KR20010074649A

KR20010074649A - 초음파 진동으로 액체를 처리하는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20010074649A
Application number: KR1020017000118A
Authority: KR
Inventors: 울리히 푀슐
Original assignee: 울리히 푀슐
Priority date: 1998-07-06
Filing date: 1999-07-06
Publication date: 2001-08-04
Also published as: WO2000001620A1; EP1098852B1; ATE225318T1; HU227720B1; CA2336678C; PL196258B1; JP2002519197A; IL140290A0; PL345323A1; TR200100145T2; HUP0103139A2; US6214222B1; DE69903318T2; DE69903318D1; PT1098852E; AU5409999A; BR9911632A; HUP0103139A3; DE19830132A1; CA2336678A1

Abstract

액체 처리용 공정 및 방법이 개시되어 있다. 액체는 반응용기(10) 내로 유입된 후 반응용기(10)의 제1 챔버(12) 내부에서 상승한다. 액체는 제1 챔버(12)로부터 아래쪽으로 제1 챔버(12)의 외부 표면을 따라 얇은 막으로서 안내되어 제2 챔버(14)로 안내된다. 제3 챔버(16)에 있어서, 액체의 내부 에너지를 높이기 위한 에너지가 에너지 공급장치(30)에 의해 액체로 공급된다. 처리된 액체는 반응용기(10)에서 유출된다. 에너지 공급장치는, 피에조 세라믹 디스크(82)가 포트형 하우징 부재(78)와 슬리브(80) 사이의 탄성 실(84)을 통해 지지되는 초음파 방출 변환기를 포함한다.

Description

초음파 진동으로 액체를 처리하는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR TREATING LIQUID WITH ULTRASONIC VIBRATIONS}

본 발명은 액체를 처리하는 방법과 장치 및 그것에 적합한 에너지 공급시스템에 관한 것이다.

종래 기술로부터, 액체, 특히 용해된 물질 또는 용해되지 않은 고체 성분을 가지는 액체, 혹은 액체에 분산된 유동체가, 전통적인 산업시설에 후속적으로 공급되어 생산공정에 사용하거나 또는 생물학적인 하수 처리시설에 유입되어 실용적으로 사용하거나 하기 위해 처리되는 공정이 공지되어 있었다.

또한, 폐수를 탈염(demineralizing)하거나 또는 거품을 제거(defoaming)하기 위한 폐수 처리 공정도 공지되어 있었다. 이렇게 처리된 폐수는, 예컨데 산업적인 목적이나 또는 수경식 식물 종묘장을 관개하기 위한 처리수(process water)로서 이용되고 있었다.

그러나, 이들 공정은 장치 및 제어 기술에 매우 많은 투입을 필요로 하기 때문에 많은 투자비용이 요구된다.

이들 공지된 공정중 하나는 하수 슬러지 또는 배설물의 탈수, 건조 및 후속버닝(burning)에 관한 것이다. 이렇게 배설물을 처리하는데 있어서, 예를 들면 액체 돼지 배설물은, 생물학적 공정에 의해 농축되고 분해되는 방식과 같이 배설물이 생물학적 매체로 처리되는 비교적 대규모 저장 시설에서 수집된다.

대규모의 농장 운영에서 대량으로 생성되는 배설물에 대한 부가적인 사용은, 곡식 밭 등의 농사 지역에 걸쳐 배설물을 비료로서 공급하는 것이다.

농사 지역에 대한 배설물의 공급은, 부근에 강한 악취가 생성되고, 더욱이 배설물에 함유된 세균 및 박테리아가 토양 및 지하수로 유입되는 것이 문제점이다. 종래 기술로부터 공지된 배설물의 분산 또는 처리 공정에 있어서, 분산 또는 처리 시설에는 대규모 공간이 필요하고, 재처리시 처리에 장시간뿐만 아니라 비용 집약적인 요소도 수반한다.

따라서, 본 발명의 목적은 소형 공간을 필요로 하면서 저비용 방식으로 액체가 처리될 수 있는 액체 처리장치 및 공정을 제공하는 것이다. 게다가, 그 목적에 특히 적합한 에너지 공급 시스템이 설명될 것이다.

이 목적은, 본 발명에 따라 청구항 1 또는 4 및 31에서 설명되는 단계와 특성에 의해 달성된다.

본 발명에 의한 공정은, 피처리 액체가 제1 챔버 내로 유입된 후, 얇은 막으로서 제1 챔버의 외부 표면을 따라 아래쪽으로 제2 챔버에 유입된다. 이렇게 함으로써, 얇은 층에서 피처리 액체의 가스를 제거할 수 있다. 이렇게 함으로써, 종래 기술로부터 공지된 공정에서 가스를 제거하기 위해 기계적인 뒤섞임 등을 이용하는 것과는 달리, 피처리 액체가 공급되는데 기계적인 에너지가 필요 없기 때문에, 바람직하게 고효율이 달성되고, 얇은 막에서 저가로 가스 제거를 제공한다.

본 발명의 실시예의 장치는 반응용기 내에 순서대로 배열된 적어도 3개의 챔버를 장착함으로써, 소형 공간에서 높은 처리량(throughput)이 달성된다. 그러므로, 반응용기는 수송 트레일러에 반응용기를 장착함으로써, 특정 용도 및 처리 수량을 위해 유리하게 이동할 수 있어, 하나의 이용 장소에서 다음 이용장소까지 이동 가능하게 된다.

또한, 상기 장치는 액체의 밀도차에 의거해서 혼합 불가능한 액체를 분리하는데 사용할 수 있다는 장점이 있다. 마찬가지로, 본 발명에 의한 장치는 용해되지 않은 고체를 함유한 액체를 분리하는데 적합하다.

피처리 액체가 입력장치에 의해 반응용기 내로 유입되고, 제1 챔버 내에서 상승한 후, 제2 챔버를 통해서 제3 챔버로 유입된다. 이렇게 함으로써, 분리되는 액체 또는 피처리 액체에 포함된 고체가 밀도차에 의해 상승하는 동안 서로 분리되고, 제1 챔버에 인접한 제2 챔버에서 이전에는 분리되지 않은 액체 성분이 서로 추가적으로 분리된다는 장점이 있다.

본 발명을 구체화한 장치의 효율을 더 개선하기 위해, 액체의 내부 에너지를 높이기 위한 에너지 공급장치가 제3 챔버에 연결된다. 피처리 액체로 에너지를 공급함으로써, 예를 들면, 혼합 또는 가스 제거를 위해 피처리 액체의 온도가 상승되거나 또는 피처리 액체로 활동 생성(motion-producing) 에너지가 공급되어 처리 공정이 유리하게 가속될 수 있다.

피처리 액체는, 반응용기 내부를 감압하기 위해 제1 챔버에 연결된 장치에 의해 반응용기 내로 유입된다. 이것은, 예를 들면, 감압에 기인하여, 처리 온도가 대기 압력보다 낮아지기 때문에, 바람직하게 처리 공정을 강화시킨다.

청구항 31에 의한 본 발명의 에너지 공급장치는, 서로 내부에서 자리잡은 2개의 포트형(pot-shaped) 하우징 부재를 가지고, 그 사이에서 탄성 실(seal)을 통해 피에조세라믹 디스크(piezoceramic disc)를 지지하는 초음파 변환기를 포함한다. 이 에너지 공급장치를 사용해서, 피처리 액체에 에너지 또는 내부 에너지를 간단하게 공급하므로, 혼합 공정이 유리하게 개선된다.

본 발명의 바람직한 실시예는 종속항들의 주요 내용이다.

본 발명의 장치의 일실시예는, 제1 유입장치의 출구 근방까지 연장되는 수중 파이프가 제1 챔버에 설치될 수 있다. 이것은, 반응용기에서 주어진 일부 피처리 액체를 제2 챔버로 유입하기 전에 제1 챔버에서 바로 유출하는 것을 가능하게 한다.

수중 파이프의 제1 출구와 제1 유입장치의 출구 사이에, 제1 유입장치로부터 유출되는 액체를 제1 챔버 내에서 환상으로 살포하는 플레이트를 설치하는 것이 특히 바람직하다. 이것은, 제1 유입장치에 의해 제1 챔버 내로 유입되는 피처리 액체가, 제1 챔버에서 처리 공정을 받는 일 없이 수중 파이프를 통해서 제1 챔버로부터 즉시 유출되는 것을 방지한다. 제1 유입장치를 통해서 제1 챔버로 유입된 액체는 플레이트에 의해 안내되어 수중 파이프의 제1 출구를 지나서 제2 챔버의 최초 방향으로 흐른다. 수중 파이프에 의해 일부 피처리 액체가 유출되므로, 제1 챔버 내부에서 피처리 액체의 체류 시간을 크게 증가시키는 순환 흐름이 제1 챔버에 생성된다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 수중 파이프는 제3 챔버에 연결된 제2 출구를 가질 수 있다. 이 경우, 수중 파이프는 제2 챔버에 대해 피처리 액체가 제1챔버에서 제3 챔버로 유입될 수 있는 일종의 바이패스(by-pass)를 형성한다. 더욱이, 제2 챔버를 지나서 안내된 일부 피처리 액체는 그 이상의 처리 공정을 위해 상이한 장치로 공급될 수 있다.

본 발명의 추가적인 실시예는, 반응용기로부터 상대적으로 가벼운 물질을 제거하는 장치가 제1 챔버의 상단 아래에 설치될 수 있다. 이렇게, 반응용기로부터 제1 챔버 바로 뒤에서 상대적으로 가벼운 물질을 제거하는 것이 용이하다.

특히, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 내벽은 흐름 방향의 단면에서 감소할 수 있고, 반응용기의 반대측에 위치된 단부와 공간 분리되어 끝날 수 있다. 이렇게, 피처리 액체의 상승은 단면적으로 좁아진 내벽에 의해 유리하게 개선된다.유동체를 액체로 유입하여 적어도 부분적으로 거품을 생성하기 위해, 제1 챔버의 상류에 연결되는 분산장치가 반응용기에 설치되면, 피처리 액체와 공급된 유동체 사이의 반응 경계면이 철저하게 확대될 수 있으므로, 소망의 처리 공정이 더 짧은 시간내에 처리된다.

제1 유입장치의 방향과 대향하는 제1 챔버에 연결된 저압 생성장치를 통해서 반응용기로 액체가 유입되는 것에 의해, 상술한 거품 생성공정 및 반응용기 내에서 피처리 액체의 상승 또는 거품 생성부분이 보강된다.

피처리 액체의 거품 생성부분은, 반응 시간이 증가함에 따라 거품이 제거되고, 제3 챔버로 들어가기 전에 액체에 거품이 없는 부분과 거품이 제거되는 부분이 함께 혼합되는 환상 공간을 통해, 액체에 거품이 생성되지 않은 부분과 함께 제2 챔버에 도달한다. 이렇게, 반응 경계면의 확대를 통해서, 제1 챔버에서 유출된 후이어지는 피처리 액체의 농도를 균일화 하는 동안 처리 공정의 가속이 유리하게 달성된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 추가 유동체가 제3 챔버의 피처리 액체로 유입될 수 있다. 이렇게 함으로써, 추가 처리 공정을 가속하기 위해, 피처리 액체와 추가 공급된 유동체 사이의 반응 경계면이 유리하게 얻어진다. 이 목적을 위해, 제3 챔버는 추가 유동체를 피처리 액체로 유입하기 위한 제2 유입장치에 연결된다. 산화 및/또는 환원매체, 바람직하게는 오존 및/또는 과산화수소수를 유입하는 것이 특히 유리하다는 것이 증명되었다.

제2 챔버가 추가 격벽에 의해 내부 및 외부 환상챔버로 분리되면, 안정된 낮은(quieting-down) 지대가 유리하게 얻어지므로, 농도 균일화 또는 거품이 없는 액체와 거품이 제거된 액체의 혼합이 생길 수 있다.

본 발명의 일실시예에 있어서, 내부 에너지를 높이는 에너지 공급장치는, 제2 공급장치를 통해서 공급된 유동체를 피처리 액체 내에서 응집하고, 반응 경계면을 강하게 증가시키기 위해 초음파 변환기를 사용한다.

분리되는 액체로부터 분리하기 어려운 물질을 가능한 한 가장 적은 에너지 소비로 분리 가능하게 하기 위해, 제3 챔버는 반투과성 격벽에 의해 제1 및 제2 부분챔버로 분리될 수 있다. 특히, 본 발명의 바람직한 일실예에 있어서, 에너지 공급장치는 제1 부분챔버에 연결되고, 제2 및 제3 챔버 사이의 연결부는 제3 챔버의 제1 부분챔버와 통한다. 이 경우, 에너지 공급장치 또는 이것에 의해 피처리 액체로 유입된 에너지는, 반투과성 격벽을 통해 피처리 액체를 운송하고, 제1 부분챔버에서 유출시키기 위해 사용되며, 제2 부분챔버에서 액체를 반응용기 밖으로 유출하는 동안 분리된 이들 물질은 반투과성 격벽을 통과하지 못한다.

반투과성 격벽은 제1 부분챔버에 고체를 보존하고, 액체가 제2 부분챔버를 통과하게 하는 플라스틱 포일(foil)로 제조될 수 있다. 이것은, 열 분리공정에 대한 경우와 같이 높은 에너지를 필요로 하지 않고, 함유된 고체로부터 액체를 분리 가능하게 한다.

본 발명의 전형적인 실시예의 원리는 도면을 참조하여 이하에 설명된다.

다음과 같이 도시되어 있다:

도 1은 수중 파이프가 제1 챔버와 통하는 본 발명에 의한 장치의 도식적인 예시이다;

도 2는 반응용기의 제2 챔버가 2개의 링형(ring-shaped) 챔버로 세분되는 도 1의 장치의 다른 실시예의 도식적인 예시이다;

도 3은 도1 및 도 2의 장치의 다른 실시예이다;

도 4는 반투과성 격벽에 의해 제1 및 제2 부분챔버로 세분되는 반응용기의 제3 챔버의 도식적인 예시이다;

도 5는 에너지 공급장치의 단면이다.

도 1은 연속적으로 배열된 3개의 챔버(12, 14, 16)를 가지는 반응용기(10)를 포함하는 장치의 도식적인 예시를 나타낸다. 제1 챔버는 내벽(18)에 의해 둘러싸여져 있다. 또한, 반응용기(10) 또는 제1 챔버(12)로 피처리 액체를 유입하기 위한 제1 유입장치(20)가 제1 챔버(12)에 연결된다.

제2 챔버(14)는 내벽(18)과 외벽(22)사이에 설치되고, 제3 챔버(16)에 연결된다. 제2 챔버(14)는 칼라(26)에 의해 제3 챔버(16)와 분리되고, 슬롯 또는 홀(24)이 설치된다. 칼라(26)는 내벽(18)과 외벽(22) 사이에 위치된다.

제3 챔버는 액체를 유출하는 장치(28)를 가진다. 또한, 피처리 액체의 내부 에너지를 높이기 위한 에너지 공급장치(30)가 제 3챔버(16)에 연결된다.

제1 유입장치(20)의 반대측에는, 반응용기(10) 내에서 감압을 생성하기 위한 장치(32)가 제1 챔버(12)에 연결된다.

피처리 액체는, 반응용기(10) 내의 감압 생성에 기인하여, 제1 유입장치(20)를 통해서 제1 챔버(12)로 유입되고, 제1 유입장치(20)의 반대측에 있는 내벽(18)의 단부에 도달할 때까지 제1 챔버에서 상승한 후, 내벽(18)의 외부표면(40)을 통해서 제2 챔버(14)로 유입한다.

제1 챔버(12) 내에서, 수중 파이프(32)가 제1 유입장치(20)의 입구 근처까지 연장되고, 플레이트(36)는, 제1 챔버(12) 내에서 상기 제1 유입장치(20)로부터 유출하는 액체를 환상으로 살포하기 위해, 수중 파이프(32)의 제1 개구(34)와 제1 유입장치(20)의 입구 사이에 설치된다.

플레이트(36)는, 제1 유입장치(20)의 입구에서 유출되는 액체가 수중 파이프(32)에서 즉시 흘러나와 제1 챔버(12)에서 제거되는 것을 방지한다. 액체는 내벽(18)을 향해 제1 유입장치(20)로부터 플레이트(36)를 통과하고, 수중 파이프(38)를 따라 제1 유입장치(20)에서 떨어져 면하는 제1 챔버(12)의 단부를 향해 흐른다.

수중 파이프(32)의 제2 개구(38)는, 본 발명의 전형적인 실시예에서, 수중 파이프(32)를 통해 제1 챔버에서 액체를 유출하는 미도시된 펌프와 연결된다. 이 유출은, 제1 챔버(12)에서 액체의 체류 시간을 늘리기 위한 제1 챔버내의 순환 흐름을 생성한다. 수중 파이프(32)의 제2 개구(38)는 제3 챔버(16)에 연결된다.

내벽(18)은 액체 흐름 방향으로 단면이 감소하고, 반응용기(10)의 반대측에 위치된 단부와 공간 분리되어 끝난다.

액체는 얇은 막으로서 제1 챔버(12) 또는 내벽(18)의 외부 표면(40)을 따라 아래쪽으로 제1 챔버(12)로부터 제2 챔버(14)로 안내된다. 이렇게 함으로써, 예를 들면, 공기 또는 가스 폐색을 가지는 페인트 또는 라커는 얇은 층으로부터 가스가 쉽게 제거될 수 있다.

제1 챔버(12)로부터 제2 챔버(14)로 이행하는 영역에서는, 반응용기(10)에서 가벼운 물질을 제거하기 위한 제1 장치(42)가 설치된다. 제2 챔버(14)의 충만 레벨이 적어도 제1 장치(42)의 개구 높이와 일치하도록 조절되면, 이때 피처리 액체 상에 부유하는 비교적 가벼운 물질, 즉 액체 돼지 배설물 유래의 셀룰로오스 입자 또는 혼합되지 않는 물-기름 혼합물 유래의 기름은 반응용기(10)에서 쉽게 유출될 수 있다.

피처리 액체로부터 고체 성분을 제거할 수 있는 또 하나의 방법은, 칼라(26)의 제3 챔버(16) 헤드로 유입하기 전에 체(sieves)를 설치하여 제2 장치(44)에 의해 반응용기(10) 또는 제2 챔버(14)로부터 고체 성분을 제거한다.

제1 유입장치(20)는, 제3 챔버(16)에 의해 동축으로 둘러싸여 지고,내벽(18) 및 외벽(22)에 연결된다.

제1 챔버(12)의 상류에는 유동체를 액체로 유입하여 적어도 부분적인 거품 을 생성하기 위한 분산장치(46)가 연결된다.

특정한 응용 또는 처리 공정에 있어서, 공기 또는 순수한 산소와 같은 유동체는, 분산장치(46)를 통해서 액체로 유입된다. 이렇게 함으로써, 제2 챔버(14)로의 이행에 위치된 제1 챔버(12)의 상부 영역에는, 거품이 생성된 액체가 충만하게 되는 영역이 생성된다. 이 거품 생성을 통해서, 액체와 공급된 유동체 사이의 반응 경계면의 실질적인 증가가 얻어지므로, 처리 공정의 반응 비율이 실질적으로 증가된다. 반응 시간을 증가시킴으로써 액체의 거품 생성부분의 표면 장력이 감소하게 되며, 거품이 생성된 액체는 다시 거품이 제거되어, 제2 챔버(14)로 유출될 수 있다. 추가 유동체를 액체로 유입하기 위한 제2 유입장치(48)가 제3 챔버(16)에 연결된다. 이 제2 유입장치(48)를 통해서 액체 돼지 배설물을 처리하기 위한 산화 및 환원 매체가 공급된다. 이것은 과산화수소 및/또는 오존을 포함한다. 이 2개의 유동체는, 액체 돼지 배설물의 유해 잔류물을 형성하는 일 없이 처리될 수 있다는 장점을 가진다. 그러므로, 유해 잔류물은 처리 후 액체 돼지 배설물에서 제거될 필요가 없다.

도 2는 반응용기(10)의 제2 챔버(14)가 2개의 환상 부분챔버(14a, 14b)로 세분되는 도 1의 장치의 다른 실시예의 도식적인 예시이다. 도 1 및 도 2에서 예시된 장치의 실시예는 서로 조금 밖에 다르지 않기 때문에, 동일한 참조 부호가 동일한 기능을 가지는 구성 요소에 사용된다.

액체는 제1 유입장치(20)를 통해 제1 챔버(12)로 유입된다. 본 발명의 실시예에서 돌로 이루어진 다공질 링 형태를 가지는 분산장치(46)를 통해, 공기 또는 순수한 산소가 액체로 유입된다. 이것이 제1 챔버(12)에서 액체에 거품을 생성하게 한다. 거품이 생성된 액체는 다시 거품이 제거되어 내부 환상챔버(14a)를 통해서 외부 환상챔버(14b)로 흐른다. 내부 환상챔버(14a)는 보강벽 (50)과 내벽(18)에 의해 한정된다. 다공질 돌은 기포 실리콘 질화물(foamed silicon nitride)로 제조된다.

도시되지 않았지만, 추가적인 실시예에 있어서, 보강 벽(50)에는 홀이 설치될 수 있고, 보강 벽(50)의 내부에 있는 거품이 없는 액체가 이 홀을 통해서 내부 환상챔버(14a)로 흐르는 것이 가능해진다.

내부 환상챔버(14a)와 외부 환상챔버(14b)는 내벽(18)에서 홀(52)을 통해 연결된다. 내부 환상챔버(14a)에는 거품이 생성되고 이어서 다시 거품이 제거되는 액체를 위해 추가적인 안정된 낮은(quieting-down) 및 혼합 지대가 제공된다. 또한, 내부 환상공간(14a) 및 인접한 외부 환상공간(14b)에서 액체의 거품이 제거되는 부분과 거품이 생성되지 않은 부분 사이에서 농도 균일화가 생긴다.

반응용기(10)에서 감압을 생성하기 위한 장치(33)는 파이프(54) 및 펌프(56)를 포함하고, 상기 파이프(54)는 분리기 또는 사이펀(siphon) 및 처리되지 않은 고체 입자를 위한 분리기의 근방에 위치된 출구 구성요소(미도시)를 가진다.

외벽(22)은 한쪽이 다른 한쪽의 내부에 위치되어 상호 연결된 몇개의 원통형 부분으로 형성되며, 외측에 위치된 클램프 수단(미도시)에 의해 반응용기(10)의 뚜껑(58)과 바닥(60)에 견고하게 연결된다.

제2 유입장치(48)는, 도 2에 따른 예시적인 예에서, 유동체를 제3 챔버(16)로 유입하는 파이프(62) 및 펌프(64)를 포함한다. 또한, 산소 발생장치는 제2 유입장치(48)의 파이프(62)에도 연결될 수 있다.

반응용기(10)에서 피처리 액체를 유출하기 위한 장치(28)는, 제1 유입장치(20)를 부분적으로 둘러싸고, 추가 펌프(68)에 연결되는 파이프(66)에까지 통한다. 제2 유입장치(48)의 펌프(64)와 반응용기(10) 내부에서 감압을 생성하기 위한 장치(33)의 펌프(56)를 통해 감소된 압력은 제어장치에(미도시) 의해 반응용기(10)에서 중심적으로 설정되므로, 흡입 영향이 피처리 액체에 미친다.

에너지 공급장치(30)는, 제2 유입장치(48)를 통해서 공급된 유동체를 액체에 응집하는 초음파 변환기를 가지고 있다. 제3 챔버(16)로 초음파 에너지를 안내할 수 있게 하기 위해, 유리로 제조된 오프셋 리플렉터(70)가 제3 챔버(16)에 설치된다. 제1 챔버(12)와 제1 유입장치의 출구 영역 양쪽에는, 충만 레벨을 유지하기 위해 중앙 제어시스템에 적합한 제어신호를 공급하는 센서(72)가 설치된다.

파이프(54)를 통해 유출되는 유동체는 혼합 컨테이너로 공급된 후, 제1 유입장치(20)를 통해서 반응용기(10)로 다시 유입된다. 제2 유입장치(48)를 통해서 분산장치(45)에 의해 액체로 유입되는 유동체에 따라, 상이한 처리 공정이 실행될 수 있다. 예를 들면, 상업적인 식물 종묘장에서 수경 재배를 위해 물을 공급하는데 사용되는 영양액에 과산화수소수 및/또는 오존을 공급함으로써, 소형 공간을 가지고, 세균을 쉽게, 저가로 제거할 수 있다.

도 3은 측면(높이) 및 평면에서 장치의 다른 실시예를 나타낸다. 장치의 프로토타입에 있어서, 도 3에 예시된 반응용기(10)는 단위 시간당 6㎥의 액체 처리능력에 대해, 높이 3m, 바닥면적 1.6m ×1.6m이 필요하였다. 오존, 과산화수소 및 산소는 반응용기(10)로 유입된다. 이 반응용기(10)를 가지는 장치는 중간 규모의 마을의 하수처리 공장을 대체할 수 있다. 추가적인 사용 분야는, 비교적 대량의 배설물이 생산되는 동물 농장지에 있다. 또한, 공작 기계용 냉각제 및 윤활제의 처리도 장치의 응용을 구성한다. 거기서, 물-기름-고체(water-oil-solid) 입자가 서로 분리된다.

또한, 물-기름 혼합물은, 예를 들면 강철이 처음에 기름통에서 냉각된 후 물을 통과함으로써 냉각수에 기름이 포함되어 경화 처리되는, 예를 들면, 경화 공장에서 비교적 대량으로 발생한다.

다른 가능한 응용은, 우유에서 크림을 제거하여 유장을 분리하는 것에 있다. 이렇게 함으로써, 질소가 분산장치(45)를 통해 우유로 유입되어 제1 챔버(12)에서 생산된 크림 거품이, 제2 챔버(14) 및 제3 챔버(16)를 통해 반응용기(10)에서 제거된다. 유입된 질소는 감압 생성에 사용된 장치(33)에 의해 반응용기(10)에서 제거된다.

도 4는 반투과성 격벽(74)에 의해 제1 부분챔버(16a)와 제2 부분챔버(16b)로 세분되는 제3 챔버(16)를 나타낸다. 에너지 공급장치(30)는, 제2 챔버(14)와 제 3챔버(16) 사이의 슬롯 또는 홀로 이루어진 연결부(24)에 의해 제2 챔버(14)에 연결되는 제1 부분챔버(16a)에 연결된다. 반투과성 격벽(74)은, 제1 부분챔버(16a) 내부에서 고체를 보존하고, 액체가 제2 부분챔버(16b)를 통과하게 하는 플라스틱 포일이다. 제1 부분챔버(16a)는 보존된 고체용 출구를 가지며, 제2 부분챔버(16b)에는 제3 챔버(16)에서 액체를 제거함으로써 반응용기(10)에서 액체를 제거하는 장치(28)가 설치된다.

도 5에는 본 발명의 전형적인 실시예에서 각각 포트형 하우징 부재(78)를 가지는 초음파 장치를 사용하여 액체의 내부 에너지를 높이는 에너지 공급장치(30)가 예시된다. 포트형 하우징 부재(78)에 대향하는 탄성실(84)을 통해 접하는 피에조 세라믹 디스크(82)는 슬리브(80)와 포트형 하우징 부재(78)사이에 위치되어, 하우징 부재(78)와 슬리브(80) 사이의 클램프 장치(86)에 의해 클램프 된다.

본 발명의 예시적인 실시예에서 반응용기(10)는 스테인레스 강으로 제조된다. 그러나, 이것은 기술 분야에서 숙련된 사람이 반응용기(10)를 유리 또는 플라스틱과 같이 각각의 적용에 적합한 다른 재료로 제조하게 하는 범위 내에 있다.

파이프와 같이 형성된 챔버(12, 14, 16) 및 제1 유입장치(20)가 서로 동축으로 위치되기 때문에, 반응용기(10)는 최소 외부 치수를 가진다.

도 1에 따르면, 펌프(56) 뒤에 연결된 장치(88)는 반응용기에서 유출되는 재사용 가능한 유동체를 수용하고 이용하기 위해 예시되었다.

도면 부호 목록

10 : 반응용기,

12 : 제1 챔버,

14 : 제2 챔버,

14a : 내부 환상챔버,

14b : 외부 환상챔버,

16 : 제3 챔버,

16a : 제1 부분챔버,

16b : 제2 부분챔버,

18 : 내벽,

20 : 제1 유입장치,

22 : 외벽,

24 : 슬롯 또는 홀,

26 : 칼라,

28 : 유출장치,

30 : 에너지 공급장치,

32 : 수중 파이프,

33 : 감압 생성장치,

34 : 수중 파이프의 제1 출구,

36 : 플레이트,

38 : 수중 파이프(32)의 제2 출구,

40 : 내벽(18)의 외부 표면,

42 : 제1 제거장치,

44 : 제2 제거장치,

46 : 분산장치,

48 : 제2 유입장치,

50 : 보강 벽,

52 : 홀,

54 : 파이프,

56 : 펌프,

58 : 뚜껑,

60 : 바닥,

62 : 파이프,

64 : 펌프,

66 : 파이프,

68 : 펌프,

70 : 오프셋 리플렉터,

72 : 센서,

74 : 반투과성 격벽,

76 : 제1 부분챔버(16a)의 출구,

78 : 하우징 부재,

80 : 슬리브,

82 : 피에조 세라믹 디스크,

84 : 탄성 실,

86 : 클램프 장치

88 : 수용 및 이용장치

Claims

a) 반응용기(10) 내로 액체를 유입하는 단계와;

b) 상기 반응용기(10) 내부의 제1 챔버(12) 내부에서 상기 액체를 상승시키는 단계와;

c) 상기 액체를 얇은 막으로서 상기 제1 챔버(12)의 외부 표면(40)상에서 아래쪽으로 상기 제1 챔버(12)로부터 제2 챔버(14)로 유입하고, 상기 액체를 상기 제2 챔버와의 연결부(24)를 가지는 제3 챔버(1)까지 더 유입하는 단계와;

d) 상기 액체의 내부 에너지를 높이기 위해 상기 제3 챔버(16) 내부로 에너지를 공급하는 단계와;

e) 상기 반응용기(10)에서 처리된 액체를 제거하는 단계를 포함하는 액체 처리방법.
제 1 항에 있어서,

상기 b) 단계에 수반하여,

b1) 제1 챔버 내의 액체로 유동체를 유입하여 상기 액체에 적어도 부분적으로 거품이 생기고, 상기 유동체와 상기 액체 사이에서 반응 경계면의 증가를 생성하는 단계와;

b2) 상기 액체와 상기 유입된 유동체를 반응시키는 단계와;

b3) 상기 액체에서 거품을 제거하는 단계와;

b4) 제2 챔버(14) 내에서 거품이 제거된 액체와 거품이 없는 액체를 혼합하는 단계가 실행되는 것을 특징으로 하는 액체 처리방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 c) 단계와 d) 단계 사이에서,

c1) 제2 챔버(14)와 제3 챔버(16) 사이의 연결부(24)에서 추가 유동체를 상기 액체에 유입하여 상기 액체와 추가 유입된 유동체를 혼합하여 이들의 반응 경계면을 증가시키는 단계가 실행되는 것을 특징으로 하는 액체 처리방법.
a) 반응용기(10) 내부에서 차례로 위치된 적어도 3개의 챔버(12, 14, 16)와;

b) 상기 3개의 챔버(12, 14, 16)를 처음에 한정하는 내벽(18)과;

c) 제1 챔버(12)에 연결된 피처리 액체용 유입장치(20)와;

d) 상기 내벽(18)과 함께 제2 챔버(14)를 한정하고, 제3 챔버(16)에 인접하는 연결부(24)를 가지는 외벽(22)과;

e) 상기 제3 챔버(16)에서 상기 액체를 제거하는 장치(28)와;

f) 상기 액체의 내부 에너지를 높이기 위해 제3 챔버에 연결되는 에너지 공급장치(30) 및;

g) 상기 반응용기(20) 내부에서 감압을 생성하기 위해 상기 제1 유입장치(20)와 대향하는 제1 챔버(12)에 연결되는 장치(33)를 포함하는 액체 처리장치.
제 4 항에 있어서,

상기 수중 파이프(32)는 제1 챔버(12) 내부에서 제1 유입장치(20)의 입구 근방까지 연장되는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 5 항에 있어서,

상기 수중 파이프(32)의 제1 출구(34)와 제1 유입장치(20)의 입구 사이에, 상기 제1 유입장치(20)에서 유출되는 액체를 환상으로 살포하는 플레이트(36)가 설치되는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 6 항에 있어서,

상기 수중 파이프(32)는 상기 제3 챔버(12)와 연결된 제2 출구(38)를 가지는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 7 항에 있어서,

장치(42)가 상기 반응용기(10)에서 제거되는 물질을 위해 출구로서 상기 제1 챔버(12)의 상단 아래에 설치되는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 내벽(18)은 흐름의 방향에서 단면에서 감소하여, 반응용기(10)의 반대측에 위치된 단부와 공간 분리되어 끝나는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

유동체를 액체에 유입하여 적어도 부분적으로 거품을 생성하기 위한 상기 제1 챔버(12)의 상류에 분산장치(46)가 연결되는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 10 항에 있어서,

상기 분산장치(46)는, 환상 다공성 돌의 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 10 항 또는 제 11 항에 있어서,

상기 다공성 돌은 기포 실리콘 질화물(foamed silicon nitride)로 제조된 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 4 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

추가 유동체를 액체에 유입하기 위해 제3 챔버(16)에 제2 유입장치(48)가 연결되는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 4 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 챔버(14)는, 보강벽(50)에 의해 내부 환상 챔버(14a)와 외부 환상챔버(14b)로 분할되고, 상기 내부 환상챔버(14a)는 상기 외부 환상챔버(14b)와 연결부를 가지는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 4 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 에너지 공급장치(30)는, 초음파 방출 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 4 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제3 챔버(16)는, 제1 유입장치(20)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 4 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제3 챔버(16)는 반투과성 격벽(74)에 의해 제1 부분챔버(16a)와 제2 부분챔버(16b)로 세분되는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 17 항에 있어서,

상기 반투과성 격벽(74)은, 제1 부분챔버(16a)에서 고체를 보존하고, 상기 액체가 제2 부분챔버(16b)를 통과하게 하는 플라스틱 포일(foil)이고, 상기 제1 부분챔버(16a)는 고체용 출구(76)를 가지며, 상기 제2 부분챔버(16b)에는 상기 제3챔버(16)에서 상기 액체를 제거하는 장치(28)가 설치되는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 17 항 또는 제 18 항에 있어서,

상기 에너지 공급장치(30)는, 상기 제1 부분챔버(16a)에 연결되고, 상기 제2 챔버(14)와 상기 제3 챔버(16) 사이의 연결부(24)는 상기 제1 부분챔버(16a)와 통하는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 4 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 반응용기(10)는, 스테인레스 강으로 제조되는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 10 항 내지 제 20 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 유입장치(20)는, 상기 3개의 챔버(12, 14, 16)에 대해서 동축으로 위치되고, 상기 분산장치(45)를 통해 연장되며, 상기 제1 챔버(12)로 돌출하는 파이프형 구성 요소인 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 4 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 내벽(18)은 상기 제2 챔버(14)와 접속하는 적어도 하나의 홀(52)을 가지는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 4 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 챔버(14)와 상기 제3 챔버(16) 사이에 위치되어, 액체 통과용 슬롯(slot)이 설치되는 칼라(collar)가 상기 내벽(18)과 상기 외벽(22)의 사이에 설치되는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 13 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 유입장치(48)는 파이프(54)와 펌프(56)를 포함하고, 상기 파이프(54)는 상기 제3 챔버(16)에서 끝나는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 4 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 유출장치(28)는 상기 제1 유입장치(20)에 대해 적어도 일부가 동축으로 위치되고, 펌프(68)를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 4 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 감압 생성장치(33)는, 파이프(54)와 펌프(56)를 포함하고, 상기 파이프는 분리기 또는 사이펀(siphon) 및 배출 구성요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 4 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 외벽(22)은, 복수의 상호 연결된 원통형 부분으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 4 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,

초음파 에너지용 오프셋 리플렉터(70)는, 상기 제3 챔버(16) 내부에 설치되는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 4 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제1 챔버(12) 내로 유입되는 유동체는 공기, 순수 수소 또는 오존인 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 13 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제2 유입장치(48)를 통해 상기 제3 챔버(16) 내로 유입된 추가 유동체는 산화 및/또는 환원 매체, 특히 오존 및 과산화수소인 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
제 26 항에 있어서,

재사용 가능한 유동체를 수용하고 이용하기 위해 펌프(56) 뒤에 장치(88)가 연결되는 것을 특징으로 하는 액체 처리장치.
초음파 방출 변환기가 포트형 하우징 부재(78)와 슬리브(sleeve)(80)를 가지고, 그 사이에서 탄성 실(84)을 통해 피에조 세라믹 디스크(82)를 지지하는 것을 특징으로 하는 제 4 항에 따른 장치용 에너지 공급장치.
제 32 항에 있어서,

장치(86)가 상기 탄성 실(84)을 클램프 하기 위한 것을 특징으로 하는 에너지 공급장치.