KR101284267B1

KR101284267B1 - 수위 조절이 가능한 용해탱크를 이용한 버블 발생장치

Info

Publication number: KR101284267B1
Application number: KR1020110070322A
Authority: KR
Inventors: 송동근; 홍원석; 신완호
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2013-07-08
Also published as: KR20130009309A

Abstract

펌프로부터 공급되는 물을 저장하는 용해탱크, 용해탱크로부터 물을 유입 받아 버블을 생성시키는 적어도 하나의 버블발생노즐, 및 용해탱크에 저장되는 물의 수위를 조절하는 컨트롤러를 포함하는 용해탱크를 이용한 버블 발생장치가 개시된다. 이에 의하면, 펌프의 과부하를 방지할 뿐 아니라, 저전력으로도 대용량의 수처리에 적용이 가능하다.

Description

수위 조절이 가능한 용해탱크를 이용한 버블 발생장치{DEVICE FOR GENERATING BUBBLE USING DISSOLUTION TANK CAPABLE OF CONTROLLING WATER LEVEL}

본 발명은 수위 조절이 가능한 용해탱크를 이용한 버블 발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 물을 공급하는 펌프에 가해지는 부하가 최소화되도록 함으로써, 저 전력으로도 대량의 마이크로 버블을 생산하여 대용량의 수처리에 이용할 수 있는 수위 조절이 가능한 용해탱크를 이용한 버블 발생장치에 관한 것이다.

마이크로 버블(MICRO BUBBLE)은 수 마이크로미터 이하의 사이즈, 예컨대 50 마이크로미터 이하의 사이즈로서 눈으로는 확인할 수 없는 초미세 기포를 일컫는다. 이러한 마이크로 사이즈 또는 나노 사이즈의 버블(MICRO BUBBLE)(이하, '마이크로 버블'이라고 함)을 발생시키는 기술은 수 처리분야를 포함하여 많은 분야에 활용될 전망이다.

이러한 이유로 인해 현재 마이크로 버블 발생장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 예를 들면, 한국등록특허 10-745851호(2007. 7. 27)에는 수 마이크로미터 이하의 크기를 가진 버블을 발생시키는 버블 발생 장치가 개시되어 있다. 본 한국등록특허에서는, 제어부의 제어 신호에 의해 모터부가 펌핑 동작을 수행하고, 펌핑에 의해 욕수 및 에어는 모터부로 흡입되도록 하고, 모터부에 흡입된 욕수 및 에어를 버블 생성부로 배출하며, 버블 생성부는 과잉의 압력을 방지하기 위해 에어 벤트를 이용하여 에어를 배출하고, 버블 토출 모듈을 통해 버블을 형성한다.

다른 예를 들면, 한국특허공개 10-2010-0030382호(2010. 3. 18)에는 원활한 동작이 가능하면서 동작이 완료된 이후에는 메인 펌프 내부에 잔존하는 물을 완전 배출할 수 있도록 함으로써 위생에 대한 신뢰성을 향상시키며, 물의 순환이 가능할 뿐 아니라 수돗물을 직접 이용할 수도 있도록 한 형태의 마이크로 버블 발생장치가 개시되어 있다.

하지만, 이처럼 마이크로 버블을 생산하는 기술들이 많이 개발되고 있지만, 저전력으로 대량의 마이크로 버블을 생산할 수 있는 기술로서, 실제로 100nm이하의 마이크로 버블를 생산하는 기술들은 부족하다고 할 것이다.

특히, 종래에는 고농도의 용해수를 생성하기 위한 장치의 효율성이 떨어져, 공급된 물과 공기량에 비해, 저농도의 용해수가 생산되어 전체적인 마이크로 버블 생산성이 저하되는 문제가 있으며, 마이크로 버블을 발생시키기 위한 노즐의 구조로 인하여 펌프에 과부하가 발생하고, 이로 인해 소비전력이 증가하는 문제점이 있었다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 물과 공기의 사용량 대비 마이크로 버블의 발생량을 증가시킬 수 있을 뿐 아니라, 물을 공급하는 펌프에 가해지는 부하가 최소화되도록 하여 저 전력으로도 대량의 마이크로 버블을 생산하여 대용량의 수처리 기술에 적용할 수 있는 수위 조절이 가능한 용해탱크를 이용한 버블 발생장치를 제공하는데 일 목적이 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 물과 공기의 사용량 대비 마이크로 버블의 발생량을 증가시킬 수 있을 뿐 아니라, 물을 공급하는 펌프에 가해지는 부하가 최소화되도록 하여 저 전력으로도 대량의 마이크로 버블을 생산하여 대용량의 수처리 기술에 적용할 수 있는 버블 발생장치에 사용가능한 용해탱크를 제공하는 데 일 복적이 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 저전력으로 100nm 이하의 버블을 생산할 수 있는 버블 발생장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 저전력으로 50nm 이하의 버블을 생산할 수 있는 버블 발생장치를 제공하는 데 일 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 용해탱크를 이용한 버블 발생장치는 펌프로부터 공급되는 물을 저장하는 용해탱크; 상기 용해탱크로부터 물을 유입 받아 버블을 생성시키는 적어도 하나의 버블발생노즐; 및 상기 용해탱크에 저장되는 물의 수위를 조절하는 컨트롤러;를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 물을 공급하는 펌프에 가해지는 부하가 최소화되도록 마이크로 버블 발생장치를 구성함으로써, 저 전력으로도 대량의 마이크로 버블을 생산할 수 있어, 대용량의 수처리 시설이나 그와 관련된 기술에 적용하는 것이 가능할 뿐 아니라, 대용량의 마이크로 버블을 사용하는 각종 기술에 적용하는 것이 가능하다.

또한, 저전력으로 대량 생산할 수 있는 마이크로 버블의 크기는 100nm 이하의 기포도 가능하고, 또한, 50nm 이하의 버블도 생성 가능하며, 나아가 20nm 크기의 마이크로 버블도 생성할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수위 조절이 가능한 용해탱크를 이용한 버블 발생장치의 장치도이고,
도 2는 도 1의 용해탱크를 구체적으로 나타낸 블럭도이고,
도 3은 도 1의 버블발생노즐을 나타낸 사시도이고,
도 4는 도 1의 버블발생노즐을 절개한 절개사시도이고,
도 5는 도 1의 버블발생노즐의 단면도이고,
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 수위 조절이 가능한 용해탱크를 이용한 버블 발생장치를 개념적으로 나타낸 블럭도이고,
도 7은 도 6의 선회유닛을 나타낸 사시도이고,
도 8은 도 6의 선회유닛을 절개한 절개사시도이고,
도 9는 도 6의 선회유닛의 단면도이고,
도 10은 도 6의 분리챔버를 나타낸 사시도이고,
도 11은 도 6의 선회유닛과 분리챔버를 결합관계를 설명하기 위한 도면이고, 그리고
도 12는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 수위 조절이 가능한 용해탱크를 이용한 버블 발생장치를 개념적으로 나타낸 블럭도이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하, 도 1 내지 도 5를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 공기를 고농도로 용해시킬 수 있는 용해탱크를 이용한 마이크로 버블 발생장치를 설명한다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 용해탱크를 이용한 마이크로 버블 발생장치는 급수펌프(110), 용해탱크(120), 용해탱크(120)와 연결되어 용해탱크로부터 유출되는 물이 이동할 수 있는 경로를 제공하는 공통 관로(150), 및 다수의 버블발생노즐(140-1 내지 140-14)를 포함할 수 있다. 한편, 설명의 목적을 위해서, 도 1에 유량계(FlowMeter, 120)를 추가적으로 도시하였다.

본 실시예에 따른 용해탱크를 이용한 마이크로 버블 발생장치는 도 1에 도시된 바와 같이 통체로 물속에 위치되어, 대량으로 마이크로 및/또는 나노 버블을 생성할 수 있다.

본 실시예에 따른 용해탱크를 구비한 마이크로 버블 발생장치는 펌프(110)에 의해 물이 용해탱크(120)에 유입되고, 용해탱크(120)에 유입된 물은 분무형태로 분사되어 공기와 접촉된 다음, 낙하하여 용해탱크(120)에 고농도의 용해수(이하, '고용해수'라 함)가 수용된다. 용해탱크(120)내의 고용해수는 다수의 버블발생노즐(140-1 내지 140-14)를 통해 분사됨으로써, 마이크로 버블이 생성될 수 있다.

이상과 같이 본원 명세서에서는 물에 혼합되는 것이 공기로 상정하였으나, 이는 예시적인 것으로서, 공기 아닌 오존이나 순산소 등과 같이 마이크로 버블을 만들 필요성이 있는 임의의 모든 가스를 포함한다. 한편, 다수의 버블발생노즐(140-1 내지 140-14)은 도 3에 개시된 것을 사용하기는 하였지만, 다른 적절한 형태의 노즐유닛을 사용하는 것도 가능할 것이다.

펌프(110)는 유입되는 물을 소정의 압력으로 용해탱크(120)로 공급할 수 있다. 후술하겠지만, 본원 발명에 따르면 급수펌프(110)에 걸리는 압력이 최소화되면서 동시에 마이크로 버블을 대량으로 생성할 수 있는 구조를 가지고 있다.

한편, 펌프(110)로 유입되는 물의 불순물을 제거하기 위하여 펌프(110)의 유입측에는 도 1과 같은 다공성의 메쉬부재(M)가 설치될 수 있다. 따라서, 펌프(110)를 통해 유입되는 물은 가능한 불순물이 함유되지 않은 물이 유입된다.

용해탱크(120)는 펌프(110)에서 유출된 물을 유입받아서 분무형태로 분사하여 공기와 접촉시킴으로써 공기가 물속에 많이 녹는 고용해수가 생성될 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 용해탱크(120)는 탱크본체(121), 분무노즐(123), 에어콤프레서(125), 콘트롤러(126), 제 1 및 제 2 수위센서(127a,127b), 벤트(128)를 포함할 수 있다.

탱크본체(121)로 유입된 물은 분무노즐(123)을 통해 분무화되어 분사되고, 에어콤프레서(125)로부터 탱크본체(121)로 공급된 공기와 접촉되어 낙하하면서 고용해수가 생성되어 탱크본체(121)에 수용된다. 이러한 물을 분무화하고 공기와 접촉시키는 방법은 기존의 용해방법에 비해 고용해수를 생성하기에 바람직하다.

아울러, 본 실시예에 따른 용해탱크(120)는 후술하겠지만, 탱크본체(121)에 수용된 고용해수의 수위가 높이를 유지하도록 제 1 수위(h1) 및 제 2 수위(h2)를 감지하기 위한 제 1 및 제 2 수위센서(127a,127b)가 설치되고, 콘트롤러(126)가 상기 제 1 수위센서(127a) 또는 제 2 수위센서(127b)로부터 탱크본체(121)내에 수용된 고용해수의 수위가 감지되면 에어콤프레서(125)와 용해탱크(121)의 연결유로상에 설치된 밸브(V1)의 개폐를 제어하도록 구성될 수 있다.

탱크본체(121)는 원통형상으로 형성된다. 금속성 재질로 이루어질 수 있지만, 반드시 그러할 필요는 없고 투명 또는 반투명 재질의 프라스틱 사출물일 수 있고 그 외의 다양한 재질로도 이루어질 수 있다.

한편, 용해탱크(120)는, 공기를 유입받는 유입구(124), 펌프(110)로부터 물을 유입받는 유입구(122), 및 용해수를 버블발생노즐 쪽으로 유출하는 유출구(129)를 포함할 수 있다.

분무노즐(123)은 펌프(110)로부터 탱크본체(121) 내부로 유입된 물을 분무상태로 만들어 탱크본체(121)의 상측 내부로 분사한다. 이러한 분무노즐(123)은 일반적인 공지기술로서, 물을 유입받아 분무형태로 만드는 다양한 형태의 구조가 적용될 수 있다.

에어콤프레서(125)는 탱크본체(121)내에 공기를 공급하기 위한 수단이다. 에어콤프레서(125)와 탱크본체(121)를 연결하는 유로상에는 밸브(V1)가 설치된다. 이 경우, 밸브(V1)는 전자식 밸브로서 콘트롤러(126)와 전기적으로 연결되어, 콘트롤러(126)의 제어신호에 의해 에어콤프레서(125)로부터 탱크본체(121)로 공급되는 공기의 흐름을 개방하거나 차단시킨다.

제 1 수위센서(127a) 및 제 2 수위센서(127b)는 탱크본체(121)내에 수용된 고용해수의 높이(수위)를 감지하기 위한 수단으로서, 콘크롤러(126)와 전기적으로 연결된다. 본 실시예에서는 초음파 방식의 센서가 사용되었으나, 광학식 센서 및 수위를 감지하기 위한 다양한 방식의 센서들이 사용될 수 있음은 물론이다.

제 1 수위센서(127a)는 탱크본체(121)내 용해수의 높이가 h1인 것을 감지하며, 제 2 수위센서(127b)는 탱크본체(121)내 용해수의 높이가 h1보다 낮은 h2인 것을 감지하도록 설치된다. 본 실시예에서, 높이 h1 은 분무노즐(123)의 하단의 위치와 실질적으로 동일할 수 있다.

본 실시예에 따른 콘트롤러(126)는, 제 1 수위센서(127a)가 물의 수위가 높이 h1 에 있다고 감지한 경우, 밸브를 개방하여 탱크본체(121)내에 공기를 공급한다. 이에 따라, 탱크본체(121)내의 공기압이 증가하여 탱크본체(121)에 수용된 고용해수를 눌러, 고용해수의 높이(수위)가 제 1 수위(h1)보다 낮아지게 된다.

또한, 콘트롤러(126)는 제 2 수위센서(127b)가 물의 수위가 높이 h2에 있다고 감지한 경우, 밸브(V1)를 차단하여 탱크본체(121)내로 공기의 공급을 중지한다.

상기와 같은 콘트롤러(126) 제어에 의해, 탱크본체(121)내에 수용되는 고용해수의 수위는 제 1 수위(h1)과 제 2 수위(h2)의 사이를 유지할 수 있게 되어, 탱크본체(121)내에서의 고용해수 생성효율을 향상시키고, 다수의 버블발생노즐(140-1내지140-14)에 공급할 충분한 고용해수 양을 확보할 수 있다.

즉, 분무노즐(123)보다 높은 수위까지 고용해수가 쌓이는 것을 방지하여, 분무노즐(123)이 고용해수에 잠겨, 탱크본체(121)로 유입되는 물이 분무화되지 않고 고용해수에 섞이는 것을 막을 수 있다. 또한, 고용해수의 수위가 높이 h2보다 밑으로 떨어지는 것을 방지하여 다수의 버블발생노즐(140-1 내지 140-14)에 공급하기 위한 최소한의 고용해수양을 확보할 수 있다.

한편, 탱크본체(121)의 상부에는 탱크본체(121) 내의 공기압을 조절하도록 외부에 공기를 배출하는 벤트(128)가 구비된다. 본 실시예에 따른 벤트(175)는 전자식으로 개폐가 가능한 방식으로서, 콘트롤러(126)와 전기적으로 연결된다.

이 경우, 콘트롤러(126)는 제 2 수위센서(127b)에 의해 물의 수위가 h2에 있는 것이 감지되면, 벤트(128)를 열어 탱크본체(121)내의 공기를 빼줌으로써, 탱크본체(121)내의 공기압을 신속하게 낮추게 한다.

이는, 탱크본체(121)내의 용해수 수위가 h2 이하로 낮아지는 경우가 발생하였을 때, 탱크본체(121) 내의 높은 압력을 신속하게 낮춤으로써, 용해수의 수위가 h2이상으로 올라오도록 하기 위함이다.

상기와 같이, 본 실시예에 따른 용해탱크(120)는 펌프(110)로부터 유입되는 물을 분무화시켜 분사하고, 공기와 접촉시키는 구조를 갖기 때문에, 고용해수의 생성률이 향상된다.

또한, 용해탱크(120)는 제 1 및 제 2 수위센서(127a,127b) 및 콘트롤러(126)에 의해, 탱크본체(121)내에 공기의 공급을 제어하여, 고용해수의 수위를 일정높이로 유지할 수 있어, 고용해수의 생성효율을 향상시킬 뿐 아니라, 다수의 버블발생노즐(140-1 내지 140-14)에 공급할 충분한 고용해수를 탱크본체(121) 내에 확보할 수 있다.

유량계(130)는 용해탱크(120)로부터 다수의 버블발생노즐(140-1 내지 140-14)에 유입되는 고용해수의 유량을 측정할 수 있다.

다수의 버블발생노즐(140-1 내지 140-14)은 탱크본체(121)에 수용된 고용해수를 유입한 후, 수중으로 고속 배출하여 수중의 물과 고용해수를 충돌시킴으로써 수중에 마이크로 버블을 생성시킨다.

본 발명의 다수의 버블발생노즐(140-1 내지 140-14)은 고용해수를 유입하고, 수중으로 배출하여 마이크로 버블을 생성할 수 있는 다양한 노즐유닛의 구성이 적용될 수 있으나, 본 실시예에 따른 버블발생노즐은 탱크본체(121)로부터 유입된 고용해수를 선회시킨 후, 수중으로 배출하여 마이크로 버블을 생성하도록 구성된다. 따라서, 버블발생노즐(140-1 내지 140-14)로부터 배출되는 고용해수가 고속 선회하면서 빠른 속도로 배출되기 때문에 마이크로 버블의 생산율이 향상된다.

이와 같은 기능을 수행하는 다수의 버블발생노즐(140-1 내지 140-14)은 각각 동일한 구조를 갖으므로, 하나의 버블발생노즐(140-1)에 대해서만 설명한다. 도 3 내지 도 5를 참조하면, 버블발생노즐(140-1)은 노즐본체(141)와, 노즐본체(141) 내부에 마련되는 용해수 회전유도안내부(149)를 구비한다.

노즐본체(141)는 버블발생노즐(140-1)의 외관을 형성하는 부분이다. 금속성 재질로 이루어질 수 있지만, 반드시 그럴할 필요는 없고 투명 또는 반투명 재질의 플라스틱 사출물있고 그 외의 다양한 재질로 이루어질 수 있다.

이러한 노즐본체(141)에는 용해수가 유입되는 노즐 유입부(143)와, 고용해수가 배출되는 노즐 배출부(145)가 마련된다.

노즐 본체(141)는 노즐 배출부(145)가 형성된 내벽면을 제외한 나머지 내벽면이 전구간에서 그 단면적이 동일한 원기둥 형상을 가진다. 노즐 유입부(143)는 노즐본체(141)의 접선방향으로 형성되며, 노즐 배출부(145)는 노즐본체(141)의 길이방향 중심축 상의 일측벽에 형성된다.

노즐 유입부(143) 영역에는 노즐 유입부(143)로 용해수를 유입시키기 위한 노즐 커넥터(146)가 마련된다. 노즐 커넥터(146)에는 나사부(147)가 형성된다.

용해수 회전유도안내부(149)는 노즐 유입부(143)를 통해 노즐본체(141)내로 유입되는 고용해수의 회전을 유도하고, 고용해수를 강하게 선회시킨다.

용해수 회전유도안내부(149)는 별도로 제작되어 노즐본체(141)의 내의 해당 위치에 결합될 수도 있지만, 사출물이라면 용해수 회전유도안내부(149)는 노즐본체(141)의 제작시 일체로 제작되는 편이 바람직하다.

한편, 본 실시예에서는 용해수 회전유도안내부(149)를 통해 물과 공기의 선회력을 향상시키기 위해서 상기와 같이 노즐 유입부(143)가 노즐본체(141)의 접선방향으로 형성된다. 따라서, 노즐 유입부(143)를 통해 유입된 고용해수는 용해수 회전유도안내부(149)에 저항을 받지 않으면서 곧바로 선회가 시작되기 때문에 용해수의 선회속도가 증가할 수 있다. 이상과 같이, 펌프(110)에 걸리는 압력이 최소화될 수 있다.

이러한 용해수 회전유도안내부(149)는 노즐 유입부(143)로부터 용해수 배출부(145)로의 물 흐름을 허용하는 다수의 용해수 안내벽체(149a,149b)를 포함한다.

본 실시예에서 다수의 용해수 안내벽체(149a,149b)는 제 1 용해수 안내벽체(149a)와, 제 1 용해수 안내벽체(149a)의 반경 방향 외측에 배치되는 제 2 용해수 안내벽체(149b)를 포함한다. 제 1 용해수 안내벽체(149a)와 제 2 용해수 안내벽체(149b) 모두는 파이프형상의 관상체로 마련된다.

제 1 용해수 안내벽체(149a)는 그 일단부가 노즐 배출부(145) 영역을 둘러싸면서 노즐 배출부(145)가 형성된 노즐본체(141)의 일측 내벽면에 고정되고, 타단부는 노즐 배출부(145)가 형성된 노즐본체(141)의 일측내벽면과 대향되는 타측내벽면으로부터 이격배치된다.

제 2 용해수 안내벽체(149b)는 제 1 용해수 안내벽체(149a)의 반경 방향 외측에 배치되어 제 1 용해수 안내벽체(149a)와의 사이에 이격되게 형성되되, 그 일단부는 노즐 배출부(145)가 형성된 노즐본체(141)의 일측내벽면과 대향되는 타측내벽면에 고정되고, 타단부는 노즐 배출부(145)가 형성된 노즐본체(141)의 일측 내벽면으로부터 이격배치된다.

상기한 구성으로, 노즐 유입부(143)를 통해 노즐본체(141)내로 용해수는, 제 2 용해수 안내벽체(149b)와 노즐 본체(181)의 내주면 사이, 제 2 용해수 안내벽체(149b)와 제 1 용해수 안내벽체(149a) 사이, 및 제 2 용해수 안내벽체(149b)의 내부를 이동하면서 강하게 선회하여, 그 선회력이 최대로 증가한 후, 노즐 배출부(145)를 통해 수중으로 선회하면서 고속 배출하여 수중의 물과 충돌시킴으로써 수중에 다량의 마이크로 버블을 생성시킨다. 즉, 본 발명은 용해수의 흐름을 방해시키지 않으면서 용해수의 수중의 물과의 충돌을 최대화시키는 방식(선회 방식)을 채택함으로써, 펌프(110)의 소모 전력을 최소화면서도 대량의 마이크로 버블을 생산할 수 있다.

본 실시예의 노즐 배출부(145)의 내벽면 일부 구간에는 물이 배출되는 방향을 따라 그 단면적이 점진적으로 확장되는 확장경사면(148)이 형성된다. 이처럼, 노즐 배출부(145)에 확장경사면(148)이 형성됨으로써 유체의 단면적과 속도의 상관관계인 베르누이 방식에 기초하여 배출되는 용해수의 흐름은 더욱 빠르게 유도될 수 있으며, 이에 따라, 수중에서 발생하는 마이크로 버블 생산율이 향상되는 효과가 있다.

한편, 본 실시예에 따른 다수의 버블발생노즐(140-1 내지 140-14)는 이웃하는 버블발생노즐의 노즐배출부(145)가 서로 반대반향을 향하도록 설치된다. 즉, 도 1과 같이, 홀수번의 버블발생노즐(140-1, 140-3, 140-5...)은 노즐배출부(145)가 하방향을 향하도록 설치되며, 홀수번의 버블발생노즐(140-2, 140-4, 140-6...)은 노즐배출부(145)가 상방향을 향하도록 설치된다. 따라서, 다수의 버블발생노즐(140-1 내지 140-14)을 통해 넓은 영역의 수중에서도 마이크로 버블을 신속하면서 빠르게 생산해낼 수 있다.

이하, 도 6 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 용해탱크를 구비한 마이크로 버블 발생장치를 설명한다.

즉, 제 2 실시예에 따른 용해탱크를 구비한 마이크로 버블 발생장치는 제 1 실시예의 구성에 비해, 인젝터(210), 선회유닛(220), 분리챔버(230)를 용해탱크(120)와 펌프(110) 사이를 연결하는 유로 상에 더 추가한 구성이다.

제 2 실시예에 따른 용해탱크를 구비한 마이크로 버블 발생장치는 제 1 실시예에 비해, 펌프(P)로부터 공급된 물이 벤투리 인젝터(210)를 통해서 유입된 공기와 물이 혼합되고, 물과 공기가 혼합된 혼합물(f1)은 선회유닛(220)에 공급되어 회전됨으로써, 용해수가 생성된다. 이후, 선회유닛(220)으로부터 유출되는 용해수(f2)는 분리챔버(230)를 거쳐 용해탱크(120)에 공급되는 구성에만 차이가 있을 뿐, 그 외의 구성에 대해서는 동일하므로 동일한 설명은 생략한다.

벤투리 인젝터(210)는, 양단의 단면적이 중앙의 단면적 보다 넓은 형상의 관으로서 본원 발명이 속하는 기술분야에 종사하는 자라면 널리 알려진 구성요소이다. 구체적으로, 벤투리 인젝터(210)는 그 일단에는 물이 유입되고 중앙에는 공기가 유입되도록 구성된다. 벤투리 인젝터(210)의 중앙으로 유입된 공기는 일단을 통해 유입되는 물과 함께 벤투리 인젝터(210)의 타단으로 배출된다. 한편, 벤투리 인젝터(210)를 통해서 공기가 유입될 때 공기의 적어도 일부는 물속에 녹을 수 있다.

선회유닛(220)은 벤투리 인젝터(210)에서 유출되는 혼합물을 유입 받아서 선회시킬 수 있다. 선회유닛(220)을 통과하면서 공기는 물속에 많이 녹을 수 있게 된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 선회유닛(220)의 구조는 펌프(10)로부터 제공받은 물을 분리챔버(230) 쪽으로 유출하되, 펌프(220)에 걸리는 압력이 최소화되도록 한다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 선회유닛(220)은 선회본체(221)와, 선회본체(221) 내부에 마련되는 물/공기 회전유도안내부(229)를 포함할 수 있다.

선회본체(221)는 선회유닛(220)의 외관을 형성하는 부분이다. 금속성 재질로 이루어질 수 있지만, 반드시 그러할 필요는 없고 투명 또는 반투명 재질의 플라스틱 사출물일 수 있고 그 외의 다양한 재질로도 이루어질 수 있다.

선회본체(221)의 사이즈는 본 실시예의 선회유닛(220)이 요구되는 분야에서 해당 목적에 맞게 제작될 수 있다. 예컨대 세탁조의 제공되는 용도라면 사이즈가 작을 것이고, 수질을 정화시키기 위한 용도라면 상대적으로 클 것이다.

이러한 선회본체(221)에는 물과 공기의 혼합물을 유입받는 물/공기 유입부(223)와, 유입된 물과 공기를 선회시키면서 잘 혼합시키는 물/공기 회전유도안내부(229)와, 물과 공기의 혼압물을 배출되는 용해수 배출부(225)가 마련된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 선회본체(221)는 용해수 배출부(225)가 형성된 내벽면을 제외한 나머지 내벽면이 전구간에서 그 단면적이 동일한 원기둥 형상을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 물/공기 유입부(223)는 선회본체(221)의 접선방향으로 형성되며, 용해수 배출부(225)는 선회본체(221)의 길이방향 중심축 상의 일측벽에 형성될 수 있다. 이처럼, 물/공기 유입부(223)는 벤투리 인젝터(210)로부터 유입받은 물과 공기의 혼합물을 유입받는 방향과 같은 방향으로 유입받도록 위치된다.

물/공기 유입부(223) 영역에는 물/공기 유입부(223)로 물과 공기를 공급하는 물/공기 커넥터(226)가 마련될 수 있다. 물/공기 커넥터(226)에는 나사부(227)가 형성될 수 있으며, 벤투리 인젝터(210)와 선회유닛(220)간에 위치되는 관로가 나사부(227)에 의해 나사결합될 수 있다. 한편, 나사부(227)는 일 실시예로서 다른 형태로 벤투리 인젝터(210)와 선회유닛(220)간에 위치되는 관로를 설치할 수 있음은 물론이다.

물/공기 회전유도안내부(229)는 물/공기 유입부(223)를 통해 선회본체(221)내로 유입되는 물의 회전을 유도하고, 가능한 유입되는 물에 압력이 걸리지 않도록 유입되는 물의 방향에 거스리지 않는 방향으로 물을 회전시키면서, 물과 공기를 서로 충돌시킬 수 있다. 이로써, 물속에 공기가 보다 많이 녹을 수 있을 수 있도록 한다.

물/공기 회전유도안내부(229)는 별도로 제작되어 선회본체(221)의 내의 해당 위치에 결합될 수 있지만, 사출성형의 방법으로도 구현될 수 있음은 물론이다. 사출성형의 방법으로 구현하는 경우, 물/공기 회전유도안내부(229)와 선회본체(221)는 일체로 제작될 것이다.

한편, 본 실시예에서는 물/공기 회전유도안내부(229)를 통한 물과 공기의 선회속도를 향상시키기 위해서 상기와 같이 물/공기 유입부(223)가 선회본체(221)의 접선방향으로 형성된다. 따라서, 물/공기 유입부(223)를 통해 유입된 물과 공기는 물/공기 회전유도안내부(229)에 저항을 받지 않으면서 곧바로 선회가 시작되기 때문에 물/공기의 선회속도는 증가한다. 이상과 같이, 펌프(110)에 걸리는 압력이 최소화되도록하는 구조를 가지게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 물/공기 회전유도안내부(229)는 물/공기 유입부(223)로부터 용해수 배출부(225)로의 물 흐름을 허용하는 다수의 물/공기 안내벽체(229a,229b)를 포함한다.

본 실시예에서 다수의 물/공기 안내벽체(229a,229b)는 제 1 물/공기 안내벽체(229a)와, 제 1 물/공기 안내벽체(229a)의 반경 방향 외측에 배치되는 제 2 물/공기 안내벽체(229b)를 포함한다. 제 1 물/공기 안내벽체(229a)와 제 2 물/공기 안내벽체(229b) 모두는 파이프(pipe) 형상의 관상체로 마련된다.

제 1 물/공기 안내벽체(229a)는 그 일단부가 용해수 배출부(225) 영역을 둘러싸면서 용해수 배출부(225)가 형성된 선회본체(221)의 일측 내벽면에 고정되고, 타단부는 용해수 배출부(225)가 형성된 선회본체(221)의 일측 내벽면과 대향되는 타측 내벽면으로부터 이격배치된다.

제 2 물/공기 안내벽체(229b)는 제 1 물/공기 안내벽체(229a)의 반경 방향 외측에 배치되어 제 1 물/공기 안내벽체(229a)와의 사이에 이격되게 형성되되, 그 일단부는 용해수 배출부(225)가 형성된 선회본체(221)의 일측 내벽면과 대향되는 타측 내벽면에 고정되고, 타단부는 용해수 배출부(225)가 형성된 선회본체(221)의 일측 내벽면으로부터 이격배치된다.

상기한 구성으로, 물/공기 유입부(223)를 통해 선회본체(221)내로 유입된 물과 공기는, 제 2 물/공기 안내벽체(229b)과 선회본체(221)의 내주면 사이, 제 2 물/공기 안내벽체(229b)와 제 1 물/공기 안내벽체(229a) 사이, 및 제 2 물/공기 안내벽체(229b)의 내부를 이동하면서 강하게 선회하여 물과 공기가 서로 충돌하면서 고 용해도의 용해수가 생성되며, 생성된 용해수는 용해수 배출부(225)를 통해 배출된다. 이처럼, 본 발명은 물과 공기의 혼합물의 원래 흐름을 방해시키지 않으면서 물과 공기의 충돌을 최대화시키는 방식(선회 방식)을 채택함으로써, 펌프(110)의 소모 전력을 최소화면서도 고용해수를 용해탱크(120)에 제공할 수 있다.

도 6 및 도 10을 참조하면, 분리챔버(230)는 용해되지 않은 공기들끼리를 모아서, 일정 영역으로 위치시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분리챔버(230)는 선회유닛(220)의 용해수 배출부(225)와 용해탱크(120)를 서로 연결하도록 설치된다. 본 실시예에서 분리챔버(230)는 투명한 유리재질로 구성되었으나, 투명이나 불투명한 플라스틱 또는 금속성 재질과 같이 다른 재질로 구성되는 것도 가능하다.

도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 분리챔버(230)는 그 중심이 비어 있는 원통형상이며, 한쌍의 기판(232)과 결합된다. 기판(232)에는, 용해수를 유입받는 개구부(P1)와 용해수를 유출하는 개구부(P2)를 포함하며, 이 개구부들(P1, P2)이 각각 분리챔버(230)와 용해수가 흐름 연통되도록 기판(232)과 분리챔버(230)가 결합된다. 여기서, 용해수를 유입받는 개구부(P1)는 선회유닛(220)과 직접 결합되어 용해수를 유입받을 수 있도록 흐름 연통되거나, 또는 중간에 배관(미도시)이나 나사와 같은 체결수단(미도시)에 의해서 선회유닛(220)과 연통될 수 있다. 물론, 이와 같은 결합 방법들은 예시적인 것으로서 다른 결합 방법으로도 구현될 수 있음은 물론이다.

도 10을 참조하면, 한 쌍의 기판(232) 중 하나는 선회유닛(220)과 직접 결합되거나, 또는 임의의 수단(예를 들면, 배관이나 체결수단 등)에 의해서 선회유닛(220)이 결합되며, 한 쌍의 기판(232) 중 다른 하나는 용해탱크(120)와 직접 결합되거나, 또는 임의의 수단(예를 들면, 배관이나 체결수단 등)에 의해서 용해탱크(120)와 결합될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 분리챔버(230)는 원통형상이며, 분리챔버(230)의 중심축은 선회유닛(220)의 용해수 배출부(225)를 통해 배출되는 용해수의 진행방향 중심축과 동일하게 배치될 수 있다. 즉, 분리챔버(230)의 길이방향 중심축은 선회본체(221)의 길이방향 중심축과 동일하도록 직렬로 배치된다.

분리챔버(230)와 선회유닛(220)의 중심축을 일치시키는 것은 선회유닛(220)에서 발생된 선회력을 최대한 유지하기 위한 것이지만, 이는 바람직한 예시적 구조일 뿐 본원 발명이 이러한 구조에만 한정되는 것은 아니므로, 양자의 중심축이 서로 완전히 일치하지 않는 구성도 가능하다고 할 것이다.

선회유닛(220)의 용해수 배출부(225)로부터 배출되어 분리챔버(230) 내부로 유입된 용해수는 그 선회가 지속되고, 그 선회에 의해 분리챔버(230)에서는 용해되지 않은 공기가 용해수의 선회에 의해 분리되어 분리챔버(230)의 중심축 부근에 모인다.

도시하지는 않았지만, 분리챔버(230)내에서 선회하는 용해수에 섞여있던 용해되지 않은 공기는 분리챔버(230)의 중심축 상으로 분리되어 모이되, 실험결과에 따르면 분리챔버(230)의 전류측에서 후류측으로 갈수록 그 면적이 좁아지는 형상이 발생된다. 이는 선회하는 용해수의 진행방향에 따라 분리되지 않은 공기의 일부가 재차 용해수에 용해되는 것으로 추측된다.

분리챔버(230)의 길이(L)는 선회하는 용해수가 체류하는 시간에 대응되며, 따라서, 분리챔버(230)는 용해되지 않은 공기가 충분히 중심축으로 모일 수 있도록 최적화된 길이로 제작되는 것이 바람직하다.

도 11은 도 6의 분리챔버와 선회유닛을 설명하기 위한 도면이다.

도 11을 참조하면, 분리챔버(230)와 선회유닛(220)이 결합된 예를 예시적으로 나타낸 것이다. 도 11에 도시된 바와 같이, 분리챔버(230)와 선회유닛(220)은 결합되고, 선회유닛(220)은 벤투리 인젝터(210)로부터 유출되는 용해수를 선회유닛(220)의 접선 방향으로 유입받는다. 분리챔버(230)와 선회유닛(220)은 나사와 같은 체결 수단을 이용해서 체결될 수 있고, 분리챔버(230), 기판(232)의 개구부(P1), 및 선회유닛(220)의 용해수 배출부(225)는 용해수가 흐름 소통되도록 상호 연결된다. 즉, 용해수 배출부(225)로부터 배출된 용해수는 기판(232)의 개구부를 통과하여 통 형상의 분리챔버(230)의 일단으로 유입된다. 이후, 분리챔버(230)로 유입된 용해수는 분리챔버(230)의 타단으로 유출되며, 이렇게 유출된 용해수는 용해탱크 측으로 이동된다.

이처럼 본 발명의 제 2 실시예에 따른 용해탱크를 구비한 마이크로 버블 발생장치는 선회유닛(230)을 통해 물과 공기를 선회시켜 용해수를 생성한 다음, 용해탱크(120)에 용해수를 공급하기 때문에, 1차적으로 선회유닛(230)에서 용해수가 성한 다음, 생성된 용해수를 이용해 재차 용해탱크(120)에서 공기를 용해시키기 때문에, 보다 고농도의 고용해수를 생성할 수 있으며, 이에 따라, 버블발생노즐(140-1 내지 140-14)을 통한 마이크로 버블 생산율을 향상시킬 수 있다.

도 12는, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 용해탱크를 구비한 마이크로 버블 발생장치에 대한 기능 블럭도이다. 도 12를 참조하면, 본 실시예는 제 2 실시예에 비해, 분리챔버(230) 및, 선회유닛(320)을 탱크본체(121) 내부에 수용된 용해수에 잠기도록 설치함으로써 컴팩트하게 구성된 점 이외에는 차이가 없으며, 기본적으로 제2 실시예의 기능과 동일 또는 유사하다. 따라서, 도 12의 실시예에 대한 상세한 설명은 도 2의 실시예의 것을 참조하기 바란다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

110... 펌프 120... 용해탱크
121... 탱크본체 123... 분무노즐
125... 에어 콤프레서 126... 콘트롤러
127a... 제 1 수위센서 127b... 제 2 수위센서
128... 벤트 130... 유량계
140... 버블발생노즐 220,320... 선회유닛
230... 분리챔버

Claims

물에 기체가 용해된 용해수를 저장하는 용해탱크;
상기 용해탱크로부터 용해수를 유입 받아 버블을 생성시키는 적어도 하나의 버블발생노즐; 및
상기 용해탱크에 저장되는 용해수의 수위를 조절하는 컨트롤러;를 포함하고,
상기 버블발생노즐은,
상기 용해탱크로부터 배출되는 용해수를 유입받는 노즐 유입부와 버블을 배출하는 노즐 배출부를 구비하고 내부가 비어 있는 원기둥 형상의 노즐본체; 및 상기 노즐본체 내부에 마련되며, 상기 노즐 유입부를 통해 상기 노즐본체 내부로 유입된 상기 용해수를 선회시켜 상기 노즐 배출부쪽으로 유도시키는 용해수 회전유도안내부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 버블 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 용해탱크와 연결되어 용해탱크로부터 유출되는 용해수가 이동할 수 있는 경로를 제공하는 공통 관로; 를 더 포함하며,
상기 적어도 하나의 버블발생노즐은 상기 공통 관로에 설치되며, 상기 공통관로를 통해서 상기 용해수를 제공받아 버블을 생성하는 것을 특징으로 하는 용해탱크를 이용한 버블 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 용해 탱크는, 펌프로부터 공급되는 물을 유입받는 유입구와 기체를 유입받는 유입구를 구비한 탱크 본체와, 상기 탱크본체의 유입구로 유입된 물을 상기 탱크본체의 상부로 분무하는 분무노즐; 을 포함하며,
상기 컨트롤러는, 상기 탱크본체에 저장되는 용해수의 수위가 상기 분무 노즐보다 높아지지 않도록, 상기 탱크본체로 유입되는 기체의 량을 조절하는 것을 특징으로 하는 용해탱크를 이용한 버블 발생장치.
제3항에 있어서,
상기 용해탱크는,
상기 제1 수위(h1)에 용해수가 존재하는지 여부를 감지하는 제 1 수위센서; 및
상기 제 1 수위(h1)보다 낮은 상기 제 2 수위(h2)에 용해수가 존재하는지 여부를 감지하는 제 2 수위센서; 를 포함하며,
상기 컨트롤러는 상기 제1 수위 센서와 제2 센서의 감지 결과에 기초하여, 상기 탱크본체로 유입되는 기체의 량을 조절하는 것을 특징으로 하는 용해탱크를 이용한 버블 발생장치.
제4항에 있어서,
상기 탱크본체의 기체 유입구로 기체를 제공하는 에어콤프레서를 더 포함하며,
상기 컨트롤러는 상기 에어콤프레서의 동작을 제어하거나, 또는 상기 에어콤프레서와 상기 기체 유입구 사이에 설치되는 밸브의 개폐를 제어함으로써 상기 탱크 본체로 유입되는 기체의 량을 조절하는 것을 특징으로 하는 용해탱크를 이용한 버블 발생장치.
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제3항에 있어서,
기체와 펌프로부터 제공된 물이 혼합된 혼합물을 유입받아, 물과 기체를 충돌시키면서 선회시켜 상기 용해탱크로 유출하는 선회유닛;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용해탱크를 이용한 버블 발생장치.
제7항에 있어서,
상기 선회유닛과 상기 용해탱크 사이에 위치된 내부가 비어있는 원통형상의 분리챔버로서, 상기 선회유닛에 의해 선회된 혼합물을 유입받아 선회시키면서 기체를 물에 녹이고, 녹지 않는 기체는 물로부터 분리하여 모아서 상기 용해탱크로 유출하는 상기 분리챔버;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 용해탱크를 이용한 버블 발생장치.
제8항에 있어서,
상기 분리챔버의 중심축은 상기 선회유닛으로부터 배출되는 상기 용해수의 진행방향 중심축과 동일하게 배치되는 것을 특징으로 하는 용해탱크를 이용한 버블 발생장치.
제8항에 있어서,
상기 선회유닛과 상기 분리챔버는 상기 탱크 본체내에 설치되는 것을 특징으로 하는 용해탱크를 이용한 버블 발생장치.
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