KR100753427B1 - 살균정화가 가능한 비상급수장치 - Google Patents
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Abstract
비상 재난시 전기 및 수도 공급이 불가능할 경우에 오염된 하천수나 해수를 정화 및 살균할 수 있도록 한 살균정화가 가능한 비상급수장치가 개시되어 있다. 상기 살균정화가 가능한 비상급수장치는, 전기를 발생하기 위한 발전기; 물을 펌핑하기 위한 모터펌프; 물을 1차로 여과하기 위한 필터 및 멤브레인; 상기 필터 및 멤브레인을 통과한 물을 살균 및 정화하기 위한 살균장치; 및 상기 발전기, 모터펌프 및 살균장치를 제어하기 위한 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
비상급수장치, 살균, 정화, 히팅 및 냉각장치
Description
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 살균정화가 가능한 비상급수장치를 개략적으로 도시한 도면;
도 2는 도 1의 살균정화가 가능한 비상급수장치에 있어서 살균장치를 확대하여 도시한 확대사시도;
도 3은 본 발명에 따른 살균정화가 가능한 비상급수장치에 있어서 냉각 및 히팅장치를 개략적으로 도시한 도면;
도 4는 도 3의 냉각 및 히팅장치의 평단면도;
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 살균정화가 가능한 비상급수장치를 개략적으로 도시한 도면;
도 6은 도 5의 살균정화가 가능한 비상급수장치에 있어서 살균장치를 확대하여 도시한 확대사시도; 및
도 7은 도 6의 일부를 상세하게 도시한 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 : 모터펌프 20 : 필터 및 멤브레인
30 : 살균장치 35 : 테프론튜브
40 : 발전기 43 : 스트레이너
50 : 히팅 및 냉각장치 60 : 온수출수구
65 : 냉수출수구 80 : 제어부
90 : 자외선램프
본 발명은 살균정화가 가능한 비상급수장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 비상 재난시 전기 및 수도 공급이 불가능할 경우에 오염된 하천수나 해수를 정화 및 살균할 수 있도록 한 살균정화가 가능한 비상급수장치에 관한 것이다.
일반적으로, 비상 급수장치는 전기나 수도가 단전되었을 경우, 비상 재난으로 인해 전기나 수도공급이 불가능할 경우, 수도 공급이 되지 않는 산악 오지의 경우, 또는 군 야전 훈련시에 사용할 수 있는 것으로, 필요한 장소로 이동이 용이하다는 장점이 있다.
그러나, 상기와 같은 비상 급수장치는 별도의 살균 및 정화기능이 없기 때문에, 각종 오염원에 쉽게 노출되는 문제점이 있다.
또한, 전쟁 등과 같은 특별한 재난 상황에서는 오염된 하천수나 해수를 이용할 수도 있는데, 이러한 오염된 하천수나 해수를 수세용이나 음용수로 직접 사용하기에는 상당한 어려움이 있는 것이다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 단점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전기 및 수도 공급이 불가능할 경우에 하천수나 해수를 정화 또는 살균할 수 있도록 한 살균정화가 가능한 비상급수장치를 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 살균정화가 가능한 비상급수장치는, 전기를 발생하기 위한 발전기; 물을 펌핑하기 위한 모터펌프; 물을 1차로 여과하기 위한 필터 및 멤브레인; 상기 필터 및 멤브레인을 통과한 물을 살균 및 정화하기 위한 살균장치; 및 상기 발전기, 모터펌프 및 살균장치를 제어하기 위한 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 살균장치는,
상호간에 이격되어 설치되는 다수의 자외선램프; 및 상기 다수의 자외선램프를 나선형으로 둘러싸서 적층되는 테프론튜브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 살균장치는, 적어도 하나 이상의 살균탱크를 병렬로 연결하여 구성되며,
상기 살균탱크는,
입구포트와 출구포트를 구비하는 원통형상을 이루는 몸체;
상기 몸체의 하부에 설치되는 도넛 형상의 원판칸막이;
상기 원판칸막이의 중앙에 형성된 구멍에 기밀하게 설치되는 석영관; 및
상기 석영관의 내부에 설치되며 자외선램프를 갖는 석영튜브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 살균장치를 통과하여 살균 및 정화된 물을 온수나 냉수로 만들기 위한 히팅 및 냉각장치를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 히팅 및 냉각장치는,
각각 측벽과 외벽을 구비하여 잠열매체를 수용하고, 그 각각의 측벽이 서로 대향하여 배치된 제1몸체 및 제2몸체;
피처리수를 유입받아 상기 몸체들의 내부에 주입시키는 유입관;
상기 각각의 몸체내에서, 상기 유입관으로부터 유입된 피처리수가 흐르는 유로가 나선형을 이루도록 감겨있는 적어도 하나의 나선튜브;
상기 나선튜브를 통과한 상기 피처리수를 상기 몸체들의 외부로 유출시키는 유출관; 및
상기 제1몸체와 상기 제2몸체의 사이에 개재되고, 상기 제1몸체의 측벽으로부터 열을 흡수하여 상기 제2몸체의 측벽으로 전달하는 펠티어 소자층을 포함하고,
상기 잠열매체는 상기 각각의 몸체들 내에 수용되어, 상기 나선튜브의 외표면과 접촉하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 살균정화가 가능한 비상급수장치에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 목적 및 구성상의 특징은 첨부된 도면 및 이하에서 기술되는 본 발명의 상세하고 바람직한 실시예들의 설명에 의하여 더욱 명확하게 될 것이다. 또한, 도면들에서 서로 동일 내지 유사한 부분들은 설명 및 이해의 편의상 동일 내지 유사한 참조 부호들로 기재되어 있는 점에 주목할 필요가 있다.
도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 살균정화가 가능한 비상급수장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 살균정화가 가능한 비상급수장치에 있어서 살균장치를 확대하여 도시한 확대사시도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 1실시예에 따른 살균정화가 가능한 비상급수장치는, 크게 전기를 발생하기 위한 발전기(40), 물을 펌핑하기 위한 모터펌프(10), 물을 1차로 여과하기 위한 필터 및 멤브레인(20), 및 상기 필터 및 멤브레인(20)을 통과한 물을 살균 및 정화하기 위한 살균장치(30)를 포함한다.
상기 발전기(40)는 비상 상황에서 전기를 공급할 수 없는 경우에 비상용으로 사용하는 것으로, 상기 발전기(40)에서 생성된 전기를 사용하여 모터펌프(10)를 구동시키고 살균장치(30)를 작동시키며 제어부(80)를 구동시킬 수 있다.
본 발명의 살균정화가 가능한 비상급수장치에는 상기와 같은 기본적인 구성 이외에도, 필요에 따라서 이물질을 걸러내기 위한 스트레이너(43) 및 물의 이송을 개폐시키기 위한 잠금밸브(45),(47)들이 적재적소에 설치될 수도 있다.
특히, 스트레이너(43)는 긴 호스 등과 같은 수로관에 연결되어 하천이나 저수지 등에 담겨져서 물을 흡입할 때에 크기가 큰 이물질들이 물과 함께 흡입되는 것을 방지하기 위한 것이다.
또한, 상기 살균장치(30)를 통과하여 살균 및 정화된 물을 온수나 냉수로 만들기 위한 히팅 및 냉각장치(50)를 더 설치할 수도 있으며, 그에 따라 온수출수구(60)와 냉수출수구(65)를 더 포함할 수 있다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 살균장치(30)는 상호간에 이격되어 설치되는 다수의 자외선램프(90)와, 상기 다수의 자외선램프(90)를 나선형으로 둘러싸서 적층되는 테프론튜브(35)를 포함한다.
상기 테프론튜브(35)는 입구부(37)와 출구부(39)를 구비하며, 입구부(37)를 통해 살균할 물이 유입되고, 상기 나선형으로 적층된 테프론튜브(35)를 유동하면서 상기 자외선램프(90)에 의해 살균 및 정화된 후에, 상기 출구부(39)를 통해 배출된다.
구체적으로 도시되지는 않았지만, 상기 히팅 및 냉각장치(50)는 종래에 이미 공지되어 사용되고 있는 바와 같이, 물을 차게 하기 위한 냉장모터와 물을 데우기 위한 히팅장치를 포함하여 구성될 수 있다.
또 다른 실시예로서, 상기 히팅 및 냉각장치(50)는 펠티어 소자층을 이용하여 물을 차게 하거나 뜨겁게 할 수 있다.
펠티어 소자층은 직류전원의 공급으로 냉각, 가열, 항온 및 발전을 동시에 이룰 수 있어 열과 전기의 간편한 교환이 가능하다. 펠티어 소자는 펠티어 효과(Peltier Effect; 이종 재료의 양단에 직류 전류를 흘려주면 일측은 흡열작용을 하고 타측은 발열작용을 함으로써 일측으로부터 타측을 향하여 열이 이동되는 열 전달효과)를 이용하는 소자로서, 동적인 부분이 없는 소형 고체식 히트펌프(Solid State Heat Pump)이다.
펠티어 소자는 냉매순환식 냉각방식과 달리 기계적인 작동 부분이 필요 없으며, 서로 다른 P형 반도체 소자와 N형 반도체 소자를 이용하여 모듈을 구성한 후 여기에 직류전류를 흘려주면 펠티어 효과(Peltier Effect)에 의한 펠티어 소자 양잔의 흡열 및 발혈 현상에 의해 온도 제어가 가능한 고체 냉각/가열 방식을 가능케 하는 소자이다. 따라서, 펠티어 소자는 공간적으로 제한이 있어 슬림형의 온도 조절제품을 제조할 필요가 있을 경우, 또는 프레온 냉매(CFC) 등의 많은 부피를 차지하는 냉매를 쓰지 않고 온도 조절제품을 제조할 필요가 있을 경우에 특히 유용하 다.
펠티어 소자는 일측과 타측의 온도를 -75℃ ~ +300℃까지 조절할 수 있으므로, 종래의 화석연료 및 냉매를 이용한 장치에 비하여 열교환성능이 뒤떨어지지 않는다.
도 3은 본 발명에 따른 살균정화가 가능한 비상급수장치에 있어서 냉각 및 히팅장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4는 도 3의 냉각 및 히팅장치의 평단면도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 살균장치(30)에서 살균정화작용을 거친 다음 냉각 및 히팅장치(50)의 유입관들(111,121)로 공급된다. 상기 냉각 및 히팅장치(50)는 적어도 한 쌍의 몸체 사이에서 펠티어 소자층(130)이 일측의 몸체(110)로부터 열을 빼앗아 타측의 몸체(120)로 열을 전달하며, 몸체들(110,120) 내부에서는 나선튜브(113,123)에서 고속으로 회전 및 와류 현상을 거치는 피처리수가 잠열매체(140)와 열교환을 하면서 유출관들(112,122)을 통해 노즐(115,125)로 배출된다.
이때, 상기 노즐(115)은 냉각수를 배출하는 것으로, 상기 냉수출수구(65)에 연결되고, 상기 노즐(125)은 온수를 배출하는 것으로, 상기 온수출수구(60)에 연결된다.
도 5의 단면도에서 볼 수 있는 것과 같이, 유입관(111,121)으로부터 유입된 피처리수는 나선튜브(113,123)내에서 빠른 속도로 회전하면서 잠열매체(140)에 열 을 공급하거나 잠열매체(140)로부터 열을 공급받는다. 특히, 나선튜브(113,123)가 그 단면이 동심원의 형상을 이루는 경우에는, 고속으로 회전하는 피처리수에 와류현상이 발생하면서 피처리수가 자체회전하면서 진행하는 현상도 발생하기 때문에, 짧은 시간동안에 넓은 표면적에 걸쳐 잠열매체(140)와 열교환 작용을 수행하는 것이 가능하다.
좌측의 제1몸체(110)는 냉각용 몸체이고 우측의 제2몸체(120)는 가열용 몸체라고 가정하면, 펠티어 소자층(130)이 좌측의 제1몸체의 측벽(110a)으로부터 열을 빼앗아 우측의 제2몸체의 측벽(120a)을 향해 열을 공급한다. 좌측의 제1몸체(110)의 잠열매체(140)는 화살표와 같이 펠티어 소자층(130)으로 열을 공급하면서 자신의 잠열을 소비한다. 그러나, 그 소비된 잠열에 비례하는 만큼 나선튜브(113)내의 피처리수로부터 열을 빼앗아 잠열을 유지한다. 따라서, 제1몸체(110)의 나선튜브(113)내에 흐르는 피처리수의 온도가 강하된다.
반대로, 우측의 제2몸체(120)의 잠열매체(140)는 화살표와 같이 펠티어 소자층(130)으로부터 열을 공급받아 자신의 잠열을 증가시킨다. 그러나, 그 증가된 잠열에 비례하는 만큼 나선튜브(123)내의 피처리수에게 열을 공급하여 잠열을 유지한다. 따라서, 제2몸체(120)의 나선튜브(123)내에 흐르는 피처리수의 온도가 상승한다.
이러한, 열교환 작용이 원활히 이루어지기 위하여는, 제1몸체의 측벽(110a) 및 제2몸체의 측벽(120a)은 각각의 외벽(110b,120b)보다도 열전도율이 높고 두께가 얇은 것이 바람직하다.
그리고, 잠열매체(140)로 채택될 수 있는 재료로는 황산나트륨10수화물(망초), 파라핀, 지방산, 초산염, 열매체유 중의 적어도 하나가 채택될 수 있다. 잠열매체는 단위부피/무게당 축열용량, 즉 에너지 저장밀도가 커야 하고, 증기압이 작아야 하며, 열전도도가 커야 한다. 또한, 잠열매체는 상변화에 따른 부피변화가 작아야 한다. 잠열매체는 온도의 급격한 변화를 방지할 수 있는 버퍼링 역할을 할 수 있다. 또한, 잠열매체를 경유하여 열교환을 수행하면, 통상적인 물의 현열을 이용한 열교환 장치에 비하여 장치의 부피를 최소한 1/8 미만으로 감소시킬 수 있게 된다.
통상적인 물의 현열을 이용한 열교환 장치는 온수저장용 물탱크를 필요로 하며, 급격한 온도 변화에 민감하여 물탱크에 담긴 온수가 다 소비되면 더 이상 온수를 제공하지 못하는 단점이 있으나, 본 발명에 따른 열교환 커플링장치(100)에 의하면 장치의 부피 및 무게를 현저히 감소시킬 수 있음은 물론, 물탱크에 온수를 저장하지 않고 공급되는 피처리수를 즉각적으로 가열 또는 냉각하여 출력시킬 수 있다. 특히, 본 발명에 따른 열교환 커플링장치(100)에서, 나선튜브(113,123)가 그 단면이 동심원의 형상을 이루는 경우에는, 고속으로 회전하는 피처리수에 와류현상이 발생하면서 짧은 시간동안에 넓은 표면적에 걸쳐 잠열매체(140)와 열교환 작용을 수행할 수 있으므로, 물탱크 없이 즉각적인 가열 또는 냉각이 이루어져도 짧은 시간동안에도 충분한 열교환 작용이 이루어질 수 있다.
미설명부호인 (131)은 제 1절연층이고, (134)는 제 2절연층이며, (135)는 보 호기판이다. 상기 보호기판(135)은 Al2O3, ALN, BeO, SiO2, SiNx 등의 재료로 형성되며, 좌측의 보호기판(135)으로부터는 열이 흡수되고, 우측의 보호기판(135)을 향하여는 열이 방출된다.
도 5는 본 발명의 제 2실시예에 따른 살균정화가 가능한 비상급수장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 6은 도 5의 살균정화가 가능한 비상급수장치에 있어서 살균장치를 확대하여 도시한 확대사시도이며, 도 7은 도 6의 일부를 상세하게 도시한 단면도이다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 살균정화가 가능한 비상급수장치는 그의 일부를 구성하는 살균장치를 제외하고는 본 발명의 제 1실시예에 따른 살균정화가 가능한 비상급수장치와 동일하다. 따라서, 본 발명의 제 1실시예에서와 동일한 구성요소 및 그들의 작동에 대해서는 그 구체적인 설명을 생략하도록 한다.
본 발명의 제 2실시예에 따른 살균장치(300)는 다수의 살균탱크(310)를 구비하는 것으로, 상기 다수의 살균탱크(310)는 피처리수가 유입되는 입수분배기(400)와 살균처리된 처리수를 배출하는 출수수집기(410)에 연결된다. 따라서, 입수분배기(400)를 통해 유입된 피처리수는 각각의 살균탱크(310) 내부로 유입되어 살균처리되고, 살균처리가 완료된 처리수는 출수수집기(410)를 통해 냉각 및 히팅장치(50)로 이송된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 살균탱크(310)는, 원통형상을 이루는 몸체(340) 하부에 도넛 형상의 원판칸막이(341)가 설치되고, 상기 원판칸막이(341)의 중앙에 형성된 구멍에는 석영관(330)이 기밀하게 설치되며, 상기 석영관(330)의 내부에는 자외선램프(320)를 갖는 석영튜브(315)가 설치된다.
이때, 상기 석영관(330)의 상단은 개구되어 입구포트(351)를 통하여 들어온 물이 상기 석영관(330)의 벽면을 타고 일정한 수위에 오르면 넘쳐서 상기 석영관(330)과 석영튜브(315) 사이로 흘러들어 와서 최종적으로 토출되도록 구성된다.
따라서, 상기 입구포트(351)를 통하여 들어온 물은 상기 석영관(330)에 의해 1차적으로 살균처리되고, 상기 석영관(330)과 석영튜브(315) 사이를 흐름으로써, 2차적으로 완벽하게 살균처리된 후에, 출구포트(355)와 출수수집기(410)를 통해 배출된다.
상기 출수수집기(410)를 통해 배출된 처리수는 상기 냉각 및 히팅장치(50)를 통과하면서, 냉수 및 온수로 배출될 수 있다.
본 발명에 따른 살균정화가 가능한 비상급수장치에 의하면, 첫째 비상 재난시 전기 및 수도 공급이 불가능시 오염된 하천수 또는 해수를 정화살균 할 수 있다.
둘째, 전기 및 수도 단전시에 수세용 및 식수용 물을 용이하고 간편하게 살균 및 정화할 수 있는 장점이 있다.
셋째, 야외 행사 및 훈련시 이동이 용이한 살균 정수기로 사용할 수 있다.
넷째, 수도 공급이 되지 않는 산악 또는 오지에서 살균 정수기로 사용할 수 있다.
다섯째, 군 야전 훈련시 이동이 용이한 살균 정수기로 사용할 수 있다.
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- 전기를 발생하기 위한 발전기(40);물을 펌핑하기 위한 모터펌프(10);물을 1차로 여과하기 위한 필터 및 멤브레인(20);상기 필터 및 멤브레인(20)을 통과한 물을 살균 및 정화하기 위한 살균장치; 및상기 발전기, 모터펌프 및 살균장치를 제어하기 위한 제어부(80);를 포함하며,상기 살균장치는, 적어도 하나 이상의 살균탱크(310)를 병렬로 연결하여 구성되며,상기 살균탱크(310)는,입구포트(351)와 출구포트(355)를 구비하는 원통형상을 이루는 몸체(340);상기 몸체(340)의 하부에 설치되는 도넛 형상의 원판칸막이(341);상기 원판칸막이(341)의 중앙에 형성된 구멍에 기밀하게 설치되는 석영관(330); 및상기 석영관(330)의 내부에 설치되며 자외선램프(320)를 갖는 석영튜브(315);를 포함하고,상기 살균장치를 통과하여 살균 및 정화된 물을 온수나 냉수로 만들기 위한 히팅 및 냉각장치(50)를 더 포함하며,상기 히팅 및 냉각장치(50)는,각각 측벽(110a,120a)과 외벽(110b,120b)을 구비하여 잠열매체(140)를 수용하고, 그 각각의 측벽이 서로 대향하여 배치된 제1몸체(110) 및 제2몸체(120);피처리수를 유입받아 상기 몸체들의 내부에 주입시키는 유입관들(111,121);상기 각각의 몸체내에서, 상기 유입관으로부터 유입된 피처리수가 흐르는 유로가 나선형을 이루도록 감겨있는 적어도 하나의 나선튜브(113,123);상기 나선튜브를 통과한 상기 피처리수를 상기 몸체들의 외부로 유출시키는 유출관들(112,122); 및상기 제1몸체와 상기 제2몸체의 사이에 개재되고, 상기 제1몸체의 측벽(110a)으로부터 열을 흡수하여 상기 제2몸체의 측벽(120a)으로 전달하는 펠티어 소자층(130)을 포함하고,상기 잠열매체(140)는 상기 각각의 몸체들(110,120) 내에 수용되어, 상기 나선튜브의 외표면과 접촉하는 것을 특징으로 하는 살균정화가 가능한 비상급수장치.
- 제 5항에 있어서,상기 나선튜브(113,123)는 테프론 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 살균정화가 가능한 비상급수장치.
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