KR101022542B1 - 액체와 액체·액체와 기체 미세혼합장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 성질이 다른 액체와 액체, 액체와 기체를 미세하게 혼합하기 위한 미세혼합장치에 관한 것으로서, 액체와 액체, 액체와 기체의 혼합공정은 식품가공, 화학, 수처리 분야 등에서 널리 이용되고 있으며,

기존에서 액체와 액체 혼합에 있어서는 입자의 구경이 크기 때문에 더 작은 구경의 입자로 혼합이 요구되지만 혼합능력의 한계로 인해 어려움이 있고, 한편 액체와 기체를 혼합하여 미세기포를 발생시켜 수처리에 이용되는데 있어서도 발생기에서 더욱 작은 구경의 기포가 요구되지만, 기존의 혼합장치에서는 혼합능력의 한계로 인해 어려움이 있다.

본 발명은 이러한 어려움을 해결을 위해, 더욱 미세하게 액체와 액체 ,액체와 기체를 혼합할 수 있는 혼합장치를 구성하기 위하여, 삽입혼합관(D)과 외부혼합관(P)으로 혼합관을 구성하고, 이 혼합관에 혼합용 금구체(M)를 삽입·장착하여 혼합장치를 소형화시키면서 더욱 미세하게 혼합시키는 액체와 액체·액체와 기체 미세혼합장치를 제공한다.

교반장치, 라인믹서, 미세기포, 혼합, 중화, 반응, 응집, 액체, 기체

Description

액체와 액체·액체와 기체 미세혼합장치{omitted}

본 발명은 성질이 다른 액체와 액체, 액체와 기체를 미세하게 혼합하기 위한 액체와 액체·액체와 기체 미세혼합장치에 관한 것이다.

종래로부터 성질이 다른 액체와 액체, 액체와 기체를 혼합하는 공정은 식품가공, 화학, 의료 등 여러 분야에서 널리 이용되고 있다.

액체와 액체를 혼합하여 이용하는 식품가공의 예를 보면, 팜유와 물을 혼합하는 유화압연유(乳化壓延油) 제조공정에서 팜유와 물을 혼합하는 공정의 설비에 혼합장치가 장착되어 이용되고 있으나, 입자가 크기 때문에 제품가공에 어려움이 있어서 보다 작은 구경의 입자가 요구되고 있다.

그런데, 혼합 입자의 구경을 더욱 작게 혼합하는 데는 기존의 장치와 방법으로는 혼합능력의 한계가 있어 어려운 점을 가지고 있다.

액체와 액체를 혼합하는 오폐수처리에서의 예를 보면, 부유물질 제거를 위해, 액체의 중화제, 반응제, 응집제 등을 수중에 투입하고 혼합하여 중화, 반응, 응집 을 행하여 침전탱크로 이송시켜 수중 부유물을 침전시키는데, 이러한 처리 공정을 위해서는 교반장치가 소요되고, 교반장치는 교반탱크와 교반기로서 구성되며, 교반 기는 회전 봉에 교반 작동을 행하는 날개가 접합되고 구동 모터가 회전봉 끝에 연결되어 이루어지며, 교반장치의 교반 날개는 교반탱크 내부 수중에 구동모터가 상부로 노출되게 상하 길이로 장착되고, 상부의 구동모터를 작동시켜 교반탱크 내로 유입되는 액체와 액체는 혼합되어 침전탱크로 이송된다.

그런데, 기존의 교반탱크에서 교반장치를 작동시키는 방식에서는 혼합에 시간이 길게 소요되고, 교반장치가 거대해지면서 토지를 많이 소요하게 되며, 비용을 증가시키는 문제점을 가지고 있다.

액체와 기체를 혼합하여 미세기포를 발생시켜 미세기포를 이용하는 분야는 수처리에서 널리 이용되고 있으며, 특히 수중 부유물 제거를 위한 부상분리처리를 행할 때 부상분리탱크에 미세기포를 토출하여 수중의 부유물을 수면으로 부상분리시키기 위해, 미세기포는 필수적으로 이용되고, 한편 공기 중에 함유되어 있는 21%의 산소를 수중에 용존시킬 수 있어 수중 산소공급에도 이용되고 있으며, 미세기포를 발생시키는 방법은 과류터빈방식, 선회방식 라인믹서방식 등으로 크게 분류할 수 있고, 그 중에서 라인믹서방식의 미세기포발생장치는 혼합용 금구가 장착된 일자형 관으로 이루어지는 혼합장치가 미세포발생장치 조립단계에서 라인에 장착되어 액체와 기체를 혼합시키고 가압하여 미세기포를 발생시키는 것이 특징이며, 이로 인해서 라인믹서방식 미세포발생장치장치에서는 타 방법의 장치에 비해서 더욱 미세한 구경의 기포를 발생시키게 된다.

그런데, 근래에 와서 미세기포의 연구가 진행됨에 따라 발생기에서 기포의 구 경이 작으면 작을수록 극초미세기포로 축소되어 생존하는 시간이 길고 효율이 높다는 것을 알게 되고, 이로 인해서 발생기에서 더욱 미세한 기포 발생을 위해서는 더욱 미세한 액체와 기체의 혼합이 요구되는데, 기존의 일자형 혼합장치에서는 혼합능력의 한계로 어려운 점을 가지고 있다.

위에서 보는 바와 같이, 액체와 액체 혼합에서, 유화압연유(乳化壓延油) 제조에서는 혼합 유화액의 입자 구경이 너무 커서 더 작은 구경의 입자로 혼합이 요구되나, 장치의 혼합능력 한계로 더 미세한 혼합에 어려운 점이 있으며, 또 오폐수수처리에서는 액체인 중화제, 반응제, 응집제를 교반장치에서 혼합시키는데, 혼합에 시간이 길게 소요되고 장치가 방대하여 비용을 증가시키는 문제점을 가지고 있다.

액체와 기체를 혼합하여 미세기포를 발생시켜 이용하는 수처리에서는 발생기에서 구경이 작은 기포가 요구되고 있지만, 기존의 일자형 혼합장치에서는 혼합능력의 한계로 어려운 점을 가지고 있다.

본 발명은 위에서 보는 문제점을 해결하기 위해, 액체와 액체의 혼합에서 더욱 미세한 입자로 혼합하고, 액체와 기체도 더욱 미세하게 혼합하기 위한 혼합장치를 제공하는데 목적을 두고 있다.

위의 목적 달성을 위해, 구경이 큰 외부혼합관(P)에 특별히 제작되는 혼합용 금구체(M)가 장착된 작은 구경의 삽입혼합관(D)을 삽입·장착하며, 장착된 삽입혼합관(D)과 외부혼합관(P) 내부의 둘레 공간(A)에 금구체(M)를 장착하여 장치 내로 이송되는 액체와 액체, 액체와 기체를 왕복 혼합시키면서 선회와 가압작용이 가해져서 고도로 미세하게 혼합되고, 소형화되는 액체와 액체·액체와 기체 미세혼합장치를 제공한다.

본 발명은 액체와 액체, 액체와 기체를 혼합하는 금구체(M)가 장착되어 막대형 고정봉이 구경을 가로질러 접합되어 금구체(M)를 고정시킨 원형 삽입혼합관(D), 삽입혼합관(D)보다 구경이 큰 원형으로 되고 양단에 후렌지(4-1·6)가 부설된 외부혼합관(P), 외부혼합관(P) 내부에 삽입혼합관(D)이 장착되어 삽입혼합관(D)과 외부혼합관(P) 사이에 둘레공간(A)이 확보되며, 삽입혼합관(D)에 내측 고정대(5-1)의 삽입링(10)을 삽입하여 고정대(5-1)가 장착되고, 둘레공간(A)에 혼합용 금구체(M)가 장착된 후, 외측 고정대(5)의 삽입링(10)이 삽입혼합관(D) 끝 부분에 삽입·장착되며, 장착된 금구체(M)는 금구체봉(9)이 고정대(5·5-1)의 외측링(11)에 접합되어 고정되고, 외부혼합관(P)에 액체, 또는 기체를 유입시키는 개폐밸브(8-1)가 부착된 유입관(8)이 부설된 순환캡(C), 이 순환캡(C)은 양 후렌지(4·4-1)의 연결에 의해 외부혼합관(P)에 연결되며, 외부혼합관(P)과 동일 구경으로 되어 후미에 연결 후렌지(7-1)가 부착된 배출관(7)이 부설된 조정관(B), 이 조정관(B)은 양 후렌지(6·6-1)의 연결에 의해서 외부혼합관(P)에 연결되고, 삽입혼합관(D)에 후렌지(J)가 부착된 90도 각의 연결관(1)이 연결되며, 이 연결관(1)에 액체를 압입시키는 도시되지 않은 가압펌프가 연결되고, 이 가압펌프에 압입관(2)이 연결되고, 이 압입관(2)에 액체, 또는 기체를 유입시키는 유입구(3)가 부설되어 구성된다.
위의 금구체(M)는 4각형 강철판 또는 플라스틱으로서 평면형, 굴곡형, 뒤틀림형으로 각각 가공된 금구(13)가 순차로 금구체봉(9)을 중심 축으로 하여 경사의 각도 및 방향을 반대로 반복하면서 금구체봉(9)의 둘레를 돌면서 접합·고정되어 구성된다.

가압펌프의 작동에 의해서, 액체는 미리 정한 압력에서 압입관(2)으로 압입 되고, 유입구(3)에서 액체, 또는 기체가 유입되어 압입관(2)의 액체와 함께 삽입혼합관(D)을 통과하면서 금구체(M)에 충돌·수축·팽창 되면서 1차로 혼합되며, 1차 혼합액은 순환캡(C)의 공간에서 선회하면서 외부혼합관(P) 둘레 공간(A)으로 이송되어 통과하면서 금구체(M)에 충돌·수축·팽창 되면서 2차로 혼합되어 조정관(B)으로 이송되어 선회·가압되어 미세하게 혼합되고, 혼합 작용은 초단 시간에 혼합장치, 선회작용, 가압작용에 의한 복합혼합이 이루어지는 것이 특징이며, 혼합체는 배출관(7)을 통해서 다음 공정으로 이송된다.

위와 같은 작용에 의해서, 액체와 액체를 혼합시키는 수처리에서 중화제, 반응제, 응집제 등의 교반에 본 장치를 이용하면 교반설비 소형화와 혼합 시간 단축에 의해서 비용을 절감시키고, 수처리의 생물처리에서 송풍장치를 작동시켜 산소를 공급하는데 있어서 본 장치로 대체하면 산소 용존효율이 상승하여 운전비용이 절감되며, 라인믹서방식 초미세기포발생장치에 본 장치를 연결하면 액체와 기체를 매우 미세하게 혼합하게 되어 극초미세기포를 발생시키고, 양식장에서 산소 용존에 이용하면 산소 용존 효율을 상승시켜 비용이 절감되고 어류의 성장이 촉진된다.

이하 이 발명은 도면에 제시된 실시 예에 대해서 설명한다.

도 1은 액체와 액체·액체와 기체 미세혼합장치 측면도로서, 외부혼합관(P) 내부에 삽입혼합관(D)이 삽입되어 고정되고, 외부혼합관(P)의 전부에 순환캡(C), 후부에 조정관(B)이 연결되어 액체와 액체·액체와 기체 미세혼합장치는 구성되어 있다.

삽입혼합관(D) 내부에는 혼합을 행하는 금구체(M)가 장착되고, 삽입혼합관(D)의 직경이 크면 복수 개의 금구체(M)가 장착될 수 있으며, 금구체(M)가 장착된 삽입혼합관(D)은 외부혼합관(P)에 삽입되고 고정대(5-1)의 삽입링(10)이 삽입혼합관(D)에 삽입되어 내측에 고정되며, 삽입혼합관(D)이 삽입되면서 삽입혼합관(D)과 외부혼합관(P) 내부의 둘레 사이에는 미리 정한 둘레공간(A)이 확보되고, 둘레공간(A)에는 금구체(M)가 장착되고 외측 고정대(5)가 삽입혼합관(D)의 끝 부분에 삽입·장착되며, 삽입된 금구체(M)는 양 고정대(5·5-1)의 외측링(11)에 접합됨으로서 고정되고, 삽입혼합관(D)은 양 고정대(5·5-1)의 삽입링(10)에 삽입되어 중심에 고정되며, 삽입된 삽입혼합관(D)에는 90도 각으로 되고 하측에 후렌지(J)가 부착된 연결관(1)이 외부혼합관(P)의 하부를 관통하여 외부로 돌출되어 부설되고, 이 연결관(1)의 후렌지(J)에 도시되지 않은 연결관을 통해서 가압펌프에 연결되어 액체를 이송시키는 압입관(2)이 연결되며, 이 압입관(2)에는 유입구(3)가 부설되고, 이 유입구(3)는 도시되지 않았지만 연결관을 통해서 기체 압축장치, 또는 약주펌프에 연결되어 기체, 또는 약품을 유입시키게 되며, 한편 연결관(1)이 삽입되는 외부혼합관(P) 하부의 틈새는 연결관(1)의 삽입 후 용접에 의한 접합이 이루어진다.

위에서 금구체(M)는 금구체봉(9)을 중심 축으로 하여 다수의 금구(13)가 경사의 각도 및 방향을 반대로 반복하면서 금구체봉(9)의 둘레를 돌면서 미리 정한 거리를 확보하여 접합·고정되어 이루어진다.

순환캡(C)은 외측에 개폐밸브(8-1)가 부착된 유입관(8)이 부설되어 있고, 구 경 쪽에 후렌지(4)가 부착되며, 이 후렌지(4)가 외부혼합관(P)의 후렌지(4-1)에 연결·고정됨으로서 순환캡(C)은 외부혼합관(P)에 연결되게 되고, 외부혼합관(P)에 순환캡(C)이 연결됨으로서 순환캡(C) 내부에 공간이 확보되며, 삽입혼합관(D)에서 1차 혼합되어 이송되는 1차 혼합체는 순환캡(C)의 공간에서 선회하면서 다시 금구체(M)가 장착된 외부혼합관(P)의 둘레 공간(A)으로 유입되면서 2차 혼합이 이루어지게 되고, 순환캡(C)의 유입관(8)은 도시되지 않은 연결관을 통해서 외부의 액체 유입펌프, 또는 기체 공급장치에 연결되어 기체를 유입시키게 된다.

조정관(B)은 외부혼합관(P)과 동일 구경으로 되고, 양 후렌지(6·6-1)가 연결됨으로서 조정관(B)이 외부혼합관(P)에 연결되며, 조정관(B)의 후미에는 후렌지(7-1)가 부착된 배출관(7)이 부설되며, 후렌지(7-1)는 다음 장치에 연결을 위한 것으로서, 이 후렌지(7-1)에 기포발생장치의 가압관, 또는 중화, 반응, 응집을 위해서는 도시되지 않은 이송관을 통해서 침전탱크에 연결되고, 타의 용도에도 후렌지(7-1)의 직접, 또는 이송관을 통해 연결된다.

도 2는 금구체 구성도로서, 금구(13)는 금구체봉(9)을 중심 축으로 하여 다수의 금구(13)가 경사의 각도 및 방향을 반대로 반복하면서 금구체봉(9)의 둘레를 돌면서 미리 정한 거리를 확보하여 접합·고정되며, 이로 인해 위에서 보면 원형의 막대기 형으로 보이게 되고, 금구(13)의 각도 및 방향 변환은 혼합체를 충돌·수축·팽창 작동을 반복시켜 더욱 미세하게 혼합하기 위한 것이며, 금구(13)는 4각형 강철판, 또는 플라스틱으로 되고, 평면, 굴곡, 뒤틀리게 가공하여 사용하고, 이 금 구(13)는 다각형, 또는 원형으로 될 수도 있다.

도 3은 금구체 장착 단면도로서, 외부혼합관(P) 내측 중앙에 삽입혼합관(D)이 삽입·장착되어 있고, 삽입혼합관(D) 내부에는 금구체(M)가 장착되어 도시되지 않은 막대기 고정봉이 구경을 가로질러 고정되게 되고, 외부혼합관(P)과 삽입혼합관(D) 사이 둘레공간(A)에도 금구체(M)가 장착되어 원형의 모양을 보여주고 있으며, 각 금구체(M) 중심의 금구체봉(9)이 양 고정대(5·5-1)의 양 외측링(11)에 접합되어 고정되게 된다.

위의 금구체(M)는 외부에서 양 고정대(5·5-1)의 양 외측링(11)에 금구체봉(9)의 양 끝을 접합시켜 원통형의 부분품으로서 구성하여 둘레 공간(A)에 일시에 삽입·고정될 수도 있다.

도 4는 고정대 평면도로서, 고정대(5·5-1) 중앙에는 삽입링(10)이 자리하고, 이 삽입링(10)을 중심으로 하여 4개의 고정대(12)가 연결되어 십자형을 이루면서 원형을 이루며, 삽입링(10) 외측에는 직경이 큰 외측링(11)이 부설되고, 이 외측링(11)은 금구체(M)의 금구체봉(9)에 접해질 수 있는 크기로 되며, 양 고정대(5·5-1)의 삽입링(10)에는 삽입혼합관(D)이 삽입되어 고정되고, 양 외측링(11)에는 외부혼합관(P) 내부 둘레공간(A)에 삽입·장착되는 금구체(M)의 금구체봉(9) 양 끝이 접합·고정된다.

이상과 같이 구성된 실시 예의 작동에 대하여 설명한다.

( 실시예1 )

청수와 공기를 혼합시키기 위해, 먼저 액체와 액체·액체와 기체 미세혼합장치의 배출관(7)은 미세기포발생장치의 가압관에 연결되어 장착되고, 압입관(2)의 유입구(3)는 연결관을 통해서 외부의 공기 압축기에 연결된다.

혼합체는 액체인 청수와 기체인 공기가 되고, 압입관(2)에 연결된 가압펌프의 작동에 의해서 청수가 압입되며, 이때 펌프의 압력은 미리 정해 놓은 압력에서 청수는 압입되고, 한편 유입구(3)에서 외부의 공기 압축기에 연결된 연결관을 통해서 압축공기가 공기 유입구(3)에 압입되며, 압입된 청수와 공기는 연결관(1)을 거쳐 삽입혼합관(D)을 통과하면서 금구체(M)의 금구(13)와 충돌·수축·팽창작동을 반복하면서 1차로 혼합이 이루어져서 순환캡(C) 의 공간에 이송되어 선회작용을 하면 다시 금구체(M)가 장착된 외부혼합관(P)의 둘레 공간(A)을 통과하면서 금구체(M)의 금구(13)와 충돌·수축·팽창 작동을 반복하면서 통과하여 2차 혼합이 이루어져서 조정관(B)에서 선회와 가압작용이 가해져서 고도로 미세하게 혼합된 후, 조정관(B)의 배출관(7)을 통해서 기포발생장치의 가압관으로 이송된다.

이와 같은 작동에 의해서 청수와 공기는 미세하게 혼합되어 기포발생장치로 이송되게 되고, 이로 인해 기포발생장치는 극초미세기포를 발생시킨다.

( 실시예 2)

오수 중의 부유물 응집을 위해 응집제 혼합을 위해서, 먼저 액체와 액체·액체와 기체 미세혼합장치의 배출관(7)은 침전탱크로 연결되고, 압입관(2)의 유입구(3)는 연결관을 통해서 외부의 약주 펌프에 연결된다.

혼합체는 액체로서 오수와 액체 응집제가 되고, 압입관(2)에 연결된 펌프의 작동에 의해서 오수가 압입되며, 이때 펌프의 압력은 오수 혼합에 적합하게 미리 정해 놓은 압력에서 오수는 압입되고, 한편 유입구(3)에는 응집제를 유입시키는 약주펌프의 작동에 의해서 연결관을 통해서 응집제가 유입되며, 유입되는 오수와 응집제는 연결관(1)을 거쳐 삽입혼합관(D)을 통과하면서 금구(13)와 충돌·수축·팽창 작동을 반복하면서 1차로 혼합이 이루어져서 순환캡(C) 의 공간에 이송되어 선회작용을 하면서 다시 금구체(M)가 장착된 외부혼합관(P)의 둘레공간(A)을 통과하면서 금구체(M)에 충돌·수축·팽창 작동을 반복하면서 통과하여 2차 혼합이 행하여진 후, 조정관(B)으로 이송되어 선회·가압되면서 배출관(7)을 통해서 침전탱크로 유입된다.

이와 같은 작동에 의해서 오수와 응집제는 단시간에 혼합이 이루어져서 혼합침전탱크로 이송되어 수중의 부유물은 응집되어 침강하게 된다.

이 실시 예에서는 반응이 이루어진 오수에 응집제를 혼합한 것이며, 반응이 필요한 오수에서는 유입구(3)에서 반응제를 유입시키고, 순환캡의 유입관(8)에서 응집제를 유입시킨다.

제1도 액체와 액체·액체와 기체 미세혼합장치 측면도

제2도 금구체 구성도

제3도 금구체 장착 단면도

제4도 고정대 평면도

〈부호의 설명〉

A: 둘레공간 B: 조정관

C: 순환캡(CAP) D: 삽입혼합관 M: 금구체 J: 후렌지

P: 외부혼합관.

1: 연결관 2: 압입관

3: 유입구 4·4-1: 후렌지

5·5-1: 고정대 6·6-1: 후렌지

7: 배출관 7-1: 후렌지

8: 유입관 8-1: 개폐밸브

9: 금구체봉 10: 삽입링

11: 외측링 12: 고정대

13: 금구

Claims (2)

1. 액체와 액체, 액체와 기체를 혼합하는 금구체(M)가 장착되어 막대형 고정봉이 구경을 가로질러 접합되어 금구체(M)를 고정시킨 원형 삽입혼합관(D), 삽입혼합관(D)보다 구경이 큰 원형으로 되고 양단에 후렌지(4-1·6)가 부설된 외부혼합관(P), 외부혼합관(P) 내부에 삽입혼합관(D)이 장착되어 삽입혼합관(D)과 외부혼합관(P) 사이에 둘레공간(A)이 확보되며, 삽입혼합관(D)에 내측 고정대(5-1)의 삽입링(10)을 삽입하여 고정대(5-1)가 장착되고, 둘레공간(A)에 혼합용 금구체(M)가 장착된 후, 외측 고정대(5)의 삽입링(10)이 삽입혼합관(D) 끝 부분에 삽입·장착되며, 장착된 금구체(M)는 금구체봉(9)이 고정대(5·5-1)의 외측링(11)에 접합되어 고정되고, 외부혼합관(P)에 액체, 또는 기체를 유입시키는 개폐밸브(8-1)가 부착된 유입관(8)이 부설된 순환캡(C), 이 순환캡(C)은 양 후렌지(4·4-1)의 연결에 의해 외부혼합관(P)에 연결되며, 외부혼합관(P)과 동일 구경으로 되어 후미에 연결 후렌지(7-1)가 부착된 배출관(7)이 부설된 조정관(B), 이 조정관(B)은 양 후렌지(6·6-1)의 연결에 의해서 외부혼합관(P)에 연결되고, 삽입혼합관(D)에 후렌지(J)가 부착된 90도 각의 연결관(1)이 연결되며, 이 연결관(1)에 액체를 압입시키는 가압펌프가 연결되고, 이 가압펌프에 압입관(2)이 연결되고, 이 압입관(2)에 액체, 또는 기체를 유입시키는 유입구(3)가 부설되어 구성되는 것을 특징으로 하는 액체와 액체·액체와 기체 미세혼합장치.
2. 제1항에 있어서, 금구체(M)는 4각형 강철판 또는 플라스틱으로서 평면형, 굴곡형, 뒤틀림형으로 각각 가공된 금구(13)가 순차로 금구체봉(9)을 중심 축으로 하여 경사의 각도 및 방향을 반대로 반복하면서 금구체봉(9)의 둘레를 돌면서 접합·고정되어 구성되는 것을 특징으로 하는 액체와 액체·액체와 기체 미세혼합장치.

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