KR20160021157A

KR20160021157A - 일회용 멤브레인 산기관

Info

Publication number: KR20160021157A
Application number: KR1020160010408A
Authority: KR
Inventors: 강성일
Original assignee: 강성일
Priority date: 2016-01-28
Filing date: 2016-01-28
Publication date: 2016-02-24
Also published as: KR101809814B1

Abstract

본 발명은 하수 또는 폐수를 생물학적으로 처리하는 공정에서 처리수내에 배양되는 미생물에 적정한 산소를 공급하는 일회용 멤브레인 산기관(Disposable Membrane Diffuser)에 관한 것으로, 특히 종래의 디스크형 멤브레인 산기관은 베이스와 너트 및 멤브레인을 각기 제작하여 조립하는 과정을 통하여 제작되었다.
본 발명의 일회용 멤브레인 산기관은 종래와 같이 여러 부품을 생산하여 별도로 조립하지 않고 합성고무로 제작한 신축성 멤브레인을 플라스틱 몸체를 성형하는 플라스틱 사출금형에 넣어 고정시킨 후 몸체와 일체형으로 성형하여 제작을 완료함으로써 별도의 추가 부품과 조립과정 없이 제작이 되도록 하였다.
[색인어]
멤브레인 산기관, 디스크형 산기관, 미세기포 산기관, 일회용 멤브레인 산기관

Description

일회용 멤브레인 산기관{Disposable Membrane Diffuser}

본 발명은 하수 또는 폐수를 처리하는 것과 연관된 것으로 특별히 하수 및 폐수처리장의 폭기조에 설치되는 미세기포산기관에 관한 것이다.

하수 및 폐수의 생물학적 처리에 있어서 보편적으로 멤브레인을 이용한 산기관이 사용되고 있다.

멤브레인 산기관은 일반적으로 디스크형 산기관과 튜브형 산기관 또는 판형 멤브레인 산기관이 사용되며, 합성고무 또는 이와 유사한 얇은 막으로 된 재질의 멤브레인을 다수의 기공을 펀칭하게 된다.

멤브레인 산기관은 일정한 수심에 설치된 후 가압된 공기에 의하여 멤브레인에 형성된 기공을 통하여 미세기포를 수중에 분출하게 된다.

이를 통하여 수중의 미생물이 필요로 하는 산소를 적정하게 공급할 수 있게 된다.

[도 1]은 보편적으로 사용되는 디스크형 산기관(100)을 한 면을 절단한 모습으로 보여주고 있다.

이와 같은 예로써 "멤브레인산기관" (대한민국 특허출원번호 2020050019038, 김해동)과 "새들조립형에어플렉스디스크멤브레인산기관" (대한민국 특허출원번호 2019980013272, 강성일)에 의해 제시되고 있다.

이러한 디스크형 멤브레인은 공기과 공급되는 파이프에 다수가 설치되어 폭기조 바닥에 일정한 간격으로 배치되게 된다.

[도 1] 에서 보편적인 멤브레인 산기관(100)은 산기관 베이스(120)위에 유연한 함성고무재질의 멤브레인(110)을 조립한 후 이를 고정시켜주는 고정너트(160)을 베이스와 너트에 형성된 나사산(150)으로 조립하게 되며, 멤브레인에 공기를 적당히 공급할 수 있도록 산기관 베이스(120)에 공기오리피스(140)을 갖추게 되며, 멤브레인 산기관(100)을 공기 공급관에 조립할 수 있도록 파이프용 나사(130)을 베이스에 일체형으로 제작한다. 공기 송풍기로부터 공급되는 압축공기가 정지되게 되면 산기관 베이스(120)에 맴브레인(110)이 안착하게 되며, 이때 멤브레인(110) 중앙 일정한 면적에 슬릿이 펀칭되지 않은 부분이 공기오리피스(140)위에 안착되어 처리수가 공기공급관에 역류되지 않도록 차단이 되도록 제작되어 진다.

공기송풍기로부터 공급되어지는 공기는 멤브레인(110)에 형성된 다수의 슬릿을 통하여 직경 5mm 미만의 공기방울을 처리수중에 분출하게 된다.

또한 처리수중에 분출되는 공기방울에 의하여 처리수가 폭기조 표면을 흐름이 형성되며, 이로 인하여 고형물들이 폭기조 바닥에 쌓이지 않도록 기능을 하게 된다.

일회용 멤브레인 산기관(200)은 합성고무재질의 신축성 멤브레인(210)의 고정링(215)를 따라 플라스틱 몸체(205)가 사출성형 되어 서로 분리되지 못하도록 플라스틱 몸체(205)와 합성고무 재질의 멤브레인(210)이 일체형으로 제작된다.

합성고무재질의 멤브레인(210)은 원형으로 제작되어 지며, 산기관 몸체(205)는 원형의 멤브레인 가장자리 고정링(215)을 감싸도록 원형으로 제작되어진다.

가장자리 고정링(215)은 멤브레인(210)에 일체형으로 제작되어 진다.

합성고무재질의 신축성 멤브레인(210)을 산기관 몸체(205)를 형성시켜주는 사출금형에 고정을 할 수 있도록 지지이빨(420)을 사출금형내에 형성시키고 사출금형에 유입되는 고온의 액상 플라스틱에 의해 멤브레인(210)이 영향을 받아 변형이 되지 않도록 액상 플라스틱과 접촉이 이루어지는 멤브레인 면에 고온에 잘 견디며 쉽게 플라스틱과 일체형으로 접착이 이루어지는 원형의 얇은 필름(270)을 둔다.

종래의 폭기조용 튜브형 산기관에서 수개의 부품들이 하나로 조립되도록 하는데 있어서 많은 생산 공정과 플라스틱 베이스 사출금형, 너트 사출금형, 그리고 멤브레인 생산금형등 다수의 성형금형들을 갖추어야 하였으며, 완성된 부품들을 하나로 조립하는 조립 과정 등의 별도의 완성품 제조 과정들이 필요로 하였으나 본 발명에 따라 멤브레인과 플라스틱 몸체가 일체형으로 생산함에 있어서는 멤브레인 생산 금형과 플라스틱 몸체 사출금형 만을 가지고 별도의 조립공정 없이 멤브레인 산기관을 제조할 수 있게 됨으로써 제조공정에 필요로 하는 많은 인력과 시간 및 생산 설비를 줄여줄 수 있게 되었다. 이러한 생산 공정의 단순화 및 제품의 경량화를 통하여 산기관의 설치가 용이하고, 생산 인력의 감소와 생산 기간의 단축 및 가벼워서 재료비를 절감할 수 있어서 멤브레인 산기관의 생산원가를 낮추어 주는 효과가 있다.

제1도는 보편적인 디스크형 산기관의 구성을 보여주는 단면도
제2도는 공기공급관에 일회용 멤브레인 산기관이 조립되는 모습을 보여주는 조립도
제3도 와 제4도는 제2도의 일회용 멤브레인 산기관의 절단 단면을 보여주는 단면도
제5도는 일회용 멤브레인 산기관이 공기공급관에 형성된 소켓에 조립을 보여주는 조립도
제6도는 공기공급관과 일회용 멤브레인 산기관이 조립된 후의 연결을 보여주는 상세도
제7도는 공기공급관으로부터 공급된 공기가 일회용 멤브레인 산기관을 통하여 기포를 형성하는 관계를 보여주는 상세도
제8도는 플라스틱 몸체를 형성시켜주는 형틀과 멤브레인 및 필름의 구성을 설명하여주는 상세도
제9도는 플라스틱 몸체의 형틀 합성도
제10도 와 제11도는 몸체 형틀에 의해 고정된 멤브레인과 필름의 모습을 보여주는 상세도
제12도와 제13도는 액상 플라스틱이 사출금형 내에서 멤브레인에 형성된 고정링 주위로 흘러드는 통로를 설명하여주는 상세도

본 발명은 멤브레인 및 몸체가 일체형인 일회용 멤브레인 산기관(200)에 관한 것이다.

여기서 사용되는 일체형이라는 단어의 의미는 몸체(205)와 멤브레인(210)이 자르거나 부서뜨리는 것과 녹이는 것, 또는 기타의 방법으로 손상을 입히기 전에는 분리되지 않는다는 의미이다.

또한 멤브레인의 변형이라는 단어의 의미는 신축성 멤브레인(210)의 부피가 프레스 압력에 의해 10%이상 변형이 이루어지거나, 또는 높은 온도에 의해 녹는 현상이 나타나는 등을 의미한다.

[도2] 에서는 일회용 멤브레인 산기관(200)이 공기공급관(300)에 조립된 모습을 도시하고 있다. 각기 일회용 산기관은 신축성 멤브레인(210)과 이를 일체형으로 성형한 플라스틱 몸체(205)로써 구성되어 있다.

일회용 멤브레인 산기관(200)과 공기공급관(300)은 폭기조 바닥에 배관을 지지하는 지지대로써 고정되어진다.

공기공급관(300)을 통하여 일회용 멤브레인 산기관에 전달되어진 공기는 멤브레인에 형성된 기공을 통하여 미세한 기포로 처리수중에 분산되게 된다.

[도 3, 4, 5, 6, 7] 에서는 일회용 멤브레인 산기관(200)의 상세한 구성은 보여주고 있다.

[도3, 4] 에서는 일회용 멤브레인 산기관(200)의 절단 단면을 [도2] 에서 표기하는 방향에 따라 보여주고 있다.

[도5] 에서는 일회용 멤브레인 산기관(200)이 공기공급관(300)에 형성된 소켓에 조립되어지는 방법에 대하여 보여주고 있다.

[도6] 는 [도2] 에서 표기하는 방향에 따라 절단한 면을 보여주고 있다.

신축성 멤브레인(210)은 원형으로 제작되며, 멤브레인의 가장자리에는 플라스틱 몸체를 일체형으로 성형하기 위한 사출금형에 고정을 위하여 고정링(215) 형성하였다.

플라스틱 몸체에 형성된 원형날개(225)가 멤브레인의 고정링(215)을 전체적으로 감싸줌으로써 공기압에 의해 몸체(205)로 부터 멤브레인(210)이 분리되지 않도록 고정하여 준다.

플라스틱 몸체(205)의 원형날개(225)에는 몸체 사출 후 이정한 슬롯(Slots, 235)이 형성되어 멤브레인의 고정링(215)의 일부분(240)이 들어나게 된다.

일회용 멤브레인 산기관(200)의 플라스틱 몸체(205)와 원형날개(225)는 서로 분리시킬 수 없으며, 멤브레인(210)과도 절단하거나 열로써 녹이거나 또는 파괴하는 방법 이외의 어떠한 방법으로도 서로를 분리시킬 수 없다.

이와 같이 일회용 멤브레인 산기관(200)은 [도1] 에서 도시하고 있는 보편적인 산기관이 산기관 베이스(120)위에 유연한 함성고무재질의 멤브레인(110)을 조립한 후 이를 고정시켜주는 고정너트(160)을 베이스와 너트에 형성된 나사산(150)으로 조립하는 것과는 다르게 플라스틱 몸체(205)와 멤브레인(210)이 분리가 불가능한 일체형을 제작되어진다.

플라스틱 몸체(205)의 저면 중앙에는 공기공급관(300)에 조립될 수 있도록 레지스터(245)를 두며, 레지스터의 안쪽으로 공기가 공급될 수 있도록 공동구(250)를 형성시키고 그 끝단에 일정량의 공기가 흐르도록 오리피스(260)을 형성시켜준다.

오리피스(260)에 맞대어지는 멤브레인(210)의 중앙에 반경 15mm(255)에는 기공을 가공하지 않아야 하며, 기공을 가공하지 않은 반경 15mm(255)가 공기공급관을 통하여 일회용 산기관에 공급되는 공기가 중단이 되는 경우 멤브레인 상단에 작용하는 수압에 의하여 오리피스(260)를 닫아주는 첵크밸브(Check Valve) 기능을 하도록 하여 처리수가 공기공급관 내로 역류하는 현상을 막아주도록 한다.

플라스틱 몸체(205) 저면에 수개의 부챗살(Ribs, 265)를 두어 몸체의 기계적 강도를 높여주도록 한다.

[도 3, 4, 5, 6, 7] 에서 도시하고 있는 얇은 필름(270)을 신축성 멤브레인(210)과 플라스틱 몸체(205)의 원형 표면 사이에 두어, 플라스틱 몸체를 몸체 사출금형(400, 405, 410)으로 사출 성형할 때 액상으로 사출금형내로 유입되는 플라스틱 레진이 슬릿이 가공되어 있는 멤브레인 저면에 직접적으로 닫아 멤브레인 저면과 플라스틱 몸체의 표면이 서로 융착이 되지 않도록 방지하게 되고, 액상으로 유입된 플라스틱 레진이 사출금형 내부를 흐르도록 한 냉각수에 의하여 냉각되어질 때 필름(270)과 플라스틱 몸체(205)가 서로 영구적으로 접착이 이루어지도록 한다.

필름(270)은 원형으로 제작되어지며, 플라스틱 몸체(205)에 형성된 원형날개(225)와 멤브레인의 고정링(215)이 사출 성형을 할 때 서로 일체형이 되도록 필름(270)이 멤브레인 고정링(215)의 안쪽지름보다 적게 제작되어진다.

필름(270)은 폴리프로필렌(Polypropylene), PVC(Polyvinyl Chloride)등의 내열성이 있는 재질의 필름을 사용한다.

공기공급관(300)을 따라 흐르는 압축공기가 공기공급관과 조립된 일회용 산기관의 레지스터(245)에 형성된 공동구(250)를 통과하여 오리피스(260)을 통과하여 멤브레인(210)에 형성된 슬릿으로부터 미세공기방울이 처리수중에 분출되는 과정을 [도 7] 에서 보여주고 있다.

신축성 멤브레인(210)은 합성고무 재질로써 EPDM(Ethylene Propylene Monomer)에 국한하지 않는다.

멤브레인(210)의 바깥표면 또는 안쪽표면에는 PTFE( Polytetrafluoroethylene) 코팅, 또는 불소(Fluorine) 처리 등을 하여 사용할 수 있다.

이와 같이 멤브레인(210)의 표면처리를 통하여 수중의 이물질의 부착을 저하시키며, 합성고무 재질의 멤브레인을 수중에서 보호막 역할을 하게 함으로써 멤브레인(210)의 물리적 성질을 오랫동안 유지할 수 있게 된다.

플라스틱 몸체(205)는 폴리프로필렌(Polypropylene), ABS(Acrylonitrile Butadiene Styrene), PVC(Polyvinyl Chloride), 폴리에틸렌(Polyethylene)등의 재질을 사용하게 된다.

플라스틱 몸체(205)의 사출성형은 D.V. Rosatto et al.,가 저술한 Injection Molding Handbook(Springer Science & Business Media, 2012)와 같은 기술서에서 제공하고 있는 방법과 같이 일반적인 사출기술로써 가능하다.

일회용 멤브레인 산기관(200)의 제작은 [도 8, 9] 에서 도시하고 있는 것과 같이 사출금형은 하부사출금형(400)과 상부사출금형(405, 410), 그리고 인서트(Insert, 415)로 구성되고, 멤브레인(210)을 하부사출금형(400)에 형성된 지지이빨(420)에 고정한 후 필름(270)을 멤브레인 중앙에 맞추어 올려놓은 후 상부사출금형(405, 410)을 닫고 히터에 의하여 가열된 후 액상으로 된 플라스틱레진을 유입구(420)을 통하여 압입하여 주게되면 일정시간이 경과하여 액상의 플라스틱이 사출금형 내에서 경화되어 성형이 이루어진다.

액상의 플라스틱레진 유입구(420)을 통하여 압입된 후 멤브레인(210)의 가장자리에 형성된 고정링(215)의 외벽으로 흘러드는 통로(425, 430)를 [도 10, 11] 에서 상세히 보여주고 있다.

Claims

본 발명의 가장자리에 고정링을 갖춘 신축성 멤브레인과 멤브레인을 지지하는 산기관 몸체가 성형사출을 통하여 멤브레인의 고정링을 감싸며 멤브레인과 산기관 몸체가 일체형으로 제작된 일회용 멤브레인 산기관.
[청구항 1] 에서 신축성 멤브레인이 합성고무로 제작된 멤브레인.
[청구항 1] 에서 산기관 몸체가 플라스틱 재질로 사출성형된 것.
[청구항 1] 에서 멤브레인이 플라스틱 사출금형 내에서 고정이 되도록 멤브레인과 일체형으로 고정링을 갖춘 것.
[청구항 1] 에서 멤브레인과 산기관 몸체 사이에 얇은 필름을 두어 멤브레인 저면과 몸체 표면이 플라스틱 몸체 사출형성 과정에서 서로 융착이 되지 않도록 방지한 것.
[청구항 5] 에서 얇은 필름이 플라스틱 재질로 이루어진 것.