KR20130023421A - 수족관의 산소량과 세균량이 조절되는 산소 조절장치 - Google Patents

Abstract

고순도의 산소를 발생시켜 수족관에 산소를 제대로 공급할 수 있게 하고 산소농도와 pH값 등을 자동적으로 조절할 수 있게 만든 수족관의 산소조절장치.

Description

수족관의 산소량과 세균량이 조절되는 산소 조절장치{ The Oxygen Control System For Aquarium}

수족관, 산소 발생기, 산소 조절센서

수족관은 보통 어항이라고 부르는 가정에서 사용하는 것에서 음식점 등의 상가에서 사용하는 것, 일반 사람들에게 각종 물고기를 전시하기 위한 수족관이 있다. 이러한 수족관은 안전성·수밀성·방청·수온유지·수질보존·조명·수처리 방법 등을 고려해서 만들어야 하고 그밖에 수압·해수, 대형 어류가 부딪힐 때의 하중, 수조의 크기와 재질, 수압 등의 요소가 고려된 방수재와 마감재, 어류에게 치명적인 독성과 부식 방지를 위한 재료의 선택 등도 고려해야 할 요소다. 특히 수질을 관리하는 것은 핵심적인 사항 중에 하나이다.

자연에서 생활하고 적응한 물고기를 인위적인 방법으로 키우기 위해서는 최대한 비슷한 수질로 맞춰줘야 한다. 물고기들이 먹이를 먹고 난 후에 "똥"이나 수족관에서 발생되는 여러 가지 해로운 가스등들이 수중에 남아 있기에 그것을 조절을 해주지 못하면 물이 썩어서 냄새나 탁도 등 여러 가지 나쁜 요인들이 발생해 물고기들의 수명을 짧게 단축시키거나 질병을 유발시켜 폐사하게 만든다. 이런 이유로 수질관리를 해야 한다. 일반 우리들이 마시고 끓여먹는 수돗물에선 각종 중금속들이 다량 포함되어 있다. 이런 물은 물고기들에게 해롭다. 수중에 남아있는 불순물들이 분해가 안되고 점차 수질이 썩어 간다. 이를 방지하기 위해 물잡이라는 것을 하여 수중에 박테리아를 발생시켜 자연적인 분해를 도와 수질을 안정적으로 만들어 준다. 처음 물을 투입할 때 바닥재를 까시고 물을 채워 여과기를 돌려 최소 3일에서 일주일 정도 생물을 투입하지 않은 상태에서 물잡이를 하면 박테리아가 어느 정도 형성되어 수질 싸이클이 형성된다. 또한 산도(pH)도 중요하다. pH는 산성이나 염기 그리고 중성의 세기를 말한다. pH가 6.9 이하 일때는 산성이라고 하며 pH 7 이면 중성 그 이상이면 염기성(알카리)이다. 물고기 종류마다 물의 pH값이 조금씩 다르다. 바닷물과 민물이 만나는 장소에 사는 물고기인 기수어에게는 대게 pH값이 중성인 물을 공급해 주어야 한다. 민물고기인 담수어도 마찬가지이다. 그러나 바다고기인 해수어의 대부분은 pH 8 정도의 알칼리물이 좋다. pH값의 조정은 어항 바닥재(소일, 흑사, 산호사 등)나 장식물(화산석, 유목, 수초 등)들의 부수적인 배치나 소금을 투여하는 방법과 약품을 투입하는 방법과 바닷물을 바로 넣는 방법 등이 있다. 지속적인 수질관리를 위해 환수와 산소를 공급해야 한다.환수는 약 일주일에 어항 물의 량에 20%~30% 를 환수해주고 산소 공급은 용존 산소의 양을 조절해야 하므로 항상 해야 한다.

산소를 공급하기 위해 주로 펌프 등을 사용해서 공기 기포를 발생하게 하는 산소공급기를 사용한다. 산소는 물과의 공기의 접촉에서 일어나므로 기포기 없이도 수면의 일렁임 만으로도 산소는 자연스레 녹아들기 마련이지만 기포기의 역할은 바로 공기방울을 공급하여 공기방울만큼의 수면과 공기의 접촉표면을 증가시켜 더 많은 산소가 물속으로 녹아들어 가도록 유도하는 것이다. 물속의 산소 용해량, 즉 용존산소량은 온도와 큰 상관관계에 있다. 온도가 낮을수록 용존산소량은 올라간다. 그래서 여름철 냉각팬에 심지어 냉각기까지 사용하여 수조내부의 온도를 낮춘다.

이처럼 산소는 물고기의 생존에 상당히 중요한 영향을 끼치기 때문에 좀 더 세밀하게 관리할 필요가 있다.

수족관에 산소를 공급하는 방식으로 공기를 직접 주입하는 방식보다는 산소 수착율 증가에 의한 공기 중 산소에 대한 투과도 및 선택도가 증대되는 산소 부화용 카본 맴브레인을 사용하는 것이 더 효과적이다. 카본 맴브레인은 공기 중 산소에 대한 우수한 선택도 및 투과도를 가지고 있다. 하지만 이러한 방식도 질소 흡착물질을 계속해서 갈아 주어야하는 불편함이 있다.

물고기의 생존과 관련해서 두 가지 수치를 고려해야 한다. 생물학적 산소 요구량(BOD)과 화학적 산소요구량(COD)이다. 생물학적 산소요구량이란 물속에 있는 유기물이 미생물에 의해 분해될 때 요구되는 산소의 양을 말하며 물의 오염도가 클수록 증가하는 특성을 가지고 있다. 화학적 산소 요구량은 물속에 있는 오염물을 화학적으로 산화시킬 때 소비되는 산소의 양으로 이것도 물의 오염도에 따라 증가한다. 따라서 용존 산소의 양을 증가시켜야 물의 부영양화를 막을 수 있고 호기성 세균을 이용하여 유기물을 분해하여 깨끗한 물을 유지할 수가 있다.

산소 센서는 액체나 기체 속에서 산소 분압을 측정할 수 있는 백금박막과 반대편에 지르코니아가 코팅되어있는 박막 센서가 많이 개발되어 왔다. 이것으로 자동차의 내부연소 엔진의 소모가스 농도를 측정하는데 사용하기도 하고 스킨스쿠버 다이버의 산소분압을 측정하는데도 사용된다. 매우 소형화가 되어있고 산소 포화에서 2.14mA-0.8mA 의 환원 전류를 갖는 전류 응답속도가 빠른 전류로 바뀌는 방식이 있다.

최근에 수족관을 편리하게 관리하기 위해서 물 교환하고 산소나 이산화탄소의 양을 물고기가 살기 위한 적합한 상태로 유지하기 위한 많은 첨단제품이 나오고 있지만 아주 편리하게 물의 상태를 점검해주는 수족관은 일반화되어있지 않다. 물을 자주 갈 때마다 오히려 물고기에게 스트레스를 주거나 용존산소량의 차이에 의해 물고기의 건강상태를 악화시킬 수 있지만 물을 자주 갈지 않으면 생물학적 산소 요구량이나 화학적 산소요구량이 문제가 될 수 있다.

따라서 최근에 수초를 물속에 자라게 하여 식물의 광합성을 이용해 용존산소를 늘리고 이산화탄소를 제거하는 방법을 많이 사용하나 이 방법도 수초에 필요한 비료를 첨가함으로써 새로운 오염원을 야기시킬 수 있으므로 해결방안이 되지 않는다.

수족관의 산소량을 유지하고 이에 대한 검침이 빨리 이루어져서 효율적으로 산소를 제공하고 산소량뿐만 아니라 pH라든가 이산화 탄소량도 쉽게 검침할 수 있도록 최근에 개발된 첨단 화학 분석기를 장치하여 수족관의 수질관리를 할 수 있는 수족관의 수질을 관리하는 시스템을 만들고자 한다.

본 발명에서는 산소 공급과 측정을 용이하게 함으로써 물고기의 성장 및 생육에 도움을 줄 수 있도록 수족관의 기능을 개선시키고자 한다.

산소 부화용 맴브레인인 고분자 중공사 형태의 종래의 맴브레인 대신에 질소를 흡착하고 산소를 통과시키는 방법과 병행하여 산소의 상자성을 이용하여 강한 자석으로 산소를 한쪽으로 통과시키게 한 후 여러 번 자석이 있는 부분과 탈자를 시킨 부분을 공기가 통과하면서 한쪽에는 산소량이 풍부한 공기를, 다른 한쪽에는 질소량이 풍부한 공기를 얻을 수 있는 방법을 사용한다.

공기로부터 고순도의 산소를 얻을 수 있다면 이에 대한 경제적 효과는 상당할 것으로 생각된다. 이러한 장치는 수족관뿐만 아니라 김치 냉장고나 산소 공급 시스템 및 공기청정기에도 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 산소발생장치의 구성도
도 2는 본 발명의 일실시예

본 발명의 산소발생장치의 상세한 구성을 살펴 보면 다음과 같다. 산소흡착필터(1, 2, 3)은 통으로 되어 있고 상단을 네오디움과 같은 강한 자석으로 만들거나 통 안 상단에 자석을 둔다, 산소발생장치는 2개 이상의 산소흡착필터로 구성하는데 도 1은 세 개의 산소흡착필터로 구성된 산소발생장치를 보여준다. 제 1 송풍팬(1-1)은 첫번째 필터인 산소흡착 제 1 필터(1)에 공기를 주입시킨다. 주입된 고기는 자성에 의해 산소흡착 제 1 필터(1)의 상단에 모인다. 이렇게 모아진 산소가 많은 공기는 제 1 필터 산소 송풍팬(1-4)에 의해 산소흡착 제 2 필터(2)의 제 2 필터 산소통(2-1)에 모아진다. 다시 제 2 필터 산소통(2-1)의 상단의 자석에 의해 산소들은 대부분 상단에 모이게 되고 더욱더 산소가 많아진 공기가 제 2 필터 산소 송풍팬(2-4)에 의해 제 3 필터 산소통(3-1)으로 이동하게 되고 최종적으로 제 4 필터 산소 송풍팬(3-4)에 의해 배출된다. 비슷한 방법으로 질소가 많이 함유된 저산소 공기는 제 4 필터 산소 송풍팬(3-4)에 의해 분리되어 배출된다.

본 발명의 산소발생장치로 장착한 산소조절장치의 상세한 구성을 살펴 보면 다음과 같다. 용존산소 센서(4-4)는 물에 녹아 있는 산소의 양을 측정하고 pH센서(4-3)으로 pH값을 측정한다. 각 물고기에 적합한 용존산소량과 pH값을 미리 수질관리 제어 장치(4-2)에서 설정하고 설정된 값에 미달 시에 산소발생장치(4-1) 등으로 조절하는 방식으로 작동하게 한다.

1: 산소흡착 제 1 필터
1-1: 제 1 송풍팬
1-2: 제 1 필터 공기통
1-3: 제 1 필터 질소 송풍팬
1-4: 제 1 필터 산소 송풍팬
2: 산소흡착 제 2 필터
2-1: 제 2 필터 산소통
2-2: 제 2 필터 질소통
2-3: 제 2 필터 질소 송풍팬
2-4: 제 2 필터 산소 송풍팬
3: 산소흡착 제 3 필터
3-1: 제 3 필터 산소통
3-2: 제 3 필터 질소통
3-3: 제 3 필터 질소 송풍팬
3-4: 제 4 필터 산소 송풍팬
4: 수족관
4-1: 산소발생장치
4-2: 수질관리 제어 장치
4-3: pH센서
4-4: 용존산소 센서

Claims (2)

1. 수족관에 있어서,
   산소흡착필터(1, 2, 3)를 여러 개 연결하여 여러 단계를 거칠수록 고순도의 산소를 발생시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 산소발생장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상단에 강한 자석을 두고 공기를 지나가게 하여 상단에 산소를 모으는 것을 특징으로하는 산소흡착필터를 장착한 산소발생장치.

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