KR20120134651A - 태양에너지와 다중순환흐름을 이용한 물순환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 호소, 저수지와 같은 정체수역의 수질개선을 위한 물순환장치로서, 기존의 물순환장치 원리와 달리 호소 전체순환이 아닌 표층과 중층, 중층과 심층간의 다층순환흐름을 이용한 장치로서 태양광을 에너지원으로 하여 표층과 심층의 물을 중층에 혼합 후 수평방향으로 확산하게 하여 높은 영양염류 및 유기물을 함유한 심층의 물이 표층으로 이송되었을 때 발생하는 쇼크(shock)로 급격한 수환경변화를 방지하고, 부영양화현상의 주 원인인 성층을 파괴하여 연중 수질이 유지될 수 있는 물순환장치에 관한 것이다.

Description

태양에너지와 다중순환흐름을 이용한 물순환장치{AN APPARATUS OF WATER CIRCULATION USING SOLAR ENERGY AND MULTI-CIRCULATION FLOW}

본 발명은 다중순환흐름을 이용한 물순환장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 호소, 저수지와 같은 정체수역에서 태양광을 에너지원으로 하여 표층과 심층의 물을 취수하여 중층에서 혼합 후 발산하는 형식으로 발산된 물은 밀도류 원리에 의해 수평방향으로 확산하게 되는 다중순환흐름 물순환장치에 관한 것이다.

우리나라는 안정적인 수자원을 확보하기 위해 자연적으로 조성된 호수(lake)외에 댐이나 제방을 이용하여 인공적인 저수지(reservoir)를 건설하였다. 특히, 농업용수를 확보하고자 전국에 17,689개소를 조성하여 수자원 이용량(337억톤)의 약 47%(160억톤)를 이용하고 있다. 이러한 호소는 농업지역의 비점오염원과 깊은 유기물 퇴적층을 가지는 공통적인 특성이 있으며, 인위적인 방류시설이 없어 관개용수를 공급하는 시기와 집중강우에 의해 월류되는 경우를 제외하고는 배출되지 않는 특징을 가지고 있다. 또한, 외부로부터 지속적으로 유입되는 오염물질의 누적과 정체된 수역으로 인해 부영양화 현상이 심화되어 식물성 플랑크톤이 이상번식하게 되고, 이로 인해 냄새 및 맛을 유발하며, 심층의 용존산소가 급격히 소비되어 수질이 점차 악화되고 있는 실정이다. 특히, 부영양화 현상은 호소의 계절적인 특징으로 나타나는 성층현상이 반복적으로 나타나 표층과 심층의 간헐적 물순환으로 인해 내부부하가 가중되어 결국 호소수질을 악화시키고 있어 이를 개선하기 위해서는 호소의 내부적인 저감대책이 반드시 필요하다.

이러한, 호소의 부영양화방지를 위한 호소 내부 저감대책으로 물순환, 폭기, 응집처리, 조류제거선, 인공습지, 미생물접촉재 등 다양한 물리?화학적?생물학적인 방법으로 적용되고 있으며, 최근 단기적인 조류제어를 위해 호소내부에 물순환장치를 다수 이용하고 있다. 국내에서 가동중인 물순환장치는 순환방식과 공기주입방법에 따라 산기식, 간헐식, 심층수순환식, 밀도류순환식으로 구분되며, 설치와 운전이 용이한 공기주입식 물순환장치가 주로 이용되고 있다. 하지만, 공기주입에 따른 물순환장치는 폭기량에 따른 운영비가 많이 소요되는 단점이 있어 최근, 태양전지로 자체동력을 이용하고 심층수를 표층으로 이송시켜 물순환을 유도하는 물순환장치가 연구되고 있다. 현재, 이용중인 태양광 물순환장치는 전체 호소순환을 유도하기는 하나 실제 호소의 수질문제를 일으키는 핵심문제인 성층현상을 파괴하기에는 동력소모 뿐 아니라 지속적인 호소수질을 유지하는데 어려움이 발생되고 있다.

본 발명은 상기에 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 국내 호소에 적용가능하도록 태양에너지를 이용하여 운영하는데 필요한 에너지를 절감하고 부영양화의 원인이 되는 호소의 성층파괴효과를 증대시키기 위해 다중순환흐름원리를 이용하여 표층과 심층의 물을 중층에 직접적인 물순환을 유도함으로써 연중 수질유지가 가능할 수 있는 물순환장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

부유체에 의한 수역에 위치되는 물순환장치 본체;

상기 부유체에 의해 수역 위에 노출되는 태양광발전모듈과 이로 인해 전기에너지를 충전시키는 축전지;

상기 전원에 의해 구동되는 모터;

상기 모터의 회전에 의한 표층수를 하강시키는 임펠러;

상기 모터의 회전에 의한 심층수를 상승시키는 수중임펠러;

상기 모터의 회전에 의한 표층수와 심층수를 혼합 확산시켜주는 수중임펠러;

상기 임펠러와 수중임펠러에 의한 수류의 유로를 제공하고 수위에 따라 길이가 조절되는 주름형 튜브관;

상기 튜브관은 상부 표층수 유입부와 하부 심층수 유입부, 중심부에 표층수와 심층수가 배출되는 표출부; 를 포함하며

상기 표출부는 표층수와 심층수가 혼합되어 배출되는 지점에 산기장치를 통해 공기 공급을 하여 호기상태로 만든 뒤 수평방향으로 표출된다.

본 발명에 있어, 상기 물순환장치를 정체수역에 고정하기 위한 앵커를 포함한다.

본 발명의 물순환장치에 따르면, 호소 및 저수지와 같은 정체수역내의 흐름이 없는 물을 순환함으로써 부영양화와 같은 수질악화를 일으키는 호소의 성층현상을 방지하여 연중 수질을 유지할 수 있다.

또한, 태양에너지를 이용하여 임펠러를 구동함으로써 외부전력이 필요없어 탄소생성이 되지 않는 친환경 탄소무배출장치이다.

그리고, 심층내의 고농도의 영양염류와 유기물을 표층대신 중층으로 이송시켜 확산시키는 다중순환흐름을 이용하여 전체순환으로 나타나는 쇼크(shock)현상을 완충(Buffer)할 수 있으며, 무산소층인 심층수가 중층에서 혼합확산되었을 때, 산기장치를 통해 지속적인 공기공급을 하도록 확산되는 물의 용존산소량을 증가시킴으로써 호소에 형성된 성층파괴효과를 높이고자 하였다.

또한, 본 발명의 물순환장치의 주름형 튜브관을 수심에 따라 쉽게 조절가능할 수 있어, 다양한 수역에 적용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 태양에너지와 다층순환흐름형 물순환장치를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 I-I' 선의 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다층순환형 물순환장치의 순환과정을 보여주는 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 물순환장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 물순환장치의 단면도이다.

본 발명의 실시예에 따른 물순환장치(110)는 도 1과 도2에 도시된바와 같이, 태양광 모듈(20), 부력체(40), 표층수유입부(41), 심층수유입부(92), 토출부(91), 산기장치(80)를 포함하여 구성된다. 태양광 모듈(20)은 모터(60)와 연결하기 위해 프레임(70)을 설치하여 부유체(40)에 고정하며, 모터(60) 구동에 필요한 전력을 확보하기 위해 축전지(30)과 함께 제공된다. 모터(60)는 유입임펠러(11)와 토출 수중임펠러(12), 유입 수중임펠러(13)를 가동한다. 뷰유체(40)은 부유부(50)과 물순환장치(110)을 물 위에 위치하도록 하며, 부유체(40)내에 유입호퍼(10)을 모터(60)의 회전반경에 맞춰 설치하며 표층수 유입부(41)를 통해 4방향으로 표층수를 유입하도록 한다. 표층수 유입부(41)로부터 표층수를 유입 임펠러(11) 회전에 따라 토출부(91)로 이송시키며, 심층수 유입부(12)로부터 심층수를 유입 수중임펠러(13) 회전에 따라 토출부(91)로 이송시킨다. 그리고, 토출부(91)은 표층수 유입부(41)와 심층수 유입부(12)로부터 이송된 물을 토출수중임펠러(12)를 통해 수평방향으로 중층에 확산시킨다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 물순환장치(110)는 혐기상태의 심층수가 표층으로 바로 이송되어 물순환의 악영향을 방지하기 위해 산기장치(80)을 통해 심층수 유입부(12)로부터 이송되어진 물에 공기공급을 함으로써 중층내의 용존산소(Dissolved Oxygen) 농도를 높임으로써 성층현상을 제어할 수 있다. 또한, 호소바닥면(101)보다 심층수 유입과 순환이 일어나도록 유도하도록 하여 호소바닥면(101)에서 고농도의 영양염류의 용출을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 물순환장치(110)는 호소바닥면(101)에 고정시키기 위한 앵커(100; anchor)를 링크(101; link)를 통해 주름형 튜브관(90)의 하부에 있는 심층수 유입구(12)와 열결한다.

그리고, 물순환장치(110)의 위치를 일정하게 유지하도록 호소의 수심에 따라 주름형 튜브관(90)의 길이가 조절될 수 있다. 다만 토출부(91)은 호소의 성층이 나타난 수심에 고정되도록 주름형 튜브관(90)을 조정한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다층순환형 물순환장치(110)의 물 순환과정을 보여주며, 이를 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시예에 따른 물순환장치(110)이 정체수역에 설치되어 태양광모듈(20)에 의한 태양에너지가 집적되어 축전지(30)에 축전을 시키며, 이를 통해 모터(60)가 가동하게 되어 부유체(40)안의 유입호퍼(10)안으로 표층수 유입부(41)로 표층수가 유입한다. 모터(60)이 유입임펠러(11)를 가동하여 주름형 튜브관(90)을 통해 표층수를 하강시키며, 호소바닥면(101)의 심층수 유입부(92)와 유입 수중임펠러(13)를 통해 심층수가 상승하게 된다. 표층수와 심층수의 이송으로 토출부(91)에서 토출 수중임펠러(12)를 통해 혼합, 확산하여 수평방향으로 이동된다.

이와 같은 원리는 호소의 성층이 생겼을 때 나타나는 표층과 중층, 심층간의 관계를 이용한 것으로, 성층이 나타난 호소의 특징인 온도와 용존산소가 높은 표층과 온도가 낮고 용존산소가 극히 없는 심층, 표층과 심층의 구분이 급격히 나타나는 중층이 형성되어 진다.

이러한 현상이 호소 수질을 악화시키기 때문에, 본 발명과 같이 물순환을 통해 호소 내부의 흐름이 있도록 유도해 주어야 한다. 본 발명의 실시예로 물순환장치(110)의 가동으로 표층수가 이동되어 표층수보다 밀도가 비교적 높은 중층수가 흐름을 가짐으로써 표층-중층간 순환이 가능해지며, 이와 반대로 높은 밀도의 심층수가 중층으로 이송함으로써 상대적으로 낮은 중층수 흐름을 통해 중층-심층간의 순환이 가능하도록 한다.

한편, 본 명세서와 도면에 제시된 본 발명의 실시예는 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 제시된 실시예외에도 본 발명의 기술적 사상에 벗어나지 않는 범위내에서는 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 유입호퍼 11 : 유입 임펠러
12 : 토출 수중임펠러 13 : 유입 수중임펠러
20 : 태양광 모듈 30 : 축전지
40 : 부유체 41 : 표층수 유입부
50 : 부유부 60 : 모터
70 : 프레임 80 : 산기장치
90 : 주름형 튜브관 91 : 토출부
92 : 심층수유입부 100 : 앵커
101: 링크 110 : 물순환장치

Claims (3)

1. 태양에너지를 이용하여 전기에너지를 충전하고, 이를 이용하여 구동되는 물순환장치 본체, 모터에 의해 회전되는 임펠러와 수중임펠러, 임펠러와 수중임펠러에 의한 수류의 유류를 제공하고 수위에 따라 길이가 조절되는 주름형 튜브관, 표출부의 공기공급을 위한 산기장치;를 포함하는 물순환장치
2. 제1항에 있어서, 모터구동부는 표층수를 하강시키는 임펠러와 심층수를 상승시키는 수중임펠러, 표층수와 심층수를 혼합확산시키는 수중임펠러를 포함하는 물순환장치
3. 제1항에 있어서, 주름형 튜브관은 상부 표층수 유입부와 하부 심층수 유입부, 중심부에 표층수와 심층수가 혼합되어 배출되는 표출부로 구분되며, 상기 표출부에 산기장치를 통해 공기공급을 하도록 하여 배출수를 호기상태로 표출할 수 있도록 하는 물순환장치
   
   
   
   

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