KR100533438B1 - 개선된 유체 혼합 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 유체 유동을 위한 채널(8)을 한정하는 유체 유동 방향과 수직인 단면을 갖는 자외선 램프의 균일한 어레이(3B)를 통하도록 유체 유동을 통과시켜 유체 살균을 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다. 유체 유동 방향에 대해 일정 각도로 경사진 표면을 갖는 삼격형 상의 삼각 날개는 유체 유동의 도입부에서 각각의 램프(5) 다음에 위치된다. 각각의 삼각 날개와 유체 유동의 상호 작용은 서로에 대해 동일 방향이나 또는 반대 방향으로 회전하는 한 쌍의 와류(10)를 생성한다. 상기 역회전 와류(10)는 이들이 채널(8)로 이동함에 따라 그 혼합 강도의 약화를 최소화하도록 서로를 강화시킨다. 이 상호 강화 특성으로 인해, 역 방향 회전 와류(10)는, 화학 반응에 있어서 열 및/또는 질량 전달과 함께, 자외선 살균 시스템에서 광을 더 효율적으로 사용하기 위해 더 효율적인 유체의 혼합을 촉진시킨다. 비록 본 발명이 UV 반응로 시스템으로 실시된 예로 설명하지만, 당업자라면 본 발명이 유체 혼합도의 증가가 요구되는 다른 형태의 어레이 유동 시스템에도 동일하게 적용된다는 사실을 알 수 있을 것이다.

Description

개선된 유체 혼합 방법 및 장치{Method and apparatus for improved mixing in fluids}
본 발명은 개선된 유체 혼합 방법 및 장치를 제공하며, 특히 유체를 살균하기 위해 자외선(UV)을 사용하는 시스템에서의 개선된 유체 혼합을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
공기 또는 유체 시스템 내의 미생물을 살균하기 위해 자외선(UV) 방사를 사용하는 것이 잘 알려져 있다. 그러나, 전통적인 UV 살균 시스템은 에너지 사용에 있어 그리 효율적이지 않다. 자외선(UV light)이 짧은 거리만(예를 들어 수면하 1인치(2.54cm)미만)을 관통한 후 유체에 의해 흡수되어, 램프에 가깝지 않은 유체는 처리되지 않기 때문에 이론적으로 필요한 것보다 두 배까지의 전력이 사용된다. 본 발명은 램프에 가까운 모든 양의 유체를 UV 램프의 길이에 걸쳐 지속적으로 대규모로 혼합시켜 실질적으로 균일하게 처리하기 위한 방법이다.
전통적인 배열된 저압/저 램프 전력 UV 살균 시스템은 충분히 혼합시키기 위해 유체 유동 방향에서 UV 램프의 길이와 혼합 기구 내에서 비교적 긴 유체 잔류 시간을 가져 낮은 에너지 사용 효율을 갖게 된다. 중간 압력/높은 전력의 램프 시스템을 도입하여, 유체 잔류 시간과 램프의 길이 모두가 감소되는 반면 근접한 배열된 램프 사이의 유체 유동에 수직한 간격(spacing)은 증가하여 에너지 사용효율이 더 감소한다. 혼합 배플이 에너지 사용 효율을 향상시킬 수 있음이 알려져 있다. 그러나 이 배플에 의해 생성된 혼합 와류(mixing eddies)는 짧게 지속되고 높은 에너지 입력(압력 강하)을 요구한다. 폐수 살균 시스템은 일반적으로 혼합을 위해 사용될 수 있는 높은 수두(압력)를 가지지 못하는 중력에 의해 공급되는 시스템이다. 대부분의 하수 처리 플랜트에서 할애할 유동 에너지(즉 압력 강하)가 없기 때문에 처리되는 유체를 효율적으로 혼합하는 와류(vortex)로 유체 에너지를 효율적으로 전환시키는 것에 대한 요구가 발생되었다. 플랜트는 소정의 압력 강하 요구치를 고려하여 건설된다. 구형장치를 개장할 때, 요구되는 혼합을 수행하기 위해서 6 인치(15.24cm) 미만의 물의 압력 강하를 가질 수 있다.
에너지 효율과 에너지 입력 사이의 바람직하지 않은 타협을 제거하기 위해, 본 발명은 유체 유동이 UV 램프에 노출되는 이에 걸쳐 그 자신을 지속시키는 유체 유동 방향에서 본질적으로 축 방향으로 정렬되어 입력된 에너지를 소모하는 짧게 지속되는 소규모의 와류가 최소화시키는 일련의 와류를 제안한다. 이 와류는 특수한 형상을 갖는 배플, 프로펠러와 윤곽을 갖는 유동 튜브 등과 같은 유동 경로에 놓여지는 이동 또는 정적 구조물의 사용을 포함하는 몇 가지 수단에 의해 생성될 수 있다.
본 발명의 적합한 실시예는 역회전 와류를 생성하기 위해 배열된 반응기의 흡입 단부에 짝을 이루는 쌍의 삼각 형상의 윙을 사용하는 것을 제안한다. 동일 방향 회전 또는 역 방향 회전 와류를 생성하기 위해 삼각형 윙을 사용하여, 본 발명은 유체를 살균시키는 화학 반응기 내에 열 및/또는 질량 전달을 모사하는 자외선을 더 효율적으로 사용하도록 낮은 압력 강하로 효율적인 혼합을 허용하여 결과적으로 UV 살균 시스템의 자본금 및 운영 비용을 감소시킨다.
따라서, 본 발명의 목적은 시스템 에너지 입력 요구치를 저해하지 않으면서 시스템 내의 에너지 사용 효율을 증가시키기 위해 배열된 또는 배열되지 않은 유체 유동 시스템 내에서 혼합을 증가시키는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이러한 시스템을 통한 유체 이동의 전체 지속시간에 걸쳐 그 자신을 유지하는 일련의 동일 방향 회전 및 역 방향 회전 와류를 생성하여 배열된 또는 배열되지 않은 유체 유동 시스템 내에서 혼합을 증가시키는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 이러한 시스템에서 혼합을 증대하기 위해 동일 방향 회전 및 역 방향 회전 와류를 생성하는 배열된 또는 배열되지 않은 유체 유동 시스템의 흡입 단부에 삼각형상의 윙을 사용하는 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 시스템 에너지 입력 요구치를 저해하지 않으면서 시스템 내의 에너지 사용 효율을 증가시키기 위해 자외선(UV) 유체 살균 시스템 내에서 혼합을 증대하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 자외선 방사에 노출되는 유체의 전체 지속시간에 걸쳐 실질적으로 그 자신을 유지하는 자외선 유체 살균 시스템 내에 일련의 동일 방향 회전 및 역 방향 회전 와류를 생성하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 이러한 시스템에서 혼합을 증대하기 위해 동일 방향 회전 및 역 방향 회전 와류를 생성하는 자외선 유체 살균 시스템의 흡입 단부에 삼각형상의 윙을 사용하는 것이다.
비록 본 발명이 특히 자외선 살균 시스템으로 실시된 예로 설명하지만, 당업자는 본 발명이 유체 혼합도의 증가가 요구되는 다른 형태의 배열된 또는 비배열된 유동 시스템에도 동일한 응용성을 가짐을 알 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자외선 살균 장치를 도시한 사시도.
도 2a는 본 발명에 따른 삼각 날개 디자인을 도시한 단면도.
도 2b는 본 발명에 따른 삼각 날개 디자인을 도시한 사시도.
도 3 내지 도 5는 본 발명에서 사용될 수 있는 여러 가지 정방형 유동 어레이를 도시한 단면도.
도 6은 다른 삼각형 어레이를 도시한 단면도.
도 7은 삼각 날개 드랙 계수(drag coefficient)에 대한 삼각 날개 어택(attack) 각도의 효과를 도시한 도면.
도 8a 및 8b는 삼각 날개 종횡비와 삼각 날개에 의해 발생된 와류의 안전도에 대한 어택 각도의 관계를 도시한 도면.
도 9는 삼각 날개 종횡비에 대한 와류 중심선의 수평 위치의 관계를 도시한 도면.
도 10은 어택의 삼각 날개 각도에 대한 스트로할수의 관계를 도시한 도면.
도 11은 삼각 날개를 가로지르는 실험상의 압력 강하의 관계를 유동 속도의 함수로서 도시한 도면.
본 발명의 적합한 실시예는 본질적으로 유체 유동을 위한 채널을 한정하는 유체 유동 방향을 따라 놓여지는 일련의 자외선 램프를 통하도록 유체 유동을 통과시켜 유체 혼합을 수행하는 방법 및 장치를 제공한다. 유체 유동 방향에 대해 일정 각도로 경사진 표면을 갖는 삼격형 상의 삼각 날개(delta wing)가 각각의 튜브에 근접하게 또는 상류측에 위치된다. 각각의 삼각 날개와 유체 유동의 상호작용은 서로에 대해 반대 방향에서 역회전하는 한 쌍의 와류를 생성한다. 이 역회전 와류는 이들이 채널로 이동함에 따라 그 혼합 강도의 약화를 최소화하도록 서로를 강화시킨다. 이 상호 강화 특성으로 인해, 역 방향 회전 와류는 자외선 살균 시스템에서 자외선을 더 효율적으로 사용하기 위해 더 효율적인 유체의 혼합을 촉진시킨다.
비록 본 발명이 특히 자외선 살균 시스템으로 실시된 예로 설명하지만, 당업자는 본 발명이 유체 혼합도의 증가가 요구되는 다른 형태의 배열된 또는 비배열된 유동 시스템에도 동일한 응용성을 가짐 및, 유체 유동 방향에서 축 방향으로 정렬된 동일 방향 회전 또는 역 방향 회전 와류의 자동 유지가 삼각 날개 외의 특수한 형상을 갖는 배플, 프로펠러와 윤곽을 갖는 유동 튜브 등과 같은 유동 경로에 놓여지는 이동 또는 정적 구조물의 사용을 포함하는 몇 가지 수단에 의해 생성될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
본 발명의 다른 세부 사항, 목적 및 장점은 현재 선호되는 실시예의 하기의 설명에서 명백해진다.
도 1에서는, 바람직한 실시예로서 자외선(UV) 방사 살균 시스템에서 이용되는 배열식 유체 혼합 장치(1)를 도시한다. 유체 혼합 장치는 관절 아암(3)이 부착된 프레임(2)으로 구성된다. 각 관절 아암은 석영과 같은 자외선(UV) 방사를 전달하는 물질로 제작된 튜브(13)에 의해 각각 둘러싸인 일련의 전기 동력식 램프(5)를 포함한다. 아암(3)은 램프가 제거 및/또는 대치될 수도 있는 제 1 위치(3a)와 물과 같은 유체(4)를 튜브(13)의 종축에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 유동시킬 수 있는 배열 형태(3b)로 램프(2)가 배치된 제 2 위치(3b) 사이에서 움직일 수 있다. 배열 위치(3b)에 있을 때, 램프(5)는 살균을 실시할 정도록 충분한 시간동안 유체(4)를 UV 방사에 노출시킨다. UV 살균 장치(1)의 아암(3)의 일부는 램프 튜브(13) 대신에 스페이서 모듈(6)를 지지하도록 구성된다. 튜브(13)로부터 가장 먼 쪽 영역의 빈 스페이서(void space)를 충진함으로써, 스페이서 모듈(6)은 와류 유동 프로파일을 유지하며 유체가 UV 광에 대한 노출을 우회하는 것을 방지한다. 스페이서 모듈(6)을 사용함으로써 램프들 사이의 공간을 더 크게 할 수 있으며 이로 인하여 유체 유동을 위한 단면적을 더 넓힐 수 있으므로, 더 낮은 유체 속도와 관련된 압력 강하를 유도한다. 또한 더 낮은 속도로 인하여 입구 압력 손실를 방지하기 위한 입구 변환 영역을 제공할 필요가 없다. 도 1에 도시한 장치에는 4개의 램프 튜브 모듈(13)과 3개의 스페이서 모듈(6)이 일렬로 배치되어 있다. 유체 유동(4)은 인접한 튜브(13) 및/또는 스페이서 모듈(6) 사이의 채널(7)에서 수행된다. UV 노출의 감소는 튜브(13)상에서 유체(4)에 의해 이물질을 제거하도록 클리닝 메카니즘(1)을 이동시키는 에어 실린더(8)에 의해 방지된다.
도 2a 및 2b에 도시한 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 각 튜브(13)에는 튜브(13)와 스페이서(6) 어레이로 통하는 유체 유동 입구에서 쌍으로 이루어진 램프(5)의 상류에 장착된 삼각형 형태의 삼각 날개(9)가 제공된다. 각 삼각 날개(9)는 도 3에 도시한 바와 같이 이 삼각 날개의 트레일링 에지(12)로부터 한쌍의 정회전 또는 역회전 유체 와류(10)를 발생시키도록 설계된다. 각 와류(10)의 중심선(11)은 각 트레일링 팁으로부터 윙 폭의 25%에 위치하며 유동쪽을 향하는 삼각 날개(9)의 경사각("어택 각")으로 조절된 와류 위치를 갖는다. 삼각 날개(9)를 통과하는 유체에 의해 분산된 모든 에너지는, 근본적으로 대규모의 트레일링 와류(10)로 진행한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 대향 경사각(즉, 한쪽은 어택 각도 +0o, 다른쪽은 어택 각도 -0o)으로 동시에 배치된 한쌍의 삼각 날개(9a, 9b)들은 방금 설명한 특징을 갖는 4개의 역회전 유체 와류(10)를 생성한다. 도 3에 도시한 바와 같이 여러 쌍의 삼각 날개를 규칙적인 어레이로 배치함으로써, 튜브와 스페이스 어레이의 상류에 장착된 정지 혼합 프로펠러(stationary mixing propeller)의 어레이과 유사한 효과를 발생시킬 수 있으며, 이로 인하여 적당한 프로펠러 블레이드 피치와 프로파일의 선택은 작은 크기의 난류를 최소화할 수 있다. 비록 도 3 내지 도 6에 도시한 것과 유사한 배열 구성일지라도, 발생된 와류 유동의 기본적인 특징은 와류를 발생시키기 위하여 사용된 구조가 실질적으로 유체 유동(4)의 방향을 따라서 와류의 축을 정렬시킬 수 있도록 형성 및 방향 설정된다는 것이다. 이를테면, 또한 비정렬 시스템은 삼각 날개(9)를 이용하여 생성될 수 있으며, 정렬 및 비정렬 시스템들은 삼각 날개(9) 이외의 수단, 그 중에서도 특별히 형성된 배플(baffle), 프로펠러, 만곡 유동관과 같은 유동 통로 내에 배치된 이동 또는 정지 구조를 사용하여 생성될 수 있다. 달리, 정회전 와류(14) 또는 역회전 와류(10)는 도 6에서 삼각형 어레이로 도시한 바와 같은 이들 모든 메카니즘에 의해 생성될 수 있다.
삼각 날개(9)에 의해 생성된 역회전 와류(10)의 혼합 특성은 도 3 내지 도 5에 도시한 바와 같은 정방형-피치 튜브(13) 어레이와 스페이서(6) 어레이를 사용하여 추가로 향상된다. 도 3에 도시한 바와 같은 정방형-피치 어레이는 삼각 날개(9)에 의해 생성된 와류(10)를 정 방향 및 반시계 방향 중 선택적으로 회전시킬 수 있다. 이러한 역 방향 메카니즘은 와류가 채널(7) 아래쪽으로 이동할 때 와류의 혼합 강도의 확산을 최소화하도록 와류(10)를 상호 보강한다. 이러한 동시 보강 성질로 인하여, 정방형 어레이에 의해 생성된 대규모의 와류(10)는 채널의 길이보다 더 큰 길이에 걸쳐 더 긴 시간동안 지속하여, 소정의 혼합량을 발생시키기 위한 에너지보다 더 적은 에너지를 필요로 한다.
본 발명의 삼각 날개(10)는 이 윙의 유체 유동 특성을 확실하게 하기 위하여 윈드 터널 내에서 테스트된다. 도 7은 주어진 유체 유동(4)1을 위한 윙을 가로질러 발생된 압력 강하의 크기를 결정하는 삼각 날개(9) 드랙 계수에 대한 어택 각도 Ø의 효과를 도시한다. 도 8a는 삼각 날개(9)2에 의해 생성된 와류(10)의 안정성에 대한 종횡비 AR과 어택 각도 Ø의 관계를 도시한다. 도 9는 종횡비 AR3에 대한 와류 중심선(11)의 수평 위치의 관계를 도시하며, 한편 와류 중심선(11)의 수직 위치는 모든 종횡비 AR에 대한 어택 각도 Ø의 절반을 유지하여야 한다. 어택 각도 Ø와 유체 유동 속도 U에 대한 와류 발산 주파수 f(단위 시간당 얻어진 와류 회전수)의 관계는 도 10에 도시한 바와 같이 어택 각도 Ø에 대한 스트로할수 St4의 관계로 도시한다. 유체 유동 속도 U가 감소할 때는 와류 발산 주파수 f도 감소한다. 그러나, 이것은 채널(7) 내에 유체가 잔류하는 시간의 증가에 의해 방해되며, 유효한 램프 길이 VR 당 동일한 와류 회전수를 초래할 수 있으며, 그 결과로서 종래의 디자인5에서보다 더 낮은 유동 속도 U를 통하여 혼합 강도의 감소를 줄일 수 있다.
삼각 날개(9)를 가로지르는 예상 압력 강하는 하기 수학식을 사용하여 계산될 수 있다.
[수학식 10]
CD = 드랙 계수[수학식(1)]
r = 유체 밀도(kg/m3)
U = 유체 속도(m/s)
Awing = 윙 영역(m2)
Aflow = 플로우 챔버(m2)
Dp = 압력 강하(Pa)
표 1과 도 11은 유체 유속(U)의 범위에서 40도 미만의 다양한 어택 각도의 종횡비(AR)를 갖는 본 발명의 삼각 날개(9) 상에서 진행된 시험 결과를 도시한다.
실제 시험 결과를 비교하면, 이론 모델이 바람직한 동작 영역의 삼각 날개의 성능을 정확하게 예측한다는 것을 나타내는 예상 결과에 도달한다. 표 2는 유동 채널(7)에 두 삼각 날개(9)를 제공함으로써 발생한 압력 강하가 한 윙의 이론 압력 강하의 두배와 같지 않다는 것을 보여준다. 기대값으로부터의 압력 강하가 증가하는 것은 두 삼각 날개(9)로부터 와류(10)의 상호작용에 기인하는 것 같다. 따라서, 4개의 삼각 날개(9)를 구비하는 시스템에 대한 전체 압력 강하는 단일 윙에 대한 압력 강하의 거의 5배에 이르는 것으로 예상된다. 표 3은 어택의 높은 각도(40℃ 이상)에서 삼각 날개에서 실행된 시험 결과를 나타낸다.
[표 1]
시험 삼각 날개에 대한 실험 연구
델타 P 제로 읽기 = 13.0 mm H20 온도 = 섭씨 24 도
델타 P 증배 계수 = 0.05 밀도 = 1.1911 Kg/m3
볼트 밀터 제로 읽기 = 0.007 V
적어도 스퀘어 분석으로부터(도 9), 서포트 스탠드와 개방 채널 압력 강하는 0.198 mm H20.
시험 삼각 날개로 인한 압력 강하
상수 RPM = 30 퍼센트 = 4.44m/s
델타 P(mm H20) 델타 P 윙 델타 P 윙 이온
각도/어택 윙&서포트 (mm H20) (mm H20) 에러(%)
10 0.2 0.002 0.0032 -37.5
20 0.22 0.022 0.0156 41.03
30 0.2375 0.0395 0.0388 1.80
35 0.255 0.057 0.0541 5.36
[표 2]
한쌍의 시험 삼각 날개에 대한 실험 연구
델타 P 제로 읽기 = 14.9 mm H20 온도 = 섭씨 24 도
델타 P 증배 계수 = 0.05 밀도 = 1.911 Kg/m3
볼트 밀터 제로 읽기 = 0.005 V
한쌍의 삼각 날개는 시험 시간에 실제 동작 조건을 시뮬레이트하기 위해 3/4"로 이격된 테일링 에지에서 어택 방정식 15의 각도에서 모두 세팅된다.
서포트 구조 및 개방 채널에 대한 압력 강하
속도(m/s) 델타 P(mm H20)
3.27 0.11
4.25 0.205
5.14 0.3
6.14 0.435
한쌍의 시험 삼각 날개로 인한 압력 강하
속도(m/s) 델타 P(mm H20)
3.27 0.15
4.25 0.215
5.14 0.33
6.14 0.455
쌍으로된 시험 삼각 날개의 실험 압력 강하에 대한 기대 비교
속도(m/s) 델타 P 윙 델타 P 델타 P 윙 델타 P 윙 에러(%)
(서포트) 온리 이론
3.27 0.15 0.11 0.04 0.0087 -360
4.25 0.215 0.205 0.01 0.0148 32
5.14 0.33 0.3 0.03 0.0216 -39
6.14 0.455 0.435 0.02 0.0308 35
[표 3]
어태치의 큰 각도에서 시험 삼각 날개에 대한 실험 연구
델타 P 제로 읽기 = 14.2 mm H20 온도 = 섭씨 24 도
델타 P 증배 계수 = 0.05 밀도 = 1.1911 Kg/m3
볼트 밀터 제로 읽기 = 0.0111 V
서포트 구조 및 개방 채널에 대한 압력 강하
속도(m/s) 델타 P(mm H20) 델타 P(인치 H20)
2.42 0.05 0.002
4.23 0.185 0.0073
5.10 0.25 0.0098
시험 삼각 날개로 인한 압력 강하
알파 = 40 도
델타 P 델타 P 델타 P 델타 P
속도(m/s) (mm H20) (인치 H20) (윙 온리) (윙 이론) 에러(%)
2.43 0.085 0.0033 0.035 0.021 -66.7
4.24 0.235 0.0093 0.05 0.064 21.9
5.08 0.335 0.132 0.085 0.093 8.6
알파 = 50 도
델타 P 델타 P 델타 P 델타 P
속도(m/s) (mm H20) (인치 H20) (윙 온리) (윙 이론) 에러(%)
2.45 0.075 0.003 0.025 0.033 24.2
4.24 0.245 0.0096 0.06 0.098 38.8
5.04 0.345 0.136 0.095 0.138 31.1
삼각 날개 유동 시각화
어택 각도 속도 노트
4050 4.274.21 와류중단은 삼각 날개의 단부에서 발생한다.상기 포인트에서의 매우 심한 위핑 작용와류 중단은 삼각 날개의 거의 2/5에서 발생한다.상기 포인트에서의 매우 심한 위핑 작용
시험 결과로서, 본 발명의 적합한 실시예에 대한 최적의 삼각 날개(9)의 설계작업은 다음 명세서와 순응하며, 램프 튜브(13) 또는 전체 8개의 와류(10)를 발생하는 스페이서(6)에 대한 4개의 삼각 날개(9)의 시스템을 가진다.
루트 코드 c = 7.37 인치
스팬 b = 3.685 인치
주요 에지 베벨 각도 = 45 도(도 8b)
어택의 각도 = 20 도
본 발명을 실행하는 적합한 실시예는 첨부된 도면을 참고하여 설명하였지만, 본 발명은 다음의 청구범위 내에서 구현될 수 있다.
[참고]
1 임의의 종횡비의 삼각 날개를 위한 리프트(CL)와 드랙(CD) 계수는 다음을 이용하여 계산된다.
[수학식 1]
[수학식 2]
Ø = 어택 각도(deg.)
Kp, Kv는 버틴과 스미쓰 방법으로 구함(ref. 1)
2 종횡비 AR은 도 8b에 도시한 차원을 갖는 다음 방정식을 이용하여 계산된다.
[수학식 3]
b = 전장(inch)
c = 루트 코드(inch)
3 중심선의 수평 위치는 다음 방정식을 이용하여 계산된다.
[수학식 4]
HC = 윙 중심선으로부터 와류 코어의 각도(deg.)
= a/2
4스트로할 수(St)는 다음 방정식의 유체 유속과 삼각 날개 스팬의 쉐딩 주파수 사이의 관계를 규정한다.
[수학식 7]
f = 쉐딩 주파수(HZ)
b = 삼각 날개 스팬(m)
U = 프리 스트림 속도(m/s)
5유효 램프 길이(VR)에 대한 와류 회전수와 채널 잔류 시간(T) 사이의 관계는 다음 방정식에서 표현될 수 있다.
[수학식 8]
T = 채널 잔류 시간(S)
f = 와류 쉐딩 주파수(HZ)
VR = 유효 램프 길이에 대한 와류 회전수
[수학식 9]
eff. 램프 길이 = 램프의 길이(m)
U = 유체 유동 속도

Claims (70)

  1. 유체 시스템을 통해 흐르는 하나 이상의 유체를 혼합하는 장치에 있어서,
    A. 하나의 연장된 표면의 축선이 유체 유동 방향과 정렬되도록 하나 이상의 차원으로 연장된 하나 이상의 표면을 갖는 하나 이상의 제 1 부재와;
    B. 유체 유동 방향과 정렬되는 하나의 연장된 표면에 대해 이격관계로 배치되는 하나 이상의 표면을 갖는 하나 이상의 제 2 부재를 포함하고,
    상기 하나 이상의 제 2 부재 중 하나 이상의 표면은, 상기 유체 유동 방향을 따라 정렬 및 유지되는 축선에 대해 회전하는 유체 내에 하나 이상의 와류가 생성되도록, 유체 유동과 상호작용하는 형상 및 방향을 갖는 유체 혼합 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 부재의 형성된 표면은 삼각형인 유체 혼합 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 부재의 형성된 표면은 상기 유체 유동 방향에 대해 일정 각도로 기울어져 있는 유체 혼합 장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 2개 이상의 와류는 각각 동일한 방향으로 회전하도록 생성되는 유체 혼합 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 2개 이상의 와류는 서로 대향 방향으로 회전하도록 생성되는 유체 혼합 장치.
  6. 유체 시스템을 통해 흐르는 하나 이상의 유체를 혼합하는 장치에 있어서,
    A. 하나의 연장된 표면의 축선이 유체 유동 방향과 정렬되도록 하나 이상의 차원으로 연장된 하나 이상의 표면을 각각 갖는 이격된 제 1 부재들의 어레이와;
    B. 유체 유동 방향과 정렬되는 하나의 연장된 표면에 대해 이격관계로 배치된 하나 이상의 표면을 각각 갖는 복수의 제 2 부재를 포함하고,
    상기 하나 이상의 제 2 부재 중 하나 이상의 표면은, 상기 유체 유동 방향을 따라 정렬되는 축선에 대해 회전하는 유체 내에 하나 이상의 와류가 생성되도록, 유체 유동과 상호작용하는 형상 및 방향을 갖는 유체 혼합 장치.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 2개 이상의 와류는 각각 동일한 방향으로 회전하도록 생성되는 유체 혼합 장치.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 2개 이상의 와류는 서로 대향 방향으로 회전하도록 생성되는 유체 혼합 장치.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 제 2 부재의 형성된 표면은 삼각형인 유체 혼합 장치.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 제 2 부재의 형성된 표면은 상기 유체 유동 방향에 대해 일정 각도로 기울어져 있는 유체 혼합 장치.
  11. 제 6항에 있어서, 상기 한쌍 이상의 와류는 각 쌍에서의 와류가 서로 대향 방향으로 회전하도록 생성되는 유체 혼합 장치.
  12. 제 6항에 있어서, 상기 두쌍 이상의 와류는 어느 한 쌍에서의 와류가 동일한 방향으로 회전하고 다른 쌍에서의 와류가 서로 대향 방향으로 회전하도록 생성되는 유체 혼합 장치.
  13. 제 6항에 있어서, 상기 어레이는 균일하게 되어 있는 유체 혼합 장치.
  14. 제 6항에 있어서, 상기 어레이는 불균일하게 되어 있는 유체 혼합 장치.
  15. 제 6항에 있어서, 하나의 연장된 표면의 축선이 유체 유동 방향과 정렬되도록 하나 이상의 차원으로 연장된 하나 이상의 표면을 각각 가지며, 또한 상기 제 1 부재들 사이에 산재해 있는 이격된 제 3 부재들의 어레이를 추가로 포함하는 유체 혼합 장치.
  16. 제 6항에 있어서, 상기 제 1 부재의 축선은 정사각형 형태로 배열되어 있는 유체 혼합 장치.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 제 3 부재의 축선은 정사각형 형태로 배열되어 있는 유체 혼합 장치.
  18. 제 10항에 있어서, 상기 제 2 부재들은 쌍에서의 각 부재의 각도의 크기가 동일하면서 반대 방향으로 기울도록 쌍으로 배열되어 있는 유체 혼합 장치.
  19. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 각각의 제 1 부재에 대해 이격관계로 된 2개의 제 2 부재를 추가로 포함하는 유체 혼합 장치.
  20. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 각각의 제 1 부재에 대해 이격관계로 된 4개의 제 2 부재를 추가로 포함하는 유체 혼합 장치.
  21. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 제 2 부재의 형성된 표면의 팁으로부터 와류의 중심축선까지의 간격은 상기 형성된 표면의 한 측면의 폭에 의해 치수 결정되는 유체 혼합 장치.
  22. 제 21항에 있어서, 상기 중심축선은 상기 형성된 표면의 팁에서부터 상기 형성된 표면의 측면 폭까지의 대략 1/4 거리로 이격되어 있는 유체 혼합 장치.
  23. 제 3항 또는 제 10항에 있어서, 상기 와류의 중심축선의 위치는 상기 형성된 표면의 경사각의 크기에 의해 치수 결정되는 유체 혼합 장치.
  24. 제 23항에 있어서, 상기 중심축선은 상기 제 1 부재에서부터 상기 경사각까지의 대략 1/2 크기의 거리에 배치되는 유체 혼합 장치.
  25. 제 6항에 있어서, 상기 와류의 중심축선의 위치는 형성된 표면의 경사각의 크기에 의해 치수 결정되는 유체 혼합 장치.
  26. 제 25항에 있어서, 상기 중심축선은 상기 제 3 부재에서부터 상기 경사각까지의 대략 1/2 크기의 거리에 배치되는 유체 혼합 장치.
  27. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 제 1 부재는 상기 시스템으로부터 상기 부재들의 제거를 가능하게 하는 형태로 형성되는 유체 혼합 장치.
  28. 제 15항에 있어서, 상기 제 3 부재는 상기 시스템으로부터 상기 부재들의 제거를 가능하게 하는 형태로 형성되는 유체 혼합 장치.
  29. 제 1항에 있어서, 상기 유체 시스템은 상기 유체 내에서 화학반응을 일으키는 유체 혼합 장치.
  30. 제 29항에 있어서, 상기 화학반응은 상기 유체의 살균을 실행하는 유체 혼합 장치.
  31. 제 30항에 있어서, 상기 유체 시스템은 자외선을 사용하여 살균을 실행하는 유체 혼합 장치.
  32. 제 31항에 있어서, 상기 제 1 부재는 상기 자외선을 발생하는 램프를 구비하는 유체 혼합 장치.
  33. 제 32항에 있어서, 상기 램프는 수정으로 구성된 물질로 제조되는 유체 혼합 장치.
  34. 제 6항에 있어서, 상기 유체 시스템은 상기 유체 내에서 화학반응을 일으키는 유체 혼합 장치.
  35. 제 34항에 있어서, 상기 화학 작용은 유체의 살균을 수행하는 유체 혼합 장치.
  36. 제 35항에 있어서, 상기 유체 시스템은 자외선 방사를 사용하여 살균을 수행하는 유체 혼합 장치.
  37. 제 36항에 있어서, 상기 제 1 부재는 자외선 방사를 발생시키는 램프를 포함하는 유체 혼합 장치.
  38. 제 37항에 있어서, 상기 램프는 석영을 포함하는 물질로 제조되는 유체 혼합 장치.
  39. 제 29항 내지 제 38항 중 어느 한 항에 기재된 장치를 통해 유체를 관통시키는, 하나 이상의 유체를 살균시키는 방법.
  40. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 제 2 부재는 배플, 프로펠러 및 윤곽 유동 튜브를 포함하는 그룹으로부터 선정되는 유체 혼합 장치.
  41. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 이격 관계는 상기 제 2 부재가 제 1 부재의 상부에 위치되도록 구성되는 유체 혼합 장치.
  42. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 이격 관계는 상기 제 2 부재가 제 1 부재의 연장된 표면에 인접 위치되도록 구성되는 유체 혼합 장치.
  43. 제 6항 또는 제 16항에 있어서, 상기 제 2 부재는, 각각의 와류가 적어도 하나의 다른 제 1 부재에 인접하도록, 각각의 제 1 부재에 인접한 8개의 와류를 생성하도록 배열되는 유체 혼합 장치.
  44. 제 43항에 있어서, 상기 각각의 와류는 적어도 하나의 다른 와류와 반대 방향으로 회전하는 유체 혼합 장치.
  45. 제 44항에 있어서, 상기 모든 와류는 동일한 방향으로 회전하는 유체 혼합 장치.
  46. 제 15항 또는 제 17항에 있어서, 상기 제 2 부재는, 각각의 와류가 적어도 하나의 다른 제 1 부재 및 적어도 하나의 제 3 부재에 인접하도록, 각각의 제 1 부재에 인접한 8개의 와류를 생성하도록 배열되는 유체 혼합 장치.
  47. 제 46항에 있어서, 상기 각각의 와류는 적어도 하나의 다른 와류와 반대 방향으로 회전하는 유체 혼합 장치.
  48. 제 47항에 있어서, 상기 모든 와류는 동일한 방향으로 회전하는 유체 혼합 장치.
  49. 제 6항에 있어서, 상기 적어도 3개의 제 1 부재 축은 삼각형 형상으로 배열되는 유체 혼합 장치.
  50. 제 6항 또는 제 49항에 있어서, 상기 제 2 부재는 각각의 제 1 부재에 인접한 6개의 와류를 생성하도록 배열되는 유체 혼합 장치.
  51. 제 50항에 있어서, 상기 각각의 와류는 적어도 하나의 다른 와류와 반대 방향으로 회전하는 유체 혼합 장치.
  52. 제 51항에 있어서, 상기 모든 와류는 동일 방향으로 회전하는 유체 혼합 장치.
  53. 제 49항에 있어서, 상기 제 1 부재들 사이에 배치된 이격된 제 3 부재의 어레이를 추가로 포함하며, 상기 연장된 표면 중 하나의 축이 유체 유동 방향과 일직선상에 위치하도록, 적어도 하나의 차원으로 연장된 적어도 하나의 표면을 갖는 유체 혼합 장치.
  54. 제 53항에 있어서, 상기 제 2 부재는 각각의 제 1 부재에 인접한 짝수의 와류를 생성하도록 배열되는 유체 혼합 장치.
  55. 제 54항에 있어서, 상기 모든 와류는 동일 방향으로 회전하는 유체 혼합 장치.
  56. 제 1항, 제 6항, 제 16항, 제 17항, 제 49항, 제 53항 또는 제 54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 적어도 하나의 와류는 모든 다른 와류와 반대 방향으로 회전하는 유체 혼합 장치.
  57. 제 1항, 제 6항, 제 49항, 제 53항 또는 제 54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각각의 와류는 적어도 하나의 다른 와류와 반대 방향으로 회전하는 유체 혼합 장치.
  58. 제 23항에 있어서, 상기 제 1 부재에 대한 와류의 중심축의 위치는 형성된 면의 경사각의 크기와 제 2 부재로부터 제 1 부재의 이격 간격의 크기에 의해 치수 결정되는 유체 혼합 장치.
  59. 제 25항에 있어서, 상기 제 3 부재에 대한 와류의 중심축의 위치는 형성된 면의 경사각의 크기와 제 3 부재로부터 제 1 부재의 이격 간격의 크기에 의해 치수 결정되는 유체 혼합 장치.
  60. 제 15항에 있어서, 상기 제 2 부재의 형성된 면은 유체 유동 방향과 일정한 각으로 경사지는 유체 혼합 장치.
  61. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제 2 부재의 형상과 기울기는 적어도 하나의 와류가 전체 유체 유동 지속 시간 동안 유지되도록 형성되는 유체 혼합 장치.
  62. 제 1항, 제 6항, 제 49항, 제 53항 또는 제 54항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 각각의 와류는 모든 다른 인접 와류와 반대 방향으로 회전하는 유체 혼합 장치.
  63. 제 6항에 있어서, 상기 어레이는 연속 유동 영역에 위치하는 유체 혼합 장치.
  64. 제 1항 또는 제 6항에 있어서, 상기 제 2 부재는 상기 제 1 부재 중 하나에 장착되는 유체 혼합 장치.
  65. 제 43항에 있어서, 상기 적어도 하나의 와류는 모든 다른 와류와 반대 방향으로 회전하는 유체 혼합 장치.
  66. 제 43항에 있어서, 상기 각각의 와류는 모든 다른 인접 와류와 반대 방향으로 회전하는 유체 혼합 장치.
  67. 제 46항에 있어서, 상기 적어도 하나의 와류는 모든 다른 인접 와류와 반대 방향으로 회전하는 유체 혼합 장치.
  68. 제 46항에 있어서, 상기 각각의 와류는 모든 다른 인접 와류와 반대 방향으로 회전하는 유체 혼합 장치.
  69. 제 50항에 있어서, 상기 적어도 하나의 와류는 모든 다른 와류와 반대 방향으로 회전하는 유체 혼합 장치.
  70. 제 50항에 있어서, 상기 각각의 와류는 모든 다른 인접 와류와 반대 방향으로 회전하는 유체 혼합 장치.
KR10-2000-7002923A 1997-09-19 1998-09-21 개선된 유체 혼합 방법 및 장치 KR100533438B1 (ko)

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