KR20200142627A - 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치 및 생성방법 - Google Patents

멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치 및 생성방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치 및 생성방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유체가 수용되는 챔버; 상기 챔버에 수용된 유체 내로 기체를 공급하는 기체공급라인; 상기 챔버 내부에 설치되며, 상기 기체공급라인을 통해 공급되는 기체가 내부로 유입되어 외부로 기포를 생성시키는 미세버블방출유닛; 및 상기 미세버블방출유닛을 통해 생성되는 기포 측으로 초음파를 인가하여 미세버블 형태로 방출시키도록 하는 초음파인가부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치에 관한 것이다.

Description

멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치 및 생성방법{Apparatus and method for generating nano or micro bubble using porous membrane and ultrasonic transducer}
본 발명은 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치 및 생성방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 노나사이즈의 다공(porous)를 가지는 멤브레인과 초음파 인가부를 가지는 미세버블(microbubble) 또는 초미세버블(nanobubble)을 생성하기 위한 장치 및 방법에 대한 것이다.
버블은 액체에 존재하는 기체의 주머니, 즉 기포를 뜻한다. 미세버블은 이들 중에서 일반 기포보다 훨씬 작으며, 그 크기를 나노미터로 표기해야 할 정도로 아주 작은 크기의 기포를 의미한다.
미세버블은 다음의 세가지 측면에서 통상의 기포와는 다른 특성을 가지고 있다.
첫째, 액체 속에 있는 크기 또는 직경이 수 밀리미터 이상인 일반적인 기포는 생성과 동시에 위로 떠 올라 액체의 표면에서 터지게 된다. 기포가 위로 떠 오르는 이유는 기포의 부력이 액체의 저항력보다 더 크기 때문이다.
반면, 미세버블은 액체 속에 장시간 머무른다. 그 이유는 미세버블의 부력이 매우 작아서 액체의 저항력을 이기지 못하기 때문이다.
둘째, 미세버블이 장시간 액체에 머무를 경우 미세버블 내부의 기체가 그 표면을 통해 액체 속으로 서서히 용해 되면서 점차 그 크기가 더욱 작아진다. 더욱이 미세버블 내부에 있는 기체의 액체에 대한 용해도가 클 경우 버블 자체가 완전히 용해되어 소멸되기도 한다.
셋째, 버블의 크기가 작으면 작을수록 부피에 대한 표면적의 비율이 커지므로 미세버블의 포집효과를 이용할 수 있는 수질정화 분야와 같이 미세버블의 표면 특성을 활용한 응용분야의 효율이 높아진다.
미세버블의 이러한 세 가지 특징은 나노버블의 다양한 활용을 가능하게 한다.
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 있는 길을 열고 있고, 세탁처리의 경우, 세탁액과 헹굼수가 고농도의 용존산소가 함유된 산소활성수로 되게 하여 강력한 세정기능, 살균 기능을 가지고서 세정도의 향상 및 세정시간의 단축을 획기적으로 수행하게 한다. 이 외에도 살균, 세정, 정화 등이 필요한 다양한 분야에서 이용될 수 있다.
종래의 미세버블 생성장치로서, 공개특허 10-2015-0040134호 '미세버블 생성장치', 등록특허 10-1036227호 '미세 기포발생장치' 등이 있다. 이 특허들은 미세버블을 생성하기 위한 구조가 복잡하게 설계되어, 장치의 제조가 어렵고 제조비용이 상승하는 문제가 있다.
또한, 종래 다공성 플레이트, 다공성 관체 등을 통해 버블을 생성하는 기술에 대해 등록특허 제1795907호, 제1505917호 등에 기재되어 있다.
도 1은 종래 다수의 미세다공이 형성된 멤브레인을 통해 버블이 생성되는 과정을 나타낸 단면도를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 멤브레인에 기체를 공급할 때, 물의 표면장력에 의해 멤브레인 표면에서 성장한 버블은 다공의 사이즈의 5 ~ 10배 정도 성장하여 탈착하게 됨을 알 수 있다. 따라서 멤브레인의 다공사이즈를 나노 사이즈로 설계하더라도 나노 사이즈의 미세버블을 생성할 수 없는 문제가 존재한다.
대한민국 공개특허 제2015-0040134호 대한민국 등록특허 제1036227호 대한민국 등록특허 제1795907호, 대한민국 등록특허 제1505917호
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 초음파 인가부를 적용하여, 멤브레인 표면에서 기포의 성장이 진행되기 전에 기포를 탈착시켜 미세버블을 생성할 수 있는, 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치 및 생성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 미세버블 생성은 기체 공급에 의해 멤브레인 표면에 기포가 형성하게 되고, 이때 인가된 초음파에 의해 기포는 수축과 팽창을 반복 하게 되며, 지속적인 초음파 파장에 노출된 기포에 전단력이 가해지고 이로 인해 기포는 멤브레인 표면으로부터 탈착되어 미세기포를 형성하게 되는, 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치 및 생성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 다수의 초음파 인가부 설치하여, 선택적 기체공급을 통한 나노버블 기체를 다양화할 수 있으며, 멤브레인 다공 사이즈(porous size)를 조절하여 다양한 사이즈의 나노버블 생성이 가능하기 때문에 폭넓은 응용예, 적용예가 가능한, 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치 및 생성방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 제1목적은, 미세버블 생성장치에 있어서, 유체가 수용되는 챔버;상기 챔버에 수용된 유체 내로 기체를 공급하는 기체공급라인; 상기 챔버 내부에 설치되며, 상기 기체공급라인을 통해 공급되는 기체가 내부로 유입되어 외부로 기포를 생성시키는 미세버블방출유닛; 및 상기 미세버블방출유닛을 통해 생성되는 기포 측으로 초음파를 인가하여 미세버블 형태로 방출시키도록 하는 초음파인가부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 초음파인가부는 상기 미세버블방출유닛이 설치된 챔버의 일측면 또는 타측면에 설치되며, 상기 미세버블의 방출방향과 교차되는 방향으로 초음파를 인가시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 미세버블방출유닛은 내부공간을 가지며 외면에 미세한 다공이 형성된 멤브레인유닛으로 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 초음파인가부는 상기 멤브레인유닛의 평면방향과 평행한 방향으로 초음파를 인가시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 멤브레인 유닛은 원형 단면을 가지며, 상기 초음파인가부는 복수로 상기 멤브레인 유닛의 외면에 근접하게 서로 원주방향으로 이격된 방사형태로 위치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 멤브레인 유닛은 원형 단면을 가지며, 상기 초음파인가부는 상기 멤브레인 유닛의 외면에 근접하게 감싸도록 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 멤브레인 유닛은 사각형 단면을 가지며, 상기 초음파인가부는 복수로 상기 멤브레인 유닛의 외면에 근접하게 방사형태로 위치되는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 멤브레인 유닛은 사각형 단면을 가지며, 상기 초음파인가부는 상기 멤브레인 유닛의 외면에 근접하게 감싸도록 사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 미세버블 방출유닛을 상기 챔버에 탈부착시키는 탈부착부재를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 초음파인가부를 상기 챔버에 탈부착시키는 탈부착수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 초음파인가부와 상기 챔버 사이에 구비되어, 상기 초음파인가부에서 생성되어 상기 챔버에 전달되는 진동을 흡수하는 진동흡수부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 기체공급라인 일측에 구비되어 공급되는 기체의 압력을 측정하는 압력센서와, 상기 기체공급라인에서 상기 미세버블방출유닛으로 공급되는 기체의 유량을 조절하는 조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 초음파인가부를 통해 인가되는 초음파의 출력을 조절하는 출력조절부와, 상기 압력센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 조절밸브를 제어하여 상기 미세버블방출유닛으로 공급되는 기체의 유량을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은, 미세버블 생성방법에 있어서, 기체공급라인을 통해 챔버 내에 설치된 미세버블방출유닛 내부로 기체가 공급되는 제1단계; 상기 미세버블방출유닛의 외면을 구성하며 미세 다공이 형성된 멤브레인유닛을 통해 외부로 기포가 생성되는 제2단계; 및 상기 기포가 생성되는 방향과 교차되는 방향으로 초음파인가부를 통해 초음파를 인가하여 상기 기포에 전단력을 가하여 상기 멤브레인유닛 표면으로부터 미세버블이 탈착되는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성방법으로서 달성될 수 있다.
그리고 상기 초음파인가부는 상기 미세버블방출유닛이 설치된 챔버의 일측면 또는 타측면에 설치되며, 상기 제3단계에서, 상기 멤브레인유닛의 평면방향과 평행한 방향으로 초음파를 인가시키는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 제1단계에서, 제어부가 기체공급라인 일측에 구비된 압력센서에서 측정된 기체의 압력값을 기반으로 조절밸브를 제어하여 미세버블방출유닛으로 공급되는 기체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
그리고 상기 제3단계에서, 제어부가 복수의 초음파인가부를 선택적으로 구동하도록 제어하며, 출력조절부를 제어하여 상기 초음파인가부를 통해 인가되는 초음파의 출력을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치 및 생성방법에 따르면, 초음파 인가부를 적용하여, 멤브레인 표면에서 기포의 성장이 진행되기 전에 기포를 탈착시켜 미세버블을 생성할 수 있는 효과를 갖는다.
본 발명의 실시예에 따른 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치 및 생성방법에 따르면, 미세버블 생성은 기체 공급에 의해 멤브레인 표면에 기포가 형성하게 되고, 이때 인가된 초음파에 의해 기포는 수축과 팽창을 반복 하게 되며, 지속적인 초음파 파장에 노출된 기포에 전단력이 가해지고 이로 인해 기포는 멤브레인 표면으로부터 탈착되어 미세기포를 형성하게 되는 효과를 갖는다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치 및 생성방법에 따르면, 다수의 초음파 인가부 설치하여, 선택적 기체공급을 통한 나노버블 기체를 다양화할 수 있으며, 멤브레인 다공 사이즈(porous size)를 조절하여 다양한 사이즈의 나노버블 생성이 가능하기 때문에 폭넓은 응용예, 적용예가 가능한 장점이 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 일실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 종래 다수의 미세다공이 형성된 멤브레인을 통해 버블이 생성되는 과정을 나타낸 단면도,
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치의 단면도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치의 단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 미세버블이 생성되는 과정을 나타낸 단면도,
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 원형단면의 멤브레인 유닛과 주변에 4개의 초음파 인가부를 갖는 미세버블 생성장치의 단면도,
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 원형단면의 멤브레인 유닛과 주변에 8개의 초음파 인가부를 갖는 미세버블 생성장치의 단면도,
도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 원형단면의 멤브레인 유닛과 주변에 4개의 환형 단면을 갖는 초음파 인가부를 갖는 미세버블 생성장치의 단면도,
도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 원형단면의 멤브레인 유닛과 원형단면의 초음파 인가부를 갖는 미세버블 생성장치의 단면도,
도 5e는 본 발명의 실시예에 따른 사각 단면의 멤브레인 유닛과 주변에 4개의 초음파 인가부를 갖는 미세버블 생성장치의 단면도,
도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 사각 단면의 멤브레인 유닛과 사각 단면의 초음파 인가부를 갖는 미세버블 생성장치의 단면도,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 탈부착부재와 탈부착 수단을 갖는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치의 단면도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치의 단면도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제어부의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치(100)의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치(100)에 따르면, 초음파인가부(40)를 적용하여, 멤브레인 표면에서 기포의 성장이 진행되기 전에 기포를 탈착시켜 미세버블을 생성할 수 있게 된다.
그리고 미세버블 생성은 기체 공급에 의해 멤브레인 표면에 기포가 형성하게 되고, 이때 인가된 초음파에 의해 기포는 수축과 팽창을 반복 하게 되며, 지속적인 초음파 파장에 노출된 기포에 전단력이 가해지고 이로 인해 기포는 멤브레인 표면으로부터 탈착되어 미세기포를 형성하게 된다.
또한, 다수의 초음파인가부(40) 설치하여, 선택적 기체공급을 통한 나노버블 기체를 다양화할 수 있으며, 멤브레인 다공(31) 사이즈(porous size)를 조절하여 다양한 사이즈의 나노버블 생성이 가능하기 때문에 폭넓은 응용예, 적용예가 가능하다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 본 발명의 제1실시예에 따른 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치(100)는 도 2에 도시된 바와 같이 전제적으로, 유체가 수용되는 챔버(10)와, 챔버(10)에 수용된 유체 내로 기체를 공급하는 기체공급라인(20)과, 챔버(10) 내부에 설치되며, 기체공급라인(20)을 통해 공급되는 기체가 내부로 유입되어 외부로 기포를 생성시키는 미세버블방출유닛과, 미세버블방출유닛을 통해 생성되는 기포 측으로 초음파를 인가하여 미세버블 형태로 방출시키도록 하는 초음파인가부(40) 등을 포함하여 구성될 수 있음을 알 수 있다.
챔버(10) 내에 수용되는 유체는 구체적 실시예에서 물(1)일 수 있으며, 초음파인가부(40)는 압전소자 등과 같은 진동자로 구성될 수 있으며, 초음파를 가진, 인가시킬 수 있는 것이라면 그 구체적인 구성은 한정되지 않는다.
도 2에 도시된 바와 같이, 초음파인가부(40)는 미세버블방출유닛이 설치된 챔버(10)의 측면에 복수로 설치되어 질 수 있음을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 초음파인가부(40)는 미세버블방출유닛이 설치된 챔버(10)의 측면과 대향되는 타측면에 복수로 설치되어 질 수도 있음을 알 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 미세버블방출유닛은 내부공간을 가지며 외면에 미세한 다공(31)이 형성된 멤브레인유닛(30)으로 구성된다.
초음파인가부(40)는, 미세버블의 방출방향과 교차되는 방향으로 초음파를 가진시키게 된다. 바람직하게는 멤브레인유닛(30)의 평면방향과 평행한 방향으로 초음파를 인가시키게 된다. 즉, 멤브레인 유닛(30) 표면에서 생성되는 기포에 전단력이 가해지는 방향으로 초음파가 인가되도록 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 미세버블이 생성되는 과정을 나타낸 단면도를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 미세버블 생성은 기체 공급에 의해 멤브레인 유닛(30) 표면에 기포가 형성하게 되고, 이때 인가된 초음파에 의해 기포는 수축과 팽창을 반복하게 되며, 지속적인 초음파 파장에 노출된 기포에 전단력이 가해지고 이로 인해 기포는 멤브레인 유닛(30) 표면으로부터 탈착되어 미세기포를 형성하게 된다.
초음파인가부(40)가 멤브레인 유닛(30)의 표면에 근접하게 다수 설치되어 초음파를 멤브레인 유닛(30)의 평면방향과 평행하게 가진시키게 위해, 멤브레인 유닛(30)과 초음파인가부(40)는 다양한 형태로 구성될 수 있다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 원형단면의 멤브레인 유닛(30)과 주변에 4개의 초음파인가부(40)를 갖는 미세버블 생성장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 원형단면의 멤브레인 유닛(30)과 주변에 8개의 초음파인가부(40)를 갖는 미세버블 생성장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 멤브레인 유닛(30)은 원형단면을 갖도록 구성될 수 있고, 이러한 멤브레인 유닛(30)과 소정간격 이격되어 복수의 초음파인가부가 방사형으로 복수가 설치될 수 있다.
제어부(55)는 복수의 초음파인가부(40)를 선택적으로 구동하여 다양한 사이즈의 미세버블을 생성시킬 수 있다.
도 5c는 본 발명의 실시예에 따른 원형단면의 멤브레인 유닛(30)과 주변에 4개의 환형 단면을 갖는 초음파인가부(40)를 갖는 미세버블 생성장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 5d는 본 발명의 실시예에 따른 원형단면의 멤브레인 유닛(30)과 원형단면의 초음파인가부(40)를 갖는 미세버블 생성장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 환형단면을 갖는 초음파인가부(40)를 방사형으로 복수로 배치하거나 도 5d에 도시된 바와 같이, 원형 단면의 초음파인가부(40)를 설치하여, 멤브레인 유닛(30)의 평면방향과 더욱 평행하게 초음파를 인가하여 기포에 전단력이 가해질 수 있도록 구성될 수 있음을 알 수 있다.
도 5e는 본 발명의 실시예에 따른 사각 단면의 멤브레인 유닛(30)과 주변에 4개의 초음파인가부(40)를 갖는 미세버블 생성장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 그리고 도 5f는 본 발명의 실시예에 따른 사각 단면의 멤브레인 유닛(30)과 사각 단면의 초음파인가부(40)를 갖는 미세버블 생성장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 5e에 도시된 바와 같이, 멤브레인 유닛(30)은 사각형 단면을 가질 수 있으며, 초음파인가부(40)는 복수로 멤브레인 유닛(30)의 외면에 근접하게 설치될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 도 5f에 도시된 바와 같이, 멤브레인 유닛(30)의 전단측 외곽을 둘러싸도록 사각형 단면의 초음파인가부(40)를 설치하여, 멤브레인 유닛(30)의 평면방향과 더욱 평행하게 초음파를 인가하여 기포에 전단력이 가해질 수 있도록 구성될 수 있음을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 탈부착부재(32)와 탈부착수단(41)을 갖는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 탈부착수단(41)을 구비하여, 초음파인가부(40)를 챔버(10)에 탈부착, 조립이 가능하도록 구성될 수 있다. 따라서 다양한 출력과 형태를 갖는 초음파인가부(40)를 설계하여 교체 설치할 수 있도록 구성된다. 또한, 탈부착부재(32)를 통해 멤브레인 유닛(30) 역시 챔버(10)에서 탈부착 가능하도록 구성될 수 있다. 따라서 각각 다양한 다공(31) 사이즈를 갖는 멤브레인 유닛(30)을 교체, 변경, 조절하여 다양한 사이즈의 미세버블을 생성할 수 있다.
또한, 초음파인가부(40)와 챔버(10) 사이에 댐퍼 등으로 구성된 진동흡수부(42)를 구비하여, 초음파인가부(40)에 의한 진동이 멤브레인 유닛(30) 측으로 전달되지 않도록 구성된다. 즉, 본 발명의 실시예에서 인가되는 초음파는 멤브레인 유닛(30)에 진동을 가하지 않고 오직, 멤브레인 유닛(30) 표면에 생성되는 기포에 전단력을 인가해 주기 위해 구성된다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 일체형 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치(100)의 단면도를 도시한 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서는 멤브레인 유닛(30)과 챔버(10) 사이에 연결판(33)을 구비하여, 이러한 연결판(33)의 외각측에 다수의 초음파인가부(40)를 설치하여 멤브레인 유닛(30)과 초음파인가부(40)를 일체형으로 구성할 수 있음을 알 수 있다. 이때, 초음파인가부(40)와 연결판(33) 사이에 댐퍼 등으로 구성된 진동흡수부를 설치하여 초음파인가부(40)에 따른 진동이 멤브레인 유닛(30)에 전달되지 않도록 구성됨이 바람직하다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제어부(55)의 신호흐름을 나타낸 블록도를 도시한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 미세버블 생성장치(100)는, 기체공급라인(20) 일측에 압력센서(21)를 구비하여 공급되는 기체의 압력을 실시간으로 측정하도록 구성될 수 있다. 또한, 기체공급라인(20)에 구비되는 조절밸브(22)를 통해 멤브레인 유닛(30) 내부로 공급되는 기체의 유량을 조절할 수 있다. 그리고 출력조절부(43)를 통해 초음파인가부(40)를 통해 인가되는 초음파의 출력을 조절할 수 있도록 구성될 수 있다.
따라서 도 8에 도시된 바와 같이, 제어부(55)는 복수의 초음파인가부(40)를 선택적으로 구동하도록 제어할 수 있으며, 압력센서(21)에서 측정된 값을 기반으로 조절밸브(22)를 제어하여 멤브레인 유닛(30) 내부로 공급되는 기체의 유량을 조절할 수 있고, 또한, 출력조절부(43)를 제어하여 초음파인가부(40)를 통해 인가되는 초음파의 출력을 조절하여, 다양한 사이즈의 미세버블을 생성하도록 제어할 수 있다.
또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
1:물
10:챔버
20:기체공급라인
21:압력센서
22:조절밸브
30:멤브레인 유닛
31:다공
32:탈부착부재
33:연결판
40:초음파인가부
41:탈부착수단
42:진동흡수부
43:출력조절부
50:제어부
100:멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치

Claims (17)

  1. 미세버블 생성장치에 있어서,
    유체가 수용되는 챔버;
    상기 챔버에 수용된 유체 내로 기체를 공급하는 기체공급라인;
    상기 챔버 내부에 설치되며, 상기 기체공급라인을 통해 공급되는 기체가 내부로 유입되어 외부로 기포를 생성시키는 미세버블방출유닛; 및
    상기 미세버블방출유닛을 통해 생성되는 기포 측으로 초음파를 인가하여 미세버블 형태로 방출시키도록 하는 초음파인가부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 초음파인가부는 상기 미세버블방출유닛이 설치된 챔버의 일측면 또는 타측면에 설치되며, 상기 미세버블의 방출방향과 교차되는 방향으로 초음파를 인가시키는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 미세버블방출유닛은 내부공간을 가지며 외면에 미세한 다공이 형성된 멤브레인유닛으로 구성되는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 초음파인가부는 상기 멤브레인유닛의 평면방향과 평행한 방향으로 초음파를 인가시키는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 멤브레인 유닛은 원형 단면을 가지며, 상기 초음파인가부는 복수로 상기 멤브레인 유닛의 외면에 근접하게 서로 원주방향으로 이격된 방사형태로 위치되는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 멤브레인 유닛은 원형 단면을 가지며, 상기 초음파인가부는 상기 멤브레인 유닛의 외면에 근접하게 감싸도록 원형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 멤브레인 유닛은 사각형 단면을 가지며, 상기 초음파인가부는 복수로 상기 멤브레인 유닛의 외면에 근접하게 방사형태로 위치되는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 멤브레인 유닛은 사각형 단면을 가지며, 상기 초음파인가부는 상기 멤브레인 유닛의 외면에 근접하게 감싸도록 사각형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 미세버블 방출유닛을 상기 챔버에 탈부착시키는 탈부착부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 초음파인가부를 상기 챔버에 탈부착시키는 탈부착수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 초음파인가부와 상기 챔버 사이에 구비되어, 상기 초음파인가부에서 생성되어 상기 챔버에 전달되는 진동을 흡수하는 진동흡수부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 기체공급라인 일측에 구비되어 공급되는 기체의 압력을 측정하는 압력센서와, 상기 기체공급라인에서 상기 미세버블방출유닛으로 공급되는 기체의 유량을 조절하는 조절밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 초음파인가부를 통해 인가되는 초음파의 출력을 조절하는 출력조절부와, 상기 압력센서에서 측정된 값을 기반으로 상기 조절밸브를 제어하여 상기 미세버블방출유닛으로 공급되는 기체의 유량을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성장치.
  14. 미세버블 생성방법에 있어서,
    기체공급라인을 통해 챔버 내에 설치된 미세버블방출유닛 내부로 기체가 공급되는 제1단계;
    상기 미세버블방출유닛의 외면을 구성하며 미세 다공이 형성된 멤브레인유닛을 통해 외부로 기포가 생성되는 제2단계; 및
    상기 기포가 생성되는 방향과 교차되는 방향으로 초음파인가부를 통해 초음파를 인가하여 상기 기포에 전단력을 가하여 상기 멤브레인유닛 표면으로부터 미세버블이 탈착되는 제3단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 초음파인가부는 상기 미세버블방출유닛이 설치된 챔버의 일측면 또는 타측면에 설치되며, 상기 제3단계에서, 상기 멤브레인유닛의 평면방향과 평행한 방향으로 초음파를 인가시키는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성방법.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 제1단계에서,
    제어부가 기체공급라인 일측에 구비된 압력센서에서 측정된 기체의 압력값을 기반으로 조절밸브를 제어하여 미세버블방출유닛으로 공급되는 기체의 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성방법.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 제3단계에서
    제어부가 복수의 초음파인가부를 선택적으로 구동하도록 제어하며, 출력조절부를 제어하여 상기 초음파인가부를 통해 인가되는 초음파의 출력을 조절하는 것을 특징으로 하는 멤브레인과 초음파를 적용한 미세버블 생성방법.
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