KR102098902B1 - 미세기포수 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 일측에 공기와 유체가 유입되는 유입라인과 타측에 미세기포수가 배출되는 배출라인이 형성된 하우징; 상기 하우징 내부에서 상기 유입라인으로 유입된 공기와 유체가 지그재그로 유동하도록 하는 격벽; 격벽에 의해 형성된 공간에 개재되며 돌기가 형성된 면과 하우징 내주연 또는 격벽에 의해 공기와 유체가 충돌을 유발하도록 하고 평활면과 격벽에 의한 마찰력에 의해 공기와 유체를 미세화 하는 미세기포수발생구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포수 발생장치에 관한 것이다.

Description

미세기포수 발생장치{A FINE BUBBLE WATER GENERATOR}
본 발명은 유입된 유체와 공기에 타격과 전단력을 교번으로 가함으로써 미세기포수 발생효율을 향상시킨 장치에 관한 것이다.
기존의 미세기포발생방식은 공기를 공기압축기로 가압하여 물에 포화시킨 후 대기압 하로 압력을 낮추어 미세기포를 만드는 가압식 기포발생방식과 공기를 미세한 구멍이 있는 노즐(산기관)을 통과시켜 기포를 발생시키는 산기식 기포발생방식이 널리 사용되고 있다.
일 예로 대한민국 특허등록 제0902189호에서는 양측에 유입구 및 배출구를 갖는 원통형 몸체; 상기 원통형 몸체 내측의 유입구 측에 배치되어, 상기 원통형 몸체를 통과하는 공기방울이 포함된 유체를 와류 형성하기 위한 와류형성부; 및 상기 원통형 몸체 내측의 배출구 측에 배치되어, 상기 와류형성부를 통과한 유체에 포함된 공기방울을 초미세기포로 형성하기 위한 기포발생부;를 포함하며, 상기 기포발생부는, 상기 몸체의 배기구 일부를 개방하면서 상기 배기구에 착탈 가능하게 결합되는 고정막대; 상기 고정막대에 일단이 결합되어 상기 몸체의 축방향을 따라 배치되는 지지봉; 및 상기 지지봉의 외주에 결합되어 상기 몸체를 통과하는 공기방울을 파쇄하기 위한 공기파쇄부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 초미세기포발생장치를 제시하고 있다.
그러나 상기와 같은 기술의 경우도 기포를 균일하게 마이크로 크기 이하로 초미세화 하기 용이하지 않아 이러한 장치에 의한 미세기포의 경우 충분한 기포의 수중체류시간을 기대하기 어려워 물질전달효율이 낮은 문제점이 있다.
또한 이렇게 충분한 기포의 수중체류시간을 기대할 수 없으므로 계속적인 기포의 공급을 위해서 에너지를 과하게 사용하여야 하는 문제점이 있다.
대한민국 특허등록 제0902189호
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 균일한 미세기포수가 생성되도록 하여 미세기포에 의한 반응표면적을 크게 하는 것은 물론 미세기포의 충분한 수중체류시간이 확보되도록 함으로써 물질전달효율을 배가시키고 에너지 면에서도 유리한 미세기포수 발생장치를 제공하고자 함이다.
상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 미세기포수 발생장치는, 일측에 공기와 유체가 유입되는 유입라인과 타측에 미세기포수가 배출되는 배출라인이 형성된 하우징; 상기 하우징 내부에서 상기 유입라인으로 유입된 공기와 유체가 지그재그로 유동하도록 하는 격벽; 격벽에 의해 형성된 공간에 개재되며 돌기가 형성된 면과 하우징 내주연 또는 격벽에 의해 공기와 유체가 충돌을 유발하도록 하고 평활면과 격벽에 의한 마찰력에 의해 공기와 유체를 미세화 하는 미세기포수발생구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 공간은, 상기 유입라인과 연통하는 제 1공간과, 상기 제 1공간의 내측에 상기 배출라인과 연통하는 제 2공간과, 상기 제 2공간 내측에 상기 유입라인과 상기 배출라인에 연통하는 제 3공간으로 구성됨을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 미세기포수발생구는, 상기 제 1공간에 개재되며 관형상으로 외주연에 복수의 돌기가 형성되는 제 1관부와 상기 제 1관부 내부에서 상기 제 3공간으로 개재되며 외주연에 나선형의 돌기가 형성된 제 1중심축을 포함하는 제 1발생구; 상기 제 2공간에 개재되며 관형상의 제 2관부와 상기 제 2관부 내부에서 상기 중심축에 대향하도록 제 3공간으로 개재되는 제 2중심축을 포함하는 제 2발생구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 상기 제 1중심축은 하우징 외부의 제 1모터에 연결되어 상기 제 1발생구가 회전연동이 가능하도록 하며 상기 제 2중심축은 하우징 외부의 제 2모터에 연결되어 제 2발생구가 회전연동이 가능하도록 하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 제 1모터보다 제 2모터가 고속으로 회전연동이 되도록 하는 것을 특징으로 한다.
하나의 예로 제 1모터와 제 2모터는 그 회전속도가 같은 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 공기가 혼합된 유체가 유입되어 충돌과 마찰에 의한 전단력이 교번으로 작용토록 함으로써 균일한 미세기포수의 발생효율을 향상시키는 장점이 있다.
도 1은 본 발명을 나타내는 측단면도이고,
도 2는 본 발명을 나타내는 정단면도이고,
도 3은 본 발명의 작동상태도이고,
도 4는 본 발명의 미세기포수발생구를 나타내는 절개사시도이고,
도 5는 미세기포수발생구에서 유체에 전단력이 작용하는 과정을 도시하는 개략도이다.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 첨부된 도면에 의거하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 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.
본 발명의 미세기포수 발생장치(1)는 도 1에서 보는 바와 같이 일측에 공기와 유체가 유입되는 유입라인(21)과 타측에 미세기포수가 배출되는 배출라인(22)이 형성된 하우징(2); 상기 하우징(2) 내부에서 상기 유입라인(21)으로 유입된 공기와 유체가 지그재그로 유동하도록 하는 격벽(3); 격벽(3)에 의해 형성된 공간(5)에 개재되며 돌기(412)가 형성된 면과 하우징(2) 내주연 또는 격벽(3)에 의해 공기와 유체가 충돌을 유발하도록 하고 평활면과 격벽(3)에 의한 마찰력에 의해 공기와 유체를 미세화 하는 미세기포수발생구(4);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명의 각 구성에 대해 설명한다.
상기 하우징(2)은 도 3에서 보는 바와 같이 일측에 유입라인(21)이 구성되어 공기와 유체(W1)가 유입되며 타측에 배출라인(22)이 구성되어 이하에서 설명할 하우징(2) 내부의 작용기작에 의해 미세기포수(W2)가 배출되도록 하는 구성에 해당한다. 상기 공기와 유체(W1)는 도면에 도시된 바는 없으나 공기가 혼합된 유체가 유입라인(21)으로 유입되도록 하거나 별도의 라인에 의해 각각 공기와 유체가 상기 유입라인(21)으로 유입되도록 할 수 있다.
상기 격벽(3)은 상기 하우징(2) 내부를 구획하여 상기 유입라인(21)으로 유입된 공기와 유체가 지그재그로 유동하도록 하는 구성으로 도 1 및 도 2에서 보는 바와 같이 격벽(3)의 구성에 의해 하우징(2)에 공간(5)이 형성되도록 하는 것이다.
상기 공간(5)은 이하에서 설명할 미세기포수발생구(4)가 개재되어 공기 및 유체가 유동하는 유로가 형성되도록 하는 것으로 상기 공간(5)은 상기 유입라인(21)과 연통하는 제 1공간(51)과, 상기 제 1공간(51)의 내측에 상기 배출라인(22)과 연통하는 제 2공간(52)과, 상기 제 2공간(52) 내측에 상기 유입라인(21)과 상기 배출라인(22)에 연통하는 제 3공간(53)으로 구성됨을 특징으로 한다.
즉 상기 격벽(3)은 하우징(2) 내부를 제 1공간(51), 제 2공간(52) 및 제 3공간(53)이 구획되도록 한다. 상기 격벽(3)은 도면에서 보는 바와 같이 배출라인(22)이 형성되는 부분에서 연결되면서 상기 하우징(2)의 내주연과 이격이 형성되도록 관형상으로 상기 유입라인(21) 방향으로 연장되어 제 1공간(51)이 형성되도록 하고, 상기 유입라인(21) 부분에서 절곡되면서 다시 배출라인(22)이 형성되는 부분까지 연결되어 양측으로 제 2공간(52)과 제 3공간(53)이 형성되도록 하는 것이다.
상기 미세기포수발생구(4)는 2개의 부분으로 구성되는데, 제 1발생구(41)와 제 2발생구(42)로 구성된다.
우선 제 1발생구(41)는 상기 제 1공간(51)에 개재되며 관형상으로 외주연에 복수의 돌기(412)가 형성되는 제 1관부(411)와 상기 제 1관부(411) 내부에서 상기 제 3공간(53)으로 개재되며 외주연에 나선형의 돌기(414)가 형성된 제 1중심축(413)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 제 1중심축(413)은 하우징(2) 외부의 제 1모터(415)에 연결되어 상기 제 1발생구(41)가 회전연동이 가능하도록 하는데 제 1관부(411)가 상기 제 1공간(51)에서 회전연동을 하게 되고 상기 제 1중심축(413)이 제 3공간(53)에서 회전연동을 하게 되는 것이다.
상기 제 1관부(411)의 회전연동에 의해 외주연에 형성되는 복수의 돌기(412)가 공기와 유체를 타격함으로써 공기와 유체의 미세화가 이루어지는 것이다. 또한 상기 제 1중심축(413)의 회전연동에 의해 나선형의 돌기(414)가 공기와 유체를 타격함으로써 공기와 유체의 미세화가 이루어지는 것이다.
상기 제 2발생구(42)는 상기 제 2공간(52)에 개재되며 관형상의 제 2관부(421)와 상기 제 2관부(421) 내부에서 상기 제 1중심축(413)에 대향하도록 제 3공간(53)으로 개재되는 제 2중심축(422)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 제 2중심축(422)의 경우도 하우징(2) 외부의 제 2모터(423)에 연결되어 제 2발생구(42)가 회전연동이 가능하도록 하는데 제 2관부(421)가 제 2공간(52)에서 회전연동을 하게 되는 것이다.
상기 제 2관부(421)는 내,외주연이 평활면으로 구성되는데 상기 제 2관부(421)의 내,외주연과 격벽(3) 사이를 유동하는 공기와 유체가 마찰에 의한 전단력에 의해 도 5에서 보는 바와 같이 미세화가 이루어지는 것이다. 이에 더하여 상기 제 2관부(421)가 회전연동을 함에 따라 마찰력이 극대화 되어 공기 및 유체의 미세화 효율은 더욱 배가되는 것이다.
이렇게 상기 제 1관부(411)가 제 1공간(51)에 개재되고 상기 제 1중심축(413)이 제 3공간(53)에 개재되며 상기 제 2관부(421)가 제 2공간(52)에 개재되어 상기 유입라인(21)을 통해 유입된 공기와 유체는 하우징(2)내부에서 지그재그로 유동을 하게 되며 상기에서 언급한 작동기작에 의해 미세기포수가 형성되도록 하는 것이다.
더욱 바람직하게는 제 1모터(415)보다 제 2모터(423)가 고속으로 회전연동이 되도록 하여 제 1발생구(41) 보다 제 2발생구(42)의 회전속도를 크게 함으로써 최종적으로 배출라인(22)으로 배출되는 미세기포수의 미세화 효율을 더욱 극대화 시키는 것이 타당하다. 즉 순차적인 미세화가 이루어지도록 하는 것이다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명의 작동상태를 도 3을 참조하여 설명한다.
우선 유입라인(21)을 통해 유입된 공기와 유체(W1)는 하우징(2) 내주연과 제 1관부(411)의 외주연에 의해 형성되는 유로를 유동(①)하게 된다. 이 과정에서 제 1관부(411) 외주연의 복수의 돌기(412)에 의해 압력이 변동하면서 미세화가 이루어지고 또한 제 1관부(411)의 회전에 따른 돌기(412)의 회전으로 공기와 유체에 타격을 가함으로써 미세화가 이루어지게 되는 것이다.
이렇게 1차적으로 미세화된 공기와 유체는 제 1관부(411)의 내주연과 격벽(3)에 의해 형성되는 유로를 유동(②)하게 되는데 이 과정에서 전단력이 공기와 유체에 가해지면서 미세화가 이루어지는 것이며 상기에서 언급한 바와 같이 제 1관부(411)의 회전연동에 의해 마찰력은 더 커지면서 미세화 효율이 커지게 되는 것이다.
상기에서 언급한 유동(②)과정에서 2차적으로 미세화 된 공기와 유체는 상기 제 1중심축(413)과 격벽(3)에 의해 형성되는 유로를 유동(③)하게 된다. 이 과정에서도 제 1중심축(413)의 나선형 돌기(414)에 의해 압력이 변동하면서 미세화가 이루어지고 또한 제 1중심축(413)의 회전에 따른 돌기(414)의 회전으로 공기와 유체에 타격을 가함으로써 미세화가 이루어지게 되는 것이다.
상기에서 언급한 유동(③)과정에서 3차적으로 미세화 된 공기와 유체는 상기 제 2관부(421)의 내,외주연과 격벽(3)에 의해 형성되는 유로를 유동(④)하게 되며 이 과정에서도 전단력이 공기와 유체에 가해지면서 미세화가 이루어지는 것이고 상기에서 언급한 바와 같이 제 2관부(421)의 회전연동에 의해 마찰력은 더 커지면서 미세화 효율이 커지게 되는 것이다.
또한 상기에서 언급한 바와 같이 제 1발생구(41) 보다 제 2발생구(42)의 회전속도를 크게 함으로써 최종적으로 배출라인(22)으로 배출되는 미세기포수의 미세화 효율을 더욱 극대화 시키게 되는 것이다.
이와 같이 본 발명은 유체와 공기에 타격과 전단력을 교번으로 작용토록 하여 유체와 공기의 미세화를 유도함으로써 기포의 미세화에 의해 반응표면적을 크게 하는 것은 물론 유체의 미세화에 따른 미세기포의 충분한 수중체류시간이 확보되도록 함으로써 물질전달효율을 배가시키고 에너지 면에서도 유리한 미세기포수가 생성되는 것이다.
그 밖에도, 상기 제 1발생구(41)와 제 2발생구(42)의 회전속도가 같게 하거나, 제 2발생구(42)보다 제 1발생구(41)의 회전속도가 커지도록 구성하여도 무방하며, 그에 따른 미세기포수의 미세화 효율 역시 크게 기대할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다.
1 : 본 발명 2 : 하우징
3 : 격벽 4 : 미세기포수발생구
5 : 공간

Claims (6)

  1. 일측에 공기와 유체가 유입되는 유입라인과 타측에 미세기포수가 배출되는 배출라인이 형성된 하우징;
    상기 하우징 내부에서 상기 유입라인으로 유입된 공기와 유체가 지그재그로 유동하도록 하는 격벽;
    격벽에 의해 형성된 공간에 개재되며 돌기가 형성된 면과 하우징 내주연 또는 격벽에 의해 공기와 유체가 충돌을 유발하도록 하고 평활면과 격벽에 의한 마찰력에 의해 공기와 유체를 미세화 하는 미세기포수발생구;를 포함하면서,
    상기 공간은, 상기 유입라인과 연통하는 제 1공간과, 상기 제 1공간의 내측에 상기 배출라인과 연통하는 제 2공간과, 상기 제 2공간 내측에 상기 유입라인과 상기 배출라인에 연통하는 제 3공간으로 구성되고,
    상기 미세기포수발생구는,
    상기 제 1공간에 개재되며 관형상으로 외주연에 복수의 돌기가 형성되는 제 1관부와 상기 제 1관부 내부에서 상기 제 3공간으로 개재되며 외주연에 나선형의 돌기가 형성된 제 1중심축을 포함하는 제 1발생구;
    상기 제 2공간에 개재되며 관형상의 제 2관부와 상기 제 2관부 내부에서 상기 제 1중심축에 대향하도록 제 3공간으로 개재되는 제 2중심축을 포함하는 제 2발생구;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포수 발생장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1중심축은 하우징 외부의 제 1모터에 연결되어 상기 제 1발생구가 회전연동이 가능하도록 하며 상기 제 2중심축은 하우징 외부의 제 2모터에 연결되어 제 2발생구가 회전연동이 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 미세기포수 발생장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    제 1모터보다 제 2모터가 고속으로 회전연동이 되도록 하는 것을 특징으로 하는 미세기포수 발생장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    제 1모터와 제 2모터는 그 회전속도가 같은 것을 특징으로 하는 미세기포수 발생장치.

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