KR20220050034A - 산소 용해 성능이 향상된 에어스톰을 발생시키는 콘 형상의 토네이도형 산기관 - Google Patents

Abstract

산소 용해 성능이 극대화된 다양한 형상의 토네이도형 산기관이 개시된다. 본 발명은 공기가 주입되도록 내부에 주입구가 형성된 접속부재; 상기 주입구를 통해 하부로 유입되어 회전 소용돌이(vortex)를 형성하는 공기가 수중으로 공급되도록 하는 출구가 형성된 챔버;를 포함하는 토네이도형 산기관에 있어서, 상기 챔버는 하부가 개구되고, 수직 단면이 사다리꼴형 및 수평 단면이 원형인 콘 형상인 것을 특징으로 하는 토네이도형 산기관을 제공한다.

Description

산소 용해 성능이 향상된 에어스톰을 발생시키는 콘 형상의 토네이도형 산기관{A cone shaped tornado type air diffuser generating air storm having improved performance of dissolving oxygen}

본 발명은 토네이도형 산기관에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소 용해 성능이 향상된 토네이도형 산기관에 관한 것이다.

종래 폐수 처리 시 산소 공급을 위한 산기관으로서, 예컨대, 도 1을 참조하면 디스크형(a), 멤브레인형(b), 봉형(c), 볼형(d) 등 다양한 형태의 산기관이 개시되고 있다.

이들 산기관은 각 형태에 따라 특화된 면이 있으나, 산기관에서 가장 중요한 성능인 산소 용해 성능 측면에서는 토네이도형 산기관이 각광받고 있다.

이러한 토네이도형 산기관으로서, 한국 등록특허 제0206746호는 공기의 회전 소용돌이에 의해 발생된 에너지를 이용하여 기체방울을 작게 쪼개주고, 기체, 특히 산소의 용해도를 증가시켜 산소전달 효율을 증가시키는 산기관을 개시한 바 있고, 한국 등록특허 제0289230호는 챔버 내벽면에 나선형 가이드홈을 형성하고, 나선형 가이드홈을 따라 상방으로 나선운동할 수 있도록 챔버 내부로 산소기체를 고압 주입하여 소용돌이를 발생시키고, 챔버내부로 유입되는 폐수와 챔버외부로 방출되는 폐수의 압력차로 공진을 발생시켜 폐수내에 산소기체의 용해도를 높일 수 있는 챔버내부에 나선형 가이드홈이 형성된 기체용해장치를 개시한 바 있다.

그러나, 선행특허에서 폐수 처리 시 산소 공급에 있어 산소의 용해도를 증가시켜 산소전달 효율이 증가된 산기관을 제시하였으나, 여전히 산소 용해 성능이 더욱 향상된 산기관이 요구되고 있다.

따라서 본 발명은 산소 용해 성능이 극대화된 다양한 형상의 토네이도형 산기관을 제공하고자 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 공기가 주입되도록 내부에 주입구가 형성된 접속부재; 상기 주입구를 통해 하부로 유입되어 회전 소용돌이(vortex)를 형성하는 공기가 수중으로 공급되도록 하는 출구가 형성된 챔버;를 포함하는 토네이도형 산기관에 있어서, 상기 챔버는 하부가 개구되고, 수직 단면이 사다리꼴형 및 수평 단면이 원형인 콘 형상인 것을 특징으로 하는 토네이도형 산기관을 제공한다.

또한 상기 주입구는 상기 챔버 방향 상방으로 경사진 것을 특징으로 하는 토네이도형 산기관을 제공한다.

또한 상기 주입구의 경사각은 1 내지 15°인 것을 특징으로 하는 토네이도형 산기관을 제공한다.

또한 상기 챔버는 내벽을 따라 나선형의 돌기가 형성된 것을 특징으로 하는 토네이도형 산기관을 제공한다.

또한 상기 챔버는 이중 내벽이 구비된 이중관 형태인 것을 특징으로 하는 토네이도형 산기관을 제공한다.

또한 상기 접속부재가 반대 방향에도 형성된 듀얼 타입인 것을 특징으로 하는 토네이도형 산기관을 제공한다.

본 발명에 따르면, 접속부재와, 출구가 형성된 챔버로 구성되는 토네이도형 산기관에 있어, 챔버 하부가 개구되고, 수직 단면이 사다리꼴형 및 수평 단면이 원형인 콘 형상이 되도록 하여 종래 토네이도형 산기관 대비 산소 용해 성능이 극적으로 향상된 토네이도형 산기관을 제공할 수 있다.

도 1은 종래 폐수 처리 시 산소 공급을 위한 산기관을 예시적으로 나타낸 도면,
도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 토네이도형 산기관을 나타낸 외부사시도 및 단면사시도,
도 4는 토네이도형 산기관에서 기체방울이 방출되는 양상을 모식적으로 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 토네이도형 산기관의 종단면도,
도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 토네이도형 산기관을 나타낸 외부사시도 및 단면사시도,
도 8 및 도 9는 각각 본 발명의 제3 실시예에 따른 토네이도형 산기관을 나타낸 외부사시도 및 단면사시도,
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 토네이도형 산기관을 나타낸 모식도,
도 11 및 도 12는 각각 선형 돌기가 형성된 토네이도형 산기관을 나타낸 외부사시도 및 단면사시도,
도 13 및 도 14는 각각 점선형 돌기가 형성된 토네이도형 산기관을 나타낸 외부사시도 및 단면사시도,
도 15 및 도 16은 각각 커팅형 돌기가 형성된 토네이도형 산기관을 나타낸 외부사시도 및 단면사시도,
도 17은 순사선 방향 커팅형 돌기가 형성된 토네이도형 산기관을 나타낸 외부사시도,
도 18은 역사선 방향 커팅형 돌기가 형성된 토네이도형 산기관을 나타낸 외부사시도,
도 19 및 도 20은 각각 구형의 토네이도형 산기관을 나타낸 외부사시도 및 단면사시도.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 상세하게 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였고, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 부여하였으며, 산기관 상에 도시된 세부 구성의 방향은 도면을 기준으로 하여 설명한다. 또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

도 2 및 도 3은 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 토네이도형 산기관을 나타낸 외부사시도 및 단면사시도이다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 토네이도형 산기관(100)는 기본적으로 공기(또는 산소, 이하 동일)가 주입되도록 내부에 주입구(111)가 형성된 접속부재(110)와, 상기 주입구(111)를 통해 하부로 유입되어 회전 소용돌이(vortex)를 형성하는 공기가 수중으로 공급되도록 하는 출구(121)가 형성되고, 적어도 내측 상부(122)가 상방으로 좁아지도록 테이퍼진 형상의 챔버(120)를 포함한다.

이러한 토네이도형 산기관(100)은 기체가 챔버(120)의 접선방향으로 형성된 주입구(111)로 유입되면 회전 소용돌이(vortex)가 형성되면서 출구(121)로 빠져 나가게 되며, 이때 소용돌이를 형성한 공기는 수중으로 기체방울이 잘게 쪼개지면서 방출되는데, 액체와 접촉 시 단시간 내에 접촉면을 최대화하여 접촉된 공기는 신속히 수중에 용해된다. 또한 이러한 수중의 기체방울은 수직상승을 하지 않고 수평운동을 하면서 상승하기 때문에 기체의 수중에서의 체류시간을 증가시켜, 더 많은 기체가 용해될 수 있게 한다.

한편, 토네이도형 산기관(100)에 있어 본 발명과 같이 챔버(120)의 내측 상부(122)가 상방으로 좁아지도록 테이퍼진 형상, 즉, 챔버(120)의 상부(122) 직경(d2)이 하부 직경(d1)보다 작을 경우(도 5 참조), 그렇지 않은 경우보다 산기관(100)의 산소 용해 성능이 더욱 우수하다.

본 발명에서는 챔버(120) 형상이 전체적으로 원뿔대 형상, 구체적으로, 수직 단면이 사다리꼴형 및 수평 단면이 원형인 콘 형상으로 형성됨으로써 종래 토네이도형 산기관 대비 산소 용해 성능이 극대화된다.

즉, 챔버(120) 몸통 부분이 원통형으로 형성된 종래 토네이도형 산기관에 비해 챔버 전체적으로 내벽 단면적이 상부(122)로 갈수록 좁아진 형태로서 주입구(111)에서부터 회전속도가 가속화되는 구조이다.

또한 본 발명에서 상기 챔버 하부(123)는 개구된 형태이다. 이러한 챔버 하부(123)에 개구부(126)가 형성된 산기관(100)에서는 하부(123)에 형성되는 회전 소용돌이에 의해 산기관(100) 아래에 부유 또는 침전된 고상물 또한 유입되도록 하여 처리될 수 있도록 한다. 따라서 본 발명에 따르면, 산소 용해 성능의 향상 뿐 아니라, 침전물 퇴적방지 역할도 하는 새로운 개념의 산기관으로서, 침전물 퇴적방지 기능을 겸비한 토네이도형 산기관(100)을 제공하게 된다.

도 4는 토네이도형 산기관에서 기체방울이 방출되는 양상을 모식적으로 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명에서는 챔버 전체적으로 내벽 단면적이 상부로 갈수록 좁아져 종래 토네이도형 산기관(도 4(a) 참조)에 비해 출구로 방출되는 회전 소용돌이의 세기가 강해진다. 이로부터 방출되는 기체방울의 산발 효과가 폭발적으로 증대되고, 본 발명에서는 이를 '에어스톰(air storm) 효과'라 칭하기로 한다(도 4(b) 참조).

도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 토네이도형 산기관의 종단면도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에서 상기 주입구(111)는 상기 챔버(120) 방향 상방으로 경사지도록 형성되어, 주입구(111)로 유입되는 공기가 상방으로 회전 소용돌이가 원활하게 형성될 수 있도록 할 수 있다. 이때, 주입구(111)의 경사각(θ1)은 1 내지 15°일 수 있고, 바람직하게는 2 내지 10°, 더욱 바람직하게는 3 내지 5°일 수 있다.

도 6 및 도 7은 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 토네이도형 산기관을 나타낸 외부사시도 및 단면사시도이다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 토네이도형 산기관(100)은 상기 챔버(120)의 내벽을 따라 나선형의 돌기(124)가 형성됨으로써 종래 토네이도형 산기관 대비 산소 용해 성능이 더욱 극대화된다.

즉, 챔버(120) 내벽 단면적이 상부로 갈수록 좁아진 형태로 인해 공기의 회전속도가 가속화될 때 압축공기의 압력 변화 등에 따라 공기의 회전 양상이 다소 무질서해질 수 있으나, 나선형의 돌기(124)가 형성되어 공기의 회전 방향을 전체적으로 유도함으로써 주입된 압축공기가 균일하게 회전 상승될 수 있도록 하게 된다.

도 8 및 도 9는 각각 본 발명의 제3 실시예에 따른 토네이도형 산기관을 나타낸 외부사시도 및 단면사시도이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 토네이도형 산기관(100)은 챔버(120)가 이중 내벽(127)이 구비된 이중관 형태로서 출구에서 에어스톰이 보다 원활히 형성되도록 하고, 방출되는 기체방울의 산발 효과를 극대화시킨다.

즉, 챔버(120) 내벽(125)의 내측으로 이중 내벽(127)이 구비되어 내벽(125)과 이중 내벽(127) 사이에 이중관(128)이 형성된 구조로서, 이중관(128) 상부 및 하부 각각에는 내벽(125)과 이중 내벽(127)을 연결함과 동시에 이중관(128)의 공간을 구획하는 구획벽(129a, 129b)이 구비되어 있으며, 주입구(111)로 유입되는 공기는 이중관(128)을 타고 선회하여 상부 구획벽(129a)을 통해 방출되는데, 상기 제1 실시예 및 제2 실시예와 같이 이중관(128)이 형성되지 않을 경우 주입되는 압축공기가 맥동을 일으킬 경우 등 공기 주입 상태에 따라 챔버(120) 전체적인 공간에서 충분한 에어스톰을 형성하기 어려울 경우가 있으나, 제3 실시예에서와 같이 이중관(128)이 형성된 구조에서는 주입되는 공기가 정해진 경로인 이중관(128)을 통해 공기 주입 상태에 크게 영향을 받지 않고 충분히 나선형 회전을 일으키게 할 수 있다. 또한 출구(121) 둘레를 따라 구획벽(129a)이 일정 간격으로 배열되어 회전 소용돌이가 형성된 구획벽(129a) 수 만큼 분할되어, 방출되는 기체방울의 산발 효과가 폭발적으로 증가되도록 할 수 있다.

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 토네이도형 산기관을 나타낸 모식도이다.

도 10을 참조하면, 본 발명에 따른 토네이도형 산기관(100)은 상기 접속부재(110)가 반대 방향에도 형성된 듀얼 타입일 수 있으며, 이에 따라 챔버(120) 내부로 고압 주입되는 공기의 압력을 배가시켜 더욱 강력한 회전 소용돌이가 유발되도록 함으로써 결과적으로 산소 용해 성능을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명에서는 상기한 콘 형상의 토네이도형 산기관 이외에도 산소 용해 성능을 향상시키는 다양한 형상의 토네이도형 산기관을 제시하고자 한다.

도 11 및 도 12는 각각 선형 돌기가 형성된 토네이도형 산기관을 나타낸 외부사시도 및 단면사시도이다.

도 11 및 도 12를 참조하면, 선형 돌기(224)가 형성된 토네이도형 산기관(200)은 내측 상부(222)가 상방으로 좁아지도록 테이퍼진 형상의 챔버(220)를 구비하고, 챔버(220) 내벽에 수직 방향으로 선형 돌기(224)가 일정 간격으로 형성되어 주입된 압축공기가 회전하면서 일부는 선형 돌기(224)에 충돌하여 잘게 쪼개지면서 회전 상승될 수 있도록 하여 산소 용해 성능을 향상시킬 수 있다.

도 13 및 도 14는 각각 점선형 돌기가 형성된 토네이도형 산기관을 나타낸 외부사시도 및 단면사시도이다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 점선형 돌기(324)가 형성된 토네이도형 산기관(300)은 내측 상부(322)가 상방으로 좁아지도록 테이퍼진 형상의 챔버(320)를 구비하고, 챔버(320) 내벽에 수직 방향으로 점선형 돌기(324)가 일정 간격으로 형성되어 주입된 압축공기가 회전하면서 일부는 점선형 돌기(324)에 충돌하여 잘게 쪼개지면서 회전 상승될 수 있도록 하여 산소 용해 성능을 향상시킬 수 있다.

도 15 및 도 16은 각각 커팅형 돌기가 형성된 토네이도형 산기관을 나타낸 외부사시도 및 단면사시도이다.

도 15 및 도 16을 참조하면, 커팅형 돌기(424)가 형성된 토네이도형 산기관(400)을 내측 상부(422)가 상방으로 좁아지도록 테이퍼진 형상의 챔버(420)를 구비하고, 챔버(420) 내부에서 기체방울이 가장 가속화되는 테이퍼진 상부(422)가 수직 방향으로 커팅되어 기체방울이 출구(421)에서 수중으로 방출되기 전에, 일부는 커팅 돌기(424) 사이로 방출되도록 함으로써 기체방울의 쪼개짐을 극대화시킬 수 있다.

이러한 커팅형 돌기(424)는 상기와 같이 수직 방향으로 형성될 수도 있으나, 도 17 및 도 18과 같이, 각각 순사선 방향 및 역사선 방향으로 형성될 수도 있다.

도 19 및 도 20은 각각 구형의 토네이도형 산기관을 나타낸 외부사시도 및 단면사시도이다.

도 19 및 도 20을 참조하면, 구형의 토네이도형 산기관(500)은 유입된 압축공기의 회전반경이 넓어진 후 다시 좁아지는 양상으로 진행되어 출구(521)에서의 회전속도를 더욱 가속화시켜 방출되는 회전 소용돌이의 세기를 보다 강화시킬 수 있다. 본 구현예에서는 상기 콘 형상의 토네이도형 산기관에서와 같이, 챔버(520)의 내벽을 따라 나선형의 돌기(524)가 형성된 것을 나타내고 있다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 토네이도형 산기관 110 : 접속부재
111 : 주입구 120 : 챔버
121 : 출구 122 : 챔버 상부
123 : 챔버 하부 124 : 나선형의 돌기
125 : 내벽 126 : 개구부
127 : 이중 내벽 128 : 이중관
129a : 상부 구획벽 129b : 하부 구획벽
d1 : 챔버 하부 직경 d2 : 챔버 상부 직경
θ1 : 경사각

Claims (4)

1. 공기가 주입되도록 내부에 주입구가 형성된 접속부재; 상기 주입구를 통해 하부로 유입되어 회전 소용돌이(vortex)를 형성하는 공기가 수중으로 공급되도록 하는 출구가 형성된 챔버;를 포함하는 토네이도형 산기관에 있어서,
   상기 챔버는 하부가 개구되고, 수직 단면이 사다리꼴형 및 수평 단면이 원형인 콘 형상이고,
   상기 챔버는 이중 내벽이 구비된 이중관 형태이고,
   상기 이중관 상단 및 하단 각각에는 상기 내벽 및 이중 내벽을 연결함과 동시에 상기 이중관의 상단 및 하단을 구획하는 구획벽이 구비되고,
   상기 주입구로 유입되는 공기는 상기 이중관으로만 유입되어 상기 이중관을 타고 선회하여 상기 상단 구획벽 사이로 방출되는 것을 특징으로 하는 토네이도형 산기관.
2. 제1항에 있어서,
   상기 주입구는 상기 챔버 방향 상방으로 경사진 것을 특징으로 하는 토네이도형 산기관.
3. 제2항에 있어서,
   상기 주입구의 경사각은 1 내지 15°인 것을 특징으로 하는 토네이도형 산기관.
4. 제1항에 있어서,
   상기 접속부재가 반대 방향에도 형성된 듀얼 타입인 것을 특징으로 하는 토네이도형 산기관.

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