KR20130121284A - 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치 - Google Patents

에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치에 관한 것으로서, 수심 중, 온난상층에 위치하는 온난상층 유입부와, 온도구배층에 위치하는 밀도류 확산부와, 정체하층에 위치하는 정체하층 유입부를 포함하며, 상기 밀도류 확산부에 위치하는 임펠러를 회전시키기 위한 구동모터를 더 포함하는 수질개선장치와; 상기 수질개선장치의 상부쪽에 위치되며, 부력에 의해 수표면에 뜨되, 상기 밀도류 확산부가 온도구배층에 위치되도록 수질개선장치를 승강시키는 리프트 장치부와; 상기 리프트 장치부의 상부면에 설치되어 태양광에 의해 발전을 이루어, 상기 리프트 장치부 및 구동모터에 전원을 공급하는 태양광 발전 패널을 포함하는 것을 특징으로 하며, 이에 따라 밀도류 확산부가 항상 온도구배층에 위치가 가능함으로써, 보다 효율적인 수질개선이 가능하고 감시 및 모든 작동이 원격제어에 의해 이루어짐으로써, 그 제어가 효율적으로 이루어지며, 필요 에너지가 자립에 의해 공급되어 그 설비비 및 유지비가 절감되는 효과가 제공된다.

Description

에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치{Apparatus for water quality improvement by energy self-reliance and remote control}
본 발명은 수질개선을 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 태양광에 의한 에너지 자립과 원격제어에 의하여 호소, 연근해양, 항만 등에서 수온변화, 용존산소 및 유기물 분포 등 수중환경을 조절함에 따라 수질을 개선하도록 하는 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 정체된 호소나 항만 그리고 연근해양에서는 수심에 따른 온도차이 때문에 물의 밀도가 변화됨으로써, 수직방향으로 물 순환이 일어나게 되는 자정작용이 발생된다.
그러나, 여름 또는 겨울에 발생되는 성층현상(Stratification)으로 인하여 이러한 수직순환은 사라지므로 자정작용을 상실하게 되어 부영양화에 따른 녹조, 적조현상 등 심각한 수질약화를 유발하게 된다.
특히, 여름철에는 수심이 깊을수록 수온이 낮고 밀도(density)가 증가하므로 성층현상은 더욱 잘 나타나서, 여름철 호소의 물은 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 온난상층(epilimnion), 온도구배층(thermocline) 및 정체하층(hypolimnion)의 세 층으로 분화된다.
온난상층은 표면수가 바람, 물결 등에 의한 혼합으로 온도가 거의 균일하지만, 온도구배층은 온도변화가 격심한 수층으로 바람에 의하여 물의 혼합이 잘 일어나지 않는다.
따라서, 이러한 성층현상 등으로 악화 된 수질을 개선하기 위한 물리적 방법으로서, 퇴적물 제거법(준설 Sediment removal), 심층수폭기법(Hypolimnic aeration), 산소주입법(Injection of oxygen), 강제순환법(Forced circulation)이 있으며, 그 외에 심층수의 배제법(Diversion of hypolimnic water)이 제안되어 적용되고 있다.
그러나, 이러한 종래의 물리적 방법들은 횡적인 이동(수평 이동)이 적어 멀리 확산되지 못하여 유효 반경이 작으므로, 광활한 수면에서 수질을 개선하는데 한계가 있었으며, 특히 막대한 동력이 필요로 한 단점이 있었다.
이에, 본 발명 출원인은 상기와 같은 문제점에 착안하여 적은 동력으로 호소, 연근해양, 항만 등에서 수온 변화, 용존산소 및 유기물 분포 등 수중환경을 적절히 조절할 수 있으며, 유기물 및 조류를 산화 및 살균시킬 수 있는 수질개선장치를 선출원하여 등록받은 바 있다.
그러나, 종래의 수질개선장치는, 온난상층의 물과, 정체하층의 물을 적은 동력에 의해 온도구배층으로 강제 순환시킴에 따라, 온도구배층의 밀도류를 확산시킴으로써, 성층현상을 완화시켜 수질을 개선시키는 효과는 발휘하게 되나, 수질개선장치가 수표면에 대하여 고정된 상태로 설치되는 관계로 계절에 따라 다른 수심에서 발생되는 온도구배층의 밀도류를 확산시키기는 매우 어려운 문제점이 있었다.
예컨대, 여름철에는 온난상층과 적체하층의 큰 온도차에 의해 비교적 넓은 범위로 온도구배층이 형성되고, 겨울철에는 온난상층과 적체하층의 작은 온도차에 의해 비교적 좁은 범위로 온도구배층이 형성되는바, 온도구배층은 계절에 따라 다른 수심에서 발생되게 된다.
그런데, 종래의 수질개선장치는, 수표면으로부터 고정된 상태로 수심에 대하여 길이방향으로 설치되는바, 온난상층의 물 유입부와, 적체하층의 물 유입부 및 온도구배층의 밀도류 확산부가 항상 수표면에 대하여 동일 수심에 위치됨으로써, 계절에 따라 상기 밀도류 확산부가 온도구배층과 다른 수심 위치에 위치될 경우가 있으며, 이에 따라 효율적인 밀도류 확산이 이루어지지 않아 수질개선에 한계가 있는 문제점이 있었다.
또한, 상기 온도구배층의 밀도류 확산부에 설치되는 임펠러를 회전시키기 위한 구동모터에 동력을 제공하기 위하여 외부의 전원을 연결하여야 하는데, 상기 구동모터는 수표면 위에 설치되는 관계로, 이러한 구동모터에 전선을 연결하여 전원을 공급하기도 매우 어려운 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 제반 문제점에 착안하여 안출된 것으로서, 계절에 따른 온도구배층의 수심 위치에 따라 수질개선장치가 상하로 일정길이만큼 승강이 이루어지도록 함으로써, 밀도류 확산부가 항시 온도구배층에 위치되도록 하여 밀도류 확산에 따른 수질개선 효과를 증대시키도록 한 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 온난상층의 물과, 정체하층의 물을 유입하여 온도구배층의 횡방향으로 유출시켜 밀도류를 확산시키 위한 임펠러의 구동모터에 태양광에 의해 충전된 전원을 공급함으로써, 에너지 자립이 이루어질 수 있도록 하고, 이에 따라 별도의 외부 전원을 연결하지 않아도 되어 결국 그 설비의 곤란성을 해소하도록 한 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치를 제공하는데에도 목적이 있다.
또한, 본 발명은 수심의 온도구배층 분포 상태와, 온도구배층으로 혼합된 유출수가 횡방향으로 유출되는 상태 및 리프트 장치부의 승강상태 등이 실시간 모니터링 가능하도록 하고, 이들의 작동을 무선으로 원격제어 가능하도록 함으로써, 수질개선을 위한 장치의 작동효율이 향상되도록 한 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치를 제공하는데에도 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치는, 수심 중, 온난상층에 위치하는 온난상층 유입부와, 온도구배층에 위치하는 밀도류 확산부와, 정체하층에 위치하는 정체하층 유입부를 포함하며, 상기 밀도류 확산부에 위치하는 임펠러를 회전시키기 위한 구동모터를 더 포함하는 수질개선장치와; 상기 수질개선장치의 상부쪽에 위치되며, 부력에 의해 수표면에 뜨되, 상기 밀도류 확산부가 온도구배층에 위치되도록 수질개선장치를 승강시키는 리프트 장치부와; 상기 리프트 장치부의 상부면에 설치되어 태양광에 의해 발전을 이루어, 상기 리프트 장치부 및 구동모터에 전원을 공급하는 태양광 발전 패널을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 경우, 상기 밀도류 확산부에는, 온도구배층 감지센서 또는 온도구배층 감시용 카메라가 설치되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 상기 온도구배층 감지센서 또는 온도구배층 감시용 카메라에 의해 상기 밀도류 확산부가 온도구배층에 위치하는지를 감지하되, 상기 밀도류 확산부가 온도구배층에 위치하지 않을 경우, 이 신호를 제어부로 송신하고 상기 제어부는 상기 리프트 장치부를 승강시켜 상기 밀도류 확산부가 온도구배층에 위치하도록 하는 것이다.
한편, 상기 제어부는, 리프트 장치부 승강 감시용 카메라와, 구동모터 및 임펠러 감시용 카메라 및 태양광 발전 패널의 태양광 위치 추적 감시용 카메라와 회로 연결될 수도 있다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치에 의하면, 계절에 따른 온도구배층의 수심 위치에 따라 수질개선장치가 상하로 일정길이만큼 승강이 이루어짐으로써, 밀도류 확산부가 항시 온도구배층에 위치되어 밀도류 확산에 따른 수질개선 효율이 향상되는 효과가 제공된다.
또한, 본 발명은 온난상층의 물과, 정체하층의 물을 유입하여 온도구배층의 횡방향으로 유출시켜 밀도류를 확산시키기 위한 임펠러의 구동모터와, 수질개선장치를 승강시키기 위한 리프트 장치부에 각각 태양광에 의해 충전된 전원이 공급됨으로써, 에너지 자립이 이루어지고, 이에 따라 별도의 외부 전원을 연결하지 않아도 되어 결국 그 설비의 곤란성이 해소되는 효과도 제공된다.
또한, 본 발명은 수심의 온도구배층 분포 상태와, 온도구배층으로 혼합된 유출수가 횡방향으로 유출되는 상태 및 리프트 장치부의 승강상태 등이 실시간 모니터링 가능하고, 이러한 작동이 무선으로 원격제어로서 가능해짐으로써, 결국 수질개선을 위한 수질개선장치의 작동효율이 크게 향상되는 효과도 제공된다.
도 1은 여름철 호소 등에서 물의 성층현상을 설명하기 위한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치를 도시한 일부 절개 사시도.
도 3은 본 발명에 따른 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치의 구성을 나타낸 블록도.
도 4는 도 3에서 제어부의 제어관계를 도시한 블록도.
도 5는 본 발명에 따른 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치의 작동관계를 도시한 순서도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치를 도시한 일부 절개 사시도이다.
또한, 도 3은 본 발명에 따른 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 4는 도 3에서 제어부의 제어관계를 도시한 블록도이다.
또한, 도 5는 본 발명에 따른 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치의 작동관계를 도시한 순서도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치는, 정체된 호소나 항만 그리고 연근해양 등의 수심에 길이방향으로 설치되는 수질개선장치(10)를 포함한다.
수질개선장치(10)는, 수심 중 온난상층에 침수되는 온난상층 물 유입부(12)와, 온도구배층에 침수되는 밀도류 확산부(14) 및 정체하층에 침수되는 정체하층 물 유입부(16)가 일직선의 통수관으로 연결된 구조로 이루어져 있다.
상기 온도구배층의 밀도류 확산부(14)에는 임펠러(22)가 설치되어 있으며, 이 임펠러(22)는 수표면 위에 설치되는 구동모터(20)와 축설되어 있다.
한편, 구동모터(20)를 감싸며 수표면에 대하여 부력에 의해 뜨는 리프트 장치부(30)가 설치되어 있으며, 이 리프트 장치부(30)의 상면에는 태양광 발전 패널(40)이 설치되어 있다. 여기서 태양광 발전 패널(40)은 태양광이 조사되는 방향으로 위치추적이 이루어지는 것이며, 태양광에 의해 충전된 전원은 별도의 축전지(미도시됨)로 충전되고, 축전지에 충전된 전원에 의해 구동모터(20) 및 상기 리프트 장치부(30)가 구동하게 된다.
상기 리프트 장치부(30)는, 관리소 등으로부터 제어부에 의한 원격제어에 의해 승강이 이루어짐으로써, 수질개선장치(10)를 승강시키게 된다.
예컨대, 계절에 따라 온도구배층의 크기가 달라지거나 그 수심의 위치변화에 따라 밀도류 확산부(14)가 온도구배층에 위치하지 않을 경우, 이를 감지하여 리프트 장치부(30)를 승강시킴으로써, 밀도류 확산부(14)가 온도구배층에 위치되도록 한다.
여기서, 밀도류 확산부(14)에는 밀도를 감지하기 위한 온도구배층 감지센서 및/또는 온도구배층 감시용 카메라가 설치되어 이를 관리소 등의 모니터로 송출하도록 하고, 관리자는 모니터로 송출된 신호에 따라 제어부에 의해 리트프 장치부(30)를 승강시킴으로써, 밀도류 확산부(14)가 온도구배층에 위치되도록 하면 된다.
한편, 리프트 장치부(30)의 승강을 확인하기 위한 별도의 감시용 카메라와, 구동모터(20) 및 임펠러(22)의 작동상태를 확인하기 위한 별도의 감시용 카메라 및 태양광 발전 패널(40)의 태양광 위치추적 감시용 카메라를 더 설치하여 이를 관리소 등의 모니터로 송출되도록 함으로써, 리프트 장치부(30), 구동모터 및 임펠러(20,22), 태양광 패널(40)의 오작동시 이를 실시간으로 확인하여 제어부로 하여금 제어가 이루어지도록 하고, 필요시 관리자로 하여금 유지보수가 원활히 이루어지도록 할 수도 있다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치의 작동관계를 설명하면 다음과 같다.
먼저, 수질개선을 위하여 온난상층과 정체하층의 물을 온도구배층으로 유입시킨 후, 온도구배층에서 유입된 물을 횡방향으로 확산시켜 밀도류를 확산시키고자 할 경우, 먼저 온도구배층의 위치관계를 확인한다.
즉, 밀도류 확산부(14)에 설치된 온도구배층 감지센서 또는 온도구배층 감시용 카메라를 통해 관리소 등의 모니터에 송출된 신호에 의해 밀도류 확산부(14)가 온도구배층에 위치하는지를 파악한다.
이때, 밀도류 확산부(14)가 온도구배층이 위치하는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 제어부가 구동모터(20)를 구동시켜 임펠러(22)가 작동되도록 한다.
이와 같이, 임펠러(22)가 작동됨에 따라 온난상층의 물은 온난상층 유입부(12)를 통해 밀도류 확산부(14)로 유도되어 아래로 이송되고, 정체하층의 물은 정체하층 유입부(16)를 통해 밀도류 확산부(14)로 유도되어 위로 이송되며, 이와 같이 이송된 온난상층의 물과 정체하층의 물은 밀도류 확산부(14)에서 혼합된 후, 횡방향으로 확산되어 밀도류를 확산시킴으로써, 결국 온도구배층의 밀도를 낮추게 된다.
따라서, 온난상층과 온도구배층 및 정체하층의 물이 적절히 혼합됨으로써, 수질개선이 이루어지게 된다.
한편, 밀도류 확산부(14)에 설치된 온도구배층 감지센서 또는 온도구배층 감시용 카메라를 통해 관리소 등의 모니터에 송출된 신호에 의해 밀도류 확산부(14)가 온도구배층에 위치하지 않은 것으로 확인될 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 제어부에 의해 리프트 장치부(30)를 승강시킴으로써, 밀도류 확산부(14)가 온도구배층에 위치되도록 한 후, 구동모터(20)를 구동시켜 임펠러(22)가 작동되도록 한다.
이와 같이, 임펠러(22)가 작동됨에 따라 온난상층의 물은 온난상층 유입부(12)를 통해 밀도류 확산부(14)로 유도되어 아래로 이송되고, 정체하층의 물은 정체하층 유입부(16)를 통해 밀도류 확산부(14)로 유도되어 위로 이송되며, 이와 같이 이송된 온난상층의 물과 정체하층의 물은 밀도류 확산부(14)에서 혼합된 후, 횡방향으로 확산되어 밀도류를 확산시킴으로써, 결국 온도구배층의 밀도를 낮추게 된다.
따라서, 온난상층과 온도구배층 및 정체하층의 물이 적절히 혼합됨으로써, 수질개선이 이루어지게 된다.
한편, 수질개선장치(10)를 승강시키는 리프트 장치부(30)와, 임펠러(22)를 작동시키기 위한 구동모터(20)는 모두 태양광 발전 패널(40)에 의해 발전된 전원에 의해 구동된다.
즉, 리트프 장치부(30) 상면에 설치된 태양광 발전 패널(40)에 의해 발전된 전원은 별도의 축전지에 충전되고, 축전지에 충전된 전원에 의해 리프트 장치부(30) 및 구동모터(20)가 구동이 이루어지게 되는바, 본 발명에 따른 수질개선 자동화 장치는, 별도의 전원공급을 위한 배선이 필요치 않는바, 에너지 자립이 가능하게 된다.
여기서, 밀도류 확산부(14)에 설치되는 온도구배층 감지센서와, 온도구배층 감시용 카메라를 비롯하여 리프트 장치부 승강 감시용 카메라, 구동모터 및 임펠러 감시용 카메라, 태양광 발전 패널의 태양광 위치 추적 감시용 카메라 등도 모두 상기 축전지를 통해 전원공급이 이루어지도록 함으로써, 에너지 자립성을 더욱 향상시킬 수 있다.
상기 리프트 장치부 승강 감시용 카메라와, 구동모터 및 임펠러 감시용 카메라와, 태양광 발전 패널의 태양광 위치 추적 감시용 카메라에 의해 촬영되는 영상은 실시간으로 관리소 등의 모니터로 송출됨에 따라 관리자는 모니터로 송출되는 영상에 의해 오작동을 실시간으로 확인할 수 있게 되고, 오작동 발생시 제어부를 통해 작동을 중지시키거나 또는 오작동 부분을 신속하게 수리할 수 있게 된다.
특히, 밀도류 확산부(14)가 온도구배층에 위치되도록 리프트 장치부(30)를 승강시키거나 구동모터(20)를 구동시키는 것은 모두 관리소 등에서 제어부에 의해 원격제어로서 그 작동이 이루어지게 되는바, 수질개선을 위한 관리가 보다 효율적으로 이루어지게 된다.
이상에서와 같은 본 발명의 실시 예에서 설명한 기술적 사상은 각각 독립적으로 실시될 수 있으며, 서로 조합되어 실시될 수도 있다. 또한, 본 발명은 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 실시 예를 통하여 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
10 : 수질개선장치 12 : 온난상층 물 유입부
14 : 밀도류 확산부 16 : 정체하층 물 유입부
20 : 구동모터 22 : 임펠러
30 : 리프트 장치부 40 : 태양광 발전 패널

Claims (4)

  1. 수심 중, 온난상층에 위치하는 온난상층 유입부와, 온도구배층에 위치하는 밀도류 확산부와, 정체하층에 위치하는 정체하층 유입부를 포함하며, 상기 밀도류 확산부에 위치하는 임펠러를 회전시키기 위한 구동모터를 더 포함하는 수질개선장치와;
    상기 수질개선장치의 상부쪽에 위치되며, 부력에 의해 수표면에 뜨되, 상기 밀도류 확산부가 온도구배층에 위치되도록 수질개선장치를 승강시키는 리프트 장치부와;
    상기 리프트 장치부의 상부면에 설치되어 태양광에 의해 발전을 이루어, 상기 리프트 장치부 및 구동모터에 전원을 공급하는 태양광 발전 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 밀도류 확산부에는,
    온도구배층 감지센서 또는 온도구배층 감시용 카메라가 설치된 것을 특징으로 하는 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 온도구배층 감지센서 또는 온도구배층 감시용 카메라에 의해 상기 밀도류 확산부가 온도구배층에 위치하는지를 감지하되, 상기 밀도류 확산부가 온도구배층에 위치하지 않을 경우, 이 신호를 제어부로 송신하고 상기 제어부는 상기 리프트 장치부를 승강시켜 상기 밀도류 확산부가 온도구배층에 위치하도록 하는 것을 특징으로 하는 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제어부는, 리프트 장치부 승강 감시용 카메라와, 구동모터 및 임펠러 감시용 카메라 및 태양광 발전 패널의 태양광 위치 추적 감시용 카메라와 회로 연결된 것을 특징으로 하는 에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치.
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