KR102165936B1 - Device and Method for manufacturing high concentration fine bubble using ultrasound - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초음파 이용 고농도 미세기포를 제조하는 장치 및 방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파를 이용하여 미세기포의 생성시 포그의 발생을 제어하여 고농도의 미세기포를 제조할 수 있으며, 다양한 크기와 농도를 가지는 미세기포를 용이하게 제조할 수 있고, 간단한 구조를 통해 소형화를 이룰 수 있고 빠른 시간 내에 미세기포를 제조할 수 있는 초음파 이용 고농도 미세기포를 제조하는 장치 및 방법에 대한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for manufacturing high-concentration microbubbles using ultrasonic waves, and more particularly, by controlling the generation of fog when generating microbubbles using ultrasonic waves, it is possible to manufacture high-concentration microbubbles. The present invention relates to an apparatus and method for manufacturing high-concentration micro-bubbles using ultrasonic waves that can easily produce micro-bubbles having a concentration, can achieve miniaturization through a simple structure, and can produce micro-bubbles in a short time.
Description
본 발명은 초음파 이용 고농도 미세기포를 제조하는 장치 및 방법에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 초음파를 이용하여 미세기포의 생성시 포그의 발생을 제어하여, 고농도의 미세기포를 제조할 수 있으며, 다양한 크기와 농도를 가지는 미세기포를 용이하게 제조할 수 있고, 간단한 구조를 통해 소형화를 이룰 수 있고 빠른 시간 내에 미세기포를 제조할 수 있는 초음파 이용 고농도 미세기포를 제조하는 장치 및 방법에 대한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for producing high-concentration microbubbles using ultrasonic waves, and more particularly, by controlling the generation of fog when generating microbubbles using ultrasonic waves, it is possible to manufacture high-concentration microbubbles, and The present invention relates to an apparatus and method for manufacturing high-concentration micro-bubbles using ultrasonic waves that can easily produce micro-bubbles having a concentration of and, can achieve miniaturization through a simple structure, and can produce micro-bubbles in a short time.
나노버블수란 산소, 수소 등의 기체를 나노 사이즈의 버블로 물에 잔류시킨 것을 말하며, 음용용, 피부 개선용, 오염물질 정화용, 세포 배양용 등의 다양한 분야에서 널리 이용되고 있다. 이와 같은 이유로, 나노버블을 제조하기 위한 다양한 장치 및 방법이 개발되고 있는데, 하기 특헌문헌은 초음파 진동자를 이용하여 나노버블을 제조하는 장치의 일 예를 개시하고 있다.Nanobubble water refers to a substance in which gases such as oxygen and hydrogen remain in water as nano-sized bubbles, and is widely used in various fields such as drinking, skin improvement, contaminant purification, and cell culture. For this reason, various devices and methods for manufacturing nanobubbles have been developed, and the following patent document discloses an example of a device for manufacturing nanobubbles using an ultrasonic vibrator.
<특허문헌><Patent Literature>
특허 제10-1243012호(2013. 03. 06. 등록) "미세기포 발생장치"Patent No. 10-1243012 (2013. 03. 06. Registration) "Micro-cell gun generator"
상기 나노버블의 특성은 그 크기와 농도에 의존적이며, 이러한 나노버블의 특성을 이용한 응용분야에서도 버블의 크기와 농도에 따라 상이한 효율을 가진다. 예컨대, 조골세포(MC3T3)를 나노버블이 섞인 배지에서 배양하였을 때 나노버블의 함량이 20%일때보다 10%일때 세포의 성장률이 높다고 알려져 있다. 이와 같이, 다른 응용분야에 대해서도 최적 또는 최대 효율을 가지는 나노버블의 크기 및 농도가 존재할 것으로 예상된다.The properties of the nanobubbles depend on their size and concentration, and even in an application field using the properties of the nanobubbles, they have different efficiencies depending on the size and concentration of the bubbles. For example, when osteoblasts (MC3T3) are cultured in a medium mixed with nanobubbles, it is known that the cell growth rate is higher when the content of nanobubbles is 10% than when the content of nanobubbles is 20%. As such, it is expected that the size and concentration of nanobubbles with optimal or maximum efficiency exist for other applications.
하지만, 종래의 나노버블 제조장치는 버블의 크기 및 농도의 조절이 제한적이라는 한계가 존재한다. 하나의 장치로는 고정된 크기와 농도의 버블만 제작이 가능하거나, 크기를 변경할 수 있는 장치에서는 농도가 크기에 의존적이기 때문에 사용자가 원하는 대로 농도를 조절하기 어려운 문제가 있다.However, the conventional nanobubble manufacturing apparatus has a limitation in that the control of the size and concentration of the bubble is limited. With one device, only bubbles of a fixed size and concentration can be produced, or in a device capable of changing the size, since the concentration is dependent on the size, it is difficult to control the concentration as desired by the user.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로,The present invention was devised to solve the above problems,
본 발명은 초음파를 이용하여 미세기포의 생성시 포그의 발생을 제어하여, 고농도의 미세기포를 제조할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.An object of the present invention is to provide an apparatus and method capable of producing high-concentration micro-bubbles by controlling the generation of fog when generating micro-bubbles using ultrasonic waves.
또한, 본 발명은 다양한 크기와 농도를 가지는 미세기포를 용이하게 제조할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide an apparatus and method capable of easily manufacturing microbubbles having various sizes and concentrations.
또한, 본 발명은 간단한 구조를 통해 소형화를 이룰 수 있고 빠른 시간 내에 미세기포를 제조할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.In addition, an object of the present invention is to provide an apparatus and method capable of miniaturization through a simple structure and manufacturing microbubbles in a short time.
본 발명은 앞서 본 목적을 달성하기 위해서 다음과 같은 구성을 가진 실시예에 의해서 구현된다.The present invention is implemented by an embodiment having the following configuration in order to achieve the above object.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 미세기포 제조장치는 물을 수용하는 물탱크와; 상기 물탱크 내에 수용된 물에 초음파를 가하는 초음파 진동자와; 상기 초음파 진동자의 작동을 제어하여, 미세 기포의 발생시 포그의 생성량을 조절함으로써, 물에 포함된 미세 기포의 사이즈와 농도를 조절하는 컨트롤러;를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to an embodiment of the present invention, an apparatus for producing microbubbles according to the present invention includes a water tank for receiving water; An ultrasonic vibrator that applies ultrasonic waves to water contained in the water tank; And a controller for controlling the operation of the ultrasonic vibrator to control the amount of fog generated when the fine bubbles are generated, thereby adjusting the size and concentration of the fine bubbles contained in water.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 미세기포 제조장치에 있어서 상기 컨트롤러는 상기 물탱크 내에 일정 수위로 물이 공급되도록 제어하는 물공급부를 포함하며, 상기 물탱크 내 수면과 물탱크 상면 사이에는 일정 간격이 형성되어 수면 위에서 생성된 포그가 위치할 수 있는 일정 공간이 형성될 수 있도록, 상기 물공급부는 상기 물탱크에 일정량의 물을 공급하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the microbubble manufacturing apparatus according to the present invention, the controller includes a water supply unit for controlling water to be supplied into the water tank at a predetermined level, and a water surface in the water tank and an upper surface of the water tank The water supply unit is characterized in that a predetermined amount of water is supplied to the water tank so that a predetermined space is formed therebetween to form a predetermined space in which the fog generated on the water surface can be located.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 미세기포 제조장치에 있어서 상기 컨트롤러는 특정 사이즈와 농도를 가지는 기포를 생성하기 위해, 기저장된 설정테이블에 따라, 상기 초음파 진동자가 물에 초음파를 가하는 작동을 제어하여 미세 기포의 발생시 포그 발생량을 조절하는 포그조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the apparatus for producing microbubbles according to the present invention, in order to generate bubbles having a specific size and concentration, the controller applies ultrasonic waves to water according to a previously stored setting table. It characterized in that it comprises a fog control unit that controls the applied operation to control the amount of fog generated when fine bubbles are generated.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 미세기포 제조장치는 상기 초음파 진동자의 물탱크 내에서의 위치를 조절하는 위치조절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, the apparatus for producing microbubbles according to the present invention is characterized in that it includes a position control unit for adjusting a position of the ultrasonic vibrator in a water tank.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 미세기포 제조장치에 있어서 상기 포그조절부는 상기 위치조절부를 제어하여 초음파 진동자를 물 내의 특정 위치에 위치시킨 후 전원공급부가 초음파 진동자에 일정 시간 전원을 공급하도록 하여 특정량의 포그가 발생되도록 하는 조절모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the microbubble manufacturing apparatus according to the present invention, the fog control unit controls the position control unit to position the ultrasonic vibrator at a specific position in water, and then the power supply unit powers the ultrasonic vibrator for a certain time. It characterized in that it comprises a control module for generating a specific amount of fog by supplying.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 미세기포 제조장치에 있어서 상기 포그조절부는 상기 위치조절부를 제어하여 초음파 진동자를 물 내의 제1의 위치에 위치시킨 후 전원공급부가 초음파 진동자에 일정 시간 전원을 공급하도록 하여 일정량의 포그가 발생되도록 하고, 연이어 상기 위치조절부를 제어하여 초음파 진동자를 물 내의 제2의 위치에 위치시킨 후 전원공급부가 초음파 진동자에 일정 시간 전원을 공급하도록 하여 일정량의 포그가 발생되도록 하는 조합모듈을 포함하며, 상기 제1의 위치와 제2의 위치는 서로 상이하여, 초음파 진동자가 제1의 위치에 있을 때 발생하는 포그량과 제2의 위치에 있을 때 발생하는 포그량은 달라지게 되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the apparatus for producing microbubbles according to the present invention, the fog control unit controls the position control unit to position the ultrasonic vibrator at a first position in water, and then the power supply unit controls the position control unit. Time power is supplied so that a certain amount of fog is generated, and the position control unit is subsequently controlled to position the ultrasonic vibrator at the second position in the water, and then the power supply unit supplies power to the ultrasonic vibrator for a certain amount of time. It includes a combination module to generate, the first position and the second position are different from each other, the amount of fog generated when the ultrasonic vibrator is in the first position and the fog generated when the second position The amount is characterized by being different.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 미세기포 제조장치에 있어서 초음파 진동자의 설치 위치, 물의 수위, 사용되는 초음파 진동자의 개수, 초음파 진동자가 발생시키는 초음파 주파수 및 초음파 진동자의 직경 중의 어느 하나 이상의 조절을 통해, 미세 기포 생성시 포그가 발생하거나 발생하지 않도록 하는 것이 가능하며, 포그의 발생량을 조절하는 것이 가능한 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the microbubble manufacturing apparatus according to the present invention, any of the installation position of the ultrasonic vibrator, the water level, the number of ultrasonic vibrators used, the ultrasonic frequency generated by the ultrasonic vibrator, and the diameter of the ultrasonic vibrator Through one or more adjustments, it is possible to generate or prevent the generation of fog when fine bubbles are generated, and it is possible to control the generation amount of the fog.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 미세기포 제조장치에 있어서 상기 포그조절부에 의해 미세 기포의 생성시 포그를 발생시키는 경우 포그를 발생시키지 않는 경우 보다 작은 사이즈 및 고농도를 가지는 미세 기포를 생성할 수 있고, 포그의 생성량이 많은 경우 적은 경우보다 작은 사이즈 및 고농도를 가지는 미세 기포를 생성할 수 있는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the microbubble manufacturing apparatus according to the present invention, when fog is generated when fine bubbles are generated by the fog control unit, fine particles having a smaller size and higher concentration than when no fog is generated. It is characterized in that it is possible to generate air bubbles, and when the generation amount of the fog is large, fine bubbles having a smaller size and high concentration than when there is a small amount can be generated.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 미세기포 제조방법은 물탱크 내에서 일정 수위를 가지도록 물을 공급하는 물공급단계와; 상기 물공급단계 이후 상기 물탱크 내의 물 속에 위치하는 초음파 진동자의 작동을 제어하여, 미세기포 발생시 포그의 생성량을 조절함으로써, 물에 포함된 미세 기포의 사이즈와 농도를 조절하는 포그조절단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, a method for producing microbubbles according to the present invention includes a water supply step of supplying water to have a predetermined level in a water tank; After the water supply step, a fog control step of controlling the operation of the ultrasonic vibrator located in the water in the water tank to control the amount of fog generated when fine bubbles are generated, thereby adjusting the size and concentration of the fine bubbles contained in the water. It features.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 미세기포 제조방법에 있어서 상기 포그조절단계는 초음파 진동자를 물 내의 특정 위치에 위치시킨 후 초음파 진동자에 일정 시간 전원을 공급하도록 하여 특정량의 포그가 발생되도록 할 수 있는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the fog control step in the method for producing microbubbles according to the present invention, after placing the ultrasonic vibrator at a specific position in water, power is supplied to the ultrasonic vibrator for a certain amount of time. It is characterized in that it can be made to occur.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명에 따른 미세기포 제조방법에 있어서 상기 포그조절단계는 초음파 진동자를 물 내의 제1의 위치에 위치시킨 후 초음파 진동자에 일정 시간 전원을 공급하도록 하여 일정량의 포그가 발생되도록 하고, 연이어 초음파 진동자를 물 내의 제2의 위치에 위치시킨 후 초음파 진동자에 일정 시간 전원을 공급하도록 하여 일정량의 포그가 발생되도록 할 수 있으며, 상기 제1의 위치와 제2의 위치는 서로 상이하여, 초음파 진동자가 제1의 위치에 있을 때 발생하는 포그량과 제2의 위치에 있을 때 발생하는 포그량은 달라지게 되는 것을 특징으로 한다.According to another embodiment of the present invention, in the method of manufacturing microbubbles according to the present invention, in the fog control step, after placing the ultrasonic vibrator at a first position in water, power is supplied to the ultrasonic vibrator for a certain amount of time. A certain amount of fog can be generated by allowing fog to be generated and to supply power to the ultrasonic vibrator for a certain period of time after sequentially placing the ultrasonic vibrator at a second position in the water. The first position and the second position Is different from each other, and the amount of fog generated when the ultrasonic vibrator is in the first position and the amount of fog generated when the ultrasonic vibrator is in the second position are different.
본 발명은 앞서 본 실시예와 하기에 설명할 구성과 결합, 사용관계에 의해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.The present invention can obtain the following effects by the configuration, combination, and use relationship that will be described below with the present embodiment.
본 발명은 초음파를 이용하여 미세기포의 생성시 포그의 발생을 제어하여, 고농도의 미세기포를 제조할 수 있는 효과가 있다.The present invention has the effect of controlling the generation of fog when generating fine bubbles by using ultrasonic waves, thereby producing high-concentration fine bubbles.
또한, 본 발명은 다양한 크기와 농도를 가지는 미세기포를 용이하게 제조할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of being able to easily manufacture microbubbles having various sizes and concentrations.
또한, 본 발명은 간단한 구조를 통해 소형화를 이룰 수 있고 빠른 시간 내에 미세기포를 제조할 수 있는 효과가 있다.In addition, the present invention has the effect of achieving miniaturization through a simple structure and producing microbubbles in a short time.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 미세기포 제조장치의 개략 구성도.
도 2는 도 1의 건트롤러의 세부구성을 나타내는 블럭도.
도 3 및 4는 도 1의 미세기포 제조장치를 이용하여 미세 기포를 제조하는 방법을 설명하기 위한 참고도.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 미세기포 제조방법을 설명하기 위한 실험 장치의 모식도.1 is a schematic configuration diagram of a microbubble manufacturing apparatus according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing a detailed configuration of the gun controller of Figure 1;
3 and 4 are reference diagrams for explaining a method of manufacturing microbubbles using the microbubble manufacturing apparatus of FIG. 1.
5 is a schematic diagram of an experimental apparatus for explaining a method of manufacturing microbubbles according to another embodiment of the present invention.
이하에서는 본 발명에 따른 초음파 이용 고농도 미세기포를 제조하는 장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 특별한 정의가 없는 한 본 명세서의 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 기술자가 이해하는 당해 용어의 일반적 의미와 동일하고, 만약 본 명세서에 사용된 용어의 의미와 충돌하는 경우에는 본 명세서에 사용된 정의에 따른다.Hereinafter, an apparatus and a method for manufacturing high-concentration microbubbles using ultrasonic waves according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It should be noted that the same elements in the drawings are indicated by the same reference numerals wherever possible. In addition, detailed descriptions of known functions and configurations that may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention will be omitted. Unless otherwise defined, all terms in this specification are the same as the general meaning of the term as understood by a person skilled in the art to which the present invention belongs, and in case of conflict with the meaning of the term used in the present specification, According to the definitions used herein.
본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 이용 고농도 미세기포 제조 장치를 도 1 및 4를 참조하여 설명하면, 상기 미세기포 제조 장치는 물을 수용하는 물탱크(1)와; 상기 물탱크(1) 내에 수용된 물에 초음파를 가하는 초음파 진동자(2)와; 상기 초음파 진동자(2)의 작동을 제어하여, 미세기포 발생시 포그의 생성량을 조절함으로써, 물에 포함된 미세 기포의 사이즈와 농도를 조절하는 컨트롤러(3);를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명을 설명하기에 앞서 종래의 초음파 진동자를 이용하여 미세기포를 생성하는 원리 및 문제점을 살펴보면, 물 속에 위치하는 초음파 진동자는 물에 초음파를 가하여 물을 진동시켜 미세기포를 발생시킨다. 이때, 초음파의 직진성에 의해 초음파는 일정 범위에서만 영향을 미치며, 초음파 진동자의 작동시 발생하는 압력장(pressure field)은 물의 높이에 따라 다른 특성을 가진다. 초음파 진동자의 표면에 가까운 쪽에는 이동 압력장(traveling pressure field)이 발생하여 생성된 기포가 진동자와 멀어지는 방향으로 이동하는데 반해, 초음파 진동자의 표면과 먼 쪽에 발생하는 스탠딩 웨이브 필드(standing wave field)에서는 기포들이 일정 간격을 두고 특정한 곳에 모이게 된다. 상기 기포들은 진동자의 웨이브 필드 내에서 서로 간에 인력(Bjerknes force)이 작용하기 때문에, 서로 합쳐져 크기가 커지는 융합(coalescence)가 발생하고, 이로 인해 농도가 줄어들게 된다. 따라서, 작은 사이즈와 고농도의 미세 기포를 생성하는 것이 어렵게 된다. 이에 따라, 본 발명은 초음파 진동자에 의해 기포 생성시, 수면 위로 포그(fog)가 생성되도록 하여, 즉 상기 포그가 합쳐지기 전의 기포들을 운반하는 역할을 하여 물탱크 전반의 기포를 순환시킴을 이용하여, 작은 사이즈의 버블을 고농도로 제조할 수 있게 된다. 또한, 본 발명은 포그의 발생(량)을 조절하여 생성되는 기포의 사이즈와 크기를 조절하는 것이 가능하게 된다(포그의 발생이 없거나 작은 경우 포그의 발생이 많은 경우보다미세기포의 융합이 이루어져 더 큰 사이즈를 가지게 됨). 또한, 본 발명은 포그에 의해 생성된 기포가 합쳐지지 않고 순환하므로 빠른 시간에 원하는 미세 기포를 생성할 수 있다. 또한, 본 발명은 멤브레인 등을 이용하여 작은 크기 및 고농도의 미세 기포를 제조하는 방법에 비해, 본 발명은 초음파를 이용함에도 작은 크기 및 고농도의 미세 기포를 제조할 수 있고 초음파를 이용함에 따른 소형화가 가능한 특징이 있다.Referring to Figs. 1 and 4, an apparatus for producing high-concentration microbubbles using ultrasonic waves according to an embodiment of the present invention includes: a
상기 물탱크(1)는 물을 수용하는 구성으로, 유입로(11), 배출로(12), 순환로(13), 가압부(14) 등을 포함한다.The
상기 유입로(11)는 일단이 물탱크(1)와 연통되어 상기 물탱크(1) 내에 물이 공급되도록 하는 구성으로, 상기 유입로(11)를 개폐하는 밸브(111), 상기 유입로(11)를 통해 상기 물탱크(1) 내로 물이 이동하도록 힘을 가하는 펌프(112) 등을 포함한다.The
상기 배출로(12)는 일단이 물탱크(1)와 연통되어 미세 기포가 형성된 상기 물탱크(1) 내의 물이 배출되도록 하는 구성으로, 상기 배출로(12)를 개폐하는 밸브(121) 등을 포함한다.The
상기 순환로(13)는 일단은 물탱크(1)의 하단에 연통되고 타단은 물탱크(1)의 상기 하단보다 상측에 연통되어 상기 물탱크(1) 내의 물이 순환하도록 하는 구성으로, 상기 순환로(13)를 통해 물이 이동하도록 하는 힘을 가하는 펌프(131) 등을 포함한다.The
상기 가압부(14)는 상기 물탱크(1) 내에서 수면 위에 형성된 포그를 유동시키는 구성으로, 예컨대 송풍기 등이 사용될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 상기 물탱크(1)에는 외부 공기가 유입되는 공기유입로가 형성될 수 있다. 상기 공기유입로를 통해 공기가 유입될 수 있고, 또는 특정 기체(산소, 수소 기체 등)가 유입될 수 있다.The
상기 초음파 진동자(2)는 상기 물탱크(1) 내에 수용된 물에 초음파를 가하는 구성으로, 종래의 초음파 진동자가 사용될 수 있다. 상기 초음파 진동자(2)는 복수 개가 다양한 위치에 설치되는 것도 가능하며, 마개(미도시) 등에 의해 끼워져 상기 물탱크(1) 내부에 위치하는 것도 가능하다. 앞서 설명한 바와 같이, 물 속에 위치하는 초음파 진동자(2)는 초음파를 발생시켜 물에 진동을 가하여 물 속에 미세 기포가 형성되도록 하는데, 이때 동시에 수면 위에서는 포그(안개)가 형성되도록 할 수 있다. 초음파 진동자의 설치 위치, 물의 수위, 사용되는 초음파 진동자의 개수, 초음파 진동자가 발생시키는 초음파 주파수, 초음파 진동자의 직경 등의 다양한 조건에 따라, 미세 기포 생성시 포그가 발생하거나 발생하지 않도록 하는 것이 가능하며, 포그의 발생량을 조절하는 것이 가능하다. 즉, 물 속에 위치하는 초음파 진동자를 작동시키면 반드시 미세 기포는 발생하게 되나 수면 위에서 포그가 발생하거나 발생하지 않도록 할 수 있으며, 포그가 발생하는 경우 포그의 발생량을 조절할 수 있다. 예컨대, 초음파 진동자가 물의 수면에 가깝게 위치할수록 포그가 많이 발생하게 된다. The
상기 컨트롤러(3)는 상기 초음파 진동자(2)의 작동을 제어하여, 포그의 생성량을 조절함으로써, 물에 포함된 미세 기포의 사이즈와 농도를 조절하는 구성으로, 물공급부(31), 물배출부(32), 순환부(33), 전원공급부(34), 포그조절부(35), 저장부(36), 제어부(37) 등을 포함한다.The
상기 물공급부(31)는 상기 물탱크(1) 내에 일정 수위로 물이 공급되도록 제어하는 구성으로, 예컨대 밸브(111)를 제어하여 유입로(11)를 개방시키고 펌프(112)를 일정 시간 동안 작동시켜 상기 물탱크(1)에 일정 수위로 물이 공급되도록 할 수 있다. 상기 물탱크 내 수면과 물탱크 상면 사이에는 일정 간격이 형성되도록, 즉 수면 위에서 생성된 포그가 위치할 수 있는 일정 공간이 형성될 수 있도록, 상기 물공급부(31)는 상기 물탱크(1)에 물을 공급하게 된다.The
상기 물배출부(32)는 미세 기포가 포함된 물이 상기 물탱크(1)에서 배출되도록 제어하는 구성으로, 예컨대 밸브(121)을 제어하여 배출로(12)를 개방시켜 미세 기포가 포함된 물이 배출되도록 할 수 있다.The
상기 순환부(33)는 상기 물탱크(1) 내의 물이 물이 순환되도록 제어하는 구성으로, 예컨대 펌프(131)를 제어하여 순환로(13)를 통해 물이 순환하도록 할 수 있다.The
상기 전원공급부(34)는 상기 초음파 진동자(2)를 작동시키는 전원을 공급하는 구성이다.The
상기 포그조절부(35)는 특정 사이즈와 농도를 가지는 기포를 생성하기 위해 저장부(36)에 저장된 설정테이블에 따라, 상기 초음파 진동자가 물에 초음파를 가하는 작동을 제어하여 포그 발생량을 조절하는 구성으로, 조절모듈(351), 조합모듈(352) 등을 포함한다. 일반적으로 상기 포그조절부(35)에 의해 미세 기포의 생성시 포그를 발생시키는 경우 포그를 발생시키지 않는 경우 보다 작은 사이즈 및 고농도를 가지는 미세 기포를 생성할 수 있고, 포그의 생성량이 많은 경우 적은 경우보다 작은 사이즈 및 고농도를 가지는 미세 기포를 생성할 수 있게 된다. 앞서 설명한 바와 같이, 다양한 방법한 방법의 의해 초음파 진동자의 작동에 의해 포그의 발생량을 조절하는 것이 가능한데, 이하에서는 초음파 진동자(2)의 위치를 조절하는 위치조절부(4)의 작동을 상기 포그조절부(35)가 제어하여 포그의 생성량을 조절함으로써 생성된 미세 기포의 사이즈와 농도를 조절하는 것을 일 예로 들어 설명하기로 한다. 상기 위치조절부(4)는 상기 초음파 진동자(3)의 물탱크(1) 내에서의 위치를 조절하는 구성으로, 모터, 실린더를 등을 사용하는 종래의 기술이 사용될 수 있으면, 예컨대 물탱크의 하면에 실린더(41)가 설치되고 실린더축(411)에 초음파 진동자(2)가 설치되어 실린더(41) 작동에 의해 초음파 진동자(2)가 승하강하여 위치를 조절할 수 있게 된다.The
상기 조절모듈(351)은 상기 위치조절부(4)를 제어하여 초음파 진동자(3)를 물 내의 특정 위치에 위치시킨 후 전원공급부(34)가 초음파 진동자(3)에 일정 시간 전원을 공급하도록 하여 특정량의 포그가 발생되도록 하는 구성으로, 상기 저장부(36)에는 초음파 진동자(3)가 물 내에서 특정 위치에 위치할 경우 발생되는 포그량에 대한 정보가 기재되어 있고 특정 포그량에 따라 생성되는 미세기포의 사이즈 및 농도에 대한 정보가 기재되어 있으므로, 상기 조절모듈(351)이 위치조절부(4)의 작동을 제어하여 포그 발생량을 제어함으로써 특정 사이즈와 농도를 가지는 미세기포를 제조할 수 있다.The
상기 조합모듈(352)은 도 3에 도시된 바와 같이 상기 위치조절부(4)를 제어하여 초음파 진동자(3)를 물 내의 제1의 위치에 위치시킨 후 전원공급부(34)가 초음파 진동자(3)에 일정 시간 전원을 공급하도록 하여 일정량의 포그가 발생되도록 하고, 연이어 도 4에 도시된 바와 같이 상기 위치조절부(4)를 제어하여 초음파 진동자(3)를 물 내의 제2의 위치에 위치시킨 후 전원공급부(34)가 초음파 진동자(3)에 일정 시간 전원을 공급하도록 하여 일정량의 포그가 발생되도록 하는 구성으로, 제1의 위치와 제2의 위치는 서로 상이하며, 따라서 초음파 진동자(2)가 제1의 위치에 있을 때 발생하는 포그량과 제2의 위치에 있을 때 발생하는 포그량은 달라지게 된다. 상기 저장부(36)에는 특정 포그량을 발생시킨 후 다른 포그량을 발생시킬 때 생성되는 미세 기포의 사이즈와 농도에 대한 정보가 기재되어 있다. 일정 포그량을 발생시키는 후 연이어 다른 포그량을 발생시키는 경우 사이즈의 조절을 더 정교하게 할 수 있으며 고농도의 미세 기포를 형성할 수 있다. The
상기 저장부(36)는 특정 사이즈와 농도를 가지는 기포를 생산하기 위해 발생시켜야 하는 포그의 양이 매칭된 설정테이블이 저장되어 있으며, 상기 제어부(37)는 상기 컨트롤러(3)의 전체적인 작동을 제어한다.The
본 발명의 다른 실시예에 따른 초음파 이용 고농도 미세기포 제조 방법을 살펴보면, 상기 미세기포 제조 방법은 물공급단계, 포그조절단계, 배출단계 등을 포함한다.Looking at a method for producing high-concentration microbubbles using ultrasonic waves according to another embodiment of the present invention, the method for producing microbubbles includes a water supply step, a fog control step, and a discharge step.
상기 물공급단계는 물탱크(1) 내에서 일정 수위를 가지도록 물을 공급하는 단계로, 예컨대 밸브(111)를 열어 유입로(11)를 개방시키고 펌프(112)를 일정 시간 동안 작동시켜 상기 물탱크(1)에 일정 수위로 물이 공급되도록 할 수 있다.The water supply step is a step of supplying water to have a certain water level in the
상기 포그조절단계는 상기 물공급단계 이후 상기 물탱크(1) 내의 물 속에 위치하는 초음파 진동자(2)의 작동을 제어하여, 미세기포 발생시 포그의 생성량을 조절함으로써, 물에 포함된 미세 기포의 사이즈와 농도를 조절하는 단계로, 예컨대 특정 사이즈와 농도를 가지는 미세 기포를 형성하기 위해 포그조절부(35)가 저장부(36)에 저장된 설정테이블에 따라, 상기 초음파 진동자가 물에 초음파를 가하는 작동을 제어하여 포그 발생량을 조절하게 된다. 상기 포그조절단계에서는 초음파 진동자(3)를 물 내의 특정 위치에 위치시킨 후 초음파 진동자(3)에 일정 시간 전원을 공급하도록 하여 특정량의 포그가 발생되도록 할 수 있고, 또한 초음파 진동자(3)를 물 내의 제1의 위치에 위치시킨 후 초음파 진동자(3)에 일정 시간 전원을 공급하도록 하여 일정량의 포그가 발생되도록 하고, 연이어 초음파 진동자(3)를 물 내의 제2의 위치에 위치시킨 후 초음파 진동자(3)에 일정 시간 전원을 공급하도록 하여 일정량의 포그가 발생되도록 할 수 있다.The fog control step controls the operation of the
상기 배출단계는 상기 포그조절단계 후 원하는 사이즈와 농도의 미세기포를 포함하는 물을 물탱크(1)에서 배출하는 단계로, 예컨대 밸브(121)를 열어 배출로(12)를 개방시켜 미세 기포가 포함된 물이 배출되도록 할 수 있다.The discharge step is a step of discharging water containing fine bubbles of a desired size and concentration from the
이하, 실시예를 통해서 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다. 하지만, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through examples. However, these are only for describing the present invention in more detail, and the scope of the present invention is not limited thereto.
<실시예 1> 실험 장치의 설치<Example 1> Installation of experimental apparatus
직육면체의 수조(100)를 준비하고, 상기 수조(100) 내 물과 일정 간격(H)을 가지도록 상기 수조(100)를 덮는 커버(200)를 준비하고, 상기 수조 내 하면 중앙에 초음파 진동자(A)를 위치시키고, 상기 수조 내 좌측면에 하면으로부터 0.5cm 떨어진 곳에 초음파 진동자(B)를 위치시켜, 실험 장치를 준비하였다(도 5 참조). 상기 수조는 가로(l)는 22.5cm이고 세로가 7.5cm이며, 상기 초음파 진동자(A, B)는 1.7MHz의 가진 주파수를 가지고 20mm의 직경을 가지며 48VDC의 전원에서 작동하게 된다. 하기에서는 상기 수조(100) 내부에 일정량의 물을 넣고, 커버(200)의 위치를 조절하여 물과 커버(200) 사이의 간격(H)이 달라지도록 하고 초음파 진동자(A,B)를 개별적으로 작동시켜 실험을 진행하였다.Prepare a rectangular
<실시예 2> 초음파 진동자 위치 변화에 따른 포그 생성 여부 및 포그의 미세 기포 운반 여부 확인<Example 2> Confirmation of whether or not fog is generated according to the position change of ultrasonic vibrator and whether or not to transport fine bubbles of the fog
1. 실시예 1에서 준비된 실험 장치의 수조 내에 물을 넣어 높이가 3cm가 되도록 하고, 수면과 커버의 간격이 9cm가 되도록 상기 커버를 위치시켰다. 이후, 초음파 진동자 A와 B를 각각 10분 동안 작동시킨 후, 육안으로 포그가 발생하였는지 확인하고, 물 및 포그에 포함된 기포의 크기와 농도를 측정하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다. 물 및 포그에 포함된 기포의 크기와 농도의 측정은 NTA(Nanoparticle Tracking Analysis, Malvern사의 NS300)를 이용하여 측정하였다.1. Put water into the water tank of the experimental apparatus prepared in Example 1 so that the height was 3 cm, and the cover was positioned so that the distance between the water surface and the cover was 9 cm. Thereafter, after operating the ultrasonic vibrators A and B for 10 minutes, respectively, it was checked whether fog occurred with the naked eye, and the sizes and concentrations of bubbles contained in water and fog were measured, and the results are shown in Table 1. Measurements of the size and concentration of bubbles contained in water and fog were measured using NTA (Nanoparticle Tracking Analysis, Malvern's NS300).
2. 표 1을 보면, 초음파 진동자의 위치가 달라짐에 따라 포그 생성 여부를 결정할 수 있고, 포그가 발생하는 경우 미세 기포의 크기를 줄일 수 있고 농도를 크게 할 수 있음을 알 수 있으며, 이는 포그가 미세 기포를 운반하였기 때문인 것으로 보인다.2. Looking at Table 1, it is possible to determine whether or not to generate fog according to the location of the ultrasonic vibrator, and if fog is generated, it can be seen that the size of the fine bubbles can be reduced and the concentration can be increased. It appears to be due to the carrying of fine air bubbles.
<실시예 3> 생성되는 포그 변화에 따른 기포 농도의 확인<Example 3> Confirmation of the bubble concentration according to the change in the generated fog
1. 실시예 1에서 준비된 실험 장치의 수조 내에 물을 넣어 높이가 3cm가 되도록 하고, 수면과 커버의 간격이 각각 9cm, 4.5cm, 0cm가 되도록 커버를 위치시키거나 커버를 제거한 후, 초음파 진동자 A를 10분 동안 작동시킨 후, 물에 포함된 기포의 크기와 농도를 측정하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다.1.Put water into the water tank of the experimental apparatus prepared in Example 1 so that the height is 3 cm, and after placing the cover or removing the cover so that the distance between the water surface and the cover is 9 cm, 4.5 cm, and 0 cm, respectively, ultrasonic vibrator A After operating for 10 minutes, the size and concentration of bubbles contained in water were measured, and the results are shown in Table 2.
2. 표 2를 보면, 수면과 커버의 간격이 좁아질수록 물에 포함된 기포의 농도가 작아지고, 커버가 제거되어 포그가 모두 날라간 경우 물에 포함된 기포의 농도가 작아짐을 확인할 수 있어, 포그가 발생하여 위치하는 곳의 부피를 조절하여 물에 포함된 기포의 농도를 조절할 수 있음을 알 수 있다.2. Looking at Table 2, as the distance between the water surface and the cover narrows, the concentration of air bubbles in water decreases, and when the cover is removed and all the fog is blown away, it can be seen that the concentration of air bubbles in water decreases. , It can be seen that the concentration of air bubbles in water can be controlled by adjusting the volume of the location where fog occurs.
농도(개수/ml)Air bubbles in water
Concentration (count/ml)
<실시예 3> 작동 조건을 달리하여 미세 기포의 크기 및 농도 조절의 확인<Example 3> Confirmation of control of the size and concentration of microbubbles by different operating conditions
1. 실시예 1에서 준비된 실험 장치의 수조 내에 물을 넣어 높이가 3cm가 되도록 하고, 수면과 커버의 간격이 9cm가 되도록 상기 커버를 위치시켰다. 이후, 초음파 진동자 A와 B를 각각 10분 동안 작동시키거나, 초음파 진동자 A를 10동안 작동시킨 후 연이어 초음파 진동자 B를 10분동안 작동시켰다. 이후, 물에 포함된 기포의 크기와 농도를 측정하여, 그 결과를 표 3에 나타내었다.1. Put water into the water tank of the experimental apparatus prepared in Example 1 so that the height was 3 cm, and the cover was positioned so that the distance between the water surface and the cover was 9 cm. Thereafter, the ultrasonic vibrators A and B were operated for 10 minutes, respectively, or the ultrasonic vibrators A were operated for 10 minutes, and the ultrasonic vibrators B were subsequently operated for 10 minutes. Thereafter, the size and concentration of air bubbles contained in water were measured, and the results are shown in Table 3.
2. 표 3을 보면, 진동자 A 또는 B만을 사용할 때와, 진동자 A와 B를 조합하였을 때, 다른 크기와 농도를 가지는 기포를 제조할 수 있음을 알 수 있어, 발생되는 포그를 조절하여 다양한 크기와 농도를 가지는 미세 기포를 제조할 수 있음을 알 수 있다.2. From Table 3, it can be seen that when only the vibrator A or B is used and when the vibrators A and B are combined, bubbles having different sizes and concentrations can be produced. It can be seen that microbubbles having a concentration of and can be prepared.
이상에서, 출원인은 본 발명의 다양한 실시예들을 설명하였지만, 이와 같은 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 일 실시예일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 어떠한 변경예 또는 수정예도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.In the above, the applicant has described various embodiments of the present invention, but such embodiments are only one embodiment that implements the technical idea of the present invention, and any changes or modifications may be made as long as the technical idea of the present invention is implemented. It should be construed as falling within the scope of
1: 물탱크 2: 초음파 진동자 3: 컨트롤러
4: 위치조절부 11: 유입로 12: 배출로
13: 순환로 14: 가압부 31: 물공급부
32: 물배출부 33: 순환부 34: 전원공급부
35: 포그조절부 36: 저장부 37: 제어부1: water tank 2: ultrasonic vibrator 3: controller
4: position control unit 11: inlet passage 12: discharge passage
13: circuit 14: pressurization unit 31: water supply unit
32: water discharge unit 33: circulation unit 34: power supply unit
35: fog control unit 36: storage unit 37: control unit
Claims (11)
상기 컨트롤러는 상기 물탱크 내에 일정 수위로 물이 공급되도록 제어하는 물공급부를 포함하며,
상기 물탱크 내 수면과 물탱크 상면 사이에는 일정 간격이 형성되어 수면 위에서 생성된 포그가 위치할 수 있는 일정 공간이 형성될 수 있도록, 상기 물공급부는 상기 물탱크에 일정량의 물을 공급하는 것을 특징으로 하는 미세기포 제조장치.A water tank for accommodating water; An ultrasonic vibrator that applies ultrasonic waves to water contained in the water tank; A controller for controlling the operation of the ultrasonic vibrator to control the amount of fog generated when the fine bubbles are generated, thereby adjusting the size and concentration of the fine bubbles contained in water; Including; a position control unit for adjusting the position of the ultrasonic vibrator in the water tank,
The controller includes a water supply unit for controlling water to be supplied to a predetermined level in the water tank,
The water supply unit supplies a predetermined amount of water to the water tank so that a predetermined space is formed between the water surface in the water tank and the upper surface of the water tank so that a predetermined space in which the fog generated above the water surface can be formed. A device for producing microbubbles.
특정 사이즈와 농도를 가지는 기포를 생성하기 위해, 기저장된 설정테이블에 따라, 상기 초음파 진동자가 물에 초음파를 가하는 작동을 제어하여 미세 기포의 발생시 포그 발생량을 조절하는 포그조절부를 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 제조장치.The method of claim 1, wherein the controller
In order to generate bubbles having a specific size and concentration, according to a pre-stored setting table, the ultrasonic vibrator comprises a fog control unit for controlling an operation of applying ultrasonic waves to water to adjust the amount of fog generated when fine bubbles are generated. Micro-bubble manufacturing device.
상기 위치조절부를 제어하여 초음파 진동자를 물 내의 특정 위치에 위치시킨 후 전원공급부가 초음파 진동자에 일정 시간 전원을 공급하도록 하여 특정량의 포그가 발생되도록 하는 조절모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는 미세기포 제조장치.The method of claim 3, wherein the fog control unit
And a control module for generating a specific amount of fog by controlling the position control unit to position the ultrasonic vibrator at a specific position in water, and then supplying power to the ultrasonic vibrator for a certain time by the power supply unit. Device.
상기 위치조절부를 제어하여 초음파 진동자를 물 내의 제1의 위치에 위치시킨 후 전원공급부가 초음파 진동자에 일정 시간 전원을 공급하도록 하여 일정량의 포그가 발생되도록 하고, 연이어 상기 위치조절부를 제어하여 초음파 진동자를 물 내의 제2의 위치에 위치시킨 후 전원공급부가 초음파 진동자에 일정 시간 전원을 공급하도록 하여 일정량의 포그가 발생되도록 하는 조합모듈을 포함하며, 상기 제1의 위치와 제2의 위치는 서로 상이하여, 초음파 진동자가 제1의 위치에 있을 때 발생하는 포그량과 제2의 위치에 있을 때 발생하는 포그량은 달라지게 되는 것을 특징으로 하는 미세기포 제조장치.The method of claim 3, wherein the fog control unit
After controlling the position control unit to position the ultrasonic vibrator at the first position in the water, the power supply unit supplies power to the ultrasonic vibrator for a certain amount of time so that a certain amount of fog is generated. It includes a combination module for generating a certain amount of fog by allowing the power supply to supply power to the ultrasonic vibrator for a certain period of time after being placed in a second position in water, and the first position and the second position are different from each other. And The amount of fog generated when the ultrasonic vibrator is in the first position and the amount of fog generated when the ultrasonic vibrator is in the second position are different.
초음파 진동자의 설치 위치, 물의 수위, 사용되는 초음파 진동자의 개수, 초음파 진동자가 발생시키는 초음파 주파수 및 초음파 진동자의 직경 중의 어느 하나 이상의 조절을 통해, 미세 기포 생성시 포그가 발생하거나 발생하지 않도록 하는 것이 가능하며, 포그의 발생량을 조절하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 미세기포 제조장치.The method of claim 1,
By adjusting any one or more of the installation location of the ultrasonic vibrator, the water level, the number of ultrasonic vibrators used, the ultrasonic frequency generated by the ultrasonic vibrator, and the diameter of the ultrasonic vibrator, it is possible to prevent or prevent fog from occurring when fine bubbles are generated. And, microbubble manufacturing apparatus, characterized in that it is possible to control the amount of fog generated.
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