KR100949769B1

KR100949769B1 - 미세기포 발생장치

Info

Publication number: KR100949769B1
Application number: KR20090037093A
Authority: KR
Inventors: 윤주경
Original assignee: 윤주경; 삼오기계공업주식회사
Priority date: 2009-04-28
Filing date: 2009-04-28
Publication date: 2010-03-30

Abstract

본 발명은 미세기포 발생장치에 관한 것으로서, 외부에서 공급되는 기체와 액체를 혼합하여 공급하는 펌프; 상기 펌프에서 공급된 혼합 유체를 재차 혼합시키는 혼합탱크; 상기 혼합탱크에 설치되어 상기 혼합탱크 내의 압력이 기 설정된 최대압력 또는 기 설정된 최저압력에 도달했을 때 제1제어신호 또는 제2제어신호를 각각 송출하는 압력감지스위치; 상기 혼합탱크에 설치되고, 상기 압력감지스위치의 제2제어신호에 의해 또는 일정시간마다 자동으로 작동하여 상기 혼합탱크 내의 기체를 외부로 배출시키는 기체배출밸브; 및 상기 혼합탱크의 배출구 측에 설치되고, 상기 배출구로부터 배출되는 혼합 유체의 미세화를 위한 필터와 상기 압력감지스위치의 제1제어신호에 의해 상기 필터를 회전시키는 구동수단을 구비한 노즐을 포함하는 것을 특징으로 한다.

미세기포

Description

미세기포 발생장치{A Fine-bubble Generating Device}

본 발명은 미세기포를 발생시키는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액체와 기체(미세기포)의 혼합비율과 혼합 액체의 분사압력을 일정하게 유지시킬 수 있는 미세기포 발생장치에 관한 것이다.

미세기포 발생장치는 액체 내에 미세한 기포를 포함시켜 배출하는 장치로서, 그 활용도가 점차 확대됨에 따라 여러 분야에서 관심을 가지고 연구개발하고 있다. 이러한 미세기포 발생장치의 일반적인 원리는 1차적으로 액체와 기체를 펌프로 혼합하고, 2차적으로 혼합 유체를 혼합탱크에서 가압한 뒤, 3차적으로 배출노즐을 통해 분사하여 미세기포를 발생시키는 방식이다.

위와 같이 구성된 미세기포 발생장치는, 환경분야의 폐수처리 공정에 적용하여 이물질의 교반폭기, 부상분리, 용존산소율 증대 등으로 극소의 에너지로 약품처리공정을 대폭 축소시키는 효과가 있고, 농업분야의 (수경재배, 지중관수 및 살수농법 등에 사용되는) 농업용수 공급방법으로 활용하여 농작물의 생장촉진, 과실수의 당도 증대, 농약을 사용치 않는 친환경농업을 가능케 하고 또한 출고를 위한 세척공정에 적용하여 잔류농약의 분리제거, 살균, 이물질의 부상분리 제거 등으로 농 산물 품질향상에 기여한다.

또한, 미세기포 발생장치는 수산양식업의 산소발생수단으로 활용하여 고밀도양식을 위한 용존산소율의 증가과 살균효과 증대로 인한 항생제 사용의 감소를 가능케 하며, 생활용수의 공급라인에 설치하여 무세제 목욕효과나 살균효과 등을 통해 인체의 피부건강의 향상에 기여한다.

그러나 이와 같은 방식의 미세기포 발생장치가 안고 있는 문제점으로는, 첫째 펌프가동 시 유입되는 기포로 인한 수격현상발생으로 펌프의 내구성 격감하고, 둘째 액체 내의 기포량 함유율이 일정하지 않으며, 셋째 혼합탱크 내의 가압력이 부족하여 액체 내에 기포함량이 미달되거나 또는 가압력이 불균일하여 액체 내 기포함량이 일정하지 않으며, 넷째 액체 또는 기체 내에 포함된 이물질로 인해 노즐 또는 배관이 막혀 안전사고가 발생하거나 또는 장치의 고장이 유발되는 점 등이 있다.

아울러, 종래 미세기포 발생장치는 적용할 수 있는 범위가 넓음에도 불구하고, 기포함량비와 같은 물성치를 적용분야의 특성에 따라 조정할 수 있는 구성을 전혀 구비하고 있지 않으므로, 실질적으로 적용할 수 있는 분야에 있어서 제약이 많았다.

본 발명은 이러한 문제점을 해소하기 위한 것으로서, 액체 내의 기포함량비의 조정이 가능함과 동시에 조정된 기포함량비가 일정하게 유지될 수 있는 미세기포 발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따르면, 외부에서 공급되는 기체와 액체를 혼합하여 공급하는 펌프; 상기 펌프에서 공급된 혼합 유체를 재차 혼합시키는 혼합탱크; 상기 혼합탱크에 설치되어 상기 혼합탱크 내의 압력이 기 설정된 최대압력 또는 기 설정된 최저압력에 도달했을 때 제1제어신호 또는 제2제어신호를 각각 송출하는 압력감지스위치; 상기 혼합탱크에 설치되고, 상기 압력감지스위치의 제2제어신호에 의해 또는 일정시간마다 자동으로 작동하여 상기 혼합탱크 내의 기체를 외부로 배출시키는 기체배출밸브; 및 상기 혼합탱크의 배출구 측에 설치되고, 상기 배출구로부터 배출되는 혼합 유체의 미세화를 위한 필터와 상기 압력감지스위치의 제1제어신호에 의해 상기 필터를 회전시키는 구동수단을 구비한 노즐을 포함하는 미세기포 발생장치가 제공된다.

바람직하게는, 상기 혼합탱크에 설치되고, 상기 기체배출밸브의 고장 또는 상기 기체배출밸브를 통한 기체배출에도 불구하고 상기 혼합탱크 내의 압력이 기 설정된 최대압력을 초과할 때, 상기 혼합탱크 내의 유체를 배출하여 상기 혼합탱크 내의 압력을 낮추는 안전밸브를 더 포함하는 것이 좋다.

더욱 바람직하게는, 상기 혼합탱크는 기체와 액체가 원활하게 혼합되도록, 혼합 유체에 난류를 발생시키고 혼합 유체의 체류시간과 이동거리를 연장시키는 다수의 칸막이를 내부에 구비한 것이 좋다.

더욱 바람직하게는, 상기 혼합탱크는 혼합 유체 내에 미세기포가 형성될 수 있도록, 다수의 구멍이 형성된 원판과 상기 원판을 고속으로 회전시키는 모터를 더 구비한 것이 좋다.

또한, 상기 혼합탱크는 상기 혼합탱크 내에 침전된 이물질을 배출하기 위한 배수밸브를 더 구비하는 것이 좋다.

또한, 상기 혼합탱크에는 상기 기체배출밸브 및 상기 펌프 중 적어도 어느 하나와 전기적으로 연결되는 용존산소량 측정기가 더 설치되어, 상기 용존산소량 측정기의 측정값이 기 설정된 용존산소량 값보다 높으면, 상기 기체배출밸브는 개방되고 상기 펌프는 작동출력을 낮추는 것이 좋다.

본 발명은 액체에 함유되는 기체(즉 기포)함량비의 조절이 가능하므로, 수격현상으로 인한 펌프의 내구성 감소를 효과적으로 억제할 수 있다.

또한, 본 발명은 혼합탱크 내의 압력을 항상 기 설정범위 내에서 유지하기 위한 구성을 포함하므로, 혼합탱크 내의 압력이 부족하거나 또는 불균일하여 액체 내의 기포함량비가 미달되거나 불균일해지는 것을 최소화시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 미세기포분사 노즐에 설치된 필터의 앞뒤방향의 변경(즉 필터의 회전)이 가능하므로, 필터에 걸러진 이물질들로 인해 혼합탱크 또는 미세기포 장치 전체의 압력이 상승하는 것을 효과적으로 방지할 수 있으며, 필터에 걸러진 이물질을 용이하게 외부로 배출시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 미세기포 발생장치의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 노즐의 구성을 나타낸 단면도이고, 도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 혼합탱크의 내부 구성도이고, 도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 혼합탱크의 내부 구성도이다.

(제1실시예)

본 발명의 제1실시예에 따른 미세기포 발생장치(100)는 펌프(10), 혼합탱크(20), 압력감지스위치(30), 기체배출밸브(40), 노즐(50)을 포함한다.

펌프(10)는 액체와 기체를 동시에 혼합탱크(20)로 공급하는 수단이다. 펌프(10)의 흡입구는 액체와 기체가 각각 공급되는 2개 이상의 배관이 설치되나, 펌프(10)의 배출구는 액체와 기체가 서로 혼합될 수 있도록 하나의 배관이 설치된다. 따라서, 액체와 기체는 펌프(10)의 흡입구에서 배출구로 이송되는 과정에서 1차적으로 혼합되어 혼합탱크(20)로 배출되며, 특히, 기체는 펌프(10)의 회전체(베인펌 프 또는 웨스코펌프(westco rotary pump)의 날개)와 충돌하여 액체에 기포형태로 흡수된다. 참고로, 펌프(10)는 액체와 기체에 연속적으로 충격에너지를 전달할 수 있는 베인펌프 또는 웨스코펌프인 것이 좋다.

혼합탱크(20)는 내부공간을 복수의 공간으로 분할하는 다수의 칸막이(22) 또는 다수의 구멍이 형성된 판(도시되지 않음)을 내부에 구비하며, 펌프(10)에 의해 공급된 혼합 유체(펌프에 의해 혼합된 액체와 기체)를 2차적으로 혼합하여 액체 내에 기체분포를 균일화하는 구실을 한다. 즉, 혼합탱크(20) 내에 설치된 다수의 칸막이(22)는 혼합탱크(20)로 공급되는 혼합 유체의 유동에 난류가 발생되도록 하여, 유체 내에 보다 작고 보다 많은 기포가 함유되도록 도와준다. 따라서, 다수의 칸막이(22)는 혼합탱크(20) 내에 난류가 원활하게 형성되도록 지그재그 형태나 또는 기타 다양한 형태로 배치되는 것이 바람직하다.

압력감지스위치(30)는 혼합탱크(20)에 설치되어 혼합탱크(20)의 내부압력을 측정하고, 혼합탱크(20)의 내부압력이 기 설정된 압력범위를 초과할 때 제어신호를 송출하는 구실을 한다. 즉, 압력감지스위치(30)는 혼합탱크(20)의 내부압력이 기 설정된 최대압력에 도달하거나 이를 초과하면 제1제어신호를 송출하고, 반대로 혼합탱크(20)의 내부압력이 기 설정된 최저압력에 도달하거나 이에 미달하면 제2제어신호를 송출한다. 참고로, 압력감지스위치(30)는 기체배출밸브(40)와 노즐(50) 등 기타 제어가능한 장치 또는 이들 제어가능한 장치를 통합관리하는 제어장치(도시되지 않음)와 전기적으로 연결되어, 위에서 언급한 경우가 발생하면 해당 제어신호를 이들 장치에 송출한다.

기체배출밸브(40)는 혼합탱크(20) 상부에 설치되어, 혼합탱크(20)로 공급되는 혼합 유체 내에 과다하게 포함된 기포(즉, 기체)를 외부로 배출시키는 구실을 한다. 즉, 기체배출밸브(40)는 혼합탱크(20)에 기체가 과다하게 많이 유입되면, 혼합탱크(20)의 내부압력이 기 설정된 압력보다 낮아져 기체와 액체의 혼합율이 떨어지는 것을 방지하기 위해 압력감지스위치(30)의 제2제어신호에 의해 또는 일정시간마다 자동으로 작동하여, 혼합탱크(20)의 내부 또는 혼합탱크(20)로 공급되는 혼합 유체 내의 기포가 외부로 배출되도록 개방된다.

노즐(50)은 혼합탱크(20)의 배출구측에 설치되며, 혼합 유체의 미세화를 위한 필터(52)와 이 필터(52)를 회전 동작시키는 구동수단(54)을 포함한다(참고로 노즐(50)의 상세 구성에 대해서는 도 2의 (a) 및 (b)를 참조한다). 필터(52)는 노즐(50)을 통해 분사 또는 배출되는 혼합 유체에 함유된 이물질을 걸러냄과 동시에 혼합 유체의 물분자와 기포를 미세하게 분할하는 구실을 한다. 그리고 구동수단(54)은 외부신호(즉, 제1제어신호)에 따라 필터(52)의 앞뒤면에 뒤바뀌도록 필터(52)를 회전시키는 구실을 한다. 즉, 구동수단(54)은 필터(52)에 다량의 이물질이 달라붙어 필터(52)를 통한 혼합 유체의 배출이 원활하게 이루어지지 않게 되어 혼합탱크(20)의 내부압력이 상승하면, 이를 감지한 압력감지스위치(30)의 제1제어신호에 따라 필터(52)의 앞뒤면을 뒤바꿈으로써, 필터(52)의 배면(혼합 유체의 진행방향 기준)에 달라 붙은 이물질이 혼합 유체와 함께 외부로 배출되게 한다.

이와 같이 구성된 본 발명의 미세기포 발생장치(100)는 압력감지스위치(30)에서 감지된 압력값에 따른 제어신호에 따라 기체배출밸브(40)과 노즐(50)의 필 터(52)가 동작하므로, 혼합탱크(20)의 압력과 혼합 기체 내의 기포함량비율을 모두 일정하게 유지시킬 수 있다.

아울러, 본 발명의 미세기포 발생장치(100)는 기 설정된 최고압력 값과 최저압력 값 또는 기체배출밸브(40)의 개폐시기를 조절함으로써 혼합 기체 내의 기포함량비율을 조절할 수 있는 특징이 있다.

참고로, 미 설명된 도면부호 102는 미세기포 발생장치(100)를 이동시키기 위한 바퀴이고, 도면부호 90은 혼합탱크(20)의 내부압력을 실시간으로 표시하기 위한 압력계이다.

(제2실시예)

제2실시예에 따른 미세기포 발생장치(100)는 혼합탱크(20)의 내부구조에 있어서 제1실시예와 다르다. 참고로, 제2실시예의 구성요소에 대하여 제1실시예와 동일한 도면부호를 사용하며, 이들 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 미세기포 발생장치(100)는 미세기포의 효율적 생성을 위해 도 3에 도시된 바와 같이 혼합탱크(20)에 원판(24)과 모터(26)가 설치된다. 원판(24)은 혼합탱크(20)에 회전 가능하게 설치되며, 공동현상(cavitation)을 유발하기 위한 다수의 구멍(28)을 갖는다. 그리고 모터(26)는 혼합탱크(20)에 설치되어 원판(24)을 고속으로 회전시킨다.

이와 같은 구조의 혼합탱크(20)는 다수의 구멍(28)이 형성된 원판(24)이 모터(26)에 의해 고속으로 회전되며, 공동현상을 통해 다수의 미세기포를 생성하므로, 제1실시예보다 미세한 기포를 생성할 수 있는 장점이 있다.

(제3실시예)

제3실시예에 따른 미세기포 발생장치(100)는 혼합탱크(20)의 내부구조와 안전밸브(60) 및 배수밸브(70)의 유무에 있어서 제1실시예와 다르다. 참고로, 제3실시예의 구성요소에 대하여 제1실시예와 동일한 도면부호를 사용하며, 이들 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따른 미세기포 발생장치(100)는 전술된 실시예보다 미세한 기포를 생성하기 위해 도 4에 도시된 바와 같이 제2실시예의 혼합탱크(20)에 칸막이(22)가 더 설치되고, 복수의 원판(24)이 설치된다.

복수의 원판(24)은 제2실시예와 마찬가지로 혼합탱크(20)의 높이방향(길이방향도 가능함)을 따라 일정간격으로 설치되고, 칸막이(22)는 원판(24)의 구멍(28)을 통과한 혼합 유체가 칸막이(22)와 충돌할 수 있도록 원판(24) 사이 사이에 설치된다.

이와 같은 구조의 미세기포 발생장치(100)는 원판(24)의 고속회전에 의한 동동현상과 혼합유체와 칸막이(22) 간의 충돌현상에 의해 더욱더 미세한 기포가 생성되므로, 미세기포에 의한 효과를 증대시킬 수 있다.

다만, 이러한 구조는 공동현상과 충돌현상으로 인해 혼합탱크(20)의 내부압력이 극격하게 상승할 수 있으므로, 도 4에 도시된 바와 같이 혼합탱크(20)의 과도한 압력상승에 대한 안정장치로써 안전밸브(60)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

아울러, 본 실시예는 원판(24)의 고속회전과 칸막이(22)에 의한 난류형성 등에 의해 혼합탱크(20) 내에 이물질이 쉽게 적재될 수 있으므로, 이러한 이물질을 배출해 내기 위한 배수밸브(70)를 더 구비하는 것도 바람직하다.

(제4실시예)

제4실시예에 따른 미세기포 발생장치(100)는 혼합탱크(20)의 내부구조에 있어서 전술된 예들과 다르다. 참고로, 제4실시예의 다른 구성요소들은 전술된 실시예들과 동일하므로, 이들에 대한 도시와 설명을 생략한다.

본 실시예에 따른 혼합탱크(20)는 혼합탱크(20)의 내부를 크게 3부분으로 구획하는 제1칸막이(22a)와 제2칸막이(22b)를 구비한다. 제1칸막이(22a)는 혼합탱크(20)의 바닥면에서 상방으로 수직형성되어 혼합탱크(20)의 내부에 하나의 원통을 형성하고, 제2칸막이(22b)는 혼합탱크(20)의 윗면에서 하방으로 수직형성되어 혼합탱크의 내부에 또 하나의 원통을 형성한다. 이와 같이 형성된 제1칸막이(22a)와 제2칸막이(22b)는 혼합탱크(20)의 유로를 연장하는 구실을 하여 유체와 기체가 원활하게 혼합될 수 있는 시간과 압력조건을 형성한다.

제3칸막이(22c)는 구멍이 형성된 원판 형태로, 제2칸막이(22b)에 일정간격으로 형성되어, 제2칸막이(22b)의 내부 공간을 보다 세밀하게 분할하는 구실을 한다. 특히, 복수의 제3칸막이(22c)는 이웃한 제3칸막이(22c)의 구멍과 서로 어긋나게 배치되어 혼합탱크(20)의 내부 유로를 보다 연장시키고, 유체와 기체의 흐름을 정체시켜 각각의 구획에서 유체와 기체가 혼합될 수 있는 압력이 형성되게 하는 구실을 한다.

한편, 첨부된 도면들에는 도시되어 있지 않으나, 혼합탱크에는 용존산소량 측정기가 더 설치될 수 있다. 이 용존산소량 측정기는 기체배출밸브(40)와 펌프(10) 또는 이들과 전기적으로 연결된 제어장치에 전기적으로 연결되어, 제어신호를 송출한다.

즉, 기체배출밸브(40)는 용존산소량 측정기에서 측정된 용존산소량 값이 기 설정된 값보다 크면(이는 액체 내에 산소를 포함한 기체가 많이 함유된 것을 의미하므로) 개방된다.

그리고, 펌프(10)는 용존산소량 측정기에서 측정된 용존산소량 값이 기 설정된 값보다 크면 회전출력을 낮추고, 이와 반대로 측정된 용존산소량 값이 기 설정된 값보다 작으면 회전출력을 높인다(참고로, 펌프(10) 회전출력의 실질적인 변경은 펌프(10)에 구비된 제어부 또는 미세기포장치(100)에 구비된 제어장치에 의해 이루어진다).

이와 같이 이루어지는 추가 실시예는 액체 내 기체의 함유율을 용존산소량 측정기를 통해 유추하여 조절할 수 있으므로, 액체 내 기포함유율을 사용자가 원하는 수치로 맞출 수 있다.

본 발명은 이상에서 설명되는 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 미세기포 발생장치의 개략적인 구성도이고,

도 2는 도 1에 도시된 노즐의 구성을 나타낸 단면도이고,

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 혼합탱크의 내부 구성도이고,

도 4는 본 발명의 제3실시예에 따른 혼합탱크의 내부 구성도이고,

도 5는 본 발명의 제4실시예에 따른 혼합탱크의 내부 구성도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100: 미세기포 발생장치 10: 펌프

20: 혼합탱크 22: 칸막이

24: 원판 26: 모터

28: 구멍 30: 압력감지스위치

40: 기체배출밸브 50: 노즐

52: 필터 54: 구동수단

70: 배수밸브

Claims

외부에서 공급되는 기체와 액체를 혼합하여 공급하는 펌프;

상기 펌프에서 공급된 혼합 유체를 재차 혼합시키는 혼합탱크;

상기 혼합탱크에 설치되어 상기 혼합탱크 내의 압력이 기 설정된 최대압력 또는 기 설정된 최저압력에 도달했을 때 제1제어신호 또는 제2제어신호를 각각 송출하는 압력감지스위치;

상기 혼합탱크에 설치되고, 상기 압력감지스위치의 제2제어신호에 의해 또는 일정시간마다 자동으로 작동하여 상기 혼합탱크 내의 기체를 외부로 배출시키는 기체배출밸브; 및

상기 혼합탱크의 배출구 측에 설치되고, 상기 배출구로부터 배출되는 혼합 유체의 미세화를 위한 필터와 상기 압력감지스위치의 제1제어신호에 의해 상기 필터를 회전시키는 구동수단을 구비한 노즐을 포함하는 미세기포 발생장치.
청구항 1에 있어서,

상기 혼합탱크에 설치되고, 상기 기체배출밸브의 고장 또는 상기 기체배출밸브를 통한 기체배출에도 불구하고 상기 혼합탱크 내의 압력이 기 설정된 최대압력을 초과할 때, 상기 혼합탱크 내의 유체를 배출하여 상기 혼합탱크 내의 압력을 낮추는 안전밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
청구항 2에 있어서,

상기 혼합탱크는 기체와 액체가 원활하게 혼합되도록, 혼합 유체에 난류를 발생시키고 혼합 유체의 체류시간과 이동거리를 연장시키는 다수의 칸막이를 내부에 구비한 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 혼합탱크는 혼합 유체 내에 미세기포가 형성될 수 있도록, 다수의 구멍이 형성된 원판과 상기 원판을 고속으로 회전시키는 모터를 더 구비한 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
청구항 4에 있어서,

상기 혼합탱크는 상기 혼합탱크 내에 침전된 이물질을 배출하기 위한 배수밸브를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,

상기 혼합탱크에는 상기 기체배출밸브와 상기 펌프 중 적어도 어느 하나와 전기적으로 연결되는 용존산소량 측정기가 더 설치되어, 상기 용존산소량 측정기의 측정값이 기 설정된 용존산소량 값보다 높으면, 상기 기체배출밸브는 개방되고 상기 펌프는 펌핑작동 출력을 낮추는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.