KR102558831B1 - 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기 - Google Patents

마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기 Download PDF

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Abstract

복수의 분사홀이 형성된 샤워기 헤드; 이온교환수지를 포함하는 흡착부가 내부에 위치하여 입자성 유해물질 및 이온성 유해물질을 제거한 연수를 제공하는 샤워기 몸체; 및 상기 샤워기 몸체와 샤워기 헤드 사이에 결합되며, 마이크로버블을 생성하는 마이크로버블 발생모듈;을 포함하고, 상기 샤워기 헤드로부터 분사된 연수의 마이크로버블은 나노버블로 소멸하며 음이온이 방출되는 것을 특징으로 하는 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기를 제공한다.

Description

마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기{All-in-one shower that sprays soft water containing microbubbles}
본 발명은 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기에 관한 것으로 샤워 시 수돗물 내의 경도성 물질과 중금속 물질을 흡착하고 수돗물을 연수화하여 피부의 보습과 습윤에 도움을 주며, 모공보다 작은 마이크로버블을 함유하여 세정력이 향상될 뿐만 아니라 음이온 발생으로 항균, 살균 효과를 기대할 수 있는 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기에 관한 것이다.
요즘은 샤워 또는 세안 시 더 나은 양질의 물을 이용하기 위해 입자성 오염물질(녹물, 이물질 등)을 제거하는 세그멘트 필터를 장착한 샤워기 또는 수전을 사용하고 있다. 그러나 세그멘트 필터는 일정 크기의 공극을 갖고 있어 이온성 오염물질을 제거하기에는 한계가 있다.
그래서 연수기를 사용하는 가정이 증가하고 있는데, 일반적으로 상용되는 연수기는 수돗물의 경도성 물질을 제거하고 연수로 제공하기 위해 경도성 물질을 흡착할 수 있는 양이온교환수지를 이용하고 있다. 충분한 경도 제거율을 위해서는 그에 필요한 양이온교환수지의 크기가 있으며, 가정용 연수기 또한 소형화에 제한이 있다. 즉, 일반적으로 가정용으로 사용하는 연수기의 경우 부피가 크기 때문에 1인 가구와 같은 소형 가정에서는 좁은 욕실에 설치하기에는 한계가 있을 수 있다. 나아가서 일정 시간 간격으로 양이온교환수지를 교체해주어야 지속적으로 연수를 사용할 수 있다.
상기의 문제를 해결하기 위해 한국공개특허 제 10-2016-0057161호, '콤팩트 연수기'가 개시된 바 있으나, 소형 욕실에 있어서 그 또한 설치 공간에 한계가 있을 수 있다.
또한, 마이크로버블을 포함하는 물을 이용하여 목욕 또는 세안하는 경우, 마이크로버블로 인한 용존산소가 피부에 닿아 노폐물과 피지를 효과적으로 제거할 수 있으므로, 앞으로 사용이 증가될 것이라 예측하고 있다.
일반적으로 마이크로버블의 생성은 초음파를 이용하거나, 오리피스와 같은 감압장치를 이용하는 방법이 있다. 이와 같은 방법들은 마이크로버블을 발생시키기 위한 공기를 물에 인위적으로 공급하기 위해 모터와 같은 별도의 장치들이 필요하며, 모터의 구동을 위한 전원 또한 필요하다. 따라서 수분이 있는 환경에서 전원을 공급하게 되므로 사용자는 감전의 위험에 노출되기 쉬우며, 일정 시간이 지나면 샤워기 내부에 물이 가득차게 되므로 별도의 드레인 밸브를 추가로 설치해야 하는 단점이 있다.
한국공개특허 제 10-2016-0057161호(공개일: 2016. 05. 23.) 한국등록특허 제 10-0938899호(등록일: 2010. 01. 19 )
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 흡착성능을 향상시킨 양이온교환수지를 샤워기에 구비함으로써 입자성 오염물질뿐만 아니라 이온성 오염물질을 제거할 수 있는 컴팩트한 구조를 가진 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기를 제공하는 것에 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 연수된 수돗물을 마이크로버블화 할 수 있으며, 마이크로버블의 소멸과 함께 음이온이 방출되는 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기를 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명의 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.
상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 복수의 분사홀이 형성된 샤워기 헤드; 이온교환수지를 포함하는 흡착모듈이 내부에 위치하여 입자성 유해물질 및 이온성 유해물질을 제거한 연수를 제공하는 샤워기 몸체; 및 상기 샤워기 몸체와 샤워기 헤드 사이에 결합되며, 마이크로버블을 생성하는 마이크로버블 발생모듈;을 포함하고, 상기 샤워기 헤드로부터 분사된 연수의 마이크로버블은 나노버블로 소멸하며 음이온이 방출되는 것을 특징으로 하는 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기를 제공할 수 있다.
상기 마이크로버블 발생모듈은, 원통형의 몸체와, 물이 유입되되 상기 몸체의 중심을 향하여 직경이 좁아지는 물유입부와, 상기 몸체의 외주면으로부터 내측방향으로 직경이 좁아지되 상기 물유입부와 서로 수직인 방향으로 위치하는 공기유입부와, 상기 공기유입부의 내측 단부와 상기 상기 물유입부의 내측 단부가 위치하여 유입된 공기와 물이 서로 혼합되는 혼합부와, 상기 혼합부로부터 공기가 혼합된 물이 지나가는 물이동부와, 메시필터가 위치하여 상기 물이동부를 지난 물이 상기 메시필터와 충돌 또는 메시필터를 관통하는 확산부를 포함하는 것일 수 있다.
상기 마이크로버블 발생모듈은, 상기 물유입부의 외측단부의 지름과 상기 물유입부의 내측단부의 지름과 상기 혼합부의 지름은 2:(0.6~0.7):1의 비율을 가지는 것일 수 있다.
상기 마이크로버블 발생모듈은, 상기 물유입부의 외측단부의 단면은 십자형이고 내측단부의 단면은 원형인 것일 수 있다.
상기 마이크로버블 발생모듈은, 상기 원통형의 몸체가 삽입되는 어댑터를 구비하여, 상기 샤워기 몸체와 샤워기 헤드 사이에 결합되는 것일 수 있다.
상기 이온교환수지는 표면이 개질된 양이온 교환수지일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기는 흡착성능을 향상시킨 양이온교환수지를 샤워기에 구비함으로써 입자성 오염물질뿐만 아니라 이온성 오염물질을 제거할 수 있는 컴팩트한 구조를 갖는 장점이 있다. 또한, 연수된 수돗물을 마이크로버블화 할 수 있으며, 마이크로버블의 소멸과 함께 음이온이 방출되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기를 나타낸 분해사시도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기를 나타낸 분해사시도,
도4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기의 마이크로버블 발생모듈을 나타낸 사시도,
도 5 및 도6은 도 4의 단면도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기의 마이크로버블 발생모듈을 나타낸 사시도,
도 8 및 도 9는 도 7의 단면도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로버블 발생모듈에 의해 발생한 마이크로버블의 입도를 분석한 그래프,
도 11a는 상용의 이온교환수지를 이용한 등온흡착 결과를 나타낸 그래프,
도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 이온교환수지를 이용한 등온흡착 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기를 나타낸 분해사시도, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기를 나타낸 단면도, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기를 나타낸 분해사시도, 도4는 본 발명의 실시예에 따른 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기의 마이크로버블 발생모듈을 나타낸 사시도, 도 5 및 도6은 도 4의 단면도, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기의 마이크로버블 발생모듈을 나타낸 사시도, 도 8 및 도 9는 도 7의 단면도, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로버블 발생모듈에 의해 발생한 마이크로버블의 입도를 분석한 그래프, 도 11a는 상용의 이온교환수지를 이용한 등온흡착 결과를 나타낸 그래프, 도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 이온교환수지를 이용한 등온흡착 결과를 나타낸 그래프이다.
도 1 내지 도 11b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기(1)는 복수의 분사홀(12)이 형성된 샤워기 헤드(10); 이온교환수지를 포함하는 흡착모듈(32)이 내부에 위치하여 입자성 유해물질 및 이온성 유해물질을 제거한 연수를 제공하는 샤워기 몸체(30); 및 상기 샤워기 몸체(30)와 샤워기 헤드(10) 사이에 결합되며, 마이크로버블을 생성하는 마이크로버블 발생모듈(100, 200);을 포함하고, 상기 샤워기 헤드(10)로부터 분사된 연수의 마이크로버블은 나노버블로 소멸하며 음이온이 방출되는 것일 수 있다.
상세히 설명하면, 복수의 분사홀(12)이 형성된 샤워기 헤드(10)는 마이크로버블이 함유된 연수를 분사할 수 있다. 샤워기 헤드는 원기둥 형태로 구비될 수 있으며, 마이크로버블 발생모듈(100, 200)을 통해 발생한 마이크로 버블이 연수 내에서 잘 혼합될 수 있는 영역을 마련해줄 수 있다. 이 경우, 분사홀(12)은 일방향 분사가 가능하도록 원기둥 형태의 외주면에 복수개로 형성될 수 있다.
이온교환수지를 포함하는 흡착모듈(32)이 내부에 위치하여 입자성 유해물질 및 이온성 유해물질을 제거한 연수를 제공하는 샤워기 몸체(30)는 사용자에게 손잡이 역할을 하거나 거치대에 의해 고정될 수 있다.
흡착모듈(32)에 포함된 상기 이온교환수지는 표면이 개질된 양이온 교환수지일 수 있으며, 예로써, 상기 표면이 개질된 양이온 교환수지는 다음과 같은 방법으로 형성될 수 있다.
상기 양이온 교환수지 표면개질 방법은 음이온성 고분자 용액을 제조하는 제 1단계; 상기 음이온성 고분자 용액에 양이온 교환 수지를 침지하는 제 2단계; 및 산 수용액 및 디알데하이드 수용액을 상기 음이온성 고분자 용액에 적하하는 제 3단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 양이온 교환수지 표면개질 방법에서 상기 양이온 교환수지는 통상적으로 이용되는 양이온 교환수지를 이용할 수 있다. 구체적으로 상기 양이온 교환수지는 주쇄로 폴리스티렌, 폴리아크릴 및 디비닐벤젠에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으며, 주쇄 상에 양이온 교환을 위한 작용기를 포함하여 양이온 교환성을 갖는 고분자를 이용할 수 있다. 좋게는 상기 양이온교환 수지의 주쇄는 폴리스티렌 및 디비닐벤젠을 함께 포함하여 기계강도 및 내구성을 확보할 수 있다.
나아가 상기 양이온 교환수지는 작용기로 술포네이트(SO3-) 기를 포함할 수 있으며, 양이온 교환기로 술포네이트기를 포함하는 양이온 교환수지를 이용함으로써 표면개질의 효과를 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 양이온 교환수지는 상술한 조건을 만족하는 시판 양이온 수지를 이용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 양이온 교환수지 표면개질 방법에서 상기 음이온성 고분자는 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 폴리스티렌술폰산 및 폴리아믹산에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 포함할 수 있으며, 좋게는 상기 음이온성 고분자는 폴리아크릴산 또는 폴리메타크릴산일 수 있다. 이러한 고분자를 이용함으로써 표면개질 효율을 높이고 표면개질에 의한 양이온 교환효과를 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 상기 음이온성 고분자 용액은 좋게는 수용액 상태일 수 있으며, 음이온성 고분자 용액의 농도는 0.1 내지 1 중량%, 좋게는 0.2 내지 0.8 중량%, 더욱 좋게는 0.25 내지 0.5 중량%일 수 있다. 음이온성 고분자 용액의 농도가 지나치게 높을 경우 균일한 표면개질이 이루어지기 어려운 문제점이 있으며, 음이온성 고분자 용액의 농도가 낮을 경우 표면개질 효율이 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 양이온 교환수지 표면개질 방법은 상기 음이온성 고분자 용액에 양이온 교환수지를 침지하는 제 2단계를 포함한다. 이때 양이온 교환수지는 상기 음이온성 고분자 용액 1 L 당 100 내지 500 g, 좋게는 200 내지 400 g 침지할 수 있으며, 양이온 교환수지를 소량 침지하는 경우 표면개질의 효율이 지나치게 떨어지는 문제가 발생할 수 있으며, 양이온 교환수지를 다량 침지하는 경우 표면개질이 충분히 이루어지지 못하는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 제 2단계는 양이온 교환수지 표면을 고르게 개질할 수 있도록 30분 내지 2시간 동안 교반하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 상기 제 3단계의 처리 전 양이온 교환수지와 음이온성 고분자를 고르게 분산시켜 균일한 표면개질층을 형성할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 의한 양이온 교환수지 표면개질 방법은 산 수용액 및 디알데하이드 수용액을 상기 음이온성 고분자 용액에 적하하는 제 3단계;를 포함하며, 상기 제 3단계를 거쳐 가교반응이 일어남으로써 양이온 교환수지의 세척 등을 수행하더라도 음이온성 고분자가 표면에서 이탈되는 문제를 예방할 수 있다.
상기 산 수용액은 좋게는 무기산을 용해한 수용액일 수 있으며, 더욱 좋게는 염산, 황산, 질산, 인산 및 과염소산에서 선택되는 하나 또는 둘 이상을 물에 용해하여 제조된 수용액일 수 있다. 이때 산 수용액의 농도는 0.3 내지 1 중량%, 좋게는 0.4 내지 0.8 중량%, 더욱 좋게는 0.45 내지 0.6 중량%일 수 있으며, 산 수용액의 농도가 낮은 경우 가교 효율이 낮아질 수 있고, 산 수용액의 농도가 높은 경우 급격한 가교반응에 의하여 균일한 가교층 형성이 어려운 문제가 발생할 수 있다.
상기 디알데하이드 수용액에 포함된 디 알데하이드는 양단에 알데하이드 작용기를 포함하는 화합물을 이용할 수 있으며, 좋게는 상기 디알데하이드는 글루타르알데하이드(Glutaraldehyde), 숙신디알데하이드(Succindialdehyde) 및 말론디알데하이드(Malondialdehyde)에서 선택되는 하나 또는 둘 이상일 수 있고, 더욱 좋게는 글루타르 알데하이드 및 숙신디알데하이드에서 선택되는 하나 이상을 이용할 수 있다. 이러한 알데하이드를 이용함으로써 가교 속도를 높이면서도 세척후에도 불필요하게 디알데하이드가 잔류하는 문제를 예방할 수 있다. 상기 디알데하이드 수용액의 농도는 0.3 내지 1.2 중량%, 좋게는 0.4 내지 1 중량%, 더욱 좋게는 0.5 내지 0.7 중량%일 수 있으며, 디알데하이드 수용액의 농도가 낮은 경우 가교 속도가 지나치게 늦어지는 문제가 발생할 수 있으며, 디알데하이드 수용액의 농도가 높은 경우 불필요하게 생산단가가 상승할 수 있다.
상기 제 3단계에서 적하하는 산 수용액은 상기 음이온성 고분자 용액 1 L 당 50 내지 100 ㎖, 좋게는 70 내지 90 ㎖일 수 있으며, 산 수용액의 적하량이 적은 경우 가교가 이루어지지 않을 수 있으며, 산 수용액의 적하량이 많은 경우 세척단계를 추가로 더 필요로 하는 문제가 발생할 수 있다. 상기 제 3단계에서 적하하는 디알데하이드 수용액은 상기 음이온성 고분자 용액 1L 당 20 내지 50 ㎖, 좋게는 25 내지 40 ㎖일 수 있다. 디알데하이드 수용액의 적하량이 적은 경우 가교가 충분히 이루어지지 않을 수 있으며, 디알데하이드 수용액의 적하량이 많은 경우 불필요하게 생산단가가 상승할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 양이온 교환수지 표면개질 방법으로 표면개질된 양이온 교환수지는, 표면 개질 전 양이온 교환수지 대비 최대 흡착량이 5배 이상, 구체적으로 5 내지 7 배 높은 것을 특징으로 한다. 상술한 바와 같이 본원발명에 의한 양이온 교환수지 표면개질 방법은 간단한 방법으로 시판 양이온 교환수지를 표면개질 함으로써, 양이온 교환수지의 최대 흡착량을 현저히 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 소량의 양이온 교환수지를 이용하여도 우수한 흡착력을 나타낼 수 있는 장점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 양이온 교환수지 표면개질 방법은 상기 제 1단계 전 상기 양이온 교환수지를 세척하는 세척단계를 추가로 포함할 수 있다. 이러한 세척단계를 포함함으로써 양이온 교환수지에 포함된 불필요한 성분을 제거하고, 표면개질 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기 세척단계는 증류수 또는 탈이온수 등을 이용하여 1~5차례 반복하여 수행될 수 있으며, 필요 시 약산성의 용액을 이용하여 세척할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 양이온 교환수지 표면개질 방법은 상기 제 3단계 후 양이온 교환수지를 분리한 뒤, 세척하는 제 4단계를 더 포함할 수 있다. 이러한 세척단계를 포함함으로써 이온교환 시 불필요한 물질이 교환대상이 되는 용액에 혼입되는 문제를 예방할 수 있다. 이때 세척은 증류수 또는 탈이온수 등을 이용할 수 있으며, 2 ~ 5 차례 반복하여 수행될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예 및 비교예에 의해 구체적으로 설명한다. 아래 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 본 발명의 범위가 아래 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
디비닐벤젠 및 폴리스티렌을 주쇄로 포함하며, 작용기가 술포네이트기인 상용 양이온 교환수지(Amberlite IRC-108H)를 증류수로 3회 세척한다. 폴리아크릴산을 물에 용해하여 0.3 중량%의 농도를 갖는 폴리아크릴산 수용액을 제조하고, 제조된 폴리아크릴산 수용액 1L에 세척된 양이온 교환수지 300 g을 침지한 뒤 한시간 동안 교반하였다. 이후, 폴리아크릴산 수용액 1L에 0.5 중량%가 되도록 0.5mL 염산 및 0.6 중량%가 되도록 0.6mL 글루타르 알데하이드를 한방울씩 적하하여 가교반응을 유도하였다. 이후, 양이온 교환수지를 분리하고 증류수로 5차례 세척하여 표면개질된 양이온 교환수지를 제조하였다.
표면개질된 양이온 교환수지의 흡착특성 평가
500 ppm 농도의 메틸렌 블루(MB) 30 mL와 앞서 제조된 표면개질된 이온교환 수지 및 아무런 처리도 되지 않은 양이온 교환수지 0.9 g을 각각 첨가한 뒤, 24시간 동안 Shaking Incubator에서 교반하였다. 이후, 상등액을 분리하여 메틸렌 블루의 최대 흡수파장에서 흡광도를 분석하여 메틸렌 블루의 최종 농도를 분석하였으며, 그 결과를 도 11a 및 도11b로 나타내었다.
도 11a 및 도11b를 참고하면, 아무런 처리도 되지않은 양이온 교환수지(도 11a)는 최대 흡착량(qmax)이 30.8 mg/g 이며, 본 발명의 실시예에 의해 표면개질된 양이온 교환수지(도 11b)는 최대 흡착량(qmax)이 166.9 mg/g으로, 표면개질에 의해 약 5.4배의 최대 흡착량 상승을 보임을 확인할 수 있다.
상기 샤워기 몸체(30)와 샤워기 헤드(10) 사이에 결합되며, 마이크로버블을 생성하는 마이크로버블 발생모듈(100, 200)은 도 4 내지 도 9와 같이, 원통형의 몸체(110, 210)와, 물이 유입되되 상기 몸체의 중심을 향하여 직경이 좁아지는 물유입부(112, 212)와, 상기 몸체의 외주면으로부터 내측방향으로 직경이 좁아지되 상기 물유입부(112, 212)와 서로 수직인 방향으로 위치하는 공기유입부(115, 215)와, 상기 공기유입부(115, 215)의 내측 단부와 상기 물유입부(112, 212)의 내측 단부가 위치하여 유입된 공기와 물이 서로 혼합되는 혼합부(114, 214)와, 상기 혼합부(114, 214)로부터 공기가 혼합된 물이 지나가는 물이동부(116, 216)와, 상기 메시필터(230)가 위치하여 상기 물이동부(116, 216)를 지난 물이 상기 메시필터(230)와 충돌 또는 메시필터를 관통하는 확산부(118, 218)를 포함할 수 있다. 또한, 확산부(118, 218)의 일단부는 복수 개의 홀이 형성된 마개(120, 220)가 구비될 수 있으며, 상기 마개(120, 220)와 상기 바디(110, 210)의 결합부에 메시필터(230)가 개재될 수 있다.
물유입부(112, 212)로 유입된 물로 인해 형성된 내부의 부압으로 별도의 장치 없이 공기유입부(115, 215)로부터 혼합부(114, 214)로 공기가 유입되며, 혼합부(114, 214)를 통과함으로써 공기를 포함하게 되는 물입자는 메시필터(130, 230)로부터 더욱 분산되고, 상기 마개(120, 220)의 물 유출구(122, 222)로 이동함으로써 마이크로버블을 포함하는 물이 공급될 수 있다.
상기 혼합부(114, 214)의 지름(D14, D214)은 상기 물이동부(116, 216)의 지름(D16, D216)보다 작으며, 상기 혼합부(114, 214)와 상기 물이동부(116, 216)의 지름의 비율(D14:D16 또는 D214:D216)은 1:3 내지 1:3.5인 것일 수 있다. 상기 혼합부(114, 214)와 상기 물이동부(116, 216)의 지름의 비율(D14:D16 또는 D214:D216)이 1:3 미만이면 물유입부(112, 212)로 인해 증가된 물의 이동속도가 물이동부(116, 216)까지 유지되기 어려울 수 있으며, 공기유입부(115, 215)로 공기 유입을 유도하는 혼합부(114, 214)의 부압형성이 어려울 수 있다. 또한, 상기 혼합부(114, 214)와 상기 물이동부(116, 216)의 지름의 비율(D14:D16 또는 D214:D216)이 1:3.5를 초과하면 물이동부(116, 216)에 비해 혼합부(114, 214)의 공기의 혼합량이 상대적으로 적어져 마이크로버블 발생량이 줄어들 수 있으므로 상기의 범위를 가지는 것이 바람직하다. 혼합부(114, 214)와 물이동부(116, 216)는 단면이 직사각형인 원통형으로 구비될 수 있다. 직사각형 단면의 원통형으로 구비된 물이동부(116, 216)로 인해, 유입된 공기와 물이 물이동부(116, 216)에서 정체될 수 있는 구간을 제공함으로써, 유입된 공기와 물의 혼합이 더욱 잘 이루어지고, 물 이동부에서 공기와 물이 혼합되는 시간이 증가될 수 있다.
본 발명의 일실시예로써 마이크로버블 발생모듈(100)은 도 4 내지 도 6을 참조하면, 공기유입부(115)로부터 외부의 공기 유입을 유도하기 위한 효과적인 혼합부(114)의 부압형성과, 혼합부(114)로 유입되는 물의 효과적인 흐름과 수압형성을 최적화하기 위하여, 상기 물유입부(112)의 외측단부의 지름(D12a)과 상기 물유입부(112)의 내측단부의 지름(D12b)과 상기 혼합부(114)의 지름(D14)은 2:(0.6~0.7):1의 비율을 가지는 것일 수 있다.
또한, 상기 물유입부(112)의 외측단부의 단면은 십자형이고 내측단부의 단면은 원형일 수 있다. 물유입부(112)가 몸체 내부로 갈수록 지름이 좁아지므로 물의 속도가 빨라지고 압력은 낮아질 수 있는데, 십자형 단면 구간(112a)에서 물유입부의 내주면과 물이 마찰되는 형태는 원뿔형의 내주면인 경우와 달리 물과 물유입부의 마찰로 미세한 난류가 발생할 수 있다. 따라서 원형 단면 구간(112b)으로 물이 유입될 때 십자형 단면구간(112a)과의 압력차가 높아지게 되고, 혼합부(114)로 유입되어 물이동부(116)로 향하는 물의 속도와 혼합부(114)의 압력을 효과적으로 형성할 수 있다. 나아가서, 혼합부(114)로 유입되어 물이동부(116)로 향하는 물의 속도와 압력을 더욱 효과적으로 형성하기 위하여 상기 물유입부(112)는 십자형 단면 구간(112a)과 원형 단면 구간(112b)의 길이의 비(L12a:L12b)가 (10.8~11.2):3인 것일 수 있다.
또한, 물유입부(112)는 십자형 단면 구간(112a)과 원형 단면 구간(112b)의 경사각에 차이를 둠으로써 물과 물유입부의 마찰로 발생할 수 있는 미세한 난류의 형성을 더욱 유도하여 혼합부(114)에서 물과 공기의 혼합이 더욱 효과적으로 이루어질 수 있도록 상기 물유입부(112)는 십자형 단면 구간(112a)의 외주면 경사(θ1)는 상기 원형 단면 구간(112b)의 외주면 경사(θ2)보다 2.5 내지 2.7배의 크기를 가지는 것일 수 있다.
상기 공기유입부(115)는 상기 물이동부(116)와 상기 혼합부(114)의 형태와 크기에 대응하여, 물유입부(112)로 유입된 물과 그로 인해 형성된 부압에 대해 최적화된 양의 공기가 유입될 수 있도록 외측단부의 지름(D15a)과 내측단부의 지름(D15b)과 길이(L15)의 비가 (1.6~1.7):1:(6.3~6.5)인 것일 수 있다.
또한, 물유입부(112)로부터 혼합부(114)까지 물의 압력과 속도를 최적화하고, 혼합부(114)에서 공기와 혼합된 물이 공기의 손실을 최소화하여 확산부(118)까지 이동할 수 있도록 상기 물유입부(112)의 길이와 상기 혼합부(114)의 길이와 상기 물이동부(116)의 길이의 비(L12:L14:L16)는 (4.4~4.7):1:(4.7~4.9)인 것일 수 있다. 이 경우 수전으로부터 이동된 물의 압력은 1.5 내지 3.5bar의 압력을 가질 수 있다.
상기 물이동부(116)의 지름(D16)은 상기 확산부(118)의 지름(D18)보다 작으며, 물과 확산부(118)와의 마찰을 최소화하여 마이크로 버블을 유지하기 위하여 상기 물이동부(116)와 상기 확산부(118)의 지름의 비율(D16:D18)은 7:8.9 내지 7:9.5인 것일 수 있다.
확산부(118)의 중심에는 메시필터의 장착을 위한 장착홈(119)이 내주면에 위치하여 마개(120)의 결합단부(123)에 메시필터가 위치하여 장착홈(119)에 결합단부(123)와 메시필터의 가장자리가 끼워짐으로써 메시필터가 상기 확산부(118)의 중심에 장착될 수 있다.
상기 메시필터는 300 내지 350 메시의 공극률을 가지는 복층의 메시부재가 적층되어 구비되는 것일 수 있으며, 예로써 적층된 메시필터는 0.45 내지 0.55의 두께를 구비할 수 있다. 300 메시 미만의 메시부재가 적층되면 상대적으로 지름이 크거나 아주 작은 공극이 발생하여 마이크로버블이 일부 제거될 수 있으며, 350 메시를 초과하는 메시부재가 적층되면 부분적으로 공극이 막히는 경우가 발생하여 마이크로 버블이 상쇄될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예로써 마이크로버블 발생모듈(200)은 도 7 내지 도 9를 참조하면, 물유입부(212)는 바디 내부로 갈수록 지름이 좁아지므로 물의 속도가 빨라지고 그로 인해 혼합부(214)의 압력이 낮아질 수 있으며, 혼합부(214)에는 부압이 형성되어 공기유입부(215)로 공기가 유입되고 유입된 공기는 물에 혼합될 수 있다. 공기유입부(215)로부터 외부의 공기 유입을 유도하기 위한 효과적인 혼합부(214)의 부압형성과, 혼합부(214)로 유입되는 물의 효과적인 흐름과 부압형성을 최적화하기 위하여 상기 물유입부(212)의 외측단부의 지름(D212a)과 상기 물유입부(212)의 내측단부의 지름(D212b)과 상기 혼합부의 지름(D214)은 (1.4~1.5):(0.6~0.7):1의 비율을 가지는 것일 수 있다.
이때, 물유입부(212)와 물이동부(216)와 상기 혼합부(214)의 형태 및 크기에 대응하여, 물유입부(212)로부터 유입된 물과 그로 인해 형성된 부압에 대해 최적화된 양의 공기가 유입될 수 있도록 상기 공기유입부(215)는 외측단부의 지름과 내측단부의 지름과 길이의 비가 (2.3~2.4):1:(5.2~5.4)인 것일 수 있다.
또한, 물유입부(212)로부터 혼합부(214)까지 물의 압력과 속도를 최적화하고, 혼합부(214)에서 공기와 혼합된 물이 공기의 손실을 최소화하여 확산부(218)까지 이동할 수 있도록 상기 물유입부의 길이(L212)와 상기 혼합부의 길이(L214)와 상기 물이동부(L216)의 길이의 비는 1:1:(3.1~3.2)인 것일 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서 마개(220)는 물 유출구(222)의 내측(229)에 메시필터(230)가 안착되며, 바디의 확산부(218) 내측에 결합될 수 있다. 상기 물 유출구(222)는 중심에 원형의 홀(222a)과 그로부터 외주로 일정하게 구획된 복수개의 부채꼴의 형태로 홀(222b)이 형성되는 것일 수 있다. 따라서 메시필터(230)로 인해 더욱 분산된 마이크로버블을 최대한 유지하여 유출에 방해를 받지 않으며 물을 제공할 수 있다.
상기 메시필터(230)는 300 내지 350 메시의 공극률을 가지는 복층의 메시부재가 적층되어 구비되는 것일 수 있으며, 예로써 적층된 메시필터(230)는 0.36mm 내지 0.44mm의 두께를 가질 수 있다. 300 메시 미만이 메시부재가 적층되면 상대적으로 지름이 아주 크거나 아주 작은 공극이 발생하여 마이크로버블이 일부 제거될 수 있으며, 350 메시를 초과하는 메시부재가 적층되면 공극의 지름의 아주 작아져서 마이크로 버블이 상쇄될 수 있다.
다음의 [표1]은 본 발명의 실시예에 따른 마이크로버블 발생모듈(100, 200)을 장착한 경우의 절수 효과 및 마이크로버블 유지시간의 변화를 나타낸 것이다. 수압이 0.5 내지 3.1bar의 상태에서 각각의 유량에 대해 마이크로 버블을 발생시키고, 1분 경과 후 마이크로 버블의 상태를 확인하였으며, 그 후 마이크로버블의 유지시간을 체크하였다. 또한, 마이크로버블 발생모듈의 장착 전후의 절수율을 비교해 보았다. 가정용 수압이 1.5 내지 3.5bar임을 고려해볼 때, 해당 수압의 범위에서 5초간 생성된 마이크로 버블의 유지시간은 220 내지 240초, 즉 4분 내외의 시간으로 세안이나 세정에 필요한만큼 충분한 유지시간을 나타내주었다. 또한, 절수율이 13 내지 22%를 나타내어 절수의 효과도 있음을 알 수 있으며, 도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로버블 발생모듈로 발생한 마이크로버블의 크기는 10 내지 100㎛, 1100㎛ 내외로 분포함을 알 수 있다.
수압
(bar)		 장착 전
유량
(L/min)		 장착 후
유량
(L/min)		 마이크로버블 유지시간(초) 1분 후 사진 절수율
(%)
0.5 2.2 2.0 110 10
1.0 3.0 2.8 180 7
1.5 3.9 3.5 200 11
2.1 4.7 4.1 220 13
2.5 5.7 4.5 230 22
3.1 4.8 4.2 240 13
상기 마이크로버블 발생모듈(100, 200)은, 그 자체로 어댑터로써 샤워기 몸체(30)와 샤워기 헤드(10) 사이에 결합될 수 있으며, 상기 원통형의 몸체(110, 210)가 삽입되는 어댑터(20)를 구비하여 상기 샤워기 몸체(30)와 샤워기 헤드(10) 사이에 결합되는 것일 수 있다. 예로써, 체결부(111, 217)는 회전 나사형의 형태를 취하거나, 상부 외주면에 플렌지형으로 돌출된 형태를 취하여 어댑터(20)의 내주면에 결합될 수 있다. 이때 공기 유입홀(115, 215)이 어댑터(20)에 의해 막히지 않도록 어댑터(20)는 공기 유입홀(115)에 대응되는 외주면에 어댑터홀(22)을 구비할 수 있다.
상기 샤워기 헤드(10)로부터 분사된 연수의 마이크로버블은 나노버블로 소멸하며 음이온이 방출되는 것일 수 있다. 즉, 샤워기 몸체(30) 내부의 이온교환수지를 포함하는 흡착모듈(32)을 수돗물이 통과하며 연수가 되고, 연수는 어댑터(20) 내부에 위치하는 마이크로버블 발생모듈(100, 200)을 통과하며 마이크로버블을 함유하여 분사홀(12)을 통해 샤워기 헤드(10)로부터 분사될 수 있다. 분사 후 마이크로버블은 나노버블로 작아지며 사라지게 되는데, 나노버블이 소멸하며 음이온이 발생할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기는 흡착성능을 향상시킨 양이온교환수지를 샤워기에 구비함으로써 입자성 오염물질뿐만 아니라 이온성 오염물질을 제거할 수 있는 컴팩트한 구조를 갖는 장점이 있다. 또한, 마이크로버블 발생모듈(100, 200)을 통하여 연수된 수돗물을 마이크로버블화 할 수 있으며, 마이크로버블의 소멸과 함께 음이온이 방출되는 효과가 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10; 샤워기 헤드
12; 분사홀
20; 어댑터
22; 어댑터 홀
30; 샤워기 몸체
32; 흡착모듈
100, 200; 마이크로버블 발생모듈
110, 210; 바디
112, 212; 물유입부
114, 214; 혼합부
115, 215; 공기유입부
116, 216; 물이동부
118; 218; 확산부
120, 220; 마개
230; 메시필터

Claims (6)

  1. 복수의 분사홀이 형성된 샤워기 헤드;
    이온교환수지를 포함하는 흡착모듈이 내부에 위치하여 입자성 유해물질 및 이온성 유해물질을 제거한 연수를 제공하는 샤워기 몸체; 및
    상기 샤워기 몸체와 샤워기 헤드 사이에 결합되며, 마이크로버블을 생성하는 마이크로버블 발생모듈;을 포함하고,
    상기 샤워기 헤드로부터 분사된 연수의 마이크로버블은 나노버블로 소멸하며 음이온이 방출되고,
    상기 마이크로버블 발생모듈은, 원통형의 몸체와, 물이 유입되되 상기 몸체의 중심을 향하여 직경이 좁아지는 물유입부와, 상기 몸체의 외주면으로부터 내측방향으로 직경이 좁아지되 상기 물유입부와 서로 수직인 방향으로 위치하는 공기유입부와, 상기 공기유입부의 내측 단부와 상기 상기 물유입부의 내측 단부가 위치하여 유입된 공기와 물이 서로 혼합되는 혼합부와, 상기 혼합부로부터 공기가 혼합된 물이 지나가는 물이동부와, 메시필터가 위치하여 상기 물이동부를 지난 물이 상기 메시필터와 충돌 또는 메시필터를 관통하는 확산부를 포함하고,
    상기 마이크로버블 발생모듈은, 상기 물유입부의 외측단부의 지름과 상기 물유입부의 내측단부의 지름과 상기 혼합부의 지름은 2:(0.6~0.7):1의 비율을 가지되, 상기 혼합부와 물이동부는 각각 원통형으로 구비되어 중심축을 포함하는 각각의 수직단면은 직사각형이고, 상기 혼합부의 지름은 상기 물이동부의 지름보다 작으며, 상기 혼합부와 상기 물이동부의 지름의 비율은 1:3 내지 1:3.5이고, 상기 공기유입부는 상기 물이동부와 상기 혼합부의 형태와 크기에 대응하여 외측단부에서 내측단부로 경사를 구비하는 홀의 형태로, 외측단부의 지름과, 내측단부의 지름과, 외측단부와 내측단부 사이 길이의 비가 (1.6~1.7):1:(6.3~6.5)로 형성되며, 상기 원통형의 몸체가 삽입되는 어댑터를 구비하여, 상기 샤워기 몸체와 샤워기 헤드 사이에 결합되는 것을 특징으로 하는 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 마이크로버블 발생모듈은, 상기 물유입부의 외측단부의 단면은 십자형이고 내측단부의 단면은 원형인 것을 특징으로 하는 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 이온교환수지는 표면이 개질된 양이온 교환수지인 것을 특징으로 하는 마이크로버블을 함유한 연수를 분사하는 일체형 샤워기.

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