KR20230065814A - 수층별 채수 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 수심별로 해당 수심의 물을 채취하도록 이루어지는 수층별 채수 시스템을 개시한다. 수층별 채수 시스템은, 무인 이동체와, 수중에서 물을 유입시켜 저장하도록 이루어지는 채수부, 및 상기 무인 이동체 및 상기 채수부에 연결되어 상기 채수부를 승강시키도록 이루어지는 권양기를 포함하고, 상기 채수부에는 채수되는 물이 각각 저장되는 복수의 보틀부가 마련되며, 상부 수심에서 상기 복수의 보틀부 중 적어도 일부에 물이 채워짐에 따라 상기 채수부에 작용하는 부력을 감소시켜, 상기 채수부가 하부 수심으로 하강 가능하도록 이루어진다.

Description

수층별 채수 시스템{WATER SAMPLING SYSTEM AT THE DIFFERENT DEPTH}
본 발명은 수심별로 해당 수심의 물을 채취하도록 이루어지는 수층별 채수 시스템에 관한 것이다.
바다, 강, 호수, 하천 등의 수질을 검사하기 위해서는 수층별로 해당 수심의 물을 채취하는 채수 과정이 필요하다. 종래의 채수 작업은 일정 자격을 갖춘 작업자가 직접 해당 수심에 접근하여 물을 채취하는 방식으로 수행되어왔다. 또한, 종래의 채수 방식 중에는 선박을 채수하고자 하는 지역으로 이동시킨 다음 선박을 이용하여 채수 작업을 수행하는 방식이 있다.
하지만, 이와 같은 종래의 채수 방식들의 경우 채수 작업을 하는 작업자 또는 선박을 채수 대상 지역으로 이동시키는 과정과, 채수 작업을 하는 작업자가 직접 수중에 투입됨에 따라 각종 사고 발생의 위험성이 존재한다.
이와 같은 문제의 해결을 위하여, 원격으로 조종되는 드론을 이용하여 작업자가 채수 지점에 직접 이동하지 않고도 채수 작업을 수행할 수 있는 방안이 특허문헌 1(대한민국 공개특허공보 제10-2019-0034047호)와 특허문헌 2(대한민국 공개특허공보 제10-2019-0173418호)에 개시되어 있다.
하지만, 특허문헌 1에 개시된 '원격 수질 모니터링을 위한 채수장치'의 경우, 외부의 유체를 저장하는 복수의 실린더가 상부 수심에서 하부 수심으로 하강 시에 실린더 내부에 빈 공간에 존재하는 공기에 의해 부력이 발생하게 된다. 이에 따라 복수의 실린더를 하부 수심까지 하강시키는 동작에 반대되는 방향으로 저항이 발생하여 채수장치의 채수 과정에 소요되는 시간이 증가할 수 있다.
한편, 특허문헌 2에 개시된 '드론을 이용한 채수 시스템'의 경우 채수 지점에 호스를 하강시킨 후 펌핑 동작을 통해 채수통으로 수자원을 채수하는 채수 시스템을 포함한다. 하지만, 심층부의 수자원을 채수하기 위해서는 펌프의 양정 성능이 충분히 확보되어야 하는데 이와 함께 펌프의 크기가 커져 전체적인 채수 시스템을 소형화시키는데 한계를 나타낼 수 있다.
본 발명의 일 목적은, 채수되는 물의 저장 공간이 상부 수심에서 하부 수심으로 하강 시에 부력에 의한 저항을 극복할 수 있는 수층별 채수 시스템을 제공하는 것이다.
아울러 본 발명은, 채수되는 물의 저장 공간이 하부 수심에서 다시 상부 수심으로 상승 시에 받게되는 물의 저항을 감소시킬 수 있는 수층별 채수 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 수층별 채수 시스템은, 무인 이동체; 수중에서 물을 유입시켜 저장하도록 이루어지는 채수부; 및 상기 무인 이동체 및 상기 채수부에 연결되어 상기 채수부를 승강시키도록 이루어지는 권양기를 포함하고, 상기 채수부에는 채수되는 물이 각각 저장되는 복수의 보틀부가 마련되며, 상부 수심에서 상기 복수의 보틀부 중 적어도 일부에 물이 채워짐에 따라 상기 채수부에 작용하는 부력을 감소시켜, 상기 채수부가 하부 수심으로 하강 가능하도록 이루어진다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 보틀부 중 적어도 일부는, 상기 하부 수심으로 하강한 상태에서, 상기 상부 수심에서 채수된 물을 퇴수하고 상기 하부 수심의 물을 채수하여 저장하도록 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 보틀부가 상기 하부 수심으로 하강한 상태에서, 상기 보틀부에 저장된 상기 상부 수심의 물을 퇴수하는 단계가 수행되는 시간은 상기 보틀부에 물이 가득찬 상태에서 모두 퇴수되는 데까지 걸리는 시간 보다 길게 설정될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 보틀부에는 상기 보틀부의 내부에 저장된 물의 수위를 감지하는 수위 감지 센서가 구비될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 보틀부는, 수심에 따라 채수 및 퇴수가 이루어지는 제1 보틀; 및 상기 상부 수심에서 물이 채워져 상기 채수부에 작용하는 부력을 감소시키고, 상기 하부 수심에서 상기 상부 수심으로 상승하는 단계에서는 내부에 저장된 물이 비워져 상기 채수부에 부력을 발생시키는 제2 보틀을 구비할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 채수부에 가해지는 압력을 감지하는 제1 센서; 상기 권양기의 로프가 풀린 길이에서, 수면으로부터 상기 무인 이동체의 높이를 뺀 값을 측정하는 제2 센서; 및 상기 채수부를 향하여 수면 아래로 음파를 발생시키고 상기 채수부에서 반사되어 돌아오는 음파를 수신하는 제3 센서를 더 포함하고, 상기 제1 내지 제3 센서 중 적어도 둘 이상에서 측정된 값을 근거로 상기 채수부가 위치하는 지점의 수심을 측정하도록 이루어질 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 채수부는, 상기 복수의 보틀부가 안착되는 몸체부; 및 상기 몸체부의 상부에 배치되어 상기 복수의 보틀부를 덮도록 형성되며, 유선형(streamlined shape)으로 이루어지는 덮개부를 구비할 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 덮개부에는 둘레를 따라 복수의 홀이 형성될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 홀은, 평면에서 바라보았을 때를 기준으로 상기 복수의 보틀부와 중첩되지 않게 배치될 수 있다.
본 발명과 관련된 일 예에 따르면, 상기 복수의 보틀부로 물을 유입시키도록 이루어지는 밸브 유닛을 더 포함하고, 상기 밸브 유닛은, 물을 수용하는 수용부; 및 상기 수용부와 각각 연통되며, 상기 수용부로 물이 유입되는 유입구와 상기 수용부로부터 물이 토출되는 토출구를 구비하며, 상기 토출구는 복수로 구비되며 상기 복수의 보틀부와 각각 연결되도록 이루어질 수 있다.
상술한 해결수단을 통해 얻게 되는 본 발명의 효과는 다음과 같다.
수층별 채수 시스템은, 무인 이동체, 채수되는 물을 저장하는 채수부 및 무인 이동체와 채수부에 연결되며 채수부를 승강시키는 권양기를 포함한다. 채수부에는 채수되는 물이 각각 저장되는 복수의 보틀부가 마련된다. 여기에서, 복수의 보틀부 중 적어도 일부에 상부 수심의 물이 채워짐에 따라 채수부에 작용하는 부력이 감소되고, 이에 따라 채수부가 하부 수심으로 하강 가능하도록 이루어진다.
이와 같은 수층별 채수 시스템의 구성에 의하면, 채수부는 복수의 보틀부 내부의 빈 공간에 존재하는 공기에 의한 부력을 극복하고, 상부 수심에서 하부 수심으로 이동하는 하강 동작을 안정적으로 수행할 수 있다.
또한, 본 발명의 수층별 채수 시스템은, 채수부가 복수의 보틀부가 안착되는 몸체부와 몸체부의 상부에 배치되며 복수의 보틀부를 덮는 덮개부를 구비한다. 여기에서, 덮개부는 유선형(streamlinded shape)로 이루어고, 덮개부의 둘레에는 복수의 홀이 형성될 수 있다. 이에 따라, 하부 수심에서 다시 상부 수심으로 상승 하는 채수부의 상승 동작에서 채수부에 가해지는 물의 저항을 감소시킬 수 있다. 결과적으로, 채수부의 상승 동작이 보다 신속하게 이루어질 수 있는 한편, 채수부의 안정적인 상승 동작을 위해 요구되는 권양기의 성능 조건을 낮출 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수층별 채수 시스템을 보인 개념도이다.
도 2는 도 1에 도시된 복수의 보틀부에 물이 채워지는 모습을 보인 개념도이다.
도 3은 도 2에 도시된 복수의 보틀부에 저장된 물이 퇴수되는 모습을 보인 개념도이다.
도 4는 도 1에 도시된 수층별 채수 시스템이 수중에서 하강하면서 수층별로 물을 채수하는 과정을 보인 개념도이다.
도 5는 도 1에 도시된 채수부를 위에서 바라본 평면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 보틀부의 다른 일 예를 보인 사시도이다.
도 7은 도 1에 도시된 수층별 채수 시스템의 다른 일 예를 보인 개념도이다.
이하, 본 발명에 관련된 수층별 채수 시스템(100)에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
본 명세서에서는 서로 다른 실시예라도 동일·유사한 구성에 대해서는 동일·유사한 참조번호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수층별 채수 시스템(100)을 보인 개념도이다. 도 2는 도 1에 도시된 복수의 보틀부(121)에 물이 채워지는 모습을 보인 개념도이다. 도 3은 도 2에 도시된 복수의 보틀부(121)에 저장된 물이 퇴수되는 모습을 보인 개념도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 수층별 채수 시스템(100)은 채수 작업을 수행하도록 이루어진다. 채수 작업은 강물이나 바닷물의 물리적 및/또는 화학적 특성을 연구하기 위하여 서로 다른 깊이의 물을 떠올리는 작업을 의미한다. 수층별 채수 시스템(100)은 무인 이동체(110), 채수부(120) 및 권양기(130)를 포함한다.
무인 이동체(110)는 무선으로 원격 조종되거나 자율 항법 장치에 의해 자동 조종되도록 이루어질 수 있다. 무인 이동체(110)는 공중, 수중 및 수상 중 적어도 어느 하나에서 이동 가능하게 구성될 수 있다. 도 1 내지 도 6을 참조한 본 발명의 설명에서는 무인 이동체(110)의 일 예로서 드론(drone)을 예로 들어 설명한다. 상기 드론은 공중에서 비행하는 비행체로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 드론은 무인 이동체(110)의 한 가지 예일 뿐, 무인 이동체(110)가 공중에서만 이동 가능하다는 것을 의미하는 것은 아니다.
채수부(120)는 수중(W)에서 물을 유입시켜 저장하도록 이루어진다. 채수부(120)는 후술하는 권양기(130)에 의해 무인 이동체(110)와 연결된 상태에서 채수통을 채수의 대상이 되는 지역으로 이동하거나 운송 또는 적재 동작을 수행하도록 이루어질 수 있다.
권양기(130)는 무인 이동체(110) 및 채수부(120)에 연결되어 채수부(120)를 채수 지역에서 승강시키도록 이루어진다. 권양기(130)는 권양기 바디(131), 권양기 모터(132) 및 로프(133)를 구비할 수 있다. 로프(133)는 내부에 전원 공급 장치와, 취수를 위한 호스(hose)를 구비하는 일체형 케이블 로프로 이루어질 수 있다.
권양기 바디(131)는 권양기(130)의 외관을 형성한다. 본 발명의 도면에서 권양기 바디(131)는 무인 이동체(110) 측에 배치되는 것으로 도시되었으나, 이와 달리 채수부(120) 측에 배치될 수도 있다.
권양기 모터(132)는 권양기 바디(131)상에 마련되며 후술하는 로프(133)를 권양기 바디(131)상에 권취시키도록 이루어진다.
로프(133)는 양측이 각각 권양기 바디(131)와 채수부(120)에 연결되고, 권양기 모터(132)에 의해 권양기 바디(131)상에 권취되도록 이루어진다. 로프(133)는 금속 소재 또는 섬유 소재로 이루어질 수 있다.
또한, 채수부(120)에는 채수 대상 지역에서 채수되는 물이 각각 저장되는 복수의 보틀부(121)가 마련된다.
보틀부(120)의 내부에는 채수되는 물을 저장하기 위한 빈 공간이 형성될 수 있다. 보틀부(120)는 예를 들어 원통형으로 형성될 수 있다. 다만, 보틀부(120)의 형상은 원통형에 한정되는 것은 아니며, 원통형이 아닌 다른 다각형 기둥 형상으로 형성될 수도 있다.
여기에서, 수층별 채수 시스템(100)은 채수 대상 지역의 상부 수심에서 복수의 보틀부(120) 중 적어도 일부에 물이 채워짐에 따라 상기 채수부(120)에 작용하는 부력을 감소시켜, 채수부(120)가 상부 수심에서 하부 수심으로 원활하게 하강 가능하도록 이루어질 수 있다. 이에 따라, 수층별 채수 시스템(100)의 채수부(120)는 보틀부(121) 내부의 빈 공간으로 인해 수중(W)에서 발생하는 부력을 극복할 수 있다. 결과적으로, 수층별 채수 시스템(100)의 채수부(120)는 권양기(130)가 동작함에 따라 수중(W)에서의 하강 동작을 안정적으로 수행할 수 있다.
수층별 채수 시스템(100)은 복수의 보틀부(121)로 물을 유입시키도록 이루어지는 밸브 유닛(140)을 더 포함할 수 있다.
밸브 유닛(140)은, 수용부(141), 유입구(142) 및 토출구(143)를 구비할 수 있다.
수용부(141)는 물을 수용하도록 내부의 빈 공간이 형성될 수 있다. 본 발명의 수용부(141)는, 복수의 보틀부(121)의 상부에 배치되는 것으로 도시되었으나, 복수의 보틀부(121)의 하부에 배치될 수도 있다. 수용부(141)가 복수의 보틀부(121)의 하부에 배치되는 경우 유입구(142)는 채수부(120)의 상부가 아닌 하부를 향하도록 형성될 수 있다.
유입구(142)는 상기 수용부(141)와 연통되며 수용부(141)로 물이 유입되도록 형성된다.
토출구(143)는 상기 수용부(141)와 연통되고 수용부(141)로부터 물이 토출되도록 형성된다. 토출구(143)의 크기는 유입구(142)의 크기와 동일하거나 서로 상이하게 형성될 수 있다. 다만, 수용부(141)로 유입되고 토출되는 물의 유동이 원활하게 이루어질 수 있도록, 유입구(142)와 토출구(143)의 크기는 서로 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 토출구(143)는 복수로 구비되고 상기 복수의 보틀부(121)와 각각 연결되도록 이루어질 수 있다.
이와 같은 밸브 유닛(140)의 구성에 의하면, 복수의 보틀부(121)에 물을 유입시켜 저장하기 위한 구성을 보다 간소화할 수 있다.
도 2를 참조하면, 밸브 유닛(140)은 채수부(120)가 수중(W)으로 투입된 상태에서, 유입구(142)가 개방되어 수용부(141)로 물이 유입되고, 수용부(141)로 유입된 물은 수용부(141)의 내부에 수용된다. 이때, 복수의 보틀부(121) 중 어느 하나와 연결된 토출구(143)가 개방되어 수용부(141)에 수용된 물이 개방된 토출구(143)와 연결된 보틀부(121)의 내부로 유입되어 저장된다.
본 발명의 도 2에서는 밸브 유닛(140)에 구비되는 복수의 토출구(143) 중 어느 하나만 개방된 상태로 도시되었으나, 이와 달리 2개 이상의 토출구(143)가 개방되어 복수의 보틀부(121)의 내부로 수용부(141)에 수용된 물이 유입되도록 제어될 수도 있다.
또한, 도 3을 참조하면, 복수의 보틀부(121) 중 어느 하나에 물이 저장된 상태에서, 보틀부(121)에 마련되는 퇴수구(121h)가 개방됨에 따라 보틀부(121)에 저장된 물의 퇴수 과정이 수행될 수 있다.
한편, 도 5는 도 1에 도시된 채수부(120)를 위에서 바라본 평면도이고, 도 6은 도 1에 도시된 보틀부(121)의 다른 일 예를 보인 사시도이다.
도 1 내지 도 3과 함께 도 5 및 도 6을 더 참조하여 설명하면, 채수부(120)는 몸체부(122) 및 덮개부(123)를 구비할 수 있다.
몸체부(122)는 상기 복수의 보틀부(121)가 안착 가능한 공간을 제공한다.
덮개부(123)는 몸체부(122)의 상부에 배치되어 상기 복수의 보틀부(121)를 덮도록 형성될 수 있다. 덮개부(123)는 채수부(120)가 수중(W)에서 상승하는 과정에서 물에 의한 저항을 줄이도록 유선형(streamlined shape)으로 이루어질 수 있다. 본 발명의 도면에서 덮개부(123)의 상기 유선형은 원뿔 형상으로 도시되었으나, 덮개부(123)는 원뿔 형상이 아닌 다른 유선형의 구조를 갖도록 형성될 수도 있다. 한편, 도 6을 참조하면, 복수의 보틀부(121)의 상부도, 채수부(120)의 수중(W)에서의 상승 과정에서 물에 의한 저항을 줄이도록 상기 유선형으로 이루어질 수 있다.
또한, 덮개부(123)에는 덮개부(123)의 둘레를 따라 복수의 홀(123a)이 형성될 수 있다. 이에 따라, 채수부(120)가 수중(W)에서 상승하는 과정에서 상기 복수의 홀(123a)을 통해 물이 통과됨에 따라 채수부(120)에 작용하는 물에 의한 저항을 보다 줄일 수 있다. 즉, 덮개부(123)에 형성되는 복수의 홀(123a)에 의해 물의 저항을 발생시키는 면적이 감소되고, 이에 따라 채수부(120)의 수중(W)에서의 상승 동작이 보다 신속하게 이루어질 수 있는 한편, 채수부(120)의 안정적인 상승 동작을 위해 요구되는 권양기(130)의 성능 조건을 낮출 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 덮개부(123)의 둘레에 형성되는 복수의 홀(123a)은 평면에서 바라보았을 때를 기준으로 상기 복수의 보틀부(121)와 중첩되지 않게 배치될 수 있다. 이와 같은 복수의 홀(123a)의 구조에 의하면 복수의 홀(123a)을 통과한 물이 복수의 보틀부(121)에 부딪히지 않고 통과하여 물에 의한 추가적인 저항을 발생시키지 않는다. 또한, 몸체부(122)의 바닥면에는, 복수의 홀(123a)을 통과한 물이 추가적인 저항을 발생시키지 않고 채수부(120)를 통과할 수 있도록, 평면에서 바라보았을 때를 기준으로, 상기 복수의 홀(123a)과 오버랩되는 몸체부 바닥홀(122a)이 형성될 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 보틀부(121)는 제1 보틀(121a) 및 제2 보틀(121b)를 구비할 수 있다.
제1 보틀(121a)은 수심에 따라 채수와 퇴수가 이루어진다. 제1 보틀(121a)은 복수로 구비될 수 있다.
제2 보틀(121b)은 상부 수심에서는 물이 채워져 채수부(120)에 작용하는 부력을 감소시키고, 하부 수심에서 다시 상부 수심으로 상승하는 단계에서는 내부에 저장된 물이 비워져 채수부(120)에 부력을 발생시키도록 이루어진다.
구체적으로, 수층별 채수 시스템(100)은, 채수부(120)가 하부 수심에서 상부 수심으로 상승하는 단계에서, 제2 보틀부(121b)의 내부로 압축공기가 공급되도록 이루어질 수 있다. 이에 따라, 제2 보틀부(121b)의 내부에 저장되어 있던 물은 외부로 배출되고 제2 보틀부(121b) 내부의 빈 공간으로 압축공기가 채워져 채수부(120)에 부력을 발생시킬 수 있다. 채수부(120)에는 채수부(120)가 하부 수심에서 상부 수심으로 상승하는 단계에서 제2 보틀부(121b)의 내부로 공급되는 압축공기를 저장하는 압축공기 저장부(미도시)가 마련될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 채수부(120)는 수층별로 채수를 수행하는 제1 보틀(121a)과 함께 제2 보틀(121b)을 더 구비하여, 채수부(120)의 수중에서의 상승 동작과 하강 동작이 수행되는 과정이 보다 신속하게 이루어질 수 있다.
한편, 수층별 채수 시스템(100)은 제1 센서(151), 제2 센서(152) 및 제3 센서(153)를 더 포함할 수 있다.
제1 센서(151)는 채수부(120)에 가해지는 압력을 감지하도록 이루어질 수 있다. 제1 센서(151)는 채수부(120)상에 배치될 수 있다. 제1 센서(151)는 채수부(120)와 함께 수중(W)에 투입되어 수압을 측정하도록 이루어질 수 있다.
제2 센서(152)는 수중(W)에서 로프(133)가 투입된 길이를 측정하도록 이루어질 수 있다. 제2 센서(152)는 권양기(130)의 로프(133)가 풀린 길이에서, 채수 대상 지역의 수면으로부터 무인 이동체(110)의 높이를 뺀 값을 측정하도록 이루어질 수 있다. 제2 센서(152)는 예를 들어, 권양기(130)상에 배치될 수 있다.
제3 센서(153)는 채수부(120)를 향하여 수면 아래로 음파를 발생시키고 채수부(120)에서 반사되어 돌아오는 음파를 수신하도록 이루어질 수 있다. 제3 센서(153)는 예를 들어, 무인 이동체(110)상에 배치될 수 있다.
여기에서, 수층별 채수 시스템(100)은, 제1 내지 제3 센서(151,152,153) 중 적어도 둘 이상에서 측정된 값을 근거로 채수부(120)가 위치하는 지점의 수심을 측정하도록 이루어질 수 있다. 이와 같이, 수층별 채수 시스템(100)은 채수 지점의 수심을 2가지 이상의 방식으로 측정된 데이터를 이용하여 획득함에 따라, 채수 지점의 수심에 대한 정확도를 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 수층별 채수 시스템(100)은 제4 센서(154)를 더 포함할 수 있다.
제4 센서(154)는 채수부(120)의 저면과 수중(W)의 바닥 영역 사이에 거리를 측정 가능하도록 이루어질 수 있다. 제4 센서(154)는 채수부(120)의 하부 측면 영역에 배치될 수 있다.
수층별 채수 시스템(100)은 제4 센서(154)에 의해 채수부(120)의 저면이 수중(W)의 바닥 영역에 닿는 것이 감지되는 경우, 권양기(130)를 제어하여 채수부(120)를 다시 상승시키도록 이루어질 수 있다. 이에 따라, 채수부(120)가 수중(W)에서 하강하는 과정에서 수중(W)의 바닥 영역에 충돌하여 손상되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 보틀부(121)에는 수위 감지 센서(121s)가 구비될 수 있다.
수위 감지 센서(121s)는 보틀부(121)의 내부에 저장된 물의 수위를 감지 가능하도록 이루어질 수 있다. 이에 따라, 수층별 채수 시스템(100)은 상기 수위 감지 센서(121s)를 통해 보틀부(121)로 유입되는 물의 채수 정도를 판별하거나, 각각의 보틀부(121)의 내부에 저장된 물의 퇴수 정도 및 퇴수 완료 여부를 판별할 수 있다.
이하, 상기 수층별 채수 시스템(100)이 수층별로 물을 채수하는 과정에 대하여 도 4를 참조하여 설명한다.
도 4는 도 1에 도시된 수층별 채수 시스템(100)이 수중에서 하강하면서 수층별로 물을 채수하는 과정을 보인 개념도이다.
도 4를 참조하면, 수층별 채수 시스템(100)은 무인 이동체(110)에 의해 채수부(120)가 채수 대상 지역으로 이동한 상태에서 권양기(130)에 의해 채수부(120)가 수중(W)으로 투입되고, 채수 대상 지역의 수층별로 채수부(120)에 마련되는 복수의 보틀부(121)로 물을 유입시켜 저장하도록 이루어진다. 예를 들어, 채수 대상 지역의 수층은 도 4에 도시된 바와 같이 제1 수심(D1), 제2 수심(D2) 및 제3 수심(D3)으로 갈수록 수심이 깊어지게 형성될 수 있다.
수층별 채수 시스템(100)은 도 4의 (a)에 도시된 바와 같이 제1 내지 제3 수심(D1,D2,D3) 중 가장 상부 수심인 제1 수심(D1)에서, 채수부(120)에 마련되는 복수의 보틀부(121) 전체에 물을 각각 채수하도록 이루어질 수 있다. 이와 같은 채수 과정에서 복수의 보틀부(121)의 내부에 존재하는 공기에 의한 부력을 모두 제거할 수 있다. 도 4의 (a)에서는 3개의 보틀부(121) 모두에 채수가 완료된 상태의 모습을 보이고 있다.
다음으로, 수층별 채수 시스템(100)은 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 제1 수심(D1)에서 채수부(120)의 부력이 제거된 상태에서, 권양기(130)의 로프(133)가 더 풀려짐에 따라 제1 수심(D1)에 비해 하부 수심인 제2 수심(D2)으로 채수부(120)를 하강시킨다. 채수부(120)는 제2 수심(D2)으로 하강한 상태에서 제2 수심(D2)에 비해 상부 수심인 제1 수심(D1)에서 채수된 물을 퇴수하고, 제2 수심(D2)의 물을 채수하여 저장하도록 이루어질 수 있다.
도 4의 (b)에서는 3개의 보틀부(121) 중 가장 좌측에 위치한 보틀부(121)에 채워졌던 제1 수심(D1)의 물이 퇴수되고 제2 수심(D2)의 물이 채워진 상태의 모습을 보이고 있다. 이때, 3개의 보틀부(121) 중 중간에 위치한 보틀부(121)와 가장 우측에 위치한 보틀부(121)에는 제1 수심(D1)에서 채워진 물이 그대로 저장된 상태에 있는 모습을 보이고 있다.
마지막으로, 수층별 채수 시스템(100)은 제2 수심(D2)에서 채수부(120)를 더 하강시켜, 제3 수심(D3)까지 이동시킬 수 있다. 제3 수심(D3)으로 하강한 채수부(120)는 복수의 보틀부(121) 중 중간에 위치한 보틀부(121)에 저장된 제1 수심(D1) 수심에서 채수된 물을 퇴수하고, 비워진 내부 빈 공간으로 제3 수심(D3)의 물을 유입시켜 저장하도록 이루어질 수 있다. 도 4의 (b)에서는 3개의 보틀부(121) 중 가장 좌측의 보틀부(121)에는 제2 수심(D2)에서 채수된 물이 저장되고, 중간에 위치한 보틀부(121)네는 제3 수심(D3)에서 채수된 물이 저장되며, 가장 우측에 위치하는 보틀부(121)에는 제1 수심(D1)에서 채수된 물이 그대로 저장된 상태의 모습을 보이고 있다.
한편, 복수의 보틀부(121)가 상기 상부 수심에서 상기 하부 수심으로 하강한 상태에서, 보틀부(121)에 저장된 상기 상부 수심의 물을 퇴수하는 단계가 수행되는 시간은 보틀부(121)에 물이 가득찬 상태에서 모두 퇴수되는 데까지 걸리는 시간 보다 길게 설정되도록 이루어질 수 있다. 즉, 수층별 채수 시스템(100)은 각각의 보틀부(121)에 저장된 물이 퇴수되는 시간을, 각각의 보틀부(121)에 저장된 물이 가득찬 상태에서 모두 퇴수되는 데 걸리는 시간보다 과잉으로 설정하도록 이루어질 수 있다.
이에 따라, 하부 수심에서 보틀부(121)의 퇴수와 채수가 차례로 수행되는 과정에서, 상부 수심에서 채수된 물이 보틀부(121) 내부에 잔류하지 않고 완전히 제거된 상태어서 하부 수심의 물이 채수될 수 있다. 결과적으로, 상부 수심의 물과 하부 수심에서 채수되는 물이 서로 섞이지 않아 수층별로 채수되는 물로부터 얻어지는 수질 검사 데어터의 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.
이하, 도 7을 참조하여 도 1에 도시된 수층별 채수 시스템(100)의 다른 일 예에 대하여 설명한다.
도 7은 도 1에 도시된 수층별 채수 시스템(100)의 다른 일 예를 보인 개념도이다.
도 7을 참조하면, 수층별 채수 시스템(100)은, 도 1에 도시된 수층별 채수 시스템(100)과 달리 무인 이동체(110)의 일 예로서 공중에서 비행하는 상기 드론이 아닌 수상에서 이동하는 무인 수상체로 이루어질 수 있다. 상기 무인 수상체는, 도 7에 도시된 바와 같이 수상에서 이동 가능하게 구성될 수 있으며, 무선으로 원격 조종되거나 자율 항법 장치에 의해 자동 조종되도록 이루어질 수 있다.
상기 무인 수상체는 상기 드론에 비하여, 공중에서의 비행을 위한 별도의 공간을 필요로 하지 않아 채수 대상 지역에 대한 제약을 상대적으로 덜 받게 되는 장점을 갖는다.
한편, 도 7에 도시된 수층별 채수 시스템(100)에서 상기 무인 수상체로 이루어지는 무인 이동체(110)를 제외한 나머지 구성들인, 채수부(120), 권양기(130), 밸브 유닛(140), 제1 내지 제4 센서(151,152,153,154)과 그 관련 구성들은, 앞서 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 수층별 채수 시스템(100)의 채수부(120), 권양기(130), 밸브 유닛(140), 제1 내지 제4 센서(151,152,153,154) 및 그 관련 구성들과 동일하거나 유사한 특징을 갖도록 이루어질 수 있다.
따라서, 도 7에 도시된 수층별 채수 시스템(100)의 채수부(120), 권양기(130), 밸브 유닛(140), 제1 내지 제3 센서(151,152,153)과 그 관련 구성들에 대한 설명은, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 수층별 채수 시스템(100)에 대한 설명으로 대신하기로 한다.
전술한 내용은 단지 예시적인 것에 불과하며, 설명된 실시예들의 범주 및 기술적 사상을 벗어남이 없이, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 수정들이 이루어질 수 있다. 전술한 실시예들은 개별적으로 또는 임의의 조합으로 구현될 수 있다.
100 : 수층별 채수 시스템
110 : 무인 이동체
120 : 채수부
121 : 보틀부
121a : 제1 보틀
121b : 제2 보틀
121h : 퇴수구
121p : 보틀부 몸체
121q : 보틀부 덮개
121s : 수위 감지 센서
122 : 몸체부
122a : 몸체부 바닥홀
123 : 덮개부
123a : 홀
130 : 권양기
131 : 권양기 바디
132 : 권양기 모터
133 : 로프
140 : 밸브 유닛
141 : 수용부
142 : 유입구
143 : 토출구
151 : 제1 센서
152 : 제2 센서
153 : 제3 센서
154 : 제4 센서
W : 수중

Claims (10)

  1. 무인 이동체;
    수중에서 물을 유입시켜 저장하도록 이루어지는 채수부; 및
    상기 무인 이동체 및 상기 채수부에 연결되어 상기 채수부를 승강시키도록 이루어지는 권양기를 포함하고,
    상기 채수부에는 채수되는 물이 각각 저장되는 복수의 보틀부가 마련되며,
    상부 수심에서 상기 복수의 보틀부 중 적어도 일부에 물이 채워짐에 따라 상기 채수부에 작용하는 부력을 감소시켜, 상기 채수부가 하부 수심으로 하강 가능하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 수층별 채수 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 보틀부 중 적어도 일부는, 상기 하부 수심으로 하강한 상태에서, 상기 상부 수심에서 채수된 물을 퇴수하고 상기 하부 수심의 물을 채수하여 저장하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 수층별 채수 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보틀부가 상기 하부 수심으로 하강한 상태에서, 상기 보틀부에 저장된 상기 상부 수심의 물을 퇴수하는 단계가 수행되는 시간은 상기 보틀부에 물이 가득찬 상태에서 모두 퇴수되는 데까지 걸리는 시간 보다 길게 설정되는 것을 특징으로 하는 수층별 채수 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 보틀부에는 상기 보틀부의 내부에 저장된 물의 수위를 감지하는 수위 감지 센서가 구비되는 것을 특징으로 하는 수층별 채수 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 보틀부는,
    수심에 따라 채수 및 퇴수가 이루어지는 제1 보틀; 및
    상기 상부 수심에서 물이 채워져 상기 채수부에 작용하는 부력을 감소시키고, 상기 하부 수심에서 상기 상부 수심으로 상승하는 단계에서는 내부에 저장된 물이 비워져 상기 채수부에 부력을 발생시키는 제2 보틀을 구비하는 수층별 채수 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 채수부에 가해지는 압력을 감지하는 제1 센서;
    상기 권양기의 로프가 풀린 길이에서, 수면으로부터 상기 무인 이동체의 높이를 뺀 값을 측정하는 제2 센서; 및
    상기 채수부를 향하여 수면 아래로 음파를 발생시키고 상기 채수부에서 반사되어 돌아오는 음파를 수신하는 제3 센서를 더 포함하고,
    상기 제1 내지 제3 센서 중 적어도 둘 이상에서 측정된 값을 근거로 상기 채수부가 위치하는 지점의 수심을 측정하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 수층별 채수 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 채수부는,
    상기 복수의 보틀부가 안착되는 몸체부; 및
    상기 몸체부의 상부에 배치되어 상기 복수의 보틀부를 덮도록 형성되며, 유선형(streamlined shape)으로 이루어지는 덮개부를 구비하는 수층별 채수 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 덮개부에는 둘레를 따라 복수의 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 수층별 채수 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 홀은, 평면에서 바라보았을 때를 기준으로 상기 복수의 보틀부와 중첩되지 않게 배치되는 것을 특징으로 하는 수층별 채수 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 보틀부로 물을 유입시키도록 이루어지는 밸브 유닛을 더 포함하고,
    상기 밸브 유닛은,
    물을 수용하는 수용부; 및
    상기 수용부와 각각 연통되며, 상기 수용부로 물이 유입되는 유입구와 상기 수용부로부터 물이 토출되는 토출구를 구비하며,
    상기 토출구는 복수로 구비되며 상기 복수의 보틀부와 각각 연결되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 수층별 채수 시스템.
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