탱크(61)의 양분용액을 펌핑하여 혼합탱크(50)로 공급하고, 밸브(V)와 유량계(651)를 설치하여 양분용액 공급을 단속하거나 공급되는 량을 측정하게 할 수 있다. 상기 양분용액공급수단(60)은 제어장치(70)에 의해 양분용액공급라인(65)의 밸브(V)가 개방되었을 때 펌프(P)를 가동시켜 양분용액의 공급이 이루어지도록 하고, 밸브를 폐구하면서 펌프도 정지되게 한다.

상기 가축분뇨액비화조(20), 액비저장조(30), 균질화탱크(40), 양분용액공급탱크(61), 혼합탱크(50)는 전체 또는 일부분을 밀폐구조로 제공하여 액비성분비를 조정하는 과정에서 약취가스가 외부로 배출되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 균질화탱크(40)와 혼합탱크(50) 및 양분용액공급탱크(61)에는 저면에 가축분뇨 액비화조(20)와 연통된 잔량배출라인(80)이 설치되어 각 탱크의 잔량물질을 가축분뇨 액비화조로 배출되게 한다. 상기 잔량배출라인(80)에는 균질화탱크(40)와 혼합탱크(50) 및 양분용액공급탱크(61)와 근접된 부분에 각각 밸브가 설치되어 단속이 이루어지게 하며, 각 탱크의 세척수도 상기 잔량배출라인을 통해 배출될 수 있다.

상기 제어장치(70)는 액비원수공급라인(31), 액비원수반출라인(32), 균질액비원수공급라인(43), 양분용액공급라인(65), 물공급라인(64), 혼합액비반출라인(54) 및 잔량배출라인(80)에 설치된 밸브(V)를 단속하고, 각종 센서나 펌프(P) 및 교반기의 모터 등을 제어하여 액비나 양분용액의 이송방향과 공급량을 제어한다.

또한 본 발명의 제어장치(70)는 액비성분에 대한 목표성분량을 설장하면 혼합탱크(50)의 성분분석센서(53)에서 측정된 성분측정값을 대비하여 필요량을 산출하고, 양분용액공급수단(60)으로부터 필요한 양분용액을 공급받아 혼합되도록 하며, 양분용액공급수단 내에서도 고상비료와 물의 혼합량을 제어하여 일정한 농도를 유지하게 할 수 있다.

도 2를 참조하여 본 발명의 제어장치 제어단계를 간단하게 설명하면 다음과 같다.

먼저 제어장치(70)는 입력부를 통해 재배할 작물의 선택정보를 입력받는 작물선택단계;가 수행된다. 본 단계를 수행하기 위해 제어장치는 액비를 공급하여 재배할 수 있는 다양한 작물이 저장되어 있는 작물 DB를 구비하고, 프로그램 실행 시 저장된 다수의 작물 중 어느 하나의 선택정보를 입력받는 단계이다.

다음으로, 작물DB로부터 선택정보의 작물에 대한 최적성분값을 독출하는 단계;가 수행된다. 본 단계에서는 다수의 작물에 대해 최적영양성분값을 저장한 작물 DB를 검색하여 선택정보의 작물에 대해 제공되는 영양성분의 최적성분값을 독출하는 단계가 수행된다. 상기 작물 DB에는 작물 종류와 함께 작물의 최대수확을 위한 최적의 영양성분비에 대한 최적성분값이 저장된다. 상기 최적성분값은 작물을 최대 수확 시 제공되는 영양성분비에 대한 것으로, 대표적으로는 비료의 주요성분인 질소, 인, 칼륨의 성분비와 추가적으로 아미노산의 함량에 대해 측정하여 데이터화한 것이다. 즉, 동일한 환경에서 질소, 인, 칼륨 및 아미노산의 공급함량을 달리 형성한 작물재배군을 통해 최적의 영양성분비를 산출하여 데이터화한 것이며, 지속적으로 최신 영양성분비에 대한 데이터를 추가하여 데이터의 신뢰성을 증가시킬 수 있다. 이때 부가되는 최신 영양성분비는 가점을 부여하고, 시간적으로 오래된 영양성분비는 가점을 부여하지 않는 등 시간에 따른 차등가점을 통해서 최신데이터의 반영비율을 증가시킬 수 있다. 이러한 작물 DB는 관리자서버에서 완성하고, 일정 시간마다 각 사업장의 제어장치에 유선 또는 무선으로 업그레이드하는 방식으로 전달할 수 있다.

이어서 작물 재배지 토양의 영양성분값을 입력받는 재배지성분값 입력단계;가 수행된다. 이는 작물을 재배할 현장 토양에 대한 영양성분값을 분석하여 입력하는 것으로, 작물 DB에서 분류하고 있는 영양성분에 대해 토양의 함량을 분석하여 입력하는 단계이다.

본 발명의 제어장치는 독출된 작물의 최적성분값에서 재배지성분값을 감하여 혼합액비의 목표성분값을 계산하는 목표성분값 산출단계;를 수행한다. 즉, 작물 DB에서 추출된 최적성분값에서 토양 성분분석값인 재배지성분값을 감하여 계산한 성분값을 제공될 혼합액비의 최종 목표성분값으로 확정함으로서 재배지 맞춤형 액비 생산이 가능하게 할 수 있다.

또한 본 발명은 액비저장조(30)의 펌프(P)와 액비원수공급라인(31)의 밸브(V)를 제어하여 액비원수를 균질화탱크(40)로 이송하여 균질화하는 단계;를 수행한다. 다양한 가축분뇨를 포집하여 액비화하는 가축분뇨 액비화조(20)로부터 액비화된 액비원수를 저장하는 액비저장조(30)에 펌프(P)를 장착하여 제어장치(70)의 제어에 의해 펌프를 가동시켜 저장된 액비원수를 펌핑하고, 이와 동시에 액비원수공급라인(31)의 밸브(V)를 개방시킴으로써 펌핑된 액비원수가 액비원수공급라인(31)을 따라 균질화탱크(40)로 공급되게 할 수 있다. 여기서 균질화탱크(40)로 공급되는 액비원수량은 균질화탱크에 설치된 수위센서(41)에서 고점이 감지되면 액비저장조(30)의 펌프(P)를 정지시키고 액비원수공급라인(31)의 밸브(V)를 폐구시켜 조절한다. 또한 균질화탱크(40)에 설치된 제1교반기(42)의 모터는 액비원수를 공급받으면서 가동을 시작하되 바람직하게는 수위센서(41)의 저점이 감지되면 작동이 시작되고, 수위센서 저점이 감지되지 않으면 제1교반기의 구동을 정지시킨다.

다음으로 균질화탱크(40)와 연결된 균질액비원수공급라인(43)의 밸브(V)를 단속하여 균질화된 균질액비원수를 혼합탱크(50)로 공급하고, 혼합탱크의 성분분석센서(53)를 통해 균질액비원수의 성분을 측정하는 균질액비원수성분값 측정단계;가 수행된다. 균질화탱크(40)에서 일정시간 이상 균질화가 이루어진 다음에는 상기 균질액비원수공급라인(43)에 설치된 펌프를 작동시키고 밸브를 개방시켜 균질화탱크(40)의 균질액비원수를 혼합탱크(50)로 이송한다. 이때에서 혼합탱크(50)의 혼합수위센서(51)에서 저점이 감지되면 혼합탱크의 제2교반기(52)를 작동시키고, 고정이 감지되면 균질액비원수공급라인(43)에 설치된 펌프 정지와 밸브 폐구가 이루어지도록 제어한다. 이어서 상기 혼합탱크(50)의 성분분석센서(53)를 통해 균질액비원수성분값을 측정하되 대표적으로는 질소, 인, 칼륨 및 아미노산에 대한 성분량을 측정한다.

또한, 본 발명의 제어장치(70)는, 혼합탱크(50)의 성분분석센서(53)에서 전송받은 균질액비원수성분값을 통해 목표성분값과 대비하여 부족한 영양성분을 판단하는 부족영양성분 판단단계;를 수행한다. 즉, 액비원수의 영양성분 중 해당 작물의 목표성분값에 대해 부족량을 판단하는 단계이다.

이어서 본 발명의 제어장치(70)는, 양분용액공급수단(60) 중 부족한 영양성분을 저장한 양분용액공급탱크(61)의 양분용액공급라인(65)에 설치된 밸브와 펌프를 단속하여 부족한 영양성분이 용해된 양분용액을 혼합탱크(50)로 공급하는 양분용액혼합단계;를 수행한다. 본 단계에서는 양분용액공급수단(60)의 양분용액공급탱크(61)로 연통된 물공급라인(64)의 밸브를 개방하여 양분용액공급탱크(61)에 물을 투입하고, 양분용액공급탱크에 설치된 양분용액수위센서(62)의 감지위치에 따라 물공급라인(64)을 폐구하고 양분용액교반기(63)의 작동과 정지를 제어하는 양분용액준비단계가 포함된다. 상기 양분용액공급탱크(61)는 성분비를 조정하기 위한 영양성분 수에 따라 다수로 설치될 수 있으며 본 실시 예에서는 질소, 인, 칼륨 및 아미노산 등 4개의 성분을 각각 저장하도록 4개의 양분용액공급탱크(61)가 구비된다. 본 단계에서 영양성분의 보충이 필요하면 해당 영양성분이 저장된 양분용액공급탱크의 양분용액을 혼합탱크(50)로 공급한다. 즉, 해당 양분용액공급탱크(61)와 혼합탱크(50)를 연통하는 양분용액공급라인(65) 상에 설치된 펌프(P)와 밸브(V)를 단속하여 필요 양분용액을 공급하게 한다.

또한 제어장치는. 혼합탱크(50)의 제2교반기(52)를 지속적으로 회전시켜 교반하면서 양분용액혼합과 성분측정을 교대로 진행하여 성분측정값이 목표성분값의 3% 이내로 측정될 때 양분용액공급라인(65)을 폐구시키고 제2교반기(52)로 균질화시켜 맞춤형 액비를 제조하는 맞춤형액비 제조단계;를 수행한다. 예컨대 양분용액혼합은 일정량씩 나눠서 공급하여 혼합하되 공급후 성분분석센서(53)에 의한 성분측정으로 적정량이 혼합되었는지 확인하게 하며, 양분용액의 신속한 균질혼합을 위해서 양분용액공급라인(65)을 통해 혼합탱크(50)로 공급시 분사방식으로 공급하여 넓은 면적에 분사혼합이 이루어지게 한다. 즉 일정량 분사하고 교반한 다음 성분측정하여 적정량 혼합을 판단하며 부족할 경우 상기 과정을 반복하여 적정량 양분용액이 혼합되게 한다. 이외에도 양분용액공급탱크(61) 내의 양분용액농도를 일정하게 유지하고, 성분분석센서(53)에서 액비의 영양성분 농도를 측정하여 필요한 수치만큼 양분용액공급량을 계산하여 계산된 양분용액량을 혼합탱크로 공급되게 할 수 있다. 이때에는 양분용액의 투입량을 정확하게 판단하기 위해 양분용액공급라인 상에 유량계(651)를 설치하여 공급량의 측정이 이루어지게 할 수 있다. 또한, 혼합액비의 영양성분 적정량 판단은 목표성분값의 1~3% 범위일 경우 적정량으로 판단하여 양분용액공급을 중단시킨다. 상기 영양성분의 적정량 판단은 상기 조건에 한정하지 않고 상기 조건을 포함하여 1~10%의 범위 바람직하게는 1~3% 범위 내에서 이루어질 수 있다.

상기 제조가 완료된 맞춤형액비는 혼합액비반출라인(54)의 밸브를 단속하여 혼합탱크(50)로부터 혼합액비를 반출시키는 반출단계;가 수행된다. 본 단계에서는 혼합액비반출라인(54)의 펌프를 작동시키면서 밸브를 개방시켜 제조된 맞춤형 혼합액비를 반출시키고, 반출이 완료되면 펌프를 정지시키면서 밸브를 폐구시킨다.

본 발명의 맞춤형 액비제조장치(10)는 상기 제어단계를 통해 혼합액비를 생산하며, 추가적으로 다음 맞춤형 혼합액비를 생산하거나 탱크 내부를 세척하기 위해서는 탱크 내의 잔량물질을 배출시키는 단계가 수행될 수 있다.

즉, 본 발명의 제어장치는, 반출단계 다음으로는 균질화탱크(40), 혼합탱크(50)에 남은 잔량의 액비를 잔량배출라인(80)을 통해 가축분뇨 액비화조(20)로 배출시켜 다른 성분비를 갖는 액비를 제조하기 위한 초기화하는 단계;가 더 이루어질 수 있다. 상기 균질화탱크(40)와 혼합탱크(50)의 하부에는 가축분뇨 액비화조로 연통된 잔량배출라인(80)이 형성되고, 균질화탱크와 혼합탱크에 인접한 부분에 밸브를 설치하여 잔량 배출이 필요할 때인 새로운 맞춤형 혼합액비를 생산할 때 또는 균질화탱크와 혼합탱크 내부를 세척할 때 잔량배출라인(80)의 밸브(V)를 개방하여 잔량배출 후 밸브를 폐구시킨다.

이와같이 잔량배출단계는 균질화탱크(40)와 혼합탱크(50) 이외에 양분용액공급라인의 양분용액공급탱크(61)에도 적용할 수 있다. 즉, 상기 양분용액공급탱크의 저면에도 가축분뇨 액비화조와 연통되는 잔량배출라인(80)을 설치하여 필요시 밸브를 개방하여 양분용액공급탱크 내의 양분용액 제거가 가능하게 할 수 있다.

상기 제어장치는 상술한 바와같이 토양의 성분까지 고려하여 맞춤형 혼합액비를 생산하는 것 이외에 토양성분을 고려하지 않고 최종반출되는 혼합액비의 성분을 일정한 함량을 갖도록 제조하는 표준혼합액비 생산도 가능하다. 이러한 표준혼합액비 일 경우에는 선택된 몇가지 영양성분의 함량을 일정하게 유지하는 것이므로, 다른 지역의 액비화장치에서 생산하여도 품질을 일정하게 유지시킬 수 있어 혼합액비에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 등 유용한 액비제조장치의 제공이 가능하게 한다.

10 : 액비제조장치
20 : 가축분뇨 액비화조
30 : 액비저장조
31 : 액비원수공급라인 32 : 액비원수반출라인
40 : 균질화탱크
41 : 수위센서 42 : 제1교반기
43 : 균질액비원수공급라인
431 : 유량계
50 : 혼합탱크
51 : 혼합수위센서 52 : 제2교반기
53 : 성분분석센서 54 : 혼합액비반출라인
531 : 샘플채취라인
60 : 양분용액공급수단
61 : 양분용액공급탱크 62 : 양분용액수위센서
63 : 양분용액교반기 64 : 물공급라인
65 : 양분용액공급라인
651 : 유량계
70 : 제어장치
80 : 잔량배출라인
P : 펌프
V : 밸브

Claims (6)

1. 가축분뇨를 이용한 고품질 작물재배 맞춤형 액비제조장치에 있어서,
   가축분뇨를 수집하여 고액분리한 액상물을 액비화하는 가축분뇨 액비화조(20);
   상기 가축분뇨 액비화조에서 액비화가 이루어진 액비원수를 저장하는 액비저장조(30);
   상기 액비저장조의 액비원수를 액비원수공급라인(31)을 통해 공급받아 제1교반기(42)로 교반하여 균질화하는 균질화탱크(40);
   상기 균질화탱크로부터 균질화된 액비원수를 균질액비원수공급라인(43)을 통해 공급받고, 내부에는 수위를 측정하는 혼합수위센서(51)와 저장된 액비의 성분을 분석하는 성분분석센서(53)를 장착하고, 양분용액을 혼합하여 액비의 영양성분 함량을 조절하고, 제2교반기(52)로 교반하여 양분용액과 액비의 혼합액을 균질하게 교반시키고, 성분조절이 완료된 혼합액비를 하부측면에 연통된 혼합액비반출라인(54)을 통해 반출시키는 혼합탱크(50);
   부족한 영양성분을 각각 일정농도로 제조하여 저장하는 다수의 양분용액공급탱크(61)로 구성되어 다수의 양분용액공급탱크 중 필요한 양분용액을 혼합탱크(50)로 공급하는 양분용액공급수단(60); 및
   혼합탱크(50)로부터 성분측정값을 전달받아 설정된 목표성분량과 대비하여 필요량을 산출해 양분용액공급수단(60)으로부터 공급받아 혼합되도록 제어하고, 양분용액공급수단에 필요한 고상비료와 물의 혼합량을 제어하고, 액비 및 양분용액의 공급라인상에 설치된 펌프(P)나 밸브(V)를 단속하여 혼합량을 제어하는 제어장치(70);를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 작물재배 맞춤형 액비제조장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 양분용액공급수단(60)은,
   3개 또는 4개의 양분용액공급탱크(61)가 구비되고, 상기 각 양분용액공급탱크에는 내부 수위를 측정하는 양분용액수위센서(62)가 장착되고, 상부에는 물을 공급하는 물공급라인(64)이 연통설치되고, 과립 또는 분말상의 고상 비료성분을 투입하는 비료성분투입부가 형성되고, 모터에 의해 회전되는 양분용액교반기(63)가 장착되고, 제조된 양분용액을 혼합탱크(50)로 공급하는 양분용액공급라인(65)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 작물재배 맞춤형 액비제조장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 균질화탱크(40)와 혼합탱크(50) 및 양분용액공급탱크(61)의 저면에는 가축분뇨 액비화조(20)로 연통된 잔량배출라인(80)을 설치하여 각 탱크의 잔량물질을 가축분뇨 액비화조로 배출하는 것을 특징으로 하는 작물재배 맞춤형 액비제조장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 가축분뇨 액비화조(20)와, 액비저장조(30), 균질화탱크(40), 양분용액공급탱크(61), 혼합탱크(50)는 밀폐구조로 제공되어 액비성분비를 조정하는 과정에서 악취가스가 외부로 배출되는 것을 차단한 것을 특징으로 하는 작물재배 맞춤형 액비제조장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제어장치는,
   재배할 작물의 선택정보를 입력받는 작물선택단계;
   다수의 작물 생육에 대한 최적영양성분값을 저장한 작물DB를 검색하여 선택정보의 작물에 대해 제공되는 영양성분의 최적성분값을 독출하는 단계;
   작물 재배지 토양의 영양성분값을 입력받는 재배지성분값 입력단계;
   독출된 작물최적성분값에서 재배지성분값을 감하여 혼합액비의 목표성분값을 계산하는 목표성분값 산출단계;
   액비저장조의 펌프와 액비원수공급라인의 밸브를 제어하여 액비원수를 균질화탱크로 이송하여 균질화하는 단계;
   균질화탱크와 연결된 균질액비원수공급라인의 밸브를 단속하여 균질화된 균질액비원수를 혼합탱크로 공급하고, 혼합탱크의 성분분석센서를 통해 균질액비원수의 성분을 측정하는 균질액비원수성분값 측정단계;
   목표성분값과 균질액비원수성분값을 대비하여 부족한 영양성분을 판단하는 부족영양성분 판단단계;
   양분용액공급수단 중 부족한 영양성분을 저장한 양분용액공급탱크의 양분용액공급라인에 설치된 밸브와 펌프를 단속하여 부족한 영양성분이 용해된 양분용액을 혼합탱크로 공급하는 양분용액혼합단계;
   혼합탱크의 제2교반기를 지속적으로 회전시켜 교반하면서 양분용액혼합과 성분측정을 교대로 진행하여 성분측정값이 목표성분값의 1~3% 범위로 측정될 때 양분용액공급라인을 폐구시키고 제2교반기를 균질화시켜 맞춤형 액비를 제조하는 맞춤형액비 제조단계; 및
   제조가 완료된 맞춤형액비는 혼합액비반출라인의 밸브를 단속하여 혼합탱크로부터 혼합액비를 반출시키는 반출단계;를 포함하여 제어가 이루어지는 것을 특징으로 하는 작물재배 맞춤형 액비제조장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제어장치는,
   반출단계 다음으로는 균질화탱크, 혼합탱크에 남은 잔량의 액비를 잔량배출라인을 통해 가축분뇨 액비화조로 배출시켜 다른 성분비를 갖는 액비를 제조하기 위한 초기화하는 단계;가 더 이루어지는 것을 특징으로 하는 작물재배 맞춤형 액비제조장치.

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