KR100946963B1

KR100946963B1 - 기포 발생 헤드 및 이를 구비하는 기포 발생기

Info

Publication number: KR100946963B1
Application number: KR1020080030926A
Authority: KR
Inventors: 나현호
Original assignee: 나현호
Priority date: 2008-04-02
Filing date: 2008-04-02
Publication date: 2010-03-15
Also published as: KR20090105467A

Abstract

본 발명에 의하면, 기포 발생 헤드는 입구를 통해 유입된 유체를 출구를 통해 유출하며, 상기 유체의 흐름방향에 따라 단면적이 감소하는 수렴유로; 상기 수렴유로의 출구에 연결되어 상기 유체가 유입되는 입구를 가지며, 상기 유체의 흐름방향에 따라 단면적이 증가하는 확산유로; 그리고 상기 수렴유로의 출구와 상기 확산유로의 입구 사이에 연결되며, 상기 수렴유로의 출구와 대체로 동일한 단면적을 가지는 목유로를 가지며, 상기 확산유로의 입구는 상기 목유로보다 큰 단면적을 가질 수 있다. 상기 확산유로의 입구는 상기 목유로의 단면적에 비해 2배 이상일 수 있다.

확산유로, 수렴유로, 목유로

Description

기포 발생 헤드 및 이를 구비하는 기포 발생기{BUBBLE GENERATING HEAD AND BUBBLE GENERATOR INCLUDING THE BUBBLE GENERATING HEAD}

본 발명은 기포 발생 헤드 및 이를 구비하는 기포 발생기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 나노 크기의 미세입자로 된 기포를 발생시키는 기포 발생 헤드 및 이를 구비하는 기포 발생기에 관한 것이다.

기포는 액체 내에 분산된 기체 거품의 덩어리로 구성된다. 거품은 얇은 액막에 의해 서로 분리되어 있고, 대부분의 체적은 기체상태에 의해 만들어진다. 필요한 기포특성은 기포의 적용분야에 따라 결정되며, 기포 조성 역학은 기술적으로 대단히 중요한 과제로서 발전되고 있다.

기포의 성질은 여러가지 요소, 즉 액체-기체의 접촉 영역에서 용액으로부터의 흡착 정도, 기체상 확산, 기포 크기의 분포 및 온도와 같은 요소에 의해 영향을 받는다. 기포성질은 하나의 특별한 성질에 관련되어 있거나 또는 표현될 수 없으며, 여러가지 성질에 의해 복합적으로 영향을 받는다.

기포를 만드는 여러가지 방법은 기체가 용액 내에 주입되는 방법에 따라 크게 다르다. 가장 흔한 방법은 분사기를 사용하거나, 교반 또는 여러가지 다른 기계 적 수단 뿐만 아니라 액체 내에서 기체의 화학적 발생에 의하여 기체를 기포화시키는 것으로 이루어진다.

본 발명의 목적은 나노 크기의 미세입자로 된 기포(또는 나노 크기의 미세입자로 된 물분자)를 발생시키는 기포 발생 헤드 및 이를 구비하는 기포 발생기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 입자의 폭발현상에 의해 기포를 발생시키는 기포 발생 헤드 및 이를 구비하는 기포 발생기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부한 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.

상기 기포 발생 헤드는 상기 수렴유로의 입구에 연결되어 상기 유체가 유입되는 유입로; 그리고 상기 확산유로의 출구에 연결되어 상기 유체가 유출되는 유출 로를 더 가질 수 있다.

본 발명에 의하면, 기포 발생기는 유체가 흐르는 공급라인; 상기 공급라인의 출구에 연결되는 소켓; 그리고 상기 소켓에 결합되는 기포 발생 헤드를 포함하되, 상기 기포 발생 헤드는 입구를 통해 유입된 유체를 출구를 통해 유출하며, 상기 유체의 흐름방향에 따라 단면적이 감소하는 수렴유로; 상기 수렴유로의 출구에 연결되어 상기 유체가 유입되는 입구를 가지며, 상기 유체의 흐름방향에 따라 단면적이 증가하는 확산유로; 그리고 상기 수렴유로의 출구와 상기 확산유로의 입구 사이에 연결되며, 상기 수렴유로의 출구와 대체로 동일한 단면적을 가지는 목유로를 가지며, 상기 확산유로의 입구는 상기 목유로보다 큰 단면적을 가질 수 있다.

본 발명에 의하면 나노 크기의 미세입자로 된 기포(또는 나노 크기의 미세입자로 된 물분자)를 발생시킬 수 있다. 또한, 입자의 폭발현상을 이용하여 나노 크기의 미세입자로 된 기포(또는 나노 크기의 미세입자로 된 물분자)를 발생시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 4를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.

한편, 이하에서는 액체와 기체가 혼합된 유체를 이용하여 기포를 발생시키는 것으로 설명하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 다양한 유체에 응용될 수 있다. 또한, 이하에서는 나노 크기의 미세입자로 된 기포가 발생하는 것으로 설명하고 있으나, 바꾸어 말하면 물분자를 나노 크기의 미세입자로 분쇄하는 것으로 이해될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 기포 발생기를 개략적으로 나타내는 도면이다. 기포 발생기는 기포 발생 헤드(10), 소켓(20), 그리고 공급라인(30)을 포함한다. 공급라인(30)의 내부에는 유체(예를 들어, 액체 및 기체의 혼합)가 흐르며, 소켓(20)은 공급라인(30)의 끝단(공급라인(30) 내부의 유체흐름방향에 대한 끝단)에 연결된다. 기포 발생 헤드(10)는 소켓(20)에 체결되며, 헤드(10) 내부에서 기포가 발생한다. 기포 발생 헤드(10)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

공급라인(30)은 액체공급라인(32) 및 기체공급라인(33)에 연결된다. 액체공급라인(32)의 내부에는 액체가 흐르며, 액체공급라인(32)은 밸브(32a)에 의해 개폐된다. 액체공급라인(32)은 펌프(34) 및 액체탱크(36)에 연결되며, 액체탱크(36) 내에는 액체가 저장된다. 펌프(34)는 액체탱크(36) 내의 액체를 기설정된 압력으로 강제공급하며, 공급된 액체는 액체공급라인(32)을 통해 공급라인(30)으로 흐른다.

기체공급라인(33)의 내부에는 기체가 흐르며, 기체공급라인(33)은 밸브(33a) 에 의해 개폐된다. 기체공급라인(33)은 컴프레서(35) 및 기체탱크(37)에 연결되며, 기체탱크(37) 내에는 기체가 저장된다. 컴프레서(35)는 기체탱크(37) 내의 기체를 기설정된 압력으로 강제공급하며, 공급된 기체는 기체공급라인(33)을 통해 공급라인(30)으로 흐른다.

이와 같이, 액체공급라인(32) 및 기체공급라인(33)을 통해 각각 유입된 액체 및 기체는 혼합된 상태에서 공급라인(30)의 내부를 흐르며, 소켓(20)을 통해 기포 발생 헤드(10)의 내부로 유입된다.

도 2는 도 1의 기포 발생 헤드(10)를 나타내는 단면도이며, 도 3은 도 1의 기포 발생 헤드(10) 내부의 유체 흐름을 나타내는 도면이다. 기포 발생 헤드(10)는 소켓(20)에 체결되는 결합부(12)를 가지며, 결합부(12)의 외주면에는 나사산이 형성된다. 또한, 소켓(20)의 내주면에도 마찬가지로 나사산(도시안됨)이 형성되며, 결합부는 소켓(20)에 나사결합된다. 기포 발생 헤드(10)는 결합부(12)에 연결된 몸체(14)를 가지며, 몸체(14)는 결합부(12)에 의해 소켓(20)에 연결된다.

기포 발생 헤드(10)의 내부에는 공급라인(30)의 내부를 흐르는 유체가 흐르는 유로가 형성된다. 공급라인(30)의 내부를 흐르는 유체는 소켓(20)의 내부를 통해 기포 발생 헤드(10)의 내부로 유입되며, 기포 발생 헤드(10)의 내부에 형성된 유로를 흐른다.

유로는 유입로(16a), 수렴유로(16b), 목유로(16c), 확산유로(16d), 그리고 유출로(16e)를 가진다. 유입로(16a)는 기설정된 직경(d1)을 가지며, 공급라인(30) 의 내부를 흐르는 유체(앞서 살펴본 바와 같이, 액체공급라인(32) 및 기체공급라인(33)을 통해 각각 유입된 액체 및 기체의 혼합상태)는 유입로(16a)를 통해 유로에 유입된다(도 3의 화살표 방향으로 유입됨).

도 2에 도시한 바와 같이, 수렴유로(16b)의 입구는 유입로(16a)에 연결되며, 유입로(16a)를 통해 유입된 유체는 수렴유로(16b)의 입구를 통해 수렴유로(16b)에 유입되어 수렴유로(16b)를 흐른다(도 3의 화살표 방향). 수렴유로(16b)의 직경(d2)은 유체의 흐름방향에 따라 감소하며, 이로 인해 수렴유로(16b)의 단면적은 유체의 흐름방향에 따라 감소한다. 따라서, 유체는 수렴유로(16b)를 따라 수렴된다.

도 2에 도시한 바와 같이, 목유로(16c)의 입구는 수렴유로(16b)의 출구에 연결되며, 수렴유로(16b)를 통해 수렴된 유체는 목유로(16c)의 입구를 통해 목유로(16c)에 유입되어 목유로(16c)를 흐른다(도 3의 화살표 방향). 목유로(16c)의 입구 직경(d3)은 수렴유로(16b)의 출구 직경(d2)보다 작거나 동일하며, 목유로(16c)의 입구 단면적도 마찬가지로 수렴유로(16b)의 출구 단면적보다 작거나 동일하다.

도 2에 도시한 바와 같이, 확산유로(16d)의 입구는 목유로(16c)의 출구에 연결되며, 목유로(16c)를 흐르는 유체는 확산유로(16d)의 입구를 통해 확산유로(16d)에 유입되어 확산유로(16d)를 흐른다(도 3의 화살표 방향). 확산유로(16d)의 직경(d4)은 유체의 흐름방향에 따라 증가하며, 이로 인해 확산유로(16d)의 단면적은 유체의 흐름방향에 따라 증가한다.

이때, 확산유로(16d)의 입구에서 측정된 직경(d4min)은 목유로(16c)의 직경보다 크며, 이로 인해 목유로(16c)의 출구와 확산유로(16d)의 입구 사이에는 단 차(step)가 형성된다. 따라서, 수렴유로(16b)를 따라 수렴된 유체(액체 및 기체가 혼합된 상태)는 목유로(16c)를 통해 확산유로(16d)에 유입되며, 이때, 목유로(16c)의 출구와 확산유로(16d)의 입구 사이에 형성된 단차에 의해 유체(액체 및 기체가 혼합된 상태)의 특성은 급격하게 변한다. 이는 유로의 단면적(또는 직경)이 급격하게 변화하기 때문에 발생하는 일시적인 폭발현상에 의한 것이며, 이로 인해 나노 입자 크기의 미세입자로 된 기포들(또는 나노 입자 크기의 미세입자로 된 물분자들)이 다량 형성된다. 따라서, 별도의 매쉬(mesh) 없이 나노 크기의 미세입자로 된 기포들(또는 나노 입자 크기의 미세입자로 된 물분자들)을 다량 형성할 수 있다. 이를 위해, 확산유로(16d)의 입구에서 측정된 직경(d4min)은 목유로(16c)의 직경보다 2배 이상 큰 것이 바람직하다.

도 2에 도시한 바와 같이, 유출로(16e)의 입구는 확산유로(16d)의 출구에 연결되며, 확산유로(16d)를 흐르는 유체(다량의 미세 기포들(또는 다량의 미세 물분자들)을 포함하는 유체)는 유출로(16e)의 입구를 통해 유출로(16e)에 유입되어 유출로(16e)를 흐르고, 유출로(16e)의 출구를 통해 기포 발생 헤드(10)의 외부로 유출된다. 유출로(16e)의 입구 직경(d5)은 확산유로(16d)의 출구 직경(d4)보다 작거나 동일하며, 유출로(16e)의 입구 단면적도 마찬가지로 확산유로(16d)의 출구 단면적보다 작거나 동일하다. 유출로(16e)의 하부에는 나사산이 형성되며, 후술하는 분사판(18)이 유출로(16e)의 하부에 나사결합된다.

도 4는 도 2의 분사판(18)을 나타내는 도면이다. 분사판(18)의 외주면에는 나사산이 형성되며, 앞서 설명한 바와 같이, 유출로(16e)의 하부에 나사결합된다. 분사판(18)은 복수의 분사홀들(18a)을 가지며, 유출로(16e)를 통해 유출되는 유체는 분사홀들(18a)을 통해 유출된다. 유체에 포함된 이물질들에 의해 분사홀들(18a)이 막히는 현상을 방지하기 위해 분사홀들(18a)은 충분한 크기의 직경을 가지는 것이 바람직하다.

본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명에 따른 기포 발생기를 개략적으로 나타내는 도면이다.

도 2는 도 1의 기포 발생 헤드를 나타내는 단면도이다.

도 3은 도 1의 기포 발생 헤드 내부의 유체 흐름을 나타내는 도면이다.

도 4는 도 2의 분사판을 나타내는 도면이다.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 기포 발생 헤드 12 : 결합부

14 : 몸체 16 : 유로

18 : 분사판 20 : 소켓

30 : 공급라인 32 : 액체공급라인

33 : 기체공급라인 34 : 펌프

35 : 컴프레서 36 : 액체탱크

37 : 기체탱크

Claims

입구를 통해 유입된 유체를 출구를 통해 유출하며, 상기 유체의 흐름방향에 따라 단면적이 감소하는 수렴유로;

상기 수렴유로의 출구에 연결되어 상기 유체가 유입되는 입구를 가지며, 상기 유체의 흐름방향에 따라 단면적이 증가하는 확산유로;

상기 수렴유로의 출구와 상기 확산유로의 입구 사이에 연결되며, 상기 수렴유로의 출구보다 작거나 동일한 단면적을 가지는 목유로;

상기 수렴유로의 입구에 연결되어 상기 유체가 유입되는 유입로;

상기 확산유로의 출구에 연결되어 상기 유체가 유출되는 유출로; 및

상기 유출로의 하부에 나사결합되어 유출로를 통해 유체가 유출되도록 분사홀이 다수 형성되는 분사판;을 가지며,

상기 확산유로의 입구는 상기 목유로보다 큰 단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 기포 발생 헤드.
제1항에 있어서,

상기 확산유로의 입구는 상기 목유로의 단면적에 비해 2배 이상인 것을 특징으로 하는 기포 발생 헤드.
삭제
유체가 흐르는 공급라인;

상기 공급라인의 출구에 연결되는 소켓; 및

상기 소켓에 결합되는 기포 발생 헤드;를 포함하되,

상기 기포 발생 헤드는,

입구를 통해 유입된 유체를 출구를 통해 유출하며, 상기 유체의 흐름방향에 따라 단면적이 감소하는 수렴유로;

상기 수렴유로의 출구에 연결되어 상기 유체가 유입되는 입구를 가지며, 상기 유체의 흐름방향에 따라 단면적이 증가하는 확산유로;

상기 수렴유로의 출구와 상기 확산유로의 입구 사이에 연결되며, 상기 수렴유로의 출구보다 작거나 동일한 단면적을 가지는 목유로;

상기 수렴유로의 입구에 연결되어 상기 유체가 유입되는 유입로;

상기 확산유로의 출구에 연결되어 상기 유체가 유출되는 유출로; 및

상기 유출로의 하부에 나사결합되어 유출로를 통해 유체가 유출되도록 분사홀이 다수 형성되는 분사판;을 가지며,

상기 확산유로의 입구는 상기 목유로보다 큰 단면적을 가지는 것을 특징으로 하는 기포 발생기.
제4항에 있어서,

상기 확산유로의 입구는 상기 목유로의 단면적에 비해 2배 이상인 것을 특징으로 하는 기포 발생기.
삭제
제4항 또는 제5항에 있어서,

상기 기포 발생기는,

상기 공급라인에 연결되어 상기 공급라인에 액체를 공급하는 액체공급라인; 및

상기 공급라인에 연결되어 상기 공급라인에 기체를 공급하는 기체공급라인을 더 포함하며,

상기 유체는 상기 액체와 상기 기체의 혼합인 것을 특징으로 하는 기포 발생기.
제7항에 있어서,

상기 기포 발생기는,

상기 액체공급라인에 연결된 펌프; 및

상기 기체공급라인에 연결된 컴프레서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 기포 발생기.