KR20100101513A - 마이크로 버블 생성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기체가 내포된 액체, 특히 공기나 산소가 용해된 물의 배출시 버블이 잘게 박리 미세화 되어 배출될 수 있도록 한 마이크로 버블 생성장치에 관한 것으로, 보보다 상세하게는 단순히 유입부, 박리발생부 및 유출구로 구성된 액체 통로를 형성하여 기존 수도꼭지나 샤워기 등의 수도시설에 적용하기 쉽고, 마이크로 버블로 인하여 부드러운 촉감을 부여하고 세척력도 강화할 수 있도록 한 마이크로 버블 생성장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 마이크로 버블 생성장치는 기체가 내포된 액체가 유입되는 유입구와 유입통로로 이루어진 유입부; 상기 유입통로와 연결되고 상기 유입통로 보다 확장되어 액체에 압력저항을 발생시키는 압력저항부, 상기 압력저항부와 연결되고 상기 유체에 마찰저항을 발생시키는 마찰유도부를 포함하고, 액체에 내포된 기체를 마이크로미터 크기로 박리시키는 박리발생부; 및 상기 마찰유도부와 연결된 유출구;를 포함하는 마이크로 버블 형성 단위체를 포함하여 이루어진다.

버블, 마이크로, 압력저항, 마찰저항, 마찰유도, 액체, 기체, 용존산소

Description

마이크로 버블 생성장치{FORMING IMPLEMENT FOR MICRO-BUBBLES}

본 발명은 기체가 내포된 액체, 특히 공기나 산소가 용해된 물의 배출시 버블이 잘게 박리 미세화 되어 배출될 수 있도록 한 마이크로 버블 생성장치에 관한 것으로,

보다 상세하게는 단순히 유입부, 박리발생부 및 유출구로 구성된 액체 통로를 형성하여 기존 소도꼭지나 샤워기 등의 수도시설에 적용하기 쉽고, 마이크로 버블로 인하여 부드러운 촉감을 부여하고 세척력도 강화할 수 있도록 한 마이크로 버블 생성장치에 관한 것이다.

일반적으로 수중에는 다량의 공기 또는 산소가 포함(용존)되어 있어서 수생 식물이나 동물 등이 서식할 수 있다.

용존 산소는 물속에서 생활하는 호기성 미생물, 어패류 등이 이 용존 산소를 통해 호흡하며, 물속에 있는 유기물들은 이 용존 산소에 의해서 산화 분해되기 때문에, 물속에 포함된 용존 산소의 부족은 단지 어패류의 사멸을 초래할 뿐만 아니 라, 유기물 등이 잔류하도록 함으로써 결국 물의 오염을 가져오게 된다. 즉 용존 산소는 물의 살균 작용 혹은 정화 작용 등을 수행하여 나쁜 세균의 발생을 억제할 수 있는 것이다.

이와 같이 물속에 포함된 용존 산소를 활용할 수 있도록 최근에는 물에 산소 기포를 추가로 포함시켜 각종 정화시설 혹은 양식장이나 세탁기 등에 적용하여 활용하는데, 정화시설에서는 투입된 산소 기포를 정화조의 내부에 포기하여 이 산소 기포에 의해 오폐수의 분해를 활성화시키도록 한 것이고, 양식장 등에서는 어패류의 배설물이나 바닥면으로 가라앉는 사료를 분해하도록 한 것이다.

또한 세탁기 등과 같은 기기에서는 세탁수에 미세화된 산소 기포를 공급하여 세척력을 증가시키고 어느 정도 살균할 수 있도록 구성된 것이다.

하지만, 종래에는 정화시설, 양식장, 세탁기 등 모두 물속에 포함되어 있는 용존 산소를 활용하는 것이 아니라 물에 산소(또는 공기) 기포를 추가로 투입하고, 투입된 산소 기포를 마이크로미터의 크기로 분쇄 기포화시켜 수중에서 오염 물질을 분해하거나, 살균할 수 있도록 한 것이다.

즉, 물속에 포함되어 있는 용존 산소를 활용하지 못하고, 산소 기포를 생성하여 추가로 물속에 투입해서 사용하기 때문에 별도의 산소 기포를 투입하는 장치가 필요하기 때문에 설치 비용이 고가일 수밖에 없었다.

즉, 종래에는 많은 비용을 들여 별도의 장치를 이용해 강제로 물속에 산소를 공급하여 미세기포를 생성함으로써, 정화기능이나 살균 기능 등을 활용하기 위한 방안만을 강구하고 있을 뿐, 이 용존 산소 자체를 마이크로미터의 크기로 기포화시 켜 활용하는 방법에 대해서는 그 연구가 활발하게 이루어지지 못하고 있는 실정이다.

미세기포를 활용한 예로는 동양매직 주식회사의 특허등록 제0798994호(2008년01월22일) [미세 기포 발생 모듈을 장착한 식기 세척기]가 있는데,

상기 특허는 외기를 유입하고 이를 분쇄하여 미세 기포를 발생하는 장치에 해당한다.

한편, 김만종의 실용신안등록 제0441338호(2008년08월04일) [미세 기포 발생 노즐장치]가 있는데,

상기 등록고안은 비록 용존산소를 활용하는 것이나, 기포발생구와, 압력판과, 거름망과, 사출링 등이 노즐케이스의 공간에 차례대로 수납되어 있고, 마감처리된 고정캡에 의해 일체형으로 제작되어 있는 것이어서 복잡하여 단가 경쟁력 측면에서 불리하고,

기존 많은 제품들과 유사하게 망체를 이용하여 기포를 분쇄하는 것이어서 버블 소형화 정도가 망체 체눈 크기에 제한을 받는 것이어서 버블 크기 및 수와 관련된 세척력이나 살균력에서 한계를 갖는다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 물속에 포함되어 있는 용존 산소를 마이크로미터의 크기로 기포화시킬 수 있는 마이크로 버블 생성장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

이를 위하여 본 발명은 기체가 내포된 액체, 특히 물 자체의 유속 변화에 따른 압력의 변화로 발생하는 마찰저항, 압력저항, 물(액체) 및 용존 산소(또는 공기)(기체)의 팽창 등으로 인해 기체의 박리에 따른 마이크로 버블을 발생시킬 수 있는 유입부 및 박리발생부, 유출구가 연속 형성된 마이크로 버블 생성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또 본 발명은 현실성 있는 제품을 제공하기 위하여 유입부 및 박리발생부, 유출구로 이루어진 버블 형성 단위체가 복수 개 구비된 마이크로 버블 생성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가 본 발명은 액체와 기체, 또는 이들 유체와 버블 생성장치 사이의 마찰저항, 압력저항, 팽창 극대화를 통하여 마이크로 버블 발생량을 증대하기 위하여 상기 박리발생부의 단면적은 상기 유입부의 단면적 비율, 상기 유입부와 상기 유출구의 상대 크기 비율, 그리고 유입부의 단면적과 박리발생부의 체적 비율을 일정 정도 이상 유지한 마이크로 버블 생성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

아울러 본 발명은 양산성이 높고, 수도꼭지, 샤워기를 비롯한 각종 노즐이나 관료에의 설치 용이성을 높이기 위하여 분체화 시킨 변형 마이크로 버블 생성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 마이크로 버블 생성장치는

기체가 내포된 액체가 유입되는 유입구와 유입통로로 이루어진 유입부;

상기 유입통로와 연결되고 상기 유입통로 보다 확장되어 액체에 압력저항을 발생시키는 압력저항부,

상기 압력저항부와 연결되고 상기 유체에 마찰저항을 발생시키는 마찰유도부를 포함하고,

액체에 내포된 기체를 마이크로미터 크기로 박리시키는 박리발생부; 및

상기 마찰유도부와 연결된 유출구;

를 포함하는 마이크로 버블 형성 단위체를 포함하여 이루어진다.

또 본 발명에 따른 마이크로 버블 생성장치는

상기 마이크로 버블 형성 단위체는 복수 개 구비되어 있고,

상기 유입구는 상기 유출구 보다 작으며,

상기 박리발생부의 단면적은 상기 유입부의 단면적 보다 1.5 배 이상, 바람직하기로는 4배 이상 큰 것이 좋고,

상기 유입부의 단면적과 상기 박리발생부의 체적 비율은 1 : 6 이상의 비율로 형성되어 있는 것이 바람직하고,

나아가 외부체와 내장체의 결합으로 이루어져 있어, 이 둘 사이에 유입부, 박리발생부, 유출구가 형성되고,

또 필요에 따라 박리발생부는 2단 이상 형성할 수 있다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 마이크로 버블 생성장치는 기체가 내포된 액체, 특히 물 자체의 유속 변화에 따른 압력의 변화로 발생하는 마찰저항, 압력저항, 물(액체) 및 용존 산소(또는 공기)(기체)의 팽창 등으로 인해 기체의 박리에 따른 마이크로 버블을 발생시킬 수 있는 유입부 및 박리발생부, 유출구가 연속 형성되어 있고, 또 현실성 있는 제품을 제공하기 위하여 유입부 및 박리발생부, 유출구로 이루어진 버블 형성 단위체가 복수 개 구비되고, 나아가 액체와 기체, 또는 이들 유체와 버블 생성장치 사이의 마찰저항, 압력저항, 팽창 극대화를 통하여 마이크로 버블 발생량을 증대하기 위하여 상기 박리발생부의 단면적은 상기 유입부의 단면적 비율, 상기 유입부와 상기 유출구의 상대 크기 비율, 그리고 유입부의 단면적과 박리발생부의 체적 비율을 일정 정도 이상 유지하고, 아울러 양산성이 높고, 수도꼭지, 샤워기를 비롯한 각종 노즐이나 관료에의 설치 용이성을 높이기 위하여 분체화 시켜, 결국 물속에 포함되어 있는 용존 산소를 마이크로미터의 크기로 기포화시킬 수 있어 용존 산소로 인한 세척 효능, 정화 효능 및 살균 효능을 극대화할 수 있다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 구현예(態樣, aspect)(또는 실시예)들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면에서 동일한 참조부호, 특히 십의 자리 및 일의 자리 수, 또는 십의 자리, 일의 자리 및 알파벳이 동일한 참조부호는 동일 또는 유사한 기능을 갖는 부재를 나타내고, 특별한 언급이 없을 경우 도면의 각 참조부호가 지칭하는 부재는 이러한 기준에 준하는 부재로 파악하면 된다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 구현예(태양, 態樣, aspect)(또는 실시예)를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ~포함하다~ 또는 ~이루어진다~ 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

본 명세서에서 기재한 ~제1~, ~제2~ 등은 서로 다른 구성 요소들임을 구분하기 위해서 지칭할 것일 뿐, 제조된 순서에 구애받지 않는 것이며, 발명의 상세한 설명과 특허청구범위에서 그 명칭이 일치하지 않을 수 있다.

각각 외관 사시도, 단면도, 작용상태도와 관련된 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이,

본 발명에 따른 마이크로 버블 생성장치(B)는 용존 산소(또는 공기)가 포함된 물 또는, 보다 일반화하여 각종 기체가 내포된 액체가 유입되는 유입구(11)와, 이 유입구에서 연장되는 유입통로(13)를 갖는 유입부(10)를 갖고,

상기 유입구(11)의 단부 종료지점(15)에 연결 형성되는 압력저항부(21)와 마찰유도부(23)로 이루어진 박리발생부(20), 그리고

상기 박리발생부(20)의 단부에 형성되는 유출구(30)를 포함하여 이루어진다.

본 명세서에서 용존 산소(또는 공기)가 포함된 물 또는 각종 기체가 내포된 액체와 관련하여

이하에서는 설명의 편의상 대표성 있는 '물'로만 설명을 하여도 다른 액체를 배제하는 것으로 해석되어서는 안 되며,

이는 액체에 내포된 기체 또는 공기를 대표하여 용존 '산소'라고 표현함에 있어서도 마찬가지이다.

또 '마이크로' 버블이라는 표현은 대략 마이크로미터 크기의 버블을 의미하나, 모든 버블이 마이크로미터의 크기를 갖는다는 의미 보다는 액체에 내포된 기체가 작게 박리되어 '미세한' 크기의 버블이 배출된다는 의미를 강조하기 위한 것으로, 그 어의에 과도하게 천착하여 본 발명의 보호범위를 제한 해석하여서는 안 된다.

상기 유입부(10)의 유입구(11)는 용존 산소가 포함되어 있는 물이 다수의 층이 형성되게 유입되도록 형성되는 것으로서, 마이크로 버블 생성장치(B)의 상측에서 하측으로 관통 형성되는 것이다.

이러한 유입구(11)는 마이크로 버블 생성장치(B)에 필요 유량에 따라 한 개 또는 다수 형성되는 것이 바람직하다. 즉, 본 발명에서는 마이크로 버블 생성장치(B)에 총 5개의 유입구(11)가 형성되는 것으로 도시하였으나, 이에 한정하는 것은 아니고 유입되는 물의 양 혹은 설치되는 장소에 따라 형성되는 유입구(11)의 개수가 달라질 것이다.

보다 정확하게는 유입부(10), 박리발생부(20) 및 유출구(30)로 이루어진 버블 형성 단위체(U)(도 2 참조)가 복수 개 구비되는 것이 유량이나 마이크로버블 발생량 등과 관련하여 보다 현실성 있는 제품을 제공함에 있어 도움이 된다.

또한 상기 유입부(10)의 유입구(11) 및 유입통로(13)가 원형이고 균일한 내경을 갖는 경우,

소형 제품, 가정용 세정장치 등 마이크로 버블 생성장치(B)의 사용처에 따라 그 직경이 0.1mm ~ 10mm의 직경으로 형성되는 것이 바람직하며,

한편 유입부(10)의 유입구(11) 및 유입통로(13)가 원형이고 균일한 내경을 갖는 것은 제조용이성면에서 유리하고, 또 유입되는 물이 빠른 유속을 지닐 수 있도록 함이 바람직하다.

즉, 각종 정화장치, 양식장 등 대유량이 필요하는 경우, 유입구(11)를 통해 유입되는 물이 적정한 유속을 지닐 수만 있다면 유입부(10)의 내경을 10mm 이상의 직경으로 형성될 수도 있을 것이다.

상기 유입부(10)와 연결되며 유입부 보다 직경(보다 정확하게는 단면적)이 큰 박리발생부(20)가 배열되는데,

유입부(10)와 박리발생부(20) 및 유출구(30)는 모두 동심원을 이루는 형태이나, 이는 제조용이성과 기체(또는 버블) 박리 균일성을 위한 것이며, 필수적인 것은 아니다.

상기 박리발생부(20)는 유입통로(13)의 하단에 구비되며, 유입구(11)와 유입통로(13)측을 통해 유입되는 물에 압력 저항력이 발생되도록 하는 압력저항부(21)와, 이 압력저항부(21)와 연결되어 유입구(11)를 통해 유입되는 유체, 특히 물과 마찰을 일으키면서 마찰 저항이 일어나도록 하는 마찰유도부(23)를 포함하여 이루어지며,

이 마찰유도부(23)의 하측 단부에는 연속적으로 형성되어 마이크로미터의 크기로 박리가 발생된 용존 산소가 물과 함께 배출되는 유출구(30)가 형성되어 있다.

상기 압력저항부(21)는 유입부(10)로 유입되는 물이 단일 방향성을 가진 빠른 유속과 높은 압력으로 흐르고, 물의 순환 방향을 방해하는 방향으로 압력 저항이 발생되도록 구성되는 것으로서,

일측 단부가 유입구(11) 하측의 유입통로(13), 즉 유입부 종료지점(15)에 연결되고, 타측 단부가 마찰유도부(23)와 연결되며 그 단면의 형상이 유입부 종료지점(15)과 직각을 이루는 형태로 급작스럽게 확장되어 있다.

이러한 압력저항부(21)는 박리발생부(20)의 상측 단부로서, 유입부(10)와 동심원을 이루며 내경이 직각을 이루는 형태로 갑작스럽게 확장된, 박리발생부의 초입 어깨부에 해당한다.

그러나 상기 압력저항부(21)의 형상은 다양하게 선택될 수 있는데,

도 2의 하부에 도시된 마이크로 버블 형성 단위체(U)의 변형예와 같이,

박리발생부의 압력저항부의 각도가 예각(첫 번째)이나 둔각(두 번째) 중 임의로 선택되거나 점증(세 번째)하는 형태일 수 있고,

유입부(10) 또한 점감하거나(네 번째) 점증하는(다섯 번째) 형태일 수 있다.

이와 같은 도 3 및 도 4에서와 같이, 압력저항부(21)는 유입구(11)를 통해 유입된 물이 압력저항부(21)에 도착했을 때, 이 물이 유입구(11)의 유입통로(13)측으로 흐르면서 압력 저항이 발생하도록 하여 유입통로(13)의 중앙측으로 흐르는 물과 유입통로(13) 외벽측으로 흐르는 물 사이에 압력 저항이 일어나도록 형성되는 것이다.

한편, 마찰유도부(23)는 압력저항부(21)의 타측 단부에 연결되는 박리발생부(20)의 내측 벽면에 해당하는 것으로서, 유입부(10)와 압력저항부(21)를 통해 흐르는 물에 마찰 저항을 발생되도록 형성되며, 유입구(11)를 통해 유입된 물이 유입통로(13)측을 통해 흐르다가 이 마찰 저항에 의해 굴절되어 느려진 물은 유입통로(13)의 중앙측을 통해 흐르는 빠른 유속의 단일방향성을 가진 물의 압력과 반대 방향으로 작용하는 압력저항에 의해 급격한 난류가 발생하여 팽창되고, 유출구(30)를 통해 유출되기 전까지 다수의 난류층을 형성한 상태를 유지하도록 하여 유입구(11)를 통해 유입되는 물이 압력저항부(21)와 마찰유도부(23)를 통해 물속에 포함되어 있는 용손 산소가 수차례 박리되어 마이크로 버블화되도록 한다.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 마찰유도부(23)에는 마찰력을 상승시킬 수 있도록 벽면이 매끄러운 형태인 것이 아니라 미세한 요철(요철 개개의 형상은 곡선형이거나 첨단형, 또는 부정형 등 다양하게 형성 가능)의 마찰증대부(미도시)를 형성하는 방식으로 물과 이 마찰유도부(23)의 접촉 면적을 상승시켜 더욱 큰 마찰 저항이 발생될 수 있도록 할 수 있다.

상기 유출구(30)는 박리발생부(20)의 하측 단부에 형성되며, 유입구(11)를 통해 유입되는 물이 박리발생부(20)의 압력저항부(21) 및 마찰유도부(23)를 통해 물속에 포함된 용존 산소가 마이크로미터의 크기로 박리가 이루어지면 생성된 마이크로 버블이 유출부로 배출된다.

이러한 유출구(30)는 그 직경이 유입구(11)의 직경보다 크게 형성되어야 한 다.

나아가 본 발명자의 실험 결과 도면과 같이 유입부(10)의 내경이 균일(특히 제조용이성을 고려하여 원형)하고, 박리발생부(20)에서 유출구(30)까지의 내경 역시 균일(특히 원형)인 경우를 가정하면

유입부(10), 보다 정확하게는 유입부 종료지점(15)의 단면적과 박리발생부(20)의 단면적 비는 1:1.5 이상인 것이 마이크로 버블 발생에 적합한 것으로 밝혀 졌다.

또 유입부 종료지점(15)의 단면적에 비하여 박리발생부(20)의 단면적은 바람직하기로는 4배 이상 큰 것이 좋은 것으로 나타났다.

한편, 마찰유도부(23)의 종료지점에 해당하는 상기 유출구(30)의 단면적은 박리발생부(20)의 단면적 보다 작을 경우에는 압력저항부(21)와 마찰유도부(23)의 기능을 해치므로, 상기 유출구(30)의 단면적은 박리발생부(20)의 단면적 이상의 크기를 갖는 것이 바람직하다.

아울러 상기 유입부의 단면적과 상기 박리발생부의 체적 비율은 1 : 6 이상의 비율을 갖는 것이 물과 마찰유도부(23) 사이에서 적절한 마찰 저항과 박리가 일어나 마이크로 버블의 양이 증가되는 것으로 나타났다.

여기서 상기 유입부의 단면적과 상기 박리발생부의 체적 비교는 단위는 무시하고, 수치만 비교한 것이며,

유입부는 보다 엄밀하게는 유입부 종료지점(15)을 의미한다.

이하에서는, 본 발명의 마이크로 버블 생성장치(B)를 통해 용존 산소가 마이크로미터의 크기로 형성되는 과정을 설명하도록 한다.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 마이크로 버블 생성장치를 통해 용존 산소의 기포화가 이루어지는 과정을 나타낸 도면이다.

도시된 바와 같이, 마이크로 버블 생성장치(B)를 각종 정화시설, 양식장, 세탁기, 세정장치, 수도시설 등에 구비되는 관로에 설치하여 용존 산소가 포함된 물을 공급받으면,

공급되는 물이 유입부(10)의 유입구(11)를 통해 유입되는데, 유입되는 물은 도 3에 도시된 바와 같이, 유입통로(13)의 중앙으로 유입되는 물(이하, 중앙액체(W1))과 유입통로(13)를 따라 유입되는 물(외측액체(W2))이 유입통로 벽면과의 마찰로 인하여 서로 다른 유속으로 유입된다.

즉, 유입구(11)의 중앙액체(W1)는 큰 저항 없이 유입되기 때문에 직진성을 가진 채로 빠른 유속으로 유입될 것이며, 외측액체(W2)는 유입통로(13) 내벽과의 접촉에 의한 소정의 마찰력으로 인해 유입통로(13)의 중앙액체(W1)와는 다소 느린 유속을 통해 유입될 것이다.

이에 따라 유입통로(13)의 중앙액체(W1)와 외측액체(W2) 사이에는 서로 다른 유속을 통해 다수의 수층이 발생되며, 이 다수의 수층이 형성된 채로 유입통로(13)의 하측 단부를 빠져나와 압력저항부(21)에 다다르면, 유입통로(13)의 하측 단부와 압력저항부(21) 사이에서 매우 급격한 압력 변화가 발생하면서 중앙액체(W1)와 외측액체(W2) 사이에서 직진성을 가진 빠른 유속의 압력 방향과 반대 방향으로 압력 저항이 발생하면서 그 영향으로 중앙액체(W1)와 외측액체(W2) 사이에서 높은 압력차가 발생한다.

다시 말해, 서로 다른 유속에 의해 유입통로(13)의 중앙액체(W1)와 외측액체(W2) 사이에 다수의 층이 발생된 채로 유입통로(13)를 빠져나오면, 유입통로(13)의 중앙액체(W1)는 그대로 직진성을 유지한 채로 유입통로(13)를 통과하지만, 외측액체(W2)는 압력저항부(21)에 의해 굴절이 일어나면서 중앙측과 유입통로(13)측 사이에는 높은 압력차가 발생하게 되는 것이다.

이때, 유입통로(13)의 중앙액체(W1)와 외측액체(W2) 사이에서 흐르는 물(이하, 중간액체(W3))은 이 압력차로 인해 분산이 일어나면서 팽창하게 된다.

즉, 중간액체(W3)는 중앙액체(W1)의 직진성과 외측액체(W2)의 굴절성을 모두 보유하게 되므로, 중간액체(W3)의 일부는 중앙액체(W1)와 같이 직진성을 가지게 되고, 또 다른 일부는 외측액체(W2)와 같이 굴절성을 가지게 되어 결국, 중간액체(W3)는 직진성과 굴절성으로 인해 분산되도록 흐를 수밖에 없는 것이다.

또한, 중간액체(W3)에서 분산이 일어나게 되면, 중앙액체(W1)와 외측액체(W2) 사이에서 발생하는 압력 저항으로 인해 물 속에 포함된 용존 산소가 팽창되면서 난류가 발생하게 된다. 다시 말해, 압력저항부(21)에서 발생하는 압력 저항으로 인해서 중간액체(W3)가 분산되면서 팽창하게 되고, 마찰유도부(23)에서 발생하는 마찰 저항이 외측액체(W2)와 중간액체(W3)의 팽창된 물의 유속을 느리게 하여 이와 상대적으로 직진성을 가진 중앙액체(W1)의 빠른 유속에 의해 난류가 발생하면서 물속에 포함되어 있는 용존 산소에서 박리가 발생하게 된다.

여기서, 중간액체(W3)에서부터 시작되는 난류는 중앙액체(W1)와 외측액체(W2) 사이의 압력차가 크면 클수록 더욱 활성화되기 때문에 압력저항부(21)와 마찰유도부(23)의 형상 혹은 길이 방향에 대한 크기(박리발생부(20)의 직경)에 따라 달라질 것이다.

즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 외측액체(W2)는 유출구(30)를 통해 유출되기 전까지 마찰유도부(23)에 의해 마찰 저항이 발생되고, 중앙액체(W1)는 지속적으로 직진성을 가지고 있으므로, 유출구(30)를 통해 유출되기 전까지는 중앙액체(W1)와 외측액체(W2)의 유속의 차이가 발생할 수밖에 없고, 이에 따라 중앙액체(W1)와 외측액체(W2) 사이에는 압력 변화에 의한 압력 저항이 일어나게 된다.

그리고, 중간액체(W3)는 중앙액체(W1)과 외측액체(W2)의 압력 저항에 의해 분산되기 때문에, 결국 물속에 포함된 용존 산소가 팽창되면서 유출구(30)를 통해 유출되기 전까지 박리가 계속 일어나게 되므로, 결국 유입통로(13)를 통해 유입된 물은 압력저항부(21)를 시작으로 유출구(30)를 통해 유출될 때까지 꾸준하게 용존 산소를 박리시키게 된다.

이와 같은 본 발명의 마이크로 버블 생성장치(B)는 유입부(10) 유입통로(13)의 하측 단부와 압력저항부(21) 사이에서 급격한 압력 변화로 인한 압력 저항, 마찰 저항, 중간액체(W3) 및 이 물에 포함된 용존 산소의 팽창 및 난류에 의해서 1차적으로 물속에 포함되어 있는 용존 산소에서 박리가 발생하게 되고, 이 난류를 거치면서 1차 박리가 일어난 용존 산소는 중앙액체(W1)의 직진성과 외측액체(W2)에 작용하는 마찰유도부(23)의 마찰 저항으로 인해 2차 박리, 3차 박리 및 N차 박리가 유출구(30)를 통해 유출되기 전까지 추가로 발생하여 물속에 포함된 용존 산소를 마이크로미터의 크기로 계속 박리시키게 된다.

즉, 유입부(10)의 유입구(11)와 유입통로(13)를 통해 유입되는 물속에 포함된 용존 산소가 압력저항부(21)의 압력저항에 의해 1차 박리가 일어나고, 마찰유도부(23)의 마찰저항 및 중앙액체(W1)의 직진성에 의해 2차 박리, 3차 박리 및 N차 박리가 순차적으로 진행되면서 결국, 유출구(30)를 통해 유출되기 전까지 수차례의 박리에 의해 용존 산소는 마이크로미터 크기로 박리되어 유출구(30)를 통해 유출되는 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명의 용존 산소를 이용한 마이크로 버블 생성장치(B)는 제작되는 크기에 따라 유입통로(13)와 박리발생부(20)를 별도로 제작하여 결합할 수도 있으며, 일체로 제작할 수도 있다.

또한, 물속에 포함되어 있는 용존 산소를 마이크로미터의 크기로 기포화시킬 수 있는 마이크로 버블 생성장치(B)에 의해 용존 산소의 정화 효능 및 살균 효능을 극대화할 수 있으며, 물의 자체 유속에 따른 압력의 변화로 발생하는 압력저항, 마찰저항, 팽창 등으로 인해 용존 산소에서 박리가 발생할 수 있도록 하여 자체적으로 마이크로미터 크기의 산소 기포를 생성할 수 있는 단일 구성품으로 제조된 마이크로 버블 생성장치(B)를 제공함으로써, 생산성을 극대화시켜 대량 생산이 가능하다. 또한, 각종 정화장치, 양식장 및 세정 장치 등의 노즐 및 관로 등에 매우 간편하게 설치가 가능하다.

다음으로 도 5 내지 도 7을 참조하여, 양산성이 높고, 수도꼭지, 샤워기를 비롯한 각종 노즐이나 관료에의 설치 용이성을 높이고, 나아가 마이크로 버블 발생량을 증가시키기 위하여 분체화 시킨 변형 마이크로 버블 생성장치를 설명하도록 한다.

이러한 본 발명의 변형 마이크로 버블 생성장치(B)는 외부체(H1)와 내장체(H2)로 이루어지며, 이 둘 사이에 유입부, 박리발생부, 유출구가 형성된다.

먼저, 외부체(H1)는 연속되고 동심원을 이루는 구멍이 구비되어 있는데, 대각각 초입부(H1a), 중간부(H1b), 확장부(H1c), 그리고 결합부(H1d)에 해당한다.

이어 내장체(H2)는 상부에서 하부로, 차례로 헤드부(H2a), 기둥부(H2b), 결합부(H2c)를 갖고, 상기 결합부(H2c)에는 배출구(130B)가 형성되어 있으며,

도시된 배출구(130B)의 형상은 유사 타원 형상이나, 필요에 따라 단순한 원형이나, 원형 결합부(H2c)의 형상에 맞게 호(弧)형을 이룰 수 있다.

이러한 형상의 외부체(H1)와 내장체(H2)가 결합되면 도 6 및 도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이,

초입부(H1a)와 헤드부(H2a) 사이에는 유입구(111)와 유입통로(113)로 이루어진 유입부(110)가 형성되며, 유입통로 말단은 유입부 종료지점(115)에 해당하고,

중간부(H1b)와 기둥부(H2b) 사이에는 박리발생부(120)가 형성되는데, 압력저항부(121) 및 마찰유도부(123)를 갖고,

확장부(H1c)와 기둥부(H2b) 사이에는 체류부(125)가 형성되며, 마이크로 버블의 박리 생성 후 체류부(125)에 잠시 머물다가 적절한 수압과 굵기의 물줄기 생 성을 위한 배출구(130B)를 통하여 최종 배출된다.

또 결합부(H1d)와 결합부(H2c)는 상호 밀접하게 맞닿아 수밀성을 유지하며, 필요에 따라 별도의 패킹부재가 개재될 수 있다.

도 6 및 도 7에서, 유입부(110), 박리발생부(120), 유출구(130A)로 이루어진 버블 형성 단위체는 상호 연통되어 있어 실질적으로 하나인데, 이는 통상의 수도꼭지에 적용하기 적합한 형태이며,

도 1 및 도 2의 형태는 샤워기에 적용하기 적합한 형태이다.

그러나 도 1 및 도 6에 도시된 마이크로 버블 생성장치(B) 모두 도 8에 도시된 바와 같이 샤워기에 적용될 수 있으며,

샤워기를 위한 다수의 물줄기 생성은 다수의 배수구(S3a)를 구비한 커버(S3)에 의하여 이루어지므로 버블 형성 단위체의 수와 실배출 물줄기의 형상과는 무관하다.

한편, 상기 내장체(H2) 결합부(H2c)에 형성된 유출구(130)는 두 결합부(H1d)(H2c) 사이의 경계면에 형성되는 형태로 변형될 수 있다.

나아가 상기 박리발생부는 필요에 따라 둘 이상 구비될 수 있으며,

일례로 도 7의 하부에 변형예로 도시된 바와 같이, 유입구(211), 유입통로(213), 유입부 종료지점(215)을 갖는 유입부(210)에 이어 하부에 1차 및 2차 박리발생부(220A)(220B)가 구비되는데,

각각 압력저항부(221A)(221B)와 마찰유도부(223A)(223B)를 가지며,

각 박리발생부 말단부에 유출구(230A)(230B)를 갖는 형태이다.

이와 같이 버블 생성장치를 분체화하여 외부체와 내장체로 구성함으로써 다양한 구조를 선택할 수 있고,

예를 들어 동일한 외부체에 헤드부와 기둥부의 형상과 크기를 달리하는 방식을 채용하여, 유입부, 박리발생부, 유출구 각 부분의 길이, 단면적, 체적을 조절하여 다양한 마이크로 버블 크기 및 발생량을 갖도록 설계할 수 있다.

한편, 도 8에는 본 발명에 따른 마이크로 버블 생성장치(B)를 샤워기에 적용한 예를 도시하고 있는데,

샤워기(S)는 두 분체(S1)(S2)와 커버(S3)로 이루어지며,

제1분체(S1)는 물유입통로(S1A) 단부에 연통되고, 마이크로 버블 생성장치(B)를 위한 수용부(S1a)를 갖고,

이 수용부(S1a)에 마이크로 버블 생성장치(B)는 패킹부재(P)를 개재한 상태로 수밀되게 장착되며, 버블 생성장치(B)의 플렌지(B1)가 수용부(S1a) 턱에 걸리므로 수용정도가 제한된다.

다음으로 다수의 배수구(S3a)를 갖는 커버(S3)가 버블 생성장치(B)를 덮은 후 고정공(S3b)을 통하여 볼트가 제1분체(S1)의 고정부(S1b)에 체결되므로,

물 배출 및 마이크로 버블 생성을 방해하지 않는 형태로 커버(S3) 후면이 버블 생성장치(B)의 유출구측 하면을 가압하므로 버블 생성장치(B)의 확고한 고정이 가능하다.

다음으로 커버(S3)가 외부에 드러나도록 하는 노출부(S2a)를 갖는 제2분체(S2)가 덮인 후 제1분체(S1)와 결합하는데,

결합 방식은 예를 들어 두 분체(S1)(S2)의 테두리 접면을 초음파로 융착하는 방식일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 마이크로 버블 생성장치의 외관 사시도.

도 2는 본 발명에 따른 마이크로 버블 생성장치의 종단면도.

도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 마이크로 버블 생성장치를 통해 용존 산소의 기포화가 이루어지는 과정을 나타낸 도면.

도 5, 도 6 및 도 7은 각각 본 발명에 따른 마이크로 버블 생성장치의 다른 구현예와 관련된 분해사시도, 종단면도 및 결합 절개 사시도.

도 8은 본 발명에 따른 마이크로 버블 생성장치를 샤워기에 적용한 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

B: 마이크로 버블 생성장치 U: 버블 형성 단위체

10: 유입부 11: 유입구

13: 유입통로 20: 박리발생부

21: 압력저항부 23: 마찰유도부

30: 유출구 W1: 중앙액체

W2: 외측액체 W3: 중간액체

Claims (4)

1. 기체가 내포된 액체가 유입되는 유입구와 유입통로로 이루어진 유입부;

   상기 유입통로와 연결되고 상기 유입통로 보다 확장되어 액체에 압력저항을 발생시키는 압력저항부,

   상기 압력저항부와 연결되고 상기 유체에 마찰저항을 발생시키는 마찰유도부를 포함하고,

   액체에 내포된 기체를 마이크로미터 크기로 박리시키는 박리발생부; 및

   상기 마찰유도부와 연결된 유출구;

   를 포함하는 마이크로 버블 형성 단위체를 포함하는 마이크로 버블 생성장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 마이크로 버블 형성 단위체는 복수 개 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 버블 생성장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 유입부의 단면적과 상기 박리발생부의 체적 비율은 1 : 6 이상의 비율로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 버블 생성장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 박리발생부의 단면적은 상기 유입부의 단면적 보다 1.5 배 이상 큰 것을 특징으로 하는 마이크로 버블 생성장치.

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