KR20040002334A - 기포용해장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기포용해장치에 관한 것으로서, 그 목적은 입경이 큰 기포를 고속 회전되는 임펠러의 회전날개로 잘게 부수어 1시간에 1m정도밖에 부상하지 않는 매우 미세한 미세기포로 만들어 처리대상액체에 투입 접촉시킬 수 있으며, 이에 따라서 비약적으로 고도의 접촉산화효과는 물론 용해효과 등을 얻을 수 있도록 함에 있다.

본 발명에 따른 기포용해장치는, 수중모터(10)의 출력회전축(12)에 미세 기포발생용 임펠러(13,14)가 장착되고 이는 하면에서 보았을 때 방사형으로 형성되고 단턱을 갖는 다수의 회전날개(13a)가 톱니형으로 형성된다. 상기 수중모터(10)의 하단에는 미세 기포발생용 임펠러(13,14)를 감싸도록 임펠러 보호부재(15)가 형성되며 이 임펠러 보호부재(15)는 상기 수중모터(10)의 하단에서 슬릿을 형성시킨 격벽(15a)이 하부로 연장되고 이 격벽(15a)의 하단에 컵형 단면의 필터(15d)가 씌워져 있다. 기체주입기(16)는 지상의 압축기로부터 공기를 공급받는 기체주입호스(16a)가 수중모터(10)에 이르기까지 연결되고 이 기체주입호스(16a)의 끝단에서 미세 기포발생용 임펠러(13)의 중앙에 분기분사노즐(16c)이 위치되도록 기체주입파이프(16b)가 연결되어 있다.

Description

기포용해장치{air bubble solution apparatus}

본 발명은 물이나 해수에 산소나 오존 등의 기체를 매우 미세한 미세 기포(micro bubble) 상태로 접촉시킴으로써 기체의 효율적인 용존율을 확보할 수 있는 기포용해장치에 관한 것이다.

일반적으로, 호수나 늪, 댐 등 폐쇄 수역, 양식장, 합병정화조 등에는 부영양화 수질이 산소 결핍상태가 될 때 물꽂이 발생되는데, 이러한 물꽂을 제거하기 위한 방법으로서 현재까지는 각종 분수, 폭포, 산소 폭기 등이 이루어지고 있었지만 약간의 효과밖에 기대할 수 없었다. 이는 수중에 투입하여 접촉시키는 기포의 입경이 크고, 바로 부상할 정도의 것이었기 때문에, 수중의 용존 산소를 증대시키는 정도의 효과를 기대할 수 없었기 때문이다.

이제까지의 선진문헌에서는 산소(O)나 오존(O₃) 등의 기체를 액체에 투입 접촉시킬 경우, 0.2, 0.3∼2, 3mm정도의 입경이 큰 기포로 대응하고 있기 때문에 액체와의 접촉 면적이 작을 뿐만 아니라 기체의 부상속도가 빨라 액체와의 접촉 시간도 짧고 이로 인해 액체로의 기체용해율이 매우 저조하다.

따라서, 액체로의 기체용해율을 높이기 위한 하나의 대안으로 접촉조의 형상을 원기둥 형상으로 하고 접촉조 내의 액체를 회전시킴으로써 조금이라도 접촉 시간을 늘리려는 연구나, 그 액체를 보다 많은 시간을 요하는 배치(batch)식으로 하여 보다 다량의 기체를 투입하여 효과를 높이는 연구가 이루어지고 있지만, 현실의 연못이나 늪 등에서의 산소 폭기로는 물꽃조차 산화 제거할 수 없는 상황이다.

또한, 기존의 배설물 처리시설이나 합병 정화조를 폭기하여도 투입 기체의입경이 크기 때문에 폭기조 자체를 크게 확보하여 대응하고 있는 상황이며, 또 양식어업시의 산소 폭기에 있어서도 마찬가지로 대응기체의 입경이 크기 때문에 액체로의 용해율이 저조하며, 즉 용존산소율을 고양시킬 수 없기 때문에 고밀도 양식을 구현할 수 없을 뿐만 아니라 질병 발생율이나 산소결핍으로 인한 사망률도 높다는 문제점이 있었다.

이러한 상황 하에서 보다 저렴하고 확실하게 그리고 안전하게 액체로의 기체투입효과를 기대할 수 있는 새로운 기술개발이 절실히 요망되고 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 제반 문제점을 해소하기 위해 발명된 것으로서, 종래의 산소 폭기나 오존 폭기와 같이 입경이 큰 기체를 투입하는 것이 아니라 입경이 큰 기포를 고속 회전되는 임펠러의 회전날개로 잘게 부수어 1시간에 1m정도밖에 부상하지 않는 매우 미세한 미세기포로 만들어 처리대상액체에 투입 접촉시킬 수 있으며, 이에 따라서 비약적으로 고도의 접촉산화효과는 물론 용해효과 등을 얻을 수 있도록 한 기포용해장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명은 수중펌프와 같이 수중에 직접 투입하여 사용하는 것이므로 호수나 늪, 댐 등 폐쇄 수역의 수질개선, 적조대책 및 물꽃제거, 산소결핍대책, 양식장의 산소보급 및 정화, 합병정화조 등의 산소 폭기에 적합한 기포용해장치를 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기포발생장치를 개략적으로 나타낸 단면도.

도 2는 도 1에서 임펠러 부분을 발췌하여 나타낸 사시도.

도 3은 도 2의 저면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호설명 >

10: 수중모터11: 전기 코드

12: 출력회전축 13, 14: 미세 기포발생용 임펠러

15: 임펠러 보호부재15a, 15b,15c: 격벽

15d: 필터 16: 기체주입기

16a: 기체주입호스 16b: 기체주입파이프

16c : 분기분사노즐

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기포용해장치는, 지상으로부터 전원을 공급받는 전기코드가 연결된 수중모터; 이 수중모터의 출력회전축에 입경이 큰 기포를 잘게 부수도록 하면에서 보았을 때 방사형으로 형성되고 단턱을 갖는 다수의 회전날개가 톱니형으로 형성된 미세 기포발생용 임펠러; 이 미세 기포발생용 임펠러를 감싸도록 상기 수중모터의 하단에서 슬릿을 형성시킨 격벽이 하부로 연장되고 이 격벽의 하단에 컵형 단면의 필터가 씌워진 임펠러 보호부재; 지상의 압축기로부터 공기를 공급받는 기체주입호스가 수중모터에 이르기까지 연결되고 이 기체주입호스의 끝단에서 미세 기포발생용 임펠러의 중앙에 분기분사노즐이 위치되도록 기체주입파이프가 연결된 기체주입기로 구성됨을 특징으로 한다.

또한 상기 미세 기포발생용 임펠러는 수중모터의 출력회전축을 길게 연장시켜 2단으로 설치하며 상기 수중모터의 출력회전축이 연장된 만큼 격벽의 길이 또한 연장시키되, 하부에 위치되는 미세 기포발생용 임펠러 외측부분의 격벽은 미세 기포만이 슬릿이 형성된 격벽을 통해 배출되고 그 나머지의 입경이 큰 기포가 상부의 미세 기포발생용 임펠러로 흐름이 유도되도록 슬릿이 없는 격벽으로 형성됨을 특징으로 한다.

상기 격벽은 미세 기포발생용 임펠러의 하부에 상부로 올라갈수록 점점 슬릿이 작아지는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시형태인 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 기포발생장치를 개략적으로 나타낸 단면도이며, 도 2는 도 1에서 임펠러 부분을 발췌하여 나타낸 사시도면이고, 도 3은 도 2의 저면도이다.

도면에 나타낸 바와 같이, 수중모터(10)는 지상으로부터 220V 및 110V의 상용전원을 공급받는 전기코드(11)가 연결되어 있으며, 상기 수중모터(10)의 회전자인 출력회전축(12)이 미세 기포발생용 임펠러(13,14)와 함께 1분에 3000∼6000회 정도 회전시켜 매우 미세한 미세기포를 발생시키는 기동력으로 사용하므로 수중모터(10)의 출력은 100W 정도의 소형부터 5KW 정도의 대량소비용으로서 사양을 확립하는 것이 요구되고 있다. 그 이유는 상기 수중모터(10)의 출력이 미약하여 수중모터(10)의 회전수가 적으면 기포의 분쇄가 잘 이뤄지지 않아 기포가 커지기 때문이다.

상기 미세 기포발생용 임펠러(13,14)는 수중모터(10)의 출력회전축(12)에 소정의 간격을 갖고 2단으로 설치되어 있으며, 이는 입경이 큰 기포를 잘게 부수도록 하면에서 보았을 때 방사형으로 단턱을 갖는 다수의 회전날개(13a)가 톱니형으로 형성된다. 상기 미세 기포발생용 임펠러(13,14)의 상면은 미세 기포발생과는 무관하므로 액체와의 저항을 최소화하기 위하여 평탄한 표면으로 형성함이 좋다.

상기 수중모터(10)의 하단에는 미세 기포발생용 임펠러(13,14)를 감싸면서 미세 기포를 배출하는 임펠러 보호부재(15)가 장착되어 있으며, 이 임펠러 보호부재(15)는 수중모터(10)의 하면에서 하부로 격벽(15a,15b,15c)이 연장되어 있고 이 격벽(15a,15b,15c)의 하단에 컵형 단면의 필터(15d)가 씌워져 있다. 상기격벽(15a,15b,15c)은 미세 기포발생용 임펠러(13,14)의 회전날개(13a)에 의해 생성된 미세기포를 효율적으로 배출하는 것이므로 슬릿이 형성되어 있으며, 특히 하부에 위치되는 미세 기포발생용 임펠러(13) 외측부분의 격벽(15b)은 미세 기포만이 슬릿이 형성된 격벽(15a)의 상부를 통해 배출되고 그 나머지의 입경이 큰 기포가 상부의 미세 기포발생용 임펠러(14)로 흐름이 유도되도록 슬릿이 없는 격벽(15b)으로 형성된다.

상기에서 슬릿이 형성된 격벽(15a,15c)은 기포를 좀더 잘게 쪼개지거나 부수어지도록 미세 기포발생용 임펠러(13,14)의 하부에 상부로 올라갈수록 점점 슬릿이 작아진다.

상기 필터(15d)는 미세 기포의 발생 저해나 고장의 원인이 되는 진흙이나 작은 돌멩이, 모래 또는 유기체 이물질 등이 흡입되지 않도록 방지하는 것이다.

또한 상기 수중모터(10)에는 지상으로부터 미세 기포발생용 임펠러(13)에 이르기까지 기체를 공급할 수 있도록 기체주입기(16)가 마련되어 있으며, 이 기체주입기(16)는 지상의 압축기로부터 기체(공기)를 공급받는 기체주입호스(16a)가 수중모터(10)에 이르기까지 연결되고 이 기체주입호스(16a)의 끝단에서 미세 기포발생용 임펠러(13)의 중앙하부에 분기분사노즐(16c)이 위치되도록 기체주입파이프(16b)가 연결되어 있다.

상기한 본 발명의 장치를 이루는 모든 부품은, 일반수질 이외에 오수, 해수 또는 오존분위기에서 작동되는 것을 감안하여야 하므로 예를 들면 염화비닐, 스테인리스, 혹은 티탄 등등 이들 분위기에서 사용에 견딜 수 있는 것이어야만 한다.

상기 수중모터(10)의 출력회전축(12)에 고정된 2단의 미세 기포발생용 임펠러(13,14)는 대용량처리, 즉 대형장치의 사양이며, 소량처리용의 소형사양 및 중형사양이 요구될 경우라든가 비교적 커다란 미세기포를 발생시켜 가압 부상적으로 수면위로 상승하는 수류를 필요로 할 경우에는 2단의 미세 기포발생용 임펠러(13,14)중 하나의 미세 기포발생용 임펠러를 설치함으로써 대응할 수 있다.

도면중 미설명 부호 16d는 기체주입호스(16a)를 통해 주입되는 기체량을 조절하는 조정밸브이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 기포용해장치는, 처리하고자 하는 수중, 예를 들어, 호수나 늪, 댐 등 폐쇄 수역의 수질개선, 적조대책 및 물꽃제거, 산소결핍대책, 양식장의 산소보급 및 정화, 합병정화조 등의 산소 폭기가 필요한 곳에 던져 놓은 상태에서 가동시킨다.

먼저, 전원스위치를 온으로 하여 수중모터(10)에 전원이 인가되면서 출력회전축(12)이 회전되므로 이 출력회전축(12)상의 미세 기포발생용 임펠러(13,14)가 회전을 시작하면, 내부의 물이 슬릿이 형성된 격벽(15a,15c)을 통해 방사형으로 토출되게 된다. 이와 동시에 격벽(15a)하단의 필터(15d)를 통해 물이 흡입되는 현상이 반복된다. 상기 필터(15d)는 미세 기포의 발생저해나 고장의 원인이 되는 진흙이나 작은 돌멩이, 모래 또는 유기체 이물질 등이 흡입되지 않도록 방지한다.

이러한 상태에서 압축기를 작동시켜 기체(공기)를 기체주입호스(16a)와 기체주입파이프(16b)를 경유하여 분기분사노즐(16c)을 통해 공급하면 미세 기포발생용 임펠러(13)에 방사형으로 형성된 회전날개(13a)로 인해 회전날개(13a)와 인접된 물을 방사형으로 밀어내게 된다.

따라서, 미세 기포발생용 임펠러(13)의 중앙부분에는 부압이 발생되므로 분기분사노즐(16c)에 공급되는 기체는 미세 기포발생용 임펠러(13)의 중앙부분으로 상승한다. 또한, 상기 기체주입호스(16a)를 기체주입파이프(16b)에 접속시키는 것은 이동을 위한 편리성 때문이다. 또한, 분기분사노즐(16c)을 여러 개로 분기 형성시킨 것은 큰 덩어리의 공기를 한번에 주입하면 미세기포의 기포가 커지는 것을 막기 위한 것이다.

이때, 압축기로부터 공급되는 기체의 양이 많으면 마찬가지로 미세기포의 기포가 커지므로, 기체주입호스(16a)에 조정밸브(16d)를 마련하여 조정함으로써 가장 미세한 미세기포를 발생시키는 상태로 할 필요가 있다.

이와 같이 기체가 미세 기포발생용 임펠러(13)의 중앙부분에 다다르면 고속 회전하는 회전날개(13a)의 단턱에 의해 잘게 분쇄되고 쪼개져 최량의 미세한 미세기포가 발생하고, 이러한 미세기포의 발생은 미세 기포발생용 임펠러(13)의 형상과 회전속도에 크게 기인하고 있다.

다시 말해서, 미세 기포발생용 임펠러(13)의 회전날개(13a) 형상이 하면에서 보았을 때 방사형이고 측면에서 보았을 때 톱니형이므로 고속 회전시키면 미세 기포발생용 임펠러(13)의 중앙부분, 즉 회전날개(13a)의 수축부분이 진공상태가 되며 거기로 기체(공기) 덩어리가 보내지면 미세하게 분쇄되고 쪼개어져 미세기포가 된다. 상기 미세 기포발생용 임펠러(13)의 하부는 그 회전방향으로 방사형으로 선회류가 일어나고 있으며, 비중이 무거운 물(액체)은 원심력에 의해 슬릿이 형성된 격벽(15a)에 부딪쳐 그 슬릿으로부터 외부로 토출되고 있다. 이때, 미세화된 미세기포는 거의 부력이 없으므로, 슬릿이 형성된 격벽(15a)의 아래쪽을 통해 물(액체)과 함께 토출되고 있다.

한편, 상기 미세 기포발생용 임펠러(13)의 회전날개(13a)에 의해 아직 미세화되지 않은 기포는 커다란 기포일수록 부력이 크기 때문에 슬릿이 형성된 격벽(15a)의 상측부분을 통해 토출되려고 하여도 그 상부의 슬릿이 없는 격벽(15b)과 부딪치므로 통과할 수 없다. 따라서, 미세화되지 않은 비교적 커다란 기포는 슬릿이 없는 격벽(15b)에 의해 상부로 올라가면 상부위치의 미세 기포발생용 임펠러(14) 또한 고속 회전됨에 따라 발생되는 선회류로 인하여 미세 기포발생용 임펠러(14)의 중앙부분을 향하여 상부로 공급되게 된다.

이후의 기포가 미세화되는 과정은 상술한 바와 같은 방법에 의해 미세 기포발생용 임펠러(14)의 회전날개(13a)에 의해 미세화되어 슬릿이 형성된 격벽(15c)을 통해 물(액체)과 함께 모든 방향으로 토출된다.

이때, 미세 기포발생용 임펠러(13,14)로부터 배출되는 미세기포는 10∼30μ로 발생되며 이는 극히 미세하기 때문에 동량의 기체를 액체속에 투입할 경우, 매우 효율적으로 접촉 용해시키고 산화 촉진시키는 것이 가능하게 된다.

따라서, 본 발명의 장치에서 발생되는 미세기포는 매우 미세하기 때문에 부상속도가 느리며 수중의 물살에 따라 표류하고, 수중에 산소를 효율적으로 용해시키는 것이 가능하므로 일정시간 수중에 산소를 투입함으로써 용존 산소율을 최대로 높일 수 있게 된다.

또한, 수중 유기물의 산화나 질소를 공중에 비산시키는 효과도 기대할 수 있으며, 매우 미세한 물꽃에 미세 기포를 부착시켜 수면에 부상시킬 수도 있다.

그리고, 양식장에 극히 미세한 미세 기포를 투입하는 경우에도 현저하게 용존 산소량을 증대시킬 수 있으므로 일정면적에서의 양식량을 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라 비육촉진이라든가 나아가 질병발생을 억제하는 효과 등을 얻을 수 있게 된다.

이상에서 상세하게 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 기포용해장치는, 입경이 큰 기포를 고속 회전되는 임펠러의 회전날개로 잘게 부수어 1시간에 1m정도밖에 부상하지 않는 매우 미세한 미세기포로 만들어 처리대상액체에 투입 접촉시킬 수 있으며, 이에 따라서 비약적으로 고도의 접촉산화효과는 물론 용해효과 등을 얻을 수 있는 특유의 효과가 있다.

또한 본 발명의 장치는 수중펌프와 같이 수중에 직접 투입하여 사용하는 것이므로 호수나 늪, 댐 등 폐쇄 수역의 수질개선, 적조대책 및 물꽃제거, 산소결핍대책, 양식장의 산소보급 및 정화, 합병정화조 등의 산소 폭기에 특히 유효하다.

Claims (3)

1. 지상으로부터 전원을 공급받는 전기코드(11)가 연결된 수중모터(10);

   이 수중모터(10)의 출력회전축(12)에 입경이 큰 기포를 잘게 부수도록 하면에서 보았을 때 방사형으로 형성되고 단턱을 갖는 다수의 회전날개(13a)가 톱니형으로 형성된 미세 기포발생용 임펠러(13,14);

   이 미세 기포발생용 임펠러(13,14)를 감싸도록 상기 수중모터(10)의 하단에서 슬릿을 형성시킨 격벽(15a)이 하부로 연장되고 이 격벽(15a)의 하단에 컵형 단면의 필터(15d)가 씌워진 임펠러 보호부재(15);

   지상의 압축기로부터 공기를 공급받는 기체주입호스(16a)가 수중모터(10)에 이르기까지 연결되고 이 기체주입호스(16a)의 끝단에서 미세 기포발생용 임펠러(13)의 중앙에 분기분사노즐(16c)이 위치되도록 기체주입파이프(16b)가 연결된 기체주입기(16)로 구성됨을 특징으로 하는 기포용해장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 미세 기포발생용 임펠러(13,14)는 수중모터(10)의 출력회전축(12)을 길게 연장시켜 2단으로 설치하며 상기 수중모터(10)의 출력회전축(12)이 연장된 만큼 격벽(15a,15b,15c)으로 연장되되, 하부에 위치되는미세 기포발생용 임펠러(13) 외측부분의 격벽(15b)은 미세 기포만이 슬릿이 형성된 격벽(15a)을 통해 배출되고 그 나머지의 입경이 큰 기포가 상부의 미세 기포발생용 임펠러(14)로 흐름이 유도되도록 슬릿이 없는 격벽(15b)으로 형성됨을 특징으로 하는 기포용해장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 격벽(15a,15c)은 미세 기포발생용 임펠러(13,14)의 하부에 상부로 올라갈수록 점점 슬릿이 작아지는 것을 특징으로 하는 기포용해장치.