KR102058939B1 - 버블수의 미세기포 발생방법 - Google Patents

버블수의 미세기포 발생방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 버블수의 미세기포 발생방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버블수를 제조하여 조대기포를 형성하고, 조대기포를 형성한 버블수를 미세구형액적으로 분사함으로써 미세기포가 생성되도록 하는 버블수의 미세기포 발생방법에 관한 것이다.

Description

버블수의 미세기포 발생방법{Method of generating fine bubbles of the bubbled water}
본 발명은 버블수의 미세기포 발생방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 버블수를 제조하여 조대기포를 형성하고, 조대기포를 형성한 버블수를 미세구형액적으로 분사함으로써 미세기포가 생성되도록 하는 버블수의 미세기포 발생방법에 관한 것이다.
최근 식품을 비롯한 여러 산업분야에서 액체 내에 높은 농도로 기체를 용해시키거나, 기체를 기포로 잔류, 파괴 또는 부상시키는 기술이 매우 다양하게 적용되고 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 용도로 버블을 이용하고 있으며, 환경분야에서는 폐수 중의 부유물을 제거하는 목적으로 부상력이 있는 기포를 활용하고 있다.
기포를 산업적으로 활용하기 위한 기포 발생 방법으로 초음파 등을 이용하여 액체에 기계적 진동을 가하여 버블을 발생시키거나, 기체를 주입하면서 임펠러를 고속으로 회전시켜 큰 기포를 잘게 부수도록 형성되는 초고속 선회방법을 이용하거나, 유체의 흐름을 조절하여 버블을 발생시키는 방법을 이용하고 있다.
이중 초음파 등을 이용하여 버블을 발생시키는 방법은, 버블의 양을 제어할 수는 있으나, 버블의 크기를 제어할 수 없는 단점이 있어, 반도체 웨이퍼나 액정표지장치의 세정 공정에서 제한적으로 사용되고 있고, 임펠러를 이용한 방법은 수중에 미세기포가 생성되도록 할 수 있지만, 임펠러를 회전시키기 위한 대량의 전기 에너지가 소요되고 고속으로 회전시켜야 하기에 작업안전성에 문제가 되는 단점이 있다.
또한, 임펠러의 고속회전은 물과 산소분자의 구조를 파괴하며, 회전날개의 마모로 인한 금속 입자의 혼입, 액체와 임펠러의 마찰, 그리고 구동모터의 열 발생으로 인한 유체 온도상승 및 유체의 변질, 잔류기포의 개체수 감소 등의 단점이 있어, 폐수처리에서의 부유물 부상과 같은 일부 환경 분야에만 활용할 수 있다는 단점이 있다.
이에 따라, 상기의 문제점을 해결하여 음용수 분야에서 용이하게 사용하되, 버블수의 기포를 미세하게 조절할 수 있는 방법의 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
본 발명은 버블수를 제조하여 조대기포를 형성하고, 조대기포를 형성한 버블수를 미세구형액적으로 분사함으로써 미세기포가 생성되도록 하는 버블수의 미세기포 발생방법을 제공하여 상기의 문제점을 해결함과 동시에 음용수 분야에서 용이하게 사용할 수 있는 하는 데 목적이 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법은, (a) 버블수를 제조하는 단계; (b) 제조된 버블수의 조대기포를 형성하는 단계 및 (c) 조대기포가 형성된 버블수를 미세구형액적화 장치를 통과시켜 미세화 하는 단계를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 (a) 단계는 버블수 제조탱크 내로 원수를 공급하는 원수 공급단계; 상기 버블수 제조탱크 내의 공기를 제거하는 공기 배출단계 및 상기 원수를 빼내어 형성된 공간으로 목적기체를 공급하는 기체 공급단계를 포함하며, 상기 원수 공급단계는 원수의 부유물 또는 침전물을 제거하도록 필터링 하는 단계; 필터링된 원수를 1 내지 10℃로 냉각하는 단계 및 냉각된 원수를 버블수를 제조하는 탱크에 공급하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b) 단계는 다수의 돌기가 형성된 입자분쇄부 및 입자분쇄부 하단에 형성되어 외측으로 테이퍼지는 배출부를 포함하는 조대기포생성장치를 통과시켜 조대기포를 형성할 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계는 버블수를 1 내지 10℃로 냉각하여 0.1 내지 200bar의 압력으로 미세구형액적화 장치를 통과시킬 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계는 깔때기 형상의 회전력 유도장치 또는 나사산 돌기가 내면을 따라 형성되며, 버블수 제조탱크 내부공간으로 유입되는 버블수가 일시에 집적되어 통과되도록 형성되는 와류발생형 집적장치를 통과시켜 기체의 용존성을 높여 미세구형액적화 장치를 통과시킬 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계는 사이클을 반복 수행하여 기포를 보다 잘게 미세화 할 수 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법은, 상기 (c) 단계 이후에 용존되지 않아 부상된 기체를 회수하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 (c) 단계 이후에 버블수 내의 기포를 측정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법은, 버블수의 기포를 1차로 조대기포를 생성하도록 한 후, 미세구형액적으로 분사함으로써 펄스(pulse) 형식으로 분사되게 하여 보다 미세한 기포크기로 조절이 가능한 장점이 있다.
또한, 기포의 크기와 농도를 조절할 수 있는 장점이 있어 반도체 분야, 환경분야 및 음용분야에 아울러 모두 사용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 임펠러 등의 장치가 불필요하여 에너지 소모를 줄일 수 있으며, 안전성 또한 증대되는 장점이 있다.
또한, 필요에 따라 산소, 이산화탄소, 수소 또는 오존 등을 자유롭게 공급하여 목적에 맞는 버블수를 제조할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법에 사용되는 미세기포 크기조절이 가능한 버블수 제조장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 버블수 제조장치의 평면도이다.
도 3은 도 1의 버블수 제조장치의 정면도이다.
도 4는 도 1의 버블수 제조장치의 일 구성인 집수탱크의 일 예시도이다.
도 5는 도 1의 버블수 제조장치의 일 구성인 조대기포생성장치의 단면도이다.
도 6은 도 1의 버블수 제조장치의 일 구성인 와류발생형 집적장치의 단면도이다.
도 7은 도 1의 버블수 제조장치에 기포크기측정장치 및 회수부가 추가된 구성을 도시한 사시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법의 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법의 S100 단계 상세 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법의 S110 단계의 상세 흐름도이다.
도 11은 도 8의 방법에 S400 및 S500 단계가 추가되었을 때의 흐름도이다.
이하, 도면을 참조한 본 발명의 설명은 특정한 실시 형태에 대해 한정되지 않으며, 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있다. 또한, 이하에서 설명하는 내용은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하의 설명에서 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용되는 용어로서, 그 자체에 의미가 한정되지 아니하며, 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한, 이하에서 기재되는 "포함하다", "구비하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로 해석되어야 하며, 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.
먼저, 본 발명을 설명하기에 앞서 이해가 쉽도록 이하에서 설명되는 기포는 액체에 함유된 기체를 말하며, 버블수는 기포와 액체가 혼합된 혼합물로 정의하기로 한다.
또한, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 크기조절을 위한 방법을 간략히 설명하면, 먼저 버블수 제조를 위한 원수를 버블수 제조탱크(50)에 채워 버블수 제조탱크(50) 내의 공기가 버블수 제조탱크(50) 외부로 배출되도록 하여 제거하고, 이후, 원수를 일부 빼내어 형성된 공간으로 목적기체를 유입시켜 버블수를 제조하며, 제조된 버블수의 기포 크기가 조절되도록 조대기포생성장치(70)로 순환시켜 조대기포를 형성한 후, 1차 기포크기 조절이 완료된 버블수를 다시 2차 순환시키되, 이때 미세구형액적으로 분사가 가능한 분사부(80)를 거치도록 순환시킴으로써 조대기포를 포함하고 있는 1차 기포크기 조절이 완료된 버블수가 펄스(pulse) 분사에 의해 더 미세하게 분사되어 미세기포 크기조절이 가능할 수 있다.
이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여 상기의 작용을 하는 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법을 구체적으로 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법에 사용되는 미세기포 크기조절이 가능한 버블수 제조장치의 사시도이며, 도 2는 도 1의 버블수 제조장치의 평면도이고, 도 3은 도 1의 버블수 제조장치의 정면도이다.
또한, 도 4는 도 1의 버블수 제조장치의 일 구성인 집수탱크의 일 예시도이며, 도 5는 도 1의 버블수 제조장치의 일 구성인 조대기포생성장치의 단면도이고, 도 6은 도 1의 버블수 제조장치의 일 구성인 와류발생형 집적장치의 단면도이다.
또한, 도 7은 도 1의 버블수 제조장치에 기포크기측정장치 및 회수부가 추가된 구성을 도시한 사시도이다.
먼저, 도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법에서 사용되는 장치는, 필터부(10), 냉각부(20), 집수탱크(30), 펌핑부(40), 버블수 제조탱크(50), 기체공급부(60), 조대기포생성장치(70), 분사부(80)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 필터부(10)는 버블수를 제조하기 위해 공급되는 원수를 필터링 하기 위한 것으로서, 필터부(10)는 샌드필터(12), 카본필터(14) 등을 구비할 수 있다.
또한, 원수는 지하수 등을 사용할 수 있는데, 샌드필터(12)는 지하수에 함유된 샌드(Sand) 등의 부유물을 제거할 수 있으며, 카본필터(14)는 지하수를 탁하게 만드는 콜로이드물질이나 유지방산 또는 폴리페놀 등의 불순물이 제거되도록 작용될 수 있다.
도면에는 1개의 샌드필터(12)와 2개의 카본필터(14)가 도시되었으나, 이는 한정되는 것은 아니며, 샌드필터(12) 및 카본필터(14)는 그 외의 개수로도 구비될 수 있다. 즉, 샌드필터(12) 및 카본필터(14)는 각각 하나 이상으로 구비될 수 있다.
또한, 샌드필터(12) 및 카본필터(14) 외에도 다른 목적성을 가지는 필터가 구비될 수 있음은 당연하다.
냉각부(20)는 필터부(10)와 관 또는 호스 등을 통해 연결되어 필터부(10)에서 필터링 된 원수 또는 2차 순환하는 버블수를 냉각하도록 형성될 수 있다. 이는, 버블수 제조에 적절한 온도로 유지하기 위함이며, 냉각부(20)는 냉각부(20)를 거쳐가는 원수 또는 버블수의 온도를 액체상의 0℃에 가까운 온도로 유지하도록 형성될 수 있으며, 바람직하게는 약 5℃ 안팎으로 유지토록 할 수 있다.
온도를 약 5℃ 안팎으로 유지하는 것은 기체의 용존율 즉, 기포가 잔류하는 비율을 높이고자 함으로, 온도가 낮을수록 기체는 원수 또는 버블수에 대한 용해도가 증가되어 기포의 잔류도가 높아질 수 있다. 이때, 온도를 최대한 낮추어 기체의 용해도를 최대한 높이는 것이 좋으나, 유체가 고체화되면 유동이 불가하고 더불어 기체가 용해될 수 없는 환경이 되므로, 액체상의 0℃에 가까운 온도인 약 5℃ 안팎으로 온도를 조절하여 기체의 용해성을 최대화 하면서도 원수 또는 버블수가 고체화 되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기에서는 바람직한 형태로 냉각온도를 약 5℃ 안팎으로 설명하였으나, 주변 압력 등에 따라 액체상의 0℃를 형성하는 온도범위는 조절될 수 있으므로, 반드시 한정되는 것은 아니며, 원수 또는 버블수가 얼지 않는 1 내지 10℃의 범위에서 자유롭게 설정될 수 있다.
집수탱크(30)는 냉각된 원수 또는 버블수를 집수하기 위한 탱크로서, 냉각된 원수 또는 버블수는 버블수 제조탱크(50)로 전달되기 전에 집수탱크(30)에 임시 수용될 수 있다. 이때, 집수탱크(30)의 내부는 단순히 빈 공간으로 형성될 수 있으나, 도 4와 같이 깔때기 형의 회전력 유도장치(32)가 설치될 수도 있다.
깔때기 형의 회전력 유도장치(32)는 집수탱크(30)로 유입되는 액체의 흐름에 회전력을 발생시키기 위한 구성으로, 1차로 기포크기가 조절된 버블수가 집수탱크(30)를 거칠 때 버블수 내의 기체와 물과의 접촉면적이 넓어지고 서로간의 혼화력을 높임으로써 용해되지 않은 기체가 용존되어 잔류효율이 증가할 수 있음과 더불어 펄스(Pulse) 분사를 위하여 필요한 크기보다 너무 조대하게 형성된 기포의 경우, 물로부터 신속하게 배제시킴으로써 기포수의 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
상기와 같은 회전력 유도장치(32)의 효과를 극대화 하기 위해 냉각부(20)와 집수탱크(30)를 연결하는 관은 집수탱크(30)의 상부에 연결되는 것(이하, '상부관'이라 함)이 바람직하며, 집수탱크(30)에서 배수되도록 형성되는 관은 집수탱크(30)의 하부에 연결되는 것(이하, '하부관'이라 함)이 바람직하다.
즉, 1차로 기포크기가 조절된 버블수는 상부관(34)을 통해 하강되어 회전력 유도장치(32)를 거쳐 하부관(36)을 통해 배출되는 구성일 수 있다.
또한, 집수탱크(30)와 연결되는 상부관(34)의 끝단부에는 벤츄리 관의 형태로 형성될 수 있다. 이는, 상부관(34)의 끝단부에서 유속을 높여 회전력 유도장치(32)에서 회전력이 용이하게 발생하도록 하기 위함이다.
또한, 상부관(34)의 끝단은 'ㄱ'형태로 돌출되되, 약 45°의 각도로 측방향으로 틀어지도록 돌출되어 회전력 유도장치(32)를 향해 분출하도록 형성될 수 있다. 이는, 회전력을 발생시키기 위함으로, 수직으로 하강하거나 수평으로 분출될 시에는 회전이 용이하지 않을 수 있음을 고려한 것이다.
상기와 같은 구조를 통해 재순환되는 버블수는 기체의 용존율이 높아지고, 불안정한 조대기포는 배제하여 기포수의 품질을 더욱더 향상시킬 수 있다.
펌핑부(40)는 집수탱크(30)와 연결되어 상기 버블수 제조탱크(50)로 원수 또는 2차 순환되는 버블수를 공급하도록 형성될 수 있다. 이를 위해, 펌핑부(40)는 버블수 제조탱크(50)와 연결될 수 있다.
이때, 펌핑부(40)는 버블수 생산을 연속적으로 수행하기 위해 3개의 압력펌프를 구비할 수 있는데, 이는 예시적인 것으로서 한정되지는 않는다.
또한, 상기와 같이 3개의 압력펌프의 구비를 위해 펌핑부(40)는 다수개의 유로가 교차되는 교축관을 형성할 수 있으며, 각 관에는 전자밸브 등의 밸브가 형성되어 원수 또는 버블수의 흐름을 조절할 수 있음은 당연하다.
또한, 압력펌프의 압력범위는 0.1 내지 200bar로 형성될 수 있다. 본 발명은 조절하고자 하는 기포의 크기에 따라 상기의 범위 내에서 자유롭게 압력범위를 설정할 수 있다.
한편, 펌핑부(40)의 각 관에는 수격현상의 방지를 위해 압력펌프들과 연결되는 관의 끝단측 내면에는 압력을 낮추도록 테이퍼가 외향지게 형성될 수도 있다.
버블수 제조탱크(50)는 버블수를 제조하기 위한 탱크로서 펌핑부(40)와 연결될 수 있으며, 기체공급부(60)와 연결되어 기체를 공급받을 수 있다. 이를 통해, 버블수 제조탱크(50)는 펌핑부(40)로부터 원수를 제공받고 기체공급부(60)로부터 기체를 공급받아 탱크 내에서 버블수 제조가 가능하다.
여기서, 기체공급부(60)는 기체 공급을 위해 펌핑부(40)와 버블수 제조탱크(50)간을 연결하는 관 또는 후술하는 조대기포생성장치(70) 또는 버블수 제조탱크(50)에 연결되어 버블수 제조탱크(50)로 유동되는 원수에 기체를 공급할 수 있다.
즉, 기체공급부(60)는 버블수 제조탱크(50)로 직결되는 것이 바람직하나, 반드시 한정되는 것은 아니며, 펌핑부(40)에 의해 펌핑되어 버블수 제조탱크(50)로 공급되는 냉각된 원수에 기체를 공급하도록만 형성되면 된다.
이때, 공급되는 기체는 산소, 수소, 이산화탄소 및 오존 중 하나의 목적기체이거나, 또는 이들 목적기체의 혼합기체일 수 있으며, 공급되는 기체에 따라 산소수, 수소수, 탄산수, 또는 오존수 등의 버블수가 제조될 수 있다. 단, 상기의 공급기체는 예시적인 것으로서, 산소, 수소, 이산화탄소 및 오존에만 한정되는 것은 아니다.
즉, 펌핑부(40)를 통해 버블수 제조탱크(50) 내로 원수가 공급될 때에 목적기체를 원수 내로 공급함으로써 산소수, 수소수, 탄산수, 또는 오존수 등의 버블수가 제조될 수 있는 것이다.
한편, 버블수 제조탱크(50)는 일정한 압력 유지를 위해 스테인레스 재질로 형성될 수 있다.
또한, 버블수 제조탱크(50)는 하단부에 냉각부(20)와 연결되는 회수관(90)을 형성할 수 있다. 이는, 후술하는 조대기포생성장치(70)를 통해 조대기포가 형성된 버블수의 조대기포를 미세화하기 위함으로, 상기 회수관(90)을 통해 후술하는 분사부(80)로 재순환시켜 미세화 할 수 있다.
조대기포생성장치(70)는 기포 크기 및 개체수를 조절할 수 있도록 형성되어, 버블수의 기포 크기를 1차로 조절함으로써 조대기포를 형성하는 장치로서, 버블수 제조탱크(50)에서 제조된 버블수가 조대기포생성장치(70)로 순환됨으로써 1차로 버블수의 기포 크기를 조절할 수 있다.
이를 위해, 조대기포생성장치(70)는 도 5에 도시된 바와 같이 유입되는 버블수가 충돌하여 버블수의 입자들이 분쇄되도록 구비되는 다수의 돌기가 형성된 입자분쇄부(71)와 입자가 분쇄되어 미세화된 기포를 배출하는 배출부(72)를 포함할 수 있다.
여기서, 상술한 바와 같이 기체공급부(60)가 조대기포생성장치(70)에 연결될 경우가 있는데, 이때 조대기포생성장치(70)는 공급되는 기체와 유동되는 원수 또는 버블수의 액체가 혼합되는 기액혼합부(73)를 입자분쇄부(71) 상단에 더 포함할 수 있으며, 유동하는 버블수의 기포 크기 또는 기포량 등의 측정에 따라 유동되는 원수 또는 버블수에 기체를 더 공급할 수 있도록 형성될 수도 있다.
또한, 조대기포생성장치(70)는 유입되는 액체의 유량 및 유속을 제어하는 액체조절부(미도시)와 기체공급부(60)가 조대기포생성장치(70)에 연결시에 기체의 유량 및 유속을 조절하는 기체조절부(미도시)가 더 구비될 수 있으며, 입자분쇄부(71)와 연결되는 연결부에 가속부(76)가 형성될 수 있고, 가속부(76)는 내부 유로가 상측에서 하측으로 갈수록 좁아지는 테이퍼 형태일 수 있다.
상기 액체조절부(미도시) 및 기체조절부(미도시)는 유량 및 유속을 제어하여 입자분쇄부(71)로 유입되는 액체와 기체의 속도를 제어함으로써, 유동하는 버블수에 함유된 기체의 변화를 제어할 수 있다.
또한, 상기 가속부(76)는 버블수가 저항 없이 빠른 속도로 통과되도록 하여 입자분쇄부(71)로 유입되도록 할 수 있다.
또한, 입자분쇄부(71)에 흐르는 액체에 초음파를 방출하는 초음파 발생부(미도시)도 구비될 수 있다. 여기서, 초음파 발생부(미도시)는 버블수에 포함된 불안정한 기포를 인위적으로 파괴하고, 진동을 주어 버블수에 함유된 기체의 크기를 작고 일정하게 만들 수 있다.
이와 같이 구성되는 조대기포생성장치(70)를 통해, 제조된 버블수는 1차 순환될 시에 기포의 크기가 조절되어 조대기포가 생성될 수 있다.
한편, 이해를 돕기 위해 상기 조대기포생성장치(70)는 버블수 제조탱크(50)로 연결되는 것을 한정하여 설명하였으나, 이는 예시적인 것으로서 반드시 버블수 제조탱크(50)에 연결되는 것에 한정되는 것이 아니며, 조대기포생성장치(70)는 집수탱크(30)에도 연결될 수도 있다.
조대기포생성장치(70)가 집수탱크(30)에 연결될 시에는 1차 기포크기가 조절되어 형성된 버블수의 조대기포를 2차 순환시에 보다 작은 형태의 기포크기로 조절할 수 있다.
분사부(80)는 집수탱크(30)와 연결되는 펌핑부(40) 끝단부에 형성될 수 있다. 또한 분사부(80)는 미세구형액적화 장치를 구비할 수 있다.
여기서, 미세구형액적화 장치는 흐르는 유체를 미세구형액적으로 분사할 수 있어, 상기 조대기포생성장치(70)를 순환한 버블수가 1차로 기포크기가 조절되어 조대기포를 생성한 후 분사부(80)로 다시 순환할 때에 미세구형액적으로 분사되도록 할 수 있다.
이때, 순환되는 버블수가 미세구형액적으로 분사될 때에는 조대기포들을 함유하고 있어 버블수의 불연속 구간이 생기고, 이로 인해 펄스(Pulse) 형태로 분사하게 된다.
이는, 조대기포들을 분산화 하면서도 순간적으로 분산력이 증대되어 보다 작은 나노형태의 미립자로 미스트(mist)화 될 수 있는 특징이 있다. 이에 따라, 미스트(mist)화된 나노입자의 미세구형액적은 분사시에 기체와의 접촉면적이 증대되며 용해성이 극대화되어 고농도의 기체가 용해된 미세구형액적이 제조되고, 이후 고농도의 기체가 용해된 미세구형액적은 제조탱크로 낙하되어 미세기포화된 버블수가 형성되게 된다.
즉, 본 발명은 버블수의 기포 미세화를 극대화 할 수 있는 효율성을 지닌다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법을 위한 장치는 분사부(80)의 미세구형액적화 장치 상측에 와류를 발생시킬 수 있는 와류발생형 집적장치(100)를 설치할 수 있다.
구체적으로, 도 6에 도시된 와류발생형 집적장치(100)는 미세구형액적화 장치 상측으로 펌핑부(40)와 버블수 제조탱크(50)를 연결하는 연결관에 형성될 수 있으며, 분사부(80) 이전에 형성될 수 있다. 즉, 와류발생형 집적장치(100)는 버블수 제조탱크(50) 내부공간으로 유입되는 버블수가 일시에 집적되어 통과되도록 형성되며, 버블수는 와류발생형 집적장치(100)을 거쳐 분사부(80)로 분사될 수 있다.
또한, 와류발생형 집적장치(100) 내부에는 내면을 따라 나사산 돌기(102)가 형성될 수 있는데, 나사산 돌기(102)는 버블수의 유동을 와류형태로 유도하며, 버블수 내의 기체와 물간의 접촉면적을 넓히고, 체류시간을 상승시켜 용존성을 높이도록 형성된다.
또한, 와류발생형 집적장치(100) 내부에는 나사산 돌기(102)외에도 요철 등의 버블수가 충돌하도록 형성되는 충돌돌기(미도시)가 구비될 수 있다. 충돌돌기(미도시)는 나사산 돌기(102)와 함께 버블수의 체류시간을 상승시키면서도, 기포의 입자를 분해할 수 있어 더욱더 미세한 펄스를 생성시킬 수 있을 뿐만 아니라 기체의 용존성을 높여 버블수의 품질을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법을 위한 장치는, 도 7에 도시된 바와 같이 버블수의 기포크기를 측정하도록 레이저빔을 발광하는 기포크기측정장치(110)를 더 포함할 수 있다.
기포크기측정장치(110)는 버블수 제조탱크(50) 내부로 레이저빔을 발광하도록 형성되어 투과강도, 산란강도 등을 측정함으로써, 종래의 장치들에 비해 경제적으로 기포크기를 측정할 수 있다. 또한, 기포크기측정장치(110)는 작업자가 버블수 제조탱크(50) 내부를 용이하게 관찰하도록 할 수도 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법을 위한 장치는, 버블수 제조시에 용존되지 않은 버블수 제조탱크(50) 상부로 부상되는 기체를 회수할 수 있는 회수부(120)를 더 포함할 수 있다.
또한, 회수부(120)는 회수된 기체를 버블수로 재공급하도록 형성될 수 있다. 즉, 회수부(120)를 통해 기체를 재활용 할 수 있다.
이를 위해, 회수부(120)는 수분제거장치(122) 및 공급장치(미도시)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 수분제거장치(122)는 회수되는 기체의 수분을 제거하는 장치로서, 가열, 여과 등으로 수분과 기체를 분리할 수 있다.
이때, 수분제거장치(122)가 여과방식으로 기체를 분리하도록 형성될 시, 수분제거장치(122)는 수분 여과를 위한 필터를 구비할 수 있으며, 필터는 유리섬유필터를 사용할 수 있다.
유리섬유필터는 수분제거가 용이하며, 간편하게 사용할 수 있는 특징이 있다.
공급장치(미도시)는 수분과 분리되어 수분이 제거된 기체를 버블수로 유입시키는 공급장치로서, 기체의 흐름을 발생시키고 압축하기 위해 임펠러, 컴프레셔 등과 같은 장치로 구비될 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법을 위한 장치는, 기포 미세화를 위해 버블수 제조탱크(50) 내부에 요철 등을 구비할 수 있으며, 레벨 게이지 등을 구비하여 원수 또는 버블수 등의 액체량에 따라 자동으로 펌핑부(40)가 작동할 수 있도록 할 수 있다.
또한, 미세구형액적이 기체와 접촉하는 시간을 증대시키기 위해 버블수 제조탱크(50) 내에 버블수의 수위가 자동으로 조절되도록 하는 수위조절제어장치(미도시) 등을 구비할 수도 있다.
이하, 도 8 내지 도 11을 참조하여, 도 1 내지 도 7에 도시된 장치를 이용하는 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법을 설명하기로 한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법의 흐름도이며, 도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법의 S100 단계 상세 흐름도이고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법의 S110 단계의 상세 흐름도이며, 도 11은 도 8의 방법에 S400 및 S500 단계가 추가되었을 때의 흐름도이다.
도 8 내지 도 11을 참조하면, 버블수의 미세기포 발생방법은, 버블수를 제조하는 단계(S100), 제조된 버블수의 조대기포를 형성하는 단계(S200), 조대기포가 형성된 버블수를 미세구형액적화 장치를 통과시켜 미세화 하는 단계(S300)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 버블수를 제조하는 단계(S100)는 원수 공급단계(S110), 원수의 공기 배출단계(S120), 기체 공급단계(S130)를 포함할 수 있으며, 원수 공급단계(S110)는 원수의 부유물 또는 침전물을 제거하도록 필터링 하는 단계(S111), 필터링된 원수를 냉각하는 단계(S112), 냉각된 원수를 버블수 제조탱크(50)에 공급하는 단계(S113)를 포함할 수 있다.
즉, 원수를 버블수 제조탱크(50)에 공급하면, 공급되는 원수가 채워지는 양만큼 탱크 내부의 공기가 배출된다. 이때, 탱크 내부에 차있던 공기가 모두 배출되도록 원수를 가득 채우고, 이후 원수를 다시 서서히 빼내면서 소정의 압력으로 산소, 수소, 이산화탄소 또는 오존 등의 목적기체, 또는 이들의 혼합기체를 공급하여 버블수 제조탱크(50) 내에서 버블수를 제조할 수 있다.
여기서, 버블수 제조탱크(50) 내를 채우는 원수의 높이에 따라 기체가 채워지는 공간의 부피를 조절할 수 있으며, 공간이 넓을수록 분사되는 미세구형액적이 기체와 접촉하는 시간이 증대되므로 물의 단위부피당 기포의 개체수가 많아질 수 있다.
이를 위하여, 버블수 제조탱크(50) 내에는 버블수의 수위를 자동으로 조절되도록 하는 수위조절제어장치(미도시)가 구비될 수도 있다.
또한, 원수의 냉각은 1 내지 10℃ 범위안에서 조절되며, 바람직하게는 약 5℃ 안팎으로 이루어질 수 있고, 이에 대한 구체적인 설명은 버블수의 미세기포 크기조절을 위한 장치에서 구체적으로 설명하였으므로 생략하기로 한다.
또한, 원수에 공급되는 기체는 목적기체일 수 있고, 목적기체는 산소, 수소, 이산화탄소 또는 오존 중 하나의 기체나 그들의 혼합기체 등이 공급되어 필요에 따라 산소수, 수소수, 탄산수 또는 오존수 등의 버블수를 제조할 수 있다. 단, 상술한 바와 같이 공급기체는 예시적인 것으로서, 산소, 수소, 이산화탄소 및 오존에만 한정되는 것이 아니다.
제조된 버블수의 조대기포를 형성하는 단계(S200)는 조대기포생성장치(70)를 사용하여 이루어질 수 있다.
구체적으로, 상기 버블수 제조탱크의 상단에는 조대기포를 생성할 수 있도록 형성되는 조대기포생성장치(70)가 설치될 수 있으며, 조대기포생성장치(70)는 버블수 제조탱크(50)와 연결되는 순환관과 연결될 수 있고, 순환관의 일측에는 버블수를 순환시키기 위한 순환펌프가 구비될 수 있다.
또한, 조대기포생성장치(70)는 버블수가 충돌하여 버블수의 입자들이 분쇄되도록 구비되는 다수의 돌기가 형성된 입자분쇄부(71)와 입자가 분쇄되어 미세화된 기포를 배출하는 배출부(72)를 포함할 수 있으며, 이때 조대기포생성장치(70)로 유입되는 버블수의 유량 또는 유속 등을 제어할 수 있도록 형성되고, 초음파 진동을 줄 수 있도록 형성되어 버블수의 기포크기를 조절함으로써 조대기포를 생성할 수 있다.
상기와 같이 조대기포가 형성된 버블수는 미세구형액적화 장치로 통과하여 미세화 하는 단계(S300)를 거쳐 최종적으로 기포가 미세화 될 수 있다.
구체적으로, 조대기포가 형성된 버블수는 냉각부(20)와 연결되며 버블수 제조탱크(50)의 하단부에 구비된 회수관을 통해 원수가 공급된 관을 따라 재순환될 수 있다.
이때, 재순환되는 조대기포가 함유된 버블수는 냉각부에서 1 내지 10℃의 범위에서 냉각되어 (바람직하게는 약 5℃ 안팎) 펌핑부(40)의 압력펌프를 통해 0.1 내지 200bar의 압력으로 버블수 제조탱크(50)로 유동될 수 있으며, 유동되는 버블수는 버블수 제조탱크(50) 상단으로 삽입된 미세구형액적화 장치에 의해 미세구형액적으로 분사될 수 있다.
여기서, 버블수가 미세구형액적으로 분사될 시에는 버블수에 조대기포를 함유하고 있으므로, 펄스(Pulse) 형태로 분사될 수 있으며, 이를 통해 조대기포는 보다 잘게 분산되어 미스트(mist) 형식의 미세화된 기포가 형성될 수 있다. 이러한 방법으로 생성되고 미세화된 액적의 표면적은 더욱더 넓어지므로 기체와의 접촉율이 증대되며 기포 생성율이 보다 향상될 수 있으며, 산소수, 수소수, 탄산수, 오존수 등의 효과를 극대화 할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법은, 용존되지 않아 부상된 기체를 회수하는 단계(S400)를 더 포함할 수 있으며, 회수된 기체를 다시 버블수에 재투입함으로써 경제성을 높일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법은, 버블수 내의 기포를 측정하는 단계(S500)를 더 포함할 수 있다. 이를 통해, 버블수 내에 측정된 기포에 따라 조대기포생성장치(70)와 분사부의 미세구형액적화 장치를 반복적으로 통과시키도록 순환시켜 기포를 원하는 상태로 미세화 할 수 있다.
아울러, 본 발명의 실시 예에 따른 버블수의 미세기포 발생방법은, 미세기포 크기조절을 위하여 버블수가 순환할 때에 회전력 유도장치(32) 또는 와류발생형 집적장치(100) 등을 거쳐 물과 기체의 혼화력이 증대되며, 불안정한 조대기포의 배제가 일어날 수 있다. 즉, 기포수의 품질이 더욱 향상될 수 있다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
10 : 필터부
12 : 샌드필터
14 : 카본필터
20 : 냉각부
30 : 집수탱크
32 : 회전력 유도장치
34 : 상부관
36 : 하부관
40 : 펌핑부
50 : 버블수 제조탱크
60 : 기체공급부
70 : 조대기포생성장치
71 : 입자분쇄부
72 : 배출부
73 : 기액혼합부
76 : 가속부
80 : 분사부
90 : 회수관
100 : 와류발생형 집적장치
102 : 나사산 돌기
110 : 기포크기측정장치
120 : 회수부
122 : 수분제거장치

Claims (8)

  1. (a) 버블수를 제조하는 단계;
    (b) 제조된 버블수의 조대기포를 형성하는 단계 및
    (c) 조대기포가 형성된 버블수를 미세구형액적화 장치를 통과시켜 미세화 하는 단계를 포함하며,
    상기 (a) 단계는,
    버블수 제조탱크 내로 원수를 공급하여 가득 채우는 원수 공급단계;
    상기 버블수 제조탱크 내의 공기를 제거하는 공기 배출단계 및
    상기 원수의 일부를 빼내어 형성된 공간으로 목적기체를 공급하는 기체 공급단계를 포함하며,
    상기 원수 공급단계는,
    원수의 부유물 또는 침전물을 제거하도록 필터링 하는 단계;
    필터링된 원수를 1 내지 10℃로 냉각하는 단계 및
    냉각된 원수를 버블수를 제조하는 탱크에 공급하는 단계를 포함하고,
    상기 (c) 단계는,
    냉각부, 깔때기 형상의 회전력 유도장치 및 일 방향으로 회전흐름을 형성하는 나사산 돌기가 내면을 따라 형성되며 버블수 제조탱크 내부공간으로 유입되는 버블수가 일시에 집적되어 통과되도록 형성되는 와류발생형 집적장치를 통과시켜 기체의 용존성을 높여 미세구형액적화 장치를 통과시키며,
    상기 (c) 단계의 버블수는,
    끝단부가 벤츄리관의 형태로 형성되고, ‘ㄱ’의 형태로 돌출되되 45°의 각도로 측방향으로 틀어져 돌출되며, 상기 깔때기 형상의 회전력 유도장치를 내재하는 집수탱크의 상부에 형성되는 상부관을 통과하여 분출되며,
    상기 (a)단계의 원수 또는 (b) 및 (c) 단계의 버블수는,
    복수의 압력펌프를 구비하며, 다수개의 유로가 교차되는 교축관을 형성하여 버블수 제조탱크와 연결되되, 각 관의 끝단측 내면에 테이퍼가 외향지도록 형성되는 펌핑부에 의해 펌핑되고,
    상기 (b) 및 (c) 단계의 버블수는,
    상기 와류발생형 집적장치 내부에는 더 구비된 충돌돌기에 충돌하며 나사산돌기를 따라 유동되는 것을 특징으로 하는 버블수의 미세기포 발생방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    다수의 돌기가 형성된 입자분쇄부 및 입자분쇄부 하단에 형성되어 외측으로 테이퍼지는 배출부를 포함하는 조대기포생성장치를 통과시켜 조대기포를 형성하는 것을 특징으로 하는 버블수의 미세기포 발생방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    버블수를 1 내지 10℃로 냉각하여 0.1 내지 200bar의 압력으로 미세구형액적화 장치를 통과시키는 것을 특징으로 하는 버블수의 미세기포 발생방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    사이클을 반복 수행하여 기포를 보다 잘게 미세화 할 수 있는 것을 특징으로 하는 버블수의 미세기포 발생방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후에 용존되지 않아 부상된 기체를 회수하는 단계를 더 포함하는 버블수의 미세기포 발생방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 (c) 단계 이후에 버블수 내의 기포를 측정하는 단계를 더 포함하는 버블수의 미세기포 발생방법.
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