KR20210148314A - 파인버블 발생장치 및 수처리장치 - Google Patents

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Abstract

통모양 부재의 오리피스에 기둥모양부를 돌출시킨 구조의 파인버블 발생장치에서는, 기둥모양부의 존재는 유체의 흐름을 저해하기 때문에, 파인버블을 발생시키는 유체의 유량이 제한된다. 또한 기둥모양부 사이에 이물질이 끼이는 경우도 있다. 기둥모양부를 제조하는 것은 번거롭다. 게다가 기둥모양부가 외팔보의 상태로 지지되어 있는 때에는, 기계적 강성을 확보하기 어려워 내구성의 확보가 곤란해진다. 통모양 본체의 입구에서부터 지름을 점차 감소시키는 입구부와, 상기 입구부에 연속하는 오리피스와, 상기 오리피스에 연속하는 확경부가 순차적으로 형성되는 파인버블 발생장치로서, 오리피스와 상기 확경부의 경계는 반경방향에 있어서의 입면이 되고, 확경부의 지름은 상기 오리피스의 지름의 3∼10배이며, 출구의 둘레벽에 오목부를 형성하는 것이 바람직하다.

Description

파인버블 발생장치 및 수처리장치
본 발명은, 파인버블 발생장치 및 수처리장치에 관한 것이다.
파인버블(fine bubble)을 형성하는 하나의 방법으로서, 캐비테이션 효과의 이용이 있다. 특허문헌1, 특허문헌2에는, 관모양 본체부의 오리피스 내로 기둥모양부를 돌출시켜, 이 오리피스를 통과하는 수류(水流)에 나노 단위의 파인버블을 발생시키는 파인버블 발생장치가 개시되어 있다.
이 파인버블 발생장치에 수돗물을 유입시키면, 서로 대향(對向)하는 기둥의 사이에 형성된 조리개부에 의하여 수류가 좁혀져 그 유속이 증가한다. 그 결과, 베르누이 원리에 따라 조리개부(및 그 하류측)에 부압영역이 형성되고, 그 캐비테이션(감압) 효과에 의하여 수중의 용존기체가 석출되어 파인버블이 발생한다.
또한 마이크로 단위의 파인버블이면, 통모양 부재에 단순히 소경부분(小徑部分)(오리피스)을 형성하면 좋다(특허문헌3). 즉 통모양 부재의 입구측 단부(入口側 端部)에서 중심부로 갈수록 내경이 서서히 작아지는 입구부와, 이 입구부에 접속되는 오리피스와, 이 오리피스에 접속되고 통모양 부재의 출구측 타단(出口側 他端)을 향하여 내경이 서서히 커지는 확경부(擴徑部)를 구비하는 장치에 의하여 마이크로 단위의 파인버블을 형성할 수 있다.
일본국 특허 제5712292호 공보 일본국 특허 제6279179호 공보 일본국 특허 제6369879호 공보
나노 단위의 파인버블을 발생시키기 위해서는, 통모양 부재의 오리피스에 기둥모양부를 돌출시키고 있다.
이러한 기둥모양부의 존재는 유체의 흐름을 저해하기 때문에, 파인버블을 발생시키는 유체의 유량이 제한된다. 또한 기둥모양부 사이에 이물질이 끼이는 경우도 있다.
또한 기둥모양부를 제조하는 것은 번거롭다. 게다가 기둥모양부가 외팔보의 상태로 지지되어 있는 때에는, 기계적 강성을 확보하기 어려워, 내구성의 확보가 곤란해진다.
본 발명은, 상기 과제를 달성하기 위하여 이루어진 것으로서, 다음과 같이 규정된다. 즉,
오리피스를 구비하는 통모양의 파인버블 발생장치로서,
오리피스의 출구의 둘레벽에 오목부가 형성되는 파인버블 발생장치.
여기에서 오리피스는, 통모양 부재에 있어서 축경(縮徑)되며 또한 소정의 길이를 구비하는 부분을 지칭한다.
바꾸어 말하면, 통모양 부재에 있어서 오리피스의 입구측과 출구측에는, 각각 오리피스보다 대경(大徑)인 입구부와 출구부(확경부(擴徑部))가 연속되어 있다.
오리피스는, 흐름을 안정시키기 위하여 동일한 지름의 평탄한 내주면을 구비하는 것이 바람직하다. 오리피스의 지름은, 원하는 압축비(유체에 대한 것)와 유체의 처리량과의 관계에 의하여 임의로 설계할 수 있다. 캐비티 효과를 발휘시키기 위해서는, 오리피스 출구의 지름과 그에 이어지는 확경부의 지름과의 차의 조정이 중요하다.
오리피스의 길이는 오리피스를 흐르는 유체가 안정되면, 즉 그 축방향에 대한 흐름이 일치하면, 임의로 설계할 수 있다.
물론 오리피스의 지름은, 축방향으로 균일한 것으로 한정되지는 않는다. 오리피스에 있어서도 지름을 순차적으로 변화시킬 수 있고, 그 내주면에 스파이럴 홈을 형성할 수도 있다.
오리피스에 이어지는 입구부는, 오리피스를 향하여 순차적으로 축경되는 것이 바람직하다. 유체를 원활하게 오리피스에 유입시키기 위함이다. 이에 따라, 높은 유속을 확보하면서 유체를 충분히 압축시킬 수 있다.
축경의 정도(축방향에 대한 경사각도)는, 유체의 종류, 유속, 원하는 압축률에 따라 임의로 선택할 수 있다.
입구부의 내주면은 평탄면으로 하는 것이 바람직하지만, 그 내부에 스파이럴 홈 등을 형성할 수 있다.
오리피스 출구에 이어지는 확경부는, 오리피스 출구의 지름보다 확경되어 있다. 이에 따라, 오리피스로 압축된 유체가 당해 확경부로 토출될 때에 해방됨으로써 부압(負壓)이 되어, 캐비티 효과가 발휘된다.
오리피스의 출구의 지름과 확경부의 최대지름의 차(비)는, 원하는 파인버블의 평균입경이나 입자수 등에 따라 임의로 설계된다.
오리피스로 압축된 유체를 확경부에서 해방시켜 부압으로 함으로써, 마이크로 단위의 파인버블이 형성된다는 것은 널리 알려져 있다(특허문헌3 참조).
본 발명에서는, 오리피스의 출구의 둘레벽에 오목부를 형성함으로써, 오리피스에 기둥부를 전혀 설치하지 않고, 형성되는 파인버블을 나노 단위로 할 수 있다.
기둥부를 생략함으로써, 오리피스 내의 저항이 작아지기 때문에 처리할 수 있는 유체의 양이 증가한다. 또한 구조가 간소화되기 때문에, 제조가 용이해짐과 아울러 내구성 및 유지보수성이 향상된다.
이 오목부는, 오리피스의 출구의 둘레벽에 있어서, 오리피스의 중심을 그 중심으로 하여 원주방향 및 반경방향으로 균등하게 분배되는 것이 바람직하다. 파인버블을 안정적으로 형성하기 위함이다.
오리피스의 출구의 둘레벽은 오리피스의 축에 대하여 수직방향으로 형성되고, 거기에 형성되는 오목부의 깊이방향은 오리피스의 축과 동일한 방향으로 하는 것이 바람직하다. 이 오목부는, 둘레벽에 있어서 개구(開口)하는 부분으로부터 그 깊이방향으로는 동일한 지름으로 하거나, 또는 깊이방향을 향하여 축경시킨다. 오목부 내에 유체가 체류하지 않도록 하기 위함이다. 또한 성형성(다이커팅(die cutting))의 용이성)의 관점에서도, 오목부를 상기와 같이 형성하는 것이 바람직하다.
오목부의 형상은 임의이다. 예를 들면 오목부가 깊어질수록 오리피스로부터 멀어지도록 또는 가까워지도록 오목부를 형성할 수도 있다.
오리피스의 출구의 둘레 가장자리에서 오목부의 둘레 가장자리까지의 거리(양자의 갭)는 보다 가까운 쪽이 바람직하다. 다만 너무 가까우면, 출구의 둘레 가장자리의 벽두께가 지나치게 얇아져 기계적 강도를 확보할 수 없게 된다. 본 발명자들의 검토에 의하면, 장치를 수지제(樹脂製)로 할 때에 양자의 거리는 0.1㎜ 이상으로 한다.
오리피스의 출구의 둘레 가장자리와 오목부의 둘레 가장자리를 가깝게 하는 관점에서도, 오리피스의 출구의 둘레벽은 오리피스의 중심축에 대하여 수직방향으로 하는 것이 바람직하다.
본 발명자들의 검토에 의하여, 오목부 내에는 큰 부압이 발생한다는 것을 알 수 있었다. 시뮬레이션의 결과이지만, 확경부의 중심에 비하여 1/10∼1/100의 부압이 발생하고 있었다. 그리고 수류와의 상호작용에 의하여, 오목부 내의 부압은 주기적으로 변화하고 있다.
오목부 내의 부압이 커지면, 그에 따라 큰 캐비티 효과가 생긴다. 또한 부압의 주기적인 변화는, 유체에 초음파를 인가하는 것과 동일한 효과를 발생시킨다고 생각된다.
오목부의 존재에 의하여 파인버블이 나노 단위화되는 것은, 오목부 내의 큰 부압과 그 주기적인 변화의 상호작용이라고 생각된다.
이들 부압의 값이나 그 변화의 주파수를 제어함으로써, 유체에 발생하는 파인버블의 평균입경이나 입경분포를 제어할 수 있다고 생각된다.
오목부 내의 부압의 값과 그 주파수를 제어하는 파라미터로서, 다음의 것을 들 수 있다.
오리피스의 출구의 지름과 확경부의 지름의 비,
오목부의 애스펙트비(aspect ratio)(개구부의 면적과 깊이의 비),
오리피스의 출구로부터 토출되는 유체의 속도 및 그 점도,
오리피스의 둘레벽을 차지하는 오목부의 면적비,
오리피스의 출구의 둘레 가장자리와 오목부의 둘레 가장자리의 거리,
오리피스의 출구면적과 오목부의 면적의 비 등.
오리피스는, 입구로부터 이송된 수류를 좁혀서 압축하고, 그 유속을 빠르게 하는 형상이면 특별히 한정되지 않지만, 수류에 대한 저항을 최소화한다는 관점에서, 횡단면에 원형의 공간을 구비하는 것으로 하는 것이 바람직하다.
오리피스의 지름은, 처리하는 수량(水量) 등에 따라 임의로 선택할 수 있다.
이러한 유속을 얻기 위해서는, 유체의 유량, 압력 및 오리피스 내주면의 텍스처(재질, 표면조도(表面粗度))를 조정한다. 유속을 안정화시키기 위하여, 동일한 지름의 부분(곧은 관부분)을 구비하는 것이 바람직하다. 곧은 관부분의 길이는, 오리피스의 출구직경의 길이의 0.5∼2.0배, 더 바람직하게는 1.0∼1.5배로 하는 것이 바람직하다.
오리피스의 하류측에는 대경부가 형성되고, 오리피스를 통과한 물은 이 대경부로 방출된다. 이에 따라, 오리피스로 압축되었던 수류는 해방되어 그 압력이 저하된다. 이러한 감압의 결과인 캐비티 효과에 의하여, 기포가 형성되는 것이다.
오리피스의 출구에 이어지는 확경부는, 그 단면(斷面)이 원형인 것이 바람직하고, 그 중심부가 오리피스의 중심과 일치한다. 이에 따라, 오리피스의 출구로부터 토출된 유체가 균등하게 확산되어 감압된다. 따라서 파인버블이 균등하게 형성된다.
본 발명에서는, 오리피스의 출구의 둘레벽은 오리피스의 축에 대하여 수직이고, 그 결과 확경부는, 오리피스 출구의 둘레 가장자리로부터 균일한 지름을 갖는 원통모양이 된다.
오리피스의 출구의 둘레벽을 수직벽으로 함으로써, 오리피스의 출구로부터 토출된 유체를 효율적으로 부압화시킬 수 있다. 또한 오목부를 오리피스 출구에 근접시켜, 보다 큰 부압과 적절한 부압의 주기를 얻을 수 있다고 생각된다.
확경부의 내주면의 형상은 임의로 설계할 수 있고, 예를 들면 오리피스의 출구에 연속하는 확경부를 출구로부터 멀어질수록 순차적으로 확경되는 역깔때기 모양으로 하는 것도 가능하다.
오리피스 출구의 둘레벽에 형성되는 오목부의 압력은, 확경부의 중앙부의 압력에 비하여 1/10∼1/100로 한다. 압력의 값은 직접 측정할 수 없기 때문에, 수류에 관한 시뮬레이션 소프트(솔리드웍스(Dassault Systemes SolidWorks Corporation) 제품, Simulation)의 시뮬레이션 결과를 채용한다. 구체적인 시뮬레이션 결과는 도4를 참조한다.
이와 같은 부압이 된 오목부 내에 있어서 유체의 밀도는 저하되어, 대부분 기체의 상태가 된다. 이와 같이 기체상태가 된 오목부 내의 유체가 액체상태의 유체에 휩쓸려 갈 때에, 파인버블이 형성된다고 생각된다. 그리고 확경부를 흐르는 유체와 오목부 내의 기체화된 유체가 간섭하여, 오목부 내의 부압이 주기적으로 변화한다. 이 변화의 주파수와 오목부 내의 부압의 크기가 함께 파인버블을 나노 단위화시킨 것으로 생각된다.
확경부의 둘레벽에는, 원주방향으로 연속 또는 비연속으로 제2오목부를 형성할 수 있다.
이 제2오목부에 있어서도 파인버블의 발생을 촉진할 수 있다. 제2오목부에 있어서의 압력은, 오리피스의 출구 주변에 형성된 제1오목부보다 크고 또한 확경부의 중심보다 작은 것으로 한다.
확경부의 둘레벽의 제2오목부에 의하여, 확경부를 흐르는 유체가 교반(攪拌)된다. 그 결과, 제1오목부에 있어서의 캐비티 효과가 촉진된다.
교반의 관점에서, 제2오목부를 볼록부로 바꿀 수 있다.
본 발명의 파인버블 발생장치에 의하면, 물 등의 유체를 한번 통과시키면 나노 단위의 파인버블을 대량으로 발생시킬 수 있다. 바꾸어 말하면, 오목부에 큰 부압이 발생하고 있기 때문에, 오목부에 침투한 유체는 오목부 내에 있어서 기체상의 성질을 갖게 된다. 그 결과, 유체 자체의 특성에 변화가 일어나는 경우가 있다.
예를 들면 계측할 수는 없지만, 소위 유체의 클러스터가 파괴되어 있는 것을 생각할 수 있다. 바꾸어 말하면, 클러스터가 작아짐에 따라 유체 자체의 침투성이 커진다. 또한 본 발명에서 얻은 나노버블수는, 표면장력이 통상의 물과 동일하다. 한편 기계적인 교반이나 외부로부터 압력을 가하여 물에 공급된 공기의 거품을 미세화하는 방식의 나노버블수는, 그 표면장력이 작아져 상대물질에 젖기 쉬워진다.
이와 같이 본 발명의 파인버블 발생장치에 의하여 제조된 파인버블수는, 그 물 자체가 신규의 특성을 가진다. 따라서 본 발명의 다른 국면에 있어서는, 상기 방법으로 얻은 파인버블수로부터 파인버블을 제거한다. 파인버블이 존재하지 않더라도, 본 발명의 파인버블 발생장치에 의하여 처리된 물은 신규의 특성을 가진다. 파인버블을 제거하기 위해서는, 나노 단위의 파인버블이 마이크로 단위로 성장하도록 초음파를 인가하고, 그 후에 마이크로 단위화된 파인버블이 자연스럽게 소멸하도록 하면 좋다.
파인버블수로부터 그 파인버블 전부를 제거하는 것에 한정되지 않고, 그 임의의 일부를 제거하는 것도 가능하다.
본 발명의 파인버블 발생장치를 통과시킴으로써 얻어지는 파인버블수는, 그 상태 그대로도 높은 세정능력, 기타 파인버블수가 구비하는 일반적인 기능을 가진다.
이 파인버블 발생장치를 통과시키는 유체는, 수돗물로 한정되는 것은 아니다. 즉 파인버블 발생장치를 통과할 수 있고 또한 그 오리피스나 오목부를 막지 않고 부압을 발생시키는 것이면 좋다. 순수(純水)나 탈이온수는 물론이고, 오탁수(汚濁水)나 해수 등도 그 대상으로 할 수 있다. 게다가 알코올, 휘발유, 디젤유 등도 대상으로 할 수 있다.
또한 이러한 파인버블수는, 세정제, 바이러스나 세균에 대한 살균제, 소독제, 의약재, 식료재, 화장재, 건축재, 토목제, 비료재, 에멀션의 용매 등의 원재료로 할 수 있다.
마찬가지로 이 파인버블수로부터 파인버블을 제거한 물도, 세정제, 살균제, 소독제, 의약재, 식료재, 화장재, 건축재, 토목제, 비료재, 에멀션의 용매 등의 원재료로 할 수 있다.
도1은, 본 발명의 실시형태의 파인버블 발생장치의 단면도이다.
도2는, 도1의 장치를 출구측에서 본 정면도이다.
도3은, 도1의 장치의 측정결과를 나타내는 차트이다.
도4는, 도1의 장치의 시뮬레이션 결과를 나타낸다.
도5는, 다른 실시형태의 파인버블 발생장치의 단면도이다.
도6은, 도5의 장치의 측정결과를 나타내는 차트이다.
도7은, 다른 실시형태의 파인버블 발생장치의 단면도이다.
도8은, 도7의 장치의 측정결과를 나타내는 차트이다.
도9는, 다른 실시형태의 파인버블 발생장치의 단면도이다.
도10은, 도9의 장치의 측정결과를 나타내는 차트이다.
도11은, 도3, 6, 8, 10의 결과를 같은 스케일로 정리한 차트이다.
도1은, 본 발명의 실시예의 파인버블 발생장치(1)의 구조를 나타내는 단면도이다.
이 파인버블 발생장치(이하, 간단하게 「발생장치」라고 하는 경우가 있다)(1)는, 통모양 프레임(3)에 입구부(10), 오리피스(15), 확경부(20) 및 오목부(40)를 구비한다.
통모양 프레임(3)은, 3개의 피스(4), 피스(5) 및 피스(6)로 구성되고, 제1피스(4)의 일단측(一端側)(도면에서 우측)에 결합구멍(7)이 형성되어 있고, 이 결합구멍(7)은 평탄한 바닥면(오리피스(15)의 개구부(開口部)의 둘레벽(8))을 구비한다. 이 결합구멍(7)에 제2피스(5) 및 제3피스(6)가 간극(間隙)이 생기지 않도록 삽입되어 있다.
제1피스(4)의 타단(他端)(도면에서 좌측)에는 원추상(圓錐狀)으로 형성된 입구부(10)가 형성되어, 오리피스(15)와 연결되어 있다. 오리피스(15)는 동일반경의 관통구멍으로서, 결합구멍(7)으로 개구한다. 오리피스(15) 및 입구부(10)는, 그 중심선을 제1피스(4)의 중심선과 일치시키고 있다.
제1피스(4)에 있어서 결합구멍(7)의 바닥면, 즉 오리피스(15)의 출구의 둘레벽(8)에는 제1오목부(40)가 형성되어 있다.
도2에 나타내는 바와 같이 이 제1오목부(40)는, 둘레벽(8)에 있어서, 오리피스(15)의 출구의 중심을 중심으로 하여 원주방향으로 90도의 간격을 두고 방사상(放射狀)으로 개구하고 있다.
본 예에서는, 오목부(40)의 개구부는 모서리를 둥글게 한 직사각형 모양(타원형 모양)으로 하였다. 그리고 이 개구부의 형상을 유지한 상태로 오리피스(15)와 평행하게 형성되어 있다.
제2피스(5)는 결합구멍(7)에 끼워져 이루어지는 원반상의 부재로서, 오리피스(15)에 연속하는 제1확경부(21)가 형성된다. 이 제1확경부(21)는, 제2피스(5)의 중심부를 지난 곳에서부터 그 지름을 순차적으로 확장하여 제2오목부(23)를 형성한다.
본 예에서는, 제2오목부(23)를 제2피스(5)의 내주면의 원주방향으로 연속하여 형성하였지만, 이를 단속적(斷續的)으로 할 수도 있다.
제2피스(5)에 포개어, 원반상의 제3피스(6)를 결합구멍(7)에 끼운다. 이 제3피스(6)에는 제2확경부(25)가 형성되어 있고, 제2피스(5)의 제1확경부(21)와 함께 파인버블 발생장치(1)로서의 확경부(20)를 구성한다.
본 예에서는, 제1확경부(21)와 제2확경부(25)를 동일한 지름으로 하였지만, 제2확경부(25)의 지름을 제1확경부(21)의 지름보다 크게 하여도 좋다.
통모양 프레임(3)을 구성하는 3개의 피스(4), 피스(5) 및 피스(6)는, 모두 합성수지로 형성할 수 있다. 물론 금속이나 세라믹스로 형성하는 것도 가능하다.
상기에 있어서, 제1오목부(40)는 모두 제1확경부(21)로부터 표출되어 있다.
제1오목부(40)를 둘레벽(8)에 있어서 반경방향으로 확장하여, 제2피스(5)를 끼웠을 때에 그 일부가 제2피스(5)로 피복되도록 하여도 좋다.
제1오목부(40)는, 오리피스(15)의 출구의 중심을 중심으로 하여 방사상으로 형성되는 것이 바람직하고, 도2에 나타내는 4방향에 한정되지 않고, 예를 들면 3∼12방향의 범위에서 임의로 형성할 수 있다. 오리피스(15)의 출구의 중심에서 보았을 때에, 각 제1오목부(40)는 원주방향 및 반경방향으로 균등하게 분배되어 있는 것으로 하는 것이 바람직하다.
실시예의 파인버블 발생장치로서, 하기 사양의 것을 준비하였다. 통모양 프레임(3)은 ABS 수지제이다.
통모양 프레임(3) : 지름 12.0㎜, 길이 10㎜
입구부의 개구지름 : 8.0㎜
입구부의 경사면의 개구각도 : 90도
오리피스(15)의 지름 : 0.9㎜
오리피스(15)의 길이 : 1.0㎜
제1오목부(40)의 세로폭 : 0.7㎜
제1오목부(40)의 가로폭 : 0.4㎜
제1오목부(40)의 깊이 : 0.5㎜
오리피스(15)와 제1오목부(40)의 거리 : 0.1㎜
확경부(21, 25)의 지름 : 0.3㎜
제2오목부(23)의 경사각도 : 90도
제2오목부(23)의 폭 : 0.75㎜
결합구멍(7) : 지름 10㎜, 깊이 4.0㎜
제2피스, 제3피스의 두께 : 각 2.0㎜
이와 같이 구성된 파인버블 발생장치(1)의 입구측에 2.0MPs의 압력으로 수돗물을 유입시키고, 확경부(20)측에서 배출된 물을 채취하여, 거기에 포함된 파인버블의 입경분포를 가부시키가이샤 시마즈 세이사쿠쇼(SHIMADZU CORPORATION)의 SALD-7500H를 사용하여 계측하였다.
결과를 도3에 나타낸다.
평균입경은 93㎚이고, 1ml당 나노 단위의 파인버블은 3억 7000만개를 초과하고 있다. 마이크로 단위의 파인버블은 거의 존재하지 않았다.
본 예에 있어서의 수류(水流)의 시뮬레이션을 도4에 나타낸다. 도4에 있어서, 유속은 화살표의 농담(濃淡)으로 나타내고 있다. 화살표의 색이 흐릴수록 유속은 빠른 것이다.
또한 확경부 내의 압력은 31.7kPa인 것에 대하여, 제1오목부의 압력은 2.1kPa이고, 제2오목부의 압력은 2.9kPa이었다.
다음에, 상기 도1의 사양에 있어서 제2오목부를 생략한 것(도5 참조)에 대하여 동일한 시험을 하였다.
결과를 도6에 나타낸다.
평균입경은 109㎚이고, 1ml당 나노 단위의 파인버블은 약 1억 3000만개였다.
다음에, 상기 도5의 사양에 있어서 제1오목부를 생략한 것(도7 참조)에 대하여 동일한 시험을 하였다.
결과를 도8에 나타낸다.
평균입경은 136㎚이고, 1ml당 나노 단위의 파인버블은 약 7700만개였다.
다음에, 상기 도7의 사양에 있어서 제2오목부를 생략한 것(도9 참조)에 대하여 동일한 시험을 하였다.
결과를 도10에 나타낸다.
평균입경은 158㎚이고, 1ml당 나노 단위의 파인버블은 약 4800만개였다.
상기의 결과에 의하면, 제1오목부나 제2오목부를 생략한 것에 있어서도 나노 단위의 파인버블이 다수 발생하고 있다.
도11은, 도3, 6, 8, 10의 결과를 같은 스케일로 정리한 것이다.
도11의 결과로부터, 제1오목부나 제2오목부를 형성함으로써, 발생하는 파인버블의 입경이 더 작아진다는 것을 알 수 있다. 그리고 제1오목부와 제2오목부를 병존시킴으로써, 발생하는 파인버블의 입경이 현저하게 작아지고, 그 결과 파인버블의 발생수도 현저하게 많아진다는 것을 알 수 있다.
이상으로부터, 본 발명자는 다음의 지식을 얻었다.
통모양 본체의 입구에서부터 지름을 점차 감소시키는 입구부와, 상기 입구부에 연속하는 오리피스와, 상기 오리피스에 연속하는 확경부가 순차적으로 형성되는 파인버블 발생장치로서,
상기 오리피스와 상기 확경부의 경계는, 반경방향에 있어서의 입면(立面)이 되고,
상기 확경부의 지름은, 상기 오리피스의 지름의 3∼10배이며,
상기 확경부는, 그 출구만이 해방되는 파인버블 발생장치.
상기에 있어서, 오리피스와 확경부의 경계는 오리피스의 출구의 둘레벽에 해당한다. 이 출구의 둘레벽은, 오리피스의 축에 대하여 수직방향인 것이 바람직하지만, 수직으로부터 ±20도 또는 ±10도의 경사를 가져도 좋다. 여기에서, 오리피스의 출구를 중심으로 하여 확경부측을 (+)로 하고, 입구부측을 (-)로 한다.
출구 둘레벽의 경사가 +20도를 넘으면, 캐비티 효과에 의하여 형성된 기포의 교반혼합이 불충분해진다. 한편 출구 둘레벽의 경사가 -20도를 넘으면, 오리피스로부터 토출된 수류가 경사진 출구 둘레벽측으로 유인되기 때문에, 충분한 유속을 확보할 수 없어 감압이 불충분해진다.
또한 확경부의 지름이 오리피스의 지름의 3배 미만이 되면, 감압이 불충분해진다. 한편 확경부의 지름이 오리피스의 지름의 10배를 넘으면, 오리피스의 출구로부터 토출된 수류가 지나치게 분산되어 수류를 방해하게 된다. 따라서 충분한 유속을 확보할 수 없어 감압이 불충분해진다.
또한 도면에 나타내는 바와 같이, 확경부는 균일한 내경을 구비하는 것으로 하는 것이 바람직하지만, 상기 범위 내에 있어서 이를 역깔때기 모양으로 하여도 좋다.
확경부는, 그 출구만이 해방되어 있는 것으로 한다. 바꾸어 말하면, 확경부의 둘레벽에는 외부로부터 공기나 기타 기체가 조금도 주입되지 않는다. 확경부가 그 출구 이외에서 외부환경과 통하게 되면, 확경부 내의 감압환경이 깨질 우려가 있어 바람직하지 못하다.
제2오목부의 형성위치는, 오리피스의 출구로부터 토출된 수류를 효율적으로 교반시킬 수 있는 위치로 한다. 유속, 오리피스와 확경부의 지름의 비, 확경부의 형상 등에 의하여 임의로 설계할 수 있다. 본 발명자들의 검토에 의하면, 오리피스의 축방향에 있어서, 오리피스의 출구로부터 하류측을 향하여 확경부 지름의 0.5∼1.5배의 범위에서 형성하는 것이 바람직하다.
이하에, 다음의 사항을 개시한다.
(1)
통모양 본체의 입구에서부터 지름을 점차 감소시키는 입구부와, 상기 입구부에 연속하는 오리피스와, 상기 오리피스에 연속하는 확경부가 순차적으로 형성되는 파인버블 발생장치로서,
상기 오리피스와 확경부의 경계의 반경방향에 있어서의 입면에, 상기 오리피스의 중심을 그 중심으로 하여 원주방향 및 반경방향으로 균등하게 분배된 제1오목부가 형성되고,
상기 확경부의 내주면에는, 원주방향으로 연속 또는 단속적으로 제2오목부 또는 볼록부가 형성되는 파인버블 발생장치.
(2)
수류를 균등하게 압축하고 둘레벽을 구비하는 수류 압축부와, 상기 수류 압축부의 하류측에 형성되고 상기 수류 압축부보다 대경인 수류 해방부를 구비하고, 상기 수류 해방부에는, 상기 수류와 역방향으로 움푹 들어간 제1오목부가 형성되고, 상기 수류 압축부에서 상기 수류 해방부로 방출된 수류의 압력에 비하여 상기 제1오목부 내의 압력이 작은 수처리장치.
(3)
상기 제1오목부의 압력은, 상기 수류 해방부의 중심의 압력의 1/10∼1/100인 (2)에 기재되어 있는 수처리장치.
(4)
상기 수류 해방부의 내주면에는 원주방향으로 제2오목부가 형성되고, 상기 제2오목부 내의 압력은 상기 제1오목부 내의 압력보다 크고 또한 상기 수류 해방부의 중심의 압력보다 작은 (2)에 기재되어 있는 수처리장치.
(5)
상기 수류 해방부의 내주면에는, 원주방향으로 연속 또는 단속적으로 오목부, 혹은 원주방향으로 연속 또는 단속적으로 볼록부가 형성되어, 상기 수류 압축부에서 방출된 수류를 교반하는 (2)에 기재되어 있는 수처리장치.
(6)
상기 수류 해방부에서 방출된 수류로부터 파인버블을 제거하는 장치가 더 구비되는 (2)∼(5) 중의 어느 하나에 기재되어 있는 수처리장치.
본 발명은, 상기 발명의 실시형태의 설명에 의하여 조금도 한정되지 않는다. 특허청구범위의 기재를 일탈하지 않고 통상의 기술자가 용이하게 착상할 수 있는 범위에서의 다양한 변형태양도 본 발명에 포함된다.
1, 101, 201, 301 : 파인버블 발생장치
8 : 오리피스 출구의 둘레벽
10 : 입구부
15 : 오리피스
20 : 확경부
23 : 제2오목부
40 : 제1오목부

Claims (16)

  1. 오리피스를 구비하는 통모양의 파인버블 발생장치로서,
    오리피스의 출구의 둘레벽에 오목부가 형성되는 파인버블 발생장치.
  2. 상기 오목부는, 상기 오리피스의 출구의 둘레벽에 있어서, 상기 오리피스의 중심을 그 중심으로 하여 원주방향 및 반경방향으로 균등하게 분배되어 있는 파인버블 발생장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 오리피스의 출구의 둘레벽은, 상기 오리피스의 축에 대하여 수직방향으로 형성되어 있는 파인버블 발생장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중의 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 오리피스의 입구를 향하여 지름을 점차 감소시키는 입구부가 상기 오리피스의 입구측에 형성되고, 확경부(擴徑部)가 상기 오리피스의 출구측에 형성되고, 상기 확경부의 내주면에는, 원주방향으로 연속 또는 단속적(斷續的)으로 제2오목부 또는 볼록부가 형성되는 파인버블 발생장치.
  5. 통모양 본체의 입구에서부터 지름을 점차 감소시키는 입구부와, 상기 입구부에 연속하는 오리피스와, 상기 오리피스에 연속하는 확경부가 순차적으로 형성되는 파인버블 발생장치로서,
    상기 오리피스와 상기 확경부의 경계는, 반경방향에 있어서의 입면(立面)이 되고,
    상기 확경부의 지름은, 상기 오리피스의 지름의 3∼10배이며,
    상기 확경부는, 그 출구만이 해방되는 파인버블 발생장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 경계는, 상기 오리피스의 축에 대하여 수직방향(±20도)으로 형성된 오리피스의 출구의 둘레벽으로 이루어지는 파인버블 발생장치.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 출구의 둘레벽에 오목부가 형성되는 파인버블 발생장치.
  8. 제5항 또는 제7항에 있어서,
    상기 확경부의 내주면에는, 원주방향으로 연속 또는 단속적으로 제2오목부 또는 볼록부가 형성되는 파인버블 발생장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중의 어느 하나의 항의 파인버블 발생장치와, 상기 파인버블 발생장치에 물을 공급하는 물 공급부를 구비하여 이루어지는 수처리장치.
  10. 상기 파인버블 발생장치에 의하여 발생된 상기 파인버블을 제거하는 파인버블 제거기가 더 구비되는 수처리장치.
  11. 제1항 내지 제8항 중의 어느 하나의 항의 파인버블 발생장치를 준비하는 스텝과,
    상기 오리피스의 입구측에 물을 공급하는 스텝으로
    이루어지는 수처리방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 오리피스의 출구측으로부터 배출된 물에 포함되는 파인버블을 제거하는 수처리방법.
  13. 물을 준비하는 스텝과,
    상기 물을 제1항 내지 제8항 중의 어느 하나의 항의 파인버블 발생장치에 의하여 처리하는 스텝을
    구비하여 이루어지는 파인버블수의 제조방법.
  14. 제13항에서 제조된 파인버블수를 준비하는 스텝과,
    상기 파인버블수로부터 파인버블의 일부 또는 전부를 제거하는 스텝을
    구비하여 이루어지는 물의 제조방법.
  15. 제13항에서 제조된 파인버블수를 포함하는 세정제, 살균제, 소독제, 의약재, 식료재, 화장재.
  16. 제14항에서 제조된 물을 포함하는 세정제, 살균제, 소독제, 의약재, 식료재, 화장재, 건축재, 토목제, 비료재, 에멀션의 용매.
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