KR101020112B1 - 용존산소 제거 및 살균 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용존산소를 포함하는 원수와 함께 질소 기체가 유입되어 상기 질소 기체에 의해 상기 용존산소를 산소 기체로 생성시키는 용해기; 상기 원수를 상기 용해기로 유입시키는 펌프; 및 상기 용해기로부터 유입된 상기 원수로부터 상기 산소 기체를 분리하여 배출시키는 배출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 용존산소 제거 및 살균 장치를 개시한다. 상기와 같은 용존산소 제거 및 살균 장치는 오염 없이 용존산소를 제거하면서 살균 작용을 발생시키고, 용존산소에 의한 배관의 부식을 감소시킬 수 있다.

Description

용존산소 제거 및 살균 장치{APPARATUS FOR REMOVING THE DISSOLVED OXYGEN AND STERILIZING}
본 발명은 용존산소 제거 및 살균 장치에 관한 것으로서, 특히 인공적으로 처리되기 전 상태의 원수에 분자 상태로 용해된 상태로 포함된 용존산소를 제거하면서 살균 작용이 이루어질 수 있는 용존산소 제거 및 살균 장치에 관한 것이다.
물은 화학적으로 산소와 수소의 결합물이고, 천연으로는 곳곳에 바닷물, 강물, 지하수, 우물물, 빗물, 온천수, 수증기, 눈, 얼음 등으로 존재한다. 이러한 물 중에서 인공적으로 처리가 이루어지기 전의 상태의 물을 원수라 한다. 원수에는 산소, 질소 및 이산화탄소 등의 각종 기체가 일정한 비율로 용해되어 있고, 원수에 용해된 분자 상태의 산소는 용존산소라 한다. 일반적으로 상온에서 용존산소는 8 내지 10ppm 정도이고, 원수의 온도가 증가함에 따라 용존산소의 농도는 점점 감소하게 된다.
한편, 원수는 배관을 통해 유동하고 탱크에 수용될 수 있다. 이러한 배관 및 탱크는 일반적으로 금속 재질로 제작된다. 그런데 원수에 포함된 용존산소는 배관 및 배관의 내벽을 산화 부식시키고, 배관 및 탱크 내부에 스케일(scale)을 형성하기도 한다. 이로 인해, 배관 및 탱크는 수명이 단축되거나, 그 내부의 원수를 혼탁하게 하기도 한다. 또한, 선박의 밸러스트(ballast)로서 이용되는 원수는 호기성 세균 등으로 인해 미생물의 번식이 이루어지기도 한다.
또한, 용존산소를 제거하기 위하여 화학 약품이 원수에 첨가될 수 있다. 하지만, 이러한 화학 약품은 용존산소를 제거할 수 있으나, 오히려 용존산소가 제거된 상태의 원수를 오염시킬 수 있다는 우려가 있다.
본 발명은 원수에 포함된 용존산소를 제거함으로써, 원수로 인한 배관 및 탱크의 부식을 감소시키는 동시에 살균 작용이 이루어질 수 있는 용존산소 제거 및 살균 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 원수에 포함된 용존산소의 제거에 따른 원수의 오염을 감소시킬 수 있는 용존산소 제거 및 살균 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 용존산소를 포함하는 원수와 함께 질소 기체가 유입되어 상기 질소 기체에 의해 상기 용존산소를 산소 기체로 생성시키는 용해기; 상기 원수를 상기 용해기로 유입시키는 펌프; 및 상기 용해기로부터 유입된 상기 원수로부터 상기 산소 기체를 분리하여 배출시키는 배출기를 포함하되,
상기 용해기는, 상기 원수가 유입되는 액체 공급관; 상기 질소 기체가 유입되는 기체 공급관; 상기 액체 공급관 및 상기 기체 공급관과 연통되고, 폐쇄되어 상기 원수 및 상기 질소 기체가 길이방향으로 유동되도록 하는 와류 유도 하우징; 상기 와류 유도 하우징의 내부를 폐쇄하며 복수 개들의 개구들이 형성된 플레이트; 기역(ㄱ) 모양의 관 형상을 가지며, 상기 플레이트의 개구들에 장착되어 상기 원수 및 상기 질소 기체를 상기 와류 유도 하우징의 길이방향으로 유동시키는 와류 유도관들(상기 와류 유도관들 각각의 유도 입구 및 유도 출구는 상기 플레이트의 양 방향으로 돌출되고, 상기 유도 출구들은 쌍을 이루며 서로 마주보도록 상기 플레이트 상에서 배열된다); 및 상기 와류 유도 하우징과 연결되어, 상기 산소 기체를 포함하는 원수를 안내하여 방출하는 원수 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 용존산소 제거 및 살균 장치를 개시한다.
또한, 상기 배출기는, 상기 배출기의 일측에 설치되어 상기 용해기와 연결되고, 상기 산소 기체를 포함하는 원수가 유입되는 배출 공급관; 상기 배출기의 상측에 설치되어, 상기 배출기의 내부에서 상기 원수로부터 분리되어 상부로 유동하는 상기 산소 기체가 배출되는 기체 배출관; 및 상기 배출 공급관과 마주보도록 상기 배출기의 타측에 설치되어, 상기 배출기의 내부에서 상기 산소 기체가 분리된 원수가 배출되는 액체 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 용존산소 제거 및 살균 장치를 개시한다.
본 발명에 따른 용존산소 제거 및 살균 장치는 하기와 같은 효과를 가진다.
(1) 본 발명의 용존산소 제거 및 살균 장치에서는 용존산소를 포함하는 원수와 함께 질소 기체가 용해기에 유입된다. 이때, 질소 기체는 용존산소를 산소 기체로 생성시킨다. 이로 인해, 원수는 용존산소를 대신하여 산소 기체를 포함한다. 이때, 산소 기체는 마이크로버블(micro bubble)로서 작용하여 살균 작용이 이루어지도록 한다. 또한, 배출기에서는 용해기로부터 산소 기체를 포함하는 원수가 유입되고, 원수로부터 산소 기체는 비중 차에 의해 분리되어 배출된다. 이처럼 원수는 용존산소가 제거된 상태로 배관을 통해 이용하고자 탱크로 공급될 수 있다. 또한, 선박의 밸러스트(ballast)로서 원수가 이용되는 경우, 밸러스트 탱크 내부의 오염이 방지될 수 있다. 따라서, 본 발명은 용존산소로 인한 배관 및 탱크의 부식을 감소시키고, 배관 및 탱크의 부식에 따른 문제점이 발생하지 않는 효과를 가진다.
(2) 본 발명의 용존산소 제거 및 살균 장치에서 용존산소를 포함하는 원수와 함께 용해기에 유입되는 질소 기체는 용존산소를 산소 기체로 생성하고, 산소 기체를 포함하는 원수를 생성한다. 이때, 질소 기체는 원수의 오염원으로 작용하지 않는다. 따라서, 본 발명은 용존산소 제거를 위하여 유입된 물질에 의해 원수의 오염이 이루어지지 않는 효과를 가진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용존산소 제거 및 살균 장치를 도시하는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 용존산소 제거 및 살균 장치의 용해기를 도시하는 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 용존산소 제거 및 살균 장치의 배출기를 도시하는 단면도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용존산소 제거 및 살균 장치(100)를 도시하는 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 용존산소 제거 및 살균 장치(100)의 용해기(101)를 도시하는 단면도이며, 도 3은 도 1에 도시된 용존산소 제거 및 살균 장치(100)의 배출기(103)를 도시하는 단면도이다. 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 용존산소 제거 및 살균 장치(100)는 용해기(101), 펌프(102) 및 배출기(103)를 포함하여, 원수에 분자상태로 용해되어 포함된 산소 즉, 용존산소를 제거하는 데에 이용된다. 여기서, 원수는 인공적으로 처리되기 전 상태의 물을 의미한다.
용해기(101)는 용존산소를 포함하는 원수와 함께 질소 기체를 공급받는다. 이때, 질소 기체는 원수 내에 용해된 용존 산소를 산소 기체로 생성한다. 예를 들어, 질소 기체가 원수 내에서 용해되어 용존산소를 치환함에 따라, 용존산소는 산소 기체로 생성될 수 있다. 이와 같이 산소 기체가 생성됨에 따라, 원수는 용존산소가 제거된 상태에서 공기방울 형태로 산소 기체를 포함한다. 또한, 산소 기체는 마이크로버블(micro bubble)로서 작용하여, 원수에서 살균 작용을 구현한다. 이러한 용해기(101)는 액체 공급관(111), 기체 공급관(112), 와류 유도 하우징(113), 플레이트(114), 와류 유도관(115)들 및 원수 배출관(116)을 포함한다.
액체 공급관(111)은 펌프(102)와 연결되어 원수를 와류 유도 하우징(113)의 내부로 유입시키고, 기체 공급관(112)은 질소 기체를 와류 유도 하우징(113)의 내부로 유입시킨다.
와류 유도 하우징(113)은 일측에서 액체 공급관(111) 및 기체 공급관(112)과 연통되고, 액체 공급관(111)을 통해 유입된 원수 및 기체 공급관(112)을 통해 유입된 질소 기체를 와류 유도 하우징(113)의 길이방향으로 유동하도록 안내한다. 와류 유도 하우징(113)의 형상은 폐쇄된 형상이다.
한편, 와류 유도 하우징(113)은 형상, 설치 위치 및 개수 등에 대하여는, 당업자의 입장에서 자명하다고 인정되는 범위 내에서 다양하게 변형 및 변경가능하게 실시될 수 있다.
플레이트(114)는 와류 유도 하우징(113)의 내부에 설치되어, 와류 유도 하우징(113)의 내부를 폐쇄한다. 이러한 플레이트(114)에는 원형으로 이루어진 복수 개의 개구(114a)들이 형성된다. 이로 인해, 와류 유도 하우징(113)에 유입된 원수 및 질소 기체의 일부는 플레이트(114)의 개구(114a)들을 통과하여 와류 유도 하우징(113)의 길이방향으로 유동한다.
한편, 플레이트(114)는 형상, 크기 및 개수 등에 대하여는 당업자의 입장에서 자명하다고 인정되는 범위 내에서 다양하게 변형 및 변경될 수 있다. 또한, 플레이트(114)의 개구(114a)들은 도 2에 도시된 바와 같은 원형뿐 아니라, 사각형, 삼각형 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
와류 유도관(115)들은 플레이트(114)의 개구(114a)들에 설치되고, 바람직하게는 플레이트(114)의 개구(114a)들을 관통하여 와류 유도 하우징(113)의 길이방향을 따라 돌출되도록 설치된다. 이러한 와류 유도관(115)들은 각각 유도 입구(115a) 및 유도 출구(115b)가 형성된 기역(ㄱ) 모양의 관 형상을 갖는다(즉, 와류 유도관(115)들 각각의 유도 입구(115a) 및 유도 출구(115b)는 플레이트(114)의 양 방향으로 돌출된다). 또한, 와류 유도관(114)들의 단면은 플레이트(114)의 개구(114a)들의 형상에 따른다. 특히, 와류 유도관(115)들 중 적어도 한 쌍은 각각의 유도 출구(115b)가 상호 간에 마주보도록 플레이트(114) 상에 설치된다. 또한, 와류 유도관(115)들은 형상, 크기 및 개수 등에 대하여는 당업자의 입장에서 자명한 범위 내에서 변형 및 변경될 수 있다.
원수 배출관(116)은 와류 유도 하우징(113)의 타측에 연결되고, 산소 기체를 포함하는 원수를 안내하여 유출시킨다.
또한, 본 실시예는 복수 개의 플레이트(114)들이 와류 유도 하우징(113)의 길이 방향(즉, 수평 방향)을 따라 설치된 예를 도시하고 있다. 따라서, 원수 및 질소 기체는 플레이트(114)들 및 이들 각각에 설치된 와류 유도관(115)들을 연속적으로 통과하도록 한다. 이때, 질소 기체의 의해 원수의 용존산소가 산소 기체로 생성된다. 또한, 예를 들어, 질소 기체가 원수에 용해되는 용존산소를 치환하는 경우, 질소 기체의 원수에 대한 용해도가 증가할 수 있고, 용해기(101)에서 용존산소를 치환하는 질소 기체의 양이 증가하여, 생성되는 산소 기체의 양이 증가하게 될 수 있다.
또한, 본 실시예에서 플레이트(114)들이 와류 유도 하우징(113)의 길이방향 즉, 수평 방향을 따라 설치된 예가 도시되고 있으나, 와류 유도 하우징(113)이 수직 방향으로 설치되는 경우 플레이트(114)들도 수직 방향으로 설치될 수 있다. 이때, 와류 유도 하우징(113)으로 유입된 원수 및 질소 기체는 상향으로 유동하는 것이 바람직하다. 또한, 와류 유도 하우징(113)의 상부는 개방되고, 체류조(미도시 됨)가 추가로 설치될 수 있다.
또한, 앞서 언급된 용존산소 제거 및 살균 장치에서 체류조는 와류 유도 하우징(113)을 둘러싸며, 일측에는 산소 기체를 포함하는 원수를 유출시키는 원수 배출관(116)과 연결된다. 또한, 체류조는 와류 유도 하우징(113)의 개방된 상부로부터 원수 배출관(116)까지 산소 기체를 포함하는 원수를 안내한다. 한편, 와류 유도 하우징(113)은 체류조 내에 수용된 것이 아니라, 와류 유도 하우징(113)의 상부와 체류조의 상부가 서로 연결된 것일 수 있다. 즉, 와류 유도 하우징(113)과 체류조는 와류 유도 하우징(113)의 상부와 체류조의 상부가 서로 연결된 ∩형상을 이루는 것이다.
이하에서는 도 2를 참조하여, 와류 유도 하우징(113)의 내부로 유입된 원수 및 질소 기체의 흐름 및 이에 따른 와류 형성에 대하여 살펴보기로 하자. 원수 및 질소 기체의 흐름은 화살표를 따라 진행된다.
우선, 원수 및 질소 기체는 와류 유도 하우징(113)에 연통된 액체 공급관(111) 및 기체 공급관(112)을 통해 와류 유도 하우징(113)의 일측으로 유입된다. 이와 같이 유입된 원수 및 질소 기체는 뒤이어 유입되는 원수 및 질소 기체에 의해 와류 유도 하우징(113)의 길이방향으로 유동한다. 와류 유도 하우징(113)의 길이방향으로 유동하는 원수 및 질소 기체 중 일부는 길이방향으로 유동하여 유도 입구(115a)를 통해 와류 유도관(115)들로 유입되고, 나머지 일부는 플레이트(114)에 차단되어 와류 유도 하우징(113)의 길이방향의 역방향으로 전환된다. 플레이트(114)에 차단된 원수 및 질소 기체는 충돌에 의해 와류가 발생된다. 이로 인해, 용존산소가 질소 기체의 의해 산소 기체로 생성된다.
또한, 예를 들어 질소 기체가 원수에 용해되는 경우, 질소 기체는 용존산소를 치환하여 용존산소를 산소 기체로 생성시킬 수 있다. 이때, 산소 기체는 원수에 공기방울 형태로 포함된다. 이러한 산소 기체는 마이크로 버블로서 작용하여 살균 작용을 구현한다.
각각의 유도 입구(115a)를 통해 유입된 원수 및 질소 기체는 와류 유도관(115)의 형상에 따라 유동 방향이 유도 출구(115b) 방향으로 전환된다. 와류 유도 하우징(113)의 내부로 유입되어 길이방향으로 유동하던 원수 및 질소 기체는 와류 유도관(115)들에 의해 방향이 전환되어, 상호 간에 마주보게 위치된 한 쌍의 유도 출구(115b)를 통해 배출된다. 이렇게 상호 간에 마주보는 방향으로 배출된 원수 및 질소 기체는 충돌하여 와류를 형성한다. 이때, 원수 및 질소 기체 상호 간의 접촉 면적이 넓어져, 질소 기체에 의한 산소 기체의 생성이 증가될 수 있다.
와류 유도관(115)들의 유도 출구(115b)를 통해 배출된 원수 및 질소 기체는 충돌한 다음에, 뒤이어 유입되는 원수 및 질소 기체에 의해 길이방향으로 향하도록 유동방향이 전환된다. 상술한 원수 및 질소 기체의 유동은 화살표 방향을 따라 반복적으로 이루어진다.
복수 개의 플레이트(114)들과 이들 각각에 설치된 와류 유도관(115)들에 의해 산소 기체를 포함하는 원수는 와류 유도 하우징(113)의 타측에 연결된 원수 배출관(116)으로 유동하여 유출된다.
펌프(102)는 액체 공급관(111)과 연결되어 원수를 액체 공급관(111)을 통과시켜 와류 유도 하우징(113)의 하부로 유입시킨다. 또한, 펌프(102)는 용해기(101)에 유입되는 원수의 양을 조절할 수 있다.
배출기(103)는 용해기(101)와 연결된다. 또한, 배출기(103)에는 원수 배출관(116)을 통과한 산소 기체를 포함하는 원수가 유입된다. 산소 기체를 포함하는 원수는 배출기(103)의 내부에서 분리되어 배출된다. 이러한 배출기(103)는 배출 공급관(131), 기체 배출관(132) 및 액체 배출관(133)을 포함한다.
배출 공급관(131)은 배출기(103)의 일측에 설치되어 용해기(101)와 연결되고, 산소 기체를 포함하는 원수가 배출 공급관(131)을 통해 배출기(103)의 하부로 유입되도록 한다. 원수로부터 신소 기체는 비중 차에 의해 분리된다. 이때, 일반적으로 산소 기체는 상부로 유동하고, 원수는 액체 배출관(133)을 향하여 유동한다. 한편, 용해기(101)에 유입된 질소 기체 중 일부가 용해되지 않을 수 있다. 이러한 질소 기체도 배출 공급관(131)을 통해 배출기(103)의 내부로 유입되어 산소 기체와 같이 상부로 유동할 수 있다.
기체 배출관(132)은 배출기(103)의 상측에 설치되어, 산소 기체의 배출 통로로서 기능을 하게 된다. 즉, 원수로부터 완전히 분리된 산소 기체는 계속하여 상부로 유동하여 기체 배출관(132)을 통해 배출기(103)의 외부로 배출된다. 이때, 원수에 포함된 질소 기체도 산소 기체와 같이 유동하여 기체 배출관(132)을 통해 배출기(103)의 외부로 배출될 수 있다.
액체 배출관(133)은 배출 공급관(131)과 마주보도록 배출기(103)의 타측에 설치된다. 배출 공급관(131)을 통해 유입되어 산소 기체가 분리된 원수는 액체 배출관(133)을 향하여 유동하여 액체 배출관(133)을 통해 배출기(103)의 외부로 배출된다. 이때, 원수는 이용하고자 하는 탱크로 공급될 수 있다. 이로 인해, 원수는 예를 들어, 장시간 이동하는 선박의 밸러스트 탱크에 유입되어 밸러스트(ballast)로서 이용될 수 있다.
한편, 본 실시예의 배출기(103)에는 유동 감속부(134)가 설치될 수 있다. 유동 감속부(134)는 배출 공급관(131)과 액체 배출관(133) 사이에서 상부를 향하도록 돌출 형성되어, 배출기(103)의 바닥면을 적어도 두 부분으로 분할한다. 또한, 배출 공급관(131)을 통해 배출기(103)의 하부로 유입되어 액체 배출관(133)을 통해 배출되는 원수는 유동 감속부(134)를 넘어 액체 배출관(133)을 통해 배출되도록 상부로 유동된다. 이로 인해, 원수는 유동 속도의 감소, 유동 거리의 증가 및 유동 시간의 증가가 이루어져, 원수로부터 산소 기체가 분리되는 시간도 증가하게 된다. 따라서, 더 많은 양의 산소 기체가 유동 감속부(134)에 의해 원수로부터 분리되어 기체 배출관(132)을 통해 배출기(103)의 외부로 배출되고, 이에 따라 액체 배출관(103)을 통해 원수와 함께 배출되는 산소 기체의 양이 감소될 수 있다.
또한, 본 실시예의 용존산소 제거 및 살균 장치(100)에는 살균기(104)가 추가될 수 있다. 살균기(104)는 용해기(101)와 배출기(103) 사이에 위치되고, 전기 분해를 통해 이온을 발생시킨다. 살균기(104)에서 발생된 이온이 작용하여 원수에 포함된 호기성 세균 등을 제거한다.
이상, 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
100: 용존산소 제거 및 살균 장치 101: 용해기
102: 펌프 103: 배출기
104: 살균기 111: 액체 공급관
112: 기체 공급관 113: 와류 유도 하우징
114: 플레이트 114a: 개구
115: 와류 유도관(115)들 115a: 유도 입구
115b: 유도 출구 116: 원수 배출관
131: 배출 공급관 132: 기체 배출관
133: 액체 배출관 134: 유동 감속부

Claims (3)

  1. 용존산소를 포함하는 원수와 함께 질소 기체가 유입되어 상기 질소 기체에 의해 상기 용존산소를 산소 기체로 생성시키는 용해기;
    상기 원수를 상기 용해기로 유입시키는 펌프; 및
    상기 용해기로부터 유입된 상기 원수로부터 상기 산소 기체를 분리하여 배출시키는 배출기를 포함하되,
    상기 용해기는,
    상기 원수가 유입되는 액체 공급관;
    상기 질소 기체가 유입되는 기체 공급관;
    상기 액체 공급관 및 상기 기체 공급관과 연통되고, 폐쇄되어 상기 원수 및 상기 질소 기체가 길이방향으로 유동되도록 하는 와류 유도 하우징;
    상기 와류 유도 하우징의 내부를 폐쇄하며 복수 개들의 개구들이 형성된 플레이트;
    기역(ㄱ) 모양의 관 형상을 가지며, 상기 플레이트의 개구들에 장착되어 상기 원수 및 상기 질소 기체를 상기 와류 유도 하우징의 길이방향으로 유동시키는 와류 유도관들(상기 와류 유도관들 각각의 유도 입구 및 유도 출구는 상기 플레이트의 양 방향으로 돌출되고, 상기 유도 출구들은 쌍을 이루며 서로 마주보도록 상기 플레이트 상에서 배열된다); 및
    상기 와류 유도 하우징과 연결되어, 상기 산소 기체를 포함하는 원수를 안내하여 방출하는 원수 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 용존산소 제거 및 살균 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 배출기는,
    상기 배출기의 일측에 설치되어 상기 용해기와 연결되고, 상기 산소 기체를 포함하는 원수가 유입되는 배출 공급관;
    상기 배출기의 상측에 설치되어, 상기 배출기의 내부에서 상기 원수로부터 분리되어 상부로 유동하는 상기 산소 기체가 배출되는 기체 배출관; 및
    상기 배출 공급관과 마주보도록 상기 배출기의 타측에 설치되어, 상기 배출기의 내부에서 상기 산소 기체가 분리된 원수가 배출되는 액체 배출관을 포함하는 것을 특징으로 하는 용존산소 제거 및 살균 장치.
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