KR102217961B1 - 고정상 생태계 정화시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고정상 생태계 정화시스템에 관한 것으로, 태양광을 입력받아 전기를 발생하도록 된 태양전지들이 구비된 태양광발전모듈과, 상기 태양광발전모듈이 안착고정되는 지지프레임과, 상기 지지프레임에 결합되어 상기 지지프레임을 해상에서 부유하도록 상기 지지프레임의 일부위에 고정되며 부력을 가지는 부유수단을 포함하여 이루어지되, 상기 부유수단은 부력을 가지는 상부부력체와, 상기 상부부력체의 하부에 기둥 형상의 연결부를 통해 고정되며 상기 상부부력체보다 높은 밀도를 가지는 하부부력체를 가지는 부유체로 이루어지며, 상기 연결부로부터 외측으로 돌출형성되어 상기 상부체와 하부체 사이 공간에 유입된 물의 흐름에 유동되면서 물을 정화하는 복수개의 다리부를 포함하고, 상기 연결부의 직경은 상기 상부부력체 및 하부부력체의 직경보다 상대적으로 작게 구성되며, 상기 다리부는 복수개의 마이크로 자외선 엘이디가 일정 간격으로 이격되어 삽입된 필름, 상기 필름의 일면에 형성된 친수성 고분자 코팅층 및 다른 일면에 형성된 광촉매 코팅층으로 구성되고, 상기 연결부는 다리부가 권취되는 다리권취부를 포함하여 구성됨으로써, 호소 및 강 등의 조류를 제거할 수 있으며, UV 및 광촉매를 통해 6가 크롬을 처리할 수 있는 고정상 생태계 정화시스템에 관한 것이다.
Description
본 발명은 호소 및 강에 설치된 태양광 모듈 하부에 고정되어, 녹조 및 6가 크롬을 제거할 수 있는 고정상 생태계 정화시스템에 관한 것으로, 태양광 발전을 통해 전기에너지를 생산할 수 있으면서, 물속에 침투하여 생태계를 위협하지 않고 녹조 및 발암물질로 알려진 6가 크롬을 동시에 제거할 수 있는 기술이다.
태양광 발전장치는 태양 에너지를 이용함에 있어서는 태양 전지판을 넓은 면적으로 설치해야하기 때문에 많은 용적을 필요로 한다. 산이 많고 평활한 대지가 적은 한반도에서는 태양광 발전을 이용하기에 용이하지 않기 때문에, 근래에는 수상 태양광 발전 장치가 종종 제안되고 있다.
그러나 종래의 수면 부상식 태양광 발전장치는 단순히 부력체를 이용하여 수면에 부상시키도록 한 것에 불과하여, 수질정화가 불가능하고 부유물 등이 이동하면서 발전 지지체나 태양전지모듈을 포함한 발전장치에 장애가 되어 발전효율을 저하시키는 요인이 될 수 있다.
한편 녹조는 부영양화된 호소 및 하천에서 식물성 플랑크톤인 녹조류가 번식하여 물의 색상이 녹색으로 변화되는 것으로 물의 용존산소량이 급속히 줄어들면서 물고기와 수중생물이 폐사하고, 이로 인한 악취 유발로 심각한 환경문제를 초래하고 있다, 녹조를 제거하기 위한 방법으로 녹조 번식과 관련된 인, 질소 등의 영양물질을 사전에 제거하거나, 이미 발생된 녹조를 제거하는 기술 등이 개발되어 왔으며, 물분수, 물 순환, 폭기, 지하수 펌핑, 황토 및 케미칼 응집제 투입, 미생물 투입, 미세기포부상, 물리적인 녹조 수거 등이 사용되고 있으나, 대다수의 기술들이 협소한 면적에서는 효율이 확보될 수 있으나, 일반적으로 녹조가 발생하는 넓은 면적에서는 적용이 어렵고, 황토 및 케미칼, 미생물 투입은 높은 비용과 2차 오염문제로 인해 낮은 효율을 나타내고 있다. 일례로, 한국등록특허 제1570120호의 경우 초음파를 이용하여 녹조를 제거하는 기술을 나타내고 있으나, 이 역시 초음파가 설치된 특정 지역에만 국한되고, 넓은 면적을 대상으로는 적용이 어렵다는 단점을 가지고 있다.
종래 수처리 분야에서는 빛에너지(자외선)와 파우더 형태의 광촉매를 사용하여 오염물질을 산화 또는 환원 처리할 수 있는 기술로 고급산화기술(Advanced oxidation processes, AOPs)의 한분야인 TiO2/UV 기술이 널리 알려져 있는데, 상술한 기술은 주로 유기성 오염물질과의 높은 반응속도를 나타내는 장점이 있기는 하나, 반응 후 사용 가능한 촉매를 폐기하거나 회수하기 위해 여과과정 등에 의한 2차 공정을 필요로 하는 문제점과 함께 슬러리형 반응의 경우 광촉매의 양이 필요이상 주입되어야 하는 비경제적인 문제점이 있다.
상기 문제점을 극복하기 위하여 지지체 등에 고정화를 위한 다양한 시도가 있었으나 탈리가 일어나는 2차적인 문제점이 동반되어 실용화 단계에는 이르지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로 태양광 발전을 통해 전기에너지를 생산할 수 있으면서, 수중에서 생태계를 교란하지 않고 녹조 및 6가 크롬을 동시에 제거할 수 있는 장치를 제공하는 것에 목적을 두고 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 태양광을 입력받아 전기를 발생하도록 된 태양전지들이 구비된 태양광발전모듈과, 상기 태양광발전모듈이 안착고정되는 지지프레임과, 상기 지지프레임에 결합되어 상기 지지프레임을 해상에서 부유하도록 상기 지지프레임의 일부위에 고정되며 부력을 가지는 부유수단을 포함하여 이루어지되, 상기 부유수단은 부력을 가지는 상부부력체와, 상기 상부부력체의 하부에 기둥 형상의 연결부를 통해 고정되며 상기 상부부력체보다 높은 밀도를 가지는 하부부력체를 가지는 부유체로 이루어지고, 상기 연결부로부터 외측으로 돌출형성되어 상기 상부체와 하부체 사이 공간에 유입된 물의 흐름에 유동되면서 물을 정화하는 복수개의 다리부를 포함하고, 상기 연결부의 직경은 상기 상부부력체 및 하부부력체의 직경보다 상대적으로 작게 구성되며, 상기 다리부는 복수개의 마이크로 엘이디가 일정 간격으로 이격되어 삽입된 필름과, 상기 필름의 일면에 형성된 친수성 고분자 코팅층 및 다른 일면에 형성된 광촉매 코팅층을 포함하여 이루어지는 고정상 생태계 정화시스템을 제공한다.
본 발명에 따른 고정상 생태계 정화시스템은 UV를 방출하여 호소 및 강 등의 조류를 제거할 수 있으며, UV 및 광촉매를 통해 6가 크롬을 처리할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 고정상 생태계 정화시스템은 돌출된 다리부를 용이하게 권취할 수 있으므로 평상시에 보관이 편리한 효과가 있다.
또한, 태양광 발전모듈을 이용한 자가발전으로 전원을 공급하므로 친환경적이고 경제적이다.
또한, 하부체에 태양광 발전모듈에서 생성된 전기에너지에 의해 구동되는 프로펠러가 설치되어 자체적으로 이동이 가능한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 고정상 생태계 정화시스템의 개략 정면 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 고정상 생태계 정화시스템을 구성하는 부유수단의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 고정상 생태계 정화시스템을 구성하는 다리권취부를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 일 실시예에 의한 고정상 생태계 정화시스템을 구성하는 다리권취부를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 고정상 생태계 정화시스템을 구성하는 부유수단의 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 일 실시예에 의한 고정상 생태계 정화시스템을 구성하는 다리권취부를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 다른 일 실시예에 의한 고정상 생태계 정화시스템을 구성하는 다리권취부를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면과 함께 이하에 개시될 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시형태를 설명하고자 하는 것이며, 본 발명이 실시될 수 있는 유일한 실시형태를 나타내고자 하는 것이 아니다. 이하의 상세한 설명은 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해서 구체적 세부사항을 포함한다. 그러나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 이러한 구체적 세부사항 없이도 실시될 수 있음을 안다.
몇몇 경우, 본 발명의 개념이 모호해지는 것을 피하기 위하여 공지의 구조 및 장치는 생략되거나, 각 구조 및 장치의 핵심기능을 중심으로 한 블록도 형식으로 도시될 수 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함(comprising 또는 including)"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "…부"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미한다.
또한, "일(a 또는 an)", "하나(one)", "그(the)" 및 유사 관련어는 본 발명을 기술하는 문맥에 있어서 (특히, 이하의 청구항의 문맥에서) 본 명세서에 달리 지시되거나 문맥에 의해 분명하게 반박되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 의미로 사용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 고정상 생태계 정화시스템에 대하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4를 참조하여, 본 발명의 고정상 생태계 정화시스템을 설명하도록 한다.
먼저 도 1을 참조하면, 태양광을 입력받아 전기를 발생하도록 된 태양전지들이 구비된 태양광발전모듈(100)과, 상기 태양광발전모듈(100)이 고정되는 지지프레임(200)과, 상기 지지프레임(200)에 결합되어 상기 지지프레임(200)을 해상에서 부유하도록 상기 지지프레임(200)의 일부위에 고정되며 부력을 가지는 부유수단(300)을 포함하여 이루어진다.
이때 상기 지지프레임(200)에 부유수단(300)을 고정시키는 방법은 통상적인 방법으로 고정시킬 수 있으며, 일례로 상기 지지프레임(200)에 부유수단(300)을 고정할 수 있는 결합홈(미도시)을 형성하고, 상기 부유수단(300)의 상부에는 결합돌기(미도시)가 형성함으로써 지지프레임(200)과 부유수단(300)을 손쉽게 체결하여 고정할 수 있다.
즉, 상기 부유수단(300)에 의해 상기 지지프레임(200)이 해상에서 부유하면서 태양광을 입력받아 발전하는 상기 태양광발전모듈(100)을 통해 전기에너지를 얻을 수 있으며, 상기 전기에너지의 일부는 본 발명의 고정상 생태계 정화시스템을 이동시키는데 사용될 수 있다.
상기 지지프레임(200)은 단면 형상이 사각관 형상으로 이루어진 금속 관체들의 조립으로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.
상기 부유수단(300)은 부력을 가지는 상부부력체(310)와, 상기 상부부력체(310)의 하부에 기둥 형상의 연결부(320)를 통해 고정되며 상기 상부부력체(310)보다 높은 밀도를 가지는 하부부력체(330)로 이루어진다.
상기 상부부력체(310)와 연결된 하부부력체(330)는 상부부력체(310)보다 높은 밀도를 갖도록 제작하는 것이 바람직하다. 따라서 상기 상부부력체(310)와 하부부력체(330)는 성형성, 접착성, 밀도 조절 용이성 등을 고려하여 저밀도 폴리에틸렌 재질로 성형되는 것이 바람직하다.
상기 연결부(320)는 상기 연결부(320)로부터 외측으로 돌출형성되어 상기 상부부력체(310)와 하부부력체(330)의 사이 공간에 유입된 물의 흐름에 유동되면서 물을 정화하는 복수개의 다리부(340)를 포함한다.
이때 상기 연결부(320)는 상기 상부부력체(310)와 하부부력체(330)의 사이로 물이 유입될 수 있도록 그 직경이 상기 상부부력체(310) 및 하부부력체(330)의 직경보다 상대적으로 작게 구성된다.
도 2를 참조하면, 상기 다리부(340)는 복수개의 마이크로 자외선 엘이디(341)가 일정 간격으로 이격되어 삽입된 필름(342); 상기 필름(342)의 일면에 형성된 친수성 고분자 코팅층(343) 및 다른 일면에 형성된 광촉매 코팅층(344)으로 이루어진다.
상기 필름(342)은 유연한 소재라면 특별히 한정하지는 않으나, 일례로 PET 또는 PVC 필름일 수 있으며, 투명성, 내수성 및 가공성을 고려하여 PET 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 친수성 고분자 코팅층(343)은 히드록시기 및 카르복시기 중에서 선택된 1종 이상의 작용기를 구비하는 친수성 고분자화합물을 포함하여 형성될 수 있으며, 바람직하게는 재생 셀룰로오스, 초산셀룰로오스(CA), 에틸렌비닐알코올(EVOH), 알긴산 나트륨(Sodium alginate) 및 폴리비닐알콜(PVA)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 가장 바람직하게는 내오염성이 우수한 폴리비닐알콜(PVA)을 사용하는 것이 좋다.
상기 광촉매 코팅층(344)은 광촉매를 포함하여 형성된 것으로, 상기 광촉매는 TiO2(anatase), TiO2(rutile), ZnO, CdS, ZrO2, SnO2, V2O3, WO3로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 정화 효율, 분해 부산물의 유해성 또는 사용기간 등을 고려하였을 때 TiO2를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 친수성 고분자 코팅층(343) 및 광촉매 코팅층(344)은 각 성분을 함유하는 코팅액을 상기 필름(342) 상에 도포하여 제조할 수 있다.
이때 상기 광촉매 코팅층(344)을 형성하는 광촉매 코팅액은 지지체 담지법, 바인더법, 졸-겔 코팅법 등의 당업계 통상적으로 사용하는 코팅액 제조방법으로 제조될 수 있으며, 바람직하기로는 졸-겔 코팅법을 통해 광촉매를 코팅용 졸로 제조하여 상기 필름(342) 상에 도포할 수 있다.
또한, 상기 광촉매를 코팅용 졸로 제조하여 필름(342) 상에 도포할 경우, 용도에 따라 상기 코팅막의 두께를 조절할 필요가 있다.
특히 상기 코팅막의 두께가 0.1㎛ 이상이면 광촉매 코팅층(344)이 필름(342)에 견고하게 접착되어 내구성이 높은 광촉매 코팅층(344)을 이룰 수 있으며, 상기 코팅막의 두께가 증가할수록 광촉매 활성 또한 증가하게 되나, 그 두께가 5㎛ 이상이 되면 광원이 광촉매 코팅층(344)을 충분히 투과할 수 없으므로 광촉매 활성은 더 이상 증가하지 않는다. 따라서 상기 광촉매 코팅층(344)은 0.1 내지 5㎛의 두께를 갖도록 상기 필름(342) 상에 도포하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 연결부(320)에 형성된 다리부(340)는 유입된 물의 흐름에 유동하면서 물을 정화시킬 수 있다. 즉, 상기 다리부(340)에 형성된 마이크로 자외선 엘이디(341)로부터 발산되는 자외선 광은 물에 존재하는 조류를 일차적으로 살균 처리할 수 있는 효과가 있다.
이때 상기 마이크로 자외선 엘이디(341)로부터 발산되는 자외선 광은 살균 효과를 극대화하기 위해 200nm 이하의 자외선 광인 것이 바람직하다.
이러한 구성으로 상기 광촉매 코팅층(344)에 자외선을 조사하여 수중에서 대표적인 발암물질인 6가 크롬(Cr2O7 2-)을 독성이 낮은 3가 크롬(Cr3+)로 환원시켜 처리할 수 있다.
또한, 상기 하부부력체(330)의 내부에는 상기 태양광발전모듈(100)로부터 발생된 전기에너지를 저장할 수 있는 축전지(미도시)가 내장되어 있으며, 상기 하부부력체(330)의 측면에 상기 축전지(미도시)에 저장된 전기에너지로 구동 가능한 프로펠러(331)가 설치되어 수면에서 자체적으로 이동이 가능하다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 연결부(320)는 다리부(340)가 권취되는 다리권취부(350)를 포함한다.
도 3을 참조하면, 상기 다리권취부(350)는 상기 하부부력체(330)에 내장된 모터(351) 및 상기 모터(351)와 결합되어 연결부로 연장형성된 회전축(352)으로 구성될 수 있다.
상기 회전축(352)은 상기 모터(351)로부터 회전력을 공급받아 회전되며, 이러한 상기 회전축(352)의 회전으로 인해 상기 회전축(352)과 결합된 연결부(320)가 회전되도록 한다. 이에 따라 상기 연결부(320)와 결합된 다리부(340)는 회전에 의해 연결부(320)의 외주면에 권취되어 보관된다.
이때 상기 모터(351)의 온/오프 동작을 제어하는 스위치(미도시)가 설치될 수 있다.
또 다른 일례로 도 4를 참조하면, 상기 다리권취부(350)는 연결부(320)의 내부에 다리부(340)를 권선하여 보관할 수 있는 복수개의 릴 부재(353) 및 상기 상부부력체(310)의 외측에 형성되어 릴 부재(353)를 제어할 수 있는 릴 조작부(354)를 포함할 수 있다.
상기 연결부(320)는 다리부(340)가 인입 또는 인출되도록 외주면에 형성된 복수개의 홈(321)을 포함할 수 있으며, 상기 다리부(340)는 상기 홈(321)을 통과하여 연결부(320)의 내부에 권취된다.
또한, 상기 상부부력체(310)의 외측에 상기 다리부(340)가 상기 릴 부재(353)에 감기도록 하기 위하여 사용자가 조작하는 릴 조작부(354)가 돌출되어 형성된다.
여기서, 상기 릴 부재(353)의 기본 구성은 일반적으로 많이 사용되는 코드릴과 동일하므로 릴 부재에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 기술구성에 따른 고정상 생태계 정화시스템의 작동방법에 대해 구체적으로 설명하면 아래와 같다.
먼저 사용자가 힘을 가해 다리부(340)를 잡아당기면, 다리부(340)가 연결부(320)로부터 뽑혀 나오고, 이때 릴 부재(353)는 회전한다. 본 발명의 고정상 생태계 정화시스템의 사용이 완료된 후, 사용자가 상부부력체(310)에 마련된 릴 조작부(354)를 가압하면, 상기 회전된 릴 부재(353)가 반대로 회전하면서 밖으로 돌출된 다리부(340)가 상기 릴 부재(353)의 외주면에 감기게 되고, 연결부(320) 내부에 수납된다.
이러한 상기 기술 구성에 의해 다리부(340)를 용이하게 권취할 수 있으므로 평상시에 보관이 편리하며, 장치가 손상될 우려가 적다.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것은 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
100: 태양광발전모듈
200: 지지프레임
300: 부유수단 310: 상부부력체
320: 연결부 321: 홈
330: 하부부력체 331: 프로펠러
340: 다리부 341: 마이크로 자외선 엘이디
342: 필름 343: 친수성 고분자 코팅층
344: 광촉매 코팅층 350: 다리권취부
351: 모터 352: 회전축
353: 릴 부재 354: 릴 조작부
200: 지지프레임
300: 부유수단 310: 상부부력체
320: 연결부 321: 홈
330: 하부부력체 331: 프로펠러
340: 다리부 341: 마이크로 자외선 엘이디
342: 필름 343: 친수성 고분자 코팅층
344: 광촉매 코팅층 350: 다리권취부
351: 모터 352: 회전축
353: 릴 부재 354: 릴 조작부
Claims (6)
- 태양광을 입력받아 전기를 발생하도록 된 태양전지들이 구비된 태양광발전모듈과, 상기 태양광발전모듈이 안착고정되는 지지프레임과, 상기 지지프레임에 결합되어 상기 지지프레임을 해상에서 부유하도록 상기 지지프레임의 일부위에 고정되며 부력을 가지는 부유수단을 포함하여 이루어지되,
상기 부유수단은 부력을 가지는 상부부력체와, 상기 상부부력체의 하부에 기둥 형상의 연결부를 통해 고정되며 상기 상부부력체보다 높은 밀도를 가지는 하부부력체를 가지는 부유체로 이루어지며,
상기 연결부로부터 외측으로 돌출형성되어 상기 상부부력체와 하부부력체 사이 공간에 유입된 물의 흐름에 유동되면서 물을 정화하는 복수개의 다리부를 포함하고,
상기 연결부의 직경은 상기 상부부력체 및 하부부력체의 직경보다 상대적으로 작게 구성되며,
상기 다리부는 복수개의 마이크로 자외선 엘이디가 일정 간격으로 이격되어 삽입된 필름, 상기 필름의 일면에 형성된 친수성 고분자 코팅층 및 다른 일면에 형성된 광촉매 코팅층으로 구성되고,
상기 연결부는 다리부가 권취되는 다리권취부를 포함하며,
상기 다리권취부는 상기 연결부의 내부에 다리부를 권취하여 보관할 수 있는 복수개의 릴 부재 및 상기 릴 부재를 제어할 수 있는 릴 조작부로 구성되고, 상기 릴 조작부의 구동에 의해 돌출된 다리부가 상기 릴 부재에 권취되는 것을 특징으로 하는 고정상 생태계 정화 시스템.
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- 청구항 1에 있어서, 상기 마이크로 자외선 엘이디는 파장이 200nm 이하인 것을 특징으로 하는 고정상 생태계 정화 시스템.
- 청구항 1에 있어서, 상기 하부부력체는 내부에 태양광 발전모듈로부터 발생된 전기에너지를 저장할 수 있는 축전지가 내장된 것을 특징으로 하는 고정상 생태계 정화 시스템.
- 청구항 5에 있어서, 상기 하부부력체는 상기 축전지에 저장된 전기에너지로 구동되는 프로펠러가 부착된 것을 특징으로 하는 고정상 생태계 정화 시스템.
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