KR101811334B1

KR101811334B1 - 수 처리용 미세 버블 펌프 장치 및 이를 이용한 바이오가스 분리 정제 처리 시스템

Info

Publication number: KR101811334B1
Application number: KR1020150182287A
Authority: KR
Inventors: 장춘만
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2015-12-18
Filing date: 2015-12-18
Publication date: 2018-01-25
Also published as: KR20170073405A

Abstract

본 발명은 수 처리용 미세 버블 펌프 장치 및 이를 이용한 바이오가스 분리 정제 처리 시스템 에 관한 것으로, 단일 연결 형상의 날개를 가지는 회전부, 상기 회전부를 안착하기 위한 내부 공간을 포함하는 몸체부, 상기 몸체부의 일측에 연통 형성되며, 상기 몸체부 내부로 처리수와 바이오가스가 유입되도록 배치되는 처리수/가스 유입부, 및 상기 몸체부의 일측에 연통 형성되며, 상기 회전부의 회전 동작에 의하여 상기 몸체부 내부에서 상기 바이오가스와 상기 처리수가 믹싱된 미세 버블 형태의 유체를 배출하기 위한 배출부를 포함하는 수 처리용 미세 버블 펌프 장치를 포함한다. 따라서, 이산화탄소와 황화수소의 용해량을 최대화할 수 있다.

Description

수 처리용 미세 버블 펌프 장치 및 이를 이용한 바이오가스 분리 정제 처리 시스템{MICRO BUBBLE PUMP FOR WATER TREATMENT AND BIOGAS PURIFICATION SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 수 처리용 미세 버블 펌프 장치 및 이를 이용한 바이오가스 분리 정제 처리 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 바이오가스(biogas)에 함유된 메탄가스와 이외 불순물을 분리하여 정제할 수 있는 수 처리용 미세 버블 펌프 장치 및 이를 이용한 정제 처리 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 바이오가스는 축산 분뇨, 음식물 쓰레기, 하수 처리장의 슬러지(slugde)와 같이 유기물의 함량이 높은 유기성 폐기물에서 얻어진다. 이와 같은 유기성 폐기물은 인간 활동과 각종 산업 활동을 통해 끊임없이 발생되고 배출된다.

때문에, 유기성 폐기물에서 얻을 수 있는 바이오가스를 보다 효율적으로 추출하고 이를 사용한다는 것은 자원을 재활용한다는 관점에서 큰 의미를 가진다. 그리고, 요즈음 에너지 고갈에 따른 문제점이 대두화되는 상황에서 이는 새로운 대체 에너지에 대한 갈증을 해소해 주는 역할 역시 수행할 수 있다는 또 다른 의미를 가진다.

한편, 바이오가스는 메탄가스(CH₄, 약 60~70% 정도 함유)와, 이산화탄소(CO₂)와, 황화수소(H₂S) 등을 포함한다. 바이오가스에 함유된 메탄가스를 제외한 나머지 물질은 연료로 활용시 기기의 부식 및, 효율 저하 등의 문제를 일으키는 불필요한 물질로 치부되고 있다. 따라서, 메탄가스를 이용하기 위해서는 이러한 불필요한 물질을 분리하고 이를 정체하는 기술이 추가적으로 요구된다.

바이오가스를 정제하기 위한 기술로는 케미컬 흡착 방식, PSA(Pressure Swing Adsorption) 방식, 물 세정 방식, 멤브레인 방식 등 다양한 기술들이 연구 중이다. 하지만, 이러한 방식들 역시 이산화탄소와 황화수소를 제거하여 순도 높은 메탄가스를 얻기에는 아직 미흡한 상태이며, 따라서 메탄가스, 이산화탄소, 및 황화수소를 효율적으로 분리하고 이를 정제하기 위한 기술 개발이 요구되고 있다.

본 명세서에서는 보다 순도 높은 메탄가스를 얻을 수 있도록 바이오가스 내에 함유된 메탄가스와 이외 이물질을 각각 분리하고 이를 정제할 수 있는 장치에 대하여 살펴보기로 한다.

한편, 본 발명과 관련된 기술로는 한국공개특허 제10-2012-0084534호 및 한국등록특허공보 제10-1341068호가 있다.

(문헌 1) 한국공개특허 제10-2012-0084534호 (2012.07.30.) (문헌 2) 한국등록특허 제10-1341068호 (2013.12.06.)

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 바이오가스 내에 함유되어 있는 메탄가스와 이외 불순물을 분리할 수 있도록, 분리 동작의 전 처리 동작에 해당하는, 바이오가스와 처리수의 믹싱 동작이 가능한 수 처리용 미세 버블 펌프 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한. 본 발명은 상기 수 처리용 미세 버블 펌프 장치를 이용하여 메탄가스와 이외 불순물을 분리 및 정제하는 것이 가능한 수 처리용 미세 버블 펌프 장치를 이용한 정제 처리 시스템을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 분리 및 정제 과정을 거쳐 순도 높은 메탄가스를 포집하는 것이 가능한 수 처리용 미세 버블 펌프 장치를 이용한 정제 처리 시스템을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 바이오가스로부터 순도 높은 메탄가스를 얻는 것이 가능하며, 이렇게 얻어진 메탄가스를 필요한 곳에 이용할 수 있다는 점에서 에너지 재활용을 가능케 한다는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 단일 연결 형상의 날개를 가지는 회전부; 상기 회전부를 안착하기 위한 내부 공간을 포함하는 몸체부; 상기 몸체부의 일측에 연통 형성되며, 상기 몸체부 내부로 처리수와 바이오가스가 유입되도록 배치되는 처리수/가스 유입부; 및 상기 몸체부의 일측에 연통 형성되며, 상기 회전부의 회전 동작에 의하여 상기 몸체부 내부에서 상기 바이오가스와 상기 처리수가 믹싱된 미세 버블 형태의 유체를 배출하기 위한 배출부를 포함하는 수 처리용 미세 버블 펌프 장치가 제공된다.

본 발명에 있어서, 상기 몸체부의 내측에 배치되며, 상기 바이오가스가 서로 다른 방향으로 상기 몸체부 내부에 유입되도록 배치되는 추가 가스 유입부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 단일 연결 형상의 날개는 회전체의 외주면을 따라 형성되며, ‘S’가 연속적으로 이어지는 연속 굴곡 형상을 가지도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 추가 가스 유입부는, 상기 단일 연결 형상의 날개에 대응하여 형성되는 중공 형태의 관 부재; 및 상기 관 부재에 연통 형성되며, 상기 바이오가스를 서로 다른 방향으로 상기 회전부로 분사하도록 배치되는 다수의 가스 유입구를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 추가 가스 유입부는, 상기 단일 연결 형상의 날개의 상방에 형성되는 제1 추가 가스 유입부와, 상기 단일 연결 형상의 날개의 측방에 형성되는 제2 추가 가스 유입부를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 처리수/가스 유입부와 상기 추가 가스 유입부에 상기 바이오가스를 공급하기 위한 가스 공급 유닛; 상기 처리수/가스 유입부에 상기 처리수을 공급하기 위한 처리수 공급 유닛; 상기 배출부를 통해 배출되는 상기 유체를 저장하기 위한 저장 유닛; 및 상기 저장 유닛에 저장된 유체를 외부로 배출하기 위한 배출 유닛을 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 처리수/가스 유입부는, 상기 바이오가스가 유입되는 가스 유입 부재; 상기 처리수가 유입되는 처리수 유입 부재; 및 상기 처리수 유입 부재와 상기 가스 유입 부재와 연결되며, 상기 처리수와 상기 바이오가스를 혼합하여 상기 몸체부의 유입구로 투입시키기 위한 혼합 부재를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 처리수 유입 부재, 상기 가스 유입 부재, 및 상기 혼합 부재와 연통 연결되는 연결 부재를 더 포함하며, 상기 연결 부재의 단면적은 상기 처리수 유입 부재의 단면적보다 작도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 연결 부재와 상기 가스 유입 부재가 연통되는 개방면에 일측 단부가 고정되어 형성되며, 상기 처리수가 상기 가스 유입 부재로 역류를 막기 위하여 상기 개방면을 선택적으로 차폐하기 위한 개폐 부재를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 본 발명의 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 다른 관점에 따르면, 단일 연결 형상의 날개를 가지는 회전체에 의한 믹싱 동작을 통해 바이오가스에 함유된 이물질을 처리수에 용해시켜 미세 버블 형태의 유체를 생성하기 위한 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 의한 미세 버블 펌프 장치; 및 상기 미세 버블 형태의 유체로부터 메탄가스와 상기 불순물을 분리하고 정체하기 위한 후 처리 장치를 포함하는 수 처리용 미세 버블 펌프를 이용한 바이오가스 분리 정제 처리 시스템이 제공된다.

본 발명에 있어서, 상기 후 처리 장치는, 상기 미세 버블 형태의 유체로부터 상기 메탄가스와 이외 불순물을 분리하기 위한 분리 장치; 상기 메탄가스를 포집하여 저장하기 위한 저장 장치; 및 상기 이외 불순물을 포집하여 처리하기 위한 처리 장치를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 미세 버블 펌프 장치는 상기 처리 장치에서 생성되는 물을 상기 처리수로써 회수하여 사용하도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 단일 연결 형상의 날개는 ‘S’가 연속적으로 이어지는 연속 굴곡 형상을 가지도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 수 처리용 미세 버블 펌프 장치 및 이를 이용한 정제 처리 시스템은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명은 바이오가스와 처리수를 기계적 동작 요소에 의하여 믹싱함으로써, 처리수와, 이산화탄소와 황화수소 간의 접촉을 최대화하여 이산화탄소와 황화수소의 용해량을 최대화할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 본 발명은 수 처리용 미세 버블 펌프 장치의 믹싱 동작을 통해 얻어진 미세 버블로부터 메탄가스와 이외 불순물을 분리 및 정제하여 순도 높은 메탄가스를 포집 및 이를 필요로 하는 곳에 제공해 줌으로써, 에너지 재활용에 따른 비용 절감 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 수 처리용 미세 버블 펌프 장치를 설명하기 위한 정면도.
도 2 는 도 1 의 펌핑 유닛을 설명하기 위한 측면도.
도 3 은 도 2 의 유입부의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도.
도 4 는 도 1 의 펌핑 유닛를 설명하기 위한 사시도 및 분해 사시도.
도 5 는 도 1 의 펌핑 유닛의 추가 가스 유입부(140)를 설명하기 위한 일부 사시도.
도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 수 처리용 미세 버블 펌프를 이용한 정제 처리 시스템을 설명하기 위한 도면.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 목적 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다"또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

각 단계들에 있어 식별부호(예를 들어, a, b, c 등)는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

도 1 은 본 발명의 실시예에 따른 수 처리용 미세 버블 펌프 장치를 설명하기 위한 정면도이다.

도 1 을 참조하면, 수 처리용 미세 버블 펌프 장치는, 바이오가스(BG)와 처리수(ML)를 믹싱하기 위한 펌핑 유닛(10); 상기 처리수(ML)가 상기 펌핑 유닛(10)에 일정한 압력으로 유입되도록 하기 위한 처리수 공급 유닛(20); 상기 바이오가스(BG)가 상기 펌핑 유닛(10)에 일정하게 유입되도록 하기 위한 가스 공급 유닛(30); 상기 펌핑 유닛(10)에서 배출되는 미세 버블 형태의 유체를 저장하기 위한 저장 유닛(40); 상기 저장 유닛(40)에 저장된 유체를 외부로 배출하기 위한 배출 유닛(50)를 포함한다.

상기 펌핑 유닛(10)은 바이오가스(BG)와 처리수(ML)를 믹싱하여 미세 버블 형태의 유체를 생성한다. 이러한 믹싱 동작은 상기 바이오가스(BG) 내에 함유된 황화수소나 이산화탄소와 같은 수용성 기체를 상기 처리수(ML)에 용해시키며, 이는 상기 바이오가스(BG)를 정제하기 위한 전처리 동작에 해당한다. 다른 구성의 설명에 앞서 이하, 상기 펌핑 유닛(10)에 대하여 보다 자세히 알아보기로 한다.

우선, 본 발명의 실시에에 따른 펌핑 유닛(10)은 설계에 따라 여러 가지 실시에로 구현될 수 있으며, 이하에서는 상기 바이오가스(BG)와 상기 처리수(ML)가 유입되는 유입구(IN)와, 믹싱 동작을 통해 생성된 미세 버블 형태의 유체가 배출되는 배출구(OUT)가 각각 하나씩 형성되는 것을 일례로 하였다.

도 2 는 도 1 의 펌핑 유닛(10)을 설명하기 위한 측면도이다.

도 2 를 참조하면, 상기 펌핑 유닛(10)은 상기 바이오가스(BG)와 상기 처리수(ML)를 처리수/가스 유입부(11, 12, 13)를 통해 전달 받는다. 상기 처리수/가스 유입부(11, 12, 13)는 상기 처리수(ML)가 유입되는 처리수 유입 부재(11); 상기 바이오가스(BG)가 유입되는 가스 유입 부재(12); 상기 처리수 유입 부재(11)와 상기 가스 유입 부재(12)가 연결되어 있으며, 상기 처리수 유입 부재(11)로부터 유입되는 처리수(ML)와 상기 가스 유입 부재(12)로부터 유입되는 바이오가스(BG)를 혼합하여 상기 유입구(IN)로 투입시키기 위한 혼합 부재(13)를 포함한다.

상기 처리수 유입 부재(11)는 상기 처리수(ML)를 상기 혼합 부재(13)로 전달하기 위한 구성으로써, 상기 혼합 부재(13)와 연통 형성되는 중공 형태의 파이프로 구성될 수 있다.

상기 가스 유입 부재(12)는 상기 바이오가스(BG)를 상기 혼합 부재(13)로 전달하기 위한 구성으로써, 상기 혼합 부재(13)와 연통 형성되는 중공 형태의 파이프로 구성될 수 있다.

상기 혼합 부재(13)는 상기 처리수 유입 부재(11)와 상기 가스 유입 부재(12)와 연결되어 있으며, 상기 처리수 유입 부재(11)로부터 유입되는 처리수(ML)와 상기 가스 유입 부재(12)로부터 유입되는 바이오가스(BG)를 혼합하여 동시에 상기 유입구(IN)에 투입한다.

그래서, 상기 펌핑 유닛(10)은 상기 유입구(IN)를 통해 동시에 전달되는 상기 바이오가스(BG)와 상기 처리수(ML)를 믹싱하고, 이러한 믹싱 동작을 통해 생성된 미세 버블 형태의 유체를 배출구(OUT)를 통해 배출한다. 도면에서 볼 수 있듯이, 상기 바이오가스(BG)와 상기 처리수(ML)는 상기 유입구(IN)를 통해 동시에 상기 펌핑 유닛(10) 내부로 유입되며, 이러한 구조를 통해 상기 바이오가스(BG)와 상기 처리수(ML)의 믹싱 효과를 극대화하는 것이 가능하다.

도 3 은 도 2 의 유입부의 다른 실시예를 설명하기 위한 단면도이다. 설명의 편의를 위하여 도 2 와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면 부호를 반영하기로 하며, 도 3 의 실시예는 도 2 의 실시예와 비교하여 연결 부재(14)와, 개폐 부재(15)가 추가되었다.

도 3 을 참조하면, 상기 유입부(11, 12, 13, 14, 15)는 상기 처리수 유입 부재(11)의 단면적보다 작은 단면적을 가지는 연결 부재(14); 상기 처리수(ML)가 상기 연결 부재(14)를 통해 상기 혼합 부재(13)로 전달되는 동안 상기 처리수(ML)가 상기 가스 유입 부재(12)로의 역류를 막아주기 위한 개폐 부재(15)를 포함한다.

상기 연결 부재(14)는 상기 처리수 유입 부재(11)와 상기 혼합 부재(13) 사이에 연통 연결되어 있으며, 상기 처리수 유입 부재(11)의 단면적보다 작은 단면적을 가진다. 그래서, 상기 처리수(ML)는 상기 연결 부재(14)를 통과할 때 상기 처리수 유입 부재(11)를 통과할 때 보다 빠른 유속을 가질 수 있다. 이로 인하여 베르누이 법칙에 의해 상기 연결 부재(14) 내부의 압력이 낮아지게 됨으로써, 상대적으로 압력이 높은 상기 가스 유입 부재(12) 내의 상기 바이오가스(BG)가 상기 가스 유입 부재(12)에서 상기 연결 부재(14)로 보다 효율적으로 유입되는 것이 가능하며, 또한 상기 처리수(ML)의 빠른 유속으로 인하여 상기 바이오가스(BG)와 상기 처리수(ML)의 믹싱 효과를 더욱 높여주는 것이 가능하다.

상기 개폐 부재(15)는 상기 가스 유입 부재(12)와 상기 연결 부재(14)가 연통되는 개방면(GB)에 일측 단부가 고정되어 형성된다. 상기 개폐 부재(15)는 원웨이 밸브와 같이 일방향으로만 개폐되도록 구성되는 부재로 구성될 수 있고, 상기 개방면(GB)과 거의 동일한 크기로 형성되며, 상기 가스 유입 부재(12)의 개방면(GB)에 대한 개폐 동작이 가능하다. 그래서, 상기 개폐 부재(15)는 일방향으로만 개폐되기 때문에 상기 연결부재(14)에서 상기 가스 유입 부재(12) 내로 처리수(ML)가 역류하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 펌핑 유닛(10)의 유입부(11, 12, 13, 15, 15)는 상기 처리수(ML)의 유속을 빠르게 하여 상기 바이오가스(BG)와의 믹싱 효과를 높여주는 것이 가능하다. 그리고, 상기 개폐 부재(15)를 구성하여 상기 개방면(GB)를 선택적으로 차폐하는 것이 가능하다.

도 4 는 도 1 의 펌핑 유닛(10)를 설명하기 위한 사시도 및 분해 사시도이다.

도 4 를 참조하면, 상기 펌핑 유닛(10)은 나선형 날개(111)를 가지는 임펠라 형태의 회전부(110); 상기 회전부(110)를 안착하기 위한 내부 공간을 포함하는 하우징 부재(120); 상기 하우징 부재(120)에 상기 회전부(110)를 안착한 이후 이를 덮어주기 위한 덮개 부재(130)를 포함한다.

상기 회전부(110)는 상기 나선형 날개(111)가 형성될 수 있는 넓이의 외주면을 가지는 회전체(112); 상기 회전체(112)의 외주면을 따라 형성되는 나선형 날개(111)를 포함한다. 상기 나선형 날개(111)는 날개의 단면이 연속적으로 연결되는 단일 연결 형상으로 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시에에서의 상기 나선형 날개(111)는 ‘S’가 연속적으로 이어지는 연속 굴곡 형상을 가지도록 구성하였다.

상기 회전부(110)에 형성된 나선형 날개(111)의 경우 익간에 발생하는 선회류(Circulation flow)를 줄여주는 것이 가능하기 때문에, 상기 회전부(110)의 날개에 대한 손상 및 마모를 줄여주는 것이 가능하다. 상기 나선형 날개(111)의 형태는 설계에 따라 바뀔 수 있으며, 날개에 대한 손상 및 마모를 줄여주고 믹싱 효과를 높일 수 있는 형태라면 모두 포함될 수 있다.

상기 하우징 부재(120)는 상기 회전부(110)를 안착하기 위한 내부 공간을 포함하며, 상기 회전부(110)가 내부 공간에 안착된 이후 상기 하우징 부재(120)와 상기 덮개 부재(130)는 서로 결합된다. 이하, 설명의 편의를 위하여 상기 하우징 부재(120)와 상기 덮개 부재(130)를 합하여 몸체부(120, 130)라 칭하기로 한다.

상기 하우징 부재(120)는 상기 바이오가스(BG)와 상기 처리수(ML)가 상기 몸체부(120, 130)의 내부 공간으로 유입되도록 상기 유입구(IN)가 형성되어 있으며, 상기 몸체부(120, 130)에서 믹싱 동작을 통해 생성된 미세 버블 형태의 유체를 배출되도록 상기 배출구(OUT)가 형성되어 있다.

그래서, 상기 펌핑 유닛(10)는 상기 유입구(IN)를 통해 유입되는 상기 바이오가스(BG)와 처리수(ML)를 전달받아 믹싱 동작을 수행하고, 이를 통해 생성된 미세 버블 형태의 유체를 상기 배출구(OUT)를 통해 배출하는 것이 가능하다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 상기 펌핑 유닛(10)는 상기 회전부(110)를 기준으로, 서로 다른 방향에서 상기 바이오가스(BG)를 분사하기 위한 추가 가스 유입부(140)를 포함하며, 이에 대한 설명은 도 5 를 통해 살펴보기로 한다.

도 5 는 도 1 의 펌핑 유닛(10)의 추가 가스 유입부(140)를 설명하기 위한 일부 사시도이다.

도 5 를 참조하면, 상기 펌핑 유닛(10)는 도 4 에서 설명하였듯이 내측에는 상기 나선형 날개(111)가 배치되어 있으며, 상기 나선형 날개(111)의 근거리에 상기 추가 가스 유입부(140)가 배치된다.

상기 추가 가스 유입부(140)는 상기 바이오가스(BG)가 상기 몸체부(120, 130) 내부의 서로 다른 방향으로 유입되도록 하기 위한 것으로, 상기 나선형 날개(111)의 상방에 형성되는 제1 추가 가스 유입부(141); 상기 나선형 날개(111)의 측방에 형성되는 제2 추가 가스 유입부(142)를 포함한다.

상기 제1 추가 가스 유입부(141)는 상기 나선형 날개(111)의 상면에 상기 바이오가스(BG)를 분사하기 위한 구성으로써, 상기 나선형 날개(111)의 상방에 형성되는 중공 형태의 관 부재(GG)와, 상기 관 부재(GG)에 연통 형성되는 가스 유입구(UG)를 포함한다. 여기서는, 가스 유입구(UG)가 두 개 인 것을 일례로 하였으며, 그 개수와 형상은 설계에 따라 달라질 수 있다.

상기 제2 추가 가스 유입구(142)는 상기 나선형 날개(111)의 측면에 상기 바이오가스(BG)를 분사하기 위한 구성으로써, 상기 나선형 날개(111)의 측방에 형성되며 상기 제1 추가 가스 유입부(141)와 마찬가지로 관 부재(GG)와 가스 유입구(US)를 포함한다.

도면에 도시되지 않았지만, 상기 제1 및 제2 추가 가스 유입구(141, 142)는 상기 바이오가스(BG)를 공급받을 수 있도록 설계되는 것이 바람직하며, 이와 같은 공급 구성은 도 1 의 가스 공급 유닛(30)에 대응하도록 구성될 수 있다.

상기 제1 추가 가스 유입부(141)와 상기 제2 추가 가스 유입부(142)는 상기 나선형 날개(111)를 기준으로 서로 다른 면에 배치되며, 때문에 각각의 추가 가스 유입부에 형성되는 가스 유입구(US) 역시 상기 나선형 날개(111)를 기준으로 서로 다른 방향을 향하도록 배치된다.

이와 같은 구성은 결국, 상기 바이오가스(BG)가 상기 나선형 날개(111)에 서로 다른 방향에서 분사되는 것을 가능케 할 수 있으며, 이로 인하여 상기 바이오가스(BG)와 상기 처리수(ML)의 믹싱 효과는 극대화 될 수 있다. 상기 믹싱 효과가 극대화된다는 것은 그만큼 상기 바이오가스(BG)와 상기 처리수(ML)의 접촉을 최대화할 수 있다는 것을 의미하며, 이는 곧 상기 바이오가스(BG) 내에 함유된 이산화탄소와 황화수소와, 상기 처리수(ML)의 접촉을 최대화하여 상기 처리수(ML)에 용해되는 이산화탄소와 황화수소의 양을 최대화할 수 있음을 의미한다.

한편, 상기 제1 추가 가스 유입부(141)와 상기 제2 추가 가스 유입부(142)는 상기 회전부(110)가 회전하는 방향으로 비스듬하게 기울어져 설계될 수 있다. 이와 같은 구성의 경우 상기 제1 추가 가스 유입부(141)와 상기 제2 추가 가스 유입부(142)에서 분사되는 상기 바이오가스(BG)가 상기 회전부(110)의 회전 동작을 도와주는 것이 가능하다. 때문에, 이러한 구성을 통해 상기 회전부(110)가 회전하는데 사용되는 전력과 같은 부하를 줄여 줄 수 있다.

도 5 에서는 상기 추가 가스 유입부(140)가 제1 추가 가스 유입부(141)와 제2 추가 가스 유입부(142)로 구성되는 것을 일례로 하였지만, 그 개수나 형태, 배치되는 위치가 한정되어서는 안될 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 상기 펌핑 유닛(10)는 상기 나선형 날개(111)를 가지는 상기 회전부(110)를 이용하여 상기 바이오가스(BG)와 상기 처리수(ML)를 믹싱하며, 서로 다른 분사 방향을 가지는 상기 추가 가스 유입부(140)의 구성을 통해 믹싱 효과를 극대화하는 것이 가능하다.

다시 도 1 을 참조하면, 상기 처리수 공급 유닛(20)은 상기 처리수(ML)가 상기 펌핑 유닛(10)의 유입구(IN)에 일정한 압력으로 유입되도록 하기 위한 구성 것으로써, 상기 처리수(ML)가 공급되는 양을 조절하기 위한 처리수 조절부(21)와, 공급된 처리수(ML)의 압력을 조절하기 위한 처리수 압력부(22)를 포함한다. 상기 처리수 공급 유닛(20)의 이전 단에는 상기 처리수(ML)의 원활한 공급을 위하여 처리수 펌프와 레귤레이터 등이 추가적으로 장착될 수 있다.

상기 가스 공급 유닛(30)은 상기 바이오가스(BG)가 상기 펌핑 유닛(10)의 가스 유입 부재(12) 및 추가 가스 유입부(140)에 일정하게 유입되도록 하기 위한 구성으로써, 상기 바이오가스(BG)를 유입받는 바이오가스 유입부(31)와, 상기 바이오가스 유입부(31)로부터 전달되는 상기 바이오가스(BG)의 공급 양을 조절하기 위한 바이오가스 조절부(32), 및 이렇게 조절된 상기 바이오가스(BG)를 상기 펌핑 유닛(10)에 전달하기 위한 가스 전달부(33)를 포함한다. 상기 가스 공급 유닛(30)의 이전 단에는 상기 바이오가스(BG)의 원활한 공급을 위하여 공기 펌프와 레귤레이터 등이 추가적으로 장착될 수 있다.

상기 저장 유닛(40)은 상기 펌핑 유닛(10)에서 배출되는 미세 버블 형태의 유체를 저장하기 위한 구성이다. 도면에는 도시되지 않았지만, 상기 저장 유닛(40) 내부에는 일정 속도로 회전하는 스크류(Screw)와 같은 부재가 장착될 수 있으며, 이를 통해 미세 버블 형태의 유체의 믹싱 정도를 더욱 고르게 해주는 것이 가능하다.

상기 배출 유닛(50)은 상기 저장 유닛(40)에 저장된 유체를 외부로 배출하기 위한 구성으로써, 배출되는 유체의 압력을 조절하기 위한 배출 압력 조절부(51)와, 이렇게 배출되는 유체의 배출 양을 조절하기 위한 배출 양 조절부(52)를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 수 처리용 미세 버블 펌프 장치는 상기 바이오가스(BG)와 상기 처리수(ML)를 최대한 접촉하여 믹싱 동작을 수행함으로써, 최대 양의 이산화탄소와 황화수소가 상기 처리수(ML)에 충분히 용해된 미세 버블 형태의 유체를 얻는 것이 가능하다.

도 6 은 본 발명의 실시예에 따른 수 처리용 미세 버블 펌프를 이용한 정제 처리 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

도 6 을 참조하면, 정제 처리 시스템은 상기 바이오가스(BG)가 저장되어 있는 가스 저장 장치(410); 상기 가스 저장 장치(410)로부터 전달되는 상기 바이오가스(BG)에 유분/수분을 제거하기 위한 제1 버퍼 탱크 장치(1); 상기 바이오가스(BG)와 상기 처리수(ML)를 믹싱하여 미세 버블 형태의 유체를 생성하기 위한 미세 버블 펌프 장치(420); 상기 미세 버블 펌프 장치(420)에서 생성된 미세 버블 형태의 유체를 저류하고 메탄가스와 이외 불순물을 분리하기 위한 분리 장치(430); 상기 분리 장치(430)에서 분리된 메탄가스에 유/수분을 제거하기 위한 제2 버퍼 탱크(2); 상기 제2 버퍼 탱크(2)에서 배출되는 메탄가스를 건조시키기 위한 건조 장치(440); 상기 건조 장치(440)에서 배출되는 메탄가스를 압축하여 저장하기 위한 압축 저장 장치(3)를 포함한다.

이어서, 상기 분리 장치(430)에서 분리된 메탄가스 이외 불순물인 이산화탄소와 황화수소가 함유된 물을 펌핑하기 위한 펌핑 장치(4); 상기 펌핑 장치(4)로부터 전달되는 유체에서 이산화탄소와 황화수소를 분리하기 위한 기체 분리 장치(450)를 포함한다. 그리고, 상기 기체 분리 장치(450)에 물을 공급하기 위한 물 공급 장치(5)를 포함한다.

이하, 상기 바이오가스(BG)의 정제 방법에 대하여 살펴보기로 한다.

우선, 상기 가스 저장 장치(410)에 저장되어 있는 상기 바이오가스(BG)는 상기 제1 버퍼 탱크 장치(1)로 전달된다. 상기 제1 버퍼 탱크 장치(1)는 상기 바이오가스(BG)에 함유된 유/수분을 제거하고, 상기 미세 버블 펌프 장치(420)는 바이오가스(BG)와 처리수(ML)를 믹싱하여 미세 버블 형태의 유체를 생성한다. 이렇게 생성된 미세 버블 형태의 유체는 산기 유닛(SG)을 통해 4bar 이상의 압력을 가지는 상기 분리 장치(430)로 포집된다.

상기 분리 장치(430)에서는 0.554 비중을 가지는 메탄가스가 위쪽에 층을 이루고, 1.529 비중을 가지는 이산화탄소와 1.92 비중을 가지는 황화수소가 아래쪽에 층을 이루게 된다. 그리고, 비교적 가벼운 메탄가스의 경우 수면 위로 떠오르게 된다. 이렇게 떠오른 메탄가스는 상기 제2 버퍼 탱크(2)에서 유/수분이 제거된 이후 상기 건조 장치(440)에서 건조 처리된다. 이와 같은 건조 처리를 통해 메탄가스는 99% 제습되며, 이렇게 제습된 메탄가스는 상기 압축 저장 장치(3)에 저장되고 메탄가스를 필요로 하는 곳에 제공된다.

한편, 분리 장치(430)에 체류된 물은 상기 펌핑 장치(4)에 의하여 상기 기체 분리 장치(450)로 전달된다. 상기 기체 분리 장치(450)는 상기 분리 장치(430)의 압력보다 낮은 3bar 압력을 가지는 제1 기체 분리 장치(451)와 대기압을 가지는 제2 기체 분리 장치(452)를 차례로 거친다. 상기 제1 기체 분리 장치(451)에서는 이산화탄소의 용해가 더욱 활성화되며, 상기 제2 기체 분리 장치(452)에서는 이산화탄소와 황화수소가 물과 다시 분리된다. 그리고, 이렇게 분리된 이산화탄소는 블로어 장치(6)를 통해 대기 중으로 배출한다.

한편, 상기 제2 기체 분리 장치(452)에서 이산화탄소와 황화수소가 제거된 물은 다시 상기 미세 버블 펌프 장치(420)로 회수되어 재활용될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 수 처리용 미세 버블 펌프를 이용한 정제 처리 시스템은, 미세 버블 펌프 장치를 이용하여 상기 바이오가스(BG)와 처리수(ML)를 믹싱하고, 이러한 믹싱 동작을 통해 생성된 미세 버블을 통해 메탄가스와 이외 이물질을 분리하는 것이 가능하다. 또한, 이렇게 분리된 메탄가스를 포집하여 이를 필요로 하는 곳에 제공해주는 것이 가능하다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 미세 버블 펌프는 미세 버블을 생성하여 메탄가스와 이외 이물질을 분리하는 것이 가능하며, 이를 통해 순도 높은 메탄가스를 얻는 것이 가능하다.

본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 펌핑 유닛 20 : 처리수 공급 유닛
30 : 가스 공급 유닛 40 : 저장 유닛
50 : 배출 유닛

Claims

단일 연결 형상의 날개를 가지는 회전부;
상기 회전부를 안착하기 위한 내부 공간을 포함하는 몸체부;
상기 몸체부의 일측에 연통 형성되며, 상기 몸체부 내부로 처리수와 바이오가스가 유입되도록 배치되는 처리수/가스 유입부; 및
상기 몸체부의 일측에 연통 형성되며, 상기 회전부의 회전 동작에 의하여 상기 몸체부 내부에서 상기 바이오가스와 상기 처리수가 믹싱된 미세 버블 형태의 유체를 배출하기 위한 배출부를 포함하되,
상기 단일 연결 형상의 날개는 회전체의 외주면을 따라 형성되며, ‘S’가 연속적으로 이어지는 연속 굴곡 형상을 가지도록 구성되는
수 처리용 미세 버블 펌프 장치.
제1항에 있어서,
상기 몸체부의 내측에 배치되며, 상기 바이오가스가 서로 다른 방향으로 상기 몸체부 내부에 유입되도록 배치되는 추가 가스 유입부를 더 포함하는
수 처리용 미세 버블 펌프 장치.
삭제
제2항에 있어서,
상기 추가 가스 유입부는,
상기 단일 연결 형상의 날개에 대응하여 형성되는 중공 형태의 관 부재; 및
상기 관 부재에 연통 형성되며, 상기 바이오가스를 서로 다른 방향으로 상기 회전부로 분사하도록 배치되는 다수의 가스 유입구를 포함하는
수 처리용 미세 버블 펌프 장치.
제2항에 있어서,
상기 추가 가스 유입부는,
상기 단일 연결 형상의 날개의 상방에 형성되는 제1 추가 가스 유입부와,
상기 단일 연결 형상의 날개의 측방에 형성되는 제2 추가 가스 유입부를 포함하는
수 처리용 미세 버블 펌프 장치.
제2항에 있어서,
상기 처리수/가스 유입부와 상기 추가 가스 유입부에 상기 바이오가스를 공급하기 위한 가스 공급 유닛;
상기 처리수/가스 유입부에 상기 처리수을 공급하기 위한 처리수 공급 유닛;
상기 배출부를 통해 배출되는 상기 유체를 저장하기 위한 저장 유닛; 및
상기 저장 유닛에 저장된 유체를 외부로 배출하기 위한 배출 유닛을 더 포함하는
수 처리용 미세 버블 펌프 장치.
제1항에 있어서,
상기 처리수/가스 유입부는,
상기 바이오가스가 유입되는 가스 유입 부재;
상기 처리수가 유입되는 처리수 유입 부재; 및
상기 처리수 유입 부재와 상기 가스 유입 부재와 연결되며, 상기 처리수와 상기 바이오가스를 혼합하여 상기 몸체부의 유입구로 투입시키기 위한 혼합 부재를 포함하는
수 처리용 미세 버블 펌프 장치.
제7항에 있어서,
상기 처리수 유입 부재, 상기 가스 유입 부재, 및 상기 혼합 부재와 연통 연결되는 연결 부재를 더 포함하며,
상기 연결 부재의 단면적은 상기 처리수 유입 부재의 단면적보다 작도록 구성되는
수 처리용 미세 버블 펌프 장치.
제8항에 있어서,
상기 연결 부재와 상기 가스 유입 부재가 연통되는 개방면에 일측 단부가 고정되어 형성되며, 상기 처리수가 상기 가스 유입 부재로 역류를 막기 위하여 상기 개방면을 선택적으로 차폐하기 위한 개폐 부재를 더 포함하는
수 처리용 미세 버블 펌프 장치.
단일 연결 형상의 날개를 가지는 회전체에 의한 믹싱 동작을 통해 바이오가스에 함유된 이물질을 처리수에 용해시켜 미세 버블 형태의 유체를 생성하기 위한 제1항, 제2항, 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항에 의한 미세 버블 펌프 장치; 및
상기 미세 버블 형태의 유체로부터 메탄가스와 불순물을 분리하고 정체하기 위한 후 처리 장치를 포함하는
수 처리용 미세 버블 펌프를 이용한 바이오가스 분리 정제 처리 시스템.
제10항에 있어서,
상기 후 처리 장치는,
상기 미세 버블 형태의 유체로부터 상기 메탄가스와 이외 불순물을 분리하기 위한 분리 장치;
상기 메탄가스를 포집하여 저장하기 위한 저장 장치; 및
상기 이외 불순물을 포집하여 처리하기 위한 처리 장치를 포함하는
수 처리용 미세 버블 펌프를 이용한 바이오가스 분리 정제 처리 시스템.
제10항에 있어서,
상기 미세 버블 펌프 장치는 상기 처리 장치에서 생성되는 물을 상기 처리수로써 회수하여 사용하도록 구성되는
수 처리용 미세 버블 펌프를 이용한 바이오가스 분리 정제 처리 시스템.
제10항에 있어서,
상기 단일 연결 형상의 날개는 ‘S’가 연속적으로 이어지는 연속 굴곡 형상을 가지도록 구성되는
수 처리용 미세 버블 펌프를 이용한 바이오가스 분리 정제 처리 시스템.