CN111565819B - 水处理用微细气泡泵装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种水处理用微细气泡泵装置，所述水处理用微细气泡泵装置，包括：马达，产生旋转力；及微气泡泵，连接于所述马达，用于混合从一侧流入的供给液体和从另一侧注入的供给气体。

Description

水处理用微细气泡泵装置
技术领域
本发明涉及水处理用微细气泡泵装置，更详细地，涉及能够分离包含在沼气中的甲烷气体和其他杂质的水处理用微细气泡泵装置。
本发明源自在韩国科学技术信息通信部科学技术就业振兴院的支持下，作为“2018年研究成果商业化支持技术升级R&D”的一部分而进行的研究【课题管理编号：20180409-001，课题名称：水处理用微细气泡泵的性能改善及其商用化的实证研究】。
背景技术
沼气通常从有机物含量高的有机性废弃物产生，例如，畜禽粪便、食物垃圾、污水处理厂的污泥(slugde)。有机性废弃物通过人类的生活活动和各种产业活动而不断地产生。因此，沼气也可以持续地产生。
在这一点，人们对沼气利用的关心越来越高。另外，就资源利用而言，可以说为了更加有效地提取从有机性废弃物产生的沼气所做的努力意义较大。并且，在面对当前严重的能源枯渇的情况下，从有机性废弃物中提取的沼气可以为替代能源提供新的方向。
另一方面，沼气包括甲烷气体(CH4，约占60-70％)、二氧化碳(CO2)、硫化氢(H2S)等。除甲烷气体以外，沼气中所含的元素中用作燃料时会引起设备的腐蚀及效率低下等的问题。因此，为了仅提取高纯度的甲烷气体，还需要分离除甲烷气体外的其他元素并对其进行提纯的技术。
作为提纯沼气的技术，正在被研究的有化学吸附法、PSA(Pressure SwingAdsorption，压力摆动吸附)法、水洗法、膜(Membrane)法等各种技术。但是，这些方法仍然不足以通过除去二氧化碳和硫化氢来获得高纯度甲烷。因此，需要开发一种用于从沼气中有效地分离甲烷气体、二氧化碳、及硫化氢的技术。
发明内容
(要解决的问题)
本发明的目的是提供一种水处理用微细气泡泵装置，其可以通过机械操作混合沼气和供给水，从而除去水溶性气体的二氧化碳和硫化氢。
另外，本发明的另一个目的是改变负责混合沼气和供给水的叶轮的结构，以提供水处理效率最大化的水处理用微细气泡泵。
另外，本发明的另一个目的是改变叶轮的配置结构，以提供一种能够减小混合时产生的噪音的水处理用微细气泡泵。
本发明的解决课题不限于以上所提及的内容。未提及的其他解决课题，本领域技术人员可以通过以下的说明清楚地理解。
(解决问题的方案)
为了达成上述本发明的目的及其他特征，本发明提供一种水处理用微细气泡泵装置，所述水处理用微细气泡泵装置，包括：马达，产生旋转力；及微气泡泵，连接于所述马达，用于混合从一侧流入的供给液体和从另一侧注入的供给气体，其中，所述微气泡泵，包括：主体及旋转体，其中，所述主体，形成有流入所述供给液体的流入口，注入所述供给气体的注入口，混合所述供给液体和所述供给气体的内部空间，及排出混合的微细气泡形态的处理水的排出口，所述旋转体，配置在所述内部空间内，并在轮毂的外周面上形成翼尖相互连接的单一形状的叶轮，所述轮毂通过所述旋转力而旋转。
优选地，本发明的特征在于，所述供给气体包括沼气。
优选地，本发明的特征在于，所述翼尖相互连接的单一形状具有连续弯曲形状，所述翼尖相互连接的单一形状是以所述轮毂的外周面为基准的，截面具有“S”连续连接的形状。
优选地，本发明的特征在于，所述叶轮和所述轮毂的连接面与所述叶轮的翼尖，以所述轮毂的中心轴为基准相互平行地形成。
优选地，本发明的特征在于，所述叶轮和所述轮毂的连接面与所述叶轮的翼尖，以所述轮毂的中心轴为基准相互错开地形成。
优选地，本发明的特征在于，还包括：支撑肋，形成为连接所述叶轮的壁面和所述轮毂的外周面之间。
优选地，本发明的特征在于，所述支撑肋，从所述叶轮的“S”截面中的“U”部分的内侧向下延伸至所述轮毂的外周面而形成。
优选地，本发明的特征在于，所述轮毂的外周面，包括假想圆的圆弧，所述假想圆的圆弧通过在所述轮毂的外周面中与所述叶轮的“U”部分相抵接的拐角点，和在所述叶轮“U”部分中以所述外周面为基准相当于高度的45％至65％的中间点。
优选地，本发明的特征在于，所述支撑肋，从所述叶轮的“S”截面中的“U”部分以外的部分的内侧向下延伸至面对面的所述叶轮的连接面而形成。
优选地，本发明的特征在于，所述叶轮的间距不相等。
优选地，本发明的特征在于，所述旋转体被划分为包括中心的2n个区域，并且配置在相互面对面的区域的所述叶轮的翼数彼此相同，配置在相邻区域的所述叶轮的翼数互不相同，其中，n是2以上的自然数。
(发明的效果)
根据本发明的水处理用微细气泡泵装置发挥如下效果。
本发明通过最大限度地接触沼气内的二氧化碳和硫化氢与供给水，从而发挥能够最大化二氧化碳和硫化氢的溶解量的效果。
本发明通过改变水处理用微细气泡泵装置内组成的叶轮结构来最大化水处理效率，从而发挥能够提高在后续步骤中被提取的甲烷气体的纯度的效果。
本发明通过结构性地提高叶轮的耐久性，从而发挥拓宽用于制造叶轮的材料的选择范围的效果。
本发明改变叶轮的配置结构，从而发挥最小化混合时产生的噪声的效果。
本发明的效果不限于以上所提及的内容。未提及的其他效果，本领域技术人员可以通过以下的说明清楚地理解。
附图说明
图1示出根据本发明实施例的水处理用微细气泡泵装置的立体图。
图2示出用于说明图1的微细气泡泵的截面图。
图3示出用于说明图2的旋转体的立体图及部分放大图。
图4示出用于说明图3的支撑肋的截面图。
图5示出用于说明图1的叶轮的配置结构的平面图。
最佳实施方式
本发明提供一种水处理用微细气泡泵装置，所述水处理用微细气泡泵装置，包括：马达，产生旋转力；及微气泡泵，连接于所述马达，用于混合从一侧流入的供给液体和从另一侧注入的供给气体，所述微气泡泵，包括：主体及旋转体，其中，所述主体，形成有流入所述供给液体的流入口，注入所述供给气体的注入口，混合所述供给液体和所述供给气体的内部空间，及排出混合的微细气泡形态的处理水的排出口，所述旋转体，配置在所述内部空间内，并在轮毂的外周面上形成翼尖相互连接的单一形状的叶轮，所述轮毂通过所述旋转力而旋转。
具体实施方式
关于本发明的说明仅仅是用于说明结构到功能的实施例。因此，本发明的权利范围不应解释为受本文中说明的实施例的限制。即，可以对实施例进行各种修改并且可以具有多种形式，因此，本发明的权利范围应当被理解为包括能够实现技术思想的等同形式。另外，在本发明中提出的目的或效果并不意味着特定实施例应包括所有或仅包括这些效果。因此，不应将本发明的权利范围理解为受其限制。
另一方面，本申请中使用的用语含义，应作如下理解。
“第一”、“第二”等的用语是为了将一个组成要素和另一组成要素进行区分，权利范围不应受这些用语的限制。例如，第一组成要素可以被命名为第二组成要素，并且类似地，第二组成要素也可以被命名为第一组成要素。
当言及某一组成要素“连接”另一个组成要素时，应理解为，可以是直接与另一个组成要素连接，但是也可以是在中间还存在其他组成要素。相反地，当言及某一组成要素“直接连接”另一个组成要素时，应理解为，在中间不存在其他组成要素。另一方面，说明组成要素之间的关系的其他表达方式，即，“在～之间”和“正好在～之间”或“与～相邻”和“与～直接相邻”等也应作相同解释。
除非上下文另外明确指出，否则单数表达应理解为包括复数表达。“包括”或“具有”等的用语旨在指定特征、数字、步骤、操作、组成要素、部件或其组合的存在。另外，还应理解，本发明并不预先排除一个或多个其他特征、数字、步骤、操作、组成要素、部件或其组合的存在或增加的可能性。
在各个步骤中，为了便于说明，使用标识符号(例如，a、b、c等)，标识符号并非旨在说明每个步骤的顺序。因此，除非上下文明确地记载了特定顺序，否则每个步骤都可能与所说明的顺序不同地发生。即，每个步骤可以与所说明的相同顺序发生，可以是实际上同时执行，或者可以以相反的顺序执行。
除非另外定义，否则本文中使用的所有用语具有与本领域普通技术人员通常理解的相同含义。常用字典中定义的用语应解释为与相关技术上下文中的含义一致。即，除非在本申请中明确定义，否则不应将其解释为具有理想或过分形式化的含义。即，除非在本申请中明确定义，否则不应将其解释为具有理想或过分形式化的含义。
图1示出根据本发明实施例的水处理用微细气泡泵装置的立体图。
参照图1，水处理用微细气泡泵装置，包括：马达100，设置在支撑体M的上部；微气泡泵200，连接于马达100；及联轴器300，包裹连接马达100和微气泡泵200的旋转轴且与支撑体M固定地结合。
马达100是用于通过电力驱动以产生旋转力的组成。马达100的下部面与支撑体M螺栓结合并固定。用于传递旋转力的旋转轴(未示出)结合于马达100。马达100的旋转轴与微气泡泵200连接，从而将在马达100产生的旋转力传递到微气泡泵200。
微气泡泵200是用于混合供给液体和供给气体，以产生混合的微细气泡形态的处理水的组成。微气泡泵200从旋转轴接收在马达100产生的旋转力，以通过旋转操作混合供给液体和供给气体。
根据本发明的实施例的水处理用微细气泡泵装置，可以通过机械旋转力混合供给液体和供给气体，以产生微细气泡形态的处理水。因此，水处理用微细气泡泵装置可适用于要使用微细气泡形态的处理水的领域。例如，可适用于包括工业废水处理在内，与牲畜、污水、油漆相关联的各种产业领域。在此，以作为去除沼气中所含的水溶性气体使用的用途为一个示例。因此，将以用沼气代替供给气体且用水代替供给液体，以产生混合的微细气泡形态的处理水作为一例进行说明。
下面，为了便于说明，将供给气体定义为沼气，并赋予附图标记“A”。将供给液体定义为供给水，并赋予附图标记“G”来说明。
图2示出用于说明图1的微气泡泵200的截面图。
参照图2，微气泡泵200包括主体210和旋转体220，其中，主体210具有流入供给水G的流入口211，注入沼气A的注入口212，混合供给水G和沼气A的内部空间，排出混合的微细气泡形态的处理水BB的排出口213。旋转体220配置在内部空间内，并在轮毂的外周面上形成翼尖相互连接的单一形状的叶轮，轮毂通过马达100的旋转力而旋转。
图3示出用于说明图2的旋转体220的立体图及部分放大图。
参照图3，旋转体220包括：与马达100连接并旋转的轮毂221；具有翼尖相互连接的单一形状的叶轮222；及连接叶轮222的壁面和所述轮毂221的外周面之间形成的支撑肋223。
首先，轮毂221具有预先设定厚度的圆形结构。轮毂221的中心连接有马达100的旋转轴。并且，在轮毂221的外周面上连接有后述的叶轮222。
叶轮222具有相互连接翼尖T的单一形状。叶轮222的单一形状是以轮毂221的外周面为基准的截面具有“S”连续连接的形状。即，叶轮222从轮毂221的外周面向外侧方向延伸预定高度而形成。此时，叶轮222的截面具有“S”连续连接的连续弯曲形状。
如上所述，在微气泡泵200的内部空间进行供给水G和沼气A的混合操作。这种混合操作由旋转的叶轮222形成的循环流动(circulation flow)执行。假设混合时需要的混合压力为3-7bar，则叶轮222必须克服由混合压力和循环流动引起的摩擦。
根据本发明的实施例的叶轮222的截面具有“S”连续连接的连续弯曲形状。因此，可充分克服混合压力和由循环流动引起的摩擦力。这意味着即使叶轮222不是由高强度材料制成，也可以充分地进行混合操作。另外，这拓宽了选择用于制造叶轮222的材料的选择范围。更进一步，通过使用低成本材料可降低制造成本。
另一方面，根据图3的实施例的叶轮222提出如下的叶轮222作为示例：叶轮222和轮毂221连接的连接面与叶轮222的翼尖T，以轮毂221的中心轴为基准相互平行地形成。不过，叶轮222和轮毂221连接的连接面与叶轮222的翼尖T，可以以轮毂221的中心轴为基准相互错开地形成。
换言之，当是图3所示的相互平行的结构的情况下，当观察旋转体220的外周面时，叶轮222和轮毂221连接的连接面和叶轮222的翼尖T看起来在一条直线上。尽管未在附图中示出，但是相互错开的结构时，观察旋转体220的外周面，则叶轮222和轮毂221连接的连接面和叶轮222的翼尖T看起来错开一定角度的相互交叉。
特别地，当设置成叶轮222和轮毂221的连接面和叶轮222的翼尖T相互错开的情况下，可以通过最小化在叶轮222的周围产生的剥离现象来消除涡流。另外，通过此举可以进一步提高混合操作的驱动效率。
再次参照图3，旋转体220包括通过连接叶轮222的壁面和轮毂221的外周面之间而形成的支撑肋223。
支撑肋223是叶轮222固定于轮毂221，以进一步提高对外力的耐久性的组成。支撑肋223从叶轮222的“S”截面中的“U”部分的内侧向下延伸至轮毂221的外周面而形成。
图4示出用于说明图3的支撑肋223的截面图。
如图4所示，支撑肋223从叶轮222的“S”截面中的“U”部分的内侧向轮毂221的外周面延伸而形成。支撑肋223具有连接叶轮222和轮毂221的预先设定的曲率的形状。该曲率可以定义为虚拟圆C。
首先，假想圆C是指通过在轮毂221的外周面宽度的拐角点C1和叶轮222的“U”部分中以轮毂221的外周面为基准的相当于50％至60％高度的中间点C2的圆。在此，拐角点C1是指轮毂221的外周面中与叶轮222的“U”部分相抵的拐角。中间点C2是指以“U”部分中，轮毂221的外周面为基准的相当于高度50％至60％的位置。
因此，假想圆C成为通过拐角点C1和中间点C2的圆。支撑肋223具有假想圆C中与包括拐角点C1和中间点C2的圆弧HH相对应的曲率形状。
下面的表1是根据本发明的实施例的支撑肋223的最优的规格。
【表1】
Figure BDA0002293193350000081
从【表1】可见，根据本发明实施例的旋转体220，当轮毂221的半径为29.5mm时，叶轮222的翼数为62个，叶轮222的翼厚度为0.74mm。另外，通过实验得出，轮毂221的高度H与支撑肋223的中间点C2的高度h之比为55％时最优。并且，下面的【表2】是关于根据现有叶轮结构和本发明的实施例的叶轮结构的泵效率的实验数据。
【表2】
压力(kPa) 扭矩(J) 效率(％)
现有的叶轮 200 1.4 32.0
本发明的叶轮 298 1.9 35.8
从【表2】可见，当适用根据本发明的实施例的叶轮222时，与现有的叶轮相比，微气泡泵200的内部压力增加了150％，扭矩增加了36％。另外，实验证实，整体泵效率从32％提高到35.8％，提高了3.8％。再次参照图4，根据本发明的实施例的支撑肋223示出从叶轮222的“S”截面中的“U”部分的内侧向下延伸至轮毂221的外周面形成的一例。但是，根据本发明的实施例的支撑肋223还包括从叶轮222的“S”截面中的“U”部分以外的部分的内侧向下延伸至面对面的叶轮222的连接面而形成的情况。此时，优选地，支撑肋223依然与图4相同形成为具有预定的曲率。
还有，在根据本发明的实施例的水处理用微细气泡泵装置，可以通过改变叶轮222的配置结构来减小噪声。下面将参照图5对此进行说明。
图5示出用于说明图1的叶轮222的配置结构的平面图。为了便于说明，将包括轮毂221和叶轮222的旋转体220在平面上进行四等份从而划分为四个扇区，作为示例。
参照图5，根据本发明的实施例的旋转体220被划分为第一至第四扇区ST1、ST2、ST3、ST4。在此，第一扇区ST1是包括流入供给水W和沼气A的入口IN的区域。第二扇区ST2和第三扇区ST3划分在旋转体220旋转的方向。第四扇区ST4是包括排出处理水BB的出入口OUT的区域。
在本发明的实施例中，区域总共被划分为四个，但是也可以被扩展为六个、八个。即，可划分区域的数量可以被定义为2n，其中，n是2以上的自然数。
例如，假设叶轮222的翼的总数为62个，则可以在相当于相互面对面的区域的第一扇区ST1和第三扇区ST3分别配置14个叶轮222的翼。另外，可以在相当于相互面对面的区域的第二扇区ST2和第四扇区ST4的分别配置17个叶轮222的翼。即，在相互面对面的区域叶轮222的翼数配置成彼此相同，在相邻区域叶轮222的翼数配置成互不相同，从而形成为叶轮222的间隔不相等。
通过旋转体220的这种不相等的结构，可以分散共振，其结果，可以降低噪声。
在根据本发明实施例的水处理用微细气泡泵装置中，通过将旋转体220划分为预定数量且不相等地形成叶轮222的间隔，可以降低噪音。
本说明书中说明的实施例和附图仅是示例性的说明本发明中包括的部分技术思想。因此，在本说明书中公开的实施例并非旨在限制本发明的技术精神，而是为了进行说明。即，显而易见，本发明的技术思想的范围不受这些实施例的限制。在本发明的说明书及附图中包括的技术思想的范围内，本领域技术人员可以容易地推断出的变形例和具体实施例应被解释为包括在本发明的范围内。
工业可利用性
本发明涉及水处理用微细气泡泵装置。更详细地说，涉及能够分离包含在沼气中的甲烷气体和其他杂质的水处理用微细气泡泵装置。

Claims (5)

1.一种水处理用微细气泡泵装置，其特征在于，包括：
马达，产生旋转力；及
微气泡泵，连接于所述马达，用于混合从一侧流入的供给液体和从另一侧注入的供给气体，
所述微气泡泵，包括：主体及旋转体，其中，
所述主体，形成有流入所述供给液体的流入口，注入所述供给气体的注入口，混合所述供给液体和所述供给气体的内部空间，及排出混合的微细气泡形态的处理水的排出口，
所述旋转体，配置在所述内部空间内，并在轮毂的外周面上形成翼尖相互连接的单一形状的叶轮，所述轮毂通过所述旋转力而旋转，
所述翼尖相互连接的单一形状是以所述轮毂的外周面为基准的，截面具有“S”连续连接的形状，
所述水处理用微细气泡泵装置还包括支撑肋，所述支撑肋形成为连接所述叶轮的壁面和所述轮毂的外周面之间，
所述支撑肋，从所述叶轮的“S”截面中的“U”部分的内侧向下延伸至所述轮毂的外周面而形成。
2.根据权利要求1所述的水处理用微细气泡泵装置，其特征在于，
所述供给气体包括沼气。
3.根据权利要求1所述的水处理用微细气泡泵装置，其特征在于，
所述轮毂的外周面，包括假想圆的圆弧，所述假想圆的圆弧通过在所述轮毂的外周面中与所述叶轮的“U”部分相抵的拐角点，和在所述叶轮“U”部分中以所述外周面为基准的相当于高度的45％至65％的中间点。
4.根据权利要求1所述的水处理用微细气泡泵装置，其特征在于，
所述叶轮的间隔不相等。
5.根据权利要求4所述的水处理用微细气泡泵装置，其特征在于，
所述旋转体被划分为包括中心的2n个区域，并且配置在相互面对面的区域的所述叶轮的翼数彼此相同，配置在相邻区域的所述叶轮的翼数互不相同，其中，n是2以上的自然数。
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