KR101977656B1 - 초음파 용해부를 갖는 수조용 산소 용해기 - Google Patents

초음파 용해부를 갖는 수조용 산소 용해기 Download PDF

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Abstract

활어가 채워지는 복수개의 수조(8)와, 해수를 끌어 올려 수조(8)로 공급하기 위한 원수 펌프(2)와, 원수 펌프(2)에서 끌어 올려진 해수를 수조(8)에 공급하기 위한 배관(4)을 포함한 선박(1)에서, 상기 원수 펌프(2)와 상기 수조(8) 사이를 연결하는 배관(4)에 관로형으로 설치되는 수조용 산소 용해기(5)가 개시된다. 이 수조용 산소 용해기(5)는, 상기 배관(4)에 결합되는 용해기 배관(52); 상기 용해기 배관(52) 내의 상류 측에 산소를 공급하는 산소 공급 폭기부(100); 및 상기 산소 공급 폭기부(100)의 하류측에 배치되는 초음파 산소 용해부(200)를 포함하며, 상기 산소 공급 폭기부(100)는 외부의 산소 공급원(120)으로부터 산소를 상기 용해기 배관(52)에 설치된 산소 분산 노즐(140)을 통해 상기 용해기 배관(52)을 흐르는 해수 내로 공급하고, 상기 초음파 산소 용해부(200)는, 초음파에 의해 물속에 용해되어 있는 공기 분자에 공진을 일으켜 물의 산소 용해도를 높이도록, 초음파 발진회로(210)와, 상기 초음파 발진회로(210)에 의해 발진된 초음파에 의해 상기 해수 내에 진동을 일으키는 초음파 진동부(220)를 포함한다.

Description

초음파 용해부를 갖는 수조용 산소 용해기{oxygen dissolving equipments for fish room comprising an ultrasonic dissolving part}
본 발명은 고기잡이 선박의 수조에 산소를 공급하기 위한 수조용 산소 용해기에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 물속에 공급된 산소를 초음파를 이용하여 순간적으로 분자 단위로 입자 가속하여 미세 기포화한 뒤 관로를 통해 산소와 물의 접촉 시간을 이용하여 산소를 물에 용해시키는 구조를 포함하는 수조용 산소 용해기에 관한 것이다.
선박에서는 포획된 활어의 생존 및 상품성 유지를 위해, 활어 운반 수조 내로 채워지는 물에 산소를 공급하여 용해시킨다. 본 명세서에서, 용어 '용해'는 산소가 미세 기포 상태로 물속에 오래 존재하는 용존 상태의 의미도 포함하는 것으로 정의한다.
상온에서 물속의 산소 포화 용해도는 약 7.6ppm이고, 실제 용존량은 민물의 경우 약 6.4ppm, 해수의 경우 약 7.2ppm 수준이다. 생물학적으로 어류의 생존에 필요한 산소 용존량은 4ppm 이상으로 알려져 있다. 선박을 이용해 어류를 포획한 후 운반하는 과정에서는, 활어 수조에 어류의 밀식이 불가피해지기 때문에, 용존 산소량이 급감으로 인해, 어류의 생존과 신선도 확보가 어려워질 수 있다. 이를 해결하기 위해 인위적으로 외부에서 산소를 공급하고 있다.
산소를 인위적으로 공급하는 방법 중 하나로 화학 용해제를 이용하는 방법이 있다. 이 방법은 촉매제를 이용하기는 하지만 기체를 액체에 용해시키기 위해서는 높은 압력과 높은 온도가 요구되고 가압형 탱크와 믹서를 이용한 용해 방식이 일반적이다. 높은 용해도를 얻기에는 가압형 방식이 효율적이나 생산의 연속성이나 설비의 초기비용, 설비 규모 등의 문제로 수요층이 제한적이다. 이에 대한 대안으로, 정수 처리 설비에서 대량의 공기를 다수의 분산기를 통해 미세 기포 상태로 공급하는 폭기용 수조가 제안된 바 있다. 이는 공기를 물리적으로 용해시키는 것이 아닌 공기의 기포 크기를 최대한 미세하게 만들어 물과의 접촉 면적을 늘려 물 내 용존율을 높이는 방법이다. 분산기는 특별한 설비가 필요 없어 간편하게 사용되고 있으나, 일반 공기를 폭기시켜 6ppm 내외의 음용수 수준을 요구하는 정수 설비와 달리 액화 산소(산소통)을 이용하여 밀식된 어조의 용존량을 높이는 수산 용도에서는 용존 효율이 10~30% 수준으로 필요 이상으로 소모되는 산소량에 의한 경제적 손실이 크다.
위와 같은 이유 때문에, 수조에 직접 폭기하는 형태가 아닌 폭기부(관로 또는 수조)를 별도로 두고 별도의 기계 장치 혹은 배관 구조물을 통과하면서 물과 접촉시간을 증가시켜 용존 효율을 높이는 방식의 용해기들이 양식장용으로 사용되고 있다.
특허등록 제10-1108508호
일정량의 용존 산소량을 유지하기 위해 활어 수조에 폭기형 분산기를 산소통에 호스를 연결하여 운용하고 있으나, 분산기의 용존 효율은 10~30%에 그치고 있다. 양식장용 혹은 정화처리용 용해기는 선박의 특성상 설치 공간의 한계 및 공급 전원의 용량 문제 등으로 인하여 선박 수조용으로는 사용이 어렵다.
따라서 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 물속에 공급된 산소를 초음파를 이용하여 순간적으로 분자 단위로 입자 가속하여 미세 기포화한 뒤 관로를 통해 산소와 물의 접촉 시간을 이용하여 산소를 물에 용해시키는 구조를 포함하는 수조용 산소 용해기를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따라, 활어가 채워지는 복수개의 수조와, 해수를 끌어 올려 수조로 공급하기 위한 원수 펌프와, 상기 원수 펌프에서 끌어 올려진 해수를 수조에 공급하기 위한 배관을 포함하는 선박에서 상기 원수 펌프와 상기 수조 사이를 연결하는 배관에 관로형으로 설치되는 수조용 산소 용해기가 제공된다. 이 수조용 산소 용해기는, 상기 배관에 결합되는 용해기 배관; 상기 용해기 배관 내의 상류 측에 산소를 공급하는 산소 공급 폭기부; 및 상기 산소 공급 폭기부의 하류측에 배치되는 초음파 산소 용해부를 포함하며, 상기 산소 공급 폭기부는 외부의 산소 공급원으로부터 산소를 상기 용해기 배관에 설치된 산소 분산 노즐을 통해 상기 용해기 배관을 흐르는 해수 내로 공급하고, 상기 초음파 산소 용해부는, 초음파에 의해 물속에 용해되어 있는 공기 분자에 공진을 일으켜 물의 산소 용해도를 높이도록, 초음파 발진회로와, 상기 초음파 발진회로에 의해 발진된 초음파에 의해 상기 해수 내에 진동을 일으키는 초음파 진동부를 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 초음파 진동부는 상기 용해기 배관의 횡단면 중앙에 설치되어 상기 용해기 배관을 흐르는 해수에 초음파 진동을 발생시킨다.
일 실시예에 따라, 상기 초음파 진동부는 상기 용해기 배관의 내주면 부근에 설치되어 상기 용해기 배관을 흐르는 해수에 초음파 진동을 발생시킨다.
일 실시예에 따라, 상기 수조용 산소 용해기는 상기 초음파 산소 용해부의 하류에 배치되어 상기 초음파 산소 용해부를 거쳐 산소 용해도가 높아진 물에 회전 와류를 여러 방향에서 발생시켜 물의 산소 용해도를 더 높여주는 와류 발생 산소 용해부를 더 포함한다.
일 실시예에 따라, 상기 와류 발생 산소 용해부는 속도 분포가 다른 제1 다층 유로부와 제2 다층 유로부를 포함하되, 상기 제1 다층 유로부와 상기 제2 다층 유로부는 중심판을 기준으로 분리된 채, 좌우로 인접해 있고, 상기 제1 다층 유로부의 유로 분포는 상기 제2 다층 유로부의 유로 분포와 반대되고, 상기 제1 다층 유로부는 해수가 흐르는 방향을 따라 아래로 향하는 다수의 빗각판들에 의해 형성된 다층의 고속유로들과, 다수의 빗각판들 중 최상층 빗각판에 의해 해수 흐름 방향을 따라 유로 단면적이 점진적으로 증가하는 저속유로를 포함하고, 상기 제2 다층 유로부는 해수가 흐르는 방향을 따라 위로 향하는 다수의 빗각판들에 의해 형성된 다층의 고속유로들과, 다수의 빗각판들 중 최하층 빗각판에 의해 해수 흐름 방향을 따라 유로 단면적이 점진적으로 증가하는 저속유로를 포함하며, 상기 와류 발생 산소 용해부는 상기 제1 다층 유로부 및 상기 제2 다층 유로부와 상기 용해기 배관의 내측면 사이에 생성되는 중속 유로를 더 포함한다.
본 발명에 따른 수조용 산소 용해기는, 선박의 제한된 공간에 설치되면서도, 수조로 공급되는 해수 중의 산소를 초음파를 이용하여 순간적으로 분자 단위로 입자 가속하여 미세 기포화한 뒤, 관로를 통해 산소와 물의 접촉 시간을 이용하여 산소를 물에 용해시킴으로써, 물의 수소 용해도를 더 높이는 것이 가능하다.
도 1은 본 발명에 따른 수조용 산소 용해기가 적용된 선박(어선)을 개략적으로 보인 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 수조용 산소 용해기를 도시한 구성도이다.
도 3은 도 2의 a-a를 따라 취해진 단면도이다.
도 4는 도 2의 b-b를 따라 취해진 단면도이다.
도 5는 도 2의 c-c를 따라 취해진 단면도이다.
도 6는 도 3의 d-d를 따라 취해진 단면도이다.
도 7은 도 3의 e-e를 따라 취해진 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수조용 산소 용해기를 도시한 구성도이다.
이하 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 첨부된 도면들 및 이에 관한 설명은 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자로 하여금 본 발명에 관한 이해를 돕기 위한 의도로 제시된 것이다. 따라서, 도면들 및 설명이 본 발명의 범위를 한정하는 것으로 해석되어서는 아니 될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 수조용 산소 용해기가 적용된 선박(어선)을 개략적으로 보인 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 수조용 산소 용해기를 도시한 구성도이고, 도 3은 도 2의 a-a를 따라 취해진 단면도이고, 도 4의 도 2의 b-b를 따라 취해진 단면도이고, 도 5는 도 2의 c-c를 따라 취해진 단면도이고, 도 6는 도 3의 d-d를 따라 취해진 단면도이고, 도 7은 도 3의 e-e를 따라 취해진 단면도이다.
도 1을 참조하면, 선박(1)은 활어가 채워지는 복수개의 수조(8)와, 해수를 끌어 올려 수조(8)로 공급하기 위한 원수 펌프(2)를 포함한다. 또한, 상기 선박(1)은 원수 펌프(2)에서 끌어 올려진 해수를 여러개의 수조(8)들에 공급하기 위한 배관(4)을 포함하며, 이 배관(4)은 원수 펌프(4)와 연결된 메인 공급 배관(42)과, 상기 메인 공급 배관(42)에서 분기된 채 해당 수조(8) 각각으로 이어진 복수개의 분배 공급 배관(44)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 선박(1)은 수조(8)에 공급되는 해수의 용존 산소량을 높이기 위해 산소를 공급하는 한편 그 산소를 해수에 용해시키는 산소 용해기(5)를 상기 메인 공급 배관(42) 측에 구비할 수 있다.
상기 원수 펌프(2)는 기관실(3)과 인접하게 배치된 채 상기 기관실(3) 내 전력 공급부로부터 전력을 공급받아 작동될 수 있다. 상기 복수의 분배 공급 배관(44)에는 밸브가 설치되어 선택된 수조(8)로의 해수 공급량을 조절할 수 있다.
도 2를 참조하면, 상기 산소 용해기(5)는 원수 펌프(2)와 수조(8) 사이를 연결하는 배관(4)에 설치된다. 상기 배관(4)은 메인 공급 배관(42; 도 1 참조)과 분배 공급 배관(44; 도 1 참조)을 포함할 수 있지만, 상기 산소 용해기(5)는 상기 메인 공급 배관(44; 도 1 참조)에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 산소 용해기(5)는, 용해기 배관(52)이 플랜지(51)에 의해 상기 메인 공급 배관에 결합되어, 상기 배관(4)에 통합되는 것으로서, 상류 측에 산소를 공급하는 산소 공급 폭기부(100)와, 상기 산소 공급 폭기부(100)의 하류 측에서 상기 산소 공급 폭기부(100)의 하류측에 배치되는 초음파 산소 용해부(200)와, 상기 초음파 산소 용해부(200)의 하류측 측에 배치되는 와류 발생 산소 용해부(300)를 포함한다.
이하 자세히 설명되는 바와 같이, 상기 초음파 산소 용해부(200)는 초음파에 의해 물속에 용해되어 있는 공기 분자에 공진을 일으켜 물의 산소 용해도를 높이며, 상기 와류 발생 산소 용해부(300)는 초음파 산소 용해부(200)을 거쳐 산소 용해도가 높아진 물에 회전 와류를 여러 방향에서 발생시켜 물의 산소 용해도를 더욱 높여준다. 상기 산소 공급 폭기부(100)는 액화산소 저장부, 산소통, 산소발생기 등과 같은 외부의 산소 공급원(120)에 저장된 산소를 용해기 배관(52)에 설치된 산소 분산 노즐(140)을 통해 상기 용해기 배관(52)을 흐르는 해수 내로 공급하도록 구성된다.
상기 초음파 산소 용해부(200)는 초음파 발진회로(210)와, 상기 초음파 발진회로(210)에 의해 발진된 초음파에 의해 상기 해수 내에 진동을 일으키는 초음파 진동부(220)를 포함한다. 상기 초음파 진동부(220)는 상기 용해기 배관(52)의 횡단면 중앙에서 상기 용해기 배관(52)을 흐르는 물에 직접 진동을 전달한다. 위와 같은 구성에 의해, 해수에 초음파를 발생시키면, 해수에 용해되어 있던 산소 분자가 공진을 일으켜 입자 가속이 일어나는 캐비테이션 현상이 이루어진다. 본 실시예에 따르면, 해수에 공급된 산소가 초음파 진동에 의해 순간적으로 분자 단위로 입자 가속되어 미세 기포화된다. 이와 같이 상기 초음파 산소 용해부(200)에서 충분히 미세 기포화된 산소는 그 하류 측에 위치한 와류 발생 산소 용해부(300)에서 회전 와류가 발생한 해수와 충분하게 접촉되어 더 높은 용해도로 용해된다.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 상기 와류 발생 산소 용해부(300)는 중심판(301)을 기준으로 분리된 제1 다층 유로부(310)와 제2 다층 유로부(320)를 포함한다. 상기 와류 발생 산소 용해부(300)는, 유로들을 다층으로 형성함으로써, 짧은 길이의 유로를 이용하면서도, 물과 산소가 최대한으로 접촉될 수 있도록 돕는다. 상기 제1 다층 유로부(310)와 상기 제2 다층 유로부(320)는, 중심판(301)을 기준으로 분리된 채 좌우로 인접해 있으며, 유로들의 분포 방향이 반대로 되어 있어서, 큰 회전 와류를 발생시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 다층 유로부(310)와 상기 제2 다층 유로부(320)는 유로들 또는 빗각판의 빗각이 서로 반대되게 엇갈려 있다.
상기 제1 다층 유로부(310)는 해수가 흐르는 방향을 따라 아래로 향하는 다수의 빗각판(311)들에 의해 형성된 다층의 고속유로(312)들과, 다수의 빗각판(311)들 중 최상층 빗각판(311)에 의해 해수 흐름 방향을 따라 유로 단면적이 점진적으로 증가하는 저속유로(314)를 포함한다. 다층의 고속유로(312)들을 통과한 해수는 저속 유로(314) 측으로 가까워지는 흐름을 나타내어, 그에 따른 회전 와류가 상기 제1 다층 유로부(310)의 하류 측에서 발생한다. 이때, 상기 다층의 고속유로(312)들은 입구단에서 출구단까지 일정한 유로 단면을 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 다층의 고속유로(312)들은 상측에서 하측으로 향할수록 유로 길이가 짧게 배치된다.
또한, 상기 제2 다층 유로부(320)는, 상기 제1 다층 유로부(310)와 유로들의 분포가 반대되게 배치된 것으로서, 해수가 흐르는 방향을 따라 위로 향하는 다수의 빗각판(321)들에 의해 형성된 다층의 고속유로(322)들과, 다수의 빗각판(321)들 중 최하층 빗각판(321)에 의해 해수 흐름 방향을 따라 유로 단면적이 점진적으로 증가하는 저속유로(324)를 포함한다. 다층의 고속유로(322)들을 통과한 해수는 저속 유로(324) 측으로 가까워지는 흐름을 나타내어, 그에 따른 회전 와류가 상기 제2 다층 유로부(320)의 하류 측에서 발생한다. 이때, 상기 다층의 고속유로(322)들은 입구단에서 출구단까지 일정한 유로 단면을 갖는 것이 바람직하다. 그리고, 다층의 고속유로(324)들은 하측에서 상측으로 향할수록 유로 길이가 짧게 배치된다.
또한, 상기 제1 다층 유로부(310) 및 상기 제2 다층 유로부(320)과 상기 용해기 배관(52)의 내측면 사이에는 중속 유로(330)가 생성된다. 이와 같이, 상기 제1 다층 유로부(310)와 상기 제2 다층 유로부(320) 각각에 구비된 고속 유로들과 저속유로 그리고 그 외측으로 제공된 중속유로를 포함하는 유로 분포 변화에 의해 또 따른 형태의 회전 와류가 발생한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수조용 산소 용해기를 도시한 구성도로서, 도 9를 참조하면, 앞선 실시예와 달리, 초음파 진동부(220)가 용해기 배관(52)에 직접 설치되어 용해기 배관(52)을 초음파 진동시킴과 동시에 그 용해기 배관(52)을 흐르는 해수를 초음파 진동시킨다.
1: 선박 2: 원수 펌프
4: 배관 5: 수조용 산소 용해기
100: 산소 공급 폭기부 200: 초음파 용해부
300: 와류 발생 산소 용해부 310: 제1 다층 유로부
320: 제2 다층 유로부 311, 321: 빗각판
312, 322: 고속유로 314, 324: 저속유로
330: 종속유로

Claims (5)

  1. 활어가 채워지는 복수개의 수조(8)와, 해수를 끌어 올려 수조(8)로 공급하기 위한 원수 펌프(2)와, 원수 펌프(2)에서 끌어 올려진 해수를 수조(8)에 공급하기 위한 배관(4)을 포함한 선박(1)에서, 상기 원수 펌프(2)와 상기 수조(8) 사이를 연결하는 배관(4)에 관로형으로 설치되는 수조용 산소 용해기(5)로서,
    상기 배관(4)에 결합되는 용해기 배관(52);
    상기 용해기 배관(52) 내의 상류 측에 산소를 공급하는 산소 공급 폭기부(100); 및
    상기 산소 공급 폭기부(100)의 하류측에 배치되는 초음파 산소 용해부(200)를 포함하며,
    상기 산소 공급 폭기부(100)는 외부의 산소 공급원(120)으로부터 산소를 상기 용해기 배관(52)에 설치된 산소 분산 노즐(140)을 통해 상기 용해기 배관(52)을 흐르는 해수 내로 공급하고, 상기 초음파 산소 용해부(200)는, 초음파에 의해 물속에 용해되어 있는 공기 분자에 공진을 일으켜 물의 산소 용해도를 높이도록, 초음파 발진회로(210)와, 상기 초음파 발진회로(210)에 의해 발진된 초음파에 의해 상기 해수 내에 진동을 일으키는 초음파 진동부(220)를 포함하며,
    상기 초음파 산소 용해부(200)의 하류에 배치되어 상기 초음파 산소 용해부(200)을 거쳐 산소 용해도가 높아진 물에 회전 와류를 여러 방향에서 발생시켜 물의 산소 용해도를 더 높여주는 와류 발생 산소 용해부(300)를 더 포함하며,
    상기 와류 발생 산소 용해부(300)는 속도 분포가 다른 제1 다층 유로부(310)와 제2 다층 유로부(320)를 포함하되, 상기 제1 다층 유로부(310)와 제2 다층 유로부(320)는 중심판(301)을 기준으로 분리된 채, 좌우로 인접해 있고, 상기 제1 다층 유로부(310)의 유로 분포는 상기 제2 다층 유로부(320)의 유로 분포와 반대되고, 상기 제1 다층 유로부(310)는 해수가 흐르는 방향을 따라 아래로 향하는 다수의 빗각판(311)들에 의해 형성된 다층의 고속유로(312)들과, 다수의 빗각판(311)들 중 최상층 빗각판(311)에 의해 해수 흐름 방향을 따라 유로 단면적이 점진적으로 증가하는 저속유로(314)를 포함하고, 상기 제2 다층 유로부(320)는 해수가 흐르는 방향을 따라 위로 향하는 다수의 빗각판(321)들에 의해 형성된 다층의 고속유로(322)들과, 다수의 빗각판(321)들 중 최하층 빗각판(321)에 의해 해수 흐름 방향을 따라 유로 단면적이 점진적으로 증가하는 저속유로(324)를 포함하며, 상기 와류 발생 산소 용해부(300)는 상기 제1 다층 유로부(310) 및 상기 제2 다층 유로부(320)와 상기 용해기 배관(52)의 내측면 사이에 생성되는 중속 유로(330)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수조용 산소 용해기.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 초음파 진동부(220)은 상기 용해기 배관(52)의 횡단면 중앙에 설치되어 상기 용해기 배관(52)을 흐르는 해수에 초음파 진동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 수조용 산소 용해기.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 초음파 진동부(220)는 상기 용해기 배관(52)의 내주면 부근에 설치되어 상기 용해기 배관(52)을 흐르는 해수에 초음파 진동을 발생시키는 것을 특징으로 하는 수조용 산소 용해기.
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