KR102380273B1 - 양식장 사육수 산소공급을 위한 산소용해장치 - Google Patents

Abstract

일정길이의 산소용해 파이프라인이 나선형구조를 이루며 케이싱내부에 설치되고; 상기 산소용해 파이프라인 일측 말단은 산소공급장치와 연결되고, 타측 말단은 사육수 살균장치와 연결되어 이루어지는 고효율 산소용해장치 및 살균장치를 제공함으로써, 기존의 산소용해장치와 동일한 수압을 제공하는 것으로 미세버블을 제조가 가능할 뿐만 아니라 용존산소량의 증가 및 지속이 가능하여 대용량의 산소용해수의 제조가 가능할 뿐만 아니라 설치비용 및 가동부담을 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

양식장 사육수 산소공급을 위한 산소용해장치{Oxygen Dissolving Device for Oxygen Supply of Aquaculture Farm.}

본 발명은 담수 또는 해수 등의 양어장 및 양식된 활어를 운반하는 차량의 수조, 또는 활어를 보관, 전시하기 위한 수조 등에 투입된 어류를 장기간 생존시키기 위한 고효율 산소용해장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 일정길이의 산소용해 파이프라인이 나선형구조를 이루며 케이싱 내부에 설치되고, 상기 산소용해 파이프라인 일측 말단은 산소공급장치와 연결되어 산소 및 물이 산소용해 파이프라인으로 유입되고, 타측 말단은 산소용해수 살균장치에 연결되어 상기 산소용해 파이프라인을 거친 산소용해수가 살균과 동시에 공급될 수 있는 고효율 산소용해장치 및 살균장치에 관한 것이다.

대기중에는 산소가 21%나 함유되고 있는 반면에 수중에는 1% 이하가 용존되는데 환경조건에 따라 심한 변동이 있다. 산소용해장치는 일반적으로 담수 또는 해수 등의 양어장은 물론, 양식된 활어를 운반하는 차량의 수조, 또는 활어를 보관, 전시하기 위한 수조 등에 투입된 어류를 장기간 생존시키기 위해 설치된다.

용존산소(Dissoled Oxygen)란, 물속에 용해되어 있는 2가의 분자산소를 의미하며 수중의 어류를 비롯한 수중 생물들은 이 용존산소를 이용하여 호흡하고 생존해 나가며 생물학적 여과에 관여하는 미생물 역시 이 용존산소를 이용하여 유기오염물질 및 암모니아, 아질산을 분해하는 역할을 수행하게 되므로 순환여과의 생물학적 여과과정에서 용존산소의 농도는 중요한 요소가 된다.

용존산소는 지하수에 포함되어 있거나 조류의 광합성 작용에 의하여 발생되거나 대기로부터 직접 녹아들어간다. 그러나 일반적으로 대기 중에는 산소가 21%정도로 많은 양이 포함되어 있으나 담수 또는 해수내의 용존산소의 농도는 1%도 되지 않는 4~8ppm으로 물과는 잘 반응하지 않는 기체라는 것을 알 수 있다. 그러나 양어장에서는 위와 같은 자연적으로 용존산소를 유지할 수는 없고 인위적으로 폭기를 하거나 액화산소를 이용하여 용존산소의 농도를 높여 준다. 산소의 포화도는 온도 및 염도에 많은 영향을 받게 되며, 용존산소의 농도(용해도)는 수온과 염분이 낮을수록 높게 나타난다.

양성하고자 하는 수산동물이 요구하는 용존산소량은 그 품종에 따라 다르며 같은종 이라도 연령과 크기에 따라 요구량이 다르다. 수온과 용존산소의 포화도와는 관계는 서로 반비례하며, 해수의 순환이 좋지 않은 곳에서 밀식을 할 경우, 빈산소화를 유발할 수 있다. 특히 폐쇄식 양성에서는 용존 산소량의 주기적 점검이 필수적이며, 필요할 경우 교반기, 분산기 등을 이용하여 인위적으로 해수중의 용존산소량을 증가시켜야 한다.

용존산소 부족으로 인한 양식생물의 폐사를 방지하기 위해서는 양식생물의 단위시간 당 산소소모량을 합한 것보다 많은 산소를 공급하여야 한다. 그러나, 공기를 이용하여 수중에 산소를 공급할 경우, 단위시간당 산소 공급율이 산소소모율 보다 낮아 현실적으로 사용하기 어렵기 때문에 대부분의 육상양식장 및 가두리 양식장에서 산소 공급을 위하여 액체 산소를 사용하고 있다.

액체 산소를 수중에 용해시키기 위하여 일반적으로 사용하는 방법은 에어스톤, 파이프라인 혼합 및 순환 펌프 등의 설치방법이 있다. 에어스톤(에어호스)는 수조에 직접 산소를 주입시키는 방법으로 설치가 간편하고 가격이 저렴하나 용해율이 5% 이내이다.

파이프라인 혼합(pipe line mixer)방법은 공급수 파이프라인에 산소를 주입하는 것으로 설치가 간편하고 설치 비용이 들지 않으나, 파이프 길이가 길거나 수압이 낮을 경우 용해율이 낮아지며 단수 시 문제가 발생한다.

순환펌프 이용방법은 파이프라인에 산소주입 공기와 산소가 분산, 물과 혼합 용해되는 원리로 용해율이 20%이내로 타 장치들보다 비교적 높고 설치가 간편하지만, 펌프 수명이 짧고 소용량 펌프에만 사용이 가능하다.

산소 입자를 미세화시켜 비표면적을 크게하고 가압하여 용해도를 증대시킴으로써 산소용해효율을 높일 수 있는 강제산소용해기 장치가 있다. 강제산소용해기는 과포화상태에서도 최대로 용해되어 산소용해율이 60~80%내외로 높으나, 고가의 시설비 및 정확한 설계기준을 요구하고, 공급 유량의 한정 등의 단점이 있다.

선행기술문헌으로 국내 등록특허번호 제10-1159794호에는 산소용해장치에 관하여 게시하고 있고, 국내 등록특허번호 제10-0638799호에는 과포화 산소수 제조장치에 관하여 게시하고 있으나 상기 선행문헌의 과포화 산소수 제조 과정에서 고압 및 장기간 산소 용해과정이 실시되어야 하고 대용량의 산소용해수를 제공하기 어려운 문제점이 있다.

국내 등록특허번호 제10-1159794호에는 산소공급부와, 저층의 물을 유입구로 펌핑하여 상부의 유출구로 유출하는 유입관, 유출구의 물에 산소공급부로부터 배출되는 산소가 용해된 물을 하부에 구성된 배출구로 배출하는 산소용해부 및 내측에 상기 유입관을 구비한 상기 산소용해부를 물위에 떠있게 하는 부력재를 포함하여 구성함으로써, 저층의 산소가 부족한 물에 산소를 공급하여 저층으로 다시 돌려줄 수 있기 때문에 오염된 호소의 저층으로 산소를 공급하는 효과가 있는 산소용해장치에 관하여 게시하고 있다. 국내 등록특허번호 제10-1481940호에는 전동모터와; 상기 전동모터의 모터축에 연결되어 함께 회전하는 샤프트와; 상기 샤프트에 설치되어 샤프트가 회전할 때 같이 회전하는 임펠러와; 상기 샤프트에 중앙 부분이 관통되도록 설치됨과 아울러 샤프트에 일정거리 이격되게 설치되고, 다수의 유통홀이 형성된 복수개의 제1파쇄날개와; 상기 샤프트에 중앙 부분이 관통되도록 설치됨과 아울러 상기 제1파쇄날개 사이에 설치되고, 상기 제1파쇄 날개에 형성된 유통홀과 다른 면적을 가짐과 아울러 샤프트에 대하여 일정각도로 경사지는 다수의 유통홀이 형성된 복수개의 제2파쇄날개와; 상기 임펠러와 제1파쇄날개 및 제2파쇄날개를 둘러싸고, 산소가 공급되는 에어주 입구와 물이 공급되는 물주입구가 구비되며, 산소와 물이 혼합된 산소용해수가 배출되는 물배출구가 구비된 하우징;으로 구성되어, 높은 용존산소량을 갖는 산소용해수를 제조할 수 있어서 산소 구입비용을 절감할 수 있는 산소용해장치에 관하여 게시하고 있다. 국내 등록특허번호 제10-0638799호에는 구조가 간단하여 부피와 중량이 작고, 가격이 저렴하면서 효율적으로 산소를 물에 용해시킬 수 있는 산소용해장치와, 이를 채용하는 산소수 제조장치. 산소수 제조장치는 수조로부터 공급되는 물에 산소원으로부터 공급되는 산소를 용해시킬 수 있는 산소용해장치 및 이를 이용한 과포화 산소수 제조장치에 관하여 게시하고 있다. 국내 등록특허번호 제10-1157642호에는 내부공간을 갖는 제1 본체와, 제1 본체에 설치되고 내부공간을 상하방향으로 구획하는 제1 구획격판들과, 제 1 구획격판들에 형성되어 제1 구획격판들과 수면 사이에 산소 잠입공간을 형성하도록 상부의 물을 하부로 가이드하는 제1 유도배출관과, 제1 본체의 하부에 설치되어 내부공간 내의 물을 배출하는 제1 배출관을 갖는 압력탱크와, 제1 구획격판들에 의해 구획된 상부 측 공간부의 일측면에 물을 분사하도록 노즐을 갖는 제1 물공급관과, 제1 물공급관에서 유동하는 물에 산소를 편승시키기 위해 제1 물공급관에 연결되는 산소공급관을 구비하는 버블을 이용한 산소용해장치에 관하여 게시하고 있다.

본 발명은 기존의 산소용해장치에서 과포화 산소수를 제조하기 위해서는 고압 및 장기간 산소 용해과정이 실시되어야 하고 대용량의 산소용해수를 제공하기 어려운 문제점을 해결하기 위해 일정길이의 산소용해 파이프라인이 나선형구조를 이루며 케이싱 내부에 설치되고, 상기 산소용해 파이프라인 일측 말단은 산소공급장치와 연결되어 산소 및 물이 산소용해 파이프라인으로 유입되고, 타측 말단은 산소용해수 살균장치에 연결되어 상기 산소용해 파이프라인을 거친 산소용해수가 살균과 동시에 공급될 수 있는 고효율 산소용해장치 및 살균장치를 제공하고자 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 고효율 산소용해장치 및 살균장치는 일정길이의 산소용해 파이프라인이 나선형구조를 이루며 케이싱내부에 설치되고; 상기 산소용해 파이프라인 일측 말단은 산소공급장치와 연결되고, 타측 말단은 산소용해수 살균장치와 연결되어 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명의 또다른 실시예로 일정길이로 산소용해 파이프라인이 나선형구조를 이루며 케이싱내부에 설치되고, 상기 산소용해 파이프라인 상부측 말단은 산소공급장치와 연결되고, 하부측 말단은 산소용해수 살균장치와 연결되어 이루어지며, 상기 산소용해 파이프라인 관내는 측면상에서 상하로 돌출된 돌출부와 상하로 함몰된 함입부가 연속적으로 연결되어 오목볼록하게 절곡되는 굴곡구조를 이루는 고효율 산소용해장치를 제공한다.

상기 산소용해 파이프라인은 직경4-5cm이고 길이는 45 내지 55m 길이로 형성되며 나선구조를 형성하며 상기 케이싱 내부에 설치되는 것일 수 있고, 상기 산소용해 파이프라인은 측면상에서 절곡되는 돌출부와 함입부가 연속적으로 형성되는 굴곡구조를 이루는 것일 수 있다.

본 발명은 기존의 산소용해장치와 동일한 수압을 제공하는 것으로 미세버블을 제조가 가능할 뿐만 아니라 용존산소량의 증가 및 지속이 가능하여 대용량의 산소용해수의 제조가 가능할 뿐만 아니라 설치비용 및 가동부담을 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 고효율 산소용해장치 및 살균장치 사시도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 고효율 산소용해장치 및 살균장치의 산소용해 파이프라인 확대측단면도를 나타낸다.

이하, 본 발명의 고효율 산소용해장치 및 살균장치와 관련한 도면을 첨부하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 고효율 산소용해장치 및 살균장치 사시도를 나타낸다. 본 발명의 고효율 산소용해장치 및 살균장치는 일정길이의 산소용해 파이프라인(400)이 나선형구조를 이루며 케이싱(200)내부에 설치되고, 상기 산소용해 파이프라인 일단은 산소공급장치(300)와 연결되고, 타단은 산소용해수 살균장치(100)와 연결되어 이루어진 것일 수 있다.

산소공급장치(300)는 기존에 공지된 산소발생기에서 발생한 산소를 사육수와 함께 산소용해 파이프라인으로 일정 수압으로 공급할 수 있는 수중펌프로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따라 투입되는 물의 유량은 1마력 펌프 기준으로 분당 0.17m³, 2마력 펌프 기준으로 분당 0.5m³으로, 통상의 펌프 용량 대비 용존산소율이 높은 상태로 많은 유량을 보낼 수 있으며 토출 후 시간이 지나도 용존산소 농도가 잘 유지되어 산소공급 효율이 높다. 본 발명의 산소공급장치는 일방향으로 일정 수합을 가하여 공급된 산소 및 물이 파이프라인을 거쳐 제조된 산소용해수가 사육수 살균장치로 이동할 수 있도록 한다.

본 발명의 케이싱(200)은 산소용해 파이프라인을 저장하여 외부의 충격으로부터 보호할 수 있는 일정 강도를 가진 프레임구조로 본 발명에 따른 실시예로서 수조구조로 형성된다.

본 발명에 따른 산소용해 파이프라인(400)은 직경 4-5cm이고, 길이는 45 내지 55m 길이로 형성될 수 있다. 또한, 재질은 고무 또는 고분자화합물로 형성될 수 있으나, 도 2에 도시된 바와 같이 측면상에서 절곡되는 돌출부와 함입부가 연속적으로 형성되는 굴곡구조를 이루도록 한다. 또한 산소용해 파이프라인은 수직축을 중심으로 하여 나선(spiral)구조로 설치된다.

일반적으로 산소기포는 수중에서 기체의 부력에 의한 상승속도를 가지므로 수중에서의 체류시간이 짧다. 그러나 기체의 상승속도 보다 약간 빠른 하강속도를 가지게 되면 기포는 수체의 하강속도와 기포의 상승속의 차이만큼 천천히 하강하게 된다. 그러므로 기포는 수중에 체류하는 시간이 길어져 수중에 용해될 충분한 시간을 가지게 된다.

또한, 기포가 수체와 같이 하강하여 수심이 깊어지면 그만큼 수압이 높아지기 때문에 일정한 온도에서 일정부피의 액체 용매에 녹는 기체의 질량, 즉 용해도는 용매와 평형을 이루고 있는 그 기체의 부분압력에 비례한다는 헨리의 법칙(Henry's law)에 따라 기체는 수중에 빨리 용해된다.

본 발명의 산소용해 파이프라인에 공급되어 관내에 일방향으로 이동하는 물과 산소는 굴곡구조를 따라 상,하로 부딪히고, 산소는 상기 굴곡구조에 연속적으로 충격이 가해지며 미세한 산소입자로 쪼개진다.

이때, 상기 산소입자는 마이크로 단위까지 쪼개지는 마이크로 버블을 형성할 수 있다. 마이크로 버블은 식물재배 또는 양어양식 시에 성장효율을 증가시킬 수 있다. 특히 식물재배의 경우 수경재배에서 풍부한 마이크로 버블을 재배수로 제공함으로써 식물의 생장을 향상시키고 부영양화물질을 분해할 수 있으며, 미생물을 활성화뿐만 아니라 멸균성능을 부여할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 산소용해 파이프라인의 굴곡은 물 내부에 주입된 산소가 상,하로 마찰하며 지속적으로 이동할 수 있는 공간을 마련하고, 상기의 헨리의 법칙에 따른 수압이 관내에서 증가하여 산소용해도가 증가할 수 있다.

또한, 산소용해 파이프라인은 수평 또는 수직 방향이 아닌 나선구조를 형성하며 설치되어 상기 나선구조를 따라 산소 및 사육수가 이동함으로 수중 체류하는 시간이 기존의 수평 또는 수직의 파이프에 비해 길다. 따라서, 수중에 용해될 충분한 시간을 확보하는 한편, 산소가 사육수에 용해된 상태를 유지할 수 있도록 하여 수중 용존산소량이 지속될 수 있다.

본 발명에 따른 산소용해 파이프라인 구조는 기존의 산소용해장치와 동일한 수압을 발생하는 것으로 미세버블을 제조가 가능할 뿐만 아니라 용존산소량의 증가 및 지속이 가능하여 대용량의 산소용해수의 제조가 가능할 뿐만 아니라 설치비용 및 가동부담을 줄일 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 산소용해수 살균장치(100)는 상기 산소용해 파이프라인을 거쳐 제조된 산소용해수가 살균과 동시에 공급될 수 있도록 공급하고자 하는 장치부위에 설치하는 것이 적절하다. 상기 장치부위는 산소용해수가 공급되는 양식수조, 수경재배조, 고액분리기, 수질정화조 중 하나 이상이 포함될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

본 발명의 산소용해수 살균장치는 통상적으로 공지된 물을 살균하는 장치가 설치될 수 있다. 일실시예에 따른 산소용해수 살균장치는 UV살균장치로서, 상기 산소용해 파이프라인 말단부 또는 나선형 원형의 내부공간에 형성될 수 있다. 충분한 산소 용해가 이루어진 물이 장치 내부로 이동하여 저장될 수 있는 공간이 형성된 함체 구조의 본체부와 상기 본체부 내부 공간에 설치되는 엘이디(LED)광원의 광사가 가능한 광사장치, 상기 본체부에는 상기 내부 공간과 연결되는 물 유입부 및 배출부가 형성되어 이루어질 수 있다.

상기 광사장치는 자외선 중, 피크파장이 270~280nm 사이에 위치하는 자외선, 특히 275nm에서 피크파장을 갖는 자외선이 광사될 수 있으며, 상기 본체부 내부공간에 유입된 산소용해물에 광사되어 살균 작용이 활발하게 일어날 수 있다.

또한, 상기 배출부는 산소용해수를 제공하고자 하는 장치에 설치되어 살균과 동시에 제공될 수 있도록 한다. 이는 산소가 용해된 물은 시간이 지남에 따라 용존산소량이 감소하게 되는데 본 발명의 살균장치에 유입되기 전에 물은 산소용해 파이프라인의 나선구조를 따라 지속적으로 산소 용해작용이 발생함으로 용존산소량의 감소되지 않은 물을 필요 장치에 제공할 수 있다.

<실시예>

도 3은 본 발명의 산소용해장치가 설치된 자동 침전 순환 사육수조의 실시예를 나타낸다. 본 발명의 산소용해장치는 폭기조(35)에 설치될 수 있다.

자동 침전 순환 사육수조는 수조바닥을 일정 높이의 수조외벽이 둘러싸며 내부 사육공간과 상부 개구부가 형성되는 양식수조(10); 상기 수조바닥에는 침전된 양식 슬러지가 배수될 수 있는 슬러지 배출관(70)이 설치되며; 상기 양식수조 내부 사육공간에는 격벽(50)이 형성되어 상기 내부 사육공간은 사육수 수집부(51) 및 사육공간부(11)로 구분되며; 일단은 상기 사육수 수집부와 연결 및 설치되고 타단은 순환여과시스템(30)과 연결되어 수집된 사육수를 이동시키는 순환여과시스템 이동관(20); 상기 순환여과시스템에는 사육수를 정화하여 재공급관(60)을 통해 상기 사육공간부로 사육수를 재공급 가능하도록 이루어질 수 있다.

격벽(50)은 수조바닥과 수직되도록 설치되고 수조외벽 내측면과 양 측면부가 연결되어, 사육수가 저장될 수 있는 저장공간인 사육수 수집부가 형성된다. 상기 격벽은 수조외벽의 높이 보다 짧게 형성되어 오버플로우(overflow) 원리로 사육공간부에 저장된 사육수가 이동한다.

상기 실시예에 따른 배수조절장치의 배출조절관은 순환여과시스템 이동관(20)과 연결되어 배출공으로 유입된 사육수는 순환여과시스템으로 이동할 수 있다. 본 발명의 순환여과시스템은 통상적인 순환여과시스템이 설치될 수 있고 구현예로서 드럼필터(31), 침전조(32), 고정상 생물학적 처리조(33), 유동상 생물학적 처리조(34), 폭기조(35)로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지 않고 사육수의 재공급을 위한 장치를 추가적으로 설치가 가능하다.

침전조를 거친 사육수는 고정상 생물학적 처리조(33)로 이동한다. 고정상 생물학적 처리조 내부에는 통상적인 미생물이 생존할 수 있도록 한 생물막을 형성하는 고정상 여재가 충진된다.

고정상 생물학적 처리조를 거친 사육수는 유동상 생물학적 처리조(34)로 이동한다. 생물학적여과조는 유동성 여과방법으로 생물학적 여과조 내부에 링 또는 공형상의 유동성 여과재가 충진된다.

폭기조는 에어레이션이 이루어질 수 있는 산소공급장치가 설치되며 상부로 바이오플락 사육수가 입수되며 하부에는 사육수가 배출될 수 있도록 재공급관(60)과 연결될 수 있어 에어레이션으로 사육수의 용존산소량을 증가시킬 수 있다.

기존의 산소용해장치는 산소 용해율을 증가시키기 위해 고압이 가해지거나, 소용량의 산소용해수의 제조가 가능했으나 본 발명은 통상적인 수압을 제공하여 산소용해율을 높일 수 있을 뿐만 아니라 용존산소량이 지속됨으로 산소용해수의 제조에 따른 제조비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 대용량의 산소용해수가 가능함으로 농업 및 수산업과 같은 1차산업 뿐만 아니라 산소용해수가 적용되는 다양한 분야에 사용가능함으로 산업상 이용가능성이 있다.

100: 산소용해수 살균장치 200: 케이싱
300: 산소공급장치 400: 산소용해 파이프라인
10: 양식수조 11:사육 공간부
20: 순환여과시스템 이동관 30: 순환여과시스템
31: 드럼필터 32: 침전조
32a: 원심분리형 수처리장치 33: 고정상 생물학적 처리조
34: 유동상 생물학적 처리조 35: 폭기조
50: 격벽 51: 사육수 수집부
52: 배수조절장치 60: 재공급관
70: 슬러지 배출관

Claims (2)

1. 일정길이로 산소용해 파이프라인이 나선형구조를 이루며 케이싱내부에 설치되고, 상기 산소용해 파이프라인 상부측 말단은 산소공급장치와 연결되고, 하부측 말단은 산소용해수 살균장치와 연결되어 이루어지며,
   상기 산소용해 파이프라인 관내는 측면상에서 상하로 돌출된 돌출부와 상하로 함몰된 함입부가 연속적으로 연결되어 오목볼록하게 절곡되는 굴곡구조를 이루는 것을 특징으로 하는 고효율 산소용해장치
2. 삭제

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