KR101938939B1 - 나노버블 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 물과 공기가 혼합된 혼합수를 이동하는 과정에서 혼합된 공기를 충돌과 압력을 부여하여 나노 단위로 미세화시켜 나노버블을 발생시키도록 되어, 나노버블의 발생효율을 향상시킴은 물론, 구조적 단순화와 소형화를 통해 경제적인 이익을 구현할 수 있도록; 외부에서 물과 공기의 혼합수를 유입받도록 된 입구와 배출되는 출구를 가지는 '관(管:pipe)' 형상의 몸체와, 상기 몸체에서 상기 입구와 출구 사이에 마련되며 상기 혼합수가 이송되는 이송통로를 가지며 상기 혼합수에 충돌하중과 이송압력을 인가하여 나노버블을 발생하도록 된 발생수단을 포함하여 이루어지는 나노버블 발생장치에 있어서; 상기한 발생수단은, 상기 몸체의 내부에서 상기 혼합수가 이송하는 방향에 대하여 직교하는 방향으로 마련되며 상기 몸체의 내부에 끼움 삽입되는 직경을 가지며 일 부위에 혼합수가 관통하면서 이동하도록 된 관통공이 형성된 '판(板:board)' 형상의 충돌판들과; 상기 충돌판들의 테두리 내측에 삽입되면서 게재하여 상기 충돌판들을 사이에 상기 혼합수의 이송공간을 형성하도록 된 격자링;을 포함하여 이루어지는 나노버블 발생장치를 제공한다.

Description

나노버블 발생장치{Nano-bubble generator}

본 발명은, 직경이 나노 단위를 가지는 미세 기포인 나노버블을 발생시키는 나노버블 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 물과 공기가 혼합된 혼합수를 이동하는 과정에서 혼합된 공기를 충돌과 압력을 부여하여 나노 단위로 미세화시켜 나노버블을 발생시키도록 되어, 나노버블의 발생효율을 향상시킴은 물론, 구조적 단순화와 소형화를 통해 경제적인 이익을 구현할 수 있도록 된 나노버블 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 나노 버블은, 눈으로 확인할 수 없는 초 미세 기포로써, 일반 버블의 1/2,000 크기로 피부의 모공 25㎛ 이하의 미세한 공기 입자이며, 소멸할 때 1) 40KHz의 초음파 발생시키고, 2) 140db의 높은 음압을 발생시키며, 3) 4,000도~6,000도의 순간적인 고열 발생된다.

즉 일반기포는 물속에서 상승해 표면에서 파열하지만 나노 버블은 수중에서 압력에 의해 축소되며 다양한 에너지를 발생시키며 소멸한다.

그리고 상기와 같은 나노 버블은 초 극미한 거품으로 물과 공기를 격렬하게 회전시키는 경우 주로 발생한다.

이와 같은 나노 버블은 "기체 용해 효과, 자기가압효과, 대전효과" 등의 물리적, 화학적 특성에 의해 다양한 영역에서 활용되고 있으며, 근자에 이르러 특히 어업, 농업 분야에서는 각종 양식, 수경재배에 이용되고, 의료 분야에서는 정밀진단에 이용되며, 각종 분야에서 물리치료, 고순도 정수 처리, 환경장치 등에 사용되고 있는 실정이다.

즉 그 사용분야가 온천욕부터 암진단까지 광범위하며 피부도 재생해주는데다가 살균효과도 뛰어나다고 알려져 있다.

상기와 같은 나노버블은 선회액체류식, 스테이트믹서식, 아젝터식, 밴추리식, 가압용해식, 초음파식, 전기분해식, 미세기공필터식 등 다양한 방식으로 생성된다.

이와 같은 다양한 방식의 나노버블 발생장치를 통해 나노버블을 발생시키기 위해서는 기체가 혼합된 액체(공급수)를 공급받아 기체를 미세기포로 전환시켜 나노버블을 생성하게 된다.

상기에서 공급수가 미세기포로 전환되는 과정은 기포가 함유된 공급수가 미세관로가 구비된 발생수단의 미세 관로를 통과하는 중에 분리 및 압축되는 과정을 통해 이루어진다.

상기한 바와 같이 나노 버블을 발생하는 나노버블 발생장치들 중 하나로, 한국특허등록번호 제10-1146040호(명칭: 마이크로버블 발생장치)가 있으며, 상기 마이크로버블 발생장치는, 공보에 기재된 바와 같이, 물이 유입되는 물유입구 및 공기가 유입되는 공기유입구와 토출되는 토출구가 구비된 버블생성실과, 상기 버블생성실의 물유입구 및 공기유입구와 토출구의 사이에 마련되며 모터의 축에 끼워져 회전되고 물유입구와 공기유입구를 통해 유입된 물이 유도되는 다수의 유도공이 구비된 회전디스크와, 상기 회전디스크의 물과 공기의 이동방향에 밀착되도록 마련되며 유도공을 통해 유도된 물과 공기를 외 측 방향으로 분기시킴과 동시에 상기 회전디스크의 회전에 따라 물과 공기를 교반하도록 회전디스크방향으로 돌출형성된 다수의 교반편들이 구비된 고정디스크로 이루어져 있다.

이에 따라, 물과 공기가 상기 교반편들과 마찰되면서 교반됨은 물론 교반편들의 사이를 지그재그로 통과하면서 마찰되기 때문에, 으깨어지듯이 물과 공기를 강하게 교반함과 동시에 압착하도록 되어 있다.

이러한 충격 방식의 미세기포 발생장치는 5 내지 20 bar의 높은 압력이 필요할 뿐만 아니라, 유량손실이 크고, 다수의 노즐 및 부피가 큰 혼합탱크가 요구됨으로써, 장치의 구조와 설비가 복잡해지는 단점이 있었다.

한편, 선회액체류방식의 미세기포 발생장치는, 상기 충격식 노즐 방식과 같이, 물과 공기가 혼합된 혼합수를 와선형으로 공간을 통해 이송하는 과정에서 유입되는 이송압력을 통해 나노버블을 발생시키도록 된 것으로, 와선형 관로를 형성하여 혼합수가 와류를 형성하면서 이송되는 중에 발생된 와류압에 의해 나노버블이 발생하도록 되어 있다.

그러나, 이러한 선회액체류방식의 미세기포 발생장치는, 단일노즐을 통해서는, 미세기포를 발생시키지 못하며, 높은 압력이 필요할 뿐만 아니라, 부피가 큰 혼합탱크가 요구되는 문제점이 있었다.

1. 한국특허등록번호 제10-1146040호

본 발명은, 상기와 같은 종래의 나노버블 발생장치들이 가지는 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은, 물과 공기가 혼합된 혼합수를 이동하는 과정에서 혼합된 공기를 충돌과 압력을 부여하여 나노 단위로 미세화시켜 나노버블을 발생시키도록 되어, 나노버블의 발생효율을 향상시킴은 물론, 구조적 단순화와 소형화를 통해 경제적인 이익을 구현할 수 있도록 된 나노버블 발생장치를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 나노버블 발생장치는, 외부에서 물과 공기의 혼합수를 유입받도록 된 입구와 배출되는 출구를 가지는 '관(管:pipe)' 형상의 몸체와, 상기 몸체에서 상기 입구와 출구 사이에 마련되며 상기 혼합수가 이송되는 이송통로를 가지며 상기 혼합수에 충돌하중과 이송압력을 인가하여 나노버블을 발생하도록 된 발생수단을 포함하여 이루어지는 나노버블 발생장치에 있어서; 상기한 발생수단은, 상기 몸체의 내부에서 상기 혼합수가 이송하는 방향에 대하여 직교하는 방향으로 마련되며 상기 몸체의 내부에 끼움 삽입되는 직경을 가지며 일 부위에 혼합수가 관통하면서 이동하도록 된 관통공이 형성된 '판(板:board)' 형상의 충돌판들과; 상기 충돌판들의 테두리 내측에 삽입되면서 게재하여 상기 충돌판들을 사이에 상기 혼합수의 이송공간을 형성하도록 된 격자링;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 나노버블 발생장치는, 충돌판들의 관통공과 충돌판들의 사이간격을 물과 공기가 혼합된 혼합수가 이동되는 과정에서 이송압력을 인가받음은 물론, 충돌판들의 판면에 충돌하여 충돌하중을 각각 인가받도록 되어 있어, 혼합수에 혼합된 공기를 나노 단위로 미세화시켜 나노버블을 발생시키도록 되어, 나노버블의 발생효율을 향상되는 효과를 가진다.

이와 더불어, 단일의 충돌판과 격자링들을 각각 제조하여 조립을 통해 제공할 수 있어, 구조적 단순화와 소형화를 구현하여 통해 경제적인 이익을 실현하는 효과를 가진다.

도 1은, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 나노버블 발생장치를 보인 개략 단면 예시도.
도 2는, 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치에 적용되는 발생수단을 보인 개략 분리 사시 예시도.
도 3은, 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치에 적용되는 발생수단을 보인 개략 결합 사시 예시도.
도 4는, 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치에 적용되는 발생수단을 보인 개략 정면 예시도.
도 5는, 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치에 적용되는 발생수단을 보인 개략 측 단면 예시도.
도 6은, 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치에 적용되는 발생수단을 구성하는 충돌판들의 배치 상태를 보인 개략 정면 예시도.
도 7 내지 도 8은, 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치에 적용되는 발생수단을 구성하는 충돌판의 다른 예를 보인 개략 예시도.
도 9는, 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치에 적용되는 발생수단을 구성하는 충돌판의 또 다른 예를 보인 개략 예시도.
도 10은, 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치에 적용되는 발생수단을 구성하는 격자링의 다른 예를 보인 개략 예시도.
도 11은, 본 발명에 따른 다른 실시 예에 의한 나노버블 발생장치를 보인 개략 단면 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 의한 나노버블 발생장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1 내지 도 5는, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 나노버블 발생장치를 보인 도면으로, 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치(1)는, 외부에서 물과 공기의 혼합수를 유입받도록 된 입구(21)와 배출되는 출구(22)를 가지는 '관(管:pipe)' 형상의 몸체(2)를 가진다.

즉, 상기 몸체(2)의 내부를 통해 혼합수가 이송하게 된다.

상기에서 몸체(2)는, 양단이 중공된 '관'으로 이루어지며, 단면이 '원' 형상으로 이루어진 '원통관'으로 형성되는 것이 바람직하며, 양단에 타 연결관과 나사 결합하는 나사부가 각각 형성되어, 타 구성품과의 연결 결합을 용이하게 하도록 되는 것이 가장 바람직하다.

이와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치(1)는, 상기 몸체(2)에서 상기 입구(21)와 출구(22)의 사이에 마련되며 상기 혼합수가 이송되는 이송통로를 가지며 상기 혼합수에 충돌하중과 이송압력을 인가하여 나노버블을 발생하도록 된 발생수단(3)을 더 가진다.

즉, 혼합수가 상기 몸체(2)의 내부에서 이동하는 중에 상기 발생수단(3)을 경유하면서 충돌을 반복함과 동시에 좁은 이송통로를 경유하면서 압력을 인가받아 함유된 공기가 미세화되면서 나노버블을 발생하게 된다.

상기와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치(1)에서, 상기한 발생수단(3)은, 상기 몸체(2)의 내부에서 상기 혼합수가 이송하는 방향에 대하여 직교하는 방향으로 마련되며 상기 몸체(2)에 끼움 삽입되는 직경을 가지며 일 부위에 혼합수가 관통하면서 이동하도록 된 관통공(H)이 형성된 '판(板:board)' 형상의 충돌판(31)들과, 상기 충돌판(31)들의 테두리 내측에 삽입되면서 게재하여 상기 충돌판(31)들을 사이에 상기 혼합수의 이송공간을 형성하도록 된 격자링(32);을 포함하여 이루어진다.

즉, 상기 충돌판(31)들이 상기 격자링(32)을 통해 사이 간격을 가지면서 상기 몸체의 내부에 배열 고정되어, 상기 몸체(2)의 내부를 관통하면서 이송하는 혼합수가 상기 충돌판(31)에 충돌함과 동시에, 상기 충돌판(31)의 관통공(H)를 관통함과 아울러, 상기 충돌판(31)들의 사이 간격에 형성된 이송통로들을 경유하면서 이송압력을 인가받아 나노버블을 발생하게 된다.

한편, 상기한 격자링(32)의 두께에 따라, 상기 충돌판(31)들의 사이 간격이 조절되도록 되어 있어, 상기 격자링(32)의 두께를 임의로 선택하여 상기충돌판(31)들의 사이 간격을 선택적으로 형성할 수 있게 된다.

상기에서 격자링(32)은, 탄성재질로 이루어져, 상기 충돌판(31)들의 사이 간격에 대하여 밀폐를 하도록 되는 것이 바람직하며, 고무재질로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.

그리고, 상기한 관통공(H)들은, 상기 충돌판(31)의 중심에서 일 측방향으로 편위된 위치에 형성되는 것이 바람직하며, 다수의 상기 충돌판(31)들이 서로 연결되면서 배치될 때, 인접된 타 충돌판(31)들에 형성된 관통공(H)의 위치에 대하여 편위된 위치에 배치되도록 되는 것이 가장 바람직하다.

이때, 상기 관통공(H)들은, 도 4에서 도시된 바와 같이, 인접된 위치의 관통공(H)들의 위치에 대하여 상기 충돌판의 중앙을 중심으로 서로 대치되는 위치에 각각 대칭되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 혼합수가 이동하는 중에 상기 관통공(H)들과 상기 충돌판(31)들의 사이 간격을 경유할 때, 지그재그 방향으로 이동하게 되는 것이 가장 바람직하다.

한편, 상기한 관통공(H)들은, 도 6에서 도시된 바와 같이, 인접된 위치의 관통공(H)들의 위치에 대하여 상기 충돌판(31)의 중앙을 중심으로 서로 편위되되, 상기 충돌판(31)의 중앙을 중심으로 원호 형상의 방향성을 가지도록 배치되어, 혼합수가 상기 관통공(H)들과 상기 충돌판(31)들의 사이 간격을 경유할 때, 나선 방향으로 이동하게 되는 것이 가장 바람직하다.

이에 따라, 혼합수에 인가되는 전단압력을 증대시키도록 하여 나노버블의 발생효율을 향상시키도록 되는 것이 바람직하다.

이와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치(1)에서, 상기한 몸체(2)에는, 상기 몸체(2)의 종단을 폐쇄함과 아울러, 상기 발생수단(3)의 종단을 가압하여 상기 충돌판(31)과 상기 격자링(32)이 확고히 밀착하도록 된 가압너트(4)가 구비되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치(1)의 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 물과 공기가 혼합된 혼합수가 미 도시된 유입관 및 펌프를 통해 소정의 압력을 가지면서 상기 몸체(2)의 입구(21)로 유입되면, 상기 출구(22)로 배출되는 중에 상기 발생수단(3)을 구성하는 상기 충돌판(31)들을 순차적으로 경유하면서 이송된다.

이때, 혼합수에 함유된 공기가 상기 충돌판(31)에 충돌하면서 미세화됨과 동시에, 상기 관통공(h)들을 지그재그형태 또는 나선 방향으로 관통하면서 이송되어 전단압력을 인가받아 더욱 미세화가 촉진되면서 나노버블을 발생하게 된다.

도 7 및 도 8은, 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치(1)를 구성하는 발생수단(3)을 구성하는 충돌판(31)의 다른 예를 보인 도면으로, 상기한 충돌판(31)의 표면에는, 다수의 요철(33)이 형성되어 혼합수에 함유된 공기의 충돌면적이 증대됨은 물론, 충돌시 다양한 각도를 가지면서 반사되어 미세화가 더욱 촉진된다.

상기에서 요철(33)은, 상기 충돌판(31)의 표면에 그물망 형태로 파여진 요홈으로 이루어질 수 있으며, 상기 충돌판(31)의 표면에서 외측방향으로 돌출형성된 돌기로 이루어질 수 있는 것으로, 사용자의 선택에 따라 적용하는 것이 바람직하다.

상기에서 돌기는, '반구' 형의 형상으로 이루어질 수 있으며, 피라미드 구조를 가지면서 돌출형성되는 것이 가장 바람직하다.

한편, 상기한 요철(33)은, 상기 충돌판(31)의 표면에서 외측방향으로 길이를 가지면서 돌출형성된 돌기들로 이루어질 수 있고, 이 경우, 도 9에서 도시된 바와 같이, 중앙을 중심으로 혼합수가 이송되는 방향에 대하여 역방향으로 돌출되는 경사각을 형성하면서 돌출형성되어 'V' 형상으로 이루어지는 것이 바람직하다.

그리고, 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치(1)에서, 상기한 격자링(32)은, 도 10에서 도시된 바와 같이, 중앙을 중심으로 일측단에서 대칭되는 타측단으로 갈수록 점차 그 두께가 증대되어 경사각을 형성하도록 되어, 상기 충돌판(31)들이 경사각을 가지면서 배열되도록 될 수도 있다.

이때, 상기 인접하는 충돌판(31)들이 서로 교차하는 경사각을 가지면서 배치되어, 정렬되는 다수의 충돌판(31)들이 직진성을 가지면서 배열되도록 되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 상기 충돌판(31)들이 사이 간격을 통해 이동되는 혼합수의 이송통로가 공간적으로 확대 및 축소가 반복적으로 형성되어, 혼합수에 압축 및 이완압력을 교대로 인가하도록 되어, 혼합수에 스트레스를 인가하도록 함으로써, 나노버블의 발생효율을 향상시키게 된다.

한편, 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치(1)는, 도 11에서 도시된 바와 같이, 상기한 몸체(2)의 내부는, 상기 입구(21)에서 상기 출구(22)측 방향으로 갈수록 그 내경이 점차 작아지는 나팔관 형상의 이송통로를 가질 수 있다.

즉, 상기 혼합수가 상기 입구(21)에서 상기 출구(22)측 방향으로 갈수록 점차 압력이 증대하도록 되어 나노버블의 발생효율을 더욱 향상된다.

그리고, 상기한 충돌판(31)들과 상기 격자링(32)들은, 그 외경이 상기 나팔관 형상을 가지는 상기 몸체(2)의 내부에 맞춤하여 끼움 결합하도록 각기 다른 크기의 외경을 가지면서 서로 결합하여 상기 발생수단(3)을 형성하도록 되어 있다.

즉, 상기 충돌판(31)들의 사이 간격으로 이루어진 상기 혼합수의 이송통로가 출구로 갈수록 점차 작아짐 따라 인가되는 압력이 점차 증가하도록 되어 나노버블의 발생효율을 더욱 향상된다.

상술한 바와 같이 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치(1)는, 혼합수가 이송되는 몸체(2)와, 상기 몸체(2)의 내부에서 혼합수를 지그재그 형태로 이송시켜 이송압력을 부여함과 동시에 충돌하중을 형성하도록 된 다수의 충돌판(31)들과 격자링(32)으로로 이루어진 발생수단(3)을 포함하는 것을 기술적 구성의 특징으로 한다.

이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 발생장치 2 : 몸체
21 : 입구 22 : 출구
3 : 발생수단 31 : 충돌판
32 : 격자링 33 : 요철
4 : 가압너트 H : 관통공

Claims (1)

1. 외부에서 물과 공기의 혼합수를 유입받도록 된 입구(21)와 배출되는 출구(22)를 가지는 '관(管:pipe)' 형상의 몸체(2)와; 상기 몸체(2)의 내부에서 상기 혼합수가 이송하는 방향에 대하여 직교하는 방향으로 마련되며 상기 몸체(2)의 내부에 끼움 삽입되는 직경을 가지며 일 부위에 혼합수가 관통하면서 이동하도록 된 관통공(H)이 형성된 '판(板:board)' 형상의 충돌판(31)들과, 상기 충돌판(31)들의 테두리 내측에 삽입되면서 게재하여 상기 충돌판(31)들을 사이에 상기 혼합수의 이송공간을 형성하도록 된 격자링(32)을 가지어 상기 몸체(2)에서 상기 입구(21)와 출구(22) 사이에 마련되며 상기 혼합수가 이송되는 이송통로를 가지며 상기 혼합수에 충돌하중과 이송압력을 인가하여 나노버블을 발생하도록 된 발생수단(3);을 포함하여 이루어지되;
   상기 격자링(32)은, 상기 충돌판(31)들의 사이 간격에 대하여 밀폐를 하도록 탄성재질로 이루어지며;
   상기 충돌판(31)의 표면에는, 다수의 요철(33)이 형성되는 나노버블 발생장치(1)에 있어서;
   상기 요철(33)은,
   상기 충돌판(31)의 표면에서 외측방향으로 길이를 가지면서 돌출형성된 돌기들로 이루어지되, 중앙을 중심으로 혼합수가 이송되는 방향에 대하여 역방향으로 돌출되는 경사각을 형성하면서 돌출형성되어 'V' 형상으로 이루어지며;
   상기 격자링(32)은,
   중앙을 중심으로 일측단에서 대칭되는 타측단으로 갈수록 점차 그 두께가 증대되면서 경사각을 형성하여, 상기 충돌판(31)들이 경사각을 가지면서 배열되도록 되는 것을 특징으로 하는 나노버블 발생장치.

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