专利名称：利用低水头的曝气及发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种利用低水头的曝气及发电装置，其通过利用用于防止养殖场、水坝、河川或废水处理场等积水而造成污染且提供新鲜空气的曝气和通过水压做上升或下降的往复运动的浮子来产生动力并能够用作动力源。
背景技术：
从生活污水、排泄物、工业废水及畜牧业设施等排放的污水、废水和粪便，从农耕地、森林流出的水等汇集于污水处理场，由于无法在污水处理场处理污水，因此腐烂物质、 有毒性物质流进湖水或江水，从而水质被污染成不能用作各种用水，或对生物的栖息造成严重危害的程度。由于在所述积水产生富营养化的同时，因缺氧导致水腐烂并产生恶臭，并且产生有害性赤潮而水变质成鱼类等水生生物无法生存的污水。S卩，地表的污水持续地流入水坝、湖水、水库等湖沼，水的流动缓慢而处于停滞状态，因此水中的污染物质的浓度上升而污染物质中的包含有氮化合物及磷酸盐等的营养盐类促使分解有机物的微生物生殖与增值，由此在淡水产生富营养化现象。这种富营养化导致淡水的浊度下降，由腐烂物导致产生恶臭，严重时会造成水中的鱼类集体死亡等破坏湖沼生态系统的严重的危害。并且，湖沼保持平衡的能力很重要，使得包含在淡水的水中生态系统的氮或磷等的营养物质的量不能超过自身的净化能力，尤其，重要的是提高水中的溶解氧的量来顺利地进行沉淀的有机物或重金属等的氧化作用。尽管韩国国内的很多湖沼在上流侧增设有污水、废水的净化设施，但是由于依然流入大量的污染物质，长时间放置淡水而形成分层导致发生水质恶化现象越来越严重，并且存在鱼类无法在养鱼场等生存而导致养殖业破产的问题。为了改善如上所述的问题点，使用各种改善水质的方法，其中之一的方法为在水域的下部层人为地注入空气而提高水中的溶解氧的浓度。所述方法中，通过驱动马达来带动水车时，虽然可以将水的表面部扩大而溶解空气中的氧气量随此增加，但是存在由于电力消耗而不经济的缺点，且效果微乎其微，并将由动力产生的空气强制注入到水中而增加氧气量的方法具有电力消耗大且效果极其微乎其微的缺点。并且，利用向上水流的解除分层(stratification)的技术，是一种通过在停滞性水域的下部层水域设置大型推进器并旋转该推进器来产生向上水流，或吹进压缩空气来产生向上水流的方法，使湖沼的下部层水上升.循环的方式。但是，在解除分层的湖沼采用向上水流的方式时，尽管有机物的浓度高且缺少溶解氧的下部层水上升而与表面层水混合，并且有机水.铁.锰等被氧化处理，但部分有机物被用作在表面层栖息的绿藻类的营养源，从而产生绿藻类过量繁殖的逆反效果的可能性相当大。
并且，如上所述利用向上水流的方式不仅具有汇集(水平移动)下部层水的效果相对低，并解除分层的效果受限且维修费过多的问题点。如上所述，尽管为了将氧气供应至水中而提出有各种方法，但是由于利用电力、风力及水力，因此用于产生其驱动力的装置的构成需要大量的经费且效果微乎其微，所以在实际应用时得不到效果。为了解决如上所述的问题点，本发明人发明了大韩民国专利申请第 10-2008-014511号的空气产生方法及其装置，以及改善所述发明的大韩民国专利第 10-2008-0130904号的深层曝气用曝气装置。所述在先发明的空气产生方法及其装置为，两侧的水槽与随着水槽内的水量浮上的浮标控制浮子，通过所述控制浮子浮上而连动的浮子的连动部件调节上下的开关阀门来交替进行将水供应至水槽内和排放水槽内的水，从而排放水槽内的水而将空气供应至水槽，然后再次供应水而使水槽内的空气上升。所述在先技术由于其装置复杂而具有制作成本高的缺点，并且只局限于单纯地产生空气，因此存在没有适当地利用由浮子的上升或下降所产生的动力的缺点。
发明内容
本发明是为了改善存在于所述本发明人的在先发明的问题点而提出的，其目的在于，尤其将结构简单化而容易制作，并能够满足操作的精密度，同时通过利用在第一水槽及第二水槽内交替做上升或下降的往复的浮子的动力作为动力源，能够用作发电及工业机械的动力源。本发明的目的在于，通过左右分割的第一水槽及第二水槽、相对应于第一水槽及第二水槽的上下侧打开或关闭的上下阀门、利用供应至水槽的水浮上的浮标、通过由浮标控制的锁紧单元浮上的浮子、通过浮子的浮子臂上下连动的齿条来控制所述上部阀门及下部阀门与浮子以完成正确的动作、发挥协调的作用及通过往复旋转的主轴的动力源能够得到动力的同时，通过利用朝所述第一水槽及第二水槽内吸入空气或排放所述第一水槽及第二水槽内的空气而收集的新鲜的空气，能够将曝气及新鲜的空气供应至养鱼场等。如上所述的本发明无需单独的发电单元，通过将流入到左右侧的第一水槽及第二水槽的水填充而得到的水压所控制的浮标和浮子(float)来控制浮上与阀门而提供通过连续的连动作用产生的动力源，因此能够将维修费用降低到最少。作为本发明所要解决的课题的解决手段提供一种利用低水头的曝气及发电装置， 其特征在于，在机体10具备接受水的供水箱12 ；在供水箱12的左右下侧设置的第一水槽 30及第二水槽40 ；用于将水提供至第一水槽30及第二水槽40的上部阀门20与下部阀门 21 ；通过第一水槽30及第二水槽40内的水压浮上的浮子31、41 ；连动单元50，通过浮子31、 41的上升或下降来带动齿条51 ；锁紧单元60，由控制连动单元50的浮标32、42与锁紧齿轮61构成；通过由所述浮子31、41的主轴52带动的连动单元50的小齿轮91来提供动力而能够利用动力的同时，收集第一水槽30及第二水槽40内的空气而提供曝气用空气。作为本发明的所述解决方法，机体10包含朝上部设置的供水箱12、由供水管11与空气管81构成的空气收集盖80，从而收集空气而能够将所收集的空气供应到养鱼场等用作曝气用空气。
所述本发明提供一利用低水头的曝气及发电装置，其特征在于，在供水箱12的下部两侧设置圆弧形第一水槽30及第二水槽40 ；在所述第一水槽及第二水槽的上下侧设置用于控制第一水槽30及第二水槽40的上部阀门20及下部阀门21 ；齿条51，其带动上部阀门20及下部阀门21 ；浮子31、41，其在第一水槽30及第二水槽40朝水面浮上；锁紧单元 60，其控制齿条51 ；浮标32、42，其控制锁紧单元60 ；连动单元50 ；通过所述浮子31、41的上升或下降而连动；下部水箱13，设置在所述机体10的下端，用于收集朝下部阀门21排放的水；以及退水管14，锁紧单元60通过浮标32、42与浮标臂33以轴点为基点旋转而用连动臂62带动止动件64来控制锁紧齿轮61的锁紧突起65，从而控制与锁紧齿轮61连动的齿条51 ；所述齿条51通过锁紧单元60带动上部阀门20及下部阀门21的阀门控制齿轮21 来控制上部阀门20及下部阀门21，连动单元50在主轴52用驱动齿轮53与连动齿轮M带动齿条51，在主轴52设置驱动齿轮90与小齿轮91而将动力提供至发电装置。本发明具有以下效果将自然地流淌在溪涧、河川、水坝的水连接在本发明的水供应线而提供水，因此容易供应水，利用供应的水交替地上升或下降第一水槽及第二水槽内的浮子，通过所述上升或下降来控制上下阀门而在第一水槽及第二水槽内填充水和排放水，与此同时，将由此产生的空气能够作为无公害的空气供应为用于防止由淡水、养鱼场、 废水处理场等污染源引起缺乏溶解氧而导致富营养化的空气，使用并排放无污染的水，因此能够防止河川等缺水现象及污染，并且需要较少的维修费用，由于水质改善而降低净化水的费用及通过改善水质能够提高湖沼内的鱼类的栖息环境，能够将整体湖沼生态系统恢复到原来的状态等。并且，如上所述，本发明通过利用少量水的水压将在第一水槽及第二水槽内交替地进行往复的浮子的往复运动转换成旋转运动而得到动力，并将此动力源利用在机器装置及小型的发电装置，因此能够在农村和渔村或小规模的生产设施用作所需的电或动力源而节省资源且有利于环保，并可作为无限的原动力在工业领域做出突出的贡献。
图1是供应水至本发明的第一水槽的动作说明图。图2是供应水至本发明的第二水槽的动作说明图。图3a及图北是在本发明中用于控制齿条的锁紧单元的动作说明图。图4是示出本发明的结构的正面图。图fe是本发明的连动单元的结构说明图。图恥是连动单元的平面图。图6是为了说明本发明的外观及结构的整体截面图。图中10 机体；11 供水管；12 供水箱；13 下部水箱；14 退水管；20 上部阀门；21 下部阀门；22 阀门控制齿轮；30 第一水槽；31、41 浮子；32,42 浮标、33、43 浮标臂； 40 第二水槽；50 连动单元；51 齿条；52 主轴；53 驱动齿轮；54 连动齿轮；60 锁紧单元；61 锁紧齿轮；62 连动臂；64 止动件；65 锁紧突起；66 弹簧；70 空气进入及排放管；80 空气收集盖；81 空气管；90 驱动齿轮；91 小齿轮。
具体实施例方式以下，参照附图详细说明用于实施本发明的具体内容。图1是供应水至本发明的第一水槽的动作说明图，图2是供应水至本发明的第二水槽的动作说明图，图3a及图北是在本发明中用于控制齿条的锁紧单元的动作说明图，图 4是示出本发明的结构的正面图，图fe是本发明的连动单元的结构说明图，图恥是连动单元的平面图。图6是示出为了说明本发明的外观及结构的整体截面图。如图所示，本发明的构成为将人为或自然地流淌在溪涧、河川、水坝等的水通过供应线经由供水管11供应到机体10的上部的供水箱12内，并且，包含第一水槽30及第二水槽40，设置在供水箱12的左右下侧；上部阀门20及下部阀门21，用于供应水至第一水槽 30及第二水槽40 ；连动单元50，通过利用所述第一水槽30及第二水槽40内的水压浮上的浮子31、41的上升或下降来带动齿条51 ；锁紧单元60，由控制连动单元50的锁紧齿轮61 构成。如上所述，本发明将人为或自然地流淌在溪涧、河川、水坝等的水通过供应线经由供水管11供应到机体10的上部的供水箱12内，则水流入到供水箱12的一侧，S卩，如图1 所示，流入到开放上部阀门20的第一水槽30而填充至第一水槽30。如此，通过供应水在第一水槽30内的水面上升时，第一水槽30内的浮标与水面一同上升。第一水槽30内的浮子31通过后述的锁紧单元60被锁紧而无法浮上。由于所述浮标32的上升移动，如图3所示，浮标臂33以轴点为基点旋转移动而到达最高点的同时，形成在浮标臂33的末端的连动臂62旋转移动，所述连动臂62的连动棒 63移动通过铰链结合在机体的止动件64，因此解除由止动件64控制的与锁紧(locking) 齿轮61同轴的锁紧突起65而同轴的锁紧齿轮61转换为自由状态，从而从图3a转换为图 3b ο并且，所述止动件64通过弹簧66的弹性重新恢复到原来的状态，或通过浮标32 浮上而恢复到原来的状态。此时，所述第一水槽30内的浮子31通过浮子臂34朝机体10的外部露出，与由主轴52带动的连动单元50的由驱动齿轮53带动的连动齿轮M啮合的齿条51与所述锁紧齿轮61、上部阀门20及下部阀门21 —起连动。并且，如上所述，通过所述锁紧单元60的锁紧齿轮61的锁紧被解除，因此第一水槽30内的浮子31通过水压急速浮上，由于所述上升引起浮子31与浮子臂34上升移动的同时，使与此连动的主轴52旋转预定量。所述主轴52的旋转与驱动齿轮53 —同旋转连动齿轮M，将啮合在所述连动齿轮 54的齿条51从上部移动到下部。通过所述移动，齿条51从图1移动到图2的移动状态。与此同时，由所述齿条51的移动带动上下的阀门控制齿轮22，带动与所述阀门控制齿轮22连动的上部阀门20及下部阀门21而通过上部阀门20关闭第一水槽30的上端， 将第一水槽30的处于关闭状态的下部阀门21转换为开放状态，从而排放第一水槽300内的水。
被排放的水通过下部水箱13的退水管14排放。并且，与所述过程同步，关闭第一水槽30的上部阀门20，而第二水槽40的上部转换为打开状态，而下部阀门21转换为关闭状态。而且，所述第二水槽40在排放水的状态下，将随着连动单元50的连动结构与主轴 52连动的第二水槽40的浮子41转换为如图2所示的下降移动的状态。通过如上所述的过程，通过打开第二水槽40的上部阀门20供应水到第二水槽40 内，通过关闭下部阀门21将水填充到第二水槽40而以该图2的状态反复进行第一水槽30 的过程。并且，在排放第二水槽30内的水的状态下，伴随着水位下降，浮标42也一同下降的同时，浮标臂43也下降，止动件64与以轴点为基点旋转的连动臂62 —同通过弹簧66的弹性恢复到原来的状态，止动件64控制第二水槽40。此时，由于如上所述的第一水槽30的锁紧单元60动作而向下的锁紧突起65将位置转换为止动件64的上端的状态，因此水被填充到第二水槽而通过由浮标42的控制来控制止动件64，并保持关闭状态。如第一水槽30，供应的水填充至所述第二水槽40而水位上升，由于浮标42的上升导致锁紧单元60的止动件64解除锁紧突起65，从而齿条51再次从下降状态上升，则关闭第二水槽40的上部阀门20，打开下部阀门21，即从图2的状态转换为图1的状态。并且，本发明在所述机体10设置多个空气进入及排放管70而用于发电时，水填充至水箱内或第一水槽30及第二水槽40内时，排放水槽内的空气，在排放水时供应外部空气而能够有效地排放水，用于曝气和发电时，控制调节空气进入及排放管70，此时，所述空气进入及排放管70进一步具备用于调节开放或关闭的阀门。再且，进一步具备形成在机体10的上部的空气收集盖80与空气管81来收集第一水槽30及第二水槽40内的空气而供应到淡水、污染的河川等，从而将新鲜的外部空气连续地供应到污水内而使缺少溶解氧且有机物多的水循环并供应氧气，因此净化污染物质，并通过抑制绿藻类的光合作用来解除湖沼分层，从而能够对改善水质做出突出的贡献。而且，在本发明的主轴52用驱动齿轮90与小齿轮91来驱动作为没用图示的发电装置的一例的发电机等，无需单独的动力源而能够提供动力，此时，在往复旋转的小齿轮91 进一步具备单向齿轮等而能够连续旋转，这种结构是单独的结构，因此省略说明对其的详细结构及作用效果。所述发电装置能够用作小型发电机及用于农业的水泵的动力源、压缩机等的动力源。本发明利用天然河川或人为供应的水将水槽内的浮子反复进行上升或下降，将通过这种上升或下降所得到的动力源用作各种装置的动力源的效果，及收集第一水槽及第二水槽内的供应水与排放所产生的空气后，供应到淡水、污染的河川等，因此将新鲜的外部空气连续地供应到污水内而使缺少溶解氧且有机物多的水循环并供应氧气，从而净化污染物质，并通过抑制绿藻类的光合作用来解除湖沼分层，从而能够对改善水质做出突出的贡献。如上所述，本发明通过利用少量水的动力源来得到动力源而驱动机械装置，因此能够在农村和渔村或小规模的生产设施得到所需的电或动力而节省资源且有利于环保，并可作为无限的原动力在工业领域做出突出的贡献。
本发明的技术范围并非局限于所述实施例，对于本领域的技术人员而言，可在本发明的技术思想范围内进行各种修改是自明的。
权利要求
1.一种利用低水头的曝气及发电装置，其特征在于， 在机体(10)具备供水箱(12)，接受水；第一水槽(30)及第二水槽(40)，设置在供水箱(1 的左右下侧； 上部阀门00)及下部阀门(21)，用于将水提供至第一水槽(30)及第二水槽00)； 浮子(31、41)，通过第一水槽(30)及第二水槽00)内的水压浮上； 连动单元(50)，通过浮子(31、41)的上升或下降来带动齿条(51)； 锁紧单元(60)，由控制连动单元(50)的浮标(32、42)与锁紧齿轮(61)构成， 通过由所述浮子(31、41)的主轴(5 带动的连动单元(50)的小齿轮(91)来提供动力并能够利用动力的同时，收集第一水槽(30)及第二水槽00)内的空气而提供曝气用空气。
2.根据权利要求1所述的利用低水头的曝气及发电装置，其特征在于， 所述机体(10)，包含:供水箱(12)，朝上部设置；空气收集盖(80)，由供水管(11)与空气管(81)构成；第一水槽(30)及第二水槽(40)，其为圆弧形，设置在供水箱(1 的下部两侧； 上部阀门00)及下部阀门(21)，设置在所述第一水槽及第二水槽的上下侧，用于控制第一水槽(30)及第二水槽GO)；齿条(51)，其带动上部阀门00)及下部阀门；浮子(31、41)，其在第一水槽(30)及第二水槽00)朝水面浮上；锁紧单元(60)，其控制齿条(51)；浮标(32、42)，其控制锁紧单元(60)；连动单元(50)，通过所述浮子(31、41)的上升或下降而连动；下部水箱，设置在所述机体(10)的下端，用于收集通过下部阀门排放的水；以及退水管(14)。
3.根据权利要求1所述的利用低水头的曝气及发电装置，其特征在于，所述锁紧单元 (60)通过浮标(32、42)与浮标臂(33)以轴点为基点旋转而用连动臂(62)带动止动件(64) 来控制锁紧齿轮(61)的锁紧突起(65)，从而控制与锁紧齿轮(61)连动的齿条(51)。
4.根据权利要求1所述的利用低水头的曝气及发电装置，其特征在于，所述齿条(51) 通过锁紧单元(60)带动上部阀门O0)及下部阀门Ol)的阀门控制齿轮Ol)来控制上部阀门O0)及下部阀门01)。
5.根据权利要求1所述的利用低水头的曝气及发电装置，其特征在于，所述连动单元 (50)在主轴(5 用驱动齿轮(5 与连动齿轮(54)带动齿条(51)，在主轴(5 设置驱动齿轮(90)与小齿轮(91)而将动力提供至发电装置。
全文摘要
本发明涉及一种利用低水头的曝气及发电装置，其通过利用用于防止养殖场、水坝、河川或废水处理场等积水而造成污染且提供新鲜空气的曝气和通过水压做上升或下降的往复运动的浮子来产生动力并能够用作动力源。本发明是为了改善存在于所述本发明人的在先发明中的问题点而提出的，其目的在于，尤其将结构简单化而容易制作，并能够满足操作的精密度，同时通过利用往复旋转的动力的动力源，能够用作发电及机器的动力源。本发明的目的在于，通过左右分割的第一水槽及第二水槽、相对应于第一水槽及第二水槽的上下侧打开或关闭的上下阀门、利用供应至水槽的水浮上的浮标、通过由浮标控制的锁紧单元浮上的浮子、通过浮子的浮子臂上下连动的齿条来控制所述上部阀门及下部阀门与浮子以完成正确的动作、发挥协调的作用及通过往复旋转的主轴的动力源能够得到动力的同时，通过利用朝所述第一水槽及第二水槽内吸入空气或排放所述第一水槽及第二水槽内的空气而收集的新鲜的空气，能够将曝气及新鲜的空气供应至养鱼场等。如上所述的本发明无需单独的发电单元，通过将流入到第一水槽及第二水槽的水填充而得到的水压所控制的浮标和浮子来控制浮上与阀门而提供通过连续的连动作用产生的动力源，因此能够将维修费用降低到最少。
文档编号F03G7/00GK102575639SQ200980161120
公开日2012年7月11日 申请日期2009年11月30日 优先权日2009年8月24日
发明者孙昌熙, 金亨帣 申请人:大洋环境产业(株)