KR20110004001A - 나노버블의 물리화학적 특성을 활용한 순환식 위생안전 정수제조방법 및 그 시스템 - Google Patents
나노버블의 물리화학적 특성을 활용한 순환식 위생안전 정수제조방법 및 그 시스템 Download PDFInfo
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- Treatment Of Water By Oxidation Or Reduction (AREA)
Abstract
본 발명은 나노버블발생 순환시스템을 부여한 음용수 정수장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소나노버블의 물리화학적 특성을 활용하여 살균과 정수가 반복되는 연속순환 및 지속살균 시스템으로 구성됨으로써 음용수의 정체를 방지하고 세균발생 및 증식을 차단하여 위생적으로 안전한 정수환경을 제공하고 더 나아가서 나노버블 처리수를 인체에 유익한 용존산소가 풍부하여 신선하고 상쾌한 물맛이 좋은 나노버블의 산소활성수로 제공한다.
즉 정제된 물 또는 먹는 샘물의 생수에 공기이거나 제조산소를 나노버블공법으로 처리하여 생성되는 수중 나노버블의 물리화학적 특성에 의한 살균기능과 세정기능에 의해 정수 또는 생수 그 자체가 살균될 뿐 아니라 순환시스템에 의해 정체를 방지하고 정수나 생수가 접촉하는 모든 음용수 정수장치 내부에 청정환경을 만들어 주는 자정기능을 가지게 되어 위생적으로 안전하게 음용할 수 있도록 해줄 뿐 아니라 장시간 위생적인 보전 음용을 가능하게 해준다. 동시에 정수 또는 생수의 고유 미네랄을 유지하면서 공기 중의 산소 또는 제조산소를 효과적으로 용해하여 용존산소가 보다 풍부해 지고 산소버블의 나노화로 활성화됨으로서 보다 신선하고 상쾌한 물맛이 좋은 정수와 생수를 제공 할 수 있는 순환식 위생안전 정수제조방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
나노버블, 마이크로나노버블, 음용수 정수장치, 수도직결식 정수기, 냉온정수기, 냉온수기, 정수, 생수, 공기, 산소, 산소활성수, 나노화활성수
Description
본 발명은 음용수 정수장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 산소나노버블의 물리화학적 특성(이하 특성이라 한다)을 이용하여 위생적으로 안전한 정수 및 저수환경을 제공하고 더 나아가서 처리된 정수 및 생수를 인체에 유익한 용존산소가 풍부하여 신선하고 상쾌한 물맛이 좋은 나노버블의 산소활성수로 제공하는, 즉 정제된 물 또는 먹는 샘물의 생수를 나노버블공법으로 공기 중의 산소이거나 제조한 산소를 혼합처리하여 순환시킴으로서 생성되는 수중 나노버블의 물리화학적 특성에 의한 살균기능과 세정기능에 의해 정수 또는 생수 그 자체가 살균될 뿐 아니라 정체를 방지하고 정수나 생수가 접촉하는 모든 음용수 정수장치 내부에 청정환경을 만들어 주는 자정기능을 가지게 되어 위생적으로 안전하게 음용할 수 있도록 해줄 뿐 아니라 장시간 위생적인 보전 음용을 가능하게 해준다. 동시에 정수 또는 생수의 고유 미네랄을 유지하면서 공기중의 산소이거나 제조한 산소를 효과적으로 용해하여 용존산소가 보다 풍부해 지고 산소버블의 나노화로 활성화됨으로서 보다 신선 하고 상쾌한 물맛이 좋은 정수와 생수를 제공 할 수 있는 순환식 위생안전 정수제조방법 및 그 시스템에 관한 것이다.
인간이 살아가는 데 꼭 필요한 두 가지는 바로 '물'과 '공기'다. 좋은 물과 공기만 있다면 건강한 삶도 결코 어렵지 않다. 그 중 하나로서 생명의 근원이라 할 수 있는 물은 사람, 동물, 식물, 미생물 등 지구상의 모든 생명체를 유지시키고 있고, 인체의 70%를 구성하고 있으며 건강에 직접적인 영향을 주고 있다.
근래들어, 건강 및 웰빙에 대한 관심이 지속적으로 증가하고 있고 그 관심의 중심에 있는 하나가 바로 ‘좋은 물’이다. ‘좋은 물’에 대한 관심은 건강에 대한 관심과 함께 급증하고 있고, 이제는 ‘깨끗하고 안전한 물’을 넘어서서 ‘건강기능을 포함하는 물’을 원하는 추세로 까지 그 기반을 넓혀가고 있는 중이다. 이러한 흐름에 발맞춰 ‘깨끗하고 안전할 뿐만 아니라 건강기능을 포함하는 음용수’를 제공하려는 노력도 함께 진행되고 있어, 종래의 정수기능뿐만 아니라 활성산소를 제거해준다고 제안하는 이온수기, 산소를 대량 공급하여 활력을 증가시킨다고 제안하는 산소수정수기 등으로 확장되고 있는 실정이다.
그러나 유감스럽게도 이러한 음용수의 원수라 할 수 있는 수돗물은 이론적으로 먹 을 수 있도록 국가에서 만드나, 국민들의 일반적인 생각은 가정까지 오는 수돗물이 낡은 수도관을 통과해 오다 보니 수도관에 포함되어 있는 녹, 중금속, 찌꺼기, 세균 등으로 인해 바로 먹기 곤란하다는 불신이 팽배해 있어, 안심하고 먹을 수 있는 물을 먹고 싶다는 절박한 생각에서 대부분의 사람들이 수돗물을 그냥 먹기보다는 정수기를 사용하거나, 생수를 사먹거나, 끊여먹고 있는 실정이다.
이에 따라 각 가정이나 사무실 등에서 정수기 등을 설치하여 음용수를 건강에 좋고 안심하고 믿고 마실 수 있도록 하고 있고, 가정 밖에서도 ‘먹는 샘물’등 음용수제품이 다양한 포장으로 판매되고 있다.
그러나 ‘깨끗하고 안전한 물‘을 넘어 ‘물의 건강기능’에까지 관심을 넓혀가고 있기는 하지 마는 아직까지도 정수기와 냉온수기 등 음용수 정수장치들은 근본 기능이랄 수 있는 ‘깨끗하고 안전한 물‘을 제공하기에는 여러 가지 한계와 문제를 내포하고 있다.
일반적으로 가정이나 사무실 등에서 많이 사용되고 있는 음용수 정수장치로서는, 수돗물을 여러 개의 정수필터에 의해 수돗물 내의 고형물 및 유기물 등을 여과한 후 정수된 물을 음용수로 공급하는 수도직결식 정수기, 정수필터에 의해 정수된 물을 선택적으로 냉각 또는 가열하여 음용수로서 공급하는 냉온정수기가 있고, 또한 지하 깊은 암반수를 취수한 먹는 샘물 즉 생수를 생수통에 담아 선택적으로 냉각 또는 가열하여 음용수로서 공급하는 냉온생수분배기 등이 있다.
종래의 음용수 정수장치는 수돗물은 안전한데 가정에서 먹는 수돗물이 수도관의 녹, 중금속, 찌꺼기, 세균 등으로 바로 먹기가 곤란하다는 생각을 전제로 출발하고 있으며, 이러한 불순물과 세균을 걸러내는 기능을 하는데 초점이 맞추어 져 있다.
이러한 음용수 정수장치 중, 수도직결식 정수기는, 그 내부에, 급수 유입구와 정수 유출구를 갖는 베이스(Base)와, 상기 베이스 상부에 결합되는 원통형 하우징(Housing)과, 상기 하우징 내에 장착된 정수필터와, 상기 하우징 상측에 설치되는 헤드(Head)를 포함하는 필터 카트리지(Filter Cartridge)를 내장한 구조로 되어 있다.
이러한 정수필터유닛은 보통 4단계이거나 5단계 필터로 구성되는데, 4단계는 1번 세디멘트 필터, 2번 프리카본 필터, 3번 메인필터(R/OUF), 4번 포스트카본 필터로 구성되고, 5단계는 1번 세디멘트 필터, 2번 프리카본 필터, 3번 포스트카본 필터, 4번 메인필터(R/OUF), 5번 카본플럭 필터 등으로 요구되는 기능에 따라 다양하게 구성된다.
이러한 구조를 갖는 상기 수도직결식 정수기는, 급수 유입구를 수도관 등에 직접 연결하여 수도관으로부터 공급되는 수돗물을 정수필터에 의해 정수한 후 정수 유출구를 통하여 바로 배출하도록 되어 있는데, 상기 정수필터는, 일정기간이 경과되면 그 표면에 불순물이 다량 축적됨에 따라 필터링 효과를 기대할 수 없게 되므로, 정 기적으로 새로운 필터 카트리지로 교체해 주어야 한다.
그런데, 상기한 수도직결식 정수기의 정수필터는 불순물을 거르는 데는 큰 효과를 발휘하나 세균을 제거하는 기능이 있다 하더라도 제한적이며 일정기간이 경과하면 필터 자체가 미생물의 온상이 되어 정수된 물이 오히려 오염되어 음용수로서 부적합한 문제점이 있었다.
한편, 음용수 정수장치 중, 냉온정수기는 상기의 정수필터유닛을 통과한 정수를 일정량 이상 저장할 수 있는 저수조를 구비하고 있고, 그 저수조 내에 저장된 물을 원활하게 배출하기 위해 외부로부터 공기가 유입되도록 설계되어 있다.
그런데, 상기한 냉온정수기 저수조 내에 저장된 물이 정수필터에 의해 정수된 것이라 하더라도, 정수필터를 일정기간 내에 교환하지 않거나 위생관리가 부실한 경우, 그 정수필터에 의해 2차 오염될 수 있고, 특히, 필터에 의해 정수된 물일지라도, 공기유입구멍 등을 통하여 공기 중에 포함된 다양한 형태의 부유세균들이 저수조 내로 지속적으로 유입됨으로 인해, 저수조 내의 물이 세균으로 2차 오염되어 음용수로서 부적합한 문제점이 있었다.
또한, 음용수 정수장치 중, 냉온생수분배기는, 생수를 일정량 이상 저장할 수 있는 저수조를 구비하고 있고, 그 저수조 내에 저장된 물을 원활하게 배출하기 위해 외부로부터 공기가 유입되도록 설계되어 있다.
그런데, 상기한 냉온생수분배기는, 특히 위생적으로 정제된 생수일지라도, 공기유 입구멍 등을 통하여 공기 중에 포함된 다양한 형태의 부유세균들이 저수조 내로 지속적으로 유입됨으로 인해, 저수 조내의 물이 세균으로 2차 오염되어 음용수로서 부적합한 문제점이 있었다.
이와 같은 문제점을 해소하기 위해 수도직결식 정수기와 냉온정수기(이하 통합하여 수도직결식 냉온정수기나 냉온정수기라 한다)나 냉온생수분배기 (이하 냉온수기라 한다)는 자체적으로나 외부조직의 주기적인 시스템 청소 소독과 보다 큰 주기의 필터교체 등 적지 않은 노력과 비용을 들이는 등 정기적인 위생관리가 필수적이다.
그러나 상기 종래의 음용수 정수장치는 가정에서 청소나 소독을 하는 경우 저수탱크, 냉온꼭지, 배관, 외부 등의 직접청소나 분해의 어려움이 있어 위생관리가 불안전하고, 사무실, 병원 등과 같이 불특정 다수인들이 유동하는 장소에 설치 이용되는 경우에는 정수의 음용 유효기간이나 생수의 개봉 후 음용 유효기간에 상관없이 사용될 뿐만 아니라 불완전한 위생관리로 인하여, 이용 시간이 경과할 수록 미생물 오염과 증식 등으로 위생적 환경이 악화되어 건강을 위협하는 문제점이 심각하여 이러한 문제점들이 방송되거나 기사화되어 커다란 사회문제로 부각되고 있다.
이에 따라, 상기 종래의 음용수 정수장치는 정제된 정수와 생수통의 생수를 냉수와 온수로 공급하는 단순한 구조였으나, 특히 위생적 문제가 사회적 이슈가 된 이후에는 이러한 문제점들을 해결하기 위해 미생물을 살균하는 다양한 기능의 살균장치가 도입되고 있다.
몇 가지 예를 들면 다음과 같은 아이디어들이 있다.
내장 물탱크 내면에 은코팅으로 미생물 살균처리(등록 100454044),
생수가 흐르는 각 배관라인에 은나노 필터를 설치 살균처리(등 200409982),
온수와 수증기로 냉온수기 내부를 살균(등록 100843748),
냉수통 내벽에 살균히터 설치로 신속하게 물을 끓여 살균냉각(등록 200428924),
물탱크에 전해살균키트를 설치(등록 100894317),
자외선 엘이디 살균물탱크(공개 1020080023244),
물저장탱크에 기포발생장치 설치(공개 1020080023243),
광촉매살균정화장치(등록 100671311),
자외선램프 순환식 위생안전 냉온수기(등록 100753204)
이외에도 많으나 이러한 특허들은 대부분 물탱크에서 살균처리하는 것에 초점이 맞추어져 있고, 일부는 이외의 배관이나 부대장치에서도 문제가 있음을 강조하고 순환경로에 제균필터나 자외선램프로 살균하는 등 다양한 아이디어가 창안되고 있으나 그 성능의 실효성과 실용성에 한계가 있는 실정이다.
이에 따라 정수기 관련업계에서는 정수기의 살균기능 개발노력과 함께 살균세정 순 환관리를 경쟁적으로 강화하여, 한 예를 들면 가정에는 2달에 한 번 정기적으로 정수기 살균세정하며 제품에 따라 1~2년에 한 번 특수순환관리 시스템을 가지며, 학교
백화점
병원
식당 등 공공장소는 전문 서비스조직을 두어 관리하고, 업그레이드 위생서비스 도구를 개발하는 등 많은 노력을 기울이고 있다.
그러나 상기 예는 일부에 국한된 사례일 뿐이고 대부분의 경우 그러한 노력에도 불구하고 완벽한 위생관리는 한계와 문제를 가지고 있는 쉽지 않은 과제이다.
결론적으로 웰빙과 함께 ‘물의 건강기능’에까지 관심을 넓혀가고 있지 마는 음용수 정수장치의 근본 기능이랄 수 있는 ‘깨끗하고 안전한 물‘을 제공하기에는 아직까지도 여러 가지 한계와 문제를 내포하고 있는 실정이다.
이런 즈음에 ‘깨끗하고 안전한 물’을 넘어서서 이른바 건강기능이 있는 ‘용존산소가 풍부하여 신선하고 상쾌한 맛이 좋은 물’을 제공하면서도 위생적으로 안전한 환경을 구축한 정수제조방법과 이를 적용한 시스템이 요구된다 하겠다.
따라서 상기의 한계와 문제점을 해결하여 품질이 우수한 정수를 제조하기 위해서는 원수 중에 함유된 유해성분 및 유해미생물, 이취미 성분을 효과적으로 제거할 수 있는 방법이 개발될 필요가 있다. 특히 화학약품을 쓰지 않고 살균기능이 있는 용수처리기술로 처리된 정수를 사용하여, 이 처리정수와 이미 잘 정제된 생수에서의 미생물증식을 최대한 억제하면서, 맛이 부드럽고 미네랄이 풍부한 정수와 생수를 처리 공급할 수 있는 방법과 그 시스템을 개발할 필요가 있게 되었다.
이와 같이 정수와 생수의 풍미를 감소시키지 않으면서 유해물질을 제거할 뿐만 아니라 미생물 증식에 의한 폐해가 없는 정수처리방법으로서 정수나 생수를 나노버블공법에 의해 수중에서 산소버블의 나노화 처리를 함으로써 가능하였다.
그러므로, 이러한 특성을 정수와 생수가 갖도록 나노버블공법에 의하여 정수와 생수에 공기 중의 산소이거나 제조한 산소를 혼합 용해처리하고, 동시에 이러한 처리로 얻어진 처리수를 최종 정수와 생수로 음용할 수 있음을 확인 하였다. 즉 이 나노버블공법에서는 정수와 생수를 산소버블의 수중 나노화 처리하여 혼합 용해함으로써 나노버블의 산소활성수 또는 산소버블의 나노화활성수의 생산이 가능하게 한다.
나노버블은 「기체용해효과」 「자기가압효과」 「대전효과」 등의 특성이 있다. 이 버블의 탁월한 산화환원작용과 하나의 버블이 소멸할 때 발생하는 다량의 에너지를 이용하여 「살균」「세정」기능에 응용할 수 있으며 이러한 기능은 환경분야(자연폐쇄수역계), 하수처리관련시설
고도정수처리시설, 토양정화, 수산업
농업분야(각종양식
양액재배
활어수조
수족관), 산업분야(배수처리
세정), 건강분 야(입욕관련시설
욕조
인공탄산천
정수
변기), 의료(정밀진단), 가전(세탁기), 선박(선체저항저감) 등의 다양한 영역에서 이용되고 있다.
그러나 유감스럽게도 음용정수를 제조하는 음용수 정수장치 중 수도직결식 냉온정수기나 생수의 냉온수기 부문에서는 건강기능수 제조를 위한 산소의 고농도 용해에만 초점을 맞출 뿐 이렇게 훌륭한 「살균」「세정」기능이 활용된 바가 없다.
이에 본 출원인은 나노버블 또는 산소버블의 나노화의 특성을 활용하여 음용정수나 생수에 산소를 나노처리 즉 산소버블의 나노화처리를 하여 산소버블의 나노화활성수를 제조하고, 나노버블처리를 함으로써「살균」「세정」기능에 의해 음용수 정수장치의 위생적으로 안전한 환경의 구축뿐만 아니라 고유의 미네랄 등 유효성분은 유지하면서 미생물과 유해오염원이 효과적으로 제거되어 부드러우면서 신선하고 상쾌한 맛이 있는 기호도가 우수한 산소활성화된 음용정수와 생수를 제조 공급할 수 있게 하였다.
본 발명은 상기와 같은 나노버블의 특성을 감안하여 도출된 것으로,
본 발명의 제1목적은 나노버블의 특성을 활용하여 음용정수와 시판 공급되는 생수를 적절하게 살균하고 장기간 보전 음용할 수 있도록 하는 안전한 위생환경을 구축한 살균기능과 세정기능을 갖는 순환식 위생안전 정수제조방법과 그 시스템을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 제2목적은 나노버블의 특성을 활용하여 음용정수와 생수의 고유 미네랄을 유지하면서도 용존산소가 풍부하여 신선하고 상쾌한 맛이 좋은 물인 나노버블의 산소활성수 또는 산소버블의 나노화활성수를 공급하는 순환식 위생안전 정수제조방법과 그 시스템을 제공하는 것이다.
이하, 본 발명의 ‘나노버블의 물리화학적 특성을 활용한 순환식 위생안전 정수제조방법’에 대한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 순환식 위생안전 정수제조방법의 개략적인 플로우 챠트이다.
도 1에 도시된 본 발명에 따른 ‘나노버블의 특성을 활용한 순환식 위생안전 정수제조방법과 그 시스템은,
급수된 원수로부터 정수처리하고 일정회수 이상 반복 순환 나노버블공법으로 처리하여 위생적으로 안전하게 정수하고 장기 보전하는 방법에 있어서,
수도직결관이나 저수조 등으로 부터 오는 원수를 정수필터유닛을 거쳐 음용수준까지 처리된 정수를 일정량 저수하고, 이 저수된 정수를 나노버블발생 순환시스템으로 보내어져 공기 중의 산소이거나 제조한 산소로 1차 나노버블처리하여 산소버블의 나노화된 활성수를 제조하고, 이 처리된 활성수의 일부를 일정 압력으로 조정하여 정수필터유닛을 경유하여 저수조로 보내고 동시에 나머지 활성수는 By-Pass 순환관을 통하여 저수조로 보내어져 계속해서 일정회수 이상 반복 순환 나노버블처리함으로써 일정수준 이상의 고농도 나노버블이 함유되고 일정수준 이상의 용존산소가 용해된 산소활성수가 제조되며,
이와 같이 반복 순환 처리된 용존산소 농도가 높고 고농도의 산소나노버블을 함유하는 산소활성수를 냉수장치나 온수장치로 보내어져 냉각 가열되어 냉수와 온수로 제공된다.
한편 냉수장치와 온수장치 내의 산소활성수가 일정시간 이상 냉수와 온수로 공급되지 않고 정체될 경우의 위생문제를 해결하기 위해 냉수지관과 온수지관을 통해 나노버블발생 순환시스템으로 이동되어 나노버블처리되어 저수조로 보내어져 순환된다.
또 다른 한편 시스템을 보다 단순하게 하기 위해 반복 순환 처리된 용존산소 농도가 높고 고농도의 산소나노버블을 가지는 산소활성수를 저장하는 저장조(20)에 분리판(23)을 구비하고 하부에 냉수장치를 부가하여 직접 냉수를 제공하게 하여 별도의 냉수장치(30)을 생략하고, 이 상부의 물이 온수관(24)을 통하여 온수장치로 보내어져 가열되어 온수로 제공된다. 한편 온수장치의 전원이 차단된 상태에서 온수장치내의 산소활성수가 일정시간 이상 공급되지 않고 정체될 경우의 위생문제를 해결하기 위해 온수지관을 통하여 나노버블발생 순환시스템으로 이동되어 공기 중의 산소이거나 제조한 산소로 나노버블처리되어 저수조로 보내어져 순환된다
이와 같이 반복 순환된 나노버블 처리수는 고농도의 산소나노버블이 함유되어 있어 이 나노버블 물리화학적 특성에 의해 정수 자체와 정수제조시스템이 「살균」「산화」「세정」되어 위생적으로 안전한 환경으로 구축되어진 순환식 위생안전 정수제조방법을 제공하며,
동시에 고농도의 용존산소 용해와 나노버블의 특성에 의해 부드러우면서도 신선하고 상쾌한 맛이 좋은 물인 나노버블 산소활성수 또는 산소버블의 나노화활성수를 제조하는 것을 특징으로 하는 순환식 위생안전 시스템을 제공하는 데 있다.
도 1에 도시된 또 다른 본 발명에 따른 ‘나노버블의 특성을 활용한 순환식 위생안전 정수제조방법과 그 시스템은,
정제된 물이 담겨진 또는 먹는 샘물의 생수통으로부터 공급되는 생수를 일정회수 이상 반복 순환 나노버블 처리하여 위생적으로 안전하게 장기 보전하고 공급하는 방법에 있어서,
정제된 물이 담겨진 물통 또는 먹는 샘물의 생수통으로부터 공급되는 물을 일정량 저수하고, 이 저수된 생수를 나노버블발생 순환시스템으로 보내어져 공기 중의 산소이거나 제조한 산소로 1차 나노버블처리하여 산소버블의 나노화된 활성수를 제조하고, 이 처리된 활성수를 순환관을 통하여 저수조로 보내어지고 계속해서 일정회수 이상 반복 순환 나노버블처리함으로써 일정수준 이상의 고농도 나노버블이 함유되고 일정수준 이상의 용존산소가 용해된 산소활성수가 제조되며,
이와 같이 반복 순환 처리된 용존산소 농도가 높고 고농도의 산소나노버블을 가지는 산소활성생수를 냉수장치나 온수장치로 보내어져 냉각 가열되어 냉수와 온수로 제공된다.
한편 냉수장치와 온수장치 내의 산소활성수가 일정시간 이상 냉수와 온수로 공급되지 않고 정체될 경우의 위생문제를 해결하기 위해 냉수지관과 온수지관을 통하여 나노버블발생 순환시스템으로 이동되어 나노버블처리되어 저수조로 보내어져 순환된다.
또 다른 한편 시스템을 보다 단순하게 하기 위해 반복 순환 처리된 용존산소 농도가 높고 고농도의 산소나노버블을 가지는 산소활성수를 저장하는 저장조(20)에 분 리판(23)을 구비하고 하부에 냉수장치를 부가하여 직접 냉수를 제공하게 하여 별도의 냉수장치(30)을 생략하고, 이 상부의 물이 온수관(24)을 통하여 온수장치로 보내어져 가열되어 온수로 제공된다. 한편 전원이 차단된 상태에서 온수장치내의 산소활성수가 일정시간 이상 온수로 공급되지 않고 정체될 경우의 위생문제를 해결하기 위해 온수지관을 통하여 나노버블발생 순환시스템으로 이동되어 공기 중의 산소이거나 제조한 산소로 나노버블처리되어 저수조로 보내어져 순환된다
이와 같이 반복 순환된 나노버블처리수는 고농도의 산소나노버블이 함유되어 있어 이 나노버블 물리화학적 특성에 의해 생수 자체와 냉온수기 시스템이 살균 산화 세정되어 위생적으로 안전한 환경으로 구축되어진 순환식 위생안전 냉온수 공급방법이 제공하며,
동시에 고농도의 용존산소 용해와 나노버블의 특성에 의해 부드러우면서도 신선하고 상쾌한 맛이 있는 좋은 물인 나노버블 산소활성수 또는 산소버블의 나노활성수를 제조하는 것을 특징으로 하는 생수의 냉온수 공급시스템을 제공하는 데 있다.
이하 상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 ‘나노버블의 특성을 활용한 순환식 위생안전 음용수 정수장치에 적용된 핵심개념인 나노버블의 물리화학적 특성과 이의 처리 결과물인 나노버블의 산소활성수의 특징에 대해서 설명하고자 한다.
[
나노버블의
물리화학적 특성 ]
말 그대로 미세한 거품을 뜻하는데 마이크로버블(Micro Bubble)은 기포의 직경이 10~수십㎛, 적어도 30㎛ 이하의 미소기포를 말하며, 마이크로나노버블(Micro Nano Bubble)은 수백㎚~10㎛의 미세기포를 말하며, 나노버블(Nano Bubble)은 수백㎚ 이하의 초미세기포를 말한다. 마이크로버블은 통상의 일반기포인 밀리기포가 물속에서 빠른 속도로 상승해 표면에서 파열하는 것과 달리, 수중에서 압력에 의해 축소되어 다양한 에너지를 발생시키며 소멸하여 완전 용해한다. 이러한 특성을 이용해 여러 가지 공학적 응용이 검토되고 있다. 또한 나노버블은 통상 마이크로버블의 축소과정에서 생성되나 최근에는 마이크로나노버블과 더 나아가서 나노레벨의 버블 그 자체를 생성하기도 하는 기술적 발전을 이루었다. 나노버블은 물리적으로 지극히 불안전하기 때문에 단시간에 소멸하는데 이는 초미세기포가 수중에서 표면장력의 작용에 의해 급속히 완전 용해되어 버리기 때문이다. 그러나 표면대전에 의한 정전반발력을 받았을 경우에는 나노레벨의 초미세기포도 어느 정도 장시간 존재하는 것이 가능하다. 특히 대전효과에 의해 안정화한 나노버블은 기포로서의 특성을 보관유지하고 있어 생물의 세포에 직접적인 적용과 공학적 응용의 가능성이 높다.
상세한 매카니즘은 마이크로버블의 압괴과정에서 수중의 음이온이 기포주위에 농축하는 것으로 정전기적인 반발력을 일으키고 기포가 완전하게 소멸하는 것을 억제하게 된다. 나노버블을 포함한 물은 물성적으로 통상의 물과 현저한 차이는 없지만, 나노버블화된 기체의 특성을 겸비하는 것이 특징이다. 예를 들면 오존을 나노버블 로서 포함한 물은 통상 상온상압하의 개방조건에서 수시간에 흩어 없어져버리는 수중의 오존을 1개월 이상 보관유지 할 수 있고, 산소나노버블로서 포함한 물은 어패류 생물에 대해서 활성효과를 높인다.
| 100㎛ |
머리카락굵기 |
마이크로 버블 |
| 5㎛ |
모공의 크기 |
|
| 10㎛ |
세포의 크기 |
|
| 마이크로나노 버블 |
||
| 1㎛ |
세균적혈구크기 |
|
| 300nm(0.3㎛) |
||
| 나노 버블 |
||
| 10nm(0.01㎛) |
바이러스크기 |
|
| 1nm(0.001㎛) |
단백질분자크기 |
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| 0.1nm |
원자의 크기 |
최근 비약적인 기술의 발전으로 유체역학을 응용한 심플하고 획기적인 버블발생장치로 마이크로나노버블 더 나아가서 나노버블을 대량으로 발생시킬 수 있다. 한편으로는 안정적으로 균일한 버블을 발생시켜 분산성이 좋아 매우 느린 유동과 함께 광범위한 확산특성을 가진다. 또한 나노버블 고유의 특성을 가지며, 생리활성을 촉진 시킨다.
마이크로나노버블은 부양속도가 낮아 수면으로 0.1㎝/s의 매우 느린 속도로 상승하며, 수많은 버블들은 수면에 도달하기 전에 압괴 소멸하게 된다. 이때 몇 가지 질 적 변화에 의한 작용으로 인하여 「기체용해효과」 「자기가압효과」 「대전효과」등의 특성을 가지게 되어, 첫째, 용존산소를 공유하는 기능, 둘째, 세균바이러스 등의 미생물 제균기능, 셋째, 생물 등에 생리활성을 촉진하는 기능 등을 갖는다.
(기체용해효과)
마이크로나노버블은 매우 작은 기포로 부피가 작은 만큼 부력을 적게 받아 수면으로의 상승속도가 매우 느리다. 밀리버블과 대비하면 약 1/100배 이하의 속도로 상승하게 된다.
또한 수면으로 느리게 상승하는 동안 많은 수의 나노버블은 수면에 도달하기 전에 수중에서 압력에 의해 축소되어 소멸되면서 기포상태로 소유하였던 산소입자를 물 속에 넣게 된다. 따라서 산소가 수중에서 용해할 수 있는 시간을 늘려주게 되어 수중 용존산소 농도를 증가시켜 보다 활성화된 “살아있는 물”로 만들어 줌으로써 “깨끗하고 상쾌한 물맛”을 갖게 해준다.
모든 생명체는 단백질로 구성되어 있다. 미생물 또한 C와 H의 연결로 이루어진 단백질로 구성되어 있다. 이중 세균은 호기성과 혐기성세균으로 분류할 수 있는데, 호기성세균(Aerobic bacteria)은 O2를 받아들여 대사를 일으켜 성장하지만, 혐기성세균(Anaerobic bacteria)은 O2를 만나 CO2와 H2O로 산화가 일어나 사멸하게 된다. 이러한 산화는 살균세정의 기본원리이다. 대부분의 일반세균은 호기성이고, 유해한 세균은 혐기성이며 산소에 의한 산화는 가장 효율적인 살균세정방법이다. 이에 따라 산화를 촉진시키기 위해서는 산소와 박테리아의 접촉면이 많을수록 효과적이다.
이온화된 이중구조의 마이크로버블은 강한 이온성으로 각종 고형물을 흡착 포집한 상태로 서서히 부상되므로 미세하거나 조대한고형물을 90%이상 부상분리시켜 후단처리시설의 부하량을 감소 유발시켜 전 시스템상의 처리효율을 극대화하게 하여 준다.
(자기가압효과)
자기가압효과는 구형의 계면을 가지는 기포내부에서 표면장력이 기체를 압축하는 힘으로 인하여 발생한다. 직경이 불과 0.5micron(1만분의 1밀리)의 기포는 1마이크로세컨드(100만분의 1초)의 짧은 순간에 압축파괴의 연쇄반응하는데 이때에 즉 압괴(버블소멸)시 다양한 에너지가 방출된다.
초미세기포가 자기가압에 의해 압축파괴될 때 기포 내 온도는 태양 표면온도에 필적하는 5,500℃까지 순간적으로 상승한다.
초미세기포가 자기가압에 의해 파열할 때 초음파를 포함한 충격파가 시속 400㎞의 속도로 뛰쳐나온다. 이것은 KTX의 평균속도 300㎞를 훨씬 뛰어 넘는 빠른 속도의 순간진동충격을 준다.
초미세기포가 자기가압효과에 의해 소멸할 때에 매우 강한 에너지를 가진 하이드록시 래디칼(Hydroxy Radical OH-)등의 프리래디칼이 발생한다.
이와 같이 나노버블 압괴시 방출되는 순간고열과 고속충격파와 함께 이 프리래디칼은 수중에 존재하는 여러 가지 유해화학물질이나 호기성과 혐기성 세균류 등을 포함한 미생물을 분해한다. 그 매커니즘은 우선 마이너스를 띤 나노버블이 정전기적으로 세균이나 바이러스등을 끌어당기고, 그 버블이 터질 때 생성되는 에너지인 순간고열, 고속충격파와 프리래디칼이 복합적으로 작용하여 세균이나 바이러스를 파괴하고 유해화학물질들을 분해하게 된다.
(대전효과)
하나 하나의 초미세기포 표면은 마이너스에 대전하고 있다. 마이너스와 마이너스가 서로 반발하여 거품이 밀집된 상태에서도 각각의 독립성을 지키게 되어 결코 결합되지 않아 큰 거품으로 성장하지 않게 된다.
물은 수분자(H2O)와 이것이 전파해 생긴 몇 안되는 양의 수소원소 래디칼(H+)와 수산래디칼(OH-)로부터 완성된다. 기포가 마이크로기포까지 작아지면 상대적으로 계면에서의 수산래디칼(OH-)의 양이 많아져 마이너스에 대전한다고 추측된다.
마이크로나노버블 기포군이 수면으로 방출될 때 무수한 물방울이 수면에 흩날리게 된다. 이 물방울은 연속해서 방출되는 기포군에 의해 미세한 물방울장을 만들어 공기 중에서 분열결합운동을 일으켜 주위의 공기를 마이너스 이온화한다. 물방울을 흩날리는 것으로 최초 물방울의 표면은 전기이중층이 존재해 물방울의 표면은 마이너스에, 이 물방울과 접하는 외측의 공기를 플러스에 대전하고 있다.
즉 액체가 급격하게 미립화 할 때에 액체의 표면에너지가 변화하여 액체방울이 대전하게 된다. 물방울이 분열할 경우에 물방울은 전기적 성질을 띠게 되는데 이 현 상을 레너드효과라 부르며, 해안이나 폭포부근에서 마이너스이온이 발생하는 레너드효과를 볼 수 있다.
* 레너드효과(
Lenard
Effect
)
물이 낙하하여 바닥에 부서질 때 부서지는 미세물방울에는 음전하(Negative Charge)가 다량 포함되고, 큰 물방울이나 바닥에 고인 물에는 양전하(Positive Charge)가 많게 된다. 음전하 전자들은 불안정하게 미세물방울에 붙어 있다가 공기 중을 부유하는 동안 공기 중의 먼지 및 분자들과 충돌할 때 음이온 먼지나 음이온 산소분자를 만든다. 특히 공기 중 21%를 차지하는 산소는 전자와 결합하는 친화력이 공기의 78%를 조성하는 질소에 비해 약 100배 이상 강하여 쉽게 산소음이온이 된다. 레너드박사가 폭포수에서 음이온이 다량 생성되어 공기를 정화하는 원리를 규명한 이래 레너드효과, 일명 폭포수효과(Waterfall Effect)라 부른다.
| 일반욕조 |
2,000~3,000개/㎠ |
| 폭포주변 |
5,000~10,000개/㎠ |
| 나노버블 |
50,000~500,000개/㎠ |
이러한 음이온의효과는,
이상과 같은 나노버블의 특성을 활용하기 위하여 종래의 음용수를 정수하는 방법과 그 시스템에 나노버블발생 순환시스템을 도입결합함으로써 생산되는 산소버블의 수중 나노활성수는 다음과 같은 특징을 가질 수 있다.
[
나노버블처리
활성수의 특징 ]
산소버블의 수중 나노화로 인한 용존산소농도의 증가와 산소접촉면의 증가, 나노버블의 압괴시 방출되는 에너지인 순간고열
순간충격파
프리래디칼과 산소음이온 효과 등이 복합적 조화를 이루어 수중 오염원과 쉽게 결합하여 강력한 살균 및 산화력으로 미생물의 고순도 살균소독작용과 난분해성 유기물의 산화분해, 물의 탈색
탈취
탈미 등의 정화작용 등에 탁월한 효과를 보여 물의 신선도를 대폭 증대시킨다.
물속의 유효성분인 미네랄(Mineral)과 함께 풍부하게 녹아있는 용존산소가 어우러져 “살아있는 물-生水”로의 부활로 기존의 용존산소가 없거나 적은 물에 비해 보다 훨씬 맛있고 상쾌한 물맛을 가진다.
나노버블처리에 따라 일정 기간동안 우유빛같은 나노버블의 부드러움과 기포가 톡톡 씹히는 감각과 산소음이온의 상쾌함이 보다 부드럽고 상쾌한 물맛을 가진다.
산소버블의 수중 나노화처리를 결합시키면 물분자가 나노버블과의 무수한 충돌과 파괴충격으로 인하여 물분자 클로스터(Cluster)의 소집단화에 따라 표면장력이 작 아져 청량감이 향상되어 이 또한 물맛을 개선시킨다.
이상과 같이 하여 산소버블의 수중 나노화처리를 결합시키면 앞의 네 가지 효과가 복합적으로 조화를 이루어 특수처리의 상승효과(Synergy Effect)로 물의 신선도가 획기적으로 높아지고 미네랄과 함께 용존산소가 풍부한 “살아있는 물-生水”에 산소음이온이 풍부한 나노버블의 풍미가 어우러진 산소나노활성수를 만들 수 있어 목적하는 위생적으로 안전하면서 고유의 수질 보다 훨씬 뛰어난 부드러우면서 신선하고 상쾌한 물맛을 가지는 차원 높은 음용수 제조가 가능하다.
한편 나노버블의 특성은 처리 저장되는 물 뿐만 아니라 저수조를 포함하는 정수처리장치와 배관 등 시스템의 환경개선도 함께 이루어져 보다 완벽한 위생관리가 가능하게 된다.
저수조는 대부분 프라스틱이나 스텐레스판 등으로 제작되나 음습하여 미생물이 기생하기 좋은 환경이며 또한 밀폐되어 있는 처리장치와 부속배관으로 구성된 정수처리시스템은 미생물이 기생하기 좋은 환경일 뿐 아니라 미생물관리가 결코 쉽지 않은 환경이라 하겠다. 다른 측면으로는 위생관리 주기와 수준에 따라 다르겠지만 일반적으로 전문지식이 없는 개인이 관리하거나 부분적으로는 값비싸고 운영비가 많이 드는 전문관리요원을 이용하여 관리하고 있으나 대개는 효용성이 낮은 일반적 수준의 위생관리를 하고 있어 미생물과 슬라임(Slime), 스케일(Scale)문제 등이 상존한 상태이다.
이런 환경 속에서는 깨끗한 물로 정화되었다고 하더라도 물속의 미네랄과 함께 미세한 SS와 유기물 더 나아가 미생물이 잔류할 수밖에 없어 물때 또는 물이끼가 끼고 이들이 미생물의 서식처가 되어 빠른 증식환경을 만들어주게 된다. 이에 체류시간이 빠르면 몇 시간에서부터 2~3일 체류하는 동안에도 잘 정수된 물이 오히려 미생물에 오염되어 음용수로 사용되는 경향이 있다. 최근에는 자외선, 오존, 전기분해 등의 다양한 살균처리공정을 채택하여 개선하려고 하고 있으나 완전한 처리는 쉽지 않다.
미생물의 오염이, 원수로 부터 오거나 정수시스템의 위생관리 부재에서 오든, 짧은 시간 내에 전 시스템으로 오염이 전파되고 그로부터 증식되면 저수조와 처리장치, 배관 등의 시스템이 밀폐되어 있어 미생물 콘트롤은 정말 쉽지 않은 과제가 된다.
그러나 저수조-배관-처리장치-저장조-배관-저수조 등으로 밀폐된 시스템에 나노버블처리수를 통수하고, 처리공정이 끝나면 시스템 내에 나노버블처리수가 정치되어 있어 나노버블의 특성에 의한 자정능력과 효과로 인해 시스템 내에 미생물 문제를 해결할 뿐 만 아니라, 배관 내에 골칫거리인 슬라임(Slime)과 스케일(Scale)의 생성을 최소화할 수 있다.
이것은 나노버블처리수의 미생물의 살균력과 유해물질의 산화세정력으로 저수조 등의 시스템 내벽에 부착 기생하는 물때, 물이끼나 미생물 군락인 Slime 등을 제거할 뿐만 아니라 유해물질을 분해 제거하여 비교적 위생조건이 좋은 저수환경을 만들기 때문이다. 또한 마이크로나노버블 기포군의 방출로 레너드효과에 의한 산소음이온이 저수조 주변의 공기를 정화하고 살균하는 작용으로 인하여 보다 나은 위생조건의 저수조 외부환경을 조성한다.
이로써 저수부분과 저수외부분의 환경과, 그리고 정수시스템의 전반적인 위생환경을 획기적으로 개선시켜 위생관리의 효율성을 높여 준다. 이에 따라 주기적으로 교체해 주어야 하는 정수필터유닛의 성능과 수명을 늘려주고 정수장치에 대한 위생관리의 노력과 관리운영비의 절감을 꾀할 수 있게 된다.
이상에서 상세히 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따른 ‘나노버블의 물리화학적 특성을 활용한 순환식 위생안전 정수제조방법 및 그 시스템'은 종래의 음용수 정수장치에 .순환식 나노버블발생시스템을 부여함으로써,
본 발명의 제1목적인 산소버블의 나노화 활성수 또는 나노버블의 산소활성수에 함유되어 있는 수중 기포상의 나노버블이 가지는 특성을 활용하여 정수 또는 시판 공급되는 먹는 샘물을 적절하게 살균하고 장기간 보전 음용할 수 있는 살균기능과 자 정기능을 포함한 안전한 위생환경을 가지는 순환식 위생안전 정수제조방법과 그 시스템을 제공하는 것이다.
그리고, 본 발명의 제2목적인 나노버블의 특성을 활용하여 정수 또는 먹는 샘물의 고유 미네랄을 유지하면서도 용존산소가 풍부하여 신선하고 상쾌한 맛이 좋은 물 즉 산소버블의 나노화활성수 또는 나노버블의 산소활성수를 공급할 수 있는 순환식 위생안전 정수제조방법과 그 시스템을 제공하는 것이다.
이하, 본 발명의 ‘나노버블의 물리화학적 특성을 활용한 순환식 위생안전 정수장치’에 대한 실시 예를 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 음용수 정수장치 중 수도직결식 냉온정수기의 일 실시 예를 개략적으로 보이는 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 음용수 정수장치 중 물통식 냉온수기의 일 실시 예의 개략적인 구성도이며, 도 4는 본 발명에 따른 음용수 정수장치 중 물통식 냉온수기의 또 다른 일 실시 예의 개략적인 구성도이다.
도 2 와 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 순환식 위생안전 음용수 정수장치는 원수가 수도직결관(10A)으로 부터 정수필터유닛(11)을 거쳐 공급되거나 또는 정제된 물이 담겨진 ‘먹는 샘물’ 생수통(10B)으로부터 공급되는 저수조(20)와 저수조(20)의 물을 냉각 또는 가열시켜 외부로 제공하기 위하여 냉각사이클(31)과 냉수조(32)를 포함하는 냉수장치(30), 온수조(42)에 히터(41)가 설치되는 온수장치(40), 상기 각 구성부를 제어하기 위한 마이컴을 포함하여 구성되는 정수장치에 있어서, 상기 저수조(20)로부터 물이 하강 순환되어 다시 저수조(20)로 복귀되기 위해 정수필터유닛(11)을 경유하는 주순환관(61)과 By-Pass순환관(66), 상기 주순환관(61)에 설치되며 마이컴(도시되지 아니함)에 의하여 제어되는 나노버블발생기(62)와 일체화된 용해부(63)와 압축에어유닛이거나 산소발생유닛(67)을 포함하여 이루어지는 나노버블발생 순환시스템(60)이 부여되는 것이다.
또한, 상기 주순환관(61)의 출구에는 마이컴에 의하여 제어되는 전자변(61a)이 설치되고, 상기 순환수단의 나노버블발생기(62)는 저수조(20)의 수위가 일정 수위 이상일 경우와 일정 압력 이하에서 가동되도록 제어된다.
이와 같은 구성은 저수조(20)로부터 물이 하강되어 나노버블발생기(62)와 용해부(63)를 거쳐 공기 중의 산소이거나 제조한 산소로 나노버블처리된 산소활성수의 일부가 압력조정되어 정수필터유닛을 거쳐 주순환관(61)으로, 나머지는 By-Pass순환관(66) 을 거쳐서 다시 저수조(20)로 유입되는 순환이 연속 또는 단속적으로 반복적으로 이루어지게 된다.
한편, 냉수를 장시간 동안 인출하지 않아 냉수조(32)의 물이 정체될 경우, 냉수조 에 세균이 발생 번식될 수 있다. 이를 방지하기 위하여 본 발명에 따른 일 실시 예에서는 상기 주순환관(61)에 상기 냉수조(32)와 연결되며, 마이컴에 의해 제어되는 전자변(64a)이 설치된 냉수지관(64)이 연결된다.
상기 냉수지관(64)의 전자변(64a)은 주기적으로 또는 사용빈도가 적은 절대시간대에 소정시간 동안 개폐되도록 제어된다.
이러한 구성에 의하여 냉수조(32)의 물이 일정주기 또는 사용빈도가 적은 시간대에 주순환관(61)을 통하여 순환 살균되므로 장시간 동안 냉수를 인출하지 않을 경우에도 정체를 방지하여 세균발생을 예방한다.
또한, 상기 온수조(42)에 저장된 물은 온수장치 가동 중에는 히터(41)의 열에 의하여 세균발생이 차단된다. 그러나, 예컨대 무더운 여름철에는 온수를 사용하지 않는 경우가 많고, 이에 따라 온수장치를 오프상태로 하여 가동시키지 않으며, 이 때에는 온수조가 세균번식이 온상이 될 수 있다.
이를 방지하기 위하여 본 발명에 따른 일 실시 예에서는, 상기 주순환관(61)에 상기 온수조(42)에 연결되며 마이컴에 의해 제어되는 전자변(65a)이 설치된 온수지관(65)이 연결된다.
상기 온수지관(65)의 전자변(65a)은 온수스위치가 오프되는 온수장치(40) 비가동시 주기적으로 소정시간 동안 개폐되도록 제어된다.
이러한 구성에 의하여 온수장치(40)를 사용하지 않는 경우에도 온수조(42)의 정체 및 세균발생을 예방하게 된다.
이와 같은 구성을 지닌 본 발명에 따른 나노버블 특성을 활용한 순환식 위생안전 음용수 정수장치의 작동상태를 살펴본다.
본 발명은 음용수 정수장치에 나노버블발생 순환시스템(60)이 부여됨으로써 나노버블의 산소활성수가 생성되고 이 활성수의 특성에 의해 저수조(20)는 물론이고 냉수조(32) 및 온수조(42)에서 물이 살균되고 정수제조장치 전체가 자체 세정되며 또한 물이 정체되는 것을 방지하여 세균발생과 증식을 완벽하게 방지토록 하는 것이다.
즉, 저수조(20)로부터 주순환관(61)을 통하여 물이 연속적으로 나노버블발생 순환시스템(60)에 순환됨으로써 냉수장치(30) 및 온수장치(40)를 통하여 인출되는 음용수 사용량이 적을 경우에도 저수조(20)의 물의 정체가 방지되며, 또한 그 순환경로에 설치되어 있는 일체화된 나노버블발생장치(62)와 용해부(63), 그리고 정수필터유닛(11)을 반복적으로 경유하게 되어 일정 수준이상의 나노버블의 산소활성수가 생성됨으로써 나노버블의 특성에 의해 일부 잔존하던 세균이 완벽하게 멸균될 뿐만 아니라 정수제조장치 내부의 물 접촉면이 자정되고 순환이 되지 않을 경우에도 적당한 압력하에서 나노버블의 산소활성수가 채워져 있어 미생물 증식이 방지될 뿐만 아니라 슬라임이나 스케일등이 쌓이지 않아 위생적으로 안심할 수 있는 청정환경을 구축하게 되고 또한 정수필터유닛(11)의 필터들의 성능과 수명이 연장되어 관리노력을 대폭 경감하게 해준다.
그리고, 저수조(20)로부터 물이 주순환관(61)을 통하여 하강하며 나노버블발생 기(62)와 용해부(63)를 반복적으로 순환하여 저수조(20)에 설정된 수위 이상과 압력 이하가 되면 수위감지센서(21)와 압력감지센서(22)의 신호를 받은 마이컴에 의하여 나노버블발생기(62)가 정지되고, 일정 수위 이하와 압력 이상이 되면 나노버블발생기(62)가 가동되도록 연동 제어된다.
이러한 순환시스템은 24시간 반복되며 나노버블의 특성효과와 용존산소의 농도에 따라 순환주기를 임의로 조정할 수 있다.
.
또한, 냉수조(32)나 온수조(42)에도 정체방지 순환을 위하여 각각 복귀지관(64)(65)이 설치됨으로써 위생적인 음용수관리가 완벽하게 이루어진다.
상기 주순환관(61)의 전자변(61a)은 음용수의 인출 사용량이 급증하는 등으로 저수조(20) 내의 수위가 낮아져 수위감지센서(21)를 통하여 최저 기준수위 이하라고 감지되거나 수압이 낮아져 압력감지센서(22)를 통하여 최저 기준압력 이하라고 감지되는 경우에는 차폐되고, 일정 기준수량에 복귀 후 개방되도록 제어된다.
이때 저수조(20)로부터 주순환관(61)을 통하여 하강하며 나노버블발생 순환시스템(60)을 경유하는 중에 수위감지센서(21)와 압력감지센서(22)의 신호를 받은 마이컴에 의하여 전자변(61a)의 차폐와 개방과 동시에 나노버블발생 순환시스템(60) 가동이 정지되고 재가동되도록 연동 제어된다.
이러한 순환시스템은 24시간 반복되며 상기 순환관의 전자변(61a)을 조정하여 순환주기를 임의로 조정할 수 있다.
또한, 냉수조(32)나 온수조(42)에도 정체방지 순환을 위하여 각각 복귀지관(64)(65)이 설치됨으로써 위생적인 음용수관리가 완벽하게 이루어진다.
이와 같이 본 발명에 따른 순환식 위생안전 음용수 정수장치는 저수조(20)에 유입되는 물이 연속적으로 또는 단속적으로 순환이 이루어지는 동시에 산소나노버블에 의한 살균과 정수가 반복되는 연속순환 및 지속살균 시스템으로 구성됨으로써 음용수의 정체를 방지하고 세균발생 및 증식을 차단하여 위생적으로 안전한 음용수를 얻도록 하는 것이다.
또한 본 발명의 핵심인 나노버블발생 순환시스템(60)은 일체화된 나노버블발생장치(62)와 용해부(63)로 정수나 생수가 가압 공급되고, 산소를 함유하는 압축공기는 압축에어유닛(67)로부터 공급 또는 자흡하거나 제조산소는 산소발생유닛(67)으로부터 공급받아 나노버블 발생장치(62)에서 이를 적절히 혼합함으로써 나노버블을 생성시키고 용해부(63)에서 용해하여 산소버블의 활성수를 생산하게 된다. 이 활성수의 일부는 일정 압력의 레귤레이터를 거쳐 정수필터유닛(11)을 경유하여 주순환관(61)을 통해 저수조(20)로 저수되고 이 활성수의 나머지는 By-Pass순환관(66)을 통해 저수조(20)로 저수된다. 이 저수된 활성수는 나노버블발생 순환시스템(60)을 일정 회수 반복 순환하면서 나노버블의 농도와 용존산소의 농도를 최적의 상태로 만들게 된다.
이때 저수조(20)는 개방형이거나 밀페형일 수 있다. 밀폐형 저수조(20)일 경우 나 노버블을 포함하는 기포함유 상태의 활성수가 반복해서 순환되면서 나노버블의 농도가 높아짐과 함께 활성수의 수위가 일부 높아지면서 압력 또한 높아지므로 일정한 압력을 견딜 수 있는 압력탱크로서의 기능을 가지고 있어야 한다. 물론 밀폐형 저수조(20)의 이러한 압력조건이 나노버블의 2단계 용해에 많은 도움을 주게 된다.
또한, 나노버블 발생장치(62)는 정수 목적과 필요에 따라 여러 가지 형태의 나노버블 발생장치(62)를 적용 대체 할 수도 있다.
이와 같이 나노버블 발생장치(62)는 마이크로나노버블 기술을 응용하여 가능하게 한 것으로, 이 기술은 유체역학을 응용한 심플하고 획기적인 것으로서 물속에 공기나 산소가스를 혼합하는 과정에서 기포덩어리를 마이크로 이하 더 나아가서 나노레벨의 크기로 절단과 분쇄하는 방법에 관한 것으로, 「공기전단방식」 「가압용해방식」 「초음파방식」 등으로 크게 나눌 수 있지만, 각 방식은 그 적용수단에 따라 다양한 형태의 마이크로나노버블 발생장치 또는 나노버블 발생장치가 개발 활용되어 그 응용범위가 광범위하게 넓어지고 있다.
이에 각 방식의 대표적 예를 들어본다.
[ 선회날개에 의한 공기전단방식 ]
강력한 수압과 특정정도의 유량을 확보하고, 단수 또는 복수의 선회(旋回)날개에 의해 맹렬한 선회류를 발생시키며 선회날개 아래 부분에 특정 압력의 공기를 투입하면, 선회날개 뒤에 종횡으로 배치되는 돌기에 의해 입경이 30㎛이하인 미세한 마 이크로버블(Micro Bubble)을 발생시킨다.
[ 미세공극 다공성 매체에 의한 가압용해방식 ]
㎛이하 크기의 입자로 구성된 미세필터 표면의 미세공극을 통해 빠져나오는 공기를 필터표면을 흐르는 빠른 유속의 물을 이용하여 일정한 크기로 전단함으로써 수㎛에서 수십㎛정도 크기의 미세기포를 발생시킬 수 있다.
[ 초음파방식 ]
초음파는 음파(소리)이면서 인간의 귀로 들을 수 없는 높은 진동수의 소리이다. 초음파를 액체 중에 발사하면 분자의 진동으로 액 중에 수축과 팽창이 교대로 일어나며 그 파동이 액 중으로 전파되어 간다. 초음파에너지가 더욱 증가하면 액의 분자 간에 응집력이 파괴되고 수천만 개 이상의 미세한 공동이 발생된다. 이것이 캐비테이션(Cavitation)이라 불리는 현상인데 이 공동이 폭발하면서 강력한 에너지를 방출한다.
이러한 캐비테이션 현상으로 발생되는 미세한 기포를 이용하는 방식이다. 보다 효과적인 방법으로는 다른 방식에 의해 1차적으로 미세기포를 발생시킨 혼합수를 초 음파발생기로 2차 처리하여 더욱 잘게 분해하여 초미세기포를 발생시키기도 한다.
이상과 같이 물과 공기를 혼합시키는 마이크로나노버블 또는 나노버블 발생장치와 그 시스템은 시스템구성이 간단할 뿐 아니라 동력소모가 적어 운영관리 및 유지보수비가 적은 장점과 용수처리량을 최대로 처리할 수가 있어 생산성이 증대되는 효과가 있으며 또한 과학과 기술의 발전으로 보다 다양한 발생장치와 그 시스템이 개발되고 있어 그 효용성이 확대되어 가고 있다.
이에 따라 응용목적과 활용도에 따라 한 가지 또는 두서너 가지 방식을 조합하여 마이크로나노버블 처리목적의 효과적 달성과 함께 운영관리가 편리하고, 초기투자비와 유지보수비가 적은 시스템을 채택할 수 있다.
결국, 본 발명에 따라 일회 이상 공기 중의 산소이거나 제조한 산소로 나노버블처리하고 제조된 정수와 ‘먹는 샘물’은 맛이 부드러우면서도 신선하고 상쾌한 산소버블의 나노화활성수가 되며, 동시에 나노버블의 특성으로 인하여 미생물과 유해성분 등에 살균과 산화세정력을 가지게 한다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다.
여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 원리에 따라 수도직결식의 원수와 먹는 샘물의 생수(물통식)를 순환식으로 나노버블 처리하여 나노버블의 산소활성수를 제조하는 방법을 나타내는 한 가지 구체적 실시 예의 플로우 차트;
도 2는 본 발명의 원리에 따라 수도관 직결식의 원수를 순환식으로 나노버블 처리하여 나노버블산소활성수를 제조하는 방법을 나타내는 한 가지 구체적 실시 예의 구성도;
도 3는 본 발명의 원리에 따라 먹는 샘물의 생수(물통식)를 순환식으로 나노버블 처리하여 나노버블의 산소활성수를 제조하는 방법을 나타내는 한 가지 구체적 실시 예의 구성도;
도 4는 본 발명의 원리에 따라 먹는 샘물의 생수(물통식)를 순환식으로 나노버블 처리하여 나노버블의 산소활성수를 제조하는 또 다른 방법을 나타내는 한 가지 구체적 실시 예의 구성도;
도 5는 종래 기술의 정수를 제조하는 한가지 구체적 실시 예의 개략적인 구성도;
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10A: 수도직결관
10B: 물통
11: 정수필터시스템
13: 전자변
15: 전자변보호수단
20: 저수조
21: 수위감지센서
22: 압력감지센서
23: 분리판
24: 온수관
30: 냉수장치
31: 냉각싸이클
32: 냉수조
40: 온수장치
41: 히터
42: 온수조
60: 나노버블발생 순환시스템
61: 주순환관
62: 나노버블발생장치
63: 나노버블용해부
64: 냉수지관
64a: 전자변
65: 온수지관
65a: 전자변
66: 바이패스(By-Pass) 순환관
67: 압축에어유닛 또는 산소발생유닛
100: 종래기술의 냉온수기
Claims (10)
- 급수된 원수로부터 정수처리하고 일정회수 이상 반복 순환 나노버블공법으로 처리하여 위생적으로 안전하게 정수하고 장기 보전하는 방법에 있어서,수도직결관이나 저수조 등으로 부터 오는 원수를 정수필터유닛을 거쳐 음용수준까지 처리된 정수를 일정량 저수하고, 이 저수된 정수를 나노버블발생 순환시스템으로 보내어져 공기 중의 산소이거나 제조한 산소로 1차 나노버블처리하여 산소버블의 나노화된 활성수를 제조하고, 이 처리된 활성수의 일부를 일정압력으로 조정하여 정수필터유닛을 경유하여 저수조로 보내고 동시에 나머지 활성수는 By-Pass 순환관을 통하여 저수조로 보내어져 계속해서 일정회수 이상 반복 순환 나노버블처리함으로써 일정 수준 이상의 고농도 나노버블이 함유되고 일정수준 이상의 용존산소가 용해된 산소활성수가 제조되며, 이와 같이 반복 순환 처리된 용존산소 농도가 높고 고농도의 산소나노버블을 함유하는 산소활성수를 냉수장치나 온수장치로 보내 어져 냉각 가열되어 냉수와 온수로 제공된다.한편 냉수장치와 온수장치 내의 산소활성수가 일정시간 이상 냉수와 온수로 공급되지 않고 정체될 경우의 위생문제를 해결하기 위해 냉수지관과 온수지관을 통해 나노버블발생 순환시스템으로 이동되어 나노버블처리되어 저수조로 보내어져 순환된다.또 다른 한편 시스템을 보다 단순하게 하기 위해 반복 순환 처리된 용존산소 농도가 높고 고농도의 산소나노버블을 가지는 산소활성수를 저장하는 저장조(20)에 분리판(23)을 구비하고 하부에 냉수장치를 부가하여 직접 냉수를 제공하게 하여 별도의 냉수장치(30)을 생략하고, 이 상부의 물이 온수관(24)을 통하여 온수장치로 보내어져 가열되어 온수로 제공된다. 한편 온수장치의 전원이 차단된 상태에서 온수장치 내의 산소활성수가 일정시간 이상 공급되지 않고 정체될 경우의 위생문제를 해결하기 위해 온수지관을 통하여 나노버블발생 순환시스템으로 이동되어 나노버블처리되어 저수조로 보내어져 순환된다이와 같이 반복 순환된 나노버블 처리수는 고농도의 산소나노버블이 함유되어 있어 이 나노버블 물리화학적 특성에 의해 정수 자체와 정수제조시스템이 살균 산화 세정되어 위생적으로 안전한 환경으로 구축되어진 순환식 위생안전 정수제조방법을 제공하며, 동시에 고농도의 용존산소 용해와 나노버블의 특성에 의해 부드러우면서 도 신선하고 상쾌한 맛이 좋은 나노버블 산소활성수 또는 산소버블의 나노활성수를 제조하는 것을 특징으로 하는 나노버블의 물리화학적 특성을 활용한 순환식 위생안전 정수제조방법.
- 제 1항에 있어서,급수된 원수로부터 정수처리하는 정수필터유닛(11): 정수된 물을 저장하며 나노버블처리가 된 나노버블 산소활성수를 저장하는 개방형이거나 밀폐형의 압력탱크기능이 있는 저수조(20): 상기 저수조와 연결되어 냉수와 온수를 공급하는 냉수장치(30)와 온수장치(40): 상기 저수조, 냉수장치, 온수장치와 연결되어 나노버블을 발생시키고 용해하는 나노버블발생 순환시스템(60)으로 구성되는 특징을 가지는 나노버블의 물리화학적 특성을 활용한 순환식 위생안전 정수시스템.
- 제 2항에 있어서,상기 나노버블발생 순환시스템(60)에는, 저수조(20)로부터 연결되어 정수필터유닛을 경유하는 주순환관(61), By-Pass순환관(66), 냉수지관(64)과 온수지관(65)으로 구성되는 순환배관시스템: 나노버블 발생장치(62)와 일체화된 용해부(63), 압축에어유닛이거나 산소발생유닛(67)으로 구성되는 나노버블 발생시스템: 제2의 용해부 기능을 하는 개방형이거나 밀폐형의 압력탱크기능을 가지는 저수조(20)로 연결되는 순환시스템의 특징을 가지는 나노버블의 물리화학적 특성을 활용한 순환식 위생안전 정수시스템.
- 제 1항에 있어서,급수된 원수로부터 정수처리하는 정수필터유닛(11): 정수된 물을 저장하며 나노버블처리가 된 나노버블 산소활성수를 저장하는 냉수싸이클장치(31)가 부착되어 냉수를 직접 공급할 수 있는 개방형이거나 밀폐형의 압력탱크기능을 가지는 저수조(20): 상기 저수조와 연결하여 온수를 공급하는 온수장치(40): 상기 저수조(20), 온수장치(40)와 연결되어 나노버블을 발생시키고 용해하는 나노버블발생 순환시스템(60)으로 구성되는 특징을 가지는 나노버블의 물리화학적 특성을 활용한 순환식 위생안전 정수시스템.
- 제 4항에 있어서,상기 나노버블발생 순환시스템(60)에는, 저수조(20)로부터 연결되는 정수필터유닛을 경유하는 주순환관(61), By-Pass순환관(66), 온수지관(65)으로 구성되는 순환배관시스템: 나노버블발생장치(62)와 일체화된 용해부(63), 압축에어유닛이거나 산소발생유닛(67)으로 구성되는 나노버블 발생시스템: 제2의 용해부 기능을 하는 개방형이거나 밀폐형의 압력탱크기능을 가지며 냉각장치기능을 가지는 저수조(20)로 연 결되는 순환시스템의 특징을 가지는 나노버블의 물리화학적 특성을 활용한 순환식 위생안전 정수시스템.
- 정제된 물이 담겨진 물통 또는 먹는 샘물의 생수통으로부터 공급되는 생수를 일정회수 이상 반복 순환 나노버블 처리하여 위생적으로 안전하게 장기 보전하고 공급하는 방법에 있어서,정제된 물이 담겨진 물통 또는 먹는 샘물의 생수통으로부터 공급되는 물을 일정량 저수하고, 이 저수된 생수를 나노버블발생 순환시스템으로 보내어져 공기 중의 산소이거나 제조한 산소로 1차 나노버블처리하여 산소버블의 나노화된 활성수를 제조하고, 이 처리된 활성수를 순환관을 통하여 저수조로 보내어지고 계속해서 일정회수 이상 반복 순환 나노버블 처리함으로써 일정수준 이상의 고농도 나노버블이 함유되고 일정수준 이상의 용존산소가 용해된 산소활성수가 제조되며,이와 같이 반복 순환 처리된 용존산소 농도가 높고 고농도의 산소나노버블을 가지는 산소활성생수를 냉수장치나 온수장치로 보내어져 냉각 가열되어 냉수와 온수로 제공된다. 한편 냉수장치와 온수장치 내의 산소활성수가 일정시간 이상 냉수 온수로 공급되지 않고 정체될 경우의 위생문제를 해결하기 위해 냉수지관과 온수지관을 통하여 나노버블발생 순환시스템으로 이동되어 나노버블 처리되어 저수조로 보내어져 순환된다.또 다른 한편 시스템을 보다 단순하게 하기 위해 반복 순환 처리된 용존산소 농도가 높고 고농도의 산소나노버블을 가지는 산소활성수를 저장하는 저장조(20)에 분리판(23)을 구비하고 하부에 냉수장치를 부가하여 직접 냉수를 제공하게 하여 별도의 냉수장치(30)을 생략하고, 이 상부의 물이 온수관(24)을 통하여 온수장치로 보내어져 가열되어 온수로 제공된다. 한편 전원이 차단된 상태에서 온수장치내의 산소활성수가 일정시간 이상 온수로 공급되지 않고 정체될 경우의 위생문제를 해결하기 위해 온수지관을 통하여 나노버블발생 순환시스템으로 이동되어 나노버블처리되어 저수조로 보내어져 순환된다.이와 같이 반복 순환된 나노버블처리수는 고농도의 산소나노버블이 함유되어 있어 이 나노버블 물리화학적 특성에 의해 생수 자체와 냉온수기 시스템이 살균 산화 세정되어 위생적으로 안전한 환경으로 구축되어진 순환식 위생안전 냉온수 공급방법이 제공하며, 동시에 고농도의 용존산소 용해와 나노버블의 특성에 의해 부드러우면서도 신선하고 상쾌한 맛이 좋은 나노버블 산소활성수 또는 산소버블의 나노활성수를 제조하는 것을 특징으로 하는 순환식 위생안전 냉온수 공급방법.
- 제 6항에 있어서,정제된 물이 담겨진 물통 또는 먹는 샘물의 생수통으로부터 공급되는 물을 저장하 며 나노버블처리가 된 나노버블 산소활성수를 저장하는 개방형이거나 밀폐형의 압력탱크기능을 가지는 저수조(20): 상기 저수조와 연결되어 냉수와 온수를 공급하는 냉수장치(30)와 온수장치(40)): 상기 저수조, 냉수장치, 온수장치와 연결되어 나노버블을 발생시키고 용해하는 나노버블발생 순환시스템(60)으로 구성되는 특징을 가지는 나노버블의 물리화학적 특성을 활용한 순환식 위생안전 냉온수 공급시스템.
- 제 7항에 있어서,상기 나노버블발생 순환시스템(60)에는, 저수조(20)로부터 연결되는 주순환관(61), 냉수지관(64)과 온수지관(65)으로 구성되는 순환배관시스템: 나노버블 발생장치(62)와 일체화된 용해부(63), 압축에어유닛이거나 산소발생유닛(67)으로 구성되는 나노버블 발생시스템: 제2의 용해부기능을 하는 개방형이거나 밀폐형의 압력탱크기능을 가지는 저수조(20)로 연결되는 순환시스템의 특징을 가지는 나노버블의 물리화학적 특성을 활용한 순환식 위생안전 냉온수 공급시스템.
- 제 6항에 있어서,정제된 물이 담겨진 물통 또는 먹는 샘물의 생수통으로부터 공급되는 물을 저장하며 나노버블처리가 된 나노버블 산소활성수를 저장하는 냉수싸이클장치(31)가 부착되어 냉수를 직접 공급할 수 있는 개방형이거나 밀폐형의 압력탱크기능을 가지는 저수조(20): 상기 저수조와 연결하여 온수를 공급하는 온수장치(40): 상기 저수조(20),온수장치(40)와 연결되어 나노버블을 발생시키고 용해하는 나노버블발생 순환시스템(60)으로 구성되는 특징을 가지는 나노버블의 물리화학적 특성을 활용한 순환식 위생안전 냉온수 공급시스템.
- 제 9항에 있어서,상기 나노버블발생 순환시스템(60)에는, 저수조(20)로부터 연결되는 주순환관(61), 온수지관(65)으로 구성되는 순환배관시스템: 나노버블발생장치(62)와 일체화된 용해부(63), 압축에어유닛이거나 산소발생유닛(67)으로 구성되는 나노버블발생시스템: 제2의 용해부 기능을 하는 개방형이거나 밀폐형의 압력탱크기능을 가지며 냉각장치기능을 가지는 저수조(20)로 연결되는 순환시스템의 특징을 가지는 나노버블의 물리화학적 특성을 활용한 순환식 위생안전 냉온수 공급시스템.
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| KR1020090061576A KR20110004001A (ko) | 2009-07-07 | 2009-07-07 | 나노버블의 물리화학적 특성을 활용한 순환식 위생안전 정수제조방법 및 그 시스템 |
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Publications (1)
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| KR1020090061576A KR20110004001A (ko) | 2009-07-07 | 2009-07-07 | 나노버블의 물리화학적 특성을 활용한 순환식 위생안전 정수제조방법 및 그 시스템 |
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| KR (1) | KR20110004001A (ko) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR200468087Y1 (ko) * | 2011-11-10 | 2013-07-22 | 대한민국 | 배관스크류 타입 나노버블발생기 및 임펠러 타입 나노버블발생기를 포함하는 하수 재활용장치 |
| KR101467925B1 (ko) * | 2012-05-17 | 2014-12-02 | 현대아쿠아텍주식회사 | 기능성 정수기 |
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| US10219670B2 (en) | 2014-09-05 | 2019-03-05 | Tennant Company | Systems and methods for supplying treatment liquids having nanobubbles |
-
2009
- 2009-07-07 KR KR1020090061576A patent/KR20110004001A/ko active Search and Examination
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| KR200468087Y1 (ko) * | 2011-11-10 | 2013-07-22 | 대한민국 | 배관스크류 타입 나노버블발생기 및 임펠러 타입 나노버블발생기를 포함하는 하수 재활용장치 |
| KR101467925B1 (ko) * | 2012-05-17 | 2014-12-02 | 현대아쿠아텍주식회사 | 기능성 정수기 |
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