KR101767146B1 - 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명에서는 종래의 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치가 액상 중에 용해된 기체에 기초하여 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 발생시키는 것으로서, 수처리시 낮은 산소용해율과 빠른 부상속도로 인한 짧은 부상시간으로 인해 처리효율을 저감시키고, 에너지 비용을 증대시키는 문제점과, 수처리시설의 가압부상용도로만 설계되어 있어, 다른 용도의 약품혼화, 산소공급, 세척, 녹조제거용도로 사용될 경우에 별도의 가압설비와 제어수단을 구비해야 하므로, 설치시간과 비용이 많이 발생되는 문제점을 개선하고자, 액체저장탱크부(100), 컴퓨레셔부(200), 벤츄리노즐부(300), 또아리감김형 관로용해부(400), 다단 가압형 탱크부(500), 구슬형버블형성노즐부(600), 스마트제어부(700)로 구성됨으로서, 각 기기가 모듈화되고 슬림하게 형성되어, 설치성과 호환성이 우수하고, 벤츄리노즐부의 1차 가압 구동 + 또아리감김형 관로용해부의 용해 + 다단 가압형 탱크부의 2차 다단형 가압 + 구슬형버블형성노즐부의 구슬형버블형성과 노즐분사를 통해, 기존의 초미세버블에 비해, 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력과, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 구슬형버블을 생성시킬 수 있어, 기존에 비해 2~4배의 산소용해율과, 1.5hr~100hr의 오랜 부상시간을 갖음으로서, 처리효율을 80% 향상시킬 수 있으며, 스마트 제어부의 제어신호에 따라 다단 가압형 탱크부를 제어할 수 있어, 포화 용해수의 포화용해도를 80% 안정도로 유지할 수 있고, 무엇보다, 약품혼화모드, 가압부상모드, 산소공급모드, 세척모드, 녹조제거모드에 따라 1:1 맞춤형 기압의 표면장력을 갖는 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블이 생성되도록 제어시킬 수 있어, 환경, 의료, 생활, 산업 전반에 걸쳐 다양하게 응용시킬 수 있는 새로운 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 시장을 주도해 나갈 수 있는 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

Description

스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치 및 방법{THE APPARATUS AND METHOD OF GENERATING WITH MICRO BUBBLE AND NANO BUBBLE}
본 발명에서는 벤츄리노즐부의 1차 가압 구동 + 또아리감김형 관로용해부의 용해 + 다단 가압형 탱크부의 2차 다단형 가압 + 구슬형버블형성노즐부의 구슬형버블형성과 노즐분사를 통해, 기존의 초미세버블에 비해, 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력과, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 구슬형버블을 생성시킬 수 있고, 약품혼화모드, 가압부상모드, 산소공급모드, 세척모드, 녹조제거모드에 따라 1:1 맞춤형 기압의 표면장력과 분사속도를 제어시킬 수 있는 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치 및 방법에 관한 것이다.
마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블은 1～10㎛ 이하의 미세기포로 그 입자가 매우 미세하여 육안으로 확인이 어려운 초미세기포를 말한다.
마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 액상 중에 발생시키는 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블로서 일본 공개특허 제2006-289183호 공보에서는 마이크로버블 등의 미세 버블을 함유한 액상 중에 초음파 진동을 인가하여, 그 진동에 의해 마이크로 버블 등을 붕괴시켜, 나노버블을 발생시키는 것을 개시하고 있다.
하지만, 상기 종래의 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치는 액상 중에 용해된 기체에 기초하여 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 발생시키는 것으로서, 수처리시 낮은 산소용해율과 빠른 부상속도로 인한 짧은 부상시간으로 인해 처리효율을 저감시키고, 에너지 비용을 증대시키는 문제점이 있었다.
또한, 종래의 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치가 수처리시설의 가압부상용도로만 설계되어 있어, 다른 용도의 약품혼화, 산소공급, 세척, 녹조제거용도로 사용될 경우에 별도의 가압설비와 제어수단을 구비해야 하므로, 설치시간과 비용이 많이 발생되는 문제점이 있었다.
일본 공개특허 제2006-289183호 공보
상기의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명에서는
각 기기를 모듈화시켜 슬림하게 형성시키고, 1차 가압, 용해, 2차 다단형 가압을 거쳐 생성된 포화 용해수를 기준으로 구슬형버블형성노즐부를 통해 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 생성시킬 수 있으며, 약품혼화모드, 가압부상모드, 산소공급모드, 세척, 녹조제거모드에 따라 1:1 맞춤형 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 크기와 분사속도를 제어시킬 수 있는 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치는
액체를 저장하고 있다가 스마트제어부의 제어신호에 따라 벤츄리노즐부로 액체를 공급시키는 액체저장탱크부(100)와,
스마트제어부의 제어신호에 따라 기체의 압력을 조절하면서, 벤츄리노즐부로 기체를 공급시키는 컴퓨레셔부(200)와,
일측에 유입된 액체저장탱크부의 액체에다가, 타측에 공급된 컴퓨레셔부의 기체를 내부 공간에서 믹싱가압시킨 후, 가압된 혼합가압수를 또아리감김형 관로용해부로 공급시키는 벤츄리노즐부(300)와,
벤츄리노즐부로부터 가압된 혼합가압수를 공급받아, 미세코일충격마찰과 복수 회전마찰을 통해 용해된 가압수를 생성시키면서, 용해된 가압수에 붙은 조대기포를 제거시키는 또아리감김형 관로용해부(400)와,
또아리감김형 관로용해부로부터 용해된 가압수를 공급받아, 층상형 다단구조를 통해 용해된 가압수를 1기압~30기압으로 가압시켜, 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력을 갖는 포화용해수를 생성시킨 후, 생성된 포화용해수를 구슬형버블형성노즐부로 공급시키는 다단 가압형 탱크부(500)와,
다단 가압형 탱크부로부터 생성된 1기압~30기압의 포화용해수를 내부공간의 음이온코팅표면과의 이중 충돌마찰을 통해, 버블 미세화와 버블 표면에 집적된 이온류를 응축시켜, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 생성·분사시키는 구슬형버블형성노즐부(600)와,
액체저장탱크부, 컴퓨레셔부, 벤츄리노즐부, 또아리감김형 관로용해부, 다단 가압형 탱크부와 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 순차적으로 제어하면서, 약품혼화, 가압부상, 산소공급, 세척, 녹조제거에 따라 1:1 맞춤형 기압의 표면장력을 갖는 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블이 생성되도록 제어시키는 스마트제어부(700)로 구성됨으로서 달성된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에서는
첫째, 각 기기가 모듈화되고 슬림하게 형성되어, 설치성과 호환성이 우수하다.
둘째, 또아리감김형 관로용해부를 통해 기존에 비해, 관로용해의 길이를 2배~10배 길게 형성시킬 수 있어, 이로 인해, 미세코일충격마찰과 복수 회전마찰을 통해 가압수 용해율을 기존에 비해 80% 향상시킬 수 있고, 마이크로버블 크기로 축소되는 속도를 기존에 비해 2~4배 빠르게 형성시킬 수 있다.
셋째, 벤츄리노즐부의 1차 가압 구동 + 또아리감김형 관로용해부의 용해 + 다단 가압형 탱크부의 2차 다단형 가압 + 구슬형버블형성노즐부의 구슬형버블형성과 노즐분사를 통해, 기존의 초미세버블에 비해, 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력을 갖고, 버블 표면전하의 농축이 기존에 비해 2~4배 향상된 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 생성시킬 수 있어, 기존에 비해 2~4배의 산소용해율과, 1.5hr~100hr의 오랜 부상시간을 갖음으로서, 처리효율을 80% 향상시킬 수 있다.
넷째, 스마트 제어부의 제어신호에 따라 다단 가압형 탱크부를 제어할 수 있어, 포화 용해수의 포화용해도를 80% 안정도로 유지할 수 있다.
다섯째, 약품혼화모드, 가압부상모드, 산소공급모드, 세척, 녹조제거모드에 따라 1:1 맞춤형 기압의 표면장력과 분사속도를 제어시킬 수 있어, 환경, 의료, 생활, 산업 전반에 걸쳐 다양하게 응용시킬 수 있는 새로운 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 시장을 주도해 나갈 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치(1)의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 2은 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 벤츄리노즐부의 구성요소를 도시한 구성도,
도 4는 본 발명에 따른 또아리감김형 관로용해부의 구성요소를 도시한 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 또아리감김형 관로부 내부에 스프링형 미세코일마찰부가 형성된 것을 도시한 일실시예도,
도 6은 본 발명에 따른 또아리감김형 관로부가 단순 직선형으로 형성되는 것이 아닌, 일자형 봉 둘레를 따라 또아리감김형상으로 적층되어 형성된 것을 도시한 일실시예도,
도 7은 본 발명에 따른 또아리감김형 관로부가 기존에 비해 2배~5배로 늘어난 길이상에서 회전마찰을 통해, 조대기포를 방지하면서 액체를 용해시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 8은 본 발명에 따른 다단 가압형 탱크부의 구성요소를 도시한 구성도,
도 9는 본 발명에 따른 구슬형버블형성노즐부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 10은 본 발명에 따른 구슬형버블형성노즐부의 구성요소를 도시한 내부단면도,
도 11은 본 발명에 따른 스마트제어부의 구성요소를 도시한 회로도,
도 12는 본 발명에 따른 스마트제어부의 구성요소를 도시한 블럭도,
도 13은 본 발명에 따른 벤츄리노즐부의 1차 가압 구동을 통해 가압된 혼합가압수를 또아리감김형 관로용해부로 공급시키고, 또아리감김형 관로용해부의 용해과정인 미세코일충격마찰과 복수 회전마찰을 통한 자극을 통해, 30㎛~50㎛ 마이크로버블 크기로 형성시키며, 다단 가압형 탱크부의 2차 다단형 가압을 통해 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력을 갖는 포화용해수(=마이크로버블)를 생성시키고, 구슬형버블형성노즐부의 구슬형버블형성과 노즐분사를 통해 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력과, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 구슬형버블이 생성되는 과정을 도시한 일실시예도,
도 14는 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 가동하면서 DO를 측정한 결과의 일실시예를 도시한 그래프,
도 15는 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 통해, 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블의 생성전과 생성후를 비교한 일실시예도,
도 16은 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 통해, 생성된 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력과, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 구슬형버블을 공초점 주사 레이져 현미경으로 촬영하여 분석한 사진을 도시한 일실시예도,
도 17은 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 폐수 및 하수처리시설의 가압부상조에 설치하여, 1:1 맞춤형 기압의 표면장력과 분사속도를 제어시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 18은 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 양식장의 산소공급장치에 설치하여, 1:1 맞춤형 기압의 표면장력과 분사속도를 제어시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 19는 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 탈 유해가스설비 및 탈취설비에 설치되어, 1:1 맞춤형 기압의 표면장력과 분사속도를 제어시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 20은 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 욕조, 음용수, 싱크대, 세탁기 등에 설치하여, 1:1 맞춤형 기압의 표면장력과 분사속도를 제어시키는 것을 도시한 일실시예도,
도 21은 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성방법의 구체적인 동작과정을 도시한 순서도,
도 22는 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성방법 중 다단 가압형 탱크부에서 층상형 다단구조를 통해 용해된 가압수를 1기압~30기압 가압시켜 포화용해수를 생성시키는 것을 도시한 순서도.
먼저, 본 발명에서 설명되는 마이크로·나노 믹싱크기는 버블직경이 마이크로 버블 크기(1㎛~10㎛)와, 버블직경이 나노 버블 크기(0.01㎛~1㎛)가 서로 믹싱되어 형성된 크기를 말한다.
그리고, 본 발명에서 설명되는 스마트 포모션구동은 벤츄리노즐부의 1차 가압 구동 + 또아리감김형 관로용해부의 용해 + 다단 가압형 탱크부의 2차 다단형 가압 + 구슬형버블형성노즐부의 구슬형버블형성과 노즐분사의 4개 모션으로 구동되는 것을 말한다.
또한, 본 발명에 따른 구슬형버블은 벤츄리노즐부의 1차 가압 구동 + 또아리감김형 관로용해부의 용해 + 다단 가압형 탱크부의 2차 다단형 가압 + 구슬형버블형성노즐부의 구슬형버블형성과 노즐분사를 거쳐서, 기존의 초미세버블에 비해, 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력을 갖고, 버블 표면전하의 농축이 기존에 비해 2~4배 향상되어, 구슬과 같이 표면이 응집된 느낌을 주는 마이크로·나노 믹싱크기의 초미세버블을 말한다.
즉, 버블의 경우에 표면장력이 작용하면, 둥근 표면이 작아지기 위해 결과적으로 내부에 있는 기체(기체 본체)에 압축하게 된다.
이 압축작용은 버블의 크기와 밀접하게 관계하고 있으며 직경에 반비례한 압력을 만들어낸다.
본 발명에 따른 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블은 벤츄리노즐부의 1차 가압 구동 + 또아리감김형 관로용해부의 용해 + 다단 가압형 탱크부의 2차 다단형 가압 + 구슬형버블형성노즐부의 구슬형버블형성과 노즐분사를 통해 강하게 가압된다.
이는 버블직경이 10㎛이면 환경압에 플러스하여 약 0.3기압, 버블직경이 1㎛라면 약 3기압, 0.01㎛의 경우에는 약 10기압~30기압이 된다.
이처럼, 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블이 작아지면 작아질수록 표면곡률이 급격해지며, 내압 상승이 효과적으로 작용하기 때문에 보다 강하게 가압된다.
본 발명에서는 스마트제어부의 제어하에 약품혼화, 가압부상, 산소공급, 세척, 녹조제거에 따라 1:1 맞춤형 기압의 표면장력을 갖는 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블이 생성되도록 제어하여, 기존의 초미세버블에 비해, 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력과, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 형성시키는 것을 주요 특징으로 한다.
본 발명과 기존 특허의 차이점은
첫째, 벤츄리노즐부의 1차 가압 구동을 통해 가압된 혼합가압수를 또아리감김형 관로용해부로 공급시킨다는 점,
둘째, 또아리감김형 관로용해부의 용해과정인 미세코일충격마찰과 복수 회전마찰을 통한 자극을 통해, 30㎛~50㎛ 마이크로버블 크기로 형성시킨다는 점,
셋째, 다단 가압형 탱크부의 2차 다단형 가압을 통해 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력을 갖는 포화용해수(=마이크로버블)를 생성시킨다는 점,
넷째, 구슬형버블형성노즐부에서, 다단 가압형 탱크부로부터 생성된 1기압~30기압의 포화용해수를 내부공간의 전해질 코팅 표면과의 이중 충돌마찰을 통해, 버블 초미세화와 버블 표면에 집적된 이온류를 응축시켜, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 생성·분사시키는 점이 차이점이 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 첨부하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치(1)의 구성요소를 도시한 블럭도에 관한 것이고, 도 2은 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치(1)의 구성요소를 도시한 구성도에 관한 것으로, 이는 액체저장탱크부(100), 컴퓨레셔부(200), 벤츄리노즐부(300), 또아리감김형 관로용해부(400), 다단 가압형 탱크부(500), 구슬형버블형성노즐부(600), 스마트제어부(700)로 구성된다.
먼저, 본 발명에 따른 액체저장탱크부(100)에 관해 설명한다.
상기 액체저장탱크부(100)는 액체를 저장하고 있다가 스마트제어부의 제어신호에 따라 벤츄리노즐부로 액체를 공급시키는 역할을 한다.
이는 액체공급조절용 밸브(110), 액체저장탱크용 공급파이프(120)가 구성된다.
상기 액체공급조절용 밸브(110)는 스마트제어부의 제어신호에 따라 구동되어, 액체저장탱크부에 저장된 액체를 액체저장탱크용 공급파이프로 공급시키는 역할을 한다.
여기서, 액체는 물, 수처리용 액상약제, 요소수, 의료용 액상약제, 액상세제를 모두 포함한다.
상기 액체저장탱크용 공급파이프는 액체저장탱크부와 벤츄리노즐부 사이에 위치되어, 액체저장탱크부에 저장된 액체를 벤츄리노즐부쪽으로 공급시키는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 컴퓨레셔부(200)에 관해 설명한다.
상기 컴퓨레셔부(200)는 스마트제어부의 제어신호에 따라 기체의 압력을 조절하면서, 벤츄리노즐부로 기체를 공급시키는 역할을 한다.
이는 압력조절기(210), 압력탱크(220), 체크밸브(230)가 포함되어 구성된다.
상기 압력조절기(210)는 스마트제어부의 제어신호에 따라 압력탱크로부터 유입된 압력을 조절시키는 역할을 한다.
상기 압력탱크(220)는 컴퓨레셔부의 기체에 압력을 인가시키는 역할을 한다.
상기 체크밸브(230)는 일방향으로만 유동시키고, 기체가 정지했을 때 밸브 몸체가 기체의 배압(背壓)으로 닫혀 역류하는 것을 방지하는 역할을 한다.
다음으로, 본 발명에 따른 벤츄리노즐부(300)에 관해 설명한다.
상기 벤츄리노즐부(300)는 일측에 유입된 액체저장탱크부의 액체에다가, 타측에 공급된 컴퓨레셔부의 기체를 내부 공간에서 믹싱가압시킨 후, 가압된 혼합가압수를 또아리감김형 관로용해부로 공급시키는 역할을 한다.
이는 도 3에 도시한 바와 같이, 노즐본체(310), 액체공급용 연결포트(320), 기체공급용 연결포트(330), 가압수공급용 연결포트(340), 믹싱가압부(350)로 구성된다.
상기 노즐본체(310)는 원형관형상의 중앙부위를 기준으로 쓰리웨이(3방향)구조의 연결포트가 형성되어, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 역할을 한다.
이는 중앙부위에 원형관형상의 메인본체가 형성되고, 메인본체를 기준으로 액체공급용 연결포트, 기체공급용 연결포트, 가압수공급용 연결포트가 쓰리웨이(3방향) 구조로 형성되며, 내부공간 일측에 믹싱가압부가 형성된다.
상기 액체공급용 연결포트(320)는 노즐본체의 외부방향 일측에 형성되어, 액체저장탱크용 공급파이프와 연결되어, 액체저장탱크부로부터 인가되는 액체를 공급받는 역할을 한다.
이는 원통형구조로 형성되고, 선단부위에 밀폐용 고무패킹이 형성된다.
상기 기체공급용 연결포트(330)는 액체공급용 연결포트를 기준으로 90도 직각방향에 위치되고, 컴퓨레셔용 공급파이프와 연결되어, 컴퓨레셔부로부터 인가되는 기체를 공급받는 역할을 한다.
이는 원통형구조로 형성되고, 선단부위에 밀폐용 고무패킹이 형성된다.
상기 가압수공급용 연결포트(340)는 액체공급용 연결포트를 기준으로 180도 반대방향에 위치되고, 또아리감김형 관로용해부와 연결되어, 가압된 혼합가압수를 또아리감김형 관로용해부로 공급시키는 역할을 한다.
이는 원통형구조로 형성되고, 선단부위에 밀폐용 고무패킹이 형성된다.
상기 믹싱가압부(350)는 노즐본체의 내부공간에 위치되어, 콘형상의 벤츄리노즐공간에서 액체공급용 연결포트로부터 공급받은 액체와 기체공급용 연결포트로부터 공급받은 기체를 믹싱가압시키는 역할을 한다.
이는 도 3에 도시한 바와 같이, 콘형상의 벤츄리노즐공간이 형성된다.
상기 콘형상의 벤츄리노즐공간은 베르누이 방정식의 원리를 통해 구성된다.
여기서, 베르누이 방정식은 액체가 흐름선(유선-流線)을 그리며 흐를 때, 두 점 A와 B의 높이 그리고 두 점에서의 압력과 흐르는 속도 사이의 관계를 두 점에서 역학적 에너지가 보존됨을 바탕으로 수식으로 나타낸 것을 가리킨다.
즉, 기준점에 대한 높이 h 로 위치에너지를, 액체가 흐르는 속도 v 로 운동에너지를, 압력 P로 일(에너지) 을 나타낼 수 있는데 어느 한 점에서 이 세 에너지의 합은 다른 점에서의 세 에너지의 합과 같음을 나타내는 식이다. 이때 액체의 밀도는 변하지 않는다고 가정한다. 또 액체의 위치에너지나 운동에너지는 밀도 ρ 를 써서 나타내어야 하며, 압력은 액체가 정지해 있을 때의 압력과 같지 않다.
이를 수학식 1과 수학식 2로 표현할 수가 있다.
Figure 112016100158534-pat00001
여기서, P는 압력, ρ는 밀도, g는 중력가속도, h는 기준점에 대한 높이, v는 액체가 흐르는 속도를 나타낸다.
Figure 112016100158534-pat00002
여기서, P는 압력, ρ는 밀도, g는 중력가속도, h는 기준점에 대한 높이, v는 액체가 흐르는 속도를 나타낸다.
이러한 베르누이 방정식의 원리를 통해 본 발명에서는 도 에서 도시한 바와 같이, 기체공급용 연결포트에 위치한 기체의 속도(V1)가 액체공급용 연결포트에 위치한 액체의 속도의 속도(V2)에 비해, 2.0~4.0배가 빠르게 형성되도록 구성된다.
즉, 관로 면적 감소를 통한 액체속도를 증가시키고, 압력차로 인해 기체가 자동으로 유입되도록 구성되어, 다수개의 미세공으로 기체유입기회가 증가하게된다.
이로 인해, 액체공급용 연결포트로부터 공급받은 액체와 기체공급용 연결포트로부터 공급받은 기체를 믹싱가압시킨다.
다음으로, 본 발명에 따른 또아리감김형 관로용해부(400)에 관해 설명한다.
상기 또아리감김형 관로용해부(400)는 벤츄리노즐부로부터 가압된 혼합가압수를 공급받아, 미세코일충격마찰과 복수 회전마찰을 통해 용해된 가압수를 생성시키면서, 용해된 가압수에 붙은 조대기포를 제거시키는 역할을 한다.
여기서, 조대기포는 기포가 큰 버블상태를 말한다. 즉, 본 발명에 따른 또아리감김형 관로용해부는 가압수내의 잉여 조대기포를 제거하여 미세기포상태로 변환시키도록 구성된다.
그리고, 미세기포상태(=마이크로 버블)에 미세코일충격마찰과 복수 회전마찰을 통해 자극을 통해, 마이크로버블 크기로 축소되는 속도를 기존에 비해 2~4배 빠르고, 길게 형성되도록 구성된다.
상기 또아리감김형 관로용해부에서 또아리감김은 또아리구조로 관로가 복수회로 일자형 봉에 나사산을 이루며 감겨진 형상을 말한다.
상기 또아리감김형 관로용해부(400)는 도 4에 도시한 바와 같이, 용해부본체(410), 용해부용 입력포트(420), 일자형 봉(430), 또아리감김형 관로부(440), 용해부용 출력포트(450)로 구성된다.
상기 용해부본체(410)는 직립구조의 원통형상으로 이루어져, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 역할을 한다.
이는 외부방향 하단일측에 용해부용 입력포트가 형성되고, 내부 중앙부위에 일자형 봉이 형성되며, 일자형 봉 둘레를 따라 또아리감김형 관로부가 형성되고, 외부방향 상단 일측에 용해부용 출력포트가 형성된다.
상기 용해부용 입력포트(420)는 용해부본체의 외부방향 하단일측에 위치되고, 벤츄리노즐부의 가압수공급용 연결포트와 연결되어, 가압수공급용 연결포트로부터 가압된 혼합가압수를 공급받아 또아리감김형 관로부에 공급시키는 역할을 한다.
이는 원통형구조로 형성되고, 선단부위에 밀폐용 고무패킹이 형성된다.
상기 일자형 봉(430)은 용해부본체의 내부공간에 위치되고, 일자형 봉형상으로 형성되어 또아리감김형 관로부가 또아리감김형상으로 적층되도록 지지해주는 역할을 한다.
상기 또아리감김형 관로부(440)는 플랙시블 재질로 이루어지고, 일자형 봉 둘레를 따라 또아리감김형상으로 감겨져 형성되어, 공급된 가압수를 1차로 내부 유로 상의 미세코일충격마찰과, 2차로 일자형 봉을 기준으로 한 복수회 회전마찰을 통해 가압수를 용해시키는 역할을 한다.
이는 플렉시블한 플라스틱 재질로 이루어지고, 도 5에 도시한 바와 같이, 내부에 스프링형 미세코일마찰부(441)가 형성된다.
상기 스프링형 코일마찰부(441)는 버블 미세화를 반복시키는 역할을 한다.
즉, 미세기포상태(=마이크로버블)에 미세코일충격마찰과 복수 회전마찰을 통한 자극을 통해, 30㎛~50㎛ 마이크로버블 크기로 형성시킨다.
그리고, 또아리감김형 관로부(440)는 도 6에 도시한 바와 같이, 단순 직선형으로 형성되는 것이 아닌, 일자형 봉 둘레를 따라 또아리감김형상으로 적층되어 형성된다.
이로 인해, 도 7에 도시한 바와 같이, 기존에 비해 2배~5배로 늘어난 길이상에서 회전마찰을 통해, 조대기포를 방지하면서 액체를 용해시킬 수 있어, 기존에 비해 2~4배의 용해율을 제공할 수가 있다.
상기 용해부용 출력포트(450)는 용해부본체의 외부방향 상단 일측에 위치되고, 다단 가압형 탱크부와 연결되어, 또아리감김형 관로부를 통해 용해된 가압수를 공급시키는 역할을 한다.
이는 원통형구조로 형성되고, 선단부위에 밀폐용 고무패킹이 형성된다.
이처럼, 또아리구조로 관로가 복수회로 형성됨으로서, 관로용해의 길이를 2배~10배 길게 형성시킬 수 있어, 이로 인해, 미세코일충격마찰과 복수 회전마찰을 통해 가압수 용해율을 기존에 비해 80% 향상시킬 수 있고, 마이크로버블 크기로 축소되는 속도를 기존에 비해 2~4배 빠르게 형성시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 다단 가압형 탱크부(500)에 관해 설명한다.
상기 다단 가압형 탱크부(500)는 또아리감김형 관로용해부로부터 용해된 가압수를 공급받아, 층상형 다단구조를 통해 용해된 가압수를 1기압~30기압으로 가압시켜, 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력을 갖는 포화용해수를 생성시킨 후, 생성된 포화용해수를 구슬형버블형성노즐부로 공급시키는 역할을 한다.
이는 도 8에 도시한 바와 같이, 가압탱크본체(510), 다단형 가압부(520), 압력표시계(530), 안전밸브(540), 레벨창(550), 다단형 가압탱크용 배출포트(560)로 구성된다.
첫째, 본 발명에 따른 가압탱크본체(510)에 관해 설명한다.
상기 가압탱크본체(510)는 직립구조의 원통형상으로 이루어져, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 역할을 한다.
이는 내부공간의 바닥부위에서 중앙부위까지 다단형 가압부가 형성되고, 상단 헤드부상에 압력표시계가 형성되며, 외부방향 상단 일측에 안전밸브이 형성되고, 안전밸브 반대편에 레벨창이 형성되며, 외부 일측 방향에 다단형 가압탱크용 배출포트가 형성된다.
둘째, 본 발명에 따른 다단형 가압부(520)에 관해 설명한다.
상기 다단형 가압부(520)는 가압탱크본체의 내부 바닥부위에서 중앙부위까지 순차적으로 다단형 가압구조가 형성되어, 용해부용 출력포트로부터 용해된 공급수를 공급받아, 기준설정치에 맞는 용해된 가압수만을 순차적으로 상승시켜 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력을 갖는 포화용해수를 생성시키는 역할을 한다.
여기서, 기준설정치는 1기압~30기압으로 형성되는 것을 말한다.
먼저, 마이크로·나노 믹싱크기의 초미세버블은 기액계면에 의해 감싸여진 존재이며, 그 계면에는 물의 표면장력이 작용한다.
표면장력은 그 표면을 작게 하도록 작용하기 때문에 구형 계면을 갖는 초미세버블에 있어서 표면 장력은 그 내부의 기체를 압축하는 힘으로서 기능하다.
또한 환경압에 대하여 초미세버블 내부의 압력상승은 이론적으로 영의 법칙(young-Laplace)의 수학식 3과 같이 표현할 수가 있다.
Figure 112016100158534-pat00003
여기서 ΔＰ는 압력상승 정도이며, σ는 표면 장력이고, D 는 초미세버블의 직경을 나타낸다.
즉, 버블직경 10㎛의 초미세기포는 약 0.3 기압의 표면장력을 갖고, 직경 1㎛에서는 약 3 기압의 표면장력을 갖게 된다.
기체는 헨리의 법칙에 따라 물에 용 되기 때문에, 자기 가압된 기포내의 기체는 보다 효율적으로 주위의 물에 용해된다.
그리고, 초미세버블(=마이크로버블)은 물속에서 축소되어 가는 존재이기 때문에, 계산상으로는, 소멸의 순간에는 무한대의 압력을 생성하게 된다.
물론 아주 거대한 상황을 미세한 부분까지 넓혀 해석하는 데는 한계가 있기 때문에, 무한대는 현실적이지 않지만, 아주 높은 압력장이 자연 방치 상황하에서 형성된다.
상기 다단형 가압부(520)는 제1 가압부(521), 제2 가압부(522), 제3 가압부(523), 제4 가압부(524)로 구성되고, 사용목적과 용도에 따라 복수개의 가압부가 추가되어 구성된다.
본 발명에 따른 상기 다단형 가압부(520)는 수학식 3을 통해, 제1 가압부에 기준설정치 3.0기압의 압력을 유지하도록 설정되고, 제2 가압부에 기준설정치 4.0기압의 압력을 유지하도록 설정되며, 제3 가압부에 기준설정치 5.0기압의 압력을 유지하도록 설정되고, 제4 가압부에 기준설정치 6.0기압의 압력을 유지하도록 설정된다.
상기 제1 가압부(521)는 3.0기압의 압력을 유지하면서 용해부용 출력포트로부터 용해된 공급수를 공급받아, 기체를 상부에 가압체류시킨 후, 3.0기압의 포화압이 되면 기체존이 하부로 다운되어, 용해된 공급수와 기체를 제2 가압부로 상승시키는 역할을 한다.
이는 0.3기압~ 0.8기압의 표면장력을 갖고, 버블직경이 10㎛~30㎛를 갖는 초미세버블(=마이크로버블)을 생성시킨다.
상기 제2 가압부(522)는 4.0기압의 압력을 유지하면서 제1 가압부로부터 용해된 공급수를 공급받아, 기체를 상부에 가압체류시킨 후, 4.0기압의 포화압이 되면 기체존이 하부로 다운되어, 용해된 공급수와 기체를 제3 가압부로 상승시키는 역할을 한다.
이는 0.9기압~ 1.5기압의 표면장력을 갖고, 버블직경이 5㎛~10㎛를 갖는 초미세버블(=마이크로버블)을 생성시킨다.
상기 제3 가압부(523)는 5.0기압의 압력을 유지하면서 제2 가압부로부터 용해된 공급수를 공급받아, 기체를 상부에 가압체류시킨 후, 5.0기압의 포화압이 되면 기체존이 하부로 다운되어, 용해된 공급수와 기체를 제4 가압부로 상승시키는 역할을 한다.
이는 1.5기압~ 3기압의 표면장력을 갖고, 버블직경이 0.1㎛~5㎛를 갖는 초미세버블(=마이크로버블)을 생성시킨다.
상기 제4 가압부(524)는 6.0기압의 가압분위기 속에서 제3 가압부로부터 용해된 공급수를 공급받아, 기체를 상부에 가압체류시킨 후, 6.0기압의 포화압이 되면 기체존이 하부로 다운되어, 용해된 공급수와 기체를 다단형 가압탱크용 배출포트로 배출시키는 역할을 한다.
이는 3기압~ 5기압의 표면장력을 갖고, 버블직경이 0.1㎛~0.9㎛를 갖는 초미세버블(=마이크로버블)을 생성시킨다.
이처럼, 제1 가압부(521), 제2 가압부(522), 제3 가압부(523), 제4 가압부(524)로 이루어진 다단형 가압부는 사용목적과 용도에 따라 각각의 가압부를 1개, 2개, 6개, 8개, 12개로 형성할 수 있고, 기준설정치를 1기압~30기압으로 다양하게 설정하여, 각 가압부를 통과하면서 포화압력을 상승시켜, 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력을 갖고, 기존에 비해 2배~4배의 용해율을 갖는 포화용해수를 생성시킬 수가 있다.
셋째, 본 발명에 따른 압력표시계(530)에 관해 설명한다.
상기 압력표시계(530)는 가압탱크본체의 상단 헤드부상에 돌출형성되어, 가압탱크본체 내부의 다단형 가압부의 압력상태를 표출시키는 역할을 한다.
넷째, 본 발명에 따른 안전밸브(540)에 관해 설명한다.
상기 안전밸브(540)은 가압탱크본체의 외부방향 상단 일측에 위치되어, 이상 고압력 발생시, 가압탱크본체 내부의 압력을 외부로 배출시키는 역할을 한다.
이는 다단가압부의 다단형 내부공간에서 미용해된(용해되지 않은) 조대기포를 기준압력이상시(=이상고압력발생시) 밸브개폐를 통해 외부로 배출시키는 역할을 한다.
다섯째, 본 발명에 따른 레벨창(550)에 관해 설명한다.
상기 레벨창(550)은 안전밸브를 기준으로 가압탱크본체의 외부방향 상단 반대방향에 위치되어, 다단형 가압부에서 생성된 포화 용해수 양을 외부로 표출시키는 역할을 한다.
여섯째, 본 발명에 따른 다단형 가압탱크용 배출포트(560)에 관해 설명한다.
상기 다단형 가압탱크용 배출포트(560)는 가압탱크본체의 외부 일측 방향에 형성되어, 포화 용해수를 구슬형버블형성노즐부쪽으로 공급시키는 역할을 한다.
이처럼, 가압탱크본체(510), 다단형 가압부(520), 압력표시계(530), 안전밸브(540), 레벨창(550), 다단형 가압탱크용 배출포트(560)로 이루어진 다단 가압형 탱크부(500)가 구성되어, 포화 용해수를 생성시킴과 동시에, 3.5기압~6기압의 압력을 부가시켜 구슬형버블형성노즐부쪽으로 공급시킴으로서, 기존에 비해, 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블이 수중에 용해되고, 용존된 상태로 오랜시간(1.5hr~100hr의 부상시간)을 체류함으로서, 수면으로 매우 느린속도로 상승되는 효과를 갖게 된다.
다음으로, 본 발명에 따른 구슬형버블형성노즐부(600)에 관해 설명한다.
상기 구슬형버블형성노즐부(600)는 다단 가압형 탱크부로부터 생성된 1기압~30기압의 포화용해수를 내부공간의 전해질 코팅 표면과의 이중 충돌마찰을 통해, 버블 초미세화와 버블 표면에 집적된 이온류를 응축시켜, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 생성·분사시키는 역할을 한다.
이는 도 9에 도시한 바와 같이, 노즐본체(610), 구슬형버블생성부(620), 이중 충돌마찰부(630), 구슬형버블 노즐분사구(640)로 구성된다.
상기 노즐본체(610)는 원통형상으로 이루어져 외압으로부터 각 기기를 보호하고 지지하는 역할을 한다.
상기 구슬형버블생성부(620)는 내부공간 표면에 코팅된 전해질 쪽으로 다단 가압형 탱크부로부터 생성된 1기압~30기압의 포화용해수를 공급받아, 포화용해수의 마이크로버블이 방출되면, 마이크로버블표면에 집적된 이온류를 전해질을 통해 응축시킨 상태에서, 이중충돌마찰부로부터 이중 충돌마찰의 물리적인 자극을 받아 마이크로 버블을 급격하게 축소시켜 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력을 갖고, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 구슬형버블을 생성시키는 역할을 한다.
이는 노즐본체의 내부공간 표면에 전해질코팅부(621)가 형성된다.
그리고, 전해질코팅부 상에 이중 충돌마찰부가 형성된다.
상기 전해질코팅부는 노즐본체을 70~80℃의 메탄올(methanol)용액에 3~6분간 담근 후,
상기 노즐본체을 순수(DIwater)로 세척하고,
암모니아수:과산화수소:순수를 1:1:5의 비율로 혼합한 용액에 상기 노즐본체를 10~20분 동안 담가 노즐본체 외부표면 및 내부표면의 유기물을 제거하고,
상기 노즐본체를 다시 순수(DIwater)로 세척한 후, N2가스로 수분을 완벽히 제거한 다음,
700~1000℃ 2~3시간 동안 열처리한 Li7La3Zr2O12 분말의 고체전해질을 RF 스퍼터에 장착한 후, 상기 노즐본체와 상기 고체전해질 분말간의 거리를 5mm로 유지하고, 증착전 초기 진공도 6×10-6Torr이하, 증착압력(Sputtering pressure)은 Ar 가스분위기에서 3×10-2Torr로, RF 파워 120W로 고정하여 증착하고,
증착된 박막은 400~700℃로 산소분위기에서 열처리하여 형성된다.
가넷구조 Li7La3Zr2O12는 정방정과 입방정 2종류의 결정계로 존재한다. 정방정상(space group I41/acd)은 비교적 낮은 온도에서 합성되고, 리튬이온 전도도는 대략적으로 10-6[S/cm]를 갖는다.
가넷구조의 기본 형태는 A3B2C3O12이고, La원자는 A 위치(24c)에 8개의 산소로 배위되어 위치하고, Zr은 B 위치(16a)에 6개위 산소로 배위되어 위치한다. 그리고 리튬은 2가지 형태로 3개의 site에 존재하는데, 4개의 산소로 배위된 tetrahedral site(24d)와, 6개위 산소로 배위된 octahedral site(96h, 48g)형태로 존재한다.
열처리 온도에 따라 결정 구조가 변하며, 상기 열처리 온도 범위에 걸쳐 Cubic과 Tetragonal 구조가 혼재한다.
Cubic 구조의 경우 상온에서 약 10-3 S/cm 수준의 bulk 이온전도도를 보이며 측정 온도의 증가에 따라 이온전도도가 증가하는 경향을 보인다.
Tetragonal 구조의 경우 상온에서 bulk 이온전도도가 약 10-3 S/cm 수준으로 확인되나, 300℃에서 부터 온도 상승에 대한 효과로 이온전도도가 급격히 증가하게 된다.
상기 RF 마그네트론 스퍼터링(RF magnetron sputtering) 장치는 진공을 형성시키는 진공시스템(vacuum system), 스퍼터링 타켓(sputtering target), RF 전원공급장치(RF power supply), DC 전원 공급장치(DC power supply), 홀더(Holder), 가스 주입시스템(gas inlet system)을 포함하여 이루어지는 증착장치이다.
증착에 있어, Ar 가스분위기에서의 증착압력과 산소분위기에서의 열처리는 고체전해질의 이온전도도를 높일 수 있는 조건으로 이루어진 것으로서, 상기 제시된 범위 내에서 증착이 이루어져 전해질코팅부가 노블본체의 내부공간에 코팅되어 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 도 10에 도시한 바와 같이, 내부공간 표면에 코팅된 전해질과 포화용해수의 마이크로버블이 접촉되면, 전해질을 통해 마이크로버블표면에 집적된 이온류를 응축시킨다.
여기서, 상기 마이크로버블표면에 집적된 이온류는 버블크기가, 마이크로·나노 믹싱크기로 작아지는 과정에서 점점 고밀도가 되어, 마이크로버블 표면전하의 농축을 기존에 비해 2~4배 향상시킨다.
이때, 이온류가 마이크로·나노 믹싱크기로 작아지는 과정에서 점점 고밀도가 되면, 기체가 용해되기 어렵게 되고, 그 결과 내부의 기체가 녹지 않아 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블이 안정화된다. 단지, 언제까지도 안정되어 있는 것은 아니고, 수시간이나 수일이 지나면, 이온의 균형이 무너져 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블도 사라지게 된다.
그리고, 내부공간 표면에 코팅된 전해질과 포화용해수의 마이크로버블이 접촉되면, 전해질을 통해 마이크로버블표면에 집적된 이온류를 응축시켜 마이크로·나노 믹싱크기의 초미세버블을 안정화시킨 상태에서, 이중충돌마찰부와의 이중 충돌마찰을 통해 노즐본체의 내부공간에서 마이크로·나노 믹싱크기의 초미세버블을 강제적으로 축소시켜, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 생성시킨다.
즉, 나트륨이나 칼륨, 철, 염소 등의 전해질 분위기 속에서 직경이 50㎛이하인 마이크로 버블을 방출하고, 이때, 유체역학적인 작용(이중충돌마찰부와의 이중 충돌마찰) 등에 의한 물리적인 자극을 더해 마이크로 버블을 급격하게 축소시켜 나노 버블이 생성되는 원리를 이용한 것이다.
이처럼, 구슬형버블생성부가 구성됨으로서, 0.01㎛~1㎛ 나노 크기의 버블을 생성시킬 수 있고, 이로 인해, 1.5hr~100hr의 부상시간을 갖는 구슬형버블을 생성시킬 수 있다.
본 발명에 따른 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력을 갖고, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 구슬형버블의 1.5hr~100hr의 부상시간은 다음의 수학식 4와 같은 스토크 공식을 이용한 부상속도로 연산시킬 수 있다.
Figure 112016100158534-pat00004
여기서, vb는 본 발명에 따른 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블의 상승 속도(m/sec)이고, g는 중력가속도(m/sec2)이며, ρw는 물의 밀도(kg/m3)이고, ρb는 본 발명에 따른 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블의 밀도이며, db는 본 발명에 따른 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블의 직경이고, μw는 물의 점성(N-sec/m2)이다.
본 발명에 따른 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 구슬형버블을 기준으로, 수학식 4를 통해 연산해보면, 20℃조건에서 단일 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블의 경우 0.238m/hr~0.0024m/hr의 부상속도로 연산된다.
부상거리를 20cm로 산정했을 때, 실제 실험에서 측정된 초미세버블 중 60㎛∼80㎛ 범위에서의 이론적 부상 속도는 14.3m/hr~20.63m/hr의 부상속도를 가진다.
이때, 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력을 갖고, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 구슬형버블의 부상속도는 0.238m/hr~0.0024m/hr로서,
실제 하폐수처리장치의 부상조의 부상거리가 1m일 경우에, 이를 부상시간으로 연산시키면, 4.2hr~416hr이 나온다. 이때, 하폐수처리장치의 부상조의 밀도, 점성에 따른 변수를 고려하여, 이론적 부상시간은 1.5hr~100hr으로 연산된다.
상기 이중 충돌마찰부(630)는 다단 가압형 탱크부로부터 생성된 1기압~30기압의 포화용해수를 전달받아, 유입된 마이크로 버블 크기를 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기로 축소시키도록 구슬형버블생성부에 이중 충돌마찰 자극을 가하는 역할을 한다.
이는 도 10에 도시한 바와 같이, 후단부가 다단형 마찰측벽부(631)로 이루어지고, 전단부가 톱니형 마찰측벽부(632)로 이루어진 이중구조의 마찰측벽으로 구성된다.
그리고, 상기 다단형 마찰측벽부(631)의 경우에, 도 에 도시한 바와 같이, 마찰측벽이 넓어졌다가 좁아지는 베르누이 방정식의 원리에 의해, 다단 가압형 탱크부로부터 생성된 1기압~30기압의 포화용해수를 전달받아, 유속을 20 m/sec에서 30 m/sec~60 m/sec로 증가시켜, 유속의 증가로 마이크로 버블 크기를 감소시킨다.
상기 구슬형버블 노즐분사구(640)는 버블 직경이 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 외부로 분사시키는 역할을 한다.
이때, 분사되는 구슬형버블은 기존의 초미세버블에 비해, 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력을 갖고, 버블 표면전하의 농축이 기존에 비해 2~4배 향상된 마이크로·나노 믹싱크기로 생성된다.
또한, 분사구 일측에 구슬형버블형성노즐부용 출력전자밸브(641)가 형성된다.
여기서, 구슬형버블형성노즐부용 출력전자밸브(641)는 스마트제어부의 제어신호에 따라 구슬형버블형성노즐부에서 생성된 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 외부로 분사시킨다.
다음으로, 본 발명에 따른 스마트제어부(700)에 관해 설명한다.
상기 스마트제어부(700)는 액체저장탱크부, 컴퓨레셔부, 벤츄리노즐부, 또아리감김형 관로용해부, 다단 가압형 탱크부와 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 순차적으로 제어하면서, 약품혼화, 가압부상, 산소공급, 세척, 녹조제거에 따라 1:1 맞춤형 기압의 표면장력을 갖는 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블이 생성되도록 제어시키는 역할을 한다.
이는 마이크로컴퓨터로 구성된다.
즉, 도 11에 도시한 바와 같이, 입력단자 일측에 키패드부(800)가 연결되어, 사용자가 선택한 모드선택신호와 1:1맞춤형 기압의 표면장력값을 입력받고, 또 다른 입력단자 일측에 다단형 가압부의 제1 가압부가 연결되어, 제1 가압부에서 가해지는 압력이 입력되고, 또 다른 입력단자 일측에 다단형 가압부의 제2 가압부가 연결되어, 제2 가압부에서 가해지는 압력이 입력되며, 또 다른 입력단자 일측에 다단형 가압부의 제3 가압부가 연결되어, 제3 가압부에서 가해지는 압력이 입력되고, 또 다른 입력단자 일측에 다단형 가압부의 제4 가압부가 연결되어, 제4 가압부에서 가해지는 압력이 입력되며, 출력단자 일측에 액체공급조절용 밸브가 연결되어, 액체저장탱크부에 저장된 액체를 액체저장탱크용 공급파이프로 공급시키도록 액체공급조절용 밸브쪽에 출력신호를 보내고, 또 다른 출력단자 일측에 액체공급용 연결포트가 연결되어, 액체저장탱크부로부터 인가되는 액체를 벤츄리노즐부의 믹싱가압부로 공급시키도록 액체공급용 연결포트에 출력신호를 보내며, 또 다른 출력단자 일측에 기체공급용 연결포트가 연결되어, 컴퓨레셔부로부터 인가되는 기체를 벤츄리노즐부의 믹싱가압부로 공급시키도록 기체공급용 연결포트에 출력신호를 보내고, 또 다른 출력단자 일측에 가압수공급용 연결포트가 연결되어, 믹싱가압부에서 가압된 혼합가압수를 또아리감김형 관로용해부로 공급시키도록 가압수공급용 연결포트에 출력신호를 보내며, 또 다른 출력단자 일측에 또아리감김형 관로용해부가 연결되어, 벤츄리노즐부로부터 가압된 혼합가압수를 공급받아, 미세코일충격마찰과 복수 회전마찰을 통해 가압수로 용해되면서, 가압수에 붙은 조대기포를 제거시키도록 또아리감김형 관로용해부에 출력신호를 보내고, 또 다른 출력단자 일측에 다단 가압형 탱크부가 연결되어, 층상형 다단구조를 통해 용해된 가압수를 1기압~30기압으로 가압시켜, 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력을 갖는 포화용해수를 생성시킨 후, 생성된 포화용해수를 구슬형버블형성노즐부로 공급시키도록 다단 가압형 탱크부에 출력신호를 보내며, 또 다른 출력단자 일측에 구슬형버블형성노즐부용 출력전자밸브(641)가 연결되어, 구슬형버블형성노즐부에서 생성된 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 외부로 분사시키도록, 구슬형버블형성노즐부용 출력전자밸브쪽으로 출력신호를 보내도록 구성된다.
또한, 본 발명에 따른 스마트제어부(700)는 도 12에 도시한 바와 같이, 약품혼화모드(710), 가압부상모드(720), 산소공급모드(730), 세척모드(740), 녹조제거모드(750)가 포함되어 구성된다.
상기 약품혼화모드(710)는 벤츄리노즐부의 1차 가압 구동 + 또아리감김형 관로용해부의 용해 + 다단 가압형 탱크부의 2차 다단형 가압 + 구슬형버블형성노즐부의 구슬형버블형성과 노즐분사를 통해, 0.3기압~ 0.8기압의 표면장력과, 10㎛~30㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 구슬형버블을 생성시켜 약품혼화시키도록 제어시키는 역할을 한다.
상기 가압부상모드(720)는 벤츄리노즐부의 1차 가압 구동 + 또아리감김형 관로용해부의 용해 + 다단 가압형 탱크부의 2차 다단형 가압 + 구슬형버블형성노즐부의 구슬형버블형성과 노즐분사를 통해, 3기압~ 5기압의 표면장력과, 0.1㎛~0.9㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 구슬형버블을 생성시켜 가압부상시키도록 제어시키는 역할을 한다.
상기 산소공급모드(730)는 벤츄리노즐부의 1차 가압 구동 + 또아리감김형 관로용해부의 용해 + 다단 가압형 탱크부의 2차 다단형 가압 + 구슬형버블형성노즐부의 구슬형버블형성과 노즐분사를 통해, 1.5기압~ 3기압의 표면장력과, 0.1㎛~5㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 구슬형버블을 생성시켜 산소를 공급시키도록 제어시키는 역할을 한다.
상기 세척모드(740)는 벤츄리노즐부의 1차 가압 구동 + 또아리감김형 관로용해부의 용해 + 다단 가압형 탱크부의 2차 다단형 가압 + 구슬형버블형성노즐부의 구슬형버블형성과 노즐분사를 통해, 0.9기압~ 1.5기압의 표면장력과, 5㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 구슬형버블을 생성시킨 세척수를 공급시키도록 제어시키는 역할을 한다.
상기 녹조제거모드(750)는 벤츄리노즐부의 1차 가압 구동 + 또아리감김형 관로용해부의 용해 + 다단 가압형 탱크부의 2차 다단형 가압 + 구슬형버블형성노즐부의 구슬형버블형성과 노즐분사를 통해, 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력과, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 구슬형버블을 생성시켜 녹조를 제거시키는 역할을 한다.
이하, 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성방법의 구체적인 동작과정에 관해 설명한다.
본 발명에서는 벤츄리노즐부의 1차 가압 구동을 통해 가압된 혼합가압수를 또아리감김형 관로용해부로 공급시키고, 또아리감김형 관로용해부의 용해과정인 미세코일충격마찰과 복수 회전마찰을 통한 자극을 통해, 30㎛~50㎛ 마이크로버블 크기로 형성시키며, 다단 가압형 탱크부의 2차 다단형 가압을 통해 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력을 갖는 포화용해수(=마이크로버블)를 생성시키고, 구슬형버블형성노즐부의 구슬형버블형성과 노즐분사를 통해 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력과, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 구슬형버블을 생성시키는 것을 주요 특징으로 한다.
먼저, 도 21에 도시한 바와 같이, 액체저장탱크부가 액체를 저장하고 있다가 스마트제어부의 제어신호에 따라 벤츄리노즐부로 액체를 공급시킨다(S10).
다음으로, 컴퓨레셔부가 스마트제어부의 제어신호에 따라 기체의 압력을 조절하면서, 벤츄리노즐부로 기체를 공급시킨다(S20).
다음으로, 벤츄리노즐부에서 일측에 유입된 액체저장탱크부의 액체와, 타측에 공급된 컴퓨레셔부의 기체를 내부 공간에서 믹싱가압시킨 후, 가압된 혼합가압수를 또아리감김형 관로용해부로 공급시킨다(S30).
다음으로, 또아리감김형 관로용해부에서 벤츄리노즐부로부터 가압된 혼합가압수를 공급받아, 미세코일충격마찰과 복수 회전마찰을 통해 용해된 가압수를 생성시키면서, 용해된 가압수에 붙은 조대기포를 제거시킨다(S40).
이때, 또아리감김형 관로용해부의 미세코일충격마찰과 복수 회전마찰을 통한 자극을 통해, 30㎛~50㎛ 마이크로버블 크기로 형성킨다.
다음으로, 다단 가압형 탱크부에서 또아리감김형 관로용해부로부터 용해된 가압수를 공급받아, 층상형 다단구조를 통해 용해된 가압수를 1기압~30기압 가압시켜 포화용해수를 생성시킨 후, 생성된 포화용해수를 구슬형버블형성노즐부로 공급시킨다(S50).
이때, 다단형 가압을 통해 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력을 갖는 포화용해수(=마이크로버블)를 생성시켜 구슬형버블형성노즐부로 공급시킨다.
상기 다단 가압형 탱크부에서 층상형 다단구조를 통해 용해된 가압수를 1기압~30기압 가압시켜 포화용해수를 생성시키는 것은 다음과 같이 이루어진다.
도 22에 도시한 바와 같이, 첫째, 제1 가압부(521)에서, 3.0기압의 압력을 유지하면서 용해부용 출력포트로부터 용해된 공급수를 공급받아, 기체를 상부에 가압체류시킨 후, 3.0기압의 포화압이 되면 기체존이 하부로 다운되어, 용해된 공급수와 기체를 제2 가압부로 상승시켜, 0.3기압~ 0.8기압의 표면장력을 갖고, 버블직경이 10㎛~30㎛를 갖는 초미세버블을 생성시킨다(S51).
둘째, 제2 가압부(522)에서, 4.0기압의 압력을 유지하면서 제1 가압부로부터 용해된 공급수를 공급받아, 기체를 상부에 가압체류시킨 후, 4.0기압의 포화압이 되면 기체존이 하부로 다운되어, 용해된 공급수와 기체를 제3 가압부로 상승시켜, 0.9기압~ 1.5기압의 표면장력을 갖고, 버블직경이 5㎛~10㎛를 갖는 초미세버블을 생성시킨다(S52).
셋째, 제3 가압부(523)에서, 5.0기압의 압력을 유지하면서 제2 가압부로부터 용해된 공급수를 공급받아, 기체를 상부에 가압체류시킨 후, 5.0기압의 포화압이 되면 기체존이 하부로 다운되어, 용해된 공급수와 기체를 제4 가압부로 상승시켜, 1.5기압~ 3기압의 표면장력을 갖고, 버블직경이 0.1㎛~5㎛를 갖는 초미세버블을 생성시킨다(S53).
넷째, 제4 가압부(524)에서, 6.0기압의 가압분위기 속에서 제3 가압부로부터 용해된 공급수를 공급받아, 기체를 상부에 가압체류시킨 후, 6.0기압의 포화압이 되면 기체존이 하부로 다운되어, 3기압~ 5기압의 표면장력을 갖고, 버블직경이 0.1㎛~0.9㎛를 갖는 초미세버블을 생성시켜, 다단형 가압탱크용 배출포트로 배출시킨다(S54).
끝으로, 구슬형버블형성노즐부에서 다단 가압형 탱크부로부터 생성된 1기압~30기압의 포화용해수를 내부공간의 전해질 코팅 표면과의 이중 충돌마찰을 통해, 버블 초미세화와 버블 표면에 집적된 이온류를 응축시켜, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 생성·분사시킨다(S60).
즉, 도 13에 도시한 바와 같이, 벤츄리노즐부의 1차 가압 구동을 통해 가압된 혼합가압수를 또아리감김형 관로용해부로 공급시키고, 또아리감김형 관로용해부의 용해과정인 미세코일충격마찰과 복수 회전마찰을 통한 자극을 통해, 30㎛~50㎛ 마이크로버블 크기로 형성시키며, 다단 가압형 탱크부의 2차 다단형 가압을 통해 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력을 갖는 포화용해수(=마이크로버블)를 생성시키고, 구슬형버블형성노즐부의 구슬형버블형성과 노즐분사를 통해 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력과, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 구슬형버블이 생성된다.
이하, 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 통해 DO 측정 및 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 측정, 그리고, 가압부상에 적용시킨 수처리 성능을 일실시예로 설명하기로 한다.
[스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치 를 통한 DO 측정 및 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 사이즈 측정]
본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 통해 생성된 포화 용해수를 기준으로 DO 측정 및 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 사이즈를 측정해보면 다음과 같다.
즉, DO를 측정하기 위해 500리터 규모의 수조에 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 연결하고 가동하면서 수조의 각 위치에서 DO 농도 및 산소포화도를 측정한다.
본 실험의 정확성을 기하기 위해 수조의 4곳의 위치에서 각각 10분 단위로 DO 및 산소포화도를 측정하여 평균치를 산출하고 실험의 신뢰도를 위해 5회 반복 실험하였으며, 측정 장비는 옥시가드(Oxyguard)의 핸드 폴라리스(Hand Polaris) 기기와 이스텍(ISTEK)사의 25D 기기를 병행하여 측정한다.
측정방법은 센서부를 수조내에 넣고 센서부에 버블이 붙지 않도록 센서부를 흔들면서 DO 및 산소포화도를 측정하였다.
본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 가동하면서 DO를 측정한 결과, 도 14에 도시한 바와 같이 10분에서 50분까지 DO가 포화되는 거동을 보이다 60분 이후 다시 상승하는 거동이 나타난다.
따라서 60분 이후에 마이크로버블이 분리되면서 마이크로 크기 이하는 나노버블이 생성되는 것을 확인할 수가 있다.
최고치는 19.3ppm이고, 평균 18.2ppm에서 포화되는 현상을 보였다.
산소 포화도의 거동 역시 DO 거동과 비슷하게 나타나며, 최고치는 316% Sat이며 평균 310Sat에서 포화되는 현상을 보였으며, 도 와 같이 그래프로 나타낸다.
도 14에서 CB는 일반버블(Conventional Bubble)영역, MB는 마이크로버블(Micro Bubble)영역, NB는 나노버블(Nano Bubble)영역을 나타낸다.
그리고, 본 발명에서는 발생된 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블의 기포 크기를 측정하기 위해 콘포컬 레이저 스캐닝 마이크로스코프(LSM 510 META Model)을 사용하였다.
이는 기존의 광학 현미경과 달리 광원을 레이저로 사용하여 고해상도의 이미지를 얻을 수가 있다.
기존의 광학현미경과 형광현미경상태에 부착하여 레이저에 단파장을 이용, 특정 파장의 형광 상태를 핀호를 이용하여 초점이 맞는 이미지만 얻음으로써 단층 촬영이 가능한 특성을 가진다.
동시에 z축에 부착된 z모터를 이용하여 물체의 윗부분부터 아랫부분까지 원하는 부분을 지정하여 단층 이미지를 얻음으로써 삼차원 입체 영상을 만들어 내어 정확한 표본의 내부 이미지를 관찰할 수 있는 현미경이다.
기포의 부상시간은 용해효율에 크게 영향을 미치게되며, 기포의 입자가 작으면 작을수록 수중에서의 부상시간은 길어지며 그 만큼 용해효율을 증가하게 된다.
도 15에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 통해, 0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력과, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 구슬형버블이 생성된다.
0.3kg/㎠~ 10kg/㎠의 표면장력과, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기를 갖는 구슬형버블의 크기 측정은 공초점 주사 레이져 현미경(UV/Vis Confocal Laser Scanning Microscope)을 이용하여 분석하도록 구성된다.
분석결과, 기포크기 0.5㎛ 이하의 버블을 확인할 수 있었고, 관련사진은 도 16에 도시된 바와 같다.
[스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치 를 가압부상에 적용시킨 수처리 성능평가]
본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치는 기존 버블장치에 비하여 산소용해효율을 혁신적으로 향상시킬 수 있는 장치로서 발생된 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 액체 내에 산소를 공급시키는 가압부상조에 적용시킬 수가 있다.
즉, 질소제거를 한 순산소를 액체저장탱크부에 넣고, 1차 가압, 용해, 2차 다단형 가압을 통해 포화 용해수를 형성시키고, 구슬형버블형성노즐부를 통해 1기압~30기압 압력을 가지면서 크기가 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 생성시켜 수중의 산소용해효율을 증가시킬 수 있도록 구성된다.
그리고, 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치와 기존 기포발생장치를 이용한 산소 용해효율을 비교평가하기 위해 1차 침전지 유출수를 이용하여 산소전달실험을 실시한다.
반응조의 유효용량은 400리터이고, 공기공급량은 상수의 경우 공기유량을 1L/min으로 하여 반응조 하부에 설치된 기포발생장치에 의해서 공기를 공급시킨다.
공기공급량을 8~10L/min으로 하여 폭기조 내부의 DO 농도를 2~3mg/L로 유지한다.
실험수에 대한 수온은 초기에 별도 보정은 하지 않고, 추후 표준상태로 환산하여 적용시킨다.
산소전달실험은 실험수에 포함된 DO 농도를 "0"으로 만들기 위해 아황산나트륨(Na2SO3)과 촉매제인 염화코발트(COCl2)를 사용하였으며, 1mg/L의 DO 농도 감소를 위해서는 양론적으로 7.9mg/L의 아황산나트륨이 필요하나 실제 주입량은 필요량의 10~20%정도 과잉 투입하여 실험하도록 구성된다.
이때 촉매로 이용되는 염화코발트는 1L당 8mg/L 주입한다.
이와 같이 DO 농도를 "0"으로 탈기시킨 후, 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 이용하여 다시 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 반응조 내에 일정시간 불어넣어 포기시간에 따른 DO, pH, 수온을 측정한 후, 산소전달계수, 산소용해량, 산소전달효율 등을 산출시키면, 다음의 표 1과 같은 온도별 포화산소농도가 나오게 된다.
온도(℃) mg(O2/L) 온도(℃) mg(O2/L) 온도(℃) mg(O2/L)
0 14.6 17 9.7 34 7.2
1 14.2 18 9.5 35 7.1
2 13.8 19 9.4 36 7.0
3 13.5 20 9.2 37 6.9
4 13.1 21 9.0 38 6.8
5 12.8 22 8.8 39 6.7
6 12.5 23 8.7 40 6.6
7 12.2 24 8.5 41 6.5
8 11.9 25 8.4 42 6.4
9 11.6 26 8.2 43 6.3
10 11.3 27 8.1 44 6.2
11 11.1 28 7.9 45 6.1
12 10.8 29 7.8 46 6.0
13 10.6 30 7.6 47 5.9
14 10.4 31 7.5 48 5.8
15 10.2 32 7.4 49 5.7
16 10.0 33 7.3 50 5.6
상수중의 산소포화 농도는 0℃에서는 14.6 mg/L로부터 20℃에서는 9.2mg/L까지 변동하나 폐수의 경우는 그 포화농도가 상수에 비해서 많은 차이가 난다.
특히 폐수의 산소포화 농도는 용해성 고형물 농도와 온도에 따라 변화하며, 다음의 수학식 5를 통해 산출된다.
Figure 112016100158534-pat00005
여기서, (Csw)760은 대기압에서 폐수의 용존산소 포화농도(mg/L)를 나타내고, S는 용해성 고형물 농도(mg/L)를 나타내며, T는 온도(℃)를 나타낸다.
이처럼, 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 통해, 1기압~30기압 압력을 가지면서 크기가 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 생성시킴으로서, 수중의 산소용해효율을 기존에 비해 2~4배로 향상시킬 수가 있다.
그리고, 도 17은 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 폐수 및 하수처리시설의 가압부상조에 설치하여, 1:1 맞춤형 기압의 표면장력과 분사속도를 제어시키는 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이고,
도 18은 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 양식장의 산소공급장치에 설치하여, 1:1 맞춤형 기압의 표면장력과 분사속도를 제어시키는 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이며,
도 19는 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 탈 유해가스설비 및 탈취설비에 설치되어, 1:1 맞춤형 기압의 표면장력과 분사속도를 제어시키는 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이고,
도 20은 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치를 욕조, 음용수, 싱크대, 세탁기 등에 설치하여, 1:1 맞춤형 기압의 표면장력과 분사속도를 제어시키는 것을 도시한 일실시예도에 관한 것이다.
즉, 본 발명에 따른 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치는 수처리시설의 가압부상, 산소공급, 약품혼화, 세척, 녹조제거에 활용시킬 수가 있다.
1 : 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치
100 : 액체저장탱크부 200 : 컴퓨레셔부
300 : 벤츄리노즐부 400 : 또아리감김형 관로용해부
500 : 다단 가압형 탱크부 600 : 구슬형버블형성노즐부
700 : 스마트제어부

Claims (9)

  1. 액체를 저장하고 있다가 스마트제어부의 제어신호에 따라 벤츄리노즐부로 액체를 공급시키는 액체저장탱크부(100)와,
    스마트제어부의 제어신호에 따라 기체의 압력을 조절하면서, 벤츄리노즐부로 기체를 공급시키는 컴퓨레셔부(200)와,
    일측에 유입된 액체저장탱크부의 액체에다가, 타측에 공급된 컴퓨레셔부의 기체를 내부 공간에서 믹싱가압시킨 후, 가압된 혼합가압수를 또아리감김형 관로용해부로 공급시키는 벤츄리노즐부(300)와,
    벤츄리노즐부로부터 가압된 혼합가압수를 공급받아, 미세코일충격마찰과 복수 회전마찰을 통해 용해된 가압수를 생성시키면서, 용해된 가압수에 붙은 조대기포를 제거시키는 또아리감김형 관로용해부(400)와,
    또아리감김형 관로용해부로부터 용해된 가압수를 공급받아, 층상형 다단구조를 통해 용해된 가압수를 1기압~30기압으로 가압시켜, 포화용해수를 생성시킨 후, 생성된 포화용해수를 구슬형버블형성노즐부로 공급시키는 다단 가압형 탱크부(500)와,
    다단 가압형 탱크부로부터 생성된 1기압~30기압의 포화용해수를 내부공간의 전해질 코팅 표면과의 이중 충돌마찰을 통해, 버블 초미세화와 버블 표면에 집적된 이온류를 응축시켜, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 생성·분사시키는 구슬형버블형성노즐부(600)와,
    액체저장탱크부, 컴퓨레셔부, 벤츄리노즐부, 또아리감김형 관로용해부, 다단 가압형 탱크부와 연결되어, 각 기기의 전반적인 동작을 순차적으로 제어하면서, 약품혼화, 가압부상, 산소공급, 세척, 녹조제거에 따라 1:1 맞춤형을 갖는 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블이 생성되도록 제어시키는 스마트제어부(700)로 구성되는 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치에 있어서,
    상기 또아리감김형 관로용해부(400)는
    직립구조의 원통형상으로 이루어져, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 용해부본체(410)와,
    용해부본체의 외부방향 하단일측에 위치되고, 벤츄리노즐부의 가압수공급용 연결포트와 연결되어, 가압수공급용 연결포트로부터 가압된 혼합가압수를 공급받아 또아리감김형 관로부에 공급시키는 용해부용 입력포트(420)와,
    용해부본체의 내부공간에 위치되고, 일자형 봉형상으로 형성되어 또아리감김형 관로부가 또아리감김형상으로 적층되도록 지지해주는 일자형 봉(430)과,
    플랙시블 재질로 이루어지고, 일자형 봉 둘레를 따라 또아리감김형상으로 적층되어 공급된 가압수를, 1차로 내부 유로 상의 미세코일충격마찰과, 2차로 일자형 봉을 기준으로 한 복수회 회전마찰을 통해 가압수를 용해시키는 또아리감김형 관로부(440)와,
    용해부본체의 외부방향 상단 일측에 위치되고, 다단 가압형 탱크부와 연결되어, 또아리감김형 관로부를 통해 용해된 가압수를 공급시키는 용해부용 출력포트(450)로 구성되고,
    상기 또아리감김형 관로부(440)는
    스프링형 미세코일마찰부(441)가 형성되어, 버블 미세화를 반복시키는 것을 특징으로 하는 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 다단 가압형 탱크부(500)는
    직립구조의 원통형상으로 이루어져, 각 기기를 외압으로부터 보호하고 지지하는 가압탱크본체(510)와,
    가압탱크본체의 내부 바닥부위에서 중앙부위까지 순차적으로 다단형 가압구조가 형성되어, 용해부용 출력포트로부터 용해된 공급수를 공급받아, 기준설정치에 맞는 용해된 가압수만을 순차적으로 상승시켜 포화 용해수를 생성시키는 다단형 가압부(520)와,
    가압탱크본체의 상단 헤드부상에 돌출형성되어, 가압탱크본체 내부의 다단형 가압부의 압력상태를 표출시키는 압력표시계(530)와,
    가압탱크본체의 외부방향 상단 일측에 위치되어, 이상 고압력 발생시, 가압탱크본체 내부의 압력을 외부로 배출시키는 안전밸브(540)과,
    안전밸브을 기준으로 가압탱크본체의 외부방향 상단 반대방향에 위치되어, 다단형 가압부에서 생성된 포화 용해수 양을 외부로 표출시키는 레벨창(550)과,
    가압탱크본체의 외부 일측 방향에 형성되어, 포화 용해수를 구슬형버블형성노즐부쪽으로 공급시키는 다단형 가압탱크용 배출포트(560)로 구성되는 것을 특징으로 하는 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성장치.
  6. 삭제
  7. 액체저장탱크부가 액체를 저장하고 있다가 스마트제어부의 제어신호에 따라 벤츄리노즐부로 액체를 공급시키는 단계(S10)와,
    컴퓨레셔부가 스마트제어부의 제어신호에 따라 기체의 압력을 조절하면서, 벤츄리노즐부로 기체를 공급시키는 단계(S20)와,
    벤츄리노즐부에서 일측에 유입된 액체저장탱크부의 액체와, 타측에 공급된 컴퓨레셔부의 기체를 내부 공간에서 믹싱가압시킨 후, 가압된 혼합가압수를 또아리감김형 관로용해부로 공급시키는 단계(S30)와,
    또아리감김형 관로용해부에서 벤츄리노즐부로부터 가압된 혼합가압수를 공급받아, 미세코일충격마찰과 복수 회전마찰을 통해 용해된 가압수를 생성시키면서, 용해된 가압수에 붙은 조대기포를 제거시키는 단계(S40)와,
    다단 가압형 탱크부에서 또아리감김형 관로용해부로부터 용해된 가압수를 공급받아, 층상형 다단구조를 통해 용해된 가압수를 1기압~30기압 가압시켜 포화용해수를 생성시킨 후, 생성된 포화용해수를 구슬형버블형성노즐부로 공급시키는 단계(S50)와,
    구슬형버블형성노즐부에서 다단 가압형 탱크부로부터 생성된 1기압~30기압의 포화용해수를 내부공간의 전해질 코팅 표면과의 이중 충돌마찰을 통해, 버블 초미세화와 버블 표면에 집적된 이온류를 응축시켜, 0.01㎛~10㎛인 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블을 생성·분사시키는 단계(S60)로 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 다단 가압형 탱크부에서 층상형 다단구조를 통해 용해된 가압수를 1기압~30기압 가압시켜 포화용해수를 생성시키는 것은
    제1 가압부(521)에서, 3.0기압의 압력을 유지하면서 용해부용 출력포트로부터 용해된 공급수를 공급받아, 기체를 상부에 가압체류시킨 후, 3.0기압의 포화압이 되면 기체존이 하부로 다운되어, 용해된 공급수와 기체를 제2 가압부로 상승시키는 단계(S51)와,
    제2 가압부(522)에서, 4.0기압의 압력을 유지하면서 제1 가압부로부터 용해된 공급수를 공급받아, 기체를 상부에 가압체류시킨 후, 4.0기압의 포화압이 되면 기체존이 하부로 다운되어, 용해된 공급수와 기체를 제3 가압부로 상승시키는 단계(S52)와,
    제3 가압부(523)에서, 5.0기압의 압력을 유지하면서 제2 가압부로부터 용해된 공급수를 공급받아, 기체를 상부에 가압체류시킨 후, 5.0기압의 포화압이 되면 기체존이 하부로 다운되어, 용해된 공급수와 기체를 제4 가압부로 상승시키는 단계(S53)와,
    제4 가압부(524)에서, 6.0기압의 가압분위기 속에서 제3 가압부로부터 용해된 공급수를 공급받아, 기체를 상부에 가압체류시킨 후, 6.0기압의 포화압이 되면 기체존이 하부로 다운되어, 용해된 공급수와 기체를 다단형 가압탱크용 배출포트로 배출시키는 단계(S54)가 포함되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 스마트 포모션구동을 통한 마이크로·나노 믹싱크기의 구슬형버블 생성방법.
  9. 삭제
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101068594B1 (ko) * 2011-07-13 2011-09-30 주식회사 에네트 초미세기포 발생장치 및 이를 이용한 액체 처리방법

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