KR20230057775A - 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리 및 이를 포함하는 마이크로 버블 발생 장치 - Google Patents

마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리 및 이를 포함하는 마이크로 버블 발생 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 두 개 이상의 헤드 블록들이 결합되어 이루어진 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리를 제공한다. 상기 헤드 블록들은 서로 결합하는 각 블록의 대향면에 복수개의 마이크로 버블 형성 홈을 포함하고, 헤드 어셈블리의 상부 또는 하부에서 볼 때 각 헤드 블록에 형성된 마이크로 버블 형성 홈들이 서로 어긋난 위치에 배열되도록 헤드 블록들이 서로 결합되며, 상기 복수개의 헤드 블록 중 적어도 하나의 헤드 블록은 헤드 어셈블리 외부에서 헤드 어셈블리 내부로 관통된 유입구를 하나 이상 포함하고, 상기 헤드 블록의 둘레부에는 복수개의 배출구를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리 및 이를 포함하는 마이크로 버블 발생 장치{A Head Assembly for Generating Microbubble and a Microbubble Generator Comprising the Same}
본 발명은 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리 및 이를 포함하는 마이크로 버블 발생 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 마이크로 버블 발생 효율이 더욱 향상된 간소화된 구조의 헤드 어셈블리 및 이를 포함하는 마이크로 버블 발생 장치에 관한 것이다.
액체 속에 있는 일반적인 기포는 크기 또는 직경이 수 밀리미터 이상이고, 이러한 기포들은 생성과 동시에 기포 자체의 부력에 의해 위로 떠올라 액체의 표면에서 터지게 된다. 그러나 일반적으로 직경이 수십 마이크로미터 범위인 마이크로 버블, 직경이 수 마이크로미터 내지 수백 나노미터 범위인 마이크로 나노 버블, 또는 직경이 100 나노미터 이하인 나노 버블(이하, 이들을 모두 "마이크로 버블"로 통칭한다)은 자체의 부력이 매우 작아 액체의 저항력을 이기지 못해 액체 속에 장시간 머무를 수 있으며, 장시간 액체에 머무르는 동안 버블 내부의 기체가 버블 표면을 통해 액체 속으로 서서히 용해되면서 점차 크기가 작아지는 특징을 갖는다. 더욱이 버블 내부의 기체가 외부 액체에 대한 용해도가 클 경우 버블 자체가 용해되어 소멸되기도 한다.
마이크로 버블이 자기 가압 효과에 의하여 소멸할 때, 하이드록시 라디칼(OH) 등의 자유 라디칼이 발생하는데, 이들은 액체 중에 존재하는 여러 가지 유해 화학물질이나 세균류를 분해할 수 있다. 또한, 삼림과 폭포 주변, 초원, 공원의 분수근처, 해변 등에 많이 존재하는 음이온은 세포의 노화를 방지하거나 항산화 기능을 통해 사람에게 유익한 것으로 알려져 있는데, 마이크로 버블은 일반 폭포에 비해 10배 이상 많은 음이온을 발생한다. 이처럼, 마이크로 버블은 많은 장점을 가지고 있으며, 통상적으로 고압분사를 통한 충돌, 미세망 통과, 또는 오리피스관을 이용한 급속 확대관을 이용하는 방법에 의해 생성된다.
대한민국 등록특허 제10-1379239호에는 나선형 블레이드 및 나선형 그루브를 구비하는 원통형 외부 케이스를 포함하는 마이크로 버블 발생장치를 개시하고 있다. 여기에 개시된 마이크로 버블 발생장치는 마이크로 버블을 생성하기 위해서 관통홀이 다수 형성된 플레이트를 원통형 외부 케이스의 출구부 내에 설치하였다. 공기와 물이 혼합된 유체를 펌프를 이용해서 원통형 외부 케이스 내부로 유도하고 있지만, 이렇게 관통홀이 구비된 플레이트를 이용하는 경우에는 일반적으로 관통홀보다 큰 버블이 만들어지기 때문에 유효한 버블을 생성하기 어려운 한계가 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0034301호는 나노 사이즈의 개구 직경을 가지는 관통공을 통하여 가압 기체를 과포화 용존 액체에 공급함으로써 나노 버블을 생성하는 기술을 개시하고 있다. 나노 버블을 만들기 위한 "나노 버블 생성 장치"에는 나노미터 크기의 미세공이 다수 생성되어 있는데, 이를 통해 나노 버블을 생성하기 위해서는 상당히 높은 압력으로 공기를 통과시켜야 하며, 이로 인해 생성되는 버블의 양에 비해 많은 동력이 소비되는 단점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1829732호는 하우징 내에서 구동부에 의해 회전하는 임펠러가 물과 공기를 혼합하면서 버블을 생성시키고, 이를 원심력에 의해 확산 배출하면서 파쇄 수단의 충돌부위와 부딪혀 버블을 작은 입자로 파쇄함으로써 마이크로 버블을 생성하는 장치를 개시하고 있다. 그러나, 이 장치는 임펠러에 흡입되는 공기의 양이 많지 않기 때문에 생성되는 마이크로 버블의 양도 작고, 다량의 버블을 생성하기 위해서는 임펠러의 크기가 충분히 커야 하며, 이에 따라 많은 동력이 소비되는 단점이 있다.
한편, 오염물질의 처리 등에 마이크로 버블을 활용한 기술도 널리 보급되고 있다. 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0104918호(2012.9.24.공개)는 마이크로 버블이 폐수의 오염물질을 흡착하면서 상부로 부상하고 부상된 버블들을 이용하여 버블 필터 층을 형성함으로써 효율적으로 폐수를 처리하는 수처리 장치를 개시하고 있다.
이상과 같이 기존의 마이크로 버블 발생장치들은 소요되는 동력, 예컨대 마이크로 버블 발생부의 모터 등을 구동시키기 위한 동력에 비하여 발생되는 마이크로 버블의 양이 충분하지 않으며, 생성된 마이크로 버블의 크기가 충분히 작지 못해 마이크로 버블의 액체내 체류 및 지속 시간도 짧아서 충분히 마이크로 버블의 효과를 볼 수 없다는 단점이 있다. 또한, 충분한 마이크로 버블 효과를 발생시키기 위해서는 장치가 대형화되어야 하는 등의 문제점도 있어 이를 개선한 마이크로 버블 장치가 요구되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1379239호(2014.03.24. 공고) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0034301호(2014.03.19. 공개) 대한민국 등록특허공보 제10-1829732호(2018. 02.20. 공고) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0104918호(2012.9.24. 공개)
본 발명의 목적은 마이크로 버블을 발생시키는 주요부인 헤드를 간소화된 구조로 구현하면서도 마이크로 버블 발생 효율은 기존보다 현저히 향상시킬 수 있는 새로운 차원의 마이크로 버블 발생 장치를 제공하고자 하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 수단으로, 본 발명은 두 개 이상의 헤드 블록들이 결합되어 이루어진 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리를 제공한다. 상기 헤드 블록들은 서로 결합하는 각 블록의 대향면에 복수개의 마이크로 버블 형성 홈을 포함하고, 헤드 어셈블리의 상부 또는 하부에서 볼 때 각 헤드 블록에 형성된 마이크로 버블 형성 홈들이 서로 어긋난 위치에 배열되도록 헤드 블록들이 서로 결합되며, 상기 복수개의 헤드 블록 중 적어도 하나의 헤드 블록은 헤드 어셈블리 외부에서 헤드 어셈블리 내부로 관통된 유입구를 하나 이상 포함하고, 상기 헤드 블록의 둘레부에는 복수개의 배출구를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기한 바와 같이 서로 어긋난 위치로 배열된 상하부의 마이크로 버블 형성 홈들은 헤드 어셈블리 내부에 마이크로 버블 통로를 형성한다.
또한, 본 발명은 상기 헤드 어셈블리, 상기 헤드 어셈블리에 연결된 구동축, 상기 구동축을 통해 회전력을 전달하는 구동부, 및 액체와 상기 헤드 어셈블리를 수용하는 탱크를 포함하는 마이크로 버블 발생 장치를 제공한다.
상기 마이크로 버블 발생 장치의 작동 원리는 다음과 같다. 구동부 및 구동축을 통해 회전력이 전달되어 헤드 어셈블리가 액체 내에서 회전하면 헤드 어셈블리 유입구의 압력이 낮아지고 액체 탱크의 물이 유입구로 빨려 들어간다. 빨려 들어간 액체는 원심력에 의해서 배출구를 통해서 배출된다. 이 과정에서, 액체 탱크 내 최상위 수면에서부터 헤드 어셈블리 유입구까지 와류가 형성되면서 기체(예컨대 공기) 기둥, 즉 기체 통로가 형성된다. 이로 인해서 액체와 기체가 헤드 어셈블리 유입구로 유입되고, 기체 버블은 액체와 혼합되면서 잘게 쪼개지고, 최종적으로 마이크로 버블이 만들어져서 배출구를 통해서 배출된다. 보다 상세하게는, 유입구를 통해 유입되는 기체와 탱크 내의 액체가 헤드 어셈블리 안에서 혼합되면서 버블이 형성되고, 이렇게 형성된 버블은 원심력에 의해 헤드 어셈블리의 외주면 방향으로 이동하면서 서로 어긋난 위치로 배열된 마이크로 버블 형성 홈들에 의해 이루어지는 마이크로 버블 통로를 지나게 된다. 즉, 상하부 헤드 블록에 형성된 마이크로 버블 형성 홈을 교대로 지그재그 방향으로 통과하면서 버블이 더욱 잘게 쪼개져 마이크로 버블을 형성한다. 이렇게 형성된 마이크로 버블은 헤드 어셈블리 둘레부에 구비된 배출구를 통해 헤드 어셈블리 외부로 배출된다.
본 발명의 또 다른 실시 형태에 따르면, 상기 헤드 어셈블리, 액체와 상기 헤드 어셈블리를 수용하는 탱크 및 상기 헤드 어셈블리의 유입구에 연결된 펌프를 포함하는 마이크로 버블 발생 장치를 제공한다. 상기 마이크로 버블 발생 장치의 작동 원리는 다음과 같다. 펌프를 통해 유입되는 기체 또는 액체/기체 혼합물이 헤드 어셈블리 유입구로 유입되고, 유입구를 통해 유입되는 기체와 탱크 내의 액체가 헤드 어셈블리 안에서 혼합되면서 버블이 형성되고, 이렇게 형성된 버블은 헤드 어셈블리의 외주면 방향으로 이동하면서 서로 어긋난 위치로 배열된 마이크로 버블 형성 홈들에 의해 이루어지는 마이크로 버블 통로를 따라 교대로 지그재그 방향으로 통과하면서 버블이 더욱 잘게 쪼개져 마이크로 버블을 형성한다. 이렇게 형성된 마이크로 버블은 헤드 어셈블리 둘레부에 구비된 배출구를 통해 헤드 어셈블리 외부로 배출된다.
본 발명에 따른 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리는 액체 내에 담가 회전시키거나 펌프에 연결시킴으로써 간단히 마이크로 버블을 발생시킬 수 있어서 장치적인 제약이 덜 하고, 서로 어긋나게 배열된 마이크로 버블 형성 홈들에 의해 이루어지는 마이크로 버블 통로를 통해 원활하게 마이크로 버블이 형성되므로, 기존의 마이크로 버블 발생장치에 비해 마이크로 버블 발생 효율이 높고, 발생된 마이크로 버블의 크기도 충분히 작아 마이크로 버블의 지속 시간도 우수한 효과를 거둘 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리의 하나의 실시 형태를 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리의 하나의 실시 형태의 단면도이다.
도 3는 본 발명에 따른 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리의 하나의 실시 형태의 분해도이다.
도 4는 본 발명에 따른 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리의 하나의 실시 형태에서 마이크로 버블 형성 홈이 구비된 헤드 블록의 구성을 나타낸 세부 평면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리의 하나의 실시 형태에서 헤드 블록이 상호 결합된 형태를 나타내는 투시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리 및 상기 헤드 어셈블리에 연결된 구동축을 도시하는 개략도이다.
도 7은 본 발명에 따른 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리, 상기 헤드 어셈블리에 연결된 구동축, 상기 구동축을 통해 회전력을 전달하는 구동부, 및 액체와 상기 헤드 어셈블리를 수용하는 탱크를 포함하는 마이크로 버블 발생 장치의 일 예를 도시하는 개략도이다.
도 8은 도 7의 마이크로 버블 발생 장치를 작동하여 액체 탱크 내 최상위 수면에서부터 헤드 어셈블리 유입구까지 와류가 형성되어 기체 통로가 형성된 모습을 도시하는 개략도이다.
도 9는 본 발명에 따른 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리의 또 다른 하나의 실시 형태에서 슬리브, 서포트 링, 및 서포트 윙을 이용하여 헤드 어셈블리가 구동축에 연결된 모습을 도시하는 사시도이다.
도 10은 도 9에 따른 헤드 어셈블리, 구동부 및 액체와 상기 헤드 어셈블리를 수용하는 탱크를 포함하는 마이크로 버블 발생 장치의 일 예를 도시하는 개략도이다.
도 11은 다수의 헤드 블록으로 구성되는 헤드 어셈블리 및 이를 수용하는 하우징, 하우징에 구비된 기액 입구 및 출구를 포함하는, 본 발명에 따른 마이크로 버블 발생 장치의 일 예를 도시한 단면도이다.
이하, 본 발명의 구성 및 작동 방식을 첨부 도면을 참조로 하여 좀 더 구체적으로 설명한다. 본 발명의 상세한 설명 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 해당 기술분야에서 널리 통용되는 의미뿐만 아니라 발명자가 본 발명을 상세히 설명하기 위한 목적으로 적절히 정의하여 사용한 점을 고려하여야 한다. 따라서 이러한 용어들은 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미로 해석되고 이해되어야 한다. 또한, 구성요소를 표시함에 있어 "제1~" "제2~"와 같은 표현은 각각 구분되는 동일 또는 유사 요소들을 구분하기 위한 목적으로 사용되었을 뿐이고 해당 요소들의 개수나 순서를 한정하고자 하는 것이 아님을 밝혀둔다.
본 발명에 따른 마이크로 버블 발생용 헤드 어셈블리(10)는 두 개 이상의 헤드 블록들(12, 14)이 결합되어 이루어진다. 상기 헤드 블록들은 서로 결합하는 각 블록의 대향면에 복수개의 마이크로 버블 형성 홈(16)들을 포함하고, 헤드 어셈블리의 상부 또는 하부에서 볼 때 각 헤드 블록에 형성된 마이크로 버블 형성 홈들이 서로 어긋난 위치에 배열되도록 헤드 블록들이 서로 결합되며, 상기 복수개의 헤드 블록 중 적어도 하나의 헤드 블록은 헤드 어셈블리 외부에서 헤드 어셈블리 내부로 관통된 유입구(13)를 하나 이상 포함하고, 상기 헤드 블록의 둘레부에는 복수개의 배출구(19)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 상기한 바와 같이 서로 어긋난 위치로 배열된 상하부의 마이크로 버블 형성 홈들은 헤드 어셈블리 내부에 마이크로 버블 통로(18)를 형성한다.
도 1 내지 도 3에는 두 개의 헤드 블록, 예컨대 제1 헤드 블록 및 제2 헤드 블록으로 구성되는 헤드 어셈블리의 일 예가 도시되어 있다. 제1 헤드 블록의 하부면에는 복수개의 제1 마이크로 버블 형성 홈들이 구비되어 있고, 상기 제1 헤드 블록의 하부면과 대향하여 결합되는 제2 헤드 블록의 상부면에는 복수개의 제2 마이크로 버블 형성 홈들이 구비되어 있다. 도 1 내지 도 3에 도시된 헤드 어셈블리의 경우 제1 헤드 블록에 구동축이 구비되어 있고 제2 헤드 블록에는 블록을 관통하는 유입구가 구비되어 있으나, 본 발명에 따른 헤드 어셈블리는 이러한 형태로 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 도 6에서와 같이 제1 헤드 블록에 유입구가 형성되고 제2 헤드 블록에 구동축이 구비될 수도 있고, 제1 헤드 블록 또는 제2 헤드 블록에 구동축과 유입구 모두 구비될 수도 있다.
도 1 내지 도 3에는 두 개의 헤드 블록으로 구성되는 헤드 어셈블리가 예시되어 있으나, 본 발명에 따른 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리는 3개 이상의 헤드 블록을 포함할 수 있다. 3개 이상의 헤드 블록을 포함하는 경우에는, 최외곽 블록 사이에 개재하는 블록(들)은 각각 다른 헤드 블록들과 접하게 되는 양면에 마이크로 버블 형성 홈들을 구비할 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리에서 각 헤드 블록들은 서로 분리 가능하게 결합될 수도 있고, 분리가 불가능하도록 일체형으로 결합될 수도 있다. 서로 분리 가능하게 결합되는 경우에는 볼트와 너트 등에 의해, 분리가 불가능한 일체형으로 결합되는 경우에는 용접 등과 같은 관련 기술분야에 널리 알려진 임의의 결합수단에 의해 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리의 헤드 블록에 구비되는 마이크로 버블 형성 홈(16)들은 도 3 내지 5에 도시한 바와 같은 벌집 형태의 육각형 모양일 수 있다. 마이크로 버블 형성 홈(16)은 마이크로 버블 형성 홈 격벽(17)에 의해 둘러싸인 형태를 갖는다. 마이크로 버블 형성 홈의 형태는 마이크로 버블 형성 홈 격벽과 동일한 형태일 수 있으나, 서로 상이한 형태일 수도 있다. 예컨대 마이크로 버블 형성 홈 격벽은 육각형이나 마이크로 버블 형성 홈 자체는 삼각형, 사각형, 오각형 등의 임의의 다각형 또는 원형 등 다양한 모양일 수 있고, 마이크로 버블 형성 홈 격벽의 형성도 이와 같이 다양할 수 있다. 또한, 각 헤드 블록을 결합할 때 마이크로 버블 형성 홈들이 서로 어긋난 형태로 결합되어 마이크로 버블 통로를 형성할 수 있는 한 각 헤드 블록에 구비되는 마이크로 버블 형성 홈들의 크기나 모양이 반드시 동일할 필요는 없다.
도 4에 예시한 헤드 블록에는 제2 헤드 블록의 중앙부에 유입구(13)가 구비되어 있다. 그러나, 앞서 설명한 바와 같이 유입구는 제1 헤드 블록에 구비될 수도 있고, 제1 및 제2 블록 모두에 구비될 수도 있다. 또한, 하나 이상의 헤드 블록에 구비되는 유입구(13)의 수는 하나 이상일 수 있다. 유입구의 위치는 특별하게 제한되지 않으나, 헤드 블록의 회전축에 가까이 존재하는 것이 바람직하다.
헤드 블록의 주변부에 구비되는 배출구(19)는 마이크로 버블 형성 홈(16)들이 형성하는 마이크로 버블 통로를 거쳐온 마이크로 버블을 헤드 어셈블리 외부로 배출할 수 있는 임의의 형태일 수 있다. 예컨대, 헤드 블록의 일면에 형성된 마이크로 버블 형성 홈(16)들이 헤드 가장자리까지 연장되어 구비되는 경우, 최외곽에 존재하는 마이크로 버블 형성 홈들은 일부가 외부에 대해 개방된 형태일 수 있는데, 이러한 마이크로 버블 형성 홈들은 그 자체가 배출구(19)로서의 역할을 수행한다. 또는 마이크로 버블 형성 홈과 별도로 배출구를 포함할 수 있는데, 이 경우 배출구는 인접한 마이크로 버블 통로와 헤드 어셈블리 외부를 연결하는 것이기만 하면 임의의 형태의 것일 수 있다.
생성되는 마이크로 버블의 크기에 영향을 미치는 요소들은 마이크로 버블 형성 홈의 크기 및 단위면적당 개수, 유입구의 크기 및 개수, 배출구의 크기 및 개수, 그리고 헤드 어셈블리의 회전속도 등을 들 수 있다. 마이크로 버블 형성 홈 또는 배출구의 크기가 작아질수록, 또는 헤드 어셈블리의 회전속도가 높아질수록 생성되는 마이크로 버블의 크기는 작아진다. 반대로, 마이크로 버블 형성 홈의 크기 또는 배출구의 크기가 커질수록, 또는 헤드 어셈블리의 회전속도가 낮아질수록 생성되는 마이크로 버블의 크기는 커진다. 단위면적당 마이크로 버블 형성 홈의 개수는 마이크로 버블 형성 홈의 크기와 반비례하고, 배출구의 개수 역시 배출구의 크기와 반비례 관계에 있으므로 생성되는 마이크로 버블의 크기에 영향을 주는 요소이다. 헤드 어셈블리의 회전속도는 배출구로 빠져나가는 버블을 회전에 의한 전단력으로 파쇄하는데 영향을 주는 요인이므로 생성되는 마이크로 버블의 크기에 직접적으로 연관된다.
반드시 비례 관계가 성립하는 것은 아니지만, 마이크로 버블의 생성량은 대략 생성되는 마이크로 버블의 크기와 반대의 경향을 갖는다. 즉, 생성되는 마이크로 버블의 크기가 작아지는 조건을 선택할수록 마이크로 버블의 생성량은 적어진다. 예컨대, 마이크로 버블 형성 홈의 수가 많을수록 더욱 작은 크기의 마이크로 버블을 생성할 수 있으나, 마이크로 버블 통로를 통과하는 시간이 길어져서 유입구로 유입되는 기체 및 액체의 양이 적어지고 마이크로 버블의 생성량이 적어진다. 반대로 마이크로 버블 형성 홈의 수가 적을수록 많은 양의 기체와 액체가 유입구로 유입되고, 마이크로 버블의 생성량도 증가하나, 생성되는 마이크로 버블의 크기가 증가하는 경향이 존재한다. 또한, 유입구의 크기를 크게 하거나 유입구의 개수를 늘리면 보다 많은 양의 액체와 기체가 헤드 어셈블리 내부로 유입되어 그 만큼 많은 양의 마이크로 버블이 생성되나, 유입구의 크기가 넓을수록 단위면적당 마이크로 버블 형성 홈의 개수가 적어지므로 생성되는 마이크로 버블의 크기는 커지는 경향이 있다.
위와 같은 상관 관계를 이해함으로써, 통상의 기술자는 마이크로 버블 형성 홈의 크기, 개수, 유입구 및 배출구의 크기 및 개수, 헤드 어셈블리의 회전속도 등과 생성되는 마이크로 버블의 크기 및 양의 상관관계를 이해하고, 필요에 따라 이들을 적절히 조절함으로써 원하는 마이크로 버블의 크기 및 생성량을 달성할 수 있다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 일면에 제1 마이크로 버블 형성 홈(16A)들이 구비된 제1 헤드 블록(12)과, 여기에 대향하여 결합되는 제2 마이크로 버블 형성 홈(16B)들이 구비된 제2 헤드 블록(14)의 결합 형태를 투시도를 통해 더욱 쉽게 이해할 수 있다. 제1 마이크로 버블 형성 홈(16A)들과 제2 마이크로 버블 형성 홈(16B)들은 블록 어셈블리의 상부 또는 하부에서 볼 때 서로 어긋난 형태로 결합됨으로써 마이크로 버블이 통과할 수 있는 마이크로 버블의 통로(18)를 형성한다.
또한, 도 7 및 8에 예시한 바와 같이 본 발명은 상기 헤드 어셈블리(10), 상기 헤드 어셈블리에 연결된 구동축(20), 상기 구동축(20)을 통해 회전력을 전달하는 구동부(30), 및 액체와 상기 헤드 어셈블리를 수용하는 탱크(40)를 포함하는 마이크로 버블 발생 장치를 제공한다. 도 8을 참조하면, 구동부(30) 및 구동축(20)을 통해 회전력이 전달되어 헤드 어셈블리(10)가 액체 내에서 회전하면 헤드 어셈블리 유입구의 압력이 낮아지고 액체 탱크(40) 내 최상위 수면에서부터 헤드 어셈블리 유입구까지 와류가 형성되면서 기체(예컨대 공기) 통로가 형성된다. 이로 인해서 액체와 기체가 헤드 어셈블리 유입구로 유입되고, 기체 버블은 액체와 혼합되면서 잘게 쪼개지고, 원심력에 의해 헤드 어셈블리의 외주면 방향으로 이동하면서 상하부 헤드 블록에 형성된 마이크로 버블 형성 홈을 교대로 지그재그 방향으로 통과하면서 버블이 더욱 잘게 쪼개져 마이크로 버블을 형성한다. 이렇게 형성된 마이크로 버블은 헤드 어셈블리 둘레부에 구비된 배출구를 통해 헤드 어셈블리 외부로 배출된다.
도 9에는 구동축 역할을 하는 슬리브, 상기 슬리브를 헤드 어셈블리에 고정하기 위한 서포트윙과 서포트링이 구비된 또 다른 일 실시예가 도시되어 있다. 상기 서포트링은 별도의 요소로서 상부 헤드블록(예컨대 제1 헤드 블록) 주변부에 고정되거나, 헤드 블록과 일체의 요소로서 헤드 블록과 서포트윙을 연결할 수 있는 것이면 어떠한 형태일 수 있다. 또한, 마찬가지로 서포트링과 일체 또는 별개로 구성된 서포트윙은 서포트링과 슬리브를 연결한다. 슬리브는 그 자체로 구동축의 역할을 할 수 있으며, 필요에 따라 내부가 비어 있는 요소를 사용함으로써 외부로부터 기체가 보다 원할하게 유입되는 통로 역할을 동시에 수행할 수도 있다. 도 10에는 도 9의 헤드 어셈블리를 구비한 마이크로 버블 발생 장치의 일 예가 도시되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리는 3개 이상의 헤드 블록을 포함할 수 있다. 3개 이상의 헤드 블록을 포함하는 경우에는, 최외곽 블록 사이에 개재하는 블록(들)은 각각 다른 헤드 블록들과 접하게 되는 양면에 마이크로 버블 형성 홈들을 구비할 수 있다. 3개 이상의 헤드 블록을 포함하는 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리의 또 다른 실시 형태에 따르면, 각각의 헤드 블록이 둘씩 짝지어 결합된 어셈블리 단위가 복수개 결합된 형태일 수 있다. 도 11에는 이러한 헤드 어셈블리의 일 예가 도시되어 있다. 이러한 형태의 헤드 어셈블리는 구동부 및 구동축에 의해 액체내에서 회전시킴으로써 마이크로 버블을 발생할 수도 있고, 밀폐된 하우징 내에 수용하고 유입구에 펌프를 연결하여 마이크로 버블을 발생시킬 수도 있다. 즉, 펌프에 의해 기액 입구를 통해 유입되는 기체 또는 액체/기체 혼합물이 헤드 어셈블리 유입구로 유입되고, 유입구를 통해 유입되는 기체와 탱크 내의 액체가 헤드 어셈블리 안에서 혼합되면서 버블이 형성되고, 이렇게 형성된 버블은 헤드 어셈블리의 외주면 방향으로 이동하면서 서로 어긋난 위치로 배열된 마이크로 버블 형성 홈들에 의해 이루어지는 마이크로 버블 통로를 따라 교대로 지그재그 방향으로 통과하면서 버블이 더욱 잘게 쪼개져 마이크로 버블을 형성한다. 이렇게 형성된 마이크로 버블은 헤드 어셈블리 둘레부에 구비된 배출구를 통해 헤드 어셈블리 외부로 배출되어 하우징에 구비된 기액 출구를 통해 배출된다.
10 헤드 어셈블리
12 제1 헤드블록
13 유입구
14 제2 헤드블록
16 마이크로 버블 형성 홈
16A 제1마이크로 버블 형성 홈
16B 제2마이크로 버블 형성 홈
17 마이크로 버블 형성 홈 격벽
18 마이크로 버블 통로
19 배출구
20 구동축
30 구동부
40 탱크

Claims (10)

  1. 두 개 이상의 헤드 블록들을 포함하는 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리로서,
    상기 헤드 블록들은 서로 결합하는 각 블록의 대향면에 복수개의 마이크로 버블 형성 홈을 포함하고,
    상기 헤드 블록 중 적어도 하나의 헤드 블록은 헤드 어셈블리 외부에서 헤드 어셈블리 내부로 관통된 유입구를 하나 이상 포함하며,
    상기 헤드 블록들의 둘레부에는 복수개의 배출구를 구비하고,
    상기 헤드 어셈블리의 상부 또는 하부에서 볼 때 각 헤드 블록에 형성된 마이크로 버블 형성 홈들이 서로 어긋난 위치에 배열되도록 상기 헤드 블록들이 서로 결합되는 것을 특징으로 하는, 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리.
  2. 제1항에 있어서, 상기 서로 어긋난 위치에 배열된 마이크로 버블 형성 홈들이 마이크로 버블이 통과할 수 있는 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는, 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리.
  3. 제1항에 있어서, 상기 마이크로 버블 형성 홈의 형태는 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 칠각형, 팔각형, 원형 및 타원형으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 것을 특징으로 하는, 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리.
  4. 제1항에 있어서, 상기 유입구 중 하나 이상이 헤드 블록의 중심에 위치하는 것을 특징으로 하는 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리.
  5. 제1항에 있어서, 상기 헤드 어셈블리는 서포트링 및 서포트윙을 추가로 포함하고, 상기 서포트링은 상부 헤드 블록의 주변부에 고정되어 헤드 어셈블리와 서포트윙을 연결하며, 상기 서포트윙은 상기 서포트링과 구동축을 연결하는 것인, 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리.
  6. 제5항에 있어서, 상기 구동축은 속이 빈 파이프 형태의 슬리브인 것을 특징으로 하는, 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리, 상기 헤드 어셈블리에 연결된 구동축, 및 상기 구동축에 연결된 구동부를 포함하는, 마이크로 버블 발생 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 마이크로 버블 발생을 위한 헤드 어셈블리 및 상기 헤드 어셈블리를 수용하는 하우징을 포함하며, 상기 하우징에는 기액 입구 및 기액 출구가 구비된 것인, 마이크로 버블 발생 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 마이크로 버블 발생 장치는 액체 탱크 내에 구비되는 것인, 마이크로 버블 발생 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 하우징의 기액 입구에 펌프가 연결된 것인, 마이크로 버블 발생 장치.
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