KR20170064341A - 수평 방향 임펠러가 구비된 태양광 작동 방식의 정체수역 물 순환시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수평 방향 임펠러가 구비된 태양광 작동 방식의 정체수역 물 순환시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 단일 수직 방향 임펠러가 구비된 태양광 물 순환시스템을 이용한 수질개선 작업 시, 와류가 발생하여 에너지 손실 및 순환 효율이 저하되고 산소 공급이 원활히 이루어지지 않는 문제점을 개선하기 위한 수평 방향 임펠러가 구비된 태양광 작동 방식의 물 순환 및 산소 공급 시스템의 구현 기술에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수평 방향 임펠러가 구비된 태양광 작동 방식의 정체수역 물 순환시스템은 태양광을 전력으로 변환하기 위한 태양전지판; 상기 태양전지판에 의해 변환된 전력을 충전하는 축전지; 상기 축전지 내 전력으로 구동되는 모터; 상기 축전지의 충/방전과 상기 모터의 구동을 제어하는 컨트롤러; 상기 모터와 상기 컨트롤러가 장착되는 받침대; 상기 모터의 회전축에 연결되어 상기 받침대 하부의 수중 공간에서 회전하는 수직 방향 임펠러; 상기 수직 방향 임펠러에 의하여 펌핑된 물을 오버플로우 시키는 분배접시; 상기 받침대를 수면 위에 부유시키는 부력재; 길이 조절이 가능하고 하부의 물이 유입되는 흡입호수; 상기 수직 방향 임펠러에 의해 펌핑된 물을 원심력에 의하여 방사상으로 퍼지게 하는 수평 방향 임펠러; 상기 모터의 회전축과 상기 수평 방향 임펠러를 연결하기 위한 커플링; 유체 유동을 방사 형태로 구현하기 위한 회전날개; 물이 하부로 재유입되는 것을 방지하기 위한 커버;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 수평 방향 임펠러가 구비된 태양광 작동 방식의 정체수역 물 순환시스템은 태양광을 전력으로 변환하기 위한 태양전지판; 상기 태양전지판에 의해 변환된 전력을 충전하는 축전지; 상기 축전지 내 전력으로 구동되는 모터; 상기 축전지의 충/방전과 상기 모터의 구동을 제어하는 컨트롤러; 상기 모터와 상기 컨트롤러가 장착되는 받침대; 상기 모터의 회전축에 연결되어 상기 받침대 하부의 수중 공간에서 회전하는 수직 방향 임펠러; 상기 수직 방향 임펠러에 의하여 펌핑된 물을 오버플로우 시키는 분배접시; 상기 받침대를 수면 위에 부유시키는 부력재; 길이 조절이 가능하고 하부의 물이 유입되는 흡입호수; 상기 수직 방향 임펠러에 의해 펌핑된 물을 원심력에 의하여 방사상으로 퍼지게 하는 수평 방향 임펠러; 상기 모터의 회전축과 상기 수평 방향 임펠러를 연결하기 위한 커플링; 유체 유동을 방사 형태로 구현하기 위한 회전날개; 물이 하부로 재유입되는 것을 방지하기 위한 커버;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 수평 방향 임펠러가 구비된 태양광 작동 방식의 정체수역 물 순환시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 종래의 단일 수직 방향 임펠러가 구비된 태양광 물 순환시스템을 이용한 수질개선 작업 시, 와류가 발생하여 에너지 손실 및 순환 효율이 저하되고 산소 공급이 원활히 이루어지지 않는 문제점을 개선하기 위한 수평 방향 임펠러가 구비된 태양광 작동 방식의 물 순환 및 산소 공급 시스템의 구현 기술에 관한 것이다.
국내에는 약 18,000개소의 용수원 호수가 있으며, 제방고 10m 이하, 담수량 100만㎥ 이하의 호수가 전체의 약 80%인 14500여 개소에 이르고 있다. 또한 이들 호수 대부분은 강우시 유출수의 영향으로 토사 및 이물질에 노출되어 도시 내 또는 인근에 위치한 호소에서는 수질이 더욱 악화되는 경향이 있다, 또한 오염 하천수의 유입에 따라 이들 대부분의 호소는 부영양화가 가속화되고 있으며, 탁질과 녹조현상으로 몸살을 앓고 있는 실정이다. 그리고 도시에 인공적으로 조성한 호수를 비롯하여 과거 농업 용수로 사용하던 저수지가 신도시의 개발 또는 도시 지역의 확대와 더불어 농업 용수원으로써의 활용도가 낮아진 저수지를 친수용 호수로 전환하면서 새롭게 친수용 호수로 조성되고 있다. 이들 친수용 호수는 수심이 낮기 때문에 특별한 유입 오염원이 없는 상태에서도 대기로부터 공급되는 먼지에 의해 녹조가 심화되는 경향이 있으며, 호수의 저면 상태에 따라 탁질에 의한 심미적 영향을 받고 있다, 이들 호수의 공통적인 문제점인 미세부유물질과 녹조현상을 제어할 수 있는 수질개선 기술의 적용이 필수적이다.
정체수역의 물을 순환시키고 산소를 공급하기 위한 종래의 유사 선행기술에는 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0102732호 '자가 발전이 가능한 부유식 수질정화장치', 대한민국 등록특허공보 제10-0965784호 '태양광을 이용한 녹조방지 물 순환장치', 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0030057호 '태양광 발전 호소 수질 순환장치', 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0123863호 '수질 개선 장치', 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0128543호 '수질 개선 장치의 모니터링 시스템 및 그의 처리 방법', 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0095019호 '수질정화장치', 대한민국 등록특허공보 제10-0951787호 '정체 수역용의 자가 발전식 수질 정화 장치', 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0091053호 '정체수역의 수질개선장치', 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0121284호 '에너지 자립 및 원격제어에 의한 수질개선 자동화 장치', 대한민국 등록특허공보 제10-1469426호 '부유형 수질정화장치', 대한민국 등록특허공보 제10-1048970호 '공원 및 호수에 설치되는 물순환장치', 대한민국 등록특허공보 제10-0784269호 '풍력에 의한 저수지 수질개선 장치' 등이 기 공지된 바 있다.
상기의 유사 선행기술은 다공관식 연속포기시스템, 심층포기시스템 및 태양광 물 순환시스템 기반의 기술을 개시하는 특징이 있다. 상기 다공관식 연속포기시스템은 수체 하부에 배관을 설치하여야 하는 시공 상의 번거로움과 이에 따른 유지/보수 측면의 문제가 내재되어 있다. 특히, 전력 계통이 육상의 시설과 연계되는 것에 기인한 전력비 관련 경제성 문제도 대두된다. 또한, 경제적 운전을 위한 간헐적 작동 및 운영 시 수체 내의 침전물로 인하여 배관의 공극이 폐색되어 시스템에 심각한 고장을 유발할 수 있다. 상기 심층포기시스템은 수체 내에 효율적으로 산소를 공급할 수 있는 장점이 있으나 그 영향 범위가 국소적이며 시스템 동작 및 운영에 필요한 전력을 지속적으로 공급하여야 하므로 유지/관리비 소요 문제가 대두된다. 상기 태양광 물 순환시스템은 신재생에너지인 태양광을 이용하여 외부 전력 공급이 없이도 수체를 연속적으로 순환시킬 수 있는 경제적이고 친환경적인 특징이 있다. 또한, 수체 표면에 설치되는 것에 기인한 부지비용과 공사비용의 절감 효과와 유지/보수가 용이하다는 장점을 갖는다. 종래의 태양광 물 순환시스템은 수직 방향 임펠러에 의하여 펌핑된 물이 분배 접시를 통하여 자연스럽게 흘러나가는 유동 기작에 의하여 물이 순환되는데, 이 과정에서 수직 방향 임펠러 회전축 중심 주변에서는 와류가 발생하여 에너지 손실 및 순환 효율이 저하되는 현상이 빈번히 발생한다. 이는 유해조류를 방지 및 제거하기 위해서는 적은 에너지를 이용하여 많은 양의 물을 수표면에서 방사 유동(radial flow)이 이루어지도록 해야 하는 기술적 요구 사항에 위배되는 문제점으로 작용한다. 또한, 기존 시스템은 층류 유동 형태로 산소 공급이 이루어지는 것에 기인한 산소 공급 효율성 저하 문제를 내재하고 있다.
본 발명은 상기한 발명의 배경으로부터 요구되는 기술적 필요성을 충족하는 것을 목적으로 한다. 구체적으로, 본 발명의 목적은 종래의 단일 수직 방향 임펠러가 구비된 태양광 물 순환시스템을 이용한 수질개선 작업 시, 와류가 발생하여 에너지 손실 및 순환 효율이 저하되고 산소 공급이 원활히 이루어지지 않는 문제점을 개선하기 위하여 기술적으로 진보된 형태의 수평 방향 임펠러가 구비된 태양광 작동 방식의 정체수역 물 순환시스템 구현 기술을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 수평 방향 임펠러가 구비된 태양광 작동 방식의 정체수역 물 순환시스템은 태양광을 전력으로 변환하기 위한 태양전지판; 상기 태양전지판에 의해 변환된 전력을 충전하는 축전지; 상기 축전지 내 전력으로 구동되는 모터; 상기 축전지의 충/방전과 상기 모터의 구동을 제어하는 컨트롤러; 상기 모터와 상기 컨트롤러가 장착되는 받침대; 상기 모터의 회전축에 연결되어 상기 받침대 하부의 수중 공간에서 회전하는 수직 방향 임펠러; 상기 수직 방향 임펠러에 의하여 펌핑된 물을 오버플로우 시키는 분배접시; 상기 받침대를 수면 위에 부유시키는 부력재; 길이 조절이 가능하고 하부의 물이 유입되는 흡입호수; 상기 수직 방향 임펠러에 의해 펌핑된 물을 원심력에 의하여 방사상으로 퍼지게 하는 수평 방향 임펠러; 상기 모터의 회전축과 상기 수평 방향 임펠러를 연결하기 위한 커플링; 유체 유동을 방사 형태로 구현하기 위한 회전날개; 물이 하부로 재유입되는 것을 방지하기 위한 커버;로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명은 수직 방향 임펠러의 회전으로 펌핑된 물이 상단에 설치되는 수평 방향 임펠러 회전에 의한 원심력으로 빠르게 방사 형태로 퍼져 나감으로써 종래의 태양광 물 순환시스템에서 발생되는 에너지 손실을 개선하고 효율을 증대시켜, 물의 순환 유속 및 유량이 증가되는 효과가 있다. 이에 따라 유해조류의 선호 서식지 파괴 능력이 가속화되고, 수체의 유하시간이 단축됨으로써 조류의 성장 가능한 시간을 단축시키게 되어 조류 발생을 현저히 저감시킬 수 있는 효과가 있다. 이를 통하여 유해조류 대발생 방지, 생물 종의 다양성 개선, 물 투명도 개선, BOD저감, pH/총인(p) 및 클로로필a를 감소시킬 수 있고 수체의 순환과 동시에 수표면에 다량의 버블을 발생시켜 공기와 접촉하는 물의 표면적을 증가시키고 기존 태양광 물 순환시스템보다 더 많은 양의 용존 산소를 수중에 공급하는 효과가 있다. 전술한 기술적 효과를 정리하면, 순환작용에 의해 표층에서 저층으로 이송된 물은 미생물의 자정활동에 필요한 산소를 공급하고 수질악화로 용존산소가 부족한 혐기성 상태를 해소하여 중금속 및 영양염류의 용출과 악취 발생을 억제할 수 있으므로 건강한 수생태계를 조성하고 수질을 대폭 개선할 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 기술적 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 청구범위의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 물 순환시스템의 세부 구성 예시도1;
도 2는 본 발명에 따른 물 순환시스템의 세부 구성 예시도2;
도 3은 본 발명의 수직 방향 임펠러 및 수평 방향 임펠러의 세부 구성 예시도1;
도 4는 본 발명의 수직 방향 임펠러 및 수평 방향 임펠러의 세부 구성 예시도2이다.
도 2는 본 발명에 따른 물 순환시스템의 세부 구성 예시도2;
도 3은 본 발명의 수직 방향 임펠러 및 수평 방향 임펠러의 세부 구성 예시도1;
도 4는 본 발명의 수직 방향 임펠러 및 수평 방향 임펠러의 세부 구성 예시도2이다.
이하에서는, 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하지만, 이는 본 발명의 더욱 용이한 이해를 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 각 구성 단계에 대한 상세한 설명에 앞서, 본 명세서 및 청구 범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명에 의한 수평 방향 임펠러가 구비된 태양광 작동 방식의 정체수역 물 순환시스템을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 수평 방향 임펠러가 구비된 태양광 작동 방식의 정체수역 물 순환시스템은, 태양광 에너지를 전력으로 변환하는 태양전지판과, 상기 태양전지판에 의해 변환된 전력을 충전하는 축전지와, 상기 전력에 의해 구동되는 모터와, 상기 모터가 안치되는 받침대와, 상기 모터의 회전축에 연결되어 상기 받침대 하부의 수중 공간에서 회전하는 수직 방향 임펠러와, 상기 수직 방향 임펠러에 의해 펌핑된 물을 방사상으로 오버플로우(over flow)되도록 하는 분배접시와, 상기 받침대와 연결되어 상기 받침대를 수면 위에 부유시키는 부력재, 축전지의 충방전 및 모터의 구동을 제어하는 컨트롤러를 포함하는 것을 전제로 한다. 이러한 전제 구성은 '양도에 의한 권리의 전부 이전등록' 처리(2015.08.24)되어 본 출원인이 최종권리자의 지위를 갖고 있는 대한민국 등록특허공보 제10-1326037호 '태양광 물 순환장치'와 동일 또는 극히 유사한 구성을 모두 포함하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기한 전제 구성을 갖는 본 발명은 길이 조절이 가능하고 하부의 물이 유입되는 흡입호수; 상기 수직 방향 임펠러에 의해 펌핑된 물을 원심력에 의하여 방사상으로 퍼지게 하는 수평 방향 임펠러; 상기 모터의 회전축과 상기 수평 방향 임펠러를 연결하기 위한 커플링; 유체 유동을 방사 형태로 구현하기 위한 회전날개; 물이 하부로 재유입되는 것을 방지하기 위한 커버; 원격 제어계측을 위한 WCDMA 모뎀 기반의 원격 모니터링 시스템;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1 내지 도 2를 참조하면, 태양광을 전력으로 변환하기 위한 태양전지판(10); 상기 태양전지판(10)에 의해 변환된 전력을 충전하는 축전지(50); 상기 축전지(50) 내 전력으로 구동되는 모터(100); 상기 축전지(50)의 충/방전과 상기 모터(100)의 구동을 제어하는 컨트롤러(40); 상기 모터(100)와 상기 컨트롤러(40);가 장착되는 받침대(60); 상기 모터(100)의 회전축에 연결되어 상기 받침대(60) 하부의 수중 공간에서 회전하는 수직 방향 임펠러(30); 상기 수직 방향 임펠러(30)에 의하여 펌핑된 물을 오버플로우 시키는 분배접시(70); 상기 받침대(60)를 수면 위에 부유시키는 부력재(80); 길이 조절이 가능하고 하부의 물이 유입되는 흡입호수(90); 상기 수직 방향 임펠러(30)에 의해 펌핑된 물을 원심력에 의하여 방사상으로 퍼지게 하는 수평 방향 임펠러(20);에 대한 구성을 확인할 수 있다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 상기 모터(100)의 회전축과 상기 수평 방향 임펠러(20)를 연결하기 위한 커플링(41); 유체 유동을 방사 형태로 구현하기 위한 회전날개(21); 물이 하부로 재유입되는 것을 방지하기 위한 커버(11);에 대한 구성을 확인할 수 있다.
상기 컨트롤러(40) 내부에는 도면 상에 직관적인 배치 형태가 도시되어 있지는 않지만 상기 원격 모니터링 시스템(200);을 더 포함하여 구비되는 것을 특징으로 한다. 상기 원격 모니터링 시스템(200)은 본 발명의 물 순환시스템의 실시간 운용 상황을 원격지의 관리자 서버(300);로 전달하기 위한 것이다. 상기 원격지의 관리자 서버(300)로 실시간 전압 변화 데이터; 실시간 전류 변화 데이터; 실시간 모터 구동 데이터;를 전달하기 위하여 상기 원격 모니터링 시스템(200) 내 구비되어 있는 마이크로 컨트롤러(210);에서 상기한 데이터의 수집이 가능한 것을 특징으로 한다. 상기 마이크로 컨트롤러(210)에서 수집된 데이터는 상기 원격 모니터링 시스템(200) 내 구비되어 있는 WCDMA 모뎀(220);을 통해 TCP/IP 프로토콜을 이용하여 상기 실시간 전압 변화 데이터, 실시간 전류 변화 데이터 및 실시간 모터 구동 데이터를 상기 원격지의 관리자 서버(300)로 전송한다. 그리고 상기 WCDMA 모뎀(220)에서 전송된 상기 실시간 전압 변화 데이터, 실시간 전류 변화 데이터 및 실시간 모터 구동 데이터는 상기 원격지의 관리자 서버(300)에서 실시간 모니터링 및 데이터베이스화되는 것을 특징으로 한다.
이상 본 발명의 실시예에 따른 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용, 변형 및 개작을 행하는 것이 가능할 것이다. 이에, 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
10 :
태양전지판
11 : 커버
20 : 수평 방향 임펠러 21 : 회전날개
30 : 수직 방향 임펠러
40 : 컨트롤러 41 : 커플링
50 : 축전지 60 : 받침대
70 : 분배접시 80 : 부력재
90 : 흡입호수 100 : 모터
20 : 수평 방향 임펠러 21 : 회전날개
30 : 수직 방향 임펠러
40 : 컨트롤러 41 : 커플링
50 : 축전지 60 : 받침대
70 : 분배접시 80 : 부력재
90 : 흡입호수 100 : 모터
Claims (5)
- 수평 방향 임펠러가 구비된 태양광 작동 방식의 정체수역 물 순환시스템에 있어서,
태양광을 전력으로 변환하기 위한 태양전지판(10);
상기 태양전지판(10)에 의해 변환된 전력을 충전하는 축전지(50);
상기 축전지(50) 내 전력으로 구동되는 모터(100);
상기 축전지(50)의 충/방전과 상기 모터(100)의 구동을 제어하는 컨트롤러(40);
상기 모터(100)와 상기 컨트롤러(40);가 장착되는 받침대(60);
상기 모터(100)의 회전축에 연결되어 상기 받침대(60) 하부의 수중 공간에서 회전하는 수직 방향 임펠러(30);
상기 수직 방향 임펠러(30)에 의하여 펌핑된 물을 오버플로우 시키는 분배접시(70);
상기 받침대(60)를 수면 위에 부유시키는 부력재(80);
길이 조절이 가능하고 하부의 물이 유입되는 흡입호수(90);
상기 수직 방향 임펠러(30)에 의해 펌핑된 물을 원심력에 의하여 방사상으로 퍼지게 하는 수평 방향 임펠러(20);
상기 컨트롤러(40) 내부의 일측에 구비되는 WCDMA 모뎀 기반의 원격 모니터링 시스템(200);
상기 원격 모니터링 시스템(200) 내 일측에 구비되는 마이크로 컨트롤러(210);
상기 원격 모니터링 시스템(200) 내 일측에 구비되는 WCDMA 모뎀(220);
물 순환시스템의 실시간 운용 상황을 전달받는 원격지의 관리자 서버(300);로 구성되는 것을 특징으로 하는 물 순환시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 모터(100)의 회전축과 상기 수평 방향 임펠러(20)를 연결하기 위한 커플링(41); 유체 유동을 방사 형태로 구현하기 위한 회전날개(21); 물이 하부로 재유입되는 것을 방지하기 위한 커버(11);가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 물 순환시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 마이크로 컨트롤러(210)에서 수집하는 데이터는 실시간 전압 변화 데이터; 실시간 전류 변화 데이터; 실시간 모터 구동 데이터;인 것을 특징으로 하는 물 순환시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 WCDMA 모뎀(220)은 TCP/IP 프로토콜을 이용하여 상기 실시간 전압 변화 데이터, 실시간 전류 변화 데이터 및 실시간 모터 구동 데이터를 상기 원격지의 관리자 서버(300)로 전송하는 것을 특징으로 하는 물 순환시스템. - 제 1 항에 있어서,
상기 WCDMA 모뎀(220)에서 전송된 상기 실시간 전압 변화 데이터, 실시간 전류 변화 데이터 및 실시간 모터 구동 데이터는 상기 원격지의 관리자 서버(300)에서 실시간 모니터링 및 데이터베이스화되는 것을 특징으로 하는 물 순환시스템.
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