KR100854687B1 - 미세 기포 발생 장치 - Google Patents

Abstract

(과제)　균일한 기포 직경의 미세 기포를 다량으로 또한 효율적으로 발생시키는 것이 가능한 미세 기포 발생 장치를 제공한다.

(해결 수단) 미세 기포를 발생하는 미세 기포 발생 장치로서, 기체 및 액체로 이루어지는 혼합 유체를 공급하는 공급부와, 상기 공급부로부터 공급된 혼합 유체를 기체 및 액체로 분리하여, 각각의 선회류를 형성하는 중공부를 구비한 본체와, 선회류로 된 상기 기체를 기포로 하여 액체와 함께 토출하는 토출부를 가지는 것이고, 상기 본체는, 소용돌이 형상 내벽면과, 상기 소용돌이 형상 내벽면을 따라 설치되고, 또한, 복수의 소용돌이 형상의 유로로 나누어 상기 혼합 유체를 상기 중공부에 안내하는 적어도 1개의 가이드부를 가지고, 상기 소용돌이 형상 내벽면은, 상기 공급부로부터 공급된 상기 혼합 유체를, 상기 토출부의 방향에 대하여 소용돌이면이 수직으로 되도록 소용돌이 형상으로 유동시키는 것이고, 상기 소용돌이 형상의 유로는 상기 공급부에 대하여 병목 구조로 되어 있다

미세, 기포

Description

미세 기포 발생 장치{Micro Bubble system}

본 발명은, 발생기 본체에 대하여 액체와 기체를 혼입시키고, 대상 액체 중에 미세 기포를 발생시키는 미세 기포 발생 장치에 관한 것이다.

액체(예를 들면 물, 해수, 알코올 등) 중에, 기체(예를 들면 산소, 오존, 탄산 가스 등)를 용해시키기 위한 기포 공급 기술은, 이전부터 다양한 기술 개발이 되고 있고, 수질 정화, 어패류의 양식, 건강 기기 등의 산업 분야에서 응용되고 있다. 이 기포 공급 기술에 있어서, 액체 중에 기체를 대량으로 용해시키기 위해서는, 기체를 기포 상태로 하고, 그 기포 직경을 작게 하여 기체와 액체의 접촉 면적 비율을 증대시키는 것이 유효하다.

종래의 기포 발생 장치로서는, 예를 들면, 액체와 기체를 혼합하여 가압하고, 액체 중에 기체를 용해시킨 후, 그 기액 혼합 유체를 급감압시켜 기포를 발생하는 가압 감압식 기포 발생 장치를 들 수 있다. 또한, 당해 기포 발생 장치보다, 미세 기포 자체의 유효성을 나타내는 것으로서, 선회식 미세 기포 발생 장치를 들 수 있다(특허 문헌 1 및 특허 문헌 2). 당해 선회식 미세 기포 발생 장치에서 생성되는, 직경 50㎛ 정도 이하의 미세 기포는, 생활 용수의 살균이나 배수 처리 등 에 널리 이용된다.

그러나, 종래의 기포 발생 장치에는, 이하의 문제점이 있다. 즉, 특허 문헌 1 및 특허 문헌 2에 기재된 선회식 미세 기포 발생 장치는, 원추형의 협소한 공간 내에서 액체와 기체가 혼합되기 때문에 기포 직경에 편차가 생기고, 기포 직경이 큰 기포가 분출된다. 그 결과, 처리하는 액체에 대하여 공급 기체 전부를 미세 기포로서 용해시키기가 어렵고, 상기 공급 기체의 접촉 용해율을 100% 가까이 확보하기 위해서는, 공극율을 저하할 수밖에 없다.

[특허 문헌 1] WO00/69550

[특허 문헌 2] 일본 특허 공개 2006-116365호 공보

본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하는 것으로서, 그 목적은, 균일한 기포 직경의 미세 기포를 다량으로 또한 효율적으로 발생시키는 것이 가능한 미세 기포 발생 장치를 제공하는 것에 있다.

본원 발명자들은, 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해서, 미세 기포 발생 장치에 대하여 검토하였다. 그 결과, 하기 구성을 채용함으로써 상기 목적을 달성할 수 있음을 발견하여, 본 발명을 완성시키기에 이르렀다.

즉, 본 발명에 관한 미세 기포 발생 장치는, 미세 기포를 발생하는 미세 기포 발생 장치로서, 기체 및 액체로 이루어지는 혼합 유체를 공급하는 공급부와, 상 기 공급부로부터 공급된 혼합 유체를 기체 및 액체로 분리하여, 각각의 선회류를 형성하는 중공부를 구비한 본체와, 선회류로 된 상기 기체를 기포로 하여 액체와 함께 토출하는 토출부를 가지는 것이고, 상기 본체는, 소용돌이 형상 내벽면과, 상기 소용돌이 형상 내벽면을 따라 설치되고, 또한, 복수의 소용돌이 형상의 유로로 나누어 상기 혼합 유체를 상기 중공부에 안내하는 적어도 1개의 가이드부를 가지고, 상기 소용돌이 형상 내벽면은, 상기 공급부로부터 공급된 상기 혼합 유체를, 상기 토출부의 방향에 대하여 소용돌이면이 수직으로 되도록 소용돌이 형상으로 유동시키는 것이고, 상기 소용돌이 형상의 유로는 상기 공급부에 대하여 병목 구조로 되어 있다.

상기한 구성에 의하면, 공급부로부터 공급된 혼합 유체를, 소용돌이 형상 내벽면 및 가이드부에 의해 형성되는 복수의 소용돌이 형상의 유로에서, 원심 선회시켜 유동시키기 때문에, 벽면에서의 유동 저항을 저감시킬 수 있다. 또한, 소용돌이 형상의 유로는 공급부에 대하여 병목 구조로 되어 있기 때문에 혼합 유체는 압축되고, 그 결과, 혼합 유체의 유동을 고속류로 할 수 있다. 또한, 본체의 내벽면은 소용돌이 형상으로 되어 있기 때문에, 혼합 유체와 내벽면의 유동 저항이나 체류의 발생도 저감한다. 이에 의해, 혼합 유체의 유동을 소용돌이 형상의 고속류로 할 수 있다.

고속류로 된 혼합 유체는 중공부 내로 유입하고, 또한 중공부 내에서 선회한다. 이 때, 액체와 기체의 비중차에 의해, 혼합 유체 중의 액체에는 원심력이 작용하고, 기체에는 구심력이 작용한다. 그 결과, 액체는 고속 선회류로 되는 한편, 기체는 중심축에 수속하여 부압 기체축을 형성한다. 또한, 고속 선회류로 된 액체는, 토출부 부근에 부압에 의해 모인 외부 액체와 서로 미는 상태로 된다. 이 때, 부압 기체축에 모인 기체는, 외부 액체와 고속 선회하고 있는 액체에 의해 형성된 틈을, 전단을 받으면서 통과하고, 미세 기포로 되어 액체와 함께 다량으로 토출된다. 즉, 상기 구성의 미세 기포 발생 장치이면, 종래의 기포 발생 장치와 비교하여, 기포 직경이 작은 미세 기포를 다량으로 생성시킬 수 있다.

상기 구성에서는, 상기 가이드부와 소용돌이 형상 내벽면의 사이, 및 가이드부끼리의 사이에는, 상기 중공부에 혼합 유체를 안내하는 도입구가 각각 형성되어 있고, 모든 도입구의 개구 면적의 합과, 상기 공급부의 개구 면적의 비가, 7:10∼9:10의 범위 내인 것이 바람직하다.

모든 도입구의 단면적의 합과 공급부의 단면적의 비를, 상기 수치 범위 내로 함으로써, 공급부로부터 공급된 혼합 유체가 소용돌이 형상의 유로를 유동할 때까지의 동안에, 그 유동 속도를, 병목 효과에 의해 증대시킬 수 있다. 그 결과, 예를 들면, 상기한 비가 10:10인 경우와 비교하여, 중공부 내를 선회하는 기체 및 액체의 고속 선회류의 속도를 10∼20% 이상 크게 할 수 있다. 이에 의해, 미세 기포를 한층 효율적으로 발생시킬 수 있다.

상기 구성에서는, 상기 가이드부와 소용돌이 형상 내벽면의 사이에 형성되어 있는 도입구는, 소용돌이 형상 내벽면의 소용돌이면에서의 접선 방향으로 개구하고 있고, 상기 가이드부끼리의 사이에 형성되어 있는 도입구는, 가이드부의 벽면의 소용돌이면에서의 접선 방향으로 개구하고 있는 것이 바람직하다.

이에 의해, 소용돌이 형상의 유로를 흘러온 혼합 유체가, 중공부 내에 유입할 때에, 유동 저항을 받는 것을 최대한 억제할 수 있다. 그 결과, 고속 유체로서 중공부 내에 공급할 수 있고, 미세 기포의 발생을 한층 효율적으로 할 수 있다.

상기 구성에서, 상기 소용돌이 형상 내벽면과 가이드부의 사이에는, 소용돌이 형상의 유로와 분기하여 혼합 유체를 순환시키는 순환 유로가 형성되어 있고, 당해 순환 유로의 개구부는 상기 공급부의 근방에 위치함과 함께, 그 개구 면적은 상기 도입구의 개구 면적보다 작은 것이 바람직하다.

상기 구성에서, 순환 유로의 개구부의 개구 면적을 도입구의 개구 면적보다 작게 함으로써, 당해 개구부로부터 유출하는 혼합 유체에 분사력을 부여할 수 있다. 또한, 개구부는 혼합 유체의 공급부의 근방에 위치하기 때문에, 당해 공급부로부터 공급되는 혼합 유체의 흐름 압력이 순환 유로를 유동하는 혼합 유체에 대하여 인장력을 작용시킨다. 그 결과, 유동하는 혼합 유체의 유동 속도를 한층 가속시킬 수 있고, 미세 기포의 한층 효율적인 발생이 가능하게 된다.

상기 구성에서, 상기 개구부의 근방에는, 상기 기체를 공급하는 기체 공급부가 설치되어 있는 것이 바람직하다.

액체가 상기 유로를 유동함으로써, 그 유동 방향으로 기체를 흡인하는 인장 작용이 작용하기 때문에, 상기 기체의 공급 위치에서 부압이 된다. 이에 의해, 유동하고 있는 액체에 기체를 스스로 흡입하여 혼합시킬 수 있다. 또한, 기체 공급부를 설치함으로써, 예를 들면, 에어 펌프 등을 이용하여 강제적으로 기체를 수송하는 수단의 병용도 가능하게 된다.

상기 구성에서, 상기 도입구의 단면 형상은 직사각 형상인 것이 바람직하다. 단면 형상이 직사각 형상이면, 원 형상인 경우와 비교하여, 중공부의 내벽면을 최대한 따라가는 상태로 그 중공부에 혼합 유체를 공급할 수 있다. 이에 의해, 중공부 내에서의 기체 및 액체의 고속 선회류의 속도를 더욱 크게 할 수 있고, 한층 효율적인 미세 기포의 발생이 가능하게 된다.

본 발명은, 상기에 설명한 수단에 의해, 이하에 기술하는 바와 같은 효과를 갖는다.

즉, 본 발명에 의하면, 복수의 소용돌이 형상의 유로를 형성하고, 또한, 당해 유로는 공급부에 대하여 병목 구조로 되어 있기 때문에, 혼합 유체를 고속류로 하여 중공부에 공급할 수 있다. 이에 의해, 중공부 내를 선회하는 기체 및 액체의 고속 선회류의 속도를 증대시킬 수 있고, 다량의 미세 기포를 효율적으로 발생시키는 효과를 갖는다.

(실시 형태 1)

본 발명의 실시 형태에 대하여, 도면을 참조하면서 이하에 설명한다. 단, 설명에 불필요한 부분은 생략하고, 또한 설명을 용이하게 하기 위해서 확대 또는 축소 등을 하여 도시한 부분이 있다. 도 1은, 본 실시 형태에 관한 미세 기포 발생 장치를 나타내는 설명도로서, 도 1(a)는 미세 기포 발생 장치의 내부를 나타내고, 도 1(b)는 소용돌이 형상의 유로를 나타낸다. 도 2는, 상기 미세 기포 발생 장치의 내부에서의 혼합 유체의 거동 및 미세 기포의 발생 메커니즘을 모식적으로 나타낸 설명도이다.

도 1(a) 및 1(b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 관한 미세 기포 발생 장치(10)는, 혼합 유체를 공급하는 공급부(11)와, 중공부(15)를 구비한 본체(13)와, 액체와 함께 미세 기포를 토출하는 토출부(17)를 적어도 가지고 있다.

본 발명에서 사용하는 혼합 유체는, 기체(기상)와 액체(액층)가 서로 섞인 상태의 유체이다. 본 발명에서 혼합 유체를 사용하고, 상기 혼합 유체의 공급을 위해서 상기 공급부(11)를 설치하는 것은, 다음의 이유에 의한 것이다. 즉, 종래의 기포 발생 장치에서는, 혼합 유체를 이용하지 않고, 액체와 기체를 각각 개별적으로 중공부 내에 공급하고 있다. 그리고, 기체의 공급은, 예를 들면, 중공부의 중심축 저부에 기체 도입구를 형성하는 등의 방식으로 행하고 있다. 이와 같은 종래의 기포 발생 장치에서, 미세한 기포를 생성시키기 위해서는, 중공부 내를 가압할 필요가 있다. 그러나, 중공부 내를 과도하게 가압하면, 기체 도입공에 액체가 역류하고, 조작성이 저하된다고 하는 문제가 있다. 본 발명에서는, 기체와 액체로 이루어지는 혼합 유체를 이용하고, 중공부에의 공급을 공급부(11)만으로 하기 때문에, 전술한 문제가 발생하는 것을 회피할 수 있다.

또한, 혼합 유체에서의 기체로서는, 공기, 수소, 아르곤 또는 라돈 등의 불활성 기체, 산소 또는 오존 등의 산화제, 탄산 가스, 염화수소, 아황산 가스, 산화질소 또는 황화수소 가스 등의 산성 가스, 암모니아 등 알칼리성 가스 등을 들 수 있다. 또한, 액체로서는, 물이나 물보다 점성이 높은 액체를 들 수 있다. 상기 물보다 점성이 높은 액체로서는, 예를 들면, 톨루엔, 아세톤, 알코올 등의 용제, 석유, 가솔린 등의 연료, 식용 유지, 맥주 등의 식품·음료, 드링크제 등의 약품, 욕수 등의 건강 용품, 호소수, 정화조 오염수 등의 환경수 등을 들 수 있다.

액체에 기체를 혼합시키는 수단으로서는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 액체용 펌프의 흡입측(부압액)에 자체흡입 기체 도입구를 형성하고, 이 자체흡입 기체 도입구에 소경 파이프(비닐, 플라스틱 또는 금속제 등으로 이루어짐)를 접착한다. 다음에, 나선형으로 되도록 소경 파이프를 고정하고, 또한, 소경 파이프에 흡입 기체량 조정기(밸브 등)를 설치한다. 흡입 기체량 조정기를 설치함으로써, 기체의 공급량을 펌프 성능에 맞춘 최선의 상태로 설정할 수 있다.

상기 방법에 의해 액체 중에 혼합된 기체는, 액체용 펌프의 흡입 기구(임펠러)에 의해, 기포 직경이 수 밀리미터 정도로 부수어진다. 액체용 펌프는, 공급부(11)와 배관에 의해 접속되어 있고, 혼합 유체는 당해 배관을 통하여 미세 기포 발생 장치(10)에 공급된다.

상기 본체(13)의 구성 재료로서는 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, 아크릴로니트릴·부타디엔·스티렌(ABS) 수지나 SUS-304 등을 들 수 있다.

상기 본체(13)는, 공급부(11)로부터 공급된 혼합 유체를, 토출부(17)의 방향에 대하여 소용돌이 면이 수직으로 되도록 소용돌이 형상으로 유동시키는 소용돌이 형상 내벽면(19)을 구비하고 있다. 또한, 소용돌이 형상 내벽면(19)을 따라서 가이드부(12, 14)가 설치되어 있다. 소용돌이 형상 내벽면(19)과 가이드부(12, 14)에 의해, 혼합 유체를 복수의 소용돌이 형상으로 유동시키는 유로(16)가 형성되어 있다.

복수의 소용돌이 형상의 유로(16)에 혼합 유체를 분산류로서 유동시킴으로써, 벽면으로부터 받는 유동 저항의 저감을 꾀할 수 있고, 그 결과, 고속류로 할 수 있다. 소용돌이 형상의 유로(16)에 안내된 혼합 유체는, 그 압력과 유동 속도에 의해, 소용돌이 형상의 유로(16)를 따라서 원심 선회하면서 유동한다. 이 유동시, 기체 및 액체는 더욱 격렬하게 혼합되고, 한층 균일한 상태로 된다.

가이드부(12)와 소용돌이 형상 내벽면(19)의 사이에는, 유입구(18a)가 형성되어 있다. 또한, 가이드부(12)와 가이드부(14)의 사이에는, 유입구(18b)가 형성되어 있다. 유입구(18a, 18b)의 단면 형상은 특별히 한정되지 않지만, 직사각 형상인 것이 바람직하다. 또한, 각각의 개구 면적은 동일한 것이 바람직하다. 개구 면적을 동일하게 함으로써, 각 유로(16)에의 혼합 유체의 공급량을 균일하게 할 수 있다.

가이드부(12)와 소용돌이 형상 내벽면(19)의 사이에는, 도입구(20a)가 형성되어 있다. 또한, 가이드부(12)와 가이드부(14)의 사이에는, 도입구(20b)가 형성되어 있다. 도입구(20a, 20b)는, 소용돌이 형상 내벽면의 소용돌이면에서의 접선 방향으로 개구하고 있는 것이 바람직하다. 이에 의해, 소용돌이 형상의 유로(16)를 흘러온 혼합 유체가, 중공부(15) 내에 유입할 때에, 유동 저항을 받는 것을 최대한 억제할 수 있다.

또한, 도입구(20a, 20b)의 단면 형상은 특별히 한정되지 않지만, 직사각 형상인 것이 바람직하다. 또한, 각각의 개구 면적은 동일한 것이 바람직하다. 개구 면적을 동일하게 함으로써, 중공부(15)에의 혼합 유체의 공급량을 균일하게 할 수 있다. 또한, 도입구의 설치 수는, 제조 코스트 및 제작의 어려움을 고려한 경우, 2∼3개 형성하는 것이 바람직하다.

여기서, 본 발명에서는, 소용돌이 형상의 유로가 공급부에 대하여 병목 구조로 되어 있는 것을 필요로 한다. 병목 구조로 하기 위해서, 본 실시 형태에서는, 도입구(20a) 및 도입구(20b)의 개구 면적의 합과, 공급부(11)의 개구 면적의 비를, 7:10∼9:10으로 하는 것이 바람직하고, 8.5:10∼9:10으로 하는 것이 더 바람직하다. 이에 의해, 공급부로부터 공급된 혼합 유체가 소용돌이 형상의 유로를 유동할 때까지의 동안에, 그 유동 속도 및 유체 압력을, 병목 효과와 원주회전 운동에 의한 원심력에 의해 연속적으로 증대시킬 수 있다. 그 결과, 예를 들면, 모든 도입구의 단면적의 합과 공급부의 단면적의 비가 10:10인 경우와 비교하여, 중공부 내를 선회하는 기체 및 액체의 고속 선회류의 속도를 10∼20% 이상 크게 할 수 있다. 이 현상은 예를 들면, 호스의 입구를 손가락으로 조금 눌러 찌부러뜨리면, 액체가 더 멀리 분출되는 원리와 동일하다. 상기 수치 범위외이면, 고속 회전에 필요한 유량 자체가 감소하기 때문에 바람직하지 못하다.

도입구(20a) 및 도입구(20b)로부터 공급된 혼합 유체는, 중공부(15)에서 고속 선회류로 된다(도 2 참조). 이 때, 액체와 기체는, 그들의 비중차에 의해, 액체에는 원심력이 작용하고, 기체에는 구심력이 작용한다. 그 결과, 기체와 액체로 분리되고, 기체는 중심축에 집중하여 부압 기체축(21)을 형성한다. 액체는, 고속 선회류(23)로 되어, 부압 기체축(21)의 주위를 유동한다.

중공부(15)는, 그 단면 형상이 원 형상이고, 토출부(17)에 가까워짐에 따라 좁아지는 병목 형상을 가지고 있다. 이 형상은 원주를 가지는 것이면, 원추, 반원 형상, 구 형상 등 특별히 지정은 하지 않는다. 그 때문에, 고속 선회류(23)는, 선회하면서 토출부(17)에 가까워짐에 따라, 선회 속도가 빨라짐과 함께 압력도 높아진다. 그리고, 토출부(17) 부근에서 기체 및 액체가 다시 혼합하고, 선회 속도 및 압력이 최대로 된 혼합 유체로 된다. 이 혼합 유체는, 외부 부압액과 서로 미는 상태로 되고, 외부 부압액과 고속 선회하고 있는 혼합 유체에 의해 틈(31)이 형성된다. 외부 부압액의 회전 속도는, 고속 선회하고 있는 혼합 유체의 회전 속도보다 느리다. 이 양자의 회전 속도차와, 액체가 본체(13)의 외부에 강제적으로 배출되려고 하는 작용에 의해, 기체는 격렬하게 전단된다. 그 결과, 기포 직경이 50㎛ 이하, 나아가서는 10㎛ 이하인 미세 기포가 생성된다. 또한, 외부 부압액이란, 외부 액체 중, 토출부(17) 근방에서, 부압 기체축(21)의 형성에 의해 진공에 가까운 상태로 되어 있기 때문에 끌려 들어온 외부 액체를 의미한다. 또한, 기포 직경은, 디지탈 카메라 측정기에 의해 측정된 값이다.

본 실시 형태에 관한 미세 기포 발생 장치(10 및 40)는, 액체 중에 가라앉혀 설치되어 사용된다. 구체적으로는, 예를 들면 연못, 호수(댐 호수를 포함), 바다와 같은 수심이 깊은 장소(예를 들면 수심 5m 이상 등)에서의 사용이 가능하다. 또한, 미세 기포 발생 장치(40)는, 액체 펌프의 종류에 제한받지 않고 사용 가능하다. 또한, 예를 들면, 1대의 액체 펌프에 대하여 배관 등을 통하여 복수개를 접속한 경우에 일어날 수 있는, 불균일한 기체의 공급도 해소할 수 있다.

미세 기포 발생 장치(10)의 사용 조건으로서는, 사용되는 펌프의 공급량이나 양정(압력), 공급부(11)에 접속되는 배관의 배관 직경에 따라, 적당히 설정된다. 예를 들면, 중공부(15)의 단면 형상이 원 형상인 경우에, 그 최대 단면적을 3.5㎠∼50.0㎠로 하고, 내용적을 36.0㎤∼330㎤로 하면, 공급부(11)의 개구 면적은, 0.7㎠∼5.0㎠의 범위 내인 것이 바람직하다. 개구 면적이 0.7㎠ 미만이면, 충분한 양의 혼합 유체의 공급이 어려워지는 경우가 있다. 그 한편, 개구 면적이 5.0㎠를 넘으면, 펌프 등의 코스트면에서 문제가 있다. 또한, 상기한 경우, 토출부(17)의 개구 면적은, 0.8㎠∼18.0㎠의 범위 내인 것이 바람직하다. 개구 면적이 0.7㎠ 미만이면, 충분한 양의 혼합 유체의 공급이 어려워지는 경우가 있다. 그 한편, 개구 면적이 19㎠를 넘으면, 기포 직경에 격차가 생겨 문제가 있다. 또한, 도입구(20a, 20b)의 개구 면적은, 그들의 총합이 공급부(11)의 개구 면적에 대하여, 7:10∼9:10의 범위 내로 되도록 설정된다.

상기 설계 조건 하에서, 예를 들면 혼합 유체를 공급하는 펌프의 펌프 압력을 0.15㎫, 공급량 20L/분으로 한 경우, 중공부(15) 내에서의 선회 속도는 약 450㎐ 이상으로 된다. 또한, 선회 속도는 중공부 체적이 클수록 느려지는 경향이 있다. 또한, 선회 속도는 선회 소용돌이가 발하는 소리를 측정하고, 선회 소용돌이의 회전수를 계측함으로써 얻어진다.

또한, 상기 펌프 압력은, 상기 설계 조건 하의 경우, 0.01㎫∼0.8㎫의 범위 내인 것이 바람직하고, 0.03㎫∼0.6㎫의 범위 내인 것이 더 바람직하다. 공급 압력이 0.8㎫를 넘으면, 발생기의 재질, 배관 등 부속 부품 등의 재질, 제작 방법이 한정되어 비용면에서 문제가 있다. 그 한편, 공급량이 0.03㎫ 이하이면, 혼합 유체의 고속류가 얻어지지 않고, 기포 직경의 격차가 발생하는 경우가 있다. 또한, 혼합 유체의 공급량은, 상기 설계 조건 하의 경우, 1.5L∼100L/분의 범위 내인 것이 바람직하고, 2L∼80L/분의 범위 내인 것이 더 바람직하다. 공급량이 80L/분을 넘으면, 발생기 본체의 사용 수명이 감퇴한다고 하는 문제가 있다. 그 한편, 공급량이 2L/분 미만이면, 혼합 유체의 고속류가 얻어지지 못하고, 기포 직경의 격차가 발생하는 경우가 있다.

(실시 형태 2)

본 실시 형태 2에 관한 미세 기포 발생 장치에 대하여, 도 3을 참조하면서 설명한다. 도 3은, 본 실시 형태에 관한 미세 기포 발생 장치의 내부를 나타내는 설명도이다.

본 실시 형태에 관한 미세 기포 발생 장치(40)는, 혼합 유체를 가이드하기 위한 가이드부(42, 44)가 설치되어 있다. 가이드부(42)와 소용돌이 형상 내벽면(19)의 사이에는 소용돌이 형상의 유로(46)가 형성되어 있고, 또한, 가이드부(44)와 소용돌이 형상 내벽면(19)의 사이에는 순환 유로(47)가 형성되어 있다. 또한, 가이드부(42)와 가이드부(44)의 사이에는, 중공부(15)에 혼합 유체를 공급하는 도입구(41a, 41b)가 형성되어 있다. 또한, 가이드부(44)와 소용돌이 형상 내벽면(19)의 사이에는, 혼합 유체를 다시 소용돌이 형상의 유로(46)에 순환시키기 위한 개구부(41c)가 형성되어 있다. 도입구(41a, 41b) 및 개구부(41c)는, 중공부(15)의 중심축과 공급부(11)의 중심을 통과하는 선의 교점을 중심으로 120도마다 형성되어 있다. 또한, 도입구(41a, 41b)의 개구 면적은 동일한 것이 바람직하다. 그 한편, 개구부(41c)의 개구 면적은 도입구(41a, 41b)의 개구 면적보다 작은 것이 바람직하다. 이에 의해, 벤튜리 효과가 작용하고, 개구부(41c)로부터 유출하는 혼합 유체에 분사력을 부여할 수 있다. 도입구(41a, 41b)의 개구 면적과 개구부(41c)의 개구 면적의 비는, 6:10∼7:10의 범위 내인 것이 바람직하다. 7:10을 넘으면, 벤튜리 효과에 의한 혼합 유체의 분사력이 저하하는 경우가 있다. 그 한편, 6:10 미만이면, 혼합 유체의 순환 유동이 저해되는 경우가 있다.

상기 개구부(41c)를 형성하고, 공급부(11)에 순환 유로(47)를 형성함으로써, 개구부(41)에서 혼합 유체에 대한 분사력과, 공급부(11)의 흐름 압력에 의한 인장력이 작용하고, 소용돌이 형상의 유로(46)를 유동하는 혼합 유체의 유동 속도가 가속된다. 그 결과, 중공부(15)에서 고속 선회하는 기체와 액체의 회전 속도를 일정하게 유지하는 것이 가능하게 된다.

또한, 도입구(41a, 41b) 및 개구부(41c)의 개구 면적의 합과, 공급부(11)의 개구 면적의 비는, 7:10∼9:10으로 하는 것이 바람직하고, 8.5:10∼9:10으로 하는 것이 더 바람직하다. 이에 의해, 공급부로부터 공급된 혼합 유체가 소용돌이 형상의 유로를 유동할 때까지의 동안에, 그 유동 속도 및 유체 압력을, 병목 효과와, 원주회전 운동에 의한 원심력에 의해 연속적으로 증대시킬 수 있다. 그 결과, 중공부(15) 내를 선회하는 기체 및 액체의 고속 선회류의 속도를 10∼20% 이상 크게 할 수 있다. 상기 수치 범위 외이면, 고속 회전에 필요한 유량 자체가 감소하기 때문에 바람직하지 못하다.

또한, 본 실시 형태에서는, 상기 개구부(41c)의 근방에 기체 공급부(43)를 설치하여도 된다. 이에 의해, 공급되는 기체에 대하여, 개구부(41c)에서의 혼합 유체의 유동이 인장력을 작용시킨다. 또한, 개구부(41c)에서의 벤튜리 구조에 의해, 기체에 대하여 부압 작용이 작용하고, 기체를 자체 흡입시키는 것이 가능하게 된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 기체 공급부(43)에 에어 펌프를 접속하고, 기체를 강제적으로 공급하는 수단과의 병용도 가능하게 한다. 또한, 기체 공급부(43)에 기체 공급용 파이프를 접속하고, 또한 당해 파이프의 육상 부분에서 밸브를 설치함으로써, 기체 공급량을 조정하는 것도 가능하게 된다. 그 결과, 미세 기포의 발생량의 조정이 가능하게 됨과 함께, 사용 상황에 따라 기체의 공급을 정지시키는 것도 가능하게 된다.

(그 외의 사항)

본 발명의 미세 기포 발생 장치는, 전술한 각 실시 형태에 한정되는 것이 아니고, 다양한 변경이 가능하다. 예를 들면, 도 4에 나타내는 바와 같이, 미세 기포 발생 장치의 토출부(17)와는 반대측의 위치에 다른 토출부(51)를 설치하여도 된다. 이에 의해, 본체(52)의 전부과 후부의 양방으로부터 미세 기포를 생성시킬 수 있다.

<실시예>

이하에, 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 자세하게 설명한다. 단, 이 실시예에 기재되어 있는 재료나 배합량 등은, 특별히 한정적인 기재가 없는 한은, 본 발명의 범위를 그들에만 한정하는 취지의 것이 아니라, 단순한 설명예에 지 나지 않는다.

(실시예 1)

본 실시예에서는, 상기 실시 형태에서 설명한 도 1 및 도 2에 나타내는 미세 기포 발생 장치로서, 플라스틱 수지(ABS)로 이루어진 것을 이용하였다. 이 미세 기포 발생 장치를 해수 중에 침지시키고, 자연 대기 공기 및 해수(해수 온도 21.8℃)로 이루어진 혼합 유체를 공급하여 상기 자연 대기 공기로 이루어진 미세 기포를 발생시켰다. 또한, 해수 중에서의 산소 용해값 및 산소 포화도의 시간의 경과에 따른 변화를 측정하였다. 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

또한, 상기 미세 기포 발생 장치에 대해서는, 그 공급부(11)의 개구 면적을 12.6㎠, 중공부(15)의 체적을 55.8㎤, 토출부(17)의 개구 면적을 3.2㎠, 도입구(20a) 및 도입구(20b)의 개구 면적의 합과, 공급부(11)의 개구 면적의 비를 7:1로 하였다. 또한, 펌프 압력을 0.03㎫, 토출수량을 5L/min, 해수량을 0.8㎥로 하였다.

(실시예 2)

본 실시예에서는, 스테인레스(SUS304)로 이루어진 미세 기포 발생 장치를 이용한 것 이외에는, 상기 실시예 1과 마찬가지로 하여 미세 기포를 발생시켰다. 또한, 실시예 1과 마찬가지로 하여, 산소 용해값 및 산소 포화도의 시간의 경과에 따른 변화를 각각 측정하였다. 결과를 하기 표 1에 나타낸다.

(산소 용해값)

산소 용해율은, 폴라로그래프 측정법에 의해 측정하였다.

(산소 포화도)

산소 포화도는, 펄스 산소농도법에 의해 측정하였다.

경과시간(분)	0	5	15	30	45	60
산소용해치(mg/L)	7.28	7.39	7.54	7.59	7.72	8.06
산소포화도(%)	99	101	103	104	105	110
실시해수도 21.8℃ 해수온도 22℃의 산소포화도 : 7.33 = 100%

(펌프 압력 0.03Mpa, 토출수량 5L/min, 해수량 0.8m³)

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 미세 기포 발생 장치를 나타내는 설명도로서, 도 1(a)는 미세 기포 발생 장치의 내부를 나타내고, 도 1(b)는 소용돌이 형상의 유로를 나타낸다.

도 2는 상기 미세 기포 발생 장치의 내부에서의 혼합 유체의 거동 및 미세 기포의 발생 메커니즘을 모식적으로 나타낸 설명도이다.

도 3은 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 미세 기포 발생 장치의 내부를 나타내는 설명도이다.

도 4 는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 미세 기포 발생 장치의 내부를 나타내는 설명도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10:미세 기포 발생 장치 11:공급부

12:가이드부 13:본체

14:가이드부 15:중공부

16:유로 17:토출부

18a:유입구 18b:유입구

19:소용돌이 형상 내벽면 20a:도입구

20b:도입구 21:부압 기체축

23:고속 선회류 31:틈

40:미세 기포 발생 장치 41:개구부

41a:도입구 41c:개구부

42:가이드부 43:기체 공급부

44:가이드부 46:유로

47:순환 유로 51:토출부

52:본체

Claims (6)

1. 미세 기포를 발생하는 미세 기포 발생 장치로서,

   기체 및 액체로 이루어지는 혼합 유체를 공급하는 공급부와,

   상기 공급부로부터 공급된 혼합 유체를 기체 및 액체로 분리하여, 각각의 선회류를 형성하는 중공부를 구비한 본체와,

   선회류로 된 상기 기체를 기포로 하여 액체와 함께 토출하는 토출부를 가지는 것이고,

   상기 본체는, 소용돌이 형상 내벽면과, 상기 소용돌이 형상 내벽면을 따라 설치되고, 또한, 복수의 소용돌이 형상의 유로로 나누어 상기 혼합 유체를 상기 중공부에 안내하는 적어도 1개의 가이드부를 가지고,

   상기 소용돌이 형상 내벽면은, 상기 공급부로부터 공급된 상기 혼합 유체를, 상기 토출부의 방향에 대하여 소용돌이면이 수직으로 되도록 소용돌이 형상으로 유동시키는 것이고,

   상기 소용돌이 형상의 유로는 상기 공급부에 대하여 병목 구조로 되어 있는 미세 기포 발생 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가이드부와 소용돌이 형상 내벽면의 사이, 및 가이드부끼리의 사이에는, 상기 중공부에 혼합 유체를 안내하는 도입구가 각각 형성되어 있고,

   모든 도입구의 개구 면적의 합과, 상기 공급부의 개구 면적의 비가, 7:10∼9:10의 범위 내인 미세 기포 발생 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 가이드부와 소용돌이 형상 내벽면의 사이에 형성되어 있는 도입구는, 소용돌이 형상 내벽면의 소용돌이면에서의 접선 방향으로 개구하고 있고,

   상기 가이드부끼리의 사이에 형성되어 있는 도입구는, 가이드부의 벽면의 소용돌이면에서의 접선 방향으로 개구하고 있는 미세 기포 발생 장치.
4. 제2항에 있어서,

   상기 소용돌이 형상 내벽면과 가이드부의 사이에는, 소용돌이 형상의 유로와 분기하여 혼합 유체를 순환시키는 순환 유로가 형성되어 있고, 당해 순환 유로의 개구부는 상기 공급부의 근방에 위치함과 함께, 그 개구 면적은 상기 도입구의 개구 면적보다 작은 미세 기포 발생 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 개구부의 근방에는, 상기 기체를 공급하는 기체 공급부가 설치되어 있는 미세 기포 발생 장치.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 도입구의 단면 형상은 직사각 형상인 미세 기포 발생 장치.

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