KR102154608B1 - 수중 천연공기 발생 시스템 - Google Patents

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KR102154608B1 KR1020190036699A KR20190036699A KR102154608B1 KR 102154608 B1 KR102154608 B1 KR 102154608B1 KR 1020190036699 A KR1020190036699 A KR 1020190036699A KR 20190036699 A KR20190036699 A KR 20190036699A KR 102154608 B1 KR102154608 B1 KR 102154608B1
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    • B01D47/00—Separating dispersed particles from gases, air or vapours by liquid as separating agent
    • B01D47/06—Spray cleaning
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
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    • B01F23/23105—Arrangement or manipulation of the gas bubbling devices
    • B01F23/2312—Diffusers
    • B01F23/23121—Diffusers having injection means, e.g. nozzles with circumferential outlet
    • B01F3/04248—

Abstract

본 발명은 수중 천연공기 발생 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물 속에 포함된 천연공기를 수중에서 크게 만든 후, 물 밖으로 배출시켜 실내에 공급할 수 있도록 함으로써 실내의 공기 질을 보다 빠르고 효과적으로 향상시킬 수 있도록 하는 수중 천연공기 발생 시스템에 관한 것이다.
본 발명은 물을 공급하여 순환시킬 수 있도록 하는 물 공급 조절장치와, 상기 물 공급 조절장치에 연결 설치되어 공급되는 물로부터 미세 기포를 발생시키는 원심펌프와, 상기 원심펌프에 연결 설치되어 원심펌프로부터 공급되는 물과 함께 공급되는 미세 기포를 수중에서 확대시켜 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 천연공기 배출장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

수중 천연공기 발생 시스템 {Natural air bubble making system in the water}
본 발명은 수중 천연공기 발생 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물 속에 포함된 천연공기를 수중에서 크게 만든 후, 물 밖으로 배출시켜 실내에 공급할 수 있도록 함으로써 실내의 공기 질을 보다 빠르고 효과적으로 향상시킬 수 있도록 하는 수중 천연공기 발생 시스템에 관한 것이다.
사람이 생활하는데 있어서 맑고 깨끗한 공기는 건강한 삶을 위한 기본적인 요소이나, 최근 들어 산업발달 및 중국으로부터의 미세먼지, 황사 등의 유입에 의해 공기의 질이 점점 나빠지고 있는 추세이다.
그에 따라, 호흡기 질환 등 공기의 질 저하에 따른 각종 질병이 늘어나고 있는 등 국민의 건강이 심각하게 위협받고 있는 상황이므로, 국가적으로 공기의 질 향상을 위한 다양한 노력이 요구되고 있는 실정이다.
한편, 일반 가정이나, 사무실, 학교, 공장 등 실내에 공기청정기를 설치하는 것이 필수적으로 되고 있는데, 기존의 공기청정기들은 필연적으로 미세먼지를 포함하는 외부 공기들이 실내로 유입되므로 실내 공기질 향상 효과가 미비하다는 단점이 있다.
즉, 일반 가정과 같은 비교적 협소한 밀폐 공간에서는 공기청정기의 가동으로 인해 내부 공기에 포함된 오염물질을 어느 정도 제거할 수는 있겠으나, 그 밖의 사무실이나 교실, 공장 등의 시설에서는 공간구조의 밀폐도가 낮으므로 미세먼지 등의 오염물질 제거 효과나 공기질 향상 효과가 저하되는 문제점이 있는 것이다.
일예로, 대한민국 등록특허공보 제10-1614906호에는 마이크로 버블을 이용한 공기 청정장치가 게재되어 있는데, 그 주요 기술적 구성은 장치 내로 유입되는 오염공기를 마이크로 버블화시켜 각종 오염 물질을 물에 포집한 후 정화된 공기를 외부로 배출시킬 수 있도록 구성된 것에 그 특징이 있다.
즉, 상기 종래기술을 포함한 종래의 공기청청장치들은 대부분 미세먼지 등의 오염물질을 포함하는 공기들을 유입하여 필터링한 후 정화된 공기를 배출시킬 수 있도록 구성되어 있으나, 완벽히 밀폐된 공간이 아닌 지속적으로 외부공기가 유입될 수 있는 공간에서는 미세먼지 등의 오염물질 제거 효과가 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 실내에 오염되지 않은 천연 공기를 지속적으로 공급할 수 있도록 함으로써 실내 공기 질을 보다 효율적으로 향상시킬 수 있도록 함과 동시에 기존 공기청정장치들의 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 새로운 시스템의 개발이 요구되고 있는 실정이다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-1614906호(2016. 04. 29. 공고)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 물, 보다 바람직하게는 상수 속에 포함된 천연공기를 수중에서 크게 만든 후, 외부로 배출시켜 실내에 공급할 수 있도록 함으로써 실내의 공기 질을 보다 빠르고 효과적으로 향상시킬 수 있도록 하는 수중 천연공기 발생 시스템을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 압력형 원심펌프를 사용하여 외부로부터의 공기 공급 없이도 물 속에 포함된 천연 공기 성분을 미세기포화 시킬 수 있도록 함으로써 전체적인 시스템을 간소화시킬 수 있음은 물론 불순물이 포함되지 않은 천연 공기 성분을 배출시킬 수 있도록 하는 수중 천연공기 발생 시스템을 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 미세 기포를 응집시켜 공기방울화 하는 방법으로 폴더 형태의 기포확대부를 이용하는 방법과 스풀에 의한 방법을 동시에 사용할 수 있도록 함으로써 공기방울의 생성 속도를 향상시키고, 그에 따라 천연공기의 생성 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 수중 천연공기 발생 시스템을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 비교적 단순한 구성으로 기존의 공기청정장치 내부에 설치할 수 있도록 함으로써 일반 가정은 물론, 사무실이나 교실 및 공장 등 다양한 공간에 적용할 수 있도록 하는 수중 천연공기 발생 시스템을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,
물을 공급하여 순환시킬 수 있도록 하는 물 공급 조절장치와, 상기 물 공급 조절장치에 연결 설치되어 공급되는 물로부터 미세 기포를 발생시키는 원심펌프와, 상기 원심펌프에 연결 설치되어 원심펌프로부터 공급되는 물과 함께 공급되는 미세 기포를 수중에서 확대시켜 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 천연공기 배출장치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 물 공급 조절장치는, 외부로부터 공급되는 물을 저장하는 저장탱크와, 상기 저장탱크로의 물 유입을 제어하는 제어밸브와, 상기 저장탱크와 천연공기 배출장치의 사이에 연결 설치되고, 중간에 원심펌프가 설치되는 공급배관 및 상기 천연공기 배출장치와 저장탱크의 사이에 연결 설치되어 천연공기 배출장치 내부의 일정 수위 이상의 물을 저장탱크로 배출시키는 순환배관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 순환배관에는 천연공기 배출장치로부터 배출되는 물을 일시적으로 저장할 수 있도록 하는 보조 저장탱크가 구비된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 원심펌프는 물 공급 조절장치로부터 공급되는 물을 압축시켜, 압력 변화에 의해 물 속에 포함된 천연공기 성분을 기포화시키는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 천연공기 배출장치는, 상부가 개구된 형상의 케이싱과, 상기 케이싱의 내측 하부에 설치되어 원심펌프에 의해 생성된 미세 기포를 확대시켜 공기방울 형태의 천연공기를 수중으로 배출하는 기포확대부와, 상기 케이싱의 상부에 설치되어 기포확대부로부터 배출된 천연공기를 외부로 배출시키는 흡입팬을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 케이싱은 내측에 물이 수용되는 물수용부와, 상기 물수용부의 상부에 형성되는 공기배출부로 구성되고, 상기 공기배출부는 상부로 갈수록 단면적이 좁아지도록 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기포확대부는 원심펌프에서 발생된 미세 기포가 유입되는 기포유입구가 형성된 하부몸체와, 상기 하부몸체의 상부 일측에 힌지 결합되어 폴더 방식에 의해 개폐되는 상부몸체로 구성되어 내측에서 형성되는 확대된 공기방울의 압력에 의해 상부몸체가 개폐되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 기포확대부의 내측에는 미세 기포를 확대시키기 위한 다수 개의 스풀이 더 구비된 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 케이싱의 내부에는 수위감지센서와 용존산소센서가 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수위감지센서 및 용존산소센서의 측정치에 따라 원심펌프로의 전원 공급을 제어하는 컨트롤박스를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 비교적 단순한 구성으로 물, 보다 바람직하게는 상수 속에 포함된 천연공기를 수중에서 크게 만든 후, 외부로 배출시켜 실내에 공급할 수 있도록 함과 동시에 기존의 공기청정장치 내부에 시스템을 설치할 수 있으므로 실내의 공기 질을 보다 빠르고 효과적으로 향상시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면 외부로부터의 공기 공급 없이도 물 속에 포함된 천연 공기 성분을 미세기포화 시킬 수 있도록 함으로써 전체적인 시스템을 간소화시킬 수 있음은 물론 불순물이 포함되지 않은 천연 공기 성분을 배출시킬 수 있도록 하는 효과를 추가로 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면 천연 공기 성분의 미세 기포 응집에 의한 공기방울의 생성 속도를 향상시킬 수 있도록 함으로써 천연공기의 생성 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 효과를 추가로 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면 천연공기 배출장치를 통해 생성 및 배출되는 천연공기의 양을 연산을 통해 예측하는 것이 가능하고, 단순한 구성에 의해 다수의 천연공기 배출장치를 병렬로 연결 설치하는 것이 용이하므로 공기 정화를 위한 실내 공간의 부피에 따라 최적화된 양의 천연공기를 배출할 수 있는 효과를 추가로 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 수중 천연공기 발생 시스템을 개략적으로 나타낸 도면.
도 2의 (a),(b)는 도 1에 나타낸 본 발명 중 원심펌프의 작동원리를 개념적으로 나타낸 도면.
도 3은 도 1에 나타낸 본 발명 중 천연공기 배출장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 4는 미세 기포들이 뭉쳐 천연 공기방울을 형성하는 원리를 나타낸 도면.
도 5의 (a)~(d)는 도 3에 나타낸 본 발명 중 기포확대부의 작동원리를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 기포확대부에 사용되는 스풀의 작동원리를 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 수중 천연공기 발생 시스템의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 수중 천연공기 발생 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2의 (a),(b)는 도 1에 나타낸 본 발명 중 원심펌프의 작동원리를 개념적으로 나타낸 도면이며, 도 3은 도 1에 나타낸 본 발명 중 천연공기 배출장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 4는 미세 기포들이 뭉쳐 천연 공기방울을 형성하는 원리를 나타낸 도면이며, 도 5의 (a)~(d)는 도 3에 나타낸 본 발명 중 기포확대부의 작동원리를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명의 기포확대부에 사용되는 스풀의 작동원리를 나타낸 도면이다.
본 발명은 물 속, 보다 바람직하게는 상수에 포함된 천연공기를 수중에서 크게 만든 후, 물 밖으로 배출시켜 실내에 공급할 수 있도록 함으로써 실내의 공기 질을 보다 빠르고 효과적으로 향상시킬 수 있도록 하는 수중 천연공기 발생 시스템(10)(이하, '시스템(10)'이라 한다.)에 관한 것으로, 그 구성은 도 1에 나타낸 바와 같이, 크게 물 공급 조절장치(100), 원심펌프(200) 및 천연공기 배출장치(300)를 포함하여 이루어진다.
먼저, 상기 물 공급 조절장치(100)는 천연공기가 함유된 물을 시스템(10) 내부로 투입하여 순환시킴으로써 물 속에 포함된 천연공기를 지속적으로 추출할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 본 발명에서는 일반 가정이나, 사무실, 학교, 공장 등으로 공급되는 상수(上水)를 사용하도록 함으로써 물을 공급하기 위한 별도의 공급원을 설치하지 않고서도 지속적으로 시스템(10) 내부에 물을 순환시킬 수 있도록 구성하였으나, 별도의 물 공급원을 설치하여 천연공기가 함유된 물을 시스템(10) 내부로 순환시킬 수도 있음은 물론이다. 이하에서는 본 발명에 따른 시스템(10) 내부를 순환하는 물이 상수인 경우를 기준으로 설명하기로 한다.
보다 상세히 설명하면, 상기 물 공급 조절장치(100)는 일반 가정이나, 사무실, 학교, 공장 등으로 상수를 공급하는 상수공급배관(미도시)에 연결 설치되어 시스템(10) 내부로 상수를 공급하는 배관(112)과, 저장탱크(110), 제어밸브(120), 공급배관(130) 및 순환배관(140)을 포함하여 이루어지는데, 먼저 상기 저장탱크(110)는 배관(112)을 통해 유입되는 상수를 저장함과 동시에 시스템(10) 내부를 순환한 상수를 수용하는 역할을 하는 것으로, 상기 저장탱크(110)로는 통상의 물을 수용할 수 있는 탱크가 사용될 수 있고, 상기 저장탱크(110)의 용량은 후술할 천연공기 배출장치(300)의 설치 개수를 고려하여 결정된다.
즉, 본 시스템(10)의 성능 유지를 위해서는 천연공기 발생에 의해 감소되는 상수량을 공급하면서 상수가 시스템(10) 내부를 순환하도록 하여 후술할 천연공기 배출장치(300)의 케이싱(310) 내부에 수용되는 상수가 일정 수위를 유지할 수 있도록 하여야 하는데, 본 발명에 따른 시스템(10)이 설치되는 공간의 면적에 따라 설치되어야 할 천연공기 배출장치(300)의 크기 또는 설치 개수가 달라질 수 있으므로, 저장탱크(110)의 용량은 천연공기 배출장치(300)의 크기 또는 설치 개수를 고려하여 결정될 수 있다.
다음, 상기 제어밸브(120)는 저장탱크(110)의 입구부에 설치되어 배관(112)을 통해 저장탱크(110)로 유입되는 상수의 양을 조절할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 저장탱크(110) 내부에 수용된 상수의 수위에 따라 제어밸브(120)의 개폐 정도를 조절할 수 있도록 구성되어 있다.
다음, 상기 공급배관(130)은 저장탱크(110)의 하부와 천연공기 배출장치(300)의 하부 사이에 연결 설치되어 저장탱크(110)에 수용된 상수를 천연공기 배출장치(300)로 공급할 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 상기 공급배관(130)에는 후술할 원심펌프(200)가 설치되어, 상기 원심펌프(200)의 구동에 의해 저장탱크(110) 내부에 수용된 상수가 공급배관(130)을 통해 천연공기 배출장치(300)로 공급될 수 있도록 구성된다.
다음, 상기 순환배관(140)은 천연공기 배출장치(300)의 상부와 저장탱크(110)의 상부 사이에 연결 설치되어 천연공기 배출장치(300)로 유입된 일정 수위 이상의 상수를 다시 저장탱크(110)로 순환시킬 수 있도록 하여 천연공기 배출장치(300)가 항상 일정한 수위를 유지할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
이때, 상기 순환배관(140)에는 보조 저장탱크(150)가 설치될 수 있는데, 상기 보조 저장탱크(150)는 천연공기 배출장치(300)로부터 순환배관(140)을 통해 배출되는 상수를 일시적으로 저장함으로써 시스템(10) 내에서의 상수의 순환이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 함과 동시에 순환배관(140)을 통해 배출된 상수가 다시 역류하여 천연공기 배출장치(300)가 유입되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.
즉, 천연공기 배출장치(300)로부터 순환배관(140)을 통해 배출되는 상수는 일정량의 산소가 천연공기 생성에 소요되어 용존산소량이 저장탱크(110)로부터 천연공기 배출장치(300)로 새롭게 유입되는 상수 보다 적은 상태이므로 순환배관(140)을 통해 배출되는 상수가 다시 역류하여 천연공기 배출장치(300)로 유입되는 경우, 후술할 기포확대부(320)에서 생성된 공기방울 형태의 천연공기가 배출되는 과정에서 상수 속에 다시 용해되어 외부로 배출되는 천연공기 양이 줄어들게 될 우려가 있다.
따라서, 상기 순환배관(140)에 설치된 보조 저장탱크(150)에 의해 천연공기 배출장치(300)로부터 배출되는 상수를 일시적으로 수용시킬 수 있도록 하여 시스템(10) 내에서의 상수의 순환이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 함과 동시에 순환배관(140)을 통해 배출된 상수가 역류하는 것을 방지할 수 있도록 함으로써 외부로 배출되는 천연공기의 양이 일정하게 유지될 수 있도록 구성된 것이다.
이때, 상기 천연공기 배출장치(300)와 순환배관(140) 사이의 연결부에 체크밸브(160)를 설치하여 순환배관(140)을 통해 배출된 상수가 역류하는 것을 추가적으로 방지할 수도 있다.
다음, 상기 원심펌프(200)는 물 공급 조절장치(100)에 연결 설치되어 저장탱크(110)에 수용된 상수를 천연공기 배출장치(300) 방향으로 공급하여 상수가 시스템(10) 내부를 순환할 수 있도록 함과 동시에 저장탱크(110)에서 공급되는 물로부터 직경이 약 0.5 ~ 1.0mm인 미세 기포를 발생시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
보다 상세히 설명하면, 본 발명에 적용되는 원심펌프(200)는 도 2의 (a),(b)에 나타낸 바와 같이, 저장탱크(110)로부터 상수를 흡입하는 흡입구(210)가 임펠러(220) 중앙이 아닌 임펠러(220)의 외측에 위치하도록 구성되어 외부로부터의 공기 주입 없이도 원심펌프(200) 내부로 유입되는 상수를 압축하여 압력 변화에 의해 상수 속에 내재되어 있는 천연 공기 성분을 미세 기포화시킬 수 있도록 하는 압력형 원심펌프(Pressurizing centrifugal pump)(200)를 사용하여 전체적인 시스템(10)의 구성을 간소화시킬 수 있도록 하였다.
즉, 종래의 기포 발생을 위해 사용되는 원심펌프 등의 펌프는 외부로부터 공기를 주입하여 기포가 발생될 수 있도록 구성된 것임에 비해, 본 발명에서는 압력형 원심펌프(200)를 사용하여 외부로부터의 공기 주입 없이도 내측으로 유입되는 상수의 압력을 변화시킴으로써 포화증기압 상태에서 미세 기포를 발생(캐비테이션 현상)시킬 수 있도록 구성되어 전체적인 시스템(10)을 간소화시킬 수 있음은 물론 불순물이 포함되지 않은 천연 공기 성분을 배출시킬 수 있도록 구성된 것이다.
한편, 상기 원심펌프(200)에는 컨트롤박스(미도시)가 연결 설치될 수 있는데, 상기 컨트롤박스는 원심펌프(200)로의 전원 공급을 제어하는 역할을 하는 것으로 이에 대한 보다 상세한 설명은 후술하기로 한다.
다음, 상기 천연공기 배출장치(300)는 공급배관(130)에 의해 원심펌프(200)에 연결 설치되어 원심펌프(200)로부터 상수와 함께 공급되는 미세 기포를 수중에서 공기방울의 형태로 확대시켜 외부로 배출시킬 수 있도록 함으로써 실내에 순수한 천연공기를 공급할 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
보다 상세히 설명하면, 상기 천연공기 배출장치(300)는 도 3에 나타낸 바와 같이, 케이싱(310), 기포확대부(320) 및 흡입팬(330)을 포함하여 이루어지는데, 먼저 상기 케이싱(310)은 상부가 개구된 통상의 병 형상으로 이루어진 것으로, 그 하부는 원심펌프(200)의 구동에 의해 상수와 미세 기포가 유입되어 수용되는 물수용부(312)로 구성되고, 케이싱(310)의 상부는 후술할 흡입팬(330)이 설치되어 기포확대부(320)에서 생성된 천연공기를 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 공기배출부(314)로 구성된다.
즉, 상기 케이싱(310)의 하부를 구성하는 물수용부(312)의 하부에는 공급배관(130)의 단부가 삽입 고정되는 제1결합홀(312a)이 형성되어 공급배관(130)을 통해 유입되는 상수 및 미세 기포가 물수용부(312) 내측에 수용될 수 있도록 구성되어 있고, 상기 물수용부(312)의 상부에는 순환배관(140)의 단부가 삽입 고정되는 제2결합홀(312b)이 형성되어 물수용부(312) 내측에 수용된 상수가 일정 수위 이상이 되면 순환배관(140)을 통해 외부로 배출될 수 있도록 구성되어 있다.
이때, 상기 제1 및 제2결합홀(312a,312b)의 외측에 위치되는 공급배관(130) 및 순환배관(140)의 외주면에는 오링 등의 밀폐수단(미도시)이 끼움 결합되어 누수를 방지할 수 있도록 구성될 수 있음은 물론이다.
또한, 상기 케이싱(310)의 상부를 구성하는 공기배출부(314)는 물수용부(312), 즉 후술할 기포확대부(320)에서 생성된 공기방울 형태의 천연공기를 외부, 즉 시스템(10)의 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 전체적으로 하광상협(下廣上狹)의 형상, 즉 상부로 갈수록 단면적이 좁아지는 형상으로 이루어져 개구된 상단부를 통한 천연공기의 배출이 보다 원활하게 이루어질 수 있도록 구성되어 있다.
다음, 상기 기포확대부(320)는 케이싱(310)의 내측 하부, 즉 물수용부(312)의 내측 하부에 구비되어 원심펌프(200)에 의해 상수와 함께 공급되는 미세 기포들을 수용하여 확대시키는 역할을 하는 것으로, 밀폐된 공간으로 이루어져 내측으로 유입된 미세 기포들이 도 4에 나타낸 바와 같이, 표면장력에 의해 서로 응집하여 직경이 큰 공기방울을 형성하게 되고, 상기 공기방울의 부력에 의해 밀폐된 공간이 개방되면서 생성된 공기방울이 밀폐된 공간으로부터 배출될 수 있도록 구성되어 있다.
보다 상세히 설명하면, 상기 기포확대부(320)는 하부몸체(322)와 상부몸체(324)를 포함하여 이루어지는데, 상기 하부몸체(322)에는 케이싱(310)의 제1결합홀(312a)을 통해 삽입된 공급배관(130)의 단부가 삽입되는 기포유입구가 형성되어 있다.
또한, 상기 상부몸체(324)는 하부몸체(322)의 상부에 안치되는 것으로, 상부몸체(324)의 하단 일측은 하부몸체(322)의 상단 일측에 힌지 결합되어 상부몸체(324)가 폴더방식에 의해 개폐될 수 있도록 구성되어 있다.
즉, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 상부몸체(324)와 하부몸체(322)가 결합된 상태의 기포확대부(320)는 중공의 구(球) 형상으로 이루어질 수 있는데, 원심펌프(200)의 구동에 의해 기포유입구를 통해 미세 기포가 상수와 함께 유입되어 내부가 꽉 차게 되면 지속적으로 유입되는 상수의 압력에 의해 상부몸체(324)가 힌지결합부(326)를 중심으로 하여 상부로 회전하여 기포확대부(320)가 약간 개방된다.
이때, 상기 기포확대부(320)의 안쪽에서는 유입된 미세 기포들이 서로 충돌하게 되고, 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 표면장력에 의한 응집 현상에 의해 미세 기포들이 서로 뭉쳐지게 되어 직경이 서서히 증가하게 된다.
이와 같은 과정의 반복에 의해 미세 기포들은 도 5의 (c)에 나타낸 바와 같이, 서서히 공기방울의 형상을 이루게 되고, 공기방울의 직경이 약 15 ~ 20mm 에 이르게 되면 도 5의 (d)에 나타낸 바와 같이, 공기방울의 부력에 의해 상부몸체(324)가 개방되면서 천연공기로 이루어진 공기방울이 기포확대부(320)로부터 배출된다.
이때, 상기 기포확대부(320)의 내부 체적에 의해 기포확대부(320) 내부에서 형성될 수 있는 공기방울의 크기가 결정되고, 공기방울의 크기가 결정되면 공기방울의 부력에 의해 개방될 수 있는 상부커버의 무게가 결정될 수 있으므로 이러한 내용을 종합적으로 고려하여 기포확대부(320)의 형상 및 크기를 최적화할 수 있다.
또한, 상기 기포확대부(320)의 형상 및 크기가 결정되면 단위 시간 당 발생되는 공기방울의 개수를 이용하여 천연공기 배출장치(300) 1개당 단위 시간 동안 배출시킬 수 있는 천연공기의 양을 연산할 수 있게 되고, 연산된 결과와 실내에서 필요로 하는 단위 시간 당 천연공기의 공급량을 고려하여 천연공기 배출장치(300)의 설치 개수를 결정할 수 있게 된다.
이때, 본 발명에 따른 시스템(10)이 설치될 실내의 부피가 커서 여러 대의 천연공기 배출장치(300)를 설치해야 하는 경우, 천연공기 배출장치(300) 다수 개를 병렬로 연결 설치할 수 있으며, 원심펌프(200)의 용량을 고려하여 한 개의 원심펌프(200)를 이용하여 미세 기포를 생성 및 공급할 수 있는 천연공기 배출장치(300)의 개수를 한정할 수도 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 기포확대부(320)가 구 형상인 경우를 예시하였지만, 이에 한정되지 않고, 육면체 형상이나 기타 다면체 형상으로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 상기 기포확대부(320)의 내부에 다수 개의 스풀(340)이 추가 설치될 수도 있는데, 상기 스풀(340)은 기포확대부(320) 내에서의 공기방울 생성 속도를 더 빠르게 하는 역할을 하게 된다.
즉, 상기 스풀(340)은 도 6에 나타낸 바와 같이, 기포유입구를 통해 기포확대부(320) 내측으로 유입되는 미세 기포들이 스풀(340)의 내부에 머물면서 서로 합쳐지도록 함과 동시에 서로 다른 스풀(340)에서 생성된 기포들이 서로 합쳐지도록 함으로써 기포들의 직경이 커지는 속도가 빨라지도록 하는 역할을 하는 것이다.
따라서, 상기와 같이 기포확대부(320)의 내부에 다수 개의 스풀(340)을 추가적으로 설치하는 경우 미세 기포들이 응집하여 공기방울을 형성시키는 속도가 빨라지게 되므로 천연공기 배출장치(300)의 천연공기 생성 효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
다음, 상기 흡입팬(330)은 케이싱(310)의 상부, 즉 공기배출부(314)의 상단 내측에 설치되어 기포확대부(320)로 배출된 공기방울 형태의 천연공기를 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것이다.
보다 상세히 설명하면, 기포확대부(320)로부터 배출된 천연공기 성분의 공기방울은 수중에서의 압력에 의해 터지거나 수중으로부터 벗어나 압력이 해소되면서 터지게 되는데, 수중에서 터질 경우에는 캐비테이션(cavitation)이 발생되고, 수중으로부터 벗어난 후 터지는 경우에는 천연공기 성분이 흡입팬(330)에 의해 흡입되어 외부로 배출될 수 있도록 구성된 것이다.
또한, 상기 흡입팬(330)은 케이싱(310)의 내부 공간 즉, 상수가 수용되지 않은 공기배출부(314)의 내부 공간의 공기를 흡입하여 음압을 형성시킴으로써 수중에서의 기포 발생을 촉진시키는 역할도 하게 된다.
즉, 상기 흡입팬(330)을 구동시키면 도 3에 나타낸 바와 같이, 수중으로부터 배출되는 천연공기 성분이 상승하여 외부로 배출될 뿐만 아니라, 공기배출부(314)의 내부 압력이 감소되어 음압이 형성되는데, 이와 같이 압력이 낮아질 경우 보일의 법칙(Boyle's law)에 의해 수중에서의 기포 발생이 촉진될 뿐만 아니라, 기포확대부(320)로부터 배출된 공기방울의 직경이 수중에서 상승할수록 커지게 되므로 케이싱(310) 상부를 통한 천연공기의 배출이 보다 원활히 이루어질 수 있게 된다.
한편, 상기 케이싱(310)의 내부, 즉 물수용부(312)의 내측에는 수위감지센서(312c)와 용존산소센서(Dissolved Oxygen sensor)(312d)가 설치될 수 있는데, 상기 수위감지센서(312c)와 용존산소센서(312d)는 제어밸브(120) 및 원심펌프(200)의 구동을 제어하기 위한 목적으로 사용된다.
즉, 상기 수위감지센서(312c)는 물수용부(312)의 내측 서로 다른 높이에 한 쌍이 설치되어 물수용부(312) 내측에 수용된 상수의 수위를 감지하는 역할을 하는 것으로, 상수의 수위가 기설정된 기준치 이하인 경우 저장탱크(110)로의 상수 공급을 제어하는 제어밸브(120)를 개방하거나 제어밸브(120)의 개도를 조절하여 저장탱크(110)로의 상수 공급량을 증가시키고, 원심펌프(200)로의 전원 공급을 제어하는 컨트롤박스를 제어하여 케이싱(310) 내측으로 공급되는 상수의 양이 증가되도록 한다.
또한, 상기 수위감지센서(312c)에 의해 감지된 수위가 기설정된 기준치 이상인 경우에는, 상기 제어밸브(120)를 폐쇄하여 저장탱크(110)로의 상수 공급을 중단하고, 컨트롤박스에 의한 원심펌프(200)로의 전원 공급을 중단하여 케이싱(310) 내부의 상수가 순환배관(140)을 통해 배출되도록 함으로써 케이싱(310) 내부의 상수 수위가 항상 일정 범위 이내에 존재하도록 제어할 수 있다.
다음, 상기 용존산소센서(312d)는 케이싱(310)의 물수용부(312) 내측에 수용된 상수에 포함된 용존산소량을 감지하는 것으로, 상수에 포함된 용존산소가 감소되어 수면 밖으로 배출되는 천연공기의 질이 저하되는 것을 방지하는 역할을 하게 된다.
즉, 본 발명은 물 공급 조절장치(100) 및 원심펌프(200)의 구동에 의해 상수가 시스템(10) 내부를 순환하도록 구성되어 있어, 천연공기가 외부로 배출될 수록 상수에 포함된 용존산소량은 감소하게 된다.
물수용부(312)에 수용된 상수에 포함된 용존산소량이 감소될 경우, 수면을 통해 케이싱(310) 외부로 배출되는 천연공기의 질이 저하될 수 있으므로, 용존산소센서(312d)에 의한 측정치가 기설정된 기준치 이하일 경우에는 저장탱크(110) 및 보조 저장탱크(150)에 수용된 상수를 외부로 배출시키고, 제어밸브(120)를 개방하여 저장탱크(110)로 새로운 상수를 유입시킴과 동시에 컨트롤박스를 통해 원심펌프(200)에 전원을 공급하여 새롭게 유입된 상수로부터 미세 기포를 생성하여 순환시키는 방법에 의해 케이싱(310) 내부의 상수에 포함된 용존산소량이 일정 수준을 유지할 수 있도록 제어함으로써 항상 양질의 천연공기를 실내로 공급할 수 있게 된다.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 수중 천연공기 발생 시스템(10)에 의하면, 비교적 단순한 구성으로 물, 보다 바람직하게는 상수 속에 포함된 천연공기를 수중에서 크게 만든 후, 외부로 배출시켜 실내에 공급할 수 있도록 함과 동시에 기존의 공기청정장치 내부에 시스템(10)을 설치할 수 있으므로 실내의 공기 질을 보다 빠르고 효과적으로 향상시킬 수 있고, 외부로부터의 공기 공급 없이도 물 속에 포함된 천연 공기 성분을 미세기포화 시킬 수 있도록 함으로써 전체적인 시스템(10)을 간소화시킬 수 있음은 물론 불순물이 포함되지 않은 천연 공기 성분을 배출시킬 수 있으며, 천연 공기 성분의 미세 기포 응집에 의한 공기방울의 생성 속도를 향상시킬 수 있도록 함으로써 천연공기의 생성 효율을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 천연공기 배출장치(300)를 통해 생성 및 배출되는 천연공기의 양을 연산을 통해 예측하는 것이 가능하고, 단순한 구성에 의해 다수의 천연공기 배출장치(300)를 병렬로 연결 설치하는 것이 용이하므로 공기 정화를 위한 실내 공간의 부피에 따라 최적화된 양의 천연공기를 배출할 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명에 의한 시스템의 케이싱 상단부를 기존의 공기청정장치에서 오염물질이 제거된 공기를 배출시키는 통로에 연결 설치하는 방법에 의해 본 발명을 기존 공기청정장치의 내부에 설치함으로써 공기청정장치에서 오염물질이 제거된 공기와 함께 순수한 천연공기가 배출될 수 있도록 하는 등 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명은 수중 천연공기 발생 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물 속에 포함된 천연공기를 수중에서 크게 만든 후, 물 밖으로 배출시켜 실내에 공급할 수 있도록 함으로써 실내의 공기 질을 보다 빠르고 효과적으로 향상시킬 수 있도록 하는 수중 천연공기 발생 시스템에 관한 것이다.
10 : (수중 천연공기 발생) 시스템 100 : 물 공급 조절장치
110 : 저장탱크 112 : 배관
120 : 제어밸브 130 : 공급배관
140 : 순환배관 150 : 보조 저장탱크
160 : 체크밸브 200 : (압력형) 원심펌프
210 : 흡입구 220 : 임펠러
300 : 천연공기 배출장치 310 : 케이싱
312 : 물수용부 312a : 제1결합홀
312b : 제2결합홀 312c : 수위감지센서
312d : 용존산소센서 314 : 공기배출부
320 : 기포확대부 322 : 하부몸체
322a : 기포유입구 324 : 상부몸체
326 : 힌지결합부 330 : 흡입팬
340 : 스풀

Claims (10)

  1. 물을 공급하여 순환시킬 수 있도록 하는 물 공급 조절장치와,
    상기 물 공급 조절장치에 연결 설치되어 공급되는 물로부터 미세 기포를 발생시키는 원심펌프와,
    상기 원심펌프에 연결 설치되어 원심펌프로부터 공급되는 물과 함께 공급되는 미세 기포를 수중에서 확대시켜 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 천연공기 배출장치를 포함하되,
    상기 천연공기 배출장치는 상부가 개구된 형상의 케이싱과,
    상기 케이싱의 내측 하부에 설치되어 원심펌프에 의해 생성된 미세 기포를 확대시켜 공기방울 형태의 천연공기를 수중으로 배출하는 기포확대부와,
    상기 케이싱의 상부에 설치되어 기포확대부로부터 배출된 천연공기를 외부로 배출시키는 흡입팬을 포함하며,
    상기 기포확대부는 원심펌프에서 발생된 미세 기포가 유입되는 기포유입구가 형성된 하부몸체와, 상기 하부몸체의 상부 일측에 힌지 결합되어 폴더 방식에 의해 개폐되는 상부몸체로 구성되어 내측에서 형성되는 확대된 공기방울의 압력에 의해 상부몸체가 개폐되도록 구성된 것을 특징으로 하는 수중 천연공기 발생 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 물 공급 조절장치는,
    외부로부터 공급되는 물을 저장하는 저장탱크와,
    상기 저장탱크로의 물 유입을 제어하는 제어밸브와,
    상기 저장탱크와 천연공기 배출장치의 사이에 연결 설치되고, 중간에 원심펌프가 설치되는 공급배관 및
    상기 천연공기 배출장치와 저장탱크의 사이에 연결 설치되어 천연공기 배출장치 내부의 일정 수위 이상의 물을 저장탱크로 배출시키는 순환배관을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수중 천연공기 발생 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 순환배관에는 천연공기 배출장치로부터 배출되는 물을 일시적으로 저장할 수 있도록 하는 보조 저장탱크가 구비된 것을 특징으로 하는 수중 천연공기 발생 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 원심펌프는 물 공급 조절장치로부터 공급되는 물을 압축시켜, 압력 변화에 의해 물 속에 포함된 천연공기 성분을 기포화시키는 것을 특징으로 하는 수중 천연공기 발생 시스템.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 케이싱은 내측에 물이 수용되는 물수용부와, 상기 물수용부의 상부에 형성되는 공기배출부로 구성되고, 상기 공기배출부는 상부로 갈수록 단면적이 좁아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 수중 천연공기 발생 시스템.
  7. 삭제
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 기포확대부의 내측에는 미세 기포를 확대시키기 위한 다수 개의 스풀이 더 구비된 것을 특징으로 하는 수중 천연공기 발생 시스템.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 케이싱의 내부에는 수위감지센서와 용존산소센서가 구비된 것을 특징으로 하는 수중 천연공기 발생 시스템.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 수위감지센서 및 용존산소센서의 측정치에 따라 원심펌프로의 전원 공급을 제어하는 컨트롤박스를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수중 천연공기 발생 시스템.
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