KR20090028835A - 선회류 생성장치, 선회류 생성방법, 및 기상 발생장치, 미세기포 발생장치, 유체의 혼합장치, 유체 분사노즐 - Google Patents

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다케미 마츠노
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가부시키가이샤 나카타 코팅
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Abstract

본 발명은 모든 유체에 적용하여, 효율적으로 고속 선회류를 발생시킬 수 있는 선회류 생성장치, 선회류 생성방법, 및 기상 발생장치, 미세기포 발생장치, 유체의 혼합장치, 유체 분사노즐을 제공하는 것을 과제로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 적어도 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와, 상자체의 원통 공간부 내에 배치되어, 적어도 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재, 를 구비하고, 유체 도입로로부터 도입한 액상 유체를, 구멍부를 통해 원통부재의 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시켜, 상자체 및 원통부재로부터 유출시키는 것을 특징으로 한다.

Description

선회류 생성장치, 선회류 생성방법, 및 기상 발생장치, 미세기포 발생장치, 유체의 혼합장치, 유체 분사노즐{Swirling flow producing apparatus, method of producing swirling flow, vapor phase generating apparatus, microbubble generating apparatus, fluid mixer and fluid injection nozzle}
본 발명은, 선회류 생성장치, 선회류 생성방법, 및 기상 발생장치, 미세기포 발생장치, 유체의 혼합장치, 유체 분사노즐에 관한 것이다. 특히, 유체에 고속 선회류를 효율적으로 발생시키기 위한 선회류 생성장치 및 선회류 생성방법, 및, 이러한 선회류 생성장치를 이용한 기상 발생장치, 미세기포 발생장치, 유체의 혼합장치, 유체 분사노즐에 관한 것이다.
종래, 다양한 기술분야에 있어서, 액체에 선회류를 발생시키는 기술이 응용되고 있다.
예를 들면, 안정한 선회류를 용이하게 발생시킬 수 있어, 혼합 유체의 압력손실을 작게 억제하면서, 혼합 유체의 분리효율을 높일 수 있는 동시에, 컴팩트화가 가능해지는 분리장치가 있다. 보다 구체적으로는, 도 23에 나타내는 바와 같이, 혼합 유체(F)가 흐르는 유체 통로(321)를 가져, 이 유체 통로(321) 내에서 혼합 유체(F)를 선회시킴으로써, 혼합 유체(F)를 복수의 유체성분으로 분리하는 분리장치 에 있어서, 유체 통로(321)는, 혼합 유체(F)에 접하는 내면이 나선상으로 형성된 튜브형상 구조체(322)와, 이 튜브형상 구조체(322)의 내부를 선회류로 되어 흐르는 혼합 유체(F)를, 그 중심부와 외주부로 분류(分流)시키는 분류수단(323)을 구비한 분리장치가 개시되어 있다(특허문헌 1 참조).
또한, 선회류를 이용하여, 액체에 대해 기체 뿐 아니라, 액체, 특히 점도가 높은 액체나, 고체까지도 혼합하는 것이 가능한 혼합기가 있다. 보다 구체적으로는, 도 24에 나타내는 바와 같이, 대략 원통상의 중공부를 갖는 용기(310)와, 이 용기(310) 내에 와류(渦流)를 발생시키는 방향으로 액체를 도입하는 액체 도입구(312)와, 용기(310) 내에 발생시키는 와류의 선회축 상에 설치된 토출구(吐出口)(314)와, 용기 내의 토출구(314)의 근방에 피혼합물을 공급하는 노즐(315)을 갖는 혼합기가 개시되어 있다(특허문헌 2 참조).
또한, 최근, 수중에 마이크로 오더 또는 나노 오더의 미세기포를 함유하는 미세기포 함유수를 사용하여, 수생생물의 성육(成育)이나, 오염수의 수질정화 등을 행하는 기술이 알려져 있다. 이러한 미세기포 함유수를 제조하기 위한 장치로서, 선회류를 이용한 제조장치가 각종 제안되어 있다.
예를 들면, 도 25에 나타내는 바와 같이, 액체에 선회류를 발생시켜, 그 선회류의 선회축에 발생하는 부압(負壓)부분에 대해 기체를 도입함으로써, 도출되는 액체 중에 미세기포를 발생시키는 장치가 개시되어 있다(특허문헌 3 참조). 또한, 별도 장치로서 도 26에 나타내는 바와 같이, 사전에 제작한 기액 혼합액(423)을, 상류측의 스크류부(425)와, 하류측의 컷터부(426)로 구성한 정지형(靜止型) 믹 서(413)로 추가적으로 교반혼합하여 초미세화 기액 혼합체(427)를 제작하는 장치가 개시되어 있다(특허문헌 4 참조).
특허문헌 1 : 일본국 특허공개 평11-028389호 공보 (전문 도 1)
특허문헌 2 : 일본국 특허공개 제2006-122813호 공보 (전문 도 7)
특허문헌 3 : 일본국 특허공개 제2006-116365호 공보 (전문 전도)
특허문헌 4 : 일본국 특허공개 제2006-159187호 공보 (전문 도 3)
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
그런데, 액체에는 다양한 종류가 존재하여, 예를 들면, 물만 보더라도, 온도나 함유하는 첨가물 등 다양한 요인에 의해, 점도 등의 성상이 상이한 것이다. 따라서, 액체에 대해 효율적으로 고속 선회류를 발생시키기 위한 조건은, 도입하는 액체의 성상에 따라 다양하다. 즉, 예를 들면, 특허문헌 1의 분리장치에 있어서는, 유체 통로의 나선형상이나 그의 표면 거칠기 등, 특허문헌 2 및 3의 혼합장치나 미세기포 발생장치에 있어서는, 액체의 도입구나 유출구의 크기, 도입 각도, 배치 위치, 액체 도입구의 면적과 유출구의 면적의 비, 표면 거칠기 등, 특허문헌 4의 미세기포 발생장치에 있어서는, 추가적으로, 스크류부나 컷터부의 형상 등, 도입하는 유체에 따라 이들 설계 조건이 상이한 것이다.
그러나, 특허문헌 1~4에 기재된 어느 장치에 있어서도, 유체의 점도 등의 성상이 상이한 경우에, 각각의 유체에 대응하여, 선회류를 효율적으로 발생시키는 것에 대해서는 고려되어 있지 않아, 적용성이 낮다고 하는 문제가 있었다.
또한, 이들 특허문헌에 기재된 어느 장치에 있어서도, 장치의 구성상, 도입한 액체를 일방향에서만 유출할 수 있는 구성으로, 유출방향이 일방향으로 한정되는 동시에, 유체의 처리량을 많게 할 수 없다는 문제도 있었다.
이에, 본 발명의 발명자 등은 예의 노력하여, 고속 선회류를 발생시키는 장치를, 소정의 상자체와 원통부재로 구성함으로써, 전술한 문제를 해결할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시킨 것이다.
즉, 본 발명의 목적은, 모든 유체에 적용하여, 효율적으로 고속 선회류를 발생시킬 수 있는 선회류 생성장치, 및 이러한 선회류 생성장치를 사용한 선회류 생성방법을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 다른 목적은, 이러한 구성의 장치를 응용한 기상 발생장치, 미세기포 발생장치, 유체의 혼합장치, 및 유체 분사노즐을 제공하는 것이다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명에 따르면, 적어도 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와, 상자체의 원통 공간부 내에 배치되어, 적어도 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽(周壁)으로 개구하는 구멍부(孔部)를 구비한 원통부재, 를 구비하고, 유체 도입로로부터 도입한 액상 유체를, 구멍부를 통해 원통부재의 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시켜, 상자체 및 원통부재로부터 유출시키도록 한 선회류 생성장치가 제공되어, 전술한 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치를 구성하는데 있어, 상자체의 원통 공간부의 양쪽 단부가 개구하는 경우에는, 유체 도입로를 원통 공간부의 축방향 중앙위치에 배치하는 동시에, 구멍부를, 축방향 중앙부를 중심으로 하여 양단측에 대칭형으로 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치를 구성하는데 있어, 상자체의 원통 공간부의 한쪽의 단부만이 개구하는 경우에는, 구멍부를, 원통 공간부의 축방향을 따라, 개구하는 단부측으로 조금 이동시켜 배치하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치를 구성하는데 있어, 원통부재는, 복수의 구멍부를 구비하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치를 구성하는데 있어, 원통부재의 구멍부의 배설(配設)방향을, 원통부재의 축심에서 조금 이동시키는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치를 구성하는데 있어, 원통부재의 구멍부의 배설방향을, 상자체의 개구방향을 향해 경사지게 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치를 구성하는데 있어, 원통부재의 구멍부는, 서로 크기가 다른 복수의 구멍부를 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치를 구성하는데 있어, 상자체의 원통 공간부에 있어서의 유체 도입로의 개구 위치가, 원통부재의 외주면에 있어서의 구멍부의 개구 위치와 겹치는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치를 구성하는데 있어, 유체 도입로 또는 구멍부 중 적어도 한쪽에 조임부(絞部)를 설치하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치를 구성하는데 있어, 원통부재가 교환 가능한 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 다른 태양은, 적어도 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와, 상자체의 원통 공간부 내에 배치되어, 적어도 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재를 구비한 장치를 사용한 선회류 생성방법으로서, 액상 유체를 유체 도입로로부터 도입하고, 당해 액상 유체를 구멍부를 통해 원통부재의 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시키는 선회류 생성방법이다.
또한, 본 발명의 또 다른 태양은, 적어도 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와, 상자체의 원통 공간부 내에 배치되어, 적어도 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재, 를 구비하고, 유체 도입로로부터 도입한 액상 유체를, 구멍부를 통해 원통부재의 원통 공간부 내로 유입시키고, 선회류를 발생시키면서 상자체 및 원통부재로부터 유출시킴으로써, 선회류의 중심부에 기상을 발생시키도록 한 기상 발생장치이다.
또한, 본 발명의 또 다른 태양은, 적어도 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와, 상자체의 원통 공간부 내에 배치되어, 적어도 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재, 를 구비하고, 유체 도입로로부터 도입한 액상 유체를, 구멍부를 통해 원통부재의 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시켜, 선회류의 중심부에 기상을 발생시키면서, 액상 유체를 상자체 및 원통부재로부터 도출시킴으로써, 액상 유체 중에 미세기포를 발생시키도록 한 미세기포 발생장치이다.
또한, 본 발명의 또 다른 태양은, 적어도 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와, 상자체의 원통 공간부 내에 배치되어, 적어도 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재, 를 구비하고, 유체 도입로로부터 도입한 피혼합물을 포함하는 액상 유체를, 구멍부를 통해 원통부재의 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시켜, 상자체 및 원통부재로부터 도출시킴으로써, 액상 유체 및 피혼합물의 교반혼합을 행하도록 한 유체의 혼합장치이다.
또한, 본 발명의 또 다른 태양은, 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부와, 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로와, 원통 공간부의 다른쪽의 단부에 설치된 피혼합물 도입로, 를 구비한 상자체와, 상자체의 원통 공간부 내에 배치되어, 양측의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부가 설치된 원통부재, 를 구비하고, 유체 도입로로부터 도입한 액상 유체를, 구멍부를 통해 원통부재의 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시키는 동시에, 피혼합물 도입로를 통해 원통부재의 원통 공간부 내에 피혼합물을 도입하고, 액상 유체 및 피혼합물을 교반혼합하면서 상자체 및 원통부재로부터 도출시키도록 한 유체의 혼합장치이다.
또한, 본 발명의 또 다른 태양은, 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와, 상자체의 원통 공간부 내에 배치되어, 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재, 를 구비하고, 유체 도입로로부터 도입한 액상 유체를, 구멍부를 통해 원통부재의 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시켜, 상자체 및 원통부재로부터 유출시키도록 한 유체 분사노즐이다.
발명의 효과
본 발명의 선회류 생성장치에 따르면, 원통 공간부 및 유체 도입로를 구비한 상자체와, 원통 공간부 및 구멍부를 구비한 원통부재로 구성함으로써, 상자체 및 원통부재의 구성을 각각 적절히 선택하여 조합해서 사용할 수 있다. 따라서, 일부 부품을 공통화하면서, 도입하는 액상 유체의 성상에 대응시켜, 유체의 입구와 출구의 면적비나, 구멍부의 각도, 수, 형상, 배치, 더 나아가서는, 각 부재의 표면 거칠기 등을 자유롭게 조절할 수 있어, 모든 성상의 유체에 적용시켜서 효율적으로 고속 선회류를 발생시킬 수 있다.
또한, 선회류 생성장치가 상자체 및 원통부재만으로 구성되어, 양단측을 개구하여 구성할 수 있기 때문에, 양측방향으로 유체를 유출시킬 수 있는 동시에 대량의 유체를 고속 선회시키면서 도출시킬 수 있어, 유체의 처리효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치에 있어서, 상자체의 양쪽 단부가 개구하는 경우에, 유체 도입로 및 구멍부를 소정 위치에 배치함으로써, 양단 방향을 향해 균등한 선호속도로 선회시키면서 유체를 유출시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치에 있어서, 상자체의 한쪽의 단부만이 개구하는 경우에, 구멍부를 소정 개소에 배치함으로써, 기상 발생영역의 길이를 길게 할 수 있다. 그 결과, 혼합장치로서 사용하는 경우에, 혼합작용의 시간을 길게 할 수 있어, 혼합정도를 높게 할 수 있다. 또한, 미세기포 발생장치로서 사용하는 경우에, 발생하는 미세기포에 대해 정전마찰을 부여하는 시간을 길게 할 수 있다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치에 있어서, 원통부재에 복수의 구멍부를 구비함으로써, 원통부재 내부에 효율적으로 고속 선회류를 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치에 있어서, 원통부재의 구멍부를, 축심방향으로부터 조금 이동시킨 방향을 향해 형성함으로써, 원통부재 내부에 효율적으로 고속 선회류를 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치에 있어서, 원통부재의 구멍부를, 개구단을 향해 배설함으로써, 유체의 흐름이 충돌하는 것을 피할 수 있어, 효율적으로 고속 선회시키면서 유출시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치에 있어서, 원통부재가 서로 크기가 다른 구멍부를 구비함으로써, 원통부재 내부에 발생하는 선회류의 힘의 강약을 조정할 수 있기 때문에, 유체의 유선(流線)을 조절할 수 있다. 따라서, 원통부재 내부에 발생하는, 유체에 의한 힘의 걸림 방식을 조정할 수 있다. 그 결과, 예를 들면, 혼합장치로서 사용하는 경우에, 피혼합물의 도입압력을 작게 할 수 있어, 에너지절약화를 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치에 있어서, 유체 도입로의 위치와 원통부재의 구멍부의 위치를 겹침으로써, 유체의 유속을 약화시키지 않고 원통부재 내에 도입할 수 있어, 효율적으로 고속 선회류를 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치에 있어서, 유체 도입로 또는 구멍부 중 적어도 한쪽에 조임부를 설치함으로써, 유체의 유속을 빠르게 할 수 있어, 효율적으로 고속 선회류를 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 선회류 생성장치에 있어서, 원통부재를 교환 가능하게 함으로써, 상자체를 공통화하는 한편, 도입하는 유체에 따라 원통부재의 구성을 변경할 수 있어, 모든 유체에 적용 가능한 장치로 할 수 있다.
또한, 본 발명의 선회류 생성방법에 따르면, 소정 구조의 장치를 사용함으로써, 모든 액상 유체에 대응하여, 효율적으로 고속 선회류를 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 기상 발생장치에 따르면, 전술한 바와 같이, 상자체 및 원통부재의 구성을 각각 적절히 선택하여 조합해서 사용할 수 있기 때문에, 일부의 부품을 공통화하면서, 유체의 성상에 대응시켜, 유체의 입구와 출구의 면적비나, 구멍부의 각도, 수, 형상, 배치, 더 나아가서는, 각 부재의 표면 거칠기 등을 자유롭게 조절할 수 있어, 모든 유체에 적용시킬 수 있다. 따라서, 모든 액상 유체에 대해 효율적으로 고속 선회류를 발생시켜, 효율적으로 기상을 발생시킬 수 있다.
또한, 상자체 및 원통부재만으로 구성하는 것도 가능하기 때문에, 상자체의 양단을 개구하여 구성한 경우에는, 대량의 유체를, 기상을 발생시키면서 고속 선회시키면서 양단방향을 향해 유출시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 미세기포 발생장치에 따르면, 전술한 바와 같이, 상자체 및 원통부재의 구성을 각각 적절히 선택하여 조합해서 사용할 수 있기 때문에, 일부의 부품을 공통화하면서, 유체의 성상에 대응시켜, 유체의 입구와 출구의 면적비나, 구멍부의 각도, 수, 형상, 배치, 더 나아가서는, 각 부재의 표면 거칠기 등을 자유롭게 조절할 수 있어, 모든 유체에 적용시킬 수 있다. 따라서, 모든 유체에 대해 효율적으로 고속 선회류를 발생시켜, 액상 유체 중에 미세기포를 효율적으로 발생시킬 수 있다.
또한, 상자체 및 원통부재만으로 구성하는 것도 가능하기 때문에, 상자체의 양단을 개구하여 구성한 경우에는, 미세기포를 함유하는 액체를, 양단측으로부터 효율적으로 유출시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 유체의 혼합장치에 따르면, 전술한 바와 같이, 상자체 및 원통부재의 구성을 각각 적절히 선택하여 조합해서 사용할 수 있기 때문에, 일부의 부품을 공통화하면서, 혼합유체의 성상에 대응시켜, 유체의 입구와 출구의 면적비나, 구멍부의 각도, 수, 형상, 배치, 더 나아가서는, 각 부재의 표면 거칠기 등을 자유롭게 조절할 수 있어, 모든 유체에 적용시킬 수 있다. 따라서, 사전에, 기체나 액체, 고체 등의 피혼합물을 포함시킨 후에 도입되는 모든 액상 유체에 대해 효율적으로 고속 선회류를 발생시켜, 유체의 교반혼합을 효율적으로 행할 수 있다.
또한, 상자체 및 원통부재만으로 구성하는 것도 가능하기 때문에, 상자체의 양단을 개구하여 구성한 경우에는, 대량의 혼합유체를 고속 선회시키면서 양단방향으로 유출시킬 수 있어, 유체의 혼합 처리효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 유체의 혼합장치에 따르면, 액상 유체에 고속 선회류를 발생시킨 상태에서, 다른 액체나 기체, 고체 등의 피혼합물을 도입함으로써, 효율적으로 또한 충분하게 교반혼합시킬 수 있다. 특히, 고속 선회류의 중심부에 기상이 발생하고 있는 경우에는, 충분히 혼합된 유체를 유출시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 유체 분사노즐에 따르면, 전술한 바와 같이, 상자체 및 원통부재의 구성을 각각 적절히 선택하여 조합해서 사용할 수 있기 때문에, 일부의 부품을 공통화하면서, 분사시키는 유체의 성상에 대응시켜, 유체의 입구와 출구의 면적비나, 구멍부의 각도, 수, 형상, 배치, 더 나아가서는, 각 부재의 표면 거칠기 등을 자유롭게 조절할 수 있어, 모든 유체에 적용시킬 수 있다. 따라서, 모든 액상 유체를 고속 선회시키면서 효율적으로 분사시킬 수 있다.
도 1은 제1 실시형태의 선회류 생성장치의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는 제1 실시형태의 선회류 생성장치를 구성하는 상자체를 나타내는 도면이다.
도 3은 제1 실시형태의 선회류 생성장치를 구성하는 원통부재를 나타내는 도면이다.
도 4는 단체물(單體物)로서 구성된 상자체를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 평탄부를 갖는 상자체를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 유체 도입로의 배치에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 유체 도입로의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 8은 양단부가 개구하는 상자체를 구비한 선회류 생성장치를 나타내는 도면이다.
도 9는 접선방향을 향해 배치한 유체 도입로를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 복수의 유체 도입로를 설치한 상자체를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 유체 도입로에 조임부를 구비한 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 양단부측에서 직경을 다르게 한 원통부재를 나타내는 도면이다.
도 13은 구멍부의 형상의 예를 나타내는 도면이다.
도 14는 발생하는 기상의 길이에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 축방향 중앙위치를 중심으로 대칭형으로 설치한 구멍부에 대해서 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 양단부측에서 크기가 다른 구멍부를 구비한 원통부재를 나타내는 도면이다.
도 17은 구멍부에 조임부를 구비한 원통부재를 나타내는 도면이다.
도 18은 제2 원통부재를 구비한 선회류 생성장치를 나타내는 도면이다.
도 19는 선회류 생성방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 기체를 도입하면서 기상을 발생시키는 상태를 나타내는 도면이다.
도 21은 피혼합물 도입로를 통해 피혼합물을 도입하면서 유체를 혼합하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 22는 유체 분사노즐의 사용방법의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 23은 종래의 분리장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 24는 종래의 혼합기의 구성을 나타내는 도면이다.
도 25는 종래의 미세기포 발생장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 26은 종래의 미세기포 발생장치의 구성을 나타내는 도면이다.
발명을 실시하기 위한 최선의 형태
이하, 적절히 도면을 참조하여, 본 발명의 선회류 생성장치, 선회류 생성방법, 및 기상 발생장치, 미세기포 발생장치, 유체의 혼합장치, 유체 분사노즐에 관한 실시형태에 대해서 구체적으로 설명한다. 다만, 이러한 실시형태는, 본 발명의 일태양을 나타내는 것으로, 이 발명을 한정하는 것이 아니라, 본 발명의 범위 내에서 임의로 변경하는 것이 가능하다.
또한, 각각의 도면 중, 동일 부호가 부여된 것에 대해서는 동일 부재를 나타내고 있어, 적절히 설명이 생략되어 있다.
[제1 실시형태]
본 발명의 제1 실시형태는, 적어도 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와, 상자체의 원통 공간부 내에 배치되어, 적어도 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부 가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재, 를 구비하고, 유체 도입로로부터 도입한 액상 유체를, 구멍부를 통해 원통부재의 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시켜, 상자체 및 원통부재로부터 유출시키도록 한 것을 특징으로 하는 선회류 생성장치, 및 당해 선회류 생성장치를 사용한 선회류 생성방법이다.
1. 선회류 생성장치
(1) 기본 구성
본 실시형태의 선회류 생성장치의 일태양을 도 1(a)~(c)에 나타낸다. 도 1(a)는 선회류 생성장치(10)의 사시도이고, 도 1(b)는 도 1(a)의 선회류 생성장치(10)를 축방향을 따라 절단한 단면도이며, 도 1(c)는 도 1(a)의 선회류 생성장치(10)를 축방향과 직교하는 방향을 따라 절단한 단면도이다. 또한, 도 1의 선회류 생성장치(10)를 구성하는 상자체(11) 및 원통부재(21)를 각각 도 2(a)~(c) 및 도 3(a)~(c)에 나타낸다.
이들 도 1~도 3에 나타내는 선회류 생성장치(10)는, 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부(11a) 및 당해 원통 공간부(11a)의 내주면으로 개구된 유체 도입로(11b)를 구비한 상자체(11)와, 상자체(11)의 원통 공간부(11a) 내에 배치되어, 상자체(11)의 원통 공간부(11a)의 개구방향과 일치하는 방향의 단부(22a)를 포함하는 양단부가 개구된 원통 공간부(21a) 및 당해 원통 공간부(21a)의 주벽으로 개구하는 구멍부(23)를 구비한 원통부재(21)를 구비하고 있다.
이 중, 상자체(11)는 본체부(13)와 덮개부(12a, 12b)로 구성되어 있다. 본체 부(13)는, 외주면으로부터 돌설(突設)된 돌설부(14)가 구비된 원통상의 부재로, 양단부가 개구되어, 원통부재(21)가 수용되는 원통 공간부(11a)를 구비하고 있다. 또한, 돌설부(14)에는, 원통 공간부(11a)의 내주면으로 개구하는 유체 도입로(11b)가 설치되어 있다.
또한, 덮개부(12a, 12b)는 본체부(13)의 양단부에 장차되어 있고, 그 중 한쪽 덮개부(12a)에는, 본체부(13)의 원통 공간부(11a)의 직경보다도 작은 개구(15)가 설치되어 있다. 또한, 각각의 덮개부(12a, 12b)의 내면에는 원통부재(21)의 외주와 실질적으로 일치하는 내경의 오목부(16)가 설치되어 있다.
또한, 원통부재(21)는 양단부가 개구하는 원통 공간부(21a)와, 이 원통 공간부(21a)의 주벽으로 개구하는 복수의 구멍부(23)를 구비하고 있어, 상자체(11)의 원통 공간부(11a) 내에 있어서, 주위에 소정의 간극(S)을 매개로 배치되어 고정되어 있다. 이 간극(S)은 유체의 통과로로서 기능한다.
이와 같이 본 실시형태의 선회류 생성장치(10)는, 본체부(13)의 원통 공간부(11a) 내에 원통부재(21)가 삽입되어, 양단부측에 장착된 덮개부(12a, 12b)의 오목부(16)에 원통부재(21)를 감합(嵌合)시킨 상태에서 덮개부(12a, 12b)를 고정함으로써, 원통부재(21)가 내부에 수용 보유지지(保持)되어 있다.
(2) 구성재료
이들 상자체 및 원통부재를 구성하는 재료는 특별히 제한되는 것은 아니고, 일례로서는, 철합금이나 알루미늄합금, 아연합금 등의 금속재료 또는 비철금속재료, 세라믹 등의 소결체, 플라스틱, 폴리염화비닐(PVC), 열가소성 폴리올레핀 수 지(TPO), 열가소성 폴리우레탄 수지(TPU), 폴리프로필렌(PP), 아크릴-부타디엔-스티렌 수지(ABS), 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌(PE), 불소 수지 등의 수지재료, 목재, 폐기 플라스틱이나 폐기 목재 등의 리사이클 원료를 비롯하여, 각종 재료를 들 수 있다.
예를 들면, 상자체 및 원통부재를 투명성 수지재료로 구성한 경우에는, 내부의 확인을 용이하게 행할 수 있어, 선회류의 상태를 확인하면서 사용할 수 있다.
다만, 도입하는 유체의 조성이 바뀌는 것을 방지하거나, 효율적으로 고속 선회류를 발생시키기 위해서는, 도입하는 유체와의 습윤성이나, 발생시키는 선회류의 정도를 고려하여, 추가적으로, 유체와 반응하기 어려운 재료를 선택해서 사용하는 것이 바람직하다.
또한, 상자체의 원통 공간부의 내주면이나 유체 도입로의 내면, 추가적으로, 원통부재의 외주면 및 원통 공간부의 내주면의 표면 거칠기가 균일한 것이 바람직하다. 이들 각 부재에 있어서의, 유체의 접촉면의 표면 거칠기가 균일한 것으로 인해, 유체의 흐름이 흐트러져, 선회류의 발생이 저해되는 것을 저감시킬 수 있다.
예를 들면, 각각의 부재의 표면을 소정의 재료를 사용하여 코팅함으로써, 용이하게 표면 거칠기를 균일화할 수 있다. 다만, 코팅을 행하는 경우에 있어서도, 도입하는 유체와의 습윤성이나, 발생시키는 선회류의 정도를 고려하여, 추가적으로, 유체와 반응하기 어려운 재료를 선택하는 것이 바람직하다.
(3) 상자체
도 1 및 도 2에 나타내는 상자체(11)는, 본체부(13) 및 덮개부(12a, 12b)의 2개의 부재로 구성되어 있는데, 별체로서 구성하는 것은 필수는 아니고, 본체부분과 덮개부분이 일체화된 단체물(單體物)로서 구성하는 것도 가능하다.
예를 들면, 도 4(a)~(b)에 나타내는 바와 같이, 한쪽의 단부(32b)가 닫히고 다른쪽의 단부(32a)만을 개구한 구성의 단체물로 되는 상자체(31)로 할 수 있다. 이러한 선회류 생성장치(30)의 예에서는, 원통부재(41)의 단부(42a)에, 상자체(31)의 원통 공간부(31a)의 내주 직경과 실질적으로 일치하는 외경의 플랜지부(43)가 설치되어, 상자체(31)의 원통 공간부(31a) 내부에 원통부재(41)가 수용된 상태에서, 상자체(31)에 설치한 나사구멍으로부터 고정 나사(34)를 돌려박고, 선단부에서 원통부재(41)를 계지(係止)함으로써, 구성부품 점수를 줄이면서 원통부재(41)를 고정할 수 있다.
또한, 도 1에 나타내는 선회류 생성장치(10)에서 사용하는 상자체(11)는, 외형이 원통상으로 되어 있는데, 이것에 한정되지 않고, 내부에 원통 공간부(11a)를 형성할 수 있는 것이라면, 상자형상이나 기타 모든 형상을 선택할 수 있다.
예를 들면, 도 2에 나타내는 바와 같은 원통상의 상자체(11)라면, 비교적 소량의 구성재료로 제조할 수 있어, 생산 비용의 상승을 억제할 수 있는 동시에, 상대적으로 경량화를 도모할 수 있다. 또한, 도 5(a)~(b)에 나타내는 바와 같이, 상자체(11)의 일부에 평탄부(17)를 구비한 외형으로 함으로써, 사용시에 있어서 안정적으로 올려놓을 수 있다.
또한, 상자체(11)로부터 돌설하는 돌설부(14)에 관하여, 그 형상은 특별히 제한되지 않고, 유체를 흘려넣기 위한 펌프 등을 접속할 수 있는 것이라면 상관없 다. 또한, 돌설부(14)의 배치 위치, 즉, 유체 도입로의 배치 위치에 대해서도 특별히 제한되지 않고, 도 6(a)에 나타내는 바와 같이, 상자체(11)의 축방향을 따라, 개구된 단부에 근접하여 배치하거나, 반대로 도 6(b)에 나타내는 바와 같이, 개구된 단부로부터 멀리하여 배치하거나, 또는, 도 6(c)에 나타내는 바와 같이, 축방향 중앙위치에 배치할 수 있다.
또한, 도 7(a)~(b)에 나타내는 바와 같이, 유체 도입로(11b)를 내부의 원통 공간부(11a)에 원하는 구멍으로서 구성하고, 돌설부를 생략한 구성으로 하는 것도 가능하다.
또한, 도 1에 나타내는 선회류 생성장치(10)에서 사용하는 상자체(11)는, 축방향 양단부 중 한쪽의 단부가 개구하고 있는데, 도 8에 나타내는 바와 같이, 양측의 단부를 개구하여 구성하는 것도 가능하다. 즉, 본체부(11)의 양단측에 장착하는 덮개부(12a, 12b) 각각에 개구부(15)를 설치한 구성으로 하는 것도 가능하다.
예를 들면, 일방측의 단부만을 개구하여 구성한 경우에는, 타방측의 단부에 장착되는 덮개부에 다른 유체의 도입구를 설치하여 유체의 혼합장치로 하는 등, 부가기능을 가지게 할 수 있다. 반대로, 양측의 단부를 개구하여 구성한 경우에는, 유체의 유출방향을 두 방향으로 분산시킬 수 있는 동시에, 유체의 처리효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 1의 선회류 생성장치(10)의 예에서는, 상자체(11)의 유체 도입로(11b)는, 상자체(11)의 원통 공간부(11a)의 축심방향을 향해 설치되어 있는데, 본 발명의 선회류 발생장치에 있어서는, 유체 도입로의 배설방향은 특별히 제한되 지 않는다. 본 발명의 선회류 생성장치에서는, 유체 도입로를 통해 상자체의 원통 공간부로 유입된 유체가, 원통부재의 주벽에 설치된 구멍부를 통해, 원통부재 내부의 원통 공간부 내로 유입됨으로써 선회류를 발생시키는 것이기 때문에, 기본적으로는, 상자체의 유체 도입로의 배설방향에 상관없이 선회류를 발생시킬 수 있다. 다만, 후술하는 원통부재의 구멍부와의 위치관계나 배설방향의 관계에 따라서는, 상자체의 원통 공간부로 도입되는 유체가, 그대로의 흐름방향을 유지하면서 원통부재의 원통 공간부 내로 흘러들어가, 선회류를 발생하도록, 도 9(a)~(b)에 나타내는 바와 같이, 유체 도입로(11b)를 원통 공간부(11a)의 접선방향을 따라 설치하는 것도 가능하다.
또한, 상자체의 유체 도입로는, 하나에 한정되지 않고, 복수 설치해도 상관없다. 예를 들면, 유체를 압송하는 고압 펌프의 용량이 작은 경우에는, 도 10(a)~(b)에 나타내는 바와 같이, 복수의 유체 도입로(11b)를 구비하여, 각각의 유체 도입로(11b)에 대응하여 복수의 고압 펌프를 접속함으로써, 보다 대량의 유체를 도입할 수 있다. 또는, 하나의 고압 펌프를 사용하는 경우에도, 복수의 유체 도입로(11b)로부터 유체를 도입함으로써, 상자체(11)의 원통 공간부(11a)를 통해, 복수 개소로부터 균등한 유속으로 원통부재(21) 내에 유체를 도입시키기 쉬워져, 효율적으로 고속 선회류를 발생시킬 수 있다.
또한, 도 11(a)~(b)에 나타내는 바와 같이, 유체 도입로(11b)에 조임부(18)를 설치하는 것이 바람직하다. 이 조임부(18)를 구비함으로써, 유체가 통과할 때 유속을 빠르게 할 수 있어, 보다 효율적으로 선회류를 발생시킬 수 있다.
(4) 원통부재
또한, 도 1의 선회류 생성장치(10)에 구비된 원통부재(21)는, 축방향 단면의 직경이, 상자체(11)의 원통 공간부(11a)의 직경보다도 작게 되어 있다. 이 상태에서 형성되는, 상자체(11)의 원통 공간부(11a) 내주면과 원통부재(21)의 외주면 사이의 간극(S)의 크기는, 도입하는 유체의 점도 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다.
또한, 도 1의 선회류 발생장치(10)에서는, 원통부재(21)가 상자체(11)의 덮개부(12a, 12b)의 오목부(15)에 감합되어 보유지지되어 있기 때문에, 원통부재(21)의 축방향 길이가 상자체(11)의 원통 공간부(11a)의 길이와 동등하게 되어 있으나, 고정 방법에 따라서는, 상자체(11)의 원통 공간부(11a)의 길이보다도 짧게 하거나, 반대로, 길게 하는 것도 가능하다. 이와 같이 원통부재(21)의 길이를 조정함으로써, 선회류의 강약이나, 선회류의 발생영역을 제어할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 기상 발생장치나 미세기포 발생장치로서 사용하는 경우에 기상의 강약을 조정할 수 있다.
또한, 도 12(a)~(b)에 나타내는 바와 같이, 원통부재(21)의 양단부의 직경을 상이하게 하여 구성하는 것도 가능하다. 이와 같이 구성함으로써, 원통 공간부(21a)의 내경이 상이함으로써, 내부에 발생하는 선회류의 선회속도를 상이하게 할 수 있다. 따라서, 기상 발생장치나 미세기포 발생장치로서 사용하는 경우에, 양단부측에 발생하는 기상의 두께(기상의 직경)를 조정할 수 있다.
또한, 원통부재(21)는 구멍부(23)를 복수 구비하고 있는데, 적어도 하나의 구멍부가 설치되어 있으면 된다. 예를 들면, 구멍부를 하나만 구비하고 있는 경우에도, 소정 방향으로 경사지게 배설하여, 소정시간 계속해서 유체를 흘려넣음으로써 소정의 흐름이 형성되어, 선회류를 발생시킬 수 있다.
한편, 구멍부를 복수 구비하고 있는 경우에 있어서도, 상자체의 유체 도입로로부터 도입된 유체가, 원통부재에 복수 개소로부터 유입되어, 소정시간 계속해서 유체를 흘려넣음으로써 소정의 흐름이 형성되어, 선회류를 발생시킬 수 있다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 구멍부(23)의 배설방향을 축심방향에서 소정방향으로 조금 이동시켜 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 배치함으로써, 유체가 원통부재에 흘러들어갈 때의 기세를 이용하여, 선회류를 효율적으로 발생시킬 수 있기 때문이다. 또한, 복수의 구멍부를 구비하는 경우에, 모든 구멍부를 축심방향에서 조금 이동시켜, 소정각도 경사지게 배치함으로써, 유체의 흐름이 충돌하는 것을 피해, 흐름의 기세를 약화시키지 않고 원통부재의 원통 공간부 내로 유입시킬 수 있다. 따라서, 고속 선회류를 효율적으로 발생시킬 수 있다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 구멍부(23)를, 상자체(11)의 개구부(15)측을 향해 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 배치함으로써, 원통부재에 유입되는 유체를 선회시키면서, 개구방향을 향해 진행시킬 수 있어, 유체의 흐름이 충돌하여 선회류의 발생이 저해되는 것을 저감시킬 수 있다.
원통부재에 형성되는 구멍부의 크기는, 특별히 한정되지 않고, 도입하는 유체의 성상이나, 발생시키는 선회류의 상태에 따라 적절히 선택된다. 즉, 유체의 선회류의 발생효율은, 원통 공간부의 단부의 개구면적에 대한 구멍부의 면적(구멍부 가 복수인 경우는 합계면적)의 비율에 따라 변화하는 것인 한편, 유체의 성상, 특히 점도에 따라서도 변화하는 것이다. 예를 들면, 구멍부의 크기를 조정함으로써, 원통부재 내부에 유입되는 유체의 분산력을 변경할 수 있다.
따라서, 이들 관점에서 구멍부의 크기나 단부 개구의 크기를 설정하는 것이 바람직하다.
또한, 구멍부의 형상에 대해서도 특별히 한정되지 않고, 도 13(a)~(g)에 나타내는 바와 같이, 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 기타 이형(異形) 등, 적절히 선택할 수 있다.
또한, 도 1에 나타내는 바와 같이, 상자체(11)의 일방측의 단부만이 개구하는 구성의 경우에는, 구멍부(23)를, 원통 공간부(11a)의 축방향을 따라, 개구하는 단부측에 조금 이동시켜 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 배치함으로써, 기상 발생장치나 미세기포 발생장치로서 사용하는 경우에, 도 14에 나타내는 바와 같이, 기상 발생영역의 길이(L)를 길게 할 수 있다.
따라서, 예를 들면, 혼합장치로서 선회류 생성장치를 사용하는 경우에 있어서는, 원심력 및 향심력의 관계에서, 중량이 큰 것은 외측에, 중량이 작은 것은 기상 부근에 근접되기 때문에, 혼합작용이 작용하는 시간을 길게 할 수 있다. 즉, 구멍부의 위치를 조정함으로써 혼합작용이 작용하는 시간을 조정할 수 있기 때문에, 혼합정도를 최적화할 수 있다.
또한, 예를 들면, 미세기포 발생장치로서 선회류 생성장치를 사용하는 경우에 있어서는, 기상의 길이가 길어짐에 따라, 발생하는 미세기포에 대해 정전마찰을 부여하는 시간을 길게 할 수 있다. 즉, 미세기포 함유액을 사용한 정화작용 등에 최적화되도록, 정전마찰을 부여하는 시간을 조정할 수 있다.
한편, 도 8에 나타내는 바와 같이, 상자체(11)의 양측의 단부가 개구하는 구성의 경우에는, 유체 도입로(11b)를 원통 공간부(11a)의 축방향 중앙위치에 배치하는 동시에, 구멍부(23)를, 축방향 중앙부를 중심으로 양단측에 대칭형으로 배치하는 것이 바람직하다. 이와 같이 배치함으로써, 축방향 양측에 균등하게 유체를 도입하여, 균등한 선회속도로 선회류를 발생시키기 쉬워진다. 따라서, 양단측에서 선회속도가 상이함으로 인해 서로 선회류의 작용을 저해하여, 원통부재 내부에 있어서, 전체적으로 고속 선회류가 발생하기 어려워지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 도 15는 도 8에 나타내는 장치에 사용되는, 구멍부(23)를 축방향 중앙부를 중심으로 양단측에 대칭형으로 배치한 원통부재(21)의 예를 나타내고 있다.
또한, 구멍부를 복수 설치하는 경우에, 도 16(a)~(b)에 나타내는 바와 같이, 서로 크기가 다른 구멍부(23a, 23b)를 포함하는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 원통부재 내에 발생하는 선회류의 유선, 즉, 힘의 강약을 조절할 수 있다. 예를 들면, 구멍부의 크기가 상이함으로 인해, 원통부재 내에 유입된 유체의 분산력이 상이한 것을 이용하여, 원통부재 내부에 있어서, 유체에 의한 힘이 서로 마주보게 하거나, 반대로 서로 이반(離反)하도록 하거나, 더 나아가서는, 각각 동일방향을 향하게 하는 등, 유체에 의한 힘의 걸림 방식을 조절할 수 있다.
따라서, 예를 들면, 혼합장치로서 선회류 생성장치를 이용하는 경우에, 기체나 액체 등의 피혼합물을 도입할 때의 압력을 조정할 수 있다. 이 때문에, 혼합대 상의 2개의 액체를 에멀젼으로 할 때 에너지절약화를 도모할 수 있는 등, 목적하는 선회류를 생성하기 쉬워진다.
또한, 도 17에 나타내는 바와 같이, 상자체의 유체 도입로와 마찬가지로, 구멍부(23)에 조임부(28)를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 조임부(28)를 구비함으로써, 전술한 유체 도입로와 마찬가지로, 유체가 통과할 때 유속을 빠르게 할 수 있어, 효율적으로 선회류를 발생시키기 쉬워지기 때문이다.
또한, 원통부재는 교환 가능한 것이 바람직하다. 원통부재를 교환 가능하게 하고, 전술한 바와 같은 다양한 구성의 원통부재를 준비하여, 도입하는 유체에 맞춰 목적하는 원통부재를 상자체에 수용하여 사용함으로써, 모든 유체에 따라, 효율적으로 선회류를 발생시킬 수 있는 선회류 생성장치로 할 수 있다. 즉, 유체의 성상에 따라, 각각 장치를 준비할 필요가 없어져, 범용성을 가지게 할 수 있다. 그리고, 어떠한 유체를 도입한 경우에도, 가장 효율적으로 선회류를 발생시킬 수 있도록 구성할 수 있다.
(5) 초음파 발생부, 온도 제어부
또한, 도시하지는 않지만, 상자체 또는 원통부재는 초음파 발생장치나 온도 제어부를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 초음파 발생장치를 구비함으로써, 유체에 대해 초음파진동을 부여할 수 있어, 미세기포를 발생시키기 쉽게 하거나, 유체의 혼합을 촉진시킬 수 있다. 또한, 온도 제어부를 구비함으로써, 유체의 조성에 영향을 미치지 않는 범위에서 유체의 온도를 제어하여, 선회류가 발생하기 쉬운 점도가 되도록 조정할 수 있다.
(6) 제2 원통부재
또한, 도 18(a)~(b)에 나타내는 바와 같이, 원통부재(21)의 원통 공간부(21a) 내에, 추가적으로, 제2 원통부재(51)를 구비하는 것도 가능하다. 즉, 원통부재(21)의 원통 공간부(21a)의 직경보다도 작은 직경의 외주를 갖는 제2 원통부재(51)를 배치해도 상관없다.
이 경우에, 제2 원통부재의 구성은, 전술한 원통부재의 구성과 동일하게 할 수 있다.
(7) 조합
이들 상자체 및 원통부재를, 각각 구성을 변경하면서 적절히 조합하여 구성함으로써, 제2~제4의 실시형태에서 설명하는 바와 같은, 기상 발생장치, 미세기포 발생장치, 유체의 혼합장치로서, 다양한 기능을 발휘할 수 있는 장치로서 구성할 수 있다. 그리고, 비교적 간편하고 용이한 장치구성이기 때문에, 배치 스페이스를 작게 할 수 있는 동시에, 운반이 용이해져, 사용 용도도 대폭 확대시킬 수 있다.
2. 선회류의 생성방법
다음으로, 도 1에 나타내는 선회류 생성장치(10)를 사용한 선회류 생성방법에 대해서 상세하게 설명한다.
도 19는, 상자체(11)의 돌설부(14)에 가압 펌프(61)의 토출구와 통하는 호스(63)가 접속된 선회류 생성장치(10)를, 내부에 액상 유체가 저장된 조(槽)(65) 내에 설치한 상태를 나타내고 있다. 다만, 본 발명의 선회류의 생성방법에서는, 선회류 생성장치를 유체 내에 설치시킬 필요는 없고, 유체의 유로의 일부로서, 선회 류 생성장치를 배치하여 실시해도 상관없다.
선회류를 발생시키는 액상 유체는 특별히 제한되지 않고, 물이나 오일, 수용액, 오수 등, 다양한 유체에 대해 적용할 수 있다.
이 상태에 있어서, 액상 유체를, 가압 펌프(61)에 의해 압송하고, 유체 도입로(11b)를 통해 상자체(11)의 원통 공간부(11a) 내로 유입시킨다. 이렇게 하면, 액상 유체는, 상자체(11)의 원통 공간부(11a)의 내주면과 원통부재(21)의 외주면 사이의 간극(S)을 유동하는 동시에, 구멍부(23)를 통해 원통부재(21)의 원통 공간부(21a) 내로 흘러들어간다.
이어서, 원통부재(21)의 원통 공간부(21a) 내로 유입된 액상 유체는, 선회방향으로 소정의 흐름이 형성되는 동시에, 개구측의 단부를 향해 진행함으로써 선회류로 되어 유출한다.
이 때 발생하는 선회류의 선회속도 등에 대해서는, 압송하는 유체의 압력이나, 유출되는 부위인 개구부의 면적(2개소의 경우는 합계면적)에 대한 구멍부의 면적(복수의 경우는 합계면적)의 비를 변경함으로써 제어할 수 있다.
따라서, 유체의 성상이나 펌프의 용량에 한정되지 않고, 효율적으로 선회류를 생성할 수 있다.
[제2 실시형태]
본 발명의 제2 실시형태는, 제1 실시형태에서 설명한 선회류 생성장치를 이용한 기상 발생장치로서, 적어도 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와, 상자체의 원통 공간 부 내에 배치되어, 적어도 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재, 를 구비하고, 유체 도입로로부터 도입한 액상 유체를, 구멍부를 통해 원통부재의 원통 공간부 내로 유입시켜, 선회류를 발생시키면서 상자체 및 원통부재로부터 유출시킴으로써, 선회류의 중심부에 기상을 발생시키도록 한 기상 발생장치이다.
본 실시형태의 기상 발생장치의 구성은, 제1 실시형태에서 설명한 선회류 생성장치와 동일한 구성으로 할 수 있다. 즉, 이러한 구성의 기상 발생장치라면, 효율적으로 고속 선회류를 발생시킬 수 있기 때문에, 도입하는 유체의 압송량을 조정함으로써, 용이하게 기상을 발생시킬 수 있다.
또한, 기상 발생장치로서 사용하는 경우에 있어서는, 도 12(a)~(b)에 나타내는 바와 같이 원통부재(21)의 직경을 상이하게 하여 구성하거나, 도 14에 나타내는 바와 같이, 원통부재(21)에 설치하는 구멍부(23)의 배치 위치를 조정하거나, 도 16(a)~(b)에 나타내는 바와 같이, 구멍부(23)의 크기를 상이하게 함으로써, 기상 발생영역이나 기상의 강약을 최적화하여, 목적하는 기상이 얻어지도록 할 수 있다.
또한, 기상 발생장치로서 사용하는 경우에는, 도 20에 나타내는 바와 같이, 일방측의 단부에 장착되는 덮개부(12a)에 개구부(15)를 설치하고, 타방측의 단부에 장착되는 덮개부(12b)에 기체의 도입구(19)를 설치하여, 기체를 도입하는 호스(67) 등을 접속함으로써, 선회류의 중심부에 기체를 공급하여, 더욱 용이하게 기상을 발생시킬 수 있다.
[제3 실시형태]
본 발명의 제3 실시형태는, 제1 실시형태에서 설명한 선회류 생성장치를 이용한 미세기포 발생장치로서, 적어도 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와, 상자체의 원통 공간부 내에 베치되어, 적어도 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재, 를 구비하고, 유체 도입로로부터 도입한 액상 유체를, 구멍부를 통해 원통부재의 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시켜, 선회류의 중심부에 기상을 발생시키면서, 액상 유체를 상자체 및 원통부재로부터 도출시킴으로써, 액상 유체 중에 미세기포를 발생시키도록 한 미세기포 발생장치이다.
본 실시형태의 미세기포 발생장치의 구성은, 제1 실시형태에서 설명한 선회류 생성장치와 동일한 구성으로 할 수 있다. 또한, 예를 들면, 도 19에 나타내는 바와 같이, 상자체(11)의 돌설부(14)에 가압 펌프(61)의 토출구와 통하는 호스(63)가 접속된 장치(10)를, 내부에 액상 유체가 저장된 조(65) 내에 설치하여 사용된다.
이러한 구성의 미세기포 발생장치라면, 효율적으로 고속 선회류를 발생시킬 수 있어, 도입하는 유체의 압송량을 조정함으로써, 중심부에 용이하게 기상을 발생시킬 수 있다. 그 결과, 장치의 개구부로부터 유출될 때, 장치 외부에 체류되어 있는 유체에 의해 선회가 급격히 약해지기 때문에, 장치의 출구부분에 있어서 급격한 선회속도차가 발생한다. 이 선회속도차에 의해, 기상이 연속적으로 또한 안정적으로 절단되어, 그 결과, 대량의 미세기포가 유출되는 유체 중에 혼합되어 방출시킬 수 있다.
또한, 미세기포 발생장치로서 사용하는 경우에는, 제2 실시형태에 있어서 설명한 바와 같이 기상 발생영역이나 기상의 강약을 조정함으로써, 발생하는 미세기포에 정전마찰을 부여하는 시간을 조정할 수 있다. 따라서, 미세기포 함유액을 사용하는 용도에 따라, 미세기포의 대전 정도를 조절할 수 있다.
또한, 제2 실시형태에서 설명한 바와 같이, 도 20에 나타내는 바와 같이, 일방측의 단부에 장착되는 덮개부(12a)에 개구부(15)를 설치하고, 타방측의 단부에 장착되는 덮개부(12b)에 기체의 도입구(19)를 설치하여, 기체를 도입하는 호스(67) 등을 접속함으로써, 선회류의 중심부에 기체를 공급하여, 용이하게 기상을 발생시킬 수 있다. 이 때, 공급하는 기체를 적절히 선택함으로써, 목적하는 기체성분의 미세기포를 유체에 혼합시킬 수 있다. 예를 들면, 유체로서 물을 도입하고, 공급하는 기체를 산소로 한 경우에는, 산소의 미세기포를 포함하는 산소 버블수를 제조할 수 있다.
또한, 도시하지 않지만, 상자체 또는 원통부재는 초음파 발생장치를 구비하는 것이 바람직하다. 이러한 초음파 발생장치를 구비함으로써, 유체에 대해 초음파진동을 부여할 수 있어, 미세기포를 발생시키기 쉽게 할 수 있다.
[제4 실시형태]
본 발명의 제4 실시형태는, 제1 실시형태에서 설명한 선회류 생성장치를 이용한 유체의 혼합장치(이하, 제1 유체의 혼합장치라 칭하는 경우가 있다.)로서, 적어도 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와, 상자체의 원통 공간부 내에 배치되어, 적어도 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재, 를 구비하고, 유체 도입로로부터 도입한 피혼합물을 포함하는 액상 유체를, 구멍부를 통해 원통부재의 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시켜, 상자체 및 원통부재로부터 도출시킴으로써, 액상 유체 및 피혼합물의 교반혼합을 행하도록 한 유체의 혼합장치이다.
본 실시형태의 제1 유체의 혼합장치의 구성은, 제1 실시형태에서 설명한 선회류 생성장치와 동일한 구성으로 할 수 있다. 즉, 이러한 구성의 유체의 혼합장치라면, 효율적으로 고속 선회류를 발생시킬 수 있기 때문에, 도입하는 피혼합물을 포함하는 유체를 고속 선회시켜서, 피혼합물을 효율적으로 또한 충분하게 혼합시킬 수 있다.
특히, 본 실시형태의 제1 혼합장치는, 액체와 액체, 액체와 기체, 액체와 고체 각각을 혼합할 때 사용하는 것이 유효하다. 즉, 액상 유체를 고속 선회시키는 것을 이용하는 것이기 때문에, 적어도 액상 유체가 포함되어 있는 것이라면 피혼합물의 성상에 상관없이, 효율적으로 혼합시킬 수 있는 것이다.
그리고, 말할 것까지도 없고, 상이한 3종류 이상의 액체의 혼합, 액체와 기체와 고체의 혼합 등, 복수 종류의 혼합물이더라도 효율적으로 혼합시킬 수 있다.
[제5 실시형태]
본 발명의 제5 실시형태는, 제1 실시형태에서 설명한 선회류 생성장치를 이용한 유체의 혼합장치(이하, 제2 유체의 혼합장치라 칭하는 경우가 있다.)로서, 한 쪽의 단부가 개구된 원통 공간부와, 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로와, 원통 공간부의 다른쪽의 단부에 설치된 피혼합물 도입로, 를 구비한 상자체와, 상자체의 원통 공간부 내에 배치되어, 양측 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부가 설치된 원통부재, 를 구비하고, 유체 도입로로부터 도입한 액상 유체를, 구멍부를 통해 원통부재의 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시키는 동시에, 피혼합물 도입로를 통해 원통부재의 원통 공간부 내로 피혼합물을 도입하고, 액상 유체 및 피혼합물을 교반혼합하면서 상자체 및 원통부재로부터 도출시키도록 한 유체의 혼합장치이다.
본 실시형태의 제2 유체의 혼합장치는, 도 21에 나타내는 바와 같이, 제1 실시형태에서 설명한 선회류 생성장치에 있어서, 한쪽의 단부에 장착되는 덮개부(12a)에만 개구부(15)를 설치하고, 다른쪽의 단부에 장착되는 덮개부(12b)에 피혼합물 도입로(69)를 설치하여, 유체 도입로(11b)와, 피혼합물 도입로(69)로부터, 각각 상이한 유체를 도입하도록 구성되어 있다. 이러한 구성의 유체의 혼합장치라면, 내부에 효율적으로 고속 선회류를 발생시킬 수 있기 때문에, 도입한 상이한 유체를 효율적으로 혼합시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태의 제2 혼합장치에서는, 유체 도입부로부터 도입되는 액상 유체를 고속 선회시키는 것을 이용하는 것이기 때문에, 피혼합물 도입로로부터 도입되는 피혼합물의 성상에 상관없이, 효율적으로 혼합시킬 수 있는 것이다. 따라서, 피혼합물은 액체, 기체, 고체 중 어느 것이어도 상관없다.
또한, 유체 도입부로부터 도입하는 액상 유체에 대해서도, 사전에 별도의 피 혼합물을 혼합한 것이어도 되고, 목적하는 조합에 의해, 3종 이상의 복수의 유체의 혼합에 사용할 수 있다.
[제6 실시형태]
본 발명의 제6 실시형태는, 제1 실시형태에서 설명한 선회류 생성장치를 이용한 유체 분사노즐로서, 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와, 상자체의 원통 공간부 내에 배치되어, 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재, 를 구비하고, 유체 도입로로부터 도입한 액상 유체를, 구멍부를 통해 원통부재의 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시켜, 상자체 및 원통부재로부터 유출시키도록 한 유체 분사노즐이다.
본 실시형태의 유체 분사노즐의 구성은, 제1 실시형태에서 설명한 선회류 생성장치와 동일한 구성으로 할 수 있다. 이 유체 분사노즐은, 도 22에 나타내는 바와 같이, 펌프(61) 등을 사용하여 압송되는 유체를 통과시키는 호스(67)의 선단 또는 도중에 취부하여 사용함으로써, 유체를 고속 선회시키면서 분사시킬 수 있다.
이상, 본 발명에 따르면, 모든 유체에 대해 효율적으로 고속 선회류를 발생시킬 수 있게 되었다. 따라서, 유체를 선회시키는 것을 이용한 다양한 기술분야에 있어서 적합하게 사용할 수 있다.

Claims (16)

  1. 적어도 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와,
    상기 상자체의 상기 원통 공간부 내에 배치되어, 적어도 상기 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재, 를 구비하고,
    상기 유체 도입로로부터 도입한 액상 유체를, 상기 구멍부를 통해 상기 원통부재의 상기 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시켜, 상기 상자체 및 상기 원통부재로부터 유출시키도록 한 것을 특징으로 하는 선회류 생성장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 상자체의 상기 원통 공간부의 양쪽 단부가 개구하는 경우에는, 상기 유체 도입로를, 상기 원통 공간부의 축방향 중앙위치에 배치하는 동시에, 상기 구멍부를, 축방향 중앙부를 중심으로 하여 양단측에 대칭형으로 배치하는 것을 특징으로 하는 선회류 생성장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상자체의 상기 원통 공간부의 한쪽의 단부만이 개구하는 경우에는, 상기 구멍부를, 상기 원통 공간부의 축방향을 따라, 상기 개구하는 단부측으로 조금 이동시켜 배치하는 것을 특징으로 하는 선회류 생성장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통부재는, 상기 구멍부를 복수 구비하는 것을 특징으로 하는 선회류 생성장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통부재의 구멍부의 배설방향(配設方向)을, 상기 원통부재의 축심으로부터 조금 이동시키는 것을 특징으로 하는 선회류 생성장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통부재의 구멍부의 배설방향을, 상기 상자체의 개구방향을 향해 경사지게 하는 것을 특징으로 하는 선회류 생성장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통부재의 구멍부는, 서로 크기가 다른 복수의 구멍부를 포함하는 것을 특징으로 하는 선회류 생성장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 상자체의 상기 원통 공간부에 있어서의 상기 유체 도입로의 개구위치 가, 상기 원통부재의 외주면에 있어서의 상기 구멍부의 개구위치와 겹치는 것을 특징으로 하는 선회류 생성장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유체 도입로 또는 상기 구멍부 중 적어도 한쪽에 조임부를 설치하는 것을 특징으로 하는 선회류 생성장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 원통부재가 교환 가능한 것을 특징으로 하는 선회류 생성장치.
  11. 적어도 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와, 상기 상자체의 상기 원통 공간부 내에 배치되어, 적어도 상기 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재를 구비한 장치를 사용한 선회류 생성방법으로서,
    액상 유체를 상기 유체 도입로로부터 도입하고, 당해 액상 유체를 상기 구멍부를 통해 상기 원통부재의 상기 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시키는 것을 특징으로 하는 선회류의 생성방법.
  12. 적어도 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으 로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와,
    상기 상자체의 상기 원통 공간부 내에 배치되어, 적어도 상기 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재, 를 구비하고,
    상기 유체 도입로로부터 도입한 액상 유체를, 상기 구멍부를 통해 상기 원통부재의 상기 원통 공간부 내로 유입시켜, 선회류를 발생시키면서 상기 상자체 및 상기 원통부재로부터 유출시킴으로써, 상기 선회류의 중심부에 기상을 발생시키도록 한 것을 특징으로 하는 기상 발생장치.
  13. 적어도 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와,
    상기 상자체의 상기 원통 공간부 내에 배치되어, 적어도 상기 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재, 를 구비하고,
    상기 유체 도입로로부터 도입한 액상 유체를, 상기 구멍부를 통해 상기 원통부재의 상기 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시켜, 상기 선회류의 중심부에 기상을 발생시키면서, 상기 액상 유체를 상기 상자체 및 상기 원통부재로부터 도출시킴으로써, 상기 액상 유체 중에 미세기포를 발생시키도록 한 것을 특징으로 하는 미세기포 발생장치.
  14. 적어도 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와,
    상기 상자체의 상기 원통 공간부 내에 배치되어, 적어도 상기 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재, 를 구비하고,
    상기 유체 도입로로부터 도입한 피혼합물을 포함하는 액상 유체를, 상기 구멍부를 통해 상기 원통부재의 상기 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시켜, 상기 상자체 및 상기 원통부재로부터 도출시킴으로써, 상기 액상 유체 및 상기 피혼합물의 교반혼합을 행하도록 한 것을 특징으로 하는 유체의 혼합장치.
  15. 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부와, 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로와, 상기 원통 공간부의 다른쪽의 단부에 설치된 피혼합물 도입로, 를 구비한 상자체와,
    상기 상자체의 상기 원통 공간부 내에 배치되어, 양측 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부가 설치된 원통부재, 를 구비하고,
    상기 유체 도입로로부터 도입한 액상 유체를, 상기 구멍부를 통해 상기 원통부재의 상기 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시키는 동시에, 상기 피혼합물 도입로를 통해 상기 원통부재의 상기 원통 공간부 내에 피혼합물을 도입하고, 상기 액상 유체 및 상기 피혼합물을 교반혼합하면서 상기 상자체 및 상기 원 통부재로부터 도출시키도록 한 것을 특징으로 하는 유체의 혼합장치.
  16. 적어도 한쪽의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 내주면으로 개구된 유체 도입로를 구비한 상자체와,
    상기 상자체의 상기 원통 공간부 내에 배치되어, 적어도 상기 원통 공간부의 개구방향과 일치하는 방향의 단부가 개구된 원통 공간부 및 당해 원통 공간부의 주벽으로 개구하는 구멍부를 구비한 원통부재, 를 구비하고,
    상기 유체 도입로로부터 도입한 액상 유체를, 상기 구멍부를 통해 상기 원통부재의 상기 원통 공간부 내로 유입시킴으로써 선회류를 발생시켜, 상기 상자체 및 상기 원통부재로부터 유출시키도록 한 것을 특징으로 하는 유체 분사노즐.
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