KR102511087B1 - 피코버블 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 1차 기체와 함께 투입되는 액체를 고속회전되는 임펠러에서 미립화 하면서 무넘기 방식에 의해 원주방향의 방사상으로 비산시킴과 동시에 2차 기체 유입에 따른 벤츄리(venturi) 현상으로 인해 피코(pico) 단위의 피코버블을 발생시켜 방출하도록 임펠러; 가이드 하우징 및 방출 하우징을 포함하는 피코버블 발생장치를 제공한다.
그에 따라 간단한 기술적 구성에 의해 제작이 간단하고 제작비용 또한 저렴한 효과와 함게 특히 나노버블 보다 작은 단위의 피코버블의 활용성을 더욱더 확대할 수 있는 효과를 가진다.

Description

피코버블 발생장치{Pico bubble generator}
본 발명은 피코버블 발생장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 간단한 기술적 구성을 가지며 1차 기체와 함께 투입되는 액체를 고속회전되는 임펠러에서 미립화 하면서 무넘기 방식에 의해 원주방향의 방사상으로 비산시킴과 동시에 2차 기체 유입에 따른 벤츄리(venturi) 현상으로 인해 피코(pico) 단위의 피코버블을 발생시켜 방출하는 피코버블 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 나노버블은 눈으로 확인할 수 없는 초미세 기포로써, 일반 버블의 1/2,000 크기로 피부의 모공 25㎛ 이하의 미세한 공기 입자이며, 소멸할 때 1) 40KHz의 초음파 발생시키고, 2) 140db의 높은 음압을 발생시키며, 3) 4,000도~6,000도의 순간적인 고열이 발생된다.
즉, 일반 기포는 물속에서 상승해 표면에서 파열하지만 나노버블은 수중에서 압력에 의해 축소되며 다양한 에너지를 발생시키며 소멸한다.
이러한 나노버블은 초 극미한 거품으로 물과 공기를 격렬하게 회전시키는 경우 주로 발생한다.
이와 같은 나노버블은 "기체 용해 효과, 자기 가압효과, 대전효과" 등의 물리적, 화학적 특성에 의해 다양한 영역에서 활용되고 있으며, 근자에 이르러 특히 어업, 농업 분야에서는 각종 양식, 수경재배에 이용되고, 의료 분야에서는 정밀진단에 이용되며, 각종 분야에서 물리치료, 고순도 정수 처리, 환경장치 등에 사용되고 있는 실정이다. 즉, 그 사용분야가 온천욕부터 암진단까지 광범위하며 피부도 재생해주는데다가 살균효과도 뛰어나다고 알려져 있다.
상기와 같은 나노버블은 선회액체류식, 스테이트믹서식, 아젝터식, 밴추리식, 가압용해식, 초음파식, 전기분해식, 미세기공필터식 등 다양한 방식으로 생성된다.
이렇게, 다양한 방식의 나노버블발생설비 또는 장치를 통해 나노버블을 발생시키기 위해서는 기체가 혼합된 액체(공급수)를 공급받아 기체를 미세기포로 전환시켜 나노버블을 생성하게 된다. 상기 공급수가 미세기포로 전환되는 과정은 기포가 함유된 공급수(물과 공기가 혼합된)가 미세관로가 구비된 발생수단의 미세관로를 통과하는 중에 분리 및 압축되는 과정을 통해 이루어진다.
상기와 같이 나노버블 또는 마이크로버블을 발생하는 것과 관련된 선행기술에는 대한민국 등록특허공보 제10-2105794호, 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0029587호, 대한민국 등록특허공보 제10-1829732호, 대한민국 등록특허공보 제10-1829734호, 대한민국 등록특허공보 제10-1947084호, 대한민국 등록특허공보 제10-2112915호, 대한민국 등록특허공보 제10-2105794호 등에 게시된 바 있다(이하 '선행기술문헌들'이라 한다).
그러나 선행기술문헌들은 각각의 기술적 구성이 상당히 복잡한 단점은 물론 그 복잡한 구조로 인해 제작이 번거로울 뿐만 아니라 제조원가도 상승되는 단점을 가진다.
대한민국 등록특허공보 제10-2105794호 대한민국 공개특허공보 제10-2018-0029587호 대한민국 등록특허공보 제10-1829732호 대한민국 등록특허공보 제10-1829734호 대한민국 등록특허공보 제10-1947084호 대한민국 등록특허공보 제10-2112915호 대한민국 등록특허공보 제10-2105794호
상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 구체적인 기술적 해결과제는 간단한 기술적 구성을 가지며 1차 기체와 함께 투입되는 액체를 고속회전되는 임펠러에서 미립화 하면서 무넘기 방식에 의해 원주방향의 방사상으로 비산시킴과 동시에 2차 기체 유입에 따른 벤츄리(venturi) 현상으로 인해 피코(pico) 단위의 피코버블을 발생시켜 방출하는 피코버블 발생장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 구체적인 기술적 해결과제는 1차 기체와 함께 투입되는 액체의 미립화가 더욱더 효율적으로 이루어질 수 있도록 하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 구체적인 기술적 해결과제는 피코버블 발생장치의 외부에서도 피코버블로의 발생 과정을 확인 가능하도록 하는 데 있다.
상기와 같은 구체적인 기술적 해결과제를 해결하기 위한 본 발명의 구체적인 기술적 해결수단은 하우징 내의 구동부의 구동축에 장착되어 1차 기체와 함께 투입되는 액체를 고속회전에 따른 미립화 시키면서 무넘기 방식에 의해 원주 방향의 방사상으로 비산시키도록 상면 테두리 측에 미립화 공간홈이 형성되는 임펠러; 상기 하우징에 장착되어 그 하우징의 유입구와 대응되는 위치에 1차 기체와 액체가 유입되는 유입통로가 형성되며 상기 임펠러의 미립화 공간홈의 외벽 내면 및 바닥면과 소정 간격을 이루는 가이드 벽 사이로 미립화되어 혼합된 1차 기체와 액체가 상기 미립화 공간홈의 외벽을 무넘기 되면서 비산되는 가이드 하우징; 및 상기 하우징 및 가이드 하우징에 장착되어 2차 기체가 유입되는 2차 기체 유입로와 상기 미립화 공간홈의 외벽과 소정 거리를 두고 상기 가이드 하우징의 밑면에 형성되는 제1 돌출 경사턱과 소정 간격을 갖도록 형성되는 제2 경사 돌출턱 사이에서 미립화된 1차 기체와 액체가 2차 기체와 혼합되면서 벤츄리 현상에 의해 피코버블을 발생시켜 방출하는 방출로와 방출공이 형성되는 방출 하우징;을 포함한다.
상기 미립화 공간홈의 바닥면과 외벽 내면에는 투입되는 1차 기체와 액체의 미립화를 활성화하도록 소정 높이와 동일한 간격으로 돌출 형성되는 각각의 미립화 돌기가 형성되는 것을 포함한다.
상기 미립화 공간홈의 바닥면에 형성되는 미립화 돌기는 방사형 형태로 배치되는 것을 더 포함한다.
상기 미립화 공간홈의 외벽 내면에 형성되는 미립화 돌기는 외벽의 높이 보다 낮은 높이로 형성된다.
상기 가이드 하우징 및 방출 하우징은 반투명 또는 투명재질로 형성되는 것을 포함한다.
본 발명은 간단한 기술적 구성을 가지며 1차 기체와 함께 투입되는 액체를 고속회전되는 임펠러에서 미립화 하면서 무넘기 방식에 의해 원주방향의 방사상으로 비산시킴과 동시에 2차 기체 유입에 따른 벤츄리(venturi) 현상으로 인해 피코(pico) 단위의 피코버블을 발생시켜 방출함으로써, 간단한 기술적 구성에 의해 제작이 간단하고 제작비용 또한 저렴한 효과와 함게 특히 나노버블 보다 작은 단위의 피코버블의 활용성을 더욱더 확대할 수 있는 효과를 가진다.
또한, 1차 기체와 함께 투입되는 액체의 미립화가 더욱더 효율적으로 이루어질 수 있도록 함으로써, 피코버블로의 발생 효율성을 더욱더 증대시킬 수 있는 효과를 가진다.
또, 피코버블 발생장치의 외부에서도 피코버블로의 발생 과정을 확인 가능하도록 함으로써, 이상 유무를 신속하게 확인할 수 있을 뿐만 아니라 그에 따른 유지보수 또한 신속하게 이루어질 수 있는 효과도 가진다.
도 1은 본 발명을 설명하기 위한 단면도,
도 2는 도 1에 따른 임펠러를 설명하기 위한 평면도,
도 3은 본 발명의 사용 상태를 설명하기 위한 단면도 및 일부 확대 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 좀 더 상세하게 설명하면 다음과 같으며, 본 발명이 실시 예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명을 설명하기 위한 단면도이며, 도 2는 도 1에 따른 임펠러를 설명하기 위한 평면도이고, 도 3은 본 발명의 사용 상태를 설명하기 위한 단면도 및 일부 확대 단면도이다.
도시된 바와 같이 발명의 배경이 되는 기술에 기재한 바와 같이 종래에는 나노버블 또는 마이크로버블로 발생하기 위한 설비 또는 장비나 장치 등이 상당히 복잡한 기술적 구성을 가짐은 물론 그 복잡한 구조로 인해 제작이 번거로울 뿐만 아니라 제조원가도 상승되는 단점을 가진다.
본 발명은 간단한 기술적 구성을 가지며 1차 기체와 함께 투입되는 액체를 고속회전되는 임펠러에서 미립화 하면서 무넘기 방식에 의해 원주방향의 방사상으로 비산시킴과 동시에 2차 기체 유입에 따른 벤츄리(venturi) 현상으로 인해 피코(pico) 단위의 피코버블을 발생시켜 방출하는 피코버블 발생장치를 제공하는 데 있다.
상기에서, 피코(pico) 단위는 10-12 을 나타내는 보조단위이다. 마이크로마이크로(μμ)라고도 한다. 기호 p. 1조(兆)분의 1에 해당한다. 1μμ=10-6×10-6=10-12이다. 즉, 발명의 배경이 되는 기술에 기재한 나노나 마크로 단위 보다 더 작은 단위이다.
본 발명에 따른 피코버블 발생장치(1)는 임펠러(10), 가이드 하우징(20) 및 방출 하우징(30)을 포함하는 기술적 구성을 가진다.
임펠러(10)는 공지된 모터와 같은 형태로 하우징(H) 내의 구동부의 구동축(S)에 장착되어 1차 기체와 함께 투입되는 액체를 고속회전에 따른 미립화 시키면서 무넘기 방식에 의해 원주 방향의 방사상으로 비산시키도록 상면 테두리 측에 미립화 공간홈(12)이 형성되는 기술적 구성을 가진다. 상기 하우징에는 1차 기체와 액체가 유입되는 유입구(H1)가 형성된다.
다시 말해서, 상기 임펠러는 구동부의 구동축 상에 장착되어 고속회전되는 것으로, 투입되는 1차 기체와 액체가 충격 및 충돌에 의해 혼합과 함께 미립화 시키는 역할을 한다. 즉, 상기 임펠러의 직경이 대략 200㎜, 60,000 rpm으로 회전하면 2,012 bar인 물을 노즐로 분사하는 것과 같은 속도(초속 628m, 음속의 1.8배)로 분사하는 것과 같다.
그에 따라 상기 임펠러를 고속으로 회전하는 과정에서 투입되는 1차 기체와 액체는 임펠러의 미립화 공간홈에서 충격과 충돌을 반복하면서 미립화 하게 된다. 상기 미립화된 1차 기체와 액체는 상기한 고속회전에 따른 충격과 충돌에 의해 나노 단위까지 미립화 된다.
이렇게, 미립화 된 1차 기체와 액체는 임펠러의 고속회전에 의해 미립화 공간홈의 외벽을 무넘이 방식으로 원주방향의 방사상으로 비산 된다.
여기서, 상기 미립화 공간홈(12)의 바닥면과 외벽 내면에는 투입되는 1차 기체와 액체의 미립화를 활성화하도록 소정 높이와 동일한 간격으로 돌출 형성되는 각각의 미립화 돌기(12A)가 형성되는 것이 바람직하다.
상기한 상기 미립화 돌기는 고속회전되는 임펠러에서 1차 기체와 액체가 충격과 충돌되면서 미립화를 더욱더 활성화 시키는 기술적 구성이다. 그로 인해 나노 단위까지의 미립화가 더욱더 활성화될 수 있다.
아울러, 상기 미립화 공간홈(12)의 바닥면에 형성되는 미립화 돌기(12A)는 방사형 형태로 배치되는 것이 바람직하며, 이는 고속회전과 함께 1차 기체와 액체가 더욱더 균일한 형태로 미립화 시키면서 방사상으로의 비산 또한 더욱더 효율적으로 이루어질 수 있도록 한다.
그리고 상기 미립화 공간홈(12)의 외벽 내면에 형성되는 미립화 돌기(12A)는 외벽의 높이 보다 낮은 높이로 형성되는 것이 바람직하다.
즉, 미립화 공간홈에서 바닥면과 외벽 내면에 형성된 미립화 돌기에 의해 미립화를 활성화함과 동시에 무넘기 방식에 의해 방사상으로 비산 시 외벽에 형성되는 미립화 돌기는 외벽 보다 낮은 높이로 형성됨에 따라 미립화 돌기가 형성되지 않은 외벽 내면을 미립화된 1차 기체와 액체가 더욱더 원활하게 무넘기 방식으로 타고 넘어갈 수 있다. 다시 말해서, 외벽 내면에 형성된 미립화 돌기에서 미립화 된 후 외벽 내면을 타고 넘어가는 과정에서 미립화 돌기가 없는 부분에서 미립화 된 1차 기체와 액체는 더욱더 원활하게 무넘기 방식에 의해 타고 넘어간 후 방사상으로 비산될 수 있는 조건을 가진다.
그에 따라 임펠러 상에 투입되는 1차 기체와 액체는 1차 기체와 함께 투입되는 액체를 고속회전에 따른 나노 단위로 미립화 시키면서 무넘기 방식에 의해 원주 방향의 방사상으로 비산시킨다.
가이드 하우징(20)은 상기 하우징(H)에 장착되어 그 하우징(H)의 유입구(H1)와 대응되는 위치에 1차 기체와 액체가 유입되는 유입통로(22)가 형성되며 상기 임펠러(10)의 미립화 공간홈(12)의 외벽 내면 및 바닥면과 소정 간격을 이루는 가이드 벽(24) 사이로 미립화되어 혼합된 1차 기체와 액체가 상기 미립화 공간홈(12)의 외벽을 무넘기 되면서 비산하는 역할을 한다.
다시 말해서, 가이드 하우징은 임펠러와 함께 미립화 된 1차 기체와 액체를 원주방향의 방사상으로 비산되도록 가이드 하는 역할을 하는 것으로, 특히 미립화 공간홈의 바닥면을 타고 외측으로 이동되는 미립화 된 1차 기체와 액체가 외벽 측으로 어느 일측으로 편중됨 없이 균일한 양으로 이동되도록 하는 역할을 행한다.
그로 인해 임펠러의 외벽에서 무넘기 방식에 의해 원주방향으로 비산되는 미립화 된 1차 기체와 액체를 안정적이면서 균일한 상태로 비산시키게 된다.
아울러, 상기 가이드 하우징은 후술하는 방출 하우징과 함께 미립화 된 1차 기체와 액체를 피코 단위로 방출하는 역할도 겸하는 것으로 이는 후술한다.
방출 하우징(30)은 상기 하우징(H) 및 가이드 하우징(20)에 장착되어 2차 기체가 유입되는 2차 기체 유입로(32)와 상기 미립화 공간홈(12)의 외벽과 소정 거리를 두고 상기 가이드 하우징(20)의 밑면에 형성되는 제1 돌출 경사턱(26)과 소정 간격을 갖도록 형성되는 제2 경사 돌출턱(34) 사이에서 미립화 된 1차 기체와 액체가 2차 기체와 혼합되면서 벤츄리 현상에 의해 피코버블을 발생시켜 방출하는 방출로(36)와 방출공(36A)이 형성되는 기술적 구성을 가진다.
다시 말해서, 고속회전에 따른 임펠러에서 미립화된 1차 기체와 액체는 고속으로 원주방향으로 비산됨과 동시에 방출 하우징의 2차 기체 유입로를 통하여 유입되는 2차 기체와 함께 제1,2 돌출 경사턱 사이에서 벤츄리 현상으로 인해 방출로에서 피코 단위의 액체와 기체가 혼합된 비코버블로 발생 된 후 방출공을 통하여 외부로 방출하게 된다.
즉, 나노 단위로 미립화 된 1차 기체와 액체는 가이드 하우징의 제1 돌출 경사턱과 방출 하우징의 제2 경사턱 사이에서 2차 기체와 함께 벤츄리 현상에 의해 혼합되면서 재차 더 작은 단위의 피코 단위의 피코버블이 발생하게 된다. 이렇게 발생한 피코버블은 방출로를 타고 흐르다 방출공을 통하여 외부로 방출하게 된다.
그에 따라 피코버블은 발명의 배경이 되는 기술의 나노버블이 가지는 각종 작용효과 보다 더욱더 우수한 조건을 구축함으로써, 그 활용 가치는 더욱더 높을 수밖에 없는 조건을 가진다.
특히, 하·폐수 또는 오 ·폐수 시설에서는 더욱더 활용가치가 높은 조건을 가질 수 있다.
한편, 상기 가이드 하우징(20) 및 방출 하우징(30)은 반투명 또는 투명재질로 형성함으로써, 1차 기체와 액체가 미립화 되는 과정은 물론 피코버블이 발생하는 과장에서 외부에서 간편하게 투시 또는 확인할 수 있는 편리성도 가진다.
이는 혹여 피코버블을 발생하는 과정에서 발생하는 이상 징후 또한 신속하게 확인할 수 있어, 신속하게 유지 보수할 수 있는 부수적인 조건도 가진다.
1 : 피코버블 발생장치
10 : 임펠러 12 : 미립화 공간홈
12A : 미립화 돌기 20 : 가이드 하우징
22 : 유입 통로 24 : 가이드 벽
26 : 제1 돌출 경사턱 30 : 방출 하우징
32 : 2차 기체 유입로 34 : 제2 돌출 경사턱
36 : 방출로 36A : 방출공

Claims (5)

  1. 하우징 내의 구동부의 구동축에 장착되어 1차 기체와 함께 투입되는 액체를 고속회전에 따른 충격과 충돌에 의해 혼합과 함께 미립화 시키면서 무넘기 방식에 의해 원주 방향의 방사상으로 비산시키도록 상면 테두리 측에 미립화 공간홈이 형성되는 임펠러;
    상기 하우징에 장착되어 그 하우징의 유입구와 대응되는 위치에 1차 기체와 액체가 유입되는 유입통로가 형성되며 상기 임펠러의 미립화 공간홈의 외벽 내면 및 바닥면과 소정 간격을 이루는 가이드 벽 사이로 미립화되어 혼합된 1차 기체와 액체가 상기 미립화 공간홈의 외벽 측으로 어느 일측으로 편중됨 없이 균일한 양으로 이동되어 무넘기 되면서 균일한 상태로 비산시키는 가이드 하우징; 및
    상기 하우징 및 가이드 하우징에 장착되어 2차 기체가 유입되는 2차 기체 유입로와 상기 미립화 공간홈의 외벽과 소정 거리를 두고 상기 가이드 하우징의 밑면에 형성되는 제1 돌출 경사턱과 소정 간격을 갖도록 형성되는 제2 경사 돌출턱 사이에서 미립화된 1차 기체와 액체가 2차 기체와 혼합되면서 벤츄리 현상에 의해 피코버블을 발생시켜 방출하는 방출로와 방출공이 형성되는 방출 하우징;을 포함하되,
    상기 미립화 공간홈의 바닥면과 외벽 내면에는 투입되는 1차 기체와 액체가 충격과 충돌되면서 미립화를 더욱더 활성화시켜 나노단위까지의 미립화를 활성화되도록 소정 높이와 동일한 간격으로 돌출 형성되는 각각의 미립화 돌기가 형성되되, 상기 바닥면에 형성되는 미립화 돌기는 고속회전과 함께 1차 기체와 액체가 더욱더 균일한 상태로 미립화 시키면서 비산 또한 효율적으로 이루어질 수 있도록 방사형 형태로 배치되는 것을 포함하는 피코버블 발생장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 미립화 공간홈의 바닥면에 형성되는 미립화 돌기는 방사형 형태로 배치되는 것을 더 포함하는 피코버블 발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 미립화 공간홈의 외벽 내면에 형성되는 미립화 돌기는 외벽의 높이 보다 낮은 높이로 형성되는 것을 포함하는 피코버블 발생장치.
  5. 제1항, 제3항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가이드 하우징 및 방출 하우징은 반투명 또는 투명재질로 형성되는 것을 포함하는 피코버블 발생장치.
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