KR20200119874A - 미세 기포 발생 장치 - Google Patents

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료 다카바야시
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가부시키가이샤 코요 노우샤
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Abstract

액체 내의 미세 기포 농도가 높고, 작은 기포 직경의 미세 기포를 발생시키는 것이 가능한 미세 기포 발생 장치에 관한 것이다. 상기 장치는, 액체의 유로를 내부에 가지는 관 형상체, 액체를 유로에 도입하는 액체 도입구, 기체를 유로에 도입하는 기체 도입구, 그리고 기액 혼합액을 유로로부터 배출하는 배출구를 가진 기포 생성기와, 가압된 기체를 기포 생성기에 공급하는 기체 공급구를 가진 기체 공급 수단을 구비하고, 기포 생성기의 유로는 액체 도입구로부터 배출구에 이르기까지 대략 동축선 형상으로 연장되어 있으며, 유로에는 액체의 흐름 방향을 향하여 내경을 축소시킨 축경부가 복수 마련되고, 각각의 축경부의 하류 측에는, 각 축경부에 있어서 최소 내경 보다도 큰 내경을 가진 기액 혼합부가 각각 연속하여 마련되고, 기포 생성기의 기체 도입구는, 관 형상체의 외벽 둘레 방향을 따라서 마련된 복수의 관통공으로서, 유로에 있어서 가장 상류 측에 마련된 축경부의 근방에 마련되고, 기체 도입구는, 기체 공급 수단의 기체 공급구와 연통하고 있는 것을 특징으로 한다.

Description

미세 기포 발생 장치
본 발명은, 이른바 '마이크로 버블' 또는 '나노 버블'이라 불리는 미세 기포를 액체 내에 발생시키는 미세 기포 발생 장치에 관한 것이다.
기포 직경이 50μm 보다도 작은 미세 기포는, 이른바 '마이크로 버블' 또는 '나노 버블'이라 불리고 있고, 일반적인 탄산수 내에 포함되어 있는 기포(기포 직경은 1mm 이상)와 같은 직경이 큰 기포와는 다른 특성을 가지고 있다. 이 미세 기포의 특성으로는, 예를 들면, 액체 내에서의 기체 용해량이 크기 때문에, 용존 산소 등의 용존 기체 농도를 높게 하는 것이 가능하고, 기포 표면이 마이너스로 대전되어 있으며, 공기나 산소 등의 기체 용해량이 크고, 그리고 다양한 생리 활성 효과를 가지는 등을 들 수 있다. 그 때문에, 다양한 분야에서 이런 종류의 미세 기포 관련 기술이 이용되고 있다.
예를 들면, 농업 분야에서는 토경(土耕) 재배나 수경(水耕) 재배에 있어서, 미세 기포화 된 공기를 포함하는 물을 배지에 살포하는 것으로써, 산소 부족으로 되기 쉬운 뿌리에 바람직하게 산소를 공급하는 것이 가능하다. 공기를 미세 기포로 하는 것으로써 기체 용해량이 많아지게 되고, 기포 직경이 보다 작을수록 기포가 빠져나가기 어려워 물속에 안정적으로 유지된다. 그 결과, 용존 산소 농도가 높은 물을 식물에 주는 것이 가능하기 때문에, 생육이 빠르고 양질의 작물을 얻는 것이 가능하다. 또한, 물속의 용존 산소 농도가 높아지는 것에 의한 혐기성 균의 억제 효과나 해충 구제 효과도 보고되고 있다.
또한, 미용·건강 분야에서는, 미세 기포화 된 공기를 포함하는 물을 모발이나 두피 등 피부의 세정에 이용하면, 모발 등에 부착되어 있는 유분이나 오염물에 미세 기포가 선택적으로 흡착하기 때문에, 세정 효과가 높은 것이 알려져 있다. 이때, 미세 기포의 기포 직경이 보다 작을수록 모근이나 모발 조직 등의 틈새에 미세 기포가 들어가는 것이 가능하기 때문에 세정 효과가 높다고 알려져 있다. 또한, 미세 기포에 의한 지각 신경 자극에 의해 혈류가 증가하고, 혈액 순환이 촉진되는 등의 효과도 인정되고 있다.
이와 같은 미세 기포를 발생시키는 장치로서, 특허문헌 1에는 아스피레이터(aspirator)를 이용한 미세 기포 발생 장치가 개시되어 있다. 이 미세 기포 발생 장치는, 액체를 통과시키는 유로 및 흡인되는 기체를 도입하는 기체 도입로를 구비하는 아스피레이터와, 이 아스피레이터의 액체 배출구 측에 마련되며 아스피레이터로부터 배출된 액체가 도통하는 관 형상체로 구성되어 있고, 이 관 형상체의 내주 벽에는 나선 형상의 볼록한 줄기가 형성되어 있다. 이 특허문헌 1에 기재된 미세 기포 발생 장치에서는, 아스피레이터 내부의 감압 효과에 의해 기체 도입로로부터 기체가 흡인되고, 유로 내를 통과하는 액체와 혼합된 후, 관 형상체 내부의 볼록한 줄기에 안내되어 나선 형상으로 회전하면서 교반되는 것으로 미세 기포가 발생한다.
특허문헌 1 : 일본 공개특허 제2005-305219호 공보
그렇지만, 특허문헌 1에 기재된 미세 기포 발생 장치는, 아스피레이터에 의해 생성된 감압에 의해서만 기체가 흡인되는 것이며, 관 형상체 내벽의 볼록한 줄기에 의해 기체와 액체의 혼합물이 교반되어 미세 기포가 발생하는 것이기 때문에, 다량이면서도 기포 직경이 수십 마이크로미터 이하의 미세 기포를 발생시키기 어렵다는 현상이 있다.
본 발명은 상술한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 다량, 다시 말해, 액체 내의 미세 기포 농도가 높고, 기포 직경이 수십 마이크로미터 이하의 작은 기포 직경의 미세 기포를 발생시키는 것이 가능한 미세 기포 발생 장치를 제공하는 것에 있다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 미세 기포 발생 장치는,
액체 공급원으로부터 연속하여 공급되는 액체와, 기체 공급 수단으로부터 공급되는 기체를 혼합하여 미세 기포를 발생시키고, 미세 기포와 액체가 혼합된 기액 혼합액을 배출하는 장치에 있어서, 액체의 유로를 내부에 가지는 관 형상체, 액체를 유로에 도입하는 액체 도입구, 기체를 유로에 도입하는 기체 도입구, 그리고 기액 혼합액을 유로로부터 배출하는 배출구를 가진 기포 생성기와, 기체를 가압하는 압축기 및 압축기에 의해 가압된 기체를 기포 생성기에 공급하는 기체 공급구를 가진 기체 공급 수단을 구비하고, 기포 생성기의 유로는 액체 도입구로부터 배출구에 이르기까지 대략 동축선 형상으로 연장되어 있으며, 유로에는 액체의 흐름 방향을 향하여 내경을 축소시킨 축경부가 복수 마련되고, 각각의 축경부 하류 측에는 각 축경부에 있어서 최소 내경 보다도 큰 내경을 가진 기액 혼합부가 각각 연속하여 마련되고, 기포 생성기의 기체 도입구는, 관 형상체의 외벽 둘레 방향을 따라서 마련된 복수의 관통공으로서, 유로에 있어서 가장 상류 측에 마련된 축경부의 근방에 마련되고, 기체 도입구는 기체 공급 수단의 기체 공급구와 연통하고 있다.
본 발명의 미세 기포 발생 장치는, 유로에 복수의 축경부와 그에 연속하는 기액 혼합부를 마련하고 있으므로, 기체 공급 수단으로부터 공급되는 가압 기체는 유로에 있어서 가장 상류 측의 축경부 근방으로부터 유로 내에 도입되도록 구성되어 있다. 유로의 축경부에서는 벤츄리 효과에 의해 압력이 저하된 감압 상태로 되어 있기 때문에, 대기압 이상으로 가압된 기체와의 압력차가 커지게 되고, 축경부 근방에 마련된 기체 도입구로부터 다량의 기체가 유로 내에 흡인된다. 본 발명에 있어서, 기체 도입구는 유로 외주의 관 형상체 외벽의 둘레 방향을 따르는 관통공으로 형성되어 있기 때문에, 유로 내에 도입되는 기체의 유속은 높아지고, 관통공으로부터 힘차게 유로 내에 도입된 기체는, 축경부와 연속하는 기액 혼합부에서 강한 선회류를 생성시킨다. 그 때문에, 다량의 기체가 유로 내부에 도입되는 동시에, 이 유로 내부에서 기체와 액체가 확실하게 혼합되어 기포를 다량으로 가진 기액 혼합액이 얻어진다. 또한, 관통공으로부터 유로 내에 도입된 기체의 유속이 높기 때문에, 유로 내를 흐르는 액체(기액 혼합액)의 유속이 가속된다. 또한, 본 발명에 있어서는, 복수의 축경부와 그에 연속하는 기액 혼합부를 가지고 있기 때문에, 가장 상류 측의 축경부와 기액 혼합부를 거친 기액 혼합액은 계속해서 하류 측의 축경부와 기액 혼합부를 통과하는 것으로 된다. 이때, 하류 측의 축경부에서는 벤츄리 효과에 의해 감압 상태로 되기 때문에 기액 혼합액 내의 기포가 팽창하지만, 이 축경부와 연속하는 기액 혼합부에서는 축경부 보다도 내경이 큰 것으로부터 유속이 저하하여 압력이 높아지기 때문에, 축경부에서 일단 팽창한 기포가 이 기액 혼합부에서 압괴(壓壞) 수축하고, 보다 기포 직경이 작아진 미세 기포를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 있어서, 기포 생성기의 유로는 액체 도입구로부터 배출구에 이르기까지 대략 동축선 형상으로 연장되어 있기 때문에, 유로 내를 흐르는 기액 혼합액의 유속은 빠른 상태로 유지되고, 그 때문에, 배출구로부터 방출되는 기액 혼합액도 바람직한 액압을 가지는 것이 가능하다. 또한, 본 명세서에 있어서 상류란 유로의 흐름 방향에 있어서 상류, 다시 말해, 액체 공급원 측의 것을 말하며, 하류란 유로의 흐름 방향에 있어서 하류, 다시 말해, 배출구 측의 것을 말한다.
또한, 본 발명의 미세 기포 발생 장치는, 상술한 기포 생성기의 유로에 있어서, 가장 상류에 마련된 축경부와 축경부에 연속하는 기액 혼합부, 그리고 기액 혼합부에 연속하는 축경부에 대응하는 부분의 관 형상체가 일체적이면서도 동축으로 형성되어 있는 것도 바람직하다. 이에 따라, 가압 기체가 도입되기 때문에 가장 유로에 대한 압력이 크게 작용하는 부분(가장 상류 측의 축경부 및 기액 혼합부)의 내압성이 확보되며, 도입되는 기체의 압력이나 힘찬 선회류에 의해 축경부와 기액 혼합부가 분리되어 버리는 것을 방지하는 것이 가능하다. 또한, 가장 상류 측에 마련된 기액 혼합부와 이에 연속하는 축경부까지를 일체적이면서도 동축으로 형성한 것으로써, 유로를 흐르는 유체의 유속이 빠른 상태로 유지된다.
또한, 본 발명의 미세 기포 발생 장치에 있어서, 상술한 기포 생성기의 복수의 축경부는, 상류 측에 배치된 축경부의 최소 내경 보다도 하류 측에 배치된 축경부의 최소 내경 쪽이 작아지게 되도록 형성되어 있는 것도 바람직하다. 이에 따라, 기포 직경을 보다 작게 하는 것이 가능하고, 나노 오더 수준의 기포 직경을 가진 미세 기포를 가지는 기액 혼합액을 얻는 것이 가능하다. 또한, 본 명세서에 있어서 나노 오더 수준의 기포 직경을 가진 미세 기포란, 기포 직경이 1μm 미만의 미세 기포인 것을 말한다.
또한, 본 발명의 미세 기포 발생 장치에 있어서, 상술한 기포 생성기의 복수의 기액 혼합부는, 상류 측에 배치된 기액 혼합부의 내경 보다도 하류 측에 배치된 기액 혼합부의 내경 쪽이 커지게 되도록 형성되어 있는 것도 바람직하다. 하류 측에 배치된 축경부의 최소 내경이 작게 형성되어 있으므로, 그에 연속하는 기액 혼합부의 내경을 보다 큰 것으로 하는 것으로써, 축경부와 기액 혼합부의 압력차가 커지게 되기 때문에, 축경부에서 팽창한 기포가 기액 혼합부에서 신속하게 압괴 수축되어 기포 직경이 보다 작아지게 된 미세 기포가 얻어진다.
또한, 본 발명의 미세 기포 발생 장치는, 상술한 기포 생성기의 유로에 있어서, 상류 측으로부터 하류 측을 향하여 제1 축경부, 제1 축경부에 연속하는 제1 기액 혼합부, 제1 기액 혼합부와 연속하는 제2 축경부, 그리고 제2 축경부에 연속하는 제2 기액 혼합부가 마련되고, 기포 생성기의 상기 기체 도입구는, 제1 축경부의 근방에 마련되고, 제2 축경부의 최소 내경은, 제1 축경부의 최소 내경 보다도 작아지게 되도록 형성되어 있는 것도 바람직하다. 이에 따라, 액체 내의 미세 기포 농도가 높고, 나노 오더 수준의 기포 직경을 가진 미세 기포를 발생시키는 것이 가능한 장치가 얻어진다.
또한, 본 발명의 미세 기포 발생 장치는, 추가로 샤워 헤드를 구비하고 있으며, 이 샤워 헤드는 기포 생성기의 배출구에 접속된 호스를 매개로 하여 연결되어있는 것도 바람직하다. 샤워 헤드가, 기액 혼합액이 외부로 방출되기까지의 장치 내부의 유체 압력을 전체적으로 높이는 작용을 가지기 때문에, 기액 혼합액 내에 포함된 기포량이 증가하고, 액체 내의 미세 기포 농도가 높은 기액 혼합액이 얻어진다.
본 발명에 따르면, 다음과 같은 우수한 효과를 가진 미세 기포 발생 장치를 제공하는 것이 가능하다.
(1) 미세 기포 농도가 높고, 기포 직경이 수십 마이크로미터 이하인 작은 기포 직경의 미세 기포를 발생시키는 것이 가능하다.
(2) 배출구로부터 방출되는 미세 기포를 가진 기액 혼합액의 액압을 높게 유지하는 것이 가능하기 때문에, 예를 들면, 상수도의 배수관 등으로부터 공급되는 수압으로 장치 내에 물을 도입하여도, 그 수압을 유지하면서 또는 그 수압을 보다 높인 기액 혼합액으로서 장치 밖으로 방출하는 것이 가능하다.
(3) 또한, 하류 측의 축경부의 최소 내경을 상류 측의 것 보다 작게 형성하는 것으로써, 보다 작은 기포 직경을 가진 미세 기포를 발생시키는 것이 가능하다.
(4) 또한, 하류 측의 기액 혼합부의 내경을 상류 측의 것 보다도 크게 형성하는 것으로써, 기포의 압괴 수축을 촉진시키고, 보다 미세화 된 나노 오더 수준의 기포 직경을 가진 미세 기포를 발생시키는 것이 가능하다.
(5) 또한, 가장 상류 측에 마련된 축경부와 축경부에 연속하는 기액 혼합부, 그리고 기액 혼합부에 연속하는 축경부에 대응하는 부분의 관 형상체를 일체적이면서도 동축으로 형성하는 것으로써, 내압성이 높아지고, 안정적으로 사용 가능한 장치를 얻는 것이 가능하다
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 미세 기포 발생 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 미세 기포 발생 장치의 사용 상태를 나타내는 도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 미세 기포 발생 장치의 작용을 나타내는 부분 확대 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 미세 기포 발생 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 비교예에서 이용한 미세 기포 발생 장치의 일부를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 실시예1에서 얻은 기액 혼합액에 포함된 미세 기포의 입도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실시예2에서 얻은 기액 혼합액에 포함된 미세 기포의 입도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 8은 비교예에서 얻은 기액 혼합액에 포함된 미세 기포의 입도 분포를 나타내는 그래프이다.
도 9는 실시예3에 있어서 모발의 팽윤율을 나타낸 그래프이다.
이하, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 미세 기포 발생 장치에 대하여 설명한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 미세 기포 발생 장치(1)는, 기포 생성기(2)와, 기체 공급 수단(3)으로 개략 구성되어 있다. 또한, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 미세 기포 발생 장치(1)는, 상수도 등의 수도꼭지(6)로부터 연속적으로 공급되는 액체를 호스 및 어댑터(4)를 매개로 하여 기포 생성기(2)에 도입하는 동시에, 기체 공급 수단(3)으로부터 공급되는 가압 기체(G)를 기포 생성기(2)에 도입하여 기포 생성기(2)의 내부에서 기액 혼합액(M)을 생성시키는 장치이며, 기포 생성기(2)로부터 배출되는 기액 혼합액(M)은 샤워 헤드(5)로 이루어진 부속 장치(attachment)를 매개로 하여 외부로 취출되어 있다.
우선, 도 1 및 도 2에 기초하여, 기포 생성기(2)에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 기포 생성기(2)는, 액체(L) 또는 기액 혼합액(M)이 흐르는 공간인 유로(21)를 내부에 가지는 대략 원관 형상의 관 형상체(26)를 가지고 있다. 이 관 형상체(26)의 상류 측(액체 공급원과 연결되는 측)의 일단에는 호스나 어댑터(4) 등을 매개로 하여 액체 공급원인 수도꼭지(6) 등에 연결되는 액체 도입구(27)가 마련되어 있다. 한편, 관 형상체(26)의 하류 측의 일단에는 기포 생성기(2) 내부에서 생성한 기액 혼합액(M)을 외부로 배출하는 배출구(29)가 마련되어 있다. 유로(21)는 관 형상체(26) 내부의 공간이므로, 후술하는 바와 같이, 이 유로(21)의 단면적이나 내경은 변화하지만, 액체 도입구(27)로부터 배출구(29)에 이르기까지의 유로(21)는 대략 동축선 상에 연장되도록 구성되어 있다. 다시 말해, 유로(21)에 있어서 축 단면의 중심이 대략 직선으로 되도록 구성되어 있다. 그 때문에, 유로(21) 내를 흐르는 방향(F)을 향하여 흐르는 액체(L) 또는 기액 혼합액(M)의 역류나 유속 저하가 억제되며, 유로(21) 내부에서의 액체(L) 등의 원활한 흐름이 유지된다. 본 실시 형태에 있어서는, 관 형상체(26)는 상류 측의 유로(21)를 구성하는 제1 관 형상체(261)와 하류 측의 유로(21)를 구성하는 제2 관 형상체(262)로 형성되어 있다. 제2 관 형상체(262)는 그 내경이 제1 관 형상체(261)의 내경 보다도 크고, 제1 관 형상체(261)의 외경과 대략 동일한 내경을 가지고 있다. 그 때문에, 둘 모두는 제1 관 형상체(261)의 하류 측 단부 외주면을 제2 관 형상체(262)의 상류 측 단부 내주면에 끼워 넣음으로써 연결되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 관 형상체(26)는 2개의 부재로 구성되어 있지만, 그에 한정되지 않고, 후술하는 제2 실시 형태와 같이 1개의 부재로 관 형상체(26)가 구성되어 있어도 좋으며, 또는 더 많은 복수의 부재로 구성하는 것도 가능하다.
본 실시 형태에 따른 기포 생성기(2)의 유로(21)에는, 액체(L)의 흐름 방향을 향하여 내경 및 외경을 축소시킨 축경부(제1 축경부(22), 제2 축경부(23))가 2군데에 마련되어 있다. 그리고, 각 축경부의 하류 측에는 각 축경부와 연속하여 기액 혼합부(제1 기액 혼합부(24), 제2 기액 혼합부(25))가 마련되어 있다. 또한, 축경부와 그에 연속하는 기액 혼합부의 수는 본 실시 형태에 있어서는 2개이지만, 그에 한정되지 않고, 둘을 초과하는 수로 하는 것도 가능하다. 본 발명에 있어서, 복수 군데에 마련된 기액 혼합부(24, 25)는, 상류 측에 인접하는 축경부(22, 23)의 최소 내경(또는 최소 단면적) 보다도 큰 내경(또는 단면적)을 가지도록 형성되어 있기 때문에, 축경부와 기액 혼합부의 조합에 의해, 유로(21) 내를 흐르는 액체(L) 또는 기액 혼합액(M)에 벤츄리 효과가 부여된다. 본 실시 형태에서는 제1 축경부의 최소 내경(22d) 보다도 제1 기액 혼합부의 내경(24d) 쪽이 크고, 제2 축경부의 최소 내경(23d) 보다도 제2 기액 혼합부의 내경(25d) 쪽이 크게 구성되어 있다. 그 때문에, 본 실시 형태에 있어서는, 유로(21)에 있어서 제1 축경부(22)와 제1 기액 혼합부(24)에 의한 제1 벤츄리부와, 제2 축경부(23)와 제2 기액 혼합부(25)에 의한 제2 벤츄리부의 2군데 있어서 벤츄리 효과가 부여된다.
본 발명에 따른 기포 생성기(2)에는, 기체 공급 수단(3)에 의해 가압 기체(G)가 도입되는 것이므로, 기체 도입구(28)는 기포 생성기(2)의 관 형상체(26)의 외벽 둘레 방향을 따라서 마련되는 복수의 관통공으로서 형성되어 있다. 본 실시 형태에 있어서는, 기체 도입구(28)는 제1 관 형상체(261)의 둘레 측면을 따라서 대략 균등하게 배치된 4개의 원형 관통공으로서, 제1 축경부(22)의 근방에 형성되어 있다. 이에 따라, 가압 기체(G)는 벤츄리 효과에 의해 감압 상태로 되어 있는 제1 축경부(22)의 근방 보다 유로(21) 내에서 힘차게 도입되고, 이어서 제1 기액 혼합부(24)에 강한 선회류를 생성시키기 때문에, 유로(21)에서 가압 기체(G)와 액체(L)가 확실하게 혼합되고, 기포를 다량으로 가진 기액 혼합액(M)이 얻어진다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 기체 도입구(28)는 4개의 원형 관통공으로 구성되어 있지만, 개수 및 형상은 특별히 한정되지 않는다.
또한, 본 실시 형태에 따른 기포 생성기(2)의 유로(21)는, 상류 측에 배치된 제1 축경부의 최소 내경(22d) 보다도, 하류 측에 배치된 제2 축경부의 최소 내경(23d) 쪽이 작아지게 되도록 형성되어 있다. 이에 따라, 생성되는 기포의 직경을 보다 작게 하는 것이 가능하고, 나노 오더 수준의 기포 직경을 가진 미세 기포를 가진 기액 혼합액을 얻는 것이 가능하다. 제2 축경부의 최소 내경(23d)은, 너무 작게 하면 유로(21) 내의 압력 손실이 커지게 되고, 기액 혼합액(M)의 유속에 영향을 미치는 관점에서, 제1 축경부의 최소 내경(22d)의 70~98%로 하는 것이 바람직하고, 제1 축경부의 최소 내경(22d)의 75~95%로 하는 것이 보다 바람직하다. 추가로, 본 실시 형태에 있어서는, 상류 측에 배치된 제1 기액 혼합부의 내경(24d) 보다도 하류 측에 배치된 제2 기액 혼합부의 내경(25d) 쪽이 커지게 되도록 형성되어 있다. 이에 따라, 유로(21) 내에 있어서, 제2 축경부(23)와 제2 기액 혼합부(25)의 압력차가 커지게 되기 때문에, 제2 기액 혼합부(25)에서 기포의 압괴 수축이 촉진되어, 보다 기포를 미세화 하는 것이 가능하다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 있어서, 유로(21)를 내부에 가지는 관 형상체(26)는 상류 측의 유로(21)를 구성하는 제1 관 형상체(261)와 하류 측의 유로(21)를 구성하는 제2 관 형상체(262)로 구성되어 있다. 이 가운데, 제1 관 형상체(261)에는 액체 도입구(27), 제1 축경부(22), 제1 기액 혼합부(24), 그리고 제2 축경부(23)까지가 마련되고, 제2 관 형상체(262)에는 제2 기액 혼합부(25) 및 배출구(29)가 마련되어 있다. 이에 의하여, 기체 공급 수단(3)으로부터의 가압 기체(G)가 도입되는 것으로써, 가장 유로(21)에 대한 압력이 크게 작용하는 제1 축경부(22) 및 제1 기액 혼합부(24) 근방의 내압성이 확보되고 있다. 또한, 제1 관 형상체(261)에 제2 축경부(23)를 마련하고, 제1 관 형상체(261) 보다도 직경이 큰 제2 관 형상체(262)를 제2 기액 혼합부(25)로서 이용하는 것으로써, 제2 축경부(23)와 제2 기액 혼합부(25)에 있어서 유로(21)의 내경 변화가 불연속으로 되고, 제2 축경부(23) 이후의 유로(21) 내경을 크게 변화시키는 것이 가능하다. 이와 같이, 매우 간단한 구성으로 제2 축경부(23)와 제2 기액 혼합부(25)의 압력차를 크게 하는 것이 가능하며, 기포의 압괴 수축을 촉진시키는 것이 가능하다.
본 실시 형태에 있어서 기포 생성기(2)는, 공지의 재료 및 방법에 의하여 제조하는 것이 가능하다. 일 예로서, 본 실시 형태에 따른 기포 생성기(2)는, 제1 관 형상체(261)로서 외경 18mm, 내경 13mm, 벽 두께 2.5mm의 경질 PVC 관을 이용하고 있으며, 제2 관 형상체(262)로서 외경 24mm, 내경 18mm, 벽 두께 3mm의 경질 PVC 관을 이용하고 있다. 제1 관 형상체(261)에 있어서 제1 축경부(22)는 PVC 관의 최소 내경이 약 7~10mm로 되기까지 외주를 드로잉 가공하는 것으로써 마련하고, 제1 축경부(22)로부터 약 7~10cm의 영역을 제1 기액 혼합부(24)로 하며, 그 앞의 제2 축경부(23)는 PVC 관의 외주를 드로잉 가공한 후, 약 6~9mm의 최소 내경을 가진 단부가 보이도록 관을 절단하는 것으로써 제조되고 있다. 또한, 제1 관 형상체(261)의 외벽의 둘레 방향으로, 제1 축경부(22)와 제1 기액 혼합부(24)의 사이에 직경 2.5mm의 관통공을 약 90도의 각도 간격으로 4개 형성하는 것으로써, 기체 도입구(28)가 형성되어 있다. 이와 같이 하여 얻어진 제1 관 형상체(261)와 제2 관 형상체(262)를 결합시킴으로써, 본 실시 형태에 따른 기포 생성기(2)를 얻을 수 있다. 또한, 상술한 관 형상체(26)의 수치 등의 사양 및 재질은 일 예로이며, 용도 등에 따라 다양한 사양 및 재질을 선택하는 것이 가능하다.
다음으로, 도 1 및 도 2에 기초하여, 기체 공급 수단(3)에 대하여 설명한다. 본 실시 형태에 있어서 기체 공급 수단(3)은 압축기(30), 배관(31), 기체 공급구(33)를 가진 케이싱(34) 및 너트(35), 일단이 배관(31)에 연결되고 타단이 케이싱(34)에 연결되는 연결 부재(32)로 구성되어 있다. 이 가운데, 압축기(30)(컴프레서)는 대기압 이상으로 기체를 가압하기 위한 장치이다. 구체적인 가압 기체 압력으로는, 기포 생성기(2)에 도입되는 액체(L)의 유량에 따라 압력은 조정될 수 있지만, 0.15~0.20MPa로 하는 것이 바람직하고, 0.18MPa 이상 0.20MPa 미만으로 하는 것이 보다 바람직하다. 이 압축기(30)에 의해 가압된 기체(G)는 배관(31) 및 연결 부재(32)를 매개로 하여 기포 생성기(2)로 이송된다. 기포 생성기(2)의 외주에는 통체 형상의 케이싱(34)이 제1 관 형상체(261)의 제1 축경부(22) 근방에 동심원 형상으로 고정되고, 그 통체의 양단 부분은 너트(35) 및 스페이서로 제1 관 형상체(261)에 기밀하게 고정되어 있다. 케이싱(34)에는 그 외벽을 관통하는 관통공으로서 기체 공급구(33)가 1개 마련되어 있고, 이 기체 공급구(33)의 내주 벽에는 연결 부재(32)의 일단에 형성되어 있는 나사 홈과 나사 결합 가능한 나사산이 형성되어 있다. 그 때문에, 연결 부재(32)의 일단을 케이싱(34)의 기체 공급구(33)에 나사 결합시키는 것으로써 둘 모두는 기밀하게 연결되며, 압축기(30)로부터 이송된 가압 기체(G)는 케이싱(34)의 기체 공급구(33)로 이송 된다. 여기에서, 케이싱(34)은 제1 축경부(22) 근방에 고정되어 있기 때문에, 케이싱(34)의 내주와 기포 생성기(2)의 제1 관 형상체(261)의 외주 사이에는 제1 관 형상체가 직경을 축소시킨 만큼 둘레 방향에 간극(36)을 가지고 있다. 그 때문에, 이 간극(36)을 매개로 하여 기체 공급 수단(3)의 기체 공급구(33)와 기포 생성기(2)의 기체 도입구(28)가 연통하고 있다. 이 제1 축경부(22) 외주의 간극(36)을 매개로 하여 케이싱(34)의 기체 공급구(33)로부터 공급된 가압 기체(G)가 기포 생성기(2)의 기체 도입구(28)로 도입된다.
다음으로, 도 3에 기초하여, 본 실시 형태에 따른 미세 기포 발생 장치(1)의 사용 시에 있어서 작용에 대하여 설명한다. 또한, 도 3에서는 기체 공급 수단(3)의 압축기(30), 액체 공급원인 수도꼭지(6), 기포 생성기(2)의 액체 도입구(27)에 수도꼭지(6)로부터의 액체(L)를 이송하는 호스 및 어댑터(4), 샤워 헤드(5)는 생략되어 있다.
우선, 액체 공급원인 수도꼭지(6)를 열면, 도 3 (a)에 나타낸 바와 같이, 액체(L)는 기포 생성기(2)의 액체 도입구(27)에 연속적으로 도입된다. 도입되는 액체(L)의 액압은, 예를 들면, 상수도의 배수관으로부터 공급되는 물인 경우에는 0.05~0.3MPa 정도이지만, 펌프 등으로 가압하는 것 없이 그대로 액체 도입구(27)로부터 도입하여 이용하는 것이 가능하다. 액체(L)는 유로(21)의 흐름 방향(F)을 따라서 흐르는 것이므로, 제1 축경부(22)에서는 유로(21)의 내경(단면적)이 작아지고 있는 것으로, 벤츄리 효과에 의해 액체(L)의 유속이 높아지고, 제1 축경부(22) 근방에 있어서 압력은 낮아진다.
한편, 압축기(30)를 작동시키면, 도 3 (a)에 나타낸 바와 같이, 대기압 이상으로 가압된 기체(G)가 배관(31)과 연결 부재(32)를 매개로 하여 기체 공급구(33)로 이송된다. 기체 공급구(33)로 이송된 가압 기체(G)는, 제1 관 형상체(261)의 제1 축경부(22) 근방과 케이싱(34)의 간극(36)을 통해 기포 생성기의 기체 도입구(28)에 도입된다. 이 때, 유로(21)의 제1 축경부(22) 근방에서는 벤츄리 효과에 의해 압력이 저하된 감압 상태로 되어 있기 때문에, 대기압 이상으로 가압된 기체(G)와의 압력차가 커지게 되고, 제1 축경부(22) 근방에 마련되어진 기체 도입구(28)로부터는 다량의 기체가 유로(21) 내에 강한 힘으로 흡입되어 도입된다.
도 3 (a)에 나타낸 바와 같이, 기포 생성기(2)의 기체 도입구(28)는 제1 관 형상체(261) 외벽의 둘레 방향을 따르는 관통공으로 형성되어 있기 때문에, 유로(21) 내에 도입되는 가압 기체(G)의 유속은 보다 높아지고 있다. 그 때문에, 기체 도입구(28)로부터 힘차게 유로(21) 내에 도입된 가압 기체(G)는 제1 기액 혼합부(24)를 흐르는 액체(L)에 강한 선회류를 생성시킨다. 그 때문에, 다량의 기체(G)가 유로(21) 내부에 도입되는 동시에, 이 제1 기액 혼합부(24)에서 기체(G)와 액체(L)가 확실하게 혼합되고, 기포를 다량으로 가지며, 액체 내의 미세 기포 농도가 높은 기액 혼합액(M)이 얻어진다. 또한, 관통공인 기체 도입구(28)로부터 유로(21) 내에 도입된 가압 기체(G)의 유속이 높기 때문에, 유로(21) 내를 흐르는 기액 혼합액(M)의 유속이 가속된다.
이어서, 도 3 (b)에 나타낸 바와 같이, 제1 기액 혼합부(24)에서 생성된 기액 혼합액(M)은 유로(21)의 흐름 방향(F)을 따라서 흐르는 것이므로, 제2 축경부(23)를 통과한다. 이 때, 제2 축경부(23)는 유로(21)의 내경(단면적)이 작아지고 있기 때문에, 벤츄리 효과에 의해 기액 혼합액(M)의 유속이 높아지고, 제2 축경부(23) 근방에 있어서 압력은 낮아진다. 그 때문에, 기액 혼합액(M)에 포함되어 있는 기포는 제2 축경부(23)에서 일단 팽창한다. 계속해서, 기액 혼합액(M)은 제2 기액 혼합부(25)로 이동하지만, 이 제2 기액 혼합부(25)는 내경이 크기 때문에, 기액 혼합액(M)의 유속이 저하하고 압력이 높아지게 된다. 그 때문에, 제2 축경부(23)에서 일단 팽창한 기포가 이 제2 기액 혼합부(25)에서 압괴 수축하여 기포을 미세화 시킨다. 그리고, 본 실시 형태에 따른 기포 생성기(2)에서는, 제1 축경부의 최소 내경(22d) 보다도 제2 축경부의 최소 내경(23d) 쪽이 작고, 제1 기액 혼합부의 내경(24d) 보다도 제2 기액 혼합부의 내경(25d) 쪽이 커지게 되도록 설계되어 있기 때문에, 제2 축경부(23)와 제2 기액 혼합부(25)의 압력차가 보다 커지게 되어 있다. 그 때문에, 제2 축경부(23)에서 팽창한 기포가 제2 기액 혼합부(25)에 신속하게 압괴 수축되어 기포 직경이 보다 작아진 나노 오더 수준의 미세 기포가 얻어진다. 이와 같이 하여 얻어진 미세 기포를 포함하는 기액 혼합액(M)은 배출구(29)로부터 배출되며, 샤워 헤드(5) 등을 매개로 하여 방출된다. 또한, 기포 생성기(2)의 유로(21)는 액체 도입구(27)로부터 배출구(29)에 이르기까지 대략 동축선 형상으로 연장되어 있기 때문에, 유로(21) 내를 흐르는 액체(L) 및 기액 혼합액(M)의 유속은 높은 상태로 유지되고, 그 때문에, 배출구(29)로부터 방출되는 기액 혼합액(M)도 바람직한 액압을 가지고 있다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 미세 기포 발생 장치(1)의 배출구(29)로부터 호스 및 샤워 헤드(5)를 매개로 하여 기액 혼합액(M)을 외부로 취출하고 있다. 샤워 헤드(5)는 기액 혼합액(M)이 외부로 방출되기까지 장치 내부의 액압을 전체적으로 높이는 작용을 가진다. 그 때문에, 샤워 헤드(5)를 기포 생성기(2)에 설치하여 미세 기포 발생 장치(1)를 구성하는 것으로, 기액 혼합액(M) 내에 포함되는 기포량이 증가하고, 액체 내의 미세 기포 농도가 높은 기액 혼합액이 얻어진다. 또한, 샤워 헤드(5)의 살수판을 토수 구멍의 수가 적거나 또는 토수 구멍 지름이 작은 것을 선택하면, 기액 혼합액(M)이 외부로 방출되기까지의 액압이 보다 높아지기 때문에, 보다 미세화 된 나노 오더 수준의 기포 직경을 가진 미세 기포를 포함하는 기액 혼합액(M)이 얻어진다. 샤워 헤드(5)의 살수판 토수 구멍 지름으로는, 직경 0.5mm 이하가 바람직하고, 직경 0.4mm 이하가 보다 바람직하고, 직경 0.3mm 이하가 특히 바람직하다. 또한, 용도에 따라서 샤워 헤드(5) 대신에 스트레이트 노즐이나 제트 노즐 등의 부속 장치를 이용하는 것도 가능하다. 또한, 미세 기포 발생 장치(1)에 공급되는 액체(L) 및 기체(G)는 일반적으로는 물 및 공기가 이용되지만, 이에 한정되지 않고, 용도에 따라 다양한 액체 또는 기체를 이용하는 것이 가능하다.
다음으로 도 4를 참조하여 본 발명의 제2 실시 형태에 대하여 설명한다.
본 발명의 제2 실시 형태에 따른 미세 기포 발생 장치(10)는, 기포 생성기(20)와 기체 공급 수단(3)으로 개략 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태와 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조 부호를 사용하여 설명한다.
도 4에 기초하여, 본 실시 형태의 기포 생성기(20)에 대하여 설명한다. 본 실시 형태의 기포 생성기(20)는, 액체(L) 또는 기액 혼합액(M)이 흐르는 공간인 유로(210)를 내부에 가지는 대략 원관 형상의 1개의 관 형상체(260)로 구성되어 있다. 유로(210)는 관 형상체(260)의 내부 공간인 것이므로, 이 유로(210)의 단면적이나 내경은 변화하지만, 액체 도입구(27)로부터 배출구(29)에 이르기까지의 유로(210)는 대략 동축선 상에 연장되도록 구성되어 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서, 관 형상체(260)는 1개의 부재로 구성되어 있지만, 그에 한정되지 않고, 제1 실시 형태와 같이 복수의 부재로 관 형상체(260)가 구성되어 있어도 좋다.
본 실시 형태에 따른 기포 생성기(20)의 유로(210)에는, 액체(L)의 흐름 방향을 향하여 내경 및 외경을 축소시킨 축경부(제1 축경부(220), 제2 축경부(230))가 2군데에 마련되어 있다. 그리고, 각 축경부의 하류 측에는 각 축경부와 연속하여 기액 혼합부(제1 기액 혼합부(240), 제2 기액 혼합부(250))가 마련되어 있다. 또한, 축경부와 그에 연속하는 기액 혼합부의 수는, 본 실시 형태에 있어서는 2개이지만, 그에 한정되지 않고, 2개를 초과하는 수로 하는 것도 가능하다. 본 발명에 있어서, 복수 군데에 마련된 기액 혼합부(240, 250)는, 상류 측에 인접하는 축경부(220, 230)의 최소 내경(또는 최소 단면적) 보다도 큰 내경(또는 단면적)을 가지도록 형성되어 있기 때문에, 축경부와 기액 혼합부의 조합에 의해, 유로(210) 내를 흐르는 액체(L) 또는 기액 혼합액(M)에 벤츄리 효과가 부여된다. 본 실시 형태에서는, 제1 축경부의 최소 내경(220d) 보다도 제1 기액 혼합부의 내경(240d) 쪽이 크고, 제2 축경부의 최소 내경(230d) 보다도 제2 기액 혼합부의 내경(250d) 쪽이 크게 구성되어 있다. 그 때문에, 본 실시 형태에 있어서는, 유로(210)에 있어서 제1 축경부(220)와 제1 기액 혼합부(240)에 의한 제1 벤츄리부와, 제2 축경부(230)와 제 2의 기액 혼합부(250)에 의한 제 2의 벤츄리부의 2군데에서 벤츄리 효과가 부여되고 있다.
또한, 본 실시 형태에 따른 기포 생성기(20)의 유로(210)는, 상류 측에 배치된 제1 축경부의 최소 내경(220d)과 하류 측에 배치된 제2 축경부의 최소 내경(230d)이 대략 동일한 직경으로 되도록 형성되어 있다. 또한, 상류 측에 배치된 제1 기액 혼합부의 내경(240d)과 하류 측에 배치된 제2 기액 혼합부의 내경(250d)이 대략 동일한 직경으로 되도록 형성되어 있다. 이에 따라, 소정의 직경을 가진 직선 형상의 관을 2군데에서 직경을 축소시키는 것으로써 본 실시 형태에 따른 기포 생성기(20)가 얻어지기 때문에, 용이하게 기포 생성기(20)를 제조 하는 것이 가능하다. 본 실시 형태에 있어서 기포 생성기(20)는, 공지의 재료 및 방법에 의해 제조하는 것이 가능하다. 일 예로서, 본 실시 형태에 따른 기포 생성기(20)는, 관 형상체(260)로서 외경 26mm, 내경 20mm, 벽 두께 3mm의 경질 PVC 관을 이용하고 있다. 관 형상체(260)에 있어서 제1 축경부(220)는 PVC 관의 최소 내경이 약 15mm로 될 때까지 외주를 드로잉 가공하는 것으로써 형성되고, 제1 축경부(220)로부터 약 7~10cm의 영역을 제1 기액 혼합부(240)로 하고, 그 앞의 제2 축경부(230)도 제1 축경부(220)와 마찬가지로 최소 내경이 약 15mm로 될 때까지 외주를 드로잉 가공하는 것으로써 형성되고 있다. 또한, 상술한 관 형상체(260)의 수치 등의 사양 및 재질은 일 예이며, 용도 등에 따라 다양한 사양 및 재질을 선택하는 것이 가능하다.
기체 공급 수단(3) 및 기포 생성기(20)의 구성에 대한 그 외의 설명은, 상술한 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지이며, 그 기능이나 작용 효과도 동일하다. 또한, 미세 기포 발생 장치(10)를 구성하는 그 외의 구성에 대해서도, 상술한 제1 실시 형태의 경우와 마찬가지이며, 그 기능이나 작용 효과도 동일하다.
실시예
이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이러한 실시예에 의해 아무런 한정되는 것은 아니다.
[실시예1]
1. 기액 혼합액에 포함된 미세 기포의 입자 직경 등의 측정(1)
미세 기포 발생 장치(1)를 이용하여 기액 혼합액(M)을 생성시키고, 기액 혼합액(M) 내에 포함된 미세 기포의 입자 직경 분포, 기액 혼합액(M)의 용존 산소량 및 기포 생성기(2)의 배출구(29)로부터 방출되는 기액 혼합액(M)의 수압을 측정하였다. 또한, 미세 기포의 입자 직경 분포의 측정에는 레이저 회절식 입도 분포 측정 장치(모델 번호 : SALD-3100, 주식회사 시마즈 제작소 제품)을 이용하고, 용존 산소량의 측정에는 디지털 용존 산소계(모델 번호 : DO-5509, 주식회사 마더툴 제품)을 이용하였다.
미세 기포 발생 장치(1)로는, 도 1 및 도 2에 나타낸 제1 실시 형태에 따른 장치(1)를 이용하여 기포 생성기(2)와 기체 공급 수단(3)과 샤워 헤드(5)를 연결하여 측정을 행하였다. 구체적으로는, 기포 생성기(2)로는, 제1 관 형상체(261)로서 외경 18mm, 내경 13mm, 벽 두께 2.5mm의 경질 PVC 관을 이용하며, 제2 관 형상체(262)로서 외경 24mm, 내경 18mm, 벽 두께 3mm의 경질 PVC 관을 이용하고, 전체 길이 20.6cm로 하였다. 제1 관 형상체(261)에 있어서 제1 축경부(22)는 PVC 관의 최소 내경이 8mm로 될 때까지 외주를 드로잉 가공하는 것으로써 형성하고, 제2 축경부(23)는 PVC 관의 외주를 드로잉 가공한 후, 6.4mm의 최소 내경을 가진 단부가 보이도록 관을 절단하는 것으로써 형성하였다. 또한, 제1 관 형상체(261)의 외벽의 둘레 방향으로, 제1 축경부(22)와 제1 기액 혼합부(24)의 사이에 직경 2.5mm의 관통공을 약 90도의 각도 간격으로 4개 형성하는 것으로써 기체 도입구(28)를 형성하였다. 기체 공급 수단(3)으로는, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이 구성하고, 압축기(30)로는 에어 컴프레서 SR-045(후지와라 산업 주식회사 제품, 모델 번호 : SRL04SPT-01)를 이용하고, 배관(31), 연결 부재(32) 및 케이싱(34)을 매개로 하여 기포 생성기(2)에 연결하였다. 수도꼭지(6)는 상수도의 수도꼭지를 이용하고, 수도꼭지에 직접 호스를 연결하고, 어댑터(4)를 매개로 하여 기포 생성기(2)에 연결하였다. 샤워 헤드(5)로는, 살수판의 토수 구멍 지름이 직경 0.3mm로 작은 것(주식회사 아라밋쿠 제품, 품명 : 프로 샤워 클리어 ProC-48N)을 이용하였다.
실험 조건으로는, 가압 기체(G)는 공기이며, 컴프레서에 의한 가압 기체 압력은 0.19MPa로 하였다. 또한, 수도꼭지(6)로부터 기포 생성기(2)에 공급되는 액체(L), 다시 말해, 물의 수압은 0.15MPa로 하고, 물의 유량은 20L/min로 하였다.
[실시예2]
2. 기액 혼합액에 포함된 미세 기포의 입자 직경 등의 측정(2)
실시예1에서 이용한 미세 기포 발생 장치(1)로부터 샤워 헤드(5)를 생략한 구성의 미세 기포 발생 장치(1')(샤워 헤드(5) 없음)를 이용한 것 이외에는 실시예1과 동일한 구성 및 동일한 조건으로, 생성된 기액 혼합액(M) 내에 포함된 미세 기포의 입자 직경 분포, 기액 혼합액(M)의 용존 산소량 및 기포 생성기(2)의 배출구(29)로부터 방출되는 기액 혼합액(M)의 수압을 측정하였다.
[비교예]
3. 기액 혼합액에 포함된 미세 기포의 입자 직경 등의 측정(3)
실시예1에서 이용한 미세 기포 발생 장치(1)의 기포 생성기(2) 및 기체 공급 수단(3)을 이하에서 상세하게 설명할 기포 생성기 및 기체 공급 수단으로 교체한 구성의 미세 기포 발생 장치(비교품)로 한 것 이외에는, 실시예1과 동일한 조건으로, 생성된 기액 혼합액(M) 내에 포함된 미세 기포의 입자 직경 분포, 기액 혼합액(M)의 용존 산소량 및 기포 생성기의 배출구로부터 방출되는 기액 혼합액(M)의 수압을 측정하였다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 비교예에 있어서 기포 생성기 및 기체 공급 수단은 다음과 같이 구성하였다. 길이 10cm, 외경 18mm, 내경 13mm, 벽 두께 2.5mm의 양단이 개방된 경질 PVC 관을 이용하고, 그 일단의 외주를 드로잉 가공하여 직경을 축소시켜 내경을 8mm로 하였다. 이를 2개 형성하고, 액체의 흐름 방향으로 직경을 축소시킨 일단이 배치되도록 2개의 관을 동축으로 배치하고, 추가로 액체 배출구 측에는 직경을 축소시키지 않은 경질 PVC 관을 배치하였다. 한 쪽의 관(직경을 축소시킨 일단)과 다른 쪽의 관(직경을 축소시키지 않은 타단) 사이에는, 가압 기체(G)가 공급되는 간극을 형성한 상태로 하고, 한 쪽의 관(직경을 축소시킨 일단)과 다른 쪽의 관(직경을 축소시키지 않은 타단)의 양단 부분을 통 형상의 케이싱에 수용하고, 케이싱의 양단부를 각 관의 외벽에 고정하여 기밀 상태로 하였다. 케이싱에는 가압 기체 공급을 위한 배관을 연결하고, 에어 컴프레서 SR-045(후지와라 산업 주식회사 제품, 모델 번호 : SRL04SPT-01)에 의하여 가압 기체(G)가 배관 및 케이싱을 매개로 하여 한 쪽의 관(직경을 축소시킨 일단)과 다른 쪽의 관(직경을 축소시키지 않은 타단) 사이에 형성된 간극으로부터 관 내에 공급되도록 구성하였다. 전체 길이는 약 30cm이었다.
실시예1, 2 및 비교예의 결과를 도 6 내지 도 8 및 아래 표 1에 나타낸다. 도 6 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 미세 기포 발생 장치의 구성으로 하는 것으로써, 나노 오더 수준(기포 직경이 1μm 미만)의 미세 기포를 많이 포함한 기액 혼합수가 얻어지는 것으로 나타났다, 구체적으로는, 실시예1의 미세 기포 발생 장치로 얻어진 기액 혼합수 중, 기포 직경이 1μm 미만인 것의 적산치는 약 90%이며, 실시예2에서 얻어진 기액 혼합수 중, 기포 직경이 1μm 미만인 것의 적산치는 약 58%이었다. 이에 대하여, 비교예에서 얻어진 기액 혼합수 중, 기포 직경이 1μm 미만인 것의 적산치는 약 10%로 적었다. 이로부터, 본 발명의 미세 기포 발생 장치의 구성으로 하는 것으로써, 나노 오더 수준의 미세 기포의 존재 비율이 높은 기액 혼합수가 얻어지는 것, 그리고, 샤워 헤드를 포함하는 구성으로 하는 것으로써, 나노 오더 수준의 미세 기포의 존재 비율이 보다 높은 기액 혼합수가 얻어지는 것으로 나타났다. 또한, 아래 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 미세 기포 발생 장치에 따르면, 공급수의 수압을 거의 유지하지만, 수압을 높인 상태로 기액 혼합수를 장치 밖으로 방출 가능한 것으로 나타났다. 이에 따라, 상수도의 배수관으로부터 공급되는 수압으로 장치 내에 물을 공급하여도, 그 수압을 유지하거나 수압을 보다 높인 상태로 기액 혼합수로서 장치 밖으로 방출하는 것이 가능하기 때문에, 공급수를 펌프 등으로 가압 공급할 필요가 없고, 장치를 간단한 구성으로 하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명의 미세 기포 발생 장치에 의해 얻어진 기액 혼합수의 용존 산소량은, 공급수의 용존 산소량 보다도 높고, 입도 분포의 측정 결과에서도 나노 오더 수준의 미세 기포의 존재 비율이 높은 것으로부터, 기액 혼합수(M)에 포함된 미세 기포 농도가 높은 것으로 추측되었다. 이 가운데, 미세 기포 발생 장치에 샤워 헤드를 포함한 구성(실시예1)으로 하는 것으로써, 보다 용존 산소 농도가 높아지고, 나노 오더 수준의 미세 기포의 존재 비율도 높아지는 것으로부터, 특히 미세 기포 농도가 높은 기액 혼합수가 얻어지는 것으로 나타났다.
측정항목 실시예1
(기포생성기
+샤워 헤드)		 실시예2
(기포생성기 뿐)		 비교예
(기포생성기
+샤워 헤드)
공급수의 수압
(MPa)		 0.15 0.15 0.15
기액 혼합액(M)의 수압
(MPa)		 0.21 0.14 0.21
공급수의 용존 산소량
(mg/L)		 8.2 8.2 8.2
기액 혼합액(M)의 용존 산소량
(mg/L)		 10.8 9.8 10.0
[실시예3]
4. 기액 혼합수를 모발 세정 등에 이용했을 때의 모발 상태의 검토
본 발명의 미세 기포 발생 장치에 의해 얻어진 기액 혼합수(M)를 모발 세정 등에 이용했을 때의 모발 상태를 검토하였다. 사람의 모발(건강하고 지금까지 염색 처리나 탈색 처리 등을 하지 않는 것) 1가닥을 프레파라트에 고정하고, 커버 글라스를 얹은 후, 커버 글라스 옆으로 실시예1에서 얻어진 기액 혼합수를 가하여, 모발을 기액 혼합수로 적셨다. 현미경에서 20분간에 걸쳐 모발의 머리카락 직경을 측정하였다. 또한, 실시예1의 기액 혼합수에 대체하여 수돗물을 이용하여 동일한 시험을 행하였다. 결과를 도 9의 그래프에 나타낸다.
이 결과에 따르면, 실시예1의 기액 혼합수로 모발을 처리하는 것으로써, 수돗물로 처리된 것과 비교하여, 모발의 팽윤율을 약 5% 이상으로도 저하시키는 것이 가능한 것으로 나타났다. 지금까지는 수돗물로 모발을 세정하면, 모발 내부에 물이 침투하여 모발이 팽창해 버리기 때문에, 모발 세정 후에 염색제나 트리트먼트제를 적용하여도 이들이 모발 내부에 침투하지 않아 효과를 얻을 수 어렵다고 되어 있었다. 그렇지만, 본 발명의 미세 기포 발생 장치에서 얻어진 기액 혼합수로 모발을 세정하면, 모발의 팽윤율이 저하하기 때문에, 보다 팽윤 가능한 여지가 남아 있고, 모발 세정 후에 있어서도 염색제나 트리트먼트제 등을 모발 내부에 침투시키는 것이 가능하다. 이 때문에, 본 발명의 미세 기포 발생 장치에서 제조한 기액 혼합수를 모발 세정에 이용하는 것으로써, 모발이나 두피의 오염물을 제거한 후에 염색제나 트리트먼트제를 사용하는 것이 가능하기 때문에, 이러한 염색제 등의 효과를 안정적으로 얻는 것이 가능하다.
본 발명은 상기한 실시 형태 또는 실시예에 한정되는 것은 아니며, 특허 청구 범위에 기재된 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 설계 변경한 형태도 기술적 범위에 포함하는 것이다 .
본 발명에 따른 미세 기포 발생 장치는, 미세 기포를 함유하는 기액 혼합액을 제조하기 위하여 이용되는 것으로, 미용·건강 분야, 농업 분야 등에 있어서 바람직하게 사용될 수 있다.
1, 10 : 미세 기포 발생 장치
2, 20 : 기포 생성기
21, 210 : 유로
22, 220 : 제1 축경부
22d, 220d : 제1 축경부의 최소 내경
23, 230 : 제2 축경부
23d, 230d : 제2 축경부의 최소 내경
24, 240 : 제1 기액 혼합부
24d, 240d : 제1 기액 혼합부의 내경
25, 250 : 제2 기액 혼합부
25d, 250d : 제2 기액 혼합부의 내경
26, 260 : 관 형상체
261 : 제1 관 형상체
262 : 제2 관 형상체
27 : 액체 도입구
28 : 기체 도입구(관통공)
29 : 배출구
3 : 기체 공급 수단
30 : 압축기
31 : 배관
32 : 연결 부재
33 : 기체 공급구
34 : 케이싱
35 : 너트
36 : 간극
4 : 어댑터
5 : 샤워 헤드
6 : 수도꼭지
F : 흐름 방향
G : 가압 기체
L : 액체
M : 기액 혼합액

Claims (6)

  1. 액체 공급원으로부터 연속하여 공급되는 액체와, 기체 공급 수단으로부터 공급되는 기체를 혼합하여 미세 기포를 발생시키고, 상기 미세 기포와 상기 액체가 혼합된 기액 혼합액을 배출하는 미세 기포 발생 장치에 있어서,
    상기 액체의 유로를 내부에 가지는 관 형상체, 상기 액체를 상기 유로에 도입하는 액체 도입구, 상기 기체를 상기 유로에 도입하는 기체 도입구, 그리고 상기 기액 혼합액을 상기 유로로부터 배출하는 배출구를 가진 기포 생성기와,
    상기 기체를 가압하는 압축기 및 상기 압축기에 의해 가압된 기체를 상기 기포 생성기에 공급하는 기체 공급구를 가진 기체 공급 수단을 구비하고,
    상기 기포 생성기의 상기 유로는 상기 액체 도입구로부터 상기 배출구에 이르기까지 대략 동축선 형상으로 연장되어 있으며, 상기 유로에는 상기 액체의 흐름 방향을 향하여 내경을 축소시킨 축경부가 복수 마련되고, 각각의 축경부의 하류 측에는 각 축경부에 있어서 최소 내경 보다도 큰 내경을 가진 기액 혼합부가 각각 연속하여 마련되고,
    상기 기포 생성기의 상기 기체 도입구는, 상기 관 형상체의 외벽 둘레 방향을 따라서 마련된 복수의 관통공으로서, 상기 유로에 있어서 가장 상류 측에 마련된 상기 축경부의 근방에 마련되고, 상기 기체 도입구는 상기 기체 공급 수단의 상기 기체 공급구와 연통하고 있는 것을 특징으로 하는 미세 기포 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기포 생성기의 상기 유로에 있어서, 가장 상류에 마련된 상기 축경부와 상기 축경부에 연속하는 기액 혼합부, 그리고 상기 기액 혼합부에 연속하는 축경부에 대응하는 부분의 관 형상체가 일체적이면서도 동축으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미세 기포 발생 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 기포 생성기의 상기 복수의 축경부는, 상류 측에 배치된 축경부의 최소 내경 보다도 하류 측에 배치된 축경부의 최소 내경 쪽이 작아지게 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미세 기포 발생 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기포 생성기의 상기 복수의 기액 혼합부는, 상류 측에 배치된 기액 혼합부의 내경 보다도 하류 측에 배치된 기액 혼합부의 내경 쪽이 커지게 되도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 미세 기포 발생 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기포 생성기의 상기 유로에는, 상류 측으로부터 하류 측을 향하여 제1 축경부, 상기 제1 축경부에 연속하는 제1 기액 혼합부, 상기 제1 기액 혼합부와 연속하는 제2 축경부, 그리고 상기 제2 축경부에 연속하는 제2 기액 혼합부가 마련되고,
    상기 기포 생성기의 상기 기체 도입구는, 상기 제1 축경부의 근방에 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 미세 기포 발생 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    추가로 샤워 헤드를 구비하고, 상기 샤워 헤드는 상기 기포 생성기의 상기 배출구에 접속된 호스를 매개로 하여 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 미세 기포 발생 장치.
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