KR20010044221A - 기체용해장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공급되는 액체를 저장하기 위한 액체 저장공급수단과, 공급되는 액체를 가압하기 위한 액체가압수단과, 투입되는 기체를 공급하는 기체공급수단과, 액체에 투입되는 기체를 흡인하여 혼합하는 기체혼합인젝터수단과, 액체에 혼합된 기체를 초미세기포상태로 다단 분할하여 활성화하는 기체용해수단과, 초미세기포상태의 기체를 포함하는 액체를 공급하기 위한 밸브수단 및 기체용해반응조로 구성하여, 산소, Co₂, 오존기체와 같은 각종 기체와 공기 등같 같은 각종 기체를 액체속에 초미세기포로 만들어 용해시키기 위한 기체용해장치에 관한 것으로, 본 발명은 정수, 오수, 폐수, 용수 등의 각종 수처리분야에 널리 적용하여 수처리 효율을 극대화 시킴과 동시에 약품, 음료수, 주류, 유류등 기타 액체성분에 요구되는 가스상태의 기체를 효과적으로 투입하여 제품의 품질과 효능을 향상시켜 줌과 동시에, 양어장, 담수댐, 저수조등 담수의 각종 저수시설내의 물속에 용존산소율을 높여 주거나 산화제를 효과적으로 투입하여 저수시설내의 물을 살균처리하고, 부페를 방지하여 줄 수 있게 한 가스용해장치에 관한 것이다.

Description

기체용해장치{A gas soiution apparatus}

본 발명은 산소, Co₂, 오존기체와 같은 각종 기체와 공기 등같 같은 각종 기체를 액체속에 초미세기포로 만들어 용해시키기 위한 기체용해장치에 관한 것으로, 본 발명은 정수, 오수, 폐수, 용수 등의 각종 수처리분야에 널리 적용하여 수처리 효율을 극대화 시킴과 동시에 약품, 음료수, 주류, 유류등 기타 액체성분에 요구되는 가스상태의 기체를 효과적으로 투입하여 제품의 품질과 효능을 향상시켜 줌과 동시에, 양어장, 담수댐, 저수조등 담수의 각종 저수시설내의 물속에 용존산소율을 높여 주거나 산화제를 효과적으로 투입하여 저수시설내의 물을 살균처리하고, 부페를 방지하여 줄 수 있게 한 가스용해장치에 관한 것이다.

일반적으로 기존의 각종 액체에 기체를 투입하는 방법이나 장치에 있어서는 대부분이 투입하는 기체를 액체속에 산기관을 통하여 폭기하여 방법의 장치를 채용하여 투입하고 있음으로서, 투입되는 기체의 입자 크기를 최소화 한다 하더라도 투입되는 가스의 입자크기를 50∼113㎣의 비교적 큰 기포입자로 투입되게 되고, 이에 따라 큰 입자의 폭기방식은 액체내에서의 기체 부상속도가 매우 빨라 충분한 접촉시간을 유지할 수없어 상대적으로 많은 량의 기체 투입을 요구하게 되고, 이에 따라 기체 푸입설비나 이에 따른 운전비가 많이 요구되는 경제적인 부담에 비하여 기체투입 효율이나 처리효율이 상대적으로 저조한 것 등의 여러 가지 문제점을 나타내고 있었다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 결함과 문제점을 해소하기 위하여 창출한 것으로, 본 발명은 투입되는 기체의 입자 크기를 적어도 0.1∼0.9㎣ 정도의 초미세기포로 만들어 주어 액체에 투입시켜 주므로서, 액체내에 투입된 기체의 부상속도를 상당히 느리게 진행되게 하여 액체와 기체가 접촉할 수 있는 시간을 극대화 하고, 이에 따라 투입되는 동일 기체량으로도 접촉면적과 접촉시간을 최대한 늘릴 수 있게 하여 정수, 오수, 폐수, 용수 등의 각종 수처리분야에 널리 적용하여 수처리 효율을 극대화 시킴과 동시에 약품, 음료수, 주류, 유류등 기타 액체성분에 요구되는 가스상태의 기체를 효과적으로 투입하여 제품의 품질과 효능을 향상시켜 줄 수 있는 기체용해장치를 제공함에 그 목적이 있는 것이다.

또한 , 본 발명은 양어장, 담수댐, 저수조등 담수의 각종 저수시설내의 물속에 공기, 산소나 산화력이 우수한 오존가스 등 투입되는 기체의 기포를 초미세기포로 형성시켜 투입하여 주므로서, 물속에서의 투입된 기체의 부상속도를 상당히 느리게 진행시켜 물과 투입된 기체의 접촉 시간을 극대화 하여 물속의 용존산소율을 높여 주고 산화작용이나 살균처리능력과 정수능력을 향상시켜 주므로서 저수된 담수의 부폐를 효과적으로 방지하여 줄 수 있는 가스용해장치를 제공함에 또 다른 목적이 있는 것이다.

또한 본 발명은 기체를 용해 시킴에 있어서 높은 압력과 빠른 유속으로 분출되는 액체에 기체 흡입기를 설치하여 흡인 혼합시켜 분출하고, 분출되는 액체와 기체가 충돌반사판에 충돌하여 분산되어 액체와 기체가 1차 접촉을 하면서 액체와 기체가 분리되게 하고, 액체는 난류를 직류로 전환키 위한 확산살수판의 복수의 통수공을 통과하여 하방의 기포발생수층에 자유낙하시켜 기포발생수층에 용해된 기체의 기포입자를 미세한 기포상태로 재분할하여 활성화시켜 주는 간단한 설비로 기체의 용해를 초미세기포로 분할 할 수 있게 하여 줌으로서 신설의 설비는 물론 기존의 설비에도 고가의 시공비나 시설변경의 부담없이 적용, 설치하여 효율을 극대화하고 유지비를 절감하기 위한 기체용해장치를 제공함에 또 다른 목적이 있는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 공급되는 액체를 저장하기 위한 액체 저장공급수단과, 공급되는 액체를 가압하기 위한 액체가압수단과, 투입되는 기체를 공급하는 기체공급수단과, 액체에 투입되는 기체를 흡인하여 혼합하는 기체혼합인젝터수단과, 액체에 혼합된 기체를 초미세기포상태로 다단 분할하여 활성화하는 기체용해수단과, 초미세기포상태의 기체를 포함하는 액체를 공급하기 위한 밸브수단 및 기체용해반응조로 구성됨을 특징으로 하는 것으로, 이를 첨부한 도면에 따른 각 실시예를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 전체 구성도

도 2는 본 발명의 요부인 기체용해수단의 단면도

도 3은 도 2의 A=A선 단면도

도 4 및 도 5는 본 발명에 있어 기체용해수단의 타 실시예시도로서,

도 4는 기체용해수단의 단면도

도 5는 도 4의 B-B선 단면도

도 6 및 도 7은 본 발명에 있어 기체용해수단의 또 다른 실시예시도로서,

도 6는 기체용해수단의 단면도

도 7는 도 6의 B-B선 단면도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

액체저장공급수단(100) 액체가압수단(200) 흡인관(201)

토출관(202) 가압펌프(P) 기체공급수단(300) 기체혼합인젝터수단(400)

흡인단(401) 입력단(402) 혼합배출단(403) 기체용해수단(500)

분출관(501) 개방단(502) 충돌확산면(503) 통수공(504)

밀폐격판(505) 분리실(506) 기체분리액체층(507) 낙하공간(508)

기체발생액체층(509) 공급관(510) 밸브수단(600) 기체용해반응로(700)

도 1은 본 발명을 적용한 전체 수처리설비의 구성 예시도이고, 도 2는 본 발명의 요부인 기체용해수단의 작동상태를 나타낸 종단면도이고, 도 3은 도 2의 A-A선 단면도 이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 공급되는 액체를 저장하기 위한 액체 저장공급수단(100)과, 공급되는 액체를 가압하기 위한 액체가압수단 (200)과, 투입되는 기체를 공급하는 기체공급수단(300)과, 액체에 투입되는 기체를 흡인하여 혼합하는 기체혼합인젝터수단(400)과, 액체에 혼합된 기체를 초미세기포상태로 다단 분할하여 활성화하는 기체용해수단(500)과, 초미세기포상태의 기체를 포함하는 액체를 공급하기 위한 밸브수단(600) 및 요구되는 기체용해반응조(700)로 대별하여 구성함을 특징으로 한다.

본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 산소, Co₂, 오존가스 등의 기체를 발생하거나 공급하는 기체공급수단(300)은 벤츄리튜브로 구성되는 기체혼합인젝터수단(400)의 흡인단(401)에 접속연결되고, 기체혼합인젝터수단(400)의 입력단(402)에는 액체가압펌프수단(200)의 가압펌프(P)의 토출관(202)이 접속연결 되어 있고, 액체가압펌프수단(200)의 가압펌프(P)의 흡입관(201)에는 액체를 공급하는 액체저장공급수단(100)이 연결되어 액체가압펌프수단(200)의 가압펌프(P)에 의하여 흡입되는 액체는 가압펌프(P)의 토출관(202)를 통하여 압력(P₁)이 가해진 상태로 벤츄리튜브로 구성된 기체흡인인젝터수단(400)의 입력단(402)에 공급되어 기체흡인인젝터수단(400)을 통과하면서 흡인단(401)을 통하여 기체공급수단(300)으로 부터 기체를 흡인하여 혼합하게 하고, 이 혼합된 기체와 액체는 기체흡인인젝터수단(400)의 혼합배출단(303)을 통하여 압력(P₂)이 저감된 상태로 분출관(501)을 통하여 후술하는 기체용해수단(500)으로 공급하게 된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 기체용해수단(500)은 대체로 밀폐된 탱크형태로 구성되고, 기체용해수단(500)의 상측부에는 기체용해수단(500)을 관통하여 진입한 분출관(501)의 개방단(502)의 외측에 개방단(502)과 근접하여 직교상으로 대접되는 충돌확산면(503)을 구비하고 있고, 저부에는 복수의 통수공(504)을 천공한 밀폐격판(505)을 형성한 분리실(506)이 구비되어 있으며, 분리실(506)의 밀폐격판(505) 상부에는 소정의 수위(H₁)를 갖는 기체분리 액체층(507)을 형성하고 있으며, 기체용해수단(500)의 하측부에는 상기한 분리실(506)의 밀폐격판(505)과 소정 간격(H₂)을 두고 낙하공간(508)을 두고 이 하방에 소정의 수위(H₃)를 갖는 기포발생액체층(509)을 형성하고 있으며, 기체용해수단(500)의 하부에는 기포함유액체를 공급하는 공급관(510)이 연설되어 있고, 이 공급관(510)에는 밸브수단(600)을 연설하여 공급되는 기포함유액체의 압력(P₃)을 저하시켜 기체용해반응조(700)로 공급하여 처리하게 한다.

따라서, 본 발명은 기체혼합인젝터수단(400)에서 기체를 혼합한 액체는 기체혼합인젝터수단(400)의 혼합배출관(403)을 통과하게 되는데, 이때 혼합배출관(403)의 토출 압력(P₂)은 가압펌프(P)의 토출관(202)측의 토출 압력(P₁)보다 보다 작게 설정되어 있음으로서 압력 변화에 따라 액체에 혼합된 기체입자는 확산하여 미세한 기포상태로 분할되면서 분출관(501)을 통하여 기체용해수단(500)의 분리실 (506)로 공급되는데, 분출관(501)을 통과한 기체혼합액체는 분출관(501)의 개방단 (502)을 통하여 외부로 확산되면서 분출하게되고, 이 분출되는 기체혼합액체는 분출관(501)의 개방단(502)에 근접하여 위치하는 충돌확산면(503)과 강력하게 충돌하는 상태로 분출하게 되므로서, 공급되는 액체는 충돌에 의하여 미세한 입자로 재차 분리되면서 분리된 액체는 자체 혼합된 기체는 물론 분리실(506)공간에 존재하는 기체와 다시 접촉하는 상태로 혼합되면서 기체와 액체로 분리되어,분리된 액체는 아래로 하강하고 기체는 위로 상승하는 상태로 분리작용을 하여, 분리된 액체는 밀폐격판(505)상에 소정의 수위(H₁)를 지니는 기체분리액체층(507)으로 수집되고, 수집된 액체는 밀폐격판(504)에 형성된 복수의 통구공(401)을 통하여 수류가 분할되어 가느다란 수주상으로 소정의 높이(H₂)를 갖는 자유 낙하공간(508)으로 수직낙하 하면서 기포발생액체층(509)의 액면과 충돌하게 되고, 이에 따라 연속적으로 낙하하는 가느다란 수주상의 액체가 기체용해수단(500)의 하방 기포발생액체층 (509)내부로 낙하, 투입되어 기포발생액체층(509)내부에 낙하되는 미세한 수주상의 액체에 의하여 미세한 기포가 연속적으로 생성되게 되면서 액체내부에 함유된 기체 의 기포입자가 초미립상으로 재분할하여 기포발생액체층(509)내부에 생성시키게 되고, 미세기포로 재분할된 기포를 포함하는 하측부의 소정 수위(H₃)를 갖는 기포발생액체층(509)의 액체는 가스용해수단(500)하부의 공급관(510)과 밸브수단(600)을 통과하면서 다시 토출되게 되는데, 이때에도 밸브수단(600)으로 토출되는 토출 압력(P₃)이 기체용해수단(500)의 압력(P₂)보다 작게 설정되어 있으므로서 다시 미세기포가 재분할하여 기포입자크기가 0.1∼0.9㎣ 정도인 초미세기포를 생성하여 주게 된다.

따라서 기체용해장치(500)의 공급관(510)과 밸브수단(600)을 통하여 기체용해반응조(700)에 유입되어 기체의 기포는 기포입자크기가 0.1∼0.9㎣ 정도인 초미세기포상태로 공급되게 되므로서, 기체용해반응조(700)내에서의 기체 부상속도가 상당히 느려지게 되고, 이에 따라 기체와 액체의 접촉시간을 현저히 연장시켜 장시간의 반응시간을 얻게 될 뿐만 아니라, 액체내의 기체의 용존율과 용존상태 유지를 현저하게 향상시켜 줄 수 있게 되는 것이다.

본 발명에 있어 벤츄리튜브의 원리로 구성되는 기체혼합인젝터수단(400)은 액체가압수단(200)의 가압펌프(P)압력에 따라 기체의 흡입량을 결정하며, 흡입된 기체는 기체용해수단(500) 상부의 분리실(506)의 충돌확산면(506)에 충돌하면서 분리실(506) 상부의 기체와 1차 반응하며 분리된다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 기체용해수단(500)은 상부에 기체와 액체가 상하로 분리된 기체와 액체의 분리실(506)을 형성되어 있고, 분출되는 기체혼합액체를 충돌, 확산 시키는 충돌확산면(503)의 위치와 밀폐격판(505)상부의 위치하는 기체분리액체층(507)높이에 차이를 두어 기체혼합액체가 충돌확산면 (503)에 충돌, 확산될 때 액체를 최대한 분산시켜 액체의 접촉공간을 넓혀주며 액체의 난류를 통수공(401)을 통하여 미세한 수주상의 직류로 변환하여 수직낙하시켜 주므로서 기포발생이나 가스기포의 미세화를 촉진시키게 되는 것이다.

또한, 본발명에 있어, 가느다란 수주상으로 통수공(504)을 통하여 가느다란 수주상으로 낙하하는 액체에 낙하의 충격력을 제공하기 위하여 통수공(504)과 기체발생액체층(509)사이에 자유낙하 공간을 주어 낙하하는 액체의 낙차 높이(H₂)를 주어 소정의 높이(H₃)를 갖는 기체발생액체층(509) 내부로 복수의 수주상의 물줄기로 분할하여 기체발생액체층(509) 전면에 걸쳐 낙하하게 함으로서 낙하되는 수주에 의한 미세기포의 발생이나 생성을 촉진시키게 되어 미세기포의 발생량을 증대시킬 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명에 있어 압력관계는 액체공급수단(200)의 가압펌프(P)의 토출 압력(P₁)을 제일 높은 상태로 설정하여 기체혼합인젝터수단(400)의 입력단(402)의 압력이 가장 높은 상태로 설정되어 있고, 기체혼합인젝터수단(400)의 혼합배출단 (403)을 통과하여 기체용해수단(500), 발브수단(500)전단까지의 압력(P₂)상태를 가압펌프(P)의 토출 압력(P₂) 보다 작게 유지하고, 밸브수단(600)을 통과한 압력(P₃)은 최소의 압력을 받도록 하여 기체의 기포를 포함하는 액체를 압력이 저하되는 상태로 1,2차에 걸쳐 확산시켜 주므로서 액체에 포함된 기체의 입자를 초미립자상태의 기포로 분할, 확산시킬 수 있게 되는 것이다.

한편, 첨부된 도면 도 4도내지 도 7은 본 발명에 있어 기체용해수단(500)의 타실시예시도를 나타낸 것이다.

도 4내지 도 5의 타실시예의 본 발명의 기체용해수단(500)은 기체혼합인젝터수단(400)으로 부터 기체를 함유하는 액체를 기체용해수단(500)에 공급하는 분출관(501a)의 개방단(502a)을 기체용해수단(500)의 상부벽면을 충돌확산면(503a)으로 하여 분출관(501a)을 통하여 분출되는 기체혼합인젝터수단(400)으로 부터의 기체함유액체를 상부벽면에 형성된 충돌확산면(503a)에 충돌 확산시키는 경우를 예시한 것으로, 나머지 구성은 도 2 및 도 3에 도시된 기본 실시예와 동일하게 구성하여 동일한 효과를 얻을 수 있게 됨을 예시한 것이다.

또한, 도 6 및 도 7은 본 발명은 본 발명에 있어, 또 다른 실시예를 예시한 것으로, 본 실시예의 구성에 기체용해수단(500)은 기체혼합인젝터수단(400)으로 부터 기체를 함유하는 액체를 기체용해수단(500)에 공급하는 분출관(501b)의 개방단(502b)을 기체용해수단(500)의 측벽면을 충돌확산면(503b)으로 하여 분출관 (501b)을 통하여 분출되는 기체혼합인젝터수단(400)으로 부터의 기체함유액체를 측벽면에 형성된 충돌확산면(503b)에 충돌 확산시키는 경우를 예시한 것으로, 나머지 구성은 도 2 및 도 3에 도시된 기본 실시예와 동일하게 구성하여 동일한 작용효과를 얻을 수 있게 됨을 예시한 것이다.

이와 같은 본 발명은 가압펌프에 의하여 공급되는 액체에 의하여 기체를 흡인하여 혼합하고, 액체에 혼합된 기체를 감압하여 확산, 살포하여 미세상태로 기체입자를 분해하여 액체와 기체로 분리하고, 분리된 액체를 가느다란 복수의 수주상태로 낙차를 두고 자유낙하시켜 하부에 위치하는 액체층에 충돌시켜 액체내에 무수한 미세기포를 발생시켜 준 다음, 이를 다시 감압 유출하여 액체내의 기포를 확산 분해하는 간단한 방법의 장치로 액체내에 입자크기 0.1∼0.9㎣ 정도의 초미세기포를 생성시켜 줄 수 있게 되어, 산소, Co₂, 오존가스와 같은 각종 가스는 물론, 공기 등과 같은 각종 기체를 액체속에 초미세기포상태로 용해시켜 액체내의 기체용존율과 용존산소율을 높여 줄 수 있을 뿐만 아니라, 액체내의 기포가 0.1∼0.9㎣ 정도인 초미세기포로 형성되어 있으므로서, 액체내에서의 기체입자 부상속도를 크게 지연시켜 기체의 접촉시간을 현저히 연장시켜 줄 수 있게 함으로서, 정수, 오폐수 처리설비는 물론 용수 및 중수도처리 등의 각종 수처리 분야의 기체투입 및 접촉이나 반응등의 처리효율을 효과적으로 증대시켜 수처리 효율을 극대화시켜 줄 수 있으며, 약품, 음료수, 주류, 유류 등 약품이나 식품분야와 같이 액체성분에 가스상의 유효기체 투입을 요구하는 경우에도 액체내의 요구되는 함량의 기체를 양호한 상태로 투입, 유지시켜 줄 수 있게 되어 제품의 품질을 향상시켜 줄 수 있으며, 양어장, 담수댐, 저수조등의 물속에도 물속에 공기등을 쉽게 투입하여 물속내의 용존산소율을 높여주거나 산화제를 투입하여 살균처리를 효과적으로 수행할 수 있는 등 다방면으로 적용하여 사용할 수 있고, 그 설비와 장치가 간단하여 신규의 설비는 물론 기존의 설비에도 염가로 설치하여 사용할 수 있는 등의 여러 가지 특징을 지닌 것이다.

Claims (6)

1. 공급되는 액체를 저장하기 위한 액체 저장공급수단(100)과, 공급되는 액체를 가압하기 위한 액체가압수단 (200)과, 액체에 투입되는 기체를 흡인하여 혼합하는 기체혼합인젝터수단(400)과, 액체에 혼합된 기체를 초미세기포상태로 다단 분할하여 활성화하는 기체용해수단(500)과, 초미세기포상태의 기체를 포함하는 액체를 공급하기 위한 밸브수단(600)을 구비하여서 됨을 특징으로 하는 기체용해장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상부에 개방단(502)을 갖는 분출관(501)과, 분출관(501)의 개방단(502)에서 분출되는 기체혼합액체를 충돌, 확산 시키는 충돌확산면(503)과, 충돌확산면(503)의 하부 위치에 복수의 통수공(504)을 형성한 밀폐격판(505)과, 밀폐격판(505)상부에 소정 수위(H₁)를 갖고 형성되는 기체분리액체층(507)을 구비한 분리실(506)과, 분리실(506)하방에 소정높이(H₂)를 갖는 자유낙하공간(508)과, 자유낙하공간(508)하방에 소정 수위(H₃)를 갖는 기체용해수단(500)을 구비함을 특징으로 하는 기체용해장치.
3. 제 1 항에 있어서, 액체가압수단(200)의 가압펌프(P)에서 토출되는 액체의 토출 압력(P₁)과, 기체혼합인젝터수단(400)에 의하여 분출관(501)의 개방단(502)에서 분출된 기체용해수단(500)의 내부 압력(P₂)과, 밸브수단(600)에서 토출되는 압력(P₃)은 압력(P₁)＞압력(P₂)＞압력(P₃)의 관계로 설정함을 특징으로 하는 기체용해장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   개방단(502)을 갖는 분출관(501)이 기체용해수단(500)의 분리실(506)에 수직하향상으로 구성되고, 분출관(501)의 개방단(502)에서 분출되는 기체혼합액체를 충돌, 확산 시키는 충돌확산면(503)이 밀폐격판(504)상에 구비된 기체용해수단(500)을 구비함을 특징으로 하는 기체용해장치.
5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   개방단(502)을 갖는 분출관(501a)이 기체용해수단(500)의 분리실(506)에 수직 상향상으로 구성되고, 분출관(501a)의 개방단(502a)에서 분출되는 기체혼합액체를 충돌, 확산 시키는 충돌확산면(503a)이 상부 벽면에 구비된 기체용해수단 (500)을 구비함을 특징으로 하는 기체용해장치.
6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   개방단(502)을 갖는 분출관(501b)이 기체용해수단(500)의 분리실(506)에 수평상으로 측벽면을 향하게 구성되고, 분출관(501b)의 개방단(502b)에서 분출되는 기체혼합액체를 충돌, 확산 시키는 충돌확산면(503b)이 측벽면상에 구비된 기체용해수단(500)을 구비함을 특징으로 하는 기체용해장치.