KR100845785B1 - 미세기포 발생장치 및 미세기포 발생방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 용존공기부상법(DAF)에 의한 다량의 초미세 기포를 생성할 수 있는 미세기포 발생장치에 관한 것으로, 분리하여 기체와 액체를 흡인하여 혼합시키는 펌프; 상기 펌프로부터 압송된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물을 통과시키고 상기 기체와 상기 액체를 재혼합하며, 내부에는 소정의 내압 및 통과 유속이 발생되는 혼합챔버; 및 상기 혼합챔버에서 재혼합된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물을 토출시키는 노즐을 포함하고, 상기 혼합챔버에는 상기 기체와 상기 액체의 혼합물이 통과하는 홀이 형성된 플레이트가 적어도 하나 이상의 층으로 배열되고, 상기 펌프의 전방에는 상기 펌프로 흘러드는 상기 기체의 양을 조절하는 흡기밸브가 설치되는 구성으로부터 상기 흡기밸브의 개구 크기와 함께 혼합챔버에 내부에 형성되는 압력 크기에 의해 상기 미세기포의 크기분포를 조절될 수 있다. 이와 같이 본 발명은 펌프와 함께 변형된 형태의 혼합챔버를 이용하여 저렴한 비용으로 용존공기부상법(DAF)에 의한 다량의 초미세 기포를 생성할 수 있다.
펌프, 가압탱크, 혼합챔버, 용존공기부상법, DAF, 미세기포, 버블

Description

미세기포 발생장치 및 미세기포 발생방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING MICRO BUBBLES}
도 1은 종래 기술의 마이크로 기포 발생장치의 개략적인 구성을 도시한 도면,
도 2는 본 발명에 따른 미세기포 발생장치의 개념도,
도 3은 도 2에 따른 미세기포 발생장치의 개략적인 구성을 도시한 도면,
도 4는 도 3에 따른 가압탱크의 바람직한 실시형태를 도시한 간략도,
도 5는 도 3에 따른 가압탱크의 변형례를 도시한 사시도,
도 6은 도 5에 따른 가압탱크의 내부 구조를 도시한 단면도,
도 7은 본 발명의 참고도로서 제공된 온라인 입자계수기의 센서 상세도,
도 8은 본 발명의 참고도로서 제공된 기포발생기 내의 압력에 따른 기포크기분포 및 평균기포크기를 도시한 선도,
도 9는 본 발명의 참고도로서 제공된 4 기압에서 공기흡입밸브의 개구부 크기에 따른 기포크기 분포도를 도시한 선도,
도 10은 본 발명의 참고도로서 제공된 본 발명과 포화기 형(DAF)의 기포크기분포를 도시한 선도,
도 11은 본 발명의 참고도로서 제공된 혼합챔버의 내부 구조도,
도 12는 본 발명의 참고도로서 제공된 노즐의 한끝에서 다른 끝으로 가면서 생기는 압력손실을 보인 개념도,
도 13은 본 발명의 참고도로서 제공된 궤도분석-충돌 효율을 도시한 선도,
도 14는 본 발명의 참고도로서 제공된 5 기압에서의 플럭크기와 잔류혼탁도 사이의 관계를 도시한 선도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10 : 펌프 11,12,13 : 수배관
12a : 입수부 14 : 유량조절밸브
15 : 저수조 16 : 첵크밸브
17 : 흡기배관 17a,7b : 가지관
18 : 유량계 19 : 3방밸브
20,20' : 가압탱크 30 : 산소/오존 발생기
20'a : 유입배관 20'b : 유출배관
21,21' : 유입구 22,22' : 유출구
27 : 내부 챔버 28 : 외부 챔버
23,24,25,26 : 플레이트층
23a,23b,24a,25a,25b,26a : 홀
본 발명은 미세기포의 발생에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펌프와 변형된 형태의 가압탱크를 이용하여 용존 공기 부상법(Dissolved Air Flotation: DAF)에 의한 다량의 초미세 기포를 생성할 수 있는 미세기포 발생장치와 이를 이용한 미세기포 발생방법에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 미세 기포는 통상 50㎛ 이하의 직경을 가지는 기포들을 총칭하는 것이며, 통상 마이크로 버블(Micro bubble)이라고 부르기도 한다. 미세 기포의 생성은 주로 가압용해 방식에 의해 이루어지는데, 본 발명에 의한 미세기포의 발생은 구체적으로 용존 공기 부상법(DAF)에 의해서 이루어진다.
용존 공기 부상법(DAF)은 높은 압력으로 물에 공기를 충분히 용해시켜 이를 처리하고자 하는 원수에 주입시키면 수중에서 다시 감압된 물은 과포화된 만큼의 공기가 미세한 기포로 형성되어 처리수 중의 플럭(floc)과 결합하고, 이 기포-플럭 결합체는 빠르게 수중에서 수표면으로 상승하여 고액분리가 달성되는 수처리기법이다. 여기서 플럭(floc)이란, 고체 미립자가 분산되어 있는 액체인 현탁액 또는 서스펜션(suspension) 상태에서 고체 미립자가 약제에 의하여 서로 응집되어 보다 큰 집합물을 형성한 것을 말한다.
DAF 공정의 특징으로는 기존 침전지에 비해 작은 면적 소요(짧은 처리시간), 규조류 및 남조류 등 조류의 제거효율 향상, 응집제량의 절감(약 10～25% 절감), 슬러지의 함수률이 낮음(약 95～97% 함수율) 등이 있다.
용존공기부상법(DAF)은 사용되는 응집제 및 발생된 침전물(오니)의 체적의 감소를 포함하여, 수처리를 위한 침전에 있어서 여러 장점을 가진다. 게다가, 고체-액체 분리를 위해 높은 유압 하중(hydraulic loading rates)이 사용될 수 있기 때문에, 침전시키는데 요구되는 것보다 더 작은 부유챔버가 조립비를 감소시키기 위해 사용될 수 있다(Edzwald and walsh, 1992).
처리된 물의 잔류 응집제 농도가 침전과정의 응집제 농도에 비하여 낮고, 제거된 물의 품질이 4℃ 미만의 낮은 수온에서도 우수하다는 것이 또한 알려졌다(AWWA, 1999). 그것의 많은 장점 때문에, DAF 공정은 순환 및 포화기 시스템, 동력비 및 약간 복잡한 작동조건들에도 불구하고 크게 확장되어 왔다. DAF 공정은 현재 광범위하게 사용되고 있으므로 개선된 설계와 보다 최적의 작동조건들이 요구된다. 따라서, 여러 연구자들이 다양한 실험과 모델링 연구를 수행해 오고 있다.
DAF 이론과 실제에서 최근의 개발에 의하면, 기포 크기가 DAF 공정에서 가장 중요한 매개변수들 중의 하나이다(Edzwald, 1995). 생성된 기포의 크기는 영상분석 및 입자계수기에 의해 쉽게 측정될 수 있다(Han et al., 2002c). 압력이 기포크기에 미치는 영향은 비선형적이라는 것이 밝혀졌다. 기포 크기는 압력이 증가함에 따라 작아지지만, 3.5 기압 이상의 압력에서는 더 이상 감소하지 않는다(De Rijk et al., 1994; Han et al., 2002a). 그러나, 아직 기포의 최적크기에 대한 약간의 논란이 있다.
Han(2001) 및 Han 등(2001)은 기포와 입자가 비슷한 크기이고 서로 반대 전하를 가질 때 제거 효율이 가장 크다는 것을 제안하였다. 일부 제조업자들은 더 작은 기포가 더 높은 효율을 갖는다고 주장한다(Rubio 등, 2002).
DAF공정에서, 작은 기포크기는 접촉영역에서 기포와 플럭(flocs) 사이의 충돌효율을 증가시켜며, 큰 기포크기는 플럭-기포 집합체(aggregates)의 결합 증가속도가 더 빨라지기 때문에 분리효율을 증대시킨다. 그러나, 작은 기포의 경우에는 그 집합체에 부착되는 기포의 수가 높은 충돌효율 때문에 더 많아지고, 큰 기포와 유사하게 더 높은 상승률을 나타낸다. 그러므로, 작은 기포는 작은 플럭에의 부착을 증가시킬 수 있고, 그렇기 때문에 수처리의 효율이 증대될 수 있다.
결론적으로, 작은 기포를 발생시키는데 비용이 들지만, DAF 공정의 효율을 증가시키는 데는 작은 기포의 발생이 바람직하다. 그러나, 작은 기포의 발생과 관련한 높은 에너지 비용과 복잡한 조작이 DAF 시스템의 채택을 제한하였다.
DAF 공정에서 발생된 기포크기는 공정효율 면에서 중요한 인자이다. 기포를 발생하는데 고 에너지와 비용이 소요된다. DAF 시스템에서 현재 발생된 기포 크기는 약 30 ㎛이다. DAF 공정의 실험 결과와 모델링에 의하면, 기포 크기는 제거되는 입자들의 크기 범위를 나타낸다. 즉, 기포 크기가 작을수록 제거될 수 있는 입자크기는 더 작아지는 것이다.
한편 도 1에 따르면, 종래의 DAF 시스템(1)은 리사이클 펌프(recycle pump)로서 사용될 수 있는 고압의 순환수 펌프(2)와, 공기압축기(1a), 그리고 기포를 발생시키고 내부로 도입되는 공기량과 내부의 압력을 변화시켜 기포 크기를 변화시키는 가압수조(3)를 포함하고 있다. 도 1의 미설명 부호 '1b'는 배수밸브, '3a'는 압력계이다.
그러나, 종래의 이와 같은 기포발생장치는 장치의 구성이 복잡하고 운전이 어려우며, 또한 압축기가 필수의 구성요소로서 구비되어야 하는 바, 작동으로 인한 소음과 진동이 크고 소요 비용도 크게 증가하는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 구성이 매우 간단하고 작동조건을 용이하게 조작할 수 있으며, 저렴한 비용으로 용존공기부상법에 의한 다량의 미세기포를 생성할 수 있는 미세기포 발생장치와 이를 이용한 미세기포 발생방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 미세기포 발생장치는, 기체와 액체를 흡인하여 혼합시키는 펌프; 상기 펌프로부터 압송된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물을 통과시키고 상기 기체와 상기 액체를 재혼합하며, 내부에는 소정의 내압 및 통과 유속이 발생되는 혼합챔버; 및 상기 혼합챔버에서 재혼합된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물을 토출시키는 노즐을 포함하고, 상기 기체의 양과 상기 혼합챔버의 압력을 조절하여 미세기포를 발생시킨다.
또한 본 발명의 상기한 목적은, 기체와 액체를 분리하여 펌프로 흡인하는 단계; 상기 펌프를 거치면서 상기 기체와 상기 액체가 부서지고 혼합되는 단계; 상기 펌프에서 혼합된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물이 상기 펌프에 의해 압송되어 혼합챔버로 유입되는 단계; 상기 혼합챔버를 통과하면서 상기 기체와 상기 액체가 재혼합되는 단계; 상기 기체와 상기 액체의 혼합물이 통과하는 동안 상기 혼합챔버의 내부에 소정의 내압 및 통과 유속이 발생되는 단계; 및 상기 혼합챔버에서 재혼합된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물이 토출되는 단계를 포함하는 미세기포 발생방법에 의해 달성된다.
본 발명에서, 상기 재혼합된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물은 상기 혼합챔버의 일측에 구비되는 노즐, 바람직하게는 개폐가능한 다공형 노즐을 통해서 토출된다.
또한 바람직하게는, 상기 혼합챔버에는 상기 기체와 상기 액체의 혼합물이 통과하는 복수의 홀이 형성된 플레이트가 적어도 하나 이상의 층으로 배열되어 있다.
다른 변형예로서, 상기 혼합챔버에는 상부가 밀폐된 외부챔버와 상기 외부챔 버의 벽으로부터 이격되고 상부가 개방된 내부 챔버의 이중 챔버구조로 이루어지며, 상기 내부 챔버로 상기 펌프에서 상기 기체와 상기 액체가 혼합된 혼합물이 도입되고 상기 내부 챔버에서 흘러넘친 상기 혼합물이 상기 외부 챔버로부터 관을 거쳐서 상기 노즐로 흘러든다.
또한, 상기 펌프의 전방에는 상기 펌프로 흘러드는 상기 기체의 양을 조절하는 흡기밸브가 설치되어 있으며, 상기 미세기포의 크기 분포는 상기 흡기밸브의 개구크기와 함께 혼합챔버에 내부에 형성되는 압력 크기에 의해 조절될 수 있다.
바람직하게는 상기 기체는 공기, 산소 또는 오존이며, 상기 액체는 물이다.
이와 같이 본 발명은 펌프와 함께 변형된 형태의 혼합챔버를 이용하여 저렴한 비용으로 용존공기부상법(DAF)에 의한 다량의 초미세 기포를 생성할 수 있게 된다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기본 원리와 구성을 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 미세기포 발생장치의 개념적인 구성을 도시한 것으로, 본 발명의 미세기포 발생장치(1′)는 기체와 액체를 흡인하여 혼합시키는 펌프(2′)와, 펌프(2′)로부터 압송된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물을 수용한 상태로 상기 기체와 상기 액체를 재혼합하는 혼합 챔버(3′)를 기본 구성으로 하여 이루어진다.
혼합챔버(3′)의 입구와 출구에는 각각 배관(4)(5)이 연장되어 있으며, 혼합챔버(3′)의 입구측 배관(4)에는 상기 펌프(2′)가 연결된다. 또한, 펌프(2′)의 입구측은 2개의 배관(6)(7)이 분기되어 있으며, 펌프(2′) 가동시 이들 중 하나의 배관(6)을 통해서는 액체가 유입되고, 또다른 배관(7)을 통해서는 기체가 유입된다. 상기 기체가 유입되는 배관(7)상에는 펌프(2')로 공급될 기체의 양을 조절하기 위해 흡기밸브(7a)가 설치된다. 또한, 혼합챔버(3′)의 출구측에는 상기 재혼합된 기체와 액체의 혼합물을 토출시키는 노즐(8)이 구비된다.
이와 같은 구성으로부터 상기 혼합챔버(3′)에서는 펌프(2′)에 의한 가압력과 상기 노즐(8)의 조절, 그리고 선택적으로 상기 혼합챔버(3')의 내부 구조의 변형을 통해 챔버 내부의 압력을 조절하게 되고, 그와 함께 상기 혼합챔버(3′)의 내부에서는 다량의 미세기포가 발생되어 혼합챔버(3′)의 출구측 배관(5)을 통해서 배출이 이루어진다. 도 2의 미설명 부호 3'a는 압력계이고, 3'b는 배출구이다.
한편, 본 발명에 있어서 상기 기체는 대기중의 공기, 산소 또는 오존이 바람직하고 상기 액체는 물이 바람직하다.
다음에서는 본 발명의 가장 바람직한 실시 형태를 설명한다.
아래의 실시예에서는 전술한 기체의 경우 일반 공기나 산소 또는 오존으로부터 선택하여 사용할 수 있다. 또한, 전술한 액체의 경우 물을 사용할 수 있다.
[실시예 1]
도 3은 본 발명에 따른 미세기포 발생장치의 개략적인 구성을 보인 것으로, 도면에 도시하는 바와 같이 본 발명의 미세기포 발생장치는 펌프(10)와, 상술한 도 2의 혼합챔버(3')와 대응하는 가압탱크(20)를 기본 구성으로 한다.
펌프(10)의 출구측은 배관(수배관;11)에 의해 가압탱크(20)의 입구측과 연결되고, 펌프(10)의 입구측과 가압탱크(20)의 출구측에는 배관(수배관; 12,13)이 각각 인출되어 저수조(15) 안으로 연장되어 있다.
본 발명은 저수조(15)로부터 유입되는 물의 공급을 조절하기 위해 수배관(12)의 입수부(12a)와 펌프(10) 사이에 유량조절밸브(14)와 첵크밸브(16)를 구비할 수 있다. 또한, 상기 수배관(12)의 입수부(12a)와 펌프(10) 사이에는 대기중의 공기 등을 유입하기 위한 흡기배관(17)이 연결된다. 본 발명에서 흡기배관(17)의 연결지점은 도 2에 도시하는 유량조절밸브(14)와 첵크밸브(16)의 사이가 바람직할 수 있다.
흡기배관(17)은 저수조(15)의 외부에 연장된 상태로 이 흡기배관(17) 상에 유량계(18)와 3방밸브(19)가 구비된다. 3방밸브(19)의 일측으로는 제1 가지관(17a)이 연장하여 대기중의 공기가 유입되도록 제공되고, 3방밸브(19)의 타측으로는 제2 가지관(17b)이 연장하여 산소발생기(또는 오존발생기; 30, 이하 '산소/오존발생기'라 함)에 연결된다. 제1 가지관(17a)과 제2 가지관(17b)은 3방 밸브(19)의 개폐방향에 따라 흡기배관(17)과 연통할 수 있으며, 따라서 대기중의 공기와 산소/오존발생기(30)에 의한 산소 또는 오존의 공급은 3방 밸브(19)의 개폐방향에 따라 선택적으로 이루어지게 된다.
도 3에 도시된 바에 따르면, 상기 제2 가지관(17b) 상에는 흡기밸브(19a)가 설치된다. 이 흡기밸브(19a)는 펌프(16)로 공급되는 산소 또는 오존의 양을 조절하기 위한 것으로, 별도 도시하지는 않았지만 대기중에서 제1 가지관(17a)을 통해 공급되는 공기의 양도 함께 조절할 수 있도록 하기 위해 흡기배관(17) 상에 설치될 수도 있음은 물론이다. 또한, 가압탱크(20)로부터 연장된 상기 수배관(13)의 단부, 즉 출수부에는 미세기포를 포함한 상기 기체 및 액체의 혼합물을 토출하고 이를 제어하기 위한 노즐(13a)이 설치된다. 이를 위해, 상기 노즐(13a)은 다공 형태이고 개폐가능한 구조로 이루어짐이 바람직하다.
도 3의 미설명 부호‘20a’는 정압계이고,‘20b’는 부압계이며,‘20c’는 안전밸브를 나타낸다.
도 4는 도 3에 따른 가압탱크의 일 실시형태를 도시한 것으로서, 가압탱크의 내부 구조에 대한 개략적인 형태를 보여주고 있다.
도시된 바에 따르면, 가압탱크(20)는 펌프(10)로부터 압송되는 물과, 공기 또는 산소(또는 오존)의 혼합물을 도입하기 위한 유입구(21)와, 상기 가압탱크(20) 내부에서 발생된 기포를 토출하기 위한 유출구(22)를 가진다.
가압탱크(20)는 일정 크기의 내부 공간을 가지는 것으로, 유입측에서 유출측에 이르는 내부 공간을 가로지르며 내벽면을 연결하는 하나 이상의 플레이트층(23,24,25,26)을 구비한다. 이러한 플레이트층(23,24,25,26)은 도면에 도시하는 바와 같이 일정 간격으로 복수개가 구비됨이 바람직한데, 각각의 플레이트층(23,24,25,26)에는 상기 물과, 공기 또는 산소(또는 오존)의 혼합물이 통과하도록 오리피스(orifice)와 같은 홀(23a,23b,24a,25a,25b,26a)들이 형성될 수 있다. 또한, 각각의 플레이트층(23,24,25,26)에 형성하는 홀(23a,23b,24a,25a,25b,26a)의 직경과 개수는 이를 통과하는 혼합물의 요구 압력에 따라 선택적일 수 있다.
한편, 도 4에서 미설명된 부호 '13a'는 노즐(도 3 참조)을 나타낸다.
이상과 같은 구성으로부터 상기 물과, 공기 또는 산소(또는 오존)의 가압된 혼합물은 가압탱크(20) 내로 흘러들어 가압탱크(20)를 빠져나오기까지, 각 플레이트층(23,24,25,26)에 형성된 홀(23a,23b,24a,25a,25b,26a)들을 빠르게 통과한다.
특히, 상기 가압된 혼합물은 유출구(22) 측에 가까워질수록 더 빠른 통과 유속을 가지게 된다. 또한, 유출구(22) 측에 가까워질수록 유체의 통과 유속이 빨라지는 것과 상반되게 각각의 플레이트층에서의 유체의 압력은 빠르게 감소된다. 이와 같이 짧은 시간 동안에 압력의 아주 빠른 감소는, DAF에서 발생된 한계 rpm 크기의 기포들보다 더 작은 기포들의 발생을 일으키게 되며, 더 많은 수의 미세 기포들을 발생시킨다.
이상 설명된 본 발명의 미세기포 발생장치의 구성으로부터 펌프를 통해 압송된 기체와 액체의 혼합물이 가압탱크를 통과하면서 변화하는 과정을 설명하면 다음과 같다:
가압탱크(20)에 대한 물과 공기(산소 또는 오존)의 공급은 펌프(10)의 가동에 의해 이루어진다. 펌프(10)의 가동과 함께 물은 제2 수배관(12)을 따라 펌프 내부로 운반되는데, 그와 동시에 흡기배관(17)을 통해서는 대기중의 공기 또는 산소/오존발생기(30)에 생성된 산소(또는 오존)가 운반되어 펌프(10)에서 혼합된다. 즉, 공기와 산소(또는 오존)의 공급은 3방 밸브(19)의 개폐방향에 따라 선택적으로 이루어지는 바, 3방 밸브(19)에 의한 제2 가지관(17b)의 폐쇄시에는 대기중의 공기가 공급되고, 3방 밸브(19)에 의한 제1 가지관(17a)의 폐쇄시에는 산소/오존발생기(30)에서 생성된 산소(또는 오존)가 공급된다.
물과 함께 펌프(10)로 운반된 공기(산소 또는 오존)는 펌프(10) 내부의 임펠러(미도시)의 회전에 의해 1차로 잘게 부서져서 물 속에 용존된 상태로 기포를 발생시키며, 제1 수배관(11)을 통해서 가압탱크(20)의 내부로 압송된다. 유입구(21)를 통해 가압탱크(20)의 내부로 투입된 상기 물과 공기(산소 또는 오존)의 혼합물은 각각의 플레이트층(23,24,25,26)에 형성된 홀(23a,23b,24a,25a,25b,26a)을 통과하게 되고, 그와 더불어 각각의 홀(23a,23b,24a,25a,25b,26a)의 뒤쪽에서는 높은 난류 혼합영역이 발생된다.
이 영역의 난류는 심한 압력변동을 일으키며, 제트스트림(jet stream)의 압력이 낮기 때문에 부의 압력영역들이 생긴다. 이들 조건하에서는 갑작스런 압력 강하가 일어날 때마다 기포가 발생되며, 특히 도 4에 도시하는 바와 같이 다수의 플레이트층을 통과할수록 더 많은, 그리고 더 작은 기포들이 발생하게 된다.
[실시예 2]
도 5는 상기 도 3에 따른 가압탱크의 변형례를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5에 따른 가압탱크의 내부 구조를 도시한 단면도이다.
도시된 바에 따르면, 가압탱크(20')는 내부 챔버(27)와 외부 챔버(28)의 이중챔버 구조로 이루어져 있다. 외부 챔버(28)는 상부가 밀폐된 형태로 제공되며, 내부 챔버(27)는 외부 챔버(28)의 내벽으로부터 이격된 상태로 상부가 개방된 형태를 이루고 있다. 외부 챔버(28)의 표면에는 각각의 수배관(11,13; 도 3 참조)과 연결되는 유입구(21')와 유출구(22')가 구비되며, 이들 유입구(21') 및 유출구(22')에는 가압탱크(20')의 내측방향으로 각각 배관(20'a)(20'b)이 연장되어 있다.
바람직하게는, 유입구(21')로부터 연장하는 유입배관(20'a)은 내부 챔버(27) 안으로 바닥 부근까지 연장되고, 유출구(22')로부터 연장하는 유출배관(20'b)은 내부 챔버(27)와 외부 챔버(28) 사이의 이격된 공간을 통해 상기 외부 챔버(28)의 바닥 부근까지 연장된다.
이상 설명된 가압탱크의 변형례로부터 펌프에 의해 압송된 기체와 액체의 혼합물이 가압탱크를 통과하면서 변화하는 과정을 설명하면 다음과 같다:
도 3의 구성으로부터 물과 함께 펌프(10)로 운반된 공기(산소 또는 오존)는 펌프(10) 내부의 임펠러(미도시)의 회전에 의해 1차로 잘게 부서져서 물 속에 용존된 상태로 기포를 발생시키며, 제1 수배관(11)을 통해서 가압탱크(20')의 내부로 운반된다.
가압탱크(20')의 유입구(21')를 통해 투입된 물과 공기(산소 또는 오존)의 혼합물은 유입배관(20'a)을 통해 내부 챔버(27) 안으로 공급되며, 내부 챔버(27)로부터 흘러넘친 상기 혼합물(W)은 외부 챔버(28)의 내부, 즉 상기 외부 챔버(28)와 내부 챔버(27) 사이의 공간에 채워진다.
이때, 완전히 용해되지 않은 공기(A)는 물 밖으로 분리되어 가압탱크(20')의 내측 상부의 공간에 채워지고, 상기 유입배관(20'a)을 통해서는 계속해서 혼합물이 외부 챔버(28)내에 채워진다. 이 과정에서 가압탱크(20')의 내부에는 혼합물에 대하여 큰 압력이 작용하고, 물 속의 용존 공기는 고압의 압축상태를 유지하게 된다.
한편, 상기 가압된 혼합물은 유출배관(20'b)을 따라서 점점 빠른 속도로 상승하여, 가압탱크(20')의 외부로 연장된 제3 수배관(13)를 따라서 배출되며, 제3 수배관(13)의 말단부에 위치된 노즐(13a; 도 3 참조)에 가까워질수록 유속이 점점 빨라져서 상기 노즐(13a)을 통과하는 순간에 최대의 통과 유속을 가지게 된다.
또한, 상기 노즐(13a)에 가까워질수록 가압된 혼합물의 통과 유속이 빨라지는 것과 상반되게 상기 혼합물의 압력은 빠르게 감소되어 노즐(13a)을 통과하는 순간에 최저 압력을 갖게 되는데, 이 과정에서 상기 혼합물 속의 용존 공기로부터 미세 기포들이 발생된다.
이와 같이 짧은시간 동안에 발생되는 압력의 빠른 감소로 인해 물과, 공기(또는 산소나 오존)의 혼합물은 DAF에서 발생된 한계 rpm 크기의 기포들보다 더 작은 기포들을 발생시키고, 아울러 더 많은 수의 미세기포들을 발생시키케 된다.
[실험내용]
상술한 바와 같이 본 발명에 따라 상당히 간단한 시스템에 의해 미세크기의 기포를 발생하는 기포발생장치가 개발되었다. 또한, 본 발명에 따르면 낮은 에너지 요구조건을 만족시키면서 미세기포를 발생할 수 있는 기포발생기가 제공된다. 또한, 본 발명에 따르면 발명자들은 기포발생기의 조작파라미터들과 혼합챔버(가압탱크)의 내부구조를 변경함으로써, 20 ㎛ 내지 100 ㎛의 원하는 모든 평균크기의 기포를 생성할 수 있다.
이하 본 발명에 따른 미세크기 기포발생의 일부 결과들을 제시하며 본 발명의 개발 의의를 검토한다.
미세-기포의 크기는 영상분석에 의해 측정되었다; 미세-기포의 크기는 눈으로, 가장 간단하고 광범위하게 사용되는 방법으로, 측정되었다. 이 방법은, 각 기포크기를 측정하는데 고정밀도에도 불구하고, 복잡한 실험기구 및 장시간에 걸친 측정의 문제점이 가진다. 그래서, 이 방법은 여러 크기의 기포의 많은 수들을 신뢰할 수 있게 측정하는 데 한계를 가진다.
다른 하나의 방법은 기포들의 상승속도를 측정하고 나서 Stoke's Law에 의해 크기들을 계산하는 것이다. 그러나, 기포들의 크기가 균일하지 않고, 다수기포의 상승속도가 단일기포의 상승속도와 다르기 때문에, 상승속도들로부터 기포들의 크기분포를 예측하는 데 어떠한 식도 이용될 수 없다.
본 발명에서는, 이 단점을 극복하기 위하여, 본 측정을 Han 등의 방법(2002b)에 의거하여 수행하였다. 본 발명에서는 온라인 입자계수기(Chemtrac Model PC2400 D, USA)가 기포크기를 측정하는데 사용되었다. 이 기구는 크기범위를 측정할 7개의 조절가능한 채널을 제공한다. 본 발명의 개발에서, 두 개의 동일한 입자 계수기가 측정의 정밀도를 증가시키기 위해서 채널의 수를 증가시키는 데 사용되었다.(도 7의「온라인 입자계수기의 센서 상세도」 참조)
도 7에서 레이저광이 (샘플을 유지하는) 센서를 통과하여 검출기로 투영된다. 샘플이 센서를 통과할 때, 광이 기포에 의해 산란되고 어둡게 된다. 광의 이 산란 및 희미함은 검출기에 도달하는 광의 세기를 감소시키고, 이 광세기의 감소는 기포크기에 비례한다. 레이저광 세기의 감소에 따라, 전압펄스가 발생된다. 여기서, 펄스의 수는 기포의 수를 나타내며 각 펄스의 높이는 특정 기포의 크기를 나타낸다.
가능한 짧게 유지되는 직선관이 센서에 도달하기 전에 가능한 기포합체를 최소화하기 위하여 사용되었다. 샘플링 유속은 제조업자에 의해 권장되는 대로, 100ml/min이었다. 이 방법은 기포와 입자를 구별할 수 없기 때문에 그리고, 고체입자들로부터의 간섭을 감소시키기 위하여, 증류탈이온수가 사용되었다. 공백들(blanks)은 거의 모든 잔류입자들은 10 ㎛ 미만의 직경을 가진다는 것을 보여주었다. 입자계수기의 측정크기범위가 2 내지 100 ㎛으로, 그리고 증분이 10 ㎛으로 설정되었지만, 제 1 채널 (2-10 ㎛)로부터의 결과들은 무시하였다. 조건들의 각 세트하에서, 3개의 분포데이터세트들이 얻어지고 분석을 위해 평균을 사용하였다.
[실험 결과 및 검토]
본 발명에 따른 미세기포발생장치는 펌프, 가압탱크(혼합챔버), 흡기배관(공기흡입밸브), 및 노즐 등을 포함한다. 기포발생원리는 공기와 물을 펌프내로 동시에 흡인하는 것이다.
분리하여 펌프내로 흡인되는 물과 공기는 고압하에서 혼합되며, 반면에 공기 는 물에 헨리의 법칙(Henry's law)에 의해 용해된다. 재혼합(remixing)이 혼합챔버 내부에서 또한 일어난다. 가압수(pressurized water)가 노즐을 통해 대기압 하에서 배출되기 때문에, 미세기포들이 압력강하에 의하여 발생된다.
본 발명에 따른 기포발생기와 종래의 DAF 시스템의 커다란 차이는, 본 발명의 경우에는 본 발명에 따른 펌프가 재순환 펌프(recycle pump), 압축기(compressor) 및 압력탱크(pressure tank)의 기능들(capabilities)을 수행할 수 있다는 점이다. 그러므로, 더 간단한 시스템으로 DAF 공정을 수행할 수 있는 장점이 있다.(도 1 및 도 2 참조)
혼합챔버(가압탱크)의 압력이 측정되고, 기포의 크기와 수는 노즐에서 분출 후에 결정된다. 펌프로부터의 압력, 펌프로 흘러드는 공기의 양, 및 혼합챔버의 내부구조와 물의 특성을 변화시킴으로써, 기포크기를 변경시킬 수 있다. 기포발생기로부터 발생되는 기포의 크기는 DAF 실험시스템으로부터 발생되는 기포의 크기와 비교될 수 있다.
혼합챔버 내의 압력, 펌프로 흘러드는 공기의 양, 및 혼합챔버의 형상(내부구조)의 변경이 기포크기에 미치는 영향을 결정하기 위하여 연구가 행해졌다.
1) 혼합챔버 내의 압력의 영향
DAF 공정에서의 기포크기는 노즐 전후의 압력의 차이와 노즐의 형상에 의해 크게 영향을 받는다(AWWA, 1999). 압력이 클수록 기포크기는 작아진다. 4∼6 기압(atm.)에서 기포크기는 대략 약 10∼100 ㎛(평균 40㎛)라는 것이 알려졌다(Edwald, 1995). 조작압력에 따른 본 발명의 기포발생기로부터의 기포크기 분포 및 평균 기포크기가 도 8(기포발생기 내의 압력에 따른 기포크기 분포 및 평균 기포크기)에 도시되어 있다.
혼합챔버 내의 압력은 펌프에 의해 조절될 수 있다. 압력이 증가함에 따라 크기분포가 더 작아진다. 이것은 상당히 많은 수의 더 작은 기포들이 발생된다는 것을 의미한다. 5 기압과 6 기압에서의 기포크기분포는 거의 동일하다. 평균기포크기가 고압에서 더 작았다; 5 기압에서 평균기포크기는 34 ㎛ 정도이었다. 본 발명에 따른 기포발생기에 의해 발생된 기포의 크기의 한계는 34 ㎛이었다. 몇몇 연구자들은 어떤 압력을 초과하면 평균 기포크기가 계속적으로 감소하지는 않는다는 것을 지적하였다(De Rijk 등, 1994; Han 등, 2002a; Rykaart 와 Haarhoff, 1995). 위의 결과가 그들의 발견에 기초하여 설명될 수 있다.
본 발명의 기포발생기와 DAF 공정을 비교하여, 다양한 조작압력들(3-6 기압)에서 평균기포크기와 기포크기분포의 피크점이 표 1에 보여진다. 본 발명의 기포발생기에서 발생된 기포들이 DAF 공정에 의해 발생된 기포들과 비교하여, 모든 압력들에서 평균크기면에서 약간 더 크다는 것을 알 수 있다.
압력(atm) 3 4 5 6
DAF 평균기포크기(㎛) 41 28 29 28
기포크기분포의 피크점(㎛) 35 25 25 25
본 발명 미세기포 발생장치 평균기포크기(㎛) 42.9 37.7 34.1 34.2
기포크기분포의 피크점(㎛) 35 25 15 15
그러나, 기포크기분포의 피크점을 볼 때, 본 발명의 기포발생기에 의해 5 및 6 기압에서 발생된 기포의 평균크기는 크지만 피크점은 작다. 즉, DAF 시스템은 4 기압을 초과하는 압력에서 기포크기의 변화를 보이지 않았으나, 본 발명의 기포발생기는 5 기압을 초과하는 압력에서 기포크기의 변화를 보이지 않았으며, 또한 DAF 보다 더 작은 기포들을 발생시켰다.
2) 펌프내로 흘러드는 공기의 양
펌프내로 흘러드는 공기의 양이 기포크기에 어떠한 영향을 미치는가를 알아내기 위하여, 펌프의 전단에 설치된 공기흡입밸브의 개구부의 크기를 0.99, 1.98, 및 2.97 mm2 (개구부의 비는 각각 1:8, 2:8 및 3:8 이다)으로 변경하고 나서 기포크기를 측정하였다. 혼합챔버내의 압력은 펌프의 분당 회전수를 조절하여 4 기압으로 일정하게 유지하였다.
도 9는 흡입밸브의 개구부크기에 따른 기포크기의 분포 및 누적분포, 특히 4 기압에서 공기흡입밸브의 개구부 크기에 따른 기포크기 분포를 보여준다. 도 0.99 mm2(개구부 비 1:8)의 개구부 크기는 작은 기포(10∼40 ㎛)의 발생을 일으키지만, 2.97 mm2(개구부 비 3:8)의 개구부 크기는 상대적으로 더 큰 기포(50∼100 ㎛)을 일으킨다. 공기체적을 증가시키기 위하여 밸브를 더 크게 개방함에 따라, 기포크기는 증가하고 발생된 기포의 수는 감소한다. 또한 밸브의 개구부 크기가 3.96 mm2(개구부 비 4:8) 보다 클 때, 혼합챔버 내부에 어떠한 압력도 생성되지 않았다. 이것은 아마 공기의 과흡입이 펌프내부의 유체의 평균밀도를 더 낮추어, 효율의 급속한 강하를 초래하고 공기를 흡입할 능력을 감소시킨다. 개구부 크기가 0.99 mm2 (개구부의 비 1:8)보다 작은 때, 기포크기와 발생이 일정하였다. 본 발명에 따른 기포발생기에서, 흡입된 공기체적이 미세 기포의 발생에 중요한 조작 인자이다. 그러므로, 크기가 작은 범위의 미세 기포를 발생시키기 위해서는 공기흡입밸브를 적절하게 조작하는 것이 중요하다.
3) 혼합챔버의 내부구조와 물 특성의 영향
표 2는 DAF와 혼합챔버의 내부구조 전(BG1)와 후(BG2)에서의 평균 기포크기와 기포크기분포의 피이크점이 고정압력(5기압)에서 변한다는 것을 보여준다. 도 10은 포화기 형 DAF와 비교하여 본 발명에 따른 기포발생기(BG1. BG2)에 의해 얻어진 기포크기분포를 보여준다. 본 발명의 기포발생기의 혼합챔버의 내부구조를 변경한 후의 기포발생기의 결과가 도 9에 보여진다. BG 2의 경우, 고정압력(5 기압)에서 이 내부구조를 변경함에 따라, DAF에서 발생된 기포에서 보다 더 작은 평균기포크기와 피이크점이 얻어졌다. 즉, 제한크기(limitation size)(29 ㎛)보다 더 작은 기포가 혼합챔버의 내부구조를 변경함으로써 발생되었다; 그래서 DAF에서 보다 더 많은 수의 작은 미세 기포들이 발생될 수 있었다.
본 발명과 포화기 형(DAF)의 평균기포크기
압력(5atm) DAF BG1 BG2
평균기포크기(㎛) 29 34 22
기포크기분포의 피이크점(㎛) 25 15 15
DAF 공정에서의 기포발생에서, 순환수를 과포화시킨 후에 대기압에서 압력의 신속한 강하는 미세기포의 발생을 일으킨다. De Rijk 등 (1994)은 아래에 보여진 베르누이 식에 근거하여 이 현상을 설명한다.(도 11의 혼합챔버 내부구조 및, 도 12의 노즐의 한 끝에서 다른 끝으로 가면서 생기는 압력손실(De Rijk 등, 1994) 참조)
P 0 + 1/2ρν 2 0 = P k + 1/2ρν 2 0 (베르누이식),
ν k ≫ ν 0 이므로
P k = P 0 - 1/2ρν 2 k
여기서, P o와 ν o는 각각 좁아지기 전의 압력과 속력이고, P k 와 V k 는 각각 좁아지는 곳에서의 압력과 속력이다.
가압수가 노즐을 통과할 때, 유속(V k )은 아주 높지만 압력(P k )은 아주 낮다. 오리피스 뒤에, 높은 난류혼합영역이 발생된다. 이 영역의 난류는 심한 압력파동(변동)을 일으키고, 젯트스트림(jet stream)의 압력이 낮기 때문에(V k 가 매우 높다), 부의 압력영역들이 생길 수 있다. 이들 조건하에서 압력의 갑작스런 강하가 일어날 때, 기포가 발생된다. (참조: 기포의 발생원리)
혼합챔버의 내부크기를 변경한 후에 발생된 평균기포크기의 변화 및 DAF에서 보다 더 많은 더 작은 미세기포들의 발생의 이유는 이 급격한 압력강하 때문일 수 있다.
BG 2의 내부구조를 보면, 내부에는 좁은 간격의 플레이트의 조립체가 있으며 이 플레이트에는 오리피스와 같은 홀들이 형성되어 있다. 가압수는, 혼합챔버내로 흘러들어 혼합챔버를 나올 때까지, 오리피스플레이트를 빠르게 통과하고, 가압수가 노즐에 더 가까워질수록 아주 더 빠른 통과 유속을 가진다. 이것은 압력이 각 플레이트에서 감소된다는 것을 의미한다. 짧은 시간동안에 압력의 아주 빠른 감소는, DAF에서 발생된 한계 rpm 크기의 기포들보다 더 작은 기포들의 발생을 일으키며 더 많은 수의 미세 기포들을 발생시킨다. 어떤 압력에서 얼마나 빠르게 이러한 압력강하가 일어나는가가 한계 크기(참조: 29㎛)보다 더 작은 기포의 발생에서 중요한 인자이다.
기포 크기와 압자 제거효율 사이의 관계식
에츠발트(Edzwald's)의 단일-커넥터 모델, 탬보(Tambo's)의 이종 응축, 및 한스(Han's)의 궤도의 분석을 포함하는 모델링 연구들이, 접촉영역에서의 기포와 입자사이의 관계식을 구하기 위하여 행해졌다.
한스(Han's)의 모델에서, 1 ㎛ 보다 큰 입자들은 입자크기가 증가함에 따라 증가된 충돌효율을 가지며 기포크기가 입자크기와 동일할 때 최고의 효율을 가졌다. 효율은 또한, 입자크기가 기포크기보다 더 클 때, 약간 감소하였다. 그러나, 입자밀도가 실제플럭(1.2g/cm3)과 동일할 때 도8에 보여진 바와 같이, 효율에 있어 어떠한 감소도 없었다. 게다가, 더 낮은 플럭밀도(1.01 g/cm3)의 경우에, 충돌효율 또한 감소하지 않았다.(도 13의 궤도분석-충돌 효율(기포크기:35 ㎛) 참조)
도 14는 5 기압에서 플럭크기와 잔류혼탁도 사이의 관계를 보여준다. 효율이 어느 점까지는 점점 증가한다. 이 어느 점에서는 플럭크기가 증가하더라도 효율은 리사이클 속도가 4%와 10%에서 변하지 않는 상태로 유지된다. 어떠한 변화도 보이지 않는 점은 약 30 ㎛이며, 이점은 5 기압에서 29 ㎛의 기포크기와 유사하다. 유사한 경향이 다음의 조건들하에서 분명하였다: 4% 및 10%의 리사이클 비에서 2, 3, 및 4 기압. 이것은 도 14에 보여진 결과들은 Han's 모델링과 일치한다는 것을 의미한다.
그러므로, 본 발명에서 개발한 기포발생기는 20 ㎛ 까지 평균기포크기를 조절할 수 있고, 상기 모델링을 고려하여 더 작은 입자를 처리할 수 있고, 그리고 배치(batch)시험의 결과, 본 발명의 기포발생기는 플럭-형성 공정에서 그의 크기를 증가시킬 필요가 없다는 장점을 가진다.
DAF공정에서는, 기포크기는 상당한 중요한 파라미터로서 여겨진다. 기포크기를 더 작게 만들기 위해 많은 노력이 기울여왔으나, 아직 평균크기가 30㎛ 보다 작은 기포는 얻어진 적이 없다. 발명에 의하여, 기포크기를 목적에 맞추기 위하여 상당히 간단한 시스템으로 이루어진 새로운 기포발생기를 개발하였다. 또한, 조작조건들과 혼합챔버의 내부구조를 변경함으로써 원하는 크기의 기포가 선택적으로 만들어질 수 있다.
이상과 같은 본 발명의 미세기포 발생장치는 더 가벼운 입자의 처리 면에서 종래의 침전공정에 비해 보다 장점을 가진다.
본 발명은 또한 식수 및 폐수 처리 이외에 다양한 분야에서 사용될 수 있다. 예를 들면, 예비처리가 비용이 매우 많이 들거나 또는 불가능한 문제분야들, 예를 들면 호수 또는 바다에서 조류(algae)의 제거 또는 약제의 첨가가 금지된 의약 공정 등에 본 발명의 방법이 사용될 수 있다.
또한 본 발명은 욕탕수에 기포를 발생시켜 사용하는 포말욕에 이용할 수 있는데, 이는 욕조의 하부에 모터로 작은 기포를 발생시키고, 이 기포에 의해 마사지와 동일한 효과를 얻고자 하는 목욕방법으로서, 기포가 발생할 때 발생하는 초음파가 피부에 압축과 이완의 자극을 주어 온열효과를 주게 된다. 특히 기포의 지름이 1mm 이하인 경우를 초음파욕이라고 하는데, 이는 근육통, 피부미용, 외상 후유증 등에 치료효과가 있다. 또한, 수면에서 부서진 공기중의 플러스 이온에 붙게 되므로 물의 표면 부근은 마이너스 공기이온이 많아지는데, 이때 마이너스 공기 이온에는 진정효과가 있어 마음을 안정시키고 스트레스를 해소하는 효과가 있다.
본 발명의 미세기포 발생장치에 의하면, 욕탕수에 혼합되는 외기를 고속 개폐되는 전자밸브에 의해 펄스파와 같이 단속적으로 흡입함으로써 욕조로 분사되는 외기 혼합물의 기포를 초미세화할 수 있다. 따라서, 초미세 기포에 의해 욕탕수를 알칼리성으로 변화시킬 수 있고, 초음파와 음이온을 발생시켜 욕탕수를 우유와 같이 부드럽게 변화시킬 수 있다.
또한, 초미세 기포의 모공 침투력과 부력에 의해 입욕자의 모공 깊숙히 쌓여있는 지방 및 불순물을 피부 밖으로 빼냄과 동시에 피부 깊숙히 산소 에너지를 공급함으로써 피부 세척, 각질 제거, 피부보습 및 미백, 피부탄력증진 등의 피부미용 효과를 얻을 수 있고, 아토피나 여드름, 무좀, 습진 등의 피부질환을 개선하는 효과는 물론, 피로회복, 숙취제거, 체온상승, 혈액순환개선, 불명증 해소 등의 효과를 얻을 수도 있다.
뿐만 아니라, 전기적인 마찰을 이용한 인위적 방식에서 탈피하여 초미세 기포에 의해 자연적인 방식으로 음이온을 발생시킴으로써 입욕자의 신진대사를 촉진하는 효과를 기대할 수 있게 된다.
아울러, 미세기포를 발생시키는 구조 및 부품 등 장치 전체의 소형화 및 단순화가 가능하므로 장치의 설치, 이동 및 사용등 취급과 관리를 용이하게 할 수 있게 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 미세기포 발생장치는 펌프와 가압탱크를 주요 구성으로 하여 단순한 구성과 저렴한 비용으로 공기와 물을 잘 혼합하여 20∼100 ㎛ 이하의 평균크기를 갖는 기포가 생성할 수 있게 된다.
본 발명의 구체적인 장점은 다음과 같다.
(1) 본 발명의 미세기포 발생장치는 종래의 DAF 기포발생시스템보다 훨씬 더 간단한 구조를 가진다. 펌프가 리사이클 펌프, 압축기 및 압력탱크의 역할을 동시에 수행한다. 게다가, 혼합챔버 내의 압력과 펌프내로 빨아들어진 기포의 체적은 간단한 조작에 의해 조절될 수 있다.
(2) 본 발명의 미세기포 발생장치를 사용하여, 34 ㎛ 보다 작은 평균기포크기가, 혼합챔버 내의 압력과 흡입된 공기체적에 종속하여 얻어질 수 있다. 흡입된 공기체적과, 압력 등의 변경이 기포크기를 결정하게 되는데, 본 발명에 따르면 혼합챔버의 내부구조에 공기와 물의 양호한 혼합과 가압수를 신속하게 이동할 수 있게 하는 것에 의해 매우 작은 기포크기, 즉 22 ㎛의 기포크기를 얻을 수 있다.
(3) 실험결과와 모델링의 결과들은 기포크기가 제거되는 입자들의 크기범위를 나타낸다는 것을 알려 준다; 즉, 기포크기가 작을수록 제거될 수 있는 입자범위가 적어진다. 따라서, 본 발명의 미세기포 발생장치는 20∼100 ㎛ 이하의 원하는 미세기포를 발생시킬 수 있으며, DAF 공정의 개선된 효율에 기여한다.
한편, 본 실시예에서는 공기 또는 산소(또는 오존)를 물에 혼합시켜서 미세기포를 발생시키고 있으나, 공기 또는 산소(또는 오존)를 포함하여 액체에 용존할 수 있는 모든 기체가 본 발명의 원리에 적용될 수 있으며 액체에 있어서도 이 기체를 용존시킬 수 있는 액체이면 물을 포함하여 용도에 따라서 용도에 맞는 어떠한 액체라도 무방하다. 이와 같이 본 발명의 사상에 일탈되지 않으면서 사용용도에 맞는 기체와 유체의 혼합물도 본 발명의 권리범위에 속할 것이다.

Claims (19)

  1. 삭제
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  3. 기체와 액체를 흡인하여 혼합시키는 펌프;
    상기 펌프로부터 압송된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물을 통과시키고 상기 기체와 상기 액체를 재혼합하며, 내부에는 소정의 내압 및 통과 유속이 발생되는 혼합챔버; 및
    상기 혼합챔버에서 재혼합된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물을 토출시키는 노즐을 구비하고,
    상기 노즐은 개폐가능한 다공형 노즐인 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
  4. 삭제
  5. 기체와 액체를 흡인하여 혼합시키는 펌프; 및
    상기 펌프로부터 압송된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물을 통과시키고 상기 기체와 상기 액체를 재혼합하며, 내부에는 소정의 내압 및 통과 유속이 발생되는 혼합챔버를 구비하고,
    상기 혼합챔버는 상부가 밀폐된 외부챔버와 상기 외부챔버의 벽으로부터 이격되고 상부가 개방된 내부챔버의 이중 챔버구조로 이루어지며, 상기 혼합챔버의 입구부와 연결되는 유입배관은 내부 챔버 안으로 바닥 부근까지 연장되고, 상기 혼합챔버의 출구부와 연결되는 유출배관은 상기 내부챔버와 상기 외부챔버 사이의 이격된 공간을 따라 상기 외부챔버의 바닥 부근까지 연장된 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
  6. 삭제
  7. 기체와 액체를 흡인하여 혼합시키는 펌프; 및
    상기 펌프로부터 압송된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물을 통과시키고 상기 기체와 상기 액체를 재혼합하며, 내부에는 소정의 내압 및 통과 유속이 발생되는 혼합챔버를 구비하고,
    상기 펌프의 출구측은 제1 수배관에 의해 혼합챔버의 입구측과 연결되고, 상기 펌프의 입구측과 흡입챔버의 출구측에는 제2 및 제3 수배관이 각각 연장하여 저수조 안으로 투입되고, 상기 제1 및 제3 수배관은 혼합챔버의 유입구와 유출구에 각각 연결되고, 상기 제2 수배관에는 대기중의 공기를 유입하기 위한 흡기배관이 연결되고, 상기 흡기배관 상에는 3방밸브가 구비되어 상기 3방밸브의 일측에 대기와 소통하는 제1 가지관이 연결되고, 상기 3방밸브의 타측은 제2 가지관을 매개로 산소발생기 또는 오존발생기와 연결되되, 상기 제1 및 제2 가지관은 상기 3방 밸브의 개폐방향에 따라 흡기배관과 선택적으로 연통하는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제2 수배관의 입수부와 상기 펌프 사이에는 저수조로부터 유입되는 물의 공급을 제어하기 위해 유량조절밸브와 첵크밸브가 구비되는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 흡기배관은 상기 유량조절밸브와 상기 첵크밸브의 사이에서 상기 제2 수배관과 연결되는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
  10. 삭제
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  12. 삭제
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  14. 기체와 액체를 분리하여 펌프로 흡인하는 단계;
    상기 펌프를 거치면서 상기 기체와 상기 액체가 부서지고 혼합되는 단계;
    상기 펌프에서 혼합된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물이 상기 펌프에 의해 압송되어 혼합챔버로 유입되는 단계;
    상기 혼합챔버를 통과하면서 상기 기체와 상기 액체가 재혼합되는 단계;
    상기 기체와 상기 액체의 혼합물이 통과하는 동안 상기 혼합챔버의 내부에 소정의 내압 및 통과 유속이 발생되는 단계; 및
    상기 혼합챔버에서 재혼합된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물이 토출되는 단계를 포함하여 이루어지고,
    상기 재혼합된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물은 상기 혼합챔버의 일측에 구비되는 노즐을 통해서 토출되며,
    상기 노즐은 개폐가능한 다공형 노즐인 것을 특징으로 하는 미세기포 발생방법.
  15. 삭제
  16. 기체와 액체를 분리하여 펌프로 흡인하는 단계;
    상기 펌프를 거치면서 상기 기체와 상기 액체가 부서지고 혼합되는 단계;
    상기 펌프에서 혼합된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물이 상기 펌프에 의해 압송되어 혼합챔버로 유입되는 단계;
    상기 혼합챔버를 통과하면서 상기 기체와 상기 액체가 재혼합되는 단계;
    상기 기체와 상기 액체의 혼합물이 통과하는 동안 상기 혼합챔버의 내부에 소정의 내압 및 통과 유속이 발생되는 단계; 및
    상기 혼합챔버에서 재혼합된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물이 토출되는 단계를 포함하여 이루어지되,
    상기 혼합챔버는 상부가 밀폐된 외부챔버와 상기 외부챔버의 벽으로부터 이격되고 상부가 개방된 내부챔버의 이중 챔버구조로 이루어지며, 상기 혼합챔버의 입구부와 연결되는 유입배관은 내부 챔버 안으로 바닥 부근까지 연장되고, 상기 혼합챔버의 출구부와 연결되는 유출배관은 상기 내부챔버와 상기 외부챔버 사이의 이격된 공간을 따라 상기 외부챔버의 바닥 부근까지 연장된 것을 특징으로 하는 미세기포 발생방법.
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