KR101052714B1

KR101052714B1 - 강수 및 중수를 이용한 냉난방장치

Info

Publication number: KR101052714B1
Application number: KR1020090018533A
Authority: KR
Inventors: 최송휴
Original assignee: 최송휴
Priority date: 2009-03-04
Filing date: 2009-03-04
Publication date: 2011-07-29
Also published as: KR20100099944A

Abstract

본 발명은 강수와 막분리장치를 거쳐 처리된 중수를 이용하여 화장실용수, 소방용수, 조경용수, 살수용수 등으로 사용할 수 있도록 하면서 냉난방장치의 열원으로도 사용할 수 있도록 하는 강수 및 중수를 이용한 냉난방장치에 관한 것이다.

막분리장치, 중수, 강수, 히트펌프, 냉난방장치, 열교환기, pH 조정조

Description

강수 및 중수를 이용한 냉난방장치{The cooling and heating equipment which uses rainfall and gray water}

본 발명은 허드렛 물로 버려지고 있는 강수와 중수로부터 미활용 에너지를 추출하여 건물의 냉난방에 이용할 수 있도록 하는 강수 및 중수를 이용한 냉난방장치에 관한 것이다.

일반적으로 빗물 등의 강수는 저장시설 없이 곧바로 합류식 하수관거나 우수관거로 유입되어 버려졌고, 중수의 경우 건물 및 공장에서 발생되는 하수와 폐수를 중수처리시설을 통해 적정 수준으로 처리되어 화장실 용수, 소방용수, 살수용수 등으로 재이용되어 왔을 뿐 냉난방의 범위까지 확대되어 이용되지는 않았다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 침지식 막분리와 장치와 히트펌프를 연계시켜 강수와 중수를 히트펌트의 열원으로 사용하고, 중수저장조와 강수저장조를 별도로 설치하여 강수저장조와 중수저장조의 수위에 따라 사용방식을 달리 운영하며, 대기오염으로 인해 산성화된 강수의 pH를 조정하여 중수화 과정에서 이용되는 미생물의 생물학적 항상성을 유지할 수 있도록 하면서 장치의 부식도 방지할 수 있는 강수 및 중수를 이용한 냉난방장치를 제공하고자 한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 유입된 하·폐수로부터 협잡물을 제거하고, 일정량의 하·폐수를 공급하는 유량조정조; 상기 유량조정조로부터 하·폐수를 공급받고, 하·폐수와 혼합액내 용존되어 있는 유기물을 제거하기 위한 폭기조; 상기 폭기조로부터 하·폐수와 미생물의 혼합액을 공급받고, 폭기조로부터 유입된 잔류 유기오염물질이 미생물의 먹이로서 소비되어 제거되는 막분리조; 상기 막분리조에 고정된 분리막유니트; 상기 분리막유니트를 통해 유출되는 중수가 저장되고, 조내 수위가 높아져 고수위스위치에 도달할 경우 중수이송펌프를 통해 중수를 강수저장조나 외부로 배출하는 중수저장조; 상기 중수저장조를 통해 배출되는 중수를 저장하고, 조내 수위가 높아져 강수용고수위스위치에 도달할 경우 강수를 중수처리시설이나 외부로 배출되는 강수저장조;

상기 강수저장조 주변에서 유입된 강수가 집수되고, 강수내 함유된 협잡물을 제거하여 강수저장조에 강수를 공급하는 침전조; 상기 강수저장조와 침전조 사이에 설치되어 침전조에서 강수저장조로 공급되는 강수의 pH를 조정하는 pH 조정조; 상기 강수저장조의 일측에 설치되어 강수저장조의 강수를 흡입하여 설정된 온도로 강수와 열교환하는 열교환기; 상기 열교환기와 연결되어 설정온도로 열교환된 강수를 열원으로 가동되는 히트펌프; 상기 히트펌프에 연결되어 작동액이 히트펌프를 순환하면서 열교환되도록 연결설치된 냉난방기구;를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 강수 및 중수를 이용한 냉난방장치를 제공한다.

본 발명에 따르면 강수및 중수를 이용한 냉난방장치를 이용함으로써 강수 및 중수를 화장실용수, 소방용수, 조경용수, 살수용수 등으로 이용가능하고 냉난방에 필요한 열을 회수할 수 있으므로 인하여 전력비 및 화석연료의 사용량을 절감할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 흐름도를 나타낸 것으로, 하수, 폐수 등의 원수는 유량조정조(110)로 유입된다.

유량조정조(110)로 유입된 원수는 유량조정조에 저류되었다가 유량조정조내 에 설치된 원수이송펌프(112)에 의해 드럼스크린(115)을 거쳐 폭기조(120)로 이송된다.

원수이송펌프(112)는 수중펌프로서 그 가동 및 정지는 유량조정조내 설치된 레벨스위치에 의해 이루어진다. 유량조정조내 레벨스위치는 저수위스위치(111a)와 고수위스위치(111b)로 나뉘는데 유량조정조내 수위가 고수위스위치(111b)까지 도달하게 되면 고수위스위치는 이를 감지, 컨트롤러(도시되지 않음) 전기신호를 보내고 컨트롤러에서 원수이송펌프(112)로 다시 신호를 보내게 되어 원수이송펌프(112)가 가동되게 된다.

수위가 낮아져 저수위스위치(111a)까지 도달하게 되면 원수이송펌프(112)는 다시 신호를 받아 가동을 멈추게 된다. 유량조정조(110)에 유입된 원수내 함유되어 있는 고형물질이 가라앉아 유량조정조(110)내에 쌓이는 것을 방지하기 위해 폭기조(110)와 막분리조(120)에 공급되는 공기가 유량조정조내 산기관(A1)을 통해 공급되거나 별도의 브로아를 통해 폭기조(110)와 막분리조(120)와는 별도로 공급된다.

원수이송펌프(112)에 의해 이송되는 원수는 드럼스크린(115)을 거치게 되는데 이것을 원수내 함유된 머리카락이나 휴지조각 등의 미세한 협잡물을 제거할 수 있도록 0.1 ~ 1mm 크기의 메쉬망을 장착하고 있다.

드럼스크린(115)은 유량조정조내 원수이송펌프가 작동될 때 같이 작동할 수 있도록 연동되어 있다. 드럼스크린의 메쉬망을 통과한 원수는 폭기조(120)로 유입된다.

폭기조(120) 내에선 폭기조(120)내 미생물에 의해 용존유기물이 미생물의 먹 이로 제거된다. 미생물의 호흡에 필요한 공기를 공급하기 위해 막분리장치 외부에 설치된 브로아(A)로부터 폭기조(120)내 설치된 산기관(A1)을 통해 공기가 유입된다. 폭기조(120)내 혼합액은 후단의 막분리조(130)로 자연유입되게 되는데 폭기조(120)와 막분리조(130) 사이에는 격벽이 존재하여 두 조를 구분하고 있고 격벽의 일부가 개방되어 있어 이 개방된 부분을 통해 폭기조(120)내 혼합액이 막분리조(130)로 자연유입되게 된다.

막분리조(130)에서는 막분리조내 미생물에 의해 혼합액내 용존유기물이 제거되고 미생물 및 부유협잡물은 막분리조내 설치된 분리막유니트(140)에 의해 여과되며 분리막유니트를 통해 걸러진 여과액이 처리수로써 막분리장치 외부에 설치된 흡인펌프(150)를 통해 막분리장치 외부로 배출된다.

분리막은 표면에 0.1 ~ 0.4㎛ 크기의 무수한 공극이 형성되어 있는데, 이 공극을 통해 분리막 외부의 혼합액중 처리수는 유입되고 미생물 등의 고형물은 여과되게 된다.

분리막유니트(140)는 막분리조(130) 외부에 설치되어 있는 흡인펌프(150)와 연결되어 있는데, 흡인펌프(150)가 가동되면 이와 연결된 분리막유니트(140) 내부에 진공압이 형성되게 되고 이 진공압이 드라이빙 포스(driving force)가 되어 분리막유니트(140) 외부의 혼합액 중 미생물 등의 고형물이 처리수의 흐름에 따라 분리막유니트 표면으로 같이 이동하여 공극을 막는 폐색현상이 일어날 수 있는데, 이를 방지하기 위하여 미생물의 호흡에 필요한 공급하는데 이용되는 브로아(A)를 분리막유니트(140) 하단의 산기관(A1)에 연결하여 공기를 공급함으로써 산기관으로부 터 배출되는 공기가 상승하면서 발생하는 공기방울의 교란작용과 수류의 형성으로 고형물이 분리막유니트 표면으로 이동하여 부착하려는 것을 방해하도록 한다.

이때 폭기조(120)내 산기관과 막분리조(130)내 산기관에 연결된 브로아(A)는 동일한 것일 수도 있고, 각각의 반응조가 대용량이 경우 별개의 브로아를 각각 이용할 수도 있다. 분리막 내부로 유입된 처리수는 처리수 라인을 따라 흡인펌프(150)를 거쳐 외부로 배출되게 된다.

흡인펌프(150)는 막분리조(130)내 설치된 레벨스위치에 의해 전기적 신호를 받고 작동하게 된다. 막분리조(130)내 레벨스위치는 고수위스위치(131b)와 저수위스위치(131a)로 구분되는데 수위가 낮아져 저수위스위치(131a)에 도달하게 되면 저수위스위치(131a)는 이를 감지, 컨트롤러에 신호를 보내고 이는 다시 흡인펌프(150)에 전달되어 흡인펌프가 가동되게 된다. 반대로 수위가 높아져 고수위스위치(131b)에 도달하게 되면 흡인펌프(150)는 정지되게 된다.

분리막유니트(140)의 폐색을 방지하기 위하여 흡인펌프(150)를 간헐운전한다. 즉 흡인펌프(150)를 수분간 가동, 다시 수분간 정지시킴으로써 분리막유니트의 폐색을 방지할 수 있다. 막분리조(130)내 수위가 저수위일 경우 흡인펌프(150)가 정지하고 있는 동안 브로아(A)는 가동과 정지를 반복하는 간헐운전을 할 수 있다.

외부로 배출되지 않고 막분리조(130) 내부에 잔류하는 혼합액은 막분리조내 설치된 반송펌프(132)에 의해 전단의 폭기조(120)로 반송된다. 막분리조내 혼합액이 폭기조로 반송됨으로써 폭기조와 막분리조내 미생물의 농도가 일정하게 유지된다.

흡인펌프(150)를 통해 배출되는 처리수는 처리수내 색도성분을 제거하기 위하여 후단의 오존접촉조(160)와 활성탄탱크(170)를 거치게 된다. 오존접촉조의 일측에 설치된 오존발생장치(162)로부터 투입되어 오존성분이 존재하는 오존접촉조(160)에 처리수가 접촉하게 되면 색도성분이 제거되게 되고 색도성분이 제거된 처리수는 가압펌프(145)를 통해 활성탄탱크(170)를 거친후 바로 후단의 중수저장조(180)로 이송될 수 있거나 또는 오존접촉조(160)를 거치지 않고 바로 활성탄탱크(170)만을 거치게 될 수 있다.

중수저장조(180)로 이송된 처리수는 중수저장조(180)내에 저장되면 조내 수위가 높아져 중수저장조(180)내 설치된 고수위스위치(181b)에 도달하게 될 경우 중수저장조(180)내 중수이송펌프(162)를 통해 외부로 배출되게 된다. 중수는 다양한 용도로 재이용되는데 화장실용수나 소방용수로 이용될 경우 중수는 현행 법령상의 중수수질기준에 따라 잔류염소를 함유하여야 하므로 후단의 소독조(185)를 거쳐 화장실용수 및 소방용수로 이용되게 된다. 나머지 조경용수 및 살수용수의 목적으로 재이용될 경우 소독조를 거치지 않고 다른 라인으로 배출되게 된다. 또한 강수저장조(200)의 수위가 낮을 경우 중수는 강수저장조(200)로 이송될 수 있다. 강수저장조(200)로 이송되는 중수가 소독되지 않음으로써 소독제의 성분이 되는 산화제가 강수저장조(200)내에 존재하지 않게 되고, 이로 인해 히트펌프, 열교환기 등의 기기류 부식을 방지할 수 있다. 더욱이 강수저장조내 산성비 등이 유입될 경우 산화제의 유입은 강수저장조내에서 독가스를 생성할 수 있다.

한편 막분리장치 주변에서 집수된 빗물, 눈, 우박 등의 강수는 강수관로를 통해 침전조(210)를 거치게 된다. 침전조(210)내에서 강수내 함유된 비중이 높은 협잡물이 중력에 의해 침전조(210)내 바닥으로 가라앉게 된다. 침전조(210)내에서 협잡물이 제거된 강수는 후단의 pH 조정조(220)로 이송된다.

산성비 등이 집수될 경우 열교환기, 히트펌프 등의 기계류의 부식이 쉽게 발생될 수 있고, 강수를 중수로 재이용하기 위해 중수처리시설로 유입시 미생물에 쇼크를 줄 수 있기 때문에 산성비를 대비하여 pH 조정조(220)를 거치게 된다. pH 조정조(220)내 pH 미터가 산성비의 pH를 감지하고 나서 전기신호를 컨트롤러에 보내게 되고, 이 전기신호에 의해 알칼리 공급펌프(도시되지 않음)가 작동, 알칼리가 강수에 pH가 중성이 될 때까지 공급되게 된다.

pH 조정조(220)를 거쳐 중성이 된 강수는 후단의 강수저장조(200)에 유입되어 저장된다. 강수저장조(200)에 저장된 강수를 열교환기에 공급하여 설정된 온도로 열교환을 하고 순환펌프를 통해 열교환기는 다시 히트펌프를 거침으로써 냉난방이 이루어지게 된다.

강수저장조에는 히트펌프(340)를 연계한 냉난방기구(350)가 구비되는데, 강수저장조(200)에는 강수를 강제로 흡입하는 흡입펌프(320)가 연결 설치되고, 흡입펌프에는 흡입된 강수를 일정한 사이클로 순환시킬 수 있는 순환펌프(330)가 설치된다.

흡입펌프(320)와 순환펌프(330) 사이에는 처리수와 열교환하여 설정된 온도로 가열냉각시키는 1차열교환기(325)가 설치된다.

순환펌프(330)에는 순환펌프를 통해 순환되는 강수로부터 열을 흡수하여 열 교환하고, 열교환된 강수를 강수저장조로 반송하는 히트펌프(340)가 연결 설치된다.

히트펌프(340)에는 냉난방기구(350)가 연결 설치되고, 냉난방기구의 작동액이 히트펌프(340)로 유입되어 강수로부터 흡수된 열이 작동액과 열교환된다.

냉난방기구(350)에는 순환펌프(360)를 설치하여 냉난방기구의 작동액이 히트펌프와 지속적인 열교환이 이루어지도록 한다.

히트펌프(340)의 일측에는 처리수가 처리수저장조로 반송되지 않고 외부로 직접 배출시킬 수 있도록 할 수도 있다. 이는 히트펌프(340)를 통해 열교환된 처리수는 강수저장조(200)의 처리수 보다 냉난방기구의 작동액과 온도차이가 상대적으로 적어지므로 냉난방 효율이 떨어질 수 있기 때문이다. 강수저장조(200)로로 유입되는 중수 및 강수는 순환시키지 않고도 충분히 냉난방기구를 가동할 수 있는 경우가 많으므로 직접 배출시키는 방법이 냉난방 효율을 높이는데 효과적일 수 있다.

히트펌프(340)와 냉난방기구(350) 사이에는 2차열교환기(370)를 설치하여 온도를 더 높이거나 낮춰서 또 다른 냉난방기구 및 목적하는 장치들에 공급할 수 있고, 2차열교환기(370)의 일측에 축열축냉장치(380)를 연결 설치하여 열교환된 에너지원을 저장함으로써 필요할때 사용할 수 있도록 할 수 있다.

강수저장조(200)내 수위가 낮아져 강수저장조내 설치된 저수위스위치(201a)에 도달하게 되면 중수저장조(180)의 수위가 고수위일 경우 중수저장조(180)로부터 중수가 중수이송펌프(182)에 의해 강수저장조(200)로 이송되게 된다.

만일 중수저장조(180)의 수위가 저수위일 경우 중수이송펌프(182)는 정지하 게 되고 막분리장치가 계속 작동되어 중수저장조(180)내 중수를 고수위까지 채우게 되고 고수위스위치(1801b)까지 수위가 도달하게 되면 중수이송펌프(182)가 다시 작동되어 강수저장조(200)로 중수가 이송되게 된다.

강수저장조(200)의 수위가 고수위이고 중수저장조(180)의 수위도 고수위일 경우 중수는 중수이송펌프(182)를 통해 화장실 용수나 소방용수, 조경용수, 살수용수로 재이용되기 위해 이송되고 강수저장조(200)의 수위가 저수위이고 중수저장조의 수위가 고수위일 경우 중수는 강수저장조(200)로 이송되게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 강수 및 중수를 이용한 냉난방장치를 나타낸 것이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110 : 유량조정조 120 : 폭기조

130 : 막분리조 140 : 분리막유니트

150 : 흡인펌프 160 : 오존접촉조

162 : 오존발생장치 170 : 활성탄탱크

180 : 중수저장조 185 : 소독조

200 : 강수저장조 210 : 침전조

220 : pH 조정조 320 : 흡입펌프

325 : 1차열교환기 330 : 순환펌프

340 : 히트펌프 350 : 냉난방기구

360 : 순환펌프 370 : 2차열교환기

380 : 축열축냉장치

Claims

유입된 하·폐수로부터 협잡물을 제거하고, 일정량의 하·폐수를 공급하는 유량조정조(110);

상기 유량조정조로부터 하·폐수를 공급받고, 유입된 하·폐수내 용존 유기물을 미생물에 의해 제거하기 위한 폭기조(120);

상기 폭기조로부터 하·폐수와 미생물의 혼합액을 공급받고, 유입된 혼합액내 존재하는 잔류 유기오염물질이 미생물의 먹이로서 소비되어 제거되는 막분리조(130);

상기 막분리조에 고정된 분리막유니트(140);

상기 분리막유니트를 통해 유출되는 중수가 저장되고, 조내 수위가 높아져 고수위스위치에 도달할 경우 중수이송펌프를 통해 중수를 강수저장조나 외부로 배출하는 중수저장조(180);

상기 중수저장조를 통해 배출되는 중수를 저장하고, 조내 수위가 높아져 강수용고수위스위치에 도달할 경우 강수를 중수처리시설이나 외부로 배출하는 강수저장조(200);

상기 강수저장조 주변에서 집수된 강수가 집수되고, 강수내 함유된 협잡물을 제거하여 강수저장조에 강수를 공급하는 침전조(210);

상기 강수저장조와 침전조 사이에 설치되어 침전조에서 강수저장조로 공급되는 강수의 pH를 조정하는 pH 조정조(220);

상기 강수저장조의 일측에 설치되어 강수저장조의 강수를 흡입하여 설정된 온도로 강수와 열교환하는 1차열교환기(325);

상기 1차열교환기와 연결되어 설정온도로 열교환된 강수를 열원으로 사용하여 작동되는 히트펌프(340);

상기 히트펌프에 연결되어 작동액이 히트펌프를 순환하면서 열교환되도록 연결설치된 냉난방기구(350);

를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 강수 및 중수를 이용한 냉난방장치.
제1항에 있어서,

상기 분리막 유니트와 중수저장조 사이에는 처리수의 색도성분을 제거하는 오존접촉조(185)와 잔류미량 색도성분과 부유물질, 용존물질이 흡착에 의해 제거되는 활성탄탱크(170)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 강수 및 중수를 이용한 냉난방장치.
제1항에 있어서,

상기 히트펌프와 냉난방기구 사이에는 2차열교환기(370)가 설치되고, 2차열교환기의 일측에는 축열축냉장치(380)가 연결설치되어 2차열교환기에 의해 열교환 된 에너지를 저장할 수 있는 것을 특징으로 하는 강수 및 중수를 이용한 냉난방장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 막분리조에는 내부에 잔류하는 혼합액을 전단의 폭기조에 반송시켜 폭기조와 막분리조내 미생물의 농도를 일정하게 유지할 수 있는 반송펌프(132)가 더 설치된 것을 특징으로 하는 강수 및 중수를 이용한 냉난방장치.