KR101822782B1 - 육상 양식수조용 단백질 분리장치 - Google Patents
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Abstract
육상 양식수조용 단백질 수집장치를 제공함으로써, 산소 공급장치에서 사육수와 산소가 혼합된 유체를 고압으로 기포발생장치로 분사시키고, 이와 같은 분사에너지를 동력으로 기포발생장치를 작동시켜 에너지 소비를 절감시킬 수 있고, 기포발생장치는 제1 교반 프레임과 제 2교반프레임이 설치되어 교반 및 산소를 미세입자로 분쇄하는 과정이 연속적으로 이루어지기 때문에 미크론 단위의 미세버블을 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 버블 생성 효율이 높은 효과가 있다.
Description
본 발명은 육상에 설치되는 양식수조의 사육수에 포함되는 단백질 성분을 제거하여 정화시키는 단백질 분리장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 산소 공급장치에 의해 생성된 고압 산소를 사육수 유입관에 분사하고, 기포 생성장치는 고압분사 에너지를 동력으로 하여 상기 분사된 산소를 미세한 입자크기로 분쇄하고 분쇄된 미세버블은 사육수의 용해된 이물질 및 단백질 성분을 포집하여 상승시킴으로써 사육수에 포함된 이물질을 제거할 수 있는 육상 양식수조용 단백질 분리장치에 관한 것이다.
육상수조에서 수산생물의 양식과 사육을 위해서는 가장 밀접한 수서환경의 조성이 필요하고, 그중 수질관리는 가장 수산생물의 생존에 있어 가장 중요한 부분이다. 일반적인 양식장의 수질은 잉여 먹이와 어류의 배설물이 양식장 저부에 침전 및 퇴적되고, 폐쇄적인 순환과정을 통해 오염물질이 계속해서 축적되기 때문에 지속적인 수질관리가 이루어져야 한다.
수질관리의 가장 기본적인 사항은 수질을 악화시키는 침강니질(변, 사료찌꺼기), 니질(변의 일부, 플랑크톤), 용존물질 등의 요인을 제거하는 것이다. 특히, 양식생물로부터 배출되는 배설물과 미섭취 사료 등으로 인한 단백질 및 부유고형물은 미생물에 의해 분해되어 어류에 유해한 암모니아 또는 아질산으로 전환됨에 따라 사육수의 용존를 고갈시키거나 독성을 띄게 되고, 산소수질오염을 발생시키는 심각한 원인이 된다.
단백질, 유기질 고형성분, 암모니아 성분을 제거할 수 있는 기존의 정화방법으로는 스키머(skimmer)의 설치가 있다. 스키머는 공기가 에어펌프에 의해 주입되어 기포를 발생하여 각종 이물질들을 기포에 흡착시키고 기포와 흡착된 이물질들은 수표로 부유하게 된다. 수표로 부유한 이물질들을 부착된 기포와 함께 필터로 여과하거나 배출시켜 수질 정화가 이루어지고, 부유물이 상승하는 수표에는 콜렉팅 컵이 설치되어 용이하게 이물질을 수집할 수 있다. 또한, 펌프로 사육수를 펌핑하여 사육수의 순환과 동시에 산소를 공급함으로써 사육수의 용존산소량을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
그러나 기존의 장치는 기포에 각종 유해물질이 응착하는 반응시간이 길어지므로 사육수의 정화용량에 비례하여 반응조의 내부면적도 함께 커져야 하기 때문에 대형 수조에는 적절하지 않고, 분사되는 산소는 분사량에 비해 응착효율이 떨어지는 문제점이 있다. 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로 산소를 분쇄하여 미세버블 형태로 분사할 수 있는 니들휠을 설치한다.
니들휠(needle wheel)은 에어펌프에 내장되어 모터에 의해 고속회전을 하여 에어펌프로 주입되는 공기를 분쇄함으로써 미세버블로 생성한다. 일반적인 니들휠장치는 에어펌프로 주입된 공기가 상부로 이동하면서 마찰할 수 있는 다각형 판형태의 바디가 공기의 이동방향과 수직방향으로 설치되고, 바디의 일측면에는 원기둥형상의 돌기가 복수개 형성되며, 바디의 중심부에는 고속회전의 축이 될 수 있는 샤프트가 설치되어 이루어진다.
에어펌프로부터 니들휠로 공급된 일정 압력 이상의 공기는 샤프트에 의해 회전 운동하는 바디의 돌기와 부딪히면서 파쇄, 분쇄되고 미세한 버블형태의 기포를 생성하게 되고, 오염물질과 기포와의 응착율은 보다 미세한 크기의 버블의 생성율과 비례한다.
그러나 니들휠 방법은 버블 생성율은 높으나 전력소비가 크기 때문에, 대형 양식장 운영에 있어 적절하지 않아 에너지 소비를 절감할 수 있으면서 동시에 니들휠과 같은 미세한 버블을 생성할 수 있는 스키머 장치 개발이 필요하다.
본 발명은 기존의 니들휠 방식으로 설치된 단백질 스키머에 있어, 수조의 크기가 커질수록 전기에너지의 소비가 커지는 상기 문제점을 해결하기 위해, 고압의 산소와 사육수가 혼합된 수류를 기포발생장치로 분사하고, 기포발생장치는 분사된 에너지를 동력으로 교반이 이루어지며, 교반으로 형성된 수류는 산소를 미세한 입자로 분쇄함으로써 표면장력을 이용하여 사육수에 용해된 이물질 및 단백질 성분등으로 미세 버블 내부로 포집하여 수표면으로 상승시켜 사육수를 정화할 수 있는 육상 양식수조용 단백질 분리장치를 제공한다.
본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서 상부가 개구되고 일정 높이의 수조외벽이 상협하광의 구조를 형성하며 설치면에 설치되는 저수조; 상기 저수조 내부 설치면에는 미세버블을 발생시켜 사육수에 용해된 단백질 성분 및 이물질을 포집하여 부유시키는 기포발생장치가 설치되고; 저수조의 하부 일측면에는 사육수조에서 배수된 사육수와 산소를 상기 기포발생장치를 향해 분사하는 산소공급장치가 연결, 설치되며; 저수조 상부 개구부에 설치되고 상기 기포발생장치에서 생성된 미세버블에 포집되어 부유한 단백질 성분 및 이물질을 수집하여 배출시키는 부유물 수집장치로 이루어지는 육상 양식수조용 단백질 수집장치를 제공한다.
본 발명의 육상 양식수조용 단백질 수집장치는 산소 공급장치에서 사육수와 산소가 혼합된 유체를 고압으로 기포발생장치로 분사시키고, 이와 같은 분사에너지를 동력으로 기포발생장치를 작동시켜 에너지 소비를 절감시킬 수 있고, 기포발생장치는 제1 교반 프레임과 제 2교반프레임이 설치되어 교반 및 산소를 미세입자로 분쇄하는 과정이 연속적으로 이루어지기 때문에 미크론 단위의 미세버블을 생성할 수 있을 뿐만 아니라, 버블 생성 효율이 높아지는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 육상 양식수조용 단백질 분리장치 측면절개도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 산소 공급장치의 벤츄리 절개도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 기포발생장치 사시도 및 절개도를 나타낸다.
도 4은 본 발명의 육상 양식수조용 단백질 분리장치와 기포발생장치의 투영도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 산소 공급장치의 벤츄리 절개도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 기포발생장치 사시도 및 절개도를 나타낸다.
도 4은 본 발명의 육상 양식수조용 단백질 분리장치와 기포발생장치의 투영도를 나타낸다.
이하, 본 발명의 육상 양식수조용 단백질 수집장치 사시도와 관련한 구체적인 구성과 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 육상 양식수조용 단백질 분리장치 측면 절개도를 나타낸다. 본 발명의 육상 양식수조용 단백질 수집장치는 상부가 개구되고 일정 높이의 수조외벽이 상협하광의 구조를 형성하며 설치 면에 설치되는 저수조(90); 상기 저수조 내부 설치 면에는 미세버블을 발생시켜 사육수에 용해된 단백질 성분 및 이물질을 포집하여 부유시키는 기포발생장치(50)가 설치되며; 저수조의 하부 일측면에는 사육수조에서 배수된 사육수와 산소를 상기 기포발생장치를 향해 분사하는 산소 공급장치(10)가 연결 설치되며; 저수조 상부 개구부에 설치되고 기포발생장치에서 생성된 미세버블에 의해 포집되어 부유한 단백질 성분 및 이물질을 수집하여, 배출시키는 부유물 수집장치(80)로 이루어진다.
산소 공급장치(10)는 사육수조에서 사용되어 배수된 사육수의 유입 및 이동을 위한 동력을 공급하는 펌프(12)와, 산소를 상기 유입된 사육수에 공급 및 혼합시키는 벤츄리(11)로 이루어질 수 있다. 펌프는 통상으로 이용되는 수중펌프로써, 일반적으로 원심력에 의해 압력을 발생시키는 임펠러와 사육수조와 연결되고 임펠러에 의해 생산된 에너지를 공급받아 배수된 사육수를 일방향으로 이동시키는 송출관 등으로 구성될 수 있다.
송출관은 벤츄리와 연결되어 사육수가 유입된다. 도 2는 본 발명의 산소 공급장치의 벤츄리 절개도를 나타낸다. 벤츄리(11)는 수평의 파이프 형태로, 일단의 개구부는 펌프에서 생성된 에너지를 받아 이동한 사육수가 유입되는 유입관(11a)이 형성되고, 타단 개구부에는 벤츄리 내부로 유입된 사육수가 배출되는 배수관(11b)이 설치되며, 벤츄리 중간부에는 산소를 주입시키는 산소주입관(11c)이 형성된다.
벤츄리는 산소주입관이 형성된 중간부위로 갈수록 폭이 좁아지다가 유입관 및 배수관이 형성된 말단부로 갈수록 폭이 넓어지는 구조로 이루어진다. 산소가 주입되는 벤츄리 프레임의 내측에는 사육수에 산소가 공급되어 혼합되고, 혼합된 산소와 사육수의 유체는 베르누이 법칙에 의해 말단부로 이동하면서 압력과 속도가 증가한다.
벤추리의 배수관은 연결파이프와 연결되고, 연결파이프는 저수조의 하부 측면에 연결된다. 저수조(90)는 상부가 개구되고 설치면과 경사를 형성하며 수조외벽이 일정한 높이로 설치되면서 상협하광의 구조를 이룬다. 또한, 저수조의 내부에는 산소 공급장치로부터 이송된 사육수가 수집될 수 있는 내부공간이 형성된다.
저수조의 측면에는 저수조 내부에 수집되는 사육수의 수위를 조절할 수 있도록 수위조절 파이프(91)가 연결, 설치된다. 수위조절 파이프에는 수위조절밸브(92)를 설치하여 저수조에 수집된 일정한 사육수의 수위를 조절할 수 있다.
도 3은 본 발명의 기포발생장치 사시도 및 절개도를 나타낸다. 도 4은 본 발명의 육상 양식수조용 단백질 분리장치와 기포발생장치의 투영도를 나타낸다. 저수조 바닥부에는 기포발생장치(50)가 설치된다. 본 발명의 기포발생장치(50)는 상부가 개구되고 중간부분이 복수개의 통공을 갖는 원판형 판상재로 막힌 원형 파이프 구조의 외부바디(51)가 저수조 바닥에 설치되고; 상기 외부바디의 내부 중심 하부에는 원기둥 형상의 회전축(53)이 바닥부와 수직방향으로 베어링(54)을 매개로 고정 설치된다. 외부바디 내부 회전축에는 제1 교반프레임(56), 내부바디(52), 제2 교반프레임(55) 순으로 상기 회전축에 관통 고정되어 이루어진다.
외부바디(51)의 외측 상부 측면부에는 수평으로 돌출된 원형의 판상 형태의 원형판이 형성된다. 외부바디의 상부 수평방향의 원형판에는 하나 이상 통공을 갖는 버블 생성공이 형성된다. 통공의 직경은 후술할 기포발생장치의 구성부에 의해 공기방울로 분쇄된 산소보다 미세한 미크론 단위의 버블이 통과할 수 있는 직경으로 형성된다.
외부바디의 일측면에는 연결파이프가 연결 설치되어 산소 공급장치에서 이동한 고압의 사육수와 산소가 외부바디 내부로 분사된다. 외부 바디 내부의 원형판의 중심부에는 원기둥 구조의 회전축(53)이 바닥과 수직으로 설치된다. 회전축의 하부 말단부는 베어링(54)을 매개로 바닥면에 고정 설치되어 회전축의 설치방향을 중심으로 하여 회전운동이 가능하다.
제 1교반프레임(56)은 회전축에 일차적으로 관통 설치되고, 사육수 및 산소가 이동하는 연결파이프는 제1교반프레임을 향해 분사되도록 설치되는 것이 적절하며, 연결파이프의 분사부에는 이젝터와 같은 분사장치의 설치 또한 가능하다.
제 1교반 프레임은 회전축을 둘러싸며 곡면을 가진 복수개의 판상 날개가 설치되는 구조로, 연결파이프에서 분사되는 수압이 날개에 전달되어 제1 교반프레임과 회전축이 일방향으로 회전운동이 용이하게 이루어지므로 기포발생장치의 회전축은 따로 모터를 장착하지 않고도 수압의 힘을 회전운동하기 위한 동력으로 공급할 수 있다.
내부바디(52)는 원판구조형태로 하나 이상 통공형태의 기포생성공이 형성된다. 내부바디는 외부바디 직경과 동일하게 형성되고, 회전축에 중심부가 관통되어 베어링을 매개로 제1 교반프레임의 상부에 고정 설치된다. 산소가 혼합된 사육수가 제1 교반프레임으로 분사되면, 제1 교반프레임는 수압에 의해 일방향으로 회전하며 회전축 전체에 동력을 공급하고, 분사된 산소는 제1 교반프레임에 의해 형성된 사육수의 수류와 날개에 의해 부딪히면서 1차적으로 작은 산소방울 크기로 분쇄된다. 분쇄된 산소는 사육수 수류 형성과 함께 상부로 상승하여 강력한 수압으로 내부바디 하부 측면에 부딪히고, 이때 부딪히면서 생성된 충격파에 의해 산소는 더 작은 산소방울로 분쇄되며, 기포 생성공으로 분쇄된 산소방울이 통과하게 된다.
내부바디의 직경은 외부바디 직경과 동일하게 형성되어 외부바디의 내부공간은 상, 하로 나누어진다. 내부바디는 베어링을 매개로 회전축에 고정되어, 제 1교반 프레임에서 생성된 수류와 그로 인한 충격파에도 일정 위치에 고정 상태를 견고하게 유지한다. 따라서 수류가 내부바디에 강한 파로 부딪힐 수 있고, 산소의 분쇄율을 상승하게 된다.
제 2교반프레임(55)은 프로펠러 형태로 내부바디 다음으로 회전축에 관통 고정된다. 제 2교반 프레임은 회전축과 함께 회전운동하면서 수류를 생성하여 내부바디에 부딪혀 에너지를 손실한 사육수 및 미세버블이 일정한 수압을 가지면서 상승할 수 있도록 하는 한편, 내부바디에서 생성된 미세한 공기방울을 2차적으로 분쇄하여 더 미세한 크기의 버블을 생성한다.
제 2교반 프레임도 제 1교반 프레임의 가동과 함께 움직이기 때문에 별도의 모터 또는 동력 공급장치를 설치하지 않아도 되어 회전운동을 위한 에너지 공급이 필요하지 않으므로 전기에너지의 소비를 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
제 2교반 프레임에 의해 일정한 수압으로 상승한 미세버블 및 사육수는 외부 바디의 폐쇄된 하부 측면부와 부딪히고, 동시에 발생한 파에 의해 미크론 단위의 미세 버블로 분쇄된다. 미세버블은 외부바디의 미세 버블공으로 사육수와 함께 통과한다.
미세 버블공을 통과한 미세버블은 강력한 와류속에서 서로 뭉치면서 작은 거품 상태로 변하여 부상하면서 사육수 중에 포함되어 있는 부유물질과 단백질 성분 및 암모니아 또는 유해가스 성분을 포집하여 제거하는 기능을 수행하는 한편, 일부 미세버블은 사육수에 포함된 이물질 및 단백질에 부착하여 저수조 상부로 상승하여 거품형태의 케이크층을 형성하게 된다. 일부 미세버블은 사육수에 용해되어 사육수의 용존산소량을 증가시키는 기능을 수행하여 사육수조에 재공급 시 산소공급장치를 가동시킬 필요가 없다.
부유물 수집장치는(80) 저수조 상부 개구부에 설치되어 미세버블과 상승한 이물질을 수집하는 컬렉션컵(82), 상기 컬렉션컵 측면에 형성되어 수집된 이물질을 외부로 배출시키는 노폐물 배출관(83), 미관과 냄새를 차단시키는 컬렉션컵 덮개(81)를 포함한다.
컬렉션컵(82)은 사육수에 녹아있는 찌꺼기가 표면장력에 의해 미세버블 안쪽 부분에 달라붙어, 찌꺼기를 흡착한 미세버블이 상부 개구부에 떠오른 후, 라이저(riser)를 거쳐 넘어간 찌꺼기를 수집할 수 있도록 저수조 상부개구부를 둘러싸며 상부가 개구된 컵형태로 형성된다. 수집된 찌꺼기 등은 컬렉션컵 측면에 연결된 노폐물 배출관(83)을 통해서 외부로 배출되어 최종적으로 사육수의 이물질 및 단백질 성분등은 제거가 완료된다.
컬렉션 컵 상부 개구부에는 우수한 미관과 수집된 이물질에서 나는 냄새 등을 차단시킬 수 있는 컬렉션컵 덮개(81)를 고정시킬 수 있으며, 저수조와 수위조절 파이프에는 파이프 지지대(93)가 설치되어 전체적인 육상 양식수조용 단백질 수집장치를 지지할 수 있다.
본 발명의 육상 양식수조용 단백질 분리장치는 기존의 수조 크기와 비례하여 에너지 소모율이 높은 문제점을 해결하여 육상 양식수조가 설치되는 양식장 및 수족관의 운영부담을 덜어주는 한편, 사육수를 고효율로 정화시킴으로써 환경오염을 방지할 수 있어 수산 관련 사업의 발전은 물론, 깨끗한 지역사회 창조에 공헌할 수 있으므로 산업상 이용가능성이 있다.
10: 산소공급장치 11: 벤츄리
11a: 유입관 11b: 배수관
11c: 산소주입관 12: 펌프
50: 기포발생장치 51: 외부바디
52: 내부바디 53: 회전축
54: 베어링 55: 제2 교반 프레임
56: 제 1교반프레임 80: 부유물수집장치
81: 덮개 82: 컬렉션컵
83: 노폐물 배출관 90: 저수조
91: 수위조절 파이프 92: 수위조절밸브
93: 파이프 지지대
11a: 유입관 11b: 배수관
11c: 산소주입관 12: 펌프
50: 기포발생장치 51: 외부바디
52: 내부바디 53: 회전축
54: 베어링 55: 제2 교반 프레임
56: 제 1교반프레임 80: 부유물수집장치
81: 덮개 82: 컬렉션컵
83: 노폐물 배출관 90: 저수조
91: 수위조절 파이프 92: 수위조절밸브
93: 파이프 지지대
Claims (4)
- 상부가 개구되고 일정 높이의 수조 외벽이 상협하광의 구조로 형성되는 저수조; 상기 저수조 내측에 형성되며, 상부가 개구되고 일정 높이를 갖는 원형 파이프 형상의 외부바디가 저수조 바닥에 설치되고; 상기 외부바디의 내부에는 복수개의 통공을 갖는 원형판이 수평으로 형성되며, 원형판의 중심부에는 원기둥 형상의 회전축이 바닥부와 수직방향으로 설치되며; 상기 회전축에는 제1 교반프레임, 내부바디, 제2 교반프레임 순으로 관통 고정되며,
상기 내부바디는 외부바디의 내측 직경 크기의 원판으로 이루어지고 제 1교반프레임 상부에 형성되는 베어링을 매개로 고정되며, 원판에는 하나 이상의 기포생성공이 형성되며, 저수조의 하부 일측면에는 사육수조에서 배수된 사육수와 산소를 기포발생장치를 향해 분사하는 산소공급장치가 연결 설치되며; 상기 산소공급장치는 동력을 공급하여 사육수조에서 사용되어 배수된 사육수를 유입 및 이동시키는 펌프와, 산소를 상기 유입된 사육수에 공급 및 혼합시켜 고압의 혼합유체를 형성하는 벤츄리를 포함하며;
상기 벤츄리는 수평의 파이프 형태로, 일단의 개구부는 펌프에서 생성된 에너지를 받아 이동한 사육수가 유입되는 유입관이 형성되고, 타단 개구부에는 벤츄리 내부로 유입된 사육수가 배출되는 배수관이 설치되며, 벤츄리 중간부에는 산소를 주입시키는 산소주입관이 형성되며;
저수조 상부 개구부에 설치되고, 기포발생장치에서 생성된 미세버블에 포집되어 부유한 단백질 성분 및 이물질을 수집하여 배출시키는 부유물 수집장치로 이루어지고; 외부바디의 외측 일측면에는 벤츄리와 연결되는 연결파이프가 연결설치되어 벤츄리에서 이동한 사육수와 산소가 외부바디 내부로 고압분사되는 것을 특징으로 하는 육상 양식수조용 단백질 수집장치 - 삭제
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