KR102479883B1 - 다열 카트리지방식을 적용한 양액주입장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 원소액이 내장된 다열 카트리지를 적용하여 식물의 뿌리상태, 잎색 상태를 모니터링하여 그 식물에 필요한 최적의 원소액을 선정하고 물과 적정한 배합을 통하여 최적의 용액을 공급함으로써 정밀농업을 가능하게 하고 식물의 생육을 증대하는 다열 카트리지방식용 양액주입장치로서 그 구성으로는 각 영양분의 필수 원소가 충전되어 교환 가능한 다열 카트리지(11~19) 방식으로 구비된 복수개의 다열 원소액카트리지(10)와, 상기 복수개의 다열 원소액 카트리지(10)는 수직으로 장착과 탈착이 가능하도록 설치된 고정마운트(20)와, 상기 고정마운트(20) 하단에는 상기 다열 카트리지(11~19)와 일렬로 연결되어 선택된 원소액을 통과하도록 하는 다열 미세관(30)과, 상기 다열 미세관(30)을 통과한 원소액을 분사하여 미세한 분사액을 토출하는 토출헤드(40)와, 상기 선택된 원소액의 배합에 맞게 정량펌프(51)에 의해 물의 양을 공급하여 양액의 전체 농도를 제어하는 물공급장치(50)와, 상기 토출된 원소액과 물의 배합하여 양액의 전체 농도를 조절하는 교반기(61)가 형성된 희석탱크(60)와, 식물의 지상부 신호(73)와 지하부 신호(74)에 의해 뿌리상태, 잎색 상태를 모니터링하여 데이터서버(71)와 클라우드서버(72)를 통해 식물성장에 필요한 최적의 성분조성을 제어하는 제어장치(70)와, 상기 양액이 실시간으로 공급받는 재배실(80)을 포함하는 것을 특징으로 하여 원소액이 내장된 다열 카트리지를 적용하여 식물의 뿌리상태, 잎색 상태를 모니터링하여 그 식물에 필요한 최적의 원소액을 선정하고 물과 적정한 배합을 통하여 최적의 용액을 공급함으로써 식물의 생육을 향상하는 효과가 있다.

Description

다열 카트리지방식을 적용한 양액주입장치{Nutrient injection device applying multi-row cartridge device}

본 발명은 다열 카트리지방식을 적용한 양액주입장치에 관한 것으로 보다 구체적으로 원소액이 내장된 다열 카트리지를 적용하여 식물의 뿌리상태, 잎색 상태를 모니터링하여 그 식물에 필요한 최적의 원소액을 선정하고 물과 적정한 배합을 통하여 최적의 용액을 공급함으로써 식물의 생육을 증대함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 종래의 Ec 센서나 pH 센서를 사용함에 따른 양액의 재활용의 한계와 이로 인한 양액의 영양소의 균형이 깨어지는 것을 방지하고자 압전 방식을 사용하여 노즐분사 용량을 나노 단위의 정밀제어를 통해 양액의 제조 단계에서부터 일회 생산에 필요한 정확한 영양소가 조성된 양액을 제조할 수 있는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 작물의 상태를 실시간 근, 원격 제어를 통해 필요한 양의 양액을 지속적으로 생산하여 공급할 수 있는 컴팩트화된 양액주입장치를 발명하는 것이 그 목적이 있다.

현재 스마트팜 농업을 위해서는 수경재배 든 배지재배 든 양액을 제조하여 물과 함께 공급하게 된다. 그런데 pH센서와 Ec센서의 한계로 양액 재활용엔 한계가 있어 실험실에서는 재사용이 가능하지만 현실 농업에서는 양액의 영양소 균형이 깨져 생산성이나 품질이 저하되면 양분이 많이 포함되어 있어도 전체 양액을 배출 폐기하고 있다. 이에 따라 농업활동은 지하수 오염과 하천 오염의 주요 원인이 되고 있다. 폐양액의 배출은 비료를 모두 사용하지 않고 버림으로써 자원 낭비할 뿐 아니라 하천과 바다의 부영양화를 일으켜 환경 피해와 함께 경제 손실을 일으키고 있다. 비료와 농업 용수 조달엔 많은 전기 에너지가 사용되기에 농업의 부분의 탄소 저감을 위해서는 이 문제를 해결해야 한다.

일반적으로 pH농도 6.8일때, 영양소 흡수 가장 좋다. 하지만 기존의 양액 제어 방식(=센서 제어 방식)은 센서의 오차도 문제지만 pH값을 유지하려면 지속적으로 산(황산H2SO4, 질산HNO3, 인산H3PO4) 알칼륨(수산화나트륨 NaOH, 수산화 칼륨 KOH)용액을 투입 pH 조정해야 한다. 그런데 이렇게 하면 양액 조성 파괴되고 작물 생육에 문제가 되기 때문에 정밀 측정은 가능하지만 현실농업에서는 정밀한 제어를 권장하지 않는다.

또한 농업에서 많이 사용하는 EC 센서는 양액 내 전체이온농도를 확인하는 실용적 방법’이지만 이온 총량은 알 수 있어도 양액 내 각각의 이온 구성 확인이 불가능하다. 즉 작물이 사용하여 어떤 성분이 부족한지 알아야 그 성분을 보충해 재사용할 수 있는데 경험적으로 양분을 보충해도 생육상태가 좋지 못하면 생산성을 위해 많은 비료성분이 포함되어 있지만 재사용할 방법이 없어 역시 폐기되고 있다.

정밀농업의 목표는 작물이 필요로 하는 성분만큼을 공급하여 자원을 절약하고 환경 파괴를 방지하는 것이지만 현재 pH센서와 EC 센서 방식으로는 원천적으로 정밀 제어 자체가 불가능 하다.

또한, 공개특허번호 제10-2013-0073930호에는 순환식 수경재배 시스템을 이용한 순환식 수경재배 방법이 공지되어 있다. 도 1 이하에 도시된 바와 같이, 선행기술의 일 실시예에 따른 순환식 수경재배 시스템은 폐양액 집수부(100), 폐양액 저장부(200), 양액 저장부(300), 원수 공급부(400), 혼합부(500), 및 제어부(600)를 포함하여 이루어질 수 있다. 폐양액 집수부(100)는 재배용 베드(10)로부터 폐양액을 집수한다. 구체적으로, 폐양액 집수부(100)는 재배용 베드(10)로 공급된 양액 중에서 작물이 흡수하고 남은 폐양액을 집수한다. 여기서, 폐양액은 재배용 베드(10)에 공급된 양액 중 작물에 흡수되지 않고 재배용 베드(10)에서 배출된, 즉 적어도 한번 이상 사용된 양액을 의미한다. 이와 같은, 폐양액 집수부(100)는 집수된 폐양액이 저장되는 집수 탱크(110) 및 집수 탱크(110)로부터 폐양액 저장부(200)로 공급되는 폐양액을 여과하는 여과 장치(120)를 포함하여 이루어질 수 있다. 즉, 집수 탱크(110)와 폐양액 저장부(200)는 폐양액 이송관으로 연결되는데, 여과 장치(120)는 이송 펌프(130)에 의해 집수 탱크(110)로부터 폐양액 저장부(200)로 이송되는 폐양액에 포함된 불순물을 여과시켜 제거한다. 또한, 폐양액 집수부(100)는 집수된 폐양액의 수위를 감지하기 위한 수위 제어 센서(미도시)가 설치될 수 있으며, 제어부(600)는 수위 제어 센서(미도시)에 의해 측정된 수위가 일정 수준 이상인 경우 폐양액 집수부(100)에 집수된 폐양액을 폐양액 저장부(200)로 공급할 수 있다.

그러나 선행기술의 경우에도 폐양액이 발생되어 재활용엔 한계가 있으며, 이로 인한 양액의 영양소 균형이 파괴될 수밖에 없어 작물의 생장을 저해시킬 수 밖에 없는 문제점이 예상된다.

공개특허번호 제10-2013-0073930호(공개일 2013.07.03.)

본 발명은 상기 종래기술 및 선행기술 의 문제점을 해소하고자 하는 것으로서 다열 카트리지방식을 적용한 양액주입장치에 있어서 원소액이 내장된 다열 카트리지를 적용하여 식물의 뿌리상태, 잎색 상태를 모니터링하여 그 식물에 필요한 최적의 원소액을 선정하고 물과 적정한 배합을 통하여 최적의 용액을 공급함으로써 식물의 생육을 증대함을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한 본 발명은 종래의 Ec 센서나 pH 센서를 사용함에 따른 양액의 재활용의 한계와 이로 인한 양액의 영양소의 균형이 깨어지는 것을 방지하고자 압전 방식을 사용하여 노즐분사 용량을 나노 단위의 정밀제어를 통해 양액의 제조 단계에서부터 일회 생산에 필요한 정확한 영양소가 조성된 양액을 제조할 수 있는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.

또한, 본 발명은 실시간 전기적 제어를 통해 필요한 양의 양액을 지속적으로 생산 공급함으로써 시스템의 하중과 부피 및 운영의 부하를 획기적으로 줄이므로서 실내 농업이나 루프탑 농업 및 우주 농업과 같이 무게가 민감한 농업 시스템에 최적화 경영을 이룰 수 있으며, 나아가 전 세계 스마트팜 산업의 목표인 배액제로 시스템 개발을 달성하고자 그 해결과제로 한다.

발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시 예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다.

또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다열 카트리지방식용 양액주입장치는 각 영양분의 필수 원소가 충전되어 교환 가능한 다열 카트리지방식으로 구비된 복수개의 다열 원소액카트리지와, 상기 복수개의 다열 원소액 카트리지는 수직으로 장착과 탈착이 가능하도록 설치된 고정마운트와, 상기 고정마운트 하단에는 상기 복수개의 다열 카트리지와 일렬로 연결되어 선택된 원소액을 통과하도록 하는 다열 미세관과, 상기 다열 미세관을 통과한 원소액을 분사하여 미세한 분사액을 토출하는 토출헤드와, 상기 선택된 원소액의 배합에 맞게 정량펌프에 의해 물의 양을 공급하여 양액의 전체 농도를 제어하는 물공급장치와, 상기 토출된 원소액과 물의 배합하여 양액의 전체 농도를 조절하는 교반기가 형성된 희석탱크와, 식물의 지상부 신호와 지하부 신호에 의해 뿌리상태, 잎색 상태를 모니터링하여 데이터서버와 클라우드서버를 통해 식물성장에 필요한 최적의 성분조성을 제어하는 제어장치와, 상기 양액이 실시간으로 공급받는 재배실을 포함하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

또한 본 발명에서 상기 복수개의 다열 원소액카트리지는 식물의 뿌리상태, 잎색 상태에 적합하게 배합 비율을 이루는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 토출헤드는 카트리지 수만큼 구성되고, 원소액이 토출되는 토출노즐이 형성되고, 상기 토출노즐 후단에 진동판이 형성되어 있어 압전소자의 전기적 작동을 주어 상기 진동판의 진동에 의해 원소액을 토출하는 마이크로 피에조 방식인 것을 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 토출노즐은 초소수성 표면을 구비하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 토출노즐은 원소액의 특성에 따라 노즐의 크기와 토출방식이 결정되는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 본 발명에서 복수개의 다열 원소액카트리지는 생식생장단계 없이 수확할 수 있는 작물의 경우 1번 카트리지 내지 3번 카트리지에는 1차 다량원소 질소(N), 인산(P), 칼륨(K)을 각각 포함하고, 4번 카트리지에는 2차 다량원소(1차적 다량원소보다 소량으로 필요한) 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 황(S)를 모두 포함하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 본 발명에서 복수개의 다열 원소액카트리지는 생식성장 단계의 결과물을 사용하지는 않지만 생육 기간이 긴 작물의 경우 1번 카트리지 내지 3번 카트리지에는 1차 다량원소를 각각 포함하고, 4번 카트리지에는 2차 다량원소 모두를 포함하며, 5번 카트리지에는 7종 미량원소 모두를 포함하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 본 발명에서 복수개의 다열 원소액카트리지는 영양 성장만 아니라 생식성장의 품질 관리가 필요하는 경우 1번 카트리지 내지 3번 카트리지에는 1차 다량원소를 각각 포함하고, 4번 카트리지에는 2차 다량원소 모두를 포함하며, 5번 카트리지에는 7종 미량원소 모두를 포함하고, 6번 카트리지에는 6종 기타원소 모두를 포함하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 본 발명에서 복수개의 다열 원소액카트리지는 석회(Ca)과 고토(Mg) 흡수가 중요한 작물, 양액 내에서 석회(Ca), 고토(Mg)의 침전을 회피하고 작물에 공급하는 경우 1번 카트리지에는 질소(N), 2번 카트리지에는 인(P), 3번 카트리지에는 칼륨(K), 4번 카트리지에는 석회(Ca), 5번 카트리지에는 고토(Mg), 6번 카트리지에는 황(S)을 포함하는 것을 과제의 해결수단으로 한다.

또한, 본 발명에서 복수개의 다열 원소액카트리지는 1번 카트리지 내지 6번 카트리지에는 6개의 다량원소 개별 카트리지, 7번 카트리지 내지 13번 카트리지에는 7개의 미량원소 개별 카트리지, 14번 카트리지 내지 19번 카트리지는 6개의 기타원소 개별 카트리지로 구성된 것을 과제의 해결수단으로 한다.

본 발명은 원소액이 내장된 다열 카트리지를 적용하여 식물의 뿌리상태, 잎색 상태를 모니터링하여 그 식물에 필요한 최적의 원소액을 선정하고 물과 적정한 배합을 통하여 최적의 용액을 공급함으로써 식물의 생육을 향상하는 효과가 있다.

또한 본 발명은 종래의 Ec 센서나 pH 센서를 사용함에 따른 양액의 재활용의 한계와 이로 인한 양액의 영양소의 균형이 깨어지는 것을 방지하고자 압전 방식을 사용하여 노즐분사 용량을 나노 단위의 정밀제어를 통해 양액의 제조 단계에서부터 일회 생산에 필요한 정확한 영양소가 조성된 양액을 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 실시간 전기적 제어를 통해 필요한 양의 양액을 지속적으로 생산 공급함으로써 시스템의 하중과 부피 및 운영의 부하를 획기적으로 줄이므로서 실내 농업이나 루프탑 농업 및 우주 농업과 같이 무게가 민감한 농업 시스템에 최적화 로 향상하는 효과가 있다.

도 1은 선행 기술인 순환식 수경재배방법 구성도
도 2는 본 발명의 다열 카트리지방식을 적용한 양액주입장치 구성도

전술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되며, 이에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.

본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명을 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 구성요소를 가리키는 것으로 사용된다.

이하에서 구성요소의 "상부(또는 하부)" 또는 구성요소의 "상(또는 하)"에 임의의 구성이 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 구성요소의 상면(또는 하면)에 접하여 배치되는 것뿐만 아니라, 상기 구성요소와 상기 구성요소 상에(또는 하에) 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성이 개재될 수 있음을 의미할 수 있다. 또한 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 상기 구성요소들은 서로 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성요소 사이에 다른 구성요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 발명에서, "구성된다" 또는 "포함한다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 여러 구성 요소들, 또는 여러 단계들을 반드시 모두 포함하는 것으로 해석되지 않아야 하며, 그 중 일부 구성 요소들 또는 일부 단계들은 포함되지 않을 수도 있고, 또는 추가적인 구성 요소 또는 단계들을 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.

명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.

이하에서는, 본 발명의 실시 예에 따른 카트리지방식용 양액주입장치를 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 다열 카트리지방식용 양액주입장치 사시도이다. 도면 2를 참조하면, 본 발명은 각 영양분의 필수 원소가 충전되어 교환 가능한 다열 카트리지(11~19) 방식으로 구비된 복수개의 다열 원소액카트리지(10)와, 상기 복수개의 다열 원소액 카트리지(10)는 수직으로 장착과 탈착이 가능하도록 설치된 고정마운트(20)와, 상기 고정마운트(20) 하단에는 상기 다열 카트리지(11~19)와 일렬로 연결되어 선택된 원소액을 통과하도록 하는 다열 미세관(30)과, 상기 다열 미세관(30)을 통과한 원소액을 분사하여 미세한 분사액을 토출하는 토출헤드(40)와, 상기 선택된 원소액의 배합에 맞게 정량펌프(51)에 의해 물의 양을 공급하여 양액의 전체 농도를 제어하는 물공급장치(50)와, 상기 토출된 원소액과 물의 배합하여 양액의 전체 농도를 조절하는 교반기(61)가 형성된 희석탱크(60)와, 식물의 지상부 신호(73)와 지하부 신호(74)에 의해 뿌리상태, 잎색 상태를 모니터링하여 데이터서버(71)와 클라우드서버(72)를 통해 식물성장에 필요한 최적의 성분조성을 제어하는 제어장치(70)와, 상기 양액이 실시간으로 공급받는 재배실(80)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 본 발명의 상기 복수개의 다열 원소액카트리지(10)는 식물의 뿌리상태, 잎색 상태에 적합하게 배합 비율을 이루는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 토출헤드(40)는 카트리지 수만큼 구성되고, 원소액이 토출되는 토출노즐(43)이 형성되고, 상기 토출노즐(43) 후단에 진동판(41)이 형성되어 있어 압전소자의 전기적 작동을 주어 상기 진동판(41)의 진동에 의해 원소액을 토출하는 마이크로 피에조 방식인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에서 상기 토출노즐(43)은 초소수성 표면을 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 상기 토출노즐(43)은 원소액의 특성에 따라 노즐의 크기와 토출방식이 결정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 복수개의 다열 원소액카트리지(10)는 생식생장단계 없이 수확할 수 있는 작물의 경우 1번 카트리지(11) 내지 3번 카트리지(13)에는 1차 다량원소 질소(N), 인산(P), 칼륨(K)을 각각 포함하고, 4번 카트리지(14)에는 2차 다량원소(1차적 다량원소보다 소량으로 필요한) 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 황(S)를 모두 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 복수개의 다열 원소액카트리지(10)는 생식성장 단계의 결과물을 사용하지는 않지만 생육 기간이 긴 작물의 경우 1번 카트리지(11) 내지 3번 카트리지(13)에는 1차 다량원소를 각각 포함하고, 4번 카트리지(14)에는 2차 다량원소 모두를 포함하며, 5번 카트리지(15)에는 7종 미량원소 모두를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 복수개의 다열 원소액카트리지(10)는 영양 성장만 아니라 생식성장의 품질 관리가 필요하는 경우 1번 카트리지(11) 내지 3번 카트리지(13)에는 1차 다량원소를 각각 포함하고, 4번 카트리지(14)에는 2차 다량원소 모두를 포함하며, 5번 카트리지(15)에는 7종 미량원소 모두를 포함하고, 6번 카트리지(16)에는 6종 기타원소 모두를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 복수개의 다열 원소액카트리지(10)는 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)의 흡수가 중요한 작물, 양액 내에서 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg)의 침전, 침착을 회피하고 작물에 공급하는 경우 1번 카트리지(11)에는 질소(N), 2번 카트리지(12)에는 인(P), 3번 카트리지(13)에는 칼륨(K), 4번 카트리지(14)에는 칼슘(Ca), 5번 카트리지(15)에는 마그네슘(Mg), 6번 카트리지(16)에는 황(S)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 복수개의 다열 원소액카트리지(10)는 1번 카트리지(11) 내지 6번 카트리지(16)에는 6개의 1차, 2차 다량원소 개별 카트리지, 7번 카트리지(17) 내지 13번 카트리지(113)에는 7개의 미량원소 개별 카트리지, 14번 카트리지(114) 내지 19번 카트리지(119)는 6개의 기타원소 개별 카트리지로 구성된 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 다열 카트리지방식용 양액주입장치의 작동관계를 설명하도록 한다.

본 발명에서 도면 2를 참조하면, 본 발명에서 복수개의 다열 원소액카트리지(10)는 각 영양분의 필수 원소가 충전되어 교환 가능한 다열 카트리지(11 내지 19) 방식으로 구성된다.

한편, 식물은 공기 중의 탄산가스(CO₂)와 뿌리에서 흡수하는 물(H₂O) 그리고 햇빛의 광 에너지에 의하여 잎 속의 엽록소가 여기(excitation)되고, 이어 일련의 여러 가지 생화학적 반응에 의하여 당류 및 전분과 같은 탄수화물을 만드는데 이러한 작용을 탄소동화작용 또는 광합성이라 한다. 이 작용에 의해 만들어진 탄수화물 즉 에너지(힘)의 일부는 호흡작용에 이용되고, 또 식물체의 생명을 유지하는데 필요한 에너지로 소모되며, 나머지는 지방이나 단백질과 같은 유기화합물과 다른 중요한 양분을 만드는데 이용된다.

따라서 작물이 자라는 데는 이산화탄소, 물, 햇빛 이외에도 여러 가지 양분을 필요로 하는데 뿌리가 토양 중에 있는 여러 가지 성분을 흡수한다. 식물이 정상적인 생장 사이클을 마치려면 최소 16개의 원소가 필요하며 식물 성장에 관여하는 원소는 총 22개의 원소 (9개의 다량원소, 7개의 미량원소, 6개의 기타원소)가 필요한 것으로 알려져 있다.

본 발명에서는 카트리지 방식을 통해 공기와 물에서 공급되는 탄소(C), 산소(O), 수소(H) 3개의 다량원소를 제외한 19개의 원소를 개별 정밀제어 공급할 수 있다. 상기 19개의 원소는 6개의 다량원소, 7개의 미량원소, 6개의 기타 원소로 구성된다.

본 발명에서 실시되는 예의 원소의 구성은 다음과 같다.

1) 6개 다량원소 : 질소(N), 인(P), 칼륨(K), 석회(Ca), 고토(Mg), 유황(S)

2) 7개 미량원소 : 철(Fe), 망간(Mn), 붕소(B), 아연(Zn), 동(Cu), 몰리브덴(Mo), 염소(Cl)

3) 6대 기타원소 : 소(Si), 알루미늄(Al), 나트륨(Na), 니켈(Ni), 코발트(Co), 바나듐(V)

본 발명에서는 최소 4개에서 최대 19개의 카트리지 조합은 식물의 필요에 따라 다음과 같이 조합할 수 있다.

4) 용어 정의: 1차 다량원소{질소(N), 인(P), 칼륨(K)}, 2차 다량원소{석회(Ca), 고토(Mg), 유황(S)}

본 발명은 다음과 같이 다수개로 조합된 카트리지의 실시예이다.

1) 실시예 1: 4개 카트리지 조합 예(미량 원소와 기타원소가 포함되지 않은 조합)

1~3번 카트리지 : 1차 다량 원소 각각

4번 카트리지 : 2차 다량원소 모두.

적용 예) 생식생장 단계 없이 수확할 수 있는 작물들(대부분의 잎채소)

2) 실시예 2: 5개의 카트리지 조합 예

1~4번까지는 1번과 동일

5번 카트리지 : 7종 미량원소 모두.

적용 예) 생식성장 단계의 결과물을 사용하지는 않지만 생육 기간이 긴 작물

3) 실시예 3: 6개 카트리지 조합의 예

1~5번까지는 2번과 동일

6번 카트리지 : 6종 기타원소 모두.

적용 예) 영양 성장만 아니라 생식성장의 품질 관리가 필요할 때 (꽃, 열매 작물)

4) 실시예 3: 6개 카트리지 조합의 다른 예

1번~3번 N P K 각각

4번 칼슘(Ca)

5번 마그네슘(Mg)

6번 황(S)

적용 예) 칼슘과 마그네슘 흡수가 중요한 작물, 양액 내에서 칼슘(Ca),마그네슘(Mg) 침전, 침착을 회피해 작물에 공급할 때 적용.

5) 실시예 4: 19개의 최대 카트리지 조합 예

1~6번 카트리지 : 6개 다량원소 개별 카트리지

7~13번 카트지리 : 7개 미량원소 개별 카트리지

14~19번 카트지리 : 6개 기타원소 개별 카트리지 구성

이상과 같이 본 발명은 상기한 실시예들을 통해 22개의 원소 중 공기와 물에서 공급 받는 3개의 원소를 제외한 19개의 원소를 작물의 필요에 따라 4개의 카트리지에서 19개 카트리지를 통해 실시간으로 마이크로에서 나노 단위까지 공급하여 자원을 효과적(배액제로)으로 사용하고 목표 품질을 정밀 제어하는 효과를 기대할 수 있다.

따라서 본 발명에서 원소액은 식물의 뿌리상태, 잎색 상태 등 작물에 따라 배합 비율은 모두 다르며, 식물 이지미 분석 시스템을 통해 실시간으로 필요한 원소를 공급할 수 있다.

이후 본 발명은 식물의 뿌리상태, 잎색 상태에 따라 필요한 배합 조건이 설정되면 상기 다열 카트리지(11~19)와 일렬로 연결되어 선택된 원소액이 상기 다열 미세관(30)을 통과하여 원소액을 분사하여 미세한 분사액을 토출하는 토출헤드(40)에 대기하게 된다. 이 때 물공급장치(50)는 상기 선택된 원소액의 배합에 맞게 정량펌프(51)에 의해 물의 양을 먼저 희석탱크(60)로 공급하고, 상기 교반기(61)에 의해 상기 토출된 원소액과 물의 배합하여 양액의 전체 농도를 배합하게 된다.

본 발명에서 상기 정량펌프(51)는 측정된 물의 양을 모터 구동시간에 의해 정량의 물을 공급 제어하는데, 그 이유는 양액을 제조하는 단계에서 물 공급양이 제어 되어야 전체 농도가 제어될 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명은 희석탱크(60)에 공급되는 물과 원소액을 공급하는 순서와 희석 배합은 먼저 목표 양액의 1/2의 물을 먼저 채우고, 선택된 원소액를 분사하여 남은 1/2을 채우면서 교반기를 작동 시켜 양액의 균일도를 높이는 순서로 진행된다. 희석 비율은 작물의 종류에 따라 작물의 생육 단계에 따른 매일의 증발산량에 따라 다수의 조합된 희석 배율을 소프트웨어로 모니터링하여 실시간으로 조합된다. 이를 통해 본 발명은 종래 기술이 수 천 리터를 동일한 조합으로 제조해 다 소진할 때까지는 다른 조합을 공급할 수 없는 단점을 해결하고자 시간 단위로 식물에 필요한 양액 조합을 소량 제조해 공급할 수 있게 하여 정밀 농업을 가능하게 하는 효과가 있다.

따라서 본 발명은 용매가 되는 물은 정량 펌프에 의해 희석탱크(60)에 투입되고 정량된 용매인 물에 마이크로 단위로 용질이 포함된 원소액이 헤드의 분사노즐을 통해 투입되어 마이크로 피펫으로 실험실에서 제조한 수준의 정확도로 재배현장에서도 양액을 제조할 수 있어 종래 기술의 양액 제조방식이 벌크 형태로 작물별로 생육단계별로 수 백, 수천 리터 단위로 양액을 한 번에 제작하여 순환시키는 방식일 뿐만 아니라 A양액과 B양액을 물에 희석하는 방법 또는 많아야 A, B, C 정도의 조합으로 이뤄지고 있어 양분들이 화학 반응으로 침전되어 식물이 흡수할 수 없는 단점을 개선하고자 본 발명에서 복수개의 다열 원소액카트리지(10)는 식물의 상태를 보며 분 단위 또는 시간 단위로 기능 간의 유기적인 배합에 의해 최적의 흡수 조합을 만들어 필요한 양액을 공급할 수 있을 뿐만 아니라 단일 성분을 순차적으로 분사해 화학 반응의 가능성을 제로로 양액을 만들 수 있는 현저한 효과가 있다.

또한, 본 발명에서 상기 토출노즐(43)이 형성된 토출헤드(40)의 개수는 상기 다열 카트리지(11~19) 수만큼 구성되고, 원소액이 토출되는 토출노즐(43) 내부구조는 상기 토출노즐(43) 후단에 진동판(41)이 형성되어 있어 압전소자의 전기적 작동을 주어 상기 진동판(41)의 진동에 의해 원소액을 토출하게 된다. 이 때 상기 토출노즐(43)은 초소수성 표면을 구비하고 있어 상기 토출노즐(43) 끝에 용액이 잔류하고 있다가 마르게 됨으로써 상기 토출노즐(43)을 막히게 하는 것을 해결할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 토출노즐(43)은 원소액의 특성에 따라 노즐의 크기와 토출방식이 결정되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 식물의 지상부와 지하부를 신호(71)(72)에 의해 입력된 식물 상태(수분 스트레스 정도, 증발산량, 개체 생체중변화)와 재배환경 정보에 따라 뿌리상태, 잎색 상태를 모니터링하여 데이터서버(71)와 클라우드서버(72)를 통해 식물성장에 필요한 최적의 성분조성을 제어하는 제어장치(70)에 의해 상기 양액이 실시간으로 재배실(80)로 공급하게 된다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시 예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다.

아울러 앞서 본 발명의 실시 예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

10 복수개의 다열 원소액카트리지,
11: 1번 카트리지, 12: 2번 카트리지, 13: 3번 카트리지, 14: 4번 카트리지, 15: 5번 카트리지, 16: 6번 카트리지, 17: 7번 카트리지, 18: 8번 카트리지, 19: 9번 카트리지, 110: 10번 카트리지, 111: 11번 카트리지, 112: 12번 카트리지, 113: 13번 카트리지, 114: 14번 카트리지, 115: 15번 카트리지, 116: 16번 카트리지, 117: 17번 카트리지, 118: 18번 카트리지, 119: 19번 카트리지
20 고정마운트
30 다열 미세관
40 토출헤드
41 진동판
50 물공급장치
51 정량펌프
60 희석탱크
61 교반기
70 제어장치
71 데이터서버
72 클라우드서버
73 지상부 신호
74 지하부 신호
80 재배실

Claims (10)

1. 각 영양분의 필수 원소가 충전되어 교환 가능한 다열 카트리지(11 내지 119) 방식으로 구비된 복수개의 다열 원소액카트리지(10)와,
   상기 복수개의 다열 원소액 카트리지(10)는 수직으로 장착과 탈착이 가능하도록 설치된 고정마운트(20)와,
   상기 고정마운트(20) 하단에는 상기 다열 카트리지(11 내지 119)와 일렬로 연결되어 선택된 원소액을 통과하도록 하는 다열 미세관(30)과,
   상기 다열 카트리지(11 내지 119) 수만큼 구성되고, 원소액이 토출되는 토출노즐(43)이 형성되고, 상기 토출노즐(43) 후단에 진동판(41)이 형성되어 있어 압전소자의 전기적 작동을 주어 상기 진동판(41)의 진동에 의해 원소액을 토출하는 마이크로 피에조 방식에 의해 상기 다열 미세관(30)을 통과한 원소액을 분사하여 미세한 분사액을 토출하는 토출헤드(40)와,
   상기 선택된 원소액의 배합에 맞게 정량펌프(51)에 의해 물의 양을 공급하여 양액의 전체 농도를 제어하는 물공급장치(50)와,
   상기 토출된 원소액과 물의 배합하여 양액의 전체 농도를 조절하는 교반기(61)가 형성된 희석탱크(60)와,
   식물의 지상부 신호(73)와 지하부 신호(74)에 의해 뿌리상태, 잎색 상태를 모니터링하여 데이터서버(71)와 클라우드서버(72)를 통해 식물성장에 필요한 최적의 성분조성을 제어하는 제어장치(70)와,
   상기 양액이 실시간으로 공급받는 재배실(80)을 포함하는 것을 특징으로 하는 다열 카트리지방식용 양액주입장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수개의 다열 원소액카트리지(10)는 식물의 뿌리상태, 잎색 상태에 적합하게 배합 비율을 이루는 것을 특징으로 하는 다열 카트리지방식용 양액주입장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 토출노즐(43)은 초소수성 표면을 구비하는 것을 특징으로 하는 다열 카트리지방식용 양액주입장치.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
   상기 토출노즐(43)은 원소액의 특성에 따라 노즐의 크기와 토출방식이 결정되는 것을 특징으로 하는 다열 카트리지방식용 양액주입장치.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   복수개의 다열 원소액카트리지(10)는 생식생장단계 없이 수확할 수 있는 작물의 경우 1번 카트리지(11) 내지 3번 카트리지(13)에는 1차 다량원소 질소(N), 인산(P), 칼륨(K)을 각각 포함하고, 4번 카트리지(14)에는 2차 다량원소(1차적 다량원소보다 소량으로 필요한) 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg) 및 황(S)를 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 다열 카트리지방식용 양액주입장치.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   복수개의 다열 원소액카트리지(10)는 생식성장 단계의 결과물을 사용하지는 않지만 생육 기간이 긴 작물의 경우 1번 카트리지(11) 내지 3번 카트리지(13)에는 1차 다량원소를 각각 포함하고, 4번 카트리지(14)에는 2차 다량원소 모두를 포함하며, 5번 카트리지(15)에는 7종 미량원소 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 다열 카트리지방식용 양액주입장치.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   복수개의 다열 원소액카트리지(10)는 영양 성장만 아니라 생식성장의 품질 관리가 필요하는 경우 1번 카트리지(11) 내지 3번 카트리지(13)에는 1차 다량원소를 각각 포함하고, 4번 카트리지(14)에는 2차 다량원소 모두를 포함하며, 5번 카트리지(15)에는 7종 미량원소 모두를 포함하고, 6번 카트리지(16)에는 6종 기타원소 모두를 포함하는 것을 특징으로 하는 다열 카트리지방식용 양액주입장치.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   복수개의 다열 원소액카트리지(10)는 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg)의 흡수가 중요한 작물, 양액 내에서 칼슘(Ca)과 마그네슘(Mg) 침전 또는 침착을 회피하고 작물에 공급하는 경우 1번 카트리지(11)에는 질소(N), 2번 카트리지(12)에는 인(P), 3번 카트리지(13)에는 칼륨(K), 4번 카트리지(14)에는 칼슘(Ca), 5번 카트리지(15)에는 마그네슘(Mg), 6번 카트리지(16)에는 황(S)을 포함하는 것을 특징으로 하는 다열 카트리지방식용 양액주입장치.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    복수개의 다열 원소액카트리지(10)는 1번 카트리지(11) 내지 6번 카트리지(16)에는 6개의 다량원소 개별 카트리지, 7번 카트리지(17) 내지 13번 카트리지(113)에는 7개의 미량원소 개별 카트리지, 14번 카트리지(114) 내지 19번 카트리지(119)는 6개의 기타원소 개별 카트리지로 구성된 것을 특징으로 하는 다열 카트리지방식용 양액주입장치.

Images