KR20080007284A - 초음파 폐수열 회수 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파 폐수열 회수 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온수를 많이 사용하는 목욕탕, 사우나, 찜질방, 아파트 및 호텔 등에서 사용자에 의해 사용 후 버려지는 고온상태 폐수의 열에너지를 열교환기를 이용하여 회수한 후에 히트펌프를 통해 고온수로 변환하여 사용자에게 재공급하고, 상기 열교환기에서 발생되는 이물질을 초음파를 이용하여 간편하게 제거하여 효율적인 운전이 가능한 초음파 폐수열 회수 시스템에 관한 것으로써, 이를 위해 본 발명은 비교적 고온의 폐수가 저장되는 폐수탱크; 별도의 온수가 저장되는 온수저장탱크; 상기 폐수탱크와 온수저장탱크에는 열흡입을 위한 열교환기와 열방출을 위한 열교환기가 각각 설치되어 작동되는 히트펌프; 상기 폐수탱크 내에 설치되어 열교환기의 동 파이프에 이물질의 침적을 방지하는 초음파 발생기; 및 상기 히트펌프 및 초음파 발생기와 연결 설치되어 전체적인 작동을 콘트롤 하는 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라, 초음파 폐수열 회수 시스템을 이용함으로써 온수를 필요로 하는 목욕탕, 사우나, 찜질방, 아파트 및 호텔 등에 온수를 용이하게 공급할 수 있으며 아울러 폐수로부터 열에너지를 회수함으로써 화석연료의 사용 또한 줄일 수 있다는 장점이 있다.

또한, 초음파의 진동을 이용하여 초음파 폐수열 회수 시스템에 설치된 열교환기의 동 파이프에 이물질이 침적되는 것을 방지하여 상기 초음파 폐수열 회수 시 스템이 효율적이며 안정적으로 운전되도록 하는 장점이 있다.

폐수, 열교환기, 초음파, 이물질

Description

초음파 폐수열 회수 시스템{Waste Water Heat Recycle System}

도 1은 종래의 폐수열 회수 시스템의 여과부를 도시한 도면.

도 2는 본 발명에 의한 초음파 폐수열 회수 시스템을 도시한 도면.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 의한 초음파 폐수열 회수 시스템의 작동 상태도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 직수저장탱크 20 : 폐열회수기

30 : 온수저장탱크 40 : 폐수탱크

50 : 열교환기 60 : 히트펌프

70 : 초음파 진동기 80 : 제어부

100 : 여과부 110 : 타공판

120 : 이송 스크류

본 발명은 초음파 폐수열 회수 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 온수를 많이 사용하는 목욕탕, 사우나, 찜질방, 아파트 및 호텔 등에서 사용자에 의해 사용 후 버려지는 폐수의 열에너지를 열교환기를 이용하여 회수한 후에 히트펌프를 통해 고온수로 변환하여 사용자에게 재공급하고, 상기 열교환기에서 발생되는 이물질을 초음파를 이용하여 간편하게 제거하여 효율적인 운전이 가능한 초음파 폐수열 회수 시스템에 관한 것이다.

최근의 국제유가의 가파른 상승과 함께 화석 연료를 대처할 새로운 대체 연료로 떠오른 우라늄을 이용한 원자력에너지 또한 30년 이내에 고갈될 상황에서 에너지 절감 및 신 재생에너지에 대한 관심은 갈수록 높아져 갈 수밖에 없는 현실에 처해져 있다.

상기한 화석 연료를 대처하여 수소 또는 태양열을 이용하거나 지열을 이용하는 다양한 방법이 연구되고 있으나 본격적으로 상업화 되기에는 아직까지 현실적으로 어려운 점이 많았다. 특히 목욕탕, 호텔, 염색공장 등 온수를 많이 사용하는 장소의 버려지는 폐수열을 활용할 수 있는 방안이 다각도로 모색되고 있다.

예를 들어 대중 목욕탕에 사용되는 냉수는 직수 공급탱크로부터 유입되는 상온수가 냉수공급라인을 통하여 냉탕이나 샤워기로 직접 공급되고, 온수의 경우에는 화석연료나 기타 전기 에너지를 사용하는 각종 보일러에 의하여 약 60도로 가열된 후에 온수저장탱크에 저장되었다가 필요시 온수공급라인을 통하여 목욕탕의 온탕이나 샤워기로 공급된다.

상기와 같이 목욕탕의 온탕이나 냉탕 및 샤워기로 공급된 냉, 온수는 서로 혼합된 상태로 사용된 후에 배수되며, 상기와 같이 배수되는 목욕탕 폐수는 적어도 25℃ 이상의 열을 함유하고 있기 때문에 목욕탕 폐수에 함유된 열을 회수하지 않고 그대로 외부로 배출시키는 것은 에너지의 효율적인 사용 측면에서 바람직한 것이 아니므로 폐수에 함유된 열을 회수하여 온수의 가열에 재사용하기 위한 각종 폐열 회수장치가 목욕탕 온수설비에 사용되고 있다.

또한 상기 폐열회수장치와 더불어 온수공급을 위해 가동되어지는 보일러에 있어서 상당량의 열에너지가 연통을 통하여 외부로 방출되어지는데 상기 열에너지를 재활용 하는 폐열회수장치 또한 온수설비에 사용되고 있다. 상기와 같이 목욕탕의 온수설비에 사용되는 폐열 회수장치로서 현재 가장 대표적으로 적용되고 있는 것은, 압축기와 응축기 및 팽창밸브와 증발기로 이루어진 히트펌프 시스템이 있다.

상기한 히트펌프 시스템은 압축기로부터 응축기로 유입된 고온고압의 냉매가스를 이용하여 온수를 가열시킨 다음 상기 온수를 온수저장탱크 내부로 유입시킴과 동시에 고압의 냉매를 열교환기(증발기)에서 증발시킴으로서 냉매가 증발할 때 폐수탱크에 있는 폐수열을 흡수하게 되고 이러한 열이 압축기에서 다시 압축되면서 열을 발생하도록 한 것이다.

상기와 같은 종래의 목욕탕용 히트펌프 시스템은 폐수의 열을 회수하여 온수가열에 다시 사용함으로서 에너지의 효율적인 관리를 이루어낼 수 있고 석유나 가스와 같은 화석연료의 사용을 줄여 대기오염을 방지할 수 있도록 한 장점이 있다.

그러나, 가열기의 역할을 하는 응축기가 대용량의 온수저장탱크와 직접적으로 연결되어 온수저장탱크 내부의 온수를 요구하는 온도로 가열하는데 많은 시간이 소요되는 문제점이 발생 되었다.

특히 대중목욕탕의 경우에 히트 펌프 시스템의 작동에 과도한 전기에너지가 소모되는 문제점과 함께 상기 히트펌프 시스템에 구비된 열교환의 전열파이프에 유분 또는 물이끼 등의 불순물이 침적됨으로써 시간이 지날수록 효율이 급격히 떨어지는 문제점이 발생 되었으며 그에 따라 일년에 수십번에 걸쳐서 열교환기를 청소해야 하는 번거로움과 함께 관리 비용이 지나치게 많이 소모되는 문제점도 발생되었다.

따라서 상기한 문제점을 해결하기 위한 초음파 폐수열 회수 시스템의 필요에 따른 요구가 꾸준히 제기되어 왔다.

이와 같은 요구를 해소하기 위하여 한국 등록실용신안 제 20-0419356호(폐수 열원을 이용한 히트펌프 시스템)에서 스크린 타공판(110)과 스크린 이송 스크류(120)를 이용하여 이물질을 제거하는 장치를 게시한바 있다.

상기 폐수 열원을 이용한 히트펌프 시스템은 폐수가 유입되어 이물질이 제거되는 여과부(100)에 일측면에 타공판(110)을 설치하고 상기 타공판(110)에 맞닿게 이송 스크류(120)를 설치함으로써 상기 여과부(100)에 유입된 폐수는 타공판(110)을 거쳐 이물질이 제거되고 상기 타공판(110)에 의해 걸러진 이물질은 상기 이송 스크류(120)에 의해 외부로 배출되어지는데 상기 폐수 열원을 이용한 히트펌프 시스템은 부피가 큰 이물질은 제거하기 용이하나 부피가 작은 이물질의 경우 제거하기 어려우며 또한 부피가 작은 이물질을 제거하기 위해 구멍이 작은 타공판(110)을 사용하게 되면 상기 타공판(110)의 구멍이 막히기 쉬워 그 기능을 수행하기 어렵다는 문제점이 발생되었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 초음파 폐수열 회수 시스템에 설치된 열교환기에서 이물질 발생에 의해 효율이 저하되는 것을 방지하고 최적의 상태로 작동이 가능하도록 함으로써 고온의 물을 사용하는 다양한 장소에서 안정적으로 사용할 수 있는 초음파 폐수열 회수 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 초음파 폐수열 회수 시스템은 비교적 고온의 폐수가 저장되는 폐수탱크; 별도의 온수가 저장되는 온수저장탱크; 상기 폐수탱크와 온수저장탱크에는 열흡입을 위한 열교환기와 열방출을 위한 열교환기가 각각 설치되어 작동되는 히트펌프; 상기 폐수탱크 내에 설치되어 열교환기의 동 파이프에 이물질의 침적을 방지하는 초음파 발생기; 및 상기 히트펌프 및 초음파 발생기와 연결 설치되어 전체적인 작동을 콘트롤하는 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 초음파 발생기는 상기 폐수탱크 내의 열교환기의 전열면을 향하여 소정간격 이격되어 설치된다.

또한, 상기 초음파 발생기는 초음파 진동자, 상기 초음파 진동자를 구동하는 고주파발진기, 상기 고주파발진기를 제어하는 초음파제어기, 및 상기 초음파제어기에 구동신호가 입력 가능하도록 다수개의 버튼이 구비된 스위치부 및 작동시간설정이 가능한 자동 타이머를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 폐수탱크의 폐수온도는 20℃ 이상인 것을 특징으로 하며 상기 초 음파 폐수열 회수 시스템에 의하여 폐수탱크로부터 온수저장탱크로 열에너지를 회수하는 초음파 폐수열 회수 방법을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명에 의한 초음파 폐수열 회수 시스템의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 1은 종래의 폐수열 회수 시스템의 여과부를 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명에 의한 초음파 폐수열 회수 시스템을 도시한 도면이며, 도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 의한 초음파 폐수열 회수 시스템의 작동 상태도이다.

첨부된 도 2 내지 도 3b를 참조하면, 건물의 옥상 등에 설치되며 냉수가 필요한 장소에 공급 가능하도록 구비된 직수저장탱크(10)가 구비된다. 상기 직수저장탱크(10)는 지하수와 관을 통해 연결되어 대략 15ㅀC 내외의 지하수를 끌어올려 저장하거나 건물의 옥상 등에 설치되어 외부로부터 물을 공급받아 저장한다.

상기 직수저장탱크(10)로부터 비교적 저온상태의 냉수를 통과시켜 냉수의 온도를 높이는 폐열회수기(20)와; 상기 폐열회수기(20)로부터 1차적으로 가열된 직수를 공급받아 저장하는 온수저장탱크(30)와; 상기 직수저장탱크(10)로부터 공급된 직수 또는 온수저장탱크(30)로부터 공급된 온수가 혼합되어 사용된 후에 버려지는 폐수탱크(40)가 구비된다.

여기서 상기 폐열회수기(20)는 상기 온수저장탱크(30)에 저장되는 물이 적정온도로 가열되도록 가동되어지는 보일러(미도시)의 연통(미도시)에 설치하여 상기 보일러(미도시)의 가동으로 인해 발생되는 폐열을 재활용함으로써 상기 직수저장탱크(10)로부터 공급되는 물을 1차 가열한다. 이러한 상기 폐열회수기(20)는 보일러 (미도시)의 연통(미도시)에 설치되는데 상기 보일러(미도시)의 연통(미도시)을 내부면과 외부면이 나뉘어진 이중구조로 형성하여 상기 내부면과 외부면의 사이에 직수저장탱크(10)로부터 공급되는 물을 공급하여 순환되도록 함으로써 보일러(미도시)의 연통(미도시)을 통해 외부로 방출되는 폐열로 물을 가열한다.

상기 폐수탱크(40)에는 하수구(미도시)를 통해 물이 배출 가능하도록 별도의 배출관이 구비되도록 구성된다.

상기 폐수탱크(40) 내부에 설치되며 폐수가 갖고 있는 열에너지를 흡수하는 열교환기(50)와; 상기 온수저장탱크(30)와 폐수탱크(40) 사이에 연결 설치되며 열교환기(50)에서 흡수된 열을 전달받은 냉매를 고온고압 상태로 상변화시켜 온수저장탱크(30)로 공급된 직수의 온도를 고온 상태로 변화 가능하게 하는 히트펌프(60)와; 상기 폐수탱크(40)에 설치되며 열교환기(50) 내부에서 발생되는 이물질이 제거 가능하도록 구비되는 초음파 발생기(70); 및 상기 히트펌프(60) 및 초음파 발생기(70)와 연결 설치되어 전체적인 작동을 콘트롤하는 제어부(80)를 포함하여 구성된다.

상기 초음파 발생기는 초음파를 이용하여 물체에 흡착되어 있는 이물질을 상기 물체로부터 박리되도록 하는 장치로써 여기서 초음파란 일반적으로 인간이 들을 수 있는 음파 대역인 20Hz ~ 20KHz보다 고주파수의 대역을 가지는 음파장으로써 대략 20KHz이상의 주파수를 가지는 음파장이다. 상기 초음파에 의한 세척은 주로 초음파의 캐비테이션 현상에 의해 이루어진다. 캐비테이션 현상은 초음파가 용액 중으로 전파될 때 초음파의 큰 압력변화에 의해 미세기포군이 생성되고 소멸되는 현 상으로 매우 큰 압력과 고온을 동반한다. 이 압력과 고온은 수백 분의 1초에서 수천 분의 1초 단위의 짧은 시간동안 발생한다. 이러한 강력한 힘에 의해 오염물질을 분산 및 분해시키며 또한 세척제의 효과를 극대화시킬 수 있게 된다.

상기 초음파 발생기(70)는 상기 폐수탱크(40)에 담겨진 열교환기(50)를 향해 초음파를 발생하는 초음파 진동자(72)와, 상기 초음파 진동자(72)를 구동하는 고주파발진기(74)와, 상기 고주파발진기(74)를 제어하는 초음파제어기(76)와, 상기 초음파제어기(76)에 구동신호가 입력 가능하도록 다수개의 버튼이 구비된 스위치부(78) 및 자동제어 타이머를 포함하여 구성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 초음파 폐수열 회수 시스템의 작동 상태를 도면을 참조하여 설명한다.

첨부된 도 3a를 참조하면, 직수저장탱크(10)로부터 공급된 직수는 배관라인을 따라서 목욕탕 또는 가정의 욕실에서 사용자가 물을 사용할 수 있도록 공급된다. 상기 직수저장탱크(10)로부터 공급된 직수는 폐열회수기(20)를 통해 보일러의 가동에 의해 발생되는 폐열로부터 열을 공급받아 온수저장탱크(30)로 공급되며, 상기 온수저장탱크(30)로 공급된 직수는 공급라인을 따라 사용자에게 공급된다.

다수의 사람이 사용하는 목욕탕의 경우에는 목욕탕 내부에 설치된 다수개의 샤워수전에서 사용 후 버려지는 폐수가 배관을 따라 폐수탱크(40)로 모아진다.

상기 폐수탱크(40)로 유입된 폐수는 20℃ 이상의 폐수열을 갖고 있기 때문에 상기 폐수탱크(40) 내부에 설치된 열교환기(50) 내부의 냉매가 증발되면서 폐수열의 열에너지를 흡수한다.

상기 열교환기(50)에서 폐수열을 흡수한 냉매는 히트펌프(60)에 구비된 압축기로 이동되어 고온고압의 액체 상태로 상변화 되어 온수저장탱크(30)로 이동된다.

상기 온수저장탱크(30)로 이동된 고온의 냉매는 상기 온수저장탱크(30)에 저장된 직수를 최고 75℃ 까지 상승시키며 배관 라인을 따라 사용자에게 공급된다.

상기와 같이 사용하다가 열교환기 내부에 이물질이 발생될 경우에는 다음과 같이 작동된다.

첨부된 도 3b를 참조하면, 계속적인 사용에 의해 폐수탱크(40)의 폐수열을 흡수하는 열교환기(50) 내부에는 이물질이 발생하게 된다.

상기한 이물질은 열교환기(50)의 열교환 효율을 저하시키기 때문에 이를 방지하기 위해서 제어부(80)에서 초음파 발생기(70)에 구비된 초음파 진동자(72)를 작동시키도록 제어한다. 상기 초음파 진동자(72)는 고주파발진기(74)에 의해 구동되며 초음파제어기(76)에 의해 고주파발진기(74)의 발진 주파수가 제어된다.

상기 초음파 발생기(70)에는 스위치부(78)가 구비되어 있어서 작업자에 의해 별도로 구동 가능하고 자동제어 타이머를 통해 사용자가 원하는 시간만큼 자동으로 작동되도록 한다. 상기와 같이 초음파 발생기(70)에서 발생된 초음파의 진동에 의해 폐수탱크(40) 내부의 폐수에서는 액압이 발생하게 된다. 상기 액압의 충격적인 변동에 의해 열교환기(50) 내부의 이물질을 제거하여 열교환기(50)의 상태를 최적의 상태로 유지 가능하게 한다.

따라서, 열교환기(50)에 별도의 이물질이 초음파에 의해 제거되어 히트펌프(60)를 통해 효율적인 폐수열의 회수가 이루어진다.

또한, 열교환기가 형성되어 냉매가 폐수로부터 열을 흡수하는 상기 폐수탱크뿐만 아니라 상기 폐수로부터 열을 흡수한 냉매를 통해 열이 물로 방출되도록 하는 상기 온수탱크에도 상기 폐수탱크와 마찬가지로 이물질이 축적 되지 않도록 초음파진동자가 구비된 초음파발생기를 형성할 수 있음은 당연하다.

한편, 본 발명은 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 초음파 폐수열 회수 시스템은 고온수를 사용하는 목욕탕, 사우나, 찜질방, 아파트 및 호텔 등에서 사용할 수 있으며 열교환기에서 발생되는 이물질이 초음파를 통해 제거되어 폐수열의 회수 효율이 안정적으로 이루어지고, 기존의 전기 또는 기름으로 가열하여 고온수를 발생시키는 방식에 비해 효율과 비용절감 측면에서 유리한 효과가 있다.

또한, 고온수를 생성하기 위한 별도의 보조 보일러 등의 설치 없이 안정적으로 사용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 비교적 고온의 폐수가 저장되는 폐수탱크;

   별도의 온수가 저장되는 온수저장탱크;

   상기 폐수탱크와 온수저장탱크에는 열흡입을 위한 열교환기와 열방출을 위한 열교환기가 각각 설치되어 작동되는 히트펌프;

   상기 폐수탱크 내에 설치되어 열교환기의 전열파이프에 이물질의 침적을 방지하는 초음파 발생기; 및

   상기 히트펌프 및 초음파 발생기와 연결 설치되어 전체적인 작동을 콘트롤하는 제어부; 를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 폐수열 회수 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 초음파 발생기는 상기 폐수탱크 내의 열교환기의 전열면을 향하여 소정간격 이격되어 설치되는 것을 특징으로 하는 초음파 폐수열 회수 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 초음파 발생기는 초음파 진동자, 상기 초음파 진동자를 구동하는 고주파발진기, 상기 고주파발진기를 제어하는 초음파제어기, 및 상기 초음파제어기에 구동신호가 입력 가능하도록 다수개의 버튼이 구비된 스위치부 및 자동타이머를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파 폐수열 회수 시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 폐수탱크의 폐수온도는 20℃ 이상인 것을 특징으로 하는 초음파 폐수열 회수 시스템.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항의 초음파 폐수열 회수 시스템에 의하여 폐수탱크로부터 온수저장탱크로 열에너지를 회수하는 초음파 폐수열 회수 방법.

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