KR890003924B1

KR890003924B1 - 간헐 공기 양수장치에 있어서 급기 양수방법

Info

Publication number: KR890003924B1
Application number: KR1019860008200A
Authority: KR
Inventors: 마사히꼬 마끼노
Original assignee: 가이요오 고오교오 가부시끼가이샤; 마끼노 히사오
Priority date: 1986-04-01
Filing date: 1986-09-30
Publication date: 1989-10-12
Also published as: EP0239693B1; BR8606304A; US4752421A; DE3679817D1; CN86107836A; CN1009992B; EP0239693A2; EP0239693A3; KR880003837A; CA1270149A

Abstract

내용 없음.

Description

간헐 공기 양수장치에 있어서 급기 양수방법

제1도는 본 발명을 실시하는 장치의 일부를 절단한 정면도.

제2도는 제1도의 다른 장치의 일부를 절단한 정면도.

제3도는 제2도의 유속-공기량 그래프.

제4도는 제3도의 유곡-시간 그래프.

제5도는 제1도의 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 원리도.

제6도는 같은 기포탄의 방출간격이 짧은 경우의 설명도.

제7도는 제6도의 기포탄의 방출간격이 적정한 경우의 설명도.

제8도는 제7도의 경우의 통체내의 유속-시간 그래프.

제9도는 제8도의 실시예 9,12의 경우의 유속-시간 그래프.

제10도는 제9도와 같은 실시예 8,11의 경우의 유속-시간 그래프.

제11도는 제10도와 같은 연속적으로 공기를 방출하는 경우의 유속-시간 그래프.

제12도는 제11도와 같은 양수의 외계 방출상채를 도시한 일부 정면도.

제13도는 제12도와 같은 양수통의 바로 위 수면이 오목 모양으로 된 경우를 도시한 일부 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 통체 9 : 수면

19 : 기포탄

본 발명은 수중에 직립 유지시킨 양수통안에, 기포탄을 간헐적으로 공급하여, 상기 기포탄의 부력에 의하여 양수통 하부의 물을 상부로 상승시키도록 한 양수장치에 있어서, 기포탄의 공기량을, 통체 직경과의 관계에서 일정한 비율로 정하는 동시에, 양수통중을 기포탄이 상승하는 길이 L(m)과, 기포탄의 방출간견(T)(sec)와의 사이를 일정한 관계를 정하여 요율의 항상과 능력의 정상화를 도모한 것이다.

종래 수중에 직립 유지시킨 양수통내에 기포탄을 간헐공급하여, 상기 기포탄의 부력에 의하여, 상기 양수통내 상승수류를 발생시키는 장치가 알려져 있다.(일본국 특허공고 소42-5795호 공보, 일본국 특허공개소 58-70895호 공보, 미국특허 제4,436,675호 명세서)

그러나 종래 알려져 있던 양수통은 어느것이나 양수통의 공기실 용량(공기실의 공기를 보유할 수 있는 용적)에 관한 기본적 수치가 불명하며, 양수통 지름과 기포탄의 용적이 불균형하게 되고 효율의 저하를 초래하거나 기포탄의 방출간격이 적절하지 않기 때문에 기포탄의 부력에 의한 유동 에너지의 유효한 이용이 이루어지지 않는 곳이 있었다.

본 발명은 상기 종래의 기술을 감안하여 기포탄의 공기량과 통체 직경과의 관계를 확정하는 동시에 양수통안을 기포탄이 상승하는 길이 및 기포탄의 방출간격을 일정비율로 정함으로써 효율이 좋고 양수능력이 균일한 방법을 얻는 것을 목적으로 한 것이다.

즉 본 발명의 목적은 양수통안을 기포탄이 상승하는 길이를 L(m)로 하고, 기포탄의 방출간격을 T(sec)로 한 경우에, 상기 L와 T의 관계를 L의 길이에 따라 결정하는 것이다.

또 본 발명의 다른 목적은 기포탄의 공기량을 양수통 직경을 직경으로 하는 구체용적에 대하여 일정비율로 유지시키는 것을 목적으로 한 것이다.

본 발명은 간헐 공기 양수장치에 있어서, 급기 양수방법에 관한 것으로 호수, 댐, 저수지등의 등화, 혹은 대용량의 물에 대류를 발생시키기 위해 사용하는 양수통을 취급하는 분야에 속한다.

종래 간헐 공기 양수장치에 대한 제한이 있었어도 정수에 대한 메카니즘은 미해명된 점이 많고, 양수통의 직경, 통길이, 기포탄의 공기, 기포탄의 방출간격등의 모든것에 걸쳐서 불분명한 점이 많으며, 표준성능의 양수장치에 대한 제안이 없다.

그래서 본 발명의 발명자는 수많은 경험과 연구의 결과 양수통의 직경과 기포탄의 공기량 및 통길이와 기포탄의 방출간격에 대하여 상호 일정관계를 유지시키는 경우에 높은 효율을 얻는 것을 알게 되었다.

그래서 상기 양수통의 직경과 기포탄의 공기량과의 관계 및 통길이와 기포탄의 방출간격에 대하여 최량의 관계를 유지하도록 하며 최적의 양수장치에 의한 양수방법을 얻게 되므로, 이하 양수통의 직경에 대한 기포탄의 공기량 및 통길이에 대한 기포탄의 방출간격에 대하여 각각 설명을 하며, 이들을 겸비한 양수방법에 대하여 설명한다.

즉 본 발명에 있어서, 통체안으로 기포탄을 간헐적으로 공급하여 양수하도록 한 경우에는 상기 공기실 용량을 상기 통체 직경으로 하는 구체용적 0.3 내지 1.75배로서 간헐 공기 양수장치를 구성하였다. 따라서 최적의 공기실 용량은 다음표의 실험결과로부터 구하였다.

주기 (1) 통지름 200mm, 통길이 2.5m의 장치를 사용하였다.

(2) 공기용량은 1회에 방출하는 기포탄의 공기량으로서 통체의 직경을 직경으로 하는 구체용적으로 하여 구하였다.

(3) 급기량은 20℃에서 1기압의 환산치이다.

표 1에서 유량을 구라면 표 2로 된다.

주기 (1) 급기량은 20℃ 1atm(대기압) 환산치

(2) 공기용량은 1회에 방출하는 공기량으로서(공기실 용적의 80 내지 100％)로 구체적의 ×배로 나타내었다.

상기 표에 의해서 명백한 바와같이 동일 공기량에 대하여는 공기실용량의 작은 것일수록 유속은 큰 경향에 있으며, 급기량(공기실에 이송하는 공기의 양)이 많게되면 유속도 크게되나, 구체용적(통지름을 직경으로 한 구체용적)의 0.3 내지 1.25배가 유속이 크다.

그러나 0.3 내지 0.5배어서는 공기의 방출 간격이 작게되고, 관성에 의한 에너지의 이용이 불충분하다. 따라서 실용상 높은 효율을 유지하기 위해서는 0.75 내지 1.25배 정도가 알맞는 것이라고 인정된다. 0.75이하에서는 방출공기량에 대한 양수량이 비교적 적으며, 1.2배 이상이 되면 양수량이 저하한다.

다음에 기포탄의 간헐적 공급은 사이펀 이용의 공기실이 가장 양호(간편성, 보수용이성, 무고장성등으로 부터 판단)하다고 인정되나, 자동밸브 부착펌프이용, 레시프로펌프에 으한 간헐송풍 그밖의 공지의 간헐 급기장치를 사용할 수가 있다. 그리고 사이펀 부착 공기실은 반드시 양수통의 하부 외주에 설치할 필요없이 양수통의 하단부 또는 중간부에 공기 방출구가 위치하게 하면 충분하다.

본 발명은 기포탄의 부력을 이용하여 상단을 수면하에 놓은 양수통을 통하여 하층의 물을 상층에 양수하는 방법에 있어서, 양수통중을 기포탄이 상승하는 길이를 L(m)로하여, 공기 방출간격(시간)을 T(sec)로 한 경우에 (1) L

10m일때에 0.5│L│

T

4 내지 6│L│, (2) 2m

L＜10m일때에 0.5│L│

T

10│L│, (3) L＜2m일때에│L│

T로 함으로써 양수방법을 구성하고 러닝코스트의 저하와 효율의 향상에 성공한 것이다.

상기에 있엇, 양수통(1)의 상단과 수면(38)과의 거리는 통상 1m 내지 20m이다. 또한 수침이 크고, 또한수저부의 물을 상승시켜도 지장이 없는 경우에는, 20m 이상 30m정도로 하는 경우가 있다.

또 기포탄의 방출간격도, 통상통길이 2m 이상 10m미만의 경우에 5sec 내지 30sec로 하며, 10m이상의 경우에는 15sec 내지 100sec이여서, 통길이 10m 내지 20m의 경우의 바람직한 방출간격으로서, 20sec 내지 80sec이 사용이 된다.

통체상단이 수면하 5m 내지 15m의 경우에 기포탄이 1m/sec에서 상승하면, 기포탄 및 상승수에 의해, 통체상부의 물은 예를 들면 제12도중 쇄선 도시에 도시한 바와같이 솟아올라, 화살표시(35a)와 같이 상승하여, 35b와 같이 방사상으로 확산한다.

본 경우에 확산의 최대유속은 실측상 수면하 1m정도(단 통체상단과 수면과는 5m이였다)의 위치에 있다. 이어서 양수통내의 상승류의 유속이 작게되면(필연적으로 수량도 급속하게 저하한다), 제13(b)도에 도시한 바와같이 양수통의 바로위 수면이 오목하게 들어가므로, 수면(38)의 물은 화살표시(35c)와 같이 양수통위에 치우치게 된다. 따라서 수저의 물(예컨대 수온 10℃)은 양수통(1)의 상부의 물(예컨대 수온 20℃)와 혼합하여 예컨대 수온 18℃(약 5배의 수량으로서)로 되여서 확산하나 확산면적이 증대에 따라서 수온차가 적게됨으로 확산수는 대략 동등한 수침(수면 1m 내지 3m정도)로 먼곳까지(점차 1000m에 미치는 일이 있다)유동한다.

예컨대 제6도 및 제7도와 같은 단면형상의 댐에 있어서는 화살표시(36a, 36b, 36c)와 같은 광범위한 환상류를 발생한다.

양수통내의 물은 기포탄(19)이 양수통의 상단에 도착하는 때에 최대유속으로 되고, 차후 관성유동에 의해점차 속도가 저하하고, 다시 기포탄이 상승을 시작하면 점차 유속이 증대한다(양수통의 하단구에서 측정)

따라서 충분한 방출간격(통길이 10m일때에 30초 간격)을 취하면 제8도에 도시한 바와같이 되나 약간 짧은간격(통길이 10m일때에 15초간격)으로 하면 제9도와 같이 되고, 다시 짧은 간격(통길이 10m일때에 10초 간격)으로 하면 제10도와 같이 되고, 연속적으로 내면 제11도와 같이 된다.

따라서 실용적으로는 제8도 또는 제8도와 제9도의 사이 값이 경제적이다. 그러나 기포탄의 상승시에 방출간격이 작으면(예컨대 제10도), 상기에서 설명한 바와같이 양수통 바로위의 물은 대략 양수통내를 상승한 물만으로 되기 때문에, 수면부근의 물과의 온도차가 크고(예를들면 10℃의 상승수가 15℃이상의 수온으로 되지 않는다), 제6도와 같이 양수통부근(예를들면 반경 10m이내)에서 대류가 생기고 광범한 영향력을 기대할수는 없다.

양수통(1)에 의한 수직개선의 하나는 용존 산소량이 증대할지라도 사용가압 공기로부터 용해하는 산소량은 근소하며, 아무래도 대용량의 댐등의 수직개선을 소용량의 양수통으로 달성할 수는 없다.

예컨대 50만톤 내지 100만톤의 수량에 대하여, 직경 40cm 길이 10m의 양수통 1기 내지 2기로 용존 산소량을 단시간으로 개선되는 것이 알려져 있으나, 이것은 수면부근의 용존산소량의 많은 물과 물바닥 부근의 산소부족수와 혼합하여 부산소수로 변하는 동시에, 이 산소 풍족수가 하강하여 용존산소량을 급속하게 개선시키는 것이라 인정된다. 따라서 수저에 산기관을 부설한 것만으로는 도저히 달성하지 못하였던 대용량의 수질개선을 할 수 있다.

상기한 바와같이 기포탄의 방출간격을 일정시간이내에 하는 것은 단지 러닝코스트의 향상을 도모할 뿐만 아니라, 수질개선효율의 면에서도 필수요건이다.

다음에 양수통의 직경과, 공기량과의 상호관계에 대한 실시예를 설명한다(제1도 내지 제4도)

[실시예 1]

통지름 20cm, 동길이 2.5m(기포상승 통길이)의 통체(1)를 수침 4m에 설치하고, 공기실용량 3.1l의 공기실2(공기용량의 0.75배 상당)을 부설하여 매시 2.5m³의 공기를 공급한바, 매분 10회의 기포를 방출하여 통체내의 양수의 평균유속은 0.5/sec이였다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일 양수통을 이용하여 공기실용량 2.11의 공기실(공기용량의 0.50배 상당)을 부설하여, 매시 2.0m³의 공기를 공급한바, 매분 12회의 기포를 방출하였다.

이 경우에 통체내의 양수의 평균유속은 0.46m/sec이였다.

[실시예 3]

상기 실시예 1과 동일 양수통을 사용하여, 공기실용량1.3l의 공기실 2(공기용량의 0.3배 상당)을 부설하여, 매시 2.0m³의 공기를 공급한바, 매분 19회의 기포를 방출하였다. 이 경우의 통체내의 양수의 평균유속은 0.46m/sec이였다.

[실시예 4]

상기 실시예 1과 동일 양수통을 사용하여, 공기실용량 5.21의 공기실 2(공기용량의 1.25배 상당)을 부설하여 매시 2.0m³의 공기를 공급한바, 매분 5회의 기포를 방출하였다. 본 경우의 통체내의양수의 평균유속은 0.38m/sec이였다.

[실시예 5]

상기 실시예 1과 동일 양수통을 사용하여 공기실용량 6.3l의 공기실 2(공기용량의 1.50배 상당)을 부설하고 매시 2.0m³의 공기를 공급한바, 매분 4회의 기포를 방출하였다. 본 경우의 통체내의 방수의 평균유속은 0.38m/sec이였다.

[실시예 5]

상기 실시예 1과 동일 양수통을 사용하여 공기실용량 6.3l의 공기실 2(공기용량의 1.50배 상당)을 부설하고 매시 2.0m³의 공기를 공급한바, 매분 4회의 기포를 방출하였다. 이 경우의 통체내의 방수의 평균유속은 0.31m/sec이였다.

[실시예 6]

제1도에 의해서 본 발명의 실시에 사용하는 장치에 대하여 설명한다. 통체(1)의 하부외측에 공기실(2)을 장착하여 통체(1)의 하단에 체인(3)을 통하여 중추(重錐)(4)를 고착하여 수저(5)에 정착하고, 통체(1)의 상단외측에 부실(6)을 설치, 상기 중추(4)와 부실(6)에 의하여 통체(1)를 직립 설치한다.

상기 공기실(2)은 통체(1)의 외측에 내통(7)과 외통(8)을 소정 간극을 유지하여 헐겁게 끼우고, 상기 내, 외통(7,8)의 중간부에 간막이통(9)을 설치, 공기실(2)을 구성하고 있다.

상기에 있어서 외통(8)의 상단과 내통 측벽과의 상이에 설치한 정판(10)에서 호오스(11)를 통하여 가압공기를 화살표시(12)와 같이 공급을 하면 공기는 공기실(2)의 상부 내측에 고임으로 공기실내의 수위는 화살표시(13)와 같이 점차 저하한다.

이와같이 하여 수위가 내통 하측벽부에 설치한 연통구멍(14)에 달하면, 공기실내의 공기는 화살표시(15,16,17)와 같이 외통(8)과 칸막이통(9), 칸막이통(9)과 내통(7) 및 내통(7)과 통체(1)의 사이를 통과하여 화살표시(18)와 같이 통체(1)내에 들어가 기포탄(19)으로 되어서 통체내를 상승한다.

이경우에 기포탄(19)의 외측은 통체내벽에 미끄럼 접합하여 있기 때문에 부력에 의한 상승은 그대로 통체내의 양수력으로 전화됨으로, 공기실을 나와 통체내에서 기포탄(19)으로 되고, 점차 가속하여 통체(1)의 상단에서 방출된다.

기포탄이 통체(1)로부터 방출되면 부력에 의한 양수력은 소실하나 상승수의 관성에 의해 잠시 양수가 계속된다.

이 경우에 양수에 유속은 제4도에 도시한 바와같은 곡선상으로 변화하는 것이므로 유속이 현저하게 저하하지 않는 동안에 다음의 기포탄을 상승시키면(예를들면 제9도), 효율좋게 양수할 수 있다.

[실시예 7]

본 실시예는 상기 실시예 6의 공기실을 통체(1)의 아래쪽에 독립하여 설치한 것이다. 다음에 제2도에 의해 설명한다.

즉 공기방출통(20)의 하부외측에 내통(21)과, 외통(22)을 순차로 소정간격으로 헐겁게 끼워 설치하고, 공기 방출통(20)의 외벽과 외통(22)의 상단과의 사이에 정판(23)을 설치 내통(21)의 하단에 바닥판(24)을 설치공기실(25)을 구성하였다.

상기 실시예에 있어서 정판(23)에 연결한 호오스(26)에서 화살표시(27)와 같이 가압공기를 공급하면, 공기는 공기실(25)의 정부내측에 고이고, 가압공기의 유입에 따라, 공기실내의 수위를 화살표시(28)의 방향으로 밀어내린다.

이와같이 하여 수위가 공기 방출통(20)의 하단에 달하면, 공기실(25)내의 공기는 화살표시(29, 30, 31)와 같이내통(21)의 연통구멍(32)과 방출통(20)안을 통과하여, 방출통(20)의 상단으로부터 화살표시(33)와 같이 통체(1)내에 방출시킨다.

이 경우에 방출공기는 속히 기포탄(34)으로 되어서 통체내에 미끄럼 접합으로 용이하게 기포탄이 형성되어, 속히 양수가 가속되게 한다.

상기 각 실시예에 의해 명백한 바와같이 공기실 용량이 작을때에는 평균유속은 크게 되나, 너무 작게되면기포 방출회수가 증가하여 나중에는 연속기포로 될 수도 있으므로 전체로서의 효율(입력증가량에 대한 양수량의 증가율이 작다)이 저하한다.

또 공기실 용량이 지나치게 크면(예를들면 공기용량의 1.5배 이상)평균유속이 극단적으로 저하한다. 이 경우에는 양수에 생기는 관성을 충분이 이용할 수 없으므로, 역시 효율은 저하하게 된다.

그래서 공기실용량은 공기량의 0.3배 내지 1.25배가 사용가능한 범위로 된다. 그러나 기포탄이 연속상으로 방출하면 효율의 저하를 면치 못하게 되므로, 알맞게는 공기량의 0.75배 내지 1.00배 정도가 된다.

다음에 기포탄의 상승길이와 방출기포탄의 간격과의 관계의 실시예에 대하여 기재한다.

[실시예 8]

수면의 수온 20℃, 수저의 수온 10℃, 깊이 20m의 댐에, 직경 40cm, 길이 10m의 양수통(3)을 설치하고, 기포탄(4)을 10초 간격으로 방출시킨 바 유속변화는 제10도에 도시한 바와같이 최대 1.4m/sec의 파상의 유속-시간 그래프를 얻었다.)기포탄의 방출위치에서 상단까지의 길이는 이하 같음)

도면중 2는 공기실, 11은 급기관, 4는 중추, 5는 수저이다. 또한 이 경우의 대류는 대략 제6도와 같게 되었다(화살표시 37a,37b).

[실시예 9]

상기 실시예 8과 동일조건으로 기포탄(19)을 15초 간격으로 방출시킨바, 제9도에 도시한 바와같이, 최대 1.4m/sec, 최소 0.2m/sec의 파상의 유속-시간그래프를 얻었다.

[실시예 10]

상기 실시예 8과 동일조건으로 기포탄력(19)을 30초 간격으로 한바, 제8도에 도시한 바와같이, 최대 1.4m/sec, 최소 0.2m/sec의 파상의 유속-시간그래프를 얻었다.

또한 이 실시예에 있어서 양수확산 범위는, 양수통을 중심으로 하여 반경 1000m 떨어진 장소까지 이동한 것을 확인할 수 있었다.

[실시예 11]

수면의 수온 20℃, 수저의 수온 8℃, 깊이 30m의 댐에, 직경 40cm, 길이 20m의 양수통을 설치하여, 기포탄을 25초 간격으로 발생시킨 바 대략 제10도와 같은 유속-시간 그래플르 얻었다.

[실시예 12]

상기 실시예 11과 동일조건으로, 기포탄을 35초 간격으로 방출시킨 바, 대략 제9도와 같은 파상의 유속-시간 그래프를 얻었다.

[실시예 13]

상기 실시예 11과 동일조건으로 기포탄을 60초 간격으로 발생시킨바, 대략 제8도와 같은 파상의 유속-시간 그래프를 얻었다.

[실시예 14]

수면의 수온 20℃, 수저의 수온 15℃, 깊이 5m의 저수지에, 직경 40cm, 길이 2m(기포탄의 방출위치로부터 1.5)의 양수통을 설치한 경우, 기포탄을 6초 간격 정도로 방출시킨바, 제8도와 같은 결과를 얻었다. 또한 상기 기포탄을 4초 간격으로 방출한 바, 거의 제9도와 같은 파상의 유속-시간 그래프를 얻었다.

본 발명에 의하면 공기실용량을 방출 공기량의 0.75배 내지 1.25배로 하였으므로 에너지 효율이 현저하게 향상하는 효과가 있다.

또 본 발명에 의하면 양수통중 기포탄이 상승하는 길이(L)에 대하여, 기포탄의 방출간격(T)를 L

10m때에 0.5｜L｜

T

4 내지 6｜L｜로하여, L

10m일때에 0.5｜L｜

T

10｜L｜로 하여, L＜2m일때에 ｜L｜

T로 하였으므로, 효율이 좋게 양수를 순환 혼합시키는 효과가 있다. 그러나, 양수통안을 기포탄이 상승하는 길이와 기포탄 방출간격과의 일반 관계식에 따라 양수효율의 거의 일정한 장치를 설계할 수 있으므로, 장치 제조상 신뢰도가 향상하는 효과가 있다.

Claims

기포탄의 부력을 이용하여, 상단을 수면하에 위치한 직립 양수통을 통하여, 하층의 물을 상층으로 양수하는 방법에 있어서, 상기 공기량을 상기 통체직경을 직경으로 하는 구체용적의 0.75배 내지 1.25배로 하고, 상기 양수통중을 기포탕이 상승하는 길이를 L(m)로 하며, 기포탄의 방출간격을 T(sec)로 한 경우에, (1)L
10m일때에 0.5｜L｜
T
4~6｜L｜, (2) 2m
L＜10m일때에 0.5｜L｜
T
10｜L｜, (3) L＜2m일때에 ｜L｜
T로 하는 것을 특징으로한 간헐 공기 양수장치에 있어서의 급기양수 벙법.
제1항에 있어서, 기포탄의 간헐적 공급은 사이펀을 이용하여, 물을 자동밸브로서 사용한 공기실, 또는 공기펌크를 사용한 것을 특징으로 한 간헐 공기 양수장치에 있어서의 급기 양수방법.
제2항에 있어서, 공기펌크는 사이펀을 이용하여, 물을 자동밸브로서 작용시켜, 또는 공기를 이용하여 개폐시키는 자동밸브를 사용한 것을 특징으로 하는 간헐공기 양수장치에 있어서의 급기 양수방법.
제1항에 있어서, 기포탄의 부상간격을 양수통의 길이 2m이상 10m미만일때에 5sec 내지 30sec로 하고, 10이상일때 15sec 내지 100sec로, 한 것을 특징으로 한 간헐공기 양수장치에 있어서의 급기 양수방법.
제1항에 있어서, 양수통의 상단은 통상 수면하 1m 내지 20m로 한 것을 특징으로한 간헐공기 양수장치에 있어서의 급기 양수방법.