KR20200126528A - 나노버블발생시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 물과 공기가 혼합된 혼합수가 강제로 펌프되는 과정에서 나노버블수를 발생시키고 구조적 단순화와 소형화할 수 있도록;
전원을 공급받아 회전력을 발생시켜 물과 공기가 혼합된 혼합수를 펌프하여 혼합수를 강제로 이송시키는 중에 외부에 대하여 밀폐되어 물에 대한 기체의 용해압력을 형성하여 나노버블화하여 나노버블수를 발생시키도록 된 나노버블발생시스템에 있어서; 혼합수가 유입되는 유입구와 배출되는 배출구를 가지며 상기 유입구와 상기 배출구의 사이공간에 전원공급부의 전원을 제어수단의 제어를 통해 공급받아 회전력을 발생시켜 혼합수를 펌프하도록 된 임펠러가 배치되는 폄프실을 가지는 펌프와; 상기 펌프의 배출구를 통해 펌프되어 강제로 이송압력을 가지는 혼합수를 공급받도록 된 공급구와 외부로 토출하는 토출구를 가지며 상기 공급구와 상기 토출구의 사이공간에 외부에 대하여 밀폐되어 물에 대한 기체의 용해압력을 형성하도록 된 용해조와; 상기 펌프의 배출구와 상기 용해조의 공급구를 공간적으로 연결하며 길이와 내경을 가지는 '관(管;pipe)체'로 이루어지는 연결호스;를 포함하여 이루어지는 나노버블발생시스템을 제공한다.

Description

나노버블발생시스템{Nano-bubble generator system}

본 발명은, 직경이 나노 단위를 가지는 미세 기포인 나노버블을 발생시키는 나노버블발생시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 물과 공기가 혼합된 혼합수가 강제로 펌프되는 과정에서 함유된 기체를 나노화하여 나노버블수를 발생시키도록 됨은 물론, 특히 구조적 단순화와 소형화를 통해 소형의 나노버블설비 또는 장치에 적용할 수 있도록 된 나노버블발생시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 나노버블은, 눈으로 확인할 수 없는 초 미세 기포로써, 일반 버블의 1/2,000 크기로 피부의 모공 25㎛ 이하의 미세한 공기 입자이며, 소멸할 때 1) 40KHz의 초음파 발생시키고, 2) 140db의 높은 음압을 발생시키며, 3) 4,000도~6,000도의 순간적인 고열 발생된다.

즉, 일반기포는 물속에서 상승해 표면에서 파열하지만 나노버블은 수중에서 압력에 의해 축소되며 다양한 에너지를 발생시키며 소멸한다.

이러한 나노버블은 초 극미한 거품으로 물과 공기를 격렬하게 회전시키는 경우 주로 발생한다.

이와 같은 나노버블은 "기체 용해 효과, 자기가압효과, 대전효과" 등의 물리적, 화학적 특성에 의해 다양한 영역에서 활용되고 있으며, 근자에 이르러 특히 어업, 농업 분야에서는 각종 양식, 수경재배에 이용되고, 의료 분야에서는 정밀진단에 이용되며, 각종 분야에서 물리치료, 고순도 정수 처리, 환경장치 등에 사용되고 있는 실정이다.

즉, 그 사용분야가 온천욕부터 암진단까지 광범위하며 피부도 재생해주는데다가 살균효과도 뛰어나다고 알려져 있다.

상기와 같은 나노 버블은 선회액체류식, 스테이트믹서식, 아젝터식, 밴추리식, 가압용해식, 초음파식, 전기분해식, 미세기공필터식 등 다양한 방식으로 생성된다.

이와 같은 다양한 방식의 나노버블발생설비 또는 장치를 통해 나노버블을 발생시키기 위해서는 기체가 혼합된 액체(공급수)를 공급받아 기체를 미세기포로 전환시켜 나노 버블을 생성하게 된다.

상기에서 공급수가 미세기포로 전환되는 과정은 기포가 함유된 공급수(물과 공기가 혼합된)가 미세관로가 구비된 발생수단의 미세관로를 통과하는 중에 분리 및 압축되는 과정을 통해 이루어진다.

상기한 바와 같이 나노버블을 발생하는 나노버블발생장치들 중 하나로, 한국특허등록번호 제10-1146040호(명칭: 나노버블 발생장치)가 있으며, 상기 나노버블 발생장치는, 공보에 기재된 바와 같이, 물이 유입되는 물유입구 및 공기가 유입되는 공기유입구와 토출되는 토출구가 구비된 버블생성실과, 상기 버블생성실의 물유입구 및 공기유입구와 토출구의 사이에 마련되며 모터의 축에 끼워져 회전되고 물유입구와 공기유입구를 통해 유입된 물이 유도되는 다수의 유도공이 구비된 회전디스크와, 상기 회전디스크의 물과 공기의 이동방향에 밀착되도록 마련되며 유도공을 통해 유도된 물과 공기를 외 측 방향으로 분기시킴과 동시에 상기 회전디스크의 회전에 따라 물과 공기를 교반하도록 회전디스크방향으로 돌출형성된 다수의 교반편들이 구비된 고정디스크로 이루어져 있다.

이에 따라, 물과 공기가 상기 교반편들과 마찰되면서 교반됨은 물론 교반편들의 사이를 지그잭으로 통과하면서 마찰되기 때문에, 으깨어지듯이 물과 공기를 강하게 교반함과 동시에 압착하도록 되어 있다.

이러한 충격 방식의 미세기포 발생장치는 5 내지 20 bar의 높은 압력이 필요할 뿐만 아니라, 유량손실이 크고, 다수의 노즐 및 부피가 큰 혼합탱크가 요구됨으로써, 장치의 구조와 설비가 복잡해지는 단점이 있었다.

한편, 선회액체류방식의 미세기포발생장치는, 상기 충격식노즐방식과 같이, 물과 공기가 혼합된 혼합수를 와선형으로 공간을 통해 이송하는 과정에서 유입되는 이송압력을 통해 나노버블을 발생시키도록 된 것으로, 와선형 관로를 형성하여 혼합수가 와류를 형성하면서 이송되는 중에 발생된 와류압에 의해 나노버블이 발생하도록 되어 있다.

그러나, 이러한 선회액체류방식의 미세기포 발생장치는, 단일노즐을 통해서는, 미세기포를 발생시키지 못하며 높은 압력이 필요할 뿐만 아니라 부피가 큰 혼합탱크가 요구되는 문제점이 있었다.

한국특허등록번호 제10-1146040호

본 발명은 상기와 같은 종래의 미세기포 발생장치의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 물과 공기가 혼합된 혼합수가 강제로 펌프되는 과정에서 함유된 기체를 나노화하여 나노버블수를 발생시키도록 됨은 물론, 특히 구조적 단순화와 소형화를 통해 소형의 나노버블설비 또는 장치에 적용할 수 있도록 된 나노버블발생시스템을 제공하는 것에 있다.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 나노버블발생시스템은, 전원을 공급받아 회전력을 발생시켜 물과 공기가 혼합된 혼합수를 펌프하여 혼합수를 강제로 이송시키는 중에 외부에 대하여 밀폐되어 물에 대한 기체의 용해압력을 형성하여 나노버블화하여 나노버블수를 발생시키도록 된 나노버블발생시스템에 있어서; 혼합수가 유입되는 유입구와 배출되는 배출구를 가지며 상기 유입구와 상기 배출구의 사이공간에 전원공급부의 전원을 제어수단의 제어를 통해 공급받아 회전력을 발생시켜 혼합수를 펌프하도록 된 임펠러가 배치되는 폄프실을 가지는 펌프와; 상기 펌프의 배출구를 통해 펌프되어 강제로 이송압력을 가지는 혼합수를 공급받도록 된 공급구와 외부로 토출하는 토출구를 가지며 상기 공급구와 상기 토출구의 사이공간에 외부에 대하여 밀폐되어 물에 대한 기체의 용해압력을 형성하도록 된 용해조와; 상기 펌프의 배출구와 상기 용해조의 공급구를 공간적으로 연결하며 길이와 내경을 가지는 '관(管;pipe)체'로 이루어지는 연결호스;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 나노버블발생시스템은, 펌프를 통해 전원공급부의 전원을 제어수단을 통해 공급받아 물과 공기가 혼합된 혼합수를 강제로 형성된 이송압력을 통해 이동되는 과정에서 용해조의 내부에 형성된 용해압력을 통해 함유된 기체를 나노화하여 나노버블수를 발생시키는 효과를 가진다.

아울러, 구조적 단순화와 소형화를 통해 소형의 나노버블설비 또는 장치에 적용할 수 있는 효과를 가진다.

도 1은, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 나노버블발생시스템을 보인 개략 예시도.
도 2는, 본 실시 예에 의한 나노버블발생시스템을 구성하는 펌프를 보인 개략 예시도.
도 3은, 본 실시 예에 의한 나노버블발생시스템을 구성하는 용해조를 보인 개략 예시도.
도 4는, 본 실시 예에 의한 나노버블발생시스템을 구성하는 용해조의 다른 예를 보인 개략 예시도.
도 5는, 본 실시 예에 의한 나노버블발생시스템을 구성하는 용해조의 또 다른 예를 보인 개략 예시도.
도 6은, 본 실시 예에 의한 나노버블발생시스템을 구성하는 공기공급수단을 일부 발췌 보인 개략 예시도.
도 7은, 본 실시 예에 의한 나노버블발생시스템의 사용상태를 보인 개략 예시도.
도 8은, 본 실시 예에 의한 나노버블발생시스템의 제어상태를 보인 개략 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 의한 나노버블발생시스템을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1 내지 도 7은, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 나노버블발생시스템(1)을 보인 도면으로, 본 실시 예에 의한 나노버블발생시스템(1)은, 전원을 공급받아 회전력을 발생시켜 물과 공기가 혼합된 혼합수를 펌프하여 혼합수를 강제로 이송시키는 중에 외부에 대하여 밀폐되어 물에 대한 기체의 용해압력을 형성함으로서 혼합수를 나노버블화하여 나노버블수를 발생시키도록 된 것으로, 구조적 단순화와 소형화를 통해 소형의 나노버블설비 또는 장치에 적용할 수 있어, 특히, 가정용 나노버블발생장치에 적합하게 적용하도록 된 것이다.

이러한 본 실시 예에 의한 나노버블발생시스템(1)은, 혼합수가 유입되는 유입구(21)와 배출되는 배출구(22)를 가지며 상기 유입구(21)와 상기 배출구(22)의 사이공간에 전원공급부(3)의 전원을 제어수단(4)의 제어를 통해 공급받아 회전력을 발생시켜 혼합수를 펌프하도록 된 임펠러(23)가 배치되는 폄프실(24)을 가지는 펌프(2)와; 상기 펌프(2)의 배출구(22)를 통해 펌프되어 강제로 이송압력을 가지는 혼합수를 공급받도록 된 공급구(51)와 외부로 토출하는 토출구(52)를 가지며 상기 공급구(51)와 상기 토출구(52)의 사이공간에 외부에 대하여 밀폐되어 물에 대한 기체의 용해압력을 형성하도록 된 용해조(5)와; 상기 펌프(2)의 배출구(22)와 상기 용해조(5)의 공급구(51)를 공간적으로 연결하며 길이와 내경을 가지는 '관(管;pipe)체'로 이루어지는 연결호스(6);를 포함하여 이루어진다.

즉, 상기 펌프(2)를 통해 상기 전원공급부(3)의 전원을 상기 제어수단(4)의 제어를 통해 공급받아 물과 공기가 혼합된 혼합수에 대하여 강제로 이송압력을 형성하게 된다.

아울러, 혼합수가 상기 펌프(2)에 의해 강제로 형성된 이송압력을 통해 상기 연결호스(6)와 상기 용해조(5)를 통해 이동되는 과정에서 상기 용해조(5)의 내부에 형성된 용해압력을 통해 함유된 기체가 용해되어 나노화되어 나노버블수를 발생시키켜 상기 토출구(52)를 통해 미도시된 사용처로 공급된다.

이와 더불어, 구조적 단순화와 소형화가 가능하여 소형의 나노버블설비 또는 장치에 적용할 수 있어, 특히 가정용 나노버블발생장치에 적합하게 적용하게 된다.

이와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 나노버블발생시스템(1)에서, 상기 펌프(2)에서 상기 유입구(21)에는, 외부에서 공기를 공급하도록 된 공기공급수단(7)이 구비될 수 있다.

즉, 외부에서 상기 유입구(21)를 통해 물이 공급됨은 물론, 상기 공기공급수단(7)을 통해 외부의 공기가 공급되어 혼합되어 상기 펌프실(24)로 물과 공기가 혼합된 혼합수가 공급된다.

상기에서 공기공급수단(7)은, 상기 유입구(21)에 관접속되어 구비되며 외부에서 물이 유입되어 상기 유입구(21)로 공급하도록 된 '관(管;pipe)체'로 이루어지는 유입관(8)에 관접속되는 공급관(71)과; 상기 공급관(71)에 공간적으로 연결되는 일방향체크밸브(72)와; 상기 공급관(71)에 공간적으로 연결되어 상기 일방향체크밸브(72)측 방향으로 공기를 공급하도록 되며 공급되는 공기량을 선택적으로 조절하도록 된 조절밸브(73);를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

즉, 상기 조절밸브(73)를 통해 공급량이 조절된 공기를 공급하여 상기 일방향체크밸브(72)를 경유하여 상기 공급관(71)을 통해 상기 유입관(8)으로 공기를 공급하여 혼합수를 형성하게 된다.

이때, 상기 일방향체크밸브(72)를 통해 혼합수가 상기 공급관(71)을 통해 외부로 역류되는 것을 방지하여 안정성을 구현하게 된다.

상기에서 조절밸브(73)는, 상기 제어수단(4)과 전기적으로 연결되어 상기 제어수단(4)에 의해 공급되는 제어된 전원을 통해 경유하는 공기의 공기량을 선택적으로 조절하도록 된 '전자밸브'로 이루어질 수 있다.

상기와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 나노버블발생시스템(1)에서, 상기 용해조(5)는, 내부에 혼합수에 대하여 용해압력을 형성하도록 된 용해공간(A)을 가지며 바닥면에 상기 공급구(51)가 상기 용해공간(A)과 공간적으로 연결되게 형성되며 외주면의 일위치에 상기 토출구(52)가 상기 용해공간(A)과 공간적으로 연결되게 형성되고 상부가 개구된 용해통(53)과; 상기 용해통(53)의 상부의 개구를 폐쇄하도록 결속되는 덮개(54);를 포함하여 이루어지며; 상기 용해통(53)과 상기 덮개(54)의 결속공간에는, 외부에 대하여 공간적으로 밀폐하도록 된 밀폐링(55)이 구비되는 것이 바람직하다.

즉, 상기 용해공간(A)이 외부에 대햐여 밀폐되어 용해압력을 형성함에 따라, 공급되는 혼합수에 함유된 기체가 용해압력을 통해 되어 나노버블수를 형성하게 된다.

이와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 나노버블발생시스템(1)에서, 상기 용해조(5)는, 다수개가 혼합수가 이송되는 경로가 직렬로 형성되도록 연결되어, 혼합수가 상기 펌프(2)의 이송압력을 통해 상기 용해조(5)들을 각각 경유하면서 용해되어, 나노버블발생효율을 증대시키도록 되는 것이 바람직하다.

한편, 상기 용해조(5)의 용해공간(A)에는, 공급되는 혼합수의 압력(수압/공기압)에 따라 상기 용해공간(A)을 신축하여 용해압력을 안정적으로 유지하도록 된 신축압력형성수단(9)이 구비될 수 있다.

상기 신축압력형성수단(9)은, 상기 덮개(54)와 상기 용해통(53)의 결속부위에 끼움결속되며 자체탄성력을 가지는 재질로 이루어지는 '신축패드'로 이루어져; 공급되는 혼합수의 압력(수압/공기압)에 따라 상기 용해공간(A)의 내부에서 신축하도록 되어 용해압력을 안정적으로 유지하도록 될 수 있다.

상기에서 용해조(5)의 용해공간(A)에는, 상기 공급구(51)를 통해 공급되는 혼합수를 내부로 공급받아 외측으로 방출함과 동시에 함유된 기체를 분쇄하도록 다수의 기공이 형성된 '관(管;pipe)체'로 이루어지는 기체분쇄관(F)이 구비될 수 있다.

즉, 상기 공급구를 통해 공급되는 상기 혼합수가 상기 토출구로 이동되는 중에 상기 기체분쇄관의 내외를 경유하면서 다수의 기공을 통해 분쇄되어 나노버블형성효율이 극대화된다.

상기와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 나노버블발생시스템(1)의 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 실시 예에 의한 나노버블발생시스템(1)은, 상기 제어수단(4)을 통해 상기 전원공급부(3)의 전원을 선택적으로 제어하여 상기 펌프(2)를 구동하여 외부에서 공급되는 물에 대하여 강제적으로 이동압력을 형성함으로써, 상기 유입구(21)에서 상기 토출구(52)로 물이 이동되면서 나노버블화되어 나노버블수를 형성하게 된다.

상기에서 유입구(21)로 공급되는 물이 상기 펌프(2)의 펌프실(24)로 이송되는 중에 상기 물의 이동압력에 의해 상기 공기공급수단(7)에 대하여 외부의 공기를 상기 유입구(21)로 흡입하는 공기흡압압력을 형성하여 외부의 공기가 공급된다.

이때, 상기 조절밸브(73)를 통해 물에 혼합되는 공기의 양을 선택적으로 조절하여 혼합수를 형성하게 된다.

이와 같이 상기 펌프실(24)로 공급된 혼합수가 강제로 형성된 이동압력을 통해 상기 연결호스(6)를 경유하여 상기 용해조(5)로 수용된 후, 상기 토출구(52)를 통해 사용처로 공급된다.

이때, 상기 용해조(5)에 형성된 용해압력에 의해 혼합수에 함유된 기체가 물에 용해되어 나노버블화되어 나노버블수가 형성되어 사용처로 공급된다.

아와 같이 본 실시 예에 의한 나노버블발생시스템(1)은, 혼합수를 강제로 형성된 이송압력을 통해 이동되는 과정에서 용해압력을 통해 기체를 나노화하여 나노버블수를 발생시키도록 구성된 것을 구조적 특징으로 한다.

이상에서 설명된 본 발명의 일 실시 예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

1 : 나노버블발생시스템 2 : 펌프
21 : 유입구 22 : 배출구
23 : 임펠러 24 : 펌프실
3 : 전원공급부 4 : 제어수단
5 : 용해조 51 : 공급구
52 : 토출구 53 : 용해통
54 : 덮개 55 : 밀폐링
6 : 연결호스 7 : 공기공급수단
71 : 공급관 72 : 일방향체크밸브
73 : 조절밸브 8 : 유입관
9 : 신축압력형성수단 A : 용해공간
F : 기체분쇄관

Claims (1)

1. 전원을 공급받아 회전력을 발생시켜 물과 공기가 혼합된 혼합수를 펌프하여 혼합수를 강제로 이송시키는 중에 외부에 대하여 밀폐되어 물에 대한 기체의 용해압력을 형성하여 나노버블화하여 나노버블수를 발생시키도록 된 나노버블발생시스템에 있어서;
   혼합수가 유입되는 유입구와 배출되는 배출구를 가지며 상기 유입구와 상기 배출구의 사이공간에 전원공급부의 전원을 제어수단의 제어를 통해 공급받아 회전력을 발생시켜 혼합수를 펌프하도록 된 임펠러가 배치되는 폄프실을 가지는 펌프와;
   상기 펌프를 통해 펌프되어 강제로 이송압력을 가지는 혼합수를 공급받도록 된 공급구와 외부로 토출하는 토출구를 가지며 상기 공급구와 상기 토출구의 사이공간에 외부에 대하여 밀폐되어 물에 대한 기체의 용해압력을 형성하도록 된 용해조와;
   상기 펌프의 배출구와 상기 용해조의 공급구를 공간적으로 연결하며 길이와 내경을 가지는 '관(管;pipe)체'로 이루어지는 연결호스;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 나노버블발생시스템.

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