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KR101157719B1 - 미소 기포 발생 장치 및 방법 - Google Patents

미소 기포 발생 장치 및 방법 Download PDF

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KR101157719B1
KR101157719B1 KR1020097025881A KR20097025881A KR101157719B1 KR 101157719 B1 KR101157719 B1 KR 101157719B1 KR 1020097025881 A KR1020097025881 A KR 1020097025881A KR 20097025881 A KR20097025881 A KR 20097025881A KR 101157719 B1 KR101157719 B1 KR 101157719B1
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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

본 발명은 액체 속에서 회전체(2)를 회전시키면서, 회전체(2)에 기체를 공급하고, 회전체(2)의 표면에 형성한 기포 주입 구멍으로부터 액체에 기체를 주입하며, 액체와 상기 회전체의 상대 운동에 의해 발생하는 전단력을 상기 회전체의 표면 및 표면 근방에 존재하는 기포에 부여하여 미세한 기포를 발생시킨다. 이에 따라, 유체에 선회류를 강제적으로 부여하는 일 없이, 용이하게 미소 기포를 대량으로 발생시킬 수 있도록 한다.

Description

미소 기포 발생 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR PRODUCING MICRO GAS BUBBLES}
본 발명은 미소 기포 발생 장치 및 방법에 관한 것이며, 특히, 수십μ 정도의 기포 직경을 갖는 미소 기포를 대량으로 효율 좋게 발생시킬 수 있는 미소 기포 발생 장치 및 방법에 관한 것이다.
기포 직경이 100 ㎛ 정도인 미소 기포는 마이크로 버블이라고 불리고, 통상 직경의 기포에 비하여 체적 표면적이 크며 액체 중의 체류 시간이 길기 때문에, 기액 계면에서의 물량 수송이나 화학 반응, 물리적?화학적 특성을 이용한 여러가지 응용이 기대되고 있다.
일반적으로, 마이크로 버블을 발생시키는 미소 기포 발생 장치에서는, 다공질체를 통해 액체에 기체를 불어넣는 방법이 이용되고 있다.
이러한 미소 기포 발생 장치로서는, 압축기 등의 기체 공급 장치로부터 물이 흐르는 관에 다공질체를 통해 기체를 공급함으로써, 마이크로 버블을 발생시키는 것이 있다(예컨대 특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 평성 제8-225094호 공보 참조).
또한, 최근 개발된 미소 기포 발생 장치에서는, 기포 표면에 전단력을 가하여 기포를 잘게 나누는 방법을 이용하는 것이 많다.
이러한 미소 기포 발생 장치로서는, 원추형의 스페이스를 갖는 용기 본체와, 상기 스페이스의 내벽 원주면의 일부에 그 접선 방향으로 개설(開設)된 가압 액체 도입구와, 상기 원추형 스페이스의 바닥부에 개설된 기체 도입 구멍과, 상기 원추형 스페이스의 꼭대기부에 개설된 선회 기액 도출 구멍으로 구성된 선회식 미세 기포 발생 장치가 있다(예컨대, 특허 문헌 2 : 일본 특허 공개 제2003-205228호 공보 참조).
《발명의 개시》
그러나, 특허문헌 1에 기재된 다공질체를 이용한 미소 기포 발생 장치에서는, 다공질체로부터 기포가 잘 이탈되지 않기 때문에, 발생하는 기포가 다공질체의 구멍 직경보다 커져, 미소한 기포를 발생시킬 수 없는 것이 큰 문제가 되어 왔다. 또한, 다공질체를 회전시키는 방법으로서는, 회전의 영향이 작은 회전축 중심 부근으로부터 조대(粗大) 기포가 발생하기 때문에, 최적의 조건에서도 발생하는 기포의 직경은 0.4 ㎜ 정도가 한계였다.
이와 관련하여, 특허문헌 2의 미소 기포 발생 장치에서는, 기포 표면에 전단력을 가하기 때문에, 미소한 기포를 발생시킬 수 있다. 그러나, 유체에 선회류를 강제적으로 부여하기 위해, 원추형의 용기 본체에 기체를 가압하여 공급하기 때문에, 압력 손실이 커지며, 다공질체를 이용한 경우와 비교하여, 액체 중의 기체의 비율이 낮아진다고 하는 것이 과제로서 남아 있었다.
따라서 본 발명의 목적은, 상기 종래 기술이 갖는 문제점을 해소하여, 유체에 선회류를 강제적으로 부여하는 일 없이, 미소 기포를 대량으로 용이하게 발생시킬 수 있도록 한 미소 기포 발생 장치 및 방법을 제공하는 것에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 미소 기포를 대량으로 용이하게 발생시킬 수 있을 뿐만 아니라, 미소 입자의 입자 직경의 균일화나, 보다 미소한 입자 직경을 갖는 기포를 발생시킬 수 있도록 한 미소 기포 발생 장치 및 방법을 제공하는 것에 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 액체 속에서 회전 가능하게 지지된 회전체를 갖고, 이 회전체의 표면으로부터 액체에 기체를 주입하는 기포 주입부와, 기포의 원료가 되는 기체를 상기 기포 주입부에 공급하는 기체 공급관과, 상기 기포 주입부를 액체 속에서 회전시키는 회전 구동 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명은 액체 속에서 회전하는 회전체로 이루어지고, 상기 회전체의 표면으로부터 액체에 기체를 주입하며, 액체와 상기 회전체의 상대 운동에 의해 발생하는 전단력을 상기 회전체의 표면 및 표면 근방에 존재하는 기포에 부여하여 미세한 기포를 발생시키는 기포 주입부와, 기포의 원료가 되는 기체를 상기 기포 주입부에 공급하는 기체 공급관과, 상기 기포 주입부를 액체 속에서 회전시키는 회전 구동 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명에서, 상기 기포 주입부는, 가스의 통로가 되는 미소 직경의 구멍을 뚫은 회전체, 또는 외연부에 가스를 방출하는 미소 직경의 노즐을 구비한 회전체로 이루어지고, 상기 회전체는 다공질체로 구성된다.
또한, 본 발명에서, 상기 기포 주입부를 회전시키는 회전 구동 장치는, 상기 기포 주입부의 회전 속도를 가변 제어하는 제어 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는, 상기 기포 주입부의 상부에 회전체와 동기 회전하는 충돌판을 마련하여도 좋고, 이에 더하여 상기 기포 주입부의 회전체와 상기 충돌판 사이의 외연부에 기포 파쇄부를 마련하여도 좋다.
또한, 본 발명에서는, 상기 기포 주입부의 상부에 방해판을 마련하여도 좋고, 아울러 상기 방해판으로서 진동식 방해판을 이용할 수도 있다. 또한, 상기 기포 주입부를 덮는 다공질체 커버를 마련하도록 하여도 좋다.
또한, 본 발명에 따른 미소 기포 발생 방법은, 액체 속에서 회전체를 회전시키면서, 상기 회전체에 기체를 공급하고, 상기 회전체의 표면에 형성한 기포 주입 구멍으로부터 액체에 기체를 주입하며, 액체와 상기 회전체의 상대 운동에 의해 발생하는 전단력을 상기 회전체의 표면 및 표면 근방에 존재하는 기포에 부여하여 미세한 기포를 발생시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
이 미소 기포 발생 방법에서는, 상기 회전체의 기포 주입 구멍에서의 둘레 속도가 6 m/s 이하인 범위 내에서, 상기 원판의 회전 속도를 변화시켜, 발생시키는 기포의 직경의 크기를 조정하거나, 혹은, 상기 회전체의 기포 주입 구멍에서의 둘레 속도가 6 m/s 이상이 되도록, 상기 원판의 회전 속도를 설정하여, 발생시키는 기포의 직경을 일정하게 하도록 하여도 좋다.
본 발명에 따르면, 유체에 선회류를 강제적으로 부여하는 일 없이, 미소 기포를 용이하게 대량으로 발생시킬 수 있다. 더구나, 미소 기포를 대량으로 용이하게 발생시키는 것에 더하여, 미소 입자의 입자 직경의 균일화나, 보다 미소한 입자 직경을 갖는 기포를 발생시킬 수 있다. 본 발명은, 오존을 미소 기포로 되게 하여 비등수형 원자로(沸騰水型 原子爐)의 슈라우드 내의 물에 주입하고, 산화물을 용해시켜 제거하는 오염 제거 장치에 이용되거나, 상하수도 처리 시설에서, 정화조에 미소 기포로 된 오존을 불어넣어, 유기물을 분해하는 등에 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치의 구성 설명도이다.
도 2는 상기 미소 기포 발생 장치에 있어서 기포 주입부의 회전수와 기포 직경의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명에 따른 미소 기포 발생 장치에서 이용되는 기포 주입부의 구성을 나타내며, 도 3의 (a)는 평면도이고, 도 3의 (b)는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치의 구성 설명도이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치에서 이용되는 기포 주입부의 구성을 나타내며, 도 5의 (a)는 평면도이고, 도 5의 (b)는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시형태에 있어서, 기포 주입 구멍에서의 둘레 속도와, 발생하는 기포의 평균 직경의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시형태에 있어서, 기체 유량을 변화시켰을 때의 기 포 주입 구멍에서의 둘레 속도와, 발생하는 기포의 평균 직경의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시형태에 있어서, 기포 주입 구멍의 수를 늘렸을 때의 기포 주입 구멍에서의 둘레 속도와, 발생하는 기포의 평균 직경의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 있어서, 기포 주입 구멍의 피치와 발생하는 기포의 평균 직경의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치에서 이용되는 기포 주입부의 다른 예의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시형태의 미소 기포 발생 장치에 이용되는 기포 주입부의 다른 예의 구성을 나타내고, 도 11의 (a)는 평면도이고, 도 11의 (b)는 단면도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치의 또 다른 예를 나타내는 구성 설명도이다.
도 13은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치의 구성 설명도이다.
도 14는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치의 구성 설명도이다.
도 15는 본 발명의 제5 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치의 구성 설명도이다.
도 16은 본 발명의 제6 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치의 구성 설명도이다.
도 17은 본 발명의 제7 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치의 구성 설명도이다.
도 18은 본 발명의 제8 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치에서도 이용되는 기포 주입부를 나타내며, 도 18의 (a)는 평면도이고, 도 18의 (b)는 단면도이다.
이하, 본 발명에 따른 미소 기포 발생 장치의 일실시형태에 대해서, 첨부의 도면을 참조하면서 설명한다.
<제1 실시형태>
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치를 나타낸다.
도 1에 있어서, 참조 번호 1은 액체, 예컨대, 물이 채워져 있는 수조를 나타낸다. 이 수조(1)의 수중에는, 회전체로 이루어지는 기포 주입부(2)가 배치되어 있다. 이 기포 주입부(2)에는, 도시하지 않는 베어링에 의해 지지된 회전축(3)이 연결되어 있다. 회전축(3)의 단부는 스위블 조인트(4)에 접속되어 있다. 이 스위블 조인트(4)에는, 가스 공급 튜브(5)가 접속되어 있고, 가스 공급 튜브(5)로부터 보내져 오는 기체는, 스위블 조인트(4), 회전축(3)을 통해 기포 주입부(2)에 공급된다. 이 경우, 기포 주입부(2)에는, 무수의 미세한 구멍이 뚫려 있고, 기체는 미세한 구멍으로부터 수조(1)의 액체에 주입된다.
회전축(3)에는 종동 풀리(6)가 부착되어 있다. 구동 풀리(7)는 모터(8)의 구동축에 부착되고, 구동 풀리(7)와 종동 풀리(6)에는 타이밍 벨트(9)가 권취되어 있다.
본 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치는 이상과 같이 구성되며, 이하에, 그 작용 및 효과에 대해서 설명한다.
먼저, 가스 공급 튜브(5)로부터 기포 주입부(2)에 기체를 공급하면, 이 기포 주입부(2)로부터 기포가 발생한다. 기포 주입부(2)가 수조(1)의 액체 속에서 정지하고 있는 상태에서는, 발생하는 기포의 입자 직경이 비교적 크다.
따라서 모터(8)를 구동하고, 모터(8)의 회전을 풀리(7, 6)를 통해 회전축(3)에 전동시키면, 기포 주입부(2)를 구성하는 회전체가 소정의 회전수로 회전한다.
이때, 기포 주입부(2)가 회전함으로써, 미세 구멍으로부터 나와 기포 주입부(2)의 표면 및 그 근처에 존재하는 기포에는 액체와의 상대 운동에 의해 전단력이 가해지고, 전단력에 의해 기포가 터지며, 미소한 직경의 기포로 미세화된다.
이상과 같이 본 실시형태에 따르면, 기포를 미세화하기 위해 필요한 전단력을 발생시키기 위해, 액체쪽은 정지시킨 상태로, 기포 주입부(2)쪽을 회전시키도록 하고 있기 때문에, 종래와 같이 액체에 선회류를 부여할 필요가 없어지고, 미세 기포를 보다 대량으로 발생시킬 수 있다.
여기서, 도 2는 도 1에 나타낸 미소 기포 발생 장치에 있어서, 모터(8)의 회전수를 도시하지 않는 인버터 등의 제어 장치에 의해 제어하여, 기포 주입부(2)의 회전 속도를 변경한 경우의 기포 직경의 변화를 나타내는 그래프이다.
기포 주입부(2)가 회전하고 있으면, 액체 중에 주입되는 기포는, 주위에 있는 액체로부터 전단력을 받아 잘게 나누어지지만, 이 전단력은, 기포 주입부(2)의 구멍의 직경과는 관계 없으며, 회전 속도가 클수록 커진다. 따라서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 모터(8)의 회전수를 제어하여 회전수를 높게 할 수록, 발생하는 기포의 직경을 소직경화하는 것을 실현할 수 있다. 더구나, 도 2의 데이터에서와 같이, 모터의 회전수와 기포 직경의 관계를 미리 알고 있으면, 발생시키는 기포를 원하는 직경의 것으로 하는 것이 용이하다.
다음에, 도 3은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치에서 이용하는 기포 주입부(2)의 예를 나타낸다. 이 도 3에 있어서, 도 3의 (a)는 기포 주입부(2)의 평면도이고, 도 3의 (b)는 단면도이다.
이 기포 주입부(2)로는, 중공의 원판이 이용되고 있고, 그 내부에는 공동(11)이 형성되어 있다. 원판의 상면부에는 동일 직경의 미소한 기포 주입 구멍(12)이 동일 원주 상에 소정의 피치로 다수 개구되어 있다.
도 1에 나타낸 미소 기포 발생 장치의 기포 주입부(2)를 이상과 같이 구성함으로써, 다음과 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.
기포가 기포 주입부(2)의 상면부에 개구되는 미소 직경의 기포 주입 구멍(12)으로부터 수조(1)의 액체 중에 연속적으로 주입된다. 이때, 기포 주입부(2)는 모터(8)에 의해 구동되어 소정의 회전수로 회전하고 있기 때문에, 기포에는 원심력에 의해 정해지는 전단력이 작용하고, 기포는 미소화된다.
본 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치에 의하면, 기포 주입 구멍(12)은, 기포 주입부(2)에서 동일 원주 상에 위치하고 있어, 기포에 작용하는 전단력이 일정해지기 때문에, 발생하는 기포의 직경을 균질하게 할 수 있다. 또한, 동심원의 반지름을 변경함으로써, 전단력의 설정도 가능해진다.
<제2 실시형태>
다음에, 도 4 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 제2 실시형태에 대해서 설명한다.
이 제2 실시형태에서는, 도 4에 나타내는 바와 같이, 도 1의 미소 기포 발생 장치에 모터(8)의 회전수를 정밀하게 제어하는 제어부(13)를 마련하고, 도 5에 나타내는 바와 같이, 기포 주입 구멍(12)의 배열을 변경한 기포 주입부(2)를 마련하고 있다. 그 밖의 구성 요소는, 도 1의 미소 기포 발생 장치와 동일하고, 동일한 구성 요소에는 동일한 참조 번호를 붙여, 그 상세한 설명은 생략한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 기포 주입부(2)는 제1 실시형태와 마찬가지로, 중공의 원판을 이용하고 있고, 그 내부에는 공동(11)이 형성되어 있다. 원판의 상면부에는 기포 주입 구멍(12)이 일정 피치로 배열되어 개구되어 있다. 기포 주입 구멍(12)이 형성되는 영역은 기포 주입부(2)의 외연부에 가까운 영역이다. 이에 대하여, 중심 부근의 영역(30)은 기포 주입 구멍(12)이 없는 영역으로 되어 있다.
다음에, 이상과 같이 구성되는 미소 기포 발생 장치의 작용 및 이에 따라 실시하는 미소 기포 발생 방법에 대해서 설명한다.
기포 주입부(2)의 기포 주입 구멍(12)으로부터 기포가 유체 중에 주입될 때, 주위의 유체로부터 받는 전단력에 의해, 기포의 직경이 변화한다. 즉, 기포 주입 부(2)의 회전수가 높아지고, 기포 주입 구멍(12)에서의 둘레 속도가 커질수록 전단력이 커지기 때문에, 기포 직경은 소직경화한다.
이러한 성질을 소규모의 시험 장치(유량 0.2 리터/분)를 이용하여 실험적으로 검증한 결과를 도 6에 나타낸다. 이 도 6에 나타낸 결과에 따르면, 기포 주입 구멍(12)에서의 둘레 속도가 6 m/s인 때를 경계로 하여, 기포의 평균 직경에 현저한 차이가 생긴다.
우선, 기포 주입 구멍(12)에서의 둘레 속도가 6 m/s 이하인 조건에서는, 둘레 속도가 커짐에 따라, 발생하는 기포의 평균 직경이 작아지는 것을 알 수 있다. 이 성질을 이용함으로써, 제어부(13)에 의해 모터(8)의 회전수를 변경하여 기포 주입부(2)의 회전 속도를 변경함으로써, 발생하는 기포의 직경을 변경할 수 있다. 즉, 둘레 속도가 6 m/s 이하인 조건 하에서, 발생되어야 하는 기포의 직경에 대응한 둘레 속도가 되도록 모터(8)의 회전수를 제어함으로써, 기포의 직경을 조정할 수 있다.
이에 대하여, 둘레 속도가 6 m/s 이상인 조건에서는, 기포 주입부(2)의 둘레 속도가 변화하여도, 발생하는 기포의 직경은 약 0.2 ㎜의 일정값이 된다. 이를 이용하면, 다음과 같이 하여, 직경이 고른 기포를 발생시킬 수 있다.
기포 주입 구멍(12)에서의 둘레 속도는 기포 주입부(2)의 회전 각속도와 회전축(3)과 기포 주입 구멍(12)의 거리의 곱으로 표시되기 때문에, 기포 주입 구멍(12)에서의 둘레 속도가 6 m/s 이상이 되도록, 기포 주입부(2)의 회전 각속도와, 회전축(3)과의 거리가 가장 작은 기포 주입 구멍(12)의 위치를 설정하면, 모든 기 포 주입 구멍(12)에서의 둘레 속도가 6 m/s 이상이 된다. 따라서, 이 조건으로 기포 주입부(2)를 회전시키면, 모든 기포 주입 구멍(12)으로부터 발생하는 기포의 평균 직경이 약 0.2 ㎜가 되고, 기포 발생부(2)로부터 발생하는 기포의 직경의 분포가 작으며, 직경이 고른 기포를 발생시키는 것이 가능해진다.
또한, 도 6에 기포 주입 구멍(12)의 직경과 발생하는 기포의 평균 직경의 관계를 실험적으로 조사한 결과를 나타낸다. 이 결과에 따르면, 둘레 속도가 6 m/s 이하인 조건에서는, 기포 주입 구멍(12)의 직경이 작아짐에 따라, 발생하는 기포의 평균 직경도 작아지지만, 둘레 속도가 6 m/s 이상인 조건에서는, 도 6에 나타낸 시험에서 행한 0.1 ㎜ 내지 1.0 ㎜의 기포 주입 구멍(12)의 직경 범위에서, 기포 주입 구멍(12)의 직경이 발생하는 기포의 평균 직경에 끼치는 영향이 없어지고, 약 0.2 ㎜에서 일정해진다. 즉, 미소한 기포를 생성하기 위해 기포 주입 구멍(12)의 직경을 반드시 작게 할 필요는 없다는 것을 알 수 있다. 이 성질을 이용함으로써, 기포 주입 구멍(12)을 미소 기포 발생 장치의 기포 주입 구멍으로서는 큰 1.0 ㎜로 하여도, 둘레 속도가 6 m/s 이상인 조건이면, 약 0.2 ㎜의 직경의 기포를 발생시키는 것이 가능해진다. 기포 주입 구멍(12)을 크게 하면, 기포 주입 구멍에서의 압력 손실을 저감시킬 수 있고, 기포 주입에 이용되는 블로워, 압축기의 동력을 삭감하는 것이 가능해진다.
다음으로, 도 7에, 구경이 1.0 ㎜인 기포 주입 구멍(12)이 4 개소인 경우에, 기체 유량을 변화시켰을 때의 기포 주입 구멍(12)에서의 둘레 속도와 발생하는 기포의 평균 직경의 관계를 나타낸다. 이 결과로부터, 기체 유량이 증가하여, 2 리터 /분에 도달하면, 회전수를 상승시켜도, 미세한 기포를 발생시킬 수 없는 것으로 표시되어 있다. 이 경향으로부터, 미세한 기포를 발생시키기 위해서는, 기체 유량이 제한값인 2 리터/분 이하로 되는 것이 필요한 것을 알 수 있다.
도 8은 구경이 1.0 ㎜인 기포 주입 구멍(12)을 8 개소로 늘린 경우에, 기체 유량을 변화시켰을 때의 기포 주입 구멍(12)에서의 둘레 속도와 발생하는 기포의 평균 직경의 관계를 나타낸다. 상기 기포 주입 구멍이 4 개소인 조건에서는 미세 기포를 발생시킬 수 없었던 2 리터/분의 유량에서도, 기포 주입 구멍(12)이 8 개소인 조건에서는, 미세 기포가 발생하는 것으로 나타나 있다. 이들 결과로부터, 기포 주입 구멍(12)의 수를 늘림으로써, 기포 직경을 작게 유지한 채로, 공기의 흐름량의 제한값을 증가시킬 수 있는 것을 알 수 있다.
도 9에는 기포 주입 구멍의 피치와 발생하는 기포의 평균 기포 직경의 관계를 나타낸다. 이 관계로부터, 기포 주입 구멍의 피치가 10 ㎜ 이하인 조건에서는, 발생하는 기포의 평균 기포 직경이 현저히 커지는 것을 알 수 있다.
이상과 같이 하여 효과적으로 미소 기체를 발생시킬 수 있는 본 발명은, 여러가지 용도에 이용할 수 있다.
일례로서는, 오존을 미소 기포로 되게 하여 비등수형 원자로(BWR)의 슈라우드 내의 물에 주입하여 산화물을 용해시켜 제거하는 오염 제거 장치에 이용할 수 있다. 이 경우, 슈라우드의 수저(水底)에 미소 기포 발생 장치를 설치하고, 이 미소 기포 발생 장치에 오존을 공급하며, 제트 펌프로 미소 기포를 슈라우드 내로 보냄으로써, 슈라우드의 벽면에 생성된 크롬 산화물 등의 오염 물질을 용해시켜 효율 적으로 제거할 수 있다. 미소 기포 발생 장치에서는, 오존을 미소 기포로서 효율적으로 수중에 주입할 수 있기 때문에, 제트 펌프의 흐름을 이용하여, 대기포는 도달하기 어려운 부분의 오염 제거도 가능해진다. 또한, 개량형 비등경수 냉각수로(ABWR)의 경우에는, 인터널 펌프(internal pump)와 조합하여 미소 기포를 슈라우드 전체에 보내도록 하면 좋다.
또한, 본 발명의 용도의 다른 예로서는, 상수도의 정화조에 미소 기포 발생 장치를 설치하고, 정화조의 물에 오존의 미소 기포를 불어넣음으로써, 오존의 미소 기포로 유기물을 분해하여 물의 정화에 이용하거나, 하수 처리 시설의 처리조에 미소 기포 발생 장치를 설치하고, 처리조에 공기의 미소 기포를 불어넣어, 하수를 정화하는 미생물이 번식하는데 필요 충분한 산소를 공급할 수 있다.
또한, 세탁기에 미소 기포 발생 장치를 부착하고, 세정할 때에 미소 기포를 동시에 불어넣음으로써, 세정 효과를 높이는 것과 같은 이용 형태도 가능하다.
또한, 본 발명이, 인공적인 구조물의 통에 설치되는 경우에만 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 바다의 시작부, 하천, 호소(湖沼) 등에 있는 어패류의 양식장에서, 해수나 물에 산소를 충분히 공급하기 위해 미소 기포 발생 장치를 이용하는 이용 형태도 생각할 수 있다.
다음에, 도 10을 참조하면서, 제2 실시형태에 따른 도 4의 미소 기포 발생 장치에서 이용되는 기포 주입부(2)의 다른 예에 대해서 설명한다.
도 10은 기포 주입부(2)를 구성하는 회전체를 나타낸다. 도 5에 나타낸 기포 주입부(2)와는 달리, 이 도 10에 나타내는 기포 주입부(2)에서는, 상면부에 주입 구멍이 형성되어 있지 않은 대신에, 그 외주부에 반경 방향을 향한 복수의 미소 직경 노즐(14)을 배치하고 있다. 이 경우, 기포 주입부(2)는 상하 2장의 원판(15a, 15b)으로 이루어지고, 미소 직경 노즐(14)은 원판(15a, 15b) 사이에 끼워지는 구조로 되어 있다.
이와 같이 미소 직경 노즐(14)을 마련한 기포 주입부(2)에 따르면, 미소 직경 노즐(14)로부터 나온 기포에 원심력에 의해 정해지는 전단력이 작용하여, 기포가 미소화된다. 미소 직경 노즐(14)의 출구는, 기포 주입부(2)의 동일 원주 상에 위치하여, 기포에 작용하는 전단력이 일정해지기 때문에, 발생하는 기포의 직경을 균질하게 할 수 있다.
도 11은 도 4의 미소 기포 발생 장치에서 이용하는 기포 주입부(2)의 다른 예를 나타낸다.
이 미소 기포 발생 장치에서의 기포 주입부(2)는, 원판 형상의 회전체로 한정되는 것은 아니며, 평면 형상이 직사각형인 것과, 평면 형상이 삼각형, 육각형 등인 다각형인 회전체라도 원판형 회전체와 동등한 것으로서 이용할 수 있다.
또한 도 11에 나타내는 바와 같이, 십자형의 회전체(36)와 같은 이형의 회전체라도 원판형의 회전체와 동등한 것으로서 이용할 수 있다. 이 경우, 십자형 회전체(36)의 내부에는, 공동(11)이 형성되어 있고, 십자로 교차하는 4개의 아암부(36a 내지 36d)의 말단부 근처에는, 기포 주입 구멍(12)이 형성되어 있다. 이 기포 주입 구멍(12)은, 각 아암부(36a 내지 36d)에 복수개 형성되어 있어도 좋다.
또한, 도 11에서는, 내부가 공동인 직사각형인 부재를 십자로 조합한 형태이 지만, 관형의 부재를 십자로 조합하여도 좋다. 또한, 십자로 한정되는 것은 아니며, 복수의 아암이 회전축으로부터 방사형으로 연장된 구성이어도 좋다.
다음에, 도 12는 도 4의 미소 기포 발생 장치에서 이용하는 기포 주입부(2)의 다른 예를 나타낸다.
이 도 12에 나타내는 기포 주입부(2)의 특징은, 기포 주입부(2)를 구성하는 회전체에 다공질체(16)를 이용한 점에 있다.
이 기포 주입부(2)를 구성하는 다공질체(16)는, 미세한 무수의 구멍이 있는 다공질의 재료를 이용하여 원판형으로 형성되어 있다.
이러한 다공질체(16)에 의해 기포 주입부(2)를 구성함으로써, 조직에 존재하는 미세한 구멍이 기체의 통로가 되어, 다공질체(16)의 표면으로부터 기포가 액체 중에 주입된다.
이 실시형태와 같이, 기포 주입부(2)를 다공질체(16)로 구성함으로써, 기체가 통과하는 구멍의 직경이 기계 가공으로 뚫은 구멍에 비하여 훨씬 미세한 수㎛ 정도의 것이 되기 때문에, 미소 직경의 기포를 발생시키는데 효과가 있다.
<제3 실시형태>
다음에, 도 13은 본 발명의 제3 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치를 나타낸다.
이 제3 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치는, 도 4의 미소 기포 발생 장치의 기포 주입부(2)의 상부에, 충돌판(18)을 부가한 실시형태이다.
이 충돌판(18)은, 기포 주입부(2)와 동축으로 연결되어 있고, 기포 주입 부(2)와 동기하여 회전한다. 이 충돌판(18) 이외의 구성은, 도 4와 동일하며, 동일한 참조 부호를 붙여, 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 기포 주입부(2)에 대해서는, 전술한 도 4, 도 10, 도 11, 도 12의 모든 기포 주입부(2)에 적용할 수 있다. 이 점은, 후술하는 제4 내지 제8 실시형태에서도 마찬가지이다.
이 실시형태의 미소 기포 발생 장치에서는, 기포 주입부(2)에 의해 발생한 기포에 액체와의 상대 운동에 의해 전단력이 가해지고, 기포는 전단력에 의해 잘게 나누어지며, 미소한 직경의 기포에 대한 제1 단계의 미소화가 이루어진다.
그리고, 기포는, 더욱 상승하면서, 기포 주입부(2)와 동기하여 회전하는 충돌판(18)에 충돌한다. 기포가 충돌판(18)에 충돌하는 때에는, 이 충돌판(18)의 표면 근처에서 전단력이 기포에 가해지기 때문에, 제2 단계의 미소화가 행해진다.
이와 같이, 기포 주입부(2)에 의해 발생한 기포에는, 제1 단계 및 제2 단계로 전단력에 의해 미소화되기 때문에, 보다 미소한 기포를 발생시킬 수 있다.
<제4 실시형태>
도 14는 본 발명의 제4 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치를 나타낸다.
이 제4 실시형태는, 도 13의 충돌판(18) 대신에, 방해판(20)을 마련한 실시형태이다. 이 방해판(20)은, 기포 주입부(2)의 상방에 동축으로 배치되어 있다. 이 경우, 방해판(20)의 형상으로서는 여러 가지 것이 고려되지만, 이 실시형태에서는 판을 십자로 교차시킨 형상으로 하고 있다.
회전하고 있는 기포 주입부(2)에 의해 발생한 기포는, 기포 주입부(2)의 중심에 모여 합체하기 쉬운 성질이 있고, 전단력에 의해 잘게 나누어진 기포가 집합 하여 다시 큰 기포로 되어 버리는 경향이 있었던 바, 방해판(20)을 기포 주입부(2)의 위에 마련한 미소 기포 발생 장치에 따르면, 방해판(20)에 의해 기포가 중심에 집합하는 것이 방해되기 때문에, 전단력에 의해 미소화된 기포가 재집합하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 방해판(20)의 존재로 인하여, 기포 주입부(2)의 회전에 의한 순환류의 흐름이 변경되어, 미소한 기포를 더욱 효율적으로 발생시킬 수 있다.
<제5 실시형태>
다음에, 도 15는 본 발명의 제5 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치를 나타낸다.
이 제5 실시형태에서는, 도 14의 방해판(20)을 마련할 뿐만 아니라, 이 방해판(20)을 진동시킨는 진동 발생 장치(22)를 마련한 실시형태이다. 이 진동 발생 장치(22)는, 내장하는 진동자에 의해 발생한 진동을 방해판(20)에 직접 가하게 되어 있다.
본 실시형태에 따르면, 도 14의 실시형태와 마찬가지로, 방해판(20)이 중심에 집합하려고 하는 기포를 방해하기 때문에, 전단력에 의해 미소화된 기포가 재집합하는 것을 방지할 수 있는데 더하여, 방해판(20) 자체가 진동하고 있기 때문에, 방해판(20)에 기포가 부착되는 것을 막음과 동시에, 합체된 기포를 진동으로 다시 분열시킴으로써, 효율적으로 미소 기포를 발생시킬 수 있다.
<제6 실시형태>
도 16은 본 발명의 제6 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치를 나타낸다.
이 도 16에 나타내는 미소 기포 발생 장치에서는, 기포 주입부(2)를 다공질 커버(24)로 덮도록 하고 있다. 이 다공질 커버(24)는, 다공질의 재료를 이용한 원통형의 커버이며, 상단은 폐쇄되어 있다.
본 실시형태에 따르면, 회전하는 기포 주입부(2)에 의해 발생하고, 전단력의 작용에 의해 미소화된 기포는, 다공질 커버(24)의 미세한 구멍을 통해 커버의 외측으로 방출된다. 이와 같이, 다공질 커버(24)로 기포 주입부(2)를 덮음으로써, 수조(1) 내에 들어간 이물이 기포 주입부(2)와 접촉하는 것을 방지할 수 있다.
<제7 실시형태>
다음에, 도 17은 본 발명의 제7 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치를 나타낸다.
이 도 17에 나타내는 미소 기포 발생 장치에서는, 도 13에 나타낸 미소 기포 발생 장치의 충돌판(18)과 기포 주입부(2) 사이에 기포 파쇄부(26)를 마련하도록 한 실시형태이다.
도 17에 있어서, 기포 파쇄부(26)는, 이 실시형태에서는, 가늘고 긴 파쇄판으로 이루어지고, 다수의 기포 파쇄부(26)가 기포 주입부(2)의 외연부를 따라 일정 간격으로 배치되어 있다.
기포 주입부(2)에 의해 발생한 기포에는 액체와의 상대 운동에 의해 전단력이 가해지고, 기포는 전단력에 의해 잘게 나누어져, 미소한 직경의 기포에 제1 단계의 미소화가 이루어지고, 또한, 기포가 충돌판(18)에 충돌하는 때에는, 이 충돌판(18)의 표면에 의해 기포에 전단력이 가해지기 때문에, 제2 단계의 미소화가 행 해진다.
이상의 작용은 제4 실시형태와 마찬가지이지만, 본 실시형태에서는, 또한, 충돌판(18)에 충돌한 기포가 외연부를 향해 흐르고, 기포 파쇄부(26)에 의해 더욱 미세하게 되는 제3 단계의 미소화가 행해진다. 이에 따라, 기포를 한층 더 미소한 것으로 할 수 있다.
<제8 실시형태>
다음에, 도 18은 본 발명의 제8 실시형태에 따른 미소 기포 발생 장치를 나타낸다.
이 도 18에 나타내는 기포 주입부(2)에서는, 기포 주입 구멍(12)을 마련하지 않은 영역(30)에, 방사형으로 복수의 날개(32)가 설치된다.
이와 같이 구성된 기포 주입부(2)에서는, 기포 주입부(2)가 회전함에 따라, 날개(32)에 의해, 기포 주입부(2)의 표면에 중심으로부터 외측을 향하는 유체의 흐름이 유발된다. 이 흐름에 의해, 기포 주입 구멍(12)으로부터의 기포의 이탈이 촉진된다.
본 실시형태에 따르면, 날개(32)에 의해 유발된 흐름이 기포 주입 구멍(12)으로부터의 기포의 이탈을 촉진시킴으로써, 보다 미소한 기포를 발생시킬 수 있다.
이상, 본 발명에 따른 미소 기포 발생 장치에 대해서, 제1 내지 제8 실시형태를 들어 설명하였지만, 본 발명은, 이들 제1 내지 제8 실시형태 중의 임의의 실시형태를 조합시킨 형태의 것으로서 구성하여도 좋다.

Claims (18)

  1. 액체 속에서 회전하는 회전체로 이루어지고, 상기 회전체의 표면으로부터 액체에 기체를 주입하며, 액체와 상기 회전체의 상대 운동에 의해 발생하는 전단력을 상기 회전체의 표면 및 표면 근방에 존재하는 기포에 부여하여 미세한 기포를 발생시키는 기포 주입부와,
    기포의 원료가 되는 기체를 상기 기포 주입부에 공급하는 기체 공급관과,
    상기 기포 주입부를 액체 속에서 회전시키는 회전 구동 장치
    를 구비하고,
    상기 기포 주입부는, 기체의 통로가 되고 1.0mm 이하의 직경의 기포 주입 구멍을 복수 형성한 회전체로 이루어지고,
    상기 기포 주입 구멍은 10 ㎜ 이상의 피치 간격으로 배열되고,
    하나의 상기 기포 주입 구멍으로부터 상기 액체 속에 주입된 상기 기체의 유량이 0.25리터/분 이하가 되도록 상기 기체 공급관으로부터 상기 기체가 공급되고,
    상기 회전 구동 장치는, 상기 기포 주입 구멍의 둘레 속도가 6m/s 이상이 되도록 상기 회전체를 회전시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 미소 기포 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기포 주입부는 외연부에 가스를 방출하는 미소 직경의 노즐인 것을 특징으로 하는 미소 기포 발생 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기포 주입 구멍은 상기 회전체의 상면에 마련되고, 상기 회전체의 상부에, 회전체와 동기 회전하는 충돌판을 마련한 것을 특징으로 하는 미소 기포 발생 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 기포 주입부의 회전체와 상기 충돌판 사이의 외연부에 기포 파쇄부를 마련한 것을 특징으로 하는 미소 기포 발생 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 기포 주입부의 상부에 상기 회전체과 동축으로 배치된 십자형의 방해판을 마련한 것을 특징으로 하는 미소 기포 발생 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 방해판으로서 진동식 방해판을 이용하는 것을 특징으로 하는 미소 기포 발생 장치.
  7. 액체 속에서 회전체를 회전시키면서, 상기 회전체에 기체를 공급하고,
    상기 회전체의 표면에, 1.0mm 이하의 직경을 갖고, 10mm 이상의 피치로 복수 형성된 기포 주입 구멍을 갖는 상기 회전체를 상기 기포 주입 구멍의 둘레 속도가 6m/s 이상이 되도록 회전시키고,
    하나의 상기 기포 주입 구멍으로부터 상기 액체 속에 주입된 상기 기체의 유량이 0.25 리터/분 이하가 되도록 기체 공급관으로부터 상기 기체를 공급하고,
    액체와 상기 회전체의 상대 운동에 의해 발생하는 전단력을 상기 회전체의 표면 및 표면 근방에 존재하는 기포에 부여하여 미세한 기포를 발생시키는 것을 특징으로 하는 미소 기포 발생 방법.
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