KR101620643B1

KR101620643B1 - 가스 처리 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101620643B1
Application number: KR1020107013256A
Authority: KR
Inventors: 로버트 앨런 얀센; 잔 게빈 맥도널드
Original assignee: 킴벌리-클라크 월드와이드, 인크.
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-12-17
Publication date: 2016-05-12
Also published as: EP2234650A4; EP2234650A2; WO2009083875A3; WO2009083875A2; US8454889B2; KR20100105603A; US20090158936A1

Abstract

가스 처리 장치는 액체를 보유하기 위한 내부 공간을 형성하는 하우징을 갖는다. 상기 하우징은 상기 내부 공간을 통과하는 가스가 액체를 통해 흐르도록 입구 포트와, 상기 입구 포트로부터 이격된 출구 포트를 갖는다. 가스 전달 장치(gas delivery system)는 상기 가스 입구 포트에 있는 상기 하우징의 내부 공간 내로 처리될 가스를 지향시킨다. 초음파 도파관 조립체(ultrasonic waveguide assembly)는 상기 하우징의 내부 공간 내에 배치되며 상기 하우징의 가스 입구 포트와 가스 출구 포트 중간에 적어도 부분적으로 배치되는 초음파 혼(ultrasonic horn)을 포함한다. 상기 초음파 혼은 상기 하우징 내의 액체를 초음파 처리하도록 초음파 주파수로 작동가능하다. 자외선 광원은 상기 가스 입구 포트로부터 상기 가스 출구 포트로 흐르는 액체를 처리하도록 상기 하우징의 내부 공간 내에 자외선을 방출한다.

Description

가스 처리 장치 및 방법{GAS TREATMENT SYSTEM}

본 발명은 일반적으로 가스를 처리하는 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 초음파 에너지를 이용하여 가스를 처리하는 장치에 관한 것이다.

처리되는 각종 가스로부터 불순물을 제거하는 것은 통상적이다. 예를 들면, 주위 공기는 유기물 형태인 불순물 및/또는 공기 중의 형태인 미생물, 또는 다른 가스 비말동반된 오탁물 혹은 오염물 혹은 다른 불순물을 함유할 수 있다. 몇몇의 경우에는, 가스의 후속적인 사용 또는 가스를 주위 환경 내에서 해제하기 전에 이러한 불순물을 제거하거나 없애는 것이 바람직하다.

불순물을 제거하거나 없애기 위해 가스를 처리하기 위해 공지된 처리 기술이 많이 있다. 그러나, 이러한 다수의 기술은 구매, 작동 및 유지하기에 비용이 많이 든다. 더욱이, 가스 내의 불순물을 처리하는데에 종종 시간 소모적이고 비교적 비효율적이고 그리고/또는 효과적이지 않다. 예를 들면, 하나의 공지된 처리 방법은 필터를 통해 처리될 가스를 통과시키는 것이다. 그러나, 가스로부터 불순물을 여과하는 것은 불순물을 걸러내는 필터 매체 내의 구멍 크기 및 필터의 성능에 의해 제한된다. 즉, 불순물(예컨대, 유기물 또는 미생물)이 필터 매체의 구멍 크기보다 작은 경우, 불순물은 필터 매체를 통과할 것이다.

일 실시예에서, 가스 처리 장치는 일반적으로 내부 공간을 형성하는 하우징을 포함한다. 상기 내부 공간은 액체를 보유하기 위한 것이다. 상기 하우징은 상기 하우징의 내부 공간 내로 가스를 수용하는 하나 이상의 가스 입구 포트와, 상기 하우징의 내부 공간으로부터 가스를 배출하는 하나 이상의 가스 출구 포트를 갖는다. 상기 가스 출구 포트는, 상기 가스 입구 포트로부터 상기 가스 출구 포트로 상기 하우징의 내부 공간을 통과하는 가스가 상기 액체를 통해 흐르도록 상기 가스 입구 포트로부터 이격된다. 가스 전달 장치(gas delivery system)는 상기 가스 입구 포트에 있는 상기 하우징의 내부 공간 내로 처리될 가스를 지향시킨다. 초음파 도파관 조립체(ultrasonic waveguide assembly)는 상기 하우징의 내부 공간 내에 배치되며 상기 하우징의 가스 입구 포트와 가스 출구 포트 중간에 적어도 부분적으로 배치되는 초음파 혼을 포함한다. 상기 초음파 혼은 상기 하우징 내의 액체를 초음파 처리하도록 초음파 주파수로 작동가능하다. 자외선 광원은 상기 가스 입구 포트로부터 상기 가스 출구 포트로 흐르는 액체를 처리하도록 상기 하우징의 내부 공간 내에 자외선을 방출한다.

다른 실시예에서, 가스 처리 장치는 일반적으로 내부 공간을 형성하는 하우징을 포함한다. 상기 하우징은 상기 하우징의 내부 공간 내로 가스를 수용하는 하나 이상의 가스 입구 포트와, 상기 하우징의 내부 공간으로부터 가스를 배출하는 하나 이상의 가스 출구 포트를 포함한다. 상기 가스 출구 포트는, 가스가 상기 가스 입구 포트로부터 상기 가스 출구 포트로 상기 하우징의 내부 공간을 통과하도록 상기 가스 입구 포트로부터 이격된다. 하나 이상의 액체 입구 포트는 상기 하우징의 내부 공간 내로 가스를 수용하기 위한 것이고, 하나 이상의 액체 출구 포트는 상기 하우징의 내부 공간으로부터 가스를 배출하기 위한 것이다. 상기 액체 출구 포트는, 액체가 상기 액체 입구 포트로부터 상기 액체 출구 포트로 상기 하우징의 내부 공간을 흐르도록 상기 액체 입구 포트로부터 이격된다. 혼합 영역은 가스-액체 용액을 형성하도록 상기 하우징의 내부 공간 내에서 상기 가스와 액체를 혼합하기 위해 상기 하우징 내에 있다. 초음파 혼은 상기 하우징의 내부 공간 내에 배치된다. 상기 초음파 혼은 상기 하우징 내의 상기 가스-액체 용액을 초음파 처리하도록 초음파 주파수로 작동가능하다. 자외선 광원은 상기 초음파 혼에 의해 상기 액체가 초음파 처리되는 동안에 상기 액체 상에 자외선을 방출한다.

또 다른 실시예에서, 가스 처리 방법은 하우징의 내부 공간으로 처리될 가스를 전달하는 단계를 포함한다. 상기 하우징은, 상기 하우징의 내부 공간 내로 가스를 수용하는 하나 이상의 가스 입구 포트와, 상기 하우징의 내부 공간으로부터 가스를 배출하는 하나 이상의 가스 출구 포트를 갖는다. 상기 가스 출구 포트는 상기 가스 입구 포트와 이격된다. 가스는 가스-액체 용액을 형성하도록 상기 하우징의 내부 공간 내에서 액체와 혼합된다. 상기 하우징의 내부 공간 내에 배치되는 초음파 혼은 상기 하우징 내의 상기 가스-액체 용액을 초음파 처리하도록 초음파 주파수로 작동된다. 처리된 가스-액체 용액은 자외선 광원을 이용하여 조사된다.

도 1은 가스를 처리하는 가스 처리 장치의 일 실시예에 대한 개략도,
도 2는 도 1의 장치에서의 하우징에 대한 종단면도(예컨대, 수직방향)로서, 초음파 혼과 배플 조립체를 도시한 도면,
도 3은 도 2의 초음파 혼과 배플 조립체의 분해 사시도.

도면에서, 대응하는 참조부호는 대응하는 부품을 지칭한다.

도 1은 가스(예컨대, 장치를 통과하는 주위 공기)를 처리하는 가스 처리 장치(10)의 일 실시예를 도시한다. 본원에 사용된 용어 "가스(gas)"는 단일 성분의 가스 또는 2가지 이상의 가스상 성분으로 이루어진 가스 혼합물을 언급한다. 하나의 적절한 실시예에서, 가스 처리 장치(10)에 의해 처리되는 가스는 하나 이상의 불순물을 갖는 주위 공기일 수 있다. 그러나, 가스 처리 장치(10)는 불순물을 포함하는 다른 유형의 가스를 처리하는데 이용될 수 있으며, 이에 한정되지는 않지만, 의료용 공기, 항공기/우주선 공기, 산업의 배출가스를 처리하는데 이용될 수 있다. 본원에 기술된 가스 처리 장치(10)는 그 자체로 사용될 수 있거나, 또는 보다 큰 가스 처리 공정의 부품일 수 있다.

하나의 적절한 실시예에서, 도 1에 도시한 바와 같이, 가스 처리 장치(10)는 도파관 조립체(16)의 적어도 일부를 수용하기 위해 내부 공간(14)을 형성하는 초음파 처리 하우징(또는 챔버)(12)을 포함한다. 하우징(12)은 대체로 긴 형상이며 입구 단부(18)(도시한 실시예의 배향에서의 하단부)와, 출구 단부(20)(도시한 실시예의 배향에서의 상단부)를 갖는다.

하우징(12)의 내부에는 하나 이상의 가스 입구 포트(22)(하나의 가스 입구 포트가 도 1에 도시됨)가 있으며, 이러한 가스 입구 포트(22)를 통해, 하우징 내에서 처리될 가스가 내부 공간(14)으로 전달된다. 하우징(12)의 입구 단부(18)가 2개 이상의 가스 입구 포트(22)를 구비할 수 있음을 당업자는 이해할 것이며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들면, 도시하지는 않았지만, 하우징(12)은 2개의 가스 입구 포트를 포함할 수 있으며, 제 1 가스 입구 포트와 제 2 가스 입구 포트는 서로 평행하게 이격되어 있다. 하나의 적절한 실시예에서, 각각의 가스 입구 포트는 하나 이상의 공기 스파아저(air spargers)를 포함하여, 하우징(12)의 내부 공간(14) 내에 가스가 유입됨에 따라 가스를 다수의 작은 기포로 나눌 수 있다. 또한, 하우징(12)은 출구 단부(20)에 하나 이상의 가스 출구 포트(24)를 가지므로, 하우징의 내부 공간(14)으로부터 가스를 배출시킨다. 이에 따라, 가스는 가스 입구 포트(22)를 통해 하우징(12)의 내부 공간(14) 내로 흘러서 내부 공간을 통과하여, 가스 출구 포트(24)를 통해 배출된다.

또한, 하우징(12)의 내부에는 하나 이상의 액체 입구 포트(23)(하나의 액체 입구 포트가 도 1에 도시됨)가 있으며, 이러한 액체 입구 포트(23)를 통해, 내부 공간(14)으로 액체가 전달된다. 하우징(12)의 입구 단부(18)가 2개 이상의 액체 입구 포트(23)를 구비할 수 있음을 당업자는 이해할 것이며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다. 예를 들면, 도시하지는 않았지만, 하우징(12)은 2개의 액체 입구 포트를 포함할 수 있으며, 제 1 액체 입구 포트와 제 2 액체 입구 포트는 서로 평행하게 이격되어 있다. 또한, 하우징(12)은 출구 단부(20)에 하나 이상의 액체 출구 포트(25)를 가지므로, 하우징의 내부 공간(14)으로부터 액체를 배출시킨다. 액체 출구 포트(25)는 가스 출구 포트(23)의 수직방향 아래에 위치된다. 출구 포트(23, 25)의 상대적인 위치는 하우징(12)으로부터 배출될 때 가스와 액체를 중력으로 분리하게 한다. 이에 따라, 액체는 액체 입구 포트(23)를 통해 하우징(12)의 내부 공간(14) 내로 흘러서 내부 공간을 통해 흐르게 되어, 액체 출구 포트(25)를 통해 배출된다. 그 대신에, 가스 처리 장치(10)는 다른 적절한 가스/액체 분리 구성을 가질 수 있음이 이해된다.

본원에 사용된 용어 "액체(liquid)"는 단일 성분의 액체, 액체-액체 혼합물과 같이 성분들 중 하나 이상이 액체인 2가지 이상의 성분으로 이루어진 용액, 미립자 물질이 비말동반되는 액체-가스 혼합물 혹은 액체, 또는 다른 점성 유체를 지칭한다. 하나의 적절한 실시예에서, 액체가 물이지만, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 벗이 다른 유형의 액체가 사용될 수 있음이 이해된다.

하우징(12)은, 가스와 액체가 입구 단부(18)에 인접한 하우징의 내부 공간(14)에 유입되어 하우징(예컨대, 도시한 실시예의 배향에서의 상측) 내에서 대체로 종방향으로 흐르는 가스-액체 용액을 형성하도록 혼합되어 하우징의 출구 단부(20)에서 하우징으로부터 배출되도록 구성된다. 보다 상세하게, 하우징의 내부 공간(14)은, 하우징(12)의 내부 공간(14) 내에서 가스와 액체에 초기의 소용돌이를 일으키는 액체 흡입 지대(29)를 갖는다. 가스와 액체의 혼합은 하우징(12)에 혼합 유입된 가스와 액체에 의해 발생된 소용돌이 작용에 의해 촉진된다. 더욱이, 공기는 공기와 액체의 혼합을 촉진시키는 공기 스파아저(도시하지 않음)에 의해 가스 입구 포트(22)를 통해 하우징(12)의 내부 공간(14) 내로 전달된다. 가스-액체 용액을 형성하도록 가스와 액체를 함께 혼합하기 위해 다른 유형의 기계식 혼합 장치가 사용될 수 있다. 또한, 하우징(12)의 내부 공간(14)에 유입되기 전에, 가스-액체 용액을 형성하기 위해, 예컨대 인라인 혼합 장치에 의해 가스와 액체가 혼합될 수도 있다.

도시한 실시예에서, 하우징(12)은 대체로 원통형이어서, 대체로 환형의 단면을 갖는다. 그러나, 하우징(12)의 단면은 환형 이외의 다각형 또는 또 다른 적절한 형상일 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다. 후술하는 바와 같이, 도시한 하우징(12)의 적어도 일부(26)는 투명 재료로 적절하게 구성된다. 도시한 실시예에서, 하우징(12)의 일부(26)는 석영 유리로 구성되는 한편, 하우징의 나머지 부분은 스테인리스강으로 구성된다. 그러나, 하우징(12)은 그 재료가 하우징 내의 가스-액체 용액, 작동 중에 하우징이 받는 압력, 및 온도와 같은 다른 장치 조건에 친화적이라면 임의의 적절한 재료로 구성될 수 있다.

도 1을 다시 참조하면, 도파관 조립체(16)는 하우징의 내부 공간을 통해 흐르는 가스-액체 용액을 초음파 처리하도록 하우징(12)의 내부 공간(14) 내에 적어도 부분적으로 종방향으로 연장된다. 특히, 도시한 실시예의 도파관 조립체(16)는 하우징(12)의 입구 단부(18)로부터 도파관 조립체의 말단부(28)까지 내부 공간(14) 내로 종방향으로 연장되며, 입구 포트(22, 23)와 출구 포트(24, 25)의 중간에 배치된다. 하우징(12)의 내부 공간(14) 내로 종방향으로 연장되는 것으로 도 1에 도시하지만, 도파관 조립체(16)는 하우징의 측벽(30)으로부터 측방향으로 연장되어 내부 공간을 통해 수평방향으로 형성될 수 있다. 일반적으로, 도파관 조립체(16)는 후술하는 바와 같이 하우징(12)에 직접적 또는 간접적으로 장착된다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 도파관 조립체(16)는 가스-액체 용액 내에 완전히 침지되기 위해 입구 포트(22, 23)와 출구 포트(24, 25)의 중간의 하우징(12)의 내부 공간(14) 내에 배치되는 길게 형성된 초음파 혼(32)을 포함하며, 보다 바람직하게는, 도시한 실시예에서, 하우징과 동축으로 정렬된다. 초음파 혼(32)은 하우징의 측벽(30)의 내부면(36)과 함께 하우징(12)의 내부 공간(14) 내에서 유동 경로(38)를 형성하는 외부면(34)을 가지며, 이 외부면(34)을 따라 하우징 내의 초음파 혼을 지나 가스-액체 용액이 흐른다(유동 경로의 이러한 부분은 넓게는 초음파 처리 지대로도 부름).

초음파 혼(32)은 도파관 조립체(16)의 말단부(28)를 형성하는 상단부와, 종방향 반대편의 하단부(40)를 갖는다. 또한, 도파관 조립체(16)는 상단부(44)에서 초음파 혼(32)의 하단부(40)에 연결되어 동축으로 정렬되는 부스터(42)를 더 포함한다. 그러나, 도파관 조립체(16)는 초음파 혼(32)만을 포함할 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다. 또한, 부스터(42)는 하우징(12)의 외부에 전체적으로 배치될 수 있으며, 초음파 혼(32)은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고서 하우징 상에 장착된다.

도파관 조립체(16), 보다 상세하게 부스터(42)는, 도파관 조립체를 하우징으로부터 초음파 격리(작동 중에 초음파 진동함)하도록 구성된 장착 부재(도시하지 않음)에 의해 입구 단부(18)에서 하우징(12) 상에 적절하게 장착된다. 즉, 장착 부재는 도파관 조립체(16)의 종방향 및 횡방향의 기계적 진동이 하우징(12)에 전달되는 것을 방지하는 한편, 도파관 조립체[특히, 초음파 혼(32)]의 소정의 횡방향 위치가 하우징의 내부 공간(14) 내에 유지하여 하우징 내에서 초음파 혼(32)을 종방향 및 횡방향의 양방향으로 변위시킨다. 또한, 장착 부재는 [예컨대, 부스터(42) 및/또는 초음파 혼(32)의 하단부(40)와 함께] 하우징(12)의 입구 단부(18)를 적어도 부분적으로 폐쇄한다. 적절한 장착 부재의 예는 미국특허 제6,676,003호에 개시되어 있으며, 그 전체 내용은 본원에 참고로 포함된다.

하나의 적절한 실시예에서, 장착 부재는 단일 부재의 구성이다. 보다 적절하게는, 장착 부재는 부스터(42)[보다 넓게는 도파관 조립체(16)]와 일체로 형성될 수 있다. 그러나, 장착 부재는 도파관 조립체(16)와 별개로 구성될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다. 또한, 장착 부재의 하나 이상의 부품이 별개로 구성되어, 적절하게 연결되거나 또는 이와는 달리 함께 조립될 수도 있다.

또한, 장착 부재는 대체로 강성(예컨대, 하중 하에서 정적 변위에 대한 저항성)으로 구성되어, 하우징(12)의 내부 공간(14) 내에서 도파관 조립체(16)를 적절하게 정렬하여 보유할 수 있다. 예를 들면, 일 실시예에서의 강성의 장착 부재는 비탄성중합체 재료, 보다 바람직하게 금속, 및 더욱 바람직하게 부스터와 동일한 금속[보다 넓게는 도파관 조립체(16)]으로 이루어질 수 있다. 그러나, 용어 "강성(rigid)"은 도파관 조립체(16)의 초음파 진동에 응답하여 장착 부재가 동적 신축 및/또는 굽힘할 수 없는 것을 의미한다. 다른 실시예에서, 강성의 장착 부재는 하중 하에서 정적 변위에 충분한 저항성이 있지만, 도파관 조립체(16)의 초음파 진동에 응답하여 동적 신축 및/또는 굽힘할 수 있는 탄성중합체 재료로 이루어질 수 있다.

적절한 초음파 구동 장치는 하우징(12)의 외부에 배치되어 도파관 조립체(16)를 기계적으로 초음파 진동하도록 부스터(42)에 작동식으로 연결되는 적어도 하나의 여자기(46)와 전원(48)을 구비한다. 일 실시예에서, 구동 장치는 도파관 조립체(16)를 약 15 kHz 내지 약 100 kHz 범위, 보다 바람직하게 약 15 kHz 내지 약 60 kHz 범위 및 더욱 바람직하게 약 20 kHz 내지 약 40 kHz 범위의 주파수로 작동할 수 있다. 이러한 초음파 구동 장치는 당업자에게 잘 공지되어 있으므로, 본원에서 추가로 기술할 필요는 없다. 적절한 초음파 구동 장치의 예로는, Dukane Ultrasonics of St. Charles, Illinois로부터 입수가능한 Model 20A3000 장치와, Herrmann Ultrasonics of Schaumbeg, Illinois로부터 입수가능한 Model 2000CS 장치가 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 초음파 혼(32)은, 초음파 혼(32)에 연결되며 초음파 혼의 외부면(34)으로부터 횡방향 외측으로 서로 종방향으로 이격되게 적어도 부분적으로 연장되는 2개 이상(즉, 복수 개)의 교반 부재(50, 50')를 갖는다. 도 1에는 5개의 교반 부재(50, 50')가 있다. 초음파 혼(32)은, 초음파 혼의 공명 파장의 대략 절반과 동일한 길이(통상적으로, 반파장으로 부름)를 갖도록 크기설정된다. 그러나, 초음파 혼(32)은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 반파장의 임의 증분을 갖도록 크기설정될 수 있다.

도시한 실시예에서, 5개의 교반 부재(50) 중 4개는 서로 종방향으로 이격되게 초음파 혼(32)의 원주 둘레에서 연속적으로 연장되며 초음파 혼의 외부면(34)으로부터 횡방향(예컨대, 도시한 실시예에서의 반경방향) 외측으로 연장되는 일련의 4개의 와셔형 링을 포함한다. 이로써, 초음파 혼(32)에 대한 각각의 교반 부재(50)의 진동 변위는 초음파 혼의 원주에 대해 비교적 균일하다. 그러나, 교반 부재(50)는 초음파 혼(32)의 원주에 대해 연속적일 필요는 없다. 예를 들면, 교반 부재(50)는 초음파 혼(32)의 외부면(34)으로부터 횡방향 외측으로 연장되는 스포크(spokes), 블레이드(blades), 핀(fins) 또는 다른 별개의 구조적 부재의 형태일 수도 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 교반 부재(50')의 다른 하나(즉, 중앙의 교반 부재)는 T자 형상을 갖는다. 특히, 후술하는 바와 같은 초음파 혼(32)의 결절 영역(nodal region)에 배치된 교반 부재(50')는 T자 형상을 갖는다. T자 형상을 갖는 교반 부재(50')는 후술하는 바와 같이 캐비테이션 효과를 더욱 증대시키는 강한 반경방향(예컨대, 수평방향)의 음향파를 발생시키는 것으로 알려져 있다.

교반 부재(50, 50')(예컨대, 도시한 실시예에서는 4개의 링 및 하나의 T자형 부재)의 개수는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 5개 미만 또는 초과일 수 있다. 또한, 교반 부재(50, 50') 사이의 종방향 이격거리는 도 1에 대해 상술한 이의의 것일 수 있다(예컨대, 이격거리가 더욱 가깝거나 또는 더욱 이격됨). 또한, 도 1에 도시한 교반 부재(50, 50')가 종방향으로 서로 이격되어 있지만, 3개 이상의 교반 부재가 존재하는 경우, 종방향으로 연속적인 교반 부재들 사이의 이격거리는 본 발명의 범위 내에 있도록 균일할 필요는 없다.

초음파 혼(32)의 길이를 따르는 교반 부재(50, 50')의 위치는 초음파 혼의 진동 시에 교반 부재의 의도된 진동 변위의 적어도 부분적인 함수이다. 예를 들면, 도 1에 도시한 실시예에서, 초음파 혼(32)은 초음파 혼의 대체로 종방향 중앙에 위치된 결절 영역을 갖는다. 본원에 사용된 초음파 영역의 "결절 영역(nodal region)"은 초음파 혼의 종방향 영역 또는 부분을 지칭하며, 그를 따라 초음파 혼의 초음파 진동 동안에 종방향 변위가 (거의) 발생하지 않고, 초음파 혼의 횡방향(예컨대, 도시한 실시예에서의 반경방향) 변위는 대체로 최대가 된다. 초음파 혼(32)의 횡방향 변위는 초음파 혼의 횡방향 팽창을 포함하지만, 초음파 혼의 횡방향 운동(예컨대, 굽힘)을 구비할 수도 있다.

도 1에 도시한 실시예에서, 반파장 초음파 혼(32)의 구성은, 결절 평면(즉, 횡방향 변위가 대체로 최대가 되는 한편 종방향 변위가 발생하지 않는 초음파 혼에 횡방향인 평면)에 의해 특히 정의되는 결절 영역이 존재한다는 것이다. 이와 같은 평면은 "결절 지점(nodal point)"으로도 부른다. 따라서, 초음파 혼(32)의 결절 영역으로부터 더 멀리 종방향으로 배치된 교반 부재(50)(예컨대, 도시한 실시예에서는 링)는 주로 종방향 변위를 받는 한편, 결절 영역에 또는 그 근방에 종방향으로 있는 교반 부재(50')(예컨대, T자 형상의 교반 부재)는 증가된 횡방향 변위량 및 종방향 말단의 교반 부재에 대한 감소된 종방향 변위량을 받을 것이다. 초음파 혼(32)은 결절 영역은 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 초음파 혼 부재 상에서 종방향 중앙 이외에 위치되도록 구성될 수 있다. 또한, 교반 부재(50, 50') 중 하나 이상은 초음파 혼의 초음파 진동 시에 초음파 혼(32)에 대한 종방향 및 횡방향 변위 양자를 받도록 초음파 혼 상에 종방향으로 위치될 수 있다.

교반 부재(50, 50')는 동적 운동, 특히 초음파 혼의 초음파 진동에 응답한 교반 부재의 동적 신축/굽힘을 용이하게 하도록 충분히 구성[예컨대, 초음파 혼(32)의 외부면(34)으로부터 횡방향 외측으로 연장되는 거리인 두께 및 횡방향 길이 등의 치수, 및 재료]된다. 특히 적절한 실시예에서, 도파관 조립체(16)가 하우징 내에서 작동되도록 하는 소정의 초음파 주파수(도파관 조립체의 사전결정된 주파수로도 부름) 및 하우징(12) 내에서 처리되는 특정의 가스-액체 용액을 위해, 교반 부재(50, 50')와 초음파 혼(32)은 교반 부재를 작동시키도록 적절하게 구성 및 배치되는데, 이는 본원에서 사전결정된 주파수에서의 초음파 캐비테이션 모드로 부른다.

본원에 사용된 바와 같이, 교반 부재(50, 50')의 초음파 캐비테이션 모드는 사전결정된 초음파 주파수로 하우징(12)을 통해 흐르는 액체의 캐비테이션을 일으키기에 충분한 교반 부재의 진동 변위를 지칭한다. 예를 들면, 하우징(12) 내에서 흐르는 액체가 공기-물 용액을 포함하며, 도파관 조립체(16)가 작동되는 초음파 주파수(즉, 사전결정된 주파수)가 약 20 kHz인 경우, 교반 부재(50, 50') 중 하나 이상은 교반 부재의 캐비테이션 모드를 구현하기 위해 적어도 1.75 밀(즉, 0.00175 인치 또는 0.044 mm)의 진동 변위를 제공하도록 적절하게 구성된다. 도파관 조립체(16)는 처리되는 특정의 가스-액체 용액과 관련된 소정의 캐비테이션 모드를 성취하도록 상이하게 구성(예컨대, 재료, 크기 등)될 수도 있다. 예를 들면, 처리되는 가스-액체 용액의 점도가 변화함에 따라, 교반 부재의 캐비테이션 모드가 변경될 필요가 있을 수 있다.

초음파 캐비테이션은 초음파 처리로 인한 용액 내의 기포의 형성, 성장 및 내파 붕괴(implosive collapse)를 지칭한다. 이와 같은 캐비테이션은, 캐비테이션 이전으로부터의 부유된 미립자 또는 일시적인 마이크로버블 내의 가스 충진된 틈 등의 용액 내의 사전 형성된 연약점으로부터 발생한다. 초음파가 용액을 통과함에 따라, 팽창 사이클이 용액 상에 부압을 발휘하여, 분자들을 서로 움직이게 된다. 초음파 에너지가 충분히 강한 경우, 부압이 용액의 국부적인 인장 강도를 초과하면, 팽창 사이클은 용액 내에 틈을 형성하여, 용액의 타입 및 순도에 따라 변화한다.

초기의 공동에 의해 형성된 작은 가스 버블은 초음파 에너지의 또 다른 흡수에 대해 성장한다. 적절한 조건 하에서, 이러한 버블은 격렬한 충돌을 받아, 매우 높은 압력 및 온도를 발생시킨다. 소위 음향 화학 등의 몇몇 분야에서, 화학 반응은 캐비테이션에 의해 야기되는 높은 압력 및 온도를 이용한다. 더욱이, 버블의 성장 및 격렬한 충돌은 가스-액체 용액의 바람직하게 엄격한 교반을 제공한다.

특히 적절한 실시예에서, 교반 부재(50, 50')의 캐비테이션 모드는 교반 부재의 공명 모드와 상응하며, 교반 부재의 진동 변위는 초음파 혼(32)의 변위에 대해 증폭된다. 그러나, 캐비테이션은, 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이, 교반 부재(50, 50')가 공명 모드에서 작동하지 않고서, 또는 초음파 혼(32)의 변위보다 큰 진동 변위에서도 발생할 수 있다.

일반적으로, 초음파 혼(32)은 적절한 음향적 및 기계적 특성을 갖는 금속으로 이루어질 수 있다. 초음파 혼(32)을 구성하기 위해 적절한 금속의 예로는, 이에 한정되지는 않지만, 알루미늄, 모넬(monel), 티타늄, 스테인리스강 및 몇몇의 합금강이 있다. 또한, 모든 초음파 혼(32) 또는 그 일부는, 몇 가지 예를 들면, 은, 백금, 금, 팔라듐, 이산화납 및 구리 등의 또 다른 금속으로 코팅될 수 있다. 특히 적절한 실시예에서, 교반 부재(50, 50')는 초음파 혼(32)과 동일한 재료로 이루어지며, 초음파 혼과 일체로 형성되는 것이 보다 바람직하다. 다른 실시예에서, 교반 부재(50, 50')의 하나 이상은 초음파 혼(32)과 별도 형성되어 초음파 혼에 연결될 수도 있다.

도 1에 도시한 교반 부재(50, 50')(예컨대, 링)가 비교적 평탄, 즉 단면이 비교적 장방형이지만, 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 링은 장방형 이외의 단면을 가질 수 있다. 용어 "단면(cross-section)"은, 예컨대 초음파 혼의 외부면(34)에 대한 일 횡방향(예컨대, 도시한 실시예에서의 반경방향)을 따라 취한 단면을 언급하도록 사용된다. 더욱이, 도 1에 도시한 교반 부재(50)(예컨대, 링)가 횡방향 성분만을 갖도록 구성되어 있지만, 교반 부재(50')(예컨대, T자형 교반 부재)는 도파관 조립체(16)의 초음파 진동 동안에 (예컨대, 도 1에 도시한 초음파 혼의 결절 영역에 그리고 그 근방에서의) 초음파 혼(32)의 횡방향 진동 변위를 이용하도록 하나 이상의 종방향(예컨대, 축방향) 성분을 가질 수 있다.

배플 조립체(60)는 하우징(12)의 내부 공간(14) 내에 적절하게 배치, 특히 하우징의 측벽(30)의 내부면(36)에 횡방향으로 인접하고 초음파 혼(32)과 대체로 횡방향으로 대향하게 배치된다. 적절한 실시예에서, 배플 조립체(60)는 하우징(12)의 측벽(30)의 내부면(36)으로부터 초음파 혼(32)을 향해 횡방향 내측으로 적어도 부분적으로 연장되는 하나 이상의 배플 부재(62)를 포함한다. 보다 바람직하게, 하나 이상의 배플 부재(62)는 하우징의 내부면(36)으로부터 초음파 혼(32)의 외부면(34)으로부터 외측으로 연장되는 교반 부재(50, 50')로 종방향으로 침입된 위치로 횡방향 내측으로 연장된다. 본원에 사용된 용어 "종방향으로 침입(longitudunally intersticed)"은 초음파 혼(32)의 종축에 평행하게 유도된 종방향 라인이 교반 부재(50, 50')와 배플 부재(62) 양자를 통과하는 것을 의미한다. 일례로서, 도시한 실시예에서, 배플 조립체(60)는 5개의 교반 부재(50, 50')로 종방향으로 침입된 4개의 대체로 환형의 배플 부재(62)[즉, 초음파 혼(32) 둘레에 연속적으로 연장]를 포함한다.

이에 따라, 배플 부재(62)는 (예컨대, 초음파 처리 지대 내의) 초음파 혼(32)을 지나 하우징(12)의 내부 공간(14) 내에서 흐르는 가스-액체 용액의 유동 경로(38) 내에서 연장된다. 이로써, 배플 부재(62)는 초음파 혼(32)을 지나 하우징의 측벽(30)의 내부면(36)을 따라 가스-액체 용액이 흐르는 것을 방해하고, 보다 바람직하게 배플 부재는 초음파 혼의 교반 부재(50, 50') 위로 흐르기 위해 가스-액체 용액이 초음파 혼을 횡방향 내측을 향해 흐르는 것을 용이하게 하므로, 가스-액체 용액의 초음파 처리(즉, 교반)를 용이하게 한다.

배플 부재(62)는 환형일 필요는 없거나, 또는 이와는 달리 초음파 혼 둘레에서 연속적으로 연장된다. 예를 들면, 배플 부재(62)는 하우징(12)의 측벽(30)의 내부면(36)에 인접하게 횡방향 내측으로 연장되는 스포크, 범프, 세그먼트 또는 다른 별개의 구조적 대형의 형태로 초음파 혼(32) 둘레에 불연속적으로 연장될 수 있다. 초음파 혼(32) 둘레에서 연속적으로 연장되는 배플 부재(62)에 관한 용어 "연속적(continuously)"은 단부끼리 인접하는 관계로 배치된 2개 이상의 아치형 세그먼트로 이루어진 배플 부재, 즉 이러한 세그먼트들 사이에 상당한 갭이 형성되지 않는 한 배제하지 않는다. 적절한 배플 부재 구성은 미국특허출원 제11/530,311호(2006년 9월 8일자로 출원)에 개시되어 있으며, 이는 본원에 참고로 포함된다.

도 1 내지 도 3에 도시한 배플 부재(62) 각각이 대체로 평탄, 예컨대 대체로 얇은 장방형 단면을 가지고 있지만, 배플 부재 중 하나 이상은 하우징(12)의 내부 공간(14) 내의 가스 버블의 흐름을 더욱 촉진시키도록 대체로 평탄하거나 장방향 단면 이외의 것일 수 있다. 본원에 사용된 용어 "단면(cross-section)"은 일 횡방향[예컨대, 초음파 혼의 외부면(34)에 대해 도시한 실시예에서의 반경방향]을 따라 취한 단면을 지칭한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 가스 처리 장치(10)는 연속적인 가스원(86)으로부터 하우징(12)의 내부 공간(14) 내로 가스, 예컨대 주위 공기를 지향시키도록 작동가능한 가스 전달 장치를 더 포함한다. 적절한 실시예에서, 가스 전달 장치는 적절한 도관(도시하지 않음)을 거쳐 연속적인 가스원(86)으로부터 하우징(12)의 입구 단부(18)로 가스를 펌핑하도록 작동가능한 하나 이상의 가스 펌프(88)(도 1에는 하나의 가스 펌프가 도시됨)를 포함한다. 가스 전달 장치는 본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 하나 이상의 가스원(86)으로부터 하우징으로 가스를 전달하도록 구성될 수 있다. 특정 적용에서, 상술한 바와 같이, 주위 공기는, 공기 내에 존재하는 유기물 및/또는 미생물을 죽이고, 제거하며 및/또는 산화하도록 처리된다. 본 적용에서, 가스 펌프(88)는 하우징(12)의 내부 공간(14)에 주위 공기를 대체로 연속적인 흐름으로 전달하는데 사용될 수 있다. 그러나, 가스는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 가스 실린더 또는 다른 용기 등의 한정된 공급원으로부터 하우징(12)으로 전달될 수 있다. 즉, 가스 처리 장치(10)는 가스 배치(batches of gases)를 처리하도록 작동될 수 있다.

도시한 가스 처리 장치는 액체 전달 장치를 더 포함한다. 적절한 실시예에서, 액체 전달 장치는 대체로 폐쇄된 연속적인 흐름 장치이며, 액체는 하우징(12)의 내부 공간(14)을 통해 사이클된다. 액체 전달 장치는 액체 펌프(89), 미립자 필터(91), 열교환기(93) 및 적절한 도관(도시하지 않음)을 포함하는 것이 바람직하다. 액체 펌프(89)는 액체 출구 포트(25)를 통해 하우징(12)의 내부 공간(14)으로부터 액체를 끌어 당겨져서, 미립자 필터(91), 열교환기(93)를 통해 그리고 하우징(12)의 내부 공간(14) 내로 다시 액체를 유도한다. 적절한 액체 공급부(95)는 가스 처리 장치(10)에 충분한 양의 액체를 공급한다. 액체 전달 장치는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고서 보다 많은 부품을 가질 수 있다.

또한, 액체 전달 장치는 개방 루프 장치일 수 있으며, 연속적인 액체 공급량이 액체 입구 포트(23)를 거쳐 하우징(12)의 내부 공간(14)으로 전달되고, 액체 출구 포트(25)를 거쳐 하우징의 내부 공간으로부터 나오는 액체가 적절한 용기, 처리 장치 또는 드레인으로 배출된다. 또한, 가스 처리 장치(10)의 몇몇 실시예에서, 액체 전달 장치가 생략될 수도 있다. 본 구성에서, 액체는 하우징(12)의 내부 공간(14) 내에 수용된다.

미립자 필터(91)는 액체로부터 미립자(예컨대, 부유 고형물)를 제거하도록 제공된다. 미립자 필터(91)는 하나 이상의 필터 유닛을 구비할 수 있으며, 예컨대, 일 실시예에서, 제 1 필터 유닛은 약 0.5 미크론보다 큰 입자를 여과하도록 구성될 수 있고, 제 2 필터 유닛은 약 0.2 미크론보다 큰 입자를 더욱 여과하도록 구성될 수 있다. 그러나, 하나만의 또는 3개 이상의 필터 유닛이 사용될 수 있거나, 또는 필터 유닛이 함께 생략될 수도 있다. 열교환기(93)는 액체의 온도를 변경(예컨대, 액체의 냉각) 및/또는 유지하도록 제공되어, 하우징(12)의 내부 공간(14)을 통과한 후에 상승될 수 있다.

적절한 실시예에서, 가스 처리 장치는 가스-액체 용액이 내부 공간을 통해 흐름에 따라 하우징(12)의 내부 공간(14) 내에 수용된 가스-액체 용액을 조사하도록 자외선을 방출하는 자외선 광원(66)을 더 포함한다. 적절한 실시예에서, 자외선 광원(66)은 하우징(12)의 전체 내부 공간(14)에 걸쳐 자외선을 실질적으로 방출하도록 위치된다. 예를 들면, 자외선 광원(66)은 하우징(12)의 길이와 실질적으로 동일한 길이를 가지며, 하우징의 길이를 따라 내부 공간(14) 내에 자외선을 방출하도록 위치될 수 있다. 도 1에 도시한 구성에서, 하우징의 내부 공간의 길이에 걸쳐 자외선 광원(66)에 의해 방출되는 자외선을 편향하도록 하우징(12)의 내부 공간(14)에 대해 하나 이상의 반사기(도시하지 않음)가 배치될 수 있다. 본 구성에서, 자외선 광원(66)의 길이는 하우징(12)의 길이보다 실질적으로 짧을 수 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 자외선 광원(66)은 하우징(12)의 외부에 적절하게 배치되며 투명부(26)(하우징의 일부는 석영 유리로 이루어짐)에 인접하게 위치된다. 이에 따라, 하우징(12)의 투명부(26)는 자외선 광원(66)에 의해 방출된 실질적으로 모든 자외선을 하우징(12)의 내부 공간(14) 내에 허용하기 위해 크기설정 및 형성된다. 투명부(26)는 하우징(12)의 일부만을 포함할 수 있거나, 또는 전체 하우징을 포함할 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다.

도 1에 도시한 바와 같이, 초음파 광원(66)은 출구 단부(20)를 향해 그리고 초음파 혼(32)의 말단부(28) 바로 위에 하우징(12)의 내부 공간(14) 내에 자외선을 방출하도록 위치된다. 우선, 자외선 광원(66)에 인접한 하우징(12)의 내부 공간(14)을 통과하는 가스-액체 용액은 초음파 혼(32)에 의해 매우 처리(예컨대, 적어도 교반 그리고 보다 바람직하게 캐비테이션을 받음)된다. 하우징(12)의 내부 공간(14)에 걸쳐 자외선이 편향되거나 또는 이와는 달리 조사되지만, 자외선의 가장 강렬한 영역은 하우징의 출구 단부(20)에 거의 인접한다. 배플 장치(도시하지 않음)는 가스-액체 용액을 위한 구불구불한 유동 경로를 제공하여 공기-액체 용액이 자외선을 받는 동안의 체류 시간을 증가시키도록 출구 단부(20)에 인접한 하우징(12)의 내부 공간(14) 내에 배치될 수 있다.

적절한 실시예에서, 자외선 광원(66)은 약 172 나노미터 내지 약 600 나노미터 범위의 파장으로 자외선을 방출하도록 작동가능하다. 보다 바람직하게, 예컨대, 광원(66)은 처리될 가스-액체 용액이 비교적 무색 또는 거의 무색인 경우 약 172 나노미터 내지 약 300 나노미터 범위의 파장으로 광을 방출하도록 작동가능하다. 또 다른 적절한 실시예에서, 자외선 광원(66)은 색상을 갖는 가스-액체 용액 및 높은 점성의 가스-액체 용액을 위해 약 300 나노미터 내지 약 600 나노미터 범위의 파장으로 자외선을 방출하도록 작동가능하다. 자외선 광원(66)은 하우징(12)의 내부 공간(14) 내에 자외선을 발생시켜 방출하기에 충분한 전력을 자외선 광원에 공급하기 위해 적절한 전원 공급 유닛에 작동식으로 연결된다. 자외선 광원(66)은 가스 처리 장치(10)의 몇몇 구성으로부터 생략될 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 있다.

적절한 실시예에서, 가스 처리 장치(10)는 하우징(12)의 내부 공간(14) 내에 산화제를 전달하는 산화제 공급원을 포함한다. 예를 들면, 하우징(12)의 내부 공간(14) 내에 과산화수소와 오존 각각이 전달될 수 있다. 과산화수소는 적절한 펌프(72)를 이용하여 전달되며, 이러한 펌프는 공급 용기(74)로부터 과산화수소를 전달하여 과산화수소 입구 포트(76)를 통해 하우징(12)의 내부 공간(14) 내로 과산화수소를 지향시킨다. 과산화수소(H₂O₂)는 하기의 하이드록실 라디칼 (·OH)로 분해된다. 하이드록실 라디칼은 유기물과 반응하는 공격적인 산화제이다.

H₂O₂ → 2(·OH)

오존 입구 포트(82)를 통해 하우징(12)의 내부 공간(14) 내로 전달하기 위해 오존을 발생시키는 오존 발생기(80)가 가스 처리 장치(10) 내에 제공된다. 오존(O₃)은 강한 산화제인 초과산화물 라디칼 이온 (O₂ ^-)과, 과산화수소 라디칼 (O₂H)를 형성하도록 물에 분해된다. 과산화수소 라디칼은 또 다른 초과산화물 라디칼 이온 (O₂ ^-)과, 수소 이온 (H⁺)을 형성하도록 더욱 분해한다.

O₃ + OH^-→ O₂ ^- + O₂H

O₂H ↔ O₂ ^- + H⁺

과산화수소와 오존 중 하나가 본 발명의 범위 내의 가스 처리 장치(10) 내에 그 자체로 사용될 수 있다. 또한, 다른 산화제가 사용될 수 있거나, 또는 몇몇 실시예에서, 산화제가 함께 생략될 수도 있다.

과산화수소와 오존은 도시한 실시예에서 가스-액체 용액을 형성하도록 입구(22, 23)를 거쳐 내부 공간에 들어가는 가스와 액체와 혼합되는 경우 하우징(12)의 입구 단부(18)에 인접한 액체 흡입 지대(29) 내로 전달된다. 가스-액체 용액은 초음파 혼(32)을 지나 유동 경로(38)(도시한 실시예의 배향에서의 상측)를 따라 흐르며, 초음파 혼, 교반 부재(50, 50') 및 배플 부재(62)에 의해 초음파 처리되어 용액을 교반, 보다 바람직하게 캐비테이션한다. 캐비테이션된 상태에 있는 용액은 자외선 광원(66)에 의해 방출된 자외선으로 조사된다.

본 발명의 가스 처리 장치(10)의 일 실시예에 따른 작동에서, 가스 처리 장치는 가스, 보다 바람직하게 주위 공기 내의 유기물 및/또는 미생물을 처리하는데 사용된다. 특히, 주위 공기는 도관을 거쳐 하우징(12) 내에 형성된 하나 이상의 가스 입구 포트(22)로 [예컨대, 상술한 가스 펌프(88)에 의해] 전달된다. 또한, 물 또는 다른 유체는 도관을 거쳐 하우징(12) 내에 형성된 하나 이상의 액체 입구 포트(23)로 [예컨대, 상술한 액체 펌프(89)에 의해] 전달된다. 오존과 과산화수소는 주위 공기와 물과 혼합하도록 하우징(12) 내에 전달된다. 가스 입구 포트(22)를 거쳐 하우징(12)의 내부 공간(14)에 주위 공기가 도입됨에 따라, 입구 포트의 배향은 비교적 소용돌이 작용을 유도하여 공기-물(예컨대, 가스-액체) 용액을 형성하도록 주위 공기, 오존, 과산화수소 및 물과 함께 혼합할 수 있다. 공기-물 용액을 형성하는데 사용되는 성분들 중 하나 이상은 하우징(12)의 내부 공간(14)으로 전달되기 전에 함께 혼합될 수 있다.

공기-물 용액은 하우징(12)의 내부 공간(14) 내에 그리고 도파관 조립체(16), 보다 상세하게 초음파 혼(32)을 지나 상측으로 흐른다. 초음파 혼(32)은 사전결정된 초음파 주파수로 진동하도록 구동 장치에 의해 구동된다. 초음파 혼(32)의 초음파 여기에 응답하여, 초음파 혼의 외부면(34)으로부터 외측으로 연장되는 교반 부재(50, 50')는 초음파 혼에 대해 동적으로 신축/굽힘하거나, 또는 (초음파 혼의 결절 영역에 대한 교반 부재의 종방향 위치에 따라) 횡방향으로 변위한다.

공기-물 용액은 하우징의 측벽(30)의 내부면(36)과 초음파 혼(32)의 외부면(34) 사이의 유동 경로(38)를 따라 종방향 상측으로 흘러서, 교반 부재(50, 50')의 동적 운동 및 초음파 진동이 공기-물 용액을 교반하고, 보다 바람직하게 공기-물 용액 내에 캐비테이션을 발생시킨다. 배플 조립체(60)의 배플 부재(62)는 하우징의 측벽(30)의 내부면(36)을 따라 공기-물 용액의 종방향 흐름을 방해하고, 진동하는 교반 부재 위로 흐르도록 그 흐름을 횡방향 내측으로 반복적으로 지향시킨다. 상술한 바와 같이, 초음파 혼(32)은 과산화수소와 오존에 의해 공기의 처리를 강화하는 공기-물 용액 내에 캐비테이션을 발생시킨다. 캐비테이션(즉, 처리)되는 동안의 공기-물 용액은 자외선 광원(66)을 지나 흐른다. 자외선 광원(66)은 또 다른 처리를 위해 가스-액체 용액을 조사한다.

본 장치(10) 내에서 자외선을 사용하면, 공기-물 용액 내의 불순물에 대한 열화 효율 및 효능을 증대시킨다. 우선, 자외선은 공기-물 용액 내의 불순물을 부수도록 음향 화학과 함께 작용하는 보다 높은 농도의 초과산화물과 라디칼을 생성하도록 몇몇의 오존과 과산화제를 광화학적으로 클리브(cleave)한다. 다음으로, 높은 에너지의 자외선의 특성은 방사선의 흡수에 의해 불순물의 파쇄를 시작한 후, 화학 결합을 분리한다. 예를 들면, 염료 및 다른 착색제에 대해, 음향 화학은 화학적으로 불안정한 중간자로 인해 이러한 화합물 조각을 더욱 파쇄할 것이므로, 화합물 조각이 초음파 장치 내에서 더욱 열화 받기가 쉬워진다.

자외선 광원(66)의 자외선 램프는 램프 벌브의 주의 깊은 선택에 의해 넓은 자외선 방출 또는 특정의 보다 짧은 파장 범위를 생성하도록 조절될 수 있다. 예를 들면, Fusion UV Systems, Inc. of Gaithersburg, Maryland에서는 하기와 같은 방출 범위를 갖는 일련의 자외선 램프 벌브를 제공한다.

H-벌브 210-315 나노미터

D-벌브 350-450 나노미터

V-벌브 400-450 나노미터

M-벌브 365 나노미터 및 406 나노미터

처리 후에, 공기-물 용액의 가스상과 액체상이 분리된다. 공기는 가스 출구 포트(24)를 통해 하우징(12)의 내부 공간(14)에서 나온다. 불순물이 제거된 공기는 의료 환자를 위한 임의의 적절한 용도, 예컨대 호흡 공기용으로 조절된다. 분리된 물은 액체 출구 포트(25)를 통해 하우징(12)의 내부 공간(14)에서 나온다. 보다 상세하게, 물은 액체 펌프(89)에 의해 하우징(12)으로부터 끌어 당겨진다. 그 다음, 물은 미립자 필터(91), 열교환기(93)를 통해 유도되어, 물을 유입되는 주위 공기 내에 다시 혼합하는 하우징(12)의 내부 공간(14) 내로 돌아온다.

또한, 가스 처리 장치(10)는 공기가 하우징으로부터 나온 후에 주위 공기를 더욱 처리하기 위해 하우징의 출구 단부(20)와 유체 연통하는 가스 후처리 장치와 선택적으로 결합될 수 있다. 예를 들면, 하나 이상의 공기 필터 유닛(100)은 공기 내에 존재할 수 있는 먼지, 찌꺼기 또는 다른 오탁물 등의 미립자 물질을 여과하도록 하우징(12) 하류의 공기 유동 경로를 따라 배치될 수 있다. 필터 유닛들은 함께 생략될 수 있다.

일 실시예에서, 예컨대, 가스로부터 불순물을 제거하기 위해 산화제로서 사용되도록 하우징(12) 내에 과산화수소가 도입되면, 잔여 과산화수소는 과산화수소와 반응하는 후처리 유닛에 의해 출구 흐름으로부터 제거될 필요가 있을 수 있다. 예를 들면, 이러한 후처리 유닛은 임의의 잔여 과산화수소를 분해하는 백금 또는 은 표면(도시하지 않음)을 구비할 수 있다. 마찬가지로, 불순물 제거를 돕기 위해 오존이 도입되면, 파괴 유닛(102) 등의 후처리 유닛은 주위 공기와 함께 하우징에서 나오는 임의의 오존을 분해하는데 사용될 수 있다.

처리 및/또는 후처리 후에, 세정된 주위 공기는 공정 내에서 사용되는 저장 용기(예컨대, 실린더)로 지향되거나, 또는 공기 공급 장치로 지향될 수 있다.

본 발명 또는 그 바람직한 실시예의 요소를 소개하면, "하나" 및 "상기"는 요소들 중 하나 이상이 있다는 것을 의미한다. 용어 "포함하다" 및 "갖다"는 나열된 요소 이외에 추가적인 요소가 있을 수 있음을 의미한다.

본 발명의 범위로부터 벗어남이 없이 상기한 구성 및 방법에서 각종 변경이 이루어질 수 있기 때문에, 상기한 설명 및 첨부한 도면에 포함된 모든 것은 예시적인 것으로 해석되어야 하며, 제한적인 의도는 아니다.

Claims

하우징의 가스 입구 포트를 거쳐 상기 하우징의 내부 공간으로 처리될 가스를 전달하는 단계로서, 상기 가스는 상기 내부 공간으로 전달될 때 미생물과 유기물 중 하나 이상을 포함하는, 상기 가스 전달 단계;
가스-액체 용액을 형성하도록 상기 하우징의 내부 공간 내에서 가스와 액체를 혼합하는 단계;
상기 하우징의 내부 공간 내에 배치된 초음파 혼을 초음파 주파수로 작동시킴으로써 상기 하우징 내에서 상기 가스-액체 용액을 초음파 처리(ultrasonically energizing)하여, 상기 가스-액체 용액의 가스 내의 미생물과 유기물 중 하나 이상의 분해를 촉진시키는 단계;
자외선 광원을 이용하여 상기 하우징의 내부 공간 내에서 상기 초음파 처리된 가스-액체 용액을 조사(irradiating)하여, 상기 가스-액체 용액의 가스 내의 미생물과 유기물 중 하나 이상의 분해를 촉진시키는 단계; 및
상기 가스-액체 용액의 초음파 처리 및 상기 초음파 처리된 가스-액체 용액의 조사 후에 상기 하우징의 가스 출구 포트를 거쳐 상기 하우징의 내부 공간으로부터 가스를 제거하는 단계
를 포함하는,
가스 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 가스-액체 용액과 혼합하도록 상기 하우징의 내부 공간에 산화제를 유입시키는 단계를 더 포함하는,
가스 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 하우징의 내부 공간에 처리될 가스를 전달하는 단계는, 상기 하우징의 내부 공간으로 처리될 공기를 전달하는 단계를 포함하는,
가스 처리 방법.
제3항에 있어서,
가스-액체 용액을 형성하도록 상기 하우징의 내부 공간 내에서 가스와 액체를 혼합하는 단계는, 공기-물 용액을 형성하도록 상기 하우징의 내부 공간 내에서 공기와 물을 혼합시키는 단계를 포함하는,
가스 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 자외선 광원은 상기 가스-액체 용액이 초음파 도파관 조립체에 의해 초음파 처리되는 동안 상기 자외선 광원이 상기 가스-액체 용액을 조사하도록 상기 초음파 혼과 상기 가스 출구 포트를 향해 위치되는
가스 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 하우징은, 상기 하우징의 내부 공간 내로 액체를 수용하는 하나 이상의 액체 입구 포트와, 상기 하우징의 내부 공간으로부터 액체를 배출하는 하나 이상의 액체 출구 포트를 가지며,
상기 하우징은 입구단부와, 반대편의 출구 단부를 더 갖고,
상기 가스 입구 포트와 상기 액체 입구 포트는 상기 하우징의 입구 단부에 있고, 상기 가스 출구 포트와 상기 액체 출구 포트는 상기 하우징의 출구 단부에 있는,
가스 처리 방법.
제6항에 있어서,
상기 하우징은, 상기 하우징의 입구 단부가 하단부를 구성하고 상기 하우징의 출구 단부가 상단부를 구성하도록 수직방향으로 배향되는 종축을 갖는,
가스 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 자외선 광원은 172 나노미터 내지 600 나노미터 범위의 파장으로 자외선을 방출하도록 작동가능한,
가스 처리 방법.
제8항에 있어서,
상기 자외선 광원은 172 나노미터 내지 300 나노미터 범위의 파장으로 자외선을 방출하도록 작동가능한,
가스 처리 방법.
제8항에 있어서,
상기 자외선 광원은 300 나노미터 내지 600 나노미터 범위의 파장으로 자외선을 방출할 수 있는,
가스 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 하우징의 적어도 일부는, 상기 하우징을 통해 상기 하우징의 내부 공간 내로 자외선을 조사가능한 투명 재료를 포함하여, 상기 하우징의 내부 공간 내의 가스-액체 용액 내의 가스에 대한 처리를 촉진시키고,
상기 자외선 광원은 상기 하우징의 외부에 그리고 상기 하우징의 투명부에 인접하게 배치되는,
가스 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 초음파 혼은 상기 하우징 내의 상기 가스-액체 용액과 접촉하도록 위치된 외부면과, 상기 외부면으로부터 횡방향 외측으로 연장되고 서로 이격되도록 배치된 복수의 별개의 교반 부재(agitating members)를 가지며,
상기 교반 부재와 상기 초음파 혼은, 상기 초음파 혼의 초음파 진동 시에 상기 초음파 혼에 의한 상기 교반 부재의 동적 운동을 위해 구성 및 배치되는,
가스 처리 방법.
제2항에 있어서,
상기 산화제는 과산화수소와 오존 중 하나 이상을 포함하는,
가스 처리 방법.
제6항에 있어서,
상기 가스 입구 포트를 거쳐 상기 하우징의 내부 공간에 처리될 가스를 전달하는 가스 전달 장치(gas delivery system)와, 상기 액체 입구 포트를 거쳐 상기 하우징의 내부 공간에 액체를 전달하는 액체 전달 장치(liquid delivery system)를 더 포함하는,
가스 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 하우징은 가스와 액체를 혼합하기 위한 혼합 영역을 포함하는,
가스 처리 방법.
제1항에 있어서,
상기 하우징의 내부 공간 내로 액체를 전달하기 위한 액체 전달 장치를 더 포함하는,
가스 처리 방법.
제16항에 있어서,
상기 하우징은, 상기 하우징의 내부 공간 내로 액체를 공급하는 하나 이상의 액체 입구 포트와, 상기 하우징의 내부 공간으로부터 액체를 배출하는 하나 이상의 액체 출구 포트를 가지며,
상기 액체 전달 장치는 폐쇄 루프 장치로서, 상기 하우징을 통해 상기 액체 입구 포트로부터 상기 액체 출구 포트로 액체가 흐르게 하고, 상기 액체 출구 포트로부터 다시 상기 액체 입구 포트로 상기 하우징의 외부로 액체가 흐르게 하는,
가스 처리 방법.
제17항에 있어서,
상기 액체 전달 장치는 펌프와 열교환기를 포함하는,
가스 처리 방법.
제14항에 있어서,
상기 가스 전달 장치는 가스 펌프를 포함하는,
가스 처리 방법.
제14항에 있어서,
상기 액체 전달 장치는 폐쇄 루프 장치로서, 상기 하우징을 통해 상기 액체 입구 포트로부터 상기 액체 출구 포트로 액체가 흐르게 하고, 상기 액체 출구 포트로부터 다시 상기 액체 입구 포트로 상기 하우징의 외부로 액체가 흐르게 하는,
가스 처리 방법.
제20항에 있어서,
상기 액체 전달 장치는 펌프와 열교환기를 포함하는,
가스 처리 방법.
제21항에 있어서,
상기 액체 전달 장치는 미립자 필터를 더 포함하는,
가스 처리 방법.