KR20040111598A - 유체의 자외선 복사 처리용 이중벽 챔버 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 유체, 바람직하게는 음료수 및/또는 폐수의 자외선 살균을 위한 이중벽 챔버를 제공하는 것이다. 고압에서 자외선 복사 챔버의 직사각형 및/또는 정방형 단면 형상을 구현하며, 상기 복사 챔버에는 벽이 얇은 구성이 마련되며, 원형 챔버와 비교할 때 자외선 방사체를 최적으로 그리고 긴밀하게 배열할 수 있다. 본 발명의 개념을 적용하면, 입구에서의 공지된 사영역이 완전히 제거되며, 입구 난류가 발생하여 상기 챔버 내부에서 피스톤 유동과 동시에 작동하는 입구 난류가 발생한다.

Description

유체의 자외선 복사 처리용 이중벽 챔버{DOUBLE-WALLED CHAMBER FOR ULTRAVIOLET RADIATION TREATMENT OF LIQUIDS}

자외선 복사 챔버는 통상 보일러와 유사한 원형 용기로서, 처리될 매체가 그 챔버를 통해 유동한다. 일반적으로, 종래 자외선 복사 챔버에는 그 단부에 측방향으로 유입 및 배출 접속부가 마련되며, 또한 축방향으로 배향된 배출구가 부분적으로 마련된다. 다른 가압 용기와 마찬가지로, 유입 및 배출 접속부는 원형 파이프, 일반적으로 표준형의 특수 강철 파이프로 제조되는 것이 일반적이다.

파이프 접속부 및/또는 보일러와 유사한 원형 챔버 또는 용기는 최소 재료를 사용하여 높은 내압을 견딘다. 보일러형 챔버 또는 용기의 원형 형상은 최적 해결책이다. 이러한 원형 용기에 있어서, 바람직하게는 처리될 유체 매체의 살균을 위하여 복사선을 방출하는 복사선 방출 장치가 설치된다. 상기 복사선 방출 장치는 자외선이 투과할 수 있도록 벽이 얇은 석영 관에 삽입되는 자외선 복사 방출 장치의 구성(어레이)으로서 저온과 습도에 대하여 보호한다. 몇몇 예외에 의하면, 자외선 복사 방출 장치는 관형 자외선 복사 챔버 내부에 종방향으로 배치되는바, 이는 그 종축선이 챔버 또는 용기를 통과하는 유체 유동 방향과 실질적으로 평행하도록 자외선 복사 방출 장치가 배열되어 있는 것을 의미한다.

일반적으로 설계자의 목표는 대략적으로 챔버 내부의 각 지점에서 복사선 강도가 동일한 가장 균질한 자외선 복사장을 생성하는 것이다. 따라서, 상기 목표는 유체 분자 또는 입자를 완전히 살균하고 각각의 분자 또는 입자가 동일한 복사선 "H"(mJ/cm²; J/m²)에 노출되도록 유체 입자 또는 분자를 처리하는 것이다.

유압 시스템에 있어서, 다수의 함께 이동하는 내부 횡류 성분, 즉 반경방향 측면 유동 이동에 의한 오버랩과 함께 챔버 축선을 따라 피스톤 유동(플러그 유동) 형태로 복사 챔버의 횡류(cross-flow)가 발생하여야 한다. 상기 방식에서 개별 유체 분자 또는 입자는 자외선 방사체가 내부에 설치된 석영 클래딩 튜브의 최인접부로 다시 이동하여, 상기 튜브에는 높은 복사 강도가 존재하고 세균 또는 미생물의 파괴가 거의 직접 발생한다. 이러한 흐름 거동은 자외선 처리 장치의 살균 성능을 형상시킨다.

그러므로, 전형적이고 또 이상적인 층류 패턴이 바람직하지 않다. 그러나, 이러한 유동 패턴이 효과적인 자외선 살균을 위해 진정 이상적인 유동보다 기술적인 관점으로 보다 용이하게 성취될 수 있다는 것에 주목된 것으로, 챔버의 구조 및 챔버의 유입과 배출 조건에 현저하게 종속한다. 유입하는 유체 스트림의 매우 빠르고 통제되지 않은 편향 및 내측 방사상 이동 성분의 결여로 인하여 야기된 원통형 복사 챔버로 매체가 측방향으로 진입함으로써 사영역(dead zone)이 발생하여,원통형 복사 챔버 내부에 이론적으로 이용 가능한 복사 공간부(복사 지속시간)의 이용을 방해한다.

부가적인 인자는 챔버를 따라 배치된 자외선 복사원 또는 램프가 단면에 걸쳐, 즉 전체 챔버 용적에서 균질한 복사장으로 언급될 수 있는 원형 패턴으로 배열될 수 없다는 것이다. 통상, 균질한 복사장은 직사각형, 바람직하게는 정방형 유동 단면을 요구하는 복사원 또는 램프로 이루어진 균일한 직사각형 그리드 어레이에 의하여 달성될 수 있을 뿐이다. 불행하게도, 이러한 배열은 챔버 내부에 상당한 압력이 존재할 때(음료수 처리의 경우에 항상) 문제가 된다.

요약하면, 측방향 유입구와 측방향으로 평행한 자외선 방사체를 구비하는 통상적인 원통형 자외선 복사 챔버는 1) 사공간이 형성되고, 2) 다량의 복사원 또는 램프가 원형 단면으로 균일하게 배열될 수 없으며, 3) 통과하는 주 유동은 충분한 개수의 방사상 측면 유동에 의하여 중첩되지 않는 3개의 특정한 결함을 보여주고 있다고 말할 수 있다.

따라서, 전술한 종래 기술의 단점 중 적어도 하나를 제거하거나 완화하는 챔버, 용기 또는 처리 장치, 특히 폐수, 음료수 등과 같은 유체의 자외선 살균용 챔버, 용기 또는 처리 장치에 대한 필요성이 당업계에 존재한다.

본 발명은 이중벽 챔버에 관한 것으로, 특히 유체, 바람직하게는 음료수 및/또는 폐수의 자외선 (UV) 처리 또는 살균에 적절히 사용되는 챔버에 관한 것이다.

도 1a는 본 발명의 제1 바람직한 실시예를 도시하는 도면이다.

도 2b는 도 1a의 선 AB를 따라 절취한 단면도이다.

도 2, 2a, 2b, 2c 및 2d는 본 발명의 제2 바람직한 실시예를 도시하는 도면이다.

본 발명의 목적은 전술한 종래 기술의 단점 중 적어도 하나를 제거하거나 완화하는 챔버, 용기 또는 처리 장치를 제공하는 것이다.

상기 양태에 따르면, 본 발명은 1) 유입 접속부; 2) 배출 접속부; 및 내측파이프를 에워싸는 외측 파이프를 구비하며, 상기 내측 파이프 내부에는 적어도 하나의 자외선 복사원이 배치되고, 그 내측 파이프의 단부에는 밀봉 커버가 배치되며 그 내부에는 배출 개구 및/또는 유입 개구가 마련될 수 있는, 유체의 자외선 살균을 위한 이중벽 챔버에 있어서, 상기 복사원을 갖는 내측 파이프에 유체를 주입하는 것은 외측 파이프와 내측 파이프 사이의 중간 공간을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중벽 챔버를 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예가 도 1a 및 도 1b에 도시되어 있으며, 간명성을 위하여, 자외선 복사 장치, 즉 클래딩 튜브와 복사원 또는 램프 해치를 구비하는 자외선 복사원 또는 램프를 도시 생략하였다. 그 대신, 통과 매체의 안내부를 갖는 이중 챔버만을 도시하고 있다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 참조부호1은 소정의 무작위 단면, 예를 들면 정방형 단면을 갖는 얇은 벽의 내측 파이프를 지시하는 것으로, 그 내부에는 자외선 복사원 또는 램프 구조체가 배치되어 있다. 참조부호2는 유입 노즐(4)과 배출 노즐(5)을 갖는 외측 압력에 대하여 긴밀한 원형 파이프를 지시한다. 참조부호3은 두 개의 파이프(1, 2) 사이의 중간 공간부를 지시한다.

내측 파이프(1)는, 원형 플로어(6)에 긴밀히 결합되는데, 예를 들면 챔버의 배출 단부에서 외측면에 용접에 의하여 결합되고, 단부측에서 분리 벽(7)에 의하여 센터링된다. 복사 장치(간명성을 위하여 도시 생략)를 갖는 실제 복사 챔버인 내측 파이프(1)는 그 유입 단부에 원형 유입 개구(8)의 원형 링과 배출 단부에 배플 판(9)이 마련된다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 유체 매체는 우선 유입 노즐(4)로부터 중간 공간부(3)에 도달하고, 상기 중간 공간부로부터 원형으로 배열된 개구에 의하여 내측 파이프(1)(실제 복사 챔버)에 도달한다. 중간 공간부(3)와 내측 파이프(1) 내부에 동일한 압력이 작용하기 때문에, 내측 파이프(1)는 얇은 벽의 판금 형상과 무관하게 제조될 수 있으므로, 상당히 용이하게 제조할 수 있다.

외측 파이프(2)는 내측으로부터 가압될 수 있고 또 비교적 얇은 벽 재료로 제조될 수 있는 원형 파이프이다. 도 1b에 특히 도시된 바와 같이, 매체는 정방형 단면의 내측 파이프 둘레를 순환하여, 정합하는 유입 개구(8)에 실질적으로 동일한 압력 하에 도달하며, 주입 속도가 거의 동일한 분리된 부분 스트림으로 상기 개구를 통과하여 내측 파이프(1)에 원주 방향으로 도달한다. 부분 스트림은 서로 만나서 혼합한다. 부분 스트림이 서로 만날 때, 상기 방식에서 유체의 난류와 횡방향 이동이 획득되고 또한 사공간이 유입구에 발생하지 않는 것을 쉽게 관찰할 수 있다.

협소한 지점(9)에서 유체 유동이 축방향으로 일어나며, 따라서 채널 단면이확장하는 것에 주목하여야 한다. 유입 노즐이 외측 파이프 상에 정밀하게 배치되어 있는 것과 무관하다. 도면에 파선으로 도시된 바와 같이, 참조부호10이 병기될 수 있다. 이것은 장치를 개장할 때 관련이 있을 수 있는 것으로, 그 이유는 유입 노즐과 배출 노즐이 서로 근접할 때 장치를 개장하기 위하여 짧은 부재를 개방할 필요가 있기 때문이다. 참조부호10으로 지시된 유입 노즐의 배열이 갖는 한가지 장점은 중간 공간부(3)가 지속적으로 넘쳐나는 것이다.

따라서, 본 발명의 바람직한 실시예의 장점은 다음과 같다.

1. 최적 방사체 구성을 위한 실제 자외선 복사 챔버의 비원형, 예를 들면 정방형, 단면; 벽이 얇은 하우징을 갖는 챔버.

2. 유입 영역에서의 사공간 방지.

3. 주 유동에 의하여 혼입되는 자외선 복사 챔버에 진입한 이후에 현저한 매체의 와류 발생.

도 2는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이중벽 챔버를 도시하는 것으로, 예제적인 기술 구성이 간략하게 도시되어 있다. 선택되는 재료는 모든 부품에서 스테인레스 강철이 바람직하다.

참조부호1은 정방형 단면, 즉 실제 자외선 복사 챔버를 갖는 내측의 얇은 벽 파이프를 지시하고, 참조부호2는 외측의 압력 기밀의 원형 파이프를 지시하며, 참조부호3은 두 파이프 사이의 중간 공간부를 지시한다. 벽 두께는 내측 파이프의 경우 약 1.5 mm이고 외측 파이프의 경우 약 3 mm가 바람직하다. 외측 파이프의직경은 약 320 mm이다. 클래딩 튜브(19)의 단면 및 배열은 파선으로 도시되어 있다.

참조부호4는 느슨하게 회전하는 플랜지로서 배열되어 있는 유입 노즐을 지시한다. 참조부호6은 클래딩 튜브(14)의 인입 관통부가 형성된 전방 플로어를 지시하는 것으로, 상기 클래딩 튜브 내부에는 자외선 복사원 또는 램프(15)가 삽입된다. 참조부호16은 O형 링에 의한 방사체 케이블 나사 접속부(17)를 구비하는 가압 링을 지시하는 것으로, 상기 O형 링은 플로어 상에 평탄하게 놓이고, 외부에 대하여 가압 상태의 수밀 방식으로 클래딩 튜브(14)를 밀봉한다.

후방 챔버 플로어(29) 내부에는 용접 스터드 볼트(30)를 갖는 중심 플랜지 접속부(28)를 통해 복사 처리된 물이 배출된다. 실제 자외선 복사 챔버를 제공하는 내측 파이프(1)는 그 유입 단부에 링형으로 배열된 유입 개구(8)가 마련되며, 밀봉 장식으로 둘레를 따라서 플로어의 내부측면에 용접된다. 유입 노즐(4)은 후방에 대하여 약간 오프셋되어, 유입 유체가 상부 유입 개구로 보다 강하게 유동하지 못한다.

이중벽 챔버의 배출 단부에서, 내측 정방형 파이프는 분리 벽(7)에 끼워지며, 상기 분리 벽은 1.5 mm의 판 두께의 레이저 절삭품으로서 상호 용접되어 있다. 분리 벽(7)의 형상은 도 2a에 도시되어 있다. 내측 파이프 자체는 레이저 가공된 1.5 mm의 판으로 이루어진 두개의 절반부로 구성되며, 상기 절반부는 소정의 반경으로 모서리가 절삭되어 있으며 의도하는 협소한 가장자리(18)에서 상호 용접된다.

자외선 저압 복사원 또는 램프가 마련된 9개의 단면으로 도 2에 도시된 구성(19)은 일관되고 정렬된 방식의 구조체로 사용된다. 도 2c에 따른 수집 차폐부(20) 내부의 그리고 도 2d에 따른 유동 스크린(21) 내부의 플로어(6)에서 시작한다. 클래딩 튜브(14)는 유동 스크린(21) 내부에 삽입 및 유지되고, 배플판(27)이 상기 유동 스크린 내부에 삽입된다. 중간 방사체 홀더(20)는 설치 동안 클래딩 튜브를 수납하고 그것이 떨어지거나 파손하는 것을 방지하는 역할을 수행한다.

클래딩 튜브가 중간 방사체 홀더(20)에 삽입되면, 그 튜브는 더욱 이동할 때 유동 스크린(21) 내부에 배치된 고정 장치를 발견하게 된다. 구성요소(20, 21) 역시 레이저 가공품이다. 상기 부품은 용이하고, 정밀하게 그리고 저렴하게 제조될 수 있다. 구체적으로 언급될 필요가 있는 중요한 관점은, 유동 스크린 내부에 클래딩 튜브를 장착하는 것이 파괴를 야기할 수 있는 진동을 일으키지 않도록 자유롭게 이동하도록 제조된다.

도 2d에 따른 유동 스크린(21) 내부의 개구(22)는 벤뎅 클립(23)을 구비하며, 상기 벤딩 클립은 삽입하는 동안에 원형 단부(24)가 실제로 자유롭게 이동하는 상태에서 클래딩 튜브가 래치 결합할 수 있을 정도로 외측으로 벤딩되며, 따라서 긴밀하게 설치될 수 있다. 유동 스크린(21)의 용접은 용접 클립(25)을 90도 회전시켜 이루어지며, 하나의 용접 클립은 튜브 내부에서 용접물로 양 측면을 용접하며, 따라서 균열 부식을 방지할 수 있다. 중간 방사체 홀더(20)의 경우에, 클립(26)은 90도 굴곡되며, 각각의 볼트가 클립에 용접되고, 상기 볼트는 적소에 위치할 때 마련된 구멍에 래치 결합하고, 전술한 방식으로 균열 부식을 방지하기위하여 HV 용접물로 외측으로부터 일정하게 용접된다. 개구(31)는 비움의 경우에 사용된다.

출력이 230W이고 80W의 복사 플럭스가 253.7nm인 9개의 저압 방사체에 따르면, 하나의 방사체는 바드 워터(bath water)의 경우에 EU 지침에 따르면 1cm당 0.55%의 투과율로 약 60m³h의 세척 및 선여과된 폐수를 살균시킬 수 있다.

본 발명을 실시예와 예를 참조하여 설명하였지만, 그 설명은 제한된 의미로 해석하고자 하는 의도는 아니다. 따라서 실시예의 다양한 변경은 본 내용을 참조하여 당업자에게 자명할 것이다. 첨두된 청구범위는 이러한 수정 또는 실시예를 커버하는 것을 의도한다.

본원과 관련된 모든 공보, 특허 및 특허 출원은 본원에 완전히 참조된다.

Claims (7)

1) 유입 접속부; 2) 배출 접속부; 및 내측 파이프를 에워싸는 외측 파이프를 구비하며, 상기 내측 파이프 내부에는 적어도 하나의 자외선 복사원이 배치되고, 그 내측 파이프의 단부에는 밀봉 커버가 배치되며 그 내부에는 배출 개구 및/또는 유입 개구가 마련될 수 있는, 유체의 자외선 살균을 위한 이중벽 챔버에 있어서,

상기 복사원을 갖는 내측 파이프에 유체를 주입하는 것은 외측 파이프와 내측 파이프 사이의 중간 공간을 통해 이루어지는 것을 특징으로 하는 이중벽 챔버.

청구항 1에 있어서, 상기 외측 파이프는 원형 파이프인 것을 특징으로 하는 이중벽 챔버.

청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 내측 파이프는 직사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 이중벽 챔버.

청구항 1 또는 2에 있어서, 상기 내측 파이프는 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 이중벽 챔버.

청구항 1에 있어서, 상기 외측 파이프는 원형이 아닌 것을 특징으로 하는 이중벽 챔버.

청구항 1 또는 5에 있어서, 상기 내측 파이프는 원형이 아닌 것을 특징으로 하는 이중벽 챔버.

청구항 1, 5 또는 6에 있어서, 상기 내측 파이프는 직사각형이 아닌 것을 특징으로 하는 이중벽 챔버.