KR20070017429A - 포기용량이 증대되고 안정성이 개선된 수중포기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수체를 교반하는 교반기능과 수중에 산소를 공급하는 포기기능이 구비된 수중포기장치에 관한 것으로, 구동모터의 회전축에 회전익이 설치되고, 송풍기에서 공급된 공기가 회전익에서 생성되는 수류에 의하여 확산될 수 있도록 상기 회전축의 어느 일측 또는 양측에는 산기구가 형성된 산기통이 설치되며, 상기 산기통은 송기관을 통하여 송풍기의 토출구와 연통되고, 상기 구동모터는 케이싱에 설치되는 수중포기장치에 있어서 상기 산기통은 상기 회전축과 분리되어 고정되도록 설치되므로써 포기효율이 안정되고 기계적인 하자가 감소되는 한편;

상기 케이싱(4)은 두겹의 스킨으로 구성되어 내부에 공기가 소통될 수 있는 공간이 형성되고, 상기 두겹의 스킨중에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨에는 산기관(4)이 설치되거나 산기공(15)이 구성되어 상기 케이싱 자체에 산기기능이 추가 구비되어 포기용량이 증대될 수 있다.

수중포기장치, 산기통

Description

포기용량이 증대되고 안정성이 개선된 수중포기장치{Submersible Aerator and Mixer with the Increased Aeration Capacity and Stability}

도 1은 본 발명에 따른 수중포기장치 제1실시예의 개념도,

도 2는 본 발명에 따른 수중포기장치용 산기통의 개념도,

도 3은 본 발명에 따른 수중포기장치용 산기통에 구성된 산기구의 개념도,

도 4는 본 발명에 따른 수중포기장치 제2실시예의 개념도,

도 5는 본 발명에 따른 수중포기장치 제3실시예의 개념도,

도 6은 본 발명에 따른 수중포기장치 제4실시예의 개념도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 구동모터 2 : 회전익

3,3a∼3e : 산기통 4 : 산기관

5 : 케이싱 6 : 이중 케이싱

7 : 수류 유입구 8 : 포기수류 토출구

9,9a : 송기관 10 : 송기지관

11 : 탈착장치 12,12a : 공기조절밸브

13,13a : 자동밸브 14 : 산기구

15 : 산기공 16 : 확관형 베인

17 : 돌출형 산기구 18 : 단차형 산기구

본 발명은 양식과 하폐수처리 등에 사용되어 용존산소 농도를 증대시키는 수중포기장치에 관한 것으로, 산기(散氣 ; Diffusion)기능과 교반(攪拌; Mixing)기능이 구비되고 수중에 설치되어 송풍기에서 압송하는 공기를 작은 기포로 분산시켜서 반응액을 포기 및 교반시키는 기능을 수행할 수 있다.

종래 방식 수중포기기의 구성을 설명하면, 입축형 구동모터의 회전축에는 회전익이 설치되고, 회전익의 하부에는 용기 형태의 산기통이 상기 회전축과 함께 회전이 이루어지도록 상기 회전축과 일체가 되도록 연결 설치되며, 산기통의 상부와 측면은 밀폐되고, 송기관이 내삽되는 산기통의 하부에는 원형의 개구부가 형성되며, 산기통의 하부 개구부에는 송풍기의 토출구와 연통되는 송기관의 관말이 내삽 설치되고, 상기 회전익과 산기통은 수류 유입구와 수류 토출구가 구비된 케이싱의 내부에서 작동하도록 구동모터가 케이싱의 상부에 고정 설치되는 구성이었다.

종래 방식 수중포기기의 작동을 설명하면, 회전익이 회전하여 발생되는 수류는 케이싱과 산기통 사이의 공간을 통하여 방사형으로 흐르면서 산기통의 하부에 원형으로 개방된 개구부의 주변에서 유출되는 조대기포를 작은 기포로 분산시켜서 포기 및 교반이 이루어지므로 효율, 용량, 안정성에서 다음 각호와 같은 문제점이 지적되고 있다.

① 산기통이 회전익과 함께 회전하므로 회전 중량의 증대로 인하여 초기 기동력이 크게 소요되고, 회전익과 산기통 간의 연결 부분에서 볼트의 전단 파괴 등과 같은 하자가 발생되며, 동력이 낭비되는 문제점이 있다.

② 송기량에 비례하여 수류형성을 위한 회전익의 크기와 구동모터의 동력을 증가시켜야 되는 구성이므로, 반응기 용량은 작고 DO요구량이 크게 소요되는 경우 즉, 송기량은 많고 교반력은 상대적으로 작게 소요되는 반응조에서는 송기량에 비교하여 과다한 교반력의 공급이 불가피하다. 따라서 미생물 플록이 해체되어 침강성이 저하되며 과다 교반으로 인한 동력 낭비의 문제점이 있다.

또한, 회전익의 크기와 교반 동력을 반응기 용량에 맞추어 축소시키면 송기량의 상당 부분은 미세하게 분산되지 못하고 조대 기포로 부상하므로 기액접촉이 제대로 이루어지지 못하고 산소이전율이 급격하게 저하되어 포기용량을 충족할 수 없게 된다.

③ 상기 문제점을 개선하기 위하여 고안된 특허 제 10-0583052호에서는 복수 개의 기공이 형성된 산기통이 회전익과 함께 회전하므로 반응액과의 저항이 증대되어 동력이 낭비되는 문제점이 있다.

④ 공개특허 제 10-2006-0111429호 에서는 회전익의 하부에 산기관이 설치되어 미세기포가 발생되므로 송기량을 증대시키면 과다 공급된 기포가 부력에 의하여 케이싱의 유입구 측으로 역류되어 부상하는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 상술한 제 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 첫째 안정성이 개선되고, 둘째 포기용량이 증대된 수중포기장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 첫째 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 구동모터의 회전축에는 회전익이 설치되고, 상기 구동모터는 수류 유입구와 포기수류 토출구가 구비된 케이싱에 설치되고, 상기 회전익의 중앙에서 분출된 기포가 상기 회전익에서 생성되는 수류에 의하여 방사형으로 확산될 수 있도록 상기 회전익을 구동하는 회전축의 어느 일측 또는 양측의 회전익 중앙 부분에는 하나 이상의 산기구가 형성된 산기통이 상기 회전익과 분리되어 고정 설치되고, 상기 산기통은 송기관에 의하여 송풍기의 토출구와 연통되어, 안정성이 개선되도록 하였다.

또한, 상기 회전익에서 발생되는 수류의 중심부에 설치되는 상기 산기통은 포기용량과 반응조의 여건에 따라 원통형, 반구형, 원추형, 절두원추형, 중앙에 관통부가 형성된 관통 원통형 중에서 선택되어 성형된 다양한 형상으로 구성되고, 그 하부측 이 확대될 수 있도록 확관형의 베인이 부착되거나 케이싱의 포기수류 토출구 측으로 산기구가 돌출되는 돌출형 산기구를 구성하였다.

상기한 둘째 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 상기 수류 유입구와 포기수류 토출구의 어느 일측 또는 양측의 상기 케이싱에는 산기공이 형성된 외곽 산기관이 구비된 송기지관이 추가 설치되고, 상기 송기지관은 상기 송기관 또는 상기 산기통과 연통시켜서 수류의 중심부에서는 상기 산기통에 의하여 포기가 이루어지고 수류의 주변부에서는 상기 산기관에 의한 포기가 추가되도록 함으로써 포기용량이 더욱 증대된 수중포기장치를 실현하였다.

포기장치의 용량을 증대하기 위하여 본 발명에서는 산기통 하부측에 확관형 베인, 돌출형 산기구, 단차형 산기구 등을 설치하여 상기 산기통에서 공기가 분출되는 산기구를 포기수류 토출구 측으로 연장시켜서 산기구와 케이싱의 토출구가 서로 근접되도록 구성하였다. 따라서 산기구에서 분출된 기포가 케이싱 내에서 체류하는 시간이 단축되고 케이싱 밖으로 신속하게 토출됨에 따라 송기량을 증대시킬 경우에도 부력에 의하여 회전익 측으로 기포가 역류하고 케이싱의 유입구 측으로 부상하는 종래 방식의 수중포기기의 문제점이 개선되고 포기성능과 용량을 증대되도록 하였다.

또한, 포기장치의 용량을 증대하기 위하여 본 발명에서는 상기 케이싱은 두겹의 스 킨으로 구성되어 내부에 공기가 소통될 수 있는 공간이 형성된 이중 케이싱이며, 상기 두겹의 스킨 중에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨에는 하나 이상의 산기관이 설치되거나, 하나 이상의 산기공이 구성되며, 상기 산기관 또는 상기 산기공은 상기 이중 케이싱의 내부공간 및 송기관을 경유하여 송풍기의 토출구와 서로 연통되도록 하므로써 송기지관 등과 같은 조립부가 생략되고 장치구성이 단순하여 하자요인이 감소되고 경제성이 개선되도록 하였다.

상기 이중 케이싱 및 상기 송기지관에 설치되는 산기관은 다공성의 멤브레인, 다공성 세라믹, 타공 금속판 또는 노즐형태의 산기관등으로 제한없이 적용할 수 있고, 상기 케이싱의 측면에 설치되는 상기 송기지관 자체에도 미세기공을 형성하여 파이프 형태의 산기관으로 구성할 수 있다.

이하 첨부 도면에 의하여 본 발명에 따른 수중포기장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 수중포기장치 제1실시예의 개념도이다.

본 발명에 따른 수중포기장치 제1실시예의 장치 구성을 설명하면, 구동모터(1)의 회전축에는 회전익(2)이 설치되고, 상기 회전익의 중앙에서 분출된 기포가 상기 회 전익에서 생성되는 수류에 의하여 확산될 수 있도록 상기 회전익의 중앙 부분에는 산기통(3)이 상기 회전축과 분리되어 고정되도록 설치되고, 상기 산기통은 송기관(9)을 통하여 송풍기[도면 미표기]의 토출구와 연통되고, 상기 구동모터는 수류 유입구(7)와 포기수류 토출구(8)가 구비된 케이싱(5)에 설치되는 구성이다.

이와 같이 회전익의 중앙부에 산기통(3)이 회전축과 분리 설치됨으로써, 산기관이 회전축에 직결되어 함께 회전하는 종래방식의 수중포기기보다 동력소모가 적고 기계적인 하자요인이 감소될 수 있다.

상기 산기통(3)은 그 상부와 측면이 밀폐되어 내부에 공기가 소통될 수 있는 공간이 형성되고 그 하부가 개방된 용기형태이며, 하부측 개방부와 케이싱 사이가 이격되어 상기 산기통의 하부측 원주 주변을 따라 슬릿형의 산기구(14)가 형성되고, 상기 산기통의 하부 개구부에는 송기관(9)의 관말이 삽입되는 구성이다.

도 2는 본 발명에 따른 수중포기장치용 산기통의 개념도이다.

[도 1]에서는 절두원추형 산기통의 단면을 예시하였으나, 산기통은 원통형(3a), 반구형(3b), 원추형(3c), 절두원추형(3d) 등과 같은 다양한 형상 중에서 선택하여 제한 없이 구성할 수 있다.

도 3은 본 발명에 따른 수중포기장치용 산기통에 구성된 산기구의 개념도이다.

이 실시예에서는 [도2]에서 예시된 다양한 형태의 산기통 하부측에 확관형 베인, 돌출형 산기구, 단차형 산기구 등을 설치하여 상기 산기통에서 공기가 분출되는 산기구를 포기수류 토출구(8) 측으로 연장시켜서 기포가 케이싱의 토출구를 통하여 신속하게 유출될 수 있다. 따라서 산기구(14)에서 분출된 기포가 케이싱(5,6) 내에서 체류하는 시간이 단축되고 케이싱 밖으로 신속하게 토출됨에 따라 송기량을 증대시킬 경우에도 기포의 부력에 의하여 회전익(2) 측으로 기포가 역류하여 케이싱의 유입구(7) 측으로 부상하는 문제가 개선될 수 있다.

(3A)는 산기통(3)에 확관형 베인(16)이 부착되어 하부측의 원주가 길어져서 슬릿형 산기구도 길어지고 케이싱의 유출구 측에 접근하도록 구성된 실시예이다. (3B)는 케이싱 유출구 측의 산기통(3)에는 산기구가 돌출되는 돌출형 산기구(17)가 케이싱(3)에 부착된 실시예이다. (3C)는 케이싱 유출구 측의 산기통(3)에는 슬릿형 산기구의 폭을 좀 더 크게하여 단차형 산기구(18)가 형성되도록 하는 실시예이다. (3D)는 확관형 베인(16)이 부착된 산기통(3)의 상기 확관형 베인(16)에는 단차형 산기구(17)가 구성된 실시예에 관한 것이다. 상기 확관형 베인에도 돌출형 산기구가 설치될 수 있다.

(3E)와 (3F)는 확관형 베인(16)과 돌출형 산기구(17)에 산기공(15)을 추가 구성하여 케이싱의 유출구 측으로 기포 분출량을 증대시켜서 포기용량을 증대시킬 수 있는 실시예에 관한 것이다.

상기 (3A) 내지 (3F)에서는 산기통(3)을 절두원추형(3d)으로 도시하였으나 이에 국한되지 않고 [도2]에 예시된 원통형 산기통(3a), 반구형 산기통(3b), 원추형 산기통(3c) 등에도 각각 확관형 베인(16), 돌출형 산기구(17), 단차형 산기구(18)를 제한 없이 구성할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 수중포기장치 제2실시예의 개념도이다.

이 실시예는 상기 제1실시예에 따른 수중포기장치의 수류 유입구(7)와 포기수류 토출구(8)의 어느 일측 또는 양측의 상기 케이싱(5)에는 산기관(4)이 구비된 송기지관(10)이 추가 설치되고 상기 송기지관은 상기 송기관(9) 및 산기관(4)과 연통되는 구성이다.

회전익(2)에서 발생되어 케이싱의 외곽으로 분출된 수류를 이용하여 산기관(4)에서 발생되는 기포를 반응조내에 확산시키는 구성으로 제1실시예에서 보다 포기용량을 증대시킬 수 있다.

이 실시예에서는 상기 송기지관이 상기 송기관과 직결되고 유지보수를 위하여 탈착장치(11)를 구비하였으나, 상기 송기지관을 상기 산기통과 연통되도록 연결하면 탈착장치를 생략할 수 있어 창치구성이 단순해지며 이 또한 본 발명의 범위에 포함되는 것이다.

도 5는 본 발명에 따른 수중포기장치 제3실시예의 개념도이다.

이 실시예에서는 케이싱이 두겹의 스킨으로 구성되어 내부에 공기가 소통될 수 있는 공간이 형성된 이중 케이싱(6)이며, 상기 두겹의 스킨 중에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨에는 복수개의 산기공(15)을 형성하므로써 상기 케이싱 자체를 산기관으로 구성할 수 있다.

상기 두겹의 스킨중에서 적어도 어느 한겹 이상의 스킨은 망체, 타공판 또는 공기가 소통될 수 있는 형태의 형틀에 미세기공이 형성된 고무판, PEM등과 같은 신축성 막을 설치하므로써 케이싱 자체를 산소이전율이 매우 높은 멤브레인 산기관으로 구성할 수 있다.

또한, 상기 두겹의 스킨중에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨에는 하나 이상의 산기관(4)이 설치되며, 상기 산기관의 내부 공간은 상기 이중 케이싱(6)의 내부공간 및 송기관(9)을 경유하여 송풍기의 토출구와 서로 연통되는 구성으로 하여 포기용 량을 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 이중 케이싱(6)의 내측 스킨에는 케이싱의 원주를 따라 좁고 긴 슬릿형 산기구[도면 미표기]를 구성하므로써, 이중 케이싱의 내측 스킨에 구비된 슬릿형 산기구에 의하여 산기통(3)을 대체할 수도 있다.

도 6은 본 발명에 따른 수중포기기 제4실시예의 개념도이다.

이 실시예에서는 중앙에 포기수류가 유통할 수 있는 관통부가 개구되어 양측이 관통된 관통 원통형 산기통(3e)의 내측에는 내부 원주를 따라 좁고 긴 슬릿형의 산기구(14)가 환형으로 구성된다.

상기 관통 원통형 산기통(3e)은 수류 유입구와 포기수류 토출구가 구비된 케이싱의 내부에 설치되거나 또는 상기 관통 원통형 산기통(3e)의 어느 일측은 수류 유입구(7), 다른 일측은 포기수류 토출구(8)를 구성하여 상기 관통 원통형 산기통(3e) 자체가 케이싱의 기능을 수행할 수도 있다. 또한 상기 관통 원통형 산기통의 입구측과 유출구 측에는 콘형, 관형 등의 수류 안내수단을 설치하여 수류 유입과 포기수류 토출이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.

상기 관통형 산기통(3e)에도 산기공(15)을 추가 구성하여 포기용량을 증대시킬 수 있다.

상기 제4실시에에 따른 수중포기장치는 포기수류가 수평으로 분출되어 기포가 포물선 형태의 궤적을 따라 부상하므로 반응액과 기포의 접촉이 증가되어 포기용량과 산소이전율이 증대될 수 있는 횡축형의 회전익을 예시하였으나 이에 국한되지 않고 입축형으로 구성할 수 있다. 또한 입축형 회전익으로 예시된 제1내지 제3실시예의 수중포기장치도 상기 제4실시예 에서와 같이 횡축형으로 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 제1내지 제4실시예의 상기 송기관(9,9a)에는 공기조절밸브(12,12a)를 설치하여 풍량을 조절할 수 있다. 또한 자동밸브(13,13a)를 설치하고, 상기 자동밸브를 Timer, 산화환원전위제어기, 용존산소농도제어기, pH 제어기 등에 연동하여 작동하므로써 포기, 비포기 교반 또는 포기와 비포기 교반을 교차 반복하는 간헐포기장치를 구성할 수 있다.

본 발명을 하폐수처리장 등에 설치되는 수중포기장치에 적용하게 되면, 산소이전율과 포기동력효율이 향상되며, 하자발생이 감소되고, 초기 기동동력이 작게 소요되며, 기울어지게 설치되는 경우에도 급격한 포기능력의 저하가 방지되므로 안정성이 증대되고, 포기와 비포기교반이 교차 반복되는 간헐포기장치를 간편하게 실현할 수 있으며, 반응조의 조건에 가장 적합한 포기용량과 교반용량이 조합된 수중 포기장치를 실현할 수 있다.

Claims (6)

1. 구동모터(1)의 회전축에는 회전익(2)이 설치되고, 상기 회전익에는 하나 이상의 산기구(14)가 형성된 산기통(3)이 상기 회전축과 분리되어 고정되도록 설치되며, 상기 산기통은 원통형(3a), 반구형(3b), 원추형(3c), 절두원추형(3d) 및 관통 원통형(3e)의 용기 형태 중에서 선택된 형태이고, 상기 산기통은 송기관(9)을 통하여 송풍기의 토출구와 연통되는 것을 특징으로 하는 포기용량과 안정성이 개선된 수중포기장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 산기통(3)의 하부측에는 확관형 베인(16), 돌출형 산기구(17) 및 단차형 산기구(18) 중에서 적어도 어느 하나 이상이 구비된 것을 특징으로 하는 포기용량과 안정성이 개선된 수중포기장치
3. 제1항에 있어서, 상기 산기통(3)에는 하나 이상의 산기공(15)이 형성된 것을 특징으로 하는 포기용량과 안정성이 개선된 수중포기장치
4. 제1항에 있어서, 상기 구동모터(1)는 수류 유입구(7)와 포기수류 토출구(8) 가 구비된 케이싱(5)에 설치되고, 상기 케이싱(5)에는 산기관(4)이 구비된 송기지관(10)이 설치되며, 상기 송기지관은 상기 송기관(9) 또는 상기 산기통(3)과 연통되는 것을 특징으로 하는 포기용량과 안정성이 개선된 수중포기장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 구동모터(1)는 두겹의 스킨으로 구성되어 내부에 공기가 소통될 수 있는 공간이 형성된 이중 케이싱(6)에 설치되고, 상기 이중 케이싱(6)을 구성하는 두겹의 스킨 중에서 적어도 어느 하나 이상의 스킨에는 하나 이상의 산기관(4)과 복수개의 산기공(15) 중에서 적어도 어느 하나 이상이 구성된 것을 특징으로 하는 포기용량과 안정성이 개선된 수중포기장치.
6. 제1항에 있어서, 포기교반 또는 비포기교반 중에서 선택하여 운전하거나, 포기교반 또는 비포기교반이 설정된 주기에 따라 교차반복되는 간헐포기로 운전할 수 있도록, 상기 공기공급관(9,9a)에는 타이머, 용존산소농도제어기, 산화환원전위제어기 등에 연동하여 작동하는 자동밸브(13,13a)가 설치된 것을 특징으로 하는 포기용량과 안정성이 개선된 수중포기장치.

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