KR101524403B1 - 미세 기포 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 한정된 부피의 공간 내에서 액체와 기체가 혼합되는 유동경로를 최대한 길게 형성함과 아울러 혼합된 유체에 와류 및 난류 발생을 촉진시켜 액체 내에 미세 기포의 용존량을 증대시켜 액체 내에 포함된 불순물의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 미세 기포 발생 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
이를 구현하기 위한 본 발명은, 액체가 유입되고, 액체와 기체가 혼합된 유체가 순환되어 유입되는 유입부(100); 상기 유입부(100)를 통과하여 유동하는 유체에 기체가 분사되어 미세 기포를 발생시키는 미세 기포 발생부(200); 상기 미세 기포 발생부(200)의 후미에 연결되어 미세 기포를 포함한 유체가 배출되는 배출부(300); 상기 미세 기포 발생부(200)를 통과하는 유체에 기체를 공급하는 기체 공급부(400); 및 상기 미세 기포 발생부(200)의 배출측을 통과하는 유체의 일부를 상기 유입부(100) 측으로 순환시키는 유체 순환부(500);를 포함하여 구성된다.

Description

미세 기포 발생 장치{APPARATUS FOR GENERATING MICRO BUBBLES}
본 발명은 수처리 및 각종 세정분야에 적용되는 미세 기포 발생 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액체 내에 미세 기포의 용존량을 증대시켜 액체 내에 포함된 불순물의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 미세 기포 발생 장치에 관한 것이다.
주지하는 바와 같이, 오염된 물을 정화하거나 수질환경을 개선하기 위해 물 속에 산소나 공기 또는 기타 필요한 기체를 함유시키기 위한 미세 기포 발생 장치가 제안되어 왔다. 종래 미세 기포 발생 장치에는, 용해 기체를 함유하는 액체를 철망 등의 미세 출구공을 구비한 필터를 통과시킴에 의해 미세 기포를 발생시키는 구조, 회전 날개의 회전력을 이용하여 기포를 세분화하는 구조 등이 있다.
상기 미세 기포 발생 장치 중, 미세 출구공을 구비한 필터를 이용하는 구조는, 유체에 고압력을 제공할 수 있는 대형의 고압 펌프를 구비해야 하므로 장치가 대형화되고 제조 비용이 상승하는 문제가 있다.
또한, 회전날개를 이용하는 구조는 고압력을 필요로 할 뿐만 아니라 고속의 회전수가 요구되므로 동력비용이 많이 드는 문제가 있다.
종래기술의 일례로서, 도 1은 등록특허 제10-1257137호에 개시된 미세 기포 발생 장치의 (a) 단면도와, (b) 평면도이다. 종래 미세 기포 발생 장치(B)는, 바닥이 있는 원통형 공간을 갖는 용기 본체(1)와, 상기 용기 본체(1)의 저벽(6)을 통해 용기 본체(1) 외부로부터 내부로 도입된 액체 도입로(2) 및 기체 도입로(3)와, 상기 용기 본체(1)의 끝부분에 설치된 선회 기액 혼합체 도출구(4)를 구비하고, 상기 기체 도입로(3)는 용기 본체(1)의 축심(J)상 또는 그 근방에 배치되며, 액체 도입로(2)의 내단 구역은 용기 본체(1)의 내주면을 따라서 축심(J) 둘레에 나선 형상으로 배치되어 있다. 그리고, 용기 본체(1)는 구획벽(10)에 의해 액체 도입로(2) 및 기체 도입로(3)가 배치되는 수용실(1a)과, 기체와 액체가 선회하는 선회실(1b)로 구획되어 있으며, 액체 도입로(2)의 내단 구역을 구획벽(10)의 사공(斜孔)(10a)에 삽입하고, 액체 도입로(2)의 내단 개방부를 선회실(1b)을 향하도록 구성되어 있다. 미설명부호 C는 공기량 조정수단을 나타낸 것이다.
이와 같이 구성된 미세 기포 발생 장치(B)를 사용할 때에는, 용기 본체(1)의 선회 기액 혼합체 도출구(4)를 액체중에 담그고, 액체 도입로(2)에 가압 액체를 압송하게 된다. 액체 도입로(2)의 내단 구역은 용기 본체(1)의 축심(J) 둘레에 나선 형상으로 배치되어 있으므로, 선회실(1b) 내에는 가압액의 선회류가 형성되고, 이에 따라 축심(J) 부근에는 부압 부분이 형성되며, 이 부압에 의해 기체 도입로(3)로부터 기체가 흡입되고, 압력이 가장 낮은 축심(J) 부근을 기체가 통과함으로써 선회실(1b)에는 가는 끈형상의 선회 기체 공동부(V)가 형성되며, 상기 선회실(1b)내를 선회하면서 이동한 액체 및 기체가 선회실(1b)의 개방부인 선회 기액 혼합체 도출구(4)를 통과할 때 액체중에 미세 기포를 발생시키게 된다.
그러나, 이와 같은 종래의 미세 기포 발생 장치(B)는, 선회실(1b) 내에서 기체와 액체가 혼합되어 선회되는 과정을 통하여 미세 기포를 발생시키는 구조로서, 기체와 액체가 혼합되는 경로가 짧게 구성되어 있어, 미세 기포를 단계적으로 미세화시켜 그 직경이 수 마이크로 미터 단위를 갖는 미세 기포를 발생시키는데 한계가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 한정된 부피의 공간 내에서 액체와 기체가 혼합되는 유동경로를 최대한 길게 형성함과 아울러 혼합된 유체에 와류 및 난류 발생을 촉진시켜 액체 내에 미세 기포의 용존량을 증대시켜 액체 내에 포함된 불순물의 제거 효율을 향상시킬 수 있는 미세 기포 발생 장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 미세 기포 발생 장치는, 액체가 유입되고, 액체와 기체가 혼합된 유체가 순환되어 유입되는 유입부(100); 상기 유입부(100)를 통과하여 유동하는 유체에 기체가 분사되어 미세 기포를 발생시키는 미세 기포 발생부(200); 상기 미세 기포 발생부(200)의 후미에 연결되어 미세 기포를 포함한 유체가 배출되는 배출부(300); 상기 미세 기포 발생부(200)를 통과하는 유체에 기체를 공급하는 기체 공급부(400); 및 상기 미세 기포 발생부(200)의 배출측을 통과하는 유체의 일부를 상기 유입부(100) 측으로 순환시키는 유체 순환부(500);를 포함하여 구성된다.
상기 미세 기포 발생부(200)는, 상기 기체 공급부(400)로부터 공급되는 기체가 유입되는 기체유입공(213)과, 상기 미세 기포 발생부(200)의 배출측을 통과하는 유체가 유입되는 유체순환유입공(233)이 형성된 외측 가이드부재(210,220,230)와, 상기 외측 가이드부재(210,220,230)의 내측에 반경방향으로 이격되어 구비되고 유체배출공(242)과 유체유입공(253)이 형성된 내측 가이드부재(240,250,260)로 이루어지고, 후방부에 위치하는 내측 가이드부재의 내경(d3)은 상기 유입부(100)의 내경(d1)보다 크게 형성되어, 상기 후방부에 위치하는 내측 가이드부재를 통과하는 유체의 압력(P2)과, 상기 유입부(100)를 통과하는 유체의 압력(P1) 간의 압력 차이에 의해 상기 후방부에 위치하는 내측 가이드부재에 형성된 유체유입공(253)을 통하여 상기 유체 순환부(500)로 유입되는 유체는 상기 유입부(100)에 형성된 유체순환배출구(140)를 통하여 순환 공급되는 것을 특징으로 한다.
일실시예로, 상기 외측 가이드부재(210,220,230)는, 상기 유입부(100)의 후미에 연결되며 상기 기체유입공(213)이 형성된 제1외측 가이드부재(210)와, 상기 제1외측 가이드부재(210)의 후미에 연결되는 제2외측 가이드부재(220)와, 상기 제2외측 가이드부재(220)의 후미와 상기 배출부(300) 사이에 연결되고 상기 유체순환유입공(233)이 형성된 제3외측 가이드부재(230)로 이루어지고, 상기 내측 가이드부재(240,250,260)는, 상기 유체배출공(242)이 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 제1내측 가이드부재(240)와, 상기 제1내측 가이드부재(240)의 내경(d2)보다 큰 내경(d3)을 가지며 상기 유체유입공(253)이 형성된 제2내측 가이드부재(250)와, 상기 제2내측 가이드부재(250)와 동일한 내경(d3)을 갖는 제3내측 가이드부재(260)로 이루어지며, 상기 제1외측 가이드부재(210)의 내측에는, 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 제2내측 가이드부재(250) 및 복수의 제3내측 가이드부재(260)가 순차로 연결되고, 상기 제2외측 가이드부재(220)의 내측에는, 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 제3내측 가이드부재(260)와, 제2내측 가이드부재(250), 및 제3내측 가이드부재(260)가 순차로 연결되며, 상기 제3외측 가이드부재(230)의 내측에는, 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 복수의 제2내측 가이드부재(250)가 순차로 연결된 것으로 구성될 수 있다.
다른 실시예로, 상기 외측 가이드부재(210,220,230)는, 상기 유입부(100)의 후미에 연결되며 상기 기체유입공(213)이 형성된 제1외측 가이드부재(210)와, 상기 제1외측 가이드부재(210)의 후미에 연결되는 제2외측 가이드부재(220)와, 상기 제2외측 가이드부재(220)의 후미와 상기 배출부(300) 사이에 연결되고 상기 유체순환유입공(233)이 형성된 제3외측 가이드부재(230)로 이루어지고, 상기 내측 가이드부재(240,250,260)는, 상기 유체배출공(242)이 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 제1내측 가이드부재(240)와, 상기 제1내측 가이드부재(240)의 내경(d2)보다 큰 내경(d3)을 가지며 상기 유체유입공(253)이 형성된 제2내측 가이드부재(250)와, 상기 제2내측 가이드부재(250)와 동일한 내경(d3)을 갖는 제3내측 가이드부재(260)로 이루어지며, 상기 제1외측 가이드부재(210)의 내측에는, 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 제3내측 가이드부재(260)와, 제2내측 가이드부재(250), 및 제3내측 가이드부재(260)가 순차로 연결되고, 상기 제2외측 가이드부재(220)의 내측에는, 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 제3내측 가이드부재(260) 및 제2내측 가이드부재(250)가 순차로 연결되며, 상기 제3외측 가이드부재(230)의 내측에는, 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 복수의 제2내측 가이드부재(250), 및 제3내측 가이드부재(260)가 순차로 연결된 것으로 구성될 수 있다.
이 경우, 상기 제2외측 가이드부재(220)는 복수로 구비되어 길이방향을 따라 연결 설치되고, 상기 복수의 제2외측 가이드부재(220)의 내측에는, 각각 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 제3내측 가이드부재(260) 및 제2내측 가이드부재(250)가 순차로 연결된 것으로 구성될 수 있다.
상기 실시예들에서, 상기 제2내측 가이드부재(250)와 제3내측 가이드부재(260)의 내주면 후단부에는, 중심축(C) 방향을 향하여 돌출된 다수개의 와류형성돌기(252,262)가 원주방향을 따라 소정 간격으로 형성될 수 있다.
또한 상기 제2내측 가이드부재(250)와 제3내측 가이드부재(260)의 내주면 후단부에는, 상기 다수개의 와류형성돌기(252,262)의 사이사이에 와류형성홈(252a,262a)이 형성될 수 있다.
또한 상기 유체 순환부(500)는, 유체 순환관(510)과, 상기 유체 순환관(510)의 일단과 상기 유체순환유입공(233)을 연결하는 제1연결관(520)과, 상기 유체 순환관(510)의 타단과 상기 유체순환배출구(140)를 연결하는 제2연결관(530)으로 구성되고, 상기 유체 순환부(500)는 상기 유입부(100)와 미세 기포 발생부(200)의 외측 둘레에 일정 간격으로 이격되어 복수로 구비될 수 있다.
또한 상기 유체순환유입공(233) 및 유체순환배출구(140)는, 상기 제1연결관(520)및 제2연결관(530)과 대응되는 위치에 복수로 형성되고, 상기 유체순환배출구(140)는, 상기 유입부(100)의 원주방향을 따라 소정 간격 이격되며 외주면과 내주면을 관통하여 형성되되, 유체의 배출방향을 따라 중심축(C)을 향하는 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.
또한 상기 제1내측 가이드부재(240)에 형성된 유체배출공(242)은 유체의 배출방향을 따라 중심축(C)을 향하는 방향으로 경사지게 형성될 수 있다.
또한 상기 내측 가이드부재(240,250,260)의 외측면과, 상기 제1외측 가이드부재(210)와 제2외측 가이드부재(220) 및 제3외측 가이드부재(230)의 내주면 사이에 마련되는 공간(S1,S2,S3)은, 서로 격리되도록 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 미세 기포 발생부(200)의 최후미에 위치하는 제2내측 가이드부재(250)의 후단면과, 상기 배출부(300)의 선단면에는, 상호 끼움결합되도록 대응되는 형상의 결합홈(254)과 결합돌기(314)가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 미세 기포 발생 장치에 의하면, 유입부와 배출부 사이에 액체와 기포가 혼합되는 미세 기포 발생부를 구비하되, 유입부의 내경과 미세 기포 발생부의 내경 간의 차이에 따른 유체의 압력차를 이용하여 미세 기포 발생부를 통과하는 유체를 유입구 측으로 순환시키는 유체 순환부를 구비하여, 유체가 통과하는 한정된 길이의 관로 내에서 액체와 기체가 혼합되는 유동경로를 길게 형성함으로써, 기포의 크기를 수 마이크로 미터 단위까지 미세하게 발생시킬 수 있어 오염물질과의 부착 효율을 높여 액체의 정화 처리 능력을 향상시킬 수 있다.
또한 미세 기포 발생부를 구성하는 내측 가이드부재의 선단부 내경보다 후단부 내경을 크게 구성하고, 내측 가이드부재의 외측 둘레에 소정 간격 이격도록 외측 가이드부재를 구비하여 그 사이 공간으로 유체의 압력차를 이용하여 유체가 순환되도록 구성함으로써, 미세 기포의 발생을 더욱 촉진시킬 수 있다.
또한 미세 기포 발생부의 유로 상에 와류형성돌기와 와류형성홈를 형성함과 아울러 유체가 반경방향으로 경사지게 분사되도록 유로를 형성함으로써, 혼합된 유체에 와류 및 난류 발생을 촉진시켜 액체 내에 미세 기포의 용존량을 더욱 증대시킬 수 있다.
도 1은 종래 미세 기포 발생 장치의 일례를 보여주는 (a) 단면도, (b) 평면도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 미세 기포 발생 장치의 단면도,
도 3은 기체 공급부(400)와 유체 순환부(500)의 배치구조를 개략적으로 나타낸 우측면도,
도 4는 유입부(100)의 (a) 단면도, (b) 우측면도,
도 5는 제1외측 가이드부재(210)의 (a) 단면도, (b) 우측면도,
도 6은 제2외측 가이드부재(220)의 (a) 단면도, (b) 우측면도,
도 7은 제3외측 가이드부재(230)의 (a) 단면도, (b) 우측면도,
도 8은 제1내측 가이드부재(240)의 (a) 단면도, (b) 우측면도,
도 9는 제2내측 가이드부재(250)의 (a) 단면도, (b) 우측면도,
도 10은 제3내측 가이드부재(260)의 (a) 단면도, (b) 우측면도,
도 11은 후미에 위치하는 제2내측 가이드부재(250)의 (a) 단면도, (b) 우측면도,
도 12는 배출부(300)의 (a) 단면도, (b) 좌측면도,
도 13은 기체 공급부(400)의 (a) 단면도, (b) 우측면도,
도 14는 유체 순환부(500)의 단면도,
도 15는 본 발명에 따른 미세 기포 발생 장치의 동작 상태도,
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세 기포 발생 장치의 단면도.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 미세 기포 발생 장치는, 액체가 유입되고 액체와 기체가 혼합된 유체가 순환 공급되는 유입부(100)와, 상기 유입부(100)를 통과하여 유동하는 유체에 기체가 분사되어 그 충격에 의해 미세 기포를 발생시키는 미세 기포 발생부(200)와, 상기 미세 기포 발생부(200)의 후미에 연결되어 미세 기포를 포함하는 유체가 배출되는 배출부(300)와, 상기 미세 기포 발생부(200)를 통과하는 유체에 기체를 공급하는 기체 공급부(400), 및 상기 미세 기포 발생부(200)의 배출측을 통과하는 유체의 일부를 상기 유입부(100) 측으로 순환시키는 유체 순환부(500)를 포함하여 구성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 상기 유입부(100)를 통해 유입된 유체가 미세 기포 발생부(200)를 통과하며 기체 공급부(400)로부터 공급되어 분사되는 기체와 충돌하게 되고, 이 과정에서 미세 기포가 발생되며, 미세 기포 발생부(200)를 통과하며 발생된 미세 기포를 포함하는 유체의 일부는 배출부(300)를 통하여 배출되고, 나머지 유체는 유체 순환관(500)을 경유하여 유입부(100) 측으로 순환 공급되어 상기 미세 기포 발생부(200)를 재차 경유하면서 미세 기포의 발생효율을 향상시킬 수 있도록 구성되어 있다.
도 2와 도 3을 참조하면, 상기 유입부(100)는, 내부가 길이방향으로 개통된 원통형 몸체부(110)로 이루어지고, 상기 몸체부(110)의 선단에는 액체가 공급되는 배관(미도시됨)이 연결되는 유입구(120)가 형성되고, 상기 몸체부(110)의 후단에는 액체와 기체가 혼합된 유체가 미세 기포 발생부(200) 측으로 배출되는 출구(130)가 형성되어 있다.
일실시예로, 상기 몸체부(110)에는 외주면에서 내주면을 관통하는 유체순환배출구(140)가 원주방향을 따라 등간격으로 4개소에 형성되어 있다. 상기 유체순환배출구(140)는 유체 순환부(500)를 통하여 순환 공급되는 유체가 유입부(100)의 내부로 분사되도록 유로를 제공하는 기능을 하며, 유체의 배출방향을 따라 중심축(C)을 향하는 방향으로 경사지게 형성됨과 아울러 접선방향과도 소정 각도 경사지게 형성되어 있다. 따라서, 상기 유체순환배출구(140)를 통해 분사되는 액체와 기체의 혼합 유체는 상기 유입부(100)를 통해 유입되는 유체에 충돌되면서 유체에 포함된 기체를 파쇄시켜 미세 기포의 발생을 촉진시킬 수 있다.
그리고, 상기 유입구(120)의 후미에서 출구(130)의 선단에 이르는 영역의 몸체부(110)의 내경(d1)에 비하여 상기 출구(130)가 위치하는 몸체부(110)의 내경(d2)은 상대적으로 크게 형성되어 있다. 따라서, 유입구(120)를 통해 유입된 액체는 출구(130)를 향하여 고속으로 유입되고, 상대적으로 큰 내경(d2)을 갖도록 형성된 출구(130)에서는 상기 유입구(120)를 통하여 유입되는 액체와, 상기 유체순환배출구(140)를 통하여 분사되는 액체와 기체의 혼합유체 간에 충돌 및 혼합이 활발하게 이루어져 기포가 미세화된 후에 미세 기포 발생부(200)로 공급되게 된다.
도 2와 도 5 내지 도 11을 참조하면, 상기 미세 기포 발생부(200)는, 외측 가이드부재(210,220,230)와, 그 반경방향 내측으로 이격되어 위치하는 내측 가이드부재(240,250,260)로 구성된다.
상기 외측 가이드부재(210,220,230)는, 상기 유입부(100)의 후미에 연결되며 상기 기체 공급부(400)로부터 공급되는 기체가 유입되는 기체유입공(213)이 형성된 제1외측 가이드부재(210)와, 상기 제1외측 가이드부재(210)의 후미에 연결되는 제2외측 가이드부재(220)와, 상기 제2외측 가이드부재(220)와 배출부(300) 사이에 연결되며 상기 미세 기포 발생부(200)의 배출측을 통과하는 유체가 상기 유체 순환부(500) 측으로 유입되는 유체순환유입공(233)이 형성된 제3외측 가이드부재(230)로 구성된다.
상기 내측 가이드부재(240,250,260)는, 유체배출공(242)이 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 제1내측 가이드부재(240)와, 상기 제1내측 가이드부재(240)의 내경(d2)보다 큰 내경(d3)을 가지며 유체유입공(253)이 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 제2내측 가이드부재(250)와, 상기 제2내측 가이드부재(250)와 동일한 내경(d3)을 갖는 제3내측 가이드부재(260)로 구성된다.
도 5를 참조하면, 제1외측 가이드부재(210)는, 원통부(211)와, 그 선단에서 중심축(C) 방향으로 소정 길이 돌출된 돌출부(212)로 구성되고, 상기 원통부(211)의 길이방향 중간부의 일측에는 외주면과 내주면을 관통하는 기체유입공(213)이 형성되어 있다.
도 6을 참조하면, 제2외측 가이드부재(220)는, 원통부(221)와, 그 선단에서 중심축(C) 방향으로 소정 길이 돌출된 돌출부(222)로 구성되어 있다.
도 7을 참조하면, 제3외측 가이드부재(230)는, 원통부(231)와, 그 선단에서 중심축(C) 방향으로 소정 길이 돌출된 돌출부(232)로 구성되고, 상기 원통부(231)의 후단부에는 그 외주면과 내주면을 관통하는 유체순환유입공(233)이 원주방향으로 이격되어 복수로 형성되어 있다.
이와 같이 상기 제1외측 가이드부재(210)와 제2외측 가이드부재(220) 및 제3외측 가이드부재(230)는 원통부(211,221,231)와, 그 선단에 형성된 돌출부(212,222,232)를 포함하여 전체적인 형상이 유사한 구조로 이루어져 있으며, 제1외측 가이드부재(210)에 기체유입공(213)이 형성되고, 제3외측 가이드부재(230)에 유체순환유입공(233)이 형성된 점에서 구조적인 차이가 있을 뿐이므로, 제1 내지 제3외측 가이드부재(210,220,230)의 제작을 위한 가공이 용이한 이점이 있다.
도 8을 참조하면, 제1내측 가이드부재(240)는, 원통형의 몸체부(241)와, 상기 몸체부(241)의 외주면과 내주면을 관통하는 유체배출공(242)이 원주방향으로 이격되어 복수로 형성되어 있다. 이 경우 유체의 원활한 흐름을 유도하기 위하여, 상기 유체배출공(242)은, 유체의 배출방향을 따라 중심축(C)을 향하는 방향으로 경사지게 형성됨이 바람직하다.
도 9를 참조하면, 제2내측 가이드부재(250)는, 원통형 몸체부(251)와, 상기 몸체부(251)의 내주면 후단부에서 중심축(C)을 향하여 돌출된 다수개의 와류형성돌기(252)가 원주방향을 따라 이격되어 형성되어 있으며, 상기 몸체부(251)에는 외주면과 내주면을 관통하는 유체유입공(253)이 원주방향으로 이격되어 복수로 형성되어 있다. 그리고, 상기 몸체부(251)의 내주면 후단부에는 상기 다수개의 와류형성돌기(252) 사이사이에 와류형성홈(252a)이 형성되어 있다. 본 실시예에서 상기 와류형성홈(252a)은 그 단면이 반원형으로 형성된 경우를 예로 들었으나, 와류 형성을 촉진시킬 수 있는 구조라면 나선형, 타원형 등 다양한 형상으로 변형 실시될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제3내측 가이드부재(260)는, 원통형 몸체부(261)와, 상기 몸체부(261)의 내주면 후단부에서 중심축(C)을 향하여 돌출된 다수개의 와류형성돌기(262)가 원주방향을 따라 이격되어 형성되어 있다. 그리고, 상기 몸체부(261)의 내주면 후단부에는 상기 다수개의 와류형성돌기(262) 사이사이에 와류형성홈(262a)이 형성되어 있다.
상기 제2내측 가이드부재(250)와 제3내측 가이드부재(260)에 형성된 와류형성돌기(252,262)와 와류형성홈(252a,262a)은 유체의 유동이 반경방향으로 변경되도록 유도함으로써 와류 및 난류를 발생시켜 기포의 미세화를 촉진시키는 기능을 한다. 또한, 상기와 같이 제2내측 가이드부재(250)와 제3내측 가이드부재(260)는, 몸체부(251,261)와, 그 내주면 후단부에 다수개의 와류형성돌기(252,262) 및 와류형성홈(252a,262a)을 포함하여 전체적인 형상이 유사한 구조로 이루어져 있으며, 제2내측 가이드부재(250)에 유체유입공(253)이 형성된 점에서 구조적인 차이가 있을 뿐이므로, 제2 내지 제3외측 가이드부재(250,260)의 가공이 용이한 이점이 있다.
도 11과 도 12을 참조하면, 미세 기포 발생부(200)의 최후미에 위치하는 제2내측 가이드부재(250)의 후단면과, 배출부(300)의 선단면에는, 상호 끼움결합되도록 대응되는 형상의 결합홈(254)과 결합돌기(314)가 형성될 수 있으며, 이 경우 대응면 간의 결합 강도를 높일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 제1외측 가이드부재(210)의 내측에는, 제1내측 가이드부재(240), 제2내측 가이드부재(250) 및 2개의 제3내측 가이드부재(260)가 순차로 연결된다. 상기 제2외측 가이드부재(220)의 내측에는, 제1내측 가이드부재(240), 제3내측 가이드부재(260), 제2내측 가이드부재(250), 및 제3내측 가이드부재(260)가 순차로 연결된다. 상기 제3외측 가이드부재(230)의 내측에는, 제1내측 가이드부재(240)와, 3개의 제2내측 가이드부재(250)가 순차로 연결된다. 상기 제1 내지 제3외측 가이드부재(210,220,230) 간 및 제1 내지 제3내측 가이드부재(240,250,260) 간에는 용접에 의해 결합될 수 있다.
상기 외측 가이드부재(210,220,230)의 내측에 내측 가이드부재(240,250,260)가 결합되면, 내측 가이드부재(240,250,260)의 외측으로, 제1외측 가이드부재(210)의 내측에 마련되는 제1공간(S1)과, 제2외측 가이드부재(220)의 내측에 마련되는 제2공간(S2), 및 제3외측 가이드부재(230)의 내측에 마련되는 제3공간(S3)은, 상기 제1 내지 제3외측 가이드부재(210,220,230)의 선단에 형성된 돌출부(212,222,232)에 의해 공간적으로 서로 격리된 상태가 된다.
도 12를 참조하면, 상기 배출부(300)는, 내부가 길이방향으로 개통된 원통형 몸체부(310)로 이루어지고, 상기 몸체부(310)의 선단에는 미세 기포 발생부(200)를 통과한 유체가 유입되는 입구(311)가 형성되고, 상기 몸체부(310)의 후단에는 미세 기포를 포함하는 유체가 배출되는 배출구(312)가 형성되어 있다. 상기 몸체부(310)의 내주면에는 유체의 배출방향을 따라 내경이 점차 확대되는 테이퍼부(313)가 형성되어 있다. 이에 따라, 배출부(300)를 통과하여 배출되는 유체의 유동 저항이 방지되는 동시에 높은 압력으로 배출될 수 있게 된다.
도 13을 참조하면, 상기 기체 공급부(400)는 제1외측 가이드부재(210)의 상단에 형성된 기체유입공(213)의 둘레로 기체공급관(410)이 연결 설치되고, 상기 기체공급관(410)의 상단에는 기체공급구(411)가 관통 형성된 구조로 이루어진다.
일실시예로, 상기 기체공급구(411)는 대기 중에 개방된 구조로 이루어질 수 있다. 미세 기포 발생부(200)의 내측 가이드부재(240,250,260)의 내부 관로에는 유체의 흐름시 대기압보다 낮은 부압이 작용하게 되므로, 상기 기체공급구(411)를 대기 중에 개방된 상태로 설치하더라도 대기중의 기체가 압력차에 의해 기체공급구(411)와 기체유입공(213)과 유체배출공(242)을 통하여 미세 기포 발생부(200)의 관로 내로 유입될 수 있으며, 이 과정에서 대기압과 부압 간의 압력차에 의해서 유체의 역류가 방지된다.
다른 실시예로, 기체의 고속 분사를 위하여 상기 기체공급구(411)에는 별도의 기체공급장치(미도시됨)가 연결 설치될 수 있음은 물론이다.
도 14를 참조하면, 상기 유체 순환부(500)는, 유체 순환관(510)과, 상기 유체 순환관(510)의 일단과 제3외측 가이드부재(230)에 형성된 유체순환유입공(233)을 연결하는 제1연결관(520)과, 상기 유체 순환관(510)의 타단과 유입부(100)에 형성된 유체순환배출구(140)를 연결하는 제2연결관(530)으로 구성된다.
도 3에 도시된 바와 같이, 상기 유체 순환부(500)는, 유입부(100)와 미세 기포 발생부(200)의 외측 둘레에 일정 간격으로 이격되어 복수로 구비되며, 일실시예로 상기 유체 순환부(500)는 90°간격으로 4개소에 구비될 수 있다. 이 경우, 상기 유체순환유입공(233)과 유체순환배출구(140)는 상기 유체 순환부(500)의 제1연결관(520) 및 제2연결관(530)과 대응되는 위치에 대응되는 개수로 형성된다.
이하, 도 2와 도 15를 함께 참조하여 본 발명의 작용을 설명한다.
상기 유입부(100)로 유입된 액체는 몸체부(110) 내부의 유로와, 미세 기포 발생부(200)의 내측 가이드부재(240,250,260) 내부의 유로 및 배출부(300) 내부의 유로를 통과하여 유동하게 된다. 상기 유입부(100)로 유입된 액체가 미세 기포 발생부(200)를 통과하는 과정에서 기체 공급부(400)로부터 공급되는 기체와 충돌하게 되며, 그 충격에 의해 기포가 파쇄되어 미세 기포를 발생시키게 된다.
이 경우, 미세 기포 발생부(200)의 후방부에 위치하는 제2내측 가이드부재(250)의 내경(d3)은 유입부(100)의 내경(d1)보다 크게 형성되므로, 상기 후방부에 위치하는 제2내측 가이드부재(250)를 통과하는 유체의 압력(P2)과, 상기 유입부(100)를 통과하는 유체의 압력(P1) 간에는 압력차(P2-P1)가 발생하게 된다. 즉, 관로 내부를 따라 흐르는 유체의 압력은 그 단면적의 크기에 비례하므로, 미세 기포 발생부(200) 후미의 압력(P2)은 유입부(100)의 압력(P1)보다 큰 압력이 작용하게 된다.
이러한 압력차에 따라서, 미세 기포 발생부(200)의 후미를 통과하는 미세 기포를 포함하는 유체 중 일부는 배출부(300)를 통과하여 배출되고, 나머지 유체는 제2내측 가이드부재(250)에 형성된 유체유입공(253)과, 제3외측 가이드부재(230)에 형성된 유체순환유입공(233) 및 제1연결관(520)을 통과하여 유체 순환관(510)의 내부로 빨려 들어가게 되고, 상기 유체 순환관(510)의 내부로 유입된 유체는 제2연결관(530)과 유체순환배출구(140)를 통하여 유입부(100)의 내부로 순환 공급된다. 따라서, 미세 기포 발생부(200)를 통과한 미세 기포는 상기 유체 순환부(500)를 경유하여 유입부(100)로 순환되어 공급되어 미세 기포 발생부(200)를 재차 통과하면서 한층 더 미세화될 수 있다.
상기 미세 기포 발생부(200)의 전방부에는, 제1외측 가이드부재(210)의 내측으로 제1내측 가이드부재(240), 제2내측 가이드부재(250), 및 2개의 제3내측 가이드부재(260)가 유체의 배출방향으로 순차 연결되고, 제2내측 가이드부재(250)의 내경(d3)이 제1내측 가이드부재(240)의 내경(d2)보다 크게 형성되므로, 제2내측 가이드부재(250) 내부의 압력(P3)과 제1내측 가이드부재(240) 내부의 압력(P4) 간의 압력차(P3-P4)에 의해 제2내측 가이드부재(250)의 내부를 통과하는 유체 중 일부는 제2내측 가이드부재(250)에 형성된 유체유입공(253)을 통하여 제1공간(S1)으로 유입된 후에 기체 공급부(400)로부터 유입되는 기체와 혼합되어 제1내측 가이드부재(240)에 형성된 유체배출공(242)을 통하여 순환 공급된다.
상기 미세 기포 발생부(200)의 중간부에는, 제2외측 가이드부재(220)의 내측으로 제1내측 가이드부재(240), 제3내측 가이드부재(260), 제2내측 가이드부재(250), 및 제3내측 가이드부재(260)가 유체의 배출방향으로 순차 연결되고, 전술한 바와 마찬가지로, 제2내측 가이드부재(250)의 내경(d3)이 제1내측 가이드부재(240)의 내경(d2)보다 크게 형성되므로, 제2내측 가이드부재(250) 내부의 압력(P3)과 제1내측 가이드부재(240) 내부의 압력(P4) 간의 압력차(P3-P3)에 의해 제2내측 가이드부재(250)의 내부 통과하는 유체 중 일부는 제2내측 가이드부재(250)에 형성된 유체유입공(253)을 통하여 제2공간(S2)으로 유입된 후에 제1내측 가이드부재(240)에 형성된 유체배출공(242)을 통하여 배출되는 순환 구조를 갖게 된다.
상기 미세 기포 발생부(200)의 후방부에는, 제3외측 가이드부재(230)의 내측으로 제1내측 가이드부재(240)와 3개의 제2내측 가이드부재(250)가 유체의 배출방향으로 순차 연결되고, 전술한 바와 마찬가지로 제2내측 가이드부재(250)의 내경(d3)과 제1내측 가이드부재(240)의 내경(d2)의 차이로 인한 압력차(P3-P4)에 의해 제2내측 가이드부재(250)의 내부를 통과하는 유체 중 일부는 제2내측 가이드부재(250)에 형성된 유체유입공(253)을 통하여 제3공간(S3)으로 유입되고, 제3공간(S3)으로 유입된 유체 중 일부는 유체 순환부(500) 측으로 순환 공급되고, 나머지 유체는 제1내측 가이드부재(240)에 형성된 유체배출공(242)을 통해 배출된다.
이와 같이, 미세 기포 발생부(200)의 내부 유로를 통과하는 유체는 압력차에 의해 유체 순환부(500)를 경유하여 순환 공급됨과 아울러 제1 내지 제3공간(S1,S2,S3)을 경유하여 순환 공급되도록 구성함으로써, 한정된 부피의 관로 상에 유체의 유로를 길게 형성할 수 있으며, 기체와 액체의 분사 각도를 다양한 방향으로 형성함과 아울러 제2내측 가이드부재(250)와 제3내측 가이드부재(260)에 형성된 와류형성돌기(252,262)와 와류형성홈(252a,262a)에 의해 와류 및 난류 발생이 촉진되어 유체 내에 포함된 기포의 미세화를 극대화할 수 있다.
도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세 기포 발생 장치의 단면도이다.
본 실시예는, 전술한 실시예의 구성을 일부 변형한 것으로, 이하, 전술한 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 부여하고, 이에 대한 중복적인 설명은 생략하기로 하며, 변형된 구성을 중심으로 설명하기로 한다.
본 실시예에서는, 유입부(100)의 몸체부(110)의 내경이 유체의 진입방향을 따라서 점차 축소되는 노즐 형상으로 구성하여 유입부(100)로 유입된 유체가 미세기포 발생부(200)의 입구 측에 고속으로 유입될 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 본 실시예에서, 제1외측 가이드부재(210)의 내측에는, 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 제3내측 가이드부재(260)와, 제2내측 가이드부재(250), 및 제3내측 가이드부재(260)가 순차로 연결되고, 상기 제2외측 가이드부재(220)의 내측에는, 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 제3내측 가이드부재(260) 및 제2내측 가이드부재(250)가 순차로 연결되며, 상기 제3외측 가이드부재(230)의 내측에는, 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 복수의 제2내측 가이드부재(250), 및 제3내측 가이드부재(260)가 순차로 연결된 것으로 구성되어 있다.
그리고, 상기 제2외측 가이드부재(220)는 복수로 구비되어 길이방향을 따라 연결 설치되고, 상기 복수의 제2외측 가이드부재(220)의 내측에는, 각각 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 제3내측 가이드부재(260) 및 제2내측 가이드부재(250)가 순차로 연결된 것으로 구성되어 있다.
또한, 제2내측 가이드부재(250)와 제3내측 가이드부재(260)의 내주면 후단부에 형성되는 와류형성돌기(252,262)와 그 사이사이에 형성되는 와류형성홈(252a,262a)은, 미세기포 발생부(200)의 후방부에 집중적으로 형성되도록 하고, 미세기포 발생부(200)의 유입부와 중간부에는 유체의 유동에 저항을 발생하지 않도록 와류형성돌기(252,262)와 와류형성홈(252a,262a)이 형성되지 않은 구조로 변형되어 있다.
그리고, 상기 제2내측 가이드부재(250)에 형성되는 유체유입공(253)은 제2내측 가이드부재(250)의 중간부 또는 전방부에 선택적으로 형성될 수 있도록 구성되어 있다.
이와 같이 본 발명은 미세기포 발생부(200)를 구성하는 외측 가이드부재(210,220,230)와 내측 가이드부재(240,250,260)의 형태와 배열 순서 및 설치되는 개수를 다양하게 변형하여 응용될 수 있다.
본 발명의 미세 기포 발생 장치는 오수 저장조, 연못, 호수, 하천 등 수처리가 요구되는 다양한 장소에 설치되어 실시될 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구되는 본 발명의 기술적 사상에 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 자명한 변형실시가 가능하며, 이러한 변형실시는 본 발명의 범위에 속한다.
100 : 유입부 110 : 몸체부
120 : 유입구 130 : 출구
140 : 유체순환배출구 200 : 미세기포 발생부
210 : 제1외측 가이드부재 213 : 기체유입공
220 : 제2외측 가이드부재 230 : 제3외측 가이드부재
233 : 유체순환유입공 240 : 제1내측 가이드부재
242 : 유체배출공 250 : 제2내측 가이드부재
252 : 와류형성돌기 252a : 와류형성홈
253 : 유체유입공 254 : 결합홈
260 : 제3내측 가이드부재 262 : 와류형성돌기
262a : 와류형성홈 300 : 배출부
313 : 테이퍼부 314 : 결합돌기
400 : 기체 공급부 410 : 기체 공급관
411 : 기체 공급구 500 : 유체 순환부
510 : 유체 순환관 520 : 제1연결관
530 : 제2연결관

Claims (12)

  1. 액체 내에 미세 기포를 발생시키는 미세 기포 발생 장치에 있어서,
    액체가 유입되고, 액체와 기체가 혼합된 유체가 순환되어 유입되는 유입부(100);
    상기 유입부(100)를 통과하여 유동하는 유체에 기체가 분사되어 미세 기포를 발생시키는 미세 기포 발생부(200);
    상기 미세 기포 발생부(200)의 후미에 연결되어 미세 기포를 포함한 유체가 배출되는 배출부(300);
    상기 미세 기포 발생부(200)를 통과하는 유체에 기체를 공급하는 기체 공급부(400); 및
    상기 미세 기포 발생부(200)의 배출측을 통과하는 유체의 일부를 상기 유입부(100) 측으로 순환시키는 유체 순환부(500);
    를 포함하여 이루어지고,

    상기 미세 기포 발생부(200)는, 상기 기체 공급부(400)로부터 공급되는 기체가 유입되는 기체유입공(213)과, 상기 미세 기포 발생부(200)의 배출측을 통과하는 유체가 유입되는 유체순환유입공(233)이 형성된 외측 가이드부재(210,220,230)와, 상기 외측 가이드부재(210,220,230)의 내측에 반경방향으로 이격되어 구비되고 유체배출공(242)과 유체유입공(253)이 형성된 내측 가이드부재(240,250,260)로 이루어지며,
    후방부에 위치하는 내측 가이드부재의 내경(d3)은 상기 유입부(100)의 내경(d1)보다 크게 형성되어, 상기 후방부에 위치하는 내측 가이드부재를 통과하는 유체의 압력(P2)과, 상기 유입부(100)를 통과하는 유체의 압력(P1) 간의 압력 차이에 의해 상기 후방부에 위치하는 내측 가이드부재에 형성된 유체유입공(253)을 통하여 상기 유체 순환부(500)로 유입되는 유체는 상기 유입부(100)에 형성된 유체순환배출구(140)를 통하여 순환 공급되는 것을 특징으로 하는 미세 기포 발생 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 외측 가이드부재(210,220,230)는, 상기 유입부(100)의 후미에 연결되며 상기 기체유입공(213)이 형성된 제1외측 가이드부재(210)와, 상기 제1외측 가이드부재(210)의 후미에 연결되는 제2외측 가이드부재(220)와, 상기 제2외측 가이드부재(220)의 후미와 상기 배출부(300) 사이에 연결되고 상기 유체순환유입공(233)이 형성된 제3외측 가이드부재(230)로 이루어지고,
    상기 내측 가이드부재(240,250,260)는, 상기 유체배출공(242)이 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 제1내측 가이드부재(240)와, 상기 제1내측 가이드부재(240)의 내경(d2)보다 큰 내경(d3)을 가지며 상기 유체유입공(253)이 형성된 제2내측 가이드부재(250)와, 상기 제2내측 가이드부재(250)와 동일한 내경(d3)을 갖는 제3내측 가이드부재(260)로 이루어지며,
    상기 제1외측 가이드부재(210)의 내측에는, 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 제2내측 가이드부재(250) 및 복수의 제3내측 가이드부재(260)가 순차로 연결되고,
    상기 제2외측 가이드부재(220)의 내측에는, 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 제3내측 가이드부재(260)와, 제2내측 가이드부재(250), 및 제3내측 가이드부재(260)가 순차로 연결되며,
    상기 제3외측 가이드부재(230)의 내측에는, 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 복수의 제2내측 가이드부재(250)가 순차로 연결된 것을 특징으로 하는 미세 기포 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 외측 가이드부재(210,220,230)는, 상기 유입부(100)의 후미에 연결되며 상기 기체유입공(213)이 형성된 제1외측 가이드부재(210)와, 상기 제1외측 가이드부재(210)의 후미에 연결되는 제2외측 가이드부재(220)와, 상기 제2외측 가이드부재(220)의 후미와 상기 배출부(300) 사이에 연결되고 상기 유체순환유입공(233)이 형성된 제3외측 가이드부재(230)로 이루어지고,
    상기 내측 가이드부재(240,250,260)는, 상기 유체배출공(242)이 원주방향으로 이격되어 복수로 형성된 제1내측 가이드부재(240)와, 상기 제1내측 가이드부재(240)의 내경(d2)보다 큰 내경(d3)을 가지며 상기 유체유입공(253)이 형성된 제2내측 가이드부재(250)와, 상기 제2내측 가이드부재(250)와 동일한 내경(d3)을 갖는 제3내측 가이드부재(260)로 이루어지며,
    상기 제1외측 가이드부재(210)의 내측에는, 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 제3내측 가이드부재(260)와, 제2내측 가이드부재(250), 및 제3내측 가이드부재(260)가 순차로 연결되고,
    상기 제2외측 가이드부재(220)의 내측에는, 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 제3내측 가이드부재(260) 및 제2내측 가이드부재(250)가 순차로 연결되며,
    상기 제3외측 가이드부재(230)의 내측에는, 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 복수의 제2내측 가이드부재(250), 및 제3내측 가이드부재(260)가 순차로 연결된 것을 특징으로 하는 미세 기포 발생 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2외측 가이드부재(220)는 복수로 구비되어 길이방향을 따라 연결 설치되고,
    상기 복수의 제2외측 가이드부재(220)의 내측에는, 각각 상기 제1내측 가이드부재(240)와, 제3내측 가이드부재(260) 및 제2내측 가이드부재(250)가 순차로 연결된 것을 특징으로 하는 미세 기포 발생 장치.
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제2내측 가이드부재(250)와 제3내측 가이드부재(260)의 내주면 후단부에는, 중심축(C) 방향을 향하여 돌출된 다수개의 와류형성돌기(252,262)가 원주방향을 따라 소정 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 미세 기포 발생 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2내측 가이드부재(250)와 제3내측 가이드부재(260)의 내주면 후단부에는, 상기 다수개의 와류형성돌기(252,262)의 사이사이에 와류형성홈(252a,262a)이 형성된 것을 특징으로 하는 미세 기포 발생 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유체 순환부(500)는, 유체 순환관(510)과, 상기 유체 순환관(510)의 일단과 상기 유체순환유입공(233)을 연결하는 제1연결관(520)과, 상기 유체 순환관(510)의 타단과 상기 유체순환배출구(140)를 연결하는 제2연결관(530)으로 구성되고,
    상기 유체 순환부(500)는 상기 유입부(100)와 미세 기포 발생부(200)의 외측 둘레에 일정 간격으로 이격되어 복수로 구비된 것을 특징으로 하는 미세 기포 발생 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유체순환유입공(233) 및 유체순환배출구(140)는, 상기 제1연결관(520)및 제2연결관(530)과 대응되는 위치에 복수로 형성되고,
    상기 유체순환배출구(140)는, 상기 유입부(100)의 원주방향을 따라 소정 간격 이격되며 외주면과 내주면을 관통하여 형성되되, 유체의 배출방향을 따라 중심축(C)을 향하는 방향으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 미세 기포 발생 장치.
  10. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1내측 가이드부재(240)에 형성된 유체배출공(242)은 유체의 배출방향을 따라 중심축(C)을 향하는 방향으로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 미세 기포 발생 장치.
  11. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 내측 가이드부재(240,250,260)의 외측면과, 상기 제1외측 가이드부재(210)와 제2외측 가이드부재(220) 및 제3외측 가이드부재(230)의 내주면 사이에 마련되는 공간(S1,S2,S3)은, 서로 격리되도록 마련되는 것을 특징으로 하는 미세 기포 발생 장치.
  12. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 미세 기포 발생부(200)의 최후미에 위치하는 제2내측 가이드부재(250)의 후단면과, 상기 배출부(300)의 선단면에는, 상호 끼움결합되도록 대응되는 형상의 결합홈(254)과 결합돌기(314)가 형성된 것을 특징으로 하는 미세 기포 발생 장치.
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