KR20160006583A - Water treatment facility using cavitation effect - Google Patents

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KR20160006583A
KR20160006583A KR1020150049016A KR20150049016A KR20160006583A KR 20160006583 A KR20160006583 A KR 20160006583A KR 1020150049016 A KR1020150049016 A KR 1020150049016A KR 20150049016 A KR20150049016 A KR 20150049016A KR 20160006583 A KR20160006583 A KR 20160006583A
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이재기
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Abstract

The present invention relates to a water treatment apparatus using cavitations and, more specifically, to a water treatment apparatus using cavitations wherein, in order to generate mechanical and hydrodynamic cavitations, thousands of cavitations are generated in a short time by using an impeller rotating at a high speed, and microbubbles generated herein and the activation energy are used to carry out water treatment. The present invention provides a water treatment apparatus using cavitations, comprising: a case type cavitation chamber having a hollow portion; an impeller rotating inside the cavitation chamber and having protrusions or grooves formed on a surface thereof; an impeller rotation unit for rotating the impeller; a block unit coupled within the cavitation chamber to surround the impeller and having a cylindrical-shaped cavity and several grooves formed in an inner wall of the cavity; an inflow pipe for supplying raw water to be treated into the cavitations; and a discharge pipe for discharging the fluid, which flows into the cavitation chamber, out of the cavitation chamber while maintaining the microbubbles generated in the cavitation chamber by the cavitations generated by the rotation of the impeller.

Description

캐비테이션을 이용한 수처리 장치{Water treatment facility using cavitation effect}[0001] Water treatment facility using cavitation effect [

본 발명은 기계적인 수리동력학적 원리를 이용하여 캐비테이션을 발생시키는 캐비테이션을 이용한 수처리 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 캐비테이션을 발생시키기 위하여 고속으로 회전하는 임펠러를 이용하여 짧은 시간에 수천 회 이상의 캐비테이션을 발생시키며, 이때 발생하는 미세기포와 활성화 에너지를 이용하여 수처리를 하는 캐비테이션을 이용한 수처리 장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a water treatment apparatus using cavitation that generates cavitation by using a mechanical hydraulic dynamical principle, and more particularly, to a water treatment apparatus that performs cavitation more than several thousand times in a short time by using a high- And a water treatment apparatus using cavitation in which water treatment is performed by using the generated micro-vapors and activation energies.

캐비테이션이란 액체의 미소한 일부의 주위가 액체로 둘러싸인 상태에서 기화하는 현상으로서 공동화, 공동현상이라고도 한다. 개체와 액체의 상대속도가 매우 큰 경우에 고체 표면의 일부에서 액체의 정압이 액체의 증기압보다 작아질 때 일어난다. 펌프의 임펠러나 선박의 스크루 등에서 발생한다. (출처: 네이버 화학용어 사전; http://terms.naver.com/entry.nhn?cid=2904&docId=1596481&mobile&categ oryId=2904)Cavitation is also referred to as cavitation and cavitation as a phenomenon in which a small portion of a liquid surrounds a liquid and is vaporized. Occurs when the static pressure of the liquid at a portion of the solid surface is less than the vapor pressure of the liquid when the relative velocity of the object and the liquid is very large. It occurs in impeller of pump and screw of ship. (Source: Neighbor chemistry terminology dictionary; http://terms.naver.com/entry.nhn?cid=2904&docId=1596481&mobile&categ oryId = 2904)

캐비테이션으로 발생하는 기포는 붕괴하면서 선박의 프로펠러나 펌프의 임펠러 등에 심각한 손상을 준다. 캐비테이션에 의해 발생하는 기포가 붕괴할 때 발생하는 온도는 수천도 이상이며, 압력 또한 수백 기압 이상인 것으로 알려져 있다. 이러한 고밀도의 에너지는 충격파의 형태로 주변에 전달되며, 기포가 파괴될 때 물 분자는 열분해에 의해 OH radical과 H radical로 분해되는데, 이중 OH radical은 강력한 산화력을 가진 물질로 알려져 있다. 캐비테이션에 의해 발생하는 물 분자의 열분해과정에서 난분해성물질의 분자 결합이 깨져 분해되거나 OH radical에 의해 산화될 수 있으므로 캐비테이션은 물속의 난분해성 물질을 분해하는 수단이 될 수 있다.The bubbles generated by cavitation collapse, causing serious damage to the propeller of the ship or the impeller of the pump. The temperature at which bubbles generated by cavitation collapse is more than a few thousand degrees, and the pressure is also known to be more than a few hundred atmospheres. These high-density energy is transferred to the surroundings in the form of shock waves. When bubbles are destroyed, water molecules are decomposed into OH radicals and H radicals by thermal decomposition. OH radicals are known to have strong oxidizing power. Cavitation can be a means of decomposing degradable materials in water because the molecular bond of the degradable material can be cracked and oxidized by OH radicals in the pyrolysis process of water molecules caused by cavitation.

한편, 수처리란 처리 전의 원수(原水)를 그 목적에 맞게 처리하는 것을 말하는데 좁은 의미로는 하수처리나 상수처리 등 물을 정화하는 것을 의미하기도 하지만 본 발명에서 수처리는 전술한 좁은 의미의 수처리도 포함하지만 물의 온도를 높이기 위한 가온 등 물에 하는 모든 조작을 포함하는 넓은 의미로 사용된다. 좁은 의미의 수처리의 예로서, 캐비테이션 의해 발생하는 미세 기포를 이용하여 슬러지를 가용화시켜 하수처리장 및 폐수처리장에서 발생하는 슬러지의 양을 원천적으로 감소시키는 처리, 혐기성 소화조 전단에서 슬러지를 가용화시켜 메탄가스발생량을 극대화시키는 처리, 강력한 국부적인 고압, 고온 효과 및 강력한 산화제인 OH radical을 이용하여 냉각탑의 레지오넬라균 등을 사멸시키는 처리, 폐수 중의 색도 물질 및 TCE 등 생물학적으로 처리가 곤란한 난분해성 물질을 화학적인 처리방법이 아닌 친환경적인 처리방법으로 분해하는 처리 등을 들 수 있다.
On the other hand, the term "water treatment" refers to treatment of raw water before treatment according to its purpose. In short, it means purification of water such as sewage treatment or water treatment. However, water treatment in the present invention also includes water treatment in the narrow sense However, it is used in a broad sense including all operations on water, such as heating to raise the temperature of water. As an example of water treatment in a narrow sense, there is a treatment for solubilizing sludge using micro-bubbles generated by cavitation to originally reduce the amount of sludge generated in a sewage treatment plant and a wastewater treatment plant, solubilizing sludge in an anaerobic digestion tank, , Treatment of the Legionella of the cooling tower by using strong local high pressure and high temperature effect and OH radical which is a strong oxidizing agent, chemical treatment of the biodegradable materials such as chromatic substances and TCE in the wastewater, And a process of decomposing by an environmentally friendly treatment method instead of a method.

본 발명이 해결하고자 하는 캐비테이션을 이용하여 여러 가지 용도로 사용될 수 있으며, 상대적으로 작은 크기의 장치를 이용하면서도 발생할 수 있는 캐비테이션의 발생횟수를 극대화하여 효과적으로 수처리를 할 수 있는 캐비테이션을 이용한 수처리 장치를 제공하는 것이다.
The present invention provides a water treatment apparatus using cavitation that can be used for various purposes by using cavitation to be solved by the present invention and can maximize the number of times of occurrence of cavitation that may occur even when a relatively small size apparatus is used, .

전술한 과제의 해결수단으로서 본 발명은,As a means for solving the above-mentioned problems,

캐비테이션을 이용한 수처리 장치에 있어서,In the water treatment apparatus using cavitation,

중공부를 가지는 케이스 형태의 캐비테이션 챔버;A cavitation chamber in the form of a case having a hollow portion;

상기 캐비테이션 챔버 내부에서 회전하며 표면에 돌기 또는 홈이 형성되는 임펠러;An impeller which rotates inside the cavitation chamber and has protrusions or grooves on its surface;

상기 임펠러를 회전시키기 위한 임펠러 회전수단;An impeller rotating means for rotating the impeller;

상기 캐비테이션 챔버의 내부에 상기 임펠러를 감싸는 형태로 결합하고 원기둥 형상의 공동부를 가지며 그 공동부의 내벽에는 여러 개의 홈이 형성된 블럭수단;A plurality of grooves formed in an inner wall of the cavity portion, the cavity means being coupled to the cavitation chamber so as to surround the impeller;

상기 캐비테이션의 내부로 처리 원수를 공급하기 위한 유입배관; 및An inlet pipe for supplying the raw water to the inside of the cavitation; And

상기 임펠러의 회전에 의해 발생하는 캐비테이션에 의해 상기 캐비테이션 챔버 내에 발생하는 미세 기포를 유지한 상태로 상기 캐비테이션 챔버에 유입된 유체를 상기 캐비테이션 챔버의 외부로 배출하기 위한 배출배관; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 캐비테이션을 이용한 수처리 장치를 제공한다.
A discharge pipe for discharging the fluid introduced into the cavitation chamber to the outside of the cavitation chamber while maintaining fine bubbles generated in the cavitation chamber by cavitation generated by rotation of the impeller; The present invention provides a water treatment apparatus using cavitation.

상기 블럭수단은 와이어 메쉬일 수 있고, 블럭수단의 홈은 원기둥 형상으로 할 수도 있다.The block means may be a wire mesh, and the groove of the block means may have a cylindrical shape.

상기 블럭수단은 상기 캐비테이션 챔버에 분리가능하게 결합하는 것이 바람직하다.The block means is preferably detachably coupled to the cavitation chamber.

캐비테이션 챔버에는 그 내부로 공기를 주입하거나 그 내부의 공기를 배출하기 위한 것으로서 개폐할 수 있는 공기 주입관이 마련되는 것이 좋다.The cavitation chamber may be provided with an air inlet pipe for injecting air into the cavity or discharging air therein.

상기 임펠러의 돌기 또는 홈은 교체가능한 것이 바람직하다.
The protrusions or grooves of the impeller are preferably replaceable.

본 발명에 의하면 수리동역학적 원리에 의한 캐비테이션을 발생시킴에 있어서 캐비테이션이 발생하는 것을 극대화함으로써 캐비테이션에 의해 발생하는 미세기포 및 수온 상승/분극화 현상을 최대화하여 작은 크기의 장치로도 최대의 효과를 기대할 수 있는 캐비테이션을 이용한 수처리 장치를 제공할 수 있다.
According to the present invention, by maximizing the occurrence of cavitation in generating cavitation by the hydrodynamic principle, it is possible to maximize the phenomenon of minute bubbles and water temperature rise / polarization caused by cavitation, It is possible to provide a water treatment apparatus using cavitation.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 캐비테이션을 이용한 수처리 장치를 설명하기 위한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 사용되는 임펠러의 측면도.
도 3은 도 2에 도시된 임펠러의 단면도.
도 4는 도 1에 도시된 블럭수단의 측면도.
도 5는 도 4에 도시된 블럭수단의 단면도.
도 6은 임펠러의 다른 실시예의 측면도.
도 7은 도 6에 도시된 임펠러의 단면도.
1 is a view for explaining a water treatment apparatus using cavitation according to one embodiment of the present invention.
2 is a side view of the impeller used in the embodiment shown in Fig.
3 is a sectional view of the impeller shown in Fig.
4 is a side view of the block means shown in Fig.
5 is a cross-sectional view of the block means shown in Fig.
6 is a side view of another embodiment of an impeller;
7 is a cross-sectional view of the impeller shown in Fig.

이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명의 하나의 실시예에 따른 캐비테이션을 이용한 수처리 장치에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하기로 한다.
Hereinafter, a water treatment apparatus using cavitation according to one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, and specific details for carrying out the present invention will be provided.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 캐비테이션을 이용한 수처리 장치를 설명하기 위한 도면, 도 2는 도 1에 도시된 실시예에 사용되는 임펠러의 측면도, 도 3은 도 2에 도시된 임펠러의 단면도, 도 4는 도 1에 도시된 블럭수단의 측면도, 도 5는 도 4에 도시된 블럭수단의 단면도, 도 6은 임펠러의 다른 실시예의 측면도, 도 7은 도 6에 도시된 임펠러의 단면도이다.
1 is a side view of an impeller used in the embodiment shown in Fig. 1, Fig. 3 is a cross-sectional view of the impeller shown in Fig. 2, and Fig. Fig. 4 is a side view of the block means shown in Fig. 1, Fig. 5 is a sectional view of the block means shown in Fig. 4, Fig. 6 is a side view of another embodiment of the impeller, and Fig. 7 is a sectional view of the impeller shown in Fig. .

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 실시예에 따른 캐비테이션을 이용한 수처리 장치는 캐비테이션 챔버(10), 임펠러(20), 임펠러 회전수단(30), 블럭수단(40), 유입배관(50) 및 배출배관(60)으로 구성된다.1 and 2, the water treatment apparatus using cavitation according to the present embodiment includes a cavitation chamber 10, an impeller 20, an impeller rotating means 30, a block means 40, an inflow pipe 50, And a discharge pipe (60).

상기 캐비테이션 챔버(10)는 중공형의 구조를 가지며, 임펠러(20)와 블럭수단(40)과 수처리 대상 유체를 수용하기 위한 공간을 가지는 구성이다. The cavitation chamber 10 has a hollow structure and has a space for accommodating the impeller 20, the block means 40 and the fluid to be water-treated.

상기 캐비테이션 챔버(10)에는 공기 주입관(11)이 마련된다. 상기 공기 주입관(11)은 상기 캐비테이션 챔버(10)의 내부로 공기를 주입하거나, 캐비테이션 챔버(10)의 내부에서 공기를 외부로 배출하기 위한 것으로서 개폐가 가능하다.The cavitation chamber 10 is provided with an air injection pipe 11. The air injection pipe 11 is used to inject air into the cavitation chamber 10 or to discharge air from the cavitation chamber 10 to the outside.

상기 캐비테이션 챔버(10) 내에서 캐비테이션에 의해 발생하는 미세기포 외에 더 많은 기포를 발생시키고자 할 때에는 공기 주입관(11)을 통해 공기를 캐비테이션 챔버(10)로 주입하게 되고, 반응이 완료된 후에 캐비테이션 챔버(10) 내부의 잔류공기를 배출할 때에는 공기 주입관(11)을 통해 배출하게 된다.In order to generate more bubbles in the cavitation chamber 10 besides the microbubbles generated by the cavitation, air is injected into the cavitation chamber 10 through the air injection pipe 11, and after the reaction is completed, cavitation When the residual air inside the chamber 10 is discharged, the air is discharged through the air injection pipe 11.

상기 임펠러(20)는 상기 임펠러 회전수단(30)에 의해 상기 캐비테이션 챔버(10) 내에서 회전하면서 캐비테이션 현상을 발생하게 하는 구성으로서 표면에 돌기 또는 홈이 형성되는데, 도 2에 도시된 임펠러(20)에는 홈(21)이 도 6에 도시된 임펠러(20')에는 돌기(21')가 형성되어 있다.The impeller 20 is configured to generate a cavitation phenomenon while rotating in the cavitation chamber 10 by the impeller rotating means 30. The impeller 20 has protrusions or grooves formed on its surface, The protrusion 21 'is formed in the impeller 20' shown in FIG. 6 in the groove 21.

도 2 및 도 3에 도시된 첫 번째 실시예에 해당하는 임펠러(20)는 제1본체(23)와 제2본체(24)로 구성되며 제1본체(23)와 제2본체(24)는 핀(22)에 결합한다. 홈(21)은 제1본체(23)와 제2본체(24)에 걸쳐 마련된다.The impeller 20 according to the first embodiment shown in FIGS. 2 and 3 is composed of a first body 23 and a second body 24, and the first body 23 and the second body 24 To the pin (22). The groove 21 is provided over the first body 23 and the second body 24.

상기 임펠러(20)가 제1본체(23)와 제2본체(24)로 구성되는 것은 임펠러(20)를 사용함에 따라 제1본체(23)에 형성된 홈 부위에 마모가 발생하게 되는데 마모가 발생하는 경우 캐비테이션 발생 효율이 떨어질 수 있으므로 홈을 교체하기 위함이다.Since the impeller 20 is composed of the first body 23 and the second body 24, wear is generated in the groove formed in the first body 23 due to the use of the impeller 20, It is necessary to replace the grooves because cavitation generation efficiency may decrease.

도 6 및 도 7에 도시된 임펠러(20')는 본 발명에 적용가능한 두 번째 형태로서, 본체(22')와 돌기(21')를 포함하여 구성되며, 돌기(21')는 본체(22')로부터 분리가능하게 마련되어 마모 발생시 교체가 가능하도록 구성된다.The impeller 20 'shown in FIGS. 6 and 7 is a second form applicable to the present invention and includes a body 22' and a projection 21 ', and the projection 21' 'So as to be replaceable when wear occurs.

상기 임펠러 회전수단(30)은 모터(31), 베어링(32) 및 커플러(33)로 구성된다. 상기 모터(31)의 회전력이 커플러(33)에 의해 임펠러(20 또는 20'를 지칭하며 이하 편의상 20으로만 표기함)로 전달되며 베어링(32)에 의해 임펠러(20)의 회전축이 지지가 된다. 상기 모터(31)는 1000 내지 5000rpm으로 회전한다.The impeller rotating means 30 is composed of a motor 31, a bearing 32 and a coupler 33. The rotational force of the motor 31 is transmitted to the impeller 20 or 20 'by the coupler 33 and is conveyed to 20 only for the sake of convenience, and the rotational axis of the impeller 20 is supported by the bearing 32 . The motor 31 rotates at 1000 to 5000 rpm.

상기 임펠러(20)는 지름의 크기에 따라 1000~5000rpm으로 고속 회전하며 임펠러(20)가 회전할 때 홈(21)의 내부(또는 도 6에 도시된 임펠러(20')의 경우 돌기(21')의 표면)에는 부압이 발생한다. 부압이 포화수증기압 이하로 떨어지면 수중에 녹아있는 용존공기가 분리되거나 임펠러와 유체(본 명세서에서 유체는 물을 포함하는 개념이다) 사이에 증기가 발생하여 미세한 기포를 형성하게 된다.The impeller 20 rotates at a high speed of 1000 to 5000 rpm according to the diameter of the impeller 20 and the impeller 20 ' ), A negative pressure is generated. When the negative pressure falls below the saturation water vapor pressure, the dissolved air dissolved in the water is separated or steam is generated between the impeller and the fluid (in this specification, the fluid includes the concept of water) to form fine bubbles.

본 발명은 단위시간당 많은 수의 캐비테이션이 발생하는데 그 특징 및 장점이 있다. 예를 들어 임펠러(20)의 표면에 10열의 홈(21)이 형성되고 각각의 열에는 10개의 홈(21)이 마련된 상태에서 모터(31)의 회전수가 3600rpm이라면 초당 6000회의 캐비테이션이 발생하게 된다.The present invention has many characteristics and advantages in that a large number of cavitation occur per unit time. For example, when 10 rows of grooves 21 are formed on the surface of the impeller 20 and ten grooves 21 are provided in each row, if the number of revolutions of the motor 31 is 3600 rpm, cavitation occurs 6000 times per second .

상기 블럭수단(40)은 상기 캐비테이션 챔버(10)의 내부에 상기 임펠러(20)를 감싸는 형태로 결합하는 구성이다. 이때 블럭수단(40)은 캐비테이션 챔버(10)로부터 분리가능하게 마련된다. The block means 40 is configured to enclose the impeller 20 inside the cavitation chamber 10. At this time, the block means 40 is detachably provided from the cavitation chamber 10.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이 상기 블럭수단(40)은 원기둥 형상의 공동부(42)를 포함하여 그 공동부(42)에 상기 임펠러(20)를 수용하며 상기 공동부의 내벽에는 여러 개의 홈(41)이 마련되어 있다. 상기 홈(41)의 형상은 도시된 바와 같이 원기둥 형상이 바람직한데 이는 성형 상의 편리함 때문이다.4 and 5, the block means 40 includes a cylindrical cavity 42 to receive the impeller 20 in its cavity 42, and a plurality of And a groove 41 is provided. The shape of the groove 41 is preferably a cylindrical shape as shown in FIG.

한편, 상기 홈(41) 역시 일정기간 사용시 마모가 발생할 수 있으므로 블럭수단(40)을 캐비테이션 챔버(10)로부터 분리가능하게 마련하여 필요한 경우 교체할 수 있도록 구성된다.Meanwhile, since the grooves 41 may also wear during use for a certain period of time, the block means 40 may be detachable from the cavitation chamber 10 and may be replaced if necessary.

한편, 상기 블럭수단(40)으로는 와이어 메쉬(미도시)가 사용될 수도 있으며, 이 경우 파손을 방지하기 위하여 적절한 두께를 가진 와이어 메쉬를 사용하도록 한다.As the block means 40, a wire mesh (not shown) may be used. In this case, a wire mesh having a proper thickness is used in order to prevent breakage.

상기 유입배관(50)은 상기 캐비테이션 챔버(10)로 처리수를 유입시키기 위한 배관이다.The inflow pipe (50) is a pipe for introducing the treated water into the cavitation chamber (10).

상기 배출배관(60)은 상기 임펠러의 회전에 의해 발생하는 캐비테이션에 의해 상기 캐비테이션 챔버 내에 발생하는 미세 기포를 유지한 상태로 상기 캐비테이션 챔버에 유입된 유체(처리수)를 상기 캐비테이션 챔버의 외부로 배출하는 배관이다.
The discharge pipe 60 discharges the fluid (treated water) flowing into the cavitation chamber to the outside of the cavitation chamber in a state of holding fine bubbles generated in the cavitation chamber by cavitation generated by rotation of the impeller .

이하에서는 전술한 구성을 가진 수처리 장치에 의해 유체가 처리되는 메커니즘에 대하여 설명함으로써 각 구성의 기능, 작용 및 효과의 설명에 갈음하기로 한다Hereinafter, a description will be given of a mechanism in which a fluid is treated by a water treatment apparatus having the above-described configuration, thereby replacing the description of functions, actions, and effects of each configuration

유입배관(50)에 의해 처리수가 캐비테이션 챔버(10)의 내부로 유입되면 임펠러 회전수단(30)에 의해 임펠러(20)를 회전시키게 된다.When the treated water flows into the cavitation chamber 10 by the inflow pipe 50, the impeller 20 is rotated by the impeller rotating means 30.

캐비테이션을 일으키기 위해서는 물속에 부압이 발생해야 한다. 부압이 발생하여야 물속에 녹아있는 공기가 미세한 기포로 전환되거나 물이 증발하여 기포로 전환되기 때문이다. 이때 부압이 발생하려면 물속에서 이동하는 장치와 물의 상대속도가 어느 정도 이상이 되는 것을 요구되는데 이는 다음의 베르누이방정식으로 표현될 수 있다.In order to cause cavitation, negative pressure must be generated in the water. When negative pressure is generated, the air dissolved in the water is converted into fine bubbles or water is evaporated and converted into bubbles. At this time, in order to generate the negative pressure, it is required that the relative speed of the moving device and water in the water is at least somewhat, which can be expressed by the following Bernoulli equation.

Figure pat00001
Figure pat00001

Figure pat00002
Figure pat00002

그런데 본 발명에서와 같이 홈(21)이나 돌기(21')가 있는 임펠러(20)를 회전시키는 경우 임펠러(20)가 회전할 때 관성과 마찰력에 의하여 처리수도 함께 회전하게 된다. 이처럼 처리수가 임펠러(20)와 함께 회전하게 되면 임펠러(20)와 처리수 사이의 상대속도가 캐비테이션을 일으키기에 부족할 수 있다. 따라서 캐비테이션이 발생하기에 적절한 상대속도를 확보하기 위해서는 임펠러(20)를 매우 빠르게 회전시켜야 하는데 임펠러(20)의 회전속도가 증가하게 되는 경우 그만큼 관성도 커져서 처리수 역시 빨리 회전하게 되고 이로 인하여 적절한 상대속도 확보가 되지 않을 수도 있고 캐비테이션이 발생할 정도의 상대속도가 확보된다고 하더라도 상대적으로 낮은 상대속도로 인하여 캐비테이션 발생 효율이 떨어지는 악순환이 발생할 가능성이 있다. 그런데 본 발명에서는 블럭수단(40)에 의해 이러한 문제점을 해결한다. 전술한 바와 같이 임펠러(20)가 회전할 때 관성과 마찰력에 의하여 처리수가 함께 회전하게 되는데, 처리수가 블럭수단(40)에 마련되는 홈(41)과 마찰을 일으키기도 하고 홈(41)의 내부에서 이동하면서 난류가 발생하고 이때 발생하는 난류에 의해 임펠러(20)가 회전함에 따라 관성에 의해 함께 움직이는 처리수의 속도를 변화시키게 되어 캐비테이션의 발생에 필요한 상대속도 확보를 용이하게 하는 것이다.However, when the impeller 20 having the groove 21 or the protrusion 21 'is rotated as in the present invention, when the impeller 20 rotates, the process water is rotated together with the inertia and the frictional force. If the number of treatments is rotated together with the impeller 20, the relative speed between the impeller 20 and the treated water may be insufficient to cause cavitation. Therefore, in order to ensure a proper relative speed to generate cavitation, the impeller 20 must be rotated very quickly. When the rotational speed of the impeller 20 is increased, the inertia is increased and the treated water is also rotated quickly, There is a possibility that a vicious cycle in which the efficiency of cavitation is lowered due to a relatively low relative speed may occur even if the speed can not be ensured or the relative speed at which cavitation occurs is secured. However, in the present invention, this problem is solved by the block means (40). As described above, when the impeller 20 rotates, the process water is rotated together with the inertia and the frictional force. In this case, the process water may cause friction with the groove 41 provided in the block means 40, The turbulence is generated while the impeller 20 rotates due to the turbulence generated at this time, thereby changing the speed of the process water moving together by inertia, thereby facilitating the securing of the relative speed necessary for generation of cavitation.

이처럼 블럭수단(40)은 임펠러(20)의 회전에 의해 캐비테이션이 발생하는데 매우 필수적인 구성이다.
In this way, the block means 40 is a very essential structure for generating cavitation by rotation of the impeller 20. [

캐비테이션에 의해 발생한 기포는 매우 짧은 시간 안에 붕괴 되는데, 붕괴 되는 시간은 이론적으로 0.05~0.1초 정도로 알려져 있으나, 실제로는 압력의 변화가 적을 경우 붕괴 되기까지 걸리는 시간이 길어진다. 한편, 단일 기포의 붕괴보다는 클러스터 형태로 붕괴 될 때 더욱 높은 압력과 온도가 발생하는 것으로 알려져 있는데 이는 상대적으로 외부에 있는 기포가 붕괴 될 때 그 압력이 내부에 있는 기포 쪽으로 전달되어 내부 쪽에 있는 기포가 더욱 맹렬히 붕괴 되기 때문이다.Bubbles generated by cavitation collapse within a very short time, and the time to collapse is theoretically known to be about 0.05 to 0.1 second, but in practice, the time it takes to collapse is long if the change in pressure is small. On the other hand, it is known that higher pressure and temperature occur when collapsing into a cluster form rather than a single bubble collapse because when the bubble collapses relatively, the pressure is transferred to the bubble inside, It collapses even more violently.

기포의 붕괴에 의해 발생하는 수백 기압 이상의 압력과 국부적으로 발생하는 수천도의 온도는 물 분자를 열분해 시켜 OH·(radical)과 H·(radical)로 이온화시키는데 그 반응식은 다음과 같다.The pressure above a few hundred atmospheric pressures caused by the collapse of bubbles and the temperature of thousands of locally generated water decompose water molecules into OH · (radical) and H · (radical) ions.

H2O → H·+ OH·H 2 O → H · + OH ·

OH· + OH·→ H2O2 OH + OH - > H 2 O 2

O2 → 2O·O 2 ? 2O

O·+ H2O → OH·+ OH·O + H 2 O - OH - + OH -

H·+ O2 → HO2·
H + O 2 - > HO 2 -

*HO2·+ HO2·→ H2O2 + O2 * HO 2 + HO 2 - > H 2 O 2 + O 2

물의 열분해에 의해 발생하는 OH radical은 오존 (O3)에 비해 더 강력한 산화력을 가진 중간생성물로 1) 살균, 소독 작용 2) 활성화작용 3) 난분해성 유기물질의 산화분해 4) 탈색, 탈취, 탈미 작용 5) 발암성 물질(THM)의 생성 억제 기능이 있어 AOP (Advanced Oxydation Process)에 활용될 수 있다. OH radical generated by pyrolysis of water is an intermediate product having stronger oxidation power than ozone (O 3 ) 1) sterilization, disinfection 2) activation 3) oxidative decomposition of degradable organic material 4) decolorization, Action 5) It has the function of inhibiting the formation of carcinogenic substances (THM) and can be used in AOP (Advanced Oxydation Process).

한편, 캐비테이션 챔버(10)의 내부는 부압영역과 양압영역으로 나눌 수 있는데 부압영역에서 생성된 미세기포는 양압영역으로 이동하면 빠르게 파괴가 일어나며 충격파를 발생시켜 보다 효율적인 수처리가 이루어질 수도 있다.
On the other hand, the inside of the cavitation chamber 10 can be divided into a negative pressure region and a positive pressure region. When the micro bubbles generated in the negative pressure region move to the positive pressure region, the cavitation chamber 10 rapidly breaks and shock waves are generated.

캐비테이션 효과에 의한 수처리가 완료된 처리수는 배출배관(60)을 통하여 캐비테이션 챔버(10)의 외부로 배출된다.The treated water that has undergone the water treatment by the cavitation effect is discharged to the outside of the cavitation chamber 10 through the discharge pipe 60.

캐비테이션에 의하여 수처리를 하는 장치는 간단한 물리처리적 장치로서 경제적이면서도 2차적인 환경문제를 일으키지 않는 효과를 기대할 수 있다. 예를 들어, 슬러지를 가용화시키는 장치로 사용된다는 가정할 때 알칼리 오존처리에 비해 훨씬 저렴하게 처리가 가능하고, 고온 가수분해 시설에서 발생하는 시설물의 고온부식이나 악취문제, 열교환기의 파울링 등의 문제가 전혀 없다.The apparatus for water treatment by cavitation can be expected to be economical as a simple physical treatment device and not to cause a secondary environmental problem. For example, if it is used as a device for solubilizing sludge, it can be processed at a much lower cost than alkali ozone treatment. Also, it can solve the problem of high temperature corrosion or odor of a facility generated in a high temperature hydrolysis facility, There is no problem at all.

한편, 본 발명은 수리동력학적 원리에 의하여 캐비테이션을 발생시키는 장치로서, 초음파에 의해 캐비테이션을 발생시키는 장치에 비하여 훨씬 간단한 구성으로 제작이 가능하며 운전 비용 측면에서도 훨씬 경제적이다. Meanwhile, the present invention is an apparatus for generating cavitation by a hydraulic dynamical principle, which can be manufactured in a much simpler configuration than a device for generating cavitation by ultrasonic waves, and is much more economical in terms of operation cost.

그런데 종래의 수리동력학적 원리에 의한 캐비테이션 장치는 대부분 벤츄리 타입의 캐비테이션 장치이다. 벤츄리타입의 캐비테이션 장치는 고압의 펌프로 물을 가압하거나 여러 개의 벤츄리를 연결하여 캐비테이션 현상을 일으키는 방법을 사용해왔다. 그런데 고압펌프 사용에 따른 운영비의 증가, 고압펌프를 사용하지 않을 경우 캐비테이션 현상이 미약하여 벤츄리를 수십 회나 수백 회 통과시켜야 한다는 번거로움이 발생함에도 캐비테이션 효과는 미약한 편이라는 문제점이 있었다. 그런데 본 발명의 경우 벤츄리를 사용하지 않고, 돌기 또는 홈이 형성된 임펠러와 임펠러를 감싸며 홈이 형성된 블럭수단을 활용하여 캐비테이션을 발생시키게 되며, 종래의 수리동력학적 캐비테이션 장치에 비하여 훨씬 저렴한 비용으로 효과적인 장치를 제공할 수 있는 장점이 있다.
However, the cavitation apparatus based on the conventional hydraulic dynamics principle is mostly a venturi type cavitation apparatus. Venturi type cavitation devices have been used to pressurize water with a high pressure pump or to connect multiple venturi to cause cavitation phenomenon. However, when the high pressure pump is not used, the cavitation phenomenon is weak and the venturi is required to pass several tens of times or hundreds of times. However, there is a problem that the cavitation effect is weak. However, in the case of the present invention, cavitation is generated by using a block means having grooves surrounding the impeller and the impeller formed with protrusions or grooves, without using a venturi, and it is possible to provide an effective device Can be provided.

이상에서는 캐비테이션 챔버(10)에 공기 주입관(11)이 포함된 실시예에 대하여 설명하였으나, 공기 주입관(11)이 없는 경우에도 본 발명이 목적하는 효과를 달성할 수 있으며 그러한 실시 역시 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것으로 보아야 한다.Although the air injection pipe 11 is included in the cavitation chamber 10 in the above description, the present invention can achieve the desired effect even when the air injection pipe 11 is not provided. As well as to the extent that it is possible.

이상에서는 블럭수단의 홈이 원기둥 형상인 실시예에 대하여 설명하였으나 이는 하나의 실시예에 불과하고 그 원기둥 형상이 아닌 경우에도 본 발명이 목적하는 효과를 달성할 수 있으며, 홈의 형상 변경은 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것으로 보아야 한다.Although the embodiment of the present invention has been described with reference to the case where the groove of the block means is a cylindrical shape, this is only one embodiment, and the intended effect of the present invention can be achieved even when the shape of the block means is not the cylindrical shape. As well as to the extent that it is possible.

이상에서는 블럭수단이 분리가능한 실시예에 대하여 설명하였으나, 이는 마모 후 교체시의 편의를 위한 것으로서 이러한 구성이 제외되는 경우에도 본 발명이 목적하는 효과를 달성할 수 있으며 그러한 실시 역시 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것으로 보아야 한다.Although the embodiment of the present invention has been described above with reference to the embodiment in which the block means is detachable, it is for convenience of replacement after wear and tear, and the present invention can achieve the intended effect even when such a configuration is omitted. As well.

이상에서는 임펠러의 홈이나 돌기가 분리가능한 실시예에 대하여 설명하였으나 이는 홈이나 돌기의 마모시 일부 구성만을 교체하도록 함으로써 교체 상의 편의를 위한 것이며, 홈이나 돌기가 분리할 수 없는 실시예 역시 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 것으로 보아야 한다.In the above description, the grooves or protrusions of the impeller can be separated. However, the present invention is not limited to the case where the grooves or protrusions can not be separated. It should be considered to be included in technical thought.

이상에서 본 발명의 바람직한 하나의 실시예에 대하여 설명함으로써 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 제공하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상에 어긋나지 아니하는 범위 안에서 다양한 형태의 캐비테이션을 이용한 수처리 장치로 구체화될 수 있다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. And can be embodied as a water treatment apparatus using various types of cavitation within a range.

10 : 캐비테이션 수단 20 : 임펠러
30 : 임펠러 회전수단 40 : 블럭수단
50 : 유입배관 60 : 배출배관
10: cavitation means 20: impeller
30: Impeller rotating means 40: Block means
50: inlet pipe 60: exhaust pipe

Claims (5)

캐비테이션을 이용한 수처리 장치에 있어서,
중공형의 캐비테이션 챔버;
상기 캐비테이션 챔버 내부에서 회전하며 본체와 그 본체에 분리가능하게 결합하는 돌기를 포함하는 임펠러;
상기 임펠러를 회전시키기 위한 임펠러 회전수단;
상기 캐비테이션 챔버의 내부에 상기 임펠러를 감싸는 형태로 회전이 불가능하도록 결합하고 원기둥 형상의 공동부를 가지며 그 공동부의 내벽에는 여러 개의 홈이 형성된 블럭수단;
상기 캐비테이션 챔버의 내부로 처리 원수를 공급하기 위한 유입배관; 및,
상기 임펠러의 회전에 의해 발생하는 캐비테이션에 의해 상기 캐비테이션 챔버 내에 발생하는 미세 기포를 유지한 상태로 상기 캐비테이션 챔버에 유입된 유체를 상기 캐비테이션 챔버의 외부로 배출하기 위한 배출배관;을 포함하며,
상기 유입배관을 통해 상기 캐비테이션 챔버로 유입된 처리 원수는 상기 임펠러와 블럭수단 사이를 통과하여 상기 배출배관을 통하여 캐비테이션 챔버의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 캐비테이션을 이용한 수처리 장치.
In the water treatment apparatus using cavitation,
A hollow cavitation chamber;
An impeller rotating within the cavitation chamber and including a body and a protrusion detachably coupled to the body;
An impeller rotating means for rotating the impeller;
A plurality of grooves formed in an inner wall of the cavity, the cavity having a cylindrical shape, the cavity being rotatably coupled to the cavitation chamber so as to surround the impeller;
An inlet pipe for supplying the raw water to the inside of the cavitation chamber; And
And a discharge pipe for discharging the fluid introduced into the cavitation chamber to the outside of the cavitation chamber while maintaining minute bubbles generated in the cavitation chamber by cavitation generated by rotation of the impeller,
Wherein the raw water flowing into the cavitation chamber through the inflow pipe passes between the impeller and the block means and is discharged to the outside of the cavitation chamber through the discharge pipe.
제1항에 있어서,
상기 블럭수단은 와이어 메쉬인 것을 특징으로 하는 캐비테이션을 이용한 수처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the block means is a wire mesh.
제1항에 있어서,
상기 블럭수단의 홈은 원기둥 형상인 것을 특징으로 하는 캐비테이션을 이용한 수처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the groove of the block means has a cylindrical shape.
제1항에 있어서,
상기 블럭수단은 상기 캐비테이션 챔버에 분리가능하게 결합하는 것을 특징으로 하는 캐비테이션을 이용한 수처리 장치.
The method according to claim 1,
Wherein the block means is removably coupled to the cavitation chamber.
제1항에 있어서,
캐비테이션 챔버에는 그 내부로 공기를 주입하거나 그 내부의 공기를 배출하기 위한 것으로서 개폐할 수 있는 공기 주입관이 마련되는 것을 특징으로 하는 캐비테이션을 이용한 수처리 장치.

The method according to claim 1,
Wherein the cavitation chamber is provided with an air inlet pipe for injecting air into the cavity and discharging air therein.

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