KR20090084244A - 토양에 스팀을 주입하여 토양을 소독하는 방법 및 이에사용되는 스팀토양소독기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영농방법 및 이에 사용되는 영농기계에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 경작지 토양의 표토에 고온의 스팀을 주입하여 토양 내에 서식하는 경작에 유해한 미생물, 해충, 잡초씨앗 등을 제거하는 방법과 이에 사용되는 스팀토양소독기에 관한 것이다.

본 발명은 토양을 소독하는 수단으로 고열의 스팀을 사용하고, 특수하게 발명한 스팀토양소독기를 이용하여 경작지 토양에 고열의 스팀을 직접 주입하는 방법을 취하였다.

스팀토양소독기는 토양에 충분한 깊이로 침투할 수 있는 스팀주입침을 다수개를 부착한 소독기로서, 한 번의 작업으로 일정면적의 토양을 동시에 소독할 수 있게 하였다.

본 발명인 스팀을 주입하여 토양을 소독하는 방법은 소독수단으로 화학물질인 농약을 사용하지 않고 고열의 증기를 사용하므로 친환경적이고, 경작지의 표토에 직접 스팀을 주입하는 방법으로 소량의 물로 넓은 면적의 토양을 소독할 수 있고, 그리고 토양소독의 효과가 크다.

토양, 소독, 연작장애, 스팀, 친환경, 농약

Description

토양에 스팀을 주입하여 토양을 소독하는 방법 및 이에 사용되는 스팀토양소독기{Earth Sterilization Method by Injecting Steam and Steam Earth Sterilizer for the Method}

본 발명은 영농방법 및 이에 사용되는 영농기계에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 경작지 토양의 표토에 고온의 스팀을 주입하여 토양 내에 서식하는 경작에 유해한 미생물, 해충, 잡초씨앗 등을 제거하는 방법과 이에 사용되는 스팀토양소독기에 관한 것이다.

최근 농업도 기후에 의존하는 재래식 영농방법에서 벗어나, 비닐하우스 등의 대규모 영농시설을 구축하여 기후에 상관없이 채소, 과채 등의 작물을 1년에도 여러 번 재배하여 출하하는 기업형 영농방법이 확산되고 있다. 이와 같은 기업형 시설 영농에서는, 고가의 영농시설을 효율적으로 활용하기 위하여 동일한 장소에서 생장속도가 빠른 동일 작물 또는 유사작물을 연속적으로 재배하는 연작을 하고 있다.

상기와 같이 연작을 하면 여러 가지 원인에 의하여 작물의 생장이 불량해지 고, 작물의 수확량과 품질이 저하되는 현상인 연작장애가 일어난다. 이와 같은 연작장애의 원인으로는, 작은 경작으로 인한 토양구조의 파괴, 강우의 차단에 의한 염류의 집적, 특정 영양성분의 고갈 등 여러 가지 원인이 있으나, 그중에서도 가장 직접적인 원인은 한곳에서 동일 도는 유사한 작물을 연속적으로 재배함에 따라 특정 병해충이 밀집되기 때문인 것으로 알려져 있다.

현재 상기와 같은 연작장애의 주요원인인 밀집한 특정 병해충을 퇴치하기 위하여 여러 가지 종류의 살균제 또는 살충제인 농약들을 토양에 살포하여 토양을 소독하는 방법을 주로 사용하고 있으나, 이러한 농약들은 아주 유독하여 작업자의 건강을 해치게 되고, 이러한 농약성분이 농작물을 통하여 인체에 유입되고 누적되어 사람의 건강을 해치게 된다. 그리고 농약은 토양속에 오랫동안 잔류하여 경작에 해로운 병해충뿐만 아니라 경작에 유용한 미생물까지 함께 죽이고 서식을 불가능하게 하여, 오히려 작물의 성장을 저해하는 문제가 있다. 그리고 잔류농약이 토양에 스며들고 하천으로 유입되어 토양 및 수질환경을 파괴하는 원인이 된다.

최근 상기와 같이 농약에 의한 토양소독의 문제점을 개선하기 위하여, 상토가열처리장치가 개발되어 특허등록(국내 등록특허 10-0765143, 특허권자 : 김범구)이 되었다. 이 특허발명에 의하면, 흙을 실린더형 하우징 내부에 투입하여 스팀으로 가열하는 방법으로 토양을 소독하는 방법을 취하고 있는데, 다량의 흙을 처리하는 것이 불가능하고, 흙을 하우징 내에 투입하고 처리된 흙을 다시 경작지로 운반하여야 하는 등의 불편함이 있으므로, 경작지 전체 토양을 처리하는 것은 불가능하고 종묘장의 표토 정도의 소량의 흙을 소독하는데 사용될 수 있을 뿐이다.

또 다른 토양소독 방법으로, 보일러를 이용 소온수의 토양 및 페배지내 관주에 의한 병해충 살균방법(국내 공개특허, 공개번호 : 10-2007-0002379, 출원인 : 대한민국(농촌진흥청))이 있다. 이 소독방법은 고온의 물을 이용한 열수소독방법으로서, 특수하게 제작한 차량을 이용하여 토양에 보일러로 가열한 고온의 물을 일정 시간동안 지속적으로 살포하고, 상부에 비닐을 덮어 작토층의 온도를 장시간 동안 섭씨 65도 이상을 유지하여 토양을 소독하는 방법이다. 이 토양소독방법은 작업이 불편하고 다량의 열수가 소요되므로 특수한 작업용 차량이 필요하고, 에너지가 많이 소요되는 문제가 있다.

상기와 같이 농작물의 연작장애의 주요원인인 토양 내의 병해충을 퇴치하기 위한 토양 소독방법으로 농약을 사용하는 화학적 소독방법과 흙을 가열처리장치를 이용하여 소독하는 소독방법과 그리고 열수를 이용한 소독방법은 여러 가지 문제가 있다. 따라서 획기적인 토양소독방법이 요구된다.

새로운 토양소독방법은 화학물질을 사용하지 아니하여 친환경적이어야 하고, 경작지 전체의 토양을 직접 소독할 수 있어야 하고, 능률적으로 작업을 할 수 있어야 한다.

그리고 이에 소요되는 소독장치는 구조가 간단하여야 하고, 에너지 소모가 적어야 하고, 토양 깊숙이 스팀을 주입할 수 있어서 충분한 소독효과를 낼 수 있어야 한다.

본 발명은 상기와 같은 기술적 과제를 해결하기 위하여, 토양을 소독하는 수단으로 고열의 스팀을 사용하고, 특수하게 발명한 스팀토양소독기를 이용하여 경작지 토양에 고열의 스팀을 직접 주입하는 방법을 취하였다.

스팀토양소독기는 토양에 충분한 깊이로 침투할 수 있는 스팀주입침을 다수개를 부착한 소독기로서, 한 번의 작업으로 일정면적의 토양을 동시에 소독할 수 있게 하였다.

본 발명인 스팀을 주입하여 토양을 소독하는 방법은 소독수단으로 화학물질인 농약을 사용하지 않고 고열의 증기를 사용하므로 친환경적이다. 그리고 본 발명은 경작지의 표토에 직접 스팀을 주입하는 방법으로서, 소량의 물로 넓은 면적의 토양을 소독할 수 있고, 에너지 소비가 적고, 그리고 토양소독의 효과가 크다.

또 다른 발명인 스팀토양소독기는 토양 깊숙이 스팀을 주입할 수 있고, 한번에 넓은 면적의 토양을 소독할 수 있고, 구조가 간단하고 소형이어서 에스에스기(SS기, 주로 농약 살포 등에 사용되는 다목적 소형 농기계)와 같은 소형 농기계에 장착할 수 있고, 능률적으로 소독작업을 할 수 있다.

본 발명인 스팀을 주입하여 토양을 소독하는 방법은 다음의 단계를 순차적으로 거쳐 수행된다.

1. 경작지를 갈고 평탄화하는, 평탄화단계;

2. 상기 평탄화 단계를 통하여 표토가 부드러워지고 평평해진 토양에 스팀토양소독기를 지면에 압착하여, 스팀토양소독기의 스팀주입침이 토양 속으로 압입하는, 소독준비단계;

3. 상기 스팀토양소독기에 일정시간 동안 스팀을 공급하여 토양을 가열하여 병해충을 박멸하는, 소독단계;

3. 일정시간동안 스팀을 토양에 공급한 후, 스팀공급을 차단하고 스팀토양소독기를 들어올려 제거하는, 소독종료단계;

평탄화단계는 통상 로터리라고 불리는 농기계를 이용하여 수행된다. 본 발명의 방법은 주로 연작의 피해가 크게 일어나는 채소재배 농업, 특히 일년에도 여러 번 연작을 하는 비닐하우스 등의 시설농업이 이루어지는 밭농사에 주로 적용되므로, 로터리 작업만으로 경작지의 표토가 일정깊이만큼 갈리고 평탄해진다. 이와 같이 토로를 갈고 평탄화를 하면, 스팀주입침(11)이 표토 속으로 쉽게 압입되고 또한 토양의 외부로 바로 유출되는 스팀도 적어진다.

소독준비단계는 상기 평탄화 단계를 통하여 표토가 부드러워지고 평평해진 경작지의 토양에, 도 1에 도시한 바와 같은 스팀토양소독기(10)를 지면에 압착하여 스팀주입침(11)을 표토 속으로 충분한 깊이만큼 압입하는 단계이다. 통상적으로 밭작물의 경우 토양의 표토를 20cm 내지 30cm 의 깊이로 갈고 작물을 경작하므로, 스팀주입침(11)도 이 깊이만큼 압입하면 된다.

소독단계는 상기 스팀주입준비단계에서 스팀주입침(11)이 토양에 삽입된 상태에서 일정시간 동안 스팀주입침(11)에 스팀을 공급하여, 고온의 스팀이 토양의 내부로 분출되어 들어가도록 하는 단계이다.

토양의 내부에 고온의 스팀이 주입되면, 스팀의 열에 의하여 토양 내부의 병해충 및 그 알, 바이러스 또는 병균 등의 유해 생물이 모두 죽는 토양소독이 일어 난다. 충분한 정도의 소독을 위해서는 토양 내부의 온도가 80℃ 까지 올라가야 하고, 이와 같이 토양의 온도를 올리려면 스팀주입침을 가로 세로 15cm 간격으로 배치하고, 스팀주입침(11)에 온도 168℃, 압력 7.5kgf/㎠의 스팀을 30초간 주입하면 되는 것으로 실험적으로 규명되었다. 스팀주입시간은 사용되는 스팀발생용 보일러의 사양에 따라 스팀의 온도가 낮으면 길게 하고, 스팀의 온도가 높으면 짧게 한다. 그리고 재배대상 작물에 주로 문제가 되는 병해충을 박멸하는데 충분할 정도로 소독시간과 스팀의 온도를 적절히 조절할 수 있다.

소독종료단계는 상기단계를 통하여 토양의 소독을 종료한 후, 스팀주입침(11)에 스팀공급을 차단하고, 스팀토양소독기(10)를 들어올려 지면에서 제거하는 단계이다.

상기와 같이 소독종료단계가 종료되면, 스팀토양소독기(10)를 다음 소독부위로 이동하여 다시 토양소독을 수행한다. 이와 같은 소독작업을 반복하여 경작지 전체 또는 일부를 스팀으로 소독한다.

상기와 같이 토양을 스팀으로 소독하면, 병해충과 그 알, 식물에 질병 또는 생육에 나쁜 영향을 유발하는 바이러스 또는 세균 등의 미생물, 그리고 어린 잡초 및 그 씨앗까지 모두 고온의 열에 의하여 죽게 되므로, 연작을 하더라도 생물학적 원인에 의한 연작장애는 일어나지 않는다. 다만, 이 소독과정에서 식물의 생장에 유익한 미생물 등도 함께 죽게 되나, 소독 후에 토양에 잔류하는 독성물질이 없으므로 유익한 미생물은 다시 외부에서 유입되어 서식을 하게 된다. 필요할 경우 소독 후에 유기질 비료 등을 투여하여 이러한 미생물을 보충하여 주면 된다.

스팀을 주입하여 토양을 소독하는 방법에 사용되는 스팀토양소독기(10)의 주요부분은 도 1에 도시한 바와 같이, 스팀주입침(11), 파이프프레임(12), 그리고 스팀공급관(13)으로 구성된다. 그리고 작업시 안전과 스팀의 유실을 방지하기 위하여 안전스커트(14)를 추가로 구비할 수 있다.

스팀주입침(11)은 도 2에 도시한 바와 같은데, 파이프몸체(111)에 측면으로 다수의 스팀분출공(112)이 형성되어 있고, 토양으로 잘 침투하도록 끝이 뾰족한 첨두(113)를 가진 침 형상으로서, 파이프프레임(12)의 하방에 수직으로 다수 개가 부착된다. 스팀주입침(11) 간의 간격을 임의로 정하고, 그에 따라 토양소독 시 스팀공급시간을 조정할 수 있으나, 스팀주입침 간의 간격을 15cm로 하고 스팀공급시간을 30초로 하는 것이 적당한 것으로 시험으로 규명되었다.

스팀분출공(112)은 파이프몸체(111)의 동일 높이에 파이프의 원주를 따라 다수 개가 형성되고, 이와 같은 분출공들이 파이프몸체(111)의 길이를 따라 2 내지 4단으로 형성된다.

스팀주입침(11)을 토양에 압입할 때, 흙 입자에 의하여 스팀분출공(112)이 막히는 수가 있으므로, 스팀분출공 주위에 원추형의 보호핀(114)을 구비하는 것이 좋다.

스팀주입침(11)의 파이프몸체(111)는 하나의 긴 파이프로 제작할 수도 있으나, 심경(밭을 가는 깊이)이 얕아 스팀주입침이 끝까지 토양 속으로 침투하지 않을 경우 지상으로 노출된 상단의 스팀분출공(112)으로 과도하게 스팀이 누설되어 스팀의 손실이 많을 수 있다. 따라서 경작지의 특성 또는 재배 작물의 종류별 심경에 따라 스팀주입침(11)의 길이를 조정할 수 있도록, 스팀주입침을 다단으로 제작하여 서로 연결하여 사용할 수 있게 하는 것이 좋다.

파이프프레임(12)은 스팀주입침(11)들을 토양 속으로 압입하는데 필요한 구조 강도를 제공하고, 각각의 스팀주입침(11)에 스팀을 공급할 수 있도록 일정 크기의 파이프를 프레임형태로 서로 연결하여 각각의 스팀주입침(11)이 부착될 부위에 구멍을 가공하여 제작한다. 스팀주입침(11)과 파이프프레임의 결합은 나사결합, 용접, 억지끼워맞춤 등의 방법으로 연결부위에서 스팀이 누설되지 않도록 결합한다.

소독작업을 능률적으로 하기 위하여 파이프프레임(12)을 크게 제작하여, 파이프 자체만으로는 강도가 낮아 구조적으로 취약할 경우, 파이프프레임(12)의 상부에 별도의 보강구조물을 구비할 수 있다.

파이프프레임(12)의 크기는 작업능률, 구동장치의 동력, 그리고 소독하고자 하는 경작지의 밭이랑의 폭 등을 고려하여 적당한 크기로 할 수 있으나, 통상적인 비닐하우스 내부의 밭이랑의 폭이 2500mm이므로, 이를 감안하여 파이프프레임의 크기를 가로 2500mm, 세로 450mm로 하여 파이프를 150mm간격으로 4열로 제작하는 것이 작업능률을 높일 수 있고 소형 농기계인 SS기의 동력을 이용할 수 있어서 적당하다.

상기 파이프프레임(12)의 상면 중앙에는 파이프프레임(12)에 스팀을 공급하고, 수직하방으로 압입력을 제공하는 스팀공급관(13)이 연결되어 있다. 이 스팀공급관(13)은 충분한 구조강도를 갖는 강관 또는 스테인레스스틸 파이프로 제작하는 것이 좋다.

스팀공급관(13)은 도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명인 스팀토양소독기(10)가 장착된 농기계에 탑재된 보일러와 스팀호스로 연결되어 스팀을 공급받고, 이 농기계에 구비된 유압, 공압, 또는 전기 구동방식의 액추에이터 축에 연결되어 상승 또는 하강을 한다. 이와 같이 스팀공급관(13)이 상승 또는 하강을 하면, 파이프프레임(12)이 상승 또는 하강을 하고, 파이프프레임(12)의 하면에 에 부착된 스팀주입침(11)이 토양에 압입되거나 추출된다.

스팀공급관(13)에 리미트스위치(15)와 이 리미트스위치와 연동되어 작동하는 솔레노이드밸브, 공압 또는 유압작동밸브 등의 제어밸브(16)를 부착하여, 스팀공급관(13)이 일정 높이만큼 하강하여 스팀주입침(11)이 토양에 완전히 압입되면 리미트스위치(15)가 이를 감지하고 제어밸브(16)를 열어 스팀주입침(11)에 스팀을 공급하고, 스팀공급관(13)이 일정 높이만큼 상승하여 스팀주입침(11)이 토양에서 추출되기 시작하면 리미트스위치(15)가 이를 감지하고 제어밸브(16)을 닫아 스팀주입침(11)에 스팀공급을 차단하도록 하는 방법으로 스팀의 공급과 차단을 자동화할 수 있다.

파이프프레임(12)의 주변에는 고무판 등 신축성이 있는 재료로 주름통 형태로 제작한 안전스커트(14)를 부착하는 것이 좋다. 안전스커트의 재료로는 내열성이 좋은 EPDM고무가 좋다. 안전스커트(14)를 부착하면, 스팀주입침(11)이 토양에 압입되어 스팀이 토양으로 분사될 때 안전스커트(14)가 지면에 압착되어, 스팀 또는 고압의 스팀에 의하여 불려 나오는 흙먼지가 주변으로 비산되는 것을 막아 안전하다. 또한 누설되어 나오는 스팀이 주변으로 분산되어 소실되는 것을 막아, 스팀이 모두 토양의 소독에 활용되도록 하여 열효율을 증대시킬 수 있다.

본 발명은 연작을 하는 작물의 재배, 특히 비닐하우스를 이용한 시설 영농에 유용하게 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명인 스팀토양소독기(10)의 구성도이다.

도 2는 스팀주입침(11)의 상세도이다.

도 3은 스팀토양소독기(10)가 농기계에 장착된 모습이다.

※ 중요 구성품 번호

10 : 스팀토양소독기, 11 : 스팀주입침, 12 : 파이프프레임,

13 : 스팀공급관, 14 : 안전스커트

Claims (6)

1. 다음의 각 단계를 순차적 수행하여, 토양에 스팀을 주입하여 토양을 소독하는 방법.

   1. 경작지를 갈고 평탄화하는, 평탄화단계;

   2. 상기 평탄화 단계를 통하여 표토가 부드러워지고 평평해진 토양에 스팀토양소독기를 지면에 압착하여, 스팀토양소독기의 스팀주입침을 토양 속으로 압입하는, 소독준비단계;

   3. 상기 스팀토양소독기에 일정시간 동안 스팀을 공급하여, 고온의 스팀이 토양소독기의 스팀주입침(11)을 통하여 토양의 내부에 분출되어, 이 스팀에 의하여 토양을 가열하여 병해충을 박멸하는, 소독단계;

   4. 일정시간 동안 스팀을 토양에 공급한 후, 스팀공급을 차단하고 스팀토양소독기를 들어올려 제거하는, 소독종료단계;
2. 파이프몸체(111)에 측면으로 다수의 스팀분출공(112)이 형성되어 있고, 토양으로 잘 침투하도록 끝이 뾰족한 첨두(113)를 가진 침 형상으로서, 하기 파이프프레임(12)의 하방에 수직으로 다수 개가 부착되는, 스팀주입침(11);

   상기 스팀주입침(11)들을 토양 속으로 압입하는데 필요한 구조 강도를 제공하고, 각각의 스팀주입침(11)에 스팀을 공급할 수 있도록 일정 크기의 파이프를 프레임형태로 서로 연결하여 제작한, 파이프프레임(12);

   그리고, 상기 파이프프레임(12)의 상면 중앙에 부착되는 것으로서, 보일러로부터 스팀을 공급받는, 스팀공급관(13);

   을 포함하여 구성되어, 토양의 내부에 고온의 스팀을 분출하여 토양을 소독하는, 스팀토양소독기.
3. 제2항에 있어서, 상기 스팀토양소독기(10)는,

   파이프프레임(12)의 가장자리 둘레를 따라 설치되는 것으로서, 신축성이 있는 재료를 이용하여 주름통 형태로 제작한 안전스커트(14)를 더 구비한 것을 특징으로 하는, 스팀토양소독기.
4. 제2항에 있어서,

   상기 스팀주입침(11)은, 파이프몸체(111)가 다수 개의 짧은 관을 분해와 결합이 가능한 방법으로 연결하여 구성된 것이고, 각각의 짧은 관은 측면에 다수 개의 스팀분출공(112)을 가진 것을 특징으로 하는, 스팀토양소독기.
5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스팀주입침(11)은, 스팀분출공(112)이 파이프몸체(111)의 동일 높이에 파이프의 원주를 따라 다수 개가 형성되고, 이 스팀분출공들이 파이프몸체(111)의 길이를 따라 다수의 단으로 구비되고;

   그리고, 상기 하나의 단의 스팀분출공(112)의 주위에 원추형의 보호핀(114) 이 추가로 구비된 것을 특징으로 하는, 스팀토양소독기.
6. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 스팀공급관(13)에 부착되는 리미트스위치(15);

   그리고 상기 리미트스위치와 연동되어 작동되는 제어밸브(16);

   를 추가로 구비하여, 스팀공급관(13)이 일정 높이만큼 하강하여 스팀주입침(11)이 토양에 완전히 압입이 되면 리미트스위치(15)가 이를 감지하고 제어밸브(16)를 열어 스팀주입침(11)에 스팀을 공급하고, 스팀공급관(13)이 일정 높이만큼 상승하여 스팀주입침(11)이 토양에서 추출되기 시작하면 리미트스위치(15)가 이를 감지하고 제어밸브(16)을 닫아 스팀주입침(11)에 스팀공급을 차단하는 기능을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는, 스팀토양소독기.

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