KR101134312B1 - 베르누이 원리를 이용한 정화 처리용 약품 자유 혼화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하수, 폐수 등의 오염수를 정화시키기 위한 베르누이 원리를 이용한 정화 처리용 약품 자유 혼화장치에 관한 것이다. 특히, 정화약품의 투입에 벤츄리관을 이용하였고, 오염수를 정화시키는데 있어서 정화약품을 투입하여 오염수와 혼화시키되, 오염수가 혼화기의 내부에서 격판의 사이를 타고 흐르면서 자연스럽게 정화약품과 혼화되도록 하여, 물리 화학적인 정화를 달성시키는 베르누이 원리를 이용한 정화 처리용 약품 자유 혼화장치에 관한 것이다.
또한 본 발명은 정화약품을 유로의 내측에 투입함에 있어서 베르누이의 원리를 이용하여 많은 량의 오염수가 공급되면 자동적으로 더 많은 량의 정화약품을 투입할 수 있도록 하는 베르누이 원리를 이용한 정화 처리용 약품 자유 혼화장치에 관한 것이다.

Description

베르누이 원리를 이용한 정화 처리용 약품 자유 혼화장치{the free mixture unit of a water-purifying system in Bernoulli's theorem}

본 발명은 하수, 폐수 등의 오염수를 정화시키기 위한 베르누이 원리를 이용한 정화 처리용 약품 자유 혼화장치에 관한 것이다. 특히, 정화약품의 투입에 벤츄리관을 이용하였고, 오염수를 정화시키는데 있어서 정화약품을 투입하여 오염수와 혼화시키되, 오염수가 혼화기의 내부에서 격판의 사이를 타고 흐르면서 자연스럽게 정화약품과 혼화되도록 하여, 물리 화학적인 정화를 달성시키는 베르누이 원리를 이용한 정화 처리용 약품 자유 혼화장치에 관한 것이다.

또한 본 발명은 정화약품을 유로의 내측에 투입함에 있어서 베르누이의 원리를 이용하여 많은 량의 오염수가 공급되면 자동적으로 더 많은 량의 정화약품을 투입할 수 있도록 하는 베르누이 원리를 이용한 정화 처리용 약품 자유 혼화장치에 관한 것이다.

일반적으로 오염수는 입도별 부피와 크기 또한 삼투압을 이용하여 오염물을 걸러주거나 정화약품을 투입하여 화학적인 방법을 통해서 오염물질을 침전시키는 방식으로 정화한다.

본 발명은 이중 정화약품을 투입하여 오염수에서 오염물질을 침전시키는 방식에 사용되는 혼화기에 관한 것이다.

종래의 혼화기의 경우, 정수장이나 하수처리장에서 흐르는 오염수의 내측에 정화약품을 투입하고, 이 정화약품이 오염수와의 활발한 반응을 유도하기 위해서 오염수를 교반시키는 작업이 있다. 임펠러나 바람 등을 이용하여 혼화기 내부의 오염수와 정화약품을 혼합시키는 방식이다.

이에 반하여 노즐을 이용하는 방식이 있는데, 이는 오염수가 흐를 때 작은 입자의 형태로 분무할 수 있는 노즐을 통해서 정화약품을 뿜어주는 방식이 있다. 오염수의 내측으로 작은 입자의 형태로 분사되는 정화약품은 오염수와의 반응면적을 넓혀서 보다 높은 정화의 효과를 낼 수 있다. 물론 대다수의 혼화기는 상기 임펠러의 이용과 함께 노즐을 통한 정화약품의 분사방식을 모두 사용하는 실시예가 사용된다.

그런데 이러한 종래의 방식은 다음과 같은 문제점이 있다.

전자의 경우, 혼화기의 내측에 바람이나 와류를 발생시켜야 하는 별도의 임펠러를 장착해야만 한다. 비교적 넓은 부피를 가진 혼화기의 내측에 하나의 임펠러를 설치해서는 효과를 볼 수 없다. 부피가 큰 하수처리장용 혼화기에서는 이러한 문제점이 비용 발명의 심각한 요인이 된다. 임펠러를 가동하기 위한 전력의 낭비는 물론 설치와 유지 비용의 과다로 권장할 만한 방식은 아니다.

후자의 경우, 노즐을 통해서 정화약품을 분사할 때, 흐르는 오염수와의 정확한 비교치를 분사하기 힘들다. 정화약품이 혼화기 내측의 오염수에 비하여 많은 량이 투입되면 그 비용도 과다할 뿐만 아니고, 그 정화의 기능도 효과적이지 못하다. 정화약품이 너무 적은 량 투입된다면 이도 정화의 기능 수행에 바람직하지 못한 결과를 가져온다.

본 발명은 하수, 폐수 등의 오염수를 정화시키기 위한 베르누이 원리를 이용한 정화 처리용 약품 자유 혼화장치에 관한 것으로, 정화약품의 투입에 벤츄리관을 이용하였고, 오염수를 정화시키는데 있어서 정화약품을 투입하여 오염수와 혼화시키되, 오염수가 혼화기의 내부에서 격판의 사이를 타고 흐르면서 자연스럽게 정화약품과 혼화되도록 하여, 물리 화학적인 정화를 달성시키는 베르누이 원리를 이용한 정화 처리용 약품 자유 혼화장치를 제공하고자 한다.

또한 본 발명은 정화약품을 유로의 내측에 투입함에 있어서 베르누이의 원리를 이용하여 많은 량의 오염수가 공급되면 자동적으로 더 많은 량의 정화약품을 투입할 수 있도록 하는 베르누이 원리를 이용한 정화 처리용 약품 자유 혼화장치를 제공하고자 한다.

본 발명에 따른 베르누이 원리를 이용한 정화 처리용 약품 자유 혼화장치는, 정화약품과 오염수(1)가 혼화되는 혼화기(10)의 내측에 체결되어 정화약품(2)과 오염수(1)가 고루 혼합될 수 있도록 유로를 변환시키는 격판(20); 혼화기(10)의 전방에서 오염수(1)의 흐르는 유속에 따라 정화약품(2)을 투입하기 위한 압력의 변화를 가져오도록 설치되는 벤츄리관(60); 상기 벤츄리관(60)의 병목부위에 연결되어 정화약품(2)을 공급하는 연결관(40);로 구성되어 상기 병목부위를 지나는 오염수(1)의 속도가 빠르면 압력이 낮아져 보다 많은 정화약품(2)을 흡입하고, 오염수(1)의 속도가 느리면 압력이 높아져 정화약품(2) 흡입을 줄이는 방식으로 정화약품(2)을 차등있게 공급한다.

또한 본 발명 베르누이 원리를 이용한 정화 처리용 약품 자유 혼화장치에 따른, 격판(20)은, 수평의 패널(21)이나 절곡되는 라운드패널(22)을 다양한 각도로 결합하여, 격판(20)의 사이를 지나는 오염수(1)가 회동치며 정화약품(2)과 혼화될 수 있도록 하고 : 연결관(40)에는, 연결관(40)을 통해서 연결되는 정화약품(2)을 저장하는 정화약품저장탱크(41); 연결관(40)의 일측에 형성되는 펌프(42);가 결합되어 정화약품저장탱크(41)의 정화약품(2)을 벤츄리관(60)의 내측으로 공급하며 : 연결관(40)에는, 벤츄리관(60)의 내측의 유속을 검측하는 센서(52); 연결관(40) 유로(50)의 개방을 제어하는 보조밸브(51);를 형성하여 벤츄리관(60)의 내측을 흐르는 유속을 측정하여 연결관(40)의 지름을 변화시켜 공급되는 정화약품(2)의 양을 보조적으로 제어하도록 한다.

또한 본 발명 베르누이 원리를 이용한 정화 처리용 약품 자유 혼화장치에 따른, 벤츄리관(60)은, 혼화기(10)와 연통되는 유로(50)의 지름에 차이를 둔 하나의 벤츄리관(60)을 형성하거나 또는 유로(50)의 내부를 채우는 다수의 벤츄리관(60)을 형성한다.

본 발명에 따라, 혼화기 내측의 오염수와 정화약품을 별도의 기구적인 구성을 통해서 교반시키거나 혼화시킬 필요가 없어 비용을 절감할 수 있다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따라, 정화약품의 공급을 위해서도 벤츄리관을 통해서 투입되는 오염수의 양에 따라 자동으로 정화약품의 공급량을 제어하고, 흐르는 오염수의 유속과 힘을 이용하여 혼화기 내측의 격판을 통해서 자연스럽게 혼화시킬 수 있어서 정화의 기능은 물론 유지 관리의 비용 발생이 적다는 장점이 있다.

또한 본 발명에 따라, 정화약품의 공급을 위해서 베르누이원리를 이용하였고, 다양한 형태로 체결되는 격판을 구성하여 그 격판 체결각도를 조절함으로 오염수와 정화약품을 혼화시키는 방식이기에, 기존의 시스템을 그대로 활용하여 실시가 가능하다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 혼화기의 체결모습을 도시한 도면,
도 2는 본 발명 격판의 일 실시예를 도시한 실시예시도,
도 3은 본 발명 격판의 다른 실시예를 도시한 실시예시도,
도 4는 본 발명의 벤츄리관의 작동이론을 설명한 개념도,
도 5는 본 발명의 벤츄리관이 다수개 설치된 유로를 도시한 도면이다.

본 발명은 정화 처리용 약품 자유 혼화장치에 관한 것이다.

따라서 본 발명의 구성과 그 작용을 도시된 도 1 내지 도 5와 함께 상세히 살펴본다.

도시된 도면에서처럼, 정화약품과 오염수(1)가 혼화되는 혼화기(10)의 내측에 체결되어 정화약품(2)과 오염수(1)가 고루 혼합될 수 있도록 유로를 변환시키는 격판(20)이 있고, 혼화기(10)의 전방에서 오염수(1)의 흐르는 유속에 따라 정화약품(2)을 투입하기 위한 압력의 변화를 가져오도록 설치되는 벤츄리관(60)이 있으며, 상기 벤츄리관(60)의 병목부위에 연결되어 정화약품(2)을 공급하는 연결관(40)이 형성된다. 따라서 이들이 결합하여 상기 벤츄리관의 병목부위를 지나는 오염수(1)의 속도가 빠르면 압력이 낮아져 보다 많은 정화약품(2)을 흡입하고, 오염수(1)의 속도가 느리면 압력이 높아져 정화약품(2) 흡입을 줄이는 방식으로 정화약품(2)을 차등있게 공급한다.

본 발명의 기본적인 구성을 설명함에 앞서, 본 발명의 정화약품의 공급 제어를 위한 벤츄리관의 원리인 베르누이의 원리를 설명한다. 이 원리는 유체역학의 기본법칙 중 하나이며, 1738년 D.베르누이가 발표하였다. 점성과 압축성이 없는 이상적인 유체가 규칙적으로 흐르는 경우에 대해 속력과 압력, 높이의 관계에 대한 법칙이다. 유체의 위치에너지와 운동에너지의 합이 일정하다는 법칙에서 유도한다.

예를 들어, 굵기가 변하는 관에 공기를 흐르게 하고 굵기가 다른 부분의 아래로 가는 유리관을 연결한다. 가는 유리관 속에서의 물의 높이를 관찰하면 굵은 쪽에 연결된 물기둥은 그 높이가 낮아지고, 가는 쪽에 연결된 물기둥은 높이가 높아진다. 같은 높이에서 유체가 흐르는 경우 유체의 속력은 좁은 통로를 흐를 때 증가하고 넓은 통로를 흐를 때 감소한다. 베르누이의 정리에 따르면 유체의 속력이 증가하면 유체 내부의 압력이 낮아지고, 반대로 속력이 감소하면 내부 압력이 높아진다. 압력이 높아지면 유리관 속의 물기둥을 더 세게 누르므로 물기둥의 높이가 낮아지고, 압력이 낮아지면 유리관 속의 물기둥을 약하게 누르므로 물기둥의 높이는 높아진다.

바로 본 발명은 이러한 베르누이의 원리를 이용하였다. 본 발명은 벤츄리관(60)의 내측 중 지름이 작은 병목부위(좁은 통로, 좁은유로)를 지나는 오염수(1)의 속도를 이용하여 연결관(40)을 통해서 정화약품(2)을 흡입하도록 하여 정화약품(2)을 자동으로 공급할 수 있도록 하는 원리를 채택하였다.

도시된 도 1에는 기본적인 실시예가 도시되어 있다. 유로(50)를 타고 일정한 량의 오염수(1)가 흘러 이동을 할 수 있도록 설계된 정화시스템에서 본 발명의 혼화기(10)는 벤츄리관(60)의 후방에 설치된다. 오염수(1)가 유입되어 혼화기(10)의 내측으로 자연스럽게 흘러들어올 수 있는 구조에서, 상기 혼화기(10)의 전방에 벤츄리관(60)이 장착된 것이다. 상기 벤츄리관(60)에서는 정화약품(2)을 공급할 수 있도록 연결관(40)이 연결되어 있기에 상기 오염수(1)가 흘러들어오면서 상기 정화약품(2)도 같이 포함한 상태로 혼화기(10)로 밀려 들어온다. 벤츄리관(60)의 내측을 지나는 오염수(1)의 유속이 정화약품(2)을 흡입할 수 있는 힘을 자동적으로 제공하는 것이다. 벤츄리관(60) 내측 병목부위를 지나는 오염수(1)의 유속이 빠를 경우에는 그 부위의 압력이 낮아지고, 오염수(1)의 유속이 느릴 경우에는 그 부위의 압력이 높아진다.

결국 압력이 낮아지면 압력의 평형을 위해서 연결관(40)의 내측으로 정화약품(1)을 더 많이 흡입하고, 압력이 높아지면 압력의 평형을 위해서 연결관(40)의 내측으로 정화약품(2)을 적게 흡입하여 정화약품(2)의 공급량을 제어한다.

또한 이렇게 공급된 정화약품(2)과 오염수(1)는 다음의 절차를 따른다. 상기 오염수(1)는 자체의 유체 흐르는 힘을 가지고 있기에 혼화기(10)의 내측으로 유입되고 나서는, 혼화기(10) 내측에 설치된 격판(20)과 부딪치며 유체의 흐름에 변화를 가져오게 된다. 격판(20)은 종, 횡으로 설치되고 복층으로 구성되어 있기에 흘러들어온 오염수(1)와 정화약품(2)을 고루 혼화되게 유도한다. 상기 격판(20)은 다양한 각도로 형성된 상태이기에 흘러들어온 유체의 흐름에 방향전환을 가하며, 또 그 방향전환도 다 각도에서 이루어지기에 혼화기(10) 내부에는 난류와 와류를 발생시킨다. 이러한 유체의 흐름은 내측에 존재하는 오염수(1)와 정화용액(2)의 용이한 혼화를 달성하여 오염물의 침전을 향상시킨다. 특별히 임펠러 등을 통해서 오염수(1)를 뒤집는 과정을 하지 않아도 혼화기(10)의 내측의 격벽(20)이 이를 달성시키는 것이다.

이에 따라 유지, 관리의 비용이 발생되지 않고, 본 발명의 혼화기(10)는 오염수와 정화약품(2)의 용이한 혼화를 달성하는 것이다.

그럼 이러한 본 발명의 보다 상세한 실시예를 살펴본다.

본 발명에 있어서, 상기 격판(20)은, 수평의 패널(21)이나 절곡되는 라운드패널(22)을 다양한 각도로 결합하여, 격판(20)의 사이를 지나는 오염수(1)가 회동치며 정화약품(2)과 혼화될 수 있도록 한다.

도 2와 3에는 이러한 본 발명의 격판이 도시되어 있다. 이 격판(20)은 본 발명에서 따를 수 있는 일 실시예들로서 본 발명의 기술적 사상은 도시된 도면에 한정되지 않는다. 도시된 도면과는 달리 또 다른 다양한 형태로 제작되어도 무방하지만, 도시된 도면을 기준으로 설명을 한다.

본 발명에 따른 격판(20)은 혼화기(10)의 내부에 설치되어 흘러들어오는 오염수(1)와 정화용액(2)을 용이하게 혼화될 수 있도록 하는 구성이다. 더욱이 그 혼화의 과정에 별도의 힘을 부여하지 않아도 혼화될 수 있도록 다수의 격판(20)을 설치하되 서로 다른 각도로 오염수가 흘러가면서 마찰면적을 넓히며 혼화될 수 있도록 한다. 따라서 격판(20)의 형태와 그 부착 각도는 특별히 한정하기 힘들다. 흘러들어온 오염수(1)가 흘러나갈 때는 정화용액(2)과 완벽하게 혼화될 수 있도록 와류가 생길 수 있는 형태이면 족하다. 도 2와 같이 다수의 수평 패널(21)을 이용하여 결합된 상태로 혼화기(10)의 내측에 설치될 수도 있고, 도 3의 (b)에서처럼, 부드럽게 라운드진 라운드 패널(22)이 다수개 체결될 수도 있다. 또한 상기 수평 패널(21)과 라운드진 라운드 패널(22)이 같이 무작위로 배열되어 동일한 역할을 수행해도 무방하다.

이때 중요한 사항은 도시된 도 2의 (b)에서처럼, 수평 패널(21)이 수직의 방향으로 서로 체결되는 것만이 아니고, 수직과 수평의 방향에서 약간 틀어진 각도를 가진 상태로 체결되어도 무방하다. 도면에서는 수직 패널(21)이 약 "θ"의 각도로 틀어진 상태에서 체결되어 있다. 이러한 격판(20)의 경우 흘러들어온 오염수(1)를 틀어진 각도만큼 방향전환시켜 유체의 흐름에 변화를 줄 것이다. 유체가 서로 혼화되어 잘 섞이도록 유도하는 것이다. 도 3의 (a)에는 수평 패널(22)의 후방에 새로운 패널(21)을 세우되 약간 비스듬한 각도 "t"를 둔 상태에서 하부에서 상측으로 올라선 상태를 도시하고 있다. 이 패널(22)의 경우 오염수(1)가 흘러들어오다가 패널(22)에 부딪치면서 상부로 일정한 각도로 상승하는 흐름을 만들어 낸다. 이 격판(20)에 따라 오염수는 그 정화약품과 더욱 효과적으로 혼화될 수 있는 여건을 갖는다.

또한 본 발명에서 도시된 도 1의 벤츄리관(60)에는, 연결관(40)을 통해서 연결되는 정화약품(2)을 저장하는 정화약품저장탱크(41)가 있고, 연결관(40)의 일측에 형성되는 펌프(42)가 형성된다. 따라서 이들이 결합되어 정화약품저장탱크(41)의 정화약품(2)을 벤츄리관(30)으로 공급하는 것이다.

정화약품(2)을 공급하는 방식을 한정하는 것으로, 정화약품(2)을 자동으로 공급할 수 있는 설치구조이다. 정화약품저장탱크(41)에 다량의 정화약품(2)을 적재한 상태에서, 상기 정화약품저장탱크(41)와 노즐(30)을 연결하는 연결관(40)을 마련한다. 정화약품저장탱크(41)에서 공급되는 정화약품(2)은 연결관(40)을 타고 흘러와 끝단의 노즐(30)로 분사되어 오염수(1)와 혼화된다.

이때 노즐(30)의 끝단에는 노즐공이 형성되어 보다 높은 압력을 통해 분사될 때, 미립자의 형태로 오염수(1)와 혼화될 수 있다. 따라서 본 발명의 연결관(40)의 일측에는 펌프(42)와 같은 고압을 형성시킬 수 있는 구성을 비치하여 정화약품(2)을 분사할 수 있도록 한다. 오염수(1)의 흐르는 속도와 그 유체의 량에 비례하여 펌프(42)의 압력을 높여 상기 오염수(1)에 비례하는 정화약품(2)을 공급하는 것이다.

이러한 방식으로 본 발명의 정화 처리용 약품 자유 혼화장치는 특별히 오염수(1)를 섞어주는 별도의 구성을 갖추지 않고도 보다 편리하고 용이하게 오염물의 침전을 달성할 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에서 상기 연결관(40)에는, 벤츄리관(60)의 내측의 유속을 검측하는 센서(52)가 있고, 연결관(40) 유로(50)의 개방을 제어하는 보조밸브(51)이 있다. 따라서 이들이 결합하여 상기 벤츄리관(60)의 내측을 흐르는 유속을 측정하여 연결관(40)의 지름을 변화시켜 공급되는 정화약품(2)의 양을 보조적으로 제어하도록 한다.

도 4의 베르누이 원리를 설명하는 개념도를 먼저 설명하자면, 일체형의 관이 있고, 그 관의 지름이 서로 다르다면 그 압력과 속도 사이에는 규칙적인 원리가 작용된다. 관의 지름이 좁으면 그 내측을 지나는 유속이 빠르고 그에 따라 그 압력이 작아진다는 것이다. 도시된 도면에서 V1에 비하여 V2의 유속은 관의 지름의 차이에 따라 V2의 유속이 더 빠르다. 물론 P1의 압력이 P2 압력에 비하여 높다. 본 발명은 이러한 베르누이의 원리를 활용하여 연결관(40)을 통해서 정화약품(2)을 공급한다. 그런데 이러한 방식의 사용만으로 공급되는 오염수(1)와 정화약품(2)의 적절한 량의 조화를 얻기 힘들다.

보조적으로 본 발명은 투입되는 오염수(1)에 비례하여 정화약품(2)의 량을 제어하는 별도의 수단을 가지고 있는데, 이 구성이 바로 센서(52)와 보조밸브(51)이다. 센서(52)는 벤츄리관(60)의 내부를 지나는 유속을 측정하는 센서(52)이다. 그 유속을 측정하면 벤츄리관(60)을 지나는 오염수(1)의 량을 측정할 수 있고, 이 량을 통해서 투입되는 정화약품(2)의 량을 제어하고자 한 것이다. 물론 본 발명에서는 이를 위해서 전술된 벤츄리관(60)을 비치하여 정화약품(2)을 공급하고 있다. 그리고 상기 펌프(42)를 이용하여 필요시 더 높은 압력을 공급하여 연결관(40)을 통해서 정화약품(2)에 작용하는 압력을 조절하기도 한다.

이러한 본 발명에서 상기 센서(52)와 보조밸브(51)는 더욱 확실한 제어를 담당할 수 있다. 센서(52)는 오염수(1)의 유속과 통과 량을 측정하고 이를 통해서 연결관(40)의 일측에 마련된 보조밸브(51)를 개폐하는 방식으로 보다 정밀한 제어를 담당한다.

또한 본 발명에서 사용하는 상기 벤츄리관(60)은, 혼화기(10)와 연통되는 유로(50)의 지름에 차이를 둔 하나의 벤츄리관(60)을 형성하거나 또는 유로(50)의 내부를 채우는 다수의 벤츄리관(60)을 형성하는 것이 바람직하다. 도 1과 5에 도시된 것처럼, 하나의 벤츄리관(60)을 통해서 정화약품을 공급할 수도 있으며, 다수의 벤츄리관(60)을 유로(50)에 체결하여 정화약품(2)을 공급할 수도 있다.

1; 오염수 2; 정화약품
10; 혼화기 20; 격판
21; 수평 패널 22; 라운드 패널
30; 노즐 40; 연결관
41; 정화약품저장탱크 42; 펌프
50; 유로

Claims (5)

1. 정화약품과 오염수(1)가 혼화되는 혼화기(10)의 내측에 체결되어 정화약품(2)과 오염수(1)가 고루 혼합될 수 있도록 유로를 변환시키는 격판(20);
   혼화기(10)의 전방에서 오염수(1)의 흐르는 유속에 따라 정화약품(2)을 투입하기 위한 압력의 변화를 가져오도록 설치되는 벤츄리관(60);
   상기 벤츄리관(60)의 병목부위에 연결되어 정화약품(2)을 공급하는 연결관(40);로 구성되어 상기 병목부위를 지나는 오염수(1)의 속도가 빠르면 압력이 낮아져 보다 많은 정화약품(2)을 흡입하고, 오염수(1)의 속도가 느리면 압력이 높아져 정화약품(2) 흡입을 줄이는 방식으로 정화약품(2)을 차등있게 공급하는 베르누이 원리를 이용한 정화 처리용 약품 자유 혼화장치에 있어서,
   상기 격판(20)은 수평의 패널(21)이나 절곡되는 라운드패널(22)을 다양한 각도로 결합하여, 격판(20)의 사이를 지나는 오염수(1)가 회동치며 정화약품(2)과 혼화될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 베르누이 원리를 이용한 정화 처리용 약품 자유 혼화장치.
   
   
   
   
   
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