KR20060072118A

KR20060072118A - 실린더 보호냉각수를 이용한 오존가스 및 산화성 유체가압시스템

Info

Publication number: KR20060072118A
Application number: KR1020060051141A
Authority: KR
Inventors: 이창진; 이병호; 김성혁
Original assignee: (주)미시간기술
Priority date: 2006-06-07
Filing date: 2006-06-07
Publication date: 2006-06-27
Also published as: KR100702198B1; CN101085692A

Abstract

본 발명의 오존 가압시스템은 오존가스를 가압시켜 고압(4기압 이상)의 오존가스를 이송하는 장치로 다량의 오존가스를 가압 이송할 수 있는 시스템이다. 오존가스는 강력한 산화력이 있어 피스톤을 포함한 압축장치를 산화시켜 망가지게 한다. 또한, 피스톤의 왕복운동과 오존가스의 압축으로 인해 고온의 열이 발생 되고, 발생 된 열에 의해 가압시켜 이송해야할 오존이 쉽게 분해되는 문제점 때문에 오존가스 자체의 기계적인 가압은 지금까지 현실적으로 매우 어려운 일로 여겨졌다. 본 발명에서는 가압실린더가 오존에 내성을 가진 STS 316과 불소수지 (TeflonViton)로 구성되어 있으며, 가압실린더 내로 일정량의 물(실린더 보호냉각수)을 지속적으로 공급하는 장치가 구비되어 피스톤링과 오존가스의 직접적인 접촉을 방지함으로써 압축장치의 피스톤이 오존에 의해 산화되는 것을 방지하였으며, 피스톤의 왕복운동과 오존의 압축에 의해 발생 되는 열을 공급되는 물에 의해 방지함으로써 압축장치에 의한 오존의 분해요인을 최소화하였다. 본 장치에 의해 고압으로 농축된 오존가스는 오존 산화공정(탈색, 탈취, 난분해성 유기물 분해) 등에 효과적으로 이용된다. 본 오존 가압시스템은 오존 가스 외에 산화성이 높은 염소가스와 같은 유체의 이송이나 가압에도 이용될 수 있다.

오존 가압시스템, 오존저장장치, 실린더 구동부, 오존 가압실린더, STS316, 불소 수지, 냉각수 공급 장치

Description

실린더 보호냉각수를 이용한 오존가스 및 산화성 유체 가압시스템 {Compressing System of Ozone or Highly Oxidative gas by Cylinder Using Protective Cooling Water}

도 1은 본 발명의 오존 가압시스템 구성도이다.

도 2는 오존저장장치 구성도이다..

도 3은 보호냉각수 공급장치 구성도이다.

도 4는 실린더 헤드 하강시 보호냉각수와 오존가스가 유입되는 것을 나타냈으며, 실린더 내의 하부에 보호냉각수가 있고, 상부에 오존가스가 위치하게 된다.

도 5는 실린더 헤드 상승시 오존가스와 보호냉각수의 일부가 가압 유출되는 것을 나타냈으며, 실린더 내에는 일정량의 보호냉각수만이 존재하게 된다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 오존가스	200:오존저장장치
300: 보호냉각수 공급장치	400:실린더 구동부
500: 오존 가압실린더	600: 오존 유입 유출부
700: 고압 오존가스

오존은 상·하수나 폐수처리, 악취제거 및 살균소독 공정 등에 이용되고 있으며, 특히 수처리 분야에서 난분해성 고농도 산업폐수·분뇨폐수, 침출수 처리 등에 필수적인 공정으로 이용이 증대되고 있다. 종래에는 하수나 폐수 처리에 오존을 이용할 경우에 세라믹 등의 기계적인 분사장치에 의해 오존을 투입하였다. 이렇게 기계적인 분사장치에 의한 오존의 주입은 오존발생기에서 제공되는 1-2기압으로 충분하다. 그러나 기계적인 분사장치는 오존이 투입될 때 오존의 기포가 크기 때문에 오존의 이용효율이 낮고 배가스로 유출되는 양이 많다. 또한 이러한 형식은 오존의 포화농도 이상을 이용할 수 없는 한계가 있다. 또 다른 방식 중에는 이젝터에 의한 오존의 주입방법이 있는데, 이젝터에 의한 오존의 주입은 벤츄리 형식으로 벤츄리의 좁은 단면적에 물을 고속으로 통과시키면 운동에너지에 의해 벤츄리 부분에 압력저하가 일어나는 데 이러한 현상을 이용하여 오존이 유입되도록 고안된 장치이다. 이젝터를 이용한 오존의 주입은 비교적 낮은 오존의 농도를 얻을 때 사용된다.

본 발명이 속한 기술분야는 오존이나 염소가스와 같이 산화력이 매우 높은 기체를 고압(4기압 이상)으로 가압하여 고농도를 얻을 수 있도록 고안된 장치이다. 오존가스를 가압하는 종래 기술로는 외국에서 생산되는 오존펌프가 있으나, 이 펌프는 테프론 다이아프램 방식으로 오존의 가압을 테프론의 신축에 의존하므로, 고속의 신축 운동에도 불 구하고 가압 유량이 매우 소량(5기압 조건: 최대 10L/min 병렬 연결시 최대 40L/min)인 한계가 있다. 또한 고속 운동으로 인해 기계적인 마모가 심하고, 고온이 발생하여 가압하는 과정에서 오존이 분해되는 등의 많은 문제점이 있어 산업현장에 적용하기가 어렵다. 국내에는 현재 오존가스를 직접 가압하는 장치는 없으며, 오존을 물에 주입하는 방법으로 이젝터 방식을 취하고 있다. 이젝터 방식은 가압압력에 따라 기체인 오존과 액체인 물의 비가 감소하는 단점이 있어 충분한 량의 오존가스의 주입이 어려우며, 일반적으로 낮은 압력(3기압 이하)의 가압은 가능 하지만, 에너지 손실이 크며, 높은 압력(4기압 이상)의 가압은 불가능하다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는, 1) 오존발생기에서 생성된 오존가스(1기압 이하)를 고압(4-8기압)으로 가압시켜 이송하는 장치이며, 많은 유량(무제한)의 오존가스를 가압하여 이송할 수 있는 시스템을 제공하는 것이다. 많은 량의 오존을 가압시켜 이송할 수 있도록 하기 위하여 실린더 방식으로 시스템을 구성하였다. 2) 오존가스는 강력한 산화력을 가지고 있는 기체이므로 피스톤링 및 실린더가 오존산화에 견딜 수 있어야 한다. 3) 또한 오존은 열에 의해 쉽게 분해되는 성질이 있으므로 피스톤 왕복운동 및 오존가스의 압축으로 발생되는 열을 냉각시켜 주어야 한다. 이에 본 발명에서는 오존에 내성을 가진 STS 316 불소수지로 가압 실린더를 구성하여 오존산화에 견딜 수 있도록 하였으며, 가압실린더 내로 소량의 물이 지속적으로 공급되는 장치를 구비하여 실린더 헤드와 피스톤 링에 물이 일정 두께로 덮이게 하여 오존가스와 직접적인 접촉을 막아 오존산화를 방지하고, 실린더헤드의 왕복운동으로 발생되는 마찰열을 방지하여 오존의 분해를 최소화하였다.

본 발명의 오존 가압시스템은 크게 오존 저장장치(200)와 오존 가압장치로 구성된다. 오존 저장장치는 오존발생기에서 발생된 오존가스(100)를 오존 가압장치가 가압이송하기 전에 오존가스를 저장하여 가압유량을 제어하는 장치로 오존 저장탱크(201) 안전밸브(202) 압력센서(203)로 이루어져 있다. 설치된 압력센서의 신호를 통해 압력이 높을 때 오존 가압장치의 이송유량을 증가시키고, 압력이 낮을 때는 반대로 이송유량을 감소시킨다. 오존 저장장치의 압력이 안전압력 설정치보다 높을 경우 오존발생기의 보호를 위해 안전밸브가 열려 신속히 오존가스를 오존 분해기로 배출하고, 오존발생과 오존가압을 중지시킬 수 있도록 하였다. 오존 가압장치는 보호냉각수 공급장치(300), 실린더 구동부(400), 오존 가압실린더(500), 체크밸브로 구성된 오존 유입 유출부(600)로 이루어진다. 실린더 구동부는 오존가스를 가압하기 위한 동력을 제공하는 부분으로 실린더 헤드(501)의 왕복운동 속도와 왕복이동거리의 조절이 가능하다. 오존 가압실린더는 오존이 압축되어 이송되는 부분으로 오존에 내성을 가진 STS316과 불소수지 재질로 구성되어 있다. 오존 가압실 린더(500) 내에 동일 재질의 실린더 헤드(501)가 설치되어 있으며, 실린더 헤드에는 불소수지 피스톤링(502)이 부착되어 있다. 보호냉각수 공급장치(300)는 보호냉각수 공급탱크 및 배관(301)과 밸브(302)로 구성되며, 오존가스의 압축 및 실린더 헤드(501)의 왕복운동으로 인해 발생 되는 열을 냉각시키고 오존의 산화력에 의해 발생하는 내부 재질의 산화를 방지하기 위해서 물을 공급하는 장치이다. 실린더 헤드의 왕복 속도에 따라 일정량의 물을 공급한다.

오존유입 유출부(600)는 오존가스가 가압실린더로 유입 유출되는 관으로 인입 라인과 유출라인에 다중의 체크밸브(601: 유입체크밸브, 602: 유출체크밸브)가 설치되어 실린더의 왕복운동에 따라 개폐를 반복하면서 오존가스가 이동되며, 오존가스의 역류를 막는다.

오존이 가압되는 원리는 오존가압 실린더 내의 실린더 헤드가 하강할 때 보호냉각수 공급장치를 통해 일정량의 물이 먼저 실린더 내로 공급되어 오존가스와 실린더 헤드 사이의 완충역할을 하고, 오존 저장장치 내의 오존가스가 오존가스 유입체크밸브(601)를 통하여 오존가스 실린더 내로 유입된다. 다시 실린더 헤드가 상승하면 고압 오존가스(700)가 유출체크벨브(602)를 통해서 가압 이송된다. 이 같은 동작을 반복하면서 오존가스가 가압이송된다. 보호 냉각수의 공급 주기 및 공급량은 실린더에서 발생 되는 열의 강도에 따라 조절한다.

본 시스템의 발명으로 오존발생기에서 발생 된 오존가스를 고압(4-8기압)으로 가압할 수 있고, 많은 유량을 이송할 수 있게 됨으로써, 기존 외국의 가압펌프의 문제점(적은 유량, 열에 의한 오존분해, 기계적 마모에 의한 낮은 내구성)을 해결하고, 수처리에서 고농도의 오존 주입이 가능하게 된다. 고농도로 가압된 오존 가스를 이용한 오존산화는 처리효율을 크게 증대시킨다. 이는 오존산화가 오존이 가지고 있는 산화반응의 전위차에 의해 일어나는데, 1기압에서 오존 1몰이 제공하는 산화환원의 전위차는 2.07볼트(V)인데 반해, 5기압으로 가압 된 오존가스의 산화환원의 전위차는 10.35볼트(V)가 되기 때문이다. 이처럼 높은 전위차에 의해서 현재까지 낮은 농도의 오존 산화에 의해서 처리되지 못했던 난분해성 물질의 분해가 가능하게 된다. 본 오존 가압시스템은 수처리, 탈취, 살균소독 등 모든 오존 산화 공정에 이용될 것이며, 오존 산화 효율을 극대화시킬 것이다. 경제적으로는 오존설비의 축소가 가능하여 시설비와 유지관리비(전력비, 액체산소 식의 경우: 산소비용)를 절감하게 된다.

서열목록제출서에 첨부하여 제출

Claims

오존가스(산화성 유체)를 가압하여 높은 압력(4기압 이상)으로 이송하는 시스템
오존(산화성 유체: 염소가스)에 내성을 가진 STS 316 불소수지(Teflon Viton)등으로 구성되며, 실린더 헤드의 왕복운동에 의해 오존가스(산화성 유체)를 가압 이송하는 시스템
오존가스의 압축 및 피스톤 운동으로 인해 발생되는 열을 냉각시키고 오존의 산화력으로 인해 발생하는 가압실린더의 산화부식을 방지하기 위해서 실린더 내부에 물을 공급하는 형식 및 장치
오존발생기와 오존 가압장치의 이송유량을 제어하고, 오존발생기의 내압상승을 방지하기 위하여 오존발생기에서 오존가스를 저장하는 장치
오존가스(산화성 유체)의 인입 라인과 고압의 토출 라인에는 다중의 체크밸브가 설치되어 오존가스의 역류를 방지하는 형식의 장치