KR101979318B1 - 보호망이 결합된 디스크형 멤브레인 산기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 보호용 망체를 철제의 망상구조로 별도 제작하여, 기존의 산기관에 조립하는 구조로 함으로써, 필요에 따라 설치할 수 있는 호환성을 가지며, 철망으로 제조하여 내구성이 향상되며, 기존의 보호망보다 단면적이 적어 멤브레인의 팽창 시 통기공의 폐쇄율을 줄일 수 있고, 기포의 충돌에 의하여 기포의 크기가 커지는 것을 방지하여 산소 공급률을 향상시킬 수 있는 것이며, 공기압에 의하여 멤브레인의 중앙부와 가장자리부 팽창률의 차이에 따라, 기공의 확대에 의한 기포의 크기가 커지는 것을 방지하기 위하여, 멤브레인의 두께를 중심부에서 가장자리로 갈수록 두께가 얇아지게 형성하여, 팽창률의 균일화를 유지하거나, 멤브레인의 중심부는 기공의 직경을 작게하고 가장자리로 갈수록 기공의 직경을 크게 형성하여 일정한 크기의 기포가 형성되도록 함으로써, 간단한 구성에 의하여 기포의 미세화를 달성하여, 산소의 공급률을 향상시킬 수 있고, 몸체의 상단면을 볼록형으로 형성하여 최대한 공기의 분산이 고르게 이루어지도록 하여, 멤브레인의 팽창을 최대한 일정하게 유지하도록 함으로써, 기공의 팽창이 균일하게 이루어지도록 유지하여, 기포의 균일성을 유지할 수 있는 것이다.

Description

보호망이 결합된 디스크형 멤브레인 산기장치{Disk-type membrane diffuser coupled with protective net}

본 발명은 하, 폐수 처리시설의 폭기조 등의 수중에 산소를 공급하는 장치에 관한 것으로, 송풍기에서 공급되는 공기를 수중에서 미세한 기포로 분산시켜서 용존산소를 증대시키는 디스크형 멤브레인 산기장치에 관한 것이다. 특히 유동성 생물막 담체(메디아)가 충전된 하, 폐수처리시설에 사용되는 보호망이 결합된 디스크형 멤브레인 산기장치에 관한 것이다.

종래의 다양한 종류의 산기관이 알려져 있으며, 그중에서도 연질의 막(膜)에 미세공이 천공된 멤브레인형 산기관(Membrane Diffuser)은, 산소공급율이 가장 높아 널리 사용되고 있다.

상기 멤브레인 산기관은 압축공기에 의하여 신축성 막이 팽창하는 구조이므로, 공기압의 변동에 따라 과다하게 팽창되어 파열되거나 신축성이 상실되기도 하고, 멤브레인의 중심부와 가장자리부의 팽창률의 차이로 균일한 미세기포의 발생의 어려움이 있으며, 연질의 멤브레인은 유동상 담체가 충전된 생물학적 처리시설의 경우, 유동하는 담체 또는 이물질과 충돌하여 마모되거나 파손되는 문제점이 있다.

또한, 종래의 멤브레인 산기관은 탄성의 고무재질 원판형 멤브레인과 상부 케이스를 하부 케이스 위에 배치하고, 고정틀을 상기 하부 케이스에 나사식 또는 원터치 형식으로 조립하는 구성으로 되어 있다.

고정틀과 하부 케이스가 나사 결합하는 나사식은 사출 성형 시에 사출시간이 길어짐에 따라 생산성이 낮으며, 조립에 소요되는 시간도 증대되며, 사용 중에 진동이나 충격에 의하여 결합이 풀리는 문제가 발생할 수 있으며, 원터치 식은 결합은 용이하나 멤브레인의 파손 등에 의한 교체 시 그 분리가 어려우며, 별도의 결합장치나 분리장치가 필요하다.

상기와 같은 멤브레인이 유동상 담체 등에 충격에 의하여 파손되는 것을 방지하기 위한, 보호용 망체를 형성한 멤브레인 산기장치가 대한민국 등록특허 제10-1291240호에 기재되어 있다.

상기 특허에는 고정틀에 보호용 망체를 일체로 사출 성형하여 사용하는 것으로, 금형 비용이나 사출 성형에 어려움이 있으며, 망체가 합성수지로 이루어져 있어 강도가 약하고, 망체의 간격이 조밀하여 그 면적만큼 기포의 충돌 또는 기공의 폐쇄가 발생하여 공기 보급 효율이 떨어지고, 멤브레인의 균일한 팽창에 의한 균일한 미세기포의 생성의 곤란성이 있으며, 유동상 담체를 사용하지 아니하는 폭기조의 산기관과 호환성에 문제점이 있다.

그리고 일본특허 제3983098호(2007.07.13. 등록)에는 압축공기에 의한 멤브레인의 팽창을 억제하는 바둑판 모양의 칸막이 틀을 설치하여, 멤브레인의 기공의 커짐에 따른 기포의 크기가 커지는 것을 방지하여, 산소이동효율이 저하하는 것을 방지하는 구성이 기재되어 있다.

그러나 상기 일본 특허도 대한민국 등록특허 제10-1291240과 같이 망체가 조밀하여 그 면적만큼 공기 보급 효율이 떨어지는 문제점이 있고, 멤브레인의 균일한 기공의 형성에는 한계점이 있다.

KR 101291240 B1 JP 3983098 B2

본 발명은 상기의 문제점을 해결하고자 망체를 철제로 별도로 형성하여, 필요에 따라 산기장치에 결합하여 사용할 수 있도록 구성하여, 생물학적 폭기조나 일반 폭기장치에 호환성이 있으며, 강도가 우수하고 그 결합에 의하여 산기장치의 결합도를 유지하며, 멤브레인의 팽창에 따른 기공을 일정하게 유지함으로써 산소 공급률도 우수한 디스크형 멤브레인 산기장치를 제공하고자 하는 것이다.

본 발명에서는 보호용 망체를 철제의 망상구조로 별도 제작하여, 기존의 산기관에 조립하는 구조로 함으로써, 폐수의 수중에서 부유하는 고체상 물질이나 유동상 담체(메디아)의 충돌에 의한 멤브레인의 파손을 방지하고, 압축공기에 의하여 멤브레인이 과다 팽창되는 것을 억제시켜, 멤브레인의 신축성 저하와 균열 발생에 의한 수명 단축을 방지하도록 하였다.

또한, 보호용 망체를 조립식으로 하여, 필요에 따라 설치할 수 있는 호환성을 가지며, 철망으로 제조하여 내구성이 향상되며, 기존의 보호망보다 단면적이 적어 멤브레인의 팽창 시 통기공의 폐쇄율을 줄일 수 있고, 기포의 충돌에 의하여 기포의 크기가 커지는 것을 방지하여 산소 공급률을 향상시킬 수 있는 것이다.

그리고 공기압에 의하여 멤브레인의 중앙부와 가장자리부 팽창률의 차이에 따라, 기공의 확대에 의한 기포의 크기가 커지는 것을 방지하기 위하여, 멤브레인의 두께를 중심부에서 가장자리로 갈수록 두께가 얇아지게 형성하여, 팽창률의 균일화를 유지하거나, 멤브레인의 중심부는 기공의 직경을 작게하고 가장자리로 갈수록 기공의 직경을 크게 형성하여 일정한 크기의 기포가 형성되도록 함으로써, 간단한 구성에 의하여 기포의 미세화를 달성하여, 산소의 공급률을 향상시킬 수 있는 것이다.

또한, 몸체의 상단면을 볼록형으로 형성하여 최대한 공기의 분산이 고르게 이루어지도록 하여, 멤브레인의 팽창을 최대한 일정하게 유지하도록 함으로써, 기공의 팽창이 균일하게 이루어지도록 유지하여, 기포의 균일성을 유지할 수 있는 것이다.

본 발명은 멤브레인 보호용 망체를 철제로 별도로 형성하여, 필요에 따라 산기장치에 결합하여 사용할 수 있도록 구성함으로써, 생물학적 폭기조나 일반 폭기장치에 호환성이 있으며, 강도가 우수하고 그 결합에 의하여 산기장치의 결합도를 견고하게 유지하며, 간단한 구성의 변경에 의하여 멤브레인의 기공을 균일하게 유지하여 미세기포를 균일하게 생성함으로써, 산소 공급률도 우수한 효과를 가지는 것이다.

도 1은 본 발명의 보호용 망체가 결합된 실시예의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 도 1의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 도 1의 분해 사시도이다.
도 4는 본 발명의 보호용 망체가 결합된 다른 실시예의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 도 4의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 도 4의 분해 사시도이다.
도 7은 본 발명의 공기공급관에 연결된 상태의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 사용 상태의 단면도이다.

본 발명은 디스크형 멤브레인 산기장치의 멤브레인 보호용 장치를 철망 구조로 별도 제작하여 사용함으로써, 그 제작이 용이하고 필요에 따라 호환성을 가지며 강도가 우수한 산기장치 보호용 망체에 관한 것이다.

또한, 산기장치의 구성을 개선하여 산기장치의 산소 공급효율을 극대화하는 것이다.

이하 본 발명을 도면 및 실시예를 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일시예로서의 종래의 일반적인 나사 조립형 멤브레인 산기장치의 멤브레인 고정커버(40)에 보호용 망체(50)가 나사 결합에 의하여 결합된 구성이다.

보호용 망체(50)는 멤브레인 고정커버(40)에 형성된 망체 결합홈(42)에 넛트(52)의하여 결합되며, 원형 테(53)에 의하여 고정되고, 망체의 망을 이루는 철사는 산기장치의 크기에 따라 두개 이상의 복수개로 용접 등에 의하여 접합되며, 통상 메디나의 직경의 1/4 내지 1/2의 길이의 가로 세로로 이루어지도록 형성한다.

철망이 구조가 너무 조밀하면 기포의 충돌을 야기하여 기포의 크기가 커질 우려가 있으며, 철망의 간격이 넓으면 메디나 등의 충격에 의하여 멤브레인이 파손될 우려가 있다.

보호용 망체(50)는 산기장치의 정상적인 작동 시 멤브레인의 팽창범위보다 상단에 위치하도록 형성하여, 멤브레인의 접촉에 의한 기공의 폐쇄를 방지하고, 공기압의 과다 등에 의한 멤브레인의 과도한 팽창 시에는 이를 방지하는 기능도 가지는 것이다.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 다른 실시예로서 산기장치의 본체(20)에 테두리부(21)을 돌출 형성하여, 고정커버(40)와 보호용 망체(50)의 나사 결합부(51, 52)에 의하여 동시에 체결 결합하며, 본체(20)의 상단부를 볼록형으로 형성한 구성이다.

이러한 고정커버(40)와 보호용 망체(50)를 동시에 결합하는 구조에 의하여, 본 발명은 본체(20)와 고정커버(40)가, 산기장치의 작동 중에 외부의 충격이나 진동에 의하여 분리되거나, 이의 결합이 느슨하여지는 것에 의하여 멤브레인이 이탈하는 것을 방지할 수 있으며, 본체(20)의 상단부를 볼록형으로 구성함으로써, 멤브레인(30)의 중심부와 가장자리부를 균일하게 팽창하는 효과가 있어, 통기공(31)의 구경을 일정하게 유지하여 균일한 미세기포를 형성할 수 있는 것이다.

또한, 상기 도면은 본체(20)와 고정커버(40)가 나사 결합형으로 도시하고 있으나, 본체(20)와 고정커버(40)가 원터치 결합형일 경우 별도의 장치가 없이도 보호용 망체(50)에 의하여 결합이 가능하여, 장치의 간소화 및 멤브레인의 교체 수리가 수월한 것이다.

도 7은 본 발명의 도 4의 디스크형 멤브레인을 공기 공급관에 결합한 도면이고, 도 8은 이의 사용상태도이다.

그리고 본 발명의 도면에서는 보호용 망체(50)를 나사 결합에 의하여 고정하고 있으나, 필요에 따라 클립형 결합수단을 사용할 수도 있다.

상기 클립은 통상적인 합성수지 등을 사용하여 제조하거나 철제의 클립을 사용할 수도 있다.

본 발명에서 사용되는 멤브레인은 EPDM(Ethylene Propylene Diene Monomer)고무 또는 우레탄 고무, 실리콘 고무를 사용할 수 있다.

그리고 산기장치의 본체(20) 및 고정커버(40)는 ABS(Acrylonitrile-Butadiene -Styrene) 수지 또는 PP(Polypropylene), PE(Polyethylene) 등을 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 멤브레인의 통기공(31)의 직경을 중심부에서는 작게 형성하고 가장자리부로 갈수록 크게 형성하여, 멤브레인의 팽창률에 따라 그 통기공(31)의 크기를 일정하게 유지하여 미세기포의 일정하게 발생할 수 있으며, 더하여 멤브레인의 중심부의 두께는 두껍게 형성하고 가장자리부는 얇게 형성하여, 팽창률을 일정하게 유지하여 상기와 동일한 효과도 얻을 수 있는 것이다.

멤브레인의 두께는 사용한 재료나 그 직경에 의하여 차이가 있으나, 중심부가 가장자리부보다 2 내지 10% 두껍게 균등한 경사면을 갖도록 형성한다.

이하에서는 본 발명의 멤브레인의 구조 및 본체의 형상에 따른 산소전달률 및 기포의 크기에 대한 실시예에 의하여 살펴본다.

도 1의 종래의 멤브레인을 사용한 보호망이 설치된 기포장치를 실시예 1로, 도 4의 볼록형 본체를 사용한 기포장치를 실시예 2로, 멤브레인의 두께를 중심부에서 가장자리부로 갈수록 얇게 형성한 기포장치를 실시예 3으로, 도 4의 볼록형 본체에 실시예 3의 멤브레인으로 구성한 것을 실시예 4로 하여 그 기포의 크기와 산소 전달률을 표 1에 대비하여 기재하였다.

실험방법은 수심 5m에서 직경 30㎝의 산기장치로 통기량 100ℓ/min으로 공급하였다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
산소 전달률	26%	28%	30%	32%
기포의 크기	1 ~ 3㎜	1 ~ 2㎜	1 ~ 1.5㎜	1 ~ 1.25㎜

상기 표에서 보는 바와 같이 실시예 1의 종래의 멤브레인을 사용한 디스크형 멤브레인 기포장치는 멤브레인의 팽창에 따라 기포의 크기의 범위가 넓으나, 본 발명에 따른 멤브레인의 구조 및 본체의 형상에 따라 기포의 크기가 균일하여 지고, 이에 따라 산소의 전달률도 향상되는 것임을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 철제의 보호용 망체를 별도로 제작하여 사용함으로써, 강도가 우수하고 필요에 따라 교체 사용할 수 있으며, 분리 결합이 용이하며, 또한 본체의 형상 및 멤브레인의 구성을 개선함으로써 산소의 전달률도 향상시킬 수 있는 유용한 발명인 것이다.

상기 발명의 상세한 설명 및 실시예는 단지 본 발명의 예시적인 것으로서, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지, 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다.

그러므로 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

20: 본체
21: 테두리부
30: 멤브레인
31: 통기공
40: 고정커버
41: 결합돌기
42: 망체 결합 홈
50: 보호용 망체
51: 나사산
52: 넛트
53: 원형 테

Claims (4)

1. 디스크형 산기장치에 있어서,
   EPDM고무 또는 우레탄 고무, 실리콘 고무로부터 선택된 어느 하나의 신축성 고무로 구성된 통기공의 직경이 중심부에서는 작게 형성하고 가장자리부로 갈수록 크게 형성한 복수개의 통기공이 형성되고, 중심부의 두께가 가장자리부의 두께보다 두껍게 형성된 멤브레인;
   공기공급구와 멤브레인 및 고정커버의 결합수단을 가지는 상단면이 볼록형으로 형성되고 테두리부가 돌출 형성된 본체;
   상기 멤브레인이 상기 본체에 고정되도록 하는 보호용 망체의 결합 홈이 형성된 고정커버;
   철사의 망상구조로 형성되고 단부에 나사산이 형성된 멤브레인 보호용 망체;
   상기 보호용 망체가 산기장치의 정상적인 작동 시 멤브레인의 팽창범위보다 상단에 위치하도록 고정커버의 결합 홈에 넛트에 의하여 결합하는 것을 특징으로 하는 보호용 망체가 형성된 디스크형 산기장치.
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