KR101637885B1 - 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치와, 이를 이용한 기포혼합물 제조방법 - Google Patents

버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치와, 이를 이용한 기포혼합물 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치, 그리고 이를 이용한 초미세 기포혼합물의 제조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용기 내 액체의 자연낙하를 통하여 기포혼합물이 생성되도록 함으로써 기체와 액체 혼합 시 발생하는 역류현상이 방지되도록 하였고, 용해기체 압력을 조절하여 기포의 크기가 제어되도록 하였다. 대량 생산에 활용하기 위하여 대용량 탱크 내부에 엘보관을 설치하여 기포혼합물이 효율적으로 버블스토머로 유입되도록 하였으며, 이를 이용하여 대용량 탱크 내의 기포혼합물을 강제대류시킴으로써 농도가 전체적으로 균일해지도록 하였다. 또한 펌프로 유입되는 조대기포 혼합물과 액체의 비율을 제어함으로써 장시간의 운전에서 발생될 수 있는 펌프의 손상이 방지되도록 한 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치와 이를 이용한 기포혼합물 제조방법에 관한 것이다.

Description

버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치와, 이를 이용한 기포혼합물 제조방법{Apparatus for absorbing the ultra-fine bubble and controlling the bubble size using the bubble stormer, and that method}
본 발명은, 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치와, 이를 이용한 기포혼합물 제조방법으로서, 하나의 장치에서 사용하고자 하는 용도에 적합하도록 기포의 크기 및 개체수를 조절하여, 일정한 크기의 기포와 개체수가 요구되는 다양한 산업분야에서 용이하게 사용할 수 있도록 구성된 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치와, 이를 이용한 기포혼합물 제조방법에 관한 것이다.
최근 식품을 비롯한 여러 산업분야에서 액체 내에 높은 농도로 기체를 용해시키거나, 기체를 기포로 잔류, 파괴 또는 부상시키는 기술이 매우 다양하게 활용되고 있다.
특히, 식품 분야에서는 탄산 등의 기체를 음용수에 용해 또는 잔류시켜서 기능성 음료 등으로 활용하고 있고, 반도체 제조분야에서는 액체 내에 버블링한 기포를 반도체의 식각면에서 파괴되도록 하여 반도체 표면을 세정하는 분야에 버블을 이용하고 있으며, 환경분야에서는 폐수 중의 부유물을 제거하는 목적으로 부상력이 있는 기포를 활용하고 있다.
그러나, 상기와 같은 다양한 분야에서 사용되는 기포는 각 분야의 용도에 적합한 크기의 기포와 개체수가 함유되도록 만들어야 하기 때문에, 각 분야마다 상이한 기포발생 장치 및 방법이 사용되고 있다.
도 1에 기존의 기포발생 장치 중 대표적인 상업적 수단인 초고속 선회방법(Hydrodynamic method)을 이용한 기포발생장치를 도시하였다.
도 1을 참조하여 설명하면, 상기 기포발생장치는, 지상으로부터 전원을 공급받는 전기코드가 연결된 수중모터와, 수중모터의 출력 회전축에 직경이 큰 기포를 잘게 부수도록, 하면에서 보았을 때 방사형으로 형성되고 단턱을 갖는 다수의 회전날개가 톱니형으로 형성된 임펠러와, 임펠러를 감싸도록 수중모터의 하단에서 슬릿을 형성시킨 격벽이 하부로 연장되어 있고, 이 격벽의 하단에 컵형의 단면 필터가 씌워진 임펠러 보호부재와, 지상의 압축기로부터 압축공기를 공급받는 기체주입호스가 수중모터까지 연결되어 있고, 이 기체주입호스의 끝단에서 임펠러의 중앙까지 분기분사노즐이 위치되도록 기체주입배관이 연결된 기체주입기를 포함하여 구성되어 있다.
이와 같은 종래의 기포발생장치는 고속으로 회전하는 임펠러를 이용하여 외부에서 유입되는 산소를 액체 중에서 잘게 분쇄하는 방법으로 수중에 미세기포가 생성되도록 하였지만, 이와 같은 회전날개 또는 임펠러를 고속으로 회전시키기 위해서는 지속적으로 대량의 전기 에너지가 소모될 뿐만 아니라 작업안전성에도 문제가 된다는 단점을 가진다.
또한, 임펠러의 고속회전으로 인하여 물과 산소분자의 구조가 파괴될 수 있으며, 회전날개의 마모로 인한 금속입자의 혼입, 액체와 임펠러의 마찰 및 구동모터의 열로 인한 유체의 온도상승, 그리고 이로 인한 유체의 변질, 잔류기포의 개체수 감소 등의 단점이 있다.
결국, 상기와 같은 종래의 기포발생장치는 폐수처리에서의 부유물 부상과 같은 일부 환경 분야에만 활용할 수 있을 뿐이며, 음용수 분야 또는 반도체 세정 분야 등 위생과 청정이 요구되는 분야에서는 사용이 제한적이다.
따라서, 기포크기 조절 및 대량의 기포 혼합물 제조가 가능하며, 상기와 같은 종래 기포발생 장치의 단점인 물 또는 기체의 분자구조 변화, 그리고 이물질 함유 현상이 생기지 않는 즉, 고속회전 임펠러를 사용하지 않는 기포용해 및 기포크기 조절장치의 필요성이 대두되고 있다.
한국공개특허 제2004-0002334호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서 본 발명의 목적은, 액체와 기체를 혼합하여 기포혼합물 또는 기포수(기포 함유수)를 대량 제조하되, 기포혼합물에 함유된 기포의 크기 및 개체수의 조절이 자유로워 다양한 분야에 사용 가능한, 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치와, 이를 이용한 기포혼합물 제조방법에 관한 것이다.
상기의 목적달성을 위한 본 발명인 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치는, 외부에서 액체와 기체를 유입하며, 외부에서 유입된 액체 및 기체가 저장되는 저장공간(110)이 형성된 저장부(100); 상기 저장공간(110)에 위치하는 액체 또는 액체와 기체가 혼합된 기포혼합물을 운송하는 운송부(200); 및 상기 운송부(200)에서 유입된 액체 또는 기포혼합물을 상기 저장부(100)로 배출 시키며, 기포혼합물에 함유된 기체를 미세화 시키는 버블스토머(300); 를 포함한다. 또한, 상기 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치는, 상기 저장공간(110)의 압력을 측정하는 압력측정부(120)와, 상기 압력측정부(120)에서 측정된 압력에 대응하여, 상기 저장공간(110)에 기체를 유입시켜 상기 저장공간(110)에 기체를 공급하고 공급기체의 압력을 조절 또는 일정하게 유지시키는 가스공급 및 압력조절부(130)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
동시에, 상기 버블스토머(300)는 내면에 상기 운송부(200)에서 유입된 기포 혼합물에 함유된 액체 및 기체가 충돌하는 제1 돌기(310)가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 버블스토머(300)는, 축방향 중심에 복수개의 기포파쇄봉(320)이 더 구비되고, 상기 기포파쇄봉(320)은 외면에 복수개의 제2 돌기(321)가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기포파쇄봉(320)은, 상기 버블스토머(300)에서 상기 저장공간(110)으로 연장 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치와, 이를 이용한 기포혼합물 제조방법은, 상기 저장부(100)의 내측 상면에 상기 버블스토머(300)에서 배출되는 액체 또는 기포 혼합물이 통과되는 엘보관(140)이 더 구비되고, 상기 운송부(200)는 서로 인접한 면의 각도가 넓어지는 상기 엘보관(140)의 일측 굴곡부에 결합되어 조대기포 혼합물을 석션(흡입)하는 운송관(210)과, 상기 저장부(100)의 측면 하측에 결합되어 액체를 석션하는 운송통로(220), 및 상기 제1 운송관(210)과 상기 운송통로(220)에서 유입된 조대기포 혼합물 및 저장부의 하부 액체를 상기 버블스토머(300)로 이동시키는 펌프(230)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 엘보관(140)은 서로 인접한 양면의 각도가 좁아지는 굴곡부 타측에 수평 및 축 방향으로 이미 생성된 미세 기포가 배출되는 개통부(141)가 형성된 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명인 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치와, 이를 이용한 기포혼합물 제조방법은, 상기 저장공간(110)에 잔류하는 공기가 배출되도록 액체를 가득 채우는 액체유입 및 공기배출 단계(S100); 상기 저장공간(110)이 외부와 단절된 상태에서 상기 저장공간(110)에 위치하는 액체와 혼합되며, 상기 저장공간(110) 내 압력을 조절하여 용해대상 기체를 상기 저장공간(110)에 유입시킴과 동시에, 액체와 혼합될 용해대상 기체의 체류공간 확보를 위하여 저장공간(110)에 위치하는 일정량의 액체를 외부로 배출시키는 용해기체 유입 및 압력조절 단계(S200); 상기 저장공간(110)에 저장된 액체를 상기 버블스토머(300)를 통해 낙하시켜 상기 저장공간(110) 내부에 체류하는 기체와 혼합시키는 기포혼합물 형성단계(S300); 상기 저장공간(110)에 형성된 기포혼합물을 상기 버블스토머(300)로 유입시켜 기포의 크기를 미세화하고 개체수를 증가시키는 기포미세화 증폭단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기포미세화 증폭단계(S400)는, 상기 저장부(100)에 위치하는 기포혼합물에 함유된 기포의 크기와 개체수가 원하는 수치에 이를 때까지 반복되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치와, 이를 이용한 기포혼합물 제조방법은, 상기 용해기체 유입 및 압력조절 단계(S200)에서 조절되는 기체의 압력에 따라, 대기압에서 형성되는 기포의 크기 또는 부피가 결정되는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명인 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치와, 이를 이용한 기포혼합물 제조방법은, 혼합하기 위한 기체를 저장부(100)의 상부 공간에 체류시켜 버블스토머에서 낙하하는 액체에 의하여 기체가 자연적으로 액체에 유입되도록 함으로써(폭포 낙하지점에 물에 유입된 외부공기에 의하여 기포혼합수가 만들어지는 원리와 같음), 종래의 기포용해 장치에서 액체 및 기체를 강제로 혼합시켜 액체와 기체가 혼합되는 공간의 압력이 높아지면서 발생할 수 있는 역류 현상을 예방하였다. 따라서, 단시간에 대량의 기포혼합물 제조가 가능하다는 장점을 가진다.
또한, 기포혼합물의 기포 미세화 및 기포의 개체수 증대를 위하여 버블스토머 내면에 돌기를 설치하였다. 이러한 돌기를 가지는 버블스토머를 통과하는 기포 혼합물 함유 조대기포의 미세화로 기포의 미세화 및 개체수 증폭효과가 발생된다.
아울러, 단시간 내 기포의 미세화 극대화를 위하여 버블스토머의 축방향 중심에 기포파쇄봉을 추가로 설치하여, 기포파쇄봉에 형성된 돌기의 형상 및 거칠기, 주변돌기와의 교차위치 등을 용도에 따라 달리함으로써 더욱더 효과적으로 기포의 크기 및 개체수의 조절이 가능하다는 장점을 가진다.
뿐만 아니라, 저장부(100)에 구비된 엘보관의 측면과 연결된 제1 운송관과 저장부의 측면 하부에 연결된 제2 운송관(220)이 상호 연동하여 펌프로 유입되는 조대 기포혼합물과 기포가 상대적으로 적은 저장부 하부와의 액체 비율을 제어함으로써, 펌프의 효율을 극대화하고 기포의 미세화 효과를 향상시키는 장점을 가진다.
따라서, 종래의 기포 발생장치에서 생성되는 기포혼합물은 기포의 크기 및 개체수의 조절이 불가능하거나 기포혼합물의 대량생산이 어려워 다양한 산업분야에 적용시키기 어려웠던 것과는 다르게 본 기술은 다양한 산업분야에 적용이 가능하다는 장점을 가진다.
도 1은 종래의 기포발생장치를 나타낸 단면도.
도 2는 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치를 나타낸 사시도.
도 3은 버블스토머를 이용한 초미세 기포혼합물 제조 흐름도.
도 4는 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치의 버블스토머를 나타낸 단면도.
도 5는 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치의 저장부(기포혼합물 대량생산 용)를 나타낸 단면도.
도 6은 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치의 엘보관을 나타낸 개념도 및 사시도.
도 7은 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치를 이용한 기포혼합물 제조방법의 제조공정 순서도.
이하, 상기와 같은 본 발명인 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치와, 이를 이용한 기포혼합물 제조방법에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
또한, 기포와 액체가 혼합된 혼합물을 "기포혼합물"로, 액체에 함유된 기체를 "기포"라 정의하여 본 발명인 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치에 대하여 설명하도록 한다.
도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명인 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치는, 외부에서 유입된 액체와 기체가 저장되는 저장부(100)와, 상기 저장부에 위치하는 액체 또는 액체와 기체가 혼합된 기포혼합물을 운송하는 운송부(200) 및, 상기 운송부(200)로부터 유입된 액체 또는 기포혼합물을 상기 저장부(100)로 배출하는 버블스토머(300)를 포함하여 이루어진다.
상세히 설명하면, 상기 저장부(100)는 외부에서 유입된 액체 및 기체가 저장되는 저장공간(110)이 형성되어 계획된 기포혼합물을 생성하기 위한 액체 및 기체가 일정비율로 저장되고, 상기 운송부(200)는 펌프(230)를 이용해 상기 저장공간(110)에 위치하는 액체 또는 기포혼합물을 상기 버블스토머(300)로 이동시키며, 상기 버블스토머(300)는 도 4에 도시된 바와 같이 내주면에 제1 돌기(310)가 형성되어 운송부(200)로부터 유입되는 액체 및 기체를 혼합시켜 기포혼합물을 생성하는 것이다.
또한, 상기 버블스토머(300)에서 형성된 기포혼합물은 상기 저장공간(110)으로 유입 시 낙하하는 힘으로 저장공간(110)에 위치하는 기체와 혼합된다. 이는 폭포 낙하지점에 물에 유입된 외부공기에 의하여 기포혼합수가 만들어지는 원리와 같다.
따라서, 본 발명인 버블스토머를 이용한 초미세 기포 용해 및 기포크기 조절장치는 종래의 기포혼합물 생성장치에서와 같이 기체와 액체를 강제로 혼합시키기 위해 낭비되는 에너지를 최소화하였으며, 또 종래의 기포혼합물 생성장치가 혼합부에 액체 또는 기체를 빠르게 유입시키는 경우 혼합부의 압력이 높아져 액체 및 기체가 역류하는 현상이 발생하여 생산 가능한 기포혼합물의 양이 제한되었던 단점을 해소하였다.
또한, 본 발명인 버블스토머를 이용한 초미세 기포 용해장치는 기포혼합물의 제조 시 상기 저장공간(110)에 공급하는 기체의 압력을 변화시킴으로써 기포크기의 조절이 가능하다.
도 3을 참조하여 설명하면, 상기 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 장치는 상기 저장공간(110)의 압력을 측정하는 압력측정부(120)와, 상기 압력측정부(120)에서 측정된 압력에 대응하여 상기 저장공간(110)에 기체를 유입시켜 저장공간(110)의 압력을 일정하게 유지시키는 가스공급 및 압력조절부(130)가 더 구비될 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 가스공급 및 압력조절부(130)는 입력된 수치에 대응하여 상기 저장공간(110)에 기체를 주입하는 레귤레이터(131)와 상기 저장공간(110)에 주입될 가스가 보관되는 가스저장부(132)로 구성된다. 이때, 상기 압력측정부(120)에서 상기 저장공간(110)의 내부압력을 측정하고, 상기 레귤레이터(131)는 압력측정부(120)에서 측정된 압력이 계획된 수치 이하로 떨어지거나 상승하는 경우, 저장공간(110)으로 기체를 추가로 유입시키거나 배출시켜 저장공간(110) 내부압력을 원하는 수치로 일정하게 유지시키는 것이다. 따라서, 레귤레이터(131)로 2기압 또는 3기압으로 조절함에 따라 저장공간(110)에 체류하는 기체압력을 2기압 또는 3기압으로 일정하게 유지시킬 수 있다.
이때, 상기 저장공간(110)의 내부압력은 혼합하는 기체와 액체의 성질, 원하는 기포의 크기 등에 따라 다양하게 변경될 수 있으나, 수소를 물에 용해시키는 정상적인 조건에서는 약 0.04bar를 유지하여 혼합효율을 향상시키는 것을 권장하며, 상기 가스공급 및 압력조절부(130)에서 저장공간(110)의 내부로 유입되는 기체는 계획된 기포혼합물 이외에 다른 기체가 혼합되는 것을 방지하고자 초기에 유입시킨 기체와 동일한 기체를 사용하는 것이 좋다.
아울러, 상기 가스공급 및 압력조절부(130)에 의해 조절되는 상기 저장공간(110)에 위치하는 기체의 압력 수치에 따라, 본 발명에서 생성되어 대기압에 노출될 시 변형되는 기포혼합물에 함유된 기포의 크기가 결정되며, 상세한 내용은 이하에서 추가로 설명하도록 한다.
또한, 본 발명인 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치는, 상기 버블스토머(300)의 내면에 상기 운송부(200)에서 유입된 기포혼합물에 함유된 기체 및 액체가 충돌하는 제1 돌기(310)가 형성된다.
도 4를 참조하여 상세히 설명하면, 상기 운송부(200)에서 유입된 기포혼합물은 상기 버블스토머(300)의 내면에 형성된 상기 제1 돌기(310)와 충돌하며 상기 저장공간(110)으로 낙하함으로써, 기포혼합물에 함유된 기체의 크기가 미세화 되는 동시에 개체수도 증가된다.
이때, 기포혼합물에 함유된 기체의 미세화 및 개체수가 증가하는 정도는 상기 운송부(200)를 통해 상기 버블스토머(300)로 유입되는 기포혼합물의 속도에 의해 결정되므로, 운송부에서 배출되는 기포혼합물의 유속을 제어하여 기포혼합물에 함유된 기포의 크기조절 및 개체수 제어가 가능하다.
또한, 상기 버블스토머(300)는 외면에 복수개의 제2 돌기(321)가 형성된 단수 또는 복수개의 기포파쇄봉(320)이 더 구비되어 상기 제1 돌기(310)와 시너지 효과를 일으키는 것이 가능하다.
상세히 설명하면, 상기 운송부(200)에서 유입되는 기포혼합물은 상기 제1 돌기(310)와 충돌하여 기포혼합물에 함유된 기체의 크기가 미세화 되고 개체수가 증가하기 때문에, 상기 버블스토머(300)를 통과하면서 제1 돌기(310)와의 접촉회수 증가에 의해 기포혼합물에 함유된 기포의 크기 미세화 및 개체수 증가가 가능하다.
그러나, 상기 버블스토머(300)를 통과하는 기포혼합물을 상기 제1 돌기(310)와 여러 번 접촉시키기 위해 버블스토머(300)의 내면에 형성된 제1 돌기(310)의 이격거리를 좁힐 경우, 기포혼합물이 통과하는 통로의 원주방향 단면적이 좁아져 버블스토머(300)를 통과하는 기포 혼합물의 유량은 적어진다.
따라서, 버블스토머(300)의 축방향 중심에 상기 기포파쇄봉(320)을 고정시킴으로써, 기포혼합물이 통과하는 통로의 단면적을 그대로 유지한 상태에서 상기 제1 돌기(310)와 상기 제2 돌기(321)의 이격거리를 최소화시켰으며, 상기 제1 돌기(310)와 상기 제2 돌기(321)를 어긋나게 위치시켜 제1 돌기(310)에 충돌하여 비산되는 기포혼합물이 제2 돌기(321)에 충돌하는 유기적 연쇄반응이 일어나도록 한 것이다.
이때, 상기 기포파쇄봉(320)은 상기 버블스토머(300)의 내부에 구비되어 버블스토머(300) 내부에 형성된 유로를 흐르는 기포혼합물에 함유된 기포의 크기를 미세화시키고 개체수를 증가시키는데 충분하지만, 기포파쇄봉(320)을 버블스토머(300)에서 배출되는 기포혼합물이 낙하하는 저장공간(110)까지 연장시킴으로써 기포혼합물에 함유된 기포의 크기 미세화와 개체수 증가도 가능하다. 즉, 상기 기포 혼합물과 기포파쇄봉(320)이 접촉하는 길이를 연장시켜 기포의 미세화 및 개체수 증대효과를 극대화 하는 것이다.
또한, 본 발명인 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 장치는 상기 저장부(100)의 구조 및 저장부(100)와 운송부의 결합관계를 통해, 상기 운송부(200)로 유입되는 기포혼합물과 기포가 상대적으로 적은 저장부 하부와의 액체 비율을 제어함으로써, 초미세 기포혼합물 생성 효율을 향상시키고, 펌프(230)가 파손되는 것을 예방하는 것이 가능하다.
도 5를 참조하여 설명하면, 상기 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 장치는 대형으로 제작한 상기 저장부(100)의 내측 상부에 상기 버블스토머(300)에서 배출되는 액체 또는 기포혼합물이 통과하는 엘보관(140)이 더 구비되고, 상기 운송부(200)는 저장부(100) 내부에 위치하는 엘보관(140)과 연결된 제1 운송관(210) 및 저장부(100)의 하측에 연결된 운송통로(220)에서 각각 조대기포 혼합물과 액체를 석션한다.
상세히 설명하면, 상기 엘보관(140)은 도 6에 도시된 바와 같이 서로 인접한 양면의 각도가 좁아지는 굴곡부 타측에 축 방향으로 개통부(141)를 형성하여 개통부 외부로 미세기포의 배출이 원활하도록 하고, 상기 제1 운송관(210)은 서로 인접한 면의 각도가 넓어지는 상기 엘보관(140)의 일측 굴곡부에 결합되어 조대기포 혼합물을 석션하며, 상기 운송통로(220)에서 액체가 석션되어 상기 엘보관(140)에서 상기 펌프(230)로 운송되는 기체가 다량 함유된 조대기포 혼합물의 기체농도를 계획된 비율로 제어한다.
즉, 상기 엘보관(140)은 상기 개통부(141)가 형성되어 상기 제1 운송관(210)으로 조대기포 혼합물이 유입되는 것을 도와줌으로써, 상기 버블스토머(300)에서 효율적으로 기포미세화 및 개체수가 증가되도록 하고, 상기 운송통로(220)에서 제1 운송관(210)을 통해 펌프(230)로 유입되는 기포혼합물의 유량을 계획된 비율로 제어함으로써, 다량의 기체유입에 의한 펌프(230) 손상을 방지하는 것이다.
또한, 상기 엘보관(140)은 상기 개통부(141)을 통해 미세기포가 방출되며 물의 강제대류에 의한 균일성 향상 효과를 가진다.
상세히 설명하면, 상기 저장부(100)로 유입되는 기포혼합수의 흐름방향은 엘보관(140)의 굽어진 방향에 따라 변화되므로 저장부 내로 빠른 유속으로 유입되는 기포혼합물의 배출방향으로 강제대류가 일어나 저장부(100) 내 기포혼합물의 기포농도가 균일해지는 효과를 갖는다.
이하 에서는 상기에 기재된 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치를 이용한 초미세 기포혼합물 제조방법에 대하여 설명하도록 한다.
도 7에서는 본 발명인 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치를 이용한 초미세 기포혼합물 제조방법의 순서도를 도시하고 있다.
도 7을 참조해 설명하면, 본 발명인 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치를 이용한 기포혼합물 제조방법은 상기 저장공간(110)에 액체를 가득 차도록 유입시켜 저장공간(110)에 잔류하는 공기 또는 기체를 외부로 배출시키는 액체유입 및 공기배출 단계(S100)로 시작된다.
상세히 설명하면, 상기 저장공간(110)에 액체를 가득 차도록 유입시켜 저장공간(110)에 잔류하는 눈으로 판별하기 어려운 불필요한 기체를 배출시키는 것이다.
이후, 외부와의 공기유입이 차단된 상태에서 상기 저장공간(110)에 액체와 혼합시킬 기체를 유입시키며, 동시에 용해대상 기체의 체류공간 확보를 위하여 저장공간(110)내 일정량의 액체를 외부로 배출시키는 동시에 저장공간 내 용해대상 기체의 압력을 조절하는 용해기체 유입 및 압력조절 단계(S200)가 이루어진다.
즉, 효율적인 기포혼합물 제조를 위하여 액체와 기체의 혼합비율 및 최종적으로 생성될 기포의 크기를 제어하고자 하는 것이다.
이때, 상기 최종적으로 생성될 기포의 크기 제어는 상기 저장공간(110)의 내부압력에 따라 결정된다.
상세히 설명하면, 상기 용해기체 유입 및 압력조절 단계(S200)에서는 저장공간(110)에 체류하는 기체의 압력을 조절하여 기포의 크기를 조절한다. 보일의 법칙(Boyle's law)에 따르면, PV=k(P는 압력, V는 기체의 부피)로 기체의 부피 V, 즉 기포의 크기는 외부의 압력 P에 따라 결정된다.
예로써, 기포제조 과정에서 상기 저장공간(110)에 체류하는 기체의 압력을 2기압으로 유지한 상태에서 제조한 기포는 대기압으로 환원 시 2배의 부피로 커지게 되고, 3기압의 조건에서 제조된 기포는 대기압으로 환원시 3배의 부피로 팽창하게 된다.
그리고, 상기 저장공간(110)에 저장된 액체를 상기 버블스토머(300)를 통해 낙하시켜 상기 저장공간(110) 내부에 위치하는 기체와 혼합된 기포혼합물을 형성하는 기포혼합물 형성단계(S300)가 이루어진다.
상세히 설명하면, 상기 버블스토머(300)에 기포혼합물을 유입시키기 위해 버블스토머(300)를 통해 액체를 낙하시켜 상기 저장공간(110) 내부에 체류하는 기체와 혼합시키는 것이다. 이 단계는 폭포가 낙하되는 지점에서 다량의 기포가 생성되는 원리와 같다.
이후, 상기 저장부(100)에 형성된 기포혼합물을 상기 버블스토머(300)로 유입시켜 기포의 미세화 및 개체수 증대 과정인 기포미세화 증폭단계(S400)가 이루어진다.
이때, 상기 기포미세화 증폭단계(S400)는 상기 저장부(100)에 위치하는 기포혼합물에 함유된 기포의 크기와 개체수가 원하는 수치에 이를 때까지 반복적으로 수행된다.
뿐만 아니라, 본 발명인 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치는 기포혼합물을 대량생산하기 위하여 하나의 사익 저장부(100)에 복수개의 상기 운송부(200) 및 사익 버블스토머(300) 연결되는 것이 가능하다.
즉, 상기 저장부(100) 내부에 복수개의 상기 엘보관(140)이 형성되고, 가각의 엘보관(140)에 운송부(200) 및 버블스토머(300)가 연결되어 기포혼합물을 대량생산 함으로써, 산업에 필요한 대량의 기포혼합물을 생산하는 것이다.
본 발명을 상기 실시 예에 한정하여 기술적 사상을 해석해서는 안 된다. 적용범위가 다양함은 물론이고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당업자의 수준에서 다양한 변형 실시가 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 당업자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 된다.
100 : 저장부 110 : 저장공간
120 : 압력측정부
130 : 가스공급 및 압력조절부 131 : 레귤레이터
132 : 가스저장부
140 : 엘보관 141 : 개통부
200 : 운송부 210 : 제1 운송관
220 : 운송통로 230 : 펌프
300 : 버블스토머 310 : 제1 돌기
320 : 기포파쇄봉 321 : 제2 돌기

Claims (11)

  1. 외부에서 액체와 기체를 유입하며, 외부에서 유입된 액체 및 기체가 저장되는 저장공간(110)이 형성된 저장부(100);
    상기 저장공간(110)에 위치하는 액체 또는 액체와 기체가 혼합된 기포혼합물을 운송하는 운송부(200); 및
    상기 운송부(200)에서 유입된 액체 또는 기포혼합물을 상기 저장부(100)로 배출시키며, 기포혼합물에 함유된 기포를 미세화 시키는 버블스토머(300); 를 포함하며,
    상기 저장부(100)는 상기 버블스토머(300)에서 배출되는 액체 또는 기포혼합물과 내부에 위치하는 액체 및 기체가 서로 혼합되어 기포혼합물이 형성되고, 내측 상면에 상기 버블스토머(300)에서 배출되는 액체 또는 기포 혼합물이 통과되는 엘보관(140)이 더 구비되며,
    상기 운송부(200)는 서로 인접한 면의 각도가 넓어지는 상기 엘보관(140)의 일측 굴곡부에 결합되어 조대기포 혼합물을 석션하는 운송관(210)과, 상기 저장부(100)의 측면 하측에 결합되어 액체를 석션하는 운송통로(220), 및 상기 운송관(210)과 상기 운송통로(220)에서 유입된 조대기포 혼합물 및 액체를 상기 버블스토머(300)로 이동시키는 펌프(230)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치는,
    상기 저장공간(110)의 압력을 측정하는 압력측정부(120)와, 상기 압력측정부(120)에서 측정된 압력에 대응하여, 상기 저장공간(110)에 기체를 주입하는 가스공급 및 압력조절부(130)를 포함하고,
    상기 가스공급 및 압력조절부(130)는 상기 저장공간(110)에 기체를 주입하는 레귤레이터(131)와 상기 저장공간(110)에 주입될 가스가 보관되는 가스저장부(132)로 구성되며,
    상기 레귤레이터(131)는 입력된 수치에 대응해 상기 저장공간(110)의 압력을 일정하게 유지시키는 것을 특징으로 하는, 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 버블스토머(300)는 내면에 상기 운송부(200)에서 유입된 기포혼합물에 함유된 액체 및 기체가 충돌하는 제1 돌기(310)가 형성된 것을 특징으로 하는, 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 버블스토머(300)는,
    축방향 중심에 단수 도는 복수개의 기포파쇄봉(320)이 더 구비되고, 상기 기포파쇄봉(320)은 외면에 복수개의 제2 돌기(321)가 형성된 것을 특징으로 하는, 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 기포파쇄봉(320)은,
    상기 버블스토머(300)에서 상기 저장공간(110)으로 연장 형성된 것을 특징으로 하는, 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서, 상기 엘보관(140)은 서로 인접한 양면의 각도가 좁아지는 굴곡부 타측에 축 방향으로 미세기포가 배출되는 개통부(141)가 형성된 것을 특징으로 하는, 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치는,
    상기 엘보관(140)과 상기 운송부(200) 및 상기 버블스토머(300)가 복수개 형성되어 기포 혼합물을 대량생산 하는 것을 특징으로 하는, 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치.
  9. 제 1항에 의한 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치를 이용한 기포혼합물 제조방법에 있어서,
    상기 저장공간(110)에 잔류하는 공기가 배출되도록 액체를 가득 채우는 액체유입 및 공기배출 단계(S100);
    외부와의 공기유입이 단절된 상태에서 상기 저장공간(110)에 액체와 혼합시킬 기체를 유입시키고, 용해대상 기체의 체류공간 확보를 위하여 저장공간(110)내 일정량의 액체를 외부로 배출시킴과 동시에 상기 저장공간(110) 내 용해대상 기체의 압력을 조절하는 용해기체 유입 및 압력조절 단계(S200);
    상기 저장공간(110)에 저장된 액체를 상기 버블스토머(300)를 통해 낙하시켜 상기 저장공간(110) 내부에 체류하는 기체와 혼합시키는 기포혼합물 형성단계(S300);
    상기 저장공간(110)에 형성된 기포혼합물을 상기 버블스토머(300)로 유입시켜 기포의 크기를 줄이고 개체수를 증가시키는 기포미세화 증폭단계(S400);를 포함하는 것을 특징으로 하는, 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치를 이용한 기포혼합물 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 기포미세화 증폭단계(S400)는,
    상기 저장부(100)에 위치하는 기포혼합물에 함유된 기포의 크기와 개체수가 원하는 수치에 이를 때까지 반복되는 것을 특징으로 하는, 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치를 이용한 기포혼합물 제조방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치를 이용한 기포혼합물 제조방법은,
    상기 용해기체 유입 및 압력조절 단계(S200)에서 제어된 상기 저장공간(110)의 기체 압력에 대응하여, 상기 기포미세화 증폭단계(S400) 후, 대기압에 노출된 기포혼합물의 기포 크기가 결정되는 것을 특징으로 하는, 버블스토머를 이용한 초미세 기포용해 및 기포크기 조절장치를 이용한 기포혼합물 제조방법.


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