KR20190040314A - 반응실에서 유체 소용돌이를 에너지 최적화되게 생성하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 상태의 매체 또는 기체 상태의 매체 또는 그 둘이 혼합된 것의 플로우 다이나믹 처리를 위한 반응기 설비로 이루어지는 장치에 관한 것이다. 본 발명의 상황에서, 플로우 다이나믹 처리란 적어도 하나의 유체 소용돌이의 이버전 및 내부 세포 압력(팽압)을 가지고 유체 매체에 용해된 유기 성분들이 터져서 열리는 것과 함께 적어도 하나의 회전하는 유체 소용돌이의 에너지 최적화된 생성을 의미한다. 안내된 유체 소용돌이는 본 발명에 따른 반응기 설비에서 처리되고 세정되며 소독된다. 본 발명은 또한 본 발명에 따른 반응기 설비에서 유체 매체의 플로우 다이나믹 처리를 위한 방법에 관한 것이다.

Description

반응실에서 유체 소용돌이를 에너지 최적화되게 생성하기 위한 장치

본 발명의 주제는 유체 매체를 받기 위한 유체 역학적(flow dynamic) 반응기 설비(reactor facility)의 형태를 갖는 장치이다. 본 발명의 주제는 반응실에서 적어도 하나의 안내된(guided) 유체 소용돌이를 에너지 최적화되게 생성하는 것과 유체 역학적으로 처리하는 것이다.

유체 소용돌이(fluid eddy)는 유체 매체를 반응실에서 회전하게 하고, 그것을 방향 바꾸기(diversion)를 통한 지향성 변경(directional change)에 의해 배출구 파이프(outlet pipe)에서 받음으로써 생성된다. 배출구 파이프는 벤츄리 효과(venturi effect)를 만들어낼 수 있다. 유체 매체의 안내된 체적 흐름은, 아무리 늦어도 그것이 반응기 설비를 빠져나갈 때 유체 소용돌이를 형성한다.

기존 장치들과 반응 용기(container)들, 및 유체 매체의 유체 역학적 처리를 위한 방법들은 예컨대 AT272278, DE19525920A1, DE10114936 또는 EP1294474B2로부터 알려져 있다.

AT272278과 DE10114936A1에서는, 유체 매체가 반응실에 전달되고 그것의 기하학적 형태에 의해 회전된다. 과정중에, 회전하는 유체 매체의 속력은 초기에는 감소하는데, 이것은 반응실의 기하학적 모양 때문이다. 그 다음, 그 결과 그러한 속력은 반응실의 아래 끝(lower end)에서 플로어(floor) 구역 쪽으로 다시 증가한다. 반응실의 플로어 구역으로 회전 방식으로 움직이는 그러한 유체 매체는 그러한 반응실의 아래 끝에서 인도되고, 이전 흐름 방향과는 반대로, 세로축으로 인도되며, 위쪽으로 나아간다. 그 다음, 그것은 배출구 파이프에서 잡히고, 회전하여 속이 빈 소용돌이를 형성하면서 반응실을 떠난다. 반응실의 플로어 구역에서는, 세로축을 따라서 또는 그것의 바로 이웃한 부근에서 개구(opening)들이 존재한다. 그 결과, 중심부에서 부압(negative pressure)을 발생시키는, 속이 빈 소용돌이 싱크(sink)를 통해, 추가적인 유체 매체가 흡출(aspirate)될 수 있다.

DE19525920A1에서는, AT272278의 장치가 확장된 것(expansion)이 설명된다. 그것에서는, 깨끗해질 유체 매체가 서로 통해 있는 유입구 관(inlet tube)들을 통해 올라가고 떨어지는 방식으로 번갈아가며 흐른다. 그 후, 반응실로부터의 배출구의 아래쪽으로(downstream), 흐르는 유체 매체가 침전을 위하거나 두꺼워진 폐기물을 수집하기 위한 관 미로(tube labyrinth) 내로 인도된다.

이들 장치의 단점들은, 복잡한 구현예, 의도된 기술적 사용을 위한 다루기 어려운 점, 반응기 설비의 성분들 또는 부품들의 융통성과 조정 능력의 결여, 그리고 그로 인해 생기는 결과들의 빈약한 반복 가능성(replicability)이다.

EP1294474B2에서는, 반응기 설비의 반응실이 심장 모양 또는 서양배 모양의 단면을 가지게 구성된다. 반응실의 세로축을 따라서 조정 가능하고 플로어 구역 내로 연장되는 배출구 파이프는 벤츄리 효과를 획득하기 위한 노즐(nozzle)로서 마우스(mouth) 가까이의 구역에서 구현된다.

유체 매체는 반응실에 접하게 위치한 적어도 하나의 전달 개구를 통해 반응실에 추가되고, 움직여지며, 가속되고 회전 운동하게 되는데, 이는 배출구 파이프 주변의 아래쪽으로의 흐름 방향에서의 유체 소용돌이 때문이다. 아래 하우징 구역에서 체적 흐름의 방향을 전환하고, 그것의 절대적인 회전 방향을 세로축 쪽으로 순환적으로 유지시키는 유체 통로(passage)의 결과로서, 서로 맞닿아 마찰하는 회전하는 체적 흐름들의 구역이 각각 높은 속력으로 생성된다. 획득한 상대적 속력과 현저한 마찰의 결과는 기계적인 분쇄(comminution)와 비말동반되거나 용해된 물질들의 파괴이다.

여기서의 전달 개구는 마우스(mouth) 가까이의 배출구 파이프의 구역에서의 노즐의 가장 작은 단면(cross section)보다 크고, 그 결과 동압력이 생성된다. 그러므로 소용돌이의 중심부(core)에서의 진공 상태(vacuum)를 발생시키는, 유체 소용돌이 형성과 마찬가지로, 병진 방향에서의 추가 진공 효과는 벤츄리 효과에 기인한다. 이러한 벤츄리 효과는 결국 베르누이 방정식(Bernoulli equation) p _ges . = p ₀ +

에 기초하고, 이 경우 p₀는 정지(static) 압력이며, 이는 흐름에서 모든 사이드(side)들 상에 존재하는 것이고,

는 동적(dynamic) 압력이며, 이는 흐름 속력(c)을 갖는 에너지의 운동(kinetic) 성분과 같고, pgh는 측지선(geodetic) 압력 성분을 나타낸다. 흐름 속력(c)은 결국 배출구 파이프의 외벽 쪽으로의 반응실의 최외각 포인트로부터 세로 섹션에서 연장하는 반경(r)과 그러한 반경(r)을 가지는 각속도(ω)와의 곱(product)으로부터 생긴다(c=ω·r). 아래 각속도(ω)는 유체 매체의 회전 속력과 또한 같다.

또한, 높은 원심력과 마찰력 때문에, 유체 매체의 구조는 액체 유체 매체의 경우에, 표면 장력과 점성도의 변화가 계속해서 일어나도록 변한다. 이러한 상태에서, 유체 매체는 배출구 파이프의 유입구 개구 내로 회전하면서 들어간다. 그 결과, 소용돌이 중심에서 고속으로 소용돌이 흐름이 발전하는데, 이는 가운데에서 진공을 발생시키는 플로우 다이나믹(flow dynamic)의 법칙들 때문이다. 배출구 파이프의 마우스 가까이의 하부 구역에 존재하는, 벤츄리 효과를 획득하기 위한 노즐은 동등한 흐름 속도가 주어지면 이러한 진공 영역이 겹쳐지고 따라서 추가적인 진공이 발생함으로써 증강된다. 그로 인해 생기는 부압은 베르누이의 방정식에 따라 절대적으로 10mbar 미만까지 이를 수 있다. 연관된 소용돌이 형성과 함께 압력과 부압에 의해, 유체 매체에서의 매우 높은 기계적인 힘들이 작용된다. 그것들은 약간의 표면 장력의 정도까지 유체 매체의 구조에 있어서의 변경을 야기한다.

박테리아와 미생물들과 같이, 유체 매체에 담겨 운반되는 유기 성분들은 기계적으로 뿜어 나오는데, 이는 노즐의 부압 범위에서의 그것들 자체의 내부 세포 압력(팽압) 때문이다. 이상 가스들의 열적 상태 방정식인 p·V = m·R·T에 기초하여, 화학 반응에 대해 바뀐 압력 영역을 통해 유기 잔유물이 운반된다. 부압 범위에서, 필수적인 반응 엔탈피에 따라서 비말 동반된 긴장 상태(entrained strain)들이 운반될 수 있다. 그 결과는 산소와 같은 산화 수단을 가지고 또는 주위 공기로부터 흡출된 산소에 의해 유체 매체가 산화되는 것이다. 이는 또한 다른 산화 가능한 물질들을 가지고 시스템에서 에너지 입력의 함수(function)로서 일어나지만, 이상 가스들의 열적 상태 방정식에 따라 물리적으로 한계(limit)가 설정된다.

EP1294474B2 및 DE19525920A1에서는, 전달 개구로부터 배출구 파이프의 마우스 가까이에서 유체 통로로 그리고 마지막으로 하부 구역으로의 흐름 방향에서 반응실의 테이퍼링(tapering)에 의한 가속을 회전하는 유체 매체가 겪도록 반응실이 기하학적으로 구현된다.

이들 발명들의 단점은 유체 매체를 회전시키는데 요구된 많은 양의 에너지이고, 이는 반응실의 형태 및 구현과 관계가 있다. 이것과 연관된 것은 부압을 발생시키기 위한 빈약한 상업적 가치와, 놀랄 정도로 양호한 작동 모드에도 불구하고 예를 들면 이스트들이나 균류들의 경우에서처럼, 무엇이 화합물이나 유기 스트레인들 자체의 내부 세포 압력(팽압) 없이 화합물이나 유기 스트레인들의 반응에 대한 제한된 엔탈피 입력이다.

이러한 방법에서, 그리고 연관된 설비 구현예에서 유체 매치의 회전을 만들어내기 위해서는 상당한 양의 흐름 에너지가 필요하다는 것이 EP1294474B2에 묘사되고 있는데, 이는 반응실에서의 유체 마찰 때문에 일어나는 원치 않는 소용돌이로부터 손실들이 일어나기 때문이다.

흐름 에너지의 손실들은 20% 넘게 이를 수 있다. 예컨대 설비 구현예에 따라서 전체 반응기 설비에서 이용 가능한 입력측(input-side) 펌프 압력이 6바인 경우에는, 2 내지 3바가 배출구 측(outlet side)에서 이용 가능하다. 더구나 누군가가 벤츄리 효과를 획득하기 위한 노즐에서의 부압을 발생시키는데 적어도 1바가 필요하고, 유체 마찰 때문에 표면들 상에서 압력이 또한 필요하다면, 유체 마찰로부터의 압력 손실들은 적어도 20 내지 30%의 범위 내에 있다. 더구나, 원치 않는 소용돌이들의 결과로서, 반응실에서는 보다 큰 공동화(major cavitation) 구역들이 발생한다. 이러한 소용돌이들은 기계적으로 가장 약한 부재로서 반응실 또는 노즐의 구역들의 파괴뿐만 아니라 반응실의 벽들의 원치 않는 마멸(abrasion)을 초래할 수 있다.

본 발명은 유리한 장치와 이러한 장치를 작동하기 위한 유리한 방법을 제한하는 것을 목적으로 하고, 이러한 장치 및 방법은 반응실에서 특히 기하학적으로 그리고 순환적으로 대칭인 설계에 의해, 배출구 파이프의 유입구 개구까지 반응실의 면과 흐름의 면에서 최적화된, 반응실에서의 흐름 에너지의 손실을 감소시킨다. 더구나, 본 발명의 장치에 의해, 동일한 에너지 소비로 반응실에서의 유체 매체의 더 큰 가속이 획득되어진다. 게다가, 반응실에서의 유체 마찰에 의해 발생된 원치 않는 소용돌이들의 형성이 감소되어진다.

소용돌이 형성들에 기초한 반응실에서의 압력 상태들이 변하는 결과로서, 제안된 방법에 의해 고장 추구(breakdown sought)와, 유체 매체에 용해된 외부 물질들의 기계적 파괴 및 분쇄(comminution)가 더 효율적으로 초래되는데, 이것은 이용 가능한 마찰 및 원심력 때문이다.

그 결과, 유체 매체는 더 공간 절약적 및 환경 친화적인 방식으로, 그리고 더 큰 파워를 가지고 더 빠르고 더 경제적으로 세정되고 처리되어진다.

또한 본 발명의 장치와 방법, 및 그러한 방법을 수행하기 위한 장치를 사용하는 것이 본 발명의 목적이다.

이러한 목적은 청구항 1과 청구항 10에 열거된 특징들을 가지고 달성된다. 본 발명의 장치, 본 발명의 방법, 및 본 발명의 용도의 유리한 특징들은 청구항 2 내지 청구항 9 그리고 청구항 11 내지 청구항 13에서 열거된다.

본 발명에 따르면, 이러한 목적은 기계적, 물리적, 및 화학적 공정들에 기초한 유체 매체의 플로우 다이나믹 처리(treatment)를 위한 반응기 설비에 의해 달성된다.

이러한 목적은 또한 적어도 하나의 안내된(guided) 유체 소용돌이를 만들기 위해 유체 매체를 받기 위한 플로우 다이나믹 반응기 설비에 의해 달성된다. 이러한 반응기 설비는 하주이과 배출구 파이프를 포함하고, 이러한 하우징은 유체와 접촉하는 내벽들에 의해 세로축에 대해 순환적으로 대칭적이고 이후 반응실이라고 부르게 되는, 유체를 운반하는 속이 빈 챔버를 형성한다. 이러한 반응실은 상부와 하부로 유체 매체의 흐름 방향에 있어서 쪼개진다. 반응실의 상부는 상면(top face), 저면, 및 상면으로부터 저면으로의 전이 구역(transition region)을 가진다. 또한, 상면으로부터 저면으로의 전이 구역에서의 반응실의 상부는, 특히 배출구 파이프의 외벽과 관련하여 최대 반경을 가진다. 상면으로부터 저면으로의 전이 구역에서는, 특히 흐름 방향에서 인접하는 유체 유입구 구역이 있는, 반응실의 상부의 재킷 면(jacket face)에 접하게 위치한 적어도 하나의 전달 개구가 존재한다. 상면과 저면 각각은 80°내지 115°인 세로축에 대한 설정 각도(setting angle)를 가진다. 반응실의 하부는 저면으로부터 만곡된 플로어 구역의 아래쪽 경계로의 전이로부터 간격(spacing)(z)에서 흐름 방향으로 연장한다. 이러한 플로어 구역에서는 유체 매체를 배출구 파이프의 유입구 개구로 전환하는, 기하학적으로 오르는 형상의(ascending-shaped) 유체 통로가 존재한다. 또한, 배출구 파이프는 그것의 세로축에서 순환적으로 대칭적인 반응실의 세로축과 일치한다. 배출구 파이프의 유입구 개구는 간격(a)에 위치하는데, 이는 흐름 방향에서 만곡된 플로어 구역의 아래쪽 경계이다.

유체 매체는 반응실 내로 도입된다. 본 발명의 의미에서 유체 매체와 유체들은 액체 및/또는 가스 상태의 물질들 및/또는 액체 및/또는 가스 상태의 물질들의 혼합물들이다.

바람직하게, 이러한 유체 매체는 액체이다. 일 실시예에서, 유체 매체로서 적어도 하나의 순수한 액체가 반응기 설비에 전달된다. 또 다른 실시예에서는, 2개 이상의 액체가 유체 매체로서 반응기 설비에 전달된다. 특히 바람직하게는 유체 매체가 수성 액체이거나 수성 용액인데, 즉 다시 말해서 물을 함유하고 있다.

또 다른 실시예에서는, 적어도 하나이 액체와 적어도 하나의 가스의 혼합물이 반응 설비에 전달된다. 또 다른 실시예에서는, 적어도 하나의 액체와 적어도 하나의 가스의 2개 이상의 혼합물이 반응기 설비에 전달된다.

본 발명의 대안적인 실시예에서는, 적어도 그리고 유일하게 하나의 가스 물질 또는 하나의 가스 혼합물이 유체 매체로서 반응기 설비에서 처리된다. 특별한 일 실시예에서, 적어도 하나의 가스가 반응기 설비에 전달된다.

반응실에서, 적어도 하나의 안내된 유체 매체 또는 형성된 적어도 하나의 안내된 유체 소용돌이가 플로우 다이나믹을 사용하여 처리된다. 본 발명의 플로우 다이나믹 반응기 설비에서의 흐름 매체의 플로우 다이나믹 처리라는 용어는 유체 매체가 적어도 하나의 전달 개구와 하나의 유체 유입구 구역을 통해 체적 흐름(volume flow)으로서 안내되고 반응기 설비 내로 흐름 방향으로 그것과 인접한다는 것을 의미하는 것으로 이해된다. 그러한 흐름 방향은 항상 유체 매체의 흐름 방향을 나타낸다. 반응실의 결합 구조(geometry)와 디자인(design)의 결과로서, 적어도 하나의 안내된 유체 소용돌이가 형성된다. 이는 내부 세포 압력(팽압)을 가지고, 유체 매체에 용해된, 유기 성분들의 갑작스런 열림과 적어도 하나의 유체 소용돌이의 소용돌이 이버전(eversion)을 가지고 이루어진다. 그러므로 발생된 적어도 하나의 안내된 유체 소용돌이는 반응기 설비에서의 플로우 다이나믹을 사용하여 처리되고, 그러한 공정에서 처리되고, 세정되며, 소독된다.

적어도 하나의 안내된 유체 소용돌이의 플로우 다이나믹 처리는 본 발명의 반응기 설비와, 그러한 반응기 설비를 작동시키기 위한 본 발명의 방법에 의해 달성된다. 발생된 적어도 하나의 유체 소용돌이의 플로우 다이나믹 처리의 결과로서, 유체 매체에 존재하는 화학 물질들 또는 미생물들의 전환 및/또는 기계적 및 물리적 파괴 및/또는 라디칼화(radicalization)가 바람직하게 일어난다.

본 발명의 반응기 설비, 그리고 특히 반응실의 결합 구조 및 설계에 의해, 그리고 매우 특별하게는 반응실의 상부의 결합 구조 및 설계에 의해, 에너지 사용이 덜 이루어질 필요가 있거나, 흐름 에너지가 절감되고 유체 매체를 가속시키기 위해 압력이 덜 필요하다는 점에서 유리하다. 다른 한편으로는, 동일한 에너지 소비를 위해, 유체 매체의 더 높은 회전 속력과, 따라서 더 큰 가속도, 그리고 반응기 설비의 효율이 보장된다. 이러한 점에서, 예를 들면 유체 소용돌이의 더 큰 회전 속력이 본 발명의 반응기 설비에서 유발되기 때문에, 본 발명의 개선된 방법은 세균들의 파괴 및 분쇄에 관하여 기초를 두고 있는 것이다.

반응기 설비는 아래에서 더 상세하게 논의될 하우징 및 배출구 파이프와 같은, 복수의 성분들과 부품들을 포함한다.

하우징은 안정한 재료로 이루어지고, 내부에서 속이 비어 있는 몸체로 이루어진다. 그러한 하우징은 유체와 접촉하는 내벽들에 의해, 이후 반응실이라고 불리고 피봇축(pivot axis)에 대하여 회전 대칭적인 속이 빈 챔버를 형성한다. 그러므로 이러한 반응실은 그러한 피봇축에 대하여 회전 대칭적이다. 반응실의 피봇축은 이후 세로축이라고 불린다.

반응기 설비의 성분들과 부품들에 관해 아래에서 열거된 모든 세부 사항은 항상 세로 섹션(section)에서의 반응기 설비의 절반을 가리킨다. 하지만, 세로축의 다른 사이드(side)에서의 반응기 설비의 제2 절반의 구성은 동일한데, 이는 그러한 반응기 설비가 세로 섹션에서 거울 대칭적으로(mirror-symmetrically) 구현되기 때문이다.

하우징의 외벽들은 임의의 기하학적 형태를 취할 수 있다. 바람직하게, 그러한 하우징은 회전 가능하게 대칭적으로 구현된다.

반응기 설비의 세로 섹션에서, 가상의 센터 라인이 수평으로 위치한다(즉, 세로축에 대해 수직이 되게). 일 실시예에서, 중심 평면은 하우징의 상부와 반응실을 통해 연장한다. 또 다른 실시예에서는, 중심 평면이 하우징의 상부와 반응실을 통해 연장한다. 바람직한 일 실시예에서, 중심 평면은 적어도 하나의 전달 개구와 접하는 흐른 방향에 있는 유체 유입구 구역의 가운데 포인트들을 통해 연장한다.

설치된 상태에서, 하우징은 이러한 중심 평면에 대해 상부와 하부로 쪼개진다. 설치된 상태에서의 하우징의 상부는 중심 평면 위에 위치하고, 하우징의 하부는 유체 매체의 흐름 방향에서 중심 평면 아래에 부착된다.

유체 매체의 흐름 방향이라는 용어는 반응기 설비 내로 안내된 유체 매체의 흐름 방향인 것으로 이해된다. 설치된 상태에서, 설치된 상태에 있는 플로어 구역의 아래쪽 경계에서는 반응실의 하부가 있고, 그러한 유체 매체는 아래쪽으로 흐르며, 유체 통로에서 배출구 파이프의 유입구 개구로 위쪽으로(그것의 본래 방향과는 반대로) 전환된다. 일 실시예에서, 유체 매체는 그것이 적어도 하나의 전달 개구를 통해 반응기 설비에 들어가는 것 외의 설치된 상태에서 더 높은 포인트에서 배출구 파이프의 배출구 개구를 통해 반응기 설비를 떠난다.

일 실시예에서, 하우징은 적어도 2개의 개구를 포함한다. 그러한 적어도 2개의 개구는 매체 유입을 위한 유입 파이프에 관한 하나의 개구와, 매체 유출(outflow)을 위한 유출구 파이프에 관해, 세로축을 따라 중앙에 하우징의 상부에 위치한 하나의 개구를 포함한다. 또 다른 특별히 바람직한 일 실시예에서는, 하우징이 또한 예컨대 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 개구와 같이 복수의 유입 파이프들과 매체 유입들을 위한 2개 이상의 개구를 가진다.

또 다른 바람직한 실시예에서, 하우징은 추가 개구를 포함한다. 이러한 개구는 유체 통로를 도입하기 위해 하우징의 가장 낮은 부분에서 설치된 상태에 있는, 세로축을 따라 중앙에 위치한 개구를 나타낸다.

유리하게, 이러한 하우징은 유출 파이프를 위한 적어도 하나의 개구, 유체 통로를 도입하기 위한 적어도 하나의 개구, 및 유입 파이프를 위한 적어도 하나의 개구를 가진다.

그 결과, 2개 이상의 유체 매체가 반응실의 상부 내로 인도될 수 있고, 반응실 내로 체적 흐름들을 도입하기 위한 힘은 덜 사용된다. 체적 흐름들은 주된 유입의 파이프라인들 또는 다수의 유입 라인들로부터 끌어내어질 수 있다. 체적 흐름들은 또한 동일한 유체 매체 또는 상이한 유체 매체로 이루어질 수 있다.

반응실은 다양한 기하학적 구조를 취할 수 있다. 매우 특별히 바람직한 실시예에서는, 반응실이 회전 대칭적으로 형성된다.

세로축에 대해 회전 대칭적인 그러한 반응실은 하우징의 내벽들에 의해 모양이 이루어진다. 일 실시예에서, 하우징의 내벽들은 유체 매체와 접촉하고 있다. 유체 매체와 접촉하고 있는 하우징의 내벽들은 이후 유체 운반(fluid-carrying) 반응실의 벽들이라고 불린다. 반응실은 유체 매체의 흐름 방향에서 상부와 하부로 쪼개진다.

반응실은 적어도 하나의 전달 개구를 통해 흐르는 유체 매체를 받는다. 유체 매체는 적어도 하나의 전달 개구를 통해 회전 대칭적인 유체 흐름 반응실의 상부에 있는 유체 유입 구역 내로, 이후 체적 흐름이라고도 부르는 흐름으로서 인도되고, 그것의 추가 코스(course)에서 유체 소용돌이를 형성한다.

유체 속력의 선택은 유체 매체의 특별한 성질들에 따라 달라지고, 공유결합의 세기 및/또는 분자들의 농도(consistency)로부터 확인될 수 있다. 유리하게, 높은 속력이 반응실의 상부 내로 유체 매체를 도입하기 위해 선택된다.

반응실이 하우징의, 유체와 접촉하는 내벽에 의해 형성되기 때문에, 그것은 또한 하우징과 유사하게 하우징의 개구들을 가진다. 그러므로 반응실은 적어도 2개의 개구를 포함하는데, 그 중 하나는 매체 유입물을 위해 접하게 위치한 전달 개구를 반응실의 상부의 재킷 면(jacket face)이 있는 구획을 가진 유입 파이프에 관한 것이고, 나머지 하나는 매체 출구로의 배출구 파이프를 위해 가운데에 위치한 개구를 따라 존재하는 반응실의 상부에 있는 것이다. 특별히 바람직한 추가 실시예에서, 반응실은 또한 예컨대, 2개, 3개, 4개 또는 그 이상의 전달 개구와 같이 2개 이상의 전달 개구를 가진다.

매체 흐름과 매체 출구를 위한 반응실과 개구들은, 처리될 유체 매체에서 적어도 하나의 전달 개구로부터 배출구 개구까지 반응실을 통해 흐를 때, 개별 흐름 층들끼리의 서로간의 마찰에 의해 그리고 반응실의 벽들과의 마찰에 의해 가장 큰 가능한 전단 응력들이 만들어지는 방식으로 설계되고 서로에 대해 위치한다.

바람직한 일 실시예에서, 반응실은 추가 개구를 가진다. 이러한 개구는 유체 통로를 도입하기 위해 반응실의 플로어 구역의 아래 경계에서, 세로축에 대해 가운데에 위치한 개구를 나타낸다.

매우 바람직하게, 이러한 반응실은 배출구 파이프를 위한 적어도 하나의 개구, 유체 통로를 도입하기 위한 적어도 하나의 개구, 및 적어도 하나의 전달 개구를 가진다.

바람직하게, 이러한 반응실은 2개의 전달 개구를 가진다. 그 결과, 바람직하게는 2개 또는 3개 이상의 체적 흐름들이 반응실 내로 도입된다. 이 경우 그러한 체적 흐름들의 속력은 흐름 기술 관점에서 볼 때 관 모양의 경계층이 발전될 수 있고, 체적 흐름들이 높은 속력 차리를 가지도록 선택되어야 한다. 바람직하게는, 체적 흐름들이 서로 접촉하도록 병진 운동과 동시 회전 운동의 결합(combination)이 선택된다.

일 실시예에서, 반응실의 모든 벽들은 적어도 하나의 전달 개구를 통해 도입된 유체 매체롸 접촉하고 있다. 대안적인 일 실시예에서는, 반응실의 벽들의 일부만이 적어도 하나의 전달 개구를 통해 도입된 유체 매체와 접촉하고 있다.

설치된 상태에서의 반응실은 흐름 방향에서 세로축을 따라서 상부와 하부로 쪼개지고, 이들은 각가 회전 대칭적이다. 본 발명에 따르면, 반응실의 상부는 유체 매체가 적어도 하나의 전달 개구를 통해 도입되는 부분인 것으로 이해된다. 반응실의 상부는 가운데 평면을 따라 볼 때, 매체 유립을 위한 적어도 하나의 전달 개구로부터 배출 파이프의 외벽으로 연장한다.

일 실시예에서, 반응실의 상부는 상면과 저면을 가지고, 이들 면들은 각각 반응실의 벽들에 의해 형성된다.

상면은 위쪽 반응실의 벽으로부터의 표면을 포함하고, 이러한 표면은 설치된 상태에서 적어도 하나의 전달 개구의 위쪽 구역과 인접하는 유체 유입 구역으로부터 배출구 파이프의 외벽과의 말단(termination)까지 연장한다. 저면은 위쪽 반응실의 벽에 의해 형성되고, 설치된 상태에서 적어도 하나의 전달 개구의 아래쪽 구역과 인접하는 유체 유입 구역인 곳으로부터 반응실의 하부까지 연장하는 표면을 포함한다.

바람직하게, 반응실의 상부의 저면으로부터 가운데 펴면에 대해 평행한 평면을 따라서 배출구 파이프의 외벽까지 연장하는 간격(spacing)은 반경으로서 규정된다. 또한, EP1294474B2에서의 분리한 압력 손실들은 에워싸지는데, 이는 본 발명에서 흐름 방향에서의 반경이 일정하게 남아 있거나 계속해서 감소하기 때문이다. 바람직한 일 실시예에서, r1은 저면과 상면 사이의 간격(b)보다 현저하게 더 크다.

또한, 반응실의 상부는 상면으로부터 저면으로의 전이 구역을 가진다. 바람직하게, 반응기 설비의 세로 섹션에서 상면으로부터 저면으로의 전이 구역은 원형 섹터 또는 타원 섹터로 나타난다. 또 다른 실시예에서는, 그러한 전이 구역이 상면으로부터 저면까지 상이한 기하학적 형태들을 가질 수 있다. 상면으로부터 저면으로의 전이 구역은 또한, 반응기 설비의 세로 섹션에서, 배출구 파이프의 외벽으로부터 멀어지는 반응실의 가장 먼 점(point)을 나타낸다.

중앙 평면을 따라 반응실의 상부에서 상면으로부터 저면으로의 전이 구역으로부터 배출구 파이프의 외벽까지의 간격(spacing)은 반응실의 최대 반경을 나타내고, 이후 최대 반경(r_max)이라고 불리게 된다. 이 경우, 일 실시예에서의 r_max는 중앙 평면을 따라 연장하는데, 즉 반응실의 상부의 상면과 저면 사이의 전이 구역으로부터 유체 유입구 구역의 중앙 포인트를 통해 배출구 파이프의 외벽까지 연장한다. 베르누이의 방정식에 따라 그리고 소용돌이들의 원리들에 따르면, 질량 흐름(mass flow)

과, 회전 모멘텀 공식인 L=

cr을 가지고 r_max의 부근에서의 유체 매체의 증기 압력은 얻어진 각속도와 회전속도를 통해 달성될 수 없다. 이러한 질량 흐름의 경우,

가 적용되고, 이 경우

는 체적 흐름(volumetric flow)을 나타내며,

는 유체 매체의 밀도를 나타낸다. 일정한 질량 흐름

과 일정한 회전 모멘텀 L의 경우, 재차 회전속도들과 따라서 유체 매체의 각속도(ω)는 r_max의 감소시 두드러지게 올라간다.

바람직하게, 상면으로부터 저면으로의 전이 구역에서 반응실의 상부는, 반응실의 상부의 재킷 면(jacket face)의 단면에 대해 접하게 들어가는 적어도 하나의 전달 개구를 가지고, 그 결과 유체 매체의 전달 개구를 통해 반응실 내로 인도된다.

따라서 바람직한 일 실시예에서, 적어도 하나의 전달 개구는 상면과 저면 사이의 전이 구역 사이의 반응실의 상부의 가장 뚜렷한 간격(r_max)에 위치하고, 유출구 파이프의 외벽은 중앙 평면을 따라 위치하며, 그 결과 유체 매체를 위한 더 긴 가속 경로(path)가 반응실의 상부에 유리하게 주어진다.

그러한 적어도 하나의 전달 개구는 반응실의 상부에서의 유체 유입구 구역에 의해 유체 매체의 흐름 방향에서 이웃하고, 그러한 구역은 반응기 설비의 세로 섹션에서 직경(d_z)을 갖는 원형 표면을 바람직하게 가진다.

바람직한 일 실시예에서, 반응실의 하부와의 저면의 전이까지의 상면으로부터 저면으로의 전이 구역으로부터의 흐름 방향에서의 반응실의 상부의 상면과 저면은 서로 최대의 일정한 간격(b)을 가진다. 서로 저면까지의 상면의 최대로 일정한 간격(b)은 바람직하게는 이 경우 유체 유입 구역의 직경(d_z)의 1 내지 3배를 가진다(b≤3d_z). 만약 간격(b)이 일정하다면, 일정한 간격(b)은 상면과 저면 사이의 최대 간격(b_max)(반응기 설비의 세로 섹션에서 본)와 동시에 동등하게 된다.

매우 바람직하게는, 유체 매체의 유리한 가속을 위해, 저면에 대한 사아면의 일정한 간격은 유체 유입 구역의 단일 직경(d_z)과 동등하고(b=d_z), 그 결과 반응실의 상부는 유입되는 유체 매체를 위한 비교적 가느다랗고 평평한 구역을 나타낸다. 그러한 경우, 반응기 설비의 세로 섹션에서의 반응실의 상부는 디스크(disk)와 같은 또는 접시(plate)와 같은 외관을 가진다.

대안적인 바람직한 일 실시예에서는, 유체 매체의 흐름 방향에서의 상면과 저면은, 상면으로부터 저면으로의 전이 구역으로부터 그러한 저면으로부터 반응실의 하부로의 전이까지 서로 간에 감소하는 간격(b)을 가진다. 바람직하게, 유체 매체의 흐름 방향에서의 간격(b)은 배출구 파이프의 방향에서 계속해서 감소한다. 적어도 하나의 전달 개구와 그것과 인접하는 유체 유입 구역에서의 흐름 방향에서의 저면에 대한 상면의 간격은 최대(b_max)이고, 바람직하게는 유체 유입 구역의 직경(d_z)의 1 내지 3배와 같다(b_max≤3d_z). 바람직하게, 적어도 하나의 전달 개구와 그것과 인접하는 유체 유입 구역에서의 흐름 방향에서의 저면에 대한 상면의 간격은 유체 유입 구역의 단일 직경(d_z)과 같다(b=d_z). 간격(b)이 감소함에 따라, 가상의 중간 평면이 반응실의 상부의 상면에 평행한 구역에서 유체의 가운데 포인트를 통해 연장한다.

간격(b)이 감소하는 결과, 도입된 유체 매체의 회전 모멘텀의 원리에 기초한 더 큰 가속도가 유리하게 달성된다. 또한, 반응실의 상부의 이러한 추가적인 좁아짐은 유체 매체의 점성도 증가를 가져오는데, 즉

이고,

는 체적 흐름이며, b는 상면과 저면 사이의 간격이다.

체적 흐름에 관한 연속 방정식은 하나의 라인(line)에서의 체적 흐름은 항상 일정하다는 것을 진술한다. 이는 라인의 단면이 변경될 때에도 변하지 않는다. 이를 벤츄리 효과라고 부르고 베르누이의 법칙에 관한 기초를 형성한다. 연속 방정식(

)(

는 체적 흐름이고, c는 평균 흐름 속도이며, A는 관찰되는 포인트에서의 단면적이다)에 기초하여, 평균 흐름 속도는 단면적이 감소함에 따라 증가하고, 이는 회전 모멘텀의 증가를 가져온다.

만약 유체 유입 구역이 흐름 평면(b₀)으로서 보인다면, 반응실의 가장 외측 지점으로부터 이러한 계속되는 흐름 평면(b₁)의 유출구 파이프의 외벽까지 반경(r)을 가지고 세로 섹션에서의 그것 전 또는 후에 오는 흐름 평면(b₁)은, 그 결과로 생기는 각속도(ω₁)가 그러한 유체 유입 구역에서의 각속도(ω₀)보다 적어도 1.5배가 되도록 선택되어야 한다.

바람직하게, 평면도에서의 반응실의 상부들은 원형의 디스크이거나 접시의 모양을 가진다.

본 발명에 따르면, 상면과 저면은 80°내지 115°, 바람직하게는 90°내지 110°, 그리고 특별히 바람직하게는 90°의 설정각(setting angle)을 가진다.

그러한 설정각은 설치된 상태에서의 세로 섹션에서 볼 때, 반응실의 세로축에 대해 확립되는 각도를 가리킨다.

α=90°에서의 설정각은 중앙 평면으로부터 세로축까지 확립되고, 그러한 중앙 평면은 유체 유입 구역의 중앙 점들을 통해 연장한다. 이는 상면과 저면 사이의 일정한 간격(b)에 모두 적용된다(그럴 경우 중앙 평면은 그것들과 그리고 상면과 저면 사이의 감소하는 간격(b) 모두에 평행하게 연장한다). α=90°에서의 설정각은 항상 중앙 평면 밑에서, 즉 반응실의 중앙 평면으로부터 세로축까지 설치된 상태에서 확립된 각도를 가리킨다. 그 목적을 달성하기 위해, 중앙 평면이 있는 세로축의 섹션은 직교 좌표계를 나타낸다. 그러므로 설정각 α=90°는 항상 직교 좌표계의 3사분면 및/또는 4사분면을 가리킨다.

설정각 α>90°또는 α<90°는 가상의 중간 평면으로부터 세로축까지 확립되는데, 즉 그러한 가상의 중간 평면은 유체 유입 구역의 중앙 점들을 통해 연장하고, 반응실의 상부의 상면에 평행하게 연장한다. 이는 상면과 저면 사이에서 일정하게 남아 있는 간격(b)(그럴 경우 가상의 중간 평면은 양쪽 모두에 평행하게 연장한다)과 상면과 저면 사이의 감소하는 간격(b) 모두에 적용된다. 설정각 α>90°또는 α<90°는 항상 가상의 중간 평면 밑에서, 즉 반응실의 가상의 중앙 평면으로부터 세로축까지 설치된 상태에서 확립된 각도를 가리킨다. 설정각 α<90°에서는, α>90°에 관한 것보다 어느 정도 많은 압력이 필요하다. 설정각 α>90°에서는, 도입되 유체 매체가 흐름 방향에서 아래쪽으로 떨어지는 반응실 내로의 유입 방향을 가진다.

α=90°인 설정각에서는, 도입된 유체 매체가 1개의 레벨에서 남아 있고, 반응실의 하부로의 전이시에만 흐름 방향에서의 떨어지는 운동(dropping motion)이 이루어진다. α=90°인 설정각에서의 간격(b)은 설치된 위치에서의 반응실의 상부의 높이와 동등하다.

일 실시예에서, 세로 섹션에서의 반응기 설비(즉, 세로축의 좌측 및 우측까지)의 절반부 모두에 관한 설정각(α)은 동일한 값들을 가진다. 바람직하게, 세로축의 다른 사이드(other side)에서의 반응기 설비의 두 번째 절반부의 구조는 동일한데, 이는 반응기 설비가 세로 섹션에서 거울 대칭적으로(mirror-symmetrically) 구성되기 때문이다. 대안적인 실시예에서는, 세로 섹션에서의 반응기 설비의 2개의 절반부에서의 설정각(α)의 값들은 상이하다.

본 발명에 따른, 반응기 설비의 세로 섹션에서의 반응실의 상부의 회전 대칭적인 접시와 같거나 컵과 같은 형태의 결과로서, 반응실에서 유체 통로까지의 유체 매체의 현저한 마찰을 가지는 유체 매체의 흐름 동적 처리의 특성들과 달성물들이 급격하게 개선된다. 예를 들면, EP1294474B2에서 개시된 것과 같이, 심장 모양을 갖는 반응기 설비에서의 유체 소용돌이 형성의 단점들은 감소되거나 완전히 제거된다.

반응실의 하부는 그러한 반응실의 상부를 뒤따르고, 하우징의 하부의, 유체 접촉면(contact side) 상에 있는 내벽들에 의해 형성되는 유체 매체의 흐름 방향에서와 설치된 상태에 있는 부분인 것으로 이해된다.

반응실의 하부는 그러한 반응실의 상부의 저면과 인접하는 저면을 가진다.

반응실의 하부의 저면은, 반응실의 상부의 상면과 저면 사이의 간격(b)이 더 이상 일정하지 않거나 감소하지만 대신 더 크게 되는 점에서 시작한다. 이후, 이러한 점은 반응실의 하부의 저면의 전이(transition)로서 묘사된다. 이러한 반응실의 하부의 저면의 전이는 임의의 상면 그 어느 것도 아니고 오로지 반응실의 상부로부터 나오는 저면만을 포함하는데, 이는 그러한 상면이 이미 배출구 파이프의 외벽에서 반응실의 상부 내로 열려 있기 때문이다.

흐름 방향에서 반응실 하부의 저면의 전이의 시작에서 배출구 파이프의 외벽으로부터 연장하는 간격은 반격(r₃)과 같다. 이 경우, r₃는 반응실의 상부의 반경(r₁) 또는 최대 반경(r_max)에 도달하거나 초과할 수 없다.

바람직한 일 실시예에서, r₁은 유체 유입 구역의 직경(d_z)의 적어도 2배만큼 크다(r₁≥1/2d_z). 매우 특별한 바람직한 일 실시예에서, r₁은 유체 유입 구역의 직경(d_z)과, 반응실의 하부의 저면의 배출구 파이프의 외벽가지의 전이로부터의 간격(r₃)의 합보다 적어도 크다(r₁≥d_z+r₃).

일 실시예에서, 반응실의 하부의 저면의 전이는 임의의 윤곽선을 나타낸다. 바람직한 일 실시예에서, 반응실의 하부의 저면의 전이는 굴곡을 나타낸다. 추가 일 실시예에서, 반응실의 하부의 저면의 전이는 세로축 쪽으로 반응실의 항부의 저면으로부터 갑작스럽게 멀리 벗어난다.

일 실시예에서, 유체 매체의 흐름 방향으로의 반응실의 하부는 반응실의 하부의 저면의 반응실의 하부의 플로어 구역으로의 전이로부터 감소하는 배출구 파이프의 외벽으로부터의 간격을 가진다.

바람직하게, 감소하는 간격은 연속적이다. 유리하게, 그 결과 유체 매체는 더 빨리 가속되고, 반응실에서는 더 적은 압력 손실이 발생한다.

대안적인 일 실시예에서, 유체 매체의 흐름 방향에서의 반응실의 하부는 배출구 파이프의 외벽 쪽으로 저면으로부터 플로어 구역으로의 전이로부터 갑작스럽게 감소하는 간격을 가진다.

반응실의 하부는, 그것의 하부의 저면으로부터 플로어 구역의 하부 경계선으로의 전이로부터 유체 매체의 흐름 방향으로 연장한다.

반응실의 하부의 플로어 구역은 설치된 상태에서 반응실의 하부의 하부 경계선을 형성하고, 반응실의 하부의 저면의 앞으로의 전이로부터의 벽으로서 이어진다.

일 실시예에서, 유체 매체의 흐름 방향에서의 플로어 구역은 반응실의 하부의 저면의 전이의 굴곡에서 시작한다.

일 실시예에서, 반응실의 하부의 플로어 구역의 벽은 임의의 윤곽선을 나타낸다. 바람직하게, 그 플로어 구역은 만곡되어 있다. 특히 바람직하게, 플로어 구역은 오목한 방식으로 만곡되어 있다. "오목한 굴곡(concave curvature)"이라는 용어는 이 경우 세로 섹션에서 앞으로, 즉 설치된 상태에서 아래쪽으로 돌출하는 벌지(bulge)를 의미하는 것으로 이해된다. 대안적인 일 실시예에서, 그러한 플로어 구역은 포물면으로서 설계된다. 또 다른 대안적인 일 실시예에서, 플로어 구역은 각을 이룬 윤곽선과 같이, 상이한 윤곽선을 가진다.

바람직한 만곡된 플로어 구역의 결과로서, 반응실의 하부의 벽들의 코스(course)는 반대로 되고, 유체 매체는 그것의 흐름 방향으로 방향이 바뀐다. 유리하게, 유기 성분들과 같이, 유체 매체에서 처리될 성분들 대다수는 유체 소용돌이의 방향 바뀜(diversion) 때문에 터져서 열리게 만들어진다.

설치된 상태에서의 반응실의 하부의 만곡된 플로어 구역은, 하부 경계선을 포함하고, 이러한 하부 경계선은 반응실 하부의 하부 구역을 따라서 연장한다.

반응실의 하부가 반응실의 하부의 저면으로부터 만곡된 플로어 구역의 하부 경계선으로의 전이로부터 연장하는 산격은 간격 z라고 불린다. 다시 말해, 그러한 간격은 반응실 사부의 상면과 저면 사이의 간격(b)이 더 이상 일정하지 않거나 감소하지만 대신 더 크게 되는 점으로부터 규정된다.

일 실시예에서, 간격(z)이 이용 가능하다. 바람직한 일 실시예에서, 유체 소용돌이 안쪽에서 마찰을 유리하게 발생시키기 위해, 간격(z)은 유체 유입 구역의 직경(d_z)의 적어도 절반에 이른다(z≥1/2d_z).

일 실시예에서, 반응실의 하부의 플로어 구역의 하부 경계선에서는 기하학적으로 올라가는 유체 통로가 삽입되고, 그것의 세로축은 회전 대칭적인 반응실의 세로축과 일치한다. 삽입된 유체 통로의 경우에, 반응실의 하부의 윤곽선은 플로어 구역의 하부 경계선으로부터 유체 통로로 계속해서 연장하거나, 안과 밖의 뒤집힘이 일어난다.

적어도 하나의 전달 개구가 반응실의 상부에 위치한다. 적어도 하나의 전달 개구 때문에, 매체 유입은 반응실의 상부 내로 일어난다.

바람직하게, 하우징은 유입 파이프를 위한 적어도 하나의 개구를 가지고, 그 결과 적어도 하나의 유입 파이프에서의 유체 매체는 재킷 면의 단면에 접하게 위치하고 형성된 적어도 하나의 전달 개구를 통해 반응실의 상부 내로 인도된다. 유리하게, 단일 전달 개구만의 결과로서, 반응실 내로의 매체 흐름을 위한 에너지가 덜 소비된다.

바람직한 일 실시예에서, 유체 매체는 반응실의 상부의 재킷 면에 접하게 위치한 2개 이상의 전달 개구, 예컨대 2개, 3개, 4개 이상의 전달 개구들을 통해 반응실의 상부 내로 도입된다. 또 다른 바람직한 일 실시예에서, 반응실의 상부는 2개의 전달 개구를 가지고, 이러한 전달 개구들은 반응실의 상부에서 서로 마주보게 수평으로 위치한다.

처리될 유체 매체는 하우징에서의 개구와 그곳에 형성된 적어도 하나의 인접하는 전달 개구를 통해, 반응기 설비의 외측에 위치한 유입 파이프로부터 회전 대칭적인 반응실의 상부 내로 도입된다. 매체 유입을 위한 유입 파이프는 주된 유입과 동등하거나, 그것으로부터 갈라지는 파이프라인들과 동등하다.

하우징에서의 개구를 통해 유입 파이프가 인도되고 단면에서 반응실의 상부의 재킷 면과 접하게 교차하며, 그 결과 비스듬하게 절단된(cut-off) 원형 실린더와, 따라서 적어도 하나의 전달 개구가 형성된다. 따라서 처리될 유체 매체는 적어도 하나의 전달 개구를 통하여 반응실의 상부 내로 반응실의 상부의 재킷 면의 단면에 대해 접하게 들어간다.

일 실시예에서, 유입 파이프는 파이프 유입 라인을 나타내고, 따라서 가늘고 긴 속이 빈 몸체, 바람직하게는 단면이 원형 면을 지닌 둥근(round) 파이프를 나타낸다. 반응실의 상부의 재킷 면과 유입 파이프의 교차 때문에, 적어도 하나의 전달 개구는 원형이거나 타원형인 면을 가진다.

적어도 하나의 전달 개구는 유체 유입 구역에 의해 반응실의 상부에서 흐름 방향에서 인접하게 되고, 이러한 유체 유입 구역은 적어도 하나의 전달 개구를 통하여 반응실 내로 흐르는 유체 매체를 받아서 그것을 앞으로 나른다. 유체 유입 구역은 직경(d_z)을 가진다. 바람직한 일 실시예에서, 적어도 하나의 전달 개구와, 흐름 방향에서 그것과 인접하는 유체 유입 구역은 상면으로부터 저면까지 전이 구역에 위치한다. 매우 특별히 바람직한 일 실시예에서, 유체 유입 구역의 중심 점은 중심 평면을 따라서 위치한다.

일 실시예에서, 정밀하게는 하나의 유체 매체가 반응실의 상부의 인접하는 유체 유입 구역 내로 전달 개구를 통하여 인도된다. 대안적인 일 실시예에서, 2개 이상의 유체 매체가 바람직하게는 각각의 경우에 전달 개구를 통해서 반응실 내로 인도된다. 대안적으로, 2개 이상의 유체 매체가 동일한 전달 개구를 통해 반응실 내로 인도된다. 그러한 유체 매체는 동일하거나 상이할 수 있다. 유체 매체는 메인 인플로우(main inflow) 또는 그것으로부터 갈라지는 파이프라인들, 또는 다른 인플로우 파이프들에서 시작될 수 있다.

배출구 파이프는 연속되고 속이 빈 실린더로서 구현된 파이프이고, 세로축을 따라서 반응기 설비의 세로 섹션에서 하우징의 상부에서 중앙에 위치한 개구 내로 밀봉하는 방식으로 도입된다.

특별한 실시예에서, 배출구 파이프는 복수의 원통형의 속이 빈 부품들로 이루어진다. 본 발명에서, 배출구 파이프는 상부와 하부로 나누어진다.

이 실시예에서, 배출구 파이프는 하우징에서 중앙에 위치한 개구에 대해 옮겨질 수 있고, 따라서 세로축을 따라서 반응실에 대해 옮겨질 수 있드며, 조정 가능하고, 따라서 유체 매체의 성질들과 처리에 대해 유리하게 적합하게 된다. 배출구 파이프의 조정은 기계적인 조정 유닛을 통해 실행된다. 배출구 파이프는 하우징에 단단히 연결되거나 그것에 대해 고정된 축 베어링(axial bearing)에서, 세로축을 따라 이루어지는 조정이 하우징과 메인 인플로우의 파이프라인 또는 다른 인플로우 라인들 사이의 교차의 위치에 있어서의 변경없이, 작동하는 동안에 또한 가능한 방식으로 받아진다. 그 결과, 작동 파라미터들의 적응시키는 것은 임의의 시각에 필요한 만큼 그리고 주된 효과 없이 이루어질 수 있다.

배출구 파이프의 세로축은 회전 대칭적인 반응실의 세로축과 일치한다. 세로축으로부터 배출구 파이프의 외벽까지 측정된 배출구 파이프는 반경(r₂)을 가진다. 일 실시예에서, 간격(r₂)은 배출구 파이프의 모든 점들에서 일정한다. 대안적인 일 실시예에서, 간격(r₂)은 배출구 파이프의 다양한 점들에서 일정하지 않다. 이는 벽 두께(d)로서 지정되는 배출구 파이프의 외벽으로부터 내벽까지의 변하는 간격으로 인한 것이다.

일 실시예에서, 배출구 파이프의 내벽들은 유체 매체와 접촉하고 있고, 따라서 유체를 나른다.

설치된 상태에서 배출구 파이프의 상부에 있는 것은 반응실의 상부, 즉 다시 말해 하우징의 외측에 위치한다. 그러한 상부에서의 배출구 파이프는 하우징으로부터 돌출하고 검사 파이프로서 구현될 수 있는 마우스 가까이의 상부 구역을 가진다. 그러한 마우스 가까이의 상부 구역의 끝은 유체 매체에 관한 배출구 개구로서 구현되고, 하우징의 외측에 위치한다. 이 경우, 유체 매체가 나가는 것(매체가 나가는 것)은 반응기 설비로부터 일어난다.

배출구 개구의 총 단면은 자유로운 단면과 배출구 파이프의 벽 두께로 구성되는데, 즉 d_ges=2·r₂=2·(d+d_frei)이다. 방향이 전환된 유체 매체가 배출구 파이프를 떠나는 배출구 개구의 자유로운 단면(d_frei)은 서로 마주보고 있으며 마우스 가까이의 상부 구역의 끝에서의 배출구 파이프의 유체와 접촉하는 2개의 내벽들 사이의 간격을 나타내고, 배출구 개구의 총 단면과 벽 두께들 사이의 차이로부터 계산된다. 즉, d_frei = d_ges-(2·d) = (2·r₂)-(2·d)이다.

설치된 상태에서 배출구 파이프의 하부에 있는 것은 반응실의 하부에서 또는 반응실의 하부의 플로어 구역에서 대개 위치한다. 하부에서의 배출구 파이프는 마우스 가까이의 아래 구역을 가지고, 이러한 구역은 유체 매체의 흐름 방향에서 배출구 파이프의 규입 개구와 인접한다. 배출구 파이프의 하부의 마우스 가까이의 구역은 그것의 세로축을 따라서 반응실의 하부의 플로어 구역의 거의 아래 경계선까지 연장한다. 마우스 가까이의 아래 구역의 끝은 유입 개구로서 구현되고, 이는 레벨 방식으로 위치하며 플로어 구역에서 전환된 유체 매체에 관해 세로축에 대해 수직이 되게 위치한다.

유입 개구의 총 단면은 자유로운 단면과 배출구 파이프의 벽 두께로 구성되는데, 즉 d_ges=2·r₂=2·(d+d_frei)이다. 전환된 유체 매체가 배출구 파이프에 도달하는 유입 개구의 자유로운 단면(d_frei)은 마우스 가까이의 아래 구역의 끝에서의 배출구 파이프의 2개의 내벽들 사이의 간격을 나타내고, 이러한 2개의 내벽은 서로 반대쪽에 있으며 유체와 접촉하고 있는 것이며, 이러한 자유로운 단면(d_frei)은 유입 개구의 총 단면과 벽 두께 사이의 차이로부터 계산되는데, 즉 d_frei = d_ges-(2·d) = (2·r₂)-(2·d)이다. 바람직하게, 유입 개구와 배출구 개구는 자유로운 단면(d_frei)에 관해 동일한 값을 가진다. 또 바람직하게, 자유로운 단면(d_frei)은 벤츄리 효과를 얻기 위해 노즐의 부근에서만 감소한다.

본 발명에 따른 배출구 파이프의 유입 개구는, 흐름 방향에서 반응실의 하부의 만곡된 플로어 구역의 하부 경계로부터 간격(a)만큼 떨어져 위치한다. 일 실시예에서, 유입 개구는 만곡된 플로어 구역의 하부 경계로부터 변할 수 있는 간격(a)만큼 위치한다. 또 다른 실시예에서, 유입 개구는 만곡된 플로어 구역의 하부 경계선으로부터 약간의 간격(a)을 두고 위치한다. 바람직하게, 배출구 파이프의 유입 개구와 흐름 방향에서 만곡된 플로어 구역의 하부 경계에 있는 것 사이의 간격(a)은 유체 유입 구역의 직경(d_z) 미만이다(a<d_z).

일 실시예에서, 유입 개구와 흐름 방향에서 반응실의 하부에 있는 것의 가장 낮은 경계 사이의 간격(a)은 유입 개구의 총 단면(d_ges) 이하이다.

배출구 파이프의 유입 개구는, 그러한 배출구 파이프의, 마우스 가까이의 하부 구역에 의해 유체 매체의 흐름 방향에서 인접한다. 일 실시예에서, 이러한 구역에서의 배출구 파이프는 유체와 접촉하고, 서로를 향해 있는 2개의 내벽들 사이의 일정한 간격을 가지고, 속이 빈 파이프로서 내부에서 설계된다. 바람직하게, 그러한 일정한 간격은 자유로운 단면(d_frei)과 동등하다. 특별히 바람직하게, 유입 개구, 배출구 개구, 및 그것들 사이(즉, 마우스의 사부 구역과 상부 구역 사이)의 구역은 자유로운 단면(d_frei)에 관해 동일한 값을 가진다.

바람직한 일 실시예에서, 배출구 파이프의 마우스 가까이의 구역은 이후 간단히 노즐이라고도 부르는, 벤츄리 효과를 얻기 위한 노즐로서 구현된다. 벤츄리 효과를 얻기 위해, 유체와 접촉하는 배출구 파이프의 내벽들은 각각 가장 좁은 점을 가지는데, 이들 점들이 노즐을 형성한다. 이는 대체로 배출구 파이프의 유체와 접촉하는, 내벽들의 가장 작은 자유로운 단면을 가지는 점이다. 이는 또한 배출구 파이프의 벽 두께(d)에서의 증가를 가져온다.

만약 배출구 파이프의 유입 개구의 총 교차 유체 교차 단면(d_ges)이 유체 유입 구역의 직경보다 작다면(d_ges<d_z), 베르누이 방정식에 기초하여, 배출구 파이프의 유입 개구에서의 압력이 떨어진다. 만약 배출구 파이프의, 마우스 가까이의 하부 구역이 가장 작은 자유로운 단면을 갖는 노즐로서 구현된다면, 베르누이 효과를 얻기 위한 노즐에서 부압이 결과로서 생기도록 압력이 확립된다.

유리하게, 벤츄리 효과를 얻기 위한 노즐은 세정, 손상, 또는 결함이 생기는 경우에 교환 또는 대체될 수 있다. 바람직한 일 실시예에서, 그러한 노즐은 벤츄리 노즐로서 설계된다. 또 다른 바람직한 실시예에서, 그러한 노즐은 라발(Laval) 노즐로서 설계된다.

유체 통로는 단일의 (부피가 큰) 몸체로서 이루어진다. 대안적인 일 실시예에서, 유체 통로는 복수의 성분들로 이루어진다. 만약 이어지는 내용에서 유체 통로라는 용어가 사용된다면, 이는 항상 설치된 상태에 있는 것이 전체 유체 통로 성분의 상부를 가리키는 것이고, 이는 반응실의 하부 내로 도입되는 것이다.

일 실시예에서, 이러한 유체 통로는 가운데에 위치한 개구를 통해 도입되고, 이러한 개구에서 설치된 상태에 있는 것은 반응실의 하부의 플로어 구역의 하부 경계 내로 밀봉하는 방식으로 들어가는 하우징의 하부이다. 대안적인 일 실시예에서, 유체 통로는 하우징의 일 부분이고, 따라서 그것의 가장 낮은 부분과 이미 고정되게 통합되어 있다. 일 실시예에서, 유체 통로의 세로축은 회전 대칭적인 반응실의 세로축과 일치한다.

유체 통로는 유체 매체의 흐름 방향에서 배출구 파이프에 앞선다. 일 실시예에서, 유체 통로는 반응실의 세로축에 대해 기하학적으로 그리고 거울 대칭적이 되게 모양을 갖는다.

일 실시예에서, 유체 통로는 반응실의 세로축에 대해 기하학적으로 평평하게 모양을 갖는다.

바람직한 일 실시예에서, 유체 통로는 바람직하게는 가늘고 긴 방식으로, 반응실의 세로축에 대해 기하학적으로 올라가는 방식으로 모양을 가지고, 유체 통로의 이버전, 또는 줄여서 이버전이라고 이후 부르는 관 모양의 주둥이(tubular spigot)를 가진다.

이버전의 길이는 가변적으로 설계될 수 있다. 바람직하게, 그러한 이버전은 반응실의 하부의 플로어 구역 내로 돌출한다. 배출구 파이프의 유입 개구는 유체 통로의 이버전까지 반응실의 세로축 상에서 가운데에 위치한다. 일 실시예에서, 이버전은 배출구 파이프의 유입 개구만큼 멀리 돌출한다.

특별히 바람직한 일 실시예에서, 이버전의 길이는 그것이 노즐의 가장 좁은 부분, 즉 배출구 파이프의, 유체와 접촉하고 있는 내벽의 가장 작은 자유로운 단면들 가지고, 따라서 벤츄리 효과를 얻기 위한 노즐인 노즐에서의 위치에서 끝나도록 유리하게 설계된다. 유리하게, 유체 매체의 흐름 동적인 처리는 이러한 위치에 의해 최적화된다.

바람직한 일 실시예에서, 유체 통로는 하우징의 플로어 구역에 대해 옮겨질 수 있고 조정 가능하고, 따라서 세로축을 따라서 반응실의 플로어 구역에 대해 옮겨질 수 있고 조정 가능하며, 따라서 유체 매체의 성질들과 처리에 유리하게 적합하게 된다.

또한, 유체 통로와 배출구 파이프의 유입 개구 사이의 간격은, 그러한 유체 통로가, 만약 배출구 파이프의 위치에 있어서의 변경이 존재한다면 세로축을 따라서 추적하기 위해 유리하게 만들어질 수 있도록, 그러한 세로축을 따라 가운데에서 가변적으로 조정 가능하다. 배출구 파이프가 또한 세로축을 따라서 가변적으로 조정 가능하기 때문에, 유체 통로의 위치에 있어서의 변경시, 거꾸로 배출구 파이프가 세로축을 따라서 다시 조정되는 것이 가능하다.

유체 통로는 반응실의 세로축을 따라서 하우징에서의 그것의 개구에 대한 배출구 파이프와 동일한 방식으로 바람직하게 조정 가능하고 옮겨질 수 있고, 그 결과, 그러한 반응실에서의 압력 조건 및 흐름 조건이 유리하게 최적화될 수 있다. 이를 위해, 유체 통로의 조정 메커니즘은 본 발명의 반응기 설비에 의해 발생된, 유체 소용돌이의 배출구 파이프 내로의 전환을 위해 최선인 부압 구역에서의 재조정 또는 재조절이 가능해지도록 설계된다.

본 발명에 따르면, 방향의 변경에 의해, 유체 통로에서의 유체 소용돌이는 설치된 상태에서 세로축을 따라서 이루어지는 아래쪽으로 배향된 병진 및 회전 운동과는 반대인 올라가는 운동에 의해 배출구 파이프의 유입 개구 내로 전환된다.

α=90°인 설정각도에서는, 반응실의 상부에서의 유체 매체가 회전하게 설정되고 배출구 파이프까지 중심 평면을 따라서 회전한다. 유체 매체의 각 모멘텀은 반응실의 상부의 전체 범위에 걸쳐 일정하게 남아 있고, 흐름 방향 면에서 유체 매체의 내려가는 운동의 결과로서 반응실의 하부로의 유체 매체의 전이시에만 유리하게 감소한다.

본 발명의 반응기 설비의 기능은 반응실에서의 알맞은 압력 조건을 생성함으로써, 물리적, 기계적, 및 화학적 반응들의 시작(initiation)에 기초한다.

본 발명의 반응기 설비의 강도와, 따라서 유효함은 압력, 속력, 및 온도에 의존적이다. 반응실의 회전 대칭적 설계는, 유체 매체에서 일어나는 생물학적, 물리적, 및 화학적 공정들의 속도가 향상되는 발전하는 유체 소용돌이에서 체적 흐름의 주요 가속을 일으킨다. 체적 흐름은 다른 이유들 중에서도 특히 반응실의 사이즈의 함수로서, 즉 다시 말해 반응실 체넉의 함수로서 가변적으로 확립된다.

유체를 나르는 회전 대칭적인 반응실의 모양 때문에, 유체 소용돌이를 발전시키는, 유체 매체의 적어도 하나의 도입된 체적 흐름의 병진 운동과 회전 운동이 세로축을 따라서 일어난다. 공정에서의 그러한 유체 소용돌이는 배출구 파이프 주위의, 반응실의 하부 끝 쪽으로의 설치된 상태에서 흐름 방향으로 안내되고, (α>90°인 경우에) 흐름 방향에서 아래쪽으로 배향되는 내려가는 나선 운동의 형태를 갖는다. 그 결과는 반응실의 하부 내로 회전하는 방식으로 안내되고 가속을 겪는 유체 소용돌이가 형성되는 것이다. 이러한 가속은 주로 파라미터들인 r₁, b, r₃, z, 및 a에 의존적이다.

유체 매체의 흐름 방향에서의 반응기 설비의 세로축에서 반응실의 하부의 테이퍼링(tapering)의 결과로서, 유체 소용돌이가 급격하게 가속된다. 반응실의 하부의 테이퍼링 때문에 유체 소용돌이에서의 기본 입자들의 운동 에너지는 올라가고, 유체 매체의 반응성 증가를 가져온다.

유리하게, 병진 운동과 회전 운동은 서로 겹쳐진다. 적어도 하나의 유체 매체의 인플로우 속도는 흐름 면에서 요동치는 경계층이 발달할 수 있도록, 즉 발생된 적어도 하나의 유체 소용돌이가 가속되고, 높은 속력 차이가 계속해서 일어나도록 선택되어야 한다.

유리하게, 병진 운동과 동시 회전 운동의 결합은 복수의 체적 흐름들이 존재하는 경우에 그것들이 서로 닿도록 선택된다.

본 발명의 구조적 설계는 규정된 동적 압력에서 반응실을 통해 흐를 때, 최대값만큼이나 가능한 높고 방사상 방향에서의 변화도(gradient)만큼 가능한 큰 속력이 주어지도록 선택된다.

가능한 강하게 유리한 마찰과 원심력을 만들어내고 처리될 유체 소용돌이에서 가능한 크게 전단 응력들을 만들기 위해 요구된 흐름 조건들은, 반응기 설비의 구조적 설계에 의해 달성된다. 흐름 코스의 내려가는 브랜치(branch)에서, 즉 계속해서 생기는 유체 유입 구역이 있는 적어도 하나의 전달 개구와 배출구 파이프의 유입 개구 사이에서 유체 소용돌이가 구현되는 방식으로, 반응실의 형태에 의해 처리될 유체 매체의 유체 소용돌이가 방향이 조종된다. 유체 소용돌이의 흐름 속도는 방사상 방향에서 그것의 단면에 걸쳐 현저한 변화도를 가진다.

유체 매체의 흐름 방향에서 반응기 설비의 세로 섹션에서의 반응실의 하부의 테이퍼링과, 적어도 하나의 전달 개구와 배출구 파이프의 유입 개구의 위치에 의해, 한편으로 유체 소용돌이의 개별 흐름 층들 사이의 전단 응력들이 만들어진다. 그러한 전단 응력들은 또한 반응실의 벽들, 반응실에서 고정된 배출구 파이프의 외벽, 및 유체 소용돌이 사이에서 만들어진다. 전단 응력들에 의해 만들어지고, 그것들 반대쪽에 있는 유체 소용돌이의 마찰력들은, 처리될 유체 매체의 분자들 사이의 결합들의 새로운 배열 때문에, 표면장력에 있어서의 변화와 유체 매체의 점성도에 있어서의 변화를 초래한다.

유리하게, 물질들의 분리는 유체 매체에서 발견된 물질들의 상이한 특수한 무게들 때문에 이루어질 수 있고, 병진 운동과 회전 운동의 중첩에 의해 강화된다.

연삭(grinding) 행위 또한 얻어진다. 유체 소용돌이의 개별 층들 사이의 물리적으로 만들어진 높은 속력 차이는, 박테리아, 조류(algae), 및 기타 미생물들과 같은 단단한 유기 성분들과 무기 성분들의 기계적 분해(disintegration)를 가져온다. 그 결과로 생기는 잔해는 기계적으로 그리고 화학적으로 완전히 망가진 결과이다. 유기 성분과 무기 성분의 이러한 기계적 망가짐은 약간만 일어나는데, 이는 반응실의 기하학적 형태 때문이고, 심지어 유체 통로에서 형성된 유체 소용돌이의 방향이 전환되기 전에도 그러하다.

반응실의 상부와 하부 사이에는 유체 소용돌이를 만드는데 유리하게 기여하는 압력 차이들이 발생한다. 그 결과로 생기는 반응실에서의 압력들은 그 중에서도 특히, 반응실의 설계 및 형태, 또는 노즐의 모양에 의존적이다. 배출구 파이프의 유입 개구의 위쪽의 플로어 구역에서는, 바람직하게는 at>ca. 3 내지 4바(bar)인 파일롯 압력(pilot pressure), 흐름 방향에서 증가하는 동적 압력, 및 그 결과로서 생기는 부압 또는 진공 모두가 널리 존재한다.

EP1294474B2에 비해, 반응실의 상부의 유리한 모양 때문에, 적어도 하나의 전달 개구를 통해 흐르를 유체 매체를 회전시키기 위해서 필요한 압력과 에너지가 덜 든다. 다른 한편으로는, 반응실의 상부의 유리한 모양 때문에, EP1294474B2와 비교시 동일하게 요구된 압력과 에너지, 더 높은 rpm 속력, 및 유체 소용돌이의 회전 속력이 달성된다.

반응실의 벽들은 그것들이 기계 가공(machining) 전보다 더 낮은 마찰계수를 가지는 방식으로 기계 가공되고, 따라서 유체 매체는 그러한 반응실에서 유리하게 가속될 수 있다. 그러한 마찰계수는 반응실용으로 알맞게 사용된 해당 재료에 따라 달라진다.

본 발명의 반응기 설비의 설계의 결과로서, 각 모멘텀의 원리에 기초하여, 회전 대칭적인 반응실의 상부에서의 유체 매체는 그러한 반응실의 하부로의 흐름 방향에서 세로축을 따라서 안내된 유체 소용돌이의 형태로 안내된다. 이 경우, 그리고 EP1294474B2와 비교해서 오직 흐름 에너지의 약간의 손실들만이 일어난다는 점이 유리하다. 유체 매체의 각 모멘텀은 오직 약간 변한다.

반응실의 하부에서, 회전하는 유체 소용돌이는 유체 통로에서 흐름의 중심 쪽으로 전환되고, 그곳에서 반응실의 세로축을 따라서 반대쪽의 올라가는 방향으로, 바람직하게는 배출구 파이프의 노즐 내로 전환된다. 바람직하게, 유체 통로에서는 위로부터 도착하는 회전하는 유체 소용돌이가 그것의 본래 방향과는 반대로 전환된다. 그러한 공정에서, 유체 소용돌이는 유체 통로에 맞닿아 인접하고, 소용돌이 톱니 모양(eddy indentation)이 발생한다. 매우 특히 바람직하게, 유체 소용돌이는 유체 통로의 이버전에 맞닿아 인접한다.

상이한 속력으로 움직이는 흐름 층들 사이의 전단 응력들에 의해 야기된 마찰력들과 원심력 및 구심력은 유체 매체에 담겨진 다양하게 무거운 성분들뿐만 아니라 반응실의 하부의 플로어 구역에서 다양하게 강하게 작용한다.

플로어 구역에서는 강한 원심 효과가 존재하는데, 이는 부유하는 입자들로서 비말동반된 무기 및/또는 유기 오염물질들이 구동되기 때문이고, 이는 유체 소용돌이의 중심으로부터 그것의 가장자리까지의 그것들의 높은 무게 때문이다. 용해된 가스 상태의 성분들은 그것들의 낮은 무게 때문에 유체 소용돌이의 가장자리로부터 그것의 중심 쪽으로 구동된다.

플로어 구역에서의 전환 때문에 일어나는 유체 소용돌이의 방향 변경시, 그러한 유체 소용돌이의 단면을 통해, 이미 분리된 오염물질들과 상이한 무게들을 갖는 매체가 반대 방향으로 다시 움직인다.

그러므로 반응실의 아래 구역에서는 배출구 파이프의 유입 개구의 위쪽 부근에서는 적어도 2개의 체적 흐름들이 서로 반대로 동작한다(설치된 상태에서 위에서부터 도착하는 유체 소용돌이의 체적 흐름과 전환된 유체 소용돌이의 체적 흐름). 배출구 파이프의 유입 개구의 위쪽에서는 반응실의 나머지에서보다 낮은 압력이 발달한다.

배출구 파이프의 유입 개구의 위쪽뿐만 아니라 반응실의 플로어 구역에서의 발달하는 압력 조건의 결과로서, 유체 매체에 담긴 유기 성분들의 세포 벽(cell wall)들이 터져 열리게 된다. 더욱이, 유체 매체에 용해된 불순물들의 충돌과 마찰이 이들 불순물의 기게적 및 물리적 파괴와 분쇄를 야기한다. 유체 매체에 용해된 불순물들은 유기 및/또는 무기 물질들, 물질 화합물들, 미생물들, 식물성 및/또는 세균, 박테리아, 균류 또는 특히 조류와 같은 유기성의 살아 있는 것들, 개별 입자들, 원자들, 원자단들, 유체 매체의 분자들을 포함한다.

높은 운동 에너지, 적어도 하나의 유체 소용돌이에서의 개별 층들의 마찰로부터의 에너지 입력, 및 수반되는 원심력 및/또는 병진 힘이 최적의 효과적으로 안정적이고, 균형 잡힌 상태를 초래하고, 따라서 결합(bond)이 정상적으로 존재하는 표면장력과 점성도에서의 변화를 가져온다. 격자 구조의 이러한 재배열은 개별 입자들, 원자들과 원자단들, 및 분자들이 서로 충돌하는 것뿐만 아니라 상이한 원자 질량들과 따라서 상이한 질량 관성으로부터 생기는 기존의 공유결합의 재형성과 부서짐에 기인한다.

본 발명에 따라 처리된 유체 매체는 비교적 긴 시간 기간에 걸쳐 그것의 표면이 긴장된(surface-tensed) 상태를 유지한다.

분사 구조의 그렇게 얻어진 재배열에 의해, 용해된 가스들 또는 유체 매체에 용해된 휘발성 불순물들이 풀려나서 그러한 유체 매체의 가스제거(degassing)가 추가로 발생한다. 이러한 가스제거의 결과로서, 처리될 유체 매체 그 자체에서의 이들 비말동반된 물질들, 다른 비말동반된 물질들, 또는 측정 센서들이나 파이프 벽들과 같이 유체 매체와 접촉하게 되는 물질들의 추가적으로 원치 않는 반응들이 감소되거나 방지된다.

원심력 및/또는 병진 힘은 유체 매체에서 용해된 불순물들의 분사 사슬들과 물질 결합들의 부서짐이 일어나도록 선택되어야 하고, 이들은 기계적으로 파괴 또는 분쇄되고/되거나 기존의 불순물들 또는 원자들, 분자들, 또는 유체 매체의 분사 화합물들이 적어도 부분적으로 이온화되거나 라디칼화된다.

회전 대칭적인 반응실의 기하학적 설계에 의해, 변화도에 의해 강하게 영향을 받는 필수적인 높은 속력들이 유체 매체에서 발생된다. 이들 속력은 물리적 효과들을 만들기 위해, 즉 디콘트솔리드(decontsolid) 성분들을 해체시키고, 분자 결합들을 재배열하며, 에너지의 전달에 의한 화학 공정들의 트리핑(tripping) 및 가속화를 위해, 필요하다. 기계적 파괴와 분쇄의 양과 질은 구할 수 있는(on hand) 유체 매체와 그것에 용해된 불순물들에 따라서 그러한 속력들을 변화시킴으로써 조정될 수 있다. 그러한 양과 질은 기계적인 스트레스들에 대한 불순물들의 저항에 따라 달라진다.

비말동반된 물질들은 유체 매체의 격자 구조로부터 용해되고/되거나 상이한 특정 물질 무게들 때문에 원심력에 의해 유체 매체로부터 분리되고, 그 후 반응실로부터 밖으로 운반시 여과, 침전 또는 배출구 파이프를 통해 튀어오를 수 있다. 물질들의 비말동반에 의해 유체 매체의 전기 전도도가 증가될 수 있다.

반응실에 전달된 유체 매체와 결합하여 벤츄리 효과를 얻기 위한 노즐로서, 마우스 가까이의 하부 구역에서의 배출구 파이프의 설계에 의해, 배출구 파이프에서 속이 빈 소용돌이로서 발달하는 유체 소용돌이는 크게 가속되고 낮은 표면장력을 가진다. 그 결과, 액체 유체 매체에서 핵심(core) 구역에서의 증기압에 도달되거나 못미치게 도달될 수 있다. 그 결과는 핵심 구역과 주변 구역에서의 크게 차이나는 속력들을 갖는 흐름이다.

속이 빈 소용돌이가 형성되고, 그 중심에서는 흐름 필드(flow field)의 나머지에서보다 더 가벼운 유체 매체의 핵심이 형성된다. 속력이 증가함에 따라, 소용돌이 필라멘트들이나 소용돌이 튜브들이 있는 소용돌이 흐름들이 만들어지거나, 유체 매체의 타입에 따라서 잠재적인(potential) 소용돌이라고도 알려진 소용돌이 코어가 있는 회전이 없는(rotation-free) 유체 소용돌이가 만들어진다. 이러한 공정에서는 다시 한번 흐르는 유체 매체에서의 전단 응력들이 이루어지고, 이는 물리적 공정과 화학적 공정을 더 진척시킨다.

진공을 형성하는, 소용돌이 코어가 있는 이러한 속이 빈 소용돌이는 벤츄리 효과 때문에 벤츄리 효과를 가지고 노즐에서 일어나는 진공 상태 발달과 겹쳐진다.

노즐 구역에서의 겹쳐지고 증강된 진공 형성에 의해, 내부 세포 압력(팽압)을 가지는 세균들과 박테리아들이 갈기갈기 찢기고 산화된다. 진공 구역에서는 액체 유체 매체에서의 용해된 가스들이 용해되고 가스 제거가 이루어지는데, 이는 기존의 유체 소용돌이 때문이다.

만약 세로축을 따라서 가운데에 있는 유체 통로를 통한 역류에서 조정 가능한 흐름의 통과 구멍(through bore)을 가질 수 있다면, 가스가 추가적인 유체로서 반응실에 전달될 수 있고, 따라서 유체 소용돌이와 혼합되며, 유체 매체에서 더 잘 눈에 띄게 용해되는데, 이는 그러한 유체 매체의 바뀐 분자 구조 때문이다.

본 발명의 장치와 본 발명의 방법은, 환경적으로 해로운 화학 물질들을 추가하지 않고, 유체 매체를 조사하지 않거나 다른 잠재적으로 위험한 행위를 하지 않고서 공간과 자금 모두의 측면에서 저비용으로 효과적이고 경제적인 공정이 수행될 수 있기 때문에 특히 유리하다. 이러한 공정 동안에, 의도된 용도에 따라서, 액체 쓰레기(waste)가 정화되고 소독되며 다시 사용될 수 있고, 물 저장기가 세균이 없게 유지된다. 물 부족이 있는 구역들에서는 신선한 물의 공급이 보장될 수 있는데, 즉 다양한 액체들의 적시는 파워(power)가 증가될 수 있다. 가정과 업계에서 다양한 세정 목적들을 위해 세제 화학 물질들을 사용하는 것이 상당히 줄어들 수 있고, 환경에 대한 부담이 감소될 수 있다. 두꺼운 액체 매체는 화학적 변경 없이 순수하게 기계적으로 희석될 수 있다.

반응기 설비와 반응실의 상부의 본 발명에 따른 설계의 결과로서, 유체 소용돌이가 높아진 회전 속력을 획득하고, 그 결과 불순물들의 파괴 및 분쇄의 효율이 상당히 그리고 유리하게 증강된다. 반응실, 그리고 특히 그러한 반응실의 상부의 본 발명에 따른 설계에 의해, 회전 속력에 의해 세로축을 따라서 유체 통로에서의 전환의 결과로서 유체 소용돌이의 방향에 있어서의 변경이 이루어질 때까지는 증기 분산 압력(vapor diffusion pressure)에 도달하지 않는다. 그 결과, 최대 50%까지, 바람직하게는 20 내지 40%, 그리고 매우 특히 바람직하게는 20 내지 30%의 압력 감소에 의한 에너지 절감이 유리하게 가능하다.

반응실에 전달된 유체 매체가 그것들의 표면장력 또는 점성도와 같은 그것들의 성질 면에서 상이하고, 따라서 본 발명의 반응기 설비에서 다른 화학 반응들과 측정 파라미터들을 발생시킨다는 점이 주목되어야 한다. 따라서 이러한 측정 파라미터들은 사용되는 유체 매체에 따라 달라진다.

유리하게, 반응기 설비에서의 화학 반응들의 속력을 높이기 위해 촉매가 추가될 수 있다. 특별한 일 실시예에서, 반응실의 유체를 나르는 벽들의 적어도 일부가 촉매 반응으로 코팅되거나 반응실의 유체를 나르는 벽들이 전체가 촉매성 재료로 이루어진다.

또한, 이상 가스들의 열적 상태 방정식에 따라 유체 매체의 온도를 올림으로써, 화학 반응들의 속도가 증가될 수 있다. 유리하게, 그러한 반응 속도는 온도 증가로부터 생기는 더 높은 에너지 입력 때문에 더 높다. 이를 위해, 따뜻하거나 뜨거운 액체 쓰레기와 같은 이미 데워진 유체 매체가 반응기 설비에 전달되고 플로우 다이나믹을 사용하여 처리된다. 대안적인 일 실시예에서, 반응기 설비는 가열 판(heating plate)과 같은 히터에 연결되고, 유체 매체를 가열시키기 위한 연관된 히트 제어기에 연결된다.

또한, 유체 매체를 운반하기 위한 호스들 또는 파이프들과 같은 주변 성분들, 과도압(overpressure) 밸브들과 같은 압력 밸브들, 흐름 조정기(flow adjuster)들, 및 사전 처리(pretreatment) 유닛들이 본 발명의 반응기 설비에 부착될 수 있다. 배출구 파이프의 유입 개구의 자유로운 단면과 배출구 파이프의 조정 능력과 함께 펌프들 및/또는 콤프레서(compressor)들의 사용은 필요한 동압력을 발생시킨다.

일 실시예에서, pH 값을 측정하기 위한 장치가 반응기 설비에 연결된다. 일 실시예에서, 그러한 반응기 설비는 열린 파이프라인 시스템에서 사용된다. 그러므로 그러한 유체 매체의 pH 값은 플로우 다이나믹 처리 후 유리하게 측정될 수 있다.

또한, 유체 매체의 플로우 다이나믹 처리 동안에 발생하는 가스들은 회전 운동의 결과로서 반응기 설비로부터 그리고 배출구 파이프의 배출구 개구로부터 유체 매체에 의해 운반되고 중화된다.

대안적인 일 실시예에서, 반응기 설비는 닫힌 순환 시스템에서 사용된다. 플로우 다이나믹 처리 동안에 발생하는 가스들은 회전 운동에 의해 유체 매체를 가지고 배출구 파이프의 배출구 개구로부터 멀리 실려가고 중화된다. 일 실시예에서, 발생되는 실려간 가스들은 그것들을 따로따로 가로채기 위한 장치에 모아진다. 바람직하게, 이들은 가스들을 가로채기 위한 특별한 용기(container)들이다. 유리하게, 계속해서 일어나는 중화와 함께, 별도의 가로채기에 의해 수소-산소 반응이 회피된다.

특별한 일 실시예에서, 가로채기 가스들은 다시 사용되고, 예를 들면 메탄, 메탄올, 또는 벤젠과 같은 가열(heating) 재료들이나 연료들용으로 유리하게 사용된다.

바람직한 일 실시예에서, 유체 통로는 세로축을 따라서 적어도 하나의 통과 구멍을 가지고, 그러한 통과 구멍의 세로축은 회전 대칭적인 바능실의 세로축과 일치한다.

유체 통로의 세로축을 따라서 통과 구멍을 통해, 반응실에는 적어도 하나의 추가 유체 매체가 바람직하게 유리하게 공급되고, 이러한 추가 유체 매체는 직접 필요한만큼 흡출되고, 반응실의 플로어 구역에서 우세한 부압에 의해 반응실의 하부로 자동으로 흡출된다. 따라서 유리하게, 유체 소용돌이는 유체 통로에서 전환되고, 또한 추가적인 유체 매체와 혼합될 수 있다.

일 실시예에서, 유체 통로는 반응실의 세로축에 대해 기하학적으로 평평한 모양을 가지고 통과 구멍을 가진다. 바람직한 일 실시예에서, 유체 통로는 반응실의 세로축에 대해 바람직하게는 세로로 기하학적으로 올라가는 모양을 가지고, 이후 그러한 유체 통로의 이버전, 즉 줄여서 이버전이라고 부르고 통과 구멍을 가지는 관 모양의 주둥이를 가진다.

유체 통로의 이버전의 길이가, 그러한 유체 통로가 벤츄리 효과를 얻기 위해 노즐에서 직접 끝나도록 모양을 가진다면, 통과 구멍을 통해 추가로 흡출되는 유체 매체는 설치된 상태에서 배출구 파이프의 마우스 가까이의 하부 구역에 있는 내부 내로 직접 흡출된다.

세로축을 따라서 통과 구멍이 있는 유체 매체의 가늘고 긴 실시예에서, 배출구 파이프의 유입 개구를 통해 직접 추가적인 유체 매체를 마우스 가까이의 그것의 하부 구역으로 의도적으로 전달하거나 흡출하는 것이 유리하다. 바람직하게, 마우스 가까이의 배출구 파이프의 하부 구역은 벤츄리 효과를 얻기 위한 노즐로서 구현되고, 그 결과 추가적인 유체 매체가 벤츄리 효과를 얻기 위해 노즐 내로 직접 흡출된다.

이버전의 길이는 다양한 방식으로 설계될 수 있다. 특별히 바람직한 일 실시예에서, 그리고 반응들의 가장 높은 효율을 위해, 그러한 이버전의 길이는 그것이 노즐의 가장 좁은 부분, 즉 배출구 파이프의, 유체와 접촉하는 내벽들의 가장 작은 자유로운 단면을 가지는 노즐에서의 장소에서 끝나도록 유리하게 설계된다. 유체 매체의 플로우 다이나믹 처리는 이러한 위치에서 유리하게 최적화된다.

배출구 파이프에서의 화학적 2차(secondary) 반응들을 위한 매체의 추가는 압력에 의해 행해지거나 벤츄리 효과를 위한 노즐에서의 부압을 사용함으로써 유리하게 행해진다.

일 실시예에서, 반응실에는 추가적인 유체 매체가 전달된다. 그러한 매체는 유체 통로의 통과 구멍을 통해 흡출될 수 있거나, 적어도 하나의 전달 개구를 거쳐 메인 인플로우(main inflow) 또는 다른 공급 라인들을 거쳐 반응실의 상부의 인접하는 유체 유입 구역에 도달할 수 있다.

일 실시예에서, 반응실에는 복수의 추가 유체 매체가 전달된다. 이들 매체는 유체 통로의 통과 구멍을 통해 모두 흡출될 수 있거나, 적어도 하나의 전달 개구를 거쳐 메인 인플로우 또는 다른 공급 라인들을 거쳐 반응실에 도달할 수 있다. 추가 일 실시예에서, 유체 매체는 적어도 하나의 전달 개구를 거쳐 메인 플로우 또는 다른 공급 라인들을 거치는 것뿐만 아니라 유체 통로를 통해 반응실에 도달한다. 또한, 추가적인 유체 매체에 용해된 고체 재료들은 통과 구멍 및/또는 적어도 하나의 전달 개구를 통해 반응실 내로 흡출될 수 있다.

일 실시예에서, 적어도 하나의 추가적인 유체 매체는 반응실의 상부에서 적어도 하나의 전달 개구를 통해 반응기 설비에 전달되는 동일한 매체일 수 있다. 대안적인 실시예에서, 적어도 하나의 추가 유체 매체는 반응실의 상부에서 적어도 하나의 전달 개구를 통해 반응기 설비에 전달되는 것보다 몇몇 다른 유체 매체이다. 그 결과, 또 다른 추가적인 유체 매체의 목표로 정한 투여량이 가능하다.

추가적으로 전달된 유체 매체에 의해, 산화 또는 침전제들과 같이 화학적 반응 또는 생물학적 반응에 영향을 미치는 물질들이 반응하게 만들어진다는 점에서 화학적 반응 또는 생물학적 반응이 우선적으로 개선 또는 가속화될 수 있다. 추가적인 전달된 유체 매체로서, 오존, 과산화수소 또는 산소와 같은 산화체(oxidant)들, 또는 반응 파트너들과 촉매로서의 역할을 하고 저장용기로부터 반응실에 전달되는 다른 추가적인 유체 매체가 고려될 수 있다.

만약 추가적인 전달된 유체 매체가 가스 상태의 것이고 산소 또는 (주위) 대기로부터의 산소와 같은 산화체이라면, 산화 성질을 개선하기 위해, 선행하는 사전처리 장치에 의해 이온화될 수 있거나 오존과 같은 라디칼들로 바뀔 수 있다. 그 결과, 탄화수소 화합물들 및/또는 세균들, 박테리아, 및 매우 작은 유기체들과 같은 다른 유기 화합물들이 산화될 수 있다. 특히 그 결과는 물과 이산화탄소인데, 즉 유기 물질들을 가지고, 변성이 일어난다.

반응 파트너들로서 역할을 하는 다른 추가적인 유체 매체 또는 산화체들에 있어서의 투여된 피딩(dosed feeding)에 의해 반응 속력에 있어서의 상당한 증가가 생긴다.

본 발명의 방법의 사용과 본 발명의 장치에 의해 처리된 유체 매체의 가장 중요한 영역들은, 공업, 상업, 개인 가정, 식품 생산, 땅 및 삼림 관리, 쓰레기 및 처분 업계, 세정 기술, 살균, 통조림 제조업, 기계공학, 전자공학, 의료 및 치료 분야, 건설 업계, 및 에너지 기술 분야이다. 본 발명의 장치 및 방법은 사전 처리, 가공, 살균, 소독 및/또는 유체 매체의 그리고 유체 매체에서의 기계적, 물리적, 및 화학적 반응의 개시를 위해 우선적으로 사용된다. 바람직하게, 이는 수성(aqueous) 유체 매체를 수반한다.

본 발명에 따르면, 사전 처리, 가공, 살균, 소독 및/또는 기계적, 물리적, 및 화학적 반응의 개시와 같은 용어들은 해로운 물질들의 비율이 감소되는 유체 매체의 세정 및 정화를 의미하는 것으로 이해된다. 해로운 물질들은 유체 매체에 용해되고, 또한 독이 있을 수 있는 유기 또는 무기 성분들 또는 미생물들이다.

예컨대, 수용액들에서 발견된 탄화수소, 세균, 균류, 조류, 및 박테리아는 유기 성분들이 터지게 함으로써 파괴되고, 그러한 공정에서 거의 녹지 않고 독성이 있는 무기 성분들이 파괴된다. 특히 바람직하게, 식수, 공정, 액체 쓰레기 또는 중수도(grey water)가 사전처리되고, 가공 및/또는 소독된다. 긴 사슬을 갖는 분자 화합물들이 또한 분쇄될 수 있다.

예를 들면, 수영장에서의 물이 그것에 의해 소독된다. 유리하게, 본 발명의 장치와 본 발명의 방법은 식수의 자율적인 공급에 이용될 수 있지만, 또한 모바일 홈(mobile home)들에서의 액체 쓰레기의 (모바일) 처리시에도 이용될 수 있고, 고립된 산혼이나 자율 휴가 캠프들에서의 액체 쓰레기 처리에도 이용될 수 있다.

본 발명의 장치와 방법은 액체 쓰레기들, 특히 개인, 산업 또는 공동체의 하부 오물을 처리하기 위해 바람직하게 사용된다. 예컨대, 용해된 탄화수소 화합물들은 최소 크기로 깨져서 벌어진 다음 다른 박테리아에 의해 소비된다. 또한, 물의 몸체들은 본 발명의 장치와 방법에 의해 세정될 수 있다. 공업적으로 생산된 비눗물 또한 이러한 식으로 세정된다.

예컨대, 서비스 스테이션들(자동차) 세척 시스템들, 공업용 세척 시스템들, 및 바이오가스(biogas) 시스템들에서와 같이 유기적으로 크게 오염된 곳에서 발생하는 것들처럼, 미네랄들을 함유하는 액체 쓰레기들은 본 발명의 장치 및 방법을 사용하여 유리하게 세정된다. 액체 쓰레기들에서 발생하는 계면활성제들 또한 세정되고 처리될 수 있다.

또한, 본 발명의 장치 및 방법을 사용하면 중유들 뿐만 아니라 윤활유 에멀전들이 또한 세정될 수 있다.

만약 자동체 몸체의 부품들이 형체를 이룬다면, 그리스(grease)로 페인트칠해진 금속의 조각들이 페이트되기 전에 뜨거운 물로 다시 세정되어야 한다. 세정수는 반드시 그리스들과 계면활성제들로 세정되어야 한다. 금속 세척(metal washing) 후 금속 몸체들의 성형시 발생하는, 이러한 찌꺼기 물의 처리는 마찬가지로 본 발명의 장치 및 방법에 의해 완성될 수 있다.

또한, 우선적으로는 식물성 기름(vegetable oil)들에 기초하는, 기체 상태 또는 액체 상태의 연료들이 또한 처리될 수 있다.

본 발명의 장치 및 방법은 특별한 장점들을 가지는데, 즉 공간 및 비용 측면에서 지출이 거의 들지 않고, 환경적으로 해로운 화학 제품을 추가하지 않고 유체 매체를 조사하지 않거나 다른 잠재적으로 위험한 설비(provision)들을 취하지 않으면서 효과적이고 경계적인 공정이 수행될 수 있다. 그 결과, 의도된 사용에 따라서, 액체 쓰레기의 오염 물질이 제거될 수 있고, 소독될 수 있으며 다시 사용될 수 있는데, 즉 물 저장 용기들이 세균이 없게 유지될 수 있다. 물이 부족한 영역들에서는 신선한 물의 공급이 보장될 수 있다. 다양한 액체들의 유용성이 증대될 수 있다. 개인 가정 및 산업 현장에서의 다양한 세정 목적들을 위한 세제 화학 제품들의 사용이 상당히 감소될 수 있고, 따라서 환경에 대한 부담이 감소된다. 화학적 변화가 없는 두꺼운 액체 매체가 순수하게 기계적인 방식들로 희석될 수 있다.

전형적인 실시예들

본 발명은 전형적인 실시예들에 의해 더 상세하게 아래에서 설명될 것이다. 이러한 전형적인 실시예들은 본 발명의 범주를 제한하지 않으면서 본 발명을 설명하기 위해 의도된다.

본 발명은 도면들의 도움으로 더 상세하세 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 반응기 설비 상으로의 구분 평면(sectional plane)인 C-C를 따라 단면이 나타난 평면도.
도 2는 구분 평면인 D-D를 따라서 반응기 설비의 세로 섹션에서의 α=90°인 설정각에서의 본 발명의 반응기 설비를 보여주는 도면.
도 3은 반응기 설비의 세로 섹션에서의 반응실의 상부의 상면과 저면 사이에서 간격이 감소하고 설정각 α=90°인 본 발명의 반응기 설비를 보여주는 도면.
도 4는 본 발명의 반응기 설비 상으로의 구분 평면인 B-B를 따라 단면이 나타난 추가 평면도.
도 5는 구분 평면인 A-A를 따라 반응기 설비의 세로 섹션에서의 α=90°인 설정각에서의 본 발명의 반응기 설비의 분해도.
도 6은 반응기 설비의 세로 섹션에서의 반응실의 상부의 상면과 저면 사이에서 간격이 감소하고 설정각 α=90°인 본 발명의 반응기 설비를 보여주는 도면.
도 7은 반응기 설비의 세로 섹션에서 α=110°인 설정각에서의 본 발명의 반응기 설비를 보여주는 도면.

평면 C-C를 따라 단면이 나타난 평면도인 도 1은, 하우징(3)의 상부와 배출구 파이프(10)가 있는 본 발명의 반응기 설비(1)를 보여준다. 반응기 설비(1)의 세로 섹션에 있는 2개의 유입 파이프들(미도시)은 평면 D-D를 따라서 서로 반대쪽에 있으면서 평면(C-C)을 따라 볼 때 반응실(18)의 상부의 재킷 면에 접하게 배출하고, 재킷 면이 있는 타원형 표면을 가지는 구역에 2개의 전달 개구들(6)을 형성한다. 각각의 전달 개구들(6) 앞의 2개의 화살표는 유체 매체의 흐름 방향을 나타낸다. 전달 개구들(6)은 각각 흐름 방향에서 유체 유입 구역들(34)에 의해 인접하고, 이들 구역들은 반응기 설비(1)까지의 세로 섹션에서 직경(d_z)(7)을 갖는 원형 표면을 가진다.

도 2는 평면(D-D)을 따라서 반응기 설비(1)의 세로 섹션에서 도 1의 평면(C-C)을 따라서 단면으로부터 본 발명의 반응기 설비(1)의 구성을 보여주고, 이 경우 반응기 설비(1)의 성분들 또는 부품들은 세로축(2)을 따라서 위치한다. 반응기 설비(1)의 세로 섹션은 설치된 상태에서의 단면도 측면에서 유체 유입 구역(34)이 좌측과 우측에서 도시되는 방식으로 평면(D-D)을 따라서 연장한다. 도입된 유체 매체는 구분 평면인 D-D로부터 좌측으로 흐른다. 단면도에서 우측에 있는 유체 유입 구역(34)의 경우에는 도입된 유체 매체가 구분 평면인 D-D 내로 흐른다. 모든 특징들과 참조 번호들은 세로 섹션에서 반응기 설비(1)의 한쪽 절반을 가리킨다. 하지만 세로축(2)의 다른 사이드 상의 반응기 설비(1)의 두 번째 절반의 구성은 동일한데, 이는 반응기 설비(1)가 세로 섹션에서 거울 대칭적으로 구성되기 때문이다.

반응기 설비(1)는 중앙 평면(5)을 따라서 하우징의 상부(3)와 하부(4)로 쪼개지는데, 즉 유체와 접촉하는, 하우징(3, 4)의 내벽들이, 마찬가지로 상부(18)와 하부(19)를 가지는 회전 대칭적인 반응실(18, 19)을 형성한다. 반응실(18)의 상부는 상면(20)과 저면(21)을 가지고, 또한 상면으로부터 저면(22)으로의 전이 구역을 가진다. 세로축(2)은 회전 대칭적인 반응실(18, 19)의 회전축에 대응한다. 반응기 설비(1)에는 배출구 파이프(10)가 또한 존재한다.

유체 매체는 반응실(18)의 상부의 재킷 면에 단면에서 접하게 위치하는 전달 개구(세로 섹션에서는 도시되지 않은)를 통해 반응실(18)의 상부 내로 도입된다. 전달 개구(세로 섹션에서는 도시되지 않은)는 반응기 설비(1)까지의 세로 섹션에서, 직경 d_z(7)을 가지는 세로 섹션 가장자리 상에서의 원형 면과 연관된 중앙 점(31)을 가지는 유체 유입 구역(34)에 의해 흐름 방향에서 인접한다. 중앙 평면(5)은 유체 유입 구역(34)의 중앙 점(31)을 통해 연장한다. 상면(20)과 저면(21) 사이의 간격 b(23)은 일정하다. 설정각 a(27)은 90°에 이르고 설치된 상태에서 세로 섹션에서 볼 때 중앙 평면(5)에 의해 세로 축(2)에 대해 확립되는 각도를 가리키며, 이는 유체 유입 구역(34)의 중앙 점들(31)을 통해 연장한다. α=90°인 설정각(27)은 중앙 평면(5) 밑에서, 즉 중앙 평면(5)으로부터 반응실(18, 19)의 세로축(2)까지, 설치된 상태에서 그 자체로 확립되는 각도를 가리킨다. 이를 위해, 중앙 평면(5)과의 세로축(2)의 섹션은 직교 좌표계를 나타낸다. 그러므로 설정각(27) α=90°은 항상 직교 좌표계의 3사분면과 4사분면을 가리킨다. 설정각(27) α=90°에서 간격 b(23)은 유체 유입 구역(34)의 직경 d_z(7)과 같고, 따라서 반응실(18)의 상부의 높이와 같아진다.

반응실(18)의 상부에서 상면으로부터 저면(22)까지의 전이 구역으로부터 배출구 파이프(10)의 외벽까지의 간격은 반응실(18)의 상부의 최대 간격 r_max(9)과 같아진다. 반응실(18, 19)의 유체를 나르는 벽들은 그것들의 기하학적 형태와 표면적과 관련하여 그것들이 약간의 마찰 저항과 마찰 계수를 생성하도록 정해진다.

유체 매체는 반응실(18)의 상부에서 회전하게 설정되고, 유체 소용돌이를 형성하며, 이러한 유체 소용돌이는 반응실(19)의 하부까지 세로축(2)을 따라서 흐름 방향으로 방향이 조종된다. 반응실(19)의 하부는 저면(24)으로부터 플로어 구역의 아래 경계선(26)을 가지는 만곡된 플로어 구역(25)으로의 전이로부터 연장한다. 반경 r₃(28)은 반응실(19)의 하부의 저면(24)으로부터 배출구 파이프(10)의 외벽으로의 전이로부터의 간격과 같아진다. 또한, z(30)는 반응실(18)의 상부의 상면(20)과 저면(21)이 더 이상 서로에 대해 일정한 간격 b(23)을 가지지 않는 점으로부터 반응실(19)의 하부의 간격과 같아지고, z(30)는 반응실(19)의 하부의 플로어 구역(25)의 아래 경계선(26)만큼 멀리 연장한다. 하우징(4)의 하부에서는 기하학적으로 올라가게 모양을 갖는 유체 통로(15)가 외치하는데, 즉 그것의 세로축은 반응실(18, 19)의 세로축(2)과 일치한다. 유체 통로는 유체와 접촉하는, 배출구 파이프(10)의 내벽들의 가장 작은 자유로운 단면을 가지는 위치 내로 돌출하는 통과 구멍이 있는 이버전(16)을 가진다. 통과 구멍을 통해, 반응실(19)의 하부의 플로어 구역(25) 내로 필요한 만큼 추가적인 유체 매체가 흡출될 수 있다. 유체와 접촉하고 있는 사이드에서의, 배출구 파이프(10)의 내벽들의 가장 작은 자유로운 단면을 가지는 위치는 벤츄리 효과(17)를 얻기 위한 노즐(17)로서 설계된다. 속력을 유지하면서 회전하는 유체 소용돌이가 유체 통로(15)에서 전환되고, 배출구 파이프(10)의 유입 개구(11)를 통과하여 배출구 파이프(10) 내로 들어간다. 유입 개구(11)는 반응실(19)의 하부에 위치하고, 반응실(19)의 하부의 만곡된 플로어 구역(25)의 아래 경계선(26)으로부터 가변적인 간격 a(29)만큼 이격되어 있다. 또한, 배출구 파이프는 벽 두께 d(14)뿐만 아니라 세로축(2)으로부터 배출구 파이프(10)의 외벽까지의 반경 r₂(13)을 가진다. 유체 매체는 배출구 파이프(10)의 배출구 개구(12)를 통해 반응기 설비(1) 밖으로 운반된다.

유체를 운반하는 반응기 챔버(18, 19)의 벽들은 그것들의 기하학적 형태와 표면적과 관련하여 그것들이 약간의 마찰 저항과 마찰 계수를 발생시키도록 정해진다. 유체 소용돌이를 발생시키고 노즐(17)에서 벤츄리 효과를 얻기 위해 필수적인 압력은, 본 발명의 반응실(18, 19)에서의 약간의 유체 마찰 때문에 약 -0.99bar인 겹쳐진 부압을 가지고 3.5bar가 되고, 유리하게는 동일한 반응실 체적에 있어서 6.0bar인 압력을 필요로 하는 EP1294호에 비해 약 42% 더 작다.

도 3은 평면 D-D를 따라서 반응기 설비(1)의 세로 섹션에서의 도 1의 평면 C-C을 따라서 단면으로부터 본 본 발명의 반응기 설비(1)의 구성을 보여주고, 그러한 경우 반응기 설비(1)의 성분들 또는 부품들은 세로축(2)을 따라서 위치해 있다. 그것의 구성의 특징들 대부분은 도 1과 도 3에서의 단면의 평면도에서의 것들과 같은 것이고 따라서 더 상세하게는 다루어지지 않을 것이다.

세로축(2)에 대한 설정각 α(27)은 다시 α=90°에 이르고, 설치된 상태에서 세로 섹션에서 볼 때 유체 유입 구역(34)의 중앙 점들(31)을 통해 세로축(2)까지 연장하는 중앙 평면(5)으로부터 확립되는 각도를 가리킨다. 상면(20)과 하면(21) 사이의 간격 b(23)은, 전달 개구(세로 섹션에서는 도시되지 않음) 부근과 유체 유입 구역(34)의 부근에서 최대(d_max)이고, 유체 유입 구역(34)의 원형 직경 d_z(7)과 같아진다. 유체 매체의 흐름 방향에서, 배출구 파이프(10)의 외벽에 대한 상면(20)과 저면(21) 사이의 간격 b(23)은 감소하고, 그 결과 유체 매체의 추가적인 가속이 유리하게 이루어진다.

평면 B-B를 따라서 단면이 도시되어 있는 평면도인 도 4는 하우징(3)의 상부와 배출구 파이프(10)가 있는, 본 발명의 반응기 설비(1)를 보여준다. 평면 A-A를 따라서 반응기 설비(1)의 세로 섹션에서 서로 반대쪽에 위치하는 2개의 유입 파이프들(미도시)은 도면에서 반응실(18)의 상부의 재킷 면에 접하게 평면 B-B를 따라서 배출하고, 2개의 전달 개구들(6)을 형성하는데, 이러한 2개의 전달 개구 단면에는 타원형 표면을 가지는 재킷 면이 존재한다. 각각의 전달 개구들(6) 앞의 2개의 화살표들은 유체 매체의 흐름 방향을 나타낸다. 전달 개구들(6)은 각각 반응기 설비(1)에 대한 세로 섹션에서 직경 d_z(7)을 갖는 원형 표면을 가지는, 흐름 방향에서의 유체 유입 구역들(34)에 의해 각각 인접된다.

분해도인 도 5는 도 3의 평면 B-B를 따라서 단면으로부터 본 발명의 반응기 설비(1)의 성분들과 부품들을 보여주고, 이들 성분들 및 부품들은 모두 세로축(2)을 따라 위치한다. 설치된 상태에서 평면 A-A를 따라 반응기 설비(1)의 세로 섹션에서는 배출구 파이프(10), 반응실(18)의 상부가 있는 하우징(3)의 상부, 반응실(19)의 하부가 있는 하우징(4)의 하부, 및 이버전(16)이 있는 유체 통로(15)가 도시되어 있다. 하우징(3)의 상부에서는 배출구 파이프(10)를 위한 개구(32)가 또한 보일 수 있는데, 즉 배출구 파이프(10)의 유입 개구(11)와 동일한 총 단면을 가지고 세로축(2)을 따라서 조정 가능하게 위치한다. 하우징(4)의 하부에서는 세로축(2)을 따라서 위치하는, 유체 통로(33)를 위한 개구가 또한 보일 수 있다.

배출구 파이프(10)는 유입 개구(11)와 배출구 개구(12), 세로축(2)으로부터 배출구 파이프(10)의 외벽까지의 반경 r₂(13), 벽 두께 d(14), 및 벤츄리 효과(17)를 얻기 위한 노즐을 가진다. 반응실(18)의 상부에 관해서는 상면(20) 및 저면(21)과, 상면으로부터 저면(22)으로의 전이 구역이 또한 도시된다. 반응실(19)의 하부에 관해서는, 저면(24)의 전이, 플로어 구역(25), 플로어 구역(25)의 아래 경계선(26), 및 간격 z(30)이 도시되어 있다.

도 6은 본 발명의 반응기 설비(1)의 또 다른 유리한 실시예를 보여준다. 이러한 구성의 특징들 대부분은 도 1과 도 3에서의 단면의 평면도로부터의 것들과 같고, 따라서 이들은 추가로 설명되지 않는다. 반응기 설비(1)의 세로 섹션은 설치된 상태에서 단면도에 있는 것이 좌측과 우측인 유체 유입 구역(34)이 도시되는 방식으로 연장한다. 도입된 유체 매체는 좌측 편 상에 있는 구분 평면으로부터 밖으로 흐른다. 번갈아, 단면도에서의 우측에 있는 유체 유입 구역(34)의 경우에는 도입된 유체 매체가 구분 평면 내로 흐른다.

세로축(2)에 대한 설정각 α(27)은 다시 α=90°에 이르고, 설치된 상태에서의 세로 섹션에서 볼 때, 유체 유입 구역(34)이 중앙 점들(31)을 통해 연장하는 중앙 평면(5)으로부터 세로축(2)에 대해 확립되는 각도를 가리킨다. 상면(20)과 하면(21) 사이의 간격 b(23)은 전달 개구(세로 섹션에서는 도시되지 않은)와 유체 유입 구역(34)의 부근에서 최대(b_max)이고, 유체 유입 구역(34)의 원 직경 d_z(7)과 같아진다. 유체 매체의 흐름 방향에서 배출구 파이프(10)의 외벽에 대한 상면(20)과 저면(21) 사이의 간격 b(23)은 감소하고, 그 결과 유체 매체의 추가적인 가속이 유리하게 이루어진다.

-0.99bar인 겹쳐지는 부압을 가지고 유체 소용돌이를 발생시키고 노즐(17)에서의 벤츄리 효과를 얻기 위해 필수적인 압력은, 반응실(18, 19)에서의 작은 유체 마찰 때문에 5.0bar가 되고, 이는 동일한 반응실 체적에 대해 6.0bar의 압력을 필요로 하는 EP1294474호에 비해 대략 17% 더 낮은 것이다.

도 7은 본 발명의 반응기 설비(1)의 또 다른 유리한 실시예를 보여준다. 이러한 구성의 특징들의 대다수는 도 1과 도 3에서의 단면의 평면도에서의 것들과 같고, 따라서 이들은 더 설명되지 않을 것이다. 반응기 설비(1)의 세로 섹션은 유체 유입 구역(34)이 설치된 상태에서 단면도에서 좌측과 우측에 도시되는 방식으로 연장한다. 도입된 유체 매체는 구분 평면으로부터 밖으로 좌측에서 흐른다. 단면도에서 우측에 유체 유입 구역(34)이 있는 경우에는 도입된 유체 매체가 구분 평면 내로 흐른다.

상면(20)과 저면(21) 사이의 간격 b(23)은 일정하고, 유체 유입 구역(34)의 원 직경 d_z(7)과 같아진다. 세로축(2)에 대한 설정각 α(27)은 110°에 이른다. 설정각 α(27)은 설치된 상태에서 세로 섹션에서 볼 때 가상의 중간 평면(35)으로부터 확립되는 각도를 가리키고, 이러한 가상의 중간 평면(35)은 유체 유입 구역(34)의 각각의 중앙 점들(31)을 통해 연장하며 반응실(18)의 상부의 상면(20)에 평행하다. 110°인 설정각 α(27)은 가상의 중간 평면(35)으로부터 반응실(18, 19)의 세로축까지인, 가상의 중간 평면(35) 밑에 있는 설치 상태에서의 세로축(2)에 대해 확립된 각도를 가리킨다.

반경 r₁(8)은 반응실(18)의 상부의 저면(21)으로부터 배출구 파이프(10)의 외벽까지의 간격과 같다. α=110°인 경우에 반응실(18)의 상부에서의 r₁(8)은, 반응실(19)의 하부로의 저면(24)의 전이까지 계속해서 감소한다.

유체 소용돌이를 발생시키고 -0.99bar인 부압이 겹쳐진 상태에서 노즐(17)에서의 벤츄리 효과를 달성하기 위해 필수적인 압력은 4.8bar로서 대략 20% 더 낮은데, 이는 동일한 반응실 체적들이 6.0bar의 압력을 필요로 하는 EP1294474호에 비해 반응실(18, 19)에서의 유체 마찰이 더 적기 때문이다.

1: 반응기 설비 2: 반응실의 세로축
3: 하우징, 상부 4: 하우징, 하부
5: 중앙 평면 6: 전달 개구
7: 반응실의 상부에 접하게 위치된, 전달 개구와 흐름 방향에서 인접하는 유체 유입 구역의 직경 d_z
8: 반경(배출구 파이프의 외벽으로부터 반응실의 상부의 저면까지의 간격)
9: 반경 r_max(배출구 파이프의 외벽으로부터 반응실의 상부에서의 상면에서 저면으로의 전이 구역의 간격)
10: 배출구 파이프 11: 배출구 파이프의 유입 개구(총 단면)
12: 배출구 파이프의 배출구 개구(총 단면)
13: 배출구 파이프의 반경 r₂(세로축으로부터 외벽까지의)
14: 배출구 파이프의 벽 두께 d
15: 유체 통로 16: 유체 통로의 이버전
17: 벤츄리 효과를 얻기 위한 노즐
18: 반응실, 상부 19: 반응실, 하부
20: 반응실의 상부의 상면 21: 반응실의 상부의 저면
22: 반응실의 상부에서 상면으로부터 저면으로의 전이 구역
23: 상면과 저면 사이의 간격 b
4: 반응실의 하부의 저면으로부터의 전이
25: 반응실의 하부의 플로어 구역
26: 반응실의 하부의 플로어 구역의 아래 경계선
27: 세로축으로의 설정각 a
28: 반경 r₃(반응실의 하부의 저면의 배출구 파이프의 외벽으로의 전이로부터의 간격)
29: 반응실의 하부의 아래 경계선과 배출구 파이프의 유입 개구 사이의 간격 a
30: 상면과 저면이 서로로부터 일정하거나 감소하는 간격을 더 이상 가지지 않는 점으로부터의 반응실의 하부의 저면으로부터 반응실의 하부의 플로어 구역의 아래 경계선까지의 간격 z
31: 유체 유입 구역의 중앙 점
32: 배출구 파이프용 하우징의 상부에서의 개구
33: 유체 통로용 하우징의 하부에서의 개구
34: 유체 유입 구역 35: 가상의 중간 평면

Claims (13)

1. 적어도 하나의 안내된 유체 소용돌이를 생성하기 위해 유체 매체(fluid medium)를 받기 위한 플로우 다이나믹(flow dynamic) 반응기 설비(1)의 형태를 갖는 장치로서,
   하우징(3, 4)과 배출구 파이프(outlet pipe)(10)를 포함하고,
   상기 하우징(3, 4)은 유체 접촉 사이드(fluid-contact-side) 내벽들에 의해, 이후 반응실(18, 19)이라고 부르고 세로축(2)에 대해 회전 대칭적인, 유체를 운반하는 속이 빈 챔버를 형성하고,
   상기 반응실(18, 19)은 유체 매체의 흐름 방향에서 상부(18)와 하부(19)로 분리되고,
   상기 반응실(18)의 상부는,
   상면(top face)(20)과 저면(bottom face)(21)을 가지는데, 상기 상면(20) 및/또는 상기 저면(21)은 세로축(27)에 대해 80°내지 115°사이에 있는 설정각을 가지고,
   상기 상면으로부터 상기 저면(22)으로의 전이 구역을 가지고,
   상기 상면으로부터 상기 저면(22)으로의 전이 구역에서는 배출구 파이프(10)의 외벽으로 참조되는 최대 반경(9)을 가지고,
   상기 상면으로부터 상기 저면(22)으로의 전이 구역에서는 상기 반응실(18)의 상부의 재킷 면에 접하게 위치하는, 적어도 하나의 전달 개구(6)를 가지고, 흐름 방향에서 유체 유입 구역(34)이 상기 전달 개구(6)와 인접하고,
   상기 반응실(19)의 하부는 저면(24)으로부터 만곡되는 플로어 구역(25)의 아래 경계선으로의 전이로부터 간격(spacing) z(30)만큼 흐름 방향으로 연장하는데, 기하학적으로 올라가는 모양을 가진 유체 통로(15)가 유체 매체를 배출구 파이프(10)의 유입 개구(11)로 전환시키고,
   상기 배출구 파이프(10)는 그것의 세로축에서 회전 대칭적인 반응실(18, 19)의 세로축(2)과 일치하고, 상기 배출구 파이프(10)의 유입 개구(11)는 상기 흐름 방향에서, 만곡되는 플로어 구역(25)의 아래 경계선(26)이 있는 곳으로부터 간격 a(29)만큼 떨어져 위치하는, 장치.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 유입 개구(11)와 인접하는 마우스(mouth) 가까이의 구역에서, 상기 배출구 파이프(10)는 벤츄리 효과(Venturi effect)(17)를 발생시키기 위한 노즐로서 구현되고, 상기 벤츄리 효과(17)를 얻기 위한 노즐은 벤츄리 또는 라발(Laval) 노즐로서 설계되고, 상기 유체 통로(15)의 이버전(eversion)(16)은 상기 벤츄리 효과(17)를 얻기 위한 노즐에서 끝나는 것을 특징으로 하는, 장치.
3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
   상기 유체 유입 구역(34)은 직경 d_z(7)을 가지는 것을 특징으로 하는, 장치.
4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 반응실(18)의 상부의 상면(20)과 저면(21)은, 상기 저면(21)으로부터 반응실(19)의 하부로의 전이까지의 흐름 방향에서 서로로부터 최대로 일정하거나 감소하는 간격 b(23)를 가지고, 상기 간격 b(23)은 상기 유체 유입 구역(34)의 직경 d_z(7)의 1배 내지 3배와 같은(b≤3d_z) 것을 특징으로 하는, 장치.
5. 제4 항에 있어서,
   간격 z(30)은 상기 유체 유입 구역의 직경 d_z(7)의 적어도 절반에 이르는(z≥1/2d_z) 것을 특징으로 하는, 장치.
6. 제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   반경 r₁(8)은 반응실(18)의 상부의 저면(21)으로부터 중앙 평면(5)에 평행한 평면을 따라서 배출구 파이프(10)의 외벽까지 연장하는 간격을 규정하고, 반경 r₃(28)은 반응실(19)의 하부의 저면(24)의 배출구 파이프(10)의 외벽으로의 전이가 시작되는 것으로부터 연장하는 간격을 정의하고, r₁(8)은 유체 유입 구역의 직경 d_z(7)과 간격 r₃(28)의 합보다 적어도 큰(r₁≥d_z+r₃) 것을 특징으로 하는, 장치.
7. 제6 항에 있어서,
   반응실(18)의 상부는 상기 반응실(18)의 상부의 재킷 면에 접하게 위치하는 2개 이상의 전달 개구(6)를 가지는 것을 특징으로 하는, 장치.
8. 제7 항에 있어서,
   상기 배출구 파이프(10) 및/또는 상기 유체 통로(15)는 세로축(2)을 따라서 조정 가능하고 이동 가능한 것을 특징으로 하는, 장치.
9. 제8 항에 있어서,
   상기 유체 통로(15)는 세로축(2)을 따라서 통과 구멍(through bore)을 가지는 것을 특징으로 하는, 장치.
10. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 작동 방법으로서,
    처리될 유체 매체는, 움직임이 반응실(19)의 하부에 대해 흐름 방향으로 배향되고, 세로축(2)을 따라서 적어도 하나의 체적 흐름(volume flow)이 병진 및 회전 움직임으로 설정되고, 유체 소용돌이에서 높은 원심력들이 생기도록 적어도 하나의 체적 흐름이 흐름 기술 측면에서 난기류의(turbulent) 경계층을 형성하는 회전하는 유체 소용돌이를 형성하는 방식으로, 그리고 설치된 상태에서 아래쪽으로 배향되는 병진 및 회전 움직임에 반대되는 올라가는 움직임 상태에 있는 배출구 파이프(10)의 유입 개구(11) 내로 유체 통로(15)에서 상기 유체 소용돌이가 전환되는 방식으로, 하우징(3, 4)의 회전 대칭적인 반응실(18)의 상부 내로 적어도 하나의 전달 개구(6)를 통해 적어도 하나의 체적 흐름에서 안내되고,
    적어도 하나의 유체 소용돌이의 플로우 다이나믹 처리의 결과로서, 전환 및/또는 기계적 및 물리적 파괴 및/또는 유체 매체에서 발견된 화학 물질들이나 미생물들의 라디칼화(radicalization)가 발생되는 것을 특징으로 하는, 작동 방법.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 유체 통로(15)에서 세로축을 따라서 통과 구멍을 통해, 적어도 하나의 추가적인 유체 매체가 배출구 파이프(10)의 유입 개구(11) 내로 흡출될 수 있고, 상기 추가적인 유체 매체는 적어도 하나의 전달 개구(6) 내로 도입되는 유체 매체로부터의 동일하거나 상이한 추가적인 유체 매체인 것을 특징으로 하는, 작동 방법.
12. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 사용법(usage)으로서,
    사전 처리, 처리, 살균, 소독 및/또는 유체 매체의 그리고 유체 매체에서의 화학 반응들의 개시를 위한, 장치의 사용법.
13. 제1 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 사용법으로서,
    상기 장치는 하우징(3, 4)과 배출구 파이프(10)를 포함하고,
    상기 하우징(3, 4)은 유체 접촉 사이드 내벽들에 의해, 이후 반응실(18, 19)이라고 부르고 세로축(2)에 대해 회전 대칭적인, 유체를 운반하는 속이 빈 챔버를 형성하고,
    상기 반응실(18, 19)은 유체 매체의 흐름 방향에서 상부(18)와 하부(19)로 분리되고,
    상기 반응실(18)의 상부는,
    상면(20)과 저면(21)을 가지는데, 상기 상면(20) 및/또는 상기 저면(21)은 세로축(27)에 대해 80°내지 115°사이에 있는 설정각을 가지고,
    상기 상면으로부터 상기 저면(22)으로의 전이 구역을 가지고,
    상기 상면으로부터 상기 저면(22)으로의 전이 구역에서는 배출구 파이프(10)의 외벽으로 참조되는 최대 반경(9)을 가지고,
    상기 상면으로부터 상기 저면(22)으로의 전이 구역에서는 상기 반응실(18)의 상부의 재킷 면에 접하게 위치하는, 적어도 하나의 전달 개구(6)를 가지고, 흐름 방향에서 유체 유입 구역(34)이 상기 전달 개구(6)와 인접하고,
    상기 반응실(19)의 하부는 저면(24)으로부터 만곡되는 플로어 구역(25)의 아래 경계선으로의 전이로부터 간격 z(30)만큼 흐름 방향으로 연장하는데, 기하학적으로 올라가는 모양을 가진 유체 통로(15)가 유체 매체를 배출구 파이프(10)의 유입 개구(11)로 전환시키고,
    상기 배출구 파이프(10)는 그것의 세로축에서 회전 대칭적인 반응실(18, 19)의 세로축(2)과 일치하고, 제10 항 또는 제11 항의 방법을 수행하기 위해, 상기 배출구 파이프(10)의 유입 개구(11)는 상기 흐름 방향에서, 만곡되는 플로어 구역(25)의 아래 경계선(26)이 있는 곳으로부터 간격 a(29)만큼 떨어져 위치하는, 장치의 사용법.

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