KR102640710B1 - 미세 버블 생성 유닛 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 미세 버블 생성 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용기 내부에서 이동하는 유체의 마찰 또는 충돌 면적을 확대하거나 용기 내부를 통과하는 과정에서 유체의 유속을 이웃하는 구간 상호간에 다르게 생성되도록 함으로써 단순한 구성에 의해 마이크로미터 또는 나노미터 단위의 미세 버블의 생성 능력 및 살균력을 획기적으로 향상시킬 수 있도록 하는 미세 버블 생성 유닛에 관한 것이다.

Description

미세 버블 생성 유닛{Unit for generating micro or nano bubbles}
본 발명은 미세 버블 생성 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용기 내부에서 이동하는 유체의 마찰 또는 충돌 면적을 확대하거나 용기 내부를 통과하는 과정에서 유체의 유속을 이웃하는 구간 상호간에 다르게 생성되도록 함으로써 단순한 구성에 의해 마이크로미터 또는 나노미터 단위의 미세 버블의 생성 능력 및 살균력을 획기적으로 향상시킬 수 있도록 하는 미세 버블 생성 유닛에 관한 것이다.
일반적으로, 미세 버블이란 액체 내부에 기체가 분산되어 발생한 마이크로 미터 또는 나노 미터 단위의 미세한 기포를 의미한다.
이러한 미세 버블은 용존 산소 공급에 효율적인 역할을 하여 성장을 촉진시키고 소멸 시 발생하는 다량의 고온 에너지와 음이온를 이용하여 살균 효과와 항산화 작용을 증진하며 pH를 상승시킨다고 알려져 있다.
아울러 미세 버블은 세정 및 세척 효과가 뛰어나고 피부 보습 효과가 뛰어나서 피부 재생, 혈액 순환, 탈모 예방에도 도움이 될 뿐만 아니라, 세포막 파열에도 사용될 수 있어 최근 들어 환경 분야, 미용 분야, 식품 분야 등은 물론 의학 분야에서도 미세 버블에 대한 연구가 활발히 진행되고 있고, 그 수요 또한 증대되고 있는 추세이다.
기존의 미세 버블의 생성 방법으로는 고압에 의한 기체의 과포화조건을 이용한 가압용해식, 액체에 소용돌이를 발생시켜 소용돌이가 붕괴될 때의 에너지를 이용하는 선회전단방식, 상기 가압용해식과 선회전단방식을 동시에 사용하는 가압선회전단방식 등이 있는데, 상기와 같은 미세 버블 생성을 위해 별도의 압력발생장치나 프로펠러 등의 수단을 추가적으로 설치하여야 하므로 구성이 복잡하고 설치비용 및 유지 보수 비용이 많이 소요되며, 설치장소에 제약이 따르는 등의 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 최근에는 보다 단순한 구성으로 미세 버블을 생성시킬 수 있도록 하는 장치들이 개발되고 있는데, 일례로 대한민국 등록특허공보 제10-2100074호에는 미세기포 생성용 유로부재가 게재되어 있다.
상기 종래기술은 몸체가 벤딩(Bending) 가능한 단일관으로 이루어지고 유로 내부에 유로 공간을 다중분할하는 하나 이상의 분할벽이 유동 방향을 따라 일체로 연속 형성되게 하여 유체의 경계층 및 마찰면적을 확장함으로써 미세 기포의 생성을 증대할 수 있도록 구성된 것에 그 특징이 있다.
하지만, 미세 버블의 대부분은 유체가 유동 중에 충돌 또는 마찰에 의해 생성되는데, 상기 종래기술은 유체의 경계층 및 마찰 면적의 확장을 위해 내부에 형성된 하나 이상의 분할벽이 유체의 유동 방향인 출구 방향과 동일한 횡방향으로만 형성되어 있어, 유체의 총 유동 거리가 짧게 형성되고, 그에 따라 마찰 면적의 확대 효과가 상대적으로 적다는 단점이 있다.
또한, 상기 종래기술에 해당하는 미세기포 생성용 유로부재 내에서의 유체는 시종 동일한 조건, 즉 유로, 유로 단면적, 유속, 공극률 등이 동일한 상태에서 단일관의 유로를 유동하게 되고, 유체의 유동 방향의 전면에 유체들이 충돌할 수 있도록 하는 수단이 존재하지 않으므로 유체의 난류 발생이 적을 뿐만 아니라, 대부분의 유체는 층류로서 단위 체적당 미세 기포 생산성도 미흡하게 되어 살균력도 제한적이라는 문제점이 있어, 이를 개선하기 위해서는 미세 버블 생성 장치의 규모가 커져야만 되는 단점이 있다.
아울러, 유체의 경계층 및 마찰 면적의 확장을 위해 내부에 형성된 하나 이상의 분할벽은 단일관의 내부에 일체형으로 고착되어 있어서 유체에 혼입된 이물질, 녹물 등이 길이가 긴 단일관의 내부 분할벽에 부착되거나 오염될 경우 제거작업이 매우 곤란하거나 불가능한 단점도 있다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-2100074호(2020. 04. 06. 등록)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유로가 횡방향과 종방향 등으로 개방될 수 있도록 하는 정형화된 충진재를 용기의 내부에 충진 또는 적층하여 용기 내부의 단위 체적당 형성되는 유로의 길이를 증가시키고, 그에 따라 유체의 마찰 또는 충돌 면적을 증가시킬 수 있게 되어 마이크로미터 또는 나노미터 단위의 미세 버블의 생성 능력을 향상시킬 수 있도록 하는 미세 버블 생성 유닛을 제공함에 있다.
또한, 본 발명은 인접하는 정형화된 충진재들 사이의 유로가 서로 교차되도록 하여 용기 내부를 흐르는 유체의 충돌 횟수를 증가시킴으로써 생성되는 미세 버블의 생성량을 최대화하고 아울러 크기를 최소화시킬 수 있도록 하는 미세 버블 생성 유닛을 제공함에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 용기 내에 형성되는 유로를 일정 구간으로 블럭화하고, 인접한 블럭 사이에는 유로, 유로의 단면적, 유속, 공극률 등을 상이하게 구성함으로써 미세 버블의 생성, 소멸 그리고 생성이 용기 내부에서 반복적으로 이루어질 수 있도록 하는 미세 버블 생성 유닛을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 용기 내에 정형화된 충진재를 일정하게 충진 또는 적층함으로써 생성되는 미세 버블의 생산량, 크기 등의 품질 관리가 용이하고, 용기 내에 오염 발생 시 충진재를 분리하여 세척 또는 교환 등의 보수 작업이 용이한 미세 버블 생성 유닛을 제공함에 또 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적들을 달성하기 위한 본 발명은,
유체가 투입 및 배출되는 용기와, 상기 용기 내부에 충진 또는 적층되고 내부 또는 상기 용기의 내측벽과의 사이에 유체가 통과하는 유로가 형성된 다수의 충진재와, 상기 용기 내부 또는 양측 단부에 구비되어 충진재의 이동 및 유출을 방지하는 스토퍼를 포함하여, 상기 유체가 용기 내부를 통과하는 과정에서 미세 버블이 생성되도록 구성되되, 상기 충진재는 이웃하는 충진재와 유로의 배치 또는 유로의 단면적이 서로 다르게 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 유체가 투입 및 배출되는 용기와, 상기 용기 내부에 충진 또는 적층되고 내부 또는 상기 용기의 내측벽과의 사이에 유체가 통과하는 유로가 형성된 다수의 충진재와, 상기 용기 내부 또는 양측 단부에 구비되어 충진재의 이동 및 유출을 방지하는 스토퍼를 포함하여, 상기 유체가 용기 내부를 통과하는 과정에서 미세 버블이 생성되도록 구성되되, 상기 충진재는 다수 개의 충진재들이 직렬 또는 병렬로 연결된 블럭 구조의 결합모듈로 구성되고, 상기 결합모듈이 용기 내부에 하나 이상 충진 또는 적층되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 결합모듈은 이웃하는 결합모듈과 유로의 배치 또는 유로의 단면적이 서로 다르게 설치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 비교적 단순한 구성에 의해 단위 체적당 미세 버블의 생성율을 향상시키면서도, 생성되는 미세 버블의 크기를 최소화시킬 수 있으며, 미세 버블의 생성, 소멸 그리고 생성을 반복적으로 이루어지게 함으로써 미세 버블의 소멸 시 살균 효과와 항산화 작용을 증대하여 농업, 환경, 의료, 미용 분야 등 미세 버블을 활용하는 모든 분야에 용이하게 적용될 수 있는 뛰어난 효과를 갖는다.
또한, 본 발명에 따르면 마이크로미터 또는 나노미터 단위 크기의 미세 버블을 부피가 크지 않은 소형화된 유닛에 의해 생성시킬 수 있으므로 설치 및 유지 보수 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라 시간, 장소 및 용도의 제약 없이 사용이 가능하고, 정형화된 충진재를 일정하게 충진 또는 적층함으로써 일정한 품질의 미세 버블 생성 유닛의 생산이 가능하며, 단순한 구성에 의해 용기와 충진재의 분리 세척이 용이하므로 유지 보수가 용이하고 내구성 또한 우수한 효과를 추가로 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 미세 버블 생성 유닛의 일실시예를 나타낸 분리 사시도.
도 2의 (a) ~ (f)는 도 1에 나타낸 본 발명 중 충진재의 다양한 실시예들을 나타낸 사시도.
도 3의 (a),(b)는 도 2에 나타낸 충진재 중 구 형상의 충진재를 세부적으로 나타낸 도면.
도 4의 (a) ~ (c)는 도 2에 나타낸 충진재 중 플레이트 형상의 충진재를 세부적으로 나타낸 도면.
도 5의 (a),(b)는 용기의 내부에 설치되는 플레이트 형상 충진재의 실시예를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 미세 버블 생성 유닛 중 충진재가 설치된 용기의 내부 모습을 나타낸 단면도.
도 7의 (a) ~ (c)는 도 1에 나타낸 본 발명 중 스토퍼의 다양한 실시예들을 나타낸 도면.
도 8은 도 2에 나타낸 충진재 중 플레이트 형상의 충진재의 다른 실시예를 나타낸 사시도.
도 9의 (a)~(c)는 본 발명 중 충진재를 블럭 구조의 결합모듈로 구성한 실시예들을 나타낸 사시도.
도 10은 도 2에 나타낸 충진재 중 중공관 형상의 충진재를 블럭 구조의 결합모듈로 구성한 실시예를 나타낸 사시도.
도 11의 (a),(b)는 본 발명 중 용기의 내측벽에 형성된 고정리브의 실시예들을 세부적으로 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 미세 버블 생성 유닛의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 미세 버블 생성 유닛의 일실시예를 나타낸 분리 사시도이고, 도 2의 (a) ~ (f)는 도 1에 나타낸 본 발명 중 충진재의 다양한 실시예들을 나타낸 사시도이며, 도 3의 (a),(b)는 도 2에 나타낸 충진재 중 구 형상의 충진재를 세부적으로 나타낸 도면이고, 도 4의 (a) ~ (c)는 도 2에 나타낸 충진재 중 플레이트 형상의 충진재를 세부적으로 나타낸 도면이며, 도 5의 (a),(b)는 용기의 내부에 설치되는 플레이트 형상 충진재의 실시예를 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 미세 버블 생성 유닛 중 충진재가 설치된 용기의 내부 모습을 나타낸 단면도이며, 도 7의 (a) ~ (c)는 도 1에 나타낸 본 발명 중 스토퍼의 다양한 실시예들을 나타낸 도면이고, 도 8은 도 2에 나타낸 충진재 중 플레이트 형상의 충진재의 다른 실시예를 나타낸 사시도이며, 도 9의 (a)~(c)는 본 발명 중 충진재를 블럭 구조의 결합모듈로 구성한 실시예들을 나타낸 사시도이고, 도 10은 도 2에 나타낸 충진재 중 중공관 형상의 충진재를 블럭 구조의 결합모듈로 구성한 실시예를 나타낸 사시도이며, 도 11의 (a),(b)는 본 발명 중 용기의 내측벽에 형성된 고정리브의 실시예들을 세부적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 용기 내부에서 이동하는 유체의 마찰 또는 충돌 면적을 확대하거나 용기 내부를 통과하는 과정에서 유체의 유속을 이웃하는 구간 상호간에 다르게 생성되도록 함으로써 단순한 구성에 의해 마이크로미터 또는 나노미터 단위의 미세 버블의 생성 능력을 획기적으로 향상시킬 수 있도록 하는 미세 버블 생성 유닛(100)에 관한 것으로, 그 구성은 도 1에 나타낸 바와 같이, 크게 용기(110)와 충진재(120) 및 스토퍼(130)를 포함할 수 있다.
먼저, 상기 용기(110)는 중공 형상으로 이루어져 미세 버블 생성에 사용되는 유체가 투입되어 수용될 수 있도록 하는 것으로, 용기(110)의 내부로 투입된 유체는 용기(110) 내부를 이동하는 과정에서 용기의 내측벽 및 충진재(120)와의 마찰 또는 충돌 등에 의해 미세 버블을 생성시킬 수 있다.
이때, 상기 용기(110)로는 중공 파이프 형상의 단일관이나 벤딩이 가능한 호스 형태의 용기(110)가 사용될 수 있다.
또한, 상기 단일관 또는 호스 형태로 된 다수 개가 직렬 또는 병렬로 연결된 형태의 용기(110)가 사용될 수도 있고, 길이 방향으로 단면적이 일정한 형태 또는 길이 방향으로 단면적이 변화하는 형태의 용기(110) 등 다양한 형상 및 재질의 용기(110)가 사용될 수 있다.
그리고, 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 용기(110)의 내측에는 분할벽(112)이 형성될 수 있는데, 상기 분할벽(112)은 용기(110)의 내부에 형성되는 유로를 구획하여 용기(110) 내부를 이동하는 유체의 충돌발생이 보다 용이하게 이루어질 수 있도록 함과 동시에 충진재(120)의 이동을 방지하여 충진재(120)의 일정한 적층을 유지하고, 유체의 유동 시 발생하는 압력에 의한 파열 및 외부로부터의 충격 등에 의해 용기(110)가 파손되는 것을 방지하는 역할 즉, 용기(110)를 보강시키는 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 용기(110)의 내측벽에는 하나 이상의 고정리브(114)가 돌출 형성될 수 있는데, 상기 고정리브(114)는 용기(110) 내부에서 충진재(120)가 이동 또는 회전하는 것을 제한하는 역할을 할 수 있다.
즉, 도 11의 (a),(b)에 나타낸 바와 같이, 상기 용기(110)의 내측벽에 돌출 형성된 다수의 고정리브(114)는 용기(110)의 내부에 충진 또는 적층된 충진재(120)의 외측면과 서로 대응되는 요철(凹凸) 구조를 형성, 즉 상기 고정리브(114)에 충진재(120)의 요부(凹部)가 위치되고, 고정리브(114)가 형성되지 않은 용기(110)의 내측벽에는 충진재(120)의 철부(凸部)가 위치되도록 함으로써 용기(110) 내부에서의 충진재(120)의 이동 또는 회전을 제한할 수 있도록 구성될 수 있다.
다음, 상기 충진재(120)는 용기(110)의 내부에 설치되어 용기(110) 내부를 이동하는 유체와의 충돌 또는 마찰에 의해 미세버블을 생성시키는 역할을 하는 것으로, 용기(110)의 내부에 충진 또는 적층될 수 있는 다양한 형상으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 충진재(120)의 내부에는 유체가 통과할 수 있도록 하는 유로가 하나 이상 형성될 수 있고, 충진재(120)의 외측면과 용기(110)의 내측벽과의 사이에도 하나 이상의 유로가 형성될 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 상기 충진재(120)는 도 2의 (a) ~ (f)에 나타낸 바와 같이, 구 형상(이하, '제1충진재(120a)'라 한다), 중공관 형상(이하, '제2충진재(120b)'라 한다) 및 플레이트 형상(이하, '제3충진재(120c)'라 한다) 등을 포함할 수 있는데, 상기 제1 내지 제3충진재(120a,120b,120c)의 외경은 용기(110)의 내경 보다 작게 형성되어 충진재(120)와 용기(110)의 내측벽 사이에 유체가 통과하는 유로가 형성될 수 있도록 구성될 수 있다.
먼저, 상기 구 형상의 제1충진재(120a)는 유체가 구 형상의 제1충진재(120a)의 내부를 통과할 수 있는 하나 이상의 통공(126a)이 형성된 형상으로 이루어질 수 있다.
이는, 구 형상의 제1충진재(120a)의 내부에 통공(126a)을 형성함으로써 유로의 단면적을 확대시킴과 동시에 용기(110) 내부에서 유체가 구 형상의 제1충진재(120a)에 형성된 통공(126a)을 통과하면서 구 형상의 제1충진재(120a)에 회전력을 증대시킴으로써 유체의 충돌 및 마찰력, 유체의 난류 발생을 증대시키기 위함이다.
이때, 상기 제1충진재(120a)에 형성되는 통공(126a)의 직경은 용기(110)의 내경이나 제1충진재(120a)의 외경 등에 따라 달리 형성될 수 있고, 후술하겠지만 생성되는 미세버블의 크기를 최소화시킬 수 있도록 하기 위하여 용기(110)의 전방, 즉 유체의 투입구에 인접하게 설치된 제1충진재(120a)에 형성된 통공(126a)의 직경이 가장 크고, 용기(110)의 후방, 즉 유체의 배출구 방향으로 갈수록 제1충진재(120a)에 형성된 통공(126a)의 직경이 작아지도록 구성할 수도 있다.
또한, 도 3의 (a),(b)에 나타낸 바와 같이, 상기 제1충진재(120a)의 외주면에는 하나 이상의 돌출부(122a) 또는 요홈부(124a)가 형성될 수 있는데, 상기 돌출부(122a)와 요홈부(124a)는 유로를 횡방향 또는 종방향으로 확대하여 용기(110) 내부에서의 유체의 흐름이 보다 원활히 이루어질 수 있도록 함과 동시에 제1충진재(120c)의 충돌 또는 마찰 면적을 확대하고, 유체가 유동 시 제1충진재(120a)의 외주면에 형성된 돌출부(122a) 또는 요홈부(124a)에 충돌 또는 마찰하여 제1충진재(120a)의 회전력을 증대시킴으로써 유체의 충돌 또는 마찰을 증대시킬 수 있도록 하는 것이다.
즉, 상기 용기(110)의 내부에 제1충진재(120a)가 충진될 경우 제1충진재(120a) 사이의 공극이나 용기(110)의 내측벽과 제1충진재(120a)의 외주면 사이의 공간이 부족하여 용기(110) 내부에서의 유체의 충돌 및 마찰 면적이 적게 되고, 그에 따라 미세버블의 생성 능력이 저하되거나 마이크로미터 또는 나노미터 단위의 미세버블 생성이 어려워질 수 있으며, 또한 유체의 흐름이 원활하지 못할 경우 용기(110) 내부의 압력이 상승하게 되어 용기(110)의 파열 또는 파손될 우려가 있으므로, 제1충진재(120a)의 외주면에 돌출부(122a) 또는 요홈부(124a)를 형성시킴으로써 용기(110) 내부에서 유체가 통과할 수 있는 공간 및 유체의 충돌 및 마찰이 발생될 수 있는 면적을 충분히 확보할 수 있도록 구성한 것이다.
다음, 상기 중공관 형상의 제2충진재(120b)는 용기(110)의 내측에 유체의 흐름 방향, 즉 길이 방향으로 설치될 수 있는데, 도 2의 (d),(e),(f)에 나타낸 바와 같이, 전,후방 단부가 폐쇄된 파이프 형상이나, 전,후방 단부가 개방된 파이프 형상 및 벤츄리관이나 오리피스관과 같이 길이 방향으로의 단면적이 변화하는 형상 등이 제2충진재(120b)로 사용될 수 있다.
이때, 상기 제2충진재(120b)의 내측벽 또는 외측벽에는 길이 방향으로 다수 개의 리브(122b)가 형성될 수 있는데, 먼저 내측벽에 형성되는 리브(122b)는 제2충진재(120b)의 내측에 형성되는 유로를 구획하거나 제2충진재(120b)의 내부를 통과하는 유체들의 충돌을 유도하는 역할을 함으로써 미세 버블의 생성 능력을 향상시킬 수 있다.
또한, 도시하지는 않았으나, 상기 제2충진재(120b)의 내측벽에 다수의 돌출부 또는 요홈부를 형성하여 유체가 제2충진재(120b)의 내부를 통과하는 과정에서 난류가 형성되도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 제2충진재(120b)의 외측벽에 형성되는 리브(122b)는 마찬가지로 제2충진재(120b)의 외측으로 통과되는 유체들의 충돌을 유도함과 동시에 제2충진재(120b)와 용기(110)의 내측벽 사이의 공간을 확보할 수 있도록 함으로써 용기(110) 내부에서의 유체 흐름이 원활히 이루어질 수 있도록 하는 역할을 할 수 있다.
그리고, 상기 제2충진재(120b)의 측벽에는 하나 이상의 관통공(124b)이 형성될 수 있는데, 상기 관통공(124b)은 유체의 흐름 방향을 전환시켜 난류의 발생을 증대시킴으로써 유체 사이의 충돌을 보다 활성화시키는 역할을 하는 것이다.
즉, 상기 제2충진재(120b)의 내측으로 투입된 유체는 길이 방향으로 흐르다가 관통공(124b)을 통해 빠져나가려는 흐름을 발생시키고, 제2충진재(120b)의 외측으로 흐르는 유체는 관통공(124b)을 통해 제2충진재(120b)의 내측으로 유입되는 방향으로의 흐름을 발생시키므로 두 흐름 사이의 충돌에 의해 미세 버블의 생성 능력이 향상될 수 있다.
이때, 전,후방 단부가 폐쇄된 파이프 형상의 제2충진재(120b)의 경우 폐쇄된 전,후방 단부에도 유로 형성을 위한 관통공(124b)이 형성될 수 있음은 물론이다.
다음, 상기 플레이트 형상의 제3충진재(120c)는 유체의 흐름 방향과 교차되도록 하거나 유체의 흐름 방향에 수직으로 배치되도록 하여 용기(110)의 내부에 적층될 수 있는데, 제3충진재(120c)의 전,후 방향으로는 유로 형성을 위한 하나 이상의 통공(122c)이 형성될 수 있다.
이때, 상기 제3충진재(120c)는 도 2의 (b),(c)에 나타낸 바와 같이, 용기(110) 내부에 형성되는 유로와 대응되는 형상으로 형성될 수 있는데, 그 외측면은 요부(凹部)와 철부(凸部)가 반복되는 요철 형상으로 이루어져 용기(110)의 내측벽과 제3충진재(120c)의 외측면 사이에 유체가 통과될 수 있는 다수의 유로가 형성될 수 있도록 구성될 수 있고, 용기(110)의 내부가 분할벽(112)에 의해 구획된 경우 제3충진재(120c) 또한 분할 형성되어 분할벽(112)에 의해 분할되는 용기(110) 내부의 유로에 각각 삽입 설치될 수 있도록 구성될 수 있다.
또한, 상기 제3충진재(120c)의 전면 또는 후면에 해당하는 일측 가장자리에는 간격유지구(124c)가 길이 방향으로 돌출 형성될 수 있는데, 상기 간격유지구(124c)는 용기(110)의 내부에 적층되는 형태로 설치되는 다수의 제3충진재(120c) 사이의 간격, 즉 이웃하는 제3충진재(120c)들 사이의 간격이 일정 수준 이상으로 유지되도록 하는 역할을 할 수 있다.
즉, 상기 간격유지구(124c)에 의해 제3충진재(120c) 사이의 간격이 유지되는 경우, 용기(110) 내부에서 직진으로 흐르는 유체의 흐름 방향과 교차되는 유로가 추가 형성됨으로써 유체의 마찰 또는 충돌 면적이 확대됨과 동시에 직진 흐름의 유체와 교차되는 유체가 서로 충돌하게 됨으로써 난류의 발생량이 증대되어 미세 버블의 생성 능력을 향상시킬 수 있게 된다.
이때, 상기 간격유지구(124c)의 길이는 제3충진재(120c)가 설치되는 용기(110) 내부의 위치나 용기(110)의 특성 등에 따라 달라질 수 있는데, 이는 미세 버블의 생산성 및 크기, 그리고 용기(110)의 벤딩 여부와 관련된 것이다.
그리고, 상기 제3충진재(120c)의 전면 또는 후면에 해당하는 일측 가장자리에 형성된 간격유지구(124c)는 용기(110)의 전방, 즉 유체의 투입구에 인접하게 설치된 제3충진재(120c)에 형성된 간격유지구(124c)의 길이가 가장 길고, 용기(110)의 후방, 즉 유체의 배출구 방향으로 갈수록 제3충진재(120c)에 형성된 간격유지구(124c)의 길이가 짧아지도록 구성하여 용기(110) 내부에서의 유체의 유속이 점진적으로 빨라지도록 함으로써 미세 버블의 생산성을 향상시킴과 동시에 최종적으로 생성되는 미세 버블의 크기를 최소화할 수 있다.
또한, 동일한 용기(110)에 있어서 벤딩이 필요한 구간은 제3충진재(120c)에 형성된 간격유지구(120c)의 길이를 용기(110)의 다른 구간에 충진 또는 적층되는 제3충진재(120c)에 형성된 간격유지구(124c)의 길이 보다 길게 형성시킴으로써 벤딩이 필요한 용기(110) 구간의 공극률을 크게 하거나 밀도를 낮게 하여 용기(110)의 벤딩을 용이하게 할 수도 있다.
따라서, 도 5의 (a)에 나타낸 바와 같이, 자유로운 벤딩이 요구되는 용기(110) 내부에 설치되는 제3충진재(120c)와, 벤딩이 이루어지는 부분의 용기(110) 내부에 설치되는 제3충진재(120c)의 경우 간격유지구(124c)의 길이를 길게 형성하여 제3충진재(120c)에 의한 용기(110)의 벤딩 제한을 최소화시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 기술적 특징은 제3충진재(120c) 만이 아닌, 제1 및 제2충진재(120a,120b)에서도 적용될 수 있는데, 용기(110)의 형상이나 벤딩 특성 등에 따라 용기(110) 내부에 적층 또는 충진되는 충진재(120) 사이의 간격을 달리하거나, 충진재(120)의 설치를 제한하는 등 용기(110)의 공극률 또는 밀도를 다르게 구성함으로써 충진재(120)에 의한 용기(110)의 벤딩 제한을 최소화시킬 수 있다.
한편, 도 4의 (a),(b)에 나타낸 바와 같이, 상기 제3충진재(120c)에 형성되는 통공(122c)의 위치를 다양하게 형성시킬 수 있는데, 이는 이웃하는 제3충진재(120c)에 각각 형성되는 유로가 서로 어긋나게 배치되도록 하기 위함이다.
즉, 도 4의 (c)에 나타낸 바와 같이, 이웃하는 제3충진재(120c)에 각각 형성되는 유로가 서로 어긋나게 배치되도록 제3충진재(120c)를 적층 설치하는 경우, 유로가 일정하게 형성되도록 제3충진재(120c)가 배치되는 경우에 비해 유체와 제3충진재(120c)의 충돌 및 유로를 통과하는 유체들 사이의 충돌이 더욱 활발히 일어나므로 미세 버블의 생성 능력이 향상될 수 있다.
이때, 상기 제3충진재(120c)의 유로가 서로 어긋나도록 하는 방법으로 제3충진재(120c)에 형성되는 통공(122c)의 위치를 다르게 하는 방법을 일례로 들었으나, 동일한 위치에 통공(122c), 즉 유로가 형성된 제3충진재(120c)의 설치 각도를 조절함으로써 이웃하는 제3충진재(120c)의 유로가 서로 어긋나게 배치되도록 구성할 수도 있고, 미세 버블의 사용 목적이나 생성하고자 하는 미세 버블의 생산량에 따라 제2충진재(120b)에 형성되는 관통공(124b)이나 제3충진재(120c)에 형성되는 통공(122c)의 개수를 달리할 수도 있다.
또한, 상기 제3충진재(120c)에 형성되는 유로 또는 통공(122c)의 직경, 즉 단면적을 서로 다르게 구성할 수도 있는데, 이는 생성되는 미세 버블의 크기를 줄일 수 있도록 하기 위한 것이다.
즉, 도 8에 나타낸 바와 같이, 유체가 투입되는 용기(110)의 전방, 즉 입구부에 인접하게 설치되는 제3충진재(120c)에 형성되는 유로 또는 통공(122c)의 크기를 가장 크게 형성하고, 유체가 배출되는 용기(110)의 후방, 즉 배출부에 인접하게 설치되는 제3충진재(120c)에 형성되는 유로 또는 통공(122c)의 크기를 가장 작게 형성하여 제3충진재(120c)를 통과하는 과정에서 발생되는 미세 버블의 크기가 점점 작아지도록 함으로써 최종적으로 생성되는 미세 버블의 크기를 최소화시킬 수 있도록 구성할 수 있다.
상기와 같은 기술적 특징들 또한 플레이트 형상의 제3충진재(120c)를 예시로 하여 설명하였으나, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 제2충진재(120b) 등 다른 형상의 충진재(120)들에 공통적으로 적용될 수 있다.
즉, 충진 또는 적층 등의 형태로 용기(110) 내부에 설치되는 충진재(120)들에 형성되는 유로를 용기(110)의 배출부에 인접할수록 작게 형성함으로써 최종적으로 생성되는 미세 버블의 크기를 최소화시킬 수 있다.
또한, 도 8에 나타낸 바와 같이, 이웃하는 충진재(120)에 각각 형성되는 유로의 직경, 즉 단면적을 서로 다르게 하거나, 유로의 위치를 서로 다르게 하는 구성을 반복적으로 재현함으로써 유체가 용기(110)의 내부를 통과하는 과정에서 지속적 또는 반복적으로 유속 변화가 발생될 수 있도록 함과 동시에 그에 따라 유체와 유체, 유체와 충진재(120), 유체와 용기(110)의 내측벽 사이의 충돌 또는 마찰을 더욱 활성화하여 미세 버블의 생성, 소멸 그리고 생성을 반복적으로 발생시켜 살균력을 증대시키고 유체가 배출되는 용기(110)의 최종 출구부에서는 미세 버블의 생성을 최대화하고 미세 버블의 생성 사이즈도 최소화되도록 구성할 수도 있다.
한편, 제1 내지 제3충진재(120a,120b,120c)를 포함하는 상기 충진재(120)는 정형화된 형상으로 이루어질 수 있는데, 용기(110)의 내부에 정형화된 충진재(120)를 일정하게 충진 또는 적층시키는 경우, 생성되는 미세 버블의 생산량과 크기 등의 품질을 용이하게 관리할 수 있음은 물론, 그에 따라 일정한 품질의 미세 버블을 생성시키는 미세 버블 생성 유닛(100)의 대량생산이 가능하게 되는 장점이 있다.
또한, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 제1 내지 제3충진재(120a,120b,120c)를 포함하는 충진재(120)는, 다수 개의 충진재(120a,120b,120c)들이 직렬 또는 병렬로 연결된 형상의 블럭 구조의 결합모듈(140)로 충진 또는 적층하거나, 다수 개의 충진재(120a,120b,120c)를 일체형 결합모듈(140)로 제조하여 충진 또는 적층시킬 수 있는데, 상기와 같이 충진재(120a,120b,120c)를 블럭 구조의 결합모듈(140)로 형성시키거나 제조하는 경우, 충진재(120a,120b,120c)의 제조, 설치 및 유지 보수 등에 소요되는 시간 및 비용을 저감시킬 수 있음은 물론 충진재(120a,120b,120c)에 의해 생성되는 미세 버블의 생산량, 크기 등의 품질 관리가 더욱 용이해질 수 있는 장점이 있다.
이때, 상기 블럭 구조의 결합모듈(140)이 제2충진재(120b)들로 이루어지는 경우, 각 충진재(120b)의 측면에 형성되는 관통공(124b)의 직경 또는 개수가 서로 다를 수 있고, 직경이 큰 관통공(124b)을 포함하는 제2충진재(120b)가 용기(110)의 입구 방향, 즉 유체가 투입되는 방향을 향하도록 설치될 수 있다.
또한, 상기 블럭 구조의 결합모듈(140)이 제3충진재(120c)들로 이루어지는 경우, 통공(122c)의 직경, 개수 또는 배치 및 간격유지구(124c)의 길이를 결합모듈(140)마다 다르게 형성시킬 수 있고, 용기(110)의 내부에 다수의 결합모듈(140)을 서로 일정간격 이격되도록 형성시킬 수 있는데, 이러한 경우에도 통공(122c)의 직경이 큰 제3충진재(120c)들로 이루어진 결합모듈(140)이 유체가 투입되는 용기(110)의 입구 방향에 설치되고, 통공(122c)의 직경이 상대적으로 작은 제3충진재(120c)들로 이루어진 결합모듈(140)이 유체가 배출되는 용기(110)의 출구 방향에 설치될 수 있다.
또한, 상기 결합모듈(140)이 용기(110)의 내부에 다수 형성되는 경우, 각 결합모듈(140)을 구성하는 충진재(120)의 종류는 서로 달라질 수 있으며, 각 결합모듈(140)에 형성되는 유로의 단면적이나, 각 결합모듈(140) 사이의 간격 또한 벤딩 등의 용기(110)의 특성이나, 생성하고자 하는 미세 버블의 생산량 또는 크기 등에 따라 달라질 수 있다.
또한, 상기 충진재(120)와 결합모듈(140)은 플라스틱 수지를 이용하여 사출 또는 압출하여 정형화함으로써 보다 일정한 품질의 미세 버블 생성 유닛(100)을 대량 생산할 수 있도록 구성할 수도 있다.
다음, 상기 스토퍼(130)는 용기(110)의 내부에 구비되어 충진재(120)의 이동 및 유출을 방지하는 역할을 하는 것으로, 충진재(120)의 형상에 따라 링 형상 또는 중공관 형상의 스토퍼(130)가 사용될 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 상기 스토퍼(130)는 용기(110)의 내경과 동일한 외경을 갖도록 형성되어 용기(110)의 내측에 한 쌍이 서로 이격되도록 설치되고, 서로 이격된 한 쌍의 스토퍼(130) 사이의 공간에 충진재(120)가 설치되도록 함으로써 용기(110) 내부를 흐르는 유체의 압력에 의해 스토퍼(130)가 용기(110) 내부에서 이동하거나 유출되는 것을 제한할 수 있게 된다.
이때, 상기 충진재(120)로 구 형상의 제1충진재(120a) 또는 중공관 형상의 제2충진재(120b)가 사용되는 경우, 상기 스토퍼(130)로는 도 7의 (b)에 나타낸 바와 같이, 폐쇄된 링 형상의 스토퍼(130) 즉, 개구된 중앙 부분에 띠 형상 또는 격자 형상의 차단부재(132)가 구비된 스토퍼(130)가 사용됨으로써 차단부재(132)에 의해 제1 또는 제2충진재(120a,120b)의 이동을 방지할 수 있도록 구성할 수 있다.
또한, 상기 충진재(120)로 중공관 형상의 제2충진재(120b) 또는 플레이트 형상의 제3충진재(120c)가 사용되는 경우 도 7의 (a)에 나타낸 바와 같이, 개방된 링 형상의 스토퍼(130)가 사용될 수 있다.
그리고, 상기 스토퍼(130)로 도 7의 (c)에 나타낸 바와 같이, 중공관 형상의 스토퍼(130)가 사용될 수 있는데, 상기 중공관 형상의 스토퍼(130)는 용기(110)의 내측벽을 지지함으로써 용기(110)의 내구성을 향상시키는 역할을 할 수 있다.
또한, 상기 용기(110)가 벤딩 가능한 재질로 이루어지는 경우 도 5의 (b)에 나타낸 바와 같이, 충진재(120) 사이에 위치되는 용기(110)의 벤딩 구간 내측에 중공관 형상의 스토퍼(130)를 설치할 수도 있는데, 이때 상기 중공관 형상의 스토퍼(130) 또한 벤딩이 가능한 재질로 형성함으로써 충진재(120)에 의해 용기(110)의 벤딩이 제한되는 것을 방지할 수 있도록 구성할 수도 있다.
또한, 도시하지는 않았으나, 상기 중공관 형상의 스토퍼(130) 내측면에 다수의 돌출부 또는 요홈부를 형성시킴으로써 유체가 스토퍼(130) 내측을 통과하는 과정에서 와류가 생성되도록 하여 미세 버블의 생성 능력을 보다 향상시킬 수 있도록 구성할 수도 있다.
한편, 상기 스토퍼(130)는 용기(110)의 내부가 아닌 양측 단부에 결합될 수 있는데, 이러한 경우 상기 스토퍼(130)는 용기(110)의 외경과 동일한 외경을 갖도록 형성되어 볼트 등의 체결수단에 의해 용기(110)의 양측 단부에 체결 고정될 수 있다.
이때, 도 7의 (d)에 나타낸 바와 같이, 상기 스토퍼(130)가 용기(110)의 양측 단부에 일체로 형성되도록 구성할 수도 있는데, 용기(110)의 양측 단부에 다수의 걸림턱(116)을 내측 방향으로 돌출 형성시킴으로써 충진재(120)가 용기(110)의 외부로 유출되는 것을 차단시킬 수 있도록 구성할 수도 있다.
또한, 도시하지는 않았으나, 상기 스토퍼(130)의 양쪽 단부 또는 용기(110)의 양측 단부에 커넥터나 샤워기 헤드 같은 상대 연결 부품이 부착될 경우에는, 상대 연결 부품 자체에 충진재(120)의 이동 또는 유출을 방지하기 위한 스토퍼 기능을 추가하여 미세 버블 장치를 구성할 수 있는데, 이 또한 양쪽 단부에 연결하여 장착된 커넥터나 샤워기 헤드 같은 상대 연결 부품도 본 발명의 스토퍼(130)의 범주에 포함된다고 할 수 있다.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 미세 버블 생성 유닛(100)에 의하면, 비교적 단순한 구성에 의해 단위 체적당 미세 버블의 생성율을 향상시키면서도, 생성되는 미세 버블의 크기를 최소화시킬 수 있으므로, 농업, 환경, 의료, 미용 분야 등 미세 버블을 활용하는 모든 분야에 용이하게 적용될 수 있고, 마이크로미터 또는 나노미터 단위 크기의 미세 버블을 부피가 크지 않은 소형화된 유닛(100)에 의해 생성시킬 수 있으므로 설치 및 유지 보수 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 시간, 장소 및 용도의 제약 없이 사용이 가능하고, 정형화된 충진재(120)를 일정하게 충진 또는 적층함으로써 일정한 품질의 미세 버블 생성 유닛(100)의 생산이 가능하며, 단순한 구성에 의해 용기(110)와 충진재(120)의 분리 세척이 용이하므로 유지 보수가 용이함은 물론 내구성 또한 뛰어난 장점을 보일 수 있다.
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 용기(110) 내부에 다수의 결합모듈(140)이 설치되는 경우, 각 결합모듈(140)을 구성하는 충진재(120)를 사용 목적이나 생성하고자 하는 미세 버블의 생산량이나, 크기 등에 따라 제1 내지 제3충진재(120a,120b,120c) 중 어느 하나로 선택하여 사용하거나, 제3충진재(120c)에 형성되는 간격유지구(124c)를 전,후면 양측으로 돌출되도록 형성시킬 수 있는 등 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명은 미세 버블 생성 유닛에 관한 것으로, 보다 상세하게는 용기 내부에서 이동하는 유체의 마찰 또는 충돌 면적을 확대하거나 용기 내부를 통과하는 과정에서 유체의 유속을 이웃하는 구간 상호간에 다르게 생성되도록 함으로써 단순한 구성에 의해 마이크로미터 또는 나노미터 단위의 미세 버블의 생성 능력을 획기적으로 향상시키로 살균력을 증대시킬 수 있도록 하는 미세 버블 생성 유닛에 관한 것이다.
100 : 미세 버블 생성 유닛 110 : 용기
112 : 분할벽 114 : 고정리브
116 : 걸림턱 120 : 충진재
120a : 제1충진재 120b : 제2충진재
120c : 제3충진재 122a : 돌출부
122b : 리브 122c, 126a : 통공
124a : 요홈부 124b : 관통공
124c : 간격유지구 130 : 스토퍼
132 : 차단부재 140 : 결합모듈

Claims (3)

  1. 유체가 투입 및 배출되는 용기와,
    상기 용기 내부에 충진 또는 적층되고 내부 및 상기 용기의 내측벽과의 사이에 유체가 통과하는 유로가 형성된 다수의 충진재와,
    상기 용기 내부 또는 양측 단부에 구비되어 충진재의 이동 및 유출을 방지하는 스토퍼를 포함하되,
    상기 충진재는 중공관 형상으로 이루어져 유체의 흐름 방향으로 설치되고,
    상기 충진재의 내측벽 또는 외측벽에는 길이 방향으로 다수 개의 리브가 형성되며,
    상기 충진재의 측벽에는 하나 이상의 관통공이 형성된 것을 특징으로 하는 미세 버블 생성 유닛.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 충진재는 다수 개의 충진재들이 직렬 또는 병렬로 연결된 블럭 구조의 결합모듈로 구성되고, 상기 결합모듈이 용기 내부에 하나 이상 충진 또는 적층되는 것을 특징으로 하는 미세 버블 생성 유닛.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 결합모듈은 이웃하는 결합모듈과 유로의 배치 또는 유로의 단면적이 서로 다르게 설치되는 것을 특징으로 하는 미세 버블 생성 유닛.
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