KR102309330B1

KR102309330B1 - IoT 기반의 수질 정화 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR102309330B1
Application number: KR1020210041938A
Authority: KR
Inventors: 김양배
Original assignee: 주식회사 디스텍
Priority date: 2021-03-31
Filing date: 2021-03-31
Publication date: 2021-10-07

Abstract

수질 개선 효과를 극대화할 수 있도록 수질 정화 시스템이 개시된다. 이를 위하여 본 발명의 실시예에 따른 IoT 기반의 수질 정화 시스템은 일측의 유입구가 유체 공급부가 연결되어 물을 공급받고, 외부의 공기를 공급받아 상기 유입구를 통해 유입되는 물과 외부로부터 공급받은 공기를 이용하여 타측에 형성된 배출구를 통해 마이크로 버블을 발생시켜 수중으로 공급하는 마이크로 버블 노즐을 포함하는 물순환용 폭기 장치와, 수중 환경 측정을 원하는 위치의 수면 상에 위치하는 부력체에 설치되고, 상기 부력체의 하부로부터 수중으로 연결되는 통신용 와이어 및 상기 통신용 와이어에 탈부착 가능하게 장착되어 수중 환경을 측정한 후 이에 대응되는 측정 데이터를 상기 통신용 와이어를 통해 외부로 송출하는 다수의 수중 환경용 센서 모듈과, 상기 통신용 와이어와 연결되어 상기 다수의 수중 환경용 센서 모듈로부터 측정 데이터를 수집하는 중계기와, 상기 중계기와 유무선으로 연결되어 상기 수집한 측정 데이터를 기반으로 상기 마이크로 버블의 발생량을 제어하는 제어 장치를 포함할 수 있다.

Description

IoT 기반의 수질 정화 시스템 및 방법{METHOD AND SYSTEM FOR PURIFYING WATER BASED ON IoT}

본 발명은 IoT 기반의 수질 정화 시스템 및 방법에 관한 것이다.

저수지, 호수, 하천 또는 연안해역 등의 정체된 수역에서는 일반적으로 수심에 따른 온도차이 때문에 물의 밀도가 변화됨으로써 수직방향으로 물이 순환하게 되면서 자정작용이 발생되게 된다.

그러나 여름철 또는 겨울철에는 표수층과 심수층 사이의 많은 온도차이로 인해 성층현상이 나타나게 되고, 물의 수직순환이 잘 이루어지지 않게 되므로 자정작용을 상실하게 되어 부영양화에 따른 녹조, 적조 현상과 같은 심각한 수질악화를 유발한다. 특히, 여름철에는 수심이 깊을수록 수온이 낮고 밀도가 증가하므로 성층현상이 더 잘 나타나게 되므로 녹조, 녹조 현상이 더 잘 나타나게 된다.

이렇게, 녹조, 적조가 발생되면 식물 프랑크톤이 분비하는 점액물질로 인해 수역의 점도가 높아져 어류가 유영하기 힘들어지고, 이 식물 플랑크톤이 어류의 아가미를 막아 어류를 질식시키기도 하며, 신경을 마비시켜 다량의 어류가 폐사하기도 한다.

또한, 식물 플랑크톤이 죽어 미생물에 의해 분해되면서 해수 속에 녹아 있는 산소가 소모됨으로 인해 용존산소가 부족하게 되어 어류가 호흡장애로 집단 폐사하게 된다.

이처럼, 적조, 녹조는 해양생물 및 담수생물에 치명적인 결과를 유발하게 됨으로써 세계적으로 적조를 예방하기 위해 노력하고 있다. 그 일예로 폭기(曝氣, aeration)가 개발되어 필요 영역에 설치되고 있다.

대한민국 등록특허 제10-605036호(2006.07.19. 등록)

본 발명은 수중 환경용 센서들을 통해 수집한 수중 환경에 대한 측정 데이터를 기반으로 마이크로 버블을 발생시켜 수중 내부를 정화시킬 수 있는 IoT 기반의 수질 정화 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 수위별로 설치된 수중 환경용 센서들을 통해 수집한 수중 환경에 대한 측정 데이터를 기반으로 수위별로 마이크로 버블을 발생시켜 물을 정화시킬 수 있는 IoT 기반의 수질 정화 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 수중 환경에 대응되는 측정 데이터 및 수위 정보를 관제 서버 또는 관리자측 단말기에 전송한 후 이에 대응되는 제어 관련 정보에 의거하여 마이크로 버블 발생량 및 마이크로 버블 노즐의 배출구의 위치 결정을 수행할 수 있는 IoT 기반의 수질 정화 시스템을 제공한다.

상술한 해결하고자 하는 과제를 해결하기 위해서 본 발명의 실시예에 따른 IoT 기반의 수질 정화 시스템은 일측의 유입구가 유체 공급부가 연결되어 물을 공급받고, 외부의 공기를 공급받아 상기 유입구를 통해 유입되는 물과 외부로부터 공급받은 공기를 이용하여 타측에 형성된 배출구를 통해 마이크로 버블을 발생시켜 수중으로 공급하는 마이크로 버블 노즐을 포함하는 물순환용 폭기 장치와, 수중 환경 측정을 원하는 위치의 수면 상에 위치하는 부력체에 설치되고, 상기 부력체의 하부로부터 수중으로 연결되는 통신용 와이어 및 상기 통신용 와이어에 탈부착 가능하게 장착되어 수중 환경을 측정한 후 이에 대응되는 측정 데이터를 상기 통신용 와이어를 통해 외부로 송출하는 다수의 수중 환경용 센서 모듈과, 상기 통신용 와이어와 연결되어 상기 다수의 수중 환경용 센서 모듈로부터 측정 데이터를 수집하는 중계기와, 상기 중계기와 유무선으로 연결되어 상기 수집한 측정 데이터를 기반으로 상기 마이크로 버블의 발생량을 제어하는 제어 장치를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 마이크로 버블 노즐의 배출구는 길이 조정이 가능한 폭기용 배관을 통해 상기 유입구에 연결될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수질 정화 시스템은 상기 수중 환경용 센서 모듈 각각에 연결되어 설치되고, 상기 수중 환경용 센서가 설치된 위치에서의 수위 정보를 센싱한 후 이를 상기 측정 데이터를 상기 중계기에 전송할 때, 상기 통신용 와이어를 통해 상기 중계기에 전송하는 다수의 수위 감지 센서 모듈을 더 포함하며, 상기 제어 장치는 상기 중계기를 통해 수위 정보와 측정 데이터를 수신한 후 이를 기반으로 수질 정화가 필요한 위치를 결정하고, 상기 측정 데이터를 이용하여 마이크로 버블 발생량을 결정하며, 상기 결정한 위치에 의거하여 상기 폭기용 배관의 길이를 조정한 후 마이크로 버블 발생량에 의거하여 상기 마이크로 버블 노즐을 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수질 정화 시스템은 상기 수중 환경용 센서 모듈 각각에 연결되어 설치되고, 상기 수중 환경용 센서가 설치된 위치에서의 수위 정보를 센싱한 후 이를 상기 측정 데이터를 상기 중계기에 전송할 때, 상기 통신용 와이어를 통해 상기 중계기에 전송하는 다수의 수위 감지 센서 모듈을 더 포함하며, 상기 제어 장치는 상기 중계기를 통해 수위 정보와 측정 데이터를 수신한 후 이를 유선 또는 무선으로 연결된 관제 서버에 전송한 후 이에 대한 응답으로 제어 관련 정보를 수신하여 상기 폭기용 배관의 길이 조정 및 상기 마이크로 버블 노즐을 제어하며, 상기 관제 서버는 상기 수신한 수위 정보와 측정 데이터를 기반으로 수질 정화가 필요한 위치를 결정하고, 상기 측정 데이터를 이용하여 마이크로 버블 발생량을 결정한 후 이에 대응되는 제어 관련 정보를 상기 제어 장치에 전송할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수질 정화 시스템은 상기 수중 환경용 센서 모듈 각각에 연결되어 설치되고, 상기 수중 환경용 센서가 설치된 위치에서의 수위 정보를 센싱한 후 이를 상기 측정 데이터를 상기 중계기에 전송할 때, 상기 통신용 와이어를 통해 상기 중계기에 전송하는 다수의 수위 감지 센서 모듈을 더 포함하며, 상기 제어 장치는 상기 중계기를 통해 수위 정보와 측정 데이터를 수신한 후 이를 무선으로 연결된 관리자측 단말기에 전송한 후 이에 대한 응답으로 제어 관련 정보를 수신하여 상기 폭기용 배관의 길이 조정 및 상기 마이크로 버블 노즐을 제어하며, 상기 관리자측 단말기는 실행 가능한 형태로 메모리에 저장된 프로그램을 이용하여 상기 수신한 수위 정보와 측정 데이터를 기반으로 수질 정화가 필요한 위치를 결정하고, 상기 측정 데이터를 이용하여 마이크로 버블 발생량을 결정한 후 이에 대응되는 제어 관련 정보를 상기 제어 장치에 전송할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 수질 정화 시스템은 상기 수중 환경용 센서 모듈 각각에 연결되어 설치되고, 상기 수중 환경용 센서가 설치된 위치에서의 수위 정보를 센싱한 후 이를 상기 측정 데이터를 상기 중계기에 전송할 때, 상기 통신용 와이어를 통해 상기 중계기에 전송하는 다수의 수위 감지 센서 모듈을 더 포함하며, 상기 제어 장치는 상기 중계기를 통해 수위 정보와 측정 데이터를 수신한 후 이를 유선 또는 무선으로 연결된 관제 서버에 전송한 후 이에 대한 응답으로 제어 관련 정보를 수신하여 상기 폭기용 배관의 길이 조정 및 상기 마이크로 버블 노즐을 제어하며, 상기 관제 서버는 상기 수신한 수위 정보와 측정 데이터를 기반으로 수질 정화가 필요한 위치를 결정하고, 상기 측정 데이터를 이용하여 마이크로 버블 발생량을 결정한 후 이에 대응되는 제어 관련 정보를 상기 관리자측 단말기에 전송하며, 상기 관리자측 단말기는 상기 제어 관련 정보를 무선으로 연결된 제어 장치에 전송할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 마이크로 버블 노즐은 상기 외부의 공기의 공급량을 제어하기 위한 공기 공급량 제어부에 연결되며, 상기 제어 장치는 상기 마이크로 버블 발생량에 의거하여 상기 유체 공급부 및 공기 공급량 제어부를 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 마이크로 버블 노즐은 수면 위에 노출되도록 상기 부력체에 연결되고, 상기 폭기용 배관에 연결된 배출구가 수중에 위치하며, 상기 유체 공급부는 수중 펌프로 상기 부력체에 설치되되, 일부분이 수중 상에 위치하고 물을 배출하기 위한 배출구가 상기 마이크로 버블 노즐의 유입구에 연결되며, 상기 수중 펌프의 유입구의 전단에 유입되는 물에서 이물질을 필터링하기 위한 필터링 부재가 더 설치되며, 상기 제어 장치는 상기 수중 펌프의 제어를 통해 상기 마이크로 버블 노즐을 통해 발생되는 마이크로 버블 발생량을 제어할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 상기 부력체는 일측이 상기 수중의 바닥면에 고정되고 타측이 수면 외부로 돌출되는 적어도 둘 이상의 가이드부재에 상하 이동이 가능하도록 연결되고, 상기 유체 공급부는 수중펌프로 상기 가이드부재에 고정 설치되어 상기 수중펌프의 배출구가 상기 마이크로 버블 노즐의 유입구에 연결되고 상기 수중펌프의 유입구를 통해 유입되는 물을 상기 마이크로 버블 노즐의 유입구에 배출하며, 상기 부력체와 연결되어 일단이 수면 외부로 돌출되고, 타단이 상기 마이크로 버블 노즐에 연결되어 상기 마이크로 버블 노즐에 공기를 공급하며, 상기 부력체의 이동에 따라 길이가 조절되는 공기 공급용 배관을 구비하며, 상기 마이크로 버블 노즐은 상기 수중 펌프의 상단부분의 가이드부재 상에 설치되며, 상기 제어 장치는 상기 부력체 상에 설치되어 상기 수중 펌프의 제어를 통해 상기 마이크로 버블 노즐에 의해 발생되는 마이크로 버블량을 제어할 수 있다.

전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면, 수중 환경용 센서들을 통해 수집한 수중 환경에 대한 측정 데이터를 기반으로 마이크로 버블을 발생시켜 수중 내부를 정화시키고, 수위별로 설치된 수중 환경용 센서들을 통해 수집한 수중 환경에 대한 측정 데이터를 기반으로 수위별로 마이크로 버블을 발생시켜 물을 정화시킬 수 있는 IoT 기반의 수질 정화 시스템을 제공함으로써, 수질 개선 효과를 극대화시킬 수 있다.

또한, 전술한 본 발명의 과제 해결 수단에 따르면, 수중 환경에 대응되는 측정 데이터 및 수위 정보를 관제 서버 또는 관리자측 단말기에 전송한 후 이에 대응되는 제어 관련 정보에 의거하여 마이크로 버블 발생량 및 마이크로 버블 노즐의 배출구의 위치 결정을 수행함으로써, 내외부에서 수중 환경을 인지할 수 있기 때문에 효율적인 수질 관리가 가능할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 IoT 기반의 수질 정화 시스템의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수질 정화 시스템에 적용되는 마이크로 버블 노즐의 세부 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수질 정화 시스템에서 센서 모듈에 대한 설치 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수질 정화 시스템의 제어 장치의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수질 정화 시스템에서 관제 서버의 세부 구성을 도시한 블록도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수질 정화 시스템이 적용된 예시도들이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 실시 예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 IoT 기반의 수질 정화 시스템 및 방법에 대해 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 IoT 기반의 수질 정화 시스템의 전체 구성을 도시한 도면이며, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수질 정화 시스템에 적용되는 마이크로 버블 노즐의 세부 구성을 도시한 도면이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 수질 정화 시스템에서 센서 모듈에 대한 설치 구조를 설명하기 위한 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 수질 정화 시스템의 제어 장치의 세부 구성을 도시한 블록도이며, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수질 정화 시스템에서 관제 서버의 세부 구성을 도시한 블록도이다.

본 발명의 실시예에 따른 수질 정화 시스템은 하천, 저수지, 강, 호수, 오폐수 처리장, 양식장 등과 같은 장소 내 각기 다른 위치에 설치되어 수위에 따른 수중 환경을 센싱하며, 센싱한 수중 환경에 의거하여 수질 정화가 필요한 위치에 마이크로 버블을 수중에 공급함으로써, 수질을 정화시킬 수 있다.

또한, 수질 정화 시스템은 수질 환경 센싱을 통해 획득한 측정 데이터를 외부에 전송하고, 외부의 제어에 따라 수질 정화가 필요한 위치에 마이크로 버블을 공급할 수 있다.

이를 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 수질 정화 시스템은 유체 공급부(1), 예컨대 펌프와 연결되는 물순환용 폭기 장치(100), 수면 상에 부유하는 부력체(2)의 하부에 설치되어 수중 환경을 센싱하는 다수의 수중 환경용 센서 모듈(120), 다수의 수중 환경용 센서 모듈(120)과의 통신을 수행하는 중계기(140) 및 물순환용 폭기 장치(100)의 동작을 제어하기 위한 제어 장치(160) 등을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 물순환용 폭기 장치(100)는 일측의 유입구(11)가 펌프(10)에 연결되어 물을 공급받고, 타측에 형성된 배출구(12)를 구비하며, 외부의 공기 공급홀(22)을 통해 외부로부터 공기를 공급받아 유입구(11)를 통해 유입되는 물과 외부로부터 공급받은 공기를 이용하여 배출구(12)를 통해 마이크로 버블을 발생시켜 수중으로 공급할 수 있는 마이크로 버블 노즐(110)을 구비할 수 있다.

마이크로 버즐 노즐(110)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 노즐본체(10) 및 공기공급부(20)를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 노즐본체(10)는 일측에 유입구(11)가 형성되고, 타측에 배출구(12)가 형성되며, 유입구(11)와 배출구(12) 사이에 유체 유동로(13)가 형성되되, 유입구(11) 및 배출구(12)에 비해 단면이 축소되어진 것이다.

공기공급부(20)는 유동로(13)의 외측에 공간부(21)를 형성하되, 공간부(21)에 외부 공기를 공급하도록 공기 공급홀(22)이 형성되고, 유동로(13)에 연통되어진 복수의 분사홀(23)이 형성될 수 있다.

또한, 노즐본체(10)의 유입구(11) 내면에 나선형의 유체공급로(11a)를 형성하도록 하는 것이 바람직하다.

즉, 유체 공급부(1)에서 이송되는 유체를 나선형의 유체공급로(11a)를 통과하도록 하여 유체에 회오리를 형성하여 캐비테이션 효과를 증대시킬 수 있다.

또한, 분사홀(23)은 원주방향에 나선형으로 관통되도록 하여 유체의 흐름에 일정간격으로 공기가 혼합되도록 하는 것이다.

또한, 노즐본체(10)의 배출구(12)의 내면에 유체충돌부재(30)를 설치할 수 있으며, 유체충돌부재(30)는 원뿔형태의 심재(31)와, 심재(31)의 외측에 날개편(32)으로 이루어지도록 할 수 있다. 이러한 구조를 통해 유체가 유동로(13)를 통과함과 아울러 외부 공기와 혼합된 상태에서 유체충돌부재(30)의 날개편(32)에 부딪히면서 마이크로 버블로 형성되면서 배출구(12)를 통해 외부로 배출될 수 있다.

한편, 날개편(32)은 나선형의 유체공급로(11a)와 반대방향으로 나선 형성되도록 하여 유입구(11)에서 유입되는 회오리 형태의 유체의 흐름을 반대방향의 나선으로 차단하면서 마이크로 버블의 형성을 용이하게 이루어지도록 한다.

또한, 유입구(11)의 외측에 유체공간부(40)를 형성하고, 유체공간부(40)의 원주방향에 유체공급구(41)를 형성하도록 하여 유체가 유체공간부(40)에서 유입되면서 유입구(11)의 외측에서 원주방향으로 회전되면서 회오리를 발생시키고, 이를 유입구(11)로 유입되도록 하여 캐비테인션 효과를 증가시켜 마이크로 버블의 형성을 더욱 용이하게 이루어지도록 할 수 있다.

상기와 같이 유입구(11)에 나선형의 유체공급로(11a)를 형성하여 캐비테이션 효과를 증대시킬 수 있고, 배출구(12)에 유체충돌부재(30)를 설치하여 캐비테이션 효과를 증대시킬 수도 있을 것이며, 유입구(11)의 외측에 유체 공간부(40)를 형성함과 아울러 상기 유체공간부(40)의 원주방향에 유체공급구(41)를 형성하도록 하는 구성을 각각 또는 전부 설치할 수 있다는 것을 밝혀둔다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 버블 노즐(110)은 유입구(11) 일측에 유체 공급부(1)를 연결하고, 배출구(12)를 수중에 배치한 후 유체 공급부(1)를 구동하게 되면 유체 공급부(1)를 통해 송출되는 유체가 유입구(11)와 유동로(13) 및 배출구(12)를 통해 수중에 마이크로 버블을 분출하게 된다.

본 발명의 실시예에서, 배출구(12)는 폭기용 배관(50)을 통해 수중에 배치될 수 있다. 구체적으로, 폭기용 배관(50)은 일측이 유동로(13)과 연결되고 타측이 배출구(12)와 연결되어 유동로(13)를 통해 유입되는 마이크로 버블 형태의 유체를 배출구(12)를 통해 수중으로 분출할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로 버블 노즐(110)에 형성된 폭기용 배관(50)은 길이 조정이 가능한 형태로 유동로(13) 및 배출구(12)에 체결될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 마이크로 버블 노즐(110)에는 폭기용 배관(50)의 길이를 조정할 수 있는 길이 조정부(60)를 더 구비할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 길이 조정부(60)는 제어 장치(160)의 제어를 통해 동작하는 구동 수단으로서, 폭기용 배관(50)의 길이를 조정함으로써, 유동로(13)과 배출구(12) 사이의 거리를 조정할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로 버블 노즐(110)에는 공기 공급량을 제어하기 위한 공기 공급량 제어부(70)를 더 포함할 수 있다.

즉, 공기 공급량 제어부(70)는 밸브와 밸브의 동작을 제어하기 위한 모터 등으로 구성될 수 있으며, 일단이 공기 공급홀(22)에 연결되어 공기 공급부(20)에 공급되는 공기량을 제어할 수 있다.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 공기 공급량 제어부(70)는 제어 장치(160)의 제어에 의거하여 공기 공급홀(22)을 통해 공기 공급부(20)에 공급되는 공기량을 제어할 수 있다. 구체적으로, 공기 공급량 제어부(70)는 제어 장치(160)의 제어에 따라 구동되는 모터와 밸브에 의해 공기 공급부(20)에 공급되는 공기량을 제어할 수 있다.

다수의 수중 환경용 센서 모듈(120)은 수중 환경 측정을 원하는 위치의 수면 상에 위치하는 부력체(2)의 하부에 설치되고, 부력체의 하부로부터 수중으로 연결되는 통신용 와이어(3) 및 통신용 와이어(3)에 탈부착 가능하게 장착되어 수중 환경을 센싱한 후 이에 대응되는 측정 데이터를 통신용 와이어(3)를 통해 외부로 송출할 수 있다.

즉, 수중 환경용 센서 모듈(120)은 통신용 와이어(3)의 장착됨에 따라 통신용 와이어(3)에 연결되고, 탈착됨에 따라 통신용 와이어(3)와 연결이 해제되는 구조를 가질 수 있다. 이를 위하여, 통신용 와이어(3)은 수중 환경용 센서 모듈(120)들이 누수가 되지 않도록 기밀을 유지하며 탈부착 되는 서로 이격되어 형성된 다수의 센서 소켓(미도시됨)들을 구비할 수 있다.

한편, 통신용 와이어(3)는 일측 끝단, 즉 수중에 위치되는 끝부분에 소정의 무게를 갖는 고정체(4)를 구비하고, 타측 끝단에 통신용 와이어(3)의 길이를 조정하기 위한 길이 조정 부재(5)를 구비할 수 있다. 여기에서, 조정 부재(5)는 릴 형식으로 통신용 와이어(3)의 일 부분에 연결되어 통신용 와이어(3)를 릴 방식으로 감거나 풀어서 통신용 와이어(3)의 길이를 조정할 수 있다.

또한, 통신용 와이어(3)는 수면 상 또는 수중 이외의 영역에 설치된 중계기(140)와 연결될 수 있다. 이러한 연결 구조를 통해 각 수중 환경용 센서 모듈(120)은 수중 환경 센싱을 통해 획득한 측정 데이터를 중계기(140)에 전송할 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 복수의 수중 환경용 센서 모듈(120) 각각은 수중 환경의 센싱을 통해 획득한 측정 데이터를 중계기(140)에 전송할 때, 수위 정보를 함께 전송할 수 있다.

이를 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 복수의 수중 환경용 센서 모듈(120)에는 수위 정보를 센싱할 수 있는 기능을 갖는 수위 감지 센서 모듈(122)이 각각 연결될 수 있다.

이때, 수위 감지 센서 모듈(122)은 초음파를 이용하여 통신용 와이어(3) 상의 위치에서 수중의 바닥면까지의 길이를 측정하는 방식으로 수위 정보를 센싱한 후 이를 통신용 와이어(3)를 통해 중계기(140)로 전송할 수 있다.

복수의 수중 환경용 센서 모듈(120)과 수위 감지 센서 모듈(122)은 정보를 중계기(140)에 전송할 때 자신의 식별자를 같이 전송할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 수중 환경용 센서 모듈(120) 각각에 수위 감지 센서 모듈(122)이 설치되는 것으로 예를 들어 설명하였지만, 수중 환경용 센서 모듈(120)과 수위 감지 센서 모듈(122)이 일체형으로 형성된 하나의 융복합형 센서 모듈로 구성되어 통신용 와이어(3)에 연결되고, 융복합형 센서 모듈을 통해 센싱된 수위 정보 및 측정 데이터만을 중계기(140)에 전송할 수도 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서 복수의 수중 환경용 센서 모듈(120)에 의해 센싱된 수중 환경 정보는 수중의 용존 산소량, 수중 온도, 물의 밀도, 유속, 수소이온 농도 등을 포함할 수 있다. 구체적으로, 복수의 수중 환경용 센서 모듈(120)은 물의 유속, 물의 온도, 용존 산소량, 수소이온 농도 등을 센싱하여 측정 데이터를 중계기(140)에 전송할 수 있다.

중계기(140)는 제어 장치(160)와 유선 또는 무선 통신망을 통해 연결되어 복수의 수중 환경용 센서 모듈(120) 및 수위 감지 센서 모듈(122)로부터 수신되는 측정 데이터와 수위 정보를 기 설정된 시간 간격으로 제어 장치(160)에 전송할 수 있다.

또한, 중계기(140)는 관제 서버(180)와 유선 또는 무선 통신망을 통해 연결되어 복수의 수중 환경용 센서 모듈(120) 및 수위 감지 센서 모듈(122)로부터 수신되는 측정 데이터와 수위 정보를 기 설정된 시간 간격으로 관제 서버(180)에 전송할 수 있다.

본 발명의 실시예에서 무선 통신망은 근거리 무선 통신망, 예컨대 와이파이, 블루투스 LE, 블루투스, 적외선 통신 기반의 망을 포함하며, 스마트폰, PDA, 테블릿 PC 등의 기기에 이동 통신 서비스를 제공하는 서비스 사업자에 의해 운영되는 이동 통신 시스템과 연동되는 망을 포함할 수 있다.

제어 장치(160)는 중계기(140)로부터 전송받은 측정 데이터 및 수위 정보를 기반으로 마이크로 버블의 발생량 제어, 폭기용 배관(50)의 길이 조정을 위한 길이 조정부(60)의 제어 등을 수행할 수 있다.

구체적으로, 제어 장치(160)는 수위 정보에 의거하여 배출구(12)의 수중 상의 수질 정화가 필요한 위치를 결정하고, 결정한 위치에 의거하여 길이 조정부(60)를 제어하기 위한 제어 신호를 발생시켜 폭기용 배관(50)의 길이를 조정함으로써, 배출구(12)를 위치시킬 수 있다.

그런 다음, 제어 장치(160)는 측정 데이터에 의거하여 마이크로 버블의 발생량을 결정하고, 결정한 마이크로 버블의 발생량에 의거하여 유체 공급부(1) 및 공기 공급량 제어부(70)를 제어함으로써, 마이크로 버블 노즐(110)에서 발생되는 마이크로 버블량을 제어할 수 있다.

한편, 제어 장치(160)는 중계기(140)와의 통신을 통해 수집한 측정 데이터 및 수위 정보를 관제 서버(180)에 전송하거나 관리자측 단말기(200)에 전송할 수 있다. 이에 따라, 제어 장치(160)는 관제 서버(180) 또는 관리자측 단말기(200)로부터 제어 관련 정보를 수신하며, 수신한 제어 관련 정보에 의거하여 마이크로 버블의 발생량 제어, 폭기용 배관(50)의 길이 조정을 위한 길이 조정부(60)의 제어 등을 수행할 수 있다.

이를 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 제어 장치(160)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전원이 필요한 부분에 전원을 공급하는 전원부(162), 중계기(140)로부터 측정 데이터 및 수위 정보 등을 수집하는 데이터 수집부(164), 수집한 데이터를 유무선 통신망을 통해 연결된 관제 서버(180)에 전송하고 무선 통신망으로 연결된 관리자측 단말기(200)로부터 제어 관련 정보를 수신하는 데이터 송수신부(166) 및 수집한 데이터 또는 제어 관련 정보에 의거하여 마이크로 버블의 발생량 제어 및 폭기용 배관(50)의 위치 제어를 수행하기 위한 제어부(168) 등을 포함할 수 있다.

한편, 제어부(168)는 제어 관련 정보를 관리자측 단말기(200)뿐만 아니라 관제 서버(180)로부터 수신할 수 있다.

관제 서버(180)는 유무선 통신망을 통해 연결된 제어 장치(160)를 통해 수신된 측정 데이터 및 수위 정보를 기반으로 폭기용 배관(50)의 길이 조정 및 마이크로 버블의 발생량을 제어하기 위한 제어 관련 정보를 생성한 후 이를 유무선 통신망을 통해 제어 장치(160)에 전송할 수 있다.

이때, 관제 서버(180)는 마이크로 버블의 발생량을 제어하기 위한 제어 관련 정보를 생성할 때, 측정 데이터와 물순환용 폭기 장치(100)가 설치된 위치, 수위, 지형, 날씨, 현재 기온, 강수량 변화 등의 빅 데이터를 활용하여 제어 관련 정보를 생성할 수 있다.

또한, 관제 서버(180)는 물순환용 폭기 장치(100) 및 통신용 와이어(3)를 통해 연결된 복수의 수중 환경용 센서 모듈(120)과 수위 감지 센서 모듈(122)의 동작 상태를 체크하고, 이에 대응되는 관제 화면을 제공할 수 있다. 구체적으로, 관제 서버(180)는 제어 장치(160)로부터 측정 데이터 및 수위 정보 등과 물순환용 폭기 장치(100)에 대한 동작 상태에 대한 정보를 수신하며, 이를 기반으로 관제용 화면을 구성한 후 이를 기 등록된 사용자측 단말기(미도시됨)에 제공하거나 표시부(미도시됨)에 디스플레이하거나 관리자측 단말기(200)에 제공할 수 있다.

이를 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 제어 장치(160)는 물순환용 폭기 장치(100)의 마이크로 버블 노즐(110) 등의 동작 상태, 다수의 센서(120, 122)의 동작 상태 등을 체크하는 상태 체크부(170)를 더 포함할 수 있다.

상태 체크부(170)는 다수의 센서(120, 122)로부터 데이터 수신 여부를 체크하여 다수의 센서(120, 122)의 동작 상태를 체크하고, 마이크로 버블 노즐(110)의 상태 체크를 위한 제어 신호를 발생시킨 후 이에 대응되는 응답을 통해 동작 상태를 체크하며, 이에 대응되는 정보를 관제 서버(180)에 제공할 수 있다.

이를 위하여, 관제 서버(180)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 통신 인터페이스(181), 제어 정보 생성부(182), 데이터 저장부(183), 관제 화면 생성부(184) 등을 포함할 수 있다.

먼저, 통신 인터페이스(181)는 유무선 통신망을 통해 제어 장치(160)와 관제 서버(180)간의 통신 연결을 지원하며, 이동 통신망과 연동되어 적어도 하나 이상의 관리자측 단말기(200)와 관제 서버(180)간의 통신 연결을 지원할 수 있다. 구체적으로, 통신 인터페이스(181)는 통신망에 관제 서버(180)를 연결시켜 제어기기(106) 및 관리자측 단말기(200)와 관제 서버(180)간의 정보 송수신을 위한 인터페이스를 제공할 수 있다.

제어 정보 생성부(182)는 제어 장치(160)와의 연동을 통해 수신한 수위 정보에 기초한 수위별 측정 데이터를 기반으로 물순환용 폭기 장치(100)의 동작을 제어하기 위한 제어 관련 정보를 생성할 수 있다. 구체적으로, 제어 정보 생성부(182)는 수위 정보에 해당되는 위치에서의 수중 온도, 유속, 물 밀도, 용존 산소량 등의 측정 데이터를 기반으로 해당 위치에서의 구동 필요 여부 및 구동 시간을 결정한 후 이를 기반으로 제어 관련 정보를 생성할 수 있다.

데이터 저장부(183)는 수위별 측정 데이터를 데이터베이스(미도시됨)에 저장하여 관리할 수 있다.

관제 화면 생성부(184)는 물순환용 폭기 장치(100)가 설치된 장소 및 복수의 수중 환경용 센서 모듈(120)과 수위 감지 센서 모듈(122)을 통해 수집한 데이터를 이용하여 수위별 수중 상태 정보를 생성하며, 생성한 수위별 수중 상태 정보를 포함한 관제 화면 데이터를 생성한 후 이를 표시(미도시됨)에 디스플레이할 수 있다.

또한, 관제 화면 생성부(184)는 물순환용 폭기 장치(100) 및 통신용 와이어(3)를 통해 연결된 복수의 수중 환경용 센서 모듈(120)과 수위 감지 센서 모듈(122)의 동작 상태를 체크하고, 이에 대응되는 관제 화면을 제공할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 따른 수질 정화 시스템은 부력체(2)에 의해 수면 상에 떠 있는 상태로 적용되거나, 수중 상에 고정되어 적용될 수 있는데, 이에 대해 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하기로 한다.

도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 수질 정화 시스템이 적용된 예시도들이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수질 정화 시스템에서 물순환용 폭기 장치(100)의 마이크로 버블 노즐(110)은 수면 위에 노출되도록 상기 부력체(2)에 연결되고, 폭기용 배관(50)에 연결된 배출구(12)가 수중에 위치할 수 있다.

또한, 유체 공급부(1)는 수중 펌프로 부력체(2)에 설치되되, 일부분이 수중 상에 위치하고 물을 배출하기 위한 수중 펌프의 배출구(미도시됨)가 마이크로 버블 노즐(110)의 유입구에 연결되며, 수중 펌프의 유입구(미도시됨)의 전단에 유입되는 물에서 이물질을 필터링하기 위한 필터링 부재(80)가 더 설치될 수 있다.

이러한 구조에서, 제어 장치(160)는 수중 펌프의 제어를 통해 상기 마이크로 버블 노즐을 통해 발생되는 마이크로 버블 발생량을 제어할 수 있으며, 폭기용 배관(50)의 길이 조정을 통해 마이크로 버블이 수중 내 공급되는 위치를 조정할 수 있다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 수질 정화 시스템에서 부력체(2)는 일측이 수중의 바닥면에 고정되고 타측이 수면 외부로 돌출되는 적어도 둘 이상의 가이드부재(90)에 상하 이동이 가능하도록 연결될 수 있다.

또한, 유체 공급부(1)는 가이드부재(90)에 의해 생성된 공간 내부에 설치되되, 유체 공급부(1)의 배출구(미도시됨)가 마이크로 버블 노즐(110)의 유입구(11)에 연결되고 유체 공급부(1)의 유입구(미도시됨)를 통해 유입되는 물을 마이크로 버블 노즐의 유입구(11)로 배출하는 수중 펌프일 수 있다.

또한, 도 7에 도시된 바와 같은 수질 정화 시스템은 일단이 부력체(2)와 연결되어 수면 외부로 돌출되고, 타단이 마이크로 버블 노즐(110)에 연결되어 상기 마이크로 버블 노즐(110)에 공기를 공급하며, 부력체(2)의 이동에 따라 길이가 조절되는 공기 공급용 배관(92)를 더 구비할 수 있다.

이때, 마이크로 버블 노즐(110)은 유체 공급부(1)인 수중 펌프의 상단 부분의 가이드부재(90) 상에 설치될 수 있다.

제어 장치(160)는 부력체(2)에 연결되어 설치될 수 있으며, 소정의 제어라인(미도시됨)을 통해 유체 공급부(1)인 수중 펌프와 연결되어 수중 펌프를 제어함으로써, 마이크로 버블 노즐(110)에 공급되는 물의 양을 조절하여 마이크로 버블량을 제어할 수 있다.

전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 유체 공급부
2 : 부력체
3 : 통신용 와이어
4 : 고정체
5 : 길이 조정 부재
100 : 물순환용 폭기 장치
110 : 마이크로 버블 노즐
120 : 수중 환경용 센서
140 : 중계기
160 : 제어 장치
180 : 관제 서버
200 : 관리자측 단말기

Claims

일측의 유입구가 유체 공급부가 연결되어 물을 공급받고, 외부의 공기를 공급받아 상기 유입구를 통해 유입되는 물과 외부로부터 공급받은 공기를 이용하여 타측에 형성된 배출구를 통해 마이크로 버블을 발생시켜 수중으로 공급하는 마이크로 버블 노즐을 포함하는 물순환용 폭기 장치와,
수중 환경 측정을 원하는 위치의 수면 상에 위치하는 부력체에 설치되고, 상기 부력체의 하부로부터 수중으로 연결되는 통신용 와이어 및 상기 통신용 와이어에 탈부착 가능하게 장착되어 수중 환경을 측정한 후 이에 대응되는 측정 데이터를 상기 통신용 와이어를 통해 외부로 송출하는 다수의 수중 환경용 센서 모듈과,
수면 상 또는 수중 이외의 영역에 설치되어 상기 통신용 와이어와 연결되고, 상기 다수의 수중 환경용 센서 모듈의 수중 환경 센싱을 통해 획득한 측정 데이터를 상기 통신용 와이어를 통해 수집하는 중계기와,
상기 중계기와 유무선으로 연결되어 상기 수집한 측정 데이터를 기반으로 상기 마이크로 버블의 발생량을 제어하는 제어장치를 포함하며,
상기 통신용 와이어는 수중에 위치되는 끝부분에 소정의 무게를 갖는 고정체를 구비하고, 타측 끝단에 통신용 와이어의 길이를 조정하기 위한 길이 조정 부재 및 상기 다수의 수중 환경용 센서 모듈이 탈부착 되는 다수의 센서 소켓들을 구비하며,
상기 조정부재는 릴 형식으로 상기 통신용 와이어의 일 부분에 연결되어 통신용 와이어를 릴 방식으로 감거나 풀어서 통신용 와이어의 길이를 조정하는 IoT 기반의 수질 정화 시스템.
제1항에 있어서,
상기 마이크로 버블 노즐의 배출구는,
길이 조정이 가능한 폭기용 배관을 통해 상기 유입구에 연결되는 IoT 기반의 수질 정화 시스템.
제2항에 있어서,
상기 수질 정화 시스템은,
상기 수중 환경용 센서 모듈 각각에 연결되어 설치되고, 상기 수중 환경용 센서가 설치된 위치에서의 수위 정보를 센싱한 후 이를 상기 측정 데이터를 상기 중계기에 전송할 때, 상기 통신용 와이어를 통해 상기 중계기에 전송하는 다수의 수위 감지 센서 모듈을 더 포함하며,
상기 제어 장치는,
상기 중계기를 통해 수위 정보와 측정 데이터를 수신한 후 이를 기반으로 수질 정화가 필요한 위치를 결정하고, 상기 측정 데이터를 이용하여 마이크로 버블 발생량을 결정하며, 상기 결정한 위치에 의거하여 상기 폭기용 배관의 길이를 조정한 후 마이크로 버블 발생량에 의거하여 상기 마이크로 버블 노즐을 제어하는 IoT 기반의 수질 정화 시스템.
제2항에 있어서,
상기 수질 정화 시스템은,
상기 수중 환경용 센서 모듈 각각에 연결되어 설치되고, 상기 수중 환경용 센서가 설치된 위치에서의 수위 정보를 센싱한 후 이를 상기 측정 데이터를 상기 중계기에 전송할 때, 상기 통신용 와이어를 통해 상기 중계기에 전송하는 다수의 수위 감지 센서 모듈을 더 포함하며,
상기 제어 장치는,
상기 중계기를 통해 수위 정보와 측정 데이터를 수신한 후 이를 유선 또는 무선으로 연결된 관제 서버에 전송한 후 이에 대한 응답으로 제어 관련 정보를 수신하여 상기 폭기용 배관의 길이 조정 및 상기 마이크로 버블 노즐을 제어하며,
상기 관제 서버는,
상기 수신한 수위 정보와 측정 데이터를 기반으로 수질 정화가 필요한 위치를 결정하고, 상기 측정 데이터를 이용하여 마이크로 버블 발생량을 결정한 후 이에 대응되는 제어 관련 정보를 상기 제어 장치에 전송하는 IoT 기반의 수질 정화 시스템.
제2항에 있어서,
상기 수질 정화 시스템은,
상기 수중 환경용 센서 모듈 각각에 연결되어 설치되고, 상기 수중 환경용 센서가 설치된 위치에서의 수위 정보를 센싱한 후 이를 상기 측정 데이터를 상기 중계기에 전송할 때, 상기 통신용 와이어를 통해 상기 중계기에 전송하는 다수의 수위 감지 센서 모듈을 더 포함하며,
상기 제어 장치는,
상기 중계기를 통해 수위 정보와 측정 데이터를 수신한 후 이를 무선으로 연결된 관리자측 단말기에 전송한 후 이에 대한 응답으로 제어 관련 정보를 수신하여 상기 폭기용 배관의 길이 조정 및 상기 마이크로 버블 노즐을 제어하며,
상기 관리자측 단말기는,
실행 가능한 형태로 메모리에 저장된 프로그램을 이용하여 상기 수신한 수위 정보와 측정 데이터를 기반으로 수질 정화가 필요한 위치를 결정하고, 상기 측정 데이터를 이용하여 마이크로 버블 발생량을 결정한 후 이에 대응되는 제어 관련 정보를 상기 제어 장치에 전송하는 IoT 기반의 수질 정화 시스템.
제2항에 있어서,
상기 수질 정화 시스템은,
상기 수중 환경용 센서 모듈 각각에 연결되어 설치되고, 상기 수중 환경용 센서가 설치된 위치에서의 수위 정보를 센싱한 후 이를 상기 측정 데이터를 상기 중계기에 전송할 때, 상기 통신용 와이어를 통해 상기 중계기에 전송하는 다수의 수위 감지 센서 모듈을 더 포함하며,
상기 제어 장치는,
상기 중계기를 통해 수위 정보와 측정 데이터를 수신한 후 이를 유선 또는 무선으로 연결된 관제 서버에 전송한 후 이에 대한 응답으로 제어 관련 정보를 수신하여 상기 폭기용 배관의 길이 조정 및 상기 마이크로 버블 노즐을 제어하며,
상기 관제 서버는,
상기 수신한 수위 정보와 측정 데이터를 기반으로 수질 정화가 필요한 위치를 결정하고, 상기 측정 데이터를 이용하여 마이크로 버블 발생량을 결정한 후 이에 대응되는 제어 관련 정보를 관리자측 단말기에 전송하며,
상기 관리자측 단말기는,
상기 제어 관련 정보를 무선으로 연결된 제어 장치에 전송하는 IoT 기반의 수질 정화 시스템.
제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 마이크로 버블 노즐은,
상기 외부의 공기의 공급량을 제어하기 위한 공기 공급량 제어부에 연결되며,
상기 제어 장치는,
상기 마이크로 버블 발생량에 의거하여 상기 유체 공급부 및 공기 공급량 제어부를 제어하는 IoT 기반의 수질 정화 시스템.
제2항에 있어서,
상기 마이크로 버블 노즐은 수면 위에 노출되도록 상기 부력체에 연결되고, 상기 폭기용 배관에 연결된 배출구가 수중에 위치하며,
상기 유체 공급부는 수중 펌프로 상기 부력체에 설치되되, 일부분이 수중 상에 위치하고 물을 배출하기 위한 배출구가 상기 마이크로 버블 노즐의 유입구에 연결되며,
상기 수중 펌프의 유입구의 전단에 유입되는 물에서 이물질을 필터링하기 위한 필터링 부재가 더 설치되며,
상기 제어 장치는 상기 수중 펌프의 제어를 통해 상기 마이크로 버블 노즐을 통해 발생되는 마이크로 버블 발생량을 제어하는 IoT 기반의 수질 정화 시스템.
제2항에 있어서,
상기 부력체는 일측이 상기 수중의 바닥면에 고정되고 타측이 수면 외부로 돌출되는 적어도 둘 이상의 가이드부재에 상하 이동이 가능하도록 연결되고,
상기 유체 공급부는 수중펌프로 상기 가이드부재에 고정 설치되어 상기 수중펌프의 배출구가 상기 마이크로 버블 노즐의 유입구에 연결되고 상기 수중펌프의 유입구를 통해 유입되는 물을 상기 마이크로 버블 노즐의 유입구에 배출하며,
상기 부력체와 연결되어 일단이 수면 외부로 돌출되고, 타단이 상기 마이크로 버블 노즐에 연결되어 상기 마이크로 버블 노즐에 공기를 공급하며, 상기 부력체의 이동에 따라 길이가 조절되는 공기 공급용 배관을 구비하며,
상기 마이크로 버블 노즐은,
상기 수중 펌프의 상단부분의 가이드부재 상에 설치되며,
상기 제어 장치는 상기 부력체 상에 설치되어 상기 수중 펌프의 제어를 통해 상기 마이크로 버블 노즐에 의해 발생되는 마이크로 버블량을 제어하는 IoT 기반의 수질 정화 시스템.