KR101264149B1 - 디퓨저 노즐 - Google Patents

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이수희
김명환
김채주
이상엽
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주식회사 생명과기술
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Abstract

본 발명은 마이크로 버블을 발생하는 디퓨저 노즐에 관한 것으로,
케이스 내부에 물을 공급하는 노즐 1과 공기와 노즐 1에서 분사되는 물을 혼합하여 다층의 오리피스를 향하여 분사하는 노즐 2와, 외부에서 노즐 2에 공기를 공급하는 공기유입부 및 케이스 등으로 구성되어 압력을 가지는 공기와 물의 혼합유체를 다층의 오리피스 디스크 사이에 형성되는 가압과 감압 현상을 이용하고 마이크로 스케일의 공기방울을 만들어 물과 혼합시키는 노즐을 제공하는 것이다. 이 노즐은 기존에 마이크로 버블 발생 노즐에 비하여 많은 유량을 만들 수 있으며, 압력의 손실도 작은 것을 그 발명의 특징으로 한다.

Description

디퓨저 노즐{Diffuser Nozzle}
본 발명은 마이크로 버블을 발생하는 디퓨저 노즐에 관한 것으로,
케이스 내부에 물을 공급하는 노즐 1과 공기와 노즐 1에서 분사되는 물을 혼합하여 다층의 오리피스를 향하여 분사하는 노즐 2와, 외부에서 노즐 2에 공기를 공급하는 공기유입부 및 케이스 등으로 구성되어 압력을 가지는 공기와 물의 혼합유체를 다층의 오리피스 디스크 사이에 형성되는 가압과 감압 현상을 이용하고 마이크로 스케일의 공기방울을 만들어 물과 혼합시키는 노즐을 제공하는 것이다.
본 발명은 디퓨저 노즐에 관한 것으로 기존의 노즐식 마이크로 버블 발생장치의 가장 큰 문제점인 유량을 크게 만들지 못하고 압력손실이 크다는 점을 보완하기 위한 것이다. 또 다른 문제점인 노즐의 크기가 작기 때문에 필터 없이 노즐식 마이크로 버블 발생장치를 사용하면, 노즐이 막히는 등의 오염 문제가 발생하게 된다.
본 발명의 디퓨저 노즐은 미세한 기포를 액체에 혼합하여 공급하는 대용량 마이크로버블 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로, 수중에는 다량의 산소가 포함되어 수생식물이나 동물이 서식할 수 있게 되는데, 수중에 산소가 결핍이 되면 물에 부영양화가 발생 되어 물이 오염되기도 한다. 즉, 산소가 많이 포함되면 물속에 포함된 영양물이 산소에 의해 분해 되어지므로 청정한 물로 정화될 수 있지만, 물에 포함될 수 있는 용존 산소량은 한계가 있으므로 물에 오염물질이 다량으로 유입되는 경우 자체정화가 어려워져 물이 오염되게 된다. 여기서, 용존 산소량이 높은 물은 과산화수소와 같은 살균작용도 하여 물속에서 세균의 발생을 억제할 수 있으나, 물이 부영양화되어 오염됨에 따라 세균은 급속히 번식되어 물의 탁도를 높이고 용존산소량을 낮추어 수생식물이나 동물이 물속에서 살기 어렵게 만든다.
대표적으로는, 바다나 호수 또는 운하에서 물의 부영양화에 의해 플랑크톤이 급격하게 엄청나 수로 번식하여 물의 색이 붉게 변하는 적조나 호수나 물의 유속이 느린 하천에서 플랑크톤이 급격하게 늘어나서 물의 색이 녹색으로 바뀌는 녹조현상이 있다. 이때, 적조나 녹조에 의해 물의 용존산소량이 부족하게 됨에 따라 물속의 수생식물이나 동물은 물속에서 폐사하게 되고, 물은 폐사된 수생식물과 동물의 부패에 의해 더욱더 오염된다. 따라서, 물의 오염방지는 플랑크톤의 급속한 번식을 초래할 수 있는 유기질이 포함된 영양염류의 유입을 사전에 차단하여 용존산소량을 유지하는 것이 필수적이며, 오염된 물은 근본적으로 물의 용존산소량을 높이는 것이 필수적으로 요구된다.
여기서, 수중에 산소를 포함시키는 기술은 정화시설이나 양식장 및 세탁기에도 응용될 수 있는데, 정화시설에서는 산소 기포를 정화조의 내부에 폭기하여 산소에 의해 오폐수의 분해를 활성화 시킬 수 있다. 또한, 양식장에서는 어폐류의 배설물이나 바닥면으로 가라앉은 사료를 분해하거나 배설물이나 사료에서 발생 되는 오염물질을 분해하며, 물에 살균작용을 하여 물고기가 병균에 의해 오염되는 것을 방지한다. 또한, 세탁기에서는 세탁수에 미세화된 산소기포를 공급하여 옷감을 살균하게 되는데, 세탁과정이나 헹굼과정에서 마이크로화된 산소기포가 옷감에 접촉되어 산소기포에 의해 옷감이 살균된다.
그러므로, 마이크로미터 크기의 산소기포를 물속에 포함시키는 기술은 물속에 용존산소량을 늘릴 수 있는 것으로서, 물의 정화나 살균에 있어서 필수적이며, 마이크로미터 크기의 산소 기포는 다양한 분야에 응용될 수 있으나 기존의 노즐식 마이크로 버블발생장치는 유량을 크게 만드는데 한계가 있다.
종래의 기술들은 모두 미세노즐을 공기와 물의 혼합유체를 통과시키는 방법으로 본 출원발명과는 기술에 있어서 근본적으로 차이가 있는 발명이다.
공개특허공보 제10-2008-0092750호 : 욕조용 산소 마이크로버블 공급장치 등록특허공보 제10-0824714호 : 마이크로버블 발생장치 등록특허공보 제10-0843970호 : 마이크로버블 발생장치 공개특허공보 제10-2010-0063876호 : 나노 버블수 발생장치 등록특허공보 제10-0938940호 : 산소용해장치 공개특허공보 제10-2011-0004010호: 마이크로 버블 제조장치
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 마이크로미터 크기의 미세한 산소기포를 물속에 포함시켜 산소기포가 물속에 머무는 시간을 증가시켜 물의 용존산소량을 늘릴 수 있는 디퓨저 노즐 방식의 마이크로 버블발생장치를 제공하는 것이다.
이러한 해결을 위하여, 발명을 아래와 같이 구성하였다.
케이스 내부에 물을 공급하는 노즐1(2)과 공기(산소)와 노즐1(2)에서 분사되는 물을 혼합하여 다층의 오리피스(5)를 향하여 분사하는 노즐2(3)와, 외부에서 노즐2(3)에 공기를 공급하는 공기유입부(7) 및 다층의 오리피스(5)를 구성하는 오리피스 디스크(11)의 평균 내경은 노즐2(3)에서 디프저방향(4)으로 감소하게 구성되며, 하나의 오리피스 디스크(11)에 형성된 내경은 노즐2(3) 쪽 직경에 비하여 디퓨저 (4)쪽의 직경이 더 크게 구성한 다층 오리피스(5) 및 케이스(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디퓨저 노즐.
케이스 내부에 물을 공급하는 노즐1(2)과 공기(산소)와 노즐1(2)에서 분사되는 물을 혼합하여 다층의 오리피스(5)를 향하여 분사하는 노즐2(3)와, 외부에서 노즐2(3)에 공기를 공급하는 공기유입부(7) 및 케이스에 형성되고 노즐2의 측면부를 통하여 디퓨저의 측면부와 연결되어 오리피스 디스크의 수용부와 연결되는 제2공기유입부 및 다층의 오리피스(5)를 구성하는 오리피스 디스크(11)의 평균 내경은 노즐2(3)에서 디프저방향(4)으로 감소하게 구성되며, 하나의 오리피스 디스크(11)에 형성된 내경은 노즐2(3) 쪽 직경에 비하여 디퓨저 (4)쪽의 직경이 더 크게 구성한 다층 오리피스(5) 및 케이스(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디퓨저 노즐 및 제2공기유입부가 디퓨저에 형성된 오리피스 디스크 수용부를 따라 형성된 공기구와 연결되는 것을 특징으로 하는 디퓨저 노즐 및 제2공기 유입부가 환상으로 구성되어 디퓨저에 형성된 오리피스 디스크 수용부를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 디퓨저 노즐.
케이스 내부에 물을 공급하는 노즐1(2)과 공기(산소)와 노즐1(2)에서 분사되는 물을 혼합하여 다층의 오리피스(5)를 향하여 분사하는 노즐2(3)와, 외부에서 노즐2(3)에 공기를 공급하는 공기유입부(7) 및 케이스와 노즐2의 측면부를 관통하여 노즐2의 내부에 바로 공기를 공급하는 제2공기유입부 및 다층의 오리피스(5)를 구성하는 오리피스 디스크(11)의 평균 내경은 노즐2(3)에서 디프저방향(4)으로 감소하게 구성되며, 하나의 오리피스 디스크(11)에 형성된 내경은 노즐2(3) 쪽 직경에 비하여 디퓨저 (4)쪽의 직경이 더 크게 구성한 다층 오리피스(5) 및 케이스(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디퓨저 노즐 및 제2공기유입부가 노즐2의 내부에 형성된 공기구멍과 연결되는 것을 특징으로 하는 디퓨저 노즐 및 제2공기유입부가 노즐2의 내부에 형성된 환상의 공기배출구와 연결되는 것을 특징으로 하는 디퓨저 노즐.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 디퓨저 노즐 방식의 마이크로버블 발생장치는 마이크로미터 크기의 미세한 산소 기포를 물속에 포함시켜 산소 기포가 물속에 머무는 시간을 증가시킴으로써 물의 용존산소량을 늘릴 수 있으므로 오염된 물에서 유기염류의 분해, 정화조나 정화시설의 폭기조, 세탁기 또는 각종 의료기구나 옷감의 살균수 또는 인체의 세척수를 제공하는데 사용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예
도 2는 본 발명의 제1 실시예의 작용
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 노즐 내부의 압력
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 사시도
도 5는 본 발명의 제2 실시예
상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 디퓨저 노즐(Diffuser Nozzle) 방식의 마이크로버블 발생장치의 구성은 케이스 내부에 물을 공급하는 노즐1(2)과 공기(산소)와 노즐1(2)에서 분사되는 물을 혼합하여 다층의 오리피스(5)를 향하여 분사하는 노즐2(3)와, 외부에서 노즐2(3)에 공기를 공급하는 공기 유입부(7) 및 다층의 오리피스(5)를 구성하는 오리피스 디스크(11)의 평균 내경은 노즐2(3)에서 디퓨저(4) 방향으로 감소하게 구성되며, 하나의 오리피스 디스크(11)에 형성된 내경은 노즐2(3) 쪽 직경에 피하여 디퓨저(4) 쪽의 직경이 더 크게 구성됨으로써 오리피스 디스크(11)를 물과 공기가 섞인 혼합액체가 통과하며 오리피스 디스크(11)와 디스크 사이에서 강한 와류가 형성되어 공기방울을 미세하게 만들게 된다.
기존의 마이크로 버블 발생장치가 미세한 분사노즐을 포함하는 발생장치에 공기와 물이 혼합된 유체를 강한 압력으로 공급함으로써 미세 노즐을 통과하는 과정에서 버블이 발생하는 것을 이용하였기 때문에 노즐의 크기가 1mm 이하로 작기 때문에 미세 노즐을 통과하는 유량이 많지 않아 대용량의 마이크로 버블이 포함된 유체를 공급할 수 없었으며, 미세 노즐에 공기와 물 혼합유체를 통과시키기 위하여 높은 압력이 필요하였다.
그러나, 본 발명은 다층의 오리피스 디스크를 통과하는 과정에서 공기와 물을 혼합하는 방식을 취하고 있으며, 노즐의 직경도 수십 mm 까지 크게 할 수 있어 많은 양의 마이크로 버블 함유 혼합유체를 적은 압력 손실로 생산할 수 있는 것이다.
도면과 실시예를 통하여 발명의 작용 효과를 설명하면 다음과 같다.
실시예 1
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 마이크로버블 발생장치의 단면도이고, 도 2는 공기와 물이 혼합되어 마이크로버블이 발생되는 원리를 보여주고 있다.
본 발명의 실시예 1에서는
도 1을 참고하여 설명하면,
케이스 내부에 물을 공급하는 노즐1(2)과 공기(산소)와 노즐1(2)에서 분사되는 물을 혼합하여 다층의 오리피스(5)를 향하여 분사하는 노즐2(3)와, 외부에서 노즐2(3)에 공기를 공급하는 공기유입부(7) 및 다층의 오리피스(5)를 구성하는 오리피스 디스크(11)의 평균 내경은 노즐2(3)에서 디퓨저(4)방향으로 감소하게 구성되며, 하나의 오리피스 디스크(11)에 형성된 내경은 노즐2(3) 쪽 직경에 비하여 디퓨저(4)쪽의 직경이 더 크게 구성한 다층 오리피스(5) 및 케이스(1)로 구성된다.
특히 디퓨저(4)는 다층 오리피스(5)의 수용부를 구비할 수 있도록 구성하여, 조립과 내구성을 향상시켰으며, 오리피스가 오염되었을 경우 디퓨저(4)를 분리하는 것만으로도 세척가능하도록 구성하였다.
도 2를 참고하여 실시예 1의 작용효과를 살펴보면,
공기유입구(7) 및 물유입구(6)에서 일정한 압력을 가진 공기와 물(유체)가 공급되면, 노즐1(2)과 노즐2(3) 사이에 형성되는 공간부에서 공기와 물의 1차 혼합이 발생하고, 이 혼합된 혼합유체가 노즐2(3)를 통과하며, 다층의 오리피스 디스크(5)를 통과하며, 오리피스 디스크(11)에서의 입구쪽과 출구쪽의 구성의 차이에 의한 감압과 오리피스 디스크(11)와 디스크 사이에서 발생하는 가압의 단계적인 증가로 인하여, 도 3에서와 같이, 다층의 오리피스(5) 중심에서 최대 압력을 가지게 되고, 출구인 디퓨저(4) 쪽으로 가면서 감압이 되는 압력분포를 보이게 된다. 이때, 오리피스 디스크(11)의 내경의 차이에 의하여 오리피스 디스크(11) 간의 경계면에 생기는 공간부에서 많은 양의 기체 혼합이 발생하게 된다.
실시예 2
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 마이크로버블 발생장치의 단면도이다.
본 발명의 실시예 2에서는
도 5를 참고하여 설명하면,
케이스 내부에 물을 공급하는 노즐1(2)과 공기(산소)와 노즐1(2)에서 분사되는 물을 혼합하여 다층의 오리피스(5)를 향하여 분사하는 노즐2(3)와, 외부에서 노즐2(3)에 공기를 공급하는 공기유입부(7) 및 케이스에 형성되고 노즐2(3)의 측면부를 통하여 디퓨저(4)의 측면부와 연결되어 오리피스 디스크(11)의 수용부와 연결되는 제2공기유입부(12) 및 다층의 오리피스(5)를 구성하는 오리피스 디스크(11)의 평균 내경은 노즐2(3)에서 디퓨저(4)방향으로 감소하게 구성되며, 하나의 오리피스 디스크(11)에 형성된 내경은 노즐2(3) 쪽 직경에 비하여 디퓨저(4)쪽의 직경이 더 크게 구성한 다층 오리피스(5) 및 케이스(1)로 구성된다.
특히 제2 실시예에서는 공기유입구(7)를 추가함으로써 더 많은 버블을 발생하는 디퓨저 노즐을 제공하고자 하는 것이다.
제2공기 유입부(12)는 하나의 홀 형태로 구성될 수도 있고, 디퓨저(4)에 형성된 오리피스 디스크(11) 수용부를 따라 수개의 홀 형태 또는 환 형으로 형성할 수도 있다.
1 : 케이스 2 : 노즐 1
3 : 노즐 2 4 : 디퓨저
5 : 다층 오리피스 6 : 물 유입구
7 : 공기 유입구 11 : 오리피스 디스크
12 : 제2공기 유입부

Claims (7)

  1. 케이스 내부에 물을 공급하는 노즐1(2)과 공기(산소)와 노즐1(2)에서 분사되는 물을 혼합하여 다층의 오리피스(5)를 향하여 분사하는 노즐2(3)와, 외부에서 노즐2(3)에 공기를 공급하는 공기유입부(7) 및 다층의 오리피스(5)를 구성하는 오리피스 디스크(11)의 평균 내경은 노즐2(3)에서 디퓨저(4)방향으로 감소하게 구성되며, 하나의 오리피스 디스크(11)에 형성된 내경은 노즐2(3) 쪽 직경에 비하여 디퓨저(4)쪽의 직경이 더 크게 구성한 다층 오리피스(5) 및 케이스(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디퓨저 노즐.
  2. 케이스 내부에 물을 공급하는 노즐1(2)과 공기(산소)와 노즐1(2)에서 분사되는 물을 혼합하여 다층의 오리피스(5)를 향하여 분사하는 노즐2(3)와, 외부에서 노즐2(3)에 공기를 공급하는 공기유입부(7) 및 케이스(1)에 형성되고 노즐2(3)의 측면부를 통하여 디퓨저(4)의 측면부와 연결되어 오리피스 디스크(11)의 수용부와 연결되는 제2공기 유입부(12) 및 다층의 오리피스(5)를 구성하는 오리피스 디스크(11)의 평균 내경은 노즐2(3)에서 디퓨저(4)방향으로 감소하게 구성되며, 하나의 오리피스 디스크(11)에 형성된 내경은 노즐2(3) 쪽 직경에 비하여 디퓨저(4)쪽의 직경이 더 크게 구성한 다층 오리피스(5) 및 케이스(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디퓨저 노즐.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2공기 유입부(12)가 디퓨저(4)에 형성된 오리피스 디스크(11) 수용부를 따라 형성된 공기구와 연결되는 것을 특징으로 하는 디퓨저 노즐.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2공기 유입부(12)가 환상으로 구성되어 디퓨저(4)에 형성된 오리피스 디스크(11) 수용부를 따라 형성되는 것을 특징으로 하는 디퓨저 노즐.
  5. 케이스 내부에 물을 공급하는 노즐1(2)과 공기(산소)와 노즐1(2)에서 분사되는 물을 혼합하여 다층의 오리피스(5)를 향하여 분사하는 노즐2(3)와, 외부에서 노즐2(3)에 공기를 공급하는 공기유입부(7) 및 케이스(1)와 노즐2(3)의 측면부를 관통하여 노즐2(3)의 내부에 바로 공기를 공급하는 제2공기 유입부(12) 및 다층의 오리피스(5)를 구성하는 오리피스 디스크(11)의 평균 내경은 노즐2(3)에서 디퓨저(4)방향으로 감소하게 구성되며, 하나의 오리피스 디스크(11)에 형성된 내경은 노즐2(3) 쪽 직경에 비하여 디퓨저(4)쪽의 직경이 더 크게 구성한 다층 오리피스(5) 및 케이스(1)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디퓨저 노즐.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2공기 유입부(12)가 노즐2(3)의 내부에 형성된 공기구멍과 연결되는 것을 특징으로 하는 디퓨저 노즐.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2공기 유입부(12)가 노즐2(3)의 내부에 형성된 환상의 공기배출구와 연결되는 것을 특징으로 하는 디퓨저 노즐.
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