KR102613233B1 - 산소 혼합 및 용해장치 - Google Patents

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이상종
이승협
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농업회사법인주식회사엘바이오텍
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Abstract

본 발명은 산소 혼합 및 용해장치에 관한 것으로, 산소발생부; 상기 산소발생부에서 배출되는 기체를 물과 혼합하여 혼합수를 만드는 혼합부; 및 상기 혼합수를 이루는 기체를 용해시켜 용해수를 만드는 용해부를 포함하며, 상기 용해부는 상기 혼합부와 연결되며 상기 혼합수의 유동라인을 형성하는 관부재와, 상기 관부재에 삽입되어 상기 혼합수를 이루는 기체를 용해시키는 나선 모양의 제1 용해부재를 포함한다.
본 발명에 의하면, 고농도의 산소를 발생시켜 물과 혼합하여 용해시키되, 와류와 충돌 및 유속에 의해 산소가 작게 분해되어 효과적으로 용해됨으로써 용존 산소량이 높은 물이 제공되며, 그 용존 산소량이 높은 물은 산업현장이나 어패류 양식장, 식물 등에 제공되어 양식이나 생육 등에 효과를 얻을 수 있다.

Description

산소 혼합 및 용해장치{APPARATUS FOR MIXING AND DISSOLVING OXYGEN}
본 발명은 산소 혼합 및 용해장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고농도의 산소를 발생시켜 물에 혼합하고 용해하여 용존 산소량이 높은 지속성이 물을 만드는 산소 혼합 및 용해장치에 관한 것이다.
일반적으로, 용존 산소량은 물 속에 포함되어 있는 산소량을 나타낸다. 예를 들면, 용존 산소량이 부족하면 어패류의 생존에 위협을 받는다. 기존에 어패류 양식장의 경우에는 양식장의 물속에 폭기조를 설치하거나 양식장 밖에서 양식장의 물과 공기를 혼합하여 재투입함으로써 용존 산소량을 확보하고 있다. 관련 선행기술로는 한국 등록특허공보 제10-1803071호가 개시되어 있다.
선행기술은 양식장 밖에서 물과 공기를 동시에 투입하여 와류에 의한 미세기포를 형성하도록 하되, 공기가 고르게 분산되도록 주입하는 구조를 구성함으로써 와류에 의해 물과 공기를 혼합하는 과정에서 공기를 보다 잘게 쪼개는 작용이 가능하게 되어 미세한 미세기포의 형성이 신속히 이루어지게 되며, 부력 제로 상태의 미세기포를 수중에 공급시 수중에서 용해되면서 산소량이 높아지는 효과를 제공한다.
그러나 선행기술은 공기 중 산소농도로 양식장의 용존 산소량을 충분히 높이는데 한계가 있다.
한국 등록특허공보 제10-1803071호
본 발명의 목적은 고농도의 산소를 발생시켜 물에 혼합하고 용해하여 용존 산소량이 높은 물을 만드는 산소 혼합 및 용해장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 산소발생부; 상기 산소발생부에서 배출되는 기체를 물과 혼합하여 혼합수를 만드는 혼합부; 및 상기 혼합수를 이루는 기체를 용해시켜 용해수를 만드는 용해부를 포함하며, 상기 용해부는 상기 혼합부와 연결되며 상기 혼합수의 유동라인을 형성하는 관부재와, 상기 관부재에 삽입되어 상기 혼합수를 이루는 기체를 용해시키는 나선 모양의 제1 용해부재를 포함한다.
구체적으로, 상기 제1 용해부재는 상기 관부재를 따라 거리를 두고 다수개로 배열되고, 상기 제1 용해부재의 사이에는 제2 용해부재가 배치될 수 있다.
상기 제2 용해부재는 2개의 나선이 꼬인 스크류편이 다수개로 배열되어 형성될 수 있다.
상기 산소발생부는 공기를 방비석, 어안석, 캐버자이트 중 어느 1종 또는 2종 이상으로 이루어진 산소발생베드를 통과시켜 상기 기체를 발생시킬 수 있다.
상기 산소발생부는 공기의 수분을 제거하기 위한 히터수단을 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 고농도의 산소를 발생시켜 물과 혼합하여 용해시키되, 와류와 충돌 및 유속에 의해 산소가 작게 분해되어 효과적으로 용해됨으로써 용존 산소량이 높은 물이 제공되며, 그 용존 산소량이 높은 물은 산업현장이나 어패류 양식장, 식물 등에 제공되어 양식이나 생육 등에 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 산소 혼합 및 용해장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에서 용해부를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2에서 제1 용해부재를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2에서 제2 용해부재를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에서 산소발생부의 일부를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 산소 혼합 및 용해장치는 산소발생부(100), 혼합부(200) 및 용해부(300)를 포함한다. 산소발생부(100)는 공기 중의 질소를 흡착 제거하여 산소 농도가 높은 기체를 발생시키고, 혼합부(200)는 산소발생부(100)에서 발생되어 배출되는 기체와 물을 혼합하여 혼합수를 만들고, 용해부(300)는 혼합수를 이루는 기체를 용해시켜 용해수를 만든다.
예를 들면, 산소발생부(100)는 내부가 빈 구조의 함체(110)를 구비하고, 함체(110)의 내부에 산소발생베드(130)를 설치하여 산소 농도가 높은 기체를 발생시킬 수 있다.
함체(110)의 벽체에는 함체(110)의 내부로 외부 공기를 공급하기 위한 팬(140)이 설치되고, 산소발생베드(130)의 하부에는 함체(110) 내부의 공기를 산소발생베드(130)로 공급하기 위한 블로워(120)가 각각 설치될 수 있다. 팬(140)과 블로워(120)는 모터로 구동되어 공기를 공급한다.
산소발생베드(130)는 블로워(120)의 구동으로 공급되는 공기를 통과시키며 질소를 흡착하여 제거함으로써 산소 농도가 높은 기체를 발생시킨다. 산소발생베드(130)는 다수개로 배열되어 산소 농도가 높은 기체의 발생량을 높일 수 있고, 관체를 통해 함체(110)의 외부로 배출된다.
예를 들면, 산소발생베드(130)는 방비석, 어안석, 캐버자이트 중 어느 1종 또는 2종 이상으로 이루어져 공기로부터 질소를 흡착 제거하여 산소 농도가 높은 기체를 발생시킬 수 있다. 산소발생베드(130)는 내부가 빈 원통형상의 통체에 충전되어 하부에서 블로워(120)가 공급하는 공기로부터 질소를 흡착 제거할 수 있다.
방비석, 어안석, 캐버자이트는 기공의 크기가 일정하고, 3~10Å의 분자 크기에 상응하는 기공 크기를 갖고 있어 분자 체(Molecular Sieve)의 특성을 갖는다. 분자체의 특성은 분자의 크기가 기공의 크기보다 크면 배척하고, 기공 크기보다 작으면 통과시키는 일종의 체 역할이라고 볼 수 있다.
예를 들면, 산소발생베드(130)는 방비석 분말, 어안석 분말, 캐버자이트 분말 중 어느 1종으로 이루어져 블로워(120)가 공급하는 공기로부터 질소를 흡착 제거하여 산소 농도가 높은 기체를 발생시킬 수 있다.
또한, 산소발생베드(130)는 방비석 분말, 어안석 분말, 캐버자이트 분말 중 어느 2종으로 이루어져 블로워(120)가 공급하는 공기로부터 질소를 흡착 제거하여 산소 농도가 높은 기체를 발생시킬 수 있다.
이때, 산소발생베드(130)를 이루는 2종은 아래위로 적층되어 질소를 흡착 제거할 수 있고, Si/Al의 비가 낮을수록 질소 흡착 성능이 우수함을 고려하여, 산소발생베드(130)의 하층은 상층을 이루는 성분보다 Si/Al의 비가 높은 성분으로 이루어짐이 바람직하다.
블로워(120)가 공급하는 공기 중의 질소는 산소발생베드(130)의 하층을 통과하며 1차 제거되고 상층을 통과하며 2차 제거된다. 하층을 통과하며 제거되지 않고 잔존할 수 있는 질소가 상층을 통과하며 완전히 제거됨으로써, 산소발생베드(130)는 농도가 높고 고순도의 산소를 포함하는 기체를 발생시킬 수 있다.
산소발생부(100)는 공기의 수분을 제거하기 위한 히터수단(150)을 포함할 수 있다. 히터수단(150)은 함체(110)의 내벽면에 설치되어 팬(140)의 후방에 위치함이 바람직하며, 모터에 의해 구동되는 팬(140)을 통해 함체(110)의 내부로 공급되는 공기를 히팅하여 수분을 제거한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 히터수단(150)은 거리를 두고 배열된 히터핀 사이로 공기를 통과시키며 히팅하는 구조일 수 있고, 바람직하게는 PTC(Positive Temperature Coefficient) 히터일 수 있다.
공기 중에 수분이 함유되면, 그 수분이 산소발생베드(130)에 흡착되어 비표면적을 줄이게 되고, 결국 공기가 산소발생베드(130)에 접촉하는 면적이 줄어들게 된다. 이 때문에, 산소발생베드(130)의 질소 흡착 성능이 저하되고, 산소발생베드(130)의 빈번한 교체가 이루어져 경제적인 문제가 발생한다.
전기의 인가로 히터핀이 발열하는 히터수단(150)은 구동되는 팬(140)을 통해 함체(110)의 내부로 공급되는 공기를 히팅하여 수분을 제거함으로써, 산소발생베드(130)의 질소 흡착 성능을 유지하여 산소 농도가 높은 기체를 지속적으로 발생시키도록 하고, 장기간 사용을 가능하게 함으로써 경제적인 이득을 얻을 수 있도록 한다.
한편, 혼합부(200)는 산소발생부(100)에서 배출되는 산소 농도가 높은 기체를 물과 혼합하여 혼합수를 만든다. 예를 들면, 기체와 물의 혼합은 모터펌프(210)에 의해서 이루어질 수 있다.
예를 들면, 물은 어패류 양식장(10)의 물일 수 있고, 모터펌프(210)는 유입측에 설치되는 다수 연결구를 가지는 연결부재(220)를 통해 기체관(L1) 및 유체관(L2)과 각각 연결되고, 기체관(L1)으로부터 산소발생부(100)의 기체를 유입하고, 유체관(L2)으로부터 양식장의 물을 유입하여 혼합할 수 있다.
혼합부(200)는 산소발생부(100)에서 공급되는 산소 농도가 높은 기체가 모터펌프(210)의 내부로 공급되기 전에 물과 혼합함으로써, 모터펌프(210)의 내부를 통과하여 배출되는 물과 기체가 효과적으로 혼합되어 혼합수가 만들어지도록 한다.
혼합부(200)의 모터펌프(210)로부터 배출되는 혼합수는 용해부(300)를 통과하며 용해수가 만들어진다. 용해부(300)는 혼합수를 이루는 기체를 물에 용해시켜 용해수를 만든다.
용해부(300)는 혼합부(200)의 모터펌프(210)의 배출측과 연결되며 혼합수의 유동라인을 형성하는 관부재(310)와, 관부재(310)에 삽입되어 혼합수를 이루는 기체를 용해시키는 나선 모양의 제1 용해부재(320)를 포함할 수 있다.
이때, 제1 용해부재(320)는 관부재(310)의 길이를 따라 거리를 두고 다수개로 배열되고, 제1 용해부재(320)의 사이에는 제2 용해부재(330)가 배치될 수 있다. 도면에서는 2개의 제1 용해부재(320) 사이에 1개의 제2 용해부재(300)가 배치된 모습을 도시하고 있지만, 이는 단지 예시된 것으로, 제1 용해부재(320)와 제2 용해부재(330)의 배치 수는 사용 환경이나 조건에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제1 용해부재(320)는 폭과 길이를 가지는 판체가 나선 모양으로 꼬여 형성될 수 있고, 도 4에 도시된 바와 같이, 제2 용해부재(300)는 2개의 나선이 꼬인 스크류편(331)(333)이 다수개로 배열되어 형성될 수 있다.
스크류편(331)과 스크류편(333)은 서로 교호로 배열되어 제2 용해부재(300)를 형성할 수 있다. 이때, 스크류편(331)은 2개의 스크류날개(331a)(331b)가 서로 대향하게 왼나사 방향으로 꼬인 형태이고, 스크류편(333)은 2개의 스크류날개(333a)(333b)가 서로 대향하게 오른나사 방향으로 꼬인 형태일 수 있다.
즉, 2개의 스크류날개(331a)(331b)가 동일 선상의 각 끝점에서 서로 마주보며 왼나사 방향으로 꼬여 스크류편(331)을 형성할 수 있고, 2개의 스크류날개(333a)(333b)가 동일 선상의 각 끝점에서 서로 마주보며 오른나사 방향으로 꼬여 스크류편(333)을 형성할 수 있다.
혼합부(200)의 모터펌프(210)에서 배출되어 압송되는 혼합수는 관부재(310)를 따라 유동하며 제1 용해부재(320)와 제2 용해부재(330)를 순차로 통과하며 용해수가 만들어진다.
제1 용해부재(320)는 나선 방향으로 와류를 발생시키고 그 와류에 의해 물 속에 혼합된 기체 버블이 작게 분해되며 이 현상이 제1 용해부재(320)의 길이를 따라 발생함으로써 기체가 물에 용해된다.
제2 용해부재(320)는 물이 스크류날개(331a)(331b)(333a)(333b)가 형성한 좁은 골을 따라 제1 용해부재(320)를 통과하는 유속 보다 더 빠른 유속으로 지그재그로 유동하고, 지그재그로 유동 방향을 바꾸는 동안 스크류날개(331a)(331b)(333a) (333b)에 충돌하여 기체 버블이 더 작게 분해되며, 이 현상이 제2 용해부재(320)의 길이를 따라 발생함으로써 기체가 물에 더 용해된다.
따라서, 혼합수가 관부재(310)를 따라 유동하는 동안, 제1 용해부재(320)를 따라 와류를 발생하며 유동하여 기체 버블이 작게 분해되어 용해되고, 제2 용해부재(330)를 따라 빠른 유속으로 지그재그로 유동하며 부딪혀 기체 버블이 더 작게 분해되어 용해되며, 이와 같은 과정이 제1 용해부재(320)와 제2 용해부재(330)의 배치에 따라 반복적으로 이루어짐으로써 기체가 물에 완전히 용해되어 용해수가 만들어진다.
관부재(310)에는 양식장(10)과 연결되는 회수관(L3)이 연결되고, 혼합수가 용해부(300)를 통과하며 만들어진 고농도의 산소를 함유한 용해수가 회수관(L3)을 통해 양식장으로 회귀하여 양식장의 용존 산소량을 높인다.
도 1에 도시된 바와 같이, 회수관(L3)에는 모터펌프(210)의 연결부재(220)에 연결되는 바이패스관(L4)이 설치될 수 있다. 바이패스관(L4)은 중간에 밸브(410)을 설치하여 개폐될 수 있다.
바이패스관(L4)은 산소량이 높은 용해수의 일부를 연결부재(220)로 바이패스하여 산소 농도가 높은 기체 및 물과 다시 혼합하고 용해부(300)를 거쳐 용해수를 만들도록 함으로써 산소량이 더 높은 용해수를 만들 수 있도록 한다. 이에 의해, 양식장(10)의 용존 산소량이 더 높아질 수 있다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 고농도의 산소를 발생시켜 물과 혼합하여 용해시키되, 와류와 충돌 및 유속에 의해 산소가 작게 분해되어 효과적으로 용해됨으로써 용존 산소량이 높은 물이 제공되며, 그 용존 산소량이 높은 물은 산업현장이나 어패류 양식장, 식물 등에 제공되어 양식이나 생육 등에 효과를 얻을 수 있다.
상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 양식장 100: 산소발생부
110: 함체 120: 블로워
130: 산소발생베드 140: 팬
150: 히터수단 200: 혼합부
210: 모터펌프 220: 연결부재
300: 용해부 310: 관부재
320: 제1 용해부재 330: 제2 용해부재
331,333: 스크류편 331a,331b,333a,333b: 스크류날개
410: 밸브 L1: 기체관
L2: 유체관 L3: 회수관
L4: 바이패스관

Claims (5)

  1. 산소발생부(100)와, 상기 산소발생부(100)에서 배출되는 기체를 물과 혼합하여 혼합수를 만드는 혼합부(200)와, 상기 혼합수를 이루는 기체를 용해시켜 용해수를 만드는 용해부(300)를 포함하며,
    상기 산소발생부(100)는 내부가 빈 구조의 함체(110)와, 상기 함체(110)의 벽체에 설치되어 공기를 상기 함체(110)의 내부로 공급하는 팬(140)과, 상기 함체(110)의 내부에 설치되어 상기 공기로부터 상기 기체를 발생시키는 산소발생베드(130)와, 상기 산소발생베드(130)의 하부에 위치하여 상기 공기를 상기 산소발생베드(130)에 공급하는 블로워(120)를 포함하고,
    상기 혼합부(200)는 기체관(L1)을 통해 상기 산소발생부(100)와 연결되어 상기 기체를 유입하고 유체관(L2)을 통해 양식장(10)의 물을 유입하는 연결부재(220)와, 상기 연결부재(220)와 연결되어 상기 기체와 물을 유입하고 상기 혼합수를 만들어 배출하는 모터펌프(210)를 포함하고,
    상기 용해부(300)는 상기 모터펌프(210)와 연결되며 상기 혼합수의 유동라인을 형성하는 관부재(310)와, 상기 관부재(310)에 삽입되어 상기 혼합수를 이루는 기체를 용해시키는 제1 용해부재(320)를 포함하며,
    상기 산소발생베드(130)는 방비석, 어안석, 캐버자이트 중 어느 1종 또는 2종 이상으로 이루어져 상기 공기로부터 상기 기체를 발생시키고,
    상기 함체(110)의 내벽면에 설치되어 상기 팬(140)과 대응하며, 상기 팬(140)이 공급하는 공기로부터 수분을 제거하는 히터수단(150)을 포함하고,
    상기 제1 용해부재(320)는 상기 관부재(310)를 따라 거리를 두고 다수개로 배열되고, 상기 제1 용해부재(320)의 사이에는 제2 용해부재(330)가 배치되고,
    상기 제1 용해부재(320)는 폭과 길이를 가지는 판체가 나선 모양으로 꼬여 형성되고,
    상기 제2 용해부재(330)는 스크류편(331)과 스크류편(333)이 서로 교호로 배열되어 형성되되, 상기 스크류편(331)은 2개의 스크류날개(331a)(331b)가 동일 선상의 각 끝점에서 서로 마주보며 왼나사 방향으로 꼬여 형성되고, 상기 스크류편(333)은 2개의 스크류날개(333a)(333b)가 동일 선상의 각 끝점에서 서로 마주보며 오른나사 방향으로 꼬여 형성되며,
    상기 관부재(310)에는 상기 용해수를 상기 양식장(10)으로 배출하는 회수관(L3)이 연결되고, 상기 회수관(L3)과 상기 연결부재(220)와의 사이에는 상기 회수관(L3)의 용해수 일부를 상기 연결부재(220)로 바이패스 하는 바이패스관(L4)이 설치되는 것을 특징으로 하는 산소 혼합 및 용해장치.
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