KR102008802B1 - 수질정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수질정화장치와 관련된다. 본 발명은 실시예로, 속이 빈 중앙하우징, 상기 중앙하우징에 장착되고, 출력축이 상부로 돌출된 구동부 및 상기 출력축에 결합되어 회전하면서 수류를 형성하는 회전날개부를 포함하고, 상기 구동부는 상기 중앙하우징 내부에 위치하여 수면위로는 상기 중앙하우징의 상부 일부분과, 상기 회전날개부의 상부 일부분이 노출되는 수질정화장치를 제시한다.

Description

수질정화장치{Water purification device}

본 발명은 수면상에서 천천히 회전하는 날개들로 고인 물의 내부 순환을 일으켜 수질을 개선하는 수질정화장치와 관련된다.

도심에 조성한 공원의 인공 호수, 농업 또는 공업에 이용하기 위하여 조성한 저수지, 골프장의 해저드 등은 가두어 둔 물이 정체되어 있으며 부영양화의 조건이 갖추어져 있어 녹조 발생, 용존산소저하, 유기물의 퇴적과 부패 등으로 진행되며 수질이 악화되기 쉽다.

자정 능력이 상실되어 있거나 약화된 고인 물의 수질이 악화되는 것을 방지하기 위하여, 산소 공급을 위한 수차나 수중 폭기 장비의 설치, 녹조 방지를 위한 약품살포, 침전 유기물의 물리적 제거 등 다양한 해결수단이 사용되고 있지만, 그 효과는 충분하지 못한 실정이다.

또 하나의 해결수단으로 침전물이 적층된 바닥에까지 이르는 물의 흐름을 만들어 침전물의 적층을 억제하면서 산소 공급을 해주어 자정 능력을 갖추도록 하는 수류 발생 장치가 있다. 수류 발생 장치는 수면에 특정한 파형을 형성함으로써 고인 물 안에 침수성 유기물 등을 수면으로 올리는 상승류를 생성하고, 상승된 수류는 수면에서 외기와 접촉하여 질산 가스, 산소 등의 기체 교환이 이루어진다. 상승류를 포함하는 수류는 비교적 깊은 수심에까지 전달되어 수심에 따라 넓은 면적을 담당할 수 있다.

대한민국 공개특허 제10-2004-0092421호 (2004.11.03) 대한민국 등록실용신안 제20-0265977호 (2002.02.14)

본 발명은 수류 발생이 안정적으로 발생되며, 수류 발생 효율을 증대시킨 수질정화장치(100)를 제시하고자 한다. 또 오랜 사용 중에 유지보수의 횟수를 가급적 줄이며, 대형화 제작에도 적합한 구성을 가지도록 하고자 한다. 또한 외부로 드러나는 부분을 가급적 줄여 경관미를 해치지 않게 하고자 한다.

그 외 본 발명의 세부적인 목적은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

위 과제를 해결하기 위하여 본 발명은 실시예로, 속이 빈 중앙하우징, 상기 중앙하우징에 장착되고, 출력축이 상부로 돌출된 구동부 및 상기 출력축에 결합되어 회전하면서 수류를 형성하는 회전날개부를 포함하고, 상기 구동부는 상기 중앙하우징 내부에 위치하여 수면 위로는 상기 중앙하우징의 상부 일부분과, 상기 회전날개부의 상부 일부분이 노출되는 것을 특징으로 하는 수질정화장치를 제시한다.

나아가 상기 회전날개부는 상기 출력축에 결합되는 회전판과, 상기 회전판에 결합되는 복수의 날개유닛을 포함하고, 상기 날개유닛은 상기 회전판의 회전 중심과 이격된 위치에서, 상기 회전판의 회전에 따른 진행 방향에 대하여 후퇴각을 가지도록 상기 회전판에 비스듬히 장착될 수 있다.

더하여 상기 날개유닛은 속이 빈 원통체이고, 스테인리스 재질이며, 상기 날개유닛의 저부 외측에는 수류판이 장착될 수 있다.

한편 상기 중앙하우징의 저부에는 적어도 3 이상의 지지봉체가 방사상으로 연결되어 있고, 각 지지봉체는 저수지의 바닥에 설치된 앵커블록과 와이어로 연결되어 부상 위치가 고정될 수 있다.

또한 상기 회전판의 상부에 태양광 발전을 위한 태양광 발전패널이 설치되고, 상기 중앙하우징에는 수질 개선을 위해 필요한 미생물을 투여하는 미생물 공급 장치가 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 수질 개선을 위한 수류 발생이 효과적으로 발생함에 따라 수질 개선 효과를 높일 수 있다. 3점 수중 지지를 통해 설치 위치의 안정된 유지가 가능하고, 외부로 드러나는 부분이 적어 설치 장소의 경관을 크게 해치지 않게 된다.

그 외 본 발명의 효과들은 이하에 기재되는 구체적인 내용을 통하여, 또는 본 발명을 실시하는 과정 중에 이 기술분야의 전문가나 연구자에게 자명하게 파악되고 이해될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 수질정화장치의 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 수질정화장치에 채용된 날개유닛의 단면도.
도 3은 도 1에 도시된 수질정화장치의 평면도.
도 4는 도 1에 도시된 수질정화장치의 주요부를 나타낸 단면도.
도 5는 도 1에 도시된 수질정화장치의 사용 상태를 나타낸 정면도.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 따른 수질정화장치의 구성, 기능 및 작용을 설명한다. 단, 도면들에 걸쳐 동일하거나 유사한 구성요소에 대한 도면번호는 통일하여 사용하기로 한다.

첨부된 도면은 본 발명의 적용된 실시예를 나타낸 것으로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 통하여 제한 해석해서는 아니된다. 이 기술분야에 속하는 전문가의 견지에서 도면에 도시된 일부 또는 전부가 발명의 실시를 위하여 필연적으로 요구되는 형상, 모양, 순서가 아니라고 해석될 수 있다면, 이는 청구범위에 기재된 발명을 한정하지 아니한다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 수질정화장치와 관련된다.

본 발명의 실시예에 따른 수질정화장치(100)는 중앙하우징(1), 구동부(2) 및 회전날개부(3)를 포함한다.

중앙하우징(1)은 속이 빈 원통체 형상으로, 상부가 개방된 원통체 바디(11)와, 개방된 상부를 막는 커버체(12)를 포함한다. 바디(11)에 형성된 플랜지 부분이 커버체(12)와 접한 상태에서, 복수의 너트, 볼트 체결을 통해 내부가 기밀될 수 있다.

커버체(12)의 중앙에는 원통형상의 가이드부재(13)가 결합되는데, 이 가이드부재(13)는 후술하는 출력축(21)이 통과하는 홀을 제공한다.

구동부(2)는 전원을 공급받아 회전력을 제공하는 모터를 포함하고, 모터의 회전력을 받아 작동하는 감속기를 포함할 수 있다. 구동부(2)는 커버체(12)의 저면에 고정된다. 구동부의 구성은 출력축(21)을 회전시키는 구성이라면 공지된 구성을 채용할 수 있다.

구동부(2)의 출력축(21)은 상부로 연장되어 있으며, 커버체(12)의 가이드부재(13)를 통과하여 위로 돌출되어 있다.

도 4를 참고하면, 중앙하우징(1) 내부에 위치한 구동부(2)에 전력을 공급하는 전기선이 커버체(12)를 통과하기 위한 구성이 도시되어 있다. 커버체(12)에는 전기선(C)을 통과시키기 위한 관통홀(121)이 형성되어 있으며, 관통홀(121)의 중심에 맞춰 너트(14)가 용접되어 있다. 이렇게 커버체(12)에 고정시키진 너트(14)의 나사산을 이용하여 전기선을 감싸는 방수용 니플(15)을 체결하고 방수용 마감캡(16)으로 마감함으로써, 중앙하우징(1) 내부의 기밀을 유지할 수 있게 된다.

커버체(12)를 통과하여 돌출한 출력축(21)에는, 출력축(21)과 함께 회전하여 수류를 형성하는 회전날개부(3)가 장착된다.

회전날개부(3)는 출력축(21)에 결합되는 회전판(31)과, 회전판(31)에 결합되는 복수의 날개유닛(32)을 포함한다.

회전판(31)의 중심에는 출력축(21)이 통과하는 통과홀이 형성되어 있으며, 회전판(31)의 상면에는 통과홀(311)과 동심인 장착홀이 형성된 결합부(34)가 용접으로 고정되어 있다. 결합부(34)의 둘레에는 회전판(31)과 결합부(34)을 견고히 결속시키는 보강재(35)가 용접으로 연결되어 있다. 이로써 회전판(31)과 결합부(34)는 일체가 된다.

결합부(34)의 내주면과 출력축(21)은 키에 의해 결합된다. 이로써 구동부(2)에서 전달되는 회전력에 의해 회전판(31)이 일체로 함께 회전할 수 있게 된다. 출력축(21)과 회전판(31)은 베어링을 개재하여 결합될 수 있다.

도 3에는 회전판(31)과 날개유닛(32)의 결합관계가 나타나 있다. 도 2에서 블록화살표는 회전날개부(3)의 회전 방향이고, 실선 화살표는 회전날개부(3)의 회전에 따른 물의 상대적인 흐름 방향이다.

날개유닛(32)은 회전판(31)의 중심과 이격된 위치에서 일정한 후퇴각(A)을 가지도록 회전판(31)에 연결된다.

회전 중심으로부터 방사상에 위치한 직선 L과 어느 한 날개유닛(32)의 진행방향 선단부를 연장한 직선 M 사이의 각도(sweepback angle)는 대략 45° 내지 60°로 할 수 있다. 직선 M과 직선 L 사이의 각도를 후퇴각(A)으로 명명한다. 도시된 실시예에서 후퇴각(A)은 대략 50°이다.

날개유닛(32)이 후퇴각(A)을 가지도록 하기 위하여 본 실시예에서 회전판(31)의 형상은 6개의 꼭지점 중 하나 건너 3개의 꼭지점을 형성하는 두 모서리가 수직을 이루는 6각형의 형상으로 이루어진다. 이는 정삼각형을 중심으로 하여 정삼각형의 3개의 빗변에 같은 길이의 빗변을 가지는 직각삼각형 3개가 각각 붙어있는 형태이다.

회전판(31)이 이와 같은 형상을 가짐으로써 후퇴각(A)을 크게 확보하면서 날개유닛(32)을 안정적으로 결합시킬 수 있다.

한편 도 2를 참고하면, 날개유닛(32)은 속이 비어 있는 대략 원통체 형상으로, 단부는 볼록한 곡면으로 형성되어 있다. 이러한 날개유닛(32)은 스테인리스 금속으로 제작할 수 있는데, 기존 강화플라스틱 재질에 비하여 깨짐 형상이 없어 오랜 기간 온전한 사용이 가능하다.

날개유닛(32)의 단면은 원형인데, 날개유닛(32)이 이동함에 따라 되도록 넓은 면적에서 물을 끌어모아 밖으로 밀어낼 수 있게 하면서, 날개유닛(32)이 지나간 후방에서 물깨짐을 가급적 줄여 이후 다가오는 이웃한 날개유닛(32)에 의한 물흐름 발생이 자연스럽게 이어질 수 있게 된다.

또한 날개유닛(32)의 저부 외측에는 수류판(33)이 장착되어 있다. 이 수류판(33)은 회전날개부(3)의 가장 외측에 모인 물을 외측 방향(회전날개부(3)의 원형 회전에 방사 방향)으로 다량 밀어내줌으로써 의도한 물 흐름이 효율적으로 이루어지게 돕는다.

날개유닛(32)은 일측에 용접으로 결합된 브래킷(321)을 회전판(31)에 볼트 체결하여 연결될 수 있다. 이와 달리 날개유닛(32)은 다양한 방식으로 회전판(31)과 결합될 수 있으며, 도시한 실시예에서 날개유닛(32)은 3개가 연결되는 것으로 도시하고 있지만 다른 실시예에서 2 이상의 복수로 장착될 수 있다.

원통체로 곧게 제작된 날개유닛(32)은 제작의 편의성을 향상시킨다. 이렇게 곧은 날개유닛(32)을 후퇴각(A)을 가지도록 회전판(31)에 연결함으로써 회전반경 안의 물을 회전 중심의 방사 방향으로 효과적으로 밀어낼 수 있게 된다. 후퇴각(A)을 가진 회전날개부(3)가 일정 시간 이상 회전한 결과, 수면에서는 수질정화유닛을 중심으로 한 회오리 형상의 물 흐름이 형성된다. 이러한 회오리 형상의 물흐름은 수면 부근의 물을 보다 멀리 보낼 수 있게 되어 보다 넓은 면적에 걸쳐 수중 상승류를 형성케 하는 효과를 가져온다.

또한 날개유닛(32) 끝단의 볼록한 곡면 형상은 해당 부분에서 물깨짐 현상을 줄여줌으로써 날개유닛(32)의 끝단부에 의한 물 이동 흐름이 더욱 효과적으로 이루어지게 하는 것이다.

넓은 범위에 걸친 상승류는 저수지 바닥에 가라앉은 유기물을 부양시키고, 수면 가까이에서는 이를 다시 수면에 따라 퍼뜨림으로써 공기와의 접촉을 통해 미생물에 의한 분해가 효과적으로 이루어지게 한다. 이로써 전반적인 정화 효율이 상승된다.

저수 지역에 설치되는 수질정화장치(100)의 고정을 위한 추가적인 구성으로, 도시된 실시예의 수질정화장치(100)는 지지봉체(4)를 구비한다.

도 1, 도 3 및 도 5를 참고하면, 중앙하우징(1)의 저부에는 3개의 지지봉체(4)가 방사상으로 연결되어 있다. 도시한 실시예와 달리 지지봉체(4)의 수는 4 이상이 될 수 있다.

지지봉체(4)의 끝단부에는 고리가 형성되어 있으며, 이 고리에는 저수지의 바닥에 설치된 앵커블록(10)과 와이어(20)로 연결되어 있다. 여기서 앵커블록(10)은 일정 이상의 무게를 가지도록 제작됨으로써 와이어(20)를 안정되게 파지할 수 있다.

3 지점에서 와이어(20)로 구속되는 수질정화장치(100)는 바람이나, 바람에 의해 형성된 수면파에도 불구하고 설치된 원래의 위치를 유지할 수 있게 된다.

지지봉체(4)는 가늘고 길게 형성됨에 따라 상승류에 미치는 영향을 최소화하게 된다. 또한 3 이상의 지지봉체(4)가 넓게 자리 잡고 있으며, 그 끝단의 고리를 통해 와이어(20)가 연결됨에 따라 외력에 의한 요동의 가능성을 낮추고 있다.

도 4와 도 5를 참고하면, 원통형상인 날개유닛(32)의 1/2 내지 2/3 정도가 물에 잠기도록 설치된다. 그 결과 외부로 드러나는 부분은 회전날개부(3)의 상면과 날개유닛(32)의 일부분이다. 이렇게 외부로 드러나는 부분은 크게 돌출된 부분이 없이 전반적으로 수면과 같이 평편한 부분들이다. 이로써 외관미를 좋게 한다. 특히 골프 헤자드 등 외부 조경미를 중요하게 고려하는 곳에서 사용하기 적합하다.

이때 중앙하우징(1)의 빈 내부와 각 날개유닛(32)의 빈 내부가 주된 부력을 제공한다. 장치 설계에 있어 날개유닛(32)의 사이즈 조정을 통해 부력을 조절할 수 있다. 도시하지 아니하였으나, 설치 장소에 따라 구체적인 부상 높이를 조절하기 위하여 중앙하우징(1)의 바닥에 무게추를 더 설치할 수 있다.

기계장치로 이루어진 구동부(2)는 중앙하우징(1)의 내부에 위치하여 대부분이 수중에 잠기게 된다. 구동부(2)의 작동에 따른 소음과 진동은 그 외부를 감싼 중앙하우징(1)과 물로 인해 외부로 발산되지 아니함으로써 정숙한 작동이 가능하다. 또한 여름철 등 외부 온도가 높은 환경에서 작동될 때에 구동부(2)에서 발생한 열은 중앙하우징(1)을 통해 물로 빠르게 전도됨으로써 모터(21)의 과열을 방지할 수 있다.

나아가 도시하지 아니하였으나 외부로 드러난 회전판(31)의 상부에 태양광 발전을 위한 태양광 발전패널을 설치할 수 있다. 또한 물에 잠긴 중앙하우징(1)에는 수질 개선을 위해 필요한 미생물을 투여하는 미생물 공급 장치를 더 추가할 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

1 : 중앙하우징
11 : 바디 12 : 커버체 121 : 관통홀 13 : 가이드부재
14 : 너트 15 : 니플 16 : 마감캡
2 : 구동부 21 : 출력축
3 : 회전날개부
31 : 회전판 32 : 날개유닛 321 : 브래킷 33 : 수류판
34 : 결합부 35 : 보강재
4 : 지지봉체
10 : 앵커블록 20 : 와이어
A : 후퇴각 C : 전기선 L, M : 직선
100 : 수질정화장치

Claims (5)

1. 속이 빈 중앙하우징,
   상기 중앙하우징에 장착되고, 출력축이 상부로 돌출된 구동부 및
   상기 출력축에 결합되어 회전하면서 수류를 형성하는 회전날개부를 포함하고,
   상기 구동부는 상기 중앙하우징 내부에 위치하여 수면위로는 상기 중앙하우징의 상부 일부분과, 상기 회전날개부의 상부 일부분이 노출되며,
   상기 회전날개부는,
   상기 출력축에 결합되는 회전판과, 상기 회전판에 결합되는 복수의 날개유닛을 포함하고,
   상기 날개유닛은 3개로 구성되고 상기 회전판의 회전 중심과 이격된 위치에서, 상기 회전판의 회전에 따른 진행 방향에 대하여 후퇴각을 가지도록 상기 회전판에 비스듬히 장착되고,
   상기 날개유닛은 속이 빈 원통체 형상으로 단면은 원형으로 이루어지고,
   상기 회전판의 형상은 6개의 꼭지점 중 하나 건너 3개의 꼭지점을 형성하는 두 모서리가 수직을 이루는 6각형의 형상으로 이루어지고,
   두 모서리가 수직을 이루는 부분에는 수직된 부분의 두께 방향의 면에 맞추어 브래킷이 결합되고, 상기 브래킷에 상기 날개유닛이 결합되며,
   상기 중앙하우징은 속이 빈 원통체 형상으로, 상부가 개방된 원통체 바디와, 개방된 상부를 막는 커버체를 포함하고,
   상기 커버체에는 전기선을 통과시키기 위한 관통홀이 형성되어 있으며, 관통홀의 중심에 맞춰 너트가 용접되어 고정되고, 고정된 상기 너트의 나사산에는 전기선을 감싸는 방수용 니플이 체결되고, 상기 방수용 니플의 일측을 방수용 마감캡으로 마감함으로써 중앙하우징 내부의 기밀을 유지하는
   수질정화장치.
2. 삭제
3. 제1항에서,
   상기 날개유닛은 스테인리스 재질이며,
   상기 날개유닛의 저부 외측에는 수류판이 장착되어 있는 것을 특징으로 하는
   수질정화장치.
4. 제1항에서,
   상기 중앙하우징의 저부에는 적어도 3 이상의 지지봉체가 방사상으로 연결되어 있고,
   각 지지봉체는 저수지의 바닥에 설치된 앵커블록과 와이어로 연결되어 부상 위치가 고정되는
   수질정화장치.
5. 제1항에서,
   상기 회전판의 상부에 태양광 발전을 위한 태양광 발전패널이 설치되고,
   상기 중앙하우징에는 수질 개선을 위해 필요한 미생물을 투여하는 미생물 공급 장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.

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