KR100671104B1 - 기체용해량 조정 방법, 장치 및 시스템 - Google Patents

Abstract

닫힌 탱크(5) 상부에 설치된 구멍과 진공펌프(1a)를 파이프(1b) 등으로 연결해, 상기 탱크(5) 내부를 감압공간으로 할 수 있는 감압부(1A); 가압펌프(2)에 의해 가압된 피처리액(W)을 탱크(5)내 상부로부터 감압공간을 향해 주변기체를 다량으로 휘말아들이면서 노즐(3)을 통해 분사하는 분사공급부(1B);분사된 피처리액(W)을 용기(4)의 개구부 중앙에서 받아 바닥에 다량의 기포를 발생시키고 이를 액포로 변화시키는 액포생성기(1C); 상기 용기(4)의 상단부에서 흘러넘친 액포를 아래로 흐르게 하여 탈기된 피처리액으로 임시 저류하고, 이 처리액을 회수하는 회수펌프부(1D); 및 상기 탱크(5) 안에 저류되어 있는 처리액(2W)의 수위를 유지하기 위한 정보를 펌프(7) 및 밸브(5b) 등에 전달하는 탱크내 수위센서 일부(1E);를 포함하는 구성으로 된 것을 특징으로 하는 기체용해량 조정장치.

Description

기체용해량 조정 방법, 장치 및 시스템{METHOD, DEVICE AND SYSTEM FOR CONTROLLING DISSOLVED AMOUNT OF GAS}

본 발명은 수중에 산소를 효율적으로 용해하여 동식물에 적합한 환경으로 하고, 피처리액에 고농도의 기체용해액을 혼입해 감압 발포에 의해 미세기포를 발생시키며, 기포와 피처리액내의 고형 부유물(이하, SS라 함)의 부착에 의한 SS의 부상분리, 반도체 제조공정에서 특정 기체성분을 용해시킨 세척용 기체용해 기능수의 제조, 액체(공장폐수, 지하수, 어패류 양식장의 물 등)에 용존되어 있는 유해한 휘발성 기체 등을 탈기제거하고, 보일러 급수용 및 초음파 세척용의 탈기수를 만들며, 또는 이와 반대로 액체에 공기나 산소 등의 기체를 고농도로 용해시켜 고농도 기체용해수를 만들 수 있으므로, 예컨대 산소가 3%~10%정도로 부족한 원수에 산소를 고농도로 용해시켜 산소 부족수(산소 희박수)에 희석시키며, 산소 희박수에 산소를 용해하여 생태계에 보다 바람직한 물로 만들 수 있음은 물론, 어패류 양식업, 수경재배업 등의 수질정화 또는 화학공장 등에서의 기액반응 등 다방면으로 이용할 수 있는 기체용해량 조정방법, 장치 및 시스템에 관한 것이다.

일본에서는 액체에 용존하는 기체량을 증감시키는 기술이 기체용해기술과 탈기기술로 구분되어 있어서, 종래 방법에서는 별도로 설명하고 있다.

기체를 용해하는 기술로는 밀폐탱크에 분사노즐을 붙이고 일정한 압력에서 기체와 액체를 혼합하면서 용해시키는 방법이나, 노즐에서 분사된 액체를 탱크내의 격판에 충돌시키고 이런 충돌압력으로 기체를 용해시키는 일본특개 2003-190750호 공보(이하, 특허문헌 1이라 함)의 기체용해장치가 개시되어 있다.

또, 압력탱크 상부로부터 노즐에서 액체를 물방울 상태로 분사하면서 물방울에 기체를 용해시키는 방법과, 압력탱크에서 기체와 액체를 혼합하여 용해시키는 방법이나, 복수의 와류펌프를 배열해 펌프 토출압력을 고압화하고 기체흡입량을 증가시켜 와류펌프내에서 기체와 액체를 혼합해 용해시키는 방법이 일본특개 2000-161278호 공보(이하, 특허문헌 2라 함)의 기체혼합 용해장치로 개시되어 있다. 또, 액체중에 직접 미세기포를 발생시켜 기체와 액체의 접촉면적을 증가시키면서 용해시키는 방법도 개발되어 있다.

한편, 기체를 탈기하는 기술로는, 탈기탑 내부에 설치된 충전재의 상부로부터 액체를 분무낙하시켜 진공도를 유지하면서 용존기체를 제거하는 진공탈기방법, 펌프 흡입측 배관과 탱크에 대해 밸브를 갖춘 펌프를 가동시켜 배관과 탱크 내부를 감압시키면서 액체중에 용존되어 있는 기체를 발포시켜 원하는 기체회수율에 따라 피처리액을 순환시켜 탈기하는 일본특개 2000-325703호 공보(이하, 특허문헌 3이라 함)의 탈기장치가 개시되어 있다.

그러나, 상기 종래의 기술은 이하와 같은 문제를 갖는다.

액체와 기체를 압력탱크내에서 혼합하면서 액체와 기체의 접촉빈도를 증가시켜 용해시키는 방법은 이미 그 압력에서 용해도가 포화된 액체에도 재차 용해를 위 한 에너지(압력, 혼합)를 가하므로 포화도 이상의 원하는 용해도를 얻는 것은 극히 비효율적인 것으로 문제가 되며, 또 특허문헌 1에 개시된 발명의 격판에 액체를 충돌시켜 액체를 용해시키는 방법은 충돌시 발생하는 압력 자체가 액체에 기체를 용해시키는 에너지로 유효하게 이용되지 않고, 따라서 고농도로 기체를 용해시킬 수 없다는 문제가 있다.

또, 압력탱크 상부로부터 물방울을 분사하는 방법은 물방울 표면에서만 기체압력에 비례하여 기체를 용해하고, 물방울 중심부로는 기체를 용해시킬 수 없으므로, 처리수의 용해도를 효율적으로 높일 수 없다는 문제가 있다.

기체와 액체를 압력탱크 내부에서 혼합하면서 용해하는 방법은 기체를 대량으로 사용하고 용해되지 않은 기체를 용해장치 외부로 배출하지 않으면 연속가동을 할 수 없고, 또 용해도도 낮아 경제성이 떨어지는 문제가 있다.

또, 특허문헌 2에 기새된 바와 같이, 와류펌프를 직렬로 복수 배치해 고압력으로 기체혼입량을 늘려 용해하는 방법은, 펌프 토출압력을 높이면 펌프내의 기체가 압축되어 체적이 작아지게 되므로 펌프 흡입측으로부터 기체를 과다하게 흡입할 수 있음은 당연하지만, 기체를 다량으로 혼입해도 기체를 효율적으로 용해할 수 없고 높은 에너지를 사용해도 비교적 처리량도 적어져 저농도로 되는 문제가 있다.

더우기, 액체에 미세기포를 직접 발생시키는 방법은, 액체와 기체의 접촉면적 증대 효과만으로 기체용해도를 포화도 이상으로 높이기가 극히 어렵고, 고농도의 기체용해액을 만들기도 어렵다는 문제가 있다.

한편, 진공탈기방법은 감압상태의 탱크 내부 상부에서 피처리액을 분무 낙하 시켜 탈기하는 것으로서 고체 이물질 혼입이 적은 물로 순수한 물 등을 만드는 경우에는 바람직하지만, 예컨대 자연환경수나 공장폐수 등 고체이물질 혼입이 많은 액체에 있어서는 분무노즐이나 충전재가 막혀 연속가동에 적합치 않고, 처리량도 적어 대량의 피처리액에 대응할 수 없다는 문제가 있으며, 또 특허문헌 3에 개시된 발명은 피처리액을 펌프 흡입측의 흡입력으로 감압상태로 하고 액체와 기체공간의 접촉면적의 증대가 확보되지 않아 피처리액중에 용존되어 있는 기체가 효율적으로 감압발포되지 않으므로 피처리액을 순환시켜 감압상태를 반복하여 기체를 제거하면서 원하는 탈기처리액을 얻으려면 비용이 증가하는 문제가 있다.

본 발명은 종래의 이런 사정을 감안하여 안출된 것으로서, 피처리액을 감압공간과 가압공간으로 유도하고, 도중에 조금씩 형성되었다가 파괴되는 피처리액의 액포(기포집합체)를 형성하며, 공간공간과 액체의 접촉면적을 대폭 증가시켜 감압시에는 액체중에 용존되어 있던 기체를 고효율로 방출시키는 한편, 가압시에는 액체중에 기체를 고효율로 용해시켜, 공급된 기체를 손실없이 처리액에 용해시키고, 헨리의 법칙에 따라 압력에 대응하는 용해도 부근까지 농도를 높인 고농도 기체용해액을 만들 수 있으며, 또, 중력의 효과를 최대한 이용해 에너지절감을 이루면서 액체중의 기체용해량을 조정할 수 있는 기체용해량 조정방법, 그 장치 및 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 있어서, 청구항 1에 기재된 본 발명의 기체용해량 조정방법은, 닫힌 탱크내 상부에 위쪽으로 개구부를 갖는 용기를 다수 배치하고, 상기 용기 상부로부터 개구부 중앙을 향해 주변 공기를 다량으로 빨아 들이는 노즐을 통해 피처리액을 분사해 상기 용기 바닥에 다량의 기포를 발생시키는 다량의 기포발생공정; 상기 기포가 용기 바닥에서 내주벽을 따라 상기 피처리액의 흐름과 반대로 상승하는 용기내에서 기포들끼리 합쳐져 확대된 기포군과 액체가 중력에 의해 상하로 분리되며, 상기 용기내 상부에서는 액포(비누방울 형태의 기포집합체)로 변해 용기를 흘러넘쳐, 분사된 피처리액을 액포의 액박막(이하, 박막)으로 생성하기 위한 액포생성공정; 상기 탱크의 기체를 배출시켜 감압상태로 된 공간(이하, 감압공간)으로 하여 액포 내부를 감압상태로 한 상태에서 액막에 용존되어 있는 기체를 액포 내부로 방출시키고, 그 감압정도에 따른 탈기액을 만들 수 있으며, 상기 탱크 내부를 가압상태의 공간(이하, 가압공간)으로 하여 액포내의 기체를 압축상태로 하고, 이 기체의 압력도에 대응하는 농도의 기체용해액을 만들기 위한 기체용해량 조정공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체용해량 조정방법을 포함한다.

이같이 구성된 기체용해량 조정방법은 다량의 기포발생공정을 구비하여, 분사된 액체가 용기 상방의 기체를 다량으로 용기 바닥으로 보내, 결과적으로 바닥에 다량의 기포를 발생시킬 수 있다. 또, 이 조작을 연속적으로 하면, 바닥에서 상승하는 기포에 분사된 액체가 충돌하고, 이 기포는 다시 용기 바닥으로 하강하므로 용기내의 기체공간 점유율을 증가시킬 수 있고, 이와 같이 용기내로 분사하는 액체의 저항을 현저히 낮추므로 적은 에너지로도 다량의 기포를 연속적으로 용기 바닥에 발생시킬 수 있다.

또, 액포생성공정이 있기 때문에, 액포가 생성될 때 액포와 액체가 중력과 부력에 의해 상하로 분리된다. 이렇게 되면 용기 최상부에서 넘쳐흐르는 액포의 액막이 특히 얇아지고, 기체공간의 점유율이 커지므로, 기체공간과 액체의 접촉면적을 대폭 증가시켜, 피처리액중의 기체의 용해량을 효율적으로 조정할 수 있다.

또, 기체용해량 조정공정이 있어서, 용기내 상부 기체공간을 원하는 농도에 맞는 가압상태로 하여, 원하는 농도의 기체용해액을 얻을 수 있다. 또, 기체를 배출해 감압공간을 만들고, 이 감압도에 맞는 탈기액을 얻을 수도 있다.

청구항 2에 기재된 본 발명의 기체용해량 조정장치는, 닫힌 탱크 상부에 설치된 구멍과 진공펌프를 파이프 등으로 연결해, 상기 탱크 내부를 감압공간으로 할 수 있는 감압부; 가압펌프에서 가압된 피처리액을 탱크내 상부로부터 감압공간의 주변기체를 다량으로 휘말아들이는 노즐을 통해 분사하는 분사공급부; 분사된 피처리액을 상부 개구부 중앙에서 받고 감압공간의 기체를 빨아들여 바닥에 다량의 기포를 발생시킨 후, 기포군이 내주벽을 따라 상기 피처리액 반대방향으로 상승하는 용기를 구비하고, 이 용기의 내주벽을 따라 상기 기포군을 액체에서 분리해 상부에서 액폴 변화시키는 액포생성기; 상기 용기의 상단부에서 흘러넘친 액포를 아래로 흐르게 하여 탈기된 피처리액으로 임시 저류하고, 이 처리액을 회수하는 회수펌프부; 및 상기 탱크 안에 저류되어 있는 처리액의 수위를 유지하기 위한 정보를 펌프 및 밸브 등에 전달하는 탱크내 수위센서 일부를 포함한다.

이런 장치는 감압부를 갖추고 있어서, 액포 표면의 액막에서 방출된 기체를 연속적으로 외부로 방출함과 동시에 탱크내 감압공간을 유지할 수 있다. 또, 감압부에 기체회수장치를 연결해 기체를 회수할 수도 있다.

또, 분사공급부가 있어서, 용기 바닥에 다량의 기포를 발생시킬 수 있으므로, 분사공급중의 용기내에 존재하는 피처리액에 다수의 기포를 형성할 수 있고, 노즐에서 용기로 분사할 때의 유체저항도 낮출 수 있어, 다량의 기포를 효율적으로 발생시킬 수 있다. 또, 액포생성부가 있어서, 용기 바닥에 다량으로 발생된 기포가 용기 내주벽을 따라 부력에 의해 상승하면서 기포끼리 합체되고 확대되어 기포군과 액체가 중력과 부력에 의해 상하로 분리된 다음, 액포로 변화될 수 있다. 또, 액포 표면의 액막에 용존하는 기체를 액포 내부의 감압공간에 방출하고, 이 액포를 용기 최상부에서 넘치게 하면서 피괴시켜, 기체용해액에서 기체를 제거할 수 있다. 탱크내 수위센서 일부를 구비하므로, 센서가 감지한 수위 정보를 회수펌프와 공급밸브(개폐동작만)에 전기적으로 전달해 작동시키고, 상부 감압공간과 하부 회수펌프의 흡인구가 서로 접근하지 않게 수위를 적절히 유지하해 감압공간을 유지하므로, 안정되게 탈기처리액을 회수할 수 있다.

또, 청구항 3의 본 발명에 따른 기체용해량 조정장치는, 개구된 파이프 하단을 액조 안의 피처리액에 담그고, 상기 파이프 상단부에 전처리탱크를 연결하며, 상기 액조의 액면에서부터의 높이가 10.33m를 넘는 위치에 기체 배출 구멍을 형성하고 이를 진공펌프와 연결해 파이프 내부에 감압공간을 만들고, 피처리액을 액조내의 액면보다 위로 10m 정도까지 빨아올려 용존기체를 발포시키기 위한 감압상승부; 개구된 파이프를 회수용 액조의 처리액에 담그고, 액조내의 액면보다 위로 약 10.6~11.2m의 위치에 액포를 생성하는 용기가 들어있는 탱크를 접속하며, 상기 감압상승부와 마찬가지로 탱크 상부에 구멍을 뚫고 이를 진공펌프와 연결해 탱크 내부를 감압공간으로 한 상황에서 감압상승부에서 빨려올라간 피처리액을 펌프에 의해 가압액으로 만들고, 상기 용기 내부로 분사시켜 액포를 만드는 상부 액포생성부; 및 상기 용기 내에서 생성된 액포가 흘러넘치는 위치가 액조의 액면보다 10.33m 이상 높은 위치이므로, 수두차로 인해 처리액을 자중에 의해 파이프 내부를 하강시켜 회수용 액조에서 회수할 수 있는 자중회수부를 포함한다.

본 발명의 기체용해량 조정장치에 감압상승부가 있어서, 피처리액이 액조의 액면보다 10m 정도 상승할 때까지 감압상태에 있고, 상기 피처리액에 용존되어 있던 기체가 발포해 전처리로 탈기처리할 수 있다. 또, 아무리 강력한 진공펌프로 진공도를 높여도 피처리액을 10.33m 이상으로는 상승시킬 수 없지만, 연속가동시의 유지관리나 제어를 대폭 쉽게 할 수 있고 안정되고 효율적으로 탈기할 수 있다. 상부 액포생성부가 있기 때문에, 어느정도 탈기처리된 피처리액을 감압공간에 유도함으로써, 용존되어 있던 기체가 극히 방출하기 쉬운 액포 표면의 액막에 있게 되어, 효율적으로 탈기처리액을 만들 수 있다. 또, 피처리액이 상부 감압공간을 향해 상승하는 수위보다 높은 위치에서 액포가 흘러넘치므로, 수두차에 상당하는 양의 액체를 자중에 의해 하류측으로 보낼 수 있다. 자중하강 회수부가 있어서, 탈기된 처리액이 파이프 내부를 자중에 의해 하강하고, 처리액을 배출하는 회수구를 감압상승부 하부의 액조에 두되 피처리액 표면수위보다 낮은 수위에 둘 수 있어, 동력을 사용하지 않고 간단히 처리액을 회수할 수도 있다.

또, 전체 공정에서 중력을 이용함에 있어서, 밸브조정이나 센서 등의 사용을 최소한으로 억제함으로써, 복잡한 제어설비를 필요로 하지 않는 안정된 연속가동이 가능하고 제어성이 우수하다. 흡입되어 올라가는 피처리액에 용존되어 있던 기체가 탈기가 어려운 기체일 경우에는, 피처리액을 미리 가온시키거나 상부 감압공간에 복수의 액포를 생성하는 용기를 설치해 반복적으로 액포화함으로써, 탈기율이 높은 처리액을 얻을 수 있다.

또, 청구항 4의 본 발명의 기체용해량 조정장치는, 닫힌 탱크내 상부에 배치되어 탱크내부의 압축상태 기체를 다량으로 휘말면서 급탕기와 수도 등으로부터 공급받은 가압액체를 분사하는 분사공급부; 상기 탱크내 상부에 배치되고, 위쪽으로 트인 용기의 내부단면이 상부에서 약간 축소되지만 그 최상부는 광각으로 개구되는 액포생성용기부; 및 탱크 하류에 설치되어 용해액 배출량을 조정하거나 일정량 배출하여, 탱크 내의 기체압력을 조정하거나 정압으로 하는 배출량 조정부를 포함하는 구성을 갖는다.

이런 구성의 기체용해량 조정장치에서는, 급탕기와 수도의 꼭지를 열고 닫힌 탱크내의 분사공급부로부터 용기 안으로 온수나 냉수가 노즐에서 분사되어 용기 최상부에서 액포가 넘쳐흘러 탱크내 하부로 떨어져 기체용해액을 저장할 수 있다. 또, 배출량 조정부의 밸브 등에서 배출유량을 조정해 서서히 탱크 내부기체를 압축할 수 있다. 또, 밸브에서의 배출저항과 분사공급부에서의 분사압력이 균형을 이룰 때 탱크내의 압력이 안정되고, 탱크내 상부에 압축되어 있던 기체가 더이상 용해되지 않을 때까지 고농도의 기체용해액을 연속으로 만들 수 있다.

배출량 조정부가 있기 때문에, 배출유량을 조정해 탱크내 압력을 일정하게 유지할 수 있다. 따라서, 배출구에 샤워기 등을 부착하면, 고농도로 기체가 용해되어 샤워노즐에서 분출된 물방울이 감압발포에 의해 미세한 기포를 갖는 물방울로 되고, 이 물방울에 보다 고농도의 기체가 용해될 수 있으므로, 피부에 접촉될 때 물방울에 무수히 많은 미세기포가 용존기체의 발포를 유발해 피부의 때 등을 벗겨낼 수 있다.

또, 내부에서 액체를 고속으로 선회시켜 중심부분에 부압축을 두고 회전대칭형 미세기포 발생기가 고안되어 있어, 기체를 고농도로 용해한 액체를 미세기포 발생기로 유도하면 고농도로 기체가 용해된 액체가 부압축에 접근하면서 기체가 다량으로 방출되므로, 역시 다량의 미세기포를 발생시킬 수 있다. 또, 미세기포 발생기는 유동저항이 큰 유출량을 일정하게 유지하는 효과를 내므로, 탱크내 압력을 일정하게 하기 위한 조정밸브가 필요없으므로, 예컨대 가정용 욕조에 미세기포 발생기를 담구고 급탕기 수도꼭지를 열어두면, 욕조 안에 미세기포를 다량으로 발생시켜, 상기 샤워의 물방울과 마찬가지로 피부의 때를 제거할 수 있다.

다음, 청구항 5의 본 발명의 기체용해량 조정장치는, 청구항 4에 기재된 발명에 있어서, 상기 탱크내 상부의 압축기체로 형성된 공간이 용해에 의해 축소되었을 때 수동으로 밸브를 개폐하여 새로운 기체를 공급할 목적으로, 상기 분사공급부에서의 분사를 제어하기 위한 공급밸브, 분사를 정지시킨 뒤 탱크에 잔류한 액체를 배출하기 위한 잔류액 배출밸브, 및 탱크 상부에서 기체를 공급하기 위해 잔류액의 배출을 촉진함과 동시에 새로운 기체를 탱크에 공급하기 위한 기체공급밸브를 갖는 구성으로 되어있다.

이런 구성의 기체용해량 조정장치에서는, 탱크내에 새로운 기체를 공급할 때 공급밸브를 닫은 후 잔류액 배출밸브와 기체공급밸브를 열어 용기내의 잔류액을 배출시킴과 동시에 탱크내에 새로운 기체를 공급할 수 있다.

또, 재작동을 할 때는, 잔류액 배출밸브로부터 액체가 나오는 것을 확인하고, 잔류액 배출밸브와 기체공급밸브를 닫고 공급밸브를 열어 간단하게 재작동이 가능하다.

또, 급탕기와 수도 등의 수압을 이용할 수 있어서, 유지비는 수도요금만 들면 된다. 또, 전원이 없는 장소나 전원을 끌어기 힘든 장소(목욕탕 등)에서 작동시키기에도 적합하다.

청구항 1 내지 5에 기재된 기체용해량 조정방법과 장치에서 아래와 같은 효과를 얻을 수 있다.

(1) 기체용해량 조정방법은 감압공간과 기체압축공간 등의 공간내에서도 공급하는 피처리액을 액포상태의 액박막으로 할 수 있어, 피처리액에 용존되어 있던 기체를 감압공간에 최대로 방출하고 탈기하거나, 피처리액에 최대로 용해시킨 상태로 할 수 있으므로, 효율성과 제어성이 우수하다.

(2) 이런 용해작용과 탈기작용을 조합하여, 예컨대 탱크내에 오존기체를 공급해 피처리액을 액포상태의 액박막으로 하여, 피처리액을 고농도 오존수로 할 수 있으므로, 피처리액에 대해 살균, 탈취, 탈색 등의 처리를 할 수 있다. 또, 이런 처리액의 잔류 오존을 다시 감압공간에서 액포 표면의 액막으로 할 수 있으므로, 탈오존수를 얻을 수도 있다.

(3) 액체중에 있는 기포의 거동이나 중력 등의 자연현상을 최대한 이용하여, 동력소비량을 최소로 억제할 수 있고, 조정밸브나 센서류 등의 기기류 사용을 최소화함으로써, 유지관리가 용이하고 제어성이 우수하다.

또, 대량처리의 경우, 고압의 가압액이 필요 없이 탱크내에 노즐과 용기를 여러개 배치하면 지하수나 공장폐수 등의 대량의 피처리액에도 사용할 수 있어 경제성이 우수하다.

다음, 청구항 6의 본 발명에 따른 기체용해량 조정장치는, 가압펌프 등의 흡인관에서 처리수를 흡인하고, 흡인관에 형성된 작은 구멍에서 부압을 이용해 기체를 흡입하며, 흡입량을 조정해 기액혼합 압력액을 만드는 압력기액 공급부; 상기 압력액을 공급관을 통해 분사하는 노즐에서 주변의 기체를 다량으로 휘말아들이는 노즐부; 내압탱크 상부 중앙의 상기 노즐에서 내압탱크 내부의 용기 중앙으로 분사하여 용기 바닥의 액체에 다량의 기포를 발생시키고, 발생된 기포의 부력을 이용해 기포를 상승시키면서 용기 상부의 소경부에서 효과적으로 액포(이하, 액체중에 있는 기포를 기포라 하고, 기포의 집합체를 액포라 함)로 변화시켜 넘쳐흐르게 배출하는 액포생성 용기부; 상기 노즐부와 액포생성 용기부를 내압탱크내 상부에 내장하고, 내압탱크 하류측에 배출밸브를 설치하며, 내압탱크 내부압력과 배출량을 조정하기 위한 용해도 조정탱크부; 내압탱크 안에 설치된 부유구 등의 센서로, 내압탱크 내부의 기체용해수 수위를 감지하는 탱크내 수위센서부; 및 가압되어 있는 기체용해수에 부유물이 다량 혼입된 경우, 내압탱크 내부를 임의로 감압시키고, 내압탱크 내에 미세기포를 발생시켜 부유물을 기포의 흡착에 의해 부상시켜 분리하고, 부유물을 배출하기 위한 부유물 배출구를 포함한다.

이런 구성의 기체용해량 조정장치에는, 압력기액 공급부와 탱크내 수위센서부가 있으므로, 내압탱크내의 기체용해수 수위를 부유구 등의 센서에서 감지하고, 예컨대 수위가 상승하면 탱크내의 기체량을 증가시키기 위해 흡입기체량을 전자밸브 등에서 증가시키고, 수위가 내려가면 탱크내의 기체량을 줄이기 위해 흡입기체량을 전자밸브등에서 감소시킨다. 이런 작동에 의해 원하는 수위로 유지할 수 있으므로, 흡입하여 용해된 기체가 하류측의 배출밸브에서 나가지 않고 기체를 쓸데없이 용해하지 않을 수 있음은 물론, 각 압력에 대해 안정되게 연속가동이 가능하다.

또, 노즐 분사구 직전의 공급관을 직각으로 구부리므로, 공급관 내부에 난류가 생기고, 구멍이 뚫린 분사구에서 분사액이 약간 넓게 주변 공기를 다량으로 휘말면서 액포생성용기 상부 중앙에서 액포발생용기 내부로 분사되므로, 용기 바닥에 다량의 기포를 발생시킬 수 있다. 또, 연속 분사중에 상기 액포생성용기내의 체적의 절반정도를 기포와 액포의 기체부분으로 할 수 있다. 또, 노즐 분사구 직전에서 휘어진 분사구가 복잡한 구조가 아니라 환형 구멍이 뚫린 것이므로 분사력의 저하 없이 이물질을 걸러낼 수 있다.

액포생성용기부가 있으므로, 액포생성용기 바닥에서 발생한 다량의 기포가 부력에 의해 상승하고, 중력의 작용으로 액체와 기포가 상하로 분리되어, 용기 상부의 소경부에서는 기포가 절반을 점유하며 상승하는 기포가 합체되어 액포를 형성하고, 소경부 부근과 용기 상단부에서는 약 5mm~15mm 직경의 완전한 액포를 효과적으로 생성할 수 있다. 이에 따라, 분사된 액체가 액포 표면수로 되어, 상기 액포생성용기에서 넘쳐 배출될 수 있다.

용해도 조정탱크부가 있기 때문에, 배출밸브로 내압탱크 내부의 기체압력을 조정하여, 액표 표면수를 기체압력에 비례하는 원하는 기체용해도로 할 수 있다.

또, 부유물 배출구가 있어서, 기체용해수내의 부유물이 제거되고, 배출밸브에서는 용해도가 떨어지지만 부유물이 적은 기체용해수를 얻을 수 있다.

청구항 6에 기재된 기체용해량 조정장치는 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

(1) 공급된 처리액을 액포의 표면수로 할 수 있으므로, 내압탱크내의 기체의 압력에 비례한 값으로 용해할 수 있다. 이렇게 되면, 각 압력에 대해 헨리의 법칙에 의한 용해도에 가깝게 원하는 기체용해드를 얻을 수 있다. 또, 탱크내 수위센서로 내압탱크의 수위를 유지할 수 있어서, 기체를 쓸데없이 용해하지 않고 안정되게 연속가동을 할 수 있으므로, 제어성이나 효율성이 우수하다.

(2) 배출밸브를 완전히 열고 내압탱크 내부를 대기압 상태로 해도, 고농도의 산소용해수를 만들 수 있으므로, 역시 용해되지 않고 기체로 있는 이산화탄소를 해수에 용해시킨 다음 파이프 등을 통해 심해로 보내 지상의 이산화탄소를 감축하여, 지구온난화 방지에도 이용할 수 있다.

(3) 예컨대 용존산소량 DO 4ppm의 물 100톤에 DO 150ppm의 물 3톤을 혼합해 희석시켜서 DO 8.25ppm으로 할 수 있어, 어패류 등의 양식장이나 수경재배장 등의 물을 산소를 함유한 적절한 물로 개선할 수 있으므로, 이용범위가 넓고 범용성이 우수하다.

(4) 가압된 기체용해수에 부유물이 다량 혼합되어 있을 경우, 내압탱크를 감압시켜서 용해기체를 감압발포하여 미세기포를 만들고, 부유물에 부착시켜 부상시켜 배출할 수 있으므로, 기체용해도가 낮고 부유물이 적은 기체용해수를 얻을 수 있다.

청구항 7의 본 발명의 기체용해량 조정시스템은, 바다나 댐 등의 수심이 깊은 장소(수심 30m 이상이 바람직함)에서, 청구항 6에 기재된 기체용해량 조정장치의 공급관 부분에 여과망과 정수압밸브를 설치하고, 상기 내압탱크 내부를 감압하여 깊은 수심의 정압수를 노즐에서 분사하거나 노즐부에 역세척밸브를 설치해 역세척하는 정수압 공급부; 상기 내압탱크 상부에 구멍을 뚫고, 이 구멍에 내압탱크 내부기체를 배출 및 압입하기 위한 기체출입밸브를 설치하며, 내압기체호스 등을 통해 수면 위에 배치된 컴프레서의 기체흡인측과 기체압송측에 각각 배치된 기체저류탱크에 접속하며, 밸브를 작동시켜 수심이 깊은 장소에 배치된 내압탱크 내부의 기체압력을 조정하기 위한 탱크내압 조정부; 내압탱크 내부의 기체용해수가 만수될 때와 감수될 때의 수위를 감지하는 센서나 기체저류탱크 내부압력을 감지하는 센서 등에 의해 밸브를 전자식으로 작동시키는 제어부를 포함한다.

이렇게 구성된 기체용해량 조정시스템에 정압수 공급부가 있으므로, 상기 내압탱크내의 압력을 주변의 수심 정압보다 감압하고, 정압수밸브를 열어 정압수를 압력수로 만들며, 외부에 설치된 여과망으로부터 공급관과 노즐을 통해 내압탱크 안으로 정압수를 분사할 수 있다.

또, 상기 노즐부에 역세척밸브가 있어서, 노즐부분이나 여과망 일부분에 이물질이 흡착되어도 배출밸브를 닫은채 정압수밸브를 열어 수면 위의 컴프레서로부터 압력기체를 보내거나, 또는 노즐분출구로부터 압력기체를 여과망을 향해 흘려보내 노즐분출구를 세척하고, 약간의 타이밍을 두고 역세척밸브를 열어 압력기체를 역세척밸브에서 여과망을 향해 다량으로 흘려보내 여과망에 흡착된 이물질을 제거할 수 있다.

탱크 내압조정부가 있기 때문에, 기체용해수를 내압탱크에 원하는 수위로 채운 시점을 만수위 수위센서에서 감지하고 정압수밸브를 닫은채 배출밸브와 기체출입밸브를 열어 수면 위에 배치된 컴프레서 압송측의 기체압력 저류탱크로부터 주변의 수심정압보다 고압의 압력기체를 내압탱크로 보내고, 기체용해수를 배출밸브를 통해 수심정압수로 배출할 수 있다.

기체용해수를 내압탱크 내부로부터 원하는 양으로 배출한 시점을 감수위 센서에서 감지하고, 배출밸브와 수면 위의 컴프레서 압송측의 기체압력 저류탱크밸브를 닫은채 컴프레서 흡인측의 기체감압 저류탱크밸브를 열어 내압탱크 내부 기체를 배출시키고, 원하는 감압으로 저하된 시점에서 기체출입밸브를 닫은채 다시 정압수밸브를 열어 내압탱크 안으로 정압수를 분사할 수 있다. 이 공정을 반복해 정압수를 액포로 만들고, 내압탱크 내부의 압력기체에 비례하는 농도의 기체용해수로 배출할 수 있다.

또, 제어부가 있기 때문에, 수심정압을 갖는 곳에 배치된 내압탱크 내부의 센서로부터의 정보나, 수면 위에 배치된 컴프레서나 기체저류탱크 등의 센서에 의한 정보를 제어하고, 각종 전자밸브 등에 전달하여 작동시킬 수 있다.

동력은 펌프를 필요로 하지 않고 컴프레서의 기체흡인력과 기체압송력 및 수심정압을 이용하며, 수심정압을 갖는 장소에 고장의 원인이 있으면 모터 등의 회전축을 갖춘 기기를 사용해 가동시킬 수 있다. 또, 수심이 깊은 곳의 물에 기체를 용해시켜, 수온이 비슷한 기체용해수를 동일한 수심지역으로 배출할 수 있다.

청구항 7에 기재된 기체용해량 조정시스템은 다음과 같은 효과를 본다.

(1) 컴프레서의 기체흡인력과 압축력을 기체용해의 동력원으로 하여, 각각의 밸브의 개폐로 가동이 가능하므로 조작성과 제어성이 우수하고, 용해공정 후의 압력기체 에너지를 손실없이 재활용할 수 있어 에너지절감성이 우수하다.

(2) 호소나 댐 등의 수온이 낮은 지역에서, 이 수역 바닥의 정압수에 산소를 고농도로 용해시켜 거의 비슷한 수온으로 배출할 수 있으므로, 산소용해수를 배출장소에서 상승 없이 정착할 수 있어, 손실 없이 효율성과 경제성이 우수하다.

따라서, 저질의 질소, 인 등의 영양염료나, 철, 망간의 용출을 억제할 수 있다. 이때문에, 저질의 유독기체 발생을 억제할 수도 있다.

또, 저질 물질을 호기성으로 만들어 미생물을 활성화시킬 수 있고, 저질 물질의 정화를 촉진하며, 저질 환경을 효율적으로 개선할 수도 있다.

(3) 해양에서는 수심이 깊은 장소의 산소희박 수역에 산소가 고농도로 용해된 해수를 방출해 이 수역에 희석시키면, 생태계에 적절한 산소를 갖는 해수를 만들 수 있고, 양식장 등의 어패류의 생존율과 성장율을 높일 수 있으므로, 어민의 수입을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 다른 기체용해량 조정장치의 정면도;

도 2는 노즐에서 분출된 피처리액(W)이 주변 공간(X)을 다량으로 휘말면서 액포생성용기 중앙바닥에 다량의 기포를 발생시키고, 용기내 바닥 주변벽을 따라 다량의 기포가 부력에 의해 상상하면서 합체되어 확대되며, 이 깊와 액체가 중력에 의해 상하로 분리되고, 용기내 상부 소경부 부근에서 액포로 변한 다음 용기에서 흘러넘칠 때의 모식도;

도 3a는 액포 내부공간이 압축된 상태에 있는 기체의 경우, 이 압력에 비례하는 양의 기체가 액포표면의 액막(액박막 WF)에 순간적으로 용해됨을 보여주는 모식도;

도 3b는 액포표면의 액막(액박막 WF)에 용존되어 있던 기체가 감압공간에 순간적으로 방출됨을 보여주는 모식도;

도 4는 실시형태 2의 기체용해량 조정장치의 정면도;

도 5는 실시형태 3의 기체용해량 조정장치의 정면도;

도 6은 실시형태 4의 액포생성 기체용해기의 정면도;

도 7은 노즐에서 분사된 피처리액(W)이 주변기체(X)를 말아들이면서 액포생성용기 바닥에 다량의 기포로 되고, 기포가 부력에 의해 상승해 상부 ㅅ경부 밑에서 기포가 합체하면서 소경부에서 액포로 변한 다음 용기 산단에서 흘러넘침을 보여주는 모식도;

도 8a는 액포와 액포 표면수에 액포내의 압력기체가 압력에 비례해 순간적으로 용해됨을 보여주는 모식도;

도 8b는 액포 표면수의 상태를 확대한 모식도;

도 9는 실시형태 4에 관련된 기체용해량 조정장치에서 처리수로 수도수를 사용하고 기체로는 공기와 순수 산소를 이용하며, 각각의 기체를 내압탱크 내부에 채운 상태에서 내압탱크 내부압력을 변동시키면서 용존산소농도(DO)를 측정한 실험값;

도 10은 본 발명의 실시형태 5의 액포생성 기체용해장치를 호소 등에 설치한 상태의 정면도.

이하, 본 발명에 관한 실시형태를 도 1 내지 10을 참조하여 설명한다.

(실시형태 1)

본 발명의 특허청구범위 제1항의 기체용해량 조정방법과, 제2항에 기재된 기체용해량 조정장치에 관련된 실시형태 1의 기체용해량 조정장치에 대해 이하 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1의 기체용해량 조정장치의 정면도이다. 도 2는 노즐에서 분사된 피처리액(W)이 주변공간(X)을 다량으로 휘감으면서 액포생성용기의 중앙 바닥에서 다량의 기포를 발생시키고, 용기내의 바닥 주변벽에서 다량의 기포가 부력에 의해 상승하면서 합쳐져 급격히 확대되고, 이런 기포와 액체가 중력에 의해 상하로 분리되며, 용기내의 상부 소경부 부근에서 액포로 변화하여 용기에서 넘쳐흐르는 상태를 보여주는 개략도이다. 도 3(A)는 액포내의 공간이 압축된 상태에 있는 기체의 경우, 그 압력에 비례하는 양의 기체가 액포 표면의 액막(액박막 WF)에 순간적으로 용해되는 상태를 보여주는 개략도이다. 도 3(B)는 액포 표면의 액막(액박막 WF)에 용존되어 있는 기체가 감압공간에서 순간적으로 방출되는 상태를 보이는 개략도이다.

도 1에서, 1은 실시형태 1의 기체용해량 조정장치, 1A는 탱크내의 기체를 배출시키는 감압공간을 이루는 감압부, 1B는 피처리액(W)을 흡입하여 가압시킨 피처리액(W)을 공급관 선단부에서 급격한 유로변경을 하여 노즐 분사구 직전에서 분사류를 뿜어내 주위의 감압공간의 기체를 다량으로 휘말려들게 하는 분사공급부, 1C는 용기 바닥에서 발생된 다량의 기포를 상부의 소경부 부근에서 액포로 변환시키는 액포생성부, 1D는 탱크 바닥에 있는 탈기처리된 액체를 회수하는 회수펌프부, 1E는 탱크내 하부의 탈기처리액의 수위를 센서로 감지한 신호를 회수펌프와 공급밸브에 전달해 탱크내 처리액의 수위를 유지시키기 위한 탱크내 수위센서부이다.

1a는 탱크내 기체를 뽑아 감압공간을 만드는 진공펌프, 1b는 탱크 상부의 구멍에서 진공펌프(1a)에 연결된 감압흡인파이프, 2는 피처리수(W)를 흡인해 가압액을 만드는 가압펌프, 2a는 가압펌프(2)의 흡인측에 연결되어 피처리수를 흡인하는 흡인관, 3은 분사직전의 공급관(3b) 내에 난류를 일으키는 분사액이 주변공간의 기체를 다량으로 흡인하기 위해 분사 직전의 공급관(3b) 선단부에서 급격한 유로변경을 행하고 분사직전의 공급관(3b)으로부터 수직 하방에 분사구가 형성된 노즐, 3a는 가압펌프(2)에서 만들어진 가압액을 공급하는 공급관(3b)에 설치되어 개폐되는 공급밸브, 4는 주변의 감압공간을 다량으로 흡인하면서 분사액을 용기 중앙에서 받아 바닥에 다량의 기포를 발생시키고 이 기포가 부상하면서 합체하는 것을 이용해 용기 상부에서 기포에서 액포로의 변화를 일으켜 흘러넘치게 하는 액포생성용기, 4a는 액포생성용기(4)를 고정지지하는 지지봉, 5는 노즐(3)이나 액포생성용기(4)를 상부에 내장하고 액포생성용기(4)에서 생긴 액포를 처리액으로서 임시로 저류하는 탱크, 5a는 탱크(5) 내부압력을 측정하는 압력계 센서, 5b는 탱크내 수위센서에서 나온 전기적 정보를 이용해 회수량을 조정하는 회수조정밸브, 6은 탱크(5)내 처리액의 상한수위(Y) 및 하한수위(Z)를 감지하는 탱크내 수위센서, 7은 탱크내에 저류되어있는 처리액을 흡인하여 회수하는 회수펌프, G는 탈기기체, W는 피처리액, 2W는 탈기처리액이다. 또, 전기배선도 및 제어반은 생략되어 있다.

이상의 구성을 갖는 실시형태 1의 기체용해량 조정장치(1)의 작동방법에 대해 설명한다.

공급밸브(3a)와 회수조정밸브(5b)를 닫은 후 진공펌프(1a)를 작동시켜 탱크(5)내에 진공펌프(1a) 용량에 맞는 감압공간을 만든 다음, 가압펌프(2)를 작동시키고 공급밸브(3a)를 열어 탱크 상부에 배치된 노즐(3)에서 피처리액(W)을 분사하고, 주변 감압공간의 기체를 다량으로 휘말면서 액포생성용기(4) 내부의 중앙을 향해 분사한다.

이렇게 되면, 도 2에 도시된 바와 같이, 액포생성용기(4) 바닥에 다량의 기포가 발생하고, 이 기포는 부력에 의해 상승하면서 합쳐져 확대되며, 기포 주변의 액체는 중력에 의해 낙하하면서 액포생성용기(4) 상부의 소경부 부근에서 기포에서 액포로 변화해 액포상태로 액포생성용기(4)의 상연부로부터 흘러내린다.

따라서, 노즐(3)에서 분사된 피처리액(W)은 결과적으로 액포 표면의 액막이 되고, 용존되어 있던 기체가 순간적으로 감압공간으로 방출되며, 액포는 처리액 (2W)으로 유출되어 탱크(5) 아래에 저장된다.

탱크(5) 내의 처리액(2W)이 상한수위(Y)에 있음을 탱크내 수위센서(6)에서 감지했을 할 때, 우선 회수펌프(7)를 작동시키고 그 직후에 회수조정밸브(5b)를 열면, 회수펌프 배출측에서 탈기된 처리액(2W)을 회수할 수 있다.

또, 연속 가동시에는 탱크에 저장된 처리액(2W)이 상한수위(Y)와 하한수위(Z) 사이에 있도록 탱크내 수위센서(6)의 정보를 전기적으로 공급밸브(3a)(개폐만) 또는 회수조정밸브(5b)와 회수펌프(7)에 전달해 수위를 조정해 안정된 동작을 이룰 수 있다.

또, 노즐의 분사액이 감압공간의 기체를 다량으로 휘말어 용기 바닥에 기포를 생성할 수 있는 거리가 있으면 상한수위(Y)는 액포생성용기(4)의 상단 부근에 있는 것이 좋고, 하한수위(Z)의 위치는 회수펌프(7)의 작동시에 배출되는 처리액(2W)중에 기포를 함유하지 않으면서 상부의 감압공간의 기체를 회수펌프(7)가 흡인하지 않도록 하는 위칭 있는 것이 좋다.

이상과 같이 실시형태 1의 기체용해량 조정장치가 구성되면 이하와 같이 작용할 수 있다.

공급밸브(3a)와 회수조정밸브(5b)를 갖추고 있으므로, 초기 작동시 탱크(5) 내부를 진공펌프(1a)의 용량에 맞는 감압상태로 할 수 있고, 연속작동시에도 탱크내 수위센서(6)의 정보와 연계해 공급밸브(개폐만)와 회수펌프(7)로 회수량을 조정할 수 있어서, 탱크(5) 내의 처리액(2W) 수위를 원하는 위치로 유지하여 안정된 연속운전이 가능하다.

진공펌프(1a)에 기체회수장치를 연결해 탈기개스를 회수할 수도 있다.

노즐(3)과 액포생성용기(4)를 갖추고 있어서, 공급된 피처리액(W)은 액포의 내부가 감압공간인 액포 표면에서 액막으로 될 수 있다. 이때문에, 액막에 용존되어 있던 기체가 감압공간으로 방출되어 원하는 탈기액을 얻을 수 있다.

(실시형태 2)

본 발명의 청구항 제1항의 기체용해량 조정방법과 제3항에 기재된 기체용해량 조정장치에 관련된 기체용해량 조정장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시형태 2에 따른 기체용해량 조정장치의 정면도이지만, 이미 본 발명의 출원인이 출원한 일본특개 2003-126884호의 "수처리장치 및 수처리방법"에서 진공펌프 등으로 피처리액을 약 10m 위로 상승시키고 이 피처리액의 상부에 감압공간을 형성하는 방법에 관련된 것과 거의 동일하지만, 큰 차이점은 감압공간에서 피처리액중에 용존된 기체가 최대로 방출되기 쉬운 액포 표면의 액막에서 탈기처리를 하고, 피처리액을 회수할 때 동력을 사용하지 않고 수두차로 회수할 수 있다는 것이다.

도 4에서 10은 실시형태 2의 기체용해량 조정장치, 11은 기체용해량 조정장치(10)의 상부에서 감압흡인관(11a,11b)에 의해 탈기되어 기체용해량 조정장치(10) 내부를 감압하는 진공펌프, 12는 상부가 감압되어 있어 피처리액조(12A)로부터 피처리액(W)을 상승시키는 상승파이프, 13은 진공펌프에 의해 상승된 피처리액의 액면(Wa)이 최고 10.33m까지 상승되는 전처리탱크, 14는 상승된 피처리액을 흡인하여 감압하는 상부감압펌프, 15는 주변 감압공간의 기체를 다량으로 휘말면서 가압된 피처리액을 분사하는 상부노즐, 16은 상부노즐 밑에 배치되고 용기 바닥에 다량으로 발생된 기포를 부력에 의해 액포로 변화시키는 상부액포 생성용기, 17은 상부노즐(15)과 상부액포 생성용기(16)을 상부에 내장하고 상부액포 생성용기(16)에서 흘러나온 피처리액(2W)을 임시로 저류하는 상부탱크, 18은 상부탱크(17) 내부에 임시로 저류된 피처리액(2W)의 액면(Wb)과 피처리액(W)의 액면(Wa)의 수두차로 피처리액(2W)이 하강하는 하강파이프, 18A는 하강된 피처리액(2W)을 회수하는 회수조, G는 탈기개스이다.

이상과 같이 구성된 실시형태 2의 기체용해량 조정장치(10)의 작동방법에 대해 설명한다.

우선, 피처리액조(12A)와 회수조(18A) 내부에 피처리액(W)을 채우고, 그 수위를 유지하면서 진공펌프(11)를 작동시켜 감압흡인관(11a,11b)을 통해 전처리탱크(13)와 상부탱크(17)의 기체를 빼내면서 상승파이프(12)와 하강파이프(18) 내부를 감압상태로 하여, 피처리액조(12A)와 회수조(18A) 내부의 피처리액(W)를 양 파이프를 통해 상승시킨다.

피처리액(W)이 전처리탱크(13) 내부에서 상승하고, 감압도에 따른 액면(Wa)에 도달한 시점에, 상부 감압펌프(14)를 작동시켜 피처리액(W)을 상부노즐(15)에서 상부액포 생성용기(16) 내부 중앙을 항해 분사하면, 상부탱크(17) 내부의 감압공간의 기체를 다량으로 휘말면서 상부액포 생성용기(16) 바닥에 기포를 다량 생성하고, 이 기포가 부력에 의해 상승하면서 합쳐져 확대되면서 액포로 변해 상부액포 생성용기(16) 최상부로부터 흘러넘쳐 상부탱크(17) 내부 하류측에 저류되며, 액면 (Wb)과 액면(Wa)의 수두차로 인해 처리액(2W)이 하강파이프(18)에서 자중에 의해 하강해 회수조(18A) 내부로 들어간다.

이때 전처리탱크(13) 내부의 피처리액(W)이 상부가압펌프(14)에 의해 흡인된 액체량만큼 전처리탱크(13) 내부의 감압상태에 의해 피처리액조(12A) 내부에서 피처리액(W)이 상승파이프(12)를 통해 상승하므로, 액면(Wa)을 유지한다.

또, 초기작동시의 하강파이프(18)와 상부탱크(17) 내부의 액체가 피처리액(W)으로서 회수조(18A) 내부의 액체가 탈기처리액(2W)으로 될 때까지 펌프 등에서 피처리액조(12A)로 흐를 수 있다.

이상과 같이 구성된 실시형태 2의 기체용해량 조정장치(10)는 다음과 같이 작용한다.

피처리액조(12A)와 회수조(18A) 내부에 액체가 항상 공급되고, 양 파이프 말단부가 액체에 담겨있는 상태에서 작동을 시작하며, 장치 외부의 기체를 흡인혼입하는 배치로 되며, 또 액조의 표면부터 피처리액을 최고 10.33m까지 전처리탱크 내부에서 상승시킬 수 있어 강력 진공펌프를 이용해 출력조정을 할 필요가 없고, 전체를 개방해 작동시켜 상부에 강력한 감압공간을 유지할 수 있어 제어성과 조작성이 우수하다.

상부공간이 감압되어 있기 때문에, 상승파이프(12)와 하강파이프(18) 내부의 액체가 상승 도중에도 용존기체를 어느 정도 제거할 수 있다.

또, 액포생성처리 후 처리액의 중간에 기포가 포함되어 있어도, 처리액이 상부의 감압공간을 향해 상승하므로 기포를 제거할 수 있다.

액면(Wa)과 액면(Wb)의 수두차가 있어서, 처리액(2W)이 하강파이프(18)에서 자중에 의해 하강하므로, 동력을 사용하지 않고도 회수조(18A)에서 처리액(2W)을 회수할 수 있다.

탈기하기 어려운 공기를 함유하고 있는 피처리액(W)의 경우, 상부탱크(17)를 복수 배치해 반복해서 피처리액을 액포막으로 만들면서 탈기할 수 있다.

또, 피처리액조(12A)과 전처리탱크(13) 사이의 피처리액(W)의 온도를 히터 등을 이용해 높이면 탈기율을 높일 수 있다.

(실시형태 3)

청구항 1의 기체용해량 조정방법과 청구항 4, 5에 기재된 기체용해량 조정장치에 관련된 실시형태 3의 기체용해량 조정장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 실시형태 3의 기체용해량 조정장치의 정면도이다.

도 5에서, 20은 실시형태 3의 기체용해량 조정장치, 21은 수도압에 견디는 내압용 탱크, 21a는 탱크(21)를 안정시키는 좌대, 22는 급탕기 내지 수도까지 가압액을 분사할 때 탱크 내부의 기체공간(X)의 기체를 다량으로 휘말면서 분사하기 위한 노즐, 22a는 노즐(22)로 보내지는 가압액의 공급을 제어하기 위한 공급밸브, 23은 탱크(21)내 상부에 배치된 노즐(22)로부터 분사액을 받는 용기, 24는 용기(23)를 고정하는 지지봉, 25는 용기(23)에서 흘러넘친 액포가 탱크(21) 하부에 액체로 저장될 때 탱크 하부에서 열린 배출구(27)와 호스(26)를 통해 도 5에 도시된 선회식 미세기포 발생기 등의 고정된 배출량으로 하는 저항체를 설치하거나 또는 밸브 등을 조작해 압력계(28a)를 보고 배출량을 조정하여 탱크(21) 내부를 원하는 압력 으로 유지하거나 수위(WA)를 유지하기 위한 배출량 조정기, 25a는 회전대칭형 미세기포 발생기로 벽면 접선방향으로 압력수를 공급하는 것으로 공급액이 선회하고 좌우 개구된 구멍에서 선회하면서 배출될 때는 구심력에 의해 선회중심으로 할 수 있는 부압회전축, 28은 탱크(21) 내부에 잔류하는 액체를 배출하기 위한 잔류액 배출밸브, 29는 탱크(21) 내부에 새로운 기체를 공급하고 탱크(21) 내부에 잔류하는 액체를 조속히 수위(WC)까지 배출하기 위한 기체공급밸브, 3W는 백탁(白濁)액체, BW는 부압회전축(25a)에 흡인되는 주변 액체이다.

이상의 구성을 갖는 실시형태 3의 기체용해량 조정장치(20)의 작동방법에 대해 설명한다.

마찬가지로, 액체가 배출되는 상태는 탱크(21) 내의 수위가 WC 위치에 있을 때이므로, 기체공급밸브(29)와 잔류액 배출밸브(28)를 열여 이를 확인한 다음, 잔류액 배출밸브(28)와 기체공급밸브(29)를 닫고 나서 공급밸브(22a)를 연다. 이렇게 되면, 수도관을 타고 급탕기까지 공급된 가압액(W)은 노즐(22)에서 용기(23) 내부중앙을 향해 주위 기체가 압축된 공간(X)을 휘말으면서 분사되고, 용기(23) 바닥에서 다량의 기포가 발생하며, 이 기포는 부력에 의해 용기(23)의 내주벽을 타고 상승하면서 합쳐져 확대되고, 용기(23)내 상부에서 액포로 변해 용기(23)로부터 흘러넘치며, 기체가 용해된 처리액(2W)으로서 탱크(21) 하류에 저장된다. 이렇게 저장된 처리액(2W)이 탱크(21) 외부로 배출되는 양은 탱크(21) 하부에서 배출구(27)와 호스(26)를 통해 설치된 배출량 조정기(25)의 배출저항에 의해 결정될 수 있고, 그와 동시에 탱크(21) 내부압력과 수위(WA)도 결정된다. 이 상태에서 작동시키면, 탱 크(21) 상부의 압축기체가 조금씩 용해되면서 공간(X)의 용적이 줄어들고, 수위(WB) 부근에 올 때 공급밸브(22a)는 닫히고 기체공급밸브(29)와 잔류액 배출밸브(28)는 열리며, 액체를 액면수위(WC)까지 배출시키면, 새로운 기체가 도입되어 다시 작동을 시작한다.

(실시형태 3의 실시예)

탱크(21) 부분은 내경 36cm의 스테인리스제 반구 2개를 구형으로 용접한 것을 이용하고, 노즐(22) 부분의 분출구를 직경 6mm로 하여 탱크(21) 상부에 설치하며, 용기(23)는 높이 30cm, 내경 10cm의 원통을 사용하고, 용적은 약 2.2리터로 상부에 약간의 좁은부분을 갖고 최상부는 확대시켜 용기(23)의 상단에서 노즐(22)까지의 거리는 4cm로 고정해 제작해 작동시킨다.

또, 배출량 조정기(25)는 도 5에 도시된 바와 같이 미세기포 발생기를 이용하고 좌우 배출구는 어느 경우에도 직경 5mm로 한다.

가압액(W)은 수돗물로서, 공급밸브(22a)를 수도꼭지로 이용해 노즐(22)에서 분사된다.

분사중의 W의 수압은 0.27MPa이고, 이때 탱크내의 압력은 0.18MPa로 유지되며, 미세기포 발생기에서 배출되는 처리액(2W)는 분당 16.5리터이다.

또, 240 리터의 욕조를 만수위로 한 상태에서 미세기포발생기를 작동시키면, 약 16분간 연속으로 욕조내 액체를 우유와 같이 백탁상태로 만들 수 있다.

이상과 같이 구성된 실시형태 3의 기체용해량 조정장치(20)는 아래와 같이 작용한다.

전원을 필요로 하지 않는 수도관 정도의 수압이 있기만 하면 수동으로 작동시킬 수 있으므로, 전원이 없는 장소나 전원을 끌어오기 힘든 장소에서 사용하기에 최적이다.

예컨대, 가정에 비치된 일반적인 샤워 노즐 부분을 외부 공급밸브(22a) 부분에 연결하면, 도 5와 같은 배출량 조정기(25)에 미세기포 발생기를 부착해 간단히 욕조에 미세기포를 다량 발생시켜, 욕조내 액체를 작동 사이사이에 유유같은 백탁 상태로 유지할 수 있다.

또, 수압이 낮은 지역일지라도, 수도관에 가압펌프를 접속하고 급탕기에 공급하면 마찬가지로 사용할 수 있다.

이런 기체용해량 조정장치를 펌프로 순환시킬 경우, 펌프 흡인측의 부압을 이용해 기체를 탱크(21) 안으로 공급하고 잔류액 배출밸브(28)의 출구와 기체공급밸브(29) 입구를 관로로 연결할 수 있고, 이 관로 중간에 부유센서를 설치해 탱크(21) 내의 수위를 감지하며, 감지된 정보를 펌프 흡인측에 전달해 기체공급량을 조정할 수 있으므로, 탱크(21) 내부수위를 원하는대로 조정할 수 있어, 장시간 안정되고 연속적인 작동이 가능하다.

또, 탱크(21) 내부수위를 감지할 수 있고, 공급밸브(22a), 잔류액 배출밸브(28) 또는 기체공급밸브(29)를 전자식으로 하고 수위 정보를 전자밸브로 전달해 작동시킬 수 있으므로, 펌프를 사용하지 않아도 수도압이나 수두압만 있으면 단속적이긴 하지만 기체를 공급하는 작동이 가능하다.

(실시형태 4)

본 발명의 실시형태 4의 기체용해량 조정장치에 대해 도면을 참조해 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시형태 4에 따른 기체용해량 조정장치의 정면도이다. 도 7은 노즐을 통해 분사된 피처리액(W)이 주변기체(X)를 빨아들이면서 액포생성용기 바닥에 다량의 기포를 만들고, 이 기포가 부력에 의해 상승하면서 상부의 소경부 밑에서 합체되면서 소경부에서 액포로 변해 흘러넘치는 과정을 보여주는 모식도이다.

도 8A는 액포 내부의 압력기체가 그 압력에 비례하여 액포의 표면수에 순간적으로 용해됨을 보여주는 모식도이고, 도 8B는 액포 표면수의 상태를 확대한 모식도이다.

도 6에서, 31은 실시형태 4의 기체용해량 조정장치, 31A는 적량의 기체(X)를 흡입해 기액혼합 압력수를 만드는 압력기액 공급부, 31B는 기액혼합 압력수를 공급관을 통해 분사구 직전의 공급관을 직각으로 한 상태에서 분사하여 주위의 기체를 다량으로 흡입하는 노즐부, 31C는 용기 바닥의 액체에 기포를 대량으로 발생시켜 상부의 소경부 부근에서 액포로 변화시키는 액포생성용기부, 31D는 노즐부(31B)와 액포생성용기부(31C)를 내압탱크의 내부 상부에 내장하고 하류측에 배출밸브를 설치하며 내압탱크의 내부압력을 조정할 수 있는 용해도 조정탱크부, 31E는 내압탱크 내부기체를 용해시킨 기체용해수의 수위를 감지하고 압력기액 공급부(31A)에 전달해 적량의 기체를 흡인할 수 있으며 하류측의 배출밸브에서 기체를 배출하지 않기 위한 탱크내 수위센서 일부이다.

32는 피처리수를 흡인해 기체혼합 압력수를 만드는 가압펌프, 32a는 가압펌프(32)의 흡인측에 접속되어 피처리수를 흡인하는 흡인관, 32b는 흡인관(32a)에 작은 구멍을 형성해 기체를 흡입하기 위한 기체흡입관, 32c는 기체흡입관(32b)에 설치된 기체흡입량 조정밸브, 33은 분사구 직전의 공급관(33a)을 직각으로 해 관 내부에 난류를 일으키면서 분사하기 위한 노즐, 33a는 가압펌프(32)에 의한 기액혼합 압력액을 공급하는 공급관, 34는 주변 기체를 빨아들이면서 분사액을 받아두고 바닥에 다량의 기포를 발생시키며 이 기포의 부력을 이용해 상부의 소경부에서 기포를 액포로 변화시켜 배출시키는 액포발생용기, 34a는 액포발생용기(34)를 고정지지하면서 부유물 혼입수를 배출할 수 있는 부유물 배출관, 34A는 부유물 배출관(34a)의 수위를 결정하는 배출구를 만들어 오버플로우로 배출시키는 부유물 배출구, 34B는 내압탱크 내부의 압력기체를 배출해 감압시키는 감압밸브, 34C는 기체용해수의 수면에 부유물이 떠올라 분리된 때 열려 부유물을 배출시키는 부유물 배출밸브, 35는 노즐(33)이나 액포생성용기(34)를 상부에 내장하고 액포생성용기(34)에서 넘쳐 배출된 기체용해수를 담아두는 내압탱크, 35a는 내압탱크(35)의 압력을 측정하는 압력계 센서, 35b는 하류측에서 내압탱크 내부압력과 배출량을 조정하는 배출밸브, 36은 내압탱크(35) 내부의 기체용해수의 상한수위(Y)와 하한수위(Z)를 감지하는 탱크내 수위센서, W는 처리수, X는 기체이다.

또, 본 실시형태 4에서, 흡인관(32a)에 작은 구멍을 뚫어 기체를 흡입하고 내압탱크에 이 기체를 혼입하면서 기체를 공급할 수 있지만, 가압펌프 토출측의 공급관(33a)에서 구멍을 뚫어 기체량을 조정해 압입할 수도 있고, 또는 내압탱크(35) 상부에 구멍을 뚫어 내압탱크(35) 내부에서 직접 기체량을 조정해 압입하도록 가동할 수 있어, 수도나 수두압에 의한 압력수 등도 이용할 수 있다. 또, 배출밸브(35b) 부분을 없애고 회전익 등의 저항부를 이용해 회전동력을 발생시키는 동력발생부를 설치하고, 이 동력으로 소형 컴프레서를 가동시키면서 압력기체를 만들어 압입할 수도 있다.

이상과 같은 구성의 실시형태 4에 따른 기체용해량 조정장치(31)의 작동방법에 대해 설명한다.

우선, 가압펌프(32)를 가동시키면 흡입관(32a)에서 피처리수(W)가 흡인되면서 기체흡입관(32b) 내부에 부압을 만들어 기체흡입량 조정밸블(32c)를 통해 기체(X)를 흡입하며, 가압펌프 토출측의 공급관(33a)으로 보내진 기액혼합 압력액은 액포생성용기(34)의 상부 중앙에 배치된 노즐(33)을 통해 용기 내부의 중양으로 분사된다. 이에 의해, 내압탱크(35) 내부가 압력상태로 되어도 기체(X)를 내압탱크(35) 내부를 채울 수 있는 것이다.

노즐(33)에서 분사된 피처리수(W)는 주변 기체를 다량으로 빨아들이면서 액포생성용기(34) 바닥에서 다량의 기포를 만들고, 이 기포는 부력에 의해 상승하면서 액포생성용기(34) 상부의 소경부에서 액포로 변한다. 즉, 분사된 처리수는 최저 1회 액포의 표면수로 되어 액포생성용기(34)에서 넘쳐 배출된다.

액포생성용기(34)에서 넘쳐 배출된 피처리수(W)는 기체용해수로 되어 내압탱크(35) 안으로 떨어져 저류된다.

이때, 하류측에 설치된 배출밸브(35b)에서 내압탱크 내부압력을 압력계 센서 (35a)로 감지해 조정할 수 있으므로, 내압탱크 내부를 원하는 압력으로 조정할 수 있다.

이렇게 되면, 액포생성용기(34)의 소경부 부근에서 다량의 액포 내부 기체압력을 조정할 수 있고, 액포 표면수는 그 압력에 비례하는 기체용해도로 되어 액포생성용기(34)에서 넘쳐흐른다.

내압탱크(35) 내부기체를 배출밸브(35b)를 통해 배출하지 않도록, 상한수위(Y)와 하한수위(Z)를 결정해 탱크내 수위센서(36)에서 감지하고 전기적으로 기체흡입량 조정밸브(32c)에 전달하여, 상한수위(Y)에서는 기체(X)의 흡입을 개시(증가)하고, 하한수위(Z)에서는 기체(X)의 흡입을 정지(감소)하도록 하여, 내압탱크(35)의 내부수위를 원하는대로 유지할 수 있으므로, 내압탱크 내부기체를 외부로 배출시키지 않으면서 배출밸브(35b)에서 원하는 농도의 기체용해수를 얻을 수 있다.

또, 가압되어 있는 기체용해수에 부유물이 다량 포함될 경우, 임의로 가압펌프(32)를 정지시키고 가압밸브(34B)를 열면, 내압탱크(35) 내부가 감압상태로 되어 기체용해수의 용해기체가 감압발포에 의해 미세기포로 되면서 부유물에 부착되고 부력에 의해 수면으로 부상한다. 이때 부유물 배출밸브(34C)를 열면, 부상된 부유물을 부유물 배출구(34A)에서 오버플로우로 배출할 수 있다.

도 9의 기체용해량 조정장치에서는, 피처리수로 수돗물을 이용하고, 기체로는 공기와 순수 산소를 이용하며, 이들 기체를 내압탱크에 가득 채운 상태로 내압탱크의 내부압력을 변화시켜 용존산소농도(DO)를 측정한 실험례를 보여준다.

수온 7.9℃, DO 11.8ppm의 수돗물을 수압 0.34MPa로 구경 7mm의 노즐에서 분 사해 가동시키고, 이 기체용해수를 HORIBA제 형식 D-25와 일본전지제 형식 DOM2000의 2종의 용존산소계를 사용해 측정했다.

형식 D-25는 직접 DO 20ppm까지 계량하는 측정기로서, DO 20ppm까지는 기체용해수에 직접 넣어 계측하고, DO 20ppm 이상일 경우는 10배로 희석한 다음 이 물에 대해 DO 20ppm 까지는 형식 D-25로 측정하고, 이 값을 기초로 DO를 계산했다.

또, 형식 DOM2000은 수온 4℃에서 직접 DO 80ppm까지 계측하는 측정기이지만, 대기압에서는 DO 60ppm 이상의 농도에서부터 감압발포가 격렬해지고 용존되어 있는 산소가 다량으로 대기중에 방출되므로, 가능한 정확한 값을 측정하기 위해 취수하자마자 단시간에 10배로 희석한 물이 DO 20ppm 이상일 때 사용했다.

압력계로는 동양계기흥업(株) 제품 TYPE-A0·7을, 온도계로는 테크노서비스사 제품형식 D616을 사용했다.

또, 도 9의 탱크 내부압력 0는 배출밸브(5b)를 완전히 열고 압력계가 0을 보여주는 상태에서 배출된 기체용해수를 측정한 값이다.

도 9의 데이타로 탱크에 산소를 충만시키면, 탱크내부가 대기압 상태이어도 DO 55ppm까지 용해될 수 있어, 현재 지구온난화 문제로 이산화탄소 배출량이 세계적인 관심사로 되어 있지만, 헨리정수가 낮은 이산화탄소는 산소의 약 30배로 용해율이 높으므로, 해양에서 약 1000m~2000m 깊이까지 이어진 파이프와 수면 상부의 이산화탄소 수집탱크를 연결하고, 탱크내에 액포생성용기(34)를 배치해 해수를 노즐(33)에서 분사시켜 액포생성용기(34)에서 넘쳐흐르게 하면서 해수에 이산화탄소를 용해시키고 자중에 의해 심해로 보낼 수 있으므로, 효율적으로 이산화탄소를 지 상에서 소멸시키는데에도 이용할 수 있다. 또, 원하는대로 대형화할 수 있으므로, 대형 기체용해 플랜트를 제작할 수도 있다.

(실시형태 5)

본 발명의 실시형태 5의 기체용해량 조정시스템에 대해 도면을 참조해 설명한다.

도 10은 본 발명의 실시형태 5의 기체용해량 조정시스템을 호소 등에 설치한 정면도이다.

도 10에서 40은 실시형태 5의 기체용해량 조정시스템, 40A는 깊은 수심의 정압수(1W)를 여과망(33d), 정압수밸브(33c) 및 공급관(33a)을 통해 노즐(33)에서 분사하고 노즐부에는 역세척밸브(33b)를 설치한 정압수 공급부, 40B는 수심이 깊은 장소에 설치되는 내압탱크(25) 내부 기체압력을 조정하는 탱크 내압조정부, 40C는 내압탱크(35)내의 수위나 각 부분 기체압력을 센서로 감지해 모든 밸브를 전자로 작동시키는 제어부로서 배선도는 생략했다.

실시형태 4의 액포를 생성시켜 기체를 용해시키는 동작과 거의 동일하므로 그 설명은 생략한다. 33d는 내압탱크(35) 안으로 유입하는 정압수(1W)에 노즐(33)의 분사구경보다 큰 이물질이 있을 경우 이를 여과하기 위한 여과망, 33b는 노즐 부근에 설치된 역세척밸브, 33c는 정압수(1W)를 내압탱크(35) 안으로 유입할 때는 역세척밸브(33b)로부터 압력기체가 여과망을 향해 흐르도록 열리고 내압탱크(35) 내부의 기체용해수를 배출밸브(35b)로부터 배출할 때는 닫히는 정압수밸브, 34b는 액포생성용기(34)를 지지고정하는 용기지지봉, 35A는 내압탱크(35) 상부에 뚫린 구 멍으로서 수면 위에 배치된 컴프레서에 의한 압축기체를 내압탱크(35)에 출입시키기 위한 기체출입공, 35B는 기체출입공(35A)의 상부에 설치되고 내압탱크에 대한 기체출입을 제어하는 기체출입밸브, 35C는 기체출입밸브(35B)로부터 수면 위에 배치된 기체압력 저류탱크와 기체감압 저류탱크에 연결되는 내압기체 호스, 36A는 내압탱크(35) 내부의 원하는 만수위를 감지하는 부유구 등의 만수위 센서, 36B는 내압탱크(35) 내부의 원하는 감수위를 감지하는 부유구 등의 감수위 센서, 37은 기체를 흡인해 기체를 가압할 수 있는 컴프레서, 38은 컴프레서(37)에서 압력기체 공급관(38b)을 통해 압력기체를 저류하고 압력센서가 달린 기체압력 저류탱크, 38a는 만수위 센서(36A)와 감수위 센서(36B)에서 감지한 신호에 의해 개폐되는 압력 저류탱크밸브, 39는 컴프레서(37)의 기체흡인구에 접속된 흡인기체 공급관(39b)을 통해 탱크에 저류되는 기체가 흡인되어 탱크내부가 감압상태로 되고 압력센서가 달린 기체감압 저류탱크, 39a는 만수위 센서(36A)와 감수위 센서(36B)에서 감지된 신호에 의해 개폐되는 감압 저류탱크밸브, 41은 산소제조장치로서 산소공급관(41a)을 통해 산소공급 저장밸브(41b)에 산소를 공급하고 흡인기체 공급관(39b)에 접속되어 있다. 42는 수면에 부유하면서 발전기나 컴프레서 등을 설치하는 부유구조체이다.

이상과 같이 구성된 기체용해량 조정장치(40)의 작동방법에 대해 설명한다.

우선, 컴프레서(37)를 작동시키면, 산소제조장치(41)에서 산소공급관(41a) 및 산소공급 조정밸브(41b)를 통해 컴프레서(37)에 흡인되는 압력기체가 만들어지고, 이 기체는 압력기체 공급관(38b)을 통해 기체압력 저류탱크(38)에 압송되어, 수중의 정압보다 높은 압력기체로서 저장된다. 정압수밸브(33c)를 닫고 기체출입밸 브(35B), 배출밸브(35b) 및 압력 저류탱크밸브(38a)를 열면, 내압탱크(35)의 액체가 배출밸브(35b)에서 깊은 수심의 정압부로 배출되고, 내압탱크(35)의 감수위 센서(36B)에서 원하는 수위를 감지해 신호를 내며, 배출밸브(35b)와 압력 저류탱크밸브(38a)를 닫고 감압 저류탱크밸브(39a)를 열면 내압탱크(35)의 압력기체를 기체감압 저류탱크(39)안으로 흡입할 수 있고, 컴프레서(37)의 흡인에 의해 내압탱크(35) 내부가 다시 감압되어 원하는 감압을 기체감압 저류탱크(39)의 압력센서에서 감지해 신호를 보내며, 감압 저류탱크밸브(39a)와 기체출입밸브(35B)를 닫고 정압수밸브(33c)를 열면 내압탱크(35) 내부가 수심의 정압보다 감압되어, 여과망(33d)에서 정압수(1W)가 정압수밸브(33c) 및 공급관(33a)을 통해 노즐(33)에서 액포생성용기(34) 중심을 향해 분사되어, 액포가 생성되면서 넘쳐 하부로 떨어진다.

내압탱크(35) 내부에 기체용해액이 모이면 내압탱크(35) 내부기체가 압축되어 기체압력이 상승하고, 액포생성용기(34) 내부에 발생되는 액포의 내부 기체압력도 이에 비례하여 상승하므로, 액포의 표면수의 기체용해도가 단계적으로 상승한다.

예컨대, 기체감압 저류탱크(39) 내부의 감압을 0.08MPa로 정할 경우, 내압탱크(35) 내부도 마찬가지로 0.08MPa로 되어 정압수밸브(33c)를 열면 노즐(33)에서 분사되어 액포를 형성하고, 최초 분사시의 산소용해도는 도 9의 DO 74.8ppm 농도로 되며, 압력이 상승함과 동시에 압력에 비례해 용해도도 상승한다.

기체용해수가 모이면 만수위 센서(36A)에서 원하는 수위를 감지해 신호를 보내고, 정압수밸브(33c)를 닫고 배출밸브(35b), 기체출입밸브(35B) 및 압력 저류탱 크밸브(38a)를 열면 기체압력 저류탱크(38)의 압력기체가 내압탱크(35)로 보내지며, 배출밸브(35b)에서 내압탱크(35)의 기체용해수를 깊은 수심의 정압지역으로 배출할 수 있다.

또, 용해된 기체부분이 기체압력 저류탱크(38)와 기체감압 저류탱크(39)에 내장된 압력센서에서 감지되어 신호를 보내면, 산소공급 저장밸브(41b)에서 적당량을 보급하고, 이 공정을 반복하면서 연속으로 가동한다.

또, 노즐(33)과 여과망(33d)에 이물질이 흡착되면, 배출밸브(35b)를 닫고 정압수밸브(33c), 기체출입밸브(35B) 및 압력 저류탱크밸브(38a)를 연 다음, 노즐(33)의 분출구에서 여과망(33d)을 향해 압력기체를 분사한 다음 약간의 타이밍을 두고 역세척밸브(33b)를 열어 다량의 압력기체를 여과망(33d)을 향해 분사해 정수압(1W)으로 배출시키면, 노즐(33)과 여과망(33d)에 흡착된 이물질을 없앨 수 있다. 예컨대, 수질에 따라 연속가동을 2시간 하되 1회 역세척하는 프로그램을 제어부(40C)에 인스톨하는 것이 좋다.

실시형태 5의 기체용해량 조정시스템(40)은 이상과 같이 구성되고 다음과 같이 작동한다.

내압탱크가 만수위보다 낮아진 수위에서 기체를 용해시킬 수 있고, 산소공급 조정밸브(41b) 이외의 밸브는 모두 완전히 개폐하여 사용할 수 있으며, 밸브에 의한 부분폐색이 없고 이물질 혼입에 의한 밸브의 고장도 없다.

가압펌프를 사용하지 않고 컴프레서에 의한 압력기체를 동력원으로 밸브를 조작해 압력기체를 역방향으로 분사하면서 수심이 깊은 장소에 설치된 여과망과 노 즐을 청소할 수 있다. 또, 모터 등의 회전축을 필요로 하지 않고, 수압이 새면 지장이 있는 회전축 등은 밀봉하는 것도 바람직하다.

컴프레서 흡인측의 기체를 흡인하는 에너지를 이용해, 내압탱크 내부를 깊은 수심의 정압보다 감압하고, 이 정압수를 노즐에서 분사에너지로 변화시켜, 내압탱크의 기체를 용해시킬 수 있다. 또, 컴프레서 압송측에서 토출되는 기체의 압력에너지를 이용해, 내압탱크의 기체용해수를 정지수역으로 배출할 수도 있다.

기체압력 저류탱크와 기체감압 저류탱크를 갖추고 있어, 컴프레서에 의한 압력기체가 내압탱크의 수위를 작동시킨 후, 이 압력기체는 다시 저류탱크 내부의 압력기체로서 에너지를 보유하고 재이용할 수 있으므로, 에너지 절전방식으로 가동할 수도 있다.

기체압력 저류탱크와 기체감압 저류탱크 내부에 압력센서가 달려있어서, 용해되어 감소된 부분의 산소기체를 산소공급 조정밸브에서 공급할 수 있고, 또 내압탱크의 감수위 센서에 의해 수위가 낮아져도 내압탱크 바닥에 물이 남아있으므로, 내압탱크의 기체를 배출하지 않고 또 공급기체를 쓸데없이 소모하지 않고 용해할 수도 있다.

이상과 같이 본 발명에 관한 기체용해량 조정방법과 그 장치 및 시스템은, 반도체 제조공정에서 특정 기체성분을 용해시킨 세척용 기체용해기능수의 제조는 물론, 액체(공장폐수, 지하수, 어패류 양식장의 물 등)에 용존하여 유해한 휘발성기체 등의 탈기제거와, 보일러 급수, 초음파세척의 탈기수를 제조하는 장치 등에 이용할 수 있다.

또, 어패류 양식업, 수경재배 등의 수질정화와, 화학공장 등의 기액반응에 이용하기에도 적합하다.

Claims (7)

1. 닫힌 탱크내 상부에 위쪽으로 개구부를 갖는 용기를 다수 배치하고, 상기 용기 상부로부터 개구부 중앙을 향해 주변 공기를 다량으로 빨아 들이는 노즐을 통해 피처리액을 분사해 상기 용기 바닥에 다량의 기포를 발생시키는 다량의 기포발생공정;

   상기 기포가 용기 바닥에서 내주벽을 따라 상기 피처리액의 흐름과 반대로 상승하는 용기내에서 기포들끼리 합쳐져 확대된 기포군과 액체가 중력에 의해 상하로 분리되며, 상기 용기내 상부에서는 액포(비누방울 형태의 기포집합체)로 변해 용기를 흘러넘쳐, 분사된 피처리액을 액포의 액박막(이하, 박막)으로 생성하기 위한 액포생성공정;

   상기 탱크의 기체를 배출시켜 감압상태로 된 공간(이하, 감압공간)으로 하여 액포 내부를 감압상태로 한 상태에서 액막에 용존되어 있는 기체를 액포 내부로 방출시키고, 그 감압정도에 따른 탈기액을 만들 수 있으며, 상기 탱크 내부를 가압상태의 공간(이하, 가압공간)으로 하여 액포내의 기체를 압축상태로 하고, 이 기체의 압력도에 대응하는 농도의 기체용해액을 만들기 위한 기체용해량 조정공정;을 포함하는 것을 특징으로 하는 기체용해량 조정방법.
2. 닫힌 탱크(5) 상부에 설치된 구멍과 진공펌프(1a)를 파이프(1b) 등으로 연결해, 상기 탱크(5) 내부를 감압공간으로 할 수 있는 감압부(1A);

   가압펌프(2)에서 가압된 피처리액(W)을 탱크(5)내 상부로부터 감압공간의 주변기체를 다량으로 휘말아들이는 노즐(3)을 통해 분사하는 분사공급부(1B);

   분사된 피처리액(W)을 상부 개구부 중앙에서 받고 감압공간의 기체를 빨아들여 바닥에 다량의 기포를 발생시킨 후, 기포군이 내주벽을 따라 상기 피처리액 반대방향으로 상승하는 용기(4)를 구비하고, 이 용기(4)의 내주벽을 따라 상기 기포군을 액체에서 분리해 상부에서 액폴 변화시키는 액포생성기(1C);

   상기 용기(4)의 상단부에서 흘러넘친 액포를 아래로 흐르게 하여 탈기된 피처리액으로 임시 저류하고, 이 처리액을 회수하는 회수펌프부(1D); 및

   상기 탱크(5) 안에 저류되어 있는 처리액(2W)의 수위를 유지하기 위한 정보를 펌프(7) 및 밸브(5b) 등에 전달하는 탱크내 수위센서 일부(1E);를 포함하는 구성으로 된 것을 특징으로 하는 기체용해량 조정장치.
3. 개구된 파이프(12) 하단을 액조(12A) 안의 피처리액(W)에 담그고, 상기 파이프(12) 상단부에 전처리탱크(13)를 연결하며, 상기 액조(12A)의 액면에서부터의 높이가 10.33m를 넘는 위치에 기체 배출 구멍을 형성하고 이를 진공펌프(11)와 연결해 파이프(12) 내부에 감압공간을 만들고, 피처리액(W)을 액조(12A)내의 액면 위로 10m 정도까지 빨아올려 용존기체를 발포시킬 수 있는 감압상승부(11,11a,11b,12, 12A);

   개구된 파이프(18)를 회수용 액조(18A)의 처리액(2W)에 담그고, 액조(12A)내의 액면 위로 10.6~11.2m의 위치에 액포를 생성하는 용기(16)가 들어있는 탱크(17) 를 연결하며, 상기 감압상승부와 마찬가지로 탱크(17) 상부에 구멍을 뚫고 이를 진공펌프(11)와 연결해 탱크(17) 내부를 감압공간으로 한 상황에서 감압상승부에서 빨려올라간 피처리액을 펌프(14)로 가압액으로 만들고, 상기 용기(16) 내부로 분사시켜 액포를 만드는 상부 액포생성부(14,15,16,17); 및

   상기 용기(16) 내에서 생성된 액포가 흘러넘치는 위치가 액조의 액면보다 10.33m 이상 높은 위치이므로, 수두차로 인해 처리액을 자중에 의해 파이프(18) 내부에 하강시켜 회수용 액조(18A)에서 회수할 수 있는 자중회수부(18,18A);를 포함하는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 기체용해량 조정장치.
4. 닫힌 탱크(21)내 상부에 배치되어 탱크내부의 압축기체를 다량으로 휘말면서 급탕기와 수도 등으로부터 공급받은 가압액체를 분사하는 분사공급부(22);

   상기 탱크(21) 내 상부에 배치되고, 위쪽으로 트인 용기의 내부단면이 상부에서 약간 축소되지만 그 최상부는 광각으로 개구되는 액포생성용기부(23); 및

   탱크(21) 하류에 설치되어 용해액 배출량을 조정하거나 일정량 배출하여, 탱크(21) 내의 기체압력을 조정하거나 정압으로 하는 배출량 조정부(25,26,27);를 포함하는 구성을 갖는 것을 특징으로 하는 기체용해량 조정장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 탱크(21)내 상부의 압축기체로 형성된 공간이 용해에 의해 축소되었을 때 수동으로 밸브를 개폐하여 새로운 기체를 공급할 목적으로, 상기 분사공급부(22)의 분사를 제어하기 위한 공급밸브(22a), 분사를 정지시킨 뒤 탱 크에 잔류한 액체를 배출하기 위한 잔류액 배출밸브(28), 및 탱크(21) 상부에서 기체를 공급하여 잔류액의 배출을 촉진함과 동시에 새로운 기체를 탱크에 공급하기 위한 기체공급밸브(29)를 갖는 것을 특징으로 하는 기체용해량 조정장치.
6. 가압펌프(32) 등의 흡인관(32a)에서 처리수(W)를 흡인하고, 흡인관(32a)에 형성된 작은 구멍에서 부압을 이용해 기체를 흡입하며, 흡입량을 조정해 기액혼합 압력액을 만드는 압력기액 공급부(1A);

   상기 압력액을 공급관(33a)을 통해 분사하는 노즐에서 주변의 기체를 다량으로 휘말아들이는 노즐부(33);

   내압탱크(35) 상부 중앙의 상기 노즐에서 내압탱크(35) 내부의 용기(34) 중앙으로 분사하여 용기(34) 바닥의 액체에 다량의 기포를 발생시키고, 발생된 기포의 부력을 이용해 기포를 상승시키면서 용기(34) 상부의 소경부에서 효과적으로 액포(이하, 액체중에 있는 기포를 기포라 하고, 기포의 집합체를 액포라 함)로 변화시켜 넘쳐흐르게 배출하는 액포생성 용기부(1C);

   상기 노즐부(33)와 액포생성 용기부(1C)를 내압탱크(35)내 상부에 내장하고, 내압탱크(35) 하류측에 배출밸브(35b)를 설치하며, 내압탱크(35) 내부압력과 배출량을 조정하기 위한 용해도 조정탱크부(35a,35b);

   내압탱크(35) 안에 설치된 부유구 등의 센서로, 내압탱크(35) 내부의 기체용해수 수위를 감지하는 탱크내 수위센서부(36); 및

   가압되어 있는 기체용해수에 부유물이 다량 혼입된 경우, 내압탱크(35) 내부 를 임의로 감압시키고, 내압탱크(35) 내에 미세기포를 발생시켜 부유물을 기포의 흡착에 의해 부상시켜 분리하고, 부유물을 배출하기 위한 부유물 배출구(34A);를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체용해량 조정장치.
7. 바다나 댐 등의 수심이 깊은 장소(수심 30m 이상이 바람직함)에서, 청구항 6에 기재된 기체용해량 조정장치의 공급관(33a) 부분에 여과망(33d)과 정수압밸브(33c)를 설치하고, 상기 내압탱크(35) 내부를 감압하여 수심의 정압수를 노즐에서 분사하거나 노즐부(33)에 역세척밸브(33b)를 설치해 역세척하는 정수압 공급부;

   상기 내압탱크(35) 상부에 구멍을 뚫고, 이 구멍에 내압탱크(35) 내부기체를 배출 및 압입하기 위한 기체출입밸브(35b)를 설치하며, 내압기체호스 등을 통해 수면 위에 배치된 컴프레서(37)의 기체흡인측과 기체압송측에 각각 배치된 기체저류탱크(38,39)에 접속하며, 밸브(38a,39a)를 작동시켜 수심이 깊은 장소에 배치된 내압탱크(35) 내부의 기체압력을 조정하기 위한 탱크내압 조정부;

   내압탱크(35) 내부의 기체용해수가 만수될 때와 감수될 때의 수위를 감지하는 센서(36A,36B)나 기체저류탱크 내부압력을 감지하는 센서 등에 의해 밸브를 전자식으로 작동시키는 제어부(40C)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체용해량 조정시스템.

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