KR101632020B1 - 기포 용해 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기포용해장치에 관한 것으로서, 물이나 해수에 산소나 오존 등의 기체를 매우 미세한 미세 기포(micro bubble) 상태로 접촉시킴으로써 기체의 효율적인 용존율을 확보할 수 있는 기포용해장치에 관한 것이다.

Description

기포 용해 장치{Air Bubble Solution Apparatus}

본 발명은 기포용해장치에 관한 것으로서, 물이나 해수에 산소나 오존 등의 기체를 매우 미세한 미세 기포(micro bubble) 상태로 접촉시킴으로써 기체의 효율적인 용존율을 확보할 수 있는 기포용해장치에 관한 것이다.

호수나 늪, 댐, 양식장, 합병정화조 등의 폐쇄된 수중, 강 또는 바다 등에 생활하수나 산업폐수, 가축의 배설물 등의 유기물질이 유입되며 물속에 질소, 인 등과 같은 영양물질이 많아진다. 영양물질이 늘어나면 영양소의 순화속도가 빨라져 조류(algae)의 광합성량이 급격히 증가하여, 그 성장과 번식이 매우 빠르게 진행되고 최종적으로 대량증식하게 되는데 이 현상을 부영양화라 한다.

부영양화는 자연적으로 나타나기도 하지만, 많은 경우 인간의 활동을 통해 발생하며, 인위적인 부영양화의 경우 자연적인 부영양화보다 빠른 속도로 부영양화가 진행되며, 부영양화에 의해 수중 동식물이 다량으로 폐사하게 되며, 조류와 폐사한 동식물의 부패에 산소소비량이 급속히 증가하여 수중의 용존산소 농도가 급격히 감소하게 된다. 용존산소가 부족할 때 유기물의 잔재가 혐기성 세균에 의하여 부패하여 악취가 발생하고 독성물질이 생기므로 해당 수역의 이용이 어려워지므로 시급한 해결이 필요하다.

일반적으로 부영양화를 해결하기 위해 영양물질의 유입을 근본적으로 억제하거나, 철 또는 알루미늄 염을 첨가하여 인산염으로 침전시키거나, 수중에 산소를 불어넣거나, 화학물질 또는 저질토를 공급하는 등의 여러 방법을 이용하고 있다. 이 중에서 수중에 산소를 불어넣는 산소폭기 방법은 단순히 수중에 다량의 산소를 공급하여 자정작용을 활성화시켜 부영양화를 해결하기 때문에 수중 환경에 악영향을 미치지 않아 많이 이용되고 있는 실정이다.

산소폭기는 기기를 이용하여 미세기포를 발생시켜, 수중에 용존시켜 자정작용을 활성화시키도록 이루어지므로 미세기포의 용존율을 높이기 위해서는 입경의 크기가 매우 작아야 하는바, 미세기포를 생산하기 위한 기포용해장치의 개발이 요구되고 있는 실정이다.

이러한 요구를 충족하기 위한 미세기포를 생성하는 종래의 기포용해장치에 대해 한국공개특허 제10-2009-0037238호("초미세기포발생장치", 2009.04.15.)에 개시되어 있다.

한국공개특허 제10-2009-0037238호, "초미세기포발생장치", 2009.04.15.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 공급되는 공기가 여러 번에 걸쳐 기포발생수단에 부딪치거나 분쇄 프로펠러를 구비하여 기포발생수단에 의해 생성된 미세 기포를 더욱 잘게 쪼개어 보다 미세한 기포를 생성하는 기포용해장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 기포용해장치는 내부가 중공된 관 형태로 공기주입구가 관에 연통 형성되고, 일측에서 타측으로 유체가 유동되는 선회류관(100);과 상기 선회류관(100)의 내부에 구비되어, 상기 선회류관(100) 축을 중심으로 양방향으로 번갈아가며 회전하며 선회류를 발생시키는 선회류날개(150);과 상기 선회류관(100)의 타측에 연통 형성되며 일측에서 타측으로 단면적이 좁아지는 기포발생관(200); 및 상기 기포발생관(200)의 내주면에서 상기 선회류관(100)측으로 경사지게 연장 형성되어, 상기 기포발생관(200) 내주면에 소정간격으로 이격되어 배치되는 기포발생수단(300);을 포함하여 형성되며, 배관에 결합되어 미세기포를 주입하도록 이루어진다.

한편, 상기 기포발생수단(300)은, 소정 너비와 길이를 가지는 플레이트(310); 및 상기 플레이트(310)의 양면에서 외측 방향으로 돌출 형성되는 돌출헤드(320);를 포함하며, 상기 플레이트(310)가 상기 기포발생관(200)의 축과 나란하게 결합될 수 있다.

한편, 상기 돌출헤드(320)는, 외측 끝단부가 구체로 형성될 수 있다.

한편, 상기 기포발생수단(300)은, 상기 기포발생관(200)의 내주면에서 상기 기포발생수단(300)의 끝단부까지의 수직거리가 상기 기포발생관(200)의 반경길이보다 길게 형성될 수 있다.

한편, 상기 기포용해장치는, 상기 기포발생관(200)의 타측에 연통 형성되며, 일측에서 타측으로 단면적이 넓어지는 기포분쇄관(400); 및 상기 기포분쇄관(400) 일측 내부 상기 기포발생관(200)측에 구비되어, 상기 기포발생관(200)에서 발생된 기포를 분쇄하는 분쇄 프로펠러(500);를 포함하여 형성될 수 있다.

한편, 상기 분쇄 프로펠러(500)는, 중앙에 회전축(540)이 결합되는 허브(510);와 상기 허브(510)의 외주면을 따라 방사상으로 배치되는 분쇄날개(520) 및 상기 분쇄날개(520)의 하측에 형성되는 함몰부(530)를 포함하여 형성될 수 있다.

한편, 상기 분쇄날개(520)는, 길이방향을 따라 단부로 갈수록 원주방향 폭이 하측으로 좁아지며, 상기 분쇄날개(520)의 길이방향 수직단면 하측이 톱니모양이도록 상기 함몰부(530)가 상기 분쇄날개(520)의 길이방향으로 소정간격으로 이격 형성될 수 있다.

본 발명의 기포용해장치는 플레이트와 돌출헤드를 포함하는 기포발생수단을 기포발생관에 소정간격으로 배치함으로써, 기포발생관을 통과하는 유체가 기포발생관에 여러 번 부딪치면서 미세기포를 용이하게 생성할 수 있다.

또한 본 발명의 기포용해장치는 기포발생관의 타측에 분쇄 프로펠러를 구비하여 기포발생관에서 생성된 미세기포를 분쇄 프로펠러를 이용하여 더욱 미세하게 분쇄하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 기포용해장치의 제1실시예의 단면도
도 2는 본 발명의 기포용해장치의 A-A' 단면도
도 3은 본 발명의 기포용해장치의 제2실시예의 단면도
도 4는 본 발명의 분쇄 프로펠러의 실시예
도 5는 본 발명의 분쇄 프로펠러의 다른 실시예

이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 기포용해장치의 단면도이고 도 2는 본 발명의 기포용해장치의 A-A'단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 기포용해장치는 선회류관(100), 선회류날개(150), 기포발생관(200) 및 기포발생수단(300)을 포함하여 형성되며, 미세기포의 주입이 필요한 여러 배관에 결합되어 사용된다.

상기 선회류관(100)은 내부가 중공된 관 형태로 상기 선회류관(100) 상에 공기주입구가 연통 형성되며, 일측에서 타측으로 액체가 유동되며, 상기 공기주입구를 통해 공기를 상기 선회류관(100) 내부로 주입하며, 이에 따라 액체와 공기가 동시에 이송된다. 이때, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 상기 공기주입구의 상단에는 펌프 및 밸브가 구비되어 사용자의 요구에 따라 공기의 주입이 가능하다.

상기 선회류날개(150)는 나선형으로 형성되어 상기 선회류관(100)의 내부에 구비되어, 상기 선회류날개(150)의 양끝단부가 상기 선회류관(100)의 내주면에서 돌출된 돌기부에 결합되어, 상기 돌기부가 상기 선회류관(100)의 중심축을 중심으로 상기 선회류관(100)의 내주면을 회전함에 따라 상기 선회류날개(150)가 회전하여 선회류를 발생시키며, 공기와 액체를 이송하도록 이루어진다.

본 발명의 기포용해장치는 상기 선회류날개(150)가 먼저 한 방향으로 회전을 하며 비중이 큰 액체가 원심력에 의해 바깥쪽으로 운반되고, 비중이 작은 기체(공기)는 구심력에 의해 안쪽으로 향하는 상태로 상기 선회류관(100)의 일측에서 타측으로 유체를 운반한다.

한편, 본 발명의 기포용해장치는 이후 자세히 설명하겠지만 기포발생수단(300)에 공기를 포함하는 유체를 부딪치게 하여 미세한 기포를 발생하고 있다. 따라서 더 많은 와류를 만들수록 유체가 기포발생수단(300)에 부딪치는 횟수가 늘어나 더욱 용이하게 기포의 발생이 가능한 바, 상기 선회류날개(150)는 상기 선회류관(100) 축을 중심으로 양방향으로 번갈아가며 회전이 가능하도록 형성되며, 일정시간 간격으로 방향을 바꾸어 회전하여 와류를 발생시켜 유체를 운반할 수 있도록 형성된다.

상기 기포발생관(200)은 상기 선회류관(100)의 타측에 연통 형성되며, 상기 선회류날개(150)를 통해 유체를 공급받으며, 일측에서 타측으로 단면적이 좁아지게 형성되어, 일측에서 타측으로 유체가 이송되며 미세기포가 생성된다.

상기 기포발생수단(300)은 상기 기포발생관(200)의 내주면에서 상기 선회류관(100)측으로 경사지게 연장 형성되어 상기 기포발생관(200) 내주면을 따라 나선형으로 소정간격으로 이격되어 배치된다.

상기 기포발생관(200)에 유입된 유체는 일측에서 타측으로 유동되며 상기 기포발생수단(300)과 부딪치게 되며 미세한 기포를 생성하며, 상기 기포발생관(200)은 타측으로 갈수록 단면적이 좁아지므로 타측에서 상기 기포발생수단(300)과 더 많이 충돌하여 더욱 미세한 기포를 발생시킬 수 있다. 또한 상기 기포발생수단(300)은 상기 선회류관(100)측으로 경사지게 구비되어 유체의 흐름을 방해야여 더 많은 와류가 발생하게 되며 와류에 의해 유체가 상기 기포발생수단(300) 반복적으로 부딪치며 미세기포를 생성하여, 미세기포 생성 효율을 높일 수 있다.

한편, 상기 기포발생수단(300)은 돌출되는 부분이 많을수록 기포를 미세하게 생성이 가능하다. 따라서 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기포발생수단(300)은 소정의 너비와 길이를 가지는 플레이트(310)와 상기 플레이트(310)의 양면에서 외측방향으로 돌출 형성되는 돌출헤드(320)를 포함하여 형성되며, 상기 플레이트(310)가 상기 기포발생관(200)의 축과 나란하게 결합된다. 이때 상기 돌출헤드(320)는 외측 끝단부가 구체로 형성되어 더욱 용이하게 미세기포를 생성한다. 본 발명에서 돌출헤드(320)의 형태가 구체로 실시하고 있으나, 이는 상기 돌출헤드(320)를 실시할 수 있는 여러 실시예 중 일부로 이에 한정되지 않고 다양하게 실시변형이 가능하다.

또한 상기 기포발생수단(300)은 상기 기포발생관(200)의 내주면에서 기포발생수단(300)의 끝단부까지의 수직거리가 상기 기포발생관(200)의 반경길이보다 길게 형성되어 이송되는 유체와 부딪치는 횟수가 많아지므로, 보다 미세한 기포를 생성할 수 있다.

한편 도면에는 도시되지 않았지만, 본 발명의 기포용해장치는 앞서 설명한 바와 같이, 상기 선회류날개(150)에 의해 기체(공기)는 중심부로 향하고 액체를 바깥쪽으로 향하는 상태로 상기 기포발생관(200)을 통과하므로, 상기 돌출헤드(320)가 상기 기포발생관(200)의 중심으로 갈수록 상기 돌출헤드(320)간의 거리가 좁아지도록 형성하여 미세기포를 더욱 용이하게 발생할 수 있도록 할 수 있다.

도 3는 본 발명의 제2실시예에 따른 기포용해장치의 단면도이고, 도 4는 본 발명의 분쇄 프로펠러의 실시예이며, 도 5는 본 발명의 분쇄 프로펠러의 다른 실시예이다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 기포용해장치는 기포를 더욱 미세하게 분쇄하기 위해 기포분쇄관(400)과 분쇄 프로펠러(500)를 더 포함하여 형성될 수 있다.

상기 기포분쇄관(400)은 상기 기포발생관(200)의 타측에 연통 형성되며, 일측에서 타측으로 단면적이 넓어지게 형성된다.

상기 분쇄 프로펠러(500)는 상기 기포분쇄관(400) 일측 내부 상기 기포발생관(200)측에 구비되어, 상기 기포발생관(200)에서 발생된 기포를 분쇄하도록 형성된다.

도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 상기 분쇄 프로펠러(500)는 중앙에 회전축(540)이 결합되는 허브(510)와 상기 허브(510)의 외주면을 따라 방사상으로 배치되는 분쇄날개(520)와 상기 분쇄날개(520)의 하측에 형성되는 함몰부(530)를 포함하여 형성된다. 상기 분쇄날개(520)는 상기 허브(510)의 외주면을 따라 하나의 연결된 형태, 즉 하나의 원판 형태로 형성될 수 있으나 이 경우 상기 기포분쇄관(400)의 일측으로 흘러들어온 유체가 타측으로 원활하게 이송되지 않을 수 있으므로 각각의 분쇄날개(520)가 상기 허브(510)의 외주면을 따라 방사상으로 배치되는 것이 바람직하다.

상기 분쇄 프로펠러(500)는 상기 함몰부(530)가 상기 기포발생관(200)의 타측 출구와 마주보도록 구비되어 상기 함몰부(530)에 의해 상기 기포발생관(200)을 통해 전달되는 기포를 보다 미세하게 분쇄하도록 이루어진다.

따라서 상기 분쇄날개(520)의 하면은 평평한 형태인 것보다 뾰족한 형태일 때 더욱 용이하게 미세기포의 분쇄가 가능하므로, 상기 분쇄날개(520)는 길이방향을 따라 단부로 갈수록 원주방향 폭이 하측으로 좁아지며, 상기 분쇄날개(520)의 길이방향 수직단면 하측이 톱니모양이도록 상기 함몰부(530)가 상기 분쇄날개(520)의 길이방향으로 소정간격으로 이격 형성되어 미세기포의 분쇄효율을 높이는 것이 바람직하다.

한편, 상기 분쇄 프로펠러(500)는 상기 기포분쇄관(400)의 내주면의 상측에서 하측으로 연장 형성되는 연결수단에 상기 회전축(540)이 힌지 결합되어 상기 기포분쇄관(400)에 구비된다. 상기 연결수단은 유체의 흐름을 방해하지 않도록 일종의 기둥 형태로 형성되는 것이 바람직하며 본 도면에 도시된 바에 한정되지 않고 여러 형태로 실시변형이 가능하다.

본 발명의 기포용해장치는 상기 기포발생관(200)에서 상기 기포분쇄관(400)으로 단면적이 좁아지다 다시 넓어지는 형태로 이루어지므로, 상기 기포발생관(200)에서 상기 기포분쇄관(400)으로 이송되는 유체의 속도가 감소하게 된다. 이에 따라 유체와 함께 이송되는 기체가 상기 분쇄날개(520)에 소정 시간 분쇄되어 용이하게 더욱 미세한 기포를 발생한다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 분쇄 프로펠러(500)는 다양한 형태로 실시 변형이 가능하다.

본 발명의 기포용해장치는 상기 분쇄 프로펠러(500)를 상기 기포분쇄관(400)에 복수개 구비하여 더욱 미세한 기포를 생성하도록 이루어질 수 있으나, 이 경우 상기 기포분쇄관(400)을 통과하는 유체가 용이하게 유동되지 않아 각 구성에 많은 부하를 주어 쉽게 파손될 수 있다.

따라서 도 5(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 분쇄 프로펠러(500)는 상기 분쇄날개(520)를 상기 허브(510)에 상하방향으로 소정거리 이격되도록 배치하여, 즉 도면상으로는 상기 허브(510)의 좌우방향으로 소정거리 이격되도록 배치하여 좌측에 형성된 분쇄날개(520)에 의해 기포가 일차적으로 분쇄되고, 상기 허브(510)의 우측에 형성된 분쇄날개(520)에 의해 기포가 이차적으로 분쇄되어 하나의 분쇄 프로펠러(500)를 이용하여 이중으로 기포를 분쇄하도록 이루어 질 수 있다.

또는 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 분쇄 프로펠러(500)는 원주방향 폭이 하측으로 좁아지는 형태의 상기 분쇄날개(520)와 상기 분쇄날개(520)를 상하방향으로 뒤집은, 즉 원주방향 폭이 상측으로 좁아지는 형태의 분쇄날개(520)를 상기 허브(510) 둘레를 따라 방사상으로 번갈아가며 배치하여 형성할 수 있다.

이때, 상기 함몰부(530)는 기포를 더욱 미세하게 분쇄하기 위한 구성이므로 원주방향 폭이 상측으로 좁아지는 형태의 상기 분쇄날개(520)의 하측 옆면에 형성되어 기포를 용이하게 할 수 있으며, 이 경우 상기 분쇄날개(520) 상에서 미세기포의 분쇄에 이용되는 면적이 늘어나 더욱 용이하게 기포를 분쇄할 수 있으며, 상기 분쇄 프로펠러(500)가 회전함에 따라 상기 분쇄날개(520) 사이로 빠져나갈 수 있는 미세기포 또한 분쇄하여 분쇄효율을 높일 수 있다.

한편, 상기의 실시예는 상기 함몰부(530)가 형성될 수 있는 다양한 실시예 중 일부로 이에 한정되지 않고 여러 위치 또는 형태로 다양하게 실시변형이 가능하다.

본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며, 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이다.

100 : 선회류관 150 : 선회류날개
200 : 기포발생관
300 : 기포발생수단
310 : 플레이트 320 : 돌출헤드
400 : 기포분쇄관
500 : 분쇄 프로펠러 510 : 허브
520 : 분쇄날개 530 : 함몰부
540. : 회전축

Claims (7)

1. 내부가 중공된 관 형태로 공기주입구가 관에 연통 형성되고, 일측에서 타측으로 유체가 유동되는 선회류관(100);
   상기 선회류관(100)의 내부에 구비되어, 상기 선회류관(100) 축을 중심으로 양방향으로 번갈아가며 회전하며 선회류를 발생시키는 선회류날개(150);
   상기 선회류관(100)의 타측에 연통 형성되며 일측에서 타측으로 단면적이 좁아지는 기포발생관(200); 및
   상기 기포발생관(200)의 내주면에서 상기 선회류관(100)측으로 경사지게 연장 형성되어, 상기 기포발생관(200) 내주면에 소정간격으로 이격되어 배치되는 기포발생수단(300);
   으로 이루어지며,
   상기 기포발생관(200)의 타측에 연통 형성되며 일측에서 타측으로 단면적이 넓어지는 기포분쇄관(400); 및
   상기 기포분쇄관(400) 일측 내부 상기 기포발생관(200)측에 구비되어 상기 기포발생관(200)에서 발생된 기포를 분쇄하는 분쇄 프로펠러(500)를 더 포함하고,
   상기 분쇄 프로펠러(500)는,
   중앙에 회전축(540)이 결합되는 허브(510);
   상기 허브(510)의 외주면을 따라 방사상으로 배치되는 분쇄날개(520); 및
   상기 분쇄날개(520)의 하측에 형성되는 함몰부(530)로 이루어지며,
   상기 분쇄날개(520)의 폭은 상측 또는 하측으로 좁아지는 형태로 이루어지고,
   상기 분쇄날개(520)의 폭이 상측 방향으로 좁아지는 형태로 이루어지는 경우, 상기 함몰부(530)는 상기 분쇄날개(520)의 하부 양측에 길이방향을 따라 소정 간격으로 형성되며,
   상기 분쇄날개(520)의 폭이 하측 방향으로 좁아지는 형태로 이루어지는 경우, 상기 함몰부(530)는 상기 분쇄날개(520)의 하부에 길이방향을 따라 소정간격으로 형성되고,
   상기 분쇄날개(520)는,
   이웃하는 분쇄날개(520)와 상호 상하방향으로 이격되도록 상기 허브(510)의 상측 또는 하측에 배치되는 것을 특징으로 하는 기포용해장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 기포발생수단(300)은,
   소정 너비와 길이를 가지는 플레이트(310); 및
   상기 플레이트(310)의 양면에서 외측 방향으로 돌출 형성되는 돌출헤드(320);를 포함하며, 상기 플레이트(310)가 상기 기포발생관(200)의 축과 나란하게 결합되는 기포용해장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 돌출헤드(320)는,
   외측 끝단부가 구체로 형성되는 기포용해장치.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 기포발생수단(300)은,
   상기 기포발생관(200)의 내주면에서 상기 기포발생수단(300)의 끝단부까지의 수직거리가 상기 기포발생관(200)의 반경길이보다 길게 형성되는 기포용해장치.
   
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