KR200305788Y1 - 고농도 산소수 용해 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 물속에 용존산소 농도를 50ppm~200ppm까지 고농도 산소수를 생성하는데 첨가제나 촉매제를 사용치 않고도 각 장치를 단순 통과시키면서 물리적으로 강제 용해시키는 장치에 관한것으로,

대기압 하에서 개방형 수조를 대상으로 고농도 산소수를 용해 생성토록 함으로서 가정용 정수기, 산소생수, 산소음료, 산소수사우나 등의 다목적용도에 저비용으로 확대 적용할 수 있도록 함을 목적으로 한것이다.

Description

고농도 산소수 용해 장치{High performance liquid oxygenation equipment}

본 고안은 물속에 산소를 강제 용해시켜 과포화 농도의 용존산소수를 생성시키는 본인의 선등록 제330382호 및 실용신안 등록 제27331호를 효율적으로 개선하여 단순 통과에 따른 물리적인 저비용 구조의 용해 방법으로 고농도 산소수를 얻을 수 있음을 특징으로 한 고농도 산소수 용해 장치에 관한것이다.

본 고안이 속하는 기술로는 기체를 액체 속에 강제 용해시키는 물리적 용해기술에 속하며 종래의 기술로는 두 가지 적용기술이 있다. 첫 번째는 대기압 하에서의 개방형 수조를 대상으로 하는 용해기술과 두 번째로는 밀폐형 탱크를 이용하여 가압하는 방식이 있다. 첫 번째 적용기술은 기체산소의 기포를 보다 미세하게 쪼개어 물과 접촉하는 산소의 표면적을 증가시켜 용해율을 높이는 기술이다. 즉 생물학적 폐수처리장이나 양어양식장, 수족관 등에서 주로 이용되는 산기형 브로워장치, 이젝터 원리 등을 들 수 있다.

이러한 용해기술은 용해율이 매우 낮아 고농도 용존 산소수를 얻고자 하는 이용목적에는 탈기 낭비율이 많아 현실적용이 불가능하며, 그리고 일정한 농도 이상은 용해시킬 수 없는 명확한 한계를 나타낸다. 두 번째 밀폐형 구조를 이용하는 가압 용해 방식의 경우 목적하는 고농도 용존 산소수를 얻을 수는 있으나 목적하는 농도를 얻기 위하여는 고압의 수압력 탱크와 초고압의 산소탱크를 필요로 하고 소량의 산소수를 얻기 위하여 많은 투자를 필요로 하며 운전유지비용 또한 크므로 연구 실험 등의 특수 목적 용도로는 이용될 수 있으나 다량의 물을 이용하는 일반용도에 적용하기는 부담이 너무 크다. 그리고 개방형 구조의 수조를 대상으로는 적용할 수 없는 명확한 기술적 한계가 있다.

본 고안은 상기에 열거한 종래의 기술적 한계와 문제점을 감안하여 밀폐구조와 개방구조에서 함께 활용할 수 있도록 개선하되 저압에서 고효율로 용해도를 실현하여 목적 용도에 편리하고 부담없이 적용할 수 있도록 구성함에 있어서, 고농도 용존산소 생성 범위에서도 탈기 낭비율 없이 고효율로 용해도를 실현하여야 하고 초기시설비 부담과 운전유지비를 최소화하기 위하여 용해장치의 소형화 ·경량화 등이 이루어져야 하며 특히 고농도 산소 용해수에서 발생될 수 있는 산화현상을 방지하기 위하여 내식성 재질의 구성과 무인운전 개념에서도 동일한 용해효율을 실현할 수 있도록 간편한 구성이어야 한다.

특히 용존산소 농도 70ppm 이상의 고농도 산소수를 얻고자 할 때는 용해기를 1회 통과에서 얻기보다는 2회 또는 수회의 반복적 통과 순환 방식에서 얻을 수 있도록 설계하여 소형화에 따른 초기시설투자비의 절감과 운전 유지비 절감 등을 동시 만족할 수 있도록 설계 구성하여야 한다.

따라서 이를 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.

도1은 본 고안의 고농도 산소수 정수장치 구성도.

도2는 본 고안의 개방형 수조를 대상으로 한 고농도 산소수 장치 구성도.

도3은 본 고안의 산소 용해의 연결 구성도.

[도면의 주요부분에 대한 부호의 설명]

1：정수기 본체 케이스 1a：원수유입라인

2：냉수탱크 2a：개방형 저장수조

3：산소수 순환흡입라인 4：산소탱크

5：산소발생장치 6：산소투입구

7：순환펌프 7a：순환펌프2

8：산소용해기1 9：산소용해기2

10：산소용해기3 11：산소용해기4

12：순환수 토출라인 13：원수 유입라인

14：침전필터 15：선카본필터

16：멤브레인 필터 17：후카본 필터

18：정수투입라인 19：정수 저장수조

20：냉수유입구 21：유량조절밸브

첨부도면중 도1은 본 고안의 고농도 산소수 정수 장치의 구성도이며,

도2는 본 고안의 개방형 수조를 대상으로 한 고농도 산소수 장치의 구성도이고,

도3은 본 고안의 산소용해기의 연결 구성도로서,

즉 정수기를 구성하는 정수기 본체 케이스(1)내에 원수유입라인(13)을 통하여 침전필터(14), 선카본 필터(15), 멤브레인 필터(16), 후카본 필터(17) 등에서 정수처리된 물이 정수투입라인(18)에 의해 정수 저장수조(19)에 저장되고, 저장수조(19)의 물은 자연흐름에 따라 냉수유입구(20)를 경유하여 냉수탱크(2)로 유입되는 일반 정수처리 공정의 구성과, 냉수탱크(2)에서 산소수 흡입라인(3)을 통하여 순환펌프(7)(7a)에 흡입됨과 동시에 산소탱크(4) 또는 산소발생장치(5)에서 적량의 산소가 산소투입구(6)를 따라 물과 함께 흡입되어 각 산소용해기 1-4(8)(9)(10)(11)로 투입된다.

따라서 고농도 산소수가 되면 다시 순환수 토출라인(12)에 의해 냉수탱크(2)로 재투입되는 구성이다.

이때 산소탱크(4)를 이용하는 경우와 산소발생장치(5)를 이용하는 것은 선택사항이므로 현장조건에 맞춰 이용할 수 있으며 산소수 순환펌프(7)(7a)는 병렬 연결로 구성하되, 압축 분사 토출형 펌프로 하는것이 바람직하며 이는 매우 중요한 설계구성으로 각 산소용해기(8)(9)(10)(11)의 순차적인 용해 효율과 깊은 함수관계를 가지며 용존산소의 조절 목적에 따라 순환펌프(7)(7a)중 1개와 산소용해기(8)(9)(10)(11)중 1개 또는 2개 이상을 사용할 수도 있다.

본인이 취득한 특허 기술(특허 제330382호：다용도 혼합용해기)에서 유체를 용해기에 투입할 경우 상부 전단부의 정육각형 다층 결합구도의 그릴에서 물에 혼합된 기체를 미세기포로 쪼개어 용해 탱크로 투입되도록 설계하였던 기술 대신 압축 분사토출형 다이아후렘 펌프의 2중 구성으로 그릴 구조에서 얻을 수 있는 1차 미세기포화 효과를 얻을 수 있다.

산소용해기1-4(8)(9)(10)(11)의 내부는 공간부로서 상부에서 산소와 물이 유입되어 하부로 토출되는데 1차 용해기(8)는 상부에서 투입되어 하부로 토출되고 2차 용해기(9)는 하부에서 투입되고 상부로 토출시키는 구성으로서 1차 용해기(8)에서 물과 산소가 혼입되어 상부에서 하부로 낙차할 때 산소는 미세기포로 형성되고 기포는 물의 유속과 함께 하부로 딸려 내려갔다가 기포의 크기에 따라 부력에 의하여 재차 부상하게 되는데 연속적으로 유입되는 유량에 의하여 일정량은 하부로 토출되어 2차 용해기로 유입된다. 이 과정에서 산소는 초미세 기포화되어 물 속에 물리적으로 강제 용해된다. 일정 유량이 일정 유속으로 상부에서 하부로 진행될 때 산소기포는 하부로 딸려 내려갔다가 기포의 부력에 의하여 상부로 부상하게 되고 상부에서 유량이 계속적으로 투입되게 되면 산소기포는 재차 하부로 내려갔다 부상하는 반복적 운동을 하게 되고 그 과정에서 초미세기포로 쪼개지며 강제 용해되는데 목적하는 용존산소 농도에 따라 유량, 유속 및 압력 등이 설정되어 설계된다. 이때 유량과 압력을 조절하기 위하여 용해기 후단부에 유량조절밸브(21)를 설치하여 설계농도를 얻기 위한 효과적 제어를 수반하며 2차 용해기(9)는 1차 용해기(8)와 반대로 하부에서 진행하여 상부로 토출되도록 구성하는데 이는 1차 용해기(8)에서의 일정 수위조절 목적으로 매우 중요한 구성이다. 이러한 자연 흐름에 의한 낙차원리를 3차 용해기(10)와 4차 용해기(11)에서 반복적으로 구성하여 목적하는 용해율과 농도를 얻을 수 있도록 설계 구성하였다.

또한 본 고안을 도2의 개방형수조에 적용했을 경우를 나타낸 장치 구성도인데 개방형수조(2a)에 원수유입라인(1a)과 순환수 토출라인(12)을 직접 연결하고 그 사이에 산소탱크(4) 또는 산소발생기(5)를 연결하고 순환펌프(7)(7a), 각 산소용해기1-4(8)(9)(10)(11)를 설치하여 된것으로 도1에서 일반 정수처리 공정은 통상의 작용효과와 동일하다.

이러한 구성은 생물학적 폐수처리장, 양어양식장, 수족관 등에 적용하면 저비용으로 고효율의 고농도 산소수를 얻을 수 있는 것이다.

본 고안의 효과 예시로 지금까지는 고비용 구조와 용해기술의 한계로 특수목적 용도에서만 국한적으로 사용되었으나 상기 내용과 같이 소규모적이며 저비용으로 고농도 산소수를 생산 가능케 되어 다양한 용도에 일반 적용이 가능하게 되었다. 특히 환경오염이 심화되면서 건강과 관련하여 고농도 산소수 정수기와 음료수, 피부미용에 이용되는 산소수 사우나 그리고 채소류 재배 등에까지 확대 적용됨에 따라 수요가 증가하고 있다. 예를 들어 산소가 풍부한 물을 마실 경우 인체에 미치는 건강관련 영양학적 측면은 다음과 같다고 보고되어 있다.

즉 우리 몸의 신체중 두뇌는 가장 많은 산소를 필요로 한다. 산소가 풍부한 물을 마실 경우, 혈액작용으로 대뇌에 산소를 풍부하게 공급하여 두뇌의 집중력과 사고력, 기억력을 향상시키고 스트레스를 해소한다. 또한 소화기능 및 신진대사는 물론 세포활성화로 젊고 단력있는 피부를 유지시키고 세균과 바이러스에 대한 저항성을 높여준다.

특히 임산부의 건강한 출산 및 태아의 지능 개발과도 연관이 있으며 공부하는 학생들의 두뇌 활동에도 지대한 영향을 미친다. 참고로, 인체에 산소를 공급하는 방법에 있어서는 호흡기를 통하여 심폐로 공급하는 경우와 물 속에 함유되어 있는 산소를 마시며 체내 흡수하는 방법 등 두가지 방식이 있는 바, 호흡을 통하여 심폐로 공급하는 산소도 중요하지만 물 속에 녹아있는 산소를 공급하는 경우 또한 매우 중요하다. 특히 호흡을 통하여 체내 산소를 공급하는 것보다 음용을 통하여 산소를 공급할 경우 산소흡수 속도가 10배정도 빠르다고 보고되고 있는데 이는 물 속에 용존되어 있는 산소는 체내에서 혈액작용으로 직접 흡수되기 때문이다. 그리고 스포츠 활동에 있어서의 산소수 음용효과는 기능성 향상 측면에서 극명하게 나타난다.

신진대사를 향상시켜 근육과 지구력 및 심폐기능을 향상, 기록을 단축시키고 피로회복을 촉진시킨다. ＂모든 질병의 원인은 산소부족이다＂라는 명제처럼, 산림이 우거진 깊은 산 속의 계곡 물에 함유되어 있는 용존산소 농도는 약 15ppm이며 세계적인 장수촌의 물 또한 18ppm 정도로서 일반적인 지하수 및 상수도의 용존산소량과의 비교에서 약 2배 이상의 고농도 산소함유비를 나타낸다. 이렇듯 본 고안의 효과로 고농도 산소수를 일반 정수공정과 결합, 저비용으로 생산 공급하여 음용할 수 있을 경우 국민 건강에 상당부분 기여할 것으로 본다.

Claims (3)

1. 정정

   원수유입라인(13)에 침전필터(14), 선카본 필터(15), 맴브레인 필터(16), 후카본 필터(17)를 설치한 일반 정수처리 공정에서 정수처리된 물을 순환펌프에 의해 산소용해기에 순환시켜 산소수를 생성함에 있어서,

   산소수 흡입라인(3)을 통하여 물과 함께 산소탱크(4) 또는 산소발생기(5)의 산소를 동시에 투입시켜 병렬 연결구성된 순환펌프(7)(7a)에서 흡입되게 하는 것과, 각 산소용해기1-4(8)(9)(10)(11) 후단부에 유량조절밸브(21)를 순차적으로 설치하여 유량과 압력을 제어하는 것을 특징으로 하는 고농도 산소수 용해 장치.
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