KR20180070346A

KR20180070346A - 기체 용해 장치 및 기체 용해 모듈

Info

Publication number: KR20180070346A
Application number: KR1020160172943A
Authority: KR
Inventors: 박수용; 김병석
Original assignee: (주)바이오토피아
Priority date: 2016-12-16
Filing date: 2016-12-16
Publication date: 2018-06-26

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 일측으로 상기 기체와 상기 원수가 유입되고, 타측으로 상기 기체용해수가 배출되며, 내부는 비어 있는 중공의 바디부; 상기 바디부 내부에서 상기 바디부의 길이방향을 따라 일정 간격으로 이격 배치되며, 상기 기체용해수의 진행을 방해하여 상기 기체용해수의 압력을 높이는 복수 개의 이너 플레이트; 상기 이너 플레이트에 형성되어 압력이 상승한 상기 기체용해수를 통과시키며, 상기 기체용해수의 통과시 난류가 발생되도록 하는 난류발생수단; 및 상기 이너 플레이트의 중심부를 관통하고 상기 바디부의 길이방향을 따라 연장되며, 상기 난류발생수단을 통과한 상기 기체용해수가 내부로 유입되도록 내부는 비어 있고 상기 이너 플레이트를 지난 지점에 유입공이 형성된 연결관을 포함하는 기체 용해 모듈을 제공할 수 있다.

Description

기체 용해 장치 및 기체 용해 모듈{APPARATUS FOR DISSOLUTION OF GAS AND GAS DISSOLVING MODULE}

본 발명은 기체 용해 장치 및 기체용해모듈에 관한 것으로서, 구체적으로는 용해가 어려운 기체를 쉽고 간편하게 용해시켜 호기성 미생물의 생육을 활성화 시키고 이를 하수나 오수, 폐수, 축산폐수 처리 및 식품 반응 시설 등 다양한 분야에 적용할 수 있는 기체 용해 장치 및 그 용해 장치에 설치되는 기체 용해 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 돈, 축사, 양계장에서는 돼지, 소, 닭 등의 가축 배설물로 인해 많은 양의 축산 폐수가 발생한다. 이러한 축산 폐수는 분뇨 등의 고형물, 유기물이 다량 함유되어 있으며 대부분의 축산 농가에서는 이 축산 폐수를 처리조에 모아 폭기 처리를 한다.

폭기 처리는, 블로워(blower)로 공기를 공급하여 내부의 산소와 폐수가 반응하도록 함으로서 악취유발성분의 소모를 촉진하는 효과가 있으나 처리를 함에 있어 오랜 기간이 걸리고 악취, 거품이 발생하는 등 불편함이 있다. 따라서 최근에는 공기 대신 농축산소를 공급하는 기술이 보급되고 있다.

폭기 처리를 위해 산소 기체가 축산 폐수의 내부에 공급되면, 악취를 유발하는 혐기성 미생물의 생육은 억제되고, 호기성 미생물의 생육은 활성화되어 축산 폐수에 포함된 주요 악취 유발물질인 황화수소 등의 휘발성 황 화합물들과 암모니아 등의 휘발성 질소화합물들이 분해될 수 있다. 그 결과 축산 폐수로 인한 악취와 침전물이 감소될 수 있다.

종래에는 축산 폐수를 처리하기 위해 축산 폐수가 저장된 처리조에 산소발생기를 연결하여 산소를 축산 폐수에 직접 공급하였다. 그러나, 산소는 자연 상태에서 물에 쉽게 용해되지 않는 특성이 있기 때문에 축산 폐수의 처리에 상당한 시간이 소요될 뿐만 아니라 그에 따른 낮은 용존산소량으로 인해 폐수 처리 효율이 낮은 문제점이 있다.

참고로 산소, 질소, 수소 등과 같이 극성을 띠지 않는 기체들은 물에 잘 녹지 않는 기체(즉, 용해가 어려운 난용성 기체)들이다. 따라서, 산소와 같은 난용성 기체는 자연 상태에서는 물에 쉽게 용해되지 않기 때문에 난용성 기체의 용해도를 높이기 위한 새로운 기술이 요구된다.

한국등록특허 제10-1402610 (2014. 06. 27. 공고)

본 발명의 실시예들은, 기체와 원수가 혼합된 기체용해수 저장 공간의 내부 압력을 승압 장치를 사용하지 않고도 자체적으로 상승시킴과 동시에 기체용해수에 난류를 발생시켜 기체의 용해도를 개선함으로써 하수, 오폐수, 축산 폐수 처리시 악취 제거 효율을 높일 수 있는 기체 용해 장치 및 기체 용해 모듈을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시예들은, 기체용해수의 유속을 증가시켜 기체 용해 처리 속도를 높일 수 있는 기체 용해 장치 및 기체 용해 모듈을 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시예들은 폐수 처리 시설뿐만 아니라 발효 탱크나 식품제조 탱크와 같은 반응조에도 적용할 수 있도록 내부를 살/멸균하여 위생적으로 유지할 수 있는 기체 용해 장치를 제공하고자 한다.

또한, 본 발명의 실시예들은 장치를 간편하게 개폐할 수 있도록 하여 오물, 슬러지 누적 등의 내부 문제 발생시 쉽게 해체 또는 조립하여 문제를 해결할 수 있으며, 계절적 요인에 의한 외부 온도 상승으로 기체 용해도가 영향을 받지 않도록 하는 기체 용해 장치 및 기체 용해 모듈을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 용해에 사용될 기체를 제공하는 기체제공부; 상기 기체를 제공받아 처리할 원수와 함께 공급하는 기액공급부; 일측으로 상기 기체와 상기 원수가 유입되고, 상기 기체와 상기 원수가 혼합된 기체용해수가 내부의 자체 압력에 의해 상기 기체용해수의 용해도를 증가시키는 기체용해모듈; 상기 기액공급부와 상기 기체용해모듈의 일측을 연결하는 유입관; 상기 기체용해모듈의 타측에 연결되어 상기 기체용해수를 배출하는 배출관을 포함하고, 상기 기체용해모듈은, 상기 유입관을 통해 상기 기체와 상기 원수가 유입되고, 상기 배출관을 통해 상기 기체용해수가 배출되며, 내부는 비어 있는 중공의 바디부; 상기 바디부 내부에서 상기 바디부의 길이방향을 따라 일정 간격으로 이격 배치되며, 상기 기체용해수의 진행을 방해하여 상기 기체용해수의 압력을 높이는 복수 개의 이너 플레이트; 상기 이너 플레이트에 형성되어 압력이 상승한 상기 기체용해수를 통과시키며, 상기 기체용해수의 통과시 난류가 발생되도록 하는 난류발생수단; 상기 이너 플레이트의 중심부를 관통하고 상기 바디부의 길이방향을 따라 연장되어 상기 배출관에 연결되며, 상기 난류발생수단을 통과한 상기 기체용해수가 내부로 유입되도록 내부는 비어 있고 상기 이너 플레이트를 지난 지점에 유입공이 형성된 연결관을 포함하는 기체 용해 장치를 제공할 수 있다.

여기서, 상기 난류발생수단은, 상기 이너 플레이트를 통과하는 상기 기체용해수의 특정 영역에서의 직진 유동을 유도하며, 상기 이너 플레이트의 특정 영역에 다수 개가 집중적으로 모여 형성되는 다공유닛; 상기 이너 플레이트의 중심부로부터 기 설정된 반경을 갖도록 이격 형성되며, 상기 기체용해수가 상기 이너 플레이트를 통과할 때 유동 방향을 기 설정 각도로 전환시켜 상기 다공유닛을 통과한 기체용해수와 충돌하여 난류가 발생하도록 하는 유동각 전환부를 포함할 수 있다.

또한 상기 다공유닛과 상기 유동각 전환부는, 상기 기체용해수가 상기 바디부 내부에서 상기 이너 플레이트를 통과하는 위치가 달라지도록 상기 이너 플레이트 상에 서로 다른 위상각을 갖도록 형성될 수 있다.

또한 상기 유입공은, 상기 연결관의 원주 방향을 따라 소정 간격 이격되게 형성되는 것을 하나의 그룹으로 하여 그 그룹이 상기 연결관의 길이방향을 따라 소정 간격 이격되는 복수의 그룹으로 형성될 수 있다.

또한 상기 연결관 내부에서 상기 기체용해수의 진행 방향에 대하여 최후방에 배치된 상기 이너 플레이트의 바로 직전 부위에는 상기 연결관 내부를 흐르는 상기 기체용해수의 유속을 증가시키는 유속증가부가 설치될 수 있다.

또한 상기 유속증가부는, 상기 연결관 내부에서 상기 연결관 내경에 대응하는 크기로 형성되는 원형판; 및 상기 원형판에 상기 연결관 내경보다 작은 직경으로 상기 원형판을 관통하여 형성되는 관통공을 포함할 수 있다.

또한 상기 연결관에서 상기 최후방에 배치된 상기 이너 플레이트의 후방 지점에는 상기 유입공보다 더 큰 직경을 갖는 최종유입공이 형성될 수 있다.

또한 상기 기액공급부는 상기 원수 속에 설치되어 일측이 상기 기체제공부와 연결되어 기체를 제공받고 타측으로 상기 원수를 흡입하는 수중펌프일 수 있다.

또한 상기 유입관의 일측 및 상기 배출관의 일측 중 적어도 어느 한 곳에는 스팀 또는 살균 가스를 공급받을 수 있는 살균유입밸브가 제공되고, 상기 유입관의 타측과 상기 배출관의 타측 및 상기 기체용해모듈의 타측 중 적어도 어느 한 곳에는 공급받은 상기 스팀 또는 살균 가스를 배출하는 살균배출밸브가 제공될 수 있다.

또한 상기 기체용해모듈은, 길이방향을 따라 절개부가 형성되어 분리 가능하게 제공되고, 상기 절개부를 결속하는 잠금수단에 의해 결합되어 상기 바디부의 외부를 감싸서 커버하는 케이스를 더 포함할 수 있다.

또한 상기 케이스의 내부에는 상기 바디부를 외부를 감싸서 단열하는 단열재가 제공될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 측면에 따르면, 일측으로 용해에 사용될 기체와 처리할 원수를 제공받아 내부의 자체 압력에 의해 기체용해수의 용해도를 증가시키기 위한 장치로서, 일측으로 상기 기체와 상기 원수가 유입되고, 타측으로 상기 기체용해수가 배출되며, 내부는 비어 있는 중공의 바디부; 상기 바디부 내부에서 상기 바디부의 길이방향을 따라 일정 간격으로 이격 배치되며, 상기 기체용해수의 진행을 방해하여 상기 기체용해수의 압력을 높이는 복수 개의 이너 플레이트; 상기 이너 플레이트에 형성되어 압력이 상승한 상기 기체용해수를 통과시키며, 상기 기체용해수의 통과시 난류가 발생되도록 하는 난류발생수단; 상기 이너 플레이트의 중심부를 관통하고 상기 바디부의 길이방향을 따라 연장되며, 상기 난류발생수단을 통과한 상기 기체용해수가 내부로 유입되도록 내부는 비어 있고 상기 이너 플레이트를 지난 지점에 유입공이 형성된 연결관을 포함할 수 있다.

또한 상기 난류발생수단은, 상기 이너 플레이트를 통과하는 상기 기체용해수의 특정 영역에서의 직진 유동을 유도하며, 상기 이너 플레이트의 특정 영역에 다수 개가 집중적으로 모여 형성되는 다공유닛; 및 상기 이너 플레이트의 중심부로부터 기 설정된 반경을 갖도록 이격 형성되며, 상기 기체용해수가 상기 이너 플레이트를 통과할 때 유동 방향을 기 설정 각도로 전환시켜 상기 다공유닛을 통과한 기체용해수와 충돌하여 난류가 발생하도록 하는 유동각 전환부를 포함할 수 있다.

또한 상기 유입공은, 상기 연결관의 원주 방향을 따라 소정 간격 이격되게 형성되는 것을 하나의 그룹으로 하여 그 그룹이 상기 연결관의 길이방향을 따라 소정 간격 이격되는 복수 개의 그룹으로 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 실시예에 의하면, 기체와 원수가 혼합된 기체용해수 저장 공간의 내부 압력을 승압 장치를 사용하지 않고도 자체적으로 상승시킴과 동시에 기체용해수에 난류를 발생시켜 기체의 용해도 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들은, 기체용해수의 유속을 증가시켜 기체 용해 처리 속도를 높일 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 폐수 처리 시설뿐만 아니라 발효 탱크나 식품제조 탱크와 같은 반응조에도 적용할 수 있도록 내부를 살/멸균하여 위생적으로 유지할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 케이스를 간편하게 개폐할 수 있도록 하여 내부 문제 발생시 쉽게 해체 또는 조립하여 문제를 해결할 수 있으며, 외부 온도에 의하여 기체 용해도가 영향을 받지 않도록 함으로써 유지 보수의 편의성과 기체 용해도를 향상시킬 수 있다.

도1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 용해 장치의 구성을 나타낸 측면도,
도1b는 도1a의 "A" 부분을 자세하게 나타낸 상세도,
도2는 본 발명의 기체용해모듈의 이너 플레이트를 나타낸 정면도,
도3은 도2의 이너 플레이트를 나타낸 사시도,
도4는 본 발명의 기체용해모듈을 커버하는 케이스를 나타낸 측단면도,
도5는 도4의 케이스를 나타낸 사시도,
도6은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체용해모듈에서 기체와 원수의 유동을 나타낸 설명도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명한다.

도1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 용해 장치의 구성을 나타낸 측면도이고, 도1b는 도1a의 "A" 부분을 자세하게 나타낸 상세도이며, 도2는 본 발명의 기체용해모듈의 이너 플레이트를 나타낸 정면도이고, 도3은 도2의 이너 플레이트를 나타낸 사시도이다.

먼저 도1a 및 도1b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 기체 용해 장치는 기체제공부(10), 기액공급부(20), 기체용해모듈(100) 유입관(30) 및 배출관(40)을 포함할 수 있다.

상기 기체제공부(10)는 원수(原水)의 용존기체량을 높이기 위해 용해에 사용될 기체를 제공하는 구성이다. 여기서 원수는 단순히 물을 의미할 수도 있지만 악취 제거 및 정화가 필요한 하수, 오수, 축산 폐수 등 정화 처리를 수행하기 전의 폐수 및 미생물 배양, 발효등의 작업을 수행할 수 있는 배지 또는 배양원료를 의미하는 것으로 정의될 수도 있다.

기체제공부(10)는 예컨대 산소발생기처럼 용해에 사용될 기체를 자체적으로 생성하여 공급할 수도 있고, 산소 저장탱크처럼 상기 기체를 저장하고 있다가 필요시에 제공할 수도 있는바, 이는 실시자의 필요에 따라 적절하게 선택할 수 있다.

또한, 기체제공부(10)에서 제공하는 기체는 물에 잘 녹지 않아서 용해가 어려운 난용성 기체 즉, 산소, 질소, 수소 등의 기체가 제공될 수 있다. 그러나 상기 기체제공부(10)에서 제공되는 기체가 난용성 기체에만 국한되는 것은 아니고 물에 잘 녹는 암모니아, 염화수소, 이산화탄소 등의 기체가 제공될 수도 있다.

상기 기액공급부(20)는 기체제공부(10)로부터 기체를 제공받아 이 기체를 소정의 처리가 필요한 원수(이하, "처리 대상 원수"라 한다)와 함께 공급할 수 있는 구성이다. 여기서 처리 대상 원수는 예컨대 물 또는 미생물 배양액 또는 양식장의 물 또는 악취 제거 및 정화가 필요한 하수, 오수, 폐수, 축산 폐수 등이 될 수 있다.

기액공급부(20)는 기체와 처리 대상 원수를 일측과 타측으로 유입하여 기체와 액체가 혼합된 기액 상태의 기체용해수로 공급할 수 있는데, 이때 기체가 난용성 기체인 경우에는 기체가 원수 속에 충분히 용해되지 않아 기체용해수의 기체용존량은 크지 않을 수 있고 언제든지 기체가 기체용해수에서 분리될 수 있다.

여기서, 상기 기액공급부(20)는 원수 속에 설치되어 일측이 기체제공부(10)와 기체공급라인(11)을 통해 연결되어 기체를 제공받고 타측으로 원수를 흡입하는 수중펌프로 구현될 수 있다. 기액공급부(20)가 수중펌프로 구현되면 기체와 원수를 공급할 때 발생하는 소음이 원수에 의해 커버되어 소음 발생을 억제할 수 있다.

한편, 상기 기체용해모듈(100)은 일측으로 기체와 원수를 유입되고, 내부의 자체 유동 압력에 의해 기체용해수의 용해도를 높임으로써 원수의 기체용존량을 증가시킬 수 있는 구성이다.

기체용해모듈(100)의 일측은 유입관(30)을 매개로 기액공급부(20)와 연결되어 기액공급부(20)에서 제공하는 기체와 처리 대상 원수가 혼합된 기체용해수를 공급받을 수 있다.

또한 상기 배출관(40)은 기체용해모듈(100)의 타측에 연결되어 기체가 원수 속에 다량 용해된 기체용해수를 배출하는 구성이다.

여기서, 기체용해모듈(100)은 폐수의 악취 제거 및 정화 처리 이외에도 기타 다양한 용도로 사용될 수 있는바, 예컨대 기체용해모듈(100)이 발효탱크나 식품제조탱크와 같은 반응조에 사용되는 경우에는 위생상 정기적으로 살/멸균을 해주는 것이 바람직하기 때문에 도1a에 도시된 바와 같이 살균유입밸브(50) 및 살균배출밸브(60)가 제공될 수 있다.

살균유입밸브(50)는 고온의 스팀 또는 살균 가스를 외부로부터 공급받을 수 있는 구성으로서 상기 유입관(30)의 일측 및 배출관(40)의 일측 중 적어도 어느 한곳에 제공될 수 있다.

또한 살균배출밸브(60)는 제공받아 살/멸균 작용이 완료된 스팀 또는 살균 가스를 다시 외부로 배출하기 위한 구성으로서, 유입관(30)의 타측과 배출관(40)의 타측 및 기체용해모듈(100)의 타측 중 적어도 어느 한곳에 제공될 수 있다.

따라서, 살균유입밸브(50)는 고온의 스팀 또는 살균 가스를 공급하는 살균공급부(51)와 연결되어 스팀 또는 살균 가스를 제공받을 수 있는데, 스팀 또는 살균 가스는 상기 유입관(30), 기체용해모듈(100), 배출관(40)이 모두 비어 있는 상태에서 제공받아 내부를 살/멸균한다.

살/멸균 시 고온의 스팀 또는 살균 가스를 기체 및 원수의 진행 방향과 동일한 방향으로 공급하여 살/멸균 처리를 할 수 있는바, 이때는 상기 유입관(30)에 설치된 살균유입밸브(50)만 개방하고 배출관(40)에 설치된 살균유입밸브(50)는 폐쇄하며, 상기 살균배출밸브(60)는 상기 배출관(40)에 설치된 것만 개방하되 필요한 경우 기체용해모듈(100)에 설치된 살균배출밸브(60)도 개방할 수 있다. 이렇게 하면 유입관(30)으로 공급된 스팀 또는 살균 가스가 도면 상 좌측에서 우측으로 이동하면서 배출관(40)을 통해 외부로 배출되거나 기체용해모듈(100)에 설치된 살균배출밸브(60)도 함께 개방시 기체용해모듈(100)을 통해서도 외부로 배출될 수 있다.

또한 살/멸균시 고온의 스팀 또는 살균 가스를 기체 및 원수의 진행 방향과 역방향으로 공급하여 살/멸균 처리를 할 수도 있는데, 이때는 상기 배출관(40)에 설치된 살균유입밸브(50)만 개방하고 유입관(30)에 설치된 살균유입밸브(50)는 폐쇄하며, 살균배출밸브(60)는 유입관(30)에 설치된 것만 개방하되 필요한 경우 기체용해오듈에 설치된 살균배출밸브(60)도 함께 개방할 수 있다. 이렇게 하면 배출관(40)으로 공급된 스팀 또는 살균 가스가 도면 상 우측에서 좌측(즉, 기체와 원수의 진행방향에 대하여 역방향)으로 이동하면서 살/멸균 처리가 수행된다.

이하, 기체용해모듈(100)에 대하여 상세하게 설명한다.

기체용해모듈은 바디부(200)와, 이너 플레이트(300)와, 난류발생수단(350) 및 연결관(400)을 포함하여 이루어질 수 있다.

도1a에서 보듯이, 바디부(200)는 기체용해모듈(100)의 전체적인 외관을 형성하는 것으로서, 내부는 비어 있는 중공 구조를 이루고 있다. 바디부(200)의 일측은 유입관(30)과 연결되어 기체와 원수가 유입되고 타측은 배출관(40)과 연결되어 기체용해수가 배출된다.

도1b에 도시된 바와 같이, 배출관(40)과 연결되는 바디부(200)의 후단은 기체용해모듈(100)의 사용 중 발생할 수 있는 오물이나 슬러지의 제거 또는 내부 청소 등 전반적인 관리를 위해 바디부(200)의 내부를 열어 점검할 수 있도록 개방되는 구조로 이루어질 수 있다.

따라서, 바디부(200)의 후단에는 바디부(200) 내부를 폐쇄하다가 필요시 개방할 수 있는 커버부(210)가 고정볼트(b)를 통해 바디부(200)의 프레임(201)에 고정 결합될 수 있다. 커버부(210)와 프레임(201) 사이에는 누수 방지 및 기밀 유지를 위해 패킹부재(220)가 설치될 수 있다.

또한 상기 이너 플레이트(300)는 바디부(200)의 내부에서 바디부(200)의 길이방향을 따라 일정 간격으로 이격 배치될 수 있다. 이너 플레이트(300)는 바디부(200) 내부로 유입된 기체용해수의 진행(유동, 흐름)을 방해하여 별도의 압력상승장치를 사용하지 않고 기체용해수의 압력을 자체적으로 높일 수 있다.

이너 플레이트(300)는 바디부(200)의 내부에서 일정 간격으로 이격 배치될 수도 있지만 필요에 따라서는 일정하지 않은 간격으로 이격 배치될 수도 있는바, 이는 실시자의 필요에 따라 적절하게 변경할 수 있다.

이너 플레이트(300)는 바디부(200) 내부로 유입된 기체용해수가 운동 에너지를 가지고 정해진 진행 경로를 따라 흐를 때 이를 가로 막아 일종의 저항으로서 작용하기 때문에 기체용해수의 진행(유동)을 방해하게 되는바, 이로 인해 기체용해수가 이너 플레이트(300)에 의해 가로 막혀 압력이 상승하게 된다.

내부 압력이 높아지면 기체용해수의 용해도가 증가할 수 있는데, 이를 과학적으로 뒷받침하는 근거로 헨리의 법칙을 들 수 있다. 헨리의 법칙에 따르면, 용해도는 온도가 증가할수록 감소하고 압력이 증가할수록 증가하는 것으로 알려져 있다. 즉, 용해도는 압력에 비례하기 때문에 이너 플레이트(300)에 의해 기체용해수의 압력이 상승하게 되면 용해도 역시 증가하여 원수 속의 기체용존량이 상승할 수 있다.

한편, 상기 난류발생수단(350)은 이너 플레이트(300)에 형성되어 이너 플레이트(300) 직전에서 압력이 상승한 상태의 기체용해수를 통과시킬 수 있다. 난류발생수단(350)은 기체용해수의 통과시 난류가 발생되도록 하여 기체용해수의 용해도를 높일 수 있다.

도2 및 도3에 도시된 바와 같이, 난류발생수단(350)은 다공유닛(360)과 유동각 전환부(370)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 다공유닛(360)은 이너 플레이트(300)를 통과하는 기체용해수가 이너 플레이트(300)의 특정 영역에서 직진 유동을 하도록 유도하는 역할을 한다. 다공유닛(360)은 다수개의 미세한 홀로 이루어지며, 이너 플레이트(300)에 의해 가로 막힌 기체용해수가 다공유닛(360)을 통과하면서 바디부(200)의 길이방향과 평행한 방향을 따라 직진하도록 한다.

다공유닛(360)은 도2 및 도3에 도시된 바와 같이 이너 플레이트(300)의 특정 영역에 다수 개가 집중적으로 모여 형성될 수 있는데, 다공유닛(360)은 이너 플레이트(300) 직전의 압력을 높게 유지시킴과 동시에 이너 플레이트(300)를 통과하는 기체용해수의 유속을 증가시키는 역할을 수행할 수 있고, 이에 따라 유동에 변화를 줄 수 있다.

또한, 상기 유동각 전환부(370)는 이너 플레이트(300)의 중심부로부터 기 설정된 반경을 갖도록 이격 배치되는 구성으로서, 유동각 전환부(370)는 기체용해수가 이너 플레이트(300)를 통과할 때 유동의 방향을 기 설정 각도로 전환시켜 다공유닛(360)을 통과한 기체용해수와 충돌시켜 난류가 발생하도록 한다.

여기서, 다공유닛(360)과 유동각 전환부(370)는, 기체용해수가 바디부(200) 내부에서 이너 플레이트(300)를 통과하는 위치(위상각)가 달라지도록 복수 개의 이너 플레이트(300) 상에서 서로 다른 위상각으로 배치될 수 있다.(도6 참조)

즉, 기체용해수가 복수 개의 이너 플레이트(300)를 통과할 때마다 다공유닛(360)을 통과한 유동과 유동각 전환부(370)를 통과한 유동이 서로 충돌하여 발생하는 난류 발생 위치가 점차적으로 서로 달라지도록 하여 유동의 전체적인 난류 형성에 다양성을 제공하도록 하는 바, 이에 따라 용해도를 증가시킬 수 있다.

한편, 상기 연결관(400)은 이너 플레이트(300)의 중심부를 관통하는 구성으로서 내부는 비어 있는 중공의 구조를 가질 수 있다. 연결관(400)은 바디부(200)의 길이방향을 따라 연장되어 배출관에 연결될 수 있다. 또한 연결관(400)은 난류발생수단(350)을 통과하여 연결관(400) 밖에 머무는 기체용해수가 연결관(400) 내부로 유입될 수 있도록 유입공(410)이 형성될 수 있다. 여기서 상기 유입공(410)은 이너 플레이트(300)를 지난 지점에 형성되어 난류발생수단(350)을 통해 이너 플레이트(300)를 통과한 기체용해수가 유입되도록 한다.

구체적으로 도3에 도시된 바와 같이, 상기 유입공(410)은 복수개가 형성될 수 있는데 연결관(400)의 원주방향을 따라 소정 간격 이격되게 형성될 수 있다. 이와 같이 연결관(400)의 특정 지점에서 원주방향을 따라 이격 형성되는 복수 개의 유입공(410)을 하나의 그룹(I)으로 가정하면, 그 그룹이 다시 연결관(400)의 길이방향을 따라 소정 간격 이격되도록 상기 유입공(410)은 복수 개의 그룹(II, III, IV)을 갖도록 제공될 수 있다.

따라서, 이너 플레이트(300)를 통과한 기체용해수 중 일부는 난류발생수단(350)을 통해 다음 이너 플레이트(300)를 통과하지만, 나머지 일부는 유입공(410)을 통해 연결관(400) 내부로 들어와 연결관(400)을 따라 흐르게 된다.

한편, 도6에 도시된 바와 같이 연결관(400) 내부에서 기체용해수의 진행 방향에 대하여 최후방에 배치된 이너 플레이트(300)의 바로 직전 부위에는 연결관(400) 내부를 흐르는 기체용해수의 유속을 증가시키는 유속증가부(420)가 설치될 수 있다.

연결관(400)은 중간 중간에 유입공(410)을 통해 기체용해수가 유입되더라도 긴 파이프 형태로 이루어져 있기 때문에 연결관(400)의 후방으로 갈수록 유속이 감소될 수 있다. 유속의 감소는 기체 용해 장치의 처리 효율을 감소시킬 수 있는바, 상기 유속증가부(420)는 연결관(400) 내부를 흐르는 기체용해수의 유속을 증가시킬 수 있다.

구체적으로, 유속증가부(420)는 원형판(421)과 관통공(422)을 포함하여 이루어질 수 있다.

원형판(421)은 연결관(400) 내부에 설치되는 구성으로서, 연결관(400)의 내경에 대응하는 크기로 형성되어 연결관(400) 내부를 흐르는 기체용해수를 차단하여 막는 역할을 수행할 수 있다.

또한, 상기 관통공(422)은 원형판(421)에 형성되는 작은 구멍으로서 연결판 내경보다 작은 직경으로 형성되어 원형판(421)을 관통할 수 있다.

즉, 유속증가부(420)는 연결관(400) 내경보다 작은 단면적을 갖는 관통공(422)을 구비하여 연결관(400) 내부를 흐르는 기체용해수의 속도를 순간적으로 높여 유속을 증가시킬 수 있고, 이에 따라 장치의 전체적인 처리 속도를 높일 수 있다.

또한, 연결관(400)에서 최후방에 배치된 이너 플레이트(300)의 후방 지점에는 상기 유입공(410)보다 더 큰 직경을 갖는 최종유입공(430)이 형성될 수 있다. 최종유입공(430)은 최후방에 배치된 이너 플레이트(300)를 통과한 기체용해수가 전량 연결관(400) 내부로 유입될 수 있도록 하는 것으로서, 기체용해수가 신속하게 연결관(400) 내부로 유입되도록 유입공(410)보다 큰 크기로 형성된다.

도6을 참조하면, 바디부(200)의 일측을 통해 바디부(200) 내부로 들어온 기체용해수는 첫 번째 이너 플레이트(300)에 의해 유동이 차단되면서 높은 압력을 생성하게 된다. 이때, 기체용해수의 일부는 다공유닛(360)과 유동각 전환부(370)를 통해 이너 플레이트(300)를 통과하면서 다음 영역에서 난류를 발생시키고, 또 일부는 첫 번째 이너 플레이트(300)와 충돌하면서 와류가 형성되어 기체용해수에 포함된 기체와 원수가 더욱 효과적으로 혼합될 수 있다.

첫 번째 이너 플레이트(300) 직전에 있는 기체용해수는 연결관(400)의 선단이 막혀 있어서 연결관(400) 내부로 들어갈 수 없기 때문에 전량 난류발생수단(350)을 통과하게 되고, 첫 번째 이너 플레이트(300)를 통과한 후에는 난류 발생과 함께 두 번째 이너 플레이트(300)에 의해 압력 상승이 이루어져 용해도가 증가될 수 있다.

또한, 두 번째 이너 플레이트(300) 직전에 있는 기체용해수의 일부는 연결관(400)에 형성된 유입공(410)을 통해 연결관(400) 내부로 유입되고 나머지 기체용해수는 두 번째 이너 플레이트(300)를 통과하게 된다. 계속해서 동일한 과정을 반복하면서 기체용해수의 용해도는 증가하게 되고, 최종 이너 플레이트(300)를 통과한 기체용해수는 최종유입공(430)을 통해 전량 연결관(400) 내부로 유입된 후 배출관을 통해 배출될 수 있다. 이때 연결관(400)의 내부 후단에 설치된 유속증가부(420)에 의해 연결관(400) 내부를 흐르는 기체용해수의 유속이 증가될 수 있다.

이와 같이 본 실시예는 이너 플레이트(300)에 의해 기체용해수의 압력이 상승하여 기체의 용해도를 높일 수 있으며, 이너 플레이트(300)를 통과한 후에는 난류발생수단(350)에 의해 난류가 생성되어 기체의 용해도를 배가시킬 수 있다. 알려진 바에 의하면, 기체의 용해도는 압력에도 비례하지만 난류의 크기에도 비례하는바, 일반적으로 용해도를 높이기 위해서 용매와 용질을 젓가락으로 저어주면 난류가 형성되어 용질을 용매에 쉽게 용해시킬 수 있다. 본 실시예는 이너 플레이트(300)에 제공되는 난류발생수단(350)에 의해 이와 같은 난류 발생을 촉진할 수 있다.

이하, 도4 및 도5를 참조하여 설명한다.

도4는 본 발명의 기체용해모듈을 커버하는 케이스를 나타낸 측단면도이고, 도5는 도4의 케이스를 나타낸 사시도이다.

도4 및 도5에 도시된 바와 같이, 기체용해모듈(100)은 바디부(200)의 외부를 감싸서 커버하는 케이스(500)를 더 포함할 수 있다.

케이스(500)는 길이방향을 따라 절개부(510)가 형성되어 분리 가능하게 제공될 수 있으며, 그 절개부(510)를 결속하는 잠금수단(520)에 의해 결합됨으로써 바디부(200)의 외부를 감쌀 수 있다.

따라서, 본 실시예에 따른 기체용해모듈(100)을 사용하는 중에 발생할 수 있는 오물이나 슬러지의 제거 또는 내부의 청소가 필요한 경우에는, 케이스(500)의 잠금수단(520)을 해체하여 케이스(500)가 절개부(510)를 기준으로 서로 분리되면서 바디부(200)가 외부로 노출될 수 있도록 하고, 바디부(200)가 노출되면 앞에서 설명한 도1b와 같이 고정볼트(b)를 해체하여 바디부(200)를 커버하는 커버부(210)를 분해하여 바디부(200) 내부에 있는 오물이나 슬러지를 제거하거나 바디부(200) 내부를 정비할 수 있다.

또한 케이스(500)의 내부에는 바디부(200)의 외부를 감싸서 단열하는 단열재(530)가 제공될 수 있다. 상기 단열재(530)는 바디부(200)가 외부 온도의 영향을 받아 바디부(200) 내부에 있는 기체와 원수의 온도가 상승하는 것을 방지하기 위한 것으로, 기체와 원수의 온도가 상승하게 되면 기체의 용해도가 낮아지므로 상기 단열재(530)는 외부 온도에 의해 기체의 용해도가 영향받는 것을 미연에 방지할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 기체 용해 장치를 사용하여 축산폐수(양돈분뇨)를 처리한 결과, 아래와 같은 [표 1]의 실험 결과를 얻을 수 있었다.

구분	대조구	본 발명
물(21℃)	7.03ppm	43.47ppm
양돈분뇨(고형분 4.45%, 28℃)	0ppm	7.76ppm

[표 1]은 95%의 산소를 발생시키는 산소발생기와 3HP의 수중펌프를 이용하여 1시간 동안 물과 양돈분뇨 중의 용존산소량을 측정한 결과값이다. 여기서, 대조구는 본 발명에 따른 장치를 사용하지 않은 상태의 용존산소량인바, 본 발명에 따른 장치를 사용한 경우 대조구와 확연한 차이를 보이는 것을 알 수 있다.

또한, 아래 [표 2]는 어류에 피해를 주는 비브리오 세균에 대한 영향을 평가하기 위해 본 발명의 장치를 사용하지 않은 대조구와, 본 발명의 장치를 사용한 경우를 나누어 비브리오 세균의 생존율을 시험 평가한 실험결과이다.

대조구	본 발명
8.0 x 10⁹cfu/ml	2.2 x 10⁷cfu/ml

[표 2]의 결과는 비브리오 세균으로 비브리오 나트리에진스(Vibrio natriegens KCTC 12726)를 사용하였으며, 배양배지는 TCBS배지(Yeast Extract 5.0g, Proteose Peptone No.3 10.0g, Sodium Citrate 10.0g, Sodium Thiosulfate 10.0g, Oxgall 8.0g, Saccharose 20.0g,Sodium Chloride 10.0g, Ferric Ammonium Citrate 10.0g)를 사용하여 28℃에서 3일간 배양하였는바, 대조구에 비해 본 발명에 따른 장치를 사용한 경우 비브리오 세균의 생존율이 현저하게 저하되는 것을 알 수 있다.

또한, 아래 [표 3]은 본 발명의 장치를 사용하여 95% 산소발생기로부터 분당 6.5리터의 산소를 양돈 분뇨와 혼합한 다음 각종 악취를 측정한 실험결과이다.

악취종류	복합악취	황화수소	톨루엔	메틸부틸케톤	암모니아	총탄화수소
대조구	2435	3,800ppb	21.7ppb	2.2ppb	6.6ppm	22.0ppm
본 발명	72	329ppb	8.0ppb	0.2ppb	2.5ppm	3.5ppm

[표 3]의 악취 측정은 공인기관 측정방법을 사용하였으며 실온에서 측정하였다. 측정 결과, 본 발명의 장치를 사용한 경우 대조구에 비해 양돈분뇨의 악취 성분이 크게 감소된 것을 알 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 설명된 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위 내에서 얼마든지 구성요소의 치환과 변경이 가능한 바, 이 또한 본 발명의 권리에 속하게 된다.

10 : 기체제공부 20 : 기액공급부
30 : 유입관 40 : 배출관
50 : 살균유입밸브 60 : 살균배출밸브
100 : 기체용해모듈 200 : 바디부
201 : 바디부의 프레임 210 : 커버부
220 : 패킹부재 b : 고정볼트
300 : 이너 플레이트 350 : 난류발생수단
360 : 다공유닛 370 : 유동각 전환부
400 : 연결관 410 : 유입공
420 : 유속증가부 430 : 최종유입공
500 : 케이스 510 : 절개부
520 : 잠금수단 530 : 단열재

Claims

용해에 사용될 기체를 제공하는 기체제공부;
상기 기체를 제공받아 처리할 원수와 함께 공급하는 기액공급부;
일측으로 상기 기체와 상기 원수가 유입되고, 상기 기체와 상기 원수가 혼합된 기체용해수가 내부의 자체 압력에 의해 상기 기체용해수의 용해도를 증가시키는 기체용해모듈;
상기 기액공급부와 상기 기체용해모듈의 일측을 연결하는 유입관; 및
상기 기체용해모듈의 타측에 연결되어 상기 기체용해수를 배출하는 배출관을 포함하고,
상기 기체용해모듈은,
상기 유입관을 통해 상기 기체와 상기 원수가 유입되고, 상기 배출관을 통해 상기 기체용해수가 배출되며, 내부는 비어 있는 중공의 바디부;
상기 바디부 내부에서 상기 바디부의 길이방향을 따라 일정 간격으로 이격 배치되며, 상기 기체용해수의 진행을 방해하여 상기 기체용해수의 압력을 높이는 복수 개의 이너 플레이트;
상기 이너 플레이트에 형성되어 압력이 상승한 상기 기체용해수를 통과시키며, 상기 기체용해수의 통과시 난류가 발생되도록 하는 난류발생수단; 및
상기 이너 플레이트의 중심부를 관통하고 상기 바디부의 길이방향을 따라 연장되어 상기 배출관에 연결되며, 상기 난류발생수단을 통과한 상기 기체용해수가 내부로 유입되도록 내부는 비어 있고 상기 이너 플레이트를 지난 지점에 유입공이 형성된 연결관을 포함하는 기체 용해 장치.
제1항에 있어서,
상기 난류발생수단은,
상기 이너 플레이트를 통과하는 상기 기체용해수의 특정 영역에서의 직진 유동을 유도하며, 상기 이너 플레이트의 특정 영역에 다수 개가 집중적으로 모여 형성되는 다공유닛;
상기 이너 플레이트의 중심부로부터 기 설정된 반경을 갖도록 이격 형성되며, 상기 기체용해수가 상기 이너 플레이트를 통과할 때 유동 방향을 기 설정 각도로 전환시켜 상기 다공유닛을 통과한 기체용해수와 충돌하여 난류가 발생하도록 하는 유동각 전환부를 포함하는, 기체 용해 장치.
제2항에 있어서,
상기 다공유닛과 상기 유동각 전환부는, 상기 기체용해수가 상기 바디부 내부에서 상기 이너 플레이트를 통과하는 위치가 달라지도록 상기 이너 플레이트 상에 서로 다른 위상각을 갖도록 형성되는, 기체 용해 장치.
제1항에 있어서,
상기 유입공은, 상기 연결관의 원주 방향을 따라 소정 간격 이격되게 형성되는 것을 하나의 그룹으로 하여 그 그룹이 상기 연결관의 길이방향을 따라 소정 간격 이격되는 복수의 그룹으로 형성되는, 기체 용해 장치.
제4항에 있어서,
상기 연결관 내부에서 상기 기체용해수의 진행 방향에 대하여 최후방에 배치된 상기 이너 플레이트의 바로 직전 부위에는 상기 연결관 내부를 흐르는 상기 기체용해수의 유속을 증가시키는 유속증가부가 설치되는, 기체 용해 장치.
제5항에 있어서,
상기 유속증가부는,
상기 연결관 내부에서 상기 연결관 내경에 대응하는 크기로 형성되는 원형판; 및
상기 원형판에 상기 연결관 내경보다 작은 직경으로 상기 원형판을 관통하여 형성되는 관통공을 포함하는, 기체 용해 장치.
제5항에 있어서,
상기 연결관에서 상기 최후방에 배치된 상기 이너 플레이트의 후방 지점에는 상기 유입공보다 더 큰 직경을 갖는 최종유입공이 형성되는, 기체 용해 장치.
제1항에 있어서,
상기 기액공급부는 상기 원수 속에 설치되어 일측이 상기 기체제공부와 연결되어 기체를 제공받고 타측으로 상기 원수를 흡입하는 수중펌프인, 기체 용해 장치.
제1항에 있어서,
상기 유입관의 일측 및 상기 배출관의 일측 중 적어도 어느 한 곳에는 스팀 또는 살균 가스를 공급받을 수 있는 살균유입밸브가 제공되고,
상기 유입관의 타측과 상기 배출관의 타측 및 상기 기체용해모듈의 타측 중 적어도 어느 한 곳에는 공급받은 상기 스팀 또는 살균 가스를 배출하는 살균배출밸브가 제공되는, 기체 용해 장치.
제1항에 있어서,
상기 기체용해모듈은,
길이방향을 따라 절개부가 형성되어 분리 가능하게 제공되고, 상기 절개부를 결속하는 잠금수단에 의해 결합되어 상기 바디부의 외부를 감싸서 커버하는 케이스를 더 포함하는, 기체 용해 장치.
제10항에 있어서,
상기 케이스의 내부에는 상기 바디부를 외부를 감싸서 단열하는 단열재가 제공되는, 기체 용해 장치.
일측으로 용해에 사용될 기체와 처리할 원수를 제공받아 내부의 자체 압력에 의해 기체용해수의 용해도를 증가시키기 위한 장치로서,
일측으로 상기 기체와 상기 원수가 유입되고, 타측으로 상기 기체용해수가 배출되며, 내부는 비어 있는 중공의 바디부;
상기 바디부 내부에서 상기 바디부의 길이방향을 따라 일정 간격으로 이격 배치되며, 상기 기체용해수의 진행을 방해하여 상기 기체용해수의 압력을 높이는 복수 개의 이너 플레이트;
상기 이너 플레이트에 형성되어 압력이 상승한 상기 기체용해수를 통과시키며, 상기 기체용해수의 통과시 난류가 발생되도록 하는 난류발생수단; 및
상기 이너 플레이트의 중심부를 관통하고 상기 바디부의 길이방향을 따라 연장되며, 상기 난류발생수단을 통과한 상기 기체용해수가 내부로 유입되도록 내부는 비어 있고 상기 이너 플레이트를 지난 지점에 유입공이 형성된 연결관을 포함하는 기체 용해 모듈.
제12항에 있어서,
상기 난류발생수단은,
상기 이너 플레이트를 통과하는 상기 기체용해수의 특정 영역에서의 직진 유동을 유도하며, 상기 이너 플레이트의 특정 영역에 다수 개가 집중적으로 모여 형성되는 다공유닛; 및
상기 이너 플레이트의 중심부로부터 기 설정된 반경을 갖도록 이격 형성되며, 상기 기체용해수가 상기 이너 플레이트를 통과할 때 유동 방향을 기 설정 각도로 전환시켜 상기 다공유닛을 통과한 기체용해수와 충돌하여 난류가 발생하도록 하는 유동각 전환부를 포함하는, 기체 용해 모듈.
제13항에 있어서,
상기 다공유닛과 상기 유동각 전환부는, 상기 기체용해수가 상기 바디부 내부에서 상기 이너 플레이트를 통과하는 위치가 달라지도록 상기 이너 플레이트 상에 서로 다른 위상각을 갖도록 형성되는, 기체 용해 모듈.
제12항에 있어서,
상기 유입공은, 상기 연결관의 원주 방향을 따라 소정 간격 이격되게 형성되는 것을 하나의 그룹으로 하여 그 그룹이 상기 연결관의 길이방향을 따라 소정 간격 이격되는 복수 개의 그룹으로 형성되는, 기체 용해 모듈.
제15항에 있어서,
상기 연결관 내부에서 상기 기체용해수의 진행 방향에 대하여 최후방에 배치된 상기 이너 플레이트의 바로 직전 부위에는 상기 연결관 내부를 흐르는 상기 기체용해수의 유속을 증가시키는 유속증가부가 설치되는, 기체 용해 모듈.
제16항에 있어서,
상기 유속증가부는,
상기 연결관 내부에서 상기 연결관 내경에 대응하는 크기로 형성되는 원형판; 및
상기 원형판에 상기 연결관 내경보다 작은 직경으로 상기 원형판을 관통하여 형성되는 관통공을 포함하는, 기체 용해 모듈.
제16항에 있어서,
상기 연결관에서 상기 최후방에 배치된 상기 이너 플레이트의 후방 지점에는 상기 유입공보다 더 큰 직경을 갖는 최종유입공이 형성되는, 기체 용해 모듈.