KR100775439B1 - 고성능 폭기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세 기포에 의한 고성능 폭기에 관한 것으로 수중의 다공성 산기기를 회전시켜서 산기공으로 부터 분산 분출 되는 공기가 물과의 마찰에 의하여 작게 전단되는 폭기기에 관한 것이다.

이를 위하여 수중의 산기기와 공기 압축기와 직결 된 송기관이 산기기에 공기를 송달하며 동시에 산기기의 구동체가 되어 수중의 산기기를 회전 시키면 산기기에 조성 된 산기공으로 공기를 산기 시키며 산기 분출 되는 공기를 미세하게 전단 되도록 하는 것을 특징으로 하는 장치이다.

그리고, 수심이 깊을 때는 산기기와 직결 되고 송기관과 직결 된 보조기를 장치하여 산기기에 공기 공급이 원활 하도록 한 구성과 장치에 관한 것이다.

공기 압축기, 보조기, 산기기, 원형 송기판, 산기 틀, 원추.

Description

고성능 폭기 장치{THE HIGH EFFICIENCY EARATOR APPARATUS}

도·1 고성능 폭기기의 구성 단면도(전면도)

도·2 공기 압축기의 조립 사시도

도·3 보조기의 조립 사시도

도·4 산기기의 조립 사시도

도·5 보조관 내에 보조기가 내재 된 고성능 폭기기의 외형 전면도

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1. 모터 연결 축 2. 체결 관

4. 임펠러 5. 원형 송기판

6. 구심성 날개 틀 7. 연결 관

8. 송기관 9. 윗 체결 관

10. 아래 체결 관 12. 윗 덮개

13. 임펠러 케이스 14. 지주 판

17. 17' 틀 관 20. 지주판 조립 링

21. 보조 관 22. 연결 심

23. 산기 틀 24. 원 추

25. 원추 조립 링

A. 흡입구 B. 1차 압축 공간

C. 2차 압축 공간 D. D' 배기관

E. 산기공

본 발명은 폭기기로서 물에 산소 용존량을 높이는 장치 및 구성에 관한 것이다.

일반적으로 사용되는 기계식 폭기 방법에 있어서 외부로 부터 공급 받은 공기를 수중 임펠러의 회전으로 전단하여 기포를 발생 시키고 기포의 표면적을 물과 접촉 시키는 방법과, 미세한 산기공으로 된 산기틀을 수중에 고정 시키고 압축 공기를 주입하여 산기 시키는데서 생기는 기포로 폭기하는 방법이 있다.

그리고 수상에서 물래방아식 원시 폭기 방법이 있으나 논외로 하고,

대체적으로 수중 임펠러 폭기기가 많이 쓰이고 있으나, 기포가 커서 비효율적이며 고정 안치식으로 장비가 육중하다. 그리고 고정형 산기식 폭기는 산기공의 크기의 한계가 있고 산기공 보다 기포가 커져서 기포를 미세화 하는데 한계가 있으며, 어항 따위나 소규모 폭기 시설에 적합하여 산업용으로는 문제가 있다.

본 발명은 최소한의 동력으로 다량의 미세 기포를 발생 시켜 폭기의 효율을 극대화 하려는 것이다.

미세 기포의 필요성은 수학적으로도 증명 된다. 예컨대, 3밀리미터의 기포를 0.3밀리미터의 기포로 할 때, 즉, 기포의 크기를 10분의 1로 줄일 때, 기포의 표면적은 100배로 증가하고 기포의 수는 1,000배가 된다.

폭기의 원리는 공기와 물과의 접촉이다. 공기와 물과의 접촉면이 클수록 폭기의 효율이 커지는 것이다. 그러므로, 기포를 미세화 하여 기포의 표면적을 극대화 하는 것이 관건이다.

위와 같은 목적을 달성하기 위하여 많은 공기를 기포 전단 장치에 송기하여 미세하게 전단하도록 하는 것이다. 즉, 많은 산기공으로 이루어진 수중의 산기기에 많은 공기를 원활하게 공급하고 산기기를 회전시켜서 물과의 마찰에 의하여 산기공으로 분산하여 분출 되는 공기를 미세하게 전단 시키고자 한다.

그러므로, 첫째 적은 동력으로 다량의 공기를 압축하여 산기기에 공급하는 장치가 필요하다. 즉, 공기 압축 장치, 송기관, 공기 분산 전단장치, 이들 장치가 모터와 일체형이 되어 공기 압축기로 무터 산기기에 이르기 까지 함께 구동 하는 합리적인 구성과 조화로운 운영이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 장치를 강구하려는 것이다.

이하 첨부 된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도·1은 폭기기의 구성을 도시한 전면의 단면도로써 모터는 생략되었다.

즉, 상단에는 모터 연결축(1)과 체결관(2)을 체결하여 본 폭기기의 기본 구 동체로 하고, 그 주변에 공기 흡기장치와 공기를 압축하여 배기관(D)을 통하여 송기관(8)으로 송기 되도록 한 공기 압축기(도·2)와 다음으로 송기관(8)과 직결 된 보조기(도·3) 끝으로 보조기와 직결 된 원추형 산기기(도·4)의 단면도 이다. 전체 도면의 내부에 망으로 표시 된 부분은 공기 압축기의 흡입구(A)로부터 흡기 된 공기가 장치 내에 충전 된 표시이며, 산기기의 산기공(E)을 통하여 산기되는 것을 도시 한 것이다.

공기 압축기(도·2)의 임펠러(4)는 원심성 임펠러를 개조하여 역으로 이용한 것으로 처음부터 다량의 공기를 흡기하여 1차 압축 공간(B)에 수용하면서 공기가 압축되고, 압축 된 공기는 임펠러(4) 하단부의 좁은 배기부 날개에 의하여 틀관(17)으로 조성 된 2차 압축공간(C)에 배기 된다. 이때에 임펠러(4) 흡입부의 날개의 흡기 공간 면적과 배기부의 배기 날개의 배기 공간 면적은 약 4 대 1로 하였다. 즉, 최대 4분의 1로 흡기 된 공기를 압축 한다는 것이다.

그리고, 임펠러(4) 배기부의 배기 공간 면적은 송기관(8)의 단면적과 같게 하였다.

즉, 2차 압축공간(C)에 압축 되어 있는 공기를 원형 송기판(5)에 의하여 구심성 날개틀(6) 공간에 그대로 송기하여 원형 송기판(5)의 상·하의 압력을 같게 한 것이다.

구심성 날개틀(6) 공간에 보다 높은 압력이 조성되면, 원형 송기판(5)이 제대로 송기능력을 발휘 할 수 없게 되고 마침내 1차 압축 공간(B)에 부하가 걸리면 흡기능력이 저하 되므로 공연한 동력만을 낭비 시킬 수 있기 때문이다.

보조기(도·3)는 수심이 깊어서 공기 압축기로 무터 송기 되는 공기가 산기기에 이르는데 무리가 생기는 것을 해결하기 위하여 산기기와 직결 배치하여 연결심(22)에 부착 된 하향성 날개에 의하여 위로부터 공기를 아래로 끌어 내려서 2차 압축공간(C)에 전달하면 원형 송기판(5)에 의하여 구심성 날개틀(6) 공간에 송기하고 산기기로 송기하는 보조기로써 수심이 얕아서 송기와 산기기의 운영에 지장이 없을 때에는 보조기를 생략하고 직접 공기 압축기와 직결 된 송기관(8)과 산기기를 직결하여 운영하도록 되어 있다.

산기기(도·4)는 산기틀(23)과 원추(24)로 되어 있다. 산기틀(23)은 산기공(E)이 있는 통과 연결관(7)과 연결하는 외주 나사산이 있는 중공관과 하나로 되어 있다. 산기틀(22)의 직경은 공기 압축기의 임펠러(4)의 흡입부 직경과 같게 하였다. 산기공(E)의 크기는 기계의 크기에 따라 조절 되지만 직경이 2mm 이내로 하는 것이 좋다. 그리고, 산기공(E)의 면적의 총 합계는 임펠러(4) 흡입부의 흡기 공간 면적과 대등하게 한다. 산기공(E)의 위치는 용도에 따라 경사면에 배치해도 된다. 이때에 산기기의 구성이 달라진다.

원추(24)는 중량을 갖은 것으로 산기기가 팽이와 같이 꼭지점을 중심으로 안전하게 회전되도록 장치 된 것이다.

산기기 내부는 산기공(E)으로 공기가 배송되는 최소한의 배송 공간만 있으면 된다.

기포의 크기는 첫째 산기공(E)에 크기에 따라 결정되고, 둘째 산기공(E) 부위에 물과 마찰 되는 순간속도와 공기의 분출 압력에 좌우된다.

그러므로, 공기의 분출압력을 높이는 것만이 능사는 아니다.

또한, 회전 반경과 회전 속도에 따라 산기공(E)에 부가되는 원심력이 결정되고 원심력에 따라 공기의 분출 속도가 정해진다.

이러한 여러가지 요인으로 앞서 설명한 산기틀(23)의 직경과 산기공(E)의 크기 및 산기공(E) 면적을 고려한 것이다.

이상 폭기기의 전체 구성에 대하여 설명하였고 다음으로 각각의 장치 조립에 대하여 설명 한다.

공기 압축기(도·2)의 틀관(17) 하단 내주면에 조성 된 나사부에 베아링 집(18)을 결속하고 베아링(3')을 장착한 후 베아링 덮개(19)로 베아링(3')을 고정 시킨다. 다음으로 체결관(2)의 체결공(아)이 있는 쪽을 위로 해서 베아링(3')에 조립한 다음 체결관(2)의 절개 마감부에 구심성 날개틀(6)을 조립한다. 구심성 날개틀(6)은 배기 공기가 휘돌아 치게 구성 되어 있어서 구심성 날개틀(6)의 배기부 공간에서 발생하는 배기충돌을 방지하였다.

다음으로 원형 송기판(5)을 조립한다. 원형 송기판(5)은 원판 외주부위에 토막 토막 어긋나게 되어 있어서 어긋난 틈 새로 공기가 하송 되도록 구성 되었고 공기압이 역행하지 않으면서 위의 공기를 다음으로 송기 하도록 설계 된 것이다.

그 위에 체결관(2)을 감싸는 링으로 2차 공기 압축실(C)의 공간을 조성하고 임펠러(4)가 아래로 처지지 않도록 하는 조정링(15)을 조립한다. 2차 공기 압축실(C)은 틀관(17)에 의하여 외부와 밀폐 되어 있다.

다음으로 임펠러 케이스(13)의 하단 외주면의 나사산과 틀관(17) 상단 내주 면에 조성 된 나사면과 결합하여 임펠러 케이스(13)를 고정 시키고 난 뒤 임펠러(4)를 조립하고 나서 모터 연결축(1)을 체결관(2)과 조합하면 모터 연결축(1)의 돌출부가 임펠러(4)를 고정 시키게 되어 아래부터 층층이 조립 되었던 모든 부속들이 고정 된다.

다음으로 베아링(3)을 장착한 다음 베아링(3) 집과 겸용으로 되어 있는 윗 덮개(12)를 덮어서 임펠러 케이스(13)의 볼트(다')를 윗 덮개(12)의 볼트공(라)에 끼워서 넛트(나')를 단단히 체결하여 임펠러(4)의 하우징을 완성 시킨다.

모터 연결축(1)의 나사공(아)과 체결관(2)의 나사공(아)과 모터 연결축 보조링(11)의 나사공(아)을 조합해서 볼트(가)로 체결 한다. 이때에 모터 연결축(1)의 길이가 체결관(2) 절개 길이보다 짧기 때문에 체결관(2) 절개 하단부에 공간이 생겨 구심성 날개틀(6)이 장착 되고 배기관(D)으로 배기하는 공간이 형성 된다.

체결관(2) 하단 외주면에 조성 된 나사부와 연결관(7)을 체결한다.

끝으로 지주판(14)을 틀관(17) 외주면에 조립하여 임펠러 케이스(13) 밑을 받치게 하고 지주판(14)의 볼트(다)에 지주판 보조링(20)을 끼워서 윗 덮개(12)와 임펠러 케이스(13)의 볼트공(차)등을 통하여 나사(나)로 체결하면 공기 압축기의 조립은 완성 된다.

지주판(14)의 볼트공(카)는 장차 본 폭기기의 안치틀과 결속 시키는데 쓰일 볼트공이다.

보조기(도·3)의 윗 체결관(9)은 윗쪽으로 외주 나사부를 형성하여 송기관(8)의 연결관(7)과 체결 하도록 하고 중간 정도 이하를 절개하여 하단의 나사공( 자)를 만든다. 아래 체결관(10)은 윗 체결관(9)을 세로로 뒤집어 놓은 형상으로 역시 상단에 나사공(자)을 만들고 하단의 나사부는 연결관(7)과 체결하여 장차 산기기와 결속하게 한다.

아래 체결관(10)의 절개 된 하단부에 구심성 날개틀(6)과 원형 송기판(5)을 조립하고, 윗, 아래 체결관(9,10)의 나사공(자)과 연결심(22)의 나사공(자), 그리고 연결심 보조링(11')의 나사공(자)을 조합하여 볼트(마)로 체결 하면 보조기의 구동체가 된다.

연결심(22)과 윗 체결관(9) 사이와 아래(10) 사이에 각각 절개 공간부가 형성되어 윗 체결관(9)의 절개 공간부는 위로부터 공기가 소통하는 공간이 되고 연결심(22)에 부착 된 공기 하향성 날개가 안치 되는 공간이 된다.

그리고 아래 체결관(10)의 절개 공간부에는 구심성 날개틀(6)과 원형 송기관(5)이 조립되고 배기관(D')으로 공기를 배기 시키는 공간이 형성 된다.

통관(17') 하단 내주면에 조성된 나사부에 베아링 집(18)을 체결하고 베아링(3')을 장착한 후 베아링 덮개(19')를 체결한다. 그리고 조립 된 아래 체결관(10) 하단부를 베아링(3')에 조립하고 하단 외주 나사부와 연결관(7)을 결속한다.

틀관(17') 상단 내주면에 조성 된 나사부에 베아링(18)을 체결하고 베아링(3')을 윗 채결관(9)에 끼워서 베아링집(18)에 장착 한 후 베아링 덮개(19')를 체결한다. 그리고 송기관(8)의 연결관(7)과 결속시키면 보조기의 조립은 끝난다.

다음으로 보조관(21)을 보조기 아래로부터 끼워서 공기압축기의 틀관(17) 외주에 깊히 끼워 조립하고, 볼트(라)로 조이면 보조관(21)은 고정된다. 그리고 하단 의 보조기의 틀관(17')에 볼트(라)로 조이면 보조기의 유동을 막고 송기관(8)의 안전 보조역활을 하게 된다.

산기기(도·4)의 원추 조립링(25)은 산기틀(23) 내에서 볼트(바)에 끼워져서 원추(24)의 나사공(사)에 볼트(바)를 체결 할 때 산기틀(23)과 원추(24)와의 간격을 고정 시키는 역할을 한다. 산기기를 조립 후 보조기 및 송기관(8)의 연결관(7)과 체결하면 고성능 폭기기의 조립은 완성 된다.

본 발명의 고성능 폭기기는 수상에 모터와 직결하여 공기 압축기와 송기관(8)과 보조기와 수중의 산기기가 일체화 되어 모터와 함께 구동 되며 수중의 산기기를 회전시켜서 산기공(E)으로부터 산기 되는 공기를 미세하게 전단하는 폭기 방법을 특징으로 하는 폭기기이다. 공기의 송기량은 전체 회전 속도에 비례 한다. 흡기면이 넓기 때문에 고속 회전이 필요없는 저속 회전의 폭기기이다.

도면에 도시하지 않은 미세기포의 확산 장치를 보조관(21) 하단부에 설치하면 미세기포를 확산 할 수 있으며 물 위에 떠서 유동 할 수 있어서 유동성 있는 폭기기를 활용하는 특징을 갖는다.

위에서 설명한 바와 같이 다량의 미세기포를 생산하여 폭기효과를 극대화하므로서 에너지 절감에 절대적인 효과가 있다.

구동부가 물 위에 있어서 보수 유지가 쉽고 기기의 경량화로 다루기가 쉽다.

다량의 미세기포는 수중의 부유물을 수상에 띄워서 처리 할 수 있어서 수처리에 여러가지로 활용 된다.

기기의 최소화로 각 가정 등 소규모의 수처리용 폭기기 등으로 활용 할 수 있다.

Claims (1)

1. 다수의 산기공(E)을 갖는 원추형 산기기의 내부에 산기공(E)으로 송기 하는 최소한의 통기 공간 이외는 중량 있는 철 등으로 채워져서 무거운 추가 되어 원추 꼭지를 중심으로 요동 없이 회전 하도록 한 것을 특징으로 하는 원추형 산기기의 장치와

   수심이 깊을 때에 부착되는 보조기는 위로는 송기관(8)과 아래로는 산기기와 직결해서 위로부터 연결심(22)에 부착 된 공기 하향성 날개로 공기를 끌어 내려 원형 송기판(5)으로 원심성 날개틀(6) 공간에 송기 하고 원심성 날개틀(6)에 의하여 배기관(D')으로 배기 되도록 하는 것을 특징으로 하는 보조기의 장치와

   모터 연결축(1)과 체결관(2)을 결속 하고 모터와 직결하여 기본 구동체를 만들고, 윗 덮개(12)와 임펠러 케이스(13)의 조합으로 임펠러(4)의 하우징을 만들어 임펠러 하우징 속의 기본 구동체 외주면에 원심 임펠러를 개조하여 역으로 장치 한 임펠러(4)를 장치해서 저속으로 다량의 공기를 흡기 하도록 하고, 임펠러(4) 하단에 좁아진 배기부를 통하여 2차 압축 공간(C)에 배기 하는 과정에서 1차 압축공간(B)에 공기의 압축이 발생 하고 압축 된 공기를 2차 압축 공간(C)에 배기하면 원판 외주면에 토막 토막 어긋나게 하여 그 사이로 공기를 아래로 소통 배기 하게 한 원형 송기판(5)이 압축 된 공기를 구심성 날개틀(6) 공간에 송기 하고 구심성 날개틀(6)은 배기관(D)으로 압축 공기를 배기 하도록 하는 것을 특징으로 하는 공기 압축기의 장치와

   모터와 공기 압축기가 직결 되고 공기 압축기와 통기관(8)이 직결 되며 통기관(8)은 보조기 또는 산기기와 직결 되어 모터와 수중의 산기기가 일체가 되어서 함께 구동 하므로서 산기기의 산기공(E)으로 분산 분출 되는 공기를 물과의 마찰로 미세하게 전단 되도록 하는 것을 특징으로 하는 고성능 폭기 장치

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