KR20100009616A - 극미세기포발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체와 기체를 미세하게 분쇄·혼합·가공하여 극미세기포를 발생시키기 위한 극미세기포발생장치에 관한 것으로서, 종래로부터 미세기포는 수처리에서 공기부상법·오존반응·살균·소독, 농수산 분야에서 세정·세척·식품가공·수경재배·어패류 양식·의료 등 여러 분야에서 이용되고 있으며, 이러한 미세기포에 대한 연구가 진행되면서 미세기포는 구경이 일정 수준 이하로 작으면 수축과정을 거쳐 나노기포로 축소되며, 특히 발생시에 기포구경이 작을수록 나노 구경의 기포로 축소되어 오래동안 생존한다는 것을 알게되어 보다 작은 구경의 기포 발생이 요구되지만, 기존의 기포발생장치에서는 이러한 요구에 따라갈수 없는 문제점을 가지고 있다. 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해, 혼합관(4), 미세가공관(3), 가압탱크(2)으로 순차 연결되는 장치에서 보다 미세하게 분쇄·혼합·가공되어 극미세기포를 발생시키는 극미세기포발생장치를 제공한다.

미세혼합장치, 과류터빈방식, 선회방식, 라인믹서방식, 마이크로기포, 마이크로-나노기포, 나노기포

Description

극미세기포발생장치 {MICRO-NANO BUBBLE}

본 발명은 액체와 기체를 미세하게 분쇄·혼합·가공하여 극미세기포를 발생시키기 위한 극미세기포발생장치에 관한 것이다.

종래로부터 미세기포는 수처리에서 공기부상법·오존반응·살균소독·농수산 분야에서는 세정·세척·식품가공·수경재배·어패류양식, 의료 등 여러 분야에서 이용되고 있으며, 이러한 미세기포에 대한 연구가 진행되어 일본의 산업기술종합연구소의 다까하시(高橋正好)는 마이크로기포 및 나노기포에 관한 연구에서 발생시의 기포 구경으로서, 50마이크로(㎛)에서 수 마이크로 까지를 마이크로(㎛)기포, 수 마이크로(㎛)에서 수 백나노(nm) 까지 구경의 기포를 마이크로-나노기포로 구분하였으며,

이렇게 구분되는 이유는 마이크로 기포는 수중에서 스스로 수축작용을 행하여 나노기포로 축소되면서 용해되고, 이에 비해서 마이크로-나노기포는 빠른 속도로 수축되어 나노기포로 축소된 후 장시간 수중에 생존하는 특성이 있기 때문이며, 기포의 표면에는 전기를 띠게 되고, 또 산소 마이크로-나노기포는 생물에 대하여 활성효과를 가지며, 오존 마이크로-나노기포는 강력한 살균 효과를 가지고, 특히 수처리에 서 난분해성 물질 산화분해시에 OH 레디컬(수산기)을 발생시키기 위해 과산화수소·자외선조사 병행처리를 행하는데, 오존 마이크로-나노기포는 이와 동일한 효과를 가진다는 것을 산업기술종합연구소의 다까하시(高橋正好)는 확인하였다.

이와 같이 미세기포에 대한 연구에 의해서, 발생 시의 기포 구경이 작을수록 나노기포로 축소되어 장시간 생존한다는 것을 알게 됨으로서 보다 작은 구경의 마이크로-나노기포 발생이 요구되게 되었다.

미세기포의 발생방식은 크게 분류하면 과류터빈방식, 선회방식, 라인믹서방식 등으로 나누어지고, 이 중에서 라인믹서방식이 보다 작은 구경의 기포를 발생시키는 것으로 알려져 있으며, 라인믹서방식은 가압펌프에 일자형 혼합관이 연결되고, 이 혼합관에 가압관이 연결되어 구성되며, 가압펌프에서 액체가 압입되고 일자형 혼합관에 압축 공기가 유입되면서 액체와 기체는 혼합되어 가압관에서 가압된 후 토출관을 통해 수중에 토출되면서 미세기포를 발생시키게 된다.

그런데, 마이크로-나노 기포 발생을 위해서는 더욱 작은 구경의 기포 발생이 요구되는데, 기존의 기포발생장치에서는 1차에서 혼합을 행하고 2차로 가압을 행하여 토출시키는 단순 공정이므로, 더욱 작은 구경의 마이크로-나노기포를 발생시키는데는 문제점을 가지고 있다.

위에서 보는 바와 같이 기존의 기포발생장치에서는 1차에서 혼합을 행하고 2차로 가압을 행하여 토출시키는 단순 공정으로는 더욱 작은 구경의 마이크로-나노기포를 발생시키는데는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 위에서 보는 문제점을 해결하기 위해, 1차로 혼합관(4)에서 액체와 기체를 미세하게 분쇄·혼합을 행하고, 2차로 미세가공관(3)에서 팽창·충돌·선회·가압을 반복시켜 분쇄·혼합·가공처리를 행한 후, 3차로 가압탱크(2)에서 가압처리를 행하여 더욱 미세하게 가공하여 극히 작은 마이크로-나노기포를 발생시키는 극미세기포발생장치를 제공하는데 목적을 둔다.

앞, 뒤 양측에는 180도각 원형 절곡관(42·44)이 자리하고 가운데에 2개의 일자형 관이 삽입·연결되어 장 타원형을 이루며, 일자형 관 내부에 액체와 기체를 혼합하는 8엽금구(43)가 장착되고, 앞 측에는 유입관(E)이 부설되며, 이 유입관(E)에는 공기압축기에 연결되는 기체 압입구(G)가 부설된 연결관(F)이 연결되고, 뒤 측에는 배출관(D)이 부설되어 연결관(5)에 연결되며 뒤 측 상부에 에어벤트(A)가 부설되는 혼합관(4), 혼합관(4)과 동일 형의 장 타원형으로서, 앞, 뒤 양측에는 180도각 원형 절곡관(32·34)이 자리하고 가운데에 2개의 일자형 관이 삽입·연결 되며, 관의 구경이 혼합관(4)의 2배 이상 되고, 일자형 관 내부에 깔때기(49)에 연결된 격자책(33)이 장착되고, 뒤 측에는 유입관(6)이 부설되며, 이 유입관(6)이 연결관(5)에 연결되어 상측의 혼합관(4)과 서로 연결되고, 앞 측 상부에는 압력계(7), 앞 측 중앙에는 배출관(8)이 부설되는 미세가공관(3), 미세가공관(3)에 대하여 T 자형을 이루면서 가압펌프(P) 전면에 설치되는 타원형의 가압탱크(2), 이 가압탱크(2) 상측에 부설된 연결관(9)이 미세가공관(3)의 배출관(8)에 연결되고, 앞 측에는 수평으로 배출관(10)이 부설되며, 이 배출관(10)에는 배출압력을 조정하는 조정밸브(11)와 압력계(12)가 부설되고, 기대(1) 위에 탑재되어 구동모터(M)에 연결된 가압펌프(P)에 혼합관(4)으로 연결되는 연결관(F)이 연결되어 구성된다.

가압펌프(P)의 작동에 의해서 유입관(E)으로 액체가 압입되고, 한편 연결관(F)의 기체 압입구(G)에 압축공기가 유입되어 액체와 기체는 함께 혼합관(4)을 통과하면서 장착된 8엽금구에 의해서 1차 분쇄·혼합이 이루어지며, 2차로 미세가공관(3)을 통과하면서 보다 미세하게 가공되고, 3차로 가압탱크(2)으로 압입되어 다시 팽창·가압되어 배출됨으로서 보다 작은 구경의 마이크로-나노기포는 발생되게 되며, 이 마이크로-나노기포는 빠른 속도로 수축과정을 거쳐 나노기포로 축소되어 장시간 생존하게 된다.

이와 같은 작용에 의해서 기체 압입구(G)에 산소를 유입시키면 산소 마이크로-나노기포를 발생시키게 되고, 오존을 유입시키면 오존 마이크로-나노기포를 발생되게 되어 세정·세척, 어패류 양식, 오존 반응, 살균 등 여러 분야에서 이용할 수 있게 된다.

특히 수처리에서 알카리 조건하에서 OH 래디컬(수산기)을 발생시켜 난분해성 물질 산화분해처리에 있어서, 과산화수소·자외선조사 병행처리를 행하는데, 대신 본 장치에서 오존을 유입시키면 산성 조건하에서도 오존마이크로-나노기포가 발생 되어 OH 래디컬(수산기)을 발생시키게 됨으로서 과산화수소·자외선조사 병행처리와 동일한 효과를 얻게 되어 비용이 절감된다.

본 발명은 도면에 제시된 실시 예에 대해서 설명한다.

도 1은 전체를 조립한 측면도로서, 극초미세기포발생장치는 3층구조로 되어 있으며, 우측은 앞 측이 되고, 좌측은 뒤 측이 된다.

타원형의 혼합관(4)이 상부 측에 장착되어 있고, 이 혼합관(4)은 앞, 뒤 양측에 180도 각 원형절곡관(Elbow)이 자리하고 가운데에 2개의 일자형 관이 삽입·연결되어 장 타원형을 이루게 되며, 일자형 관에는 8엽금구(43)가 장착되어 액체와 기체를 분쇄·혼합하게 되고, 혼합관(4) 뒤 측 상부에는 구경이 큰 공기방울을 외부로 배출하는 에어벤트(A)가 부설되며, 앞 측에는 유입관(E)이 부설되어 연결관(F)에 연결되고, 이 연결관(F)에는 공기압축기에 연결되는 기체 압입구(G)가 부설되며, 뒤 측에는 배출관(D)이 부설되어 연결관(5)에 연결되고, 이 연결관(5)은 미세가공관(3)의 유입관(6)에 연결되며, 미세가공관(3)은 혼합관(4)과 동일 형의 장 타원형으로 되어 혼합관(4) 하부에 설치되고, 혼합관(4) 보다 구경이 크고 길게 되며, 미세가공관(3)의 양 일자형 관 내부에는 깔때기(49)에 연결된 격자책(33)이 장착되어 팽창·충돌·선회·가압작용을 하게 되고, 이 미세가공관(3)의 후 측에 부설된 유입관(6)이 혼합관(4)에 연결된 연결관(5)에 연결되며, 미세가공관(3)의 앞 측 상부에 압력계(7)가 부설되고, 앞 측 중앙에는 배출관(8)이 부설되어 연결관(9)을 통해서 가압탱크(2)에 연결되며, 이 가압탱크(2)는 타원형으로 되고, 미세가공관(3)에 대하여 T 자 형으로 되면서 가압펌프(P) 앞 측에 설치되며, 가압탱크(2) 앞 측에는 수평으로 배출관(10)이 부설되고, 이 배출관(10)에는 배출압력을 조정하는 조정밸브(11)와 압력계(12)가 부설되며, 한편 기대(1) 위에는 구동모터(M)에 연결된 가압펌프(P)가 탑재되고, 이 가압펌프(P)에 혼합관(4)으로 연결된 연결관(F)이 연결되어 구성된다.

위에서 배출관(10)은 도시되지 않은 부상조의 하부에 부설되는 토출밸브에 연결되게 된다.

위에서 조정밸브(11)는 배출압력을 조정하게 되고, 배출압력 조정에 의해서 발생되는 기포 구경의 크기는 달라지게 된다.

위에서 타원형을 이루는 혼합관(4), 미세가공관(3)의 연결은 각각의 관에 부착된 연결 후렌지의 연결에 의해서 서로 연결된다.

도 2는 혼합관 평면도로서, 혼합관(4)은 2개의 180도각 원형 절곡관 (Elbow)이 양측에 자리하고 가운데에 동일 구경의 2개의 일자형 관이 삽입·연결되어 장 타원형을 이루게 되며, 연결은 후렌지에 의해서 연결되고, 앞 측의 180도각 원형 절곡관(42)에는 유입관(E)·후 측에 180도각 원형 절곡관(44)에는 배출관(D)이 부설되며, 양측의 일자형 관 내부에는 액체와 기체를 분쇄하고 혼합하는 8엽금구(43)가 무작위로 충전·장착되며, 후 측 180도각 원형 절곡관(44) 상부 가운데에 에어벤트(A)가 부설되어 미세하게 분쇄·혼합되지 못한 큰 공기방울을 배출하게 된다.

도 3은 미세가공관 평면도로서, 미세가공관(3)은 혼합관(4)과 동일 형으로서, 2개의 180도각 원형 절곡관 (Elbow)이 앞, 뒤 측에 자리하고 가운데에 동일 구경의 2개의 일자형 관이 연결 후렌지에 의해서 연결되어 장 타원형을 이루고, 타원형을 이루는 관의 구경이 혼합관(4) 보다 2배 이상 커지면서 길이가 길게 되며, 앞 측에 180도각 원형 절곡관(32)에 배출관(8), 후 측에 180도각 원형 절곡관(34)에 유입관(6)이 부설되고, 양측의 일자형 관 내부에는 액체와 기체를 혼합하는 깔때기에 연결된 격자책(33)이 장착된다.

도 4는 8엽금구 사시도이며, 두께 1-2미리(mm), 폭 10미리(mm), 길이 20미리(mm)의 직4각형 강철판을 길이로 가운데에서 90도 각으로 절곡된 절곡금구(37)를 절곡 외측을 서로 접합하고 연결접합점(38)의 양측에 다시 절곡금구(37)의 절곡 외측이 접합되어 8개의 날개를 가지는 8엽금구는 구성된다.

도 5는 격자책 정면도로서, 격자판(48)은 두께 2-3미리(mm), 폭 5센티미터(cm), 길이는 소요의 길이로 하여 철판이 같은 개수로 가로, 세로로 고정되어 격 자를 구성하면서 둘레는 원형을 이루고, 원형 둘레에는 강철봉 테두리(47)로 원형을 유지시키도록 고정시키며, 격자판(48)은 45도 이내의 경사각도를 가지게 하고, 후면에는 동일 강철판으로 되는 원형의 꼬리 없는 깔때기(49)가 접합되어 구성된다.

도 6은 격자책 측면도로서, 격자책 후면에 꼬리 없는 깔때기가 연결되어 1조가 되며, 장착시에는 깔때기의 방향을 달리하면서 장착하게 된다.

이상과 같이 구성된 실시 예의 작동에 대하여 설명한다.

본 실시 예에서는 액체는 청수, 기체는 공기를 유입시켜 마이크로-나노기포를 발생시킨다.

가압펌프(P)의 작동에 의해서, 유입관(E)에는 미리 정해진 압력으로 청수가 유입되며, 한편 기체 압입구(G)로부터는 미리 정해진 압력의 압축 공기가 압입되어 청수와 함께 혼합관(4)으로 압송되어 혼합관(4)을 통과하면서 8엽금구(43)에 의해서 액체와 기체는 작은 입자로 분쇄되면서 혼합되어 1차 혼합이 이루어져서 배출관(D)·연결관(5)·유입관(6)을 통해서 미세가공관(3)으로 압송되고, 미세가공관(3)으로 압송된 1차 혼합체는 미세가공관(3)을 통과하면서 장착된 격자책(33)에 의해서 팽창·충돌·선회·가압되면서 보다 미세하게 가공되어 가압탱크(2)로 압송되고, 가압탱크(2)으로 압송된 2차 혼합체는 선회하면서 가압되어 배출관(10) 통해서 배출되며, 배출시에는 조정밸브(11)의 조작에 의해서 배출압력이 조정되어 부상조에 부설된 토출밸브로 압송되어 부상조의 수중에는 보다 작은 구경의 마이크로- 나노기포는 발생되게 되고, 이 마이크로-나노기포는 빠른 속도로 수축을 행하여 나노기포로 축소되어 장시간 생존하게 된다.

위에서 조정밸브(11)의 조작에 의한 배출압력 조정으로 사용 목적에 맞게 미세기포의 크기는 조정되어 발생되게 된다.

위와 같은 작용에 의해서 마이크로-나노기포는 수처리, 농수산, 의료 등 여러 분야에서 이용되게 된다.

제 1도는 전체를 조립한 측면도

제 2도는 혼합관 평면도

제 3도는 미세가공관 평면도

제 4도는 8엽금구 사시도

제 5도는 격자책 정면도

제 6도는 격자책 측면도

〈부호의설명〉

A: 에어벤트 D: 배출관

E: 유입관 F: 연결관

G: 기체 압입구 M: 구동모터

P: 가압펌프

1: 기대 2: 가압탱크

3: 미세가공관 4: 혼합관

5: 연결관 6: 유입관

7: 압력계 8: 배출관

9: 연결관 10: 배출관

11: 조정밸브 12: 압력계

32: 180도각 원형 절곡관 33: 격자책

34: 180도각 원형 절곡관 36: 연결 후렌지

37: 절곡금구 38: 연결접합점

42: 180도각 원형 절곡관 43: 8엽금구

44: 180도각 원형 절곡관 46: 연결 후렌지

47: 테두리 48: 격자판

49: 깔때기

Claims (3)

1. 앞, 뒤 양측에는 180도각 원형 절곡관(42·44)이 자리하고 가운데에 2개의 일자형 관이 삽입·연결되어 장 타원형을 이루며, 일자형 관 내부에 액체와 기체를 혼합하는 8엽금구(43)가 장착되고, 앞 측에는 유입관(E)이 부설되며, 이 유입관(E)에는 공기압축기에 연결되는 기체 압입구(G)가 부설된 연결관(F)이 연결되고, 뒤 측에는 배출관(D)이 부설되어 연결관(5)에 연결되며 뒤 측 상부에 에어벤트(A)가 부설되는 혼합관(4), 혼합관(4)과 동일 형의 장 타원형으로서, 앞, 뒤 양측에는 180도각 원형 절곡관(32·34)이 자리하고 가운데에 2개의 일자형 관이 삽입·연결되며, 관의 구경이 혼합관(4)의 2배 이상 되고, 일자형 관 내부에 깔때기(49)에 연결된 격자책(33)이 장착되고, 뒤 측에는 유입관(6)이 부설되며, 이 유입관(6)이 연결관(5)에 연결되어 상측의 혼합관(4)과 서로 연결되고, 앞 측 상부에는 압력계(7), 앞 측 중앙에는 배출관(8)이 부설되는 미세가공관(4), 미세가공관(3)에 대하여 T 자형을 이루면서 가압펌프(P) 전면에 설치되는 타원형의 가압탱크(2), 이 가압탱크(2) 상측에 부설된 연결관(9)이 미세가공관(3)의 배출관(8)에 연결되고, 앞 측에는 수평으로 배출관(10)이 부설되며, 이 배출관(10)에는 배출압력을 조정하는 조정밸브(11)와 압력계(12)가 부설되고, 기대(1) 위에 탑재되어 구동모터(M)에 연결된 가압펌프(P)에 혼합관(4)으로 연결되는 연결관(F)이 연결되어 구성되는 것을 특징으로 하는 극미세기포발생장치.
2. 제 1항에 있어서, 8엽금구(43)는 직4각형 강철판을 길이로 가운데에서 90도 각으로 절곡된 절곡금구(37)를 절곡 외측을 서로 접합하고 연결접합점(38)의 양측 에 다시 절곡금구(37)의 절곡 외측이 접합되어 8개의 날개로 구성되는 것을 특징으로 하는 극미세기포발생장치.
3. 제 1항에 있어서, 격자판(48)은 강철판이 같은 개수로 가로, 세로로 고정되어 격자를 구성하면서 둘레는 원형을 이루고, 원형 둘레에는 강철봉 테두리(47)로 원형을 유지시키도록 고정시키며, 격자판(48)은 45도 이내의 경사각도를 가지게 하고, 후면에는 동일 강철판으로 되는 원형의 꼬리 없는 깔때기(49)가 접합되어 구성되는 것을 특징으로 하는 극미세기포발생장치.

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