KR100223986B1 - Diffuser using rotatory force and sound resonance - Google Patents
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Abstract
본 발명은 회전력과 음향공진을 이용한 산기장치에 관한 것으로, 밑면이 밀폐되고 내부가 비어있는 원통형의 몸체에 있어서, 상기 밑면의 중심부에 내부공간이 환형이 되도록 형성된 내부기둥과, 상기 몸체의 측면에 외부공기가 내부공간의 접선 방향으로 유압되는 입구로 구성되어 산소의 용해도를 증가시켜 줌으로써 산소전달 효율이 증가된다. 또한 적은 양의 공기를 공급하여도 같은 정도의 용존산소를 얻을 수 있으므로 산소 공급장치의 운전비용이 절약되고, 구조가 간단하여 제작이 용이하며 수중식물의 번식으로 인해 자주 청소해 주어야 하는 번거로움을 해결할수 있다.The present invention relates to an air diffuser using a rotational force and acoustic resonance, the bottom of the cylindrical body is closed and the inside is empty, the inner column formed in the center of the bottom so that the inner space is annular, the side of the body It is composed of an inlet through which the outside air is hydraulic in the tangential direction of the inner space to increase the solubility of oxygen, thereby increasing the oxygen transfer efficiency. In addition, the same amount of dissolved oxygen can be obtained even by supplying a small amount of air, which saves the operating cost of the oxygen supply device, and its simple structure makes it easy to manufacture. I can solve it.
Description
제1도는 종래 기술의 산기장치의 사시도.1 is a perspective view of a diffuser of the prior art.
제2도는 제1도에 도시한 장치의 단면도.2 is a cross-sectional view of the apparatus shown in FIG.
제3도는 다른 종래기술의 산기장치의 단면도.3 is a cross-sectional view of another prior art diffuser.
제4도는 제3도에 도시한 산기장치의 평면도.4 is a plan view of the diffuser shown in FIG.
제5도는 본 발명에 의한 산기장치의 전단면도.5 is a front sectional view of the diffuser device according to the present invention.
제6도는 제5도에 도시한 산기장치의 A-A' 단면도.6 is a cross-sectional view taken along line A-A 'of the diffuser shown in FIG.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings
1 : 접속구 몸체 2,2' : 고정대1: Connector body 2,2 ': Fixture
3 : 파이프 4 : 공기 흡입구3: pipe 4: air intake
5 : 공기 통과구 6 : 그물망5 air passage 6
7 : 공기 덮개망 8 : 메인바디7: air cover net 8: main body
9 : 입구 10 : 출구9: entrance 10: exit
11 : 내부기둥 d1 : 메인바디 상부직경11: inner pillar d1: main body upper diameter
d2 : 메인바디 직경 d3 : 입구 직경d2: main body diameter d3: inlet diameter
본 발명은 회전력과 음향공진을 이용한 산기장치에 관한 것으로, 특히 폐수처리장의 산소공급장치에 있어서 회전 소용돌이와 공진에 의한 음향에너지를 이용하여 산소의 용해도를 증가시켜 산소전달 효율을 향상시키는 회전력과 음향공진을 이용한 산기장치에 관한 것이다.The present invention relates to an air diffuser using a rotational force and acoustic resonance, and in particular, in the oxygen supply device of a wastewater treatment plant, the rotational force and sound to improve oxygen transfer efficiency by increasing the solubility of oxygen by using the acoustic energy due to rotational vortex and resonance. The present invention relates to an air diffuser using resonance.
종래의 산기장치는 제1도 및 제2도에 도시한 바와 같이 접속구 몸체(1), 고정대(2) 및 파이프(3)로 구성되어서, 접속구 몸체(1)로 들어온 공기가 파이프(3)로 미세구멍으로 통과하면서 작은 공기방울로 형성되어 물속에 공급된다. 이때, 파이프(3)는 별도의 구멍이 있는 것이 아니라 세라믹이나 폴리 에틸렌(P.E.)을 이용하여 파이프를 만들 때 미리 미세구멍이 생성되도록 제작된 것이다. 그러나 이 장치는 단순히 미세구멍을 통과시켜 공기 방울의 크기를 축소시키는 장치로서, 공기 방울의 크기를 축소시키는 데는 한계가 있으며 또한, 미세 구멍 사이에는 수중식물이 번식하기 때문에 미세구멍이 막혀서 자주 청소를 해주어야 하며 또한 사용 가능한 통기량도 적다.The conventional diffuser is composed of a spout body 1, a fixture 2 and a pipe 3, as shown in Figs. 1 and 2, so that air entering the splice body 1 flows into the pipe 3; As it passes through the micropores, it is formed into small bubbles and supplied into the water. At this time, the pipe (3) is not made of a separate hole, but is made so that the micro-holes in advance when making a pipe using a ceramic or polyethylene (P.E.). However, this device is a device that simply reduces the size of the air bubbles by passing through the micro holes, and there is a limit to reducing the size of the air bubbles. Also, since the water plants grow between the micro holes, the micro holes are blocked, so the cleaning is frequently performed. It also requires less airflow.
다른 종래의 기술로서는 제3도 및 제4도와 같이 공기 흡입구(4)를 통하여 들어온 공기가 공기 통과구(5) 및 그물망(6)을 통과하면서 작은 공기방울로 쪼개져서 공기 덮개망(7)을 거쳐 물속에 공급되도록 한 장치가 있다. 그러나 이 장치에서는 제조상, 공기 덮개망(7)의 구멍을 작게 하는 데 한계가 있으며 따라서 큰 공기방울이 물속에 방출되어 그 효율이 매우 낮다.Another conventional technique is to break the air shroud 7 into small air bubbles while passing through the air inlet 5 and the net 6 through the air inlet 4 and the air inlet 4 as shown in FIGS. 3 and 4. There is a device that is supplied to the water through. However, in this apparatus, there is a limit in making the hole of the air shroud 7 small, so that large air bubbles are released into the water and the efficiency thereof is very low.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 공기의 회전 소용돌이와 음향공진에 의해 발생된 에너지를 이용하여 기체방울을 작게 쪼게주고, 기체, 특히 산소의 용해도를 증가시켜 산소전달 효율을 증가시키는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to break the gas droplets by using the energy generated by the rotational vortex of the air and acoustic resonance to solve the above problems, and to increase the solubility of the gas, especially oxygen, to increase the oxygen transfer efficiency. It is done.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 밑면이 밀폐되고 내부가 비어있는 원통형의 몸체에 있어서, 상기 밑면의 중심부에 내부공간이 환형이 되도록 형성된 내부기둥과, 상기 몸체의 측면에 외부공기가 내부공간의 접선 방향으로 유압되는 입구를 가지는 것을 특징으로 한다.The present invention is a cylindrical body of which the bottom is sealed and the inside is empty in order to achieve the above object, the inner column formed so that the inner space is annular at the center of the bottom surface, the outside air on the side of the body of the inner space It characterized in that it has an inlet hydraulically in the tangential direction.
본 발명에 따른 산기장치는 기체를 액체에 용해시키는 기술분야에는 어디에나 사용될 수 있으며, 바람직하게는, 폐수처리장치에서 산소의 공급장치로서 사용될 수 있다.The acid generator according to the present invention can be used anywhere in the art for dissolving gas into a liquid, and preferably can be used as a supply device of oxygen in a wastewater treatment apparatus.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail the present invention.
제5도는 본 발명에 의한 산기장치의 전단면도로서, 공기가 메인바디(8)의 접선방향으로 만들어진 입구(9)로 들어오면 회전소용돌이(vortex)가 형성되면서 출구(10)로 빠져 나간다. 이때 입구(9)에서 유입된 공기는 메인바디(8)내에서 있는 내부기둥(11)에서 접선방향으로 회전을 하기 때문에 내부기둥 중앙의 압력은 상대적으로 낮고 바깥쪽으로 갈수록 압력이 낮아진다. 따라서, 압력이 상대적으로 낮은 메인바디의 공기 출구(10) 중앙으로부터 물이 메인바디(8)내의 내부기둥(11)으로 유입되며, 상기 유입된 물은 회전하고 있는 기체에 휘말려 원운동을 하게되고, 상기 원운동의 원심력에 의하여 물은 메인바디의 바깥쪽으로 나가면서 메인바디 하부에서 회전하면서 올라오는 기체와 함께 회전 소용돌이를 형성하면서 수중으로 기체가 잘게 쪼게지면서 방출된다. 수중으로 방출될 때, 메인바디내로 유입되는 물과 방출되는 물/기체 사이에는 서로의 압력차에 의하여 주파수(F)로 공진이 발생하게 되며, 상기 공진에 의한 음향에너지가 물속으로 전달되면서 공기방울에서 물로의 물질전달저항을 감소시켜 기체, 산소의 용해속도를 빠르게 한다. 뿐만 아니라, 상기 공진에 의하여 수중의 기체방울은 수직상승을 하지 않고 수평운동을 하면서 상승하기 때문에 기체의 수중에서의 체류시간을 증가시켜, 더많은 기체가 용해될 수 있게 한다.5 is a front sectional view of the air diffuser according to the present invention, when air enters the tangential inlet 9 made of the main body 8, the vortex is formed and exits to the outlet 10. FIG. At this time, since the air introduced from the inlet (9) rotates in a tangential direction in the inner column (11) in the main body (8), the pressure in the center of the inner column is relatively low and the pressure is lowered toward the outside. Therefore, water flows from the center of the air outlet 10 of the main body, which is relatively low in pressure, into the inner column 11 in the main body 8, and the inflowed water is encircled by the rotating gas to perform a circular motion. By the centrifugal force of the circular motion, the water is discharged while the gas is split into the water while forming a rotational vortex with the gas coming out while rotating out of the main body while going out of the main body. When released into the water, a resonance occurs at the frequency (F) by the pressure difference between the water flowing into the main body and the water / gas discharged into the main body, and the acoustic energy is transferred to the water while air bubbles It reduces the mass transfer resistance from water to water and speeds up the dissolution of gas and oxygen. In addition, due to the resonance, the gas bubbles in the water rise while moving horizontally without vertical rise, thereby increasing the residence time of the gas in water, allowing more gas to be dissolved.
이때 공진 주파수는 다음과 같다.The resonance frequency is as follows.
여기서, 음향공진의 크기 및 주파수는 챔버내의 마찰로 인한 공기의 회전속도 감소와 연관된 계수(K), 챔버하부의 직경(d1), 챔버하부의 지름에서 수직으로 뻗은 높이(h), 유입공기의 압력(Pair), 산기장치 출구에서의 물의 압력(Pwater)에 의해 좌우된다. 또한 C는 음속으로서, 본 발명에서는 기체와 물이 혼합된 상태의 매질에서의 음속이나, 실제 산기장치의 작동조건에서는 기체가 대부분의 매질을 차지하기 때문에 공기중의 음속(340m/s)에 가깝다. 또한 계수 K는 산기장치에 따라 실험에 의해 측정된다.Here, the magnitude and frequency of the acoustic resonance are the coefficients (K) associated with the reduction of the rotational speed of air due to friction in the chamber, the diameter of the lower part of the chamber (d1), the height (h) extending perpendicularly from the diameter of the lower part of the chamber, It depends on the pressure P air and the water pressure P water at the outlet of the radiator. In addition, in the present invention, C is a sound speed, and in the present invention, the speed of sound in a medium in which gas and water are mixed, or close to the speed of sound in the air (340 m / s) because gas occupies most of the medium under actual operating conditions of an air diffuser. . The coefficient K is also measured experimentally in accordance with the diffuser.
본 발명가들의 실험에 의하면, 메인바디의 지름에서 수직으로 뻗은 높이(h)가 30㎜이고, 메인바디의 상부직경(d1)이 20㎜, 메인바디의 직경(d2)이 30㎜, 입구의 직경(d3)이 6㎜이고 유량이 100-500ℓ/mn일때 공기의 회전 소용돌이와 공진에 의한 음향에너지에 의해 기체방울을 작게 쪼개주고 산소의 용해도를 증가시켜 산소 전달 효율이 종래의 산기장치에 비하여 15%이상 향상된 결과를 얻을 수 있다. 또한 내부기둥의 형상을 테이퍼지게 만들면 물이 메인바디의 내부로 들어올때 저항을 줄여주어 산소전달효율을 향상시킬 수 있다.According to the experiments of the present inventors, the height (h) vertically extended from the diameter of the main body is 30 mm, the upper diameter (d1) of the main body is 20 mm, the diameter (d2) of the main body is 30 mm, the diameter of the inlet When (d3) is 6mm and the flow rate is 100-500ℓ / mn, the oxygen droplet efficiency is reduced by breaking the gas droplets by the vortex of air and acoustic energy by resonance and increasing the solubility of oxygen. You can get more than% improvement. In addition, tapering the shape of the inner column reduces the resistance when water enters the main body, thereby improving the oxygen transfer efficiency.
이때 산소 전달 효율은 다음과 같다.At this time, the oxygen transfer efficiency is as follows.
제6도는 제5도에 도시한 산기장치의 A-A' 단면도로서, 공기가 메인바디(8)내의 접선방향으로 만들어진 입구(9)로 들어오면 회전 소용돌이(vortex)가 형성되고 상기 형성된 소용돌이가 출구(10)로 빠져 나가는 것을 나타낸 것이다.FIG. 6 is a cross-sectional view AA ′ of the diffuser shown in FIG. 5, where air enters a tangential inlet 9 in the main body 8 and a vortex is formed and the vortex formed is an outlet ( It shows exiting to 10).
본 발명은 공기의 회전 소용돌이와 음향공진에 의해 발생된 에너지를 이용하여 공기방울을 작게 쪼개주고, 산소의 용해도를 증가시켜 줌으로써 산소전달 효율이 증가된다. 또한 적은 양의 공기를 공급하여도 같은 정도의 용존산소를 얻을수 있으므로 산소 공급장치의 운전비용이 절약되고, 구조가 간단하여 제작이 용이하고 수중식물의 번식으로 인해 자주 청소해 주어야 하는 번거로움을 해결할 수 있다.The present invention increases the oxygen transfer efficiency by breaking the air bubbles into small pieces and increasing the solubility of oxygen using energy generated by the rotational vortex of air and acoustic resonance. In addition, the same amount of dissolved oxygen can be obtained by supplying a small amount of air, which saves the operating cost of the oxygen supply device, and its simple structure makes it easy to manufacture and solves the hassle that needs to be cleaned frequently due to the propagation of aquatic plants. Can be.
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