KR101894622B1 - 역 공동현상과 초음파를 이용한 고효율 산소용해장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산소용해장치에 관한 것으로서, 특히 이송펌프(100)와 압력수조(200) 및 이들 사이에 연결 구성되는 이송관(300)과, 상기 이송펌프의 공동현상(cavitation)을 감지하는 감지센서(400)와, 상기 감지센서의 제어 신호를 받아 상기 이송관을 따라 이송하는 물에 산소를 공급하는 산소발생기(500)와, 상기 이송관을 따라 이송되는 물과 산소가 잘 믹싱되도록 하기 위한 초음파 발생기(600)를 포함하여 구성되고, 상기 압력수조(200)의 내부에는 초음파 발생기(600)를 통해 산소와 믹싱된 물이 이동 마찰되면서 더욱 미세하게 분쇄되도록 하기 위한 분쇄부(210)가 구비되어 지는 구성을 통해 역 공동현상(Back Cavitation)과 일정한 주파수 대역대의 초음파 진동을 이용하여 산소 용해도를 현저하게 높이고, 또 산소 용존시간도 현저하게 길어지도록 하는 효과를 제공하게 된다.

Description

역 공동현상과 초음파를 이용한 고효율 산소용해장치{HIGH EFFICIENCY OF OXYGEN DISSOLUTION APPARATUS USING ULTRASONIC AND BACK CAVITATION}

본 발명은 산소용해장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 역 공동현상(Back Cavitation)과 일정한 주파수 대역대의 초음파를 이용하여 산소 용해도를 현저하게 높이고, 또 용존시간도 현저하게 길어지도록 한 역 공동현상과 초음파를 이용한 고효율 산소용해장치에 관한 것이다.

수중에 있는 용존 산소량은 물1ℓ중의 산소량을 부피(㎖)나 무게(㎎)로 표시하는데, 일반적으로 온도 및 염분이 낮을수록, 기압이 높을수록 용존산소량은 많아진다.

특히, 물속에 사는 생물들에게는 이러한 용존산소량이 생명을 유지하는데 있어서 매우 중요한 역할을 한다. 이러한 이유로 양식장이나 활어 수송차 등 수산식물을 다루는 산업분야에서는 용존산소량을 일정 수준으로 유지 공급하는 것이 필수적이다.

종래 활어 차량이나 어선에서 산소발생기를 이용한 용존산소(DO)를 공급하는 장치가 적용되고 있지만, 액체 산소가 들어 있는 산소통에 분배기와 수조 내에 산기관(에어스톤)을 설치하고 이를 통해 산소를 공급하는 것이어서, 용존산소 공급 및 유지를 위한 장치의 유지 관리 어려움에도 불구하고 산소용해율은 10~20% 수준에 미치고 있는 실정이어서 매우 비효율적이다.

또한, 수족관의 경우에는 산기석을 이용하여 물속에 안개 처름 산소를 확산시켜 산소를 용해시키는 방법이 있으나, 이 역시 급속용해는 물론 고농도 산소수를 만들기에는 물리적으로 불가능하다. 따라서 산소용해도를 높이기 위한 장치개발이 시급히 요구되고 있는 실정이다.

이러한 점을 감안하여 특허문헌 1에는 초음파를 이용한 고농도 산소 용해장치가 제안되고 있으나, 산소용해도가 충분하지 않아 산소용해작업을 몇 번씩 반복해서 해주어야 하는 단점이 있고, 또 산소가 충분히 용해된 물을 생산하여 공급하는데에는 시간이 많이 걸려 생산성에 한계가 있다.

그 외에도 특허문헌 2에는 내부에 진공실을 갖는 임계장치를 이용하여 각종 양어장 이나 수조 내에 산소를 임계상태로 공급하여 활어의 생존을 장기간 보관할 수 있도록 한 산소공급장치가 제안되고 있으며, 특허문헌 3에는 기존의 AC전원 구동 PSA산소발생기의 기술기반을 근거로 하여 이동수단인 차량, 선박 등에서도 자체적인 DC전원으로 산소를 생산하여 사용할 수 있도록 한 DC전기를 사용하여 구동하는 PSA방식의 고순도산소발생장치가 제안되고 있으나, 이는 DC전기를 사용함에 따른 여러 이점에도 불구하고 산기관(에어스톤)을 이용하여 산소를 공급함에 따른 산소용해율 저하 등의 문제가 발생되고 있다.

1. KR 100948813 B1 2. KR 1020040059125 A 3. KR 101201520 B1

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 본 발명의 목적은 유체중 물 온도의 증기압 보다 낮은 부분이 발생되면 물이 증발되고 물속에 용해되어 있던 공기가 물과 분리되어 기포가 발생되는 공동현상(cavitation)을 역 이용하고, 또 일정한 대역대의 초음파를 이용하여 공동현상이 일어난 시점에서 산소를 즉시 주입하여 산소가 물에 신속하게 용해되도록 하는 방식을 통해 산소용해율을 90%이상으로 높일 수 있고, 이를 통해 물속의 용존 시간도 길어지도록 한 역 공동현상 및 초음파를 이용한 고효율 산소용해장치를 제공함에 있다.

상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 역 공동현상 및 초음파를 이용한 고효율 산소용해장치는, 이송펌프와 압력수조 및 이들 사이를 연결하는 이송관과, 상기 이송펌프의 공동현상을 감지하는 감지센서와, 상기 감지센서의 제어 신호를 받아 상기 이송관을 따라 이송하는 물에 산소를 공급하는 산소발생기와, 상기 이송관을 따라 이송되는 물과 산소가 잘 믹싱되도록 하기 위한 초음파 발생기를 포함하여 구성되고, 상기 압력수조의 내부에는 초음파 발생기를 통해 산소와 믹싱된 물이 이동 마찰되면서 더욱 미세하게 분쇄되도록 하기 위한 분쇄부가 구비되어 진 것을 기술적인 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 상기 초음파 발생기는 20~40㎑ 대역대를 가짐을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 상기 압력수조 내부에 구비되는 분쇄부는, 지그재그 형태로 구비되는 격판과, 상기 격판에 불 규칙적으로 형성된 미세구멍들을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 물을 이송하는 이송펌프의 공동현상 발생과 동시에 이를 감지하여 산소를 외부에서 즉시 공급 믹싱하고, 또 초음파 진동 및 압력수조 내부의 분쇄부 구조를 통해 산소가 물에 신속하게 용해되도록 하는 방식을 통해 산소용해율을 90%이상으로 높일 수 있고, 또 이를 통해 물속의 용존 시간이 길어지게 되어 산소 용해물의 신속한 공급 및 생산성의 향상이 가능하게 되는 효과를 제공하게 된다.

또한, 산소 용해장비가 하나로 일체화 되고, 또 산소를 공급하기 위한 별도의 산소통을 갖추지 않고 산소 발생기를 직접 이용하여 산소를 물에 공급 용해시킴으로써, 산소통의 구입 교체 사용이 불필요하기 때문에 매우 경제적이고, 장비의 유지관리가 매우 편리하게 되는 이점을 제공하게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 산소 용해장치 구성을 나타내는 구성도이다.

이하, 본 발에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 역 공동현상 및 초음파를 이용한 고효율 산소용해장치는, 이송펌프(100)와 압력수조(200) 및 이들 사이에 연결 구성되는 이송관(300)을 포함하여 구성되고, 상기 이송펌프의 공동현상(cavitation)을 감지하는 감지센서(400)와, 상기 감지센서의 제어 신호를 받아 상기 이송관을 따라 이송하는 물에 산소를 공급하는 산소발생기(500)와, 상기 이송관을 따라 이송되는 물과 산소가 잘 믹싱되도록 하기 위한 초음파 발생기(600)를 포함하여 구성된다.

상기 압력수조(200)의 내부에는 초음파 발생기(600)를 통해 산소와 믹싱된 물이 이동 마찰되면서 더욱 미세하게 분쇄되도록 하기 위한 분쇄부(210)가 구비되어 진다.

상기 감지센서(400)는 외부로부터 공급되는 물을 이송하게 이송펌프(100)의 서정 압력 이하, 즉 공동현상이 발생하게 되면 이를 감지하여 산소발생기(500)에 신호를 보내게 되고, 이 신호를 통해 산소발생기에서는 이송관(300)에 산소를 공급하여 공동현상의 해소와 더불어 산소에 용해되도록 한다.

좀더 상술하면, 이송펌프는 물을 이송하게 되는 것으로서, 이는 일정한 압력을 가지게 되고, 일정한 압력 이하로 떨어진 상태에서 물을 이송하는 경우에는 공동현상이 발생하게 된다.

즉, 유체중 물 온도의 증기압 보다 낮은 부분이 발생하게 되고, 이러한 현상 발생시, 물이 증발되고 물속에 용해되어 있던 공기가 물과 분리되어 기포가 발생되는 현상이 발생되어 진다. 이러한 공동현상 발생은 산소와 물의 용해도를 현저하게 떨어뜨리는 문제로 됨에 따라 개선이 필요한 부분이다.

본 발명은 이러한 점을 감안하여 이송펌프(100)의 공동현상을 역(back)이용하여 공동현상이 일어난 시점에서 초음파 발생기(600)를 통해 초음파 진동을 발생시키고, 동시에 물이 수축하고 팽창하기 전에 산소발생기(500)로부터 산소를 공급하여 물에 산소가 신속하게 용해되도록 개선한 것이 특징이라 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 초음파 발생기(600)는 20~40㎑ 대역대를 가짐이 바람직하다. 테스트 결과 그 이하, 또는 이상인 경우에는 산소가 물에 용해되는 효과가 상쇄되거나 과도하게 되고, 기계적인 작동이 불안정하게 되는 등의 문제를 일으키는 것으로 나타났다.

본 발명에 따르면, 상기 압력수조(200) 내부에 구비되는 분쇄부(210)는, 용해물을 이동을 지연시키기 위한 격판(212)과, 상기 격판에 불 규칙적으로 형성된 미세구멍(214)들을 포함하여 구성된다. 격판(212)의 배치 형태는 도면상 표시된 지그재그 형태를 비롯하여 다양한 설계가 가능할 것이다.

상기 압력수조(200)의 내부에 구비되는 분쇄부(210)는 초음파 발생기(600)를 통해 산소와 물이 1차 믹싱된 용해물이 압력수조의 일 측으로부터 공급되어 지고, 타 단으로, 즉 배출부위로 이동하는 과정에서 다시 한번 믹싱되도록 하여 산소 용해율을 높이도록 하기 위한 것이다.

상기 압력수조(200)에는 압력수조 내부의 적정한 압력을 체크하기 위한 압력게이지가 갖추어지고, 일정 압력 이상으로 감지되면 배출부위에 갖추어진 배출구(216)의 체크밸브(218)의 개폐 조작을 통해 용해물을 외부로 배출시켜 사용하게 된다.

본 발명에 따른 산소용해장치의 운전은 비록 도면에는 도시하지 않았으나 별도의 제어부를 통해 자동조절 제어되어 짐은 당연하다.

따라서 압력수조(200)로부터 배출된 용해물을 별도의 수조(700)에 공급하여 사용하는 경우, 물속의 산소 용존 시간이 길어지게 되는 결과를 얻게 된다.

테스트 결과, 수조에 공급되는 산소용해도는, 초기에는 약 7ppm, 5분 경과시 약 20ppm, 10분 경과시 약 30ppm, 20분 경과시 약 30ppm 이 증가되는 것으로 나타났다. 이러한 테스트 결과를 보면 본 발명의 공동현상을 역 이용하는 방식에 의해 산소를 물에 용해시키는 경우, 용존 시간이 점차적으로 증가하고, 결론적으로 오랜 시간 사용하는 것이 가능하게 되는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따르면, 이송펌프는 작업 조건에 따라 하나 이상의 수로 설치하여 물의 안정된 이송이 가능하도록 할 수 있음은 물론이다.

이상과 같이 본 발명은 이송펌프(100)의 압력 저하에 다른 공동현상 발생시, 이를 신속하게 감지하여 물이 수축 후 팽창되기 전에 산소 발생기(500)를 통해 산소를 공급하고 동시에 초음파 발생기(600)통해 일정한 대역대의 초음파 진동을 발생시킴으로써, 산소가 물에 신속하게 용해되도록 하여 종래 산기관을 이용하여 산소를 용해시키는 것에 비하여 산소 용해도를 90%까지 향상시킬 수 있게 되고, 또 산소가 용해된 물을 빠르게 대량으로 생산할 수 있게 되는 것이다.

본 발명은 비록 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 하기의 특허청구범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 많은 수정 및 변경이 있을 수 있음은 물론이다.

본 발명에 따른 산소용해장치는, 활어 차량용이나 어선용, 수산 양식장 또는 수협공판장, 횟집을 비롯하여 용존산소가 요구되는 농업이나 환경 분야 등에서 널이 이용될 수 있을 것이다. 아울러 해외 수출도 얼마든지 가능하다.

100: 이송펌프 200: 압력수조
212: 격판 214: 미세구멍
300: 이송관 400: 감지센서
500: 산소 발생기 600: 초음파 발생기

Claims (3)

1. 이송펌프(100)와 압력수조(200) 및 이들 사이에 연결 구성되는 이송관(300)과, 상기 이송펌프의 공동현상(cavitation)을 감지하는 감지센서(400)와, 상기 감지센서의 제어 신호를 받아 상기 이송관을 따라 이송하는 물에 산소를 공급하는 산소발생기(500)와, 상기 이송관을 따라 이송되는 물과 산소가 잘 믹싱되도록 하기 위한 초음파 발생기(600)를 포함하여 구성되고,
   상기 압력수조(200)의 내부에는 20~40㎑ 대역대의 초음파 발생기(600)를 통해 산소와 믹싱된 물이 이동 마찰되면서 더욱 미세하게 분쇄되도록 하기 위한 분쇄부(210)가 구비되어 지며,
   상기 압력수조(200) 내부에 구비되는 분쇄부(210)는, 지그재그 형태로 구비되는 격판(212)과, 상기 격판에 불 규칙적으로 형성된 미세구멍(214)을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 역 공동현상 및 초음파를 이용한 고효율 산소용해장치.
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