KR101639726B1 - 초미세기포(나노버블) 함유 액체 생성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초미세기포 함유 액체 생성 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본 발명에 따른 초미세기포 함유 액체 생성 장치는 1차 다공판 및 복수개의 2차 다공판을 구비하고, 기체-액체 혼합류가 상기 1차 다공판 및 복수개의 2차 다공판을 순차적으로 관통함으로써 초미세기포를 함유하는 액체를 생성할 수 있는, 초미세기포 함유 액체 생성 장치에 관한 것이다. 본 발명의 1차 다공판 및 복수개의 2차 다공판을 구비한 초미세기포 함유 액체 생성 장치는 기체-액체 혼합류가 상기 1차 다공판 및 2차 다공판을 순차적으로 통과함으로써, 초미세기포를 높은 농도로 함유한 액체를 생성할 수 있고, 상기 초미세기포의 액체 내 농도는 시간 경과에 따른 감소율이 작다.

Description

초미세기포(나노버블) 함유 액체 생성 장치{APPARATUS FOR GENERATING OF LIQUID HAVING NANOBUBBLE}

본 발명은 초미세기포 함유 액체 생성 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본 발명에 따른 초미세기포 함유 액체 생성 장치는 1차 다공판 및 복수개의 2차 다공판을 구비하고, 기체-액체 혼합류가 상기 1차 다공판 및 복수개의 2차 다공판을 순차적으로 관통함으로써 초미세기포를 함유하는 액체를 생성할 수 있는, 초미세기포 함유 액체 생성 장치에 관한 것이다.

미세한 기체 방울 입자인 미세기포를 함유하는 액체는 다양한 용도로 이용되고 있다. 예컨대, 과일이나 채소와 같은 식재료의 세척이나 살균, 식기의 세척, 세안이나 샤워용, 피부질환 예방 및 피부미용용, 수처리 공정, 미생물 반응조, 양식장 등에서 미세기포를 함유하는 액체가 광범위하게 이용되고 있다. 또한, 물 자체의 살균 소독을 위해 오존발생장치에서 발생된 오존을 수조의 물에 산기시켜 물이 오존 미세기포를 함유하도록 함으로써, 오존에 의해 물이 살균 소독되도록 하는 방법도 이용되고 있다.

상기와 같은 미세기포를 함유하는 액체를 생성하기 위해 다양한 형태의 산기관, 수차, 에어레이터 등과 같은 미세기포발생장치들이 사용되고 있다.

그러나, 종래의 미세기포발생장치에 의해 생성되는 미세기포는 입경이 10~100㎛ 정도로 그 크기가 매우 커서, 미세기포가 액체 속에 장시간 동안 체류하지 못하고 비교적 짧은 시간 만에 액체 표면으로 떠올라 제거되어 버리거나, 기포들끼리 서로 합쳐져서 크기가 더 커지게 되어 미세기포로서의 역할을 수행하기 곤란해질 수 있고, 기포와 액체 간의 접촉면적이 작아, 오존 미세기포 입자의 경우 오존에 의한 살균 소독 효과가 저해되며, 일정 수준 이상의 기포 함유량(용해량)을 유지하기 위해 비용과 시간이 많이 소요된다는 단점이 있다. 따라서 미세기포를 함유하는 액체를 주방이나 욕실 등과 같이 가정에서 소규모로 사용하거나 또는 미생물 반응조, 폐수처리장 또는 양식장 등과 같이 산업 현장에서 사용하기에는, 종래의 미세기포발생장치는 효율성, 경제성 측면에서 적용하기에 어려움이 많다고 할 수 있다.

본 발명자는 산소를 물에 효율적으로 용해시키기 위해 산소용해장치(한국등록특허 제10-0954454)를 개발하였으나, 상기 장치로 제조된 산소 용해수에 포함된 산소 미세기포의 입경이 커서, 상술한 바와 같이 시간이 경과함에 따라 용존산소량이 급격히 감소하는 단점이 있다. 또한, 대한민국 등록실용신안 제0340209호에는 미세기포 생성용 순환펌프의 구조가 개시되어 있지만, 마찬가지로 미세기포의 입경이 30~50㎛에 달하고, 고압의 공기압축기 및 고압용 배관이 필수적으로 필요하며, 고압에 따른 소음, 전력 낭비, 및 펌프 수명 단축의 문제점이 존재한다.

따라서 미세기포의 입경이 작아 액체 속에 장시간 동안 체류할 수 있으면서도, 별도의 고압용 설비가 따로 요구되지 않고 비교적 간단하게 초미세기포를 함유하는 액체를 생성할 수 있는 장치의 필요성이 커지고 있는 상황이다

한국등록특허 제10-0954454호 한국등록실용신안 제0340209호

이에 본 발명자들은 보다 효율적이고 경제적인 방법으로 기존의 미세기포보다 작은 입경을 갖는 초미세기포 함유 액체를 생성할 수 있는 장치를 연구하던 중, 1차 다공판 및 복수개의 2차 다공판을 적절히 배치함으로써 초미세기포를 함유하는 액체를 생성할 수 있는 것을 발견하여 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명의 목적은 챔버, 상기 챔버 내로 기체-액체 혼합류를 공급하는 공급관, 상기 챔버 내부의 상부에 위치하고, 상기 공급관의 분출구와 마주하여 이격된 상태로 설치되며, 상기 공급관을 통해 분출된 기체-액체 혼합류를 관통시킴으로써, 상기 기체-액체 혼합류에 포함되어 있는 기체를 미세화 하는 1차 다공판, 상기 챔버 내부에서, 상기 1차 다공판의 아래 공간에 상호 이격되어 복수개로 설치되고, 상기 1차 다공판을 관통한 기체-액체 혼합류를 다시 관통시킴으로써, 상기 기체-액체 혼합류 내 기체를 더 미세화하여 초미세기포를 함유하는 액체를 생성하는 2차 다공판, 및 상기 초미세기포를 함유하는 액체가 챔버 외부로 배출되는 배출구를 구비하는 초미세기포 함유 액체 생성 장치를 제공하는 것이다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 챔버, 상기 챔버 내로 기체-액체 혼합류를 공급하는 공급관, 상기 챔버 내부의 상부에 위치하고, 상기 공급관의 분출구와 마주하여 이격된 상태로 설치되며, 상기 공급관을 통해 분출된 기체-액체 혼합류를 관통시킴으로써, 상기 기체-액체 혼합류에 포함되어 있는 기체를 미세화 하는 1차 다공판, 상기 챔버 내부에서, 상기 1차 다공판의 아래 공간에 상호 이격되어 복수개로 설치되고, 상기 1차 다공판을 관통한 기체-액체 혼합류를 다시 관통시킴으로써, 상기 기체-액체 혼합류 내 기체를 더 미세화하여 초미세기포를 함유하는 액체를 생성하는 2차 다공판, 및 상기 초미세기포를 함유하는 액체가 챔버 외부로 배출되는 배출구를 구비하는 초미세기포 함유 액체 생성 장치를 제공한다.

상기 1차 다공판 및 2차 다공판의 관통공 직경은 이에 한정되지는 않지만, 5 내지 15mm 일 수 있고, 상기 관통공이 차지하는 면적은 다공판 면적 대비 30 내지 90%일 수 있다.

상기 공급관의 분출구는 1차 다공판의 하부에 위치하고 상방을 향할 수 있다.

상기 공급관의 분출구는 1차 다공판의 상부에 위치하고 하방을 향할 수 있다.

상기 1차 다공판은 상기 공급관의 분출구에 장착될 수 있다.

상기 초미세기포 함유 액체 생성 장치는 복수개로 직렬 연결될 수 있다.

상기 기체는 산소이고, 액체는 물일 수 있다.

본 발명의 1차 다공판 및 복수개의 2차 다공판을 구비한 초미세기포 함유 액체 생성 장치는 기체-액체 혼합류가 상기 1차 다공판 및 2차 다공판을 순차적으로 통과할 수 있도록 배치함으로서 초미세기포를 높은 농도로 함유한 액체를 생성할 수 있고, 상기 초미세기포의 액체 내 농도는 시간 경과에 따른 감소율이 작다.

도 1은 본 발명에 따른 초미세기포 함유 액체 생성 장치의 일 실시예의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 초미세기포 함유 액체 생성 장치의 다른 일 실시예의 단면도 이다.
도 3은 도 1의 일 실시예를 직렬 연결한 또 다른 일 실시예의 단면도이다.
도 4는 도 2의 일 실시예를 직렬 연결한 또 다른 일 실시예의 단면도이다.
도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 일 실시예에 구비된 1차 다공판(10)을 챔버(50) 상부에서 바라본 정면도이다.
도 6은 도 1에 도시된 일 실시예에 구비된 2차 다공판(20)을 챔버(50) 상부에서 바라본 정면도이다.
도 7은 도 2에 도시된 일 실시예에 구비된 2차 다공판(20)을 챔버(50) 상부에서 바라본 정면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세하게 설명한다. 이하에서 설명되는 실시예들은 발명의 이해를 돕기 위하여 예시적으로 나타낸 것이며, 본 발명은 이하의 실시예와 다르게 다양하게 변형되어 실시될 수 있음이 이해되어야 할 것이다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기능 혹은 구성 요소에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명 및 구체적인 도시를 생략한다. 또한, 첨부된 도면은 발명의 이해를 돕기 위하여 실제 축적대로 도시된 것이 아니라, 일부 구성요소의 치수가 과장되게 도시될 수 있다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명에 따른 초미세기포 발생 장치를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

먼저, 본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 정의한다.

“초미세기포”는 입경이 1㎛ 미만이고, 육안으로 확인이 불가능한 기포를 의미한다.

“초미세기포 함유 액체”는 초미세기포 형태로 액체에 포함된 기체의 농도가 13 ppm 이상이고, 약 20℃에서 1시간 방치 후, 농도 감소율이 20% 미만인 액체를 의미한다.

도 1은 및 도 2는 본 발명에 따른 초미세기포 함유 액체 생성 장치의 일 실시예의 단면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 초미세기포 함유 액체 생성 장치는,

챔버(50), 상기 챔버 내로 기체-액체 혼합류를 공급하는 공급관(30), 챔버 내부(51)의 상부에 위치하고, 공급관(30)의 분출구(34)와 마주하여 이격된 상태로 설치되며, 공급관(30)을 통해 분출된 기체-액체 혼합류를 관통시킴으로써, 상기 기체-액체 혼합류에 포함되어 있는 기체를 미세화하는 1차 다공판(10), 챔버 내부(51)에서, 1차 다공판(10)의 아래 공간에 상호 이격되어 복수개로 설치되고, 1차 다공판(10)을 관통한 기체-액체 혼합류를 다시 관통시킴으로써, 상기 기체-액체 혼합류 내 기체를 더 미세화하여 초미세기포를 함유하는 액체를 생성하는 2차 다공판(20), 및 상기 초미세기포를 함유하는 액체가 챔버 외부로 배출되는 배출구(40)를 구비한다.

챔버(50)는 본 발명의 초미세기포 함유 액체 생성 장치의 기본 형상을 이루는 구성으로서, 공급관(30), 1차 다공판(10), 2차 다공판(20), 및 배출구(40)을 내부에 포함한다. 챔버(50)의 형상은, 본 발명의 일 실시예에서는 원기둥형이지만, 이에 한정되지 않고, 본 발명의 초미세기포 함유 액체 생성 장치가 설치되는 장소에 적합하도록 직육면체형, 삼각기둥형, 구 등의 형상으로도 구현될 수 있다. 또한, 챔버(50)의 크기는 원기둥형을 기준으로, 높이가 0.2-3 미터, 밑바닥 직경이 0.05-200 미터일 수 있다. 그러나, 상기 챔버의 크기는 기체 및 액체의 종류, 목표하는 초미세기포 함유 액체 생성량 등에 따라 적절하게 변경될 수 있다.

기체-액체 혼합류를 공급하는 공급관(30)은, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 기체 공급관(33)으로부터 기체를, 액체 공급관(32)으로부터 액체를 공급관 내부(31)로 유입하여 기체-액체 혼합류를 분출하는데, 공급관(30)의 분출구(34)가 1차 다공판(10)의 하부에 위치하여 상방을 향하는 형태로 배치될 수 있고, 도 2에 도시된 바와 같이, 공급관(30)의 분출구(34)가 1차 다공판(10)의 상부에 위치하여 하방을 향하는 형태로 배치될 수 있다.

액체 공급관(32) 및 기체 공급관(33)의 배치는 이에 한정되지는 않지만, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 공급관(30)에 각각 연결되어, 액체 및 기체가 공급관(30)에 따로 공급되는 형태일 수 있고, 또는 액체 공급관(32)에 기체 공급관(33)이 혼입되거나 기체 공급관(33)에 액체 공급관(32)이 혼입된 형태로 공급관(30)에 연결되어, 기체-액체 혼합류 자체가 공급관(30)에 공급되는 형태일 수 있다.

공급관(30)의 배치는, 상기 형태에 한정되지 않고, 기체-액체 혼합류가 공급관(30)에서 분출되었을 때, 가장 먼저 1차 다공판(10)을 통과할 수 있는 모든 형태가 바람직할 수 있다.

도 1에 도시된 형태로 배치될 경우, 기체-액체 혼합류가 올라갈 때 한 번, 내려올 때 한 번, 총 두 번 1차 다공판(10)을 통과하게 되어, 도 2의 형태로 배치될 때보다 초미세기포 생성량이 더 많아질 수 있다.

또한, 도 2에 도시된 형태로 배치될 경우, 공급관(30)의 분출구 입구는, 기체-액체 혼합류가 1차 다공판(10)을 고르게 통과시킬 수 있도록 넓게 퍼진 형태가 바람직할 수 있지만, 이에 한정되지는 않는다

또한, 공급관(30)에서 분출되는 기체-액체 혼합류의 공급 압력은, 기체-액체 혼합류에 의해 1차 다공판(10)이 손상되지 않으면서도, 상기 기체-액체 혼합류가 1차 다공판(10)의 관통공을 통과할 수 있는 정도의 압력이면 특별한 제한 없이 적용이 가능하며, 상기 압력은 공급관(30)의 길이, 공급관(30)의 분출구(34)와 1차 다공판(10) 간의 이격 거리 등에 따라 적합하게 설정될 수 있다.

도 5는 도 1 및 도 2에 도시된 일 실시예에 구비된 1차 다공판(10)의 정면도이다.

도 5에 도시된 1차 다공판(10)은 공급관(30)에서 분출된 기체-액체 혼합류가 첫 번째로 통과되는 기판으로써, 초미세기포 생성에 매우 중요하다. 1차 다공판(10)은 상기 혼합류에 포함된 기체를 1차적으로 미세화하는 역할을 하고, 액체도 미세화시켜 기체와의 접촉 면적을 증가시킴으로써 상기 미세화된 기체의 혼합류 내 농도를 증가시킨다. 1차 다공판(10)의 형태는 이에 한정되지는 않지만, 도 5에 도시된 바와 같이 원형일 수 있고, 챔버(50)의 형태에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다.

1차 다공판(10)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 공급관(30)의 분출구(34)와 마주하여 이격된 상태로 설치되거나, 공급관(30)의 분출구(34)에 장착될 수 있다.

1차 다공판(10)은 단면적이 챔버 내부(51)의 단면적과 일치하여 챔버 내벽에 꼭 들어맞거나, 챔버 단면적보다 작아서 챔버 내벽에 닿지 않는 부분이 존재할 수 있다. 챔버 내벽과 1차 다공판 사이에 간격 없이 꼭 들어맞을 경우, 액체에 섞여있을 수 있는 불순물 등이 1차 다공판의 관통공(12)을 막아서 상기 혼합류가 역류할 수 있는 위험이 있으므로, 1차 다공판(10)과 챔버 내벽 간에 틈이 있는 것이 더 바람직하다.

1차 다공판(10)을 챔버 내부(51)의 상부에 위치하도록 도와주는 지지대(11)는, 1차 다공판(10)이 챔버 내벽에 부착될 경우 필요 없지만, 1차 다공판(10)이 챔버 내벽과 이격되어 있을 경우, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 챔버(50)의 상부와 연결되는 형태로 배치될 수 있고, 또는, 챔버(50)의 측면 또는 하부와 연결될 수 있으며, 공급관(30) 또는 2차 다공판(20)과 연결될 수 있다. 지지대(11)의 배치는 상기에 한정되지 않고, 1차 다공판(10)이 챔버 내부(51)의 상부에 위치하도록 지지할 수 있는 모든 배치가 바람직할 수 있다.

2차 다공판(20)은 1차 다공판(10)에서 미세화된 기체를 더 미세화하고, 혼합류의 흐름을 간섭하여 와류를 발생시킴과 동시에, 혼합류의 흐름 궤적을 길게 만들어, 액체 내 초미세기포의 농도를 더욱 증가시킨다. 따라서, 2차 다공판(20)은 기체-액체 혼합류의 흐름 궤적을 길게 만듦과 동시에 와류를 형성하도록 유도하기 위해, 이격되어 복수개 설치되는 것이 바람직하다. 복수개의 2차 다공판(20)은 수직방향을 따라 교호적으로 형성될 수 있다.

도 6은 도 1에 도시된 일 실시예에 구비된 2차 다공판(20)을 챔버(50) 상부에서 바라본 정면도이고, 도 7은 도 2에 도시된 일 실시예에 구비된 2차 다공판(20)을 챔버(50) 상부에서 바라본 정면도이다.

도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예의 2차 다공판(20)은, 도 6에 도시된 바와 같이 도너츠 형태로써, 도너츠 형태의 중심원이 공급관(30)에 부착되고, 바깥원은 챔버(50) 내벽에 닿지 않는 형태 1(도 6의 a에 도시), 및 도너츠 형태의 중심원이 공급관(30)에 닿지 않고 바깥원이 챔버 내벽에 부착된 형태 2(도 6의 b에 도시)가 교대로 이격되어 배치될 수 있다. 상기 2차 다공판(20)이 상기와 같이 배치될 경우, 기체-액체 혼합류의 흐름 궤적을 길게 만들 수 있다.

도 2에 도시된 본 발명의 일 실시예의 2차 다공판(20)은, 도 7에 도시된바와 같이, 부채꼴 형태로써, 그 중심각이 이에 한정되지는 않지만, 180°이상 내지 360°미만이 바람직할 수 있다. 상기 중심각이 180°이상이면, 1차 다공판(10)을 통과한 기체-액체 흐름류가 복수개의 2차 다공판(20)을 모두 관통하도록 유도할 수 있다. 상기 중심각이 360°미만인 이유는, 위에 배치된 2차 다공판(20)으로부터 아래에 배치된 2차 다공판(20)으로, 관통공(21)을 통과하지 않은 혼합류가 흘러 내려갈 수 있는 틈이 있어야 하기 때문이다.

2차 다공판(20)의 형태 및 배치는 도 1 및 도 2에 도시된 일 실시예에 한정되지 않고, 챔버(50) 형태 또는 공급관(30) 배치 구도에 따라 적절히 변경될 수 있으며, 복수개의 2차 다공판(20)들은 그 사이즈가 동일하거나 상이할 수 있다. 또한, 2차 다공판(20)은 챔버 내벽과 직각으로 형성되거나, 하방 또는 상방으로 경사지게 형성될 수 있다.

1차 다공판(10) 및 2차 다공판(20)의 관통공(12, 21)은 그 직경이 바람직하게는 5 내지 15 mm일 수 있다. 관통공(12, 21) 직경이 15mm를 초과하면, 지름이 1 마이크로 미터 이상인 기포들이 많이 생성되고, 와류가 적게 형성되어 액체 내 기포의 농도가 감소한다. 또한, 관통공(12, 21) 직경이 5mm 미만이면, 기체-액체 혼합류의 흐름이 정체되어 내부 압력이 높아지고, 이로 인해 기체-액체 혼합류의 흐름이 역류하는 현상이 발생할 수 있다.

1차 다공판(10) 및 2차 다공판(20)에서 관통공(12, 21)이 차지하는 면적은, 각각의 다공판 면적 대비 약 30 내지 90%일 수 있고, 바람직하게는 약 65 내지 85%일 수 있다. 관통공이 차지하는 면적이 다공판 면적 대비 30% 미만일 경우, 1차 다공판(10) 및 2차 다공판(20)에 가해지는 압력이 너무 커지기 때문에 다공판(10, 20)이 손상되거나 기체-액체 혼합류의 흐름이 역류하는 현상이 발생할 수 있으며, 관통공(12, 21)을 통과하지 않고 지나가는 기체-액체 혼합류가 많아져 초미세기포의 생성량이 현저히 감소하게 된다. 따라서, 관통공(12, 21)이 차지하는 면적이 다공판 면적 대비 30% 미만이면, 1차 다공판(10)및 2차 다공판(20)의 설치가 무의미해질 수 있다.

또한, 관통공(12, 21)이 차지하는 면적이 다공판 면적 대비 90% 초과할 경우, 기체-액체 혼합류가 2차 다공판(20)을 대부분 그대로 통과하게 되어, 와류가 적게 형성되고, 혼합류의 흐름 궤적이 짧아지기 때문에, 액체에 녹는 초미세기포의 양이 현저히 감소한다. 뿐만 아니라, 관통공(12, 21)이 차지하는 면적이 너무 넓기 때문에 다공판(10, 20)의 내구성이 약해질 수 있다.

도 3은 도 1의 일 실시예를 직렬 연결한 또 다른 일 실시예의 단면도이고, 도 4는 도 2의 일 실시예를 직렬 연결한 또 다른 일 실시예의 단면도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 초미세기포 함유 액체 생성장치는 복수개가 직렬로 연결될 수 있다. 복수개의 초미세기포 함유 액체 생성장치는 연결라인(60)을 통해 직렬로 연결되고, 연결라인(60)에는 기체-액체 혼합류에 압력을 부여할 수 있는 펌프(61)를 설치할 수 있지만, 필수적이지는 않다. 본 발명에 따른 초미세기포 함유 액체 생성장치를 복수개로 직렬 연결할 경우, 액체 내 초미세기포의 농도를 더욱 높일 수 있다.

상기 기체는 이에 한정되지는 않지만, 이산화탄소, 일산화탄소, 일산화질소, 메탄, 질소, 오존, 수소, 산소, 염소, 불소 및 황화수소로 이루어진 그룹에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 산소일 수 있다. 또한, 상기 액체는 이에 한정되지 않지만, 물, 탄소수 1~4의 저가 알코올, 다가 알코올, 헥산, 에테르, 벤젠, 등유, 경유 및 벙커씨유로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 물일 수 있다.

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참고로 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예들은 본 발명을 예시한 것으로 본 발명의 내용이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 >

도 1에 도시된 바와 같이 실시예 1을 제조하였고, 도 2에 도시된 바와 같이 실시예 2를 제조하였다. 1차 다공판 및 2차 다공판에서 관통공이 차지하는 면적 비율만 실시예 1과 달리하여 실시예 3 내지 6을 제조하였고, 실시예 1을 직렬 연결한 실시예 7을 제조하였다. 제조된 실시예의 챔버는 원기둥 형태로써 높이가 약 1m이고 직경이 약 2m이다.

< 비교예 >

실시예 1과 동일하되 1차 다공판이 없는 비교예 1, 실시예 7과 동일하되 1차 다공판이 없는 비교예 2, 실시예 1과 동일하되 1차 다공판 및 2차 다공판에서 관통공이 차지하는 면적 비율만 달리한 비교예 3 내지 5를 제조하였다. 비교예 챔버의 크기는 상기 실시예와 동일하다.

< 실험예 >

액체는 물을 이용하고, 기체는 산소를 이용하여 상기 실시예 및 비교예의 용존산소량 및 산소농도감소 비율을 비교해보았다. 용존산소량계(YSI-550A)로 실시예 및 비교예에서 생성된 산소용해수의 용존산소량(ppm)을 측정하였으며, 그 후, 20℃에서 1시간 방치하여 산소농도감소 비율(%)을 계산하였다. 또한, 초미세기포(입경이 1㎛ 미만)인지 여부는 육안으로 관찰하였다.

상기 실시예 및 비교예의 구성 및 상기 측정 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

	챔버 개수	공급관 배치 형태	1차 다공판 설치 여부	2차 다공판 설치 여부	1차/2차 다공판에서 관통공이 차지하는 비율	용존산소량 (ppm)	산소 농도 감소 비율(%)	육안으로 기포 관찰 가능 여부
실시예 1	1	도 1	0	O	75%	19	15	x
실시예 2	1	도 2	O	O	75%	18	18	x
실시예 3	1	도 1	O	O	85%	17	17	x
실시예 4	1	도 1	O	O	90%	16	19	소량 관찰
실시예 5	1	도 1	O	O	45%	17	18	X
실시예 6	1	도 1	O	O	35%	17	18	x
실시예 7	2	도 3	O	0	75%	30	14	x
비교예 1	1	도 1	X	O	75%	11	32	O
비교예 2	2	도 3	X	O	75%	18	30	O
비교예 3	1	도 1	O	O	25%	13	28	O
비교예 4	1	도 1	O	O	10%	역압으로 인해 실험 불가	-	-
비교예 5	1	도 1	O	O	95%	12	22	소량 관찰

비교예 1은 실시예 1에서 1차 다공판을 설치하지 않은 것으로, 용존 산소량이 실시예 1 에 비해 약 42% 감소되었고, 초미세기포가 생성되지 않았다. 초미세기포는 용매에서 방출이 잘 되지 않기 때문에, 용매 내 농도의 감소 비율이 큰 기포들보다 매우 작은데, 비교예 1은 초미세기포보다 입경이 큰 기포들이 생성되었으므로, 산소농도감소 비율이 실시예 1보다 2배 이상으로 컸다.

또한, 비교예 2는 실시예 7에서 1차 다공판을 설치하지 않은 것으로, 상기 비교예 1 및 실시예 1의 비교 양상과 비슷하게, 용존 산소량이 실시예 7에 비해 약 43% 감소하였고, 산소농도감소 비율이 2배 이상으로 증가되었다.

상기 비교예 1 및 2와 실시예 1 및 7의 비교를 통하여, 1차 다공판이 초미세기포의 생성 및 액체 내 초미세기포의 농도 상승에 필수적인 구성이라는 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 7은 실시예 1을 두 개 직렬 연결한 것으로써, 용존산소량이 실시예 1에 비해 약 37% 증가되었는바, 본 발명에 따른 장치를 복수개로 직렬 연결하면, 액체 내 초미세기포의 농도를 높일 수 있다는 것을 알 수 있다.

실시예 1은 1차 및 2차 다공판에서 관통공이 차지하는 면적이 75%인데 반해, 비교예 3은 상기 면적을 25%로 설정한 것으로서, 실시예 1에 비해 용존산소량이 약 32% 감소하였고, 산소농도감소 비율은 약 1.9배 증가되었으며, 이러한 용존산소량 감소율 및 산소농도감소 비율 증가 정도는, 1차 다공판이 없는 비교예 1과 비슷한바, 이는 다공판에서 관통공이 차지하는 면적을 30% 미만으로 설정하면, 1차 다공판의 설치가 무의미하다는 것을 의미한다.

아울러, 실시예 1과 구조가 동일하되, 1차 및 2차 다공판에서 관통공이 차지하는 면적을 10%로 설정한 비교예 4는, 공급관에서 분출된 혼합류가 1차 다공판으로부터 역압을 받게 되어, 공급관으로부터의 혼합류 분출이 원활하지 않았고, 혼합류가 공급관 내부로 역류하는 현상까지 발생하여 실험 자체를 진행할 수 없었다.

또한, 실시예 1과 구조가 동일하되, 관통공이 차지하는 면적이 95%인 비교예 5는 용존산소량이 실시예 1에 비해 약 37% 감소하였고, 산소농도감소 비율은 약 1.5배 증가되었는데, 이는 비교예 5에서 관통공이 차지하는 비율이 너무 커서, 와류 형성이 부족하였고, 다공판을 그대로 통과하는 물의 양이 많아지는 바람에 흐름궤적이 짧아져서 용존산소량이 크게 감소된 것으로 판단된다.

상기 비교예 3 내지 5의 결과를 통해, 다공판에서 관통공이 차지하는 면적은 약 30 내지 90%가 바람직하다는 것을 알 수 있다.

10 : 1차 다공판 11 : 1차 다공판의 지지대
12 : 1차 다공판의 관통공 20 : 2차 다공판
21 : 2차 다공판의 관통공 30 : 기체-액체 혼합류 공급관
31 : 공급관(30)의 내부 공간 32 : 액체 공급관
33 : 기체 공급관 34 : 공급관(30)의 분출구
40 : 배출구 50 : 챔버
51 : 챔버(50)의 내부 공간 60 : 챔버(50) 간 연결 라인
61 : 펌프

Claims (7)

1. 챔버;
   상기 챔버 내로 기체-액체 혼합류를 공급하는 공급관;
   상기 챔버 내부의 상부에 위치하고, 상기 공급관의 분출구와 마주하여 이격된 상태로 설치되며, 상기 공급관을 통해 분출된 기체-액체 혼합류를 관통시킴으로써, 상기 기체-액체 혼합류에 포함되어 있는 기체를 미세화 하는 1차 다공판;
   상기 챔버 내부에서, 상기 1차 다공판의 아래 공간에 상호 이격되어 수직 방향을 따라 교호적으로 복수개로 설치되고, 상기 1차 다공판을 관통한 기체-액체 혼합류를 다시 관통시킴으로써, 상기 기체-액체 혼합류 내 기체를 더 미세화하고 와류를 형성하여 초미세기포를 함유하는 액체를 생성하는 2차 다공판; 및
   상기 초미세기포를 함유하는 액체가 외부로 배출되는 배출구를 구비하고,
   상기 1차 다공판 및 2차 다공판의 단면적은 상기 챔버의 가로 방향 내측 단면적보다 좁으며,
   상기 1차 다공판 및 2차 다공판에서 관통공이 차지하는 면적이 다공판 면적 대비 30 내지 90%인 것을 특징으로 하는,
   초미세기포 함유 액체 생성 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 1차 다공판 및 상기 2차 다공판의 관통공 직경이 5 내지 15mm 인, 초미세기포 함유 액체 생성 장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 공급관의 분출구가, 1차 다공판의 하부에 위치하고 상방을 향하는, 초미세기포 함유 액체 생성 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 공급관의 분출구가, 1차 다공판의 상부에 위치하고 하방을 향하는, 초미세기포 함유 액체 생성 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 1차 다공판이 상기 공급관의 분출구에 장착되는, 초미세기포 함유 액체 생성 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 초미세기포 함유 액체 생성 장치가 복수개로 직렬 연결된, 초미세기포 함유 액체 생성 장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 기체가 산소이고, 액체가 물인, 초미세기포 함유 액체 생성 장치.

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