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KR-20260061765-A - System for cultivating floating aquatic plant

KR20260061765AKR 20260061765 AKR20260061765 AKR 20260061765AKR-20260061765-A

Abstract

본 발명은, 부유성 수생식물을 배양하는 양액을 저장하고 다단계로 수직 적층되는 복수의 수조들; 상기 수조들의 상부에 설치되어 상기 수조들에 양액을 공급하는 양액 공급 탱크; 상기 수조들의 하부에 설치되어 상기 수조들로부터 양액과 부유성 수생식물을 수집하는 수집 수조; 상기 수조들의 각각에 설치되어 양액과 부유성 수생식물 중 어느 하나를 선별하여 중력에 의해 상기 복수의 수조들 증 상단 위치의 수조로부터 상기 복수의 수조들 중 하단 위치의 수조를 거쳐 상기 수집 수조로 낙하시키는 선별 장치; 상기 수집 수조의 내부에 설치되어 상기 수집 수조의 양액이 소정의 수위 이상일 때 양액을 펌핑하여 상기 양액 공급 탱크로 순환시키는 순환 장치; 상기 수집 수조에 저장되는 양액의 온도를 센싱하여 소정 온도 범위 내에 있지 않을 경우 상기 양액의 온도를 소정의 온도로 조정하는 온도 조절 장치; 상기 수조들의 내부에서 배양되는 부유성 수생식물에 소정의 광량을 제공하는 광원부; 및 외부의 전력공급원으로부터 전력을 공급받고 상기 순환 장치, 상기 온도 조절 장치 및 상기 광원부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 부유성 수생식물 재배 시스템을 제공한다.

Inventors

  • 이용대

Assignees

  • 에이에프피네오푸드 주식회사

Dates

Publication Date
20260506
Application Date
20241028

Claims (9)

  1. 부유성 수생식물을 배양하는 양액을 저장하고 다단계로 수직 적층되는 복수의 수조들; 상기 수조들의 상부에 설치되어 상기 수조들에 양액을 공급하는 양액 공급 탱크; 상기 수조들의 하부에 설치되어 상기 수조들로부터 양액과 부유성 수생식물을 수집하는 수집 수조; 상기 수조들의 각각에 설치되어 양액과 부유성 수생식물 중 어느 하나를 선별하여 중력에 의해 상기 복수의 수조들 증 상단 위치의 수조로부터 상기 복수의 수조들 중 하단 위치의 수조를 거쳐 상기 수집 수조로 낙하시키는 선별 장치; 상기 수집 수조의 내부에 설치되어 상기 수집 수조의 양액이 소정의 수위 이상일 때 양액을 펌핑하여 상기 양액 공급 탱크로 순환시키는 순환 장치; 상기 수집 수조에 저장되는 양액의 온도를 센싱하여 소정 온도 범위 내에 있지 않을 경우 상기 양액의 온도를 소정의 온도로 조정하는 온도 조절 장치; 상기 수조들의 내부에서 배양되는 부유성 수생식물에 소정의 광량을 제공하는 광원부; 및 외부의 전력공급원으로부터 전력을 공급받고 상기 순환 장치, 상기 온도 조절 장치 및 상기 광원부의 작동을 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 부유성 수생식물 재배 시스템.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 선별 장치는, 일측 상부가 상기 수조의 내부에 위치하고 타측 하부가 상기 수조의 외부에 위치하도록 상기 수조를 관통하는 제1 파이프와, 상기 수조의 내부에서 상기 제1 파이프의 일측 상부를 둘러싸도록 설치하고 상기 제1 파이프의 상측단보다 낮은 위치에 양액의 출입을 위한 복수의 개구부를 형성하는 제2 파이프를 포함하는 것을 특징으로 부유성 수생식물 재배 시스템.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 순환 장치는, 상기 수집 수조의 수위를 감지하는 제1 수위 센서와, 상기 양액 공급 탱크의 수위를 감지하는 제2 수위 센서와, 상기 수집 수조의 양액을 상기 양액 공급 탱크로 펌핑하는 펌프를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 수위 센서의 감지 신호를 수신하여 상기 수집 수조 내의 양액이 소정의 수위에 도달하거나 상기 제2 수위 센서의 감지 신호를 수신하여 상기 양액 공급 탱크 내의 양액이 소정의 수위에 도달할 때 상기 펌프의 작동을 각각 제어하는 것을 특징으로 하는 부유성 수생식물 재배 시스템.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 온도 조절 장치는, 상기 수집 수조에 저장되는 양액의 온도를 감지하는 온도 센서와, 상기 온도 센서가 부유성 수생식물의 최적 배양 온도 범위 이상인 경우 냉각원을 제공하는 쿨러와, 상기 온도 센서가 부유성 수생식물의 최적 배양 온도 범위 이하일 경우 열원을 제공하는 히터를 포함하고, 상기 제어부는 상기 온도 센서의 감지 신호를 수신하여 상기 쿨러 또는 상기 히터의 작동을 제어하는 것을 특징으로 하는 부유성 수생식물 재배 시스템.
  5. 제4 항에 있어서, 상기 부유성 수생식물의 최적 배양 온도 범위는 10 내지 30 ℃의 온도 범위인 것을 특징으로 하는 부유성 수생식물 재배 시스템.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 광원부는 상기 수조들의 상부에 위치하고 백색광을 발광하는 복수의 LED 광원들을 포함하는 것을 특징으로 하는 부유성 수생식물 재배 시스템.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 전력공급원은 태양광, 풍력, 수력, 지열, 바이오매스 및 조수 중 어느 하나를 이용하여 전력을 발생하여 공급하는 것을 특징으로 하는 부유성 수생식물 재배 시스템.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 양액 공급 탱크로부터 공급되는 양액에 있어서 질소, 인 및 칼륨의 조성 비율이 각각 21%, 17%, 17%이고, 양액의 전기 전도도는 20 내지 200 ppm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 부유성 수생식물 재배 시스템.
  9. 제1 항 내지 제8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 부유성 수생식물은 수생 개구리밥류, 청색녹조류, 아졸라, 물냉이, 물파래 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부유성 수생식물 재배 시스템.

Description

부유성 수생식물 재배 시스템{System for cultivating floating aquatic plant} 본 발명은 부유성 수생식물 재배 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 개구리밥 등의 부유성 수생식물의 재배 방법을 공간 효율적이고 자동화시킨 부유성 수생식물 재배 시스템에 관한 것이다. 부유성 수생식물은 물 위에 떠서 자라는 식물군으로, 그 중에서도 개구리밥(Lemna spp.), 물수세미(Wolffia spp.), 부들개구리밥(Spirodela polyrhiza) 등이 대표적이다. 이들 식물은 영양가가 높고, 환경적 이점이 많아 최근 들어 중요한 자원으로 주목받고 있다. 특히, 상기 부유성 수생식물은 식량 자원, 동물 사료, 그리고 수질 정화 등 다양한 응용 분야에서 활용이 가능하다. 이러한 장점으로 인해, 부유성 수생식물의 효율적인 재배 기술과 자동화된 시스템에 대한 필요성이 점차 증가하고 있다. 그러나, 종래 기술에 따른 부유성 수생식물의 재배 장치들은 다음과 같은 문제점들을 가지고 있다. 첫째, 종래의 장치는 주로 넓은 면적을 필요로 하며, 수평으로 넓게 배치된 수조를 사용하여 식물을 재배한다. 이로 인해 공간 효율성이 낮고, 대규모 생산에 적합하지 않다. 둘째, 종래의 재배 장치는 주로 수작업으로 운영되며, 자동화된 양액 공급, 수확 시스템 등이 부족하다. 이에 따라 생산성과 효율성을 극대화하는 데 어려움이 있다. 셋째, 부유성 수생식물을 효율적으로 재배하기 위해서는 양액을 일정하게 순환시켜야 한다. 그러나, 하지만, 종래의 장치는 단순한 펌프 시스템을 사용하여서 양액의 순환과 재사용에 한계가 있다. 이는 양액의 낭비를 초래할 수 있으며, 재배 환경의 균일성을 저해할 수 있다. 넷째, 부유성 수생식물은 최적의 생장 조건을 유지하기 위해 일정한 수온을 필요로 하지만, 종래의 장치에서는 수온을 자동으로 조절하는 장치가 부족하다. 이는 부유성 수생식물의 성장 속도를 일정하게 유지하기 어려운 문제를 발생시킨다. 따라서, 이러한 종래 기술의 배경에서 부유성 수생식물의 대규모 재배를 가능하게 하고 생산성을 극대화하기 위한 자동화된 시스템의 개발이 필요하다. 도1은 본 발명의 일실시예에 따른 부유성 수생식물 재배 시스템의 구성도이다. 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 부유성 수생식물 재배 시스템의 선별 장치의 양액 유로를 나타낸 단면도이다. 도3은 본 발명의 일실시예에 따른 부유성 수생식물 재배 시스템의 선별 장치의 부유성 수생식물의 유동 경로를 나타낸 단면도이다. 이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 부유성 수생식물 재배 시스템을 상세히 설명한다. 여기에서, 본 발명을 이루는 구성요소들은 필요에 따라 일체형으로 사용되거나 각각 분리되어 사용될 수 있다. 또한, 사용 형태에 따라 일부 구성요소를 생략하여 사용 가능하다. 본 발명의 형태 및 구성요소의 개수에 있어서도 다양한 변형이 가능하다. 도1 내지 도3을 참조하여 본 발명에 따른 부유성 수생식물 재배 시스템을 설명한다. 도1은 본 발명의 일실시예에 따른 부유성 수생식물 재배 시스템의 구성도이다. 도1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 부유성 수생식물 재배 시스템은 복수의 수조(100), 양액 공급 탱크(200), 수집 수조(300), 선별 장치(400), 순환 장치(500), 온도 조절 장치(600), 광원부(700) 및 제어부(800)를 포함하는 기술 구성으로 이루어진다. 상기 복수의 수조(100)는 부유성 수생식물을 배양하는 양액을 저장하고 다단계로 수직 적층되는 구성으로 이루어진다. 도1에서는 하나의 수직 적층 구성을 예시하였지만 병렬로 배열되는 복수의 수직 적층 구조에 따른 기술 구성도 본 발명에 포함된다. 여기에서, 상기 부유성 수생식물은 수생 개구리밥류, 청색녹조류, 아졸라, 물냉이, 물파래 중 어느 하나일 수 있다. 바람직하게는 본 발명에서는 수생 개구리밥류 중 개구리밥, 좀개구리밥, 혹개구리밥 중 어느 하나를 채택할 수 있다. 양액 공급 탱크(200)는 복수의 수조(100) 중 상단부에 설치된 수조의 상부 위치에 설치되어 복수의 수조(100)에 양액을 공급하는 역할을 한다. 여기에서, 양액 공급 탱크(200)의 하단부에 구비된 양액공급부(210)는 수액 낙하 방식을 채택하여 수액을 방울방울 떨어뜨리는 기술 구성으로 이루어질 수 있다. 이를 위해 양액공급부(210)는 수액 낙하기, 필터, 타이머 등을 포함할 수 있다. 한편, 양액 공급 탱크(200)로부터 공급되는 양액은 질소, 인 및 칼륨의 성분을 포함하고 그 조성 비율은 바람직하게는 각각 21%, 17% 및 17%로 이루어질 수 있다. 또한, 양액의 전기 전도도는 20 내지 200 ppm의 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 이러한 양액 조건은 부유성 수생식물에게 최적의 배양 환경을 제공할 수 있다. 수집 수조(300)는 복수의 수조(100) 중 하단부에 설치된 수조의 하부에 위치하도록 설치되어 복수의 수조(100)로부터 양액과 부유성 수생식물을 수집하는 역할을 한다. 선별 장치(400)는 복수의 수조(100)의 각각에 설치되어 양액과 부유성 수생식물 중 어느 하나를 선별하여 중력에 의해 복수의 수조(100) 중 상단 위치의 수조(110)로부터 복수의 수조(100) 중 하단 위치의 수조(120)를 거쳐 수집 수조(300)로 낙하시키는 기능을 한다. 도2 및 도3을 참조하여 본 발명에 따른 선별 장치(400)를 상세하게 설명하기로 한다. 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 선별 장치(400)의 양액 유로를 나타낸 단면도이고, 도3은 본 발명의 일실시예에 따른 선별 장치(400)의 부유성 수생식물의 유동 경로를 나타낸 단면도이다. 도2 및 도3을 참조하면, 본 발명에 따른 선별 장치(400)는 수조(100)에 고정 설치되는 제1 파이프(410)와, 제1 파이프(410)를 둘러싸고 수조(100)로부터 분리 가능한 제2 파이프(420)를 포함하는 구성으로 이루어진다. 제1 파이프(410)는 그 일측 상부가 수조(100)의 내부에 위치하고 타측 하부가 수조(100)의 외부에 위치하도록 수조(100)를 관통하는 구성으로 이루어진다. 또한, 제2 파이프(420)는 수조(100)의 내부에서 제1 파이프(410)의 일측 상부를 둘러싸도록 설치하고 제1 파이프(410)의 상측단보다 낮은 위치에 양액의 출입을 위한 복수의 개구부(421)를 형성하는 구성으로 이루어진다. 이때, 제2 파이프(420)는 도3에 도시한 바와 같이 수조(100)로부터 분리 가능하게 설치된다. 상술한 선별 장치(400)의 기술 구성을 통해 도2 및 도3을 참조하여 선별 동작을 설명하기로 한다. 먼저, 도2를 참조하면, 수조(100)의 내부에는 양액의 수면 위에 부유하는 수생식물군이 도시되어 있다. 양액은 제2 파이프(420)의 개구부(421)을 통해 양액유로(430)를 따라 제1 파이프(410)의 상측 단부로 유동하여 그 내부에서 수직 낙하한다. 이 때, 수생식물군은 제2 파이프(420)의 외측벽에 의해 유동성이 제한되어 제1 파이프(410)의 내부로 유동할 수 없다. 한편, 도3을 참조하면, 도2의 상태에서 제2 파이프(420)를 위로 분리한 상태에서 수생식물군의 유동 경로(430)가 도시되어 있다. 즉, 제2 파이프(420)를 분리하면 양액에 부유하고 있는 수생식물군은 더 이상 제2 파이프(420)로부터 구속되지 않고 양액의 중력 낙하에 따른 유속에 의해 유동 경로(430)를 따라 양액과 함께 수직 낙하한다. 이상 설명한 선별 장치(400)를 통해 양액 또는 부유성 수생식물군은 제2 파이프(420)의 분리 유무에 따라 선별이 이루어지고 최종적으로 수집 수조(300)에 최종적으로 모두 수집될 수 있다. 한편, 순환 장치(500)는 수집 수조(300)의 내부에 설치되어 수집 수조(300)의 양액이 소정의 수위 이상일 때 양액을 펌핑하여 양액 공급 탱크(200)로 순환시키는 역할을 한다. 상세하게는, 본 발명에 따른 순환 장치(500)는 수집 수조(300)의 수위를 감지하는 제1 수위 센서(310)와, 양액 공급 탱크(200)의 수위를 감지하는 제2 수위 센서(220)와, 수집 수조(300)의 양액을 양액 공급 탱크(200)로 펌핑하는 펌프(520)를 포함하는 기술 구성으로 이루어진다. 이 때, 제어부(800)는 제1 수위 센서(510)의 감지 신호를 수신하여 수집 수조(300) 내의 양액이 소정의 수위에 도달하거나 제2 수위 센서(220)의 감지 신호를 수신하여 양액 공급 탱크(220) 내의 양액이 소정의 수위에 도달할 때 펌프(520)의 작동을 각각 제어한다. 상세하게는, 제1 수위 센서(510)가 수집 수조(300)의 양액이 소정의 수위에 도달하는 것을 감지하면 제어부(800)는 펌프(520)를 작동시켜 수집 수조(300) 내의 양액을 양액 공급 탱크(200)로 상승 펌핑시킨다. 다음에, 제2 수위 센서(220)가 양액 공급 탱크(200)의 양액이 소정의 수위에 도달하는 것을 감지하면 제어부(800)는 펌프(520)의 작동을 중지시킨다. 온도 조절 장치(600)는 수집 수조(300)에 저장되는 양액의 온도를 센싱하여 소정 온도 범위 내에 있지 않을 경우 상기 양액의 온도를 소정의 온도로 조정하는 기능을 한다. 상세하게는, 온도 조절 장치(600)는 수집 수조(300)에 저장되는 양액의 온도를 감지하는 온도 센서(610)와, 온도 센서(610)가 부유성 수생식물의 최적 배양 온도 범위 이상인 경우 냉각원을 제공하는 쿨러(620)와, 온도 센서(610)가 부유성 수생식물의 최적 배양 온도 범위 이하일 경우 열원을 제공하는 히터(6300를 포함하는 기술 구성으로 이루어진다. 이때, 제어부(800)는 온도 센서(610)의 감지 신호를 수신하여 쿨러(620) 또는 히터(630)의 작동을 제어한다. 여기에서, 부유성 수생식물의 최적 배양 온도 범위는 10 내지 30 ℃의 온도 범위 내이 있는 것이 바람직하다. 광원부(700는 수조(100)들의 내부에서 배양되는 부유성 수생식물에 소정의 광량을 제공하는 기능을 한다. 바람직하게는, 광원부(700)는 양액 공급 탱크(200), 복수의 수조(100)들의 외측 저면에 설치되어 하부를 향해 조광하는 복수의 LED 광원들을 포함할 수 있다. 이 때, LED