KR100638812B1 - 과포화 산소수 제조장치 - Google Patents

Abstract

용량이 크면서도 크기가 작고, 가격이 저렴하며 효율적으로 과포화 산소수를 생산할 수 있고 오랫동안 용존산소를 유지할 수 있는 산소수 제조장치. 본 발명의 산소수 제조장치는 수조에 담겨진 물을 순환시키면서 산소원으로부터의 산소를 순환되는 물 흐름에 용해시키기 위한 것으로서, 펌프, 믹서 및 제1 용해관을 구비한다. 펌프는 상기 수조의 토출구에 연결된다. 믹서는 상기 펌프에 연결되며, 상기 산소원으로부터의 산소를 기포 형태로 물 흐름 내에 분산시켜서 물/산소 혼합물을 생성한다. 제1 용해관은 상기 믹서에 유체흐름 상으로 접속되어 있고 확산기를 구비한다. 확산기는 제1 용해관의 상단에 설치되어 있고, 상기 혼합물을 제1 용해관의 내측 하방으로 분산시킨다. 제1 용해관의 상측에서 확산기의 하방에는 다수의 제1 관통홀이 형성되어 있는 상부격판이 마련되어 있고, 제1 용해관의 하측에는 다수의 관통홀이 형성되어 있는 하부격판이 마련되어 있다. 제1 용해관의 하단 출구는 유체흐름 상으로 수조에 접속된다.

산소수, 산소, 용해, 과포화, 정수기

Description

과포화 산소수 제조장치{Apparatus for Making Superoxygenated Water}

도 1은 본 발명에 의한 산소수 제조장치의 일 실시예를 보여주는 도면.

도 2는 도 1에 도시된 제1 용해관에서의 기포의 흐름 방향을 보여주는 도면.

<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 수조 12: 토출구

18a~18c: 공급배관 20: 이송펌프

22: 믹서 24: 산소원

26: 산소 게이지 28: 밸브

40: 제1 용해관 42: 확산기

44: 상부격판 46: 관통홀

48: 하부격판 50: 관통홀

52: 연결관 60: 제2 용해관

62: 격판 64: 관통홀

72: 연결관 80: 마찰용해부

82: 마찰파이프

본 발명은 액체에 기체를 용해시키기 위한 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전기화학적 촉매나 첨가제를 사용하지 않고 물리적으로 물에 산소를 용해시키기 위한 장치에 관한 것이다.

대량의 물에 많은 양의 산소를 신속하고 효과적으로 용해하는 것이 필요한 응용분야가 많이 있다. 예컨대, 산소가 호기성 생물의 생장을 촉진하기 때문에, 산소를 물에 용해시키는 기법은 화학공장, 제지공장 및 이와 유사한 다른 종류의 공장에서의 수처리 분야에도 활용된다. 즉, 물에 산소량을 증가시키는 경우 박테리아가 오염을 야기하는 유기물질을 생분해하는 것을 촉진시켜 수처리 효율을 증대시키게 된다. 그밖에도, 산소수는 양어장이나 수경재배에도 널리 활용되고 있다.

아울러, 용존산소가 풍부한 물을 마시는 것은 인체에도 유익한 것으로 알려져 있다. 즉, 산소수를 섭취하게 되면, 인체의 혈중산소농도가 증가되어 섭취자의 신진대사가 향상되고 여러 유익한 결과를 가져오게 된다. 운동선수는 폐기능 바이패스로 인해 맥박수를 증가시킴이 없이 운동능력을 향상시킬 수 있고 근력과 지구력, 그리고 심계기능이 향상되고 피로회복이 촉진된다. 또한, 혈액중에 보강된 산소 중 일부는 대뇌에 공급되어 사고력 및 집중력을 향상시키고 스트레스를 완화시켜주기 때문에, 산소는 공부하는 학생에게도 유용하다.

물에 산소를 용해시키는 가장 전형적인 방법은 산소가 풍부한 기체를 산기 등의 방법으로 물에 유입시켜 산소와 물간의 접촉면적을 증가시키는 것이다. 이 방법은 용해효율이 낮아서, 포화농도 가까이 산소를 용해시킬 수는 있지만 과포화 가 요구되는 응용분야에는 적용될 수가 없다. 아울러, 용해된 산소가 쉽게 탈기된다는 단점을 가지고 있기 때문에, 이 방법은 고농도 용존 산소수를 제조하고자 하는 응용분야에는 사실상 현실 적용이 불가능하다.

물속의 용존산소량을 증대시키는 종래의 다른 방법 중 하나는 밀폐된 용기에 물과 산소를 충진하고 가압된 상태에서 장시간 체류시켜 용해하는 것이다. 그렇지만, 이 방법을 구현하기 위해서는 견고한 탱크, 고양정 펌프 및 고압산소 탱크를 필요로 하기 때문에, 시스템의 부피가 크고 중량이 무거우며 산소수의 단위생산비용이 높다는 단점이 있다. 따라서, 이 방법은 정수기나 냉온수기와 같은 소규모 장치에서 식수에 산소를 용해시키고자 하는 경우에는, 부피와 중량, 생산단가, 소음 등의 문제로 인해 적용할 수가 없다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 용량이 크면서도 크기가 작고 가격이 저렴하며 효율적으로 과포화 산소수를 생산할 수 있고 오랫동안 용존산소를 유지할 수 있는 산소수 제조장치를 제공하는 것을 그 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 산소수 제조장치는 수조에 담겨진 물을 순환시키면서 산소원으로부터의 산소를 순환되는 물 흐름에 용해시키기 위한 것으로서, 펌프, 믹서 및 제1 용해관을 구비한다. 펌프는 상기 수조의 토출구에 연결된다. 믹서는 상기 펌프에 연결되며, 상기 산소원으로부터의 산소를 기 포 형태로 물 흐름 내에 분산시켜서 물/산소 혼합물을 생성한다. 제1 용해관은 상기 믹서에 유체흐름 상으로 접속되어 있고 확산기를 구비한다. 확산기는 제1 용해관의 상단에 설치되어 있고, 상기 혼합물을 제1 용해관의 내측 하방으로 분산시킨다. 제1 용해관의 상측에서 확산기의 하방에는 다수의 제1 관통홀이 형성되어 있는 상부격판이 마련되어 있고, 제1 용해관의 하측에는 다수의 관통홀이 형성되어 있는 하부격판이 마련되어 있다. 제1 용해관의 하단 출구는 유체흐름 상으로 수조에 접속된다.

상기 하부격판의 관통홀은 상부격판의 관통홀보다 구경이 작은 것이 바람직하다.

상기 산소수 제조장치의 동작원리는 이론적으로 이중경막 이론에 의해 설명이 가능하다 (루이스 및 화이트 공저, Inc. Eng. Chem. 16호 1215쪽 (1924년) 참조). 이중경막이론에 따르면, 액체에서의 기체확산 속도를 나타내는 물질전달계수는 다음 수학식으로 표현될 수 있다.

여기서, dm/dt는 물질전달계수, Kg는 기체의 확산계수, A는 기체가 이를 통해 확산되는 면적, Cs는 용액 중 기체의 포화농도, C는 용액 중 기체의 농도를 나타낸다. 위 식에서 알 수 있듯이, 물질전달속도는 액상물질과 기상물질의 접촉면적에 비례한다. 따라서, 물에 대한 산소의 용해도는 물과 산소기포의 접촉면적을 증대시킴으로써 극대화할 수 있다. 즉, 물과 접촉하는 산소기포의 크기가 작을수 록 산소는 빨리 용해된다.

이와 같은 이론적 원리에 입각해서, 본 발명에 의한 산소수 제조장치는 가압된 상태에서 산소기포를 미세하게 분할시켜가는 한편으로 물과 산소기포간의 마찰을 유발함으로써, 물과 산소기포의 접촉면적을 크게 증가시키고 신속한 용해 및 과포화를 촉진하게 된다.

보다 구체적으로, 믹서를 통해 제1 용해관에 유입되는 물/산소 혼합물은 확산기 및 상부격판에 의해 하방으로 미세분산되고 하측에 괴어있는 혼합물과 충돌하게 되며, 이 과정에서 물과 산소의 접촉 면적이 확대되어 1차적으로 용해가 이루어진다.

제1 용해관 내에서 혼합물이 하향 내압으로 인해 하방으로 흘러내려가는 과정에서 혼합물의 흐름속도 및 산소기포의 크기에 따라 일부 산소기포가 부력에 의해 부상하게 되는데, 부상에 따라 역행하는 기포들은 혼합물 흐름과의 마찰로 인해 더욱 미세하게 쪼개진다. 이에 따라, 산소기포와 물의 접촉면적이 증가되고 혼합물에서의 산소기포 체류시간이 길어지게 되어, 추가적인 산소용해가 이루어진다. 상기 하부격판의 미세 관통홀은 미용해된 일정 크기 이상의 산소기포를 잘게 쪼개거나 통과하지 못하게 차단하여 상방으로 부상하게 함으로써 용해를 촉진한다.

바람직한 실시예에 있어서, 제1 용해관에는 하나 이상의 제2 용해관이 직렬로 그리고 순차적으로 접속될 수 있다. 각 제2 용해관의 하측에도 다수의 미세 관통홀이 형성되어 있는 격판이 마련되어 있다. 제1 용해관 내에서 혼합물이 하향 내압으로 인해 하방으로 흘러내려가는 과정에서 혼합물의 흐름속도 및 산소기포의 크기에 따라 일부 산소기포가 부력에 의해 부상하게 되는데, 부상에 따라 역행하는 기포들은 혼합물 흐름과의 마찰로 인해 더욱 미세하게 쪼개진다. 이에 따라, 산소기포와 물의 접촉면적이 증가되고 혼합물에서의 산소기포 체류시간이 길어지게 되어, 추가적인 산소용해가 이루어진다. 상기 격판의 미세 관통홀은 미용해된 일정 크기 이상의 산소기포를 잘게 쪼개거나 통과하지 못하게 차단하여 상방으로 부상하게 함으로써 용해를 촉진한다.

바람직하기로는, 제2 용해관에는 마찰용해부가 직렬로 접속되는데, 이 마찰용해부는 물/산소 혼합물에 난류를 생성시켜 대부분의 잔류산소 기포가 물에 용해되도록 하게 된다.

본 발명의 산소수 제조장치는 냉온수기나 정수기와 같은 식수 제공 장치에 적용될 수 있다. 이러한 경우 산소수 제조장치가 냉온수기나 정수기 내부에 설치되어 일체로서 제작될 수도 있고, 냉온수기나 정수기 외부에 설치되어 냉온수기나 정수기로부터 물을 받아들여 이 물에 산소를 용해시킬 수도 있다.

본 발명의 냉온수기는 상부면에 생수통이 안착되는 상면덮개가 설치되고, 케이스 내부에는 일정량의 식수를 각각 저장하는 냉수조와 온수조가 장착되며, 냉수조의 외주연부에는 증발기 파이프가 설치되고, 온수조 하측에는 히터가 삽입, 설치되며, 생수조와 온수조가 각각의 연결 호스를 통해 전면부에 노출된 냉, 온수 취출구에 연통된다. 냉온수기는 상기 냉수조로부터 공급되는 물에 산소원으로부터 공급되는 산소를 용해시키기 위하여, 펌프, 믹서 및 제1 용해관을 구비한다. 펌프는 상기 수조의 토출구에 연결된다. 믹서는 상기 펌프에 연결되며, 상기 산소원으로 부터의 산소를 기포 형태로 물 흐름 내에 분산시켜서 물/산소 혼합물을 생성한다. 제1 용해관은 상기 믹서에 유체흐름 상으로 접속되어 있고 확산기를 구비한다. 확산기는 제1 용해관의 상단에 설치되어 있고, 상기 혼합물을 제1 용해관의 내측 하방으로 분산시킨다. 제1 용해관의 상측에서 확산기의 하방에는 다수의 제1 관통홀이 형성되어 있는 상부격판이 마련되어 있고, 제1 용해관의 하측에는 다수의 관통홀이 형성되어 있는 하부격판이 마련되어 있다. 제1 용해관의 하단 출구는 유체흐름 상으로 수조에 접속된다.

본 발명의 정수기는 원수투입라인을 통해 투입되는 식수를 필터에 의해 정수하여 냉수조와 온수조에 저장하며, 냉수조의 외주연부에는 증발기 파이프가 설치되고, 온수조 하측에는 히터가 삽입, 설치되며, 생수조와 온수조가 각각의 연결 호스를 통해 전면부에 노출된 냉, 온수 취출구에 연통된다. 정수기는 상기 냉수조로부터 공급되는 물에 산소원으로부터 공급되는 산소를 용해시키기 위하여, 펌프, 믹서 및 제1 용해관을 구비한다. 펌프는 상기 수조의 토출구에 연결된다. 믹서는 상기 펌프에 연결되며, 상기 산소원으로부터의 산소를 기포 형태로 물 흐름 내에 분산시켜서 물/산소 혼합물을 생성한다. 제1 용해관은 상기 믹서에 유체흐름 상으로 접속되어 있고 확산기를 구비한다. 확산기는 제1 용해관의 상단에 설치되어 있고, 상기 혼합물을 제1 용해관의 내측 하방으로 분산시킨다. 제1 용해관의 상측에서 확산기의 하방에는 다수의 제1 관통홀이 형성되어 있는 상부격판이 마련되어 있고, 제1 용해관의 하측에는 다수의 관통홀이 형성되어 있는 하부격판이 마련되어 있다. 제1 용해관의 하단 출구는 유체흐름 상으로 수조에 접속된다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 산소수 제조장치의 일 실시예를 보여준다. 도시된 산소수 제조장치는 수조(10)에 담겨진 물에 산소를 용해시켜 다시 수조(10)에 복귀시키고 이러한 순환 과정을 반복함으로써 식수에 산소를 과포화시키는 장치로서, 이송펌프(20)와, 제1 및 제2 용해관(40, 60)과, 마찰용해부(80)를 포함한다.

제1 용해관(40)은 공급배관(18a~18c)에 의해 펌프(20) 및 믹서(22)를 경유하여 수조(10) 하단의 토출구(12)에 결합되어 있다. 펌프(20)는 미도시된 모터에 의해 구동되며 수조(10)에 담겨진 물이 공급배관(18a~18c)을 통해 제1 용해관(40)에 공급되도록 한다.

바람직한 실시예에 있어서, 상기 믹서(22)는 벤추리형 인젝터에 의해 구현되는데, 이 벤추리 믹서의 기체입구는 산소원(24)에 연결된다. 따라서, 믹서(22)는 산소원(24)으로부터 공급되는 산소를 기포 형태로 물 흐름 내에 분산시킨다. 바람직하기로는, 산소가 충진된 산소탱크가 산소원(24)으로 사용된다. 그렇지만, 다른 실시예에 있어서는, 예컨대 압력스윙흡착 방식 또는 멤브레인 방식의 산소공급기가 산소원(24)으로 사용될 수도 있다. 이와 같은 산소원(24)이 장치 외부에 마련될 수도 있음은 물론이다. 한편, 산소원(24)의 출구에는 산소 유량 또는 잔류산소량을 측정하기 위한 산소 게이지(26)가 설치되고, 산소원(24)과 믹서(22) 사이에는 산소 공급량을 조절하기 위한 밸브(28)가 마련된다.

공급관(18c)의 일 단부는 제1 용해관(40)의 상단에 장착된 확산기(42)의 입 구에 끼워맞춤결합된다. 바람직한 실시예에 있어서, 확산기(42)의 저면은 콘 형태로 되어 있고 다수의 관통홀이 형성되어 있다. 제1 용해관(40)의 상측에 있어서, 확산기(42)의 하방에는 다수의 관통홀(46)이 형성되어 있는 상부격판(44)이 마련되어 있다. 아울러, 제1 용해관(40)의 하측에도 다수의 관통홀(50)이 형성되어 있는 하부격판(48)이 마련되어 있다. 하부격판(48)의 관통홀(50)은 상부격판(44)의 관통홀(46)보다 구경이 작고 숫자가 많은 것이 바람직하다.

제1 용해관(40)의 출구는 연결관(52)의 일 단부에 끼워맞춤되고, 연결관(52)의 타 단부는 제2 용해관(60)의 입구에 끼워맞춤결합된다. 이에 따라, 제1 용해관(40)에 의해 공급되는 물/산소 혼합물은 제2 용해관(60)에 공급되어 보다 많은 산소가 제2 용해관(60)에서 물에 용해될 수 있게 되어 있다. 제2 용해관(60)의 하측에는 다수의 관통홀(64)이 형성되어 있는 격판(62)이 설치되어 있는데, 이 관통홀들(64)은 제1 용해관(40)의 하부격판(48)에 형성된 관통홀(50)보다 구경이 작고 숫자가 많은 것이 바람직하다.

제2 용해관(60)의 출구는 연결관(72)의 일 단부에 결합되고, 연결관(72)의 타 단부는 마찰용해부(80)의 입구에 결합된다. 이에 따라, 제2 용해관(60)에 의해 공급되는 물/산소 혼합물은 마찰용해부(80)에 공급되어 대부분의 잔류산소 기포가 마찰용해부(80)에서 물에 용해될 수 있게 되어 있다. 바람직한 실시예에 있어서, 마찰용해부(80)는 물/산소 혼합물에 난류를 생성시켜 물의 산소용해도를 증가시킬 수 있도록, 여러번 절곡된 파이프(82)를 구비한다. 마찰용해부(80)의 출구는 복귀배관(84)에 의해 수조(10)에 접속되며, 이에 따라 마찰용해부(80)에 의해 혼합된 산소수는 수조(10)로 복귀하게 된다.

제1 용해관(40), 연결관(52) 및 제2 용해관(60)의 연결부위에는 혼합물이 외부로 유출되는 것을 방지할 수 있도록 예컨대 테프론 시일과 같이 적합한 시일을 마련하는 것이 바람직하다.

도 1에 도시된 산소수 제조장치는 다음과 같이 동작한다.

수조(10)에 담겨진 물은 이송펌프(20)의 입구로 공급된 후 가압되어 이송펌프(20) 출구로부터 공급배관(18b)으로 진행한다. 펌프(20)로부터 가압된 물은 공급배관(18c)을 통해 제1 용해관(40)의 입구로 공급된다. 산소원(24)로부터 공급되는 산소는 믹서(22)에서 물과 혼합된다. 이때, 믹서(22) 입구에서의 산소압은 밸브(28)에 의해 조절된다. 믹서(22)에 의해 혼합된 액체와 산소의 혼합물은 확산기(42) 입구로 흘러내린다. 확산기(42)에 유입된 혼합물은 그 저면에 형성되어 있는 다수의 관통홀을 통해 하방으로 분산낙찰된다. 확산기(42) 관통홀을 통과하는 과정에서, 보다 많은 산소가 물에 용해된다.

도 2는 도 1에 도시된 제1 용해관에서의 기포의 흐름 방향을 보여준다. 도 2를 참조하면, 제1 용해관(40) 상측에서, 확산기(42) 및 상부격판(44) 사이에 충진된 혼합물은 확산기(42)로부터의 유입에 따른 압력으로 의해 상부격판(44)에 형성되어 있는 관통홀들을 통해 하방으로 낙하한다. 상부격판(44)을 통과할 때, 물에 혼합되어 있는 큰 산소기포들은 작은 기포들로 분할될 수 있다.

상부격판(44)을 통과한 혼합물은 제1 용해관(40) 내에서의 하향 내압으로 인해 하방으로 흘러내려간다. 본 실시예에 따른 장치에서 중요한 점은, 제1 용해관 (40) 내에서 물에 혼합되어 있는 산소기포들 중 일부는 부력으로 인해 상부격판(44) 쪽으로 부상하여 상부격판(44) 하측에 모이게 된다는 것이다. 이처럼 부상하는 기포들이 도 2에서 원 b3 내지 b5로 표시되어 있다. 이와 같이 일부 산소기포가 모아짐으로 인해 상부격판(44) 하방에는 파도치는 혼합물 수평선이 형성된다. 이에 따라, 제1 용해관(40)에 유입되는 혼합물은 제1 용해관(40) 상측 공간 즉, 상부격판(44)과 수평선 사이의 공간에 모여있는 산소기체 사이로 낙찰된다. 그 결과, 제1 용해관(40) 상측 공간에 모여 있는 산소로 인해 가압된 상태에서 물이 내부적으로 폭기되어 물속에 산소가 흡수되는 것을 촉진할 수 있다. 한편, 산소 사이로 낙찰되는 혼합물이 수평선과 충돌하게 됨으로 인해 다량의 기포(예컨대, b1, b2)가 혼합물 내에 발생된다.

한편, 상측으로 부상한 일부 기포를 제외한 대부분의 기포들을 포함한 혼합물은 제1 용해관(40) 내에서의 하향 내압으로 인해 하방으로 흘러내려 하부격판(48)에 이르게 된다. 하부격판(48)에 이른 혼합물은 중력과 상방으로부터의 압력으로 의해 하부격판(48)에 형성되어 있는 관통홀들(50)을 통과하게 된다. 이때, 관통홀보다 크기가 작은 미세기포(b6)는 물과 함께 관통홀을 통과한다. 그렇지만, 관통홀보다 크기가 큰 기포들은, 그 크기와 압력에 따라, 분할되어 관통홀을 통과하거나 하부격판(48)에 되튀어 상방으로 부상하게 된다. 여러 기포로 분할되어 관통홀을 통과하는 기포를 도 2에서 예시적으로 원 b7로 나타내고, 하부격판(48)에 되튀어 상방으로 부상하는 기포를 원 b8로 나타내었다.

상방으로 부상하는 기포들(b9, b10)은 하향 혼합물 흐름과 충돌하면서 보다 작은 기포들로 분할되고, 하향 혼합물 흐름에 의해 다시 하측으로 진행한다. 그리고, 하향 혼합물 흐름 내에 있는 기포의 일부는 하부격판(48)에 도달하기 전에 부력에 의하여 상방으로 부상하게 되지만, 혼합물 흐름과의 충돌로 인해 하측으로 휩쓸려내려가게 되며, 이러한 과정이 랜덤하게 그리고 반복적으로 이루어진다. 이와 같은 랜덤하고 반복적인 운동을 통해, 혼합물 내에 있는 기포들은 미세기포로 쪼개지고, 물속에 물리적으로 강제용해되는 산소가 증가하면서 물의 용존산소량은 점차적으로 증가하게 된다. 여기서, 혼합물의 주입유량 및 유속과 제1 용해관(40) 내부압력은 목적하는 용존산소 농도와 장치의 크기에 따라 설정되며 설정치들은 이송펌프(20)에 의해 유지된다.

이와 같이, 제1 용해관(40)은 크기가 큰 산소기포가 보다 작은 크기의 기포들로 쪼개지도록 함과 아울러, 산소가 혼합물 내에 머무는 시간을 증가시켜서 그 동안 산소가 혼합물에 최대한으로 흡수되도록 한다.

다시 도 1을 참조하면, 하부격판(48)을 통과하는 물/산소기포 혼합물은 제1 용해관(40)의 출구를 빠져나가 연결관(52)를 통해서 제2 용해관(60)의 입구에 공급되는데, 아래에서 설명하는 바와 같이 제2 용해관(60)은 추가적인 산소가 물에 용해되도록 하게 된다.

제2 용해관(60)에 인입된 혼합물은 하향 내압으로 인해 하방으로 흘러내려간다. 혼합물 내의 미세기포들 중 일부는 격판(62)에 도달하기 전에 부력으로 인해 부상하고, 격판(62)에 도달한 기포들 중 일부는 관통홀(64)보다 크기가 큰 기포들 중 일부는 관통홀(64)를 통과하지 못하고 되튕겨져 상방으로 부상하게 된다. 그렇 지만, 부상하는 기포들은 하향 혼합물 흐름과의 충돌로 인해 하측으로 휩쓸려내려가게 되며, 이러한 과정이 랜덤하게 그리고 반복적으로 이루어진다. 이와 같은 랜덤하고 반복적인 운동을 통해, 혼합물 내에 있는 미세기포들은 초미세기포로 쪼개지고 기포들과 물의 접촉면적이 증가하게 되며, 물속에 용해되는 산소가 증가하면서 물의 용존산소량은 점차적으로 증가하게 된다.

제2 용해관(60)의 격판(62)을 통과하는 물/미세산소기포 혼합물은 연결관(72)를 통해서 마찰용해부(80)에 공급되는데, 이 마찰용해부(80)는 물/산소 혼합물에 포함된 잔류산소 기포가 물에 철저히 용해되도록 하게 된다. 다수의 절곡부를 구비한 파이프(82)의 기하학적 구조로 인해, 파이프(82) 내부를 흐르는 물/산소 혼합물에는 난류가 형성되는데, 이 난류는 물/산소 혼합물에 포함된 대부분의 잔류산소 기포가 물에 강제용해되도록 하게 된다. 이에 따라, 제2 용해관(60)에 의해 공급되는 물/산소 혼합물에 포함된 대부분의 잔류산소 기포는 마찰용해부(80)에서 물에 용해될 수 있게 된다.

마찰용해부(80)의 출구로부터 토출되는 산소수는 복귀배관(84)을 통해 수조(10)로 복귀하여 수조(10)에 담겨져 있는 물과 혼합된다.

이후, 수조(10)에 담겨져 있는 산소수는 다시 이송펌프(20)에 의해 믹서(22)에 공급되어 믹서(22)와 확산기(42)와 제1 및 제2 용해관(40, 60)과 마찰용해부(80)에 의해 용존산소가 보다 풍부해지게 된다. 이와 같은 산수수 재순환 과정은 의도하는 용존산소 레벨에 도달할 때까지 계속된다. 도면에 미도시된 산소센서는 수조(10)에 담긴 물의 용존산소 레벨을 측정하여, 제어부(미도시됨)가 이 용존산소 레벨을 사전에 정해진 값과 비교하여 이송펌프(20)를 선택적으로 동작시켜서 물 속의 산소농도를 원하는 값으로 유지할 수 있도록 한다.

본 발명의 산소수 제조장치는 정수기나 냉온수기와 같은 장치에 적용하여 활용할 수 있다.

일반적인 냉온수기의 구성을 살펴보면, 케이스의 상부면에는 생수통이 안착되는 상면덮개가 설치되고, 케이스 내부에는 일정량의 식수를 각각 저장하는 냉수조와 온수조가 장착되며, 냉수조의 외주연부에는 증발기 파이프가 설치되고, 온수조 하측에는 히터가 삽입, 설치되며, 생수조와 온수조는 각각의 연결 호스를 통해 전면부에 노출된 냉, 온수 취출구에 연통되도록 되어 있다. 이와 같은 냉온수기에 있어서, 냉수조에 제1 공급배관(18a) 및 복귀배관(84)을 연결하고, 수조를 제외한 모든 부품을 냉온수기 내부공간 하측에 배치함으로써 산소수 발생장치를 냉온수기에 적용하여 과포화 산소수를 공급할 수 있는 냉온수기를 제작할 수 있게 된다. 이와 같은 냉온수기에 있어서, 산소수 발생장치는 냉온수기가 대기 상태에 있을 때 또는 사용자가 냉수나 온수를 취출하는 중인지 여부에 관계없이 냉수조에 담겨진 냉수를 순환시키면서 산소를 용해시키는 과정을 반복한다. 이와 같은 냉온수기의 구성은 이상의 설명 및 첨부된 도면과, 종래의 냉온수기에 관한 문헌, 예컨대 등록특허공보 202612호 기재내용을 토대로 당업자가 용이하게 실시할 수 있기 때문에, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

한편, 정수기는 생수통 안착 구조가 없고 식수를 여과하기 위한 필터가 부가되는 것을 제외하고는 냉온수기와 유사한 구성을 가진다. 냉온수기에 있어서와 마 찬가지로, 정수기 수조에 제1 공급배관(18a) 및 복귀배관(84)을 연결하고, 수조를 제외한 모든 부품을 정수기 내부공간 하측에 배치함으로써 산소수 발생장치를 정수기에 적용하여 과포화 산소수를 공급할 수 있는 정수기를 제작할 수 있게 된다. 이와 같은 정수기의 구성은 이상의 설명 및 첨부된 도면과, 종래의 정수기에 관한 문헌, 예컨대 등록실용신안공보 273318호 기재내용을 토대로 당업자가 용이하게 실시할 수 있기 때문에, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예컨대, 과포화된 산소가 산소수로부터 기화됨으로 인해 수조(10) 내에 축적되는 과잉 산소기체를 외부로 배출하거나 회수하기 위한 체크밸브를 수조(10)에 추가적으로 마련할 수 있다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 산소수 제조장치는 구조가 간단하고 크기가 작으며 저렴한 가격에 제작될 수 있으며, 효율적으로 과포화 산소수를 생산할 수 있고 오랫동안 용존산소를 유지할 수 있다. 또한, 용존산소량에 따라 산소용해 사이클이 필요한 만큼 반복된 후 대기상태에 있도록 제어가 되기 때문에 운전비용이 최소화될 수 있다.

본 발명의 장치는 전기화학적 촉매나 첨가체를 사용하지 않고 물리적으로 물에 산소를 용해시킬 수 있기 때문에, 후차적 화합물을 생성하지 않는다. 따라서, 본 발명에 의해 제조되는 산소수는 음용으로 사용되거나, 양어장 또는 수경재배 등에 안전하게 적용될 수 있다.

나아가, 대기압하의 개방된 수조에 담겨진 다량의 물에 순환식으로 산소를 용해하기 때문에, 본 발명의 장치는 공장에서의 수처리 분야에도 활용될 수도 있다.

Claims (9)

1. 수조에 담겨진 물에 산소원으로부터의 산소를 용해시키기 위한 산소수 제조장치로서,

   상기 수조의 토출구에 연결되는 펌프;

   상기 펌프에 연결되며, 상기 산소원으로부터의 산소를 기포 형태로 물 흐름 내에 분산시켜서 물/산소 혼합물을 생성하는 믹서; 및

   상기 믹서에 유체흐름 상으로 접속되어 있고, 그 상단에 상기 혼합물을 그 내측 하방으로 분산하기 위한 확산기가 설치되어 있는 제1 용해관;

   을 구비하며,

   상기 제1 용해관의 상측에서 상기 확산기의 하방에는 다수의 제1 관통홀이 형성되어 있는 상부격판이 마련되어 있고, 상기 제1 용해관의 하측에는 다수의 관통홀이 형성되어 있는 하부격판이 마련되어 있으며,

   상기 제1 용해관의 하단 출구가 유체흐름 상으로 상기 수조에 접속되는 산소수 제조장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 하부격판의 관통홀이 상부격판의 관통홀보다 구경이 작은 산소수 제조장치.
3. 제1항에 있어서,

   입구가 상기 제1 용해관의 하단 출구에 연결되고, 하단 출구가 유체흐름 상으로 상기 수조에 접속되며, 내부 하측에는 다수의 관통홀이 형성되어 있는 격판이 마련되어 있는 제2 용해관;

   을 더 구비하는 산소수 제조장치.
4. 제3항에 있어서,

   입구가 상기 제2 용해관의 하단 출구에 연결되고 출구가 유체흐름 상으로 상기 수조에 접속되며, 상기 혼합물에 난류를 생성시키는 마찰용해부;

   를 더 구비하는 산소수 제조장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 마찰용해부가 상기 혼합물에 상기 난류를 생성시키기 위해 여러번 절곡된 파이프를 구비하는 산소수 제조장치.
6. 제1항에 있어서,

   입구가 상기 제1 용해관의 하단 출구에 연결되고 출구가 유체흐름 상으로 상기 수조에 접속되며, 상기 혼합물에 난류를 생성시키는 마찰용해부;

   를 더 구비하는 산소수 제조장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 마찰용해부가 상기 혼합물에 상기 난류를 생성시키기 위해 여러번 절곡된 파이프를 구비하는 산소수 제조장치.
8. 상부면에 생수통이 안착되는 상면덮개가 설치되고, 케이스 내부에는 일정량의 식수를 각각 저장하는 냉수조와 온수조가 장착되며, 냉수조의 외주연부에는 증발기 파이프가 설치되고, 온수조 하측에는 히터가 삽입, 설치되며, 생수조와 온수조가 각각의 연결 호스를 통해 전면부에 노출된 냉, 온수 취출구에 연통되도록 되어 있는 냉온수기에 있어서,

   산소를 공급하기 위한 산소원;

   상기 냉수조의 토출구에 연결되는 펌프;

   상기 펌프에 연결되며, 상기 산소원으로부터의 산소를 기포 형태로 물 흐름 내에 분산시켜서 물/산소 혼합물을 생성하는 믹서; 및

   상기 믹서에 유체흐름 상으로 접속되어 있고, 그 상단에 상기 혼합물을 그 내측 하방으로 분산하기 위한 확산기가 설치되어 있는 제1 용해관;

   을 구비하며,

   상기 제1 용해관의 상측에서 상기 확산기의 하방에는 다수의 제1 관통홀이 형성되어 있는 상부격판이 마련되어 있고, 상기 제1 용해관의 하측에는 다수의 관통홀이 형성되어 있는 하부격판이 마련되어 있으며,

   상기 제1 용해관의 하단 출구가 유체흐름 상으로 상기 냉수조에 접속되는 냉온수기.
9. 원수투입라인을 통해 투입되는 식수를 필터에 의해 정수하여 냉수조와 온수 조에 저장하며, 냉수조의 외주연부에는 증발기 파이프가 설치되고, 온수조 하측에는 히터가 삽입, 설치되며, 생수조와 온수조가 각각의 연결 호스를 통해 전면부에 노출된 냉, 온수 취출구에 연통되도록 되어 있는 정수기에 있어서,

   산소를 공급하기 위한 산소원;

   상기 냉수조의 토출구에 연결되는 펌프;

   상기 펌프에 연결되며, 상기 산소원으로부터의 산소를 기포 형태로 물 흐름 내에 분산시켜서 물/산소 혼합물을 생성하는 믹서; 및

   상기 믹서에 유체흐름 상으로 접속되어 있고, 그 상단에 상기 혼합물을 그 내측 하방으로 분산하기 위한 확산기가 설치되어 있는 제1 용해관;

   을 구비하며,

   상기 제1 용해관의 상측에서 상기 확산기의 하방에는 다수의 제1 관통홀이 형성되어 있는 상부격판이 마련되어 있고, 상기 제1 용해관의 하측에는 다수의 관통홀이 형성되어 있는 하부격판이 마련되어 있으며,

   상기 제1 용해관의 하단 출구가 유체흐름 상으로 상기 냉수조에 접속되는 정수기.

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