KR20110088355A

KR20110088355A - 기액 혼합 순환류 발생 장치

Info

Publication number: KR20110088355A
Application number: KR1020100106986A
Authority: KR
Inventors: 마사따까 마쯔오; 료세이 와따나베
Original assignee: 주식회사 비에프테크놀로지
Priority date: 2010-01-26
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2011-08-03
Also published as: JP2011152534A; CN102133509A; CN102133509B; KR101654775B1

Abstract

본 발명은 적은 에너지로 강력한 순환류를 발생시켜서, 산소를 액체 중에 효율적으로 용해시킬 수 있는 기액 혼합 순환류 발생 장치를 제공하는 것이다.
액체가 유통되는 통상 본체의 내주면에 적어도 1 조의 나선상 홈을 설치하고, 이 통상 본체의 중간 부분에는 단면 직경이 좁혀진 교축 기구 부분을 설치한다. 교축 기구 부분의 외주면에는 단일 또는 2 분할된 가압 기체 도입실을 설치하고, 이 가압 기체 도입실의 기체를 통상 본체의 중심부를 향하여 취입하여 축류의 발생에 기여하도록 제1 기체 분출구를 교축 기구 부분에 천설하고, 동일하게 가압 기체 도입실의 기체를 나선상 홈을 향하여 취입하여 선회류의 발생에 기여하도록 제2 기체 분출구를 교축 기구 부분에 천설한다.

Description

기액 혼합 순환류 발생 장치 {GAS/LIQUID MIXING CIRCULATORY FLOW GENERATING DEVICE}

본 발명은 기체(공기)를 미세화하여 액체에 혼합시켜서 효율적으로 용해시킴으로써, 액체의 상·하층 전체에 걸쳐 광범위하게 순환시킬 수 있는 기액 혼합 순환류 발생 장치에 관한 것이다.

못, 호수와 늪 등의 폐쇄된 수역 내, 또는 오니·오수·잡배수 등의 저류조에서의 수질 정화의 방법으로서는 폭기 처리와 교반이 알려져 있다. 즉, 수질의 정화를 도모하기 위해서 못의 수면상에 수차나 분수를 설치하여 수면을 교반하여 강제적으로 공기를 접촉시키거나, 물 밑에 산기(散氣) 노즐을 설치하여 수중에 강제적으로 공기를 기포가 되도록 하여 불어넣거나, 펌프나 회전 날개에 의해 고속 유체를 발생시켜서 공기를 흡인하여 기포를 미세화시켜 불어넣거나 하여, 용존 산소율의 향상을 도모하도록 하고 있다.

종래의 수중 폭기·교반에는 적용 범위 및 능력에 한계가 있고, 또한 기계적 구동부를 수중에 갖는 것은, 부식·마모·클로깅 등이 생겨서 고장나기 쉽고, 정기적으로 점검 보수할 필요가 있었다. 수중에 도입하는 공기를 기포로 할 경우, 기포를 미세화하는 방법으로서는 종래부터 많은 기술이 존재하고 있지만, 정화에서 중요한 요소인 산소 용해 효율과, 교반을 위한 순환류 발생의 둘 다를 만족시키기에는 불충분했다.

그 원인은 액체(오니·오수 등)의 농도가 2 내지 5 ％ 정도가 되면, 균일한 교반을 할 수 없게 되고, 교반에 요구되는 구동력이 높아지는 것만으로 효과가 불충분하다는 것에 기인하고 있다.

정화에서 중요한 요소인 산소 용해율이 0.5 내지 4 ％ 정도로 매우 낮음으로써, 보다 높은 정화를 바랄 수 없다. 또한, 특허문헌 1, 2 등에 기재되어 있는 바와 같이, 가압 수류의 유통로의 내주면을 따라 기포 미파(微破)용 홈을 형성한 것, 또는 가압 수류를 선회시키기 위해서 나선상 홈을 형성한 것, 유통로에 액체 가속부(노즐)를 설치하여 공기를 흡입시키도록 한 것 등이 있지만, 모두 펌프를 이용하여 가압수를 발생시키기 때문에, 상술한 기계적 문제나 비용의 증가, 에너지 절약 등의 문제가 발생하였다.

또한, 가속부(노즐)를 설치함으로써, 액체 중의 부유물 등에 의한 폐색 대책이 필요하고, 가속부의 교축에는 한도가 있어서 충분한 부압을 발생시킬 수 없기 때문에 공기의 흡입이 부족하고, 따라서 미세 공기는 발생하지만 산소 용해 효율은 상승하지 않는 것이었다.

특허문헌 3은 이것을 보충하기 위해서, 가압수를 장치 하향으로 흘려서, 송풍기에 의해 강제적으로 공기를 취입하는 것이지만, 펌프 및 송풍기의 설치 공간의 확보, 및 펌프 및 송풍기를 설치함에 의한 비용의 증가, 에너지의 낭비화 등의 문제가 발생한다. 또한, 공기 취입의 노즐부나, 정류통의 돌기 또는 홈부에 퇴적물이나 부착물이 생기기 때문에, 정기적인 청소 작업 등이 필요해 진다.

또한, 상기 특허문헌 1, 2, 3 등에 개시되어 있는 장치의 문제점을 해결하기 위해서, 액체와 기체를 혼합 용해시키는 기구와, 순환류를 발생시키는 기구를 따로따로 설치하지 않고 동시에 발생시켜서, 적은 에너지로 기액 혼합시키는 것도 제안되어 있지만, 공기 취입에 의해 기체의 외관 비중과 액체의 비중 차이에 상당하는 분량밖에 순환류가 발생하지 않기 때문에, 정화되는 저류 용량이나 수심에 의한 영향이 크고 효과가 불충분하다. 또한, 취입된 공기는 선회하면서 상승하지만, 액체 자체는 선회하지 않기 때문에, 공기는 미세화되지만 기액 혼합이 충분하지 않다. 따라서, 산소 용해 효율이 낮고, 특히 수심이 깊어지면 효과는 반감된다는 문제점을 가지고 있다.

일본 특허 공개 제2003-62441호 공보 일본 특허 공개 제2007-307450호 공보 일본 특허 공개 제2009-136794호 공보

종래의 미세 기포 발생 장치는, 기액 혼합에 관해서는 일응 효과가 확인되었지만, 이하와 같은 문제가 있어서 실용 범위는 한정되어 있다. 최대의 문제는 미세 기포를 발생시키기 위한 가압수를 필요로 함으로써, 그에 따라 기계적 구동 장치(펌프 등)가 필요하다는 것이다.

또한, 수질 정화에 더하여, 부상 스컴의 파쇄나 오니의 침전을 방지하기 위해서 필요한 강력한 순환류를 발생시키는 효과 둘 다를 만족시키기에는 불충분했다. 즉, 가압수를 필요로 하는 미세 기포 발생 장치에 있어서는, 수질 정화의 요소인 산소 용해 효율이 0.5 내지 4 ％ 정도로 매우 낮지만, 순환류는 어느 정도 만족된다. 그러나 가압수를 필요로 하지 않는 미세 기포 발생 장치는, 공기 주입량을 많이 필요로 하는 구조가 되어, 오니가 침전되지 않는 교반의 최저 조건인 유체의 교반 유속 10 cm/초를 균일하면서 안정적으로 얻을 수 없다는 문제가 있다.

본 발명은 이상의 점을 감안하여 이루어진 것으로, 펌프나 프로펠라 날개와 같은 기계적 구동 장치를 필요로 하지 않고, 무동력으로 적은 에너지(공기)로 산소를 액체에 효율적으로 용해시키고, 액 전체를 균일하게 교반하는 안정된 순환류를 발생시킬 수 있고, 효율적으로 액체의 정화 및 교반을 행할 수 있는 기액 혼합 순환류 발생 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명에 관한 기액 혼합 순환류 발생 장치는, 한쪽 끝에 액체 흡입구가 다른쪽 끝에 기액 혼합체의 방출구가 설치되어 연통하는 유로를 구성하는 통상 본체와, 상기 통상 본체 내주면에 유로 방향에 대하여 선회하도록 설치된 적어도 1 조의 나선상 홈과, 상기 통상 본체의 유로 방향에서의 중간 부분에 형성된 교축 기구 부분과, 상기 통상 본체의 중심부를 향하여 기체를 취입하도록 상기 교축 기구 부분에 설치된 주로 상기 유로 방향에 따른 축류의 발생에 기여하는 적어도 하나의 제1 기체 분출구와, 상기 나선상 홈을 향해서 기체를 취입하도록 상기 교축 기구 부분에 설치된 주로 선회류의 발생에 기여하는 적어도 하나의 제2 기체 분출구를 가진다.

또한, 상기 교축 기구 부분은 직경이 20 mm 내지 150 mm인 원통 형상이고, 상기 액체 흡입구와 기액 혼합체 방출구의 직경비는 교축 기구 부분의 그것에 대하여 1:1 내지 1:4로 형성되거나, 또는 한변의 길이가 20 mm 내지 150 mm인 다각 형상이고, 상기 액체 흡입구와 기액 혼합체 방출구의 한변의 길이의 비를 교축 기구 부분의 그것에 대하여 1:1 내지 1:4로 형성할 수도 있다.

상기 나선상의 홈은 홈 폭을 2 mm 내지 5 mm로 하고, 상기 통상 본체의 내주면에 1 조 내지 5 조 설치되어 있다.

또한, 상기 제1 기체 분출구는 상기 통상 본체 내의 유로 중심축에 대하여 90 도±10 도의 각도로 상기 교축 기구 부분의 중간 부분에 복수개 설치되고, 또한 상기 제2 기체 분출구는 상기 나선상 홈으로 향하고, 또한 상기 제1 기체 분출구로부터 이간된 상기 교축 기구 부분에 복수개 설치된다.

추가로, 상기 교축 기구 부분의 외주면에 가압 기체 도입실을 설치하고, 상기 가압 기체 도입실의 기체를 상기 통상 본체의 중심부를 향하여 취입하도록 상기 교축 기구 부분에 천설(穿設)된 주로 상기 유로 방향에 따른 축류의 발생에 기여하는 적어도 하나의 제1 기체 분출구와, 상기 가압 기체 도입실의 기체를 상기 나선상 홈을 향해서 취입하도록 상기 교축 기구 부분에 천설된 주로 선회류의 발생에 기여하는 적어도 하나의 제2 기체 분출구를 설치한다.

상기 가압 기체 도입실은 서로 압력이 다른 2개의 가압실로 분리하여, 한쪽의 가압 기체 도입실에 제1 기체 분출구를, 다른쪽의 가압 기체 도입실에 제2 기체 분출구를 설치할 수 있다.

또한, 본 발명에 관한 기액 혼합 순환류 발생 장치는, 한쪽 끝에 액체 흡입구가 다른쪽 끝에 기액 혼합체의 방출구가 설치되어 연통하는 유로를 구성하는 통상 본체와, 상기 통상 본체 내주면에 유로 방향에 대하여 선회하도록 설치된 적어도 1 조의 나선상 홈과, 상기 통상 본체의 중심부를 향하여 기체를 취입하도록 상기 통상 본체의 유로 방향에서의 중간 부분에 설치된 주로 상기 유로 방향에 따른 축류의 발생에 기여하는 적어도 하나의 제1 기체 분출구와, 상기 나선상 홈을 향하여 기체를 취입하도록 상기 통상 본체의 중간 부분에 설치된 주로 선회류의 발생에 기여하는 적어도 하나의 제2 기체 분출구를 가지는 구성일 수 있다.

본 발명에 따르면, 적은 에너지(공기)로 강력한 순환류를 발생시키는 것 및 산소를 액체 중에 효율적으로 용해시키는 것이 가능하기 때문에, 못, 호수와 늪 등의 폐쇄된 수역 내의 부영양화 현상에 의한 용존 산소의 결핍, 바닥부의 슬러지 퇴적의 원인에 의한 악취의 발생, 수질의 악화 등을 효과적으로 개선할 수 있다.

또한, 오니·오수·잡배수 등의 조에 있어서는, 부상 스컴이나 침전 오니 등에 의해 조 내가 혐기 상태가 되어, 황화수소 냄새·암모니아 냄새 등의 악취 발생의 원인이 되고, 또한 수질의 악화에 의해 방류(배출) 전에 이차적 공해를 야기하는 원인이 되기도 하지만, 강력한 교반력과 고효율인 산소 용해에 의해, 호기성 상태로 됨으로써 악취의 방지, 수질 등 액체의 정화를 행할 수 있다.

본 발명의 실시 형태에서는, 교축 기구 부분 형상은 용도에 따라 선택할 수 있고, 교축 기구 부분의 형상이 1:2 내지 1:4인 경우, 즉 액체 흡입구와 기액 혼합체 방출구의 직경비가 교축 기구 부분의 그것에 대하여 1:2 내지 1:4인 경우, 또는 상기 액체 흡입구와 기액 혼합체 방출구의 한변의 길이의 비가 교축 기구 부분의 그것에 대하여 1:2 내지 1:4인 경우는, 수질 정화를 주목적으로 하는 용도에 효과를 발휘한다. 또한, 교축 기구 부분의 형상이 1:1인 경우, 즉 액체 흡입구와 기액 혼합체 방출구의 직경비가 교축 기구 부분의 그것에 대하여 1:1인 경우, 또는 상기 액체 흡입구와 기액 혼합체 방출구의 한변의 길이의 비가 교축 기구 부분의 그것에 대하여 1:1인 경우는, 부의 정압(靜壓)이 발생하지 않고 직접 취입시킨 공기에 의해 기포 함유 액체가 되기 때문에, 1:2 내지 1:4인 형상의 경우와 비교하여 산소 용해 효율 및 순환류 발생이 약간 저하되지만, 오니·오수·(부패조 등)의 부상 스컴의 파쇄나 침전 오니의 교반을 주목적으로 하는 용도에 대해서는 충분한 효과를 발휘한다.

도 1은 본 발명에 관한 기액 혼합 순환류 발생 장치의 기본 구성을 나타내는 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태에서의 기액 혼합 순환류 발생 장치의 전체 구성도이다.
도 3은 도 2에서의 가압 기체 도입실의 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시 형태에서의 가압 기체 도입실의 확대 단면도이다.
도 5는 본 발명 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 개략 설명도이다.
도 6은 본 발명에 관한 기액 혼합 순환류 발생 장치의 다른 실시 형태를 나타내는 개략 단면도이다.

본 발명의 실시 형태에 관하여 도면을 참조하면서 설명한다.

본 발명의 일 실시 형태에 관계된 기액 혼합 순환류 발생 장치는, 도 1의 단면도에 나타내는 바와 같이, 원통상 또는 다각형상의 통상 본체 (1)을 가지고, 그의 내부에는 액체의 유로 (2)가 형성되어 있다. 그리고 유로 (2)의 한쪽 끝에는 원추대 또는 각추대 형상, 또는 원통상 또는 각통상의 액체 흡입구 (3)이 설치되고, 다른 끝에는 동일하게 원추대 또는 각추대 형상, 또는 원통상 또는 각통상의 액체 방출구 (4)가 설치되어 있다. 또한, 유로 (2)의 중간 부분에는 유로 (2)와 직교하는 면의 단면적이, 흡입구 (3)의 그것에 대하여 축소된 교축 기구 부분(챔버) (5)가 설치된다.

액체 흡입구 (3) 및 액체 방출구 (4)는, 교축 기구 부분 (5)로 향하여 점차 퍼지는 테이퍼상으로 형성되어 있다. 또한, 협잡물이나 부유물에 의한 폐색, 퇴적물이나 부착물 등에 의한 폐색 등을 방지하기 위해서, 교축 기구 부분은 최소 직경 20 mm, 최대 직경 150 mm의 원통상 또는 한변의 길이가 최소 20 mm, 최대 150 mm인 다각 형상으로 구성된다. 액체 흡입구 (3) 및 액체 방출구 (4)의 개방 각도는, 교축 기구 부분의 직경 또는 한변의 길이에 대하여 1:1 내지 1:4의 범위로 형성되면 충분한 효과가 얻어진다.

통상 본체 (1)의 내벽면 (6)에는 나선상 홈 (7)이 유로 (2)에 대하여 선회하도록 천설되어 있다. 이 나선상 홈 (7)은 유로 (2)를 통과하는 액체에 선회류 효과를 부여하는 것으로, 효과적인 선회류를 얻기 위해서, 홈 폭이 2 mm 내지 5 mm이고, 단위 길이 100 mm 당 2 권취 내지 4 권취의 나선을, 상기 통상 본체 (1)의 내주면에 1 조 내지 5 조 설치된 구성이 된다. 나선상 홈 (7)의 홈의 형상은 반월상, 각상 또는 V 자상의 것이 적당하다.

또한, 도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이, 교축 기구 부분 (5)의 외주에는 이것과 연접하여 공기압이 다른 2층 구조의 가압 기체 도입실 (8)이 설치되고, 이 가압 기체 도입실 (8)은 제1 에어실 (9) 및 제2 에어실 (10)으로 구성되어 있다. 하층의 제1 에어실 (9)에는, 도시하지 않은 송풍기(블로워) 등의 송기 수단에 의해 고압 에어가 고압 공기 공급구 (11)에 의해 공급되고, 동일하게 상층 제2 에어실 (10)에는, 저압 에어가 저압 공기 공급구 (12)에 의해 공급된다.

가압 기체 도입실 (8)을 2층 구조로 함으로써, 공급하는 공기압이나 공기량을 에어실마다 제어하는 것이 가능해져서, 후술하는 축류와 선회류의 강도를 따로따로 제어할 수 있다. 따라서, 대량의 순환류를 필요로 하는 경우나, 교반하는 용량이나 수심이 깊은 경우 등에, 에어실을 축류용과 선회류용으로 분별함으로써 축류와 선회류의 강도를 자유롭게 조합하여 상대적으로 제어할 수 있게 되기 때문에, 이들의 폭넓은 필요성에도 대응이 가능해진다.

그리고, 상기 교축 기구 부분 (5)의 액체 유입 방향에 대하여 상류 측단부 근방에는, 제1 에어실 (9)와 통상 본체 (1)의 내부가 연통하도록 제1 기체 분출구 (13)이 천공되어 있고, 고압 에어가 통상 본체 (1)의 중심부를 향하여 취입되어, 주로 유로 방향에 따른 축류의 발생에 기여한다.

또한, 상기 교축 기구 부분 (5)의 하류 측단부 근방에는, 제2 에어실 (10)과 통상 본체 (1)의 내부가 연통하도록 제2 기체 분출구 (14)가 천공되어 있고, 저압 에어가 나선상 홈 (7)에 취입되어, 주로 선회류의 발생에 기여한다.

또한, 이상은 가압 기체 도입실 (8)을 2층 구조로 하는 경우에 관해서 진술했지만, 특히 축류와 선회류를 상대적으로 제어할 필요성이 없는 용도의 것인 경우에는, 도 4에 나타내는 바와 같이 가압 기체 도입실 (8)은 1층 구조일 수도 있다.

이 경우, 가압 기체 도입실 (8)은, 교축 기구 부분 (5)의 외주에 단일 균압 에어실 (15)를 연접하여 설치하는 구성이 된다. 그리고, 상기 교축 기구 부분 (5)의 상류 단부 근방에 균압 에어실 (15)와 통상 본체 (1)의 내부가 연통하도록 기체 분출구(도시하지 않음)를 천공하고, 이 기체 분출구를 통하여 공기 공급구 (16)으로부터 공급된 고압 에어가 통상 본체 (1)의 중심부를 향하여 취입되고, 주로 유로 방향에 따른 축류의 발생에 기여하는 것이 된다. 또한, 다른 기체 분출구(도시하지 않음)를 통하여 공기 공급구 (16)으로부터 공급된 고압 에어가 통상 본체 (1)의 나선조 홈을 향해서 취입되고, 주로 선회류의 발생에 기여한다.

다음으로, 제1 기체 분출구 (13) 및 제2 기체 분출구 (14)의 천공 각도나 분출구의 수 등에 관해서 설명한다.

제1 기체 분출구 (13)은, 교축 기구 부분 (5)의 챔버 중심을 향하고, 또한 유로 (2)에 대하여 90° 각도로 천공하면 축류 발생에 가장 효과가 있지만, ± 10도 정도의 변이라면 축류의 발생에 유효한 효과를 발휘할 수 있다. 제1 기체 분출구 (13)의 수는, 취입 공기량 및 필요로 하는 순환류, 본 장치를 설치한 장소의 수심 등의 사용 양태에 따라 변하지만, 대략 4개 내지 8개가 적당하다. 8개인 경우, 제1 기체 분출구 (13)은 2단으로 분할하고, 천공 각도는 90도 위상시킨 위치로 한다.

제2 기체 분출구 (14)는, 나선상 홈 (7)을 향하여 기체를 취입하는 것이 가능하도록, 교축 기구 부분 (5)를 관통하여 천설된다. 제2 기체 분출구 (14)는 주로 선회류에 기여한다.

선회류를 보다 강하게 하기 위해서는, 제2 기체 분출구 (14)를 교축 기구 부분 (5)의 출구 근방에, 나선상 홈 (7)의 홈에 대하여 약 90°로부터 나선상 홈의 종단 각도에 일치하는 각도의 범위로 설치하면 좋다. 선회류의 관점에서는, 제2 기체 분출구 (14)의 천공 각도를 나선상 홈의 종단 각도와 일치시키는 것이 바람직하지만, 제작상의 관점도 가미하면, 나선상 홈 (7)의 홈에 대하여 약 90°로 설치한 쪽이 종합적인 이점이 있다. 또한, 기체 분출구 (14)의 선단부를 나선상 홈 저부에 위치시키면 최대의 선회류 효과가 얻어진다. 이 위치 결정을 실현시키는 하나의 방법은, 기체 분출구 (14)를 직접 나선상 홈 저부에 천공하는 것이다.

기체 분출구 (14)의 수는, 필요로 하는 선회류 및 정화에 필요한 공기(산소)량 등의 사용 양태 등에 따라 변하지만, 나선상 홈 (7)의 홈 수로 천공하는 것이 가장 효과적이다.

또한, 기체 분출구 (14)의 구경은, 에어실에서 고압 공기를 고속도로 취출하여 미세 기포를 발생시키기 위해, 취입 공기량에 따라서 1.5 mm 내지 5 mm로 한다.

이어서, 상기와 같이 구성된 기액 혼합 순환류 발생 장치의 동작 및 그 원리에 관해서 설명한다.

우선, 본 장치를 오수·오니 등의 액체 중에, 액체 방출구 (4)가 액체의 표면측을 향하도록 설치한다. 제1 기체 분출구 (13)에서 고압 공기가 유로 (2)로 취입되면, 기포가 되어 축류에 의한 순환류를 발생시켜서 상승한다. 고압 공기가 취입됨으로써, 액체 흡입구 (3)으로부터 유입된 액체는, 교축 기구 부분 (5)에 의해 단면적이 축소되어 액체 방출구 (4)를 향하여 그의 유속이 증가한다. 또한, 고압 공기가 취입됨으로써, 교축 기구 부분 (5)의 내부에는 부의 정압이 발생하고, 취입된 공기에 의해 기포 함유 액체가 된다. 기포 함유 액체는, 외관 비중이 작아지고 액의 비중차에 상당하는 부분만 끌어 올려지는 작용이 기능하여, 액체 방출구 (4)를 향해서 상승한다.

교축 기구 부분 (5)를 통과한 기포 함유 액체에는, 유로 (2) 내에서 나선상 홈 (7)에 의한 효과도 받아서 선회류가 발생된다. 그 상태로, 저압 공기가 제2 기체 분출구 (14)에서 나선상 홈으로 취입됨으로써, 선회 유속이 급속히 확대된다. 즉, 나선상 홈 (7)과 제2 기체 분출구 (14)로부터의 공기 취입에 의해서 편향된 선회류에 의한 유속이, 제1 기체 분출구 (13)으로부터의 고압 공기의 취입에 의해서 편향된 축류와 상승적으로 작용하여 큰 순환류가 생긴다. 이 때문에, 교축 기구 부분 (5)의 출구부 근방에서, 선회류에 의한 유속과 액체 방출구 (4)를 향하는 축류의 유속이 동시에 작용하게 되어 기포가 미세화되고, 큰 순환류와의 상승 효과에 의해 효율적인 정화가 달성된다.

또한, 도 5에 나타내는 바와 같이 강한 선회류 (17)이 발생함으로써, 액체와 기체의 비중차로부터 액체에 원심력 (18)이, 기체에는 구심력 (19)가 동시에 기능하여 액체부와 기체부가 분리되고, 부압 기체가 연속하여 실상이 되고, 축류가 증가하게 되어, 축류와 선회류의 상승 효과에 의해 미세 기포와 큰 순환류를 발생시킬 수 있다.

유로 (2)에서, 액체는 선회하고 공기는 미세화되어 실상이 되고, 액체 방출구 (4)까지 그로부터 계속 분출되지만, 그의 분출과 동시에 주위의 정액(본 장치를 설치하여 정화하는 액체, 예를 들면 오수, 오니 등)에 의해서 선회가 급격히 약해져서, 그 전후로 급격한 선회 속도차가 발생한다.

이 선회 속도차에 의해, 실상의 미세 공기는 연속적으로 안정적으로 절단되고, 그 결과로서 액체 방출구 (4) 부근에서 대량의 미세 기포가 발생하여, 액체 방출구 (4)에서 액체 중에 방출된다. 이에 따라 공기를 미세화하여 액체에 혼합시키고, 적은 에너지로 효율적으로 용해시킬 수 있다.

여기서, 통상 본체 (1)의, 교축 기구 부분 (5)에 대한 액체 흡입구 (3) 및 액체 방출구 (4)의 개방 각도는, 교축 기구 부분 (5)의 직경 또는 한변의 길이에 대하여 1:1 내지 1:4의 범위로 형성한다고 설명했는데, 상기 관계가 1:1인 경우를 도 6에 의해서 설명한다.

이 경우, 도 6에서 나타내는 바와 같이, 통상 본체 (1)의, 유로 방향에서의 중간 부분, 즉 도 1에 나타낸 기구 부분이 설치된 부분 (5)와, 액체 흡입구 (3) 및 액체 방출구 (4)와의 관계는, 이 중간 부분 (5)의 형상이 원통형인 경우, 이 원통형 부분의 직경과, 액체 흡입구 (3) 및 기액 혼합체 방출구 (4)의 직경비와의 직경비가 1:1이 되도록(실질적으로 교축 부분이 없는 형상) 형성되어 있다. 또는, 이 중간 부분 (5)의 형상이 다각 형상인 경우, 그의 한변의 길이와, 액체 흡입구 (3) 및 기액 혼합체 방출구 (4)의 한변의 길이와의 비가, 1:1이 되도록(실질적으로 교축 부분이 없는 형상) 형성되어 있다.

이 통상 본체 (1)의 내벽면 (6)에도, 도 1의 경우와 동일하게, 나선상 홈 (7)이 유로 (2)에 대하여 선회하도록 천설되어 있다. 또한, 중간 부분 (5)에는, 통상 본체 (1)의 중심부를 향하여 기체를 취입하도록, 제1 기체 분출구 (13)을 설치하였다. 이 제1 기체 분출구 (13)은, 주로 유로 방향에 따른 축류의 발생에 기여하는 것이다. 또한 이 중간부 (5)에는, 나선상 홈 (7)을 향하여 기체를 취입하도록 제2 기체 분출구 (14)도 설치되어 있다. 이 제2 기체 분출 구멍 (14)는 주로 선회류의 발생에 기여하는 것이다.

이들, 나선상 홈 (7)의 크기, 형상이나 개수, 또는 제1 기체 분출구 (13) 및 제2 기체 분출구 (14)의 수 등은 상술한 바와 같다.

또한, 도 6에 나타낸 통상 본체 (1)에 대해서도, 실제로는 도 3 및 도 4에 나타낸 가압 기체 도입실 (8)을 부착한다. 즉, 통상 본체 (1)의 제1 기체 분출구 (13) 및 제2 기체 분출구 (14)가 설치된 부분의 외주면에 가압 기체 도입실 (8)을 설치하여, 이 가압 기체 도입실 (8)의 기체를, 제1 기체 분출구 (13) 및 제2 기체 분출구 (14)로부터 분출시키도록 구성할 수도 있다. 이 가압 기체 도입실 (8)은 제1 가압 기체 도입실 및 제2 가압 기체 도입실로 이루어지는 2층 구조일 수도 있다.

본 발명의 몇 개의 실시 형태를 설명하였지만, 이들 실시 형태는 예로서 제시한 것이고, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하지 않는다. 이들 신규 실시 형태는, 그 밖의 여러가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지않는 범위에서, 여러가지 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은 발명의 범위나 요지에 포함됨과 동시에, 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그의 균등한 범위에 포함된다.

1 통상 본체
2 유로
3 액체 흡입구
4 액체 방출구
5 교축 기구 부분(중간 부분)
6 내벽면
7 나선조 홈
8 가압 기체 도입실
9 제1 에어실
10 제2 에어실
11 고압 공기 공급구
12 저압 공기 공급구
13 제1 기체 분출구
14 제2 기체 분출구
15 균압 에어실
16 공기 공급구
17 선회류
18 원심력
19 구심력

Claims

한쪽 끝에 액체 흡입구가 다른쪽 끝에 기액 혼합체의 방출구가 설치되어 연통하는 유로를 구성하는 통상 본체와, 상기 통상 본체 내주면에 유로 방향에 대하여 선회하도록 설치된 적어도 1 조의 나선상 홈과, 상기 통상 본체의 유로 방향에서의 중간 부분에 형성된 교축 기구 부분과, 상기 통상 본체의 중심부를 향하여 기체를 취입하도록 상기 교축 기구 부분에 설치되어 주로 상기 유로 방향에 따른 축류의 발생에 기여하는 적어도 하나의 제1 기체 분출구와, 상기 나선상 홈을 향하여 기체를 취입하도록 상기 교축 기구 부분에 설치되어 주로 선회류의 발생에 기여하는 적어도 하나의 제2 기체 분출구를 가지는 것을 특징으로 하는, 기체와 액체를 혼합하는 기액 혼합 순환류 발생 장치.
제1항에 있어서, 상기 교축 기구는 직경이 20 mm 내지 150 mm인 원통 형상이고, 상기 액체 흡입구와 기액 혼합체 방출구의 직경비는 교축 기구 부분의 그것에 대하여 1:1 내지 1:4인 것을 특징으로 하는 기액 혼합 순환류 발생 장치.
제1항에 있어서, 상기 교축 기구 부분은 한변의 길이가 20 mm 내지 150 mm인 다각 형상이고, 상기 액체 흡입구와 기액 혼합체 방출구의 한변의 길이의 비는 교축 기구 부분의 그것에 대하여 1:1 내지 1:4인 것을 특징으로 하는 기액 혼합 순환류 발생 장치.
제1항에 있어서, 상기 나선상의 홈은 홈폭이 2 mm 내지 5 mm이고 상기 통상 본체 내주에 1 조 내지 5 조 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기액 혼합 순환류 발생 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 기체 분출구는 상기 통상 본체 내의 유로의 중심축에 대하여 90 도±10 도의 각도로 상기 교축 기구 부분의 중간 부분에 복수개 설치되며, 상기 제2 기체 분출구는 상기 나선상 홈을 향하면서 상기 제1 기체 분출구로부터 이간된 상기 교축 기구 부분에 복수개 설치되는 것을 특징으로 하는 기액 혼합 순환류 발생 장치.
한쪽 끝에 액체 흡입구가 다른쪽 끝에 기액 혼합체의 방출구가 설치되어 연통하는 유로를 구성하는 통상 본체와, 상기 통상 본체 내주면에 유로 방향에 대하여 선회하도록 설치된 적어도 1 조의 나선상 홈과, 상기 통상 본체의 유로 방향에서의 중간 부분에 형성된 교축 기구 부분과, 상기 교축 기구 부분의 외주면에 설치된 가압 기체 도입실과, 상기 가압 기체 도입실의 기체를 상기 통상 본체의 중심부를 향하여 취입하도록 상기 교축 기구 부분에 천설(穿設)된 주로 상기 유로 방향에 따른 축류의 발생에 기여하는 적어도 하나의 제1 기체 분출구와, 상기 가압 기체 도입실의 기체를 상기 나선상 홈을 향하여 취입하도록 상기 교축 기구 부분에 천설된 주로 선회류의 발생에 기여하는 적어도 하나의 제2 기체 분출구를 가지는, 기체와 액체를 혼합하는 기액 혼합 순환류 발생 장치.
제6항에 있어서, 상기 가압 기체 도입실은 서로 압력이 다른 2개의 가압실로 분리되어 있고, 한쪽의 가압 기체 도입실에 제1 기체 분출구가 다른쪽의 가압 기체 도입실에 제2 기체 분출구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기액 혼합 순환류 발생 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 나선상 홈은 홈폭이 2 mm 내지 5 mm이고, 단위 길이 100 mm 당 2 내지 4 권취의 나선이 상기 통상 본체 내주면에 1 조 내지 5 조 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 기액 혼합 순환류 발생 장치.
제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 제2 기체 분출구는 그의 선단부가 상기 나선상 홈의 저부에 개구되어 있는 것을 특징으로 하는 기액 혼합 순환류 발생 장치.
한쪽 끝에 액체 흡입구가 다른쪽 끝에 기액 혼합체의 방출구가 설치되어 연통하는 유로를 구성하는 통상 본체와, 상기 통상 본체 내주면에 유로 방향에 대하여 선회하도록 설치된 적어도 1 조의 나선상 홈과, 상기 통상 본체의 중심부를 향하여 기체를 취입하도록 상기 통상 본체의 유로 방향에서의 중간 부분에 설치되어 주로 상기 유로 방향에 따른 축류의 발생에 기여하는 적어도 하나의 제1 기체 분출구와, 상기 나선상 홈을 향하여 기체를 취입하도록 상기 통상 본체의 중간 부분에 설치되어 주로 선회류의 발생에 기여하는 적어도 하나의 제2 기체 분출구를 가지는 것을 특징으로 하는, 기체와 액체를 혼합하는 기액 혼합 순환류 발생 장치.
제10항에 있어서, 상기 통상 본체의 제1 기체 분출구 및 제2 기체 분출구가 설치된 부분의 외주면에 가압 기체 도입실을 설치하고, 상기 가압 기체 도입실의 기체를 상기 제1 기체 분출구 및 제2 기체 분출구로부터 분출시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 기액 혼합 순환류 발생 장치.
제10항에 있어서, 상기 통상 본체의 상기 제1 기체 분출구가 설치된 부분의 외주면에 제1 가압 기체 도입실이 설치되고, 상기 제2 기체 분출구가 설치된 부분의 외주면에 제2 가압 기체 도입실이 설치되고, 이들 제1 가압 기체 도입실 및 제2 가압 기체 도입실의 기체를 각각 대응하는 상기 제1 기체 분출구 및 제2 기체 분출구로부터 분출시키도록 구성한 것을 특징으로 하는 기액 혼합 순환류 발생 장치.