KR20090069257A - 산기관 및 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 호기성 미생물을 배양하고 수계의 자정능력을 증대시키며 어패류를 고밀도로 양식하기 위하여, 하폐수처리시설의 반응조, 호소, 하천 및 양식장 등에 용존산소를 공급하는 장치에 관한 것으로, 송풍기에서 공급되는 공기를 수중에서 미세한 기포로 분산시켜서 용존산소를 증대시키는 산기관 및 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은, 수중에서 미세한 기포를 발생할 수 있는 복수개의 산기구가 구비되고, 송풍기로부터 공기를 공급받을 수 있는 하나 이상의 공기공급구가 구비되며, 열가소성 합성수지로 성형된 2개 이상의 소몸체들을 견고하게 일체로 융착하여 구성된 산기관을 제공함으로써, 결합부위의 기밀성이 우수하고 견고하며 산소이전율을 안정되게 유지할 수 있다.

용존산소, 산기관, 산기구, 융착

Description

산기관 및 제조방법{Diffuser and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은, 호기성 미생물을 배양하고 수계의 자정능력을 증대시키며 어패류를 고밀도로 양식하기 위하여, 하폐수처리시설의 반응조와 호소와 하천 및 양식장 등에 산소를 공급하는 장치에 관한 것으로, 송풍기에서 공급되는 공기를 수중에서 미세한 기포로 분산시켜서 용존산소를 증대시키는 산기관 및 제조방법에 관한 것이다.

종래의 산기관(散氣管 : Diffuser)들은 다양한 형태와 구조 및 재질로 제작되어 여러가지 종류들이 공급되고 있으며, 그 중 연질의 막(膜)에 미세산기구가 천공된 멤브레인(Membrane) 산기관의 산소이전율이 가장 높은 편이다.

그러나 멤브레인 산기관은 신축성 막이 팽창과 수축을 반복하는 구조이므로 피로하중으로 인하여 내구기한이 단축되며, 내충격성과 내마모성이 적은 연질의 EPDM 막은 유동상담체 등을 충전할 경우 유동하는 담체와 충돌하여 마모되거나 파손되는 문제점이 있다.

또한, 봉형 멤브레인 산기관은 봉의 하부에서도 봉의 표면을 따라 기포가 부상하므로 기포들이 충돌할 수 있는 빈도가 증가되고 기포가 서로 충돌하여 큰 기포 로 합체(合體)되어 산소전달효율이 저하될 수 있다.

또한, 디스크형 멤브레인 산기관은 기포가 합체되지 않고 산소이전율이 우수한 편이다. 그러나 EPDM 원판을 디스크형의 기판 위에 높고 외곽 틀로 고정하되, 외곽틀과 하부 기판을 나사식으로 서로 고정하거나 볼트와 넛트를 이용하여 조립하므로 나사결합 부위가 헐거워지거나 볼트 넛트가 풀리는 등 결합 부위가 견고하지 못하고 헐거워 질 수 있다.

또한, 멤브레인 산기관도 생물막의 부착에 의해 산기구가 폐쇄될 수 있으며 산기구가 폐쇄될 경우 개미산 등으로 주기적인 탈막이 필요하므로 관리가 번거롭다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 내구성이 우수한 재질을 이용하여 산기구가 미세하도록 성형하여 견고하게 조립하므로써 수명이 길고, 측면으로 공기가 누설되지 않고 산기구만을 통하여 공기가 분출되며 산소이전율이 안정되고 높은 산기관의 제공을 기술적 과제로 삼고 있다.

또한, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 산기관은, 수중에서 기포를 발생할 수 있는 복수개의 산기구가 구비되고 송풍기로부터 공기를 공급받을 수 있는 하나 이상의 공기공급구가 구비되며 열가소성 합성수지로 성형된 2개 이상의 소몸체들을 접착시키거나, 나사식으로 조립하거나, 또는 볼트 넛트를 이용하는 등 다양한 형태로 조립할 수 있다. 특히 상기 소몸체들을 융착에 의하여 견고하게 일체로 결합하여 조립된 산기관을 제공함으로써, 내구성과 기밀성이 개선되도록 하였다.

상기 소몸체는 공기공급구가 구비된 하부 몸체와 산기구가 구비된 상부 몸체로 이루어질 수 있으며, 상기 상부 몸체와 하부 몸체를 내구성이 우수한 열가소성 합성수지로 성형하고 열을 이용하여 상기 상부 몸체와 하부 몸체들을 융착결합하므로써 공기공급구와 산기구와 그 내부에 공기가 유통될 수 있는 공간이 형성된 산기관으로 견고하게 조립할 수 있다.

그리고 본 발명에 따른 산기관의 상기 산기구는 내부공간으로부터 외측 표면을 향하여 부재의 단면을 관통하면서 개구부가 점차적으로 축소되어 점축관 형태의 산기구로 성형된다.

따라서 산기구의 단면이 예각으로 돌출된 형태이므로 생물막이 부착 증식할 수 있는 면적이 최소화되고, 공기분출에 따른 전단력에 의하여 예각으로 돌출된 부분의 미생물은 쉽게 탈리되고 부착증식이 거의 불가능하며, 이물질이 점축관형 산기구의 외부측 분출구를 통하여 내부로 역류되기 어려우므로 산기구가 폐쇄되지 않고 산기능력을 균일하게 유지할 수 있게 된다.

또한, 압축공기가 단면이 점축되는 산기구를 통과하면, 상기 압축공기의 압력에너지가 속도에너지로 전환되고 풍속이 증대되므로 일부 역류되어 산기구에 끼인 이물질들도 상기 산기구에서 제거될 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명에 따른 산기관을 구성하는 몸체를 ABS 수지로 성형함으로써, 내마모성 및 내충격성을 높일 수 있으며, 그 밖에도 경질의 PE, HDPE, PP, ABS, PVC, Polyurethane 수지 등 다양한 합성수지 재질로 성형할 수 있다.

상기와 같이 합성수지 성형물을 융착결합하여 구성된 산기관은 내구성과 기밀성이 우수하다. 그러나 산기관을 사출성형하기위한 사출성형용 금형을 제작함에 있어서 산기구를 성형하기 위한 홀과 핀을 미세하게 가공하는 것은 매우 어려운 공 정이다. 또한 상기 홀과 핀을 미세하게 가공한 경우에도 부재의 단면이 과소하여 쉽게 파손되거나 마모되는 등 사출금형의 안정적인 유지관리가 어려운 문제점이 있다.

따라서 본 발명에서는 사출금형을 제작함에 있어서 산기구의 개구부 폭은 0.5～2.0mm의 범위로 비교적 크게 성형되도록 핀과 홀을 제작하고, 사출성형된 상기 산기구 및 상기 산기구가 형성된 소몸체의 표면에 도막을 입히고 도막의 두께를 조절하여 산기구의 기공 크기를 축소 조정할 수 있는 기공축소수단을 추가로 구성하여 산기구의 개구부 폭이 0.2～1.0mm 범위로 축소된 미세산기구를 이루도록 하였다.

이와 같이 0.5～2.0mm 범위로 성형된 산기구 측에 Polyurethane, Epoxy 또는 다양한 종류의 도료 중에서 선택된 것을 도포하는 도막형성공정을 추가하면 도막의 두께에 의하여 성형된 산기구보다 개구부의 크기가 0.2～1.0mm 범위로 축소된 미세산기구를 이루게 된다. 산기구가 미세하게 축소된 만큼 분출되는 기포의 크기도 작아지고 기포의 비표면적이 증가되므로 그만큼 산소이전율이 증가된 개선된 산기관을 실현할 수 있게 된다.

이와 같은 도막에 의한 기공축소공정은 열가소성 합성수지로 성형된 산기관에 국한되지 않고 금속 재질, 세라믹 재질 등에 성형된 산기구 측에도 구성하여 미세산기구를 이루도록 하고 산소이전율을 증대시킬 수 있게 되며 이 또한 본 발명의 범위에 포함된다.

여기서 상기 기공축소수단은 상기 산기구 및 상기 산기구가 형성된 부재의 표면에 도포된 도막에 국한되지 않고 미세기공이 형성된 필름이 부착된 것일 수 있다.

기공들이 형성된 필름을 열가소성 합성수지로 성형된 산기관, 금속판을 타공하여 구성된 산기관, 합성수지사 또는 금속사로 직조된 망체등에 부착하여 미세산기구가 구비된 산기관을 실현할 수 있다.

전술한 바와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 산기관 및 제조방법에 따른 산기관을 하폐수처리시설의 반응조와 호소와 하천 및 양식장 등에 설치하고, 송풍기에서 압송되는 공기를 미세한 기포로 분산시켜 수중의 용존산소를 증대시킴으로써, 호기성 미생물을 배양하고 수계의 자정능력을 증대시키며 어패류를 고밀도로 양식할 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 산기관에 의하면, 구조적으로 견고하고 내구성이 우수하며, 미세산기구에 의하여 높은 산소이전율을 유지할 수 있는 내구성과 기밀성 및 통기성이 우수한 산기관을 제공할 수 있다는 이점이 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예들을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 1a는 복수개의 산기구(20)가 구비된 상부 몸체(11)의 세로 단면도이며 도 1b는 공기공급구(30)가 구비된 하부 몸체(12)의 세로 단면도이다.

상기 상부 몸체와 하부 몸체로 예시된 상기 소몸체들(11, 12)이 융착면(14)이 서로 맞닿아 융착되어 하나의 몸체로 결합되면 도 3에서와 같이 그 내부에 공기 가 유통될 수 있는 공간(13)이 형성된 산기관(1)을 이루게 된다.

여기서 상기 산기관(1)은, 열가소성 합성수지로 성형된 소몸체들(11, 12)의 결합부위(14)를 전열판으로 가온하여 표면이 용융된 상태에서 서로 압착시킨 후에 냉각시켜서 일체로 결합하는 열융착 방법에 의하여 결합할 수 있다.

또한 상기 산기관(1)은, 열가소성 합성수지로 성형된 소몸체들(11, 12)의 결합부위(14)를 서로 맞닿게 하고 빠른속도로 회전시켜서 발생되는 마찰열을 이용하여 접착부위의 표면이 용융된 상태에서 회전을 중지시키고 압착 및 냉각하여 일체로 결합시키는 회전융착 방법에 의하여 결합할 수 있다.

또한 상기 산기관(1)은, 열가소성수지로 성형된 소몸체들(11, 12)의 결합부위(14)에 초음파를 조사하여 분자진동에 따른 발열을 이용하여 접착부위의 표면이 용융된 상태에서 압착 및 냉각하여 일체로 결합시키는 초음파융착 방법에 의하여 결합할 수 있다.

이와 같이 상기 접착면(14)의 융착은 열융착, 회전융착, 초음파융착 방법 중에서 선택된 방법을 적용할 수 있으며, 이 실시예에서와 같이 디스크형 산기관(1)은 회전융착 방법이 에너지 소요가 적고 융착 소요시간이 단축되므로 바람직하다.

이 실시예에서의 산기관(1)은 디스크형을 예시한 것으로 도 2a는 복수개의 산기구(20)가 구비된 상부 몸체(11)의 외부 평면도이며, 도 2b는 공기공급구(30)가 구비된 하부 몸체의 외부 평면도를 나타내고 있다.

상기 상부와 하부의 소몸체들(11, 12)이 융착되어 하나로 결합되어 산기관(1)을 이루게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 내구성과 기밀성이 개선된 산기관을 설명하기 위하여 도시한 세로 단면도이다.

본 발명에 따른 산기관(1)은 열가소성 합성수지로 성형된 2개 이상의 소몸체들(11, 12)이 접합부(14)에서 서로 융착결합되어 이루어진 것으로, 송풍기에서 공기를 압송하는 송기관(40)과 연통되도록 연결할 수 있는 하나 이상의 공기공급구(30)가 구비되고, 그 내측에는 공기가 유통될 수 있는 공간(13)이 형성되기도 하며, 그 표면에는 내부공간과 연통되는 복수개의 미세산기구(21)가 구비된다.

여기서 상기 산기구(20)는 내부 공간으로부터 외측 표면을 향하여 부재의 단면을 관통하면서 개구부가 점차적으로 축소되는 점축관형의 산기구(20)이고, 산기관(1)의 외부형상은 디스크형을 예시한 것이다.

여기서 열가소성수지로 성형된 산기관(1)의 산기구(20)에는 도막(22)에 의한 기공축소수단이 부착됨으로써 개구부의 폭이 더욱 미세하게 조정된 미세산기구(21)가 된다. 이와 같이 0.5～2.0mm 범위로 성형된 산기구(20) 측에 Polyurethane, Epoxy 또는 다양한 종류의 도료 중에서 선택된 것을 도포하는 도막형성공정을 추가하면 도막(22)의 두께에 의하여 성형된 산기구보다 개구부의 크기가 0.2～1.0mm 범위로 축소된 미세산기구(21)를 형성하게 된다.

이와 같은 기공축소수단은 도막(22)에 국한되지 않으며 상기 산기구(20) 측에 미세기공이 형성된 필름(미도시)을 부착하여 미세산기구를 만들 수 있다.

도 4a는 산기구를 나타내고 있는 상부 사시도이고, 도 4b는 공기공급구를 나타내고 있는 하부 사시도이며, 도 4c는 산기관의 측면 외관도이다.

또한, 본 발명에 따른 산기관(1)의 외부 형상은 디스크형에 국한되지 않으며, 관형, 원판형, 판상형, 원뿔형, 원구형, 반구형 등으로 제한없이 성형할 수 있다.

이러한 본 발명은, 하폐수 처리시설의 반응조와 호소와 하천 등의 오염수계에 적용되어 수질을 정화 및 개선할 수 있으며, 양식장에 적용되어 어패류의 고밀도 양식을 가능하게 한다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

도 1a는 본 발명의 일실시예에 의한 산기관의 상부 몸체를 나타낸 단면도이다.

도 1b는 본 발명의 일실시예에 의한 산기관의 하부 몸체를 나타낸 단면도이다.

도 2a는 도 1a에 도시된 복수개의 산기구가 구비된 상부 몸체를 나타낸 평면도이다.

도 2b는 도 1b에 도시된 공기공급구가 구비된 하부 몸체를 나타낸 평면도이다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 의한 산기관을 나타낸 단면도이다.

도 4a는 본 발명의 일실시예에 의한 산기구의 상부를 나타낸 상부 사시도이다.

도 4b는 본 발명의 일실시예에 의한 산기구의 하부를 나타낸 사시도이다.

도 4c는 본 발명의 일실시예에 의한 산기구를 나타낸 측면도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : 산기관

11 : 상부 몸체

12 : 하부 몸체

13 : 공간

14 : 접합부

20 : 산기구

21 : 미세산기구

22 : 도막

30 : 공기공급구

40 : 송기관

Claims (13)

1. 복수개의 산기구와 하나 이상의 공기공급구가 구비되고,

   열가소성 합성수지로 성형된 2개 이상의 소몸체들이 결합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 산기관.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 결합은 융착 결합인 것을 특징으로 하는 산기관.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 산기구는, 공기의 분출방향을 따라 개구부가 점차적으로 축소되는 점축관형인 것을 특징으로 하는 산기관.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 산기구에 기공축소수단을 추가 구성하여 상기 산기구의 개구부가 더욱 미세하게 조정된 미세산기구를 이룬 것을 특징으로 하는 산기관.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 기공축소수단은 상기 산기구 측에 도포된 도막인 것을 특징으로 하는 산기관.
6. 제 4 항에 있어서,

   상기 기공축소수단은 상기 산기구 측에 부착된 미세기공이 형성된 필름인 것을 특징으로 하는 산기관.
7. 제 4 항에 있어서,

   상기 산기구의 개구부 폭은 0.5～2.0mm 범위이고, 상기 미세산기구의 개구부 폭은 0.2mm～1.0mm 범위인 것을 특징으로 하는 산기관.
8. 복수개의 산기구와 하나 이상의 공기공급구를 형성하고,

   열가소성 합성수지로 성형된 2개 이상의 소몸체들을 융착 방법에 의하여 결합하는 것을 특징으로 하는 산기관 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 융착방법은 열융착 방법인 것을 특징으로 하는 산기관 제조방법.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 융착방법은 회전융착 방법인 것을 특징으로 하는 산기관 제조방법.
11. 제 8 항에 있어서,

    상기 융착방법은 초음파융착 방법인 것을 특징으로 하는 산기관 제조방법.
12. 복수개의 산기구와 하나 이상의 공기공급구를 성형하고,

    상기 산기구 측에는 도막을 도포하는 기공축소 방법에 의하여 상기 산기구의 개구부를 축소 조정하는 것을 특징으로 하는 산기관 제조방법.
13. 제 12 항에 있어서,

    상기 기공축소 방법은 상기 산기구 측에 미세기공이 형성된 필름을 부착하는 기공축소 방법인 것을 특징으로 하는 산기관 제조방법.

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