WO2011034282A2 - 태양광을 이용한 녹조방지 물 순환장치 - Google Patents

태양광을 이용한 녹조방지 물 순환장치 Download PDF

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corrugated
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홍원석
김영철
박희창
이탁기
송동근
신완호
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(주)에코코
한국기계연구원
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Definitions

  • the present invention relates to a water circulation device and a buoyancy adjustment method for the device, and more particularly, to a water circulation device capable of circulating water accumulated in the lower portion of the body of water and a buoyancy adjustment method for the device.
  • the increase in temperature intensifies the stratification, making it difficult to transfer oxygen from the lake surface to the lake bottom.
  • This causes the amount of dissolved oxygen in the bottom of the lake to fall below 1 mg / L, resulting in further degradation of the ecosystem. Therefore, there is a need for an apparatus for improving the water quality of eutrophic waters.
  • An object of the present invention is to provide a water circulation system capable of efficiently circulating water in a body of water to improve the quality of the body of water.
  • Another object of the present invention is to provide a buoyancy control method for adjusting the buoyancy of the water circulation device.
  • Water circulator according to the present invention for achieving the above object is a hollow cylindrical shape inside the body located in the body of water, the main inlet provided in the lower end of the body and receives the stagnant water in the lower layer of the body, the body A plurality of sub inlets provided on the sidewalls of the body and receiving water from the water adjacent the sidewalls, and provided at an upper end of the body to diffuse the inlet water into an upper layer of the adjacent body of water at the upper end of the body.
  • Corrugated draft tube Corrugated draft tube; An impeller provided in the corrugated draft tube and rotating so that water introduced into the main inlet and the sub inlet is discharged to the upper layer of the adjacent water of the upper end of the body; A drive motor for rotating the impeller; And an air diffuser provided along the side wall of the body of the corrugated draft tube and supplying air to the inside of the draft tube.
  • the plurality of sub inlets are provided along the side wall of the body of the corrugated draft tube, the diameter of the plurality of sub inlets may increase from the upper layer of the body of water to the lower layer of the body of water.
  • the body has a cylindrical shape
  • the plurality of sub inlets may be disposed along the circumferential direction of the body.
  • the corrugated draft tube may further include a guide feather provided on an upper surface of the diffusion part and configured to guide in a rotational direction of water discharged through the diffusion part.
  • outlet of the diffuser for discharging the air may be located on the main inlet side of the draft tube.
  • the water circulation device may further include an air bubble generating unit for receiving the air discharged from the outlet of the diffuser, to generate air bubbles.
  • the water circulation device may further include a floating portion for providing buoyancy to the water circulation device, the floating portion may be arranged with a water inlet for adjusting the buoyancy.
  • the water circulator can adjust the buoyancy by the amount of water injected into the water inlet.
  • the diffuser may be disposed along the outer wall or the inner wall of the body of the corrugated draft tube.
  • the hollow body is located in the body of water, located in the lower portion of the body and stagnated in the bottom layer of the water body
  • a draft tube configured to include at least one inlet for receiving water, and a diffusion portion provided at an upper end of the body and discharging the received water to an upper layer of an adjacent water body of the upper end of the body;
  • An impeller provided in the corrugated draft tube and rotating to discharge water introduced into the main inlet and the sub inlet to the upper layer of the adjacent water of the upper end of the body;
  • a float providing buoyancy; and adjusting buoyancy by adjusting the amount of water injected into the float.
  • the dead water in the water body by having a plurality of sub inlets provided on the side wall of the corrugated draft tube to introduce the water of the dead zone in which the water in the water body is not circulated into the body
  • the water quality of the water body can be improved efficiently.
  • the amount of dissolved oxygen in the bottom layer is greatly increased, and further, by supplying air into the corrugated draft tube in the form of a bubble, the rate of rise of the water in the draft tube is slowed down, thereby drawing the draft tube.
  • the water introduced through it can be supplied with oxygen for a sufficient time. That is, instead of simply circulating water, by continuously supplying air to the water while moving from the bottom to the top of the body of water, the amount of dissolved oxygen required can be supplied to the body of water within a short time.
  • FIG. 1 is a view showing a water circulation device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a side view of the corrugated draft tube shown in FIG. 1.
  • FIG. 2 is a side view of the corrugated draft tube shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a plan view of the diffusion unit illustrated in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a view showing a water circulation device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 5 illustrates a configuration of an diffuser according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 illustrates a configuration of an diffuser according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a sectional view of an air bubble generating unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing a water circulation device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a view provided to describe the embodiment of FIG. 8.
  • FIG. 10 is a view provided to describe the embodiment of FIG. 8.
  • FIG. 11 is a view provided to explain a diffusion unit according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a view provided to explain the mechanical and / or electrical and electronic functional blocks used in the water circulation device according to an embodiment of the present invention.
  • body 112 main inlet
  • leg 867 first base
  • water body means lakes, lakes, seas, rivers, or rivers.
  • the "wrinkled draft tube” means a draft tube having a sub-inlet through which water is introduced into a side thereof and having a corrugated body.
  • FIG. 1 is a view schematically showing a water circulation device according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a side view of the corrugated draft tube shown in FIG.
  • the water circulator 100 includes a corrugated draft tube 110, an impeller 120, a drive motor 130, and a plurality of solar cells 140.
  • the corrugated draft tube 110 includes a body 111, a main inlet 112, a plurality of sub inlets 113, and a diffuser 114.
  • Body 111 is formed in a cylindrical shape is installed in the water of the body of water (10).
  • the main inlet 112 is formed at the lower end of the body 111, and as the impeller 120 is rotated by the drive motor 130, water accumulated in the lower layer of the water body 10 passes through the main inlet 112. It may be introduced into the corrugated draft tube 110, the water in the middle layer of the water body 10 may be introduced through the sub inlet (113).
  • the shape of the body 111 is illustrative and does not necessarily need to be a cylindrical shape, and may be configured in various shapes such as a four-sided cylinder, a five-sided cylinder, or a hexagonal passage.
  • the body 111 may be configured in a shape having a wrinkle.
  • low oxygen water having less oxygen than the upper layer of the water body 10 may exist in the bottom layer of the water body 10.
  • the upper layer of the water body 10 has a relatively high temperature and the lower layer has a relatively low temperature based on the thermocline 10a, the water pressure becomes stronger toward the lower layer. Accordingly, when water existing in the upper layer of the corrugated draft tube 110 is moved out of the corrugated draft tube 110 by the rotation of the impeller 120 (that is, the upper layer of the water body adjacent to the draft), the main inlet 112 ) Or the low oxygen water and the low temperature water present in the bottom layer or the middle insect of the water body 10 may be introduced through the sub inlet 113.
  • the lower end portion of the body 111 is positioned in the bottom layer of the water body 10 to introduce the low oxygen water and the low temperature water stagnated in the bottom layer of the water body 10 into the corrugated draft tube 110.
  • the lower layer of the body of water 10 may be different for each body of water, and the depth of the lower layer of one body of water 10 may vary depending on the location. Therefore, the length of the body 111 is preferably variable according to the depth of the water body (10).
  • the body 111 is formed in a corrugated pipe so that the length of the body 111 is longer in the deeper water and shorter in the shallower water.
  • the length of the body 111 may be configured to be automatically adjusted by the remote controller.
  • Side walls of the body 111 are provided with a plurality of sub inlets 113 along the length direction of the body 111.
  • the depth of the body of water 10 is typically deep, so that if water is circulated only through the main inlet 112, the periphery of the corrugated draft tube 110 at the midpoint of the depth and the areas or diffusions adjacent thereto of the corrugated draft tube 110. Water may not be circulated in the lower region (hereinafter referred to as a dead zone), and the problem may be solved by providing a sub inlet 113 according to an embodiment of the present invention to the side wall of the body 111. Can be solved.
  • water that cannot be circulated in the dead zone is introduced into the corrugated draft tube 110 through the plurality of sub inlets 113, so that the water stagnated in the dead zone can be circulated, so that circulation in the water body 10 can be circulated.
  • the dead zone which is not made can be prevented.
  • the water is circulated through the main inlet 113 and mixed with the water of the lower layer which lacks oxygen by the sub inlet 113 and the water introduced from the side, thereby minimizing the adverse effect of the water body due to the oxygen deficient water. You can.
  • the diameters of the plurality of sub inlets 113 may vary depending on the depth of the water.
  • the plurality of sub inlets 113 formed corresponding to the upper layer of the water body 10 may have a diameter enough to allow the water in the dead zone to flow therein without lowering the lifting force of the water.
  • the diameter of the plurality of sub inlets 113 may increase from the upper layer to the lower layer of the water body 10. In this way, by increasing the diameter of the plurality of sub inlets 113 formed in the bottom layer, it is possible to improve the rate of introduction of the low temperature water and low oxygen water present in the bottom of the water body 10 into the corrugated draft tube (110).
  • the plurality of sub inlets 113 may be configured to have the same diameter regardless of the position.
  • the plurality of sub inlets 113 may be formed along the circumferential direction of the corrugated cylindrical body 111.
  • the plurality of sub inlets 113 positioned at the same height may have the same diameter, and may be configured to have different diameters.
  • the diffusion part 114 is provided at the upper end of the body 111 to discharge the water introduced into the corrugated draft tube 110 to the upper layer of the adjacent water body 10.
  • the introduced water moves to the upper end of the corrugated draft tube 110 by the pressure of the corrugated draft tube 110 and is discharged to the upper layer of the adjacent water body 10 through the diffusion part 114.
  • the impeller 120 is provided inside the upper side of the corrugated draft tube 110, and the water moved to the upper side of the corrugated draft tube 110 by rotating in a predetermined direction can be easily discharged through the diffusion part 114.
  • Impeller 120 is composed of a plurality of wings 122 coupled to the rotating shaft 121 and the rotating shaft 121.
  • the rotary shaft 121 is connected to the drive motor 130 to receive power from the drive motor 130 to rotate in a predetermined direction.
  • the plurality of wings 122 connected to the rotating shaft 121 rotates by the rotation of the rotating shaft 121. Accordingly, the water moved into the upper side of the corrugated draft tube 110 is discharged through the diffusion part 114 while rotating in the direction in which the plurality of wings 122 rotate.
  • the area of the main inlet and the sub inlet is such that water entering the main inlet: water entering the sub inlet is 7: 3. If the water is excessively introduced into the sub inlet, there is less water flowing into the main inlet, so that the low oxygen water in the lower layer of the water body may not circulate smoothly. On the contrary, if the amount of water enters the sub inlet is small, a dead zone may be formed. Because.
  • FIG. 3 is a plan view of the diffusion unit illustrated in FIG. 1.
  • a plurality of guide vanes 114a are provided on an upper surface of the diffusion part 114.
  • the plurality of guide vanes 114a has a spiral structure that is bent in the direction of rotation of the rising water as it rotates in the corrugated draft tube 110. Accordingly, the water rising while rotating is guided out of the diffusion portion 114 by the plurality of guide vanes 114a, so that the water can be easily discharged to the upper layer of the adjacent water body 10.
  • the guide vane has a function of guiding the water to be widely spread and prevents the water from interfering with each other so that the water can be smoothly discharged into the adjacent water of the water.
  • a plurality of solar cells 140 are provided adjacent to the driving motor 130 and store power using solar light.
  • the stored power is supplied to the driving motor 130 to operate the driving motor 130.
  • the driving motor 130 is shown to be operated by receiving the power stored in the solar power, this is only an embodiment of the present invention is not limited thereto. For example, it is possible to use a device generated by wind power, or it is possible to use a replaceable battery.
  • the low oxygen water in the bottom layer is mixed with the oxygen water in the upper layer to prevent the green algae phenomenon in the bottom layer.
  • the low temperature water of the lower layer is mixed with the high temperature water of the upper layer, thereby preventing the temperature stratification phenomenon of the water body 10. As a result, the water quality of the water body 10 can be improved.
  • FIG. 4 is a view showing a water circulation device according to another embodiment of the present invention.
  • the same reference numerals are given to the same components as those illustrated in FIG. 1 among the components illustrated in FIG. 4, and detailed description thereof will be omitted.
  • the water circulator 100 shown in FIG. 4 differs from the water circulator shown in FIG. 1 in that it further includes an diffuser 150 provided along the sidewall of the corrugated draft tube 110.
  • the diffuser 150 receives external air from a compressor (not shown) to supply air into the corrugated draft tube 110. As shown in FIG. 4, the outlet 151 of the diffuser 150 may be provided at the main inlet 112 side of the corrugated draft tube 110.
  • the air when air is supplied into the corrugated draft tube 110, the air may be directly supplied to the oxygen-free layer of the bottom layer of the water body 10, thereby increasing the amount of dissolved oxygen in the bottom layer.
  • the diffuser 150 supplies air bubbles to the corrugated draft tube 110.
  • the configuration of the diffuser 150 may be configured to supply air bubbles.
  • the air bubbles may be supplied from the bottom of the corrugated draft tube 110 or to the lower region of the impeller 120.
  • the diffuser configuration for supplying air bubbles will be described with reference to FIGS. 5 to 7.
  • FIG. 5 illustrates a configuration of an diffuser according to an embodiment of the present invention.
  • a bubble generator 160 for generating air bubbles is connected to the outlet 151 of the diffuser 150, and the air discharged through the outlet 151 may be used to generate the bubble generator 160. It is supplied in the form of bubbles through.
  • the air bubble generator 160 includes a myriad of air bubbles, and the air supplied from the outlet 151 is discharged through the fine holes 163.
  • the air discharged through the micro-pores 163 is cut by the flow of water around the moment when discharged, the smaller the diameter of the micro-pores 163 may generate bubbles of a fine size.
  • the structure of the micropores 163 may be configured to be cut well by the flow of caution water when air is released into the water.
  • Air bubble generating unit 160 has a cylindrical shape, it can be attached to the corrugated draft tube 110 by a suitable connecting means.
  • the cylindrical shape and the position of the air bubble generating unit 160 as an example, the shape or position may be changed.
  • the diffuser 150 is shown to supply air to the air bubble generating unit 160 through the side of the corrugated draft tube 110, the diffuser 150 is pleated differently Does not penetrate the side of the draft tube 110, and extends upward through the bottom of the corrugated draft tube 110 (for example, as shown in Figure 4) to be connected to the air bubble generating unit 160 It is also possible.
  • FIG. 6 illustrates a configuration of an diffuser according to another embodiment of the present invention.
  • the air bubble generator 160 is different from the embodiment of FIG. 5 in that the air bubble generator 160 is positioned at the bottom of the corrugated draft tube 110. It is more preferable that the air bubble generator 160 is located at the bottom of the corrugated draft tube 110 because it can maximize the effect of the air bubble.
  • the air bubble generating unit 160 shown in FIG. 6 may be attached to the bottom of the corrugated draft tube 110 by a suitable connecting means (not shown), for example, an end of the corrugated draft tube 110.
  • the air bubble generator 160 may be attached to the 157 using a ring or a rib.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the air bubble generating unit according to an embodiment of the present invention.
  • the air bubble generator 160 includes numerous fine micropores 163, and the micropores 163 may include a conduit 161 supplied with air from the diffuser 150. It is connected. As described above, the air moving through the conduit 161 is discharged through the micro-pores 163, the air bubbles are generated by being cut by the flow of water around the micro-pores 163 at the time of discharge. Meanwhile, unlike the embodiment of FIG. 6, the air bubble generating unit of FIG. 7 has a difference in that the air bubble generating unit discharges air bubbles in both the upper direction and the lower direction of the corrugated draft tube.
  • FIG. 8 is a view showing a water circulation device according to another embodiment of the present invention
  • Figures 9 and 10 are views provided to explain the embodiment of FIG.
  • the water circulator according to the present embodiment, the draft tube 810, the diffusion 814, the impeller 820, the solar cell 840, the blade 842, the floating portion ( 880, microbubble generating unit 860, leg 865, first base 867, second base 869, charging unit 871, compressor 875, control unit 877, floating unit 880 ), The support 881, and the water inlet 885.
  • the draft tube 810, the diffuser 814, the impeller 820, the solar cell 840, and the microbubble generator 860 have been described in detail in the above embodiments, and thus are not described herein. It will be described only as necessary to explain the other components.
  • the blade 842 is for wind power generation, and may rotate by wind from the outside.
  • the blade 842 is rotated by the wind, the rotational force of which is connected to a rotor (not shown) of the generator (not shown) via a gearbox (not shown) and a coupler (only if necessary).
  • the electromotive force excited by the rotation of the rotor is charged (or stored) in the charging section 871 described later.
  • Technical elements for wind power generation for example blades, gearboxes, couplers, and / or the technology of the generator itself, are not the gist of the present invention, and a detailed description thereof will be omitted.
  • the floating portion 880 floats components such as the solar cell 840, the blade 842, the compressor 875, the control unit 877, the charging unit 871, and the like.
  • the floating part 880 according to the present exemplary embodiment may be formed of a hollow cylindrical shape and may be formed of a material that can float on water.
  • the floating portion 880 is the solar cell 840, the blade 842, the compressor 875, the control unit 877, the charging unit 871 and the like through the support (881) Directly and / or indirectly connected to the components, it functions to float the water circulator.
  • the floating portion 880 includes a water inlet 885 (shown in Figs. 9 and 10). Water may be injected into the floating portion 880 through the water injection hole 885. As will be described later with reference to Figure 9, the water circulator is very important to adjust the height of the water surface (hereinafter, "height adjustment").
  • the prior art attempts to adjust the height using a mechanical device, but it is difficult to set or maintain the height adjustment. This is due to the work being done on the water, but also because the weight of the whole device is not in perfect balance. In addition, over time, due to the wear of the device, the need for additional height adjustment occurs, it is not easy to adjust the new height at that time.
  • the height adjustment can be easily set and maintained without the introduction of a separate complicated device.
  • the buoyancy can be adjusted by injecting water into the floating portion 880. Since the water inlet 885 is provided in each of the two floats 880, even if the weight balance of the water circulator is not perfect, the amount of water injected into the water inlet 885 maintains a nearly perfect balance. You can set the height adjustment as you go.
  • a lot of water may be discharged by using a pump or the like, or by additionally providing a water outlet (not shown) in the floating portion 880, through the water outlet (not shown) Can be discharged.
  • the height adjustment can be set by the water injected into the floating portion 880, the setting and management of the height adjustment can be made very easy as described above, and the manufacturing is convenient because it does not use complicated mechanical devices. It is cost effective.
  • the floating part 880 illustrated in FIG. 8 is composed of a total of three, but this is only an exemplary number, and more or less can be configured. In addition, the position or number of the water inlet 885 can also be modified.
  • the leg 865 fixes the draft tube 810 to the first base 867, and the microbubble generating unit 860 is placed in the first base 867. Since the microbubble generating unit 860 is placed in the first base 867, the contaminants contained in the water are not deposited in the microbubble generating unit 860.
  • the second base 869 supports the charging unit 871, the compressor 875, and the control unit 877.
  • the charging unit 871 may store power generated through the solar cell 840 or the blade 842. Power charged by the charging unit 871 is provided to a motor (not shown) that rotates the impeller 820 under the control of the control unit 877. Although the motor is not shown in FIG. 8, those skilled in the art will be able to properly position the impeller 820 in a position capable of rotating it. According to an embodiment of the present invention, a charging unit 871, a compressor 875, and a control unit 877 are positioned on an upper surface of the second base 869, and a motor (no mirror) is disposed on a lower surface of the second base 869. H) is located.
  • the compressor 875 provides air to the micro bubble generator 860.
  • the compressor 825 provides air to the microbubble generating unit 860 through an diffuser (not shown).
  • the diffuser can be disposed along the inside or outside of the draft tube 810. An example of disposing along the outside of the draft tube 810 may refer to FIG. 4, and a structure disposed inside may be appropriately arranged by those skilled in the art.
  • the control unit 877 controls the mechanical and / or electro-electronic devices of the water circulation system.
  • the control unit 877 may supply electricity generated through the solar cell 840 or the blade 842 to the impeller 820.
  • a description of the control unit 877 supplying power to the impeller 820 will be described in detail with reference to FIG. 12.
  • the water injection hole 885 is formed in the floating portion 880.
  • a stopper for blocking the water inlet 885 may be additionally provided.
  • a plurality of sub inlets 813 are formed in the draft tube. See the description of FIGS. 1 and 2 for the structure and function of the sub inlet 813.
  • the sub inlet 813 may change in diameter from the upper layer to the lower layer in the water body as illustrated in FIG. 2.
  • the diameter of the sub inlet 813 may be increased toward the lower layer.
  • FIG. 11 is a view provided to explain a diffusion unit according to an embodiment of the present invention.
  • the diffusion portion 814 has a spiral structure and a guide feather is provided, whereby water rises while rotating, and the rising water is guided out of the diffusion portion 814 by the guide feather. Water guided by the guide vanes can be easily discharged to the upper layers of adjacent water bodies. See the description of FIG. 3 for more details.
  • FIG. 12 is a view provided to explain the mechanical and / or electrical and electronic functional blocks used in the water circulation device according to an embodiment of the present invention.
  • the water circulator may include a solar cell 840, a blade 881, a charging unit 871, a compressor 875, in order to drive an impeller by acquiring electric power.
  • the control unit 877 and the motor 891 is included.
  • control unit 877 may supply the electric power generated through the solar cell 840 to the motor unit 891 and / or the compressor 875, and the electric power generated by the solar cell 840 may be used. The remaining power is stored in the charging unit 871.
  • control unit 877 supplies the power stored in the charging unit 893 to the motor unit 891.
  • the charging unit 871 stores power generated through the solar cell 840 and the blade 842.
  • the power generated by the blade has been described as being stored in the charging section 883 once, but it is possible to configure differently. For example, in an area where wind is often blown, it is possible to directly supply electric power generated by the blades to the motor unit 891 and store the remaining power in the charging unit 893.
  • the size and scale ratios of the examples shown in the above drawings are shown to be scaled down and / or enlarged in order to facilitate describing the present invention, and thus, may be actually implemented in other sizes or scale ratios.
  • the size of the micropores of the air bubble generators shown in FIG. 6 is shown to be somewhat larger than the size of the air bubbles, for ease of description, and the actual diameter of the micropores is It may be configured to be smaller or smaller in size.
  • the shape of the impeller 120 shown in FIG. 1 is merely exemplary, and any type of impeller may be used as long as it has a function of moving water in the upper layer of the corrugated draft tube 110 to an adjacent water body.

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Abstract

물 순환장치가 제공된다. 본 발명은 내부가 비어있는 통 형상으로서 수역에 위치되는 몸체, 몸체의 하단부에 제공되고 수역의 저층에 정체된 물을 유입 받는 메인 유입구, 몸체의 측벽에 제공되고 측벽에 인접한 수역의 물을 유입 받는 다수의 서브 유입구, 및 몸체의 상단부에 제공되며 유입 받은 물을 몸체의 상단부의 인접 수역의 상층으로 배출하는 확산부를 포함하도록 구성되는 주름형 드래프트 튜브를 가진다. 드래프트 튜브로 유입된 물은 구동모터에 의해서 소정 방향으로 회전하는 임펠러에 의해서 확산부를 통해 인접 수역 상층으로 배출된다. 이에 의해, 수역의 물을 효율적으로 순환시키고 데드 존이 형성되는 것을 방지할 수 있다.

Description

태양광을 이용한 녹조방지 물 순환장치
본 발명은 물 순환장치 및 이 장치에 대한 부력 조절방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수역의 하부에 고여있는 물을 순환시킬 수 있는 물 순환장치 및 이 장치에 대한 부력 조절방법에 관한 것이다.
하천, 호수, 강이나 바다에 유기물을 함유한 생활하수와 분뇨가 과량 흘러 들어가면 미생물이 유기물을 과량 분해하므로 수역에 영양이 많아지는 부영양화 현상이 발생하게 된다.
즉 자정능력을 넘는 대량의 유기물이나 염류가 강, 바다에 유입되면 수역은 분해산물 또는 이차생성물 등의 영양염류가 풍부해지는 현상이 일어나며 이로 인하여 수초와 녹조류가 번창하고 생물학적 산소요구량(Biochemical Oxygen Demand, BOD)이 증가하게 되며 물 속의 산소 부족으로 물고기 등 수중생물이 살 수 없게 되는 것이다.
특히, 기온이 상승하면 성층화 현상이 심화되어, 호수 표면에서의 산소가 호수 저층으로 전달되기 어려워진다. 이로 인해 호수 저층에서의 용존 산소량이 1㎎/L 이하로 떨어지고, 그 결과 생태계의 파괴가 더욱 악화된다. 따라서, 부영양화된 수역의 수질을 개선시키기 위한 장치가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은 수역의 물을 효율적으로 순환시켜 수역의 수질을 개선할 수 있는 물 순환장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 물 순환장치의 부력을 조절하는 부력 조절방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 물 순환장치는 내부가 비어있는 통 형상으로서 수역에 위치되는 몸체, 상기 몸체의 하단부에 제공되고 상기 수역의 저층에 정체된 물을 유입 받는 메인 유입구, 상기 몸체의 측벽에 제공되고 측벽에 인접한 수역의 물을 유입 받는 다수의 서브 유입구, 및 상기 몸체의 상단부에 제공되어 상기 유입 받은 물을 상기 몸체의 상단부의 인접 수역의 상층으로 배출하는 확산부를 포함하도록 구성되는 주름형 드래프트 튜브; 상기 주름형 드래프트 튜브 내에 구비되고, 상기 메인 유입구와 상기 서브 유입구로 유입된 물이 상기 몸체의 상단부의 인접 수역의 상층으로 배출되도록 회전하는 임펠러; 상기 임펠러를 회전시키는 구동모터; 및 상기 주름형 드래프트 튜브의 몸체의 측벽을 따라 구비되고, 상기 드래프트 튜브의 내부로 공기를 공급하는 산기관;을 포함한다.
한편, 상기 다수의 서브 유입구는 상기 주름형 드래프트 튜브의 몸체의 측벽을 따라 구비되고, 상기 다수의 서브 유입구의 직경은 수역의 상층으로부터 수역의 저층으로 갈수록 증가할 수 있다.
또한, 상기 몸체는 원통 형상으로 이루어지고, 상기 다수의 서브 유입구는 상기 몸체의 원주 방향을 따라 배치될 수 있다.
한편, 상기 주름형 드래프트 튜브는, 상기 확산부의 상면에 구비되고, 상기 확산부를 통해 배출되는 물의 회전 방향으로 가이드하도록 구성된 안내 깃을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 공기를 배출하는 상기 산기관의 배출구는, 상기 드래프트 튜브의 상기 메인 유입구 측에 위치할 수 있다.
한편, 본 물 순환장치는 상기 산기관의 배출구로부터 배출되는 공기를 유입 받아서, 공기 버블을 생성하는 공기 버블 생성부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 물 순환장치는, 상기 물 순환장치에 부력을 제공하는 부유부를 더 포함할 수 있으며, 상기 부유부에는 부력을 조절하기 위한 물 주입구가 배치될 수 있다.
한편, 본 물 순환장치는 상기 물 주입구에 주입되는 물의 양에 의해서 부력을 조절할 수 있다.
또한, 상기 산기관은 상기 주름형 드래프트 튜브의 몸체의 외벽 또는 내벽을 따라서 배치될 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 물 순환장치에서의 부력 조절 방법에 있어서, 상기 물 순환장치는, 내부가 비어있는 통 형상으로서 수역에 위치되는 몸체, 상기 몸체의 하단부에 제공되고 상기 수역의 저층에 정체된 물을 유입 받는 적어도 적어오 하나의 유입구, 및 상기 몸체의 상단부에 제공되어 상기 유입 받은 물을 상기 몸체의 상단부의 인접 수역의 상층으로 배출하는 확산부를 포함하도록 구성되는 드래프트 튜브; 상기 주름형 드래프트 튜브 내에 구비되고, 상기 메인 유입구와 상기 서브 유입구로 유입 받은 물을 상기 몸체의 상단부의 인접 수역의 상층으로 배출되도록 회전하는 임펠러; 및 부력을 제공하는 부유부;를 포함하며, 상기 부유부에 주입되는 물의 양을 조절함으로써 부력을 조절할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명의 물 순환장치에 따르면, 주름형 드래프트 튜브의 측벽에 제공되어 수역의 물이 순환되지 않는 데드존의 물을 몸체 내부로 유입시키는 다수의 서브 유입구를 구비함으로써, 수역에서 데드존이 형성되는 것을 방지하여 수역의 수질을 효율적으로 개선할 수 있다.
또한, 산소가 부족한 저층의 물과 측면에서 유입되는 물을 혼합시킴으로써 산소 부족수에 의한 수역으로의 악영향을 최소화시킬 수 있으며, 저층과 측면으로부터 유입한 물을 인접하는 수역의 상층으로 넓게 확산시킬 수 있다.
그리고, 수역 저층의 무 산소층에 직접 공기를 공급함으로써 저층의 용존 산소량을 크게 증가시키며, 나아가 버블의 형태로 공기를 주름형 드래프트 튜브 내로 공급함으로써, 드래프트 튜브 내부의 물의 상승속도가 느려져서 드래프트 튜브를 통해서 유입된 물들이 충분한 시간 동안 산소를 공급받을 수 있게 된다. 즉, 단순히 물을 순환시키는 것이 아니고, 수역의 저층에서부터 상층까지 이동시키면서 지속적으로 공기를 물에 공급함으로써, 필요한 용존 산소량을 단 시간내에 수역에 공급할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 물 순환 장치의 부력을 조절하는 방법에 따르면, 본 물 순환장치의 물에 대한 높이 조절을 손 쉽게 세팅하고 유지할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 순환장치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 주름형 드래프트 튜브의 측면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 확산부의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 물 순환장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 산기관의 구성을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 산기관의 구성을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 버블 생성부의 단면도를 도시
한 것이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물 순환장치를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 8의 실시예를 설명하기 위해서 제공되는 도면이다.
도 10은 도 8의 실시예를 설명하기 위해서 제공되는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 확산부를 설명하기 위해서 제공되는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 순환장치에 사용되는 기계적 및/또는 전기전자적 기능 블록을 설명하기 위해서 제공되는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100 : 물 순환장치 110 : 드래프트 튜브
111 : 몸체 112 : 메인 유입구
113 : 서브 유입구 114 : 확산부
114a : 안내 깃
120 : 임펠러 130 : 구동모터
140 : 솔라 셀 150 : 산기관
842: 블레이드 880: 부유부
865: 레그 867: 제1베이스
869: 제2베이스 871: 충전부
875: 컴프레셔 877: 컨트롤부
881: 지지대 885: 물 주입구
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
본원 명세서에서 "수역"이라고 함은, 호소, 호수, 바다, 강, 또는 하천 등을 의미한다.
또한, 본원 명세서에서 "주름형 드래프트 튜브"라고 함은, 그 측면에 물이 유입되는 서브 유입구를 가지고, 주름 형상의 몸체를 가진 드래프트 튜브를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 물 순환장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 주름형 드래프트 튜브의 측면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 물 순환장치(100)는 주름형 드래프트 튜브(110), 임펠러(120), 구동 모터(130) 및 다수의 솔라 셀(140)을 포함한다. 주름형 드래프트 튜브(110)는 몸체(111), 메인 유입구(112), 다수의 서브 유입구(113), 및 확산부(114)를 포함한다.
몸체(111)는 원통 형상으로 이루어져 수역(10)의 수중에 설치된다. 몸체(111)의 하단부에는 메인 유입구(112)가 형성되며, 구동 모터(130)에 의해 임펠러(120)가 회전됨에 따라서, 수역(10)의 저층에 고여있는 물이 메인 유입구(112)를 통해 주름형 드래프트 튜브(110) 내로 유입될 수 있고, 수역(10)의 중층에 있는 물이 서브 유입구(113)을 통해서 유입될 수 있다. 여기서, 몸체(111)의 형상은 예시적인 것으로서 반드시 원통 형상일 필요는 없으며, 4각형상의 통, 5각형상의 통, 또는 6각 형상의 통과 같이 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 또한, 몸체(111)는 주름을 가진 형상으로 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 수역(10)의 저층에는 수역(10)의 상층보다 산소가 적은 저산소수가 존재할 수 있다. 또한, 수온약층(thermocline)(10a)을 기준으로 수역(10)의 상층은 온도가 상대적으로 높고 저층은 상대적으로 온도가 낮으므로, 저층으로 갈수록 수압이 강해진다. 따라서, 임펠러(120)의 회전에 의해 주름형 드래프트 튜브(110) 상층에 존재하는 물이 주름형 드래프트 튜브(110)의 밖(즉, 드래프트와 인접한 수역의 상층)으로 이동되면, 메인 유입구(112)나 서브 유입구(113)를 통해 수역(10)의 저층 또는 중충에 존재하는 저산소수 및 저온수가 유입될 수 있다.
바람직하게는, 수역(10)의 저층에 정체되어 있는 저산소수 및 저온수를 주름형 드래프트 튜브(110) 내로 유입시키기 위해서 몸체(111)의 하단부를 수역(10)의 저층에 위치시킨다. 수역(10)의 저층은 수역 마다 다를 수 있으며, 하나의 수역(10)에서도 저층의 깊이는 위치에 따라 다를 수 있다. 따라서, 몸체(111)의 길이가 수역(10)의 수심에 따라 가변 되는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 몸체(111)의 길이가 수역의 수심이 깊은 곳에서는 길어지고 수심이 얕은 곳에서는 짧아질 수 있도록, 몸체(111)를 주름관으로 형성한다. 몸체(111)의 길이는 원격 컨트롤러에 의해서 자동으로 조절되도록 구성될 수도 있다.
몸체(111)의 측벽에는 몸체(111)의 길이 방향을 따라서 다수의 서브 유입구(113)가 제공된다. 수역(10)의 수심은 통상적으로 깊어서, 물을 메인 유입구(112)를 통해서만 순환된다면, 수심의 중간 지점에서의 주름형 드래프트 튜브(110)의 주위 영역과 그에 인접한 영역들이나 확산부(114)의 하부 영역(이하 '데드 존'(dead zone)이라고 함)에서는 물이 순환되지 못할 수 있는데, 본 발명의 일 실시예에 따른 서브 유입구(113)가 몸체(111)의 측벽에 제공됨으로써 그러한 문제점이 해결될 수 있다.
즉, 데드존에서 순환되지 못하는 물이 다수의 서브 유입구(113)를 통해 주름형 드래프트 튜브(110) 내로 유입됨으로써, 데드존에서 정체된 물이 순환될 수 있고, 따라서 수역(10)에서 순환이 이루어지지 않는 데드존이 형성되는 것을 방지할 수 있다. 이처럼, 메인 유입구(113)를 통해서 물을 순환시키는 것과 함께, 서브 유입구(113)에 의해 산소가 부족한 저층의 물과 측면에서 유입되는 물과의 혼합 시킴으로써, 산소 부족수에 의한 수역의 악영향을 최소화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 다수의 서브 유입구(113)의 직경을 수심 깊이에 따라서 달리할 수 있다. 바람직하게는, 수역(10)의 상층에 대응하여 형성되는 다수의 서브 유입구(113)는 물의 상승력을 저하시키지 않고, 데드존의 물이 유입될 수 있을 정도의 직경을 갖도록 한다.
예를 들면, 다수의 서브 유입구(113)의 직경은 수역(10)의 상층으로부터 저층으로 갈수록 증가할 수 있다. 이처럼 저층에 형성된 다수의 서브 유입구(113)의 직경을 증가시키면, 수역(10) 저층에 존재하는 저온수 및 저산소수가 주름형 드래프트 튜브(110) 내로 유입되는 속도를 향상시킬 수 있다. 물론, 다수의 서브 유입구(113)는 위치에 무관하게 동일한 직경을 가지도록 구성하는 것도 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 서브 유입구(113)는 주름형 원통 몸체(111)의 원주 방향을 따라 형성될 수 있다. 이때, 동일한 높이에 위치하는 다수의 서브 유입구(113)는 서로 동일한 직경을 가질 수 있으며, 이와 달리 다른 직경을 가지도록 하는 구성도 가능하다.
확산부(114)는 몸체(111)의 상단부에 구비되어 주름형 드래프트 튜브(110) 내로 유입된 물을 인접 수역(10)의 상층으로 배출한다. 유입된 물은 주름형 드래프트 튜브(110)의 자체 압력에 의해서 주름형 드래프트 튜브(110)의 상단부로 이동하여 확산부(114)를 통해 인접 수역(10)의 상층으로 배출된다.
임펠러(120)는 주름형 드래프트 튜브(110)의 상측 내부에 구비되고, 소정 방향으로 회전하여 주름형 드래프트 튜브(110)의 상측으로 이동한 물이 확산부(114)를 통해 용이하게 배출될 수 있도록 한다. 임펠러(120)는 회전축(121) 및 회전축(121)에 결합된 다수의 날개(122)로 이루어진다. 회전축(121)은 구동 모터(130)에 연결되어 구동 모터(130)로부터 동력을 공급받아 소정 방향으로 회전한다. 회전축(121)에 연결된 다수의 날개(122)는 회전축(121)의 회전에 의해서 회전한다. 따라서, 주름형 드래프트 튜브(110)의 상측 내부로 이동한 물은 다수의 날개(122)가 회전하는 방향으로 회전하면서 확산부(114)를 통해 배출된다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 메인 유입구와 서브 유입구의 면적은, 메인 유입구가 유입하는 물: 서브 유입구가 유입하는 물이 7:3이 되도록 하는 것이다. 서브 유입구로 물이 지나치게 유입되면 메인 유입구로 유입되는 물이 적어져서 수역의 저층의 저산소수가 원활하게 순환되지 않을 수 있으며, 반대로 서브 유입구로 물이 유입되는 양이 적으면 데드 존이 형성될 수 있기 때문이다.
도 3은 도 1에 도시된 확산부의 평면도이다.
도 3을 참조하면, 확산부(114)의 상면에는 다수의 안내 깃(114a)이 구비된다. 다수의 안내 깃(114a)은 주름형 드래프트 튜브(110) 내에서 회전하면서 상승하는 물의 회전 방향으로 구부러진 나선형 구조를 갖는다. 따라서, 회전하면서 상승하는 물이 다수의 안내 깃(114a)에 의해서 확산부(114)의 외측으로 가이드되고, 그 결과 상기 물은 인접 수역(10)의 상층으로 용이하게 배출될 수 있다. 안내 깃은 물이 넓게 확산되도록 안내하는 기능을 구비하며, 물의 인접 수역으로 원활하게 배출될 수 있도록 물이 서로 간섭되지 않도록 한다.
다시 도 1을 참조하면, 다수의 솔라 셀(140)은 구동 모터(130)에 인접하여 구비되고, 태양광을 이용하여 전원을 축전한다. 축전된 전원은 구동 모터(130)로 공급되어 구동 모터(130)를 가동시킨다. 구동 모터(130)가 태양광에 의해 축전된 전원을 공급받아 가동되는 구조를 도시하였으나, 이는 본 발명의 일 실시예일 뿐 여기에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 풍력에 의해 발전되는 장치를 이용하는 것도 가능하며, 또는 교체가능한 축전지를 이용하는 것도 가능하다.
이처럼, 물 순환장치(100)를 통해 수역(10)의 저층에 정체되어 있던 물을 순환시킴으로써, 저층의 저산소수는 상층의 산소수와 혼합되어 저층에서의 녹조 현상을 방지할 수 있다. 또한, 저층의 저온수가 상층의 고온수와 혼합됨으로써, 수역(10)의 온도 성층화 현상을 방지할 수 있다. 그 결과 수역(10)의 수질을 개선할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 물 순환장치를 나타낸 도면이다. 단, 도 4에 도시된 구성요소 중 도 1에 도시된 구성요소와 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 병기하고, 그에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
도 4에 도시된 물 순환장치(100)는 주름형 드래프트 튜브(110)의 측벽을 따라 구비된 산기관(150)을 더 구비한다는 점에서 도 1에 도시된 물 순환장치와 차이가 있다.
산기관(150)은 컴프레셔(미도시)로부터 외부 공기를 공급받아서 주름형 드래프트 튜브(110)의 내부로 공기를 공급한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 산기관(150)의 배출구(151)는 주름형 드래프트 튜브(110)의 메인 유입구(112) 측에 구비될 수 있다.
이처럼, 공기가 주름형 드래프트 튜브(110) 내부로 공급되면, 수역(10) 저층의 무산소층에 직접 공기를 공급될 수 있으며 이로써 저층의 용존 산소량이 증가될 수 있다.
보다 바람직하게는, 산기관(150)이 공기 버블을 주름형 드래프트 튜브(110)로 공급하도록 하는 것이다. 이를 위해서 산기관(150)의 구성을 공기 버블을 공급할 수 있도록 구성할 수 있다. 공기 버블이 주름형 드래프트 튜브(110)내로 공급되면, 물의 상승속도가 느려지며, 따라서 주름형 드래프트 튜브를 통해서 유입된 물들이 충분한 시간 동안 산소를 공급받을 수 있게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 공기 버블은 주름형 드래프트 튜브(110)의 하단에서 공급되거나 또는 임펠러(120)의 하부 영역으로 공급될 수 있다. 이하에서는, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 공기 버블을 공급하는 산기관 구성을 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 산기관의 구성을 도시한 것이다. 도 5를 참조하면, 산기관(150)의 배출구(151)에는 공기 버블을 생성하기 위한 버블 생성부(160)가 연결되며, 배출구(151)를 통해서 배출되는 공기는 버블 생성부(160)를 통해서 버블의 형태로 공급된다.
공기 버블 생성부(160)는, 도 7에서 후술하는 바와 같이, 무수히 많은 공기 버블을 포함하며, 배출구(151)로부터 공급받은 공기는 미세공(163)을 통해서 배출된다. 한편, 미세공(163)을 통해서 배출되는 공기는, 배출되는 순간 주위의 물의 흐름에 의해 잘리게 되는데, 미세공(163)의 직경이 작을수록 미세한 크기의 기포가 생성될 수 있다. 바람직하게, 미세공(163)의 구조는, 공기가 물로 방출될 때 주의 물의 흐름에 의해 잘 잘리도록 구성될 수 있다.
도 5를 계속 참조하면, 임펠러(120)의 회전에 의해서, 임펠러(120) 주위에는 물이 급격한 흐름이 존재하며, 그러한 물의 흐름에 의해서 미세공(163)을 통해서 배출되는 공기들이 미세하게 잘린다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기 버블 생성부(160)는 원통형상을 가지고 있으며, 적절한 연결 수단에 의해서 주름형 드래프트 튜브(110)에 부착될 수 있다. 한편, 본 공기 버블 생성부(160)의 원통형상과 위치는 예시적인 것으로서, 그 형상이나 위치가 변경될 수 있다.
또한, 도 5에는 산기관(150)이 주름형 드래프트 튜브(110)의 측면을 관통하여 공기 버블 생성부(160)로 공기를 공급하는 것으로 도시되어 있지만, 이와 달리 산기관(150)이 주름형 드래프트 튜브(110)의 측면을 관통하지 않고, 주름형 드래프트 튜브(110)의 하부를 통해서(예를 들면 도 4에 도시된 것처럼) 상부로 연장되어 공기 버블 생성부(160)와 연결되도록 하는 구성도 가능하다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 산기관의 구성을 도시한 것이다. 도 6를 참조하면, 공기 버블 생성부(160)가 주름형 드래프트 튜브(110)의 하단에 위치되었다는 점에서 도 5의 실시예와 차이가 있다. 공기 버블 생성부(160)가 주름형 드래프트 튜브(110)의 하단에 위치되는 것이 보다 공기 버블의 효과를 극대화할 수 있으므로 보다 바람직하다.
도 6에 도시된 공기 버블 생성부(160)는, 적절한 연결수단(미도시)에 의해서 주름형 드래프트 튜브(110)의 하단에 부착될 수 있으며, 예를 들면 주름형 드래프트 튜브(110)의 단부(157)에 고리나 리브를 이용하여 공기 버블 생성부(160)를 부착시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 버블 생성부의 단면도를 도시한 것이다.
도 7을 참조하면, 본 공기 버블 생성부(160)는, 수없이 많은 미세한 미세공(163)을 포함하며, 미세공(163)은 산기관(150)으로부터 공기를 공급받은 관로(161)와 연결되어 있다. 상술한 바와 같이, 관로(161)를 통해서 이동되는 공기는 미세공(163)을 통해서 배출되며, 배출시에 미세공(163) 주위의 물의 흐름에 의해서 잘림으로서 공기 버블이 생성된다. 한편, 도 7의 공기 버블 생성부는 도 6의 실시예와 달리 주름형 드래프트 튜브의 상부 방향과 하부 방향 모두로 공기 버블을 배출하도록 되어 있다는 점에서 차이가 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물 순환장치를 나타낸 도면이고, 도 9와 도 10은 도 8의 실시예를 설명하기 위해서 제공되는 도면들이다.
도 8과 도 9를 참조하면, 본 실시예에 따른 물 순환장치는, 드래프트 튜브(810), 확산부(814), 임펠라(820), 솔라 셀(840), 블레이드(842), 부유부(880), 미세기포 발생부(860), 레그(865), 제1베이스(867), 제2베이스(869), 충전부(871), 컴프레셔(875), 컨트롤부(877), 부유부(880), 지지대(881), 물 주입구(885)를 포함한다.
여기에서, 드래프트 튜브(810), 확산부(814), 임펠라(820), 솔라 셀(840), 미세기포 발생부(860) 등은 앞의 실시예들에서 상세히 설명한 바 있으므로, 여기서는 별도로 설명하지 않기로 하며, 다만 다른 구성요소들 설명하는데 있어서 필요한 정도로 설명하기로 한다.
블레이드(842)는 풍력 발전을 위한 것으로서, 외부로부터의 바람에 의해 회전할 수 있다. 블레이드(842)는 바람에 의해 회전되며, 그 회전력은 증속기(미도시)와 커플러(필요한 경우에만)를 통해서 발전기(미도시)의 회전자(미도시)에 연결된다. 회전자가 회전됨으로써 여기 되는 기전력은 후술하는 충전부(871)에 충전(또는 축전)된다. 풍력발전을 위한 기술적 요소들, 예를 들면 블레이드, 증속기, 커플러, 및/또는 발전기 자체에 관한 기술은 본원 발명의 요지가 아니므로, 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.
부유부(880)는 솔라 셀(840), 블레이드(842), 컴프레셔(875), 컨트롤부(877), 충전부(871) 등과 같은 구성요소들을 물 위에서 뜰 수 있도록 한다. 본 실시예에 따른 부유부(880)는 내부가 비어 있는 통 형상으로 구성되어 물에 뜰 수 있는 재질로 구성될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 부유부(880)는 지지대(881)를 통해서 상술한 솔라 셀(840), 블레이드(842), 컴프레셔(875), 컨트롤부(877), 충전부(871) 등과 같은 구성요소들과 직접 또는/및 간접적으로 연결되어, 본 물 순환장치를 물위에 띄우는 기능을 수행한다.
또한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 부유부(880)는 물 주입구(885)(도 9와 도 10에 도시)를 포함한다. 물 주입구(885)를 통해서 부유부(880) 내부로 물이 주입될 수 있다. 도 9를 참조하여 후술하겠지만, 본 물 순환장치는 수면과의 높이 조절(이하, "높이 조절")이 매우 중요하다.
종래 기술의 경우 기계적 장치를 이용하여 높이 조절을 시도하였지만, 높이 조절을 세팅하거나 유지시키기가 어렵다. 이는, 물 위에서 수행하는 작업이기 때문이기도 하지만, 장치 전체의 무게가 완전한 균형을 가지고 있지 않기 때문이기도 하다. 또한, 시간이 지남에 따라 장치의 마모로 인하여, 높이 조절을 추가적으로 할 필요성이 발생 되는데, 그때 새롭게 높이 조절을 하는 것도 쉽지 않다.
본원 발명에서는, 별도의 복잡한 장치의 도입 없이, 높이 조절을 쉽게 세팅할 수 있고 유지시키기도 편리하다. 본원 발명은 부유부(880)에 물 주입구(885)가 마련되어 있어서, 부유부(880)에 물을 투입하여 부력을 조절할 수 있다. 2개의 부유부(880) 각각에 물 주입구(885)가 마련 되어 있으므로, 본 물 순환장치의 무게 균형이 완벽하지 않은 경우라도, 물 주입구(885)에 주입되는 물의 양을 통해서 거의 완벽한 균형을 유지시키면서 높이 조절을 세팅할 수 있다. 물이 부유부(880)에 많이 들어간 경우에는 펌프등을 활용하여 물을 배출할 수도 있고, 아니면 부유부(880)에 물 배출구(미 도시)를 추가적으로 마련하여, 물 배출구(미 도시)를 통해서 배출시키도록 할 수 있다.
이처럼, 부유부(880)에 투입되는 물에 의해서 높이 조절을 세팅할 수 있으므로 상술한 바와 같이 높이 조절의 세팅이나 관리를 매우 용이하게 할 수 있으며, 또한 복잡한 기계적 장치를 사용하지 않으므로 제조가 편리하고 비용 측면에서 효율적이다.
도 8에 도시된 부유부(880)는 총 3개로 구성되어 있으나 이는 예시적인 개수일 뿐, 이보다 많거나 더 적게도 구성이 가능하다. 또한, 물 주입구(885)의 위치나 개수도 역시 변형 가능하다.
레그(865)는 드래프트 튜브(810)를 제1베이스(867)에 고정시키며, 제1베이스(867)에는 미세기포 발생부(860)가 안치된다. 미세기포 발생부(860)가 제1베이스(867)에 안치됨으로써, 미세기포 발생부(860)에 물 속에 포함된 오염물이 퇴적되지 않게 된다. 제2베이스(869)는, 충전부(871), 컴프레셔(875), 및 컨트롤부(877)를 지지한다.
충전부(871)는 솔라 셀(840)이나 블레이드(842)를 통해서 발전된 전력을 저장할 수 있다. 충전부(871)에 의해 충전된 전력은 컨트롤부(877)의 제어하에 임펠라(820)를 회전시키는 모터(미도시)에 제공된다. 모터는 도 8에는 미도시되어 있지만, 본 발명의 기술분야에 속하는 당업자라면, 임펠라(820)를 회전시킬 수 있는 위치에 적절하게 배치시킬 수 있을 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제2베이스(869)의 상면에는 충전부(871), 컴프레셔(875), 및 컨트롤부(877)가 위치되고, 제2베이스(869)의 하면에는 모터(미도시)가 위치된다.
컴프레셔(875)는 미세기포 발생부(860)에 공기를 제공한다. 산기관(미 도시)을 통해서 컴프레스(825)는 미세기포 발생부(860)로 공기를 제공한다. 산기관을 드래프트 튜브(810)의 내부 또는 외부를 따라서 배치시킬 수 있다. 드래프트 튜브(810)의 외부를 따라서 배치시킨 예는 도 4를 참조할 수 있으며, 내부에 배치시키는 구성도 당업자가 적절하게 배치시킬 수 있을 것이다.
컨트롤부(877)는 본 물 순환장치의 기계적 및/또는 전기전자적 장치들을 제어한다. 예를 들면, 컨트롤부(877)는 솔라 셀(840)이나 블레이드(842)를 통해서 발전된 전기를 임펠라(820)로 공급할 수 있다. 컨트롤부(877)가 임펠라(820)으로 전력을 공급하는 설명은 도 12를 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 9를 계속 참조하면, 물 주입구(885)가 부유부(880)에 형성된 것을 알 수 있다. 도시되어 있지는 않지만 물 주입구(885)를 막는 마개가 추가적으로 마련될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 드래프트 튜브에는 다수의 서브 유입구(813)가 형성되어 있다. 서브 유입구(813)의 구조와 기능은 도 1과 도 2의 설명 부분을 참조하기 바란다. 예를 들어 서브 유입구(813)는 도 2에 예시된 것처럼 수역의 상층에서 하층으로 갈수록 그 직경이 변화될 수 있다. 일 실시예에 따르면 하층으로 갈 수록 서브 유입구(813)의 직경이 커질 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 확산부를 설명하기 위해서 제공되는 도면이다. 도 11에 도시된 것처럼 확산부(814)가 나선형 구조를 가지고 안내 깃이 마련됨으로써, 물이 회전하면서 상승하며, 상승하는 물이 안내 깃에 의해서 확산부(814)의 외측으로 가이드 된다. 안내 깃에 의해 가이드 된 물은 인접 수역의 상층으로 용이하게 배출될 수 있다. 보다 상세한 설명은 도 3의 설명 부분을 참조하기 바란다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 물 순환장치에 사용되는 기계적 및/또는 전기전자적 기능 블록을 설명하기 위해서 제공되는 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 물 순환장치는, 전력을 획득하여 임펠라를 구동시키기 위해서, 솔라전지(840), 블레이드(881), 충전부(871), 컴프레셔(875), 컨트롤부(877), 모터(891)를 포함한다.
본 실시예에 따르면, 컨트롤부(877)는, 솔라 셀(840)를 통해서 발전된 전력을 모터부(891) 및/또는 컴프레셔(875)로 공급할 수 있으며, 솔라 셀(840)에 의해 발전된 전력 중 남은 전력은 충전부(871)에 저장한다.
한편, 컨트롤부(877)는 솔라 셀(840)에 의해 발전 되는 전력이 없는 경우, 충전부(893)에 저장된 전력을 모터부(891)로 공급한다.
충전부(871)는 솔라 셀(840)과 블레이드(842)를 통해서 발전된 전력을 저장한다.
도 12의 실시예에서는, 블레이드에 의해서 발전되는 전력을 일단 충전부(893)에 저장시키는 것으로 설명하였지만, 이와 다르게 구성하는 것이 가능하다. 예를 들면, 바람이 자주 부는 지역이라면, 블레이드에 의해 발전되는 전력을 바로 모터부(891)로 공급하고, 남은 전력을 충전부(893)에 저장하는 것이 가능하다.
본 발명의 기술분야에 속하는 자라면, 솔라 셀(840) 및/또는 블레이드(842)에 의해 발전된 전력을 바로 모터부(891)나 컴프레셔(875)로 공급하도록 하거나 또는 충전부(893)에 저장시킨 후에 필요에 따라서 사용하도록 구성할 수 있을 것이다.
상술한 도면들에 도시된 예들의 크기 및 축척 비율은 본원 발명을 용이하게 설명하기 위해서 축소 및/또는 확대되어 표시되어 있으므로, 실제로는 이와 다른 크기나 축척 비율로도 구현될 수 있음을 언급하여 둔다. 예를 들면, 상술한 도 6에 도시된 공기 버블 생성부들의 미세공의 크기는, 공기 버블의 크기보다 다소 크게 도시되어 있는데 이는 설명을 용이하게 하기 위한 것이며, 미세공의 실제 직경은 공기 버블의 크기에 준하거나 그보다 작도록 구성될 수 있다.
도 1에 도시된 임펠러(120)의 형상은 어디까지나 예시적인 것으로서 주름형 드래프트 튜브(110)의 상층에 있는 물을 인접 수역으로 이동시킬 수 있는 기능을 가진 것이라면 어떠한 형상의 임펠러라도 사용가능하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해 되어져서는 안될 것이다.

Claims (10)

  1. 내부가 비어있는 통 형상으로서 수역에 위치되는 몸체, 상기 몸체의 하단부에 제공되고 상기 수역의 저층에 정체된 물을 유입 받는 메인 유입구, 상기 몸체의 측벽에 제공되고 측벽에 인접한 수역의 물을 유입 받는 다수의 서브 유입구, 및 상기 몸체의 상단부에 제공되어 상기 유입 받은 물을 상기 몸체의 상단부의 인접 수역의 상층으로 배출하는 확산부를 포함하도록 구성되는 주름형 드래프트 튜브;
    상기 주름형 드래프트 튜브 내에 구비되고, 상기 메인 유입구와 상기 서브 유입구로 유입 받은 물을 상기 몸체의 상단부의 인접 수역의 상층으로 배출되도록 회전하는 임펠러;
    상기 임펠러를 회전시키는 구동모터; 및
    상기 주름형 드래프트 튜브의 몸체의 측벽을 따라 구비되고, 상기 주름형 드래프트 튜브의 내부로 공기를 공급하는 산기관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 물 순환장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 서브 유입구는 상기 주름형 드래프트 튜브의 몸체의 측벽을 따라 구비되고, 상기 다수의 서브 유입구의 직경은 수역의 상층으로부터 수역의 저층으로 갈수록 증가하는 것을 특징으로 하는 물 순환장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 몸체는 원통 형상으로 이루어지고, 상기 다수의 서브 유입구는 상기 몸체의 원주 방향을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 물 순환장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 드래프트 튜브는, 상기 확산부의 상면에 구비되고, 상기 확산부를 통해 배출되는 물의 회전 방향으로 가이드 하도록 구성된 안내깃을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물 순환장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 공기를 배출하는 상기 산기관의 배출구는, 상기 주름형 드래프트 튜브의 상기 메인 유입구 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 물 순환장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 산기관의 배출구로부터 배출되는 공기를 유입 받아서, 공기 버블을 생성하는 공기 버블 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물 순환장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 물 순환장치에 부력을 제공하는 부유부를 더 포함하며, 상기 부유부에는 부력을 조절하기 위한 물 주입구가 배치된 것을 특징으로 하는 물 순환장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 물 주입구에 주입되는 물의 양에 의해서 부력을 조절하는 것을 특징으로 하는 물 순환장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 산기관은 상기 주름형 드래프트 튜브의 몸체의 외벽 또는 내벽을 따라서 배치되는 것을 특징으로 하는 물 순환장치.
  10. 물 순환장치에서의 부력 조절 방법에 있어서,
    상기 물 순환장치는, 내부가 비어있는 통 형상으로서 수역에 위치되는 몸체, 상기 몸체의 하단부에 제공되고 상기 수역의 저층에 정체된 물을 유입 받는 하나의 메인 유입구, 상기 몸체의 측벽에 제공되고 측벽에 인접한 수역의 물을 유입 받는 적어도 하나의 서브 유입구, 및 상기 몸체의 상단부에 제공되어 상기 유입 받은 물을 상기 몸체의 상단부의 인접 수역의 상층으로 배출하는 확산부를 포함하도록 구성되는 주름형 드래프트 튜브;
    상기 주름형 드래프트 튜브 내에 구비되고, 상기 메인 유입구와 상기 서브 유입구로 유입 받은 물을 상기 몸체의 상단부의 인접 수역의 상층으로 배출되도록 회전하는 임펠러; 및 부력을 제공하는 부유부;를 포함하며,
    상기 부유부에 주입되는 물의 양을 조절함으로써 부력을 조절하는 것을 특징으로 하는 물 순환장치에서의 부력 조절방법.
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