KR20200105394A - Dissolved gas discharging apparatus and dissolved gas discharging method using the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 용존가스 배출장치 및 이를 이용한 용존가스 배출방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 캐비테이션에서 미세 기포를 확산하고 두부공간을 감압기가 감압하여 식음료 등의 제조공정에서 발생되는 액체 내의 불필요한 용존가스들을 사전에 제거하여 액체의 유통 및 보관 수명을 연장하는 용존 가스 배출 장치 및 이를 이용한 용존가스 배출방법에 관한 것이다.The present invention relates to a dissolved gas discharge device and a method of discharging dissolved gas using the same, and more particularly, by diffusing microbubbles in cavitation and decompressing the head space by a pressure reducer, unnecessary dissolved gases in the liquid generated in the manufacturing process such as food and beverage are removed. The present invention relates to a dissolved gas discharge device for prolonging the circulation and storage life of a liquid by removing it in advance, and a dissolved gas discharge method using the same.
일반적으로 식 음료 등의 제조 과정 중에 액체 속에 들어 있는 용존가스를 제거하지 못하면, 해당 제품의 출하 후, 상온에서 액체 내의 곰팡이의 성장 등에 의해 변질되거나 맛의 변화를 초래하기 때문에 해당 액체의 유통 및 보관 수명이 단축될 수 밖에 없다.In general, if the dissolved gas contained in the liquid is not removed during the manufacturing process of food and beverages, after the product is shipped, it is deteriorated by the growth of mold in the liquid at room temperature or changes in taste. Life is bound to be shortened.
따라서 종래에는 이러한 문제점을 해결하는 방법으로서 필터링 또는 가열 및 증발 그리고 진공 탈기라는 공정을 사용하여 왔다. Therefore, conventionally, processes such as filtering or heating and evaporation and vacuum degassing have been used as methods to solve this problem.
최근 캐비테이션을 이용한 용존산소 제거장치가 개발되고 있으며, 캐비테이션이란 액체의 미소한 일부의 주위가 액체로 둘러싸인 상태에서 기화하는 현상으로서 공동화, 공동현상이라고도 하며, 개체와 액체의 상대속도가 매우 큰 경우에 고체 표면의 일부에서 액체의 압력이 액체의 증기압 보다 작아질때 일어난다. 펌프의 임펠러나 선박의 스크류 등에서 발생한다.Recently, a device for removing dissolved oxygen using cavitation is being developed, and cavitation is a phenomenon in which a small part of a liquid is evaporated while surrounded by liquid, and is also called cavitation or cavitation, and when the relative velocity between the individual and the liquid is very large. It occurs when the pressure of the liquid on a part of the solid surface becomes less than the vapor pressure of the liquid. It occurs in the impeller of the pump or the screw of the ship.
상기 캐비테이션으로 발생하는 기포는 붕괴되면서 선박의 프로펠러나 펌프의 임펠러 등에 심각한 손상을 주며, 캐비테이션에 의해 발생하는 기포가 붕괴될 때 발생하는 온도는 수천도 이상이며, 압력 또한 수백 기압 이상인 것으로 알려져 있으며, 이러한 고밀도의 에너지는 충격파의 형태로 주변에 전달되며, 기포가 파괴될 때 물분자는 열분해에 의해 OH radical과 H radical로 분해되는데, 이중 OH radical은 강력한 산화력을 가진 물질로 알려져있다.As the bubbles generated by the cavitation collapse, they seriously damage the propeller of the ship or the impeller of the pump, and the temperature generated when the bubbles generated by the cavitation collapse is several thousand degrees or more, and the pressure is known to be more than several hundred atmospheres. This high-density energy is transmitted to the surroundings in the form of a shock wave, and when bubbles are destroyed, water molecules are decomposed into OH radicals and H radicals by thermal decomposition, of which OH radicals are known to have strong oxidizing power.
또한, 열분해과정에서 난분해성물질의 분자 결합이 깨져 분해되거나 OH radical에 의해 산화되며, 수온이 상승하기도 한다.In addition, in the process of pyrolysis, the molecular bonds of hardly decomposable substances are broken and decomposed or oxidized by OH radicals, and the water temperature may rise.
한편, 수처리란 처리전의 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.Meanwhile, water treatment refers to treating raw water before treatment according to its purpose.In a narrow sense, it also means purifying water such as sewage treatment or water treatment, but in the present invention, water treatment also includes water treatment in the narrow sense described above. However, it is used in a broad sense to include all operations performed on water, such as heating to increase the temperature of the water.
좁은 의미의 수처리의 예로서, 캐비테이션 의해 발생하는 미세 기포를 이용하여 슬러지를 가용화시켜 하수처리장 및 폐수처리장에서 발생하는 슬러지의 양을 원천적으로 감소시키는 처리, 혐기성소화조 전단에서 슬러지를 가용화시켜 메탄가스 발생량을 극대화시키는 처리, 강력한 국부적인 고압, 고온 효과 및 강력한 산화제인 OH radical을 이용하여 냉각탑의 레지오넬라균 등을 사멸시키는 처리, 폐수 중의 색도물질 및 TCE 등 생물학적으로 처리가 곤란한 난분해성 물질을 화학적인 처리방법이 아닌 친환경적인 처리방법으로 분해하는 처리 등을 들 수 있다.As an example of water treatment in a narrow sense, it is a treatment that solubilizes the sludge using fine bubbles generated by cavitation to fundamentally reduce the amount of sludge generated in sewage treatment plants and wastewater treatment plants, and the amount of methane gas generated by solubilizing sludge in the front of the anaerobic digester Maximizing treatment, strong local high pressure, high temperature effect, and treatment to kill Legionella bacteria in the cooling tower by using OH radical, a strong oxidizing agent, chemical treatment of non-degradable substances that are biologically difficult to treat such as chromaticity substances and TCE in wastewater It is an environmentally friendly treatment method rather than a method of decomposition.
그러나 이러한 종래의 용존산소 제거 방법으로서는 필터링이 65%, 가열 및 증발에 의한 제거 효율이 50% 정도 밖에 미치지 못하고, 가장 효율적이라고 하는 진공 탈기의 경우도 50% 내지 90%에 까지 도달할 수는 있지만 탈기에 필요한 시간과 동력 소요가 클 수 밖에 없는 문제점이 발생되었다.However, with such a conventional method of removing dissolved oxygen, filtering is 65%, and the removal efficiency by heating and evaporation is only about 50%, and vacuum degassing, which is said to be the most efficient, can reach 50% to 90%. There was a problem that the time and power required for degassing were inevitably large.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 식음료 등 액체 내에 상존하는 불필요한 용존가스들을 제거하여 제품의 유통 및 보관 수명을 연장하기 위한 용존가스 배출장치 및 이를 이용한 용존가스 배출방법을 제공하는 것이다.The present invention was conceived to solve the above-described problems, and an object of the present invention is a dissolved gas discharge device for extending the distribution and storage life of the product by removing unnecessary dissolved gases present in liquids such as food and beverage, and It is to provide a method of discharging the used dissolved gas.
본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The objects of the embodiments of the present invention are not limited to the above-mentioned objects, and other objects not mentioned will be clearly understood by those of ordinary skill in the technical field to which the present invention belongs from the following description. .
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 상부에 덮개가 형성되는 하우징;According to a feature for achieving the object as described above, the housing is formed with a cover on the top;
상기 하우징 내측에 설치되는 기포발생기;A bubble generator installed inside the housing;
상기 하우징 내부에 액체가 담수되되, 상기 액체 상부면과 상기 덮개 하부면 사이에 형성되는 두부공간;A head space formed between an upper surface of the liquid and a lower surface of the cover, wherein the liquid is fresh water in the housing;
상기 덮개 상부에 관통되어 설치되고 상기 두부공간의 압력을 대기압 미만으로 낮추는 감압기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.And a pressure reducer installed through the upper portion of the cover and lowering the pressure of the head space below atmospheric pressure.
또한, 상기 기포발생기는,In addition, the bubble generator,
여과기와,With filter,
상기 여과기와 연통되는 액중 펌프와,A submerged pump in communication with the filter,
상기 액중 펌프와 연통되는 캐비테이터를 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a cavitation in communication with the submerged pump.
또한, 상기 캐비테이터는,In addition, the cavitation,
상기 액중 펌프 일측에 형성되는 연통 실린더와,A communication cylinder formed on one side of the submerged pump,
상기 연통 실린더 내부에 길이방향으로 설치되는 회전축과,A rotating shaft installed in the longitudinal direction inside the communication cylinder,
상기 회전축에 삽입되고 상기 연통 실린더 내주면에 고정되는 유로고정구와,A flow path fixing device inserted into the rotation shaft and fixed to the inner peripheral surface of the communication cylinder,
상기 회전축 타측에 결합되는 제1블레이드 및 제2블레이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.It characterized in that it comprises a first blade and a second blade coupled to the other side of the rotation shaft.
또한, 상기 제1블레이드 및 제2블레이드는 상기 회전축을 기준으로 상호 역회전하는 것을 특징으로 한다.In addition, the first blade and the second blade are characterized in that the rotation is mutually reversed with respect to the axis of rotation.
아울러, 용존가스 배출장치의 용존가스 배출방법에 있어서,In addition, in the dissolved gas discharge method of the dissolved gas discharge device,
액체를 하우징 내부에 담수하되, 상기 액체 상부면과 덮개 하부면 사이에 두부공간을 형성하는 단계;Freshwatering a liquid inside the housing, and forming a head space between an upper surface of the liquid and a lower surface of the cover;
상기 덮개로 상기 하우징을 밀폐하는 단계;Sealing the housing with the cover;
상기 하우징 내부 바닥면에 구비된 기포발생기에 전원을 인가시켜 액중 펌프를 구동하는 단계;Driving the submerged pump by applying power to a bubble generator provided on the inner bottom surface of the housing;
상기 감압기에 압축공기를 투입하여 상기 감압기를 구동하는 단계;Driving the pressure reducer by introducing compressed air into the pressure reducer;
상기 액중 펌프에 연통된 캐비테이터로 부터 다량의 미세 기포가 생성되고, 상기 액체 중에 상존하는 용존가스들을 확산 포획하여 상기 두부공간 상으로 상승시키는 단계;Generating a large amount of microbubbles from the cavities connected to the submerged pump, diffusing and capturing the dissolved gases present in the liquid to rise above the head space;
상기 감압기가 상기 두부공간의 압력을 대기압 이하로 낮추는 단계;Lowering the pressure of the head space below atmospheric pressure by the pressure reducer;
상기 두부공간으로 상승된 용존가스를 감압하여 용존가스를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.And removing the dissolved gas by decompressing the dissolved gas raised to the head space.
또한, 상기 액체는 상기 하우징 내부에 60 ~ 90 % 담수되는 것을 특징으로 한다.In addition, the liquid is characterized in that 60 to 90% freshwater inside the housing.
본 발명에 따른 용존가스 배출장치 및 이를 이용한 용존가스 배출방법에 따르면, 하우징 내측에 설치된 기포발생기가 다량의 미세기포를 발생시키고, 덮개 상부에 설치되는 감압기에 의해 두부공간의 압력을 낮추고 액체 내부의 압력을 감소시켜 액체 내의 용존가스량을 저감시키는 효과가 있다.According to the dissolved gas discharge device and the dissolved gas discharge method using the same according to the present invention, the bubble generator installed inside the housing generates a large amount of micro bubbles, and the pressure in the head space is lowered by a pressure reducer installed on the upper part of the cover. There is an effect of reducing the amount of dissolved gas in the liquid by reducing the pressure.
또한, 액체 내의 용존가스를 포획한 미세기포들이 액체 계면을 거쳐 두부공간으로 이동한 후, 일부는 감압기의 배출구를 통해 배기되고, 일부는 벤트를 통해 외기로 배기시켜 하우징 내의 용존가스를 효과적으로 배출시키는 효과가 있다.In addition, after the micro-bubbles trapping the dissolved gas in the liquid move to the head space through the liquid interface, some are exhausted through the outlet of the pressure reducer, and some are exhausted to the outside through a vent to effectively discharge the dissolved gas in the housing. There is an effect of letting go.
도 1은 본 발명인 용존가스 배출장치를 도시한 도면,
도 2(a)는 본 발명의 기포발생기를 도시한 사시도,
도 2(b)는 본 발명의 캐비테이터의 내부를 도시한 사시도,
도 3은 본 발명의 캐비테이터의 작동상태를 도시한 작동 개념도,
도 4는 본 발명의 용존가스 배출장치를 이용한 용존가스 배출방법에 따른 단계별 순서도.1 is a view showing a dissolved gas discharge device of the present invention,
Figure 2 (a) is a perspective view showing a bubble generator of the present invention,
Figure 2 (b) is a perspective view showing the inside of the cavitation of the present invention,
3 is a conceptual diagram showing the operation of the cavitation of the present invention,
Figure 4 is a step-by-step flow chart according to the dissolved gas discharge method using the dissolved gas discharge device of the present invention.
이하의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.The following objects, other objects, features, and advantages of the present invention will be easily understood through the following preferred embodiments related to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein and may be embodied in other forms.
오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.Rather, the embodiments introduced herein are provided so that the disclosed content may be thorough and complete, and the spirit of the present invention may be sufficiently conveyed to those skilled in the art.
여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.The embodiments described and illustrated herein also include complementary embodiments thereof.
본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.In this specification, the singular form also includes the plural form unless specifically stated in the phrase. As used in the specification, "comprise" and/or "comprising" does not exclude the presence or addition of one or more other components.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In describing the specific embodiments below, various specific contents have been prepared to more specifically describe the invention and to aid understanding. However, readers who have knowledge in this field enough to understand the present invention can recognize that it can be used without these various specific contents. In some cases, it should be noted in advance that parts that are commonly known in describing the invention and are not significantly related to the invention are not described in order to avoid confusion in describing the invention.
도 1은 본 발명인 용존가스 배출장치를 도시한 도면이고, 도 2(a)는 본 발명의 기포발생기를 도시한 사시도이며, 도 2(b)는 본 발명의 캐비테이터의 내부를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 캐비테이터의 작동상태를 도시한 작동 개념도이다.1 is a view showing a dissolved gas discharge device of the present invention, Figure 2 (a) is a perspective view showing a bubble generator of the present invention, Figure 2 (b) is a perspective view showing the inside of the cavitation of the present invention , Figure 3 is a conceptual diagram showing the operating state of the cavitation of the present invention.
도 1 내지 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 크게 하우징(100)과, 기포발생기(200) 및 감압기(300)를 포함한 구성이다.As shown in Figures 1 to 3, the present invention is a configuration largely including a
상기 하우징(100)은 내부에 식음료 등의 액체(130)가 적정량 담수되는데 약 60 ~ 90 % 사이의 액체(130)가 담수되되, 상기 액체(130) 상부면과 이하 설명될 상기 덮개(110) 하부면 사이에 감압을 위한 두부공간(120)이 형성되도록 담수되는 것이 바람직하다.The
상기 하우징(100) 하부 일측에 상기 액체(130)를 배출하기 위한 배출밸브(101)가 설치되어 용존가스를 제거한 상기 액체(130)를 외부로 배출할 수 있다.A
또한, 상기 하우징(100) 상부에 상기 하우징(100) 내부를 밀폐시키기 위한 덮개(110)형성된다.In addition, a cover 110 for sealing the inside of the
이때, 상기 덮개(110)는 상기 하우징(100) 일측에 힌지 결합되어 상하방향으로 회동하거나, 상기 하우징(100) 상부 외주면을 덮는 캡을 설치하여 하우징(100) 내부가 완전 밀폐되도록 설치된다. 상기 덮개(110) 상부에는 손잡이(111)가 설치되어 작업자가 상기 손잡이(111)를 잡고 손쉽게 상기 덮개(100)를 개폐할 수 있다.At this time, the cover 110 is hinged to one side of the
또한, 상기 기포발생기(200)는 상기 하우징(100) 내측에 설치되되, 상기 하우징(100) 일측에 구비된 전원부(201)와 연결되고, 상기 전원부(201)와 연결된 전원선(202)이 상부 덮개(110)를 관통되어 설치되고, 상기 전원선(202) 끝단에 기포발생기(200)가 설치되어 전원의 공급과 동시에 작동됨으로써 상기 액체(130) 내에서 기포를 다량 발생시키게 된다.In addition, the
더욱 상세히 설명하면, 상기 기포발생기(200)는, 일측에 여과기(210)가 설치되고, 상기 여과기(210)와 연통되어 설치되는 액중 펌프(220)와, 상기 액중 펌프(220)와 연통되어 설치되는 캐비테이터(230)를 포함한다.In more detail, the
상기 액중 펌프(220)는 상기 전원부(201)와 연결되어 전원의 공급과 동시에 구동된다.The submerged
상기 여과기(210)는 스트레이너(Strainer)로서 일측에 금속망이 설치되는데 어 이물질 및 녹 등을 걸러내고, 상기 기포발생기(200)로 침입하는 것을 방지하여 액중펌프(220)와 케비테이터(230)의 수명을 연장할 수 있으며, 상기 기포발생기(200)의 기포발생 효율이 저하되는 것을 방지시킬 수 있다.The
상기 캐비테이터(230)는, 일측에 형성되는 연통 실린더(231)와, 상기 연통 실린더(231) 내부에 길이방향으로 설치되는 회전축(232)과, 상기 회전축(232)에 삽입되고 상기 연통 실린더(231) 내주면에 고정되는 유로고정구(233)와, 상기 유로고정구(233) 일측에 상기 회전축(232)과 결합되되, 일정간격 이격되어 설치되는 제1블레이드(234) 및 제2블레이드(235)를 포함한 구성이다.The
또한, 상기 제1블레이드(234) 및 제2블레이드(235)는 상기 회전축(232)을 기준으로 상호 역방향으로 회전하게 되어 적정의 유속으로 상기 액체(130)의 입자들이 충돌하면서 다량의 미세기포를 생성시키게 된다.In addition, the
이때, 상기 제1, 2블레이드(234, 235) 일단면에는 복수의 요철부(236)가 형성되는데 상기 제1, 2블레이드(234, 235)는 각각 역회전을 위하여 서로 다른방향으로 형성되고, 상기 유로고정구(233)는 원주방향으로 4면이 개방된 개방구(237)가 형성된다.At this time, a plurality of
상기 요철부(236)는 상기 제1, 2블레이드(234, 235)의 일단면에 다단으로 연속적으로 형성되되, 요철부(236)로 인한 절곡 부위는 직각 또는 사선방향으로 절곡 중 어느 하나의 방향으로 절곡되어 형성될 수 있다.The
상기 액중펌프(220)에서 전달된 유체가 상기 유로고정구(233)의 상기 개방구(237)를 통과하며 잘개 부서지게 되고, 상기 개방구(237)를 통과한 잘개 부서진 유체가 회전되고 있는 상기 제1, 2블레이드(234, 235)의 요철부(236)와 접촉 후 상호간의 마찰력으로 인해 더 잘개 부서짐으로써 미세기포가 생성되는 것이다.The fluid delivered from the submerged
또한, 상기 요철부(236) 일단면에 돌기 또는 홈이 형성되어 유체와의 마찰면적을 높여 미세기포의 생성량을 증대할 수 있다.In addition, a protrusion or groove is formed on one end of the
상기 감압기(300)는 상기 덮개(110) 상부를 관통하여 형성된다.The
또한, 상기 감압기(300)는 상부 일측에 투입구(310)가 형성되어 상기 하우징(100) 내측으로 압축공기를 투입하게 되면 상기 감압기(300)의 전원이 ON 상태가 되어 감압기(300)가 작동되어 상기 두부공간(120)을 감압하게 되고, 압축공기의 투입이 정지되면 상기 감압기(300)의 전원이 OFF 상태가 되어 상기 감압기(300)의 작동이 정지되게 된다.In addition, when the
이러한 상기 감압기(300)는 액체(130)의 압력을 대기압 미만으로 낮추게 된다. 바람직하게는 약 0.7 내지 0.1 기압 이하로 감압시켜 액체 내에 존재하는 용존산소를 감압하여 배출할 수 있으며, 본 발명에서 상기 감압기(300)는 진공펌프로 대체되어 사용될 수 있다.The
이때, 상기 투입구(310)와 이격되어 형성되고 압축공기 일부를 배출되는 배출구(320)가 형성된다.At this time, the
상기 배출구(320)는 상기 투입구(310)에서 압축공기가 적정 압력 이상이 투입될 경우, 상기 하우징(100) 내부의 압축공기를 일부 배출하여 하우징(100)에 가해지는 압력을 낮출 수 있으며, 상기 두부공간(120)에서 감압된 용존가스를 일부 배출하기 위한 수단으로 활용가능하다.The
이때, 상기 덮개(110) 상부 일측에 안전 배출구인 벤트(140)가 설치되고, 상기 벤트(140)는 상기 두부공간(120)에서 감압된 용존가스를 필요에 의해 안전하게 배출할 수 있다.At this time, a
따라서, 본 발명에 따른 용존가스 배기과정을 설명하면, 상기 두부공간(120)을 상기 감압기(300)의 압축공기를 이용하여 감압하게 되고, 기포발생기(200)의 작동으로 액체(130) 내부 존재하는 용존가스를 감압된 상기 두부공간(120) 측으로 상승시킨 후, 감압된 상기 두부공간(120)에서 용존산소를 제거하게 되고, 제거된 용존산소는 상기 감압기(300)의 배출구(320)를 통해 배기되고, 필요에 따라 상기 벤트(140)를 통해 배출하는 것이다.Therefore, when explaining the dissolved gas exhaust process according to the present invention, the
또한, 상기 벤트(140) 일측에 압력을 측정하기 위한 압력계와 용존가스 배출량을 확인하기 위한 유량계가 추가적으로 설치되어 용존가스의 압력과 유량을 실시간으로 확인할 수 있으며, 상기 벤트(140) 일측에 체크밸브를 설치하여 대기중의 유해물질이 상기 하우징(100) 내측으로 유입되는 것을 방지할 수 있다.In addition, a pressure gauge for measuring pressure and a flow meter for checking the discharge of dissolved gas are additionally installed on one side of the
이하에서는 본 발명인 용존가스 배출장치를 이용한 용존가스 배출방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, a method of discharging a dissolved gas using a dissolved gas discharging apparatus according to the present invention will be described in detail.
도 4는 본 발명의 용존가스 배출장치를 이용한 용존가스 배출방법에 따른 단계별 순서도이다.Figure 4 is a step-by-step flow chart according to the dissolved gas discharge method using the dissolved gas discharge device of the present invention.
도 4에 도시된 바와 같이, 식음료의 제조 과정 중 용존가스 처리 전의 액체(130)를 하우징 내부에 담수하되, 상기 액체(130) 상부면과 덮개(110) 하부면 사이에 두부공간(120)을 형성시킨다.(S10)As shown in FIG. 4, during the manufacturing process of food and beverage, the liquid 130 before the dissolved gas treatment is freshly watered into the housing, and a
이때, 상기 액체(130)는 상기 하우징(100) 내부에 60 ~ 90 % 담수되는 것이 바람직하다.In this case, it is preferable that the liquid 130 is freshly watered in 60 to 90% inside the
이후, 상기 덮개(110)로 상기 하우징(100)의 상부를 밀폐한다.(S20)Thereafter, the upper portion of the
그리고, 상기 하우징(100) 내부 바닥면에 구비된 기포발생기(200)에 전원을 인가시켜 액중 펌프(220)를 구동하게 된다.(S30)Then, the submerged
이후, 상기 감압기(300)에 압축공기를 투입하게 되면 상기 감압기(300)의 전원인 ON 상태로 되어 상기 감압기(300)를 구동시키게 된다.(S40)Thereafter, when compressed air is injected into the
그리고, 하우징(100) 내부 바닥면에 구비된 기포발생기(200)에 전원을 넣어 액중 펌프(220)를 구동시키게 되고, 상기 액중 펌프(200)에 연통된 캐비테이터(230)로 부터 다량의 미세 기포가 생성되고, 상기 액체(130) 중에 상존하는 용존가스들을 확산 포획하여 상기 액체(130)의 계면 밖인 상기 두부공간(120) 상으로 상승시키게 된다.(S50)In addition, power is supplied to the
이후, 상기 감압기(300)가 상기 두부공간(120)의 압력을 대기압 이하로 낮추게되는데 0.7 내지 0.1 기압 이하로 감압하면서 낮추게 된다.(S60)Thereafter, the
그리고, 상기 두부공간으로 상승된 용존가스를 감압하여 용존가스를 제거하게 된다.(S70)Then, the dissolved gas raised to the head space is decompressed to remove the dissolved gas (S70).
마지막으로, 상기 S70 단계 이후 제거된 용존가스를 벤트(140)를 통해 외부로 배출하므로써 상기 액체(130) 내의 용존가스의 농도를 빠르게 감소시킬 수 있다.(S80)Finally, by discharging the dissolved gas removed after the step S70 to the outside through the
즉, 상기 액체(130) 내의 용존가스를 외적인 도움없이 외기로 배출시키기 위하여 상기 액체(130) 내에서 미세기포를 형성하고, 용존가스가 해당 미세기포로 확산 유입되도록 하는 것이다. 헨리의 법칙에 따르면 가스가 액체의 면과의 접촉 시, 액체 속으로 들어가는 가스의 양은 해당 가스의 부분 압력에 비례하게 된다.That is, in order to discharge the dissolved gas in the liquid 130 to the outside air without external help, microbubbles are formed in the liquid 130, and the dissolved gas is diffused and introduced into the microbubbles. According to Henry's Law, when a gas comes into contact with the surface of a liquid, the amount of gas entering the liquid is proportional to the partial pressure of that gas.
이렇게 액체 속으로 들어간 용존가스를 제거하는 수단은 해당 부분 압력보다 낮은 공간을 제공하는 것이다. The means to remove the dissolved gas that has entered the liquid is to provide a space below the corresponding partial pressure.
이를 위해서는 도 2 내지 3에 도시된 바와 같이 하우징(100) 내부가 감압 된 상태에서 상기 하우징(100) 저면에 비치된 기포발생기(200)의 액중 펌프(220)을 가동하여 연통된 캐비테이터(100) 내의 제1블레이트(234)와 제2블레이드(235)가 유속의 흐름에 따라 상호 역방향으로 회전하게되어 적정의 유속으로 액체의 입자들이 충돌 하면서 다량의 미세기포를 생성시키게 된다.For this, as shown in Figs. 2 to 3, while the inside of the
이때, 생성된 미세기포는 액체의 증기압 차이만으로 형성되어 있기 때문에 액체 속에 들어 있는 비교적 높은 부분압을 갖고 있는 용존가스들이 해당 미세기포 내로 용이하게 확산 유입하게 되는 것이다.In this case, since the generated microbubbles are formed only by the difference in vapor pressure of the liquid, dissolved gases having a relatively high partial pressure in the liquid are easily diffused and introduced into the microbubbles.
도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 상기 액중 펌프(220)로 유속을 올리면 기포지수(Bubble number)가 적어지므로 이에 따라 증기압 차이로서 생성되는 기포의 막 두께가 보다 얇아지게 되고, 픽스의 확산 제1법칙에 따라 용존가스의 확산 속도가 증가하므로 보다 효율적으로 액체 내의 불필요한 용존가스들의 외기로의 배출이 원활해 지는 것이다. If described in more detail with reference to FIG. 3, when the flow rate is increased by the submerged
본 발명인 용존가스 배출장치는 캐비테이션 효과를 이용하여 액체의 증기압의 차이만으로 다량의 미세 기포를 생성하고, 해당 기포의 겉 면적 대비 얇은 막 두께를 갖도록 하여 액체 내의 용존가스가 해당 미세 기포 속으로의 확산 속도를 증대시켜 탈기 효율을 95% 이상까지를 단시간 내에 달성할 수 있도록 하였다.Dissolved gas discharge device of the present invention generates a large amount of fine bubbles only by the difference in vapor pressure of the liquid by using the cavitation effect, and has a thin film thickness compared to the outer area of the bubbles, so that the dissolved gas in the liquid diffuses into the corresponding fine bubbles. By increasing the speed, the degassing efficiency up to 95% or more can be achieved in a short time.
상기와 같은 탈기 효율을 갖도록 한 본 발명의 이론적 배경을 상세히 설명하면 다음과 같다.The theoretical background of the present invention to have the above-described degassing efficiency will be described in detail as follows.
우선, 액체 내에서의 생성되는 기포의 반경 “RB”과 표면장력 “” 그리고 압력 차()에 대한 힘의 평형식에 따르면 다음과 같은 방정식이 도출된다.First of all, the radius “R B ”and the surface tension“ And the pressure difference( According to the force balance equation for ), the following equation is derived.
(1) (One)
윗 방정식에서 “”는 기포 내의 압력이고, “”는 액체 내의 압력을 표시한다.In the above equation, “ ”Is the pressure in the bubble, and“ ”Indicates the pressure in the liquid.
한편, 캐비테이션 효과에 따른 기포의 생성에는 기존의 유체역학 범주에서는 공동지수(Cavitation Number)를 적용하나, 본 발명에 따른 기포의 생성에는 상기 식(1)에서 사용한 정적 압력의 차이 ““ 와 동적 압력의 비로서 다음과 같은 기포지수(Bubble Number) “BN”를 사용하여, 해당 기포의 막 두께 “tB ”와 기포 반경 “RB”의 관계식을 도출하였다.On the other hand, a cavitation number is applied to the generation of bubbles according to the cavitation effect in the existing fluid mechanics category, but the difference in static pressure used in Equation (1) above for generation of bubbles according to the present invention “ Using the following bubble number “B N ”as the ratio of“ and dynamic pressure,” the relationship between the film thickness “t B ”and the bubble radius “R B ” of the corresponding bubble was derived.
(2) (2)
윗 식에서 “ ”는 액체의 밀도를 표시하며, “”는 본 발명의 캐비테이터(230)의 연통실린더(231) 내의 액체의 유속을 표시한다.In the above equation “ ”Indicates the density of the liquid,“ "" indicates the flow rate of the liquid in the
또한, 본 발명의 액체 내의 용존가스의 캐비테이션 미세 기포 속으로의 확산속도 “R(t)”는 다음과 같은 픽스의 확산 제1법칙(Fick’s 1st Law of Diffusion)을 적용하였다.In addition, the diffusion rate “R(t)” of the dissolved gas in the liquid of the present invention into the cavitation microbubbles was applied to the Fick's 1 st Law of Diffusion as follows.
(3) (3)
상기 식에서 “D”는 해당 액체에서의 용존가스의 확산 계수(Diffusion Coefficient)를 표시하며, “AB”는 캐비테이션 미세 기포의 겉 면적이고, “”는 액체 내에서의 용존가스와 기포 내의 농도 차이를 의미하며, 괄호 속의 “t”는 시간(초)를 표시하고 있다.In the above formula, “D” represents the diffusion coefficient of the dissolved gas in the liquid, “A B ”is the surface area of the cavitation microbubbles, and“ "" means the difference between the dissolved gas in the liquid and the concentration in the bubble, and the "t" in parentheses indicates the time (second).
도 3을 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 상기 식(2)에서 보여준 바와같이 액중 펌프(220)로 유속을 높이면 기포지수(Bubble Number)가 적어지므로 이에 따라 증기압 차로서 생성되는 기포의 막 두께가 보다 얇아지게 되고, 픽스의 확산 제1법칙에 따라 용존가스의 확산 속도가 증가하므로 보다 효율적으로 액체 내의 불필요한 용존가스들을 외기로의 배출이 원활해 지는 효과가 있다. Referring to FIG. 3 in more detail, as shown in Equation (2), when the flow rate is increased with the submerged
본 발명의 기술적 사상의 신규성과 해당 기술의 특허성은 다음의 구체적인 실시예를 통하여 보다 분명해 질 것이다.The novelty of the technical idea of the present invention and the patentability of the technology will become more evident through the following specific examples.
해당 실시 예로서 20℃의 물 1 톤에서의 용존산소를 본 발명인 용존가스 배출장치를 적용하여, 캐비테이션 기포 발생율과 용존산소 확산에 의한 용존 산소 배출량을 계산해 보기로 한다.As an example, the dissolved oxygen in 1 ton of water at 20°C is applied to the dissolved gas discharge device of the present invention, and the generation rate of cavitation bubbles and the dissolved oxygen discharge due to the diffusion of dissolved oxygen will be calculated.
직경 10 mm의 연통실린더(231)의 액중 펌프 오리피스(유효 직경 5mm)로 부터 3 m/s의 유속으로 수동 캐비테이터(Hydrodynamic Cavitator)(230)를 거쳐 갈 때, 기포의 개수와 확산에 의한 용존산소 배출량을 계산한다. Dissolution due to the number and diffusion of bubbles when passing through the
20 ℃ 물의 증기압 “”은 2.339 kPa이고, 표면장력 “”는 0.0728 N/m 이며, 물에서의 용존산소의 용해도 지수 “”는 0.09이다. 상기 식(1)을 사용하면 증기압 기포의 반경 ““는 의 값을 갖는다. 이제 식(2)를 적용하여 캐비테이터 미세 기포의 막 두께를 계산하면, 기포 막 두께 ”“는 의 값을 갖는다.20 ℃ water vapor pressure “ ”Is 2.339 kPa, and the surface tension“ ”Is 0.0728 N/m, and the solubility index of dissolved oxygen in water“ "Is 0.09. Using the above equation (1), the radius of the vapor pressure bubble “ “The Has the value of Now, applying equation (2) to calculate the film thickness of the cavitation fine bubbles, the bubble film thickness is ” “The Has the value of
상기 값들을 토대로 하여 캐비테이터로 부터 배출되는 물의 질량과 기포의 질량을 구하면, 캐비테이터로 부터 배출되는 물의 유량 ”“는 이 되며, 기포의 질량 ”“는 의 값을 갖는다. 이 경우, 초당 미세 기포의 개수 ”“를 다음과 같이 계산한다.Based on the above values, if the mass of water discharged from the cavitation and the mass of air bubbles are obtained, the flow rate of water discharged from the cavitation is “The Becomes, and the mass of the bubble ” “The Has the value of In this case, the number of fine bubbles per second ” "Is calculated as follows.
이제 식(3)을 사용하여 물속의 용존산소가 일초 당 캐비테이션 미세 기포들 속으로 확산 유입된 몰수 “”를 계산한다.Now, using equation (3), the number of moles of dissolved oxygen in the water diffused into the cavitation microbubbles per second. Calculate ".
상기 식들에서 하첨자 “B”는 기포(Bubble)를 의미하고, “W”는 물을 뜻한다.In the above equations, the subscript “B” means bubble, and “W” means water.
물 1 톤 내의 용존산소의 몰(mol)수 “”는 이상 기체 방정식을 적용하여 다음과 같이 계산된다.The number of moles of dissolved oxygen in 1 ton of water “ ”Is calculated as follows by applying the ideal gas equation.
상기 식에서 “” 는 대기압인 1기압을 의미하며, “”는 물에서의 산소 용해도 지수이고, “”는 물 1톤의 부피 을 표시하며, “”는 산소의 기체상수이고, “T”는 절대온도 를 표시한다.In the above formula, “ ”Means atmospheric pressure, 1 atmosphere,“ ”Is the index of oxygen solubility in water, and“ ”Is the volume of 1 ton of water And “ ”Is the gas constant of oxygen, and “T” is the absolute temperature Is displayed.
상기와 같은 조건 하에서 본 발명인 용존가스 배출장치를 적용하여 다량의 캐비테이션 미세 기포를 생성하고 물 1 톤에서의 용존산소를 95% 이상 제거하는데 소요되는 시간을 가늠해 보기로 한다.Under the above conditions, the present invention's dissolved gas discharge device is applied to generate a large amount of cavitation microbubbles, and the time taken to remove more than 95% of dissolved oxygen from 1 ton of water will be estimated.
본 발명인 용존가스 배출장치에서 캐비테이터 미세 기포를 다량 생성하여 물속의 용존 산소를 확산 포획하여 외기로 배출하는 데에는 식(3)의 시간의 변화율을 시간에 대한 적분을 구하여 물 속의 초기 용존산소 mol수로부터의 변화량을 구할 수 있다.In the dissolved gas discharge device of the present invention, in order to diffusely capture dissolved oxygen in water and discharge it to the outside air by generating a large amount of cavitation microbubbles, the change rate of time in Equation (3) is calculated as the integral with time, The amount of change from can be obtained.
상기 식에서 “”는 물속의 산소 가스의 용해도 지수로서 0.09의 값을 가지며, 아래첨자 “I”는 초기 값을 표시하고, “F”는 말기 값을 의미한다. 또한, 상기 식에서의 시간 “t”는 590초를 입력하였으며, 본 발명인 용존가스 배출장치를 활용하여 1 톤의 물 “” 속의 용존산소를 배기한 결과 해당 물속에는 으로서 대략 10분 만에 0.9 %의 산소 잔량 만 남아 있다는 것을 확인할 수 있다.In the above formula, “ ”Is the solubility index of oxygen gas in water, and has a value of 0.09, the subscript “I” indicates the initial value, and “F” indicates the end value. In addition, the time “t” in the above equation was 590 seconds, and 1 ton of water “ ”As a result of exhausting the dissolved oxygen in the water, As a result, it can be seen that only 0.9% of the remaining oxygen remains in about 10 minutes.
본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Since the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are only the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical spirit of the present invention, various equivalents that can replace them at the time of application And it should be understood that there may be variations.
100 : 하우징
110 : 덮개
120 : 두부공간
130 : 액체
140 : 벤트
200 : 기포발생기
201 : 전원부
202 : 전원선
210 : 여과기
220 : 액중펌프
230 : 캐비테이터
231 : 연통실린더
232 : 회전축
233 : 유로고정구
234 : 제1블레이드
235 : 제2블레이드
300 : 감압기
310 : 투입구
320 : 배출구100: housing 110: cover
120: head space 130: liquid
140: vent 200: bubble generator
201: power unit 202: power line
210: filter 220: submerged pump
230: cavitation 231: communication cylinder
232: rotary shaft 233: flow fixture
234: first blade 235: second blade
300: pressure reducer 310: inlet
320: outlet
Claims (6)
상기 하우징(100) 내측에 설치되는 기포발생기(200);
상기 하우징(100) 내부에 액체(130)가 담수되되, 상기 액체(130) 상부면과 상기 덮개(110) 하부면 사이에 형성되는 두부공간(120);
상기 덮개(110) 상부에 관통되어 설치되고 상기 두부공간(120)의 압력을 대기압 미만으로 낮추는 감압기(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 용존가스 배출장치.
A housing 100 having a cover 110 formed thereon;
A bubble generator 200 installed inside the housing 100;
A head space 120 formed between an upper surface of the liquid 130 and a lower surface of the cover 110 while the liquid 130 is freshly watered inside the housing 100;
Dissolved gas discharge device comprising: a pressure reducer (300) installed through the upper portion of the cover (110) and lowering the pressure of the head space (120) to less than atmospheric pressure.
상기 기포발생기(200)는,
여과기(210)와,
상기 여과기(210)와 연통되는 액중 펌프(220)와,
상기 액중 펌프(220)와 연통되는 캐비테이터(230)를 포함하는 것을 특징으로 하는 용존가스 배출장치.
The method of claim 1,
The bubble generator 200,
A filter 210,
Submerged pump 220 in communication with the filter 210,
Dissolved gas discharge device, characterized in that it comprises a cavitation (230) in communication with the submerged pump (220).
상기 캐비테이터(230)는,
상기 액중 펌프(220) 일측에 형성되는 연통 실린더(231)와,
상기 연통 실린더(231) 내부에 길이방향으로 설치되는 회전축(232)과,
상기 회전축(232)에 삽입되고 상기 연통 실린더(231) 내주면에 고정되는 유로고정구(233)와,
상기 회전축(232) 타측에 결합되는 제1블레이드(234) 및 제2블레이드(235)를 포함하는 것을 특징으로 하는 용존가스 배출장치.
The method of claim 2,
The cavitation 230,
A communication cylinder 231 formed on one side of the submerged pump 220,
A rotation shaft 232 installed in the longitudinal direction inside the communication cylinder 231,
A flow path fixture 233 inserted into the rotation shaft 232 and fixed to the inner circumferential surface of the communication cylinder 231,
Dissolved gas discharge device, characterized in that it comprises a first blade (234) and a second blade (235) coupled to the other side of the rotation shaft (232).
상기 제1블레이드(234) 및 제2블레이드(235)는 상기 회전축(232)을 기준으로 상호 역회전하는 것을 특징으로 하는 용존가스 배출장치.
The method of claim 3,
Dissolved gas discharge device, characterized in that the first blade (234) and the second blade (235) rotate in reverse to each other based on the rotation shaft (232).
액체(130)를 하우징 내부에 담수하되, 상기 액체(130) 상부면과 덮개(110) 하부면 사이에 두부공간(120)을 형성하는 단계(S10);
상기 덮개(110)로 상기 하우징(100)을 밀폐하는 단계(S20);
상기 하우징(100) 내부 바닥면에 구비된 기포발생기(200)에 전원을 인가시켜 액중 펌프(220)를 구동하는 단계(S30);
상기 감압기(300)에 압축공기를 투입하여 상기 감압기(300)를 구동하는 단계(S40);
상기 액중 펌프(200)에 연통된 캐비테이터(230)로 부터 다량의 미세 기포가 생성되고, 상기 액체(130) 중에 상존하는 용존가스들을 확산 포획하여 상기 두부공간(120) 상으로 상승시키는 단계(S50);
상기 감압기(300)가 상기 두부공간(120)의 압력을 대기압 이하로 낮추는 단계(S60);
상기 두부공간으로 상승된 용존가스를 감압하여 용존가스를 제거하는 단계(S70);를 포함하는 것을 특징으로 하는 용존가스 배출방법.
In the dissolved gas discharge method of the dissolved gas discharge device configured in any one of claims 1 to 4,
Fresh watering the liquid 130 in the housing, but forming a head space 120 between the upper surface of the liquid 130 and the lower surface of the cover 110 (S10);
Sealing the housing 100 with the cover 110 (S20);
Driving the submerged pump 220 by applying power to the bubble generator 200 provided on the inner bottom surface of the housing 100 (S30);
Injecting compressed air into the pressure reducer 300 to drive the pressure reducer 300 (S40);
The step of generating a large amount of fine bubbles from the cavitation unit 230 communicated with the submerged pump 200, diffusing and capturing the dissolved gases present in the liquid 130 to rise above the head space 120 ( S50);
Step of lowering the pressure of the head space 120 to below atmospheric pressure by the pressure reducer 300 (S60);
And removing the dissolved gas by decompressing the dissolved gas raised to the head space (S70).
상기 S10 단계에서 상기 액체(130)는 상기 하우징(100) 내부에 60 ~ 90 % 담수되는 것을 특징으로 하는 용존가스 배출방법.The method of claim 5,
In the step S10, the liquid 130 is a dissolved gas discharge method, characterized in that 60 to 90% fresh water in the housing (100).
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |