KR20110081557A - 버블을 이용한 산소용해장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 버블을 이용한 산소용해장치는 내부공간을 갖는 제 1 본체와, 제 1 본체에 설치되고 내부공간을 상하방향으로 구획하는 제 1 구획격판들과, 제 1 구획격판들에 형성되어 제 1 구획격판들과 수면 사이에 산소 잠입공간을 형성하도록 상부의 물을 하부로 가이드하는 제 1 유도배출관과, 제 1 본체의 하부에 설치되어 내부공간 내의 물을 배출하는 제 1 배출관을 갖는 압력탱크와, 제 1 구획격판들에 의해 구획된 상부 측 공간부의 일측면에 물을 분사하도록 노즐을 갖는 제 1 물공급관과, 제 1 물공급관에서 유동하는 물에 산소를 편승시키기 위해 제 1 물공급관에 연결되는 산소공급관을 구비한다.
본 발명에 따른 버블을 이용한 산소용해장치는 소정의 압력을 유지하는 압력탱크 내에서 물의 유속, 물의 체류 등의 기능을 복합하여 안정적으로 높은 산소 용존량을 가진 산소 용해수를 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 버블을 이용한 산소용해장치는 흐르는 물의 체류시간을 길게 하여 물과 산소의 접촉률을 높임으로써 효율성이 높은 장점을 제공한다.

Description

버블을 이용한 산소용해장치{Apparatus for Dissolving Oxygen Using Bubble}
본 발명은 버블을 이용한 산소용해장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 물에 산소를 효과적으로 용해시키기 위한 버블을 이용한 산소용해장치에 관한 것이다.
통상적으로 기체를 용해하는 용해장치는 폐수처리장, 정수처리장, 정수기, 수경재배를 위한 양액 또는 양식장 등에서 산소나 오존 등의 기체를 폐수나 물과 같은 액체에 용해시키는데 이용하는 장치로서, 이는 물이나 폐수를 처리하여 수중의 용해산소(DO)함량을 증가시키는데 이용된다.
물고기나 기타 수중생물의 생명을 보존하기 위해서뿐만 아니라 악취제거나 유기물질의 생성억제를 위해서도 용해산소의 양을 소정 값 이상으로 유지할 필요가 있다. 또한, 생화학적 산소 요구량(BOD)은 수중의 유기물을 파괴하는 생물학적 공정에 소요되는 산소량에 의해 결정되는데, 생화학적 산소요구량이 많을수록 수중에 유기물의 양이 많고 따라서 많은 양의 용해산소가 필요하다는 것을 말한다. 기체용해장치는 용해산소의 양을 증가시키는데 대단히 유용한 것으로, 특히 생화학적 산소 요구량이 많은 경우에 있어서는 이용가치가 매우 크다.
상기 기체용해장치는 폐수처리장, 정수처리장, 정수기, 수경재배를 위한 양액, 양식장 등에서 산소나 오존 등의 기체를 폐수나 물과 같은 액체에 용해시키는데 이용되는 장치로서, 이는 물이나 폐수 등과 같은 액체 내 산소나 오존 등의 기체용존률을 높일 목적으로 주로 이용된다.
이와 같은 기체 용해장치는 공기 확산형과 기계형의 두 가지로 대별된다. 공기 확산형 기체용해장치는 공기나 순수 산소를 잠수식 다공성 확산부재 또는 노즐을 통해 수중으로 유입하는 구조로 되어 있으며, 기계식 기체용해장치는 물을 교란하여 대기중의 공기를 용해시키는 구조를 갖는다.
기계식 기체용해장치는 다시 수면 기체용해장치와 터빈 기체용해장치로 세분된다. 수면 기체용해장치는 잠수식 내지는 부분 잠수식 임펠러로 물을 교란함으로써 수중의 공기를 유입함과 동시에 공기와 물의 접촉영역을 급격히 변화시키도록 되어 있다. 그리고 터빈 기체용해장치는 처리수의 수면 아래에 일정한 깊이로 설치된 회전 임펠러를 이용하는 것으로, 임펠러와 동축상에는 통기관이 지지되어 외부공기를 임펠러 주위의 물로 공급하게 된다.
등록 실용신안 제 0305788호에는 고농도 산소수 용해장치가 게시되어 있다. 게시된 산소수 용해장치는 정수 처리된 물을 산소수 흡입라인을 통해 물과 함께 산소탱크 또는 산소 발생기의 산소를 동시에 투입시켜 병렬연결 구성된 순환펌프에서 흡입되게 함과 아울러 각 산소 용해기 후단부에 유량조절밸브를 순차적으로 설치하여 유량과 압력을 제어하는 구성을 가진다. 상기의 게시된 산소용해장치는 물과 산소가 동시에 공급되어 와류를 형성함으로써 물에 산소를 용해하게 되므로 산소의 용해 정도나 압력의 설정 등이 용이하지 않다는 문제점이 있다.
등록 실용신안 제 0430178호에는 산소수 용해장치가 게시되어 있다. 상기의 게시된 산소수 용해장치는 물공급관으로부터 분사된 물이 직접 구획격판에 충돌하여 분산되므로 효율이 낮다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 소정의 압력을 유지하는 용기 내에서 물의 유속, 물의 체류 등의 기능을 복합하여 안정적으로 높은 산소 용존량을 가진 산소 용해수를 제조할 수 있는 버블을 이용한 산소용해장치를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 흐르는 물의 체류시간을 길게 하여 물과 산소의 접촉률을 높임으로써 효율이 높은 버블을 이용한 산소용해장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 버블을 이용한 산소용해장치는, 내부공간을 갖는 제 1 본체와, 상기 제 1 본체에 설치되고 상기 내부공간을 상하방향으로 구획하는 제 1 구획격판들과, 상기 제 1 구획격판들에 형성되어 제 1 구획격판들과 수면 사이에 산소 잠입공간을 형성하도록 상부의 물을 하부로 가이드하는 제 1 유도배출관과, 상기 제 1 본체의 하부에 설치되어 상기 내부공간 내의 물을 배출하는 제 1 배출관을 갖는 압력탱크와, 상기 제 1 구획격판들에 의해 구획된 상부 측 공간부의 일측면에 물을 공급도록 노즐을 갖는 제 1 물공급관과, 상기 제 1 물공급관에서 유동하는 물에 산소를 편승시키기 위해 상기 제 1 물공급관에 연결되는 산소공급관을 구비한다.
바람직하게는 상기 제 1 배출관이 연장되어 설치되고 내부공간을 갖는 제 2 본체와, 상기 제 2 본체에 설치되고 상기 내부공간을 상하방향으로 구획하는 제 2 구획격판들과, 상기 제 2 구획격판들에 형성되어 제 2 구획격판들과 수면 사이에 산소 잠입공간을 형성하도록 상부의 물을 하부로 가이드하는 제 2 유도배출관과, 상기 제 1 배출관과 연결되어 상기 제 2 구획격판들에 의해 구획된 상부 측 공간부의 일측면에 물을 공급하도록 노즐을 갖는 제 2 물공급관과, 상기 제 2 본체의 하부에서 상부로 연장되게 형성되어 상기 내부공간 내의 물을 배출하는 제 2 배출관을 갖는 보조압력탱크를 더 구비한다.
상기 제 1 구획격판 또는 상기 제 2 구획격판은 상기 제 1 본체 또는 상기 제 2 본체 내에 복수 개 설치되고, 상기 제 1 구획격판 또는 상기 제 2 구획격판에 형성된 상기 제 1 유도배출관 또는 제 2 유도배출관이 상호 엇갈리게 형성된다.
본 발명에 따른 버블을 이용한 산소용해장치는 소정의 압력을 유지하는 압력탱크 내에서 물의 유속, 물의 체류 등의 기능을 복합하여 안정적으로 높은 산소 용존량을 가진 산소 용해수를 제조할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 버블을 이용한 산소용해장치는 흐르는 물의 체류시간을 길게 하여 물과 산소의 접촉률을 높임으로써 효율성이 높은 장점을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 버블을 이용한 산소용해장치의 정면도,
도 2는 도 1의 버블을 이용한 산소용해장치의 압력탱크를 나타내는 평면도,
도 3은 도 1의 버블을 이용한 산소용해장치에 보조압력탱크가 설치된 상태의 평면도,
도 4는 도 1의 버블을 이용한 산소용해장치의 압력탱크의 일부절제 사시도.
본 발명에 따른 버블을 이용한 산소용해장치는 물에 산소를 효과적으로 용해시키기 위한 것으로, 일 실시 예를 도 1 내지 4에 나타내보였다.
도면을 참조하면, 버블을 이용한 산소용해장치(100)는 내부공간(28)을 갖는 제 1 본체(22)와, 제 1 본체(22)에 설치되고 내부공간(28)을 상하방향으로 구획하는 제 1 구획격판(24a, 24b, 24c)들과, 제 1 구획격판(24a, 24b, 24c)들에 형성되어 제 1 구획격판(24a, 24b, 24c)들과 수면 사이에 산소 잠입공간을 형성하도록 상부의 물을 하부로 가이드하는 제 1 유도배출관(26)과, 제 1 본체(22)의 하부에 설치되어 내부공간(28) 내의 물을 배출하는 제 1 배출관(30)을 갖는 압력탱크(20)와, 제 1 구획격판(24a, 24b, 24c)들에 의해 구획된 상부 측 공간부의 일측면에 물을 분사하도록 노즐(12)을 갖는 제 1 물공급관(10)과, 제 1 물공급관(10)에서 유동하는 물에 산소를 편승시키기 위해 제 1 물공급관(10)에 연결되는 산소공급관(50)을 구비한다.
제 1 물공급관(10)은 취수탱크(14)와 연결되어 있고, 취수탱크(14)로부터 취수된 물은 제 1 물공급관(10)을 통하여 압력탱크(20)로 공급된다. 제 1 물공급관(10)에는 물공급을 위한 펌프(18)가 설치되어 있고, 물공급을 조절하는 제 1 밸브(16)가 설치되어 있다. 제 1 물공급관(10)은 취수탱크(14)로부터 압력탱크(20)로 관통되어 압력탱크(20)의 내부로 연장된다. 압력탱크(20)의 내부로 연장된 제 1 물공급관(10)은 노즐(12)을 갖고 제 1 구획격판(24a, 24b, 24c)들에 의해 구획된 상부 측 공간부에 물을 분사한다. 제 1 물공급관(10)이 물을 분사할 때 상부 측 공간부의 일측면에 물을 분사하여 분사된 물이 상부 벽면을 타격하면서 하방으로 떨어진다. 물이 상부 벽면을 타격하면 물이 분산되어 내부의 공기와의 접촉면적이 넓어지면서 산소가 물에 공급되는 것을 도와 산소를 용해시킬 수 있다.
산소공급관(50)은 제 1 물공급관(10)에서 유동하는 물에 산소를 편승시키기 위해 제 1 물공급관(10)과 연결 설치된다. 산소공급관(50)과 제 1 물공급관(10)을 연결 설치할 때 벤츄리관을 사용하여 연결 설치한다. 산소공급관(50)을 통해 유입된 산소와 제 1 물공급관(10)을 통해 유입된 물이 벤츄리관에 의해 혼합되어 산소가 물에 용해된다. 산소공급관(50)은 산소를 공급받기 위해 산소발생기(56), 고압산소 또는 액화산소가 주입된 산소탱크(54) 중 적어도 하나가 연결되어 이루어질 수 있다. 산소공급관(50) 및 이와 연결된 산소발생기(56) 또는 산소탱크(54)를 연결하는 분기관(58)에는 산소의 공급을 조절하기 위한 제 2 밸브(58)와 보조밸브들이 설치될 수 있다.
압력탱크(20)는 내부공간(28)을 갖고 제 1 구획격판(24a, 24b, 24c)들에 의해 내부공간(28)이 구획되어 있다. 제 1 구획격판(24a, 24b, 24c)들은 수면과 제 1 구획격판(24a, 24b, 24c)들 사이에 산소 잠입공간을 형성하도록 상부의 물을 하부로 가이드 하는 제 1 유도배출관(26)을 갖는다. 제 1 구획격판(24a, 24b, 24c)들은 상부의 물이 제 1 유도배출관(26)으로만 배출되도록 제 1 본체(22)의 내측면과 대응되는 크기로 형성되어 설치되어 있다. 제 1 구획격판(24a, 24b, 24c)들은 제 1 유도배출관(26)이 상호 엇갈리도록 설치되어 있다.
제 1 물공급관(10)이 제 1 구획격판(24a, 24b, 24)에 의해 구획된 상부 측 구획공간의 일측 벽면에 물을 분사하면 물은 벽면을 타격하고 제 1 구획격판(24a)으로 떨어진다. 물은 제 1 구획격판(24a)으로 하강하면서 제 1 구획격판(24a)과의 충돌로 인해 분산되면서 산소와의 접촉면적이 넓어진다. 물은 산소와 접촉면적이 넓어지면 산소를 용해시킬 수 있다. 제 1 구획격판(24a)으로 하강된 물은 제 1 유도배출관(26)을 통해 아래의 제 1 구획격판(24b)으로 유입된다. 물이 각 구획 공간에 채워지면 제 1 유도배출관(26)의 단부가 물에 잠기게 되고 상부 측 제 1 구획격판(24a)에서 아래의 제 1 구획격판(24b)으로 제 1 유도배출관(26)을 통해 물이 하강하면 와류가 발생하게 된다. 제 1 구획격판(24a, 24b, 24c)들과 수면 사이에 산소 잠입공간이 형성되어 있어 와류가 발생되면 산소 잠입공간에 있는 산소와 물이 접촉하여 산소가 용해된다. 압력탱크(20) 내부로 유입된 물은 압력 탱크(20) 내부를 거치며 마이크로 버블이 형성된다. 마이크로 버블을 이용해서 산소가 용해되어 물의 용존산소량을 높일 수 있다.
제 1 본체(22)의 하부까지 하강된 물은 제 1 본체(22)의 하부에 설치된 제 1 배출관(30)을 통해 배출된다. 압력탱크(20)는 부식을 방지할 수 있도록 합성수지로 제작한다. 바람직하게는 합성수지 중 PPC(Poly Propylene Copolymer)로 제작한다.
여기서 제 1 배출관(30)을 통해 배출된 물을 산소와 용해시키는 과정을 다시 한번 하도록 하는 보조압력탱크(40)를 더 구비할 수도 있다.
보조압력탱크(40)는 제 1 배출관(30)이 연장되어 설치되고 내부공간을 갖는 제 2 본체(42)와, 제 2 본체(42)에 설치되고 내부공간(48)을 상하방향으로 구획하는 제 2 구획격판(44a, 44b, 44c)들과, 제 2 구획격판(44a, 44b, 44c)들에 형성되어 제 2 구획격판들(44a, 44b, 44c)과 수면 사이에 산소 잠입공간을 형성하도록 상부의 물을 하부로 가이드하는 제 2 유도배출관(46)과, 제 1 배출관(30)과 연결되어 제 2 구획격판(44a, 44b, 44c)들에 의해 구획된 상부 측 공간부의 일측면에 물을 분사하는 제 2 물공급관(70)과, 제 2 본체(42)의 하부에서 상부로 연장되게 형성되어 내부공간(48) 내의 물을 배출하는 제 2 배출관(80)을 갖는다.
보조압력탱크(40)로 유입된 물은 압력탱크(20)에 유입된 물과 동일한 과정으로 제 2 본체(42)의 하부로 하강한다. 제 2 본체(42)의 하부로 하강된 물은 제 2 본체(42)의 하부에서 상부로 연장되게 형성된 제 2 배출관(80)을 통해 배출된다. 보조압력탱크(40)는 부식을 방지할 수 있도록 합성수지로 제작된다. 바람직하게는 합성수지 중 PPC(Poly Propylene Copolymer) 재질로 제작한다. 여기서 제 2 물공급관(70)은 도시된 예와 다르게 본체 외부에서 연장되어 제 2 본체(42)의 상부로 설치될 수도 있다. 또한, 제 2 배출관(80)은 도시된 예와 다르게 상부로 연장되지 않고 하부에 형성될 수도 있다. 제 2 배출관(80)에는 제 3 밸브(64)와 배출되는 물의 산소의 용존량을 측정하기 위한 측정센서(62)가 설치된다.
버블을 이용한 산소용해장치(100)는 제어수단(60)을 구비할 수도 있다. 제어수단(60)은 압력탱크(20)와 보조압력탱크(20)의 압력, 물의 수위, 배출되는 물의 산소 용존량 등을 감안하여 산소, 물의 공급 및 배출, 수위 등을 제어하는 것으로, 압력탱크(20)에 설치되는 제 1 압력센서(63)와, 보조탱크(40)에 설치되는 제 2 압력센서(65)와, 수위감지센서(미도시), 제 1 배출관(30) 또는 제 2 배출관(80)에 설치되어 배출되는 물의 용존량을 측정하는 측정센서(62)로부터 각 측정값의 신호를 받아 펌프(18)와, 제 1, 2, 3 밸브(16, 52, 64)들을 제어하는 마이크로컴퓨터(66)를 구비한다. 제어수단(60)은 산소의 공급 및 물의 공급량을 조절함으로써 산소의 용존량을 조절할 수 있다.
이와 같은 과정을 통해 물의 산소와의 접촉 면적을 넓힘으로써 산소를 효율적으로 용해시킬 수 있다. 또한, 물의 체류시간을 길게 함으로써 물과 산소의 접촉률을 높여 버블을 이용한 산소용해장치의 효율성을 높일 수 있다.
이상에서 설명하고 도시한 바와 같은 본 발명은 상기의 실시 예에 한정하는 취지는 아니며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 변경 실시될 수 있을 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100; 버블을 이용한 산소용해장치
10; 제 1 물공급관
20; 압력탱크
22; 제 1 본체
24 a,b,c; 제 1 구획격판
26; 제 1 유도배출관
30; 제 1 배출관
40; 보조압력탱크
42; 제 2 본체
44 a,b,c; 제 2 구획격판
46; 제 2 유도배출관
50; 산소공급관
60; 제어수단
70; 제 2 물공급관
80; 제 2 배출관

Claims (3)

  1. 내부공간을 갖는 제 1 본체와, 상기 제 1 본체에 설치되고 상기 내부공간을 상하방향으로 구획하는 제 1 구획격판들과, 상기 제 1 구획격판들에 형성되어 제 1 구회격판들과 수면 사이에 산소 잠입공간을 형성하도록 상부의 물을 하부로 가이드하는 제 1 유도배출관과, 상기 제 1 본체의 하부에 설치되어 상기 내부공간 내의 물을 배출하는 제 1 배출관을 갖는 압력탱크와;
    상기 제 1 구획격판들에 의해 구획된 상부측 공간부의 일측면에 물을 분사하도록 노즐을 갖는 제 1 물공급관과;
    상기 제 1 물공급관에서 유동하는 물에 산소를 편승시키기 위해 상기 제 1 물공급관에 연결되는 상소공급관;을 구비하는 것을 특징으로 하는 버블을 이용한 산소용해장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 배출관이 연장되어 설치되고 내부공간을 갖는 제 2 본체와, 상기 제 2 본체에 설치되고 상기 내부공간을 상하방향으로 구획하는 제 2 구획격판들과, 상기 제 2 구획격판들에 형성되어 제 2 구획격판들과 수면 사이에 산소 잠입공간을 형성하도록 상부의 물을 하부로 가이드하는 제 2 유도배출관과, 상기 제 1 배출관과 연결되어 상기 제 2 구획격판들에 의해 구획된 상부측 공간부의 일측면에 물을 분사하도록 노즐을 갖는 제 2 물공급관과, 상기 제 2 본체의 하부에서 상부로 연장되게 형성되어 상기 내부공간 내의 물을 배출하는 제 2 배출관을 갖는 보조압력탱크를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 버블을 이용한 산소용해장치.
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 제 1 구획격판 또는 상기 제 2 구획격판은 상기 제 1 본체 또는 상기 제 2 본체 내에 복수 개 설치되고, 상기 제 1 구획격판 또는 상기 제 2 구획격판에 형성된 상기 제 1 유도배출관 또는 제 2 유도배출관이 상호 엇갈리게 형성된 것을 특징으로 하는 버블을 이용한 산소용해장치.

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