KR20050010720A - 자흡기능과 교반기능이 구비된 유체공급장치와 이를이용한 포기장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 자흡기능과 교반기능이 구비되어 반응기에 적용되는 유체공급장치 및 양식과 하폐수처리 등에 사용되는 포기장치에 관한 것이다. 특히 본 발명은 기체, 액체 등의 유체에 작동하여 기체, 액체 또는 미분체를 자흡하고, 이를 혼합 및 교반시킬 수 있는 자흡기능과 교반기능이 하나의 장치에 구비되며, 펌프, 송풍기 등의 유체 공급장치와 유체를 혼합 및 교반시키는 교반장치가 일체로 구성되므로 장치구성이 단순하고 단락이 방지되어 반응효율을 증대될 수 있고 물상(物相)의 조합이 6종류인 반응에 적용될 수 있는 자흡기능과 혼합기능이 구비된 유체공급장치를 제공하는 한편,

상기 유체공급장치를 이용하여 수중에 공기를 공급 및 교반하여 용존산소가 증가되도록 하며, 소음진동 및 액적비산과 같은 2차 오염이 없고, 장치의 발열량이 모두 반응액에 전달되며, 자흡기능과 교반기능 및 간헐포기 기능이 구비된 포기장치를 제공할 수 있다.

Description

자흡기능과 교반기능이 구비된 유체공급장치와 이를 이용한 포기장치{ Fluid Supply Equipments with the Function of Self-priming and Mixing and the Aerators with using the equipments}

본 발명은 기체, 액체 등의 1차유체내에서 작동하여 기체, 액체 등의 2차유체 또는 미세분말상의 물질인 미분체를 1차유체의 내부로 흡입하고 교반시켜서 반응이 이루어지도록 하는 자흡기능과 교반기능이 구비된 유체공급장치와 이를 이용한 수중포기장치에 관한 것이다.

상기 유체공급장치는 기체가 담긴 반응기내에서 작동하여 기체, 액체 또는 고체이면서 거동이 유체와 유사한 미분체를 흡입 및 교반하여 반응시키는 물상(物相)의 조합이 3가지 형태인 반응에 이용되고, 액체가 담긴 반응기내에서 작동하여 기체, 액체 또는 미분체를 흡입 교반하여 반응시키는 물상의 조합이 3가지 형태인 반응에 적용되므로 총 6종류의 반응형태에 적용될 수 있다.

이하, 상기 유체공급장치의 작동에 의하여 부압이 형성되도록 하는 기체 또는 액체를 통칭하여 1차유체라 명칭하고, 1차유체에 의하여 형성된 부압에 의하여 흡입 및 공급되는 기체, 액체, 미분체를 2차유체로 명칭한다.

액체에 액체를 투입하여 교반하는 반응형태는 폐수에 액상의 응집제, 산화환원제 또는 산 알카리를 투입하여 혼합하는 응집반응, 산화환원반응 또는 중화반응 등을 예로 들수 있다.

액체에 미분체를 투입하여 교반하는 반응형태는 폐수에 분말활성탄, 제올라이트 미분체를 투입하여 유기물, 색도유발물질, NH₃를 흡착하는 흡착공정과 식품제조 및 화학공정에서 액체에 분말을 용해 또는 반응시키는 다양한 공정들이 있다.

또한, 기체에 액체 또는 미분체를 주입하여 교반하는 반응형태는 가스세정탑, 배기가스 탈황장치 등이 있으며 종래 방식이 이러한 반응장치들은 송풍기에 의하여 반응탑으로 유입되는 기체에 액체 또는 미분체를 분무하는 형태이므로 기액접촉이 잘 이루어지지 못하고 미반응 상태로 유출되는 유체량이 증가될 수 있다.

액체에 기체를 주입 교반하는 반응은 SO₂, NO₂등 기체상의 비금속산화물을 물에 용해시켜서 무기산을 제조하는 공정 등을 들 수 있다.

그러나, 이러한 반응에 이용되는 종래 방식의 반응장치들은 반응기에 교반장치와 약품공급펌프를 별개로 설치하므로 장치의 구성이 복잡하고 비경제적이다. 특히 완속 교반에 의한 반응에서는 약품주입과 교반이 분리되어 이루어지므로 미반응상태의 유체와 약품이 유출되는 단락(Short Circuit)이 발생되기도 한다.

액체에 기체를 공급하는 반응형태중에서 일반적이고 가장 많이 이용되는 것은 양어장, 호수 및 생물학적 하폐수처리장에서 DO를 공급하고 미생물이 현탁증식될 수 있도록 교반시키는 포기장치를 들 수 있다.

그러나, 종래 방식의 포기장치들은 다음에 기술된 내용과 같이 동력효율이낮고, 소음 진동이 발생되며, 장치의 구성이 복잡하여 비경제적인 문제점이 있다.

종래 방식의 표면포기식 포기장치는 회전차가 수면에서 회전하므로 반응액이 대기중으로 비산되고, 소음이 발생되는 등 2차 오염을 유발하며, 증발산량 증가에 따른 수온저하로 미생물 활동이 저하되며, 동절기에는 처리효율이 낮아진다.

종래 방식의 산기식 포기장치는 송풍기와 송기배관, 산기관(Diffuser)으로 구성되고, 송풍기 등 건축물이 소요되므로 시설비와 동력비가 비경제적이며 유지관리가 복잡하다. 특히, 송풍기는 소음 진동이 발생되며, 전동기 발열과 공기압축열이 대부분 대기로 방출되어 반응조 수온상승에는 기여하지 못하고 낭비된다.

산기관이 수중포기기(Aquarator)로 대체된 종래 방식의 수중포기기와 송풍기의 조합장치에서도 산기식 포기장치와 유사한 문제점이 있다. 특히, 종래 방식의 수중포기기는 2 내지 4개의 회전익이 설치된 입축형 회전축의 하부에 설치된 원통형 용기, 원추형 용기 또는 그 자체에 회전익이 설치된 원통형 용기, 원추형 용기의 하부 개구부를 통하여 내부에 공기를 압송하는 구조이다. 회전익이 회전하여 발생되는 방사형 분출 수류에 의하여 회전익과 함께 회전하는 상기 원통형, 원추형 용기로부터 유출되는 공기가 분산되어 포기 및 교반이 이루어지므로, 기포가 미세하게 분산되지 못하고 많은 양의 공기를 공급하면 큰 공기방울 형태로 유출되어 곧바로 수면으로 부상하므로 포기동력효율이 낮다.

종래 방식의 공기자흡형 수중포기장치는 자흡을 위한 충분한 부압을 제공하지 못하므로 공기자흡 수심이 낮고 수심이 깊은 반응조에서는 사용이 불가능하다.

종래 방식의 펌프이젝터 포기장치는 액적의 비산이 없고, 무소음 정숙운전이이루어지며, 모터의 발열이 모두 수체로 전달되어 수온이 상승되므로 미생물 배양에 유리하고, 자동밸브의 설치 및 조작에 의하여 간헐포기 기능도 확보될 수 있다.

그러나, 종래 방식의 펌프이젝터는 펌프를 이용하여 수류를 발생시키고 배관을 통하여 이젝터로 이송하므로 펌프와 배관에서 동력손실이 크다. 또한 비포기 교반시에는 회전익에 의하여 반응액을 직접 교반하는 교반기와 달리 분출수류에 의하여 반응액을 간접 교반하므로 교반동력효율이 낮은 문제점이 있다.

종래 방식의 Air-O₂등과 같은 사축류형 포기장치는 중공축의 끝부분에 축류형 회전익을 설치하고 회전익의 구동으로 발생되는 수류에 의하여 중공축의 끝부분에 부압이 형성되고 공기가 흡입되는 구성이다.

이와 같은 사축류형 포기장치는 케이싱이 제거된 축류펌프와 중공축으로 구성된 일종의 펌프이젝터이며, 펌프에서 이젝터로 이송되는 배관이 생략되는 구성이므로 배관에서의 양정손실은 없으나, 축류형 회전익에 의하여 이젝터 주변에 수류를 형성하는 과정에서 동력손실은 과다하게 발생된다.

이에 본 발명은 상술한 제 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 첫째로기체, 액체 등의 1차유체에서 작동하여 2차유체를 자흡하고, 1차 및 2차유체를 혼합 교반시킬 수 있는 자흡기능과 교반기능이 구비되며 물상의 조합이 6종류인 반응형태에 적용될 수 있는 유체공급장치를 제공하되, 펌프, 송풍기 등의 2차유체 공급장치와 1,2차유체를 혼합 교반시키는 교반장치를 일체로 구성하므로써 장치구성이단순하고 단락이 방지되어 반응효율을 증대시킬 수 있는 자흡기능과 교반기능이 구비된 유체공급장치를 제공하고, 둘째로는 상기 유체공급장치를 이용하여 수중에 공기를 공급하고 교반하여 용존산소가 증가되도록 하는 포기장치를 제공하되, 소음진동 및 액적비산과 같은 2차 오염이 없고, 장치의 발열량이 모두 반응액에 전달되며, 자흡기능과 교반기능 및 간헐포기 기능이 구비된 포기장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 종래의 유체공급장치중에서 많은 장점을 보유하는 이젝터 방식을 이용하되, 이젝터 자체를 기체 또는 액체인 1차유체내에서 이동시켜서 이젝터의 유체공급구에 상기 1차유체의 흐름이 발생되고, 이에 따른 부압에 의하여 유체공급구로 기체, 액체 또는 미분체 등의 2차유체가 흡입되며, 흡입된 2차유체는 이젝터가 이동함에 따라 발생되는 와류에 의하여 1차유체와 혼합교반되도록 개선한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 유체이송장치의 이해를 돕기 위하여 1차 및 2차 유체는 각각 물과 공기이며, 유체이송수단이 펌프로 구성되는 펌프이젝터를 예시하여 그 구성과 작동과정을 설명한다.

종래 방식의 펌프이젝터에서는 펌프에 의하여 1차유체인 물의 흐름 즉, 운동에너지와 압력에너지를 보유하는 수류를 형성하고, 형성된 수류를 배관을 통하여 이젝터로 압송하며, 이젝터 내부로 유입된 수류는 노즐을 통하여 유체공급구의 측면, 주변 또는 중심부로 분출시키고, 분출수류에 의하여 공기공급구에 형성되는 부압을 이용하여 2차유체인 공기가 흡입되도록 하였다.

따라서 종래 방식의 펌프이젝터는 펌프에서의 수류형성과 배관을 통한 압송과정에서 에너지 손실이 많이 발생되므로 동력소요가 큰 구성이다.

그러나 본 발명에서는 펌프로 수류를 공급하지 않고 이젝터 자체를 수중에서 이동시키는 구성이다. 정지된 수체에서 이젝터를 이동시키는 것은 정지된 이젝터에 이젝터의 이동속도와 같은 속도로 수류를 이동시키는 것과 동일한 효과가 발휘되며, 별도의 펌프와 배관에 의하여 수류를 형성하고 이젝터로 압송하는 것보다 동력손실이 감소되므로 포기동력효율이 개선될 수 있다.

펌프를 이용하여 수류를 형성하고 배관을 통하여 이젝터에 유속 10m/sec의 수류를 공급하는 경우를 예로 들어 설명하면, 거의 모든 펌프의 모터동력효율은 50%이하이므로 펌프에서 공급된 전력에너지의 50% 미만이 수류에 의한 유체에너지로 전환되고 50% 이상의 전력이 낭비되며, 배관을 통하여 이젝터를 이송하는 과정에서도 양정손실에 의한 유체에너지의 손실이 발생되므로 과다한 동력이 소모되는 구성이다.

반면에 본 발명에서는 이젝터 자체를 1차 유체인 수중에서 이동시키되, 수중에서 이젝터를 무한히 직선 운동시키는 것은 현실적으로 불가능하므로, 구동부가 설치된 회전축을 이용하여 이젝터를 소정의 원주속도에서 원운동이 이루어지도록 하였다.

예를 들어 설명하면 원운동하는 이젝터의 선속도가 10m/sec가 되도록 하기 위해서는 회전속도 570rpm인 구동모터의 회전축에 연결된 직경 80mm의 중공축에 상기 이젝터를 팔길이 127mm의 중공관 등으로 연결하고 회전축을 회전하면 10m/sec의선속도가 충족될 수 있다. 이와 같이 이젝터 자체를 원운동시켜서 동일한 상대속도 10m/sec로 이동시키는 것이 펌프와 배관을 이용하여 이젝터의 노즐에 10m/sec의 수류를 공급하는 것보다 동력이 절감되고 장치의 구성도 단순하다.

수중에서 회전하는 이젝터에 2차 유체인 공기가 공급되기 위해서는 2차 유체공급구가 대기 또는 여타의 공기공급원과 연통되어야 하므로 상기 중공축과 중공관에 의하여 그 내부에는 공기가 소통될 수 있는 빈공간이 구비되는 것이다.

이와 같이 본 발명에 따른 1차유체내에서 회전하는 이젝터에 의하여 2차유체가 자흡되고 교반이 병행될 수 있으며, 상기 이젝터는 공기공급구가 구비된 회전익 형태로 구성된다. 따라서 본 발명에 따른 유체공급장치는 그 내부에 공간이 구비되고 어느 일측이 개방되어 있는 중공축에 내부에 공간이 구비된 하나 이상의 회전익을 설치하고, 상기 회전익에는 하나 이상의 유체공급구가 구비되며, 상기 중공축의 개방된 어느 일측과 상기 유체공급구는 중공축 및 회전익 내부의 공간을 통하여 서로 연통되며, 중공축의 개방된 어느 일측은 대기 또는 다른 2차유체 공급원과 연통되고 다른 일측은 구동모터의 구동축과 연결되는 구성이다.

상기 구동모터에 의하여 회전익이 1차유체내에서 회전하면 유체공급구에는 부압이 형성되어 2차유체가 흡입되고, 중공축과 회전익 내부의 공간을 경유하여 흡입된 2차 유체가 유체공급구를 통하여 1차유체 내부로 공급된다.

또한 회전익의 회전으로 발생되는 교반력에 의하여 1차유체와 2차유체의 혼합과 교반이 이루어지는 구성이다.

여기서, 상기 회전익에는 유체공급구 측으로 이동하는 유량과 유속이 증대되도록 하는 유체유도수단을 설치하므로써 상기 유체유도수단에 의하여 많은 유량이 집중되고 빠른 유속으로 가속된 1차유체가 유체공급구 측으로 이동하게 되므로 2차유체의 흡입 및 공기공급능력을 증대시킬 수 있다.

또한, 송풍기, 펌프등의 2차 유체를 공급하는 유체이송수단을 설치하고 상기 중공축의 개방된 일측으로 2차 유체를 강제로 이송하면 자흡되는 2차유체에 압송되는 2차유체가 추가되므로 2차 유체의 공급능력을 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 회전익의 표면에는 다수개의 홈이 파이거나 돌기를 융기시켜서 회전익의 표면에 난류층이 형성되도록 하여 반응속도 및 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1 내지 도 7은 본 발명에 따른 유체공급장치를 구성하는 중공축과 회전익의 제1실시예 내지 제7실시예의 단면도,

도 8은 본 발명에 따른 유체공급장치를 구성하는 회전익의 여러가지 형태에 대한 단면도,

도 9 내지 도 13은 본 발명에 따른 유체공급장치를 이용한 포기장치의 제1 내지 제5실시예의 개념도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

1 : 회전익 2 : 중공축

3 : 중공원판 4,4a-4e : 유체공급구

5 : 구동모터 6 : 구동축

7,7a : 공기공급관 8 : 공기공급밸브

9,9a : 공기체임버 11 : 케이싱

12 : 수류공급구 13 : 포기수류 공급구

14,14a : 유체유도수단 15,15a : 노즐

16 : 1차유체 유입구 17 : 혼합유체 유출구

18 : 선회류방지판 19 : 수류흡입구

이하 첨부도면에 의하여 본 발명에 따른 유체공급장치와 포기장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 유체공급장치의 구성을 위한 중공축과 회전익 제1실시예의 단면도이다.

어느 일측이 개방된 중공축(2)에는 그 내부가 비어있는 중공의 회전익(1)을 하나이상 설치하고, 상기 회전익(1)의 끝부분에는 하나 이상의 유체공급구(4)를 구비하며, 상기 중공축(2)의 내부와 상기 유체공급구(4)는 상기 회전익(1) 내부의 공간을 통하여 서로 연통되는 구조이다.

회전익(1)이 설치된 상기 중공축(2)의 개방된 어느 일측을 2차 유체의 공급원과 연통되도록 연결하고, 상기 중공축의 개방된 일측 또는 다른 어느 일측을 구동모터[도면미표기]의 구동축과 연결하고 상기 회전익(1)을 1차유체내에서 회전시키면, 상기 회전익(1)의 선단은 1차유체 내부에서 원운동을 하게되며 선단의 선속도(Linear Velocity)와 같은 유속으로 회전익(1)의 선단을 향하여 1차유체를 분출하는 효과가 발생되므로, 상기 회전익(1)의 선단에 구비된 상기 유체공급구(4)에는 부압(Negative Pressure)이 발생되고 2차유체가 흡입된다.

이와 같이 상기 회전익(1)을 1차유체내에서 회전시켜서 그 선단에 발생되는 부압을 이용하여 기체 또는 액체 등의 2차유체를 상기 중공축(2)과 회전익(1) 내부의 공간으로 흡입하고, 상기 유체공급구(4)를 통하여 상기 회전익(1)이 작동하는 1차유체 내부로 공급하여 혼합 및 교반시킬 수 있으며, 1차유체의 이동에 따라 형성되는 부압에 의하여 2차유체가 흡입되는 구조와 과정은 이젝터와 동일하다.

상기 중공축(2)의 개방된 어느 일측[도면미표기]을 2차유체 공급원인 대기와 연통시키고, 상기 회전익(1)을 2차유체인 물이 담긴 반응기에 설치하여 회전시키면 상기 유체공급구(4)에 발생되는 부압에 의하여 외부공기가 자흡(Self Priming)되고, 상기 회전익(1)에 의하여 교반되는 자흡식 포기와 교반이 이루어지는 포기장치를 실현할 수 있다. 또한, 송풍기를 이용하여 상기 중공축(2)의 개방된 일측을 통하여 공기를 압송하는 경우에도 상기 유체공급구(4)에 발생되는 부압이 추가되므로 송기압력과 동력이 절감되고 풍량이 증대되는 포기장치를 실현할 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 유체공급장치의 구성을 위한 중공축과 회전익 제2실시예의 단면도이다.

유체중에서 물체가 이동하면 물체의 후면에는 부압이 형성되므로, 회전익이 1차유체내에서 회전하면 회전익의 후면에도 부압이 발생되고, 이러한 부압으로 인하여 송풍기, 펌프등의 유체기계에서 동력이 비효율적으로 낭비되기도 한다. 이 실시예에서는 회전익 후면에 발생되는 부압을 이용하여 2차 유체가 추가 공급될 수 있도록 회전익(1)의 후면에 하나 이상의 유체공급구(4a)를 구성한 것이다.

중공축(2)과 회전익(1)을 1차유체내에서 회전시키면 상기 회전익(1)의 선단에 구비된 유체공급구(4)와 회전익(1)의 후면에 구비된 상기 유체공급구(4a)를 통하여 2차유체를 흡입할 수 있다. 1차유체에 의하여 상기 회전익(1)의 후면에 생성되는 부압을 상기 유체공급구(4a)를 통하여 공급되는 2차유체가 상쇄시키므로 부압에 의한 동력소모도 감소될 수 있다.

이와 같이 상기 회전익(1)의 후면에 발생되는 부압을 2차유체의 흡입에도 이용할 수 있는 이 실시예는 상기 회전익(1)의 선단에 구비된 상기 유체공급구(4)를 통한 유체공급에 회전익(1) 후면의 유체공급구(4a)를 통한 2차유체 공급이 추가되므로 동력효율이 개선된다.

도 3은 본 발명에 따른 유체공급장치의 구성을 위한 중공축과 회전익 제3실시예의 단면도이다.

이 실시예에서는 회전익(1)의 후면에 유체공급구(4a)가 구비되고 회전익(1)의 선단은 밀폐되는 구성이다.

선속도가 큰 회전익 선단에는 유체공급구가 없고 선속도가 작은 회전익의 후면에 유체공급구(4a)가 구비된 이 실시예는 2차 유체의 공급유량에 비하여 교반력이 크게 소요되는 장치의 구성에 유리하다.

회전익(1) 후면에 구비된 유체공급구(4a)에서 필요한 모든 2차유체의 공급이완료되므로, 그 내부에 공간이 불필요한 상기 유체공급구(4a) 이후에서 끝부분까지의 회전익(1)은 한겹의 판재로 얇고 가볍게 역학적으로 유리한 구성이 가능하다.

도 4는 본 발명에 따른 유체공급장치의 구성을 위한 중공축과 회전익 제4실시예의 단면도이다.

이 실시예는 측면에 유체공급구(4b,4c)가 구비된 중공축(2)에 유체공급구와 내부 공간이 구비되지 않은 종래 방식의 회전익을 설치하므로 회전익(1)을 한겹의 판재로 역학적으로 유리하게 구성할 수 있으며, 상기 유체공급구(4b,4c)의 선속도가 작기 때문에 자흡양정이 작은 경우에 적합한 실시예이다.

상기 중공축(2)의 일측 개구부로 2차유체를 공급하면 빠른 속도로 회전하는 상기 중공축(2) 측면에 구비된 상기 유체공급구(4b,4c)를 통하여 2차유체가 유출되면서 미세하게 1단계 분산이 이루어지고, 상기 회전익(1)과 다시 충돌하여 미세하게 2단계 분산이 이루어지므로 반응속도와 효율이 개선될 수 있다.

또한, 공급된 2차유체가 보다 미세하게 분산될 수 있도록 상기 회전익(1)의 전면에 홈이나 돌기를 구성하여 미세한 난류층을 형성하므로써 반응속도와 효율을 향상시킬 수 있으며, 상기 제1내지 제3실시예[도 2～도 4]에서도 이 실시예에서와 같이 중공축에 유체공급구를 구성하면 2차유체 공급량을 증대시킬 수 있게 된다. 또한 상기 유체공급구(4b, 4c)는 중공축에 직접 천공한 형태의 유체공급구(4b)로 구성하거나, 엘보등을 연결하여 자흡에 유리한 곡관 형태의 유체공급구(4c)로 구성할 수 있다.

종래 방식의 수중포기기는 2～4개의 회전익이 설치된 입축형 회전축의 하부에 설치된 원통형, 원추형의 용기 또는, 그 자체에 회전익이 설치된 원통형, 원추형 용기의 하부 개구부를 통하여 내부에 공기를 압송하는 구성이다. 회전익이 회전함에 따라 방사형으로 분출되는 수류에 의하여 상기 용기 형태의 디퓨져로부터 유출되는 공기가 방사형으로 분출 및 분산되어 포기 및 교반이 이루어지므로, 기포가 미세하게 분산되지 못하고 많은 양의 공기를 공급하면 큰 공기방울 형태로 부상되므로 포기동력효율이 낮다.

종래 방식의 수중포기기의 입축형 회전축의 하부에 설치되거나 회전익이 구비되는 상기 원통형 또는 원추형 용기 형태의 디퓨저 측면에 다수개의 유체공급구(4b, 4c)를 구비하여 이 실시예에 따른 회전익으로 개조하면 디퓨저에 의한 공기공급에 추가하여 상기 유체공급구(4b, 4c)에서도 공기가 공급되므로 포기동력효율과 포기용량을 증대시킬 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 유체공급장치의 구성을 위한 중공축과 회전익 제5실시예의 개념도이다.

양단에 구경이 큰 개구부와 작은 개구부가 구비된 점축관 형태의 유체유도수단(14)을 회전익(1)의 선단에 설치하되, 유체공급구(4d)와 상기 유체유도수단(14)의 축소부 사이에서 환상(環相;Ring Type)의 노즐(15)이 구성되도록 설치하고, 상기 유체유도수단(14)에서 구경이 큰 개구부는 1차유체 유입구(16)로 구성하고, 상기 유체유도수단(14)에서 구경이 작은 개구부는 1차유체와 2차유체가 혼합된 유체가 유출되는 혼합유체 유출구(17)로 구성한 것이다.

상기 중공축(2)과 회전익(1)이 1차유체내에서 회전하면 상기 유체유도수단(14)의 전방에 위치하는 상기 유체유입구(16)를 통하여 1차유체가 유입되고, 상기 유체유도수단(14)의 내부로 유입된 1차유체는 점축되는 단면을 통과하면서 유속이 증가되고, 환상의 상기 노즐(15)로 1차유체가 집중되어 빠른 속도로 분출된다.

상기 노즐(15)에서 1차유체가 분출됨에 따라 형성되는 부압에 의하여 그 중심부가 있는 상기 유체공급구(4d)에서 2차유체가 흡입되고, 1차유체와 2차유체가 혼합된 혼합유체는 후단의 혼합유체유출구(16)를 통하여 분출되는 구성이다.

이와 같이 상기 유체유도수단(14)은 유체공급구(4d) 측에 1차유체의 유량과 유속을 증대시켜서 2차유체 흡입능력을 크게 할 수 있으며, 상기 2차유체가 흡입되는 유체공급구(4d)가 중앙에 위치하고, 1차유체가 분출되는 노즐(15)이 환상으로 구성되는 이 실시예는 종래의 애뉼러형 이젝터(Annular Ejector)와 구조 및 작동이 동일하다.

상기 회전익(1)은 중공관으로 구성하되 항공기 날개와 같이 유선형으로 구성하므로써 1차유체의 저항을 감소시킬 수 있으며, 상기 유선형 회전익(1)과 회전축(2)의 설치 각도에 따라 유체의 흐름방향과 교반력을 조정할 수 있게 된다.

상기 1차유체유입구(16)에는 선회류에 의하여 효율이 저하되지 않도록 선회류 방지판(18)을 구비하는 것이 바람직하다.

도 6은 본 발명에 따른 유체공급장치의 구성을 위한 중공축과 회전익 제6실시예의 개념도이다.

구경이 큰 개구부와 작은 개구부가 구비된 점축관 2개를 중첩시켜서 유체유도수단(14a)을 구성하되, 전면의 큰 개구부와 개구부 사이를 밀폐시키고 하나의 개구부를 남겨서 1차유체 유입구(16)를 구성하고, 2개의 점축관 사이에는 2차유체가 유통될 수 있는 공간을 구비하며, 상기 점축관의 작은 개구부들은 내측의 것은 1차유체가 분출되는 노즐(15a)을 구성하고, 외측의 작은 개구부는 1차 및 2차유체가 혼합된 혼합유체가 유출되는 혼합유체 유출구(17)를 구성하며, 상기 노즐(15a)과 상기 혼합유체 유출구(17)사이에 형성되는 환상의 개구부는 2차유체가 흡입되는 유체공급구(4e)로 구성한 것이다.

상기 중공축(2)과 회전익(1)이 1차유체내에서 회전하면 상기 유체유도수단(14)의 전방에 위치하는 상기 1차유체 유입구(16)를 통하여 1차유체가 유입되고, 상기 유체유도수수단(14)의 내부로 유입된 1차유체는 점축되는 단면을 통과하면서 유속이 증가되고 중앙의 원형 노즐(15a)에 1차유체가 집중되어 빠른 속도로 분출 된다. 상기 노즐(15a)에서 1차유체가 분출됨에 따라 형성되는 부압에 의하여 상기 환상의 유체공급구(4e)에서 2차유체가 흡입되고, 1차 및 2차유체가 혼합된 혼합유체는 후단의 혼합유체 유출구(16)를 통하여 분출되는 구성이다.

이와 같이 1차유체가 분출되는 노즐(15a)이 중앙에 위치하고 2차유체가 흡입되는 유체공급구(4e)가 고리형태인 환상으로 구성되는 이 실시예는 종래의 표준형 이젝터(Standard Ejector)와 구조 및 작용이 동일하다.

도 7은 본 발명에 따른 유체공급장치 구성을 위한 중공축과 회전익 제7실시예의 개념도이다.

이 실시예에서는 회전익(1)이 중공축에 직결되지 않고, 중공축(2)에는 그 내부에 공간이 구비된 중공의 원판(3)이 직결되며, 상기 원판(3)에 회전익(1)이 설치되고, 유체공급구(4)와 상기 중공축(2)의 개방된 일측은 상기 원판(3)과 회전익(2) 내부의 공간을 통하여 서로 연통되는 구조이다.

이 실시예는 원심펌프의 회전차와 유사한 형태이므로 원심형의 유체흐름을 형성하는데 적합하며 1차유체내에서 작동하여 중공축(2), 중공원판(3), 회전익(2) 및 유체공급구(4)를 통하여 2차유체를 자흡하여 혼합 및 반응이 이루어지는 과정은 다른 실시예와 유사하다.

비중과 점도가 큰 유체인 물을 이송하는 펌프에서는 캐비테이션(Cavitation) 현상으로 회전차와 케이싱의 침식 및 진동으로 기계적인 문제가 발생되며, 특히 흡입양정이 크고 회전속도가 빠른 펌프에서 캐비테이션은 많은 문제가 되고 있다.

이 실시예에 따른 유체이송장치의 회전익(1)과 원판(3)의 조합장치에 수류유입구(19)를 구성하여 펌프의 회전차로 이용하면, 상기 수류유입구(19)를 통하여 유입된 수류가 상기 회전익(1) 후면의 상기 유체공급구(4a)에서 분출되어 회전익(1) 후면에 발생되는 부압을 상쇄시키므로 미세한 에어포켓(Air Pocket)이 발생되는 케비테이션 현상이 방지된다. 이 실시예를 펌프에 적용할 경우에는 상기 중공축(2)은 일반적인 축으로 구성하는 것이 바람직하다.

도 8은 본 발명에 따른 유체공급장치의 구성을 위한 여러 가지 실시예의 회전익 단면도에 관한 것이다.

이 실시예의 회전익들은 그 내부가 비어있고 외관은 유체기계에서 일반적으로 사용되는 평판 형태로 구성된 회전익이거나, 또는 그 단면이 원형, 타원형, 유선형의 관(PIPE)으로 구성된 것이다.

도(A)는 그 내부가 비어 있는 판상(板相) 회전익의 단면도로 상기 판상의 회전익은 그 형태를 원심류형, 사류형, 축류형으로 다양하게 구성할 수 있다.

도(B)는 하나 이상의 원형 중공관을 중공축의 내부와 연통되도록 일정 간격 이격시켜서 설치한 회전익에 관한 것이며, 도(C)는 유체저항을 줄이기 위하여 회전익의 단면을 유선형의 중공관으로 구성한 실시예이다. 상기 도(B)와 도(C)의 회전익은 교반력이 크게 소요되지 않고 2차유체의 공급을 위주로 하는 회전익으로 적합하다.

도(D)는 그 단면이 원형인 관을 다수개 밀착되도록 중첩하여 회전익을 구성한 것으로 경량의 부재를 이용하여 구조적으로 안정된 회전익을 실현할 수 있다.

도(E)는 하나이상의 관에 판재를 조합하여 구성한 것으로, 상기 판재에 의하여 도(B)의 회전익보다 교반력이 강화될 수 있으며, 상기 판재의 외곽부분은 1차유체가 유체공급구측으로 유도될 수 있도록 절곡시키는 것이 바람직하다.

도(F)는 원형관을 U자형 단면의 판재내부에 설치하여 구성된 회전익으로 회전익이 회전하면서 수류를 모아서 상기 원형 중공관의 끝부분에 구성된 개구부 즉, 유체공급구에 집중시켜서 유체흡입능력을 증대시키는 실시예의 단면도이다. 상기 유체공급구와 상기 판재의 형상은 수류의 집중에 유리하도록 포물선형태로 구성하는 것이 바람직하다.

상기, (A)내지 (F)의 실시예에서 상기 회전익은 포물선형, 타원형등 1차유체내에서 회전하기에 유리한 형태로 구성할 수 있으며, 상기 (B)내지 (F)의 실시에에서는 끝부분을 엘보등의 곡관형태로 구성하여 1차유체내에서 회전할때에 유체공급구에서 부압의 형성에 유리한 구조로 할 수 있다.

도 9는 본 발명에 따른 유체공급장치를 이용한 포기장치 제1실시예의 개념도이다.

이 실시예는 유체공급구(4)가 구비된 회전익(1)이 설치된 중공축(2)의 개구부측에 구동모터(5)의 구동축(6)이 직결되고, 상기 중공축(2)의 개구부측과 상기 구동축(6) 사이의 공간을 통하여 공기가 공급되는 구성이다.

이 실시예에서는 상기 구동축(6)과 중공축(2)이 회전함에 따라 상기 구동축(6)과 상기 중공축(2)을 연결하는 연결부[도면미표기]에서 저항이 증가되고, 상기 단면도에서와 같이 구동축(6)을 상기 중공축(2) 하단의 밀폐부까지 연장하여 연결하는 경우에는 구동축(2)이 길어지고 중량이 증가되는 문제점이 있다.

상기 중공축(2)의 개구부측과 구동모터(5) 사이의 상기 구동축(6) 주변의 공간을 공기체임버(9)로 밀폐시키고, 상기 공기체임버(9)에는 공기공급밸브(8)가 구비된 공기공급관(7)을 연결하여, 상기 공기공급밸브(8)를 개폐작동하므로써 공기가 공급되는 포기교반조건과 공기공급이 중단되는 비포기교반조건을 교차 반복할 수 있는 간헐포기장치를 실현할 수 있다.

도 10은 본 발명에 따른 유체공급장치를 이용한 포기장치 제2실시예의 개념도이다.

이 실시예는 도 9의 실시예에서와 같이 구동축의 길이가 길어지거나 중공축과 구동축간의 연결부에서 저항이 증가되는 문제를 해소하기 위한 것으로, 구동모터(5)의 구동축(6) 자체를 중공축으로 구성하고 회전익(1)이 구비된 중공축(2)과직결시킨 것이다.

상기 구동모터(5)의 상부에 공기체임버(9), 공기공급관(7) 및 공기공급밸브(8)를 설치하여 간헐포기장치로 구성할 수 있다.

도 11은 본 발명에 따른 유체공급장치를 이용한 포기장치 제3실시예의 개념도이다.

이 실시예는 중공축(2)의 개방된 일측을 대기와 연통시키고, 구동모터(5)의 구동축(6)은 상기 중공축(2)의 밀폐된 일측에 연결시켜서 공기흡입 저항이 감소되도록 구성한 것이다. 이 실시예의 상기 구동모터(5)는 반드시 수중모터로 구성되어야 하며, 상기 중공축(2)을 대기와 연통되도록 노출시켜 자흡식 포기장치를 구성하며, 상기 중공축(2)의 대기와 연통되는 부분에 공기체임버(9), 공기공급관(7), 공기공급밸브(8)를 구비하여 간헐포기장치로 구성할 수 있다.

도 12는 본 발명에 따른 유체공급장치를 이용한 포기장치 제4실시예의 개념도이다.

이 실시예에서는 입축형의 중공축(2) 상부에는 구동모터(5)의 구동축(6)을 직결시키고, 상기 중공축(2) 하부의 개방된 다른 일측에는 공기체임버(9a)를 설치하고, 상기 공기체임버(9a)에는 공기공급관(7a)과 연통시켜서 외부에서 상기 공기공급관(7, 7a) 및 공기체임버(9)를 통하여 상기 중공축의 내부로 공기가 공급되도록 한 것이다.

여기서 하부의 공기체임버(9a)와 상부의 공기체임버(9)가 서로 연통되도록 연결시키는 상기 공기공급관(7a)은 상기 하부의 공기체임버(9a)를 구조적으로 안정되게 지지할 수 있도록 다수개의 소구경관으로 구성하여 견고하게 설치하는 것이 바람직하다.

상기 다수개의 소구경 공기공급관(7a)들은 하나의 대구경관으로 구성하고 상기 공기체임버(9a)와 대구경 공기공급관의 연결부는 장치의 인양과 탈착을 용이하게 하는 탈착장치[도면미표기]를 설치할 수 있으며, 공기공급밸브(8)에 의하여 간헐포기장치를 구성하는 것은 다른 실시예에서와 같다.

도 13은 본 발명에 따른 유체공급장치에 의한 포기장치 제5실시예의 개념도이다.

이 실시예는 본 발명에 따른 회전익(1)이 구비된 중공축(2)의 내부에 공기를 공급하는 교반 및 포기장치에 관한 것으로, 상기 회전익(1)과 중공축(2)은 수류공급구(12)와 포기수류 공급구(13)가 구비되어 교반수류를 유도하는 케이싱(11)의 내부에 설치되고, 설치수심은 4～6m의 비교적 깊은 수심에 설치되며, 외부에서 상기 공기공급관(7)을 통하여 송풍기로 공기를 압송하거나 또는, 공기를 자흡하여 포기 및 교반시킬 수 있는 구성이다.

상기 제1내지 제5실시예의 포기장치는 반응기에 충전된 유동상담체등과 충돌되지 않고 수류의 흐름이 원활하게 통과할 수 있는 망체를 그 주위에 구비하거나, 수류의 흐름이 일정 방향으로 유도할 수 있는 다양한 형태의 케이싱을 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 유체공급장치는 교반수단과 약품공급수단이 일체화되므로 장치구성이 단순하고 시설비와 운영비가 경제적이다. 다음 아래에 열거한 다양한 형태의 반응에 적용될 수 있으며, 미반응상태로 유체와 약품이 유출되는 단락(Short Circuit)이 감소될 수 있다.

-액체에 O₃가스, Cl₂가스등의 반응성 기체를 공급하여 교반시키는 반응장치

-액체에 액체 또는 미분체를 공급하여 교반시키는 응집공정, 흡착공정, 식 품가공공정, 화학반응공정

-액체에 미분체를 공급하여 교반시키는 반응으로 폐수에 분말활성탄 또는 -제올라이트 미분체를 투입하여 유기물, 색도유발물질, NH₃를 흡착하는 흡 착반응공정 등

-액체에 액체를 공급하여 교반시키는 반응으로 폐수에 액상의 응집제, 산 화환원제 또는 산 알카리를 투입하여 혼합하는 응집반응, 산화환원반응, 중화반응 등

-기체에 기체, 액체 또는 미분체를 공급 및 혼합시키는 가스세정탑, 배기 가스 탈황시설, 화학공정등

특히, 상기 유체이송장치를 이용하는 본 발명에 따른 포기장치는 공기자흡기능과 교반기능이 구비되며, 소음과 액적비산등의 2차 오염이 발생되지 않고, 송풍기 및 송풍기동 건축물이 생략되므로 시설비와 건축비를 절감하고 유지관리가 용이하며, 질소와 인을 제거하는 간헐포기방법을 간편하게 실현할 수 있고, 포기동력효율이 우수하다.

Claims (10)

1. 내부에 공간이 구비되고 어느 일측이 개방되어 있는 중공축에는 그 내부에 공간이 구비된 하나 이상의 회전익을 설치하고, 상기 회전익에는 하나 이상의 유체공급구를 구성하며, 상기 중공축의 개방된 어느 일측과 상기 유체공급구는 상기 중공축 및 회전익 내부의 공간을 통하여 서로 연통되고, 상기 중공축의 개방된 어느 일측은 다른 유체 또는 미분체의 공급원과 연통되며, 상기 중공축의 어느 일측은 구동모터의 구동축과 연결되어, 유체가 충전된 반응기에서 작동되도록 설치되는 것을 특징으로 하는 자흡기능과 교반기능이 구비된 유체공급장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 회전익에는 상기 유체공급구 측으로 이동하는 유량과 유속이 증대되도록 하는 유체유도수단을 설치하는 것을 특징으로 하는 자흡기능과 교반기능이 구비된 유체공급장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 중공축에는 그 내부에 공간이 구비된 중공의 원판을 설치하고, 상기 회전익은 상기 원판에 설치하며, 상기 중공축의 개방된 어느 일측과 상기 유체공급구는 상기 회전익과 상기 원판 내부의 공간을 통하여 서로 연통되도록 구성하는 것을 특징으로 하는 자흡기능과 교반기능이 구비된 유체공급장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 회전익은 그 단면이 원형 또는 유선형으로 성형된 하나 이상의 관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 자흡기능과 교반기능이 구비된 유체공급장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 회전익은 그 단면이 원형 또는 유선형인 하나 이상의 관과 판재를 조합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 자흡기능과 교반기능이 구비된 유체공급장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 중공축에는 유체공급구가 구비되는 것을 특징으로 하는 자흡기능과 교반기능이 구비된 유체공급장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 중공축에 설치되는 회전익은 그 내부가 밀폐되고 한겹으로 구성된 회전익인 것을 특징으로 하는 자흡기능과 교반기능이 구비된 유체공급장치.
8. 제1항의 유체공급장치를 수중에 설치하여 작동하고, 상기 중공축의 개방된 일측은 대기와 연통시키는 것을 특징으로 하는 포기장치.
9. 제8항에 있어서, 상기 중공축의 개방된 일측에는 자동밸브가 구비된 공기공급관을 설치하여 간헐포기장치로 구성하는 것을 특징으로 하는 포기장치.
10. 제8항에 있어서, 상기 중공축의 개방된 일측은 공기공급관에 의하여 공기를 압송하는 송풍기의 토출구와 연통되도록 연결하는 것을 특징으로 하는 포기장치.