KR20230005761A - 내부 구조체, 유체 특성 변화 장치, 및 그 이용 장치 - Google Patents

내부 구조체, 유체 특성 변화 장치, 및 그 이용 장치 Download PDF

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KR20230005761A
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마스히코 코마자와
마사루 오키
신 코마자와
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시오 컴퍼니 리미티드
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Abstract

본 발명은 유량을 증가시키지 않고 파인 버블을 발생시킬 수있는 내부 구조체, 유체 특성 변화 장치, 및 그 이용 장치를 제공한다. 수납체에 수납되고, 유체에 대해 상기 유체의 특성을 변화시키는 내부 구조체로서, 내부 구조체는 제1 내부 구조체 및 제2 내부 구조체를 포함한다. 제1 내부 구조체는 하나 이상의 중공 벤츄리 관의 구조로 되어 있는 유동 특성 부여부를 갖는다. 제2 내부 구조체는, 중공축 형태이며, 제1 내부 구조체의 적어도 일부를 중공축의 내부에 수납하고, 그 외표면에는 복수의 돌기부가 형성되어 있는 바디부를 갖는다.

Description

내부 구조체, 유체 특성 변화 장치, 및 그 이용 장치{INTERNAL STRUCTURE, FLUID CHARACTERISTIC CHANGING APPARATUS, AND UTILIZATION APPARATUS THEREOF}
본 발명은 유체의 특성을 변화시키는 유체 특성 변화 장치, 그 내부 구조 및 그 이용 장치에 관한 것이다.
종래, 마이크로 버블(1 마이크로미터~100 마이크로미터 정도의 백탁(white turbid)하는 육안으로 식별가능한 기포)이나 울트라 파인 버블(수십 나노미터~1 마이크로미터 정도의 무색 투명하고 육안으로 식별 불가능한(invisible) 기포) 등의 파인 버블(미세 기포)을 발생시키거나, 복수의 유체(액체끼리, 액체와 기체, 기체끼리)를 혼합하거나, 공급 유체를 교반/확산 혹은 전단(shear)하는, 적어도 하나의 유체 특성 변화 기능을 실현하는 장치가 있다. 예를 들면, 이와 같은 장치로서, 본원 특허 출원인에 의해, 일본 특허 제6245397호, 일본 특허 제6245401호의 발명이 제안되어 있다. 대안적으로, 다른 특허 출원인에 의해, WO 2014/204399 및 일본 특허 출원 제2016-536139 호의 발명이 제안되어 있다. 또한, 다른 방법에 의한 파인 버블(fine bubbles)을 발생시키는 기술도 개발되어 있다. 예를 들면, 일본 특허 공개 제2013-22575호의 발명과 같은, 벤츄리관(Venturi tube)에 의해 파인 버블을 발생하는 기술이 존재한다.
[특허문헌 1] 일본 특허 제6245397호 [특허문헌 2] 일본 특허 제6245401호 [특허문헌 3] WO 2014/204399호 [특허문헌 4] 일본 공표 특허 공개 특표2016-536139호 [특허문헌 5] 일본 특허출원 공개 제2013-22575호
본 발명은 이러한 종래 기술을 개선함으로써, 유량을 증가시키지 않고, 공기 등의 기체를 흡입 주입하지 않고, 파인 버블을 발생시킬 수있는 내부 구조체, 유체 특성 변화 장치, 및 그 이용 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 혹은, 마이크로 버블과 울트라 파인 버블을 동시에 발생시킬 수 있는 내부 구조체, 유체 특성 변화 장치, 및 그 이용 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 공작 기계의 분야에 사용함으로써, 고압 펌프에 의해 가압한 유체(절삭액(cutting fluid))를 분사하여, 절삭 부스러기(chips)를 강제 배출시키는 고압 냉각액(coolant)의 공급 장치에 적합한 내부 구조체와 유체 특성 변화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 마이크로 버블의 공동(캐비티)에 압력이 가해져 파괴될 때 충격력(연속적인 진동)이 발생하는 유동 현상을 캐비테이션이라고 하는데, 이러한 현상으로 세정 효과를 올릴 수 있는, 유체를 공급할 수 있는 내부 구조체 및 유체 특성 변화 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 구체적으로는 다음과 같은 구성을 취한다. 수납체에 수납되어, 유체에 대해 유체의 특성을 변화시키는 내부 구조체로서, 내부 구조체는 제1 내부 구조체 및 제2 내부 구조체를 포함한다. 제1 내부 구조체는 하나 이상의 중공 벤츄리 관의 구조를 갖는 유동 특성 부여부를 갖는다. 제2 내부 구조체는, 중공축 형태이며, 제1 내부 구조체의 적어도 일부를 중공축의 내부에 수납하고, 그 외표면에는 복수의 돌기부가 형성되어 있는 보디부(body portion)를 갖는다.
그리고, 유체 특성 변화 장치는, 상술한 바와 같은 내부 구조체 및 그것을 수용하는 수납체를 포함한다. 유체 특성 변화 장치를 이용하는 이용 장치는, 유체 특성 변화 장치로부터의 유체를 냉각제, 세정제, 살균제, 전열제(heat transfer agent) 중 어느 하나로서 사용한다.
본 발명의 다른 구성 예로서, 수납체에 수납되어 유체에 대해 유체의 특성을 변화시키는 내부 구조체로서, 내부 구조체는 관체의 형상을 갖고 내부 구조 및 외부 구조를 갖는다. 내부 구조는 하나 이상의 중공 벤츄리 관의 구조를 갖는 유동 특성 부여부를 갖고, 외부 구조는 복수의 돌기부가 형성된 바디부를 갖는다.
본 발명의 내부 구조체에 의하면, 마이크로 버블이나 울트라 파인 버블 등의 파인 버블(미세 기포)을 발생시키거나, 복수의 유체를 혼합하거나, 공급 유체를 교반·확산 혹은 전단할 수 있다. 특히, 제1 내부 구조체는 마이크로 버블을 생성하는데 적합하다. 제2 내부 구조체는 울트라 파인 버블을 생성하는데 적합하다. 또한, 제1 내부 구조체는 제2 내부 구조체와 비교하여 유체를 부드럽게 흐르게 하므로, 유량을 증가시키지 않고 다량의 파인 버블을 발생시킬 수 있다.
대안적으로, 다른 구성예로서, 내부 구조체의 내부 구조인 하나 이상의 중공 벤츄리 관의 구조로 되어 있는 유동 특성 부여부는 마이크로 버블을 생성하는데 적합하다. 내부 구조체의 외부 구조인 복수의 돌기부가 형성되어 있는 바디부는 울트라 파인 버블을 발생시키는데 적합하다. 또한, 내부 구조는 외부 구조와 비교하여 유체를 부드럽게 흐르게 하므로, 유량을 증가시키지 않고 다량의 파인 버블을 발생시킬 수 있다.
본 발명의 유체 특성 변화 장치는, 유체를 고압으로 토출(discharge)하는 고압 쿨런트 공급 장치에도 적용할 수 있다. 또한, 마이크로 버블 등의 파인 버블을 유체 내에 효과적으로 발생시켜, 유체의 세정 효과를 높이는 것도 가능하다. 혹은, 마이크로 버블이나 울트라 파인 버블로 이루어지는 파인 버블을 함유하는 각종 냉각용, 세정용, 살균용, 전열용의 유체, 혹은 그 외의 기능수를 발생시켜, 각종 기기나 장치 등에 제공하는 것도 가능하다. 또한, 가정용이나 업무용의 수도꼭지, 샤워, 세탁기용 등에 파인 버블을 포함하는 수돗물을 제공하는 장치로서, 상기 내부 구조체나 유체 특성 변화 장치를 제공할 수 있다.
이하의 상세한 설명이 이하의 도면과 함께 고려되면, 본 발명의 보다 깊은 이해를 얻을 수 있다. 이들 도면은 단지 예시적인 것이며, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 유체 특성 변화 장치를 이용하는 이용 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 유체 특성 변화 장치의 제1 실시예에 따른 유체 공급관의 3차원 외관 사시도이다.
도 3은 도 2의 유체 공급관의 투시 평면도이다.
도 4는 도 2의 유체 공급관의 3차원 분해 사시도이다.
도 5는 도 2의 유체 공급관의 분해 단면도이다.
도 6은 제1 내부 구조체의 상류 측의 소용돌이류(swirl) 발생부의 측면도(A) 및 3차원 사시도(B)이다.
도 7은 제1 내부 구조체의 평면 단면도이다.
도 8은 제2 내부 구조체의 3차원 사시도(A) 및 하류측의 측면도(B)이다.
도 9는 제2 내부 구조체의 바디부에서 복수의 나선형 유로와 복수의 환형 유로의 교차에 의해 다수의 돌기부가 형성되는 것을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 유체 특성 변화 장치의 제2 실시예에 따른 유체 공급관의 투시 평면도이다.
도 11은 도 10의 유체 공급관의 분해 단면도이다.
도 12는 제2 실시예에 따른 제1 내부 구조체의 상류측의 소용돌이류 발생부의 측면도(A) 및 3차원 사시도(B)이다.
도 13은 제2 실시예에 따른 제1 내부 구조체의 평면 단면도이다.
도 14는 본 발명의 유체 특성 변화 장치의 제3 실시예에 따른 유체 공급관의 분해 단면도이다.
도 15는 제3 실시예에 따른 제1 내부 구조체의 평면 단면도이다.
도 16은 본 발명의 유체 특성 변화 장치의 제4 실시예에 따른 유체 공급관의 투시 평면도이다.
도 17은 도 16의 유체 공급관의 3차원 분해 사시도이다.
도 18은 제4 실시예에 따른 제2 내부 구조체의 외관도이다.
도 19는 본 발명의 유체 특성 변화 장치의 제5 실시예에 따른 유체 공급관의 투시 평면도이다.
도 20은 도 19의 유체 공급관의 3차원 분해 사시도이다.
도 21은 제5 실시예에 따른 제2 내부 구조체의 외관도이다.
도 22는 본 발명의 유체 특성 변화 장치의 제6 실시예에 따른 유체 공급관의 3차원 분해 사시도이다.
도 23은 제6 실시예에 따른 유체 공급관의 분해 단면도이다.
도 24는 제6 실시예에 따른 유체 공급관의 변형예의 분해 단면도이다.
도 25는 본 발명의 유체 특성 변화 장치의 제7 실시예에 따른 유체 공급관의 3차원 분해 사시도이다.
도 26은 제7 실시예에 따른 유체 공급관의 분해 단면도이다.
도 27은 제7 실시예에 따른 제1 내부 구조체의 외관 사시도이다.
도 28은 제7 실시예에 따른 제1 내부 구조체의 3차원 단면도이다.
도 29는 본 발명의 유체 특성 변화 장치의 제8 실시예에 따른 유체 공급관의 3차원 분해 사시도이다.
도 30은 제8 실시예에 따른 유체 공급관의 분해 단면도이다.
이하, 본 발명의 유체 특성 변화 장치 S를 이용한 이용 장치를 나타낸다. 도면부호 1은 유체(예를 들어, 물)를 모은 탱크(수조)이다. 탱크(1)의 유체는 펌프(2)에 의해 흡입되고, 배관을 통과하여 유체 특성 변화 장치(S)에 공급된다. 유체 특성 변화 장치(S)에는, 탱크(1)로부터의 유체(제1 유체)가 공급되는 것 외에, 특별히 도시하지 않았지만 필요에 따라서 제2 유체가 흡입되어 유체 특성 변화가 이루어진 후에 밸브(3)를 통해 대상 기기(4)에 공급된다. 제2 유체가 공기인 경우에는, 유체 특성 변화 장치(S)에서는, 외기를 흡입하는 것만으로 좋다. 예를 들어, 탱크(1)로부터의 제1 유체를 물로 하고 제2 유체를 공기로 한 경우, 유체 특성 변화 장치(S)에서 울트라 파인 버블(버블의 내부는 주로 기화된 물)을 직접 발생 시키면서, 흡입된 공기를 교반/확산 혹은 전단하는 등애 의해, 버블 내부에 주로 공기를 포함하는 마이크로 버블(그 일부는 울트라파인 버블이 될 가능성도 있다)을 다량으로 발생시키게 된다. 대안적으로, 제2 유체를 흡입하지 않고 제1 유체만으로 유체 특성 변화 장치(S)에서 울트라 파인 버블 또는 마이크로 버블을 생성하는 것도 가능하다. 즉, 본 발명의 유체 특성 변화 장치(S)는, 유체 그 자체를 감압에 의해 비등시키고(boli) 기화시켜 파인 버블을 생성하거나, 또는 유체 내에 상온에서 용존하고 있는 기체를 감압 석출(precipitate)시켜 파인 버블을 생성하는 것도 가능하다. 이와 같이, 유체 특성 변화 장치(S)에서는, 마이크로 버블의 발생과 함께, 울트라 파인 버블의 발생도 가능해지고, 이용 장치는, 다양한 사이즈의 미세 기포를 포함하는 유체를 이용 가능하게 된다. 또한, 유체 특성 변화 장치(S)는, 2개의 유체(액체끼리, 액체와 기체, 기체끼리, 혹은 기액 혼합 유체끼리)를 혼합하거나, 교반/확산 혹은 전단하는 것도 가능하다.
탱크(1)의 제1 유체의 상태(수온 등)를 검지하는 센서(5)나, 유체 특성 변화 장치(S)를 통과하는 유체의 상태(유량, 압력 등)를 검지하는 센서(6)의 출력에 기초하여 제어 장치(7)가 밸브(3)의 개폐 제어를 행하고, 그 제어 상태를 표시반(display panel)(8)에서 오퍼레이터에게 보여준다. 그리고, 밸브(3)를 경유한 유체는 대상 기기(4)에 공급된다. 대상 기기(4)에서, 공급 유체가 소비되는 경우를 제외하고, 유체를 순환 이용하는 경우는, 대상 기기(4)에서 사용된 유체가 여과기(9)(경우에 따라서는, 칠러(Chiller)) 등을 경유하여 이물 및 불순물을 여과 한 다음(경우에 따라 온도를 되돌린 다음) 탱크(1)로 되돌린다.
본 발명의 유체 특성 변화 장치(S)로부터의 유체는 각종 이용 장치에 사용된다. 예를 들면, 이용 장치는 공작 기계이며, 공작물(work)이나, 숫돌이나 드릴 등의 칼날에, 노즐로부터 유체 특성 변화 장치(S)로부터의 유체를 토출하여 공작부를 냉각하거나 세정한다. 대안적으로, 이용 장치는 공장의 생산 라인(특히 정밀 기기)의 세정 시스템일 수 있다. 이와 같이, 유체 특성 변화 장치(S)로부터의 공급 유체는, 대상 기기(4)에 있어서, 냉각제나 세정제로서 기능한다. 즉, 파인 버블을 포함하는 액체는 유체의 표면 장력을 낮추고 침투성을 향상시킴으로써, 유체가 미세한 부분까지 이동하게 하여 냉각 효과와 세정 능력을 향상시킨다. 후술하는 캐비테이션(cavitation) 현상에서 액 중의 기압이 포화 증기압 이하가 되면, 액체가 물인 경우에는 수증기에 의한 기포가 발생한다. 이 기포는 부압(negative pressure)으로 만들어지고, 당연히 압력이 높은 곳에서 소멸하고, 그 때에 큰 충격이 발생한다. 이 충격을 세정에 활용하여 세정 능력을 높인다. 마찬가지로, 이용 장치를 병, 용기, 기재(equipment)의 세정 장치로 할 수도 있다. 또한, 탱크(1)로부터의 물에 제2 유체로서 오존을 혼합하고, 유체 특성 변화 장치(S)에서 오존 파인버블수로 특성을 변화시켜, 대상 기기(4)에서 목적으로 하는 제품에 오존 버블수를 토출한다. 이와 같이 하면, 탈취·탈색·살균 효과를 얻을 수 있다. 오존은 산소 분자로 분해되고, 그 과정에서 OH 라디칼 등이 생성됨으로써 살균 성능이 높아진다. 따라서, 유체 특성 변화 장치(S)로부터의 공급 유체는, 예를 들면 살균제로서 사용된다.
또한, 대상 기기 (4)를 포함하는 이용 장치로서는, 가정 내의 세면 · 목욕 · 세탁 · 세정 등의 유체 시스템 등이 있고, 세정 효과가 기대된다. 이 경우, 탱크(1)는 불필요하고, 수도관으로부터 공급되는 수돗물(제1 유체)을 직접, 유체 특성 변화 장치(S)를 통과시킴으로써(제2 유체는 공기임) 실현할 수 있다 . 마찬가지로 공장, 오피스, 점포에서도 수돗물을 직접 이용하는 유체 시스템에 적용할 수 있다. 또는, 탱크(1)로부터의 물에 제2 유체로서 산소를 혼합하고, 유체 특성 변화 장치(S)에서 산소 파인 버블수로 특성을 변화시, 농업, 수산 분야 또는 그 밖의 분야의 수처리를 위한 유체 시스템 에 적용할 수 있다. 파인 버블을 함유한 액체는 식물과 물고기 등의 생물에 흡수되어 성장 속도를 가속화 할 수 있다. 또한, 식재료, 예를 들어, 쌀, 농작물, 생선 등의 세정에도 사용된다. 또한, 지하수, 우물, 오염수의 정화 등 수처리 시스템에 적용가능하다. 탱크(1)로부터의 물에 제2 유체로서 수소, 이산화탄소, 그 외의 기체를 혼합하고, 유체 특성 변화 장치(S)에서 수소 파인버블수, 이산화탄소 파인버블수, 그 밖의 특성을 갖는 파인버블수, 혹은 각종 기능수로 특성을 변화시켜 각종 용도에 사용할 수 있다.
또한, 대상 기기(4)를 포함하는 이용 장치로서는, 각종 기기가 발하는 열을 열교환하는 유체 시스템에 적용할 수 있고, 유체 특성 변화 장치(S)로부터의 유체를 이러한 열교환기에 공급하고, 냉각 혹은 가열하는 것도 실현가능하다. 유체 특성 변화 장치(S)로부터의 유체(파인 버블을 포함하고 온도 변화의 효과가 기대됨)를 대상 기기(4) 내의 열교환기 내의 파이프에 통과시킨다. 대상 기기(4)에 있어서, 열교환기를 통과한 유체는, 도시하지 않은 칠러에서, 본래의 온도로 되돌아가, 탱크(1)로 순환 공급된다. 이와 같이, 대상 기기 (4)에 공급되는 유체는 대상 기기의 냉각 또는 가열을 실현하는 전열제(heat transfer agent)로서 기능한다.
특정의 유체를 소비하는(유체를 순환 사용하지 않는) 유체 시스템이면, 탱크(1)에 적절히, 해당 유체를 보급하면서 이용하게 된다. 이러한 대상 기기는 다양한 제조·생산 라인일 수 있고, 다양한 물품(식품, 약품, 에멀젼 연료 등)의 제조나 생산에 유체 특성 변화 장치(S)로부터의 유체를 이용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 유체 특성 변화 장치(S)는, 공급 유체의 특성을 변화시키는 제1, 제2 내부 구조체 혹은 내부 구조와 외부 구조를 구비한 하나의 내부 구조체를 포함하는데, 이 내부 구조체는 유체에 파인 버블(마이크로 버블이나 울트라 파인 버블)을 발생시키거나, 유체를 교반·확산 혹은 전단하여 유체의 특성을 변경하는 장치로 유체의 분자간의 연결 구조에 변화를 초래하는 것으로 생각되는 구조체도 포함한다. 또한, 유체 특성 변화 장치(S)의 구성으로서, 복수의 이러한 내부 구조체를 직렬로 배열, 병렬로 배열하는 것도 가능하다.
(제1 실시예)
도 2는 본 발명의 유체 특성 변화 장치(S)의 일 실시예에 따른 유체 공급관(1100)의 3차원 사시도이고, 도 3은 유체 공급관(1100)의 내부 부품을 수납 고정했을 때의 투시 평면도이고, 도 4는 유체 공급관(1100)의 3차원 분해 사시도이고, 도 5는 유체 공급관(1100)의 분해 단면도이다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 유체 공급관(1100)은 관 본체(110)와 내부 구조체를 구성하는 제1 내부 구조체(140) 및 제2 내부 구조체(240)를 포함한다. 제2 내부 구조체(240)는 중공의 관 구조로 되어 있다. 도 2에서, 유체는 유입구(111)로부터 유출구(112)측으로 흐른다. 이 유입구(111)와 유출구(112)의 직경은 동일하고, 양자는 동심원 상에 있다.
관 본체(110)는 제1 내부 구조체(140)를 내부 공간에 배치한 제2 내부 구조체(240)를 수납하는 수납체로서 기능한다. 관 본체(110)는 유입측 부재(120)와 유출측 부재(130)로 구성된다. 유입측 부재(120) 및 유출측 부재(130)는 원통형의 내부가 비어 있는 관의 형태를 갖는다. 유입측 부재(120)는, 일단부에 소정 직경의 유입구(111)를 갖고, 타단부 측에는 유출측 부재(130)와의 접속을 위해 내주면을 나사 가공함으로써 형성된 암나사(121)를 포함한다. 유입구(111)의 측에는 연결부가 형성되고, 연결부의 내주면에 형성된 암나사(122)와 도시하지 않은 상류측의 조인트부의 단부의 외주면에 형성된 수나사와의 나사 결합에 의해, 유입측 부재(120)와 상류측의 조인트부가 연결된다. 도 3에 도시한 바와 같이, 유입구(111)의 내경은, 암나사(121)의 직경보다 작고, 이 직경의 차이만큼의 테이퍼부(123)가 암나사(122)의 종단으로부터 암나사(121)의 시작단까지 형성되어 있다.
유출측 부재(130)는, 일단부에 소정 직경의 유출구(112)를 갖고, 타단부측에는 유입측 부재(120)와의 접속을 위해 외주면을 나사 가공함으로써 형성된 수나사(132)를 포함한다. 유출측 부재(130)의 수나사(132)의 외주면의 직경은 유입측 부재(120)의 암나사(121)의 내경과 동일하다. 유출구(112)의 측에는 연결부가 형성되고, 연결부는 도시하지 않은 하류측의 조인트부와 결합된다. 예를 들어, 연결부의 내주면에 형성된 암나사(133)와 조인트부의 단부의 외주면에 형성된 수나사의 나사 결합에 의해, 유출측 부재(130)와 조인트부가 연결된다. 유입측 부재(120)의 일단부의 내주면의 암나사(121)와 유출측 부재(130)의 일단부의 외주면의 수나사(132)의 나사 결합에 의해, 유입측 부재(120)와 유출측 부재(130)가 연결됨으로써 관 본체(110)가 형성된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 암나사(132)가 제공된 관의 내경은, 유출구(112)의 직경보다 크기 때문에, 유출측 부재(130)의 하류측에는 테이퍼부(134)가 설치되어 있고, 그 하류측 단부는 암나사(133)의 상류측 단부로 연결된다.
관 본체(110)의 상기 구성은 일 실시예에 불과하며, 본 발명은 상기 구성에 한정되지 않는다. 예를 들어, 유입측 부재(120)와 유출측 부재(130)의 연결은 상기 나사 결합에 한정되지 않고, 당업자에게 공지된 기계 부품의 결합 방법은 어느 것이든 적용 가능하다. 또한, 유입측 부재(120) 및 유출측 부재(130)의 형태는 도 2의 형태에 한정되지 않고, 설계자가 임의로 선택하거나 유체 공급관(1100)의 용도에 따라 변경할 수 있다. 유입측 부재(120) 또는 유출측 부재(130)는, 예를 들면, 스틸과 같은 금속 또는 플라스틱, 수지 등의 비금속으로 이루어진다. 이것은 이하에 설명하는 다른 실시예에서도 마찬가지이다.
도 2 내지 도 5를 함께 참조하면, 유체 공급관(1100)은 제1 내부 구조체(140)를 제2 내부 구조체(240)의 원통형 축체의 중공 공동에 삽입하여 고정한 후, 유출측 부재(130)에 수납한 후, 유출측 부재(130)의 외주면의 수나사(132)와 유입측 부재(120)의 내주면의 암나사(121)를 결합시킴으로써 구성되는 것을 이해할 수 있다. 도 3에서, 제1 내부 구조체(140)는 제2 내부 구조체(240)에 완전히 수납되지만, 제1 내부 구조체(140)는 제2 내부 구조체(240)의 상류 단부 및/또는 또는 하류 단부로부터 돌출하는 길이여도 좋다. 이는 제2 실시예 이하의 다른 실시예에서도 동일하다. 도 3에 도시된 바와 같이, 제2 내부 구조체(240)의 내부 공동 부분의 하류 단부의 단차(후술하는 유도부(247)의 상류부 측에 위치)가 제1 내부 구조체(140)의 제2 내부 구조체(240)에 대한 배치시의 위치 결정의 스토퍼(stopper)가 되고, 유출측 부재(130)의 테이퍼부(134)의 상류측 단부의 단차가 제2 내부 구조체(240)의 관 본체(110)에 대한 배치시의 위치 결정의 스토퍼가 된다. 그 밖에, 특별한 고정 부재나 지지 부재를 준비하여, 제1 내부 구조체(140)를 제2 내부 구조체(240)의 내부 공간에 고정 또는 지지하거나, 제2 내부 구조체(240)를 관 본체(110)의 내부 공간에 고정 또는 지지할 수 있다. 이것은 이하에 설명하는 다른 실시예에서도 마찬가지이다.
제1 내부 구조체(140)는, 예를 들어 스틸과 같은 금속으로 이루어지는 원주 부재(cylindrical member)를 가공하는 방법 또는 플라스틱을 성형하는 방법(사출 성형하는 방법 등도 포함됨) 등에 의해 형성된다. 그 외경은, 후술하는 제2 내부 구조체(240)의 중공 축체(원통관체)의 원통형 공간(공동)의 내경과 같거나 약간 작고, 제1 내부 구조체(140)의 외형은, 제2 내부 구조체(240)의 원통형 공간에 수납되는 원주 형상이다. 제1 내부 구조체(140)의 내부 공간에는, 도 7에 도시한 바와 같이, 상류 측에 소용돌이류 발생부(141), 하류 측에 유동 특성 부여부(142)를 갖는다. 소용돌이류 발생부(141)와 유동 특성 부여부(142)는, 일체 구성이어도 좋고 별체 구성이어도 좋지만, 예를 들어, 원주 부재의 내부를 절삭, 선삭, 또는 연삭의 가공을 단독으로 또는 이들을 조합하여 행함으로써 형성된다. 대안적으로, 3D 프린터에 의해 금속 또는 수지 재료로부터 3차원 프린트를 형성할 수있다.
상류측의 개구부 부근에는, 소용돌이류 발생부(141)가 설치되어 있다. 구체적으로는, 소용돌이류 발생부(141)는, 특정 각도를 갖고 유체의 흐름을 변화시키는 복수의 홈이 관체의 상류측 내벽면에 형성된다. 구체적으로는, 도 6(A)에 도시된 바와 같이, 8개의 단면이 대략 반원형인 홈이 그 단면으로부터 도 6(B)에 도시된 바와 같은 경사 방향의 특정 각도로 형성되어 있다. 즉, 그루브(141-1~141-8)는 그 단면에서 45도 간격으로 형성되고, 하류로 갈수록 우측 경사로 기울어진다. 이 홈의 개수, 홈의 형상 및 특정 경사 각도는 적절하게 선택할 수 있으며, 이 실시예로 한정되지 않는다. 소용돌이류 발생부(141)의 이 구성에 의해, 제1 내부 구조체(140)에 공급되는 유체는, 상류 부분에서 우측으로 선회(turn)하는 소용돌이류가 된다. 이와 같은 복수의 홈을 형성하는 것만으로, 소용돌이류를 생성할 수 있기 때문에, 가공이 매우 간단하다.
제1 내부 구조체(140)의 하류 측의 유동 특성 부여부(142)는 벤츄리 관의 형상을 갖는 내부 공동을 갖는다. 즉, 내경이 급격히 감소하는 직경 감소부(reduced diameter portion)(142-1)와, 그에 연결되는 내경이 작은 조임부(narrowed diameter portion)(142-2)와, 급격히 내경이 확대되는 직경 확대부(expanded diameter portion)(142-3)가 동일 원심 형상으로 형성되어 있다. 일 구성예로서, 직경 감소부(142-1)의 유체의 유동 방향의 거리는, 직경 확대부(142-3)의 유체의 유동 방향의 거리보다 짧다. 그리고, 직경 감소부(142-1)의 최대 반경과 직경 확대부(142-3)의 최대 반경은 동일하거나 거의 동일하다. 물론, 이 내부 공동의 벤츄리 관의 형상은 적절히 변경할 수 있다. 이 내부 공동의 내경의 급격한 변화로, 유체(실제로는 소용돌이류(나선류)가 되어 흐른다)의 속도는 조임부(142-2)에서 최대가 되고, 정압(static pressure)은 베르누이의 방정식에 의해, 유체의 정압은 급격히 떨어진다. 유체에 외부 에너지가 가해지지 않는 상태에서의 압력, 속도, 및 위치 에너지의 관계는 다음과 같은 베르누이 방정식(Bernoulli's equation)으로 표현된다.
Figure pat00001
여기서, P는 유선 내의 한 점에서의 압력, 즉 정압, ρ_는 유체의 밀도, V는 그 점에서의 유동 속도, g는 중력 가속도, h는 기준면에 대한 그 점의 높이, K는 상수이다. 상기 방정식으로 표현되는 베르누이 정리는 에너지 보존법칙을 유체에 적용한 것이며, 제1항은 압력의 에너지(정압), 제2항은 운동 에너지(동압), 제3항은 위치 에너지에 대응하고, 흐르는 유체에 대한 유선(streamline) 상의 모든 형태의 에너지의 합은 항상 일정하다는 것을 설명한다. 베르누이 정리에 의하면, 단면적이 큰 직경 감소부(142-1)의 상류에서는, 유체의 속도가 느려 정압이 높다. 이에 대해, 단면적이 작은 직경 감소부(142-1)의 하류로 가면, 유체의 속도가 빨라지고 정압이 낮아진다. 그리고, 조임부(142-2)에서 유체의 속도가 최대가 되고 정압이 가장 낮아진다.
유체가 액체인 경우, 기압이 내려가면 비등점이 내려가기 때문에, 보일 샤를의 법칙(Boyle-Charles'law)에 따라, 낮아진 정압이 액체의 포화 증기압에 도달하면 액체의 기화가 시작된다. 이와 같이 거의 동일한 온도에서 정압 P이 매우 짧은 시간 내에 포화 증기압 Pv보다 낮아져(물의 경우, 3000-4000 Pa), 액체가 급격히 기화하는 현상을 캐비테이션(cavitation) 현상이라고 칭한다. 벤츄리 관의 공동 형상은 이러한 캐비테이션 현상을 유도한다. 캐비테이션 현상에 의해 액체 중에 존재하는 100 미크론 이하의 미소한 기포 핵을 핵으로 하여 액체가 비등하거나 용존 기체의 유리(isolation)에 의해 작은 기포가 다수 발생한다. 이 때 일부는 울트라 파인 버블일 가능성이 있지만, 주로 마이크로 버블이 발생한다.
유체 특성 변화 장치(S)(도 1 참조)에 대하여, 제2 유체로서의 기체를 제1 유체인 액체에 혼입한 경우에도, 유동 특성 부여부(142)에서, 이 기체는 조임부(142-2)에서 정압이 낮아져, 기포가 크게 팽창한다. 하지만, 직경 확대부(142-3)에 의한 내경이 급격히 확대되는 변화로 인해, 유속은 내려가고 압력이 높아지며, 큰 사이즈의 기포는 가압됨으로써 파괴되고 분열되어 미세화되고, 주로 마이크로 버블이 발생하게 된다.
이와 같이, 관 본체(110)의 유입구(111)로부터 공급되는 유체의 일부는, 제1 내부 구조체(140)의 상류측의 개구부로부터 공급되고, 상류측의 소용돌이류 발생부(141)에서 우선회의 유체가 되어, 하류측의 유동 특성 부여부(142)의 벤츄리 관의 형상의 내부 공동을 선회류(turning flow)로서 통과할 때, 그 속도가 변화하여 직경 감소부(142-1)에서 정압이 급격하게 낮아진 후, 조임부(142-2)에서 최저의 정압력이 되고, 반대로 직경 확대부(142-3)에서 정압력이 반대로 급격히 높아짐으로써, 미세 기포가 발생하거나, 혹은 혼입 기체가 마이크로 버블 등의 미세 기포가 된다. 그리고, 제1 내부 구조체(140)로부터 미세 기포를 포함하는 유체는, 직경 확대부(142-3)의 최하류의 개구 단부로부터 유출된다.
한편, 본 실시예의 제2 내부 구조체(240)는 도 8에 도시된 바와 같이 내부가 중공인 축체이며, 상류측으로부터 하류측을 향해 헤드부(243), 바디부(245), 및 유도부(247)는 축부(241) 상에 일체화되어 형성된다. 이들 헤드부(243), 바디부(245) 및 유도부(247)는, 예를 들어, 스틸과 같은 금속으로 이루어지는 원주 관형 부재(cylindrical tubular member)를, 절삭, 선삭, 또는 연삭의 가공을 단독으로 또는 이들을 조합하여 행함으로써 형성된다 . 대안적으로, 플라스틱을 성형하는 방법(사출 성형하는 방법 등을 포함함) 등에 의해 형성된다. 대안적으로, 3D 프린터에 의해 금속 또는 수지 재료로부터 3차원 프린트를 형성할 수있다.
보다 상세하게 설명하면, 헤드부(243)는 유체에 대하여 소용돌이류(나선류(spiral flow))를 발생시키는 부분이고, 관 본체(110)에 제2 내부 구조체(240)가 수납되었을 때 길이 방향을 따라서 일정한(constant) 직경을 갖는 축부(241) 및 4개의 나선형으로 형성된 날개(243-1 내지 243-4)를 포함한다. 날개(243-1 내지 243-4) 각각은, 도 8(A)에 도시된 바와 같이 그 선단(tip)이 축부(241)의 원주 방향으로 서로 90도씩 떨어져 있고, 축부(241)의 헤드부(243)에 대응하는 외주면에 소정의 간격을 두고 시계 방향으로 나선 형상으로 형성되어 있다. 본 실시예에서는 날개의 개수를 4개로 했지만, 본 발명은 이러한 실시예로 한정되지 않고, 날개의 개수는 복수이면 되고, 바람직하게는 3개 이상이면 된다. 이러한 방식으로, 헤드부(243)는 유체에 대해 시계 방향의 소용돌이류를 생성한다. 또한, 헤드부(243)의 소용돌이류의 발생을 위한 날개(243-1 내지 243-4)의 형태는, 유체가 각 날개 사이를 통과하는 동안에 소용돌이류를 일으킬 수 있는 형태이면, 날개의 각도, 두께 등의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 그리고, 본 실시예에 있어서, 헤드부(243)는 제2 내부 구조체(240)를 관 본체(110)에 수납했을 때에 관 본체(110)의 유출측 부재(130)의 내부 공간의 벽면에 근접하는 정도의 외경을 갖는다. . 즉, 헤드부(243)의 외표면의 최대 외경은 관 본체(110)의 내경과 같거나 약간 작다.
바디부(245)는, 헤드부(243)로부터 하류측에 형성되고, 원통형의 단면을 갖고 직경이 일정한 축부(241)와, 축부(241)의 외주면으로부터 돌출된 망(net) 형태로 형성된 복수의 돌기부(볼록부) 245p를 포함한다. 이 돌기부(245p)의 수평으로 절단된 단면은 대략 마름모이다. 본 실시예에서, 본체부(245)의 축부(241)의 직경은 헤드부(243)의 직경과 동일하다. 그리고, 헤드부(243)로부터 바디부(245)로 유체가 흐르면, 유로의 단면적이 급격히 작아져 유체의 유동 특성을 변화시킨다.
도 9는 본 실시예에 따른 돌기부(245p) 및 유로(245r)의 형성 방법의 일례를 나타낸다. 원통 축 부재의 길이 방향(도면의 좌우 방향)에 대하여 90도의 방향으로 일정한 간격을 갖는 복수의 라인(평행하게 흐르는 예를 들면 14개의 환형의 폐유로)과, 상기 길이 방향에 대해 소정의 각도(예를 들어, 60도)로 기울어진 일정 간격의 라인(복수개, 예를 들어 8개의 나선형으로 흐르는 나선 유로)을 교차시켜, 90도 방향의 라인과 라인 사이를 한번씩 건너뛰어 절삭 등 가공하는 동시에, 경사진 라인과 라인 사이를 한번씩 건너뛰어 절삭 등 가공한다. 이렇게 해서, 축부(241)의 외주면으로부터 돌출된 복수의 돌기부(245p)가 상하(원주 방향), 좌우(축부(241)의 길이 방향)로 하나씩 건너뛰어서 규칙적으로 형성된다. 상술한 바와 같이, 각각의 돌기부(245p) 사이에 유로(245r)가 형성된다. 본 실시예에 있어서, 바디부(245)는 내부 구조체(240)를 관 본체(110)에 수납했을 때에, 관 본체(110)의 유출측 부재(130)의 통형의 내부 공간의 벽면에 근접하는 정도의 외경(즉, 돌기부(245p)의 천장면(상면)이 벽면과 접촉할 정도로 근접함)을 갖는다. 또한, 복수의 돌기부(245p)의 형상은, 다양한 단면 형상을 취할 수 있고, 예를 들면, 삼각형, 다각형, 그 외의 형상, 예를 들어 WO2014/204399호가 개시하는 에어·포일형(날개형)으로 하거나 , 일본 특허 공표 특표2016-536139호에 개시된 노치형(notch)으로 변형할 수도 있다. 그 배열도 도 9로부터 적절히(예를 들어, 각도, 폭 등을) 변경할 수있다. 예를 들어, 돌기부의 크기는 상류 측에서는 크고 하류 측에서는 작을 수 있다. 이러한 형태, 배열의 선택 및 변형은 다른 실시예에서도 동일하게 적용 가능하다.
본 실시예에서는, 바디부(245)의 하류측에, 도 8(B)에 측면이 도시된 절두(truncated) 돔 형상으로, 중심부에는 제1 내부 구조체(140)의 하류측의 개구단(opening end)에 연결되는 구멍이 형성되어 있는 유도부(247)가 제공된다. 유도부(247)에 의해 중심을 향해 유도된 유체는 관 본체(110)의 유출구(112)를 통해 토출된다. 이 유도부(247)의 형상도 절두 돔 형태로 한정되는 것은 아니고, 절두 원추(conical) 형태, 절두 각뿔(pyramid) 형태 등을 취할 수도 있다.
관 본체(110)의 유입구(111)를 통해 유입된 유체의 일부는, 유입측 부재(120)의 내측의 내부 벽면과 헤드부(243)의 나선형으로 형성된 4개의 날개(243-1 내지 243-4) 사이를 통과한다. 그 결과, 유체는 헤드부(243)의 각 날개에 의해 강렬한 소용돌이류가 되어 바디부(245)로 보내진다. 유체는 바디부(245)의 복수의 수평 단면이 대략 마름모꼴인 돌기부(45p) 사이의 복수의 좁은 유로(245r)를 통과한다. 구체적으로는, 이 유로(245r) 중, 예를 들면 8개의 나선 유로의 흐름은 가파르고, 14개의 환형(annular)의 폐유로의 흐름은 완만하다. 이 나선 유로와 환형의 폐유로는 교차하는 교차 유로가 되고, 유체는 교차하는 위치에서 충돌을 반복하면서 전체적으로 하류로 나아가게 된다. 그 결과, 유체에는, 난류가 다수의 미세한 와류(vortex)를 일으킨다. 이러한 현상은 유체의 혼합 및 확산을 유도한다. 바디부(245)의 상기 구조는 상이한 성질을 갖는 2개 이상의 유체를 혼합하는 경우에도 유용하다.
또한, 제2 내부 구조체(240)에서는, 유체가 단면적이 큰 상류측(헤드부(243))으로부터 단면적이 작은 하류측(보디부(245)의 복수의 돌기부(245p) 사이에 형성된 유로(245r))로 흐르는 구조를 갖는다. 이 구조는 전술한 베르누이 방정식으로 표현된다. 유체가 액체이면 캐비테이션 현상이 유발된다. 캐비테이션 현상에 의해 액체 중에 존재하는 100 미크론 이하의 미소한 기포 핵을 핵으로 하여 액체가 비등하거나 용존 기체의 유리에 의해 작은 기포가 다수 발생한다. 즉, 유체가 유동 특성 부여부(245)를 통과하는 과정에서 다수의 마이크로 버블 및 울트라 파인 버블을 포함하는 파인 버블(미세 기포)이 발생한다.
또한 유체가 물인 경우, 하나의 물 분자가 다른 4개의 물 분자와 수소 결합을 형성하지만 수소 결합 네트워크를 파괴하는 것은 쉽지 않다. 그 때문에, 물은 수소 결합을 형성하지 않는 다른 액체에 비해 비등점(boiling point)이나 융점(melting point)이 매우 높고, 높은 점도를 나타낸다. 물의 비등점이 높은 성질은 우수한 냉각 효과를 가져오므로 가공 장치 분야 혹은 공작 기계 분야에서는 냉각수로서 자주 사용되지만, 물 분자의 크기가 커서 가공 개소로의 침투성이나 윤활성이 좋지 않다는 문제가 있다. 따라서, 일반적으로 물이 아닌 특수한 윤활유(예를 들면, 절삭유)를 단독으로 사용하거나 물과 혼합하여 사용하는 경우도 많다. 그런데, 유체 공급관(1100)을 사용하면, 상기한 캐비테이션 현상에 의해 물의 기화가 일어나고, 그 결과, 물의 수소 결합 네트워크가 파괴되는 것으로 생각된다. 또한, 기화에 의해 발생하는 파인 버블(특히, 울트라 파인 버블)은 유체(물)의 침투성 및 윤활성을 향상시킨다. 침투성의 향상은 결과적으로 냉각 효율을 증가시킨다.
그리고, 바디부(245)를 통과한 미세 기포를 포함하는 유체는 유도부(247)에서 유도되어 제2 내부 구조체(240)의 단부를 향하여 흐른다. 이러한 방식으로, 제2 내부 구조(240)와 관 본체(110) 내벽 사이의 유로를 통과한 유체(주로 울트라 파인 버블을 포함함)는 제1 내부 구조체(140)의 내부 유로를 통과한 유체(주로 마이크로 버블을 포함함)와 관 본체(110)의 하류에서 합류하여, 관 본체(110)의 유출구(112)로부터 외부로 출력된다.
또한, 상기 구성예에서는, 제1 내부 구조체(140)의 소용돌이류 발생부(141)와 제2 내부 구조체(240)의 헤드부(243)에서 시계 방향의 소용돌이류(선회류)가 발생한다. 그러나, 반시계 방향의 소용돌이류(선회류)가 발생할 수도 있다. 이것은 이하의 다른 실시예에서도 마찬가지이다.
(제2 실시예)
다음으로, 본 발명의 유체 특성 변화 장치(S)의 제2 실시예에 따른 유체 공급관에 대하여 설명한다. 도 10은 유체 공급관(2100)의 투시 평면도이고, 도 11은 유체 공급관(2100)의 분해 단면도이다. 이 제2 실시예는 제1 실시예와 제1 내부 구조체의 상류부 소용돌이류 발생 수단의 구성이 다를 뿐이고, 제1 실시예와 동일한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 도시된 바와 같이, 제1 실시예와는 제1 내부 구조체(2140)의 소용돌이류 발생부(2141)만이 다르다. 즉, 상류 측의 개구부 근방에 설치된 소용돌이류 발생부(2141)는 원통 관체의 내벽면으로부터 돌출하는 복수의 날개를 포함한다. 본 실시예에서는, 날개의 수가 3개이지만, 2개 또는 4개 이상이어도 좋다. 본 실시예에 있어서는, 이 날개(2141-1 내지 2141-3)는, 도 12(A)에 도시된 바와 같이 선단이 원주 방향으로 120도씩 떨어져 있고, 도 12(B)에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 우회전(시계 방향)의 소용돌이류를 발생시키도록 하류 방향으로 소정 길이(예를 들어, 원통 관의 측면을 반바퀴 돎)의 나선형 날개 또는 블레이드의 형상을 갖는다. 이 복수의 날개의 개수와 그 선단이 축부의 원주 방향으로 떨어져 있는 각도와 관련된다. 예를 들면, 날개가 4개인 경우는 90도가 되고, 5개인 경우는 72도가 된다. 이 날개의 형태는, 유체가 각 날개 사이를 통과하는 동안에 소용돌이류를 일으킬 수 있는 형태이면, 날개의 각도, 두께 등의 형상은 특별히 제한되지 않는다.
이 제2 실시예에 있어서는, 관 본체(2110)의 유입구(111)로부터 공급되는 유체의 일부는, 제1 내부 구조체(2140)의 상류측의 개구부로부터 공급되어, 상류측의 소용돌이류 발생부(141)에서 우측 선회하는 유체가 되어, 하류측의 유동 특성 부여부(142)의 벤츄리 관 형상의 내부 공동을 선회류로서 통과한다. 이 때, 유체의 속도가 변화하여 직경 감소부(142-1)에서 정압이 급격히 낮아진 후, 조임부(142-2)에서 최저의 정압이 되고, 반대로 직경 확대부(142-3)에서 정압이 반대로 급격히 높아짐으로써, 미세 기포가 발생하거나 혼입 기체가 마이크로 버블과 같은 미세 기포가 된다. 그리고, 제1 내부 구조체(2140)로부터 미세 기포를 포함하는 유체는, 직경 확대부(142-3)의 최하류의 개구 단부로부터 유출된다. 그리고, 제2 내부 구조체(240)와 관 본체(110) 내벽 사이의 유로를 통과한 유체(주로 울트라 파인 버블을 포함함)와 관 본체(110)의 하류로 합류하여, 관 본체(110)의 유출구(112)로부터 외부로 출력된다.
본 실시예에서도, 제1 내부 구조체(2140)의 소용돌이류 발생부(2141)와 제2 내부 구조체(240)의 헤드부(243)에서, 시계 방향의 소용돌이류(선회류)가 발생하지만, 반시계 방향의 소용돌이류(선회류)가 발생할 수도 있다. 또한, 제1 내부 구조체(2140)의 소용돌이류 발생부(2141)는 후술하는 다른 실시예에서도 채용될 수 있다.
(제3 실시예)
다음으로, 본 발명의 유체 특성 변화 장치(S)의 제3 실시예에 따른 유체 공급관에 대하여 설명한다. 도 14는 유체 공급관(3100)의 분해 단면도이다. 이 제3 실시예는 제1 실시예 및 제2 실시예와 비교하여 상류부의 소용돌이류 발생 수단이 존재하지 않는다는 점만 다르다. 제1 실시예 및 제2 실시예와 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 붙이고 그 설명을 생략한다.
제1 내부 구조체(3140)는 유동 특성 부여부(3142)를 구비하고, 벤츄리 관의 형상을 갖는 내부 공동을 갖는다. 즉, 내경이 급격히 감소하는 직경 감소부(3142-1)와, 그것에 연결되는 내경이 가는 조임부(3142-2)와, 급격히 내경이 확대되는 직경 확대부(3142-3)가 동일 원심 형상으로 형성되어 있다. 일 구성예로서, 직경 감소부(3142-1)의 유체의 유동 방향의 거리는, 직경 확대부(3142-3)의 유체의 유동 방향의 거리보다 짧다. 그리고, 직경 감소부(3142-1)의 최대 반경과 직경 확대부(3142-3)의 최대 반경은 동일하거나 거의 동일하다. 이 내부 공동의 벤츄리 관의 형상은 적절히 변경가능하다. 이 내부 공동의 내경의 급격한 변화로 거의 직진하는(일부는 난류에 의해 소용돌이칠 수 있음) 유체의 속도는 조임부(3142-2)에서 최대가 되고, 베르누이 방정식에 의해 유체의 정압은 급격히 내려간다. 그리고, 직경 확대부(3142-3)에서 정압이 반대로 급격히 높아짐으로써, 미세 기포가 발생하거나 혼입 기체가 마이크로 버블 등의 미세 기포가 된다. 그리고, 제1 내부 구조체(3140)로부터 미세 기포를 포함하는 유체는, 직경 확대부(3142-3)의 최하류의 개구 단부로부터 유출된다. 또한, 이후의 실시예에 있어서도, 소용돌이류 발생부를 갖지 않는 제1 내부 구조체(3140)를 채용할 수 있다.
(제4 실시예)
다음으로, 본 발명의 유체 특성 변화 장치(S)의 제4 실시예에 따른 유체 공급관에 대하여 설명한다. 도 16은 유체 공급관(4100)의 투시 평면도이고, 도 17은 유체 공급관(4100)의 분해 3차원 외관 사시도이다. 이 제4 실시예는 제1 실시예와 제2 내부 구조의 구성이 다를 뿐이며, 제1 실시예와 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 도 18에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 중공의 제2 내부 구조체(4240)는 중공의 원형 축체이고, 외표면에는 복수의 돌기부(4245p)가 망 형태로 설치되어 있는 바디부(4245)를 갖는다. 제1 실시예와 달리 헤드부는 포함하지 않는다.
바디부(4245)는, 원통형의 단면을 갖고 직경이 일정한 축부(4241)와, 축부(421)의 외주면으로부터 돌출된 망 형태로 형성된 복수의 단면이 대략 마름모 형상인 돌기부(볼록부) 4245p를 포함한다. 제4 실시예에 있어서, 돌기부(4245p)의 단면은 대략 마름모꼴이고, 이 마름모꼴의 둔각(obtuse angle)을 가지는 꼭지점을 연결하는 변(측면 에지)이 흐름(도 18의 좌측에서 우측으로의 방향)에 대하여 정면으로 오도록 형성되어 있다. 둔각을 사이에 둔 2변의 면에 의해, 유체는, 좌우로 나누어져 흐르게 된다. 유체는 도 18의 우측 대각선 위 및 우측 대각선 아래의 2방향으로 분리되어 진행되지만, 다른 돌기부(4245p)로부터 유사하게 분리되어 진행하는 유체와 충돌하여 혼합되는 것을 반복한다. 이와 같이, 유체는 교차하는 유로(4245r)를 흐르고, 하류를 향하게 된다. 도 18에 있어서, 원통축 부재의 길이 방향(도면의 좌우 방향)에 대하여 180도로부터 마름모꼴의 둔각의 각도(예를 들어, 140도)를 빼고, 그것을 반으로 나눈 각도의 기울기(예를 들면, 20 도)를 가지고, 도면의 우측 대각선 아래 방향으로(diagonally downward to the right) 일정한 간격을 가지는 복수의 라인을 한번씩 건너뛰어 절삭 등 가공하는 동시에, 우측 대각선 위 방향으로(diagonally upward to the right) 기울어진 라인 사이를 한번씩 건너뛰어 절삭 등 가공함으로써, 축부(4241)의 외주면으로부터 돌출된 복수의 돌기부(4245p)가 상하(원주 방향), 좌우(축부(4241)의 길이 방향)로 하나씩 건너뛰어 규칙적으로 형성된다.
본 실시예에 있어서, 바디부(4245)는 내부 구조체(4240)를 관 본체(110)에 수납했을 때에, 관 본체(110)의 유출측 부재(130)의 관형의 내부 공간의 벽면에 근접하는 정도의 외경(즉, 돌기부(4245p)의 천장면(상면)이 벽면에 접촉할 정도로 근접함)을 갖는다. 덧붙여, 이 천장면은 원래의 원주의 외표면의 일부이며 둥근 모양을 띄고 있다. 복수의 돌기부(4245p)의 형상이나 배열도 도 18로부터 적절히 변경할 수 있다.
본 실시예에서는, 바디부(4245)의 하류 측에 유도부(4247)가 설치되어있다. 이 유도부(4247)는, 축체 중심을 향하는 경사면을 갖는 8개의 돌기부이며, 유체를 축체의 중심을 향해 유도한다. 그리고 유체는 관 본체(110)의 유출구(112)를 통해 토출된다. 이 유도부(4247)의 개수나 형상도 도시된 것으로 한정되는 것은 아니다.
관 본체(110)의 유입구(111)를 통해 유입된 유체의 일부는 바디부(4245)의 단면 대략 마름모꼴인 복수의 돌기부(4245p) 사이의 복수의 좁은 유로(4245r)를 통과한다. 구체적으로는, 이 유로(4245r)는 교차하는 교차 유로가 되고, 유체는 교차하는 위치에서 충돌을 반복하면서 전체적으로 하류로 진행된다. 그 결과, 유체에는 난류가 발생하여 다수의 미소한 와류를 발생시킨다. 대안적으로, 유체가 번갈아 스위칭하는 플립플롭 현상도 나타나게 되고, 이러한 현상은 유체의 혼합 및 확산을 유발한다. 바디부(4245)의 상기 구조는 상이한 성질을 갖는 2개 이상의 유체를 혼합하는 데에도 유용하다.
또한, 본 실시예에 있어서, 상류로부터 공급되는 유체는, 바디부(4245)에 있어서, 유로(4245r)의 단면적이 급격히 작아져 유체의 유동 특성을 변화시킨다. 이것은 제1 실시예 내지 제3 실시예와 유사하다. 즉, 제2 내부 구조체(4245)의 교차하는 단면이 작은 유로(4245r)에서는, 캐비테이션 현상에 의해 액체 중에 존재하는 100 미크론 이하의 미소한 기포핵을 핵으로 하여 액체가 비등하거나 용존 기체의 유리에 의해 작은 기포가 다수 발생한다. 즉, 유체가 유동 특성 부여부(4245)를 통과하는 과정에서 다수의 마이크로 버블이나 울트라 파인 버블을 포함하는 파인 버블(미세 기포)이 발생한다.
(제5 실시예)
다음으로, 본 발명의 유체 특성 변화 장치(S)의 제5 실시예에 따른 유체 공급관에 대하여 설명한다. 도 19는 유체 공급관(5100)의 투시 평면도이고, 도 20은 유체 공급관(5100)의 분해 3차원 외관 사시도이다. 제5 실시예는 다른 실시예와 제2 내부 구조체의 구성이 다를 뿐이며, 다른 실시예와 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 도 20에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 중공의 제2 내부 구조체(5240)는 각주형 축체(prismatic shaft)이며, 외부 표면에 복수의 돌기부(5245p)가 망 형태로 형성되는 바디부(5245)를 갖는다. 제1 실시예와 달리 헤드부는 갖지 않는다. 또한, 제2 내부 구조체(5245)의 축체의 외형은 삼각기둥이며, 3개의 측면을 갖는다. 또한, 축체의 외형은 사각 기둥이나 다른 각기둥 형상일 수 있다. 이는 다른 실시예에 적용한 경우에도 마찬가지이다.
도 21에 있어서, 바디부(5245)는 원통형 단면을 갖고 삼각기둥 형상의 축부(5241)와, 축부(5241)의 외주면으로부터 돌출된 망 형태로 형성된 복수의 돌기부(볼록부)(5245p)를 포함한다. 복수의 돌기부(5245p)의 각각의 단면은 대략 마름모 형상이다. 도 21에 도시한 바와 같이, 돌기부(5245p)의 단면은 대략 마름모꼴이고, 이 마름모꼴의 예각(acute angle)을 갖는 꼭지점을 연결하는 변(측면 에지)이 흐름(도면의 좌측으로부터 우측 방향)에 대하여 정면으로 오도록 형성되어 있다. 예각을 사이에 둔 2변의 면에 의해, 유체는, 좌우로 나누어져 흐르게 된다. 유체는 우측 대각선 위 및 우측 대각선 아래 방향으로 진행되지만, 다른 돌기부(5245p)에서도 유사하게 분리된 유체와 충돌하여 혼합되는 것을 반복한다. 이와 같이, 유체는 교차하는 유로(5245r)를 흐르고, 하류를 향하게 된다. 도 21에 있어서, 삼각주 축부재의 길이 방향(도면의 좌우 방향)에 대하여 180도로부터 마름모꼴의 예각의 각도(예를 들면, 40도)를 빼고, 그것을 반으로 나눈 각도의 기울기(예를 들면, 70도)를 갖고, 도면의 우측 대각선 아래 방향으로(diagonally downward to the right) 일정한 간격을 갖는 복수의 라인을 한번씩 건너뛰어 절삭 등 가공하는 동시에, 우측 대각선 위쪽으로 기울어진 라인 사이를 한번씩 건너뛰어 절삭 등 가공함으로써, 축부(5241)의 일 측면에서 외주면으로부터 돌출된 복수의 돌기부(5245p)가 상하(원주 방향), 좌우(축부(5241)의 길이 방향)로 하나씩 건너뛰어 규칙적으로 형성된다. 이와 같은 가공 공정을 3측면에 실시함으로써 바디부 전체가 형성된다. 또한, 원래의 가공 전의 축체는 원주형이므로, 복수의 돌기부(5245p)의 천장면(상면)의 각각은, 원래의 원주의 외주 표면이며, 둥근 형태를 띄고 있고, 전체적으로 높이는 중심이 높고 바깥쪽으로 낮아지는 형상이다.
본 실시예에 있어서, 바디부(5245)는 내부 구조체(5240)를 관 본체(110)에 수납했을 때에, 관 본체(110)의 유출측 부재(130)의 관형의 내부 공간의 벽면에 근접하는 정도의 외경(즉, 돌기부(5245p)의 천장면(상면)이 벽면과 접촉할 정도로 근접함)을 갖는다. 복수의 돌기부(5245p)의 형상은 다양한 형상을 취할 수 있고, 그 배열도 도 21로부터 적절히(각도, 폭 등을) 변경할 수 있다. 특히, 돌기부(5245p)를 각 열마다 약간 각도를 갖게 하여 배치하면, 난류가 더 발생하게 된다.
본 실시예에서는, 바디부(5245)의 하류 측에 유도부(5247)가 설치되어 있다. 이 유도부(5247)는 축체 중심을 향하는 경사면을 갖는 삼각뿔이며, 종단부는 내부 공동으로 이어지도록 잘려있다. 이 유도부(5247)는 유체를 축체의 중심을 향해 유도한다. 그리고 유체는 관 본체(110)의 유출구(112)를 통해 토출된다. 이 유도부(5247)의 형상도 각주 형상에 따라 적절히 변경할 수 있고, 도시된 것으로 한정되지 않는다.
관 본체(110)의 유입구(111)를 통해 유입된 유체의 일부는 바디부(5245)의 각 측면 상에 제공된 단면이 대략 마름모꼴인 복수의 돌출부(5245p) 사이의 복수의 좁은 유로(5245r)를 통과한다. 구체적으로는, 이 유로(5245r)는 교차하는 교차 유로가 되고, 유체는 교차하는 위치에서 충돌이나 혼합을 반복하면서 전체적으로 하류로 진행된다. 그 결과, 유체에는 난류가 발생하여 다수의 미소한 와류를 발생시킨다. 대안적으로, 유체가 교대로 스위칭하는 플립플롭 현상도 나타나고, 이러한 현상은 유체의 혼합 및 확산을 유도한다. 바디부(5245)의 상기 구조는 상이한 성질을 갖는 2개 이상의 유체를 혼합하는 경우에도 유용하다.
또한, 본 실시예에 있어서, 상류로부터 공급되는 유체는, 바디부(5245)에서 유로(5245r)의 단면적이 급격히 작아져 유체의 유동 특성을 변화시킨다. 이것은 제1 실시예 내지 제4 실시예와 유사하다. 즉, 제2 내부 구조체(5240)의 교차하는 단면이 가는 유로(5245r)에서는, 캐비테이션 현상에 의해 액체 중에 존재하는 100 미크론 이하의 미소한 기포핵을 핵으로 하여 액체가 비등하거나 용존 기체의 유리에 의해 작은 기포가 많이 발생한다. 즉, 유체가 유동 특성 부여부(5245)를 통과하는 과정에서 다수의 마이크로 버블이나 울트라 파인 버블을 포함하는 파인 버블(미세 기포)이 발생한다.
(제6 실시예)
다음으로, 본 발명의 유체 특성 변화 장치(S)의 제6 실시예에 따른 유체 공급관(6100)에 대하여 설명한다. 도 22는 유체 공급관(6100)의 분해 3차원 외관 사시도이다. 제6 실시예의 관 본체는, 유입측 부재(6120)의 외표면의 유입 단부가 동일 직경의 원통 형상인 점, 유출측 부재(6130)의 외표면의 유출 단부가 동일 직경의 원통 형상인 점에서, 제1 실시예와 형상의 차이가 있지만 기능적으로는 동일하다. 또한, 관 본체의 내부에 포함되는 내부 구조체(6140)는, 제1 실시예의 제1 내부 구조체(140)와 중공의 제2 내부 구조체(240)가 일체로 형성되어 있는 점에 차이가 있다. 즉, 제6 실시예의 내부 구조체(6140)는, 도 23에 도시된 바와 같이, 관체의 형상을 갖고 내부 구조와 외부 구조를 갖는다. 관체의 내측의 구조인 내부 구조는, 상류로부터, 복수개의 홈으로 이루어지는 소용돌이류 발생부(6141), 중공의 벤츄리 관의 구조로 되어 있는 유동 특성 부여부(6142)(직경 감소부(6142-1), 조임부(6142-2), 직경 확대부(6142-3), 및 직관(straight pipe)부(6142-4)를 갖고, 제1 실시예와 유사한 구성을 취한다. 관체의 외측의 구조인 외부 구조는, 상류로부터, 헤드부(6143), 바디부(6145), 유도부(6147)가 형성되어 있다. 헤드부(6143)는, 예를 들면 4개의 나선 형상으로 형성된 날개를 갖고, 바디부는 망 형태로 형성된 복수의 돌기부(6145p)를 포함하고, 유도부는 절두 돔 형태를 취하고, 제1 실시예와 유사하다.
즉, 제6 실시예의 내부 구조체(6140)는, 제1 실시예에 있어서의 제1 내부 구조체(140)와 중공의 제2 내부 구조체(240)가 일체로 형성되어 있다. 따라서, 내부 구조체(6140)가 유입측 부재(6120)와 유출측 부재(6130)의 내부에 배치 고정되어, 유체 공급관(6100)이 제조된 경우, 제1 내부 구조체(140) 및 제2 내부 구조체(240)와 유사한 기능이나 작용을 하게 된다. 이 내부 구조체(6140)는 3차원 프린터에 의해 플라스틱 등의 수지나 스틸 등의 금속으로 형성될 수 있다. 물론 그 외, 성형 등에 의한 다른 제조 공정을 채용할 수도 있다. 그리고, 내부 구조체(6140)의 내부 구조인 중공의 벤츄리 관의 구조로 되어 있는 유동 특성 부여부(6142)는, 마이크로 버블을 발생시키기에 적합하다. 내부 구조체(6140)의 외부 구조인 복수의 돌기부(6145p)가 형성되어 있는 바디부(6145)는 울트라 파인 버블을 생성하는데 적합하다. 또한, 내부 구조는 외부 구조와 비교하여 유체를 부드럽게 흐르게 하므로, 유량을 증가시키지 않고 다량의 파인 버블을 발생시킬 수 있다.
또한, 내부 구조체(6140)의 소용돌이류 발생부(6141)는 제1 실시예와 유사한 복수의 홈으로 이루어지지만, 제2 실시예와 유사하게 원통 관체의 내벽면으로부터 돌출하는 복수의 날개로 이루어져도 좋다. 또한, 도 24에 도시된 변형예와 같이 구성해도 좋다. 즉, 도 24의 유체 공급관(6100A)에 있어서, 내부 구조체(6140A)에서는, 직관부(6146)가 소용돌이류 발생부(6141) 대신에 형성되어 있고, 그 외의 부분은 제6 실시예의 도 23과 유사하고, 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 붙이고 그 설명을 생략한다. 즉, 이 변형예에서는, 소용돌이류 발생부가 없기 때문에, 소용돌이류의 발생을 기대할 수 없지만, 이 내부 구조를 제조하는 것이 보다 용이해진다. 즉, 내부 구조체(6140A)의 내부 구조는, 상류측과 하류측으로부터의 절삭 공정이나 선삭 공정(천공(boring) 등) 등으로 형성할 수 있고, 3D 프린터에 의한 제작 공정은 불필요해진다. 3D 프린터에 의한 제작 공정으로 형성할 수 있는 것은 물론이다. 또한, 내부 구조체(6140, 6140A)의 외부 구조로서는, 제4, 제5 실시예의 바디부(4245, 5245)와 유사한 형상 또는 그 외의 형상으로 할 수 있다. 즉, 복수의 돌기부(6145p)의 형상은, 다양한 형상을 취할 수 있고, 예를 들면, 삼각형, 다각형, 그 밖의 형상, 예를 들어, WO2014/204399호가 개시하는 에어 포일형(날개형)으로 하거나, 일본 특허 공표 특표2016-536139호에 개시된 노치(notch)형으로 변형할 수도 있다.
(제7 실시예)
다음으로, 본 발명의 유체 특성 변화 장치(S)의 제7 실시예에 따른 유체 공급관(7100)에 대하여 설명한다. 도 25는 유체 공급관(7100)의 분해 3차원 외관 사시도이다. 도 26은 유체 공급관(7100)의 분해 단면도이다. 제7 실시예는 제6 실시예와 유사한 유입측 부재(6120) 및 유출측 부재(6130)를 갖는다. 또한, 내부에 포함되는 제1 내부 구조체(7140)는 제2 내부 구조체(7240)의 원통형 축체의 중공 공동에 삽입 고정된다. 제1 내부 구조체(7140)는 도 27 및 도 28로부터 알 수 있는 바와 같이, 3 계통의 소용돌이류 발생부(7141A~7141C)와 그 하류에 위치하는 벤츄리 관의 형상을 갖는 내부 공동으로 이루어지는 유동 특성 부여부(7142A~7142C)가 형성되어 있다. 즉, 유동 특성 부여부(7142A~7142C)에는, 각각 내경이 급격히 감소하는 직경 감소부(7142-1)와, 그것에 연결되는 내경이 작은 조임부(7142-2)와, 급격히 내경이 확대되는 직경 확대부(7142-3)는 동일한 원심 형상으로 형성된다. 일 구성예로서, 직경 감소부(7142-1)의 유체의 유동 방향의 거리는, 직경 확대부(7142-3)의 유체의 유동 방향의 거리보다 짧다. 그리고, 직경 감소부(7142-1)의 최대 반경과 직경 확대부(7142-3)의 최대 반경은 동일하거나 거의 동일하다. 물론, 이 내부 공동의 벤츄리 관의 형상은 적절히 변경가능하다. 또한, 소용돌이류 발생부(7141A~7141C)의 형상도, 홈에 의한 것 또는 날개에 의한 것으로 적절히 변경할 수 있고, 또는 제조 공정을 간편하게 하기 위해서, 소용돌이류 발생부(7141A~7141C)를 설치하지 않을 수도 있다. 또한, 제1 내부 구조체(7140)가 삽입 고정되는 제2 내부 구조체(7240)는 제1 실시예의 제2 내부 구조체 또는 다른 실시예의 제2 내부 구조체와 유사하므로, 그에 관한 설명은 생략한다.
이와 같이, 본 실시예에 있어서는, 특히 유체의 유량을 증가시키기 위해서 유체 공급관(7100)의 사이즈를 크게 하고, 관의 직경을 크게 하는 경우에는, 복수 계통의 벤츄리 관을 설치함으로써 발생하는 마이크로 버블의 양을 극대화할 수 있다. 또한, 도시에서는, 3계통의 유동 특성 부여부(7142A~7142C)를 형성했지만, 이 계통수는 2 이상으로 할 수 있다. 따라서, 2 계통이어도, 3 계통이어도, 또한, 4 계통 이상이어도 좋다. 또한, 복수 계통의 벤츄리 관에 의한 유동 특성 부여부는, 다른 실시예의 제1 내부 구조체에도 적용할 수 있는 것은 물론이다.
제7 실시예에서, 제6 실시예와 마찬가지로, 제1 내부 구조체(7140)와 제2 내부 구조체(7240)를 일체로 구성하고, 내부 구조체가 관체의 형상을 갖는다. 관체의 내측의 내부 구조와 외측의 외부 구조를 갖고, 그 내부 구조는 3계통 또는 2계통, 혹은 4 이상의 복수 계통의 중공의 벤츄리 관의 구조로 되어 있는 유동 특성 부여부를 갖고, 그 외부 구조는 복수의 돌기부가 형성되어 있는 바디부를 가질 수 있다. 내부 구조에는, 중공의 벤츄리 관으로 흐르는 유체를 소용돌이류로 하는 복수의 홈이나 관체의 내벽면으로부터 돌출된 복수의 날개를 설치할 수도 있다.
(제8 실시예)
도 29 및 도 30은 본 발명의 유체 특성 변화 장치(S)의 제8 실시예에 따른 유체 공급관(8100)을 나타낸다. 이는 제6 실시예의 변형예(도 24)와 유사하고, 내부 구조체(6140A)는 제6 실시예와 동일하므로 그 설명을 생략한다. 이 내부 구조체(6140A)는 관 본체(8130)에 수납 고정된다. 그 내면 상류단에는 암나사(8131)가 형성되고, 상류단의 외표면에는 수나사(8132)가 형성되어 있다. 또한, 하류 단부의 내면에도 암나사(8133)가 형성되어 있다. 이 관 본체(8130)의 상류단 내측의 암나사(8131)는, 내부 구조체(6140A)를 수납 고정한 상태에서, 유체의 유입구가 형성된 스토퍼의 기능을 갖는 고정 링(8120)의 외측의 수나사(8121)와 나사 결합에 의해 결합된다. 이러한 방식으로, 내부 구조체(6140A)는 관 본체(8130)의 내벽에 고정된다. 그리고 관 본체(8130)의 상류 단부의 외표면의 수나사(8132)는 상류의 도시되지 않은 배관 부재와 나사 결합에 의해 결합되고, 하류 단부의 내벽면의 암나사(8133)는 하류의 도시되지 않은 배관 부재와 나사 결합에 의해 결합된다. 본 실시예에 따른 유체 공급관(8100)은 콤팩트한 형상을 갖고 있어, 전체를 수지제로 함으로써, 경량으로, 저렴하게 제조할 수 있고, 가정용의 수도 설비나 세탁기나 그 외의 기기에 쉽게 연결하고 사용할 수 있다.
이상, 본 발명을 복수의 실시예를 이용하여 설명했지만, 본 발명은 이러한 예시적인 형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기 설명 및 관련 도면으로부터 본 발명의 많은 변형 및 다른 실시예를 도출할 수 있다. 본 명세서에서는, 복수의 특정 용어가 사용되고 있지만, 이들은 일반적인 의미로서 단지 설명의 목적으로 사용된 것일 뿐, 발명을 제한하는 목적으로 사용된 것은 아니다. 첨부된 청구항 및 그 등가물에 의해 정의된 일반적인 발명의 개념 및 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능하다.
S 유체 특성 변화 장치
4 대상 기기
1100, 2100, 3100, 4100, 5100, 6100, 6100A, 7100, 8100 유체 공급관
140, 2140, 3140, 7140 제1 내부 구조체
141, 2141, 6141, 7141A 소용돌이류 발생부
141-1~141-8 홈
2141-1~2141-3 날개
142, 3142, 6142, 7142A~7142C 유동 특성 부여부
240, 4240, 5240, 7240 제2 내부 구조체
243 헤드부
234-1~234-4 날개
245, 4245, 5245, 6145 바디부
245p, 4245p, 5245p, 6145p 돌기부
245r, 4245r, 5245r 유로
6140, 6140A 내부 구조체

Claims (23)

  1. 수납체에 수납되고, 유체에 대해 상기 유체의 특성을 변화시키는 내부 구조체로서,
    상기 내부 구조체는 제1 내부 구조체 및 제2 내부 구조체를 포함하고,
    상기 제1 내부 구조체는, 하나 이상의 중공 벤츄리 관의 구조를 갖는 유동 특성 부여부를 갖고,
    상기 제2 내부 구조체는, 중공축 형태로서 상기 제1 내부 구조체의 적어도 일부를 중공축의 내부에 수납하고, 그 외표면에는 복수의 돌기부가 형성되어 있는 바디부를 갖는,
    내부 구조체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내부 구조체의 상기 유동 특성 부여부의 상류에는, 상기 중공 벤츄리 관으로 흐르는 유체를 소용돌이류로 만드는 소용돌이류 발생 수단이 제공되어 있는, 내부 구조체.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 소용돌이류 발생 수단은 유체의 흐름의 방향을 특정 각도로 변화시키는 관체의 내벽면에 형성된 복수의 홈인, 내부 구조체.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 소용돌이류 발생 수단은 유체의 흐름의 방향을 회전시키는 관체의 내벽면으로부터 돌출된 복수의 날개인, 내부 구조체.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 내부 구조체의 상기 소용돌이류 발생 수단의 상기 복수의 날개의 각각은, 그 선단이 축부의 원주 방향으로 서로 날개의 개수에 의존하는 각도만큼 떨어져 있는, 내부 구조체.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제1 내부 구조체의 상기 소용돌이류 발생 수단은, 3개의 날개를 포함하고, 상기 날개의 각각은 그 선단부가 축부의 원주 방향으로 서로 120도씩 떨어져 있는, 내부 구조체.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제1 내부 구조체의 상류측의 상기 소용돌이류 발생 수단과 하류측의 상기 유동 특성 부여부가 일체로 형성되어 있는, 내부 구조체.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 내부 구조체의 상기 유동 특성 부여부는, 상기 중공 벤츄리관의 구조에 의해, 유로를 흐르는 상기 유체의 정압을 급격히 감압하고 그 후 가압함으로써, 캐비테이션 현상을 유발하여 미세 기포를 발생시키는, 내부 구조체.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 내부 구조체의 상기 바디부의 상류에는, 복수의 나선형으로 형성된 날개를 포함하는 헤드부가 형성되어 있는, 내부 구조체.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제2 내부 구조체의 상기 헤드부는, 단면이 원형인 축부와 상기 복수의 나선형으로 형성된 날개를 포함하고, 상기 날개의 각각은 그 선단이 상기 축부의 원주 방향으로 서로 상기 날개의 개수에 의존하는 각도만큼 떨어져 있는, 내부 구조체.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 내부 구조체의 상기 헤드부는, 4개의 나선형으로 형성된 날개를 포함하고, 상기 날개의 각각은 그 선단이 상기 축부의 원주 방향으로 서로 90도씩 떨어져 있는, 내부 구조체.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제2 내부 구조체의 상기 바디부는, 그 외표면에 상기 복수의 돌기부가 망 형태로 형성되어 있고, 상기 돌기부들 사이에 형성된 유로를 통과함으로써, 캐비테이션 현상을 유발하여 미세 기포를 발생시키는, 내부 구조체.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 돌기부가 망 형태로 형성되어 있고, 상기 돌기부들 사이에 형성되는 유로는, 복수의 나선 유로와 복수의 환상 유로가 교차하는 교차 유로인, 내부 구조체.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제2 내부 구조체는 상기 바디부의 하류측에 상기 유체를 상기 수납체의 중심을 향하여 유도하는 유도부를 더 포함하는, 내부 구조체.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 돌기부가 망 형태로 형성되고, 상기 돌기부들 사이에 형성되는 유로는 복수의 유로가 교차하는 교차 유로인, 내부 구조체.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 제2 내부 구조체는 원주형의 중공축 형태인, 내부 구조체.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 제2 내부 구조체는 각주(prism) 형상의 중공축 형태인, 내부 구조체.
  18. 수납체에 수납되고, 유체에 대하여 상기 유체의 특성을 변화시키는 내부 구조체로서,
    상기 내부 구조체는 관체의 형상을 하고, 내부 구조 및 외부 구조를 갖고,
    상기 내부 구조는 하나 이상의 중공 벤츄리 관의 구조가 되어 있는 유동 특성 부여부를 갖고,
    상기 외부 구조는 복수의 돌출부가 형성된 바디부를 갖는,
    내부 구조체.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 내부 구조는 상기 중공 벤츄리 관으로 흐르는 유체를 소용돌이류로 만드는 소용돌이류 발생 수단을 구비하는, 내부 구조체.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 소용돌이류 발생 수단은 상기 유체의 흐름의 방향을 특정 각도로 변화시키는 관체의 내벽면에 형성된 복수의 홈인, 내부 구조체.
  21. 제19항에 있어서,
    상기 소용돌이류 발생 수단은 상기 유체의 흐름의 방향을 회전시키는 관체의 내벽면으로부터 돌출된 복수의 날개인, 내부 구조체.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항의 내부 구조체 및 그것을 수납하는 수납체를 포함하는 유체 특성 변화 장치.
  23. 제22항의 유체 특성 변화 장치를 이용하는 이용 장치로서, 상기 유체 특성 변화 장치로부터의 유체를 냉각제, 세정제, 살균제, 전열제 중 어느 하나로서 이용하는, 이용 장치.

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