KR20090106403A - 액체를 처리하는 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

액체를 처리할 방법에서, 처리될 액체는 공간(12)에 유입된다. 가스가 기계적 캐비테이션 장치(17)의 표면 지역에 공급되고 상기 기계적 캐비테이션 장치(17)를 동작시킴으로써 상기 가스가 상기 액체에 유입되면서, 상기 기계적 캐비테이션 장치(17)가 상기 액체에 작용한다. 적어도 하나의 음향 전력 트랜스듀서(26,28)에 의해서 음파가 상기 액체에 바로 유입된다.
Figure P1020097015850
캐비테이션 장치, 음향 전력 트랜스듀서, 가스, 폐수, 오존, 정화

Description

액체를 처리하는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR TREATING A LIQUID}
본 발명은 액체를 처리하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액체에 가스를 유입시키는 방법에 관한 것이다.
가스를 액체에 부가하는 것은 여러 가지 목적을 위해 유용하다. 예를 들어, 가스와 액체 사이 또는 액체 속에 함유된 물질과 가스 사이의 화학작용을 가능하게 한다. 그 중, 식수 및 하수 등의 물의 처리가 하나의 사용가능한 목적이다. 여기에서, 적절한 반응가스를 유입하여 포함된 세균을 감소시킬 수 있다.
액체에 유입되는 가스의 양의 비를 효과적으로 증가시킴에 있어서 기술적인 문제점이 있다. 이 비율이 높아짐에 따라서, 가스와 액체 사이의 화학반응이 일어나는 정도가 점점 커진다. 그러므로, 초음파를 이용하여 액체에 유입된 가스의 분포를 유지시키는 방법과 관련한 논의들이 오랫동안 있어 왔다.
본 발명의 목적은 가스를 액체에 유입하는 효과적인 방법을 제공한다.
이를 위해서, 처리될 액체를 공간에 유입시키는 단계, 가스를 기계적 캐비테이션 장치의 표면 지역에 공급하고 상기 기계적 캐비테이션 장치를 동작시킴으로써 상기 가스를 상기 액체에 유입시키면서, 상기 기계적 캐비테이션 장치가 상기 액체에 작용하도록 하는 단계, 및 적어도 하나의 음향 전력 트랜스듀서에 의해서 음파를 상기 액체에 바로 유입시키는 것을 포함하는 액체를 처리하는 방법을 제공한다.
사실, 상기 가스의 상기 액체로의 유입은 두 단계로 이루어진다. 첫 째, 상기 캐비테이션 장치에 의하여 상기 가스와 상기 액체가 혼합된다. 이 단계에서, 평균 기포크기는 여전히 크다. 상기 가스가 특히 가스 공급 파이프에 의해서 상기 캐비테이션 장치의 표면에 바로 유입되기 때문에, 상기 캐비테이션 과정을 통해 상기 가스의 전체적인 양이 상기 액체의 양과 실질적으로 같다. 두 번째 단계로서, 상기 음향 전력 트랜스듀서에 의해서 상기 액체로 유입되는 음파는 가스 기포의 크기를 줄인다. 따라서, 평균 기포 크기가 상기 액체 전반에 걸쳐 현저하게 줄어든다. 상기 캐비테이션 장치의 동작과 상기 공간의 음파로의 노출은 상기 가스를 유입하는 과정과 상기 기포 크기를 줄이는 과정을 동시에 발생하게 한다. 이러한 방법을 통해서, 상기 가스는 음향화학적인 용해를 통하여 높은 비율로 상기 액체에 분자적으로 분산되어 용해된다. 상기 가스는 순수한 물질 또는 혼합 물질로 상기 용해에 참여할 수 있다.
이러한 방법을 이용하여, 평균분자크기(예, 50 마이크로미터 이하)가 얻어지며, 나노미터 또는 옹스트롬 범위의 고배율 기포가 만들어진다.
기존의 공지된 방법과 비교할 때, 본 발명의 방법에 따르면, 가스가 현저하게 높은 비율로 상기 액체에 유입된다.
상기 액체가 유입됨에 따라, 상기 공간은 상기 액체로 완전히 채워져, 음파는 상기 공간을 통해 전파되며, 전 방위에서 상기 액체에 반사될 수 있도록 한다. 상기 액체 상부에 가스 공간이 생성되지 않도록 가스의 양을 조절하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 음향 전력 트랜스듀서는 압전소자로 이루어지며, 예를 들어 디스크 형태의 설계를 갖는다.
하나, 둘 또는 여러 개의 음향 전력 트랜스듀서를 상기 공간에 배치시킬 수 있다. 상기 음향 전력 트랜스듀서의 각각은 상기 액체에 직접 접촉하여 음파가 상기 액체로 직접 발산되도록 한다. 상기 언급된 직접적인 접촉은, 소노트로드의 경우에서처럼, 상기 전력 트랜스듀서로부터의 진동이 임의의 도전성 고체부(conducting solid part)에 의해 상기 액체로 유입되지 않음을 의미한다. 오히려, 상기 액체가 상기 전력 트랜스듀서, 즉 초음파원에 직접적으로 인가된다.
바람직하게는, 상기 음향 전력 트랜스듀서는 여러 주파수를 갖는 음파를 발산하다. 다수의 전력 트랜스듀서가 구비되는 경우, 각각의 전력 트랜스듀서는 같은 주파수 범위 또는 다른 주파수 범위의 음파를 발생시킨다. 상기 혼합 주파수가 상기 액체에 작용함으로써 다량의 가스를 용해시킬 수 있다.
바람직하게는, 음파의 주파수는 초음파의 범위, 특히, 400kHz 및 1500kHz의 범위에 있다. 600kHz 및 1200kHz 사이의 주파수는 특별한 경우에 사용된다.
본 발명의 바람직한 실시 예에서, 상기 음향 전력 트랜스듀서는 가스 기포가 분리되고 상기 가스가 가능한 한 효과적인 방법으로 상기 액체에 용해되도록 선택된 펄스구간을 사용한 펄스 형태로 동작한다. 다수의 음향 전력 트랜스듀서가 구비되는 경우, 전체 또는 그들의 일부만이 같거나 또는 다른 펄스 구간 및 펄스 주파수를 이용하여 펄스 형태로 동작할 수 있다.
상기 음파를 상기 액체에 다시 반사시키는 음파용 반사기를 상기 공간에 배치시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 기계적 캐비테이션 장치는 회전운동을 하는데, 그 이유는 간단한 방법으로 양호한 캐비테이션 효과를 이룰 수 있기 때문이다. 바람직하게는, 유동체(flow body)가 상기 기계적 캐비테이션 장치를 위해 이용되는데, 상기 유동체는 가장 높은 캐비테이션 효과를 얻기 위하여 그것의 표면을 따라 최대 가능한 유속을 갖는 지역을 만드는 모양을 갖는다. 따라서, 가스가 상기 액체와 양호하게 혼합된다.
상기 기계적 캐비테이션 장치는 디스크 또는 원반 형태로 설계된다. 여기에서, 타원형태의 포켓과 같은 특정구조를 갖는 디스크가 매우 높은 유속이 전개되는 지역에서 이용된다.
가스는 상기 캐비테이션 장치의 표면에서 가장 높은 유속의 범위를 갖는 지역에 공급된다. 이것은 완전한 혼합이 이루어지도록 하기위해서이다. 이것은 상술된 구조를 갖는 지역 또는 그 밖에 상기 디스크의 가장자리 영역에서 이루어진다.
바람직한 실시 예에서, 상기 액체는 상기 공간을 통하여 흐른다. 즉, 상기 방법은 고정된 액체 보다 쓰로 플로우 원리(throughflow principle)를 따라 각 장치를 통하여 흐르는 액체에 적용된다.
본 발명에서, 상기 용어 “공간”은 넓은 의미로 이해되어야만 한다. 상기 공간은 상기 캐비테이션 장치 주변의 연속적인 용적에서 상기 음향 전력 트랜스듀서 주변의 용적까지를 의미한다. 이들 용적은 상호 인접되어 있거나 임의의 거리를 두고 이격될 수 있다. 상기 거리는 상기 캐비테이션 장치에 의한 가스의 액체로부터의 탈기(outgassing)에 의해서도 결정될 수 있다. 상기 공간은 캐비테이션 장치 및 상기 음향 전력 트랜스듀서(들)이 배열되어 있는 약간 큰 단일 챔버에 의해서 형성될 수 있다. 또한, 상기 공간은 도관으로 연결된 다수의 챔버들에 의해서 형성될 수도 있다. 이 경우, 상기 캐비케이션 소자 및 상기 음향 전력 트랜스듀서는 각각 개별적인 챔버에 배치된다. 그러나, 중요한 것은 초음파의 효과가 상기 캐비테이션 장치에까지 미친다는 것이다. 상기 캐비테이션 장치 및 상기 음향 전력 트랜스듀서를 구비하는 전체 공간이 상기 음향 전력 트랜스듀서의 음파에 의해서 가능한 한 균일하게 트래버스(traversed)된다면 바람직하다.
바람직하게는, 상기 캐비테이션 장치가 상기 음향 전력 트랜스듀서의 상류에 배치되어 상기 캐비테이션 장치에 의해 상기 액체에 유입된 상대적으로 큰 기포가 상기 음향 전력 트랜스듀서(들)의 음파에 연속적으로 포획되어 부서지며, 상기 가스는 용해된다.
상기 캐비테이션 장치 및 상기 음파를 이용한 처리 전에 가스가 액체로부터 분리될 수 있다. 이것은 사전에 액체로부터 제거된 타 가스에 의해서 유입된 가스의 용해도가 증가하는 이점이 있다.
가스를 제거하기 위하여, 적어도 하나의 음향 전력 트랜스듀서는 상기 캐비테이션 장치의 상류에 배치될 수 있다. 바람직하게는, 이러한 음향 전력 트랜스듀서는 상기 캐비테이션 장치의 하류에 배치된 상기 음향 전력 트랜스듀서에 추가로 구비될 수 있다. 음향 전력 트랜스듀서를 이용하여 가스를 제거하는 것은 매우 효과적이다. 이러한 방법으로, 상기 캐비테이션 장치에 도달한 액체는 대부분 가스를 함유하고 있지 않다. 따라서, 상기 액체는 다시 높은 정도로 가스를 함유할 수 있다.
상기 액체가 가스 주입시 발생하는 손실 없이 상기 캐비테이션 장치 및 상기 음향 전력 트랜스듀서 사이를 통과하는데 걸리는 시간은 최대 10초 걸린다.
상기 가스는 공급과 저장을 용이하게 하는 액체형태로 시스템에 공급될 수 있다. 예를 들어, 액화산소가 사용되는 경우, 상기 캐비테이션 장치 및 주변 액체는 효과적으로 냉각되며, 이 냉각효과는 액체의 온도를 강제적으로 낮추기 때문에 상기 액체안의 가스의 용해도를 증가시킨다.
본 발명에 따른 방법은 물, 특히, 음료수 또는 폐수를 처리할 때 매우 적합하게 이용된다.
이를 위하여, 상기 가스는 오존과 같은 산화성을 갖는 적어도 하나의 가스를 함유한다.
상기 오존을 생성하기 위하여, 상기 가스를 상기 캐비테이션 장치에 공급하기 전에 자외선을 이용하여 상기 가스를 처리할 수 있다. 상기 가스가 산소나 공기인 경우, 상기 자외선의 조사는 상기 산소를 오존으로 변환시킨다. 이 경우, 상기 가스가 상기 액체에 접촉하기 직전까지 높은 반응성을 가진 오존은 생성되지 않는 이점이 있다. 예를 들어, 상기 자외선 처리는 상기 캐비테이션 장치에서 또는 상기 가스 공급 시스템의 다른 장소에서 상기 가스의 방출직전에 실행될 수 있다. 자외선 램프는 이러한 목적을 위해서 이용될 수 있다. X-ray나 감마 방사선의 조사가 가능하다.
예를 들어, 본 발명에 따른 방법은 상기 액체로부터 세균을 제거하기 위하여 또는 통상적으로 박테리아, 바이러스, 곰팡이 포자, 독소, 또는 내분비물을 교란시키는 물질을 파괴하기 위하여 또는 단백질을 제거하기 위하여 채용될 수 있다. 또한, 물이나 폐수뿐만 아니라, 액체에서 가스를 제거하기 위하여 이용될 수 있다.
또한, 본 발명은 상술한 방법 중 임의의 것을 실행하는 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 공간, 상기 공간에 배치되는 기계적 캐비테이션 장치, 상기 기계적 캐비테이션 장치의 표면의 바로 가까이에서 개방되는 출구를 갖는 가스 공급 수단, 및 상기 공간에 배치되며 상기 공간으로 직접 음파를 방출하도록 배열되는 음향 전력 트랜스듀서를 구비한다. 상기 액체를 처리하기 위하여, 바람직하게, 상기 공간은 완전히 액체로 채워져, 상기 기계적 캐비테이션 장치의 동작은 상기 액체에서캐비테이션을 야기시키며, 상기 음향 전력 트랜스듀서(들)는 상기 액체에 직접 접촉하여 음파를 상기 액체에 바로 결합시킨다.
상기 캐비테이션 효과를 결합시키기 위하여, 바람직하게, 상기 공간은 상기 캐비테이션 장치 지역에서 비 축대칭 횡단면을 갖는다. 예를 들어, 상기 횡단면은 다각형일 수 있다.
본 발명의 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 기술된 바람직한 실시 예 에 대한 이하의 설명으로부터 명확해질 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 실행하는 장치를 부분적으로 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 장치를 부분적으로 보여주는 상 단면도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 장치에서 이용되며 본 발명에 따른 방법을 실행하는 기계적 캐비테이션 장치를 보여주는 도면이다.
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 장치 및 방법에서 이용되는 음향 전력 트랜스듀서를 보여주는 도면이다.
도 7 및 도 8은 도 5 및 도 6의 음향 전력 트랜스듀서에 이용되는 압전소자를 보여주는 도면이다.
도 1은 액체에 가스를 포함시킴으로써 액체를 처리하는 방법을 실행하는 장치를 도시한다.
액체를 수용하는 공간(12)은 입구(14) 및 출구(16)를 갖는다. 본 예에서, 상기 공간(12)은 하나의 단독실 (sinngle chamber)의 형태를 가진다.
상기 액체를 처리하는 방법은 통기원리(throughflow principle)에 따라서 수행된다. 즉, 액체는 균일한 유속으로 상기 입구(14)를 통하여 상기 공간(12)으로 흘러들어가고, 상기 출구(16)를 통하여 상기 공간(12)로부터 흘러나온다. 상기 입구(14) 및 상기 출구(16)는 상기 공간(12)에서 대응하는 측에 배치되며 축방향(A)으로 서로 옵셋된다. 동작 시, 장치(10)는 상기 입구(14)가 상기 공간(12)의 하단 에 위치되도록 조절된다.
상기 장치(10)가 동작할 때, 상기 전체 공간(12)은 액체로 완전히 채워진다.
상기 입구(14) 근처에는 수평적으로 그리고 회전 가능한 원반 모양의 디스크 형태를 갖는 기계적 캐비테이션 장치(17)가 위치된다. 상기 원반 모양의 디스크는 유동체로서 형성되며, 날카로운 주변 가장자리에서 서로 만나는 대응하는 볼록 측면을 구비한다. 상기 기계적 캐비테에션 소자(17)는 중공형 축(18)에 의하여 연속적으로 제어 가능한 모터(20)에 연결된다. 상기 제어 가능한 모터(20)는 상기 캐비테이션 장치(17)의 회전속도를 결정한다. 상기 캐비테이션 장치(17)는 상기 액체 속에 완전히 함침 되어 액체 속에서 캐비테이션이 발생하도록 빠르게 움직인다.
상기 중공형 축(18) 내측에는, 가스 공급 파이프(21)가 형성된다. (도 1 및 도3 참조). 상기 가스 공급 파이프(21)는 가스 공급 수단의 일부이며, 상기 가스 공급 수단은 가스가 상기 캐비테이션 장치(17)의 표면으로 인도되어 액체 속으로 유입되도록 하는 장치이다. 이를 위하여, 상기 가스 공급 파이프(21)는 상기 공간(12)의 외측에 개방되며 가스 공급기 (도시되지 않음)에 연결될 수 있는 덕트(22)와 연결된다.
상기 가스는 액화 가스의 온도에 따라 액체형태로 공급될 수 있다. 상기 액화가스가 상기 덕트(22)로 유입될 때 이미 가스형태를 갖는 것이 바람직하다. 액화 산소와 같은 냉각된 액화가스를 사용한다면, 가스 공급 수단이 상기 장치(10) 전체의 냉각과 그에 따른 상기 공간(12) 내의 액체의 냉각에 동시에 기여할 수 있다.
도 3 및 도 4는 상기 캐비테이션 장치(17)의 구성의 일 예를 보여준다. 상기 캐비테이션 장치(17)는 유동체로서 형성된 디스크의 형태를 가지며, 전면(40)은 상기 후면(42)보다 큰 볼록면의 곡률을 갖는다. 두 개의 타원형의 포켓(44)이 상기 캐비테이션 장치(17)의 전면(40)에 구비된다. 상기 후면(42)은 다수의 포켓(46)이 형성되어 있는데, 상기 다수의 포켓(46)은 주변에서 약간씩 서로 오프셋 되어있으며, 상기 포켓(44)의 영역에서 상기 캐비테이션 장치(11)의 전면(40) 및 상기 후면(42) 사이에 개구부가 형성될 수 있도록 상기 포켓들(44,46)의 깊이가 선택된다. 도 4에서, 이들 양 개구부는 참조번호 48로 표기된다. 이러한 설계에 의하여, 매우 높은 유속이 상기 캐비테이션 장치(17)의 주변 가장자리부의 뿐만 아니라 상기 포켓(44,46)의 영역에 전개된다. 결과적으로, 캐비테이션 효과가 특히 이들 위치에서 매우 높이 나타난다.
가스 공급 파이프(21)는, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 캐비테이션 장치(17)의 표면에서 바로 개방된다.
공급될 가스는 상기 덕트(22)를 통하여 유동하며, 상기 덕트(22)는 가로축 홀(25)에 의하여 상기 중공형 축(18)과 연결된다. 상기 모터(20) 및 상기 캐비테이션 장치(17) 사이에 배치된 가스 공급 수단은 이 경우 하우징(23)에 배치되며, 상기 하우징(23)은 상기 중공형 축(18)을 감싸며, 상기 캐비테이션 장치(17)를 상기 모터(20)에 연결시킨다. 상기 가스 공급 파이프(21)는 다수의 개방 채널(50)의 형태로 형성된 출구에 위치하는 상기 캐비테이션 장치(17)의 내측에서 종결되는데, 상기 다수의 개방 채널(50)은 중심축 M을 향해 사선으로 지향되며, 각 채널은 상기 캐비테이션 장치(17)의 표면까지, 특정 예에서는, 상기 포켓(46)의 내측의 표면까 지 연장된다. 상기 가스는 상기 가스 공급 수단을 통하여 운반되어 상기 캐비테이션 장치(17)의 표면에 바로 나타나며 가장 큰 캐비테이션 효과를 갖는 지역의 액체에 유입된다. 개방 채널(50)의 출사각 α (수직선에 대하여 측정된 각)은 본 명세서에서 대략 50도 정도이지만, 어플리케이션의 각 목적에 따라 변경될 수 있음은 물론이다.
상기 캐비테이션 장치의 표면 바로 가까이에서 진행된 것과 같은 가스 공급은, 상기 캐비테이션 장치를 통해서 뿐만 아니라, 다른 장소에서도 효과적으로 실현될 수 있다.
상기 캐비테이션 장치(17) 영역에 있는 상기 공간(12)의 단면 (도 1 참조)은 원의 형태를 갖지 않기 때문에, 축대칭을 이루지 않는다. 예를 들어, 상기 공간(12)의 단면은 삼각형, 사각형, 또는 오각형 등의 다각형의 형태를 가질 수 있다. 이것은 상기 캐비테이션 장치(17) 주변에서 와류가 형성되는 것을 막음으로써 캐비테이션 효과를 증가시키는 역할을 한다.
상기 공간(12)은 벽(24)에 의해서 에워싸여 상기 공간(12)내의 액체를 보존한다. 상기 공간(12)은 상기 캐비테이션 장치(17)가 배치된 챔버로부터 이격되며, 연결도관을 구비한다.
본 발명의 상기 공간(12)은 짧은 연결 단편(30,32)들을 구비하며, 상기 짧은 연결 단편(30,32)들은 90도 구부러지며 그것의 각각은 그것에 연결된 음향 전력 트랜스듀서(26,28)들을 구비한다. 상기 짧은 연결 단편(30,32)들은 상기 음향 전력 트랜스듀서(26,28)들을 상기 캐비테이션 장치(17)를 포함하는 챔버에 연결한다. 상 기 음향 전력 트랜스듀서(26,28)들은 본 발명에 따른 초음파 트랜스듀서의 형태를 가지며, 약 400kHz 내지 약 1500kHz의 주파수 범위에서 동작하며, 바람직하게는 약 600kHz 내지 약 1200kHz의 주파수 범위에서 동작한다. 상기 짧은 연결 단편(30)은 상기 챔버의 주변부 방향으로 입구(14)에 대해 90도 오프셋되어 상기 입구(14)의 수준으로 개방되며, 상기 짧은 연결 단편(32)은 출구(16)에 대해 90도 오프셋되어 상기 출구(16)의 수준으로 개방된다. 상기 음향 전력 트랜스듀서(26,28)는 축방향으로 서로 이격되어, 임의의 음향 전력 트랜스듀서의 음파가 타 전력 트랜스듀서에 직접 인가될 수 없도록 한다. 상기 음향 전력 트랜스듀서는 기본파동으로서의 초음파 에너지를 상기 액체 및 상기 캐비테이션 장치(17)에 인가하며, 더욱 상세하게는, 각 디스크 형태를 갖는 전력 트랜스듀서(26,28)의 양측에 인가된다.
상기 음향 전력 트랜스듀서(26,28) 각각은 다른 주파수를 갖는 스펙트럼을 동시에 방출한다.
적어도 상기 음향 전력 트랜스듀서(28) 및 선택적으로 상기 음향 전력 트랜스듀서(26)도 마찬가지로 연속적인 동작대신 상기 공간(12), 상기 사용된 가스, 및 상기 사용된 액체의 각 형태에 적합한 펄스 주파수 및 펄스 구간을 가진 펄스형태로 동작한다.
도 5 및 도 8은 상기 음향 전력 트랜스듀서(26,28)에 채용될 수 있는 구성의 일 예를 보여주는 도면이다.
압전물질로 구성된 디스크 형태의 액추에이터(60)가 하우징(62)안에 배치된다. 여기에서 상기 하우징(62)은 바람직하게 전기적으로 비 도전성 세라믹 또는 플 라스틱 물질로 만들어진다. 양측의 정면(64)은 전기적으로 도전적인 접촉 층, 이 경우, 실버층(66)으로 코팅된다. 상기 가장자리 주변의 원형의 지역을 제외하고, 상기 양측의 정면(64)은 화학적으로 불활성인 보호층(68), 특히 불활성 가스로 코팅되며, 상기 보호층(68)은 액체와 접촉하는 상기 액추에이터(60)의 전체 영역을 커버한다. 상기 전기적 도전층(66)은 상기 압전물질에 접촉시키고 여기 시킨다. 상기 전기적 도전층(66)은 공지된 방법으로 가감 전압 발전기에 연결된다.
상기 액추에이터(60)는 상기 보호층(68) 및 상기 전기적 도전층(66) 사이의 전이가 탄성 개스킷(70)에 의해서 밀봉될 수 있도록 상기 하우징(62)에 삽입된다.
상기 액체가 상기 하우징(62)으로 흘러들어와 상기 액추에이터(60)에 직접적으로 접촉한다. 결과적으로, 상기 음향 전력 트랜스듀서는 상기 음파를 상기 액체에 직접 인가시킬 수 있다.
가스를 상기 액체에 함유시키기 위해서, 상기 캐비테이션 장치(17)는 캐비테이션 효과가 상기 액체 속에 발생되도록 매우 빠르게 회전된다. 가스는 상기 가스 공급 수단을 통하여 상기 캐비테이션 장치(17)의 표면에 가이드 된다. 상기 캐비테이션 효과는 유입된 전량의 가스가 상기 액체에 공급되도록 한다. 예를 들어, 상기 유입된 가스의 양은, 15℃의 온도를 갖는 우물물 내의 산소의 경우, 285 g/h가 될 수 있다. 이 경우 평균적인 기포 크기는 여전히 상대적으로 크다. 상기 전체 공간이 상기 음향 전력 트랜스듀서(26,28)의 음파로 가득차 있기 때문에, 상기 캐비테이션에 의해서 발생된 기포는 순간적으로 소리에너지에 의해서 영향을 받으며, 그 과정에서 분리되어, 나노미터 범위의 평균기포사이즈를 갖으며 기포의 대부분은 옴스트롱의 파장 범위에서 발생된다. 이것은 상기 유입된 가스의 대부분이 분자적으로 분산되어 상기 액체에 용해되는 결과를 가져온다. 그러므로 유입된 가스의 대부분이 상대적으로 긴 시간 동안 상기 액체에 남아있게 된다. 이러한 음향화학적 처리는 종래 방법을 이용한 것보다 상기 액체에 용해되는 상기 가스의 비율을 더 증가시킨다. 본 발명에 따른 두 단계의 과정은 상기 캐비테이션 장치(17)를 통하여 가스를 유입시킨 다음 상기 음향 전력 트랜스듀서(26,28)에 의해서 발생된 음파에 의해서 액체 속에 이미 유입된 가스 기포를 처리하는 하는 것이다.
상기 방법은 쓰루 플로우 원리(throughflow principle)로 진행되기 때문에, 도관에 의해서 단지 연결되기만 한 여러 가지 챔버들안에 상기 캐비테이션 장치(17) 및 상기 음향 전력 트랜스듀서(26,28)들 중 하나 또는 전부를 배치시키는 것은 가능하다. 상기 캐비테이션 장치(17) 및 상기 음향 전력 트랜스듀서(26,28)들 사이의 거리는 유체가 이들 사이를 지날 때 10초 이상의 시간이 소요될 정도로 선택되는데, 이 시간은 상기 액체가 하나의 챔버로부터 타챔버로 흐르는데 걸리는 시간이다. 상기 공간(12)의 형태는 전체공간이 상기 음향 전력 트랜스듀서(26,28)들의 음파에 지속적이고 청각적으로 노출되도록 결정되어야 한다. 적절한 반사기가 상기 공간(12)에 배열될 수 있다.
상기 공간(12)의 형태 및 상기 음향 전력 트랜스듀서(26,28)들의 배치는 상기 공간(12)에서 가능한 한 적은 정지파(standing waves)가 전개되도록 선택된다.
도시된 구조에서, 유동의 관점에서 보았을 때, 상기 제1 음향 전력 트랜스듀서(26)는 상기액체가 가스를 다시 함유하기 전에 상기 액체로부터 상기 가스를 제 거하기 위해서 이용된다. 유동하는 액체가 상기 음향 전력 트랜스듀서(26)의 음파에 직접 노출됨으로써, 상기 액체에 이미 용해된 가스가 상기 액체로부터 배출되는 결과를 가져온다. 상기 액체가 상기 캐비테이션 장치(17)에 도달한 후, 특별히 공급된 가스가 다시 상기 액체에 함유된다.
오수 처리 장치로부터의 폐수가 표면수로 배출되는 경우, 상기 폐수가 현재의 기술수준으로 충분히 정화된다고 하더라도, 그것은 건강에 해로우며 강이나 호수를 부유하면서 보건위험을 야기시키는 무수한 영양물, 박테리아, 및 세균을 포함한다. 이러한 이유로, EU 규정은 하수가 일광욕장에서 바다로 배출되는 경우에서도 세균감소에 대하여 정하고 있다.
상기 장치(10) 및 상기 장치(10)와 함께 실행되는 방법을 적용하는 일 목적은 물, 특히 폐수를 정화하는데 있다. 예를 들어, 상기 장치(10)는 오수 처리 장치에서 폐수를 처리하기 위하여 채용될 수 있다.
이를 위하여, 바람직하게는, 공급되는 가스는 순수 산소나 시작가스로서 이용될 수 있는 공기와 함께 오존을 포함한다.
상기 오존을 발생시키기 위하여, 자외선이 상기 가스 공급 수단 지역에 조사된다. 예를 들어, 이러한 자외선은 상기 덕트(22) 또는 상기 중공형 축(18)의 지역에 구비되는 자외선램프에 의해서 조사된다. 상기 자외선램프를 사용하는 것 대신, X-선 또는 감마선이 조사될 수 있다. 모든 경우에서, 높은 에너지의 방사는 산소의 일부가 오존으로 변환되는 결과를 가져온다. 상기 오존이 가스의 출구 바로 근처에서 발생되기 때문에, 오존을 생성하고 오존을 액체로 유입하는 동안 오존이 분해되 는 문제가 존재하지 않는다. 또한 기존의 오존 발생기에 의해서 상기 오존을 발생하여 그것을 폐수에 공급할 수 있다.
상기 가스는 시스템에 액체형태, 예를 들어 액화산소의 형태로 공급될 수 있다. 상기 액화 산소가 상기 덕트(22)에 유입되는 경우, 상기 액화 산소는 이미 가스 형태로 존재하는 것이 바람직하다.
바람직하게는, 상기 오존은 초음파에 의해서 처리되면서, 상기 액체에 분자적으로 분산되어 용해됨으로써 세균이 상기 액체로부터 신뢰성 있게 제거되도록 한다. 단백질, 독소뿐만 아니라 박테리아, 바이러스, 곰팡이 포자에 덧붙여, 특히 내분비물을 교란시키는 물질이 확실하게 파괴된다. 상기 단백질은 변성, 즉 단백질 분자의 특정 화학그룹과 오존과의 반응에 의한 공지된 방법에 의해서 파괴된다.
기포 사이즈가 매우 작아지기 때문에, 본 발명에 따른 방법은 기존의 방법과 비교하여 더 오랜 시간 동안 가스가 용해된 상태로 남아 있다. 몇 옹스트롬 또는 나노미터의 직경을 갖는 기포는 바로 액체 표면 위로 상승하는 큰 크기의 가스 기포로서 더 이상 작용하지 않으며, 어떤 경우에는 물보다 무거워 바닥으로 가라앉는다. 또한 상기 기포들은 더 큰 기포보다 더 오랫동안 물속에서 남아 있다. 상기 더 큰 기포와는 반대로, 수 옹스트롬 내지 나노미터의 크기를 갖는 기포들의 경우, 기포의 내부 압력은 액체 속의 대기 압력과 거의 같다. 또한, 상기 작은 크기의 기포들은 더 큰 기포를 형성하기 위하여 서로 결합되는 경향이 현저하게 낮아져, 가장 작은 기포들의 성분이 매우 오랜 시간 동안 액체 속에 함유되어 남아 있게 된다.
먼저, 이것은 물속의 물질들이 오존과 오랜 시간 동안 반응하게 하고, 두 번 째로, 상기 액체 속의 가스 기포의 정교한 분포가 넓은 반응 표면을 낳게 한다. 이들 요소들은 본 발명에 따른 방법이 기존 방법과 비교하여 현저하게 개선된 효과를 낳게 한다.
본 발명의 방법에 따르면, 상기 가스의 상기 액체 속의 용해가 현저히 증가하여 옹스트롬 또는 나노미터 범위에서 최소 사이즈를 갖는 기포의 분산을 가능하게 한다.

Claims (22)

  1. 처리될 액체를 공간(12)에 유입시키는 단계;
    가스를 기계적 캐비테이션 장치(17)의 표면에 공급하고 상기 기계적 캐비테이션 장치(17)를 동작시킴으로써 상기 가스를 상기 액체에 유입시키면서, 상기 기계적 캐비테이션 장치(17)가 상기 액체에 작용하도록 하는 단계; 및
    적어도 하나의 음향 전력 트랜스듀서(26,28)에 의해서 음파를 상기 액체에 바로 유입시키는 것을 포함하는 액체를 처리하는 방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 액체를 유입시키는 경우, 상기 공간(12)은 상기 액체로 완전히 채워지는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 음향 전력 트랜스듀서(26,28)는 압전소자로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 음향 전력 트랜스듀서(26,28)는 다양한 주파수를 가지는 음파를 발산하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 음파의 주파수는 400kH에서 1500kHz의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 음파의 주파수는 600kH에서 1200kHz의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 음향 전력 트랜스듀서(26,28)는 펄스 방법으로 동작하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 기계적 캐비테이션 장치(17)가 회전하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제11 항에 있어서,
    상기 기계적 캐비테이션 장치(17)는 디스크 형태로 설계된 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스는 상기 기계적 캐비테이션 장치(17) 표면 중 가장 높은 유속을 갖는 영역에 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체는 상기 공간(12)을 통해 흐르는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 기계적 캐비테이션 장치(17)는 상기 음향 전력 트랜스듀서(28)의 상류 에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 기계적 캐비테이션 장치(17) 및 상기 음파와의 처리 전에 상기 가스가 상기 액체로부터 제거되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 음향 전력 트랜스듀서(26)는 상기 기계적 캐비테이션 장치(17)의 상류에 배치되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 액체는 상기 기계적 캐비테이션 장치(17)와 상기 음향 전력 트랜스듀서(26)를 최대 10초의 시간간격을 가지고 통과하는 것을 특징으로 하는 방법.
  16. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스는 시스템에 액체 형태로 공급되는 것을 특징으로 하는 방법.
  17. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    물, 특히, 식수 또는 폐수의 처리를 위해서 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 가스는 오존과 같은 산화성을 갖는 적어도 하나의 가스를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 가스는 공급되기 전에 자외선으로 처리되는 것을 특징으로 하는 방법.
  20. 선행 항들 중의 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체로부터 세균을 제거하거나 박테리아, 바이러스, 단백질, 곰팡이 포자, 독소, 또는 내분비물을 교란시키는 물질을 파괴하는 것을 특징으로 하는 방법.
  21. 공간(12);
    상기 공간(12)에 배치되는 기계적 캐비테이션 장치(17);
    상기 기계적 캐비테이션 장치(17)의 표면의 바로 가까이에서 개방되는 출구를 갖는 가스 공급 수단; 및
    상기 공간(12)에 배치되며 상기 공간(12)으로 바로 음파를 방출하도록 배열되는 음향 전력 트랜스듀서(26,28)를 구비하는 선행 항들 중의 어느 한 항에 따른 방법을 실행하는 장치.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 공간(12)은 상기 기계적 캐비테이션 장치(17)의 영역에서 비 축 대칭 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
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