KR102609566B1 - 브림을 포함하는 버블캡 어셈블리 - Google Patents

브림을 포함하는 버블캡 어셈블리 Download PDF

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KR102609566B1
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조형태
김정환
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한국생산기술연구원
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Abstract

본 발명은 버블이 상향으로 주입되고, 중공을 포함하는 튜브(tube) 형상을 갖는 라이저(riser); 상기 라이저로부터 상기 버블을 공급받고, 수직벽 및 천장을 포함하고, 상기 라이저 위에 소정의 간격을 두고 위치하고, 상기 라이저의 일부를 내부 공간에 포함하는 캡(cap); 및 상기 캡으로부터 상기 버블을 공급받아 상기 버블과 충돌하고, 상기 캡의 수직벽의 소정의 높이에서 원주 방향을 따라 결합하는 충돌판을 포함하고, 상기 충돌판은 상기 수직벽의 바깥방향으로 돌출되어 소정의 폭을 갖는 것인 브림(brim);을 포함하는 버블캡 어셈블리(bubble cap assembly)에 관한 것이다. 본 발명의 버블캡 어셈블리는 브림을 포함함으로써, 고효율의 미세한 마이크로 버블을 대량 생산할 수 있다.

Description

브림을 포함하는 버블캡 어셈블리{BUBBLE CAP ASSEMBLY COMPRISING BRIM}
본 발명은 브림을 포함하는 버블캡 어셈블리에 관한 것으로, 보다 상세하게는 브림을 포함함으로써, 고효율의 미세한 마이크로 버블을 대량 생산할 수 있는 버블캡 어셈블리에 관한 것이다.
최근 고농도 미세먼지의 일상화로 인해, 미세먼지 저감은 사회적인 이슈이다. 미세먼지 배출량의 56%는 제조업에서 발생하며, 그 현장에서 배출되는 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx)는 초미세먼지 전구체로 작용하여 각각 0.345, 0.079의 전환계수를 갖는다.
마이크로버블은 10~100 um의 직경을 가진 기포를 말하며, 기포 파괴 시 OH 라디칼이 발생하여 산화·환원반응으로 미세먼지 제거가 가능하다. 또한 매우 작은 크기로 인한 긴 체류시간과 높은 물질전달 효율로 미세먼지 제거에 효과적이다.
따라서 이러한 성질을 이용하면, 기존 탈황 및 탈질 설비를 대체할 수 있으며, 친환경적으로 미세먼지 및 전구체를 동시에 제거할 수 있다. 하지만 마이크로버블에 대한 생성 방법은 Venturi, orifice, swirling nozzle 등을 활용한 생성방법이 대부분이다. 이전에 생성 방법은 delta P가 높아 에너지 효율면에서 저조하다.
따라서 미세먼지 저감을 위하여 미세먼지, SOx, NOx를 동시에 제거할 수 있는 고효율의 마이크로버블을 다량 생산하는 버블캡에 대한 설계가 필요하다.
본 발명의 목적은 상기 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 브림을 포함함으로써, 고효율의 미세한 마이크로 버블을 대량 생산할 수 있는 버블캡 어셈블리를 제공하는데 있다.
또한 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 및 악취물질 등의 유해가스를 간편한 방법으로 동시에 제거할 수 있는 마이크로 버블 생성 장치와 같은 친환경적인 설비에 적용할 수 있는 버블캡 어셈블리를 제공하는데 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 버블이 상향으로 주입되고, 중공을 포함하는 튜브(tube) 형상을 갖는 라이저(riser); 상기 라이저로부터 상기 버블을 공급받고, 수직벽 및 천장을 포함하고, 상기 라이저 위에 소정의 간격을 두고 위치하고, 상기 라이저의 일부를 내부 공간에 포함하는 캡(cap); 및 상기 캡으로부터 상기 버블을 공급받아 상기 버블과 충돌하고, 상기 캡의 수직벽의 소정의 높이에서 원주 방향을 따라 결합하는 충돌판을 포함하고, 상기 충돌판은 상기 수직벽의 바깥방향으로 돌출되어 소정의 폭을 갖는 것인 브림(brim);을 포함하는 버블캡 어셈블리(bubble cap assembly)가 제공된다.
상기 충돌판이 상기 수직벽의 하부벽과 이루는 각(θ)이 45 ≤ θ ≤ 135 일 수 있다.
상기 캡이 Π 또는 ∩형상의 수직 단면을 가질 수 있다.
상기 버블이 상기 캡의 천장에서 방사형(radial direction)으로 흐르고, 상기 라이저와 상기 수직벽 사이에서 하향으로 흐를 수 있다.
상기 라이저의 중공의 직경(R)에 대한 상기 브림의 폭(w)의 비(w/R)가 0.01 내지 0.5일 수 있다.
상기 라이저의 중공의 직경(R)에 대한 상기 브림의 폭(w)의 비(w/R)가 0.05 내지 0.2일 수 있다.
상기 라이저의 중공의 직경(R)에 대한 상기 충돌판이 결합한 상기 수직벽의 소정의 높이(h)의 비(h/R)가 0.01 내지 0.5일 수 있다.
상기 라이저의 중공의 직경(R)에 대한 상기 충돌판이 결합한 상기 수직벽의 소정의 높이(h)의 비(h/R)가 0.2 내지 0.5일 수 있다.
상기 라이저의 중공의 직경(R)이 20 내지 50 mm일 수 있다.
상기 라이저의 중공의 직경(R)이 30 내지 40 mm일 수 있다.
상기 캡의 수직벽이 복수개의 서로 평행한 복수개의 슬롯을 추가로 포함할 수 있다.
복수개의 상기 슬롯이 상기 브림의 아래에 위치할 수 있다.
상기 라이저의 중공의 직경(R)에 대한 상기 캡의 두께(t1)의 비(t1/R)가 0.05 내지 0.1일 수 있다.
상기 라이저의 중공의 직경(R)에 대한 상기 라이저의 두께(t2)의 비(t2/R)가 0.05 내지 0.1 일 수 있다.
상기 버블캡 어셈블리가 마이크로 버블의 분산 최적화 및 마이크로 버블의 생성 최적화를 위해 사용될 수 있다.
삭제
상기 버블캡 어셈블리가 트레이 데크에 결합될 수 있다.
본 발명의 버블캡 어셈블리는 브림을 포함함으로써, 고효율의 미세한 마이크로버블을 대량 생산할 수 있다.
또한 본 발명은 황산화물(SOx), 질소산화물(NOx) 및 악취물질 등의 유해가스를 간편한 방법으로 동시에 제거할 수 있는 마이크로버블 생성 장치와 같은 친환경적인 설비에 적용할 수 있다.
이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니 된다.
도 1은 본 발명에 따른 버블캡 어셈블리의 구조를 보여주는 이미지이다.
도 2는 본 발명에 따른 버블캡 어셈블리의 수직 단면도이다.
도 3a는 브림(brim)의 위치에 따른 버블캡 어셈블리의 구조를 보여주는 모식도이고, 도 3b는 브림(brim)의 위치에 따른 버블생성 개수를 비교한 그래프이고, 도 3c는 브림(brim)의 위치에 따른 버블의 크기 및 버블의 개수를 비교한 그래프이고, 도 3d는 브림(brim)의 위치에 따른 버블의 평균크기를 비교한 그래프이다.
도 4a는 브림의 폭에 따른 버블의 크기 및 버블의 개수를 비교한 그래프이고, 도 4b는 브림의 폭에 따른 버블생성 개수를 비교한 그래프이고, 도 4c는 브림의 폭에 따른 버블의 평균크기를 비교한 그래프이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하도록 한다.
그러나, 이하의 설명은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본원에서 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, 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 도는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 이하에서 사용될 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
또한, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 "형성되어" 있다거나 "적층되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 표면 상의 전면 또는 일면에 직접 부착되어 형성되어 있거나 적층되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 더 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 버블캡 어셈블리의 구조를 보여주는 이미지이고, 도 2는 본 발명에 따른 버블캡 어셈블리의 수직 단면도이다. 이하, 도 1 및 2를 참조하여 본 발명의 버블캡에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명은 버블이 상향으로 주입되고, 중공을 포함하는 튜브(tube) 형상을 갖는 라이저(riser); 상기 라이저로부터 상기 버블을 공급받고, 수직벽 및 천장을 포함하고, 상기 라이저 위에 소정의 간격을 두고 위치하고, 상기 라이저의 일부를 내부 공간에 포함하는 캡(cap); 및 상기 캡으로부터 상기 버블을 공급받아 상기 버블과 충돌하고, 상기 캡의 수직벽의 소정의 높이에서 원주 방향을 따라 결합하는 충돌판을 포함하고, 상기 충돌판은 상기 수직벽의 바깥방향으로 돌출되어 소정의 폭을 갖는 것인 브림(brim);을 포함하는 버블캡 어셈블리(bubble cap assembly)를 제공한다.
상기 충돌판이 상기 수직벽의 하부벽과 이루는 각(θ)이 45 ≤ θ ≤ 135 일 수 있고, 바람직하게는 60 ≤ θ ≤ 120, 더욱 바람직하게는 80 ≤ θ ≤ 100일 수 있다.
상기 캡이 Π 또는 ∩형상의 수직 단면을 가질 수 있다.
상기 버블이 상기 캡의 천장에서 방사형(radial direction)으로 흐르고, 상기 라이저와 상기 수직벽 사이에서 하향으로 흐를 수 있다.
상기 라이저의 중공의 직경(R)에 대한 상기 브림의 폭(w)의 비(w/R)가 0.01 내지 0.5일 수 있고, 바람직하게는 0.05 내지 0.2일 수 있다.
상기 라이저의 중공의 직경(R)에 대한 상기 브림의 폭(w)의 비(w/R)가 0.01 미만이면, 생성된 버블에 대한 체류시간을 길게 형성하지 못하여 바람직하지 않고, 0.5 초과이면 큰 차압에 의해 버블캡의 파손의 위험성이 존재하여 바람직하지 않다.
상기 라이저의 중공의 직경(R)에 대한 상기 충돌판이 결합한 상기 수직벽의 소정의 높이(h)의 비(h/R)가 0.01 내지 0.5일 수 있고, 바람직하게는 0.2 내지 0.5일 수 있다.
상기 라이저의 중공의 직경(R)에 대한 상기 충돌판이 결합한 상기 수직벽의 소정의 높이(h)의 비(h/R)가 0.01 미만이면, 상승하는 기체의 유속이 낮아 버블생성을 위한 와류형성하지 못하여 바람직하지 않고, 0.5 초과이면 버블캡 상단의 높은 기체 유속으로 인한 큰 압력이 발생하고 버블캡의 파손의 위험성이 존재하여 바람직하지 않다.
상기 라이저의 중공의 직경(R)이 20 내지 50 mm일 수 있고, 바람직하게는 30 내지 40 mm일 수 있다.
상기 캡의 수직벽이 복수개의 서로 평행한 복수개의 슬롯을 추가로 포함할 수 있다.
복수개의 상기 슬롯이 상기 브림의 아래에 위치할 수 있다.
상기 캡의 수직벽이 상기 슬롯을 10 내지 50개 포함할 수 있다.
상기 라이저의 중공의 직경(R)에 대한 상기 캡의 두께(t1)의 비(t1/R)가 0.05 내지 0.1일 수 있다.
상기 라이저의 중공의 직경(R)에 대한 상기 라이저의 두께(t2)의 비(t2/R)가 0.05 내지 0.1 일 수 있다.
상기 버블이 마이크로 버블일 수 있다.
상기 버블캡 어셈블리가 마이크로 버블의 분산 최적화 및 마이크로 버블의 생성 최적화를 위해 사용될 수 있다.
삭제
상기 버블캡 어셈블리가 트레이 데크에 결합될 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 라이저의 중공을 통해 버블을 포함하는 기체가 유입되고, 상기 기체는 약 5~40 m/s 속도로 유입될 수 있다. 상기 중공을 통해 유입된 기체는 상기 캡의 가장자리로 기체가 분산되며 캡 외부에 위치하는 액체와 슬롯으로부터 분산된 공기가 상호작용하면서 계면의 부서짐을 유도한다. 이 과정에서 형성된 와류로 큰 void로부터 마이크로 버블이 분산 및 생성된다.
[실시예]
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하도록 한다. 그러나 이는 예시를 위한 것으로서 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
[브림을 포함하는 버블캡 어셈블리]
실시예 1 내지 8
도1, 도 2 및 3a를 참조하여 버블캡 어셈블리의 구조를 설명하도록 한다. 또한 버블캡 어셈블리는 하기 표 1의 조건으로 설계하였다.
비교예 1: 버블캡
브림을 포함하지 않는 버블캡을 하기 표 1에 따라 설계하였다.
라이저 직경(R) 브림 유무 브림의 폭(w) 수직벽의 소정의 높이(h, 브림의 위치) 캡의 두께 라이저의 두께 라이저와 캡의 간격
상부 측부
실시예 1 35 mm O 5 mm = (5/35)R 6 mm = (6/35)R 3 mm = (3/35)R 3 mm = (3/35)R 5 mm = (5/35)R 6.5 mm = (6.5/35)R
실시예 2 35 mm O 5 mm = (5/35)R 9 mm = (9/35)R
실시예 3 35 mm O 5 mm = (5/35)R 12 mm = (12/35)R
실시예 4 35 mm O 5 mm = (5/35)R 15 mm = (15/35)R
실시예 5 35 mm O 5 mm = (5/35)R 13 mm = (13/35)R
실시예 6 35 mm O 10 mm = (10/35)R 13 mm = (13/35)R
실시예 7 35 mm O 15 mm = (15/35)R 13 mm = (13/35)R
실시예 8 35 mm O 20 mm = (20/35)R 13 mm = (13/35)R
비교예 1 35 mm X X X
[시험예]
시험예 1: 브림(brim)의 위치에 따른 마이크로 버블 생성 비교
도 3a는 브림(brim)의 위치에 따른 버블캡 어셈블리의 구조를 보여주는 모식도이고, 도 3b는 브림(brim)의 위치에 따른 버블생성 개수를 비교한 그래프이고, 도 3c는 브림(brim)의 위치에 따른 버블의 크기 및 버블의 개수를 비교한 그래프이고, 도 3d는 브림(brim)의 위치에 따른 버블의 평균크기를 비교한 그래프이다. 마이크로 버블의 크기 및 개수 분석을 매크로렌즈와 DSLR카메라를 활용하여 작은 크기의 버블을 촬영하고 픽셀개수를 기준으로 실제 크기를 측정하였으며 일정 영역에서의 버블 개수확인을 통해 전체 영역의 버블을 유추하는 방법을 통해 분석하였다.
도 3a 내지 도 3d를 참조하면, 브림의 폭 (w, Brim size)이 5/35 R 일 때, 400 마이크로미터 크기 이하의 마이크로 버블 생성 양의 편차가 있지만, Brim 위치가 12/35R인 실시예 3의 경우, Brim이 없는 비교예 1의 경우보다 약 5% 증가된 버블 생성 개수를 나타냈다.
또한 브림의 폭이 5/35 R일 때, 비교예 1 및 실시예 1 내지 3의 버블 크기에 따른 생성된 버블 개수를 비교하였고, 버블 크기에 따른 분포도 확인할 수 있었다.
또한 브림의 위치가 15/35 R인 실시예 4의 경우, 버블 평균크기가 급격히 상승하므로, 작은 크기의 버블 형성을 위한 Brim 구조의 최적 위치는 (9/35) R ~ (15/35) R인 것으로 판단된다.
시험예 2: 브림(brim)의 폭(w)에 따른 마이크로 버블 생성 비교
도 4a는 브림의 폭에 따른 버블의 크기 및 버블의 개수를 비교한 그래프이고, 도 4b는 브림의 폭에 따른 버블생성 개수를 비교한 그래프이고, 도 4c는 브림의 폭에 따른 버블의 평균크기를 비교한 그래프이다. 마이크로 버블의 크기 및 개수 분석을 매크로렌즈와 DSLR카메라를 활용하여 작은 크기의 버블을 촬영하고 픽셀개수를 기준으로 실제 크기를 측정하였으며 일정 영역에서의 버블 개수확인을 통해 전체 영역의 버블을 유추하는 방법을 통해 분석하였다.
도 4a 내지 도 4c를 참조하면, brim 폭(w)이 5 mm일때, 다른 조건들에 비해서 버블 생성개수가 약 1.3배에서 3.9배까지 많은 것을 확인할 수 있었으며, 주로 50-75 마이크로미터의 크기를 가지는 버블의 생성이 지배적인 것으로 나타났다. 또한, 전체적으로 넓은 크기분포에 대해서 다량의 버블이 생성됨에 따라 평균 버블크기는 다소 상승함을 알 수 있었다.
본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (17)

  1. 버블이 상향으로 주입되고, 중공을 포함하는 튜브(tube) 형상을 갖는 라이저(riser);
    상기 라이저로부터 상기 버블을 공급받고, 수직벽 및 천장을 포함하고, 상기 라이저 위에 소정의 간격을 두고 위치하고, 상기 라이저의 일부를 내부 공간에 포함하는 캡(cap); 및
    상기 캡으로부터 상기 버블을 공급받아 상기 버블과 충돌하고, 상기 캡의 수직벽의 바닥으로부터 소정의 높이(h)에서 원주 방향을 따라 상기 수직벽에 결합하는 충돌판을 포함하고, 상기 충돌판은 상기 수직벽의 바깥방향으로 돌출되어 소정의 폭(w)을 갖는 것인 브림(brim); 및
    상기 캡의 수직벽의 하단에 연결되고, 서로 평행한 복수개의 슬롯;을 포함하고,
    상기 라이저의 중공의 직경(R)에 대한 상기 충돌판의 상기 수직벽의 바닥으로부터의 소정의 높이(h)의 비(h/R)가 0.2 내지 0.5이고,
    상기 라이저의 중공의 직경(R)에 대한 상기 브림의 폭(w)의 비(w/R)가 0.05 내지 0.2이고,
    상기 라이저의 중공의 직경(R)이 20 내지 50 mm인, 버블캡 어셈블리(bubble cap assembly).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 충돌판이 상기 수직벽의 하부벽과 이루는 각(θ)이 45 ≤ θ ≤ 135인 것을 특징으로 하는 버블캡 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 캡이 Π 또는 ∩형상의 수직 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 버블캡 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 버블이 상기 캡의 천장에서 방사형(radial direction)으로 흐르고, 상기 라이저와 상기 수직벽 사이에서 하향으로 흐르는 것을 특징으로 하는 버블캡 어셈블리.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 라이저의 중공의 직경(R)이 30 내지 40 mm인 것을 특징으로 하는 버블캡 어셈블리.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서,
    상기 라이저의 중공의 직경(R)에 대한 상기 캡의 두께(t1)의 비(t1/R)가 0.05 내지 0.1인 것을 특징으로 하는 버블캡 어셈블리.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 라이저의 중공의 직경(R)에 대한 상기 라이저의 두께(t2)의 비(t2/R)가 0.05 내지 0.1인 것을 특징으로 하는 버블캡 어셈블리.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 버블캡 어셈블리가 마이크로 버블의 분산 최적화 및 마이크로 버블의 생성 최적화를 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 버블캡 어셈블리.
  16. 삭제
  17. 제1항에 있어서,
    상기 버블캡 어셈블리가 트레이 데크에 결합되는 것을 특징으로 하는 버블캡 어셈블리.
KR1020220092711A 2022-07-26 2022-07-26 브림을 포함하는 버블캡 어셈블리 KR102609566B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US1674464A (en) * 1927-04-11 1928-06-19 Crane Co Bubble cap for bubble-cap towers
JPH06508063A (ja) * 1991-05-30 1994-09-14 ユニオン、オイル、カンパニー、オブ、カリフォルニア 蒸気−液体分配方法及び装置
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KR102398618B1 (ko) * 2021-12-21 2022-05-17 주식회사 태성환경연구소 Ict 기반의 난분해성 악취가스 처리 및 탄소 중립화 탈취 시스템

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