KR101200436B1

KR101200436B1 - 기능성 마이크로 버블 발생기

Info

Publication number: KR101200436B1
Application number: KR1020110005768A
Authority: KR
Inventors: 권영복
Original assignee: (주)엔엘에스바이오
Priority date: 2011-01-20
Filing date: 2011-01-20
Publication date: 2012-11-12
Also published as: KR20120084416A

Abstract

본 발명은 마이크로 버블 발생기에 관한 것이다.
본 발명은 버블 발생기에 있어서, 물이 통과할 수 있도록 입구와 출구를 갖는 버블관체(100); 상기 버블관체의 내벽에 다수개 제공되며, 외측에 제공된 나선돌기를 통해 이동되는 물이 난류를 형성하도록 함과 동시에 내측에 제공된 에어공급로를 통해 이동하는 물에 에어를 공급하여 버블이 형성되도록 하는 에어노즐관(200); 상기 버블관체의 외측에 제공되어 일측에 제공된 에어주입구를 통한 에어를 상기 에어노즐관의 에어공급로에 전달 공급하게 되며, 상기 에어주입구에 에어 공급을 차단하는 밸브를 가져서 된 에어주입관(300);을 포함하여서 된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 이동하는 유체에 난류가 형성되고 또한 유체에 에어가 공급되어져 미세한 마이크로 버블이 다량 형성되는 효과가 있고, 또한 난류가 형성되어 이동하는 유체에 에어 공급시 공급되는 유체와 에어의 양을 조절할 수 있어 버블 크기를 조절할 수 있는 효과가 있다.

Description

기능성 마이크로 버블 발생기{a micro bubble generator}

본 발명은 버블 발생기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 이동하는 유체에 에어를 공급시켜 미세한 마이크로 버블이 다량 발생되도록 하여 수처리 등에 적용될 수 있도록 하는 기능성 마이크로 버블 발생기에 관한 것이다.

일반적으로 생활하수, 산업오폐수, 지하수, 정수장 등에는 환경에 유해한 다양한 난분해성 유기물질이 다량 함유되어 배출됨에 따라 사회 환경적 문제로 대두되고 있고, 이들 난분해성 유기물질이 물속에 다량 함유되어 발생되는 오염원으로는 각종 산업현장에서 배출되는 오폐수, 하수관로, 생활오수, 공업용수, 정수시설 등이 있다.

종래 난분해성 유기물질이 함유된 오폐수에 대한 처리 방법으로는, 응집 침전 방식, 여과 장치, 막분리 방법등의 기술을 이용하여 고형화된 물질 형태의 난분해성 물질을 분리하게 된다. 그리고 수용성 난분해성 유기물질은 과산화수소, 오존등을 이용하여 산화, 분해하는 기술이 제시된 바 있다.

상기한 난분해성 유기물질을 포함한 폐수, 정수, 하수를 처리하기 위해서는 전처리로서 응집 침전, 생물학적 처리, 여과 및 흡착처리 등을 적용하고 후처리로서 자외선 처리, 촉매 처리, 활성탄 흡착, 산화 처리 등이 적용되고 있다.

하지만, 종래의 방법으로 난분해성 유기물질을 처리하고자 하는 경우에는 시설물 설치에 따른 유지 관리비가 많이 들게 되고, 또한 부산물로서 슬러지가 많이 발생되어 처리효율이 낮은 문제점이 있었다.

최근 이동하는 유체에 산소를 부여하여 버블을 발생시키고 이를 통해 오염원을 제거하는 기술이 제시되고 있다.

그 예로서, 유체공급부에 위치한 유체가속기에 의해 고속으로 공급되는 유체에 산소를 다량으로 공급하여 순간적으로 미세 기포를 유체에 부여하는 기술이 제시된 바 있다.

하지만, 상기한 방법의 경우 고속으로 이동되는 유체에 산소를 다량으로 공급하는 방식이어서 안정된 버블 형성이 힘든 문제점과 이동되는 물이 안정화된 상태로 이동함에 따라 산소가 유체에 고르게 분포되지 못하는 문제점이 있어왔다.

이에 본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로

본 발명의 목적은,

첫째; 이동하는 유체에 난류가 형성되도록 하고 동시에 유체에 에어를 공급시켜 미세한 마이크로 버블이 다량 형성되도록 하는데 있다.

둘째; 이동하는 유체에 에어 공급시 공급되는 유체와 에어의 양을 조절하여 버블 크기를 조절할 수 있도록 하는데 있다.

셋째; 이동하는 유체에 공급되는 물 또는 에어가 토르마린 층을 통과하면서 생성되는 계면활성제를 이용하여 기포 표면이 음의 전자로 대전되는 기능성 이중 기포를 얻을 수 있도록 하는데 있다.

본 발명의 목적은, 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은, 버블 발생기에 있어, 물이 통과할 수 있도록 입구와 출구를 갖는 버블관체; 상기 버블관체의 내벽에 다수개 제공되며, 외측에 제공된 나선돌기를 통해 이동되는 물이 난류를 형성하도록 함과 동시에 내측에 제공된 에어공급로를 통해 이동하는 물에 에어를 공급하여 버블이 형성되도록 하는 에어노즐관; 상기 버블관체의 외측에 제공되어 일측에 제공된 에어주입구를 통한 에어를 상기 에어노즐관의 에어공급로에 전달 공급하게 되며, 상기 에어주입구에 에어 공급을 차단하는 밸브를 가져서 된 에어주입관;을 포함하여서 된다.

상기 버블관체의 입구에, 중앙에 상기 버블관체의 출구 방향으로 나선홀이 관통 형성되고, 원주면에 그 둘레를 따라 다수개의 물이동로가 상기 버블관체의 출구 측 방향으로 관통 형성되도록 하되, 상기 물이동로가 각각 경사각을 가져서 된 디스크를 더 결합한다.

상기 나선돌기는, 와류면이 형성될 수 있도록 돌출된 상태에서 상기 에어노즐관의 선단 외측으로부터 후단 방향으로 나선 형태를 가지며 형성된다.

상기 버블관체의 출구 외측에, 상기 에어주입관과 차단된 상태로 다수개의 상기 에어노즐관 중 일부를 커버하며 설치되는 챔버가 결합되도록 하고, 상기 챔버에 토르말린이 충진되도록 하며, 상기 챔버에 에어 또는 물을 선택적으로 공급할 수 있도록 밸브를 갖는 공급관이 설치된다.

상기 챔버가 각각 밸브를 갖는 공급관을 가지며 격벽을 통해 적어도 2개 이상 설치되도록 하되, 하나의 상기 챔버가 각각 적어도 10개 이상의 에어노즐관과 연통되도록 하고, 상기 공급관이 각각 하나의 주공급관과 연결되도록 한다.

상기 토르말린은, 칩 형태로 충진된다.

상기 주공급관에는, 에어 20-40 %, 물 60-80 %가 혼합되어 공급되도록 함이 바람직하다.

본 발명은, 이동하는 유체에 난류가 형성되고 또한 유체에 에어가 공급되어져 미세한 마이크로 버블이 다량 형성되는 효과가 있다.

그리고, 난류가 형성되어 이동하는 유체에 에어 공급시 공급되는 유체와 에어의 양을 조절할 수 있어 버블 크기를 조절할 수 있는 효과가 있다.

또한, 난류가 형성되어 이동하는 유체에 공급되는 물 또는 에어가 토르마린 층을 통과하면서 생성되는 계면활성제를 이용하여 기포 표면이 음의 전자로 대전되는 이중기포를 통해 유체의 이온화는 물론 세정 효과를 갖는 버블을 형성하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로 버블 발생기의 단면도,
도 2는 도 1의 "B"부 확대도,
도 3은 도 1에서 에어노즐관의 단면 요부도,
도 4는 도 1에서 "A-A"선 확대도로 디스크를 보인 요부도,
도 5는 도 4의 정단면도,
도 6은 도 4의 측단면도,
도 7은 일반적인 기포 형태에서 본 발명에 따른 기능성 마이크로 버블 발생기에 의해 음으로 대전된 기능성 기포를 도시한 예시도.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 설명하며 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기술 등은 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있다고 판단되는 경우 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명에 따른 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있으며, 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명은 이동하는 유체에 에어(air)를 공급시켜 유체에 마이크로 단위의 미세한 버블이 발생되도록 하기 위한 것이다.

본 발명은 유체가 이동하는 버블관체(100)와, 버블관체(100)내로 에어를 공급하는 다수의 에어노즐관(200)과, 각각의 에어노즐관(200)에 에어를 주입하는 에어주입관(300)을 포함하여 구성된다.

상기 버블관체(100)는, 원통 또는 다각통 형상을 가지며 한쪽에는 입구(110)가 그리고 다른쪽에는 출구(120)가 형성되어 입구로 유입된 유체가 출구쪽 방향으로 이동하게 된다.

상기 에어노즐관(200)은, 상기 버블관체(100)의 내벽에 다수개 결합되며, 중앙에는 축방향을 따라 에어공급로(210)가 구멍 형태로 형성되어 상기 버블관체(100)의 외측에서 내측으로 연통하게 된다. 그리고 상기 에어노즐관(200)의 외측에는 나선돌기(220)가 형성된다.

상기 나선돌기(220)는, 상기 버블관체(100)의 입구로 유입되어 이동하는 유체에 와류가 형성될 수 있도록 하기 위한 것으로, 돌출된 상태에서 상기 에어노즐관(200)의 선단 외측으로부터 후단 방향으로 나선 형태를 가지며 형성되어 표면에 경사진 와류면(222)이 형성되게 된다.

즉, 상기 버블관체(100)를 빠른 속도로 이동하는 유체가 상기 에어노즐관(200)의 나선돌기(220)에 형성된 와류면(222)에 부딪히면서 경사각을 통해 와류를 형성시키게 되고 또한 상기 버블관체(100)내에서 상기 버블관체(100)의 유체 이동방향과 직교되는 방향으로 이동시에는 나산돌기(220)의 선단으로부터 회절하는 형태로 이동됨에 따라 유체에는 큰 난류가 형성되게 된다.

상기 에어주입관(300)은, 상기 버블관체(200)의 외측에 제공되어 일측에 제공된 에어주입구(320)를 통한 에어를 상기 에어노즐관(200)의 에어공급로(210)에 각각 전달 공급하게 되며, 상기 에어주입구(320)에는 에어 공급을 차단하는 밸브(340)를 가져서 된다.

이에따라, 상기 버블관체(100)내에는 이동되는 유체가 에어노즐관(200)을 통해 난류 현상을 발생하게 되고, 이에 공급되는 에어가 난류층으로 유입되어 미세한 버블을 다량 발생시키면서 이동하여 배출되게 된다.

본 발명에 따른 다른 실시예로서, 상기 버블관체(100)의 입구에 유입되는 물이 와류를 형성하며 유입될 수 있도록 물이동로(410)가 다수개 형성된 디스크(400)가 결합된다.

상기 디스크(400)는, 에어가 유체에 안정되고 고르게 침투될 수 있도록 하기 위한 것으로, 중앙에 나선홀(430)이 형성되어 상기 버블관체(100)와 동일 축방향을 따라 형성되고, 원주면에 둘레를 따라 다수개의 물이동로(410)가 상기 버블관체(100)의 출구 측 방향으로 관통 형성되도록 하되, 상기 물이동로(410)가 각각 경사각(412)을 가져서 된다.

즉, 상기 버블관체(100)내로 유입되기 전 디스크(400)의 물이동로(410)를 먼저 통과하게 되고, 이때 물이동로(410)의 경사각(412)을 통해 회절되는 형태로 이동하게 된다. 그리고 상기 나선홀(430)은 중앙으로 이동되는 유체에 회전력을 부여하게 된다. 이에따라 상기 버블관체(100)내의 유체는 난류 발생에 따라 미세한 형태로 분리되게 된다.

상기 나선홀(430)은 상기 디스크(400)가 외경을 통해 상기 버블관체(100)에 결합되지 않는 경우 상기 디스크(400)를 상기 버블관체(100)의 입구(110)에 밀착시키기 위한 부재의 나사부재 결합용으로 이용될 수 있다.

상기 물이동로(410)의 경사각(412)은 이동하는 유체가 안정된 유속을 가질 수 있도록 대략 55-65도 각도로 경사지게 형성함이 바람직하다.

도면중 부호 420은 경사각으로 상기 경사각(420)은 상기 디스크(400)로 향하는 유체가 상기 디스크(400)로 와류를 형성하며 유체 압력이 증가될 수 있도록 형성된 것이고, 상기 디스크(400)를 상기 버블관체(100)의 입구(110)에 결합시키기 위한 부재에 형성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예로서, 상기 버블관체(100)의 출구 외측에, 상기 에어주입관(300)과 차단된 상태로 다수개의 상기 에어노즐관(200) 중 일부를 커버하며 설치되는 챔버(500)가 결합되도록 하고, 상기 챔버(500)에 토르말린(600)이 충진되도록 하며, 상기 챔버(500)에 에어 또는 물을 선택적으로 공급할 수 있도록 밸브(520)를 갖는 공급관(540)이 설치된다.

이는, 상기 버블관체(100)를 통하는 유체에 토르마린(600)을 통과하는 공기 또는 물 그리고 공기와 물이 혼합된 상태로 유체에 투입되도록 한다.

여기서, 상기 챔버(500)가 각각 밸브를 갖는 공급관을 가지며 격벽(560)을 통해 적어도 2개 이상 바람직하게는 3개의 챔버(500)(500a)(500b) 설치가 가능하다.

그리고, 상기 챔버(500)(500a)(500b)들 중 하나의 챔버가 각각 적어도 10개 이상의 에어노즐관(200)과 연통되도록 하고, 상기 공급관(540)(540a)(540b)이 각각 밸브(520)(520a)(520b)를 가지며 하나의 주공급관(580)과 연결되도록 함이 바람직하다.

상기 주공급관(580)은, 항상 주입 상태가 되며 상기 밸브(520)(520a)(520b)의 선택적 개방에 의해 해당 공급관이 개방상태가 된다. 즉, 미세한 버블의 양에 따라 상기 밸브의 온 상태가 결정된다.

이하에서는 상기한 버블 발생 과정 즉, 일반적인 버블 발생 및 세정을 위한 버블 크기 조절이 가능한 버블 발생 과정을 실시예를 통해 설명하기로 한다.

실시예1

일반적인 버블 발생과정으로, 상기 버블관체(100)의 입구(110)로 유입되는 유체의 압력을 3-4kg/cm² 으로 셋팅시키고, 밸브(520)(520a)(520b)를 모두 닫힌 상태로 하며, 에어주입관(300)의 밸브(340)를 개방시킨다.

그러면, 유체가 디스크(400)의 물이동로(410)를 통해 빠른 유속을 가지며 회절되어져 버블관체(100)내로 진입하게 된다. 이때 버블관체(100)내에는 유체의 유속에 의해 벤튜리 현상이 발생되고 이에따라 유입되는 유체에는 에어주입관(300)의 에어가 에어노즐관(200)을 통해 유입되면서 일정한 버블이 발생되어 출구(120)로 토출되게 된다.

실시예2

버블 크기 조절이 가능한 버블 발생과정으로, 상기 버블관체(100)의 입구(110)로 유입되는 유체의 압력을 3-4kg/cm² 으로 셋팅시키고, 상기 에어주입관(300)의 밸브(340)를 개방시키며, 상기 밸브(520)(520a)(520b) 중 하나의 밸브(520b)만 개방시킨 후 주공급관(580)에 에어 30%와 물70% 의 비율로 공급한다.

그러면 유체가 디스크(400)의 물이동로(410)를 통해 빠른 유속을 가지며 회절되어져 버블관체(100)내로 진입하게 된다. 이때 유체는 회전과 동시에 에어노즐관(200)에 형성된 나선돌기(220)의 와류면(222)에 부딪혀 난류층을 형성하게 되고, 더불어 에어주입관(300)을 통한 에어노즐관(200)의 에어 유입에 의해 버블이 발생하게 된다. 이와동시에 주공급관(580)을 통한 에어와 물이 토르마린(600)을 통과하면서 에어노즐관(200)을 통해 버블관체(100)내로 유입되게 된다.

이때, 해당 챔버(500b)내에는 지속적인 계면활성제가 생성되게 되고, 이 계면활성제가 공기와 함께 에어노즐관(200)을 통해 상기 버블관체(100)내로 유입되게 되며, 동시에 버블관체(100)내의 난류에 의해 이동하는 유체속으로 용해되며 계면활성제 내부에 기포가 형성되는 기능성 이중 마이크로 버블을 형성시킬 수 있게 된다. 여기서, 기포 표면은 음의 전하로 대전되어 유체속의 슬러지를 제거하는 용도로 적용될 수 있다.

이와같이 상기 밸브(520)(520a)(520b)의 온/오프 동작에 따라 기포의 양 및 기포의 크기를 조절하면서 토출시킬 수 있게 된다.

상기 토르말린은, 분말 등이 가능하지만 물 또는 에어가 이동 가능하도록 바람직하게는 칩 형태로 충진되도록 하여 칩과 칩 사이의 기공을 통해 이동되도록 한다.

그리고, 상기 주공급관에는 에어와 물이 함께 공급되도록 함이 바람직하며, 이때, 에어 20-40 %, 물 60-80 %가 혼합되어 공급되도록 한다.

상기 토르마린 결정은, 미약 전류를 지속적으로 발생시킴에 따라 결정에 수분(H₂O)이 접촉되면 순간적으로 수분을 전기분해한다. 또한 공기중에 포함된 수분에도 작용하여 전기분해를 발생하게 된다.

즉, 토르마린 입자가 수분에 접촉되면서 방전을 하여 전기분해 하게 되고, 이때 물 분자(H₂O)는 수소이온과 수산화이온으로 분리된다.

이때, 분리된 수소이온은 마이너스 전극에 끌려서 이에 방출되는 전자와 결합되어 중화되게 되고 수소가스가 되어 증발하게 된다. 즉 물의 경우 알카리 이온화가 된다. 또한 수산화 이온은 주변의 물 분자와 결합하여 히드록실(hidroxyl)(H₃O₂) 음이온의 계면활성 물질이 되고 상기한 계면활성 물질이 오염원을 제거하게 된다.

이에따라 물 분자가 도 7에 도시된 바와같이 일반적인 기포 상태에서 음이온으로 대전된 기능성 기포의 형태로 음이온화 하여 물을 약알칼리성으로 바꾸게 됨에 따라 물의 활성화로 물맛이 좋게 되고, 상기 히드록실 이온은 계면활성 효과를 가지게 되어 물의 환원작용 및 청균, 항균, 탈취작용을 발생하게 된다. 더불어 토르마린 으로부터 마그네슘, 철, 붕소, 규소 등의 원소가 물에 녹아 미네랄화되는데 이와 같은 미네랄은 예로서 식기세척이 끝난 후 식기에 묻어 있게 되는데 이 경우 식기 사용자의 건강에 유리한 역할을 하게 된다.

이상은 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해하여야 할 것이다.

100: 버블관체
110: 입구 120: 출구
200: 에어노즐관
210: 에어공급로 220: 나선돌기
222: 와류면
300: 에어주입관
320: 에어주입구 340: 밸브
400: 디스크
410: 물이동로 412: 경사각
420: 경사각 430: 나선홀
500,500a,500b: 챔버
520,520a,520b: 밸브 540,540a,540b: 공급관
560: 격벽 580: 주공급관
600: 토르마린

Claims

버블 발생기에 있어서,
물이 통과할 수 있도록 입구와 출구를 갖는 버블관체;
상기 버블관체의 내벽에 다수개 제공되며, 외측에 제공된 나선돌기를 통해 이동되는 물이 난류를 형성하도록 함과 동시에 내측에 제공된 에어공급로를 통해 이동하는 물에 에어를 공급하여 버블이 형성되도록 하는 에어노즐관;
상기 버블관체의 외측에 제공되어 일측에 제공된 에어주입구를 통한 에어를 상기 에어노즐관의 에어공급로에 전달 공급하게 되며, 상기 에어주입구에 에어 공급을 차단하는 밸브를 가져서 된 에어주입관;을 포함하여서 된 것을 특징으로 하는 기능성 마이크로 버블 발생기.
청구항 1에 있어서,
상기 버블관체의 입구에, 원주면 둘레를 따라 다수개의 물이동로가 상기 버블관체의 출구 측 방향으로 관통 형성되도록 하되, 상기 물이동로가 각각 경사각을 가져서 된 디스크를 더 결합함을 특징으로 하는 기능성 마이크로 버블 발생기.
청구항 2에 있어서,
상기 디스크의 중앙에 상기 버블관체의 출구 방향으로 나선홀이 관통 형성되고,
상기 나선돌기는, 와류면이 형성될 수 있도록 돌출된 상태에서 상기 에어노즐관의 선단 외측으로부터 후단 방향으로 나선 형태를 가지며 형성됨을 특징으로 하는 기능성 마이크로 버블 발생기.
청구항 3에 있어서,
상기 버블관체의 출구 외측에,
상기 에어주입관과 차단된 상태로 다수개의 상기 에어노즐관 중 일부를 커버하며 설치되는 챔버가 결합되도록 하고, 상기 챔버에 토르말린이 충진되도록 하며, 상기 챔버에 에어 또는 물을 선택적으로 공급할 수 있도록 밸브를 갖는 공급관이 설치됨을 특징으로 하는 기능성 마이크로 버블 발생기.
청구항 4에 있어서,
상기 챔버가 각각 밸브를 갖는 공급관을 가지며 격벽을 통해 적어도 2개 이상 설치되도록 하되, 하나의 상기 챔버가 각각 적어도 10개 이상의 에어노즐관과 연통되도록 하고, 상기 공급관이 각각 하나의 주공급관과 연결됨을 특징으로 하는 기능성 마이크로 버블 발생기.
청구항 4에 있어서,
상기 토르말린은,
칩 형태로 충진됨을 특징으로 하는 기능성 마이크로 버블 발생기.
청구항 5에 있어서,
상기 주공급관에는
에어 20-40%, 물 60-80%가 혼합되어 공급됨을 특징으로 하는 기능성 마이크로 버블 발생기.