KR101992941B1 - 강의 기체 확산용 임펠라 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 가스를 포함한 기체 상태의 물질을 액체와 효율적으로 혼합할 수 있도록 설계 제작된 기체 확산용 케이지디 임펠라에 관한 것이며, 상세하게는 공기, 염소, 이산화탄소 등을 액체 속으로 주입(안내)하기 위한 기체 주입관과 연결된 후드가 설치되며, 기체 주입관 내부에 설치되거나 주입관에 연결되어 날개(Blade)를 회전시키는 회전축과, 날개(Blade) 회전축의 하부에 체결되어 기체와 액체가 서로 혼합되도록 액체 속에서 회전하는 날개(Blade)와, 날개의 회전에 의하여 생성되는 액체의 흐름 방향을 아래로 유도하기 위한 디스크가 설치된 기체 확산용 케이지디 임펠라에 관한 것이다.

Description

강의 기체 확산용 임펠라{Kang’Gas Dispersion Impeller - KGD Impeller}
본 발명은 가스를 포함한 기체 상태의 물질을 액체와 효율적으로 혼합/용해할 수 있도록 설계 제작된 케이지디 임펠라에 관한 것이며, 상세하게는 공기, 염소, 이산화탄소 등을 액체 속으로 주입(안내)하기 위한 기체 주입관과 연결된 후드가 설치되며, 기체 주입관 내부에 설치되거나 주입관에 연결되어 임펠라 날개(Blade)를 회전시키는 회전축과, 날개 회전축의 하부에 체결되어 기체와 액체가 서로 혼합되도록 액체 속에서 회전하는 임펠라 날개(Blade)와, 임펠라 날개(Blade)의 회전에 의하여 생성되는 액체의 흐름 방향을 아래로 유도하기 위한 디스크가 설치된 기체확산용 케이지디 임펠라에 관한 것이다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0004543호에 오폐수 처리 시에 오폐수 속에 포함된 유기물질을 미생물(활성 오니)로 효율적으로 분해하기 위하여 오폐수와 활성오니를 골고루 혼합하고 활성오니가 필요로 하는 공기 중의 산소를 오폐수 속으로 공급하기 위하여 폭기조 내부에 오폐수에 포함된 오니와 활성 오니를 골고루 혼합하기 위하여 하부 및 임펠라 외측으로 이동시킬 수 있도록 임펠라를 제작하였다.
임펠라의 상부에는 임펠라의 회전에 의하여 발생하는 차압에 의하여 외부 공기를 오폐수 속으로 흡입할 수 있도록 공기를 흡입하는 공기흡입용 배관이 설치되며, 공기흡입용 배관의 하부에는 공기 흡입구가 형성되어 있다.
상기 공개특허공보 제10-2011-0004543호(이하 '선행기술'이라 한다)는 본 발명 출원인이 발명한 것으로 2011년에 등록된 것이며, 선행기술은 오니를 골고루 혼합하면서 공기를 오폐수 내부로 주입 혼합하는 것으로, 기체를 액체와 혼합함에 보다 효율적으로 혼합하는 수단 및 효과에 대하여서는 구체적인 기재나 암시가 없다.
본 발명은 상기 선행기술을 오니 혼합 및 공기를 오니에 혼합하는 것을 벗어나 공기, 염소, 이산화탄소 및 암모니아 등의 가스를 액체 속으로 보다 효율적으로 주입할 수 있도록 창안된 것이다.
상기 선행기술에서는 도면(도 1)에 도시된 바와 같이 임펠라의 날개가 수평으로 형성되어 액체의 흐름이 외부 벽을 향해 분산 이동하도록 구성되어 있다.
이 경우에 액체와 기체의 접촉시간이 줄어들고, 빨아들이는 공기량이 적어서 액체와 기체의 접촉면적이 작은 문제점이 있었다.
액체와 기체의 혼합율 및 혼합량을 높이기 위하여서는 기체와 액체의 접촉 면적을 높이고, 접촉시간을 연장하며, 하부로 이동하는 강한 난류를 형성하여야 한다.
공개특허공보 제10-2011-0004543호 공개특허공보 제10-1995-0031196호
본 발명이 해결하고자는 과제는 기체를 액체속에 효율적으로 혼합/용해시키기 위하여 기체방울이 이동방향을 최대한 축 방향의 하방으로 유도하여 액체내에서의 체류 시간을 늘여 기체의 용해율을 증가키기위해 축류(Axial flow)를 형성하도록 후드 아래 위치한 임펠라 날개(Blade)를 아래 방향으로 한 번 이상 소정 각도로 절곡시키거나 선풍기와 같이 곡선으로 휘어지도록 제작된 기체 확산용 케이지디 임펠라를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자는 또 다른 과제는 임펠라 날개(Blade)를 회전시키는 축 방향 하향하도록 기체가 혼합된 액체를 축류(Axial flow) 방향(하향)으로 유도하여 상부로부터 빨아들인 기체가 액체가 아래로 깊숙이 향하도록 유도하여 기체가 액체 속에 체류하는 시간을 연장시켜 기체와 액체가 보다 효율적으로 용해할 수 있는 기체 확산용 케이지디 임펠라를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자는 또 다른 과제는 임펠라의 기체 흡입량을 양을 극대화 하기위하여 임펠라의 회전에 의하여 후드 아래 위치한 날개의 하부의 압력이 상부의 압력보다 최대한 낮게 유지될 수 있도록 임펠라 내부에 디스크가 형성된 기체 확산용 케이지디 임펠라를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자는 또 다른 과제는 보다 강력한 축류를 형성하기 위하여 임펠라의 하부의 압력을 보다 낮게 유지하는 중요하며, 이를 달성하기 위하여 하부로 이동한 액체가 날개의 중앙으로 이동하여 날개의 회전을 방해하는 것을 방지함과 동시에 임펠라 내부의 압력이 높아지는 것을 방지할 수 있도록 디스크가 설치된 기체 확산용 케이지디 임펠라를 제공하는데 있다.
본 발명 과제의 해결 수단은 가스를 포함한 기체 상태의 물질을 액체에 효율적으로 혼합/용해시키기 위하여 기체인 공기, 염소, 이산화탄소 등을 액체 속으로 주입(안내)하기 위한 기체 주입관과 연결된 후드가 설치되며, 기체 주입관 내부에 설치되거나 주입관에 연결되어 임펠라 날개(Blade)를 회전시키는 회전축과, 임펠라 날개(Blade) 회전축의 하부에 체결되어 기체와 액체가 서로 혼합되도록 액체 속에서 회전하는 날개와, 날개의 회전에 의하여 생성되는 액체의 흐름 방향을 아래로 유도하기 위한 디스크가 설치된 기체 확산용 케이지디 임펠라를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 축류(Axial flow)를 형성하는 난류를 만들기 위하여 임펠라의 회전에 의하여 후드 아래 위치한 날개의 하부의 압력이 임펠라 후드 상부의 압력보다 낮게 유지될 수 있도록 설계 제작되며, 하부로 이동한 액체가 날개 중앙으로 상승 이동하여 날개의 회전을 방해하는 것을 방지하면서 임펠라 내부의 압력이 높아지는 것을 방지할 수 있도록 임펠라 내부에 원판형 디스크가 설치된 기체 확산용 케이지디 임펠라를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 축류(Axial flow)를 형성하는 난류를 효율적으로 형성하기 위하여 임펠라의 날개를 2개 이상 설치되며, 임펠라의 날개의 방향은 아래로 향하게 형성되고, 아래 방향으로 한 번 이상 소정 각도로 절곡시키거나 선풍기와 같이 곡선으로 휘어지게 제작된 기체 확산용 케이지디 임펠라를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 과제의 해결 수단은 외측에 위치하는 후드, 중앙에 위치하는 날개 및 임펠라의 내부에 위치하는 디스크 중 날개만 모터에 의하여 회전하도록 제작하거나, 임펠라와 디스크를 일체로 제작하여 동시에 회전하도록 구성할 수도 있으며, 후드를 포함한 모두를 일체로 회전시킬 수 있도록 제작된 기체 확산용 케이지디 임펠라를 제공하는데 있다.
본 발명은 후드 아래 위치한 임펠라의 날개를 아래 방향으로 한 번 이상 소정 각도로 절곡시키거나 선풍기와 같이 곡선으로 휘어지도록 제작되어 기체가 포함된 액체의 이동방향을 최대한 축 방향으로 유도하여 축류(Axial flow)를 형성하여 기체와 액체의 효율적인 혼합 및 용해를 이룰 있는 유리한 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 날개(Blade) 회전시 회전축 방향으로 하향하도록 기체가 혼합된 액체의 이동 방향을 아래로 유도하여 기체가 혼합된 액체가 아래로 깊이 내려가는 축류를 형성하여 기체가 액체 속에 체류하는 시간을 연장시켜 기체와 액체가 보다 효율적으로 용해/혼합할 수 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 날개(Blade)의 회전에 의하여 기체와 액체가 혼합된 혼합물이 난류를 생성할 때 후드 아래 위치한 임펠라의 하부의 압력이 상부의 압력보다 낮게 유지할 수 있도록 임펠라 내부에 디스크를 설치하여 보다 강한 차압을 형성하여 기체의 흡입량을 최대화하는 효과가 있다.
본 발명의 또 다른 효과는 날개(Blade)의 하부의 압력을 보다 낮게 유지하여 하부로 이동한 액체가 임펠라 중앙으로 다시 되돌아와 날개(Blade)의 회전을 방해하는 것을 방지하면서 임펠라 내부의 압력이 높아지는 것을 방지하여 보다 강력한 축류를 형성하여 기체와 액체가 보다 효율적으로 혼합할 수 있다.
도 1은 선행기술로, 오니를 골고루 혼합하면서 공기를 오폐수 내부로 주입하기 위한 장치를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 케이지디 임펠라를 도시한 것이다.
도 3은 도 2의 임펠라의 부품을 분해한 분해도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 케이지디 임펠라가 회전할 때 발생하는 축류를 도시한 것이다.
도 5는 상기 도 3에서 디스크 상부에 댐퍼를 추가로 더 설치한 형상을 도시한 것이다.
본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 살펴본다.
본 발명은 석웅의 기체 확산용 임펠라(Kang’Gas Dispersion Impeller - KGD Impeller)에 관한 것이며, 상세하게는 공기, 상세하게는 공기, 염소, 이산화탄소 등을 액체 속으로 주입(안내)하기 위한 기체 주입관과 연결된 후드가 설치되며, 기체 주입관 내부에 설치거나 주입관에 연결되어 임펠라 날개(Blade)를 회전시키는 회전축과, 임펠라 회전축의 하부에 체결되어 기체와 액체가 서로 혼합되도록 액체 속에서 회전하는 임펠라 날개(Blade)와, 날개의 회전에 의하여 생성되는 액체의 흐름 방향을 아래로 유도하기 위한 디스크가 설치된 기체 확산용 케이지디 임펠라에 관한 것이다.
본 발명은 임펠라 회전축과 동일한 방향으로 액체의 하부로 축류를 깊게 형성하도록 임펠라가 회전하고, 축류가 형성되어 하부로 이동한 액체가 다시 돌아와 임펠라의 날개와 충돌하는 것을 방지하면서, 다시 돌아와 임펠라 하부의 압력을 높이는 것을 방지하도록 임펠라 하부 내측에 원판형 디스크가 설치되어 보다 강력한 축류를 형성하고 차압을 증가시켜 흡입 기체의 양을 증가시켜 기체와 액체의 효율적인 혼합과 용해를 이루는데 있다.
본 발명의 구체적인 실시 예를 살펴본다.
<실시 예>
본 발명의 구체적인 실시 예를 도면에 기초하여 살펴본다.
선행기술(도 1 참조)은 오니를 골고루 혼합하면서 공기를 오폐수 내부로 주입 혼합하는 것으로, 기체를 액체와 혼합함에 있어서 보다 효율적으로 혼합하는 수단 및 효과에 대하여서는 구체적인 기술적 구성 또는 암시가 없다.
도 2는 본 발명에 따른 케이지디 임펠라의 날개를 도시한 하나의 실시 예이며, 이는 통상의 기술자가 그 크기와 형상을 변형 제작할 수 있으나, 날개의 회전에 의하여 기체와 액체가 축류를 형성하면서 서로 효율적으로 혼합되는 경우에는 모두 본 발명의 보호 범위에 속한다.
명세서상에 기재된 '날개'는 본 발명에 따른 임펠라의 날개와 동일하며, 단지 이해를 용이하게 하기 위하여 '날개'와 '임펠라 날개'를 혼용하여 기재한 것이다.
도 3은 도 2의 임펠라를 분해한 분해도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 케이지디 임펠라가 회전할 때 발생하는 축류를 도시한 것이다.
도 5는 상기 도 3에서 디스크 상부에 댐퍼(도5의 19,20)를 추가로 더 부착 설치한 형상을 도시한 것이다.
본 발명의 명세서에서 임펠라는 날개가 부착된 회전부를 의미한다.
본 발명에 언급되는 기체는 공기, 염소, 이산화탄소, 암모니아 등을 포함한 기체 상태의 물질을 말한다.
또한, 액체는 물 또는 상기 기체와 혼합이 필요한 특정 액체를 의미한다.
본 발명은 기체 상태(공기를 포함한 특정 가스 등)의 물질을 액체와 효율적으로 혼합하기 위하여 기체인 공기, 염소, 이산화탄소, 암모니아 등을 액체 속 소정 깊이로 주입(안내)하기 위한 기체 주입관(도2의 12)과 연결된 후드(도2의 11)가 설치되어 있다.
상기 기체 주입관(도2의 12)과 연결된 후드(도2의 11)는 임펠라 날개(도1의 13-15)의 회전에 의하여 발생하는 압력차에 의하여 기체 주입관(도1의 12)을 통해서 기체가 액체 속으로 주입되도록 구성되어 있다.
기체 주입관(도1의 12) 내부에 설치되어 임펠라 날개(도1의 13-15)를 회전시키는 회전축(도2의 16)과, 회전축(도2의 16)의 하부에 체결되어 기체와 액체가 서로 혼합되도록 액체 속에서 회전하는 임펠라 날개(도2의 13-15)가 상기 후드(도2의 11)의 하부에 설치된다.
상기 임펠라 날개(도2의 13-15)의 내측 하부에 위치하며, 임펠라 날개(Blade)(도2의 13-15)의 회전에 의하여 생성되는 액체의 흐름 방향을 아래로 수직하게 이동하는 축류를 형성하기 위한 디스크(도2의 17)가 설치되어 있다.
디스크(도2의 17)는 임펠라 날개(Blade)(도2의 13-15)와 함께 또는 후드(도2의 11)와 날개(Blade)(도 2의 13-15)가 함께 회전하도록 설계 제작되거나 설계 제작할 수 있다. 물론 회전하지 않도록 설계 제작할 수도 있다.
상기 디스크는 도 2에서와 같이, 날개의 하부에 설치되며, 날개(Blade)의 회전에 의하여 발생한 난류가 하부로 이동 후 상승하여 날개(Blade)와 충돌을 방지하여 임펠라의 회전력을 높이고, 임펠라 하부의 압력을 낮게 유지하여 날개의 회전에 의하여 발생한 난류가 축류를 형성하도록 임펠라의 직경보다 작으면서 날개 하부에 인접하여 설치되어 있다.
디스크의 직경은 임펠라 날개의 회전에 의하여 발생하는 축류를 형성하는데 방해되지 않으면서 위로 상승하는 난류가 임펠라 날개에 부딪히는 것을 효율적으로 막을 수 있도록 임펠라 날개 회전 직경의 2/3 보다 작게 형성함이 바람직하다. 이러한 제한 역시 변형이 가능하다.
임펠라 날개를 회전시키는 회전축(도2의 16) 하부 가장자리에 디스크를 설치하여 임펠라 날개(도2의 13-15)와 함께 회전하도록 제작할 경우에 별도의 디스크 고정축을 설치할 필요가 없기 때문에 제작비용을 절감할 수 있고, 구조를 간단하게 하여 내구성 및 신뢰성을 향상시키고 유지 보수를 용이하게 한다.
또한, 디스크의 회전에 의하여 임펠라 하부의 압력을 높다 낮게 유지할 수 있으므로 보다 강력한 축류를 형성할 수 있는 유리한 효과가 있다.
본 발명에서 형성되는 축류(Axial flow)(도4의 18)는 임펠라 날개의 회전에 의하여 액체가 하부로 소용돌이를 일으키며 이동하는 난류가 형성되고, 임펠라 날개의 회전에 의하여 기체와 액체가 혼합된 혼합물이 회전함에 의하여 후드 아래 위치한 임펠라의 하부의 압력이 임펠라 후드 상부의 압력보다 낮게 유지할 수 있다.
도 2에서와 같이, 임펠라의 날개를 다소 아래쪽으로 향하면서 아래 방향으로 소정의 각도로 2번 이상 절곡하는 것이 바람직하나, 이 또한 다양한 변형이 있을 수 있다.
물론 절곡하지 않고 선풍기와 같이 곡선으로 휘어지게 형성하여 날개의 회전에 의하여 액체가 아래로 향하도록 날개의 형상을 제작할 수 있다.
기체 주입관 상부 일측에는 공기 주입구 및/또는 특정 기체 주입구가 설치되어 임펠라 날개의 회전에 의하여 차압이 발생하여 액체 내부로 공기 및/또는 특정 기체가 기체 주입관을 통해서 주입되도록 제작되어 있다.
상기 소정의 각도는 0°내지 45°사이에서 구체적으로 기재할 수 있으나, 수평에서 아래로 경사지게 형성하고 날개의 방향이 아래로 향하도록 형성되어 축류를 형성하는 임펠라의 경우에는 본 발명의 보호범위에 속한다.
또한, 소정의 각도는 필요에 의하여 변형 설계 제작할 수 있다.
본 발명에 따른 임펠라를 이용하여 실험하면서 수중 카메라를 이용하여 촬영한 결과 축류를 형성하면서 액체 깊숙이 기체를 이동시켜 효율적으로 기체와 액체가 혼합됨을 확인할 수 있었다.
본 발명에 따른 기체 확산용 케이지디 임펠라를 사용할 경우에 기체가 액체에 효율적으로 혼합 및/또는 용해됨을 확인하였으며, 즉, 상승된 작용효과가 있다.
앞서 기술한 본 발명의 주요 구성들을 살펴본다.
본 발명은 기체 확산용 케이지디 임펠라이며, 기체를 액체 속으로 주입(안내)하기 위한 기체 주입관과 연결되며, 임펠라 날개의 회전에 의하여 압력차가 발생할 때 기체가 액체 속으로 주입되도록 하는 후드와, 기체 주입관 내부에 설치되거나 주입관에 연결되어 임펠라 날개를 회전시키는 회전축과, 임펠라 날개의 회전축의 하부에 체결되어 기체와 액체가 서로 혼합되도록 액체 속에서 회전하는 임펠라 날개와, 임펠라 날개의 회전에 의하여 발생한 난류가 다시 돌아와 임펠라 날개에 충돌되는 것을 방지하면서 임펠라 날개의 하부의 압력을 낮게 유지시켜 액체를 축류 방향으로 유도하는 디스크를 구비한다.
날개의 하부와 디스크 상부 사이 공간에서 형성되는 압력을 조정하기 위하여 날개의 하부와 디스크 상부 사이에 댐퍼(도5의 19, 20)를 추가로 설치할 수 있다.
상기 디스크는 임펠라 날개의 하부에 인접하여 설치되며, 임펠라 날개의 회전 직경보다 작게 형성하는 것이 바람직하다. 즉, 임펠라 날개의 회전에 의하여 기체가 포함된 액체가 난류를 형성하되, 하부로 이동 후 상승하여 임펠라 날개와 충돌을 방지하여 임펠라의 회전력을 높일 수 있으면서 임펠라 하부의 압력을 낮게 유지하여 발생한 난류가 축류를 형성하는데 도움이 되도록 설계 제작되어 있다.
상기 임펠라는 날개의 회전에 의하여 발생한 난류가 회전축과 같은 방향의 하부로 축류를 형성하도록 각각의 날개를 하부 방향으로 한번 이상 절곡하거나 하부로 휘어지도록 설계 제작되어 있다.
상기 임펠라는 액체와 혼합된 기체가 축류를 따라 하부 방향으로 깊이 내려가 액체 속에 머무는 시간을 연장하기 위하여 수평을 기준으로 하부로 소정 각도로 기울러지게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 기체는 공기, 이산화탄소 가스, 염소 가스 및 암모니아 중 하나 또는 둘 이상이 혼합되도록 구성할 수 있다.
본 발명 명세서에 언급된 기체와 액체는 앞서 구체적으로 언급한 기체를 포함하는 통상의 기체와 액체를 의미한다.
본 발명은 가스를 포함한 기체 상태의 물질을 액체와 효율적으로 혼합/용해할 수 있도록 설계 제작된 기체 확산용 케이지디 임펠라에 관한 것이며, 상세하게는 공기, 염소, 이산화탄소 등을 액체 속으로 주입(안내)하기 위한 기체 주입관과 연결된 후드가 설치되며, 기체 주입관 내부에 설치되거나 주입관에 연결되어 임펠라 날개를 회전시키는 회전축과, 임펠라 날개 회전축의 하부에 체결되어 기체와 액체가 서로 혼합되도록 액체 속에서 회전하는 임펠라 날개와, 임펠라 날개의 회전에 의하여 생성되는 액체의 흐름 방향을 아래로 유도하기 위한 디스크가 설치된 기체 확산용 케이지디 임펠라를 제공하여 축류를 형성하여 효율적으로 기체를 액체에 혼합시킬 수 있으므로 산업상 이용 가능성이 매우 높다.
11; 후드
12; 기체 주입관
13-15; 임펠라 날개
16; 회전축
17; 디스크
18; 축류
19, 20; 댐퍼

Claims (6)

  1. 기체를 액체 속으로 주입하기 위한 기체 확산용 임펠라에 있어서,
    기체 주입관과 연결되며 임펠라 날개(Blade)의 회전에 의하여 압력차를 발생시켜 기체가 액체 속으로 주입되도록 하는 후드와, 기체 주입관 내부에 설치되거나 주입관 하부에 연결되어 날개(Blade)를 회전시키는 회전축과, 임펠라 회전축의 하부에 체결되어 기체와 액체가 서로 혼합되도록 액체 속에서 회전하는 임펠라 날개(Blade)를 포함하며,
    날개(Blade)의 하부에 설치되어, 날개의 회전에 의하여 발생한 난류가 되돌아와 임펠라에 충돌되는 것을 방지하여 임펠라 하부의 압력을 낮게 유지시켜 액체를 축류 방향으로 유도하는 디스크를 포함하며,
    상기 디스크는 날개(Blade)의 하부에 설치되어 날개(Blade)의 회전에 의하여 발생한 난류가 하부로 이동 후 상승하여 날개(Blade)와의 충돌을 방지하여 임펠라의 회전력을 높이고, 임펠라 하부의 압력을 낮게 유지하여 임펠라의 회전에 의하여 발생한 난류가 축류를 형성하도록 날개의 회전 직경보다 작게 제작되고,
    상기 임펠라 날개는 액체와 혼합된 기체가 축류를 따라 하부 방향으로 깊이 내려가 액체 속에 머무는 시간이 연장되도록 수평을 기준으로 하부로 소정 각도로 기울어지게 형성되며,
    상기 디스크는 제작 비용을 절감하고 유지 보수를 용이하게 하기 위하여 날개를 회전시키는 회전축 하부에 고정 설치하여 임펠라와 함께 회전하도록 제작된 기체 확산용 케이지디 임펠라.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기체는 공기, 이산화탄소 가스, 염소 가스 및 암모니아 중 하나 또는 둘 이상이 혼합됨을 특징으로 하는 기체 확산용 케이지디 임펠라.
  6. 삭제
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