KR20100033993A - 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치 - Google Patents
풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치 Download PDFInfo
- Publication number
- KR20100033993A KR20100033993A KR20100021992A KR20100021992A KR20100033993A KR 20100033993 A KR20100033993 A KR 20100033993A KR 20100021992 A KR20100021992 A KR 20100021992A KR 20100021992 A KR20100021992 A KR 20100021992A KR 20100033993 A KR20100033993 A KR 20100033993A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- aeration device
- air compressor
- wind
- compressed air
- air
- Prior art date
Links
- 238000005273 aeration Methods 0.000 title claims abstract description 84
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims abstract description 34
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 25
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000010865 sewage Substances 0.000 claims abstract description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 47
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 28
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 15
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 14
- 239000010815 organic waste Substances 0.000 claims description 11
- 238000004090 dissolution Methods 0.000 claims description 9
- 239000012295 chemical reaction liquid Substances 0.000 claims description 7
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 230000002265 prevention Effects 0.000 claims description 2
- 238000005276 aerator Methods 0.000 abstract description 4
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 abstract 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 16
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 16
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 16
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 16
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 10
- 239000002253 acid Substances 0.000 description 7
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 6
- 238000004065 wastewater treatment Methods 0.000 description 5
- 239000003344 environmental pollutant Substances 0.000 description 3
- 239000010794 food waste Substances 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 3
- 231100000719 pollutant Toxicity 0.000 description 3
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 description 2
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003245 coal Substances 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 239000002803 fossil fuel Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 239000010802 sludge Substances 0.000 description 2
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 2
- 239000002535 acidifier Substances 0.000 description 1
- 238000013019 agitation Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000029087 digestion Effects 0.000 description 1
- 238000007599 discharging Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000004449 solid propellant Substances 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000013589 supplement Substances 0.000 description 1
- 230000001502 supplementing effect Effects 0.000 description 1
- 238000010792 warming Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
- C02F3/02—Aerobic processes
- C02F3/12—Activated sludge processes
- C02F3/20—Activated sludge processes using diffusers
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/002—Construction details of the apparatus
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2201/00—Apparatus for treatment of water, waste water or sewage
- C02F2201/009—Apparatus with independent power supply, e.g. solar cells, windpower or fuel cells
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
- Y02E10/70—Wind energy
- Y02E10/76—Power conversion electric or electronic aspects
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/33—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using wind energy
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
- Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
- Y02W10/30—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies
- Y02W10/37—Wastewater or sewage treatment systems using renewable energies using solar energy
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Wind Motors (AREA)
Abstract
본 발명은 산업시설과 생산공정 및 하폐수처리장 등에서 사용되는 압축공기를 생산하는 공기압축장치와 하폐수처리시설의 반응조와 양어장 등의 수중에 용존산소를 공급하는 포기장치에 관한 것으로, 풍력에너지를 회전운동으로 전환하는 터빈과, 터빈의 회전력에 의하여 압축공기를 생산하는 공기압축장치 및 상기 터빈의 회전력을 상기 공기압축장치에 전달하는 회전축으로 구성되고, 기상조건에 따른 압축공기 생산량의 과부족을 해소하기 위하여, 압축공기 저장조와 유기성 폐기물의 발효가스 등을 이용하는 원동기가 장착된 압축공기 발생장치가 포함되어 구성된 풍력식 공기압축장치를 제공하는 한편, 상기 풍력식 공기압축장치에서 생산된 압축공기를 수중에 산기시켜서 산소가 용해되도록 하는 이젝터, 과포화 용해수조 등으로 구성된 포기장치를 제공하므로써 에너지의 변환단계가 단축되어 에너지 효율이 개선되며, 시설비가 절약되고, 자연에 상존하는 청정에너지인 풍력을 이용하여 동력비가 경제적이고 오염발생이 없다.
Description
본 발명은 산업시설과 하폐수처리장 등에서 사용되는 압축공기를 생산하는 공기압축장치를 이용하여 수중에 용존산소를 공급하는 포기장치에 관한 것으로, 청정 에너지인 풍력에너지를 이용하여 압축공기를 생산할 수 있는 풍력식 공기압축장치를 이용하여 생산된 압축공기를 수중에 산기시켜서 용존산소를 공급할 수 있는 포기장치에 관한 것이다.
산업시설 등에서는 압축공기가 필요하며, 특히 유기물과 TKN(Total kjedahl Nitrogen) 등을 호기성 산화시키는 하폐수처리시설의 반응조에는 DO(Dissolved Oxygen, 용존산소)를 공급하기 위하여 많은 양의 압축공기가 소요되고, 이러한 압축공기는 주로 전기모터로 구동되는 송풍기(Blower)로 생산하고 있다.
따라서 수전을 위한 시설비와 전력비가 과다 소요되고 전력을 생산하는 과정에서 분진 등의 오염물질과 지구온난화에 영향을 주는 CO2 가스가 배출된다. 화석연료 사용량을 감축하고, 전력비와 오염물질을 줄이기 위하여 풍력과 태양광 등의 신재생 에너지 이용이 증가되고 있으나, 풍력에너지는 태양광처럼 기후조건에 따라 편차가 크게 발생한다.
지금까지 풍력에너지는 주로 풍력발전에 의한 전기에너지로 회수하는 데에 치중하였다. 그러나 풍력터빈과 발전기로 구성된 풍력발전장치에서 생산된 전력으로 전기모터로 구동되는 장치들을 가동할 경우, 기후조건에 따라 풍력에너지가 부족시에 대비하여 수전용량이 확보되어야 하므로 수전 시설비가 증가되고, 계약전력 용량에 의하여 풍력에너지가 풍부할 때에도 사용하지 않은 전력에 대하여 기본요금을 정기적으로 지불하여야 되며, 풍력용 발전기와 구동용 전기모터를 설치하므로 장치 설치비가 많이 소요되고, 풍력을 전력으로 전력을 다시 회전력으로 전환하는 과정에서 에너지가 낭비된다.
또한, 여분의 풍력에너지를 전력으로 생산하고 풍력에너지 부족에 대비하여 충전 사용하는 경우에도 축전지를 설치하므로 초기 투자비가 증대되며, 주기적인 유지 보수 및 교체에 따른 비용이 소요되고, 충전지의 생산과정에서 오염물질이 발생되고 자원이 낭비되며, 사용과정에서 폐액의 누설 등과 같은 안전사고의 위험이 있다.
이에 본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 발전기와 구동용 전기모터를 생략하고 풍력에너지를 이용하여 직접 압축공기를 생산할 수 있으며, 기상조건의 변화에 따른 풍력 에너지의 과부족을 완충할 수 있도록 압축공기를 저장하거나 보충할 수 있는 기능이 구비된 풍력식 공기압축장치와 생산된 압축공기를 이용하여 수체에 용존산소를 효과적으로 공급할 수 있는 포기장치를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치는 풍력 에너지를 회전운동으로 전환하는 터빈과, 터빈의 회전력에 의하여 압축공기를 생산하는 공기압축장치, 및 상기 터빈의 회전력을 상기 공기압축장치에 전달하는 회전축으로 구성하였다.
또한, 본 발명에서는 기상조건에 따른 풍력에너지의 불균형으로 인한 압축공기 생산량의 과부족을 해소하기 위하여, 압축공기 저장조를 설치하고 공기압축장치에서 생산된 압축공기를 저장하여 풍력에너지 부족시에 저장된 압축공기를 이용하도록 하였다.
또한, 풍력에너지 부족시에 압축공기 저장조에 저장된 압축공기의 고갈에 대비하여 전동모터와 공기압축장치 또는 원동기와 공기압축장치로 구성된 동력식 공기압축장치를 설치하여 상기 압축공기 저장조에 압축공기를 보충할 수 있도록 하였다. 상기 원동기는 유기성 폐기물을 소화시켜서 발생된 가연성 가스를 이용하는 가스엔진 등의 내연기관 이거나, 또는 유기성 폐기물을 연소시켜서 발생하는 고압수증기를 이용하는 증기기관식 원동기로 구성할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 풍력식 공기압축장치에서 생산된 압축공기를 수중에 산기시켜서 산소가 용해되도록 하는 포기장치를 제공하였으며, 이 포기장치는 기상조건에 따라 변화가 큰 풍력에너지의 특성에 맞추어 이젝터, 과포화 용해조와 가압용 펌프의 조합장치, 과포화 용해조와 이젝터의 조합장치로 구성하고 포기장치에도 동력식 공기압축장치를 연결 설치하였다.
전술한 내용과 같이 구성된 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치 및 포기장치를 산업시설 등에 소요되는 압축공기 생산과 하폐수처리시설의 반응조와 호소, 양어장 등의 용존산소 공급에 이용하면, 발전기와 전기모터가 생략되고 에너지의 변환단계가 감소되어 에너지 효율이 개선되며, 풍력에너지의 불균형에 따른 압축공기 발생량의 과부족량이 완충될 수 있으므로, 시설비가 절약되고 자연에 상존하는 풍력을 에너지원으로 이용하여 동력비가 경제적이며, 청정에너지를 이용하므로 오염발생이 없고 화석연료의 사용을 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치 및 포기장치 제1실시예의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치 및 포기장치 제2실시예의 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치 및 포기장치 제3실시예의 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치에 의한 포기장치 제1실시예의 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치에 의한 포기장치 제2실시예의 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치에 의한 포기장치 제3실시예의 개념도.
도 7은 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치에 의한 포기장치 제4실시예의 개념도.
도 8은 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치에 의한 포기장치 제5실시예의 개념도.
도 9는 본 발명의 또 다른 개념에 따른 풍력식 공기압축장치에 의한 포기장치의 제6실시예의 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치 및 포기장치 제2실시예의 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치 및 포기장치 제3실시예의 개념도.
도 4는 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치에 의한 포기장치 제1실시예의 개념도.
도 5는 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치에 의한 포기장치 제2실시예의 개념도.
도 6은 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치에 의한 포기장치 제3실시예의 개념도.
도 7은 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치에 의한 포기장치 제4실시예의 개념도.
도 8은 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치에 의한 포기장치 제5실시예의 개념도.
도 9는 본 발명의 또 다른 개념에 따른 풍력식 공기압축장치에 의한 포기장치의 제6실시예의 개념도.
도 1은 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치 및 포기장치 제1실시예의 개념도이다.
바람의 유체에너지를 회전운동으로 전환하여 동력을 얻을 수 있는 공기압축장치(10)는 터빈(11)과, 회전력에 의하여 공기를 압축하여 압축공기를 생성하는 압축부(12)와, 바람에 의하여 회전하는 상기 터빈의 회전력을 전달하여 상기 공기압축장치를 구동시키는 회전축(13)을 포함하며, 별도의 전력이나 연료를 사용하지 않고 무공해 에너지인 풍력을 이용하여 압축공기를 생산할 수 있다.
여기서 상기 공기압축장치(10)는 토출압력의 범위에 따라 일반적으로 분류되는 휀(Fan : 0.1mAq 이하), 블로워(Blower : 0.1∼10mAq), 컴프레셔(Compressor : 10mAq 이상) 중에서 어느 하나로 한정되지 않으며, 회전력에 의하여 대기압 이상의 압축 공기를 생성할 수 있는 모든 공기압축장치가 포함된다. 상기 공기압축장치의 기계적인 구조는 축류식 터어보형, 원심식 터어보형, 회전식 용적형, 왕복식 용적형 중에서 토출압력, 용량 및 소음진동 등을 고려하여 선택할 수 있다.
또한, 상기 터빈(11)과 상기 압축부(12)를 하나의 회전축(13)으로 직결하거나 회전속도를 변경할 수 있는 변속기어 등을 통하여 연결될 수 있으며 여기에서는 직결하거나 변속기를 거치는 것은 같은 운동에너지를 전달하는 측면에서 동일한 것으로 본다.
또한, 하폐수처리시설의 반응조(30)와 양어장의 수조 또는 호소 등의 수중에 공기를 미세하게 분산시켜서 산소가 용해되도록 하는 포기장치(20)를 설치하고, 상기 포기장치(20)의 공기공급구에 상기 풍력식 공기압축장치의 압축공기 토출구가 서로 연통되도록 송기관(18)으로 연결하므로써 상기 풍력식 공기압축장치에서 발생되는 압축공기가 상기 송기관(18)을 통하여 상기 포기장치(20)의 산기기(21)에 공급되어 반응조(30) 등의 포기가 이루어지도록 하였다.
또한, 상기 도 1 에서는 산기기(21)에 의한 포기장치가 도시되었으나, 이에 국한되지 않으며, 산기기(Diffuser)와 교반기(Mixer)의 조합장치, 또는 회전차와 산기통으로 조합되어 교반 및 포기기능이 구비된 수중포기장치(Submersible Aerator) 등과 같이 공기를 분산시켜서 DO(Dissolved Oxygen : 용존산소) 농도를 증대시키는 모든 포기장치가 이용될 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치 및 포기장치 제2실시예의 개념도이다.
풍력에너지를 회전운동으로 전환하는 터빈(11)의 회전력에 의하여 압축공기를 생산하는 풍력식 공기압축장치를 이용하는 포기장치는 풍력에너지가 부족한 기상조건에서는 소요 DO 농도를 충족할 수 없는 경우가 발생된다.
이에 대비하여 풍력에너지 부족시에 포기장치(20)에 압축공기가 보충될 수 있도록 동력식 공기압축장치(16)를 설치하고, 상기 동력식 공기압축장치의 압축공기 토출구와 포기장치(20)의 공기공급구가 서로 연통되도록 연결시켜서 압축공기가 추가 공급되도록 하였다. 여기서 상기 풍력식 공기압축장치에 연결된 포기장치에 상기 동력식 공기압축장치를 함께 연결하고 밸브로 유로를 조작할 수 있다.
또한, 상기 도 2 에서와 같이 상기 동력식 공기압축장치(16)에는 별개로 분리된 포기장치를 설치할 수 있다. 상기 풍력식과 동력식의 공기압축장치는 토출압력이 서로 상이하여 간섭이 발생하거나 어느 일 방으로 압축공기가 역류될 수 있으므로 포기장치를 서로 분리하는 것이 편리하다.
상기 동력식 공기압축장치의 구동장치는 전기모터, 석유나 가스를 사용하는 내연기관, 또는 석탄과 고체연료 등을 사용하는 외연기관 중에서 선택할 수 있다. 그러나 상기 동력식 공기압축장치(16)는 전기모터를 사용할 경우 수전용량의 증대로 시설비가 증가되고, 계약전력 용량이 증대된다. 풍력에너지가 풍부한 계절에도 계약에 따라 미사용 전력에 대하여 기본요금이 지불되므로 고정비용이 경상적으로 발생되므로 가동시에만 동력비가 소요되는 석유, 가스 또는 석탄 등을 사용하는 원동기가 장착된 동력식 공기압축장치가 유리하다.
특히, 하폐수처리장에서는 주로 유기물로 이루어진 폐슬러지가 발생되고, 음식폐기물처리장에서도 가연성인 유기성 폐기물을 취급하므로, 이러한 유기성 폐기물을 소화조에서 발효하여 생성되는 주로 메탄가스(CH4)로 이루어진 소화가스를 사용하는 가스엔진으로 구동하는 동력식 공기압축장치를 설치하거나, 또는 이러한 유기성 폐기물을 연소시켜서 동력을 발생하는 외연기관으로 구성된 동력식 공기압축장치를 이용하므로써 하폐수처리장과 음식폐기물처리장 등의 에너지 자급율을 개선할 수 있다. 이와 같이 상기 동력식 공기압축장치의 구동장치는 유기성 폐기물을 소화시켜서 발생되는 유기성 가스를 사용하는 내연기관식 원동기, 또는 유기성 폐기물을 연소시켜서 발생되는 고압수증기를 사용하는 증기기관식 원동기로 구성할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치 및 포기장치 제3실시예의 개념도이다.
풍력에너지를 동력원으로 하는 풍력식 공기압축장치는 압축공기 생산량이 일정하지 않고 기상조건에 따라 과부족이 발생된다. 따라서 압축공기를 저장할 수 있는 압축공기 저장조(15)를 설치하면, 기상조건에 따라 풍력에너지가 풍부할 때에는 상기 공기압축장치에서 생산되는 여분의 압축공기를 저장하고, 풍력에너지가 부족시에 저장된 압축공기를 인출하여 이용할 수 있다.
상기 압축공기 저장조는 상기 도 3에 도시된 것과 같이 원구형으로 제작 설치할 수 있고, 상기 터빈(11)과 공기압축장치(10)를 지지하는 지지대(14)를 그 내부가 비어 있는 원통형 등과 같은 용기형태의 타워로 설치하고 상기 지지대(14) 내부의 빈 공간을 압축공기 저장조로 이용할 수 있다.
풍력에너지 부족시에 압축공기를 보충하기 위하여 전동모터 또는 원동기와 공기압축장치로 구성된 동력식 공기압축장치(16)의 토출구와 상기 압축공기 저장조(15)가 서로 연통되도록 연결하여 압축공기를 저장할 수 있다. 또한, 상기 동력식 공기압축장치(16)의 구동장치는 슬러지, 음식폐기물 등과 같은 유기성 폐기물을 소화시켜서 발생되는 가스를 사용하는 내연기관식 원동기 이거나, 또는 보일러에서 유기성 폐기물을 연소시켜서 발생되는 고압수증기를 사용하는 증기기관식 원동기로 구성하므로써 하폐수처리장 등에서 에너지 자급율을 개선할 수 있게 된다.
하폐수처리장의 반응조의 수심은 일반적으로 4∼12m 범위이므로 산기기와 송기관 등에서의 압력손실을 고려하여도 포기용 압축공기의 압력은 0.5∼1.5kgf/cm2 범위 이내이다. 따라서 상기 동력식 공기압축장치에서 동 범위의 압력이 낮은 압축공기를 생산하고 잉여분을 상기 압축공기 저장조에 저장할 경우에는 압축공기 저장조의 용량이 과다하게 소요된다. 따라서 압축공기를 10kgf/cm2 이상의 고압으로 생산하여 저장하면 동일한 용량의 저장조에서 10배 이상의 공기를 저장할 수 있게 된다.
그러나 10kgf/cm2 이상의 고압으로 저장된 압축공기를 수심 4∼12m의 반응조에서 방출하여 포기시킬 경우에는 압력에너지가 낭비된다. 반응조를 30m∼100m 범위 또는 그 이상의 심층반응조(31)로 구성하고, 고압의 압축공기를 상기 심층반응조(31)에서 방출하여 포기시키면 산소이전율도 증대되고 반응조의 소요 부지면적도 대폭 절감할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치 제1실시예의 개념도이다.
심층 폭기조의 설치가 불가능한 여건에서 불가피하게 4∼12m 범위의 수심이 낮은 반응조에 풍력식 공기압축장치에서 고압의 압축공기를 방출하여 반응액을 포기시키면 압축공기가 수압이 낮은 저수심에서 산기되므로 압력에너지가 낭비된다. 따라서 포기장치를 유체공급구(22a), 유체흡입구(22b), 혼합유체 유출구(22c) 및 노즐(22d)로 구성된 이젝터(22)로 구성하고, 상기 유체공급구(22a)에 고압의 압축공기를 공급하면 상기 노즐(22d)에서 분출되는 고압 압축공기의 운동에너지에 의하여 노즐 주변에 부압이 형성되고, 부압에 의하여 상기 유체흡입구(22b)를 통하여 대기중의 공기가 흡입되어 상기 혼합유체 유출구(22c)를 통하여 공급된 압축공기와 흡입된 공기가 혼합된 혼합공기가 반응조 내의 수중에 분출되므로 반응조를 포기시키는 풍량을 증대시킬 수 있다.
예를 들어 설명하면, 수심 6m의 반응조에서 상기 유체공급구(22a)로 공급되는 압축공기의 압력과 풍량은 각각 10kgf/cm2와 1Q 이고 이젝터의 효율이 30% 일 경우, 상기 유체흡입구(22b)로 흡입되는 공기의 풍량은 4Q(=1Q×10kgf/cm2×30%÷ 0.6kgf/cm2) 이므로 5Q의 포기용 풍량이 상기 반응조에 공급될 수 있게 된다.
상기 유체공급구(22a)에 공급되는 압축공기의 압력이 저하될 경우에는 상기 유체흡입구(22b)를 통하여 압축공기가 역류 누설될 수 있다. 따라서 상기 이젝터(22)의 유체흡입구(22b)측의 공기흡입관(23)에는 역지변(Check Valve) 또는 상기 유체공급구(22a)에 공급되는 압축공기의 압력에 연동하여 일정 압력 이하가 되면 밀폐 작동하는 자동밸브 등과 같은 역류방지용 밸브(24)를 설치하였다.
도 5는 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치를 이용하는 포기장치 제2실시예의 개념도이다.
이 실시예에서의 포기장치는 유체공급구(22a), 유체흡입구(22b), 혼합유체 유출구(22c) 및 노즐(22d)로 구성된 이젝터(22)이며, 상기 유체공급구(22a)에는 압축공기가 공급되고, 상기 유체흡입구(22b)를 통하여 반응액이 흡입되며, 상기 혼합유체 유출구(22c)를 통하여 공급된 압축공기와 흡입된 반응액이 혼합된 혼합수류가 수중에 분출되도록 한 것이다. 공기보다 비중이 큰 수류가 반응조(30)에 분출되므로 교반력을 크게 할 수 있는 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치이며, 상기 유체흡입구(22b)에는 역류방지용 밸브(24)를 설치하였다.
도 6은 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치를 이용하는 포기장치 제3실시예의 개념도이다.
이 실시예는 상기 도 4의 제4실시예에서 상기 이젝터(22)의 혼합유체 유출구(22c)에는 수중에서 기포를 미세하게 분산시키는 산기기에 의한 포기장치(20)를 연통되도록 연결 설치하여 산소이전율을 개선시킨 것이며, 도 5의 제5실시예에도 적용할 수 있다. 상기 포기장치(20)의 산기기(21)는 산기기에 국한되지 않으며, 산기기와 교반기의 조합장치, 또는 회전차와 산기통으로 조합되어 교반 및 포기기능이 구비된 수중포기장치(Submersible Aerator) 등과 같이 수중에 공기를 분산시켜서 DO(Dissolved Oxygen : 용존산소) 농도를 증대시키는 모든 포기장치가 이용될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치를 이용하는 포기장치 제4실시예의 개념도이다.
이 실시예의 포기장치는 수체와 압축공기가 높은 압력에서 접촉하여 산소가 포화농도 이상으로 과포화 용해되도록 하는 과포화 용해조(25)와 수체를 가압할 수 있는 가압용 펌프(26)로 구성된다. 상기 가압용 펌프(26)와 풍력식 공기압축장치에 의하여 압축공기와 수체를 상기 과포화 용해조(25)의 내부에 주입하고 높은 압력에서 기액 접촉이 이루어지도록 하면 수체에 산소가 과포화 용해된다. 상기 과포화 용해조(25)에서 산소가 과포화 용해된 수체를 반응조(30)에 방출시켜서 반응액을 포기할 수 있다. 이와 같이 고압의 압축공기를 반응조에 직접 방출하는 것보다 압축공기의 압력에너지를 DO 공급량의 증대에 효과적으로 이용할 수 있다.
반응조(30)내의 반응액을 순환시켜서 산소를 과포화 용해시킬 수 있는 용액으로 사용할 수 있으며, 상기 과포화 용해조(25)에서 DO 농도가 과포화된 수류는 반응조(30)에 직접 방출할 수 있으나, 유공관(27)을 통하여 방출하면 반응조(30)의 DO 농도를 고르게 유지할 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 풍력식 공기압축장치를 이용하는 포기장치 제5실시예의 개념도이다.
이 실시예의 포기장치는 수체와 압축공기가 높은 압력에서 접촉하여 산소가 포화농도 이상으로 과포화 용해되도록 하는 과포화 용해조(25)와 이젝터(22)로 구성된다. 상기 이젝터(22)는 유체공급구(22a), 유체흡입구(22b), 혼합유체 유출구(22c) 및 노즐(22d)로 구성되며, 상기 유체공급구(22a)에는 풍력식 공기압축장치에서 생산된 압축공기가 공급되고, 상기 노즐(22d)에 형성되는 부압에 의하여 상기 유체흡입구(22b)를 통하여 반응조(30)에서 반응액이 흡입되며, 상기 혼합유체 유출구(22c)를 통하여 공급된 압축공기와 상기 유체흡입구(22b)를 통하여 흡입된 반응액이 상기 이젝터(22) 에서 혼합되고 혼합된 수류가 상기 과포화 용해조(25)로 유입되어 높은 압력에서 기액 접촉이 이루어진다. 산소가 과포화 용해된 기액 혼합수류가 상기 과포화 용해조(25)에서 상기 반응조(30)로 재순환 유입되어 반응조의 포기가 이루어진다. 펌프와 달리 이젝터는 동력이 소요되지 않고 구동부가 없으므로 구조가 단순하고 경제적이다.
한편, 도 9는 본 발명의 또 다른 개념에 따른 풍력식 공기압축기가 적용된 포기장치의 제6실시예가 도시된다. 도면에 도시된 바와 같이 본 발명의 또 다른 개념에 따른 압축장치는 본 발명의 제1실시예에서와 같이 터빈(11)의 회전축(13)과 연결된 제1압축부(12a)를 구비하며, 고압의 압축공기를 생산할 수 있는 제2압축부(12b)를 더 포함한다. 상기 제1압축부(12a)와 제2압축부(12b)는 회전축(13)의 회전력을 함께 동력원으로 사용하게 된다.
그런데, 고압의 압축공기를 생산하기 위해 토크 및 회전속도를 가변적으로 전달할 필요성이 제기됨에 따라 상기 제1압축부(12a)와 제2압축부(12b)는 추가적으로 동력전달장치(17)로 연결되는 것이 바람직하다. 상기 동력전달장치(17)는 동력의 가변적인 전달을 위해 클러치, 기어 또는 체임 등과 같이 선택에 따라 다양한 동력전달수단을 사용할 수 있다.
또한, 상기 제1압축부(12a)와 제2압축부(12b)에서 생산된 압축공기는 각각의 배관을 통해여 포기장치로 공급될 수 있는데, 제1압축부(12a)에서 생산된 상대적으로 저압인 압축공기는 송기관(18)을 통해 바로 포기장치로 공급되고, 제2압축부(12b)에서 생산된 고압의 공기는 압축공기 저장조(15)에 저장될 수 있도록 별도의 고압송기관(18a)를 통해 압축공기 저장조(15)와 연통되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 또 다른 개념에 따라, 저압의 압축공기는 포기장치(20)로 바로 공급되고, 고압의 압축공기는 저장조에 저장되어 풍력에너지가 부족할 때 저압의 압축공기와 함께 포기할 수 있는 구성이 제공된다.
한편, 도 9에서는 포기장치(20)의 예로 산기기(21)만이 도시되었으나, 상기 제1압축부(12a)에서 생산되는 저압의 압축공기를 이용하는 포기장치는 산기관, 수중포기기 등 일반적인 장치로 이루어지고, 상기 제2압축부(12b)에서 생산된 고압의 압축공기를 이용하는 포기장치는 도 4 내지 도 8에 예시된 이젝터(22)와 과포화 용해조(25)로 이루어지는 것이 바람직하다. 따라서, 포기장치가 상기와 같이 고압의 압축공기와 저압의 압축공기를 각각 활용할 수 있도록 별도의 장치로 구성되면 고압의 압축공기의 압력에너지를 더욱 효율적으로 활용할 수 있는 이점이 있다.
이상에서, 본 발명은 실시예 및 첨부도면에 기초하여 상세히 설명되었다. 그러나, 이상의 실시예들 및 도면에 의해 본 발명의 범위가 제한되지는 않으며, 본 발명의 범위는 후술한 특허청구범위에 기재된 내용에 의해서만 제한될 것이다.
10...공기압축장치 11...터빈
12...압축부 12a...제1압축부
12b...제2압축부 13...회전축
14...지지대 15...압축공기 저장조
16...동력식 공기압축장치 17...동력전달장치
18...송기관 18a...고압송기관
20...포기장치 21...산기기
22...이젝터 22a...유체공급구
22b...유체흡입구 22c...혼합유체 유출구
22d...노즐 23...공기흡입관
24...역류방지용 밸브 25...과포화 용해조
26...가압용 펌프 27...유공관
30...반응조 31...심층반응조
12...압축부 12a...제1압축부
12b...제2압축부 13...회전축
14...지지대 15...압축공기 저장조
16...동력식 공기압축장치 17...동력전달장치
18...송기관 18a...고압송기관
20...포기장치 21...산기기
22...이젝터 22a...유체공급구
22b...유체흡입구 22c...혼합유체 유출구
22d...노즐 23...공기흡입관
24...역류방지용 밸브 25...과포화 용해조
26...가압용 펌프 27...유공관
30...반응조 31...심층반응조
Claims (15)
- 풍력에너지를 회전운동으로 변환하는 터빈(11), 회전축(13) 및 상기 회전축의 회전력에 의해 대기중의 공기를 압축하는 압축부(12)를 포함하는 공기압축장치(10); 그리고,
상기 공기압축장치에 의해 압축된 압축공기를 수중에 분산시켜 용해되도록 하는 포기장치(20);를 포함하는 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치.
- 제1항에 있어서,
상기 포기장치(20)는 하폐수처리장의 반응조에 설치되고, 상기 반응조는 심층반응조(31)인 것을 특징으로 하는 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치.
- 제1항에 있어서,
상기 공기압축장치와 포기장치의 연결부위에 연통되며 외부 동력을 사용하여 공기를 압축하는 별도의 동력식 공기압축장치(16);를 더 포함하며,
상기 동력식 공기압축장치는 풍력에너지가 압축공기를 공급하기에 부족한 경우 상기 포기장치에 압축공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치.
- 제1항에 있어서,
외부 동력을 사용하여 공기를 압축하는 별도의 동력식 공기압축장치(16); 그리고,
상기 압축장치와 연결되는 별도의 포기장치;를 더 포함하며,
상기 압축장치는 풍력에너지가 압축공기를 공급하기에 부족한 경우 상기 별도의 포기장치에 압축공기를 공급하는 것을 특징으로 하는 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치.
- 제1항에 있어서,
상기 포기장치(20)는 과포화 용해조(25)와 가압용 펌프(26)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치.
- 제1항에 있어서,
상기 포기장치(20)는 유체공급구(22a), 유체흡입구(22b), 혼합유체 유출구(22c) 및 노즐(22d)로 구성된 이젝터(22)를 포함하며,
상기 이젝터는 상기 유체공급구(22a)로부터 공급된 압축공기와 상기 유체흡입구(22b)를 통하여 흡입된 대기중의 공기를 혼합하여 상기 혼합유체 유출구(22c)를 통하여 수중에 분출되도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치.
- 제1항에 있어서,
상기 포기장치(20)는, 유체공급구(22a), 유체흡입구(22b), 혼합유체 유출구(22c) 및 노즐(22d)로 구성된 이젝터(22)를 포함하며,
상기 이젝터는 상기 유체공급구(22a)로부터 공급된 압축공기와 상기 유체흡입구(22b)를 통하여 흡입된 반응액을 혼합하여 상기 혼합유체 유출구(22c)를 통하여 수중에 분출되도록 하는 것을 특징으로 하는 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치.
- 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 포기장치(20)는 과포화 용해조(25)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치.
- 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 이젝터(22)의 혼합유체 유출구(22c)에는 수중에서 기포를 미세하게 분산시키는 포기장치(20)가 연통되도록 연결 설치된 것을 특징으로 하는 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치.
- 제6항 또는 제7항에 있어서,
상기 이젝터(22)의 유체흡입구(22b)측에 배치되며 유체의 상기 공기압축장치방향으로의 역류를 방지하는 역류방지용 밸브(24);를 더 포함하는 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치.
- 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 동력식 공기압축장치(16)는 유기성 폐기물을 소화시켜서 발생되는 가스를 동력원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치.
- 제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 동력식 공기압축장치(16)는 유기성 폐기물을 소각시켜서 발생되는 고압수증기를 동력원으로 사용하는 것을 특징으로 하는 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치.
- 풍력에너지를 회전운동으로 변환하는 터빈(11), 회전축(13) 그리고, 상기 회전축의 회전력에 의해 대기중의 공기를 압축하는 제1압축부(12a) 및 제2압축부(12b)를 포함하는 공기압축장치; 그리고,
상기 공기압축장치에 의해 압축된 압축공기를 수중에 분산시켜 용해되도록 하는 포기장치;를 포함하며,
제2압축부(12b)는 제1압축부(12a)보다 고압의 압축공기를 생산하는 것을 특징으로 하는 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치.
- 제13항에 있어서,
상기 공기압축장치는 회전축(13)의 회전력을 전달하여 제2압축부를 구동하는 동력전달장치(17)를 더 포함하는 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치.
- 제1항 또는 제13항에 있어서,
상기 공기압축장치에서 생산한 압축공기를 저장하는 압축공기 저장조(15);를 더 포함하고,
상기 압축공기 저장조(15)는 풍력에너지가 부족한 경우 저장된 압축공기를 상기 포기장치로 공급하는 것을 특징으로 하는 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20100021992A KR20100033993A (ko) | 2010-03-11 | 2010-03-11 | 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR20100021992A KR20100033993A (ko) | 2010-03-11 | 2010-03-11 | 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20100033993A true KR20100033993A (ko) | 2010-03-31 |
Family
ID=42182699
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR20100021992A KR20100033993A (ko) | 2010-03-11 | 2010-03-11 | 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR20100033993A (ko) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102794131A (zh) * | 2012-09-10 | 2012-11-28 | 山东汉方制药有限公司 | 一种药品搅拌器 |
| CN110240272A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-09-17 | 北京师范大学 | 一种水质处理系统及方法 |
| KR20220022933A (ko) * | 2020-08-19 | 2022-03-02 | 새한테크놀로지(주) | 풍력을 활용한 수질 개선 시스템 및 풍력을 활용한 수질 개선 시스템의 제어 방법 |
| KR20220022938A (ko) * | 2020-08-19 | 2022-03-02 | 새한테크놀로지(주) | 수질 개선 시스템 및 수질 개선 시스템의 제어 방법 |
| CN116199347A (zh) * | 2023-04-18 | 2023-06-02 | 董金花 | 一种生物膜废水处理反应器及处理方法 |
-
2010
- 2010-03-11 KR KR20100021992A patent/KR20100033993A/ko not_active Application Discontinuation
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102794131A (zh) * | 2012-09-10 | 2012-11-28 | 山东汉方制药有限公司 | 一种药品搅拌器 |
| CN110240272A (zh) * | 2019-06-06 | 2019-09-17 | 北京师范大学 | 一种水质处理系统及方法 |
| KR20220022933A (ko) * | 2020-08-19 | 2022-03-02 | 새한테크놀로지(주) | 풍력을 활용한 수질 개선 시스템 및 풍력을 활용한 수질 개선 시스템의 제어 방법 |
| KR20220022938A (ko) * | 2020-08-19 | 2022-03-02 | 새한테크놀로지(주) | 수질 개선 시스템 및 수질 개선 시스템의 제어 방법 |
| CN116199347A (zh) * | 2023-04-18 | 2023-06-02 | 董金花 | 一种生物膜废水处理反应器及处理方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9856850B1 (en) | Apparatus, system and method for producing rotational torque to generate electricity and operate machines | |
| CN108953039B (zh) | 一体式垂直轴风力发电与高空储水蓄能发电系统 | |
| US6814633B1 (en) | Wave powered vessel | |
| KR20100033993A (ko) | 풍력식 공기압축장치를 이용한 포기장치 | |
| WO2022166317A1 (zh) | 一种使低水头微水量水源产生高效能的发电装置 | |
| CN101676226A (zh) | 三维水体循环增氧净化装置及方法 | |
| WO2007073665A1 (fr) | Dispositif et systeme de generation d'electricite eolienne | |
| KR20130074001A (ko) | 파력발전장치 | |
| CN201606189U (zh) | 一种垂直轴风力发电机 | |
| CN104529088A (zh) | 分段式一体化无耗电农村污水处理装置 | |
| CN112225311A (zh) | 一种水气能源转化机构及其应用 | |
| CN202300812U (zh) | 潮流势能发电装置 | |
| JP2007181753A (ja) | 曝気装置 | |
| CN213116530U (zh) | 一种液压式梯式水轮发电装置 | |
| JP4480521B2 (ja) | 風力エネルギーによる貯水池等の曝気循環装置 | |
| KR20100010406A (ko) | 수력 및 풍력을 이용한 동력 및 전기발생장치가 구비된선박 | |
| CN211500872U (zh) | 一种风力汲水储能系统 | |
| CN207347253U (zh) | 一种兼氧mbr气化除磷用推流节能曝气机 | |
| CN114251215A (zh) | 基于抽水蓄能的复合发电系统 | |
| CN211598907U (zh) | 一种下水道发电储能转换装置 | |
| CN203717249U (zh) | 靠钢结构复合塔体提供稳定电源的风力发电系统 | |
| CN201401267Y (zh) | 虹吸式流体动力装置 | |
| KR20100118549A (ko) | 풍력, 조류, 해류 및 파력을 이용한 발전시스템 | |
| CN113756267B (zh) | 一种能源生态系统 | |
| CN205207050U (zh) | 一种压缩式增氧的发电风车 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E601 | Decision to refuse application |