KR101351540B1 - 용존 산소량 측정 시스템 - Google Patents

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Abstract

용존 산소량 측정 시스템이 제공된다. 용존 산소량 측정 시스템은 수소를 저장하는 수소 저장 장치, 수소 저장 장치에 저장된 수소와, 하천으로부터 실시간으로 공급되는 물을 반응시켜 제 1 전기 에너지를 생성하는 제 1 수소 연료 전지, 하천에서 취수된 물이 저장된 물 저장 탱크로부터 공급되는 물과, 수소 저장 장치에 저장된 수소를 반응시켜 제 2 전기 에너지를 생성하는 제 2 수소 연료 전지 및 제 1 전기 에너지와 제 2 전기 에너지의 차이를 분석하는 제어부를 포함한다.

Description

용존 산소량 측정 시스템{Dissolved oxygen measurement system}
본 발명은 용존 산소량 측정 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광을 이용하여 생성된 수소를 에너지원으로 이용하여 실시간으로 용존 산소량을 측정할 수 있는 용존 산소량 측정 시스템에 관한 것이다.
용존 산소량(Dissolved Oxygen; DO)이란, 물 안에 포함되어 있는 산소의 양, 다시 말해 어류를 포함한 물 속에서 생활하는 생물들이 직접적으로 필요로 하는 산소의 양을 의미하며, 수질의 지표로 사용된다.
이러한 용존 산소량은 수온과 미생물의 양에 영향을 받는다. 구체적으로, 미생물이 유입되면 호기성 미생물에 의해 산소가 소모되므로 물 속에 녹아있는 산소의 양(용존 산소량)은 줄어들게 된다. 따라서, 물 안에 미생물의 양이 많으면 많을수록 산소의 소모는 급격히 많아지며, 이에 따라 물 속에 서식하는 생물에게 필요한 산소의 양이 급격히 줄어들어 수질이 저하될 수 있다. 그러므로, 물 속 미생물의 양을 측정함으로써 하천의 오염을 방지할 수 있다. 그러나, 미생물의 개체 수를 직접적으로 측정하는 것이 불가능하기 때문에, 하천에서 취수한 물에서의 산소를 측정하고, 시간이 지남에 따라서 미생물에 의해서 소모되는 산소의 양을 측정함으로써 미생물의 양이 어느 정도인지 예측할 수 있다.
물 속 산소의 양(용존 산소량)을 측정하는 방법으로는, 예를 들어, 전기화학적으로 측정하는 방법, 및 산소의 소모에 따른 압력 변화를 이용하는 방법 등이 있다.
전기화학적으로 산소의 농도를 측정하는 방법은, 미생물에 의해 소모되는 산소의 양이 증가하여 녹아 있는 산소의 양이 줄어듦에 따라 전기화학적인 전류의 감소로부터 산소의 농도를 측정하는 방법이다. 이것은 일반적인 순환 전압-전류(cyclic voltammetry) 방법에서 쓰여지는 세 개의 전극을 통하여 흐르는 전류의 양으로부터 산소의 농도를 파악한다. 또한, 전기화학적 측정 방법은, 산소만을 걸러주는 멤브레인(membrane)을 이용하여 액체는 흘러가지 않고 산소만을 투과시켜 산소의 양을 분석한다.
이와 달리, 압력 변화를 이용하는 방법은, 일정한 산소의 압력을 유지할 수 있는 산소를 물로 유입시킨 후, 물 속에서 소모되는 산소의 양에 따라 최초에 유입된 산소의 양이 줄어들어 산소의 압력이 감소되는 것을 압력 센서를 이용하여 측정한다.
이와 같이, 산소의 농도 측정하는 방법들은, 실험실에서 측정하고자 하는 물을 일정량으로 취수하여, 취수 직후의 산소를 측정하고, 취수한 물을 약 5일 동안 태양이 들지 않는 시설에서 배양한 후 다시 산소를 측정한다. 이후, 두 시료의 산소량을 빼주어 실질적인 산소의 농도를 측정한다. 그러나, 이러한 산소 농도 측정 방법들은, 실시간으로 용존산소량을 측정하는 것이 불가능하다. 즉, 물을 취수하여 실험실 공간에서 5일 동안 배양하여야 하기 때문에, 신속히 분석하여야 하는 용존산소량을 측정할 수 없다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 하천에 직접 설치되어 물을 취수하지 않고 실시간으로 용존 산소량을 측정할 수 있는 용존 산소량 측정 시스템에 관한 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 해결하고자 하는 과제를 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따르면, 용존 산소량 측정 시스템은, 태양광으로부터 생성된 전기 에너지에 의해 구동되는 수소 발생 장치, 수소 발생 장치에서 발생된 수소를 저장하는 수소 저장 장치, 수소 저장 장치에 저장된 수소와, 하천으로부터 실시간으로 공급되는 물을 반응시켜 제 1 전기 에너지를 생성하는 제 1 수소 연료 전지, 하천에서 취수된 물이 저장된 물 저장 탱크로부터 공급되는 물과, 수소 저장 장치에 저장된 수소를 반응시켜 제 2 전기 에너지를 생성하는 제 2 수소 연료 전지 및 제 1 전기 에너지와 제 2 전기 에너지의 차이를 분석하는 제어부를 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 용존 산소량 측정 장치를 하천에 직접 설치함으로써, 물을 취수하지 않고 하천의 용존 산소량을 빠른 시간 내에 지속적으로 분석할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 하천에서 직접 측정된 용존 산소량 데이터를 중앙 처리부로 송신하여, 용존 산소량 이외의 다른 수질 분석 데이터와 함께 하천의 수질을 분석할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 전국에 분포되어 있는 하천들의 수질을 비교 분석하는 것이 용이할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용존 산소량 측정 장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용존 산소량 측정 장치의 개략 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용존 산소량 측정 장치에 구비된 수소 발생 장치를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용존 산소량 측정 장치에 구비된 제 1 수소 연료 전지를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 용존 산소량 측정 장치를 구비하는 용존 산소량 측정 시스템을 나타내는 개념도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(omprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 장치의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
일 실시예에 따르면, 용존 산소량 측정 시스템은, 하천으로부터 실시간으로 공급되는 물의 용존 산소량을 측정하는 제 1 측정부, 하천에서 공급된 물을 저장하는 하천 저장부, 하천 저장부에 저장된 물의 용존 산소량을 측정하는 제 2 측정부 및 제 1 측정부에서 측정된 용존 산소량과 제 2 측정부에서 측정된 용존 산소량의 차이를 분석하는 제어부를 포함한다.
이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 용존 산소량 측정 장치에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 용존 산소량 측정 장치의 블록도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용존 산소량 측정 장치의 개략 사시도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 용존 산소량 측정 장치(10)는 수소 발생 장치(110), 수소 저장 장치(120), 제 1 및 제 2 수소 연료 전지들(130, 140)을 포함한다. 나아가, 용존 산소량 측정 장치(10)는 하천으로부터 제 1 수소 연료 전지(130)에 물을 실시간으로 공급하는 물 흐름 채널(150)을 포함한다. 물 흐름 채널(150)은 그 길이에 따라 제 1 수소 연료 전지(130)로 공급되는 물의 양 및 공급시간이 조절될 수 있다. 또한, 용존 산소량 측정 장치(10)는 하천으로부터 물을 취수하여 저장하는 물 저장 탱크(160)를 포함하며, 물 저장 탱크(160)에 저장된 물은 제 2 수소 연료 전지(140)로 공급된다. 나아가, 제 2 수소 연료 전지(140)와 물 저장 탱크(160) 사이에도 물 흐름 채널(150)이 설치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 2에 도시된 것처럼, 제 1 수소 연료 전지(130)는 물 흐름 채널(150)과 수소 저장 장치(120) 사이에 설치될 수 있으며, 제 2 수소 연료 전지(140)는 수소 저장 장치(120)와 물 저장 탱크(160) 사이에 설치될 수 있다. 또한, 일 실시예에 따르면, 물 저장 탱크(160)와 제 2 수소 연료 전지(140) 사이에는 물 저장 탱크(160)로부터 제 2 수소 연료 전지(140)로 공급되는 물의 양 및 공급 시간을 제어하는 제어 밸브(170)가 설치될 수 있다. 제어 밸브(170)의 개폐에 따라 물 저장 탱크(160)에 저장된 물을 제어할 수 있다. 즉, 측정하고자 하는 시간대 별로 제어 밸브(170)을 열어서 용존 산소량을 측정함으로써 용존되어 있는 산소량의 변화를 측정 할 수 있다.
이와 같은 용존 산소량 측정 장치(10)는 전국에 분포되어 있는 하천에 직접 설치될 수 있다. 따라서, 제 1 수소 연료 전지(130)에는 물 흐름 채널(150)을 통해 미생물이 존재하는 물이 실시간으로 공급될 수 있다. 그리고, 물 저장 탱크(160)에는 하천으로부터 공급되어 미생물이 존재하는 물이 저장될 수 있으며, 물 저장 탱크(160) 내에 저장된 물에 존재하는 산소는 저장 시간이 경과됨에 따라 미생물에 의해 소모되어 산소의 양이 감소될 수 있다. 즉, 제 2 수소 연료 전지(140)로 공급되는 물의 용존 산소량은, 시간에 따라 제 1 수소 연료 전지(130)에 공급되는 물의 용존 산소량보다 작을 수 있다. 또한, 실질적인 생물학적 산소요구량(BOD)는 제 1 및 제 2 수소 연료 전지들(130, 140)로부터 얻어지는 산소의 양의 차이에 의해서 결정된다. 제 1 및 제 2 수소 연료 전지들(130, 140)에서 용존 산소량을 측정하는 방법에 대해서는 도 2 및 도 4를 참조하여 후술한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용존 산소량 측정 장치에 구비된 수소 발생 장치를 상세히 나타내는 도면이다.
일 실시예에서, 수소 발생 장치(110)는 태양광에 의해 생성된 전기 에너지에 의해 구동될 수 있다. 그리고, 수소 발생 장치(110)는 하천에서 취수된 물을 전기 분해함으로써, 수소를 발생시킬 수 있다. 수소 발생 장치(110)에서 발생된 수소는 물리적 화학적 저장 방법을 통하여 수소 저장 장치(120)에 안전하게 저장될 수 있다. 이 때, 저장되는 방법은 가스 상태에 의한 수소 저장과 수소 저장 매체에 흡착된 형태로 저장 될 수 있다. 수소 저장 매체에 흡착되어 저장될 경우에 물리적 결합 및 화학적 결합을 통하여 수소가 저장 매체에 흡착되게 되며, 이러한 물리적 화학적 결합에 의한 수소 저장으로부터 수소를 배출하기 위하여 열발생 장치(미도시)가 구비될 수 있다. 이러한 열 발생 장치는 물리적 화학적 결합으로 이루어진 수소 저장에서 수소를 외부로 배출하기 위하여 열 에너지를 공급함으로써 수소의 열 에너지를 증가시키고 이로 인하여 수소를 수소 저장 매체로부터 탈착시키는 효과를 얻을 수 있다.
도 3을 참조하면, 수소 발생 장치(110)는 챔버(111), 양전극(113) 및 음전극(115), 전극들(113, 115)에 전압을 인가하는 전원 장치(117)를 포함한다.
챔버(111)에는 하천으로부터 물이 유입되는 유입구(111a)와 전기 분해된 물이 배출되는 배출구(111b)가 설치된다. 챔버(111)는 분리막(114)에 의해 음극 챔버와 양극 챔버로 분할될 수 있으며, 양극 챔버 내에는 양전극(113)이 설치되고, 음극 챔버 내에는 음전극(115)이 설치된다. 양극 챔버와 음극 챔버 각각에는 전기 분해에 의해서 생성된 산소 가스 및 수소 가스를 배출하기 위한 가스 배출관들(111c, 111d)이 설치될 수 있다.
챔버(111)를 분할하는 분리막(114)은 수소 이온 교환막(PEM; Proton Exchange Membrane)일 수 있으며, 이와 달리, 분리막(114)은 무기질 격막(Inorganic Membrane), 석면(Asbestos) 또는 특수 다공성 격막(Special Porous Diaphragm) 등이 사용될 수도 있다.
양전극(113) 및 음전극(115)은 전원 장치(117)로부터 소정 전압이 인가될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 양전극(113) 및 음전극(115)은 태양 전지의 전원 전극에 연결될 수 있다. 그리고, 양전극(113) 및 음전극(115)은 백금과 같은 귀금속, 니켈, 코발트 또는 구리가 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 전원 장치(117)는 태양 전지일 수 있으며, 태양 전지는 p-n 접합을 이루는 반도체 다이오드에 태양광이 입사되면 전자가 생성되는 광기전효과(photovoltaic effect)를 이용하여 태양광을 직접 전기로 변환하는 소자이다. 태양 전지는 염료 감응형 태양 전지, 실리콘 태양전지, 화합물 반도체 태양전지 및 적층형 태양전지 중에서 선택된 것일 수 있다. 태양 전지는 챔버(111) 내에 설치된 전극들(113, 115) 양단에 소정의 전압을 인가할 수 있다.
이와 같은 수소 발생 장치(110)에서는, 태양 전지로부터 양전극(113) 및 음전극(115)에 전압이 인가되면, 챔버(111) 내에 유입된 물이 산소(O2), 전자(e-), 수소 이온(H+/proton)으로 전기 분해될 수 있다. 그리고, 수소 이온은 물에 용해되어 분리막(114)을 통해 음전극(115)으로 이동하고, 전자는 태양 전지를 통해 양전극(113)에서 음전극(115)으로 이동한다. 이에 따라 음전극(115)에서는 전자와 수소 이온이 반응하여 수소 가스가 생성될 수 있다. 즉, 수소 발생 장치(111)의 음극 챔버에서 수소가 발생될 수 있으며, 양극 챔버에서 산소가 발생될 수 있다. 음극 챔버에서 발생된 수소는 가스 배출관(111d)을 통해 수소 저장 장치(도 2의 120)에 저장될 수 있으며, 양극 챔버에서 발생된 산소는 가스 배출관(111c)을 통해 외부로 배출될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용존 산소량 측정 장치에 구비된 제 1 수소 연료 전지를 나타내는 도면이다.
일 실시예에서, 제 1 및 제 2 수소 연료 전지들(도 2의 130, 140)은, 수소 저장 장치(120)로부터 공급된 수소 가스가 하천에서 취수된 물의 산소와 화학 반응할 때 발생되는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 변환시킨다. 일 실시예에서, 제 1 수소 연료 전지(130)는 하천에서 실시간으로 공급되는 물에 존재하는 산소의 양을 측정할 수 있으며, 제 2 수소 연료 전지(140)는 하천에서 취수된 물에 존재하는 미생물에 의해 소모되는 산소의 양을 측정할 수 있다.
제 1 수소 연료 전지(도 2의 130)는, 도 4에 도시된 것처럼, 캐소드(131), 애노드(133), 수소 이온 교환막(135), 및 전기적 신호 측정부(즉, 외부 회로; 137)를 포함한다. 여기서, 캐소드(131) 및 애노드(133)는 백금과 같은 귀금속, 니켈, 코발트 또는 구리가 사용될 수 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 수소 연료 전지들(도 2의 130, 140)은 수소 가스를 애노드(133)에 전달하기 위한 유입구(미도시)와 산소 가스를 캐소드(131)에 전달하기 위한 유입구(미도시)를 포함할 수 있다. 이와 마찬가지로, 제 2 수소 연료 전지(도 2의 140) 또한 제 1 수소 연료 전지(도 2의 130)와 동일한 구성을 포함할 수 있다. 애노드(133)에 공급된 수소 가스는 촉매에 의해 수소 이온과 전자로 분리되고, 수소 이온은 수소 이온 교환막(135)을 통과하여 캐소드(131)로 이동한다. 캐소드(131)에서 수소 이온은 물 흐름 채널(150)로부터 캐소드(131)에 공급된 물에 존재하는 산소와 결합하여, 새로운 물을 생성할 수 있다. 다시 말해, 애노드(133)에서는 촉매로 인해 수소 가스가 산화되어 수소 이온이 발생되며, 수소 이온은 수소 이온 교환막(135)을 통과하여 캐소드(131)에서 산소와 반응하여 환원된다.
그리고, 애노드(133)에서 생성된 전자는 수소 이온 교환막(135)을 통해 이동하지 못하고, 전기적 신호 측정부(즉, 외부 회로; 137)를 통하여 캐소드(131)로 이동된다. 전자가 전기적 신호 측정부(즉, 외부 회로; 137)를 통하여 캐소드(131)로 이동함에 따라 전류가 발생되며, 이는 전류계 및/또는 전압계와 같은 전기적 신호 측정부(137)에서 측정될 수 있다. 다시 말해, 애노드(133)에서 캐소드(131)로 수소 이온의 이동은 전기적 신호 측정부(137)에서 전류 또는 전압 변화로 출력될 수 있다. 그리고, 하천에서 공급된 물과 수소 이온이 반응할 때, 전기적 신호 측정부(137)에서 측정되는 전류 또는 전압은 물 속에서 산소의 양(즉, 용존 산소량)에 따라 달라진다. 따라서, 제 1 수소 연료 전지(130)는 실시간으로 유입되는 물에 용존되어 있는 산소를 측정할 수 있다. 그리고, 제 2 수소 연료 전지(140)에서는, 하천에서 공급된 물이 물 저장 탱크(160)에 일정시간 저장됨에 따라, 미생물에 의해 감소된 산소의 양이 측정될 수 있다. 나아가, 제 2 수소 연료 전지(160)에서는 감소된 산소의 양이 측정되므로, 제 2 수소 연료 전지(160)에서 측정되는 전류 및 전압은 제 1 수소 연료 전지(130)에서 측정되는 전류 및 전압보다 낮을 수 있다. 그러므로, 제 1 및 제 2 수소 연료 전지들(130, 140)에서 측정한 산소량의 차이를 분석함에 따라, 하천에서 실질적으로 필요한 생물학적 산소 요구량(BOD)을 측정할 수 있다.
보다 상세하게, 도 2 및 도 4를 참조하면, 제 1 수소 연료 전지(130)의 애노드(133)에는 수소 저장 장치(120)로부터 수소 가스가 공급될 수 있다. 그리고, 제 1 수소 연료 전지(130)의 캐소드(131)에는 하천으로부터 유입된 물이 물 흐름 채널(150)을 통해 실시간으로 및 연속적으로 공급될 수 있다. 여기서, 제 1 수소 연료 전지(130)의 전기적 신호 측정부(137)는 애노드(133)와 캐소드(131) 사이에 연결되며, 실시간으로 하천에서 공급되는 물에 존재하는 산소와 수소 이온이 반응할 때의 전기적 신호를 측정한다. 즉, 제 1 수소 연료 전지(130)에는 하천에서 물이 실시간으로 공급되므로, 실시간으로 용존 산소량을 측정할 수 있다.
한편, 도 2를 참조하면, 제 2 수소 연료 전지(140)에서는, 수소 저장 장치(120)로부터 수소 가스가 애노드(143)에 공급되며, 물 저장 탱크(160)로부터 캐소드(141)에 물이 공급될 수 있다. 물 저장 탱크(160)와 제 2 수소 연료 전지(140) 사이에는 물을 지속적으로 공급하기 위한 물 흐름 채널(150)이 설치될 수 있으며, 나아가, 물 저장 탱크(160)와 제 2 수소 연료 전지(140)와 연결된 물 흐름 채널(150) 사이에는 물 저장 탱크(160)에 저장된 물의 공급을 제어할 수 있는 제어 밸브(도 1의 170)가 설치될 수 있다. 제어 밸브(도 1의 170)는 지속적으로 또는 일정 간격으로 물 저장 탱크(160)에 저장된 물을 제 2 수소 연료 전지(140)로 공급할 수 있다. 즉, 제 2 수소 연료 전지(140)에서는 원하는 시간마다 용존 산소량을 측정할 수 있다.
제 2 수소 연료 전지(140)의 전기적 신호 측정부는, 도 4에 도시된 제 1 수소 연료 전지(140)의 전기적 신호 측정부(137)처럼, 애노드(143)와 캐소드(141) 사이에 연결되며, 미생물에 의해 산소가 소모된 물에 존재하는 산소와 수소 이온이 반응할 때의 전기적 신호를 측정한다.
하천에서 공급되어 물 저장 탱크(160)에 저장된 물에는 호기성 미생물이 존재하므로, 물 저장 탱크(160)에 저장된 물은 시간이 경과할수록 미생물에 의해 산소가 소모될 수 있다. 이에 따라, 하천에 존재하는 미생물의 양을 분석하기 위해, 물 저장 탱크(160)에 저장된 물은 일정 시간이 경과한 뒤 제어 밸브(도 1의 170)를 통해 제 2 수소 연료 전지(140)로 공급될 수 있다. 여기서, 물의 공급 시간 및 유량은 제어 밸브(도 1의 170)에 의해 조절될 수 있다.
물 저장 탱크(160)에서 제 2 수소 연료 전지(140)로 공급되는 물은 미생물에 의해 산소가 소모되기 때문에, 하천에서 제 1 수소 연료 전지(130)로 실시간 공급되는 물 속에 존재하는 산소의 양에 비해 산소의 양이 적다. 즉, 제 2 수소 연료 전지(140)에는 하천에서 공급된지 소정 시간이 경과한 물이 공급되므로, 초기값에 대한 변이를 측정할 수 있다. 나아가, 제 2 수소 연료 전지(140)에서는 제어 밸브(170)를 통해 물의 공급 시간이 제어될 수 있으므로, 시간대 별로 용존 산소량을 측정할 수 있다. 즉, 일 실시예에 따른 용존 산소량 측정 장치(10)는 시간대 별로 미생물에 의해 소모되는 산소의 양을 측정할 수도 있다.
이와 같이 용존 산소량 측정 장치(10)의 제 1 및 제 2 수소 연료 전지들(도 2의 130, 140)에서 측정되는 전기적 신호는, 도 5에 도시된 것처럼, 중앙 처리부(도 5의 30a, 30b, 30c)으로 전송되어 용존 산소량의 차이로 분석될 수 있다. 여기서, 용존 산소량의 차이(즉, 제 1 및 제 2 수소 연료 전지들에서 측정되는 전기적 신호의 차이)는 하천에 존재하는 미생물의 양에 비례할 수 있다. 즉, 하천에 존재하는 미생물의 양이 적을수록 제 1 및 제 2 수소 연료 전지들(도 2의 130, 140)에서 측정되는 전기적 신호의 차이가 작으며, 하천에 존재하는 미생물의 양이 많을수록 제 1 및 제 2 수소 연료 전지들(도 2의 130, 140)에서 측정되는 전기적 신호의 차이가 클 수 있다. 다시 말해 제 1 수소 연료 전지(130)에서 측정된 전기적 신호와, 제 2 수소 연료 전지(140)에서 측정된 전기적 신호의 차이가 클수록, 하천에서 취수된 물에 존재하는 미생물의 양이 많다는 것을 알 수 있으며, 이를 토대로 하천의 수질을 파악할 수 있다. 따라서, 제 1 및 제 2 수소 연료 전지들(도 2의 130, 140)에서 측정되는 전기적 신호의 차이를 분석함으로써 하천에 존재하는 미생물의 양을 예측하여 하천의 수질을 관리할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 용존 산소량 측정 시스템을 구비하는 하천 관리 시스템을 나타내는 개념도이다.
일 실시예에 따르면, 하천 관리 시스템은 전국에 분포된 하천들 각각에 설치되는 용존 산소량 측정 시스템들(1a, 1b, 1c)과, 용존 산소량 측정 시스템들에서 측정된 데이터를 수신하는 수신부(60) 및 용존 산소량 측정 시스템들에서 측정된 용존 산소량을 분석 및 관리하는 중앙 하천 관리 시스템(70)을 포함한다.
전국에 분포된 하천들 각각에 설치되는 용존 산소량 측정 시스템들(1a, 1b, 1c)은, 도 5에 도시된 바와 같이, 용존 산소량 측정 장치(10a, 10b, 10c), 수질 감지부(20a, 20b, 20c), 중앙 처리부(30a, 30b, 30c), 위치 수신부(40a, 40b, 40c), 및 정보 송신부(50a, 50b, 50c)를 포함한다. 이와 같은 용존 산소량 측정 시스템들(1a, 1b, 1c)은 전국에 분포된 하천들 각각에 설치될 수 있다.
수질 감지부(20a, 20b, 20c)는 하천의 용존 산소량 이외에, 하천에 존재하는 인 및 질소의 양을 분석하여 얻어진 정보를 감지한다.
중앙 처리부(30a, 30b, 30c)는 각각의 용존 산소량 측정 장치들(10a, 10b, 10c), 수질 감지부(20a, 20b, 20c) 및 위치 수신부(40a, 40b, 40c)로부터 전송된 데이터들을 처리한다. 즉, 중앙 처리부(30a, 30b, 30c)는 산소의 양에 대한 데이터 및 기타 수질 데이터를 취합하여 비교 분석한다.
위치 수신부(40a, 40b, 40c)는, 인공위성 자동위치 확인 시스템(GPS: Global Positioning System)을 이용하여 용존 산소량 측정 장치들(10a, 10b, 10c)이 설치된 각각의 위치 정보를 수신한다.
정보 송신부(50a, 50b, 50c)는 중앙 처리부(30a, 30b, 30c)에서 처리된 데이터를 중앙 하천 관리 시스템과(70) 연결된 수신부(60)로 송신한다. 그리고, 중앙 하천 관리 시스템(70)에서는 용존 산소량 측정 시스템들(1a, 1b, 1c)에서 측정된 용존 산소량을 분석하고, 이에 따라 하천들의 수질을 관리한다.
이와 같은 용존 산소량 측정 시스템에 따르면, 용존 산소량 측정 장치(10)가 하천에 직접 설치되므로, 용존 산소량을 측정하기 위해 하천에서 물을 취수하여 실험실에서 배양하는 단계가 생략될 수 있다. 즉, 용존 산소량을 측정하는데 필요한 인력 및 시간을 줄일 수 있다. 또한, 하천에 직접 설치되는 용존 산소량 측정 장치는 태양광을 에너지원으로 이용하므로, 반영구적으로 사용할 수 있다. 나아가, 전국에 분포된 각 하천들에 용존 산소량 측정 장치를 설치하고, 용존 산소량 측정 장치들부터 전송된 데이터를 취합하여 비교 및 분석함으로써 전국 하천의 수질을 비교 및 관리 할 수 있다. 또한, 이러한 용존 산소량 측정 장치는 장치의 구동을 위한 에너지원을 태양으로부터 얻을 수 있는 전기 에너지를 활용함으로써 추가적인 에너지의 공급 및 관리가 불필요하게 된다. 즉, 용존 산소량 측정 장치에 수소를 발생시킬 수 있는 태양 전지는 추가적으로 전기 에너지 저장 장치인 2차 전지(미도시)를 설치함으로써 전력의 저장 및 관리가 편리하게 진행될 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (10)

  1. 수소를 저장하는 수소 저장 장치;
    상기 수소 저장 장치에 저장된 수소와, 외부로부터 실시간으로 공급되는 물을 반응시켜 제 1 전기 에너지를 생성하는 제 1 수소 연료 전지;
    상기 외부로부터 공급된 물을 저장하는 물 저장 탱크;
    상기 물 저장 탱크로부터 공급되는 물과, 상기 수소 저장 장치에 저장된 수소를 반응시켜 제 2 전기 에너지를 생성하는 제 2 수소 연료 전지; 및
    상기 제 1 전기 에너지와 상기 제 2 전기 에너지의 차이를 분석하는 제어부를 포함하는 용존 산소량 측정 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    태양광으로부터 생성된 전기 에너지를 이용하여 외부에서 공급된 물을 전기 분해함으로써 수소를 발생시키는 수소 발생 장치를 더 포함하는 용존 산소량 측정 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 태양광으로부터 생성된 전기 에너지에 의해 전체 시스템이 구동되는 용존 산소량 측정 시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 수소 발생 장치는,
    외부로부터 공급된 물을 저장하는 챔버;
    상기 챔버 내에 설치되는 양전극 및 음전극;
    상기 챔버 내에서 상기 양전극과 상기 음전극 사이에 설치되는 수소 이온 교환막; 및
    상기 챔버 외부에 설치되며, 상기 양전극과 상기 음전극에 연결되는 태양 전지를 포함하는 용존 산소량 측정 시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 수소 연료 전지는 양전극, 음전극, 상기 양전극과 상기 음전극 사이의 수소 이온 교환막, 및 상기 양전극과 상기 음전극 사이를 전기적으로 연결하는 외부 회로를 포함하되,
    상기 음전극에 상기 수소가 공급되며, 상기 양전극에 외부에서 실시간으로 물이 공급되는 것을 특징으로 하는 용존 산소량 측정 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 외부 회로는 상기 제 1 전기 에너지를 측정하는 전압계 및/또는 전류계인 것을 특징으로 하는 용존 산소량 측정 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 수소 연료 전지의 상기 양전극으로 상기 외부로부터의 물을 지속적으로 공급하는 물 흐름 채널을 더 포함하는 용존 산소량 측정 시스템.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 수소 연료 전지는, 양전극, 음전극, 상기 양전극과 상기 음전극 사이의 수소 이온 교환막, 및 상기 양전극과 상기 음전극 사이를 연결하는 외부 회로를 포함하되,
    상기 음전극에 상기 수소가 공급되며, 상기 양전극에 상기 물 저장 탱크에 저장된 물이 공급되는 것을 특징으로 하는 용존 산소량 측정 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 외부 회로는 상기 제 2 전기 에너지를 측정하는 전압계 및/또는 전류계인 것을 특징으로 하는 용존 산소량 측정 시스템.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 물 저장 탱크로부터 상기 제 2 수소 연료 전지의 상기 양전극으로 공급되는 물의 유량 및 공급 시간을 제어하는 제어 밸브를 더 포함하는 용존 산소량 측정 시스템.
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