KR101119211B1 - 미립자 및 미세기포 생성 장치 및 이를 이용한 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예는, 10㎛ 이하 직경을 갖는 미립자 및/또는 미세기포를 안정적으로 용이하게 생성하는 미립자 및 미세기포 생성 장치에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치는, 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로를 형성하는 바디, 상기 바디의 상기 제1 유체통로에 배치되어 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로, 상기 제2 유체통로의 선단에 장착되어 상기 바디의 일단 내측에 배치되며 상기 제2 유체통로에 토출구로 연결되는 토출체, 상기 토출체의 외측에 결합되어, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체를 절개홈을 통하여 상기 토출체의 외측에 형성되는 토출면 및 상기 토출구 쪽으로 토출하며, 토출되는 상기 제1 유체에 회전전단력을 부여하는 와류자, 상기 와류자를 수용하여 상기 바디에 결합되어 상기 와류자를 상기 제1 유체통로에 연결하고, 상기 토출체의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부를 형성하며, 상기 와류유도부와 상기 토출면 사이에 형성되는 간격으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하는 와류캡, 및 상기 와류캡의 외측에 장착되고 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함한다.

미립자, 미세기포

Description

미립자 및 미세기포 생성 장치 및 이를 이용한 시스템 {Apparatus Generating Minute Particles And Micro/Nano Bubbles And System Using The Same}

본 발명은 마이크로 또는 나노 크기의 미립자 및 미세기포를 생성하는 미립자 및 미세기포 생성 장치 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.

미립화 및 다유체를 분사하는 기술 측면에서 보면, 몇 가지 기술들이 요구된다. 점차적으로 적은 양으로 미립자의 정도를 많게 하여, 재료비를 줄이고 사용 효율을 올리는 저비용 친환경 기술이 요구된다. 가정 및 대형 공간 등에서 물품 및 인간에게 손상을 주지 않는 살균, 살충, 소독, 정밀 가습 및 냉각 제어 기술, 나노 또는 마이크로 입자 수준으로 공급되는 액체 및 분체간 응집 또는 분리되지 않도록 용이하게 균일 혼합하는 기술이 요구된다. 또한, 정밀 전자부품 소재에서는 정밀 표면처리 및 세정 기술 등이 요구된다. 이것들을 실현시키기 위해서는 초미립자를 생성하는 분사 기술이 필요하지만, 종래의 분사기술로서는 곤란한 점이 있다.

종래의 미립자 분사장치는 직접 액체를 가압하여 노즐헤드 선단의 좁은 배출구로 분출시켜 액체를 무화시키는 1유체 액압형, 또는 가압된 액체를 공급하면서 압축공기를 별도로 사용하여 노즐 선단에서 액체를 혼합 분쇄하여 미립화 및 분사 패턴을 형성하는 2유체 혼합형 등이 주로 사용되고 있다.

그러나 이와 같은 종래의 분사장치는 입자의 크기를 10㎛ 이하로 만들기 어려운 구조로써, 유체공급이 좁은 통로를 통하여 이동되므로 가압을 위해 고압의 장치가 필요하고, 또한 고점도 유체의 사용이 제한되며, 유체통로가 좁고 유체의 흐름이 불균일하므로 분사장치의 토출부에서 막힘 현상이 일어나는 문제점를 가지고 있다.

최근에는 마이크로 분사장치로 초음파 노즐이 개발 및 출시되어 물을 기준으로 한 입자직경 18㎛까지 생성 가능하지만, 점도가 50cps 이하의 액체에서만 작동 가능하고, 또한 분사되는 범위가 생성입자가 갖고 있는 운동량에 비례하는 데, 초음파에 의해 생성된 입자는 운동량이 매우 적으므로 분사범위가 제한되므로 분사범위를 크게 하기 위해서는 입자에 가압을 위한 별도의 송풍 시스템 등이 추가로 필요하다. 따라서 시스템이 복잡해지고 고가의 설비 비용이 요구된다.

또한, 종래의 미립화 분사 장치를 이용하여 두 종류 이상의 액체를 동시에 미립화 할 경우에는 별도의 저장 탱크에서 각각의 액체를 교반하여 만든 혼합 액체를 분사 시스템을 통하여 공급하고 노즐에서 미립화를 하기 때문에, 저장 탱크의 교반 효율에 따라 혼합액의 점도, 균일도 등이 변하고, 경시 변화에 따른 침전 현상이 나타나 안정적인 균질한 미립화를 하기가 곤란하다.

미세기포를 생성하는 기술 측면에서 보면, 수중에 공기를 불어넣어 물에 산소를 공급하는 데 있어서, 일반적인 방법으로 공기를 불어넣으면 생성되는 기포는 수중을 급속히 상승하여 최종적으로 수면에서 파열하여 소멸된다. 이것에 대하여 직경이 1mm 이하로 미세기포라 불리는 기포의 크기에서는 통상의 기포와는 다른 특성을 가지므로 이러한 특성을 활용하는 기술이 최근에 일반화되고 있다. 즉, 미세한 기포는 수중에서 머무는 시간이 길고, 기체의 용해능력도 우수하기 때문에, 수중에서 점차 축소되고 결국, 수중에서 소멸, 즉 완전 용해된다. 이와 같은 경향이 나타나기 시작하는 직경이 50㎛이하인 기포이고 이것보단 큰 기포와 구분하여 마이크로 기포라고 하고, 이러한 마이크로 버블의 효과는 의료, 식품, 농업뿐만 아니라 살균, 소독 및 세정 등 일반 가정용품에서 산업용 전반에 이르기까지 응용범위가 광범위하다.

종래의 미세기포 생성장치는 선회식 미세기포 생성장치가 제안되고, 선회류에 의한 원심력을 이용한 선회중심부를 부압으로 하여 공기를 자흡하는 방법이다. 이 방법은 마이크로 버블을 제조하는 측면에서는 바람직한 장치이지만, 선회류를 생성시키는 데 큰 에너지를 이용해야 하며, 선회류를 생성시키는 장치의 구조가 복잡하여 장치의 제조비용이 높게 되는 결점이 있고, 용도에 따라 일부 부품만의 변경에 의한 개조가 불가하고 전체 시스템을 변경해야 하므로 설계 응용의 자유도가 낮으며 미세기포의 크기나 생성량을 미세하고, 광범위한 영역으로 조정하기가 어렵다.

이와 같이 미립자 생성 또는 미세기포 생성기술은 각각 중요한 기술응용 분야를 갖고 있지만, 아직은 각각의 분야가 해결해야 할 과제가 많이 있고, 특히 사용되는 유체의 선택에 따라 응용범위만 다를 뿐, 상호 기술적 유사성을 갖고 있어 기술적 통합의 가능성이 있다.

본 발명의 일 실시예는, 종래의 기술적 한계를 극복하고, 10㎛ 이하 직경을 갖는 미립자를 안정적으로 용이하게 생성하는 미립자 및 미세기포 생성 장치 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예는, 미립자와 미세기포를 동시에 생성하는 미립자 및 미세기포 생성 장치 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예는, 저점도에서 고점도 범위의 액체, 기체 및 분체 등 적어도 2유체 이상의 다유체를 동시에 흡입하여 나노 및 마이크로 크기를 갖는 미립자 및 미세기포를 용도에 따라 선택적으로 생성하는 미립자 및 미세기포 생성 장치 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예는, 적은 에너지로 미립자 및 미세기포를 정밀하게 제어하며, 설계구조가 간단하여 가공, 설치 및 운전 비용이 적게 소요되므로 광범위한 분야에서 용이하게 응용되는 미립자 및 미세기포 생성 장치 및 이를 이용한 시스템에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치는, 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로를 형성하는 바디, 상기 바디의 상기 제1 유체통로에 배치되어 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로, 상기 제2 유체통로의 선단에 장착되어 상기 바디의 일단 내측에 배치되며 상기 제2 유체통로에 토출구로 연결되는 토 출체, 상기 토출체의 외측에 결합되어, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체를 절개홈을 통하여 상기 토출체의 외측에 형성되는 토출면 및 상기 토출구 쪽으로 토출하며, 토출되는 상기 제1 유체에 회전전단력을 부여하는 와류자, 상기 와류자를 수용하여 상기 바디에 결합되어 상기 와류자를 상기 제1 유체통로에 연결하고, 상기 토출체의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부를 형성하며, 상기 와류유도부와 상기 토출면 사이에 형성되는 간격으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하는 와류캡, 및 상기 와류캡의 외측에 장착되고 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함한다.

상기 제1 유체는 기체이고, 상기 제2 유체 및 상기 제3 유체 중 하나는 액체이며, 대기 중으로 액체 미립자를 분사할 수 있다.

상기 제1 유체는 액체이고, 상기 제2 유체 및 상기 제3 유체 중 하나는 기체이며, 수중으로 미세기포를 분사할 수 있다.

상기 제1 유체통로는 상기 제1 유체를 안정되고 정밀하게 제어하는 제1 유체실을 형성하고, 상기 제2 유체통로는 상기 제2 유체를 안정되고 정밀하게 제어하는 제2 유체실을 형성할 수 있다.

상기 와류자는, 상기 토출체의 상기 토출면과 이에 마주하는 내주면 사이에 와류실을 형성할 수 있다.

상기 와류자는, 상기 토출체에 결합되는 허브, 및 상기 허브보다 큰 내경으 로 형성되어 상기 토출면과의 사이에 와류실을 형성하는 확장부를 포함하고, 토출되는 상기 제1 유체가 블레이드 형상을 가지고 와류를 일으키도록 상기 확장부에 상기 절개홈을 복수로 형성할 수 있다.

상기 절개홈들은, 상기 와류자의 직경 방향에 대하여 기설정된 제1 각도로 형성될 수 있다.

상기 절개홈들은, 상기 와류자의 축방향에 대하여 기설정된 제2 각도로 형성될 수 있다.

상기 토출체는, 상기 토출면을 상기 토출구를 중심으로 볼록한 유선형으로 형성할 수 있다.

상기 와류자는, 상기 토출체의 외측에 결합되고, 상기 토출면과의 사이에 와류실을 형성하며, 토출되는 상기 제1 유체가 블레이드 형상을 가지고 와류를 일으키는 상기 절개홈을 복수로 형성할 수 있다.

상기 와류자와 상기 토출체는 일체로 형성되거나, 각각 분리 형성되어 결합될 수 있다.

상기 환형챔버는, 상기 와류캡에 나사 구조로 결합될 수 있다.

상기 환형챔버는 상기 와류캡의 상기 와류유도부를 감싸는 구조로 형성될 수 있다.

상기 환형챔버는 상기 와류캡의 상기 와류유도부와 이격되는 구조로 형성될 수 있다.

상기 환형챔버는 상기 제3 유체에 연결되는 제3 유체실과, 상기 제3 유체실 의 직경 방향으로 형성되어, 상기 제3 유체실을 상기 미세홀들에 연결하는 연결통로들을 포함할 수 있다.

상기 제3 유체실은 일체로 형성되고, 상기 미세홀들은 각각의 상기 연결통로를 통하여 상기 제3 유체실에 연결될 수 있다.

상기 제3 유체실은 복수로 형성되고, 상기 미세홀들은 각각의 상기 연결통로를 통하여 복수 종류의 제3 유체들 중 각 유체에 대응하는 상기 제3 유체실에 연결될 수 있다.

상기 제3 유체실은 일체로 형성되고, 상기 미세홀은 상기 제3 유체실의 직경 방향 중심을 향하여, 착탈이 용이하게 배치되는 니들을 통하여 상기 제3 유체실에 연결될 수 있다.

상기 유체실은 링 구조체에 복수로 형성되고, 상기 미세홀들은 착탈이 용이하게 배치되어 각각의 상기 니들을 통하여 복수 종류의 제3 유체들 중 각 유체에 대응하는 상기 제3 유체실에 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치는, 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로를 형성하는 바디, 상기 바디의 상기 제1 유체통로에 배치되어 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로, 상기 제2 유체통로의 선단에 장착되어 상기 바디의 일단 내측에 배치되고, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체에 회전전달력을 부여하면서 상기 제2 유체통로의 선단으로 형성되는 토출구 쪽으로 상기 제1 유체를 토출하는 스파이어럴 선회홈을 일면에 형성하는 와류자, 상기 와류자를 수용하여 상기 바디에 결합되어, 상기 와류자와의 사이에 설정되는 간 극으로 환상통로를 형성하고, 상기 환상통로를 상기 스파이어럴 선회홈과 상기 제1 유체통로에 연결하며, 상기 토출구의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부를 형성하여, 이에 마주하는 상기 스파이어럴 선회홈으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하는 와류캡, 및 상기 와류캡의 외측에 장착되고 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함한다.

상기 제2 유체통로는 상기 와류자에서 축 방향으로 이동 가능하게 장착될 수 있다.

상기 제2 유체통로와 상기 와류자의 위치 조절에 따라 상기 스파이어럴 선회홈에 대한 상기 토출구의 위치가 조절될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치는, 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로를 형성하는 바디, 상기 바디의 상기 제1 유체통로에 배치되어 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로, 상기 제2 유체통로의 선단에 장착되어 상기 바디의 일단 내측에 배치되며 상기 제2 유체통로에 토출구로 연결되는 토출체, 상기 토출체를 수용하여 상기 바디에 결합되며, 상기 토출체와의 사이에 설정되는 간극으로 환상통로를 형성하고, 상기 토출구의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부에 스파이어럴 선회홈을 형성하며, 상기 환상통로를 상기 스파이어럴 선회홈과 상기 제1 유체통로에 연결하여, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유 체에 회전전달력을 부여하면서 상기 토출체의 상기 토출구 쪽으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하는 와류캡, 및 상기 와류캡의 외측에 장착되고 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함한다.

상기 와류유도부의 경사각은 상기 와류캡의 직경 방향에 대하여 0 내지 60도 범위를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치는, 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로를 형성하는 바디, 상기 바디의 상기 제1 유체통로에 배치되어 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로, 상기 제2 유체통로의 선단에 장착되어 상기 바디의 일단 내측에 배치되고, 상기 제2 유체통로에 연결되는 토출부에 토출구를 구비하며, 상기 토출부와의 사이에 와류실을 형성하고, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체를 절개홈을 통하여 상기 와류실 및 상기 토출구 쪽으로 토출하며, 토출되는 상기 제1 유체에 회전전단력을 부여하는 와류자;

상기 와류자를 수용하여 상기 바디에 결합되어 상기 와류자를 상기 제1 유체통로에 연결하고, 상기 와류자의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부를 형성하며, 상기 토출구 쪽으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하는 와류캡, 및 상기 와류캡의 외측 에 장착되고 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함한다.

상기 와류자는, 상기 토출부에서 상기 절개홈의 전방으로 더 연장되는 제1 연장부를 더 포함할 수 있다.

상기 와류자는 상기 토출부에서 상기 절개홈의 후방으로 더 연장되어 유체통로가 형성되는 제2 연장부를 더 포함할 수 있다.

상기 절개홈들은, 상기 와류자의 직경 방향에 대하여 기설정된 제1 각도로 형성될 수 있다.

상기 절개홈들은, 상기 와류자의 직경 방향에 대하여 기설정된 제1 각도로 배치되고 외측에서 내측으로 가면서 좁아지는 유선형으로 형성될 수 있다.

상기 절개홈들은, 상기 와류자의 직경 방향에 대하여 기설정된 제1 각도로 배치되며 외측에서 내측으로 가면서 동일 폭을 가지는 블레이드(blade)형, 슬릿(slit)형 또는 슬롯(slot)형으로 형성될 수 있다.

상기 와류자는, 상기 제2 유체통로에 결합되는 허브, 및 상기 허브보다 큰 내경으로 형성되어 상기 토출부와 함께 상기 와류실을 형성하는 확장부를 포함하고, 상기 확장부는, 토출되는 상기 제1 유체가 와류를 일으키도록 상기 바디의 축방향으로 연결되는 선회구멍을 복수로 형성할 수 있다.

상기 선회구멍들은, 상기 와류자의 직경 방향에 대하여 기설정된 제1 각도로 형성될 수 있다.

상기 선회구멍들은, 상기 와류자의 축방향에 대하여 기설정된 제2 각도로 형 성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치는, 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로와 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로를 형성하는 바디, 상기 제2 유체통로의 선단에 형성되어 상기 제2 유체통로에 토출구로 연결되는 토출체, 상기 토출체의 외측에 결합되어, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체를 절개홈을 통하여 상기 토출체의 외측에 형성되는 토출면 및 상기 토출구 쪽으로 토출하며, 토출되는 상기 제1 유체에 회전전단력을 부여하는 와류자, 및 상기 와류자를 수용하여 상기 바디에 결합되어 상기 와류자를 상기 제1 유체통로에 연결하고, 상기 토출체의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부를 형성하며, 상기 와류유도부와 상기 토출면 사이에 형성되는 간격으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하며, 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함할 수 있다.

상기 환형챔버는 상기 바디에 나사 결합될 수 있다.

상기 토출체는 상기 토출면으로 볼록 유선형으로 형성할 수 있다.

상기 토출체는 상기 토출구를 복수로 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치는, 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로를 형성하는 바디, 상기 바디의 상기 제1 유체통로에 배치되어 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로, 상기 제2 유체통로의 선단에 장착되 어 상기 제2 유체통로에 토출구로 연결되는 토출체, 상기 토출체의 외측에 결합되어, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체를 절개홈을 통하여 상기 토출체의 외측에 형성되는 토출면 및 상기 토출구 쪽으로 토출하며, 토출되는 상기 제1 유체에 회전전단력을 부여하는 와류자, 및 상기 와류자를 수용하여 상기 바디에 결합되어 상기 와류자를 상기 제1 유체통로에 연결하고, 상기 토출체의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부를 형성하며, 상기 와류유도부의 끝에 최종 분출구를 형성하고, 상기 와류유도부와 상기 토출면 사이에 형성되는 간격으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하며, 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함할 수 있다.

상기 제2 유체는 서로 다른 제21 유체와 제22 유체를 포함하며, 상기 제2 유체통로는, 상기 제21 유체와 상기 제22 유체에 연결될 수 있다.

상기 제2 유체통로는, 상기 제1 유체통로에 설치되는 점차 축소관에 연결될 수 있다.

상기 환형챔버는 상기 바디에 나사 결합될 수 있다.

상기 토출구는 미세관들 또는 모세관들로 형성될 수 있다.

상기 미세관들 또는 상기 모세관들은 0.01 내지 2mm로 형성될 수 있다.

상기 미세관들 또는 상기 모세관들은 미세기포 생성시, 0.01 내지 1mm로 형성될 수 있다.

상기 미세관들 또는 상기 모세관들은 미립자 생성시, 0.1 내지 2mm로 형성될 수 있다.

상기 토출체는 상기 토출구에 장착되어 상기 토출구에 연결되는 미세홀들을 형성하는 토출캡을 더 포함할 수 있다.

상기 미세홀들은 상기 토출구의 길이 방향에 대하여 나란하게 형성될 수 있다.

상기 미세홀들은 상기 토출구의 선단으로 가면서 서로의 간격을 넓어지게 형성될 수 있다.

상기 제3 유체는 서로 다른 제31 유체와 제32 유체를 포함하며, 상기 환형챔버는 상기 제3 유체에 연결되는 제3 유체실과, 상기 제31 유체와 상기 제32 유체를 상기 제3 유체실에 연결하는 제31 유체 유입구와 제32 유체 유입구를 포함할 수 있다.

상기 토출구 및 상기 미세홀은 내경(d1, d2) 0.01 내지 2mm 범위를 포함할 수 있다.

상기 토출구의 선단과 상기 미세홀 사이에서 상기 토출구의 길이 방향으로 설정되는 제1 유체홀 간극(Lx)은, 0보다 크고 상기 최종 분출구 내경(D)의 8배 이하일 수 있다.

상기 토출구의 선단과 상기 미세홀 사이에서 상기 토출구의 직경 방향으로 설정되는 제2 유체홀 간극(Ly)은, 0보다 크고 상기 최종 분출구 내경(D)의 3배 이하일 수 있다.

상기 제1 유체통로로 제1 유체를 유입하는 유입구, 상기 환형챔버로 제3 유체를 유입하는 유입구, 상기 환형챔버의 상기 미세홀 및 상기 토출체의 상기 토출구는, 관상의 단일 홀, 관상의 원주 방향으로 배치되는 복수의 홀들, 관상에 흩어져 배치되는 복수의 홀들, 복수의 관들로 형성되는 관다발, 다공성(porous) 구조, 메시 구조 및 구면에 흩어져 배치되는 복수의 홀들 중 어느 하나로 형성될 수 있다.

상기 제2 유체통로는 상기 토출체에서 축 방향으로 이동 가능하게 장착될 수 있다.

상기 제2 유체통로는 상기 바디 내에 축 방향으로 설치되며, 상기 제1 유체통로와 상기 제2 유체통로 사이에 실링부재가 개재될 수 있다.

상기 제1 유체통로는 상기 바디의 측방에 형성되는 제1 유체실에 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치는, 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로를 형성하는 바디, 상기 바디의 상기 제1 유체통로에 배치되어 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로, 상기 제2 유체통로의 선단에 토출구로 연결되어 상기 제1 유체통로의 끝에 배치되고, 스페이서를 개재하여 상기 제1 유체통로에 장착되어 상기 제1 통로와의 사이에 미세통로를 형성하며, 상기 제1 유체의 토출 측에서 상기 토출구에 이어지는 토출면을 볼록한 유선형으로 형성하여는 토출체, 및 상기 토출체의 전방에서 상기 바디에 결합되고, 상기 제1 유체통로를 좁게 하는 와류유도부를 형성하며, 상기 와류유도부의 중심에 최종 분출구를 형성 하고, 상기 와류유도부와 상기 토출면 사이에 형성되는 간격으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하며, 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결되는 환형챔버를 포함한다.

상기 토출체는 상기 토출면의 반대측을 볼록한 유선형으로 형성할 수 있다.

상기 토출체는 구형(球形)으로 형성될 수 있다.

상기 바디는 파이프 또는 튜브로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치는, 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로와 상기 제1 유체통로의 반대측에 최종토출구를 형성하는 바디, 상기 바디의 상기 제1 유체통로에 배치되어 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로, 상기 제2 유체통로의 선단에 토출구로 연결되어 상기 제1 유체통로의 도중에 배치되고, 스페이서를 개재하여 상기 제1 유체통로에 장착되어 상기 제1 유체통로와의 사이에 미세통로를 형성하며, 상기 제1 유체의 토출 측에서 상기 토출구에 이어지는 토출면을 볼록한 유선형으로 형성하여는 토출체, 및 상기 토출체의 전방에서 상기 바디에 결합되고, 상기 토출면으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하며, 상기 바디를 관통하여 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결되는 환형챔버를 포함한다.

상기 토출체는 상기 토출면의 반대측을 볼록한 유선형으로 형성할 수 있다.

상기 토출체는 구형(球形)으로 형성될 수 있다.

상기 바디는 파이프 또는 튜브로 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치는, 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로를 형성하는 바디, 상기 바디의 상기 제1 유체통로에 배치되어 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로, 상기 제2 유체통로의 선단에 장착되어 상기 제2 유체통로에 토출구로 연결되는 토출체, 상기 토출체의 외측에 결합되어, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체를 절개홈을 통하여 상기 토출체의 외측에 형성되는 토출면 및 상기 토출구 쪽으로 토출하며, 토출되는 상기 제1 유체에 회전전단력을 부여하는 와류자, 및 상기 와류자를 수용하여 상기 바디에 결합되어 상기 와류자를 상기 제1 유체통로에 연결하고, 상기 토출체의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부를 형성하며, 상기 와류유도부의 끝에 최종 분출구를 형성하고, 상기 와류유도부와 상기 토출면 사이에 형성되는 간격으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하며, 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 상기 바디에 형성되는 제3 유체통로에 연결하여 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함한다.

상기 환형챔버는 상기 제3 유체에 연결되는 제3 유체실과, 상기 제3 유체실에 상기 제3 유체통로로 연결되는 제4 유체실을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치는, 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로와 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로를 형성하는 바디, 상기 제2 유체통로의 선단에 형성되어 상기 제2 유체통로에 토출구로 연결되는 토출체, 상기 토출체의 외측에 미세통로를 설정하여 결합되어, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체를 상기 미세통로를 통하여 상기 토출체의 외측에 형성되는 토출면 및 상기 토출구 쪽으로 상기 제1 유체를 고속으로 토출하는 환형링, 상기 환형링을 상기 바디에 연결하는 연결캡, 및 상기 환형링을 수용하면서 상기 환형링에 결합되고, 상기 환형링의 전방을 좁게 하는 와류유도부를 형성하며, 상기 환형링과 상기 토출면 사이로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하며, 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함한다.

상기 환형링은, 상기 토출체의 외면 중에서 상기 제1 유체통로와 상기 미세통로 사이에 제1 유체를 정류시키는 유체실을 더 형성할 수 있다.

상기 환형링과 상기 토출면 사이에 형성되는 상기 간격은, 상기 토출체에서 상기 미세홀 쪽으로 갈수록 점점 증대될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치는, 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로와 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로를 형성하는 바디, 상기 제2 유체통로의 선단에 형성되어 상기 제2 유체통로에 토출구로 연결되는 토출체, 상기 토출체의 외측에 결합되어, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체를 절개홈을 통하여 상기 토출체의 외측에 형성되는 토출면 및 상기 토출구 쪽으로 토출하며, 토출되는 상기 제1 유체에 회전전단력을 부여하는 와류자, 상기 와류자를 수용하여 상기 바디에 결합되어 상기 와류자를 상기 제1 유체통로에 연결하고, 상기 토출체의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부를 형성하며, 상기 와류유도부와 상기 토출면 사이에 형성되는 간격으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하는 와류캡, 및 상기 와류캡의 외측에 장착되고 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함한다.

상기 제2 유체통로는, 상기 바디의 원주 방향을 따라 배치되는 복수의 제2 유체 유입구에 연결될 수 있다.

상기 제2 유체통로는, 상기 바디에 형성되는 점차 축소관으로 상기 제1 유체통로에 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 시스템은, 제1 유체를 내장하는 탱크, 상기 탱크의 상기 제1 유체에 잠수되는 제1 내지 제72 항 중 어느 한 항의 미립자 및 미세기포 생성 장치, 상기 미립자 및 미세기포 생성 장치의 상기 제1 유체통로에 상기 제1 유체를 공급하는 제1 유체 공급부, 상기 미립자 및 미세기포 생성 장치의 상기 제2 유체통로에 상기 제2 유체를 공급하는 제2 유체 공급부, 및 상기 미립자 및 미세기포 생성 장치의 상기 환형챔버의 상기 미세홀에 상기 제3 유체를 공급하는 제3 유체 공급부, 및 상기 제1 유체 공급부와 상기 제2 유체 공급부 및 상기 제3 유체 공급부를 제어하는 제어부를 포함한다.

상기 제1 유체 공급부는, 상기 탱크의 상기 제1 액체 내 또는 외부에 설치되는 펌프, 상기 펌프에서 토출되는 상기 제1 유체의 유량을 제어하는 제1 유체밸브, 및 상기 제1 유체의 유량을 측정하는 제1 유량계를 더 포함할 수 있다.

상기 제2 유체 공급부는, 상기 제2 유체의 유량을 측정하는 제2 유량계, 및 상기 제2 유체의 유량을 제어하는 제2 유체밸브를 포함할 수 있다.

상기 제3 유체 공급부는, 상기 제3 유체의 유량을 측정하는 제3 유량계, 및 상기 제3 유체의 유량을 제어하는 제3 유체밸브를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 발생 시스템은, 상기 제1 유체통로의 상기 제1 유체 압력을 감지하는 제1 압력센서, 상기 제2 유체통로의 상기 제2 유체의 압력을 감지하는 제2 압력센서, 및 상기 환형챔버의 상기 제3 유체의 압력을 감지하는 제3 압력센서를 더 포함하며, 상기 제1 압력센서, 상기 제2 압력센서, 상기 제3 압력센서, 상기 제1 유량계, 상기 제2 유량계 및 제3 유량계는, 상기 제어부에 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 발생 시스템은, 대기 중에 미립자 및 미세기포를 분출하도록 대기 중에 노출되는 제1 내지 제72 항 중 어느 한 항의 미립자 및 미세기포 생성 장치, 상기 미립자 및 미세기포 생성 장치의 상기 제1 유체통로에 상기 제1 유체를 공급하는 제1 유체 공급부, 상기 미립자 및 미세기포 생성 장치의 상기 제2 유체통로에 상기 제2 유체를 공급하는 제2 유체 공급 부, 상기 미립자 및 미세기포 생성 장치의 상기 환형챔버의 상기 미세홀에 상기 제3 유체를 공급하는 제3 유체 공급부, 및 상기 제1 유체 공급부와 상기 제2 유체 공급부 및 상기 제3 유체 공급부를 제어하는 제어부를 포함한다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예는, 미립자와 미세기포를 동시에 생성하므로 종래의 미립자 및 미세기포 생성시, 한계였던 미립의 크기를 나노 또는 마이크로 수준까지도 생성할 수 있고, 응용 효율을 극대화할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예는, 미립자 생성 기술과 미세기포 생성 기술이 갖는 영역을 공유할 수 있고, 융합 효과를 상승시켜 산업전반의 응용범위를 확대할 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

본 발명의 실시예들은 저점도에서 고점도에 이르는 2유체 이상의 액체, 기체 및 분체 등의 다유체를 선택적으로 또는 동시에 흡입하여, 나노 크기 및 마이크로 크기를 갖는 미립자 및 미세기포 중 한 가지 또는 두 가지를 혼합 생성한다. 본 발 명의 실시예들에서 3㎏/㎠ 이하의 압력으로, 미립자 또는 미세기포는 직경 1 내지 30㎛ 범위를 가지며, 유체들의 점도는 물의 점도인 1에서 고점도 그리스류의 1000cps인 것도 포함한다. 본 발명의 실시예들에 따르면, 적은 에너지로 미립자 또는 미세기포의 크기와 양을 정밀하게 제어하므로 운전 비용이 적고 또한 응용 분야가 광범위하며, 단순한 구조로 인하여 가공 및 설치가 용이하다.

즉 본 발명의 실시예들은, 유체통로가 있는 바디나 배관의 끝 부분 또는 중간 부분에서 가압한 기체 또는 액체의 속도를 증가시켜서, 기체 또는 액체의 토출 흐름의 측방과 후방에 압력강하에 의한 부압을 형성하고, 이 부압에 의하여 외부의 기체 또는 액체를 흡입하여, 바디나 배관의 토출구 근방에서 전단 혼합하여 형성되는 미립자 및 미세기포를 대기 또는 액체 중에 분사한다. 물과 공기를 사용하여 생성되는 미립자는 가습제, 코팅제, 소화제, 청정제, 살충제, 방향제 및 악취 제거제로 사용될 수 있다. 물과 공기를 사용하여 생성되는 미세기포는 정화작용, 살균작용, 소독작용 및 생육작용 등에 사용될 수 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 분해 사시도이고, 도2는 도1의 미립자 및 미세기포 생성 장치의 조립 단면도이다. 도1 및 도2를 참조하면, 제1 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치(1000)는 제1 유체통로(11)를 가지는 바디(10), 제2 유체통로(20), 토출체(30), 와류자(40), 와류캡(50) 및 환형챔버(60)를 포함한다.

바디(10)는 미립자 및 미세기포 생성 장치(1000)의 중심체를 형성하며, 미립자 및 미세기포를 생성하기 위하여, 바디(10)의 축방향(x축방향)으로 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로(11)를 형성한다. 즉 제1 유체통로(11)는 바디(10)의 축방향(x축방향) 일측에 구비되는 유입구(I1)에 연결된다. 바디(10)는 파이프 또는 튜브로 형성될 수 있고, 이 경우 바디(10)의 일측이 유입구(I1)가 된다.

제2 유체통로(20)는 바디(10)의 제1 유체통로(11) 내에 배치되어 제2 유체에 연결된다. 예를 들면, 제2 유체통로(20)는 바디(10)의 측방에서 제2 유체를 흡입하여 바디(10)의 중앙으로 공급하도록 형성된다. 즉 제2 유체통로(20)는 바디(10)의 중심에 축방향을 따라 배치되는 관체로 형성될 수 있고, 바디(10)의 원주 일측에 구비되는 유입구(I2)에 연결된다.

토출체(30)는 제2 유체통로(20)의 선단에 장착되어 바디(10)의 일단 내측, 즉 제1 유체통로(11)에 배치되며, 중앙에 x축방향으로 형성되는 토출구(31)를 통하여 제2 유체통로(20)에 연결된다. 제2 유체통로(20)는 토출구(31)의 후방에 나사 결합으로 연결될 수 있다.

와류자(40)는 토출체(30)의 외측에 결합되어, 제1 유체통로(11)로 공급되는 제1 유체를 절개홈(41)을 통하여 토출체(30)의 외측에 형성되는 볼록 유선형의 토출면(32) 및 토출구(31) 쪽으로 토출하고, 또한 토출되는 제1 유체에 회전전단력을 부여할 수 있도록 형성된다. 토출체(30)의 토출면(32)과 와류자(40)의 절개홈(41)은 제1 유체통로(11)로 공급되는 제1 유체의 고속 유동을 가능하게 한다.

도3은 도1 및 도2의 와류자에 제1 유체를 가압 공급함으로써, 토출체의 토출구에 제1 부압이 형성되고, 토출구 정면의 측방에 제2 부압이 형성되는 상태를 나타내는 개념도이다.

와류캡(50)은 와류자(40)를 수용한 상태로 바디(10)에 결합되어 와류자(40)를 제1 유체통로(11)에 연결한다. 와류캡(50)은 토출체(30)의 전방으로 가면서 경사진 상태로 점점 좁아지는 와류유도부(51)를 형성하며, 와류유도부(51)와 토출면(32) 사이에 간격(C)을 형성한다. 간격(C)은 절개홈(41)을 통과하여 회전전단력을 가진 제1 유체를 고속 유동으로 토출시키며, 이때 토출구(31)의 전방에 형성되는 중심점(CP)에서 제1 유체를 집중시킨 후 다시 확산되게 한다. 이로 인하여, 토출구(31)에는 후방으로 작용하는 제1 부압(P1)이 형성되고 중심점(CP)의 측방에는 중심점(CP)으로 작용하는 제2 부압(P2)이 형성된다.

다시 도1 및 도2를 참조하면, 환형챔버(60)는 와류캡(50)의 외측에 장착(예를 들면, 나사 결합)되어, 미세홀(61)을 제2 부압(P2)이 형성되는 중심점(CP)의 측방에 배치하여 제3 유체에 연결하도록 형성된다. 즉 환형챔버(60)는 와류캡(50)의 와류유도부(51)에 대응하여 유체의 토출 방향에 대하여 전방으로 가면서 좁아지고, 제3 유체실(63)을 형성하고, 끝 부분에 최종 분출구(62)를 형성한다. 최종 분출구(62)는 토출체(30), 와류자(40) 및 와류캡(50)에서 생성되는 미립자 및 미세기포를 최종적으로 분출하며, 그 내주면에 미세홀(61)을 형성한다.

따라서 제1 부압(P1)은 토출구(31)에 연결되는 제2 유체통로(20) 및 유입구(I2)를 통하여 제2 유체를 흡입하고, 제2 부압(P2)은 중심점(CP)에 연결되는 환형챔버(60), 미세홀(61) 제3 유체실(63) 및 유입구(I3)를 통하여 제2 유체를 흡입한다.

제1 실시예 및 이하의 모든 실시예들은 제1 유체에 기체를 적용하고, 제2 유 체 및 제3 유체 중 하나에 액체를 적용하여, 대기 중으로 액체의 미립자를 분사할 수 있고, 제1 유체에 액체를 적용하고, 제2 유체 및 제3 유체 중 하나에 기체를 적용하여, 수중으로 미세기포를 분사할 수 있다.

제1 실시예를 더 구체적으로 설명하면, 제1 유체통로(11)는 제1 유체통로(11)에 연결되는 와류자(40)와 와류캡(50) 사이에 제1 유체실(111)을 형성하여, 제1 유체를 안정되고 정밀하게 제어할 수 있게 한다. 제1 유체실(111)은 가압되어 제1 유체통로(11)로 공급되는 제1 유체를 정류하여 절개홈(41)으로의 공급을 안정되게 한다.

제2 유체통로(20)는 제2 유체에 연결되는 유입구(I2)에 제2 유체실(21)을 형성하여, 제2 유체를 안정되고 정밀하게 제어할 수 있게 한다. 제2 유체통로(20)에 연결되는 토출체(30)의 외측(예를 들면, 토출면(32)과 토출구(31))과 이에 마주하는 와류자(40)의 내주면은 서로의 사이에 와류실(42)을 형성한다. 와류실(42)은 와류자(40)의 절개홈(41)을 경유하는 제1 유체의 와류 공간을 형성한다. 와류실(42)의 크기 및 단면 형상에 따라 제1 유체의 회전전단력이 다양하게 설정될 수 있다. 일례를 들면, 제2 유체실(21)은 바디(10)에 관통구(H10)의 턱에 걸리어 설치되어 제2 유체통로(20)에 연결되고, 관통구(H10)에 유입구(I2)를 체결함으로써 바디(10)에 고정 장착될 수 있다.

토출체(30)에서, 토출면(32)은 토출구(31)를 중심으로 볼록한 유선형으로 형성된다. 유선형 토출면(32)은 절개홈(41)으로 토출되는 제1 유체의 흐름을 중심점(CP)으로 유도하여 제1, 제2 부압(P1, P2)가 형성될 수 있게 한다. 토출체(30)는 와류자(40)와 일체로 형성되거나, 제1 실시예에서와 같이 각각 분리 형성되어 서로 결합될 수도 있다.

도4는 도1에 적용되는 제1 실시예에 따른 와류자의 부분 단면 사시도이고, 도5는 도4의 와류자의 평면도이다. 도4 및 도5를 참조하면, 와류자(40)는 허브(43) 및 확장부(44)를 포함한다. 절개홈(41)은 확장부(44)에 복수로 형성된다.

허브(43)는 토출체(30)에서 토출면(32)에 연결되는 수평의 외주면에 결합된다. 확장부(44)는 허브(43)에서 확장되어, 허브(43)보다 큰 내경으로 형성되어 토출면(32)과의 사이에 와류실(42)을 형성한다. 절개홈(41)은 토출되는 제1 유체가 블레이드 형상을 이루면서 와류를 일으키도록, 즉 회전전단력을 가지도록 확장부(44)에 복수로 형성된다. 절개홈(41)을 통하여 토출되는 제1 유체는 블레이드 형상을 가지고 와류를 일으킨다.

이를 위하여, 절개홈들(41)은 3차원 구조로 형성될 수 있다. 즉 절개홈(41)은 와류자(40)의 직경 방향에 대하여 기설정된 접선방향으로 제1 각도(A1)로 형성된다(도5 참조). 제1 각도(A1)는 제1 유체가 와류실(42)에서 원주 방향으로 회전되는 제1 작용력(F1)을 발생시킨다.

또한, 절개홈들(41)은 와류자(40)의 축방향(x축방향)에 대하여 기설정된 제2 각도(A2)로 형성된다. 제2 각도(A2)는 제1 유체가 와류실(42)에서 와류실(42)의 중심으로 모아서 토출면(32)으로 안내하는 역할 및 토출시키는 제2 작용력(F2)을 발생시킨다.

제1, 제2 각도(A1, A2)를 가지는 절개홈들(23)에 의하여, 제1 유체는 제1, 제2 작용력(F1, F2)을 가지는, 즉 회전전단력을 가지면서 토출된다. 회전전단력을 가지는 제1 유체의 토출로 인하여, 제2 유체통로(20)에 연결되는 토출체(30)의 유선형 토출면(32)을 경유하면서 토출구(31) 및 중심점(CP)이 제2 부압(P2)이 형성된다. 제1 유체가 와류자(40)을 거치면서 회전력을 갖게 되고, 토출구(31)에 제1 부압(P1)과 중심점(CP)의 측방에서 제2 부압(P2)이 형성되므로, 제1, 제2 부압(P1, P2)에 의해 자발적으로 흡인된 제2 유체와 제3 유체에 제1 유체가 혼합되어 미립자 및 미세기포 중 하나 또는 두 가지를 생성하고, 전단이 되면서 전방으로 확산 분산이 일어난다(도3 참조).

이하에서, 제1 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치(1000)의 다양한 사용 상태에 대하여 설명한다.

예를 들면, 미립자 및 미세기포 생성 장치(1000)를 저점도 초미립자 장치로 사용하는 경우를 예로 들 수 있다. 미립자 및 미세기포 생성 장치(1000)는 점도가 1cps와 같은 저점도의 액체인 물(제2 유체)을 이용하여, 1 내지 50㎛ 평균입자크기를 갖는 미립자를 생성할 수 있다. 이때, 제1 유체는 1 내지 2㎏/㎠ 정도로 가압된 기체이고, 제2 유체는 토출구(31)에서 발생되는 제1 부압(P1)에 의하여 흡입되는 물이다. 환형챔버(60)에는 제3 유체가 연결되지 않다.

즉, 펌프(미도시)에 의하여 가압되는 기체(제1 유체)는 유입구(I1)를 통하여 제1 유체통로(11)로 공급된다. 기체(제1 유체)는 제1 유체실(111)에서 정류되고, 와류자(40)의 절개홈(41)를 통하여 와류실(42)로 유동된다. 이때, 기체(제1 유체)는 절개홈(41)의 구조에 의하여 회전전단력을 가지는 와류를 발생시킨다.

회전전단력을 가지는 기체(제1 유체)는 토출면(32)과 와류유도부(51)사이에 설정된 간격(C)을 통하여, 유도되어 중심점(CP)에 모였다가 다시 확산 회전하면서 최종분출구(62)를 통하여 외부로 분출된다.

이때, 토출구(31)에 형성되는 제1 부압(P1)이 제2 유체통로(20)를 통하여 액체(제2 유체)를 흡입하여 토출구(31)로 토출하면서 작은 입자를 형성하고, 작은 입자들이 기체(제1 유체)와 혼합되어 미립자를 생성한다. 토출구(31), 흡입구(I2)에 미세홀 또는 관을 설치하여, 흡입되는 양을 더 미세하고 정밀하게 제어할 수 있다.

미립자 및 미세기포 생성 장치(1000)는 물(제2 유체)을 이용하여 10㎛ 평균입자크기를 갖는 미립자를 생성할 수 있다. 이때, 제1 유체는 1 내지 2㎏/㎠ 정도로 가압된 기체이고, 제3 유체는 중심점(CP) 측방에서 발생되는 제2 부압(P2)에 의하여 흡입되는 물이다. 제2 유체통로(20)에는 제2 유체가 연결되지 않는다.

즉 펌프(미도시)에 의하여 가압되는 기체(제1 유체)는 유입구(I1)를 통하여 제1 유체통로(11)로 공급된다. 기체(제1 유체)는 제1 유체실(111)에서 정류되고, 와류자(40)의 절개홈(41)를 통하여 와류실(42)로 유동된다. 이때, 기체(제1 유체)는 절개홈(41)의 구조에 의하여 회전전단력을 가지는 와류를 발생시킨다.

회전전단력을 가지는 기체(제1 유체)는 토출면(32)과 와류유도부(51)사이에 설정된 간격(C)을 통하여, 유도되어 중심점(CP)에 모였다가 다시 확산 회전하면서 환형챔버(60)의 최종분출구(62)를 통하여 외부로 분출된다.

이때, 토출구(31)의 전방 중심점(CP)에 형성되는 제2 부압(P2)이 환형챔버(60), 미세홀(61) 및 제3 유체실(63)을 통하여 액체(제3 유체)를 흡입하여 최종 분출구(62)로 분출하면서 더 작은 입자를 형성하고, 작은 입자들이 기체(제1 유체)와 혼합되어 미립자를 생성한다.

미립자 및 미세기포 생성 장치(1000)는 고점도의 유체를 미립화하는 장치로 사용될 수 있다. 이때, 제1 유체는 1 내지 2㎏/㎠ 정도로 가압된 기체이고, 제2 유체는 토출구(31)에서 발생되는 제1 부압(P1)에 의하여 흡입되는 물 또는 가압된 물이다. 환형챔버(60)에는 제3 유체가 연결되지 않다.

즉, 펌프(미도시)에 의하여 가압되는 기체(제1 유체)는 유입구(I1)를 통하여 제1 유체통로(11)로 공급된다. 기체(제1 유체)는 제1 유체실(111)에서 정류되고, 와류자(40)의 절개홈(41)를 통하여 와류실(42)로 유동된다. 이때, 기체(제1 유체)는 절개홈(41)의 구조에 의하여 회전전단력을 가지는 와류를 발생시킨다.

회전전단력을 가지는 기체(제1 유체)는 토출면(32)과 와류유도부(51)사이에 설정된 간격(C)을 통하여, 유도되어 중심점(CP)에 모였다가 다시 확산 회전하면서 최종분출구(62)를 통하여 외부로 분출된다.

이때, 토출구(31)에 형성되는 제1 부압(P1)이 제2 유체통로(20)를 통하여 액체(제2 유체)를 흡입하고, 이에 더하여, 액체(제2 유체)에 단지 이송하는 정도의 최소 가압아여 토출구(31)로 토출하면서 작은 입자를 형성하고, 작은 입자들이 기체(제1 유체)와 혼합되어 미립자를 생성한다.

이때, 액체(제2 유체)는 흡입력과 가압력에 의하여 토출구(31)로 공급되므로 토출구(31) 및 제2 유체통로(20)는 액체(제2 유체)를 가압하지 않는 경우에 비하여, 큰 직경으로 형성될 수 있다. 따라서 고점도의 유체의 경우에 발생될 수 있는 토출구(31) 및 제2 유체통로(20)의 막힘 현상을 방지할 수 있다. 즉 제1 실시예는 고점도의 유체를 미립화하는데 적용될 수 있다.

구체적인 예를 들면, 미립자 및 미세기포 생성 장치(1000)에서, 제2 유체통로(20)의 직경이 1 내지 5mm이고, 공기 콤프레서(air compressor)를 이용하여 기체(제1 유체)가 0.1 내지 1MPa로 가압 공급된다. 이 조건 하에서, 제2 유체의 유입구(I2)에서 적어도 0.1㎏/㎠ 이상의 흡입력이 생성되어 1000cps 이상의 점도를 갖는 중유, 등유, 가솔린, 미션유 및 식용유 등을 비롯하여, 10000cps 이상의 고점도인 그리스, 에멀전 및 슬러리 등을 평균입자크기 10 내지 50㎛ 미립화가 가능하다.

미립자 및 미세기포 생성 장치(1000)는 미세 기포생성 장치로 사용될 수 있다. 이때, 제1 유체통로(11)와 환형챔버(60)를 사용하고, 제2 유체통로(20)를 사용하지 않는다. 수중에서 제1 유체가 가압된 액체(물)이고, 제3 유체가 흡입되는 기체(공기)이다.

즉 펌프(미도시)에 의하여 가압되는 액체(제1 유체)는 유입구(I1)를 통하여 제1 유체통로(11)로 공급된다. 액체(제1 유체)는 제1 유체실(111)에서 정류되고, 와류자(40)의 절개홈(41)를 통하여 와류실(42)로 유동된다. 이때, 액체(제1 유체)는 절개홈(41)의 구조에 의하여 회전전단력을 가지는 와류를 발생시킨다.

회전전단력을 가지는 액체(제1 유체)는 토출면(32)과 와류유도부(51)사이에 설정된 간격(C)을 통하여, 유도되어 중심점(CP)에 모였다가 다시 확산 회전하면서 환형챔버(60)의 최종분출구(62)를 통하여 외부로 분출된다.

이때, 토출구(31)의 전방 중심점(CP)에 형성되는 제2 부압(P2)이 환형챔 버(60), 미세홀(61) 및 제3 유체실(63)을 통하여 기체(제3 유체)를 흡입하여 최종분출구(62)로 분출하면서 더 작은 입자를 형성하고, 작은 입자들이 액체(제1 유체)와 혼합(물과 공기의 혼합)되어 미세기포를 생성한다.

실험에 의하면, 제1 유체로 1㎏/㎠의 수압을 작용시키고, 환형챔버(60)의 미세홀(61)의 직경을 0.2mm로 할 때, 평균입자크기 50㎛ 정도의 미세기포가 발생하는 것을 관찰 할 수 있다.

또한, 수중에서 제1 유체통로(11)를 통하여 가압된 액체(제1 유체, 물)가 공급되고, 환형챔버(60)를 통하여 기체(제3 유체, 공기)가 흡입되며, 이 상태에서, 제2 유체통로(20)를 통하여 기체(제2 유체, 공기)가 흡입된다. 이때, 토출구(31) 및 유입구(I2)에서 제2 유체(공기)의 양을 미세하게 제어할 수 있다. 이 경우, 가압된 기체(제1 유체)가 와류자(40)의 절개홈(41)을 경유하면서 발생된 토출구(31)에 형성되는 제1 부압(P1)에 의하여 흡입되는 기체(제2 유체)나 가압된 기체(제2 유체)가 공급되며, 이 기체(제2 유체)의 양을 미세하게 제어하면 미세기포가 발생하는 것을 또한 관찰 할 수 있다.

이하 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명한다. 제1 실시예 및 기설명된 다른 실시예들과 선택 비교하여, 동일한 부분에 대하여 설명을 생략하고, 서로 다른 부분에 대하여 설명한다. 또한 고점도 복수의 유체를 미립화하는 장치로 사용되는 것에 대해서는 관련 실시예에서 설명한다.

토출구(31) 앞에 설정되는 중심점(CP) 측방에 작용하는 제2 부압(P2)에 미세홀(61)를 위치시키는 환형챔버(60)는 미세홀(61), 유체실(63), 유입구(I3) 및 최종 분출구(62)를 포함하며, 효율 향상 및 응용 영역에 따라 다양한 구조로 적용될 수 있다.

도24 및 도25는 도1에 적용되는 제1 및 제2 실시예에 따른 환형챔버 결합 구조의 단면도이다.

도1, 도2 및 도24를 참조하면, 환형챔버(60)는 와류캡(50)에 나사 구조로 결합된다. 즉 환형챔버(60)는 캡타입으로 형성되고, 별도로 형성되는 와류캡(50)에 나사 결합된다. 환형챔버(60)는 와류캡(50)의 몸체에 나사 결합되어 와류유도부(51)에 밀착된다. 즉 환형챔버(60)는 와류캡(50)의 와류유도부(51)를 감싸는 구조로 형성된다. 따라서 환형챔버(60)의 셋업 변경이 용이하고, 가공성이 좋다.

도25를 참조하면, 제2 실시예의 환형챔버(260)는 단순한 링타입으로 형성되어 와류캡(50)의 몸체에 나사 결합된다. 즉 환형챔버(260)는 와류캡(50)의 와류유도부(51)와 이격되는 구조로 형성된다. 따라서 환형챔버(260)는 링타입으로 형성되어 제1 실시예의 캡타입에 비하여, 설계자유도 및 가공성이 유리하다.

도27은 도1에 적용되는 제1 실시예에 따른 환형챔버의 단면도이다. 도1, 도2 및 도27을 참조하면, 기설명된 바와 같이, 환형챔버(60)는 제3 유체에 연결되는 제3 유체실(63), 미세홀(61) 및 연결통로(64)를 포함한다. 연결통로(64)는 제3 유체실(63)의 직경 방향으로 형성되어, 제3 유체실(63)과 미세홀들(61)을 연결하여, 미세홀(61) 및 제3 유체실(63)을 통하여 제3 유체의 흡입을 가능하게 한다. 제3 유체실(63)은 일체로 형성되고, 미세홀들(61)은 각 연결통로(64)를 통하여 제3 유체실(63)에 연결된다. 환형챔버(60)는 도1, 도2 및 도24에서와 같이, 와류캡(50)에 결합될 수도 있고, 도26과 같이 와류자(40)를 수용하여 와류캡의 역할을 동시에 수행할 수도 있다.

도28, 도29 및 도30은 제3, 제4 및 제5 실시예에 따른 환형챔버의 단면도이다. 먼저, 도28을 참조하면, 제3 실시예의 환형챔버(360)는 제3 유체실(363)을 복수로 구획하여 형성하고 각 제3 유체실(363)에 유입구(I33)를 개별적으로 연결하며, 각각의 연결통로(364)를 통하여 미세홀들(361)을 대응하는 각 제3 유체실(363)에 연결한다. 따라서 다양한 종류의 제3 유체를 흡입할 수 있고, 응용 용도에 따라 흡입되는 제3 유체를 개별적으로 셋업 조정할 수 있다.

도29를 참조하면, 제4 실시예에 따른 환형챔버(460)는 니들(464)을 통하여 미세홀(461)을 제3 유체실(463)에 연결한다. 즉 니들(464) 및 미세홀(461)은 제3 유체실(463)에 연결되어 제3 유체실(463)의 직경 방향의 중심을 향하여 형성된다. 이 경우, 최종분출구(462)는 제1 실시예의 최종분출구(62)보다 더 크게 형성될 수 있다. 최종분출구(462)에 니들(464)을 조립구조로 형성하면, 착탈이 용이하여 니들(464) 및 미세홀(461)의 개수, 위치 및 길이의 조정을 용이하게 한다.

도30을 참조하면, 제5 실시예에 따른 환형챔버(560)는 링 구조체(562)에 제3 유체실(563)을 복수로 구비하고, 각 제3 유체실(563)에 유입구(I53)를 개별적으로 연결하며, 각각의 니들(564)을 통하여 미세홀들(561)에 각 제3 유체실(563)을 연결한다. 따라서 다양한 종류의 제3 유체를 흡입할 수 있고, 응용 용도에 따라 흡입되는 제3 유체를 개별적으로 셋업 조정할 수 있다.

도15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면 도이고, 도16은 도15의 와류자의 정면도이다.

제1 실시예의 미립자 및 미세기포 생성 장치(1000)는 토출체(30)와 와류자(40)를 별도로 형성하지만, 제2 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치(2000)는 제1 실시예의 토출체(30)에 해당되는 부분으로 제8 실시예의 와류자(840)를 형성한다.

와류자(840)는 제2 유체통로(220)의 선단에 장착되어, 바디(10)의 일단 내측에 배치되고, 제1 유체통로(11)로 공급되는 제1 유체에 회전전단력을 부여하면서 제2 유체통로(220)의 선단으로 형성되는 토출구(231) 쪽으로 제1 유체를 토출하는 스파이어럴 선회홈(241)을 일면에 형성한다. 제2 유체통로(220)는 와류자(220)에서 축방향으로 이동 가능한 상태를 유지한다.

이때, 와류캡(50)은 와류자(840)를 수용하여 바디(10)에 결합되어, 와류자(840)와의 사이에 설정되는 간극(G)으로 환상통로(242)를 형성하다. 환상통로(242)는 제1 유체통로(11)를 스파이어럴 선회홈(241)에 연결한다. 와류자(840)에서 제2 유체통로(220)의 위치를 조절하므로 제2 유체통로(220) 및 토출구(231)의 위치가 가변적으로 조절될 수 있다.

와류캡(50)의 와류유도부(51)는 이에 마주하는 와류자(241)의 스파이어럴 선회홈(341)으로 제1 유체를 토출할 때, 토출구(231)의 전방에 형성되는 중심점(CP)에서 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 토출구(231)에 제1 부압(P1)을 형성하고 중심점(CP)의 측방에 제2 부압(P2)을 형성한다.

도17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면 도이고, 도18은 도17의 와류자의 정면도(a)와 와류캡의 내부 배면도(b)이다.

제2 실시예의 미립자 및 미세기포 생성 장치(2000)는 와류자(840)에 스파이어럴 선회홈(241)을 형성하는데 비하여, 제3 실시예의 미립자 및 미세기포 생성 장치(3000)는 와류캡(350)에 스파이어럴 선회홈(341)을 형성하고, 제2 실시예의 와류자(840) 대신에 제2 실시예의 토출체(330)을 구비한다.

도17 및 도18을 참조하면, 토출체(330)은 제2 유체통로(20)의 선단에 장착되어 바디(10)의 일단 내측에 배치되며 제2 유체통로(20)에 토출구(331)로 연결된다. 토출체(330)의 토출면(332)은 직선 경사면으로 형성된다.

와류캡(350)은 토출체(330)를 수용하여 바디(10)에 결합되며, 토출체(330)와의 사이에 설정되는 간극(G)으로 환상통로(342)를 형성한다. 와류캡(350)은 토출구(331)의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부(351)에 스파이어럴 선회홈(341)을 형성한다. 환상통로(342)는 스파이어럴 선회홈(341)과 제1 유체통로(11)를 서로 연결한다.

토출체(330)의 토출면(332)은 이에 마주하는 와류캡(350)의 스파이어럴 선회홈(341)으로 제1 유체를 토출할 때, 토출구(331)의 전방에 형성되는 중심점(CP)에서 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 토출구(331)에 제1 부압(P1)을 형성하고 중심점(CP)의 측방에 제2 부압(P2)을 형성한다.

와류유도부(351) 및 토출면(332)의 경사각(θ)은 와류캡(50)의 직경 방향에 대하여 0도 보다 크고 60도 이하 범위를 포함한다. 경사각(θ)이 작을수록 중심점이 토출구(331)에 근접하도록 이동되어 토출추력이 커지므로 분출거리가 증가되지만, 토출 각도가 작게 되어 토출 범위가 줄어들게 되며, 경사각(θ)이 클 경우에는 반대의 현상이 발생되고, 60도의 범위를 벗어나면 토출액 간의 충돌과 간섭이 발생되어 분사효율이 급격히 저하된다.

도19는 본 발명의 제4 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이고, 도20은 도19의 와류자의 정면도이다.

제1 실시예의 미립자 및 미세기포 생성 장치(1000)에서 토출체(30)와 와류자(40)는 별도로 형성되어 결합되는데 비하여, 제4 실시예의 미립자 및 미세기포 생성 장치(4000)는 제1 실시예의 토출체(30)의 구성을 와류자(440)에 일체로 형성한다. 따라서 제1 실시예에서는 토출체(30)와 와류자(40) 사이에 와류실(42)이 형성되는, 제4 실시예에서는 와류자(440)에 와류실(442)이 형성된다.

도19 및 도20을 참조하면, 제9 실시예의 와류자(440)는 제2 유체통로(20)의 선단에 장착되어 바디(10)의 일단 내측에 배치되고, 제2 유체통로(20)에 연결되는 토출부(430)에 토출구(431)를 구비하며, 토출부(430)와의 사이에 와류실(442)을 형성한다. 와류자(440)는 제1 유체통로(11)로 공급되는 제1 유체를 절개홈(441)을 통하여 와류실(442) 및 토출구(431) 쪽으로 토출하며, 토출되는 제1 유체에 회전전단력을 부여한다. 또한 와류자(440)는 토출부(430)에서 절개홈(441)의 후방으로 더 연장되는 제2 연장부(E2)를 더 포함한다.

와류캡(50)은 와류자(440)를 수용하여 바디(10)에 결합되어 와류자(440)를 제1 유체통로(10)에 연결하고, 와류유도부(51)를 형성한다. 와류유도부(51)는 토출구(431) 쪽으로 제1 유체 토출시, 토출구(441)의 전방에 형성되는 중심점(CP)에서 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 토출구(431)에 제1 부압(P1)을 형성하고 중심점(CP)의 측방에 제2 부압(P2)을 형성한다.

제1 유체통로(11)를 통하여 가압된 제1 유체가 와류자(440)에 형성된 복수개의 스파이어럴 절개홈(441)을 지나면서 접선방향의 회전력을 가지고, 와류실(442)에서 정류되어 토출구(431)과 와류캡(50) 사이를 통하여 고속 회전전단력을 가지면서 전방으로 토출된다. 토출구(431) 주변에 발생되는 제1, 제2 부압(P1, P2)에 의하여 토출구(431)의 후방 및 측방으로 제2, 제3 유체가 유입한다. 유입되는 제2, 제3 유체는 토출구(431)의 선단에서 가압된 제1 유체와 함께 혼합 전단되어 전방으로 분출된다.

이때, 와류실(442)은 복수개의 절개홈(441)으로부터 접선방향으로 유입된 제1 유체를 안정적으로 정류시키고, 와류실(442)의 내측벽이 유선형(미도시) 또는 경사면(도7 및 도19 참조)으로 형성되어 토출구(431)의 중심방향을 향하여 고속회전력을 가지고 제1 유체를 분출시킨다. 와류갭(50)의 와류유도부(51)와 토출구(431) 사이의 갭 및 각도를 조정함으로써 분사 범위 및 분사량을 조정할 수 있다

도6은 제2 실시예에 따른 와류자의 측면도이고, 도7은 도6의 단면도이다. 제9 실시예의 와류자(440)는 제2 유체통로(20)와 결합되는 부분에 제2 연장부(E2)를 구비하여 길게 형성된다(도19 참조). 이에 비하여 제2 실시예의 와류자(240)는 제2 연장부(E)를 구비하지 않는다. 따라서 와류자(440)는 단독 부품으로 제작하여 와류캡과 바디에 삽입하여 사용될 수도 있다(미도시).

도8은 제3 실시예에 따른 와류자의 측면도이다. 도8을 참조하면, 제3 실시예 의 와류자(340)은 제2 실시예의 와류자(240)의 구성에 제1 연장부(E1)를 더 포함한다. 제1 연장부(E1)는 토출부(430)에서 절개홈(441)의 전방으로 더 연장 형성된다. 토출부(430) 및 제1 연장부(E1)는 토출구(431)에서 토출 패턴의 제어를 용이하게 한다.

도9는 제4 실시예에 따른 와류자의 측면도이다. 도9를 참조하면, 제4 실시예의 와류자(540)는 토출부(430)에서 절개홈(441)의 후방으로 더 연장되는 제2 연장부(E2)를 더 포함한다. 연장부(E2)는 토출구(431)에 연결되는 제2 유체통로를 더 형성하여, 미립자 및 미세기포 생성 장치의 응용 영역에 따라 다양한 선택을 가능하게 한다.

제9, 제2, 제3, 제4 실시예의 와류자(440, 240, 340, 540)에서 절개홈들(441)은 와류자의 직경 방향에 대하여 제1 각도(A1)로 기울어진 상태로 형성된다(도20 참조).

도10, 도11 및 도12는 제5, 제6 및 제7 실시예에 따른 와류자의 평면도이다. 도10을 참조하면, 제5 실시예의 와류자(640)에서, 절개홈들(641)은 와류자(640)의 직경 방향에 대하여 제1 각도(A1)로 배치되고 외측에서 내측으로 가면서 좁아지는 유선형으로 형성된다.

도11 및 도12를 참조하면, 와류자(650, 660) 각각에서, 절개홈들(651, 661)은 와류자(650, 660)의 직경 방향에 대하여 제1 각도(A1)로 배치되며 외측에서 내측으로 가면서 동일 폭을 가지는 블레이드(blade)형(도11 참조), 슬릿(slit)형 또는 슬롯(slot)형(도12 참조)으로 형성된다.

이와 같이, 토출부(430)로 공급되는 제1 유체를 고속으로 회전시켜 전단력을 발생시키는 와류자(640, 650, 660)는 유선형, 블레이드형 및 슬릿형 또는 슬롯형으로 형성될 수 있고, 응용되는 조건에 따라 선회 형태와 절개홈(641, 651, 661)의 개수를 복수로 형성할 수 있다. 유선형 절개홈(641)은 손실에너지가 적고 선회 효율이 높으며, 실제에서는 가공성에서 유리한 직선형 블레이드형 절개홈(651) 및 슬릿형 절개홈(661)이 자주 사용된다.

도13은 제10 실시예에 따른 와류자의 평면도이고, 도14는 도13의 측면도이다. 도13 및 도14를 참조하면, 제10 실시예의 와류자(740)는 제2 유체통로(20)에 결합되는 허브(743), 허브(743)보다 큰 내경으로 형성되어 토출부(430)와 함께 와류실(442)을 형성하는 확장부(744)를 포함한다.

확장부(744)는 토출되는 제1 유체가 와류를 일으키도록 바디(10)의 축방향(x축방향)으로 연결되는 선회구멍(741)을 복수로 형성한다. 선회구멍들(741)은 와류자(740)의 직경 방향에 대하여 제1 각도(A1)로 형성되고, 와류자(740)의 축방향에 대하여 제2 각도(A2)로 형성된다.

선회구멍들(741)은 가압된 제1 유체를 통과시키면서 고속으로 회전시켜 전단력을 발생시킨다. 선회구멍들(741)의 개수 및 직경은 응용 용도에 맞게 선택 설계될 수 있고, 유선형 절개홈(641) 또는 블레이드형 절개홈(41, 651)보다 가공면에서 유리하다.

도21은 본 발명의 제5 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 분해 사시도이고, 도22는 도21의 미립자 및 미세기포 생성 장치의 조립 단면도이다.

제1 실시예의 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치(1000)는 바디(10)에 제1 유체통로(11)를 형성하고, 제2 유체통로(20)를 제1 유체통로(11) 내에 별도로 배치하며, 토출체(30)를 제2 유체통로(20)에 장착하고, 와류캡(50)를 사용하며, 와류자(40)와 와류캡(50) 사이에 형성되는 제1 유체실(111)을 제1 유체통로(11)에 연결한다.

이에 비하여, 제5 실시예에 따른 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치(5000)는 바디(510)에 제1, 제2 유체통로(511, 12)를 형성하며, 토출체(530)를 제2 유체통로(12)의 선단에 일체로 형성하여, 제2 유체통로(12)를 토출구(531)에 연결하고, 와류캡을 사용하지 않으며, 제1 유체실(111)에 제1 유체통로(11)로 연결되는 제12 유체실(112)을 유입구(I1) 측에 더 구비하여, 제1 유체를 정류하여 안정시킨다.

와류자(40)는 토출체(530)의 외측에 결합되어, 제1 유체통로(511)로 공급되는 제1 유체를 절개홈(41)을 통하여 토출체(530)의 외측에 형성되는 토출면(532) 및 토출구(531) 쪽으로 토출하면서, 토출되는 제1 유체에 회전전단력을 부여한다.

환형챔버(760)는 와류자(40)를 직접 수용하여 바디(510)의 외측에 에 결합되어 와류자(40)를 제1 유체통로(511)에 연결하고, 토출체(530)의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부(751)를 형성한다. 예를 들면, 환형챔버(760)는 바디(510)에 나사 결합되고, 토출체(530)는 토출면(532)을 볼록 유선형으로 형성하며, 토출구(531)를 복수로 형성할 수 있다.

환형챔버(760)는 미세홀(61)을 제2 부압(P2)이 형성되는 중심점(CP)의 측방에 배치하여 제3 유체에 연결하도록 형성된다. 즉 환형챔버(760)는 와류유도 부(751)에 대응하여 유체의 토출 방향에 대하여 전방으로 가면서 좁아지며, 제3 유체실(63)을 형성하고, 끝 부분에 최종 분출구(62)를 형성한다. 최종 분출구(62)는 토출체(530), 와류자(40) 및 와류유도부(731)에서 생성되는 미립자 및 미세기포를 최종적으로 분출하며, 그 내주면에 미세홀(61)을 형성한다.

도23은 본 발명의 제6 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이다. 도23을 참조하면, 제6 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치(6000)는 도22에서와 같이, 환형챔버(760)를 바디(10)에 결합하며, 환형챔버(760)의 와류유도부(751)로 와류자(40)를 수용하고, 도2에서와 같이, 토출체(30)를 제2 유체통로(20)의 선단에 장착하므로, 이에 대한 구체적인 설명을 생략한다.

도26을 참조하면, 환형챔버(760)는 바디(10)에 나사 결합된다. 환형챔버(760)는 와류캡 작용과 제3 유체를 흡입하는 작용을 겸하는 캡타입으로 형성되므로 구조를 단순하게 한다.

다시 도23을 참조하면, 제2 유체는 서로 다른 제21 유체와 제22 유체를 포함할 수 있으며, 편의상 2가지만 예시하지만 3가지 이상도 가능하다. 이때, 제2 유체통로(20)는 제21 유체 및 제22 유체에 동시 연결되는 구조를 형성하며, 이를 위하여, 별도로 형성되는 유입구(I21, I22)에 연결된다.

환형챔버(760)의 미세홀(61)은 저점도의 제3 유체에 연결되고, 제2 유체통로(20)는 고점도의 제2 유체에 연결된다. 제2 유체통로(20)는 제1 유체통로(11)에 설치되는 점차 축소관(22)을 통하여 제1 유체통로(11)에 연결된다.

따라서 점차 축소관(22)은 제2 유체통로(20)에 제1 유체를 일부 공급한다. 즉 가압된 제1 유체가 점차 축소관(22)을 지나면서 제2 유체통로(20)에 압력강하 영역을 형성하고(즉 제3 부압(P3)을 형성), 여기에 제2 유체의 유입구(I21, I22)를 설치하므로 복수의 제2 유체(즉 제21, 제22 유체)를 제3 부압(P3)에 의하여 1차로 자흡입함과 동시에 1차로 분쇄시키며, 압력강하 영역에서 혼합된 제1, 제2 유체를 토출체(30)의 토출구(31)로 이송한다.

혼합되어 이송되는 제1, 제2 유체는 와류자(40)의 절개홈(41)을 통과하여 고속 회전전단력을 갖는 가압된 제1 유체에 의해 2차로 자흡입 압력(제1 부압(P1))이 부가됨과 동시에 2차 분쇄작용이 발생하여 토출구(31) 전방에서 혼합 분쇄된 미립자 또는 미세기포가 생성되며, 이때, 제2 부압(P2)에 의하여 미세홀(61)을 통하여 제3 유체가 유입되어 제1, 제2, 제3 유체가 혼합되면서 미립자 및 미세기포를 생성하여, 최종토출구(63)로 토출된다. 제2 유체는 내경이 큰 제2 유체통로(20) 및 토출구(31)를 통하여 저에너지로 막힘 없이 용이하게 이송될 수 있다. 따라서 제6 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치(6000)는 고점도 및 복수 유체를 동시에 초미립자화하는 장치로 사용될 수 있다.

도31은 도1에 적용되는 제5 실시예에 따른 토출체의 토출구의 단면도이다. 도31을 참조하면, 도22에서와 같이, 토출체(530)의 토출구(531)는 미세관들 또는 모세관들로 형성된다. 토출체(530)의 토출구(531)에 미세관 또는 모세관이 천공(穿孔) 또는 다발로 감입(嵌入)되므로 제2 유체의 유입량을 조절하므로 생성되는 미립자 및 미세기포의 크기 및 양을 원활하게 제어 할 수 있다.

토출체(530)에 토출구(531)를 형성하는 미세관들 또는 모세관들은 0.01 내지 2mm의 직경으로 형성될 수 있다. 좀 더 구체적으로는 미세관들 또는 모세관들은 미세기포 생성시, 0.01 내지 1mm의 직경으로 형성되고, 미립자 생성시, 0.1 내지 2mm의 직경으로 형성될 수 있다. 이와 같이 미세기포와 미립자 생성시, 미세관들 또는 모세관들의 최대 직경 크기가 다른 이유는 다음과 같다. 미세기포의 경우, 유체 속에서 유체의 속도 작용만으로 기체가 공급되는 관의 직경 크기가 2mm이며, 2mm초과에서는 미세기포를 만들기 어렵고, 기체의 전단작용으로 만들어지는 유체의 미립자는 직경 크기가 2mm 이상에서도 미립자를 용이하게 생성시킬 수 있기 때문이다. 미세관들 또는 모세관들에 대한 실험적 결과에 의하면, 미세기포의 경우, 즉 직경이 1㎛이하 수준의 효율적인 미세기포가 생성되는 최소 직경의 크기는 0.01mm이고, 미립자의 경우, 즉 직경 1㎛이하 수준의 효율적인 미립자가 생성되는 최소의 직경 크기는 0.1mm이다.

도32 및 도33은 제6 및 제7 실시예에 따른 토출체의 토출구의 단면도이다. 도32 및 도33을 참조하면, 토출체(630, 730)는 토출구(631, 731)에 토출캡(632, 732)을 장착한다. 토출캡(632, 732)은 토출구(631, 731)에 연결되는 미세홀들을 형성한다. 토출체(630)는 선단을 형성하는 토출면(633)을 유선형으로 형성하고, 토출캡(632)은 토출면(633)에 유선형으로 연결되도록 미세홀이 형성되는 선단을 유선형으로 형성한다.

도32의 토출체(630)에서, 미세홀들은 토출캡(632)에서 토출구(631)의 길이 방향에 대하여 나란하게 형성되어 제2 유체통로(20)에 연결된다. 도33에서의 토출체(730)에서, 미세홀들은 토출캡(732)에서 토출구(731)의 길이 방향에 대하여 선단으로 가면서 서로의 간격을 넓어지게 형성하여 제2 유체통로(20)에 연결된다. 미세 홀을 형성한 토출캡(632, 732)은 제2 유체의 유입량을 조절함과 동시에 토출체(630, 730)와 결합 및 분리되는 구조를 형성하므로 응용영역 및 설계변경에 용이하게 대응할 수 있다.

또한, 도33의 토출체(730)는 토출캡(732)에 미세홀(hole)을 형성하고, 토출구(731)와 토출캡(732) 사이에 유체실(734)을 더 형성한다. 제2 유체통로(20)로 공급되는 제2 유체는 유체실(734)에서 압력강하를 시키므로 토출캡(732)으로 이동되는 제2 유체를 더욱 미세하게 제어할 수 있다. 따라서 미립자 및 미세기포의 발생효율이 향상되고, 안정적으로 생성된다.

도34는 도1의 미립자 및 미세기포 생성 장치에서 토출구와 환형챔버의 상호 크기 관계를 도시한 단면도이다. 도34를 참조하면, 토출체(30)에 형성되는 토출구(31)[도22의 미세관 또는 모세관으로 형성되는 토출구(531), 및 도32와 도33의 토출캡(632, 732)에 형성되는 미세홀들 포함]와 환형챔버(760)의 미세홀(61)은 저에너지로 유체가 자흡입 또는 자연적으로 흡입되어 미세기포 및 미립자를 생성할 수 있는 적정한 크기의 내경(d1, d2) 0.01 내지 2mm 범위를 포함한다. 편의상, 토출체(30)에 형성되는 토출구(31)로 설명한다.

토출구(31)의 선단과 미세홀(61) 사이에서 토출구(31)의 길이 방향으로 설정되는 제1 유체홀 간극(Lx)은 토출구(31)에서 토출되는 유체에 의해 제1 부압(P1)에 영향을 주는 거리로써, 토출구(31) 선단에서 제1 부압(P1)이 가장 크고, 제1 유체홀 간극(Lx)이 커질수록 제1 부압(P1)의 영향이 줄어든다. 제1 부압(P1)의 영향이 작용하는 제1 유체홀 간극(Lx)의 적정한 범위는 0보다 크면서 최종 분출구(62) 내 경(D)의 8배 이하이다.

토출구(31)의 선단과 미세홀(61) 사이에서 토출구(31)의 직경 방향으로 설정되는 제2 유체홀 간극(Ly)은 토출구(31)에서 토출되는 유체에 의해 측방 제2 부압(P2)에 영향을 주는 거리로써, 토출구(31) 선단에서 제2 부압(P2)이 가장 크고, 제2 유체홀 간극(Ly)이 멀어질수록 제2 부압(P2)의 영향이 줄어든다. 제2 부압(P2)의 영향이 작용하는 제2 유체홀 간극(Ly)이 적정한 범위는 0보다 크면서 최종 분출구(62) 내경(D)의 3배 이하이다.

도35는 유체 유입부와 토출부에 구비되는 미세홀 통로의 실시예들이다. 예를 들면, 도35의 통로 구조는, 제1 유체를 유입하는 유입구(I1), 제2 유체(제21, 제22 유체 포함)를 유입하는 유입구(I2, I21, I22), 제3 유체를 유입하는 유입구(I3), 토출체(30)의 토출구(31), 및 환형챔버(60)의 미세홀(61)에 적용될 수 있다. 이들에 적용되는 통로 구조는 관상의 단일 홀(a), 관상의 원주 방향으로 배치되는 복수의 홀들(b), 관상에 흩어져 배치되는 복수의 홀들(c), 복수의 관들로 형성되는 관다발(d), 다공성(porous) 구조(미도시), 메시 구조(e) 및 구면에 흩어져 배치되는 복수의 홀들(f) 중 하나로 형성될 수 있다. 예를 들면, 다공성 구조는 울(wool) 또는 펠트(felt) 재료로 구성될 수 있다. 도35의 미세홀 통로는 도22의 토출구(531)를 형성하는 미세관들 또는 상기 모세관들과 같은 크기인 0.01 내지 2mm로 형성될 수 있다.

도40은 본 발명의 제11 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이다. 도40을 참조하면, 제11 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장 치(1100)는 환형챔버(760)에 제31, 제32 유체 유입구(I31, I32)를 구비한다. 제3 유체는 서로 다른 제31 유체와 제32 유체를 포함할 수 있으며, 편의상 2가지만 예시하지만 3가지 이상도 가능하다. 이때, 환형챔버(760)는 제31 유체 및 제32 유체에 동시 연결되는 구조를 형성하며, 이를 위하여, 별도로 유체 유입구(I31, I32)를 형성하여 유체실(63)에 연결한다. 유입구(I31, I32)는 각기 다른 기능을 가지는 제31, 제32 유체에 연결되며, 예를 들면, 공기와 오존을 함께 사용하여 살균 작용을 갖게 할 수도 있다.

도42는 본 발명의 제13 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이다. 도42를 참조하면, 제13 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치(1300)는 제2 유체통로(320)를 토출체(30)에서 축방향으로 이동 가능하게 장착되고, 제1 유체통로(11)는 바디(10)의 측방으로 연결된다.

예를 들면, 제2 유체통로(320)는 바디(10) 내에 축 방향으로 설치된다. 제1 유체통로(11)와 제2 유체통로(20) 사이에 실링부재(321)가 개재되어, 제2 유체통로(20) 이동시, 제2 유체통로(20)와 제1 유체통로(11) 사이를 실링한다. 또한 제1 유체통로(11)는 바디(10)의 측방에 제12 유체실(112)를 형성하여, 유입구(I1)에 연결된다.

제2 유체통로(320)가 토출체(30)에서 축방향으로 위치 가변되므로 토출구(31)에 형성되는 제2 부압(P2)에 의하여 흡입되는 제2 유체의 특성 및 사용조건에 따라 위치를 변경한다. 따라서 토출구(31) 전방에서 혼합되는 제1, 제2 유체의 유동을 제어할 수 있다.

도36 및 도37은 본 발명의 제7, 제8 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이다.

먼저, 도36을 참조하면, 제7 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치(7000)은 바디(810)를 파이프 또는 튜브로 형성한다.

토출체(30)는 제2 유체통로(20)의 선단에 토출구(31)로 연결되어 제1 유체통로(11)의 도중에 배치되고, 스페이서(45)를 개재하여 제1 유체통로(11)에 장착되어 제1 유체통로(11)와의 사이 갭(G)으로 미세통로(46)를 형성한다. 토출면(32)은 부압을 발생시키도록 제1 유체의 토출 측에서 토출구(31)에 이어지도록 볼록한 유선형으로 형성된다. 또한, 제1 유체통로(11)를 유동하는 가압된 제1 유체는 제1 유체통로(11)에 삽입되어 있는 토출체(30)에 의하여 급속히 축소된 갭(G)을 통하여 속도가 증가되어 분출되면서 압력이 저하되고, 이 압력에 의해 후방의 제1 부압(P1) 및 측방의 제2 부압(P2)이 발생되어, 제2, 제3 유체에 자흡입력이 작용한다. 이때 갭(G)이 바디(810) 내경의 10% 이상의 크기로 형성되면, 제2, 제3 유체에 자흡입력의 작용이 미약해진다. 따라서 갭(G)은 바디(810) 내경의 10% 이내로 설정된다.

환형챔버(260)는 토출체(30)의 전방에서 바디(810)에 결합되고, 토출면(32)으로 제1 유체 토출시, 바디(810) 내의 토출구(31)의 전방에 형성되는 중심점(CP)에서 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 토출구(31)에 제1 부압(P1)을 형성하고 중심점(CP)의 측방에 제2 부압(P2)을 형성하며, 바디(810)를 관통하여 제2 부압(P2)이 형성되는 중심점(CP)의 측방에 미세홀(61)을 배치하여, 미세홀(61)을 제3 유체에 연결한다. 환형챔버(260)는 링타입으로 형성되어 바디(810)와의 장착 및 분 리를 용이하게 하며, 와류유도부(851)를 토출체(30)의 전방에서 수직 방향으로 형성하고, 중앙에 최종분출구(62)를 형성한다. 환형챔버(260)에는 제31, 제32 유체 유입구(I31, I32)를 구비하여, 서로 다른 제31, 제32 유체를 흡수할 수 있게 한다.

바디(810)의 제1 유체통로(11)를 통하여 가압된 제1 유체가 공급되어, 미세통로(46)와 유선형 토출면(32)을 지나면서 토출구(31) 전방으로 제1 유체가 분출된다. 이와 동시에, 토출구(31)의 후방과 측방에 형성되는 제1, 제2 부압(P1, P2)에 의하여, 제2, 제3 유체가 각각 제2 유체통로(20)와 미세홀(61)을 통하여 흡입되어 최종분출구(62)로 토출되면서 미립자 또는 미세기포를 생성한다.

도37을 참조하면, 제8 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치(8000)는 토출구(831) 반대측에도 토출체(830)를 볼록한 유선형으로 형성한다. 즉 토출체(830)는 부압을 발생시키는 토출면(832)과 이의 반대측을 볼록한 유선형으로 형성한다. 예를 들면, 토출체(830)는 구형(球形) 또는 타원형으로 형성될 수 있다.

도38 및 도39는 본 발명의 제9 및 제10 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이다. 먼저, 도38을 참조하여, 제9 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치(9000)를 설명한다.

도36의 제7 실시예의 미립자 및 미세기포 생성 장치(7000)는 환형챔버(260)에 수직 방향으로 형성되는 와류유도부(851)와 최종토출구(62)를 구비한다. 이에 비하여, 도38의 제9 실시예의 미립자 및 미세기포 생성 장치(9000)는 수직 방향의 와류유도부(851)를 구비하지 않은 상태로 환형챔버(860)를 형성하고, 바디(810) 끝에 최종토출구(962)를 형성한다.

환형챔버(860)는 토출체(30의 전방에서 바디(810)의 외곽에 나사 결합되고, 토출면(32)으로 제1 유체 토출시, 토출구(31)의 전방에 형성되는 중심점(CP)에서 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 토출구(31)에 제1 부압(P1)을 형성하고 중심점(CP)의 측방에 제2 부압(P2)을 형성하며, 미세홀(61)을 통하여 제3 유체를 흡입한다.

도39을 참조하여, 제10 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치(1001)를 설명한다.

도37의 제8 실시예의 미립자 및 미세기포 생성 장치(8000)는 환형챔버(260)에 수직 방향으로 형성되는 와류유도부(851)와 최종토출구(62)를 구비한다. 이에 비하여, 도39의 제10 실시예의 미립자 및 미세기포 생성 장치(1001)는 수직 방향의 와류유도부(851)를 구비하지 않은 상태로 환형챔버(860)를 형성하고, 바디(810) 끝에 최종토출구(962)를 형성한다.

도41은 본 발명의 제12 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이다. 도41을 참조하면, 제12 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치(1200)는 바디(910)에 제3 유체통로(13)를 형성하고, 환형챔버(960)에서 제3 유체의 유입구(I3)를 제3 유체통로(13)에 연결한다. 예를 들면, 환형챔버(960)는 제3 유체에 연결되는 제3 유체실(93)과, 제3 유체실(93)에 제3 유체통로(13)로 연결되는 제4 유체실(94)를 더 포함한다. 제3, 제4 유체실(93, 94)는 제3 유체를 정류시켜 제3 유체의 안정적인 흡입을 가능하게 한다.

제3 유체통로(13)를 바디(910)에 형성하므로 장치(1200)를 단순화할 수 있 고, 환형챔버(960)의 외주에 유입구(I3)가 없으므로 환형챔버(960)에 다른 장치의 연결을 용이하게 한다.

도43은 본 발명의 제14 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이다. 도43을 참조하면, 제14 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치(1400)는 바디(510)에 제1, 제2 유체통로(511, 12)를 형성하며, 토출체(30)를 제2 유체통로(12)의 선단에 일체로 형성하여, 제2 유체통로(12)를 토출구(31)에 연결하고, 토출체(30)에 간극(G)을 두고 미세통로(1441)를 형성하는 환형링(1440)을 장착하여, 제1 유체실(111)에 제1 유체통로(11)로 연결되는 제12 유체실(112)을 유입구(I1) 측에 더 구비하여, 제1 유체를 정류하여 안정시킨다. 제1 유체실(111)은 환형링(1440)과 토출체(30) 사이에 설정된다. 즉 제1 유체실(111)은 토출체(30)의 외면 중에서 제1 유체통로(511)와 미세통로(1441) 사이에 형성되어 제1 유체를 다시 정류시킨다.

환형링(1440)는 연결캡(1442)을 통하여 바디(510)에 장착된다. 연결캡(1442)는 환형링(1440)을 턱으로 걸어서 바디(510)에 나사 결합된다. 환형링(1440)은 토출체(30)의 외측에 설정되는 미세통로(1441)을 통하여, 가압된 제1 유체를 토출면(32) 및 토출구(31) 쪽으로 고속 토출한다.

환형링(1440)의 내면은 원통으로 형성되고, 토출면(32)은 유선형으로 형성되므로 환형링(1440)과 토출면(42) 사이에 형성되는 간격(C)은 토출체(30)에서 미세홀(61) 쪽으로 갈수록 점점 증대되면서, 미세홀(61) 측에 제2 부압(P2)을 형성한다.

환형챔버(260)는 환형링(1440)을 수용하면서 환형링(1440)에 결합되고, 환형링(1440)의 전방을 좁게 하는 와류유도부(851)와 최종토출구(62)를 형성한다. 환형챔버(260)는 환형링(1440)과 토출면(32) 사이로 제1 유체 토출시, 토출구(31)의 전방에 형성되는 중심점(CP)에서 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 토출구(31)에 제1 부압(P1)을 형성하고 중심점(CP)의 측방에 제2 부압(P2)을 형성하며, 제2 부압(P2)이 형성되는 중심점(CP)의 측방에 미세홀(61)을 배치하여, 미세홀(61)을 제3 유체에 연결한다.

도44는 본 발명의 제15 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이고, 도45는 도44의 A-A 선을 따라 자른 단면도이다.

도44 및 도45를 참조하면, 제15 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치(1500)는 바디(610)에 제1, 제2 유체통로(511, 12)를 형성하고, 토출체(30)를 제2 유체통로(12)의 선단에 형성하여 토출구(31)에 제2 유체통로(12)를 연결한다. 제2 유체통로(12)는 바디(610)의 원주 방향을 따라 배치되고, 각각에 연결되는 제21, 제22, 제23 유체 유입구(I21, I22, I23)를 구비한다.

와류자(40)는 토출체(30)의 외측에 제공되어, 제1 유체통로(11)로 공급되는 제1 유체를 절개홈(41)을 통하여 토출체(30)의 외측에 형성되는 토출면(32) 및 토출구(31) 쪽으로 토출하고, 또한 토출되는 제1 유체에 회전전단력을 부여할 수 있도록 형성된다. 토출체(30)의 토출면(32)과 와류자(40)의 절개홈(41)은 제1 유체통로(11)로 공급되는 제1 유체의 고속 유동을 가능하게 한다.

와류캡(50)은 와류자(40)를 수용한 상태에서 연결캡(1442)으로 바디(10)에 결합되어 와류자(40)를 제1 유체통로(11)에 연결한다. 와류캡(50)은 토출체(30)의 전방으로 가면서 경사진 상태로 점점 좁아지는 와류유도부(51)를 형성하며, 와류유도부(51)와 토출면(32) 사이에 간격(C)을 형성한다. 간격(C)은 절개홈(41)을 통과하여 회전전단력을 가진 제1 유체를 고속 유동으로 토출시키며, 이때 토출구(31)의 전방에 형성되는 중심점(CP)에서 제1 유체를 집중시킨 후 다시 확산되게 한다. 이로 인하여, 토출구(31)에는 후방으로 작용하는 제1 부압(P1)이 형성되고 중심점(CP)의 측방에는 중심점(CP)으로 작용하는 제2 부압(P2)이 형성된다.

환형챔버(260)는 단순한 링타입으로 형성되어 와류캡(50)의 몸체에 나사 결합된다. 즉 환형챔버(260)는 와류캡(50)의 와류유도부(51)와 이격되는 구조로 형성된다. 환형챔버(260)는 제2 부압(P2)이 형성되는 중심점(CP)의 측방에 미세홀(61)을 배치하여, 미세홀(61)을 제3 유체에 연결한다.

한편, 제2 유체통로(12)는 바디(610)에 형성되는 점차 축소관(24)으로 제1 유체통로(511)에 연결된다. 따라서 가압된 제1 유체는 제1 유체통로(511)로 공급됨과 동시에 점차 축소관(24)을 통하여 제2 유체통로(12)로 또한 공급된다.

가압된 제1 유체는 제1 유체통로(511)로 공급됨과 동시에 점차 축소관(24)을 통하여 제2 유체통로(12)로 공급된다. 제1 유체통로(511)로 공급되는 제1 유체는 와류자(40)의 절개홈(41)을 경유하면서 토출구(31)의 전방으로 토출되면서 후방과 측방에 각각 제1, 제2 부압(P1, P2)를 생성하여, 제2 유체통로(12)를 통하여 제2 유체가 흡입되고, 미세홀(61)을 통하여 제3 유체가 흡입되게 한다.

제2 유체통로(12)로 유입되는 제2 유체가 고점도 또는 여러 종류의 유체일 경우, 제1 부압(P1)에 의한 자흡입력만으로 미세기포 또는 미립자를 생성시키기 어렵기 때문에, 가압된 제1 유체를 제2 유체통로(12)로 공급한다. 그리고 제2 유체는 제2 유체통로(12)에 연결되는 점차 축소관(24)을 지나면서 제2 유체통로(12)에 압력강하를 발생시킨다. 압력강하 영역에 연결되는 제21, 제22, 제23 유입구(I21, I22, I23)를 통하여 복수의 제21, 제22, 제23 유체들이 유입된다. 이때 제21, 제22, 제23 유체들은 1차 혼합분쇄 되고, 토출구(31)로 이송되어, 토출구(31) 전방에서 제3 유체와 2차로 혼합분쇄 되어, 미세기포 및 미립자를 생성한다. 제2 유체는 기체, 액체 및 분체 중 하나 이상으로 이루어질 수 있다. 토출구(31)의 크기는 제2 유체의 점도 및 양에 따라 조정될 수 있다.

이하에서는 위에서 설명된 미립자 및 미세기포 생성 장치를 적용한 시스템에 대하여 예로 들어 설명한다. 편의상 도22의 제5 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치(5000)를 적용하여 설명한다.

도46은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 시스템의 구성도이다. 도39를 참조하면, 제1 실시예의 미립자 및 미세기포 발생 시스템(S100)은 제1 유체(예를 들면, 액체) 중에서 미립자 및 미세기포를 생성시키는 구성을 예시한다.

제1 실시예의 미립자 및 미세기포 발생 시스템(S100)은 탱크(T), 미림자 및미세기포 생성 장치(5000), 제1 유체 공급부(FS1), 제2 유체 공급부(FS2), 제3 유체 공급부(FS3) 및 제어부(1)를 포함한다.

탱크(T)는 제1 유체를, 예를 들면, 물을 내장한다. 미립자 및 미세기포 발생 장치(5000)는 본 발명의 상세한 설명에 개시된 것 중 하나로 선택될 수 있다. 제1 유체 공급부(FS1)는 미립지 및 미세기포 생성 장치(5000)의 제1 유체통로(11)에 연결되어 제1 유체를 공급한다. 제2 유체 공급부(FS2)는 미립자 및 미세기포 생성 장치(5000)의 제2 유체통로(20)에 연결되어 제2 유체를 공급한다. 제3 유체 공급부(FS3)는 미립자 및 미세기포 생성 장치(5000)의 미세홀(61)에 연결되어 제3 유체를 공급한다. 제어부(1)는 제1, 제2, 제3 유체 공급부(FS1, FS2, FS3)를 제어한다.

제1 유체 공급부(FS1)는 탱크(T)의 제1 유체(즉 액체인 물) 내에 설치되는 펌프(P), 펌프(P)에서 토출되는 제1 유체의 유량을 제어하는 제1 유체밸브(V1), 및 제1 유체의 유량을 측정하는 제1 유량계(M1)를 포함한다. 펌프(P)는 제1 유체 중에 설치될 수 있고, 구동되어 제1 유체를 가압하여, 제1 유체밸브(V1) 및 제1 유량계(M1)를 통하여 제1 유체통로(11)로 공급한다.

제2 유체 공급부(FS2)는 제2 유체의 유량을 측정하는 제2 유량계(M2), 및 제2 유체의 유량을 제어하는 제2 유체밸브(V2)를 포함한다. 제1 유체의 토출에 따른 제1 부압(P1)에 의하여 제2 유체는 제2 유량계(M2)와 제2 유체밸브(V2)를 통하여 제2 유체통로(20)로 흡입되어, 제1 유체와 혼합되어 미립자 및 미세기포를 생성한다.

제3 유체 공급부(FS3)는 제3 유체의 유량을 측정하는 제3 유량계(M3), 및 제3 유체의 유량을 제어하는 제3 유체밸브(V3)를 포함한다. 제1, 제2 유체의 토출에 따른 제2 부압(P2)에 의하여 제3 유체는 제3 유량계(M3)와 제3 유체밸브(V3)를 통하여 미세홀(61)로 흡입되어, 제1, 제2 유체와 혼합되어 미립자 및 미세기포를 생 성한다.

제어부(1)는 제1, 제2, 제3 유량계(M1, M2, M3)에 연결되어 제1, 제2, 제3 유량을 감지한다. 제어부(1)에는 제1, 제2, 제3 압력센서(P1, P2, P3)가 연결된다. 제1 압력센서(P1)는 제1 유체통로(11)에 연결되어 제1 유체의 가압 압력을 감지한다. 제2 압력센서(P2)는 제2 유체통로(12)에 연결되어 제2 유체의 흡입 압력을 감지한다. 제3 압력센서(P3)는 미세홀(61)에 연결되어 제3 유체의 흡입 압력을 감지한다. 제어부(1)는 제1, 제2, 제3 유량계(M1, M2, M3) 및 제1, 제2, 제3 압력센서(P1, P2, P3)의 신호로부터 미립자 및 미세기포 발생 상태를 모니터링 할 수 있게 한다.

예를 들면, 펌프(P)로 제1 유체(물)를 와류자(40)를 통하여 고속 회전전단력을 가지면서 토출되면, 제2 유체(오존)가 토출구(531)에 형성되는 제1 부압(P1)으로 유입되어 물과 오존이 미립화 되고, 제3 유체(공기)가 환형챔버(260)의 미세홀(61)을 통하여 유입되어 물, 오존 및 공기가 미립화되어 최종토출구(62)로 토출된다. 토출되는 미립자 및 미세기포는 수중에서 수조의 살균, 소독 등의 용도로 사용될 수 있다.

도47은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 시스템의 구성도이다. 제1 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 발생 시스템(S100)와 비교하여 설명한다.

제1 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 발생 시스템(S100)은 미립자 및 미세기포 생성 장치(5000)를 제1 액체 중, 즉 수중에 설치하여 수중에 미립자 및 미세 기포를 공급하도록 구성된다.

이에 비하여, 제2 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 발생 시스템(S200)은 미립자 및 미세기포 생성 장치(5000)를 대기 중에 설치하여 대기에 미립자 및 미세기포를 분출하도록 구성된다. 즉 미립자 및 미세기포 생성 장치(5000)는 미립자 및 미세기포를 사용하는 수중 또는 대기 중에 효과적으로 응용될 수 있다.

예를 들면, 콤프레서(미도시)로 제1 유체(공기)를 와류자(40)를 통하여 고속회전전단력을 가지면서 토출되면, 제2 유체(오존)가 토출구(531)에 형성되는 제1 부압(P1)으로 유입되어 물과 오존이 미립화 되고, 제3 유체(물)가 환형챔버(260)의 미세홀(61)을 통하여 유입되어 공기, 오존 및 물이 미립화되어 최종토출구(62)로 토출된다. 토출되는 미립자 및 미세기포는 대기 중에서 살균, 가습 및 악취제거 등의 용도로 사용될 수 있다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 분해 사시도이다.

도2는 도1의 미립자 및 미세기포 생성 장치의 조립 단면도이다.

도3은 도1 및 도2의 와류자에 제1 유체를 가압 공급함으로써, 토출체의 토출구에 제1 부압이 형성되고, 토출구 정면의 측방에 제2 부압이 형성되는 상태를 나타내는 개념도이다.

도4는 도1에 적용되는 제1 실시예에 따른 와류자의 부분 단면 사시도이다.

도5는 도4의 와류자의 평면도이다.

도6은 제2 실시예에 따른 와류자의 측면도이다.

도7은 도6의 단면도이다.

도8은 제3 실시예에 따른 와류자의 측면도이다.

도9는 제4 실시예에 따른 와류자의 측면도이다.

도10, 도11 및 도12는 제5, 제6 및 제7 실시예에 따른 와류자의 평면도이다.

도13은 제10 실시예에 따른 와류자의 평면도이다.

도14는 도13의 측면도이다.

도15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이다.

도16은 도15의 와류자의 정면도이다.

도17은 본 발명의 제3 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면 도이다.

도18은 도17의 와류자의 정면도(a)와 와류캡의 내부 배면도(b)이다

도19는 본 발명의 제4 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이다.

도20은 도19의 와류자의 정면도이다.

도21은 본 발명의 제5 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 분해 사시도이다.

도22는 도21의 미립자 및 미세기포 생성 장치의 조립 단면도이다.

도23은 본 발명의 제6 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이다.

도24 및 도25는 도1에 적용되는 제1 및 제2 실시예에 따른 환형챔버 결합 구조의 단면도이다.

도26은 도22에 적용되는 제3 실시예에 따른 환형챔버 결합 구조의 단면도이다.

도27은 도1에 적용되는 제1 실시예에 따른 환형챔버의 단면도이다.

도28, 도29 및 도30은 제3, 제4 및 제5 실시예에 따른 환형챔버의 단면도이다.

도31은 도1에 적용되는 제5 실시예에 따른 토출체의 토출구의 단면도이다.

도32 및 도33은 제6 및 제7 실시예에 따른 토출체의 토출구의 단면도이다.

도34는 도1의 미립자 및 미세기포 생성 장치에서 토출구와 환형챔버의 상호 크기 관계를 도시한 단면도이다.

도35는 유체 유입부와 토출부에 구비되는 미세홀 통로의 실시예들이다.

도36 및 도37은 본 발명의 제7, 제8 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이다.

도38 및 도39는 본 발명의 제9 및 제10 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이다.

도40은 본 발명의 제11 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이다.

도41은 본 발명의 제12 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이다.

도42는 본 발명의 제13 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이다.

도43은 본 발명의 제14 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이다.

도44는 본 발명의 제15 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 장치의 단면도이다.

도45는 도44의 A-A 선을 따라 자른 단면도이다.

도46은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 시스템의 구성도이다.

도47은 본 발명의 제2 실시예에 따른 미립자 및 미세기포 생성 시스템의 구 성도이다.

Claims (78)

1. 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로를 형성하는 바디;

   상기 바디의 상기 제1 유체통로에 배치되어 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로;

   상기 제2 유체통로의 선단에 장착되어 상기 바디의 일단 내측에 배치되며 상기 제2 유체통로에 토출구로 연결되는 토출체;

   상기 토출체의 외측에 결합되어, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체를 절개홈을 통하여 상기 토출체의 외측에 형성되는 토출면 및 상기 토출구 쪽으로 토출하며, 토출되는 상기 제1 유체에 회전전단력을 부여하는 와류자;

   상기 와류자를 수용하여 상기 바디에 결합되어 상기 와류자를 상기 제1 유체통로에 연결하고, 상기 토출체의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부를 형성하며, 상기 와류유도부와 상기 토출면 사이에 형성되는 간격으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하는 와류캡; 및

   상기 와류캡의 외측에 장착되고 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 유체는 기체이고,

   상기 제2 유체 및 상기 제3 유체 중 하나는 액체이며,

   대기 중으로 액체 미립자를 분사하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
3. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 유체는 액체이고,

   상기 제2 유체 및 상기 제3 유체 중 하나는 기체이며,

   수중으로 미세기포를 분사하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
4. 제1 항에 있어서,

   상기 제1 유체통로는 상기 제1 유체를 제어하는 제1 유체실을 형성하고,

   상기 제2 유체통로는 상기 제2 유체를 제어하는 제2 유체실을 형성하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
5. 제1 항에 있어서,

   상기 와류자는,

   상기 토출체의 상기 토출면과 이에 마주하는 내주면 사이에 와류실을 형성하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
6. 제1 항에 있어서,

   상기 와류자는,

   상기 토출체에 결합되는 허브, 및

   상기 허브보다 큰 내경으로 형성되어 상기 토출면과의 사이에 와류실을 형성하는 확장부를 포함하고,

   토출되는 상기 제1 유체가 블레이드 형상을 가지고 와류를 일으키도록 상기 확장부에 상기 절개홈을 복수로 형성하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
7. 제6 항에 있어서,

   상기 절개홈들은,

   상기 와류자의 직경 방향에 대하여 기설정된 제1 각도로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
8. 제7 항에 있어서,

   상기 절개홈들은,

   상기 와류자의 축방향에 대하여 기설정된 제2 각도로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
9. 제1 항에 있어서,

   상기 토출체는,

   상기 토출면을 상기 토출구를 중심으로 볼록한 유선형으로 형성하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
10. 제1 항에 있어서,

    상기 와류자는,

    상기 토출체의 외측에 결합되고, 상기 토출면과의 사이에 와류실을 형성하며,

    토출되는 상기 제1 유체가 블레이드 형상을 가지고 와류를 일으키는 상기 절개홈을 복수로 형성하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
11. 제1 항에 있어서,

    상기 와류자와 상기 토출체는 일체로 형성되거나, 각각 분리 형성되어 결합되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
12. 제1 항에 있어서,

    상기 환형챔버는,

    상기 와류캡에 나사 구조로 결합되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
13. 제12 항에 있어서,

    상기 환형챔버는

    상기 와류캡의 상기 와류유도부를 감싸는 구조로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
14. 제12 항에 있어서,

    상기 환형챔버는

    상기 와류캡의 상기 와류유도부와 이격되는 구조로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
15. 제1 항에 있어서,

    상기 환형챔버는

    상기 제3 유체에 연결되는 제3 유체실과,

    상기 제3 유체실의 직경 방향으로 형성되어, 상기 제3 유체실을 상기 미세홀들에 연결하는 연결통로들을 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
16. 제15 항에 있어서,

    상기 제3 유체실은 일체로 형성되고,

    상기 미세홀들은 각각의 상기 연결통로를 통하여 상기 제3 유체실에 연결되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
17. 제15 항에 있어서,

    상기 제3 유체실은 복수로 형성되고,

    상기 미세홀들은 각각의 상기 연결통로를 통하여 복수 종류의 제3 유체들 중 각 유체에 대응하는 상기 제3 유체실에 연결되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
18. 제15 항에 있어서,

    상기 제3 유체실은 일체로 형성되고,

    상기 미세홀은 상기 제3 유체실의 직경 방향 중심을 향하여, 착탈이 용이하게 배치되는 니들을 통하여 상기 제3 유체실에 연결되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
19. 제15 항에 있어서,

    상기 유체실은 링 구조체에 복수로 형성되고,

    상기 미세홀들은 착탈이 용이하게 배치되어 각각의 니들을 통하여 복수 종류의 제3 유체들 중 각 유체에 대응하는 상기 제3 유체실에 연결되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
20. 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로를 형성하는 바디;

    상기 바디의 상기 제1 유체통로에 배치되어 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로;

    상기 제2 유체통로의 선단에 장착되어 상기 바디의 일단 내측에 배치되고, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체에 회전전달력을 부여하면서 상기 제2 유체통로의 선단으로 형성되는 토출구 쪽으로 상기 제1 유체를 토출하는 스파이어럴 선회홈을 일면에 형성하는 와류자;

    상기 와류자를 수용하여 상기 바디에 결합되어, 상기 와류자와의 사이에 설정되는 간극으로 환상통로를 형성하고, 상기 환상통로를 상기 스파이어럴 선회홈과 상기 제1 유체통로에 연결하며, 상기 토출구의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부를 형성하여, 이에 마주하는 상기 스파이어럴 선회홈으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하는 와류캡; 및

    상기 와류캡의 외측에 장착되고 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
21. 제20 항에 있어서,

    상기 제2 유체통로는 상기 와류자에서 축 방향으로 이동 가능하게 장착되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
22. 제21 항에 있어서,

    상기 제2 유체통로와 상기 와류자의 위치 조절에 따라 상기 스파이어럴 선회홈에 대한 상기 토출구의 위치가 조절되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
23. 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로를 형성하는 바디;

    상기 바디의 상기 제1 유체통로에 배치되어 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로;

    상기 제2 유체통로의 선단에 장착되어 상기 바디의 일단 내측에 배치되며 상기 제2 유체통로에 토출구로 연결되는 토출체;

    상기 토출체를 수용하여 상기 바디에 결합되며, 상기 토출체와의 사이에 설정되는 간극으로 환상통로를 형성하고, 상기 토출구의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부에 스파이어럴 선회홈을 형성하며, 상기 환상통로를 상기 스파이어럴 선회홈과 상기 제1 유체통로에 연결하여, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체에 회전전달력을 부여하면서 상기 토출체의 상기 토출구 쪽으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하는 와류캡; 및

    상기 와류캡의 외측에 장착되고 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
24. 제23 항에 있어서,

    상기 와류유도부의 경사각은 상기 와류캡의 직경 방향에 대하여 0도 보다 크고 60도 이하 범위를 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
25. 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로를 형성하는 바디;

    상기 바디의 상기 제1 유체통로에 배치되어 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로;

    상기 제2 유체통로의 선단에 장착되어 상기 바디의 일단 내측에 배치되고, 상기 제2 유체통로에 연결되는 토출부에 토출구를 구비하며, 상기 토출부와의 사이에 와류실을 형성하고, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체를 절개홈을 통하여 상기 와류실 및 상기 토출구 쪽으로 토출하며, 토출되는 상기 제1 유체에 회전전단력을 부여하는 와류자;

    상기 와류자를 수용하여 상기 바디에 결합되어 상기 와류자를 상기 제1 유체통로에 연결하고, 상기 와류자의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부를 형성하며, 상기 토출구 쪽으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하는 와류캡; 및

    상기 와류캡의 외측에 장착되고 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
26. 제25 항에 있어서,

    상기 와류자는,

    상기 토출부에서 상기 절개홈의 전방으로 더 연장되는 제1 연장부를 더 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
27. 제25 항에 있어서,

    상기 와류자는

    상기 토출부에서 상기 절개홈의 후방으로 더 연장되어 유체통로가 형성되는 제2 연장부를 더 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
28. 제25 항에 있어서,

    상기 절개홈들은,

    상기 와류자의 직경 방향에 대하여 기설정된 제1 각도로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
29. 제25 항에 있어서,

    상기 절개홈들은,

    상기 와류자의 직경 방향에 대하여 기설정된 제1 각도로 배치되고 외측에서 내측으로 가면서 좁아지는 유선형으로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
30. 제25 항에 있어서,

    상기 절개홈들은,

    상기 와류자의 직경 방향에 대하여 기설정된 제1 각도로 배치되며 외측에서 내측으로 가면서 동일 폭을 가지는 블레이드(blade)형, 슬릿(slit)형 또는 슬롯(slot)형으로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
31. 제25 항에 있어서,

    상기 와류자는,

    상기 제2 유체통로에 결합되는 허브, 및

    상기 허브보다 큰 내경으로 형성되어 상기 토출부와 함께 상기 와류실을 형성하는 확장부를 포함하고,

    상기 확장부는,

    토출되는 상기 제1 유체가 와류를 일으키도록 상기 바디의 축방향으로 연결되는 선회구멍을 복수로 형성하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
32. 제31 항에 있어서,

    상기 선회구멍들은,

    상기 와류자의 직경 방향에 대하여 기설정된 제1 각도로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
33. 제32 항에 있어서,

    상기 선회구멍들은,

    상기 와류자의 축방향에 대하여 기설정된 제2 각도로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
34. 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로와 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로를 형성하는 바디;

    상기 제2 유체통로의 선단에 형성되어 상기 제2 유체통로에 토출구로 연결되는 토출체;

    상기 토출체의 외측에 결합되어, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체를 절개홈을 통하여 상기 토출체의 외측에 형성되는 토출면 및 상기 토출구 쪽으로 토출하며, 토출되는 상기 제1 유체에 회전전단력을 부여하는 와류자; 및

    상기 와류자를 수용하여 상기 바디에 결합되어 상기 와류자를 상기 제1 유체통로에 연결하고, 상기 토출체의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부를 형성하며, 상기 와류유도부와 상기 토출면 사이에 형성되는 간격으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하며, 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장 치.
35. 제34 항에 있어서,

    상기 환형챔버는 상기 바디에 나사 결합되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
36. 제34 항에 있어서,

    상기 토출체는 상기 토출면으로 볼록 유선형으로 형성하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
37. 제34 항에 있어서,

    상기 토출체는 상기 토출구를 복수로 형성하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
38. 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로를 형성하는 바디;

    상기 바디의 상기 제1 유체통로에 배치되어 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로;

    상기 제2 유체통로의 선단에 장착되어 상기 제2 유체통로에 토출구로 연결되는 토출체;

    상기 토출체의 외측에 결합되어, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체를 절개홈을 통하여 상기 토출체의 외측에 형성되는 토출면 및 상기 토출구 쪽으 로 토출하며, 토출되는 상기 제1 유체에 회전전단력을 부여하는 와류자; 및

    상기 와류자를 수용하여 상기 바디에 결합되어 상기 와류자를 상기 제1 유체통로에 연결하고, 상기 토출체의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부를 형성하며, 상기 와류유도부의 끝에 최종 분출구를 형성하고, 상기 와류유도부와 상기 토출면 사이에 형성되는 간격으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하며, 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
39. 제38 항에 있어서,

    상기 제2 유체는 서로 다른 제21 유체와 제22 유체를 포함하며,

    상기 제2 유체통로는,

    상기 제21 유체와 상기 제22 유체에 연결되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
40. 제39 항에 있어서,

    상기 제2 유체통로는,

    상기 제1 유체통로에 설치되는 점차 축소관에 연결되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
41. 제38 항에 있어서,

    상기 환형챔버는 상기 바디에 나사 결합되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
42. 제38 항에 있어서,

    상기 토출구는 미세관들 또는 모세관들로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
43. 제42 항에 있어서,

    상기 미세관들 또는 상기 모세관들은 0.01 내지 2mm의 직경으로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
44. 제43 항에 있어서,

    상기 미세관들 또는 상기 모세관들은 미세기포 생성시, 0.01 내지 1mm의 직격으로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
45. 제43 항에 있어서,

    상기 미세관들 또는 상기 모세관들은 미립자 생성시, 0.1 내지 2mm의 직경으로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
46. 제38 항에 있어서,

    상기 토출체는 상기 토출구에 장착되어 상기 토출구에 연결되는 미세홀들을 형성하는 토출캡을 더 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
47. 제46 항에 있어서,

    상기 미세홀들은 상기 토출구의 길이 방향에 대하여 나란하게 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
48. 제46 항에 있어서,

    상기 미세홀들은 상기 토출구의 선단으로 가면서 서로의 간격을 넓어지게 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
49. 제38 항에 있어서,

    상기 제3 유체는 서로 다른 제31 유체와 제32 유체를 포함하며,

    상기 환형챔버는

    상기 제3 유체에 연결되는 제3 유체실과,

    상기 제31 유체와 상기 제32 유체를 상기 제3 유체실에 연결하는 제31 유체 유입구와 제32 유체 유입구를 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
50. 제38 항에 있어서,

    상기 토출구 및 상기 미세홀은 내경(d1, d2) 0.01 내지 2mm 범위를 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
51. 제50 항에 있어서,

    상기 토출구의 선단과 상기 미세홀 사이에서 상기 토출구의 길이 방향으로 설정되는 제1 유체홀 간극(Lx)은,

    0보다 크고 상기 최종 분출구 내경(D)의 8배 이하인 미립자 및 미세기포 생성 장치.
52. 제50 항에 있어서,

    상기 토출구의 선단과 상기 미세홀 사이에서 상기 토출구의 직경 방향으로 설정되는 제2 유체홀 간극(Ly)은,

    0보다 크고 상기 최종 분출구 내경(D)의 3배 이하인 미립자 및 미세기포 생성 장치.
53. 제38 항에 있어서,

    상기 제1 유체통로로 제1 유체를 유입하는 유입구, 상기 환형챔버로 제3 유체를 유입하는 유입구, 상기 환형챔버의 상기 미세홀 및 상기 토출체의 상기 토출구는,

    관상의 단일 홀, 관상의 원주 방향으로 배치되는 복수의 홀들, 관상에 흩어 져 배치되는 복수의 홀들, 복수의 관들로 형성되는 관다발, 다공성(porous) 구조, 메시 구조 및 구면에 흩어져 배치되는 복수의 홀들 중 어느 하나로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
54. 제38 항에 있어서,

    상기 제2 유체통로는 상기 토출체에서 축 방향으로 이동 가능하게 장착되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
55. 제54 항에 있어서,

    상기 제2 유체통로는 상기 바디 내에 축 방향으로 설치되며,

    상기 제1 유체통로와 상기 제2 유체통로 사이에 실링부재가 개재되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
56. 제55 항에 있어서,

    상기 제1 유체통로는 상기 바디의 측방에 형성되는 제1 유체실에 연결되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
57. 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로를 형성하는 바디;

    상기 바디의 상기 제1 유체통로에 배치되어 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로;

    상기 제2 유체통로의 선단에 토출구로 연결되어 상기 제1 유체통로의 끝에 배치되고, 스페이서를 개재하여 상기 제1 유체통로에 장착되어 상기 제1 통로와의 사이에 미세통로를 형성하며, 상기 제1 유체의 토출 측에서 상기 토출구에 이어지는 토출면을 볼록한 유선형으로 형성하여는 토출체; 및

    상기 토출체의 전방에서 상기 바디에 결합되고, 상기 제1 유체통로를 좁게 하는 와류유도부를 형성하며, 상기 와류유도부의 중심에 최종 분출구를 형성하고, 상기 와류유도부와 상기 토출면 사이에 형성되는 간격으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하며, 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결되는 환형챔버를 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
58. 제57 항에 있어서,

    상기 토출체는 상기 토출면의 반대측을 볼록한 유선형으로 형성하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
59. 제57 항에 있어서,

    상기 토출체는 구형(球形)으로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
60. 제57 항에 있어서,

    상기 바디는 파이프 또는 튜브로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
61. 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로와 상기 제1 유체통로의 반대측에 최종토출구를 형성하는 바디;

    상기 바디의 상기 제1 유체통로에 배치되어 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로;

    상기 제2 유체통로의 선단에 토출구로 연결되어 상기 제1 유체통로의 도중에 배치되고, 스페이서를 개재하여 상기 제1 유체통로에 장착되어 상기 제1 유체통로와의 사이에 미세통로를 형성하며, 상기 제1 유체의 토출 측에서 상기 토출구에 이어지는 토출면을 볼록한 유선형으로 형성하여는 토출체; 및

    상기 토출체의 전방에서 상기 바디에 결합되고, 상기 토출면으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하며, 상기 바디를 관통하여 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결되는 환형챔버를 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
62. 제61 항에 있어서,

    상기 토출체는 상기 토출면의 반대측을 볼록한 유선형으로 형성하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
63. 제61 항에 있어서,

    상기 토출체는 구형(球形)으로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
64. 제61 항에 있어서,

    상기 바디는 파이프 또는 튜브로 형성되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
65. 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로를 형성하는 바디;

    상기 바디의 상기 제1 유체통로에 배치되어 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로;

    상기 제2 유체통로의 선단에 장착되어 상기 제2 유체통로에 토출구로 연결되는 토출체;

    상기 토출체의 외측에 결합되어, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체를 절개홈을 통하여 상기 토출체의 외측에 형성되는 토출면 및 상기 토출구 쪽으로 토출하며, 토출되는 상기 제1 유체에 회전전단력을 부여하는 와류자; 및

    상기 와류자를 수용하여 상기 바디에 결합되어 상기 와류자를 상기 제1 유체통로에 연결하고, 상기 토출체의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부를 형성하며, 상기 와류유도부의 끝에 최종 분출구를 형성하고, 상기 와류유도부와 상기 토출면 사이에 형성되는 간격으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성 되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하며, 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 상기 바디에 형성되는 제3 유체통로에 연결하여 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
66. 제65 항에 있어서,

    상기 환형챔버는

    상기 제3 유체에 연결되는 제3 유체실과,

    상기 제3 유체실에 상기 제3 유체통로로 연결되는 제4 유체실을 더 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
67. 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로와 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로를 형성하는 바디;

    상기 제2 유체통로의 선단에 형성되어 상기 제2 유체통로에 토출구로 연결되는 토출체;

    상기 토출체의 외측에 미세통로를 설정하여 결합되어, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체를 상기 미세통로를 통하여 상기 토출체의 외측에 형성되는 토출면 및 상기 토출구 쪽으로 상기 제1 유체를 고속으로 토출하는 환형링;

    상기 환형링을 상기 바디에 연결하는 연결캡; 및

    상기 환형링을 수용하면서 상기 환형링에 결합되고, 상기 환형링의 전방을 좁게 하는 와류유도부를 형성하며, 상기 환형링과 상기 토출면 사이로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하며, 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
68. 제67 항에 있어서,

    상기 환형링은,

    상기 토출체의 외면 중에서 상기 제1 유체통로와 상기 미세통로 사이에 제1 유체를 정류시키는 유체실을 더 형성하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
69. 제67 항에 있어서,

    상기 환형링과 상기 토출면 사이에 형성되는 간격은,

    상기 토출체에서 상기 미세홀 쪽으로 갈수록 점점 증대되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
70. 가압된 제1 유체를 공급하는 제1 유체통로와 제2 유체에 연결되는 제2 유체통로를 형성하는 바디;

    상기 제2 유체통로의 선단에 형성되어 상기 제2 유체통로에 토출구로 연결되는 토출체;

    상기 토출체의 외측에 결합되어, 상기 제1 유체통로로 공급되는 상기 제1 유체를 절개홈을 통하여 상기 토출체의 외측에 형성되는 토출면 및 상기 토출구 쪽으로 토출하며, 토출되는 상기 제1 유체에 회전전단력을 부여하는 와류자;

    상기 와류자를 수용하여 상기 바디에 결합되어 상기 와류자를 상기 제1 유체통로에 연결하고, 상기 토출체의 전방으로 가면서 좁아지는 와류유도부를 형성하며, 상기 와류유도부와 상기 토출면 사이에 형성되는 간격으로 상기 제1 유체 토출시, 상기 토출구의 전방에 형성되는 중심점에서 상기 제1 유체를 집중시킨 후 퍼지게 하여, 상기 토출구에 제1 부압을 형성하고 상기 중심점의 측방에 제2 부압을 형성하는 와류캡; 및

    상기 와류캡의 외측에 장착되고 상기 제2 부압이 형성되는 상기 중심점의 측방에 미세홀을 배치하여, 상기 미세홀을 제3 유체에 연결하는 환형챔버를 포함하는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
71. 제70 항에 있어서,

    상기 제2 유체통로는,

    상기 바디의 원주 방향을 따라 배치되는 복수의 제2 유체 유입구에 연결되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
72. 제71 항에 있어서,

    상기 제2 유체통로는,

    상기 바디에 형성되는 점차 축소관으로 상기 제1 유체통로에 연결되는 미립자 및 미세기포 생성 장치.
73. 제1 유체를 내장하는 탱크;

    상기 탱크의 상기 제1 유체에 잠수되는 제1 내지 제72 항 중 어느 한 항의 미립자 및 미세기포 생성 장치;

    상기 미립자 및 미세기포 생성 장치의 상기 제1 유체통로에 상기 제1 유체를 공급하는 제1 유체 공급부;

    상기 미립자 및 미세기포 생성 장치의 상기 제2 유체통로에 상기 제2 유체를 공급하는 제2 유체 공급부; 및

    상기 미립자 및 미세기포 생성 장치의 상기 환형챔버의 상기 미세홀에 상기 제3 유체를 공급하는 제3 유체 공급부; 및

    상기 제1 유체 공급부와 상기 제2 유체 공급부 및 상기 제3 유체 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 미립자 및 미세기포 발생 시스템.
74. 제73 항에 있어서,

    상기 제1 유체 공급부는,

    상기 탱크의 상기 제1 액체 내 또는 외부에 설치되는 펌프,

    상기 펌프에서 토출되는 상기 제1 유체의 유량을 제어하는 제1 유체밸브, 및

    상기 제1 유체의 유량을 측정하는 제1 유량계를 더 포함하는 미립자 및 미세기포 발생 시스템.
75. 제73 항에 있어서,

    상기 제2 유체 공급부는,

    상기 제2 유체의 유량을 측정하는 제2 유량계, 및

    상기 제2 유체의 유량을 제어하는 제2 유체밸브를 포함하는 미립자 및 미세기포 발생 시스템.
76. 제73 항에 있어서,

    상기 제3 유체 공급부는,

    상기 제3 유체의 유량을 측정하는 제3 유량계, 및

    상기 제3 유체의 유량을 제어하는 제3 유체밸브를 포함하는 미립자 및 미세기포 발생 시스템
77. 제73 항에 있어서,

    상기 제1 유체통로의 상기 제1 유체 압력을 감지하는 제1 압력센서,

    상기 제2 유체통로의 상기 제2 유체의 압력을 감지하는 제2 압력센서, 및

    상기 환형챔버의 상기 제3 유체의 압력을 감지하는 제3 압력센서를 더 포함 하며,

    상기 제1 압력센서, 상기 제2 압력센서, 상기 제3 압력센서, 상기 제1 유량계, 상기 제2 유량계 및 제3 유량계는,

    상기 제어부에 연결되는 미립자 및 미세기포 발생 시스템.
78. 대기 중에 미립자 및 미세기포를 분출하도록 대기 중에 노출되는 제1 내지 제72 항 중 어느 한 항의 미립자 및 미세기포 생성 장치;

    상기 미립자 및 미세기포 생성 장치의 상기 제1 유체통로에 상기 제1 유체를 공급하는 제1 유체 공급부;

    상기 미립자 및 미세기포 생성 장치의 상기 제2 유체통로에 상기 제2 유체를 공급하는 제2 유체 공급부;

    상기 미립자 및 미세기포 생성 장치의 상기 환형챔버의 상기 미세홀에 상기 제3 유체를 공급하는 제3 유체 공급부; 및

    상기 제1 유체 공급부와 상기 제2 유체 공급부 및 상기 제3 유체 공급부를 제어하는 제어부를 포함하는 미세기포 발생 시스템.

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