WO2024029700A1 - 히트펌프를 이용한 발전용 장치 - Google Patents

히트펌프를 이용한 발전용 장치 Download PDF

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WO2024029700A1
WO2024029700A1 PCT/KR2023/006747 KR2023006747W WO2024029700A1 WO 2024029700 A1 WO2024029700 A1 WO 2024029700A1 KR 2023006747 W KR2023006747 W KR 2023006747W WO 2024029700 A1 WO2024029700 A1 WO 2024029700A1
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turbine
fluid
treated
chamber
power generation
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PCT/KR2023/006747
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English (en)
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Inventor
이석주
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이석주
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03B—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS
    • F03B1/00—Engines of impulse type, i.e. turbines with jets of high-velocity liquid impinging on blades or like rotors, e.g. Pelton wheels; Parts or details peculiar thereto
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/04—Shafts or bearings, or assemblies thereof
    • F04D29/043—Shafts
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/18—Rotors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
    • F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
    • F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D3/00—Axial-flow pumps
    • F04D3/02—Axial-flow pumps of screw type

Definitions

  • the present invention relates to a power generation device using a heat pump, and more specifically, to a power generation device using a heat pump that can purify or purify a fluid to be treated, generate electrical energy, and purify air.
  • Sources of pollution caused by these non-degradable organic substances contained in water include wastewater discharged from various industrial processes, urban sewage, personal sewage, industrial water, and water purification facilities.
  • Republic of Korea Patent No. 10-1362858 and Republic of Korea Patent No. 10-1257736 disclose a multi-stage separator type flotation separator using fine bubbles, and a flotation tank and water treatment device using a nozzle that generates fine bubbles, respectively.
  • the inside of the reaction tank is formed in multiple stages, and the outflow of bubbles is restricted at each stage, thereby increasing the residence time of microbubbles inside the reaction tank and improving the ability to collect foreign substances.
  • Patent Publication No. 10-2009-0081102 Power generation system using wastewater. This patent collects wastewater such as domestic water and rainwater so that it has a certain water pressure, and when it reaches a certain water pressure, operates a power generation device, or generator, to produce electricity for a certain period of time.
  • the problem to be solved by the present invention is to purify or refine the fluid to be treated, and at the same time, discharge a high-pressure water stream during the treatment of the fluid to be treated, and turn a turbine with the high-pressure water stream to generate electrical energy.
  • the aim is to provide a power generation device using a heat pump that can simultaneously purify air containing harmful gases and fine dust when turning a turbine.
  • a device for power generation using a heat pump transfers the fluid to be treated flowing in from the upper part of a cylindrical chamber under pressure to the lower part of the chamber, so that the fluid to be treated is high pressure at the bottom of the chamber.
  • a heat pump configured to discharge water as a stream; and a turbine shaft, a turbine wheel whose central portion is coupled to the turbine shaft and rotates together with the turbine shaft, and a plurality of turbine blades arranged along the circumferential direction of the turbine wheel and arranged with a horizontal surface facing the circumferential direction of the turbine wheel.
  • It includes a power generation turbine in which one side of the turbine shaft is connected to a power generation motor, and the heat pump and the power generation turbine have a high-pressure water stream discharged from the heat pump on one or more turbine blades among the plurality of turbine blades. It is characterized in that they are mutually arranged so as to be discharged toward the horizontal surface of.
  • the heat pump is provided at the top of the cylinder, has a fluid inlet to be treated, and a gas inlet connected to one side of the fluid inlet to inject gas into the fluid inlet.
  • a cylindrical chamber including a fluid outlet to be treated provided at the lower part of the cylinder;
  • a screw including a rotating shaft that penetrates the longitudinal direction of the chamber and is coupled to the center of the chamber, and a rotating blade that is provided in a spiral shape along the longitudinal direction of the rotating shaft on the rotating shaft and is located in the inner space of the chamber; and a power device that rotates the screw, wherein the fluid to be treated is forcibly transferred toward the lower part of the chamber as the screw rotates,
  • the high-pressure water stream may be discharged through the treated fluid discharge port.
  • an abrasive may be coated on the inner surface of the chamber and the surface of the rotary blade.
  • the abrasive may be ceramic particles or diamond particles.
  • collision elements in an embossed or engraved form may be provided on the inner surface of the chamber and the surface of the rotary blade.
  • the rotation axis includes: a hollow extending from the center of the rotation axis along the longitudinal direction of the rotation axis; a fluid inlet penetrating between the outer surface of the rotating shaft and the hollow at the lower part of the rotating shaft to communicate fluidly with the internal space of the chamber; and a fluid outlet that penetrates between the outer surface of the rotary shaft and the hollow at the upper part of the rotating shaft and is in fluid communication with the inner space of the chamber, wherein the fluid is separated from the fluid inlet by high pressure formed in the lower part of the inner space of the chamber.
  • a portion of the fluid to be treated within the inner space of the chamber may circulate toward the upper part of the chamber.
  • it further includes a turbine accommodating box for accommodating the power generation turbine, wherein the power generation turbine is rotatably provided within the turbine accommodating box, and the high-pressure water stream penetrates one side of the turbine accommodating box. It may be configured to be discharged toward the horizontal surface of the one or more turbine blades.
  • the plurality of turbine blades have irregularities of a certain pattern formed on one surface facing the high-pressure water stream
  • the turbine accommodation box has a purified gas outlet provided on the upper surface and a drain provided on the lower part of one side. It includes, wherein the treated fluid outlet is in the form of a pipe and extends to penetrate one side of the turbine accommodation box, and the end of the treated fluid outlet is surrounded by an inject pipe for gas introduction having a diameter larger than the diameter, and
  • the high-pressure water stream is discharged toward the one or more turbine blades, it collides with the irregularities and is dispersed into droplets, and a gas to be treated containing harmful elements is injected into the inject pipe for gas introduction, so that the gas to be treated is transferred to the turbine. Harmful elements in the gas to be treated injected into the receiving container and injected into the turbine receiving container may be adsorbed to the liquid droplets.
  • it further includes an air suction fan provided on one side of the turbine accommodating box to suck air in the atmosphere into the interior of the turbine accommodating box, and when fine dust is contained in the air, the fine dust is It can be adsorbed on droplets.
  • a high-pressure water stream is discharged during the treatment of the fluid to be treated, and the high-pressure water stream is used to turn a turbine to generate electrical energy. It has the advantage that air containing harmful gases and fine dust can be purified at the same time when the turbine is turned with a high-pressure water stream.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining the configuration of a power generation device using a heat pump according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the pattern shape of irregularities provided on the turbine blade shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the heat pump shown in FIG. 1.
  • Figure 4 is a cross-sectional view illustrating a power generation device using a heat pump according to another embodiment of the present invention.
  • first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • a first component may be named a second component, and similarly, the second component may also be named a first component without departing from the scope of the present invention.
  • Figure 1 is a diagram for explaining the configuration of a power generation device using a heat pump according to an embodiment of the present invention
  • Figure 2 is a diagram showing the pattern shape of the unevenness provided on the turbine blade shown in Figure 1.
  • 3 is a cross-sectional view showing the configuration of the heat pump shown in FIG. 1.
  • a power generation device using a heat pump may include a heat pump 1000 and a power generation turbine 2000.
  • the heat pump 1000 may be configured to forcefully transfer the fluid to be treated flowing in from the upper part of the cylindrical chamber toward the lower part of the chamber, and discharge the fluid to be treated as a high-pressure water stream from the lower part of the chamber.
  • the power generation turbine 2000 includes a turbine shaft 2100, a turbine wheel 2200 whose center is coupled to the turbine shaft 2100 and rotates together with the turbine shaft 2100, and a circumferential direction of the turbine wheel 2200. It includes a plurality of turbine blades 2300 arranged along the horizontal plane toward the circumferential direction of the turbine wheel 2200, and one side of the turbine shaft 2100 may be connected to the power generation motor 3100. .
  • the power generation motor 3100 includes a third belt pulley 3200 coupled to one side of the turbine shaft 2100, a fourth belt pulley 3300 coupled to the drive shaft of the power generation motor 3100, and the third belt pulley 3200 coupled to one side of the turbine shaft 2100. It can be connected to the turbine shaft 2100 through a belt pulley 3200 and a second belt 3400 connected to the fourth belt pulley 3300, and as the turbine shaft 2100 rotates, rotational force is obtained and the drive shaft This can be rotated.
  • the heat pump 1000 and the power generation turbine 2000 are mutually configured so that the high-pressure water stream discharged from the heat pump 1000 is discharged toward the horizontal surface of one or more turbine blades 2300 among the plurality of turbine blades 2300. can be placed.
  • the heat pump 1000 may include a cylindrical chamber 100, a screw 200, and a power device 300.
  • the chamber 100 is provided in a cylindrical shape, has a to-be-treated fluid inlet 110 provided at the top of the cylinder, and is connected to one side of the to-be-treated fluid inlet 110 to inject gas into the to-be-treated fluid inlet 110. It may include a gas inlet 130 and a fluid outlet 120 to be treated provided at the lower part of the cylinder.
  • the gas injected through the gas inlet 130 is dissolved in the fluid to be treated, and the fluid to be treated may contain bubbles.
  • the fluid to be treated is wastewater
  • the gas may be any one of air, oxygen, and ozone.
  • ozone may be injected through the gas inlet 130.
  • the treated fluid inlet 110 may be in the form of a pipe or hose, and the inlet end may be inserted into a space where the treated fluid is stored, for example, a tank or water tank, and may be configured to suck the treated fluid. there is.
  • a submersible pump (not shown) may be provided at the end of the pipe or hose of the fluid to be treated inlet 110.
  • the treated fluid outlet 120 may be in the form of a pipe, and the end of the pipe may extend in the direction of the turbine blade 2300 to discharge the purified treated fluid as a high-pressure water stream. At this time, the discharge pressure of the high-pressure water stream may be 8 bar or more. The process by which the treated fluid is discharged as a high-pressure water stream will be described later.
  • the screw 200 may include a rotating shaft 210 and rotating blades 220.
  • the rotation shaft 210 penetrates the chamber 100 in the longitudinal direction and is coupled to the center of the chamber 100.
  • the rotating blades 220 are provided in a spiral shape along the longitudinal direction of the rotating shaft 210 and are located in the inner space of the chamber 100.
  • the chamber 100, the rotating shaft 210, and the rotating blades 220 may be made of metal.
  • the power device 300 rotates the screw 200.
  • the power device 300 has one end inserted from the outside of the chamber 100 into the inside of the chamber 100 and is connected to one end of the rotation shaft 210, for example, the upper end of the rotation shaft 210.
  • a rotating shaft connecting shaft 310 coupled to the rotating shaft connecting shaft 310, a first belt pulley 320 coupled to the other end exposed to the outside of the chamber 100 of the rotating shaft connecting shaft 310, and disposed on one side of the rotating shaft connecting shaft 310
  • a drive motor 330, a second belt pulley 340 coupled to the drive shaft of the drive motor 330, and a first belt connected to the first belt pulley 320 and the second belt pulley 340 ( 350) may be included.
  • the surface of the rotary blades 220 and the inner surface of the chamber 100 may be coated with an abrasive.
  • the abrasive may be ceramic particles or diamond particles.
  • the rotation shaft 210 may include a hollow 211, a fluid inlet 212, and a fluid outlet 213.
  • the hollow 211 extends from the center of the rotation axis 210 along the longitudinal direction of the rotation axis 210.
  • the fluid inlet 212 may penetrate between the outer surface of the rotation shaft 210 and the hollow 211 at the lower part of the rotation shaft 210 to communicate fluidly with the internal space of the chamber 100.
  • the fluid outlet 213 may penetrate between the outer surface of the rotation shaft 210 and the hollow 211 at the top of the rotation shaft 210 to communicate fluidly with the internal space of the chamber 100.
  • a heat pump equipped with a water purification and oil purification device may further include a safety valve 400, a fluid temperature meter 500, a directional control valve 600, and a control unit 700.
  • the safety valve 400 may be provided on the upper surface of the chamber 100.
  • the safety valve 400 may be opened when the pressure within the chamber 100 rises above a certain pressure. That is, the pressure within the chamber 100 increases as the screw 200 rotates to forcibly transport the fluid to be treated in the lower direction within the chamber 100. At this time, the safety The valve 400 opens when the pressure in the chamber 100 increases above a certain pressure, thereby preventing the pressure in the chamber 100 from increasing excessively.
  • the fluid temperature measuring device 500 is disposed at the bottom of the chamber 100 and can measure the temperature of the fluid to be treated within the chamber 100.
  • the fluid temperature measuring device 500 may be an electronic thermometer.
  • the sensing portion is inserted into the fluid to be treated, and the display portion measuring the measured temperature is outside the chamber 100. It is provided in an exposed form, so that the sensing unit can measure the temperature of the fluid to be treated.
  • the direction control valve 600 may be installed on the treated fluid outlet 120.
  • the direction control valve 600 is electrically connected to the control unit 700 and can be controlled to open and close by the control unit 700.
  • the direction control valve 600 may be a 3-way valve with three ports 610, 620, and 630, and the first port 610 is connected to the inlet side of the fluid outlet 120, The second port 620 parallel to the first port 610 is connected to the distal end of the fluid to be treated outlet 120 extending toward the turbine 2000, and the first port 610 and the second port 620 )
  • the third port 630 which is perpendicular to the port, may be connected to the branch pipe 140 branched from the treated fluid discharge port 120.
  • the branch pipe 140 stores all or part of the purified fluid discharged through the fluid discharge port 120 into a space requiring purified fluid, for example, an oil storage tank, a water storage tank, a fish farm, etc. It can be discharged into space.
  • the control unit 700 is electrically connected to the fluid temperature meter 500 and the direction control valve 600, so that the temperature value of the fluid to be treated measured from the fluid temperature meter 500 is input, and the direction control valve 600 ) can be controlled to open and close.
  • the control unit 700 can be installed independently through a separate protection box at the site where the chamber 100 is located.
  • control unit 700 has a valve opening temperature value for opening the direction control valve 600 set in advance, and the temperature value of the fluid to be treated input from the fluid temperature measuring device 500 is the valve opening temperature value. If it matches, it can be configured to open the direction control valve 600.
  • first valve control to open the first port 610 and the second port 620 of the directional control valve 600, the first port 610 and the third port of the directional control valve 600 ( A second valve control that opens 630 and a third valve control that opens all of the first to third ports 630 of the direction control valve 600 may be configured to be possible.
  • the first control may be a control that blocks discharge of the high-pressure water stream to the branch pipe 140
  • the second control may be a control that blocks the discharge of the high-pressure water stream toward the turbine 2000
  • the third control may be a control that blocks the discharge of the high-pressure water stream toward the turbine 2000.
  • the control may be a control that allows discharge of high-pressure water stream to the branch pipe 140 and the turbine 2000.
  • the power generation device using a heat pump may further include a turbine accommodation box 4000, and the power generation turbine 2000 may be rotatably provided within the turbine accommodation box 4000. there is.
  • the high-pressure water stream discharged from the heat pump 1000 may be configured to pass through one side of the turbine accommodation box 4000 and be discharged toward the horizontal surface of one or more turbine blades 2300.
  • the treated fluid outlet 120 of the heat pump 1000 is in the form of a pipe and extends to penetrate one side of the turbine accommodation box 4000 to discharge a high-pressure water stream toward the horizontal surface of the turbine blade 2300. You can.
  • the turbine accommodation box 4000 may be provided in the form of a rectangular parallelepiped or cube.
  • one end of the turbine shaft 2100 of the turbine 2000 is supported on the inner surface of one side of the turbine accommodation box 4000, and the other end of the turbine shaft 2100 penetrates the other side facing the one side. Thus, it can be exposed to the outside, and the other end of the exposed turbine shaft 2100 can be connected to the power generation motor 3100.
  • the plurality of turbine blades 2300 may have irregularities 2310 formed in a certain pattern, for example, a checkerboard pattern as shown in FIG. 2, on one surface facing the high-pressure water stream, and a fluid outlet to be treated.
  • the end of (120) may be configured to be surrounded by an inject pipe 150 for gas introduction having a diameter larger than the diameter.
  • the high-pressure water stream when discharged toward one or more turbine blades 2300, it may collide with the irregularities 2310 and disperse into droplets, and blood containing harmful elements may be contained within the gas inlet inject pipe 150.
  • the processing gas may be injected and the gas to be treated may be injected into the turbine receiving box 4000.
  • an additional branch pipe 160 is connected to one side of the fluid outlet 120 to be treated, and the additional branch pipe 160 is connected to the other side of the turbine receiving box 4000.
  • a high-pressure water stream can be discharged toward the turbine blades 2300.
  • an additional inject pipe 170 may be provided to surround the end of the additional branch pipe 160.
  • the turbine accommodation box 4000 may include a purified gas outlet 4100 and a drain 4200.
  • the purified gas outlet 4100 is provided on the upper surface of the turbine accommodating box 4000 to discharge the purified gas from the inside of the turbine accommodating box 4000, and the drain port 4200 is located on one side of the turbine accommodating box 4000. It is provided at the lower part of the , so that the treated fluid that is dispersed into droplets and then falls can be discharged to the outside of the turbine receiving box (4000).
  • the device for power generation using a heat pump may further include an air suction fan 5000.
  • the air suction fan 5000 is provided on one side of the turbine accommodating box 4000 and can suck air in the atmosphere into the interior of the turbine accommodating box 4000.
  • the power generation device using a heat pump can purify and purify oil through the heat pump 1000, rotate the turbine 2000 to drive the power generation motor 3100, and at the same time It can be used to purify gas by removing harmful elements in the gas.
  • the fluid to be treated is supplied along with gas to the inner space of the chamber 100 through the fluid to be treated inlet 110, and the fluid to be treated, including bubbles, is supplied to the inner space of the chamber 100.
  • the power device 300 When the internal space of the chamber 100 is filled with the fluid to be treated including bubbles, the power device 300 is driven to rotate the rotating shaft 210 and the rotating blades 220.
  • the fluid to be treated may be polished through an abrasive coated on the surface of the rotary blade 220 and the inner surface of the chamber 100, and the bubbles may collide with the abrasive and decompose into smaller sizes, and the bubbles may be smaller. As the process of decomposition into sizes is repeated, nano-sized microbubbles may be created within the fluid to be treated.
  • non-decomposable substances in the fluid to be treated may also be polished.
  • the treated fluid is waste oil, sulfur, rust, paraffin, etc. may be polished and decomposed, and if the treated fluid is livestock wastewater, domestic wastewater, etc., non-degradable organic substances may be polished and decomposed.
  • heat is generated and the temperature of the fluid to be treated may increase.
  • heat may be generated as the bubbles burst. Accordingly, the temperature of the fluid to be treated can easily increase.
  • the free radicals may be generated, and the free radicals may decompose non-decomposable substances in the fluid to be treated, for example, non-decomposable organic substances, and the generated heat may cause decomposition.
  • the decomposition effect of non-degradable substances may increase.
  • the gas when the gas is ozone, the dissolved rate of ozone in the fluid to be treated may increase due to the fine bubbles, and the decomposition effect of non-decomposable substances may be increased by ozone.
  • the fluid to be treated is forced toward the lower part of the chamber 100, so that the lower part of the chamber 100 is under high pressure and the upper part of the chamber 100 is under low pressure. It can be.
  • a part of the fluid to be treated at the high pressure lower part of the chamber 100 flows into the fluid inlet 212 at the bottom of the rotating shaft 210, and the fluid to be treated flows into the hollow 211 of the rotating shaft 210.
  • the low pressure of the chamber 100 rises upward and is discharged into the inner space of the chamber 100 through the fluid outlet 213 at the top of the rotation shaft 210. In this way, a portion of the fluid to be treated is recirculated from the lower part of the chamber 100 to the upper part of the chamber 100.
  • the fluid to be treated can be broken down into smaller sizes by colliding with the polishing and bubbles of the fluid to be treated by the abrasive coated on the surface of the rotary blade 220 and the inner surface of the chamber 100, so that the fluid to be treated can be broken down into smaller sizes.
  • microbubbles are efficiently generated within the chamber, heat is generated within the chamber 100, non-decomposable substances in the fluid to be treated can be polished, and heat generation and non-decomposability due to free radicals generated when the bubbles burst. It can increase the decomposition effect of substances.
  • the temperature of the treated fluid increases, and the heated and purified treated fluid can be discharged.
  • the fluid temperature measuring device 500 measures the temperature of the fluid to be treated within the chamber 100 and inputs the measured temperature value of the fluid to be treated to the control unit 700. At this time, when the temperature value of the fluid to be treated input to the control unit 700 matches the valve opening temperature value preset in the control unit 700, the control unit 700 opens the direction control valve 600. At this time, the control unit 700 may open the directional control valve 600 through any one of the first to third controls.
  • the controller 700 may open all of the first to third ports 630 to allow discharge of high-pressure water stream to the branch pipe 140 and the turbine 2000 through the third control. In this case, part of the heated fluid in the chamber 100 is discharged to the branch pipe 140, and the remainder of the fluid is discharged as a high-pressure water stream toward the turbine 2000.
  • the heated water discharged from the branch pipe 140 may be supplied to a place where hot water is needed, for example, a fish farm.
  • the control unit 700 opens the solenoid valve 600 and can be discharged.
  • the valve opening temperature value preset in the control unit 700 may be 30°C.
  • valve opening temperature value preset in the control unit 700 may be, for example, a temperature within a range below the natural ignition temperature of the oil.
  • the treated fluid is oil
  • only oil can be injected without gas injection, and in the process of polishing the oil, such as the process of purifying the treated fluid described above, non-decomposable substances in the oil, for example, sulfur, are removed.
  • Components may decompose or separate.
  • the high-pressure water stream discharged toward the turbine 2000 touches the horizontal surface, that is, the unevenness 2310, of one or more turbine blades 2300 among the plurality of turbine blades 2300 of the turbine 2000 within the turbine accommodation box 4000. It can be discharged toward one side.
  • the high-pressure water stream collides with the irregularities 2310 and is dispersed into droplets.
  • the high-pressure water stream continues to hit the plurality of turbine blades 2300, the turbine wheel 2200 and the turbine shaft 2100 rotate, and the turbine When the shaft 2100 rotates, the power generation motor 3100 connected to the turbine shaft 2100 rotates, and electrical energy can be generated by the rotational force of the power generation motor 3100.
  • a treated gas containing harmful elements such as carbon dioxide or methane gas
  • a treated gas containing harmful elements is injected into the gas inlet inject pipe 150 to accommodate the turbine (4000). It can diffuse within, and the harmful elements contained in the diffused gas to be treated can be removed by being absorbed into the liquid droplets.
  • atmospheric air can be sucked into the turbine accommodation box 4000 through the air suction fan 5000, and if the sucked air contains fine dust, the fine dust can be removed by being absorbed into the droplets. there is.
  • the purified gas from which harmful elements have been removed is discharged through the purified gas outlet 4100 of the turbine accommodation box 4000, and the treated fluid with harmful elements adsorbed is discharged to the outside through the drain port 4200 of the turbine accommodation box 4000. can be discharged as
  • harmful elements in the fluid to be treated are removed by the heat pump 1000 to purify or refine the fluid to be treated, and the heat pump 1000 ) It is possible to drive the power generation motor 3100 for generating electrical energy by driving the turbine 2000 by using the high-pressure water stream discharged from the turbine 2000, and the high-pressure water stream turns the turbine 2000.
  • the power generation motor 3100 for generating electrical energy by driving the turbine 2000 by using the high-pressure water stream discharged from the turbine 2000, and the high-pressure water stream turns the turbine 2000.
  • it collides with the turbine blade 2300 it disperses into droplets and injects gas containing harmful elements into the turbine housing 4000 to adsorb and remove harmful elements to the droplets, thereby removing the air containing harmful gases and fine dust.
  • purification there are advantages such as purification.
  • Figure 4 is a cross-sectional view illustrating a power generation device using a heat pump according to another embodiment of the present invention.
  • the device for power generation using a heat pump is the present invention except that it further includes a vibrator 800 installed on the outer surface of the chamber 100 of the heat pump 1000. Since it is the same as the heat pump equipped with a water purification and oil purification device according to an embodiment of the invention, the description below will focus on the vibrator 800.
  • the vibrator 800 vibrates the chamber 100.
  • the vibrator 800 may be provided in a form that surrounds a portion of the outer surface of the chamber 100 at the upper or lower side of the chamber 100.
  • the chamber 100 and the rotary blade 220 are also vibrated, thereby polishing the treated fluid and bubbles supplied into the chamber 100.
  • Efficiency can be increased, and thus the decomposition effect of non-decomposable substances in the treated fluid and the generation of microbubbles can be increased.
  • an embossed or engraved collision element may be provided on the surface of the rotary blade 220 and the inner surface of the chamber 100.
  • a perforated plate with a plurality of holes may be attached to the surface of the rotary blade 220 and the inner surface of the chamber 100.
  • the plurality of holes may have a polygonal shape. For example, it may have a square shape.
  • the fluid to be treated and the bubbles collide with the plurality of holes, so the generation efficiency of fine bubbles can be increased, and the non-decomposable substances in the fluid to be treated can also collide with the plurality of holes and be decomposed.

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Abstract

히트펌프를 이용한 발전용 장치가 개시된다. 상기 히트펌프를 이용한 발전용 장치는 원통형의 챔버의 상부에서 유입되는 피처리유체를 상기 챔버의 하부 방향으로 강압 이송하여, 상기 챔버의 하부에서 상기 피처리유체가 고압의 물줄기로 토출되도록 구성되는 히트펌프; 및 터빈축, 중심부가 상기 터빈축에 결합되어 상기 터빈축과 함께 회전하는 터빈 휠, 및 상기 터빈 휠의 원주 방향을 따라 배열되며 수평면이 상기 터빈 휠의 원주 방향을 향하도록 배치되는 다수의 터빈날개를 포함하고, 상기 터빈축의 일측이 발전용 모터에 연결되는 발전용 터빈을 포함하고, 상기 히트펌프 및 상기 발전용 터빈은 상기 히트펌프로부터 토출되는 고압 물줄기가 상기 다수의 터빈날개 중 하나 이상의 터빈날개의 수평면을 향해 토출되도록 상호 배치되는 것을 특징으로 한다.

Description

히트펌프를 이용한 발전용 장치
본 발명은 히트펌프를 이용한 발전용 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피처리유체의 정수 또는 정화, 전기에너지 생성, 및 공기의 정화가 이루어질 수 있는 히트펌프를 이용한 발전용 장치에 관한 것이다.
산업폐수, 생활하수, 개인하수도, 정수장, 지하수, 산업용수, 축산폐수 등에
환경에 악영향을 미칠 수 있는 여러 가지의 난분해성 유기물질 등이 함유되어 배출되므로 큰 사회문제로 야기되고 있다.
이들 난분해성 유기물질이 물속에 함유되어 발생되는 오염원으로는 각종 산업공정에서 배출되는 폐수, 도시하수, 개인생활오수, 공업용수, 정수시설 등이다.
이들 난분해성 유기물질이 함유된 폐수, 정수, 하수에 대한 처리는 일반적인 처리방법으로는 처리가 불가능하며, 종래에는 이 난분해성 유기물질을 포함한 처리대상수로부터 응집침전, 여과장치나 막분리 기술을 이용하여 고형물질 형태의 난분해성물질을 분리하고 수용성 난분해성 유기물질은 과산화수소, 일반 오존을 이용하여 산화, 분해하는 기술이 개발되었다.
상기한 바와 같이 난분해성 유기물질을 포함한 폐수, 정수, 하수, 축산폐수등을 처리하기 위해서는 전처리로서 응집침전, 생물학적처리, 여과 및 흡착처리 등을 적용하고 후처리로서 자외선조사처리, 촉매처리, 활성탄 흡착, 과산화수를이용한 산화처리 등이 적용되고 있다. 하지만, 종래의 방법으로 난분해성 유기물질을 처리하는 데에는 유지관리비가 높고, 부산물인 슬러지가 많이 발생하며, 처리효율이 그다지 높지 않았다.
대한민국 등록특허 제10-1362858호와, 대한민국 등록특허 제10-1257736호에는 미세버블을 이용한 다단 격벽식 부상분리장치와, 미세기포를 발생시키는 노즐을 이용한 부상조 및 수처리장치가 각각 개시되어 있다.
상기와 같은 폐수처리장치는 반응조 내부가 다단으로 형성되어, 단계별로 버블의 유출을 제한함에 따라 반응조 내부에 마이크로 버블이 체류하는 시간을 길게하여 이물질을 포집하는 능력을 향상시켰다.
그러나, 이와 같은 폐수처리장치는 반응조가 다단으로 구획된 공간을 형성해야 하기 때문에 큰 부피로 제조되어야 하며, 넓은 설치공간을 차지한다. 아울러, 반응조 내부에 구획된 공간별로 마이크로 버블의 체류시간을 조절하기가 용이하지 않아 폐수처리 효율상승 효과를 실질적으로 기대하기 어렵다는 단점이 있다.
한편, 폐수처리 과정에서 전기에너지를 생성하는 장치들이 제안되어 있다. 일 예로, 공개특허 제10-2009-0081102호 "폐수를 이용한 발전시스템"이 있다. 이 특허는, 생활용수 및 빗물과 같은 폐수가 일정한 수압을 갖도록 집수하여 일정한 수압에 도달하면 발전장치 즉 제너레이터를 동작시켜 일정한 시간동안 전력을 생산할 수 있도록 한다.
그러나, 이 특허는 생활용수 및 빗물과 같은 폐수를 집수하여 제너레이터를 동작시키는 것으로서, 단순히 생활용수 및 폐수를 집수하므로 폐수의 정수 기능이 결여되어 있어, 폐수를 전기에너지를 생성하는 것에 이용하는 것에 그 기술이 그쳐있다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 피처리유체를 정수 또는 정유하는 것과 동시에, 피처리유체의 처리과정에서 고압 물줄기를 배출하여 그 고압 물줄기로 터빈을 돌려 전기에너지를 생성할 수 있으며, 고압 물줄기로 터빈을 돌릴 때 유해가스 및 미세먼지를 포함하는 공기의 정화도 동시에 이루어질 수 있도록 한 히트펌프를 이용한 발전용 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 발전용 장치는 원통형의 챔버의 상부에서 유입되는 피처리유체를 상기 챔버의 하부 방향으로 강압 이송하여, 상기 챔버의 하부에서 상기 피처리유체가 고압의 물줄기로 토출되도록 구성되는 히트펌프; 및 터빈축, 중심부가 상기 터빈축에 결합되어 상기 터빈축과 함께 회전하는 터빈 휠, 및 상기 터빈 휠의 원주 방향을 따라 배열되며 수평면이 상기 터빈 휠의 원주 방향을 향하도록 배치되는 다수의 터빈날개를 포함하고, 상기 터빈축의 일측이 발전용 모터에 연결되는 발전용 터빈을 포함하고, 상기 히트펌프 및 상기 발전용 터빈은 상기 히트펌프로부터 토출되는 고압 물줄기가 상기 다수의 터빈날개 중 하나 이상의 터빈날개의 수평면을 향해 토출되도록 상호 배치되는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 있어서, 상기 히트펌프는, 원통의 상부에 구비되며 피처리유체가 유입되는 피처리유체유입구, 상기 피처리유체유입구의 일측에 연결되어 상기 피처리유체유입구 내로 기체를 주입하는 기체주입구, 및 원통의 하부에 구비되는 피처리유체배출구를 포함하는 원통형의 챔버; 상기 챔버의 길이방향으로 관통되어 상기 챔버의 중심부에 결합되는 회전축 및 상기 회전축 상에 상기 회전축의 길이방향을 따라 나선형으로 구비되어 상기 챔버의 내부공간에 위치하는 회전날개를 포함하는 스크류; 및 상기 스크류를 회전시키는 동력장치를 포함하고, 상기 피처리유체는 상기 스크류가 회전하여 상기 챔버의 하부 방향으로 강압 이송되고,
상기 고압의 물줄기는 상기 피처리유체배출구를 통해 토출될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 챔버의 내면 및 상기 회전날개의 표면에 연마재가 코팅될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 연마재는 세라믹 입자 또는 다이아몬드 입자일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 챔버 내면 및 상기 회전날개의 표면에는 양각 또는 음각 형태의 충돌요소가 구비될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 회전축은, 상기 회전축의 중심에서 상기 회전축의 길이방향을 따라 연장되는 중공; 상기 회전축의 하부에서 상기 회전축의 외면 및 상기 중공 사이에 관통되어 상기 챔버의 내부공간과 유체 소통되는 유체입구; 및 상기 회전축의 상부에서 상기 회전축의 외면 및 상기 중공 사이에 관통되어 상기 챔버의 내부공간과 유체 소통되는 유체출구를 포함하고, 상기 챔버의 내부공간의 하부에 형성되는 고압에 의해 상기 유체입구로부터 상기 유체출구 방향으로 피처리유체가 유입 및 이송되어, 상기 챔버 내부공간 내의 피처리유체 일부가 상기 챔버의 상부 방향으로 순환될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 발전용 터빈을 수용하는 터빈 수용함을 더 포함하고, 상기 발전용 터빈은 상기 터빈 수용함 내에서 회전 가능하게 구비되고, 상기 고압 물줄기가 상기 터빈 수용함의 일측을 관통하여 상기 하나 이상의 터빈날개의 수평면을 향해 토출되게 구성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 다수의 터빈날개는 상기 고압 물줄기와 마주하는 일면에 일정 패턴의 요철이 형성되고, 상기 터빈 수용함은 그 상면에 구비되는 정화기체배출구 및 일측면의 하부에 구비되는 배수구를 포함하고, 상기 피처리유체배출구는 배관 형태로서 상기 터빈 수용함의 일측을 관통하도록 연장되며, 상기 피처리유체배출구의 말단은 그 직경보다 큰 직경을 갖는 기체유입용 인젝트 배관으로 둘러싸이고, 상기 고압 물줄기는 상기 하나 이상의 터빈날개를 향해 토출될 때 상기 요철에 충돌하여 액적으로 분산되고, 상기 기체유입용 인젝트 배관 내에는 유해요소를 포함하는 피처리기체가 주입되어 상기 피처리기체가 상기 터빈 수용함 내로 주입되고, 상기 터빈 수용함 내로 주입된 피처리기체 내의 유해요소는 상기 액적에 흡착될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 터빈 수용함의 일측면에 구비되어 대기중의 공기를 상기 터빈 수용함의 내부로 흡입하는 공기흡입팬을 더 포함하고, 상기 공기 내에 미세먼지가 포함된 경우 상기 미세먼지는 상기 액적에 흡착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 발전용 장치에 의하면, 피처리유체를 정수 또는 정유하는 것과 동시에, 피처리유체의 처리과정에서 고압 물줄기를 배출하여 그 고압 물줄기로 터빈을 돌려 전기에너지를 생성할 수 있으며, 고압 물줄기로 터빈을 돌릴 때 유해가스 및 미세먼지를 포함하는 공기의 정화도 동시에 이루어질 수 있는 이점이 있다.
또한, 피처리유체가 처리되는 과정에서 피처리유체가 가열되어 온수를 필요로 하는 장소에 온수의 공급이 가능한 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 발전용 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 터빈날개에 구비되는 요철의 패턴 형상을 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 히트펌프의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 발전용 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프를 이용한발전용 장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 발전용 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 터빈날개에 구비되는 요철의 패턴 형상을 나타내는 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 히트펌프의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 발전용 장치는 히트펌프(1000) 및 발전용 터빈(2000)을 포함할 수 있다.
히트펌프(1000)는 원통형의 챔버의 상부에서 유입되는 피처리유체를 상기 챔버의 하부 방향으로 강압 이송하여, 상기 챔버의 하부에서 상기 피처리유체가 고압의 물줄기로 토출되도록 구성될 수 있다.
발전용 터빈(2000)은 터빈축(2100), 중심부가 상기 터빈축(2100)에 결합되어 상기 터빈축(2100)과 함께 회전하는 터빈 휠(2200), 및 상기 터빈 휠(2200)의 원주 방향을 따라 배열되며 수평면이 상기 터빈 휠(2200)의 원주 방향을 향하도록 배치되는 다수의 터빈날개(2300)를 포함하고, 상기 터빈축(2100)의 일측이 발전용 모터(3100)에 연결될 수 있다.
상기 발전용 모터(3100)는 상기 터빈축(2100)의 일측에 결합되는 제3 벨트풀리(3200), 상기 발전용 모터(3100)의 구동축에 결합되는 제4 벨트풀리(3300), 상기 제3 벨트풀리(3200) 및 상기 제4 벨트풀리(3300)에 연결되는 제2 벨트(3400)를 통해 상기 터빈축(2100)과 연결될 수 있고, 상기 터빈축(2100)이 회전함에 따라 회전력을 얻어 구동축이 회전될 수 있다.
상기 히트펌프(1000) 및 상기 발전용 터빈(2000)은 상기 히트펌프(1000)로부터 토출되는 고압 물줄기가 상기 다수의 터빈날개(2300) 중 하나 이상의 터빈날개(2300)의 수평면을 향해 토출되도록 상호 배치될 수 있다.
도 3을 참조하면, 일 실시예로, 히트펌프(1000)는 원통형의 챔버(100), 스크류(200) 및 동력장치(300)를 포함할 수 있다.
챔버(100)는 원통형으로 구비되고, 원통의 상부에 구비되는 피처리유체유입구(110), 상기 피처리유체유입구(110)의 일측에 연결되어 상기 피처리유체유입구(110) 내로 기체를 주입하는 기체주입구(130), 및 원통의 하부에 구비되는 피처리유체배출구(120)를 포함할 수 있다.
상기 기체주입구(130)를 통해 주입되는 기체는 피처리유체에 용해되어 피처리유체는 버블을 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 피처리유체는 폐수이고, 상기 기체는, 에어(air), 산소, 오존 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 오존이 상기 기체주입구(130)를 통해 주입될 수 있다.
상기 피처리유체유입구(110)는 관 또는 호스 형태일 수 있고, 피처리유체가 저장된 공간, 예를 들어, 탱크 또는 수조 내로 입구측인 끝단이 삽입되어 피처리유체를 흡입하는 형태로 구성될 수 있다. 피처리유체의 흡입을 위해 피처리유체유입구(110)의 관 또는 호스의 끝단에는 수중펌프(미도시)가 구비될 수 있다.
상기 피처리유체배출구(120)는 배관 형태일 수 있고, 상기 배관의 말단이 상기 터빈날개(2300) 방향으로 연장되어 정화된 피처리유체를 고압 물줄기로 토출할 수 있다. 이때, 고압 물줄기의 배출 압력은 8bar 이상일 수 있다. 피처리유체가 고압 물줄기로 토출되는 과정은 후술하기로 한다.
스크류(200)는 회전축(210) 및 회전날개(220)를 포함할 수 있다.
상기 회전축(210)은 상기 챔버(100)의 길이방향으로 관통되어 상기 챔버(100)의 중심부에 결합된다.
상기 회전날개(220)는 상기 회전축(210)의 길이방향을 따라 나선형으로 구비되어 상기 챔버(100)의 내부공간에 위치한다.
일 예로, 상기 챔버(100), 회전축(210) 및 회전날개(220)는 금속 재질일 수 있다.
동력장치(300)는 상기 스크류(200)를 회전시킨다. 일 예로, 상기 동력장치(300)는 상기 챔버(100)의 외부에서 상기 챔버(100)의 내부로 일단부가 삽입되어 상기 회전축(210)의 일단부, 예를 들어, 상기 회전축(210)의 상단부에 결합되는 회전축 연결 샤프트(310), 상기 회전축 연결 샤프트(310)의 챔버(100) 외부로 노출되는 타단부에 결합되는 제1 벨트풀리(320), 회전축 연결 샤프트(310)의 일측에 배치되는 구동모터(330), 상기 구동모터(330)의 구동축에 결합되는 제2 벨트풀리(340), 및 상기 제1 벨트풀리(320) 및 상기 제2 벨트풀리(340)에 연결되는 제1 벨트(350)를 포함할 수 있다.
한편, 상기 회전날개(220)의 표면 및 상기 챔버(100)의 내면은 연마재가 코팅될 수 있다. 일 예로, 상기 연마재는 세라믹 입자 또는 다이아몬드 입자일 수 있다.
한편, 상기 회전축(210)은 중공(211), 유체입구(212) 및 유체출구(213)를 포함할 수 있다.
상기 중공(211)은 상기 회전축(210)의 중심에서 상기 회전축(210)의 길이방향을 따라 연장된다.
상기 유체입구(212)는 상기 회전축(210)의 하부에서 상기 회전축(210)의 외면 및 상기 중공(211) 사이에 관통되어 상기 챔버(100)의 내부공간과 유체 소통될 수 있다.
상기 유체출구(213)는 상기 회전축(210)의 상부에서 상기 회전축(210)의 외면 및 상기 중공(211) 사이에 관통되어 상기 챔버(100)의 내부공간과 유체 소통될 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 정수 및 정유 장치를 갖춘 히트펌프는 안전밸브(400), 유체온도측정기(500), 방향제어밸브(600) 및 제어부(700)를 더 포함할 수 있다.
안전밸브(400)는 상기 챔버(100)의 상면에 구비될 수 있다. 상기 안전밸브(400)는 상기 챔버(100) 내의 압력이 일정 압력 이상 상승하면 개방되게 구비될 수 있다. 즉, 상기 챔버(100) 내의 압력은 상기 스크류(200)가 회전하여 피처리유체를 챔버(100) 내의 하부 방향으로 강압 이송하는 과정에서 상기 챔버(100) 내의 압력이 상승하게 되는데, 이때 상기 안전밸브(400)가 상기 챔버(100) 내의 압력이 일정 압력 이상 상승하면 개방되어서 상기 챔버(100) 내의 압력이 과도하게 상승하는 것이 방지될 수 있다.
상기 유체온도측정기(500)는 상기 챔버(100)의 하부에 배치되어 상기 챔버(100) 내의 피처리유체의 온도를 측정할 수 있다. 유체온도측정기(500)의 형태에는 특별한 제한은 없으며, 예를 들어, 전자식 온도계일 수 있고, 이러한 경우 센싱부가 상기 피처리유체 내로 삽입되고, 측정된 온도를 측정하는 표시부는 챔버(100)의 외부로 노출되는 형태로 구비되어, 상기 센싱부가 피처리유체의 온도를 측정할 수 있다.
방향제어밸브(600)는 상기 피처리유체배출구(120) 상에 설치될 수 있다. 방향제어밸브(600)는 상기 제어부(700)와 전기적으로 연결되어 상기 제어부(700)에 의해 개폐가 제어될 수 있다. 예를 들어, 방향제어밸브(600)는 3개의 포트(610, 620, 630)를 갖는 3Way Valve일 수 있고, 제1 포트(610)는 피처리유체배출구(120)의 입구측에 연결되고, 제1 포트(610)와 평행한 제2 포트(620)는 터빈(2000)을 향해 연장되는 피처리유체배출구(120)의 말단 방향에 연결되고, 제1 포트(610) 및 제2 포트(620)와 수직하는 제3 포트(630)는 피처리유체배출구(120)로부터 분지되는 분지관(140)에 연결되게 구성될 수 있다. 여기서, 상기 분지관(140)은 피처리유체배출구(120)를 통해 배출되는 정화된 피처리유체의 전부 또는 일부를 정화유체 필요 공간, 예를 들어, 유류저장탱크, 물저장탱크, 양어장 등의 공간으로 배출할 수 있다.
제어부(700)는 유체온도측정기(500) 및 방향제어밸브(600)와 전기적으로 연결되어, 상기 유체온도측정기(500)로부터 측정된 피처리유체의 온도값이 입력되고, 상기 방향제어밸브(600)의 개폐를 제어할 수 있다. 일 예로, 상기 제어부(700)는 상기 챔버(100)가 위치하는 현장에 별도의 보호박스를 통해 독립적으로 설치될 수 있다.
또한, 제어부(700)는 상기 방향제어밸브(600)를 개방시키기 위한 밸브개방 온도값이 미리 설정되어 있고, 상기 유체온도측정기(500)로부터 입력되는 피처리유체의 온도값이 상기 밸브개방 온도값과 일치하면 상기 방향제어밸브(600)를 개방시키도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 방향제어밸브(600)의 제1 포트(610) 및 제2 포트(620)를 개방하는 제1 밸브제어, 방향제어밸브(600)의 제1 포트(610) 및 제3 포트(630)를 개방하는 제2 밸브제어, 방향제어밸브(600)의 제1 내지 제3 포트(630) 모두를 개방하는 제3 밸브제어가 가능하게 구성될 수 있다. 상기 제1 제어는 상기 분지관(140)으로의 고압 물줄기 배출을 차단하는 제어일 수 있고, 상기 제2 제어는 터빈(2000) 방향으로의 고압 물줄기 배출을 차단하는 제어일 수 있고, 상기 제3 제어는 상기 분지관(140) 및 상기 터빈(2000)으로의 고압 물줄기 배출을 허용하는 제어일 수 있다. 이러한 제1 내지 제3 제어는 관리자에 의해 히트펌프(1000)의 가동시 선택적으로 설정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 발전용 장치는 터빈 수용함(4000)을 더 포함할 수 있고, 발전용 터빈(2000)은 터빈 수용함(4000) 내에서 회전 가능하게 구비될 수 있다. 이때, 히트펌프(1000)로부터 토출되는 고압 물줄기가 터빈 수용함(4000)의 일측을 관통하여 하나 이상의 터빈날개(2300)의 수평면을 향해 토출되게 구성될 수 있다. 예를 들어, 히트펌프(1000)의 피처리유체배출구(120)는 배관 형태로서 터빈 수용함(4000)의 일측을 관통하도록 연장되어 고압 물줄기가 터빈날개(2300)의 수평면을 향해 토출되게 구성될 수 있다.
상기 터빈 수용함(4000)은 직육면체 또는 정육면체 형태로 구비될 수 있다.
일 실시예로, 터빈(2000)의 터빈축(2100)의 일단은 터빈 수용함(4000)의 일측면의 내면에 지지되고 터빈축(2100)의 타단은 상기 일측면에 마주하는 타측면을 관통하여 외부로 노출될 수 있고, 그 노출된 터빈축(2100)의 타단과 발전용 모터(3100)가 연결될 수 있다.
한편, 다수의 터빈날개(2300)는 상기 고압 물줄기와 마주하는 일면에 일정 패턴, 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같은 바둑판 무늬 형태의 요철(2310)이 형성될 수 있고, 피처리유체배출구(120)의 말단은 그 직경보다 큰 직경을 갖는 기체유입용 인젝트 배관(150)으로 둘러싸이도록 구성될 수 있다.
이러한 경우, 고압 물줄기는 하나 이상의 터빈날개(2300)를 향해 배출될 때 상기 요철(2310)에 충돌하여 액적으로 분산될 수 있고, 기체유입용 인젝트 배관(150) 내에는 유해요소를 포함하는 피처리기체가 주입되어 피처리기체가 터빈 수용함(4000) 내로 주입될 수 있다.
또한, 터빈 휠(2200)의 효율적인 회전을 위해, 피처리유체배출구(120)의 일측에는 추가의 분지관(160)이 연결되어 추가의 분지관(160)이 터빈 수용함(4000)의 다른 일측에서 터빈날개(2300)를 향하여 고압 물줄기를 배출할 수 있다. 이때, 추가의 분지관(160)의 말단을 둘러싸도록 추가의 인젝트 배관(170)이 구비될 수 있다.
한편, 상기 터빈 수용함(4000)은 정화기체배출구(4100) 및 배수구(4200)를 포함할 수 있다. 정화기체배출구(4100)는 터빈 수용함(4000)의 상면에 구비되어 터빈 수용함(4000)의 내부에서 정화된 기체를 배출할 수 있고, 배수구(4200)는 터빈 수용함(4000)의 일측면의 하부에 구비되어 액적으로 분산된 후 낙하되는 피처리유체를 터빈 수용함(4000) 외측으로 배출시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 발전용 장치는 공기흡입팬(5000)을 더 포함할 수 있다.
공기흡입팬(5000)은 터빈 수용함(4000)의 일측면에 구비되어 대기중의 공기를 터빈 수용함(4000)의 내부로 흡입할 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 발전용 장치는 히트펌프(1000)를 통해 정수 및 정유가 가능하고, 터빈(2000)을 회전시켜서 발전용 모터(3100)를 구동시키고, 이와 동시에 기체 내의 유해요소를 제거하여 기체를 정화하는데 이용될 수 있다.
먼저, 히트펌프(1000)에서 피처리유체를 처리하면서 고압 물줄기를 토출하는 과정에 대해 설명한다.
먼저, 피처리유체는 기체와 함께 피처리유체유입구(110)를 통해 챔버(100)의 내부공간으로 공급되어 상기 챔버(100)의 내부공간에는 버블을 포함하는 피처리유체가 공급된다.
상기 챔버(100)의 내부공간에 버블을 포함하는 피처리유체가 채워지면 동력장치(300)를 구동시켜서 회전축(210) 및 회전날개(220)를 회전시킨다.
상기 회전축(210) 및 회전날개(220)가 회전되면 피처리유체 및 버블은 상기 회전축(210)을 중심으로 선회하면서 회전날개(220) 및 챔버(100)의 내면에 충돌한다.
이때, 피처리유체는 회전날개(220)의 표면 및 챔버(100)의 내면에 코팅된 연마재를 통해 연마될 수 있고, 버블은 연마재에 충돌되어 더 작은 크기로 분해될 수 있고, 버블이 더 작은 크기로 분해되는 과정이 반복되면서 피처리유체 내에 나노 크기의 미세버블이 생성될 수 있다.
상기 피처리유체가 연마되면서 피처리유체 내의 난분해성 물질도 연마될 수 있다. 예를 들어, 상기 피처리유체가 폐유인 경우 유황, 녹스, 파라핀 등이 연마되어 분해될 수 있고, 상기 피처리유체가 축산 폐수, 생활 폐수 등일 경우 난분해성 유기물이 연마되어 분해될 수 있다. 이때, 피처리유체 및 난분해성 물질이 연마되면서 열이 발생되어 피처리유체의 온도가 상승할 수 있다.
또한, 상기 미세버블이 생성되는 과정에서 버블이 터지면서 열이 발생할 수 있다. 이에 따라, 피처리유체의 온도가 용이하게 상승할 수 있다.
또한, 상기 미세버블이 생성되는 과정에서 버블이 터지면 프리 래디칼이 발생할 수 있고, 상기 프리 래디칼은 피처리유체 내의 난분해성 물질, 예를 들면, 난분해성 유기물을 분해할 수 있고, 상기 발생되는 열에 의해 난분해성 물질의 분해 효과가 높아질 수 있다.
한편, 상기 기체가 오존인 경우 상기 미세버블들에 의해 피처리유체 내에 오존의 용존율이 상승될 수 있고, 오존에 의해 난분해성 물질의 분해 효과가 증대될 수 있다.
이러한 과정에서 회전축(210) 및 회전날개(220)가 회전되는 것에 의해 피처리유체는 챔버(100)의 하부 방향으로 강압되어 챔버(100)의 하부는 고압이고 챔 버(100)의 상부는 저압일 수 있다. 이에 의해, 챔버(100)의 고압의 하부에서 피처리유체의 일부는 회전축(210)의 하부의 유체입구(212)로 유입되고, 그 유입된 피처리유체는 회전축(210)의 중공(211)을 따라 챔버(100)의 저압의 상부 방향으로 상승하여 회전축(210)의 상부의 유체출구(213)를 통해 챔버(100) 내부공간으로 배출된다. 이와 같이, 피처리유체의 일부는 챔버(100)의 하부로부터 챔버(100)의 상부로 재순환된다.
이러한 과정을 통해 피처리유체는 회전날개(220)의 표면 및 챔버(100)의 내면에 코팅된 연마재에 의해 피처리유체의 연마 및 버블이 충돌되어 더 작은 크기로 분해될 수 있어, 챔버(100) 내에서 미세버블을 효율적으로 생성하고, 챔버(100) 내에서 열을 발생시키고, 피처리유체 내의 난분해성 물질이 연마될 수 있고, 열 발생 및 버블이 터지면서 발생되는 프리 래디컬에 의한 난분해성 물질의 분해 효과를 증대시킬 수 있다.
또한, 챔버(100) 내에서 피처리유체의 일부를 재순환시킴으로써 피처리유체 내에서의 미세버블 생성 및 난분해성 물질의 분해 과정이 챔버(100) 내에서 반복적으로 이루어지며, 이에 의해 피처리유체의 정화 효율이 증대되며, 장치의 신뢰성이 증대될 수 있는 이점이 있다.
한편, 이러한 피처리유체의 처리과정에서 피처리유체의 온도가 상승되어, 가열되고 정화된 피처리유체를 배출할 수 있다.
즉, 유체온도측정기(500)는 챔버(100) 내의 피처리유체의 온도를 측정하며, 측정되는 피처리유체의 온도값을 제어부(700)로 입력한다. 이때, 제어부(700)로 입력되는 피처리유체의 온도값이 제어부(700)에 미리 설정된 밸브개방 온도값과 일치하는 경우 제어부(700)는 방향제어밸브(600)를 개방한다. 이때, 제어부(700)는 제1 내지 제3 제어 중 어느 하나의 제어를 통해 방향제어밸브(600)를 개방할 수 있다.
일 예로, 제어부(700)는 제3 제어를 통해 분지관(140) 및 터빈(2000)으로의 고압 물줄기 배출을 허용하도록 제1 내지 제3 포트(630) 모두를 개방할 수 있다. 이러한 경우, 챔버(100) 내의 가열된 유체의 일부는 분지관(140)으로 배출되고, 유체의 나머지는 터빈(2000)을 향해 고압 물줄기로 배출된다.
피처리유체가 물인 경우, 분지관(140)으로부터 배출되는 가열된 물은 온수가 필요한 장소, 예를 들어, 양어장으로 공급될 수 있다. 이러한 경우, 상기 물은 챔버(100) 내에서 30℃의 온도로 가열되면 제어부(700)가 솔레노이드밸브(600)를 개방하여 배출될 수 있다. 이를 위해, 상기 제어부(700)에 미리 설정되는 밸브개방 온도값은 30℃일 수 있다.
다른 예로, 피처리유체가 유류인 경우 상기 제어부(700)에 미리 설정되는 밸브 개방 온도값은, 예를 들어, 상기 유류의 자연발화온도 미만의 범위 내의 온도일 수 있다.
또한, 상기 피처리유체가 유류인 경우 기체의 주입 없이 유류만 주입될 수 있고, 앞서 설명한 피처리유체가 정화되는 과정과 같이 상기 유류가 연마되는 과정에서 유류 내의 난분해성 물질, 예를 들어, 유황 성분이 분해 또는 분리될 수 있다.
한편, 터빈(2000)을 향해 배출되는 고압 물줄기는 터빈 수용함(4000) 내에서 터빈(2000)의 다수의 터빈날개(2300) 중 하나 이상의 터빈날개(2300)의 수평면, 즉 요철(2310)을 갖는 일면을 향해 토출될 수 있다.
이때, 고압 물줄기는 요철(2310)에 충돌하여 액적으로 분산되며, 고압 물줄기가 다수의 터빈날개(2300)를 지속하여 타격하는 것에 의해 터빈 휠(2200) 및 터빈축(2100)이 회전되며, 터빈축(2100)이 회전되면 터빈축(2100)에 연결된 발전용 모터(3100)가 회전되어, 발전용 모터(3100)의 회전력으로 전기에너지를 생성할 수 있다.
또한, 고압 물줄기가 배출될 때 기체유입용 인젝트 배관(150) 내에는 유해요소를 포함하는 피처리기체, 예를 들어, 이산화탄소, 메탄가스와 같은 피처리기체가 주입되어 터빈 수용함(4000) 내에 확산될 수 있고, 그 확산되는 피처리가스가 포함하는 유해요소는 액적에 흡착되어 제거될 수 있다.
이와 함께, 터빈 수용함(4000) 내에는 공기흡입팬(5000)을 통해 대기중의 공기가 흡입될 수 있고, 흡입된 공기에 미세먼지가 포함된 경우 미세먼지는 상기 액적에 흡착되어 제거될 수 있다.
유해요소가 제거된 정화된 기체는 터빈 수용함(4000)의 정화기체배출구(4100)를 통해 배출되며, 유해요소를 흡착한 피처리유체는 터빈 수용함(4000)의 배수구(4200)를 통해 외부로 배출될 수 있다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 발전용 장치에 의하면, 히트펌프(1000)에 의해 피처리유체 내의 유해요소를 제거하여 피처리유체를 정수 또는 정유하는 것과 동시에, 히트펌프(1000)로부터 배출되는 고압 물줄기를 터빈(2000)을 돌리는 것에 이용하여 터빈(2000)의 구동에 따른 전기에너지 생성을 위한 발전용 모터(3100)의 구동이 가능하고, 고압 물줄기가 터빈(2000)을 돌릴 때 터빈날개(2300)에 충돌하면서 액적으로 분산되도록 하고 터빈 수용함(4000) 내에 유해요소를 포함하는 기체를 주입하여 액적에 유해요소가 흡착 및 제거되도록 하여 유해가스 및 미세먼지를 포함하는 공기의 정화가 이루어질 수 있는 등의 이점이 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 발전용 장치를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 발전용 장치는 히트펌프(1000)의 챔버(100)의 외면에 설치되는 바이브레이터(800)를 더 포함하는 것을 제외하고는 본 발명의 일 실시예에 따른 정수 및 정유 장치를 갖춘 히트펌프와 동일하므로 이하에서는 바이브레이터(800)를 중심으로 설명한다.
상기 바이브레이터(800)는 챔버(100)를 진동시킨다. 챔버(100)가 진동될 수 있을 정도의 진동 강도를 갖는 정도이면 상기 바이브레이터(800)의 형태에는 특별한 제한이 없다.
일 예로, 상기 바이브레이터(800)는 챔버(100)의 상부측 또는 하부측에서 챔버(100)의 외면의 일부 길이를 감싸는 형태로 구비될 수 있다.
상기 바이브레이터(800)에 의해 상기 챔버(100)가 진동되면, 상기 챔버(100)및 회전날개(220)도 함께 진동되며, 이에 따라 챔버(100)의 내부로 공급된 피처리유체 및 버블의 연마 효율이 증대될 수 있고, 따라서 피처리유체 내의 난분해성 물질의 분해 효과 및 미세버블 생성이 증대될 수 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 회전날개(220)의 표면 및 챔버(100)의 내면에는 양각 또는 음각된 충돌요소가 구비될 수 있다.
일 예로, 회전날개(220)의 표면 및 챔버(100)의 내면에는 다수의 구멍이 타공된 타공판이 부착될 수 있다. 이때, 상기 다수의 구멍은 다각형 형상일 수 있다. 예를 들어, 사각형 형상일 수 있다. 이러한 경우, 피처리유체 및 버블이 상기 다수의 구멍에 충돌하므로 미세버블의 생성 효율이 증대될 수 있고, 피처리유체 내의 난분해성 물질도 상기 다수의 구멍에 충돌하여 분해될 수 있다.
제시된 실시예들에 대한 설명은 임의의 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 이용하거나 또는 실시할 수 있도록 제공된다. 이러한 실시예들에 대한 다양한 변형들은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이며, 여기에 정의된 일반적인 원리들은 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 다른 실시예들에 적용될 수 있다. 그리하여, 본 발명은 여기에 제시된 실시예들로 한정되는 것이 아니라, 여기에 제시된 원리들 및 신규한 특징들과 일관되는 최광의의 범위에서 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 원통형의 챔버의 상부에서 유입되는 피처리유체를 상기 챔버의 하부 방향으로 강압 이송하여, 상기 챔버의 하부에서 상기 피처리유체가 고압의 물줄기로 토출되도록 구성되는 히트펌프; 및
    터빈축, 중심부가 상기 터빈축에 결합되어 상기 터빈축과 함께 회전하는 터빈 휠, 및 상기 터빈 휠의 원주 방향을 따라 배열되며 수평면이 상기 터빈 휠의 원주 방향을 향하도록 배치되는 다수의 터빈날개를 포함하고, 상기 터빈축의 일측이 발전용 모터에 연결되는 발전용 터빈을 포함하고,
    상기 히트펌프 및 상기 발전용 터빈은 상기 히트펌프로부터 토출되는 고압 물줄기가 상기 다수의 터빈날개 중 하나 이상의 터빈날개의 수평면을 향해 토출되도록 상호 배치되는 것을 특징으로 하는,
    히트펌프를 이용한 발전용 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 히트펌프는,
    원통의 상부에 구비되며 피처리유체가 유입되는 피처리유체유입구, 상기 피처리유체유입구의 일측에 연결되어 상기 피처리유체유입구 내로 기체를 주입하는 기체주입구, 및 원통의 하부에 구비되는 피처리유체배출구를 포함하는 원통형의 챔버;
    상기 챔버의 길이방향으로 관통되어 상기 챔버의 중심부에 결합되는 회전축 및 상기 회전축 상에 상기 회전축의 길이방향을 따라 나선형으로 구비되어 상기 챔버의 내부공간에 위치하는 회전날개를 포함하는 스크류; 및
    상기 스크류를 회전시키는 동력장치를 포함하고,
    상기 피처리유체는 상기 스크류가 회전하여 상기 챔버의 하부 방향으로 강압 이송되고,
    상기 고압의 물줄기는 상기 피처리유체배출구를 통해 토출되는 것을 특징으로 하는,
    히트펌프를 이용한 발전용 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 챔버의 내면 및 상기 회전날개의 표면에 연마재가 코팅되는 것을 특징으로 하는,
    히트펌프를 이용한 발전용 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 연마재는 세라믹 입자 또는 다이아몬드 입자인,
    히트펌프를 이용한 발전용 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 챔버 내면 및 상기 회전날개의 표면에는 양각 또는 음각 형태의 충돌요소가 구비되는,
    히트펌프를 이용한 발전용 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 회전축은,
    상기 회전축의 중심에서 상기 회전축의 길이방향을 따라 연장되는 중공;
    상기 회전축의 하부에서 상기 회전축의 외면 및 상기 중공 사이에 관통되어 상기 챔버의 내부공간과 유체 소통되는 유체입구; 및
    상기 회전축의 상부에서 상기 회전축의 외면 및 상기 중공 사이에 관통되어 상기 챔버의 내부공간과 유체 소통되는 유체출구를 포함하고,
    상기 챔버의 내부공간의 하부에 형성되는 고압에 의해 상기 유체입구로부터 상기 유체출구 방향으로 피처리유체가 유입 및 이송되어, 상기 챔버 내부공간 내의 피처리유체 일부가 상기 챔버의 상부 방향으로 순환되는,
    히트펌프를 이용한 발전용 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 발전용 터빈을 수용하는 터빈 수용함을 더 포함하고,
    상기 발전용 터빈은 상기 터빈 수용함 내에서 회전 가능하게 구비되고,
    상기 고압 물줄기가 상기 터빈 수용함의 일측을 관통하여 상기 하나 이상의 터빈날개의 수평면을 향해 토출되게 구성되는 것을 특징으로 하는,
    히트펌프를 이용한 발전용 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 다수의 터빈날개는 상기 고압 물줄기와 마주하는 일면에 일정 패턴의 요철이 형성되고,
    상기 터빈 수용함은 그 상면에 구비되는 정화기체배출구 및 일측면의 하부에 구비되는 배수구를 포함하고,
    상기 피처리유체배출구는 배관 형태로서 상기 터빈 수용함의 일측을 관통하도록 연장되며,
    상기 피처리유체배출구의 말단은 그 직경보다 큰 직경을 갖는 기체유입용 인젝트 배관으로 둘러싸이고,
    상기 고압 물줄기는 상기 하나 이상의 터빈날개를 향해 토출될 때 상기 요철에 충돌하여 액적으로 분산되고,
    상기 기체유입용 인젝트 배관 내에는 유해요소를 포함하는 피처리기체가 주입되어 상기 피처리기체가 상기 터빈 수용함 내로 주입되고,
    상기 터빈 수용함 내로 주입된 피처리기체 내의 유해요소는 상기 액적에 흡착되는 것을 특징으로 하는,
    히트펌프를 이용한 발전용 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 터빈 수용함의 일측면에 구비되어 대기중의 공기를 상기 터빈 수용함의 내부로 흡입하는 공기흡입팬을 더 포함하고,
    상기 공기 내에 미세먼지가 포함된 경우 상기 미세먼지는 상기 액적에 흡착되는 것을 특징으로 하는,
    히트펌프를 이용한 발전용 장치.
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