KR20120002681A - 관로 장착용의 내부 삽입 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치 - Google Patents
관로 장착용의 내부 삽입 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 수조의 바닥에 설치된 산기관으로 산소가 포함된 나노 기공 크기의 초미세 기포(버블)를 수조 내에 공급하여 나노 버블수를 생성하는 수조 내 미세 기포 생성 방식의 종래 나노 버블수 발생장치와는 달리, 수처리 현장의 원수 공급처에 배관 연결되고 수배관의 파이프 라인 관로상에 저가로 생산할 수 있는 단순하면서도 에너지 절약적인 구성의 원관 형상 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 장착하는 것만으로도,
주입되는 주변공기로 취수원에서 공급되는 원수를 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용하여 살균 세정 기능의 기능수인 나노버블수로 변화시켜 토출시키게 하는 관로 장착용의 내부 삽입 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치로서, 수배관 관로상에서 산소가 용존되거나 나노버블상태로 존재하게 되어 기능이 활성화되고 살균과 세정 기능이 향상되게 변환되어 산소 공급은 물론 수질 정화와 무 항생제 방식으로 생물의 성장에 도움을 주는 나노 버블이 함유된 기능수(육안으로 보이지 않는 미세한 산소 버블이 함유된 물)를 어류 양식장이나 축사 및 비닐하우스를 비롯한 농업용 시설 등에 공급할 수 있게 하는 관로 장착용의 내부 삽입 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치에 관한 것이다.
주입되는 주변공기로 취수원에서 공급되는 원수를 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용하여 살균 세정 기능의 기능수인 나노버블수로 변화시켜 토출시키게 하는 관로 장착용의 내부 삽입 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치로서, 수배관 관로상에서 산소가 용존되거나 나노버블상태로 존재하게 되어 기능이 활성화되고 살균과 세정 기능이 향상되게 변환되어 산소 공급은 물론 수질 정화와 무 항생제 방식으로 생물의 성장에 도움을 주는 나노 버블이 함유된 기능수(육안으로 보이지 않는 미세한 산소 버블이 함유된 물)를 어류 양식장이나 축사 및 비닐하우스를 비롯한 농업용 시설 등에 공급할 수 있게 하는 관로 장착용의 내부 삽입 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치에 관한 것이다.
Description
본 발명은 관로 장착용의 내부 삽입 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치에 관한 것으로서,
더욱 자세히는 수조의 바닥에 설치된 산기관으로 산소가 포함된 나노 기공 크기의 초미세 기포(버블)를 수조 내에 공급하여 나노 버블수를 생성하는 수조 내 미세 기포 생성 방식의 종래 나노 버블수 발생장치와는 달리, 수처리 현장의 원수 공급처에 배관 연결되고 수배관의 파이프 라인 관로상에 저가로 생산할 수 있는 단순하면서도 에너지 절약적인 구성의 원관 형상 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 장착하는 것만으로도,
취수원에서 공급되는 원수를 주변공기가 공급되는 급수 라인 상의 공기 공급 구역을 지날 때 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용하여 살균 세정 기능의 기능수인 나노버블수로 변화시켜 토출시키게 하는 관로 장착용의 내부 삽입 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치(로서, 수배관 관로상에서 산소가 용존되거나 나노버블상태로 존재하게 되어 기능이 활성화되고 살균과 세정 기능이 향상되게 변환되어 산소 공급은 물론 수질 정화와 무 항생제 방식으로 생물의 성장에 도움을 주는 나노 버블이 함유된 기능수(육안으로 보이지 않는 미세한 산소 버블이 함유된 물)를 어류 양식장이나 축사 및 비닐하우스를 비롯한 농업용 시설 등에 공급할 수 있게 하는 관로 장착용의 내부 삽입 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치에 관한 것이다.
종래 한정된 공간에 다양한 종류의 어류를 고밀도로 사육시키게 하는 어류 육상 양식장은 어류의 사료 찌꺼기 및 배설물 등 각종 오염 물질 및 산소공급량 부족 등의 사유로 수질이 악화되어 어류의 폐사율이 높게 되고 주변을 오염시키게 되므로, 양식장 물의 수질을 정화하고 적절한 용존 산소(DO)를 유지시켜 어류의 질병을 예방하며 어류의 생육을 촉진시키기 위해서 다양한 형태의 산기관이나 수차, 에어레이터 등을 이용하여 산소를 공급하고 있으나 기포의 입경이 매우 커서 수중 산소 용해율이 매우 낮고 소모되는 전력에 비하여 경제적이고 효과적인 산소공급을 수행하지 못하며 산소공급장치와는 별도로 자외선이나 오존, 염소 등의 약제를 이용하여 양식장 등의 물을 살균 소독하여야 하므로 물의 오염도 방지하면서 어류의 생육을 촉진시키게 하여 어류 양식장 등에 필요한 정화 기능수의 용도 요구 특성을 충족시키게 하는 다용도의 정화 기능수 생성 수단이 절실히 요구되었다.
상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자는 선출원 발명으로서 특허출원 제10-2008-0122235호로 콤프레서로 가압되어 발생되는 공기와 오존이 단독 또는 같이 압축된 기체를 5∼20 나노미터(㎚=10억분의 1미터) 크기의 수많은 구멍(기공)을 가진 다공성 고분자 필름(POLYMER)이 충전된 디퓨저(산기관)에 공급하여 압력 개방으로 발생되는 산소나 오존 또는 이산화염소가 단독 또는 혼합된 극미세 기포를 고압 조건의 수처리 탱크로 유입되는 피처리 원수에 지속적으로 공급 접촉시켜서 용해효율 및 접촉효율, 정화효율이 극대화된 물성의 나노 버블 처리수(나노 버블을 함유한 물, 기포수)를 적은 에너지로 발생시키는 나노 버블수 발생장치를 제안한 바 있다.
상기한 본 출원인의 선출원 발명 '나노 버블수 발생장치'는 산소와 오존 또는 이산화염소가 동시에 용존된 나노 버블의 초미세 기포에 의해 활성화된 양식장 등의 피처리수를 순환여과방식으로 양식장 등에 지속적이고 효율적으로 공급할 수 있고 나노 버블의 나노 기포 상태를 수개월 유지할 수 있어 어류 양식에 필요한 용존 산소 공급 및 살균, 항균 효과, 구충효과, 세정 효과, 어류의 환경 변화에 대한 적응성 및 생육 향상 효과, 절수 및 절전의 에너지 절감에 따른 운영비용 절감효과를 동시에 구현할 수 있는 반면에,
장치가 복잡해 지고 대형화되며 동력비가 많이 소요되며 버블을 통해 공기를 계속적으로 수중에 공급하는 분사 노즐의 막힘 현상이 발생하고 원수에 작용하는 버블의 산소 용존율이 낮아 돈사 등 축사용도의 다기능 살균 기능수로 공급할 수 없어 사용 용도가 제한적인 문제점이 있다.
이에 본 발명자는 전술한 종래 기술의 문제점을 종합적으로 해결하기 위하여 , 나노미터(㎚=10억분의 1미터) 크기의 수많은 구멍(기공)을 가진 다공성 고분자 필름(POLYMER)을 구비한 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용 관로상에서 생성된 나노 세공 크기의 버블을 바로 유입 원수에 접촉 공급시키게 하여 살균, 세정, 활성화 기능 등 복합적으로 반응하는 다용도 나노 버블수를 발생하게 함으로써 본 발명을 일정한 수압을 가진 수배관의 파이프 라인 관로 상에 장착하고 다용도 나노 버블수를 양식장이나 양돈장 및 비닐하우스 등의 농업용 시설 등에 공급할 수 있게 하는 관로 장착형의 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치를 개발하게 된 것이다.
전술한 바와 같이 종래의 나노 버블수 발생장치는 제반 문제점을 가지고 있어 어류 양식장 등에 필요한 정화수(나노 버블 기능수)의 용도 요구 특성을 충족시키지 못하는 문제점이 있는바,
장치가 복잡하고 동력비가 많이 소요되며 버블을 통해 공기를 수중에 계속적으로 공급하는 분사 노즐의 막힘 현상이 발생하고 산소 용존율이 낮아 돈사 등 축사용도의 다기능 살균 기능수로 공급할 수 없는 수조 내 미세 기포 생성 방식의 종래 나노 버블수 발생장치(수중분사방식의 나노 버블수 발생장치)를 지양하여,
수배관 관로상에서 극미세 기공의 다공성 고분자 나노 필름이 구비된 멤브레인을 이용하여 생성되는 공기 중의 산소 용해효율이 높은 나노 입자 크기의 버블이 유입 원수에 바로 용존되거나 버블상태로 존재하게 되어 활성화되고 살균과 세정 기능이 향상되게 변환되어 수중의 용존산소량이 증가된 나노 버블 함유 기능수(육안으로 보이지 않는 미세한 산소 거품을 녹인 물)를 어류 양식장이나 축사 등에 공급할 수 있게 하는 관로 장착형의 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치를 간단한 구조, 저에너지 발생의 순환 여과식 구조로 형성하여 어류 성장에 필수적인 용존산소확보와 수질 관리상의 문제점을 동시에 해결하여야 하는 기술적 과제가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서,
주변공기가 공급되는 급수배관 상에 나노 버블수 발생장치를 장착하고 통기구를 통하여 나노 필름 멤브레인 튜브로 유입되는 공기로 생성한 초미세 거품을 유입 원수에 용존시키는 방법으로 나노 버블수를 생성하여 수요처에 공급하게 하는 나노 버블수 발생장치로서,
취수원에 직접 배관 연결된 급수 배관의 관로 중간에 장착할 수 있도록 나노 버블수 발생장치를 나노 버블수 생성부가 구비된 파이프 형 몸체로 형성하고 나노 버블수 생성부를 중심으로 나사 체결부가 형성된 복수 개의 배관 연결구를 양측 대칭으로 각각 구비하는 직관형 파이프 형상으로 형성하되,
물줄기가 다수개의 선회 와류로 변환되도록 형성된 복수 개의 와류 형성부를 파이프 형 몸체 내측에 동심축상의 수평 방향으로 내장하여 몸체와 나노 필름 멤브레인 튜브 사이 둘레 방향으로 양쪽 대칭의 벤튜리 형태 원수 안내 유로가 형성되는 이중 튜브 형상의 내장형 벤튜리를 형성함으로써,
물의 나선 에너지 운동에 의한 소용돌이 선회 효과로 유속이 빨라짐과 동시에 좁은 유로의 벤튜리 효과에 의한 흡입력이 복합적으로 상승 작용하되,
나노 필름에서 생성된 버블이 동시에 격렬히 작용하여 통과 유체(원수)를 순간적으로 기액 혼합시켜 살균 세정 기능의 기능수인 나노버블수로 변화시켜 토출시키게 하는 관로 장착용의 내부 삽입 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치를 제공하는데 목적이 있다.
이와 같이 된 본 발명은,
이송 펌프로 일정 수압의 수배관을 통하여 가압 펌핑 공급되는 피처리 원수를 5∼20 나노미터(㎚=10억분의 1미터) 크기의 수많은 구멍(기공)을 가지므로 공기와의 접촉면적이 증가하여 물리적 반응이 더욱 촉진되는 다공성 고분자 필름(POLYMER) 멤브레인이 구비된 벤튜리 튜브를 통과하게 하여 나노 세공구조 필름에 의하여 유입되는 공기를 극미세 미립자 크기의 나노 버블(기포)로 변환 생성하고,
이렇게 생성된 나노 버블을 원수에 용존률이 높게끔 효과적으로 포함시켜 생물의 성장에 도움을 주는 나노 버블이 함유되어 산소 용존율이 높으며 살균과 세정 기능이 향상되어 기능이 활성화된 기능수를 생성하여 어류 양식장이나 축사 등에 공급할 수 있어서,
수조 내 미세 기포 생성 방식의 종래 나노 버블수 발생장치와는 달리 단순한 구조로서 제조원가도 저렴하며 적은 에너지로 작동할 수 있으며 가장 효과적인 기능수 생성 장소인 원수 유입 관로 안에서 산소가 용존되므로 원수 중의 용존산소량도 극대화되는 나노 버블 기능수 공급 시스템을 구성할 수 있게 된다.
본 발명은 육상 양식장에 장착하게 되면 양식장 내의 전체 용수를 장기간 교환(전체적인 물갈이)하지 않고도 순환 여과방식으로 깨끗하게 정화된 나노 버블 기능수를 지속적으로 공급하여 오염된 양식장 물을 새 물(나노 버블 기능수)로 교체할 수 있어 전적으로 물갈이를 수행하고 내부 청소와 세척을 하여야 하는 번거로움이나 수역 생태계에 악영향을 끼침이 없이 항상 처음과 같은 수질환경으로 유지할 수 있으며,
일반기포가 수초 내에 부상하는 것과 달리 본 발명의 나노 버블은 오랫동안 수중에 잔류하여 물과의 접촉시간이 길게 되어 용존산소율이 높게 되므로,
돈사 등의 축사에 채용하게 되면 가축 등의 성장이나 생존율에 악영향을 주지 않는 친환경의 기능성 살균수로 적합하여 바이러스 질병에 의한 대량폐사를 사전에 차단하고 항생제 등 화학물질을 전혀 사용하지 않음으로써 친환경 그린(green)사육 실현 및 높은 생산성으로 인한 고수익 창출로 수산업(양식)이나 축산농가 등에서 약품 비용 절감, 성장 촉진, 조기 출하, 생산량 증대 등의 효과를 구현하여 양식 어업이나 축산업 등의 경쟁력을 제고시킬 수 있다.
게다가 본 발명은 액체에 와류 현상이 나타나도록 하여 액체 속에 산소가 용이하게 용해되도록 하되 물이 배관을 통과하면서 발생하는 와류현상과 공기저항으로 인해 물줄기가 흩어지는 현상을 나노 버블이 윤활 작용하여 통과 유체의 유통저항을 감소시킴으로써 액체와 나노 버블의 혼합을 보다 유리하게 하고 물줄기가 흩어지지 않게 하면서도 토출압을 상승시켜 나노 버블수를 소용돌이(와류) 형태로 뿜어냄으로써 적은 에너지로 작동할 수 있게 하는 기능도 같이 수행한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노 버블수 발생 장치 전체 구성을 도시한 사시도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 나노 버블수 발생 장치 사시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 나노 버블수 발생 장치 단면 구성도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 나노 버블수 발생 장치 분해 사시도
도 5는 본 발명의 일실시예로서 육상 양식장 급수 배관에 장착한 나노 버블수 발생장치 사용 상태도
도 6은 본 발명의 일실시예로서 축사 급수 배관에 장착한 나노 버블수 발생장치 사용 상태도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 나노 버블수 발생 장치 사시도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 나노 버블수 발생 장치 단면 구성도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 나노 버블수 발생 장치 분해 사시도
도 5는 본 발명의 일실시예로서 육상 양식장 급수 배관에 장착한 나노 버블수 발생장치 사용 상태도
도 6은 본 발명의 일실시예로서 축사 급수 배관에 장착한 나노 버블수 발생장치 사용 상태도
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 첨부 도면에 의해 상세하게 설명하면 다음과 같으며 본 발명의 요지를 불명료하게 흐릴 수 있는 공지의 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.
본 발명은 주변공기가 공급되는 급수배관 상에 나노 버블수 발생장치를 장착하고 나노 필름 멤브레인 튜브로 유입되는 공기로 생성된 초미세 거품을 유입 원수에 공급시키는 방법으로 나노 버블수를 생성하여 수요처에 공급하게 하는 나노 버블수 발생장치에 있어서,
상기 나노 버블수 발생장치(100)는 인접한 바다 및 호수 등 수처리 현장의 취수원(70)에 직접 배관 연결되고 일정한 수압을 가진 급수 배관(80)의 파이프 라인 관로 중간에 장착할 수 있도록 일단에 통기구(14)가 형성된 파이프형 몸체(11) 내측에 삽입되고 주변 공기가 주입될 수 있도록 통기구(14)에 호스(15)로 연결되는 나노 필름 멤브레인 튜브(20) 양단에 복수 개의 와류 형성부(30)가 구비된 나노 버블수 생성부(20)를 중심으로 양측 대칭으로 배관 연결구(40)가 각각 구비되는 직관형 파이프 형상으로 형성하되,
상기 나노 버블수 생성부(20)는 나노미터 크기 공경의 다공성 고분자(POLYMER) 나노 필름(23)과 부직포 필터(24)가 외주 표면에 2겹으로 적층 구비된 중공의 원통부(21) 양단에 원추부(22)가 형성되고 통기구(14)로 주입되는 주변공기로 나노 크기의 미세 기포를 생성하는 나노 필름 멤브레인 튜브(20)의 양단에 버블 생성이 용이하게끔 링(ring)형 몸체(31) 내측에 다수개의 경사각 나선 날개(32)를 구비하여 나선형 날개 사이에 형성된 원수 안내구(33)를 통과하는 물줄기가 다수개의 선회 와류로 변환되도록 형성된 복수 개의 와류 형성부(30)를 파이프 형 몸체(11) 내측에 동심축상의 수평 방향으로 내장하여 몸체(11)와 나노 필름 멤브레인 튜브(20) 사이 둘레 방향으로 양쪽 대칭의 벤튜리 형태 원수 안내 유로(13)가 형성되는 이중 튜브 형상의 내장형 벤튜리장치를 형성함으로써,
와류 형성부(30)에서 휘어진 다수개의 경사각 나선 날개 사이 원수 안내구(33)로 공급되는 선회 와류가 유로의 단면이 좁아지거나 확산되도록 형성된 벤튜리 형태 좁은 단면의 평행한 벤튜리 형태 원수 안내 유로(13)에 급속히 빨려들어가서 빠른 유속으로 소용돌이치는 상태로 원심 선회하면서 이동할 때 나노 필름 멤브레인 튜브(20) 외주의 둘레 방향으로 토출되는 나노 버블(B)이 나노 필름 멤브레인의 나노 필름(23) 미세 기공(23a)을 통하여 공기를 토출시키면서 순식간에 생성된 초미세 거품을 고속 수류의 유입 원수에 공급시켜 나노 버블수를 생성하게 하는 구성으로서,
와류 형성부(30)의 경사각 나선 날개(32) 사이 원수 안내구(33)에서 형성된 다수개의 물줄기 와류가 파이프형 몸체(11)와 나노 필름 멤브레인 튜브(20) 사이 둘레 방향으로 형성된 벤튜리 형태의 좁은 안내 유로를 통과할 때 와류가 나노 필름 멤브레인과 수평의 원주 접선방향으로 분산 유동되어 진행 방향에 대하여 접촉 저항 없이 접근하는 물의 나선 에너지 운동에 의한 소용돌이 선회 효과로 유속이 빨라짐과 동시에 좁은 유로의 벤튜리 효과에 의한 흡입력이 복합적으로 상승 작용하되,
와류 형성부(30)의 경사각 나선 날개(32)에 의한 원심력이 작용하는 와류의 토출 압력과 벤튜리 효과에 의한 흡입 압력으로 유속이 급격히 증대된 상태에서 합수되는 다수개의 고속 선회류에 나노 필름(23)에서 생성된 버블이 동시에 격렬히 작용하여 통과 유체(원수)를 순간적으로 기액 혼합시켜 살균 세정 기능의 기능수인 나노버블수로 변화시켜 토출시키게 하는 관로 장착용의 내부 삽입 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치이다.
이때 상기한 본 다용도 나노 버블수 발생장치 내부의 나노 멤브레인 튜브(20) 에서 생성되는 나노 버블(B)은 일부가 물속에 용존되거나 일부가 나노 버블상태로 존재하게 되는데 나노 버블은 멤브레인 튜브(20)와 파이프 형 몸체(11) 사이의 벤튜리 형태 원수 안내 유로(13) 원수 진행 방향에 토출되고 파이프 형 몸체(11) 접선 방향에 존재하게 되는 나노 버블의 윤활 작용으로 파이프 형태의 나노 버블수 생성부(20) 내부 통과 유체 유통저항을 감소시켜 액체와 기체의 혼합을 보다 유리하게 하는 기능도 같이 수행한다.
그리고 상기 파이프형 몸체(11) 일단에 형성되는 통기구(14)로는 주변 공기뿐 아니라 탱크(미도시함)에 별도로 저장된 산소를 공급할 수도 있으며, 원수가 유입되는 나노 필름 멤브레인 튜브(20) 일측 원추부(22) 끝단에 호스(15)로 통기구(14)와 연통시키는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명한다.
본 발명의 나노 버블수 발생장치(100)는 전술한 바와 같이 유체가 통과하기 쉬운 원관 형상의 직관형 파이프 형태로 구성되는데,
상기 나노 버블수 발생장치(100)는 인접한 바다 및 호수 등 수처리 현장의 취수원(70)에 직접 배관 연결되어 일정한 수압을 가진 유체를 공급하게 하는 급수 배관(80)의 중도에 장착되어 취수원(70)에서 공급되는 유체를 급수라인 상에서 파이프형 몸체(11) 통기구(14)를 거쳐 호스(15)로 주입되는 주변 공기로 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브(20)를 이용하여 살균 세정 기능의 기능수인 나노버블수로 변화시켜 토출시키게 하는 관로 장착용의 내부 삽입 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치(100)이다.
상기 나노 버블수 발생장치(100)는 파이프 형 몸체(11)로 형성된 나노 버블수 생성부(20)를 중심으로 나사 체결부가 형성된 복수 개의 배관 연결구(40)를 양측 대칭으로 각각 구비하는 직관형 파이프 형상으로 형성하여 배관 연결부(40)의 체결 나사부(41)가 급수 배관(80)의 체결 나사부(12)에 상호 나사 결합되어 급수 배관(80)의 파이프 라인 관로 중간에 장착할 수 있도록 형성되어 관로 장착이 용이한 양측 끼움 결합 구조의 노즐 조립체로서 사용조건에 따라 조립되는 나노 버블수 발생 장치 관 길이와 수량을 달리하여 최적화시켜 사용하게 된다.
그리고 파이프 형 몸체(11)의 관로 내측에 양단에 원추부(22)가 각각 형성된 중공의 원통부(21)로 구성되는 나노 멤브레인 튜브(20)를 길이 방향으로 내장하여 파이프 형 몸체(11) 내측에 나노 멤브레인 튜브(20)가 동심원상으로 중첩 내장됨으로써 파이프 형 몸체(11)와 나노 멤브레인 튜브(20) 사이 둘레 공간에 원추부(22)와 원통부(21)에 의하여 형성되는 벤튜리형 원수 안내 유로(13)를 형성하여 좁은 유로의 벤튜리 효과에 의한 흡입력으로 나노 버블(B)의 생성을 용이하게 하는 나노 버블수 생성부(20) 구성에 링형 몸체(31) 내측에 다수개의 경사각 나선 날개(32)를 구비한 복수 개의 와류 형성부(30)를 부가 형성하여 나선형 날개(32) 사이의 원수 안내구(33)를 통과하는 물줄기가 다수개의 선회 와류로 변환되도록 함으로써,
와류 형성부(30)의 경사각 나선 날개(32)에 의하여 원심력이 작용하는 와류의 토출 압력과 벤튜리형 원수 안내 유로의 벤튜리 효과에 의한 흡입 압력이 복합적으로 작용하여 나노 버블수 생성부(20)의 벤튜리형 원수 안내 유로(13)를 통과하는 유체의 유속이 급격히 증대된 상태에서 합수되는 다수개의 고속 선회류를 형성하여 나노 버블의 생성을 용이하게 하는 구성으로서,
중공 원통형 나노 멤브레인 튜브(20) 외주의 둘레 방향으로 나노 필름(23)의 필름 기재(23b) 사이 미세 기공(23a)을 통하여 순식간에 토출되는 나노 버블이 벤튜리 효과로서 유속의 변화에 따른 압력차의 흡입력과 여러 개 물줄기 와류의 합수로 소용돌이치는 고속 선회류에 복합적으로 상승작용하여 생성된 초미세 거품을 고속 수류의 유입 원수에 흡입 및 혼합 용존시켜 나노 버블수를 용이하게 생성할 수 있게 된다.
즉 상기 원통형의 나노 멤브레인 튜브(20)는 통기구(14)를 통하여 외부와 연통된 호스(15)를 통하여 주입되는 주변공기를 외주면 둘레의 나노 필름에 형성된 미세 기공(23a)으로 투과시켜 방사형으로 나노 버블을 이송시킬 수 있게끔 양측에 원추부(22)가 형성된 납작하고 길다란 중공형(中空)의 원통부(21)가 구비되어 소정의 경사각으로 유입 원수를 테이퍼(taper)지게 안내하여 원수가 급속히 빨려들어가게끔 형성되어, 파이프형 몸체(11)와 원통형 멤브레인 튜브(20) 사이 공간으로 흡입된 유체의 진행 방향에 대하여 단면적이 줄어드는 벤튜리형 원수 안내 유로(13)를 형성하되,
원수를 유입 및 배출시키는 상기 원통부(21) 양단 원추부(22)의 일측면으로 경사각 나선 날개(32)를 다수 개 구비한 복수 개의 와류 형성부(30)가 부가 됨으로써,
와류 형성부(30)의 경사각 나선 날개(32) 사이의 원수 안내구(33)를 통하여 선회이송되는 원수의 소용돌이치는 와류 물줄기는 테이퍼진 원추부(원뿔)(22)를 따라 좁은 유로의 벤튜리 효과(병목효과)에 의한 흡입력과 원주 회전 운동의 와류 원심력이 같이 작용하여 선회 속도 및 압력이 최대화된 상태로 나노 필름 멤브레인 튜브(20)의 원통부(21) 외주를 선회하면서 나노 버블과 접촉하게 됨으로써 나노 버블이 원수에 격렬하고 균일하게 혼합되어 나노버블수를 원추부(22)의 꼭지점 방향으로 배출시키게 되는 것이다.
상기 나노 필름 멤브레인 튜브(20) 외주는 박막의 다공성 고분자 나노 필름(23), 부직포 필터(24)가 2중으로 적층 형성되는 멤브레인을 형성하여 적은 압력으로도 용이하게 작용하는 고분자 나노 필름(23)의 필름 기재(23b) 사이 미세 기공(23a)을 통하여 나노 크기의 가스 형태 나노 버블을 생성하게 된다.
주지하다시피 본 발명에 사용되는 극미세 기공의 나노 필름(폴리마 막)(23)은 필름 기재(23b) 사이에 5∼20 나노미터(㎚=10억분의 1미터) 크기의 수많은 미세기공(23a)이 형성됨으로써 얇은 두께와 높은 공극율을 가지고 있어 넓은 표면적, 우수한 표면 투과성을 가지고 있는 초박막 초경량의 다공성 고분자 필름(POLYMER)으로서 가스 등은 통과하나 물 등과 같은 액체 류는 통과할 수 없는 기계적 물성의 다공성 필름인바,
도면에 도시된 바와 같이 나노 필름(23)은 비다공질(非多孔質)의 필름 기재(23b) 사이에 형성되는 육안으로 보이지 않는 5∼20 나노미터(㎚=10억분의 1미터) 크기의 수많은 기공(23a) 내부에 섬유 강도 저하가 없게끔 미세섬유가 거품 구조(多孔質)(웹 구조)로 형성되어 있으며 따라서 기공의 막힘 현상이 일어나지 않아 통기성(기체투과성)이 매우 우수하게 되므로 미소한 기포(나노 버블)를 안정적이고 효율적으로 생성할 수 있게 되며 이렇게 형성된 나노 버블은 직경 500nm 이하로서 직경 50μm이하의 마이크로 버블에 비하여 100배 이상의 접촉면을 가지게 되어 박테리아나 세균과 접촉하여 살균작용을 획기적으로 향상시키게 되며,
따라서 나노 버블 생성부(20)로 유입되는 고속 수류와의 용해효율 및 접촉효율, 정화효율이 우수하여 벤튜리 튜브 작용과 펌핑력에 의하여 내부로 공급된 유입원수와의 기액 접촉면적을 최대화시킬 수 있어 어류나 가축 및 농작물 성장에 필수적인 용존산소를 최대화시켜 최적의 수질로 변환하여 안정적으로 공급할 수 있게 된다.
그리고 나노 버블 생성부(20)의 나노 필름 멤브레인 튜브(20) 원통부(21) 를 통해 토출되는 공기는 나노 버블 생성부(20) 외주에 형성된 나노 기공 구조의 나노필름(23)에 의하여 발생된 육안으로 식별할 수 없을 정도로 미세한 나노 버블로 변환되고 소용돌이 형태의 와류작용과 벤튜리 작용이 복합된 물줄기의 원수와 접촉 반응하여 나노 버블수를 생성하게 되는데, 나노 버블수는 표면상 버블(거품)이 작아져서 없어져 보이기는 하나 구형의 계면을 가지는 버블(기포) 내부에서 표면장력이 기체를 압축하는 힘으로 인해 발생되는 초미세 기포의 자기 가압 효과로 버블이 압축되면서 버블 표면에 이온류가 표면에 농축되고, 농축한 이온류가 기포를 감싸는 껍질로 작용하여, 기포 내부의 기체가 흩어져 없어지는 현상이 방지됨으로써 나노 버블내의 기체의 흩어 없어짐이 억제되어 나노 버블로서 안정화되며 본 발명의 실시예에 따른 나노 크기의 버블은 나노 버블 내부의 압력이 높고 나노 거품이 비교적 오랫동안 지속될 수 있어 안정화되며 부력이 작아 흐르는 물에 분사하여도 자체 부유 및 와류작동으로 버블 기포의 원거리 전달이 가능하여 원수와 나노 기포가 원활하게 혼합되고 이렇게 효과적으로 용해된 나노 버블수는 파이프 라인 급수 배관 내벽과의 마찰력을 감소시켜 유통저항이 최소화됨으로써 적은 에너지로 액체의 전달이 가능하여 펌핑 동력비도 절감시키게 된다.
결국 본 발명은 수질 정화효과, 살균효과, 용존산소 증진효과가 함께 어우러져 복합적으로 상승 작용하여 물성이 변화된 나노 버블 기능수의 공급으로 인하여 양식장 등의 산소 용해율이 향상되고, 방출수의 사용량도 감소되어 경제성이 향상될 뿐만 아니라, 최적의 수질로 수질 오염도 방지되며 생물의 성장을 촉진시키게 된다.
그리고 본 발명에 있어서 상기 와류 생성부(30)의 경사각 나선 날개를 3개로 도시하기는 하였으나 원주각 60°-90° 이내에서 4-6개의 날개로 구성할 수도 있는데 소용돌이치는 유체에 나노 버블을 분산 유동시킴으로써, 파이프형 몸체 내주면으로부터 받는 유동 저항이 축소되고 고속 와류가 형성되어 소용돌이(와류) 형태로 나노 버블수를 뿜어냄으로써 직선으로 토출시키는 종래의 나노 버블수 생성 장치에 비하여 손실 수두가 낮아 용존 효율이 우수한 나노 버블수를 생성할 수 있게 되는 것이다.
특히 본 발명은 액체에 와류 현상이 나타나도록 하여 액체 속에 산소가 용이하게 용해되도록 하되 물이 배관을 통과하면서 발생하는 와류현상과 공기저항으로 인해 물줄기가 흩어지는 현상을 나노 버블이 윤활 작용하여 통과 유체의 유통저항을 감소시킴으로써 액체와 나노 버블의 혼합을 보다 유리하게 하고 물줄기가 흩어지지 않게 하여 토출압을 상승시켜 적은 에너지로 작동할 수 있게 하는 기능도 같이 수행한다.
이와 같이 형성된 본 발명의 관로 장착용의 내부 삽입 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치(100)를 어류를 양식하는 육상 양식장에 채택하는 일실시예를 첨부 도면에 의하여 구체적으로 설명하면,
취수원(70)으로서 인접한 바다 등으로부터 원수를 양수 공급하는 가압 펌프(60)가 육상에 설치되고 육상에 설치된 가압 펌프(60)에는 육상 양식장(200)의 양식 수조(210)에 연결되는 파이프 형태의 급수배관(80)이 연결되고 급수 배관(80)의 말단에는 양식 수조(210)에 나노 버블수를 일정하게 공급하는 살수관(90)이 다수 개 구비되어 있으며 급수배관(80)의 관로 배관 중간에는 본 발명의 관로 장착용의 내부 삽입 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치(100)가 장착됨으로써 유입 원수가 와류 형성부(30)의 경사각 나선 날개(32) 사이의 원수 안내구(33)를 통과하면서 와류로 변환되고 선회이송되는 원수의 소용돌이치는 와류 물줄기는 파이프형 몸체(11)와 나노 멤브레인 튜브(20) 사이 공간 벤튜리형 원수 안내 유로(13)를 통과하면서 나노 버블과 접촉하게되는데, 이때 좁은 유로의 벤튜리 효과(병목효과)에 의한 흡입력과 원주 회전 운동의 와류 원심력이 같이 작용하여 나노 버블이 원수에 격렬하고 균일하게 혼합되어 토출되는 것으로서,
나노 멤브레인 튜브(20) 외표면에 구비된 나노 필름(23)의 기공(23b)으로 공기가 유출되어 미세 기포가 발생되며, 발생된 미세 기포가 유입 원수에 용존 및 잔존하게 되고 장치 크기에 비해 다량의 나노 크기 기포를 발생시켜 용존 산소율을 향상시킬 수 있게 됨으로써,
원수 공급 과정에서 빠른 산소전달효율로 기능이 활성화된 나노 버블수가 생성되어 육상 양식장 수조에 순환 여과식으로 공급되는 나노 버블 수 공급 시스템을 구성할 수 있어 운영비가 절감되며,
이렇게 경제적으로 생성된 나노 버블수를 물을 자주 갈아주어야 하는 별도의 물 저장탱크 없이도 나노 버블수를 공급하는 방법으로 육상 수조의 물을 지속적이고 강제적으로 순환시켜 주어 항상 깨끗한 수질 상태를 유지시켜 주고 필요시 배수구를 통하여 배수할 수 있어 적정수위를 항상 유지할 수 있게 함으로써 수조내의 물을 정기적으로 갈아주고 청소해 주어야 하는 번거로움이 해소되며, 이로 인해 물의 낭비를 최소화시키는 효과를 구현하게 되는데 본 발명에 따른 장치의 제어는 마이크로 프로세서에 의하여 제어되는 제어장치에 동작 상황을 표시하는 표시부와 시간을 조절하는 타이머, 용존 산소량을 측정하는 측정장치가 연결되어 자동 또는 수동의 선택적으로 구동될 수 있도록 형성되어 살균 및 세정효과로 별도의 항균제나 항생제를 사용하지 않고도 환경 변화 스트레스에 민감하고 세균이나 바이러스 감염으로 허약화된 어류의 폐사를 방지하고 성장을 촉진시켜 양식장의 생산량을 증대시키게 된다.
또한 본 발명의 다용도 나노 버블수 발생장치(100)를 파이프 라인상의 급수배관(80) 중간에 설치하고 급수배관을 양돈장 등의 축사(300)에 연장시키되 연장 라인에 나노 버블수 저장 탱크(310)를 장착하고 나노 버블수 저장 탱크(310)에 살수관(90)을 연결하게 되면 살수관(90)을 통하여 음수대(312)로 나노버블수가 공급되고 나노 버블수를 가축이 음용하게 되면 나노 버블수 급여에 따른 가축의 성장속도 향상, 장내 정균작용으로 질병에 대한 내성강화, 육질의 개선, 사료효율 개선, 증체율 증가,분뇨 악취 저감에 따른 부가적 효과를 동시에 구현할 수 있게 된다.
따라서 고속으로 흐르는 액체에 기체를 흡인하여 나노 버블을 생성하고 이렇게 생성된 버블을 유입 원수에 효과적으로 용존시켜 물성이 변화된 다기능의 나노 버블수를 공급하게 되는 본 발명의 나노 버블수 발생장치를 이용하여 어업용수, 축산용수 및 농업 용수로 사용할 때는 세균이 번식할 수 없도록 위생적이며 깨끗한 물을 공급할 수 있어 살균 세정은 물론 빠른 산소전달 효율로 어류나 소, 돼지, 닭, 오리 등의 장질환 등의 질병을 예방하고 건강한 상태를 유지할 수 있음을 알 수 있으며 토양의 관개수로 이용할 때에는 토양을 개선시키고 무농약 재배가 가능하며 작물의 성장을 촉진할 수도 있다
특히 본 발명의 다용도 나노 버블수 발생장치는 관로 삽입형으로서 각 산업장내로 공급되는 나노 버블수의 안정적인 공급을 위하여 수조 등의 인접한 출구측에 직접 가교(bridge) 형태로 연결 설치할 수 있어 별도의 산소 공급 장치 없이 필요한 요소요소의 배관 중간에 설치하는 것만으로도 복합 상승 효과를 구현할 수 있어 장치가 간단하여 제조 원가가 저렴하며 파이프 내 벽면과의 마찰 저항이 적은 나노 버블수의 에너지 절약적인 원거리 이송이 가능하여 동력비 등 운용비가 절감되는 효과가 있다.
그리고 본 발명의 나노 버블수 발생장치는 상기한 어업, 축산업, 농업분야의 실시예를 비롯하여 환경분야, 하수처리관련시설, 고도정수처리시설, 토양정화,
(각종양식, 양액재배, 활어수조, 수족관), 산업분야(배수처리, 세정), 건강분야(입욕관련시설, 욕조, 인공탄산천, 정수, 변기), 의료(정밀진단), 가전(세탁기), 선박(선체저항저감) 등의 다양한 영역에 이용될 수 있다
이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
100:나노 버블수 발생장치
10:나노 버블수 생성부 11:파이프형 몸체
12:체결 나사 13:양쪽 대칭 벤튜리 형태 원수 안내 유로
14:통기구 15:호스
20:나노 필름 멤브레인 튜브 21:원통부
22:원추부 23:나노필름
23a:기공 23b:필름기재
24:부직포 30:와류 형성부
31:링형 몸체 32:경사각 나선 날개
33:원수 안내구 40:배관 연결구
41:체결 나사부
60:펌프 70:취수원
80:급수 배관 90:살수관
200:육상 양식장 210:양식 수조
300:축사 310:급수저장탱크
312:음수대 B:버블
10:나노 버블수 생성부 11:파이프형 몸체
12:체결 나사 13:양쪽 대칭 벤튜리 형태 원수 안내 유로
14:통기구 15:호스
20:나노 필름 멤브레인 튜브 21:원통부
22:원추부 23:나노필름
23a:기공 23b:필름기재
24:부직포 30:와류 형성부
31:링형 몸체 32:경사각 나선 날개
33:원수 안내구 40:배관 연결구
41:체결 나사부
60:펌프 70:취수원
80:급수 배관 90:살수관
200:육상 양식장 210:양식 수조
300:축사 310:급수저장탱크
312:음수대 B:버블
Claims (3)
- 주입되는 주변공기를 나노 필름 멤브레인 튜브(20)로 통과시켜 생성한 초미세 거품을 유입 원수에 공급시켜 나노 버블수를 생성하여 수요처에 공급하게 하는 나노 버블수 발생장치(100)에 있어서,
상기 나노 버블수 발생장치(100)는 인접한 바다 및 호수 등 수처리 현장의 취수원(70)에 직접 배관 연결되고 일정한 수압을 가진 급수 배관(80)의 파이프 라인 관로 중간에 장착할 수 있도록 일단에 통기구(14)가 형성된 파이프형 몸체(11) 내측에 삽입되고 주변 공기가 주입될 수 있도록 통기구(14)에 호스(15)로 연결되는 나노 필름 멤브레인 튜브(20) 양단에 복수 개의 와류 형성부(30)가 구비된 나노 버블수 생성부(20)를 중심으로 양측 대칭으로 배관 연결구(40)가 각각 구비되는 직관형 파이프 형상으로 형성하되,
상기 나노 버블수 생성부(20)의 나노 필름 멤브레인 튜브(20)는 나노미터 크기 공경의 다공성 고분자(POLYMER) 나노 필름(23)과 부직포 필터(24)가 외주 표면에 2겹으로 적층 구비된 중공의 원통부(21) 양단에 원추부(22)가 형성되어 통기구(14)로 주입되는 주변 공기로 나노 크기의 미세 기포를 생성하는 것으로 파이프 형 몸체(11) 내측에 동심축상의 수평 방향으로 내장하여 몸체(11)와 나노 필름 멤브레인 튜브(20) 사이 둘레 방향으로 양쪽 대칭의 벤튜리 형태 원수 안내 유로(13)가 형성되는 이중 튜브 형상의 내장형 벤튜리 장치를 구성함으로써,
와류 형성부(30)에서 공급되는 선회 와류가 유로의 단면이 좁아지거나 확산되도록 형성된 평행한 벤튜리 형태 원수 안내 유로(13)에 급속히 빨려들어가서 빠른 유속으로 소용돌이치는 상태로 원심 선회하면서 이동할 때 나노 필름 멤브레인 튜브(20) 외주의 둘레 방향으로 토출되는 나노 버블(B)이 나노 필름 멤브레인의 나노 필름(23) 미세 기공(23a)을 통하여 압축 공기를 토출시키면서 순식간에 생성된 초미세 거품을 고속 수류의 유입 원수에 공급시켜 나노 버블수를 생성하게 하는 구성임을 특징으로 하는 관로 장착용의 내부 삽입 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치 - 제 1항에 있어서, 나노 필름 멤브레인 튜브(20)의 양단에 형성되는 상기 와류 형성부(30)는 버블 생성이 용이하게끔 링(ring)형 몸체(31) 내측에 다수개의 경사각 나선 날개(32)를 구비하여 나선형 날개 사이에 형성된 원수 안내구(33)를 통과하는 물줄기가 다수개의 선회 와류로 변환되도록 형성됨을 특징으로 하는 관로 장착용의 내부 삽입 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치
- 제 1항에 있어서, 상기 통기구(14)는 원수가 유입되는 나노 필름 멤브레인 튜브(20) 일측 원추부(22) 끝단에 호스(15)로 연통됨을 특징으로 하는 관로 장착용의 내부 삽입 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치
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