KR101930236B1 - 유체혼합 토출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 펌프(120)에 연결되어 펌프(120)를 구동하는 모터(110)와, 펌프(120)와, 펌프(120)의 유입구에 연결되어 제1 유체가 유입되는 제1 유체유입관(140)과, 펌프(120)의 배출구에 연결되는 배출관(130)과, 일측은 상기 제1 유체유입관(140)에 연결되고 타측은 상기 배출관(130)에 연결된 순환관(150)과, 일측이 상기 순환관(150)에 연결되어 제2 유체가 유입되는 통로가 되는 제2 유체유입관(160)으로 이루어진 유체혼합 토출장치(100)에 관한 것이다.

Description

유체혼합 토출장치{Device for discharging and mixing fluids}

본 발명은 유체혼합 토출장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 물과 공기와 같이 서로 다른 2가지 이상의 유체를 혼합하여 토출하며, 토출되는 유체의 혼합성이 향상된 유체혼합 토출장치에 관한 것이다.

환경오염 때문에 오폐수는 정수처리를 하여 생물학적 산소 요구량(BOD)을 최대한 낮추어 배출하도록 하고 있다. 오폐수의 생물학적 처리를 위해 필요한 산소를 공급하거나 수중에 산소를 공급하여 물을 활성화시키도록 오폐수 처리조에 폭기장치가 사용된다.

선 출원된 대한민국 등록특허공보 제10-0762885호(2007.09.21)에는 다단 혼합 구조를 갖는 슬림형 고속 폭기장치가 개시된 바 있다. 도 1은 종래의 폭기장치를 개략적으로 도시한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 폭기장치(1)는 피처리액(7)과 공기를 고속 및 고효율로 혼합하여 배출하기 위한 공기혼합장치(10)와, 피처리액(7)을 고압호스(4)를 통하여 공기혼합장치(10)의 상측으로 강제 순환시키는 수중펌프(3)를 구비한다. 공기혼합장치(10)는 별도의 윈치와 같은 수단을 이용하여 상단부가 수면 위로 부상되도록 설치된다.

상기 공기혼합장치(10)는 제1수직원통부(11)의 상단부에 내부 청소를 위한 뚜껑(11b)이 구비되고, 상측부에 피처리액(7)이 도입되는 도입관(11a)이 고압호스(4)와 연결고정구(4a)에 의해 연결되도록 수평 방향으로 연장된다. 제1수직원통부(11)의 하측에는 도입된 피처리액(7)이 제1수직원통부(11) 내부에서 자유 낙하할 때 하강속도를 가속하기 위한 제1가속장치(13)가 연장 형성된다. 제1가속장치(13)는 중간 부분이 상단 및 하단보다 작은 내경을 가진 라발 노즐(Laval Nozzle) 형상을 취하며, 상기 중간 부분에서 유압이 증가한 후 하단 개방부로 향하면서 압력은 낮아지고 유체 속도를 빨라진다.

제1가속장치(13)의 하측에는 제2수직원통부(15)가 구비된다. 제2수직원통부(15)의 상단부는 제1가속장치(13)의 외측에 실링 결합되고, 제1가속장치(13)의 하단부 레벨보다 상측에 외부 공기가 도입되는 제1공기주입부(15a)가 구비되며, 중간 부분에 피처리액(7)의 하강속도를 증가시키는 제2가속장치(15b)가 배치되고, 하측에는 상단부보다 작은 직경의 배출부(15c)를 구비한다.

제2수직원통부(15)의 하측에는 제3수직원통부(17)가 구비된다. 제3수직원통부(17)의 상단부는 제2가속장치(15b)의 외측에 실링 결합되고, 제2수직원통부(15)의 배출부(15c)의 하단부 레벨보다 상측에 외부 공기가 도입되는 제2공기주입부(17a)가 배치되며, 하측의 배출구(17b)로부터 피처리액(7)과 공기의 혼합액(9)이 배출된다.

상기 제1 내지 제3수직원통부(11, 15, 17)는 피처리액(7)이 통과하는 제1경로(Fs)를 형성한다. 제1 내지 제3수직원통부(11, 15, 17)의 일측에는 공기의 도입이 이루어지는 제2경로(Fa)를 형성하도록 호기관(20)이 결합된다. 호기관(20)은 사각통으로 이루어지는 공기도입관본체(23)와, 상기 공기도입관본체(23)로부터 공기 중에 노출되도록 수직으로 연장된 공기도입부(21)를 포함한다.

상기 종래의 고속 폭기장치(1)는 피처리액(7)이 제1가속장치(13)를 통과하면서 고속으로 가속되어 제2수직원통부(15)로 배출되면 제1가속장치(13)의 하측에는 강한 부압이 발생하고, 제1가속장치(13) 하측의 강한 부압에 의해 공기도입부(21)를 통해 외부로부터 도입된 공기가 흡입되어 고속 흐름의 피처리액(7)과 혼합되면서 하부로 배출된다.

이후에, 제2수직원통부(15)에서 1차로 공기가 혼합된 피처리액(7)은 공기와 혼합되면서 다소 압력이 낮아지고 일시적으로 흐름 속도가 낮아지나, 하측에 배치된 제2가속장치(15b)를 통과하면서 2차 가속이 이루어진다. 피처리액(7)은 제2가속장치(15b)를 고속으로 통과하면서 제3수직원통부(17)에는 강한 부압이 발생한다. 제2가속장치(15b) 하측의 강한 부압에 의해 공기도입부(21)로부터 도입된 외부 공기가 제2공기주입부(17a)를 통하여 흡입되어 고속 흐름의 피처리액(7)과 혼합되면서 하부로 배출된다.

상기 종래의 고속 폭기장치(1)는 다단의 가속장치를 통과하면서 부압을 형성하고 외부 공기를 혼합하는 방식으로 이루어지는바, 물과 공기의 혼합 효율의 한계가 있으며 더욱 높은 효율의 혼합성능을 가지는 유체혼합 토출장치의 개발이 필요하다.

대한민국 등록특허공보 제10-0762885호(2007.09.21)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 순환하면서 혼합되어 토출되는 구조이므로 혼합 성능이 향상된 유체혼합 토출장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 위하여, 본 발명은 펌프에 연결되어 펌프를 구동하는 모터와, 펌프와, 펌프의 유입구에 연결되어 제1 유체가 유입되는 제1 유체유입관과, 펌프의 배출구에 연결되는 배출관과, 일측은 상기 제1 유체유입관에 연결되고 타측은 상기 배출관에 연결된 순환관과, 일측이 상기 순환관에 연결되어 제2 유체가 유입되는 통로가 되는 제2 유체유입관으로 이루어진 유체혼합 토출장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 펌프에 연결되어 펌프를 구동하는 모터와, 펌프와, 펌프의 유입구에 연결되어 제1 유체가 유입되는 제1 유체유입관과, 펌프의 배출구에 연결되는 배출관과, 일측은 상기 제1 유체유입관에 연결되고 타측은 상기 배출관에 연결된 순환관과, 일측이 상기 제1 유체유입관에 연결되어 제2 유체가 유입되는 통로가 되는 제2 유체유입관으로 이루어진 유체혼합 토출장치를 제공한다.

그리고, 본 발명은 펌프에 연결되어 펌프를 구동하는 모터와, 펌프와, 펌프의 유입구에 연결되어 제1 유체가 유입되는 제1 유체유입관과, 펌프의 배출구에 연결되는 배출관과, 일측은 상기 제1 유체유입관에 연결되고 타측은 상기 배출관에 연결된 순환관과, 일측이 펌프의 배출구와 순환관이 연결된 부분 사이에서 배출관에 연결되어 제2 유체가 유입되는 통로가 되는 제2 유체유입관으로 이루어진 유체혼합 토출장치를 제공한다.

상기에서, 순환관은 유입구로부터 이격된 위치에서 상기 제1 유체유입관에 연결되고, 배출구로부터 이격된 위치에 상기 배출관에 연결된 것을 특징으로 한다.

상기에서, 순환관에는 벤튜리부가 구비되고, 제2 유체 유입관은 벤튜리부에 연결된 것을 특징으로 한다.

상기에서, 제1 유체유입관에는 벤튜리부가 구비되고, 제2 유체 유입관은 벤튜리부에 연결된 것을 특징으로 한다.

상기에서, 배출관은 유동 단면적이 감소하는 단면감소부가 구비되고, 상기 순환관은 단면감소부와 배출구 사이에서 배출관에 연결되는 것을 특징으로 하는 한다.

상기에서, 펌프는 일측으로 배출구가 형성되고 타측으로 유입구가 형성된 중공의 케이싱과, 상기 케이싱 내에서 회전 가능하게 구비되는 임펠러로 이루어지고; 상기 임펠러에는 중심방향으로 또는 중심에서 반경 방향으로 외측 방향으로 유동을 발생시키는 임펠러부가 구비되고; 상기 임펠러는 중심부에서 모터축에 결합되며, 하나 이상의 망체와 하나 이상의 이붙이와셔가 적층되어 모터축에 구비되어 유체는 망체와 이붙이와셔를 통하여 유동되는 것을 특징으로 한다.

상기에서, 배출관에는 하나 이상의 망체가 구비되어; 배출관을 유동하는 유체는 망체를 통과하여 배출되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 유체혼합 토출장치는 물과 공기와 같은 서로 다른 유체가 혼합되어 토출되는데 있어서, 순환관을 통하여 혼합된 유체가 순환하면서 일부는 배출관을 통하여 배출되는 구조이므로 혼합 성능이 향상되며, 펌프에 망체와 이붙이 와셔가 구비되고 배출관에 망체가 구비됨으로써 혼합성능이 더욱더 향상된다.

도 1은 종래의 폭기장치를 개략적으로 도시한 구조도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체혼합 토출장치를 개략적으로 도시한 것이며,
도 3 및 도 4는 순환관과 제2 유체유입관의 연결을 설명하기 위하여 도시한 측면도 및 단면도이며,
도 5는 배출관의 단면감소부를 도시한 개략적인 단면도이며,
도 6은 펌프의 구조를 설명하기 위한 개략적인 단면도이며,
도 7은 도 6의 "A"부를 확대 도시한 단면도이다.

이하에서 도면을 참조하여 본 발명 유체혼합 토출장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 유체혼합 토출장치를 개략적으로 도시한 것이며, 도 3 및 도 4는 순환관과 제2 유체유입관의 연결을 설명하기 위하여 도시한 측면도 및 단면도이며, 도 5는 배출관의 단면감소부를 도시한 개략적인 단면도이며, 도 6은 펌프의 구조를 설명하기 위한 개략적인 단면도이며, 도 7은 도 6의 "A"부를 확대 도시한 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명 유체혼합 토출장치(100)는 펌프(120)에 연결되어 펌프(120)를 구동하는 모터(110)와, 펌프(120)와, 펌프(120)의 유입구에 연결되어 제1 유체가 유입되는 제1 유체유입관(140)과, 펌프(120)의 배출구에 연결되어 혼합된 유체가 배출되는 배출관(130)과, 일측은 상기 제1 유체유입관(140)에 연결되고 타측은 상기 배출관에 연결된 순환관(150)과, 일측이 상기 순환관(150)에 연결되어 제2 유체가 유입되는 통로가 되는 제2 유체유입관(160)으로 이루어진다.

이하에서는 설명의 편의를 위하여 제1 유체유입관(140), 순환관(150) 및 배출관(130)이 물에 잠긴 상태로 작동되는 것으로 하여 설명하고, 물을 제1 유체로 하여 설명한다.

모터(110)에 의하여 펌프(120)가 작동되면 유입구(도시하지 않음)에 연결된 제1 유체유입관(140)을 통하여 물이 유입되고 펌프(120)를 통하여 배출구(도시하지 않음)에 연결된 배출관(130)으로 유동하여 배출된다.

상기 순환관(150)의 일단은 T자 연결관(141)에 의하여 유입구로부터 이격된 위치에서 제1 유체유입관(140)에 연결된다. 상기 순환관(150)의 타단은 T자 연결관(131)에 의하여 배출구로부터 이격된 위치에서 배출관(130)에 연결된다. 상기 순환관(150)에는 도시하지 않은 개폐밸브가 설치되어 유체의 유동이 제어될 수 있다. 도 2에서 도면부호 151은 순환관(150)에 구비되는 엘보를 도시한 것이다.

상기 배출관(130)에는 유동 단면적이 감소하는 단면감소부가 구비된다. 단면감소부는 리듀서(133)가 배출관(130)에 설치되어 이루어질 수 있다. 배출관(130)을 통한 유체는 단면감소부를 통하여 배출된다. 상기 순환관(150)은 단면감소부와 펌프(120)의 배출구 사이에서 배출관(130)에 연결된다. 리듀서(133)가 설치된 단면 감소부에는 제1 망체(135)가 설치된다. 배출관(130) 내를 유동하여 외부로 유출되는 혼합 유체는 제1 망체(135)를 통과하여 배출관(130)으로부터 배출된다. 혼합 유체가 제1 망체(135)를 통과하면서 배출관(130)으로부터 배출되므로 혼합이 한번더 이루어지게 된다. 펌프(120)가 작동하여 펌프(120)로부터 배출관(130)으로 유동되는 유체는 순환관(150)이 연결된 부분에서 일부는 순환관(150) 내로 유동하고(도 2 화살표 "D" 참조), 나머지는 배출관(130)을 통하여 유동하여 배출관(130)으로부터 배출된다(도 2 화살표 "C" 참조).

펌프(120)가 작동되면 물은 유입관(140)을 통하여 유입되고(도 2 화살표 "B" 참조), 순환관(150)이 연결된 부분에서 순환관(150)을 통하여 유동된 유체가 합류하여(도 2 화살표 "A" 참조) 유입관(140)을 통하여 유동하고 펌프(120)로 유동된다. 상기 순환관(150)에는 제2 유체유입관(160)이 연결된다. 상기 제2 유체유입관(160)의 자유단부는 물밖에 위치하도록 설치된다. 상기 순환관(150)에는 단면이 감소하여 유속이 빨라지는 벤튜리부(153)가 구비되며, 상기 제2 유체유입관(160)은 단부가 벤튜리부(153)에 위치하도록 순환관(150)에 연결된다. 순환관(150)으로 유체가 유동하면 벤튜리부(153)에서 압력이 낮아져 제2 유체유입관(160)을 통하여 제2 유체인 공기가 순환관(150)으로 유입되어 물과 혼합되어 유입관(140)으로 유동되고, 펌프(120)를 지나 배출관(130)으로 유동하고 혼합된 유체는 일부는 배출관(130)에 설치된 제1 망체(135)를 지나 배출되고, 나머지 일부는 순환관(150)을 따라 유동하고 제2 유체유입관(160)을 통하여 유입된 제2 유체인 공기와 다시 혼합되고, 유입관(140)을 통하여 유동하는 제1 유체인 물과 혼합되며, 유입관(140)을 통하여 펌프(120)로 유동한다. 따라서 제1 유체와 제2 유체는 유입관(140), 배출관(130) 및 순환관(150)을 통하여 유동하면서 혼합이 반복된다.

상기 벤튜리부(153)가 유입관(140)에 구비되고, 상기 제2 유체유입관(160)은 단부가 유입관(140)에 연결되어 구비되는 것도 가능하다.

상기 펌프(120)는 일측으로 배출구가 형성되고 타측으로 유입구가 형성된 중공의 케이싱(121)과, 상기 케이싱(121) 내에서 회전 가능하게 구비되는 임펠러(123)로 이루어진다. 상기 임펠러(123)는 모터(110)의 회전축(111)에 결합되어 회전 구동된다.

상기 임펠러(123)에는 회전에 따라 반경 방향 외측에서 중심방향으로 유체를 유동시키는 임펠러부(123a)가 구비된다. 상기 임펠러부(123a)는 복수의 나선형의 날개나, 복수의 나선형의 통공으로 형성될 수 있다. 임펠러(123)가 회전하면 나선형 날개나 나선형 통공에 의하여 유체는 반경 방향으로 유동하게 된다. 이는 종래 기술이므로 상세한 설명은 생략한다. 임펠러(123)는 중심부에 모터 회전축(111)이 결합되어 구비된다. 모터 회전축(111)이 임펠러(123) 중심부를 지나 돌출되고 돌출된 부분에 너트(129) 체결되어 결합된다. 상기 회전축(111)에 하나 이상의 제2 망체(125)와 하나 이상의 이붙이와셔(127)가 삽입되고 너트(129) 체결되어 결합되는 것이 바람직하다. 상기 이붙이와셔(127)의 이 모양에 의하여 유체에 추력이 발생하는 효과가 있다. 임펠러(123)의 회전에 따라 반경 방향 외측에서 중심방향으로 유동하여 온 유체는 중심부에서 제2 망체(125) 및 이붙이와셔(127)를 경유하면서 유체들의 혼합이 이루어지고, 추력이 더해진다. 상기 임펠러(123)는 회전에 따라 중심부에서 반경 방향 외측으로 유체가 유동하는 구조로 될 수도 있다.

상기에서 벤튜리부가 배출관(130)에 구비되고, 상기 제2 유체유입관(160)은 단부가 배출관(130)에 구비되도록 하는 것도 가능하다. 상기 제2 유체유입관(160)은 펌프(120)의 배출구와 순환관(150)이 연결된 부분 사이에서 배출관(130)에 연결된다.

100: 유체혼합 토출장치 110: 모터
120: 펌프 130: 배출관
140: 제1 유체유입관 150: 순환관
160: 제2 유체유입관

Claims (9)

1. 펌프에 연결되어 펌프를 구동하는 모터와, 펌프와, 펌프의 유입구에 연결되어 물이 유입되는 제1 유체유입관과, 펌프의 배출구에 연결되어 물과 공기의 혼합 유체가 배출되는 배출관과, 일측은 상기 제1 유체유입관에 연결되고 타측은 상기 배출관에 연결된 순환관과, 일측이 상기 순환관에 연결되고 타측의 자유단부는 물밖에 위치하도록 설치되어 공기가 유입되는 통로가 되는 제2 유체유입관으로 이루어지며;
   상기 순환관은 유입구로부터 이격된 위치에서 상기 제1 유체유입관에 연결되고, 배출구로부터 이격된 위치에 상기 배출관에 연결되고, 상기 순환관에는 벤튜리부가 구비되며 제2 유체 유입관은 단부가 벤튜리부에 위치하도록 순환관에 연결되며;
   상기 배출관에는 배출구 반대 쪽으로 갈수록 유동 단면적이 감소하는 단면감소부가 구비되고, 상기 순환관은 단면감소부와 배출구 사이에서 배출관에 연결되며, 상기 단면감소부에는 제1 망체가 구비되며;
   상기 펌프는 일측으로 배출구가 형성되고 타측으로 유입구가 형성된 중공의 케이싱과 상기 케이싱 내에서 회전 가능하게 구비되는 임펠러로 이루어지고, 상기 임펠러에는 중심방향으로 또는 중심에서 반경 방향으로 외측 방향으로 유동을 발생시키는 임펠러부가 구비되며, 상기 임펠러는 중심부에서 모터의 회전축에 결합되며 하나 이상의 제2 망체와 추력을 발생시키는 하나 이상의 이붙이와셔가 교대로 적층되어 모터의 회전축에 구비되고 너트가 체결되어 결합되며 혼합 유체는 망체와 이붙이와셔를 경유하여 유동되는 것을 특징으로 하는 유체혼합 토출장치.
   
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