KR102252411B1 - 미세기포수 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하단에 유체유입공이 형성되고 측면에 공기주입라인이 연통하는 유입관부; 상기 유입관부 상단에 구성되며 중공에 나사산이 형성되는 복수의 너트가 내재되는 와류형성관부; 상기 와류형성관부 상단에 구성되며 복수의 토출공이 형성되는 토출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치에 관한 것이다.

Description

미세기포수 발생장치{A FINE BUBBLE GENERATOR}

본 발명은 유입된 유체와 공기에 복수개소에서 와류가 형성되도록 하여 미세기포 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 초미세화하기 용이하지 않아 이러한 장치에 의한 미세기포의 경우 충분한 기포의 수중체류시간을 기대하기 어려워 물질전달효율이 낮은 문제점이 있다.

대한민국 특허등록 제0902189호

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 균일한 미세기포가 생성되도록 하여 미세기포에 의한 반응표면적을 크게 하는 것은 물론 미세기포의 충분한 수중체류시간이 확보되도록 함으로써 물질전달효율을 배가시키고 에너지 면에서도 유리한 미세기포 발생장치를 제공하고자 함이다.

상술한 문제점들을 해결하기 위한 수단으로 본 발명의 미세기포 발생장치(이하 "본 발명의 장치"라함)는, 하단에 유체유입공이 형성되고 측면에 공기주입라인이 연통하는 유입관부; 상기 유입관부 상단에 구성되며 중공에 나사산이 형성되는 복수의 너트가 내재되는 와류형성관부; 상기 와류형성관부 상단에 구성되며 복수의 토출공이 형성되는 토출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 와류형성관부에는 복수의 너트가 횡방향으로 배열되는 횡너트층이 복수로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 와류형성관부에는 상기 횡너트층의 상부 또는 하부에 구심방향으로 방사형으로 돌출되며 외주연에 나사산이 형성되는 복수의 와류형성봉이 더 구성됨을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 횡너트층이 복수로 적층되되, 적층되는 횡너트층에 있어 상, 하로 대향하는 너트의 중공이 교차되는 형상으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 횡너트층을 구성하는 너트 중공의 직경을 달리하는 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 횡너트층을 구성하는 너트의 나사산 방향이 다른 것을 특징으로 한다.

하나의 예로 상기 너트는 외주연에 외주나사산이 형성됨을 특징으로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 공기가 혼합된 유체가 유입되어 복수의 개소에서 와류가 유도되도록 함으로써 충돌과 마찰에 의해 균일한 미세기포의 발생효율을 향상시키는 장점이 있다.

도 1은 본 발명을 나타내는 측단면도이고,
도 2a 및 도 2b는 본 발명에 있어 와류간 충돌을 일으키는 주요 메커니즘을 나타내는 작동상태도이고,
도 3은 본 발명의 일 예를 나타내는 작동상태도이고,
도 4는 본 발명의 다른 예를 나타내는 작동상태도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 예를 나타내는 부분 측단면도이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 예를 나타내는 측단면도이다.

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 발생장치(1)는 도 1에서 보는 바와 같이 하단에 유체유입공(21)이 형성되고 측면에 공기주입라인(22)이 연통하는 유입관부(2); 상기 유입관부(2) 상단에 구성되며 중공(311-1)에 나사산(311-2)이 형성되는 복수의 너트(311)가 내재되는 와류형성관부(3); 상기 와류형성관부(3) 상단에 구성되며 복수의 토출공(41)이 형성되는 토출부(4);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명의 각 구성에 대해 설명한다.

상기 유입관부(2)는 하단에 유체유입공(21)이 형성되어 처리대상 유체가 상기 유체유입공(21)을 통해 상기 유입관부(2)로 유입되어 상향 유동이 이루어지도록 하는 것이다.

상기 유입관부(2)의 측면에는 공기주입라인(22)이 연통하는데 상기 공기주입라인(22)에는 공기주입장치(b)가 구성되어 공기를 상기 유입관부(2) 내부로 공급하게 되는 것이다. 여기서 주입되는 공기는 압축공기인 것이 바람직하다.

상기 공기주입라인(22)을 통해 공기가 상기 유입관부(2) 내부로 공급됨에 따라 유입관부(2) 내부의 유체는 기포를 함유하게 되어 비중이 적어지면서 유입관부(2) 내부의 유체가 유입관부(2) 외부의 유체와의 비중차에 상당하는 만큼 위로 올라가게 된다. 따라서 별도의 흡입펌프 등의 가동에 의해 외부에 있는 유체가 유입관부(2)의 내부로 유입되도록 할 필요가 없게 되는 것이다.

상기 와류형성관부(3)는 상기 유입관부(2) 상단에 구성되며 중공(311-1)에 나사산(311-2)이 형성되는 복수의 너트(311)가 내재됨에 특징이 있다. 즉 상기 유입관부(2)를 통해 상향하는 공기가 혼입된 유체가 복수의 너트(311)를 통과하면서 각 너트(311)에서 나사산(311-2)에 의해 와류가 형성되는 바, 복수의 개소에서 형성되는 와류에 의해 와류간 충돌과 마찰이 극대화 되어 공기 및 유체의 미세화 효율은 더욱 배가되도록 하는 것이다.

도 1에서 보는 바와 같이 상기 와류형성관부(3)에는 복수의 너트(311)가 횡방향으로 배열되는 횡너트층(31)이 복수로 적층되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서는 이와 같이 횡너트층(31)을 복수로 구성하되 상기에서 언급한 바와 같이 와류간 충돌과 마찰을 극대화 하기 위한 대표적인 실시 예가 도 2a 및 도 2b에서 제시되고 있다.

도 2a에서 제시되는 실시 예는 상기 횡너트층(31)이 복수로 적층되되, 적층되는 횡너트층(31)에 있어 상, 하로 대향하는 너트(311)의 중공(311-1)이 교차되는 형상으로 배열되는 것을 특징으로 한다.

이와 같이 구성됨에 의해 도면에서 보는 바와 같이 하부에 위치하는 너트(311)를 통과하면서 형성되는 와류(S1)는 상부에 위치하는 너트(311) 몸체와 충돌하면서 중공(311-1)으로 유도되고 상부의 너트(311)에서 또 다른 와류(S2)가 형성되도록 하는 것이다. 즉 상, 하로 복수의 와류(S1, S2)가 형성되도록 하면서 와류(S1)의 충돌이 형성되도록 하여 와류간 충돌과 마찰이 극대화가 이루어지도록 하는 것이다.

이에 더하여 도 3에서 보는 바와 같이 횡너트층(31)을 구성하는 너트(311) 중공(311-1)의 직경을 달리하여 형성되는 와류에 압력이 변동되도록 함으로써 미세화를 배가시키도록 하는 예가 더 제시된다.

도면에서 보는 바와 같이 하부에 위치하는 횡너트층(31)을 구성하는 너트(311)의 중공(311-1) 직경(d2)이 상부에 위치하는 횡너트층(31)을 구성하는 너트(311)의 중공(311-1) 직경(d1)보다 크게 구성함으로써 도 2a에 도시된 예에서 보는 바와 같이 상, 하로 대향하는 너트(311)의 중공(311-1)이 교차되는 형상으로 배열되는 것에 더하여 형성되는 와류(S1, S2)의 직경이 달라짐에 따라 압력의 변동이 유도되도록 하여 유체와 공기의 미세화가 더욱 배가되도록 하는 것이다.

한편 도 2b에서 제시되는 실시 예는 횡너트층(31)을 구성하는 너트(311)의 나사산(311-2) 방향이 다르게 배치되는 것을 특징으로 한다. 즉 도 2b에서 보는 바와 같이 인접하는 너트(311)에 있어 나사산(311-2)의 방향을 반대로 되게 배치하여 각 너트(311)로부터 발생되는 와류(S1, S2)가 반대방향으로 회전력이 발생되어 회전간 더 큰 충돌 및 마찰이 발생되도록 하여 공기 및 유체의 미세화 효율을 높이도록 하는 것이다.

이러한 실시 예를 더욱 용이하게 구현하기 위해 1개의 횡너트층(31)을 구성하는 너트(311)에는 상면 또는 하면이 구분되도록 색상을 도포하고 각 너트(311)의 상, 하면이 교번으로 배치되도록 하여 각각 인접하는 너트(311)에서 발생되는 와류에 반대방향의 회전력이 발생되도록 하는 것이 타당하다.

한편, 본 발명에서는 도 4에서 보는 바와 같이 1개의 횡너트층(31)에서 와류발생 포인트를 배가시켜 미세화 효율을 향상시킬 수 있는 실시 예를 더 제시하고 있다.

본 실시 예에서 상기 너트(311)는 외주연에 외주나사산(311-3)이 형성되도록 하는데, 이렇게 구성하는 이유는 도면에서 보는 바와 같이 각 너트(311)의 중공(311-1)에서 와류가 형성되도록 하는 것에 더하여 너트(311) 간 간극(311-4)에서 각 너트(311)의 외주연에 형성되는 외주나사산(311-3)에 의해 와류가 더 형성되도록 하여 그만큼 미세화 효율을 높이도록 하는 것이다.

더욱 바람직하게 본 실시 예의 너트(311)는 도면에서 보는 바와 같이 원형의 단면으로 구성되도록 하여 너트(311) 간에 간극(311-4) 형성이 용이하도록 하여 간극(311-4)에서 와류형성이 더욱 용이해지도록 하는 것이 타당하다.

한편 도 5는 유입관부(2), 와류형성관부(3) 및 토출부(4)가 조립형으로 구성되는 예를 도시하는 것으로 본 실시 예에서 와류형성관부(3)는 상, 하단에 편수관(34)이 형성되어 유입관부(2)와 토출부(4)에 연결결합이 되도록 한다.

본 실시 예에서 와류형성관부(3)에는 편수관(34)에 격벽(33)이 구성되도록 하는 바, 상기 격벽(33)에는 복수의 관통공(331)이 형성되도록 하여야 한다. 하부에 격벽(33)은 상기 편수관(34)에 부착되는 것이 타당하고 상부에 격벽(33)은 상기 편수관(34)에 안치한 상태에서 토출부(4)와 체결하도록 하는 것이 타당하다.

이렇게 구성하여 와류형성관부(3)에 횡너트층(31)을 적층하고, 도면에서 보는 바와 같이 남는 공간에는 이격재(32)가 적층되도록 하는데 이격재(32)의 경우도 당연히 관통공(321)이 형성되도록 하여야 한다.

이격재(32)가 적층되면 상부 편수관(34)에 격벽(33)을 안치한 상태에서 와류형성관부(3)가 토출부(4)에 체결되도록 하는 것이다.

상기 토출부(4)는 와류형성관부(3) 상단에 구성되며 상기 와류형성관부(3)를 통과한 미세기포를 포함하는 유체가 복수의 토출공(41)을 통해 외부로 배출되도록 하는 것이다.

도면에 도시된 바는 없으나 상기 토출공(41)은 사선형태로 타공되어질 수 있다. 복수 개의 토출공(41)이 좌측 및 우측 교대로 나선 형태의 구조를 가지도록 하여 균일하게 미세기포가 포함된 유체가 외부로 토출되도록 할 수 있다.

한편 본 발명에서는 보다 입체적으로 와류가 형성되도록 하여 미세화효율을 더욱 배가시키는 실시 예를 도 6에서 제시하고 있다.

본 실시 예에 있어 상기 와류형성관부(3)에는 상기 횡너트층(31)의 상부 또는 하부에 구심방향으로 방사형으로 돌출되며 외주연에 나사산(351)이 형성되는 복수의 와류형성봉(35)이 더 구성됨을 특징으로 한다.

도면에서는 횡너트층(31)의 상부에 와류형성봉(35)이 구성된 예를 도시하고 있으나 하부에 구성될 수 있으며 상,하로 교차하면서 형성되도록 할 수 있다.

이와 같이 와류형성봉(35)이 형성되는 이유는 도면에서 보는 바와 같이 횡너트층(31)을 통과하면서 복수의 종방향 와류가 형성되고 종방향 와류가 복수의 와류형성봉(35)에 충돌하면서 횡방향 와류가 형성되어 종방향 와류와 횡방향 와류가 상호 충돌하면서 공기 및 유체의 미세화 효율을 더욱 배가시키게 되는 것이다. 즉 종방향 및 횡방향으로 복수의 와류가 형성됨에 의해 보다 입체적으로 와류가 형성되어 다방향에서 충돌 및 마찰이 유도됨에 의해 공기 및 유체의 미세화 효율을 더욱 배가시키게 되는 것이다.

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 : 유입관부
3 : 와류형성관부 4 : 토출부

Claims (7)

1. 하단에 유체유입공이 형성되고 측면에 공기주입라인이 연통하는 유입관부;
   상기 유입관부 상단에 구성되며 중공에 나사산이 형성되는 복수의 너트가 내재되는 와류형성관부;
   상기 와류형성관부 상단에 구성되며 복수의 토출공이 형성되는 토출부;
   를 포함하고,
   상기 와류형성관부에는 복수의 너트가 횡방향으로 배열되는 횡너트층이 복수로 적층되어 형성되며,
   상기 횡너트층이 복수로 적층되되, 적층되는 횡너트층에 있어 상, 하로 대향하는 너트의 중공이 교차되는 형상으로 배열되는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
   
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 와류형성관부에는 상기 횡너트층의 상부 또는 하부에 구심방향으로 방사형으로 돌출되며 외주연에 나사산이 형성되는 복수의 와류형성봉이 더 구성됨을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
   
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   횡너트층을 구성하는 너트 중공의 직경을 달리하는 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   횡너트층을 구성하는 너트의 나사산 방향이 다른 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 너트는 외주연에 외주나사산이 더 형성됨을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.

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