KR20230095235A

KR20230095235A - 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치

Info

Publication number: KR20230095235A
Application number: KR1020210184507A
Authority: KR
Inventors: 장향연; 임현만; 안광호; 정진홍; 김원재; 지상훈; 박나리
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2021-12-22
Filing date: 2021-12-22
Publication date: 2023-06-29

Abstract

사이펀 현상을 이용한 튜브형 수류순환장치가 제공된다. 튜브는 상부와 하부가 개방되어 하부로 유입되는 물을 사이펀 현상에 의해 상부로 이동시키고, 하나 이상의 에어 챔버(Air Chamber)는 공기공급장치에 의해 유입되는 공기가 튜브로 이동하도록 튜브의 하단에 구비되고, 튜브는, 하나 이상의 에어 챔버로부터 방출되는 공기에 의해 하부로 유입된 물을 상부로 이동시켜 수류 순환을 유도할 수 있다.

Description

사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치{Energy-independent water circulator using siphonage}

본 발명은 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 에어 포켓을 튜브로 방출하면서 사이펀 현상을 이용하여 수류가 순환되도록 하는 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치에 관한 것이다.

도시화가 진행되면서 농업용수를 공급하던 저수지들이 시민들의 인공호수로 활용되는 사례가 증가함에 따라 수질이 나빠지고, 호수에서도 심한 녹조와 악취가 발생하고, 물고기가 폐사하는 등의 문제가 발생하고 있다.

또한, 농업용수를 공급하는 저수지의 수질이 좋지 않아 농업용수로서의 기능을 상실하는 경우도 빈번히 발생하고 있다.

해양 양식장의 경우, 양식장 침전물의 오염원이 양식생물(패류와 부착 생물) 배설물인 유기물 축적에 의한 내부오염으로 추정되며, 대규모 적조는 영양염류가 풍부한 육수 유입과 고수온, 낮은 염분 등에 기인하는 것으로 추정된다. 적조 발생시 저층수는 빈산소상태로 유기물을 다량 함유한 생활하수와 산업폐수의 유입이 지속되고, 패류 양식장 기원의 유기물이 퇴적하여 생물분해로 인한 산소소비가 진행된다. 이로써, 지속적인 무산소 또는 빈산소 상태로 양식장 양식생물(패류와 부착생물)의 폐사가 반복되고 있다.

이와 같이 물이 흐르지 않는 호수, 저수지 또는 해양 양식장 등의 정체수역의 수질을 개선하는 방법으로는 주로 물리적으로 오염물질의 유입을 줄이거나 차단하는 기술과 인위적인 동력을 사용하여 수체를 강제로 순환시키는 물순환기술이 사용되고 있다.

그러나 기존의 물순환기술은 소요되는 에너지가 과다하고 물순환 용량이 크지 않아 수질개선 효과는 미비하다. 따라서, 인간의 생활환경과 양식환경 개선을 위해 기존의 수질개선 방안에 더하여 정체수역내에서 수질을 개선하는 방안이 필요하다.

국내 등록특허 제10-2096582호(2020년03월27일 등록)

전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 수류 순환이 정체된 수역 내에서 관리가 용이하고 동력을 사용하지 않으면서 수질을 개선할 수 있는 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치를 제시하는 데 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치는, 상부와 하부가 개방되어 하부로 유입되는 물을 사이펀 현상에 의해 상부로 이동시키는 튜브; 및 공기공급장치에 의해 유입되는 공기가 상기 튜브로 이동하도록 상기 튜브의 하단에 구비되는 하나 이상의 에어 챔버(Air Chamber);를 포함하고, 상기 튜브는, 상기 하나 이상의 에어 챔버로부터 방출되는 공기에 의해 상기 하부로 유입된 물을 상부로 이동시켜 수류 순환을 유도할 수 있다.

상기 에어 챔버는, 상기 공기공급장치에 의해 공급되는 공기를 포집하여 에어 포켓(Air Pocket)을 형성하고, 상기 형성된 에어 포켓이 사이펀 현상에 의해 일시적으로 튜브 내부로 이동하도록 형성될 수 있다.

상기 하나 이상의 에어 챔버는, 상기 공기공급장치에 의해 공급되는 공기가 유입되는 유입구; 상기 유입구로 유입된 공기의 이동 경로를 제공하는 최소 2단의 격벽부; 및 상기 격벽부에 의해 제공되는 이동 경로를 따라 이동한 공기가 튜브 내부로 배출되는 배출구;를 포함할 수 있다.

상기 격벽부가 2단 형태인 경우, 상기 격벽부는, 제1격벽; 상기 제1격벽과의 사이에 제1공간이 형성되도록 제1격벽과 이격되어 구비되는 제2격벽; 상기 제2격벽과의 사이에 제2공간이 형성되도록 제2격벽과 이격되어 구비되는 제3격벽; 상기 제3격벽과의 사이에 제3공간이 형성되도록 제3격벽과 이격되어 구비되는 제4격벽;을 포함하고, 상기 유입구로 유입된 공기는 상기 제1격벽 내지 제4격벽에 형성된 제1공간 내지 제3공간을 통해 상기 튜브 내부로 이동할 수 있다.

상기 제1격벽과 제3격벽 사이에는 단차가 형성되며, 튜브의 길이 방향을 기준으로 제3격벽이 제1격벽보다 높은 위치에 형성될 수 있다.

상기 유입구는 상기 에어 챔버의 하부, 제1공간의 하부, 제1공간의 측부 및 제1공간의 상부 중 적어도 하나에 구비되며, 상기 배출구는 상기 에어 챔버의 상부 또는 제3공간의 상부에 구비될 수 있다.

상기 유입구, 제1격벽, 제2격벽, 제1공간 및 제2공간은 튜브의 외부에 형성되고, 상기 제3격벽은 튜브의 벽과 연결되고, 상기 제3공간, 제4격벽 및 배출구는 튜브 내부에 형성될 수 있다.

상기 제1격벽은 튜브의 벽과 연결되고, 상기 제2격벽 내지 제4격벽, 제1공간 내지 제3공간 및 배출구는 튜브 내부에 형성될 수 있다.

상기 에어 챔버는, 하나인 경우, 상기 튜브의 하부 전체 외주면을 둘러싸도록 구비되며, 다수인 경우, 상기 튜브의 하부 전체 외주면을 둘러싸도록 구비되되 상하로 구비될 수 있다.

상기 에어 챔버는, 다수인 경우, 상기 튜브의 하부에 해당하는 외주면을 따라 이격되어 구비될 수 있다.

상기 튜브는 원기둥형 또는 다각기둥형일 수 있다.

상기 튜브(150)의 내부 하단에 구비되어 에어 버블을 발생하는 에어 디퓨저(Air Diffuser);를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치는, 튜브 상부와 튜브 하부가 개방되어 하부로 유입되는 물을 사이펀 현상에 의해 상부로 이동시키는 내부 튜브; 공기공급장치에 의해 유입되는 공기가 상기 내부 튜브로 이동하도록 상기 내부 튜브의 하단에 구비되는 하나 이상의 에어 챔버(Air Chamber); 및 상기 내부 튜브로부터 이격되어 내부 튜브를 둘러싸도록 구비되고, 사이펀 현상에 의해 상기 내부 튜브의 상부로 물이 배출될 때, 외벽 상부로 유입되는 물이 외벽 하부로 이동하도록 하는 외부 튜브;를 포함하고, 상기 내부 튜브는, 상기 하나 이상의 에어 챔버로부터 방출되는 공기에 의해 상기 하부로 유입된 물을 상부로 이동시켜 수류 순환을 유도할 수 있다.

상기 내부 튜브의 벽과 연결되어 유동성 있게 구비되며, 상기 사이펀 현상이 발생하는 동안 외부 튜브의 하부에 밀착되는 부유형 바닥판;을 더 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 적은 전력 사용으로도 표층과 저층의 수류를 순환시켜 혼합함으로써 성층 파괴를 유도하고, 저층의 무산소화 및 빈산소화를 방지하고, DO 및 pH 등의 농도차이를 줄일 수 있으며, 조류의 영향으로 산소가 과포화된 수체를 대상으로 조류의 농도를 저감시키고, 수체 전층에서 DO 과포화도를 정상 범위로 개선시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전력 소모가 매우 적어 경제적이며, 수류순환장치를 설치한 후에도 추가적 약품 투입 없이 정체 수역의 수류 순환을 반영구적으로 유도하고, 이로써 무산소화 또는 빈산소화 수층이 형성되는 저수지 또는 해양 등의 정체 수역을 보다 용이하게 관리하고, 농업용수 수질 및 해양 환경을 개선시킬 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 정체 수역의 개선을 통한 녹조 및 적조 발생을 저감시키고, 물고기 집단 폐사 방지 등 사회적 이슈를 해결하여 이와 동시에 수생태보호 효과를 기대할 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사이펀 현상을 이용한 상승순환형 수류순환장치(100)를 개략적으로 도시한 단면도,
도 2는 도 1에 도시된 격벽부(162)가 2단 형태인 경우, 격벽부(162)에 에어 포켓이 형성되는 동작을 설명하기 위한 도면,
도 3은 도 1에 도시된 에어 챔버(160)를 포함하는 튜브(150)의 일부를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사이펀 현상을 이용한 상승순환형 수류순환장치(200)를 개략적으로 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사이펀 현상을 이용한 상승순환형 수류순환장치(300)를 개략적으로 도시한 단면도, 그리고,
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사이펀 현상을 이용한 하강순환형 수류순환장치(400)를 개략적으로 도시한 단면도이다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 사이펀 현상을 이용한 상승순환형 수류순환장치(100)를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 발명의 일 실시 예에 따른 사이펀 현상을 이용한 상승순환형 수류순환장치(100)는 에너지공급장치(110), 공기공급장치(120), 메인 부력체(130), 하나 이상의 서브 부력체(140), 튜브(150), 하나 이상의 에어 챔버(Air Chamber)(160) 및 앵커(170)를 포함할 수 있다.

에너지공급장치(110)는 메인 부력체(130)에 구비되어 공기공급장치(120)에게 에너지를 공급할 수 있다. 에너지공급장치(110)는 태양광 발전 모듈일 수 있다.

공기공급장치(120)는 공기 이송관(180)을 통해 에어 챔버(160)에게 공기를 지속적으로 또는 간헐적으로 공급할 수 있다. 공기공급장치(120)는 이송되는 공기의 양 또는 공기의 이동 속도를 조절하여 에어 챔버(160)에서 에어 포켓이 생성되는 속도를 조절할 수 있다.

공기공급장치(120)는 에어 블로어(Air Blower) 또는 컴프레서(Compressor)일 수 있다.

메인 부력체(130)는 표층(Surface Water)에 구비되어 수류순환장치(100)가 부유되도록 할 수 있으며, 수류순화나장치(100)의 상부와 와이어에 의해 연결될 수 있다. 메인 부력체(130)는 수류순환장치(100)의 하중을 버틸 수 있는 부력을 가질 수 있다.

메인 부력체(130)의 상부에는 에너지공급장치(110)와 공기공급장치(120)가 놓일 수 있다. 또한, 메인 부력체(130)와 에너지공급장치(110)는 일체형으로 형성될 수 있다. 메인 부력체(130)와 에너지공급장치(110)가 일체형으로 만들어짐으로써 전력 수급이 어려울 수 있는 육지와 먼 양식장 또는 넓은 저수지나 호수 한가운데에도 수류순환장치(100)를 설치하고, 전력을 공급하는 것이 가능해진다. 만약, 메인 부력체(130)와 에너지공급장치(100)가 일체형으로 형성되지 않거나, 에너지공급장치(100)가 구비되지 않는다면, 외부로부터 공기공급장치(120)와 전선을 연결해야하므로 선박이나 외부의 상황에 의한 영향으로 원활한 전력공급이 어려울 수 있다. 즉, 메인 부력체(130)에 에너지공급장치(110)를 일체형이 되도록 구비함으로써 무리하게 외부로부터 전력을 수급하지 않아도 되며, 이로써 에너지 자립형으로 수류순환장치(100)를 운영할 수 있다.

서브 부력체(140)는 튜브(150)의 상단에 튜브(150)의 외주면을 둘러싸는 형태로 구비될 수 있으며, 내부에 에어 룸이 형성되어 공기가 주입되어 있을 수 있다.

서브 부력체(140)가 2개 이상인 경우, 서브 부력체(140)는 튜브(150)의 길이 방향(즉, 높이 방향)을 기준으로 상하로 구비될 수도 있고, 또는 튜브(150)의 외주면을 따라 이격되도록 구비될 수도 있다.

서브 부력체(140)는 메인 부력체(130)와 연결되어 있을 수 있으며, 튜브(150)가 정체 수역의 바닥면 또는 수면과 수직 상태를 유지하도록, 즉, 튜브(150)가 물속에서 기울지 않도록 지지할 수 있다.

기둥 형태의 튜브(150)는 상부와 하부가 개방되어 하부로 유입되는 물을 사이펀 현상(Siphonage)에 의해 상부(즉, 상층)로 이동시킬 수 있다. 즉, 튜브(150)는 하나 이상의 에어 챔버(160)로부터 방출되는 에어 포켓(Air Pocket)에 의해 튜브(150)의 하부로 유입된 물을 상부로 이동시켜 정체 수역의 수류 순환을 유도할 수 있다.

튜브(150)는 정체 수역의 바닥면 또는 수면과 수직이 되도록 수중에 설치되며, 원기둥 형태 또는 삼각기둥, 사각기둥 등의 다각기둥 형태일 수 있다.

튜브(150)의 길이방향에 해당하는 길이는 수심보다 약 0.5 - 2.0미터 짧으며, 수면에서 약 0.1 - 1.0미터 아래에 위치하도록 구비될 수 있다. 튜브(150)가 원기둥 형태인 경우, 튜브(150)의 직경은 튜브(150) 내에서 상승하는 에어 포켓(Air Pocket)이 파괴 및 분산되지 않도록 0.5미터 이하의 크기로 제작될 수 있다.

에어 챔버(160)는 공기공급장치(120)와 공기 이송관(180)에 의해 유입되는 공기가 에어 포켓을 형성하면서 튜브(150) 내로 이동하도록 튜브(150)의 하단에 구비될 수 있다. 에어 챔버(160)는 유입된 공기를 포집한 뒤 사이펀 현상에 의해 일시적으로 에어 포켓을 튜브(150) 내로 방출할 수 있는 공기저장공간이다. 에어 챔버(160)의 직경 및 본 발명의 실시 예에서 적용할 에어 포켓의 부피에 따라서 에어 챔버(160)는 3단 이상으로 형성될 수도 있다.

자세히 설명하면, 에어 챔버(160)는 공기공급장치(120)에 의해 공급되는 공기를 포집하여 에어 포켓이 형성 및 성장되도록 하고, 성장된 에어 포켓이 사이펀 현상에 의해 일시적으로 튜브 내부로 이동하도록 형성될 수 있다.

이를 위하여, 에어 챔버(160)는 유입구(161), 격벽부(162) 및 배출구(163)를 포함할 수 있다.

유입구(161)로는 공기공급장치(120) 및 공기 이송관(180)에 의해 공급되는 공기가 유입된다. 유입구(161)는 공기 이송관(180)의 일단과 연결되어 있을 수 있다.

격벽부(162)는 유입구(161)로 유입된 공기의 이동 경로를 제공하며, 최소 2단 형태를 포함할 수 있다.

배출구(163)는 격벽부(162)에 의해 제공되는 이동 경로를 따라 이동한 공기, 즉, 에어 포켓을 튜브(150) 내부로 배출시킨다.

도 2는 도 1에 도시된 격벽부(162)가 2단 형태인 경우, 격벽부(162)에 에어 포켓이 형성되는 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 2를 참조하면, 2단 형태의 격벽부(162)는 제1격벽(①), 제2격벽(②), 제3격벽(③) 및 제4격벽(④)을 포함할 수 있다.

제2격벽(②)은 제1격벽(①)과의 사이에 제1공간이 형성되도록 제1격벽(①)과 이격되어 구비될 수 있다.

제3격벽(③)은 제2격벽(②)과의 사이에 제2공간이 형성되도록 제2격벽(②)과 이격되어 구비될 수 있다.

제4격벽(④)은 제3격벽(③)과의 사이에 제3공간이 형성되도록 제3격벽(③)과 이격되어 구비될 수 있다.

또한, 유입구(161)는 에어 챔버(160)의 하부, 제1공간의 하부, 제1공간의 측부 및 제1공간의 상부 중 적어도 하나에 구비되며, 배출구(163)는 에어 챔버(160)의 상부 또는 제3공간의 상부에 구비될 수 있다.

또한, 유입구(161), 제1격벽(①), 제2격벽(②), 제1공간 및 제2공간은 튜브(150)의 외부에 형성되고, 제3격벽(③)은 튜브(150)의 벽과 연결되는 연장선 형태로 형성되고, 제3공간, 제4격벽(④) 및 배출구(163)는 튜브(150) 내부에 형성될 수 있다.

또한, 제1격벽(①)과 제3격벽(③) 사이에는 단차(d)가 형성되며, 튜브(150)의 길이 방향을 기준으로 제3격벽(③)이 제1격벽(①)보다 높은 위치에 형성될 수 있다. 이러한 단차 및 고저의 위치는 사이펀 현상을 유도하기 위함이다.

이와 같이 정체 수역의 바닥면을 기준으로 제3격벽(③)이 제1격벽(①)보다 높은 위치에 있거나 길이가 짧도록 제작함으로써 생성되는 단차에 의해, 에어 챔버(160)에 포집된 에어 포켓이 성장하면 튜브(150) 내부로 순식간에 들어가게 된다. 즉, 유입구(161)로 유입된 공기는 제1격벽(①) 내지 제4격벽(④)에 형성된 제1공간 내지 제3공간을 이동하며 에어 포켓을 성장시키고 사이펀 현상에 의해 튜브(150) 내부로 방출될 수 있다.

도 2의 (a)를 참조하면, 에어 챔버(160)로 공기가 유입되기 전 에어 챔버(160)는 물로 가득 차 있는 상태이다. 유입구(161)로 공기 유입이 시작되면(도 2의 (b)), 에어 챔버(160) 내에 즉, 격벽부(162) 내 공간에 에어 포켓이 형성되기 시작한다(도 2의 (c)).

계속되는 공기 주입에 의해 에어 포켓이 성장하여(도 2의 (d)), 에어 챔버(160) 내에 에어 포켓이 가득차면 사이펀 현상에 의해 튜브(150) 내부로 에어 포켓이 순식간에 이동한다(도 2의 (e)). 에어 챔버(160)로 포집된 공기가 제1공간 내지 제3공간에 가득차면 성장한 에어 포켓은 제3격벽과 제4격벽 사이, 즉, 제3공간의 배출구(163)로 한꺼번에 일시적으로 방출된다.

사이펀 현상에 의해 에어 포켓이 모두 튜브(150) 내로 이동하여 튜브(150)의 상부로 이동하며, 이 때 튜브(150)의 하부로 유입되는 물(즉, 수계 저층의 무산소화 및 비산소화 수층의 물)도 사이펀 현상에 의해 함께 상승하며, 이로써 하층의 물이 상층으로 이동하는 수류순환이 발생한다(도 2의 (f)).

도 3은 도 1에 도시된 에어 챔버(160)를 포함하는 튜브(150)의 일부를 도시한 사시도이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 에어 챔버(160)가 하나 구비되는 경우, 에어 챔버(160)는 튜브(150) 중 하부에 해당하는 외주면 전체를 둘러싸도록 구비될 수 있다. 따라서, 튜브(150)가 원통형인 경우, 에어 챔버(160)는 내부에 에어 포켓이 형성될 공간이 마련된 링 형태일 수 있다.

또한, 에어 챔버(160)가 다수 구비되는 경우, 다수의 에어 챔버들은 튜브(150)의 하부 전체 외주면을 둘러싸도록 구비되되 상하로 이격되어 구비될 수도 있다. 이 때, 다수의 에어 챔버들의 크기 또는 제1공간 내지 제3공간의 크기는 동일할 수도 있고 다를 수도 있다.

또 다른 예로, 에어 챔버(160)는 튜브(150)의 하부에 해당하는 외주면을 따라 이격되어 구비될 수 있으며, 이러한 경우 에어 챔버(160)는 다수 구비될 수 있다. 이는 도 3에 도시된 링 형태 중 일부가 제거된 형태일 수 있다.

앵커(170)는 튜브(150)와 와이어에 의해 연결되어 튜브(150)가 수직 상태를 유지하도록 할 수 있다. 즉, 앵커(170)는 튜브(150)의 하단에서 형성되는 에어 포켓의 부력 및 에어 포켓의 상승으로 인해 튜브(150)가 기울지 않도록 하며, 추 또는 닻일 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치(200)를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 4를 참조하면, 발명의 다른 실시 예에 따른 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치(200)는 에너지공급장치(110), 공기공급장치(120), 메인 부력체(130), 튜브(150), 하나 이상의 에어 챔버(160), 앵커(170), 하나 이상의 고정체(210) 및 하나 이상의 지지대(220)를 포함할 수 있다.

도 4에 도시된 에너지공급장치(110), 공기공급장치(120), 메인 부력체(130), 튜브(150), 하나 이상의 에어 챔버(160), 앵커(170) 및 하나 이상의 고정체(210)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 에너지공급장치(110), 공기공급장치(120), 메인 부력체(130), 튜브(150), 하나 이상의 에어 챔버(160), 앵커(170) 및 하나 이상의 고정체(210)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 4의 하나 이상의 고정체(210)는 링 형태를 가지며, 에어 챔버(160)의 최하단 외주면 전체를 둘러싸도록 구비될 수 있다. 고정체(210)가 다수인 경우, 다수의 고정체(210)는 상하로 구비될 수 있다. 고정체(210)는 수류순환장치(200)의 직립을 유도하기 위해 하부 에어 챔버가 제공하는 부력 이상의 중량을 가질 수 있다.

하나 이상의 고정체(210)는 하나 이상의 지지대(220)에 안착되고, 앵커(170)는 지지대(220)와 와이어로 연결될 수 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사이펀 현상을 이용한 상승순환형 수류순환장치(300)를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 5를 참조하면, 발명의 다른 실시 예에 따른 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치(300)는 에너지공급장치(110), 공기공급장치(120), 메인 부력체(130), 하나 이상의 서브 부력체(140), 튜브(150), 하나 이상의 에어 챔버(160), 앵커(170) 및 에어 디퓨저(310)를 포함할 수 있다.

도 5에 도시된 에너지공급장치(110), 공기공급장치(120), 메인 부력체(130), 하나 이상의 서브 부력체(140), 튜브(150), 하나 이상의 에어 챔버(160) 및 앵커(170)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 에너지공급장치(110), 공기공급장치(120), 메인 부력체(130), 하나 이상의 서브 부력체(140), 튜브(150), 하나 이상의 에어 챔버(160) 및 앵커(170)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 5의 에어 디퓨저(310)는 튜브(150)의 내부 하단에 구비되어 에어 버블을 발생할 수 있다. 에어 디퓨저(310)는 다수의 와이어들(320)에 의해 튜브(150) 내부 벽에 연결되어 고정될 수 있다. 에어 디퓨저(310)에 의해 발생되는 버블은 하부의 물의 상승 효과를 높일 수 있다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 사이펀 현상을 이용한 하강순환형 수류순환장치(400)를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 발명의 다른 실시 예에 따른 사이펀 현상을 이용한 하강순환형 수류순환장치(400)는 에너지공급장치(110), 공기공급장치(120), 메인 부력체(130), 내부 튜브(150), 하나 이상의 에어 챔버(160), 외부 튜브(410), 부유형 바닥판(420), 연결벽(430) 및 연결부(440)를 포함하며, 앵커(미도시)를 더 포함할 수 있다.

도 6a 및 도 6b에 도시된 에너지공급장치(110), 공기공급장치(120), 메인 부력체(130), 내부 튜브(150) 및 하나 이상의 에어 챔버(160)는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 에너지공급장치(110), 공기공급장치(120), 메인 부력체(130), 튜브(150) 및 하나 이상의 에어 챔버(160)와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.

도 6a의 외부 튜브(410)는 내부 튜브(150)로부터 이격되어 내부 튜브(150)를 둘러싸도록 구비되고, 사이펀 현상에 의해 내부 튜브(150)의 상부로 물이 배출될 때, 외벽 상부로 유입되는 물이 외벽 하부로 이동하도록 공간을 제공할 수 있다. 즉, 외부 튜브(410)는 내부 튜브(150)의 외부에 설치되어 수류가 반대로 이동하도록 설계될 수 있다. 외부 튜브(410)는 내부 튜브(150)와 동일한 형태를 가질 수 있다.

부유형 바닥판(420)는 내부 튜브(150)의 벽 또는 연결벽(430)과 연결부(440)에 의해 연결되어 유동성 있게 구비된다. 따라서, 내부 튜브(150) 내에 사이펀 현상이 발생하지 않을 경우 부유형 바닥판(420)은 도 6a에 도시된 것처럼 외부 튜브(410)의 하단으로부터 이격되어 물이 외부로 빠져나가거나 외부 물이 들어오도록 하는 경로를 생성할 수 있다.

이후 사이펀 현상이 발생할 때 물이 상부에서 하부로 이동하도록 외부 튜브(410)와 부유형 바닥판(420)이 설치됨으로써, 에어 챔버(160)에 에어 포켓이 형성된 후 사이펀 현상이 발생하면 내부 튜브(150)의 수류 상승에 의해 부유형 바닥판(420)은 외부 튜브(410)의 하부에 밀착된다.

한편, 이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

100, 200, 300, 400: 수류순환장치
110: 에너지공급장치 120: 공기공급장치
130: 메인 부력체 140: 하나 이상의 서브 부력체
150: 튜브 160: 하나 이상의 에어 챔버
170: 앵커 180: 공기 이송관
210: 고정체 220: 지지대
310: 에어 디퓨저 410: 외부 튜브
420: 부유형 바닥판 430: 연결벽
440: 연결부

Claims

사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치에 있어서,
상부와 하부가 개방되어 하부로 유입되는 물을 사이펀 현상에 의해 상부로 이동시키는 튜브; 및
공기공급장치에 의해 유입되는 공기가 상기 튜브로 이동하도록 상기 튜브의 하단에 구비되는 하나 이상의 에어 챔버(Air Chamber);를 포함하고,
상기 튜브는,
상기 하나 이상의 에어 챔버로부터 방출되는 공기에 의해 상기 하부로 유입된 물을 상부로 이동시켜 수류 순환을 유도하는 것을 특징으로 하는 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치.
제1항에 있어서,
상기 에어 챔버는,
상기 공기공급장치에 의해 공급되는 공기를 포집하여 에어 포켓(Air Pocket)을 형성하고, 상기 형성된 에어 포켓이 사이펀 현상에 의해 일시적으로 튜브 내부로 이동하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치.
제1항에 있어서,
상기 하나 이상의 에어 챔버는,
상기 공기공급장치에 의해 공급되는 공기가 유입되는 유입구;
상기 유입구로 유입된 공기의 이동 경로를 제공하는 최소 2단의 격벽부; 및
상기 격벽부에 의해 제공되는 이동 경로를 따라 이동한 공기가 튜브 내부로 배출되는 배출구;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치.
제2항에 있어서,
상기 격벽부가 2단 형태인 경우, 상기 격벽부는,
제1격벽;
상기 제1격벽과의 사이에 제1공간이 형성되도록 제1격벽과 이격되어 구비되는 제2격벽;
상기 제2격벽과의 사이에 제2공간이 형성되도록 제2격벽과 이격되어 구비되는 제3격벽; 및
상기 제3격벽과의 사이에 제3공간이 형성되도록 제3격벽과 이격되어 구비되는 제4격벽;
을 포함하고,
상기 유입구로 유입된 공기는 상기 제1격벽 내지 제4격벽에 형성된 제1공간 내지 제3공간을 통해 상기 튜브 내부로 이동하는 것을 특징으로 하는 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치.
제4항에 있어서,
상기 제1격벽과 제3격벽 사이에는 단차가 형성되며, 튜브의 길이 방향을 기준으로 제3격벽이 제1격벽보다 높은 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치.
제1항에 있어서,
상기 에어 챔버는,
하나인 경우, 상기 튜브의 하부 전체 외주면을 둘러싸도록 구비되며, 다수인 경우, 상기 튜브의 하부 전체 외주면을 둘러싸도록 구비되되 상하로 구비되는 것을 특징으로 하는 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치.
제1항에 있어서,
상기 에어 챔버는, 다수인 경우,
상기 튜브의 하부에 해당하는 외주면을 따라 이격되어 구비되는 것을 특징으로 하는 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치.
제1항에 있어서,
상기 튜브의 내부 하단에 구비되어 에어 버블을 발생하는 에어 디퓨저(Air Diffuser);
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치.
사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치에 있어서,
튜브 상부와 튜브 하부가 개방되어 하부로 유입되는 물을 사이펀 현상에 의해 상부로 이동시키는 내부 튜브;
공기공급장치에 의해 유입되는 공기가 상기 내부 튜브로 이동하도록 상기 내부 튜브의 하단에 구비되는 하나 이상의 에어 챔버(Air Chamber); 및
상기 내부 튜브로부터 이격되어 내부 튜브를 둘러싸도록 구비되고, 사이펀 현상에 의해 상기 내부 튜브의 상부로 물이 배출될 때, 외벽 상부로 유입되는 물이 외벽 하부로 이동하도록 하는 외부 튜브;를 포함하고,
상기 내부 튜브는,
상기 하나 이상의 에어 챔버로부터 방출되는 공기에 의해 상기 하부로 유입된 물을 상부로 이동시켜 수류 순환을 유도하는 것을 특징으로 하는 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치.
제9항에 있어서,
상기 내부 튜브의 벽과 연결되어 유동성 있게 구비되며, 상기 사이펀 현상이 발생하는 동안 외부 튜브의 하부에 밀착되는 부유형 바닥판;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 사이펀 현상을 이용한 에너지 자립형 수류순환장치.