KR100695259B1 - 산기기능과 교반기능이 구비된 수중포기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생물학적 반응기 등에 산소를 공급하는 수중포기장치에 관한 것으로, 유입구(41)와 토출구(42)가 구비된 케이싱(4)의 내부에는 구동모터(5)에 의하여 구동되는 회전익(3)이 설치되고, 상기 케이싱(4)은 두겹의 스킨으로 구성되어 내부에 공기가 소통될 수 있는 공간이 형성된 이중 케이싱이며, 상기 스킨에는 하나 이상의 산기관(1)이 설치되거나 다수개의 미세 기공이 형성되어 상기 케이싱 자체가 산기관(1a)을 구성하며, 상기 이중 케이싱의 내부 공간은 송풍기의 토출구와 공기공급관(6)을 통하여 서로 연통되고, 상기 공기공급관(6)에는 공기조절밸브(8)가 구비하며, 상기 수중포기장치의 회전익(3) 하부에는 내부에 공간이 형성된 산기기(2)가 추가 설치되고, 상기 산기기의 상부는 밀폐되고 그 하부는 개방되어 형성된 송기구(11)에는 공기조절밸브(8a)가 구비된 공기공급관(6a)의 관말이 삽입 설치되며, 상기 공기공급관은 송풍기 토출구와 서로 연통되어 포기용량과 산소이전율이 증대되고, 각각 공기조절밸브(8,8a)가 구비된 상기 공기공급관(6,6a)들은 장치설치 및 인양을 위한 가이드 파이프와 겸용이므로 산기기와 산기관에 송풍량을 정교하게 배분할 수 있고 유지관리가 간편하다.

반응조, 간헐포기, 산기관

Description

산기기능과 교반기능이 구비된 수중포기장치{The Submersible Aerators with the Function of Diffusion and Agitating}

도 1은 본 발명에 따른 수중포기장치 제1실시예의 개략적인 구조를 보이는 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 수중포기장치 제2실시예의 개략적인 구조를 보이는 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 수중포기장치 제3실시예의 개략적인 구조를 보이는 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 수중포기장치 제4실시예의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

1,1a : 산기관 2 : 산기기

3 : 회전익 4 : 케이싱

5 : 구동모터 6,6a : 공기공급관

7 : 송기관 8,8a : 공기조절밸브

11 : 송기구 12 : 탈착장치

13,13a : 자동밸브 41 : 유입구

42 : 토출구

본 발명은 포기 및 교반기능이 구비되고 호기성 반응조에 설치되어 용존산소를 공급하고 교반이 이루어지도록 하는 수중포장치에 관한 것이다.

종래의 수중포기기는 수중에 설치되어 송풍기에서 압송하는 공기를 작은 기포로 분산시키고 반응액과 혼합 및 교반시키는 구성이다. 구동축에 회전익이 설치되고, 회전익 하부에는 송기관이 내삽된 용기형태의 산기기가 설치되며, 상기 송기관은 송풍기의 토출구와 연통되고, 상기 회전익과 산기기는 수류 유입구와 토출구가 구비된 케이싱의 내부에 설치되며, 회전익이 회전하여 발생되는 수류에 의하여 산기기에서 유출되는 공기를 작은 기포로 분산시켜서 반응액을 포기하고 교반하는 구성이므로 산소이전율, 포기용량 및 안정성 면에서 다음과 같은 문제점이 있다.

산기기에서 유출되는 공기가 회전익에서 형성되는 방사형의 수류에 의하여 작은 기포로 분산되는 구성이므로 기포가 미세하게 분산되지 못하고 수류량에 비하여 공기량이 증가되면 조대 기포가 발생되므로 산소이전율이 급격하게 낮아진다.

송기량이 증가되면 비례하여 수류량도 증가시켜야 되는 구성이므로 반응기 소요용량에 비교하여 상대적으로 용존산소요구량이 큰 경우 즉, 송기량은 많고 교반력은 상대적으로 작게 소요되는 반응조건에서는 과다한 교반이 불가피하므로 미생물 플록이 해체되고 동력이 낭비된다. 반면에, 교반동력을 축소시키면 공기가 미세하게 분산되지 못하므로 용존산소요구량을 충족할 수 없게 된다.

특히, 종래의 수중포기기는 공기공급을 중단하는 비포기교반시에도 반응조를 혼합할 수 있는 장점은 있으나 산소이전율이 매우 우수한 멤브레인 산기관 또는 세라믹 산기관과 비교하여 전반적으로 산소이전율이 낮은 문제점이 있다. 그러나, 상기 멤브레인 산기관 또는 세라믹 산기관은 공기공급을 중단하면 교반이 불가능한 구조이므로 간헐포기기능을 발휘하기 위해서는 산기관에 추가하여 별도의 교반장치를 설치하여야 되는 단점이 있다.

또한, 수중포기기의 케이싱에 산기관이 부착된 종래 방식의 포기기에서는 한 개의 공기공급관을 통하여 수중포기기와 산기관에 공기를 공급하므로 토출압력이 작게 소요되는 산기기에 송기량이 집중되고 소요토출 압력이 크게 소요되는 산기관에서는 송기가 제대로 이루어지지 못할 뿐 아니라 공기공급관을 탈착용 가이드 파이프로 이용하기 어려운 구성이다.

이에 본 발명은 상술한 제 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 내부에 회전익이 구비된 수중교반기의 케이싱을 공기가 소통될 수 있는 공간이 구비된 이중 케이싱으로 구성하고, 상기 케이싱의 스킨에는 다수개의 미세한 기공을 형성하여 케이싱 자체를 산기관으로 구성하거나, 또는 산소이전율은 낮지만 비포기시에도 교반이 가능한 수중포기기에 산소이전율은 높은 반면에 비포기시에는 교반능력이 없는 산기관을 조합시켜서 포기능력과 교반능력이 동시에 구비되고 포기용량과 산소이전율이 증대되며 간헐포기기능이 구비되고 유지관리가 간편한 수중포기장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 유입구와 토출구가 구비된 케이싱의 내부에 구동모터에 의하여 회전하는 회전익이 설치된 수중교반기에 있어서, 상기 케이싱은 내부에 공기가 소통될 수 있는 공간이 형성되도록 2겹의 스킨(skin)으로 구성하고, 상기 스킨에는 산기관을 설치하여 포기기능이 구비되도록 하거나, 또는 상기 2겹의 수킨중에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨에는 미세한 기공을 형성시켜서 케이싱 자체를 다공성의 산기관으로 구성하였다.

상기 두겹의 스킨중에서 적어도 어느 한겹 이상의 스킨은 망체, 타공판 또는 공기가 소통될 수 있는 형태의 형틀에 미세기공이 형성된 고무판, PEM등과 같은 신축성 막을 설치하여 산소이전율이 매우 높은 멤브레인 산기관으로 구성하였다.

이와 같이 수중교반기의 케이싱을 이중 케이싱으로 구성하여 케이싱 자체를 산기관으로 구성하고 이중 케이싱의 내부공간을 공기공급관과 연통시켜서 수중포기장치로 개선하면 장치의 외관도 단순하고 산소이전율과 포기용량도 큰 폭으로 증대시킬 수 있게 된다.

또한, 상기 케이싱 자체가 산기관으로 작용하는 상기 수중포기기의 회전익 하부에는 내부에 공간이 형성된 원통형 또는 절두(切頭) 원추형의 산기기를 추가로 설치하고, 상기 산기기의 상부는 밀폐되고 그 하부는 개방되어 송기구가 형성되며, 상기 송기구에는 공기공급관의 관말을 삽입하고, 상기 공기공급관에는 공기조절밸브가 구비되며, 상기 공기공급관은 송풍기의 토출구와 서로 연통시켜서 이중 케이 싱으로 구성된 산기관에 산기기가 추가 구비된 수중포기장치를 실현하여 포기용량을 대폭 증대시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에서는 유입구와 토출구가 구비되고 한겹으로 구성된 케이싱의 내부에 회전익이 설치되고, 상기 회전익의 하부에는 내부가 비어 있고 그 하부는 개방되어 송기구가 형성된 원통형 또는 절두원추형의 산기기가 설치되며, 상기 송기구에는 송풍기의 토출구와 연통된 송기관의 관말이 삽입되고, 상기 회전익을 회전시키는 구동모터는 상기 케이싱의 일측에 고정 설치되는 수중포기기에 있어서, 상기 케이싱의 유입구 또는 토출구의 어느 일측 또는 양측에는 하나 이상의 산기관이 구비된 송기관을 설치하고 상기 송기관은 공기공급관과 연통되도록 연결하였다.

산기기와 산기관이 조합된 수중포기장치에서는 유입구 측에 설치된 산기관에서 분출되는 미세기포는 상기 유입구를 통하여 유입되는 수류에 의하여 상기 케이싱의 내부 및 회전익을 거쳐서 상기 회전익 하부의 산기기에서 분산되는 기포와 함께 토출구를 통하여 분출된다. 기포가 혼합된 유입수류는 비중량이 작아지므로 상기 회전익에서 소요되는 수마력이 감소되고 포기동력이 절약될 수 있다. 또한, 상기 토출구 측에 설치된 산기관에서 분출되는 미세기포는 상기 토출구에서 분출되는 포기수류와 함께 측면으로 이동하면서 포물선형으로 부상하게 된다. 이와 같이 산기기가 추가되므로 산기관만으로 포기하는 경우보다 산소이전율과 포기용량이 증대될 수 있다.

상기 이중 케이싱 및 상기 송기관에 설치되는 산기관은 다공성의 멤브레인, 다공성 세라믹, 타공 금속판 또는 노즐형태의 산기관등으로 제한없이 적용할 수 있 고, 상기 케이싱의 측면에 설치되는 상기 송기관 자체에 미세기공을 형성하여 파이프 형태의 산기관으로 구성할 수도 있다.

또한, 산기관의 형태는 포기용량에 비교하여 상대적으로 설치공간이 작은 노즐형 또는 이젝터형의 산기관이 바람직하다.

여기서, 반응조 내부에 설치되는 상기 산기관용 공기공급관과 산기기용 공기공급관은 각각 공기조절밸브가 설치되고 송풍기의 토출구와 연통되며, 수중포기기의 설치와 인양을 위한 가이드 파이프로 겸하여 사용할 수 있다.

상기 공기공급관에는 타이머, 용존산소농도제어기, 산화환원전위제어기 등에 연통하여 작동하는 자동밸브를 설치하므로써 포기교반과 비포기교반이 교차 반복되는 간헐포기를 실현하였다.

이하 본 발명에 따른 수중포기기의 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 수중포기장치 제1실시예의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.

유입구(41)와 토출구(42)가 구비된 케이싱(4)은 내부에 공기가 유통될 수 있는 공간이 형성되도록 내측 스킨과 외측 스킨에 의한 2겹의 스킨(skin)으로 구성된 이중 케이싱이며, 상기 내측 스킨과 외측스킨 중에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨에는 미세한 기공이 형성된 하나 이상의 산기관(1)이 설치되며 상기 산기관의 공기유입구는 상기 이중 케이싱의 내부공간과 공기공급관(6)을 경유하여 송풍기의 토 출구와 서로 연통되도록 구성한 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 수중포기장치 제2실시예의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.

유입구(41)와 토출구(42)가 구비된 케이싱(4)은 내부에 공기가 유통될 수 있는 공간이 형성되도록 내측 스킨과 외측 스킨에 의한 2겹의 스킨(skin)으로 구성된 이중 케이싱이며, 상기 내측 스킨과 외측 스킨 중에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨에는 미세한 기공을 형성하고, 상기 이중 케이싱의 내부공간에는 공기공급관(6)을 통하여 공기를 공급하여 케이싱 자체가 수중에서 미세기포를 발생하는 산기관(1a)으로 기능할 수 있도록 구성한 것이다.

또한 상기 두겹의 스킨중에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨은 망체, 타공판 또는 공기가 통과할 수 있는 구조의 프레임에 미세기공이 형성된 고무 또는 PEM 소재의 신축성 막으로 구성하여 상기 이중 케이싱 자체를 멤브레인 산기관으로 구성할 수 있다. 이와 같이 케이싱을 두겹의 스킨으로 구성하여 케이싱 자체가 미세기포를 형성할 수 있는 멤브레인 산기관으로 구성하게 되면 산소이전율과 포기용량을 크게 증대시킬 수 있다.

입축형으로 예시된 제1 및 제2실시예에서의 상기 구동모터(5)와 회전익(3)은 횡축형으로 구성할 수 있으며 횡축형의 수중포기장치는 좁고 긴 장방형 반응조의 포기 및 교반에 유리하다.

도 3은 본 발명에 따른 수중포기장치 제3실시예의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.

이 실시예에서는 상기 제1실시예에 따른 수중포기장치에서 회전익(3)의 하부에는 내부에 공간이 형성된 원통형 또는 절두 원추형의 산기기가 설치되고, 상기 산기기의 상부와 측면은 밀폐되고 그 하부는 개방되어 형성된 원형의 송기구(11)에는 공기공급관(6a)의 관말이 삽입되고, 상기 공기공급관에는 공기조절밸브(8a)가 구비되며, 상기 공기공급관은 송풍기의 토출구와 서로 연통되도록 구성된 수중포기장치에 관한 것이다.

이 실시예에서는 이중 케이싱으로 구성된 산기관(1a)에 추가하여 산기기에 의한 포기가 이루어지므로 포기용량이 증대될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 수중포기장치 제4실시예의 개략적인 구조를 보이는 단면도이다.

유입구(41)와 토출구(42)가 구비된 케이싱(4)의 내부에는 구동모터(5)에 의하여 회전하는 회전익(3)이 설치되고, 상기 회전익의 하부에는 내부에 공간이 형성된 원통형 또는 절두 원추형의 산기기(2)가 설치되며, 상기 산기기의 상부는 밀폐되고 그 하부는 개방된 원형의 송기구(11)가 형성되고, 상기 송기구에는 공기공급관(6a)의 관말이 삽입 설치되어 수중포기기를 구성하며, 상기 유입구와 토출구의 어느 일측 또는 양측의 상기 케이싱에는 산기관(1)이 구비된 송기관(7)이 설치되고, 각각 공기조절밸브(8a,8a)가 구비된 상기 공기공급관(6,6a)은 송풍기의 토출구와 서로 연통되는 구성이다.

여기서, 반응조 내부에 설치되는 상기 공기공급관(6,6a)들은 상기 수중포기 기의 설치와 인양을 위한 가이드 파이프와 겸용으로 활용할 수 있도록 구성하면 유지관리가 용이하고 시설비를 절약할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 수중포기장치를 이용하여 포기교반 또는 비포기 교반중에서 선택하여 운전하거나, 포기교반 또는 비포기 교반이 설정된 주기에 따라 교차 반복되는 간헐포기로 운전할 수 있도록, 상기 공기공급관(6,6a)에는 타이머, 용존산소농도제어기(Do Controller), 산화환원전위제어기(ORP Controller) 등에 연동하여 작동하는 자동밸브(13,13a)를 설치하였으며, 상기 공기공급관(6,6a)들을 한 개의 관에 연결하고 자동밸브를 설치하면 자동밸브를 한 개로 줄일 수 있다.

본 발명의 수중포기장치를 적용하면, 미세기공이 형성되어 산소이전율이 우수한 산기관에 의한 포기기능에 수중포기기에 의한 비포기 교반기능이 추가되므로 산소이전율과 포기동력효율이 향상되고, 포기교반과 비포기교반이 교차 반복되는 간헐포기장치를 실현할 수 있으며, 특히 반응조의 조건에 가장 적합한 포기용량과 교반용량이 조합될 수 있고, 공기공급관을 수중포기기의 인양과 탈착에 소요되는 가이드 파이프 겸용으로 이용하고, 각각 밸브를 설치하여 송기량을 제어하므로 유지관리가 용이하고 외관이 단순하며 산기기와 산기기에 송풍량이 정교하게 배분되는 수중포기장치를 실현할 수 있다.

Claims (6)

1. 유입구(41)와 토출구(42)가 구비된 케이싱(4)의 내부에는 구동모터(5)에 의하여 구동되는 회전익(3)이 설치되고, 상기 케이싱(4)은 두겹의 스킨으로 구성되어 내부에 공기가 소통될 수 있는 공간이 형성된 이중 케이싱이며, 상기 두겹의 스킨중에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨에는 하나 이상의 산기관(1)이 설치되며, 상기 산기관(1)의 공기공급구는 상기 이중 케이싱의 내부공간 및 공기공급관(6)을 경유하여 송풍기의 토출구와 서로 연통되고, 상기 공기공급관(6)에는 공기조절밸브(8)가 구비되는 것을 특징으로 하는 산기기능과 교반기능이 구비된 수중포기장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 케이싱(4)을 구성하는 두겹의 스킨중에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨에는 다수개의 미세기공이 형성되어 상기 케이싱 자체가 산기관(1a)인 것을 특징으로 하는 산기기능과 교반기능이 구비된 수중포기장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 케이싱(4)을 구성하는 두겹의 스킨중에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨은 망체 또는 타공판에 다수개의 미세기공이 형성된 신축성 소재의 막이 조합되어, 상기 케이싱 자체가 멤브레인 산기관인 것을 특징으로 하는 산기기능과 교반기능이 구비된 수중포기장치.
4. 제1항에 있어서, 포기교반 또는 비포기교반중에서 선택하여 운전하거나, 포기교반 또는 비포기교반이 설정된 주기에 따라 교차반복되는 간헐포기로 운전할 수 있도록, 상기 공기공급관(6)에는 타이머, 용존산소농도제어기, 산화환원전위제어기에 연동하여 작동하는 자동밸브(13)가 설치된 것을 특징으로 하는 산기기능과 교반기능이 구비된 수중포기장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 회전익(3)의 하부에는 내부에 공간이 형성된 원통형 또는 절두 원추형의 산기기(2)가 설치되며, 상기 산기기의 상부는 밀폐되고 그 하부는 개방되어 원형의 송기구(11)가 형성되고, 상기 송기구에는 공기공급관(6a)의 관말이 삽입 설치되며, 상기 송기관은 송풍기의 토출구와 서로 연통되고 공기조절밸브(8a)가 구비되는 것을 특징으로 하는 산기기능과 교반기능이 구비된 수중포기장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 케이싱(4)은 한 겹의 스킨으로 구성된 케이싱이며, 상기 유입구(41)와 토출구(42)의 어느 일측 또는 양측의 상기 케이싱에는 산기관(1)이 구비된 송기관(7)이 설치되고, 상기 송기관과 공기공급관(6)은 탈착장치(12)에 의하여 탈착 가능한 구조로 연통되며, 상기 공기공급관(6,6a)들은 상기 수중포기장치의 설치와 인양을 위한 가이드 파이프와 겸용인 것을 특징으로 하는 산기기능과 교반기능이 구비된 수중포기장치.

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