KR100703943B1

KR100703943B1 - 산소 용해 장치

Info

Publication number: KR100703943B1
Application number: KR1020060033773A
Authority: KR
Inventors: 박현린
Original assignee: 박현린
Priority date: 2005-10-25
Filing date: 2006-04-13
Publication date: 2007-04-09

Abstract

본 발명에 따르면, 산소 용해 장치는 물 공급관과 물 배출관이 설치된 압력탱크와, 상기 압력탱크에 산소를 공급하는 산소 공급부와, 상기 물 공급관에 산소를 용존시키기 위한 물을 공급하는 펌프를 가지는 물 공급부를 구비하여 된 것으로, 상기 압력탱크는 내부공간부를 가지는 본체와, 상기 본체에 설치되어 내부공간을 수직방향으로 분할 할 수 있도록 소정의 간격으로 적층되며 물 공급관으로부터 공급된 물이 통과하는 복수개의 관통공이 형성된 구획격판들과, 상기 산소공급부는 산소저장탱크 또는 산소 발생기와 압력탱크를 연결하는 산소 공급관과, 상기 산소공급관과 연결되며 압력탱크의 내주면을 따라 하방으로 연장되며 다수개의 산소분사공이 형성된 산소 노즐관과, 압력탱크에 설치된 압력센서에 의해 측정된 압력과, 물 배출관을 통하여 배출되는 물의 산소 용존량을 측정하여 압력 탱크로의 산소의 공급 및 물의 공급을 제어하는 제어수단을 구비한다.

산소, 용존, 물, 분사.

Description

산소 용해 장치{apparatus for dissolving oxygen}

도 1은 본 발명에 따른 산소 용해 장치의 정면도,

도 2는 압력탱크의 일 실시예를 나타내 보인 단면도,

도 3은 압력탱크의 다른 실시예를 나타내 보인 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 압력 탱크의 또 다른 실시예를 나타내 보인 일부절제 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 압력 탱크의 또 다른 실시예를 나타내 단면도,

도 6은 본 발명에 따른 압력탱크의 다른 실시예를 나타내 보인 일부절제 사시도,

도 7은 압력탱크의 구획격판과 임펠러가 설치된 상태를 발췌하여 도시한 사시도,

도 8에는 압력탱크의 또 다른 실시예를 나타내 보인 사시도.

본 발명은 산소 용해 장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 용수, 수경재배를 위한 양액, 정화를 위한 폐수 등에 산소를 용해시키기 위한 산소 용해 장치에 관한 것이다.

통상적으로 기체를 용해하는 용해 장치는 폐수를 처리하여 수중의 용해산소(DO)함량을 증가시키는데 이용된다. 물고기나 기타 수중 생물의 생명을 보존하기 위해서 뿐만 아니라 악취제거나 유기물질의 생성 억제를 위해서도 용해산소의 양을 소정 값 이상으로 유지할 필요가 있다. 생화학적 산소 요구량(BOD)은 수중의 유기물을 파괴하는 생물학적 공정에 소요되는 산소량에 의해 결정되는데, 생화학적 산소 요구량이 높을수록 수중에 유기물의 양이 많고, 많은 양의 용해 산소가 필요하다는 것을 의미한다. 기체용해 장치는 용해산소의 양을 증가시키는데 대단히 유용한 것으로, 특히 생화학적 산소 요구량이 높은 경우에 있어서는 이용가치가 매우 크다.

상기 기체용해장치는 폐수처리장, 정수처리장, 정수기, 수경재배를 위한 양액, 양식장 등에서 산소나 오존 등의 기체를 폐수나 물과 같은 액체에 용해시키는데 이용되는 장치로서, 이는 물이나 폐수 등와 같은 액체 내 산소나 오존 등의 기체 용존률을 높일 목적으로 주로 이용된다.

이와 같은 기체용해 장치는 공기 확산형과 기계형의 두 가지로 대별된다. 공기확산형 기체용해 장치는 공기나 순수 산소를 잠수식 다공성 확산부재 또는 노즐을 통해 수중으로 유입하는 구조로 되어 있으며, 기계식 기체용해 장치는 물을 교란하여 대기중의 공기를 용해시키는 구조를 갖는다. 기계식 기체용해 장치는 또 다시 수면기체 용해 장치와 터어빈 기체용해 장치로 세분된다. 수면 기체용해 장치는 잠수식 내지는 부분 잠수식 임펠러로 물을 교란함으로써 수증으로 공기를 유입함과 동시에 공기와 물의 접촉영역을 급격히 변화시키도록 되어있다. 그리고, 터어빈 기체 용해장치는 처리수의 수면 아래에 일정한 깊이로 설치된 회전 임펠러를 이용하는 것으로, 임펠러와 동축상에는 통기관이 지지되어 외부공기를 임펠러 주위의 물로 공급하게 된다.

등록 실용신안 제 0305788호에는 고농도 산소수 용해 장치가 개시되어 있다. 개시된 산소수 용해 장치는 정수처리 된 물을 산소수 흡입라인을 통하여 물과 함께 산소탱크 또는 산소발생기의 산소를 동시에 투입시켜 병렬 연결 구성된 순환펌프에서 흡입되게 함과 아울러 각 산소 용해기 후단부에 유량조절밸브를 순차적으로 설치하여 유량과 압력을 제어하는 구성을 가진다.

등록 실용신안 제0265964호에는 산소수 용해 장치가 개시되어 있다.

개시된 산소수 용해 장치는 외측으로 토출구가 구비된 외벽이 형성되고 내측으로 상부차단판이 형성되며 액화산소와 함께 물을 공급하는 유입구가 중앙에 고정된 덮개판과, 내측으로 내벽이 설치되고 외측으로 하부 차단판이 형성되며 상기 덮개판의 상부 차단판이 하부차단판 사이에 위치되게 덮힌 상태로 결합되는 바닥판과, 상기 덮개판의 유입구에 결합되고 바닥판의 내벽사이에 설치되며 물을 회오리 형태로 바닥판쪽으로 분사시키는 트위스트관과, 상기 상부 차단판과 하부 차단판의 내측에 물 흐름 방향으로 경사지게 설치되고 다단으로 설치되는 와류성형날개를 구비한 구성을 가진다.

그리고 등록 실용신안 0297470호, 등록 특허 제 0420097호, 등록 실용신안 제 0384685호에는 기체 용해 장치가 개시되어 있으며, 미합중국 특허 제 4,240,990호와 제 4,308,221호의 폐수처리용 기체용해 장치가 개시되어 있다.

상술한 바와 같이 구성된 산소 용해 장치 또는 기체용해장치는 물과 산소가 동시에 공급되어 와류를 형성함으로써 물에 산소를 용해하게 되므로 산소의 용해정도 압력의 설정 등이 용이하지 않으며, 산소에 의한 기포가 발생되는 문제점이 있다. 특히 산소가 무화되지 않은 경우 기포의 발생이 심해지고, 산소를 고농도로 용해 시킬 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소정의 압력을 유지하는 용기 내에서 물의 유속, 산소의 확산, 물의 체류 등의 기능을 복합하여 안정적으로 높은 용존산소량을 가진 산소 용해수를 제조할 수 있는 산소 용해 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 흐르는 물의 체류 시간을 길게하여 물과 산소의 접촉율을 높임으로써 산소의 용해도를 높일 수 있는 산소 용해 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 산소 용해 장치는,

물 공급관과 물 배출관이 설치된 압력탱크와, 상기 압력탱크에 산소를 공급하는 산소 공급부와, 상기 물 공급관에 산소를 용존시키기 위한 물을 공급하기 위한 펌프를 가지는 물 공급부를 구비하여 된 것으로,

상기 압력탱크는 내부공간부를 가지는 본체와, 상기 본체에 설치되어 내부공간을 수직방향으로 분할 할 수 있도록 소정의 간격으로 적층되며 물 공급관으로부터 공급된 물이 통과하는 복수개의 관통공이 형성된 구획격판들과,

상기 산소공급부는 산소탱크 또는 산소 발생기와 압력탱크를 연결하는 산소 공급관과, 상기 산소공급관과 연결되며 압력탱크의 내주면을 따라 하방으로 연장되며 다수개의 산소분사공이 형성된 산소 노즐관과,

압력탱크에 설치된 압력센서에 의해 측정된 압력과, 물 배출관을 통하여 배출되는 물의 산소 용존량을 측정하여 압력 탱크로의 산소의 공급 및 물의 공급을 제어하는 제어수단을 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상하 방향으로 인접한 구획격판들에 형성된 관통공의 형성 영역은 상호 엇갈리게 위치된다. 그리고 산소 노즐관은 본체의 내주벽을 따라 나선형으로 형성된다. 상기 물 배출관은 그 입구가 상기 본체의 내부공간 하부측에 위치된 것을 그 특징으로 한다.

대안으로 본 발명의 목적을 달성하기 위한 산소 용해장치는 압력탱크와, 상기 압력탱크에 산소를 공급하는 산소 공급부와, 압력탱크에 물을 공급하기 위한 펌프를 가진 물 공급부를 구비하여 된 산소 용해장치에 있어서,

상기 압력탱크는 내부공간부를 가지는 본체와, 상기 본체에 설치되어 내부 공간부의 상부측으로 연장되는 물공급과, 상기 본체에 설치되어 물공급관이 삽입되는 관통공이 형성된 복수개의 구획격판들과, 상기 구획격판들의 사이의 본체 또는 물공급관에 설치되어 관통공을 통하여 하강되는 물을 난류화 시키기 위한 임펠러들과, 상기 본체의 하부에 설치되어 상기 공간부 내의 물을 배출하는 배출관을 구비하여 된 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 산소용해 장치의 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 다른 산소 용해 장치는 정화된 정화수, 하천수, 수경재배를 위한 양액, 정화를 위한 폐수 등에 산소를 용해시켜 용존산소량을 증가시키기 위한 것으로 그 일 실시예를 도 1에 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 산소용해 장치는 물 공급관(11)과, 물 배출관(12)이 설치된 압력탱크(20)와, 상기 압력탱크(20)와 산소 공급관(31)에 의해 연결되어 산소를 공급하는 산소 공급부(30)와, 상기 물 공급관(11)에 산소를 용존시키기 위한 물을 공급하는 펌프(41)를 가지는 물 공급부(40)를 구비하며, 상기 압력탱크(13)에 설치된 압력센서(51)에 의해 측정된 압력과, 물 배출관을 통하여 배출되는 물의 산소 용존량을 측정하는 측정센서(16)에 의해 산소의 용존산소량을 측정하여 압력 탱크로의 산소의 공급 및 물의 공급을 제어하는 제어수단(50)을 구비한다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 산소 용해 장치를 구성요소 별로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 압력탱크(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 내부 공간부(21)를 가지는 본체(22)와, 상기 본체(22)의 상부측에 설치되는 물 공급관(11)의 출구측에 설치되어 상기 물공급관(11)을 하여 공급되는 물을 분부하여 무화시키는 노즐(23)을 구비한다. 그리고 상기 압력탱크(20)와 연결된 산소 공급관(31)과 연결되어 하방으로 연장되는 분사공(32a)이 형성된 산소 노즐관(32)을 구비한다. 여기에서 산소 노즐관(32)은 본체(22)의 내주면을 따라 나선형으로 형성될 수 있다. 그리고 상기 노즐관(32) 하부의 본체(22)에는 노즐관(23)으로부터 분사된 물의 충돌력에 의해 분산시키기 위한 원추형의 충격판(24)이 설치될 수 있다.

도 3에는 본 발명에 따른 압력 탱크의 다른 실시예를 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 압력탱크(20)는 내부공간부(21)를 가지는 본체(22)와, 상기 본체(22)의 상부측에 설치되는 물공급관(11)으로부터 하부측으로 소정간격 이격되도록 설치되며 내부공간(21)을 수직방향으로 분할하며 물 공급관으로부터 공급된 물이 통과하는 복수개의 관통공(25a)이 형성된 구획격판(25)을 구비한다. 여기에서 도 4에 도시된 바와 같이 인접하는 각 구획격판(25)의 형성부는 상호 교호적으로 형성되어 물공급관(11)으로부터 물의 흐름궤적을 길게 형성함이 바람직하다. 여기에서 상기 산소공급관(31)과 연결되는 산소노즐관(32)은 상기 실시예와 동리한 구조를 가질 수 있으므로 다시 설명하지 않기로 한다.

도 5에는 본 발명에 압력탱크의 또 다른 실시예를 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 압력 탱크(20)는 내부공간부(21)를 가지는 본체(22)와, 상기 본체(22)의 상부측에 설치된 물공급관(11)으로부터 본체(22)의 내부공간부(21)를 소정간격으로 구획하며 복수개의 관통공(26a)이 형성된 구획격판(26)들과, 상기 산소공급관(31)과 연결되어 상기 구획격판(26)들을 통하여 낙하되는 물을 감싸도록 나선형으로 밴딩되며 분사공(33a)이 형성된 산소노즐관(33)을 구비한다.

한편, 상술한 압력탱크에 있어서, 상기 물배출관(12)의 입구와 산소 노즐관의 단부는 각각 본체(22)의 내부공간 바닥면과 근접되게 위치되도록 함이 바람직하다.

도 6 및 도 7에는 본 발명에 따른 압력 탱크의 또 다른 실시예를 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 압력탱크(60)는 내부공간부(61)를 가지는 본체(62)와, 상기 본체(62)의 측면에 설치되어 내부 공간부의 상부측으로 연장되는 물공급관(63)을 구비한다. 여기에서 상기 공급관(63)은 본체(62)의 측면으로 유입되는 것으로 한정되었으나 이에 한정되지 않고 본체의 상부측으로 물을 공급할 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다. 그리고 물공급관(63)은 산소공급관(70)과 연결되어 물과 산소가 동시에 분사된다.

그리고 본체(62)에는 상기 물공급관(63)이 삽입되는 관통공(64a-67a)이 형성된 복수개의 구획격판(64-67)들이 형성되고 이 구획격판(64-66)들의 사이에는 상기 관통공을 통하여 배출되는 물을 난류화 시키기 위한 임펠러(68)(69)들이 고정된다. 인접하는 임펠러(68)(69)들의 브레이드(68a)(69a)들의 경사 방향은 상호 반대방향으로 형성된다. 여기에서 임펠러(68)(69)의 브레이드는 수평방향으로 연장되는 평면부와, 이 평면부로부터 절곡된 경사부를 가질 수 있다.

그리고 하부에 위치되는 임펠러(69)의 하부에 설치된 구획격판(67)의 관통공(67a)의 가장자리는 톱니 형상의 요철이 형성된다. 상기 구획격판은 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 물을 난류화 시킬 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다.

그리고 최하부측에 위치되는 구획격판(67)은 원주방향으로 복수개의 개구(67a)가 형성된다.
도 8에는 압력탱크의 다른 시시예를 나타내 보였다. 도면을 참조하면 압력탱크는 내부공간(81)을 가지는 본체(82)과 상기 본체(82)의 내부에 소정의 간격으로 설치되며 다수의 관통공이 형성된 격판(83)들과, 상기 본체의 상부측에 설치되는 물공급관(84)와 산소 공급관(85)를 구비한다.

삭제

상기 압력탱크는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고, 물공급관으로부터 공급되는 물의 체류시간을 길게하고, 난류화시켜 산소와의 접촉시간을 길게 형성할 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다. 예컨데, 물 공급관(11)을 내부 공간의 상부 측으로 분사하여 무화시킬 수도 있다. 이 경우 일부의 물은 분기하여 내부공간의 상부측으로부터 하부측으로 분사될 수 있도록 함이 바람직하다.

그리고 상기 압력탱크에는 물의 온도를 조절하기 위한 가열히터(61)와 냉각을 위한 냉각장치(62)를 더 구비할 수 있다. 상기 냉각장치는 압력탱크 내의 물이 순환되는 열교환기와, 상기 열교환기를 냉각시키기 위한 송풍팬을 구비할 수 있다. 상기 냉각장치는 도면에는 도시되어 있지 않으나 냉동사이클에 의해 구동되는 냉각장치로 이루어 질 수 있다. 냉동사이클에 의해 구동되는 냉각장치의 경우 증발기를 상기 열교환기 압력 탱크의 내부에 위치시킬 수 있다. 상기 압력 탱크에는 물의 수위를 육안으로 관찰할 수 있는 사이드 글라스(63)가 더 구비될 수 있다.

상기 산소 공급부(30)는 상기 압력탱크(30)와 연결된 산소 공급관(31)에 산소를 공급하기 위한 것으로, 산소발생기(35), 고압산소 또는 액화산소가 주입된 산소탱크(36)중 적어도 하나가 연결되어 이루어질 수 있다. 상기 산소공급관(31) 및 이와 산소 발생기(35) 또는 산소탱크(36)를 연결하는 분기관(32)에는 산소의 공급을 단속하기 위한 제1밸브(37)와 보조밸브(38)들이 설치될 수 있다.

상기 물공급부(40)는 취수탱크(100) 또는 하천, 호수의 취수장 등으로부터 물을 취수하여 상기 물공급관(11)에 공급하는 것으로, 물공급관(11)과 연결되며 펌프(41)가 설치되는 취수관(42)과, 상기 취수관(42)에 설치되는 제 2밸브(43)를 구비한다.

한편, 상기 물 배출관(12)에는 압력탱크(20) 내에서 산소가 용존된 물을 배출할 수 있는 것으로, 상기 배출관(12)에는 제 3밸브(15)와 배출되는 물에 산소의 용존량을 측정하기 위한 측정센서(16)가 설치된다.

상기 제어수단(50)은 상기 압력탱크(20) 내의 압력, 물의 수위, 배출되는 물의 산소 용존량 등을 감안하여 산소, 물의 공급 및 배출, 수위 등을 제어하는 것으로, 압력탱크(20)에 설치되는 압력세서(51), 수위감지센서(미도시), 배출관(12)에 설치되어 배출되는 물의 용존량을 측정하는 측정센서(16)로부터 각 측정값의 신호를 받아 상기 펌프, 제1,2,3밸브(37)(43)(15)들을 제어하는 마이크로 컴퓨터(55)를 구비한다. 상기 제어수단은 탱크 내의 압력을 2Kg/㎠로 유지한 상태에서 99mg/ℓ를 용해시킬 수 있으므로 산소의 고급 및 물의 공급량을 조절함으로써 산소의 용존 량을 조절할 수 있다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 산소 용해 장치를 이용하여 원수에 산소를 용해시키기 위해서는 제어수단(50)에 의해 물 공급부(40)의 제 2밸브(43)를 열고, 상기 펌프(41)를 가동시켜 압력탱크에 물을 공급함과 아울러 상기 제 1밸브(27)를 열어 상기 압력탱크(20)에 산소가 공급되도록 한다. 이 과정에서 상기 압력탱크(20)의 내부에 마련된 공기 배출밸브(미도시)를 열어 압력 탱크 내의 공기를 배출하고 산소를 공급하여 설정된 압력을 유지 할 수 있도록 함이 바람직하다.

이와 같이 하면, 상기 물공급관(11)를 통하여 압력 탱크(20)의 내부로 물이 공급되게 되는데, 이 공급된 물은 도 2에 도시된 바와 같이 노즐(23)을 통하여 무화된 상태로 분사됨과 아울러 본체(21)의 내부에 설치된 충격판(24)에 의해 분산됨으로써 산소와의 접촉율을 높여 산소의 용존량을 증가시킬 수 있다.

특히 도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이 본체(21)의 내부에 같이 관통공이 형성된 구획격판(25),(26)이 설치된 경우 물 공급관(11)으로 공급된 물은 단계적으로 구획격판(25),(26)들의 관통공(25a)(26a)을 통과하면서 체류 시간이 상대적으로 길어지고, 이의 하부에는 나선형의 산소 노즐관(32 )이 설치되어 있으므로 산소와 접촉율을 높이고 특히 물의 흐름에 따른 체류 시간을 길게 할 수 있다.

특히 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 물공급관(63)이 상방으로 연장되고, 이로부터 공급된 물이 구획격판(64)(65)의 관통공(64a)(65a)를 통하여 유입된 후 임펠러(68)에 의해 난류화되면서 산소가 물에 용해 된다. 특히 하부에 위치되는 구획격판(66)에 형성된 관통공의 가장자리에는 요철이 형성되어 있으므로 난류화를 촉진시킬 수 있다.

상기와 같이 산소의 용존이 이루어지는 과정에서 수경재배를 위한 양액의 산소를 용존시키는 경우 미네랄 공급기로부터 각종 미네랄을 공급할 수 있다.

상술한 바와 같이 산소의 용존이 이루어지는 과정에서 압력탱크(20) 내부에 산소 공급압력을 설정된 압력으로 일정하게 유지하고, 압력탱크(20) 내에 물의 수위가 적정한 상태를 유지할 수 있도록 상기 제어수단(50)에 의해 물배출관(12)의 제 3밸브(43)를 열어 물을 배출시킨다.

이상에서 설명한 바와 같이 산소 용해 장치는 압력탱크 내에서 물의 유속을 제어하고, 물과 산소의 압력의 조정, 산소의 확산을 제어하여 호수, 하천, 또는 수경재배를 위한 산소의 용존량을 높일 수 있다. 특히 압력탱크의 내부로 공급되는 원수속에 산소를 일정한 압력으로 강제 용해시킴으로써 면적당 용존 산소량을 배가 할 수 있으며, 무 기포 산소용해를 통하여 산소의 용존량을 높일 수 있는 것이다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

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압력탱크와, 상기 압력탱크에 산소를 공급하는 산소 공급부와, 압력탱크에 물을 공급하기 위한 펌프를 가진 물 공급부를 구비하여 된 산소 용해장치에 있어서,

상기 압력탱크는 내부공간부를 가지는 본체와, 상기 본체에 설치되어 내부 공간부의 상부측으로 연장되는 물공급과, 상기 본체에 설치되어 물공급관이 삽입되는 관통공이 형성된 복수개의 구획격판들과, 상기 구획격판들의 사이의 본체 또는 물공급관에 설치되어 관통공을 통하여 하강되는 물을 난류화 시키기 위한 임펠러들과, 상기 본체의 하부에 설치되어 상기 공간부 내의 물을 배출하는 배출관을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 산소 용해장치.
제 5항에 있어서,

상기 구획격판 중 선택된 하나의 구획격판에 형성된 관통공의 가장자리에는 요철이 형성된 것을 특징으로 하는 산소용해장치.
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