KR20150111631A - 용존 산소 응축 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용존 산소 응축 장치에 관한 것으로, 유동하는 물에 기체를 분사하여 물과 기체 간의 충돌에 의해 발생하는 미세 기포를 포함하는 처리수를 공급하는 미세 기포 공급부(10); 및 상기 미세 기포 공급부(10)로부터 공급되는 처리수가 유동하는 체류시간을 증가시켜 상기 처리수 내에 포함된 미세 기포가 더욱 미세화되어 응축되도록 하는 미세 기포 응축부(20);를 포함하되, 상기 미세 기포 응축부(20)는, 상기 미세 기포 공급부(10)를 통과한 처리수가 유입되는 유입관(611)이 상부 일측에 연결되고, 내부에는 처리수의 유동 공간에 마련된 탱크(610); 상기 탱크(610)의 상부를 관통하여 상기 탱크(610)의 내측에 상하방향으로 배치되되, 처리수가 유입되는 입구(621)는 상기 탱크(610)의 바닥면에서 상측으로 근접하게 이격되어 위치하고, 처리수가 배출되는 출구(622)는 상기 탱크(610)의 상측에 위치하도록 배치된 토출관(620); 및 상기 탱크(610)의 내주면과 상기 토출관(620)의 외주면 사이의 공간에 나선 방향으로 구비되어, 상기 유입관(611)을 통해 유입되는 처리수가 회류되며 낙하하도록 안내하는 회류형성가이드(630)를 포함하여 구성된다.

Description

용존 산소 응축 장치{Apparatus for condensing dissolved oxygen}
본 발명은 수처리 및 각종 세정분야에 적용되는 용존 산소 응축 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수중에 미세 기포를 발생시켜 응축되도록 함으로써 수중의 용존 산소량을 증가시켜 액체 내에 포함된 불순물의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 용존 산소 응축 장치에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 오염된 물을 정화하거나 수질환경을 개선하기 위해 물 속에 산소나 공기 또는 기타 필요한 기체를 함유시키기 위한 미세 기포 발생 장치가 제안되어 왔다. 종래 미세 기포 발생 장치에는, 용해 기체를 함유하는 액체를 철망 등의 미세 출구공을 구비한 필터를 통과시킴에 의해 미세 기포를 발생시키는 구조, 회전 날개의 회전력을 이용하여 기포를 세분화하는 구조 등이 있다.
상기 미세 기포 발생 장치 중, 미세 출구공을 구비한 필터를 이용하는 구조는, 유체에 고압력을 제공할 수 있는 대형의 고압 펌프를 구비해야 하므로 장치가 대형화되고 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.
또한, 회전날개를 이용하는 구조는 고압력을 필요로 할 뿐만 아니라 고속의 회전수가 요구되므로 동력비용이 많이 드는 문제가 있다.
이와 관련된 종래기술의 일례로서, 등록특허 제10-1257137호에 개시된 미세 기포 발생 장치는,
원통형 공간을 갖는 용기 본체와, 상기 용기 본체의 외부로부터 내부로 도입된 액체 도입로 및 기체 도입로와, 상기 용기 본체의 하단부에 설치된 선회 기액 혼합체 도출구를 구비하고, 상기 기체 도입로는 용기 본체의 축심 상 또는 그 근방에 배치되며, 액체 도입로의 내단 구역은 용기 본체의 내주면을 따라서 축심 둘레에 나선 형상으로 배치되어 있다. 그리고, 용기 본체는 구획벽에 의해 액체 도입로 및 기체 도입로가 배치되는 수용실, 기체와 액체가 선회하는 선회실로 구획되어 있으며, 액체 도입로의 내단 구역을 구획벽의 사공(斜孔)에 삽입하고, 액체 도입로의 내단 개방부를 선회실을 향하도록 구성되어 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 미세 기포 발생 장치는, 선회실 내에서 기체와 액체가 혼합되어 선회되는 과정을 통하여 미세 기포를 발생시키는 구조로서, 기체와 액체가 혼합되는 경로가 짧게 구성되어 있어, 미세 기포를 단계적으로 미세화시켜 그 직경이 수 마이크로 미터 단위를 갖는 미세 기포를 발생시키는데 한계가 있다.
또한, 종래 미세 기포 발생 장치는 기체와 액체의 혼합에 의해 발생된 미세 기포를 액체 내에 미세 크기로 응축하여 공급할 수 있는 구성이 미비하여, 발생된 미세 기포가 유체 내에 용존하는 시간이 짧아 발생 후 단시간 내에 소실되게 되므로 액체 내에 용존 산소량을 증대시키기 어려운 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 액체와 기체가 혼합되는 유동경로를 최대한 길게 형성함과 동시에 혼합된 유체에 와류 및 난류 발생을 촉진시켜 미세 기포를 발생시키고, 처리수 내에 포함된 미세 기포가 더욱 미세한 크기를 갖도록 응축하여 용존 산소량을 증가시킬 수 있는 용존 산소 응축 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 용존 산소 응축 장치는, 유동하는 물에 기체를 분사하여 물과 기체 간의 충돌에 의해 발생하는 미세 기포를 포함하는 처리수를 공급하는 미세 기포 공급부(10); 및 상기 미세 기포 공급부(10)로부터 공급되는 처리수가 유동하는 체류시간을 증가시켜 상기 처리수 내에 포함된 미세 기포가 더욱 미세화되어 응축되도록 하는 미세 기포 응축부(20);를 포함하되, 상기 미세 기포 응축부(20)는, 상기 미세 기포 공급부(10)를 통과한 처리수가 유입되는 유입관(611)이 상부 일측에 연결되고, 내부에는 처리수의 유동 공간에 마련된 탱크(610); 상기 탱크(610)의 상부를 관통하여 상기 탱크(610)의 내측에 상하방향으로 배치되되, 처리수가 유입되는 입구(621)는 상기 탱크(610)의 바닥면에서 상측으로 근접하게 이격되어 위치하고, 처리수가 배출되는 출구(622)는 상기 탱크(610)의 상측에 위치하도록 배치된 토출관(620); 및 상기 탱크(610)의 내주면과 상기 토출관(620)의 외주면 사이의 공간에 나선 방향으로 구비되어, 상기 유입관(611)을 통해 유입되는 처리수가 회류되며 낙하하도록 안내하는 회류형성가이드(630)를 포함하여 구성된다.
상기 탱크(610)는, 가로방향의 너비에 비해 상하방향으로 길쭉한 형상의 원통부(610a)와, 상기 원통부(610a)의 하단에 상단이 연결되고, 상단에서 하단으로 갈수록 횡단면적이 점차 축소되는 원추 형상을 가지며, 상기 토출관(620)의 입구(621)가 내측에 위치하도록 구비되는 원추부(610b)로 구성되고, 상기 유입관(611)은, 상기 원통부(610a)의 상부 일측을 관통하여 상기 원통부(610a)의 내주면의 원주방향을 향하도록 배치된 것을 특징으로 한다.
상기 유입관(611)의 내경 크기와, 상기 토출관(620)의 직경 및 토출관 입구(621)의 위치는, 상기 토출관 입구(621)의 외측면과 상기 원추부(610b)의 내측면 사이 공간의 횡단면적(S2)이 상기 유입관(611)의 관로면적(S1) 이상이 되도록 설정된 것을 특징으로 한다.
상기 미세 기포 공급부(10)는, 액체가 유입되고, 액체와 기체가 혼합된 유체가 순환되어 유입되는 유입부(100); 상기 유입부(100)를 통과하여 유동하는 유체에 기체가 분사되어 미세 기포를 발생시키는 미세 기포 발생부(200); 상기 미세 기포 발생부(200)의 후미에 연결되어 미세 기포를 포함한 유체가 배출되는 배출부(300); 상기 미세 기포 발생부(200)를 통과하는 유체에 기체를 공급하는 기체 공급부(400); 및 상기 미세 기포 발생부(200)의 배출측을 통과하는 유체의 일부를 상기 유입부(100) 측으로 순환시키는 유체 순환부(500)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한 상기 미세 기포 발생부(200)는, 상기 기체 공급부(400)로부터 공급되는 기체가 유입되는 기체유입공(213)과, 상기 미세 기포 발생부(200)의 배출측을 통과하는 유체가 유입되는 유체순환유입공(233)이 형성된 외측 가이드부재(210,220,230)와, 상기 외측 가이드부재(210,220,230)의 내측에 반경방향으로 이격되어 구비되고 유체배출공(242)과 유체유입공(253)이 형성된 내측 가이드부재(240,250,260)로 이루어지고, 후방부에 위치하는 내측 가이드부재의 내경(d3)은 상기 유입부(100)의 내경(d1)보다 크게 형성되어, 상기 후방부에 위치하는 내측 가이드부재를 통과하는 유체의 압력(P2)과, 상기 유입부(100)를 통과하는 유체의 압력(P1) 간의 압력 차이에 의해 상기 후방부에 위치하는 내측 가이드부재에 형성된 유체유입공(253)을 통하여 상기 유체 순환부(500)로 유입되는 유체는 상기 유입부(100)에 형성된 유체순환배출구(140)를 통하여 순환 공급되도록 구성될 수 있다.
또한 상기 외측 가이드부재(210,220,230)는, 상기 유입부(100)의 후미에 연결되며 상기 기체유입공(213)이 형성된 제1외측 가이드부재(210)와, 상기 제1외측 가이드부재(210)의 후미에 연결되는 제2외측 가이드부재(220)와, 상기 제2외측 가이드부재(220)의 후미와 상기 배출부(300) 사이에 연결되고 상기 유체순환유입공(233)이 형성된 제3외측 가이드부재(230)로 이루어지고, 상기 내측 가이드부재(240,250,260)는, 상기 유체배출공(242)이 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 제1내측 가이드부재(240)와, 상기 제1내측 가이드부재(240)의 내경(d2)보다 큰 내경(d3)을 가지며 상기 유체유입공(253)이 형성된 제2내측 가이드부재(250)와, 상기 제2내측 가이드부재(250)와 동일한 내경(d3)을 가지며 상기 제1내측 가이드부재(240) 또는 상기 제2내측 가이드부재(250)의 일측에 연결되는 제3내측 가이드부재(260)로 구성될 수 있다.
또한 상기 유체 순환부(500)는, 유체 순환관(510)과, 상기 유체 순환관(510)의 일단과 상기 유체순환유입공(233)을 연결하는 제1연결관(520)과, 상기 유체 순환관(510)의 타단과 상기 유체순환배출구(140)를 연결하는 제2연결관(530)으로 구성되고, 상기 유체 순환부(500)는 상기 유입부(100)와 미세 기포 발생부(200)의 외측 둘레에 일정 간격으로 이격되어 복수로 구비될 수 있다.
또한 상기 유체순환배출구(140)와, 상기 상기 제1내측 가이드부재(240)에 형성된 유체배출공(242)은, 유체의 배출방향을 따라 중심축(C)을 향하는 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.
또한 상기 제2내측 가이드부재(250)와 제3내측 가이드부재(260)의 내주면 후단부에는, 중심축(C) 방향을 향하여 돌출된 다수개의 와류형성돌기(252,262)가 원주방향을 따라 소정 간격으로 형성될 수 있다.
또한 상기 내측 가이드부재(240,250,260)의 외측면과, 상기 제1외측 가이드부재(210)와 제2외측 가이드부재(220) 및 제3외측 가이드부재(230)의 내주면 사이에 마련되는 공간(S1,S2,S3)은, 서로 격리되도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 용존 산소 응축 장치에 의하면, 미세 기포 발생부를 통과한 처리수의 유동에 나선형의 와류를 형성하여 유동 체류시간을 증대시킴과 아울러 상대적으로 크기가 큰 미세 기포는 탱크의 상부로 부양되는 과정에서 투입되는 처리수와의 충돌에 의해 분쇄되어 더욱 미세화되도록 구성함으로써, 처리수 내에 함유된 미세 기포가 더욱 미세한 크기로 응축되므로 수중 용존 산소를 대폭 증가시킬 수 있다.
또한 유입부와 배출부 사이에 액체와 기포가 혼합되는 미세 기포 발생부를 구비하되, 유입부의 내경과 미세 기포 발생부의 내경 간의 차이에 따른 유체의 압력차를 이용하여 미세 기포 발생부를 통과하는 유체를 유입구 측으로 순환시키는 유체 순환부를 구비하여, 유체가 통과하는 한정된 길이의 관로 내에서 액체와 기체가 혼합되는 유동경로를 길게 형성함으로써, 기포의 크기를 수 마이크로 미터 단위까지 미세하게 발생시킬 수 있어 오염물질과의 부착 효율을 높여 액체의 정화 처리 능력을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 용존 산소 응축 장치를 구성하는 일실시예에 따른 미세 기포 발생부(10)의 단면도,
도 2는 미세 기포 발생부(10)의 동작 상태도,
도 3은 본 발명의 용존 산소 응축 장치를 구성하는 일실시예에 따는 미세 기포 응축부(20)의 외관 사시도,
도 4는 미세 기포 응축부(20)의 투시 사시도,
도 5는 미세 기포 응축부(20)의 평면도,
도 6은 도 5의 A-A 선을 따르는 단면도,
도 7은 (a) 유입관(611)의 단면과, (b) 도 6의 B-B 선을 따르는 단면도,
도 8은 미세 기포 응축부(20)에서의 미세 기포 응축 과정을 나타낸 동작 상태도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따른 용존 산소 응축 장치는, 유동하는 물에 기체를 분사하여 물과 기체 간의 충돌에 의해 발생하는 미세 기포를 포함하는 처리수를 공급하는 미세 기포 공급부(10)와, 상기 미세 기포 공급부(10)로부터 공급되는 처리수에 포함된 미세 기포가 더욱 미세화되어 처리수 내에 응축될 수 있도록 구성된 미세 기포 응축부(20)를 포함한다. 이하, 미세 기포 공급부(10)와 미세 기포 응축부(20)의 구성 및 작용을 순차로 설명한다.
먼저, 도 1과 도 2를 참조하여, 상기 미세 기포 공급부(10)의 구성 및 작용을 설명한다.
본 발명의 일실시예에 따른 미세 기포 공급부(10)는, 액체가 유입되고 액체와 기체가 혼합된 유체가 순환 공급되는 유입부(100)와, 상기 유입부(100)를 통과하여 유동하는 유체에 기체가 분사되어 그 충격에 의해 미세 기포를 발생시키는 미세 기포 발생부(200)와, 상기 미세 기포 발생부(200)의 후미에 연결되어 미세 기포를 포함하는 유체가 배출되는 배출부(300)와, 상기 미세 기포 발생부(200)를 통과하는 유체에 기체를 공급하는 기체 공급부(400), 및 상기 미세 기포 발생부(200)의 배출측을 통과하는 유체의 일부를 상기 유입부(100) 측으로 순환시키는 유체 순환부(500)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 미세 기포 공급부(10)는, 유입부(100)를 통해 유입된 유체가 미세 기포 발생부(200)를 통과하며 기체 공급부(400)로부터 공급되어 분사되는 기체와 충돌하게 되고, 이 과정에서 미세 기포가 발생되며, 미세 기포 발생부(200)를 통과하며 발생된 미세 기포를 포함하는 유체의 일부는 배출부(300)를 통하여 배출되고, 나머지 유체는 유체 순환관(500)을 경유하여 유입부(100) 측으로 순환 공급되어 상기 미세 기포 발생부(200)를 재차 경유하면서 미세 기포의 발생효율을 향상시킬 수 있도록 구성되어 있다.
상기 유입부(100)는, 내부가 길이방향으로 개통된 원통형 몸체부(110)로 이루어지고, 상기 몸체부(110)의 선단에는 액체가 공급되는 배관(미도시됨)이 연결되는 유입구(120)가 형성되고, 상기 몸체부(110)의 후단에는 액체와 기체가 혼합된 유체가 미세 기포 발생부(200) 측으로 배출되는 출구(130)가 형성되어 있다.
일실시예로, 상기 몸체부(110)에는 외주면에서 내주면을 관통하는 복수개의 유체순환배출구(140)가 원주방향을 따라 등간격으로 형성되어 있다. 상기 유체순환배출구(140)는 유체 순환부(500)를 통하여 순환 공급되는 유체가 유입부(100)의 내부로 분사되도록 유로를 제공하는 기능을 하며, 유체의 배출방향을 따라 중심축(C)을 향하는 방향으로 경사지게 형성됨과 아울러 접선방향과도 소정 각도 경사지게 형성되어 있다. 따라서, 상기 유체순환배출구(140)를 통해 분사되는 액체와 기체의 혼합 유체는 상기 유입부(100)를 통해 유입되는 유체에 충돌되면서 유체에 포함된 기체를 파쇄시켜 미세 기포의 발생을 촉진시킬 수 있다.
그리고, 상기 출구(130)가 위치하는 몸체부(110)의 내경(d2)은 유입구(120)의 후미에서 출구(130)의 선단에 이르는 영역의 몸체부(110)의 내경(d1)에 비하여 상대적으로 크게 형성되어 있다. 따라서, 유입구(120)를 통해 유입된 액체는 출구(130)를 향하여 고속으로 유입되고, 상대적으로 큰 내경(d2)을 갖도록 형성된 출구(130)에서는 상기 유입구(120)를 통하여 유입되는 액체와, 상기 유체순환배출구(140)를 통하여 분사되는 액체와 기체의 혼합유체 간에 충돌 및 혼합이 활발하게 이루어져 기포가 미세화된 후에 미세 기포 발생부(200)로 공급되게 된다.
상기 미세 기포 발생부(200)는, 외측 가이드부재(210,220,230)와, 그 반경방향 내측으로 이격되어 위치하는 내측 가이드부재(240,250,260)로 구성된다.
상기 외측 가이드부재(210,220,230)는, 상기 유입부(100)의 후미에 연결되며 상기 기체 공급부(400)로부터 공급되는 기체가 유입되는 기체유입공(213)이 형성된 제1외측 가이드부재(210)와, 상기 제1외측 가이드부재(210)의 후미에 연결되는 제2외측 가이드부재(220)와, 상기 제2외측 가이드부재(220)와 배출부(300) 사이에 연결되며 상기 미세 기포 발생부(200)의 배출측을 통과하는 유체의 일부가 상기 유체 순환부(500) 측으로 유입되는 유체순환유입공(233)이 형성된 제3외측 가이드부재(230)로 구성된다.
상기 내측 가이드부재(240,250,260)는, 유체배출공(242)이 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 제1내측 가이드부재(240)와, 상기 제1내측 가이드부재(240)의 내경(d2)보다 큰 내경(d3)을 가지며 유체유입공(253)이 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 제2내측 가이드부재(250)와, 상기 제2내측 가이드부재(250)와 동일한 내경(d3)을 갖는 제3내측 가이드부재(260)로 구성된다.
상기 제1내측 가이드부재(240)에 형성된 유체배출공(242)은, 유체의 원활한 흐름을 유도하기 위하여 유체의 배출방향을 따라 중심축(C)을 향하는 방향으로 경사지게 형성됨이 바람직하다.
상기 제2내측 가이드부재(250)와 제3내측 가이드부재(260)의 내주면 후단부에는 중심축(C)을 향하여 돌출된 다수개의 와류형성돌기(252,262)가 원주방향을 따라 이격된 위치에 형성되어, 유체의 유동이 반경방향으로 변경되도록 유도함으로써 와류 및 난류를 발생시켜 기포의 미세화를 촉진시키는 기능을 한다.
상기 제1외측 가이드부재(210)의 내측에는, 제1내측 가이드부재(240), 제2내측 가이드부재(250) 및 2개의 제3내측 가이드부재(260)가 순차로 연결되도록 구성할 수 있다. 상기 제2외측 가이드부재(220)의 내측에는, 제1내측 가이드부재(240), 제3내측 가이드부재(260), 제2내측 가이드부재(250), 및 제3내측 가이드부재(260)가 순차로 연결된다. 상기 제3외측 가이드부재(230)의 내측에는, 제1내측 가이드부재(240)와, 3개의 제2내측 가이드부재(250)가 순차로 연결된다. 상기 제1 내지 제3외측 가이드부재(210,220,230) 간 및 제1 내지 제3내측 가이드부재(240,250,260) 간에는 용접에 의해 결합될 수 있다.
상기 외측 가이드부재(210,220,230)의 내측에 내측 가이드부재(240,250,260)가 결합되면, 내측 가이드부재(240,250,260)의 외측으로, 제1외측 가이드부재(210)의 내측에 마련되는 제1공간(S1)과, 제2외측 가이드부재(220)의 내측에 마련되는 제2공간(S2), 및 제3외측 가이드부재(230)의 내측에 마련되는 제3공간(S3)은, 상기 제1 내지 제3외측 가이드부재(210,220,230)의 선단에 형성된 돌출부(212,222,232)에 의해 공간적으로 서로 격리된 상태가 된다.
상기 배출부(300)는, 내부가 길이방향으로 개통된 원통형 몸체부(310)로 이루어지고, 상기 몸체부(310)의 선단에는 미세 기포 발생부(200)를 통과한 유체가 유입되는 입구(311)가 형성되고, 상기 몸체부(310)의 후단에는 미세 기포를 포함하는 유체가 배출되는 배출구(312)가 형성되어 있다. 상기 몸체부(310)의 내주면에는 유체의 배출방향을 따라 내경이 점차 확대되는 테이퍼부(313)가 형성되어 있다. 이에 따라, 배출부(300)를 통과하여 배출되는 유체의 유동 저항이 방지되는 동시에 높은 압력으로 배출될 수 있게 된다.
상기 기체 공급부(400)는 제1외측 가이드부재(210)의 상단에 형성된 기체유입공(213)의 둘레로 기체공급관(410)이 연결 설치되고, 상기 기체공급관(410)의 상단에는 기체공급구(411)가 관통 형성된 구조로 이루어진다.
일실시예로, 상기 기체공급구(411)는 대기 중에 개방된 구조로 이루어질 수 있다. 미세 기포 발생부(200)의 내측 가이드부재(240,250,260)의 내부 관로에는 유체의 흐름시 대기압보다 낮은 부압이 작용하게 되므로, 상기 기체공급구(411)를 대기 중에 개방된 상태로 설치하더라도 대기중의 기체가 압력차에 의해 기체공급구(411)와 기체유입공(213)과 유체배출공(242)을 통하여 미세 기포 발생부(200)의 관로 내로 유입될 수 있으며, 이 과정에서 대기압과 부압 간의 압력차에 의해서 유체의 역류가 방지된다.
다른 실시예로, 기체의 고속 분사를 위하여 상기 기체공급구(411)에는 별도의 기체공급장치(미도시됨)가 연결 설치될 수 있음은 물론이다.
상기 유체 순환부(500)는, 유체 순환관(510)과, 상기 유체 순환관(510)의 일단과 제3외측 가이드부재(230)에 형성된 유체순환유입공(233)을 연결하는 제1연결관(520)과, 상기 유체 순환관(510)의 타단과 유입부(100)에 형성된 유체순환배출구(140)를 연결하는 제2연결관(530)으로 구성된다.
상기 유체 순환부(500)는, 유입부(100)와 미세 기포 발생부(200)의 외측 둘레에 일정 간격으로 이격되어 복수로 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 유체순환유입공(233)과 유체순환배출구(140)는 상기 유체 순환부(500)의 제1연결관(520) 및 제2연결관(530)과 대응되는 위치에 대응되는 개수로 형성된다.
이하, 도 2를 참조하여 미세 기포 공급부(10)의 작용을 설명한다.
상기 유입부(100)로 유입된 액체는 몸체부(110) 내부의 유로와, 미세 기포 발생부(200)의 내측 가이드부재(240,250,260) 내부의 유로 및 배출부(300) 내부의 유로를 통과하여 유동하게 된다. 상기 유입부(100)로 유입된 액체가 미세 기포 발생부(200)를 통과하는 과정에서 기체 공급부(400)로부터 공급되는 기체와 충돌하게 되며, 그 충격에 의해 기포가 파쇄되어 미세 기포를 발생시키게 된다.
이 경우, 미세 기포 발생부(200)의 후방부에 위치하는 제2내측 가이드부재(250)의 내경(d3)은 유입부(100)의 내경(d1)보다 크게 형성되므로, 상기 후방부에 위치하는 제2내측 가이드부재(250)를 통과하는 유체의 압력(P2)과, 상기 유입부(100)를 통과하는 유체의 압력(P1) 간에는 압력차(P2-P1)가 발생하게 된다. 즉, 관로 내부를 따라 흐르는 유체의 압력은 그 단면적의 크기에 비례하므로, 미세 기포 발생부(200) 후미의 압력(P2)은 유입부(100)의 압력(P1)보다 큰 압력이 작용하게 된다.
이러한 압력차에 의해, 미세 기포 발생부(200)의 후미를 통과하는 미세 기포를 포함하는 유체 중 일부는 배출부(300)를 통과하여 배출되고, 나머지 유체는 제2내측 가이드부재(250)에 형성된 유체유입공(253)과, 제3외측 가이드부재(230)에 형성된 유체순환유입공(233) 및 제1연결관(520)을 통과하여 유체 순환관(510)의 내부로 빨려 들어가게 되고, 상기 유체 순환관(510)의 내부로 유입된 유체는 제2연결관(530)과 유체순환배출구(140)를 통하여 유입부(100)의 내부로 순환 공급된다. 따라서, 미세 기포 발생부(200)를 통과한 미세 기포는 상기 유체 순환부(500)를 경유하여 유입부(100)로 순환 공급되어 미세 기포 발생부(200)를 재차 통과하면서 한층 더 미세화될 수 있다.
상기 미세 기포 발생부(200)의 전방부에는, 제1외측 가이드부재(210)의 내측으로 제1내측 가이드부재(240), 제2내측 가이드부재(250), 및 2개의 제3내측 가이드부재(260)가 유체의 배출방향으로 순차 연결되고, 제2내측 가이드부재(250)의 내경(d3)이 제1내측 가이드부재(240)의 내경(d2)보다 크게 형성되므로, 제2내측 가이드부재(250) 내부의 압력(P3)과 제1내측 가이드부재(240) 내부의 압력(P4) 간의 압력차(P3-P4)에 의해 제2내측 가이드부재(250)의 내부를 통과하는 유체 중 일부는 제2내측 가이드부재(250)에 형성된 유체유입공(253)을 통하여 제1공간(S1)으로 유입된 후에 기체 공급부(400)로부터 유입되는 기체와 혼합되어 제1내측 가이드부재(240)에 형성된 유체배출공(242)을 통하여 순환 공급된다.
상기 미세 기포 발생부(200)의 중간부에는, 제2외측 가이드부재(220)의 내측으로 제1내측 가이드부재(240), 제3내측 가이드부재(260), 제2내측 가이드부재(250), 및 제3내측 가이드부재(260)가 유체의 배출방향으로 순차 연결되고, 전술한 바와 마찬가지로, 제2내측 가이드부재(250)의 내경(d3)이 제1내측 가이드부재(240)의 내경(d2)보다 크게 형성되므로, 제2내측 가이드부재(250) 내부의 압력(P3)과 제1내측 가이드부재(240) 내부의 압력(P4) 간의 압력차(P3-P4)에 의해 제2내측 가이드부재(250)의 내부 통과하는 유체 중 일부는 제2내측 가이드부재(250)에 형성된 유체유입공(253)을 통하여 제2공간(S2)으로 유입된 후에 제1내측 가이드부재(240)에 형성된 유체배출공(242)을 통하여 배출되는 순환 구조를 갖게 된다.
상기 미세 기포 발생부(200)의 후방부에는, 제3외측 가이드부재(230)의 내측으로 제1내측 가이드부재(240)와 3개의 제2내측 가이드부재(250)가 유체의 배출방향으로 순차 연결되고, 전술한 바와 마찬가지로 제2내측 가이드부재(250)의 내경(d3)과 제1내측 가이드부재(240)의 내경(d2)의 차이로 인한 압력차(P3-P4)에 의해 제2내측 가이드부재(250)의 내부를 통과하는 유체 중 일부는 제2내측 가이드부재(250)에 형성된 유체유입공(253)을 통하여 제3공간(S3)으로 유입되고, 제3공간(S3)으로 유입된 유체 중 일부는 유체 순환부(500) 측으로 순환 공급되고, 나머지 유체는 제1내측 가이드부재(240)에 형성된 유체배출공(242)을 통해 배출된다.
이와 같이, 미세 기포 발생부(200)의 내부 유로를 통과하는 유체는 압력차에 의해 유체 순환부(500)를 경유하여 순환 공급됨과 아울러 제1 내지 제3공간(S1,S2,S3)을 경유하여 순환 공급되도록 구성함으로써, 한정된 부피의 관로 상에 유체의 유로를 길게 형성할 수 있으며, 기체와 액체의 분사 각도를 다양한 방향으로 형성함과 아울러 제2내측 가이드부재(250)와 제3내측 가이드부재(260)에 형성된 와류형성돌기(252,262)와 와류형성홈(252a,262a)에 의해 와류 및 난류 발생이 촉진되어 유체 내에 포함된 기포의 미세화를 극대화할 수 있다.
상기 미세 기포 공급부(10)를 구성하는 외측 가이드부재(210,220,230)와 내측 가이드부재(240,250,260)의 형태와 배열 순서 및 설치되는 개수를 다양하게 변형하여 응용될 수 있다.
이하, 미세 기포 응축부(20)의 구성 및 작용을 설명한다.
상기 미세 기포 응축부(20)는, 전술한 미세 기포 공급부(10)를 통과한 유체(이하,‘처리수’라고 칭함)에 포함된 미세 기포를 더욱 미세한 크기로 응축하는 기능을 한다.
이를 위한 구성으로, 상기 미세 기포 응축부(20)는, 미세 기포 공급부(10)를 통과한 처리수가 유입되는 유입관(611)이 상부 일측에 연결되고, 내부에는 처리수의 유동 공간에 마련된 탱크(610), 상기 탱크(610)의 상부를 관통하여 상기 탱크(610)의 내측에 상하방향으로 배치되는 토출관(620), 및 상기 탱크(610)의 내주면과 상기 토출관(620)의 외주면 사이의 공간에 나선 방향으로 구비되는 회류형성가이드(630)를 포함하여 구성된다.
상기 탱크(610)는, 가로방향의 너비에 비해 상하방향으로 길쭉한 형상의 원통부(610a)와, 상기 원통부(610a)의 하단에 상단이 연결되고, 상단에서 하단으로 갈수록 횡단면적이 점차 축소되는 원추 형상으로 이루어진 원추부(610b)로 구성된다. 상기 유입관(611)은 탱크(610)의 원통부(610a)의 상부 일측을 관통하여 원통부(610a)의 내주면의 원주방향을 향하도록 연결된다. 따라서, 유입관(611)을 통해 유입되는 처리수는 원통부(610a)의 내주면을 타고 원주방향으로 회류되면서 탱크(610)의 하부로 유동하게 된다.
상기 토출관(620)은, 탱크(610)의 중심부에 상하방향으로 배치되되, 상기 유입관(611)을 통해 탱크(610)의 내부로 유입되어 낙하하는 처리수가 유입되는 토출관(620)의 입구(621)는 탱크(610)의 바닥면에서 상측으로 근접하게 이격되는 원추부(610b)의 내측에 위치하도록 배치되고, 토출관(620)의 출구(620)의 출구(622)는 탱크(610)의 상측에 위치하도록 배치된다.
상기 회류형성가이드(630)는, 탱크(610)의 내주면과 토출관(620)의 외주면 사이의 공간에 나선방향으로 구비되어, 상기 유입관(611)을 통해 유입되는 처리수가 회류되며 낙하하도록 안내하는 기능을 한다. 상기 회류형성가이드(630)는, 그 상단이 유입관(611)의 하측에 근접하게 위치하고, 토출관(620)을 중심으로 하여 그 둘레에 2~3회 정도 감겨진 형태로 구비될 수 있다. 따라서, 유입관(611)을 통해 유입되는 처리수는 회류형성가이드(630)의 상면을 타고 회류하면서 탱크(610)의 하부로 낙하하게 되므로, 탱크(610) 내부에서의 처리수의 유동경로를 길게 형성하여 미세 기포가 처리수에 용해되어 응축될 수 있는 체류시간을 증대시킬 수 있다.
한편, 도 6과 도 7을 참조하면, 유입관(611)의 내경 크기와, 토출관(620)의 직경 및 토출관 입구(621)의 위치는, 토출관 입구(621)의 외측면과 원추부(610b)의 내측면 사이 공간의 횡단면적(S2)이 유입관(611)의 관로면적(S1) 이상이 되도록 설정된다. 이에 따라, 유입관(611)을 통해 탱크(610)의 내부로 유입된 처리수는, 토출관 입구(621)의 외측면과 원추부(610b)의 내측면 사이 공간을 통과하여 토출관(620)의 내부로 원활하게 유입될 수 있다.
도 8을 참조하면, 미세 기포 공급부(10)를 통과한 처리수는, 미세 기포 응축부(20)의 유입관(611)을 통해 탱크(610)의 내부로 유입된다.
상기 유입관(611)은 원통부(610a)의 내주면의 원주방향을 향하도록 배치되고, 유입관(611)의 하측으로 탱크(610)의 내주면과 토출관(620)의 외주면 사이에는 회류형성가이드(630)가 구비되므로, 유입관(611)을 통해 탱크(610)의 내부로 유입되는 처리수는 회류형성가이드(630)에 의해 나선방향으로 회류하면서 처리수의 자중에 의해 탱크(610)의 하부로 낙하하게 된다.
이와 같이 처리수가 회류하면서 탱크(610)의 하부로 유동하게 되므로, 탱크(610)의 내부에서 처리수가 수직으로 낙하하는 경우와 비교하여, 처리수가 유동하는 체류시간이 증대되어 미세 기포가 물 속에 용해되어 응축될 수 있는 시간을 충분히 확보할 수 있다.
또한, 처리수가 탱크(610)의 하부에 위치하는 토출관 입구(621)를 향하여 유동하는 과정에서 미세 기포 중 상대적으로 큰 크기의 미세 기포는 상기 토출관 입구(621)에 다다르기 전에 수면 위로 부양되고, 이 과정에서 부양되는 처리수는 낙하하는 처리수와의 충돌에 의해 분쇄되어 미세화된 후에 토출관(620)으로 유입된다.
또한, 탱크(610)의 하부는 원추부(610b)로 구성되고, 토출관 입구(621)는 원추부(610b)의 내측에 위치하게 되므로, 탱크(610)의 하부로 유동한 유체는 토출관 입구(621)와 원추부(620b) 사이의 공간을 지나면서 토출관 입구(621) 측으로 유로가 전환되어 토출관(620)의 내부에서 상향 이동되어 토출관 출구(622)를 통해 배출되게 된다. 이와 같이 토출관 입구(621)는 탱크(610)의 하부에 위치하고, 토출관 출구(622)는 탱크(610)의 상측에 위치하도록 구성함으로써, 탱크(610)의 내부에서 처리수가 유동하는 경로의 길이를 더욱 길게 형성할 수 있어, 처리수의 체류시간을 더욱 길게 확보할 수 있으며, 이에 따라 수중의 용존 산소량을 대폭 증대시킬 수 있다.
본 발명의 미세 기포 응축 장치는 오수 저장조, 연못, 호수, 하천 등 수처리가 요구되는 다양한 장소에 설치되어 실시될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.
10 : 미세 기포 공급부 20 : 미세 기포 응축부
100 : 유입부 110 : 몸체부
120 : 유입구 130 : 출구
140 : 유체순환배출구 200 : 미세기포 발생부
210 : 제1외측 가이드부재 213 : 기체유입공
220 : 제2외측 가이드부재 230 : 제3외측 가이드부재
233 : 유체순환유입공 240 : 제1내측 가이드부재
242 : 유체배출공 250 : 제2내측 가이드부재
252 : 와류형성돌기 253 : 유체유입공
260 : 제3내측 가이드부재 262 : 와류형성돌기
300 : 배출부 313 : 테이퍼부
400 : 기체 공급부 410 : 기체 공급관
411 : 기체 공급구 500 : 유체 순환부
510 : 유체 순환관 520 : 제1연결관
530 : 제2연결관 610 : 탱크
611 : 유입관 610a : 원통부
610b : 원추부 620 : 토출관
621 : 입구 622 : 출구
630 : 회류형성가이드

Claims (10)

  1. 유동하는 물에 기체를 분사하여 물과 기체 간의 충돌에 의해 발생하는 미세 기포를 포함하는 처리수를 공급하는 미세 기포 공급부(10); 및
    상기 미세 기포 공급부(10)로부터 공급되는 처리수 내에 포함된 미세 기포가 더욱 미세화되어 응축되도록 하는 미세 기포 응축부(20);를 포함하되,
    상기 미세 기포 응축부(20)는,
    상기 미세 기포 공급부(10)를 통과한 처리수가 유입되는 유입관(611)이 상부 일측에 연결되고, 내부에는 처리수의 유동 공간에 마련된 탱크(610);
    상기 탱크(610)의 상부를 관통하여 상기 탱크(610)의 내측에 상하방향으로 배치되되, 처리수가 유입되는 입구(621)는 상기 탱크(610)의 바닥면에서 상측으로 근접하게 이격되어 위치하고, 처리수가 배출되는 출구(622)는 상기 탱크(610)의 상측에 위치하도록 배치된 토출관(620); 및
    상기 탱크(610)의 내주면과 상기 토출관(620)의 외주면 사이의 공간에 나선 방향으로 구비되어, 상기 유입관(611)을 통해 유입되는 처리수가 회류되며 낙하하도록 안내하는 회류형성가이드(630);를 포함하는 용존 산소 응축 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 탱크(610)는, 가로방향의 너비에 비해 상하방향으로 길쭉한 형상의 원통부(610a)와, 상기 원통부(610a)의 하단에 상단이 연결되고, 상단에서 하단으로 갈수록 횡단면적이 점차 축소되는 원추 형상을 가지며, 상기 토출관(620)의 입구(621)가 내측에 위치하도록 구비되는 원추부(610b)로 구성되고,
    상기 유입관(611)은, 상기 원통부(610a)의 상부 일측을 관통하여 상기 원통부(610a)의 내주면의 원주방향을 향하도록 배치된 것을 특징으로 하는 용존 산소 응축 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유입관(611)의 내경 크기와, 상기 토출관(620)의 직경 및 토출관 입구(621)의 위치는, 상기 토출관 입구(621)의 외측면과 상기 원추부(610b)의 내측면 사이 공간의 횡단면적(S2)이 상기 유입관(611)의 관로면적(S1) 이상이 되도록 설정된 것을 특징으로 하는 용존 산소 응축 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미세 기포 공급부(10)는,
    액체가 유입되고, 액체와 기체가 혼합된 유체가 순환되어 유입되는 유입부(100);
    상기 유입부(100)를 통과하여 유동하는 유체에 기체가 분사되어 미세 기포를 발생시키는 미세 기포 발생부(200);
    상기 미세 기포 발생부(200)의 후미에 연결되어 미세 기포를 포함한 유체가 배출되는 배출부(300);
    상기 미세 기포 발생부(200)를 통과하는 유체에 기체를 공급하는 기체 공급부(400); 및
    상기 미세 기포 발생부(200)의 배출측을 통과하는 유체의 일부를 상기 유입부(100) 측으로 순환시키는 유체 순환부(500);를 포함하는 용존 산소 응축 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 미세 기포 발생부(200)는, 상기 기체 공급부(400)로부터 공급되는 기체가 유입되는 기체유입공(213)과, 상기 미세 기포 발생부(200)의 배출측을 통과하는 유체가 유입되는 유체순환유입공(233)이 형성된 외측 가이드부재(210,220,230)와, 상기 외측 가이드부재(210,220,230)의 내측에 반경방향으로 이격되어 구비되고 유체배출공(242)과 유체유입공(253)이 형성된 내측 가이드부재(240,250,260)로 이루어지고,
    후방부에 위치하는 내측 가이드부재의 내경(d3)은 상기 유입부(100)의 내경(d1)보다 크게 형성되어, 상기 후방부에 위치하는 내측 가이드부재를 통과하는 유체의 압력(P2)과, 상기 유입부(100)를 통과하는 유체의 압력(P1) 간의 압력 차이에 의해 상기 후방부에 위치하는 내측 가이드부재에 형성된 유체유입공(253)을 통하여 상기 유체 순환부(500)로 유입되는 유체는 상기 유입부(100)에 형성된 유체순환배출구(140)를 통하여 순환 공급되는 것을 특징으로 하는 용존 산소 응축 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 외측 가이드부재(210,220,230)는, 상기 유입부(100)의 후미에 연결되며 상기 기체유입공(213)이 형성된 제1외측 가이드부재(210)와, 상기 제1외측 가이드부재(210)의 후미에 연결되는 제2외측 가이드부재(220)와, 상기 제2외측 가이드부재(220)의 후미와 상기 배출부(300) 사이에 연결되고 상기 유체순환유입공(233)이 형성된 제3외측 가이드부재(230)로 이루어지고,
    상기 내측 가이드부재(240,250,260)는, 상기 유체배출공(242)이 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 제1내측 가이드부재(240)와, 상기 제1내측 가이드부재(240)의 내경(d2)보다 큰 내경(d3)을 가지며 상기 유체유입공(253)이 형성된 제2내측 가이드부재(250)와, 상기 제2내측 가이드부재(250)와 동일한 내경(d3)을 가지며 상기 제1내측 가이드부재(240) 또는 상기 제2내측 가이드부재(250)의 일측에 연결되는 제3내측 가이드부재(260)로 이루어진 것을 특징으로 하는 용존 산소 응축 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 유체 순환부(500)는, 유체 순환관(510)과, 상기 유체 순환관(510)의 일단과 상기 유체순환유입공(233)을 연결하는 제1연결관(520)과, 상기 유체 순환관(510)의 타단과 상기 유체순환배출구(140)를 연결하는 제2연결관(530)으로 구성되고,
    상기 유체 순환부(500)는 상기 유입부(100)와 미세 기포 발생부(200)의 외측 둘레에 일정 간격으로 이격되어 복수로 구비된 것을 특징으로 하는 용존 산소 응축 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 유체순환배출구(140)와, 상기 상기 제1내측 가이드부재(240)에 형성된 유체배출공(242)은, 유체의 배출방향을 따라 중심축(C)을 향하는 방향으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 용존 산소 응축 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 제2내측 가이드부재(250)와 제3내측 가이드부재(260)의 내주면 후단부에는, 중심축(C) 방향을 향하여 돌출된 다수개의 와류형성돌기(252,262)가 원주방향을 따라 소정 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 용존 산소 응축 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 내측 가이드부재(240,250,260)의 외측면과, 상기 제1외측 가이드부재(210)와 제2외측 가이드부재(220) 및 제3외측 가이드부재(230)의 내주면 사이에 마련되는 공간(S1,S2,S3)은, 서로 격리되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 용존 산소 응축 장치.
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KR102441596B1 (ko) * 2022-01-07 2022-09-07 (주)엔키이앤씨 오존 산화 수처리 시스템

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