KR101947552B1 - 미세버블 생성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세버블 생성 장치에 관한 것이다. 본 발명은 미세버블 생성을 위해 내부에 기체 및 액체가 주입된 용기; 상기 용기에 구비되고, 상기 용기에 진동을 가하기 위한 진동 정보가 저장되는 진동 정보부; 및 상기 진동 정보를 인식하고, 인식된 상기 진동 정보에 따라 상기 용기에 진동을 가하여 미세버블을 생성하는 용기 진동 장치를 포함할 수 있다.

Description

미세버블 생성 장치{Apparatus for generating nano bubble}

본 발명은 미세버블 생성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기체와 액체가 담겨진 용기 내에 미세버블을 생성하기 위한 미세버블 생성 장치에 관한 것이다.

최근, 일반적인 물보다 용존기체량이 높은 물이 제조되고 있는데, 일 예로 축사 등에서 나오는 오폐수를 정화하는 공정에서 사용하기도 하며 양식장에서 어류에게 산소(기체, 버블)를 공급하기 위한 용도로 용존산소량이 높은 산소(기체, 버블)수가 주로 사용되어 왔다.

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

또한, 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 기법 및 장치들이 제공되었다.

이러한 기법 중 의료분야에 적용할 만한 것은 미세버블의 생성 과정에서 발생하는 오염원이 중요한 문제가 된다. 예를 들어, 캐비테이션을 이용한 미세버블 생성 기법(펌프와 노즐을 거쳐 미세버블이 생성됨), 다공성 멤브레인을 이용한 미세버블 생성 기법(다공성 멤브레인을 통해 기체가 주입됨)은 미세버블이 발생하는 과정에서 펌프, 노즐, 다공성 멤브레인이 오염원으로 작용할 수 있기 때문에 의료분야에 적용하기는 어렵다. 따라서, 미세버블을 생성하는 과정에서 이러한 오염원들이 약영향을 끼치는 것을 방지할 수 있는 미세버블 생성 장치의 개발이 필요하다.

대한민국 공개특허공보 제10-2015-0040134호　(2015.04.14 공개)

본 발명은 기체와 액체가 담겨진 용기 내에 최적의 주파수, 진폭으로 진동을 가하여 짧은 시간 내에 미세버블을 고농도로 생성할 수 있는 미세버블 생성 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 의한 미세버블 생성 장치는 미세버블 생성을 위해 내부에 기체 및 액체가 주입된 용기; 및 상기 용기에 진동을 가하여 미세버블을 생성하는 용기 진동 장치를 포함할 수 있다.

상기 용기에 구비되고, 상기 용기에 진동을 가하기 위한 진동 정보가 저장되는 진동 정보부를 더 포함하고, 상기 용기 진동 장치는 상기 진동 정보를 인식하고 인식된 상기 진동 정보에 따라 상기 용기에 진동을 가할 수 있다.

상기 진동 정보부는 상기 미세버블의 생성에 최적화된 주파수, 진폭 값을 포함할 수 있다.

상기 진동 정보부는 바코드 또는 QR 코드 형태로 제공될 수 있다.

상기 용기 진동 장치는, 상기 진동 정보부에 저장된 상기 진동 정보를 인식하는 진동 정보 인식부; 상기 용기가 안착된 상태에서 상기 용기에 진동을 가하는 진동 인가부; 및 상기 진동 정보 인식부로부터 상기 진동 정보를 전달받고, 상기 진동 인가부에서 상기 용기를 진동시키도록 제어하는 제어부를 포함할 수 있다.

상기 진동 인가부는, 구동원으로부터 동력을 전달받아 회전되는 크랭크부재; 상기 크랭크부재의 단부에 회전가능하게 연결되는 커넥팅로드; 상기 커넥팅로드의 단부와 회전가능하게 연결되고, 상기 커넥팅로드의 회전운동을 직선운동으로 전환시키는 리니어부재; 및 상기 리니어부재의 단부에 구비되고, 상기 용기가 안착되는 용기 안착단을 포함할 수 있다.

상기 리니어부재는 상기 리니어부재의 이동방향을 따라 배치된 리니어가이드 상에서 직선왕복운동을 할 수 있다.

상기 용기 내의 기체 비율은 액체 비율보다 상대적으로 클 수 있다.

상기 용기는 캡슐, 앰플, 병, 바이알 중 어느 하나의 형태로 만들어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기체와 액체가 담겨진 용기 내에 최적의 주파수, 진폭으로 진동을 가하여 짧은 시간 내에 용액 1ml 당 수억 내지 수백억 개의 고농도 미세버블을 생성할 수 있다.

또한, 짧은 시간 내에 미세버블이 생성될 수 있기 때문에, 응급처치 등이 필요한 의료기관에서 신속하게 미세버블을 생성하여 사용함으로써, 효과적인 의료치료가 가능하다.

또한, 용기가 외부 오염원과 차단된 상태에서 미세버블의 생성이 이루어질 수 있기 때문에, 의료기관 등에서 효과적으로 활용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세버블 생성 장치를 보인 블록도.
도 2는 기체와 액체가 담겨진 용기를 보인 도면.
도 3은 용기가 정보 인식부에 결합되어 진동 정보가 인식되는 것을 예시적으로 보인 도면.
도 4는 진동 인가부의 일 예를 보인 도면.
도 5는 다양한 기체와 액체의 비율에 대하여 생성된 미세버블 개체수를 측정한 것을 보인 그래프.
도 6은 다양한 기체와 액체의 비율에 대하여 생성된 미세버블 평균직경 및 모드직경을 측정한 것을 보인 그래프.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 "미세버블"의 기재는 마이크로미터 크기의 마이크로버블 및/또는 나노미터 크기의 나노버블을 포함하는 것이며, 상기 미세버블의 크기는 약 1 nm 내지 약 5,000 nm의 평균 크기를 갖는 것일 수 있다.

이하, 본 발명에 의한 미세버블 생성 장치의 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세버블 생성 장치를 보인 블록도이고, 도 2는 기체와 액체가 담겨진 용기를 보인 도면이며, 도 3은 용기가 정보 인식부에 결합되어 진동 정보가 인식되는 것을 예시적으로 보인 도면이고, 도 4는 진동 인가부의 일 예를 보인 도면이다.

이에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 의한 미세버블 생성 장치는 미세버블 생성을 위해 내부에 기체 및 액체가 주입된 용기(10); 상기 용기(10)에 구비되고, 상기 용기(10)에 진동을 가하기 위한 진동 정보가 저장되는 진동 정보부(12); 상기 진동 정보를 인식하고, 인식된 상기 진동 정보에 따라 상기 용기(10)에 진동을 가하여 미세버블을 생성하는 용기 진동 장치(20)를 포함할 수 있다.

용기(10)에는 내부에 기체와 액체가 함께 주입될 수 있다. 용기(10)는 다양한 형태로 제공될 수 있는데, 캡슐, 앰플, 병, 바이알 등으로 제공될 수 있다. 물론, 용기(10)는 위 열거된 형태 뿐만 아니라 다른 형태로도 제공될 수 있다.

본 실시예에서는 용기(10)에 기체와 액체를 주입한 상태에서 용기(10)에 진동을 가하여 미세버블을 생성하고자 한다. 이와 같이 용기(10) 내에 기체와 액체를 주입한 상태에서 미세버블이 생성되면, 미세버블이 생성되는 과정에서 오염원이 악영향을 미칠 우려가 원천적으로 차단될 수 있다. 즉, 용기(10)가 밀봉된 상태에서 용액 내에 미세버블이 생성되기 때문에 외부 오염원이 작용할 가능성이 없는 것이다.

따라서, 미세버블이 생성된 본 용기(10)는 주로 의료분야에 사용되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 인체 내에 주입되는 조영제나 약물 전달용으로 미세버블이 생성된 용기(10)를 활용할 수 있다. 조영제의 경우 용액 내에 다량의 미세버블이 생성될수록 엑스레이 판독시 조영제가 더욱 잘 보일 수 있다. 또한, 결석 환자의 경우 내부에 생성된 결석을 파쇄하기 위해 체외충격파를 가하지 않아도 미세버블이 생성된 용액을 주입함으로써 미세버블이 결석을 파쇄할 수 있기 때문에 환자의 편의가 증대될 수 있다. 이와 같이 상기 용기(10)는 외부 오염원과 차단된 상태에서 미세버블의 생성이 이루어질 수 있기 때문에, 의료기관 등에서 의료용으로 활용될 수 있는 장점이 있다.

한편, 용기(10)는 캡슐, 앰플, 병, 바이알 중 어느 하나의 형태로 만들어질 수 있다. 용기(10)가 캡슐로 만들어지면 미세버블이 생성된 상태에서 직접 인체 내로 투입될 수도 있으며, 앰플, 병, 바이알 등의 형태로 만들어지면 의료기관에서 짧은 시간 내에 고농도의 미세버블을 생성하는 데에 유리하다. 용기(10)에 주입되는 기체로는 수소, 산소, 질소 등이 있고, 액체로는 증류수, 식염수, 알코올 등이 있다.

도 2를 참조하면, 용기(10)의 외면에는 진동 정보부(12)가 구비될 수 있다. 진동 정보부(12)는 용기(10)에 가하는 최적의 진동 조건에 대한 정보가 입력되는 부분이다. 진동 정보부(12)는 예를 들어, 바코드, QR 코드 등의 형태로 제공될 수 있다. 진동 정보부(12)는 이하에서 설명할 진동 정보 인식부(22)를 통해 진동 정보가 인식될 수 있고, 인식된 진동 정보는 제어부(24)로 전달된다.

진동 정보부(12)는 용기(10)에 주입되는 기체 및 액체의 종류, 기체 및 액체의 혼합비율 등에 따라 미리 정해질 수 있다. 즉, 용기(10) 내에 미세버블을 최대로 생성하기 위한 최적의 조건을 찾아야 하는데, 이는 용기(10)에 주입되는 기체 및 액체에 따라 달라질 수 있으며 최적의 진동 정보에 대해서는 미리 결정된 상태에서 용기(10)마다 구비될 수 있는 것이다.

진동 정보부(12)에 저장되는 진동 정보는 예를 들어, 진동을 위한 주파수, 진폭 값을 포함할 수 있다. 이하에서 설명하겠지만, 용기(10)는 진동 인가부(30)에 안착된 상태에서 최적의 주기로 흔들어지는 진동이 가해질 수 있다. 이때 최적의 진동을 가하기 위해서는 진동 주파수 및 진폭 등의 조건이 미리 결정되어야 할 것이고, 이는 진동 정보부(12)에 저장된 상태로 용기 진동 장치(20)로 제공될 것이다. 예를 들어, 진동 주파수는 1초에 몇회의 직선왕복운동을 하는지 여부, 진폭은 구동원의 파워에 의해 결정될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 용기 진동 장치(20)는, 상기 진동 정보부(12)에 저장된 상기 진동 정보를 인식하는 진동 정보 인식부(22); 상기 용기(10)가 안착된 상태에서 상기 용기(10)에 진동을 가하는 진동 인가부(30); 및 상기 진동 정보 인식부(22)로부터 상기 진동 정보를 전달받고, 상기 진동 인가부(30)에서 상기 용기를 진동시키도록 제어하는 제어부(24)를 포함할 수 있다.

진동 정보 인식부(22)의 예시는 도 3에 도시되어 있는데, 예를 들어, 진동 정보 인식부(22)의 상면에 형성된 홈에 용기(10)를 안착시키면 진동 정보부(12)를 진동 정보 인식부(22)에서 인식하게 된다. 즉, 바코드 형태로 되어 있는 진동 정보부(12)는 용기(10)를 안착시키면 자동으로 인식이 되고, 인식된 진동 정보는 제어부(24)로 전달될 수 있다.

제어부(24)에서는 진동 인가부(30)에서 진동 정보에 의해 용기(10)를 진동시킬 수 있도록 제어한다. 즉, 미리 설정된 최적의 진동 정보 조건 하에서 진동 인가부(30)가 구동되기 때문에 용기(10) 내에는 미세버블 생성이 최대화될 수 있다.

도 4를 참조하면, 진동 인가부(30)는, 구동원으로부터 동력을 전달받아 회전되는 크랭크부재(32); 상기 크랭크부재(32)의 단부에 회전가능하게 연결되는 커넥팅로드(36); 상기 커넥팅로드(36)의 단부와 회전가능하게 연결되고, 상기 커넥팅로드(36)의 회전운동을 직선운동으로 전환시키는 리니어부재(38); 및 상기 리니어부재(38)의 단부에 구비되고, 상기 용기(10)가 안착되는 용기 안착단(40)을 포함할 수 있다.

여기에서 설명할 진동 인가부(30)는 구동원(모터 등)으로부터 동력을 전달받아 회전운동을 직선운동으로 변환시켜 진동을 가하는 장치의 일 예로 제시한 것에 불과하고, 용기(10)가 안착된 상태에서 진동을 가해줄 수 있는 장치라면 어떠한 것이라도 채용될 수 있다. 예를 들어, 용기(10)를 홀딩한 상태에서 일정한 주기로 흔들어주어 진동을 가할 수 있는 장치 등이 채용될 수 있다.

크랭크부재(32)는 크랭크축(34)을 중심으로 회전되며, 크랭크부재(32)의 단부에는 커넥팅로드(36)가 회전가능하게 연결된다. 커넥팅로드(36)의 양단부는 연결핀(35)에 의해 크랭크부재(32) 및 리니어부재(35)와 각각 회전가능하게 연결된다.

리니어부재(35)는 도면에서 보았을 때, 상하방향으로 직선왕복운동을 하도록 구비된다. 리니어부재(35)는 커넥팅로드(36)를 통해 동력을 전달받아 직선왕복운동을 하면서 용기(10)를 흔들어 진동이 가해지도록 한다. 리니어부재(35)는 리니어부재(35)의 이동방향을 따라 배치된 리니어가이드(42) 상에서 직선왕복운동을 하며, 리니어부재(35)의 단부에는 용기 안착단(40)이 구비된다. 용기 안착단(40)은 용기(10)가 안착되어 고정되는 부분이다.

본 도면에서 용기 안착단(40)은 진동 정보 인식부(22)와 별개인 것으로 도시하였으나, 이에 제한되는 것은 아니고 용기 안착단(40)이 실질적으로 진동 정보 인식부(22)로서 기능을 수행할 수도 있다. 예를 들어, 사용자가 도 3과 같이 제조된 용기 안착단(40)에 용기(10)를 안착시키면 진동 정보를 인식하여 제어부(24)로 전달하도록 구성될 수도 있는 것이다.

도 5는 다양한 기체와 액체의 비율에 대하여 생성된 미세버블 개체수를 측정한 것을 보인 그래프이고, 도 6은 다양한 기체와 액체의 비율에 대하여 생성된 미세버블 평균직경 및 모드직경을 측정한 것을 보인 그래프이다.

본 실시예에서는 용기(10) 내에 미세버블을 생성하기 위해 4ml 글라스 바이알에 증류수를 담고, 90rpm 으로 회전하는 모터의 회전운동을 진폭이 20cm 인 직선운동으로 변환시켜 보았다.

도 5를 참조하면, 기체 및 액체의 비율을 3:1, 2:2, 1:3, 0:4로 변화시키면서 각각에 대한 미세버블 개체수를 측정하였다. 그 결과, 기체 비율이 커질수록 미세버블 개체수가 많아지는 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 생성된 미세버블은 개체수가 1ml 당 수억 내지 수백억 개인 것으로 나타났으며, 생성시간이 길수록 미세버블 개체수가 많아지는 것을 확인할 수 있다.

도 6을 참조하면, 기체 및 액체의 비율을 3:1, 2:2, 1:3, 0:4로 변화시키면서 각각에 대한 미세버블의 평균직경(a) 및 모드직경(b)을 NTA(nanoparticle tracking analysis) 기법을 이용하여 측정하였다. 그 결과, 기체 및 액체의 모든 비율에 대해서 평균직경 및 모드직경은 거의 일정하게 나타났다. 참고로, 모드직경이란 다양한 크기의 미세버블 중 개체수가 가장 많은 미세버블에 해당하는 직경을 말한다.

즉, 기체 및 액체의 비율에 상관없이 미세버블의 직경이 일정하게 나타나므로, 상술한 매커니즘에 의해 미세버블을 생성하게 되면 일정 수준의 직경을 가진 미세버블의 생성이 가능하다는 것을 알 수 있다.

이상에서 설명한 미세버블 생성 장치에 의하면, 짧은 시간 내에 용기에 진동을 가하여 용액 1ml 당 수억 내지 수백억의 고농도 미세버블을 생성할 수 있다. 따라서, 응급처치가 필요한 의료기관에서 신속하게 미세버블을 생성하여 사용함으로써, 효과적인 의료치료가 가능하다.

상기에서는 본 발명의 특정의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 용기 12 : 진동 정보부
20 : 용기 진동 장치 22 : 진동 정보 인식부
24 : 제어부 30 : 진동 인가부
32 : 크랭크부재 34 : 크랭크축
35 : 연결핀 36 : 커넥팅로드
38 : 리니어부재 40 : 용기 안착단
42 : 리니어가이드

Claims (9)

1. 미세버블 생성을 위해 내부에 기체 및 액체가 주입된 용기;
   상기 용기에 진동을 가하여 미세버블을 생성하는 용기 진동 장치; 및
   상기 용기에 구비되고, 상기 용기에 진동을 가하기 위한 진동 정보가 저장되는 진동 정보부를 포함하고,
   상기 용기 진동 장치는 상기 진동 정보를 인식하고 인식된 상기 진동 정보에 따라 상기 용기에 진동을 가하며,
   상기 진동 정보부는 바코드 또는 QR 코드 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 미세버블 생성 장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 진동 정보부는 상기 미세버블의 생성에 최적화된 주파수, 진폭 값을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세버블 생성 장치.
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 용기 진동 장치는,
   상기 진동 정보부에 저장된 상기 진동 정보를 인식하는 진동 정보 인식부;
   상기 용기가 안착된 상태에서 상기 용기에 진동을 가하는 진동 인가부; 및
   상기 진동 정보 인식부로부터 상기 진동 정보를 전달받고, 상기 진동 인가부에서 상기 용기를 진동시키도록 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세버블 생성 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 진동 인가부는,
   구동원으로부터 동력을 전달받아 회전되는 크랭크부재;
   상기 크랭크부재의 단부에 회전가능하게 연결되는 커넥팅로드;
   상기 커넥팅로드의 단부와 회전가능하게 연결되고, 상기 커넥팅로드의 회전운동을 직선운동으로 전환시키는 리니어부재; 및
   상기 리니어부재의 단부에 구비되고, 상기 용기가 안착되는 용기 안착단을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세버블 생성 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 리니어부재는 상기 리니어부재의 이동방향을 따라 배치된 리니어가이드 상에서 직선왕복운동을 하는 것을 특징으로 하는 미세버블 생성 장치.
8. 삭제
9. 제 1 항, 제 3 항, 제 5 항, 제 6 항 또는 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 용기는 캡슐, 앰플, 병, 바이알 중 어느 하나의 형태로 만들어지는 것을 특징으로 하는 미세버블 생성 장치.

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