KR102079428B1 - 미세기포발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 곡선의 산(30)을 가지고 산으로 흐르는 관로와 골로 흐르는 관로가 상호 연결되어 맥동형상으로 구성된 액체이송관로(20)를 포함하는 미세기포발생장치에 대한 것으로, 액체가 유입(110)되는 액체유입구(10) ; 상기 액체유입구(10)와 일측으로 연결되어 있고, 상기 액체유입구(10)보다 상대적으로 직경이 작으며, 곡선의 산(30)을 가지고, 산으로 흐르는 관로와 골로 흐르는 관로가 상호 연결되어 맥동형상으로 구성된 액체이송관로(20) ; 상기 액체이송관로(20)에 구성되는 기체가 주입되는 기체 주입관로 ; 상기 액체이송관로(20)와 타측으로 연결되고, 상기 액체이송관로(20)보다 상대적으로 큰 직경을 가지는 기포배출구(50)를 포함하여 구성되며, 상기 액체이송관로(20)의 주입점에 대한 접선과 기체주입관로(40)간의 각도가 10도 이하인 것을 특징으로 하고, 상기 기체주입관로(40)의 기체주입속도는 상기 액체이송관로(20)의 이송속도보다 빠른 것을 특징으로 한다.

Description

미세기포발생장치 {Micro-bubble generator}

본 발명은 mm 단위 이하의 미세한 크기를 가진 기포를 발생시키는 장치에 대한 것으로, 보다 상세하게는 곡선의 변곡점을 가지고 산으로 흐르는 관로와 골로 흐르는 관로가 상호 연결되어 맥동형상으로 구성된 액체이송관로를 포함하는 미세기포발생장치에 대한 것이다.

미세기포발생장치는 특정한 기능을 가진 기체를 액체와 혼합하여 상기 기체의 비표면적을 높임으로써, 기체가 가지는 산화력 등의 기능을 개선하기 위하여 화학공정, 공기정화, 폐수정화 등 다양한 분야에서 널리 이용되어왔다. 액상 물질 중 기포를 발생시키는 기술은 일반적으로 액체와 기체를 혼합하는 과정을 통해 이루어지며, 상기 혼합과정에서 액체의 이송속도를 저하시키지 않으면서 이송되는 액체의 흐름속에서 얼마나 효율적으로 기체를 분산시킬 수 있는 가에 따라서 기포의 제조효율이 결정될 수 있다. 이와 관련하여, 종래의 기술을 살펴보면, 한국등록특허 제1591416호는 원통관 외주면의 접선 방향으로 형성되는 에어공급포트를 통해 외부의 공압장치로부터 에어가 공급되고, 상기 원통관 내주면을 따라 나선형태로 회전되어 이동함으로써 버블이 발생되도록 구성되어 있다. 특히, 동 기술에서는 양측의 이북와 출구에 내주면 내경이 관 내부를 향하여 점진적으로 작아지는 한쌍의 벤츄리캡이 밀폐되게 구성되어 높은 압력에서 액체와 기체가 혼합될 수 있도록 구성되어 있다. 한국공개특허 제2017-0104351호는 수처리 및 세정분야에 적용되는 미세기포 발생장치에 대한 것으로 일측에 공기가 유입되는 공기 주입홀이 하나 이상 형성되고, 미세기포 발생부는 공기 주입부에서 주입된 공기가 액체와 혼합되도록 공기 투입홀이 전후방에 다수로 형성되어 투입되는 공기와 액체가 와류를 형성하도록 구성되어 있다. 미국등록특허 제4859376호는 배플 및 미세스크린을 통해 액체의 이송 중 미세기포가 발생되도록 구성되어 있다. 상기와 같이 미세기포를 발생시키기 위한 종래의 기술들을 살펴보면, 직선형의 액체 이송관로를 구비하고 있고, 상기 직선형의 액체이송관로에 수직 방향으로 기체가 주입되도록 구성됨으로써 액체의 이송방향을 저해하는 단점이 있고, 상기 단점으로 인해, 기체가 주입되는 지점에서 액체의 이송속도가 일시적으로 감소될 수 있다. 또한, 액체의 이송과정에서 기체가 주입된 이후, 단순히 직선상으로 이송되는 액체관로의 형상으로 인해 액체와 기체가 이송과정에서 혼합되기에는 한계가 있다.

한국등록특허 제1591416호 한국공개특허 제2017-0104351호 미국등록특허 제4859376호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 액체와 기체의 혼합율을 개선하면서 미세기포를 발생시킬 수 있는 미세기포발생장치를 제공하는 것에 목적을 두고 있다.

이를 위하여, 본 발명에 따른 미세기포발생장치는 액체의 이송과정에서 기체와 액체의 혼합이 이루어질 수 있는 액체 및 기체 이송관로의 형상을 제시하는 것에 목적을 두고 있다.

또한, 본 발명에 따른 미세기포발생장치는 액체의 이송속도 감소를 최소화하면서, 액체이송관로에서 기체를 주입할 수 있는 방안을 제시하는 것에 목적을 두고 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 미세기포발생장치는 액체가 유입되는 액체유입구 ; 상기 액체유입구와 일측으로 연결되어 있고, 상기 액체유입구보다 상대적으로 직경이 작으며, 곡선의 산을 가지고, 산으로 흐르는 관로와 골로 흐르는 관로가 상호 연결되어 맥동형상으로 구성된 액체이송관로 ; 상기 액체이송관로에 구성되는 기체가 주입되는 기체 주입관로 ; 상기 액체이송관로와 타측으로 연결되고, 상기 액체이송관로보다 상대적으로 큰 직경을 가지는 기포배출구를 포함하여 구성될 수 있다.

여기에서, 상기 액체이송관로의 주입점에 대한 접선과 기체주입관로간의 각도가 10도 이하인 것을 특징으로 하며, 또한, 상기 기체주입관로의 기체주입속도는 상기 액체이송관로의 이송속도보다 빠른 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 미세기포발생장치는 상기 기체주입관로가 2개 이상인 것을 특징으로 하며 상기 기체주입관로는 상기 액체이송관로에서 액체가 산에서 하골로 이송되는 관로에 위치하는 것을 특징으로 하고, 상기 기체가 오존인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 미세기포발생장치는 오존미세기포를 제조하는데 적용될 수 있으며, 이 경우, 오존처리시스템은 본 발명에 따른 미세기포발생장치를 이용하여 오존미세기포를 발생시키는 오존 발생기 ; 상기 오존발생기에서 생성된 오존미세기포를 폐수에 유입시켜 폐수 중 오염물질을 제거하는 오존반응조 ; 상기 오존반응조에 폐수를 유입하는 유입구 및 펌프를 포함하여 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 미세기포발생장치는 곡선의 변곡점을 가지고, 산으로 흐르는 관로와 골로 흐르는 관로가 상호 연결되어 맥동형상으로 구성되어 액체의 이송과정에서 기체와 액체의 혼합이 이루어질 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 미세기포발생장치는 액체이송관로와 상기 기체주입관로가 상호 10도 이하의 각도를 가짐에 따라, 액체의 이송속도 감소를 최소화하면서, 액체이송관로에서 기체를 주입할 수 있는 효과가 있다. 따라서, 본 발명의 미세기포발생장치는 결과적으로 액체와 기체의 혼합율을 개선하면서 미세기포를 발생시킬 수 있는 것으로 판단된다.

도 1은 본 발명의 미세기포발생장치의 구성을 나타낸다.
도 2는 본 발명의 미세기포발생장치의 주입관로와 주입점 접선간의 각도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 미세기포발생장치가 적용된 오존 수처리 시스템의 구성을 나타낸다.

본 발명은 곡선의 산(30)을 가지고 산으로 흐르는 관로와 골로 흐르는 관로가 상호 연결되어 맥동형상으로 구성된 액체이송관로(20)를 포함하는 미세기포발생장치에 대한 것이다.

본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 관련하여, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음이 이해되어야 한다.

이하 도 1을 통해 본 발명에 따른 미세기포발생장치를 살펴보면, 액체가 유입(110)되는 액체유입구(10), 상기 액체유입구(10)와 일측으로 연결되어 있고, 상기 액체유입구(10)보다 상대적으로 직경이 작으며, 곡선의 산(30)을 가지고, 산으로 흐르는 관로와 골로 흐르는 관로가 상호 연결되어 맥동형상으로 구성된 액체이송관로(20), 상기 액체이송관로(20)에 구성되는 기체가 주입되는 기체 주입관로, 상기 액체이송관로(20)와 타측으로 연결되고, 상기 액체이송관로(20)보다 상대적으로 큰 직경을 가지는 기포배출구(50)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 미세기포발생장치의 중요한 특징은 액체와 기체의 혼합율을 개선하면서 미세기포를 발생시키는 것에 있으며, 이와 관련하여, 액체의 이송과정에서 기체와 액체의 혼합율이 개선된다는 것과 액체의 이송속도 감소를 최소화하면서, 액체이송관로(20)에서 기체를 주입하는 2가지에 있다. 우선, 상기의 액체의 이송과정에서 기체와 액체의 혼합율을 개선하기 위하여, 본 발명에 따른 미세기포발생장치는 종래의 일직선으로 구성되어 왔던 액체이송관로(20)에서 탈피하여, 도 1에 기재된 바와 같이 곡선의 산(30)을 가지고 산으로 흐르는 관로와 골로 흐르는 관로가 상호 연결된 맥동형상으로 이루어짐으로써, 액체의 이송과정에서 액체이송관로(20)로 주입된 기체가 분산될 수 있는 효과를 가진다. 이 과정에서, 액체이송관로(20)의 직경은 액체유입구(10)의 직경보다 상대적으로 작게 구성되어, 액체유입구(10)로부터 유입(110)된 액체의 압력이 높아지고, 이에 따라 액체로 주입된 기체의 혼합율이 높아질 수 있도록 구성되어 있다. 본 발명에 따른 미세기포발생장치에서 맥동형의 액체이송관로(20)는 도 1에서와 같이 액체유입구(10)로부터 액체가 주입된 이후, 산로 이송되고, 이후 산을 거쳐 골로 이송됨으로써, 산과 골을 통해 액체 및 기체의 분산이 이루어지고, 주입된 기체로 인해 생성된 기포가 액체내로 효율적으로 분산될 수 있다. 상기의 산 이송관로와 골 이송관로를 연결하는 산과 골의 각도는 10도 이상 170도 이하로 설정될 수 있으며, 30도 이상 100도 이하가 바람직하고, 45도 이상 90도 이하가 더 바람직하다. 30도 이하의 각도에서는 액체이송속도가 지나치게 감소될 수 있고, 100도 이상에서는 액체 분산의 효과가 낮아지는 단점이 있다.

본 발명에 따른 미세기포발생장치의 두 번째 특징인 액체의 이송속도 감소를 최소화하면서, 액체이송관로(20)에서 기체를 주입하는 것을 살펴보면, 종래의 기술은 직선상의 액체이송관로(20)에 수직되어 기체가 주입되도록 구성됨으로써, 액체의 이송속도를 저하시키는 문제를 유발시켜 왔다. 이에 따라, 본 발명에서는 액체의 이송속도를 저하시키지 않으면서 이송되는 액체 중 기체를 주입하기 위하여, 액체이송관로(20)의 주입점에 대한 접선과 상기 기체주입관로(40)간의 각도가 10도 이하로 구성되어 있다. 도 2를 통해 구체적으로 살펴보면, 기체의 주입은 최대한 액체의 이송방향과 유사하게 주입되도록 구성되어 있으며, 이를 통해 액체의 이송을 저해하지 않으면서, 더 나아가서는 액체의 이송방향과 가급적이면 동일한 방향으로 주입됨으로써, 액체의 이송속도를 증대시키도록 구성될 수 있다. 도 2에 나타난 바와 같이, 기체주입관로(40)와 액체이송관로(20)가 연결되는 부분을 주입점이라고 보고, 상기 주입점에 대한 접선과 기체주입관로(40)간의 각도는 10도 이하로 구성되는 것이 바람직하다. 상기의 각도에서 10도 이상일 경우, 액체의 이송방향과 지나치게 차이가 나게 되며, 이로 인해 액체 이송속도를 저해할 수 있다. 본 발명에 따른 미세기포발생장치에서 상기와 같이 기체주입관로(40)의 각도를 조정하여, 액체의 이송방향과 최대한 유사하게 설정함으로써, 기체의 주입 속도를 높일 경우, 액체의 이송속도를 개선할 수 있다. 이를 위하여 본 발명에 따른 미세기포발생장치에서는 기체주입관로(40)의 기체주입속도를 상기 액체이송관로(20)의 이송속도보다 빠르게 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 미세기포발생장치에서는 두 번째 특징인 액체의 이송속도 감소를 최소화하면서, 액체이송관로(20)에서 기체를 주입하기 위하여, 상기의 기체주입관로(40)의 각도를 조정하는 것과 함께 기체주입관로(40)의 수를 복수 개로 구성하는 것과 액체이송관로(20) 중 기체주입관로(40)의 위치를 특정하게 구성하는 2가지의 특징적인 요소를 별도로 구비하고 있다. 즉, 기체주입관로(40)의 수를 복수 개로 구성하는 것은 상기에 기재된 바와 같이 기체주입관로(40)를 통해 주입되는 기체의 속도가 액체이송관로(20)를 통해 이송되는 액체의 이송속도보다 클 경우, 액체의 이송속도를 개선시키는 효과를 가지며, 이 경우, 기체주입관로(40)의 수가 많을수록 그 효과는 증대될 수 있다. 또한, 액체의 기체의 혼합율의 측면에서도 기체주입관로(40)의 수가 많을수록 유리한 효과를 확보할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 미세기포발생장치에서 기체주입관로(40)의 수는 2개 이상인 것이 바람직하다.

상기와 같이, 액체이송관로(20)에 기체주입관로(40)가 설치될 경우, 액체이송관로(20)에 설치되는 기체주입관로(40)의 위치가 액체의 이송속도에 큰 영향을 미치게 되며, 본 발명에 따른 미세기포발생장치에서는 액체이송관로(20)에서 액체가 산에서 골로 이송되는 관로에 위치하도록 구성됨으로써, 액체의 이송속도 저하를 최소화할 수 있다.

본 발명에 따른 미세기포발생장치는 상기에 기재된 바와 같이 특정 기능성을 가진 기체를 액체와 혼합하여 화학공정 및 오염물질의 처리 등 다양한 분야에 적용할 수 있으며, 특히, 강한 산화력을 가진 오존의 경우 폐수처리에 폭넓게 이용될 수 있다. 도 3에서와 같이, 본 발명에 따른 미세기포발생장치는 가스상의 오존을 물과 혼합하여, 오존 기포를 발생시키는데 적용될 수 있으며, 이 경우, 폐수가 유입(110)되는 유입구, 폐수를 유입(110)하여 오존반응조(80)로 이송시키는 펌프(60), 폐수를 정화하는 오존반응조(80), 상기 오존반응조(80)에 오존 미세기포를 발생시켜 공급하는 미세기포발생장치로 구성될 수 있다. 이 경우, 본 발명에 따른 맥동형상을 가진 미세기포발생장치가 적용될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형 가능한 것으로, 본 발명의 보호범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

10 : 액체유입구 20 : 액체이송관로
30 : 산 40 : 기체주입관로
50 : 기포배출구 60 : 펌프
70 : 배오존파괴기 80 : 오존반응조
90 : 혼합기 100 : 오존발생기
110 : 유입 120 : 유출

Claims (7)

1. 액체가 유입(110)되는 액체유입구(10) ;
   상기 액체유입구(10)와 일측으로 연결되어 있고, 상기 액체유입구(10)보다 상대적으로 직경이 작으며, 곡선의 산(30)을 가지고, 산으로 흐르는 관로와 골로 흐르는 관로가 상호 연결되어 맥동형상으로 구성된 액체이송관로(20) ;
   상기 액체이송관로(20)에서 산과 골간의 직경이 동일한 지점에 위치하면서, 기체가 주입되는 기체 주입관로 ;
   상기 액체이송관로(20)와 타측으로 연결되고, 상기 액체이송관로(20)보다 상대적으로 큰 직경을 가지는 기포배출구(50) ;
   상기 액체이송관로(20)의 주입점에 대한 접선과 기체주입관로(40)간의 각도가 10도 이하이고, 상기 기체주입관로(40)는 상기 액체이송관로(20)에서 중력이 작용하는 방향인 산에서 골로 이송되는 관로에 위치하는 것을 특징으로 하는 미세기포발생장치
   
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서, 상기 기체주입관로(40)의 기체주입속도는 상기 액체이송관로(20)의 이송속도보다 빠른 것을 특징으로 하는 미세기포발생장치
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 기체주입관로(40)가 2개 이상인 것을 특징으로 하는 미세기포발생장치
   
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서, 상기 기체가 오존인 것을 특징으로 하는 미세기포발생장치
7. 청구항 1, 청구항 3, 청구항 4, 청구항 6 중 어느 한 항에 따른 미세기포발생장치를 이용하여 오존미세기포를 발생시키는 오존발생기(100) ;
   상기 오존발생기(100)에서 생성된 오존미세기포를 폐수에 유입(110)시켜 폐수 중 오염물질을 제거하는 오존반응조(80) ;
   상기 오존반응조(80)에 폐수를 유입(110)하는 유입구 및 펌프(60)를 포함하여 구성되는 오존처리시스템
   
   

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