KR101787070B1 - 태양광을 이용한 미세기포 수질개선장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광을 주전력으로 사용하며 선박의 형태로 이루어져 수상에 부유한 상태로 수중에 미세기포를 분사함으로 수질을 개선하는 태양광을 이용한 미세기포 수질개선장치에 관한 것이다.

Description

태양광을 이용한 미세기포 수질개선장치 {MICRO-BUBBLE WATER PURIFICATION DEVICE USING THE SOLAR ENERGY}

본 발명은 미세기포를 이용한 수질개선장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광을 주전력으로 사용하며 선박의 형태로 이루어져 수상에 부유한 상태로 수중에 미세기포를 분사함으로 수질을 개선하는 태양광을 이용한 미세기포 수질개선장치에 관한 것이다.

수자원 확보 차원에서 만들어진 중소 규모 저수지 및 대규모 다목적 댐과 같은 정체성 수역이나 강이나 바다와 같은 반정체성 수역에서는 하절기에 조류가 대량 발생하여 수질 오염을 심화시켜 용수의 사용을 어렵게 하고 있다. 특히, 하절기수온 상승과 함께 다른 수온층이 만들어져 물의 순환과 대류에 지장을 주며, 이로 인해 저층으로의 산소 공급이 악화되면서 만들어지는 혐기성 환경은 저질층으로부터 영양 염류를 용출시킨다. 또한, 강우량이 증가시 수역으로 대량의 오염 물질이 같이 들어와 조류의 영양원이 되어 조류의 대량 발생의 원인이 되고 있다.

이러한 조류에 대한 대책으로 물의 강제 순환, 저층의 산소 공급, 살조제 살포 및 발생 조류의 분리 처분 등과 같은 여러 가지 수단이 이용되고 있지만, 이러한 방법은 조류 발생 억제 효과가 미흡하고 경제성이 낮으며 살조제에 의한 2차 오염의 우려가 있다.

따라서 이와 같은 기존의 조류 처리 방식의 문제점을 해결하고, 이동식으로 적용하였을 때 넓은 수면적에도 적용이 가능하여 정체성 수역에서 고질적으로 반복되고 있는 조류를 처리하기 위한 장치가 요구되었다.

한국공개특허 제10-2011-0046132호 (2011.05.04. 공개)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 태양광을 주전력으로 사용하는 독립된 전원계통 및 자체이동 기능을 갖고 수중으로 미세기포를 분사하여 수질을 개선하도록 하는 태양광을 이용한 미세기포 수질개선장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 위해 본 발명은 미세기포를 이용한 수질정화장치에 있어서, 태양광을 통해 전력을 생산하는 태양전지판 및 생산된 전력을 저장하는 배터리와, 부력을 형성하는 부력체를 구비하여 수표면에 부상하는 몸체; 공기를 흡입하고 흡입된 공기를 수중으로 분산 혼입시키는 미세기포생성부; 상기 미세기포생성부에서 분출되는 미세기포의 방향을 제어하여 상기 몸체를 이동시키는 이동부; 위치 및 시간정보를 생성하는 GPS모듈부와, 무선신호를 송수신하는 통신부와, 상기 배터리의 전원을 공급받고 상기 위치 및 시간정보 및 수신된 제어신호를 반영하여 상기 미세기포생성부 및 이동부를 제어하는 제어부를 구비하는 제어반을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 미세기포생성부는 외주면에 복수의 흡입공이 형성된 파이프와, 상기 파이프의 하단에 설치되는 공기분산체와, 상기 파이프의 상단에 설치된 모터로 이루어지되, 상기 공기분산체는 상기 파이프의 하단에 형성되며 외주면 측으로 연통되는 다수의 분출구를 갖는 분사체와, 상기 분사체의 상측과 하측을 각각 덮는 원판형상의 상부커버 및 하부커버와, 일정간격으로 형성된 다수의 블레이드로 구성되며, 상기 이동부는 상기 공기분산체의 외측을 따라 회전하며 일부구간을 차단하는 차단판으로 이루어질 수 있다.

또는 상기 미세기포생성부는 물을 흡입 및 가압하여 토출하는 펌프와, 상기 펌프의 토출측에 연결되어 공기를 흡입하는 이젝터와, 상기 펌프로부터 토출되는 물을 수면하로 분사하되 서로 상이한 방향으로 형성된 복수의 노즐로 구성되되, 상기 이동부는 상기 제어부를 통해 개폐되며 상기 복수의 노즐에 각각 형성된 개폐수단으로 이루어질 수 있다.

또한, 용존산소농도를 측정하는 센서부; 상기 몸체 하측에 형성되어 전동방식을 통해 회전하는 프로펠러로 이루어진 해파리처치부; 를 더 포함하고, 상기 제어부는 생성된 위치 및 시간정보와 상기 센서부의 측정결과를 저장하는 저장부를 더 포함하고 상기 저장부의 저장정보를 상기 통신부를 통해 송신하도록 구성되며, 상기 통신부를 통해 송신된 정보를 수신하여 지역별로 분류한 데이터베이스를 형성하는 서버를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 몸체 상측으로 형성되며, 상기 펌프에서 토출되는 물을 분사하도록 형성된 개폐수단을 구비한 분수노즐부를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 태양광을 활용하여 전력을 생산함에 따라 친환경적이고 반영구적이며 장비의 설치를 위해 별도의 인프라를 구축할 필요 없이 독립적으로 오염된 물을 저비용으로 정화할 수 있다. 또한, 녹조의 처리 이외에도 하수 처리 장치, 특히, 중공업 공장의 하수 처리 장치로도 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 외형을 나타낸 외형도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기분산체의 모습을 나타낸 외형도,
도 4는 본 발명의 이 실시예에 따른 외형을 나타낸 외형도,
도 5는 본 발명의 이 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명 태양광을 이용한 미세기포 수질개선장치의 구성을 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 외형을 나타낸 외형도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도이다.

먼저, 본 발명은 수질개선이 요구되는 장소의 수면에 부상하는 선박의 형태의 구조로 이루어지며, 부력을 형성하는 부력체(101)를 구비하여 수표면에 부상하는 몸체(100)를 구비하게 된다. 이때 물 위에서도 작업자가 상기 몸체(100)에 올라 작업할 수 있도록 구성되어 후술되는 제어반(160)이나 모터(M) 등을 수리하거나 조작할 수 있게 된다.

또한, 첨부된 도 1에서는 상기 부력체(101)로 부력탱크를 도시하고 있으며 이는 본 발명 태양광을 이용한 미세기포 수질개선장치를 수면위에 부상시키기 위한 하나의 예시로서, 부력탱크가 아닌 다른 종류의 부력체가 다양하게 사용될 수 있으며, 상기 몸체(100) 하부에는 육상에서의 이동을 용이하도록 하는 바퀴를 설치하여 수질정화가 필요한 수역으로의 이송이 원활하도록 할 수 있다.

또한, 상기 몸체(100) 상부에는 태양광을 통해 전력을 생산하는 태양전지판(110) 및 생산된 전력을 저장하는 배터리(111)가 구비되어 일조량이 양호한 날 전력을 비축하여 상시 전력을 공급할 수 있도록 한다.

또한, 상기 몸체(100)에는 상측의 공기를 흡입하고 흡입된 공기를 수중으로 분산 혼입시키는 미세기포생성부(120)가 형성된다. 즉 공기를 5㎛ 이하의 직경을 가진 초미세 기포로 형성하며 수중에 분사하는 것으로, 마이크로 버블로 불리는 이와 같은 미세기포는 물 표면으로 상승해 터지는 일반 기포와는 달리 수중에서 압력에 의해 축소되며 다양한 에너지를 발생시키며 소멸하게 되며, 수면에서 소멸 시 원형 세포들을 소멸시키는 효과를 나타낸다.

또한, 미세기포는 기체 용해 효과, 자기 가압 효과, 대전 효과 등의 물리적, 화학적 특성이 있으며, 기존의 용존 산소를 개선하기 위해 사용되던 오존과 다르게 인체에 유해하지 않고, 훨씬 더 경제적이고 효율적으로 용존 산소의 농도를 높여 오염된 물을 정화하고 살균할 수 있다.

이와 같은 미세기포는 다양한 방법으로 생성될 수 있으며, 대표적인 예로 가압 용해식, 2상류 선회 방식을 들 수 있다.

산소 등 기체가 수중에 용해하는 경우 베르누이 법칙 PV=P’V’에 따라 압력에 비례하여 기체의 용해량도 증가하며 가압 용해 방식은 이러한 기체의 용해량의 특성을 이용하게 된다. 가압 용해 방식은 고압으로 충분한 양의 기체를 수중에 용해시킨 후 감압하여 용해한 기체의 과포화 조건을 만들 수 있다.

과잉 용해된 기체는 불안정한 상태가 되고 과포화 기체 분자는 물로부터 탈기하려는 경향이 있으므로 충분한 압력에 의하여 마이크로 버블 형태의 미세 기포가 발생될 수 있다.

2상류 선회 방식은 액체에 소용돌이를 발생시켜 기압 차이로 기체를 흡입하며 소용돌이가 붕괴 될 때 방출된 기포를 미세화하는 방식이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기분산체의 모습을 나타낸 외형도로서, 발명의 일 실시예에서는 2상류 선회 방식으로 상기 미세기포생성부(120)는 외주면에 복수의 흡입공이 형성된 파이프(121)와, 상기 파이프(121)의 하단에 설치되는 공기분산체(123)와, 상기 파이프(121)의 상단에 설치된 모터(M)로 이루어지게 된다.

이때 상기 공기분산체(123)는 구체적으로 상기 파이프(121)의 하단에 형성되며 외주면 측으로 연통되는 다수의 분출구를 갖는 분사체(124)와, 상기 분사체(124)의 상측과 하측을 각각 덮는 원판형상의 상부커버(125) 및 하부커버(126)와, 상기 상부커버(125) 및 하부커버(126) 사이에 외주측으로 일정간격으로 형성된 다수의 블레이드(127)로 이루어지게 된다.

즉 상기 모터(M)를 통해 상기 파이프(121)를 회전하게 되면 수중에 위치한 공기분산체(123)가 회전하여 물에 소용돌이를 발생하여 압력을 떨어뜨리게 되므로 수상에 위치한 상기 흡입공(122)을 통해 공기의 흡입이 이루어지게 된다. 이후 흡입된 공기는 상기 분사체(124)를 거쳐 수중으로 분출되며 상기 블레이드(127)의 작용을 통해 더욱 미세화되어 수중에 분산된다.

또한, 상기 몸체(100)의 이동을 위해 상기 미세기포생성부(120)에서 분출되는 미세기포의 방향을 제어하여 상기 몸체(100)를 이동시키는 이동부가 구성된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 이동부는 상기 공기분산체(123)의 외측을 따라 회전하며 일부구간을 차단하는 차단판(128)으로 이루어진다. 즉 상기 공기분산체(123)의 작용을 통해 수중에서 360도 전방향을 통해 분출되는 미세기포에 대하여 상기 차단판(128)을 통해 일부를 차단함으로 상기 차단판(128)에 부딪히는 미세기포의 반발력에 의해 상기 몸체(100)가 이동하도록 하는 것이다. 이때 상기 차단판(128)을 움직이기 위한 별도의 모터(M)가 구비되며, 첨부된 도 2에서는 상기 파이프를 회전시키기 위한 모터를 #1모터, 상기 차단판을 움직이기 위한 모터를 #2모터로 구분표시하였다.

또한, 상기 몸체(100)에는 수중에 위치하여 용존산소농도를 측정하는 센서부(140)가 구비되어 수질 상태를 확인할 수 있도록 한다.

더불어 상기 몸체(100) 상부에는 제어반(160)이 형성되며, 상기 제어반(160) 내부에는 위치 및 시간정보를 생성하는 GPS모듈부(162)와, 무선신호를 송수신하는 통신부(163)와, 상기 배터리(111)의 전원을 공급받고 상기 미세기포생성부(120) 및 이동부 즉 상기 모터(M)와, GPS모듈부(162)와 통신부(163)를 제어하는 MCU에 해당하는 제어부(161)가 내장된다. 또한, 상기 제어부(161)는 상기 위치 및 시간정보와 상기 센서부(140)의 측정결과를 상기 통신부(163)를 통해 송신하게 되며, 수신된 제어신호 또는 미리 프로그램된 제어명령을 반영하여 상기 미세기포생성부(120) 및 이동부의 제어가 이루어지도록 한다.

이때 상기 통신부(163)를 통해 송신된 정보는 원격의 서버(S)를 통해 수신되며, 상기 서버(S)에서는 다수의 장치로부터 수신된 정보를 지역별로 분류한 데이터베이스를 구축하게 된다. 또한, 관리자가 상기 서버(S)에 상기 태양광을 이용한 미세기포 수질개선장치의 동작을 위한 제어명령을 인가하여 상기 통신부(163)로 송신함으로 동작제어가 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 해파리가 많은 지역에서의 이동 및 수질개선작업이 용이하게 이루어질 수 있도록 상기 몸체(100) 하부에는 전동방식을 통해 회전하며 상기 제어부(161)를 통해 제어되는 프로펠러로 이루어진 해파리처치부(150)를 구성하여 해파리가 많은 지역에서 동작하도록 하여 해파리를 제거할 수 있도록 구성할 수 있다.

도 4는 본 발명의 이 실시예에 따른 외형을 나타낸 외형도, 도 5는 본 발명의 이 실시예에 따른 구성 및 연결관계를 나타낸 블록도이다. 이하의 실시예에서는 상술한 본 발명의 일 실시예에서 설명된 구성과 동일한 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 이 실시예에서 상기 미세기포생성부(120)는 물을 흡입 및 가압하여 토출하는 펌프(131)와, 상기 펌프(131)의 토출측에 연결되어 공기를 흡입하는 이젝터(132))와, 상기 펌프(131)로부터 토출되는 물을 수면하로 분사하되 서로 상이한 방향으로 형성된 복수의 노즐(133)로 구성된다.

이는 상기 펌프(131)를 통해 토출되는 물이 상기 이젝터(132))를 통과하며 압력이 떨어짐에 따라 외부의 공기가 자연스럽게 혼입되도록 하는 것으로, 혼입된 공기가 물에 미세기포형태로 분산된 상태로 상기 노즐(133)을 통해 분사시키는 것이다.

또한, 상기 이동부는 상기 제어부(161)를 통해 개폐되며 상기 복수의 노즐(133)에 각각 형성된 개폐수단(V)으로 구성된다. 즉 첨부된 도면에서와같이 전후좌우 4방향으로 형성된 4개의 노즐(133)에 각각 전자밸브 형태의 개폐수단(V)을 구비하여 선택적으로 분사가 이루어지도록 하여 분사 추진력을 통해 몸체(100)를 이동시키는 것이다. 예를 들어, 상기 몸체(100)를 서쪽으로 이동하고자 하는 경우, 반대 방향인 동쪽 방향의 노즐을 통해 물을 분사하는 것으로 인접한 2개의 개폐수단을 동시에 개방하여 대각선 방향의 이동도 가능하며, 모든 방향의 노즐을 동시에 개방함으로 몸체의 이동없이 수질정화작업만 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명의 이 실시예에서는 상기 노즐(133)과 별도로 상기 몸체(100) 상측으로 형성되며, 상기 펌프(131)에서 토출되는 물을 몸체(100) 상측으로 분사하도록 형성된 개폐수단(V)을 구비한 분수노즐부(134)를 형성하여 분수용도로 활용할 수도 있다.

부가적으로 본 발명 태양광을 이용한 미세기포 수질개선장치의 이동 메커니즘을 설명하면, 먼저 상기 이동부를 통해 상기 몸체가 수면을 이동하면서 상기 센서부(140)를 통해 수질 검사 즉 용존산소량을 측정하도록 한다. 이때 상기 센서부(140)의 측정결과는 상기 GPS모듈부(162)를 통해 생성되는 위치 및 시간정보와 함께 상기 저장부(164)에 저장되면서 상기 통신부(163)를 통해 상기 서버(S)로 전송될 수 있다. 상기 서버(S)는 전송된 정보를 기반으로 수질에 대해 실시간으로 모니터링과 함께 복수의 지역에서 전송되는 정보를 지역별로 분류하여 데이터베이스를 구축할 수 있다.

이후 수질 측정 결과를 기반으로 수질 측정 결과가 임계 수치 이하인 경우, 해당 수역에서 용존 산소의 농도가 임계 수치보다 높아질 때까지 상기 미세기포생성부(120)를 통해 정화 절차를 진행할 수 있다. 또는 상기 서버(S)를 통해 오염된 물을 정화할지 여부를 결정하여 지정된 수역 내에서의 이동 및 미세기포 생성을 위한 제어신호를 전송할 수도 있다. 또한, 하루 동안의 태양의 궤적을 미리 입력시키거나 GPS 신호의 연동에 따른 제어정보를 인터페이스하는 등을 통해 설정된 위치를 주기적으로 이동하는 등의 제어가 이루어질 수 있다.

더불어 본 발명에서는 상기 태양전지판(110)의 발전 성능을 높이기 위한 태양광 패널 관리 방법이 적용될 수 있다. 즉 본 발명은 태양광 에너지를 기반으로 태양광 발전에 의해 생성된 전력으로 동작하게 되나, 태양전지판(110)이 오염된 물이나 오염물질에 의해 쉽게 더럽혀질 수 있고 이는 발전량의 감소로 이어질 수 있어 주기적으로 태양전지판(110)에 대한 세척이 요구될 수 있다.

이를 위해 상기 태양전지판(110)의 오염 정도를 판단하고, 오염 정도가 일정 수준 이상이 되는 경우 태양전지판(110)에 대한 세척이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.

이를 위해 태양전지판(110)에 대한 오염 정도는 일사량에 따른 발전량을 고려하여 판단될 수 있다. 예를 들어, 동일한 일사량이 발생하는 날을 기준으로 발전량이 임계값 이하로 떨어지고 계속적으로 일사량 대비 발전량이 감소할 수 있다. 이러한 경우, 태양전지판(110)의 오염으로 인해 발전량이 감소한 것으로 판단하고 상기 제어부(161)를 통해 상기 분수노즐부(134)를 동작시켜 세척 절차가 진행될 수 있다.

또한, 상기 태양전지판(110)의 방향을 조절할 수 있는 전동수단을 통해 태양의 위치 및 수면에서의 위치를 기반으로 조절할 수 있다. 예를 들어, 수면상에서의 이동 방향에 따라 상기 태양전지판(110)의 위치 및 각도가 변경되면서 태양광이 최적의 조건으로 태양전지판(110)으로 입사될 수 있도록 하는 것이다. 예를 들어, 수면 위에서 동쪽으로 이동하면서 수질 오염 여부에 대해 판단하는 경우를 가정하면 상기 몸체가 동쪽으로 이동됨에 따라 변화되는 태양빛 입사 각도를 고려하여 태양광이 수직으로 입사되도록 상기 태양전지판의 각도를 변경하는 것이다.

이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 몸체 101: 부력체
110: 태양전지판 111: 배터리
120: 미세기포생성부 121: 파이프
122: 흡입공 123: 공기분산체
124: 분사체 125: 상부커버
126: 하부커버 127: 블레이드
128: 차단판 131: 펌프
132: 이젝터 133: 노즐
134: 분수노즐부 140: 센서부
150: 해파리처치부 160: 제어반
161: 제어부 162: GPS모듈부
163: 통신부 164: 저장부
V: 개폐수단 S: 서버
M: 모터

Claims (5)

1. 미세기포를 이용한 수질정화장치에 있어서,
   태양광을 통해 전력을 생산하는 태양전지판(110) 및 생산된 전력을 저장하는 배터리(111)와, 부력을 형성하는 부력체(101)를 구비하여 수표면에 부상하는 몸체(100);
   외주면에 복수의 흡입공이 형성된 파이프(121)와, 상기 파이프(121)의 하단에 형성되며 외주면 측으로 연통되는 다수의 분출구를 갖는 분사체(124)와 상기 분사체(124)의 상측과 하측을 각각 덮는 원판형상의 상부커버(125) 및 하부커버(126)와 일정간격으로 형성된 다수의 블레이드(127)로 구성되는 공기분산체(123)와, 상기 파이프(121)의 상단에 설치된 모터(M)를 구비하여, 상기 흡입공으로 흡입된 공기를 수중으로 분산 혼입시키는 미세기포생성부(120);
   상기 공기분산체(123)의 외측을 따라 회전하며 일부구간을 차단하는 차단판(128)을 구비하여 상기 미세기포생성부(120)에서 분출되는 미세기포의 방향을 제어하여 상기 몸체(100)를 이동시키는 이동부;
   위치 및 시간정보를 생성하는 GPS모듈부(162)와, 무선신호를 송수신하는 통신부(163)와, 상기 배터리(111)의 전원을 공급받고 상기 위치 및 시간정보 및 수신된 제어신호를 반영하여 상기 미세기포생성부(120) 및 이동부를 제어하는 제어부(161)를 구비하는 제어반(160)을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 미세기포 수질개선장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   용존산소농도를 측정하는 센서부(140);
   상기 몸체(100) 하측에 형성되어 전동방식을 통해 회전하는 프로펠러로 이루어진 해파리처치부(150); 를 더 포함하고,
   상기 제어부(161)는 생성된 위치 및 시간정보와 상기 센서부(140)의 측정결과를 저장하는 저장부(164)를 더 포함하고 상기 저장부(164)의 저장정보를 상기 통신부(163)를 통해 송신하도록 구성되며,
   상기 통신부(163)를 통해 송신된 정보를 수신하여 지역별로 분류한 데이터베이스를 형성하는 서버(S)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 미세기포 수질개선장치.
5. 삭제

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