KR101467150B1

KR101467150B1 - 폐색방지 기능이 있는 스태틱 라인 방식의 미세기포 발생장치

Info

Publication number: KR101467150B1
Application number: KR20140080126A
Authority: KR
Inventors: 이헌영; 박영철
Original assignee: 주식회사 뉴워터텍
Priority date: 2014-06-27
Filing date: 2014-06-27
Publication date: 2014-12-01
Anticipated expiration: 2034-06-27

Abstract

본 발명은 액체와 기체가 혼합된 유체를 나선형의 기포절단부가 내설된 미세기포발생부의 내부로 통과시켜, 상기 혼합유체의 기포가 상기 기포절단부를 구성하는 제1 및 제2 엘리먼트의 현(弦)에 부딪히며 연속적으로 나뉘어 ㎛ 단위로 미세화되도록 하는 폐색방지 기능이 있는 스태틱 라인 방식의 미세기포 발생장치를 제공한다.

Description

폐색방지 기능이 있는 스태틱 라인 방식의 미세기포 발생장치{APPARATUS FOR GENERATING MICRO BUBBLES OF STATIC LINE TYPE WITH BLOCKING-PROTECTION}

본 발명은 폐색방지 기능이 있는 스태틱 라인 방식의 미세기포 발생장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 액체와 기체가 혼합된 유체를 나선형의 기포절단부가 구비된 하우징의 중공부로 통과시켜, 상기 혼합유체의 기포가 상기 기포절단부를 구성하는 제1 및 제2 엘리먼트(element)의 현(弦)에 부딪히며 연속적으로 나뉘어 ㎛ 단위로 미세화되도록 하는 폐색방지 기능이 있는 스태틱 라인 방식의 미세기포 발생장치에 관한 것이다.

종래의 미세기포 발생장치로는 충격식 또는 선회식 노즐을 사용하는 방식, 미세기공필터를 사용하는 방식 등이 있다.

상기 충격식 노즐 방식의 미세기포 발생장치는 단순히 기체-액체 혼합물을 충격판에 충돌되도록 하여 이러한 작용에 의해 거대 기체입자를 깨뜨려 미세화하는 것이다. 상기 충격식 노즐 방식은 5 내지 20 bar의 높은 압력이 필요할 뿐만 아니라, 유량손실이 크고, 다수의 노즐 및 부피가 큰 혼합탱크가 요구됨으로써, 장치의 구조와 설비가 복잡해지는 단점이 있었다.

상기 선회식 노즐방식의 미세기포 발생장치는, 상기 충격식 노즐 방식과 같이, 단일 노즐로는 미세기포를 발생시키지 못하며, 높은 압력이 필요할 뿐만 아니라, 부피가 큰 혼합탱크가 요구된다. 따라서, 장치의 구조와 설비가 복잡해지는 단점이 있었다.

또한, 상기 충격식, 선회식 노즐 방식의 경우 기포의 크기를 조절하기 어려운 단점이 있다. 따라서, 현장에서 관내 압력이 충분하지 않을 때 별도의 보조펌프를 사용해야 하는 등 기존 현장에는 응용이 쉽지 않은 문제점이 있었다.

상기 미세기공필터 방식의 미세기포 발생장치는, 필터 폐색 문제가 발생되어 유지보수가 번거로운 문제점이 있었다. 또한, 사용시간이 누적되면 장치의 기포발생효율성이 저하되는 단점이 있었다.

국내특허공개공보 제10-2009-0109903호

본 발명의 목적은, 단일 노즐을 사용하여 미세기포를 생성할 수 있으며, 부피가 큰 혼합탱크가 필요하지 않아 장치의 구조와 설비를 단순화시킬 수 있고, 각각의 현장에 적합하도록 기포의 크기를 용이하게 조절할 수 있으며 기포발생효율성이 우수한 폐색방지 기능이 있는 스태틱 라인 방식의 미세기포 발생장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 태양에 의한 폐색방지 기능이 있는 스태틱 라인 방식의 미세기포 발생장치는, 일측에서 액체와 기체가 혼합된 유체를 유입하여 상기 혼합유체에 포함된 기포를 미세화시킨 후 타측으로 배출시키는 미세기포발생부를 포함하는 미세기포 발생장치에 있어서, 상기 미세기포발생부는, 상기 혼합유체가 통과되도록 중공부를 갖는 원통형의 하우징; 및 상기 하우징의 중공부에 설치되는 나선형의 기포절단부; 를 포함하며, 상기 기포절단부는, 상기 하우징의 길이방향을 따라 소정간격으로 배치되는 복수의 제1 엘리먼트; 및 전후로 배치된 적어도 2개 이상의 제1 엘리먼트를 각각 비스듬하게 연결하는 복수의 제2 엘리먼트; 을 포함하며, 상기 혼합유체의 기포는, 상기 하우징의 중공부를 통과하면서 상기 복수의 제1 및 제2 엘리먼트의 현에 부딪히며 연속적으로 나뉘어 ㎛ 단위로 미세화되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 하우징의 전방에 연결되도록 배치되며, 액체유입부와 기체주입부를 통해 공급된 액체와 기체를 혼합하는 벤츄리인젝터를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 이 태양에 의한 폐색방지 기능이 있는 스태틱 라인 방식의 미세기포 발생장치는, 수용공간을 가지며, 내측 상하 면에 번갈아 빗살형으로 배치되는 복수의 격벽 및 외측 상면에 설치되는 벤트(vent)를 갖는 버퍼탱크; 상기 버퍼탱크의 일 측면에 연결되며, 상기 버퍼탱크로 액체를 공급하는 액체유입부; 상기 버퍼탱크 하측에 배치되는 미세기포발생부; 및 상기 버퍼탱크의 타 측면에 상기 액체유입부와 대향되게 연결되며, 상기 버퍼탱크로부터 미세기포가 포함된 혼합유체를 배출하는 혼합유체배출부; 를 포함하며, 상기 미세기포발생부는, 상기 버퍼탱크로부터 액체를 유입하는 액체유입라인; 상기 버퍼탱크로부터 유입된 액체에 기체를 주입하는 기체주입부; 상기 액체와 기체가 혼합된 유체가 통과되도록 중공부를 갖는 원통형의 하우징; 상기 하우징의 중공부에 설치되는 나선형의 기포절단부; 및 상기 기포절단부를 통과한 혼합유체를 상기 버퍼탱크로 배출하는 유체배출라인; 을 포함하며, 상기 기포절단부는, 상기 하우징의 길이방향을 따라 소정간격으로 배치되는 복수의 제1 엘리먼트; 및 전후로 배치된 적어도 2개 이상의 제1 엘리먼트를 각각 비스듬하게 연결하는 복수의 제2 엘리먼트; 을 포함하며, 상기 혼합유체의 기포는, 상기 하우징의 중공부를 통과하면서 상기 복수의 제1 및 제2 엘리먼트의 현에 부딪히며 연속적으로 나뉘어 ㎛ 단위로 미세화되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 제1 및 제2 엘리먼트의 현(弦)에는 두 개의 홈부가 이격되게 형성되며, 상기 제2 엘리먼트의 양쪽 홈부는 전후 배치된 두 개의 제1 엘리먼트에서 대각선상으로 대응되는 홈부에 상기 제1 및 제2 엘리먼트의 양 단부가 어긋나도록 각각 결합될 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 복수의 제1 또는 제2 엘리먼트 중 적어도 하나는 관통공을 가지며, 상기 관통공은 상기 하우징의 길이방향을 따라 서로 어긋난 위치에 형성될 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 기포절단부는, 상기 제2 엘리먼트의 양 단부가 전후 배치된 두 개의 제1 엘리먼트에서 대각선상으로 대응되는 단부에 각각 결합되어 지그재그 형상으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상하방향의 중공부를 가지는 세퍼레이터(separator); 상기 세퍼레이터의 하부 일 측면에, 상기 하우징으로부터 배출되는 혼합유체가 유입되도록 연결되는 혼합유체공급부; 상기 세퍼레이터의 상부 일 측면에, 상기 혼합유체로부터 미세기포만 분리하여 제거하도록 연결되는 미세기포배출부; 상기 세퍼레이터에서 상기 혼합유체공급부와 미세기포배출부 사이의 측면에 연결되며, 미세기포가 분리된 액체를 상기 미세기포발생부로 재공급하는 액체재공급부; 및 상기 세퍼레이터의 중공부에서 상기 혼합유체공급부와 상기 미세기포배출부의 경계부와 상기 미세기포배출부와 상기 액체재공급부의 경계부에 설치되는 배플(baffle); 을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 폐색방지 기능이 있는 스태틱 라인 방식의 미세기포 발생장치는, 단일 노즐을 사용하여 미세기포를 생성할 수 있으며, 부피가 큰 혼합탱크가 필요하지 않아 장치의 구조와 설비를 단순화시킬 수 있고, 각각의 현장에 적합하도록 기포의 크기를 용이하게 조절할 수 있으며 설비의 기포발생효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생부가 적용되는 미세기포 발생장치를 개략적으로 나타낸 구조도이다.
도 2는 도 1에서 미세기포발생부를 개략적으로 나타낸 구조도이다.
도 3은 도 2의 미세기포발생부 중에서 기포절단부를 나타낸 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3의 기포절단부 중에서 제1 또는 제2 엘리먼트의 실시예를 각각 나타낸 사시도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 개략적으로 나타낸 구조도이다.
도 6은 도 5의 미세기포 발생장치 중에서 액체순환장치를 나타낸 평면도이다.
도 7은 도 6의 액체순환장치 중에서 세퍼레이터에 설치되는 배플을 나타낸 평면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 버퍼탱크를 포함하는 미세기포 발생장치를 개략적으로 나타낸 구조도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시예는 여러가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 실시예는 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.

덧붙여, 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.

또한, 본 실시예에서는 설명의 편의를 위해 액체가 공급되는 방향을 전방으로, 유체가 배출되는 방향을 후방으로 설정하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 발생부가 적용되는 미세기포 발생장치를 개략적으로 나타낸 구조도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 미세기포 발생장치는 하우징(105)과 기포절단부(110)를 포함하는 미세기포발생부(100)를 포함한다.

또한, 상기 미세기포 발생장치는, 미세기포발생부(100)에 액체 및 기체를 공급하고, 미세기포가 발생된 유체를 배출시키기 위해, 액체유입부, 기체주입부, 벤츄리인젝터(40: venturi injector), 및 유체배출부; 를 더 포함할 수 있다.

상기 액체유입부는 액체유입관(11), 및 제1 분기관(13)을 포함할 수 있다. 액체유입관(11)은 전방에 설치된 펌프 등을 사용하여 액체를 유입할 수 있다. 제1 분기관(13)은 예컨대 T자형의 관으로 형성될 수 있으며, 전방을 향하는 제1 단부는 액체유입관(11)의 후단과 연결되고, 제2 단부와 후방을 향하는 제3 단부는 각각 벤츄리인젝터(40)와 미세기포발생부(100)에 별도의 배관을 통해 연결될 수 있다.

이러한 연결 구조에 의해, 액체유입관(11)으로 유입된 액체는, 제1 분기관(13)의 제3 단부와 연결된 제1 액체이송관(17)을 통해 미세기포발생부(100) 쪽으로 공급되며, 그 중 일부는 제1 분기관(13)의 제2 단부와 연결된 제2 액체이송관(15)을 통해 벤츄리인젝터(40)로 공급된다. 이때, 제1 액체이송관(17)과 미세기포발생부(100) 사이에는 액체이송관(17)과 미세기포발생부(100)의 간격에 따라 스프링 호스 등이 선택적으로 연결되게 설치될 수 있다.

또한, 제1 액체이송관(17)과 제2 액체이송관(15)에는, 관내압을 측정하기 위한 제1 및 제2 압력게이지(31, 32; pressure gauge)와, 액체의 배출량을 제어하기 위한 제1 및 제2 밸브(21, 22)가 각각 구비될 수 있다.

따라서, 제1 및 제2 압력게이지(31, 32)로 제1 및 제2 액체이송관(17, 15)의 관내압을 각각 측정한 후, 그 측정된 값에 따라 제1 및 제2 밸브(21, 22)를 각각 조절하여 벤츄리인젝터(40)로 향하는 액체의 양을 제어할 수 있다.

그리고, 벤츄리인젝터(40)의 후단에는 유체이송관(16)이 연결될 수 있다. 이때, 유체이송관(16)은 제2 분기관(18)의 제1 단부와 연결될 수 있다. 그리고, 제2 분기관(18)의 전방을 향하는 제2 단부에는 제1 액체이송관(17)의 후단이 연결될 수 있으며, 제2 분기관(18)의 후방을 향하는 제3 단부는 라인믹서(100)의 전단과 연결될 수 있다.

상기 유체배출부는 미세기포발생부(100)의 유체 배출부분과 연결되어 미세기포가 포함된 유체를 배출하기 위한 것이다. 상기 유체배출부는, 미세기포발생부(100)의 후단에 연결되는 파이프라인으로 이루어질 수 있으며, 예컨대 복수의 배출관(19, 12)으로 이루어질 수 있으며, 필요시 관 내부를 흐르는 유체의 상태를 육안을 식별할 수 있도록 유리관(60)을 구비할 수 있다.

상기 기체주입부는 대기 중의 공기 또는 질소, 산소 및 오존 등의 각종 가스를 상기 액체유입부의 제2 액체이송관(15)을 통해 유입된 액체와 혼합하기 위해 벤츄리인젝터(40)에 공급하는 역할을 한다. 본 실시예의 기체주입부는, 에어게이지(52, air gauge) 및 기체게이지(52)와 벤츄리인젝터(40)를 연결하며 벤츄리인젝터(40)로 유입되는 액체에 기체를 주입하는 제1 기체공급관(54)을 포함할 수 있다.

이때, 벤츄리인젝터(40)는 관내경의 수축과 확대에 따른 중심부의 음압 형성에 의해 외부공기를 자동으로 유입하게 되는데, 벤츄리인젝터(40) 내부를 통과하는 기체의 유속이 충분하지 않을 경우 필요한 공기량을 흡입하지 못할 수 있다. 이 경우 에어콤프레셔(51: air co,pressor)를 사용하여 공기를 인위적으로 더 주입할 수 있다. 도면부호 53은 에어콤프레셔(51)와 기체게이지(52)를 연결하는 제2 기체공급관을 나타낸다.

벤츄리인젝터(40)는 상기 액체유입부의 제2 액체이송관(15)을 통해 유입된 액체와 상기 기체주입부의 제1 기체공급관(54)을 통해 공급된 기체를 혼합하여 혼합 유체를 생성하는 역할을 한다.

도 2는 도 1에서 미세기포발생부를 개략적으로 나타낸 구조도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포발생부(100)는 벤츄리인젝터(40)로부터 유입된 혼합유체의 기포를 미세하게 나누어 후방으로 배출시킨다. 이러한 미세기포발생부(100)는, 하우징(105)과, 하우징(105)에 길이방향을 따라 내설되는 기포절단부(110)를 포함한다.

하우징(105)은 혼합유체가 일정 압력으로 통과되도록 전후방이 개방된 중공부를 갖는 긴 관 형태로 구성되는 것이 바람직하다. 또한, 본 실시예의 경우, 하우징(105)의 전단에는 제2 분기관(18)의 후방을 향하는 제3 단부가 연결되고, 하우징(105)의 후단에는 제1 배출관(19)이 연결된다. 따라서, 제2 분기관(18)으로부터 미세기포배출부(100)로 유입되는 혼합유체는 하우징(105)의 중공부를 거쳐 제1 배출관(19)을 통해 배출될 수 있다.

기포절단부(110)는 하우징(105)의 중공부에 길이방향을 따라 설치된다. 또한, 기포절단부(110)는 제2 분기관(18)으로부터 유입된 혼합유체가 하우징(105)의 중공부를 통과할 때, 상기 혼합유체에 포함되어 있는 기포(B)를 연속하여 물리적으로 나누어 쪼갬으로써 미세기포(B')로 미세화시키는 역할을 한다.

도 3은 도 2의 미세기포발생부 중에서 기포절단부를 나타낸 사시도이고, 도 4a는 도 3의 기포절단부 중에서 제1 또는 제2 엘리먼트를 나타낸 사시도이다.

도 3 및 도 4a를 참조하면, 본 실시예의 기포절단부(110)는 복수의 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)을 포함한다.

제1 엘리먼트(130)은 미세기포발생부(100)의 하우징(105)의 길이방향을 따라 소정간격으로 이격되게 배치된다. 제2 엘리먼트(120)은 하우징(105)의 길이방향을 따라 소정간격으로 이격되게 배치되며, 전후로 배치된 제1 엘리먼트(130)을 비스듬하게 연결한다. 위와 같은 결합구조에 따라, 기포절단부(110)는 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)이 하우징(105)의 길이방향을 따라 번갈아 연결되며 나선형을 이룰 수 있다.

또한, 제1 또는 제2 엘리먼트(130, 120)의 현 중에서 서로 연결된 부분을 제외한 나머지 부분은, 하우징(105)의 중공부를 통과하는 혼합유체가 부딪힐 때 칼날과 같은 역할을 하여 상기 혼합유체에 포함된 기포를 연속적으로 나누어 쪼갬으로써 미세화된 기포로 만들게 된다.

따라서, 상기 혼합유체가 하우징(105)의 중공부에서 기포절단부(110)의 길이방향을 따라 나선형으로 소용돌이 치면서 회전하며 후방으로 유동되면서 각각의 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)의 현에 부딪히게 되고, 이때 상기 혼합유체에 포함된 거대 기포들이 연속적으로 쪼개져 크기가 작아지면서 ㎛ 단위의 입경을 갖는 미세기포가 되는 것이다.

이때, 기포절단부(110)의 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)의 총 개수를 n이라 하면, 하나의 거대 기포가 나누어지는 횟수는 2ⁿ이다. 예컨대, 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)이 총 10 개로 구성된다면 분리되는 기포의 수는 2¹⁰ = 1,024 개가 된다. 결과적으로 하나의 거대 기포가 기포절단부(110)의 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)을 통과하는 횟수에 따라 기포의 크기는 기하급수적으로 작아지면서 미세기포의 개수가 증가하는 것이다.

한편, 도 4b에 도시된 바와 같이, 제1 또는 제2 엘리먼트(130, 120)에는 관통공(124, 134)이 형성될 수 있다. 관통공(124, 134)은 기포절단부(110)의 길이방향을 따라 서로 어긋나는 위치에 형성될 수 있으며, 전체 제1 또는 제2 엘리먼트(130, 120) 중 일부, 예컨대 하나 이상의 제1 또는 제2 엘리먼트(130, 120) 또는 필요에 따라 모든 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)에 형성될 수 있다.

제1 또는 제2 엘리먼트(130, 120)에 관통공(124, 134)이 형성된 경우 하우징(105)을 따라 흐르는 유체의 압력 차가 적어져 미세기포의 개수가 감소하게 된다. 반대로, 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)에 관통공(124, 134)이 없으면 하우징(105)을 따라 흐르는 유체의 압력 차가 커져 미세기포의 개수가 늘어나게 된다. 즉, 관통공(124, 134)의 유무 또는 관통공(124, 123)이 있을 때의 그 개수는 미세기포의 개수와 반비례하므로, 제1 또는 제2 엘리먼트(130, 120) 중 관통공(124, 134)이 형성되는 엘리먼트의 개수를 조절하여 미세기포의 개수 또한 작업현장에 맞게 제어할 수 있다.

한편, 이러한 미세기포는 필요로 하는 산업에 따라 적정 크기(입경)가 설정되어 있다. 예컨대, 반도체 세척분야에서는 입경이 5 ㎛ 이하의 작은 기포 사이즈가 유리하고, 용존공기부상처리(DAF) 등의 수처리분야에서는 기포의 크기가 너무 작으면 부상속도(life off speed)가 낮아 수처리에 어려움을 줄 수 있어 입경이 약 50 ㎛인 기포가 적당하다.

따라서, 필요로 하는 산업에 따라 미세기포의 평균 크기를 조절할 필요가 있다. 본 실시예에서는 미세기포발생부(100)의 기포절단부(110)를 구성하는 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)의 개수와 각각의 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120) 간의 간격엘리먼트을 조절하여 미세기포의 평균 크기를 조절할 수 있다.

#	엘리먼트 개수(ea)	엘리먼트 간격(mm)	관내압(bar)	기포평균크기(B, ㎛)
1	32	5.0	4.5	1.0≤B≤5.0
2	32	5.0	4.0	5.0<B≤25.0
3	32	5.0	3.8	25.0<B≤50.0
4	16	10.0	3.5	50.0<B≤70.0
5	16	10.0	3.2	70.0<B≤100.0

표 1은 본 실시예의 기포절단부(110)에 포함되는 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)의 개수, 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120) 간의 간격 및 관내압의 변화에 따른 기포의 평균크기를 나타낸 것이다. 이때, 미세기포발생부(100)를 통과하는 유체의 액체와 기체의 혼합부피 비는, 액체:기체를 150:1로 설정하였다.

이때, 미세기포의 발생량을 시간당 0.1 내지 15톤(ton)으로 설정할 때, 제1 또는 제2 엘리먼트(130, 120) 한 개의 반지름은 약 20 mm이며, 이때 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)의 결합에 의한 엘리먼트기포절단부(110)의 길이는 기포의 평균크기에 따라 달라질 수 있다. 기포의 평균크기가 1 내지 50 ㎛인 경우(# 1, 2, 3) 엘리먼트기포절단부(110)의 길이, 즉 복수의 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)을 5.0mm의 간격으로 32개 나열한 총 길이는 약 96 mm가 되고, 기포의 평균크기가 50 ㎛를 초과하고 100 ㎛ 이하인 경우(# 4, 5) 엘리먼트기포절단부(110)의 길이, 즉 복수의 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)을 10.0mm의 간격으로 16개 나열한 총 길이 는 약 88 mm가 될 수 있다.

한편, 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)의 반지름은 작업현장의 유량 및 배관 크기 등의 조건에 따라 변경될 수 있으며, 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)의 개수 및 전후 간격은 변경되지 않는다.

상기 표 1을 참조하면, 기포크기가 1.0 내지 50.0 ㎛인 실시예 1 내지 3의 경우 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)을 총 32개 설치하였다. 그리고, 기포크기가 50 ㎛를 초과하고 100.0 ㎛ 이하인 실시예 4 및 5의 경우 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)을 그 절반인 16개 설치하였다.

그리고, 실시예 1 내지 3과 실시예 4 및 5에서의 기포절단부(110)의 길이를 비슷하게 맞추기 위해, 실시예 4 및 5의 경우 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120) 사이의 간격은 실시예 1 내지 3의 두 배인 10.0mm로 하였다.

그리고, 관내압은, 실시예 1에서는 4.5 bar, 실시예 2에서는 4.0 bar, 실시예 3에서는 3.8 bar로 단계적으로 감소시킴으로써 유체의 유속을 점차 감소시켜 제1 또는 제2 엘리먼트(130, 120)에 의한 기포의 절단작업량이 줄어들게 하였다. 그 결과, 기포의 평균크기는 실시예 1의 경우 1 내지 5 ㎛로, 실시예 2의 경우 5㎛를 초과하며 25 ㎛ 이하인 범위로, 실시예 3의 경우 25㎛를 초과하며 50.0 ㎛ 이하인 범위로 점차 증가시킬 수 있었다.

또한, 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)의 개수가 16개인 실시예 4는 관내압을 3.5 bar로, 실시예 5는 3.2 bar로 점차 감소시킴으로써 유체의 유속도 점차 감소시켜 제1 또는 제2 엘리먼트(130, 120)에 의한 기포의 절단작업량이 줄어들게 하였다. 그 결과, 기포의 평균크기는 실시예 4의 경우 50㎛를 초과하며 70.0 ㎛이하의 범위로, 실시예 5의 경우 70㎛를 초과하며 100.0 ㎛ 이하의 범위로 점차 증가시킬 수 있었다.

한편, 본 실시예에서 기포절단부(110)는, 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)의 현에 길이방향으로 이격되게 제1 홈(132a, 122a) 및 제2 홈부(132b, 122b)가 각각 형성될 수 있다. 제2 엘리먼트(210)의 제1 및 제2 홈부(122a, 122b)는 전후 배치된 두 개의 제1 엘리먼트(130)에서 대각선상으로 대응되는 홈부와 각각 결합된다. 즉, 제2 엘리먼트(120)의 제1 홈부(122a)에 전방에 배치된 제1 엘리먼트(130)의 제2 홈부(122b)가 결합되고, 제2 엘리먼트(120)의 제2 홈부(122b)에 후방에 배치된 제1 엘리먼트(130)의 제1 홈부(132a)가 결합될 수 있다.

이러한 결합구조는 하우징(105)의 길이방향을 따라 반복되어 나선형의 기포절단부(110)를 이루게 된다. 또한, 본 실시예에서, 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)은 상기 제1 및 제2 홈부 구조에 의해 현의 중앙에 각각 제1 및 제2 돌출부(133a, 123a)가 형성될 수 있다. 제1 및 제2 돌출부(133a, 122a)는 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)을 서로 비스듬하게 연결할 때 서로 밀착되어 대향되는 방향으로 힘이 작용되면서 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)의 결합된 상태를 안정적으로 지지하는 역할을 할 수 있다.

또한, 본 실시예에서, 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)은 상기 제1 및 제2 홈부 구조에 의해 현의 양 단부가 서로 어긋나도록 결합될 수 있다. 이렇게 어긋난 제1 및 제2 엘리먼트(130, 120)의 현의 양 단부는 제1 절단돌기(133b, 123b) 및 제2 절단돌기(133c, 123c)가 될 수 있다. 제1 절단돌기(133b, 123b) 및 제2 절단돌기(133c, 123c)는 전술한 바와 같이 하우징(105)의 중공부를 통과하는 혼합유체가 부딪히면서 상기 혼합유체에 포함된 기포를 연속적으로 나누어 미세화시키는 작용을 한다.

한편, 상기 제1 및 제2 엘리먼트의 구조는, 하나의 실시예로서, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 제1 및 제2 엘리먼트는 현에 제1 및 제2 홈부를 형성하지 않고 각각의 현이 평평한 면을 가지도록 구성할 수 있다. 이 경우 기포절단부는 제1 및 제2 엘리먼트의 서로 대향되는 현의 일부를 길이방향으로 연속적으로 부착하여 길이방향을 따라 나선형으로 구성하면 될 것이다.

또한, 상기 제1 및 제2 엘리먼트는 현의 양 단부가 서로 어긋나도록 결합되지 않고, 제2 엘리먼트의 양 단부가 전후 배치된 두 개의 제1 엘리먼트에서 대각선상으로 대응되는 단부에 각각 결합되어 전체적으로 제1 및 제2 엘리먼트가 지그재그 현상으로 연결되는 구조를 이룰 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 제1 및 제2 엘리먼트가 하나씩 번갈아 가며 연결된 구조, 즉, 제2 엘리먼트가 전후 2개의 제1 엘리먼트를 연결하는 구조로 도시하여 설명하고 있다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명은 필요시 하나의 제2 엘리먼트가 소정간격으로 배치된 3개 이상의 제1 엘리먼트를 경사지게 연결하는 구조가 하우징의 길이방향을 따라 반복되게 이루어질 수 있다.

위와 같이 구성된 본 실시예의 미세기포 발생장치는, 복수의 엘리먼트로 이루어진 나선형의 기포절단부를 포함하는 미세기포발생부를 이용하여 상기 엘리먼트의 현이 혼합유체의 기포를 물리적으로 절단하여 ㎛ 단위로 미세화함으로써, 종래의 충격식 또는 선회식 노즐을 사용하는 방식과 달리, 단일 노즐을 사용하여 미세기포 발생이 가능하며 부피가 큰 혼합탱크가 필요하지 않아 종래의 기포발생장치에 비해 장치의 구조와 설비를 단순화시킬 수 있으며, 낮은 관내압으로 액체-기체간 용해효율 및 기포 미세화 작업효율을 일정 수준으로 유지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 작업현장에 따라, 상기 기포절단부의 크기 또는 개수와 현장의 관내압 등을 제어하여 생성되는 미세기포의 크기를 간단히 조절할 수 있어서 기존 현장에서의 응용이 용이한 이점이 있다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 개략적으로 나타낸 구조도이고, 도 6은 도 5의 미세기포 발생장치 중에서 액체순환장치를 나타낸 평면도이다.

도 5 및 도 6을 참조하면, 본 실시예의 미세기포 발생장치는 오염물질 분리장치(pollutant separator)를 더 포함할 수 있다.

상기 오염물질 분리장치는 세퍼레이터(separator; 210), 혼합유체공급부(217), 미세기포배출부(220) 및 액체재공급부를 포함한다.

세퍼레이터(210)는 오염물질(pollutant)를 분리하기 위한 것으로서, 상하부에 배플(211, 212; baffle)이 설치된 상하방향의 중공부를 가지는 원통형상의 수조로 이루어지며, 상기 중공부는 상하 배플(211, 212)을 기준으로 하부의 혼합유체 유입영역, 상부의 미세기포 배출영역, 및 상기 혼합유체 유입영역과 상기 미세기포 배출영역 사이의 액체배출영역으로 구분된다.

혼합유체공급부(217)는 상기 유체유입영역의 하부 일 측면에 연결되며, 상기 유체배출부의 제2 배출관(12)과 연결되며, 상기 유체배출부로부터 배출된 기포가 포함된 혼합유체가 유입된다. 여기서, 도면부호 83은 상기 유체배출부와 액체순환장치의 거리에 따라 선택적으로 결합되는 스프링호스와 같은 연결수단을 나타낸다.

상기 미세기포 배출영역은 일 측면에 미세기포배출부(220)가 연결되며, 상부 배플(212)의 상면 중앙에서 상향 돌설되며 중공부(214a)를 갖는 거품유입부(214)를 가진다. 또한, 미세기포배출부(220)는 배출관(222)과 배출관(222) 상에 구비되어 미세기포의 배출량을 조절하기 위한 밸브(221)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 미세기포 배출영역에는 뚜껑(213)이 설치되어 내부의 공간(215)을 개폐 가능하게 할 수 있다.

도면부호 216은 내부 공간(215)에 수용된 거품을 배출하는 거품배출부를 나타낸다. 또한, 뚜껑(213) 상면에 설치되는 도면부호 213a는 가스배출부를 나타낸다.

상기 액체배출영역은 일 측면에 미세기포가 분리된 액체를 미세기포발생부로 재공급하기 위한 액체순환라인이 연결될 수 있다. 상기 액체순환라인은 높이를 달리하여 세퍼레이터(210)의 측면에 설치되는 복수의 제1 배출관(230-270)과, 복수의 제1 배출관(230-270)을 수직으로 연결하는 제2 배출관(280)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 배출관(230-270)은 복수의 파이프(231-271)와 각각의 파이프(231-271) 상에 구비되어 액체의 양에 따라 각각의 파이프(231-271)를 선택적으로 개폐하기 위한 밸브(232-272)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 액체순환라인은 미세기포배출부(220)와 90˚로 엇갈리는 방향으로 구성할 수 있다.

이하, 상기 오염물질 분리장치의 작용에 대해 설명한다.

먼저, 혼합유체공급부(217)를 통해 미세기포, 물, 수중의 오염물질로서 유기물 등이 혼합된 유체가 세퍼레이터(210) 하부의 혼합유체 유입영역으로 유입된다. 그리고, 상기 혼합 유체는 하부 배플(211)을 통과하며 고른 농도로 세퍼레이터(210)의 상측 액체배출영역으로 유입된다.

이때, 미세기포의 합착능으로 인해 미세유기물 및 거대유기물 등이 기포와 달라붙어 부유하게 되고, 이에 거품층과 오염물질이 제거된 물과의 층이 발생하게 된다. 상기 액체배출영역에 상기 거품층이 형성되었을 때 제1 배출관(230-270) 중 거품층이 생성된 높이의 해당 밸브(232-272)를 열면 오염물질이 제거된 깨끗한 물은 해당 제1 배출관(230-270) 및 제2 배출관(280)을 통해 배출되는 것이다.

세퍼레이터(210)에서 혼합유체 유입량과 오염물질이 제거된 물의 유출량을 일정하게 조절하면 상기 액체배출영역에 거품층이 쌓이게 되고, 이렇게 쌓인 거품층은 거품유입부(14)를 통해 상기 미세기포 배출영역으로 유입되고, 이 중 거품은 거품배출부(216)를 통해 배출되고, 미세기포는 미세기포배출부(220)를 통해 배출된다. 상기 오염물질 분리장치는 기존의 필터를 사용하여 오염물질을 제거하는 방법에 대해 필터폐색의 문제가 없으며, 운영비를 최소화시킬 수 있는 효과가 있다.

한편, 본 실시예에서 상기 액체순환라인은 복수의 제1 배출관을 포함하는 것으로 도시하여 설명하고 있으나, 본 발명의 액체순환라인을 구성하는 제1 배출관의 개수가 도시된 것으로 한정되는 것은 아니며, 제1 배출관은 적어도 1개 이상을 액체배출량에 따라 구성할 수 있다.

또한, 제2 배출관(280)은 연결라인(81)을 통해 상기 액체유입부의 액체유입관(11)과 연결되어, 기포가 분리 배출된 액체를 재공급하여 활용할 수 있다. 연결라인(81)은 예컨대 스프링호스 등으로 이루어질 수 있으며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 연결라인(81)과 액체유입관(11) 사이에는 액체순환장치로부터 분리 배출된 액체를 펌핑하여 미세기포발생부(100) 쪽으로 재공급하기 위한 펌프(70)가 구비될 수 있다.

도 7은 도 6의 액체순환장치 중에서 세퍼레이터에 설치되는 배플을 나타낸 평면도이다.

도 7을 참조하면, 배플(211, 212)은 몸체(211a, 212a)와 몸체(211a, 212a)의 중심을 기준으로 방사형으로 배치된 복수의 홀(211b, 212b)을 포함하며, 유체가 상측으로 이동될 때 그 속에 포함되어 있는 찌꺼기 등을 거르는 역할을 한다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따라 버퍼탱크를 포함하는 미세기포 발생장치를 개략적으로 나타낸 구조도이다.

도 8을 참조하면, 본 실시예의 미세기포 발생장치는 버퍼탱크를 더 포함한다.

미세기포 발생장치에서, 목표가 되는 크기의 기포를 만들기 위한 중요 조건은 관 내부의 압력(일명, 관내압)이다. 관내압이 충분한 경우 앞서 설명한 실시예와 같이 라인믹서 전단에 에어콤프레셔 및 에어유량계를 포함하는 기체주입부와 벤츄리인젝터의 조합만으로 목표가 되는 크기의 미세기포를 생산할 수 있다.

그러나, 관내압이 충분하지 않은 경우, 별도의 장치에서 필요한 만큼 압력을 높여줄 필요가 있다.

버퍼탱크(310)는 위와 같이 관내압이 충분하지 않은 경우 필요한 만큼의 압력을 높여주는 역할을 한다. 또한, 버퍼탱크(310)는 내부에 수용공간(320)을 가지며, 수용공간(320)의 용량은 현장 배관의 유량의 체류시간을 약 5 내지 8초로 계산하여 설계한다. 예컨대 현장의 유량이 3.0 L/sec인 경우 24 L 크기의 수용공간(#20)을 갖는 버퍼탱크(30)가 필요하게 된다.

또한, 버퍼탱크(310)는 측면에 액체를 공급하는 액체유입부(11') 및 기포가 포함된 혼합유체를 배출하는 혼합유체배출부(12')가 서로 대향되게 연결된다.

그리고, 버퍼탱크(310) 하부에는 미세기포발생부(400)가 배치된다.

이렇게 버퍼탱크(310) 하부에 미세기포발생부(400)가 배치되면 미세기포발생부(400)는 버퍼탱크(310) 간의 내부압을 유지시키며 미세기포를 발생시키게 된다.

미세기포발생부(400)는, 버퍼탱크(31)로부터 액체를 유입하는 액체유입라인(411), 버퍼탱크(310)로부터 유입된 액체에 기체를 주입하는 기체주입부, 및 상기 혼합 유체가 통과되도록 중공부를 갖는 하우징과 상기 중공부에 설치되는 나선형의 기포절단부, 및 상기 기포절단부를 통과한 유체를 버퍼탱크(310)로 배출하는 유체배출라인(412)을 포함한다.

여기서, 상기 기체주입부, 상기 하우징 및 상기 기포절단부의 구조는 앞서 설명한 실시예와 유사하므로 중복을 피하기 위하여 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

또한, 상기 기체주입부는 상기 액체유입라인(411)과 상기 하우징 사이에 설치될 수 있다.

또한, 버퍼탱크(310)는 내측 상하 면에 번갈아 빗살형으로 복수의 격벽(351, 352)이 배치될 수 있다. 격벽(351, 352)은 액체유입부(11')에 의해 유입된 액체가 액체유입라인(411)을 통해 미세기포발생부(400)로 유입되지 않고 혼합유체배출부(12')를 통해 바로 배출되는 것을 방지하기 위한 것이다.

또한, 버퍼탱크(310)의 상면 외측에는 혼합되고 남은 미용존 가스 또는 크기가 너무 큰 거대 기포를 제거하며 압력을 일정하게 유지시키기 위해 벤트(330, vent)가 설치될 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.

따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

11 ; 액체유입관
12 ; 제2 배출관
13 ; 제1 분기관
15 ; 제2 액체이송관
16 ; 유체이송관
17 ; 제1 액체이송관
18 ; 제2 분기관
19 ; 제1 배출관
21, 22 ; 제1 및 제2 밸브
31, 32 ; 압력게이지
40 ; 벤츄리인젝터
51 ; 에어콤프레셔
52 ; 에어게이지
60 ; 유리관
70 ; 펌프
100 ; 미세기포발생부
105 ; 하우징
110 ; 기포절단부
130, 120 ; 제1 및 제2 엘리먼트
132a, 122a ; 제1 홈부
132b, 122b ; 제2 홈부
133a, 123a ; 제1 및 제2 돌출부
133b, 123b ; 제1 절단돌기
133c, 123c ; 제2 절단돌기
134, 124 ; 관통공

Claims

일측에서 액체와 기체가 혼합된 유체를 유입하여 상기 혼합유체에 포함된 기포를 미세화시킨 후 타측으로 배출시키는 미세기포발생부를 포함하는 미세기포 발생장치에 있어서,
상기 미세기포발생부는, 상기 혼합유체가 통과되도록 중공부를 갖는 원통형의 하우징; 및 상기 하우징의 중공부에 설치되는 나선형의 기포절단부; 를 포함하며,
상기 기포절단부는, 상기 하우징의 길이방향을 따라 소정간격으로 배치되는 복수의 제1 엘리먼트(element); 및 전후로 배치된 적어도 2개 이상의 제1 엘리먼트를 각각 비스듬하게 연결하는 복수의 제2 엘리먼트; 을 포함하며,
상기 혼합유체의 기포는, 상기 하우징의 중공부를 통과하면서 상기 복수의 제1 및 제2 엘리먼트의 현에 부딪히며 연속적으로 나뉘어 ㎛ 단위로 미세화되며, 상기 제1 및 제2 엘리먼트의 현(弦)에는 두 개의 홈부가 이격되게 형성되며, 상기 제2 엘리먼트의 양쪽 홈부는 전후 배치된 두 개의 제1 엘리먼트에서 대각선상으로 대응되는 홈부에 상기 제1 및 제2 엘리먼트의 양 단부가 어긋나도록 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 폐색방지 기능이 있는 스태틱 라인 방식의 미세기포 발생장치.
제1항에 있어서, 상기 하우징의 전방에 연결되도록 배치되며, 액체유입부와 기체주입부를 통해 공급된 액체와 기체를 혼합하는 벤츄리인젝터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐색방지 기능이 있는 스태틱 라인 방식의 미세기포 발생장치.
수용공간을 가지며, 내측 상하 면에 번갈아 빗살형으로 배치되는 복수의 격벽 및 외측 상면에 설치되는 벤트(vent)를 갖는 버퍼탱크;
상기 버퍼탱크의 일 측면에 연결되며, 상기 버퍼탱크로 액체를 공급하는 액체유입부;
상기 버퍼탱크 하측에 배치되는 미세기포발생부; 및
상기 버퍼탱크의 타 측면에 상기 액체유입부와 대향되게 연결되며, 상기 버퍼탱크로부터 미세기포가 포함된 혼합유체를 배출하는 혼합유체배출부; 를 포함하며,
상기 미세기포발생부는, 상기 버퍼탱크로부터 액체를 유입하는 액체유입라인; 상기 버퍼탱크로부터 유입된 액체에 기체를 주입하는 기체주입부; 상기 액체와 기체가 혼합된 유체가 통과되도록 중공부를 갖는 원통형의 하우징; 상기 하우징의 중공부에 설치되는 나선형의 기포절단부; 및 상기 기포절단부를 통과한 혼합유체를 상기 버퍼탱크로 배출하는 유체배출라인; 을 포함하며,
상기 기포절단부는, 상기 하우징의 길이방향을 따라 소정간격으로 배치되는 복수의 제1 엘리먼트; 및 전후로 배치된 적어도 2개 이상의 제1 엘리먼트를 각각 비스듬하게 연결하는 복수의 제2 엘리먼트; 을 포함하며,
상기 혼합유체의 기포는, 상기 하우징의 중공부를 통과하면서 상기 복수의 제1 및 제2 엘리먼트의 현에 부딪히며 연속적으로 나뉘어 ㎛ 단위로 미세화되며, 상기 제1 및 제2 엘리먼트의 현(弦)에는 두 개의 홈부가 이격되게 형성되며, 상기 제2 엘리먼트의 양쪽 홈부는 전후 배치된 두 개의 제1 엘리먼트에서 대각선상으로 대응되는 홈부에 상기 제1 및 제2 엘리먼트의 양 단부가 어긋나도록 각각 결합되는 것을 특징으로 하는 폐색방지 기능이 있는 스태틱 라인 방식의 미세기포 발생장치.
삭제
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 복수의 제1 또는 제2 엘리먼트 중 적어도 하나는 관통공을 가지며, 상기 관통공은 상기 하우징의 길이방향을 따라 서로 어긋난 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 폐색방지 기능이 있는 스태틱 라인 방식의 미세기포 발생장치.
제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 기포절단부는, 상기 제2 엘리먼트의 양 단부가 전후 배치된 두 개의 제1 엘리먼트에서 대각선상으로 대응되는 단부에 각각 결합되어 지그재그 형상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 폐색방지 기능이 있는 스태틱 라인 방식의 미세기포 발생장치.
제1항 또는 제3항에 있어서,
상하방향의 중공부를 가지는 세퍼레이터(separator);
상기 세퍼레이터의 하부 일 측면에, 상기 하우징으로부터 배출되는 혼합유체가 유입되도록 연결되는 혼합유체공급부;
상기 세퍼레이터의 상부 일 측면에, 상기 혼합유체로부터 미세기포만 분리하여 제거하도록 연결되는 미세기포배출부;
상기 세퍼레이터에서 상기 혼합유체공급부와 미세기포배출부 사이의 측면에 연결되며, 미세기포가 분리된 액체를 상기 미세기포발생부로 재공급하는 액체재공급부; 및
상기 세퍼레이터의 중공부에서 상기 혼합유체공급부와 상기 미세기포배출부의 경계부와 상기 미세기포배출부와 상기 액체재공급부의 경계부에 설치되는 배플(baffle); 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 폐색방지 기능이 있는 스태틱 라인 방식의 미세기포 발생장치.