KR101128006B1 - 산소 용해장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 산소용해장치에 관한 것으로서 산소공급부와 물 공급부 및 내부타워와 외부타워로 이루어지고, 상기 물 공급부로부터 공급받은 혼합수에 인공적으로 2회 이상 와류를 일으켜 혼합수에 혼합되어 있는 산소를 물에 용해시키는 산소용해부로 구성되어 있다.

Description

산소 용해장치{DEVICE DISSOLVING OXYGEN}
본 발명은 산소용해장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소공급부에서 공급하는 산소를 물에 용해하여 산소가 풍부한 산소수를 어패류 양식장, 시설재배하우스, 축사 등에 공급하는 산소용해장치에 관한 것이다.
일반적으로 물과 산소는 동식물의 생장에 있어 필수적인 요소로서 어패류 양식장 및 축사, 시설재배 하우스 등에 산소가 풍부히 용존된 무리 동식물에 적절하게 공급되어야 한다. 동식물의 양식에 사용되는 지하수의 경우 지층 표면의 공기와 접촉하기 어려운 위치에 있으므로 대부분 산소 용존량이 부족하며 해수의 경우 고온의 여름철에는 수중의 용존산소량이 급격히 떨어지게 된다. 이에 액체산소나 기화 산소 등 용기에 수용된 산소를 동식물에 공급하기 위하여 물에 산소를 용해하는 방법으로는 표면에 미세 기공을 가진 에어스톤이나 벤추리관 형태의 인젝터 혹은 가압 방식의 용해기를 사용하여 물과 산소를 강제 혼합하고 있으나 산소발생기의 압력이 공급되어지는 압력보다 낮은 문제점이 있어 산소를 공급하는데 제약이 있었고 기체상태인 산소와 액체상태인 물의 상의 차이로 인한 장력의 작용으로 완전 용해가 어려우며 용해가 되었다 해도 산소가 탈기하는 문제가 있다. 또한 산소가 용존된 물을 저장하는 수조에서 산소가 쉽게 탈기하게 되면 수조에 저장된 물의 용존산소량은 위치별 구역에 따라 상이하게 되므로 어패류의 양식장의 경우 용존산소량의 편차에 의한 발육저하 및 생장 등에 문제점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 특허등록 제1060526호는 제1 산소용해통과 복수 개가 직렬로 연계된 제2 산소용해통 및 제2 산소용해통과 연결된 제3 산소용해통 등으로 구성된 산소용해기를 제시하고 있으나 구성이 매우 복잡하여 실용적이지 못하다. 또 대한민국 공개특허 제2011-0001626호는 상기 액체산소탱크에서 산소공급관을 통해 산소를 공급받아 배출하는 산소공급부; 상방향으로 개방된 개구부를 통해 물이 인입되어, 내측 상부 구비된 상기 산소공급부로부터 공급되는 산소가 용해되는 산소용해부; 및 하측부가 상기 산소용해부의 내측에 구비되어, 산소가 용해되어 상기 산소용부의 하측에 위치된 물을 펌프를 통해 상측부로 배출하는 배출관으로 구성된 산소용해장치를 제시하고 있으나 이 경우 산소의 40～50%만 물에 녹으므로 충분하지 않다.
따라서 구조가 비교적 간단하면서도 산소를 효율적으로 물에 용해시킬 수 있는 산소용해장치의 개발이 요망되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 개발된 것으로서
산소탱크로부터 산소를 공급받아 물 공급부(200)에 산소를 공급하는 산소공급부(100);와
펌프(400)를 가동하여 물탱크(도시하지 않음)로부터 공급받은 물과 상기 산소공급부(100)로부터 공급받은 산소가 혼합된 혼합수를 산소용해부(300)로 공급하는 물 공급부(200); 및
내부타워(310)와 외부타워(320)로 이루어지고, 상기 물 공급부(200)로부터 공급받은 혼합수에 인공적으로 2회 이상 와류를 일으켜 혼합수에 혼합되어 있는 산소를 물에 용해시키는 산소용해부(300);로 구성된 산소용해장치를 개발함으로써 해결할 수 있게 되었다,
본 발명은 그 구조가 간단하면서도 물에 산소를 효율적으로 용해시킬 수 있는 구조를 갖추고 있으므로 실험 결과 산소가 물에 녹는 용해율을 90～95%까지 달성할 수 있으므로 단시간에 용존산소가 풍부한 산소수를 양어장 등에 공급할 수 있다.
제 1 도 : 본 발명 산소 용해장치의 구조를 보여 주는 구조도
제 2 도 : 사소공급부의 평면도
제 3 도 : 산소용해장치 내부 타워와 외부 타워의 내부 구조도
본 발명은 산소공급부에서 공급하는 산소를 물에 용해하여 산소가 풍부한 산소수를 어패류 양식장, 시설재배하우스, 축사 등에 공급하는 산소용해장치에 관한 것이다. 이하, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명의 산소용해장치는 도 1에서 보는 바와 같이 공지의 산소탱크(도시하지 않음)로부터 산소를 공급받아 물 공급부(200)에 산소를 공급하는 산소공급부(100);와 펌프(400)를 가동하여 물탱크(도시하지 않음)로부터 공급받은 물과 상기 산소공급부(100)로부터 공급받은 산소가 혼합된 물과 산소의 혼합수(이하, '혼합수'라 함)를 산소용해부(300)로 공급하는 물 공급부(200); 및 상기 물 공급부(200)로부터 공급받은 혼합수에 인공적으로 2회 이상 와류를 일으켜 혼합수에 혼합되어 있는 산소를 물에 용해시키는 산소용해부(300)로 구성되어 있다.
산소공급부(100)는 도 1의 확대도에서 보는 바와 같이 물 공급부(200)의 물?산소혼합관(230) 중앙에 위치하고 있고, 산소탱크로부터 산소를 공급받는 산소흡입밸브(110);와 상기 산소흡입밸브(110)를 통해 유입된 산소가 이동하는 산소 이동관(120); 및 상기 산소이동관(120)을 이동하던 산소가 물 공급부(200)를 통해 유입되는 물과 혼합되도록 산소를 토출하는 산소토출구(130);로 구성되어 있다.
물 공급부(200)는 펌프(400)와 연결되어 있어 물탱크로부터 물을 공급받는 물 유입관(210); 상기 물 유입관(210)을 통해 유입된 물의 유속을 낮추어 물의 압력을 올려주는 축소관(220);과 상기 축소관(220)을 통과하여 확장관(240)쪽으로 흐르는 물에 산소를 혼합하기 위하여 산소공급부(100)가 위치하는 물?산소혼합관(230);과 상기 물?산소혼합관(230)에서 혼합된 혼합수를 빠른 속도로 산소용해부(300)로 배출시키는 확장관(240)으로 이루어진다.
산소 용해부(300)는 물 공급부(200)를 경유하여 유입된 혼합수에 와류를 일으켜 물에 산소를 용해시키는 장치로서 보다 효율적으로 물에 산소를 용해시키기 위하여 산소용해장치를 2중으로 즉, 내부타워(310)와 외부타워(320) 2개를 일체로 형성하였다.
우선 내부타워(310)의 내부에는 도 3에서 보는 바와 같이 프렌지(312)가 형성되어 있고 프렌지(312) 하부에는 여과수단(311)이 부착되어 있으며, 프렌지(312)와 프렌지(312) 사이는 격실(313)을 형성하고 있다.
프렌지(312)는 내부타워(310)의 내경과 동일한 외경의 원판으로서 마치 타공판처럼 미세한 구멍이 촘촘하게 형성되어 있고 내부타워(310)의 내부에 2개 이상 형성되어 있어 격실(313)의 벽을 형성하고 있다.
여과수단(311)은 원형판(311-1)과 상기 원형판의 상부와 하부에 촘촘하게 형성되어 있는 미세모(微細毛) 또는 미세한 세라믹 입자(이하, '미세모'라 함)로 구성되어 있다. 상기와 같이 프렌지(312)에는 미세한 구멍을 촘촘하게 형성하고 또 여과수단(311)에도 미세모를 촘촘하게 형성한 이유는 물에 산소를 보다 효율적으로 용해시키기 위한 것이다. 왜냐하면 비록 물이 수소와 산소가 결합되어(H2 O) 생성되지만 물은 극성이고 산소는 비극성이므로 산소가 물에 잘 녹지 않는다. 물에 산소가 포함되어 있는 것은 오랜 세월동안 물 표면과 공기가 맞닿아서 공기 중의 산소가 서서히 물에 흡수되었기 때문이다. 그러나 각 물 분자에도 350nm 정도의 공간이 형성되어 있으므로 산소수를 만들기 위해서는 산소분자를 이 공간에 넣어야 하고 따라서 혼합수를 가능한 한 미세하게 전단(剪斷)할 필요가 있다. 따라서 혼합수가 미세모가 촘촘하게 심어져 있는 여과수단(311)과 미세한 구멍이 촘촘하게 형성되어 있는 프렌지(312)를 억지로 통과시키는 과정에서 물과 산소가 일부 분리되므로 물과 산소를 미세하게 전단할 수 있고 그 결과 물의 미세한 공간에 산소를 유입시킬 수 있으므로 산소수를 생성하기 용이하기 때문이다.
격실(313)은 혼합물이 격실을 통과하는 과정에 와류를 일으키면서 뒤섞이는 과정에서 물에 산소가 용해되도록 하기 위한 것이다. 즉, 물 공급부(200)로부터 내부타워(310)로 공급되는 혼합수는 내부타워(310) 하부의 첫 번째 격실(313)로 유입되면서 여과수단(311)과 프렌지(312)에 가로막혀 일부가 억지로 여과수단(311)과 프렌지(312)를 통과하여 두 번째 격실(313)로 진입되지만 대부분의 혼합수는 여과수단(311)과 프렌지(312)에 가로막혀 회전운동을 하면서 계속 여과수단(311)과 프렌지(312)를 통과하려고 시도하고 있다. 그러나 혼합수가 확장관(240)을 통하여 첫 번째 격실(313)로 계속 빠른 속도로 유입되므로 새로이 유입된 혼합수는 여과수단(311)과 프렌지(312)에 가로막혀 있던 혼합수와 뒤섞이면서 와류를 일으키게 되므로 이 와중에서 혼합수에 혼합되어 있던 산소분자가 물의 미세공간으로 유입되어 물에 용해되면서 첫 번째 격실(313)을 통과하게 된다. 그러나 상술한 바와 같이 산소는 물에 잘 용해되지 않으므로 일부 산소가 첫 번째 격실(313)에서 용해되었다 하더라도 그 양은 많지 않고 대부분의 혼합수는 물과 산소가 혼합된 상태로 두 번째 격실(313)로 유입되어 첫 번째 격실(313)에서와 동일한 작업을 하게 되며, 이와 같이 격실(313)을 여러 개 통과하는 과정을 거치면서 물에 용해되는 산소의 양은 점점 많아지게 된다. 그러나 이것만으로는 유입된 모든 산소가 물에 100% 용해되지는 않고 대략 투입된 산소의 40～60%가 용해되는 것으로 추산된다.
이와 같이 여러 개의 격실(313)을 통과하여 산소가 40～60% 용존(溶存)된 산소수는 격실(313) 최상부에 형성되어 있는 저장실(314)로 유입된다.
상기 저장실(314)에는 유입된 산소수를 외부타워(320)로 배출하는 배출구(314-1)가 2개 이상 형성되어 있다. 따라서 상기 저장실(314)에 유입된 산소수는 배출구(314-1)를 통해 외부타워(320)로 배출되면서 외부타워(320)에서 다시 한번 산소용해작업을 거치면서 산소가 90～95% 용존된 산소수를 생성하게 된다.
외부타워(320)는 내부타워(310)를 에워싸고 있으며 내부타워(310)와 마찬가지로 2개 이상의 여과수단(321)과 프렌지(322) 및 격실(323)이 형성되어 있고 하부에는 외부타워(320)를 거치면서 용존산소가 풍부한 산소수를 양어장이나 양식장, 시설재배하우스 또는 축사 등으로 보내는 토출구(324)가 형성되어 있다.
따라서 저장실(314)로부터 배출구(314-1)를 통해 외부타워(320)로 유입된 산소수는 이번에는 역으로 위로부터 차례로 아래 쪽에 형성되어 있는 격실(323)로 자유낙하를 하면서 와류를 일으키고 여과수단(321)과 프렌지(322)를 통과하면서 산소용해작업을 계속하므로 내부타워(310)와 외부타워(320)를 통과한 산소수에는 당초 투입된 산소의 90～95%가 용해되어 있어 용존산소가 풍부한 산소수가 된다.
10 : 산소용해장치
100 : 산소공급부 110 : 산소흡입밸브
120 : 산소이동관 130 : 산소토출구
200 : 물 공급부 210 : 물 유입관
220 : 축소관 230 : 물?산소혼합관
240 : 확장관
300 : 산소용해부
310 : 내부 타워 311 : 여과수단
311-1 : 원형판 311-2 : 미세모
312 : 프렌지 313 : 격실
314 : 저장실 314-1 : 배출구
320 : 외부타워 321 : 여과수단
321-1 : 원형판 321-2 : 미세모
322 : 프렌지 323 : 격실
324 : 토출구

Claims (8)

  1. 산소탱크로부터 산소를 공급받아 물 공급부(200)에 산소를 공급하는 산소공급부(100);와
    펌프(400)를 가동하여 물탱크(도시하지 않음)로부터 공급받은 물과 상기 산소공급부(100)로부터 공급받은 산소가 혼합된 혼합수를 산소용해부(300)로 공급하는 물 공급부(200); 및
    내부타워(310)와 외부타워(320)로 이루어지고, 상기 물 공급부(200)로부터 공급받은 혼합수에 인공적으로 2회 이상 와류를 일으켜 혼합수에 혼합되어 있는 산소를 물에 용해시키는 산소용해부(300);로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 산소용해장치
  2. 제1항에 있어서, 상기 산소공급부는
    물 공급부(200)의 물?산소혼합관(230) 중앙에 위치하고 있고, 산소탱크로부터 산소를 공급받는 산소흡입밸브(110);와
    상기 산소흡입밸브(110)를 통해 유입된 산소가 이동하는 산소 이동관(120); 및
    상기 산소이동관(120)을 이동하던 산소가 물 공급부(200)로 유입되는 물과 혼합되도록 산소를 토출하는 산소토출구(130);로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 산소용해장치
  3. 제1항에 있어서, 상기 물 공급부는
    펌프(400)와 연결되어 있어 물탱크로부터 물을 공급받는 물 유입관(210);
    상기 물 유입관(210)을 통해 유입된 물의 유속을 낮추어 물의 압력을 올려주는 축소관(220);과
    상기 축소관(220)을 통과하여 확장관(240)쪽으로 흐르는 물에 산소를 혼합하기 위하여 산소공급부(100)가 위치하는 물?산소혼합관(230); 및
    상기 물?산소혼합관(230)에서 혼합된 혼합수를 빠른 속도로 산소용해부(300)로 배출시키는 확장관(240);으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 산소용해장치
  4. 제1항에 있어서, 상기 내부타워는
    프렌지(312);와
    상기 프렌지(312) 하부에 부착된 여과수단(311);
    프렌지(312)와 프렌지(312) 사이에 형성된 격실(313); 및
    격실(313) 상부에 저장실(314);이 형성되어 있고
    물 공급부(200)로부터 하부 격실(313)로 유입되는 혼합수에 와류를 일으켜 1차로 물에 산소를 용해시켜 산소가 40～60% 용존된 산소수를 생성하는 것을 특징으로 하는 산소용해장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 외부타워는
    프렌지(322);와
    상기 프렌지(322) 하부에 부착된 여과수단(321);
    프렌지(322)와 프렌지(322) 사이에 형성된 격실(323);로 구성되고 내부타워(310)를 에워싸고 있으며, 상기 내부타워(310)의 저장실(314)로부터 배출구(314-1)를 통해 배출되는 산소수를 위로부터 차례로 아래 쪽에 형성되어 있는 격실(323)로 자유낙하를 하면서 와류를 일으키고 여과수단(321)과 프렌지(322)를 통과하면서 산소용해작업을 계속하여 산소가 90～95% 용존된 산소수를 생성하는 것을 특징으로 하는 산소용해장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 외부타워 하부에는 외부타워(320)를 거치면서 산소가 90～95% 용전된 산소수를 저수조, 양어장이나 양식장, 시설재배하우스 또는 축사로 보내는 토출구(324)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 산소용해장치
  7. 제4항 또는 제5항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 여과수단(311, 321)은
    원형판(311-1,321-1);과
    상기 원형판(311-1,321-1)의 상하로 형성되어 있는 미세모(311-2, 321-2);로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 산소용해장치
  8. 삭제
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