KR20140049987A - 기체 용해 장치 - Google Patents

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gas dissolving
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카마르고 카이오 아라우조 마틴 데
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지 테크 라이센싱 엘엘씨
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Abstract

기체 용해 장치는 제1 압력의 기체를 작용 유체에 결합시키고, 작용 유체는 제1 압력보다 크거나 동일한 제2 압력으로 존재한다. 장치는 입구와 출구 사이에 배치되는 절두 원추형 챔버로서 설계되는 분자 혼합 챔버를 포함한다. 장치는 기체가 혼합 섹션 내에 진입하게 하는 복수 개의 입구와, 절두 원추형 챔버를 통과하는 복수 개의 통로를 포함한다. 절두 원추형 챔버는 챔버의 출구에 이르는 원통형 챔버에 의해 둘러싸인다.

Description

기체 용해 장치{GAS DISSOLVING APPARATUS}
본 발명은 화학적 및 생물학적 프로세스를 위한 (산소, 오존, 염소 등과 같은) 용존 기체를 공급하는 장치에 관한 것이다. 액체 유체에서 용해하는 기체에 대한 여러 가지의 산업적 용례가 있는데, 특히 핵심 동인은 환경 신뢰도 및 건강 관리이다.
아래 중 하나 이상이 예비 분류로 제안된다: C02F 1/24; C02F 1/40; C02F 1/72; C02F 3/02; B01F 1/00; B03D; A01K 63/04; A61L.
수년에 걸쳐, 그리고 국제 공동체 합의를 기초로 하여, 유엔은 인간의 권리, 노동 표준, 환경 보존 및 부패 방지에 관한 만국의 이해를 따랐다. 그 작업의 결과로서, 전세계 단체를 위한 핵심 가치로서 10개의 메인 원칙이 채택, 지지 및 제정될 필요가 있다.
원칙 7, 8 및 9는 환경에 관한 것으로서, 원칙 7은 사업이 환경 도전 과제에 대한 예방책을 지원해야 한다는 것이고, 원칙 8은 더 큰 환경 책임감을 조장하도록 솔선을 보이는 것이며, 원칙 9는 환경 친화적 기술의 개발 및 확산을 장려하는 것이다. 유엔에 의해 인지되는 바와 같이 국제 공동체의 최고 표준 및 생명을 위해 가장 중요한 문제의 핵심 가치와 정렬하는 프로세스 및 장치를 제공하는 것이 매우 요망된다.
전술로부터, 산화된 액체를 효과적이고 효율적인 방식으로 생성하도록 사용될 수 있는 방법 및 장치에 대한 오랫 동안 느낀 요구가 존재한다는 것을 알 수 있다. 또한, 다른 기체 및/또는 액체 성분의 혼합물로 구성되는 유체 재료를 생성하기 위한 요구와 희망이 존재한다는 점이 단정된다. 마지막으로, 특이한 농축 특성을 갖는 유체에 대한 요구가 존재하고 그러한 재료를 얻는 것이 불가능하지 않다면 어렵다는 점이 단정된다.
기체 용해 장치는 제1 압력으로 존재하는 기체를 제1 압력보다 크거나 동일한 제2 압력으로 존재하는 작동 유체에 결합한다. 장치는 입구와 출구 사이에 배치되는 절두 원추형 챔버로서 구성되는 분자 혼합 챔버를 포함한다. 장치는 기체가 혼합 섹션에 진입하게 하는 복수 개의 입구와, 절두 원추형 챔버를 통과하는 복수 개의 통로를 포함할 수 있다. 절두 원추형 챔버는 챔버의 출구에 이르는 원통형 챔버에 의해 둘러싸인다.
본 발명의 장치의 다양한 특징, 이점 및 다른 용도가 이하의 상세한 설명 및 도면을 참조함으로써 더욱 명백해질 것이다. 도면에서:
도 1은 본 명세서에 개시된 기체 용해 장치와 그 구성요소들의 실시예의 개략도를 도시하고;
도 2는 폐수 처리 프로세스 장치를 위한 통풍기에서 기능하는 기체 용해 장치의 실시예의 사시도이며;
도 3은 수영장 물을 위한 소독 장치에서 기능하는 기체 용해 장치의 실시예의 사시도이고;
도 4는 강 및 다른 고갈된 큰 수역에서 산소 용존 레벨을 강화하기 위한 통풍기의 클러스터에서 기능하는 기체 용해 장치의 실시예의 사시도이다.
본 명세서에는, 액체 스트림을 제1 지점으로부터 제2 지점으로 이송하도록 구성된 제1 튜브; 제1 튜브 내에 고정된 나선형 요소; 제1 튜브의 하류측에 배치된 압축 섹션; 더 넓은 섹션이 제1 튜브에 연결되고 더 좁은 제2 섹션이 제2 튜브에 연결된 상태로 제2 섹션보다 넓은 제1 섹션을 갖는 절두 원추를 포함하는, 기체를 유체에 통합하는 장치가 개시되어 있다. 절두 원추가 내부 섹션을 획정한다. 장치는 또한 적어도 하나의 기체 통과 유닛을 갖도록 구성되는 외부 챔버를 포함한다. 외부 챔버는 절두 원추, 제2 튜브의 적어도 일부 및 제1 튜브의 적어도 일부를 포함한다. 내부 챔버는 절두 원추에 형성된 천공부를 포함한다.
넓게 해석할 때에, 장치(10)는 액체 스트림이 통과할 수 있는 제1 튜브(1)를 포함한다. 스트림은 상기 제1 튜브(1)에 연결된 보통의 펌핑 시스템에 의해 발생된다. 임의의 적절한 방식에서, 제1 튜브(1)는 내측에 고정된 나선형 요소(8)를 갖는다. 나선형 요소(8)는 액체 스트림이 나선형 요소(8)를 통과할 때에 그 회전을 증가시키도록 구성된다.
액체는 제1 튜브의 하류측에서 압축 섹션(2)으로 계속됨으로써, 상당한 압축을 받는다. 이는 스트림의 속도 증가를 초래한다. 튜브 직경과 압축기 개구의 크기 간의 관계는 속도 증가가 1:2 내지 1:10 또는 그 이상의 비율로 될 수 있도록 되어 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 압축기는 제1 튜브(1)의 출구 단부 근처에 배치된다.
압축 섹션(2)은 적절한 압축기 구성을 가질 수 있다. 압축 섹션(2)의 한가지 비제한적인 예가 도면에 도시되어 있다. 압축 섹션은 접근하는 유체 유동을 향해 배향되는 테이퍼형 또는 곡선형 면 및 대향 면을 갖는 측벽을 구비한다. 테이퍼형 또는 곡선형 면은 측벽의 외주 근처에 배치된 최대 부분 및 중앙 개구 근처의 좁은 섹션으로부터 테이퍼진다. 중앙 개구는 원형, 달걀형 등과 같은 임의의 적절한 기하학적 형태를 갖는다. 중앙 개구의 영역은 제1 튜브의 단면적보다 작게 된다. 각각의 단면적 간의 비율은 중앙 개구를 통과할 때에 유체 스트림 속도를 증가시키는 데에 적절하다.
압축 섹션(2)은 내부 챔버(3)를 향해 개방된다. 내부 챔버(3)는 상류 구역과 하류 구역을 갖는 벽 본체에 의해 형성된다. 벽 본체의 상류 구역은 압축 섹션(2)의 중앙 개구보다 큰 단면 직경을 갖는다. 많은 실시예에서, 챔버의 상류 구역의 직경은 제1 튜브(1)의 단면 직경보다 크게 된다.
도면에 도시된 실시예에서, 내부 챔버는 넓은 반경 구역이 제1 튜브(1)에 연결되고 좁은 반경 구역이 제2 튜브(4)에 연결되는 절두 원추를 포함한다. 절두 원추는 유체 스트림을 압축 섹션에 형성된 중앙 개구로부터 제2 튜브(4)의 제1 단부에 형성된 개구로 이송하도록 구성된다.
제2 튜브(4)는 내부 챔버(3)로부터의 출구로서 기능할 수 있다. 절두 원추는 임의의 적절한 수단에 의해 제1 튜브(1)에 연결될 수 있다. 비제한적인 예로는 용접, 솔더링, 일체형 몰딩 등을 포함한다. 도 1에 도시된 실시예에서, 절두 원추의 넓은 섹션은 면 플레이트 부재와 맞물린다. 면 플레이트 부재의 중앙 부분에 구멍이 형성된다. 제1 튜브(1)의 외부면이 면 플레이트 부재와 맞물린다. 도시된 실시예에서, 면 플레이트 부재는 2개의 면형 부재로 구성되는데, 하나의 면형 부재는 제1 튜브(2)의 외부면과 맞물리고 하나의 면형 부재는 압축 부재의 외부면과 맞물린다.
액체 스트림이 내부 챔버(3)를 통과할 때에, 액체 스트림은 내부 챔버에서 종료하는 압축 섹션(2)과 대면하여 압축 섹션으로부터 갑작스럽게 확장된다. 유체 스트림의 속도는 내부 챔버를 횡단할 때에 감소를 경험할 수 있다. 유체 스트림이 내부 챔버(3)에 진입할 때에 경험하는 확장은 강하를 발생시키는 압력 감소 및 내부 챔버(3) 내측의 흡인 효과의 생성을 초래한다. 흡인 효과는 기체를 내부 챔버(3) 내로 끌어당기고 내부 챔버 내에 기체가 존재하는 환경을 생성하는 데에 충분하고, 내부 챔버를 통과하는 액체는 극심한 난류와 직면하고, 상이한 압력에 직면하여 함께 혼합함으로써 새로운 질량 부피를 생성한다. 내부 챔버(3) 내에서의 유체 유동은 와류에 기여한다.
내부 챔버(3)의 벽은 기체의 유입을 용이하게 하여 압력 감소를 보상하기에 적절한 구멍 또는 채널을 갖도록 구성될 수 있다. 내부 챔버의 벽에 형성된 개구의 크기 및 갯수는 장치를 통과하는 유체 유동 및 유체 내로 도입될 기체의 원하는 농도에 따라 적어도 부분적으로 좌우된다. 내부 챔버가 절두 원추를 갖도록 구성된 경우, 원추형 벽 상에는 복수 개의 천공부가 분포될 수 있다. 천공부의 밀도는 기체 전달을 허용하기에 충분하지만 벽 구조를 손상시키는 양보다는 적게 된다. 채용된 천공부의 밀도 및/또는 갯수에 영향을 미칠 수 있는 다른 인자는 구멍을 통해 전달되는 액체의 점성을 포함할 수 있다. 예컨대, 물의 밀도이거나 그 근처의 밀도를 갖는 유체의 경우, 특정한 상황에서 더 높은 천공부 밀도가 요망된다. 해당 천공부 밀도는 이송 및 처리된 유체의 밀도에 따라 변할 수 있다.
내부 챔버(3)는 더 큰 외부 챔버(6)에 의해 둘러싸인다. 외부 챔버(6)는 용존될 필요가 있는 기체에 의해 채워진다. 외부 챔버는 기체가 진입하여 그 공간을 채우게 하는 입구(7)를 갖도록 구성된다. 내부 챔버(3)의 벽(5)은 기체가 외부 챔버(6)로부터 내부 챔버(3)로 통과하게 하도록 많은 작은 천공부를 가짐으로써, 이전에 설명된 바와 같이 내부 챔버(3) 내에 존재하는 흡인 효과가 기체를 외부 챔버(6)로부터 끌어당긴다.
내부 챔버(3) 내측에서, 액체 스트림은 기체와 조우하여 강한 난류를 생성하고 기체를 액체에 용해하는 유도 환경을 제공한다. 기체와 결합되는 새로운 액체 스트림은 출구 튜브(4)를 통과하여 적절한 용처를 향한다. 출구 튜브(4)는 제1 튜브(1)보다 좁거나 동일한 직경을 갖는다. 이는 액체에 용해되는 기체의 속도를 증가시키는 유도 환경을 제공하는 압력 증가를 생성한다. 용존 기체의 레벨이 상승된 결과적인 유체는 많은 유용한 용례에 채용될 수 있다.
또한, 장치에서 발생하는 프로세스에 의해 생성되는 흡인 효과는 용존될 수 있는 것보다 많은 기체를 챔버 내로 끌어당길 수 있다. 난류 유동 및 흡인을 가정하면, 본 명세서에 개시되는 장치는 장치로부터의 배출 시에 유체 스트림에서 발생하는 미소 기포의 생성을 트리거할 수 있다. 이들 기포는 수천 개의 크기로 형성될 수 있다. 그러한 유체는 부동 목적을 위한 용도와 같이 광범위한 최종 용도 용례를 가질 수 있다.
본 명세서에 개시되는 기체 용해 장치는 그 핵심 가치로서 지속 가능한 공학 개념, 천연 자원의 효율적인 활용을 이용하는 것을 생각하였다. 어떠한 원리로 정하지는 않지만, 개시된 장치는 산화를 용이하게 한다고 생각된다. 대기 기체의 사용은 순수 산소(공기 중에 85% 플러스 산소 농도)만의 사용에 의한 다른 산화 프로세스에 의해 달성 가능한 것으로 생각되는 공기 항복 효율 레벨의 용해를 초래한다고 여겨진다. 따라서, 장치는 다른 고가의 방법 및 기술 대신에 원하는 결과를 달성하도록 자유로운 보통의 공기를 사용자가 사용할 수 있을 때에 비용을 상당히 감소시킬 수 있다. 이전에 설명된 에너지 효율과 자유로운 대기를 조합시킴으로써, 본 명세서에 개시된 장치는 낮은 비용으로 장기간의 작동을 달성할 수 있다.
호수, 강, 수영장 등과 같은 수역을 처리하는 데에 산화 전위가 사용될 수 있다고 여겨진다. 기타 더 작은 용량의 용례가 또한 본 개시의 범위 내에 고려된다. 장치의 특정한 용례가 장치 처리량 등과 같은 파라미터에 영향을 미친다.
본 명세서에 개시된 장치는 여러 장치 및 용례에 사용될 수 있다. 그러한 용례의 몇몇 비제한적인 예가 이하의 논의에서 제공된다. 본 명세서에 개시된 기체 용해 장치를 이용하는 장치의 제1 실시예에서, 이후에 더 상세하게 설명될 도 2에 도시된 바와 같은 에너지 효율적이고 화학 물질이 없는 통풍기에서의 구성요소로서 본 발명을 이용하여 자연 친화적이고 지속 가능한 해법이 초래된다.
본 명세서에 개시된 기체 용해 장치는 에너지 효율적이다. 종래의 장비보다 적은 전기 또는 기타 에너지를 소모하면서 액체 등의 유체에 높은 양의 기체를 용해시키도록 핵심 기법이 개발되었다. 개시된 바와 같이 에너지 소스 활용 장치만이 액체의 초기 스트림을 발생시키는 펌핑 시스템으로부터 나오기 때문에 높은 수준의 효율이 가능하다. 진보적인 점으로부터, 장치는 기체 용해를 달성하도록 임의의 상보적인 에너지 소스를 필요로 하지 않는다.
개시된 장치는 언급한 바와 같이 에너지 효율적일 뿐만 아니라, 액체 유체가 내부 챔버 내의 기체와 혼합하기 때문에, 기체에 의해 순간적으로 농축되어, 프로세스 용해 속도를 가속시킨다.
전술한 바와 같이, 본 명세서에 개시된 기체 용해 장치는 부동을 촉진시키도록 채용될 수 있다. 장치는 전체 프로세스의 부산물로서 미소 기포를 생성하기 때문에, 결과적인 유체가 부동 목적을 위해 사용될 수 있다. 이 효과는 장치가 액체 내에 용존될 수 있는 양보다 많은 기체를 끌어 당기기 때문에 일어나고, 그 결과로서 출구 튜브에 미소 기포가 형성된다. 이들 기포는 수 천개의 크기로 형성된다. 미소 기포는 액체 스트림에 또는 액체 스트림이 도입되는 더 큰 수역에 존재하는 타겟 물질과 결합하여 타겟 물질을 걷어내거나 달리 분리될 수 있는 표면으로 들어올리도록 사용될 수 있다. 그러한 물질의 비제한적인 예는 오일, 지방, 생물학적 폐기물, 그리스 및 액체 내에 존재할 수 있고 제거 또는 분리를 위해 효율적인 부동 효과를 촉진시키도록 배출 시에 표면으로 상승할 수 있는 현탁 고체를 포함한다. 따라서, 본 개시는 본 명세서에 개시된 장치를 이용하여 액체로부터 타겟 물질을 제거하는 방법을 포함한다.
본 개시는 또한 본 명세서에 개시된 장치를 이용하여 상승된 온도에서 액체 내에 기체를 용해하는 방법을 기도한다. 헨리의 용해도 법칙에 따르면, 액체의 온도가 증가할 때에, 임의의 비말동반된 기체는 용해도가 작게 된다. 따라서, 중온 액체에서, 기체 용해 프로세스가 도관 과제이다. 현재 개시된 장치는 기체와 액체의 혼합이 상이한 압력에서 일어날 때에 중온 액체의 메인 논점 중 몇몇을 극복하여 기체를 40℃ 이상의 액체 내에 효율적으로 용해할 수 있게 한다.
기체 용해 장치는 쉽게 조립될 수 있다. 개시된 장치는 임의의 이동 구성요소를 이용하지 못한다. 본 명세서에 개시된 장치를 이용하는 기체 용해 프로세스에서, 액체 스트림은 규칙적인 펌핑 시스템과 같이 유체 스트림을 발생시키는 수단에 의해 생성된다. 본 명세서에 개시된 기체 용해 장치는 임의의 이동 구성요소(들)를 사용하는 일 없이 작동할 수 있다. 이는 전체 유지 보수 비용을 절감하고 대규모 생산 라인 내에서 조립이 상당히 용이해진다. 또한, 기체 용해 장치는 많은 상황에서 장시간의 저비용 작동을 제공한다. 본 명세서에 개시된 장치에 대해 한가지 예상되는 용례는 액체 유체 내에서 산소를 용해하는 것이다. 산소 용해는 평균 20%의 산소를 함유하는 보통의 대기를 이용하여 달성될 수 있다.
본 개시는 또한 이동 유체 스트림을 갖는 다양한 조립체에 기체 용해 장치의 포함하는 것을 시도한다. 그러한 장치의 한가지 비제한적인 예는 폐수 처리 용례에 사용되는 장치에서이다. 예컨대, 기체 용해 장치는 폐수 처리 프로세스를 위한 통풍기로서 이용될 수 있다. 도 2에 도시된 한가지 비제한적인 예에서, 수중용 펌프(9)가 기체 용해 장치(10)에 연결된 배관 시스템(2)을 통해 이동하는 폐수로 구성된 액체 스트림을 생성한다. 장치 내측에서, 대기로부터 유도된 산소는 액체 스트림 내에 용해되고 결과적인 물질은 출구 튜브(4)의 하류측으로 이동한다. 대시된 실시예에서, 출구 튜브(4)는 수직 방향으로 배향되고 장치에 대해 고정된다. 혼합물(기체와 액체)은 관련 폐수 처리 용기 내에 산소 농후 액체를 살포하도록 구성된 살포기(1)에 도달할 때까지 출구 튜브(4)를 통해 이동한다.
도 2에 도시된 장치는 관련 용기 내에서 이용 가능한 산소를 증가시키도록 사용되어 산소 고갈 등의 문제와 투쟁할 수 있다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 장치는 장치의 배출 시에 액체 스트림에 존재하는 미소 기포(12)에 의해 폐수 중에 비말동반된 고체 입자 등의 타겟 물질의 부동을 달성하도록 채용될 수 있다는 것이 예상된다. 장치를 통과하는 동안에 대기가 완전히 용해되지 않기 때문에, 수 천개의 상이한 크기의 미소 기포를 발생시킨다. 이들 기포는 걷어내기 등과 같은 프로세스에 의한 분리를 위해 폐수 중에 존재하는 현탁 입자를 들어올리는 역할을 한다.
도 2에 도시된 장치는 또한 본 명세서에 개시된 통풍기의 일반적인 형태의 비제한적인 예를 제공한다. 통풍기는 트윈 선체(14), 배관 시스템(1), 기체 용해 장치 코어(10) 및 수중용 펌핑 시스템(9)을 연결시키도록 스테인리스 강성 프레임워크(13)를 이용하는 쌍동선(catamaran) 등의 부동 수단을 포함한다. 이 구성에서 알 수 있는 바와 같이, 펌핑 시스템에 의해 이용되는 단하나의 에너지 소스만이 모든 프로세스를 위해 존재한다. 본 개시는, 장치가 기체로서 자유로운 대기를 이용할 때에 추가의 화학 첨가제(액체, 고체 또는 기체)를 이용하지 않고 통풍이 달성될 수 있다는 것이 예상된다. 그러나, 원하거나 필요하다면, 본 명세서에 개시된 통풍 장치는 다른 물처리 장치 및 시스템과 직렬로 사용될 수 있다.
본 개시는 또한 수영장 등에 채용될 수 있는 것과 같은 처리 시스템으로서 물 재순환에 사용하기 위한 장치를 기도한다. 장치의 제2 예에서, 건강 및 엔터테인먼트 해법의 한가지 비제한적인 예, 즉 수영장에 사용될 소독 프로세스가 생성된다.
도 3은 장치가 수영장 물을 위한 처리 및 소독 장치로서 기능하는 기체 용해 장치를 이용하는 장치의 제2 예의 사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 수영장(16)으로부터의 물을 대부분의 수영장 여과 시스템에 채용되는 것과 같은 필터(15)를 통해 이동시키기 위해 펌핑하도록 펌핑 메카니즘(9)이 사용된다. 물 스트림이 필터(15)를 통과한 후에, 기체 용해 장치의 코어(10)에 연결된 배관 시스템(1)을 통해 이동한다. 장치(10) 내측에서, 액체 스트림이 대기 중에 존재하는 산소를 용해시키고, 액체 스트림은 수영장(16)에 연결된 출구 튜브(4)의 하류측으로 이동하여 그 산소 농후 여과수를 복귀시킨다. 소독 프로세스는 산소 농후 액체로 구성되는 액체에 미생물의 생명을 제공하고 또한 미생물의 생명을 갖는 액체를 산소로 농축시킨다. 이들 이중 소독 프로세스의 최종 효과는 물에 사용된 염소를 감소시키는 것이고 때때로 심지어는 그 사용을 완전히 피하는 것이다.
기체 용해 장치의 예시적인 제3 용례에서, 본 발명, 즉 에너지 효율적이고 강 및 기타 산소 고갈된 큰 수역을 퇴화시키는 화학 물질이 없는 통풍기를 이용하여 자연 친화적이고 지속 가능한 해법이 초래된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기체 용해 장치는 고갈된 큰 수역을 위한 통풍기로서 작용하는 장치의 구성요소이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 도 2와 함께 설명된 것과 유사한 다수의 부동 통풍기(17)가 함께 밀집되어 양쪽 강둑(18) 사이의 폭을 가로질러 연장하는 섬 또는 처리 구역을 형성한다. 산소가 고갈된 강 상류의 물(19)은 통풍기들의 군락을 통해 흐르고 강 하류의 물(20)에서 용존 산소 레벨을 농축시키는, 통풍기(17)로부터의 용존 산소가 농후한 물이 유입된다. 산소가 농후한 물은 하류 지점(20)에서 수생 생명을 지속시키는 기회를 강화한다. 처리는 또한 배설물 대장균 박테리아를 제거할 뿐만 아니라 생물학적 산소 요구(BOD; biological oxygen demand)를 감소시키고 및/또는 악취를 조절함으로써 물을 소독하여 향상된 강의 수질을 되돌리는 데에 일조한다.
기본적으로, 순수 산소 또는 산소 농후 기체(예컨대, 대기 공기)와 결합될 때에, 본 발명은 액체 유체(예컨대, 폐수 및 산업 폐기물)에서 산화를 촉진시킨다.
물처리 자체에서 뿐만 아니라 특정한 경우에 전체 프로세스 결과는 물 재순환/재사용 프로세스의 일부일 수 있다.
환경 보존 및 회복 활동에 관한 여러 가지의 용례 중에서, 본 발명은 특히 제한하지 않지만, 1)유기 물질의 생물 분해(예컨대, 도시 및 산업 폐수 처리에서); 2)용존 오염물(예컨대, 철 및 망간 이온)의 산화 및 석출; 3)폐수에서 용존 유기 오염물의 산화 및 파괴; 4)수생 종(예컨대, 생선 및 작은 새우)의 양식; 5)악취(예컨대, 오염된 폐수 또는 슬러지에서 혐기성 박테리어에 의해 유발된 것)의 조절; 6)위험한 박테리아(예컨대, 대장균 박테리아)의 제거; 7)(예컨대, 석유 부산물에 의해) 오염되거나 산소 고갈된 수역; 8)퇴화하는 호수의 회복; 9)생물학적 산소 요구(BOD) 감소 기법; 10)수경 농업; 및/또는 11)휴대용 물에서, 그리고 공공 스트림으로 방출될 물에서 살충제의 제거를 포함하는 프로세스에 적절하다.
건강 관리에 관하여, 산소 주입 액체가 치료 효과를 갖는다는 것이 알려져 있다. 예컨대, 산소 농축된 음료수는 웰빙 및 육체적 성능에 유리한 효과를 가질 수 있고, 그를 위해 위 라이닝 또는 창자벽을 통해 혈류에 산소를 제공한다. 농축수의 섭취 후 단시간 후에, 평균 혈액 산소 레벨 증가를 통해 관찰했을 때에 폐 기능 바이패스의 증거가 존재하고, 수반되는 심장 릴리프의 효과가 평균 펄스 속도 감소를 통해 관찰되었다.
예컨대, 치료 속도를 증대시키고 감염을 감소시키기 위한 상처의 산소 주입; 산소 주입된 기관 이식 조장 매체; 방사선 치료 및 화학 요법을 위한 종양 산소 주입; 호흡 결핍의 경우에 산소 주입된 액체에 의한 폐 바이패스; 일산화탄소 중독의 치료; 양치질, 치약; 화장용을 비롯한 국부 치료 매체; 콘택트 렌즈 처리액; 및 셀 레벨 치료 용례를 비롯하여 산소 주입 액체가 유리하게 채용될 수 있는 치료 프로세스가 많이 있다.
산소 주입 액체는 또한 몇몇의 소독 프로세스에 유리하게 채용될 수 있다. 그러한 속도 프로세스는 염소 또는 오존 도스와 같이 미생물의 생명을 제거하도록 매우 높은 수준의 용존 산소가 사용되는 것이 있다. 이들 산소 농도 레벨은 전술한 바와 같이 호기성 치료를 위한 바이오매스의 희석 후에 생기는 것을 초과한다. 예컨대, 페트리 접시에서의 박테리아는 단지 산소 농축수에 노출되는 경웅도 제거된다는 것을 알았다. 특정한 미생물 생물을 산소 주입 액체를 포함하는 소독제에 노출시키기보다, 대신에 소독 프로세스가 미생물 생명으로 오염된 액체를 산소 주입하는 것을 포함할 수 있다는 것이 이미 추측되었다. 폐수와 함께 사용될 때에, 대장균 박테리아의 제거가 물 처리의 목적들 중 하나이기 때문에 소독 프로세스는 심지어는 보다 양호한 수질을 보장한다.
몇몇의 발효 프로세스, 즉 발효액의 발효를 포함하는 프로세스가 미생물에 의한 약물 제조 또는 식품 처리에 일반적으로 채용되고, 발효액으로부터의 이익은 산소 주입 액체로 구성된다.
전술한 개시가 유체 스트림의 산소 주입에 관하여 제공되었지만, 본 명세서에 개시된 본 발명은 제한하지 않지만 염소, 다양한 할로겐, 질소, 헬륨 등을 비롯하여 다양한 기타 기체를 도입하도록 채용될 수 있다는 것이 이해된다.
본 발명을 가장 실용적이고 바람직한 실시예로 현재 고려되는 것과 관련하여 설명하였지만, 본 발명은 개시된 실시예로 제한되지 않고, 오히려 첨부된 청구범위의 사상 및 범위 내에 포함되는 다양한 변경 및 등가의 장치를 커버하도록 의도되고, 그 범위는 법률하에 용인되는 그러한 모든 변경 및 등가 구조를 망라하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

Claims (20)

  1. 기체 용해 장치로서,
    제1 단부와, 이 제1 단부의 하류측에 있는 제2 단부를 갖는 제1 튜브;
    상기 제1 단부와 제2 단부 사이의 중간에서 제1 튜브 내에 배치되는 난류 유도 부재;
    상기 난류 유도 부재의 하류측의 제1 튜브의 제2 단부에 근접하게 배치되는 압축기;
    상기 제1 튜브의 제2 단부와 유체 연통하는 내부 챔버 요소로서, 내부 챔버 요소는 제1 상류측 단부와 제2 하류측 단부를 갖는 절두 원추형 테이퍼벽을 갖고, 제1 상류측 단부는 제2 하류측 단부보다 넓은 직경을 가지며, 절두 원추형 벽 부재의 제1 단부는 제1 튜브의 제2 단부보다 크고, 절두 원추형 테이퍼벽 부재는 제1 챔버 외측의 제1 구역으로부터 챔버 요소의 내부에 배치되는 제2 구역으로 기체 물질의 전달을 용이하게 하도록 구성되는, 내부 챔버 요소;
    상기 내부 챔버의 하류측에 배치되고 내부 챔버와 유체 연통하는 제2 튜브로서, 제2 튜브는 제1 단부와, 이 제1 단부의 하류측의 제2 단부를 갖고, 제2 튜브의 제1 단부는 제1 튜브의 폭보다 작거나 동일한 폭을 갖는, 제2 튜브; 및
    내부에 형성된 적어도 하나의 기체 전달 입구를 갖는 외벽 부재로 구성되는 외부 챔버 요소로서, 상기 내부 챔버 요소는 외부 챔버 내에 수용되는, 외부 챔버 요소
    를 포함하는 것인 기체 용해 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 난류 유도 부재는 제1 튜브를 통과하는 유체 스트림에 회전 운동을 유도하도록 구성된 적어도 하나의 구역을 갖고, 상기 구역은 내부에 형성된 적어도 하나의 나선형 특징부를 갖는 것인 기체 용해 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 난류 유도 부재는 나선형 부재인 것인 기체 용해 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압축기는 제1 튜브로부터 내부 챔버 내로 통과하는 액체 스트림의 속도를 증가시키도록 구성되는 것인 기체 용해 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 절두 원추형 테이퍼벽은 외부 구역으로부터 챔버로 기체의 전달을 허용하도록 구성되는 복수 개의 천공부를 갖는 것인 기체 용해 장치.
  6. 제1항에 있어서, 기체 용해 장치는 오일 중의 페놀, 생체 물질 중 적어도 하나를 처리하도록 구성되는 것인 기체 용해 장치.
  7. 액체 스트림 내에 용존 상태로 기체를 도입하는 방법으로서,
    제1 기체 농도를 갖는 액체를 제1 속도 및 압력으로 청구항 1에 기재된 기체 용해 장치 내로 도입하고, 액체 스트림이 기체 용해 장치를 통과하게 하는 것을 포함하며, 상기 액체 스트림은 제2 속도 및 압력과 상승된 기체 농도로 배출되고, 기체는 공기인 것인 기체 도입 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 액체는 물인 것인 기체 도입 방법.
  9. 물의 재순환 및 재사용 방법으로서,
    폐수를 청구항 1의 기체 용해 장치 내로 도입하는 단계로서, 폐수는 도입 시에 제1 산소 농도를 갖는, 단계;
    폐수를 압축기를 통해 청구항 1의 기체 용해 장치의 제1 챔버 요소 내로 통과하게 하는 단계로서, 내부 챔버 내로의 통과는 기체 산소를 내부 챔버 내로 끌어당기는 강하 및 흡인 효과를 내부 챔버 내에 발생시키고 액체 스트림은 난류를 생성하는, 단계;
    산소 농축 액체가 기체 용해 장치에서 배출되게 하는 단계; 및
    도입된 기체가 도입된 폐수 및/또는 산소 농축수가 도입되는 보다 큰 수조 중 적어도 하나에서 미생물 물질과 반응하게 하는 단계
    를 포함하는 것인 물의 재순환 및 재사용 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 기체 산소는 미소 기포를 생성하기에 충분한 속도로 도입되고,
    처리된 물을 폐수 수역 내로 도입하는 단계로서, 폐수는 지방, 오일, 그리스, 생물학적 물질 또는 현탁 고체를 함유하는, 단계; 및
    미소 기포가 지방, 그리스, 또는 생물학적 물질 또는 현탁 고체와 결합되게 하고 폐수 수역의 일부에서 격리시키는 단계를 더 포함하는 것인 물의 재순환 및 재사용 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 도입된 산소는 산소 농축 액체를 포함하는 액체에서 화학적 및 미생물 반응 중 하나를 수행하는 것을 포함하는 오일 합성 폐수 중 페놀을 열화시키는 것인 물의 재순환 및 재사용 방법.
  12. 청구항 9의 물의 재순환 및 재사용 방법에 의해 마련된 산소 농축 액체를 포함하는 액체를 발효시키는 단계를 포함하는, 발효 방법.
  13. 청구항 9의 물의 재순환 및 재사용 방법에 의해 마련된 산소 농축 액체를 포함하는 액체에서 화학적 및 미생물 반응 중 하나를 수행하는 것을 포함하는 호기성 방법.
  14. 청구항 9의 물의 재순환 및 재사용 방법에 의해 마련된 산소 농축 액체를 포함하는 작용제에 의해 수역의 치료 처리를 수행하는 것을 포함하는 치료 방법.
  15. 청구항 1의 기체 용해 장치를 이용하여 마련된 산소 농축 액체를 포함하는 음료를 용기 내에 도입하고, 상기 용기를 밀봉하는 것을 포함하는, 휴대용 음료를 병에 담는 방법.
  16. 생리적 식염수 용액을 마련하는 방법으로서,
    청구항 1의 기체 용해 장치에 의해 마련된 산소 농축 액체를 제공하는 단계와, 나트륨 농축액을 상기 산소 농축 액체 내에 용해시키는 단계를 포함하는, 생리적 식염수 용액을 마련하는 방법.
  17. 청구항 1의 기체 용해 장치에 의해 마련된 산소 농축 액체를 포함하는 액체에 미생물 생명을 갖게 하는 것을 포함하는 소독 방법.
  18. 미생물 생명을 포함하는 액체를 청구항 1의 기체 용해 장치에 의해 산소로 농축시키는 것을 포함하는 소독 방법.
  19. 제1항에 있어서, 상기 액체는 40℃ 이상의 중온인 것인 기체 용해 장치.
  20. 청구항 1의 기체 용해 장치에 의해 마련된 산소 농축 액체를 포함하는 액체에서 화학적 및 미생물 반응 중 하나를 수행하는 것을 포함하는 중온 액체에서의 호기성 방법.
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