KR101834183B1 - 저에너지, 수류확산형 미세기포 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세기포 발생장치에 관한 것으로서, 미세기포 발생을 보다 원활히 하면서 다량의 미세기포 발생으로 산소의 이용 효율 및 전달 효율을 증대시킬 수 있도록 개선된 미세기포 발생장치를 제공하는데 주된 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 와류 공급장치로부터 배출된 와류 상태의 오수가 도입되는 통 형상의 몸체; 및 상기 몸체 내부에 설치되고 몸체 내 오수에 존재하는 기포를 쪼개거나 절단 내지 분쇄하여 미세기포로 만들어주는 미세기포 생성수단을 포함하는 미세기포 발생장치에 있어서, 상기 몸체 하부에 설치되어 오수를 와류 상태로 변환하여 몸체 내부에 배출하는 와류 공급장치를 더 포함하고, 상기 와류 공급장치는, 유입구를 통해 유입된 오수를 와류 상태로 변환하여 토출구를 통해 몸체 내부로 배출하는 와류발생통; 및 상기 와류발생통의 측면부에 형성된 주입구부에 공기를 주입하도록 연결된 공기공급관을 포함하며, 상기 주입구부는 공기가 편향된 방향으로 주입되어 주입된 공기에 의해 와류발생통 내 오수가 와류로 변환될 수 있도록 와류발생통의 중심부로부터 일측으로 편향된 위치에 형성되고, 와류발생통의 내측면에 상기 주입된 공기에 의해 형성된 오수 내 기포가 부딪히면서 미세기포로 변환되도록 하는 요철 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치가 개시된다.

Description

저에너지, 수류확산형 미세기포 발생장치{Low energy ＆ vast water flow type micro bubble generator}

본 발명은 미세기포 발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미세기포 발생을 보다 원활히 하면서 다량의 미세기포 발생으로 산소의 이용 효율 및 전달 효율을 증대시킬 수 있도록 개선된 미세기포 발생장치에 관한 것이다.

통상적인 하수처리 방법으로서 가장 널리 쓰이는 방법 중에 생물학적 처리 방법이 있다.

생물학적 처리 방법에서는 1차 침전지를 거친 오수를 호기조로 유입시킨 뒤, 호기조에서 용존해 있는 산소와 미생물을 이용하여 각종 유기물 및 암모니아성 질소를 제거하는 과정을 거친다.

따라서, 호기조에서는 미생물들의 활동에 충분한 양의 용존 산소를 필요로 하는데, 오염된 물에 호기성균 등을 작용시키고 이 호기성균 등을 호기조 내에서 번식시켜 오염 성분을 소화시키는 것에 의해 오수를 처리한다.

그러나, 호기조 내의 호기성균에 산소를 공급함에 있어서 과도한 송풍량의 증가는 전력비를 증가시키므로 호기성균을 번식시키기 위해 오수에 미세한 기포를 혼합하여 산소 호흡을 촉진함으로써 호기성균 등의 생존환경을 조성하고 있다.

또한, 미세한 기포를 만들어 기포의 호기조 내 체류시간을 증대시킴으로써 산소 전달 효율을 높이고 있다.

이를 위한 미세기포 발생장치로서, 종래에는 산기관의 단부에 미세한 구멍이 뚫려 있는 막을 구비함으로써 기포들이 미세한 구멍으로 통과하면서 잘게 쪼개지도록 하는 막형 산기장치가 주로 사용되어 왔다.

그러나, 막형 산기장치는 공기가 통과해야 하는 미세한 구멍으로 인해 많은 저항이 생기며, 따라서 공기를 공급하는데 소비되는 전력이 증가하는 문제가 있다.

또한, 막의 미세한 구멍이 폐색되는 현상으로 인해 산기장치를 지속적으로 교체해 주어야 하는 불편함이 있다.

따라서, 미세기포 발생시 공기의 저항 없이 기포를 미세하게 쪼개어 공급할 수 있고 각종 부유물 등에 의해 효율이 저하되지 않은 미세기포 발생장치가 필요하다.

이에 따라 수중에 공급된 공기(큰 기포)를 절단 내지 분쇄하여 미세기포를 만들어내는 미세기포 발생장치가 제시된 바 있으나, 미세기포의 발생과 공급을 보다 원활히 할 수 있고 효율을 높일 수 있는 개선된 미세기포 발생장치가 요구되고 있다.

한국 공개특허공보 제10-2004-0072775호(2004.08.19.) 한국 등록특허공보 제10-1036227호(2011.5.16.)

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 미세기포 발생을 보다 원활히 하면서 다량의 미세기포 발생으로 산소의 이용 효율 및 전달 효율을 증대시킬 수 있도록 개선된 고효율의 미세기포 발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 와류 공급장치로부터 배출된 와류 상태의 오수가 도입되는 통 형상의 몸체; 및 상기 몸체 내부에 설치되고 몸체 내 오수에 존재하는 기포를 쪼개거나 절단 내지 분쇄하여 미세기포로 만들어주는 미세기포 생성수단을 포함하는 미세기포 발생장치에 있어서, 상기 몸체 하부에 설치되어 오수를 와류 상태로 변환하여 몸체 내부에 배출하는 와류 공급장치를 더 포함하고, 상기 와류 공급장치는, 유입구를 통해 유입된 오수를 와류 상태로 변환하여 토출구를 통해 몸체 내부로 배출하는 와류발생통; 및 상기 와류발생통의 측면부에 형성된 주입구부에 공기를 주입하도록 연결된 공기공급관을 포함하며, 상기 주입구부는 공기가 편향된 방향으로 주입되어 주입된 공기에 의해 와류발생통 내 오수가 와류로 변환될 수 있도록 와류발생통의 중심부로부터 일측으로 편향된 위치에 형성되고, 와류발생통의 내측면에 상기 주입된 공기에 의해 형성된 오수 내 기포가 부딪히면서 미세기포로 변환되도록 하는 요철 구조가 형성된 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치를 제공한다.

이로써, 본 발명에 따른 미세기포 발생장치에서는 와류발생통에서 단면상 편심된 위치에 형성된 주입구부를 통해 주입되는 공기에 의해 원수가 와류발생통으로 흡입됨과 더불어, 주입되는 공기에 의해 원수에서 와류가 발생하고, 이렇게 발생한 와류가 미세기포 생성수단인 블레이드가 설치된 몸체 내에 넓게 확산될 수 있다.

결국, 원수가 와류 상태로 공급됨으로써 적은 유량에서도 몸체 내부에서의 와류 및 기포 확산 효과가 증대될 수 있고, 와류 내에 포함된 기포가 블레이드에 접촉하였을 때 더욱 쉽고 원활하게 미세화될 수 있는바, 결국 미세기포의 발생량 및 발생효율이 증대되는 효과를 나타낼 수 있다.

또한, 그로 인해 산소의 이용 효율 및 전달 효율이 증대되는 효과가 나타날 수 있게 된다.

특히, 본 발명에서는 공기가 와류발생통에 주입되어 원수 내에 기포가 존재하고 있을 때, 이 기포들이 와류발생통의 요철 구조에 부딪히면서 1차적으로 분쇄 및 미세화되어 미세기포로 변환될 수 있고, 따라서 원수 내에 많은 양의 미세기포가 포함될 수 있으며, 기포가 상측의 블레이드에 의해서도 분쇄되므로 더욱 쉽고 원활하게 미세화된 기포를 제공할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 구성도이다.
도 2는 도 1의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치에서 와류 공급장치를 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2의 와류 공급장치를 도시한 측면도이다.
도 4는 도 3의 선 'A-A'를 따라 취한 단면도이다.
도 5는 도 1의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치에서 와류발생통의 주입구부에 공기공급관의 출구부가 고정된 상태를 예시한 종단면도이다.
도 6은 도 5의 선 'B-B'를 따라 취한 횡단면도이다.
도 7은 도 1의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치에서 와류발생통에 형성되는 다른 형태의 요철 구조를 나타내는 횡단면도이다.
도 8은 도 1의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치에서 와류발생통의 조립식 구조를 나타내는 도면이다.
도 9와 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 미세기포 발생을 보다 원활히 하면서 다량의 미세기포 발생으로 산소의 이용 효율 및 전달 효율을 증대시킬 수 있도록 개선된 미세기포 발생장치에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 본 출원인에 의해 출원되고 등록된 등록특허공보 제10-1305426호(2013.9.2.)(이하, '문헌 1'이라 칭함)의 '저에너지 미세기포 발생장치'를 개량한 발명이라 할 수 있는 것으로, 몸체 하부에 와류 공급장치를 추가로 설치한 점에 주된 특징이 있는 것이다.

상기 문헌 1을 참조하면, 공지의 미세기포 발생장치는 원수가 도입되는 원통형의 몸체와, 상기 몸체 내부에 위치한 미세기포 생성수단인 블레이드를 포함하는 것으로, 몸체 내부에 도입된 원수에 공기(산소)를 공급하여 기포를 발생시키고, 몸체 내부에서 원수에 존재하는 기포를 블레이드를 이용하여 쪼개어서 미세기포로 만들어주도록 되어 있다.

이러한 구성에 더하여 원수가 도입되는 상기 몸체의 하부에 와류 공급장치를 추가로 설치하여 본 발명에 따른 개선된 미세기포 발생장치가 구성될 수 있다.

이와 같은 미세기포 발생장치는 호기조 내부에 설치되어 원수(오수)를 순환시키면서 원수에 미세기포를 공급하는 역할을 하게 된다.

물론, 본 발명은, 상기한 바와 같이 원수가 도입되는 몸체의 하부에 와류 공급장치가 부가된 미세기포 발생장치로서, 상기 문헌 1의 미세기포 발생장치 외에도, 몸체 내부에 도입된 원수에 포함되어 있는 기포를 쪼개어서 원수 내에 미세기포를 발생시키는 블레이드를 구비한 것이라면, 몸체 하부에 후술하는 와류 공급장치를 추가로 설치하여 본 발명의 미세기포 발생장치를 구성할 수 있다.

그 밖에 기포를 물리적으로 쪼개거나 절단 내지 분쇄하는 미세기포 생성수단을 가지는 공지의 미세기포 발생장치, 예컨대 본 출원인에 의해 출원되고 등록된 등록특허공보 제10-1036227호(2011.5.16.)(이하 '문헌 2'라 칭함)의 '미세기포발생장치'의 구성에 와류 공급장치를 추가로 설치하여 본 발명의 미세기포 발생장치를 구성할 수 있다.

문헌 2를 참조하면, 통 형상의 몸체(문헌 2에서는 '외통'으로 기재됨)의 내부로 도입된 원수에 공기를 공급하면서 원수 내에 존재하는 기포를 절단 내지 분쇄하여 미세기포를 발생시키는 미세기포 생성수단(문헌 2에서는 '미세기포발생수단'으로 기재됨)을 구비한 미세기포 발생장치가 개시되어 있으며, 이러한 미세기포 발생장치의 몸체 하부에 와류 공급장치를 추가로 설치하여 본 발명의 미세기포 발생장치를 구성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 구성도로서, 몸체(10)의 하부에 와류 공급장치(100)가 추가로 설치된 구성을 개략적으로 나타내고 있다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치는, 원수가 도입되는 통 형상의 몸체(10)와, 몸체(10)의 내부에 설치되는 미세기포 생성수단인 블레이드(20)와, 몸체(10)의 하부에 설치되는 와류 공급장치(100)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서, 몸체(10)는 원통 형상으로 구비될 수 있고, 몸체(10)의 내부에 문헌 1에 개시되어 있는 구조의 블레이드(20)가 배치될 수 있다.

본 발명에서 미세기포 발생장치는, 원수가 도입되는 몸체(10)와, 미세기포 생성수단인 블레이드(20) 외에, 문헌 1 및 문헌 2에 개시되어 있는 추가적인 구성요소들을 더 포함할 수 있으나, 이러한 추가적인 구성이 문헌 1 및 문헌 2에 개시되어 있는 것으로 한정되는 것은 아니며, 원수가 도입된 후 미세기포 생성수단에 의해 원수 내 기포가 물리적으로 쪼개어지거나 절단 내지 분쇄되어 미세기포가 만들어질 수 있는 구성이라면, 상기한 추가적인 구성에 대해서는 특별하게 한정하지는 않는다.

본 발명의 실시예에 따른 미세기포 발생장치에서, 상기 와류 공급장치(100)는, 몸체(10)의 하부에 고정 설치되고 유입구(111)를 통해 유입된 원수를 와류 상태로 변환하여 토출구(112)를 통해 몸체(10)의 내부로 배출하는 와류발생통(110)과, 외부의 공기공급원(미도시)에 접속된 상태에서 와류발생통(110)의 주입구부(113)에 출구부(도 4 및 도 5에서 도면부호 121임)가 연결되고 상기 공기공급원으로부터 공급되는 공기(산소)를 상기 출구부(121)를 통해 와류발생통(110)에 주입하는 공기공급관(120)을 포함하여 구성된다.

상기 와류발생통(110)은 몸체(10)의 하부에 지지브라켓(30)에 의해 지지되어 고정되도록 설치될 수 있고, 소정 용적의 내부공간을 가지면서 하부가 막혀 있는 통 형상으로 구비되어 설치될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 미세기포 발생장치에서는, 몸체(10)에 도입될 원수(예를 들면, 호기조 내 오수)가 상기 와류발생통(110)의 내부를 통과한 뒤 몸체(10)의 내부로 도입되는데, 원수가 와류발생통(110)의 내부로 유입되면 공기공급관(120)을 통해 주입된 공기에 의해 원수의 나선형 흐름, 즉 와류가 발생하고, 이렇게 발생한 와류가 상기 몸체(10) 내부로 배출된다.

이를 위해 와류발생통(110)은 그 일측에 상기 몸체(10)로 도입될 원수가 와류발생통(110)의 내부공간으로 유입되는 유입구(111)를 가지며, 와류발생통(110)의 상부에 와류 상태로 변환된 원수가 미세기포와 함께 몸체(10)의 내부로 배출되는 토출구(112)를 가지는 것이다.

이때, 상기 유입구(111)를 통해 와류발생통(110)의 내부에 원수가 유입되면, 와류발생통(110)의 내부공간에서 공기공급관(120)을 통해 주입된 공기에 의해 와류가 발생하게 된다.

즉, 원수의 유동 상태가 공기공급관(120)을 통해 주입된 공기에 의해 와류 상태로 변환되는 것이며, 이러한 와류가 상기 토출구(112)를 통해 미세기포 생성수단이 위치한 몸체(10)의 내부로 배출되게 된다.

도 1에 도시한 실시예에서는 공기공급관(120)이 와류발생통(110)의 측면부에 주입구부(113)를 매개로 연결되어서 공기공급관(120)을 통해 공급되는 공기가 와류발생통(110)의 측면부를 통해 주입되도록 되어 있다.

또한, 상기 공기공급관(120)은 와류발생통(110)의 측면부에 수평으로 길게 연결될 수 있으며, 이에 공기가 와류발생통(110)에 대해 수평방향으로 주입 및 공급될 수 있게 된다.

또한, 상기와 같이 하부 배관인 공기공급관(120)이 와류발생통(110)에 수평으로 연결되어 공기가 수평방향으로 주입되고, 나아가 후술하는 바와 같이 원수 또한 유입구(111)(와류발생통의 주입구부와 공기공급관의 출구부 사이의 이격 공간, 도 4 및 도 5 참조)를 통해 수평방향으로 유입되는 구조에서, 도면상 예시하지는 않았으나, 몸체(10)에서 와류발생통(110)을 지지하고 있는 지지브라켓(30)은 와류발생통(110)의 지지 높이를 조절할 수 있는 구조로 구성됨이 바람직하다.

이를 통해 미세기포 발생장치의 하부에서 와류발생통(110)을 포함하여 와류 공급장치(100) 전체의 높이를 상하로 조절하는 것이 가능해진다.

일례로, 지지브라켓(30)은 몸체(10)에 고정되어 있는 고정부(도면부호로 표시하지 않음)와, 상기 고정부에 상하로 이동 가능하도록 결합되고 와류발생통(110)에 일체로 고정 결합된 이동부(도면부호로 표시하지 않음)로 구성될 수 있고, 이때 와류발생통(110)에 일체로 설치된 이동부는 고정부에 대해서 상하 이동 및 이동된 위치에서의 고정이 가능하도록 구비된다.

이때, 와류발생통(110)이 고정되어 있는 이동부가 고정부에 대해 높이 조절을 위하여 상하로 슬라이드 이동 가능하게 결합되고, 이동부가 상하로 슬라이드 이동되어 높이 조절된 상태에서 고정부와 이동부를 상호 체결 내지 록 시키는 수단이 구비될 수 있다.

물론, 와류발생통(110)의 높이를 조절할 수 있도록 지지브라켓(30)을 구성할 경우, 와류발생통(110)의 주입구부(113) 또한 상하로 높이가 변동되는바, 몸체(10)에 상하로 길게 슬롯을 형성하고, 상기 와류발생통(110)의 주입구부(113)가 상기 슬롯을 관통하여 몸체(10)의 외부로 연장되도록 할 수 있다.

이와 같이 고정부와 이동부로 구성되어 이동부의 높이 조절이 이루어지도록 하면서 높이 조절 후의 이동부를 고정시킬 수 있는 구조에 대해서는, 산업적으로 다양하고도 널리 적용되고 있는 구성이므로, 도면에 도시를 생략하였고, 더불어 더 구체적이고 예시적인 상세 설명 또한 생략하기로 한다.

한편, 바람직한 일 실시예에서는 와류발생통(110)에서 원수가 유입되는 유입구(111)가 상기 공기공급관(120)의 출구부(121) 주위에 위치하도록 유입구(111)의 위치가 설정될 수 있다.

도면을 참조하여 설명하면, 도 2는 도 1의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치에서 와류 공급장치(100)를 도시한 평면도이고, 도 3은 도 2의 와류 공급장치(100)를 도시한 측면도이며, 도 4는 도 3의 선 'A-A'를 따라 취한 단면도이다.

또한, 도 5는 와류발생통(110)의 주입구부(113)에 공기공급관(120)의 출구부(121)가 고정된 상태를 예시한 종단면도이고, 도 6은 도 5의 선 'B-B'를 따라 취한 횡단면도이다.

도시된 바와 같이, 와류발생통(110)은 원형의 단면 형상을 가지는 통, 예컨대 도시된 바와 같이 상, 하부 직경이 동일한 원통 형상을 가질 수 있으며, 상부에 토출구(112)가 형성되고, 측면부에 공기가 주입되는 주입구부(113)가 외부로 돌출 연장된 관의 형상으로 형성될 수 있다.

이때, 주입구부(113)는 와류발생통(110) 하부의 측면부에 형성될 수 있고, 몸체(10)의 내부에 위치하는 와류발생통(110)으로부터 몸체(10)의 하부를 관통하여 몸체(10)의 외부로 길게 연장될 수 있다.

또한, 주입구부(113)는 와류발생통(110) 내에 공기가 편향된 방향으로 주입될 수 있도록 와류발생통(110)에서 원형의 단면상 중심부로부터 일측으로 편향된 위치(즉, 편심된 위치)에 형성되고, 이 주입구부(113)에 공기공급관(120)의 출구부(121)가 연결된다.

또한, 와류발생통(110)의 주입구부(113) 내측으로 공기공급관(120)의 출구부(121)가 삽입되어 고정되고, 이때 와류발생통(110)의 주입구부(113) 내측면과 공기공급관(120)의 출구부(121) 외측면 사이가 이격되도록 하여, 그 이격된 공간이 와류발생통(110)의 내부공간과 연통된 상기 유입구(111)가 되도록 할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 공기공급관(120)의 출구부(121)는 와류발생통(110)의 주입구부(113)와 동심상에 위치하도록 와류발생통(110)의 주입구부(113) 내측에 고정될 수 있는데, 이에 와류발생통(110)의 주입구부(113) 내측면과, 상기 주입구부(113)와는 동심상에 위치한 공기공급관(120)의 출구부(121) 외측면 사이의 이격된 공간이 와류발생통(110)에서 원수가 유입되는 유입구(111)의 유로 공간이 된다.

이에 주입구부(113)를 통해서는 공기공급관(120)의 출구부(121)에서 공급되는 공기와, 공기공급관(120)의 출구부(121) 주위에 배치된 유입구(111)를 통해 공급되는 원수가 동시에 와류발생통(110)의 내부공간으로 주입되게 된다.

이때, 공기공급관(120)의 출구부(121)가 와류발생통(110)의 주입구부(113) 내측에 적어도 하나 이상의 지지대(114)에 의해 지지되어 고정될 수 있다.

또한, 도시된 바와 같이, 와류발생통(110)의 주입구부(113) 내측으로 공기공급관(120)의 출구부(121)가 결합되는 결합부(115)가 설치되고, 이때 결합부(115)가 주입구부(113) 내측면과의 사이에 지지대(114)를 매개로 연결된다.

이에 결합부(115)가 주입구부(113) 내측에 지지대(114)에 의해 지지된 고정 구조물이 되며, 이 결합부(115)의 내측으로 공기공급관(120)의 출구부(121)가 삽입되어 결합된다.

상기 결합부(115)는 지지대(114)에 의해 지지되는 관 형상의 구조물로 구비될 수 있고, 이때 공기공급관(120)의 출구부(121)가 결합부(115)의 내측으로 나사 체결식으로 결합될 수 있다.

즉, 공기공급관(120)의 출구부(121) 외측면과 주입구부(113)에 설치된 결합부(115) 내측면에 나사산을 가공하여 양측을 나사 체결하는 것이다.

그리고, 와류발생통(110)의 내측면에는 기포가 부딪혀 분쇄될 수 있는 요철 구조(116)가 형성되며, 상기 요철 구조(116)는 와류발생통(110)의 내측면에 원주방향을 따라 정해진 간격으로 다수 개의 돌기(116a)를 돌출 형성하여 구성될 수 있다.

이때, 도 4에 나타낸 바와 같이 와류발생통(110)의 내측면에 핀(fin) 형상을 가지는 다수 개의 돌기(116a)를 원주방향을 따라 정해진 간격을 두고 배열되도록 형성하거나, 도 7에 나타낸 바와 같이 요(凹)부와 철(凸)부가 반복되는 요철 형상을 형성하여 상기 철부가 돌기(116a)를 이루도록 할 수 있다.

상기와 같이 돌기(116a)를 포함하는 요철 구조(116)는 와류발생통(110)의 내측면에서 상하방향 구간 중 그 전체인 상하 전 구간에 형성되거나, 또는 적어도 주입구부(113)가 형성된 부분을 포함하는 상하 일부 구간에 걸쳐서 형성될 수 있다.

그리고, 상기와 같은 와류발생통(110)은 통 형상을 가지도록 전체를 일체로 형성할 수도 있으나, 도 8에 나타낸 바와 같이 조립식 구조로 제공될 수 있다.

즉, 와류발생통(110)은, 토출구(112)가 형성된 상부 커버(110a)와, 내부공간을 가지면서 유입구(111) 및 주입구부(113), 상기 요철 구조(116)가 형성된 하부 본체(110b)를 포함하여 구성될 수 있으며, 상부 커버(110a)와 하부 본체(110b)를 각각 별도로 제작한 뒤 하부 본체(110b)에 상부 커버(110a)를 각각의 대응되는 결합면에 형성된 나사산을 이용하여 나사 체결함으로써 일체로 조립되는 구성이 될 수 있다.

이와 같이 하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 구성에 대해 설명하였는바, 미세기포 발생장치가 호기조 내부의 수중에 위치한 상태에서, 외부의 공기공급원으로부터 이에 접속된 공기공급관(120)을 통해 공기가 공급되면, 상기 공기공급관(120) 및 와류발생통(110)의 주입구부(113)를 통해 와류발생통(110)의 내부공간으로 공기가 주입된다.

이와 같이 공기가 주입되면, 와류발생통(110) 외부의 원수(오수)가 와류발생통(110)의 유입구(111)를 통해 흡입되어 와류발생통(110)의 내부공간으로 함께 빨려들어간다.

즉, 공기와 원수가 함께 주입구부(113)를 통해 와류발생통(110)의 내부공간으로 동시에 공급되는 것이며, 이때, 와류발생통(110)의 주입구부(113) 및 유입구(111)가 와류발생통(110)의 원형 단면상 중심부로부터 일측으로 편향된 위치(편심된 위치)에 형성되어 있으므로, 와류발생통(110)의 내부공간으로 들어온 공기와 원수가, 와류발생통(110)의 내측면에 형성된 요철 구조(116)(돌기(116a))에 접촉하여 부딪히면서 나선형 흐름, 즉 와류 상태로 유동 상태가 변환되게 된다.

또한, 원수와 함께 유입된 공기, 즉 원수 내 기포는 돌기(116a)를 포함하는 와류발생통(110) 내측면의 요철 구조(116)에 접촉하여 부딪히면서 분쇄되고, 이에 기포가 작아지면서 와류 내에 미세기포가 발생하게 된다.

결국, 미세기포가 포함된 상태의 와류가 와류발생통(110)의 토출구(112)를 통해 몸체(10) 내부로 배출되고, 이렇게 와류 상태로 배출된 원수는 몸체(10) 내부에서 확산된다.

또한, 원수에 포함된 기포가 몸체(10) 내 상측의 블레이드(20)에 의해 추가적으로 쪼개지면서 미세기포가 발생하고, 블레이드(20)의 나선형 구조에 의해 추가적인 와류가 발생한다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생장치에서는 원수가 공기와 함께 와류 발생장치의 와류발생통(110)에 동시에 주입되고, 이에 원수가 와류발생통(110)을 통과하면서 와류 상태로 변환되어 블레이드(20)가 설치된 몸체(10)로 공급된다.

이때, 와류발생통(110)에서 단면상 편심된 위치에 형성된 주입구부(113)를 통해 주입되는 공기에 의해 원수가 와류발생통(110)의 유입구(111)를 통해 와류발생통(110)의 내부공간으로 흡입되고, 원수 또한 공기와 마찬가지로 단면상 편심된 위치에서 와류발생통(110)으로 주입되기 때문에 그 주입 위치에 의해서도 와류발생통(110)의 내부공간에서 와류로 쉽게 변환되지만, 이에 더하여 단면상 편심된 위치에서 주입되는 공기에 의해서도 원수의 와류 발생이 촉진된다.

이렇게 와류 발생장치에서 와류가 발생하여 몸체(10)에 공급되면, 적은 유량에서도 몸체(10) 내부에서의 와류 및 기포 확산 효과를 증대시킬 수 있고(예를 들면, 기존 유량의 25% 정도만으로도 동일 효과 발생), 와류 내에 포함된 기포가 블레이드(20)에 접촉하였을 때 더욱 쉽고 원활하게 미세화될 수 있는바, 결국 미세기포의 발생량 및 발생효율이 증대되는 효과를 나타낼 수 있다.

또한, 그로 인해 산소의 이용 효율 및 전달 효율이 증대되는 효과가 나타날 수 있게 된다.

특히, 본 발명에서는 공기가 와류발생통(110)에 주입되어 원수 내에 기포가 존재하고 있을 때, 이 기포들이 와류발생통(110)의 요철 구조(116)에 부딪히면서 1차적으로 분쇄 및 미세화되어 미세기포로 변환될 수 있고, 결국 원수 내에 보다 많은 양의 미세기포가 포함될 수 있게 됨은 물론, 1차적으로 분쇄된 미세기포가 블레이드(20)에 의해 2차적으로 분쇄, 확산되는 효과를 얻을 수 있는바, 더욱 쉽고 원활하게 미세화된 기포를 제공할 수 있게 된다.

한편, 도 9와 도 10은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 도면으로, 앞서 설명한 도 1 내지 도 8의 실시예와 비교하여 와류발생통(110)의 형상과 함께 원수가 유입되는 유입구(111)의 위치를 달리한 실시예를 나타내고 있다.

도 9의 실시예에서는 상, 하부 직경이 동일한 원통 형상 대신, 중앙부의 직경이 다른 부분에 비해 상대적으로 큰 계란형의 와류발생통(110)이 적용되고 있으며, 이러한 와류발생통(110)의 상부에는 와류를 블레이드(20)가 설치된 몸체(10) 내부로 배출하는 토출구(112)가 형성되고, 와류발생통(110)의 하부에는 원수가 유입되는 유입구(111)가 형성된다.

이때, 공기공급관(120)의 출구부(121)는 와류발생통(110)의 측면부에 형성된 주입구부(113)에 연결되고, 이때 와류발생통(110)의 주입구부(113)는 도 1 내지 도 8의 실시예와 마찬가지로 와류발생통(110)의 원형 단면상 중심부로부터 일측으로 편향된 위치(즉, 편심된 위치)에 형성된다.

또한, 상기 주입구부(113)는 와류발생통(110) 하부의 측면부에 형성될 수 있다.

결국, 도 1 내지 도 8의 실시예에서는 와류발생통(110)의 주입구부(113)를 통해 공기와 원수가 함께 공급되지만, 도 9의 실시예에서는 와류발생통(110)에 유입구(111)가 별도로 형성되어 있으므로, 주입구부(113)를 통해서는 공기공급관(120)을 통해 공급되는 공기가 와류발생통(110)에 주입되고, 상기 와류발생통(110)의 하부에 형성된 유입구(111)를 통해서는 원수가 유입된다.

또한, 와류발생통(110)의 내측면에 도 1 내지 도 8의 실시예와 마찬가지로 원주방향을 따라 돌기(116a)를 포함하는 요철 구조(116)가 형성되며, 이때 요철 구조(116)는 와류발생통(110)의 내측면에서 상하방향 구간 중 그 전체인 상하 전 구간에 형성되거나, 또는 적어도 주입구부(113)가 형성된 부분을 포함하는 상하 일부 구간, 또는 주입구부(113)가 형성된 부분의 상측 일부 구간에 걸쳐서 형성될 수 있다.

또한, 와류발생통(110)의 하부에 원수가 유입되는 유입구(111)가 형성되어 있으므로, 즉 와류발생통(110)의 하부가 뚫려 있는 구조로 되어 있으므로, 이를 고려하여 와류발생통(110)으로 연결되는 주입구부(113) 부분은 상향으로 경사진 각도를 이루도록 형성될 수 있다.

즉, 와류발생통(110)으로부터 주입구부(113) 일부분이 하향 경사지게 연장된 뒤 그 나머지 부분이 다시 수평으로 연장되도록 하는 것이다.

이에 주입구부(113)를 통해 주입되는 공기가 와류발생통(110)에서 어느 정도 상향으로 분출될 수 있게 되어 있다.

또한, 와류발생통(110)은 몸체(10) 하부에 설치된 지지브라켓(30)에 의해 지지되도록 고정 설치되는데, 이때 지지브라켓(30)은 도 1 내지 도 8의 실시예에서와 마찬가지로 와류발생통(110)의 지지 높이를 조절할 수 있도록 구성됨이 바람직하다.

와류발생통(110)의 높이를 상하로 조절 가능하도록 하기 위한 구성에 대해서는 도 1 내지 도 8의 실시예와 차이가 없으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이와 같이 하여, 도 9의 실시예에서는 주입구부(113)를 통해 공기가 주입되면, 와류발생통(110)의 내부공간에는 원수가 채워진 상태이므로, 이 와류발생통(110) 내 원수에서 와류가 발생하고, 원수 내에 공기가 주입되어 형성된 기포가 와류발생통(110) 내측면의 요철 구조(116)에 부딪히면서 미세기포가 발생할 수 있게 된다.

이때, 와류발생통(110) 내 와류가 토출구(112)를 통해 상측으로 배출되는데, 결국 공기가 주입됨에 따라 와류발생통(110) 내 원수가 와류 상태로 몸체(10)의 내부로 강제 배출되면서 계속해서 하부의 유입구(111)를 통해서는 외부의 원수가 와류발생통(110) 내부로 유입되게 된다.

이러한 와류발생통(110) 내 와류 및 미세기포 발생 원리에 대해서는 도 1 내지 도 8의 실시예와 비교하여 차이가 없으므로 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.

또한, 원수가 몸체(10)의 내부에 공급되어 블레이드(20)에 의해 원수 내 기포가 쪼개어짐으로써 미세기포가 발생하는 점 또한 도 1 내지 도 8의 실시예와 비교하여 차이가 없다.

도 10의 실시예에서는 상부가 상, 하부의 직경이 동일한 원통 형상부로 되어 있으면서 하부가 아래로 가면서 직경 및 유로 단면적이 점차 커지는 깔때기 형상의 확관부(117)로 되어 있는 와류발생통(110)이 사용되고 있다.

이와 같이 확관부(117)가 형성된 와류발생통(110)에서 확관부(117) 내측의 유로가 원수가 유입되는 유입구(미도시)가 된다.

하부에 확관부(117)를 가지는 와류발생통(110)이 사용된 점을 제외하고는 도 9의 실시예와 차이가 없으며, 이에 설명의 중복을 피하기 위해 동일한 구성에 대해서는 설명을 생략하기로 한다.

도 10의 실시예에서 주입구부(113)는 원통 형상부의 하부에 형성될 수 있다.

이와 같이 확관부(117)를 가지는 와류발생통(110)에서 그 상부가 상, 하부의 직경이 동일한 원통 형상부로 되어 있음을 설명하였으나, 상부가 원통 형상 대신 상, 하부 위치에 따라 직경이 다른 형상, 예컨대 도 9에 나타낸 계란 형상으로 형성될 수도 있다.

도 9와 도 10은 와류발생통(110)의 하부가 개방되어 있어, 기존 하수, 폐수처리장의 호기조 바닥부에서의 슬러지 퇴적을 방지할 수 있고, 슬러지 유동을 원활히 하여 반응조 바닥부의 혐기성화를 방지할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 이와 같은 도 10의 실시예에서 와류발생통(110) 내 와류 및 미세기포 발생 원리, 그리고 몸체(10) 내 원수에서 블레이드(20)에 의해 미세기포가 발생하는 과정 등에 대해서도 앞서 설명한 실시예와 비교하여 차이가 없으므로 상세한 설명을 생략하기로 한다.

이상으로 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당 업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.

10 : 몸체 20 : 블레이드(미세기포 생성수단)
30 : 지지브라켓 100 : 와류 공급장치
110 : 와류발생통 110a : 상부 커버
110b : 하부 본체 111 : 유입구
112 : 토출구 113 : 주입구부
114 : 지지대 115 : 결합부
116 : 요철 구조 116a : 돌기
117 : 확관부 120 : 공기공급관
121 : 출구부

Claims (13)

1. 와류 공급장치로부터 배출된 와류 상태의 오수가 도입되는 통 형상의 몸체; 및 상기 몸체 내부에 설치되고 몸체 내 오수에 존재하는 기포를 쪼개거나 절단 내지 분쇄하여 미세기포로 만들어주는 미세기포 생성수단을 포함하는 미세기포 발생장치에 있어서,
   상기 몸체 하부에 설치되어 오수를 와류 상태로 변환하여 몸체 내부에 배출하는 와류 공급장치를 더 포함하고,
   상기 와류 공급장치는,
   유입구를 통해 유입된 오수를 와류 상태로 변환하여 토출구를 통해 몸체 내부로 배출하는 와류발생통; 및 상기 와류발생통의 측면부에 형성된 주입구부에 공기를 주입하도록 연결된 공기공급관을 포함하며,
   상기 주입구부는 공기가 편향된 방향으로 주입되어 주입된 공기에 의해 와류발생통 내 오수가 와류로 변환될 수 있도록 와류발생통의 중심부로부터 일측으로 편향된 위치에 형성되고, 와류발생통의 내측면에 상기 주입된 공기에 의해 형성된 오수 내 기포가 부딪히면서 미세기포로 변환되도록 하는 요철 구조가 형성되고,
   상기 요철 구조는 와류발생통의 내측면에 원주방향을 따라 정해진 간격으로 돌기를 돌출 형성하여 구성되어 와류로 변환되는 오수 내에서 기포가 상기 돌기에 부딪히면서 분쇄되도록 한 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 주입구부는 와류발생통으로부터 외부로 돌출 연장된 관의 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
   
5. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 공기공급관의 출구부는 와류발생통의 주입구부 내측에 삽입된 상태로 주입구부 내측면과 공기공급관의 출구부 외측면 사이가 이격되도록 상기 주입구부 내측면에서 지지대를 매개로 고정되고,
   상기 주입구부 내측면과 공기공급관의 출구부 외측면 사이의 이격된 공간이 오수가 유입되는 와류발생통의 유입구가 되도록 하여 상기 주입구부를 통해 공기와 원수가 와류발생통에 동시에 주입되는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 공기공급관의 출구부가 와류발생통의 주입구부와 동심상에 위치하도록 고정되는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
   
7. 청구항 5에 있어서,
   상기 주입구부가 와류발생통 하부의 측면부에 형성되는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
   
8. 청구항 1 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 주입구부가 와류발생통으로부터 수평방향으로 길게 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 와류발생통이 몸체 하부에서 와류발생통의 지지 높이를 조절할 수 있는 지지브라켓에 의해 지지되어 설치되는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
   
10. 청구항 1에 있어서,
    상기 토출구가 와류발생통의 상부에 형성되고, 상기 유입구가 와류발생통의 하부에 형성된 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
    
11. 청구항 10에 있어서,
    상기 와류발생통의 하부에 아래로 가면서 유로 단면적이 커지는 확관부가 형성되고, 상기 확관부의 내측 유로가 상기 유입구가 되도록 한 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
    
12. 청구항 10에 있어서,
    상기 와류발생통은 상, 하부에 비해 중앙부의 직경이 상대적으로 큰 계란 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
    
13. 청구항 10에 있어서,
    상기 주입구부의 일부분이 와류발생통으로부터 하향 경사지게 연장 형성되어 주입구부를 통해 주입되는 공기가 와류발생통 내에 상향의 경사방향으로 분출되도록 한 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.

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