KR20180134721A - 수질 정화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 수질 정화 시스템은, 회전축에 형성된 다수의 날개; 상기 회전축을 지상에 견고하게 고정하는 지상 구조물; 상기 회전축의 회전 움직임에 의해 공기를 압축하는 공기 펌프; 상기 공기펌프에 의해 압축된 공기를 전송할 수 있는 공기 전송관; 물 표면에 뜰 수 있는 부유체; 상기 다수의 날개에 바람이 불 때, 다수의 날개는 바람에 의해 상기 회전축을 회전하는 힘을 발생시키고, 상기 부유체에는 물 속으로 돌출된 부유체 돌출부가 형성되어 있고, 상기 공기 전송관의 제1 말단부의 구멍은 공기 펌프에 연결되고, 상기 공기전송관의 제2 말단부는 상기 부유체 돌출부에 고정되어 있어서, 상기 공기전송관의 제2 말단부의 구멍의 수심은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 한다.

Description

수질 정화 시스템{WATER PURIFYING SYSTEM}

본 발명은, 물속에 공기를 주입하거나 물의 흐름을 유발시켜 수질을 정화하는 수질 정화 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 수중 동식물 등이 서식하는 늪, 연못, 인공호수, 저수지 등의 폐쇄성 호소의 경우에는 다른 호소에 비하여 물순환이 활발하게 이루어지지 못하게 되며, 특히 하절기 수면에 비해 상대적으로 낮은 수온을 갖는 중층과 저층은 밀도가 높고, 높은 수온의 수면이 밀도가 낮아 안정된 수체를 형성하여 서로 혼합이 되지 않는 수체층 즉 성층화 현상이 발생된다.

이와 같이, 호소 내의 상하/수평간의 물순환이 이루어지지 못할 경우, 상층부 즉, 수면으로부터 약 1미터 이내의 구역은 높은 수온과 다량의 영양염류로 인해 녹조류 등의 조류가 급성장하게 되며, 중층은 상층부보다 낮은 수온에 의해 안정된 층구분을 갖는다. 또한, 저층부는 더욱 낮은 수온과 햇빛의 차단으로 수온은 더욱 낮게 되고, 순환이 되지 않아 물속의 산소가 고갈되어 혐기화 됨에 따라 바닥에 쌓여 있던 각종 오염물질이 용출되는 현상이 발생한다. 이와 같은 하절기 수체의 층 형성은 인공호수 또는 저수지, 댐 등과 같은 수체내의 부영양화 증가와 바닥으로부터의 수질오염이 증가되는 문제점이 초래되고 있는 것이다.

이때 강제적으로 물을 순환시켜 주거나 물 속에 공기(산소)를 공급하면, 수질을 개선할 수 있다는 것은 널리 알려진 사실이다.

특허문헌 1 내지 7은 물을 강제적으로 순환시켜주거나 물 속에 공기(산소)를 공급하여 수질을 개선하기 위한 기술에 관한 것이다.

그런데, 특허문헌 1 내지 7의 방법으로 넓은 공간의 수질을 개선하기 위해서는 막대한 비용이 들어서, 수량이 많은 호수, 댐 등에서는 사용되지 못하고 있다.

특허문헌 1: 한국 등록특허 10-1562652(등록일:2015.10.16.) 특허문헌 2: 한국 등록특허 10-1617833(등록일:2016.04.27.) 특허문헌 3: 한국 등록특허 10-1440774(등록일:2014.09.05.) 특허문헌 4: 한국 공개특허 10-20016-0027073(공개일:2006.03.27.) 특허문헌 5: 한국 등록특허 10-1453730(등록일:2014.10.16.) 특허문헌 6: 한국 등록실용신안 20-0265977(등록일:2002.02.14.) 특허문헌 7: 한국 공개실용신안 20-2010-0001068(등록일:2010.02.01.)

본 발명의 목적은, 비교적 적은 비용으로 넓은 공간의 수질을 개선하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 수질 정화 시스템은, 회전축에 형성된 다수의 날개; 상기 회전축을 지상에 견고하게 고정하는 지상 구조물; 상기 회전축의 회전 움직임에 의해 공기를 압축하는 공기 펌프; 상기 공기펌프에 의해 압축된 공기를 전송할 수 있는 공기 전송관; 물 표면에 뜰 수 있는 부유체; 상기 다수의 날개에 바람이 불 때, 다수의 날개는 바람에 의해 상기 회전축을 회전하는 힘을 발생시키고, 상기 부유체에는 물 속으로 돌출된 부유체 돌출부가 형성되어 있고, 상기 공기 전송관의 제1 말단부의 구멍은 공기 펌프에 연결되고, 상기 공기전송관의 제2 말단부는 상기 부유체 돌출부에 고정되어 있어서, 상기 공기전송관의 제2 말단부의 구멍의 수심은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 한다.

상기 수질 정화 시스템은, 상기 부유체의 위치를 이동시킬 수 있는 부유체 이동수단을 추가적으로 더 포함할 수 있다.

상기 부유체에는 상기 부유체 돌출부에 고정되는 제2 말단부의 위치를 변경하여 제2 말단부의 구멍의 수심을 변경할 수 있는 제2 말단부 위치 변경수단이 설치될 수 있다.

상기 공기전송관의 제2 말단부의 구멍에는 산기판(air diffuser)이 부착될 수 있다.

상기 부유체 돌출부의 하단에는 바닥 감지 수단이 형성될 수 있다.

상기 수질 정화 시스템은, 상기 공기 전송관에 연결된 압축 공기 저장 탱크를 추가적으로 더 포함할 수 있다.

상기 수질 정화 시스템은, 상기 공기 전송관에 설치된 고압 공기 배출구를 추가적으로 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 의한 수질 정화 시스템은, 회전축에 형성된 다수의 날개; 상기 회전축을 지상에 견고하게 고정하는 지상 구조물; 상기 회전축의 회전 움직임에 의해 공기를 압축하는 공기 펌프; 상기 공기펌프에 의해 압축된 공기를 전송할 수 있는 공기 전송관; 수중에 설치된 수중 구조체; 상기 다수의 날개에 바람이 불 때, 다수의 날개는 바람에 의해 상기 회전축을 회전하는 힘을 발생시키고, 상기 공기 전송관의 제1 말단부의 구멍은 공기 펌프에 연결되고, 상기 공기전송관의 제2 말단부는 상기 수중 구조체에 고정되어 있어서, 상기 공기전송관의 제2 말단부의 구멍의 수심은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 한다.

상기 수중 구조체에는 상기 수중 구조체에 고정되는 제2 말단부의 위치를 변경하여 제2 말단부의 구멍의 수심을 변경할 수 있는 수 제2 말단부 위치 변경수단이 설치될 수 있다.

상기 공기전송관의 제2 말단부의 구멍에는 산기판(air diffuser)이 부착될 수 있다.

본 발명에 따른 수질 정화 시스템은, 비교적 적은 비용으로 넓은 공간의 수질을 개선할 수 있다.

도 1은 실시예 1에 의한 수질 정화 시스템의 개념도
도 2는 도 1의 공기 전송관에 산기판이 부착된 상태의 개념도
도 3은 도 2에 바닥 감지 커버가 추가된 상태의 개념도
도 4는 압축 공기 저장 탱크의 개념도

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

(실시예 1)

도 1은 실시예 1에 의한 수질 정화 시스템의 개념도이다.

도 1의 수질 정화 시스템은, 바람에 의해 회전하는 다수의 날개가 설치되 지상 구조물, 그 회전에 의해 작동하는 공기 펌프, 그 공기 펌프에 의해 압축된 공기를 전달하는 공기 전송관, 물 위에 떠 있는 부유체, 부유체의 하부로 돌출된 부유체 돌출부를 포함한다.

지상 구조물에 설치되는 날개는 풍력 발전에 이용되는 일반적인 날개와 동일하다. 상기 다수의 날개는 회전축에 형성되어 있어서, 날개 주위로 바람이 불면 날개의 회전에 의해 회전축이 회전하게 된다.

상기 지상 구조물은 상기 회전축을 지상에 견고하게 고정하는 역할을 한다.

본 발명의 날개와 회전축은, 종래의 풍력 발전에 이용되는 날개와 회전축을 이용하여 쉽게 구현할 수 있고, 종래의 풍력 발전에 이용되는 기술을 적용할 수 있다. 예를 들어 바람의 방향에 따라 다수의 날개가 향하는 방향이 변경되어 바람이 동서남북 어느 방향으로 불더라도 회전력을 발생시킬 수 있는 기술을 적용할 수도 있다.

지상 구조물 내에는 공기 펌프가 설치되어 있고, 그 공기 펌프는 날개의 회전력에 의해 작동하여 공기를 압축시킨다. 날개의 회전에 의해 공기펌프가 작동하는 구조는 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 구현할 수 있으므로 자세한 설명은 생략한다.

수질을 정화해야 할 물에는 부유체(floating object)가 떠 있다. 부유체의 예로는 배가 있다. 그러나 배가 아니더라도 물 위에 떠 있을 수 있는 물체라면 어떠한 것이더라도 본 발명의 부유체가 될 수 있다.

본 발명의 부유체에는 하부 방향으로(물속 방향으로) 돌출된 부유체 돌출부가 형성되어 있다.

상기 공기 전송관은 공기 펌프에서 압축한 공기를 물속으로 전달하는 역할을 한다. 이를 위해, 공기 전송관의 제 1 말단부의 구멍은 상기 공기 펌프에 연결되어 있고, 공기 전송관의 제2 말단부는 물속에 담겨져 있다.

공기 전송관은 관(tube) 형태로 되어 있고 관의 양끝은 제1 말단부, 제2 말단부로 지칭할 수 있다. 공기 전송관의 일부 구간은 휠 수 있는 관(tube) 형태로 만들 수도 있다.

공기 전송관 중 물속으로 들어가는 부분은 높은 수압을 받게 되므로, 물 속에 들어가지 않는 공기전송관과 다른 재질로 만들 수도 있다.

물속에 담겨져 있는 제2 말단부의 구멍이 일정한 깊이에 위치하게 하기 위해, 상기 제2 말단부는 부유체 돌출부에 고정되어 있는 것이 바람직하다.

만일 부유체 돌출부와 상기 제2 말단부가 고정된 부분을 위아래로 이동시킬 수 있다면, 즉 도 2에서 AB 방향으로 이동시킬 수 있다면 공기가 배출되는 구멍의 수심{제2 말단부의 구멍의 수심(depth of water)}을 조정할 수 있다.

만일 도 1에서와 같이, 물속으로 압축된 공기를 배출할 수 있다면, 물속에 산소를 공급할 수 있고 물을 순환시킬 수도 있다. 따라서 수질을 개선할 수 있다.

상기 부유체를 한 곳에 고정시키지 않고 이동시키면서 물속으로 압축된 공기를 배출한다면, 여러 지점의 수질을 개선할 수 있다.

부유체를 이동시키는 방법은 다른 모터 보터나 지상에 설치된 밧줄로 상기 부유체를 당기는 방법으로 이동시킬 수도 있지만, 부유체에 부유체 이동수단을 설치하는 방법으로 이동시킬 수도 있다.

부유체 이동수단의 예로는 부유체에 설치되는 모터와 프로펠라가 될 수도 있다.

부유체의 위치를 이동시킬 수 있는 수단이라면, 어떠한 것도 본 발명의 부유체 이동수단이 될 수 있다.

상기 공기 전송관의 제2 말단부의 구멍은 1개인 것보다 다수의 작은 구멍으로 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 작은 공기 방울을 다수 배출하게 하여 물속에서의 산소 흡소가 잘 되게 하는 것이 바람직하다.

상기 공기 전송관의 제2 말단부의 구멍을 산기판(air diffuser)에 연결하여 산기판을 통해 미세한 공기 방울이 배출되도록 하면 물속에서의 산소 흡소가 잘 될 것이므로 더욱 바람직하다.

도 2는 도 1의 공기 전송관에 산기판이 부착된 상태의 개념도이다.

큰 못이나 저수지, 댐 등의 주변에는 바람이 많이 부는 지점이 있을 수 있다. 이런 지점에 풍력 발생을 위한 지상 구조물(다수의 날개가 형성된 회전축을 고정하는 지상 구조물)을 설치한다면 큰 에너지를 얻을 수 있다.

종래의 일반적인 방법에 의하면, 지형상 바람이 많이 부는 곳에 풍력 발전기를 설치하고 그 풍력 발전기에서 생산된 전력을 전선으로 물 위에 떠 있는 부유체로 전달하고 그 부유체에서는 그 전기에너지를 이용하여 물속에 공기(산소)를 공급하거나 물의 흐르게 하는 힘을 발생시켰다.

그러나 이러한 방법에 의하면, 풍력에 의한 에너지를 전기에너지로 변환 후 다시 모터로 돌리므로 발전기, 모터 등의 복잡한 장치가 필요하고 비용이 상승한다. 운동 에너지를 전기에너지로 바꾸는 과정, 전기에너지를 운동에너지로 바꾸는 과정에서 에너지의 손실이 발생한다. 또한 장거리 전송시 전기저항에 의한 전기의 손실이 발생한다. 전기 손실을 줄이기 위해 두꺼운 구리선을 사용하면 전송선로의 비용이 상승한다.

그런나 본 발명에 의한 수질 정화 시스템에서 풍력에 의한 기계 에너지를 이용하여 공기를 압축한 후 그 압축된 공기를 장거리에 있는 부유체에 전달하므로, 장치가 간단하고 에너지 효율이 높다. 또한 장거리 전송을 하더라도 에너지 손실이 거의 없고, 두꺼운 구리선을 사용하지 않으므로, 장거리 전송을 위한 비용이 적다.

부유체 돌출부의 하부가 물속 바닥에 닿으면 바람직하지 않으므로, 바닥까지의 거리 또는 바닥의 존재를 감지할 수 있는 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

바닥에 닿는지 여부를 감지하는 센서는 여러가지 방법으로 구현할 수 있다. 그 예로는 바닥 감지 커버를 씌우고 그 바닥 감지 커버에 물체가 닿으면 부유체 돌출부와 바닥 감지 커버 사이의 압력 센서가 그 압력의 변화를 감지하여 바닥에 닿았는지의 여부를 감지할 수 있다.

도 3은 도 2에 바닥 감지 커버가 추가된 상태의 개념도이다.

부유체 돌출부와 바닥 감지 커버 사이의 압력 센서를 설치하여, 바닥 감지 커버에 물체가 닿아서 외력이 가해지면 압력 센서의 측정값이 달라지도록 할 수 있다. 이렇게 하면 바닥 감지 커버가 바닥에 닿을 때 압력 센서의 측정값이 달라질 것이므로 바닥에 닿았는지 여부를 감지할 수 있다.

풍력에 의한 공기 압축을 할 경우, 공기 압축 정도가 일정하지 않다. 즉 바람이 많이 불 때는 공기가 많이 압축되고, 바람이 적게 불 때는 공기가 적게 압축된다.

따라서 공기 전송관에 연결된 압축 공기 저장 탱크를 추가적으로 더 포함하는 것이 바람직하다.

도 4는 압축 공기 저장 탱크의 개념도이다.

도 4와 같이 공기 전송관에 압축 공기 저장 탱크를 연결하면, 배출되는 압축공기의 비교적 일정하게 되도록 할 수 있다. 즉 바람이 많이 불때는 공기 펌프에서 배출되는 공기의 양이 많아지는데, 그 공기는 공기 저장 탱크에 저장되면서 공기 저장 탱크의 기압은 상승하게 된다. 하지만, 바람이 적게 불 때는, 공기 펌프에서 배출되는 공기의 양이 적어지게 되고, 압축 공기 저장 탱크에 저장된 압축 공기가 배출되게 된다. 이때, 공기 저장 탱크에 저장된 공기의 양이 적어지면서, 공기 저장 탱크의 기압은 하강하게 된다.

따라서 공기 저장 탱크가 있으면 공기 저장 탱크가 없을 때보다 제2 말단부의 구멍으로 배출되는 공기의 양이 일정하게 유지되는 장점이 있다.

도 4에서처럼, 압축공기가 배출되는 쪽에 밸브를 설치하여 배출되는 압축공기의 양을 제한할 수도 있다.

그러나, 도 2에서처럼, 압축공기가 산기판을 통해 빠져나가는 경우, 밸브가 없더라도 배출되는 압축공기의 양이 제한되므로, 밸브가 필요 없을 수도 있다.

태풍과 같이 큰 바람이 지속적으로 부는 경우에는 공기 저장 탱크에 공기가 계속 유입되므로, 공기 저장 탱크, 공기 전송관 등에 가해지는 압력이 지나치게 높아질 수 있다.

따라서 공기 전송관의 일부에 고압 공기 배출구가 설치되는 것이 바람직하다.

고압 공기 배출구는 공기 전송관 내부의 압력이 일정한 기준(예를 들면, 5기압)보다 높으면, 자동적으로 개방되어 내부의 공기가 배출될 수 있는 구멍이다.

고압 공기 배출구는 물밖에 설치할 수도 있지만, 물속에 설치되면 배출되는 공기가 물속에서 산소 공급, 물의 흐름의 형성 등에 이용되므로 더 바람직하다.

상기 부유체의 위치를 이동시킬 때, 별도의 동력을 이용하여 이동시킬 수도 있지만, 배출되는 공기의 방향을 변경하여 부유체의 위치를 이동시키는 동력으로 이용할 수도 있다. 배출되는 공기가 위측 또는 아래측으로 배출되면 부유체를 옆으로 이동시키는 힘을 발생시킬 수 없지만, 옆방향 또는 비스듬한 방향으로 배출되면, 상기 부유체를 옆으로 이동시키는 힘을 발생시키 수 있다.

(실시예 2)

실시예 1에서는, 공기전송관의 제2 말단부를 부유체를 이용하여 수중에 고정하지만, 실시예 2에서는 수중에 설치된 수중 구조체를 이용하여 고정한다.

즉, 수중에 견고한 구조체를 설치하고, 그 구조체에 공기 전송관의 제2 말단부를 고정함으로써, 제2 말단부의 구멍의 수심과 위치를 일정하게 유지할 수도 있다.

이때 수중 구조체와 제2 말단부가 결합되는 결합부의 위치를 이동함으로써 공기가 배출되는 위치를 조정할 수도 있다.

그 결합부의 위치는 수직 방향으로 이동할 수도 있고, 수직으로 이동할 수도 있다.

또한 실시예 2의 공기 전송관의 제2 말단부의 구멍에도 산기판이 부착될 수 있다.

또한 실시예 1에서의 기술이 실시예 2에서도 적용될 수 있으므로, 실시예 2에서도 공기 저장 탱크, 고압 공기 배출구 등이 설치될 수 있다.

Claims (10)

1. 회전축에 형성된 다수의 날개;
   상기 회전축을 지상에 견고하게 고정하는 지상 구조물;
   상기 회전축의 회전 움직임에 의해 공기를 압축하는 공기 펌프;
   상기 공기펌프에 의해 압축된 공기를 전송할 수 있는 공기 전송관;
   물 표면에 뜰 수 있는 부유체;
   상기 다수의 날개에 바람이 불 때, 다수의 날개는 바람에 의해 상기 회전축을 회전하는 힘을 발생시키고,
   상기 부유체에는 물 속으로 돌출된 부유체 돌출부가 형성되어 있고,
   상기 공기 전송관의 제1 말단부의 구멍은 공기 펌프에 연결되고, 상기 공기전송관의 제2 말단부는 상기 부유체 돌출부에 고정되어 있어서, 상기 공기전송관의 제2 말단부의 구멍의 수심은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 수질 정화 시스템.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 부유체의 위치를 이동시킬 수 있는 부유체 이동수단을 추가적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 정화 시스템.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 부유체에는 상기 부유체 돌출부에 고정되는 제2 말단부의 위치를 변경하여 제2 말단부의 구멍의 수심을 변경할 수 있는 제2 말단부 위치 변경수단이 설치된 것을 특징으로 하는 수질 정화 시스템.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 공기전송관의 제2 말단부의 구멍에는 산기판(air diffuser)이 부착된 것을 특징으로 하는 수질 정화 시스템.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 부유체 돌출부의 하단에는 바닥 감지 수단이 형성된 것을 특징으로 하는 수질 정화 시스템.
   
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 공기 전송관에 연결된 압축 공기 저장 탱크를 추가적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 정화 시스템.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 공기 전송관에 설치된 고압 공기 배출구를 추가적으로 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수질 정화 시스템.
   
8. 회전축에 형성된 다수의 날개;
   상기 회전축을 지상에 견고하게 고정하는 지상 구조물;
   상기 회전축의 회전 움직임에 의해 공기를 압축하는 공기 펌프;
   상기 공기펌프에 의해 압축된 공기를 전송할 수 있는 공기 전송관;
   수중에 설치된 수중 구조체;
   상기 다수의 날개에 바람이 불 때, 다수의 날개는 바람에 의해 상기 회전축을 회전하는 힘을 발생시키고,
   상기 공기 전송관의 제1 말단부의 구멍은 공기 펌프에 연결되고, 상기 공기전송관의 제2 말단부는 상기 수중 구조체에 고정되어 있어서, 상기 공기전송관의 제2 말단부의 구멍의 수심은 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 수질 정화 시스템.
   
9. 청구항 8에 있어서,
   상기 수중 구조체에는 상기 수중 구조체에 고정되는 제2 말단부의 위치를 변경하여 제2 말단부의 구멍의 수심을 변경할 수 있는 수 제2 말단부 위치 변경수단이 설치된 것을 특징으로 하는 수질 정화 시스템.
   
10. 청구항 8에 있어서,
    상기 공기전송관의 제2 말단부의 구멍에는 산기판(air diffuser)이 부착된 것을 특징으로 하는 수질 정화 시스템.

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