KR20150079190A - 용존공기 부상 장치용 노즐 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용존공기 부상 장치용 노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저압에서도 미세기포의 발생량이 우수하며, 발생되는 미세기포의 크기가 균등하게 형성되는 용존공기 부상 장치용 노즐에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용존공기 부상장치용 노즐은 관 형태로 이루어지며, 일측에는 유입구가 형성되고 타측에는 배출구가 형성되는 하우징; 상기 유입구에 결합되며, 길이방향을 따라 유입관로가 형성되어 있는 노즐 연결구; 및 상기 하우징 내에 삽입 설치되며, 전단부에는 충돌부가 형성되어 상기 유입관로를 따라 유입된 유체는 흐름이 직각방향으로 전환되어 상기 하우징의 내벽에 충돌되며, 측면에는 절개부가 복수 개 형성되어 상기 하우징의 내벽과의 사이에 측면유로가 형성되며, 후단부에는 분출홈이 형성되고 상기 분출홈에는 충돌판이 형성되며, 상기 절개부와 상기 분출홈 사이에는 오리피스가 각각 형성되어 상기 오리피스를 통해 분사되는 유체가 상기 충돌판에 충돌하게 되는 노즐몸체;를 포함하여 구성된다.

Description

용존공기 부상 장치용 노즐{Nozzle for Dissolved Air Floatation System}
본 발명은 용존공기 부상 장치용 노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 저압에서도 미세기포의 발생량이 우수하고, 발생되는 미세기포의 크기가 균등하게 형성되는 용존공기 부상 장치용 노즐에 관한 것이다.
수처리 설비에 있어서 용존공기부상(Dissolved Air Floatation, DAF) 방식은 효과적인 수처리 방식의 하나로서 최근에 널리 이용되고 있으며, 이를 이용한 용존공기 부상(DAF) 장치는 수처리 설비나 해수담수화설비의 전처리 공정 등에 적용되는 추세에 있다.
용존공기 부상 장치에서는 유입수에 응집제，응집보조제，pH 조절약품 등을 넣어 유입수 내에 포함된 조류，유기화합물과 같은 저밀도의 현탁 고형물 또는 부유 물질을 응집시키고，여기에 미세기포를 발생시켜 이들 현탁 고형물(Suspended Solids) 또는 부유 물질과 결합하여 부상시킨 후 제거하는 기술이 사용된다.
용존공기 부상 장치는 크게 미세기포 발생장치, 부상조, 스컴(scum) 제거장치로 이루어진다. 용존공기 부상 장치의 개요에 대해서는 US 2012/0193294 A1 Dissolved Gas Floatation Pressure Reduction Nozzle의 Fig.1을 참조할 수 있다.
용존공기 부상 장치에서의 수처리는 입자의 응집과 플럭(floc)화, 미세기포의 생성, 혼합영역에서의 미세기포와 플럭의 충돌 및 부착, 부상조에서의 미세기포-플럭 덩어리의 상승의 4단계 공정으로 이루어진다. 여기서, 미세기포를 발생시키기 위해서는 펌프, 공기 주입용 압축기, 공기/순환수 접촉탱크(포화조)가 필요하다. 처리수에 공기를 용해시켜 포화시킨 후 급속히 압력을 강하시키면 순환류에 녹아 있던 공기가 미세기포로 방출된다. 이들 미세기포가 플록에 흡착되고，플록과 미세기포의 결합체(응집물)가 부상조의 수면으로 부상된다. 용존공기 부상장치의 효율을 높이기 위해서는 적정한 크기의 미세기포를 발생시켜야 하며，이때 중요한 장치가 노즐이다.
응집물에 기포를 부착시켜 처리수 표면으로 부상시키게 되는데, 미세한 기포가 만들어질수록 가스 부피당 많은 양의 기포가 생성된다. 전형적인 수처리 공정에 있어 플럭이 희박하게 분포되어 있을 때에 미세한 기포가 많이 존재할수록 기포-플럭의 접촉기회가 증가하게 된다. 한편, 기포크기와 부상속도는 대략적으로 반비례 관계에 있다. 실제적으로 용존공기 부상장치에서 생성되는 기포의 크기는 10～120 ㎛이며, 평균적으로 대략 40 ~ 50 ㎛이다.
기포의 생성 및 분출을 위해 노즐이 사용되는데, 효과적으로 공기를 분출시키기 위해서는 압력을 급속하게 감소시켜야 하며, 높은 난류조건을 만들어 주어야만 한다. 압력이 감소된 반송수의 속도는 플럭이 깨지지 않을 정도로 낮아야 한다. 공기방울을 포함하고 있는 반송수와 플럭의 교반이 잘 일어나기 위해서는 기포와 플럭 사이의 접촉이 용이하도록 적당한 난류가 형성되어야 한다.
도 1에는 미세기포 발생을 위한 노즐의 일반적인 예가 도시되어 있다. 도 1에서 (a)는 WRC 노즐 (b)는 NIWR 노즐 (c)는 DWL 노즐 (d)는 RICTOR 노즐이다.
각 노즐은 다음과 같은 특징을 가지고 있다. NIWR, WRC노즐에서는 흐름경계에 충돌면이 존재하며, DWL, RICTOR, NIWR 노즐에서는 흐름 경로의 방향이 전환되며, RICTOR, DWL 노즐에서는 흐름 경로의 끝에 경사면이 존재한다는 것 등이다.
각 노즐을 상세히 살펴보면, WRC 노즐은 영국의 Water Research Center에서 개발된 것으로 유체의 충돌판과 방향전환 및 직경이 다른 오리피스를 통한 감압에 주요 특징이 있다. WRC 노즐은 GB 1 444 027호 'A Nozzle for introducing Gas into Liquad'를 참조할 수 있다. WRC 방식의 노즐은 노즐에서의 순간적인 압력강하를 유도하기 위해서 박판에 구멍을 뚫고, 구멍을 통해 분출되는 분사류가 후류에 설치된 평판에 충돌하도록 한다. 이 노즐은 유체의 충돌에너지를 이용하기 때문에 구조가 간단하지만 공급 유체의 압력에 따라 성능 변화가 크며, 비교적 높은 압력에서만 작동하는 단점이 있다.
NIWR 노즐은 유체 공급 방향과 분사 방향을 반대로 함으로써 유체 흐름 방향을 180도로 변경시키고，그 과정 중에 벽면과 충돌이 일어나는 원리를 적용한 노즐이다. 이 노즐은 구조가 복잡하여 제작이 어려우며, 이물질 등으로 인하여 구멍이 막힐 경우，유지 보수가 어려운 단점이 있다.
DWL 노즐은 가변형 노즐로 NIWR 노즐과 유사하게 유체 공급방향과 분사 방향 을 180도로 변경시키며，중앙의 기둥(stem)을 사용하여 유로(path)의 면적을 변화시킴으로써 유량을 조절한다. 또한 유로를 따라 단면적이 바뀌도록 설계하여 압력강하가 이루어질 수 있도록 구성하였다. 이 노즐은 구조가 매우 복잡하여 제작이 매우 어려우며，유지 보수 또한 매우 어렵다.
RICTOR 노즐은 고깔 모양의 확산관에 하나의 오리피스를 통하여 수직 방향으로 유체 를 유입시켜 벽면 충돌시킨 후 배출시키는 원리로 비교적 구조가 간단하지만 제작하기가 어렵다는 단점이 있다.
한편, 미세기포 발생 노즐에 대한 국내특허로는 등록특허 제10-0807189호 '마이크로버블 노즐' 및 등록특허 제10-0938899호 '마이크로버블 노즐' 등을 참조할 수 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 본 발명의 주 목적은 용존공기 부상 장치에 적용되며, 저압에서도 미세기포의 발생량이 우수한 노즐을 제공하고자 하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전술한 미세기포의 크기가 균등하게 형성되며, 유체내 미세기포의 존속시간이 길도록 하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 따른 목적은 미세기포의 크기와 유체내 잔류시간을 조절할 수 있는 노즐을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 구조가 간단하여 제작이 용이한 노즐을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용존공기 부상장치용 노즐은 관 형태로 이루어지며, 일측에는 유입구가 형성되고 타측에는 배출구가 형성되는 하우징; 상기 유입구에 결합되며, 길이방향을 따라 유입관로가 형성되어 있는 노즐 연결구; 및 상기 하우징 내에 삽입 설치되며, 전단부에는 충돌부가 형성되어 상기 유입관로를 따라 유입된 유체는 흐름이 직각방향으로 전환되어 상기 하우징의 내벽에 충돌되며, 측면에는 절개부가 복수 개 형성되어 상기 하우징의 내벽과의 사이에 측면유로가 형성되며, 후단부에는 분출홈이 형성되고 상기 분출홈에는 충돌판이 형성되며, 상기 절개부와 상기 분출홈 사이에는 오리피스가 각각 형성되어 상기 오리피스를 통해 분사되는 유체가 상기 충돌판에 충돌하게 되는 노즐몸체;를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 충돌부는 상기 전단부의 일부가 함몰되어 형성된 수용공간의 바닥면으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 바닥면은 중앙부가 양측부보다 높은 경사면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절개부는 상기 노즐몸체의 양측면에 평행한 한 쌍의 절개면으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분출홈은 원통형으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오리피스는 상기 절개부에 수직하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
더불어, 상기 오리피스는 서로 동일하지 않은 축 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 충돌판은 상기 오리피스의 길이방향에 수직하게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 용존공기 부상장치용 노즐은 유입구가 배출구보다 넓게 형성되는 원통형 하우징; 원관으로 형성되고, 상기 하우징에 일부가 삽입되는 노즐연결구; 및 상기 하우징에 내장되어 상기 하우징 내벽과의 사이에 복수 개의 측면유로를 형성하도록 측면에 복수 개의 절개면이 형성되는 노즐몸체;를 포함하며, 상기 노즐몸체는, 전단부에 상기 노즐연결구를 통해 들어온 유체가 부딪히며 상기 복수 개의 측면유로로 분산되도록 하는 충돌부와, 후단부에 상기 복수 개의 측면유로를 통과한 유체가 하나로 합쳐질 수 있는 분출홈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 충돌부에 충돌하여 흐름이 전환된 유체는 상기 하우징의 내벽에 직각으로 2차 충돌하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 노즐몸체의 후단부에는 상기 복수 개의 측면유로와 상기 분출홈을 연결하는 오리피스가 각각 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 분출홈 내부에는 충돌판이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 오리피스와 상기 충돌판은 서로 수직으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 충돌부의 충돌면은 둔각으로 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 복수 개의 측면유로는 횡단면적이 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용존공기 부상장치용 노즐에 의하면, 용존공기 부상 장치에 적용되는 것으로, 수차례에 걸친 급격한 방향 전환과 충돌에 의해 저압에서도 미세기포의 발생량이 우수하게 되는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 전술한 미세기포의 크기가 작고 크기의 균일성이 우수하며, 유체내 미세기포의 존속시간이 길게 이루어지는 효과가 있다. 이에 따라, 기포와 플록 간의 접촉 기회 및 접촉 효율이 증가하고 크기가 작은 폴록의 제거 효율이 증대하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 각 실시예에 따라 다양한 치수로 제작된 노즐몸체를 교체함으로써 노즐 내에 흐르는 유체의 유량과 속도 및 충격량과 방향을 조절함으로써 용이하게 유체 내에 발생하는 미세기포의 크기와 잔류시간 등을 조절할 수 있는 효과가 있다.
더불어, 노즐의 구조가 간단하여 제작이 용이하고 생산비용이 감소되는 효과가 있다.
도 1에는 종래기술에 따른 미세기포 발생 노즐의 예로서 (a)는 WRC 노즐 (b)는 NIWR 노즐 (c)는 DWL 노즐 (d)는 RICTOR 노즐이다.
도 2에는 실험에 사용된 종래기술에 따른 미세기포 발생 노즐의 여러 실시예가 도시되어 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용존공기 부상장치용 노즐의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용존공기 부상장치용 노즐의 종단면도이다.
도 5는 도 3에서 노즐몸체의 (a) 전단부 평면도 및 (b) 후단부 평면도이다.
도 6은 노즐몸체의 다른 실시예이다.
도 7은 노즐몸체의 또 다른 실시예이다.
도 8은 도 7의 노즐몸체가 적용된 용존공기 부상장치용 노즐로서 (a) 단면도 (b) A-A 단면도 (c) B-B 단면도이다.
도 9는 노즐몸체의 또 다른 실시예이다.
도 10은 노즐몸체의 또 다른 실시예이다.
도 11은 도 10의 노즐몸체가 적용된 용존공기 부상장치용 노즐로서 (a) 단면도 (b) A-A 단면도 (c) B-B 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 설명하되, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용존공기 부상 장치용 노즐은, 관 형태로 이루어지며, 일측에는 유입구(11)가 형성되고 타측에는 배출구(12)가 형성되는 하우징(10); 상기 유입구(11)에 결합되며, 길이방향을 따라 유입관로(21)가 형성되어 있는 노즐 연결구(20); 및 상기 하우징(10) 내에 삽입되며, 전단부에는 충돌부(31)가 형성되어 상기 유입관로(21)를 따라 유입된 유체는 흐름의 방향이 전환되어 상기 하우징(10)의 측면부(13) 내벽에 충돌되며, 측면에는 절개부(32)가 복수 개 형성되어 상기 하우징(10)의 내벽과의 사이에 측면유로(B)가 복수 개 형성되며, 후단부에는 분출홈(33)이 형성되고 상기 분출홈(33)에는 충돌판(35)이 형성되며, 상기 절개부(32)와 상기 분출홈(33) 사이에는 오리피스(34)가 각각 형성되어 상기 오리피스를 통해 분사되는 유체가 상기 충돌판(35)에 충돌하게 되는 노즐몸체(30);를 포함하여 구성된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 용존공기 부상장치용 노즐의 분해사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 용존공기 부상장치용 노즐의 종단면도이고, 도 4는 도 3의 A-A 단면도이다. 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
하우징(10)은 대략적으로 관체로 형성될 수 있다. 하우징(10)의 일측은 개방되어 유입구(11)가 형성되며 후술하는 노즐 연결구(20)가 결합된다. 유입구(11) 측에는 노즐 연결구(20)와의 결합을 위해 나사산 등으로 이루어진 결합부(14)가 형성될 수 있다. 하우징(10)의 타측에는 중앙에 배출구(12)가 형성된다. 배출구(12)는 하우징(10)의 측면부(13) 직경보다 작게 형성된다. 즉, 배출구(12)는 유입구(11)보다 작게 형성된다. 유체는 하우징(10)의 유입구(11)를 통해 유입되어 배출구(12)를 통해 흘러나가게 된다.
노즐 연결구(20)는 관체로 형성되어 하우징(10)의 결합부(14)에 결합된다. 이를 위해, 노즐 연결구(20)의 일단부에는 외주면 상에 나사산 등으로 이루어진 결합부(22)가 형성될 수 있다. 노즐 연결구(20)가 하우징(10)에 결합됨에 따라 하우징(10)에 삽입되는 노즐몸체(30)는 고정 지지될 수 있다.
노즐 연결구(20)에는 길이방향을 따라 중심축을 통과하는 유입관로(21)가 형성된다. 유체는 유입관로(21)를 통해 하우징(10) 내로 유입된다.
노즐몸체(30)는 대략적으로 피스톤 형상으로 형성된다. 노즐몸체(30)의 재질은 합성수지로 이루어질 수 있다.
노즐몸체(30)의 전단부에는 평평하게 형성되는 충돌부(31)가 마련된다. 충돌부(31)는 노즐몸체(30)의 전단부가 일부 함몰되어 형성된 수용공간(A)의 바닥면으로 이루어질 수 있다. 유입관로(21)를 통해 유입된 유체는 충돌부(31)에 정면으로 충돌하여 직각방향으로 유체의 흐름이 전환되어 하우징(10)의 측면부(13) 내벽에 부딪히게 된다.
노즐몸체(30)의 양측면에는 절개부(32)가 형성된다. 절개부(32)는 노즐몸체(30)의 양측면에 길이방향을 따라 평행하게 형성되는 절개면으로 이루어질 수 있다. 따라서, 노즐몸체(30)가 하우징(10)에 삽입되었을 때, 하우징(10)의 측면부(13) 내벽과 노즐몸체(30)의 절개부(32) 사이에는 공간이 형성되어 측면유로(B)를 이루게 된다. 유입관로(21)를 통해 유입된 유체는 충돌부(31)에 1차로 충돌하여 방향이 직각으로 전환되고, 하우징(10) 측면부(13) 내벽에 2차로 충돌하여 다시 방향이 직각으로 전환되어 측면유로(B)를 따라 흐르게 된다. 본 실시예에서는 측면유로(B)가 양측면에 대칭적으로 형성되어 있으므로 유체는 두갈래로 나뉘어 흐르게 된다. 즉, 유체는 2회의 충돌과 2회의 급격한 방향전환을 이루며 유로가 양측으로 나누어진 채 하우징(10)의 후단부를 향해 흐르게 된다.
노즐몸체(30)의 후단부에는 중앙에 분출홈(33)이 형성되어 분출공간(C)이 이루어진다. 분출홈(33)은 원통형 홈으로 이루어질 수 있다.
노즐몸체(30)의 절개부(32)와 분출홈(33) 사이에는 오리피스(34)가 형성된다. 오리피스(34)는 일자홈으로 형성된다. 오리피스(34)는 절개부(32)의 절개면에 수직하게 형성될 수 있다. 측면유로(B)를 따라 유입된 유체는 오리피스(34)를 통해 분출공간(C)을 향해 고속으로 분사된다.
노즐몸체(30)의 후단부에는 충돌판(35)이 형성된다. 충돌판(35)은 분출홈(33) 내부에 형성될 수 있다. 충돌판(35)은 상기 오리피스(34)의 길이방향에 수직하게 형성될 수 있다. 양갈래로 나뉘어진 채 측면유로(B)를 따라 흐른 유체는 오리피스(34)를 통해 분출홈(33) 내부에 고속으로 분사되어 충돌판(35) 양면에 각각 3차로 부딪히게 된다. 유체는 오리피스(34)를 통해 빠져나오면서 감압되고, 충돌판(35)에 부딪히며 미세기포를 형성하게 된다. 유체는 충돌판(35)에 의해 다시 3차로 방향이 직각으로 전환되어 배출구(12)를 통해 빠져나오게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용존공기 부상장치용 노즐의 작용에 대하여 살펴보기로 한다.
노즐 연결구(20)의 유입관로(21)를 통해 유입된 유체는 노즐몸체(30)의 충돌부(31)에 1차로 충돌하여 방향전환이 일어나며 양갈래로 나누어져 중심에서 외곽 방향으로 퍼져나간다. 양갈래로 흐름이 분리된 유체는 2차로 하우징(10)의 측면부(13) 내벽에 충돌하여 방향전환이 일어나면서 측면유로(B)를 따라 흘러 노즐몸체(30)의 후단부로 가게 된다. 2차에 걸친 충돌과 방향전환에 의해 유체는 속도와 유량이 조절되는 동시에 난류의 형태를 이루게 된다. 난류로 된 유체는 노즐몸체(30)의 후단부에서 오리피스(34)를 통하여 노즐몸체(30) 후단부 중앙에 형성된 분출공간(C)에 고속으로 분사된다. 오리피스(34)를 통해 분사된 유체는 분출공간(C)에 형성된 충돌판(35)에 3차로 부딪히며 방향전환이 일어나게 되고 배출구(12)를 통해 빠져나가게 된다. 유체가 오리피스(34)를 통해 분사되고 충돌판(35)에 부딪히는 과정에서 감압 및 충격에 의해 미세기포가 발생하게 되며, 저압에서도 용이하게 미세기포가 발생하게 된다.
종래기술에 따른 노즐과 대비하여 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐의 성능실험결과가 아래에 나타나 있다. 도 2에 도시된 종래기술에 따른 노즐(Noz(B)(도 2(a)), Noz(C)(도 2(b)), Noz(d)(도 2(b))) 및 본 발명의 여러 실시예에 따른 노즐(Noz(A1), Noz(A2), Noz(A3), Noz(A4))에 대한 실험결과를 나타내었다.
비디오 분석에 따른 기포잔류시간은 다음과 같다.
노즐 기포잔류시간
Noz(A1) 6:36
Noz(A2) 6:28
Noz(A3) 5:27
Noz(A4) 5:30
Noz(B) 2:33
Noz(C) 0:00
Noz(D) 3:22
기포잔류시간은 기포층이 형성되었다가 사라지는 시간을 측정하여 산출하였다. 일반적으로 기포의 크기가 작을수록 유체 속에 잔류하는 시간이 길어지며, 기포잔류시간이 긴 노즐일수록 미세기포를 많이 생성시키는 노즐이라고 평가할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐의 기포잔류시간은 5:27 ~ 6:36 위 범위 내에서 이루어져서 종래기술에 따른 노즐의 0:00 ~ 3:22 의 시간범위에 비해 높게 나타났다.
계수기에 의한 기포의 갯수 및 CCD CAMERA 이미지 분석결과에 따른 기포 평균 크기에 대한 결과는 다음과 같다.
노즐 기포 갯수(개) 기포 평균 크기(μm)
Noz(A1) 4691 46.9
Noz(A2) 4875 43.2
Noz(A3) 4626 56.0
Noz(A4) 4494 52.6
Noz(B) 3223 57.2
Noz(C) 1866 58.9
Noz(D) 3826 58.7
본 발명의 일 실시예에 따른 노즐의 기포 갯수는 4,494 ~ 4,875 개의 범위 내에서 이루어져서 종래기술에 따른 노즐의 1,866 ~ 3,826 개의 범위에 비해 많게 나타났으며, 기포의 평균크기도 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐의 기포 평균 크기는 43.2 ~ 56.0 μm의 범위 내에서 이루어져서 종래기술에 따른 노즐의 57.2 ~ 58.9 μm의 범위에 비하여 작게 나타났다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 용존공기 부상장치용 노즐에 대하여 설명하기로 한다. 전술한 실시예와 대비하여 하우징과 노즐 연결구는 동일하므로 노즐몸체에 대하여만 설명하기로 한다. 도 6에는 노즐몸체의 다른 실시예가 도시되어 있다. 전술한 실시예와 다른 사항을 위주로 하여 설명하기로 한다.
노즐몸체(130)의 절개부(32)에 형성되는 오리피스(34a, 34b)는 동일축 상에 형성되지 않고, 서로 평행한 다른 축 상에 형성된다. 바람직하게는 오리피스(34a, 34b)는 노즐몸체(30)의 중심축에 대하여 회전대칭으로 형성될 수 있다. 즉, 오리피스(34a, 34b)를 통과한 유체는 충돌판(35)에 대하여 편심을 이루면서 분사되기 때문에 배출구(12)를 향해 방향이 전환되는 동시에 회전력을 얻어 소용돌이성 난류를 일으키게 된다.
도 7 및 도 8을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용존공기 부상장치용 노즐에 대하여 설명하기로 한다. 도 7은 노즐몸체의 또 다른 실시예이다. 도 8(a)는 도 7의 노즐몸체가 적용된 용존공기 부상장치용 노즐의 단면도이고, 8(b)는 8(a)의 A-A 단면도이며, 8(c)는 8(a)의 B-B 단면도이다.
노즐몸체(140)의 양측에 형성되는 절개부(32a,32b)가 서로 비대칭적으로 형성된다. 즉, 일측의 절개부(32a)는 타측의 절개부(32b)보다 넓게 형성된다. 이에 따라 측면에 형성되는 측면유로도 일측에 형성되는 측면유로(B1)가 타측에 형성되는 측면유로(B2)보다 넓은 공간으로 형성되어 더 많은 유체가 흘러갈 수 있게 된다. 노즐 양측의 측면유로(B1,B2)를 통해 서로 다른 유량의 유체가 흘러가게 됨에 따라 생성되는 기포의 크기나 상승속도의 분포범위를 조절할 수 있게 된다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용존공기 부상장치용 노즐에 대하여 설명하기로 한다. 도 9에는 노즐몸체의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에서는 다른 실시예와 달리 충돌부가 위로 놓이도록 도시되었음을 주의해야 한다.
노즐몸체(150)의 충돌부(31a) 바닥면이 중앙부가 높게 경사를 이루고 있다. 이에 따라, 유입관로(21)를 통해 들어온 유체는 충돌부(31a)에서 둔각의 경사면에 의해 완화된 충돌이 일어나고 첫번째 실시예에 비하여 빠른 속도로 측면유로(B)를 통해 흘러가게 된다. 이와 같은 방식으로, 충돌부(31a)의 바닥면의 형상을 달리 함으로써 유체의 충돌속도와 충격량을 조절할 수 있게 된다.
도 10 및 도 11을 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 용존공기 부상장치용 노즐에 대하여 설명하기로 한다. 도 10은 노즐몸체의 또 다른 실시예이다. 도 10의 실시예에 도시된 노즐몸체도 충돌부가 위로 놓이게 도시되어 있다. 도 11(a)는 도 10의 노즐몸체가 적용된 용존공기 부상장치용 노즐의 단면도이고, 11(b)는 11(a)의 A-A 단면도이며, 11(c)는 11(a)의 B-B 단면도이다.
노즐몸체(160)의 절개부(162a,162b,162c)는 노즐몸체(30)의 측면에 3개의 절개면으로 형성된다. 이에 따라 유입관로(21)를 통해 유입된 유체는 충돌부(131)에 의해 방향이 전환되면서 세갈래의 흐름으로 나뉘어지게 된다. 측면유로(B1,B2,B3)의 공간도 세 개가 형성되며, 오리피스(164a,164b,164c)도 각 절개부(162a,162b,162c)의 절개면에 수직하게 세 개가 형성된다. 노즐몸체(30)의 후단부에 형성되는 충돌판(165)은 삼각기둥 형태로 형성될 수 있다. 이와 같은 방식으로, 유체의 유량과 속도를 조절하여 미세기포의 크기의 분포범위를 조절할 수 있게 된다.
위와 같은 각 실시예의 노즐몸체는 한 세트를 이루게 되고, 필요에 따라 간단히 교체하여 노즐을 형성함으로써 유체의 유량 및 속도의 조절을 통해 미세기포의 크기 및 상승속도 등을 용이하게 조절할 수 있게 된다. 더불어 노즐몸체의 구조가 간단하므로 제작이 용이하고 생산비용이 감소하게 된다.
비록 본 발명이 상기 언급된 바람직한 실시 예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.
10 하우징 11 유입구
12 배출구 13 측면부
14 결합부 20 연결구
21 유입관로 22 결합부
30 노즐몸체 31,31a 충돌부
32,32a,32b 절개부 33 분출홈
34 오리피스 35 충돌판
130,140,150,160 노즐몸체 131 충돌부
162a,162b,162c 절개부 164a,164b,164c 오리피스

Claims (15)

  1. 관 형태로 이루어지며, 일측에는 유입구가 형성되고 타측에는 배출구가 형성되는 하우징;
    상기 유입구에 결합되며, 길이방향을 따라 유입관로가 형성되어 있는 노즐 연결구; 및
    상기 하우징 내에 삽입 설치되며, 전단부에는 충돌부가 형성되어 상기 유입관로를 따라 유입된 유체는 흐름의 방향이 전환되어 상기 하우징의 내벽에 충돌되며, 측면에는 절개부가 복수 개 형성되어 상기 하우징의 내벽과의 사이에 측면유로가 복수 개 형성되고, 후단부에는 분출홈이 형성되고 상기 분출홈에는 충돌판이 형성되며, 상기 절개부와 상기 분출홈 사이에는 오리피스가 각각 형성되어 상기 오리피스를 통해 분사되는 유체가 상기 충돌판에 충돌하게 되는 노즐몸체;를 포함하는 용존공기 부상 장치용 노즐.
  2. 제1항에 있어서, 상기 충돌부는 상기 전단부의 일부가 함몰되어 형성된 수용공간의 바닥면으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 용존공기 부상 장치용 노즐.
  3. 제2항에 있어서, 상기 바닥면은 중앙부가 양측부보다 높은 경사면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 용존공기 부상 장치용 노즐.
  4. 제1항에 있어서, 상기 절개부는 상기 노즐몸체의 양측면에 평행한 한 쌍의 절개면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 용존공기 부상 장치용 노즐.
  5. 제1항에 있어서, 상기 분출홈은 원통형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 용존공기 부상 장치용 노즐.
  6. 제1항에 있어서, 상기 오리피스는 상기 절개부에 수직하게 형성되는 것을 특징으로 하는 용존공기 부상 장치용 노즐.
  7. 제6항에 있어서, 상기 오리피스는 서로 동일하지 않은 축 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 용존공기 부상 장치용 노즐.
  8. 제1항에 있어서, 상기 충돌판은 상기 오리피스의 길이방향에 수직하게 형성되는 것을 특징으로 하는 용존공기 부상 장치용 노즐.
  9. 유입구가 배출구보다 넓게 형성되는 원통형 하우징;
    원관으로 형성되고, 상기 하우징에 일부가 삽입되는 노즐연결구; 및
    상기 하우징에 내장되어 상기 하우징 내벽과의 사이에 복수 개의 측면유로를 형성하도록 측면에 복수 개의 절개면이 형성되는 노즐몸체;를 포함하며,
    상기 노즐몸체는,
    전단부에 상기 노즐연결구를 통해 들어온 유체가 부딪히며 상기 복수 개의 측면유로로 분산되도록 하는 충돌부와,
    후단부에 상기 복수 개의 측면유로를 통과한 유체가 하나로 합쳐질 수 있는 분출홈을 포함하는 것을 특징으로 하는 용존공기 부상장치용 노즐.
  10. 제9항에 있어서, 상기 충돌부에 충돌하여 흐름이 전환된 유체는 상기 하우징의 내벽에 직각으로 2차 충돌하는 것을 특징으로 하는 용존공기 부상장치용 노즐.
  11. 제9항에 있어서, 상기 노즐몸체의 후단부에는 상기 복수 개의 측면유로와 상기 분출홈을 연결하는 오리피스가 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 용존공기 부상장치용 노즐.
  12. 제9항에 있어서, 상기 분출홈 내부에는 충돌판이 형성되는 것을 특징으로 하는 용존공기 부상장치용 노즐.
  13. 제9항에 있어서, 상기 오리피스와 상기 충돌판은 서로 수직으로 형성되는 것을 특징으로 하는 용존공기 부상장치용 노즐.
  14. 제9항에 있어서, 상기 충돌부의 충돌면은 둔각으로 형성되는 것을 특징으로 하는 용존공기 부상장치용 노즐.
  15. 제9항에 있어서, 상기 복수 개의 측면유로는 횡단면적이 서로 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는 용존공기 부상장치용 노즐.
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