KR20170049322A - 마이크로버블 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 공기와 물이 혼합된 상태의 혼합수가 버블발생조를 경유하는 중에 용존 공기 부상법(Dissolved Air Flotation: DAF)과 충돌에 따른 전단력에 의해 다량의 초미세 기포를 생성할 수 있도록; 외부에서 펌프를 통해 물과 공기의 혼합수를 유입하는 유입관과, 상기 유입관과 연결되어 상기 혼합수를 인가받아 마이크로버블을 발생하도록 내부에 마이크로버블이 발생하는 공간을 가지는 버블발생수단과, 상기 버블발생수단에서 발생된 마이크로버블을 함유하는 혼합수를 외부로 배출하는 배출관을 포함하여 이루어진 마이크로버블 발생장치에 있어서; 상기한 버블발생수단은, 상기 유입관 및 배출관과 연결되어 상기 혼합수를 인가받은 후, 마이크로버블을 발생한 후 외부로 배출하도록 된 버블발생공간을 내부에 가지는 발생조와; 상기 유입관에서 유입된 혼합수가 상기 배출관으로 배출되는 버블발생공간에 배치되며, 혼합수가 이동중에 충돌하도록 되며 사이 간격을 가지면서 배치되는 다수의 충돌부재들을 포함하여 이루어지되; 상기한 충돌부재들은, 상기 유입관이 관통되면서 배치되도록 된 관통공이 형성되고, 혼합수가 충돌하면서 이동하는 중에 혼합수가 다수 개로 분기하여 통과하도록 된 다수의 분기공간을 가지는 '판' 형상의 판체로 이루어진 충돌판으로 이루어지는 마이크로버블 발생장치를 제공한다.

Description

마이크로버블 발생장치{A generating micro bubble}

본 발명은, 직경이 마이크로 단위를 가지는 미소 기포인 마이크로 버블을 발생시키는 마이크로버블 발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 공기와 물이 혼합된 상태의 혼합수가 버블발생조를 경유하는 중에 용존 공기 부상법(Dissolved Air Flotation: DAF)과 충돌에 따른 전단력에 의해 다량의 초미세 기포를 생성할 수 있도록 함으로써, 구조적 단순화와 소형화를 통해 경제적이면서 마이크로버블의 발생효율을 향상시킬 수 있도록 된 마이크로버블 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 마이크로 버블은 5㎛(마이크로미터,혹은 미크론, 1㎛=0.001㎜) 이하의 눈으로 확인할 수 없는 초 미세 기포로써, 일반 버블의 1/2,000 크기로 피부의 모공 25㎛ 이하의 미세한 공기 입자이며, 소멸할 때 1) 40KHz의 초음파 발생시키고, 2) 140db의 높은 음압을 발생시키며, 3) 4,000도~6,000도의 순간적인 고열 발생된다.

즉 일반기포는 물속에서 상승해 표면에서 파열하지만 마이크로 버블은 수중에서 압력에 의해 축소되며 다양한 에너지를 발생시키며 소멸한다.

그리고 상기와 같은 마이크로 버블은 초 극미한 거품으로 물과 공기를 격렬하게 회전시키는 경우 주로 발생한다.

이와 같은 마이크로 버블은 "기체 용해 효과, 자기가압효과, 대전효과" 등의 물리적, 화학적 특성에 의해 다양한 영역에서 활용되고 있으며, 근자에 이르러 특히 어업, 농업 분야에서는 각종 양식, 수경재배에 이용되고, 의료 분야에서는 정밀진단에 이용되며, 각종 분야에서 물리치료, 고순도 정수 처리, 환경장치 등에 사용되고 있는 실정이다.

즉 그 사용분야가 온천욕부터 암진단까지 광범위하며 피부도 재생해주는데다가 살균효과도 뛰어나다고 알려져 있다.

상기와 같은 마이크로 버블은 선회액체류식, 스테이트믹서식, 아젝터식, 밴추리식, 가압용해식, 초음파식, 전기분해식, 미세기공필터식 등 다양한 방식으로 생성된다.

이와 같은 다양한 방식의 마이크로 버블 발생장치를 통해 마이크로 버블을 발생시키기 위해서는 기체가 혼합된 액체(공급수)가 공급받아 기체를 미세기포로 전환시켜 마이크로 버블을 생성하게 된다.

상기에서 공급수가 미세기포로 전환되는 과정은 기포가 함유된 공급수가 미세관로가 구비된 발생수단의 미세 관로를 통과하는 중에 분리 및 압축되는 과정을 통해 이루어진다.

상기한 바와 같이 마이크로 버블을 발생하는 마이크 로버블 발생장치들 중 하나로, 한국특허등록번호 제10-1146040호(명칭: 마이크로 버블 발생장치)가 있으며, 상기 마이크로 버블 발생장치는, 공보에 기재된 바와 같이, 물이 유입되는 물유입구 및 공기가 유입되는 공기유입구와 토출되는 토출구가 구비된 버블생성실과, 상기 버블생성실의 물유입구 및 공기유입구와 토출구의 사이에 마련되며 모터의 축에 끼워져 회전되고 물유입구와 공기유입구를 통해 유입된 물이 유도되는 다수의 유도공이 구비된 회전디스크와, 상기 회전디스크의 물과 공기의 이동방향에 밀착되도록 마련되며 유도공을 통해 유도된 물과 공기를 외 측 방향으로 분기시킴과 동시에 상기 회전디스크의 회전에 따라 물과 공기를 교반하도록 회전디스크방향으로 돌출형성된 다수의 교반편들이 구비된 고정디스크로 이루어져 있다.

이에 따라, 물과 공기가 상기 교반편들과 마찰되면서 교반됨은 물론 교반편들의 사이를 지그 잭으로 통과하면서 마찰되기 때문에, 으깨어지듯이 물과 공기를 강하게 교반함과 동시에 압착하도록 되어 있다.

한편, 마이크로버블을 발생하도록 된 방법의 하나로, 용존 공기 부상법(Dissolved Air Flotation: DAF)이 있으며, 상기 용존 공기 부상법(DAF)은 높은 압력으로 물에 공기를 충분히 용해시켜 이를 처리하고자 하는 원수에 주입시키면 수중에서 다시 감압된 물은 과포화된 만큼의 공기가 미세한 기포로 형성되어 처리수 중의 플럭(floc)과 결합하고, 이 기포-플럭 결합체는 빠르게 수중에서 수표면으로 상승하여 고액분리가 달성되는 수처리기법이다.

여기서 플럭(floc)이란, 고체 미립자가 분산되어 있는 액체인 현탁액 또는 서스펜션(suspension) 상태에서 고체 미립자가 약제에 의하여 서로 응집되어 보다 큰 집합물을 형성한 것을 말한다.

한국특허등록번호 제10-0845785호(명칭: 미세기포 발생장치 및 미세기포 발생방법)에서는, 용존 공기 부상법이 적용된 마이크로버블 발생장치가 기재된 것으로, 공보에 기재된 바와 같이, 기체와 액체를 흡인하여 혼합시키는 펌프; 및 상기 펌프로부터 압송된 상기 기체와 상기 액체의 혼합물을 통과시키고 상기 기체와 상기 액체를 재혼합하며, 내부에는 소정의 내압 및 통과 유속이 발생되는 혼합챔버를 구비하고, 상기 혼합챔버는 상부가 밀폐된 외부챔버와 상기 외부챔버의 벽으로부터 이격되고 상부가 개방된 내부챔버의 이중 챔버구조로 이루어지며, 상기 혼합챔버의 입구부와 연결되는 유입배관은 내부 챔버 안으로 바닥 부근까지 연장되고, 상기 혼합챔버의 출구부와 연결되는 유출배관은 상기 내부챔버와 상기 외부챔버 사이의 이격된 공간을 따라 상기 외부챔버의 바닥 부근까지 연장된 미세기포 발생장치가 기재되어 있다.

1. 한국특허등록번호 제10-1146040호 2. 한국특허등록번호 제10-0845785호

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 마이크로 버블 발생장치들은, 그 구조가 복잡하여 생산성이 떨어져 비경제적인 문제점이 있었다.

아울러, 소형화가 어려워 그 사용에 제한이 있는 문제점이 있었다.

본 발명은, 상기와 같은 종래의 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은, 공기와 물이 혼합된 상태의 혼합수가 버블발생조를 경유하는 중에 용존 공기 부상법(Dissolved Air Flotation: DAF)과 충돌에 따른 전단력에 의해 다량의 초미세 기포를 생성할 수 있도록 함으로써, 구조적 단순화와 소형화를 통해 경제적이면서 마이크로버블의 발생효율을 향상시킬 수 있도록 된 마이크로버블 발생장치를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로버블 발생장치는, 외부에서 펌프를 통해 물과 공기의 혼합수를 유입하는 유입관과, 상기 유입관과 연결되어 상기 혼합수를 인가받아 마이크로버블을 발생하도록 내부에 마이크로버블이 발생하는 공간을 가지는 버블발생수단과, 상기 버블발생수단에서 발생된 마이크로버블을 함유하는 혼합수를 외부로 배출하는 배출관을 포함하여 이루어진 마이크로버블 발생장치에 있어서; 상기한 버블발생수단은, 상기 유입관 및 배출관과 연결되어 상기 혼합수를 인가받은 후, 마이크로버블을 발생한 후 외부로 배출하도록 된 버블발생공간을 내부에 가지는 발생조와; 상기 유입관에서 유입된 혼합수가 상기 배출관으로 배출되는 버블발생공간에 배치되며, 혼합수가 이동중에 충돌하도록 되며 사이 간격을 가지면서 배치되는 다수의 충돌부재들을 포함하여 이루어지되; 상기한 유입관에서 혼합수가 배출되는 출구는 상기 발생조의 내부에서 바닥부근까지 연장되어, 상기 출구를 통해 방출되는 혼합수가 상기 발생조의 바닥면에 충돌하면서 상기 발생조의 내측벽면측방향으로 방사상의 형태로 토출되도록 되며; 상기한 충돌부재들은, 상기 유입관이 관통되면서 배치되도록 된 관통공이 형성되고, 혼합수가 충돌하면서 이동하는 중에 혼합수가 다수 개로 분기하여 통과하도록 된 다수의 분기공간을 가지는 '판' 형상의 판체로 이루어진 충돌판으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기한 충돌판은, 외주면에서 내측방향으로 절개되어 형성된 절개편들의 사이간격을 통해 상기 분기공간을 형성하도록 된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 마이크로버블 발생장치는, 상기 유입관의 내부에서 과포화된 공기가 상기 발생조의 내부에서 감압되어 경유하는 중에 용존 공기 부상법(Dissolved Air Flotation: DAF)에 의한 다량의 초미세 기포를 생성함은 물론, 상기 충돌판과의 충돌을 통해 마이크로버블의 발생효율을 향상시키도록 된 것으로, 구조적 단순화와 소형화를 통해 경제적으로 제공할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 마이크로버블 발생장치를 보인 개략 예시도,
도 2는, 본 실시 예에 의한 마이크로버블 발생장치에 적용되는 발생조를 보인 개략 평단면 예시도,
도 3은, 본 실시 예에 의한 마이크로버블 발생장치에 적용되는 충돌부재를 보인 개략 예시도,
도 4는, 본 실시 예에 의한 마이크로버블 발생장치의 사용상태를 보인 개략 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 의한 마이크로버블 발생장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1 내지 도 4는, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 마이크로버블 발생장치를 보인 도면으로, 본 실시 예에 의한 마이크로버블 발생장치(1)는, 외부에서 펌프(2)를 통해 물과 공기의 혼합수를 유입하는 유입관(3)과, 상기 유입관(3)과 연결되어 상기 혼합수를 인가받아 마이크로버블을 발생하도록 내부에 마이크로버블이 발생하는 공간을 가지는 버블발생수단(4)과, 상기 버블발생수단(4)에서 발생된 마이크로버블을 함유하는 혼합수를 외부로 배출하는 배출관(5)을 가진다.

즉, 상기 버블발생수단(4)에서 상기 유입관을 통해 공급되는 혼합수를 감압하여 내부를 경유하는 중에 상술한 용존 공기 부상법(Dissolved Air Flotation: DAF)에 의해 다량의 초미세 기포를 생성하게 된다.

이러한 본 실시 예에 의한 마이크로버블 발생장치(1)에서, 상기한 버블발생수단(4)은, 상기 유입관(3) 및 배출관(5)과 연결되어 상기 혼합수를 인가받은 후, 마이크로버블을 발생한 후 외부로 배출하도록 된 버블발생공간을 내부에 가지는 발생조(41)와; 상기 유입관(3)에서 유입된 혼합수가 상기 배출관(5)으로 배출되는 버블발생공간에 배치되며, 혼합수가 이동중에 충돌하도록 되며 사이 간격을 가지면서 배치되는 다수의 충돌부재(42)들을 포함하여 이루어진다.

즉, 상기 펌프(2)를 통해 공기와 물이 혼합된 혼합수를 상기 발생조(41)에서 감압을 통해 1차적으로 마이크로버블을 발생하고, 상기 충돌부재(42)을 통한 충돌을 통해 발생하는 전단력에 의해 2차적으로 마이크로버블이 발생되어 구조적 단순화와 소형화를 통해 경제적으로 제공할 수 있으며, 마이크로버블의 발생효율을 더욱 향상시키게 된다.

상기에서 유입관(3)의 내경은 상기 발생조(41)에 비하여 작은 직경을 가지도록 되어, 상기 유입관(3)의 내부에서 이동되는 혼합수의 수압이 상기 발생조(41)의 내부에서 이동되는 혼합수의 수압보다 작게 형성되도록 되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 유입관(3)을 통해 과포화된 공기가 상기 발생조(41)에서 감압을 통해 과포화된 만큼의 공기가 미세한 기포로 형성되어 마이크로버블이 발생된다.

상기한 유입관(3)에서 혼합수가 배출되는 출구는, 상기 발생조(41)의 내부에서 바닥부근까지 연장되어, 상기 출구를 통해 방출되는 혼합수가 상기 발생조(41)의 바닥면에 충돌하면서 상기 발생조(41)의 내측벽면측방향으로 방사상의 형태로 토출되도록 되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 출구를 통해 토출되는 혼합수가 상기 발생조(41)의 바닥면에 충돌하면서 바닥면과 접촉하면서 내측벽면측방향으로 토출되어 내측벽면과 충돌하여 난류 또는 와류를 형성하여 혼합수에 대한 전단압력을 인가함으로써 마이크로버블을 발생시키게 된다.

상기한 배출관(6)은, 상기 발생조의 내측상단에서 외측 방향으로 혼합수를 배출시키도록 되는 것이 바람직하며, 이에 따라, 상기 유압관(3)의 출구와 이격거리가 최대화되어 상기 발생조(41)의 내부에서 혼합수의 계류시간이 극대화되도록 되어 마이크로발생효율을 증대시키도록 되는 것이 가장 바람직하다.

그리고, 본 실시 예에 의한 마이크로버블 발생장치에서 상기한 충돌부재(42)들은, 상기 유입관(2)이 관통되면서 배치되도록 된 관통공(421)이 형성되고, 혼합수가 충돌하면서 이동하는 중에 혼합수가 다수 개로 분기하여 통과하도록 된 다수의 분기공간(422)을 가지는 '판' 형상의 판체로 이루어진 충돌판(423)으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 충돌판(423)은, 외주면에서 내측방향으로 절개되어 형성된 절개편(424)들의 사이간격을 통해 상기 분기공간(422)을 형성하도록 되는 것이 가장 바람직하다.

상기에서 충돌판(423)은 '원판' 형상으로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 발생조(41)의 내부에서 상기 발생조(42)의 길이방향에 대하여 수직으로 배치되는 것이 가장 바람직하다.

그리고, 상기한 절개편(424)들은 일단에서 타단으로 갈수록 경사진 곡면을 가지도록 되어 분기공간(422)으로 유입되는 혼합수가 와류형태로 분기하여 상기 분기공간(422)을 통과하도록 되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 혼합수가 마이크로버블의 발생공간으로 와류형태를 가지면서 투입되도록 됨에 따라, 마이크로버블 발생공간에서의 체류시간 및 전단압력의 접촉효율을 현저히 증대시켜 점유공간에 대한 마이크로버블의 발생효율을 향상시킬 수 있도록 된다.

또한, 상기한 충돌판(423)은, 상기 유입관(3)의 외주면에 상기 관통공(421)을 통해 관통한 상태에서 용접하여 결합하는 것이 바람직하며, 이때 상기 유입관(3)에서 상기 발생조(41)의 내부에 배치되는 위치에 사이 간격을 가지면서 용접 고정되는 것이 가장 바람직하다.

상기와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 마이크로버블 발생장치는, 외부에서 상기 펌프(2)를 통해 물과 공기의 혼합수하여 상기 유입관(3)을 통해 상기 발생조(41)에서 용존 공기 부상법을 통해 1차적으로 마이크로버블을 발생한 후, 상기 충돌판(423)과의 충돌을 통해 2차적으로 마이크로버블을 발생하고 상기 배출관(5)을 통해 배출하여 미 도시된 사용처에서 사용하게 된다.

또한, 본 실시 예에 의한 마이크로버블 발생장치(1)에서 상기한 유입관(3)과 상기 폄프(2)의 사이에는, 상기 펌프(2)에서 유입되는 혼합수를 와류형태로 이송하며 상기 유입관(3)으로 공급하도록 된 혼합통(6)이 게재되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 혼합통(6)을 통해 상기 유입관(3)으로 공급되는 혼합수가 와류형태를 가지도록 되는 것이 가장 바람직하다.

한편, 상기한 혼합통(6)에서, 상기 유입관(3)과 연결된 부위는 점차 그 내경이 작아져 혼합수의 수압 및 유속이 증대되도록 되는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이 본 실시 예에 의한 마이크로버블 발생장치(1)는, 상기 유입관(3)의 내부에서 과포화된 공기가 상기 발생조(41)의 내부에서 감압되어 경유하는 중에 용존 공기 부상법(Dissolved Air Flotation: DAF)에 의한 다량의 초미세 기포를 생성함과 더불어, 상기 충돌판(423)과의 충돌을 통해 마이크로버블의 발생시키도록 된 것을 기술적 구성의 특징으로 한다.

이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 가압탱크 2 : 펌프
3 : 유입관 4 : 발생수단
41 : 발생조 42 : 충돌부재
421 : 관통공 422 : 분기공간
423 : 충돌판 424 : 절개편
5 : 배출관 6 : : 혼합통

Claims (2)

1. 외부에서 펌프를 통해 물과 공기의 혼합수를 유입하는 유입관과, 상기 유입관과 연결되어 상기 혼합수를 인가받아 마이크로버블을 발생하도록 내부에 마이크로버블이 발생하는 공간을 가지는 '통'형상의 버블발생수단과, 상기 버블발생수단에서 발생된 마이크로버블을 함유하는 혼합수를 외부로 배출하는 배출관을 포함하여 이루어진 마이크로버블 발생장치에 있어서;
   상기한 버블발생수단은,
   상기 유입관 및 배출관과 연결되어 상기 혼합수를 인가받은 후, 마이크로버블을 발생한 후 외부로 배출하도록 된 버블발생공간을 내부에 가지는 발생조와; 상기 유입관에서 유입된 혼합수가 상기 배출관으로 배출되는 버블발생공간에 배치되며, 혼합수가 이동중에 충돌하도록 되며 사이 간격을 가지면서 배치되는 다수의 충돌부재들을 포함하여 이루어지되;
   상기한 유입관에서 혼합수가 배출되는 출구는,
   상기 발생조의 내부에서 바닥부근까지 연장되어, 상기 출구를 통해 방출되는 혼합수가 상기 발생조의 바닥면에 충돌하면서 상기 발생조의 내측벽면측방향으로 방사상의 형태로 토출되도록 되며;
   상기한 충돌부재들은,
   상기 유입관이 관통되면서 배치되도록 된 관통공이 형성되고, 혼합수가 충돌하면서 이동하는 중에 혼합수가 다수 개로 분기하여 통과하도록 된 다수의 분기공간을 가지는 '판' 형상의 판체로 이루어진 충돌판으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 마이크로버블 발생장치.
   
2. 제 1항에 있어서;
   상기한 충돌판은,
   외주면에서 내측방향으로 절개되어 형성된 절개편들의 사이간격을 통해 상기 분기공간을 형성하도록 된 것을 특징으로 하는 마이크로버블 발생장치.

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