KR101244272B1 - 수질 정화용 무인로봇 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자가 발전구조를 통해 생성된 전류를 통해 무인 원격으로 수상을 운항하면서, 수중에 부영양화에 의해 발생된 각종 조류(藻類)를 초음파 처리를 통해 제거하는 수질 정화용 무인로봇에 관한 것으로, 본 발명에서는 수면에 부양되는 함체를 포함하여 구성되며, 상기 함체에는 함체의 운항에 따른 추력을 생성하는 추력부와; 태양광을 통해 전류를 생성하는 태양 전지판과 이 태양 전지판에서 생성된 전류를 축전하는 배터리를 포함하여 구성된 자가 발전부와; 자가 발전부에서 생성된 전류를 인가받아 수중에 초음파를 발산하는 하나 이상의 초음파 진동자; 및 무선 송수신모듈을 통해 외부에서 무선 송출되는 제어신호를 인가받아 추력부와 초음파 진동자의 구동을 제어하는 제어부가 각각 배치되어, 상기 함체는 자가 발전부를 통해 생성된 전류와 무선 수신되는 제어신호를 통해 추력부를 통해 이송하면서, 수중에 초음파를 발산하여 조류를 제거하도록 구성된 것을 특징으로 하고 있다.

Description

수질 정화용 무인로봇{Remote control robot for water purification}

본 발명은 수질 정화용 무인로봇에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 자가 발전구조를 통해 생성된 전류를 통해 무인 원격으로 수상을 운항하면서, 수중에 부영양화에 의해 발생된 각종 조류(藻類)를 초음파 처리를 통해 제거하는 수질 정화용 무인로봇에 관한 것이다.

오늘날 산업 발달과 함께 인구가 증가하고 생활수준이 향상되면서 오폐수의 발생량이 점차 증가하고 있는 추세이다.

또한, 이러한 오폐수에 함유된 질소, 인 등 다량의 영양염류가 하ㆍ폐수처리장에서 완벽히 제거되지 못한 상태로 하천이나 호소(湖沼) 또는 바다로 유입되면서 전세계적으로 대부분의 담수와 대도시 인근 해안에서는 광범위한 부영양화(富營養化, eutrophication)가 급속히 진행되고 있는 실정이다.

여기서, 부영양화란 수중의 영양염류, 특히 질소(nitrogen)와 인(phosphorus)의 농도가 높아지는 현상을 일컫으며, 이러한 부영양화에 의해 많은 문제점들이 야기된다.

대표적으로, 담수, 특히 댐의 건설로 인하여 생긴 인공호의 부영양화는 긴 체류시간과 정체수역 증가를 초래하여 조류(藻類, algae)의 생장을 촉진하게 되고, 특히 기온이 높고 광량이 많은 여름철에는 녹조(綠潮, green tide)현상들이 매우 빈번히 발생 된다.

따라서, 이와 같은 문제의 발생을 방지하기 위해 부영양화와 조류에 의한 수화 발생을 억제하거나 신속하고도 효율적으로 처리하기 위한 심층폭기,인위적 순환, 저니 준설, 살조제 투여, 인의 불활성화 등이 개발되어 왔다.

그리고, 최근에는 초음파를 수중에 초음파를 발산하여 초음파 처리를 통해 조류를 제거하는 기술들이 개발되었으나, 초음파는 녹조의 제거에 따른 효율성은 이미 당 분야에서 검증되었으나, 발산 거리가 한정된 관계로 적용 범위가 협소하고 운용비용이 과다하게 소요되는 단점이 지적되어 상용화의 걸림되고 있는 실정이다.

상기한 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명의 목적은, 자가 발전구조를 통해 생성된 전류를 통해 무인 원격으로 수상을 운항하면서, 초음파 처리를 통해 수중의 각종 조류(藻類)를 제거함에 있어, 바닥면 및 수심 깊은 곳에 잔류하는 조류를 초음파 발산영역으로 강제 유입시켜 초음파 처리를 통한 조류 제거에 따른 효율성이 향상되도록 한 수질 정화용 무인로봇을 제공함에 있다.

상기한 목적은, 본 발명에서 제공되는 하기 구성에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 수질 정화용 무인로봇은,

수면에 부양되는 함체를 포함하여 구성되며, 상기 함체에는 함체의 운항에 따른 추력을 생성하는 추력부와; 태양광을 통해 전류를 생성하는 태양 전지판과 이 태양 전지판에서 생성된 전류를 축전하는 배터리를 포함하여 구성된 자가 발전부와; 자가 발전부에서 생성된 전류를 인가받아 수중에 초음파를 발산하는 하나 이상의 초음파 진동자; 및 무선 송수신모듈을 통해 외부에서 무선 송출되는 제어신호를 인가받아 추력부와 초음파 진동자의 구동을 제어하는 제어부가 각각 배치되어, 상기 함체는 자가 발전부를 통해 생성된 전류와 무선 수신되는 제어신호를 통해 추력부를 통해 이송하면서, 수중에 초음파를 발산하여 조류를 제거하도록 구성된 것을 특징으로 하는 한다.

바람직하게는, 상기 함체의 하부에는, 확산관과, 상기 공압모터에 의해 확산관 내에서 회전하는 확산팬을 포함하여 구성된 확산체가 배치되고, 상기 함체에는 주입관을 통해 공압모터에 공기를 주입하여 확산팬을 회전시키는 공압 제어모듈이 형성되어서, 상기 확산체는 수중에 입수된 상태에서 확산팬을 회전시켜 바닥면에 잔류된 조류를 상부에 형성된 초음파 발산영역으로 확산하여 유입하도록 구성된다.

전술한 바와 같이 본 발명에서는, 수면을 따라 운항하면서 수중에 초음파를 발산하여 조류를 제거함에 있어, 태양광을 이용한 자가발전부와 무선 송수신 모듈이 형성된 제어부를 설치하여 자가 발전을 통해 생성된 전류와 무선 전송되는 제어신호를 통해 무인 원격으로 운항하면서 초음파를 발산하여 조류를 제거하도록 한 수질 정화용 무인로봇을 제안하고 있다.

이와 같이 구성된 수질 정화용 무인로봇은, 수중에 장시간 머무르면서 초음파 작용을 통한 조류의 제거가 가능하고, 또 이러한 과정에 2차적인 오염물질을 생성하지 아니한다.

그리고, 본 발명에서는 함체의 하부에 수중에 입수하여 바닥면에 잔류된 조류를 상부에 형성된 초음파 발산영역으로 강제로 확산하여 유입시키는 확산체를 부가하고 있다.

이에 따라, 본 발명은 초음파가 도달하지 못하는 수심이 깊은 곳에 잔류된 조류도 제거 가능하므로, 초음파 처리를 통한 조류의 제거에 따른 향상된 효율성을 갖는다.

도 1은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 수질 정화용 무인 원격 로봇의 외형 구성을 보여주는 것이고,
도 2는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 수질 정화용 무인 원격 로봇의 전체 구성을 보여주는 정 단면도이며,
도 3과 도 4는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 수질 정화용 무인 원격 로봇을 통한 조류의 제거상태를 보여주는 작용 상태도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 수질 정화용 무인로봇을 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 수질 정화용 무인 원격 로봇의 외형 구성을 보여주는 것이고, 도 2는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 수질 정화용 무인 원격 로봇의 전체 구성을 보여주는 정 단면도이며, 도 3과 도 4는 본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 수질 정화용 무인 원격 로봇을 통한 조류의 제거상태를 보여주는 작용 상태도이다.

본 발명에서 바람직한 실시예로 제안하고 있는 수질 정화용 무인로봇(1)은, 수면을 따라 운항하면서 수중에 잔류된 각종의 조류를 초음파 처리를 통해 제거하여 안정된 수질 상태를 확보하도록 하는 것이다.

상기 수질 정화용 무인로봇(1)은, 도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이 수면에 부양되는 함체(10)와; 함체(10)의 운항 추력을 생성하는 추력부(11)와; 수중에 초음파를 발산하여 초음파 처리를 통해 각종 조류를 제거하는 초음파 진동자(13); 및 상기 추력부(11)와 초음파 진동자(13)의 구동을 제어하는 제어부(14)를 포함하여 구성된다.

본 실시예에서는 상기 함체(10)에 태양광을 통해 전류를 생성하는 태양 전지판(12a)과 이 태양 전지판(12a)에서 생성된 전류를 축전하는 배터리(12b)를 포함하여 구성된 자가 발전부(12)를 형성하고, 제어부(14)에는 제어실 등 외부에서 무선으로 전송되는 제어신호를 인가받는 무선 송수신 모듈(15)을 부가하고 있다.

그리고, 상기 태양 전지판(12a)이 배치된 함체(10)의 상부에는 태양 전지판(12a) 보다 상대적으로 넓은 면적의 집광 렌즈부(12c-a)를 갖는 보호커버(12c)를 설치하여, 집광 렌즈부(12c-a)에 의한 집광을 통해 태양 전지판(12a)에 보다 많은 량의 빛이 조사됨과 동시에, 보호커버(12c)에 의한 함체(10)의 상부에 설치된 태양 전지판(12a)의 안정된 수밀상태가 확보되도록 하고 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 수질 정화용 무인로봇(1)은, 도 3에서 보는 바와 같이 무선 송수신 모듈(15)을 통해 무선 수신되는 제어신호와 태양광을 통해 자가 발전부(12)에서 생성된 전류를 통해, 추력부(11)와 초음파 진동자(13)를 구동시켜 수면을 따라 운항하면서 수중의 각 지점에 초음파를 발산하여 수중에 잔류하는 다량의 조류를 제거한다.

한편, 본 실시예에서는 이러한 수질 정화용 무인로봇(1)을 구현함에 있어, 상기 함체(10)의 하부에 초음파 진동자(13)에 의해 형성되는 초음파 발산영역에, 바닥면 등지에 잔류된 다량의 조류를 확산하여 강제 유입하는 확산체(20)를 부가하여, 초음파 처리를 통한 조류 제거에 따른 효율이 향상되도록 한다.

상기 확산체(20)는, 상하 연통된 형상의 확산관(21)과, 상기 확산관(21) 내에 배치되어 회전하는 확산팬(22)을 포함하여 구성되어, 확산팬(22)의 회전에 의해 바닥면에 잔류된 다량의 조류를 상부에 형성된 초음파 발산영역으로 부양시키도록 구성된다.

여기서, 상기 확산팬(22)은 전동모터를 통해 회전하도록 구성할 수도 있지만, 본 실시예에서는 전기적인 안정성을 확보하고 배선의 형성이 불필요한 공압모터(22a)를 확산체(20)에 고정시켜, 공압모터(22a)에 의해 확산팬(22)이 회전되도록 하고 있다.

상기 함체(10)에는 공압 제어모듈(16)이 배치되고 확산체(20)와 함체(10)의 공압 제어모듈(16) 사이에는 주입관(16a)이 배치되어서, 확산체(20)에 배치된 공압모터(22a)는 주입관(16a)을 통해 함체(10)에 고정된 공압 제어모듈(16)로부터 공기를 주입받아 확산팬(22)을 회전시킨다. 이때, 상기 공압모터(22a)에 주입된 공기는 수중으로 분출되어, 수중의 용존 산소량을 증가시키고 부양된 조류의 확산을 도모한다.

그리고, 본 실시예에서는 상기 확산팬(22)의 하부에 칼날들이 방사구조로 배치된 절단팬(23)을 배치하여, 상대적으로 큰 체적을 갖는 조류를 포함한 유기물들이 절단팬(23)에 의해 절단된 다음, 확산팬(22)을 통해 상부로 부양되도록 구성함으로써, 각종 유기물에 의한 확산팬(22)의 회전장애, 그리고 확산관(21)의 막힘을 억제하고 있다.

이때, 제어부(14)는 공압 제어모듈(16)을 통해 공압모터(22a)에 공급되는 공기량을 조절하여 확산팬(22)의 회전속도를 제어하고, 이를 통해 초음파 발산영역으로 유입되는 조류의 유입량을 조절할 수 있다.

이에 따라, 본 실시예에 따른 수질 정화용 무인로봇(1)은 초음파가 도달하지 못하는 수중 깊은 곳에 잔류한 조류도 안정되게 제거할 수 있다.

한편, 상기 바닥면에 잔류된 조류를 초음파 발산영역으로 부양시키는 확산체(20)는 수심이 낮은 지형으로 운항할 경우에 바닥면에 간섭되고, 이러한 간섭에 의해 수질 정화용 무인로봇(1)은 수심이 낮은 지형으로 운항하기 어렵다.

이를 해소하기 위해, 본 실시예에서는 확산체(20)가 승강을 통해 입수깊이를 변경할 수 있도록 구성함으로써, 수심이 깊은 지형은 물론 수심이 낮은 지형에서도 자유롭게 운항할 수 있도록 하고 있다.

즉, 수심이 낮은 지형에서는 입수체는 상승하여 낮은 입수깊이를 유지하고, 수심이 깊은 지형에서는 입수체는 하강하여 깊은 입수깊이를 유지한다.

이를 위해 본 실시예에서는, 상기 확산체(20)를 함체(10)의 저면에 텔레스코프형의 신축로드(17)를 통해 고정하고, 확산체(20)에는 공기의 주입량에 따라 팽창, 또는 수축하는 에어챔퍼(24)를 형성하여, 확산체(20)는 에이챔퍼(24)에 주입되는 공기 주입량에 따라 비중이 변경되어 입수 깊이가 변경되도록 하고 있다.

이에 따라, 제어부(14)는 공압 제어모듈(16)을 통해 에어챔프(24)의 공기 주입량을 감소시키면 도 3에서와 같이 확산체(20)는 수중에 가라앉고, 또 에에챔프(24)의 공기 주입량을 증가시키면 수중에 가라앉은 확산체(20)는 도 4와 같이 부상한다.

이때, 상기 함체(10)에 확산체(20)를 고정하는 신축로드(17)는 확산체(20)가 상승하면 함체(20)의 상부로 상향 돌출되지 아니하고 수축되므로, 신축로드(17)가 확산체(20)의 상승에 의해 함체(10)의 상부로 상향 돌출됨에 따라 무게 중심이 흩트려져 함체(10)가 전복되는 현상이 예방될 수 있다.

이와 더불어, 본 실시예에서는 함체(10)를 통한 운항과정에 확산체(20)에 의한 저항을 억제하여 신속한 운항이 가능하도록, 함체(10)의 저면에 확산체(20)를 수용하는 수용홈(10a)을 요입되게 형성하고 있다.

이에 따라, 함체(10)의 운항과정에서는 도 4와 같이 함체(10)의 하부에 설치된 확산체(20)는 상승하여 함체(10)에 수용되므로, 운항과정에 물과의 저항 발생이 억제되고, 또 낮은 지형도 운항이 가능하다.

1. 수질 정화용 무인로봇
10. 함체 10a. 수용홈
11. 추력부 12. 자가 발전부
12a. 태양 전지판 12b. 배터리
13. 초음파 진동자 14. 제어부
15. 무선 송수신 모듈 16. 공압 제어모듈
16a. 주입관 17. 텔레스코프형 신축로드
20. 확산체 21. 확산관
22. 확산팬 22a. 공압모터
23. 절단팬 24. 에어챔퍼

Claims (2)

1. 수면에 부양되는 함체를 포함하여 구성되며, 상기 함체에는 함체의 운항에 따른 추력을 생성하는 추력부와; 태양광을 통해 전류를 생성하는 태양 전지판과 이 태양 전지판에서 생성된 전류를 축전하는 배터리를 포함하여 구성된 자가 발전부와; 자가 발전부에서 생성된 전류를 인가받아 수중에 초음파를 발산하는 하나 이상의 초음파 진동자; 및 무선 송수신모듈을 통해 외부에서 무선 송출되는 제어신호를 인가받아 추력부와 초음파 진동자의 구동을 제어하는 제어부가 각각 배치되어, 상기 함체는 자가 발전부를 통해 생성된 전류와 무선 수신되는 제어신호를 통해 추력부를 통해 이송하면서, 수중에 초음파를 발산하여 조류를 제거하도록 구성되는 한편,
   상기 함체의 하부에는, 확산관과, 확산관 내에는 공압모터로부터 회전력을 인가받아 회전하는 확산팬을 포함하는 확산체가 배치되고, 상기 함체에는 주입관을 통해 공압모터에 공기를 주입하여 확산팬을 회전시키는 공압 제어모듈이 형성되어서,
   상기 확산체는 수중에 입수된 상태에서 확산팬을 회전시켜 바닥면에 잔류된 조류를 상부에 형성된 초음파 발산영역으로 확산하여 유입시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 수질 정화용 무인로봇.
2. 삭제

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