KR20110071266A

KR20110071266A - 풍력발전장치를 포함하는 수처리시스템 및 그 보조전원공급장치

Info

Publication number: KR20110071266A
Application number: KR1020090127783A
Authority: KR
Inventors: 안창효; 임성균; 김건태; 문지희; 김승준; 이윤석
Original assignee: 코오롱건설주식회사
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2011-06-29

Abstract

본 발명은 수처리조 내 산기관으로부터 분출되어 대기 중으로 배출되는 공기를 이용하여 전기를 생산할 수 있는 수처리시스템 및 이 수처리시스템의 운영에 필요한 전기기기(송풍기 등)에 풍력발전으로 생산된 전기를 공급하는 보조전원공급장치를 제공함으로써, 이전까지는 그대로 버려졌던 수처리용 공기를 유용하게 활용할 수 있다.

발전기, 분리막, 산기관, 수처리, 전기, 풍력

Description

풍력발전장치를 포함하는 수처리시스템 및 그 보조전원공급장치{Waste Water Treating System with Wind Generator and Auxiliary Power Supply Thereof}

본 발명은 수처리과정에서 발생되는 풍력을 이용하여 전기를 생산할 수 있도록 한 수처리시스템 및 이 시스템용 보조전원공급장치에 관한 것이다.

참고로, 이 명세서에서 수처리시스템이라 함은 오ㆍ폐수나 하수 등의 수처리를 위한 복합적인 장치를 말한다.

일반적으로, 수처리에는 폭기(曝氣, aeration) 등을 목적으로 산기관이 이용되는데, 이 산기관은 수처리조 내의 바닥 측에 설치되는 한편, 상측을 향하는 부분에는 공기가 분출되는 산기구가 적어도 한 개 마련되고, 송풍기로부터 공기를 제공받아 일정한 압력으로 분출한다.

산기구를 통하여 원수(오ㆍ폐수, 하수 등 처리 이전의 물) 중에 분출되는 공기는 부력으로 상승되어 원수를 통과한 이후, 정하여진 배기로를 따라 대기 중으로 배출되는데, 이 배출되는 공기는 송풍기로부터의 공급압력에 의하여 일정한 유속을 가짐에 따라 충분한 속도에너지를 가진다. 이러함에도, 이전까지는 산기관으로부터의 공기를 무의미하게 버렸는바, 이 단순히 버려졌던 수처리용 공기를 유용하게 활용하기 위한 대책 마련이 요구되는 실정이다.

참고로, 도 1은 일반적인 수처리시스템이 도시된 구성도로, 이 도 1에서, 도면부호 1은 생물반응조이고, 2는 분리막 유닛(3)이 수용된 분리막조이며, 6은 슬러지반송장치로, 원수는 생물반응조(1)와 분리막조(2)를 순차적으로 거치면서 처리되고, 슬러지반송장치(6)는 탈질을 위하여 생물반응조(1)에 분리막조(2) 내의 슬러지를 반송한다.

도 1에는 표현되어 있지 않으나, 분리막조(2) 내의 분리막 유닛(3) 하측에는 앞서 언급한 바와 같은 산기관이 설치되는데, 여기에서의 산기관은 분리막 유닛(3)의 분리막을 향하여 공기를 분출하여 수처리과정에서 오염되는 분리막의 표면을 세정하는 역할도 한다.

[해결하고자 하는 과제]

본 발명의 목적은, 이전까지는 무의미하게 대기 중으로 배출하였던 수처리용 공기를 이용하여 전기를 생산할 수 있고, 이 생산된 전기를 유용하게 활용할 수 있는 수처리시스템 및 이 수처리시스템용 보조전원공급장치를 제공하는 데 있다.

[과제 해결 수단]

본 발명의 실시예에 따르면, 수처리공간을 제공하는 수처리조와; 상기 수처리조의 내부에 설치되며 공기공급장치로부터 공기를 제공받아 분출하는 적어도 하나의 산기관과; 상기 산기관으로부터 분출되는 공기를 대기 중으로 배출하는 배기로 상에 설치되어 전기를 생산하는 풍력발전장치를 포함하는 수처리시스템이 제공된다.

여기에서, 상기 수처리조는 그 상부가 커버에 의하여 덮인 구조로 구성되고, 상기 커버는 상기 산기관으로부터의 공기가 배출되는 배기구를 가지며, 상기 풍력발전장치는 상기 커버의 배기구에 설치될 수 있다. 이 때, 상기 커버는 그 배기구의 주변부가 상기 배기구를 향하여 상향 경사져 공기의 흐름을 상기 배기구 측으로 안내하는 안내면으로 구성될 수 있다. 그리고 상기 안내면은 유선형의 구조를 가질 수 있다.

상기 풍력발전장치는 상기 배기구에 이 배기구로 배출되는 공기에 의한 회전이 가능하도록 설치된 회전날개와; 상기 회전날개에 연결된 발전기를 포함할 수 있 다.

본 발명의 실시예에 따른 수처리시스템은 상기 풍력발전장치로부터의 전기를 저장하는 축전지를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 수처리과정에서 발생되는 풍력을 이용하여 전기를 생산하는 것으로서 위의 기재와 같은 풍력발전장치와; 상기 풍력발전장치로부터의 전압이 미리 정하여 둔 값을 초과하면 상기 풍력발전장치로부터의 전기를 수처리시스템의 전기기기로 공급하고, 상기 풍력발전장치로부터의 전압이 상기 미리 정하여 둔 값 이하이면 상기 전기기기에 상용전원을 공급하는 제어부를 포함하는 수처리시스템용 보조전원공급장치가 제공된다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명함에 있어서, 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의를 위하여 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자의 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서 이러한 용어에 대한 정의는 이 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

본 발명의 제1실시예에 따른 수처리시스템(이하, 제1실시예)이 도 2 내지 도 6에 도시되어 있다. 이 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 제1실시예는 생물반응조(10), 분리막조(20), 분리막 유닛(30), 적어도 하나의 산기관(40), 공기공급장치(50), 슬러지반송장치(60), 풍력발전장치(70) 및 보조전원공급장치(80)를 구성요소로서 포함한다.

생물반응조(10)는 내부로 유입되는 원수를 탈질한다. 생물반응조(10)는 분리막조(20)와 연접된다. 생물반응조(10)와 분리막조(20)의 연접하는 벽면에는 적어도 하나의 유입구(15)가 마련되어, 생물반응조(10)로부터의 처리된 처리수는 분리막조(20)에 이 유입구(15)를 통하여 유입된다. 도시된 바 없으나, 유입구(15)에는 유량조절을 위한 개폐기구가 설치될 수 있다.

분리막조(20)는 본체(21) 및 커버(25)를 포함한다. 분리막조(20)의 본체(21)에는 분리막 유닛(30) 및 산기관(40)이 수용된다. 분리막 유닛(30)은 산기관(40)의 상측에 위치하도록 설치된다. 산기관(40)은 본체(21)의 바닥 측에 설치되고 분리막 유닛(30)을 향하는 부분에 산기구가 마련되며 공기공급장치(50)로부터 공기를 공급받는다. 이에 따르면, 공기공급장치(50)로부터의 공기는 산기관(40)의 산기구를 통하여 일정한 압력으로 분출되고, 이 분출된 공기는 분리막 유닛(30)의 분리막에 대한 세정 등을 행한다.

본체(21)는 생물반응조(10)로부터 유입되는 처리수의 처리를 위한 공간을 제 공한다. 본체(21)는 그 상부가 개방된 구조를 가진다. 커버(25)는 이러한 본체(21)의 개방된 상부를 덮는다. 커버(25)는 중앙부에 산기관(40)으로부터 분출되는 공기를 분리막조(20)의 외부로 배출하기 위한 배기구(26)가 마련되고, 이 배기구(26)의 주변부는 배기구(26)를 향하여 상향 경사진 안내면(27)으로 구성된다. 이렇게 경사짐에 따라 공기(산기관으로부터 분출되어 본체 내의 처리수를 통과한 공기)의 흐름을 배기구(26) 측으로 안내하는 안내면(27)은 유선형의 구조를 가지도록 형성되어, 배기구(26) 측으로 향하는 공기는 배기구(26) 측으로 자연스럽게 흐른다. 즉, 배기구(26) 측으로 향하는 공기의 속도에너지 손실을 최소화하면서 배출을 이루는 구조인 것이다.

이와 같은 본체(21)와 커버(25)는 이상의 설명과 달리 일체형의 구조를 가지도록 구성될 수도 있다.

공기공급장치(50)는 공기발생원(51)과 공급라인(55)을 포함한다. 공기발생원(51)에 의하여 발생되는 공기는 공급라인(55)을 따라 흘러 산기관(40)에 공급된다. 여기에서는 공기발생원(51)으로서 송풍기를 적용하였다. 공급라인(55) 상에는 밸브가 설치될 수 있다.

슬러지반송장치(60)는 반송펌프(61)와 반송라인(65)을 포함하는데, 반송라인(65)은 생물반응조(10)와 분리막조(20)에 양단부가 각각 연결된다. 반송펌프(61)는 이러한 반송라인(65) 상에 설치되어, 분리막조(20) 내 슬러지는 반송펌프(61)를 작동시키면 반송라인(65)을 따라 이송되어 생물반응조(10)에 반송된다. 반송라인(65) 상에는 밸브가 설치될 수 있다.

풍력발전장치(70)는 커버(25)의 배기구(26)에 설치되어 배기구(26)를 통하여 배출되는 공기에 의하여 발생되는 풍력을 전기에너지로 바꾸는 것인바, 배기구(26)로 배출되는 공기에 의한 회전이 가능하게 설치된 회전날개(71) 및 회전날개(71)에 연결되어 이 회전날개(71)의 회전력으로 전기를 생산하는 발전기(75)를 포함한다. 즉, 배기구(26)로 배출되는 공기에 의하여 유용한 전기를 생산하는 것이다.

여기에서, 회전날개(71)는 그 축이 공기의 배출방향에 대하여 수직을 이루도록 배치되고, 회전날개(71)의 축은 그 양단 부분이 베어링에 의하여 지지된다.

보조전원공급장치(80)는 풍력발전장치(70)를 구성요소로서 포함한다. 보조전원공급장치(80)는 풍력발전장치(70)에 의하여 생산되는 전기와 상용전원 중 하나를 송풍기(51), 반송펌프(61)와 같은 제1실시예의 운영에 필요한 전기기기에 공급하는 것인바, 컨버터(82), 축전지(84), 측정기(86) 및 제어부(88)를 더 포함한다.

여기에서, 컨버터(82)는 풍력발전장치(70)로부터의 직류전원을 교류전원으로 변환한다. 축전지(84)에는 이 컨버터(82)에 의하여 변환되는 교류전원이 저장된다. 측정기(86)는 이 축전지(84)에 저장되는 전원의 충전량을 실시간으로 측정한다. 제어부(88)는 이 측정기(86)에 의하여 측정된 측정값이 미리 설정하여 둔 설정치(즉, 제1실시예의 전기기기를 작동시킬 수 있는 정도의 충전량을 말한다)를 초과하면(충 전량이 충분하면) 축전지(84)의 전원을 제1실시예의 전기기기로 공급하고, 이와 반대로 측정값이 설정치 이하이면(충전량이 불충분하면) 제1실시예의 전기기기에 상용전원을 공급한다. 물론, 제어부(88)의 경우에는 이와 같이 작동시키기 위한 스위치를 포함할 수 있다.

이와 같은 보조전원공급장치(80)는 풍력발전장치(70)에 의한 전기 생산이 원활하게 이루어지는 조건 하에서는 제1실시예의 전기기기를 상용전원이 아닌, 풍력발전장치(70)에 의하여 생산된 전기로 작동시키므로 제1실시예를 운영하는 데 필요한 소비전력을 낮출 수 있다.

한편, 보조전원공급장치(80)는 축전지(84) 및 측정기(86) 없이 구성될 수 있다. 이는 제어부(88)를 달리 구성하는 것으로 구현이 가능한데, 여기에서의 제어부(88)는 풍력발전장치(70)로부터의 출력전압을 사전에 설정하여 둔 설정치(제1실시예 전기기기의 소비전력)와 실시간으로 비교, 풍력발전장치(70)의 출력전압이 설정치를 초과한 것으로 판단되면 제1실시예의 전기기기에 컨버터(82)를 거친 교류전원을 공급하고, 반대로 풍력발전장치(70)의 출력전압이 설정치 이하이면 제1실시예의 전기기기에 상용전원을 공급한다. 물론, 이 제어부(88)는 이와 같이 작동시키기 위한 비교부 및 스위치를 포함할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 수처리시스템(이하, 제2실시예)의 주요부가 도시된 구성도로, 도 7에 도시된 바와 같이, 제2실시예는 제1실시예와 비교하 여 볼 때 기타 구성 및 작용은 모두 동일한 것에 대하여, 하나의 생물반응조(10)에 복수 개의 분리막조(20A,20B)가 연접될 수 있고, 이에 따라 이 복수 개의 분리막조(20A,20B)로부터 배출되는 공기를 한 곳으로 모아 풍력발전을 이룰 수 있음을 나타낸다.

여기에서, 복수의 분리막조(20A,20B)는 그 개방된 상부가 하나의 커버(25-1)에 의하여 덮인다. 이 커버(25-1)도 그 중앙부에 배기구(26-1)가 마련되고, 풍력발전장치(70)는 이 배기구(26-1)에 설치된다.

이상, 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

예를 들면, 위에서는 풍력발전장치(70)가, 산기관(40)으로부터의 공기를 대기 중으로 배출하는 배기로의 한 지점인 배기구(26)(26-1)에 설치되는 것으로 설명하였으나, 풍력발전장치(70)의 설치위치는 배기로의 다른 지점일 수 있다.

도 1은 일반적인 수처리시스템이 도시된 구성도이다.

도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 수처리시스템이 도시된 구성도이다.

도 3은 도 2에 도시된 분리막조 및 그 주변 구성을 나타내는 구성도이다.

도 4는 도 3에 도시된 풍력발전장치를 나타내는 구성도이다.

도 5는 도 4의 A-A선 단면도이다.

도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 수처리시스템의 한 구성인 보조전원공급장치가 도시된 블록도이다.

도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 수처리시스템의 주요부가 도시된 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>

10 : 생물반응조 20, 20A, 20B : 분리막조

25, 25-1 : 커버 26, 26-1 : 배기구

27 : 안내면 30 : 분리막 유닛

40 : 산기관 50 : 공기공급장치

60 : 슬러지반송장치 70 : 풍력발전장치

71 : 회전날개 75 : 발전기

80 : 보조전원공급장치 82 : 컨버터

84 : 축전지 86 : 측정기

88 : 제어부

Claims

수처리공간을 제공하는 수처리조와;

상기 수처리조의 내부에 설치되며 공기공급장치로부터 공기를 제공받아 분출하는 적어도 하나의 산기관과;

상기 산기관으로부터 분출되는 공기를 대기 중으로 배출하는 배기로 상에 설치되어 전기를 생산하는 풍력발전장치를 포함하는 수처리시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 수처리조는 그 상부가 커버에 의하여 덮인 구조로 구성되고,

상기 커버는 상기 산기관으로부터의 공기가 배출되는 배기구를 가지며,

상기 풍력발전장치는 상기 커버의 배기구에 설치된 수처리시스템.
청구항 2에 있어서,

상기 커버는 그 배기구의 주변부가, 상기 배기구를 향하여 상향 경사져 공기의 흐름을 상기 배기구 측으로 안내하는 안내면으로 구성된 수처리시스템.
청구항 3에 있어서,

상기 안내면은 유선형의 구조를 가지는 수처리시스템.
청구항 2에 있어서, 상기 풍력발전장치는,

상기 배기구에 이 배기구로 배출되는 공기에 의한 회전이 가능하도록 설치된 회전날개와;

상기 회전날개에 연결된 발전기를 포함하는 수처리시스템.
청구항 1에 있어서,

상기 풍력발전장치로부터의 전기를 저장하는 축전지를 더 포함하는 수처리시스템.
수처리과정에서 발생되는 풍력을 이용하여 전기를 생산하는 것으로서 청구항 1에 기재된 풍력발전장치와;

상기 풍력발전장치로부터의 전압이 미리 정하여 둔 값을 초과하면 상기 풍력발전장치로부터의 전기를 수처리시스템의 전기기기로 공급하고, 상기 풍력발전장치로부터의 전압이 상기 미리 정하여 둔 값 이하이면 상기 전기기기에 상용전원을 공 급하는 제어부를 포함하는 수처리시스템용 보조전원공급장치.