KR101720115B1 - 선회식 기액용해장치 - Google Patents

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유근찬
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Abstract

본 발명에 따른 선회식 기액용해장치는, 용해케이스와. 이의 측면외부에 구비되어 용해수가 유입되도록 함과 더불어, 여러종류의 기체가 혼입 가능토록 하는 유입포트와, 용해케이스의 내부에 구비되어 유입된 용해수와 불용성 기체가 원심력에 의해 기액분리되도록 유도하는 기액분리 유도수단과, 상기 용해케이스의 선단외부에 구비되어 용해수와 불용성 기체가 배출되도록 하는 배출포트를 포함하여 이루어진다. 상기 유입포트는 용해케이스와 연결되는 유입관과, 이에 삽입되는 삽입관과, 삽입관의 측면에서 연결되는 다수개의 흡기관으로 이루어진다. 상기 배출포트는 용해케이스의 길이방향 중심선에 정렬되게 배치되며, 용해케이스의 내부와 연통되며 그 직경이 확장되는 배출유로가 형성된 구조로 이루어진다.
상기 기액분리 유도수단은 용해케이스의 길이방향 중심선과 동심(同心) 배치되는 원통형태로서, 상기 용해케이스의 배출측 선단면과 그 일측단이 접하고 용해케이스의 반대측 선단면과 그 타측단이 이격되도록 구성된 제1기액분리안내관 및, 이를 감싸는 원통형태로서, 용해케이스의 배출측 선단면과 그 일측단이 이격되고, 용해케이스의 반대측 선단면에 그 타측단이 접하도록 구성된 제2기액분리안내관을 포함하여 이루어진다. 상기 제1기액분리안내관과 제2기액분리안내관에는 용해케이스내로 유입된 불용성기체가 용해수와 분리되어 집중유동되도록 하는 가이드채널이 각각 형성된다. 상기 제1기액분리안내관과 제2기액분리안내관에 형성된 가이드채널은 단면상 홈형태로서, 연속적으로 이어지는 나선상으로 이루어진다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 선회식 기액용해장치에 의하면, 흡기관을 통해 각기 다른 종류의 용해성 기체를 용이하게 주입할 수 있다.
또한, 제1기액분리안내관과 제2기액분리안내관에 가이드채널이 형성된 특성상, 불용성 기체는 용해케이스 내에서 선회유동되면서 원심력에 의해 가이드채널로 유입되어 가이드채널을 따라 유동하게 된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 용해성 기체의 용해성능이 향상됨과 더불어 불용성 기체의 분리 기능 역시 향상됨으로써 미세기포를 함유한 용해수를 효과적으로 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 불용성 기체에 의하여 용해수의 유동상태가 불량해 지는 현상을 막을 수 있다는 이점이 있다.

Description

선회식 기액용해장치{gas-liquid dissoluition device}
본 발명은 용해성 기체가 물에 잘 용해되도록 함과 동시에 불용성기체가 물과 효과적으로 분리되도록 하는 선회식 기액용해장치에 관한 것이다.
물속에서 마이크로 사이즈 또는 나노 사이즈의 버블(MICRO BUBBLE) 즉, 미세기포를 발생시키는 미세기포 발생장치는 수 처리분야를 포함하여 많은 분야에 활용되고 있다.
미세기포 발생장치에 관한 기술로서 공개특허 제10-2013-0009318(선회유닛 기반의 고용해수를 이용한 미세기포 발생장치)가 안출된 바 있다.
상기 종래기술은 도 1을 참조하면, 밸브(110), 유량계(120), 급수펌프(130), 벤투리 인젝터(140), 선회유닛(150), 분리챔버(160), 용해탱크(170), 노즐유닛(180)을 포함하여 이루어져 있다.
이러한 종래기술에 의하면 벤투리 인젝터(140)를 통해서 기체와 물이 혼합되고, 기체와 물이 혼합된 용해수는 선회유닛(150)에 공급되어 회전되면서 기체의 용해도가 더욱 높아지게 되고, 선회유닛(150)으로부터 유출되는 용해수는 분리챔버(160)를 거쳐서 용해탱크(170)로 유입된다.
용해탱크(170)에서는 용해수와 이에 미처 혼합되지 않은 기체가 분리되어 기체는 외부로 배출되고, 용해수만이 노즐유닛(180)으로 공급되며, 용해수는 노즐유닛(180)을 통해 분사됨으로써, 미세 기포가 생성된다.
여기서, 용해탱크(170)로 유입된 기체와 용해수는 위 아래로 분리되어, 기체는 용해탱크(170)의 상층부에 모이게 되고 기체 압력이 계속 증가하여 기준치를 초과하게 되면, 용해탱크(170)의 상부에 구비된 벤트(175) 즉 밸브장치가 개방됨으로써 용해탱크(170) 내의 압력이 일정하게 유지된다.
따라서, 이와 같은 종래기술에 의하면 선회유닛(150)을 통해 유입된 물과 기체를 선회시켜 서로 충돌시킴으로써, 용해수를 생성한 후, 노즐유닛(180)을 통해 용해수를 수중에 배출하여 미세 기포를 생성시킴으로써, 물과 기체의 사용량 대비 미세 기포의 생산율을 향상시킬 수 있다.
한편, 이러한 종래기술에 있어서, 도 2에 나타난 것과 같이 선회유닛(150)은 벤투리 인젝터(140)로부터 유출되는 물과 공기의 혼합물(f1)을 유입 받아 선회시키고, 선회시킨 혼합물(f2)을 분리 챔버(160)로 유출시키는 작용을 하는 것으로서, 유입부(153)를 통해서 물과 공기의 혼합물을 유입받는 선회본체(151)와, 유입된 물과 공기를 선회시키면서 혼합시키는 회전유도안내부(159)와, 물과 공기의 혼압물을 배출되는 용해수 배출부(155)로 이루어져 있다.
여기서, 유입부(153)는 선회본체(151)의 접선방향으로 형성되며, 용해수 배출부(155)는 선회본체(151)의 길이방향 중심축 상의 일측벽에 형성되며, 유입부(153) 영역에는 유입부(153)로 물과 공기를 공급하는 커넥터(156)가 마련되어 있다.
회전유도안내부는 파이프형태의 제1안내벽체와 제2안내벽체로 이루어져 있는데, 제1안내벽체(159a)는 그 일단부가 용해수 배출부(155) 영역을 둘러싸면서 용해수 배출부(155)가 형성된 선회본체(151)의 일측 내벽면에 고정되고, 타단부는 용해수 배출부(155)가 형성된 선회본체(151)의 일측 내벽면과 대향되는 타측 내벽면으로부터 이격배치되어 있다.
제2안내벽체(159b)는 제1안내벽체(159a)의 반경 방향 외측에 배치되어 제1안내벽체(159a)와의 사이에 이격되게 형성되되, 그 일단부는 용해수 배출부(155)가 형성된 선회본체(151)의 일측 내벽면과 대향되는 타측 내벽면에 고정되고, 타단부는 용해수 배출부(155)가 형성된 선회본체(151)의 일측 내벽면으로부터 이격배치되어 있다.
따라서, 이와 같은 종래기술에 의하면, 유입부(153)를 통해 선회본체(151)내로 유입된 물과 공기는, 안내벽체(159b)과 선회본체(151)의 내주면 사이, 제2안내벽체(159b)와 제1안내벽체(159a)와 사이, 및 제2안내벽체(159b)의 내부를 이동하면서 강하게 선회하여 서로 충돌하면서 고 용해도의 용해수가 생성되며, 생성된 용해수는 용해수 배출부(155)를 통해 배출되는 것이다.
한편, 공기와 기체를 혼합하여 미세기포를 형성함에 있어서, 기체성분 중에서 용해성분은 물에 용해되도록 하여 미세기포 형성에 유리하도록 해야 하는 반면에, 불용성 기체성분은 물과 분리하여 효과적으로 배출되도록 하는 것이 바람직하다고 볼 수 있다.
즉, 기체로서 공기를 사용하는 경우에는, 공기를 구성하는 기체성분 중에서 용해성분(산소, 질소, 이산화탄소 등)은 물에 용해되지만, 그 외의 불용성 기체성분은 물에 용해되지 않으므로, 결과적으로 이러한 불용성 기체성분을 분리하여 배출할 필요가 있다.
그러나, 종래기술에 따른 선회유닛에 의하면 전술한 바와 같이 공기의 용해성 기체성분이 물에 용해되도록 하는 용해작용은 비교적 효율적으로 이루어진다고 볼 수 있으나, 불용성 기체성분이 물과 분리되어 배출되도록 하는 분리배출작용에 있어서는 그 효율이 높지 않다고 볼 수 있다.
그리고, 용해수의 생성과정에서 불용성 기체가 용해수와 제대로 분리되지 않고 서로 혼재되어 있는 상태로 유지되면, 선회유닛에서 분리챔버를 거쳐서 용해탱크로 이어지는 유로상에서 용해수 흐름이 부드럽지 않으며, 맥동현상 등의 문제점이 유발될 수 있다.
본 발명은 상기한 종래 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 용해성 기체가 물에 잘 용해되도록 함과 동시에 불용성기체가 물과 효과적으로 분리되도록 하는 선회식 기액용해장치의 제공을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 제공되는 본 발명에 따른 선회식 기액용해장치는, 원통형의 용해케이스와. 상기 용해케이스의 측면외부에 구비되어 용해수가 용해케이스로 유입되도록 함과 더불어, 각기 다른 종류의 기체가 혼입 가능토록 하는 유입포트와, 상기 용해케이스의 내부에 구비되어 상기 용해케이스로 유입된 용해수와 불용성 기체가 원심력에 의해 기액분리되도록 유도하는 기액분리 유도수단과, 상기 용해케이스의 선단외부에 구비되어 용해수와 불용성 기체가 용해케이스로부터 배출되도록 하는 배출포트를 포함하여 이루어진다.
상기 유입포트는 상기 용해케이스와 연결되는 유입관과, 상기 유입관에 일정 길이 만큼 삽입되어 겹침구간을 형성하는 삽입관과, 상기 삽입관의 측면에서 상기 겹침구간에 연결되는 다수개의 흡기관으로 이루어진다.
상기 배출포트는 상기 용해케이스의 길이방향 중심선에 정렬되게 배치되며, 용해케이스의 내부와 연통되며 배출방향으로 가면서 그 직경이 확장되는 배출유로가 그 내부에 형성된 구조로 이루어진다.
상기 기액분리 유도수단은 용해케이스의 길이방향 중심선과 동심(同心) 배치되는 원통형태로서, 상기 용해케이스의 배출측 선단면과 그 일측단이 접하고 용해케이스의 반대측 선단면과 그 타측단이 이격되도록 구성된 제1기액분리안내관 및, 상기 제1기액분리안내관을 감싸는 원통형태로서, 상기 용해케이스의 배출측 선단면과 그 일측단이 이격되고, 용해케이스의 반대측 선단면에 그 타측단이 접하도록 구성된 제2 기액분리안내관을 포함하여 이루어진다.
상기 제1기액분리안내관과 제2기액분리안내관에는 용해케이스내로 유입된 불용성기체가 용해수와 분리되어 집중유동되도록 하는 가이드채널이 각각 형성된다.
상기 제1기액분리안내관에 형성된 가이드채널 및 상기 제2기액분리안내관에 형성된 가이드채널은 단면상 소정깊이로 파여진 홈형태로 이루어진다.
상기 제1기액분리안내관에 형성된 가이드채널은 제1기액분리안내관의 외주면을 감아돌면서 연속적으로 이어지는 나선상으로 이루어지고, 상기 제2기액분리안내관에 형성된 가이드채널은 제2기액분리안내관의 외주면을 감아돌면서 연속적으로 이어지는 나선상으로 이루어진다.
이상과 같은 본 발명에 따른 선회식 기액용해장치에 의하면, 유입포트의 구조상 용해성 기체가 용해수와 효과적으로 용해되며, 각기 다른 종류의 용해성 기체를 용이하게 주입할 수 있다.
또한, 기액분리유도수단을 구성하는 제1기액분리안내관과 제2기액분리안내관의 외주면에 가이드채널이 형성된 특성상, 용해수에 용해되지 않은 불용성 기체는 용해케이스 내에서 선회유동되면서 원심력에 의해 가이드채널로 유입되어 가이드채널을 따라 유동하게 된다.
따라서, 본 발명에 의하면, 용해성 기체의 용해성능이 향상됨과 더불어 불용성 기체의 분리 기능 역시 향상됨으로써 미세기포를 함유한 용해수를 효과적으로 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 불용성 기체에 의하여 용해수의 유동상태가 불량해 지는 현상을 막을 수 있다는 이점이 있다.
도 1: 종래 미세기포 발생장치의 구성을 나타낸 구성도
도 2: 종래 미세기포 발생장치를 구성하는 선회노즐의 구조를 나타낸 절단사시도
도 3: 본 발명에 따른 선회식 기액용해장치의 외형을 나타낸 사시도
도 4: 본 발명에 따른 선회식 기액용해장치의 내부구조를 나타낸 절단사시도
도 5: 본 발명에 따른 선회식 기액용해장치에 의한 용해수 및 기체 유동상태를 나타낸 종단면 예시도
도 6: 본 발명에 따른 선회식 기액용해장치에 의한 용해수 및 기체 유동상태를 나타낸 횡단면 예시도
이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 첨부된 도 3 부터 도 6 까지를 참조로 하여 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 선회식 기액용해장치는 도 3과 도 4에 나타난 것과 같이 원통형의 용해케이스(10)와. 상기 용해케이스(10)의 측면외부에 구비되어 용해수가 용해케이스(10)로 유입되도록 함과 더불어, 각기 다른 종류의 기체가 혼입 가능토록 하는 유입포트(20)와, 상기 용해케이스(10)의 내부에 구비되어 상기 용해케이스(10)로 유입된 용해수와 불용성 기체가 원심력에 의해 기액분리되도록 유도하는 기액분리 유도수단과, 상기 용해케이스(10)의 선단외부에 구비되어 용해수와 불용성 기체가 용해케이스(10)로부터 배출되도록 하는 배출포트(30)를 포함하여 이루어진다.
상기 유입포트(20)는 상기 용해케이스(10)와 연결되는 유입관(22)과, 상기 유입관(22)에 일정 길이 만큼 삽입되어 겹침구간을 형성하는 삽입관(24)과, 상기 삽입관(24)의 측면에서 상기 겹침구간에 연결되는 다수개의 흡기관(26)으로 이루어진다.
그리고, 상기 유입관(22)은 상기 용해케이스(10)의 접선방향(용해케이스의 단면을 하나의 원으로 볼 때 그 원에 대한 접선방향)에 근접되게 배치된다.
상기 배출포트(30)는 상기 용해케이스(10)의 길이방향 중심선에 정렬되게 배치되며, 용해케이스(10)의 내부와 연통되며 외측방향으로 가면서 그 직경이 확장되는 배출유로(30a)가 그 내부에 형성된 구조로 이루어진다.
상기 기액분리 유도수단은 용해케이스(10)의 길이방향 중심선과 동심(同心) 배치되는 원통형태로서, 상기 용해케이스(10)의 배출측 선단면과 그 일측단이 접하고 용해케이스(10)의 반대측 선단면과 그 타측단이 이격되도록 구성된 제1기액분리안내관(40) 및, 상기 제1기액분리안내관(40)을 감싸는 원통형태로서, 상기 용해케이스(10)의 배출측 선단면과 그 일측단이 이격되고, 용해케이스(10)의 반대측 선단면에 그 타측단이 접하도록 구성된 제2기액분리안내관(42)으로 이루어진다.
그리고, 상기 제1기액분리안내관(40)과 제2기액분리안내관(42)에는 용해케이스(10)로 유입된 불용성기체가 용해수와 분리되어 집중유동되도록 하는 가이드채널(40a)(42a)이 각각 형성되는데, 상기 제1기액분리안내관(40)에 형성된 가이드채널 (40a) 및 상기 제2기액분리안내관(42)에 형성된 가이드채널(42a)은 단면상으로 볼때 소정깊이로 파여진 홈형태로 이루어진다.
또한, 상기 제1기액분리안내관(40)에 형성된 가이드채널(40a)은 제1기액분리안내관(40)의 외주면을 감아돌면서 연속적으로 이어지는 나선상으로 이루어지고, 상기 제2기액분리안내관(42)에 형성된 가이드채널(42a) 역시 제2기액분리안내관(42)의 외주면을 감아돌면서 연속적으로 이어지는 나선상으로 이루어진다.
더불어, 상기 제1기액분리안내관(40)의 경우, 그 내경이 배출포트(30)의 배출유로(30a)의 직경과 동일하게 이루어지는 것이 바람직하다.
상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 따른 선회식 기액용해장치의 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.(도 5, 도 6 참조)(도면상에서 용해수는 실선화살표로 표기되었으며, 불용성 기체는 점선화살표로 표기되었음)
우선, 벤투리 인젝터(140)(도 1 참조)로부터 배관을 통해 공급되는 용해수는 상기 유입포트(20)의 삽입관(24)을 거쳐서 유입관(22)으로 유동되어 유입관(22)을 통해서 용해케이스(10) 내로 유입되며, 용해수 뿐만 아니라 불용성 기체 또한 용해케이스(10)내로 유입된다.
그리고, 이와 동시에 각각의 흡기관(26)을 통해서는 용해성 기체가 공급되는데, 공급되는 용해성 기체는 삽입관(24)과 유입관(22) 사이의 간극으로 분사됨으로써 우선 삽입관(24)의 외주면에 충돌하여 분산된 다음, 용해수에 휩쓸려 용해케이스(10)측으로 흐름을 이어가게 된다.
즉, 흡기관(26)으로부터 기체가 용해수로 직접 분사되지 않고, 삽입관(24)과 유입관(22) 사이의 간극으로 분사되어 확산된 상태에서 용해수의 흐름에 의해 유입관(22) 측으로 혼입됨으로써 용해성 기체와 용해수의 용해도가 높아지게 된다.
여기서, 상기 각 흡기관(26)을 통해서는 필요에 따라 각기 다른 종류의 용해성 기체가 공급될 수 있다.
그리고, 전술한 바와 같이 용해케이스(10)내로 유입된 용해수는 유입포트(20)가 용해케이스(10)의 접선방향으로 배치된 구조상 우선 제2기액분리안내관(42)의 외주면을 따라서 선회하게 되며, 이 과정에서 용해수와 함께 용해케이스로 유입된 불용성 기체는 원심력에 의해 용해수와 분리되기 시작한다.
즉, 기체에 비해 상대적으로 비중이 높은 용해수는 원심력에 의해 용해케이스(10) 내에서 외곽으로 치우치고, 상대적으로 비중이 낮은 불용성 기체는 용해케이스(10)의 중심축방향 즉 제2기액분리안내관(42)의 외주면 측으로 모아지게 된다..
제2기액분리안내관(42)의 외주면 측으로 모아진 불용성 기체는 제2기액분리안내관(42)의 가이드채널(42a)로 유입되어 상기 가이드채널(42a)을 따라 유동되다가, 제2기액분리안내관(42)과 용해케이스(10)의 이격된 간극을 통해 제1기액분리안내관(40)측의 외주면 측으로 이어지면서 유동하게 된다.
제1기액분리안내관(40)의 외주면을 따라 흐름이 이어진 용해수와 불용성 기체는 역시 배출포트(30)를 통해 용해케이스(10)의 외부로 배출되며, 앞서와 마찬가지로 불용성 기체는 제1기액분리안내관(40)의 가이드채널(40a)을 따라서 용해수와 분리된 상태를 지속하면서 유동하게 된다.
그리고, 용해수와 불용성 기체가 용해케이스(10)로부터 배출되는 과정에서는 배출포트(30)에 형성된 배출유로(30a)의 형태적 특성상(배출방향으로 가면서 그 직경이 확장되는 형태) 확산되면서 배출됨으로써 불용성 기체와 용해수가 분리된 상태를 비교적 효과적으로 유지하게 된다.
이와 같이 본 발명의 선회식 기액용해장치에서 배출된 용해수와 불용성 기체는 분리챔버를 거쳐서 용해탱크로 유입된 다음에 불용성 기체는 용해탱크의 외부로 배출되고 용해수만 따라 분리되어 공급된다.
10: 용해케이스 20: 유입포트
22: 유입관 24: 삽입관
26: 흡기관 30: 배출포트
40: 제1기액분리안내관 40a: 가이드채널
42: 제2기액분리안내관 42a: 가이드채널

Claims (7)

  1. 원통형의 용해케이스와. 상기 용해케이스의 측면외부에 구비되어 용해수가 용해케이스로 유입되도록 함과 더불어, 각기 다른 종류의 기체가 혼입 가능토록 하는 유입포트와, 상기 용해케이스의 내부에 구비되어 상기 용해케이스로 유입된 용해수와 불용성 기체가 원심력에 의해 기액분리되도록 유도하는 기액분리 유도수단과, 상기 용해케이스의 선단외부에 구비되어 용해수와 불용성 기체가 용해케이스로부터 배출되도록 하는 배출포트 를 포함하여 이루어지며.
    상기 기액분리 유도수단은 상기 용해케이스의 길이방향 중심선과 동심(同心) 배치되는 원통형태로서, 상기 용해케이스의 배출측 선단면과 그 일측단이 접하고 용해케이스의 반대측 선단면과 그 타측단이 이격되도록 구성된 제1기액분리안내관 및, 상기 제1기액분리안내관을 감싸는 원통형태로서, 상기 용해케이스의 배출측 선단면과 그 일측단이 이격되고, 용해케이스의 반대측 선단면에 그 타측단이 접하도록 구성된 제2 기액분리안내관을 포함하여 이루어지고,
    상기 제1기액분리안내관과 상기 제2기액분리안내관에는 상기 용해케이스내로 유입된 불용성기체가 용해수와 분리되어 집중유동되도록 하는 가이드채널이 각각 형성되는 것
    을 특징으로 하는 기액용해장치.

  2. 제1항에 있어서, 상기 유입포트는
    상기 용해케이스와 연결되는 유입관과,
    상기 유입관에 일정 길이 만큼 삽입되어 겹침구간을 형성하는 삽입관과,
    상기 삽입관의 측면에서 상기 겹침구간에 연결되는 다수개의 흡기관
    으로 이루어지는 기액용해장치.


  3. 제1항에 있어서, 상기 배출포트는
    상기 용해케이스의 길이방향 중심선에 정렬되게 배치되며, 용해케이스의 내부와 연통되며 배출방향으로 가면서 그 직경이 확장되는 배출유로가 그 내부에 형성된 구조로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 기액용해장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1기액분리안내관에 형성된 가이드채널 및 상기 제2기액분리안내관에 형성된 가이드채널은 단면상 소정깊이로 파여진 홈형태로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 기액용해장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1기액분리안내관에 형성된 가이드채널은 제1기액분리안내관의 외주면을 감아돌면서 연속적으로 이어지는 나선상으로 이루어지고,
    상기 제2기액분리안내관에 형성된 가이드채널은 제2기액분리안내관의 외주면을 감아돌면서 연속적으로 이어지는 나선상으로 이루어지는 것
    을 특징으로 하는 기액용해장치.
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