KR101787621B1 - 자동 제어 수질 정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동 제어 수질 정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수면 및 저층수의 물을 순환 및 용승시키는 각각의 임펠러, 및 센싱부를 구비하고, 상기 센싱부에서 측정되는 측정값에 따라 자동으로 작동 및 정지하도록 자동 제어가 가능한 자동 제어 수질 정화장치에 관한 것이다.

Description

자동 제어 수질 정화장치{DEVICE OF AUTOMATIC CONTROLLING THE QUALITY OF WATER}

본 발명은 자동 제어 수질 정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수면 및 저층수의 물을 순환 및 용승시키는 임펠러, 및 온도와 용존산소량을 측정하는 센싱부를 구비하고, 상기 센싱부에서 측정되는 온도와 용존산소량의 측정값에 따라 자동으로 작동 및 정지하도록 자동 제어가 가능하여 친환경적으로 에너지 절약이 가능한 자동 제어 수질 정화장치에 관한 것이다.

하천, 연못, 호수 및 폐쇄 유역의 수저에 다량의 오염물질과 유기물을 함유한 생활하수와 분뇨가 과량 흘러들어가면, 미생물이 유기물을 과량 분해하므로 수역에 영양이 많아지는 부영양화 현상이 발생하게 된다. 즉, 자정 능력을 넘는 대량의 유기물이나 염류가 하천, 연못, 호수 및 폐쇄 유역의 수저 등에 유입되면 수역은 분해 산물 또는 이차 생성물 등의 영양 염류가 풍부해지는 현상이 일어나며, 이로 인하여 수초와 녹조류가 번창하고 생물학적 산소 요구량(Biochemical OxygenDemand : BOD)이 증가하게 되며, 물속의 산소 부족으로 인해 물고기 등 수중 생물이 살 수 없게 된다.

특히, 기온이 상승하면 수괴가 서로 섞이지 않고 상하로 층상을 이루어 겹치는 성층현상이 심화되어, 물 표면에서의 산소가 물 저층으로 전달되기 어려워진다. 이로 인해 물 저층에서의 용존 산소량이 약 1 ㎎/L 이하로 떨어지고, 수중의 상부와 하부에서 수온, 용존 산소의 농도 및 탁도가 상이하게 되어 수심에 따른 편차가 발생한다. 이로써 더이상 자연적인 물 순환에 의한 정화가 원활하게 이루어지지 않게 되면, 해당 수역의 수질은 더욱 악화되고 만다. 따라서, 부영양화된 수역의 수질을 개선시키기 위한 장치가 요구되고 있다.

일반적으로 수질 개선 장치는 하부로부터 표층부인 상부로 물을 순환시켜서 수질을 개선시킨다. 이러한 수질 개선 장치에는 예를 들어, 국내 등록특허공보 제 10-1048970호(2011.07.06)의 '공원 및 호수에 설치되는 태양광을 이용한 물 순환 장치', 동 등록특허공보 제 10-1036176호(2011.05.16)의 '태양광을 이용한 수처리용 교반 장치' 등이 있다. 그 외에도 펌프, 수차, 포기장치, 미세기포 발생장치 등을 이용하여 물의 정화를 도모하고 있다.

그러나, 종래의 수질 정화장치는 에너지 소모가 크고, 그에 따른 수질 정화 효과는 미비하여, 결과적으로는 수질 정화 효율이 낮은 문제점을 가지며, 소음이 발생하는 등의 부수적인 문제가 따르는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 온도, 용존 산소의 농도 및 pH의 변화를 실시간 센싱하고, 센싱된 값에 따라서 자동으로 작동 및 정지하도록 자동 제어가 가능한 자동 제어 수질 정화장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여

회전동력부를 포함하는 부유체:

상기 부유체에 탑재된 회전부;

상기 회전부에 연결되고 수면상의 물을 순환시키는 제 1 임펠러부;

상기 부유체에 탑재되고, 상기 회전부 및 제 1 임펠러부의 구동을 제어하는 제어부;

상기 부유체에 탑재된 센서부;

상기 부유체로부터 연장 형성되는 구동축; 및

상기 구동측 말단에 형성되는 제 2 임펠러부; 를 포함하는 자동 제어 수질 정화장치를 제공한다.

본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치에 있어서, 상기 부유체는 물에 부유해야 하는 구성이므로 그 재질은 물에 부유할 수 있으면서도 형상유지 강성을 가지는 FRP 또는 알루미늄 재질로 이루어지는 것이 바람직하고, 내부에 회전동력부가 설치되는 것이므로 밀봉된 상태를 유지하여야 한다.

본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치에 있어서, 상기 센서부는 복수개 포함될 수 있으며, 수중온도, 용존산소, 탁도, pH 를 센싱하고, 그 결과를 제어부로 송신하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치에 있어서, 상기 센서부는 수심에 따라 설치하여 수중온도, 용존산소, 탁도, pH 를 수중의 상부, 중부, 하부에서 측정하는 것이 가능하다.

본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 센싱부에서 측정한 자료에 따라 상기 회전부 및 제 1 임펠러부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치에 있어서, 상기 센서부는 자동 제어 수질 정화장치가 설치되는 표면에서의 온도 및 내부 에서의 온도를 측정하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치에 있어서, 상기 센서부는 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치가 설치되는 표면에서의 온도에서의 온도와 내부 에서의 온도의 차이가 0.2℃ 이상인 경우 상기 제어부에 구동신호를 송신하는 것을 특징으로 한다. 즉, 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치는 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치가 설치되는 표면에서의 온도에서의 온도와 내부에서의 온도의 차이가 0.2℃ 이상이어서 강제 대류에 의한 순환이 필요하다고 판단되는 경우 자동적으로 제어부에 신호를 발송하고, 이에 따라 제어부가 다시 제 1 임펠러부 및 회전부의 구동 신호를 송신하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치에 있어서, 상기 제 1 임펠러부 및 회전부의 구동 신호를 발송하기 위한 온도 차이는 당업자가 설치 환경에 따라 자유롭게 설정할 수 있으며, 0.2℃ 로 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치에 있어서, 상기 회전부에 설치되는 제 1임펠러와 상기 구동축 말단에 설치되는 제 2 임펠러는 동일한 방향으로 회전되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치에 있어서, 상기 회전부에 설치되는 제 1 임펠러와 상기 구동축 말단에 설치되는 제 2 임펠러는 서로 다른 방향으로 회전되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치는 상기 부유체에 탑재된 전원공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치에 있어서, 상기 부유체는 표면에 순화유도부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치에 있어서, 상기 부유체의 외주면에 형성되는 순환유도부는 제 1 임펠러에 의해 순환되는 물의 일부가 부유체의 외주면에 부딪힐 때 물의 접촉저항을 최소화하면서 물이 상하로 분산순환되는 와류작용이 용이하게 이루어질 수 있도록 외주면 둘레를 따라 유선형으로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 에너지 절약형 웨이브 수질 정화장치는 수심에 따른 온도, 용존 산소의 농도 및 pH의 변화를 실시간 센싱하여 물을 순환시킴으로써, 사전에 부영양화 및 녹조 현상을 예방할 수 있고, 유동화 장치의 작동 및 정지의 제어를 자동화함으로써, 저 에너지로 많은 양의 물을 순환시킬 수 있어 수질 정화의 효율을 높인다.

도 1은 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치에 의하여 순환이 유도되는 상태를 나타내는 모식도이다.
도 3a,b에 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치를 사용한 온도 및 용존 산소의 변화량을 측정한 결과를 나타내었다.
도 4a,b에 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치를 사용하여 전력을 조절하는 상태를 측정한 결과를 나타내었다.

이하에서는 본 발명을 도면에 의하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치를 나타내는 모식도이다. 도 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치는 회전동력부를 포함하는 부유체(10): 상기 부유체에 탑재된 회전부(12); 상기 회전부에 연결되고 수면상의 물을 순환시키는 제 1 임펠러부(30); 상기 부유체에 탑재되고, 상기 회전부 및 제 1 임펠러부의 구동을 제어하는 제어부(40); 상기 부유체에 탑재된 센서부(50); 상기 부유체로부터 연장 형성되는 구동축(11); 및 상기 구동측 말단에 형성되는 제 2 임펠러부(20); 를 포함한다.

본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치에 있어서, 상기 부유체는 내부에 회전동력부를 포함하여 상기 부유체에 연결된 구동축(11)을 회전시킨다.

본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치는 상기 제어부(40)가 상기 센싱부(50)에서 측정한 자료에 따라 상기 회전부(12) 및 제 1 임펠러부(30)의 구동을 제어하는 것을 특징으로 한다.

도 2에 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치에 의하여 순환이 유도되는 상태를 나타내었다. 도 2에서 보는 바와 같이 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치는 부유부에 탑재된 제 1 임펠러부의 회전과 상기 부유부에서 연장된 구동축에 연결되어 회전하는 제 2 임펠러부(12)에 의하여 하층부의 물을 상층부로 이동하는 대류를 유발함으로써, 하수를 순환시켜 정화하는 기능을 하게 된다.

본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치에 있어서, 상기 회전부에 설치되는 제 1 임펠러와 상기 구동축 말단에 설치되는 제 2 임펠러는 동일한 방향으로 회전되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치에 있어서, 상기 회전부에 설치되는 제 1임펠러와 상기 구동축 말단에 설치되는 제 2 임펠러는 서로 다른 방향으로 회전되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치는 상기 부유체에 탑재된 전원공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 전원공급부는 태양전지, 리튬이차전지, 축전지 등 제한없이 사용될 수 있다.

도 3 에 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치를 사용한 경우 및 비교예로서 기존 수질 정화장치를 사용한 경우 각각의 온도 및 용존 산소의 변화량을 측정한 결과를 나타내었다.

먼저 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치를 사용한 시스템에서 온도, 용존산소의 변화를 고찰하였다. 용존 산소량 측정 센서(DO meter의 센서)는 수조 중부에 설치하였으며, 초기 용존산소는 4.924mg/L 로 측정되었다.

온도 센서를 통해 수조 내의 중부 온도를 24시간 측정하고, 온도와 용존 산소량 측정 센서(DO meter의 센서) 로 측정된 용존 산소량과의 상관관계를 비교 고찰하였으며 그 결과를 도 3a에 나타내었다.

도 3a에서 보는 바와 같이 초기 수조의 상부 온도와 하부 온도는 각각 25.8℃와 24.93℃로 수내 내부의 온도편차는 약 0.87℃ 임을 알 수 있다. 이와 같은 결과로부터 수조 내의 상부 온도와 하부 온도의 편차가 0.2℃ 이내일 때 임펠러를 정지하고 그 이상의 온도편차가 있을 경우 블레이드를 가동하도록 설정하였다.

또한, 도 3a에서 보는 바와 같이 시간이 경과함에 따라 수조내의 온도가 초기 25.8℃에서 24시간 후 26.45℃로 증가하였으며, 이는 블레이드에 의한 강제 대류와 온도변화에 따른 자연대류 때문인 것으로 판단된다.

수조내의 용존산소는 초기 4.926mg/L에서 5.184mg/L으로 온도가 증가함에 따라 수조내의 용존산소가 증가하였다. 또한 도 3a에서 보는 바와 같이 실험 10시간부터 20시간 구간에서 수조내의 용존산소의 농도가 현저히 줄어들었다. 밤과 새벽 시간대여서 온도가 설정 값 이하이고, 이로 인해 앞서 설정된 온도 편차에 따른 블레이드 가동 조건에 따라 브레이드의 작동 중지로 인하여 대기 중의 산소가 수중으로 용해되지 못하여 수조내의 용존산소의 농도가 현저히 줄어든 것으로 판단된다.

도 3b 에 비교예로서 자동제어가 되지 않는 수질 정화장치에서 온도, 용존산소의 변화를 나타내었다. 용존 산소량 측정 센서(DO meter의 센서) 위치는 수조 중부에 설치하여 상기 실시예와 동일하게 수조 내의 중부 온도를 24시간 측정하여 온도와 용존산소의 상관관계를 비교 고찰하였으며 그 결과를 도 3b에 나타내었다.

초기 수조의 상부 온도와 하부 온도는 각각 30.3℃와 28.85℃로 온도편차는 1.45℃ 이었으며, 초기 용존산소는 4.994mg/L 이었다.

도 3b에서 보는 바와 같이 시간이 경과함에 따라 수조내의 온도가 초기 28.89℃에서 24시간 후 28℃로 약간 감소함을 알 수 있었으며, 이는 블레이드에 의한 강제대류와 당일 온도변화에 따른 자연대류 현상 때문인 것으로 판단된다.

수조내의 용존산소는 초기 4.994mg/L에서 5.174mg/L으로 온도가 감소함에 따라 수조내의 용존산소는 약간 증가하였으며, 이는 일반적으로 용존산소는 수면에서 공기 중의 산소가 용해되어 생성되므로 수온이 증가하면 물속의 산소 용해도가 낮아져 용존 산소량은 감소하기 때문인 것으로 판단된다.

본 발명의 실시예에 따른 자동 제어 장치를 사용한 도 3a와 비교하여 볼 때 비교예의 경우 시간에 관계없이 웨이브 시스템의 연속운전을 하기 때문에 대기 중의 산소가 계속적으로 수중으로 용해되어 용존산소의 급격한 감소는 나타나지 않지만, 도 3a의 본 발명의 실시예에 따른 자동 제어 장치를 사용한 시스템에서는 설정온도에 따라 웨이브 시스템의 운전이 중지되고, 이에 따라 대기 중의 산소가 수중으로 용해되지 못하기 때문에 급격한 용존산소의 감소가 나타나는 것으로 판단된다.

도 4에 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치를 사용하여 전력을 조절하는 상태를 측정한 결과를 나타내었다.

도 4a는 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치를 사용한 시스템에서 초기 1시간 동안 전류(current)와 전력(power) 변화를 나타낸다. 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치를 사용한 시스템에서는 전류(current)와 전력(power)은 일정한 간격을 두고 감소와 증가를 반복하고 있으며, 이는 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치를 사용한 시스템에서 강제대류에 의해 수조 내의 상부와 하부의 온도 편차가 설정 값 (Δt 0.2℃)에 도달했을 때 웨이브 시스템은 정지하고, 한편 자연대류에 의한 수조 내의 상부와 하부의 온도 편차가 설정 값 (Δt 0.2℃) 이상일 때는 웨이브 시스템이 가동되도록 설정되었기 때문이다.

도 4b는 비교예로서 자동제어가 되지 않는 수질 정화장치에서 전류(current)와 전력(power) 변화를 나타낸 것으로서, 비교예로서 자동제어가 되지 않는 수질 정화장치에서 전류(current)와 전력(power)은 실험기간 동안 거의 일정함을 확인할 수 있다.

본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치 및 비교예에 의한 자동제어가 되지 않는 수질 정화장치 시스템에서 24시간 동안 사용된 전력 사용량은 아래 표 1과 같으며, 아래 표 1에서 본 발명에 의한 자동 제어 수질 정화장치에서 사용된 전력 사용량은 약 601.1W로서 비교예에 의한 Non-control 웨이브 시스템에서 24시간 동안 사용된 전력 사용량 1293.9W 보다 약 53.54%의 에너지 절감 효과를 나타내는 것을 확인할 수 있다.

Claims (9)

1. 회전동력부를 포함하며 수면상에 위치하는 부유체:
   상기 부유체에 탑재된 회전부;
   상기 회전부에 연결되고 수면상의 물을 순환시키는 제 1 임펠러부;
   상기 회전부의 상면에 탑재되고, 상기 회전부 및 제 1 임펠러부를 구동시키는 제어부;
   상기 부유체의 외주면 양측으로부터 일직선상으로 연장되어, 말단이 수중으로 절곡되는‘ㄱ’자 형상으로 돌출되는 몸체부의 말단에 형성되어 수중온도, 용존산소, 탁도, pH 를 측정하는 센서부;
   상기 부유체로부터 연장 형성되는 구동축; 및
   상기 구동측 말단에 형성되는 제 2 임펠러부; 를 포함하고,
   상기 센서부는 표면에서의 온도와 수중에서의 온도를 측정하여, 표면에서의 온도와 수중에서의 온도의 차이가 0.2℃ 이상인 경우 상기 제어부에 구동신호를 송신하고,
   상기 제어부는 상기 센서부에서 측정한 값에 따라 상기 회전부 및 제 1 임펠러부의 구동을 제어하는 것을 특징으로 하는
   자동 제어 수질 정화장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전부에 설치되는 제 1임펠러와 상기 구동축 말단에 설치되는 제 2 임펠러는 동일한 방향으로 회전되는 것인
   자동 제어 수질 정화장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 회전부에 설치되는 제 1임펠러와 상기 구동축 말단에 설치되는 제 2 임펠러는 서로 다른 방향으로 회전되는 것인
   자동 제어 수질 정화장치.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 부유체에 탑재된 전원공급부를 더 포함하는 것인
   자동 제어 수질 정화장치.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 부유체는 표면에 순화유도부를 더 포함하는 것인
   자동 제어 수질 정화장치.
   

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