KR101067269B1 - 수처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수처리 장치에 관한 것으로서, 수중 지반에 매설된 기초석 상에 고정되며, 보강리브가 형성된 베이스와, 베이스 상방으로 형성된 폴(Pole)과, 폴의 하부의 내부에 형성되며, 초음파가 퍼지도록 하는 슬롯 홀(Slot Hole)을 따라 수위에 대응하여 승하강하는 부표에 결합된 초음파 발진자와, 폴의 상부에 형성된 전원공급기와, 전원공급기로부터 전달된 전원을 초음파 발진자로 공급함과 아울러 초음파 발생 제어를 수행하는 제어회로부로 이루어져, 지류마다 점단위로 설치되어 수위에 연동하면서 계절별로 발생하는 조류에 대해 서로 다른 주파수를 이용하여 파괴할 수 있다.

녹조, 적조, 초음파, 수처리

Description

수처리 장치{APPARATUS FOR IMPROVING QUALITY OF WATER}

본 발명은 수처리 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유속의 흐름이 느리거나 정체되어 있는 곳에서 발생하는 녹조류 및 적조류를 초음파로 파괴시키는 수처리 장치에 관한 것이다.

녹조현상은 부영양화된 호소나 유속이 느린 하천에서 식물성 플랑크톤인 녹조류가 크게 번성하여 물빛을 녹색으로 변화시키는 현상을 말한다. 호소의 표면에 녹조류가 덮히면 수중으로 햇빛이 차단됨과 아울러 용존산소가 유입되지 못하여 물고기와 수중생물이 폐사하게 되며, 그 수역의 생태계가 파괴되어 사회적ㆍ경제적ㆍ환경적 측면에서 많은 문제를 발생시키게 된다.

한편, 적조현상은 플랑크톤이 짧은 시간동안 많은 수로 번식하여 바다, 강, 운하, 호수 등의 색깔이 바뀌는 현상을 말한다. 적조는 물의 부영양화, 즉 물에 유기양분이 너무 많은 경우에 발생한다.

이 같이 녹조현상 및 적조현상은, 호수, 댐 등의 상류 유입수가 질소, 인 등 영양염류가 증가함에 따라 부영양화가 진행되어 기온 변화나 조류의 흐름에 의해 생물의 조성이 변하여 발생하게 되며, 주로 식물성 플랑크톤에 의해 급속하게 발생되며, 드물게는 세균류와 유모충 및 동물성 플랑크톤에 의해서도 발생하게 된다.

이러한 부영양화를 방지하기 위해서는, 심층수의 물을 상부로 끌어 올려 교반하는 방식으로 물속의 용존 산소를 높여주는 공기 양수통 방식을 이용하거나, 황산동이나 유기 화합물을 투입하는 화학약품 살포법을 이용하거나, 초음파 처리법, 오존 처리법, 응집 및 여과, 가압 부상법 등의 물리적인 처리법을 이용하거나, 점토 살포법, 바이오 접촉법 등을 이용하고 있다.

이 중에서 초음파 처리법은, 조류의 종류에 따라 160 ~ 4,000[KHz] 초음파로 조류를 파괴시켜 더 이상 번식을 하지 못하도록 하는 방식을 적용하고 있다.

그런데, 이 초음파 처리법을 이용하기 위해서는 전력배선 등의 문제점으로 인해 호소나 댐의 외곽 부근에서만 초음파 처리가 이루어져 조류를 파괴하는데 한계가 있었다. 이러한 한계를 극복하기 위해 초음파 발생기를 배 등에 실은 후, 녹조 또는 적조가 발생한 지역으로 이동하면서 조류를 파괴시킬 수 있으나, 관리의 일관성을 유지하기 어려울 뿐만 아니라 관리 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다. 즉, 강의 원류는 수 많은 지류가 형성되어 있는데, 이들 지류마다 점단위로 관리한다는 것은 실질적으로 불가능한 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 녹조 또는 적조가 발생할 수 있는 임의의 위치에 지주식으로 설치하고, 태양광 발전에 의한 자체적인 전원공급이 이루어지도록 하며, 호소나 댐 등의 수위에 연동하여 필요시에 초음파를 발생시키도록 함으로써 점단위 관리 및 관리의 일관성과 편의성을 확보할 수 있는 수처리 장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 수처리 장치는, 수중 지반에 매설된 기초석 상에 고정되며, 보강리브가 형성된 베이스와, 상기 베이스 상방으로 형성된 폴(Pole)과, 상기 폴의 하부에 형성된 초음파 발진자와, 상기 폴의 상부에 형성된 전원공급기와, 상기 전원공급기로부터 전달된 전원을 초음파 발진자로 공급함과 아울러 초음파 발생 제어를 수행하는 제어회로부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 초음파 발진자는, 상기 폴의 하부의 내부에 형성되며, 초음파가 퍼지도록 하는 슬롯 홀(Slot Hole)을 따라 수위에 대응하여 승하강하는 부표에 결합된다.

또한, 전원공급기는, 태양빛으로부터 전원을 생성하는 태양전지판과, 상기 태양전지판으로부터 발생된 전원을 저장하는 배터리로 이루어지거나, 바람으로부터 전원을 생성하는 풍력발전기와, 상기 풍력발전기로부터 발생된 전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터와, 상기 컨버터로부터 출력된 직류전원을 저장하는 배터리로 이루어진다. 여기서, 풍력발전기는, 발전기가 내장된 몸체와, 상기 폴에 결합됨과 아울러 상기 몸체에 결합되어 상기 몸체를 회전가능하게 하는 회전부재와, 상기 발전기의 회전축에 축설된 프로펠러와, 바람방향에 대응하여 상기 몸체의 방향이 제어되도록 하는 풍향판으로 이루어진다.

그리고, 제어회로부는, 사용자 조작을 지원하도록 구성된 인터페이스와, 원격제어 송신기로부터 전달된 원격제어신호를 수신하는 원격제어 수신기와, 상기 인터페이스로부터 입력된 신호에 대응하여 세팅을 수행하고, 상기 원격제어 수신기로부터 전달된 원격제어신호에 대응하여 주파수 변환 및 초음파 발진자의 구동제어신호를 발생시키는 제어부와, 상기 제어부의 주파수 변환의 구동제어신호에 대응하여 해당 주파수를 발생시키는 주파수 변환기로 이루어진다. 여기에, 상기 제어부에는, 조도센서가 더 접속되며, 상기 조도센서로부터 전달된 조도감지신호에 대응하여 상기 제어부에서 발생된 조명등의 구동제어신호에 의해 구동되는 조명등이 더 접속된다.

한편, 상기 조명등은 상기 폴로부터 절곡된 조명암(Arm)의 단부에 형성된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 수처리 장치는 다음과 같은 장점이 있다.

먼저, 태양광 발전에 의해 전원을 자체적으로 생산ㆍ공급하므로 상용전원에 의한 전원공급이 어려운 위치에 용이하게 적용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 독립적인 설치가 가능함으로 인해 점단위의 관리가 가능하며, 이로 인해 모든 점단위의 수처리 장치들에 대해 일관성있게 관리할 수 있을 뿐만 아니라 원격제어가 이루어지므로 편리하게 관리 및 제어할 수 있다.

그리고, 초음파 주파수 대역을 달리함으로써 4계절 사용할 수 있으며, 또한 초음파 발생은 필요시에만 가동하도록 하여 평상시 태양광 발전에 의한 전원을 가로등 점등의 용도로 활용할 수 있다.

한편, 기초석 위에 수처리 장치가 설치됨으로 인해 수처리 장치의 유실을 방지할 수 있고, 수처리 장치의 내부에 초음파 발진자가 설치됨에 따라 초음파 발진자의 파손 및 유실도 방지할 수 있다.

이하, 본 발명의 수처리 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 수처리 장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 수처리 장치의 설치 상태도이며, 도 3은 본 발명의 수처리 장치의 측면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 의한 수처리 장치는, 기초석(1)에 고정할 수 있도록 하단부에 보강리브(2)를 가지는 베이스(3)가 구비되어 있으며, 이 베이스(3)의 상방으로는 상당한 길이를 갖는 폴(Ploe ; 4)이 형성되어 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 기초석(1)을 지반에 설치하고, 이 기초석(1) 위에 본 발명의 수처리 장치를 고정시키게 된다.

이 폴(4)의 내부는 중공되어 있고, 이 폴(4)의 하부에는 슬롯 홀(Slot Hole ; SH)이 형성되어 있으며, 이 슬롯 홀(SH)을 따라 수위에 대응하여 상하 이동하는 부표가 내설되어 있다. 또한, 이 폴(4)의 중간부에는 절곡된 받침암(Arm)(5)이 형성되어 그 단부에 배터리 받침대(6)가 형성되어 있으며, 이 배터리 받침대(6)에 배터리를 수납함과 아울러 기밀상태를 유지시키는 배터리 케이스(7)가 부착되게 되며, 또한 절곡된 조명암(Arm)(8)이 형성되어 그 단부에 조명등(9)이 형성되어 있다. 한편, 이 폴(4)의 상부에는 고정부재(10)가 형성되어 있으며, 이 고정부재(10)에 태양전지판(11)이 고정되게 되는데, 이 태양전지판(11)은 태양빛을 가장 많이 수광할 수 있는 각도로 고정부재(10)에 장착되어 있다. 그리고, 이 폴(4)의 최상단에는 원격제어 수신기(12)가 설치되어 있다.

태양전지판(11)은 다수개가 폴(4)에 부착되며, 서로 다른 조사각도와 조사방향을 갖도록 한다.

도 4는 도 3의 B-B에 따른 단면개략도이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 부표(13)는 슬롯 홀(SH)을 따라 상하 이동할 수 있도록 양측으로 돌기(14)가 형성되어 있으며, 이 돌기(14)는 부표(13)의 이동시 초음파 발진자(15)가 항상 정방향으로 주사될 수 있도록 한다. 수위가 예상 수위보다 높아질 경우를 고려하여 슬롯 홀(SH)의 단부의 직경은 부표(13)가 내삽된 폴(4) 의 직경보다 작게 형성되어 있다. 이에 부표(13)가 슬롯 홀(SH)의 최상단에 이르게 되면 부표(13)의 상단부에 의해 폴(4) 상부의 내부가 밀폐되어 누수에 의한 회로파괴를 방지할 수 있다. 한편, 부표(13)에는 초음파 발진자(15)가 설치되는데, 부표(13) 최저면에 초음파 발진자(15)가 노출되어 있다. 또한, 이 초음파 발진자(15)는 상부에 위치한 배터리 및 제어부에 접속되면서 상하 이동에 따른 단선을 방지하기 위해 코일형 배선(16)으로 연결되어 있다.

그리고, 슬롯 홀(SH)은 초음파가 전면 60°, 퍼짐각 180° 이상의 각을 형성할 수 있도록 구성되어 있다.

한편, 슬롯 홀(SH)의 길이는 최고 수위와 최저 수위에 대응하게 설정되며, 수처리 장치 설치시, 상기 슬롯 홀(SH)의 최상단 높이는 수위 변화를 고려하여 최고 수위 높이보다 높게 설치될 수 있도록 한다.

도 5는 본 발명의 수처리 장치의 제어회로 블록도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수처리 장치의 제어회로는, 태양전지판(11)으로부터 전달된 전원을 축적시키는 배터리(31)와, 상용교류전원을 직류로 변환하는 컨버터(32)와, 수처리 장치의 초기 설정을 위한 사용자 조작을 지원하도록 구성된 인터페이스(33)와, 원격제어 송신기(34)로부터 전달된 원격제어신호를 수신하는 원격제어 수신기(12)와, 광량을 감지하여 조도감지신호를 발생시키는 조도센서(35)와, 인터페이스(33)로부터 입력되는 신호에 대응하여 세팅을 수행하고, 원격제어 수신기(12)로부터 전달된 원격제어신호에 대응하여 주파수 변환 및 초음 파 발진자(15)의 구동제어신호를 발생시키며, 조도센서(35)로부터 전달된 조도감지신호에 대응하여 조명등(9)의 구동제어신호를 발생시키는 제어부(36)와, 제어부(36)의 주파수 변환의 구동제어신호에 대응하여 해당 주파수를 발생시키는 주파수 변환기(37)와, 제어부(36)의 초음파 발진자(15)의 구동제어신호에 대응하여 초음파 발진이 이루어지는 초음파 발진자(15)와, 제어부(36)의 조명등(9)의 구동제어신호에 대응하여 조명이 이루어지는 조명등(9)으로 구성되어 있다.

한편, 원격제어 송신기(34)는 수처리 장치의 전원 온/오프, 주파수 설정, 초음파 발진자(15)와 조명등(9)의 선택 제어, 조도 임계값 설정 등을 조작할 수 있는 통상의 리모트 콘트롤러를 의미한다.

여기서, 태양전지판(11)을 구성하는 솔레셀은 이미 잘 알려진 바와 같이, p-n접합 다이오드로 구성되며 반도체 구조내에서 전자들이 비대칭적으로 존재하도록 구성된다. 통상 n-type 반도체는 큰 전자밀도(electron density)와 작은 정공밀도(hole density)를 가지고, p-type 반도체는 상기와 반대이다. 따라서 열적 평형상태에서 p-type 반도체와 n-type 반도체의 접합으로 이루어진 다이오드는 케리어(carrier)의 확산으로 전하의 불균형이 생기고, 이때문에 전기장이 형성되어 더이상 케리어의 확산이 일어나지 않는다. 상기 다이오드에 상기 다이오드를 구성하는 물질의 전도대(conduction band)와 가전자대(valence band) 사이의 에너지 차이인 밴드갭(band gap)이상의 빛을 가한 경우, 이 빛에너지를 흡수한 전자들이 가전자대에서 전도대로 여기(excite)된다. 이때 전도대로 여기된 전자들은 자유롭게 이동가능하며, 가전자대에서 전자들이 빠져나간 자리에 정공(hole)이 형성된다. 상기 에서 형성된 정공을 익세스 케리어(excess carrier)라 부르며, 상기 익세스 케리어(excess carrier)들은 전도대와 가전자대 내에서 확산한다. 이때 p-type 반도체 내에서 여기된 전자들과 n-type 반도체 내에서 만들어진 정공을 각각의 마이너러티케리어(minority carrier)라고 부르며, 상기 마이너러티 케리어의 확산에 의해 물질내부의 차지 뉴트렐러티(charge neutrality)가 파괴되므로써 전압차가 생긴다. 이때 상기 p-n 접합 다이오드의 양극단에 발생된 기전력에 의해 전기가 생성되는 것이다.

이와 같은 회로 구성을 통해, 태양빛이 존재하는 대낮의 경우에는 태양전지로부터 전달된 전원을 배터리(31)에 충전시키고, 충전된 전원을 이용하여 제어부(36), 초음파 발진자(15), 조명등(9) 등에 전원을 공급하여 해당 기능을 수행하게 된다. 즉, 초기 세팅 또는 구동제어신호가 있을 경우에 초음파 발진자(15)를 구동시켜 조류를 파괴시키는 주요 기능을 수행하게 된다. 한편, 조도감지신호에 의해 조명등(9)을 점등하여야 할 경우에, 배터리(31) 충전량이 설정값 이하일 경우에는 조명등(9)을 오프시켜 주요 기능인 초음파 발진자(15)만을 구동시킬 수 있도록 한다. 물론, 배터리(31) 충전량으로 초음파 발진자(15)를 구동시키기 어려울 경우이거나, 조명등(9)의 점등이 꼭 필요할 경우에는 상용교류전원을 공급하여 해당 기능을 수행할 수도 있다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 수처리 장치의 사시도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 의한 수처리 장치는, 제1 실시예와 대비하여 폴(4)의 최상단에 회전가능하게 체결되어 풍력에 의한 발전이 이루어지는 풍력발전기가 설치되어 있다는 것이 차이점이다.

이 풍력발전기는, 발전기가 내장된 몸체(51)와, 폴(4)에 결합됨과 아울러 몸체(51)에 결합되어 몸체(51)가 회전가능하도록 구성된 회전부재(52)와, 발전기의 회전축에 축설된 프로펠러(53)와, 풍향방향에 대응하여 최대의 맞바람이 형성되도록 바람방향에 의해 몸체(51)의 방향이 제어되도록 하는 풍향판(54)으로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 수처리 장치는, 수위에 연동하여 4계절별로 필요한 주파수로 초음파를 발생시켜 조류를 파괴하게 된다.

평상시 태양빛에 의해 충전이 이루어진 배터리(31)를 이용하여 초음파 발진자(15)를 구동시키게 되며, 추가적으로 조도센서(35)의 감지제어신호가 설정값 이하일 경우에 조명등(9)의 점등도 이루어지게 된다. 물론, 조명등(9)의 점등은 제어부(36)의 카운팅을 통해 특정시간만을 점등할 수도 있다.

초음파 발진자(15)의 구동이 필요할 경우에는 1일 24시간 가동시켜 조류를 최대한 파괴하도록 하고, 초음파 발진자(15)의 구동이 필요없을 경우에는 구동을 정지시키고 조명등(9)의 기능만을 수행하도록 하여 초음파 발진자(15)의 수명을 관리한다. 즉, 가동이 필요없는 겨울철에는 수처리 장치의 작동을 완전 정지시키고, 봄철의 경우 조류는 주로 규조류가 생성되고 초여름의 경우에는 편모조류 또는 녹조류가 형성되며, 늦여름, 가을에는 남조류가 발생하는 주기를 가지고 있으므로 그 에 따라 주파수를 변경하여 조류를 파괴시킨다.

한편, 인터페이스(33)를 통해 초기 세팅 또는 원격제어 송신기(34)를 이용하여 지류마다 점단위로 설치된 모든 수처리 장치를 일관성있게 제어한다.

이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 수처리 장치의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 수처리 장치의 설치 상태도이다.

도 3은 본 발명의 수처리 장치의 측면도이다.

도 4는 도 3의 B-B에 따른 단면개략도이다.

도 5는 본 발명의 수처리 장치의 제어회로 블록도이다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 의한 수처리 장치의 사시도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 기초석 2 : 보강리브

3 : 베이스 4 : 폴(Ploe)

5 : 받침암 6 : 배터리 받침대

7 : 배터리 케이스 8 : 조명암

9 : 조명등 10 : 고정부재

11 : 태양전지판 12 : 원격제어 수신기

Claims (8)

1. 위치별 관리가 가능하도록 수중 지반에 매설된 기초석 상에 고정되며, 보강리브가 형성된 베이스;

   상기 베이스 상방으로 형성된 폴(Pole);

   상기 폴의 하부에 형성된 초음파 발진자;

   상기 폴의 상부에 형성된 전원공급기; 및

   상기 전원공급기로부터 전달된 전원을 초음파 발진자로 공급함과 아울러 초음파 발생 제어를 수행하는 제어회로부를 포함하며,

   상기 초음파 발진자는, 상기 폴의 하부의 내부에 형성되어 슬롯 홀(Slot Hole)을 따라 수위에 대응하여 승하강하고, 수면에서 수중으로 초음파가 퍼질 수 있도록 부표의 저면에 결합되며, 상기 초음파 발생 제어에 따라 서로 다른 주파수를 발생시키는 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 전원공급기는,

   태양빛으로부터 전원을 생성하는 태양전지판; 및

   상기 태양전지판으로부터 발생된 전원을 저장하는 배터리로 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
4. 제1항에 있어서, 전원공급기는,

   바람으로부터 전원을 생성하는 풍력발전기;

   상기 풍력발전기로부터 발생된 전원을 직류전원으로 변환하는 컨버터; 및

   상기 컨버터로부터 출력된 직류전원을 저장하는 배터리로 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 풍력발전기는,

   발전기가 내장된 몸체;

   상기 폴에 결합됨과 아울러 상기 몸체에 결합되어 상기 몸체를 회전가능하게 하는 회전부재;

   상기 발전기의 회전축에 축설된 프로펠러; 및

   바람방향에 대응하여 상기 몸체의 방향이 제어되도록 하는 풍향판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
6. 제3항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 제어회로부는,

   사용자 조작을 지원하도록 구성된 인터페이스;

   원격제어 송신기로부터 전달된 원격제어신호를 수신하는 원격제어 수신기;

   상기 인터페이스로부터 입력된 신호에 대응하여 세팅을 수행하고, 상기 원격제어 수신기로부터 전달된 원격제어신호에 대응하여 주파수 변환 및 초음파 발진자의 구동제어신호를 발생시키는 제어부;

   상기 제어부의 주파수 변환의 구동제어신호에 대응하여 해당 주파수를 발생시키는 주파수 변환기로 이루어진 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제어부에는,

   조도센서가 더 접속되며, 상기 조도센서로부터 전달된 조도감지신호에 대응하여 상기 제어부에서 발생된 조명등의 구동제어신호에 의해 구동되는 조명등이 더 접속된 것을 특징으로 하는 수처리 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 조명등은 상기 폴로부터 절곡된 조명암(Arm)의 단부에 형성된 것을 특징으로 하는 수처리 장치.

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