KR101678460B1 - 태양광을 이용한 녹조발생방지장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 태양광을 이용한 녹조발생방지장치에 관한 것으로, 본 발명은 물에 뜨는 부유체; 상기 부유체에 설치되며, 태양광으로 전기를 발생시키는 태양광발전유닛; 상기 부유체의 하부에 설치되어 수중에 위치하는 수중지지부재; 상기 수중지지부재에 설치되며, 상기 태양광발전유닛에서 발생되는 전기에너지로 물을 펌핑하는 양수펌프; 상기 양수펌프에서 펌핑된 물이 수상 및 수중으로 분출되도록 안내하는 분사관어셈블리; 상기 분사관어셈블리에서 수중으로 분출되는 유동을 이용하여 외부의 공기를 수중으로 흡입하여 수중에 외부 공기를 주입시키는 공기주입유닛;을 포함한다. 본 발명에 따르면, 수계에 녹조 발생을 방지할 뿐만 아니라 유지를 최소화한다.

Description

태양광을 이용한 녹조발생방지장치{APPARATUS FOR PREVENTING GREEN ALGAES GENERATION USING SOLAR ENEERGY}

본 발명은 태양광을 이용한 녹조발생방지장치에 관한 것이다.

일반적으로 저수지, 호수, 하천 등의 자연 수계와 골프장 저수조 등의 인공 수계에 유기물질, 질소, 인 등의 영양 염류가 과잉으로 공급되면 부영양화가 발생한다. 부영양화된 수계에서는 식물성 플랑크톤이나 조류가 일시에 대량으로 번식하여 황록색으로 변하는 녹조현상이 발생한다.

녹조현상은 수계의 색깔 변화와 더불어 투명도가 현저하게 저하되어 주변 경관을 해치게 될 뿐만 아니라 수계 내부의 산소를 고갈시켜 수중 생물이 죽게 되고, 번식된 조류의 사멸에 의한 잔해물이 수계의 하부에 침적되어 부패하기 때문에 독성물질 및 악취의 발생으로 수질이 악화된다.

이러한 녹조를 제거하기 위한 방법 중의 하나로, 녹조가 발생된 수계에 황토를 운반하여 황토를 살포한다. 녹조가 발생된 수계에 황토를 살포하면 황토의 흡착 및 응집력에 의해 수중의 영양염류 및 증식된 조류를 제거하게 되나, 황토를 녹조 발생 수계에 운반하여 살포하는데 많은 시간과 비용이 발생된다.

녹조를 제거하기 위한 방법 중의 다른 하나로, 녹조가 발생된 수계에 화학 약품인 응집제를 투입한다. 녹조가 발생된 수계에 응집제를 살포하면 응집제의 응집력에 의해 영양염류 및 증식된 조류를 응집시켜 제거하나, 응집제로 인하여 수계의 이차 오염을 유발시키게 된다.

녹조를 제거하기 위한 방법 중의 다른 하나로, 녹조가 발생된 수계의 물속에 펌프로 공기를 가압하여 주입시켜 물속에 공기가 부상하면서 영양염류 및 조류를 부상시켜 제거한다. 그러나 이와 같은 방법은 화석연료로 발전기를 운전하여 전기를 발생시키고 그 전기로 공기를 압축하여 물속에 주입하여야 하므로 화석연료의 소모가 많고 주변에 소음을 크게 발생시키게 된다.

대한민국 공개특허 제10-2010-0020401호(2010. 02. 22. 공개일)(이하, 선행기술이라 함)에는 태양광발전에서 발생되는 전기를 이용하여 여과장치를 작동시켜 여과장치로 녹조를 제거하는 기술이 개시되어 있다. 그러나 선행기술은 녹조가 발생시 녹조를 제거하게 되므로 녹조를 미연에 방지할 수 없을 뿐만 아니라 여과된 녹조를 처리하는 비용이 많이 발생된다.

본 발명의 목적은 녹조 발생을 방지할 뿐만 아니라 유지를 최소화하는 태양광을 이용한 태양광을 이용한 녹조발생방지장치를 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 수중에 뜨는 부유체; 상기 부유체에 설치되며, 태양광으로 전기를 발생시키는 태양광발전유닛; 상기 부유체의 하부에 설치되어 수중에 위치하는 수중지지부재; 상기 수중지지부재에 설치되며, 상기 태양광발전유닛에서 발생되는 전기에너지로 물을 펌핑하는 양수펌프; 상기 양수펌프에서 펌핑된 물이 수상 및 수중으로 분출되도록 안내하는 분사관어셈블리; 상기 분사관어셈블리에서 수중으로 분출되는 유동을 이용하여 외부의 공기를 수중으로 흡입하여 수중에 외부 공기를 주입시키는 공기주입유닛;을 포함하는 태양광을 이용한 녹조발생방지장치가 제공된다.

상기 부유체의 하부에 부유체를 설정된 범위 내에서 움직이도록 고정하는 부유체고정유닛이 더 구비될 수 있다.

상기 분사관어셈블리는 상기 양수펌프에 연결되며 두 개의 분지관들이 구비되는 멀티조인트와, 상기 멀티조인트의 한 개의 분지관에 연결되어 물이 수상으로 분출되도록 안내하는 수상분사관과, 상기 멀티조인트의 다른 분지관에 연결되어 물을 수중으로 분출되도록 안내하는 수중분사관을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 분사관어셈블리는 상기 양수펌프에 연결되며 복수 개의 분지관들이 구비되는 멀티조인트와, 상기 멀티조인트의 분지관들 중 두 개 이상의 분지관에 각각 연결되어 물이 수상으로 분출되도록 안내하는 수상분사관들과, 상기 멀티조인트의 분지관에 연결되어 물을 수중으로 분출되도록 안내하는 수중분사관을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 수상분사관들에 각각 관의 유로를 개폐하는 개폐밸브유닛이 구비되는 것이 바람직하다.

상기 공기주입유닛은 상기 분사관어셈블리 중 물이 수중에 분사되는 분사관에 연결되며 내부에 내경이 감소되는 오리피스부가 구비되는 오리피스관과, 한쪽이 상기 오리피스관의 오리피스부에 연통되도록 연결되며 다른 한쪽이 대기중에 노출되는 공기유입관을 포함하는 것이 바람직하다.

상기 태양광발전유닛은 태양광으로 전기를 발생시키는 태양전지모듈과, 상기 태양전지모듈에서 발생되는 전기를 변환시켜 양수펌프에 공급하는 전력변환부와, 상기 태양전지모듈에서 발생되는 전기를 저장하는 축전지를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 분사관어셈블리에 히터가 구비되며, 상기 히터는 상기 태양광발전유닛에서 발생되는 전기에 의해 발열되는 것이 바람직하다.

본 발명은 태양광발전유닛에서 발생되는 전기로 양수펌프를 작동시켜 부유체가 수계의 설정된 범위내에서 움직이면서 수중의 물을 수상으로 분출시켜 수중의 물의 유동을 발생시키고 수중의 물에 대기 중의 산소를 공급함과 아울러 외부의 공기를 수중에 주입시키게 되므로 수계에 녹조가 발생되는 조건을 미연에 방지하여 수계에 녹조가 발생되는 것을 방지하게 된다. 특히, 태양광발전유닛에서 태양광으로 전기를 발생시켜 양수펌프를 작동시키게 되므로 유지 관리 비용이 적게 소요될 뿐만 아니라 녹조의 발생을 미연에 방지하여 황토, 흡입제 등의 사용을 배제시키고 물고기의 폐사를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광을 이용한 녹조발생방지장치의 일실시예를 도시한 정면도,
도 2는 본 발명에 따른 태양광을 이용한 녹조발생방지장치의 일실시예를 구성하는 분사관어셈블리의 일예를 도시한 평면도,
도 3은 본 발명에 따른 태양광을 이용한 녹조발생방지장치의 일실시예를 구성하는 분사관어셈블리의 다른 일예를 도시한 평면도,
도 4는 본 발명에 따른 태양광을 이용한 녹조발생방지장치의 일실시예를 구성하는 공기주입유닛을 도시한 정면도,
도 5는 본 발명에 따른 태양광을 이용한 녹조발생방지장치의 일실시예에 부유체고정유닛이 구비된 것을 도시한 정면도.

이하, 본 발명에 따른 태양광을 이용한 녹조발생방지장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 태양광을 이용한 녹조발생방지장치의 일실시예를 도시한 정면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 태양광을 이용한 녹조발생방지장치의 일실시예는 부유체(100), 태양광발전유닛(200), 수중지지부재(300), 양수펌프(400), 분사관어셈블리(500), 공기주입유닛(600)을 포함한다.

부유체(100)는 부력으로 수중에서 부유한다. 부유체(100)는 내부 공간을 구비한다. 부유체(100)는 거북이, 방개, 오리 등의 동물 형상으로 형성됨이 바람직하다. 또한, 부유체(100)는 배, 원판, 사각판 등의 형상으로 형성될 수도 있다.

태양광발전유닛(200)은 부유체(100)에 설치되며, 태양광으로 전기를 발생시킨다. 태양광발전유닛(200)은 태양광으로 전기를 발생시키는 태양전지모듈(210)과, 태양전지모듈(210)에서 발생되는 전기를 변환시켜 양수펌프(400)에 공급하고 후술될 축전지를 충전시키는 전력변환부(220)와, 태양전지모듈(210)에서 발생되는 전기를 저장하는 축전지(230)를 포함한다. 태양전지모듈(210)은 다수 개의 셀을 포함하는 태양전지판(211)과, 태양전지판(211)을 지지하는 고정프레임(212)을 포함한다. 태양전지모듈(210)의 태양전지판(211)은 반도체 성질을 이용하여 태양광 에너지를 전기 에너지로 바꾸는 것으로, 태양광이 존재하는 경우에 직류전력을 생성한다. 전력변환부(220)는 태양전지와 양수펌프(400) 사이에 연결되며, 태양전지모듈(210)에 의하여 생성된 직류전력을 교류전력으로 변환하여 양수펌프(400)에 공급한다. 또한 전력변환부(220)는 축전지(230)의 충방전을 위하여 DC 변환장치를 포함하고 직류전력을 교류전력으로 바꾸기 위하여, 전력변환부(220)에는 인버터가 포함된다. 태양전지모듈(210)은 부유체(100)의 상부에 설치되고, 전력변환부(220)와 축전지(230)는 부유체(100)의 내부 공간에 설치되는 것이 바람직하다. 전력변환부(220)에서 변환된 전력은 전력공급시스템에 의해 양수펌프(400) 및 기타 부하에 공급된다.

수중지지부재(300)는 부유체(100)의 하부에 설치되어 수중에 위치한다. 수중지지부재(300)는 수면에 수직 방향으로 위치하도록 부유체(100)의 하부에 설치됨이 바람직하다. 수중지지부재(300)는 설정된 길이를 갖는 파이프인 것이 바람직하다.

양수펌프(400)는 수중지지부재(300)에 설치되며, 태양광발전유닛(200)에서 발생되는 전기에너지로 물을 펌핑한다. 양수펌프(400)의 일예로, 양수펌프(400)는 물이 유입되는 유입관부(411)와 물이 배출되는 배출관부(412)를 포함하는 하우징(410)과, 하우징(410)의 내부에 회전 가능하게 구비되는 임펠러(420)와, 임펠러(420)를 회전시키는 모터(미도시)와, 모터를 제어하는 제어유닛(미도시)을 포함한다. 모터는 물이 유입되는 것을 방지하도록 밀봉수단(미도시)에 의해 밀봉된다.

분사관어셈블리(500)는 양수펌프(400)에서 펌핑된 물이 수상 및 수중으로 분출되도록 안내한다.

분사관어셈블리(500)의 일예로, 분사관어셈블리(500)는, 도 1, 2에 도시한 바와 같이, 양수펌프(400)에 연결되며 복수 개의 분지관(511)들이 구비되는 멀티조인트(510)와, 멀티조인트(510)의 분지관(511)들 중 두 개 이상의 분지관(511)에 각각 연결되어 물이 수상으로 분출되도록 안내하는 수상분사관(520)들과, 멀티조인트(510)의 분지관(511)에 연결되어 물을 수중으로 분출되도록 안내하는 수중분사관(530)을 포함한다. 멀티조인트(510)의 분지관(511)은 세 개인 것이 바람직하고, 수상분사관(520)은 두 개이며, 수중분사관(530)은 한 개이다. 이 경우, 멀티조인트(510)는 양수펌프(400)의 배출관부(412)에 연결되는 메인관(512)과, 베인관(512)에서 분지되는 세 개의 분지관(511)을 포함한다. 세 개의 분지관(511)들 중 두 개의 분지관(511)에 수상분사관(520)이 각각 연결되고 나머지 한 개의 분지관(511)에 수중분사관(530)이 연결된다. 두 개의 수상분사관(520)들은 부유체(100)의 양쪽에 각각 위치하는 것이 바람직하며, 물이 분사되는 방향은 같은 방향이다.

수상분사관(520)들에 각각 관의 유로를 개폐하는 개폐밸브유닛(V)이 구비되는 것이 바람직하다. 두 개의 수상분사관(520)들에 각각 구비된 개폐밸브유닛(V)을 모두 오픈시키게 되면 두 개의 수상분사관(520)들에 각각 양수펌프(400)에서 펌핑된 물이 분사되고, 두 개의 수상분사관(520)들 중 한 개의 개폐밸브유닛(V)만 오픈시키게 되면 개폐밸브유닛(V)이 오픈된 수상분사관(520)으로 물이 분사된다. 두 개의 수상분사관(520)들이 부유체(100)의 양쪽에 위치한 상태에서 두 개의 수상분사관(520)들에서 모두 물이 분사될 경우 부유체(100)는 직선으로 움직이고, 한 개의 수상분사관(520)에서 물이 분사될 경우 부유체(100)는 한쪽으로 회전하면서 움직이게 된다.

분사관어셈블리(500)의 다른 실시예로, 도 3에 도시한 바와 같이, 분사관어셈블리(500)는 양수펌프(400)에 연결되며 두 개의 분지관(511)들이 구비되는 멀티조인트(510)와, 멀티조인트(510)의 두 개의 분지관(511) 중 한 개의 분지관(511)에 연결되어 물이 수상으로 분출되도록 안내하는 수상분사관(520)과, 멀티조인트(510)의 다른 한 개의 분지관(511)에 연결되어 물이 수중으로 분출되도록 안내하는 수중분사관(530)을 포함한다. 이 경우 수중분사관(530)의 설치위치에 따라 부유체(100)의 움직임이 결정된다.

분사관어셈블리(500)에 히터(미도시)가 구비됨이 바람직하다. 히터는 와이어 형태인 것이 바람직하다. 태양광발전유닛(200)에서 발생되는 전기에 의해 발열되는 것이 바람직하다. 히터는 양수펌프(400)의 하우징(410)에 연결될 수도 있다. 히터는 겨울철 물이 결빙될 경우 작동시키는 것이 바람직하다. 즉, 겨울철 일조시간이 짧고, 추울 경우, 축전지(230)에 저장된 에너지를 이용하여 히터를 작동시켜 결빙을 예방한다. 여름철 같은 때에는 히터를 가동시키지 않기 때문에 축전지는 항상 만충 상태를 유지한다.

공기주입유닛(600)은 분사관어셈블리(500)에서 수중으로 분출되는 유동을 이용하여 외부의 공기를 수중으로 흡입하여 수중에 외부 공기를 주입시킨다. 공기주입유닛(600)은, 도 1, 4에 도시한 바와 같이, 분사관어셈블리(500) 중 물이 수중에 분사되는 수중분사관(530)에 연결되며 내부에 내경이 감소되는 오리피스부(611)가 구비되는 오리피스관(610)과, 한쪽이 오리피스관(610)의 오리피스부(611)에 연통되도록 연결되며 다른 한쪽이 대기중에 노출되는 공기유입관(620)을 포함한다. 오리피스관(610)은 분사관어셈블리(500) 중 수중분사관(530)에 연결된다. 수중분사관(530)으로 분사되는 물이 오리피스관(610)의 오리피스부(611)를 지난면서 면적 감소로 인하여 오리피스부(611)에서 유속이 증가하고 압력이 감소하게 된다. 오리피스부(611)에서 압력이 감소됨에 따라 외부의 공기가 공기유입관(620)을 통해 오리피스관(610) 내부로 유입된다. 오리피스관(610)의 내부로 유입되는 외부 공기는 수중으로 분사되는 물과 함께 물속으로 뿜어진다.

한편, 공기유입관(620)에 공기의 주입을 보조하는 공기펌프(630)가 구비될 수도 있다. 공기펌프(630)가 구비될 경우 공기펌프(630)의 전원은 전력변환부(220)에 연결되어 태양전지모듈(210)에서 발생되는 전기로 작동시킨다.

부유체(100)의 하부에 부유체(100)를 설정된 범위 내에서 움직이도록 고정하는 부유체고정유닛이 구비됨이 바람직하다. 부유체고정유닛(700)은, 도 5에 도시한 바와 같이, 부유체(100)의 하부에 수면에 수직방향으로 결합되는 고정바(710)와, 고정바(710)에 연결되는 와이어(720)와, 와이어(720)에 연결되는 중량체(730)를 포함한다. 고정바(710)의 길이는 양수펌프(400)가 설치된 수중지지부재(300)의 길이 보다 긴 것이 바람직하다. 중량체(730)가 수중 바닥에 놓인 상태에서 부유체(100)가 고정바(710)와 와이어(720)에 의해 연결되어 와이어(720)의 길이 범위내에서 움직이게 된다.

이하, 본 발명에 따른 태양광을 이용한 녹조발생방지장치의 작용과 효과를 설명한다.

본 발명에 따른 태양광을 이용한 녹조발생방지장치는 저수지, 호수, 하천 등의 자연 수계와 골프장 저수조 등의 인공 수계에 설치된다. 본 발명에 따른 태양광을 이용한 녹조발생방지장치가 설치된 상태에서 태양광이 태양광발생유닛(200)의 태양전지모듈(210)에 입사되면 태양전지모듈(210)에서 전기를 발생시킨다. 즉, 밤시간대에는 휴지 시간을 가지고 있고, 주간에 태양이 있는 일조시간에서 태양전지모듈(210)에서 발생되는 전기는 전력전환부(220)에서 양수펌프(400)에 맞는 전력으로 변환되어 양수펌프(400)에 공급된다. 양수펌프(400)에 전력이 공급됨에 따라 양수펌프(400)가 작동하여 수중의 물을 펌핑하게 된다. 양수펌프(400)에서 펌핑된 물의 대부분은 분사관어셈블리(500)의 수상분사관(520)을 통해 수상에 분사되고 양수펌프(400)에서 펌핑된 물의 나머지는 수중분사관(530)을 통해 수중에 분사된다. 수중의 물이 양수펌프(400)에 의해 펌핑되어 수상에 분사되면서 수중의 물에 유동을 발생시킴과 아울러 수중의 물이 수면으로 분출되면서 대기중의 산소와 접촉하게 되어 물에 산소를 공급하게 된다. 이와 함께, 양수펌프(400)에서 펌핑된 물이 수중분사관(530)을 통해 수중에 분사되면서 수중분사관(530)에 연결된 공기주입유닛(600)의 오리피스관(610) 내부의 압력이 낮아져 외부의 공기가 오리피스관(610) 내부로 유입된다. 오리피스관(610)으로 유입되는 외부 공기는 수중분사관(530)을 통해 수중에 분사되며, 수중에 분사되는 외부 공기는 작은 물방울을 만들면서 부상한다. 외부 공기가 수중에 주입되면서 수중에 산소를 공급하게 될 뿐만 아니라 물속에서 공기가 부상하면서 영양염류 및 조류를 부상시켜 제거한다. 오리피스관(610)의 내부 압력이 설정값 이하가 되지 않을 경우 공기펌프(630)로 외부 공기를 주입한다.

한편, 수상분사관(520)을 통해 물이 분사됨과 아울러 수중분사관(530)을 통해 물이 수중에 분사되면서 추진력이 발생되어 부유체(100)가 천천히 움직이게 된다. 이때, 부유체(100)의 움직임 방향은 수상분사관(520)이 복수 개인 경우 수상분사관(520)들의 개폐밸브유닛(V)을 작동시켜 수상분사관(520)들에서 선택적으로 물이 분사되게 하여 조정할 수 있다.

부유체(100)에 부유체고정유닛(700)이 구비된 경우 부유체(100)는 설정된 범위 내에서 움직이게 된다.

이와 같이, 본 발명은 태양광발전유닛(200)에서 발생되는 전기로 양수펌프(400)를 작동시켜 부유체(100)가 수계의 설정된 범위내에서 움직이면서 수중의 물을 수상으로 분출시켜 수중의 물에 유동을 발생시키고 수중의 물에 대기 중의 산소를 공급함과 아울러 외부의 공기를 수중에 주입시키게 되므로 수계에 녹조가 발생되는 조건을 미연에 방지하여 수계에 녹조가 발생되는 것을 방지하게 된다. 특히, 태양광발전유닛(200)에서 태양광으로 전기를 발생시켜 양수펌프(400)를 작동시키게 되므로 전력 계통이 필요없고, 최소한의 축전지를 이용하여 난방을 유지하므로 유지 관리 비용이 적게 소요될 뿐만 아니라 녹조의 발생을 미연에 방지하여 황토, 흡입제 등의 사용을 배제시키고 물고기의 폐사를 방지할 수 있다.

100; 부유체 200; 태양광발전유닛
300; 수중지지부재 400; 양수펌프
500; 분사관어셈블리 600; 공기주입유닛

Claims (8)

1. 물에 뜨는 부유체;
   상기 부유체에 설치되며, 태양광으로 전기를 발생시키는 태양광발전유닛;
   상기 부유체의 하부에 설치되어 수중에 위치하는 수중지지부재;
   상기 수중지지부재에 설치되며, 상기 태양광발전유닛에서 발생되는 전기에너지로 물을 펌핑하는 양수펌프;
   상기 양수펌프에서 펌핑된 물이 수상 및 수중으로 분출되도록 안내하는 분사관어셈블리;
   상기 분사관어셈블리에서 수중으로 분출되는 유동을 이용하여 외부의 공기를 수중으로 흡입하여 수중에 외부 공기를 주입시키는 공기주입유닛;을 포함하며,
   상기 분사관어셈블리는 상기 양수펌프에 연결되며 복수 개의 분지관들이 구비되는 멀티조인트와, 상기 멀티조인트의 분지관들 중 두 개 이상의 분지관에 각각 연결되어 물이 수상으로 분출되도록 안내하는 수상분사관들과, 상기 수상분사관들에 각각 구비되어 관의 유로를 개폐하는 개폐밸브유닛과, 상기 멀티조인트의 분지관에 연결되어 물을 수중으로 분출되도록 안내하는 수중분사관을 포함하며,
   상기 공기주입유닛은 상기 분사관어셈블리 중 물이 수중에 분사되는 상기 수중분사관에 연결되며, 내부에 내경이 감소되는 오리피스부가 구비되는 오리피스관과, 한쪽이 상기 오리피스관의 오리피스부에 연통되도록 연결되며 다른 한쪽이 대기중에 노출되는 공기유입관을 포함하며,
   상기 수상분사관들은 상기 부유체의 양쪽에 위치하며, 상기 부유체의 양쪽에 위치하는 수상분사관들의 각 개폐밸브유닛을 개폐함에 따라 상기 부유체의 이동 방향이 변화하는 것을 특징으로 하며,
   상기 분사관어셈블리에 히터가 구비되며, 상기 히터는 상기 태양광발전유닛에서 발생되는 전기에 의해 발열되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 녹조발생방지장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 부유체의 하부에 부유체를 설정된 범위 내에서 움직이도록 고정하는 부유체고정유닛이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 녹조발생방지장치.
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

Images