KR20060111429A - 산소전달율과 안정성이 개선된 수중포기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포기기능과 교반기능이 구비되고 수중에서 용존산소 농도를 증대시키는 수중포기장치에 관한 것으로, 구동모터의 회전축에는 회전익이 설치되고, 산기관에서 분출된 기포가 상기 회전익에서 생성되는 수류에 의하여 방사형으로 확산될 수 있도록, 상기 회전축의 어느 일측 또는 양측과 근접하는 상기 회전익의 중앙 부분에는 복수 개의 산기공이 형성된 중심 산기관이 상기 회전축과 분리 되도록 설치되고, 상기 중심 산기관은 송기관을 통하여 송풍기의 토출구와 연통되고, 상기 구동모터는 지지대 또는 케이싱에 설치되는 수중포기장치를 제공하는 한편; 상기 지지대 또는 케이싱(4)은 두겹의 스킨으로 구성되어 내부에 공기가 소통될 수 있는 공간이 형성되고, 상기 두겹의 스킨중에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨에는 복수 개의 산기공이 형성되어 상기 지지대 또는 케이싱 자체가 외곽 산기관을 구성하여 산소전달율과 안정성이 개선된 수중포기장치에 관한 것이다.

수중포기장치, 산기관

Description

산소전달율과 안정성이 개선된 수중포기장치{Submersibe Aerator and Mixer with the Encreased Oxygen Transfer Rate and Stability}

도1은 본 발명에 따른 수중포기장치 제1실시예의 개념도,

도2는 본 발명에 따른 수중포기장치 제2실시예의 개념도,

도3은 본 발명에 따른 수중포기장치 제3실시예의 개념도,

도4는 본 발명에 따른 수중포기장치 제4실시예의 개념도,

도5는 본 발명에 따른 수중포기장치 제5실시예의 개념도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 구동모터 2 : 회전익

3 : 중심 산기관 4 : 외곽 산기관

3a, 4a, 4b : 산기공 5 : 케이싱

6 : 이중 케이싱 7 : 수류 유입구

8 : 포기수류 토출구 9 : 송기관

10 : 송기지관 11 : 탈착장치

12 : 공기조절밸브 13 : 자동밸브

본 발명은 양식과 하폐수처리 등에 사용되어 용존산소 농도를 증대시키는 수중포기장치에 관한 것으로 산기(散氣 ; Diffusion)기능과 교반(攪拌; Mixing)기능이 구비되고 수중에 설치되어 송풍기에서 압송하는 공기를 작은 기포로 분산시키고 반응액과 혼합 및 교반시키는 기능을 수행할 수 있는 것이다.

종래 방식 수중포기기의 구성을 설명하면, 입축형 구동모터의 회전축에는 복수 개의 회전익이 설치되고, 회전익의 하부에는 용기 형태의 산기통이 회전축에 부착 설치되며, 산기통의 상부와 측면은 밀폐되고, 송기관이 내삽되는 산기통의 하부에는 원형의 개구부가 형성되며, 산기통의 하부 개구부에는 송풍기의 토출구와 연통되는 송기관의 관말이 내삽되거나 근접 설치되고, 상기 회전익과 산기통은 수류 유입구와 수류 토출구가 구비된 케이싱의 내부에서 작동하도록 구동모터가 케이싱의 상부에 고정 설치되는 구성이다.

종래 방식 수중포기기의 작동을 설명하면, 회전익이 회전하여 발생되는 수류는 케이싱과 산기통 사이의 공간을 통하여 방사형으로 아래로 흐르면서 산기통의 하부에 원형으로 개방된 개구부의 주변에서 유출되는 조대기포를 작은 기포로 분산시켜서 포기 및 교반이 이루어지므로 효율, 용량, 안정성에서 다음 각호와 같은 문제점이 지적되고 있다.

① 산기통 하부의 큰 개구부를 통하여 유출되는 조대기포가 회전익에서 형성되는 방사형 수류에 의하여 작은 기포로 분산되는 구성이므로 방사형 수류의 유량에 비하여 많은 양의 공기를 공급하면 미세기포로 분산되지 못하고 산기통 하부의 직경이 큰 개구부를 통하여 큰 공기방울 형태로 유출되어 수면으로 부상하므로 기포의 비표면적이 작아지고 체류시간 단축이 단축되므로 산소이전율이 낮아지는 문제점이 있다.

② 송기량에 비례하여 수류형성을 위한 동력을 증가시켜야 되는 구성이므로, 반응기 소요용량은 작고 DO요구량이 크게 소요되는 경우 즉, 송기량은 많고 교반력은 상대적으로 작게 소요되는 반응조에서는 송기량을 기준으로 하여 과다한 교반력 공급이 불가피하고 이에 따라 미생물 플록이 해체되고 침강성이 저하되며 과다 교반으로 인한 동력 낭비의 문제점이 있다.

또한, 교반동력을 반응기 용량에 맞추어 축소시키면 송기량의 상당 부분은 미세하게 분산되지 못하고 조대 기포로 부상하므로 기액접촉이 제대로 이루어지지 못하고 산소이전율이 급격하게 저하되어 용존산소요구량을 충족할 수 없게 된다.

③ 수중포기기가 경미하게 기울어진 경우에는 상기 산기통의 어느 일측으로 많은 공기가 편중되어 유출되므로 조대 기포로 부상하고 산소이전율이 저하되는 등 장치의 안정성이 결여된다.

④ 산기통의 개구부는 반드시 하향으로 수평하게 설치되어야 하므로 회전축도 반드시 입축으로 설치되고 이에 따라 장방형 반응조에서는 복수 개의 수중포기기를 설치하므로 유지관리가 어렵고 비경제적이다.

⑤ 상기 ①, ②, ③의 문제점을 개선하기 위하여 고안된 특허 제 10-0583052호에서는 복수 개의 기공이 형성된 산기통이 회전익과 함께 회전하므로 반액과의 마찰이 증대되어 동력이 낭비되는 문제점이 있다.

⑥ 상기 특허 제 10-0583052호를 포함한 종래방식의 수중포기기는 회전축에 산기통이 부착 설치되어 회전익과 함께 회전하므로 관성증대로 인한 초기 기동동력이 크게 소요되고 구동축에 편심이 발생되기 쉽고 이에 따라 하자발생 빈도가 높다.

이에 본 발명은 상술한 제 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 산소이전율이 높고, 효율과 안정성이 우수한 수중포기장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 구동모터의 회전축에는 회전익이 설치되고, 상기 회전익의 중앙에서 분출된 미세기포가 상기 회전익에서 생성되는 수류에 의하여 방사형으로 확산될 수 있도록 상기 회전익을 구동하는 회전축의 어느 일측 또는 양측의 회전익 중앙 부분에는 복수개의 산기공이 형성된 중심 산기관이 설치되고, 상기 중심 산기관은 송기관에 의하여 송풍기의 토출구와 연통되고, 상기 구동모터는 지지대에 설치되거나 수류 유입구와 포기수류 토출구가 구비된 케이싱에 설치되는 수중포기장치에 의하여 산소전달율과 안정성이 개선되도록 하였다.

상기 회전익에서 발생되는 수류의 중심부에 설치되는 상기 중심 산기관은 포기용량과 반응조의 여건에 따라 원통형, 구형, 반구형, 절두원추형, 가이드 베인형 또는 유선형 등에서 선택되어 성형된 다양한 형상으로 구성할 수 있다.

상기 수류 유입구와 포기수류 토출구의 어느 일측 또는 양측의 상기 케이싱에는 산기공이 형성된 외곽 산기관이 구비된 송기지관이 추가 설치되고, 상기 송기지관은 상기 송기관 또는 상기 중심 산기관과 연통시켜서 수류의 중심부에서는 상기 중심 산기관에 의하여 포기가 이루어지고 수류의 주변부에서는 상기 외곽 산기관에 의한 포기가 추가되도록 함으로써 포기용량이 더욱 증대된 수중포기장치를 실현할 수 있게 된다.

상기 이중 케이싱 및 상기 송기관에 설치되는 산기관은 다공성의 멤브레인, 다공성 세라믹, 타공 금속판 또는 노즐형태의 산기관등으로 제한없이 적용할 수 있고, 상기 케이싱의 측면에 설치되는 상기 송기지관 자체에도 미세기공을 형성하여 파이프 형태의 산기관으로 구성할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 상기 지지대 또는 케이싱은 두겹의 스킨으로 구성되어 내부에 공기가 소통될 수 있는 공간이 형성된 이중 케이싱이며, 상기 두겹의 스킨 중에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨에는 하나 이상의 외곽 산기관이 설치되며, 상기 외곽 산기관은 상기 이중 케이싱의 내부공간 및 송기관을 경유하여 송풍기의 토출구 와 서로 연통되도록 하므로써 송기지관 등과 같은 조립부가 생략되고 장치구성이 단순하며 주조에 의하여 일체형으로 제조하므로써 하자요인이 감소되고 경제적인 수중포기장치를 실현할 수 있도록 하였다.

이하 첨부 도면에 의하여 본 발명에 따른 수중포기장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 수중포기장치 제1실시예의 개념도이다.

본 발명에 따른 수중포기장치 제1실시예의 장치 구성을 설명하면, 구동모터(1)의 회전축에는 회전익(2)이 설치되고, 상기 회전익의 중앙에서 분출된 미세기포가 상기 회전익에서 생성되는 수류에 의하여 방사형으로 확산될 수 있도록 회전익의 중앙 부분에는 중심 산기관(3)이 상기 회전축과 분리되도록 설치되고, 상기 중심 산기관은 송기관(9)을 통하여 송풍기[도면 미표기]의 토출구와 연통되고, 상기 구동모터는 수류 유입구(7)와 포기수류 토출구(8)가 구비된 케이싱(5)에 설치되거나, 또는 상기 구동모터와 회전익을 지지할 수 있는 지지대[도면 미표기]에 설치되는 구성이다.

상기 도1의 중심 산기관은 절두원추형의 산기관을 도시하였으나, 그 내부에 공기 가 소통될 수 있는 공간이 형성되고 그 표면에는 다수개의 미세한 산기공이 형성된 원통형, 구형, 반구형, 가이드 베인형 또는 유선형 등 과 같은 다양한 형상 중에서 선택된 형상으로 제한없이 구성할 수 있다.

이와 같이 수류흐름이 강한 회전익의 중앙부에 산기관이 회전축과 분리 설치되므로 산기통이 회전축에 직결되어 함께 회전하는 종래방식의 수중포기기보다 산소전달율과 안정성이 개선될 수 있다.

도2는 본 발명에 따른 수중포기장치 제2실시예의 개념도이다.

이 실시예에서는 제1실시예에서의 상기 중심산기관(3)을 상기 케이싱(5)의 포기수류 토출구(8)측으로 연장시키므로써 중심 산기관의 산기용량과 수류 접촉면적이 증대되어 포기용량을 크게 할수 있다.

도3은 본 발명에 따른 수중포기장치 제3실시예의 개념도이다.

이 실시예는 상기 제1실시예 수중포기장치의 수류 유입구(7)와 포기수류 토출구(8)의 어느 일측 또는 양측의 상기 케이싱(5)에는 복수개의 미세기공이 형성된 외곽 산기관(4)이 구비된 송기지관(10)이 추가 설치되고 상기 송기지관은 상기 송기관(9)과 연통되는 구성이다.

회전익(2)에서 발생되는 수류의 외곽측 수류를 이용하여 외곽 산기관에서 발생되는 미세기포를 반응조내에 확산시키는 구성으로 제1실시예에서 보다 포기용량을 증대시킬 수 있다.

이 실시예에서는 상기 송기지관이 상기 송기관과 직결되고 유지보수를 위하여 탈착장치(11)를 구비하였으나, 상기 송기지관을 상기 중심 산기관과 연통되도록 연결하면 탈착장치를 생략할 수 있어 창치구성이 단순해지며 이 또한 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.

도4는 본 발명에 따른 수중포기장치 제4실시예의 개념도이다.

이 실시예에서는 케이싱이 두겹의 스킨으로 구성되어 내부에 공기가 소통될 수 있는 공간이 형성된 이중 케이싱(6)이며, 상기 두겹의 스킨중에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨에는 하나 이상의 외곽 산기관(4)이 설치되며, 상기 외곽 산기관(4)의 내부 공간은 상기 이중 케이싱(6)의 내부공간 및 송기관(9)을 경유하여 송풍기의 토출구와 서로 연통되는 구성으로 제2실시예와 달리 송기지관이 생략되므로 장치의 구성이 단순하고 유지관리가 용이하다.

이 실시예에서도 상기 이중케이싱을 상기 중심산기관과 연통되도록 연결하면 탈착 장치(11)를 생략할 수 있다.

도5는 본 발명에 따른 수중포기장치 제5실시예의 개념도이다.

이 실시예에서는 케이싱이 두겹의 스킨으로 구성되어 내부에 공기가 소통될 수 있는 공간이 형성된 이중 케이싱(6)이며, 상기 두겹의 스킨 중에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨에는 복수개의 산기공(4a,4b)을 형성하므로써 상기 지지대 또는 케이싱 자체를 외곽 산기관으로 구성할 수 있다.

상기 두겹의 스킨중에서 적어도 어느 한겹 이상의 스킨은 망체, 타공판 또는 공기가 소통될 수 있는 형태의 형틀에 미세기공이 형성된 고무판, PEM등과 같은 신축성 막을 설치하여 산소이전율이 매우 높은 멤브레인 산기관으로 구성할 수 있다.

제1내지 제5실시예의 상기 회전익은 정방형 반응조에 유리하게 적용할 수 있는 입축형 회전익을 도시하였으나, 장방형 반응조의 포기와 교반에 유리한 횡축형 회전익으로 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 제1내지 제5실시예의 상기 송기관(9,9a)에는 공기조절밸브(12)를 설치하여 풍량을 조절할 수 있다. 또한 자동밸브(13,13a)를 설치하고, 상기 자동밸브를 Timer, 산화환원전위제어기, 용존산소농도제어기, pH 제어기 등에 연동하여 작동하므로써 포기, 비포기 교반 또는 포기와 비포기 교반을 교차 반복하는 간헐포기장치를 구성할 수 있다.

본 발명을 하폐수처리장 등에 설치되는 수중포기장치에 적용하게 되면, 산소이전율과 포기동력효율이 향상되며, 편심으로 인한 하자발생 요인이 감소되고, 초기 기동동력이 작게 소요되며, 기울어지게 설치되는 경우에도 급격한 포기능력의 저하가 방지되므로 안정성이 증대되고, 포기와 비포기교반이 교차 반복되는 간헐포기장치를 간편하게 실현할 수 있으며, 반응조의 조건에 가장 적합한 포기용량과 교반용량이 조합된 포기장치를 실현할 수 있는 한편, 정방형은 물론 장방형의 반응조에도 유리하게 적용할 수 있다.

Claims (5)

1. 구동모터(1)의 회전축에는 회전익(2)이 설치되고, 상기 회전익의 중앙에서 분출된 미세기포가 상기 회전익에서 생성되는 수류에 의하여 방사형으로 확산될 수 있도록 상기 회전익의 중앙 부분에는 복수 개의 미세한 산기공(3a)이 형성된 중심 산기관(3)이 상기 회전축과 분리되도록 설치되고, 상기 중심 산기관은 송기관(9)을 통하여 송풍기의 토출구와 연통되고, 상기 구동모터는 수류 유입구(7)와 포기수류 토출구(8)가 구비된 케이싱(5)에 설치되거나 지지대에 설치되는 것을 특징으로 하는 산소전달율과 안정성이 개선된 수중포기장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 지지대 또는 상기 수류 유입구(7)와 포기수류 토출구(8)의 어느 일측 또는 양측의 상기 케이싱(5)에는 미세기공이 형성된 외곽 산기관(4)이 구비된 송기지관(10)이 추가 설치되고, 상기 송기지관은 상기 송기관(9) 또는 상기 중심 산기관(3)과 연통되는 것을 특징으로 하는 산소전달율과 안정성이 개선된 수중포기장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 지지대 또는 케이싱은 두겹의 스킨으로 구성되어 내부에 공기가 소통될 수 있는 공간이 형성된 이중 케이싱(6)이며, 상기 두겹의 스킨중 에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨에는 하나 이상의 외곽 산기관(4)이 설치되며, 상기 이중 케이싱(6)의 내부공간은 상기 송기관(9) 또는 상기 중심 산기관(3)과 연통되는 것을 특징으로 하는 산소전달율과 안정성이 개선된 수중포기장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 지지대 또는 케이싱은 두겹의 스킨으로 구성되어 내부에 공기가 소통될 수 있는 공간이 형성된 이중 케이싱(6)이며, 상기 두겹의 스킨중에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨에는 복수개의 산기공(4a,4b)이 형성되어 상기 지지대 또는 상기 이중케이싱 자체가 외곽 산기관을 구성하는 것을 특징으로 하는 산소전달율과 안정성이 개선된 수중포기장치.
5. 제1항에 있어서, 포기교반 또는 비포기교반 중에서 선택하여 운전하거나, 포기교반 또는 비포기교반이 설정된 주기에 따라 교차반복되는 간헐포기로 운전할 수 있도록, 상기 공기공급관(9,9a)에는 타이머, 용존산소농도제어기, 산화환원전위제어기 등에 연동하여 작동하는 자동밸브(13,13a)가 설치된 것을 특징으로 하는 산소전달율과 안정성이 개선된 수중포기장치.

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