KR102008244B1 - 워터필름현상을 이용한 산기보조장치 - Google Patents

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이기용
한정윤
김지용
안현빈
최승찬
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Abstract

본 발명은 복수의 토출공이 형성되며 산기관 상부에 위치하는 토출관; 상기 토출관 상부에 고정되며 상기 토출관의 상부를 수용하는 형상으로 하면이 개구된 제 1포집하우징과 상기 제 1포집하우징의 상단에서 연통하며 복수의 관으로 형성되는 제 1 워터필름형성관으로 구성된 하부체; 상기 제 1 워터필름형성관의 상부에 고정되며 상기 제 1워터필름형성관의 상부를 수용하는 형상으로 하면이 개구된 제 2포집하우징을 포함하는 중간체; 상기 제 2포집하우징 상부에 고정되며 상기 제 2포집하우징 상부를 수용하는 형상으로 하면이 개구된 제 3포집하우징과 상기 제 3포집하우징 상단에서 연통하며 대기와 접촉하고 복수의 관으로 형성되는 제 2워터필름형성관을 포함하는 상부체;를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터필름현상을 이용한 산기보조장치에 관한 것이다.

Description

워터필름현상을 이용한 산기보조장치{Ancillary Diffuser using water film phenomenon}
본 발명은 산기관을 보조하여 산기관에서 토출되는 공기의 용존효율을 배가시키도록 하는 산기보조장치에 관한 것이다.
일반적으로 가정이나 공장 등에서 배출되는 생활하수, 공장폐수 등은강, 하천 등으로 방류되기 전에 하.폐수 처리장을 거치게 되는데, 이러한 폐수처리장에 있어 폭기조에서는 폭기조에 유입된 하.폐수에 산소를 공급하거나 교반시켜 하.폐수의 미생물을 활성화시킴에 따라 하.폐수에 포함된 각종 유기물이 제거하여 하.폐수를 정화하는 공정을 거치게 된다.
즉 폭기조에 공기를 폭기시킴으로서 하.폐수의 용존산소를 증가시킴에 따라 호기성세균을 활성화 시켜 하.폐수를 정화시키는 폭기작용을 함과 동시에 하.폐수를 교반시켜 하.폐수로부터 질소를 배출시키는 교반작용을 통해 하.폐수를 처리하는 것이다.
이러한 공정에 있어 다양한 폭기(산기)장치를 통해 폭기조에 폭기작용 또는 교반작용을 수행하도록 하고 있는 바, 이러한 폭기(산기)장치의 일 예로 하.폐수가 유입 및 저장되는 폭기조에 케이싱의 하부가 하.폐수 속에 잠기도록 경사지게 설치한 후 케이싱의 하단으로 노출되는 중공축에 형성된 나선형 날개를 회전시켜 하.폐수에 교반작용을 행함으로서 하.폐수로부터 질소를 배출토록 하거나 케이싱 상부에 형성된 흡기구를 통해 흡입된 공기가 중공축을 통해 하.폐수로 토출토록 함과 동시에 나선형 날개의 회전을 통해 와류를 형성하여 와류에 공기가 용존되도록 함으로서 폭기작용을 하는 것이다.
이러한 구성에 의한 폭기(산기)장치는 스위치를 ON시켜 모터가 회전함에 따라 모터와 연동하는 중공축이 회전하게 되고, 중공축이 회전함에 따라 나선형 날개가 하.폐수 속에서 회전하게 되면서 하.폐수를 교반시켜 교반작용을 하게 되는 것이다.
또한, 폭기작용을 행하는 경우에는 상기와 같이 나선형 날개가 회전하고 있는 동안에 상기 개폐밸브를 개방시킴에 따라 상기 나선형 날개의 회전으로 상기 중공축 끝단의 배기구에 부압이 형성되고, 이러한 압력차의 유발에 따라 케이싱 상단의 흡기구를 통해 공기가 유입되어 상기 중공축을 통해 상기 배기구로 토출되는 것이다.
그런데 이러한 폭기작용을 행함에 있어 상기 나선형 날개의 회전에 의해 형성되는 와류에 의해 토출되는 공기가 용존되도록 하는 것인데 공기가 충분히 용존되지 않아 토출된 공기가 부상되어 용존율을 높이기 위해 과다한 에너지가 소요되는 등의 문제가 있다.
대한민국 특허등록 제10-1052246호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 에너지 소모율을 줄이면서도 충분한 공기의 용존이 가능하도록 하는 산기보조장치를 제공하고자 함이다.
상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 워터필름현상을 이용한 산기보조장치(이하 "본 발명의 장치"라함)는 복수의 토출공이 형성되며 산기관 상부에 위치하는 토출관; 상기 토출관 상부에 고정되며 상기 토출관의 상부를 수용하는 형상으로 하면이 개구된 제 1포집하우징과 상기 제 1포집하우징의 상단에서 연통하며 내부에 복수의 관이 게재된 형상으로 형성되는 제 1 워터필름형성관으로 구성된 하부체; 상기 제 1 워터필름형성관의 상부에 고정되며 상기 제 1워터필름형성관의 상부를 수용하는 형상으로 하면이 개구된 제 2포집하우징을 포함하는 중간체; 상기 제 2포집하우징 상부에 고정되며 상기 제 2포집하우징 상부를 수용하는 형상으로 하면이 개구된 제 3포집하우징과 상기 제 3포집하우징 상단에서 연통하며 대기와 접촉하고 내부에 복수의 관이 게재된 형상으로 형성되는 제 2워터필름형성관을 포함하는 상부체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 제 2포집하우징에는 하단부에 제 3포집하우징과 연통하도록 복수의 연통공이 형성됨을 특징으로 한다.
하나의 예로 제 1 워터필름형성관과 제 2포집하우징은 임펠러부에 의해 고정되되, 상기 임펠러부는 상기 제 1워터필름형성관을 회전축으로 하는 임펠러와 상기 제 2포집하우징에 고정되며 상기 임펠러의 외주연을 수용하는 수용테두리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 임펠러는 상기 제 1워터필름형성관의 외주연에 장착되어 상,하로 슬라이드 연동하는 내측링과 상기 내측링에서 방사형으로 돌출되는 복수의 날개와 각 날개의 끝단에 연결되는 외측링으로 구성되며, 상기 수용테두리는 상,하로 제어턱이 형성되고 상기 제어턱 사이에서 상기 외측링이 상,하로 슬라이드 되도록 구성됨을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 장치는 산기관에 의해 배출되는 공기에 다단의 워터필름현상이 유되도록 하여 공기와 유체간 접촉효율을 높이는 등에 의해 저에너지에 의해서도 공기의 용존율을 높일 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 장치를 나타내는 개략도이고,
도 2는 본 발명의 작동관계를 나타내는 부분도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예의 작동상태도이다.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명의 장치는 도 1에서 보는 바와 같이 복수의 토출공(21)이 형성되며 산기관(23) 상부에 구성되는 토출관(2); 상기 토출관(2) 상부에 고정되며 상기 토출관(2)의 상부를 수용하는 형상으로 하면이 개구된 제 1포집하우징(31)과 상기 제 1포집하우징(31)의 상단에서 연통하며 내부에 복수의 관(321)이 게재된 형상으로 형성되는 제 1워터필름형성관(32)으로 구성된 하부체(3); 상기 제 1워터필름형성관(32)의 상부에 고정되며 상기 제 1워터필름형성관(32)의 상부를 수용하는 형상으로 하면이 개구된 제 2포집하우징(41)을 포함하는 중간체(4); 상기 제 2포집하우징(41) 상부에 고정되며 상기 제 2포집하우징 (41) 상부를 수용하는 형상으로 하면이 개구된 제 3포집하우징(51)과 상기 제 3포집하우징(51) 상단에서 연통하며 대기와 접촉하고 내부에 복수의 관(521)이 게재된 형상으로 형성되는 제 2워터필름형성관(52)을 포함하는 상부체(5);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉 본 발명은 산기관 상부에 구성되어 산기관으로부터 토출되는 공기 등을 유입하되, 상,하로 다단에서 공기와 유체가 충돌하도록 하는 구조와 기포와 혼합되어 부상하는 유체에 워터필름이 형성되도록 하여 공기와 접촉효율을 높이도록 하는 등에 의해 적은 에너지로 용존효율을 높이도록 하는 산기보조장치에 관한 것이다.
우선 상기 토출관(2)은 도 1에서 보는 바와 같이 산기관(23) 상부에 구성되어 내부로 산기관(23)에서 토출되는 공기와 유체가 유입되며 유입된 공기 및 유체는 복수의 토출공(21)을 통해 외부로 토출되도록 하는 것이다. 상기 토출관(2) 상단에는 플랜지(22)가 구성되어 외부로 토출된 공기 및 유체가 플랜지(22)에 의해 넓은 방향으로 퍼져나가도록 하여 유체와 균일한 반응이 유도되도록 하는 것이다. 도면에는 공기(a)만이 상기 토출공(21)으로 토출되는 것으로 표시되고 있으나 상기 토출공(21)으로는 상기 토출관(2) 하부에서 유입되는 유체도 토출되는 것이다.
이렇게 토출되는 공기 및 유체는 상기 하부체(3)로 유도되는데, 상기 하부체(3)는 상기 토출관(2) 상부에 고정되며 상기 토출관(2)의 상부를 수용하는 형상으로 하면이 개구된 제 1포집하우징(31)과, 상기 제 1포집하우징(31)의 상단에서 연통하며 복수의 관(321)으로 형성되는 제 1워터필름형성관(32)으로 구성된다.
상기 하부체(3)의 작동기작을 보면 상기 토출관(2)에 의해 토출되는 공기는 제 1포집하우징(31) 내주연에서 하면이 개구된 제 1포집하우징(31)으로 유입된 유체와 충돌하면서 용존이 되도록 하는 것이고 이러한 과정에서 미반응 공기는 제 1포집하우징(31)의 상협하광 형상에 기인하여 제 1포집하우징(31) 내주연의 상부로 포집되면서 제 1워터필름형성관(32)을 통해 상방향으로 토출되는 것이다.
여기서 상기 제 1워터필름형성관(32)은 상기 제 1워터필름형성관(32)보다 직경이 작은 복수의 관(321)이 다발로 상기 제 1워터필름형성관(32)의 내부에 게재된 형상으로 형성되는 것으로, 복수의 관(321)이 내부에 게재된 형상의 구성에 기해 제 1워터필름형성관(32)으로 유도되는 유체와 기포는 워터필름으로 유도되어 지는 것이다. 이러한 워터필름의 형성에 기해 더욱 기체접촉효율을 높이게 되는 것으로 용존효율을 더욱 높이게 되는 것이다.
즉 내부에 직경이 작은 복수의 관(321)이 다발로 게재된 형상으로 형성되는 제 1워터필름형성관(32)의 내부를 기포와 유체가 혼입된 상태로 통과하면서 표면장력 등의 작용에 기해 제 1워터필름형성관(32)의 상단부에는 워터필름이 형성되는 것이며 이러한 워터필름 형성에 의해 유체는 더욱 공기와 접촉효율을 높게 가져갈 수 있게 되는 것이다.
이렇게 제 1워터필름형성관(32)을 통해 상부로 토출되는 공기와 유체는 중간체(4)로 유도되는데 상기 중간체(4)는 상기 제 1워터필름형성관(32)의 상부에 고정되며 상기 제 1워터필름형성관(32)의 상부를 수용하는 형상으로 하면이 개구된 제 2포집하우징(41)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 중간체(4)의 작동기작을 보면 상기 제 1워터필름형성관(32)에 의해 토출되는 공기와 유체가 제 2포집하우징(41) 내주연에서 하면이 개구된 제 2포집하우징(41)으로 유입된 유체와 충돌하면서 또 한번 용존이 되도록 하는 것이고 이러한 과정에서 용존된 유체(미반응 공기 포함)는 상기 제 2포집하우징(41) 하단부에 제 3포집하우징(51)과 연통하도록 형성되는 복수의 연통공(411)을 통해 토출되도록 하는 것이다.
상기 연통공(411)이 형성되는 이유는 제 2포집하우징(41) 하면으로 유입되는 유체와 제 2포집하우징(41)에서 용존반응이 이루어진 유체간 간섭을 제어하여 원활한 유체유동이 유도되도록 하기 위한 것이다.
이와 같이 하부체(3)와 중간체(4)의 적층구조는 도면에서 2단 구조를 도시하고 있으나 이는 선택적인 것으로 중간체(4) 하부에 복수의 하부체(3)가 형성되는 적층구조로 구성할 수 있음은 당연하다.
상기 중간체(4)의 작동기작을 거친 용존된 유체(미반응 공기 포함)는 상부체(5)로 유도되는 바, 상기 상부체(5)는 상기 제 2포집하우징(41) 상부에 고정되며 상기 제 2포집하우징(41) 상부를 수용하는 형상으로 하면이 개구된 제 3포집하우징(51)과, 상기 제 3포집하우징(51) 상단에서 연통하며 대기와 접촉하고 복수의 관(521)으로 형성되는 제 2워터필름형성관(52)을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
상기 상부체(5)의 작동기작을 보면 상기 연통공(411)을 통해 토출되는 용존된 유체(미반응 공기 포함)는 제 3포집하우징(51) 내주연에서 하면이 개구된 제 3포집하우징(51)으로 유입된 유체와 충돌하면서 또 한번 더 용존이 되도록 하는 것이고 이러한 과정에서 용존된 유체(미반응 공기 포함)는 제 3포집하우징(51)의 상협하광 형상에 기인하여 제 3포집하우징(51) 내주연의 상부로 포집되면서 제 2워터필름형성관(52)을 통해 상방향으로 토출되는 것이다.
여기서도 상기 제 2워터필름형성관(52)은 상기 제 2워터필름형성관(52)보다 직경이 작은 복수의 관(521)이 다발로 상기 제 2워터필름형성관(52)의 내부에 게재된 형상으로 형성되는 것으로, 복수의 관(521)이 내부에 게재된 형상의 구성에 기해 제 2워터필름형성관(52)으로 유도되는 유체와 기포는 워터필름으로 유도되어 지는 것이다. 이러한 워터필름의 형성에 기해 상기에서 언급한 바와 같이 더욱 기체접촉효율을 높이게 되는 것이다.
이에 더하여 상기 제 2워터필름형성관(52)은 대기와 접촉에 의한 효과가 더 발현되는데, 대기와 접촉하고 있는 기포가 터지면서 대기중의 공기(산소)가 수중으로 용존이 되도록 하는 것이다. 즉 워터필름형성에 의해 기체접촉효율을 높이고 워터필름에 있어 대기와 접한 기포가 터짐에 의해 대기중의 산소가 수중에 용존되도록 하여 용존율을 배가시키게 되는 것이다.
즉 제 2워터필름형성관(52) 상단에 형성되는 기포가 공기와의 접촉을 현저하게 높일 수 있도록 하고 이러한 기포가 터지면서 수중에 용해되어 있던 황화수소, 암모니아 등의 불필요한 가스의 탈기와 동시에 대기 중의 산소가 상평형에 의해 순간적으로 수중으로 녹아 들어가도록 하는 것이다. 이러한 원리로 인해 아주 적은 에너지의 공급만으로도 충분한 산소용존율을 득하게 되는 것이다.
한편 상기 제 1워터필름형성관(32)을 통해 형성되는 워터필름이 과도하게 제 2포집하우징(41) 내에 형성되어 정체가 되는 경우 제 2포집하우징(41)의 하면에서 유도되는 유체의 유동을 방해하는 등에 의해 오히려 용존율을 저하시킬 수 있는 경우가 발생된다. 이에 본 발명에서는 이러한 정체를 제어하여 원활하게 전체적으로 용존이 이루어지도록 하는 실시 예를 도 3에 도시하고 있다.
본 실시 예에서는 제 1 워터필름형성관(32)과 제 2포집하우징(41)은 임펠러부(6)에 의해 고정되되, 상기 임펠러부(6)는 상기 제 1워터필름형성관(32)을 회전축으로 하는 임펠러(61)와 상기 제 2포집하우징(41)에 고정되며 상기 임펠러(61)의 외주연을 수용하는 수용테두리(62)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이를 더욱 상세히 설명하면 상기 임펠러(61)는 상기 제 1워터필름형성관(32)의 외주연에 장착되어 상,하로 슬라이드 연동하는 내측링(611)과 상기 내측링(611)에서 방사형으로 돌출되는 복수의 날개(612)와 각 날개(612)의 끝단에 연결되는 외측링(613)으로 구성되며, 상기 수용테두리(62)는 상,하로 제어턱(621)이 형성되며 상기 제어턱(621) 사이에서 상기 외측링(613)이 상,하로 슬라이드 되도록 구성되는 것이다.
상기 임펠러(61)는 상기 제 1워터필름형성관(32)을 회전축으로 회전연동이 가능하도록 하는 것으로 제 2포집하우징(41) 하면에서 유입되는 유체에 의해 상기 임펠러(61)에는 회전력이 발생하게 되는 것이며 이러한 회전에 의해 상기 임펠러(61)는 상기 제 1워터필름형성관(32)과 상기 제 2포집하우징(41) 사이에서 상승하게 되는 것이며 이러한 상승은 상기 수용테두리(62)의 상단에 형성된 제어턱(621)에 상기 외측링(613)이 걸림으로써 제어되는 것이다. 이렇게 상승된 임펠러(61)는 제 2포집하우징(41) 하면에서 유입되는 유체에 의한 회전력이 없는 경우 자중에 의해 하강하게 되는 것이며 이러한 하강은 상기 수용테두리(62)의 하단에 형성된 제어턱(621)에 상기 외측링(613)이 걸림으로써 제어되는 것이다.
이를 위해 상기 날개(612)는 내측링(611)과 외측링(613) 사이에서 각각 일정 경사구배가 형성되도록 구성되되 제 2포집하우징(41) 내로 유입되는 유체에 의해 임펠러(61)에 회전력이 발생하게 되고 이러한 회전력에 의해 임펠러(61)가 상승하도록 각 날개(612)의 경사구배가 형성되어야 하는 것이다.
이렇게 제 2포집하우징(41) 내에서 상기와 같은 작동기작에 의해 임펠러(61)가 상하로 슬라이드 연동이 됨에 따라 제 2포집하우징(41) 내에서 압축과 팽창에 의한 진동발생으로 산소의 용존율을 높이게 되는 것이며 이에 더하여 임펠러(61)의 커팅작용에 의해 제 2포집하우징(41) 내에서 워터필름의 정체를 제어토록 하여 유체의 원활한 유동을 통해 결국 산소의 용존율을 배가시키도록 하는 것이다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
1 : 본 발명 2 : 토출관
3 : 하부체 4 : 중간체
5 : 상부체

Claims (4)

  1. 복수의 토출공이 형성되며 산기관 상부에 위치하는 토출관;
    상기 토출관 상부에 고정되며 상기 토출관의 상부를 수용하는 형상으로 하면이 개구된 제 1포집하우징과 상기 제 1포집하우징의 상단에서 연통하며 내부에 복수의 관이 게재된 형상으로 형성되는 제 1 워터필름형성관으로 구성된 하부체;
    상기 제 1 워터필름형성관의 상부에 고정되며 상기 제 1워터필름형성관의 상부를 수용하는 형상으로 하면이 개구된 제 2포집하우징을 포함하는 중간체;
    상기 제 2포집하우징 상부에 고정되며 상기 제 2포집하우징 상부를 수용하는 형상으로 하면이 개구된 제 3포집하우징과 상기 제 3포집하우징 상단에서 연통하며 대기와 접촉하고 내부에 복수의 관이 게재된 형상으로 형성되는 제 2워터필름형성관을 포함하는 상부체;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터필름현상을 이용한 산기보조장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2포집하우징에는 하단부에 제 3포집하우징과 연통하도록 복수의 연통공이 형성됨을 특징으로 하는 워터필름현상을 이용한 산기보조장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    제 1 워터필름형성관과 제 2포집하우징은 임펠러부에 의해 고정되되, 상기 임펠러부는 상기 제 1워터필름형성관을 회전축으로 하는 임펠러와 상기 제 2포집하우징에 고정되며 상기 임펠러의 외주연을 수용하는 수용테두리를 포함하는 것을 특징으로 하는 워터필름현상을 이용한 산기보조장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 임펠러는 상기 제 1워터필름형성관의 외주연에 장착되어 상,하로 슬라이드 연동하는 내측링과 상기 내측링에서 방사형으로 돌출되는 복수의 날개와 각 날개의 끝단에 연결되는 외측링으로 구성되며, 상기 수용테두리는 상,하로 제어턱이 형성되며 상기 제어턱 사이에서 상기 외측링이 상,하로 슬라이드 되도록 구성됨을 특징으로 하는 워터필름현상을 이용한 산기보조장치.
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KR1020180126764A KR102008244B1 (ko) 2018-10-23 2018-10-23 워터필름현상을 이용한 산기보조장치

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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR0127669Y1 (ko) * 1996-02-07 1998-10-15 이경섭 오폐수처리를 위한 산소공급장치
KR200278750Y1 (ko) * 2002-03-19 2002-06-21 송기수 폐수처리장용 폭기장치
KR20060005136A (ko) * 2004-07-12 2006-01-17 주식회사 젠트로 산소용존이 용이한 폭기장치 및 이를 구비한 폭기조
KR101052246B1 (ko) 2010-12-16 2011-07-27 주식회사 환경시설관리공사 폭기장치 및 이를 이용한 하.폐수 처리 장치
KR101163971B1 (ko) * 2012-05-31 2012-07-09 (주)한국테크 수질 개선용 미세기포 발생장치

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