KR100988773B1

KR100988773B1 - 실험수로용 미세 기포 발생 장치

Info

Publication number: KR100988773B1
Application number: KR1020100037198A
Authority: KR
Inventors: 조용식
Original assignee: 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2010-04-22
Filing date: 2010-04-22
Publication date: 2010-10-20

Abstract

본 발명은 수리모형실험용 실험수로 저면에 설치되어 미세한 기포를 발생함으로써 광학 측정기기의 측정감도를 향상시키는 미세 기포 발생장치로서, 압축공기가 주입되는 장방형 트레이(tray)와 이 트레이에 내장되는 승강판 및 트레이 상부를 폐쇄하고 다수의 포기공이 천공된 상판으로 구성된다.
본 발명을 통하여, 나노입자 등 고가의 보조재료를 사용하지 않고도 수리모형실험시 광학유속계의 측정감도를 향상시킬 수 있으며, 이로써 실험정도(實驗精度)를 확보하고 실험비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

Description

실험수로용 미세 기포 발생 장치{FINE BUBBLE GENERATOR FOR MODEL CHANNEL}

본 발명은 수리모형실험용 실험수로 저면에 설치되어 미세한 기포를 발생함으로써 광학 측정기기의 측정감도를 향상시키는 미세 기포 발생장치로서, 압축공기가 주입되는 장방형 트레이(tray)와 이 트레이에 내장되는 승강판 및 트레이 상부를 폐쇄하고 다수의 포기공이 천공된 상판으로 구성된다.

도 1은 일반적인 수리모형실험용 실험수로(90)서, 도시된 바와 같이 통상 투명한 측벽(21)을 가지는 구형(矩形) 수로 양단에 각각 급수관 및 배수관이 연결되고, 조파수조 겸용 실험수로(90)의 경우 상류단에 조파기가 장착되며, 도시되지는 않았지만 급수관 상부에는 실험간 일정한 유량을 유지할 수 있도록 월류(越流)형 고수조가 설치된다.

수리모형실험은 댐(dam), 보(洑), 교량 및 항만등 각종 수공구조물의 수리학적 거동을 관찰 및 분석하기 위한 실험으로서, 통상 실험수로(90) 내부에 계획 수공구조물을 축소한 상사모형(相似模型)을 설치한 후 다양한 조건의 흐름 또는 파랑을 인공적으로 발생시키고, 그에 따른 수위, 유속 및 수압의 변화와 상사모형에 가해지는 외력 및 변형을 측정하는 방식으로 진행된다.

수리모형실험의 다양한 측정요소중 유속 및 와류발생 등 물의 흐름 양태는 수공구조물 및 수로의 수리학적 거동을 해석함에 있어서 가장 중요한 요소라 할 수 있으며, 이러한 유속 및 와류발생은 실험수로(90)에 유속계를 투입하거나 실험수로(90) 외부에 광학유속계(99)를 설치하여 측정할 수 있다.

레이저도플러유속계(LDV, Laser Doppler Velocimetry) 또는 입자영상유속계(PIV, Particle Image Velocimetry) 등의 광학유속계(99)는 유동장(流動場)안의 입자를 촬상하거나 유동장에 조사된 광선의 산란광을 수광하여 처리하는 방식으로 유속 및 와류발생 상태를 측정하게 되는데, 측정감도 및 정도(精度)를 확보하기 위하여 실험수로(90)에 염료, 미세입자 또는 형광트레이(20)서(螢光tracer) 등을 투입할 수 있다.

염료, 미세입자 및 형광트레이(20)서를 실험수로(90)에 투입함으로써 광학유속계(99)의 측정감도를 확보할 수 있으나, 염료의 경우 투입 초기에는 확산범위가 작으므로 실험수로(90) 전반의 흐름 양태 파악에 한계가 있고 완전확산되었을 시에는 측정감도 향상효과가 미미할 뿐 아니라 수로내부의 육안 관찰을 방해하는 문제점이 있으며, 미세입자 및 형광트레이(20)서는 실험수로(90)내 균일한 분포가 어려울 뿐 아니라 유동장의 흐름을 변형시킬 가능성이 있다.

이에 미세입자의 일종으로서 분산성을 극대화한 나노입자가 개발되어 각종 수리실험에 적용되고 있으나, 고가(高價)일 뿐 아니라 회수가 사실상 불가능하므로 실험비용을 증가시키는 심각한 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 감안하여 창안한 것으로, 수리실험용 실험수로(90) 저면에 설치되는 기포 발생장치로서, 외곽이 측벽(21)으로 포위되고 상면에 다수의 유도봉(25)이 돌출 형성되며 일 측벽(21)에 유입구(22)가 형성되고 상면 중심에는 상기 유입구(22)와 송기로(23)를 통하여 연결된 송기구(24)가 형성된 장방형 트레이(20)와, 이 트레이(20) 내부에 수납되고 내부에 상기 유도봉(25)과 동수의 개폐공(31)이 형성되는 승강판(30)과, 트레이(20) 측벽(21) 상단에 결합되어 트레이(20) 상부를 폐쇄하고 다수의 포기공(41)이 형성된 상판(40)으로 구성되어, 유입구(22)를 통하여 유입된 압축공기가 송기로(23)를 거쳐 송기구(24)로 압송됨에 따라 트레이(20)에 수납된 승강판(30)이 상승하고, 트레이(20)의 유도봉(25)에 결합된 개폐공(31)이 개방되어 방출된 압축공기가 상판(40)의 포기공(41)을 통하여 포기(布氣)됨을 특징으로 하는 실험수로용 미세 기포 발생 장치이다.

본 발명을 통하여, 나노입자 등 고가의 보조재료를 사용하지 않고도 수리모형실험시 광학유속계의 측정감도를 향상시킬 수 있으며, 이로써 실험정도(實驗精度)를 확보하고 실험비용을 절감하는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 일반적인 실험수로 및 광학유속계 사시도
도 2는 본 발명의 설치상태 사시도
도 3은 본 발명의 분해사시도
도 4는 본 발명의 부분절단 사시도
도 5는 본 발명의 트레이 부분절단 사시도
도 6은 본 발명의 사용상태 대표단면도
도 7은 본 발명의 작동방식 설명도

본 발명의 상세한 구성 및 작동원리를 첨부된 도면을 통하여 설명하면 다음과 같다.

우선 도 2는 본 발명의 설치상태를 도시한 사시도로서, 동 도면을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 상부가 상판(40)으로 폐쇄된 장방형 트레이(20)로 구성된 본 발명은 실험수로(90)의 저면에 거치되며, 공압관(19)을 통하여 컴프레서(compressor)(18)와 연결되어 압축공기가 인가된다.

본 발명에 압축공기를 인가하는 컴프레서(18)는 도 2에 도시된 바와 같이 하부에 캐스터(11)가 설치되어 실험수로(90) 상단의 레일(91)을 따라 주행하는 대차(臺車)(10)에 탑재되거나 실험수로(90) 외부에 별도로 설치되는 등 다양한 구성이 가능하며, 본 발명의 트레이(20) 측면에는 도 3에서와 같이 이송 로울러가 설치되어 실험수로(90) 저면을 원활하게 주행할 수 있도록 구성할 수도 있으나, 이러한 컴프레서(18)의 설치위치 및 주행방식 등은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 선택 실시할 수 있는 사항이므로 청구범위의 구체적인 한정은 하지 않는다.

본 발명의 상세한 내부구조가 도시된 도 3에서와 같이, 본 발명은 크게 트레이(20), 승강판(30) 및 상판(40)으로 구성되며 각각의 특징을 설명하면 다음과 같다.

우선 트레이(20)는 외곽이 측벽(21)으로 포위된 장방형 용기로서 상면에는 다수의 유도봉(25)이 돌출되며, 일 측벽(21)에는 유입구(22)가 형성되고 중심에는 송기구(24)가 형성된다.

승강판(30)은 트레이(20)의 측벽(21) 내부와 일치하는 형상의 장방형 판체로서 트레이(20)에 수납되며 트레이(20)의 유도봉(25)과 동수(同數)의 개폐공(31)이 형성되어, 도 4에서와 같이, 승강판(30)의 트레이(20) 수납시 승강판(30)의 개폐공(31)이 트레이(20)의 유도봉(25)에 결합된다.

한편, 도 3에서와 같이 작동과정에서의 승강판(30) 변형을 방지하기 위하여 승강판(30) 표면에 다수의 리브(rib)(38)를 형성할 수도 있다.

상판(40)은 도 4에서와 같이 트레이(20) 벽체 상단에 체결되어 트레이(20) 상부를 폐쇄하는 판체로서 다수의 포기공(41)이 천공된다.

트레이(20)에 형성된 유입구(22)와 송기구(24)는 도 5에서와 같이 트레이(20) 저판 내부에 형성된 송기로(23)를 통하여 연결되며, 유입구(22)에는 도 6에서와 같이 컴프레서(18)가 공압관(19)을 통하여 연결되어 압축공기를 공급하게 된다.

트레이(20)의 유입구(22)를 통하여 공급된 압축공기는 송기로(23)를 거쳐 트레이(20) 중심의 송기구(24)로 압송되며, 이후 승강판(30)의 개폐공(31)을 거쳐 상판(40)의 포기공(41)으로 배출된다.

본 발명의 사용상태 대표단면도인 도 6을 통하여 알 수 있는 바와 같이, 상판(40) 전반에 걸쳐 규칙적으로 형성된 포기공(41)을 통하여 배출되는 미세 기포는 수로에 고르게 분포되어 광학유속계(99)의 측정감도를 향상시키는 역할을 수행한다.

본 발명에서의 압축공기 이동 경로 및 미세기포의 형성 과정을 도 7을 통하여 순차적으로 설명하면 다음과 같다.

우선 공압관(19)을 통하여 압축공기가 인가되지 않은 상태에서는 도 7의 상단 도면에서와 같이, 승강판(30)이 트레이(20)에 밀착된 상태를 유지하며 승강판(30)의 개폐공(31) 또한 유도봉(25)에 완전 결합되어 폐쇄상태를 유지한다.

이후 도 7의 중앙부 도면에서와 같이, 공압관(19)을 통하여 유입구(22)로 압축공기가 인가되면, 송기로(23)를 거쳐 송기구(24)로 압축공기가 압송됨에 따라 승강판(30)이 실험수로(90)의 수압을 극복하고 상승하게 되는데, 승강판(30)에 다수 형성된 개폐공(31)이 유도봉(25)에 결합된 상태에서 승강판(30)이 상승하게 되므로 상승과정에서 승강판(30)이 수평을 유지하게 된다.

결국 도 7의 하단 도면에서와 같이, 압축공기의 공급이 지속됨에 따라 승강판(30)의 개폐공(31)이 유도봉(25)으로부터 이탈되며, 이탈 직전까지 승강판(30)은 수평상태를 유지하므로 승강판(30)에 형성된 다수의 개폐공(31) 중 일부에 압축공기가 편중되지 않고 전체 개폐공(31)이 균일하게 압축공기를 토출하게 되며, 상승상태의 승강판(30) 직상부에 위치한 상판(40)에 형성된 다수의 미세한 포기공(41)을 통하여 포기되면서 실험수로(90)내 미세기포를 방출하게 되는 것이다.

이렇듯, 인가된 압축공기를 수로내 소정의 구간에 균일하게 분포되는 미세 기포 형태로 포기함으로써, 광학유속계(99)의 측정감도를 제고할 수 있다.

10 : 대차
11 : 캐스터(caster)
18 : 컴프레서(compressor)
19 : 공압관
20 : 트레이(tray)
21 : 측벽
22 : 유입구
23 : 송기로
24 : 송기구
25 : 유도봉
30 : 승강판
31 : 개폐공
38 : 리브(rib)
40 : 상판
41 : 포기공
90 : 실험수로
91 : 레일
99 : 광학유속계

Claims

수리실험용 실험수로(90) 저면에 설치되는 기포 발생장치로서, 상부에 다수의 포기공(41)이 형성된 실험수로용 미세 기포 발생 장치에 있어서,
외곽이 측벽(21)으로 포위되고 상면에 다수의 유도봉(25)이 돌출 형성되며 일 측벽(21)에 유입구(22)가 형성되고 상면 중심에는 상기 유입구(22)와 송기로(23)를 통하여 연결된 송기구(24)가 형성된 장방형 트레이(20)와;
이 트레이(20) 내부에 수납되고 내부에 상기 유도봉(25)과 동수의 개폐공(31)이 형성되는 승강판(30)과;
트레이(20) 측벽(21) 상단에 결합되어 트레이(20) 상부를 폐쇄하고 다수의 포기공(41)이 형성된 상판(40)으로 구성되어,
유입구(22)를 통하여 유입된 압축공기가 송기로(23)를 거쳐 송기구(24)로 압송됨에 따라 트레이(20)에 수납된 승강판(30)이 상승하고, 트레이(20)의 유도봉(25)에 결합된 개폐공(31)이 개방되어 방출된 압축공기가 상판(40)의 포기공(41)을 통하여 포기(布氣)됨을 특징으로 하는 실험수로용 미세 기포 발생 장치.