KR20210105965A - 울트라 파인 버블 제조기 및 울트라 파인 버블수 제조 장치 - Google Patents

울트라 파인 버블 제조기 및 울트라 파인 버블수 제조 장치 Download PDF

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KR20210105965A
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요시카즈 고바야시
히데마사 고바야시
마사히데 하야시
고지 후지와라
에츠오 이시이
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미이께 뎃꼬오 가부시끼가이샤
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Abstract

울트라 파인 버블수 제조 장치(1)는, 소용돌이 펌프(3), 이젝터(4), 캐스케이드 펌프(6), 캐스케이드 펌프(6)의 하류측의 분기부 P, 분기부 P로부터 이젝터(4)와 캐스케이드 펌프(6)의 사이로 연결되는 복귀 통로(7), 복귀 통로(7)에 개재 설치된 유량 조정 밸브(9) 및 제1 울트라 파인 버블 제조기(2A), 분기부 P로 연결되는 배출 경로(8), 배출 경로(8)에 개재 설치된 제2 울트라 파인 버블 제조기(2B) 및 제어 장치(13)를 구비한다. 제어 장치(13)는, 배출 경로(8)의 농도계(10)와, 캐스케이드 펌프(6)의 하류측과 상류측의 제1 및 제2 압력계(11, 12)의 측정값에 기초하여, 공기량 조정 밸브(5), 소용돌이 펌프(3), 캐스케이드 펌프(6) 및 유량 조정 밸브(9)를 조절한다.

Description

울트라 파인 버블 제조기 및 울트라 파인 버블수 제조 장치
본 발명은, 액체 중에 기체인 울트라 파인 버블을 형성하는 울트라 파인 버블 제조기와, 이것을 사용한 울트라 파인 버블수 제조 장치에 관한 것이다.
울트라 파인 버블은, 직경이 1㎛ 이하인 기포이며, 가시광의 파장보다도 작기 때문에, 액체 중에 형성되어도 시인할 수 없다. 또한, 울트라 파인 버블은, 직경이 1㎛를 초과하는 기포인 마이크로 버블과 비교하여, 부상 속도가 작아, 액체 중에 장시간 체재할 수 있다. 또한, 울트라 파인 버블은, 마이크로 버블과 비교하여 표면적이 커서, 자기 가압 효과를 갖고, 마이너스 전하의 대전 작용을 갖는다. 이들과 같은 특징을 이용하여, 농업, 공업, 수산업 등의 다양한 분야에 있어서, 다양한 목적을 위해 울트라 파인 버블이 활용되고 있다.
이와 같은 울트라 파인 버블을 제조하는 제조 장치로서, 종래, 직경이 10 내지 50㎛ 정도의 마이크로 버블에 초음파를 조사하고, 마이크로 버블을 압괴해 미세화함으로써 울트라 파인 버블을 제조하는 것이 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조).
특허문헌 1에 기재된 울트라 파인 버블 제조 장치는, 버블 발생부에서 마이크로 버블 함유수가 제조되고, 이 마이크로 버블 함유수가 저류부에 일단 저류된다. 저류부에 저류된 마이크로 버블 함유수는, 정치됨으로써, 이 저류부의 하부에 직경이 작은 버블이 모이게 된다. 이 직경이 작은 마이크로 버블 함유수가 저류부의 하부로부터 빼내어지고, 압괴부로 유도되어, 이 압괴부에서 초음파가 조사된다. 초음파가 조사된 마이크로 버블은 압괴하고, 미세화되어, 울트라 파인 버블이 제조된다. 초음파는, 압괴부를 형성하는 통로의 한쪽 측면에 마련된 초음파 발생부로부터, 이 통로를 흐르는 마이크로 버블 함유수에 조사되도록 되어 있다.
일본 특허 공개 제2014-200762호 공보
그러나, 특허문헌 1에 기재된 울트라 파인 버블 제조 장치는, 초음파 발생부와, 이 초음파 발생부를 위한 전원 장치와 제어 장치가 필요하므로, 장치 구성이 복잡하며, 장치가 비교적 대형이면서 고가로 된다는 문제가 있다. 또한, 압괴부에서는, 통로를 흐르는 마이크로 버블 함유수에 한쪽 측으로부터 조사한 초음파로 버블을 압괴해 울트라 파인 버블을 제조하므로, 울트라 파인 버블의 제조 효율이 비교적 낮고, 또한 울트라 파인 버블의 직경이 균일해지기 어렵다고 하는 문제가 있다. 또한, 저류부에 마이크로 버블 함유수를 정치하여 직경이 작은 버블을 저류부의 하부에 모으는 공정과, 저류부의 하부로부터 마이크로 버블 함유수를 빼내는 공정은, 어느 것이나 모두 연속해서 실행할 수 없어, 배치(batch) 공정이 된다. 따라서, 울트라 파인 버블의 제조가 단속적으로 되어, 제조 효율이 낮다고 하는 문제가 있다.
그래서, 본 발명의 과제는, 장치 구성의 비교적 간이한 울트라 파인 버블 제조기 및 울트라 파인 버블수 제조 장치를 제공하는 데 있다. 또한, 울트라 파인 버블의 제조 효율이 비교적 높아, 균일한 직경의 울트라 파인 버블을 제작할 수 있는 울트라 파인 버블 제조기 및 울트라 파인 버블수 제조 장치를 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 울트라 파인 버블 제조기는, 수중에 함유된 기체의 울트라 파인 버블을 제조하기 위한 울트라 파인 버블 제조기이며,
원형 단면을 갖는 케이싱과,
상기 케이싱의 일단에 접속되고, 상기 케이싱과 동축 상으로 연장되고, 물과 기체의 혼합 유체를 공급하는 공급관과,
상기 케이싱 내에 적어도 일부가 수용되고, 상기 공급관으로부터 케이싱 내에 공급된 상기 혼합 유체의 선회류를 형성하는 복수의 선회류 형성부를 포함하고, 이들 선회류 형성부에서 형성된 선회류를 서로 충돌시켜, 상기 혼합 유체의 기체를 미세화해 울트라 파인 버블수를 생성하는 미세화 블록과,
상기 케이싱의 타단측에 배치되고, 상기 미세화 블록에서 생성된 울트라 파인 버블수를 상기 케이싱의 밖으로 배출하는 배출관을
구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의하면, 케이싱과, 공급관과, 배출관과, 상기 케이싱 내에 수용된 미세화 블록으로 구성된 울트라 파인 버블 제조기는, 쉽게 소형화가 가능하다. 또한, 이 울트라 파인 버블 제조기의 미세화 블록은, 혼합 유체의 선회류를 형성하는 복수의 선회류 형성부를 포함하고, 이들 선회류 형성부에서 형성된 선회류를 서로 충돌시켜, 혼합 유체의 기체를 미세화해 울트라 파인 버블수를 생성하도록 구성된다. 따라서, 초음파 발생부 등을 사용하지 않고, 적은 부품 구성으로 울트라 파인 버블수를 제작할 수 있으므로, 울트라 파인 버블 제조기를 비교적 소형으로 할 수 있고, 또한 저렴하게 제작할 수 있다. 또한, 미세화 블록에 있어서, 복수의 선회류 형성부에서 선회류를 형성하는 공정과, 복수의 선회류를 서로 충돌시켜 혼합 유체의 기체를 미세화하는 공정은 연속적으로 행할 수 있다. 따라서, 배치 공정을 행하는 종래의 장치보다도, 효율적으로 울트라 파인 버블을 제조할 수 있다. 또한, 복수의 선회류를 서로 충돌시켜 혼합 유체의 기체를 미세화함으로써, 종래보다도 균일한 직경의 울트라 파인 버블을 효율적으로 제조할 수 있다.
일 실시 형태의 울트라 파인 버블 제조기는, 상기 미세화 블록이, 상기 케이싱과 동축의 선회축 주위로 혼합 유체의 선회류를 형성하는 상기 선회류 형성부로서의 제1 선회실과, 이 제1 선회실보다도 상기 공급관으로부터 먼 측에 형성되고, 상기 케이싱과 동축의 선회축 주위로, 상기 제1 선회실에서 형성되는 선회류와 반대 방향으로 선회하는 혼합 유체의 선회류를 형성하는 상기 선회류 형성부로서의 제2 선회실과, 상기 제1 선회실에서 형성된 혼합 유체의 선회류와 상기 제2 선회실에서 형성된 혼합 유체의 선회류를 충돌시키는 충돌실과, 이 충돌실에서 혼합 유체의 선회류가 충돌하여 이루어지는 울트라 파인 버블수를 배출관측으로 유도하는 배출 통로를 포함하고,
상기 배출관은, 상기 배출 통로에 연통되도록 상기 미세화 블록으로 연결되고, 상기 미세화 블록을 상기 케이싱 내에 지지하고 있다.
상기 실시 형태에 따르면, 케이싱 내의 미세화 블록이, 상기 케이싱과 동축의 선회축 주위로 혼합 유체의 선회류를 형성하는 제1 선회실과, 이 제1 선회실보다도 상기 공급관으로부터 먼 측에 형성되고, 상기 케이싱과 동축의 선회축 주위로, 상기 제1 선회실에서 형성되는 선회류와 반대 방향으로 선회하는 혼합 유체의 선회류를 형성하는 제2 선회실과, 상기 제1 선회실에서 형성된 혼합 유체의 선회류와 상기 제2 선회실에서 형성된 혼합 유체의 선회류를 충돌시키는 충돌실과, 이 충돌실에서 혼합 유체의 선회류가 충돌하여 이루어지는 울트라 파인 버블수를 배출관측으로 유도하는 배출 통로를 포함해 형성되므로, 울트라 파인 버블 제조기를 소형으로 할 수 있다. 또한, 상기 배출관은, 상기 미세화 블록의 배출 통로에 연통되도록 상기 미세화 블록으로 연결되고, 이 미세화 블록을 상기 케이싱 내에 지지하므로, 간이한 구조로 케이싱 내에 미세화 블록을 수용할 수 있다.
일 실시 형태의 울트라 파인 버블 제조기는, 상기 미세화 블록이,
상기 제1 선회실과, 이 제1 선회실의 일단측에 케이싱 내의 혼합 유체를 제1 선회실의 접선 방향으로 도입하는 제1 도입로와, 상기 제1 선회실의 타단에 형성되어 선회류를 토출하는 제1 토출 구멍을 갖는 제1 블록 부품과,
상기 제1 블록 부품에 결합되고, 상기 제2 선회실과, 이 제2 선회실의 일단측에 케이싱 내의 혼합 유체를 제2 선회실의 접선 방향으로 도입하는 제2 도입로와, 상기 제2 선회실의 타단에 형성되어 상기 제1 블록 부품의 제1 토출 구멍과 대향하여 선회류를 토출하는 제2 토출 구멍과, 상기 제1 블록 부품에 결합되어 제1 블록 부품의 사이에 형성되는 충돌실에 면하는 충돌실 표면과, 이 충돌실 표면에 형성되고, 상기 충돌실의 울트라 파인 버블수를 상기 배출 통로로 유입시키는 유입구와, 상기 제1 블록 부품이 연결된 측과 반대측의 단부면에 형성되고, 상기 배출 통로를 흐른 울트라 파인 버블수를 배출하는 배출구를 갖는 제2 블록 부품을
포함하여 형성되어 있다.
상기 실시 형태에 따르면, 미세화 블록이, 제1 블록 부품과 제2 블록 부품이 결합되어 형성된다. 상기 제1 블록 부품은, 제1 선회실과, 이 제1 선회실의 일단측에 케이싱 내의 혼합 유체를 제1 선회실의 접선 방향으로 도입하는 제1 도입로와, 상기 제1 선회실의 타단에 형성되어 선회류를 토출하는 제1 토출 구멍을 갖는다. 또한, 상기 제2 블록 부품은, 제2 선회실과, 이 제2 선회실의 일단측에 케이싱 내의 혼합 유체를 제2 선회실의 접선 방향으로 도입하는 제2 도입로와, 상기 제2 선회실의 타단에 형성되어 상기 제1 블록 부품의 제1 토출 구멍과 대향하여 선회류를 토출하는 제2 토출 구멍을 갖는다. 또한, 상기 제2 블록 부품이, 상기 제1 블록 부품에 결합되어 제1 블록 부품의 사이에 형성되는 충돌실에 면하는 충돌실 표면과, 이 충돌실 표면에 형성된 유입구와 상기 제1 블록 부품이 연결된 측과 반대측의 단부면에 형성된 배출구의 사이로 연장되는 배출 통로를 갖는다. 이와 같이 형성된 제1 블록 부품과 제2 블록 부품에 의해, 소형의 미세화 블록을 구성할 수 있다.
일 실시 형태의 울트라 파인 버블 제조기는, 상기 제1 도입로와 제2 도입로는, 상기 미세화 블록의 축 직각면에 대해 경사져 형성되어 있다.
상기 실시 형태에 따르면, 미세화 블록의 축 직각면에 대해 경사진 제1 도입로를 통과하여 혼합 유체를 제1 선회실에 도입함으로써, 제1 선회실 내에, 제1 토출 구멍을 향해 선회하는 선회류를 효과적으로 생성할 수 있다. 또한, 미세화 블록의 축 직각면에 대해 경사진 제2 도입로를 통해 혼합 유체를 제2 선회실에 도입함으로써, 제2 선회실 내에, 제2 토출 구멍을 향해 선회하는 선회류를 효과적으로 생성할 수 있다. 이에 의해, 제1 선회실의 제1 토출구와 제2 선회실의 제2 토출구의 사이에 위치하는 충돌실에서, 제1 선회실로부터의 선회류와, 제2 선회실로부터의 선회류를, 강하게 충돌시킬 수 있어, 그 결과, 각 선회류에 포함되는 기체의 버블을 효과적으로 미세화하여, 기체의 울트라 파인 버블을 효율적으로 제조할 수 있다.
일 실시 형태의 울트라 파인 버블 제조기는, 상기 미세화 블록이, 상기 케이싱과 동축 방향으로 형성되어 상기 혼합 유체가 유도되는 처리 유로와, 이 처리 유로의 상류단에 상기 혼합 유체를 중심축의 편심 방향으로 도입하여 선회류를 형성하는 상기 선회류 형성부로서의 제1 편심 공급로와, 상기 처리 유로의 상기 제1 편심 공급로보다도 하류측에 상기 혼합 유체를 중심축의 상기 제1 편심 공급로와 반대 방향의 편심 방향으로 도입하고, 상기 제1 편심 공급로에서 형성된 선회류에 반대 방향의 선회류를 생성하여 충돌시키는 상기 선회류 형성부로서의 제2 편심 공급로를 포함하고,
상기 배출관은, 상기 미세화 블록의 처리 유로의 하류단에 연결되어 있다.
상기 실시 형태에 따르면, 미세화 블록이, 케이싱과 동축 방향으로 형성되어 상기 혼합 유체가 유도되는 처리 유로를 포함한다. 이 처리 유로의 상류단에, 혼합 유체를 중심축의 편심 방향으로 도입하여 선회류를 형성하는 선회류 형성부로서의 제1 편심 공급로가 연통되어 있다. 상기 처리 유로의 상기 제1 편심 공급로보다도 하류측에, 혼합 유체를 중심축의 상기 제1 편심 공급로와 반대 방향의 편심 방향으로 도입하는 선회류 형성부로서의 제2 편심 공급로가 연통되어 있다. 이 제2 편심 공급로에 의해, 상기 제1 편심 공급로에서 형성된 선회류에 반대 방향의 선회류를 생성하여 충돌시킴으로써, 혼합 유체에 포함되는 기체의 버블을 효과적으로 미세화하여, 기체의 울트라 파인 버블이 생성된다. 이와 같이, 미세화 블록이, 처리 유로와, 제1 편심 공급로와, 제2 편심 공급로를 포함하여 구성되므로, 울트라 파인 버블 제조기를 소형으로 할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 울트라 파인 버블 제조기를 사용하여 형성된 울트라 파인 버블수 제조 장치이며,
원료수를 압송하는 제1 펌프와,
상기 제1 펌프로부터 압송된 원료수에 기체를 혼합하여 혼합 유체를 형성하는 혼합기와,
상기 혼합기의 하류측에 마련된 제2 펌프와,
상기 제2 펌프의 하류측에서 혼합 유체를 2개의 경로로 분기하는 분기부와,
상기 분기부에 접속되고, 유량 조정 밸브와, 제1 상기 울트라 파인 버블 제조기가 개재 설치되고, 이 제1 울트라 파인 버블 제조기로 제조된 기체의 울트라 파인 버블을 함유하는 물을 상기 혼합기와 제2 펌프의 사이로 되돌리는 복귀 경로와,
상기 분기부에 접속되고, 제2 상기 울트라 파인 버블 제조기가 개재 설치되고, 이 제2 울트라 파인 버블 제조기로 제조된 기체의 울트라 파인 버블을 함유하는 물을 배출하는 배출 경로를
구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의하면, 원료수가 제1 펌프로 압송되고, 혼합기에 의해 원료수에 기체가 혼합된다. 이 혼합기의 하류측의 제2 펌프에 의해 압송된 혼합 유체가, 분기부에서 2개의 경로로 나뉜다. 분기부에 접속된 복귀 경로에서는, 유량 조정 밸브가 개방되어 있을 때, 제2 펌프로부터 압송된 혼합 유체의 일부가 제1 울트라 파인 버블 제조기로 유도되고, 혼합 유체 중의 기체가 미세화되어 울트라 파인 버블이 형성된다. 이 기체의 울트라 파인 버블을 함유하는 물은, 혼합기와 제2 펌프의 사이로 복귀되고, 혼합기로부터의 혼합 유체와 합류하여 제2 펌프에 흡인된다. 한편, 분기부에 접속된 배출 경로에서는, 제2 펌프로부터 압송된 혼합 유체의 일부가 제2 울트라 파인 버블 제조기로 유도되고, 혼합 유체 중의 기체가 미세화되어 울트라 파인 버블이 형성된다. 이 기체의 울트라 파인 버블을 함유하는 물은, 배출 경로의 하류측으로부터 배출되고, 소기의 목적으로 제공된다. 또한, 복귀 경로의 유량 조정 밸브가 폐쇄되어 있을 때, 제2 펌프로부터 압송된 혼합 유체의 전부가 제2 울트라 파인 버블 제조기로 유도되고, 기체의 울트라 파인 버블이 형성되고, 이 기체의 울트라 파인 버블을 함유하는 물이 배출 경로를 통과하여 배출된다. 유량 조정 밸브의 개방도를 조정함으로써, 제1 울트라 파인 버블 제조기로 형성되어 제2 펌프로 복귀되는 기체의 울트라 파인 버블을 포함하는 물의 양을 조정할 수 있다. 따라서, 배출 경로로부터 배출되는 물에서의 기체의 울트라 파인 버블의 입경이나 농도를, 효과적으로 조정할 수 있다.
일 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치는, 상기 울트라 파인 버블 제조기를 사용하여 형성된 울트라 파인 버블수 제조 장치이며,
기체가 원료수에 혼합되어 이루어지는 혼합 유체를 압송하는 제1 펌프와,
상기 제1 펌프의 토출측과 흡입측의 사이에 접속되고, 상기 제1 펌프로부터 토출된 혼합 유체에 기체를 혼합하여 상기 제1 펌프의 흡입측으로 되돌리는 혼합기와,
상기 제1 펌프의 하류측에 마련된 상기 울트라 파인 버블 제조기와,
상기 울트라 파인 버블 제조기의 하류측에 접속된 제2 펌프와,
상기 제2 펌프의 하류측에 접속된 기액 분리기와,
상기 기액 분리기로 분리된 액체를 배출하는 배출 경로를
구비한다.
상기 실시 형태에 따르면, 기체가 원료수에 혼합되어 이루어지는 혼합 유체가 제1 펌프로 압송된다. 이 제1 펌프로부터 토출된 혼합 유체의 일부는, 상기 제1 펌프의 토출측과 흡입측의 사이에 접속된 혼합기로 유도되고, 이 혼합기에 의해, 혼합 유체에 기체가 혼합된다. 혼합기로 기체가 혼합된 혼합 유체는, 상기 제1 펌프의 흡입측으로 복귀된다. 상기 제1 펌프로부터 토출된 혼합 유체의 다른 부분은, 하류측에 마련된 울트라 파인 버블 제조기로 유도되고, 혼합 유체 중의 기체가 미세화되어 울트라 파인 버블이 형성된다. 이 울트라 파인 버블을 함유하는 물은, 울트라 파인 버블 제조기의 하류측에 접속된 제2 펌프에 흡인되고, 이 제2 펌프의 하류측에 접속된 기액 분리기를 향해 토출된다. 기액 분리기로 유도된 울트라 파인 버블을 함유하는 물은, 이 물과 함께 유도된 기체가 분리된다. 기액 분리기로 기체가 분리되어 남은 액체인 울트라 파인 버블을 함유하는 물이, 배출 경로를 통과하여 배출된다. 제1 펌프와 제2 펌프의 사이에 울트라 파인 버블 제조기를 개재 설치하고, 주로 제2 펌프의 동작을 조절함으로써, 울트라 파인 버블을 함유하는 물의 생성량을 안정시킬 수 있다.
일 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치는, 상기 제2 펌프가, 캐스케이드 펌프이다.
상기 실시 형태에 따르면, 제2 펌프로서 캐스케이드 펌프를 사용함으로써, 기체의 울트라 파인 버블을 함유하는 물을, 안정적으로 생성할 수 있다.
일 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치는, 상기 혼합기가 원료수 또는 혼합 유체에 혼합하는 기체의 양을 조정하는 기체량 조정 밸브를 구비한다.
상기 실시 형태에 따르면, 기체량 조정 밸브에 의해, 혼합기가 원료수 또는 혼합 유체로 혼합되는 기체의 양을 조정함으로써, 제조되는 울트라 파인 버블수의 울트라 파인 버블의 농도를 조정할 수 있다.
일 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치는, 상기 배출 경로로부터 배출되는 물의 울트라 파인 버블 농도를 측정하는 농도계와,
상기 농도계의 측정값에 기초하여, 상기 기체량 조정 밸브와, 상기 제2 펌프와, 상기 유량 조정 밸브를 제어하는 제어 장치를
구비한다.
상기 실시 형태에 따르면, 배출 경로로부터 배출되는 물의 울트라 파인 버블 농도가 농도계로 측정되고, 이 측정값에 기초하여, 제어 장치에 의해, 상기 기체량 조정 밸브와, 상기 제2 펌프와, 상기 유량 조정 밸브가 제어된다. 이에 의해, 배출 통로로부터 배출되는 물의 울트라 파인 버블 농도를, 안정적으로 소정의 값으로 조정할 수 있다.
일 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치는,
상기 배출 경로로부터 배출되어야 할 버블수의 버블의 직경 및 농도와 유량이 입력되는 입력부와,
상기 입력부에 접속되어 있음과 함께, 상기 제1 펌프와, 상기 제2 펌프와, 상기 유량 조정 밸브와, 상기 기체량 조정 밸브에 접속된 제어 장치와,
상기 제어 장치에 저장되고, 상기 제1 펌프의 부하와, 상기 제2 펌프의 부하와, 상기 유량 조정 밸브의 개방도와, 상기 기체량 조정 밸브의 개방도가 각각 취할 수 있는 값과, 이들 값에 대응하여, 상기 배출 경로로부터 배출되는 버블수의 버블의 직경 및 농도와 유량이 저장된 테이블을 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 입력부에 입력된 값에 기초하여, 상기 테이블을 참조하여 상기 제1 펌프의 부하와, 상기 제2 펌프의 부하와, 상기 유량 조정 밸브의 개방도와, 상기 기체량 조정 밸브의 개방도의 목표값을 추출하여, 이들 목표값이 되도록, 상기 제1 펌프와, 상기 제2 펌프와, 상기 유량 조정 밸브와, 상기 기체량 조정 밸브를 제어한다.
상기 실시 형태에 따르면, 입력부에, 배출 경로로부터 배출되어야 할 버블수의 버블의 직경 및 농도와 유량이 입력된다. 제어 장치는, 입력부에 접속되고, 이 입력부로부터 정보를 수취한다. 또한, 제어 장치는, 제1 펌프와, 제2 펌프와, 유량 조정 밸브와, 기체량 조정 밸브에 접속되고, 이들을 제어한다. 이 제어 장치에 저장된 테이블에는, 상기 제1 펌프의 부하와, 상기 제2 펌프의 부하와, 상기 유량 조정 밸브의 개방도와, 상기 기체량 조정 밸브의 개방도를 각각 취할 수 있는 값과, 이들 값에 대응하여, 상기 배출 경로로부터 배출되는 버블수의 버블의 직경 및 농도와 유량이 저장되어 있다. 이 제어 장치는, 입력부에 버블수의 버블의 직경 및 농도와 유량이 입력되면, 이들 입력된 값에 기초하여, 상기 테이블을 참조하여 상기 제1 펌프의 부하와, 상기 제2 펌프의 부하와, 상기 유량 조정 밸브의 개방도와, 상기 기체량 조정 밸브의 개방도의 목표값을 추출한다. 계속해서, 상기 제어 장치는, 상기 목표값이 되도록, 상기 제1 펌프와, 상기 제2 펌프와, 상기 유량 조정 밸브와, 상기 기체량 조정 밸브를 제어한다. 그 결과, 상기 배출 경로로부터, 입력부에 입력된 직경 및 농도의 버블을 포함함과 함께, 입력된 유량의 버블수가 제조된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치를 나타내는 모식도이다.
도 2는 본 발명의 실시 형태의 울트라 파인 버블 제조기의 종단면도이다.
도 3은 도 2의 화살표 B 방향에 의한 울트라 파인 버블 제조기의 횡단면도이다.
도 4는 도 2의 화살표 C 방향에 의한 울트라 파인 버블 제조기의 횡단면도이다.
도 5는 울트라 파인 버블 제조기의 제1 블록을 나타내는 단면도이다.
도 6은 울트라 파인 버블 제조기의 제2 블록을 나타내는 단면도이다.
도 7은 다른 울트라 파인 버블 제조기를 나타내는 종단면도이다.
도 8은 도 7의 화살표 D 방향에 의한 울트라 파인 버블 제조기의 횡단면도이다.
도 9는 도 7의 화살표 E 방향에 의한 울트라 파인 버블 제조기의 횡단면도이다.
도 10은 제2 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치를 나타내는 모식도이다.
도 11은 제3 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치를 나타내는 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태를, 첨부의 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치는, 본 발명의 실시 형태의 울트라 파인 버블 제조기를 구비하고, 물에, 기체로서의 공기의 울트라 파인 버블을 첨가하여 울트라 파인 버블수를 제조하는 것이다. 제1 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치(1)는, 도 1에 도시한 바와 같이, 수돗물 등의 원료수가, 화살표 W로 나타낸 바와 같이 공급되고, 이 공급된 물에 공기의 울트라 파인 버블을 첨가하여, 화살표 Z로 나타낸 바와 같이 배출한다. 울트라 파인 버블이란, 직경이 1㎛ 이하인 기포이다. 직경이 1㎛ 내지 100㎛인 기포는, 마이크로 버블이다. 본 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치(1) 및 울트라 파인 버블 제조기는, 울트라 파인 버블만을 형성하는 것 외에, 울트라 파인 버블과 마이크로 버블, 또는 마이크로 버블만을 형성하는 것도 가능하다.
울트라 파인 버블수 제조 장치(1)는, 원료수를 압송하는 제1 펌프로서의 소용돌이 펌프(3)와, 이 소용돌이 펌프(3)로부터 압송된 원료수에 공기를 혼합하는 혼합기로서의 이젝터(4)와, 이 이젝터(4)의 하류측에 마련된 제2 펌프로서의 캐스케이드 펌프(6)를 구비한다. 또한, 상기 캐스케이드 펌프(6)의 하류측을 2개의 경로로 분기하는 분기부 P와, 상기 분기부 P에 접속되어 하류측이 이젝터(4)와 캐스케이드 펌프(6)의 사이에 합류하는 복귀 경로(7)와, 상기 분기부 P에 접속되어 울트라 파인 버블수를 배출하는 배출 경로(8)를 구비한다. 상기 복귀 경로(7)에는, 유량 조정 밸브(9)와, 제1 울트라 파인 버블 제조기(2A)가 개재 설치되어 있다. 상기 배출 경로(8)에는, 제2 울트라 파인 버블 제조기(2B)가 개재 설치되어 있다. 또한, 상기 배출 경로(8)의 하류측에는, 이 배출 경로(8)로부터 배출되는 물에 포함되는 버블의 농도를 측정하는 농도계(10)가 마련되어 있다. 농도계(10)는, 울트라 파인 버블의 농도와 마이크로 버블의 농도를 구별해서 측정할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 이젝터(4)와 캐스케이드 펌프(6)의 사이이며, 복귀 경로(7)의 합류 위치보다도 상류측에, 제1 압력계(11)가 마련되어 있다. 또한, 캐스케이드 펌프(6)의 토출측에, 제2 압력계(12)가 마련되어 있다. 이 울트라 파인 버블수 제조 장치(1)는, 각 부의 동작을 제어하는 제어 장치(13)를 구비한다.
상기 소용돌이 펌프(3)는, 이젝터(4)에 의한 공기의 혼합 기능을 발휘함과 함께, 캐스케이드 펌프(6)와 협조하여 울트라 파인 버블수의 제조량을 조정한다. 소용돌이 펌프로서는, 수중 펌프 등을 사용할 수 있다. 또한, 제1 펌프로서는, 소용돌이 펌프 이외에, 예를 들어 플렁거 펌프 등의 다른 펌프를 사용할 수 있지만, 용적 펌프나 원심 펌프를 사용하는 것이 바람직하다.
이젝터(4)는, 소용돌이 펌프(3)로부터 토출되는 원료수에, 화살표 A로 나타낸 바와 같이 공기를 흡인해서 혼합하여 물과 공기의 혼합 유체를 형성한다. 이젝터(4)에는, 공기를 도입하는 흡기관에, 기체량 조정 밸브로서의 공기량 조정 밸브(5)가 연결되어 있다. 이 공기량 조정 밸브(5)로 공기의 흡입량을 조정함으로써, 이젝터(4)에 의해 원료수에 혼합되는 공기의 양을 조정하도록 되어 있다.
캐스케이드 펌프(6)는, 제1 울트라 파인 버블 제조기(2A)와 제2 울트라 파인 버블 제조기(2B)에 혼합 유체를 압송함으로써, 울트라 파인 버블 제조기(2A, 2B)의 울트라 파인 버블의 제조 기능을 발휘시킨다. 제2 펌프로서는, 캐스케이드 펌프(6) 이외에, 예를 들어 소용돌이 펌프 등의 다른 펌프를 사용해도 되지만, 원심펌프를 사용하는 것이 바람직하다.
도 2는, 본 실시 형태의 울트라 파인 버블 제조기(2)를 나타내는 모식 종단면도이다. 도 3은, 도 2의 화살표 B 방향에서의 단면도이며, 도 4는, 도 2의 화살표 C 방향에서의 단면도이다. 도 2 내지 4의 울트라 파인 버블 제조기(2)는, 제1 울트라 파인 버블 제조기(2A)와 제2 울트라 파인 버블 제조기(2B)의 구조를 나타내고 있다.
이 울트라 파인 버블 제조기(2)는, 공급관(25)에서 공급되는 물과 공기의 혼합 유체를 미세화하고, 공기의 울트라 파인 버블을 함유하는 울트라 파인 버블수를 형성하여, 이 울트라 파인 버블수를 배출관(26)으로부터 배출하는 것이다.
울트라 파인 버블 제조기(2)는, 대략 원통 형상의 케이싱(24)과, 이 케이싱(24)의 일단에 접속되어 케이싱(24)의 내부에 연통하는 공급관(25)과, 상기 케이싱(24)의 타단에 접속된 배출관(26)과, 상기 케이싱(24) 내에 수용되어 배출관(26)의 단부에 접속된 미세화 블록(28)을 갖는다. 상기 배출관(26)은, 상기 케이싱(24)의 타단부를 관통하여 단부가 내부에 삽입되어 있으며, 이 배출관(26)의 선단에 연결된 미세화 블록(28)을 케이싱(24) 내에 지지하고 있다.
미세화 블록(28)은 원통 형상을 갖고, 내부에, 물과 공기의 혼합 유체가 유도되는 선회류 형성부로서의 제1 선회실(31)과 제2 선회실(33)이 형성되어 있다. 제1 선회실(31)과 제2 선회실(33)은, 편평한 원통과 반회전 타원을 조합한 형상을 갖고, 반회전 타원 부분의 정점을 대향시켜, 서로 동축이면서 대칭으로 형성되어 있다. 미세화 블록(28)과, 이 미세화 블록(28) 내의 제1 선회실(31)과 제2 선회실(33)은, 케이싱(24)과 동축에 배치된다. 미세화 블록(28)은, 제1 선회실(31)이 내부에 형성된 제1 블록 부품(281)과, 제2 선회실(33)이 내부에 형성된 제2 블록 부품(282)으로 구성되어 있다.
도 5는, 제1 블록 부품(281)을 나타내는 단면도이다. 제1 블록 부품(281)은, 미세화 블록(28)의 일단면을 구성하는 원반 부분(281a)과, 이 원반 부분(281a)의 중앙부로부터 미세화 블록(28)의 내측을 향해 돌출된 돌출 부분(281b)을 갖는다. 돌출 부분(281b)은, 원반 부분(281a)에 가까운 부분이 원통 형상으로 형성되어 있는 한편, 원반 부분으로부터 먼 선단 부분은 원뿔대 형상으로 형성되어 있다. 이 제1 블록 부품(281)의 내측에, 제1 선회실(31)이 형성되어 있다.
제1 선회실(31)은, 일단측 부분의 벽면(31a)이 원통 형상을 갖는 한편, 타단측 부분의 벽면(31b)이 반회전 타원 형상을 갖는다. 제1 선회실(31)의 일단측 부분의 벽면(31a)이 제1 블록 부품(281)의 원반 부분의 내측에 대략 형성되고, 반회전 타원 형상의 타단측 부분의 벽면(31b)이 제1 블록 부품(281)의 돌출 부분의 내측에 대략 형성되어 있다. 제1 블록 부품(281)에는, 케이싱(24)과 미세화 블록(28) 사이의 혼합 유체를 제1 선회실(31)에 도입하는 제1 도입로(35)가 형성되어 있다. 제1 도입로(35)는, 도 3에 도시한 바와 같이, 제1 선회실(31)의 접선 방향으로 형성되어 있다. 제1 도입로(35)에서 유도된 혼합 유체를 토출하는 토출 개구(35a)가 제1 선회실(31)의 벽면에 형성되어 있다. 또한, 케이싱(24)과 미세화 블록(28) 사이의 혼합 유체를 제1 도입로(35)로 유입시키는 유입 개구(35b)가, 제1 블록 부품(281)의 원반 부분(281a)의 측면에 형성되어 있다. 제1 도입로(35)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 선회실(31)의 일단으로부터 타단을 향해, 제1 선회실(31)의 중심축의 직각면에 대해 각도 θ를 이루도록 형성되어 있다. 제1 도입로(35)의 제1 선회실(31)의 중심축의 직각면에 대한 각도 θ는, 1° 이상 20° 이하로 형성할 수 있다. 이 각도 θ는, 바람직하게는 5° 이상 15° 이하이고, 더욱 바람직하게는 8° 이상 12°이하이다. 제1 블록 부품(281)의 돌출 부분(281b)의 선단부에는 제1 토출 구멍(32)이 형성되어 있고, 이 제1 토출 구멍(32)으로부터, 제1 선회실(31)에서 형성된 혼합 유체의 선회류가 토출되도록 형성되어 있다.
도 6은, 제2 블록 부품(282)을 나타내는 단면도이다. 제2 블록 부품(282)은, 일단측에 두꺼운 바닥이 형성되어 타단이 개구된 바닥이 있는 원통 형상을 갖는다. 이 제2 블록 부품(282)의 개구로부터 상기 제1 블록 부품(281)의 돌출 부분(281b)이 삽입되어, 타단면(282a)에 제1 블록 부품(281)의 원반 부분(281a)이 연결되도록 되어 있다. 이 제2 블록 부품(282)의 내측면과, 제1 블록 부품(281)의 돌출 부분(281b)의 외측면의 사이에, 제1 선회실(31)로부터의 선회류와 제2 선회실(33)로부터의 선회류가 충돌하는 충돌실(38)이 형성되어 있다. 제2 블록 부품(282)의 내부에는, 제2 선회실(33)이 형성되어 있다.
제2 선회실(33)은, 일단측 부분의 벽면(33a)이 원통 형상을 갖는 한편, 타단측 부분의 벽면(33b)이 반회전 타원 형상을 갖는다. 제2 블록 부품(282)에는, 케이싱(24)과 미세화 블록(28) 사이의 혼합 유체를 제2 선회실(33)에 도입하는 제2 도입로(36)가 형성되어 있다. 제2 도입로(36)는, 도 4에 도시한 바와 같이, 제2 선회실(33)의 접선 방향으로 형성되어 있다. 제2 도입로(36)에서 유도된 혼합 유체를 토출하는 토출 개구(36a)가 제2 선회실(33)의 벽면에 형성되어 있다. 또한, 케이싱(24)과 미세화 블록(28) 사이의 혼합 유체를 제2 도입로(36)로 유입시키는 유입 개구(36b)가, 제2 블록 부품(282)의 일단측의 측면에 형성되어 있다. 제2 도입로(36)는, 도 6에 도시한 바와 같이, 제2 선회실(33)의 일단으로부터 타단을 향해 제2 선회실(33)의 중심축의 직각면에 대해 각도 θ를 이루도록 형성되어 있다. 제2 도입로(36)의 제2 선회실(33)의 중심축의 직각면에 대한 각도 θ는, 1° 이상 20° 이하로 형성할 수 있다. 이 각도 θ는, 바람직하게는 5° 이상 15° 이하이고, 더욱 바람직하게는 8° 이상 12° 이하이다. 제2 블록 부품(282)의 타단에는 제2 토출 구멍(34)이 형성되어 있고, 이 제2 토출 구멍(34)으로부터, 제2 선회실(33)에서 형성된 혼합 유체의 선회류가 토출되도록 형성되어 있다. 제2 선회실(33)에서 형성되는 선회류는, 제1 선회실(31)에서 형성되는 선회류와, 반대 방향으로 선회하도록 형성되어 있다. 이와 같이, 제1 선회실(31)과 제2 선회실(33)은, 중심축의 직각면에 관하여 대칭으로 형성되고, 제1 토출 구멍(32)과 제2 토출 구멍(34)을 대향하여 배치되고, 서로 반대 방향으로 선회하는 선회류를 생성하도록 형성되어 있다.
제2 블록 부품(282)의 저부의 외경측 부분에는, 제2 블록 부품(282)의 중심축과 평행하게 연장되는 복수의 배출 통로(39, 39, …)가 형성되어 있다. 이들 배출 통로(39, 39, …)는, 제2 선회실(33)의 외경측에, 이 제2 선회실(33)을 둘러싸도록 배치되어 있다. 제2 블록 부품(282)의 저면(282b)에는, 외경측 부분에, 충돌실(38)의 유체를 배출 통로(39, 39, …)로 유입시키는 복수의 유입구로서의 유입 개구(39a, 39a, …)가 형성되어 있다. 이 유입 개구(39a)가 형성된 저면(282b)은, 충돌실(38)에 면하는 충돌실 표면에 해당한다. 제2 블록 부품(282)의 일단면에는, 배출 통로(39, 39, …)에서 유도된 유체를 토출하는 복수의 배출구로서의 토출 개구(39b, 39b, …)가 형성되어 있다. 제2 블록 부품(282)의 일단은, 배출관(26)에 연결되어 있고, 상기 배출 통로(39, 39, …)의 토출 개구(39b, 39b, …)로부터 토출된 유체가, 배출관(26)에 흐르도록 되어 있다.
상기 울트라 파인 버블 제조기(2)는, 캐스케이드 펌프(6)에 의해 물과 공기의 혼합 유체가 압송되고, 복귀 경로(7)나 배출 경로(8)의 울트라 파인 버블 제조기(2)의 상류측의 부분인 공급관(25)으로부터, 케이싱(24) 내에 혼합 유체가 유입된다. 케이싱(24) 내에 유입된 혼합 유체는, 미세화 블록(28)의 외측면의 유입 개구(35b, 36b)로부터 제1 및 제2 도입로(35, 36)로 유도된다. 제1 도입로(35)로 유도된 혼합 유체는, 토출 개구(35a)로부터 제1 선회실(31) 내로 토출되고, 제1 선회실(31) 내에 선회류를 형성한다. 제1 도입로(35)가, 제1 선회실(31)의 접선 방향으로 연장됨과 함께 제1 선회실(31)의 타단을 향해 경사 각도 θ를 이룸으로써, 제1 선회실(31) 내에, 안정된 선회류가 형성된다. 또한, 제2 도입로(36)로 유도된 혼합 유체는, 토출 개구(36a)로부터 제2 선회실(33) 내로 토출되고, 제2 선회실(33) 내에 선회류를 형성한다. 제2 도입로(36)가, 제2 선회실(33)의 접선 방향으로 연장됨과 함께 제2 선회실(33)의 타단을 향해 경사 각도 θ를 이룸으로써, 제2 선회실(33) 내에, 안정된 선회류가 형성된다.
상기 제1 선회실(31) 내의 혼합 유체의 선회류는, 제1 토출 구멍(32)으로부터 충돌실(38)로 토출되고, 상기 제2 선회실(33) 내의 선회류는, 제2 토출 구멍(34)으로부터 충돌실(38)로 토출된다. 이들 제1 토출 구멍(32)과 제2 토출 구멍(34)으로부터 토출된 선회류는, 서로 반대 방향으로 선회하고 있으며, 이것에 의해 큰 충격력을 수반하여 충돌실(38) 내에서 충돌한다. 그 결과, 서로의 혼합 유체의 기체가 효과적으로 미세화되어, 울트라 파인 버블이 생성된다. 이와 같이 하여 생성된 공기의 울트라 파인 버블을 함유하는 물은, 충돌실(38)로부터 유입 개구(39a, 39a, …)를 거쳐 배출 통로(39, 39, …)로 유도되고, 토출 개구(39b, 39b, …)로부터 배출관(26)으로 배출된다. 이 배출관(26)은, 복귀 경로(7)나 배출 경로(8)의 울트라 파인 버블 제조기(2)의 하류측이다.
이와 같이 하여 울트라 파인 버블 제조기(2)로 생성된 공기의 울트라 파인 버블을 함유하는 물은, 복귀 경로(7)나 배출 경로(8)의 하류측으로 유도된다. 즉, 제1 울트라 파인 버블 제조기(2A)로부터 복귀 경로(7)의 하류측으로 공기의 울트라 파인 버블을 함유하는 물이 흐르고, 제2 울트라 파인 버블 제조기(2B)로부터 배출 경로(8)의 하류측으로 공기의 울트라 파인 버블을 함유하는 물이 흐른다. 또한, 울트라 파인 버블 제조기(2)로 제조되는 버블은, 울트라 파인 버블만에 한정되지 않고, 운전 조건에 따라서 마이크로 버블도 포함되며, 또한 마이크로 버블만이 제조되는 경우도 있다.
제어 장치(13)는, 배출 경로(8)로부터 배출되어야 할 버블수의 버블의 직경 및 농도와 유량이 입력되는 입력부(15)에 접속되어 있다. 이 제어 장치(13)는, 농도계(10)의 측정값에 기초하여, 배출 경로(8)로부터의 버블수의 농도가 입력부(15)에 입력된 농도로 되도록, 공기량 조정 밸브(5)의 개방도와, 소용돌이 펌프(3)의 토출 유량과, 캐스케이드 펌프(6)의 토출 유량과, 유량 조정 밸브(9)의 개방도를 조절한다. 예를 들어, 농도계(10)에 의한 울트라 파인 버블의 농도의 측정값이 목표값보다도 낮은 경우, 유량 조정 밸브(9)의 개방도를 높여 복귀 경로(7)의 유량을 증대시킴으로써, 배출 경로(8)로부터 배출되는 물의 울트라 파인 버블의 농도를 높인다. 한편, 농도계(10)에 의한 울트라 파인 버블의 농도의 측정값이 목표값보다도 높은 경우, 유량 조정 밸브(9)의 개방도를 낮춰 복귀 경로(7)의 유량을 감소시킴으로써, 배출 경로(8)로부터 배출되는 물의 울트라 파인 버블의 농도를 낮춘다.
상기 유량 조정 밸브(9)의 개방도를 조정함으로써, 상기 배출 경로(8)로부터 배출되는 울트라 파인 버블과 마이크로 버블을 포함하는 버블의 농도와, 버블의 직경 및 그 분포와, 물의 배출량을 조정할 수 있다. 예를 들어, 유량 조정 밸브(9)의 개방도가 증대하면, 배출 경로(8)로부터의 버블의 농도가 증대됨과 함께, 버블의 직경이 축소하고, 또한 배출 경로(8)로부터의 물의 배출량이 감소한다. 이와 함께, 생성되는 버블의 직경 표준 편차가 축소해서 분포의 폭이 축소되고, 버블의 직경이 비교적 작은 값의 좁은 범위에 집중한다. 한편, 유량 조정 밸브(9)의 개방도가 감소하면, 배출 경로(8)로부터의 버블의 농도가 감소됨과 함께, 버블의 직경이 확대되고, 또한 배출 경로(8)로부터의 물의 배출량이 증대된다. 이와 함께, 생성되는 버블의 직경의 표준 편차가 확대해서 분포의 폭이 확대되고, 버블의 직경이 비교적 작은 값으로부터 큰 값에 걸쳐 넓은 범위로 확산하게 된다.
또한, 제어 장치(13)는, 제2 압력계(12)의 측정값에 기초하여, 캐스케이드 펌프(6)의 토출 압력을 조정함으로써, 상기 배출 경로(8)로부터 배출되는 울트라 파인 버블과 마이크로 버블을 포함하는 버블의 농도와, 버블의 직경과, 울트라 파인 버블 및/또는 마이크로 버블을 포함하는 물의 배출량을 조정할 수 있다. 예를 들어, 캐스케이드 펌프(6)의 토출측의 압력이 1MPa를 초과하는 경우에는, 캐스케이드 펌프(6)의 토출 압력을 증대시키면, 버블의 농도가 저하됨과 함께 버블의 직경이 확대되고, 또한 배출 경로(8)로부터의 물의 배출량이 증대된다. 한편, 캐스케이드 펌프(6)의 토출 압력을 감소시키면, 버블의 농도가 상승함과 함께 버블의 직경이 축소하고, 또한 배출 경로(8)로부터의 물의 배출량이 감소한다. 이에 반하여, 캐스케이드 펌프(6)의 토출측의 압력이 1MPa 미만인 경우에는, 캐스케이드 펌프(6)의 토출 압력을, 1MPa를 초과하지 않는 범위에서 증대시키면, 버블의 농도가 상승함과 함께 버블의 직경이 축소하고, 또한 배출 경로(8)로부터의 물의 배출량이 증대된다. 한편, 캐스케이드 펌프(6)의 토출 압력을 감소시키면, 버블의 농도가 저하됨과 함께 버블의 직경이 증대되고, 또한 배출 경로(8)로부터의 물의 배출량이 감소한다. 이와 같은 캐스케이드 펌프(6)의 토출 압력과 버블의 농도 관계에 따라서, 제어 장치(13)는, 제2 압력계(12)의 측정값에 기초하여, 농도계(10)의 측정값이 원하는 농도로 되도록 캐스케이드 펌프(6)의 토출 압력을 조정할 수 있다.
상기 캐스케이드 펌프(6)의 토출 압력을 조정하는 경우, 상기 소용돌이 펌프(3)의 토출 유량과의 차를 고려할 필요가 있다. 예를 들어, 소용돌이 펌프(3)의 토출 유량이 증대해서 캐스케이드 펌프(6)의 흡입량에 가까워지면, 캐스케이드 펌프(6)의 토출 유량이나 토출 압력이 불안정해진다. 또한, 소용돌이 펌프(3)의 토출 유량이 감소해서 캐스케이드 펌프(6)의 토출 유량과의 차가 커진 경우에도, 캐스케이드 펌프(6)의 토출 유량이나 토출 압력이 불안정해진다. 또한, 소용돌이 펌프(3)의 토출 유량이 적으면, 이젝터(4)에 의한 공기의 혼합 능력이 저하된다. 이와 같은 문제를 방지하기 위해서, 제어 장치(13)는, 소용돌이 펌프(3)의 토출측과 캐스케이드 펌프(6)의 흡입측의 사이에 마련한 제1 압력계(11)의 측정값이 소정의 기준 압력 이하로 되도록, 소용돌이 펌프(3)의 토출 유량과 캐스케이드 펌프(6)의 흡입량을 제어하는 것이 바람직하다. 이 기준 압력의 값으로서는, 예를 들어 0.2MPa를 채용할 수 있다.
또한, 제어 장치(13)는, 이젝터(4)의 공기량 조정 밸브(5)의 개방도를 조정함으로써, 상기 배출 경로(8)로부터 배출되는 물의 버블의 분포를 조정할 수 있다. 즉, 공기량 조정 밸브(5)의 개방도를 증대시킴으로써, 입경이 큰 버블의 비율이 증가한다. 한편, 공기량 조정 밸브(5)의 개방도를 감소함으로써, 입경이 큰 버블의 비율이 감소한다. 예를 들어, 공기량 조정 밸브(5)에 의해, 이젝터(4)로 원료수에 혼합하는 공기의 양을 0.4L/min으로 하면, 배출 경로(8)로부터 배출되는 버블의 직경은, 1㎛를 초과하는 것의 비율이 증대하여, 울트라 파인 버블과 마이크로 버블이 생성된다. 한편, 공기량 조정 밸브(5)에 의해, 이젝터(4)의 공기 혼합량을 0.1L/min으로 하면, 배출 경로(8)로부터 배출되는 버블의 직경은 1㎛를 하회하는 것이 대부분으로 되어, 실질적으로 울트라 파인 버블만이 생성된다.
이와 같은 특징을 고려하여, 제어 장치(13)는, 입력부(15)에 입력된 버블의 직경 및 농도와 유량의 버블수가 되도록, 공기량 조정 밸브(5)의 개방도와, 소용돌이 펌프(3)의 토출 유량과, 캐스케이드 펌프(6)의 토출 유량과, 유량 조정 밸브(9)의 개방도를 조절한다. 이에 의해, 원하는 버블의 농도와, 버블의 직경과, 배출량의 버블수를 제조할 수 있다.
또한, 이 울트라 파인 버블수 제조 장치(1)는, 배출 경로(8)의 제2 울트라 파인 버블 제조기(2B)의 상류측에 제2 유량 조정 밸브를 마련하고, 이 제2 유량 조정 밸브의 개방도와, 공기량 조정 밸브(5)의 개방도와, 복귀 경로(7)의 유량 조정 밸브(9)의 개방도와, 소용돌이 펌프(3) 및 캐스케이드 펌프(6)의 토출 압력을 조정함으로써, 배출 경로(8)로부터 배출되는 울트라 파인 버블의 직경과 농도를 조정해도 된다.
다음의 표 1은, 본 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치(1)를 사용하여 공기의 울트라 파인 버블을 함유하는 버블수를 제조하는 실험을 행한 결과이다. 이 실험은, 공기량 조정 밸브(5)의 개방도를 2종류 설정함과 함께, 유량 조정 밸브(9)의 개방도를 3종류 설정하여 행하였다. 공기량 조정 밸브(5)의 2종류의 개방도는, 이젝터(4)로 공급하는 공기량이 0.1L/min이 되는 개방도와, 0.4L/min이 되는 개방도이다. 유량 조정 밸브(9)의 개방도는, 완전 개방인 대 개방도와, 완전 개방의 3.5％인 중 개방도와, 완전 개방의 0.8％인 소 개방도이다. 각 조건에서 울트라 파인 버블수 제조 장치(1)의 운전을 행하여, 분기부 P의 압력과, 배출 경로(8)로부터 배출되는 물의 유량과, 배출된 물에 포함되는 버블의 평균 입경, 최빈 입경, 표준 편차 및 농도를 측정하였다. 버블의 측정은, 일본 퀀텀·디자인사제의 나노 입자 해석 장치 나노 SIGHT NS500으로 행하였다. 버블의 평균 입경, 최빈 입경, 표준 편차 및 농도는, 배출 경로(8)로부터 배출되어 저수조에 저류한 버블수에 대하여 측정을 행하였다.
Figure pct00001
표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 조건 1 내지 6의 대부분의 조건에서, 제작된 버블의 입경은 대부분이 70 내지 90㎚이고, 분기부 P의 압력이나 이젝터(4)가 흡입하는 공기량에는 거의 의존하지 않는다. 버블 농도에 대해서는, 흡입하는 공기량에 비례한다. 또한, 유량 조정 밸브(9)의 개방도를 감소시켜 분기부 P의 압력을 높게 하고, 복귀 통로(7)의 유량을 적게 할수록, 버블의 직경이 커지고, 버블 농도가 저하되어, 버블수의 제조량이 커지게 된다. 또한, 복귀 통로(7)의 유량을 많게 하는 쪽이, 버블의 직경이 작고, 버블 농도가 높아, 직경의 변동이 작은 울트라 파인 버블이 얻어진다. 또한, 공기량이 0.4L/min인 경우에는 배출된 버블수는 백탁되는 한편, 공기량이 0.1L/min인 경우에는 버블수는 투명하였다. 따라서, 공기량이 0.4L/min인 경우에는, 공기량이 0.1L/min인 경우보다도, 마이크로 버블의 함유량이 크다고 말할 수 있다. 또한, 버블의 평균 입경 등의 측정은, 저수조에 일정량의 버블수가 저류된 후에 행하였기 때문에, 공기량이 0.4L/min인 버블수에 관한 측정값은, 백탁의 원인이 되는 마이크로 버블에 대해서는 반영되지 않았다.
상기 실시 형태에 있어서, 울트라 파인 버블 제조기(2)는, 동축 상으로 중심축의 직각면에 대해 대칭으로 형성된 제1 선회실(31)과 제2 선회실(33)을 포함하는 미세화 블록(28)을 포함하고 있지만, 다른 울트라 파인 버블 제조기를 사용해도 된다. 도 7은, 변형예의 울트라 파인 버블 제조기를 나타내는 종단면도이다. 도 8은, 도 7의 화살표 D 방향에서의 단면도이며, 도 9는, 도 7의 화살표 E 방향에서의 단면도이다. 이 울트라 파인 버블 제조기(126)는, 공급관(25)에서 공급되는 물과 공기의 혼합 유체를, 미세화 블록(128)으로 미세화하고, 공기의 울트라 파인 버블을 함유하는 울트라 파인 버블수를 형성하여, 이 울트라 파인 버블수를 배출관(26)으로부터 배출하는 것이다.
이 울트라 파인 버블 제조기(126)는, 일단이 공급관(25)에 연결되고, 타단이 미세화 블록(128)에 연결된 대략 원통 형상의 케이싱(140)을 갖는다. 미세화 블록(128)은, 케이싱(140)보다도 소경의 대략 원통 형상을 갖고, 타단 부분이 다른 부분보다도 큰 직경으로 형성되어 케이싱(140)의 타단부의 내측면에 끼워 맞춰져 있다. 이 미세화 블록(128)은, 물과 기체의 혼합 유체가 유도되는 처리 유로(130)와, 이 처리 유로(130)의 상류단에 연통하는 선회류 형성부로서의 제1 편심 공급로(131)와, 상기 처리 유로(130)의 길이 방향의 대략 중앙에 연통하는 선회류 형성부로서의 제2 편심 공급로(132)가 내부에 형성되어 있다. 처리 유로(130)의 중심축을 통과하는 단면에 있어서, 제1 편심 공급로(131)의 중심축과, 제2 편심 공급로(132)의 중심축은, 처리 유로(130)의 중심축에 대해 직각으로 연장되어 있다.
미세화 블록(128)의 처리 유로(130)는, 미세화 블록(128)의 중심축을 따라서, 미세화 블록(128)의 일단면의 근방으로부터, 미세화 블록(128)의 타단면에 이르기까지 형성되어 있다. 처리 유로(130)의 일단은, 미세화 블록(128)의 일단면에 관통하지 않고 미세화 블록(128) 내에 머무르고 있는 한편, 처리 유로(130)의 타단은, 미세화 블록(128)의 타단면에 개구를 형성하고 있다. 이 처리 유로(130)는, 원형의 단면을 갖고, 일단으로부터 타단을 향함에 따라서 직경이 증대하도록 형성되어 있다. 처리 유로(130)의 타단 개구에는, 배출관(26)이 삽입되어, 처리 유로(130)가 배출관(26)에 연통되어 있다.
미세화 블록(128)의 제1 편심 공급로(131)는, 미세화 블록(128)의 중심축과 직각의 단면도인 도 8에 도시한 바와 같이, 처리 유로(130)의 일단에 연통되도록 2개 형성되어 있다. 이들 2개의 제1 편심 공급로(131)는, 처리 유로(130)의 중심에 관하여 점대칭으로 배치되어 있다. 이들 제1 편심 공급로(131)는, 미세화 블록(128)의 대략 직경 방향으로 연장되고, 미세화 블록(128)의 외주면에 유입 개구(131a)를 형성하고, 처리 유로(130)의 내주면에 토출 개구(131b)를 형성하고 있다. 이들 제1 편심 공급로(131)는, 원형의 단면을 갖고, 유입 개구(131a)로부터 토출 개구(131b)를 향함에 따라서 직경이 작아지도록 형성되어 있다. 제1 편심 공급로(131)의 토출 개구(131b)는, 처리 유로(130)의 축 방향에서 보았을 때, 처리 유로(130)의 중심에 대해 편심된 위치에 배치되어 있다. 여기서, 도 7에 있어서, 제2 편심 공급로(132)는, 이 제2 편심 공급로(132)의 중심축을 따른 종단면의 형상을 나타내고 있으며, 미세화 블록(128)의 중심축을 통과하는 면에서 제2 편심 공급로(132)을 절단한 모습을 나타내고 있지 않다.
미세화 블록(128)의 제2 편심 공급로(132)는, 미세화 블록(128)의 중심축과 직각의 단면도인 도 9에 도시한 바와 같이, 처리 유로(130)의 길이 방향의 대략 중앙에 연통되도록 2개 형성되어 있다. 이들 2개의 제2 편심 공급로(132)는, 처리 유로(130)의 중심에 관하여 점대칭으로 배치되어 있다. 이들 제2 편심 공급로(132)는, 미세화 블록(128)의 대략 직경 방향으로 연장되고, 미세화 블록(128)의 외주면에 유입 개구(132a)를 형성하고, 처리 유로(130)의 내주면에 토출 개구(132b)를 형성하고 있다. 이들의 제2 편심 공급로(132)는, 원형의 단면을 갖고, 유입 개구(132a)로부터 토출 개구(132b)를 향함에 따라서 직경이 작아지도록 형성되어 있다. 제2 편심 공급로(132)의 토출 개구(132b)는, 처리 유로(130)의 축 방향에서 보았을 때, 처리 유로(130)의 중심에 대해 편심된 위치에 배치되어 있다. 이 제2 편심 공급로(132)의 토출 개구(132b)는, 제1 편심 공급로(131)의 토출 개구(131b)와, 처리 유로(130)의 중심축에 관하여 반대측에 편심되어 있다. 상기 미세화 블록(128)의 제1 편심 공급로(131)와 제2 편심 공급로(132)는, 미세화 블록(128)의 축 방향에서 보았을 때, 서로 90°의 각도를 이루도록 배치되어 있다.
상기 구성의 울트라 파인 버블 제조기(126)는, 다음과 같이 동작한다. 우선, 물과 공기의 혼합 유체가 공급관(25)을 통과하여 케이싱(140) 내로 유도된다. 케이싱(140) 내에 유입된 혼합 유체는, 미세화 블록(128)의 외측면의 유입 개구(131a, 132a)로부터 제1 및 제2 편심 공급로(131, 132)로 유도된다. 제1 편심 공급로(131)로 유도된 혼합 유체는, 토출 개구(131b)로부터 처리 유로(130) 내로 토출되고, 이 처리 유로(130) 내에 선회류를 형성한다. 제1 편심 공급로(131)의 토출 개구(131b)가 처리 유로(130)의 중심에 대해 편심된 위치에 배치되어 있음으로써, 처리 유로(130) 내에, 안정된 선회류가 형성된다. 이와 같이 하여 제1 편심 공급로(131)로부터 처리 유로(130) 내로 유도된 혼합 유체는, 선회류가 되어 처리 유로(130)의 일단으로부터 타단을 향해 흐른다. 또한, 제2 편심 공급로(132)로 유도된 혼합 유체는, 토출 개구(132b)로부터 처리 유로(130) 내로 토출된다. 상기 제2 편심 공급로(132)의 토출 개구(132b)는, 처리 유로(130)의 중심축에 관하여 편심된 위치에 배치되어 있음과 함께, 제1 편심 공급로(131)의 토출 개구(131b)와 반대측에 편심되어 있음으로써, 처리 유로(130)를 흐른 선회류에 대해 반대 방향의 선회류를 형성한다. 이 제2 편심 공급로(132)의 토출 개구(132b)로부터 토출된 혼합 유체의 선회류가, 제1 편심 공급로(131)로부터 흘러 온 선회류와 충돌한다. 그 결과, 서로의 혼합 유체의 기체가 효과적으로 미세화되어, 울트라 파인 버블이 생성된다. 이와 같이 생성된 공기의 울트라 파인 버블을 함유하는 물은, 처리 유로(130)의 타단을 향해 흐르고, 배출관(26)을 통과하여 울트라 파인 버블 제조기(126)로부터 배출된다.
상기 변형예의 울트라 파인 버블 제조기(126)는, 미세화 블록(128)을 제조할 때, 단일의 금속 재료에 대한 절삭 가공에 의해, 처리 유로(130), 제1 편심 공급로(131) 및 제2 편심 공급로(132)를 형성할 수 있다. 따라서, 적은 공정수에 의해 용이하게 미세화 블록(128)을 제조할 수 있다.
상기 변형예의 울트라 파인 버블 제조기(126)에 있어서, 미세화 블록(128)의 제1 편심 공급로(131) 및 제2 편심 공급로(132)는, 처리 유로(130)의 축 방향에서 보았을 때 서로 90°의 각도를 이루도록 배치되었지만, 서로 0도의 각도를 이루도록 배치되어도 된다. 또한, 미세화 블록(128)의 제1 편심 공급로(131) 및 제2 편심 공급로(132)는, 모두 2개씩 마련하였지만, 어느 한쪽 또는 양쪽을 1개씩 마련해도 된다.
도 10은, 본 발명의 제2 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치(101)를 나타내는 모식도이다. 제2 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치(101)는, 제2 울트라 파인 버블 제조기(2B)의 하류측에 온도계(105)를 구비함과 함께, 제어 장치(113)가 테이블(114)에 기초하여 제어를 행하는 점이, 제1 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치(1)와 상이하다. 제2 실시 형태에 있어서, 제1 실시 형태와 마찬가지의 부분에는 동일한 참조 번호를 사용하여, 상세한 설명을 생략한다.
제2 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치(101)는, 제어 장치(113)가, 소용돌이 펌프(3)와 캐스케이드 펌프(6)의 부하와, 공기량 조정 밸브(5)의 개방도와, 유량 조정 밸브(9)의 개방도와, 온도계(105)의 측정값과, 제1 압력계(11)와 제2 압력계(12)의 측정값이 각각 취할 수 있는 값에 대응하여, 배출 경로(8)로부터 배출되는 버블수의 버블의 직경 및 농도와 유량이 저장된 테이블(114)을 구비한다. 이 테이블(114)은, 예를 들어 표 1의 내용에, 각 조건에서 운전되었을 때의 소용돌이 펌프(3)와 캐스케이드 펌프(6)의 부하가 추가된 것을 사용할 수 있다. 소용돌이 펌프(3)와 캐스케이드 펌프(6)의 부하는, 펌프에 공급되는 전류값에 기초하여 정할 수 있다. 제어 장치(113)에는, 배출 경로(8)로부터 배출되어야 할 버블수의 버블의 직경 및 농도와, 유량을 입력하기 위한 입력부(115)가 접속되어 있다.
본 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치(101)를 운전하는 경우, 입력부(115)를 통과하여 배출 경로(8)로부터 배출되어야 할 버블의 직경과 농도와 유량이 입력된다. 제어 장치(113)는 테이블(114)를 참조하고, 입력된 버블수의 버블의 직경 및 농도와 유량에 해당하는 소용돌이 펌프(3) 및 캐스케이드 펌프(6)의 부하와, 공기량 조정 밸브(5)의 개방도와, 유량 조정 밸브(9)의 개방도를 목표값으로서 특정한다. 제어 장치(113)는, 특정된 소용돌이 펌프(3)와 캐스케이드 펌프(6)의 부하와, 공기량 조정 밸브(5)의 개방도와, 유량 조정 밸브(9)의 개방도의 목표값이 되도록, 소용돌이 펌프(3)와 캐스케이드 펌프(6)와 공기량 조정 밸브(5)와 유량 조정 밸브(9)를 제어한다. 또한, 제어 장치(113)는, 제2 울트라 파인 버블 제조기(2B)로부터 배출되는 물의 온도를 온도계(105)의 측정값으로부터 검출하고, 측정된 온도에 기초하여 테이블(114)을 참조하고, 소용돌이 펌프(3)와 캐스케이드 펌프(6)의 부하와, 공기량 조정 밸브(5)의 개방도와, 유량 조정 밸브(9)의 개방도를 조정한다. 또한, 제1 압력계(11)와 제2 압력계(12)의 측정값에 기초하여 테이블(114)을 참조하고, 소용돌이 펌프(3)와 캐스케이드 펌프(6)의 부하와, 공기량 조정 밸브(5)의 개방도와, 유량 조정 밸브(9)의 개방도를 조정한다.
이와 같이 하여, 제2 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치(101)는, 배출 경로(8)로부터 배출되는 버블의 직경이나 농도를 측정하지 않고, 테이블(114)과, 배출 경로(8)로부터 배출되어야 할 버블수의 버블의 직경 및 농도와 유량에 기초하여, 소용돌이 펌프(3) 및 캐스케이드 펌프(6)의 부하와, 공기량 조정 밸브(5)의 개방도와, 유량 조정 밸브(9)의 개방도를 제어하여, 원하는 직경과 농도와 유량의 울트라 파인 버블수를 제조할 수 있다.
제2 실시 형태에 있어서, 제어 장치(113)는, 배출 경로(8)로부터 배출되어야 할 버블수의 버블의 직경 및 농도와 유량을 테이블(114)에 비추어, 소용돌이 펌프(3) 및 캐스케이드 펌프(6)의 부하와, 공기량 조정 밸브(5)의 개방도와, 유량 조정 밸브(9)의 개방도를 특정하였지만, 버블수의 버블의 직경 및 농도와 유량을 파라미터로 하는 함수에 의해, 소용돌이 펌프(3) 및 캐스케이드 펌프(6)의 부하와, 공기량 조정 밸브(5)의 개방도와, 유량 조정 밸브(9)의 개방도를 특정해도 된다.
또한, 상기 제1 압력계(11)와 제2 압력계(12)는 반드시 마련하지 않아도 되며, 상기 제1 압력계(11)와 제2 압력계(12)의 측정값에 기초하는 조정은, 반드시 행하지 않아도 된다. 이 경우, 테이블(114)에는, 제1 압력계(11)와 제2 압력계(12)의 측정값에 관한 정보는 불필요하다.
또한, 상기 온도계(105)는 제2 울트라 파인 버블 제조기(2B)의 배출측에 배치되었지만, 소용돌이 펌프(3)가 물탱크로부터 물을 흡인하도록 구성되는 경우, 이 물탱크에 온도계(105)를 배치하여, 물탱크의 물의 온도를 측정해도 된다. 또한, 상기 온도계(105)는 반드시 마련하지 않아도 되며, 상기 온도계(105)의 측정값에 기초하는 조정은, 반드시 행하지 않아도 된다. 이 경우, 테이블(114)에는, 온도계(105)의 측정값에 관한 정보는 불필요하다.
상기 제1 및 제2 실시 형태에 있어서, 캐스케이드 펌프(6)의 하류측에 분기부 P를 마련하고, 이 분기부 P에, 제1 울트라 파인 버블 제조기(2A) 및 유량 조정 밸브(9)를 개재 설치한 복귀 경로(7)와, 제2 울트라 파인 버블 제조기(2B)를 개재 설치한 배출 경로(8)를 접속하였지만, 상기 유량 조정 밸브(9)와 제1 울트라 파인 버블 제조기(2A)와 복귀 경로(7)는, 마련하지 않아도 된다. 즉, 캐스케이드 펌프(6)의 하류측에, 제2 울트라 파인 버블 제조기(2B)가 개재 설치된 배출 경로(8)만을 마련하고, 제2 울트라 파인 버블 제조기(2B)만에 의해 울트라 파인 버블을 생성해도 된다.
도 11은, 본 발명의 제3 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치(103)를 나타내는 모식도이다. 이 울트라 파인 버블수 제조 장치(103)는, 화살표 W로 나타낸 바와 같이 공급되는 수돗물 등의 원료수에 공기의 울트라 파인 버블을 첨가하여, 화살표 Z로 나타낸 바와 같이 배출한다.
제3 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치(103)는, 원료수로서의 수돗물을 흡인하는 제1 펌프로서의 흡인 펌프(121)를 구비한다. 이 흡인 펌프(121)와 병렬로, 흡인 펌프(121)로부터 토출되는 원료수에, 공기를 혼합하여 물과 공기의 혼합 유체를 형성하는 혼합기로서의 이젝터(122)가 마련되어 있다. 즉, 흡인 펌프(121)의 흡입측과 토출측의 사이에, 이젝터(122)가 개재 설치되어 있다. 이젝터(122)에는, 공기를 도입하는 흡기관에, 혼합 유체에 혼합하는 공기의 양을 조정하기 위한 유량 조정 밸브로 형성된 혼합 에어량 조정 밸브(127)가 연결되어 있다. 혼합 에어량 조정 밸브(127)의 상류측에는, 공기를 저류하는 기체 탱크(124)가 접속되어 있다. 이 기체 탱크(124)는, 대기로부터 흡입한 공기를 정화하는 청정 장치를 마련하는 것이 바람직하다.
상기 흡인 펌프(121)의 하류측에는, 혼합 유체의 공기를 미세화해 울트라 파인 버블을 형성하는 상기 울트라 파인 버블 제조기(2)가 접속되어 있다. 울트라 파인 버블 제조기(2) 대신에, 변형예의 울트라 파인 버블 제조기(126)를 접속해도 된다. 상기 흡인 펌프(121)와 울트라 파인 버블 제조기(2)의 사이에는, 울트라 파인 버블 제조기(2)로 유도되는 유체 중 액체의 압력을 측정하는 제1 액압 센서(141)가 마련되어 있다. 울트라 파인 버블 제조기(2)의 하류측에는, 유체를 흡인하는 제2 펌프로서의 캐스케이드 펌프(123)가 마련되어 있다. 울트라 파인 버블 제조기(2)와 캐스케이드 펌프(123)의 사이에는, 울트라 파인 버블 제조기(2)로부터 토출되는 유체 중 액체의 압력을 측정하는 제2 액압 센서(142)가 마련되어 있다. 이 제2 액압 센서(142)의 측정값에 기초하여, 제어 장치(143)에 의해 캐스케이드 펌프(123)의 동작을 제어하도록 구성되어 있다.
캐스케이드 펌프(123)의 하류측에는, 울트라 파인 버블을 함유하는 물로부터, 물에 첨가되지 않고 잔류된 잉여의 공기를 분리하는 기액 분리기(125)가 접속되어 있다. 기액 분리기(125)로 분리된 공기는, 기체 탱크(124)로 복귀되는 한편, 울트라 파인 버블을 함유하는 물은, 유량 조정 밸브(135)를 통과하여 화살표 Z로 나나낸 바와 같이 배출된다. 여기서, 버블수 제조 장치(103)의 제1 펌프로서는, 수중 펌프 이외에, 육상 펌프 등의 용적 펌프를 사용해도 된다. 또한, 제2 펌프로서는, 캐스케이드 펌프 이외의 펌프를 사용해도 되지만, 원심 펌프를 사용하는 것이 바람직하다.
이 제3 실시 형태의 버블수 제조 장치(103)는, 혼합 에어량 조정 밸브(127)의 개방도와, 흡인 펌프(121) 및 캐스케이드 펌프(123)의 유체의 토출 유량 또는 토출 압력을 조절함으로써, 울트라 파인 버블의 입경과 농도를 조절할 수 있다.
또한, 이 버블수 제조 장치(103)는, 배출되는 울트라 파인 버블의 농도를 측정하고, 이 측정값에 기초하여, 흡인 펌프(121) 및 캐스케이드 펌프(123)의 토출량과, 혼합 에어량 조정 밸브(127)의 개방도를 조절하여, 버블수 탱크(2)의 울트라 파인 버블의 농도를 조절할 수 있다.
상기 버블수 제조 장치(103)는, 제2 제어 장치를 마련하고, 이 제2 제어 장치에 의해, 상기 혼합 에어량 조정 밸브(127)의 개방도와, 흡인 펌프(121) 및 캐스케이드 펌프(123)에 의한 유체의 토출 유량 또는 토출 압력을 제어하여, 유량 조정 밸브(135)를 통과하여 배출되는 울트라 파인 버블의 입경과 농도를 조절해도 된다.
예를 들어, 배출되는 울트라 파인 버블수에 포함되는 기포의 직경을 작게 하기 위해서는, 혼합 에어량 조정 밸브(127)의 개방도를 낮춰 이젝터(122)에 대한 공기의 공급량을 저감함과 함께, 울트라 파인 버블 제조기(2)의 상류측과 하류측의 압력차를 증대시킨다.
한편, 배출되는 울트라 파인 버블수에 포함되는 기포의 농도를 증가시키기 위해서는, 혼합 에어량 조정 밸브(127)의 개방도를 높여 이젝터(122)에 대한 공기의 공급량을 증가시킴과 함께, 울트라 파인 버블 제조기(2)의 상류측과 하류측의 압력차를 증대시킨다.
상기 버블수 제조 장치(103)의 울트라 파인 버블 제조기(2)에는, 상류측과 하류측의 사이, 즉, 공급관(25)의 유체 압력과 배출관(26)의 유체 압력의 사이에, 4MPa 이상 6MPa 이하의 압력차가 발생하도록, 흡인 펌프(121)의 토출량과 캐스케이드 펌프(123)의 흡입량을 조절하는 것이 바람직하다. 이 경우, 공급관(25)에서의 유체의 압력을, 배출관(26)에서의 유체의 압력보다도 높게 조절한다. 이와 같이, 울트라 파인 버블 제조기(2)의 상류측과 하류측의 사이에, 4MPa 이상 6MPa 이하의 압력차를 발생시킴으로써, 울트라 파인 버블 제조기(2)에 의해 안정적으로 울트라 파인 버블을 함유하는 물을 제조할 수 있다.
이와 같이 하여, 제3 실시 형태의 버블수 제조 장치(103)에 의해, 안정적으로 50 내지 70㎚의 울트라 파인 버블을 형성할 수 있다. 또한, 이 버블수 제조 장치(103)는, 공기 이외에, 산소나 수소의 울트라 파인 버블을 함유하는 물을 제조 해도 된다. 산소나 수소의 울트라 파인 버블을 함유하는 물을 제조하는 경우, 물에 첨가되지 않은 잉여의 산소나 수소를, 기액 분리기(125)로 분리하여, 기체 탱크(124)로 되돌림으로써, 산소나 수소가 버블수 제조 장치(103)의 외부로 누설되는 문제를 방지할 수 있다. 따라서, 산소나 수소의 울트라 파인 버블을 함유하는 물을 제조하는 경우에, 산소나 수소의 누설에 기인하는 화재 등의 문제를 효과적으로 방지할 수 있다.
상기 실시 형태에 있어서, 울트라 파인 버블 제조기(2)의 미세화 블록(28)은, 선회류 형성부로서의 제1 선회실(31)과 제2 선회실(33)을 가지고 있지만, 2개로 한정되지 않고, 3개 이상의 선회류 형성부를 가져도 된다. 또한, 울트라 파인 버블 제조기(126)의 미세화 블록(128)은, 선회류 형성부로서의 제1 편심 공급로(131)와 제2 편심 공급로(132)를 가지고 있지만, 2개로 한정되지 않고, 3개 이상의 선회류 형성부를 가져도 된다.
또한, 상기 실시 형태에 있어서, 물에, 기체로서 공기의 울트라 파인 버블을 형성하였지만, 공기 이외에, 수소, 산소, 오존, 질소, 이산화탄소, 그 밖의 각종 기체의 울트라 파인 버블을 형성해도 된다.
또한, 물 이외에, 미산성 전해수나, 그 밖의 각종 액체에 울트라 파인 버블을 형성해도 된다.
제1 내지 제3 실시 형태의 울트라 파인 버블수 제조 장치(1, 101, 103)나, 이들 울트라 파인 버블수 제조 장치(1, 101, 103)로 제조한 버블수는, 울트라 파인 버블 및/또는 마이크로 버블을 이용하는 다양한 용도에 사용할 수 있다. 예를 들어, 환경 관련업, 농업 및 축산업, 식품 관련업, 수산업, 전자 공업, 의료 및 의료 관련업, 에너지 관련 산업, 일용품 관련업, 제지업, 조선업 및 기계 제조업 등의 업종에 있어서, 다양한 처리나, 제품의 구성 요소로서, 울트라 파인 버블수 제조 장치(1, 101, 103)나 버블수를 이용할 수 있다.
환경 관련업에서의 용도의 예로서, 토양의 정화, 물의 정화, 배수 처리, 오니 감용화, 유기물 분해, 해조류의 제거, 응집 부유 물질의 제거 등을 들 수 있다.
농업 및 축산업에서의 용도의 예로서, 농산물 및 축산물의 성장 촉진, 수량 증가 및 품질 향상, 선도 유지, 음용수 및 액체 비료에 대한 이용 등을 들 수 있다.
식품 관련업에서의 용도의 예로서, 선도 유지, 산화 방지, 풍미의 부여, 식감의 개선, 냄새의 부여 등을 들 수 있다.
수산업에서의 용도의 예로서, 수산물의 성장 촉진, 수량 증가, 품질의 향상, 양식 환경의 개선, 선도 유지 등을 들 수 있다.
전자 공업에서의 용도의 예로서, 정밀 박리, 실리콘 웨이퍼 등의 각종 재료나 부품의 세정 등을 들 수 있다.
의료 및 의료 관련업에서의 용도의 예로서, 소독, 감균, 배양, 약품의 제조 또는 처리 등을 들 수 있다.
에너지 관련 산업에서의 용도의 예로서, 원료 또는 연료의 정화, 연료의 효율 향상 등을 들 수 있다.
일용품 관련업에서의 용도의 예로서, 세제, 목욕 용품 및 주방 용품, 급탕 장치, 공기 조화 장치, 화장품 등을 들 수 있다.
제지업에서의 용도의 예로서, 슬러지 처리 등을 들 수 있다.
조선업에서의 용도의 예로서, 항행 수역의 수질 개선, 밸러스트수의 정화, 엔진에 공급하는 기액 혼합 연료의 제작 등을 들 수 있다.
기계 제조업에서의 용도의 예로서, 부품의 정화, 각종 정화 장치, 기액 혼합 연료의 제조 장치 등을 들 수 있다.
상기 업종 및 용도는 예시에 불과하며, 본 발명은, 울트라 파인 버블 및/또는 마이크로 버블의 성질을 이용하는 다양한 물건이나 용도에 대하여 적용할 수 있다.
본 발명은, 이상 설명한 실시 형태 또는 실시예에 한정되는 것은 아니며, 대부분의 변형이, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자에 의해 가능하다.
1, 101, 103: 울트라 파인 버블수 제조 장치
2A: 제1 울트라 파인 버블 제조기
2B: 제2 울트라 파인 버블 제조기
3: 소용돌이 펌프
4: 이젝터
5: 공기량 조정 밸브
6: 캐스케이드 펌프
7: 복귀 경로
8: 배출 경로
9: 유량 조정 밸브
10: 농도계
11: 제1 압력계
12: 제2 압력계
13, 113: 제어 장치
15, 115: 입력부
24: 케이싱
25: 공급관
26: 배출관
28: 미세화 블록
31: 제1 선회실
32: 제1 토출 구멍
33: 제2 선회실
34: 제2 토출 구멍
35: 제1 도입로
36: 제2 도입로
38: 충돌실
39: 배출 통로
114: 제어 장치의 테이블
126: 울트라 파인 버블 제조기
105: 온도계
281: 제1 블록 부품
282: 제2 블록 부품

Claims (11)

  1. 수중에 함유된 기체의 울트라 파인 버블을 제조하기 위한 울트라 파인 버블 제조기이며,
    원형 단면을 갖는 케이싱과,
    상기 케이싱의 일단에 접속되고, 상기 케이싱과 동축 상으로 연장되고, 물과 기체의 혼합 유체를 공급하는 공급관과,
    상기 케이싱 내에 적어도 일부가 수용되고, 상기 공급관으로부터 케이싱 내에 공급된 상기 혼합 유체의 선회류를 형성하는 복수의 선회류 형성부를 포함하고, 이들 선회류 형성부에서 형성된 선회류를 서로 충돌시켜, 상기 혼합 유체의 기체를 미세화해 울트라 파인 버블수를 생성하는 미세화 블록과,
    상기 케이싱의 타단측에 배치되고, 상기 미세화 블록에서 생성된 울트라 파인 버블수를 상기 케이싱의 밖으로 배출하는 배출관을
    구비하는 것을 특징으로 하는, 울트라 파인 버블 제조기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미세화 블록이, 상기 케이싱과 동축의 선회축 주위로 혼합 유체의 선회류를 형성하는 상기 선회류 형성부로서의 제1 선회실과, 이 제1 선회실보다도 상기 공급관으로부터 먼 측에 형성되고, 상기 케이싱과 동축의 선회축 주위로, 상기 제1 선회실에서 형성되는 선회류와 반대 방향으로 선회하는 혼합 유체의 선회류를 형성하는 상기 선회류 형성부로서의 제2 선회실과, 상기 제1 선회실에서 형성된 혼합 유체의 선회류와 상기 제2 선회실에서 형성된 혼합 유체의 선회류를 충돌시키는 충돌실과, 이 충돌실에서 혼합 유체의 선회류가 충돌하여 이루어지는 울트라 파인 버블수를 배출관측으로 유도하는 배출 통로를 포함하고,
    상기 배출관은, 상기 배출 통로에 연통되도록 상기 미세화 블록에 연결되고, 상기 미세화 블록을 상기 케이싱 내에 지지하고 있는 것을 특징으로 하는, 울트라 파인 버블 제조기.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 미세화 블록이,
    상기 제1 선회실과, 이 제1 선회실의 일단측에 케이싱 내의 혼합 유체를 제1 선회실의 접선 방향으로 도입하는 제1 도입로와, 상기 제1 선회실의 타단에 형성되어 선회류를 토출하는 제1 토출 구멍을 갖는 제1 블록 부품과,
    상기 제1 블록 부품에 결합되고, 상기 제2 선회실과, 이 제2 선회실의 일단측에 케이싱 내의 혼합 유체를 제2 선회실의 접선 방향으로 도입하는 제2 도입로와, 상기 제2 선회실의 타단에 형성되어 상기 제1 블록 부품의 제1 토출 구멍과 대향하여 선회류를 토출하는 제2 토출 구멍과, 상기 제1 블록 부품에 결합되어 제1 블록 부품의 사이에 형성되는 충돌실에 면하는 충돌실 표면과, 이 충돌실 표면에 형성되고, 상기 충돌실의 울트라 파인 버블수를 상기 배출 통로에 유입시키는 유입구와, 상기 제1 블록 부품이 연결된 측과 반대측의 단부면에 형성되고, 상기 배출 통로를 흐른 울트라 파인 버블수를 배출하는 배출구를 갖는 제2 블록 부품을
    포함하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 울트라 파인 버블 제조기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 도입로와 제2 도입로는, 상기 미세화 블록의 축 직각면에 대해 경사져 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 울트라 파인 버블 제조기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 미세화 블록이, 상기 케이싱과 동축 방향으로 형성되어 상기 혼합 유체가 유도되는 처리 유로와, 이 처리 유로의 상류단에 상기 혼합 유체를 중심축의 편심 방향으로 도입하여 선회류를 형성하는 상기 선회류 형성부로서의 제1 편심 공급로와, 상기 처리 유로의 상기 제1 편심 공급로보다도 하류측에 상기 혼합 유체를 중심축의 상기 제1 편심 공급로와 반대 방향의 편심 방향으로 도입하고, 상기 제1 편심 공급로에서 형성된 선회류에 반대 방향의 선회류를 생성하여 충돌시키는 상기 선회류 형성부로서의 제2 편심 공급로를 포함하고,
    상기 배출관은, 상기 미세화 블록의 처리 유로의 하류단에 연결되어 있는
    것을 특징으로 하는, 울트라 파인 버블 제조기.
  6. 제1항에 기재된 울트라 파인 버블 제조기를 사용하여 형성된 울트라 파인 버블수 제조 장치이며,
    원료수를 압송하는 제1 펌프와,
    상기 제1 펌프로부터 압송된 원료수에 기체를 혼합하여 혼합 유체를 형성하는 혼합기와,
    상기 혼합기의 하류측에 마련된 제2 펌프와,
    상기 제2 펌프의 하류측에서 혼합 유체를 2개의 경로로 분기하는 분기부와,
    상기 분기부에 접속되고, 유량 조정 밸브와, 제1 상기 울트라 파인 버블 제조기가 개재 설치되고, 이 제1 울트라 파인 버블 제조기로 제조된 기체의 울트라 파인 버블을 함유하는 물을 상기 혼합기와 제2 펌프의 사이로 되돌리는 복귀 경로와,
    상기 분기부에 접속되고, 제2 상기 울트라 파인 버블 제조기가 개재 설치되고, 이 제2 울트라 파인 버블 제조기로 제조된 기체의 울트라 파인 버블을 함유하는 물을 배출하는 배출 경로를
    구비하는 것을 특징으로 하는, 울트라 파인 버블수 제조 장치.
  7. 제1항에 기재된 울트라 파인 버블 제조기를 사용하여 형성된 울트라 파인 버블수 제조 장치이며,
    기체가 원료수에 혼합되어 이루어지는 혼합 유체를 압송하는 제1 펌프와,
    상기 제1 펌프의 토출측과 흡입측의 사이에 접속되고, 상기 제1 펌프로부터 토출된 혼합 유체에 기체를 혼합하여 상기 제1 펌프의 흡입측으로 되돌리는 혼합기와,
    상기 제1 펌프의 하류측에 마련된 상기 울트라 파인 버블 제조기와,
    상기 울트라 파인 버블 제조기의 하류측에 접속된 제2 펌프와,
    상기 제2 펌프의 하류측에 접속된 기액 분리기와,
    상기 기액 분리기로 분리된 액체를 배출하는 배출 경로를
    구비하는 것을 특징으로 하는, 울트라 파인 버블수 제조 장치.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제2 펌프가 캐스케이드 펌프인 것을 특징으로 하는, 울트라 파인 버블수 제조 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 혼합기가 원료수 또는 혼합 유체로 혼합되는 기체의 양을 조정하는 기체량 조정 밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는, 울트라 파인 버블수 제조 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 배출 경로로부터 배출되는 물의 울트라 파인 버블 농도를 측정하는 농도계와,
    상기 농도계의 측정값에 기초하여, 상기 기체량 조정 밸브와, 상기 제2 펌프와, 상기 유량 조정 밸브를 제어하는 제어 장치를
    구비하는 것을 특징으로 하는, 울트라 파인 버블수 제조 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 배출 경로로부터 배출되어야 할 버블수의 버블의 직경 및 농도와 유량이 입력되는 입력부와,
    상기 입력부에 접속되어 있음과 함께, 상기 제1 펌프와, 상기 제2 펌프와, 상기 유량 조정 밸브와, 상기 기체량 조정 밸브에 접속된 제어 장치와,
    상기 제어 장치에 저장되고, 상기 제1 펌프의 부하와, 상기 제2 펌프의 부하와, 상기 유량 조정 밸브의 개방도와, 상기 기체량 조정 밸브의 개방도가 각각 취할 수 있는 값과, 이들 값에 대응하여, 상기 배출 경로로부터 배출되는 버블수의 버블의 직경 및 농도와 유량이 저장된 테이블을 구비하고,
    상기 제어 장치는, 상기 입력부에 입력된 값에 기초하여, 상기 테이블을 참조하여 상기 제1 펌프의 부하와, 상기 제2 펌프의 부하와, 상기 유량 조정 밸브의 개방도와, 상기 기체량 조정 밸브의 개방도의 목표값을 추출하고, 이들 목표값이 되도록, 상기 제1 펌프와, 상기 제2 펌프와, 상기 유량 조정 밸브와, 상기 기체량 조정 밸브를 제어하는 것을 특징으로 하는, 울트라 파인 버블수 제조 장치.
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