KR20110097928A - 액체에 포함된 하나 이상의 화합물을 처리하는 방법 및 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 액체에 포함된, 화학 및/또는 유기 및/또는 또는 미생물 화합물과 같은 화합물을 처리하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 상기 액체는 축방향 유입구(21)를 통해 축방향으로 주변 유출구(30)를 가지는 방사상 캐비테이션 챔버(18)의 중앙 유입구 부분 내로 몰려서, 상기 액체는 중앙 유입구 부분으로 방향을 바꾸어 주변 유출구 쪽을 향해 여러 방사상 방향으로 방사상 챔버 쪽으로 흐르고; 방사상 챔버의 유입구와 주변 유출구 사이의 액체 흐름 조건은 캐비테이션 버블 또는 포켓(31)을 생성하고, 그후 상기 버블 또는 포켓(31)의 붕괴 또는 자체적 붕괴를 유발시켜 적어도 부분적으로 상기 화합물을 처리한다.
Description
본 발명은 화학 또는 유기 화합물(chemical or organic compounds) 또는 종(species), 또는 미생물(micro-organisms)과 같은 화합물 처리 분야에 관한 것이다.
원치 않는 화학 화합물은, 예를 들면 탄화수소 또는 염소계 화합물(예를 들면, 트리클로로에틸렌(trichloroethylene)) 같은 휘발성 화합물(volatile compound) 또는내분비계 교란물질(endocrine disrupter)으로 생각되는 살진균제(fungicide) 또는 특정 분자로 사용된 PCB(polychlorobiphenyl), PCP(pentachlorophenol)과 같은 그다지 고휘발성은 아닌 화합물(not very volatile compound)에 의해, 오염된 물 속에 흔히 발견된다. 이들 물체(body)는 보통 발암성이고 동물 및 인간에 질병을 유발시킬 수 있다.
현재, 이러한 원치 않는 물체는 활성탄 흡착(activated carbon adsorption), 열분해(thermolysis), 전해 환원(electrolytic reduction), 자외선(ultraviolet irradiation) 또는 오존, 과산화물(peroxide) 또는 펜튼 시약(Fenton’s reagent)과 같은 화학 화합물에 의한 산화를 비롯한 여러 기술에 사용하여 파괴 또는 변형(transfer)시킨다. 모든 경우에 있어, 이 방법들은 비용이 많이 들고 실시가 곤란하다.
물은 또한 박테리아나 미세 조류(microscopic algae)와 같은 살아 있는 미생물도 포함할 수 있다. 보통 병리학적 영향(pathological effect)을 피하기 위해 이것들을 박멸(파괴)하는 것이 바람직하다. 예컨대 염화물이나 과산화물을 또는 자외선을 이용한 멸균(sterilization)과 같은, 화학 화합물에 대해 사용된 것과 같은 기술이 이 박멸에 사용된다.
몇몇 처리를 실행하기 위해, 또한 처리될 액체 속으로 방출되는 초음파를 사용하는 것과 벤츄리관(Venturi tube) 또는 동등한 축류관(axial-flow tube) 내를 흐르는 처리될 액체 내부의 캐비테이션(cavitation)을 사용하는 것이 제안되어 있다. 이러한 구성은 특허문헌 EP 1 738 775, US 2007/0280861, WO2005/028375에 기재되어 있다.
특허문헌 US 5 749 650, US 5 899 564 및 US 2006/256645는, 액체가 축방향으로 중첩된 링과 축방향으로 조정 가능한 링 사이에 형성된 환형 마이크로슬릿(annular micro-slit)을 반경 방향으로 통과하는 처리 장치를 기재하고 있다. 슬릿을 빠져나가는 액체는,
배출 공간 주변에 대규모로 분산되어 있는 방사상의 분출물(jet)을 형성하고, 이 분출물은 어떠한 캐비테이션 포켓(cavitation pocket)도 없이 형성되는 이 공간 내에 난류(turbulence)를 일으킨다.
특허문헌 US 6 200 486는 오리피스(orifice)를 가지는 내부 실린더형 벽과 외부 실릴더형 벽을 포함하여, 이것들 사이에 넓은 공간을 형성하는 장치를 기재하고 있다. 위의 특허문헌에 언급된 바와 같이, 오리피스의 유출구에서의 흐름은 이 넓은 공간 내에서 분출물 형태이다.
특허문헌 US 4 585 357는 반대측에 멀리 떨어져서 편향 벽(deflecting wall)이 설치되는 장치를 기재하고 있다. 여기서도 마찬가지로, 슬릿을 통과하는 흐름은 분산 분출물(dispersion jet)을 야기한다.
특허문헌 JP 11 42432는 두 개의 대향 흐름(opposite flow)이 충돌하는 장치를 기재하고 있다. 그 결과로 생긴 흐름은 반경 방향으로 흘러가서 주변의 배출 챔버(peripheral evacuation chamber) 내로, 여기서도 마찬가지로 분산 분출물의 형태로 방출된다.
특허문헌 DE 3728946는, 축류가 주변의 개구부를 가지는 방사상 챔버 쪽으로 편향되는 장치를 기재하고 있다. 이 챔버는 원뿔대(truncated cone) 형상으로 두께가 바깥쪽 방향으로 줄어들록 형성된다. 난류 현상은 대규모 배출 챔버 내에서, 방사상 챔버의 주변 개구부 너머에서만 발생한다.
특허문헌 JP 2008/207099는, 액체가 축방향으로 블라인드 홀(blind hole) 내로 도입되어 베이스로부터 떨어져, 블라인드 홀의 벽에 형성된 원뿔대 형상의 분기형 방사상 채널(divergent radial channel)로 배출되는, 장치를 기재하고 있다. 실제로 벤추리형 동작 모드는 원뿔대 형상의 분기형 방사상 채널 각각에서, 그것에 축방향으로 일어난다.
본 발명의 목적은 처리될 액체에 포함된 화합물 또는 화합물에 대한, 기계적 및/또는 화학적 및/또는 세균학적 효과 및/또는 미생물에 대한 효과를 향상시킬 수 있는 특정한 캐비테이션 효과(cavitation effect)를 낳는 것이다.
이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 감압(reduced pressure) 작용 하의 액체 내에 증기의 버블 또는 포켓(bubbles or pockets)의 형성을 유발하고 이 감압의 인가 동안에 생성된 증기의 버블 또는 포켓이 그후 압력이 다시 증가하면 갑자기 응결되는 캐비테이션 효과에 기초한다. 일정한 조건 하에서, 붕괴라고도 불리는 이 신속한 응결(condense)은 버블 또는 포겟의 최초 사이에 따라, 예를 들면 만분의 일초와 마이크로초 사이의 기간 동안에 일어나고, 이 반응은 기체를, 예를 들면 2000℃보다 높은 온도로 압축 및 가열하기에 충분히 빨라서, 플라즈마를 생성할 수 있다.
따라서 본 발명은 특히, 캐비테이션 버블 또는 포켓의 붕괴 구역(collapse zone) 내에서 우세한 강한 난류와 후자의 초고속 벽의 병용 효과(combined effect)를 증대시키기 위한 것; 및/또는 캐비테이션 버블 또는 포켓 내에 생성되고 특히 액체 내에 방사선 방출이 가능한 플라즈마에 기인한 효과를 증가시키기 위한 것; 및/또는 캐비테이션 버블 또는 포켓 내에 존재하는 화합물을 없애기(destory) 위한 것; 및/또는 액체 내로 이동(migrate)되어 액체 속에 포함된 화합물에 영향을 미칠 수 있는 분자, 이온 또는 종 또는 화학 라디컬(chemical radical)의 생성을 유발하기 위한 것; 및/또는 액체 내에 강한 음파를 생성하기 위한 것이다.
본 발명의 주제는 첫 째, 화학 및/또는 유기 화합물 및/또는 미생물과 같은, 액체에 포함된 화합물을 처리하는 방법이다.
이 방법은, 서로 대향하여 배치된 두 개의 실질적으로 방사상 면이 그들 사이의 방사상 캐비테이션 챔버의 범위(한계)를 정하고, 상기 면 중 하나는 그 중앙부에 축방향으로 형성된 축방향 유입구 오리피스(axial inlet orifice)를 가지고 상기 면들은 주변 유출구 개구부(peripheral outlet opening)를 형성하고; 상기 축방향 유입구 오리피스를 통해 축방향으로 공급된 액체는 편향되어 상기 주변 유출구 개구부를 향해 여러 방사상 방향으로 상기 방사상 캐비테이션 챔버 쪽으로 흐르고; 상기 방사상 면들 사이의, 상기 캐비테이션 챔버(18)의 두께는 상기 축방향 유입구 오리피스의 직경의 0.1과 0.25 배 사이가 되도록, 바람직하게는 0.14가 되도록 선택되는, 그런 것이다.
따라서 상기 액체의 흐름 조건(flow condition)은 상기 중앙 유입구 오리피스 주위의, 방사상 흐름의 제1 부분에서 캐비테이션 버블 또는 포켓을 생성한다. 또한, 따라서 상기 캐비테이션 버블 또는 포켓은, 적어도 부분적으로 상기 캐비테이션 챔버 내의 상기 화합물을 처리하기 위해, 상기 주변 유출구 개구부에 도달하기 전에 내파된다(implode).
상기 중앙 유입구 오리피스의 축과 상기 캐비테이션 챔버의 상기 주변 개구부 사이의 거리는 상기 중앙 유입구 오리피스이 직경의 두 배 이상이되도록 선택될 수 있다.
상기 캐비테이션 챔버의 업스트림(upstream)의 절대 압력과 상기 캐비테이션 챔버의 다운스트림(downstream)의 절대 압력 사이의 비율은 저 1.5와 6 사이일 수 있다.
본 발명의 주제는 또한 액체에 포함된 화학 및/또는 유기 화합물 및/또는 미생물과 같은, 하나 이상의 화합물을 처리하는 장치가다.
이 장치는 실질적으로 방사상 면과 실질적으로 축방향 액체 유입구 오리피스를 가지는 제1 요소, 및 실질적으로 방사상 면을 가지는 제2 요소를 포함한다.
상기 방사상 면들은 서로 대향하여 배치되어 그들 사이에 주변 유출구 개구부를 가지는 방사상 캐비테이션 챔버를 형성하는 공간을 형성하고, 상기 제1 요소의 상기 축방향 유입구 오리피스는 상기 제2 요소의 상기 방사상 면 반대측의 이 캐비네이션 챔버의 중앙부 쪽으로 개방되어 있다.
상기 방사상 면들 사이의, 상기 캐비테이션 챔버의 두께는, 상기 축방향 유입구 오리피스의 직경의 0.1과 0.25 배 사이이고, 바람직하게는 0.14배이다.
상기 축방향 유입구 오리피스를 통해 축방향으로 공급되는 액체는, 따라서 중앙의 유입구 부분으로 편향되어 주변 유출구 개구부를 향해 여러 방사상 방향으로 상기 방사상 캐비테이션 챔버 쪽으로 흐르고, 상기 액체의 흐름 조건은 상기 중앙 유입구 오리피스 주위의, 이 흐름의 제1 부분에서 캐비테이션 버블 또는 포켓을 생성하고, 상기 캐비테이션 버블 또는 포켓은, 적어도 부분적으로 상기 화합물을 처리하기 위한, 상기 주변 유출구 개구부에 도달하기 전에 자체적으로 붕괴된다.
상기 방사상 캐비테이션 챔버의 범위를 정하는 상기 방사상 면들은 평행할 수 있다.
상기 중앙 유입구 오리피스의 축과 상기 캐비테이션 챔버의 상기 주변 개구부 사이의 거리는 상기 중앙 유입구 오리피스의 직경의 두 배 이상일 수 있다.
상기 반사상 캐비테이션 챔버의 상기 주변 유출구 오리피스는 하나 이상의 유출구 통로와 연결된 보조 챔버(secondary chamber)와 통할 수 있다.
상기 보조 챔버와 연관된 상이한 처리 수단, 특히 상기 보조 챔버 내에 자외선을 발생시키는 방출 수단이 연관될 수 있다.
상기 제1 요소와 상기 제2 요소는 그들 사이에 공간을 형성하는 두 개의 벽을 포함할 수 있고, 상기 벽 중 하나는 상기 액체용의 복수의 유입구 오리피스를 가지고, 다른 하나의 벽은 복수의 유출구 오리피스를 가져서, 상기 공간 내 및 상기 유입구 오리피스와 상기 유출구 오리피스 사이에 복수의 캐비테이션 챔버를 형성한다.
상기 유입구 오리피스는 유입구 집합 챔버(inlet collecting chamber) 쪽으로 개방될 수 있고, 상기 유출구 오리피스는 유출구 집합 챔버(outlet collecting chamber) 쪽으로 개방될 수 있고, 상기 벽들은 환형의 동심원(annular and concentric)일 수 있고, 바람직하게는 원통형이거나 동심원, 또는 평탄하다.
상기 제1 요소는 상기 축방향 유입구 오리피스의 에지 상에 사면(bevel)을 가질 수 있고, 상기 사면은 둥글고 상기 캐비테이션 챔버의 상기 중앙부에서의 상기 방사상 면들 사이의 거리의 0.1과 0.5배 사이의 반경을 가지거나 30°와 60°사이, 바람직하게는 45°의 각도로, 그리고 상기 캐비테이션 챔버의 상기 중앙부에 있어 상기 방사상 면들 사이의 거리의 0.1과 0.5배 사이의, 상기 축방향 유입구 오리피스의 축의 방향에 있어, 높이를 넘어, 배치된 원뿔대의 형상일 수 있다.
본 발명에 의해 비제한적인 예로 설명되고 도면에 나타낸 캐비테이션 챔버를 구비한 처리 장치에 관한 연구를 더 잘 이해할 것이다..
도 1은 처리 장치의 종단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 처리 장치의 II-II 선에 따른 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1의 처리 장치의 캐비테이션 챔버의 방사상 섹션을 확대하여 나타낸다.
도 4는 처리 장치의 다른 실시예의 종단면도를 나타낸다.
도 5는 도 4의 처리 장치의 V-V 선을 따른 방사상 섹션을 나타낸다.
도 6은 처리 장치의 다른 실시예의 종단면도를 나타낸다.
도 7은 도 6의 처리 장치의 내측면도를 나타낸다.
도 8은 다른 실시예의 캐비테이션 챔버의 중앙부의 방사상 섹션을 확대하여 나타낸다.
도 9는 다른 실시예의 캐비테이션 챔버의 중앙부의 방사상 섹션을 확대하여 나타낸다.
도 1은 처리 장치의 종단면도를 나타낸다.
도 2는 도 1의 처리 장치의 II-II 선에 따른 단면도를 나타낸다.
도 3은 도 1의 처리 장치의 캐비테이션 챔버의 방사상 섹션을 확대하여 나타낸다.
도 4는 처리 장치의 다른 실시예의 종단면도를 나타낸다.
도 5는 도 4의 처리 장치의 V-V 선을 따른 방사상 섹션을 나타낸다.
도 6은 처리 장치의 다른 실시예의 종단면도를 나타낸다.
도 7은 도 6의 처리 장치의 내측면도를 나타낸다.
도 8은 다른 실시예의 캐비테이션 챔버의 중앙부의 방사상 섹션을 확대하여 나타낸다.
도 9는 다른 실시예의 캐비테이션 챔버의 중앙부의 방사상 섹션을 확대하여 나타낸다.
도 1 내지 도 3에 도시된 처리 장치(1)는, 수직축(5)을 가지고 그들 사이의 방사상 캐비티(radial cavity)(6)의 범위 정하는 두 개의 대향하는 쉘(shell)(3, 4)을 포함하고, 이 방사상 캐비티(6)는 쉘(3)의 환형 방사상 면(7)과 쉘(4)의 환형 방사상 면(8) 사이에 형성된다. 쉘(3, 4)는 동일하고 서로 마주보고 배치될 수 있다.
방사상 캐비티(6) 내에는, 쉘(3)의 환형 방사상 면(7)을 지탱하는 방사상 면(11)을 가지는 디스크(10)를 포함하고 이 디스크(10)에 대해 돌출되고 쉘(4)의 환형 방사상 면(8)을 지탱하는 원통형 주변부(12)를 포함하는 스페이서(spacer)(9)가 배치되어 있다.
쉘(3, 4)은 볼트(15)에 의해 서로를 고정시키고 전술한 지탱하는 접촉(bearing contact)을 유지하도록 연결된 인접한 주변부(13, 14)를 가진다.
쉘(3, 4)의 인접한 주변부(13, 14)의 마주하는 방사상 면들의 환형 구역(annular zone) 내, 스페이서(9)의 원통형 주변부(12)의 외연(periphery)과 방사상 캐비티(6)의 외연 사이에는 O링(O-ring)(16)이 설치되어 있다.
그 환형 방사상 면(7) 내부에, 쉘(3)(제1 요소)은 디스크(10)의 방사상 면(11)(제2 요소)와 함께 캐비테이션 챔버(18)의 범위를 정하는 오목부(recess)(17)를 가지고, 이 오목부(17)의 베이스(19)는 디스크(10)의 방사상 면(11)에 대해 평행하게 반경 방향으로 연장된다.
쉘(3)은 단부 a에, 예를 들면 오목부(17)의 베이스(19)에 의해 형성된 방사상 면을 통해, 캐비테이션 챔버(18)의 중앙부 내로 축방향으로 개방되는 원통형의 중앙 오리피스(21)를 가지는 축방향 통로(20)를 가진다. 액체(23)를 공급하는 덕트(22)의 단부는, 예를 들면, 환형 패킹 누르개(packing gland) 시스템(24)에 의해, 통로(20) 내에 기밀하게(leaktightly) 맞물려 고정된다.
쉘(4)은 축방향으로, 예를 들면 단부에서 중앙 오리피스(26)를 통해, 방사상 캐비테이션 챔버(18) 반대측의, 스페이서(9) 내에 형성된 보조 챔버(27)의 중앙부 쪽으로 개방된다. 액체(23)를 배출하는 덕트(28)의 단부는 예를 들면, 환형 패킹 누르개 시스템(29)에 의해, 통로(25) 내에 기밀하게 맞물려 고정된다.
스페이서(9)의 디스크(10)는 한편으로는 방사상 캐비테이션 챔버(18)의 외연을 향해, 다른 한편으로 보조 챔버(27)를 향해 개방되는 복수의 관통로(through passage)(30)를 가진다. 이 관통로(30)는 방사상 캐비테이션 챔버(18)의 주변 유출구 개구부를 형성하도록 주위 전체에 규칙적으로 분포되어 있다. 이 관통로(30)는 원통형 구멍 또는 원주 방향의 슬릿(circumferential slit)에 의해 형성될 수 있다.
공급용 덕트(22)에 의해 공급된 액체(23)는 따라서 중앙 오리피스(21)를 통해 방사상 캐비테이션 챔버(18) 내로 도입되고, 그후 이 중앙부에서 반경 방향으로 편향된 다음, 관통로(30)에 의해 형성된 주변 유출구 개구부를 향해 여러 방사상 방향으로 방사상 캐비테이션 챔버(18) 내로 흐른다. 관통로(30)로부터 흘러나온 액체는 그후 보조 챔버(27)에서 수집된 다음, 배출용 덕트(28)를 통해 배출된다.
방사상 캐비테이션 챔버(18)에서, 중앙 유입구 오리피스(21)로부터 주변의 관통로(30)로의, 액체(23)의 방사상 흐름의 조건은, 이 흐름이 유체역학적(hydrodynamic)이고, 캐비테이션 버블 또는 포켓(31)이 중앙 유입구 오리피스(21) 주위의, 이 흐름의 제1 분분에 나타나고, 바람직하게는 이들 캐비테이션 버블 또는 포켓(31)이 관통로(30)를 통해 주변 유출구에 도달하기 훨씬 전에 즉시 붕괴 또는 내파(implode)되도록 하는 그러한 것이다.
캐비테이션 버블 또는 포켓의 생성 및 붕괴 현상은 줄어든 압력에 뒤이어 즉각적으로 높아진 압력의 영향에 기인한 것이다. 버블 생성 중에, 액체에 용해된 기체는 이 버블 내에 해방되는 경향이 있다. 붕괴 중에, 내파되는 버블에 초고온 및 초고압을 유발하는 단열 압축(adiabatic compression)을 일으킨다.
생성된 캐비테이션은 통로 단면에서의 감소에 뒤이어 상기 통로의 단면에서 사실상 반경 방향으로 점진적인 증가에 의한 흐름의 가속도에 기인한 유체역학적 캐비테이션이다. 이 캐비테이션은 응결 구역(condensation zone) 또는 붕괴에 있어 압력을 매우 급격히 상승시킬 수 있고, 이는 일정한 유속에 대한 전술한 효과의 강도를 증가시킨다. 또, 이 장치의 특정한 형상은 압력의 손실과 그에 따라 최소 비용의 에너지를 함께 발생하는 현상을 유발한다.
캐비테이션 버블 또는 포켓(31)은, 흐르는 액체에 의해 용해된 기체로 공급된, 중앙 유입구 오리피스(21) 매우 가까이에, 쉘(3)의 방사상 면(19)에 달라붙거나 접촉하여(against) 위치해 있는 주요 환형 포켓 또는 버블을 포함할 수 있다. 이 주요 환형 포켓 또는 버블은 챔버의 중심에서 멀리 이동하고 응결, 붕괴 또는 내파되는 더 작은 사이즈의 포켓 또는 버블로 쪼개진다.
처리 장치(1) 덕분에, 생성된 캐비테이션 버블 또는 포켓(31)은 액체에 포함된 화합물 또는 화합물들을 적어도 일부 처리할 수 있다. 이 처리는 화학적, 열적, 화학적 및 열적인 것일 수 있고/있거나 캐비테이션 현상이 액체 내에 방사되는 음파(sound wave)를 생성할 수 있을 때 음향적(sonic)인 것일 수 있다.
벽(19)에 접촉하여 형성되고 붕괴되는 증기(31)의 버블 또는 포켓은 사실상 미리 정해진 방식으로 국지화될 수 있고/있거나 제어될 수 있다. 방사상 캐비테이션 챔버(18)의 두께는 생성된 캐비테이션 버블 또는 포켓(31)에 대해 맞춰져 있기 때문에, 캐비테이션은 이 방사상 캐비테이션 챔버(18) 쪽으로 흐르는 처리될 모든 액체에 영향을 미친다.
물과 같은 액체가 하나 이상의 화학 화합물을 포함할 때, 특정한 화학 라디컬 또는 종이 생성되어 붕괴되는 캐비테이션 버블(31) 내에 형성될 수 있으며, 이 특정한 화학 라디컬 또는 종은 이들 화학 화합물과 반응하여 다른 화합물을 생성할 수 있다. 화학적 효과는 버블 내에 존재하는 화합물, 일반적으로 액체 내로 이동(migrate)할 수 있고 포함하는 화합물에 대한 작용을 가지는 분자, 이온 또는 라디컬의 생성에 의해 액체 내에 처음에 용해된 휘발성 화합물의 파괴를 유발시킬 수 있다. 이러한 작용들 중에서, OH°라디컬에 의한 산화는 이동하기 어려운 용해된 분자를 파괴할 수 있게 만든다.
물과 같은 액체가 하나 이상의 미생물을 포함할 때, 생성된 캐비테이션 버블(31)은 이들 미생물 및/또는 막(flim) 또는 후자의 축적물(accumulation)을 공격하는 것을 가능하게 하여, 화학 또는 기계적 효과에 의해 또는 강렬한 압력파(pressure wave)에 의해 그것들을 파괴, 분산 또는 부술 수 있다.
처리 장치(1)의 캐비테이션 챔버(18)에서의 액체의 흐름 조건은 다음의 치수 결정(dimensioning)에 기인할 수 있다. 대향하는 방사상 면(7)과 방사상 면(19) 사이의 캐비테이션 챔버(18)의 두께는 중앙 공급 오리피스(21)의 직경의 0.1과 0.25배 사이일 수 있다.
캐비테이션 챔버(18)의 두께는 특히 중앙 공급 오리피스(21)의 직경의 0.14배일 수 있다.
중앙 공급 오리피스(21)의 축(5)과, 위에 관통로(30)에 의해 정해진 캐비테이션 챔버(18)의 주변 개구부가 형성된 둘레(circumference) 사이의 거리는 중앙 공급 오리피스(21)의 직경의 2.5배 이상일 수 있다.
유입구 압력과 유출구 압력 사이의 비는 1.5와 6 사이일 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에서, 중앙 공급 오리피스(21)의 직경은 8mm일 수 있고, 캐비테이션 챔버(18)의 두계는 1.12mm일 수 있고, 중앙 공급 오리피스(21)의 축(5)과, 위에 관통로(30)에 의해 정해진 캐비테이션 챔버(18)의 주변 개구부가 형성된 둘레 사이의 거리는 30mm일 수 있다.
도 8에 도시된 하나의 다른 실시예에 따르면, 상기 제1 요소(3)는 축방향 유입구 오리피스(21)의 에지 상에 형성되고 면(17)과 연결되는 둥근 사면(rounded bevel)(21a)을 가질 수 있다. 이 둥근 사면(21a)은 캐비테이션 챔버(18)의 중앙부에 있어 방사상 면들(11, 19) 사이의 거리의 0.1과 0.5배 사이의 반경 r을 가질 수 있다.
도 9에 도시된 다른 대안 실시예에서, 상기 제1 요소(3)는 원뿔대 형상으로 축방향 유입구 오리피스(21)의 에지 상에 형성된 사면(21b)을 가질 수 있다. 이 원뿔대 형상의 사면(21b)은 30°와 60°사이, 바람직하게는 45°의 각도로 배치될 수 있다. 축방향 유입구 오리피스(21)의 축의 방향에 있어 높이 h는 캐비테이션 챔버(18)의 중앙부에 있어 방사상 면들(11, 19) 사이의 거리의 0.1과 0.5배 사이일 수 있다.
사면(21a) 또는 사면(21b)은 그 주변에 캐비테이션 포켓(31)의 형성을 촉진시킬 수 있다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상이한 처리 장치(100)가 도시되어 있음을 알 수 있다. 이 장치(100)는 원통형 오목부(103)가 안에 형성되는 방사상 전면(102)을 가지는 실린더(101)(제1 요소)를 포함하고, 원통형 오목부(103)에서 떨어진 곳에 맞물려(engaged) 실린더(101)의 방사상 전면(102)에 접촉하여 지탱하는 원형 와셔(106)의 세 개의 내부 핑거(105)에 축방향으로 접촉하여 고정되는 원형 디스크(104)(제2 요소)를 포함한다.
실린더(101)와 원형 와셔(106)에 의해 형성된 스택은 바깥쪽 원통형 튜브(107)의 단부에 맞물려, 와셔가 이 튜브(107)의 내부 숄더(inner shoulder)(108)에 접촉하여 지탱한다. 실린더(101)는 주변 숄더(109) 및 이 숄더를 관통하고 원통형 튜브(107) 내로 나사결합되어 이 스택을 고정하는 고정 스크류(11)를 가진다. O링(11)은 상기한 스택과 원통형 튜브(107) 사이의 기밀성(leaktightness)을 보장한다.
원형 디스크(104)는 원통형 오목부(103) 내에, 이 디스크(104)의 방사상 면(112)과 이 오목부(103)의 방사상 베이스(103a)가 그들 사이에 일정한 두께의 캐비테이션 챔버(113)를 형성하도록, 그리고 이 디스크(104)의 외연과 이 오목부(103)의 외연이 그들 사이의 캐비테이션 챔버(113)의 주변 개구부를 정(determine)하고 원형 와셔(106)의 내부 핑거(105)들 사이에, 튜브(107) 쪽으로 개방되는 환형 관통로(114)를 정하도록, 배치된다.
일정한 두께의 캐비테이션 챔버(113)를 보장하기 위해, 오목부(103)의 방사상 베이스(103a)는 디스크(104)의 방사상 면(112)에 접촉하여 지탱하는 돌출 벌지(projecting bulge)(103b)들을 구비하고, 이 벌지(103)들은 액체의 흐름에 악영향을 미치지 않도록 주변에 배치된다. 벌지(103b)는 또한 디스크(104)를 오목부(103)의 중심에 둔다.
실린더(101)는, 예를 들면 단부에 원통형의, 중앙 오리피스(116)을 가지고, 축방향으로 캐비테이션 챔버(113)의 중앙부 쪽으로 개방되는, 축방향 통로(115)를 가진다. 액체를 공급하는 덕트(118)의 단부가 안에 기밀하게 고정되는 커넥터(117)는 통로(115)에 나사결합된다.
따라서 형성된 구조는, 캐비테이션 챔버(113)가 처리 장치(1)의 캐비테이션 챔버(18)와 같은 것이다.
처리 장치(100)는 유리하게 아래에 기재된 다른 처리 장치(100a)와 직렬로 연결될 수 있다.
원통형 튜브(107)의 타단(other end)은 방사상 벽(119)에 의해 폐쇄되고 이 벽9119) 근처에 측방향(lateral) 유출구 개구부(120)를 가진다. 덕트(도시되지 않음)가 처리된 액체를 배출하기 위해 방향 유출구 개구부(120)에 연결될 수 있다.
벽(110)은 슬리브(119b)에 의해 유지되는 밀봉부(seal)(119a)를 통해, 예를 들면 석영으로 이루어지고, 그 폐쇄 단부(222)는 원형 디스크(104)에 인접하여 위치해 있는, 내부의 축방향 원통형 튜브(121)가 기밀하게 가로지르고, 원형 와셔(106)의 내부 핑거(105)는 내부 원통형 튜브(121)의 단부(122)의 중심을 맞추고(centering) 유지하는 팁(tip)(123)에 의해 연장된다.
내부 튜브(121)는, 외부 튜브(107)와 내부 튜브(120) 사이에 형성된 환형 챔버(124) 내의 이 튜브(121) 내에 자외선(ultraviolet radiation) 방사를 일으킬 수 있는 공지의 수단(도시되지 않음)에 연결될 수 있다.
따라서 하나 이상의 처리될 화합물을 포함하는 물과 같은 액체는, 제1 단계에서, 처리 장치(100)에 의해 처리된 다음 바로, 제2 단계에서 내부 튜브(120)에 의해 생성된 자외선에 의해 환형 보조 챔버(124) 내의 처리 장치(100a)에 의해 처리되고, 그후 측방향 유출구 개구부(120)를 통해 배출된다. 이 자외선은 환형 제2 챔버(124) 전체에 방사된다. 디스크(104)가 석영으로 만들어 질 때, 자외선은 또한 환형 관통로(114)와 캐비테이션 챔버(113)에 도달할 수 있다.
이러한 구성은 특히 물을 처리하여 덜 오염된 것으로 만들기 위해 물에 포함된 미생물 처리할 필요가 있을 때 특히 유리하다.
다르게는, 방사선을 생성하는 수단을 외부 튜브(107) 주위에 배치할 수 있다.
도 6 및 도 7에 나타낸 다른 실시예에서, 처리 장치(200)는 내부 원통형 벽(210) 및 외부 원통형 벽(202)을 포함하며, 이들은 동심(concentric)이고 그들 사이의, 임의의 공지된 수단에 의해 그 단부들에서 폐쇄되는 일정한 두께의 원통형 공간(203)의 범위를 정한다.
내부 원통형 벽(201)은 한편으로는 공간(203) 쪽으로 개방되고 다른 한편으로는 이 벽(201)의 내부 공간(205) 쪽으로 개방되는 복수의 유입구 오리피스(204)를 가지고, 이 내부 공간(205)은 길이방향 유입구 집합 챔버(longitudinal inlet collecting chamber)를 형성한다.
외부 원통형 벽(202)은 한편으로는 공간(203) 쪽으로, 다른 한편으로는 원통형 주위 벽(208)에 의해 범위가 정해진 주변 공간(207) 쪽으로 개방되는 복수의 유출구 오리피스(206)를 가지며, 주위 벽(207)은 길이방향 환형 유출구 집합 공간을 형성한다.
유출구 오리피스(206)는, 앞의 예들에서 설명한 캐비테이션 챔버처럼 각각 기능하는, 실질적으로 나란한 흐름을 가지는 복수의 실질적으로 방사상 캐비테이션 챔버(209)을 형성하도록, 주위에 유입구 오리피스(204)로부터 떨어져 주위에 분포된다.
도시된 예에서, 도 7에 더욱 자세하게 도시된 바와 같이, 유입구 오리피스(204)는 내부 원통형 벽(201)의 모든 주위에 균등하게 간격을 두고 떨어져 후자에 대해 길이 방향으로 분포되고, 유출구 오리피스(206)은, 둘레 방향 및 길이 방향으로 유입구 오리피스(204)에 대해 절반 피치만큼 오프셋되어, 외부 원통형 벽(202)의 모든 주위에 균등하게 간격을 두고 떨어져 후자에 대해 길이 방향으로 분포되어 있다. 유출구 오리피스(206)는 유입구 오리피스(204)의 단면보다 상당히 큰 단면을가지는 것이 유리하다.
도시된 예에서, 도 6에 더욱 자세하게 도시된 바와 같이, 유입구 집합 쳄버를 형성하는 내부 공간(205)의 일단은 방사상 벽(205a)에 의해 폐쇄되고 그 타단은 처리될 액체의 소스와 연결될 수 있는 축방향 유입구 덕트(201)와 통할 수 있다. 유출구 집합 챔버를 형성하는 주변 공간(207)의 일단은 환형 벽(207a)에 의해 폐쇄되고 캐비테이션 챔버(209)에 평행한, 처리된 액체용의 축방향 유출구 덕트(211)와 통할 수 있으며, 이 축방향 유출구 덕트(211)는 축방향 유입 덕트(210)와 대향하고 있다. 내부 및 외부 원통형 벽들(201, 202)의 일단은 벽(205a)에 의해, 그리고 타단은 벽(207a)에 의해 O링(205b, 207b)를 통해 기밀하게 유지된다(carried)
다른 대안 실시예에서, 벽(201, 202)는 상이한 환형의 형상, 예를 들면 원뿔대 형상을 가질 수 있거나, 평평할 수 있다.
또 다른 대안 실시예에서, 전술한 처리 장치 중 어느 하나가 직렬로 연결될 수 있으며, 하나의 장치의 액체 유출구는 그 다음 장치의 액체 유입구와 통한다.
Claims (11)
- 액체에 포함된, 화학 및/또는 유기 화합물 및/또는 미생물과 같은, 화합물을 처리하는 방법으로,
서로 대향하여 배치된 두 개의 실질적으로 방사상 면(11, 19)이 그들 사이의 방사상 캐비테이션 챔버(18)의 범위를 정하고, 상기 면 중 하나는 그 중앙부에 축방향으로 형성된 축방향 유입구 오리피스(21)를 가지고 상기 면들은 주변 유출구 개구부(30)를 형성하고;
상기 축방향 유입구 오리피스(21)를 통해 축방향으로 공급된 액체는 편향되어 상기 주변 유출구 개구부(30)를 향해 여러 방사상 방향으로 상기 방사상 캐비테이션 챔버(18) 쪽으로 흐르고;
상기 방사상 면들(11, 19) 사이의, 상기 캐비테이션 챔버(18)의 두께는 상기 축방향 유입구 오리피스(21)의 직경의 0.1과 0.25 배 사이, 바람직하게는 0.14가 되도록 선택되어;
상기 액체의 흐름 조건은 상기 중앙 유입구 오리피스(21) 주위의, 방사상 흐름의 제1 부분에서 캐비테이션 버블 또는 포켓(31)을 생성하고, 상기 캐비테이션 버블 또는 포켓(31)은 상기 주변 유출구 개구부(30)에 도달하기 전에 내파되어, 적어도 부분적으로 상기 캐비테이션 챔버(18) 내의 상기 화합물을 처리하는,
방법. - 제1항에 있어서,
상기 중앙 유입구 오리피스(21)의 축(5)과 상기 캐비테이션 챔버(18)의 상기 주변 개구부 사이의 거리는 상기 중앙 유입구 오리피스(21)의 직경의 두 배 이상이되도록 선택되는, 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 캐비테이션 챔버(18)의 업스트림의 절대 압력과 상기 캐비테이션 챔버의 다운스트림(downstream)의 절대 압력 사이의 비율은 1.5와 6 사이인, 방법. - 액체에 포함된, 화학 및/또는 유기 화합물 및/또는 미생물과 같은, 하나 이상의 화합물을 처리하는 장치로서,
실질적으로 방사상 면(18)과 실질적으로 축방향 액체 유입구 오리피스(21)를 가지는 제1 요소(3), 및 실질적으로 방사상 면(11)을 가지는 제2 요소(10)를 포함하고,
상기 방사상 면들은 서로 대향하여 배치되어 그들 사이에 주변 유출구 개구부(30)를 가지는 방사상 캐비테이션 챔버(18)를 형성하는 공간을 형성하고, 상기 제1 요소(3)의 상기 축방향 유입구 오리피스(21)는 상기 제2 요소(10)의 상기 방사상 면(11) 반대측의 상기 캐비네이션 챔버(18)의 중앙부 쪽으로 개방되어 있으며;
상기 방사상 면들(11, 19) 사이의, 상기 캐비테이션 챔버(18)의 두께는, 상기 축방향 유입구 오리피스(21)의 직경의 0.1과 0.25배 사이이고, 바람직하게는 0.14배이어서;
상기 축방향 유입구 오리피스(21)를 통해 축방향으로 공급되는 액체는, 중앙의 유입구 부분으로 편향되어 상기 주변 유출구 개구부(30)를 향해 여러 방사상 방향으로 상기 방사상 캐비테이션 챔버(18) 쪽으로 흐르고, 상기 액체의 흐름 조건은 상기 중앙 유입구 오리피스(21) 주위의, 이 흐름의 제1 부분에서 캐비테이션 버블 또는 포켓(31)을 생성하고, 상기 캐비테이션 버블 또는 포켓(31)은, 상기 주변 유출구 개구부에 도달하기 전에 내파되어, 적어도 부분적으로 상기 화합물을 처리하는,
장치. - 제4항에 있어서,
상기 방사상 캐비테이션 챔버(18)의 범위를 정하는 상기 방사상 면들(11, 19)은 평행하는, 장치. - 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 중앙 유입구 오리피스(21)의 축(5)과 상기 캐비테이션 챔버(18)의 상기 주변 개구부 사이의 거리는 상기 중앙 유입구 오리피스(21)의 직경의 두 배 이상인, 장치. - 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 반사상 캐비테이션 챔버(18)의 상기 주변 유출구 개구부는 하나 이상의 유출구 통로(120)와 연결된 보조 챔버(124)와 통하는, 장치. - 제7항에 있어서,
상기 보조 챔버와 연관된 상이한 처리 수단(121), 특히 상기 보조 챔버 내에 자외선을 발생시키는 방출 수단을 포함하는, 장치. - 제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 제1 요소와 상기 제2 요소는 그들 사이에 공간을 형성하는 두 개의 벽(201, 202)을 포함하고, 상기 벽 중 하나는 상기 액체용의 복수의 유입구 오리피스(204)를 가지고, 다른 하나의 벽은 복수의 유출구 오리피스(206)를 가져서, 상기 공간 내 및 상기 유입구 오리피스와 상기 유출구 오리피스 사이에 복수의 캐비테이션 챔버(209)를 형성하는, 장치. - 제9항에 있어서,
상기 유입구 오리피스는 유입구 집합 챔버(205) 쪽으로 개방되고, 상기 유출구 오리피스는 유출구 집합 챔버(207) 쪽으로 개방되며, 상기 벽들은 환형의 동심원(annular and concentric)이고 바람직하게는 원통형이거나 동심원이거나, 또는 평탄한, 장치. - 제4항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 요소(3)는 상기 축방향 유입구 오리피스(21)의 에지 상에 사면을 가지고, 상기 사면은, 둥글고 상기 캐비테이션 챔버(18)의 상기 중앙부에서의 상기 방사상 면들(11, 19) 사이의 거리의 0.1과 0.5배 사이의 반경을 가지거나 30°와 60°사이, 바람직하게는 45°의 각도로, 그리고 상기 캐비테이션 챔버(18)의 상기 중앙부에 있어 상기 방사상 면들(11, 19) 사이의 거리의 0.1과 0.5배 사이의, 상기 축방향 유입구 오리피스(21)의 축에 있어, 높이를 넘어, 배치된 원뿔대 형상인, 장치.
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