KR102194982B1

KR102194982B1 - 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치

Info

Publication number: KR102194982B1
Application number: KR1020200040251A
Authority: KR
Inventors: 정재훈
Original assignee: 주식회사 에너텍
Priority date: 2020-04-02
Filing date: 2020-04-02
Publication date: 2020-12-24

Abstract

본 발명은 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치에 관한 것으로 보다 상세하게는, 유체가 공급되는 유체공급부와, 상기 유체공급부 일측과 연장되어 구비되는 유체혼합부와, 상기 유체공급부 및 상기 유체혼합부 외면을 감싸도록 설치되고, 복수의 공기주입구가 형성되어 상기 유체혼합부 측으로 공기를 공급하는 공기공급부와, 상기 유체혼합부 일측과 연장 결합되며 내주면에 테이퍼가 형성되는 유체확산부와, 상기 유체혼합부 일측 원주방향에 복수의 입자변환홀이 형성되고, 상기 입자변환홀은 상기 공기주입구와 대응되도록 설치되는 입자변환부를 포함하되, 상기 유체혼합부는 상기 공기공급부 내주면에서 회전가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.

Description

버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치{Bubble generator with easy bubble size conversion}

본 발명은 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 입자변환부를 통해 마이크로 또는 나노 단위의 버블로 변환시키기 위한 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치에 관한 것이다.

일반적으로, 물속에는 다량의 산소가 포함되어 수생식물이나 동물이 서식할 수 있는데, 만약 물속에 산소가 부족하게 되면, 물에 부영양화가 진행되므로, 물이 오염될 수 있다.

즉, 물속에 산소가 많이 포함될 경우, 물속에 포함된 유기물이 산소에 의해 산화, 분해되는 과정이 진행되어 호기성으로 청정한 물로 정화될 수 있는데 공기 중의 산소는 물속에 포화될 수 있는 용존 산소량은 그 한계가 있으므로 물에 오염물질이 다량으로 유입되는 경우 협기성화 부패하여 자체 정화는 어려워진다.

이때, 물속에 포함된 산소의 양인 용존 산소량이 높은 물은 오존(과산화수소)과 같이 살균작용도 겸하여 물속에서 나쁜 세균의 발생과 부패 등도 억제할 수 있다.

한편, 상기와 같이 물속에 산소를 포함시켜 이용하는 종래의 기술은 수질 정화시설이나 양식장 및 세탁기 등에 주로 사용되고 있는데. 정화시설에서 산소 기포를 정화조의 내부에서 폭기하여 산소에 의해 오폐수의 분해를 활성화한다.

또한, 양식장에서는 어패류의 배설물이나 바닥면으로 침전된 사료를 분해하거나 배설물이나 사료에서 발생하는 오염물질을 분해하며, 물에 살균작용을 하여 양식장 내의 물고기가 병균에 의해 오염되는 것을 방지한다.

최근에는 위와 같은 마이크로 버블의 활용분야가 더욱 다양화되어 피부의 모공 세정과 마시지 작용 등과 같은 피부 미용 분야뿐만 아니라 다이어트 효과와 같은 건강 분야로까지 마이크로 버블은 응용 영역을 확장하고 있으며, 마이크로 버블을 발생시키는 욕조 등도 등장하고 있다.

그러나, 위와 같이 마이크로 버블을 발생시키기 위해서 종래에는 가압펌프를 사용함이 일반적이다.

즉, 상기와 같은 마이크로 버블을 발생시키기 위해서는 물과 산소를 가압한 상태로 마이크로 버블 발생용 노즐이나 마이크로 버블 발생장치에 유입시켜야 마이크로 크기의 버블이 발생 될 수 있었다.

이러한, 가압 환경을 제공하기 위해서는 가압펌프 및 가압펌프를 구동하기 위한 전기장치 또한 필수적으로 필요하게 된다.

따라서, 마이크로 버블 자체를 발생시키거나, 발생된 마이크로 버블을 응용하는 제품은 큰 부피와 함께 무게를 갖게 되므로, 소형화와 경량화가 어려움 문제점이 있었다.

대한민국 등록특허 제10-1610652호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 유체혼합부를 회전함과 동시에 입자변환부에 형성된 입자변환홀을 통해 사용자가 원하는 버블의 크기(마이크로 또는 나노 단위)의 버블로 변환하여 수조에 공급하기 위한 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 공기주입구 내측에 오리피스를 설치하여 공기의 유속을 증가하기 위한 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 공기공급부 외주면에 진동발생부를 설치하여 유체의 병목현상을 보조적으로 방지함과 동시에 버블에 충격을 주어 버블의 크기를 잘개 제공하기 위한 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 실시예들의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 본 발명인 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치는, 유체가 공급되는 유체공급부;

상기 유체공급부 일측과 연장되어 구비되는 유체혼합부;

상기 유체공급부 및 상기 유체혼합부 외면을 감싸도록 설치되고, 복수의 공기주입구가 형성되어 상기 유체혼합부 측으로 공기를 공급하는 공기공급부;

상기 유체혼합부 일측과 연장 결합되며 내주면에 테이퍼가 형성되는 유체확산부;

상기 유체혼합부 일측 원주방향에 복수의 입자변환홀이 형성되고, 상기 입자변환홀은 상기 공기주입구와 대응되도록 설치되는 입자변환부;를 포함하되,

상기 유체혼합부는 상기 공기공급부 내주면에서 회전가능하게 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유체혼합부 외주면 일측에 볼플란저가 형성되고,

상기 공기공급부 내주면 둘레에 상기 볼플란저와 대응되도록 복수의 가이드홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

삭제

또한, 상기 입자변환홀은,

직경이 다르게 복수개 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 공기주입구 내측에 오리피스가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 오리피스 내주면에 와류홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유체혼합부를 파지 후 회전시키게 되면, 상기 유체혼합부가 회전과 동시에 상기 입자변환부가 자동 회전되어 상기 입자변환홀이 상기 공기주입구와 대응되도록 위치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치에 따르면, 유체혼합부를 회전함과 동시에 입자변환부에 형성된 입자변환홀을 통해 사용자가 원하는 버블의 크기(마이크로 또는 나노 단위)의 버블로 변환하여 수조에 공급하는 효과가 있다.

또한, 공기주입구 내측에 오리피스를 설치하여 공기의 유속을 증가하는 효과가 있다.

또한, 공기공급부 외주면에 진동발생부를 설치하여 유체의 병목현상을 보조적으로 방지함과 동시에 버블에 충격을 주어 버블의 크기를 잘개 쪼개는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치를 도시한 사시도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치를 도시한 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자변환부를 도시한 단면도,
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치를 도시한 단면도,
도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치를 도시한 단면도,
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 블록도이다.

이하의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치를 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자변환부를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치를 도시한 단면도이며, 도 5는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치를 도시한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 블록도이다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명인 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치는 크게 유체공급부(100)와, 유체혼합부(200)와, 공기공급부(300) 및 유체확산부(400)로 구성된다.

상기 유체공급부(100)는, 일측에 유체를 공급하는 별도의 유체주입수단(미도시)과 결합되도록 나사산 등의 결합수단(I)이 형성되어 있으며, 상기 유체주입수단(미도시)에서 공급되는 유체가 유입되어 타측으로 이동되도록 내측에 중공이 형성된다.

여기서, 상기 유체공급부(100)의 일측 내주면은 외측방향에서 내측방향으로 15°각도로 라운드진 형태로 제작되는데, 이러한 라운드진 형태는 상기 유체주입수단(미도시)으로 부터 공급받는 유체의 흐름을 외측에서 내측으로 순간적으로 유도하여 유체의 유속을 향상시킬 수 있다.

한편, 라운드진 형태의 각도가 15°이상과 이하일 경우, 유체의 속도가 향상되긴 하나, 순간적인 유체의 속도를 향상하기 위해서는 15°각도가 바람직하다.

이때, 상기 유체공급부(100) 일측부 내면은 폭이 일측에서 타측 방향으로 일정구간 좁아지도록 형성되어 베르누이의 원리에 의해 상기 유체주입수단(미도시)으로 부터 공급되는 유체의 유속을 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 유체공급부(100) 내주면에 회전수단(101)으로 부터 축결합되어 동력을 전달받는 블레이드(110)가 부가적으로 설치될 수 있다. 상기 블레이드(110)는 제1블레이드(111)와 제2블레이드(112)로 구분되는데, 상기 제1, 2블레이드(111, 112)는 복수개의 통공(H)이 형성되어 있고, 상호 역방향으로 회전되어 유입되는 유체가 상호 역방향으로 회전되는 상기 제1, 2블레이드(111, 112)와 더불어 통공(H)을 통과하며 마찰력에 의한 미세기포를 생성할 수 있다. 따라서, 상기 블레이드(110)를 통과하는 유체는 이하 설명될 공기와의 접촉 전에 미세기포를 생성시켜 버블의 생성효율을 증대시킬 수 있다.

한편, 상기 유체공급부(100)와 상기 유체혼합부(200) 사이에는 유체분산판(130)이 형성될 수 있는데, 상기 유체분산판(130)은 각형상의 타공이 형성된다.상기 타공은 복수개가 형성되되, 바람직하게는 육각형 즉, 별집형상으로 제작되어 타공으로 유입되는 유체의 입자를 잘게 쪼갤 수 있다.

이러한, 유체분산판(130)의 타공의 지름은 3 ~ 5 mm 사이로 설치되는데, 상기 타공의 지름이 3 mm 이하일 경우, 유체가 타공을 통과하지 못하고 정체되어 유체의 흐름을 저하시키는 문제점이 발생할 수 있고, 상기 타공의 지름이 5 mm 이상일 경우, 유체가 상기 타공으로 유입 시 유체의 입자를 잘게 쪼개지 못하는 문제점이 있으므로 상기 유체분산판(130)의 타공의 지름은 3 ~ 5 mm 사이로 제작되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 유체분산판(130)의 면적은 유체 흐름의 부하를 줄이기 위해 상기 유체공급부(100) 내경보다 10 ~ 20 % 정도 작게 제작되어 유체 흐름에 방해가 되지않도록 설치된다.

상기 유체혼합부(200)는, 상기 유체공급부(100) 일측과 자유상태로 연장되어 구비되고 상기 유체공급부(100)에서 유입되는 유체가 이동되도록 내측에 중공이 형성된다.

이때, 상기 유체혼합부(200) 일측부 내면은 폭이 일측에서 타측 방향으로 일정구간 좁아지도록 형성되어 베르누이의 원리에 의해 상기 유체공급부(100)로 부터 공급되는 유체의 유속을 증대시킬 수 있다.

한편, 상기 유체혼합부(200) 일측에 입자변환부(210)가 형성된다. 상기 입자변환부(210)는 일체형 또는 분리형으로 제작될 수 있으며, 상기 입자변환부(210)는 원주방향으로 직경이 다른 복수의 입자변환홀(220)이 형성되는데, 상기 입자변환홀(220)은 이하 설명될 공기주입구(310)와 대응되도록 설치되는 것이 바람직하다.

이러한 상기 입자변환부(210)는 작업자가 원하는 버블의 크기를 선정한 후, 상기 유체혼합부(200)를 파지 후 회전시키게 되면, 상기 입자변환홀(220)이 자동으로 회전되고, 상기 입자변환홀(220)이 이하 설명될 공기주입구(310)와 대응되도록 위치하게 된다.

이를 통해, 공기주입구(310)로 유입되는 공기가 상기 입자변환홀(220)을 통과하게 되고, 유입되는 공기의 직경이 작업자가 원하는 크기로 변환되어 상기 유체혼합부(200) 내측으로 유입과 동시에 버블의 생성크기를 변환시킬 수 있는 것이다.

또한, 상기 입자변환홀(220)은 상기 입자변환부(210)의 원주방향으로 1/2 ~ 1/4 피치(Pitch) 정도 형성되는 것이 바람직하며, 외부에서 확인이 가능하도록 글씨나 숫자가 각인되어 사용자가 손쉽게 크기별 입자변환홀(220)의 크기 및 위치를 확인할 수 있다.

아울러, 이하 설명될 상기 공기공급부(300) 일측에 상기 유체혼합부(200)를 자동으로 회전시키기 위한 회전부(370)가 설치될 수 있다.

상기 회전부(370)는 상기 유체혼합부(200)를 일정간격 즉, 상기 입자변환홀(220)이 형성된 상기 입자변환부(210) 원주방향 만큼 회전시킴으로써 상기 입자변환홀(220)이 회전되어 상기 공기주입구(310)와 대응되게 위치할 수 있도록 자동으로 회전시키기 위한 구성으로, 상기 공기공급부(300) 일측에 설치된 구동모터(371)와, 상기 구동모터(371)의 회전축에 결합되는 제1기어(372)와, 상기 유체혼합부(200) 일측에 상기 제1기어(372)와 대응되어 맞물리도록 형성되는 제2기어(373)가 설치된다.

이때, 상기 제2기어(373)는 상기 유체혼합부(200) 일측에 반구 형상으로 형성되는데, 이는 상기 유체혼합부(200) 외주면의 설치위치에 제약받지 않고 재료비를 절약할 수 있다.

이러한 상기 회전부(370)는 별도의 제어부(510)에서 상기 구동모터(371)에 구동신호를 입력하면, 상기 구동모터(371)는 회전과 동시에 상기 제1기어(372)를 회전시키게 되고, 이로 인해 상기 제2기어(373)가 형성된 상기 유체혼합부(200)가 일정간격 만큼 회전함과 동시에 상기 입자변환부(210)를 회전시켜 입자변환홀(220)을 상기 공기주입구(310)와 대응되도록 자동으로 회전되는 것이다.

여기서, 상기 제어부(510)는 작업자가 임의로 설정한 제어값에 의해 상기 구동모터(371)를 구동시킬 수 있는데, 일정시간에 맞춰 자동으로 구동시킬 수 있으며, 상기 유체혼합부(200) 내측에 설치되어 버블의 생산량 및 버블의 평균크기를 자동으로 감지하는 별도의 감지부(500)에 의해, 버블의 생산량 및 버블의 평균크기를 감지한 후, 버블의 생산량이 적거나 버블의 평균크기가 작업자가 원하는 크기만큼 생성되지 않을 경우, 자동으로 상기 회전부(370)를 가동함과 동시에 입자변환부(210)를 회전시켜 입자변환홀(220)의 크기를 조정후 버블의 생산량 및 버블의 평균크기를 자동으로 조정할 수 있다.

또한, 상기 회전부(370)를 감싸도록 별도의 하우징(미도시)이 형성되어 상기 회전부(370)의 기밀을 유지할 수 있다.

아울러, 상기 입자변환홀(220)은 상기 입자변환부(210) 원주방향에 마이크로 단위의 홀과 나노 단위의 홀로 구분되어 형성되는데, 상기 마이크로 단위의 입자변환홀(220)의 직경은 10 ㎛ 이하로 형성될 수 있고, 상기 나노 단위의 입자변환홀(220)의 직경은 5 ㎛ 이하로 형성될 수 있으나, 각 단위의 입자변환홀의 직경은 당업자에 의해 변경실시 가능함을 밝혀둔다.

따라서, 사용자가 원하는 단위별로 직경을 제작하여 원하는 버블의 크기를 다양하게 조절할 수 있으며, 원형, 타원형, 각형, 다각형 등의 다양한 형상으로 제작될 수 있다.

또한, 상기 입자변환홀(220)은 각도가 기울어지도록 형성될 수 있는데, 공기 주입시 상기 입자변환홀(220)에서 공급되는 공기에 의해 와류가 형성되어 유체혼합 효율의 증대 즉, 버블의 생성을 촉진시키는 효과가 있다.

이때, 상기 입자변환홀(220)의 각도는 20 ~ 45°로 형성될 수 있는데, 상기 입자변환홀(220)의 각도가 20°이하일 경우 공기가 유체와의 혼합 과정에서 난류(Turbulent flow) 즉, 유체의 흐름이 불규칙하게 일어나는 정도가 현저히 떨어져 유체의 혼합효율이 저하됨으로 인해 버블의 생산량이 저하되는 문제점이 있다.

여기서, 상기 입자변환홀(220)의 각도가 45°이상일 경우 각도가 비교적 크게 발생되므로 공기가 유체와의 혼합이 잘 이루어지지 않아 버블의 생산량이 저하되는 문제점이 있으므로, 버블의 생산효율 향상을 위하여 상기 입자변환홀(220)의 각도는 20 ~ 45°각도로 형성되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 30°각도로 형성되어 버블의 생산효율을 증대시킬 수 있다.

아울러, 상기 유체혼합부(200) 내부의 길이방향으로 체류유도판(240)이 일렬로 복수개 설치되거나, 상기 유체혼합부(200) 내부의 길이방향으로 지그재그로 형성될 수 있다.

이러한 상기 체류유도판(240)은 생성되고 있는 버블을 상기 유체혼합부(200) 내부에서 일정시간 더 체류시킴으로써 체류시간이 길어진 버블의 입자를 더 잘개 쪼갤 수 있는 효과가 있다.

또한, 상기 체류유도판(240)의 단면은 끝단이 뾰족한 삼각형상으로 제작되는데 환형의 링 형태로 제작되어 유체에 혼합된 불순물이 상기 유체혼합부(200) 내주면에 부착되는 것을 방지할 수 있는데, 유체가 상기 유체혼합부(200) 내주면을 따라 흐르다가 상기 체류유도판(240)의 삼각형상을 통과하게 되면, 흐르는 유체에 혼합된 불순물이 상기 유체혼합부(200) 내주면과 순간적으로 마찰되지 않아 불순물이 상기 유체혼합부(200) 내주면에 부착되는 것을 방지하는 것이다.

이로 인해, 유체의 압력손실을 최소화하여 정량의 유량을 지속적으로 제공할 수 있는 효과가 있다.

상기 공기공급부(300)는, 일측에 공기를 공급하는 별도의 공기주입수단(미도시)과 결합되도록 나사산 등의 결합수단(I)이 형성될 수 있고, 상기 유체공급부(100) 및 상기 유체혼합부(200) 외면을 감싸도록 설치되는데, 더욱 바람직하게는 상기 유체공급부(100)와 상기 유체혼합부(200) 사이를 감싸도록 설치될 수 있다.

이러한, 상기 공기공급부(300)에는 복수의 공기주입구(310)가 형성되어 있데, 상기 공기주입구(310)는 상기 유체혼합부(200) 측으로 관통되도록 형성되어 상기 유체혼합부(200) 측으로 공기를 공급하게 된다.

여기서, 상기 공기주입구(310)의 각도가 기울어지도록 형성됨으로써 공기 주입시 상기 유체혼합부(200) 내부에서 공급되는 공기에 의해 와류가 형성되어 유체혼합 효율의 증대 즉, 버블의 생성을 촉진시키는 효과가 있다.

이때, 상기 공기주입구(310)의 각도는 20 ~ 45°사이로 형성될 수 있는데, 상기 공기주입구(310)의 각도가 20°이하일 경우 공기가 유체와의 혼합 과정에서 난류(Turbulent flow) 즉, 유체의 흐름이 불규칙하게 일어나는 정도가 현저히 떨어져 유체의 혼합효율이 저하됨으로 인해 버블의 생산량이 저하되는 문제점이 있다.

여기서, 상기 공기주입구(310)의 각도가 45°이상일 경우 각도가 비교적 크게 발생되므로 공기가 유체와의 혼합이 잘 이루어지지 않아 버블의 생산량이 저하되는 문제점이 있으므로, 버블의 생산효율 향상을 위하여 상기 공기주입구(310)의 각도는 20 ~ 45°각도로 형성되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 공기주입구(310) 내측에 별도의 오리피스(330)가 설치될 수 있는데, 상기 오리피스(330)가 설치되기 전에 상기 공기주입구(310) 내측에 상기 오리피스(330)를 지지하기 위한 지지브라켓(331)이 별도로 설치될 수 있다.

이러한, 상기 지지브라켓(331)은 공기 주입 시 강한 압력에 의해 상기 오리피스(330)의 위치가 움직여 공기의 주입방향이 틀어지는 것을 방지하여 유체혼합 효율의 증대시킬 수 있다.

따라서, 상기 오리피스(330)는 베르누이의 원리에 의해 상기 유체혼합부(200) 측으로 공급되는 공기의 유속을 증대시킬 수 있으며, 유체혼합 효율을 증대시킬 수 있다.

한편, 상기 오리피스(330) 내주면에 나선형의 와류홈(340)이 형성될 수 있는데, 상기 와류홈(340)은 음각 또는 양각의 나선형상으로 제작됨으로써 주입되는 공기가 상기 와류홈(340)을 따라 나선형으로 이동되어 공기를 와류되도록 유도시키게 되고 이를 통해 상기 오리피스 내부에서 발생되는 병목현상을 방지함과 동시에 공기의 유속을 증대시킬 수 있다.

또한, 상기 공기주입구(310) 상부에 상기 공기주입구(310) 둘레를 감싸도록 챔버(360)가 부가적으로 설치될 수 있다. 상기 챔버(360)는 상기 공기주입구(310)로 부터 유입된 공기를 일정기간 체류시킬 수 있으며, 주입되는 공기의 손실을 방지하여 상기 공기주입구(310) 측으로 주입시키기 위한 것이며, 상기 챔버(360) 하부 일측에 복수개의 오링(O-ring)이 설치되어 상기 공기주입구와의 기밀을 유지시킬 수 있다.

이와 같은, 상기 공기공급부(300) 외주면에 별도의 진동발생부(350)가 더 설치될 수 있다. 더 나아가, 유체공급부(100), 유체혼합부(200), 유체확산부(400) 측에도 별도로 설치될 수 있다.

상기 진동발생부(350)는 상기 공기공급부(300)에서 공기가 주입될 경우, 상기 공기공급부(300) 외주면에 진동을 주어 비정상적인 공기의 주입을 유도하여 버블의 생성을 촉진하게 된다.

이러한 상기 진동발생부(350) 내부에는 상하운동이 가능한 다수개의 진동체(미도시)를 포함하고 있는데, 상기 진동체(미도시)는 유압/공압식, 전기식, 기계식 등으로 제작될 수 있고, 상하방향으로 이동하여 상기 유체공급부(100), 유체혼합부(200), 공기공급부(300), 유체확산부(400) 외주면에 진동을 가진하여 상기 유체공급부(100), 유체혼합부(200), 공기공급부(300), 유체확산부(400) 내주면으로 진동을 전달 즉, 충격파를 전달하여 비정상적인 유체 흐름에 의해 버블의 생성을 촉진하게 된다.

일 실시예로, 상기 진동발생부(350)는 상기 공기공급부(300)의 외주면 일측에만 설치되어 일측에 연속적으로 가진하거나 또는 시간차를 두고 가진할 수 있으며, 상기 공기공급부(300)의 외주면 일측과 타측에 각각 설치되어 일측에 진동을 가진한 후 정지하고, 타측에 진동을 가진하는 동작을 반복하여 산발적으로 가진하여 진동의 가진 면적을 넓혀 버블의 입자를 신속히 쪼개 버블의 생산효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

상기 진동발생부(350)와 더불어 상기 공기공급부(300) 외주면에 별도의 초음파발생부(미도시)가 더 설치될 수 있다.

상기 초음파발생부(미도시)는 미세 초음파를 상기 유체공급부(100)와 상기 유체혼합부(200)의 외주면에서 내주면으로 전달함으로써 유체 흐름으로 인한 스케일이 흡착되는 것을 방지함과 동시에 상기 스케일을 제거하는 수단으로 활용가능하다.

상기 유체확산부(400)는, 상기 유체혼합부(200) 일측과 연장 결합되는데, 상기 유체혼합부(200)와 일체형으로 제작되거나, 분리형으로 제작되어 상기 유체혼합부(200)에서 공급되는 버블을 수조 측으로 배출 및 확산하는 것이다. 상기 유체확산부(400)는 중공으로 형성되되, 내주면은 평행을 이루다 일정거리를 지나 외측방향으로 테이퍼를 형성시켜 유체의 확산을 도모할 수 있다.

이때, 상기 테이퍼의 각도는 1 ~ 3°로 형성될 수 있는데, 상기 테이퍼의 각도가 1°이하일 경우 버블이 확산되지 않는 문제점이 있으며, 상기 테이퍼의 각도가 3°이상일 경우 버블이 멀리까지 도달하지 못하는 문제점이 있으므로, 버블의 확산효율을 향상을 위하여 상기 테이퍼의 각도는 1 ~ 3°사이의 각도로 형성되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 2°의 각도로 형성되는 것이 버블의 확산 효율을 증대시킬 수 있다.

한편, 상기 유체혼합부(200) 외주면 일측에 볼(231)과 스프링(232)를 포함하는 볼플란저(230)가 형성되고, 상기 공기공급부(300) 내주면 둘레에 상기 볼플란저(230)와 대응되도록 복수의 가이드홈(320)이 형성되는데, 상기 가이드홈(320)은 상기 공기공급부(300) 내주면의 1/2 ~ 1/4 피치(Pitch)정도의 위치에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 볼플란저(230)는, 상기 유체혼합부(200)를 회전할 경우 상기 복수의 가이드홈(320)을 따라 이동되는데, 상기 가이드홈(320)은 상기 입자변환홀(220)과 대응되도록 설치되어 있어 상기 입자변환홀(220)의 크기의 선정을 위해 상기 유체혼합부(200)를 회전하게 되고, 상기 입자변환홀(220)의 크기를 선정됨과 동시에 상기 볼플라저(230)가 상기 가이드홈(320)에 삽입안착되어 상기 유체혼합부(200)가 더이상 회전되는 것을 방지하고 고정시킬 수 있다.

이에 따라, 상기 유체혼합부(200)는 상기 공기공급부(300) 내주면에서 회전가능하게 설치되는데, 이는 상기 유체혼합부(200)를 회전하게 되면, 상기 입자변환부(210)가 동시에 회전하게 되고, 상기 입자변환부(210)에 형성된 상기 입자변환홀(220)이 상기 공기주입구(310)와 대응되도록 위치되어 공기가 주입되는 면적 즉, 공기의 주입량을 조절할 수 있다.

예를 들어, 상기 입자변환홀(220)의 크기를 크게하면, 비교적 입자가 큰 마이크로 버블이 생성되는 것이고, 상기 입자변환홀(220)의 크기를 작게하면, 비교적 입자가 작은 나노 버블이 생성되는 것이다.

참고적으로, 마이크로 버블은 직경이 50㎛ 이하인 기포를 뜻하며, 마이크로 나노 버블은 300㎚~3㎛, 나노버블은 100㎚ 이하의 극미소 기포를 말한다.

또한, 상기 복수의 가이드홈(320) 양측 끝단에 스토퍼(321)가 설치될 수 있다. 상기 스토퍼(321)는 상기 볼플란저(230)가 상기 가이드홈(320)을 따라 회전된 후 상기 볼플란저(230)가 상기 일측과 타측에 형성된 가이드홈(320)으로 부터 이탈을 방지할 수 있고 더이상 회전되지 않도록 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예로, 상기 제어부(510)는 버블 생성 제어 알고리즘을 이용하여 상기 회전부(370)의 동작 및 상기 감지부(500)와 연동되어 버블의 생성량 및 버블의 크기 등을 모니터링하여 측정된 버블의 생성량 및 버블의 크기를 수신하게 되는데, 상기 버블 생성 제어 알고리즘은 상기 감지부(500)에서 버블의 생성량 및 버블의 크기 데이터를 수집 후 버블의 생성량 및 크기에 따라 상기 회전부(370)의 회동과 동시에 입자변환홀(220)을 회동하여 버블의 크기를 조절하거나 상기 제어부(510)와 연동된 상기 유체주입수단(미도시)을 제어하여 유체공급부(100)로 유입되는 유체의 양을 조절할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 감지부(500)에는 별도의 센서를 통해, 버블의 생성량 및 버블의 크기의 평균값을 측정한 데이터를 시계열적으로 수신하여, 저장하고, 저장된 데이터를 인공 신경망을 이용하여 처리할 수 있다. 보다 구체적으로 상기 인공 신경망은 시계열적으로 축적된 데이터의 처리에 적합한 RNN(Recurrent Neural Networks) 신경망 모델을 사용하여, 버블의 생성량 및 버블의 크기의 평균값을 추정하는 것이 바람직하다.

더욱 바람직하게는 RNN이 재귀적(recurrent)한 트레이닝이 필요하여 너무 많은 트레이닝 코스트(목표 추정도를 맞출 수 있도록 학습에 필요한 시간 등)가 너무 높다는 점에서, 이를 보완할 수 있도록 주의(attention) 메카니즘을 추가적으로 사용하는 것이 바람직하다.

주의 메카니즘의 경우, 입력 시계열 데이터를 인코딩(encoder)하고, 인코딩(encoding)된 데이터를 벡터화한 뒤, 주의 메카니즘을 거치고 나서, 이러한 벡터를 디코딩(decoding)하는 것을 특징으로 한다.

좀더 구체적으로, 주의 메카니즘의 경우, 인코딩된 벡터들에 적절한 가중치(weight)을 곱하고, 이후 softmax 등의 정규화 함수를 거치도록 구현될 수 있다.

결과적으로, 이렇게 RNN과 주의 메카니즘을 퉁해 학습한 데이터의 경우, 우리가 포커스하는 학습 데이터에 좀더 집중할 수 있도록 하여, 전체 신경망 학습의 코스트와 성능을 적절히 유지시킬 수 있도록 한다.

따라서, 순간적인 외부의 노이즈 등에 강건한 형태의 데이터 처리가 가능하고, 결과적으로 상기 제어부(510)를 통해 감지부(500), 회전부(370), 상기 유체주입수단(미도시)의 주입유량 등을 상황에 따라 적응적으로 제어할 수 있다.

따라서, 상기 유체혼합부(200)의 회전만으로 사용자가 원하는 버블의 크기를 마이크로 단위 또는 나노 단위의 버블로 생성될 수 있도록 신속히 변환시켜 다양한 버블을 수조 측으로 공급할 수 있는 효과가 있다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

100 : 유체공급부 200 : 유체혼합부
210 : 입자변환부 220 : 입자변환홀
230 : 볼플란저 231 : 볼
232 : 스프링 240 : 체류유도판
300 : 공기공급부 310 : 공기주입구
320 : 가이드홈 321 : 스토퍼
330 : 오리피스 331 : 지지브라켓
340 : 와류홈 350 : 진동발생부
360 : 챔버 400 : 유체확산부

Claims

유체가 공급되는 유체공급부(100);
상기 유체공급부(100) 일측과 연장되어 구비되는 유체혼합부(200);
상기 유체공급부(100) 및 상기 유체혼합부(200) 외면을 감싸도록 설치되고, 복수의 공기주입구(310)가 형성되어 상기 유체혼합부(200) 측으로 공기를 공급하는 공기공급부(300);
상기 유체혼합부(200) 일측과 연장 결합되며 내주면에 테이퍼가 형성되는 유체확산부(400);
상기 유체혼합부(200) 일측 원주방향에 복수의 입자변환홀(220)이 형성되고, 상기 입자변환홀(220)은 상기 공기주입구(310)와 대응되도록 설치되는 입자변환부(210);를 포함하되,
상기 유체혼합부(200)는 상기 공기공급부(300) 내주면에서 회전가능하게 설치되고,
상기 유체혼합부(200)를 파지 후 회전시키면, 상기 유체혼합부(200)가 회전과 동시에 상기 입자변환부(210)가 자동 회전되어 상기 입자변환홀(220)이 상기 공기주입구(310)와 대응되도록 위치되는 것을 특징으로 하는 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치.
청구항 1에 있어서,
상기 유체혼합부(200) 외주면 일측에 볼플란저(230)가 형성되고,
상기 공기공급부(300) 내주면 둘레에 상기 볼플란저(230)와 대응되도록 복수의 가이드홈(320)이 형성되는 것을 특징으로 하는 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치.
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청구항 1에 있어서,
상기 입자변환홀(220)은,
직경이 다르게 복수개 형성되는 것을 특징으로 하는 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치.
청구항 1에 있어서,
상기 공기주입구(310) 내측에 오리피스(330)가 설치되는 것을 특징으로 하는 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치.
청구항 5에 있어서,
상기 오리피스(330) 내주면에 와류홈(340)이 형성되는 것을 특징으로 하는 버블의 크기 변환이 용이한 버블발생장치.
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