KR100319284B1 - 2종유체혼합장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 장치는 한 종류 이상의 액체를 포함하는 이종의 유체를 혼합하기 위한 장치로, 유체 수납을 위해 축방향 양단부상에 배치된 관형 용기(1) 개구부와, 공간상 서로 이격되어 있는 하나 이상의 유체 공급용 노즐(3,4)과, 그리고 가이드 장치를 구비하며, 상기 가이드 장치의 일단부에는 노즐들(3,4)이 삽입 연장되고 중간 영역에 있는 다른 단부는 그 위치에서 개방 상태인 용기(1) 안으로 삽입 배치되며, 상기 용기는 가이드 장치의 배출구의 높이에서, 유체류가 노즐(3,4)에 의해 주입되어 가이드 장치로 부터 분출하면서 서로 충돌하는 충돌 영역(PZ)을 둘러싸는, 유체 혼합 장치에 있어서, 상기 용기(1)에 고정적으로 접속되는 가이드 장치는 2개 이상의 폐쇄된 벽 사이에 형성된 공동을 둘러싸는 2개 이상의 폐쇄된 벽을 구비하며 2개의 면 단부에서 개방되며, 상기 가이드 장치의 상기 벽들중 하나는 용기(1)의 벽인 것을 특징으로 하는 유체 혼합 장치이다.

Description

2종 유체 혼합 장치
독일 특허 제DE 38 18 991 C1호에 따른 공지된 장치에 따르면, 질량 교환은 유체 혼합중에 더욱 증진된다. 기체는 노즐로부터 분출되어 나오면서 노즐의 개구 너머의 인접 영역에 있는 액체의 전단장(場)에 의해 미소 기포로 분열된다. 그와 동시에, 노즐로부터 분출하는 각각의 액체 제트는 용기의 내부로부터 액체 또는 기체-액체 혼합물을 흡인한다. 이러한 방법에 있어, 균일한 2-상 흐름이 노즐 너머에 형성된다. 상기 2-상 흐름은 용기내의 충돌 영역에서 서로 충돌되도록 급송된다. 그 영역에서 기포들은 더욱 미세하게 분열되며 기체-액체 혼합물의 운동 에너지는 방산된다. 이러한 방법을 통해, 용기의 충돌 영역에 있어서의 강한 난류와 큰 질량 교환 표면이 다른 부분과 마찬가지로 충돌 영역의 상측과 하측에 형성된다.
본 발명은 청구범위 제1항의 전제부에 따른 장치에 관한 것이다.
본 발명이 목적으로 하는 "유체"는 액체와 기체이다. 본 발명의 장치는 액체를 기체와 혼합하거나, 혹은 서로 용해되지 않는 2종의 불용성 액체를 혼합하거나, 혹은 상호 용해 가능한 2종의 액체를 혼합 또는 균질화하는데 사용될 수 있다. 이어지는 상세한 설명은 대표적으로 액체를 기체와 혼합하는 경우 이외의 다른 2가지 가능성에 대해서도 적용된다.
예를 들어, 가능한 많은 양의 산소를 물에 도입하여야 하는 경우의 폐수 처리시에 그러한 "혼합"이 행해지면, 산소가 물에 용해되는 정도는 미미하다. 용해도를 높이기 위해서는 기체와 액체간의 화학 반응과 흡수 및 탈리(desorption) 과 정시에 그 2종의 유체 사이에 강한 난류를 갖는 큰 질량의 교환 표면을 형성하는 것이 필요하다. 따라서, 기체와 액체간의 질량 교환은 강화된다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 개략도.
도 2는 장치의 정면도.
도 3은 장치의 측면도.
도 4는 도 2와는 다른 실시예의 장치를 나타내는 도면.
도 5는 장치에 사용될 수 있는 노즐을 확대하여 도시한 도면.
도 6은 장치의 일 응용예를 나타낸 도면.
[실시예]
본 발명에 따른 장치는 액체를 기체와 혼합하는 경우에 대해 이하의 설명을 통해 부가 설명된다. 그러나, 본 장치는 마찬가지로, 2종의 상호 불용성 액체를 혼합하거나 또는 2종의 상호 용해 가능한 용액을 균질화하는데에도 사용될 수 있다.
종방향으로 연장되는 실린더로 형성되는 것이 바람직한 관형 용기(1)에서, 기체(GS)와 액체(FL)는 서로 혼합된다. 그러한 과정을 통해 액체(FL)내에는 예를들면, 가능한한 다량의 산소가 유입되어야 한다. 예시된 실시예에서는 하단부를 나타내는, 용기(1)의 일단부에는 한편으로는 액체(FL)가 다른 한편으로는 기체(GS)가 공급되는 2개의 노즐(2,3)이 배치된다. 상기 노즐(2,3)은 노즐에서 분출되는 액체 및 기체의 제트가 가이드 장치의 가이드 튜브(4,5)로 유입되며 노즐의 부분이 서로 직경 방향으로 대향하는 2곳의 지점에서 용기 안으로 배출되도록 배열된다. 노즐(2,3)은 물론이고 가이드 튜브(4,5)를 포함하는 용기(1)는 예컨대, 폐수 등의 액체가 존재하는 대용량의 탱크(6)내에 삽입된다.
본 발명의 장치는 도 2-3의 예시를 따른 구성을 취할 수 있다. 장치에 대한 본 실시예에서, 용기(1)의 외부에 만곡된 2개의 폐쇄 벽(7,8)이 부착되며, 그 각각의 벽은 용기(1)에 견고하게 고정됨에 따라 양쪽 축방향 연부에 축방향 연장 공동이 형성된다. 도 3에 따르면, 상기 벽(7,8)은 그 단부(9,10)쪽 면이 폐쇄되어 있다. 다른쪽 개방 단부에서는 상기 벽(7,8)과 상기 용기 벽으로 둘러싸인 공동안으로 노즐(2,3)이 삽입 연장한다. 용기 벽 및 벽(7,8) 모두는 도 1과 관련하여 설명한 바 있는 가이드 튜브(4,5)를 구성하는 가이드 수단을 형성한다. 용기(1)의 벽은 상기 벽(7,8)의 각 단부(9,10) 영역 보다 높게 연장한다. 용기(1)의 벽에 있는 대응하는 구멍(11,12)들은 도 3에서 2개의 스트로크(stroke)로 각각 지시되어 있다. 용기(1) 및 벽(7,8)은 플라스틱이나 금속 같은 것으로 이루어진다.
도 2에 따르면, 벽(7,8)은 반원형의 형태로 만곡될 수 있다. 따라서 벽은 편리하게는 관 절반부로 이루어진다. 그러나, 도 4에 따른 벽(7,8)의 경우와 같이, U-형으로 만곡된 중공 섹션이 사용될 수도 있다.
가이드 튜브(4,5)는 필수적으로 용기(1)에 나란하게 연장한다. 가이드 튜브(4,5)에서 별개로 진입되는 2개의 액체 및 기체 제트는 용기(1)내에서 파선을 경계로 하는 충돌 영역(PZ)에서 충돌이 이루어진다. 노즐(2,3)은 액체 혹은 기체-액체 혼합물을 용기(1)의 하단부 영역으로부터 흡인하여, 도 1에 도시된 화살표로 지시된 내부 순환 회로를 제공한다. 액체(FL)는 상기의 순환 회로를 통해 전달되거나 펌프(13)와 같은 것에 의해 외부 순환을 통해 전달된다. 분리가 이루어진 이후에 액체는 탱크(6)의 배출구(14)를 통해 배출될 수 있다. 과잉 기체는 용기(1)를통해서 부분적으로 그리고 탱크(6)를 통해서 부분적으로, 본 발명의 장치에서 분출될 수 있다.
도 1은 2개의 노즐(2,3)을 예시하고 있다. 그러나, 2개 이상의 서로 분리된 노즐이 사용될 수도 있다. 노즐(2,3)은 2개의 동심관으로 된 2-요소 노즐로 이루어지는 것이 바람직하다. 형태와 크기에 관한한, 노즐은 2종 이상의 균일한 액체 및 기체류가 용기(1)로 전달되도록 서로 동일한 것이 바람직하다. 2개 이상의 노즐이 사용된 경우, 대응하는 가이드 튜브의 배출 사이트는 용기(1)의 주변에서 균일하게 편향되도록 배치되는 것이 바람직하다. 따라서, 3개의 노즐에 있어, 각각의 배출 사이트간 각도는 120°이다.
도 1-4의 장치의 기본적인 작동은 다음과 같다.
각각의 노즐(2,3)을 통해 액체(FL) 및 기체(GS) 혼합물이 공급된다. 노즐(2,3)의 배출 개구에서의 액체(FL)의 전단장애 의해 기체(GS)가 분산된다. 기포가 액체(FL)에 동반되면서 형성되는 2-요소 혼합물은 충돌 영역(PZ)에서 2개의 흐름으로 충돌된다. 따라서 기포는 더더욱 미세 분화되어 상호 질량 교환은 증가된다. 기포의 대부분은 충돌 영역(PZ)에 잔류하며 그에 따라 계속적인 미세 분화가 이루어진다. 이것은 추가적인 상호 질량 교환을 이끌어낸다. 이러한 이유로해서, 충돌 영역(PZ)은 용기(1)에서 가능한한 가운데에 위치되어 대략 용기 중심에 위치된다.
도 2-4에 따른 실시예와는 다른 장치의 일실시예에 있어서, 용기(1)의 하부는 공간과 동심을 이루며 공간과 함께 연장하는 관형 부재에 의해 둘러싸일 수 있다. 그런 다음, 노즐(2,3)은 환형 공간안으로 배출된다. 대응하는 가이드 기구는 외부적으로는 관형 부재에 의해 그리고 내부적으로는 용기(1) 벽에 의해 제한된다. 용기(1)의 파단부가 충돌 영역(PZ)의 높이로 원형으로 확대되어 있기 때문에, 용기(1)의 하부는 편리하게는 동심의 관형 부재로 접속된다. 이러한 목적을 위해, 용기(1)의 하부 및 관형 부재에 고정적으로 연결되는 대략 도시된 바와 같은 크로스 부재(crosspiece)(15)가 사용될 수 있다. 관형 부재는 자체적으로 견고하게 그리고 주변을 따라 용기(1)의 상부에 견고하게 연결된다. 이 경우, 상기 가이드 장치는 환형으로 제조된다. 용기와 관형 부재는 서로 한편으로 경계를 이루며, 그 부분들은 모두 가이드 장치의 벽을 형성한다. 본 장치에 대한 이 실시예에서는 2개 이상의 노즐이 사용된다. 바람직하게는 원주 방향으로 서로에 대해 90° 만큼 편향된 4개의 노즐이 사용된다. 그러나, 본원에서 노즐의 개수는 임의적인 것이기도 하다.
도 1에 따르면, 노즐(3,4)은 노즐 본체가 반경 방향으로 가이드 수단으로 연장하도록 배열될 수 있다. 그러한 노즐중 하나의 구조가 예로써 도 5에서와 같이 확대 도시된 형태로 제시된다. 그 노즐은 노즐의 원주면예 노즐 개구(17)를 구비하는 하나의 관(16)으로 구성된다. 관(16)에 의해 공급되는 액체(FL)는 도 5에 지시된 벽(1,7)에서 경계를 이루는 용기(1)내 가이드 장치로 진입할 수 있도록 대략 90° 정도 편향된다. 노즐관(16)으로의 기체(GS) 전달을 위해, 보다 얇은 관(18)은 노즐 개구(17)상에 놓여있는 유출 개구(19)와 일체로 형성된다. 그러나, 노즐의 본체는 가이드 수단안으로 반경 방향으로 연장한다.
이상 설명된 장치는 예를 들면 폐수 처리와 같은 것에 직접 사용될 수 있다. 그러나, 도 1에서도 이미 설명된 바이지만 침잠 조립체로서의 대용량의 탱크(6)에 사용될 수 있다. 이 경우, 도 6에 도시된 장치(A,B,C)와 같이 여러개의 장치를 동시에 사용하는 것이 가능하다. 이것은 적용예를 고려할 필요없이 최적의 소형 규격으로 장치를 제조할 수 있는 장점이 있다. 단지 필요로 하는 장치의 개수만이 침잠 조립체로서 사용된다.
본 발명의 문제점은 전술한 장치의 구조를 단순화하는 것이다.
이 문제점은 특허청구의 범위 제1항의 특징부에 따라 해결된다.
이 장치는 튜브와 가이드 채널이 일체로 된 장치이다. 상기 장치는 소형의 구조로 제조될 수 있으므로, 조작이 용이하다. 이러한 이유로 해서, 본 발명의 장치는 혼합 장치로서의 직접적인 용도 이외에도 예를 들어, 대용량의 액체 탱크를 위한 침잠(沈潛) 조립체(immersion assembly)로서도 사용될 수 있다.
가이드 채널은 필수적으로 존재하는 튜브의 벽을 가이드 채널의 구성 부분으로 하고 있기 때문에 간단하게 제조된다. 그러므로, 단지 가이드 채널의 제2 벽만을 각각 튜브의 내측 또는 외측에 배치하는 것과 용기에 확실히 결합시키는 것이 필요하다.
이 경우, 장치에 사용되는 각각의 노즐에는 그 고유의 가이드 튜브를 갖는 방식의 것을 장착할 수 있다. 그러나, 대응적으로 다수의 노즐을 갖는 환형 가이드 채널을 제공할 수도 있다.
본 발명의 다른 유익한 실시예는 청구범위의 종속항에 기재된다.

Claims (5)

  1. 적어도 하나가 액체인 2종의 유체를 혼합하기 위한, 침잠(沈潛) 가능한 2종 유체 혼합 장치로, 유체 수용을 위해 축방향 양단부가 개방된 튜브(1)와, 2개 이상의 유체 공급용 노즐(2,3)과, 그리고 벽에 의해 한정되는 가이드 채널(4,5)을 구비하며, 상기 가이드 채널의 일단부의 내부로 상기 노즐(2,3)들이 돌출하며 상기 가이드 채널(4,5)의 다른 단부는 튜브(1) 안쪽으로 배출되며, 배출 높이에서 상기 튜브(1)는 가이드 채널의 중간부에서 충돌 영역(PZ)을 둘러싸며, 상기 노즐(2,3)에 의해 주입되고 또 가이드 채널(4,5)로부터 분출되는 유체류는 상기 충돌 영역에서 서로 충돌되는 그러한, 2종 유체 혼합 장치에 있어서,
    상기 가이드 채널(4,5)의 하나 이상의 벽은 상기 튜브(1)의 벽의 일부로서 형성되는 것을 특징으로 하는 2종 유체 혼합 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 가이드 채널은, 튜브(1)의 외측에 배치되고 튜브 벽에 연결되는 관 절반부로 각각 구획되는 2개 이상의 공동을 구비하는 것을 특징으로 하는 2종 유체 혼합 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가이드 채널은, 튜브(1)의 외측에 위치되고 튜브 벽에 연결되는 U-형 중공 섹션으로 각각 구획되는 2개 이상의 공동을 구비하는 것을 특징으로 하는 2종 유체 혼합 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가이드 채널은, 상기 튜브(1)와 동심을 이루고 상기 튜브에 지지되는 관형 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 2종 유체 혼합 장치.
  5. 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 유체중 하나인 기체를 공급하는 관(18)을 노즐(2,3) 내에 일체로 형성하는 것을 특징으로 하는 2종 유체 혼합 장치.
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