KR102661451B1 - 다용도 용해기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 양식장, 수경재배시설, 정수시설, 저수시설 등에 산소, 질소 등이 용해된 물을 제공하면서 공기 정화 기능을 함께 수행하는 다용도 용해기에 관한 것이다.
본 발명은 「수조탱크; 상기 수조탱크 내부에 세워져 결합된 실린더; 상기 실린더 상부에 측방으로 연통된 물공급관; 상기 물공급관 내부에 구비된 감압노즐; 상기 실린더 상단을 수직 관통하는 유체공급관; 상기 실린더 내부에 배치되어, 상단이 상기 유체공급관과 연통된 유체분산기; 상기 유체분산기 하방에서 상기 실린더에 연통된 토출구; 및 상기 수조탱크 하부에 연통된 배출관; 을 포함하고, 상기 감압노즐을 거쳐 분사되는 물과 상기 유체분산기를 거쳐 분산된 배출된 유체가 혼합된 혼합수가 상기 토출구를 거쳐 상기 수조탱크에 유입·저장되고, 상기 배출관을 통해 외부로 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 다용도 용해기」를 함께 제공한다.

Description

다용도 용해기{Versatile Dissolver}
본 발명은 양식장, 수경재배시설, 정수시설, 저수시설 등에 산소, 질소 등이 용해된 물을 제공하면서 공기 정화 기능을 함께 수행하는 다용도 용해기에 관한 것이다.
다량의 어류를 좁은 장소에서 양식하는 양식장에서는 수중 적정 생육환경 조성을 위해 지속적인 수질 관리가 필요하고, 이를 위해 수중의 용존산소량을 적정 기준 이상으로 유지시켜야 한다. 정수시설, 저수시설(물탱크 등) 등에서도 수질 개선, 라돈 제거 등을 위해 산소 공급이 필요하다.
또한, 수중생물의 영양인자가 될 수 있는 미생물의 먹이 활동을 위해서는 질소가 필요하며, 농작물 수경재배 시설 등에서는 수중의 용존질소가 수경작물의 영양소가 된다.
물에 산소나 질소 등을 기체 상태로 직접 주입하는 경우 기포가 형성되었다가 터지면서 쉽게 날아가고, 기체를 액화상태로 주입하더라도 쉽게 기화하여 공기중으로 배출된다. 따라서, 물 속에 산소나 질소를 충분히 용해시켜 산소, 질소 등의 용존량과 용존기간을 충분히 확보하는 것이 필요하며, 이에 관한 용해장치는 종래에도 여러 가지 유형으로 존재한다.
다만, 종래에는 용해기의 용해율 향상을 위해 초음파 설비, 전기분해 설비 등을 적용해 왔으나, 유체역학을 활용하여 물과 공기 이동 경로의 구성에 의해 압력변화, 분산 등을 유도하는 방식으로 간편하면서 높은 용해율을 확보할 수 있는 용해기가 필요하게 되었다.
1. 등록특허 10-1977656 "초음파 용해부를 갖는 수조용 산소 용해기" 2. 등록특허 10-1604462 "산소 용해기" 3. 등록특허 10-1340802 "산소용해기" 4. 등록특허 10-1332263 "병렬산소용해기를 이용한 양식장 산소용존장치 및 방법" 5. 등록특허 10-1977655 "와류 발생 용해부를 갖는 수조용 산소 용해기"
본 발명은 유체(물, 공기 등) 이동 경로의 구조적 변화에 따라 압력변화 및 분산을 유도함으로써 산소, 질소 등의 기체를 수중에 충분히 용해시킨 상태로 제공할 수 있는 다용도 용해기를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 「수조탱크; 상기 수조탱크 내부에 세워져 결합된 실린더; 상기 실린더 상부에 측방으로 연통된 물공급관; 상기 물공급관 내부에 구비된 감압노즐; 상기 실린더 상단을 수직 관통하는 유체공급관; 상기 실린더 내부에 배치되어, 상단이 상기 유체공급관과 연통된 유체분산기; 상기 유체분산기 하방에서 상기 실린더에 연통된 토출구; 및 상기 수조탱크 하부에 연통된 배출관; 을 포함하고, 상기 감압노즐을 거쳐 분사되는 물과 상기 유체분산기를 거쳐 분산된 배출된 유체가 혼합된 혼합수가 상기 토출구를 거쳐 상기 수조탱크에 유입·저장되고, 상기 배출관을 통해 외부로 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 다용도 용해기」를 함께 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 실린더 내부 상기 유체분산기 하방에 결합되고, 상기 혼합수를 수용하는 호퍼부 및 상기 호퍼부에서 하방으로 연장되고 하단이 트여있는 내관부를 포함하는 유도관을 더 포함하여 구성될 수 있으며, 이 경우 상기 내관부 하단으로 배출된 혼합수가 상기 유도관과 실린더 사이의 갭공간에 차올라 상기 토출구를 거쳐 상기 수조탱크에 유입·저장된다.
상기 내관부의 내주연과 외주연은 전산가공할 수 있으며, 상기 실린더의 내주연 중 상기 갭공간을 형성하는 부위도 전산가공할 수 있다.
또한, 상기 실린더는 상부재와 하부재의 나사결합으로 연결되고, 상기 유도관에는 호퍼부 상단에서 수직으로 연장된 결합부가 형성되고, 상기 결합부 외주연은 전산가공되어, 상기 결합부가 상기 실린더의 전산가공된 내주연에 나사결합되도록 구성할 수 있다.
상기 수조탱크 바닥 중앙에는 소켓부를 형성시켜, 상기 실린더 하단이 상기 소켓부에 삽입·정착되도록 할 수 있고, 상기 배출관에는 개폐밸브를 결합시킬 수 있다.
상기 수조탱크 상부에는 복수개의 통기홀을 형성시킬 수 있으며,
이 경우 본 발명은 「일단은 복수개의 통기홀 중 어느 하나와 연통되고, 타단은 상기 물공급관을 관통하여 상기 감압노즐 분사구 주변으로 배치된 순환관」을 더 포함하여 구성하고, 나머지 통기홀은 개폐가능하도록 구성할 수 있다.
본 발명 다용도 용해기가 제공하는 효과는 다음과 같다.
1) 양식장, 수경재배시설, 정수시설, 저수시설 등에 범용적으로 적용할 수 있다.
2) 감압노즐과 유체분산기의 배치 구조에 의해 수중에 산소, 질소 등이 분산 혼입되며 용해되도록 한다.
3) 실린더 하부의 유도관 결합 구조에 의해 한정된 공간에서 산소, 질소 등의 충분한 용해 경로를 확보하여 용해율을 향상시킬 수 있다.
4) 유체공급관으로 외부 공기를 공급하여 수중에 용해시키는 경우 분압이 높은 질소부터 용해되므로 질소 액비를 생산할 수 있으며, 공기 용해 과정에서 오염물질도 수중에 함께 용해되고 남은 공기는 대기로 배출시켜 공기 정화가 이루어지도록 한다.
5) 유체공급관으로 액화산소를 공급하여 수중에 용해시킴으로써 용존산소량을 높이고, 용해되지 않고 남은 산소는 순환관을 통해 감압노즐 분사구 주변에 공급하여 물에 혼입되도록 순환시킨다.
[도 1]은 본 발명 다용도 용해기의 종방향 단면도이다.
[도 2]는 본 발명 다용도 용해기의 외관 사시도이다.
[도 3]은 실린더 내 유체분산기 설치 구조를 나타낸 절개도이다.
[도 4]는 실린더 상·하부재 및 유도관의 결합구조를 나타낸 본 발명 다용도 용해기의 종단면도이다.
[도 5]는 실린더 내 유도관 배치에 따라 연장 확보된 용해경로를 나타낸 절개도이다.
[도 6]은 상·하부재로 구분된 실린더와 유도관의 분해사시도이다.
[도 7]은 다단으로 구분된 실린더 상부재의 분해사시도이다.
이하에서는 첨부된 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 [도 1]에 도시된 바와 같이, 「수조탱크(110); 상기 수조탱크(110) 내부에 세워져 결합된 실린더(120); 상기 실린더(120) 상부에 측방으로 연통된 물공급관(130); 상기 물공급관(130) 내부에 구비된 감압노즐(140); 상기 실린더(120) 상단을 수직 관통하는 유체공급관(150); 상기 실린더(120) 내부에 배치되어, 상단이 상기 유체공급관(150)과 연통된 유체분산기(160); 상기 유체분산기(160) 하방에서 상기 실린더(120)에 연통된 토출구(170); 및 상기 수조탱크(110) 하부에 연통된 배출관(180); 을 포함하고, 상기 감압노즐(140)을 거쳐 분사되는 물(1)과 상기 유체분산기(160)를 거쳐 분산된 배출된 유체(2)가 혼합된 혼합수(3)가 상기 토출구(170)를 거쳐 상기 수조탱크(110)에 유입·저장되고, 상기 배출관(180)을 통해 외부로 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 다용도 용해기(100)」를 제공한다.
상기 수조탱크(110)는 형태 및 사이즈에 특별한 제한은 없으나, 세워져 배치되는 실린더(120)의 형태, 물(1) 공급량과 공기, 산소 등 유체(2) 공급량 등을 고려하여 적정 용량을 설계해야 하며, [도 1]에 도시된 바와 같이 높이 방향으로 긴 원통형 타입으로 구성하는 것이 적절하다.
상기 실린더(120)는 상기 수조탱크(110) 내부에 세워져 결합된 것이다. [도 1]에 도시된 바와 같이 상기 실린더(120)는 상기 수조탱크(110) 중심에 세워져 결합되는 것이 바람직하며, [도 4]에 도시된 바와 같이 상기 수조탱크(110) 바닥 중앙에 소켓부(112)를 형성시키고, 상기 실린더(120) 하단을 상기 소켓부(112)에 삽입·정착시킬 수 있다.
상기 실린더(120)의 상단은 [도 2]에 도시된 바와 같이 상기 수조탱크(110) 천정면을 관통하여 돌출되도록 구성함으로써 물공급관(130)과 유체공급관(150)의 배관 설치를 용이하게 할 수 있다.
상기 실린더(120)는 상부재(120a)와 하부재(120b)로 구분되도록 구성하고, 상기 상부재(120a)가 다시 다단으로 구분되도록 구성할 수 있다. 이에 관한 상세 사항은 후술한다.
상기 물공급관(130)은 양수펌프(10)에 의해 펌핑 공급되는 물을 상기 실린더(120)에 공급하는 경로를 제공한다. 상기 물공급관(130)은 상기 실린더(120) 상부, 즉 [도 2]에서와 같이 상기 수조탱크(110) 천정면을 관통하여 돌출된 부분의 측방으로 연통된다.
상기 물공급관(130) 내부에는 감압노즐(140)이 구비되며, 상기 감압노즐(140)은 전방으로 수렴하는 형태의 분사구를 갖는다. 상기 감압노즐(140)에서 분사되는 물은 베르누이 정리에 의해 물 분사 속도는 빨라지고, 물 분사 부위의 압력은 낮아진다.
상기 유체공급관(150)은 상기 실린더(120) 상단을 수직 관통하도록 배관된다. 상기 유체공급관(150)을 통해서는 일반 공기, 액화산소 등을 공급할 수 있다. 상기 물공급관(130) 내부 감압노즐(140) 전방에는 압력이 낮게 형성된다.
상기 유체분산기(160)는 상기 실린더(120) 내부에 배치되고, 상단이 상기 유체공급관(150)과 연통된다. 상기 유체공급관(150)을 통해 공급된 유체가 상기 유체분산기(160)를 거쳐 퍼져 나가도록 구성된 것이다. 상기 감압노즐(140)을 통해 낮은 압력으로 빠르게 분사되는 물(1)과 상기 유체분산기(160)를 거쳐 분산되어 퍼져나가는 유체(2)는 상기 실린더(120) 내에서 혼합되어 혼합수(3)를 이루게 된다. 즉, 상기 혼합수(3)는 물(1)에 공기, 액화산소 등의 유체(2)가 혼합되어 있는 것으로, 이 때 상기 유체(2)는 물(1)에 용해되거나 기포 상태로 존재한다.
상기 유체분산기(160)는 상기 실린더(120) 형태에 따라 원기둥형으로 구성할 수 있으며, 에어스톤, 에어필터 등을 상기 유체분산기로 적용할 수 있다. [도 3]은 실린더(120) 내의 유체분산기(160) 설치 구조를 나타낸 절개도로서, 수 많은 미세공극을 통해 유입된 유체가 잘게 분산 배출되도록 구성된 원기둥형의 유체분산기(160)가 예시되어 있다. 상기 유체분산기(160)는 체결구(165)를 이용하여 실린더(120) 내부에 정착시킬 수 있으며, [도 3]에는 유체분산기(160)의 상단, 중단, 하단에 각각 고리 형태의 체결구(165)를 이용한 정착 구조가 도시되어 있다.
상기 실린더(120)에는 상기 유체분산기(160) 하방에서 토출구(170)가 연통되고, 상기 수조탱크(110) 하부에 배출관(180)이 연통된다. 이에 상기 감압노즐(140)을 거쳐 분사되는 물(1)과 상기 유체분산기(160)를 거쳐 분산된 배출된 유체(2)가 혼합된 혼합수(3)가 상기 토출구(170)를 거쳐 상기 수조탱크(110)에 유입되어, 상기 수조탱크(110)에 상기 혼합수(3)가 바닥에서부터 차오르고 이 과정에서 유체(2) 용해율이 높아진다. 유체(2)가 충분히 용해된 혼합수(3)는 상기 배출관(180)을 거쳐 양식장, 수경 재배지 등에 배출되고, 용해되지 않고 남은 유체는 일반 공기인 경우는 물론 액화산소인 경우에도 기체 상태가 되어 상기 수조탱크(110) 상부로 떠올라 포집된다.
상기 수조탱크(110) 상부(벽면 상단 또는 천정면)에는 복수개의 통기홀(111)을 형성시킴으로서, 상부로 떠오른 기체 상태의 유체를 대기 중에 배출시킬 수 있다. 일반 공기를 상기 유체(3)로 적용하는 경우 본 발명 다용도 용해기(100)를 거쳐 분압이 높은 질소가 용해되어 액비가 생산되고, 용해되지 않은 잔존 공기는 상기 통기홀(111)을 통해 대기 중으로 배출되는데, 이 과정에서 공기 중 오염물질이 필터링되어 공기 정화가 이루어지는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명은 일단은 복수개의 통기홀(111) 중 어느 하나와 연통되고, 타단은 상기 물공급관(130)을 관통하여 상기 감압노즐(140) 분사구 주변으로 배치된 순환관(135)을 더 포함시켜 구성할 수 있으며, 이 경우 나머지 통기홀(111)은 개폐가능하도록 구성할 수 있다. 액화산소를 상기 유체(3)로 적용하는 경우 수중에 용해된 후 기체 상태로 떠오른 산소가 상기 순환관(135)을 통해 부압이 걸려 있는 감압노즐(140) 분사구 주변으로 회수됨에 따라 상기 순환관(135)을 통해 회수된 산소가 상기 감압노즐(140)에서 물과 혼합된 상태로 상기 실린더(120)에 유입되어 용해되도록 할 수 있다. 상기 순환관(135)을 통해 산소를 순환시키는 경우에는 나머지 통기홀(111)은 폐쇄시켜두고, 상기 유체공급관(150)을 통해 일반 공기를 유입시킬 때는 상기 통기홀(111)들을 개방시켜, 전술한 바와 같이 액비 제조 후 남은 공기가 정화된 상태로 대기 중에 배출되도록 할 수 있다. 상기 상단에는 압력게이지(미도시)를 장착하여 실린더(120) 내압이 체크되도록 할 수 있다.
상기 배출관(180)에는 개폐밸브(185)를 결합시켜 혼합수(3)의 배출량을 필요에 따라 조절하도록 구성할 수 있다.
한편, 본 발명은 「상기 실린더(120) 내부 상기 유체분산기(160) 하방에 결합되고, 상기 혼합수(3)를 수용하는 호퍼부(191) 및 상기 호퍼부(191)에서 하방으로 연장되고 하단이 트여있는 내관부(192)를 포함하는 유도관(190); 을 더 포함하여, 상기 내관부(192) 하단으로 배출된 혼합수(3)가 상기 유도관(190)과 실린더(120) 사이의 갭공간(125)에 차올라 상기 토출구(170)를 거쳐 상기 수조탱크(110)에 유입·저장되도록 구성된 것을 특징으로 하는 다용도 용해기(100)」를 함께 제공한다.
상기 유도관(190)은 [도 1] 및 [도 4]에 도시된 바와 같이 상기 실린더(120) 내부 상기 유체분산기(160) 하방에 결합된 것으로, 협소한 실린더(120) 내부 공간에 물(1)과 유체(2)가 혼합된 혼합수(3)의 이동경로를 조성하여, 이동 경로 상에서 유체(공기, 액화산소 등)가 충분히 용해되도록 한다. 혼합수(3)의 이동경로는 곧 유체(2)의 용해경로가 되는 것이다.
즉, [도 4] 및 [도 5]에 도시된 바와 같이 상기 내관부(192) 하단으로 배출된 혼합수(3)가 상기 유도관(190)과 실린더(120) 사이의 갭공간(125)에 차올라 상기 토출구(170)를 거쳐 상기 수조탱크(110)로 배출되도록 하는 것이다.
상기 유도관(190)은 [도 5] 및 [도 6]에 도시된 바와 같이 상기 혼합수(3)를 수용하는 호퍼부(191) 및 상기 호퍼부(191)에서 하방으로 연장되고 하단이 트여있는 내관부(192)를 포함하여 구성된 것이며, 상기 호퍼부(191) 상단에서 수직으로 연장된 결합부(193)를 형성시켜, 상기 결합부(193)에 의해 상기 유도관(190)이 실린더(120) 내부에 결합되도록 할 수 있다.
[도 4] 및 [도 5]에 도시된 바와 같이 상기 내관부(192)의 내주연과 외주연은 모두 전산가공하고, 상기 실린더(120)의 내주연 중 상기 갭공간(125)을 형성하는 부위를 전산가공함으로써 혼합수(3)가 전산가공된 벽체에 충돌하고, 와류가 유발되어 유체(2) 용해율을 더욱 높일 수 있다.
상기 유도관(190)의 결합 편의성을 높이기 위해서는 [도 6]에 도시된 바와 같이 상기 실린더(120)가 상부재(120a)와 하부재(120b)의 나사결합으로 연결되도록 하고, 상기 결합부(193) 외주면을 전산가공하여, 상기 결합부(193)가 상기 실린더(120)의 전산가공된 내주연에 나사결합되도록 구성할 수 있다.
또한, [도 4]에 도시된 바와 같이 상기 상부재(120a) 내부에는 유체분산기(160)를 결합시키고, 상기 하부재(120b) 내부에는 유도관(190)을 배치할 수 있다. 이에 상기 상부재(120b) 내부는 물(1)과 유체(2)의 혼합이 이루어지도록 하는 공간이 되고, 상기 하부재(120b) 내부는 물(1)과 유체(2)가 혼합된 혼합수(3)가 이동경로를 따라 이동하며 유체의 충분한 용해가 이루어지는 공간이 된다.
[도 7]에 도시된 바와 같이 상기 상부재(120a)는 다단으로 분리되도록 구성할 수 있다. 구체적으로 상기 유체공급관(150)이 지나는 통공(121)과 물공급관(130)의 결합을 위한 결합관(122)이 구비된 상단캡부(120a-1)와, 중단부(120a-2) 및 하단부(120a-3)로 분리되도록 구성할 수 있으며, 이에 따라 상기 상부재(120a)를 다단으로 분리시킨 상태에서 상기 유체분산기(160)를 실린더(120) 내에 용이하게 결합시킬 수 있다.
이상에서 본 발명에 대하여 구체적인 실시예와 함께 상세하게 살펴보았다. 그러나 본 발명은 위의 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니며 본 발명의 요지를 벗어남이 없는 범위에서 수정 및 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 청구범위는 이와 같은 수정 및 변형을 포함한다.
1 : 물 2 : 유체
3 : 혼합수
10 : 양수펌프
110 : 수조탱크 111 : 통기홀
112 : 소켓부
120 : 실린더 120a : 상부재(실린더)
120b : 하부재(실린더) 121 : 통공
122 : 결합관
125 : 갭공간
130 : 물공급관 135 : 순환관
140 : 감압노즐
150 : 유체공급관 160 : 유체분산기
165 : 체결구
170 : 토출구 180 : 배출관
185 : 개폐밸브
190 : 유도관 191 : 호퍼부
192 : 내관부 193 : 결합부

Claims (9)

  1. 상부에 복수개의 통기홀(111)이 형성된 수조탱크(110);
    상기 수조탱크(110) 내부에 세워져 결합된 실린더(120);
    상기 실린더(120) 상부에 측방으로 연통된 물공급관(130);
    상기 물공급관(130) 내부에 구비되고, 전방으로 수렴하는 형태의 분사구를 갖는 감압노즐(140);
    상기 실린더(120) 상단을 수직 관통하는 유체공급관(150);
    상기 실린더(120) 내부에 배치되어, 상단이 상기 유체공급관(150)과 연통되어 있으며, 상기 유체공급관(150)을 통해 유입된 유체가 다수의 미세공극을 통해 잘게 분산 배출되도록 하는 유체분산기(160);
    상기 유체분산기(160) 하방에서 상기 실린더(120)에 연통된 토출구(170); 및
    상기 수조탱크(110) 하부에 연통된 배출관(180); 을 포함하고,
    상기 감압노즐(140)을 거쳐 분사되는 물(1)과 상기 유체분산기(160)를 거쳐 분산된 배출된 유체(2)가 혼합된 혼합수(3)가 상기 토출구(170)를 거쳐 상기 수조탱크(110)에 유입·저장되고, 상기 배출관(180)을 통해 외부로 배출되도록 구성된 것을 특징으로 하는 다용도 용해기(100).
  2. 제1항에서,
    상기 실린더(120) 내부 상기 유체분산기(160) 하방에 결합되고, 상기 혼합수(3)를 수용하는 호퍼부(191) 및 상기 호퍼부(191)에서 하방으로 연장되고 하단이 트여있는 내관부(192)를 포함하는 유도관(190); 을 더 포함하여,
    상기 내관부(192) 하단으로 배출된 혼합수(3)가 상기 유도관(190)과 실린더(120) 사이의 갭공간(125)에 차올라 상기 토출구(170)를 거쳐 상기 수조탱크(110)에 유입·저장되도록 구성된 것을 특징으로 하는 다용도 용해기(100).
  3. 제2항에서,
    상기 내관부(192)의 내주연과 외주연이 전산가공된 것을 특징으로 하는 다용도 용해기(100).
  4. 제3항에서,
    상기 실린더(120)의 내주연 중 상기 갭공간(125)을 형성하는 부위가 전산가공된 것을 특징으로 하는 다용도 용해기(100).
  5. 제4항에서,
    상기 실린더(120)는 상부재(120a)와 하부재(120b)의 나사결합으로 연결되고,
    상기 유도관(190)에는 호퍼부(191) 상단에서 수직으로 연장된 결합부(193)가 형성되고, 상기 결합부(193) 외주연은 전산가공되어,
    상기 결합부(193)가 상기 실린더(120)의 전산가공된 내주연에 나사결합된 것을 특징으로 하는 다용도 용해기(100).
  6. 제1항에서,
    상기 수조탱크(110)는 바닥 중앙에 소켓부(112)가 형성되고,
    상기 실린더(120)는 하단이 상기 소켓부(112)에 삽입·정착된 것을 특징으로 하는 다용도 용해기(100).
  7. 제1항에서,
    상기 배출관(180)에는 개폐밸브(185)가 결합된 것을 특징으로 하는 다용도 용해기(100).
  8. 삭제
  9. 제1항에서,
    일단은 복수개의 통기홀(111) 중 어느 하나와 연통되고, 타단은 상기 물공급관(130)을 관통하여 상기 감압노즐(140) 분사구 주변으로 배치된 순환관(135); 을 더 포함하고,
    나머지 통기홀(111)은 개폐가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 다용도 용해기(100).
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