KR101230963B1 - 수질 개선 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수질 개선 장치를 제공한다. 상기 수질 개선 장치는 표층수를 갖는 표층과 저층을 잇는 공급관 및 상기 표층수를 상기 공급관으로 강제 유입하고, 상기 강제 유입되는 표층수에 원심력을 제공하여 상기 저층에 산포시키는 표층수 제공부를 포함한다.

Description

수질 개선 장치{APPARATUS FOR IMPROVING WATER QUALITY}
본 발명은 수질 개선 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 호수 또는 항만 저층의 수질을 개선 할 수 있도록 표층수를 저층에 연속적으로 강제 공급하여 산포하는 수질 개선 장치에 관한 것이다.
일반적으로 정체된 호수나 댐 그리고 항만 등 연근해 해양에서는 그 수심에 따른 온도 차이로 인하여 물의 밀도가 변화됨으로써 수직방향으로 물 순환이 일어나고, 이에 따라 자정 작용이 진행된다.
그러나, 상기와 같은 수직 순환은 여름 또는 겨울에 발생되는 성층 현상(stratification)으로 인하여 소멸된다. 이로 인하여 상기 정체된 호수나 댐 또는 항만의 저층에서는 자정 작용이 상실된다. 이는 부영양화 현상 등 심각한 수질 악화 및 생태계 파괴의 원인이 된다.
종래에는 호수 또는 항만의 저층의 수질을 개선시키기 위하여 하기에 기술되는 방법을 제안하였다.
첫 번째, 종래에는 표층수와 저층수를 서로 혼합하는 방법을 사용하였다.
이는 호수 또는 항만의 저층수(또는 심층수)를 취수하고, 이를 표층수와 혼합하여 성층화된 중간층에 밀도류를 생성시켜 확산시킨다.
즉, 표층수 대비 용존 산소량이 부족한 저층수를 용존 산소량이 일정 기준 이상을 이루고 있는 표층수와 혼합시켜 중간층에 공급하여 용존 산소량을 추가적으로 보충해 줄 수 있다.
그러나, 상기에 언급되는 성층의 수심은 계절적 변동 요인을 갖는다. 따라서, 종래에는 계절이 변동될 때마다 취수된 저층수와 혼합된 표층수가 배출되는 배출 수심을 변경 설정하여야하는 문제점이 있다.
따라서, 종래에는 상기 배출 수심을 계절에 따라 변경하지 않으면, 상기 저층수와 혼합되는 표층수는 중간층에 정확하게 공급되지 못함으로써, 수질 개선의 효율이 하락되는 문제점이 있다.
두 번째, 종래에는 저층의 수질을 개선하기 위하여 폭기 장치를 사용하였다.
상기 폭기는 처리하고자 하는 물속에 에어를 불어넣어 산소를 증가시킴으로서 물속의 미생물 활동을 촉진시키어 이 미생물 즉, 호기성세균이나 원생동물의 활동으로 유기물을 분해하여 축산 오수 등의 오, 폐수를 처리하는 활성오니법에서 사용되는 오폐수 처리방법으로서, 종래에는 압축 공기를 저층에 주입하였다.
그러나, 상기 폭기 장치를 사용하는 방법은 압축 공기가 층의 국부 위치에 주입됨으로써, 수질 개선이 되는 영역이 국부적으로 제한되어 수질 개선 효율이 한계를 이루는 문제점이 있다.
즉, 압축 공기가 주입되는 영역에서의 수질 개선 효과가 국부적으로 이루어 질 뿐, 저층 전체 영역에서의 수질 개선 효과를 기대하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 대기와 접촉되어 일정 이상의 용존 산소 농도를 갖는 표층수를 저층으로 연속적으로 공급하여 저층에서의 수질을 개선시킬 수 있는 수질 개선 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 표층에서 공급되는 표층수가 경사반발력을 가질 수 있도록 삿갓모양의 구조체를 가지거나, 또는 원심력을 제공할 수 있는 구조체를 갖는 수질 개선 장치를 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 자연 에너지를 구동원으로 하여 표층수를 저층으로 강제 유입 및 공급하여줄 수 있는 수질 개선 장치를 제공함에 있다.
바람직한 양태에 있어서, 본 발명은 수질 개선 장치를 제공한다.
상기 수질 개선 장치는 표층수를 갖는 표층과 상기 표층의 하부에 위치되는 저층을 잇는 공급관과, 상기 표층수를 상기 공급관으로 강제 유입하고, 상기 강제 유입되는 표층수에 원심력 또는 경사 반발력을 제공하여 상기 저층에 산포시키는 표층수 제공부를 포함한다.
여기서, 상기 표층수 제공부는, 상기 표층에 위치되는 공급관의 상단에 설치되며 임펠러를 구비하여 상기 표층수를 상기 공급관으로 강제 유입 하는 펌프와, 상기 공급관에 설치되며, 상기 강제 유입되는 표층수에 원심력 또는 경사 반발력을 제공하여 상기 저층에 산포하는 산포부를 구비하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 산포부는, 상기 공급관에 설치되며, 상기 강제 유입되는 표층수의 유속에 대응하여 회전되는 블레이드를 갖는 터빈을 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 터빈은 다수개로 구비되고, 상기 공급관의 다수 위치에 설치될 수 있다.
이러한 경우, 상기 각 터빈의 블레이드는 동시 또는 독립적으로 회전되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 산포부는 구동 펌프를 더 구비할 수 있다.
여기서, 상기 구동 펌프는 상기 공급관의 일정 위치에 설치되며, 상기 공급관에서 유동되는 표층수를 펌핑하여 상기 블레이드를 강제 회전시키는 것이 바람직하다.
이에 더하여, 상기 공급관의 내주에는 상기 공급관의 길이 방향을 따르는 스파이럴 홈이 더 형성될 수도 있다.
한편, 상기 표층수 제공부는 상기 임펠러의 회전 중심으로 회전력을 제공하는 외부 동력 제공부를 더 구비할 수 있다.
여기서, 상기 외부 동력 제공부는 풍력 에너지 또는 태양광 에너지 중 어느 하나를 상기 회전력으로 전환할 수 있다.
또한, 상기 공급관은, 비닐 호스 또는 폴리 우레탄 호스 중 어느 하나인 것이 바람직하다.
본 발명은 대기와 접촉되어 일정 이상의 용존 산소 농도를 갖는 표층수를 저층으로 연속적으로 공급하여 저층에서의 수질을 개선시킬 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 공급관으로 강제 유입되는 표층수에 원심력이 작용되도록 하여 저층에 산포하여 줄 수 있는 효과를 갖는다.
또한, 본 발명은 자연 에너지를 구동원으로 하여 표층수를 저층으로 강제적으로 원심력을 형성하여 공급하여 줄 수 있는 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명의 수질 개선 장치를 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 선 Ⅰ-Ⅰ'를 따르는 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따르는 공급관에 다수의 터빈이 독립적으로 회전되도록 설치된 수질 개선 장치의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따르는 공급관에 다수의 터빈이 동시에 회전되도록 설치된 수질 개선 장치의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따르는 다수의 터빈이 서로 독립적으로 회전되도록 구성된 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따르는 터빈이 구동 펌프와 연결되는 수질 개선 장치를 보여주는 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따르는 공급관의 내주에 스파이럴 홈이 더 형성되는 것을 보여주는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 수질 개선 장치에 외부 동력 제공부가 설치되는 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 수질 개선 장치에 외부 동력 제공부가 설치되는 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 10은 본 발명에 따르는 공급관 하부에 회전되는 경사 반발체를 구비하는 것을 보여주는 단면도이다.
이하, 첨부되는 도면들을 참조로 하여, 본 발명의 수질 개선 장치를 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명의 수질 개선 장치의 구성을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 수질 개선 장치를 보여주고 있다.
도 1을 참조 하면, 본 발명의 수질 개선 장치는 크게 표층과 저층을 잇는 공급관(100)과, 표층에 존재하는 표층수를 유입하여 저층으로 산포시키는 표층수 제공부(200)로 구성된다. 여기서, 상기 공급관(100)은 해수면 아래측에 위치된다.
상기 공급관(100)은 일정 길이를 이루고 원통 형상을 이루는 관일 수 있다. 상기 공급관(100)은 녹이 발생되지 않을 수 있는 스테인레스 재질로 이루어지는 것이 좋다.
상기 공급관(100)은 표층과 저층을 잇도록 직립되는 상태로 배치되는 것이 좋다. 따라서, 상기 공급관(100)의 상단은 표층에 노출되고, 공급관(100)의 하단은 저층에 노출될 수 있다. 여기서, 상기 표층은 실질적으로 해수면 아래측 인근 층인 것이 바람직하다.
이에 더하여, 본 발명에 따르는 공급관(100)은 도면에 도시되지 않았지만, 길이를 조절 가능할 수 있도록 다단 파이프로 구성될 수도 있다.
그리고, 표층에 존재하는 표층수는 상기 표층수 제공부(200)에 의하여 공급관(100)의 내부로 강제 유입될 수 있고, 이때 일차적으로 원심력을 제공받을 수 있다.
상기 표층수 제공부(200)의 구성은 다음과 같다.
상기 표층수 제공부(200)는 표층수를 강제 유입하는 펌프(210)와, 강제 유입되는 표층수에 원심력을 제공함과 아울러 저층으로 산포시키는 산포부(220)로 구성된다.
상기 펌프(210)는 공급관(100)의 상단에 설치되는 것이 좋다.
상기 펌프(210)는 외부로부터 구동력을 제공 받아 회전되는 모터축(212)을 갖는 모터(211)와, 상기 모터축(212)에 그 회전 중심이 연결되는 임펠러(213)로 구성된다. 여기서, 상기 임펠러(213)는 공급관(100)의 상단측에 위치될 수 있다.
여기서, 상기 펌프(210)는 지지 고정체(400)에 의하여 고정될 수 있다. 상기 지지 고정체(400)는 공급관(100)의 상단에 고정되도록 설치된다. 상기 모터(211)는 상기 지지 고정체(400)의 상단에 고정되고 해수면의 상부에 위치된다. 상기 임펠러(213)는 상기 해수면의 아래측, 즉 공급관(100)의 상단측에 위치되는 것이 좋다.
그리고, 상기 지지 고정체(400)의 측부에는 표층수가 유입될 수 있도록 개구(410)가 형성된다. 따라서, 상기 개구(410)를 통하여 유입되는 표층수는 임펠러(213) 측으로 유입될 수 있다.
따라서, 상기 지지 고정체(400)의 내부에는 표층수가 모아질 수 있다. 그리고, 임펠러(213)는 모터축(212)의 회전에 의하여 회전되고, 상기 회전됨으로 인하여 상기 모아진 표층수는 공급관(100)의 내부로 강제 유입될 수 있다.
상기와 같이 공급관(100)의 내부로 강제 유입되는 표층수는 상기 산포부(220)에 의하여 원심력을 제공 받아 공급관(100)의 하단을 통하여 저층으로 산포될 수 있다.
여기서, 상기 산포부(220)는 공급관(100)에 설치된다. 바람직하게 상기 산포부(220)는 공급관(100)의 하단에 설치되는 것이 좋다.
상기 산포부(220)는 회전 중심을 갖는 블레이드(222)와 터빈 회전축(221)을 갖는 터빈일 수 있다. 여기서, 상기 터빈 회전축(221)의 상단은 공급관(100)의 하단에 회전 지지되고, 터빈 회전축(221)의 하단은 블레이드(222)의 회전 중심에 연결된다.
도 1을 참조 하면, 상기 공급관(100)의 하단에는 회전 중심 고정체(240)가 설치된다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 상기 회전 중심 고정체(240)는 일정 길이를 갖는 리브(241)와, 상기 리브(241)의 중앙 부분에 형성되어 터빈 회전축(221)의 상단이 회전 지지되는 회전 지지 부재(242)로 구성될 수 있다. 상기 회전 지지 부재(242)에는 상기 터빈 회전축(221)이 관통되는 홀이 형성되는 것이 좋다.
여기서, 상기 회전 중심 고정체(240)의 양단은 공급관(100)의 하단 내주에서 선택적으로 고정될 수도 있다.
이러한 경우, 리브(241)의 양단에는 돌기 부재(241a)가 형성되고, 공급관(100)의 하단 내주에는 상기 돌기 부재(241a)가 끼워지는 고정홈(101)이 형성될 수 있다. 그리고, 상기 돌기 부재(241a)는 고정홈(101)에 끼워진 상태로 볼트(B) 체결되어 고정될 수 있다. 여기서, 상기 고정홈(101)은 공급관(100)의 내주 다수의 위치에 형성될 수도 있다. 따라서, 회전 중심 고정체(242)는 공급관(100)의 하단에서 탈거 또는 부착 가능함과 아울러, 고정 위치 또한 가변 가능할 수 있다.
도 2는 산포부(220)가 공급관(100)의 하단에 설치되는 예를 보여주고 있으며, 산포부(220)의 블레이드들(222)은 터빈 회전축(221)에 회전 중심이 연결되는 상태로 자유 회전 상태를 이룰 수 있다.
따라서, 공급관(100)의 내부에 표층수가 강제 유입되면, 상기 강제 유입되는 표층수는 공급관(100) 상단에서 하단을 따라 일정의 유속을 형성하면서 하강된다. 이때, 공급관(100)의 상단에서 회전되는 임펠러(222)의 회전에 의하여 표층수는 공급관(100)의 내부에 강제 유입되면서 일차적인 원심력이 형성될 수 있다.
이러한 상태로, 표층수는 공급관(100)의 상단에서 하단을 따라 유동되면서 공급관(100)의 하단을 통하여 분출된다.
이때, 공급관(100)의 하단에서 자유 회전 상태를 이루는 블레이드(222)은 공급관(100)의 하단을 통하여 분출되는 표층수의 유속에 대응되어 회전되고, 상기 회전됨을 통하여 표층수는 이차적인 원심력을 제공받을 수 있다.
이에 따라, 표층수는 제공되는 상기 원심력에 의하여 공급관(100) 하단을 통하여 분출시 산포 또는 퍼지면서 저층에 분출될 수 있다.
여기서, 상기와 같이 자유 회전 상태를 이루는 블레이드(222)의 회전수는 공급관(100)으로 유입되는 표층수의 유량 또는 유속과 비례될 수 있기 때문에, 표층수의 유량 또는 유속이 증가될수록 블레이드(222)의 회전 속도가 증가될 수 있다. 따라서, 공급관(100) 하단을 통하여 분출되는 표층수의 산포 영역은 더 확장될 수 있다.
물론, 상기에서는 도 2를 참조로 하여, 블레이드(222)을 갖는 산포부(220)가 공급관(100)의 하단에 설치되는 경우를 대표적 예로 하여 기술하였지만, 상기 산포부(220)는 공급관(100)의 상단과 하단 사이의 임의의 위치에 고정될 수도 있으며, 공급관(100)의 다수의 위치에 설치될 수도 있다.
도 3은 두 개의 산포부(220,220')가 공급관(100)의 내주 다수의 위치에 고정되는 예를 보여주고 있다.
도 3에 도시되는 산포부(220')는 도 2에 도시되는 산포부(220)와 실질적으로 동일한 구성을 이룰 수 있다.
그리고, 공급관(100)의 내주에는 도 2에 도시되는 회전 중심 고정체(240)와 동일한 구성의 다른 회전 중심 고정체(240')가 더 설치된다. 여기서, 상기 다른 회전 중심 고정체(240')는 도 2를 참조하여 상기에 기술한 바와 같은 고정 방식으로 공급관(100)의 내주에 고정될 수 있기 때문에, 이에 대한 설명은 생략하기로 한다.
도 4는 터빈(260)의 터빈 회전축(261)이 공급관(100) 내주에 설치되고, 상기 터빈 회전축(261)에 일정 간격으로 블레이드들(262)이 일정 간격으로 마련되는 것을 보여주고 있다.
도 4를 참조 하면, 터빈 회전축(261)은 공급관(100)의 내부에 배치된다. 상기 터빈 회전축(261)의 상단 및 하단은 공급관(100)의 상단 및 하단에 각각 회전 지지된다. 여기서, 상기 공급관(100)의 상단과 하단에는 도 2에 도시되는 회전 중심 고정체(240)와 구성이 실질적으로 동일한 두 개의 회전 중심 고정체(240")가 각각 설치된다. 또한, 상기 두 개의 회전 중심 고정체(240")가 공급관(100)의 상단 및 하단에서 고정되는 방식은 도 2 및 도 3을 참조하여 상기에서 기술된 바와 같은 회전 중심 고정체(240)의 고정 방식과 동일할 수 있다.
따라서, 표층수가 펌프(210)의 작동에 의하여 공급관(100)의 상단을 통하여 공급관(100) 내부로 강제 유입되면, 이 강제 유입되는 표층수의 유속에 의하여 하나의 터빈 회전축(261)에 다수의 블레이드들(262)이 일정 간격을 이루는 상태에서 동시에 회전될 수 있다.
그러므로, 표층수는 다수개의 블레이드들(262)을 회전시킴과 아울러, 이들을 통과하면서 순차적으로 원심력을 제공받을 수 있다.
도 5는 다수를 이루고, 서로의 단부가 회전 지지되는 터빈 회전축들(271,272,273)을 구비하고, 상기 터빈 회전축들(271,272,273) 각각에 블레이드들(271a,272a,273a) 각각이 마련되는 것을 보여주고 있다.
도 5를 참조 하면, 다수의 터빈 회전축들(271,272,273)은 공급관(100, 도 4 참조)의 상단에서 하단을 따라 배치되는 제 1터빈 회전축(271), 제 2터빈 회전축(272) 및 제 3터빈 회전축(273)으로 구성된다. 그리고, 상기 제 1터빈 회전축(271)의 하단은 제 2터빈 회전축(272)의 상단에 회전 지지되고, 제 2터빈 회전축(272)의 하단은 제 3터빈 회전축(273)의 상단에 회전 지지된다. 여기서, 도면에는 도시되지 않았지만, 상기에 언급되는 서로 회전 지지되는 터빈 회전축들(271,272,273) 단부에는 서로 간의 마찰력을 감소할 수 있도록 베어링(미도시)이 부가적으로 더 설치될 수도 있다.
그리고, 제 1터빈 회전축(271)의 상단은 공급관(100)의 상단에 회전 지지되고, 제 3터빈 회전축(273)의 하단은 공급관(100)의 하단에 회전 지지될 수 있다. 여기서, 상기 회전 지지 방식은 도 2 및 도 3을 참조하여 기술한 바와 같은 회전 중심 고정체(240)의 회전 지지 방식과 동일할 수 있다.
따라서, 제 1,2,3터빈 회전축(271,272,273) 각각은 서로 독립적으로 회전 될 수 있다. 즉, 공급관(100, 도 4참조.)의 상단으로부터 유속을 갖는 표층수가 강제 유입되면, 상기 강제 유입되는 표층수는 제 1,2,3터빈 회전축들(271,272,273) 각각의 블레이드들(271a,272a,273a)을 회전시키면서 공급관(100)의 하방을 따라 점진적으로 증가되는 원심력을 제공받을 수 있다.
한편, 도 6은 공급관(100)에 구동 펌프(230,'P':Pump)가 더 설치되는 것을 보여주고 있다.
도 6을 참조 하면, 본 발명에 따르는 산포부(220)는 구동 펌프(230)를 더 구비할 수도 있다. 상기 구동 펌프(230)는 도 2에 도시되는 산포부(220)의 블레이드(222)을 강제 회전시키는 역할을 할 수 있다.
상기 구동 펌프(230)는 공급관(100)에 설치될 수 있다. 상기 구동 펌프(230)는 공급관(100) 상단에서 강제 유입되는 표층수를 공급관(100)의 내부에서 유속을 더 증가시킬 수 있다. 따라서, 실질적으로 블레이드(222)에 전달되는 표층수의 유속은 구동 펌프(230)의 펌핑 능력에 의하여 일정 이상으로 증가될 수 있다.
이에 따라, 블레이드(222)의 회전수는 표층수의 증가되는 유속에 의하여 증가될수 있고, 블레이드(222)을 통과하는 표층수로의 원심력 또한 증가될 수 있기 때문에, 공급관(100) 하단에서 분출되는 표층수의 산포 범위 역시 증가될 수 있다.
즉, 본 발명은 구동 펌프(230)의 작동을 제어 사용함으로써, 공급관(100)에서의 표층수 유속을 가변적으로 조절할 수 있음과 아울러, 공급관(100)의 하단을 통하여 분출되는 표층수의 유량 및 산포 범위를 자유롭게 조절할 수 있다.
여기서, 상기의 기술에서, 도 2에 도시되는 산포부(220)가 설치된 경우의 예를 대표의 예로 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정 되지 않고, 도 3 내지 도 5에 도시되는 터빈(들)을 포함할 수 있다.
또 한편, 도 7은 공급관(100)의 내주에 스파이럴 홈(110)이 형성되는 것을 보여주고 있다.
도 7을 참조 하면, 본 발명에 따르는 공급관(100)의 내주에는 스파이럴 홈(110)이 더 형성될 수도 있다.
따라서, 공급관(100)의 상단을 통하여 강제 유입되는 표층수는 공급관(100)의 내부로 유입되어 공급관(100) 하단으로 유동되는 동안에, 스파이럴 홈(110)을 통하여 하방으로의 소용 돌이 유동이 안내될 수 있다. 이러한 스파이럴 홈(110)을 통한 유동 형성은 표층수가 공급관(100)의 하단을 통하여 분출되는 경우에 회전을 형성하면서 분출되도록 안내할 수 있기 때문에, 공급관(100) 하단으로부터의 표층수 산포 영역을 더 확장시킬 수 있는 잇점이 있다.
또 한편, 본 발명에 따르는 표층수 제공부(200)는 외부 동력 제공부(301)를 더 구비할 수 있다.
도 8은 상기 외부 동력 제공부가 다리우스형 풍력 흡수 장치(301)로 채택되는 것을 보여주고 있다.
도 8을 참조 하면, 본 발명에 따르는 펌프(210)의 구성인 임펠러(213)는 다리우스형 풍력 흡수 장치(301)를 통하여 회전력을 제공받을 수 있다.
상기 다리우스형 풍력 흡수 장치(301)는 직립 상태를 이루는 연직축(310)과, 상기 연직축(310)의 외주에서 연직축(310)의 원주 방향을 따라 일정 간격으로 배치되며 연직축(310)의 구심력 방향을 따라 일정 길이 연장되는 다수개의 풍력 날개 고정체들(320)과, 상기 각 풍력 날개 고정체들(320)의 단부에 설치되는 다수개의 풍력 날개들(330)로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 연직축(310)의 하단은 본 발명에 따르는 임펠러(213)의 회전 중심과 연결되는 모터축(212)과 연결되는 것이 좋다. 이러한 경우, 도 1 또는 도 6에 도시되는 모터(211)는 제외될 수 있다.
상기 각 풍력 날개(330)는 바람과 접촉될 수 있도록 일정의 면적을 형성하고, 각 풍력 날개 고정체(320)와 직교를 이루도록 설치될 수 있다. 또한, 상기 각 풍력 날개(330)는 바람이 풍력 날개의 내측으로 모일 수 있도록 'U'자 형상의 홈(미도시)이 형성될 수도 있다.
따라서, 상기 다수개의 풍력 날개들(330)은 기상 조건의 변화에 의하여 형성되는 바람과 직접적으로 접촉되며, 이로 인하여 발생되는 풍력을 연직축(310)으로 전달하여 연직축(310)이 회전될 수 있도록 한다.
그리고, 상기 연직축(310)으로 전달되는 회전력은 상기 연직축(310)의 하단과 연결되는 모터축(212)으로 전달되고, 상기 모터축(212)은 회전될 수 있다.
이어, 상기 임펠러(213)는 상기 회전되는 모터축(212)에 의하여 일정 회전 속도로 회전될 수 있다.
도 9는 외부 동력 제공부가 태양광 발전 장치(302)로 채택되는 것을 보여주고 있다.
도 9를 참조 하면, 본 발명에 따르는 펌프(210)의 구성인 모터(211)는 구동력을 태양광 발전 장치(302)를 통하여 제공 받을 수 있다.
상기 태양광 발전 장치(302)는 태양광을 집광하는 집광판(340)과, 상기 집광판(340)에서 집광되는 태양광 에너지를 전기 에너지로 전환하는 변환 모듈(350)로 구성될 수 있다. 상기 집광판(340)에는 격자형상의 집광셀들(340a)이 형성된다. 상기 집광판(340)은 지지 고정체(400)의 상단에 마련되는 지지체(341)에 의하여 지지될 수 있다. 여기서, 상기 집광판(340)은 상기 지지체(341)의 상단과 힌지 연결되어 일정 각도로 회전 가능할 수 있다.
그리고, 상기 변환 모듈(350)은 상기 모터(211)와 전기적으로 연결되며, 상기 모터(211)로 모터축(212)의 회전에 요구되는 전기 에너지를 제공할 수 있다.
따라서, 상기 모터(211)는 변환 모듈(350)로부터 전기 에너지를 제공 받아 모터축(212)을 회전시키고, 모터축(212)에 연결되는 임펠러(213)는 모터축(212)의 회전과 연동되어 회전될 수 있다.
다음은, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 수질 개선 장치의 작용을 설명하도록 한다.
도 1을 참조 하면, 본 발명에 따르는 펌프(210)는 외부로부터 구동력을 제공받아 구동된다. 따라서, 모터(211)의 모터축(212)은 일정의 회전 속도로 회전되고, 모터축(212)과 회전 중심이 연결되는 임펠러(213) 역시 모터축(212)과 연동되어 회전된다.
여기서, 상기 모터(211)의 구동은 외부의 구동 장치(미도시)와 직접적으로 연결되어 구동력을 전달 받아 구동될 수 있으나, 도 8에 도시되는 다리우스형 풍력 발전 장치(301) 또는 도 9에 도시되는 태양광 발전 장치(302)와 같은 외부 동력 제공부로부터 구동력을 제공받아 구동될 수도 있다.
도 8에 도시되는 예의 경우, 연직축(310)은 모터(211)의 모터축(212)과 연결될 수 있다. 이와 같은 상태에서, 풍력 날개들(330)은 대기의 바람과 물리적으로 접촉되어 일정의 풍력(또는 가압력)을 전달 받는다, 따라서, 상기 풍력 날개들(330)은 상기 풍력에 의하여 연직축(310)을 회전시킬 수 있다. 그리고, 상기 회전되는 연직축(310)은 모터축(212)으로 회전력을 전달할 수 있다.
또한, 도 9에 도시되는 예의 경우, 집광판(340)은 태양광 에너지를 집광한다. 그리고, 변환 모듈(350)은 상기 집광된 태양광 에너지를 전기 에너지로 변환한다. 이어, 상기 변환 모듈(350)은 상기 변환된 전기 에너지를 모터(211)로 전달한다. 따라서, 상기 모터(211)는 상기 전달되는 전기 에너지를 구동력으로 하여 모터축(212)을 회전시킬 수 있다.
이에 따라, 본 발명에서는 임펠러(213)를 회전시키기 위한 회전력을 풍력 또는 태양광과 같은 자연 에너지를 사용할 수도 있다.
따라서, 표층에서의 표층수는 지지 고정체(400)의 개구(410)를 통하여 지지 고정체(400)의 내부에서 임펠러(213)의 회전에 따라 공급관(100) 상단을 통하여 공급관(100) 내부로의 강제 유입이 안내될 수 있다.
상기 공급관(100)의 내부로 강제 유입되는 표층수는 임펠러(213)의 회전에 의하여 일차적인 원심력을 제공받음과 아울러, 공급관(100)을 따라 일정의 유속을 형성하면서 공급관(100)의 하단을 향하여 유동될 수 있다.
이때, 도 2에 도시되는 바와 같이, 산포부(220)가 공급관(100)의 하단에 설치되는 경우, 상기 공급관(100)의 내부에서 하방을 따라 유동되는 표층수는 산포부(220)에 의하여 원심력을 제공받고, 공급관(100)의 하단을 통하여 저층으로 산포될 수 있다.
여기서, 상기 산포부(220)의 블레이드(222)은 터빈 회전축(221)에 연결되는 상태로 자유 회전 상태를 이룰 수 있다. 즉, 공급관(100)의 상단에서 하방으로 유동되는 표층수의 유속에 의하여 블레이드(222)의 회전 속도가 결정된다. 따라서, 표층수는 하방으로 유동되면서 블레이드(222)을 회전시키고, 블레이드(222)의 회전됨을 통하여 이차적으로 원심력을 제공 받을 수 있다.
그리고, 상기 원심력이 형성되는 표층수는 공급관(100)의 하단을 통하여 일정의 산포 영역을 이루면서 저층에 산포될 수 있다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이 공급관(100)의 다수 위치에 산포부들(220,220')이 다수를 이루어 설치되는 경우, 상기 공급관(100)의 내부에서 하방을 따라 유동되는 표층수는 다수의 산포부들(220,220')에 의하여 원심력을 다중으로 제공받고, 공급관(100)의 하단을 통하여 저층으로 산포될 수 있다.
여기서, 상기 산포부들(220,220') 각각의 블레이드들(222,222')은 터빈 회전축(221,221')에 연결되는 상태로 자유 회전 상태를 이룰 수 있다. 즉, 공급관(100)의 상단에서 하방으로 유동되는 표층수의 유속에 의하여 각 산포부들(220,220')에서의 블레이드들(222,222')의 회전 속도가 결정된다. 따라서, 표층수는 하방으로 유동되면서 각 산포부들(220,220')에서의 블레이드들(222,222')을 회전시키고, 각 산포부들(220,220')에서의 블레이드들(222,222')의 회전됨을 통하여 원심력을 다중으로 제공 받을 수 있다.
그리고, 상기 다중으로 원심력을 제공받는 표층수는 공급관(100)의 하단을 통하여 일정의 산포 영역을 이루면서 저층에 산포될 수 있다.
상기와 같이 공급관(100) 상단에서 하단으로 유동되는 표층수가 다중으로 원심력을 제공 받는 경우, 공급관(100) 하단을 통하여 분출되는 표층수의 산포 영역은 일정 이상으로 넓어질 수 있는 잇점이 있다.
여기서, 도 4에 도시되는 바와 같이, 블레이드들(262)은 하나의 터빈 회전축(261)에 연결될 수도 있다. 또한, 도 5에 도시되는 바와 같이, 블레이드들(271a,272a,273a)은 서로 회전 지지되는 각 터빈 회전축(271,272,273)을 구비하도록 구성될 수도 있다.
여기서, 도 5에 도시되는 경우, 공급관(100, 도 4참조.) 상단을 통하여 유입되는 표층수는 하방으로 유동되는 유속에 의하여 제 1터빈 회전축(271)에 연결되는 제 1블레이드들(271a)을 회전시켜 제 1원심력을 제공 받을 수 있다. 그리고, 제 1원심력을 제공받아 일정의 유속을 형성하여 하방으로 유동되는 표층수는 제 2터빈 회전축(272)에 연결되는 제 2블레이드들(272a)을 회전시켜 제 2원심력을 제공 받을 수 있다. 이어, 제 2원심력을 제공받아 일정의 유속을 형성하여 하방으로 유동되는 표층수는 제 3터빈 회전축(273)에 연결되는 제 3블레이드들(273a)을 회전시켜 제 3원심력을 제공 받을 수 있다. 따라서, 공급관으로 강제 유입되는 표층수는 각 터빈 회전축(271,272,273)을 갖는 블레이드들(271a,272a,273a)을 회전 및 통과하면서 독립적으로 원심력을 순차적으로 제공받을 수 있다.
한편, 도 6에 도시되는 바와 같이, 본 발명은 상기에 언급되는 산포부(들)(220,220',260,270)을 구동 펌프(230)를 통하여 강제 구동시킬 수 있다.
도 6을 참조 하면, 구동 펌프(230)는 공급관(100)에 설치되며, 공급관(100)의 상단을 통하여 유입되는 표층수를 공급관(100) 하단으로 강제 유동되도록 펌핑할 수 있다. 따라서, 상기 구동 펌프(230)는 표층수의 유동 속도를 공급관의 상단에서 하단을 따라 일정 이상으로 가속시킬 수 있는 잇점이 있다.
이에 따라, 공급관(100)의 내부에서 유동되는 표층수의 유동 속도는 일정 이상으로 가속될 수 있으며, 이와 같이 가속됨에 비례되어 회전되는 산포부(들)(220.220',260,270)은 가속됨에 비례되어 회전됨에 상응하도록 유동되는 표층수로 일정 이상의 원심력을 제공할 수 있다.
이로 인하여 공급관(100)의 내부에서 유동되면서 상기와 같이 일정 이상의 원심력을 제공받은 표층수는 공급관(100)의 하단을 통하여 분출될 때, 산포 영역이 증가됨과 아울러 산포되는 표층수의 유량이 증가될 수 있는 잇점이 있을 수 있다.
또 한편, 도 7을 참조 하면, 본 발명에 따르는 공급관(100)의 내주에는 스파이럴 홈(110)이 형성될 수도 있으며, 이로 인하여, 공급관(100) 상단으로부터 강제 유입되는 표층수는 스파이럴 홈을 따라 하방으로 유동되면서 일정의 회전력을 형성할 수 있다. 이와 같이 일정의 회전력을 형성하여 유동되는 상태에서 공급관(100) 하단을 통하여 분출되는 경우, 유속 증가의 잇점과 함께 표층수의 산포 영역이 증가되는 잇점이 있을 수 있다.
상기에서 언급되는 본 발명의 작용을 기초로, 본 발명은 표층에 존재되는 표층수를 산포부(200)를 사용하여 공급관(100)으로 강제 유입시킨 이후에, 상기 유입되는 표층수에 원심력을 다중으로 제공하여 공급관(100) 하단이 위치되는 저층으로 산포 및 연속적 공급을 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명은 계절적 변동 요인에 따르는 수심 변경에 기인하지 않고 항상 일정한 위치에서 표층수를 저층으로 공급할 수 있는 잇점이 있다.
또한, 본 발명은 종래의 폭기 장치와 같이 국부적인 영역에 압축 공기를 제공하지 않고 저층 전체 영역에 산포되도록 표층수를 연속적으로 공급할 수 있기 때문에, 저층 전체 영역에서의 수질을 용이하게 개선할 수 있는 잇점이 있다.
이에 더하여, 도 10을 참조 하면, 본 발명에 따르는 공급관(100)의 하부에는 삿갓 모양의 경사 반발체(281)가 설치될 수 있다.
본 발명에 따르는 산포부(280)는 회전축(221)과 회전축(221) 단부에 연결되는 경사 반발체(281)로 구성될 수 있다.
상기 경사 반발체(281)는 외주가 하방으로 경사진 형상으로 삿갓 모양으로 형성된다.
따라서, 경사 반발체(281)는 회전축(221)의 회전에 따라 회전되고, 공급관(100)을 따라 하방으로 유동되는 표층수를 경사진 면에 부딪치게 한 후에, 측방으로 퍼지도록 할 수 있다.
이에 따라, 상기 산포부(280)는 공급관(100) 하단을 통하여 배출되는 표층수에 경사 반발력을 제공하여, 저층에서 용이하게 퍼지도록 할 수 있다.
또 한편, 본 발명에서 언급되는 공급관(100)은 비닐 호스 또는 폴리우레탄 내압 호스(소방 호스) 중 어느 하나일 수 있다.
즉, 공급관(100)은 일정의 수심에서 외부로부터의 작용받는 수압이 증가될 수있다. 이때, 공급관(100)은 일정의 수심에서 발생되는 수압을 견딜 수 있는 비닐 호스 또는 폴리우레탄 내압 호스(소방 호스) 중 어느 하나를 사용함으로써, 관(100)을 따라 하방으로 유동되는 표층수의 유속을 증가시킬 수도 있다.
100 : 공급관
110 : 스파이럴 홈
200 : 표층수 제공부
210 : 펌프
211 : 모터
212 : 모터
213 : 임펠러
220,220',260,270,280 : 산포부
221,221',261,271,272,273 : 터빈 회전축
222,222',262,271a,272a,273a : 블레이드
230 : 구동 펌프
240,240',240" : 회전 중심 고정체
241 : 리브
242 : 회전 지지 부재
281 : 경사 반발체
301 : 다리우스형 풍력 발전 장치
302 : 태양광 발전 장치
310 : 연직축
320 : 풍력 날개 고정체
330 : 풍력 날개
340 : 집광판
350 : 변환 모듈
400 : 지지 고정체
410 : 개구
H : 홀

Claims (9)

  1. 표층수가 존재되는 표층과 상기 표층의 하부에 위치되는 저층을 잇는 공급관; 및
    상기 표층수를 상기 공급관으로 강제 유입하고, 상기 강제 유입되는 표층수에 원심력 또는 경사 반발력을 제공하여 상기 저층에 산포시키는 표층수 제공부를 포함하고,
    상기 표층수 제공부는, 상기 표층에 위치되는 공급관의 상단에 설치되며 임펠러를 구비하여 상기 표층수를 상기 공급관으로 강제 유입 하는 펌프와, 상기 공급관에 설치되며, 상기 강제 유입되는 표층수에 원심력 또는 경사 반발력을 제공하여 상기 저층에 산포하는 산포부를 구비하고, 상기 산포부는, 상기 공급관에 설치되며, 상기 강제 유입되는 표층수의 유속에 대응하여 회전되는 블레이드를 갖는 터빈을 포함하고, 상기 터빈은 다수개로 구비되고, 상기 공급관에 설치되고,
    상기 각 터빈의 블레이드는 동시 또는 독립적으로 회전되는 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 산포부는 구동 펌프를 더 구비하되,
    상기 구동 펌프는,
    상기 공급관의 일정 위치에 설치되며, 상기 공급관에서 유동되는 표층수를 펌핑하여 상기 블레이드를 강제 회전시키는 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 공급관의 내주에는,
    상기 공급관의 길이 방향을 따르는 스파이럴 홈이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 표층수 제공부는, 상기 임펠러의 회전 중심으로 회전력을 제공하는 외부 동력 제공부를 더 구비하되,
    상기 외부 동력 제공부는,
    풍력 에너지 또는 태양광 에너지 중 어느 하나를 상기 회전력으로 전환하는 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 공급관은,
    비닐 호스 또는 폴리 우레탄 호스 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 수질 개선 장치.
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