KR20190042081A - 나노 버블 발생기 및 나노 버블 발생 방법 - Google Patents

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Abstract

나노 버블 발생기가, (ⅰ)매크로 버블이 함유된 액체를 수용하기 위한 입구; 입구의 하류에 작동 가능하게 배치된 제1 챔버; 제1 챔버의 하류에 작동 가능하게 배치된 제2 챔버; 및 제2 챔버의 하류에 작동 가능하게 배치된 출구를 형성하는 하우징; (ⅱ) 제1 챔버 내에 위치되며, 사용시, 이러한 매크로 버블을 마이크로 버블로 변환하기 위하여 액체에 함유된 마이크로 버블을 절단하기 위한 적어도 하나의 블레이드; (ⅲ) 제2 챔버 내의 적어도 하나의 제1 자석; 및 (ⅳ) 제2 챔버와 관련된 적어도 하나의 제2 자석을 포함하고, (a) 적어도 하나의 제1 자석 및 적어도 하나의 제2 자석은, 적어도 하나의 제1 자석의 극성이 적어도 하나의 제2 자석의 극성에 반대가 되도록 배치되며, (b) 적어도 하나의 제1 자석은 적어도 하나의 제2 자석에 대해 이동 가능하다.

Description

나노 버블 발생기 및 나노 버블 발생 방법
본 발명은 나노 버블 발생기 및 나노 버블 발생 방법에 관한 것이다. 더욱 자세하게는, 본 발명은, 액체에 함유된 매크로(macro) 버블을 마이크로(micro) 버블로 변환하기 위한 제1 모듈, 및 자석을 사용하여 이러한 마이크로 버블을 나노(nano) 버블로 변환하는 제2 모듈을 포함하는 나노 버블 발생기에 관한 것이다.
나노 버블 발생을 위한 다양한 장치가 알려져 있다. 예를 들면: KR20130101185 "하이브리드 마이크로 나노 버블", CN2835224 "압축 자화된 나선형 에어레이터", CN201586484 "자력 버블 발생기", CN201729714 "물고기 및 새우 재배 연못용 미세 버블 에어레이터", 및 WO99/16713 "수질 정수 장치"는 이러한 버블을 발생하기 위해 자석을 사용하는 나노 버블 발생기를 기술한다.
JP2004/074131 "액체 함유 마이크로 버블 및 그 제조 방법", JP2009/112187 "회전 장치 및 이를 가지는 버블 발생기", 및 WO2007/023864 "버블 발생기"는 두 세트의 반대 극성의 자석을 포함하는 버블 발생기를 기술하고, 자석 세트 중 하나는 다른 자석 세트에 대해 회전 가능하다.
종래기술의 나노 버블 발생기의 단점은, 그들은 두 개의 상(phase) 프로세스: (ⅰ) 매크로 버블을 마이크로 버블로 변환, 및 (ⅱ) 마이크로 버블을 나노 버블로 변환하는 것을 사용하지 않는다는 점이다. 제1 상(phase) 동안에, 정적 혼합기(static mixer)의 사용 없이, 종래기술의 발생기를 사용하여 발생된 나노 버블의 상당량은 비교적 짧은 기간 내에 액체로부터 빠져나간다.
본 발명의 목적은 이러한 단점을 해결하고자 하는 것이다.
본 발명의 제1 양상의 바람직한 실시예에 따르면, 나노 버블 발생기가 제공되고, 이 나노 버블 발생기는, 매크로 버블이 함유된 액체를 수용하기 위한 입구; 입구의 하류에 작동 가능하게 배치된 제1 챔버; 제1 챔버의 하류에 작동 가능하게 배치된 제2 챔버; 및 제2 챔버의 하류에 작동 가능하게 배치된 출구를 형성하는 하우징; 제1 챔버 내에 위치되며, 사용시, 이러한 매크로 버블을 마이크로 버블로 변환하기 위하여 액체에 함유된 마이크로 버블을 절단하기 위한 적어도 하나의 블레이드; 제2 챔버 내의 적어도 하나의 제1 자석; 및 제2 챔버와 관련된 적어도 하나의 제2 자석을 포함하고, (ⅰ) 적어도 하나의 제1 자석 및 적어도 하나의 제2 자석은, 적어도 하나의 제1 자석의 극성이 적어도 하나의 제2 자석의 극성에 반대가 되도록 배치되며, (ⅱ) 적어도 하나의 제1 자석은 적어도 하나의 제2 자석에 대해 이동 가능하다.
보통, 제1 챔버 내에 배치된 적어도 하나의 블레이드를 구비한 제1 챔버는 정적 혼합기를 포함한다.
일반적으로, 적어도 하나의 제1 자석은 회전 가능한 제1 디스크 상에 장착된다.
바람직하게는, 나노 버블 발생기는 하우징의 입구의 상류에 작동 가능하게 배치되며, 사용시, 하우징의 입구를 향하여 유동하는 액체 내로 매크로 버블을 도입하기 위한 벤츄리(venturi)를 포함한다.
보통, 벤츄리는, 벤츄리 수축 영역에 또는 벤츄리 수축 영역 근처에 가스 입구를 포함한다.
일반적으로, 액체로 도입되는 가스만 벤츄리를 통하여 액체 내로 도입되도록, 벤츄리만 가스 입구를 포함한다.
본 발명의 제2 양상의 바람직한 실시예에 따르면, 본 발명의 제1 양상에 따른 나노 버블 발생기를 사용하는 나노 버블 발생 방법이 제공되고, 이 방법은, 액체 1,000ml 당 50㎛ 이상의 직경을 가지는 적어도 1,000,000 버블을 액체 내로 도입하는 벤츄리 단계; 제1 챔버를 빠져나가는 액체 100ml 각각이 1㎛ 내지 50㎛ 사이의 직경을 가지는 적어도 10,000,000 버블을 포함하도록, 액체에 함유된 버블 크기를 감소시키는 정적 혼합기 단계; 및 제2 챔버를 빠져나가는 액체 1ml 각각이 100nm 이하의 직경을 가지는 적어도 100,000,000 버블을 포함하도록, 액체에 함유된 버블 크기를 더 감소시키는, 반대 극성의 적어도 하나의 제1 자석 및 적어도 하나의 제2 자석 단계를 포함한다.
이제 본 발명은 단지 예시로서, 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 양상의 바람직한 실시예에 따른 나노 버블 발생기의 측 단면도이다.
도 2는 도 1의 나노 버블 발생기의 분해 사시도이다.
도면의 도 1 및 2를 참조하면, 나노 버블 가스를 액체 내로 함유하기 위한 나노 버블 발생기(10)가 제공된다. 나노 버블 발생기(10)는 하우징(12), 벤츄리(14), 정적 혼합기(16) 및 자석 버블 분할기(18)를 포함한다.
하우징(12)(복수의 부품으로 형성됨)은 제1 챔버(20), 제2 챔버(22), 제1 챔버(20)에 대한 입구(24), 및 제2 챔버(22)로부터의 출구(26)를 형성한다. 사용시, 액체가 입구(24)를 통하여, 제1 챔버(20)를 통하여, 연결 튜브(27)를 통하여 제2 챔버(22) 내로 유동하고, 제2 챔버(22)로부터 출구(26)를 통하여 배출된다. 즉, 제1 챔버(20)는 입구(24) 하류에 작동 가능하게 배치되고, 제2 챔버(22)는 제1 챔버(20) 하류에 작동 가능하게 배치되고, 출구(26)는 제2 챔버(22) 하류에 작동 가능하게 배치된다. 제1 챔버 및 제2 챔버(20, 22)는 도관에 의해 결합되는 것으로 도시되어 있지만, 대안적으로 제1 챔버 및 제2 챔버(20, 22)는 그들 사이에 어떠한 구조(또는 연결 튜브(27))없이 접하게 될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
벤츄리(14)는 제1 챔버(20)에 대해 입구(24) 상류에 작동 가능하게 배치된다. 벤츄리(14)는 수축 영역(사용시 더 빠른 속도 및 더 낮은 압력으로 액체 유동이 통과하도록 하는)을 형성하고, 이러한 수축 영역에 또는 수축 영역 근처에 가스 입구(28)를 포함하고, 가스 입구는 사용시, 통과하여 유동하는 액체 내로 가스 버블을 도입하기 위한 것이다. 사용시, 벤츄리(14)는, 벤츄리(14)를 통과하는 액체 1,000ml 당 50㎛ 이상의 직경을 가지는 적어도 1,000,000 버블을 도입한다. 일반적으로, 벤츄리는 매크로 버블(즉, 50㎛ 이상의 직경을 가지는 버블)을 입구(24)를 향하여 유동하는 액체 내로 함유시킨다.
입구(24)는 벤츄리(14)의 하류에 작동 가능하게 배치되는 것으로 기술되었지만, 벤츄리(14) 출구 및 입구/ 제1 챔버(20)는 그들 사이에 어떠한 구조 없이(도면에 도시된 바와 같이), 접하게 될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
정적 혼합기(16)는 복수의 블레이드(30)를 포함한다. 제1 챔버(20)는 제1 챔버(20)에서 액체 내로 가스를 보충하기 위한 가스 입구를 포함하지 않는다. 대신에, 사용시, 제1 챔버(20)에서 액체에 함유된 매크로 버블(원래 벤츄리(14)를 통하여 주로 도입되었던)은 단지 더 작게, 마이크로 버블(즉, 1㎛ 내지 50㎛ 사이의 직경을 가지는 버블)로 분할/절단된다. 사용시, 정적 혼합기는 제1 챔버(20) 내에서 액체에 함유된 버블 크기를 감소시켜, 제1 챔버(20)를 빠져나가는 액체 100ml 각각이 1㎛ 내지 50㎛ 사이의 직경을 가지는 적어도 10,000,000 버블을 포함하도록 한다.
자석 버블 분할기(18)는 제1 자석 세트(32) 및 제2 자석 세트(34)를 포함한다. 제1 자석 세트(32)는 제2 챔버(22) 내에 배치되는 회전 가능한 제1 디스크(36) 상에 장착된다. 제2 자석 세트(34)는 제2 챔버(22)의 내부 벽 상에, 회전 가능한 제1 디스크(36)에 근접하여(도 1에 도시된 바와 같이, 내부 벽의 일부가 제2 챔버(22) 내로 방사방향으로 연장될 수 있음) 장착된다. 도면은, (선택적) 제1 자석(33)이 추가 (선택적) 제2 자석 세트(35)와 제2 챔버(22)의 내부 벽 상에/정적 드럼(39) 상에서 결합되어 있는 추가 (선택적) 회전 디스크(37)를 도시한다. 제2 챔버(22)는 제2 챔버(22)에서 액체 내로 가스를 보충하기 위한 가스 입구를 포함하지 않는다. 제1 자석 세트(32) 및 제2 자석 세트(34)는, 제1 자석 세트(32, 33)의 극성이 제2 자석 세트(34, 35)의 극성과 반대가 되도록, 배치된다. 사용시, 회전 가능한 디스크(36)(선택적으로, 디스크(37)를 포함)가 정적인 제2 자석 세트(34)(선택적으로 자석(35)을 포함)에 대해 회전함에 따라, 제1 자석 세트(32, 33)에 의해 발생되는 자속 필드가 제2 자석 세트(34, 35)에 의해 발생되는 자속 필드와 간섭되어, 전단(shearing) 자속 필드가 제2 챔버(22) 내로 도입된 액체에서 정적 혼합기(16)에 의해 발생된 마이크로 버블이 나노 버블(즉, 100nm 이하의 직경을 가지는 버블)로 추가 분할되도록 한다. 사용시, 자석 버블 분할기(18)는 액체에 함유된 버블 크기를 감소시켜, 제2 챔버(22)를 빠져나가는 액체 1ml 각각이 100nm 이하의 직경을 가지는 적어도 100,000,000 버블(바람직하게는, 200,000,000 버블)을 포함하도록 한다.
제2 자석 세트(34, 35)는 "정적(static)"으로, 즉, 제2 챔버(22) 벽/정적 드럼(39)에 장착되는 것으로 기술되었지만, 제2 자석 세트(34, 35)는 대안적으로, 제1 회전 가능한 디스크(36)(및/또는 37)와 동축이고, 제1 회전 가능한 디스크(36)(및/또는 37)에 대해 반대 회전하는 제2(또는 추가) 회전 가능한 디스크(들)(도시되지 않음)에 장착될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 발명의 제2 양상에 따르면, 나노 버블 발생기(10)를 사용하는 나노 버블 발생 방법이 제공되고, 이 방법은,
액체 1,000ml 당 50㎛ 이상의 직경을 가지는 적어도 1,000,000 버블을 액체 내로 도입하는 벤츄리(14) 단계;
제1 챔버(20)를 빠져나가는 액체 100ml 각각이 1㎛ 내지 50㎛ 사이의 직경을 가지는 적어도 10,000,000 버블을 포함하도록, 액체에 함유된 버블 크기를 감소시키는 정적 혼합기(16) 단계; 및
제2 챔버를 빠져나가는 액체 1ml 각각이 100nm 이하의 직경을 가지는 적어도 100,000,000 버블(바람직하게는, 200,000,000 버블)을 포함하도록, 액체에 함유된 버블 크기를 더 감소시키는 자석 버블 분할기(18) 단계를 포함한다.
도면에 도시된 장치에 대해 테스트가 수행되었다. 테스트 동안: (ⅰ) 모터(그러므로 제1 자석(32)이 장착되는 회전 가능한 제1 디스크(36))가 2,800 rpm으로 회전되었고, (ⅱ) 분당 400리터 물이 나노 버블 발생기(10)를 통하여 유동됐고, (ⅲ) 분당 공기 172리터가 나노 버블 발생기(10)를 통하여 유동하는 물 내로 벤츄리(14)에서 도입되었다. 제2 챔버(22)를 빠져나가는 물은 평균 76nm 크기를 가지는 222,000,000 나노 버블을 함유하였다.
나노 버블을 발생하는 두 개의 상 방법(예를 들면, 정적 혼합기를 사용하여 매크로 버블을 마이크로 버블로 변환하고, 이어서 자석 버블 분할기를 사용하여 마이크로 버블을 나노 버블로 변환하는 것)은, 적어도, 비교적 짧은 기간 내에 액체로부터 빠져나가는 나노 버블의 상당량에 관련된 종래기술의 단점을 해결한다.

Claims (7)

  1. 하우징; 적어도 하나의 블레이드; 적어도 하나의 제1 자석; 및 적어도 하나의 제2 자석을 포함하는 나노 버블 발생기로서,
    상기 하우징은,
    매크로 버블이 함유된 액체를 수용하기 위한 입구;
    상기 입구의 하류에 작동 가능하게 배치된 제1 챔버;
    상기 제1 챔버의 하류에 작동 가능하게 배치된 제2 챔버; 및
    상기 제2 챔버의 하류에 작동 가능하게 배치된 출구를 형성하고
    상기 적어도 하나의 블레이드는, 상기 제1 챔버 내에 위치되며, 사용시, 이러한 매크로 버블을 마이크로 버블로 변환하기 위하여 액체에 함유된 마이크로 버블을 절단하며;
    상기 적어도 하나의 제1 자석은 상기 제2 챔버 내에 위치되며;
    상기 적어도 하나의 제2 자석은 상기 제2 챔버와 관련되고,
    (ⅰ) 적어도 하나의 제1 자석 및 적어도 하나의 제2 자석은, 적어도 하나의 제1 자석의 극성이 적어도 하나의 제2 자석의 극성에 반대가 되도록 배치되며, (ⅱ) 적어도 하나의 제1 자석은 적어도 하나의 제2 자석에 대해 이동 가능한 나노 버블 발생기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 챔버 내에 배치된 적어도 하나의 블레이드를 구비한 제1 챔버는 정적 혼합기를 포함하는 나노 버블 발생기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제1 자석은 회전 가능한 제1 디스크 상에 장착되는 나노 버블 발생기.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 하우징의 입구의 상류에 작동 가능하게 배치되며, 사용시, 하우징의 입구를 향하여 유동하는 액체 내로 매크로 버블을 도입하기 위한 벤츄리(venturi)를 더 포함하는 나노 버블 발생기.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 벤츄리는, 벤츄리 수축 영역에 또는 벤츄리 수축 영역 근처에 가스 입구를 포함하는 나노 버블 발생기.
  6. 청구항 5에 있어서,
    액체로 도입되는 가스만 벤츄리를 통하여 액체 내로 도입되도록, 상기 벤츄리만 가스 입구를 포함하는 나노 버블 발생기.
  7. 청구항 6에 따른 나노 버블 발생기를 사용하는 나노 버블 발생 방법으로서,
    액체 1,000ml 당 50㎛ 이상의 직경을 가지는 적어도 1,000,000 버블을 액체 내로 도입하는 벤츄리 단계;
    제1 챔버를 빠져나가는 액체 100ml 각각이 1㎛ 내지 50㎛ 사이의 직경을 가지는 적어도 10,000,000 버블을 포함하도록, 액체에 함유된 버블 크기를 감소시키는 정적 혼합기 단계; 및
    제2 챔버를 빠져나가는 액체 1ml 각각이 100nm 이하의 직경을 가지는 적어도 100,000,000 버블을 포함하도록, 액체에 함유된 버블 크기를 더 감소시키는, 반대 극성의 적어도 하나의 제1 자석 및 적어도 하나의 제2 자석 단계를 포함하는 나노 버블 발생 방법.
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