KR20180095973A - 태양광을 이용한 고효율 물순환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 수질악화를 방지 또는 개선시키기 위해 수면상에 부유하도록 설치되는 태양광을 이용한 고효율 물순환장치에 관한 기술로서, 부력체; 상기 부력체에 연결되며 수직하방으로 연장되어 바닥 근처에 이르게 되는 흡입관; 상기 흡입관 상단에 연결되며, 수평방향으로 복수의 배출구가 형성되는 하우징; 상기 흡입관 내부에 설치되되 상기 흡입관의 하단 근처까지 연장되는 회전축; 상기 회전축 하단에 연결되는 프로펠러; 상기 회전축을 회전시키는 모터; 상기 모터 구동에 필요한 전기를 생산 공급하는 태양광 발전유닛; 상기 회전축에 이격거리를 두면서 결합되는 복수의 지지베어링; 상기 흡입관의 외면에 형성되는 관통공을 통해 삽입되어 상기 지지베어링의 외륜과 나사결합되는 복수의 연결아암; 일단은 상기 흡입관 외면에 형성되는 에어공급구와 연결되고, 타단은 상방으로 연장되어 수면보다 높게 설치되는 복수의 에어공급관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

태양광을 이용한 고효율 물순환장치{high performance water circulation apparatus using solar}

본 발명의 수질악화를 방지 또는 개선시키기 위해 수면상에 부유하도록 설치되는 태양광을 이용한 고효율 물순환장치에 관한 기술이다.

일반적으로 정체된 호수나 댐 그리고 항만 등 연근해 해양에서는 그 수심에 따른 온도 차이로 인하여 물의 밀도가 변화됨으로써 수직방향으로 물 순환이 일어나고, 이에 따라 자정 작용이 진행된다.

하지만, 상기와 같은 수직 순환은 여름 또는 겨울에 발생되는 성층 현상(stratification)으로 인하여 소멸된다.

이로 인하여 정체된 호수나 댐 또는 항만의 저층에서는 자정 작용이 상실된다. 이는 부영양화 현상 등 심각한 수질 악화 및 생태계 파괴의 원인이 된다.

종래에는 호수 또는 항만의 저층의 수질을 개선시키기 위하여 하기에 기술되는 방법을 제안하였다.

첫 번째, 종래에는 표층수와 저층수를 서로 혼합하는 방법을 사용하였다.

이는 호수 또는 항만의 저층수(또는 심층수)를 취수하고, 이를 표층수와 혼합하여 성층화된 중간층에 밀도류를 생성시켜 확산시킨다.

즉, 표층수 대비 용존 산소량이 부족한 저층수를 용존 산소량이 일정 기준 이상을 이루고 있는 표층수와 혼합시켜 중간층에 공급하여 용존 산소량을 추가적으로 보충해 줄 수 있다.

그러나, 상기에 언급되는 성층의 수심은 계절적 변동 요인을 갖는다. 따라서, 종래에는 계절이 변동될 때마다 취수된 저층수와 혼합된 표층수가 배출되는 배출 수심을 변경 설정하여야 하는 문제점이 있다.

따라서, 종래에는 상기 배출 수심을 계절에 따라 변경하지 않으면, 상기 저층수와 혼합되는 표층수는 중간층에 정확하게 공급되지 못함으로써, 수질 개선의 효율이 하락되는 문제점이 있다.

두번째, 종래에는 저층의 수질을 개선하기 위하여 폭기 장치를 사용하였다.

폭기는 처리하고자 하는 물속에 에어를 불어넣어 산소를 증가시킴으로서 물속의 미생물 활동을 촉진시키어 미생물 즉, 호기성세균이나 원생동물의 활동으로 유기물을 분해하여 축산 오수 등의 오, 폐수를 처리하는 활성오니법에서 사용되는 오폐수 처리방법으로서, 종래에는 압축 공기를 저층에 주입하였다.

그러나, 폭기 장치를 사용하는 방법은 압축 공기가 층의 국부 위치에 주입됨으로써, 수질 개선이 되는 영역이 국부적으로 제한되어 수질 개선 효율이 한계를 이루는 문제점이 있다. 즉, 압축 공기가 주입되는 영역에서의 수질 개선 효과가 국부적으로 이루어질 뿐, 저층 전체 영역에서의 수질 개선 효과를 기대하기 어렵다는 문제점이 있다.

본 발명과 관련한 종래기술로 대한민국 공개특허 제10-2004-0092421호의 "정체수역의 수질 개선장치" 가 있었다.

도 1은 종래기술에 의한 정체수역의 수질 개선장치에 대한 사시도이다.

종래기술에서는 외부에서 인가된 전원에 의해 구동모터가 구동되면, 감속기를 통하여 소정의 속도로 감속한 후, 상기 감속기의 출력축인 회전축(11)에 결합되어 있는 회전암(20) 및 상기 회전암(20)의 하부에 고정된 날개(50)가 회전하게 된다.

여기서 한 쌍의 롯트(61)가 물가의 고정체(62)에 로프(63)에 의해 고정되어 있으므로 상기 구동모터의 구동에 의해 상기 구동부(10) 자체가 회전하는 일은 일어나지 않는다. 또한 상기 회전암(20)은 수면위에서 회전하지만, 날개(50)는 수중에서 상기 구동부(10)를 중심으로 회전하게 된다.

이에 따라 상층수는 날개(50)에 의해 수평방향으로 흐르게 되며, 상기 상층수의 빈 공간을 채우기 위해 저층수가 상승함으로써 물흐름이 없는 정체수역을 순환시키고, 혼합하게 된다.

대한민국 공개특허 제10-2004-0092421호

따라서 본 발명에서는 저층수와 표층수를 보다 효율적으로 혼합시킬 수 있도록 하며, 대기 공기를 상승하는 저층수에 지속적으로 공급시킬 수 있도록 함으로써 수질 개선효과를 극대화시킬 수 있도록 하는 태양광을 이용한 고효율 물순환장치를 제공하고자 한다.

제시한 바와 같은 과제 달성을 위한 본 발명의 태양광을 이용한 고효율 물순환장치는, 부력체; 상기 부력체에 연결되며 수직하방으로 연장되어 바닥 근처에 이르게 되는 흡입관; 상기 흡입관 상단에 연결되며, 수평방향으로 복수의 배출구가 형성되는 하우징; 상기 흡입관 내부에 설치되되 상기 흡입관의 하단 근처까지 연장되는 회전축; 상기 회전축 하단에 연결되는 프로펠러; 상기 회전축을 회전시키는 모터; 상기 모터 구동에 필요한 전기를 생산 공급하는 태양광 발전유닛; 상기 회전축에 이격거리를 두면서 결합되는 복수의 지지베어링; 상기 흡입관의 외면에 형성되는 관통공을 통해 삽입되어 상기 지지베어링의 외륜과 나사결합되는 복수의 연결아암; 일단은 상기 흡입관 외면에 형성되는 에어공급구와 연결되고, 타단은 상방으로 연장되어 수면보다 높게 설치되는 복수의 에어공급관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 흡입관의 중간부위는 내경이 감소되는 오리피스부가 형성되고, 상기 오리피스부에 상기 에어공급구가 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게 상기 회전축의 하단은 상기 프로펠러 보다 돌출되며, 돌출단은 열박음에 의해 상기 흡입관의 하단 내경에 연결되는 지지체에 의해 지지되도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 태양광을 이용한 고효율 물순환장치는 저층수를 표층으로 상승시켜 흐름을 발생시킴으로써 물의 정체로 인해 유발되는 수질 악화를 예방할 수 있다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의한 태양광을 이용한 고효율 물순환장치는 대기중의 공기가 상승되는 저층수에 풍부하게 공급될 수 있도록 함으로써 수질개선 효과를 높이도록 한다는 효과를 가진다.

그리고 본 발명은 흡입관 내부에 설치되는 회전축을 안정적으로 지지되게 하여 동작특성을 향상시킬 수 있도록 한다는 효과를 가진다.

도 1은 종래기술에 의한 정체수역의 수질 개선장치에 대한 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 태양광을 이용한 고효율 물순환장치의 개념도.
도 3은 지지베어링 및 에어공급관의 확대 단면도.
도 4는 변형 실시예에 따른 주요부 구성도.

이하 본 발명에 의한 태양광을 이용한 고효율 물순환장치에 대해 보다 상세한 설명을 하도록 하며, 첨부되는 도면을 참조하는 것으로 한다. 단, 제시되는 도면 및 이에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 기술적 사상에 따른 하나의 실시 가능한 예를 설명하는 것인 바, 본 발명의 기술적 보호범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명에 따른 태양광을 이용한 고효율 물순환장치의 개념도이며, 도 3은 지지베어링 및 에어공급관의 확대 단면도이며, 도 4는 변형실시예에 따른 주요부 구성도이다.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 태양광을 이용한 고효율 물순환장치는 주요한 구성요소로서 부력체(100), 흡입관(200), 하우징(300), 회전축(400), 프로펠러(500), 모터(600), 태양광 발전유닛(700), 지지베어링(800), 연결아암(900), 에어공급관(1000)을 포함하여 이루어질 수 있다.

부력체(100)는 본 발명에 의한 물순환장치가 수면에 뜨 있을 수 있도록 있도록 충분한 부력을 제공하는 기능을 한다.

부력체(100)에 흡입관(200)이 수직 하방으로 연결되며, 수면 아래 바닥 근처까지 길게 연장되게 설치된다. 흡입관(200)은 길다란 파이프와 같은 것을 활용할 수 있다.

흡입관(200)의 상단으로 하우징(300)이 연결되는데, 하우징(300)에는 수평방향으로 복수의 배출구(310)가 형성된다. 바람직하게 배출구(310)는 방사상으로 등간격으로 형성되도록 한다.

흡입관(200)의 내부에 동축상으로 길다란 회전축(400)이 설치되며, 회전축(400)은 흡입관(200)의 하단 근처까지 도달되게 한다.

그리고 회전축(400)의 하단에는 프로펠러(500)가 장착되고 회전축(400)의 상단은 모터(600)와 연결됨으로써 모터(600)의 회전력에 의해 프로펠러(500)는 회전하여 저층수를 상승 유동되게 할 수 있다.

모터(600) 구동에 필요한 전원은 재생에너지를 사용하도록 하는데, 태양광 발전유닛(700)을 설치하여 자체 생산하는 전기로 모터(600)를 가동시킬 수 있도록 한다.

태양광 발전유닛(700)은 태양전지판을 포함하는데, 생산된 전기를 저장할 수 있는 에너지저장장치를 가질 수 있고 필요시 모터로 전력 공급이 이루어지도록 한다.

태양광을 이용한 전기 생산 기술 자체는 공지의 기술인 바, 이에 대한 상세한 설명은 생략하는 것으로 한다.

본 발명의 물순환장치는 저층수의 물을 상승시켜 표층수와 혼합이 될 수 있도록 하는데 목적이 있는 바, 흡입관(2000 및 회전축(400)은 본 장치가 설치될 장소의 수심에 따라 그 길이를 결정하도록 한다.

따라서 회전 동작하게 되는 회전축(400)은 길이가 긴 관계로 고속회전하게 되면 심한 흔들림으로 인해 진동을 유발하게 되며, 이로 인한 파손 및 오동작 등의 문제를 일으킬 수 있다.

회전축(400)의 안정적인 설치가 이루어지도록 하고자 본 발명에서는 회전축(400)에 이격거리를 두면서 복수의 지지베어링(800)을 결합시키도록 한다.

회전축(400)의 전체 길이를 고려하여 적절한 간격으로 지지베어링(800)들을 회전축에 장착되게 한다.

특히, 지지베어링(800)의 외륜(810)에는 90도 각도로 4개소에 탭(811)이 형성되도록 한다. 외륜(810)에 형성된 탭(811)을 이용하여 지지베어링(800)의 외륜(810)을 정확한 위치에 고정시킬 수 있다. 지지베어링의 내륜(820)은 회전축(400)에 고정되어 회전축(400)과 함께 회전하게 된다.

지지베어링(800)의 외륜(810)을 잡아 구속되도록 하기 위해 복수의 연결아암(900)이 사용되며, 연결아암(900)은 흡입관(200)의 외면으로부터 삽입되어 그 단부가 탭(811)에 결합되도록 한다.

연결아암(900)의 결합을 위해 흡입관(200)의 적정위치에는 내부로 이어지는 관통공(210)들이 형성된다.

복수의 지지베어링(800)이 사용되기 때문에 흡입관(200)에는 조립시 지지베어링(800)이 위치하게 되는 지점마다 90도 각도로 4개의 관통공(210)을 형성시키도록 한다.

관통공(210)을 통해 각각의 연결아암(900)을 삽입하여 연결아암(900)의 단부를 탭(811)에 체결하면 지지베어링(800)은 흡입관(200)과 동축라인에 배치되어 회전축(400)을 정확한 위치에서 안정적으로 지지하게 된다.

이처럼 긴 회전축(400)을 다수의 지점에서 지지하는 형태가 되기 때문에 회전축이 고속회전 하더라도 회전축에 무리가 가지 않는다.

또한 본 발명에는 에어공급관(1000)이 마련됨으로써 상승하는 저층수에 많은 공기가 용존될 수 있도록 할 수 있다.

흡입관(200)의 대략 중간쯤에 복수의 에어공급구(220)가 형성되게 하며, 에어공급구(220)에 에어공급관(1000)의 일단을 연결시키도록 한다. 에어공급관(1000)의 타단은 상방으로 연장되어 수면보다 높은 위치에 이르도록 설치한다.

보다 바람직하게 도 4와 같이 흡입관(200)의 중간 부위는 내경이 감소되는 오리피스부(230)를 이루도록 할 수 있다. 그리고 오리피스부(230), 즉 내경이 가장 작은 곳에 에어공급구(220)를 형성시켜서 에어공급관(1000)을 연결하도록 한다.

더욱 바람직하게 에어공급관(1000)에는 일방향으로만 열리는 체크밸브(1001)를 설치하여 프로펠러(5000가 회전되어 저층수를 상방으로 배출시킬 때 체크밸브(1001)가 열려 외부 공기가 유입되어 저층수에 혼합되면서 상승되도록 한다.

또한 보다 바람직하게 회전축(400)의 하단이 프로펠러(500)보다 하방으로 돌출되게 돌출단(240)을 형성하고, 돌출단(240)을 균등하게 지지할 수 있도록 하는 지지체(1100)를 흡입관(200)의 하단측 내경에 연결하도록 한다.

지지체(1100)는 원형링 형상을 이루되 다수의 지지봉(1101)을 이용하여 중심부에 돌출단(240)을 지지할 수 있는 부싱(1102)을 형성시키도록 구성될 수 있다.

특히 지지체(1100)를 흡입관(200)에 연결시킴에 있어서는 흡입관(200)의 하단을 고온으로 가열한 후 지지체(1100)를 밀어넣고 급냉시킴으로서 강력한 결합이 이루어지도록 하는 열박음 방식으로 결합시키도록 한다.

긴 회전축(400)의 하단 말단을 지지체(1100)로 지지되게 함으로써 프로펠러(500)는 보다 안정적인 고속회전이 이루어질 수 있다.

본 발명은 호수, 양식장 등 물의 순환이 원활하지 못한 곳에 설치되어 수질오염을 예방하는 용도로 사용되기에 적합하다.

100 : 부력체
200 : 흡입관 210 : 관통공
220 : 에어공급구 230 : 오리피스부
240 : 돌출단
300 : 하우징 310 : 배출구
400 : 회전축 500 : 프로펠러
600 : 모터 700 : 태양광 발전유닛
800 : 지지베어링 810 : 외륜
811 : 탭 820 : 내륜
900 : 연결아암 1000: 에어공급관
1001 : 체크밸브
1100 : 지지체
1101 : 지지봉
1102 : 부싱

Claims (2)

1. 부력체;
   상기 부력체에 연결되며 수직하방으로 연장되어 바닥 근처에 이르게 되는 흡입관;
   상기 흡입관 상단에 연결되며, 수평방향으로 복수의 배출구가 형성되는 하우징;
   상기 흡입관 내부에 설치되되 상기 흡입관의 하단 근처까지 연장되는 회전축;
   상기 회전축 하단에 연결되는 프로펠러;
   상기 회전축을 회전시키는 모터;
   상기 모터 구동에 필요한 전기를 생산 공급하는 태양광 발전유닛;
   상기 회전축에 이격거리를 두면서 결합되는 복수의 지지베어링;
   상기 흡입관의 외면에 형성되는 관통공을 통해 삽입되어 상기 지지베어링의 외륜과 나사결합되는 복수의 연결아암;
   일단은 상기 흡입관 외면에 형성되는 에어공급구와 연결되고, 타단은 상방으로 연장되어 수면보다 높게 설치되는 복수의 에어공급관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 고효율 물순환장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 흡입관의 중간부위는 내경이 감소되는 오리피스부가 형성되고, 상기 오리피스부에 상기 에어공급구가 형성되고, 상기 에어공급관에는 체크밸브가 구비되어 상기 프로펠러가 회전될 때 상기 체크밸브가 열리며, 상기 회전축의 하단은 상기 프로펠러 보다 돌출되며, 돌출단은 열박음에 의해 상기 흡입관의 하단 내경에 연결되는 지지체에 의해 지지되도록 하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 고효율 물순환장치.
   
   
   

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