KR20050027575A - 기액 계면결합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체에 기체의 성분을 흡수 용해시키는 장치에 관한 것으로서, 그 구성〈도3〉은 펌프 흡입 쪽에 기체와 액체가 일정한 비율로 혼합되는 기액혼합기와 혼합된 기체와 액체를 흡입하여 가압 이송하는 가압펌프, 이송된 기체와 액체를 압력탱크 내에서 비중차이로 분리해 기체를 다단계 적층하는 기체모음판, 압력펌프가 액체를 기체모음판 사이로 회유시킴으로서 압력을 가해 계면 결합하는 압력탱크로 구성된다.

또한 지속적 작동을 하기위해 계면결합시 소모된 기체가 수위조절기, 액체발브 (solenoid valve)의 작동으로 기체발브(check valve)를 통해 자동으로 보충되어 혼합되고, 기체모음판으로 기액 분리하여 기액 접촉시킨 후 일정압력 (2 7 5 KPa)을 가해 계면 결합한 액체를 만들어 상압의 액체에 산기구 없이 방출하여 초미세기포를 발생시키는 것이다.

그 결과 단위시간에 많은 계면결합수를 생산하여 넓은 호수나 양식장, 하수처리장에 Do(용존산소) 를 충족시키고 오폐수에 O ₃ . Cl 등을 용해시켜 살균소독효과를 얻는다.

Description

기액 계면결합장치 {Fluid Film Coupling System}

본 발명은 액체에 특수기체를 결합시켜 액체의 특성을 살리는 장치에 관한 것으로서, 물의 경우, 산소가 부족한 물에 Do를 높혀 생물학적 호흡과 화학적 산화 촉진으로 수질개선을 하는 수처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 물에 산소를 녹이는 장치 (Do)로서 (a) 물속에 공기를 분산 (수중산기 ; 디퓨져) 하는 방법과 (b)공기속에 물을 분산 (표면포기 ; 분수) 하는 방법이 있다. (a) (b)의 목적은 물과 공기의 접촉면적과 접촉시간을 극대화함에 있다. 접촉시간은 (a)의 경우 기포의 부력, (b)의 경우 수포의 중력을 극소화 해야 하고, 접촉면적은 기포, 수포의 크기에 역비례 하므로 크기를 극소화 해야 한다.

미세 기포발생의 종래 기술은 물리적 산기기나 분사방식이었으나 미세기포의 극소화에 한계가 있으며, 산기기의 이물질 막힘을 피할 수 없었다.

본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 액체에 기체의 성분을 최단시간에 효율적으로 다량 결합시키는데 그 목적이 있다.

이와 같은 상기의 목적을 달성하기 위해 발명된 계면결합장치는 자체 가압펌프의 흡입 양정력(0.8 KPa)을 이용하여 기체 소모분을 자동 보충하는 기액 혼합장치를 두고, 가압펌프 후단에 기액 접촉시간과 기액 접촉면적을 증대 시키기 위한 분리장치 (기체모음판) 를 수평적층 배열하여, 액체가 그 사이를 회유하며 계면결합압력 (2 . 7 5 KPa)을 받아 계면결합하는 구성의 특징이 있다.

또한, 본 발명에 따른 계면결합장치를 설치함에 있어서 액체 유입구에 5 0 μ정도의 여과장치를 설치하고, 기체 유입구에 특수기체를 정량 투입 할 수 있는 인젝터가 설치됨이 바람직하다.

이하 첨부된 도면에 의거 본 발명을 설명하면 다음과 같다.

〈도3〉에서 나타난 바와 같이, 본 장치의 구성은 기액 혼합단계와 기액분리, 계면결합단계로 크게 나눌 수 있다.

기액 혼합단계는 〈도4〉에서 나타난 바와 같이. 압력탱크 ( 2 ) 내의 수위를 검지하는 수위센서 ( 3 ) 와 검지신호에 따라 작동하는 수위조절기, Time Relay, 전기회로 등이 내장된 제어함 ( 4 ) 과 이에따라 제어되는 전자변 ( 5 ) 과 전자변 ( 5 ) 의 상태에 반응하는 날름변 ( 6 ) 으로 구성한다.

〈도4〉에서 나타난 바와 같이 작동중 미세기포 생산으로 기체가 소모되어 압력탱크 ( 2 ) 내의 수위가 상승 (수위 ; A)하면 수위센서 ( 3 ) 의 검침봉 (가) (나) (다) 가 물에 의해 전기적 단락되어 검침봉 (나) (다) 가 개방될 때까지 수위조절기가 작동한다.

수위조절기가 작동하면 Time Relay가 〈도4〉에 표시된 것처럼 2초 닫고 8초 열림을 반복한다. 이 결과 전자변 (5)이 닫힌 2초동안 압력펌프( 1 ) 의 흡입 양정력이 날름변 ( 6 ) 을 개방시켜 기체가 흡입된다. 상기 동작은 제어함 ( 4 ) 내의 수위조절기가 기체 충진으로 수위하강 (수위 ; B) 될 때까지 작동한다. 이런 간헐작동은 압력펌프 ( 1 ) 에 유입되는 기체의 양을 조절하여 압력펌프 ( 1 ) 의 공회전을 막기 위함이다.

기액분리 및 계면결합단계에 있어서,

〈도2〉와 같이 bubble형태의 기체를 포함한 액체는 압력펌프 ( 1 ) 를 거쳐 압력탱크 ( 2 ) 하부에 도달하면 부력에 의해 기액분리가 이루어진다.

기액분리는 하단 첫 번째 기체모음판 ( 8 )부터 기체를 채우고 상하 통로를 거쳐 두번째 기체모음판( 8 )에 도달해 계속해서 기체를 채운다.

기체가 압력탱크 ( 2 ) 상단 수위센서 ( 3 ) 까지 도달하면 수위가 B점까지 하강하여 수위센서 ( 3 )의 검침봉 (나) (다)가 물에 의해 전기적 개방되어 수위조절기가 멈춘다. 그로인해 전자변 ( 5 )이 개방, 날름변 ( 6 )이 폐쇄되어 기체유입이 중단되고 액체유입만 지속된다.

이렇게 압력탱크 ( 2 ) 에 유입된 기체와 액체는 기체모음판 ( 8 ) 에 의해 층 분리되고, 층 분리된 기체층사이를 통해 액체가 흐른다. 이것은 단위시간에 많은 양의 기체와 액체가 계면결합 할 때 필요한 접촉시간과 접촉면적을 확보할 수 있는 장치의 구성이다.

계면결합은 이렇게 기체와 액체가 계면결합 압력 ( 2 7 5 KPa)을 유지하며 액체 속에 기체가 용해되어 기액포화액이 된다. 이 기액포화액은 압력탱크( 2 ) 내에서 계면결합압력 ( 2 7 5 KPa)을 받으면 기체와 액체의 접촉경계면에 계면을 중심으로 자리한 경막의 저항을 줄인다. 이때 액체 속으로 용해된 기체는 매우 작아 눈에 보이지 않는다. (참고2)

산업적으로 단시간에 많은 물량의 계면결합수가 필요할 경우 기체와 액체의 계면접촉면적과 계면접촉시간이 많아야 된다.

본 발명은 압력탱크 ( 2 ) 내에 기체모음판 ( 8 ) 을 설치해, 기체층을 상하 겹겹이 두고, 상하 유체통로를 좌우 번갈아 배치하여 액체가 기체층을 따라 지그재그로 흐름으로서 계면접촉면적과 계면접촉시간이 많아 단시간에 많은 물량의 계면결합수를 생산할 수 있다.

이 계면결합수는 압력조절기 ( 7 ) 를 거쳐 산기구 없이 pond로 보내져 상압에 도달하면 액체부피 전체에서 미세기포를 발생한다.

이렇게 pond내에서 발생된 미세기포는 부력이 거의 없어 수평적 부유상태로 확산되며, pond 전체가 등압으로 확산되기 때문에 미세기포의 pond내 체류시간이 매우 길다.

그 외 구성품으로 전자변 ( 5 ) 은 액체용 Solenoid Valve로서 기액혼합 시 액체의 통로를 폐쇄하여 압력펌프( 1 )의 흡입양정력(0 . 8 KPa)을 날름변 ( 6 ) 에 작용케 하는 전기적 Valve.

날름변 ( 6 )은 기체용 Check Valve로서 기액혼합 시 압력펌프( 1 )의 흡입양정력 (0 . 8 KPa)으로 기체의 통로를 개방하는 기계적 Valve.

제어함 ( 4 ) 은 수위조절기와 Time Relay 및 전기적 Control Box로 구성.

압력조절기 ( 7 )는 수동식 반고정 Valve로서 압력탱크 ( 2 ) 내의 압력 (2 7 5 KPa)을 유지하기 위한 것이다.

압력탱크 ( 2 ) 는 내부에 기체모음판 ( 8 ) 을 내장한 원주형 밀폐탱크로서 입력측에 압력펌프( 1 )와 출력측에 압력조절기 ( 7 ) , 압력지시계, 상부에 수위조절기를 포함한 계면결합용 압력탱크이다.

압력펌프( 1 )는 8 KPa 이상, 자흡식, Stainless 재질을 사용한다.

압력탱크 ( 2 ) 및 그 외의 구성품의 규격은 사용목적의 용량에 따라 설계한다.

본 발명은 액체에 기체를 효율적으로 결합시켜, 액체 사용 목적을 최대 효율화 함에 있다.

물의 경우 양식장의 산소포화, 수질개선, 살균, 약품첨가, 제3의 이용수 창출 등이 가능하며, 다른 액체도 특수 기체를 결합시켜 제3의 액체 창출이 가능하다.

본 발명은 미세기포의 크기(산기시:3-5m/m, 계면결합시;0.03-0.05m/m)를 미분화하므로 용존산소(Do)의 효율은 기체의 용해율 내에서 최대의 효율을 산출할 수 있다. 총 미세기포 면적(ΣA)은 기포크기 비율(Rm)에 역비례하여 ΣA=1/Rm, 용존산소(Do)의 효율은 K*ΣA*T이며, (K;용해율, T;체류시간) 이는 기포의 크기를 산기식의 1 / 1 0 0로 분할하면, 용해율 범위 내에서 ΣA=100배,T=1000배 이상일 때, 100,000배의효율을 얻는다. 고로, 기포의 크기를 쪼개, (5 0 μ정도) 초미세기포를 만들면 부력이 거의 작용치 않아 체류시간 (T)이 산기식의 1000배 이상이 되어 무한한 결합효율을 산출할 수 있다.

또한 초기 유입수단계에 물리적 여과단계를 두고, 최종단계에 생물학적, 화학적 여과단계를 설치하여 하수처리장 등 산업에 이바지 하는 효과를 갖는다.

또한 pond내에 산기구 없이 방출하여 액체의 출렁임과 기체의 분사 소음이 없어 양식어의 스트레스 해소와 미세오니의 침전작용에 유용하다.

〈도1〉은 본 발명의 실체도

〈도2〉는 본 발명의 내부도 및 구성도

〈도3〉은 본 발명의 계통도

〈도4〉는 본 발명의 기체 혼합 경로

〈도5〉는 본 발명의 기체 모음판

〈도6〉은 본 발명의 기체 모음판 배치도

Claims (1)

1. 압력펌프 ( 1 ) 의 흡입 양정력으로 액체에 기체를 자동혼합한 후, 압력탱크 ( 2 ) 내부에서 다시 기체와 액체를 분리, 접촉하여 압력 (2 7 5KPa)을 가해 기체와 액체를 계면결합하기 위한 장치의 구성으로서, 기체와 액체의 접촉시간과 접촉면적을 확대하기 위해 원형 판 가장자리 한쪽에 직경5 0m/m, 길이 2 5m/m 파이프로 상하통로를 부착한 원형 판〈도5〉을 압력탱크 ( 2 ) 내부에 상하 같은 간격 (5 0m/m) 으로 좌우 엇 갈려서 적층 (5 0m/m) 설치〈도6〉한 기체모음판 ( 8 ) .