KR20180029584A - 서보 마이크로 나노 버블 폭기 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서보 마이크로 나노버블 폭기장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기체와 유체를 마이크로 버블기를 이용하여 10㎛ 이하의 아주 작은 입자의 거품을 생성시키는 것으로, 공급되는 물의 수압에 의하여 특수 제작될 프로펠러가 최적의 공기량을 자가 가변 조절하여 내부 구동장치를 통해 균질한 공기주입과 파워유닛에 초미세 마이크로나노버블을 생산하기 위한 서보 마이크로 나보버블 어레이션 장치에 관한 것이다.

Description

서보 마이크로 나노 버블 폭기 장치{Servo micro nano bubble aerator}

본 발명은 서보 마이크로 나노버블 폭기장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기체와 유체를 마이크로 버블기를 이용하여 10㎛ 이하의 아주 작은 입자의 거품을 생성시키는 것으로, 공급되는 물의 수압에 의하여 특수 제작될 프로펠러가 최적의 공기량을 자가 가변 조절하여 내부 구동장치를 통해 균질한 공기주입과 파워유닛에 초미세 마이크로나노버블을 생산하기 위한 서보 마이크로 나보버블 어레이션 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 마이크로 버블은 직경이 50㎛ 이하인 기포이며, 마이크로 나노버블은 300㎚~3㎛, 나노버블은 100㎚ 이하의 극미소 기포를 말한다.

여기서, 마이크로 버블은 100분의 1㎜~1000분의 1㎜, 즉 50㎛이하의 아주 미세한 거품으로, 물과 공기를 격렬하게 회전시키면 발생한다. 마이크로 버블은 수면으로 0.1cm/sec의 매우 느린 속도로 상승한다. 또한, 나노 버블이란 특수하게 제작된 마이크로 버블기를 통해 나오는 물과 공기만을 이용하여 생성되는 10㎛이하의 아주 작은 거품을 말한다. 이때, 버블(Bubble)이라 함은 기포(氣泡) 즉, 액체에 존재하는 기체 주머니를 뜻한다.

이러한 나노 버블은 현재 일본에서는 온천욕부터 암 진단까지 다방면에 활용하고 있는데, 마이크로 버블 생성기술 개발은 일본에서 1995년에 도쿠야마 고등전문학교의 다이세이 교수가 세계 최초로 발생기술을 개발했다.

이와 같은 나노 버블은 다음의 세 가지 측면에서 통상의 기포와는 다른 특성을 가지고 있다.

첫째, 액체 속에 있는 크기 또는 직경이 수 밀리미터 이상인 일반적인 기포는 생성과 동시에 위로 떠올라 액체의 표면에서 터지게 되는 반면, 나노 버블은 액체 속에 장시간 머무른다. 그 이유는 나노 버블의 부력이 매우 작아서 액체의 저항력을 이기지 못하기 때문이다.

둘째, 나노 버블이 장시간 액체에 머무를 경우 나노 버블 내부의 기체가 그 표면을 통해 액체 속으로 서서히 용해되면서 점차 그 크기가 더욱 작아진다.

셋째, 버블의 크기가 작으면 작을수록 부피에 대한 표면적의 비율이 커지므로 나노 버블 내부의 기체가 액체에 용해되는 속도와 효율이 더 높아진다.

나노 버블의 이러한 세 가지 특징은 다양한 활용을 가능하게 하는데, 상수처리의 경우 물속에 공기를 효과적으로 주입함으로써 수질을 높이는 처리시간을 단축하는 것이 가능하게 하며, 하수처리의 경우 예를 들어 오존 등 산화성이 강한 기체를 하수에 효과적으로 주입함으로써 하수에 녹아 있는 다양한 악취물질을 효과적으로 분해 내지 제거할 수 있다.

종래 미세기포 발생장치와 관련된 기술은 고압분사를 통한 충돌하는 방법, 미세망을 통과시키는 방법, 오리피스관을 이용한 급속 확대관을 통한 미세 기포 발생장치가 다수 소개되어 있는데, 이러한 종래 미세기포 발생장치와 관련된 기술들은 미세 버블을 매우 단순한 구조를 통해 발생시키는 점에 있어서 장점을 가지고 있으나, 생성되는 미세 기포의 크기가 커서 부력으로 인해 쉽게 부상하여 소멸되는 문제점과 입자의 크기가 일정치 않은 문제점이 있다.

종래의 미세 버블 발생장치는 물속의 공기방울이 압축되었다가 갑자기 확산되면서 매우 작은 크기로 쪼개져 미세 버블을 발생시키는 매우 단순한 구조로 되어 있다는 장점이 있다. 하지만, 이런 방법으로 만들어지는 미세버블의 크기는 아무리 작아도 나노 크기보다 훨씬 큰 수 마이크로미터 이상이 될 정도이며, 그 분포도 큰 것들은 수 밀리미터에 달할 정도로 균질성이 크게 떨어진다.

상기와 같은 종래 미세 기포, 마이크로 버블 내지 나노 버블 발생장치는 유해 조류를 제거하는 분야에도 적용되는데, 이때, 버블이 분사되는 부분이 조류가 위치한 곳에 직접 분사하지 않고 수중으로 분사하게 되므로, 유해 조류에 대해 직접적인 작용이 이루어지지 못하는 문제점이 있으며, 수온이 높은 경우 산소 포화도가 낮아 유해 조류 제거 효율이 낮은 문제점이 있다.

상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하고자 본 발명은, 기체와 유체를 서보 마이크로 나노버블 폭기장치를 이용하여 10㎛ 이하의 아주 작은 입자의 거품을 생성시키는 것으로, 나노 버블 생성부를 이원화하여 나노 버블 생성장치와 근접한 영역과 원거리 각각에서 나노 버블이 방출되도록 함과 동시에, 서보 마이크로나노버블을 발생하기 위한 특수 프로펠러를 이용하여 유량, 산소량, 압력 등의 다양한 변화 요인을 자동으로 조절하여 최적의 초미세 버블을 생산할 수 있는 장치를 제공하는데 목적을 두고 있다.

서보 마이크로나노버블 발생장치를 개발하여, 물속에 um미만의 매우 작은 초미세 공기 방울로 만들어진 물을 서보 마이크로나노버블이라 하며, 이 초미세 기포를 발생시켜 오랜시간 그 형태를 유지하면서 다양한 효과를 얻을 수 있다.

첫째, 초미세 기포 발생으로 99.9%의 살균 가능(별도의 살균 장치가 불필요

둘째, 천연 음이온이 매우 풍부한 물 생성

셋째, 사람들 피부 모공 내의 세정(피부 모공 염 발생 감소, 여드름, 아토피 및 피부병 개선, 보습 효과 탁월, 구강 살균, 질 세정 등)

넷째, 세제 없이도 세정 가능하며, 건강한 식자재 세척 가능(부드러우며 세척력이 뛰어나 잔류 농약 제거, 잔류 세제 제거, 악취 제거)

다섯째, 용존 산소가 많은 물 (경수인 지하수도 부드러운 물로 바뀌어 짐)

상기와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 임펠러 방식의 폭기장치로 기체와 유체를 유입시켜 나노 버블을 생성시키는 나노 버블 생성장치(100)에 있어서, 구동부(M)의 회전축과 동축상에 독립적으로 존재한 상태에서 연동 회전하면서 각각 추력(推力)을 발생시키는 가운데, 기체와 유체의 흐름 경로 상에서 압력과 속도 변화를 일으켜, 유입되는 기체와 유체를 쪼개거나 폭발시키면서 혼합하여 나노 버블을 생성시키되, 생성된 나노 버블을 나노 버블 생성장치(100)의 본체 부분에서 직접 방사상으로 방출시키는 제1버블생성부(110) 및 나노 버블의 방출 경로 상에서 재차 압력 변화를 유도하여 제1버블생성부(110) 보다 상대적으로 강한 압력으로 원거리로 방출시키는 제2버블생성부(120)를 포함하여서 됨을 특징으로 한다.

상기와 같은 과제해결수단에 의한 본 발명은 구동부(M)의 회전축과 동축상에 제1버블생성부(110)와 제2버블생성부(120)를 독립적으로 마련하여, 상기 제1버블생성부(110)에서는 생성된 나노 버블을 나노 버블 생성장치(100)의 본체 부분에서 직접 방사상으로 방출시키고, 제2버블생성부(120)에서는 나노 버블의 방출 경로상에서 재차 압력 변화를 유도하여 제1버블생성부(110) 보다 상대적으로 강한 압력으로 원거리로 방출시키도록 함으로써, 이원적인 나노 버블 생성 및 방출이 이루어지도록 하여 나노 버블의 활용성 및 효율을 증대시키는 효과를 얻는다.

이와 같이, 나노 버블의 활용성 및 효율이 증대된 본 발명을 실시예적으로 유해조류가 확산된 호소(湖沼 ; 호수, 늪, 연못, 강), 냉각탑, 관개수로, 양식장, 하수처리장, 식수 저수조, 수영장 등에서 부유 또는 유영하도록 설치하여, 상기 제1버블생성부(110)에서 생성된 나노 버블을 나노 버블 생성장치(100)의 본체 부분에서 직접 방사상으로 방출시킬 수 있도록 함으로써, 유해조류에 직접적 또는 유해조류에 인접한 부분에서 나노 버블이 직접 작용하도록 함과 동시에, 상기 제2버블생성부(120)가 원거리로 나노 버블을 방출시켜 유해조류가 확산된 영역 전반에 대해 나노 버블이 작용하도록 하여 유해조류 제거의 효율을 증대시키는 효과를 얻는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구성 중 제 1, 2버블생성부를 좀 더 구체적으로 도시하기 위한 분리 사시도.

본 발명인 서보 마이크로 나노버블 폭기장치(100)는 첨부 도면 도 1에 도시된 바와 같이, 임펠러 방식의 폭기장치로 기체와 유체를 유입시켜 나노 버블을 생성시키는 나노 버블 생성장치(100)에 있어서, 구동부(M)의 회전축(L)과 동축 상에 독립적으로 존재한 상태에서 연동 회전하면서 각각 추력(推力)을 발생시키는 가운데, 기체와 유체의 흐름 경로 상에서 압력과 속도 변화를 일으켜, 유입되는 기체와 유체를 쪼개거나 폭발시키면서 혼합하여 나노 버블을 생성시키되, 생성된 나노버블을 나노 버블 생성장치(100)의 본체 부분에서 직접 방사상으로 방출시키는 제1버블생성부(110) 및 나노 버블의 방출 경로 상에서 재차 압력 변화를 유도하여 제1버블생성부(110) 보다 상대적으로 강한 압력으로 원거리로 방출시키는 제2버블생성부(120)를 포함하여서 될 수 있다.

여기서, 본 발명 중 상기 구동부(M)는 하우징(130)에 인입된 상태에서 회전축(L)만 일측으로 노출된 모터일 수 있다.

상기 구동부(M)는 외부에 별도 마련된 전원공급수단(상용전원을 동작전원으로 전환공급하는 전원공급장치 ; 미도시)과 연결되어 전원을 공급받아 동작하고, 역시 외부에 별도 마련된 제어수단(조작패널, 액정표시창, 동작관련 프로그램이 내장된 마이크로프로세서 ; 미도시)에 의해 제어되면서 동작하는 것일 수 있다.

또한, 상기 구동부(M)는 하우징(130) 내에 마련된 전원공급수단(배터리(충전배터리), 전원공급회로)과 연결되어 전원을 공급받아 동작하고, 역시 하우징(130)에 마련된 제어수단(조작패널, 액정표시창, 동작관련 프로그램이 내장된 마이크로프로세서 ; 미도시)에 의해 제어되면서 동작하는 것일 수 있다.

이때, 상기 하우징(130)은 패킹과 같은 기밀유지수단을 통해 방수처리된 것일 수 있으며, 상기 제어수단 중 조작패널과 액정표시창은 방수처리(방수용 필름 또는 차단캡)된 상태로 외부로 노출된 것일 수 있다.

한편, 본 발명 중 상기 제1버블생성부(110)는 하우징(130)의 일측 단(회전축 방향)에 마련되는 플랜지에 고정되는 환형체로 이루어지되 외경에 장공이 형성된 보호구에 수용된 상태에서 회전축(L)의 중간 부분에 고정되어 회전을 통해 추력을 발생시켜, 유입되는 기체와 유체를 쪼개거나 폭발시키면서 혼합하여 나노 버블을 생성시켜 방출하는 임펠러1(112)를 포함하여 구성될 수 있다.

또 한편, 본 발명 중 상기 제2버블생성부(120)는 제1버블생성부(110)를 구성하는 보호구의 일측 단에 고정되는 2중의 환형체로서, 일측 단에는 상기 제1버블생성부(110) 내로 기체와 유체가 유입되는 유입경로가 마련되고, 타측 단에는 임펠러2(122) 수용공간이 마련된 함체(121); 상기 함체(121)에 수용된 상태에서 함체(121)의 일측 중앙을 관통한 회전축(L) 선단에 고정되어, 회전을 통해 추력을 발생시켜, 유입되는 기체와 유체를 쪼개거나 폭발시키면서 혼합하여 나노 버블을 생성시켜 방출하는 임펠러2(122); 상기 함체(121) 중 임펠러2(122) 수용공간에 일측 단이 고정되고 타측 단은 구동부(M)가 위치한 방향으로 연장되어, 나노 버블에 대해 재차 압력 변화를 유도하면서 원거리로 방출시키는 경로를 제공하는 방출관을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 함체(121)는 제1버블생성부(110)에 대해 유체와 기체를 유입시키는 다수의 유체유입공1(121a)과 적어도 1개의 기체 유입구(121b)가 마련된 외통체의 일측 단이 회전축(L)과 접하지 않도록 중앙 부분으로 절곡되어지되, 절곡된 부위의 외곽 테두리 부분이 상기 보호구(111)의 플랜지에 고정되고, 외경의 타측 단은 중앙 방향으로 절곡된 후 외경과 평행하게 재차 절곡되어 내통체를 이루고, 내통체의 단부가 회전축(L)과 접하지 않도록 중앙 부분으로 재차 절곡된 것일 수 있다.

또한, 상기 임펠러2(122)는 일측 면 중앙 부분에 회전축(L)이 고정되도록 돌출된 축고정돌기(122b)가 마련된 원판 형상의 회전체2(122a); 상기 축고정돌기(122b)가 마련된 중앙 부분에서부터 내경에 접하도록 연장되는 다수의 초승달 형상의 블레이드(122c);를 포함하여 이루어진 것일 수 있다.

이때, 상기 회전체2(122a)는 중앙 부분으로 가면서 오목하게 이루어진 것일 수 있고, 상기 블레이드(122c)는 오목한 경사면을 따라 경사지게 형성된 블록체일 수 있다.

또한, 상기 방출관(123)은 직경이 가면서 작아지는 다단의 관체가 연결된 것일 수 있으며, 다단의 관체가 연결되는 부분에서 방출되는 나노 버블에 대한 압력 변화가 이루어지는 것일 수 있다.

상기와 같이 설치되는 본 발명은 제어수단의 메인전원스위치를 ON시키면, 장치의 전기적 구성요소에 전원이 공급되며, 이에 따라 구동부(M)인 모터가 회전하여 회전축(L)에 고정된 제1,2버블생성부(110)(120)의 임펠러1,2(112)(122)가 회전하게 되고, 흡기수단(F)에도 전원이 인가되어 외기를 흡입하게 된다.

이와 같이 되면, 상기 흡기수단(F)에 의해 강제흡입된 외기가 제1버블생성부(110)의 임펠러1(112) 측으로 유입되고,제2버블생성부(120)의 임펠러2(122) 측으로 유입된다.

이때, 함체(121)의 외통체 일측이 절곡되어 회전축(L)과 접하지 않도록 연장되어서 이루어진 통공을 관통(회전축(L)과 인접하여 평행하게 관통)하여, 임펠러1(112)을 회전축(L)에 고정시킨 너트 부분 전방에 근접되게 위치하므로, 기체가 토출되는 과정에서 기체토출관의 선단부와 너트 사이의 좁은 틈에서 가속되면서 토출되는 과정에서 압력과 속도 변화를 일으킴과 동시에 쪼개지거나 폭발하면서 유체와 혼합되어 미세한 버블을 생성한다.

상기 미세한 버블은 마이크로 버블로서 100분의 1㎜~1000분의 1㎜, 즉 50㎛ 이하의 기포이다.

한편, 이와 동시에 제1버블생성부(110)의 임펠러1(112)가 회전함으로 인해 유체 즉, 호수의 물이 상기 함체(121)의 유체유입공(121a)으로 흡입되어 외통체와 내통체 사이 공간을 거쳐, 외통체 일측이 절곡되어 회전축(L)과 접하지 않도록 연장되어서 이루어진 좁은 구경의 통공을 지나는 과정에서 가속되면서 유입되어 기체와 혼합된다.

상기와 같이, 제1버블생성부(110)에서 생성된 미세 버블은 임펠러1(112)의 추력에 의해 유체와 혼합되는 과정에서, 또한 회전체1(112a)의 미세공(112b)을 빠져나가는 과정에서 반복적으로 압력 및 속도 변화를 일으킴과 동시에 쪼개지거나 폭발하면서 나노 버블화되어 나노 버블 생성장치(100)의 본체 주변으로 방출된다.

또한, 상기와 같이, 제2버블생성부(120)에서 생성된 미세 버블은 임펠러2(122)의 추력에 의해 유체와 혼합되는 과정에서, 또한 다단의 턱을 가진 방출관(123)을 빠져나가는 과정에서 반복적으로 압력 및 속도 변화를 일으킴과 동시에 쪼개지거나 폭발하면서 나노 버블화되어 나노 버블 생성장치(100)의 후방으로 강하게 토출된다.

상기 나노 버블은 5㎛(마이크로미터,혹은 미크론, 1㎛=0.001㎜) 이하의 눈으로 확인할 수 없는 초미세 기포이다.

이와 같이 되면, 흡입되는 기체를 저온화시키고 이를 제1,2버블생성부(110)(120)로 유입시켜, 유체와 혼합되는 과정에서 산소포화도를 증대시키는 한편, 방출 내지 토출되는 나노 버블의 온도를 낮춤으로써, 주변의 수온이 낮아지도록 하고 이를 통해, 유해 조류의 확산을 억제(낮은 온도에서 증식하지 못함)시킬 수도 있다.

이와 같이 되는 본 발명은 구동부(M)의 회전축과 동축 상에 제1버블생성부(110)와 제2버블생성부(120)를 독립적으로 마련하여, 상기 제1버블생성부(110)에서는 생성된 나노 버블을 나노 버블 생성장치(100)의 본체 부분에서 직접 방사상으로 방출시키고, 제2버블생성부(120)에서는 나노 버블의 방출 경로 상에서 재차 압력 변화를 유도하여 제1버블생성부(110) 보다 상대적으로 강한 압력으로 원거리로 방출시키도록 함으로써, 이원적인 나노 버블 생성 및 방출이 이루어지도록 하여 나노 버블의 활용성 및 효율을 증대시킨다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다.

그 밖에도, 첨부된 청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물 들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100 : 나노 버블 생성장치 110 : 제1버블생성부
120 : 제2버블생성부 111 : 보호구
112, 122 : 임펠러 1, 2 121 : 함체
123 : 방출관 130 : 하우징
140 : 선단마감부 150 : 기체공급부

Claims (3)

1. 서보 마이크로 나노버블 폭기장치로 기체와 유체를 유입시켜 나노 버블을 생성시키는 나노 버블 생성장치(100)에 있어서, 구동부(M)의 회전축(L)과 동축 상에 독립적으로 존재한 상태에서 연동 회전하면서 각각 추력을 발생시키는 가운데, 기체와 유체의 흐름 경로 상에서 압력과 속도 변화를 일으켜, 유입되는 기체와 유체를 쪼개거나 폭발시키면서 혼합하여 나노 버블을 생성시키되, 생성된 나노 버블을 나노 버블 생성장치(100)의 본체 부분에서 직접 방사상으로 방출시키는 제1버블생성부(110) 및 나노 버블의 방출 경로 상에서 재차 압력 변화를 유도하여 제1버블생성부(110) 보다 상대적으로 강한 압력으로 원거리로 방출시키는 제2버블생성부(120)를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 서보 마이크로 나노 버블 폭기장치.
   
2. 제1항에 있어서, 상기 서보 마이크로 나노 버블 폭기장치는,
   공급되는 물의 수압에 의하여 특수 제작된 임펠러가 최적의 공기량을 자가 가변 조절하여, 내부 구동장치를 통해 균질한 공기주입과 폭기장치를 이용한 서보 마이크로 나노 버블 폭기장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 폭기장치(파워 유닛)는,
   유입되는 수압에 의해 자체 발생되는 가압직결 동력 전달을 통해 물 분자를 마이크로 나노 상태로 파쇄하는 부품의 일종으로, 내부 인버터에 의하여 수압을 증압하면서 분산되는 수압을 한곳으로 집중시키고 물 분자의 폭기를 통해 마이크로 나노버블을 생성시키는 부품을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 서보 마이크로 나노 버블 폭기 장치.
   

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