KR101021101B1 - 교반 혼합 수처리장치 - Google Patents

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Abstract

간이 구성으로 저가로 제작 가능한 교반 혼합기가 제공된다.
본 교반 혼합기는 처리물을 통과 시키는 유로(10)을 내부에 가지고 있는 동체(1)와, 동체(1)내에 유로 중심축(X)를 끼고 좌/우 부분의 각각으로 유로를 변경하는 2매의 반타원형의 유로 변경판(20,21)을 가지고 있는 교반 혼합기와, 교반 혼합기의 한쪽의 유로 변경판(20)은 유로 중심축(X)에 대해, 소정의 각도 범위의 경사면을 하류측 선단을 들어 올려 설치하는 것과 함께, 반 타원형상의 유로 변경판(20)의 유로 중심축(X)와 교차하는 중심측 단변을 회전축(x')으로 반타원형상의 유로 변경판(20)이 외주방향으로 내가라도록 소정의 각도 범위 경사가 되게 함으로 써, 2방향의 각도에 의한 경사를 가지게 설계한 것이다. 또 다른 하나의 유로 변경판(21)은 앞서 설명한 유로 변경판(20)의 유로 중심축(X)을 중심축으로 하여 180° 회전 시켜 설치한다. 유로 변경판(21) 하류에 유로 중심 방향을 따라 동성의 극을 근접한 형태로 유로에 영구자석(50)을 설치한 것을 특징으로 한다.

Description

교반 혼합 수처리장치{agitation/mixing water treatment equipment}
본 발명은 교반 혼합기에 관한 것으로, 특히 마이크로버블, 나노버블, 미스트(mist), 드라이 미스트(dry mist), 에멀젼(emulsion) 등 2종 이상의 유체(流體)등을 교반하여 혼합하고, 마이크로버블을 생성한 처리수에 자기처리를 시행하는 교반 혼합 수처리장치에 관한 것이다.
2종 이상의 유체 등을 교반하여 혼합하는 것의 예로써 마이크로버블 생성이 있으며, 마이크로버블의 생성법으로는, (1)초음파, 충격파 등의 급격한 압력 변동을 가해, 기포를 급격히 팽창시킨 후, 가압하여 기포를 붕괴시켜 발생시키는 압파 방식, (2)냉각 가압 등에 의해 공기의 용해도를 높인 뒤, 정상 상태로 되돌릴 때 만들어지는 과포화 상태에 난류(亂流)등의 자극을 가해 용존 공기가 기포 핵을 중심으로 기포를 성장 시키는 과포화석출(過飽和析出)방식, (3)벤츄리 튜브(venturi tube)나, 선회류(旋回流)에 의해 많은 기체를 포함하게 된 물에 난류(亂流)를 가해, 기체를 자르듯 전단(剪斷)하여 기포를 생성시키는 방식, (4)급격히 압력을 저하시켜 증기압 이하로 만듦으로 물이 끓어오르도록 함과 동시에 수중의 용존 공기가 석출되는, 기포 발생 현상인 캐비테이션(cavitation)을 이용한 방식, (5) 미소(微小)한 구멍으로부터 압력 기체가 나오도록 하여 기포를 생성하는 방식 등 여러 방법으로 마이크로버블을 생성하고 있다.
구체적인 예로, 비특허 문헌1(竹村文男 마이크로버블의 특성과 응용전개강습회 텍스트, 테크니컬 인포메이션센터 (2004))은 고압력(高壓力)하에서 기체를 대량으로 용해시킨 뒤 감압에 의해 재(再) 기포화(氣泡化)하는 방법으로 기포를 생성한다. 또 전단(剪斷)에 의한 예로는, 특허 문헌 1(재공표-再公表 00-069550 公報)에서 제시하는 것과 같이, 선회회전류(旋回回轉流)를 생성시켜, 그 안에 기체를 끌어들여 전단(剪斷)/분쇄(粉碎)하여 발생시키는 방법이 있으며, 특허 문헌 2(특공평 3-9759 公報)에서 제시하는 방법처럼 (마이크로버블 발생기를 세탁기에 응용한 기술), 버섯 모양의 돌기에 물을 부딪치게 하여 소용돌이가 발생하는 공간을 만들어, 소용돌이에 의한 선회류(旋回流)가 만들어지고, 선회류가 관내 충돌체에 전단(剪斷)되어 마이크로버블을 생성하게 하는 방법이 있다.
위에서의 설명처럼, 생성법으로는, (1)압파(壓破)에 의한 방법, (2)과포화석출 방법, (3)전단 생성에 의한 방법, (4)캐비테이션(CAVITATION)에 의한 방법, (5)미소 구멍에서 압력 기체를 내뿜게 하여 만드는 방법 등 여러 종류가 있으며, 마이크로 버블 생성을 위해 종래의 각 방법들이 단독 또는 조합으로 쓰여졌다.
마이크로 버블 생성에 있어서는, 일반적으로 일정 이상의 유속(流速)이 필요하다. 예를 들면, 특허 문헌 2에서는 관내(管內)에 다수(多數)의 충돌물을 만듦으로서 유속(流速)과 전단(剪斷)에 의한 난류(亂流)를 발생시키는 것이 가능하기 때문에 마이크로버블을 만들 수 있다. 이 방법은 마이크로버블 생성부를 소형화할 수 있는 장점을 가지고있다. 하지만, 관내에 다수의 충돌체를 만들어야 하기 때문에 제작 공정이 많아 비용이 높아질 수밖에 없다.
일반적으로는 수도꼭지로부터 나오는 물은 약 0.2kg/s, 수압은 약 1kgf/cm2 이다. 가압을 위한 펌프 등을 사용하지 않고 마이크로버블을 만들기 위해서는, 마이크로버블 생성기내에 선회류 등의 생성, 전단 등의 요소가 복잡하게 작용하므로, 간단하게 규정하는 것은 어려우나, 난류가 적을 경우에, 2kgf/cm2 이상에서 마이크로 버블이 생성될 수 있는 경우도 있다. 그리고, 마이크로버블 생성기내에서 난류가 크게 만들어지는 구성이 필요하다.
일반 가정에서 간단히 마이크로버블水를 만드는 장치로, 특허 문헌 3((특개 2005-305219 公報 )에 기재된 기술이 있다. 이 기술에서는 기액을 혼합한 하류측 관 내부에 볼록한 형태의 충돌물을 만들고, 외부에 자석을 설치하여, 간단한 구성이면서도 일반 가정에서 쉽게 마이크로버블수를 만들 수 있다.
본 발명은 특허문헌 3의 기술처럼, 일반 가정에서 쉽고 저가로 마이크로 버블이 발생 가능 하면서 효율적인 자기 처리로 자기수(磁氣水)를 제공하는 것에 있다.
상기 설명한 문제 해결을 위해, 본 발명은 하기와 같은 방법을 사용 하였다.
처리물이 흘러가는 유로(流路)를 내부에 가지고 있는 동체(胴體), 동체내의 유로 중심축을 끼고, 좌우 각각의 유로를 변경하는 2매의 반타원형(半楕圓形)의 유로 변경판(流路變更板), 2매의 유로 변경판의 교차부에서 유로의 하류측에 근접한 동체 내 공간부에 개구부(開口部)를 설치한 첨가혼합체 도입관(添加混合體導入管), 2매의 유로 변경판의 하류측의 동체내 공간부에서, 유로내의 회전류(回轉流)를 직선류(直線流)로 바꾸는 정류판(整流板), 2매의 유로 변경판의 하류측의 동체내 공간부에 있어, 유로에 따라 자기처리(磁氣處理)를 하는 영구자석을 활용한 자기처리장치로 구성되어 있다.
한쪽의 유로 변경판은, 흐름의 중심축에 대해, 하기 각도범위 α각도 만큼 하류(下流)쪽 선단(先端)을 올리는 것과 함께, 반타원형의 유로 변경판의 흐름의 중심축(x)과 교차(交差)하는 중심측 단변(中心側端邊)을 회전축(x')으로 하여, 반타원형의 유로 변경판이 외주방향(外周方向)으로 내려가도록 하기(下記)의 각도 범위 β각도 만큼 경사를 지게 함으로써, 두 방향의 각도로 경사를 설계한다.
다른 한쪽의 유로 변경판은, 앞서 기술한 한 쪽의 유로 변경판의 유로중심축을 중심축으로 하여 180° 회전시킨 위치에 오도록 설치하며, 정류판은 앞서 기술한 2매의 유로 변경판에 의해 형성되어지는 회전류가 된 처리물의 유로의 중심이 유로의 최상부(最上部), 최하부(最下部)가 되는 위치에 만들며, 자기 처리체는 유로의 중심 방향에 따라, 같은 극끼리 근접한 상태로 유로에 영구 자석을 설치하는 것을 특징으로 한다.
α= 45 ± 5 (°)
β= (80 - α) ± 10 (°)
처리물이 통과하는 관내에 처리물이 흘러가는 흐름의 중심축을 기준으로 좌우에 반타원형의 판(유로 변경판)을 설치하여 처리물의 흐름을 조정한다.
좌우 유로 변경판 중 한 쪽의 유로 변경판을 흐름의 중심축(x)에 대해, 하기 각도 범위 α각도 만큼 하류쪽 선단을 올리는 것과 함께, 반타원형의 유로 변경판의 흐름의 중심축(x)과 교차하는 중심측 단변을 회전축(x')으로 반타원형의 유로 변경판이 외주방향으로 내려가도록 하기 각도 범위 β각도 만큼 경사를 지게 함으로써, 두방향의 각도로 경사가 지게 한다.
다른 한쪽의 유로 변경판은, 앞서 기술한 한 쪽의 유로 변경판의 유로중심축을 중심축으로 하여 180° 회전시킨 위치에 오게끔 설치하는 것이 특징이다.
α= 45 ± 5 (°)
β= (80 - α) ± 10 (°)
동체를 자성체로 구성하는 것을 특징으로 한다.
영구자석은 유로 중심방향에 따라, 같은 극을 근접시킨 상태에서 유로(流路)에 설계하며, 영구 자석을 복수(複數) 설치(設置)할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 처리물을 통과시키는 유로를 관체내에 있는 전술한 2개의 반원형 유로 변경판에 의해 변경시키는 교반 혼합기로써 매우 간단한 구조 구성되어 있다. 내부 구성으로는 한쪽의 유로 변경판은, 유로중심축에 대해 α(°) (α= 45 ± 5) 각도의 경사면으로 하류측 선단을 들어올림과 동시에 반타원형의 유로 변경판의 유로 중심축과 교차하는 중심측 단변을 회전축으로 하여, 반타원형의 유로 변경판이 외주 방향으로 내려오도록 각도 범위 β(°) β= (80 - α) ± 10 각도 만큼 경사지도록 함으로써, 두 방향의 각도에 의한 경사를 가지도록 한다. 다른 하나의 유로 변경판은 앞에서 서술한 유로 변경판의 유로 중심축을 중심축으로 180(°) 회전시켜 위치를 잡도록 구성한다. 여기에서 관체내의 과류속도는 400~600회전/s가 가능하여지며, 이 범위의 각도로 조정함에 따라, 관내 강도를 고려할 경우, 관내 압력을 8kgf/cm2 이하 정도로 할 수 있도록 작용된다.
또한, 앞에서 서술한 α(°) 각도를 적용함으로써, 관체내의 압력을 높이고, 또한 β(°) 경사를 가짐으로써 유속을 높이는 작용을 함으로써, 소형이면서 저가의 교반혼합기를 제작 할 수 있다.
또 2개의 유로 변경판의 교차부에서 유로 하류측으로 근접한 관체내 공간부에 첨가혼합체도입관을 설치하고 있다. 교차부보다 유로 하류측 근방의 관체내공간부의 위치는 관내 압력이 매우 작은 부분으로이어서, 쉽게 첨가혼합체가 처리대상물에 혼입하는 것이 가능하도록 작용한다.
또한, 2개의 유로 변경판의 하류측 관체내공간부에는, 유로내의 회전류를 직선류로 만드는 정류판을 설치함으로 선회류를 정지 시키는 작용을 한다. 선회류가 적어지면, 배출구 부근의 감압현상이 사라져 외부로부터 공기 등의 유입을 막을 수가 있다. 이것은 발생된 마이크로버블과 유입한 공기와의 접촉을 방지하는 것으로, 보다 확실하게 마이크로버블을 만들 수 있게 한다.
자기 처리체는 유로의 중심 방향을 따라, 동성의 극을 근접시킨 상태에서 유로에 영구자석을 설치하는 구성으로 되어있다, 동성의 극 (N극 끼리, 또는 S극 끼리)을 근접시킨 상태에서 유로를 따라 설치함으로써, 극으로부터 나오는 (또는 유입되는) 자력선은 유로와 거의 직각인 위치 관계가 된다. 따라서, 영구자석의 전자 작용을 이용한 기술에 있어서, 물이 소정의 속도로 자계를 통과할 경우, 피처리수내에 전하가 발생한다. 그리고 마이크로버블을 많이 포함한 피처리수의 이온화가 촉진되어, 자기처리를 효과적으로 할 수 있도록 하는 작용을 한다.
또, 동체를 자성체로 만듦으로써, 각 자극과 자성체의 동체와의 사이에 자장이 형성된다. 이 자장은 동체내의 방사 형태로 만들어지며, 유로와 거의 직각의 자장에 의해 보다 효과적으로 피처리수의 자기 처리를 할 수 있게 된다.
영구 자석은 유로의 중심방향을 따라, 동성의 극을 근접시킨 상태로 유로에 만들어진다. 영구 자석은 복수 사용될 수 있으며, 유로내의 여러 곳에 피처리수의 자기 처리를 할 수 있도록 되어 있다.
본 발명에 따른 교반 혼합기는 간단한 구성이면서도 교반 혼합기내의 난류(亂流)를 크게 만드는 것이 가능하기 때문에 교반 혼합기로써의 탁월한 성능을 가지고 있다.
교반에 사용되 고속의 처리수의 흐름을 이용하여 효율적으로 피 처리수를 자기 처리할 수 있다.
또한, 공기와 물의 혼합하여 사용할 경우, 마이크로버블의 발생, 수증기 발생등에 대해서도 탁월한 성능을 가지고 있다. 따라서, 오염수를 정화할 수 있다. 즉, 정화조, 수돗물, 정수처리장, 폐수 처리장 등에서 오염수에 마이크로버블을 발생시켜 오염수를 정화할 수 있는 것이다.
또한, 본 발명에서는 처리수를 간단한 구성으로 자기 처리함으로써 자기 처리수를 제조할 수 있는 매우 우수한 효과를 가지고 있다.
도 1은 본 발명의 교반 혼합기의 개략 경사투시 설명도.
도 2는 교반 혼합기에 사용되는 유로 변경판의 각도설정을 설명하는 개략설명도.
도 3은 유로 변경판의 유입부의 내부 압력이 8Kgf/cm2이 되는 조건의 α-β의 각도와 유속의 관계를 설명한 도면.
도 4는 본 발명의 교반 혼합기의 종단면 설명도.
도 5는 도 4의 A-A선 단면 설명도.
도 6은 도 5으니 B-B선 확대 단면
도 7a,7b는 정류판이 없을 경우, 출구부분의 해석 상태를 나타내는 설명도.
도 8a,8b는 정류판이 있을 경우, 출구부분의 해석 상태를 나타내는 설명도.
도 9는 발아 시험의 결과를 나타내는 설명도.
본 발명에 의한 교반 혼합기는 처리물을 통과시키는 유로가 내부에 있는 동체(1)와, 동체(1) 내의 유로(10)의 중심축을 끼고 좌우부분에 각각 유로를 변경하는 2개의 타원형 유로 변경판(20,21)을 가지고 있다. 또한 본 발명의 교반 혼합기는 2개의 유로 변경판(20,21)의 교차부로부터 유로의 하류 측에 근접한 동체(1)의 공간부에 설치한 첨가혼합체도입관(3)과, 2매의 유로 변경판(20,21)의 하류 측의 동체(1)내의 공간부에 설치한 유로(10) 내에 회전류를 직선류로 만드는 정류판(4)과 2매의 유로 변경판 (20,21)의 하류 측의 동체(1)내 공간부에 유로의 자기처리체(5)를 같이 가지고 있다.
이하, 이것들에 대해서 도면을 가지고 상세하게 설명한다.
<동체(1)>
동체(1)는 어느 정도의 강도를 가지고 있는 재질로 만들어져 있으며, 내부는 피처리물의 물이나 그 외 다른 유체가 통과하는 유로(10)로 되어 있으며, 단면이 원형태로, 영구자석(50)을 설치할 수 있는 부분의 내경을 약간 크게 한 유로(11)로 만들어져 있다. 크기는 보통 수도관 등에 붙여 사용할 수 있도록, 수도관과 같거나 그 이하의 두께와 직경을 형성하고 있으며, 수도배관의 앞에 붙여 사용할 수 있다.
<유로 변경판(20,21)>
유로 변경판(20,21)은 앞서 기술한 동체(1)과 같은 재질로서 주조(鑄造,Casting) 또는 사출성형 등의 방법으로 일반적으로 성형하는 것이 가능하지만, 동체(1)와는 별개로 제작하여, 내부에 고정하는 구성으로도 만들 수 있다. 유로 변경판(20,21)은 도 1에 도시된 것과 같은 구성을 하고 있으나, 각도에 대해서는 도 2에 이해하기 쉽게 유로 변경판(20,21)을 장방형으로 하여 개략도를 기준으로 설명한다. 동체 (1)의 유로(10)의 유로 중심축(x)에 있는 유로 변경판(20,21) 중 하나인 유로 변경판(20)의 각도는 도 2의 (a2)에 도시된 바와 같이 하류 측 선단을 들어올려, 유로 중심축(x)에 대해 각도 범위 α각도의 경사면을 가지고 있다. 계속해서 유로 중심축(x)과 교차하는 중심측 단변을 회전축(x')으로 하여, 반타원형의 유로 변경판(20)이 외주방향으로 내려가도록 하여 β각도 만큼 경사지게 한다. (도 2의 (a3) 및 (a4) 참조) 한편, 다른 쪽의 동체(1)의 유로(10)의 유로 중심축(x)에 있는 유로 변경판(21)의 각도에 대해서는, 앞서 서술한 유로 변경판(20)과 유로 중심축(x)를 중심으로 180° 회전시킨 방향으로 각도를 기울인 위치가 된다. 즉, 도 2의 (b2)에 도시된 유로 변경판(20)의 상류 측 선단을 들어올려, 유로 중심축(x)에 대해 각도 α각도의 경사면을 가지게 한다. 계속해서 도 2의 (b2) 및 (b3)에 도시된 바와 같이 유로의 중심축(x)과 α각도로 경사진 상태로 교차하는 중심측 단변을 회전축(x')으로 하여, 반타원형의 유로 변경판(21)이 외주 방향으로 올라가도록 β각도 만큼 경사 지게 한다. (도 2의 (b3) 및 (b4) 참조)
다음으로, 유로 변경판(21)의 각도에 대해 설명한 표 1은 직경 20mm의 관에 도 1에 도시된 유로 변경판(20,21)을 설치하여, 유입조건을 유입량 2.6Kg/s으로 하여, 유로 변경판(20,21)의 선단으로부터 12.5mm의 위치에서의 유입속도, 난류에너지를 COSMOS Flow Wokrs Tool을 사용하여 계산한 것이다. 기액선단법에 의한 마이크로버블 발생은 400~600r/s의 회전이 필요하다, 따라서 직경 20mm에서는 그 원주는 근사치로 0.0628m가 되어, 25.2~37.68m/s의 회전 속도가 필요하다.
각도
（α-β)		 개구율(%) 유입측압력(Kgf/cm2) 최소속도(m/s) 최대속도(m/s) 난류에네르기
(J/kg)
30-50 87.3 5.3 -12.8 24.6 30.2
30-60 87.3 7.2 -11.9 26.8 29.4
30-62 87.3 7.9 -12.2 27.6 27.9
30-65 87.3 8.9 -11.0 27.4 27.7
35-55 70.9 7.7 -13.4 31.3 39.1
35-56 70.9 7.9 -13.3 31.1 39.7
35-57 70.9 8.4 -13.3 30.6 40.2
40-45 55.0 7.8 -17.9 36.5 49.2
40-46 55.0 8.1 -17.5 37.4 51.5
40-48 55.0 8.6 -18.8 38.3 52.7
45-37 47.0 8.0 -19.9 37.4 52.8
45-40 47.0 8.6 -20.0 39.2 56
50-25 38.0 8.1 -20.3 37.5 46.7
50-30 38.0 8.6 -21.3 39.1 52
55-0 30.8 9.5 -23.5 40.1 64.6
여기서, 각도α를 크게 함으로 단면적이 감소하여 유입측(流入側)의 압력이 상승하며, 유속과 난류(亂流)에너지가 상승한다. 또한 정해진 방향의 각도 β를 더함으로써 한층 더 흐름의 회전력이 더해져 유속과 난류에너지가 더욱 상승하게 된다.
그리고 해석 결과로부터, 각도 α가 40°도 미만일 경우, 각도 β를 아무리 크게 하여도, 관내 압력만 상승할 뿐 유속이 빨라지지는 않는다는 것을 알 수 있다.
또한, 각도 α가 40~50°의 상태에서 각도 β를 조정함에 따라, 관내 압력을 8kgf/cm2의 조건 하에서 최대 유속이 37.4~37.5m/s, 난류에너지 46.7~52.8J/Kg으로 가장 최적 상태가 된다.
상기 표 1의 결과로부터 α=45° ± 5°, β=(80-α) ± 10°이 되는 두 방향의 각도에 의한 경사를 구하였다.
다음으로, 도 3은 유로 변경판(20,21)의 유입부의 내부 압력이 8Kgf/cm2이 되는 조건의 α - β의 각도와 유로 변경판(20,21)로부터 12.5mm의 위치의 유속을 구하였다.
이 표로부터도 α의 각도가, α=45° ± 5°일 때 가장 최적이며, 이 각도로부터 멀어질수록 유속(流速)과 난류(亂流)에너지가 저하되는 것을 알 수 있다.
또한, β의 각도도 앞서 기술한 것과 같이 계산하면 β=(80-α) ± 10°가 된다. 상기 조건은 평판의 두께를 바꾸어도 개구(開口)단면적을 바꾸어도 거의 같은 결과를 나타낸다.
<첨가 혼합체 도입관(3)>
첨가 혼합체 도입관(3)은 교반 혼합기에서 처리대상물에 유체, 기체, 분체등을 첨가할 때 사용된다. 예를 들면 처리대상물의 물에 공기를 첨가하여 마이크로버블 발생기를 사용하는 경우에 사용된다. 본 발명에서는 첨가 혼합체 도입관(3)을 파이프 위의 관을 동체(1)의 외부에서 삽입한다. 그리고 삽입위치는 도 4-6에서 도시된 바와 같이, 유로 변경판(20,21)의 교차부에서부터 유로(10)의 하류에 근접한 동체(1)내 공간부에 설치한다. 이 위치에 설치하는 것은 도 8에서 나타내는 것처럼 관내 압력이 가장 작아지는 부분이기 때문이며, 이 부분에 설치하는 것으로 쉽게 첨가 혼입체를 혼입(混入)하는 것이 가능해진다.
또한 도면에는 나와 있지 않으나, 2개의 유로 변경판(20,21)의 교차부로부터 고속의 유체가 흐름에 따라, 이 흐름에 휩쓸리도록 , 이 부분에서는 동체(1)의 하류 쪽에서 교차 부분을 향하여 유체가 흐리기 때문에, 첨가 혼합 도입관(3)의 개구부(30)을 교차부 측에 설치한다.
<정류판(4)>
동체(1)의 출구(13)에서 유체가 배출될 때, 동체(1) 내부의 처리유체는 선회류가 되어 있어, 선회류의 원심력에 의해 선회류의 중심은 기압이 낮은 상태가 된다. 이로 인해 도 7에서 보이는 것처럼 출구(13) 부근으로부터 외부 공기가 교반 혼합기내에 들어올 가능성이 있다. 외부 공기가 많이 들어올 경우, 마이크로버블은 발생하지 않는다.
그러나, 정류판(4)을 설치함으로써 처리 유체의 흐름이 직선류로 바뀌어 공기를 들어오는 것을 막을 수 있다. (도면 8참조)
여기서, 정류판의 설치위치는 처리 유체의 선회류의 중심을 분할하는 위치가 되도록 설치한다. 선회류 중심이 최상부가 되는 위치를 기준으로 정류판을 설치한다.
아래 표 2는 정류판(4)의 위치와 선회류의 관계를 검증한 것이다.
유로 변경판(20,21)을 각각 앞서 기술한 각도 α=45°, β=40°로 설치할 경우, 선회류의 중심이 2매의 유로 변경판(20,21)의 교차부에서 24mm의 위치가 된다. 그리고, 이 위치를 기준으로 전후 ± 5mm 움직인 위치에 정류판(4)의 상하 선단을 위치시키는 시뮬레이션(Simulation) 결과이다. 또 내경의 크기는 10mm로 정류판(4)의 형상은 도 1에서 보이는 것과 같이 삼각원주 형태로, 유로에 대해 길이 6mm, 폭 3mm의 것을 사용했다.
또한 사용된 선회류의 유입량은 0.2kg/s, 유출부는 기준점(2매의 유로 변경판의 교차점)에서 60mm의 위치를 기준으로 하였다.
본 시뮬레이션은 COSMOS Flow Works를 사용하여 해석한 것이다.
선회류 중심위치 (mm) -5 ±0 5
전단부유속 (m/s) 17.43 17.58 17.61
정류판직후 유속 (m/s) 14.07 10.79 7.41
유출부유속 (m/s) 6.76 4.83 5.33
정류판직후 난류강도 (%) 540.6 980.1 1000
유출부 난류강도 (%) 107.4 32.1 582
상기 표 2로부터 알 수 있듯이, 2매의 유로 변경판(20, 21)의 교차부에 있는 전단품의 유속은 거의 같은 속도이다. 마이크로버블 생성을 위해서는 고속도가 필요하기 때문에, 정류판(4)의 위치에 의한 속도 감소는 조정 가능하다. 그리고 유출부 유속이 작아질 수록, 정류가 진행이 되기 때문에, 외부의 공기 흡입을 방지할 수 있다. 유출부 난류 강도를 구해보면, 정류판(4) 앞의 -5mm의 경우 107.4(%), 또는 정류판(4)의 후방 +5mm의 경우 582(%)의 난류의 강도이지만. 선회류의 중심을 분할하는 위치에서 출구 강도는 32.1(%) 출구 강도가 되어 대부분의 난류를 해소할 수 있으며, 기체의 유입을 막을 수 있다. 이번 시뮬레이션에 사용된 수도수는 0.2kg/s, 유속 2.8ms, 나류 강도 14% 였다.
<자기 처리체(5)>
자기 처리체(5)는, 일반적으로 영구자석(50)을 유로의 중심 방향에 따라, 동성의 극을 근접하게 한 상태에서 유로에 설계한 것으로, 근접한 상태를 유지하기 위해, 예를 들면, 두께 0.2~1mm 정도의 평와셔(51)을 끼고 설계된다. 도면에 있어서는 원통형의 6개의 영구자석(50)을 평와셔(51)를 끼고 도 5 및 도 6에서 보이는 것처럼 S극 끼리, 또는 N극끼리 동성의 극을 근접시킨 상태로 놓이고, 선단을 앞서 기술한 정류판(4)에 삽입되어 있는 고정 중심봉(52)에 고정한다.
그리고, 고정 중심봉(52)의 뒤 끝단은 후방측에 배치된 정류판(6)내의 구멍(60)에 삽입시켜 고정너트(53)로 고정시킨다.
상기 영구자석(50)은 평와셔(51)을 끼고, S극끼리, 또는 N극 끼리, 같은 극을 접근시킨 상태로 설치한다. 이 평와셔(51)를 설치한 부근의 틈새는, 근접한 각 극에서 나오는(또는 들어가는) 자력선은 각 자력선끼리 교차하지 않기 때문에, 자력선의 방향을 방사선형태에 가깝게 형성하기 때문에, 자력선을 유효하게 사용하는 것이 가능하다.
또한 동체(1)를 자성재료로 만들 경우, 자력선은 영구자석(50)의 각 극과 동체 사이에 만들어져, 유로(10)를 흐르는 물등의 피처리물체에 거의 수직으로 교차하기 때문에, 더욱 효과가 좋은 자기처리를 할 수 있다.
여기서, 영구자석(50)은 예를 들면 6mm의 원통형으로 만들어 진다. 또한 이 영구자석(50)을 설치함으로써 단면적이 감소하는 것과 부착의 편리성 등에 의해 동체(1) 내면의 내경을 16mm에서 19mm로 크게 할 수 있다.
효과를 확인하기 위해서, 일반 수도수, 마이크로 버블 수(水), 자기처리에 의한 자기수(水), 마이크로버블에 자기처리체(5)를 활용하여 자기처리시킨, 4종류의 물을 사용했다. 각 물의 커트라인을 깐 플라스틱 용기에 커트라인이 스며들 정도의 물을 각각 100방울씩 브로콜리 씨에 뿌려 관찰하였다.
발아율은 수도물 70%, 마이크로버블수 90%, 자기수 96%, 마이크로버블 + 자기수 100%였다.
도 9는 8일 후의 상태를 나타낸 것으로, 도 9에서 알 수 있듯이, 자기수를 사용한 것은 발아율이 마이크로버블수에 비교하여 좋은 것을 알 수 있으나, 성장상태는 자기수 보다도, 마이크로버블수 쪽이 좋은 것으로 나타났다. 이것은 자기수에 의한 물의 개질 효과에 의해 마이크로 버블에 의한 효소의 공급이 영양을 미치고 있음이 추측되었다.
마이크로버블과 자기수를 사용한 것은 성장율이 양호하다, 그리고 발아율에서는 마이크로버블+자기처리수를 사용한 것이 가장 싹의 발육이 좋음을 알 수 있었다.
이와 같이, 마이크로버블에 의한 용존산소농도의 상승과 이온화에 더해 자기처리에 의한 전하 발생에 의해 한층 더 이온화된 것으로 판단되며, 마이크로버블과 자기처리를 병행함으로써 물의 기능성의 성질이 증가 되는 결과를 확인하였다.
또한, 상기 실 사례에서는 유로 변경판(20,21)의 1세트가 사용되었으나, 이것은 복수로 사용되어도 된다.
그럴 경우, 유로 변경판(20,21)의 1세트만 사용될 경우에는 압력 2.8kgf/cm2이 되어 최고 속도 14.5m/s까지만 상승하지만, 2세트 사용하면서, 선단 3mm의 파이프를 설치할 경우, 압력은 4.9kgf/cm2이 되고 최고유속은 22.4m/s가 된다. 단, 2매의 유로 변경판(20,21)의 중간 부분에서는 압력이 매우 높아지기 때문에, 앞서 서술한 첨가 혼합체 도입관(3)을 설치할 경우에는 가압을 할 필요가 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 교반 혼합기는 기체, 유체분유체의 혼합, 기체에 액체를 혼합하는 미스트(mist) 생성 등의 용도에 적합하다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
1 : 동체 10,11 : 유로
12 : 유입구 13 : 배출구
20,21 : 유로 변경판 3 : 첨가 혼합체 도입관
30 : 개구부 4 : 정류판
5 : 자기처리체 50 : 영구 자석
51 : 평와셔 52 : 고정심봉
52 : 고정너트 6 : 후방 정류판
60 : 삽입관

Claims (13)

  1. 처리물을 통과시키는 유로(10)가 내부에 있는 동체(1)와, 동체(1)내의 유로(10) 중심축을 끼고 좌/우 각각 유로(10)를 변경하는 2매의 반 타원형의 유로 변경판(20,21)을 구비하고,
    한쪽의 유로 변경판(20)은,
    유로 중심축(x)에 대해 하기 각도 범위 α각도의 경사면을 가지고 하류 측 선단을 들어올려 설계하는 것과 함께 반 타원형상의 유로 변경판(20)의 유로 중심축(x)과 교차하는 중심측 단변을 회전축(x')으로 하여, 반 타원형상의 유로 변경판(20)이 외주 방향으로 하기 각도 범위 β 각도만큼 내려가 경사지도록 하여, 두 방향의 각도에 의한 경사를 갖도록 형성하고,
    다른 쪽의 유로 변경판(21)은 상기 한쪽의 유로 변경판(20)의 유로 중심축(x)을 중심축으로 하여 180°회전시킨 위치에 형성하는 것을 특징으로 하는 교반 혼합 수처리장치.
    α= 45 ± 5(°)
    β= (80 - α) ± 10(°)
  2. 제1항에 있어서, 상기 2매의 유로 변경판(20,21)의 교차부에서 유로(10)의 하류측에 근접한 동체(1)내의 공간부에는 이 공간부에 위치하는 개구부(30)를 갖는 첨가혼합체 도입관(3)을 설치하는 것을 특징으로 하는 교반 혼합 수처리장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 2매의 유로 변경판(20,21)의 하류측의 동체(1) 내 공간부에는 유로(10) 내의 회전류를 직선류로 만드는 정류판(4)을 설치하는 것을 특징으로 하는 교반 혼합 수처리장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 2매의 유로 변경판(20,21)의 하류측의 동체(1) 내 공간부에는 유로(10) 내의 회전류를 직선류로 만드는 정류판(4)을 설치하는 것을 특징으로 하는 교반 혼합 수처리장치.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 2매의 유로 변경판(20,21)을 유로(10) 내에 복수의 세트로 설치하는 것을 특징으로 하는 교반 혼합 수처리장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유로(10)에는 적어도 하나 이상의 영구자석(50)을 구비하여 통과되는 처리수를 자기처리하기 위한 자기 처리체(5)가 설치되는 것을 특징으로 하는 교반 혼합 수처리장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 자기 처리체(5)는,
    복수개의 영구자석(50)이 유로(10)의 중심방향을 따라서 동극이 근접한 상태로 유로(10)에 설치되는 것을 특징으로 하는 교반 혼합 수처리장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 영구자석(50)은,
    각각의 평와셔(51)에 의해 근접한 간격을 유지하고, 중심을 관통하는 고정 중심 봉(52)에 의해 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 교반 혼합 수처리장치.
  9. 제7항에 있어서,
    처리대상의 물에 공기를 사용한 마이크로버블 발생기로 사용하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 교반 혼합 수처리장치.
  10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동체(1)가 자성체로 형성되는 것을 특징으로 하는 교반 혼합 수처리장치.
  11. 처리물을 통과시키는 유로(10)를 내부에 있는 동체(1)와, 동체(1)내의 유로 중심축을 끼고 좌/우 각각 유로를 변경하는 2매의 반 타원형의 유로 변경판(20,21)과, 개구부(30)를 구비하여 2매의 유로변경판(20,21)의 교차부에 의한 유로(10)의 하류측의 근접한 동체(1)내의 공간부에 설치되는 첨가혼합체 도입관(3)과, 유로(10)를 따라서 설치되어 자기처리를 하는 자기처리체(5)를 포함한 수처리장치로서,
    한쪽의 유로 변경판(20)은 유로 중심축에 대해 하기 각도 범위 α 각도의 경사면을 하류 측 선단을 들어올려 설치하는 것과 함께 반 타원형상의 유로 변경판(20)의 유로 중심축(x)과 교차하는 중심측 단변을 회전축(x')으로 하여, 반 타원형상의 유로 변경판(20)이 외주 방향으로 하기 각도 범위의 β 각도만큼 내려가 경사지도록 하여, 두 방향의 각도에 의한 경사를 갖도록 형성하고,
    다른 쪽의 유로 변경판(21)은 상기 한쪽의 유로 변경판(20)의 유로 중심축(x)을 중심축으로 하여 180 각도 회전시킨 위치에 설치하며,
    상기 2매의 유로 변경판(20,21)에 의해 형성된 회전류로 된 처리물의 유로의 중심이 유로의 최상부,최하부로 된 위치에 정류판(4)을 설치하고,
    상기 자기처리체(5)는 유로의 중심방향에 따라서 동극이 근접한 상태의 영구자석(50)이 유로(10)에 설치된 것을 특징으로 하는 수처리장치.
    α= 45 ± 5(°)
    β= (80 - α) ± 10(°)
  12. 제11항에 있어서,
    상기 동체(1)가 자성체로 형성되는 것을 특징으로 하는 교반 혼합 수처리장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서,
    상기 영구자석(50)은 복수개로 이루어지고,
    각각의 평와셔(51)에 의해 서로 근접한 간격을 유지하고, 중심을 관통하는 고정 중심봉(52)에 의해 고정 설치되는 것을 특징으로 하는 교반 혼합 수처리장치.
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