KR20020062243A

KR20020062243A - 부력을 이용한 동력 발생장치 및 이를 응용한오폐수처리장치

Info

Publication number: KR20020062243A
Application number: KR1020020032428A
Authority: KR
Inventors: 이해갑
Original assignee: 이해갑
Priority date: 2002-06-11
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2002-07-25

Abstract

본 발명은 부력을 이용한 동력 발생장치 및 이를 응용한 오폐수처리장치에 관한 것으로, 중력의 작용하에 유체(流體) 속에 있는 정지 물체가 유체로부터 받는 중력과 반대방향의 힘인 부력을 이용한 힘의 작용과 반작용에 의한 동력 발생장치 및 이를 기존의 오폐수처리장치의 하나인 회전원판법에 적용한 경제적이고 고효율인 오폐수처리방치에 관한 것이다.

본 발명의 동력 발생장치는 유체가 채워져 있는 주탱크 및 유체가 채워지지 않는 보조탱크로 구성된 탱크; 상기 탱크의 길이방향으로 고정되는 중심축; 상기 중심축에서 방사형으로 뻗은 다수개의 회전축과 상기 회전축 끝에 달린 회전날개로 구성되며, 상기 회전날개가 달린 다수개의 회전축이 부력의 원리로 돌아가게 되는 회전체; 상기 중심축과 상기 회전축을 고정시키는 축고정대; 상기 중심축 말단에 연결되는 1차 기어와 상기 1차 기어에 연결되는 2차 기어와 상기 2차 기어로부터 동력을 전달받는 발전기와 상기 중심축의 다른 말단에 연결되는 회전스타트 기어로 구성되는 동력생성부; 및 상기 주탱크에 유체를 채워주는 유체공급관과 상기 보조탱크에 유입되는 유체를 배출하여 주탱크로 환수시키는 보조관으로 구성되는 유체순환부; 를 포함하여 구성된다.

Description

부력을 이용한 동력 발생장치 및 이를 응용한 오폐수처리장치{Power producer using buoyancy and a waste water disposal plant using the same}

현재 일반적인 동력(에너지, 전기) 생성방법은 화력, 수력, 원자력 또는 조력, 풍력을 이용한 대규모 발전과 풍력 및 태양에너지를 이용한 소규모 발전 등 다양하다. 이중에서 우리 나라는 자원과 입지조건으로 볼 때 대기오염과 방사능의 유출우려가 있는 화력발전과 원자력발전보다는, 한번 설치하면 유지비가 거의 들지 않고 전력을 안정되게 반영구적으로 얻을 수 있는 수력발전과 조력발전이 선호되고 있으며, 또한 조수간만의 차이가 심한 서해안에 조력발전시설 설치를 국가적인 차원에서 추진되고 있다.

그러나 상기 수력발전은 물의 낙차를 이용하여 터빈을 회전시켜 전기를 얻는 방식으로, 소정의 낙차를 갖도록 높은 위치에 물을 저장하고 이 물을 유수관을 통하여 아래쪽에 설치한 발전기 쪽으로 안내하여 터빈날개를 회전시키도록 구성되기 때문에, 수력발전을 위해서는 물을 저장할 수 있는 대규모의 댐을 건설하고 댐 아래쪽에 발전설비를 건설하며 발전에 사용된 물을 강이나 바다로 보내기 위한 배수시설을 건설하여야 한다. 상기와 같이 수력발전장치는 댐에 물을 저장한 다음 이 물을 발전에 이용하고 하천이나 강으로 배수하므로, 댐에 물이 충분히 저장되지 않는 갈수기나 가뭄이 있는 경우에는 발전량이 감소된다. 더욱이 15,000kw 미만의 소수력발전에 있어서는 물의 저장량이 많지 않으므로, 갈수기에는 발전이 이루어지지 않는다. 또, 종래의 수력발전장치는 하천의 본류를 막아 만든 댐의 고낙차에 의해 발전하므로 일부지역에 국한되어 있어 하천이나 강이 없거나 흐르는 물의 양이 적은 경우에는 전기가 필요한 곳에도 공급할 수 없는 문제점이 있었고 발전을 행하기가 어려웠다.

또한, 상기 조력발전장치는 조수간만의 차가 심한 해안에 댐을 건설하고 바다와 연한 댐의 일정위치에 스크류 형식의 발전터빈을 설치하여 만조시 저장된 해수를 상기 발전터빈을 통하게 함으로써 발전을 얻을 수 있도록 한 것이므로 이는간조시에는 저수지내의 수위와 바다의 수위차가 있어 발전이 가능하나 만조시에는 발전이 불가능하며 특히 공사비에 비해 전력의 발전량이 미비하여 경제성이 낮은 폐단이 있다. 한편, 도시화가 진행된 현대 산업사회에서 각 빌딩이나 공장에서는 비상용의 화력발전시설을 설치하고 있지만, 이 시설은 평상시에는 연료비의 부담 때문에 사용이 불가능하다.

전술한 바와 같이 인류역사이래 산업혁명 등을 거치면서 산업화가 가속화되고 기하급수적인 인구의 증가로 인하여 인류생존에 필요한 막대한 양의 에너지를 얻기 위하여 에너지원의 발굴이 끝없이 검토ㆍ연구되고 있으며, 특히 가속화되고 있는 화석에너지의 고갈에 따라 자연력을 이용한 에너지원에 대한 연구, 개발은 끊임없이 계속되고 있다.

본 발명 또한 이러한 새로운 에너지발생장치에 대한 것으로, 자연법칙 중에 하나인 "부력의 법칙"을 이용, 새로운 동력원으로 회전체를 회전시켜주고 이 회전을 발전기에 연결하여 동력을 얻고자 하는 것이다.

또한, 본 발명은 부력을 이용한 동력 발생장치를 기존의 오폐수처리장치의 하나인 회전원판법에 적용한 경제적이고 고효율인 오폐수처리장치에 관한 것으로, 본 발명에서 부력을 발생시키는 근원이 되는 유체가 생활오수나 폐수일 경우에 본 발명의 회전체를 통하여 고도의 유기물제거와 질산화가 가능하도록 한 것이다.

종래의 하수처리방법으로는 활성오니법 또는 산화구법 등으로 그것을 부분적으로 응용한 방법이 있었다. 예컨데, 종래의 처리공정을 살펴보면 유입된 생활하수의 각종 협잡물질을 스크린에서 제거한 후 다시 침사지에서 모래 등을 침강시킨 후하수는 최초 침전지로 유입된다. 이때 최초 침전지에서 일정시간을 체류시키면 침전 가능한 일부 물질이 침전하게 된다. 상당수는 폭기조로 이송되어 송풍기에 의하여 공기를 강제로 하수에 주입접촉시켜 호기성 세균균(활성오니)작용으로 하수가 활성화되어 유기물질이 산화분해되므로 이를 최종 침전조로 이송시켜 일정시간 그대로 정지하면 고형분이 자연침전되거나 급속여과조에서 처리된 처리수는 소독 후 방류하고 침전물은 직접 탈수처리하거나 소화조로 보내어 약 15~30일동안 장시간 소화시킨 후 탈수기에 의해 탈수처리되어 매립처분하는 방법 등이 이용되었다. 그러나 이러한 활성오니법은 하수의 다량발생으로 시설비 및 동력비가 증가하고 특히 유지관리에 고도의 숙련된 기술을 필요로 하며 폐수처리를 위하여 행해지는 폭기로 인한 폐수의 비산, 거품 냄새, 비위생적인 곤충의 서식 등 2차 공해가 문제가 되고 있다. 또한, 에너지절약이라는 차원에서 볼 때 활성오니법의 산소전달 효율이 5% 정도로 많은 에너지가 소모되고 있다.

이에, 선진국에서는 20여년 전부터 고정생물막을 이용하여 도시하수 등 생활폐수와 산업폐수를 처리하는 회전원판법이 채택되어 날로 증가되어 가고 있는 실정이다. 회전원판법은 원판상에 부착된 미생물군이 오폐수중의 오염물질을 제거토록 하는 수처리 방법으로, 활성오니법과 살수여상법과 같이 호기성 산화처리 방법의 한가지이지만 회전원판법은 산소의 공급방법 및 유기질의 분해방법에 특징이 있다. 즉, 회전원판조에 원판을 40~70% 정도 침적시켜 천천히 회전시키면서 오수를 유입시키면 약 1~2 주간에 원판상에 미생물이 부착, 번식하고 이 미생물이 공기중의 산소를 섭취하고 수중으로부터 유기물을 흡수해서 호기성 분해를 한다. 생물막의 활성이 약해지면 미생물군이 원판에서 탈락되어 회전원판조를 흘러나가 침전조나 회전스크린에서 고액분리시켜 슬러지로 되어 이것을 처리하게 된다.

이러한 회전원판법은 전술한 활성오니법에 비해 많은 장점을 가지고 있다. 우선, 회전원판법에서는 생물상이 각단마다 틀려 전단은 높은 BOD부하에 대응한 생물상이 주체가 되고, 후단에 있어서는 원생동물과 조류가 주체가 되어 후생동물이 출현함으로서 식물 연쇄가 길다. 이와 같이 생물상이 널리 분포되고, 다단처리에서 BOD 농도에 따라 생물상이 분리되어 서식하기 때문에 회전원판법은 미생물의 번식면에서 보면 미생물이 많고 단시간 접촉해도 높은 정화율을 얻을 수 있고 부하변동이나 각종 Shock에도 강하다. 또한, 회전원판법에 있어 생활 폐수의 정화시 소비전력은 0.4~0.7 kwh/kg BOD에 불과하나 활성오니법의 경우는 204~6.4 kwh/kg BOD가 되어 소비전력이 활성오니법에 비해 1/6~1/9에 불가함을 알 수 있으며, 유지관리에 소요되는 전문기술자의 인건비를 고려하면 그 경제성은 더욱 높다할 것이다. 또한, 회전원판법은 운전관리가 용이하다. 회전원판법은 고정상 방식으로 BOD제거에 필요한 생물오니의 대부분은 원판위에 부착되어 있어 활성오니법과 같이 오니의 반송이 불필요하며 활성오니법과 비교하여 보면 SS농도가 대단히 낮기 때문에 고액분리가 용이하고 오니의 벌킹(Bulking) 등 염려가 없다. 또한, 회전원판법은 원판이 계속하여 오수와 공기 중을 회전하므로 원판조에 곤충이 생기지 않고 소음 역시 회전원판 장치를 회전시키는 모터 정도로 경음이 발생하므로 2차 공해 즉 악취, 기포의 비산, 소음 등이 없다. 또한 질산화와 탈질산화 등이 손쉽게 이루어져 고도처리가 용이한 방법이다.

이에 본 발명은 부력을 이용한 동력 발생장치를 이용, 수질오염의 큰 부분을 차지하고 있는 생활하수 또는 기타 유기성 오폐수처리를 전술한 회전원판법 원리를 접목시켜 본 발명의 회전체를 이용하여 미생물막을 회전체에 형성하도록 하여 오염된 유지오수가 미생물에 정화되어 수질검사기준에 적합한 수질이 되도록 처리하면서 자체적으로 동력을 발생시킴으로서 에너지 비용이 들지 않는 오폐수처리장치에 관한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 종래 에너지 생성방법 및 오폐수처리장치에 대해 자연력을 이용하여 개선코자 한 것으로, 본 발명의 목적은 자연력 중 하나인 부력을 이용하여 유체가 있는 공간과 공기가 있는 공간을 동시에 점유하는 회전체를 연속적으로 회전시킴으로서 발전이 가능하도록 하여 비교적 간단한 장치로서 많은 발전량을 얻고 본 발명의 장치만으로도 별도의 동력원의 공급 없이 연속적으로 발전이 가능한 실용적이고 경제적이며 환경친화적인 부력을 이용한 동력 발생장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 부력을 이용하기 위해 투입되는 유체가 생활오수나 폐수일 경우 동력 발생장치의 역할을 함과 동시에 오폐수 정화시스템의 역할을 하도록 회전체를 구성하여 높은 정화효율을 얻을 수 있고, 부하변동에 강하며, 고액분리가 용이하고 오니의 벌킹(bulking)이 없으며, 유지를 위한 동력비용이 들지 않아 경제적이고 고효율이면서 환경친화적인 부력을 이용한 동력 발생장치를 응용한오폐수처리장치를 제공하는 것이다.

도 1a는 본 발명의 부력을 이용한 동력 발생장치의 구체예를 보인 단면도이다.

도 1b는 본 발명의 부력을 이용한 동력 발생장치의 다른 구체예를 보인 단면도이다.

도 2는 상기 도 1a의 구체예에 대한 주요부분의 분해도이다.

도 3은 상기 도 1a의 구체예에 대한 정단면도이다.

도 4는 본 발명의 부력을 이용한 동력 발생장치를 응용한 오폐수처리장치에 대한 처리계통도이다.

<도면의 주요 부호의 설명>

10 : 탱크 11 : 주탱크

11a : 주탱크의 벽체 11b : 수압제지칸막이

12 : 보조탱크 13 : 칸막이

20 : 중심축 30 : 회전체

31 : 회전축 32 : 회전날개

40 : 축고정대(미표시부호) 50 : 동력생성부(미표시부호)

51 : 1차 기어 52 : 2차 기어

53 : 발전기 54 : 회전스타트 기어

60 : 유체순환부(미표시부호) 61 : 유체공급관

62 : 보조관(管) 70 : 수압제지대

71 : (수압제지대) 날개 71a : 날개부 단축길이

72 : (수압제지대) 롤러 80 : 물샘방지장치

본 발명의 바람직한 구체예를 첨부한 도 1a 및 도 4를 기준으로 상세히 설명한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명의 부력을 이용한 동력 발생장치의 구체예를 보인 단면도이며, 도 2는 상기 도 1a의 구체예에 대한 중요부분을 보이는 분해사시도로서, 본 발명은 유체가 채워지는 주탱크(11) 및 유체가 채워지지 않고 공기가 채워지는 보조탱크(12)로 구분되며, 상기 주탱크(11)와 보조탱크(12)는 칸막이(13)로 분리되도록 구성된 탱크(10); 상기 탱크(10)의 길이방향으로 설치되며, 상기 탱크(10)의 길이보다 전후방으로 길게 뻗은 중심축(20); 상기 중심축(20)의 중심에서 바퀴살과 같이 방사형으로 일정반경 뻗은 다수개의 회전축(31)과 상기 회전축(31)의 끝에 달린 회전날개(32)로 구성되며, 상기 회전날개(32)가 달린 다수개의 회전축(31)의 일부는 상기 주탱크(11)의 유체 속에 잠기고 일부는 상기 보조탱크(12)의 공기 중에 떠있어 부력의 원리로 상기 주탱크(11)와 보조탱크(12) 영역을 통과하며 돌아가는 회전체(30); 상기 중심축(20)과 상기 회전축(31)을 고정시키는 축고정대(40, 미표시부호); 상기 중심축(20)의 말단에 연결되는 1차 기어(51)와 상기 1차 기어(51)에 연결되는 2차 기어(52)와 상기 2차 기어(52)로부터 동력을 전달받는 발전기(53)와 상기 중심축(20)의 다른 말단에 연결되는 회전스타트 기어(54)로 구성되는 동력생성부(50, 미표시부호); 및 상기 주탱크(11)에 유체를채워주는 유체공급관(61)과 상기 보조탱크(12)에 유입되는 미량의 유체를 배출하여 상기 주탱크(11)로 환수시키는 보조관(62)으로 구성되는 유체순환부(60, 미표시부호); 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부력을 이용한 동력 발생장치를 제공한다.

특히, 도 2에서 보이는 바와 같이 상기 칸막이(13)의 하부에는 상기 회전체(30)의 회전축(31)과 회전날개(32)가 상기 주탱크(11)와 보조탱크(12) 영역을 통과하며 연속적으로 회전할 수 있도록 일정 크기를 갖는 최소한의 관통구멍이 형성되어 있으며, 상기 칸막이(13)의 관통구멍 부위에는 상기 주탱크(11)의 유체가 상기 관통구멍을 통하여 상기 보조탱크(12)로 유입되는 것을 최소화하기 위한 수압제지대(70)가 더 설치되어 있다. 또한 상기 칸막이(13)의 관통구멍 부위 중 회전날개(32)가 통과하는 부분에는 상기 수압제지대(70)의 유체유출 방지 기능을 더욱 강화시켜주는 물샘방지장치(80)가 더 설치되어 있다.

본 발명에서 가장 핵심적인 기술사상이 되며, 본 발명의 착안점이 되는 것이바로 주탱크(11)와 보조탱크(12)를 가지는 탱크(10)부분이다. 본 발명의 탱크(10)는 고정적으로 유체(이하 유체의 구체예로 물을 중심으로 기술한다)에 잠겨져 있는 주탱크(11)와 다른 한쪽은 물이 전혀 없는 즉 공기로 채워진 보조탱크(12)로 구성되어 물이 채워진 주탱크(11)에서 부력에 의해 상기 회전체(30)가 부상하여 공기중으로 나오게 되면 보조탱크(12) 쪽에서는 중력에 의해 아래로 떨어지는 낙하작용이 일어나게 되고, 본 발명의 회전체는 지속적으로 회전하게 되어 결국에는 동력을 발생하도록 구성되어 있다. 이러한 상기 주탱크(11)에 채워지는 유체는 물이 용이하게 사용될 수 있으며, 기술의 발달에 따라 부력값을 크게 가지는 다른 유체가 발견, 발명 시는 이를 채용할 수도 있다.

또한 이 때 설치되는 상기 주탱크(11)는 도 1b에 도시된 바와 같은 일정한 깊이의 수심을 가지는 사각형태의 주탱크와 도 1a에 도시된 바와 같은 상기 칸막이(13)와 상기 주탱크(11) 외측 벽체(11a) 사이에 다수의 단이 형성되어 있어 다양한 깊이의 수심을 가지며, 상기 주탱크의 내부를 상부 및 하부로 나누며 일정크기의 관통구멍이 형성되어 있는 하나 이상의 수압제지 칸막이(11b)가 설치되어 있는 다각형태의 주탱크로 구분될 수 있다.

상기 주탱크(11)에서 수압은 유체의 수심이 깊으면 깊을수록 커지게 된다. 따라서 상기 일정한 수심을 가지는 사각형태의 주탱크보다 다양한 수심을 가지는 다각형태의 주탱크에서 수압이 약하게 되며, 이 때 상기 전술된 수압제지대(70)의 기능 또한 더욱 강화된다.

또 상기 다각형태의 주탱크 내부에 설치되는 수압제지칸막이(11b)는 상기 주탱크 내부를 상부 및 하부로 나눔으로서 수심을 얇게 하여 수압을 최소화시키며, 앞서 언급한 수압제지대(70)를 상기 수압제지 칸막이(11b)의 관통구멍 좌우에 설치함으로서 상기 칸막이(13)의 하부에 설치되어 있는 수압제지대(70)의 기능을 더욱 극대화시킨다. 또한 상기 수압제지 칸막이(11b)는 상기 회전날개(32)가 회전하면서 발생하는 물샘을 방지하며, 상기 주탱크 상부의 수면을 높여 회전체(30)의 부력작용을 더욱 원활히 한다. 도면에 상기 수압제지 칸막이(11b)는 한 개소만 설치되어 있지만, 경우에 따라 그 설치개수는 증가될 수 있다.

따라서, 본 발명인 부력을 이용한 동력 발생장치를 설치할 경우 상기 전술한 사각형태의 주탱크와 다각형태의 주탱크 중 설치현장의 상황에 맞는 것을 택일하여 설치한다.

본 발명의 작동원리인 아르키메데스의 원리와 부력에 관하여 약술한 후 본 발명의 작동 메카니즘을 다음과 같이 설명한다.

아르키메데스의 원리는 유체(流體) 속의 물체가 받게 되는 부력에 대한 법칙으로, 유체(기체나 액체) 속에 정지해 있는 물체는 중력과 반대방향의 부력(주위의 유체가 물체에 미치는 압력의 합력)을 받는데, 그 크기는 물체가 밀어낸 부분의 유체의 무게, 즉 물체를 그 유체로 바꾸어 놓았을 때 작용하는 중력의 크기와 같다. 부력은 중력의 작용하에 유체(流體) 속에 있는 정지 물체가 유체로부터 받는 중력과 반대방향의 힘을 말한다. 그 크기는 유체 속에 있는 물체의 부피와 같은 부피의 유체의 무게와 같다. 부력의 작용점은 물체가 밀어낸 부분에 유체가 있다고 가정했을 때의 무게중심과 일치한다. 이 작용점을 부력중심(또는 부심)이라 하며, 부체(떠 있는 물체)가 기울어져 있을 경우의 복원력을 결정하는 중요한 요소가 된다.

전술한 원리에 기초한 본 발명인 부력을 이용한 동력 발생장치의 구체예는 다음과 같다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 상기 칸막이(13)에 의해 분리되며, 유체(물)가 담겨 있는 주탱크(11)와 다른 한쪽은 물이 전혀 없는 공기층을 가지는 보조탱크(12)로 구성되는 탱크(10)의 길이방향으로 중심축(20)을 설치, 고정시킨다. 이 때 상기 중심축(20)은 상기 전술한 주탱크(10)의 형태에 따라, 사각형태의주탱크일 경우에는 상기 칸막이(13)의 상부 측면에 인접하여 보조탱크(12) 쪽에 고정시키며, 다각형 형태의 주탱크일 경우에는 상기 칸막이(13)의 상부에 고정시킨다.

이후 상기 고정된 중심축(20)의 중심에서 바퀴살과 같이 방사형으로 일정반경 뻗은 다수개의 회전축(31)을 연결하고, 상기 회전축(31)의 끝에는 회전날개(32)를 달아 회전축(31)과 회전날개(32)로 이루어지는 다수개의 회전체(30)를 형성한다. 도면에 도시되지 않았지만, 이 때 상기 중심축(20)과 회전축(31)은 축고정대(40, 미표시부호)에 고정된다.

또한 이 때 상기 중심축(20)에 연결되어 있는 회전축(31)은 그 회전길이가 길면 길수록 중심축(20)에 전달되는 힘이 커지게 된다. 따라서 상기 전술한 바와 같이 상기 중심축(20)의 고정위치를 달리하게 되면 상기 중심축(20)을 칸막이(13)의 상부 측면에 인접하여 보조탱크(12)쪽에 고정시킬 때 보다, 상기 칸막이(13)의 상부에 고정시킬 때 상기 회전축(31)의 회전길이는 더 길어지게 되고, 이 때에 상기 중심축(20)에 전달되는 힘 또한 커지게 된다.

상기 중심축(20)에 고정된 회전체(30)를 한쪽은 공기중에 있고 다른 한쪽(반대쪽)은 물 속에 잠기도록 설치하면 물 속의 회전체(30)는 부력을 받게 되고 공기중의 회전체(30)는 그 중량만큼 중심축(20)에 힘을 가하게 된다. 즉, 회전체가 물 속에 위치할 때는 유체(流體) 속의 물체가 받게 되는 부력에 대한 법칙인 아르키메데스의 원리에 의해 물에 잠겨있는 회전날개(32) 부분과 같은 부피의 물의 무게만큼 가벼워지고 부력에 의해 상층방향으로 이동하려는 힘이 회전축(31)에 전달되어중심축(20)을 회전하는 힘이 생긴다. 한편, 회전날개(32)가 반대쪽인 공기 중에 떠 있을 때는 회전날개(32)의 중량만큼 회전축(31)을 통하여 중심축(20)에 전달되어 역시 같은 방향으로 중심축(20)을 회전하게 하는 힘이 생긴다. 따라서, 도 1a 및 도 1b에 도시된 화살표와 같은 방향으로 회전체(30) 및 중심축(20)이 돌아가게 된다. 상기 전술한 바와 같이 회전축(31)이 길면 길수록 중심축(20)에 전달되는 힘은 커지며, 또한 회전날개(32)가 크면 클수록 중심축(20)에 전달되는 힘이 커진다. 이러한 구성으로 회전체(30)가 연속적으로 회전하게 되면 전술한 도 1a의 구체예에 대한 정단면도인 도 3에서 보는 바와 같이 중심축(20) 말단에 연결되는 1차기어(51) 및 2차기어(52)에 동력이 전달되게 되고 발전기(53)가 돌아가서 동력이 생성되게 된다. 이 경우 회전체(30)가 돌아가기 전에 주탱크(11)에 물이 충분치 못할 때를 대비하여 회전스타트 기어(54)를 설치하고 외부의 힘으로 초기 회전을 시키도록 한다.

회전의 힘을 반대하는 역반응은 회전날개(32)가 물샘방지장치(80)를 통과할 때 마찰력과 회전날개(32)가 주탱크(11) 속으로 진입할 때 수압으로 인한 반대력이 작용하게 된다. 그러므로, 회전날개(32)가 물샘방지장치(80)와의 공극에서는 마찰력이 최소화하면서 물이 최대로 적게 빠져나갈 수 있게 하여야 하며, 또한 수압과 탈수됨을 최소화시키기 위해 수압제지대(70)를 설치한다. 공기층으로부터 회전날개(32)가 주탱크(11) 속으로 진입할 때 내부에 있는 물이 보조탱크(12)로 새는 것을 최소로 방지하기 위하여 물샘방지장치(80)는 특별히 구성되어야 한다.

본 발명에서의 수압제지대(70)는 전술한 회전체(30, 회전축+회전날개)가 부력과 중력에 의해 연속적으로 회전함에 따라 공기 중(보조탱크 내)을 통과하고 유체내부(주탱크 내)로 진입할 때 회전체가 받는 수압을 점진적으로 증가시켜 최소한의 저항을 받도록 하며, 또한 상기 유체공급관(61)을 통하여 주탱크(11)내로 떨어지는 유체의 압력을 최소화함과 동시에 주탱크 내의 유체가 보조탱크 내로 유출되는 것을 최소화시키기 위한 장치로 착안된 것으로, 상기 수압제지대(70)는 주탱크(10) 내부 및 칸막이(13)의 관통구멍 부위에 설치되며, 또한 상기 수압제지대(70)는 본 발명자가 희망하는 역할을 수행할 수 있는 형태이면 어떠한 형태라도 채택이 가능하며 최소저항과 최소유출의 기능을 만족하는 수압제지대의 형상과 구조에 대해서는 지속적인 연구가 필요할 것이다. 본 발명에서는 그 구체예의 하나로 도 1a 및 도 1b의 수압제지대(70)와 같은 형상, 구조를 다음과 같이 제시한다. 수압제지대(70)는 전술한 바와 같이 주탱크(10) 내부 및 칸막이(13)의 관통구멍 부위의 주탱크(11)쪽에 설치되며, 상기 수압제지대(70)의 설치부위 및 설치개수는 설치현장의 조건에 따라 조절될 수 있다. 또 도면에 도시된 바와 같이 끝단이 서로 맞닿게 부착되는 1쌍의 날개(71)와 상기 날개 끝에 달린 롤러(72)로 구성되는 상기 수압제지대(70)에서, 상기 날개(71)의 장축길이는 당연히 회전날개(32)의 장축길이와 같게 구성하여 회전날개(32)가 보조탱크(12)에서 주탱크(11)로 진입할 때 회전날개(32)가 직접적으로 수압을 다 받도록 하지 않고 회전날개(32)가 서서히 수압을 받을 수 있도록 덮개의 역할을 하게 되며, 상기 날개(71)의 단축길이(71a)는 설치되는 주탱크(10)의 폭 및 칸막이(13)의 관통구멍의 크기를 고려하여 충분히 길게 구성하여, 도 1a 및 도 1b에 보는 바와 같이 확장가능한 팔 형태가 되도록 한다.그 재질 또한 탄력성, 유연성 있는 재료를 사용하여 부드럽게 서서히 열리고 회전날개(32)가 주탱크(11)로 진입이 이루어짐에 따라 신속하고 긴밀하게 닫혀지도록 하여 보조탱크(12)로의 유체 유출을 최소화하도록 한다. 수압제지대(70)의 롤러(72)는 상기 회전날개(32)가 진입할 때 상기 수압제지대의 날개(71)가 열리고 닫히는 경우 더욱 긴밀히 회전날개(32)의 표면부를 밀착토록 하여 보조탱크(12)로의 유체 유출을 최소화하도록 한다.

본 발명에서의 물샘방지장치(80)는 전술한 수압제지대(70)에서의 유체유출방지의 기능을 더욱 강화하여 주는 장치로 착안된 것으로 물샘방지장치(80) 또한 상기 수압제지대(70)와 같이 본 발명자가 희망하는 역할을 수행할 수 있는 형태이면 어떠한 형태라도 채택이 가능할 것이며 물샘방지장치(80)의 형상과 구조에 대해서는 지속적인 연구가 필요할 것이다. 물샘방지장치(80)는 앞서 설명한 바와 같이 상기 칸막이(13)의 관통구멍 부위 중 회전날개(32)가 통과하는 부분에 설치하는 것으로 도면에서 보는 바와 같이 보조탱크(12)쪽에 설치하여 상기 수압제지대(70)에서의 유체유출방지 기능을 보강하여 준다. 보조탱크(12)쪽에 설치된 물샘방지장치(80)는 회전날개(32)가 회전하면서 진입시 마치 주사기 본체와 주사기 피스톤 사이에 압착고무로 인하여 공기가 새지 않는 것과 같은 역할을 하여 보조탱크(12)내의 공기 중에 있던 회전날개(32)가 진입하여 수압제지대(70)가 설치된 칸막이(13)를 통과하여 유체가 가득한 주탱크(11)로 진입하는 일련의 과정에서 주사기 피스톤의 압착고무와 같이 설치하여 수압제지대(70) 진입단계까지의 유체유출을 막아준다. 따라서 그 형상은 상기 칸막이(13)의 관통구멍을 따라 방풍지와 같이 형성될 수도 있을 것이며, 또는 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이 부채꼴 형상을 첨가하여 더욱 넓은 영역에서 물샘방지기능을 할 수도 있으며, 상기 회전날개(32) 자체에 압착고무와 같은 것을 부착하여 칸막이(13)를 통과할 때 유체의 유출을 막을 수도 있을 것이다. 이 물샘방지장치(80)에 대해서는 실증적인 실험을 통하여 더욱 발전적인 형상 및 재료의 선정이 필요할 것으로 보인다.

또한, 유체공급관(61)을 통하여 채워지는 물 보충량보다 물이 빠져나가는 양이 많으면 주탱크(11)에 수위가 줄어들게 되는데 이때는 보조탱크(12)에서 보조관(62)을 통하여 유출된 물을 펌핑(pumping)하여 주탱크(11)의 수위가 줄지 않도록 조정한다.

전술한 바와 같은 부력을 이용한 동력 발생장치에서 회전날개(32)의 형상은 유체의 저항을 적게 받으면서도 상기 수압제지대(70) 및 물샘방지장치(80)를 통과하여 회전하는 경우 마찰력을 적게 받도록 타원형으로 구성되며, 그 이외의 형태라도 상기 기능을 수행할 수 있는 형태면 어느 것이라도 무방하다. 또한 상기 회전날개(32)의 재질 또한 기능을 고려하여 다양한 선택이 가능할 것이다. 또한, 회전날개(32)를 더욱 견고히 고정시키기 위하여 도면에서 보는 바와 같이 회전날개(32) 서로를 연결하는 것이 더욱 바람직할 것이며, 이때 연결부에는 유체가 마찰되는 면이 적고 마찰되는 유체가 쉽게 빠져나갈 수 있도록 다수의 구멍을 생성하는 것이 바람직하며, 부력을 받기 위해서 회전날개(32)는 개개는 반드시 독립적으로 회전축(31)과 연결되어 단독으로 부력을 받을 수 있도록 한다.

상기와 같은 부력을 이용한 동력 발생장치는 그 바람직한 실시예로서 이를회전원판법에 적용, 주탱크에 유입되는 물이 생활오수나 폐수일 경우 동력 발생과 오폐수를 정화하는 역할을 동시에 하게 된다. 앞서 상세히 설명한 바와 같이 회전원판법에 의한 오폐수 정화가 기존의 활성오니법에 비해서 많은 장점을 가지고 있는데, 본 발명에서는 본 발명의 장치를 회전원판법에 바로 적용하여 외부로부터의 별도 동력이 필요없이 오폐수를 정화할 수 있는 시스템을 제안하는 것이다. 본 발명의 구성 및 회전원판법의 개요에 대해 전술하였기에 간략히 부력을 이용한 동력 발생장치를 이용한 오폐수처리장치에 대해서는 간략히 다음과 같이 설명한다.

도 4와 같이 여러 조의 회전날개(32)를 직렬로 조합함으로서 고도의 유기물제거와 질산화가 가능하다. 회전하는 회전날개(32)를 단순한 평원판 표면보다 폴리에틸렌이나 FRP로 된 약간의 주름진 판이나 미생물이 잘 접착하기 쉬운 표면을 만들어 오폐수와의 접촉과 공기와의 접촉면적을 훨씬 크게 한다. 본 발명의 부력에 의한 회전운동은 회전날개(32)를 오폐수와 접촉시킨 후에 공기중으로 드러내게 되는데 이때 산소공급을 받게 되며 호기성균이 활착하게 된다. 회전원판조에 회전몸체를 40% 정도 침적시켜 천천히 회전시키면서 오수를 유입시키면 약 1~2주간에 원판상에 미생물이 부착번식하고, 이 미생물이 공기중의 산소를 섭취하고 수중으로부터 유기물을 흡수해서 호기성 분해를 하게 된다. 생물막의 활성이 약해지면 미생물군(생물막)이 원판에서 탈착되어 회전원판조를 흘러나가 침전지나 회전스크린에서 고액분리시켜 슬러지로 되어 이것을 처리하게 된다.

이러한 폐수처리장치는 동력을 자체 생산하여 별도 동력의 공급 없이 폐수처리를 할 수 있으며 남은 동력은 다른 곳에 사용할 수도 있으며, 미생물이 많고 단시간 접촉해도 높은 정화효율을 얻을 수 있고, 부하변동에 강하며, 고정상 방식으로 BOD 제거에 필요한 생물오니의 대부분은 원판위에 부착되어 있어 오니의 반송이 불필요하며, 활성오니법의 폭기조에 해당하는 원판조의 MLSS나 산기량의 조절이 불필요하다. 또한 원판조내의 SS농도는 통상유입 BOD의 30~50%가 된다. 유입수의 BOD 농도가 1000㎎/ℓ일 경우 SS농도는 300~500㎎/ℓ이다. 이때 활성오니법의 2000~5000㎎/ℓ와 비교하여 보면 대단히 농도가 낮기 때문에 고약분리가 용이하고 오니의 벌킹(Bulking)등 염려가 없다. 또한, 유지도 급유정도로 단순하여 유지관리가 대단히 용이하다. 또한, 회전날개(32)가 계속하여 오수와 공기 중을 회전하므로 원판조에 곤충이 생기지 않고 2차 공해 즉 악취, 기포의 비산, 소음 등이 적다. 고도처리가 용이하며 질산화와 탈질산화 등이 손쉽게 이루어진다.

본 발명에 의하여 자연력 중 하나인 부력을 이용하여 유체가 있는 공간과 공기가 있는 공간을 동시에 점유하는 회전체를 연속적으로 회전시킴으로서 발전이 가능한 하도록 부력을 이용한 동력 발생장치를 제공함으로서, 비교적 간단한 장치로서 많은 발전량을 얻고 본 발명의 장치만으로도 별도의 동력원의 공급 없이 연속적으로 발전이 가능한 실용적이고 경제적이며 환경친화적인 효과를 가져온다.

또한, 본 발명에 의하여 부력을 이용하기 위해 투입되는 유체가 생활오수나 폐수일 경우 동력 발생장치의 역할을 함과 동시에 오폐수 정화시스템의 역할을 하도록 회전체를 구성하여 부력을 이용한 동력 발생장치를 회전원판법에 응용한 오폐수처리장치를 제공함으로서 높은 정화효율을 얻을 수 있고, 부하변동에 강하며, 고액분리가 용이하고 오니의 벌킹(bulking)이 없으며 유지를 위한 동력비용이 들지 않아 경제적이고 고효율이면서 환경친화적인 효과를 가져온다.

Claims

유체가 채워지는 주탱크 및 유체가 채워지지 않고 공기가 채워지는 보조탱크로 구분되며, 상기 주탱크와 보조탱크는 칸막이로 분리되도록 구성된 탱크;

상기 탱크의 길이방향으로 설치되며, 상기 탱크의 길이보다 전후방으로 길게 뻗어 있는 중심축;

상기 중심축의 중심에서 바퀴살과 같이 방사형으로 일정반경 뻗은 다수개의 회전축과 상기 회전축의 끝에 달린 회전날개로 구성되며, 상기 회전날개가 달린 다수개의 회전축의 일부는 상기 주탱크의 유체 속에 잠기고 일부는 상기 보조탱크의 공기 중에 떠있어 부력의 원리로 상기 주탱크와 보조탱크 영역을 통과하며 돌아가는 회전체;

상기 중심축과 상기 회전축을 고정시키는 축고정대;

상기 중심축의 말단에 연결되는 1차 기어와 상기 1차 기어에 연결되는 2차 기어와 상기 2차 기어로부터 동력을 전달받는 발전기와 상기 중심축의 다른 말단에 연결되는 회전스타트 기어로 구성되는 동력생성부; 및,

상기 주탱크에 유체를 채워주는 유체공급관과 상기 보조탱크에 유입되는 미량의 유체를 배출하여 상기 주탱크로 환수시키는 보조관으로 구성되는 유체순환부;

를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 부력을 이용한 동력 발생장치.
제1항에서, 상기 주탱크는 일정한 깊이의 수심을 가지는 사각형태의 주탱크 또는 상기 칸막이와 상기 주탱크 외측 벽체 사이에 다수의 단이 형성되어 있어 다양한 깊이의 수심을 가지며, 상기 주탱크 내부를 상부 및 하부로 나누며 일정크기의 관통구멍이 형성되어 있는 하나 이상의 수압제지칸막이가 형성되어 있는 다각형태의 주탱크 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 부력을 이용한 동력 발생 장치.
제1항에서, 상기 칸막이는 하부에 일정 크기의 관통구멍이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 부력을 이용한 동력 발생장치.
제1항에서, 상기 중심축은 상기 칸막이 상부 측면에 인접하여 보조탱크 쪽에 고정되거나, 또는 상기 칸막이 상부에 고정되는 것을 특징으로 하는 부력을 이용한 동력 발생장치.
제1항에서, 상기 주탱크 내부 및 칸막이 하부의 주탱크 쪽에 끝단이 서로 맞닿게 부착되는 1쌍의 날개와 상기 날개 끝에 달린 롤러로 구성되는 수압제지대가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 부력을 이용한 동력 발생장치.
제1항에서, 상기 칸막이 하부의 회전날개가 통과하는 부분에 물샘방지장치가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 부력을 이용한 동력 발생장치.
폐수조내에 설치된 회전체를 회전시킴으로서 오폐수를 정화하는 회전원판법을 이용한 오폐수 처리장치에서,

제1항의 부력을 이용한 동력 발생장치의 구성을 상기 종래의 회전원판법의 폐수조 및 회전체로 사용하여, 부력에 의한 회전운동으로 회전날개가 오폐수와 접촉한 후 공기중으로 드러남에 따라 호기성균이 활착되어 호기성분해가 가능함과 동시에 별도의 오폐수처리 동력이 필요 없는 것을 특징으로 하는 오폐수처리장치.