KR102082160B1 - 산소용해장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물과 산소의 혼합수를 만드는 펌프와, 상기 펌프에 연결되어 물을 공급하는 급수관과, 일단은 외부 산소탱크와 연결되고 타단은 상기 펌프에 연결되는 급기관으로 이루어지는 혼합부; 원통형의 케이스와, 상기 케이스의 내부에 구비되고 상기 펌프에 연결되어 혼합수의 산소 용해가 이루어지는 용해관과, 상기 용해관의 길이 방향 일부에 구비되어 산소 용해를 더욱 촉진시키는 유동교란구와, 상기 케이스 내부 공간에 충진되는 단열재로 이루어지는 용해부, 및 일단이 상기 용해관의 상부측 노출관에 연결되는 송급관을 포함하는 토출부를 포함하여 구성되고, 상기 용해관은 파형의 관벽을 갖는 배관이 나선형 구조를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 산소용해장치에 의하면, 파형의 관벽을 갖는 나선 구조의 용해관을 통해 물과 산소의 접촉시간과 접촉면적이 확대되고, 가압수단을 통해 용해된 산소가 다시 해리되는 것이 방지되므로 산소용해효율이 향상되는 효과가 있다.

Description

산소용해장치{Apparatus for Dissolving Oxygen}

본 발명은 산소용해장치에 관한 것으로, 특히 산소용해가 이루어지는 배관의 형상과 구조를 개선하여 물과 산소의 접촉시간과 접촉면적을 확대하여 용해된 산소가 다시 해리되는 것을 방지하는 산소용해장치에 관한 것이다.

농작물 시설재배 단지에서는 물과 생육에 필요한 양액을 혼합한 양액수를 작물에 주기적으로 공급한다. 이러한 양액수에 용존산소량(DO: Dissolved Oxygen)이 부족할 경우 작물의 성장이 지체되고 각종 병충해에 취약해지며 특히 뿌리가 괴사되기도 한다. 따라서 농작물 시설재배 사업장에서는 산소용해장치를 이용하여 용존산소량을 인위적으로 높인 물을 사용하여 양액수를 만들어 이를 작물에 공급하고 있다.

여기에 사용되는 산소용해장치의 산소 용해방법은 물속에 공기나 정제된 산소를 폭기시켜 기포가 수면으로 부상하는 과정에서 산소가 용해되도록 하는 물리적 방식이 주로 사용된다. 그러나 단순 폭기 방식은 대부분의 기포가 바로 수면 밖으로 배출, 그 효율이 낮은 문제가 있다.

종래기술에 물과 산소 기포의 접촉시간과 접촉면적을 높여 산소용해효율을 높인 개량된 산소용해장치가 소개되어 있으나, 종래의 개량된 산소용해장치는 복잡한 구조로 이루어져 고가로 판매되고 있어, 소규모 시설재배 사업장이나 일반 농가에서는 구입 및 설치가 부담스러운 실정이다.

공개된 종래기술로 특허등록 제10-1236216호(등록일: 2013. 02. 18) "용존산소 증가장치 및 이를 구비한 하천 구조물"은 고용존산소 증가장치 및 이를 구비한 하천 구조물은 일정한 내부공간을 구비하고 일 측에 외부와 연통되는 절개공이 형성되며, 물의 흐름 방향을 따라 전면과 후면에 물이 통과하는 다수의 개구공이 관통 형성된 하우징과; 상기 하우징의 전면과 후면에 형성된 개구공을 상호 연결하도록 상기 하우징의 내부공간에 구비되며 상기 개구공을 통과하는 물에 산소를 공급하는 산소공급부를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

그러나 상기와 같은 선행기술들은 산소수의 공급을 통하여 용존산소량을 증가시키는 특징은 있으나 용존산소가 공기방울 형태로 양액에 혼합된 형태를 가짐으로서 쉽게 공기중으로 소멸되는 문제점이 있다. 이러한 문제점은 양액과의 혼합율 저하에 따른 실질적인 용존산소량의 증가로 연결되지 못하여 식물의 뿌리에 산소부족 현상에 따른 여러 가지 문제점을 개선하지 못하였다.

대한민국 등록특허공보 제10-1830276호(공고일: 2018. 03. 29) 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0131664호(공개일: 2018. 12. 11)

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 배관의 형상과 구조를 개량하여 물과 산소의 접촉시간과 접촉면적을 넓히는 한편 용해된 산소가 다시 해리되는 것이 방지되는 산소용해장치를 제공하는 데에 있다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 산소용해장치는, 물과 산소의 혼합수를 만드는 펌프, 상기 펌프에 연결되어 물을 공급하는 급수관 및 일단은 외부 산소탱크와 연결되고 타단은 상기 펌프에 연결되는 급기관으로 이루어지는 혼합부; 원통형의 케이스, 상기 케이스의 내부에 구비되고 상기 펌프에 연결되어 혼합수의 산소 용해가 이루어지는 용해관과, 상기 용해관의 길이 방향 일부에 구비되어 산소 용해를 더욱 촉진시키는 유동교란구와, 상기 케이스 내부 공간에 충진되는 단열재로 이루어지는 용해부; 및, 일단이 상기 용해관의 상부측 노출관에 연결되는 송급관을 포함하는 토출부;를 포함하여 이루어지며, 상기 용해관은 파형의 관벽을 갖는 배관이 나선형 구조로 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 산소용해장치는 상기 유동교란구는 단면상 반원의 띠형상으로 이루어지되 내면에 돌출부와 홈부가 반복적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 산소용해장치는 상기 송급관에 개폐수단이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 산소용해장치는 상기 개폐수단에는 용해관 내부의 압력 저하를 방지하는 가압수단이 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 산소용해장치는 상기 가압수단이 솔레노이드밸브인 개폐수단 및 상기 송급관의 유입측에 구비되는 압력센서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 산소용해장치는 상기 가압수단이 상기 개폐수단의 디스크 힌지축에 구비되는 탄성체이거나 또는 상기 힌지축을 대체한 토션바인 것을 특징으로 한다.

본 발명의 산소용해장치에 의하면, 파형의 관벽을 갖는 나선 구조의 용해관을 통해 물과 산소의 접촉시간과 접촉면적이 확대되고, 가압수단을 통해 용해된 산소가 다시 해리되는 것이 방지되므로 산소용해효율이 향상되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 산소용해장치를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 산소용해장치의 용해관에 구비되는 유동교란구를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 산소용해장치의 설치 상태를 예시한 구조도이다.
도 4는 본 발명에 따른 산소용해장치에서 용해부가 복수로 구비되는 경우 그 설치 상태를 예시한 구조도이다.
도 5는 본 발명에 따른 산소용해장치에 전기식 가압수단이 구비되는 경우 그 설치 상태를 예시한 구조도이다.
도 6은 본 발명에 따른 산소용해장치에 기계식 가압수단이 구비되는 경우 개폐수단을 도시한 단면도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 산소용해장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 산소용해장치의 용해관에 구비되는 유동교란구를 도시한 것이며, 도 3은 본 발명에 따른 산소용해장치의 설치 상태를 예시한 구조도이며, 도 4는 본 발명에 따른 산소용해장치에서 용해부가 복수로 구비되는 경우 그 설치 상태를 예시한 구조도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명은 물과 산소의 혼합수를 만드는 혼합부(10), 상기 혼합수의 산소 용해가 이루어져 산소용해수가 생성되는 용해부(20) 및, 상기 산소용해수를 저장조(A)로 송급하는 토출부(30)를 포함하며, 여기에 혼합수의 생성이나 산소용해수의 수조 송급을 위한 제반 장치의 기동을 제어하는 제어부가 선택적으로 구비된다.

여기서, 상기 혼합수는 물과 산소 기포가 단순 혼합된 것으로서 산소 용해가 개시되기는 하나 요구되는 용존산소량에 미달인 상태에 있는 물을 말하며, 산소용해수는 용존산소량이 요구치에 도달한 물을 말한다.

이하, 상기 구성 요소들을 중심으로 본 발명의 구체적인 내용을 설명하면, 먼저 혼합부(10)는 혼합수를 만드는 펌프(11), 상기 펌프(11)에 연결되어 물을 공급하는 급수관(13) 및 일단은 외부 산소탱크(B)와 연결되고 타단은 상기 펌프(11)에 연결되는 급기관(15)으로 이루어진다.

상기 급수관(13)과 급기관(15)에는 제어부의 제어신호에 의해 개폐가 이루어지는 밸브가 구비될 수 있다.

용해부(20)는 원통형의 케이스(21), 상기 케이스(21)의 내부에 구비되어 혼합수의 산소 용해가 이루어지는 용해관(23), 상기 용해관(23)의 길이 방향 일부에 구비되어 산소 용해를 더욱 촉진시키는 유동교란구(24) 및 상기 케이스(21) 내부 공간에 충진되는 단열재(25)로 이루어진다.

상기 용해관(23)은 파형의 관벽을 갖는 배관이 나선형으로 감겨진 구조로 케이스(21) 내부에 구비된다.

또한, 용해관(23)의 양단은 케이스(21)의 상면과 하면 밖으로 노출되는데, 하면측은 펌프(11)에 연결되어 혼합수의 유입이 이루어지고 상면측은 토출부(30)의 송급관(31)과 연결된다.

용해관(23)을 통과하는 혼합수는 용해관(23)의 파형 관벽에 의해 난류 거동을 하게 되고 이로 인해 물과 산소의 접촉면적이 증가하게 되어 산소용해효율이 향상되게 된다. 또한, 산소 용해에 필요한 접촉시간을 얻기 위해서는 길이가 긴 배관이 요구되는데, 배관의 길이가 길어질수록 그 설치가 곤란할 수 있으나 용해관(23)이 나선형 구조로 개시됨으로써 이러한 제약이 해소된다.

본 발명은 이에 더하여 용해관(23)의 길이 방향 일부에 유동교란구(24)를 추가로 구비함으로써 용해관(23) 내부의 혼합수를 더욱 교란시켜 산소용해효율이 크게 향상된다. 상기 유동교란구(24)는 단면상 반원의 띠형상으로 이루어지되 내면에 돌출부(24a)와 홈부(24b)가 반복적으로 형성되어 있다.

상기 유동교란구(24)는 용해관(23)을 절단한 후 분리된 용해관(23) 사이에 유동교란구(24)를 위치시킨 후 분리된 용해관(23) 및 유동교란구(24)를 상호 접착함으로써 용해관(23)의 일부에 구비될 수 있다.

또는 용해관(23)의 나선형 홈에 유동교란구(24)를 위치시킨 후 강제로 외부에서 용해관(23) 내부로 삽입시킨 후 유동교란구(24)와 용해관(23) 접촉 부위를 실링함으로써 상기 유동교란구(24)가 용해관(23)의 일부에 구비될 수 있다.

이때, 상기 유동교란구(24)에 형성되는 돌출부(24a)와 홈부(24b)는 용해관(23) 내부 공간에 위치하게 되고, 상기 돌출부(24a)와 홈부(24b)가 용해관(23) 내부를 흐르는 혼합수의 유동을 교란하는 역할을 하게 된다.

한편, 상기 용해관(23)은 별도의 유동교란구(24)를 구비하는 대신 그 내부에 복수의 돌출부가 일체로 형성되게 구비될 수 있고, 이 경우 돌출부는 상기 유동교란구(24)와 동일한 기능을 수행한다.

대량의 산소용해수가 요구되는 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이, 복수의 용해부(20)가 병렬로 배치되고 각 용해부(20)가 분기관(12)을 통해 펌프(11)에 연결되는 구성으로 제작되어, 설치 대상 시설재배의 규모에 맞게 제공될 수 있다.

한편, 산소용해효율은 물의 압력 외에도 수온에 의해 영향을 받는데, 상기 단열재(25)는 외부 온도에 의한 수온 변화로 산소용해효율이 저하되는 것을 방지한다.

토출부(30)는 양단이 상기 용해관(23)의 상부측 노출관과 저장조(A)에 각각 연결되는 송급관(31)을 포함하며, 상기 송급관(31)에 개폐수단(33)이 선택적으로 구비된다.

상기 용해관(23)에서 생성된 산소용해수는 송급관(31)을 통해 저장조(A)에 모이고 이후 복수의 양액과 혼합되어 작물에 공급된다.

한편, 용해관(23)에서 난류 거동에 따른 접촉면적의 증가로 산소용해효율이 향상될 수 있으나, 난류에 의한 교란 심화로 압력이 저하되면 용해가 이루어진 물에서 다시 산소가 해리되어 산소용해효율이 오히려 저하되는 문제가 발생하기도 한다.

이에 본 발명에서는 용해관(23) 내부의 압력 저하를 방지하는 가압수단이 선택적으로 구비될 수 있다.

상기 가압수단은 전기식 또는 기계식으로 개시될 수 있다.

전기식 가압수단은 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 개폐수단(33)으로 채용되는 솔레노이드밸브, 상기 송급관(31) 유입측에 구비되는 압력센서(35) 및 상기 솔레노이드밸브의 개폐량을 제어하고 압력센서(35)의 측정값을 모니터링하는 제어부로 이루어진다.

즉, 상기 압력센서(35)가 측정 압력을 실시간으로 제어부에 제공하면, 제어부는 측정 압력이 산소 해리가 개시되는 압력 이하(이하 "해리압력"이라 한다)로 떨어질 경우 솔레노이드밸브의 개폐량을 좁히는 방식으로 산소 해리를 억제한다.

기계식 가압수단은 도 6에 도시된 바와 같이, 디스크(33a)의 회전에 의해 개폐량이 조절되는 개폐수단(33)을 채용하고, 상기 디스크(33a)의 힌지축(a)에 탄성체가 구비되거나 또는 힌지축 자체를 탄성체인 토션바로 하는 구성으로 개시된다.

즉, 해리압력 이하에서 탄성체의 제약에 의해 디스크(33a)가 일부 닫히도록 함으로써 산소 해리를 억제한다. 여기서, 힌지축(a)을 토션바로 개시할 경우 개폐수단(33) 바디에 고정되는 양단 중 일측은 회전이 가능하게 구비된다.
한편, 상기 개폐수단(33)의 바디의 일측에 돌기(33c)가 형성되고 이에 대응되는 위치의 디스크(33a)에 요홈(33b)이 형성될 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 아니하며 본 발명의 실시예의 구성과 실질적으로 균등한 구성에 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 해석될 수 있다.

10: 혼합부 11: 펌프
13: 급수관 15: 급기관
20: 용해부 21: 케이스
23: 용해관 24: 유동교란구
25: 단열재 30: 토출부
31: 송급관 33: 개폐수단
35: 압력센서

Claims (7)

1. 산소용해장치에 있어서,
   물과 산소의 혼합수를 만드는 펌프(11)와, 상기 펌프(11)에 연결되어 물을 공급하는 급수관(13)과, 일단은 외부 산소탱크(B)와 연결되고 타단은 상기 펌프(11)에 연결되는 급기관(15)으로 이루어지는 혼합부(10);
   원통형의 케이스(21)와, 상기 케이스(21)의 내부에 구비되고 상기 펌프(11)에 연결되어 혼합수의 산소 용해가 이루어지는 용해관(23)과, 상기 케이스(21) 내부 공간에 충진되는 단열재(25)로 이루어지는 용해부(20); 및
   일단이 상기 용해관(23)의 상부측 노출관에 연결되는 송급관(31)을 포함하는 토출부(30);로 구성되고,
   상기 용해관(23)은 파형의 관벽을 갖는 배관이 나선형으로 감겨진 구조로 상기 케이스(21) 내부에 구비되며,
   상기 용해관(23)의 길이 방향 일부에 산소 용해를 더욱 촉진시키는 유동교란구(24)가 구비되고, 상기 유동교란구(24)는 단면상 반원의 띠형상으로 이루어지되 내면에 돌출부(24a)와 홈부(24b)가 반복적으로 형성되며,
   상기 용해관(23) 내부의 압력 저하를 방지하는 가압수단이 더 구비되고,
   상기 가압수단은 디스크(33a)의 회전에 의해 개폐량이 조절되는 개폐수단(33)을 채용하되, 상기 디스크(33a)의 힌지축(a) 자체를 토션바로 구성하며, 상기 토션바는 개폐수단(33) 바디에 고정되는 양단 중 일측이 회전 가능하게 구비되고,
   상기 개폐수단(33)의 바디의 일측에 돌기(33c)가 형성되고 이에 대응되는 위치의 디스크(33a)에 요홈(33b)이 형성되는 것을 특징으로 하는 산소용해장치.
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