KR101505917B1 - 초음파진동자를 이용한 미세버블수 제조 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초음파진동자를 이용하여 미세버블수를 제조하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물이 수용되는 워터탱크와, 상기 워터탱크 내부에 수용된 물을 강제순환 시키는 물순환라인부와, 상기 워터탱크로 기체를 공급하는 기체공급 라인부와, 상기 기체공급라인부과 연결된 상태로 상기 워터탱크 내부에 설치되고, 상기 기체공급라인부에서 공급되는 기체를 미세기포로 방출할 시, 상기 미세기포들이 서로 응집되지 않도록, 초음파에 의해 진동되어 상기 미세기포를 털어내는 복수의 미세버블방출부재가 포함되어, 외부에서 공급된 저압의 기체가 미세한 기포로 방출되는 다공관체가 초음파진동자에서 전파되는 초음파진동을 전달받아 진동되어, 미세기포가 다공관체의 표면에 달라붙거나, 서로 응집되기 전 다공관체에서 떨어져 나가 워터탱크 내에 수용된 물의 용존기포량이 극대화된 버블수를 제조할 수 있고, 미세기포를 생성하기 위해 고압의 기체 주입이 필요하지 않아 비교적 간단한 설비로 양질의 버블수를 대량생산이 가능해 양질의 버블수를 제조하기 위한 생산비용을 획기적으로 절감할 수 있고, 물과 혼합되지 않은 잔여 기체는 워터탱크 내에 잔류 하도록 해 워터탱크 내의 분위기를 기체 포화상태로 유지함으로써, 버블수의 용존 기체량을 최대화할 수 있으며, 시간이 지나도 충분한 용존기체량을 유지하는 버블 수를 제조할 수 있고, 크기가 매우 작으며 비교적 균일한 미세기포를 생성되도록해 미세기포가 물(액체)에 효율적으로 용해되며, 버블수의 소정의 용존기체비율을 비교적 짧은 시간에 이룰 수 있는 초음파진동자를 이용한 미세버블수 제조장치를 제공한다.

Description

초음파진동자를 이용한 미세버블수 제조 장치{WATER USING ULTRASONIC TRANSDUCER DEVICE MANUFACTURING FINE BUBBLES}

본 발명은 초음파진동자를 이용하여 미세버블수를 제조하는 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 외부에서 공급된 저압의 기체가 다공관체에 의해 미세기포로 방출될 시 초음파진동자에서 전파되는 초음파진동을 상기 다공관체가 전달받아 진동되어 미세기포가 상기 다공관체의 표면에 달라붙거나, 서로 응집되기 전 상기 다공관체에서 떨어져 나가도록 해 용존기포량이 극대화된 버블수를 대량생산 가능한 초음파진동자를 이용한 미세버블수 제조장치에 관한 것이다.

근래에는 소정의 목적으로 일반적인 물보다 용존기체량이 높은 물을 제조하였는데, 일예로 축사 등에서 나오는 오폐수를 정화하는 공정에서 사용하기도 하며 양식장에서 어류에게 산소(기체)를 공급하기 위한 용도로 용존산소량이 높은 산소 (기체)수가 주로 사용되어 왔다.

이러한 산소수는 동물이나 사람이 음용할 경우 체내에 흡수가 빠르고 신진대사가 활발해지며 각종 병충해에 대해서 강해지는 등의 많은 효과가 있어 축산농가뿐만 아니라 일반 가정이나 회사에서 쓰는 정수기에도 이러한 산소수를 적용하는 경우가 많아졌다.

또 식물의 경우에는 토양의 환경을 개선하고 잎이나 뿌리 등에 직접적으로 산소를 공급하여 보다 튼튼하게 생장하면서 병충해에 강해져 생산량이 증가하는 효과를 가져오고 있다.

상기와 같은 이유로 산소(기체, 버블)수를 제조하기 위해 다양한 방법 및 장치들이 제공되었는데, 이를 살펴보면 다음과 같다.

등록특허 제1-1000779호(2010.12.07)에서는 산소나노버블을 물속에 주입하여 용존산소량을 높이도록 하여 산소수를 제조하는 산소수 발생장치에 있어서, 라고 전제하에 상단에 뚜껑체를 구비하고 내부에 물이 충진되는 탱크와, 상기 탱크의 하단에 인접하여 외곽을 따라 다수 개 장착되어 상기 탱크의 내부로 산소나노버블을 발생시키는 산소나노버블 발생기와, 외부에서 공급되는 산소를 다수 개의 관로로 분기하여 상기 다수 개의 산소나노버블 발생기로 산소를 공급하는 산소공급관로와, 외부에서 공급되는 물과 상기 탱크의 저면과 내부의 물을 펌프에 의하여 상기 탱크의 상부에서 내부로 물을 분사하는 분사노즐을 포함하는 공급 및 순환관로와, 상기 탱크의 하부와 연결되어 산소수를 배출하는 산소수 배출관로로 구성하는 산소수 발생장치를 제공한다.

등록특허 제10-1125851호(2012.03.05)에서는 액상의 유체가 저장되어 있는 탱크에 침지되어 있는 관형부와, 상기 관형부의 내주면에서 방사상 안쪽으로 이격되어 직선유로를 형성하여 회전 가능하게 배치된 원통체와, 상기 원통체의 외주면에 둘레방향으로 일정 간격을 두고서 상류단에서 하류단으로 뻗어 있는 복수개의 줄로 형성되어 상기 직선유로와 유통하는 나선홈 유로로서, 유로의 단면적이 점차 변하되 중간부분이 가장 작고 하류단이 제일 크며 상류단이 그 중간인 나선홈 유로와, 상기 원통체를 회전시키기 위해 상기 원통체에 내접되어 상기 관형부 밖으로 돌출되어 있는 구동축을 구동시키는 모터와, 상기 복수 줄의 나선홈 유로의 상류단과 마주하게 상기 관형부에 외접되어 있는 링형상의 헤더부로서, 상기 헤더부의 길이 방향으로 일정 간격을 갖고서 상기 복수 줄의 나선홈 유로 각각에 마주하여 유통하고 있는 하나 또는 복수개의 토출구가 형성되어 있는 상기 헤더부 및 상기 헤더부에 접속되어 있는 공압원을 포함하는 나노버블 발생장치를 제공한다.

공개특허 제10-2011-0023431호(2011.03.08)에서는 나노 사이즈의 다공이 형성되고, 수조의 내부에 배치되는 나노필름과, 상기 나노필름에 압축공기를 통과시켜 나노버블을 발생시키는 압축공기 발생부를 포함하고, 상기 압축공기 발생부와 상기 나노필름 사이에는 상기 압축공기 발생부로부터 배출된 압축공기에 포함된 이물질을 여과시키는 필터가 구비되며, 개방형성된 상부에 상기 나노필름이 구비되고, 일측에 상기 압축공기 발생부로부터 배출된 압축공기가 유입되는 압축공기 유입구가 형성된 압축공기 유입부가 상기 수조의 내부에 구비되는 수중 나노버블 발생 장치를 제공한다.

하지만 종래의 제공된 기체수 제조방법 및 제조장치는 모터를 이용하여 물을 고속으로 혼합하면서 용존기체량을 높이는 방법이 사용되었으나, 상기 방법으로는 짧은 시간에 원하는 용존기체량을 얻기가 힘들뿐만 아니라 미세한 기포를 생성하는 것이 어려운 문제점이 있었다.

그리고 전기분해나 냉동에 의하여 산소(기체)수를 제조하는 방법이 있었으나, 이 경우 설비가 매우 고가이고 혼합된 산소(기체)가 기포상태로 물속에 존재하여 시간이 흐름에 따라 급속하게 용존산소량이 떨어지는 단점과 함께 기포의 크기를 조절하지 못하는 문제점이 있었다.

또한 미세한 공기방울 즉 나노버블을 공급하여 산소(기체)수를 제조하는 방법의 경우 고농도의 산소(기체)수를 제조할 수 있는 장점이 있으나, 나노버블을 공급하기 위하여 고압의 조건에서 지속적으로 나노버블을 생성·공급시켜줘야 하며 이 역시 상당량의 산소(기체)가 물속에 기포상태로 존재하여 시간이 경과하면 용존산소량이 빨리 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 초음파진동자에서 전파되는 초음파진동을 전달받아 기체를 미세기포로 방출하는 다공관체가 진동되도록 해, 미세기포를 생성하기 위해 고압의 기체 주입이 필요하지 않아 비교적 간단한 설비로 대량생산이 가능하도록 하여 생산비용을 획기적으로 절감할 수 있고, 상기 다공관체가 비교적 균일한 미세기포를 방출되도록 해 양질의 버블수를 대량으로 비교적 짧은 시간에 제조할 수 있는 초음파진동자를 이용한 미세버블수 제조장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본원의 제 1 측면은, 물이 수용되는 워터탱크와, 상기 워터탱크 내부에 수용된 물을 강제순환 시키는 물순환라인부와, 상기 워터탱크로 기체를 공급하는 기체공급라인부와, 상기 기체공급라인과 연결된 상태로 상기 워터탱크 내부에 설치되고, 상기 기체공급라인에서 공급되는 기체를 미세기포로 방출할 시, 상기 미세기포가 서로 응집되지 않도록, 초음파에 의해 진동되어 털어내는 복수의 미세버블방출구가 포함되는 초음파 진동자를 이용한 미세버블수 제조장치를 제공한다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 물순환라인부는 상기 워터탱크의 일측면에 구성되어 탱크 내에 수용된 물이 배출되는 출수구와, 탱크 내로 물이 유입되는 입수구를 연결하여 출수구를 통해 배출된 물이 입수구로 순환시키는 순환관과, 상기 순환관에 구성되어 물을 강제 순환시키는 순환모터가 더 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 기체공급라인부는 내부에 충진된 기체를 공급하는 기체봄베와, 상기 기체봄베에서 공급되는 기체가 안내되는 공급관과, 상기 공급관을 통해 공급되는 기체의 압력을 선택적으로 감압 또는 가압하게 조절하는 압력 조절밸브와, 상기 압력조절밸브를 통해 감압 또는 가압된 기체를 분배하여, 상기 워터탱크의 상부에 구성되어 탱크 내부로 기체가 주입되는 기체주입구와, 미세버블 방출부재로 공급하는 분배관이 더 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 미세버블방출부재는 상기 분배관을 통해 주입되는 기체가 미세한 기포로 방출되도록, 내부와 통하는 미세한 다공이 형성된 다공관체와, 상기 다공관체의 일측에 삽착되고, 내부에 구비된 초음파진동자에 의해 진동이 발생되는 몸체부와, 상기 다공관체의 일측에 부착되어 상기 몸체부에서 발생되는 초음파 진동을 상기 다공관체로 전달하는 진동전달부재가 더 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 다공관체에는 일측면에 형성된 결합너트부가 상기 다공관체의 전단측 내부에 수용되게 결합되는 전방마감캡과, 일측면에 형성된 볼트부가 상기 다공관체의 후단측에서 내부로 진입해 상기 전방마감캡의 결합너트부와 체결되게 결합되고, 상기 볼트부를 중심으로 상기 볼트부 주위에 복수의 기체통공이 형성되며, 외주면을 따라 만곡요홈이 형성되는 후방마감캡이 더 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 몸체부는 원통형으로 형성되고, 전단측 통공의 내주면에 형성된 만곡결합홈 내에서 유동하는 탄성고정링이 구성되며, 상기 탄성고정링을 상기 후단마감캡의 만곡요홈에 안착되게, 전단측 통공을 통해 상기 다공관체의 후단이 삽입 고정되는 본체관과, 상기 본체관의 후단측 통공에는 나사결합되고, 중심에는 초음파진동자가 구비되며, 상기 초음파진동자를 중심으로 그 주위에 상기 기체공급라인과 연결되는 기체유입공이 형성된 연결관체가 더 포함될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면, 상기 워터탱크는 가열장치 또는 냉각장치를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면 상기 가열장치 또는 냉각장치는 상기 워터탱크의 내부 또는 외부에 설치되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 초음파진동자를 이용한 미세버블수 제조장치는 다음과 같은 효과를 가진다.

첫째, 외부에서 공급된 저압의 기체가 미세한 기포로 방출되는 다공관체가 초음파진동자에서 전파되는 초음파진동을 전달받아 진동되어, 미세기포가 다공관체의 표면에 달라붙거나, 서로 응집되기 전 다공관체에서 떨어져 나가 워터탱크 내에 수용된 물의 용존기포량이 극대화된 버블수를 제조할 수 있고, 미세기포를 생성하기 위해 고압의 기체 주입이 필요하지 않아 비교적 간단한 설비로 양질의 버블수를 대량생산이 가능해 양질의 버블수를 제조하기 위한 생산비용을 획기적으로 절감할 수 있는 효과가 있다.

둘째, 물과 혼합되지 않은 잔여 기체는 워터탱크 내에 잔류하도록 하여 워터탱크 내의 분위기를 기체 포화상태로 유지함으로써, 버블수의 용존기체량을 최대화할 수 있고, 시간이 지나도 충분한 용존기체량을 유지하는 버블수를 제조할 수 있다.

셋째, 크기가 매우 작으며 비교적 균일한 미세기포를 생성되도록 하여 미세기포가 물(액체)에 효율적으로 용해되고, 버블수의 소정의 용존기체비율을 비교적 짧은 시간에 이룰 수 있다.

넷째, 고점도 물질 내에 크기가 작고 균일한 미세버블을 생성할 수 있다.

다섯째, 미세버블을 포함한 고효율의 청정에너지를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명 초음파진동자를 이용한 미세버블수 제조장치의 구성을 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 미세버블방출부재의 구성을 보인 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 미세버블방출부재의 동작 상태를 보인 예시도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 균등한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 상세히 설명하면, 도 1은 본 발명 초음파진동자를 이용한 미세버블수 제조장치의 구성을 보인 예시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 미세버블방출부재의 구성을 보인 단면도 이며, 도 3은 본 발명에 따른 미세버블방출부재의 동작 상태를 보인 예시도이다.

본 발명은 외부에서 공급된 기체가 소정 량의 물을 수용하고 있는 워터탱크(100) 내에 설치된 미세버블방출부재(400)로 공급되어 상기 미세버블방출부재(400)의 다공관체(410)를 통해 미세기포로 방출될 시 상기 다공관체(410)가 초음파진동자(426)에서 전파하는 초음파진동을 전달받아 진동되어 용존기포량이 극대화 된 버블수가 제조되는 초음파진동자를 이용한 미세버블수 제조장치에 관한 것으로, 본 발명의 구성을 도면을 참조해 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

먼저 도 1을 참조하여 본 발명은 크게 물이 수용되는 워터탱크(100)와, 상기 워터탱크의 수용된 물을 순환시키는 물순환라인부(200)와, 상기 워터탱크(100)로 기체를 공급하는 기체공급라인부(300)와, 상기 워터탱크(100)의 내부 하측에 설치되어 초음파진동자(426)에서 전파되는 초음파에 의해 진동되는 복수의 미세버블방출부재(400)로 구성된다.

상기한 워터탱크(100), 물순환라인부(200), 기체공급라인부(300), 미세버블 방출부재(400)의 구성을 보다 상세하게 살펴보면, 상기 워터탱크(100)는 통상의 물탱크와 같이 소정 량의 물이 수용되도록, 내부에 소정의 공간이 형성되고, 상부에는 내부를 확인 가능한 투시창(도시하지 않음)이 형성될 수도 있다.

그리고 상기 워터탱크(100)의 상면에는 상기 워터탱크(100) 내의 압력을 확인하고, 상기 워터탱크(100) 내의 압력을 조절하는 체크밸브(도시하지 않음)가 더 구성될 수 있다.

또한 상기 워터탱크(100)에는 상기 워터탱크(100)에 수용된 물을 배출할 수 있는 출수구(101)와, 상기 워터탱크(100) 내로 물을 인입할 수 있는 입수구(102)가 형성될 수 있는데, 이때 상기 출수구(101)는 상기 워터탱크(100)의 내에 수용된 물의 수위보다 낮은 위치에 형성되는 것이 바람직하기에, 상기 워터탱크(100)의 하부에 형성되는 것이 바람직하고, 상기 입수구(102)는 상기 워터탱크(100)의 상측이나, 하측 어느 곳에 형성되어도 무방하다.

더불어 상기 워터탱크(100)의 상부에는 기체가 인입되는 기체주입부재(110)가 더 설치되는데, 상기 기체주입부재(110)는 상기 워터탱크(100) 내로 기체를 주입해 상기 워터탱크(100) 내의 분위기를 기체포화상태로 유지되도록 함은 물론, 상기 워터탱크(100) 내의 압력이 생성되도록 한다.

그리고 상기 물순환라인부(200)는 상기 워터탱크(100) 내부에 수용된 물을 순환 시키는 것으로, 순환관(210)과 순환모터(220)로 구성된다.

상기 물순환라인부(200)의 순환관(210)은 상기 워터탱크(100)의 출수구(101)와, 입수구(102)를 연결한 것으로, 이러한 구성에 의해 상기 출수구(101)를 통해 배출된 상기 워터탱크(100)의 물이 입수구(102)로 다시 상기 워터탱크(100)로 재인입되어 순환되도록 한다.

또한 상기 순환관(210)에는 상기 순환모터(220)가 구비되는데, 외부에서 인가되는 제어신호에 따라 선택적으로 구동되어 상기 워터탱크(100) 내의 물이 출수구(101)를 통해 배출되어 순환관(210)을 따라 순환되어 입수구(102)를 통해 다시 상기 워터탱크(100) 내로 인입되도록 강제순환 시킨다.

따라서 상기 물순환라인부(200)는 상기 순환관(210)이 상기 워터탱크(100)의 출수구(101)와 입수구(102)를 연결하고, 상기 순환관(210)에 순환펌프(220)가 구비되어, 외부에서 인가되는 제어신호에 따라 순환펌프(220)가 구동되어 상기 워터탱크(100) 내의 물이 출수구(101)를 통해 배출되어, 순환관(210)을 따라 순환되어 입수구(102)를 통해 다시 상기 워터탱크(100) 내로 인입되어 순환되도록 한다.

그리고 상기 기체공급라인부(300)는 상기 워터탱크(100)로 기체를 공급하는 것으로, 기체봄베(310)와, 공급관(320)과, 압력조절밸브(330)와, 분배관(340)으로 구성된다.

상기 기체공급라인부(300)의 기체봄베(310)는 상기 워터탱크(100) 내에 용해할 기체가 충진되어 있고, 기체 충진 상태에서 발생한 봄베 내의 내압으로 기체가 공급된다.

상기 기체는 수소, 산소, 이산화탄소, 질소 등과, 살균력을 강화시킨 오존, 암모니아, 유화수소, 메탄, 이산화염소 등 버블수의 기능에 따라 다양한 기체를 적용할 수 있다.

상기 기체봄베(310) 또한 압력을 확인할 수 있는 압력게이지와 개폐밸브가 구비되는 것이 바람직하고, 상기 기체봄베(310)의 개폐밸브(도시하지 않음)에는 상기 공급관(320)이 연결되어, 상기 기체봄베(310)에서 공급되는 기체가 안내된다.

그리고 상기 공급관(320)은 상기 압력조절밸브(330)와 연결되어, 상기 공급관(320)을 통해 안내공급되는 기체의 압력이 상기 압력조절밸브(330)에 의해 선택적으로 감압 또는 가압해 소정의 균일한 압력으로 기체가 공급되도록 조절된다.

또한 상기 분배관(340)은 상기 압력조절밸브(330)를 통해 감압 또는 가압된 기체를 분배하여 공급하는 것으로, 상기 분배관(340)을 통해 상기 워터탱크(100)의 상부에 구성되어 탱크 내부로 기체가 주입되는 기체주입부재(110)와, 상기 워터탱크(100) 내부에 설치된 상기 미세버블방출부재(100)로 공급된다.

따라서 상기 기체공급라인부(300)는 상기 기체봄베(310)에 충진된 기체가 봄베의 내압에 의해 공급되면, 상기 공급관(320)에 의해 안내되어 압력조절밸브(330)에 의해 소정의 균일한 압력을 유지한 상태로, 상기 분배관(340)에 의해 분배되어 상기 기체봄베(310)의 기체가 상기 기체주입부재(110)와 상기 미세버블방출부재(100)로 공급된다.

그리고 도 2와 도 3을 참조하여 상기 미세버블방출부재(100)는 상기 기체공급라인부(300)와 연결된 상태로 상기 워터탱크(100) 하측 내부에 복수개가 설치되고, 상기 분배관(340)을 통해 주입되는 기체가 미세한 기포로 방출한다.

이때 상기 미세버블방출부재(100)는 상기 워터탱크(100) 내에 수용된 물의 수위보다 낮은 위치에 설치되는 것이 바람직하다.

상술한 기능을 발하는 상기 미세버블방출부재(400)를 보다 상세하게 살펴보면, 내부와 통하는 미세한 다공이 형성된 다공관체(410)와, 상기 다공관체(410)의 일측에 삽착되고, 내부에 구비된 초음파진동자(426)에 의해 진동이 발생하여 전파되는 몸체부(420)와, 상기 다공관체(410)의 일측에 부착되어 상기 몸체부(420)에서 전파되는 초음파진동을 다공관체(410)로 전달하는 진동전달부재(430)로 구성된다.

이때 상기 다공관체(410)는 전방마감캡(440)과, 후방마감캡(450)이 더 구비되는데, 상기 전방마감캡(440)은 일측면에 결합너트부(441)가 형성되어, 상기 결합 너트부(441)가 상기 다공관체(410)의 전단측 내부에 수용되게 상기 다공관체(410)의 전단에 결합되고, 이때 기밀성을 유지하기 위해 상기 다공관체(410)와 상기 전방마감캡(440) 사이에는 밀폐링(도시하지 않음)이 위치한 상태에서 결합된다.

또한 후방마감캡(450)은 일측면에 볼트부(451)가 형성되고, 상기 다공관체(410)의 후단측에서 내부로 진입해 상기 전방마감캡(440)의 결합너트부(441)와 체결되게 상기 다공관체(410)의 후단측에 결합된다.

이때 상기 후방마감캡(450)도 기밀성을 유지하기 위해 상기 다공관체(410)와 상기 후방마감캡(450) 사이에는 밀폐링(도시하지 않음)이 위치한 상태에서 결합되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 후방마감캡(450)은 상기 볼트부(451)를 중심으로 상기 볼트부(451) 주위에 복수의 기체통공(452)이 형성되어, 상기 기체통공(452)을 통해 인입된 기체는 상기 다공관체(410) 내부를 거쳐 상기 다공관체(410)의 다공을 통해 미세기포로 방출된다.

또한 상기 후방마감캡(450)의 외주면을 따라 만곡요홈(453)이 형성되어, 상기 만곡요홈(453)이 형성된 상기 후방마감캡(450)이 상기 몸체부(420) 전단에 삽착된다.

그리고 상기 다공관체(410)의 후방마감캡(450)의 외측에는 진동전달부재(430)가 부착되어 상기 몸체부(420)에서 발생되는 초음파진동을 다공관체(410)로 전달한다.

상기 진동전달부재(430)는 외향인 초음파진동자(424) 측으로 초음파에 의해 진동되는 진동핀이 형성되어, 상기 진동핀에 의해 초음파진동이 상기 다공관체(410)로 전달된다.

상기 몸체부(420)는 본체관(421)과, 탄성고정링(422), 연결관체(423)로 구성되는데, 상기 본체관(421)은 소정의 지름을 갖는 관상으로 형성되고, 전단 내주면에는 만곡결합홈(424)에 형성되어, 상기 다공관체(410)의 후단이 몸체부(420)의 전단에 삽착될 시 상기 후방마감캡(450)의 만곡요홈(453)과 상기 본체관(421)의 만곡 결합홈(421)이 서로 대치된다.

이때 상기 서로 대치하는 상기 후방마감캡(450)의 만곡요홈(453)과 상기 본체관(421)의 만곡결합홈(424) 사이에는 탄성고정링(422)이 안착 구비되어, 상기 몸체부(420)에 상기 다공관체(410)가 유동될 수 있게 고정된다.

그리고 상기 탄성고정링(422)는 상기 다공관체(410)와, 상기 몸체부(420)를 고정함은 물론, 상기 다공관체(410)와, 상기 몸체부(420) 사이의 기밀을 유지하도록 한다.

또한 상기 본체관(421)의 후단에는 연결관체(423)가 나사결합되는데, 상기 연결관체(423)의 중심에는 초음파진동자(426)가 구비되고, 상기 초음파진동자(426) 를 중심으로 그 주위에 상기 기체공급라인부(300)의 분배관(340)과 연결되는 기체유입공(425)이 형성된다.

상기 초음파진동자(426)는 통상의 초음파진동자와 같은 구성으로 상세한 설명은 생략하고, 외부의 제어에 의해 선택적으로 구동되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 초음파 진동자의 진동수는 약 1 Hz 내지 약 100 Hz 일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 약 1 Hz 내지 약 100 Hz, 약 1 Hz 내지 약 80 Hz, 약 1 Hz 내지 약 60 Hz, 약 1 Hz 내지 약 50 Hz, 약 1 Hz 내지 약 30 Hz, 약 1 Hz 내지 약 10 Hz, 약 1 Hz 내지 약 5 Hz, 약 5 Hz 내지 약 100 Hz, 약 5 Hz 내지 약 80 Hz, 약 5 Hz 내지 약 60 Hz, 약 5 Hz 내지 약 50 Hz, 약 5 Hz 내지 약 30 Hz, 약 5 Hz 내지 약 10 Hz, 약 10 Hz 내지 약 100 Hz, 약 10 Hz 내지 약 80 Hz, 약 10 Hz 내지 약 60 Hz, 약 10 Hz 내지 약 50 Hz, 약 10 Hz 내지 약 30 Hz, 약 30 Hz 내지 약 100 Hz, 약 30 Hz 내지 약 80 Hz, 약 30 Hz 내지 약 60 Hz, 약 30 Hz 내지 약 50 Hz, 약 50 Hz 내지 약 100 Hz, 약 50 Hz 내지 약 80 Hz, 약 50 Hz 내지 약 60 Hz, 약 60 Hz 내지 약 100 Hz, 약 60 Hz 내지 약 80 Hz, 또는 약 80 Hz 내지 약 100 Hz일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

본원의 일 구현예에 따르면 상기 워터탱크(100)는 가열장치 또는 냉각장치를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 가열장치 또는 냉각장치는 상기 워터탱크(100)의 내부 또는 외부에 설치되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

상기 워터탱크(100)가 상기 가열장치를 추가 포함할 경우, 예를 들어, 상기 미세버블의 제조 시, 고점도 물질은 그 점성으로 인해 미세버블의 생성이 어려울 수 있다. 이 때, 워터탱크에 가열장치를 추가 포함함으로써, 온도 조절을 통해 액체의 점도를 적정 수준까지 낮춰 미세버블을 생성할 수 있다. 예를 들어, 상기 가열장치는 워터탱크 외부에 저항열을 이용한 가열 코일을 장치하고, 전류를 흘려 적절한 온도로 액체를 가열하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 고점도 물질은 윤활유, 폴리머, 석유, 및 디젤로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 윤활유의 경우, 윤활유의 내부에 나노버블을 생성함으로써 윤활 특성을 향상할 수 있다. 종래에는, 상기 윤활 특성을 향상시키기 위해서 윤활유의 온도 조절을 통해 윤활유의 점도를 낮추는 방법을 사용했었는데, 상기한 방법은 윤활유의 유막 형성성에 악영향을 끼쳐 윤활 특성의 감소를 일으켰다. 그러나, 윤활유 내부에 나노버블을 생성함으로써 수득된 윤활유는 전기 이중층 효과에 의해 극성 용매와 접하고 있는 고체 표면은 음전하를 띠며, 이로 인해 고체 표면 주변의 액체는 양이온을 띠게 된다. 상기 미세버블의 표면은 음전하를 띠므로, 미세버블은 전기적 인력에 의해 고체 벽에 달라붙게 된다. 이로 인해 고체 벽 표면 주변에 기체상(gas phase)이 형성되고 이 기체상에 의해 벽 미끄러짐 현상(wall slip phenomena)이 고체 벽과 액체 표면 사이에서 일어나며, 미세버블이 형성된 액체는 상기 기체상을 따라 이동한다. 따라서, 미세버블이 생성된 윤활유가 그렇지 않은 윤활유에 비해 원활하게 이동될 수 있으며, 이를 통해 마찰을 감소시킬수 있다. 이러한 마찰 감소 특성으로 인해 표면의 마멸과 열발생이 감소하여 상대적으로 나은 윤활 특성을 얻게 된다. 또한, 통상에 알려진 바와 같이, 미세버블이 생성된 액체의 점도는 미세버블이 생성되지 않은 액체와 동일한 점도를 갖게 되므로, 미세버블을 포함한 윤활유를 통해 유막 형성에 필요한 점도를 유지한 채, 벽 미끄러짐 현상을 이용해 기존의 윤활유에 비해 전기저항, 기계적 강도, 단열효과, 및 윤활 특성이 향상된 윤활유를 수득할 수 있다.

상기 워터탱크(100)가 상기 냉각 장치를 추가 포함할 경우, 예를 들어, 화석 연료의 연료 효율 향상을 위한 미세버블 형성 시, 상기 화석 연료의 휘발성으로 인해 미세버블 생성 과정 중에 상기 화석 연료가 지속적으로 증발될 수 있다. 상기 화학 연료의 휘발성을 낮추기 위해 상기 워터탱크에 냉각 장치를 설치하거나, 상기 연료에 미세버블을 먼저 생성한 후, 첨가물을 혼합하는 방법에 의해 연료의 휘발성을 낮출 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 화석 연료는 예를 들어, 가솔린, 디젤, 벙커유, 및 바이오 연료로 이루어진 군으로부터 선택되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 워터탱크에 냉각 장치를 설치할 경우, 예를 들어, 상기 냉각 장치는 상기 워터탱크 내부 또는 외부에 설치되는 것을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 냉각 장치는 냉각 채널을 통해 순환되는 냉매에 의해 냉각될 수 있으며, 상기 냉매는 예를 들어, 차가운 공기를 이용하는 공냉일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 또한, 상기 화석 연료에 미세버블을 먼저 생성한 후, 첨가물을 혼합하는 방법에 의해 상기 화석연료의 휘발성을 낮출 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 화석 연료의 휘발성은 화석 연료의 성질뿐만 아니라 상기 화석 연료에 첨가되는 첨가물에 의해서도 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 화석 연료가 가솔린일 경우, 가솔린에 용해시켜 가솔린의 증기압 조절과 옥탄가 향상에 기여하는 부탄의 혼합에 따라 휘발성이 결정될 수 있다. 따라서, 부탄을 혼합하기 전 미세버블을 생성한 후, 부탄을 용해시킴으로써 상기 화석 연료의 휘발성에 의한 문제를 방지할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 구성에 의해 외부에서 공급된 기체가 미세한 기포로 방출되는 다공관체(410)가 초음파진동자(426)에서 전파되는 초음파진동을 전달받아 진동되어 미세기포가 다공관체(410)의 표면에 달라붙거나, 서로 응집되기 전 다공관체(410)에서 떨어져 나가 워터탱크(100) 내에 수용된 물의 용존기포량이 극대화된 버블수가 제조될 수 있고, 미세기포를 생성하기 위해 고압의 기체 주입이 필요하지 않고 비교적 간단한 설비로 대량생산이 가능하도록 하여 생산비용을 획기적으로 절감할 수 있으며, 물과 혼합되지 않은 잔여 기체는 상기 워터탱크(100) 내에 잔류하도록 해 상기 워터탱크(100) 내의 분위기를 기체 포화상태로 유지함으로 써, 버블수의 용존기체량을 최대화할 수 있고, 또한 시간이 지나도 충분한 용존기체량을 유지할 수 있고, 크기가 매우 작으며 비교적 균일한 미세기포를 생성되도록해 미세기포가 효율적으로 물(액체)에 용해되고, 버블수의 용존기체비율을 비교적 짧은 시간에 이룰 수 있으며, 상기 미세버블 제조장치에 냉각 장치 또는 가열장치를 추가 설치함으로써 고점도 물질 및 화석 연료 에너지 내부에 미세버블을 생성시켜 전기저항, 기계적 강도, 단열효과, 윤활 특성 등 고점도 물질의 특성 강화 및 화석 연료의 에너지 효율 향상 효과를 이룰 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100: 워터탱크 101: 출수구 102: 입수구
200: 물순환라인부 210: 순환관 220: 순환모터
300: 기체공급라인부 310: 기체봄베 320: 공급관
330: 압력조절밸브 340: 분배관 400: 미세버블방출부재
410: 다공관체 420: 몸체부 421: 본체관
422: 탄성고정링 423: 연결관체 424: 만곡결합홈
425: 기체유입공 426: 초음파진동자 430: 진동전달부재
440: 전방마감캡 441: 결합너트부 450: 후방마감캡
451: 볼트부 452: 기체통공 453: 만곡요홈

Claims (8)

1. 물이 수용되는 워터탱크;
   상기 워터탱크 내부에 수용된 물을 강제 순환 시키는 물순환라인부;
   상기 워터탱크로 기체를 공급하는 기체공급라인부;
   상기 기체공급라인부와 연결된 상태로 상기 워터탱크 내부에 설치되고, 상기 기체공급라인부에서 공급되는 기체를 워터탱크 내부와 통하는 미세한 다공이 형성된 다공관체를 통해 미세기포로 방출할 시, 상기 미세기포들이 서로 응집되지 않도록, 상기 다공관체가 초음파에 의해 진동되어 상기 다공관체의 표면에 형성된 상기 미세기포를 털어내는 복수의 미세버블방출부재
   를 포함하는, 초음파 진동자를 이용한 미세버블수 제조장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 물순환라인부는, 상기 워터탱크 내에 수용된 물이 배출되는 출수구와, 상기 워터탱크 내로 물이 유입되는 입수구를 연결하여, 상기 출수구를 통해 배출된 물을 입수구로 순환시키는 순환관; 및,
   상기 순환관에 설치되어 물을 강제 순환시키는 순환모터를 포함하는 것인,
   초음파 진동자를 이용한 미세버블수 제조장치.
   
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 기체공급라인부는
   내부에 충진된 기체를 내압으로 공급하는 기체봄베;
   상기 기체봄베와 연결되어 상기 기체봄베에서 공급되는 기체가 안내되는 공급관;
   상기 공급관과 연결되어 상기 공급관을 통해 공급되는 기체의 압력을 선택적으로 감압 또는 가압 조절하는 압력조절밸브; 및,
   상기 압력조절밸브와 연결되어 상기 압력조절밸브를 통해 감압 또는 가압된 기체를 상기 워터탱크의 상부에 설치되어 탱크 내부로 기체를 주입하는 기체주입부재와, 상기 워터탱크의 하부에 설치되어 미세기포를 생성하는 미세버블방출부재로 각각 공급되게 분배하는 분배관을 포함하는 것인,
   초음파 진동자를 이용한 미세버블수 제조장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 미세버블방출부재는
   상기 분배관을 통해 주입되는 기체가 미세한 기포로 방출되도록 내부와 통하는 미세한 다공이 형성된 다공관체;
   상기 다공관체의 일측에 삽착되고, 내부에 구비된 초음파진동자에 의해 진동이 발생되는 몸체부; 및,
   상기 다공관체의 일측에 부착되어 상기 몸체부에서 발생되는 초음파진동을 다공관체로 전달하는 진동전달부재를 포함하는 것인,
   초음파 진동자를 이용한 미세버블수 제조장치.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 다공관체는
   일측면에 형성된 결합너트부가 상기 다공관체의 전단측 내부에 수용되게 결합되는 전방마감캡; 및,
   일측면에 형성된 볼트부가 상기 다공관체의 후단측에서 내부로 진입해 상기 전방마감캡의 결합너트부와 체결되게 결합되고, 상기 볼트부를 중심으로 상기 볼트부 주위에 복수의 기체통공이 형성되며, 외주면을 따라 만곡요홈이 형성되는 후방마감캡을 포함하는 것인,
   초음파 진동자를 이용한 미세버블수 제조장치.
   
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 몸체부는
   관상으로 형성되고, 만곡결합홈이 전방에는 내주면을 따라 형성되며, 상기 만곡결합홈이 형성된 전방에는 상기 다공관체의 후단이 삽입 고정되는 본체관;
   상기 본체관의 만곡결합홈과 상기 후단마감캡의 만곡요홈 사이에 유동되게 안착되어, 상기 다공관체가 본체관에 고정되는 탄성고정링; 및,
   상기 본체관의 후단에 나사 결합되고, 중심에는 초음파진동자가 구비되며, 상기 초음파진동자를 중심으로 그 주위에 상기 기체공급라인과 연결되는 기체유입공이 형성된 연결관체를 포함하는 것인,
   초음파 진동자를 이용한 미세버블수 제조장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 워터탱크는 가열장치 또는 냉각장치를 추가 포함하는 것인, 초음파 진동자를 이용한 미세버블수 제조장치.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 가열장치 또는 냉각장치는 상기 워터탱크의 내부 또는 외부에 설치되는 것을 포함하는 것인, 초음파 진동자를 이용한 미세버블수 제조장치.
   

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