KR100635382B1 - 오리피스 산기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 축산폐수 처리시설, 오폐수 처리시설이나 양어장 등에서 사용되며, 특히 공기의 용존율을 높이기 위하여 공기방울을 잘게 부수는 방법에 있어 공기 스트림 자체의 충돌과 오리피스(또는 벤츄리관) 원리에 의하여 산기장치 본체부의 공간부 내로 흡입되는 물과 공기방울의 충돌을 이용한 산기장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 산기장치는 내부공간부, 상방향으로 형성된 배출부, 그리고 저면부에 형성된 물유입구를 갖는 본체부; 상기 본체부의 배출부 형성방향에 대하여 교차하는 형성방향을 갖는 공기유입로가 형성된 연결관 ; 및 상기 연결관의 공기유입로가 상기 본체부의 내부공간부와 만나는 교차점에 배열되어 상기 공기유입로에서 한줄기로 유입된 공기를 두 방향으로 분할되도록 두 출구가 형성되어 있는 분기부재를 포함하여 이루어져서, 상기 분기부재에 의하여 분할된 공기 스트림이 상기 본체부의 내부공간부에서 충돌하여 상승하면서 1차적으로 공기방울이 분쇄되면서 상기 배출부로 방출되는 상승 공기흐름을 형성함에 따라 상기 본체부의 물유입구에서 물이 흡입되어 상기 공기와 충돌하여 2차적으로 공기방울을 잘게 부수는 역할을 한다.

산기장치, 분기부재, 공기, 내부공간, 스트림, 오리피스, 물유입, 충돌

Description

오리피스 산기장치{AIR DIFFUSER}

도 1은 종래 미세기공 방식의 산기장치의 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 산기장치의 횡단면도,

도 3은 본 발명에 따른 산기장치의 종단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

D: 산기장치

D1: 본체부 D1b: 저면부

D2: 연결관 D2a: 나선부

D3: 분기부재

10: 내부공간부 11: 배출부

20: 공기유입로 21: 교차점

30: 분기로 31a,31b: 출구

40a,40b: 물유입공

본 발명은 축산폐수 처리시설, 오폐수 처리시설이나 양어장 등에서 사용되는 산기장치에 관한 것으로,

특히 공기의 용존율을 높이기 위하여 공기방울을 잘게 부수는 방법에 있어 공기 스트림(stream) 자체의 충돌과 오리피스(또는 벤츄리관) 원리에 의하여 산기장치 본체부의 공간부 내로 흡입되는 물과 공기방울의 충돌을 이용한 산기장치에 관한 것이다.

종래의 산기장치, 특히 각종 오폐수 처리시설에서의 산기장치는 통상적인 오폐수 처리 반응조의 온도와 산도 조건하에서 공기 또는 산소의 용존율을 어떻게 높일 것인가와 관련하여 가능한 공기방울을 가능한 잘게 부수어 물과의 접촉면적을 크게 하는 방식을 주로 취하고 있다.

이를 위하여 미세한 구멍이 무수히 형성된 산기장치를 일반적으로 사용하고 있는데, 이와 관련된 종래 산기장치가 도 1에 도시되어 있다.

도 1의 산기장치는 접속구 몸체(1), 고정대(2, 2') 및 파이프(3)로 구성되어 있는데, 상기 접속구 몸체(1)를 통하여 들어온 압축공기가 파이프(3)의 미세구멍을 통과하면서 작은 공기방울을 형성하여 물속으로 공급된다. 이때, 파이프(3)는 별도의 구멍이 있는 것이 아니라 세라믹이나 폴리에틸렌을 이용하여 파이프를 만들 때 미리 미세구멍이 생성되도록 제작된 것이다.

그러나 이러한 초기 산기장치는 단순히 공기를 미세구멍으로 통과시키는 장치로 공기방울을 균일한 크기로 작게 만들 수 있다는 장점에도 불구하고 폭기조의 일시적인 운전정지 시에 미세구멍이 폐수 중의 슬러지나 수생식물의 번식에 의하여 막혀서 그 기능을 상실하므로 잦은 보수 및 세척을 해야만 하는 심각한 문제가 있으며,

무수한 미세공을 형성한 산기장치의 여러 변형형태들 또한 기본적으로 유사한 문제점을 가져 잦은 보수 및 세척의 문제점을 갖고 있어,

동일 분야에서 산기장치 개발의 주된 흐름 중 하나는 산기장치의 미세한 기공이 오폐수의 부유물 등에 의하여 막히게 되어 기능을 발위하지 못하는 문제가 없도록 하는데 있다.

상기와 같이 미세기공을 통과시켜 가능한 작은 공기방울을 형성하여 물과의 접촉면적을 넓혀 공기 용해도를 높이는 방식에서 벗어난 획기적인 산기장치로

사단법인 고등기술연구원연구조합의 공개특허 제1998-28981호(1998.07.15) ‘음향공진을 이용한 산기장치’가 있는데,

상기 공개특허에서는 공기가 들어가는 입구와, 상기 입구를 통해 유입된 공기가 회전 소용돌이를 형성하는 챔버와, 상기 챔버에서 회전소용돌이를 형성하는 공기가 음향에너지를 발생시키면서 수중으로 공급하는 출구로 구성된 산기장치가 제시되어 있으며,

또 공개특허 제1998-61562호 ‘회전력과 음향공진을 이용한 산기장치’는 챔 버내부에 환형의 내부기둥을 더 포함하고,

공개특허 제1998-81904호 ‘챔버 내부에 나선형 가이드홈이 형성된 음향공진형 기체용해 장치’는 물과 공기의 회전력을 높이기 위해 챔버내부에 나선형 가이드홈이 형성된 것이고,

공개특허 제2004-98480호 ‘이중 음향공진을 이용한 산기장치’ 챔버내부 중앙에 상부가 개방된 원통상으로 형성된 2차 공진관을 더 포함하는 등의 일련의 음향공진 방식의 산기장치를 제시하고 있다.

이러한 사단법인 고등기술연구원연구조합의 일련의 음향공진 산기장치는 공기가 챔버 내부에서 회전 소용돌이를 형성하며 상승하여 수중으로 방출되는 구조이고, 출구를 통해 흡입되는 물과 출구를 통해 배출되는 물/기체 사이의 압력차에 의해 발생되는 공진에 의한 음향에너지가 물속으로 전달되면서 공기방울에서 물로의 물질전달저항을 감소시키는 것을 요체로 하고 있다.

그러나 이러한 음향공진 산기장치는 챔버로 유입되는 공기의 공급압력이 작을 경우에 충분한 소용돌이가 형성되기 어려워 결국 음향공진효과를 기대할 수 없으므로 적절한 용량의 블로어에 대한 구입비용이 증가하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 종래 미세공 형성부재를 이용한 산기장치의 문제점과 음향공진 산 기장치의 문제점을 해결하게 위하여 제안된 것이다.

이에 본 발명은 내부공간부와 배출부 및 저면부의 물유입공을 갖는 본체부와, 상기 본체부와 연결되며 공기유입로가 형성된 연결관, 그리고 본체부의 내부공간부와 상기 연결관의 공기유입로의 교차 지점에 배열되어 상기 공기유입로로 유입되는 한 줄기 공기를 두 방향의 공기 스트림으로 분할하도록 분기로와 출구가 형성된 분기부재로 이루어져서,

상기 분기배재에 의하여 형성되는 두 공기 스트림이 상기 본체부의 내부공간부에 구속되어 흐르다가 충돌하여 1차적으로 공기방울이 분쇄되고,

상기 공기 스트림이 상기 본체부의 배출부를 향하여 상승하면서 형성되는 공기흐름에 의하여 오리피스(또는 벤츄리관) 원리에 의하여 상기 본체부의 저면부 물유입공에서 흡입되는 물과 공기가 충돌하여 2차적으로 공기방울이 분쇄되도록 하여 산소 용존율을 높일 수 있도록 한 산기장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 상기 본체부의 물유입구의 형성위치가 상기 분기부재의 출구 부근에 위치하도록 하고, 상기 분기부재의 출구를 벗어나는 공기 스트림의 흐름 방향으로 경사지도록 하여 물유입 세기를 중가시켜 공기방울 분쇄 효율을 향상시킨 산기장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

아울러 본 발명은 상기 본체부의 내부공간부에 비하여 배출부의 단면적을 더 작게 하여 유속을 증가시키며, 상기 연결관의 공기유입로에서도 유속을 증가시킬 수 있는 구조의 산기장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 산기장치는 내부공간부, 상방향으로 형성된 배출부, 그리고 저면부에 형성된 물유입구를 갖는 본체부; 상기 본체부의 배출부 형성방향에 대하여 교차하는 형성방향을 갖는 공기유입로가 형성된 연결관 ; 및 상기 연결관의 공기유입로가 상기 본체부의 내부공간부와 만나는 교차점에 배열되어 상기 공기유입로에서 한줄기로 유입된 공기를 두 방향으로 분할되도록 두 출구가 형성되어 있는 분기부재를 포함하여 이루어져서, 상기 분기부재에 의하여 분할된 공기 스트림이 상기 본체부의 내부공간부에서 충돌하여 상승하면서 1차적으로 공기방울이 분쇄되면서 상기 배출부로 방출되는 상승 공기흐름을 형성함에 따라 상기 본체부의 물유입구에서 물이 흡입되어 상기 공기와 충돌하여 2차적으로 공기방울을 잘게 부수는 역할을 한다.

또 본 발명에 따른 산기장치는 상기 본체부의 물유입구에서 흡입되는 물줄기의 세기를 증가시키기 위하여

상기 본체부에 형성된 물유입구가 상기 분기부재의 두 출구 하부 부근에 형성되어 있는 것이 바람직하고,

나아가 상기 물유입구는 상면에서 관찰할 때 상기 분기부재에 의하여 부분적으로 가려지는 것이 보다 바람직하며,

아울러 상기 물유입구는 상기 배출부 형성방향에 대하여 교차하는 형성방향, 특히 상기 분기부재의 출구를 벗어나는 공기 스트림의 진행방향쪽으로 경사져 있는 것이 가장 바람직하다.

또 본 발명에 따른 산기장치는 유속의 향상을 위하여

상기 본체부 배출부의 횡단면적이 상기 내부공간부의 횡단면적 보다 작은 것이 바람직하며,

상기 본체부의 내부공간부는 원통형상인 것이 좋다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

먼저 본 발명에 따른 산기장치(D)는 도 2 및 도 3에 단면도로 나타낸 바와 같이, 본체부(D1)와 연결관(D2), 그리고 분기부재(D3)로 이루어진다.

상기 본체부(D1)는 내부공간부, 특히 벽체(D1a)와 저면부(D1b)에 의하여 둘러싸여 원통형을 갖는 내부공간부(10)와 상부로 개구된 배출부(11), 그리고 저면부(D1b)에 형성된 두 물유입공(40a)(40b)을 갖는다.

상기 연결관(D2)은 상기 본체부(D1)의 벽체(D1a)에 연결되어 있으며, 본질적으로 상기 연결관(D2) 내부에 형성된 공기유입로(20)는 상기 본체부(D1)의 배출부(11) 형성방향에 대하여 교차하는 형성방향, 특히 도면에서는 직교하는 형성방향을 갖는 형태로 되어 있다.

또 상기 분기부재(D3)는 상기 본체부(D1)의 내부공간부(10)와 상기 연결관(D2)의 공기유입로(20)의 교차점(21)에 배열되어 있어 조기에 공기를 두 스트림 으로 분기하도록 되어 있다.

본 명세서에서 ‘공기’라는 용어는 실제 대기를 의미하거나 순수 산소 또는 산소와 대기의 혼합기체를 의미하며,

상기 블로우어와 같은 공기 가압 공급원으로부터 도관을 통하여 공급되는 공기는 도관과 연결되도록 외주면에 나선부(D2a)가 형성된 상기 연결관(D2)을 통하여 상기 본체부(D1)의 내부공간부(10)로 공급되는데,

상기 연결관(D2)의 공기유입로(20)는 초입의 종단면적이 상대적으로 더 넓은 광폭부(20a)와 상대적으로 종단면적이 보다 좁은 협폭부(20b)를 거치는데, 상기 광폭부(20a)와 상기 협폭부(20b)의 종단면적 차이에 의하여 주입된 공기의 유속은 보다 빨라지게 된다.

공기가 상기 유입로(20)를 거쳐 상기 본체부(D1)의 내부공간부(10)와의 교차점(21)에 이르면 상기 분기부재(D3)에 의하여 형성되는 분리로(30)에 의하여 최초 한 줄기 흐름이 두 방향으로 분할되어 두 스트림(stream)을 형성하고,

상기 분기부재(D3)의 양 출구(31a)(31b)를 벗어나면서 상기 본체부(D1)의 벽체(D1a) 내면을 따라 소통되어, 상기 분기부대(D3)의 대편 부위의 내벽에서 충돌하여 1차적으로 공기방울이 분쇄되어 상기 본체부의 배출부(11)를 거쳐 외부로 방출된다.

유체의 흐름 특성을 고려할 때 상기 본체부(D1)의 내부공간부(10)는 원통형인 것이 바람직하며, 상기 분기부재(D3) 역시 상기 내부공간부(10)의 형상에 맞게 곡선 형태인 것이 바람직하다.

또 상기 본체부(D1)의 내부공간부(10)의 횡단면적에 비하여 상기 배출부(11)의 횡단면적이 좁아져서 보다 유속이 보다 빨라지도록 되어 있다.

다음으로 상기 본체부(D1)의 저면부(D1a)에 형성된 물유입공(40a)(40b)에서는 오리피스 원리에 의하여 공기 흐름에 따라 물이 흡입되어 상기 내부공간부(10)로 유입되는데, 유입된 물과의 충돌로 상기 공기방울은 2차적으로 분쇄됨으로써,

결국 공기스트림 자체의 충돌로 인한 1차 분쇄와 흡입된 물과 공기방울의 충돌로 인한 2차 분쇄로 인하여 공기방울이 잘게 부숴져서 물과의 접촉면적이 증가되어 반응조 또는 양식장 내의 산소 용존율을 높일 수 있다.

또 상기 물유입공(40A)(40B)은 상기 분기부재(D3)의 출구(40a)(40b) 부근, 특히 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이 일부분은 상기 분기부재와 겹쳐 가려지고 일부분은 노출되어 있어서 상기 분기부재(D3)의 출구(31a)(31b)를 벗어나는 공기 흐름에 의하여 형성되는 흡입력에 유입되는 물이 보다 민감하게 반응하도록 하고,

이러한 의미에서 상기 물유입구(40a)(40b)는 상기 배출부 형성방향에 대하여 교차하는 형성방향, 특히 상기 분기부재의 출구를 벗어나는 공기 스트림의 진행방향쪽으로 경사져 있는 형태인 것이 보다 강한 흡입력이 작용되도록 함에 적합하므로 바람직하다.

나아가 도 2 및 도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 상기 물유입구(40a)(40b)에서 흡입되는 물의 양과 수류 속도의 향상에 기여하도록 하기 위하여 상기 연결관(D2)의 공기유입로(20)는 가능한 본체부(D1)의 저면부(D1b)에 치우쳐 있으며,

또 상기 공기유입로(20)는 상기 내부공간부(10)에 대하여 중앙 일측에 연접되어 있고, 상기 분기부재(D3) 역시 상기 공기유입로(20)가 중앙에 위치하는 형태로 배열되어 있어 상기 분기부재(D3)의 출구를 벗어난 두 공기 스트림이 모두 상기 본체부(D1)의 원통형 내부공간부(10) 내벽을 따라 흐르기에 적합하게 되어 있어 균일한 유속으로 소통되므로 두 물유입공(40a)(40b)에서 흡입되는 물줄기의 속도 역시 균일해져서,

결국 공기 스트림과 공기 스트림의 충돌 및 흡입된 물과 공기방울의 충돌에 의하여 1차 분쇄 및 2차 분쇄가 원활하게 발생되며,

상기 본체부(D1)의 배출부를 향하여 물과 공기 방울이 상승되면서 난류에 의하여 무수하게 반복 충돌을 일으키게 되므로 만족스러운 공기 방울 크기의 형성이 가능하게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명의 산기장치는 내부공간부와 배출부 및 저면부의 물유입공을 갖는 본체부와, 상기 본체부와 연결되며 공기유입로가 형성된 연결관, 그리고 본체부의 내부공간부와 상기 연결관의 공기유입로의 교차 지점에 배열되어 상기 공기유입로로 유입되는 한 줄기 공기를 두 방향의 공기 스트림으로 분할하도록 분기로와 출구가 형성된 분기부재로 이루어져서, 상기 분기배재에 의하여 형성 되는 두 공기 스트림이 상기 본체부의 내부공간부에 구속되어 흐르다가 충돌하여 1차적으로 공기방울이 분쇄되고, 상기 공기 스트림이 상기 본체부의 배출부를 향하여 상승하면서 형성되는 공기흐름에 의하여 오리피스 원리에 의하여 상기 본체부의 저면부 물유입공에서 흡입되는 물과 공기가 충돌하여 2차적으로 공기방울이 분쇄되도록 하여 산소 용존율을 높일 수 있으며, 또 상기 본체부의 물유입구의 형성위치가 상기 분기부재의 출구 부근에 위치하도록 하고, 상기 분기부재의 출구를 벗어나는 공기 스트림의 흐름 방향으로 경사지도록 하여 물유입 세기를 중가시켜 공기방울 분쇄 효율을 향상시킬 수 있고, 아울러 상기 본체부의 내부공간부에 비하여 배출부의 단면적을 더 작게 하여 유속을 증가시키며, 상기 연결관의 공기유입로에서도 유속을 증가시킬 수 있는 구조를 갖는다.

이상에서 본 발명을 설명함에 있어 첨부된 도면을 참조하여 특정 형상과 구조를 갖는 산기장치에 대해 설명하였으나 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 변형 및 변경이 가능하고, 이러한 변형 및 변경은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (7)

1. 내부공간부, 상방향으로 형성된 배출부, 그리고 저면부에 형성된 물유입구를 갖는 본체부;

   상기 본체부의 배출부 형성방향에 대하여 교차하는 형성방향을 갖는 공기유입로가 형성된 연결관 ; 및

   상기 연결관의 공기유입로가 상기 본체부의 내부공간부와 만나는 교차점에 배열되어 상기 공기유입로에서 한줄기로 유입된 공기를 두 방향으로 분할되도록 두 출구가 형성되어 있는 분기부재를 포함하여 이루어져서,

   상기 분기부재에 의하여 분할된 공기 스트림이 상기 본체부의 내부공간부에서 충돌하여 상승하면서 1차적으로 공기방울이 분쇄되면서 상기 배출부로 방출되는 상승 공기흐름을 형성함에 따라

   상기 본체부의 물유입구에서 물이 흡입되어 상기 공기와 충돌하여 2차적으로 공기방울을 잘게 부수는 역할을 하는 오리피스 산기장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 본체부에 형성된 물유입구는 상기 분기부재의 두 출구 하부 부근에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 오리피스 산기장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 물유입구는 상면에서 관찰할 때 상기 분기부재에 의하여 부분적으로 가려지는 것을 특징으로 하는 오리피스 산기장치.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 물유입구는 상기 배출부 형성방향에 대하여 교차하는 형성방향을 갖는 것을 특징으로 오리피스 산기장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 물유입구는 상기 분기부재의 출구를 벗어나는 공기 스트림의 진행방향쪽으로 경사져 있는 것을 특징으로 오리피스 산기장치.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 본체부 배출부의 횡단면적은 상기 내부공간부의 횡단면적 보다 작은 것을 특징으로 하는 오리피스 산기장치.
7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 본체부의 내부공간부는 원통형상인 것을 특징으로 하는 오리피스 산기장치.

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