KR102126337B1 - 산소의 재활용이 가능한 대용량 기액접촉장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기액접촉장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산소탱크에서 공급되어 기액분리조 내부에서 기액접촉기를 통해 배출되면서 물속에 산소를 녹여 용존산소를 증가시킴에 있어, 물에 미처 녹지 못한 산소기체는 배출되는 물과 분리된 상태로 방울져 떠올라 기액분리조 내부의 상부공간에 따로 모인 후, 블로워나 콤프레셔 등으로 이루어진 산소순환부에서 흡입하여 순환관을 통해 다시 상기 기액접촉기로 공급되면서 용존산소 증가를 위해 재활용할 수 있게 함으로써, 산소탱크에서 배출된 후 외부로 버려지거나 폐기되는 산소의 양을 최소화하여 산소의 이용률을 최대화할 수 있게 한 산소의 재활용이 가능한 대용량 기액접촉장치에 관한 것이다.

Description

산소의 재활용이 가능한 대용량 기액접촉장치{LARGE CAPACITY GAS-LIQUID CONTACT APPARATUS WITH REUSABLE OXYGEN}
본 발명은 기액접촉장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 산소탱크에서 공급되어 기액분리조 내부에서 기액접촉기를 통해 배출되면서 물속에 산소를 녹여 용존산소를 증가시킴에 있어, 물에 미처 녹지 못한 산소기체는 배출되는 물과 분리된 상태로 방울져 떠올라 기액분리조 내부의 상부공간에 따로 모인 후, 블로워나 콤프레셔 등으로 이루어진 산소순환부에서 흡입하여 순환관을 통해 다시 상기 기액접촉기로 공급되면서 용존산소 증가를 위해 재활용할 수 있게 함으로써, 산소탱크에서 배출된 후 외부로 버려지거나 폐기되는 산소의 양을 최소화하여 산소의 이용률을 최대화할 수 있게 한 산소의 재활용이 가능한 대용량 기액접촉장치에 관한 것이다.
최근 수산업 양식기술이 급속하게 발달하게 되면서 일정한 영역 내에서 양식하게 되는 새우나 어류의 개체수를 급격하게 증가시킨 밀식이 이루어지는 경우가 많은데, 이처럼 제한된 영역 내에서 양식되는 개체수가 증가하게 되면 자연적으로 물속에 녹아 있는 용존 산소만으로는 양식되는 개체들에게 충분한 산소를 공급하기 어려워진다.
또한, 양식 중인 개체들이 성장해 가면서 사용하는 산소의 양이 증가하게 되고 그로 인해 물속의 용존 산소 농도는 더 낮아지게 되면서, 양식중인 개체들의 성장이 더뎌짐은 물론, 병에 걸리거나 폐사하게 되는 경우가 빈번히 발생되게 되는 등의 문제점이 있게 되므로, 이를 해결하기 위해 양식이 이루어지는 물속에 공기나 산소를 폭기하거나 이젝트 등의 장치를 이용하여 산소를 추가 공급함으로써, 물속의 용존 산소 농도를 높이기 위한 다양한 시도들이 이루어지고 있다.
그러나, 이처럼 종래 물속에 산소를 추가 공급하기 위해 사용되던 장치들의 경우 산소탱크에서 배출되는 산소 중 실질적으로 물속에 녹아 용존 산소를 높이는데 직접적으로 기여하게 되는 산소는 약 1 ~ 20%에 불과하고 나머지 산소들은 산소탱크에서 배출된 후 물속에 녹지 않은 상태로 물과 함께 배출되면서 폐기되기 때문에 산소의 이용률이 현저히 낮은 문제점이 있었다.
또한, 종래 물속에 산소를 공급하기 위해 사용되던 장치들의 경우 대한민국 공개특허 제10-2003-0079384호에 개시된 바와 같이, 외부에 있는 물을 동력에 의해 끌어 들여 이동시키면서 그러한 물의 유속에 의해 산소탱크 속에 있는 공기가 물속으로 빨려나가면서 물속에 녹을 수 있게 하는 형태로 구현됨이 일반적이었다. 그에 따라, 물의 유속에 의해 공기를 빨아들이며 물과 함께 배출하기 위해서는 물을 흡입한 후 배출하는 강한 유속의 흐름을 야기하기 위한 동력일 필요하게 되는 바, 물의 양이 증가할수록 요구되는 동력도 함께 증가할 수 밖에 없었다.
또한, 접촉에 의해 물속에 녹이기 위한 산소기체는 산소발생기나 액체산소를 이용하여 공급하게 되는데, 산소발생기를 이용할 경우 산소발생기 시설비를 제외하더라도 산소발생에 소요되는 동력과 물에의 접촉을 위해 물의 흐름을 야기하기 위해 소요되는 운전동력이 많이 요구되므로, 시설의 유지관리 비용이 크게 증가할 수 밖에 없게 되며, 액체산소의 경우 실질적인 이용률이 20%이하에 불과하므로 액체산소의 구입에 많은 비용이 소모되는 문제점이 있었다.
특히, 산소발생기의 경우 빠른 시간 내에 산소가 물속에 보다 잘 녹게 하기 위하여 산소를 작게 쪼개어 작은 크기를 갖는 마이크로 버블 형태로 공급하도록 하곤 하였으나, 이 경우 마이크로 버블을 생성하기 위해 산소를 작게 쪼개는데 많은 추가동력이 소모될 수 밖에 없었다.
이처럼 물을 흡입해서 유속의 흐름을 야기하기 위해 필요한 동력과, 산소를 잘게 쪼개어 마이크로 버블의 형태로 만들기 위해 필요한 동력이 지속적으로 요구되므로, 저용량의 물에 산소를 녹이는 곳에서는 적절하게 사용할 수 있었으나, 대용량의 물에 많은 양의 산소를 지속적으로 공급하고자 할 경우에는 산소를 공급하기 위한 장치를 구동하고 유지하기 위해 소요되는 유지 관리 비용이 급격히 증가하게 되는 것을 피하기 어려우므로 대규모 양식장과 같이 많은 양의 물에 산소를 지속적으로 공급해야 하는 시설에는 적절히 활용하기 어려운 문제점이 있었다.
또한, 이처럼 물을 흡입해서 강한 유속의 흐름을 야기하거나, 산소를 잘게 쪼개어 마이크로 버블의 형태로 만드는데 많은 동력을 사용하더라도, 산소가 산소탱크에서 배출된 후 물과 접하게 되는 제한된 시간 동안 물속에 녹아들어가는 정도는 크게 증가하지 않고 배출된 산소의 약 20% 이하만이 녹고 나머지는 폐기되는 바, 일정한 비용을 지불하고 구매한 산소 중 실제 물의 용존산소를 증가시키는데 사용되는 산소의 이용률 자체를 증가시키지 못하게 되는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허 제10-2003-0079384호
본 발명은 산소탱크에서 공급되어 기액분리조 내부에서 기액접촉기를 통해 배출되면서 물속에 산소를 녹여 용존산소를 증가시킴에 있어, 물에 미처 녹지 못한 산소기체는 배출되는 물과 분리된 상태로 방울져 떠올라 기액분리조 내부의 상부공간에 따로 모인 후, 블로워나 콤프레셔 등으로 이루어진 산소순환부에서 흡입하여 순환관을 통해 다시 상기 기액접촉기로 공급되면서 용존산소 증가를 위해 재활용할 수 있게 함으로써, 산소탱크에서 배출된 후 외부로 버려지거나 폐기되는 산소의 양을 최소화하여 산소의 이용률을 최대화할 수 있게 한 산소의 재활용이 가능한 대용량 기액접촉장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 산소의 재활용이 가능한 대용량 기액접촉장치는,
산소탱크에 저장되어 있는 산소가 공급관을 통해 배출되는 산소공급부; 상기 공급관에 연결되어 있어 상기 산소공급부에서 배출된 산소가 물과 접하는 접촉이 이루어지면서 물에 녹아 들어가는 기액접촉기; 상기 기액접촉기가 내부 하측에 수납되어 있으며, 물이 상부에서 공급된 후 상기 기액접촉기를 거쳐 아래로 배출되되, 내부는 물의 공급부와 배출부를 제외한 영역이 밀폐되어 있어 물에 녹지 않고 물로부터 분리된 산소가 모이는 공간을 상부에 제공하는 기액분리조; 및 상기 기액분리조의 상부에 연결되어 있어, 물에 녹지 않고 상승한 후 모여 있는 산소를 흡입하여 상기 공급관으로 재공급함으로써 기액접촉에 재사용될 수 있게 하는 산소순환부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 산소공급부는,
물에 녹여 용존산소를 높이는데 기여하기 위한 산소를 저장하고 있는 산소탱크; 상기 산소탱크에서 기액접촉기에 이르도록 연결되어 있어 산소의 배출경로를 제공하는 공급관; 및 상기 산소탱크에서 공급관을 통해 배출되는 산소의 배출정도를 조절할 수 있는 공급조절밸브;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기액접촉기는,
상기 기액분리조 내부의 저면에 고정 설치되어 있는 산기관 받침대; 상기 산기관 받침대에 수직하게 고정되어 있으며, 상기 공급관을 통해 공급된 산소가 상부로 이동하면서 분쇄되는 공간을 제공하는 산기관; 상기 공급관에 연결된 상태로 상기 산기관의 하부 일측면에 형성되어 있어 산소가 산기관의 내부 아래쪽 공간으로 공급되게 하는 공급관 연결부; 상기 산기관의 내부 아래쪽 공간으로 유입된 산소를 상기 산기관의 길이 방향을 따라 상부로 이동시키는 공기유도관; 상기 산기관의 내주면 둘레에 돌출 형성되어 있어 산기관의 길이 방향을 따라 상승하는 산소의 흐름이 와류를 형성하며 분쇄가 이루어지게 하는 볼텍스 핀; 및 상기 산기관 내부로 유입된 산소가 배출되는 산기관의 상부 둘레를 감싸고 있는 작은 메쉬구조의 망과 판스프링으로 이루어진 금속여과막;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 기액접촉기는, 상기 볼텍스 핀을 거치면서 형성하게 되는 와류에 의해 상호 부딪치며 1차적으로 쪼개어져 분쇄되고, 상기 금속여과막을 통과하면서 다시 2차적으로 충돌하면서 쪼개어져 나노에서 수밀리미터의 다양한 크기로 산소를 쪼개어 배출하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산소순환부는,
상기 기액분리조의 상부에 설치되어 있어 물에 미처 녹지 않고 떠올라 기액분리조 내부의 상부 공간에 모여 있는 산소기체를 흡입하여 상기 기액분리조 외부로 유도하는 산소흡입부; 및 상기 산소흡입부에서 흡입된 산소기체를 상기 기액접촉기로 재공급하는 산소순환관;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 산소흡입부는, 상기 기액분리조 내부의 상부공간에 모여 있는 산소기체를 흡입하는 블로워나, 콤프레셔로 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 산소순환관은, 일단이 상기 산소흡입부에 연결되어 있고 타단은 상기 산소탱크에서 배출된 산소가 기액접촉기로 공급되는 공급관에 연결되어 있어, 순환되는 산소가 상기 산소탱크에서 배출되는 산소와 합쳐지면서 함께 기액접촉기로 공급되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 물에 미처 녹지 못한 산소기체는 배출되는 물과 분리된 상태로 방울져 떠올라 기액분리조 내부의 상부공간에 따로 모인 후, 블로워나 콤프레셔 등으로 이루어진 산소순환부에서 흡입하여 순환관을 통해 다시 상기 기액접촉기로 공급되면서 용존산소 증가를 위해 재활용할 수 있게 함으로써, 산소의 이용률을 최대화할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 가벼운 산소를 공급하는 등 핸들링하기 위해 필요한 동력이 무거운 물을 이동시키기 위해 필요한 동력보다 적게 소모되므로, 전체적인 유지 관리비용을 현저히 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 산소탱크에 저장되어 있는 산소의 이용률을 약 90% 수준까지 향상시킬 수 있으므로, 동일한 양의 산소탱크에 저장되어 있는 산소를 이용하여 물의 용존산소량을 25℃ 상압에서 약 35ppm 포화 수준까지 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 산소의 재활용이 가능한 대용량 기액접촉장치의 시스템 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 다중 볼텍스 금속막 산기관의 구성도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시 예를 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 산소의 재활용이 가능한 대용량 기액접촉장치의 시스템 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 다중 볼텍스 금속막 산기관의 구성도이다.
도 1 및 도 2을 참조하면, 본 발명에 따른 산소의 재활용이 가능한 대용량 기액접촉장치는, 산소탱크에 저장되어 있는 산소가 공급관을 통해 배출되는 산소공급부(100)와, 상기 공급관에 연결되어 있어 상기 산소공급부에서 배출된 산소가 물과 접하는 접촉이 이루어지면서 물에 녹아 들어가는 기액접촉기(200)와, 상기 기액접촉기가 내부 하측에 수납되어 있으며 물이 상부에서 공급된 후 상기 기액접촉기를 거쳐 아래로 배출되되 내부는 물의 공급부와 배출부를 제외한 영역이 밀폐되어 있어 물에 녹지 않고 물로부터 분리된 산소가 모이는 공간을 상부에 제공하는 기액분리조(300)와, 상기 기액분리조의 상부에 연결되어 있어 물에 녹지 않고 상승한 후 모여 있는 산소를 흡입하여 상기 공급관으로 재공급함으로써 기액접촉에 재사용될 수 있게 하는 산소순환부(400)를 포함하여 구성된다.
상기 산소공급부(100)는, 물에 녹여 용존산소를 높이는데 기여하기 위한 산소를 저장하고 있는 산소탱크(110)와, 상기 산소탱크에서 기액접촉기에 이르도록 연결되어 있어 산소의 배출경로를 제공하는 공급관(120)을 포함하여 구성된다.
이와 같이 상기 산소탱크에서 기액접촉기에 이르는 배출경로가 공급관으로 제한됨으로써, 상기 기액분리조 내부의 압력 상황에 따라 적절한 양의 산소가 상기 기액접촉기에서 배출될 수 있도록 상기 공급관을 통해 공급된다.
즉, 상기 기액분리조에서 산소가 물에 녹아들어가면서 물과 함께 배출되면 상기 기액분리조 내부의 압력을 유지하기 위해 물이 추가로 공급될 뿐만 아니라, 상기 기액접촉기를 통해 산소의 흡입도 이루어지게 된다. 이때, 상기 산소탱크에서 공급되는 산소의 양은 상기 산소순환부에서 재공급되는 산소의 양에 따라 그 공급량이 증감될 수 있게 된다.
이때, 상기 산소탱크로부터의 산소 공급을 위해 별도의 동력이 소모될 수는 있지만, 가벼운 산소를 공급하는 등 핸들링하기 위해 필요한 동력은 무거운 물을 이동시키는 등 핸들링하기 위해 필요한 동력보다 적을 수 밖에 없으므로, 전체적인 유지 관리비용의 절감을 가져올 수 있게 된다.
그리고, 물의 용존산소를 높이기 위해 종래 이젝터 등에서 사용되는 산소와 물의 기액비가 약 1 : 9의 비율로 사용되는바, 물을 핸들링하는 것보다 산소의 공급을 핸들링하는 것이 유지 관리비용의 절감에 보다 효과적이게 된다.
또한, 상기 산소공급부(100)는, 상기 산소탱크에서 공급관을 통해 배출되는 산소의 배출정도를 조절할 수 있는 공급조절밸브(130)를 더 포함하여 구성됨으로써, 상기 산소탱크에서 배출되는 산소의 배출량의 증감을 조절할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 이러한 상기 공급조절밸브(130)의 개폐 제어를 통한 산소의 공급량 제어는 별도의 제어부에 의해 자동적으로 제어될 수 있게 하는 것이 바람직하다.
상기 기액접촉기(200)는, 상기 기액분리조(300) 내부에 고정 설치되어 있으며 상기 공급관을 통하여 공급되는 산소가 배출된 후 기액분리조 내부에서 상부에서 하부를 향해 흐르는 물과 접촉하면서 물에 녹아 들어갈 수 있도록 구성된다.
이때, 상기 기액분리조 내부에서는 물이 상부에서 공급된 후 아래로 흘러나가게 되는바, 산소와 물 상호간의 기액접촉이 이루어지면서 산소가 녹아 들어간 물이 하부를 통해 배출될 수 있도록, 상기 기액접촉기(200)는 상기 기액분리조 내부에 수직하게 세워진 상태로 고정 설치되는 것이 바람직하다.
이러한 상기 기액접촉기(200)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 기액분리조(300) 내부의 저면에 고정 설치되어 있는 산기관 받침대(210)와, 산기관 받침대(210)에 수직하게 고정되어 있으며 공급관(120)을 통해 공급된 산소가 상부로 이동하면서 분쇄되는 공간을 제공하는 산기관(220)과, 공급관(120)에 연결된 상태로 상기 산기관의 하부 일측면에 형성되어 있어 산소가 산기관(220)의 내부 아래쪽 공간으로 공급되게 하는 공급관 연결부(230)와, 상하측이 개방된 기둥형상으로 산기관(220)의 하부에 길이방향으로 배치되고, 산기관(220)의 내부 아래쪽 공간으로 유입된 산소를 산기관(220)의 길이 방향을 따라 상부로 이동시키는 공기유도관(240)과, 산기관(220)의 내주면 둘레를 복수개가 이격되게 돌출 형성되되, 길이방향으로 소정의 거리로 이격되게 배치되고, 산기관(220)의 길이 방향을 따라 상승하는 산소의 흐름이 와류를 형성하며 분쇄가 이루어지게 하는 볼텍스 핀(250)과, 산기관(220) 내부로 유입된 산소가 배출되는 산기관(220)의 상부 둘레를 감싸고 있는 작은 메쉬구조의 망과 판스프링으로 채워진 금속여과막(260)을 포함하는 다중 볼텍스 금속막 산기관으로 구성된다.
이때, 상기 다중 볼텍스 금속막 산기관으로 구성되는 기액접촉기(200)는, 마이크로 버블과 같이 전기적인 동력에 의해 산소를 미세하게 쪼개기보다는 상기 볼텍스 핀(250)에 의해 형성된 와류에 의해 분쇄되고 금속여과막(260)을 통과하면서 쪼개지는 등 기계적인 작용으로만 분쇄되어, 물과 접하게 되는 산소방울이 수 밀리미터 정도의 크기를 가질 정도로만 분쇄할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 상기 다중 볼텍스 금속막 산기관에서 분쇄된 후 배출되는 산소방울이 전기분해 등에 의하지 않고 형성될 수 있는 수밀리미터 정도의 크기를 갖게 함으로써, 산소를 마이크로 버블화하기 위해 소요되는 시간과 동력을 감소시킬 수 있음은 물론, 미세한 크기의 마이크로 버블에 비해 기액분리가 쉽게 이루어질 수 있게 되므로 상기 기액분리조 내부에서 물에 녹지 못한 산소방울들이 물로부터 쉽게 분리된 후 방울져 떠오르게 할 수 있게 된다.
그에 따라, 미처 물에 녹지 못한 산소가 물과 함께 그대로 배출된 후 폐기되는 것을 방지하면서, 상기 기액분리조 내부의 상부 공간에 산소방울 등의 공기가 모이게 할 수 있게 된다.
즉, 종래에는 산기관과 같은 기액접촉기에서 배출되어 물과 접하게 된 이후에는 산소를 다시 회수하거나 재활용할 수 없으므로, 배출된 산소가 물에 잘 녹게 하는 것에만 치중하여 산소를 배출하기 전에 보다 작게 쪼개기 위해 노력하였고, 이를 위해 전기에너지를 사용한 전기 분해 방식 등이 도입되기도 하였으나, 이 경우에도 배출되는 산소의 이용률과 용존산소량의 증가를 이루기는 쉽지 않았다. 또한, 양식업과 같이 넓은 공간에 있는 대규모의 물에 녹아 있는 용존산소를 증가시키기 위한 대용량 장치의 경우 마이크로 버블화에 소요되는 동력이 크게 증가할 수 밖에 없어 쉽게 적용하기 어려웠다.
그러나, 본 발명에서는 산소를 잘게 쪼개어 마이크로 버블화하지 않고 수밀리미터 정도의 일정크기 이상으로만 쪼갠 후 물에 접촉시킴으로써, 물에 녹아 들어갈 수 있는 산소는 녹아서 용존산소의 증가에 기여하되, 그렇지 않은 산소는 산소방울을 만들면서 물 위로 떠오를 수 있게 한 후 이를 상기 산소순환부에 의해 재활용할 수 있게 하였다. 그에 따라, 본 발명에서는 산소가 물에 녹아 들어가는 것 못지 않게 녹지 않은 산소가 물과 함께 배출되지 않고 물과 분리되면서 산소방울을 쉽게 만들어 상기 기액분리조 내부의 상부로 떠오를 수 있어야 하는바, 상기 기액접촉기를 이루는 다중 볼텍스 금속막 산기관에서 쪼개어져 배출되는 산소의 크기가 수밀리미터 정도를 유지할 수 있게 하는 것이 바람직하다.
이를 위하여, 상기 볼텍스 핀(250)은 상기 산기관의 내주면에 형성되어 있고, 상기 산기관에서 산소가 배출되는 출구에는 메쉬구조와 판스프링이 채워진 금속여과막(260)이 형성되어 있는바, 상기 공급관 연결부(230)를 통해 공급관으로부터 유입된 산소를 상기 공기유도관(240)에 의해 상기 볼텍스 핀이 형성되어 있는 산기관의 내부 공간 전체로 고르게 유도한 후, 상기 볼텍스 핀(250)을 거치면서 형성하게 되는 와류에 의해 상호 부딪치며 1차적으로 쪼개어져 분쇄되고, 상기 금속여과막(260)을 통과하면서 다시 2차적으로 충돌하면서 쪼개어져 수밀리미터 정도의 크기로 산소를 쪼개어 배출할 수 있게 된다.
상기 기액분리조(300)는, 상기 기액접촉기(200)에서 배출되는 산소가 물과 접하여 녹은 후 물과 함께 배출됨과 아울러, 물에 녹지 않은 산소는 위로 떠올라 모이는 공간을 제공하기 위해, 용존산소를 높이고자 하는 물이 상부에서 공급된 후 아래로 흘러내리면서 산소와의 접촉이 이루어지고 아래를 통하여 배출되도록 구성된다.
이를 위하여 상기 기액분리조(300)는 상기 물이 공급되는 공급부가 상부에 형성되어 있고, 산소와의 접촉이 완료된 물이 배출되는 배출부가 하부에 형성되어 있는 밀폐된 통구조로 이루어진다. 그에 따라, 상기 물에 미처 녹지 못하고 기액분리조 내부의 상부공간에 모이게 되는 산소기체는 상기 산소순환부(400)를 이루는 블로워나 콤프레셔 등에 의해 흡입된 후 순환관을 통해 다시 상기 기액접촉기(200)로 공급될 뿐, 물과의 접촉이 한 번 이루어졌다는 것만으로 외부로 버려지거나 폐기되지 않게 된다.
이때, 상기 기액분리조(300)에는, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 기액분리조 내부의 압력을 조절하여 상기 공급부를 통하여 유입되거나 상기 배출부를 통하여 배출되는 물의 양을 조절함으로써, 산소가 물에 녹아 들어가는 시간과 양을 조절할 수 있게 한 압력조절밸브(310)가 더 구비되는 것이 바람직하다.
상기 산소순환부(400)는, 상기 기액분리조의 상부에 설치되어 있어 물에 미처 녹지 않고 떠올라 기액분리조 내부의 상부 공간에 모여 있는 산소기체를 흡입하여 상기 기액분리조 외부로 유도하는 산소흡입부(410)와, 상기 산소흡입부에서 흡입된 산소기체를 상기 기액접촉기로 재공급하는 산소순환관(420)을 포함하여 구성된다.
이때, 상기 산소흡입부(410)는, 상기 기액분리조(300) 내부의 상부공간에 모여 있는 산소기체를 재활용할 수 있도록 순환시키기 위하여 동력에 의해 산소기체를 흡입하는 블로워나, 콤프레셔 등 흡입력을 유발할 수 있는 수단으로 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 산소순환관(420)은, 상기 산소흡입부에서 상기 기액접촉기로 산소를 직접 공급하도록 독립적으로 연결되어 있는 별도의 순환관으로 형성될 수도 있으나, 이 경우 상기 기액접촉기를 통해 배출되는 산소의 총량을 제어하기 번거로움이 있게 된다.
그에 따라, 상기 산소순환관(420)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 일단이 상기 산소흡입부(410)에 연결되어 있고 타단은 상기 산소탱크에서 배출된 산소가 기액접촉기로 공급되는 공급관(120)에 연결되어 있어, 상기 산소탱크에서 배출되는 산소와 합쳐지면서 함께 기액접촉기(200)로 공급된 후 배출될 수 있게 하는 것이 바람직하다.
이와 같이 상기 산소순환관(420)을 공급관(120)에 연결하여 산소탱크에서 배출되는 산소와 함께 기액접촉기(200)로 공급될 수 있게 함으로써, 상기 산소순환관을 통해 공급되는 양 만큼 산소탱크에서 배출되는 산소의 양을 줄일 수 있게 된다.
또한, 용존산소계측기를 더 구비함으로써, 물에 녹으면서 실질적으로 소모된 산소의 양만큼만 보충하듯이 상기 산소탱크에서 배출되어 공급되고, 물에 녹지 않은 산소는 상기 기액분리조 내의 상부공간에 모여 있어 재공급이 가능함으로써 산소의 이용률을 향상시킬 수 있게 하는 것이 바람직하다.
그에 따라, 본 발명에 따라 시험한 결과 산소탱크에 저장되어 있는 산소의 이용률을 약 90% 수준까지 향상시킬 수 있음은 물론, 동일한 양의 산소탱크에 저장되어 있는 산소를 이용하여 물의 용존산소량을 25℃ 상압에서 약 35ppm 포화 수준까지 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 또한, 산소공급을 위해 구매하는 산소 구입비용과 운영을 위해 소모되는 비용을 종래의 약 20%이하 수준으로 낮춰서 장치의 유지 운영비용을 크게 절감할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 이라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
100 : 산소공급부 110 : 산소탱크
120 : 공급관 130 : 공급조절밸브
200 : 기액접촉기 210 : 산기관 받침대
220 : 산기관 230 : 공급관 연결부
240 : 공기유도관 250 : 볼텍스 핀
260 : 금속여과막
300 : 기액분리조 310 : 압력조절밸브
400 : 산소순환부 410 : 산소흡입부
420 : 산소순환관

Claims (8)

  1. 산소탱크에 저장되어 있는 산소가 공급관을 통해 배출되는 산소공급부;
    상기 공급관에 연결되어 있어 상기 산소공급부에서 배출된 산소가 물과 접하는 접촉이 이루어지면서 물에 녹아 들어가는 기액접촉기;
    상기 기액접촉기가 내부 하측에 수납되어 있으며, 물이 상부에서 공급된 후 상기 기액접촉기를 거쳐 아래로 배출되되, 내부는 물의 공급부와 배출부를 제외한 영역이 밀폐되어 있어 물에 녹지 않고 물로부터 분리된 산소가 모이는 공간을 상부에 제공하는 기액분리조; 및
    상기 기액분리조의 상부에 연결되어 있어, 물에 녹지 않고 상승한 후 모여 있는 산소를 흡입하여 상기 공급관으로 재공급함으로써 기액접촉에 재사용될 수 있게 하는 산소순환부;를 포함하고,
    상기 기액접촉기는,
    상기 기액분리조 내부의 저면에 고정 설치되어 있는 산기관 받침대;
    상기 산기관 받침대에 수직하게 고정되어 있으며, 상기 공급관을 통해 공급된 산소가 상부로 이동하면서 분쇄되는 공간을 제공하는 산기관;
    상기 공급관에 연결된 상태로 상기 산기관의 하부 일측면에 형성되어 있어 산소가 상기 산기관의 내부 아래쪽 공간으로 공급되게 하는 공급관 연결부;
    상하측이 개방된 기둥형상으로 상기 산기관의 하부에 길이방향으로 배치되고, 상기 산기관의 내부 아래쪽 공간으로 유입된 산소를 상기 산기관의 길이 방향을 따라 상부로 이동시키는 공기유도관;
    상기 산기관의 내주면 둘레를 따라 복수개가 이격되게 돌출 형성되되, 길이방향으로 소정의 거리로 이격되게 배치되고, 상기 산기관의 길이 방향을 따라 상승하는 산소의 흐름이 와류를 형성하며 분쇄가 이루어지게 하는 볼텍스 핀; 및
    상기 산기관 내부로 유입된 산소가 배출되는 상기 산기관의 상부 둘레를 감싸고 있는 메쉬구조의 망과 판스프링으로 이루어진 금속여과막;을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소의 재활용이 가능한 대용량 기액접촉장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산소공급부는,
    물에 녹여 용존산소를 높이는데 기여하기 위한 산소를 저장하고 있는 산소탱크;
    상기 산소탱크에서 기액접촉기에 이르도록 연결되어 있어 산소의 배출경로를 제공하는 공급관; 및
    상기 산소탱크에서 공급관을 통해 배출되는 산소의 배출정도를 조절할 수 있는 공급조절밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 산소의 재활용이 가능한 대용량 기액접촉장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기액접촉기는, 상기 볼텍스 핀을 거치면서 형성하게 되는 와류에 의해 상호 부딪치며 1차적으로 쪼개어져 분쇄되고, 상기 금속여과막을 통과하면서 다시 2차적으로 충돌하면서 쪼개어져 수밀리미터의 크기로 산소를 쪼개어 배출하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 산소의 재활용이 가능한 대용량 기액접촉장치.
  5. 제1항, 제2항, 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 산소순환부는,
    상기 기액분리조의 상부에 설치되어 있어 물에 미처 녹지 않고 떠올라 기액분리조 내부의 상부 공간에 모여 있는 산소기체를 흡입하여 상기 기액분리조 외부로 유도하는 산소흡입부; 및
    상기 산소흡입부에서 흡입된 산소기체를 상기 기액접촉기로 재공급하는 산소순환관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 산소의 재활용이 가능한 대용량 기액접촉장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 산소흡입부는, 상기 기액분리조 내부의 상부공간에 모여 있는 산소기체를 흡입하는 블로워나, 콤프레셔로 구성되는 것을 특징으로 하는 산소의 재활용이 가능한 대용량 기액접촉장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 산소순환관은, 상기 산소흡입부에서 상기 기액접촉기로 산소를 직접 공급하도록 독립적으로 연결되어 있는 별도의 순환관으로 형성되는 것을 특징으로 하는 산소의 재활용이 가능한 대용량 기액접촉장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 산소순환관은, 일단이 상기 산소흡입부에 연결되어 있고 타단은 상기 산소탱크에서 배출된 산소가 기액접촉기로 공급되는 공급관에 연결되어 있어, 순환되는 산소가 상기 산소탱크에서 배출되는 산소와 합쳐지면서 함께 기액접촉기로 공급되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 산소의 재활용이 가능한 대용량 기액접촉장치.
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