KR20210081666A

KR20210081666A - 코일형 노즐을 구비하는 초미세기포 발생시스템

Info

Publication number: KR20210081666A
Application number: KR1020190173850A
Authority: KR
Inventors: 이민희
Original assignee: 주식회사 에스비이앤이
Priority date: 2019-12-24
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2021-07-02
Also published as: KR102313214B1

Abstract

본 발명의 일 실시예는 일측으로 유체와 기체가 유입하고 타측으로 기액 혼합된 유체가 유출되는 하우징을 갖으며, 상기 하우징 내부에 회전가능하도록 구비된 임팰러가 유입된 기체와 유체를 혼합시키도록 형성된 펌프장치부; 유체가 왕복하는 소정의 코일 구간을 갖는 배관인 코일노즐부; 내부에서 유체의 선회를 유도하며, 유체를 수중으로 분사하는 산기관부를 포함하며, 상기 코일노즐부는, 상기 펌프부로부터 유출된 유체가 유입되는 노즐유입구; 유입된 유체가 유동하는 제1코일유로; 상기 제1코일유로의 내부에 배치되며, 상기 제1코일유로의 유동방향과 반대방향으로 유체가 유동하는 제2코일유로; 및 상기 산기관부 방향으로 유체를 유출시키는 노즐유출구를 더 포함하는, 코일형 노즐을 구비하는 초미세기포 발생시스템을 제공한다.

Description

코일형 노즐을 구비하는 초미세기포 발생시스템{ULTRA FINE BUBBLE GENERATING SYSTEM WITH COIL-SHAPED NOZZLE}

본 발명은 초미세기포 발생시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이중코일형 노즐구간을 구비하여 유동하는 기액혼합 유체에 가해지는 전단력을 극대화하는 방식으로 기포가 쪼개지도록 하여 초미세기포를 발생시키는 반복 순환 시스템에 관한 것이다.

초미세기포(나노버블)란 Ultra Fine Bubble(초미세기포) 또는 Nano Bubble(나노버블) 등으로 불리며, 육안으로는 확인이 불가한 크기 1 ㎛ 이하의 초기포를 지칭한다. 이는 액체의 미세한 기포로서, 10~수십㎛의 기포를 지칭하는 기존의 마이크로버블(미세기포)과 구별되는 개념이며, 반도체 웨이퍼의 식각 및 세척 공정, 정화시설, 양식장, 세탁기, 욕실 등에서 다양한 용도로 이용되고 있다.

특히, 초미세기포가 욕실에서 사용될 경우, 물속에 용존된 공기(산소버블)가 피부에 스며들어 모공속 피지, 모낭충, 노폐물 등을 효과적으로 제거하게 된다. 또한, 초미세기포는 그 자체로 목욕 및 마사지의 효과를 제공하여 앞으로 그 사용은 일반 가정에서도 늘어날 전망이다.

한편, 현재 널리 사용되는 미세기포 발생방식은 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 있다.

또한, 고농도의 나노버블을 단시간 생성하는 기술로서, 유로에 흐르는 기체액체 혼합물이 충진재가 포함된 모듈을 통과하면서 나노버블을 생산해내는 직수방식이나, 탱크에 저장된 매질에 미세 다공관체가 담겨져 있고 다공관체에 기체를 주입하면 표면에 미세기포를 형성한 다음 초음파 진동자를 이용해 기포를 매질 속으로 방출하여 나노버블을 생산해내는 탱크방식의 기술이 있다.

다만, 위와 같은 기존의 방식의 경우에는 직경이 나노 레벨에 해당하는 초미세기포를 발생시킴에 있어 한계가 있으며, 또한 기포를 균일하게 마이크로 크기 이하로 초미세화하기에 용이하지 않아, 이러한 기술들에 의해 발생한 초미세기포의 경우 충분한 기포의 수중체류시간을 기대하기 어려워 물질전달효율이 낮은 문제점이 있다.

기존의 대한민국 선행등록특허 제10-1718108호(명칭: 초미세기포 발생장치)는 기포의 입경을 1㎛이하로 초미세화하여 반응면적을 크게 하고 수중에서 지속시간을 길게 가져감으로써, 물질전달효율을 배가시키고 에너지 면에서 유리한 초미세기포 발생장치를 개시한다.

다만, 개시된 선행특허기술에 의하더라도 1 ㎛ 이하 크기의 초미세기포의 충분한 발생 효율을 장담할 수 있으며, 또한 충분한 기포의 수중체류시간을 기대할 수 없으므로 계속적인 기포의 공급을 위해서 에너지를 과하게 사용하여야 하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1718108호 (2017.03.14.)

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유체가 왕복할 수 있는 코일형 노즐을 구비하여, 내부에서 유동하는 기액혼합 유체와 특정 접촉면과의 전단력이 향상시켜 나노버블(초미세기포)을 발생시킬 수 있는 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면은 일측으로 유체와 기체가 유입하고 타측으로 기액 혼합된 유체가 유출되는 하우징을 갖으며, 상기 하우징 내부에 회전가능하도록 구비된 임팰러가 유입된 기체와 유체를 혼합시키도록 형성된 펌프장치부; 유체가 왕복하는 소정의 코일 구간을 갖는 배관인 코일노즐부; 내부에서 유체의 선회를 유도하며, 유체를 수중으로 분사하는 산기관부를 포함하며, 상기 코일노즐부는, 상기 펌프부로부터 유출된 유체가 유입되는 노즐유입구; 유입된 유체가 유동하는 제1코일유로; 상기 제1코일유로의 내부에 배치되며, 상기 제1코일유로의 유동방향과 반대방향으로 유체가 유동하는 제2코일유로; 및 상기 산기관부 방향으로 유체를 유출시키는 노즐유출구를 더 포함하는, 코일형 노즐을 구비하는 초미세기포 발생시스템을 제공한다.

일 실시예에 있어서, 상기 코일노즐부는, 상기 제2코일유로의 후단과 연결되되, 외주면을 따라 복수 개의 홀로 형성되는 분사포트가 마련된 제1이음배관; 및 상기 제1이음배관을 감싸도록 설치되되, 상기 노즐유출구와 연결되는 제2이음배관을 더 포함하는 것일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 제1이음배관은 단부의 외주면을 따라 나선 형상의 유로를 형성하는 블레이드를 더 포함하는 것일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 산기관부는, 유입된 유체가 선회할 수 있는 중공의 내부공간이 마련된 원통 형상의 선회챔버; 상기 선회챔버의 중심부와 연결되어 유체를 유입시키는 선회유입구; 상기 선회챔버의 양단에 한 쌍으로 형성되어 유체를 반출시키는 선회유출구; 및 상기 선회챔버 내부에서 상기 선회유입구와 마주보도록 설치되어, 유입되는 유체가 양 방향으로 분리되도록 하는 격벽부재를 더 포함하는 것일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 선회챔버는 중공의 내부공간이 중심부로부터 양단의 상기 선회유출구 방향으로 갈수록 좁아지는 단면적을 갖도록 형성되는 것일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 선회유입구는, 상기 선회챔버의 내부 방향으로 소정의 길이만큼 돌출되며, 유입되는 유체의 회전을 유도하는 곡선 형상으로 형성되는 곡선돌출부를 더 포함하는 것일 수 있다.

일 실시예에 있어서, 상기 선회유입구는, 상기 곡선돌출부의 상면에 설치되어, 유체가 양 방향으로 분리되도록 하는 돌출격벽부를 더 포함하는 것일 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 직경이 나노 레벨이 되는 초미세기포의 생산력을 극대화하여 생산에 소요되는 시간을 현저하게 감축시킬 뿐만 아니라, 초미세기포의 보존력을 크게 향상시켜 장기적인 지속이 가능한 초미세기포수를 제공할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 코일형 노즐을 구비하는 초미세기포 발생시스템의 모식도이다.
도 2는 도 1의 펌프장치부 구성을 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 2의 (a)는 본 발명의 펌프장치부의 하우징 내부를 확대하여 나타낸 정면도이다.
도 2의 (b)는 본 발명의 펌프장치부의 토출선회관을 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 3은 도 1의 코일노즐부 구성을 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 3의 (a)와 (b)는 본 발명의 코일노즐부에 유입된 기액혼합 유체의 왕복 선회구조를 나타낸 모식도이다.
도 3의 (c)는 본 발명의 코일노즐부로부터 유출되는 기액혼합 유체의 압출식 분사구조를 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 제2코일유로와 노즐유출구의 결합 부분을 분해하여 나타낸 사시도이다.
도 5는 도 1의 산기관부 구성을 확대하여 나타낸 모식도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 산기관부의 내부를 나타낸 단면도이다.
도 7 및 8은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 산기관부의 내부를 각각 나타낸 측면도 및 사시도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 코일형 노즐을 구비하는 초미세기포 발생시스템의 모식도를, 도 2는 도 1의 펌프장치부(100) 구성을 확대하여 나타낸 모식도를, 도 3은 도 1의 코일노즐부(200) 구성을 확대하여 나타낸 모식도를, 도 5는 도 1의 산기관부(300) 구성을 확대하여 나타낸 모식도를 각각 도시한다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 코일형 노즐을 구비하는 초미세기포 발생시스템은 펌프장치부(100), 코일노즐부(200) 및 산기관부(300)를 시스템의 기본 구조를 이루는 구성으로 포함한다.

본 발명에 의한 초미세기포 발생시스템은, 나노버블 발생기(10)와 수조(20) 사이에 유체가 반복적으로 순환하며, 그 과정에서 흡입된 기체가 초미세 단위의 기포로 쪼개지고 기액이 혼합되어 초미세기포수(나노버블수)를 생산하는 시스템으로 이해될 수 있다.

나노버블 발생기(10)는 기체와 액체를 혼합시키는 펌프장치부(100)와, 제조된 기액혼합 유체를 유출시키는 과정에서 선회를 유도하는 코일노즐부(200)가 각각 내부에 설치된다. 유출된 기액혼합 유체는 배관을 따라 수조(20)로 이동하며, 수조(20)의 내부에는 산기관부(300)가 수중에 수용된 상태로 설치된다. 상기 산기관부(300)를 통해 기액혼합 유체가 수조(20)의 수중으로 분산되고, 이후에 별도의 배관을 통해 수조(20)의 유체는 다시금 나노버블 발생기(10)로 이동하게 된다. 이때, 상기 나노버블 발생기(10)에는 시스템 데이터값를 개시하고 제어값을 입력하는 디스플레이(50)가, 상기 수조(20)에는 액체를 공급하는 급수관(40)와 유체에 동력을 제공하는 동력펌프(30) 등이 별도로 설치될 수 있을 것이다.

이하, 본 발명을 이루는 각각의 기술 구성들을 자세히 설명한다.

도 2는 도 1의 펌프장치부(100) 구성을 확대하여 나타낸 모식도를 도시한다. 도 2의 (a)는 본 발명의 펌프장치부의 하우징 내부를 확대하여 나타낸 정면도를, 도 2의 (b)는 본 발명의 펌프장치부의 토출선회관을 확대하여 나타낸 모식도를 각각 도시한다.

펌프장치부(100)는 기액혼합 유체를 제조하기 위한 와류 펌프 역할을 하는 기술 구성이다. 보다 구체적으로 일측에 유체와 기체가 각각 유입될 수 있는 각각 흡입라인(130)이 구비되며, 타측에는 기액혼합 유체가 유출될 수 있는 토출라인(140)이 마련된 하우징(110)으로 형성된다. 상기 하우징(110)의 내부에서는 회전 구동하도록 설치된 임팰러(120)가 유입된 기체를 쪼개고 유체와 혼합시키는 방식으로, 기액혼합 유체를 제조하는 역할을 한다.

도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 펌프장치부(100)의 흡입라인(130)은 필요한 기체를 주입하는 기체 주입라인(131)과, 배관을 따라 수조(20)로부터 전달된 유체가 흡입되는 유체 접속라인(132)이 함께 구비될 수 있다.

이때, 기체 주입라인(131)에는 파이프가 접속되어 있고, 그 파이프에는 밸브(미도시)가 설치되는 것일 수 있다. 펌프장치부(100)를 구동할 때에는 상기 밸브는 닫힌 상태가 되고, 구동을 하고 일정 시간이 경과한 이후에 상기 밸브가 열려 공기를 주입하는 방식으로 작동 및 운영된다. 이것은 상기 펌프장치부(100) 내에 흡입되는 기체에 의해서 발생할 수 있는 캐비테이션(Cavitation)을 최소화하기 위함이다.

하우징(110)의 내부에 수납 설치된 임팰러(120)는, 하우징(110)의 중심부에 설치된 베어링에 의하여 회전 구동이 가능하게 설치된다. 상기 임팰러(120)의 날(Blade)은 상기 하우징(110) 내부에서 유동하는 유체와 접촉하여, 기체를 미세한 크기로 쪼개어 기포로 만들고 유체와 혼합되게 한다.

도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 펌프장치부(100)의 토출라인(140)은 제조된 기액혼합 유체에 선회를 유도하는 소정의 코일 형상의 배관인 토출선회관(141)을 더 포함할 수 있다. 즉, 코일노즐부(200) 방향으로 기액혼합 유체를 토출시키고, 그 유동과정에서 추가적인 회전을 유도하여 배관의 내벽면이 기액혼합 유체에 강한 전단력을 가하게 한다. 이에 따라, 기포가 더욱 미세하게 쪼개지게 되므로 초미세기포수의 생산효율을 더욱 높일 수 있다.

도 3의 (a)와 (b)는 본 발명의 코일노즐부(200)에 유입된 기액혼합 유체의 왕복 선회구조를 나타낸 모식도를 도시한다.

코일노즐부(200)는 펌프장치부(100)로부터 제조된 기액혼합 유체가 유동하는 노즐 배관에 해당하는 구성으로, 유체가 왕복하는 소정의 이중 코일 구조로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이것은 한정된 공간 범위 내에서 회전에 의한 전단을 극대화하여, 기포의 미세화 성능을 높이기 위함이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 코일노즐부(200)는 노즐유입구(210), 제1코일유로(220), 제2코일유로(230) 및 노즐유출구(240)를 포함하는 것일 수 있다.

노즐유입구(210)는 펌프장치부(100)의 토출라인(140)과 연결된 배관과 접속되어, 기액혼합 유체가 제1코일유로(220)로 유입되도록 하는 유로를 제공한다.

제1코일유로(220)는 노즐유입구(210)를 통해 유입된 기액혼합 유체가 제1방향(A)으로 유동하도록 하는 코일 형상의 유로를 제공하되, 내부에는 후술하는 제2코일유로(230)가 설치되는 공간을 구비한다. 즉, 상기 제1코일유로(220)는 상기 제2코일유로(230)를 감싸는 형태로 설치된다.

제2코일유로(230)는 제1코일유로(220)의 내부에 위치하여, 제1코일유로(220)를 따라 유동한 기액혼합 유체가 제1방향(A)과 반대되는 제 2방향(B)으로 유동하도록 하는 코일 형상의 유로를 제공한다.

노즐유출구(240)는 산기관부(300)아 연결된 배관과 접속하여, 제2코일유로(230)의 후단으로부터 기액혼합 유체가 유출되도록 하는 유로를 제공한다.

위와 같은 구조를 통하여, 본 발명의 코일노즐부(200)는 노즐유입구(210)로 유입된 기액혼합 유체가 제1코일유로(220)와 제2코일유로(230)가 형성하는 왕복형 이중 코일구조를 거쳐서 노즐유출구(240)를 통해 유출된다. 이에 따라, 불필요한 공간 소요를 최소화하면서 유동하는 유체에 강한 전단력을 가하여, 유체에 포함되어 있는 기포가 더욱 미세하게 쪼개지고, 초미세기포의 발생효율을 극대화할 수 있다.

도 3의 (c)는 본 발명의 코일노즐부(200)로부터 유출되는 기액혼합 유체의 압출식 분사구조를 나타낸 모식도를, 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 제2코일유로(230)와 노즐유출구(240)의 결합 부분을 분해하여 나타낸 사시도를 각각 도시한다.

본 발명의 일 실시예에 의한 코일노즐부(200)는 전술한 왕복형 선회구조를 통해 1차적으로 기포를 나노화한 이후에, 후단의 압출식 분사구조를 통해 2차적으로 기포를 추가 나노화하는 것일 수 있다.

도 3의 (c)에 나타난 바와 같이 코일노즐부(200)는, 제2코일유로(230)의 후단과 연결되되, 외주면을 따라 복수 개의 홀로 형성되는 분사포트(232)가 마련된 제1이음배관(231) 및 상기 제1이음배관(231)을 감싸도록 설치되되, 노즐유출구(240)와 연결되는 제2이음배관(241)을 더 포함하는 것일 수 있다.

즉, 제2코일유로(230)를 거쳐 제1이음배관(231)에 도착한 기액혼합 유체는 후단의 외주면을 따라 형성된 복수 개의 분사포트(232)를 통해 압출식 산기되는 방식으로 분사된다. 이 과정에서 미세기포가 강한 마찰력을 받게 되어 더욱 작은 크기로 쪼개지게 된다. 또한, 분사된 유체는 상기 제1이음배관(231)과 이를 감싸는 제2이음배관(241)의 사이 공간이 형성하는 원통 형상의 유로를 거치게 되어 다시금 회전력을 받게 되어, 더욱 작은 크기로 쪼개진 초미세기포가 유체와 강하게 혼합된다.

도 4에 나타난 바와 같이, 또 다른 실시예에 의한 코일노즐부(200)는, 제1이음배관(231)이 단부의 외주면을 따라 나선 형상의 유로를 형성하는 블레이드(233)를 더 포함하는 것일 수 있다.

즉, 전술한 제1이음배관(231)과 이를 감싸는 제2이음배관(241)의 사이 공간이 형성하는 유로에 추가적인 나선 형상의 블레이드(233)를 두어, 분사포트(232)로부터 분사된 이후 유동하는 유체가 소용돌이 형태의 회전류를 형성하도록 유도할 수 있다. 상기 블레이드(233)는 유체의 유동방향을 급격하게 바꾸지 않는 소정의 나선 형상으로 형성되므로 유동 저항이 크지 않아, 노즐 및 배관을 따라 유동하는 유체에 압력 손실 문제가 발생되지 아니한다.

도 5는 도 1의 산기관부(300) 구성을 확대하여 나타낸 모식도를 도시한다.

산기관부(300)는 수조(20)의 내부 수중에 설치되며, 나노버블 생성기로부터 전달된 기액혼합 유체를 압출식으로 분사하는 기술구성이다. 도면을 통해 나타난 바와 같이, 본 발명의 산기관부(300)는 내부에서 유체의 선회를 유도하는 원통 형상으로 형성되는 것일 수 있다.

보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 의한 산기관부(300)는 유입된 유체가 선회할 수 있는 중공의 내부공간이 마련된 원통 형상의 선회챔버(310), 상기 선회챔버(310)의 중심부와 연결되어 유체를 유입시키는 선회유입구(320), 상기 선회챔버(310)의 양단에 한 쌍으로 형성되어 유체를 반출시키는 선회유출구(330) 및 상기 선회챔버(310) 내부에서 상기 선회유입구(320)와 마주보도록 설치되어, 유입되는 유체가 양 방향으로 분리되도록 하는 격벽부재(340)를 더 포함하는 것일 수 있다.

즉, 나노버블 생성기로부터 연결된 배관과 접속하는 선회유입구(320)를 통해, 기액혼합 유체가 선회챔버(310)의 중심부분으로 유입된다. 이때, 상기 선회유입구(320)는, 기액혼합 유체가 상기 선회챔버(310)의 내부에서 충분히 회전할 수 있도록, 상기 선회챔버(310)의 원형 단면을 기준으로 할때의 접선방향을 따라 기액혼합 유체를 유입시키는 것일 수 있다.

유입된 기액혼합 유체는 선회유입구(320)의 전방에 마주보도록 설치된 격벽부재(340)에 의하여 분리되고, 선회챔버(310)의 양단 방향을 향해 유동한다. 이때, 기액혼합 유체는 상기 선회챔버(310)의 원형 단면을 따라 소용돌이 형태로 회전하며 유동하게 되므로, 상기 선회챔버(310)의 내벽과의 마찰에 의해 초미세기포가 더욱 작은 크기로 쪼개지게 된다.

선회챔버(310)의 양단에 도달한 기액혼합 유체는 양단에 홀 또는 포트 형태로 형성된 한 쌍의 선회유출구(330)를 통과하여, 수중으로 압출식 분사된다. 이 과정에서, 기액혼합 유체에 포함된 기포가 다시금 쪼개질 수 있을 뿐만 아니라, 수조(20)의 내부에 광범위하게 분사되어 초미세기포를 함유하는 유체가 고르게 분포된다.

이하에서는, 본 발명의 다양한 실시예에 의한 산기관부(300)를 설명한다.

도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 산기관부(300)의 내부를 나타낸 단면도를, 도 7 및 8은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 산기관부(300)의 내부를 나타낸 측면도 및 사시도를 각각 도시한다.

도 6을 통해 나타난 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 선회챔버(310)는, 중공의 내부공간이 중심부로부터 양단에 형성된 선회유출구(330) 방향으로 갈수록 좁아지는 단면적을 갖도록 형성되는 것일 수 있다. 즉, 양단의 선회유출구(330) 방향을 유동하는 기액혼합 유체에 병목현상을 유도하는 것일 수 있다.

보다 구체적으로는, 도 6의 (a)와 같이 내벽면이 타원을 이루는 형상이거나, 도 6의 (b)와 같이 내벽면이 원뿔을 이루는 형상일 수 있다. 이와 같은 구조를 통하여, 중심부로부터 유동하는 기액혼합 유체는 이동단면이 좁아지게 됨에 따라 유동속도가 증가하게 되어 고속선회류를 형성하게 된다. 그 결과, 기액혼합 유체와 선회챔버(310)의 내벽면 사이에는 더욱 강한 전단력이 발생하게 되며, 선회유출구(330)를 통하여 강한 압력으로 분사될 수 있다. 다만, 도 6에 도시된 실시예의 형상 외에도 유동하는 기액혼합 유체에 병목현상을 유동하는 다양한 형태가 적용될 수 있음이 당연하다.

도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 선회유입구(320)는, 선회챔버(310)의 내부 방향으로 소정의 길이만큼 돌출되며, 유입되는 유체의 회전을 유도하는 곡선 형상으로 형성되는 곡선돌출부(321)를 더 포함하는 것일 수 있다.

곡선돌출부(321)는 선회챔버(310) 내부로 유입되는 기액혼합 유체의 회전을 가이드하는 역할을 하게 되며, 이를 위해 선회챔버(310) 내부의 원형 단면에 대응하는 곡률의 곡선으로 형성될 수 있다. 상기 곡선돌출부(321)로부터 유입된 기액혼합 액체는 격벽부재(340)를 만나 분리되고, 상기 선회챔버(310)의 양 방향으로 소용돌이 형태의 선회류를 형성하며 진행된다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 상기 선회유입구(320)는, 곡선돌출부(321)의 상면에 설치되어, 유체가 양 방향으로 분리되도록 하는 돌출격벽부(322)를 더 포함하는 것일 수 있다.

곡선돌출부(321)로부터 더욱 강한 회전력을 받으며 유입된 기액혼합 유체는, 선회챔버(310) 내부의 원형 단면을 한차례 회전한 이후, 다시금 돌출 형성된 상기 곡선돌출부(321)와 맞닿는다. 이때, 상기 곡선돌출부(321)의 상면에 설치된 돌출격벽부(322)는 기액혼합 유체가 다시금 양 방향으로 용이하게 분리되도록 가이드하는 역할을 한다.

이하에서는 위와 같은 구성을 기본 구조로 하는 본 발명의 초미세기포 발생시스템을 설명한다.

본 발명의 초미세기포 발생시스템은 유체가 나노버블 생성기와 수조(20)를 반복 순환하며, 기체와 혼합되고, 기체를 단계적으로 작은 크기로 쪼개어 초미세기포를 발생시키고 초미세기포수를 생산하는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 유체의 순환은 별도로 설치된 동력펌프(30)의 동력 제공에 의해 이루어진다.

우선적으로 급수관(40)을 통해 수조(20)로 채워진 급수가 나노버블 생성기 내부에 설치된 펌프장치부(100)에 제공된다. 이때, 상기 펌프장치부(100)의 흡입라인(130)은 유체 접속라인(132)을 통해 수조(20)로부터 유체를 흡입하고, 동시에 기체 주입라인(131)을 통해 필요한 기체를 흡입한다. 흡입된 기액은 상기 펌프장치부(100)의 내부에서 회전 구동하는 임팰러(120)의 날에 의하여 기체가 쪼개지면서 기액혼합 유체를 이루게 된다.

위와 같이 생성된 기액혼합 유체는 펌프장치부(100)의 토출라인(140)에 의해서 유출되고, 상기 토출라인(140)과 접속되는 노즐유입구(210)에 의해 코일노즐부(200)로 유입된다. 상기 코일노즐부(200)에서 기액혼합 유체는 코일 형상의 유로를 따라 회전하게 되며 전단력을 받게 된다. 특히, 상기 코일노즐부(200)의 소정의 구간 내에서 내외부를 따라 왕복하는 형태로 회전하며 유동한다. 위와 같은 과정에서 유체에 포함된 기포는 더욱 작은 크기로 쪼개지게 되고, 유체와 혼합된다.

다중 코일 구간을 왕복한 기액혼합 유체는 코일노즐부(200)의 후단에 형성된 분사포트(232)를 통해서 압출식으로 분사된다. 분사된 이후에는, 다시금 배관을 따라 소용돌이 형상의 회전류를 형성하며 노즐유출구(240)를 통해 토출되고, 수조(20)에 마련된 산기관부(300)로 유동한다.

기액혼합 유체는 선회유입구(320)를 따라 산기관부(300)의 중심부를 향해 유입되고, 격벽부재(340)에 의하여 선회챔버(310)의 양 방향으로 분리되어 진행한다. 기액혼합 유체는 상기 선회챔버(310)가 이루는 원통 형상의 중공 내부공간에서 다시금 회전류를 형성하며 진행한다. 이때, 기액혼합 유체는 상기 선회챔버(310)의 내부 단면적이 점차 좁아지게 됨에 따라 고속선회류를 형성하게 된다. 한편, 상기 선회유입구(320)가 상기 선회챔버(310) 내부로 소정의 길이만큼 돌출되고, 그 상면에 별도의 격벽이 설치됨으로써 양 방향의 고속선회류를 더욱 용이하게 형성할 수 있다.

기액혼합 유체는 양단에 도달한 이후에 한 쌍으로 형성된 선회유출구(330)를 통해 수중으로 광범위하게 분사된다. 이후, 수조(20)에 있는 유체는 동력펌프(30)에 의하여 다시금 나노버블 발생기(10)로 유동하게 되고, 위와 같은 시스템을 다시금 반복 순환하게 된다.

위와 같은 구조를 통하여 본 발명에 의한 코일형 노즐을 구비하는 초미세기포 발생시스템은 유동하는 기액혼합 유체에 가해지는 전단력을 극대화할 수 있게 된다. 이에 따라, 직경이 나노 레벨이 되는 나노버블의 생산력을 극대화하여 생산 소요시간 감축시킬 뿐만 아니라, 나노버블의 보존력을 향상시켜 장기적인 지속이 가능한 초미세기포수를 제공할 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 나노버블 발생기
20: 수조
30: 동력펌프
40: 급수관
50: 디스플레이
100: 펌프장치부
110: 하우징
120: 임팰러
130: 흡입라인
131: 기체 주입라인
132: 유체 접속라인
140: 토출라인
141: 토출선회관
200: 코일노즐부
210: 노즐유입구
220: 제1코일유로
230: 제2코일유로
231: 제1이음배관
232: 분사포트
233: 블레이드
240: 노즐유출구
241: 제2이음배관
300: 산기관부
310: 선회챔버
320: 선회유입구
321: 곡선돌출부
322: 돌출격벽부
330: 선회유출구
340: 격벽부재

Claims

일측으로 유체와 기체가 유입하고 타측으로 기액 혼합된 유체가 유출되는 하우징을 갖으며, 상기 하우징 내부에 회전가능하도록 구비된 임팰러가 유입된 기체와 유체를 혼합시키도록 형성된 펌프장치부;
유체가 왕복하는 소정의 코일 구간을 갖는 배관인 코일노즐부;
내부에서 유체의 선회를 유도하며, 유체를 수중으로 분사하는 산기관부를 포함하며,
상기 코일노즐부는,
상기 펌프부로부터 유출된 유체가 유입되는 노즐유입구;
유입된 유체가 유동하는 제1코일유로;
상기 제1코일유로의 내부에 배치되며, 상기 제1코일유로의 유동방향과 반대방향으로 유체가 유동하는 제2코일유로; 및
상기 산기관부 방향으로 유체를 유출시키는 노즐유출구를 더 포함하는, 코일형 노즐을 구비하는 초미세기포 발생시스템.
제1항에 있어서,
상기 코일노즐부는,
상기 제2코일유로의 후단과 연결되되, 외주면을 따라 복수 개의 홀로 형성되는 분사포트가 마련된 제1이음배관; 및
상기 제1이음배관을 감싸도록 설치되되, 상기 노즐유출구와 연결되는 제2이음배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 코일형 노즐을 구비하는 초미세기포 발생시스템.
제2항에 있어서,
상기 제1이음배관은,
단부의 외주면을 따라 나선 형상의 유로를 형성하는 블레이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 코일형 노즐을 구비하는 초미세기포 발생시스템.
제1항에 있어서,
상기 산기관부는,
유입된 유체가 선회할 수 있는 중공의 내부공간이 마련된 원통 형상의 선회챔버;
상기 선회챔버의 중심부와 연결되어 유체를 유입시키는 선회유입구;
상기 선회챔버의 양단에 한 쌍으로 형성되어 유체를 반출시키는 선회유출구; 및
상기 선회챔버 내부에서 상기 선회유입구와 마주보도록 설치되어, 유입되는 유체가 양 방향으로 분리되도록 하는 격벽부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 코일형 노즐을 구비하는 초미세기포 발생시스템.
제4항에 있어서,
상기 선회챔버는, 중공의 내부공간이 중심부로부터 양단의 상기 선회유출구 방향으로 갈수록 좁아지는 단면적을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 코일형 노즐을 구비하는 초미세기포 발생시스템.
제4항에 있어서,
상기 선회유입구는,
상기 선회챔버의 내부 방향으로 소정의 길이만큼 돌출되며, 유입되는 유체의 회전을 유도하는 곡선 형상으로 형성되는 곡선돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 코일형 노즐을 구비하는 초미세기포 발생시스템.
제6항에 있어서,
상기 선회유입구는,
상기 곡선돌출부의 상면에 설치되어, 유체가 양 방향으로 분리되도록 하는 돌출격벽부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 코일형 노즐을 구비하는 초미세기포 발생시스템.