KR20240081814A - 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치 - Google Patents

미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치 Download PDF

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KR20240081814A
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Abstract

본 발명의 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치는, 미세기포와 전기분해가 결합된 형태로서 양식장 해수에 용존 산소 농도 증대, 온도 저하, 살균 효과를 동시에 이룰 수 있으며 기 설치된 소제구를 통해 간단하게 장착될 수 있는 수질개선장치를 제공하는 데 목적이 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치는, 양식장에 연결되며 적어도 하나 이상의 소제구를 포함하는 해수관; 소제구를 통해 일단은 해수관 내부로 삽입되고 타단은 소제구 캡을 형성하는 전기분해기; 및 해수관 내주면에 밀착되는 형상으로써 전기분해기 일단 전면에 장착되며, 나선형의 기포절단부재가 내설된 1차기포발생부; 미세기포를 혼합하는 내부공간으로 구비되는 기포혼합용해부; 나선형의 기포절단부재가 2차기포발생부;가 해수 유동방향으로 순차적으로 구성되어 미세기포를 생성하고 증폭하는 미세기포발생기;를 포함하되,
전기분해기는, 소제구 캡에 구비되는 정류기; 정류기에 연결되며 소제구 캡 하부 내측에 구비되는 복수의 부스바; 소정 거리 이격된 상태로 해수에 담겨지며 복수의 부스바에 전기적으로 각각 연결되는 양극판 및 음극판;을 더 포함하고, 기포절단부재는, 길이방향을 따라 소정간격으로 다수 배치된 반원형의 제1엘리먼트; 상기 제1엘리먼트의 사이에 하나씩 배치되어 제1엘리먼트에 대향되어 원형을 이루며 제1엘리먼트를 비스듬하게 연결하는 다수의 반원형 제2엘리먼트;를 포함하고, 기포혼합용해부는, 길이방향을 따라 직경이 상이한 복수의 연속된 공간이 1차기포발생부와 2차기포발생부의 사이에 연통되어 계단식으로 구비되되, 1차기포발생부에 접하며 소정 직경의 내부공간을 형성하는 버퍼존; 및 2차기포발생부에 접하며 버퍼존 대비 상대적으로 직경이 큰 내부공간을 형성하는 와류존;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치{Water purifying apparatus in aquaculture using micro-bubble and electrolysis}
본 발명은 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치에 관한 것으로, 미세기포와 전기분해를 결합한 형태로서 양식장 해수에 용존 산소 농도 증대, 온도 저하, 살균 효과를 동시에 이룰 수 있으며 기 설치된 소제구를 통해 간단하게 장착될 수 있는 수질개선장치에 관한 것이다.
보다 상세하게는 본 발명의 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치는, 기 설치된 해수관의 소제구에 전기분해기가 장착되는 형태로써 소제구 캡에는 정류기 및 부스바가 구비되고 하단에는 양극판과 음극판이 해수관 내에서 해수에 담긴 상태로 설치되며 양극판과 음극판 전면에는 미세기포발생기가 구비되어, 해수 유동방향에 따라 해수에 미세기포가 발생되고 이후 전기분해가 이뤄짐으로써 미세기포에 의한 산소 공급 증대와 전기분해에 의한 살균 효과를 동시에 달성하되, 미세기포발생기는 1차기포발생부, 버퍼존, 와류존, 2차기포발생부가 순차적으로 구성되어 1차로 미세기포가 발생된 후 버퍼존에서 팽창되고 와류존에서 미세기포의 뭉침을 해제한 후 다시 2차기포발생부에서 더 미세한 기포를 발생시킴으로써 후단의 전기분해기와 결합되어 산소 공급 효과를 극대화 시킬 수 있고 해수 전기분해 시 발생되는 스케일을 방지하여 방청 성능까지 도모되는 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치에 관한 것이다.
매년 6월에서 9월 사이 26℃ 이상의 고수온 시기가 도래하여 수온이 높아지면 해수 용존산소농도가 하락하게 되고 이에 양식 어류의 먹이 섭취율이 떨어지고 폐사량도 증가하는 문제점이 발생하곤 한다.
때문에 고수온 시기가 되면 해수에 순산소를 살포하고는 있으나 일반적인 에어스톤방법에 의해 살포하기 때문에 용존산소를 높이기에는 한계가 있다.
이는 에어스톤에 의해 살포되는 산소방울은 수 ㎜ ~ 수 ㎝ 단위로 커서 해수 표면으로의 상승속도가 빨라 해수 내에서의 산소전달능력이 낮기 때문이며, 따라서 고수온 시기에 양식장에서 순산소를 사용하는 현재의 방법은 바람직하지 못한 방법으로서 투입되는 순산소의 상당 부분을 효과 없이 소비하는 수준이라고 볼 수 있다.
한편 양식장에는 용존산소 농도 문제 뿐 아니라 어류 생장에 심각한 저해가 되는 각종 병원성 미생물 및 세균, 바이러스의 문제가 상존하는 게 현실이다.
국내 해수 양식 생물의 질병은 양식생물의 무리한 유수식 양식방법으로 인한 양식장 인근연안 수계환경의 악화와 오염된 양식수의 사용 때문에 그 종류가 다양해지고 피해 범위가 확산되고 있는 실정이며, 양식장 단위별 어류질병에 의한 피해액의 규모도 급격히 증가되고 있어 어병에 대한 대책이 중요한 과제로 대두되고 있다.
해수 양식어류의 질병은 바이러스, 세균, 기생충 등 다양한 감염성 병원체에 의해 발생되는 것으로 보고되고 있다.
그러나 국내에서의 해산어 감염성 질병의 연구는 세균성 질병 및 바이러스성 질병의 발생 확인 및 각각의 미생물의 생물학적 특성 파악, 신속한 진단법의 개발 연구 등이 활발히 진행되고 있는 반면, 양식장 내의 양식수 환경(사육원수 및 사육수, 사육장내 시설물 및 어란 및 치어의 운송수단)에서의 병원성 미생물의 유입에 의한 질병 발생 원인을 파악하는 연구들은 극히 미미한 실정이다.
현재, 해산어 육상양식장 양식수의 수질관리 분야에서는 기존 육상폐수처리 기술이 그대로 적용되고 있어 해수 양식에 특화된 만족할만한 처리효과는 얻지 못하고 있는 실정이며, 따라서 해수양식장 수질특성에 알맞고 살균 효과성이 높으며 경제적인 수질관리 기술의 개발이 요구된다.
대부분 염소계열의 화학 살균제를 직간접적으로 사용하는 실정이고 이의 대체 방법으로서 오존 및 자외선(UV) 살균법이 응용되고 있으나, 오존 살균법의 경우 살균력이 높으나 수중에서의 살균 지속력이 매우 짧아 만족할만한 살균력을 기대하기 힘들고 에너지 소비율이 높은 이유로 양식장에서의 대체 살균법으로 좋은 평가를 받고 있지 못하고 있다.
또한, 자외선 살균법의 경우 해수에 대한 투과율이 낮으므로 충분한 살균효과를 보이기 위해서는 자외선 조사 시간을 증가시켜야 하기 때문에 종묘 생산장에서 공급되는 대량의 순환수를 자외선으로 살균하기 위해서는 막대한 시설과 공간적인 투자가 뒷받침 되어야 하고, 자외선 살균 시의 가온 순환수가 냉각됨으로써 연료비 절약 효과를 거두기 어렵다.
더불어 자외선 램프의 주기적인 교체 및 청소 등 유지관리비가 많이 소요되고, 순간적 살균효과에 의존하기 때문에 먹이생물의 세균 및 병원성 미생물 감염 등의 2차 감염방지에 한계가 있다.
이와 같이 현재 양식장에 큰 어려움으로 발생되는 두 가지 문제점으로서 용존산소의 지속적 공급 및 유지, 병원성 미생물 및 세균의 제거가 양식업에 있어 가장 큰 이슈라 할 수 있다.
대한민국 등록특허공보 10-2048614
본 발명은 상기 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 본 발명의 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치는, 기 설치된 해수관의 소제구에 장착되는 형태로써 간단한 설비로 구축될 수 있고, 소제구 캡에는 정류기 및 부스바가 구비되고 하단에는 양극판과 음극판이 해수관 내에서 해수에 담긴 상태로 전기분해기가 설치되며 양극판과 음극판 전면에는 미세기포발생기가 구비되어, 해수 유동방향에 따라 해수에 미세기포가 발생되고 이후 미세기포를 대상으로 전기분해가 이뤄짐으로써 미세기포에 의한 산소 공급 증대와 전기분해에 의한 살균 효과를 동시에 달성하되, 미세기포발생기는 1차기포발생부, 버퍼존, 와류존, 2차기포발생부가 순차적으로 구성되어 1차로 미세기포가 발생된 후 버퍼존에서 팽창되고 와류존에서 미세기포의 뭉침을 해제한 후 다시 2차기포발생부에서 더 미세한 기포를 발생시킴으로써 후단의 전기분해기와 결합되어 산소 공급 효과를 극대화 시킬 수 있고 해수 전기분해 시 발생되는 스케일을 방지하여 방청 성능을 도모할 수 있어, 간편한 설치로 양식장 해수에 용존 산소 농도 증대, 온도 저하, 살균 효과, 방청 효과를 동시에 이룰 수 있는 수질개선장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치는, 양식장에 연결되며 적어도 하나 이상의 소제구를 포함하는 해수관; 소제구를 통해 일단은 해수관 내부로 삽입되고 타단은 소제구 캡을 형성하는 전기분해기; 및 해수관 내주면에 밀착되는 형상으로써 전기분해기 일단 전면에 장착되며, 나선형의 기포절단부재가 내설된 1차기포발생부; 미세기포를 혼합하는 내부공간으로 구비되는 기포혼합용해부; 나선형의 기포절단부재가 2차기포발생부;가 해수 유동방향으로 순차적으로 구성되어 미세기포를 생성하고 증폭하는 미세기포발생기;를 포함하되, 전기분해기는, 소제구 캡에 구비되는 정류기; 정류기에 연결되며 소제구 캡 하부 내측에 구비되는 복수의 부스바; 소정 거리 이격된 상태로 해수에 담겨지며 복수의 부스바에 전기적으로 각각 연결되는 양극판 및 음극판;을 더 포함하고, 기포절단부재는, 길이방향을 따라 소정간격으로 다수 배치된 반원형의 제1엘리먼트; 상기 제1엘리먼트의 사이에 하나씩 배치되어 제1엘리먼트에 대향되어 원형을 이루며 제1엘리먼트를 비스듬하게 연결하는 다수의 반원형 제2엘리먼트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 기포혼합용해부는, 길이방향을 따라 직경이 상이한 복수의 연속된 공간이 1차기포발생부와 2차기포발생부의 사이에 연통되어 계단식으로 구비되되, 1차기포발생부에 접하며 소정 직경의 내부공간을 형성하는 버퍼존; 및 2차기포발생부에 접하며 버퍼존 대비 상대적으로 직경이 큰 내부공간을 형성하는 와류존;을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 미세기포발생기는, 소제구 커버의 하단부에 연결되고 소제구 커버를 소제구에 장착하면 해수관 내부로 삽입되어 양극판과 음극판의 소정 거리 전면에 위치할 수 있고, 소제구 커버를 분리하면 해수관에서 제거될 수 있는 착탈식으로 구비되는 것을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 소제구 캡 하단부에 구비된 탄성 및 부도체 재질의 연결와이어가 미세기포발생기의 일측과 연결되어 전기분해기와 미세기포발생기가 일체형으로 구성되는 것을 더 포함하고, 미세기포발생기와 전기분해기가 동일 소제구를 통해 삽입 및 제거될 수 있는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 해수관 외부 별도 공간에 구비되는 산소탱크; 산소탱크에서 산소를 공급받아 압축하는 압축기; 압축기에 연결되며 산소 공급을 조절하는 밸브;를 포함하여 구성되는 산소공급부;를 더 포함하고, 산소공급부는 해수관 일측 소정 위치로부터 외부에서 삽입되어 미세기포발생기에 산소를 공급하는 것을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 미세기포발생기는 1차기포발생부, 버퍼존, 와류존, 2차기포발생부가 순차적으로 구성되어 1차로 미세기포가 발생된 후 버퍼존에서 팽창되고 와류존에서 미세기포의 뭉침을 해제한 후 다시 2차기포발생부에서 더 미세한 기포를 발생시키는 미세기포 발생 이중 장치를 통해 기포의 크기가 수 ㎛의 미세기포로 생성되어 용존산소농도를 극대화하여 양식 어류의 폐사율을 현격히 줄일 수 있다.
둘째, 해수에 제공되는 순산소가 미세기포의 이중 발생에 의해 양식장 주위 온도를 약 0.2℃ 낮추는 냉각 효과를 발생시키며 양식장에서 -0.2℃의 온도 하강은 상당한 냉각 효과를 가져올 수 있어 고수온 시기에 양식 어류의 생존율을 급격히 향상시킬 수 있다.
셋째, 수 ㎛ 직경의 미세기포를 대상으로 전기분해가 이뤄지므로 산소 전달효과가 굉장히 우수하여 양식어류의 먹이 섭취율을 향상시켜 생존율을 극대화할 수 있다.
넷째, 추가 화학물질의 사용 없이 해수를 직접 전기분해하여 어류의 스트레스 또는 생장에 해가 되지 않는 수준의 살균 소독물질을 발생시키며, 전기분해기는 낮은 전력이 사용되고 티타늄에 백금족 물질이 코팅되어 반 영구적으로 사용이 가능하여 경제성이 우수하다.
다섯째, 미세기포가 전기분해 전극판을 통과하게 되면서 해수의 전기분해 시 전극판에 발생 가능한 스케일의 생성과 성장을 방지하여 해수에 담겨진 전극판의 방청 성능을 향상시키고 깨끗한 수질을 유지할 수 있다.
여섯째, 양식장에 설치된 해수관에 구비된 소제구를 통해 간단하게 교체 장착되는 형태로 구성되어 별도의 추가 시설 없이 구비될 수 있어 비용, 시간, 노동력이 절감되고 경제적이며 양식장 설치 배관에 따라 다양한 형태로 구분 장착될 수 있어 활용도가 매우 높다.
도 1은 본 발명의 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치의 제1실시예를 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치의 제2실시예를 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치의 제3실시예를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예 내지 제3실시예의 구성과 수질개선 과정을 개략적으로 도시한 구성도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예 내지 제3실시예의 기포절단부재를 도시한 사시도이다.
도 6은 본 발명의 수질개선장치가 적용되는 양식장의 모습을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 여러 가지 형태로 변형되어 실시될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
또한 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다.
각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치의 제1실시예를 도시한 단면도이고, 도 2는 본 발명의 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치의 제2실시예를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치의 제3실시예를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제1실시예 내지 제3실시예의 구성과 수질개선 과정을 개략적으로 도시한 구성도이며, 도 5는 본 발명의 제1실시예 내지 제3실시예의 기포절단부재를 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 수질개선장치가 적용되는 양식장의 모습을 개략적으로 나타낸 구성도이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치(10)는 미세기포발생기(100), 전기분해기(200), 및 산소공급부(300)를 포함한다.
해수관(20)에는 해수의 유동방향에 따라 순서대로 산소공급부(300), 미세기포발생기(100) 및 전기분해기(200)가 구비될 수 있다.
산소공급부(300)는 압축기(320)와 밸브(330)가 구비되어 외부에 구비된 산소탱크(310)로부터 액상의 순산소를 해수관(20)에 연결된 별도의 투입구를 통해 해수관(20) 내부 해수에 공급하게 되고, 미세기포발생기(100)는 해수와 순산소의 혼합물을 대상으로 2차 이상의 다단계에 걸쳐 미세기포를 발생시키며, 전기분해기(200)는 미세기포가 발생된 해수를 전기분해하며 미세기포 발생과 전기분해가 결합된 수질 개선절차가 진행될 수 있다.
따라서 본 발명의 수질개선장치는 산소공급부(300), 미세기포발생기(100), 산소공급부(300)의 순서대로 구비될 수 있으며, 이 중 산소공급부(300)는 일반적으로 양식장에서 사용되는 산소공급 장치로서 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략하며, 미세기포발생기(100) 및 전기분해기(200)의 결합 형태 및 장치가 본 발명의 핵심 특징이므로 이에 대해 중점적으로 설명하고자 한다.
미세기포발생기(100)는 해수관(20)을 통해 양식장에 공급되는 해수에 미세기포를 발생시켜 해수에 용존 산소 농도를 높일 수 있다.
미세기포발생기(100)는 해수관(20)의 내주면에 대응되어 밀착되는 형상으로 구비될 수 있으며 따라서 본 발명의 일 실시예로 해수관(20)이 원통형의 파이프 형상이면 미세기포발생기(100)도 원통형의 파이프 형상으로 구비되어 해수관(20) 내부에 장착될 수 있다.
또한 미세기포발생기(100)는 부도체로서 형성될 수 있으며 따라서 전기분해기(200)와 접촉이 이뤄지거나 해수 내에서 다른 전원장치에 접촉되어도 고장, 오류, 파손 등의 문제가 방지될 수 있다.
해수에는 순산소가 살포된 후 미세기포발생기(100)를 통과하게 되는데 이 과정에서 순산소의 수중 산소방울이 수 ㎛의 미세한 입경을 지닌 형태로 생성될 수 있다.
이때 본 발명의 미세기포발생기(100)는 해수와 순산소의 혼합물을 대상으로 1차로 미세기포를 발생시키고, 이후 팽창과 와류의 과정을 거쳐 급속하고 신속하게 섞이며 기포가 팽창되고 뭉침이 해소된 상태를 만든 후 이를 대상으로 다시 2차로 미세기포를 생성하는 과정을 거치게 함으로써 수 ㎛의 입경을 가진 매우 미세한 기포를 생성하게 된다.
미세기포발생기(100)는 이를 위해 1차기포발생부(110), 기포혼합용해부(120), 2차기포발생부(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
1차기포발생부(110), 기포혼합용해부(120), 2차기포발생부(130)는 해수의 유동방향에 따라 순차적으로 구성될 수 있으며, 1차기포발생부(110), 2차기포발생부(130)는 산소 방울을 대상으로 하여 미세기포를 발생시키고 기포혼합용해부(120)는 1차기포발생부(110)에서 생성된 미세기포를 팽창 및 뭉침 해소 한 뒤 2차기포발생부(130)에 전달하는 기능을 할 수 있다.
1차기포발생부(110) 및 2차기포발생부(130)는 각각 기포절단부재(111,131)를 포함하여 구성될 수 있다.
기포절단부재(111,131)는 미세기포발생기(100)에 형성되는 내부공간에 구비되며, 해수가 통과될 때 해수에 포함된 산소 기포를 물리적으로 연속하여 나누어 쪼개는 기능을 통해 미세화 시키는 기능을 할 수 있다.
기포절단부재(111,131)는 1차기포발생부(110) 및 2차기포발생부(130)에 동일한 형태로 각각 구성될 수 있으며 길이방향을 따라 제1엘리먼트(111a,131a)와 제2엘리먼트(111b,131b)가 겹치는 형상으로 구비되어 나선형의 구조를 가질 수 있다.
제1엘리먼트(111a,131a)는 반원형으로써 내부공간의 길이방향을 따라 소정 간격으로 일정하게 이격된 채 다수가 나란히 배치된 형상을 가질 수 있다.
제2엘리먼트(111b,131b)도 반원형으로써 제1엘리먼트(111a,131a)와 유사한 형상을 가지며 연속되는 제1엘리먼트(111a,131a)의 사이사이에 하나씩 배치되어 끼워지는 형상을 가지되 제1엘리먼트(111a,131a)에 대향되어 원형을 이루는 형상으로 다수 구비될 수 있다.
즉 해수관(20)의 유동방향에 따라 정면에서 목측 시 제1엘리먼트(111a,131a)와 제2엘리먼트(111b,131b)는 해수관(20)의 절반씩을 나누어 커버하는 원형으로 구성될 수 있다.
이때 제2엘리먼트(111b,131b)는 나란한 제1엘리먼트(111a,131a)의 사이에서 각각의 제1엘리먼트(111a,131a)를 비스듬하게 연결하는 구성을 가질 수 있다.
결국 제1엘리먼트(111a,131a)와 제2엘리먼트(111b,131b)는 각각 나란히 구성된 다수의 엘리먼트로서 구비될 수 있되, 제1엘리먼트(111a,131a)는 해수관(20)의 횡단면과 평행한 방향으로 소정 간격 이격된 채 다수 구비되고, 제2엘리먼트(111b,131b)는 해수관(20)의 횡단면에 경사진 방향으로 소정 간격 이격된 채 다수 구비될 수 있으며, 이때 제1엘리먼트(111a,131a)와 제2엘리먼트(111b,131b)는 순차적으로 계속 연결된 상태가 됨으로써 전체적으로는 해수관(20)을 따라 나선형의 구조를 형성할 수 있게 된다.
해수는 1차기포발생부(110) 및 2차기포발생부(130)를 통과하면서 나선형의 구조를 형성하는 제1엘리먼트(111a,131a)와 제2엘리먼트(111b,131b)를 다수에 걸쳐 좌우로 번갈아 부딪히게 됨으로써 해수에 포함된 산소 기포가 점점 미세해지는 효과를 가지게 된다.
이는 기포가 포함된 해수가 1차기포발생부(110) 및 2차기포발생부(130)를 지나게 될 때 기포발생부의 중심부에 위치하는 제1엘리먼트(111a,131a)와 제2엘리먼트(111b,131b)의 다수의 현과 부딪치게 되는데, 반원형의 엘리먼트 사이를 지나면서 유속은 빨라지고 다수의 엘리먼트들이 상호 경사진 상태로 연속되어 배치된 상태를 가지므로 해수가 통과하는 지점에 구비되는 엘리먼트의 현은 기포를 절단하는 칼날과 같은 기능을 하게 되어 기포를 연속적으로 쪼개는 효과를 만들면서 기포가 미세화 될 수 있게 된다.
기포절단부재(111,131)는 엘리먼트의 형상과 간격 및 개수의 조절을 통해 미세기포의 크기 및 기포절단부재(111,131)의 전체 길이를 조절할 수 있다.
즉 엘리먼트 간의 상호 이격 거리를 넓게 하고 개수를 줄일수록 기포의 크기는 일정 수준까지만 미세화 될 수 있고, 엘리먼트 간의 이격거리가 가깝고 개수가 많을수록 더욱 작은 크기로 기포는 미세화 될 수 있다.
또한 동일한 길이에서 미세화 효과를 높이기 위해서 엘리먼트의 형상을 부채꼴 형상으로 할 수 있으며, 상기 반원형일 때는 2개가 합쳐져 원형을 이룬데 비해 부채꼴 형상일 때는 다수의 조합을 통해 원형을 이루게 되므로 해수의 통과 시 엘리먼트의 현과 더욱 급격하고 많은 충돌이 이뤄지게 되어 단위 길이 당 미세화 비율을 더욱 높일 수 있다.
상기 엘리먼트 간의 배치 간격과 형상, 개수의 조절은 해수관(20)의 크기 및 길이, 산소공급부(300) 및 전기분해기(200)와의 조합 등 다양한 상황을 고려하여 선택적으로 적용될 수 있다.
1차기포발생부(110)를 통과하면서 기포절단부재(111)에 의해 1차로 미세화 된 기포는 연이어 기포혼합용해부(120)를 거치게 된다.
기포혼합용해부(120)는 다수의 엘리먼트로 형성된 기포절단부재(111)와 기포절단부재(131) 사이 중간 부분에 구비된 공간 영역이다.
기포혼합용해부(120)는 본 발명의 일 실시예로서, 버퍼존(121)과 와류존(122)을 포함하여 구성될 수 있다.
버퍼존(121)과 와류존(122)은 상이한 직경으로 다단 구성된 내부 공간으로서 해수 유동방향에 따라 순차적으로 구비될 수 있는데, 상대적으로 직경이 작은 버퍼존(121)이 1차기포발생부(110)의 배출구에 접하고 상대적으로 직경이 큰 와류존(122)이 2차기포발생부(130)의 입구에 접하는 형상으로 구성될 수 있다.
1차기포발생부(110)의 다수의 엘리먼트 사이를 지그재그로 부딪히며 통과한 해수는 선단에 이르러 갑자기 넓은 버퍼존(121) 공간으로 배출이 되면 급격하게 팽창하게 되고 이때 해수 내에 포함된 기포들이 폭발하면서 보다 작은 크기의 미세기포로 미세화 될 수 있다.
즉 1차기포발생부(110)를 거치면서 생성된 미세기포가 팽창 및 폭발로 더욱 미세화 되는 것이다.
버퍼존(121)을 거친 해수는 더욱 넓은 공간인 와류존(122)으로 흘러가면서 와류 및 난류가 형성될 수 있다.
그런데 해수에 포함되는 미세기포는 이동 중에 서로 부딪히며 뭉쳐서 기포의 크기가 커지려는 성질이 있어 그대로 방치하면 미세기포가 유지되지 않아 산소 전달능력의 향상을 도모할 수 없게 된다.
이에 대한 방지책으로서 와류존(122)이 구비될 수 있는데, 1차기포발생부(110)와 버퍼존(121)을 순서대로 거치며 미세화된 기포를 함유하는 해수는 와류존(122)으로 유입될 때 버퍼존(121)과의 내경 차이로 인해 와류존(122)에서 와류 및 난류가 형성될 수 있고, 이에 따라 1차 미세기포들이 서로 붙어 뭉치지 않게 함으로써 기포의 크기가 커지는 현상을 방지하여 미세기포 상태를 유지할 수 있으며, 더불어 와류 및 난류에 의해 미세기포를 추가적으로 더 발생시켜 해수에 함유되는 미세기포 발생량을 더욱 증대시킬 수 있다.
또한 버퍼존(121)과 와류존(122)을 만나면서 해수는 1차기포발생부(110)에서 생성된 미세기포가 산소공급부(300)에서 공급된 순산소와 급속하고 신속하게 섞이게 되어 산소 전달능력이 급격히 향상될 수 있다.
1차기포발생부(110)와 기포혼합용해부(120)를 순서대로 거치며 미세기포가 다량 생성되고 순산소와 잘 섞인 해수는 연이어 2차기포발생부(130)에 투입되어 추가적인 미세기포 생성 과정을 거치게 되고 미세기포 생산효과는 극대화될 수 있다.
이때 기포혼합용해부(120)는 본 발명의 다른 실시예로서, 버퍼존(121)과 와류존(122)의 구별 없이 단일의 공간으로 구성될 수 있다.
즉 버퍼존(121) 또는 와류존(122)의 형태이되 기포절단부재(111)와 기포절단부재(131) 사이 중간 부분에 구비된 단일 공간으로서 단의 구분 없이 구성될 수 있으며 그 효과는 상술한 버퍼존(121) 및 와류존(122)에서의 팽창, 기포 뭉침 해소 등과 같이 그대로 확보될 수 있다.
2차기포발생부(130) 또한 제1엘리먼트(131a), 제2엘리먼트(131b)로 구성된 기포절단부재(131)로 구성되었으며 1차기포발생부(110)와 동일한 원리 및 효과로서 기능할 수 있다.
이로써 미세기포발생기(100)는 순산소가 유입된 해수를 1차 미세기포화, 팽창, 와류 및 난류, 2차 미세기포화 과정을 순서대로 거치게 하고, 이로 인해 미세기포의 뭉침을 해소하며 다단계로 미세기포를 생성하여 기포를 최대한 미세화 할 수 있으며 따라서 해수의 산소 전달능력도 극대화 할 수 있다.
전기분해기(200)는, 일단은 해수관(20)에 설치된 소제구(21)를 통해 해수관(20)에 내삽되고 타단은 소제구 캡(22)의 형상으로써, 소제구(21) 외측에서 장착 및 탈거됨으로써 손쉽게 해수관(20) 내부로 설치되고 간편하게 점검과 보수가 이뤄지도록 구성될 수 있다.
전기분해기(200)는 전극이 해수관(20)에 내삽되어 해수에 담겨진 상태에서 전류를 공급하여 해수를 전기분해 하게 되며, 해수의 전기분해는 미세기포발생기(100)와 소정 간격 이격된 상태로 설치되어 미세기포 발생에 연이어 진행될 수 있다.
전기분해기(200)는 이를 위해 정류기(210), 부스바(220), 양극판(230) 및 음극판(231)을 포함하여 구성될 수 있다.
정류기(210)는 소제구 캡(22)의 외측면에 연결되어 구비될 수 있으며 부스바(220)는 소제구 캡(22)의 하단부에 복수로 구비될 수 있으며, 부스바(220)의 하단부에 구비되며 복수의 부스바(220)에 전기적으로 각각 연결되는 양극판(230)과 음극판(231)이 상호 소정 거리 이격된 상태로 해수에 담겨지는 형상으로 구성될 수 있다.
전기분해기(200)를 측면에서 목측 시 소제구 캡(22)을 중심으로 상부에는 정류기(210)가 구비되고, 하부 일측에는 부스바(220)와 양극판(230)이, 타측에는 부스바(220)와 음극판(231)이 순서대로 길게 늘어뜨려진 형태를 가지게 되며 일체형으로 구성될 수 있다.
따라서 소제구(21)에 양극판(230)과 음극판(231)을 밀어 넣고 소제구 캡(22)을 장착시키면 외부에서 볼 때 장착이 완성된 상태의 전기분해기(200)는 정류기(210)가 부착된 소제구 캡(22)의 형상일 수 있고, 정비, 점검을 위해 소제구 캡(22)을 열어 상부로 들어 올리면 복수의 부스바(220)와 전극판이 순서대로 딸려 올라오게 된다.
전기분해기(200)는 이와 같이 기존에 해수관(20)으로 설치된 소제구(21)의 뚜껑을 제거하고 그 위치에 장착될 수 있어 간편하고 추가 비용이 들지 않는 경제적인 형태로 구성될 수 있다.
정류기(210)는 소제구 캡(22)을 관통하며 부스바(220)와 연결되고 부스바(220)의 양극과 음극에 전원을 공급할 수 있으며, 외형은 안전을 위하여 소제구 캡(22)에 덧대어지는 덮개의 형상으로 구비될 수 있다.
부스바(220)는 복수로 구비되어 소정 간격 이격된 상태로 소제구 캡(22)을 상하로 관통하고, 외측으로는 정류기(210)에 양극과 음극이 각각 연결될 수 있으며 내측으로는 소제구 캡(22) 하단부에 장착되는 형상이되 하단 길이는 소제구 캡(22)의 하단을 벗어나지 않는 수준의 길이로 구비될 수 있다.
부스바(220)는 상단에 정류기(210)와 전기적, 물리적으로 결합되고 하단에는 전극판이 구비될 수 있다.
정류기(210)의 양극에 연결된 부스바(220)의 하단에는 양극판(230)이 길게 늘어진 형태로 구비되고, 정류기(210)의 음극에 연결된 부스바(220)의 하단에는 음극판(231)이 길게 늘어진 형태가 될 수 있다.
양극판(230)과 음극판(231)은 상호 소정 간격 이격된 상태로 평행하게 구비되되 소제구(21)에 동시에 투입될 수 있는 폭 이내에서 구비되는 것이 바람직하며, 하단 길이는 해수관(20) 내측 저면에 인접하게 위치할 수 있는 길이로 구비되는 것이 바람직하다.
따라서 전기분해기(200)가 소제구(21)에 장착이 되면 정류기(210)는 해수관(20) 외측으로 노출된 형상이 되고 부스바(220)는 해수관(20) 내에 위치하되 해수에 닿지 않도록 소제구 캡(22)에 밀착되어 짧게 구성되고 양극판(230) 및 음극판(231)은 해수에 담긴 채 해수관(20) 바닥 근처까지 늘어뜨려진 형상으로 구비될 수 있다.
정류기(210)에는 전원공급장치가 연결되어 전원을 공급할 수 있으며, 부스바(220)를 거쳐 양극판(230) 및 음극판(231)에 전류가 흐르게 되면 해수는 전기분해 될 수 있다.
따라서 미세기포발생기(100)를 거친 해수는 전기분해기(200)를 통과하게 되어 다량의 미세기포가 함유된 해수를 대상으로 전기분해가 이뤄질 수 있게 된다.
정류기(210)에는 전기분해기(200)의 작동, 중지를 포함한 운전용 스위치 및 작동상태를 나타낼 수 있는 상태등이 복수로 구비될 수 있다.
본 발명의 제1실시예로서 미세기포발생기(100)는 상술한 바와 같이 해수관(20) 내에 장착되어 고정된 형태로서 구비될 수 있다.
한편 미세기포발생기(100)가 해수관(20)에 설치되는 형태에 따라 본 발명의 제2실시예 및 제3실시예가 확장되어 실시될 수 있는 바, 제2실시예 및 제3실시예는 제1실시예와 대동소이하므로 중복설명은 생략하기로 하며 미세기포발생기(100)의 설치 형태 차이점을 중심으로 설명하기로 한다.
본 발명의 제2실시예로서 미세기포발생기(100)는 해수관(20)에 구비된 소제구(21)를 통해 장착 및 탈착될 수 있도록 구비될 수 있다.
즉 전기분해기(200)가 장착되는 소제구(21)의 소정 거리 전면에 인접한 별도의 소제구(21)가 구비되고, 상기 소제구(21)를 통해 미세기포발생기(100)가 해수관(20)으로 삽입되어 해수에 담기는 형태가 될 수 있다.
이에 소제구(21)를 덮는 소제구 커버(150)의 하단부에 미세기포발생기(100)가 구비되고, 1차기포발생부(110), 기포혼합용해부(120), 2차기포발생부(130)를 포함한 측면 길이는 소제구(21)에 투입될 수 있는 수준에서 형성될 수 있어야 한다.
따라서 본 발명의 제2실시예에 사용되는 미세기포발생기(100)는 제1실시예에 비하여 기포절단부재(111,131)를 구성하는 엘리먼트의 개수나 간격, 기포혼합용해부(120)의 길이가 줄어들 수 있으며 필요 시 기포혼합용해부(120)는 버퍼존(121) 또는 와류존(122) 하나로만 구성될 수도 있다.
사용자는 전기분해기(200)가 설치된 소제구(21)의 소정 거리 전면에 있는 소제구(21)의 뚜껑을 열고 제2실시예에 의한 미세기포발생기(100)를 소제구(21)를 통해 해수관(20)에 밀어 넣은 뒤 소제구 커버(150)를 소제구(21)에 결합시킴으로서 장착을 완료할 수 있다.
또한 미세기포발생기(100)의 상태 점검, 교체, 및 제거 등이 필요하면 소제구 커버(150)를 소제구(21)로부터 분리한 후 하단에 달려 있는 미세기포발생기(100)를 소제구(21) 밖으로 꺼낼 수 있다.
따라서 본 발명의 제2실시예는 지속적인 유지보수 및 성능 향상을 위해 편리하게 사용될 수 있으며, 다만 제1실시예의 고정형에 비해 상대적으로 미세기포발생기(100)의 길이와 내부 구성이 축소될 수 있는 차이는 존재할 수 있다.
한편 본 발명의 제3실시예로서 미세기포발생기(100)는 전기분해기(200)와 일체형으로 구비될 수 있다.
또한 산소공급부(300)도 추가되어 미세기포발생기(100), 전기분해기(200)를 포함하여 일체형으로 구성될 수 있다.
미세기포발생기(100)와 전기분해기(200)는 탄성 및 부도체 재질의 연결와이어(140)에 의해 상호 연결된 상태로 일체형으로 구성될 수 있으며, 연결와이어(140)의 일단은 소제구 캡(22) 하단부에 연결 고정되고 타단은 미세기포발생기(100)의 2차기포발생부(130) 측면에 연결 고정될 수 있다.
산소공급부(300)는 산소 공급을 위해 고무와 같은 유연한 탄성재질로 구성된 산소공급튜브(340)가 연결될 수 있으며, 산소공급튜브(340)가 전기분해기(200)의 외측에서 소제구 캡(22)을 관통하며 해수관(20)으로 삽입되는 형태를 가질 수 있다.
따라서 양극판(230), 음극판(231), 연결와이어(140) 및 산소공급튜브가 소제구(21)를 통해 나란히 해수관(20)으로 들어오는 형상이 될 수 있다.
산소공급튜브(340)는 미세기포발생기(100)의 외주면과 해수관(20)의 내주면 사이 틈새를 통해 1차기포발생부(110)의 전면으로 배치된 후 해수 이동 방향에 따라 미세기포발생기(100)의 전방에서 산소를 공급할 수 있게 된다.
사용자는 우선 소제구(21)를 통해 미세기포발생기(100)를 투입하되 1차기포발생부(110)가 먼저 들어가도록 삽입하고 1차기포발생부(110)가 해수에 담기면 가늘고 긴 도구를 이용하여 1차기포발생부(110)가 해수 유동방향의 상류로 향하며 해수관(20) 내에 안착되도록 밀어 넣을 수 있다.
미세기포발생기(100)가 해수에 완전히 담겨지고 소제구(21) 하단 전면에 안착이 되면 양극판(230)과 음극판(231)이 해수에 담겨지도록 소제구(21)에 삽입을 한 후 소제구 캡(22)을 닫고 결합을 시키면 제3실시예로서 본 발명의 수질개선장치의 설치가 완료될 수 있다.
이에 미세기포발생기(100)의 길이는 해수관(20)의 직경과 소제구(21)의 직경을 고려하여 결정되어야 하며 소제구(21)에 투입된 미세기포발생기(100)가 해수관(20)과 소제구(21)의 티자형 연결 통로를 통해 원활하게 꺾어져 들어갈 수 있는 길이로 구비되는 것이 바람직하다.
또한 소제구(21)를 통해 일자형의 미세기포발생기(100)가 티자형 연결 통로를 거쳐 들어가기 때문에 원활한 삽입을 위하여 미세기포발생기(100)의 직경은 해수관(20)의 직경보다 작게 구성될 수 있다.
더불어 티자형 연결 구간의 원활한 회전 삽입을 위하여 기포혼합용해부(120)의 외주면은 자바라와 같은 접이식 탄성부재로 이뤄질 수 있다.
따라서 1차로 1차기포발생부(110)가 소제구(21)에 삽입된 후 티자형으로 꺾어진 연결 통로를 거쳐 해수관(20)에 들어갈 때 1차기포발생부(110)의 직경이 해수관(20) 보다 작으므로 티자형 연결 구간 삽입이 보다 원활해질 수 있으며, 이후 접이식 탄성부재로 이뤄진 기포혼합용해부(120)가 휘어지면서 완전히 삽입이 이뤄질 수 있다.
뒤이어 2차로 2차기포발생부(130)의 삽입이 이뤄지는 데 이미 1차기포발생부(110)와 기포혼합용해부(120)가 안착이 된 상태이므로 2차기포발생부(130)의 삽입은 좀 더 수월해 질 수 있다.
연결와이어(140)는 부도체로서 탄성이 있는 재질로 형성되어야 미세기포발생기(100)를 투입할 때 연결와이어(140)가 늘어나면서 미세기포발생기(100)와 소제구 캡(22)이 충분히 이격될 수 있어 설치 작업이 원활할 수 있으며 장착이 완료된 후에는 해수의 흐름에 저해되지 않고 미세기포의 흐름과 전기분해 효과를 저하시키지 않도록 본래 길이로 회복될 수 있다.
미세기포발생기(100) 및 연결와이어(140)는 부도체이므로 유속에 의해 양극판(230) 및 음극판(231) 방향으로 밀려 내려와 접촉이 이뤄지더라도 전기적 고장, 오류 및 파손 등의 문제가 방지될 수 있다.
미세기포발생기(100) 및 전기분해기(200)의 상태 점검, 교체 및 제거 등이 필요한 경우 소제구 커버(150)를 소제구(21)로부터 분리하여 들어 올리면 우선 부스바(220)가 소제구(21) 밖으로 나오게 되고 뒤이어 연결와이어(140)의 선단에 부착된 미세기포발생기(100)가 딸려 나올 수 있다.
이상의 절차로서 본 발명의 제3실시예 또한 지속적인 유지보수 및 성능 향상을 위해 편리하게 사용될 수 있으며, 또한 동일 소제구(21)를 통해 전기분해기(200)와 미세기포발생기(100)가 일체형으로 삽입 및 제거될 수 있는 특징을 가진다.
따라서 양식장 내 다양한 수조가 구축되어 있고 이에 해수가 해수관(20)을 통해 각 수조에 공급될 때 각 연결부위에는 소제구(21)가 구비되어 있는데, 특정 수조의 수질이 저하되는 문제가 발생하면 해당 수조에 연결된 소제구(21)를 개방한 뒤 본 발명의 제3실시예의 미세기포와 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치(10)를 삽입하면 해당 수조에 즉각적인 수질 개선 조치가 간단한 방법에 의해 이뤄질 수 있다.
해당 수조의 소제구(21)에 설치된 본 발명의 제3실시예에 의한 수질개선장치는 이후 계속 설치된 상태로 유지될 수도 있고, 또는 수질개선이 이뤄진 후 제거되었다가 또 다른 수조의 수질이 저하되면 해당 수조에 옮겨서 소제구(21)를 통해 장착될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제3실시예는 기존에 소제구가 설치된 다수의 수조를 대상으로 하여 간단한 방법으로 수질 개선의 필요에 따라 설치와 제거를 반복할 수 있어 이동 사용이 가능한 장점을 가질 수 있다.
이상에서 살펴본 본 발명의 제1실시예 내지 제3실시예는 미세기포발생기(100)가 해수관(20)에 설치될 때 다양하게 변형되어 실시될 수 있는 것으로서 본 발명에 의한 효과 및 기능에는 차이가 없으며 다양한 현장 상황에 맞춰 얼마든지 선택적으로 달리 적용되어 사용될 수 있다.
상술한 구성 및 절차에 의해 본 발명의 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치(10)는 미세기포의 발생과 전기분해가 결합된 수질 개선 효과를 발생할 수 있으며 이에 본 발명으로 인한 효과를 자세히 설명하고자 한다.
우선 양식장에 미세기포를 적용하는 경우의 장점은 다음과 같다.
매년 6월에서 9월 사이에는 해수의 온도가 26℃ 이상 상승하는 고수온 시기 찾아오는데, 수온이 높으면 해수 내 용존산소농도가 떨어져 양식 어류의 먹이 섭취율이 떨어지고 폐사량도 증가하는 심각한 문제가 반복적으로 발생한다.
이의 해결을 위하여 고수온 시기에는 해수에 순산소를 살포하고는 있으나 일반적인 에어스톤 방법에 의해 살포하기 때문에 용존산소를 높이기에는 한계가 있다.
이는 에어스톤에 의해 살포되는 산소방울은 수 ㎜ ~ 수 ㎝ 단위이기 때문에 외측 접촉 면적이 넓어져 수표면으로 상승속도가 빨라 산소전달능력이 낮아지기 때문이다.
반면 미세기포장치를 통해 순산소를 살포하게 되면 수중 산소방울이 수 ㎚ ~ 수 ㎛ 단위로 작아지기 때문에 수표면으로 상승되는 속도가 매우 낮아 해수 내에 오래 머무르게 되고 용해도가 증가하게 되므로 산소 전달 능력이 매우 높아지게 된다.
또한 부가적으로 냉각액체상태로 존재하는 약 -90℃ 상태의 순산소가 순간적으로 미세기포상태로 수중에 넓은 범위로 확산이 되면 주위 온도를 냉각시키는 효과가 있으며, 본 발명의 실험 과정에서 검증한 바로는 약 -0.2℃의 온도 하강이 있었으며 가두리 양식장처럼 넓은 범위에서 상기 수준의 수온 냉각 효과는 매우 큰 효과가 될 수 있다.
현재 고수온 시기에 현장에서 순산소를 사용하는 에어스톤과 같은 방법은 순산소를 제대로 활용하지 못하고 낭비하는 수준으로 양식 어류에 필요한 산소 부족을 해소하는 데 도움이 되지 못하는 상황인 바, 본 발명의 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치(10)를 통해 해수에 미세기포를 발생하여 적용할 경우 국소적이지만 순간적으로 어류가 활동하는 영역의 온도를 낮출 수 있고 낮은 용존산소농도를 약 +2 PPM 정도 높일 수 있어 폐사율을 현격히 낮출 수 있다.
다음으로 양식장에 전기분해 기술을 적용하는 경우의 장점은 다음과 같다.
본 발명의 전기분해기(200)는, 유입된 해수가 양극판(230)과 음극판(231)을 통과하면서 전위차를 통해 전기분해가 진행되고, 그 결과로 생성된 화학종 중 HOCl, OCl-, OH-, NaOCl, HOBr, OBr- 등의 산화물질을 총칭하여 TRO(Total residual oxidants)라고 하는데, TRO는 각종 미생물을 살균 소독하게 되고, 또한 이러한 전기분해시 양극 및 음극의 전위차에 의해 해수 내에 포함된 미생물 세포벽을 파괴하게 된다.
즉 전기분해기(200)의 전기분해를 통해 양식장 어류 생장에 문제가 되는 각종 병원성미생물 및 세균, 바이러스를 구제할 수 있는데, 핵심은 추가 화학물질을 사용하지 않고 현장의 해수를 직접 전기분해하여 살균소독물질을 발생시키고 이 살균소독물질은 어류에 스트레스 또는 생장에 해가되지 않을 정도의 농도로서 형성된다는 점이다.
전기분해의 핵심기술은 낮은 전력으로 충분한 살균물질을 발생시키는 전극이며 또한 본 발명에서는 내식성을 강화하기 위하여 전극판에 티타늄 소재를 사용하여 제작될 수 있으며, 티타늄 전극판에 백금족 물질을 코팅하여 반영구적으로 사용가능하도록 구비할 수 있다.
정류기(210)의 경우 기본 5V 10A 내외로 설계하며 전극판 및 부스바(220)와 일체형으로 구성되었으며 상당히 낮은 전력(50W 내외)이지만 80% 이상의 높은 전류 효율을 가지는 전극을 사용하고 정류기(210) 일체화 및 내부 전도도가 높은 부스바(220)를 사용함으로써 전극~정류기(210)간에 손실되는 전력을 최소화 시키는 설계를 통해 낮은 전력을 사용하지만 충분한 살균물질을 만들어 낼 수 있게 된다.
또한 전기분해기(200)는 시판중인 티자형 배관에 소제구(21)를 이용하여 직접 체결될 수 있도록 고안되어 추가 설치에 따른 인프라 구축 등의 비용이 없고 시간과 노동력이 감소되어 원가가 절감되고 경제적으로 우수한 특징을 지닌다.
마지막으로 본 발명의 수질개선장치가 적용되는 것으로서 양식장에 미세기포와 전기분해가 동시에 적용되는 경우의 장점은 다음과 같다.
우선 미세기포가 적용된 경우와 전기분해가 적용된 경우에 얻을 수 있는 효과는 상술한 바와 동일하게 발휘될 수 있다.
이에 미세기포와 전기분해가 동시에 적용된 본 발명의 수질개선 장치는 현재 양식장의 큰 애로사항인 두 가지 큰 문제, 즉 용존산소 농도저하 및 병원성 미생물 문제를 동시에 해결할 수 있다.
또한 해수를 이용한 전기분해 시 전극에는 전기화학적으로 음극에서 환원반응에 의해 칼슘 또는 마그네슘계열의 수산화물이 생성되는 문제가 있는데 이것을 스케일이라고 한다.
생성된 스케일은 쉽게 탈착이 안 되고 전극에 부착되어 점점 성장하고, 일단 생성된 스케일은 지속적으로 전기분해효율을 저하시켜 살균물질의 생산에 방해요인으로 작용하기 때문에 물리화학적인 방법으로 탈착시켜야 하는 등 지속적인 유지관리가 필요하며 유지관리를 안할 시 전극판을 포함한 전체 배관이 폐색되는 심각한 문제를 낳을 우려가 있다.
반면 본 발명에서와 같이 전기분해기(200) 전단에 미세기포발생기(100)를 배치하게 되면 생성된 미세기포가 전극판을 통과하면서 지속적으로 전극판에 스케일이 부착되는 것을 방지할 수 있고, 또한 이미 부착 성장한 스케일도 탈착시킬 수 있는데, 이는 미세기포가 계면활성능력과 부착성이 있는데 오염물보다 작아 오염물에 부착되어 부력 및 계면활성에 의해 스케일을 탈착시키는 효과에 기인한다.
따라서 미세기포발생기(100)와 결합된 전기분해기(200)에서는 전극판을 항상 청결하게 유지시키는 등 방청 성능을 기대할 수 있다.
또한 전기분해 시 양극에서는 각종 가스 중 산소도 포함되는데 발생되는 가스의 기포크기는 일반적인 기포보다 작은 형태이기 때문에 미세기포발생기(100)에 의해 생성된 미세기포에 의한 산소전달효과와 더불어 추가적인 효과를 기대할 수 있다.
이상의 설명을 토대로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치(10)의 사용예는 다음과 같으며 제1실시예 내지 제3실시예에서 동일하게 적용될 수 있다.
양식장에 해수를 공급하는 해수관(20)의 해수 유동방향에 따라 순서대로 산소공급부(300), 미세기포발생기(100), 전기분해기(200)가 구비될 수 있다.
산소공급부(300)는 해수관(20) 외부의 산소탱크(310)로부터 순산소를 해수관(20) 내 해수에 공급한다.
물과 산소 기포가 혼합된 해수는 미세기포발생기(100)를 통과하게 되는데, 우선 1차기포발생부(110)를 거치며 기포절단부재(111)에 의해 1차로 미세화 된 후 다음 버퍼존(121)에 전달되며 급격히 팽창하며 혼합되고 추가 미세화 작업이 이뤄진다.
이후 와류존(122)에 들어가며 와류와 난류로 인해 기포의 뭉침 현상이 해소되고 미세기포의 형태를 유지하며 2차기포발생부(130)에 투입되고 추가적으로 미세화 과정이 이뤄진다.
이때 기포혼합용해부(120)가 버퍼존(121)과 와류존(122)의 구별 없이 단일의 공간으로서 버퍼존(121)으로만 구성되었다면, 1차기포발생부(110)를 거치며 기포절단부재(111)에 의해 1차로 미세화 된 해수는 버퍼존(121)에 전달되며 급격히 팽창하며 혼합되고 추가 미세화 작업이 이뤄진 후 바로 2차기포발생부(130)에 투입되고 추가적으로 미세화 과정이 이뤄질 수 있다.
미세기포발생기(100)를 통과하며 다단계의 기포 미세화 과정을 거친 해수는 양극판(230)과 음극판(231)이 설치된 공간을 지나면서 전기분해기(200)에 의해 전기분해 되고 살균 소독물질을 발생시키게 되어 해수 내 병원성미생물, 세균, 바이러스를 제거할 수 있게 된다.
또한 미세기포는 음극판(231)에 스케일이 형성되는 것을 방해하고 기 설치된 스케일은 탈착시키는 역할을 하게 되어 전극판의 방청 성능을 높이는 기능도 할 수 있다.
상기 과정을 거쳐 미세기포로 형성된 순산소는 전기분해되어 양식장에 투입 될 수 있는데, 순산소가 미세기포 상태로 확산되면서 양식장의 온도를 약 0.2℃ 저하시키고 용존 산소농도를 약 2PPM 정도 상승시켜 양식 어류의 폐사율을 현격히 낮출 수 있는 효과를 가져올 수 있다.
이처럼 본 발명의 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치(10)를 통해 양식장 온도 저감, 용존산소농도 상승, 각종 세균 제거, 전극판의 스케일 제거 및 방청 효과를 볼 수 있으며 기 설치된 해수관(20)의 소제구(21)를 통해 간단한 방법으로 설치되어 경제적 효과까지 이룰 수 있는 장점을 가진다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.
그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
10 :미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치
20 : 해수관
21 : 소제구
22 : 소제구 캡
23 : 접속부재
100 : 미세기포발생기
110 : 1차기포발생부
111, 131 : 기포절단부재
111a, 131a : 제1엘리먼트
111b, 131b : 제2엘리먼트
120 : 기포혼합용해부
121 : 버퍼존
122 : 와류존
130 : 2차기포발생부
140 : 연결와이어
150 : 소제구 커버
200 : 전기분해기
210 : 정류기
220 : 부스바
230 : 양극판
231 : 음극판
300 : 산소공급부
310 : 산소탱크
320 : 압축기
330 : 밸브
340 : 산소공급튜브

Claims (5)

  1. 양식장에 연결되며 적어도 하나 이상의 소제구를 포함하는 해수관;
    소제구를 통해 일단은 해수관 내부로 삽입되고 타단은 소제구 캡을 형성하는 전기분해기; 및
    해수관 내주면에 밀착되는 형상으로써 전기분해기 일단 전면에 장착되며, 나선형의 기포절단부재가 내설된 1차기포발생부; 미세기포를 혼합하는 내부공간으로 구비되는 기포혼합용해부; 나선형의 기포절단부재가 2차기포발생부;가 해수 유동방향으로 순차적으로 구성되어 미세기포를 생성하고 증폭하는 미세기포발생기;를 포함하되,
    전기분해기는, 소제구 캡에 구비되는 정류기; 정류기에 연결되며 소제구 캡 하부 내측에 구비되는 복수의 부스바; 소정 거리 이격된 상태로 해수에 담겨지며 복수의 부스바에 전기적으로 각각 연결되는 양극판 및 음극판;을 더 포함하고,
    기포절단부재는, 길이방향을 따라 소정간격으로 다수 배치된 반원형의 제1엘리먼트; 상기 제1엘리먼트의 사이에 하나씩 배치되어 제1엘리먼트에 대향되어 원형을 이루며 제1엘리먼트를 비스듬하게 연결하는 다수의 반원형 제2엘리먼트;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치.
  2. 제1항에 있어서,
    기포혼합용해부는, 길이방향을 따라 직경이 상이한 복수의 연속된 공간이 1차기포발생부와 2차기포발생부의 사이에 연통되어 계단식으로 구비되되, 1차기포발생부에 접하며 소정 직경의 내부공간을 형성하는 버퍼존; 및 2차기포발생부에 접하며 버퍼존 대비 상대적으로 직경이 큰 내부공간을 형성하는 와류존;을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치.
  3. 제1항에 있어서,
    미세기포발생기는, 소제구 커버의 하단부에 연결되고 소제구 커버를 소제구에 장착하면 해수관 내부로 삽입되어 양극판과 음극판의 소정 거리 전면에 위치할 수 있고, 소제구 커버를 분리하면 해수관에서 제거될 수 있는 착탈식으로 구비되는 것을 더 포함하는 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치.
  4. 제1항에 있어서,
    소제구 캡 하단부에 구비된 탄성 및 부도체 재질의 연결와이어가 미세기포발생기의 일측과 연결되어 전기분해기와 미세기포발생기가 일체형으로 구성되는 것을 더 포함하고, 미세기포발생기와 전기분해기가 동일 소제구를 통해 삽입 및 제거될 수 있는 것을 특징으로 하는 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    해수관 외부 별도 공간에 구비되는 산소탱크; 산소탱크에서 산소를 공급받아 압축하는 압축기; 압축기에 연결되며 산소 공급을 조절하는 밸브;를 포함하여 구성되는 산소공급부;를 더 포함하고, 산소공급부는 해수관 일측 소정 위치로부터 외부에서 삽입되어 미세기포발생기에 산소를 공급하는 것을 포함하는 미세기포 및 전기분해 결합형 양식장 수질개선장치.
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