KR20220007820A - 오존 발생기 및 산소탱크를 이용한 나노 버블수 생성 시스템 및 이를 이용한 나노 버블수의 제조방법 - Google Patents

오존 발생기 및 산소탱크를 이용한 나노 버블수 생성 시스템 및 이를 이용한 나노 버블수의 제조방법 Download PDF

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Abstract

오존 발생기 및 산소탱크를 이용한 나노 버블수 생성 시스템 및 상기 시스템을 이용한 나노 버블수의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 상기 나노 버블수가 오존을 포함함으로써 높은 살균력을 가지며, 나노 버블수를 생성하는 믹싱탱크에 공급되는 오존 및 산소의 함량을 용이하게 조절함으로써 나노 버블수를 생성하기 위한 비용을 획기적으로 절감시킬 수 있는 나노 버블수 생성 시스템에 관한 것이다.

Description

오존 발생기 및 산소탱크를 이용한 나노 버블수 생성 시스템 및 이를 이용한 나노 버블수의 제조방법{NANO BUBBLE WATER GENERATION SYSTEM USING OZONE GENERATOR AND OXYGEN TANK AND PREPARING METHOD OF NANO BUBBLE WATER USING THE SAME}
본 발명은 오존 발생기 및 산소탱크를 이용한 나노 버블수 생성 시스템 및 상기 시스템을 이용한 나노 버블수의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로, 상기 나노 버블수가 오존을 포함함으로써 높은 살균력을 가지며, 나노 버블수를 생성하는 믹싱탱크에 공급되는 오존 및 산소의 함량을 용이하게 조절함으로써 나노 버블수를 생성하기 위한 비용을 획기적으로 절감시킬 수 있는 나노 버블수 생성 시스템에 관한 것이다.
미세 버블은 물과 같은 액체 내에서 마이크로 내지 나노 사이즈의 크기로 존재하는 초미세 기포를 말한다. 이러한 미세 기포는 사이즈가 작아질수록 넓은 계면적을 갖고, 기체의 용해도가 증가하며, 버블 밀도가 향상되고, 프리 라디칼이 발생하여 살균성이 향상되는 등 여러 효과에서 유리한 측면이 있다.
마이크로(10-6m) 버블은 통상적으로 직경이 100 μm 이상인 기포를 일컫는데, 직경이 작아 일반 기포와는 달리 부력의 영향이 적어 상승속도가 느리므로 수중에 장시간 체류 가능한 장점이 있다. 마이크로 버블에 비해 직경이 더욱 감소되어 1 μm(1,000 nm)보다 작은 직경을 갖게 되는 경우 나노 버블이 되는데, 나노 버블은 인간의 육안으로 확인할 수 없는 초 미세 기포이며, 마이크로 버블이 지닌 장점에 더하여 수중에서 소멸하면서 프리 라디칼을 발생시켜 상당한 산화력을 가져 살균력이 뛰어나고, 난분해성 화학물질에 대한 분해 능력이 월등한 특징이 있다.
따라서, 전술한 특징에 의해 나노 버블을 보다 효과적으로 발생시키기 위한 장치 및 공정에 대한 개발이 활발하게 이루어지고 있으며, 그 활용분야 또한 점차 확대되고 있는 실정이다.
특히 농업, 어업 등에 나노 버블이 함유된 소위 나노 버블수를 활용하려는 시도가 많이 행해지고 있다.
실제로 농업분야에 나노버블을 활용하는 경우, 식물뿌리에 나노버블의 침투가 원활하게 이루어질 수 있어 뿌리에 활착이 용이하게 이루어질 수 있다. 또한, 이를 통해 산소와 탄소를 적절하게 혼합하여 식물의 바람직한 생장에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다. 아울러, 어업분야에서는 별도의 산소공급기가 구비되지 아니하여도 양식이 되는 어류에 산소를 원활하게 공급할 수 있으며, 아가미속의 이물질이나 박테리아, 세균을 박멸할 수 있다.
특히, 물고기 양식(Aquaculture)과 식물의 수경재배(Hydroponics)를 결합하여 물고기와 작물을 함께 길러 수확할 수 있도록 하는 아쿠아포닉스(Aquaponics) 분야에서 나노 버블수를 활용하고 있는데, 아쿠아포닉스는 물고기에 의해 발생되는 유기물을 식물의 영양분으로 활용하고, 식물이 질소를 흡수하고 남은 깨끗한 물은 수조로 다시 되돌려 물고기의 양식에 활용하므로, 높은 나노 버블 밀도와 순도, 용존산소량(DO)이 요구되는 바, 이를 충족할 수 있는 나노 버블수를 효율적으로 생성할 수 있는 장치의 개발이 요구되는 실정이다.
이에, 본 발명자들은 상기와 같은 문제를 해결하고, 나노 버블수를 효율적으로 생성할 수 있는 시스템에 대하여 연구하던 중, 산소탱크 및 오존 발생기를 이용하여 나노 버블수를 생성하게 되면 비용을 절감시키면서 더욱 효율적으로 나노 버블수를 생성할 수 있음을 발견하여 본 발명을 완성하게 되었다.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0031012호는 경제적이면서 용이하게 균일한 나노 크기의 버블을 생성할 수 있는 나노 버블수 생성장치에 대하여 개시하고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 산소탱크 및 오존 발생기를 구비한 나노 버블수 생성 시스템을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
또한, 산소공급 및 오존을 발생시키는 단계를 포함하는 나노 버블수의 제조방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 일 측면은,
산소를 공급하는 산소탱크(400); 상기 산소탱크(400)와 연결되어 공급된 산소를 오존으로 전환시키는 오존 발생기(200); 및 상기 오존 발생기(200) 및 산소탱크(400)에서 공급되는 오존 및 산소와 외부에서 유입된 물을 믹싱하여 나노 버블수를 생성시키는 믹싱탱크(600);를 포함하고, 상기 산소탱크(400)로부터 공급되는 산소는 일부가 상기 오존 발생기(200)로 공급되고, 나머지 일부가 상기 믹싱탱크(600)로 공급되는 것인 나노 버블수 생성 시스템(1)을 제공한다.
상기 산소탱크(400) 및 오존 발생기(200) 사이에 오존 발생기(200)에 유입되는 산소의 유량을 조절하는 제1 밸브(150)를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 산소탱크(400)로부터 오존 발생기(200) 및 믹싱탱크(600)로 각각 공급되는 산소의 유량 비율은 1: 0.5 내지 1인 것일 수 있다.
상기 오존 발생기(200)에서 공급되는 오존은 산소탱크(400)에서 공급된 산소 및 외부에서 유입된 물과 혼합되어 믹싱탱크(600)에 공급되는 것이되, 상기 혼합된 오존, 산소 및 물은 펌프(500) 및 마이크로 버블 생성기(510)에 순차적으로 유입된 후 믹싱탱크(600)에 공급되는 것일 수 있다.
상기 펌프(500) 및 마이크로 버블 생성기(510)는 각각 병렬적으로 배치된 복수개인 것이고,
상기 혼합된 오존, 산소 및 물은 병렬적으로 배치된 펌프(500) 및 마이크로 버블 생성기(510)에 각각 순차적으로 유입된 후 믹싱탱크(600)에 공급되는 것일 수 있다.
상기 펌프(500)는 2단 내지 6단의 펌프로 이루어지는 다단 펌프인 것이고, 믹서 임펠라를 포함한 펌프가 마지막 단에 배열되는 것일 수 있다.
상기 마이크로 버블 생성기(510)는 내부에 선회식 날개(550)가 구비된 것일 수 있다.
상기 나노 버블 생성 시스템(1)은, 상기 믹싱탱크(600)에서 생성된 나노 버블수가 공급되는 수조(800);를 더 포함하는 것일 수 있다.
상기 수조(800)는 병렬적으로 배치된 복수개인 것이고, 상기 믹싱탱크(600)에서 생성된 나노 버블수가 상기 병렬적으로 배치된 복수개 수조(800) 각각에 공급되는 것일 수 있다.
상기 외부에서 유입된 물은 상기 수조(800)의 하단에서 배출되는 물인 것일 수 있다.
상기 나노 버블 생성 시스템(1)은, 상기 오존 발생기(200) 및 믹싱탱크(600)로 산소를 공급하는 별도의 산소 발생기(100)를 더 포함하는 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 측면은,
산소를 공급시키는 단계; 상기 공급된 산소의 일부를 오존으로 전환시키는 단계; 및 상기 오존 및 산소와 외부에서 유입되는 물을 믹싱하여 나노 버블수를 제조하는 단계;를 포함하는 나노 버블수의 제조방법을 제공한다.
이상과 같은 본 발명에 따른 나노 버블수 생성 시스템은 산소탱크에 저장된 산소만을 공급하여 나노 버블수를 생성하기 때문에 별도의 공급원이 필요없어 나노 버블수를 생성하는데 소요되는 비용을 획기적으로 절감시킬 수 있다.
또한, 생성되는 나노 버블수가 오존을 포함하게 되어 살균력이 증가하며, 상기 오존 또한 산소 발생기에서 발생되는 산소를 이용하여 제조되기 때문에 별도로 오존을 구매하여야 하는 등의 추가 비용을 절감시킬 수 있다.
더불어, 나노 버블수를 생성하는 믹싱탱크에 공급되는 오존 및 산소의 함량을 조절함으로써 나노 버블수에 포함되는 나노버블의 양을 조절할 수 있기 때문에 나노 버블수가 공급되는 수조의 양을 늘려도 각각의 수조에 공급되는 나노버블의 양을 용이하게 조절할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 나노 버블수 생성 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 나노 버블수 생성 시스템의 전체적인 공정 구성을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 펌프, 마이크로 버블 생성기 및 믹싱탱크를 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 마이크로 버블 생성기를 나타낸 개략도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노 버블수 생성 시스템의 시퀀스 회로도를 나타낸 개략도이며, 도 6a 내지 6d는 상기 회로도를 확대하여 각각 나타낸 개략도이다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 의해 본 발명이 한정되지 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 의해 정의될 뿐이다.
덧붙여, 본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 발명의 명세서 전체에서 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
본원의 제 1 측면은,
산소를 공급하는 산소탱크(400); 상기 산소탱크(400)와 연결되어 공급된 산소를 오존으로 전환시키는 오존 발생기(200); 및 상기 오존 발생기(200) 및 산소탱크(400)에서 공급되는 오존 및 산소와 외부에서 유입된 물을 믹싱하여 나노 버블수를 생성시키는 믹싱탱크(600);를 포함하고, 상기 산소탱크(400)로부터 공급되는 산소는 일부가 상기 오존 발생기(200)로 공급되고, 나머지 일부가 상기 믹싱탱크(600)로 공급되는 것인 나노 버블수 생성 시스템(1)을 제공한다.
본원의 제 2 측면은,
산소를 공급시키는 단계; 상기 공급된 산소의 일부를 오존으로 전환시키는 단계; 및 상기 오존 및 산소와 외부에서 유입되는 물을 믹싱하여 나노 버블수를 제조하는 단계;를 포함하는 나노 버블수의 제조방법을 제공한다.
이하, 본원의 제 1 측면에 따른 나노 버블수 생성 시스템(1) 및 제 2 측면에 따른 나노 버블수의 생성 방법을 도 1 내지 6을 참조하여 상세히 설명하되, 우선 도 1에 따른 나노 버블수 생성 시스템(1) 및 제조방법에 대하여 상세히 설명하도록 한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 버블수 생성 시스템(1)은 산소를 공급하는 산소탱크(400)를 포함하는 것일 수 있다. 상기 산소탱크(400)는 산소를 저장하고 저장된 산소를 각각의 공정에 공급하기 위한 탱크로서, 각각의 공정에 원활히 산소를 공급하기 위해 내부 압력이 형성되어 있는 것일 수 있다. 즉, 상기 산소탱크(400)에서 공급되는 산소는 공정 각각에 설치된 밸브의 개폐에 의해 그 유량이 조절되는 것일 수 있다. 한편, 하기 후술할 바와 같이, 상기 산소탱크(400)에서 공급되는 산소는 일부는 오존 발생기(200)로 공급되고, 나머지 일부는 믹싱탱크(600)로 공급되는 것일 수 있다. 따라서, 상기와 같이 각각의 공정으로 공급되는 산소의 유량을 조절하기 위하여, 오존 발생기(200)로 공급되는 라인에는 제3 밸브(410)가 설치될 수 있고, 믹싱탱크(600)로 공급되는 라인에는 제4 밸브(440)가 설치되어 상기 제3 밸브(410) 및 제4 밸브(440)의 개폐 정도를 조절함으로써 각각의 공정에 공급되는 산소의 유량을 조절하는 것일 수 있다. 이때, 상기 산소탱크(400)로부터 오존 발생기(200) 및 믹싱탱크(600)로 각각 공급되는 산소의 유량 비율은 1: 0.5 내지 1인 것일 수 있으며, 바람직하게 본 발명의 일 실시예에 있어서, 1: 0.7 내지 0.75인 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 버블수 생성 시스템(1)은 상기 산소탱크(400)와 연결되어 공급된 산소를 오존으로 전환시키는 오존 발생기(200)를 포함하는 것일 수 있다. 즉, 상기 산소탱크(400)에서 공급된 산소의 일부가 오존 발생기(200)로 이송되는 것일 수 있으며, 오존 발생기(200) 내에서 이송된 산소가 오존으로 전환되는 것일 수 있다. 이때, 상기 산소탱크(400) 및 오존 발생기(200) 사이에 제1 밸브(150)가 설치됨으로써 오존 발생기(200)에 유입되는 산소의 유량이 조절 가능한 것일 수 있다. 한편, 상기 산소는 오존 발생기(200)로 유입되는 라인 이외에 별도로 구비된 바이패스 라인을 통해 이송될 수 있으며, 이 경우 상기 오존 발생기(200)를 통해 생성된 오존 및 바이패스 라인을 통해 이송된 산소가 혼합되어 이후 믹싱탱크(600)로 이송되는 것일 수 있다. 즉, 상기 제1 밸브(150)를 통해 오존 발생기(200)로 유입되는 산소 및 바이패스 라인으로 이송되는 산소의 유량을 조절하는 것일 수 있다. 이때, 상기 제1 밸브(150)는 바람직하게 솔레노이드 밸브인 것일 수 있으며, 별도 센서와 연결되어 자동적으로 밸브의 개폐가 수행되는 것일 수 있다. 이후, 상기 혼합된 오존 및 산소는 외부에서 유입된 물과 함께 믹싱탱크(600)로 이송되는 것일 수 있으며, 외부에서 유입되는 물과 혼합되기 전에 제2 밸브(250)를 통해 이송되는 오존 및 산소의 유량이 조절되는 것일 수 있다. 이때, 상기 제2 밸브(250)는 바람직하게 상기 제1 밸브(150)와 마찬가지로 솔레노이드 밸브인 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 버블수 생성 시스템(1)은 상기 오존 발생기(200) 및 산소탱크(400)에서 공급되는 오존 및 산소와 외부에서 유입된 물을 믹싱하여 나노 버블수를 생성시키는 믹싱탱크(600)를 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 오존, 산소 및 외부에서 유입된 물은 믹싱탱크(600)에 공급되기 전에 펌프(500) 및 마이크로 버블 생성기(510)에 순차적으로 유입된 후, 믹싱탱크(600)에 공급되는 것일 수 있으며, 산소탱크(400)에서 공급되는 산소는 믹싱탱크(600)의 상부에 설치된 산소 투입구(660)를 통해 믹싱탱크(600) 내부로 공급되는 것일 수 있다. 이하, 상기 펌프(500), 마이크로 버블 생성기(510) 및 믹싱탱크(600)에 대하여 도 3 및 4를 참조하여 보다 상세히 설명하도록 한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 펌프(500)는 1차적으로 외부로부터 유입되는 물에 오존 및 산소를 혼합하여 마이크로 버블수를 생성하는 구성이다. 이를 위해 상기 펌프(500)는 외부로부터 유입되는 물을 흡인하기 위한 물흡입관과 연결되고, 오존 및 산소와 같은 기체를 공급받기 위한 기체공급관과 연결될 수 있다. 물흡입관은 펌프(500)에 직접 연결되어 물을 공급하는 것이 바람직하고, 기체공급관은 물흡입관에 연결되어 물흡입관을 통과하는 물에 기체를 공급하거나 펌프(500)에 직접 기체를 공급할 수도 있다. 한편, 펌프(500)로 이동된 물은 펌프에 의해 기체와 혼합되면서 마이크로 버블이 발생하게 되고, 결국 마이크로 버블이 함유된 마이크로 버블수가 생성되게 된다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 펌프(500)는 복수의 펌프로 이루어지는 것일 수 있으며, 바람직하게 2단 내지 6 단의 펌프로 이루어지는 다단 펌프일 수 있다. 이때, 각 펌프에는 임펠라가 포함될 수 있는데, 믹서 임펠라를 포함한 펌프는 마지막 단에 배열되는 것이 바람직하다. 즉, 2 내지 5 단의 흡입 임펠라를 포함한 펌프와 믹서 임펠라를 포함한 펌프를 배열하여 마지막 단의 펌프(500)를 구성할 수 있게 된다. 이와 같이 구성되지 않는 경우, 마이크로 버블의 생성 효율이 감소하게 되고, 후술하는 바와 같이 나노 버블수를 적절하게 혼합하는 것이 어려울 수 있다. 한편, 상기 펌프(500)는 병렬적으로 배치된 복수개인 것일 수 있으며, 혼합된 물 및 기체는 병렬적으로 배치된 펌프(500)에 각각 공급되는 것일 수 있다. 이 경우, 병렬적으로 배치된 펌프(6500)가 각각 2단 내지 6 단의 펌프로 이루어지는 다단 펌프인 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 펌프(500)에 기체가 공급되는 일 실시예를 보면, 기체가 펌프(500)의 마지막 단에 직접 주입됨으로써 공동현상(케비테이션, cavitation)이 발생될 수 있다. 이를 통해 물 내에 기포가 효율적으로 발생하고, 궁극적으로 마이크로 버블수, 나아가 나노 버블수의 효율적인 생성이 가능하게 된다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 마이크로 버블 생성기(510)는 펌프(500)와 연통되어 펌프(500)로부터 마이크로 버블수를 공급받아 추가적으로 마이크로 버블을 생성한 후 믹싱탱크(600)로 송출하는 구성이다. 이때, 마이크로 버블 생성기(510)는 복수단으로 연결되어 구성될 수 있다. 마이크로 버블 생성기(510)가 복수단으로 구성되는 경우 물이 마이크로 버블 생성기(510) 내부에 더 오랜시간 체류할 수 있게 되므로, 더욱 많은 양의 마이크로 버블을 생성할 수 있게 되는 효과를 가질 수 있다. 마이크로 버블의 생성량이 증가하는 경우 믹싱탱크(600)에서 생성되는 나노 버블의 양도 같이 늘어나게 되므로, 결국 전체적인 유량을 증가시킬 수 있는 효과가 있다. 따라서, 바람직하게 마이크로 버블 생성기(510)는 3 단으로 형성될 수 있으며, 소비자가 필요로 하는 유량에 따라 상기 마이크로 버블 생성기(510)와 펌프(500)의 단수는 적절히 조절되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 마이크로 버블 생성기(510)는 펌프(500)와 연결되고, 상향 연장되어 믹싱탱크(600)의 상부로 마이크로 버블수를 투입할 수 있도록 구성될 수 있다. 이때, 도 4를 참고하면 마이크로 버블 생성기(510)에 투입된 물은 선회하면서 상향 이동하게 되는데, 마이크로 버블 생성기(510) 내부에서 마이크로 버블수가 선회할 수 있도록 유수의 흐름을 조절할 수 있는 수단이 요구될 수 있다. 따라서, 상기 마이크로 버블 생성기(510)는 내부에 선회식 날개(550)가 구비될 수 있다. 상기 선회식 날개(550)는 마이크로 버블 생성기(510) 내부에서 회전하는 프로펠러의 역할을 하는 구성인데, 도 4에 나타낸 바와 같이 경사를 가지고 있어, 선회식 날개(550)의 회전에 따라 상승하는 마이크로 버블수는 수평 방향의 힘을 동시에 받게 되므로 선회할 수 있게 되는 것일 수 있다. 한편, 상기 선회식 날개(550)의 바람직한 일 실시예를 보면, 'D'형상 또는 '반달' 형상의 날개 두개가 서로 중심부를 공유하도록 결합되되, 서로 각을 달리하여 엇갈리도록 결합되고, 그 중심부를 축으로 마이크로 버블 생성기(510) 내부에서 회전될 수 있다. 즉, 도 4에 나타낸 화살표를 따라, 마이크로 버블수는 선회하면서 상향 이동하게 되고, 이후 믹싱탱크(600)로 이동하게 되는 것일 수 있다. 또한, 전술한 바와 같이, 마이크로 버블 생성기(510)가 복수단으로 구성되는 경우, 선회식 날개(550)는 각 마이크로 버블 생성기(510)마다 구비되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 펌프(500)가 병렬적으로 배치된 복수개일 경우, 상기 마이크로 버블 생성기(510) 또한 이에 대응되도록 병렬적으로 배치된 복수개일 수 있으며, 이 경우, 상기 마이크로 버블 생성기(510)는 각각의 펌프(500)로부터 물 및 기체를 공급받아 믹싱탱크(600)로 마이크로 버블수를 공급하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 마이크로 버블 생성기(510)를 통과한 마이크로 버블수는 믹싱탱크(600) 상측에 구비된 공급구(525)를 통해 믹싱탱크(600)로 투입되는 것일 수 있다. 이 때, 마이크로 버블 생성기(510)와 공급구(525)는 연결관를 통해 연결될 수 있는데, 상기 연결관은 믹싱탱크(600)로 투입되는 유량을 조절하기 위한 게이트 밸브(520)를 포함할 수 있다. 후술하는 바와 같이 제2 압축기(300)를 통해 산소가 공급되는 빈도나 양은 믹싱탱크(600) 내부에 수위에 따라 제어될 수 있으므로, 상기 게이트 밸브(520)를 구비하여 제어함으로써 결국 생성되는 나노 버블수 전체 유량을 제어할 수 있게 되는 것일 수 있다. 또한, 상기 연결관은 마이크로 버블 생성기(510)에서 인출되는 마이크로 버블수의 압력을 측정하기 위한 압력계를 더 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 믹싱탱크(600)는 내부에서 마이크로 버블수에 산소를 첨가하여 혼합하면서 기포를 더욱 잘게 함으로써 나노 버블이 함유된 나노 버블수를 생성하는 구성인 것일 수 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이 믹싱탱크(600)는 전술한 바와 같이 상부에 공급구(525)가 형성될 수 있고, 생성된 나노 버블수가 외부로 인출될 수 있도록 내부에 위치하여 하부로부터 상향 연장되고 외부까지 연장되는 토출관(620)이 마련되며, 제2 압축기(300)로부터 산소가 투입될 수 있도록 상부에 산소 투입구(660)가 구비될 수 있다. 아울러, 내부에는 마이크로 버블수와 기체가 혼합되면서 나노 버블수가 생성되기 위한 내측 공간이 형성될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 믹싱탱크(600)로 공급된 마이크로 버블수는 제2 압축기(300)로부터 공급된 산소와 혼합되고, 나노 버블수가 생성되게 된다. 후술하는 바와 같이 본 발명에 따른 순간 가압 방식을 이용한 나노 버블 생성 장치는 수위에 따라 밸브(420, 440), 바람직하게 솔레노이드 밸브를 이용하여 산소를 순간적으로 가하여 나노 버블을 생성하게 된다. 따라서, 이를 위해 상기 믹싱탱크(600)는 솔레노이드 밸브(420, 440)와 연동되는 수위센서(640)를 더 포함할 수 있다. 즉, 수위센서(640)는 마이크로 버블수의 수위를 측정하는 것으로서, 믹싱탱크(600) 내 마이크로 버블수가 일정 수위에 다다를 경우 상기 솔레노이드 밸브(420, 440)가 작동하여 순간적으로 압력을 가진 산소를 믹싱탱크(600)에 공급하는 것일 수 있다. 이때, 상기 압력을 가진 산소가 순간적으로 공급될 때마다 상기 마이크로 버블수의 DO 값은 상승하는 것일 수 있다. 한편, 수위가 낮아진 후 다시 일정 수위에 다다르는 경우 마찬가지로 솔레노이드 밸브(420, 440)가 작동하여 순간적으로 산소를 공급하게 되며, 이를 통해 나노 버블수의 반복적인 생성이 일정 사이클을 가진채로 이루어질 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 토출관(620)은 일측에 토출되는 나노 버블수의 압력을 변화시키는 감압 밸브(610)를 구비할 수 있다. 감압 밸브(620)를 구비함으로써, 예컨대, 믹싱탱크(600)에서 생성된 나노 버블수가 고압으로 토출되는 경우 이를 감압시켜 요구되는 압력으로 변환시킨 후 토출하여 사용할 수 있게 되고, 나아가 안전상의 문제를 해결할 수 있게 된다. 또한, 상기 토출관(620)은 감압 밸브(620)의 전 후에 압력계(605)를 더 구비할 수 있다. 따라서, 나노 버블수의 감압 밸브(620) 통과 전 후의 압력을 비교하여 요구되는 압력으로 나노 버블수를 토출시킬 수 있도록 감압 밸브(620)를 제어할 수 있게 된다. 한편, 상기 토출관(620)은 별도로 구비되는 게이트 밸브(520)를 더 포함하여 유량을 제어할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 나노 버블 생성 시스템(1)은 상기 믹싱탱크(600)에서 생성된 나노 버블수가 공급되는 수조(800)를 더 포함하는 것일 수 있다. 즉, 상기 나노 버블수는 산소 및 오존을 포함하고 있기 때문에 높은 용존산소량(DO)을 가진 버블수이므로 이를 수조(800)에 공급함으로써 효율적인 물고기 양식(Aquaculture)과 식물의 수경재배(Hydroponics)를 수행하는 것일 수 있다. 한편, 상기 수조(800)는 병렬적으로 배치된 복수개인 것이고, 상기 믹싱탱크(600)에서 생성된 나노 버블수가 상기 병렬적으로 배치된 복수개 수조(800) 각각에 공급되는 것일 수 있다. 즉, 도 1 및 2에 나타낸 바와 같이 생성된 나노 버블수가 각각의 수조(800) 내 물 속으로 공급되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 외부에서 유입된 물은 상기 수조(800)의 하단에서 배출되는 물인 것일 수 있다. 즉, 나노 버블수가 공급된 수조(800)에서 배출된 물이 오존 발생기(200)를 통해 공급되는 오존 및 산소와 혼합되어 상기 펌프(500)로 공급되는 것일 수 있다. 따라서, 상기 나노 버블수 생성 시스템(1)은 도 1 및 2에 나타낸 바와 같이 각각의 공정들이 연결되어 리사이클되는 구성을 가지는 것일 수 있으며, 이를 통해 각각의 공정에서 사용되는 물 및 기체의 사용량을 절감시킬 수 있기 때문에 매우 경제적으로 상기 시스템(1)이 운영되는 것일 수 있다.
이상, 본원의 일 구현예에 따른 나노 버블 생성 시스템(1)에 대하여 상세히 설명하였으며, 하기에는 본원의 다른 구현예에 따른 나노 버블 생성 시스템(1)에 대하여 도 2를 참조하여 상세히 설명하도록 한다. 상기 본원의 일 구현예에 따른 구성에 대하여는 이하 상세한 설명을 생략하도록 하며, 추가적인 구성에 대하여만 상세히 설명하도록 하되, 상기에서 설명한 내용은 하기에서 그 설명이 생략되었더라도 동일하게 적용될 수 있다.
본원의 다른 구현예에 있어서, 도 2를 참조하면 상기 나노 버블수 생성 시스템(1)은 공기가 유입되는 제1 압축기(10); 상기 제1 압축기(10)와 연결되어 유입된 공기에서 산소를 발생시키는 산소 발생기(100); 및 상기 산소 발생기(100)의 타측과 연결되어 발생된 산소를 압축시키는 제2 압축기(300);를 더 포함하는 것일 수 있다. 이때, 상기 산소 발생기(100)의 일측은 상기 오존 발생기(200)와 연결되어 있는 것일 수 있다. 이는, 상기 산소탱크(400)를 통해 공급되는 산소의 양이 모자라거나 이의 사용량을 줄이고자 할 때 설치되는 구성인 것일 수 있다.
본원의 다른 구현예에 있어서, 상기 제1 압축기(10)에 공급되는 공기는 대기중의 공기인 것일 수 있으며, 상기 공기는 제1 압축기(10) 내에서 압축(가압)되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 압축기(10)에서 압축되는 공기의 압력은 8 kgf/cm2 이하인 것일 수 있다. 즉, 상기 공기는 제1 압축기(10)를 통하여 압축된 상태로 상기 나노 버블수 생성 시스템(1)에 유입되는 것일 수 있다. 한편, 상기 압축된 공기는 냉각기(cooler) 및 FRL 장치(FRL unit)을 순차적으로 거쳐 산소 발생기(100)로 이송되는 것일 수 있으며, 이때, 상기 FRL 장치 내 압력은 약 3.5 kgf/cm2인 것일 수 있다. 즉, 산소 발생기(100)에서 필요로 하는 공기의 압력은 3.5 kgf/cm2 이하인 것일 수 있으며, 현재 상용 압축기의 경우 압력이 8 kgf/cm2 이하이기 때문에 FRL 장치 내 레귤레이터(regulator)를 이용하여 압력을 감압시킨 후, 산소 발생기(100)로 공기를 이송시키는 것일 수 있다.
본원의 다른 구현예에 있어서, 상기 나노 버블수 생성 시스템(1)은 상기 제1 압축기(10)와 연결되어 유입된 공기에서 산소를 발생시키는 산소 발생기(100)를 포함하는 것일 수 있다. 즉, 상기 산소 발생기(100)를 통해 압축된 공기로부터 산소가 생성되는 것일 수 있다. 이때, 상기 산소 발생기(100)에서 생성된 산소는 오존 발생기(200) 또는 제2 압축기(300)로 이송되는 것일 수 있으며, 잔여 산소 및 공기는 드레인 되어 외부로 배출되는 것일 수 있다. 한편, 상기 드레인 되는 산소 및 공기의 유량은 상기 산소 발생기(100)에 유입되는 공기의 유량 대비 약 1: 0.8 내지 0.9일 수 있으며, 상기 산소 발생기(100)로부터 오존 발생기(200) 및 제2 압축기(300)로 각각 공급되는 산소의 유량 비율은 1: 0.5 내지 1인 것일 수 있다. 이때, 바람직하게 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 드레인 되는 산소 및 공기의 유량은 상기 산소 발생기(100)에 유입되는 공기의 유량 대비 약 1: 0.85 내지 0.9일 수 있으며, 상기 산소 발생기(100)로부터 오존 발생기(200) 및 제2 압축기(300)로 각각 공급되는 산소의 유량 비율은 1: 0.7 내지 0.75인 것일 수 있다. 한편, 상기 드레인되는 산소 및 공기는 상기 산소 발생기(100)의 하단부에서 배출되는 것일 수 있으며, 산소 발생기(100)에 유입되는 공기 및 이후 단계로 이송되는 산소는 산소 발생기(100)의 상단부에서 각각 유입 및 배출되는 것일 수 있다.
본원의 다른 구현예에 있어서, 상기 나노 버블수 생성 시스템(1)은 상기 산소 발생기(100)의 일측과 연결되어 발생된 산소를 오존으로 전환시키는 오존 발생기(200)를 포함하는 것일 수 있다. 즉, 상기 본원의 일 구현예에서 상술한 산소탱크(400)에서 공급되는 산소와 산소 발생기(100)에서 발생된 산소가 함께 혼합되어 오존 발생기(200)로 공급되는 것일 수 있다. 상기 오존 발생기(200)에 대한 구체적인 설명은 앞에서 자세히 설명하였으므로, 이하 구체적인 설명은 생략하도록 한다.
본원의 다른 구현예에 있어서, 상기 나노 버블수 생성 시스템(1)은 상기 산소 발생기(100)의 타측과 연결되어 발생된 산소를 압축시키는 제2 압축기(300)를 포함하는 것일 수 있다. 즉, 상기 산소 발생기(100)에서 발생된 산소의 나머지 일부가 제2 압축기(300)로 이송되는 것일 수 있으며, 제2 압축기(200) 내에서 이송된 산소가 압축(가압)되는 것일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 압축기(200)에서 압축되는 산소의 압력은 8 kgf/cm2 이하인 것일 수 있으며, 바림직하게 5 kgf/cm2 내지 8 kgf/cm2인 것일 수 있다. 한편, 상기 나노 버블수 생성 시스템(1)은 상기 산소 발생기(100)의 타측 및 제2 압축기(300) 사이에 산소 발생기(100)에서 발생된 산소를 저장하는 용기(270)를 더 포함하는 것일 수 있다. 즉, 상기 산소 발생기(100)에서 발생된 산소는 바로 제2 압축기(300)로 이송되는 것이 아니고, 용기(270)에 1차적으로 저장된 후, 제2 압축기(300)로 이송되는 것일 수 있다. 이는 상기 제2 압축기(300)에서 필요로 하는 산소의 양이 산소 발생기(100)에서 발생되는 산소의 양보다 많기 때문일 수 있으며, 더욱 정확하게는 제2 압축기(300)가 흡입하는 산소량을 산소 발생기(100)가 커버하지 못하기 때문인 것일 수 있다. 따라서, 상기와 같은 이유로 제2 압축기(300)는 작동 후, 상기 용기(270)에 산소를 저장시키기 위하여 일정한 시간 동안 off 상태에 있을 수 있으며, 주기적으로 작동 및 off를 반복하는 것일 수 있다.
이와 관련하여, 본원의 일 실시예에 따르면 상기 제2 압축기(300)에서 필요로 하는 산소의 유량은 상기 산소 발생기(100)에서 발생되는 유량보다 약 5 배 많은 것일 수 있다. 이때, 상기 용기(270) 내 산소의 압력은 최대 0.8 kgf/cm2일 수 있으며, 부피는 상술한 펌프(500)를 2 개 작동시킬 경우를 기준으로 약 200 L인 것일 수 있다. 즉, 상기 용기(270) 및 제2 압축기(300)의 부피(용량)는 작동되는 펌프(500)의 개수에 따라 상이하게 적용되는 것일 수 있다. 한편, 상기 제2 압축기(300)를 통해 배출되는 산소는 믹싱탱크(600)의 상부에 설치된 산소 투입구(660)를 통해 믹싱탱크(600) 내부로 이송되는 것일 수 있다. 즉, 상기 제2 압축기(300)를 통해 배출되는 산소는 상기 본원의 일 구현예에서 상술한 산소탱크(400)에서 공급되는 산소와 혼합되어 믹싱탱크(600)로 이송되는 것일 수 있다.
본원의 또 다른 구현예에 있어서, 도 2를 참조하면 상기 나노 버블수 생성 시스템(1)은 산소탱크(400)로부터 믹싱탱크(600)에 바로 공급되는 바이패스 라인을 별도로 구비함으로써 상기 시스템(1) 내 모든 공정이 off 상태일 때 임시로 비상밸브(460)를 열어줌으로써 상시 시스템(1)을 운영하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예 및 다른 구현예에 따른 나노 버블수 생성 시스템(1)은 도 5 및 6에 나타낸 시퀀스 회로도에 의해 전체적으로 공정이 제어되는 것일 수 있다. 이때, 도 5는 시퀀스 회로도를 전체적으로 나타낸 개략도이며, 도 6a 내지 6d는 각각의 회도로를 확대하여 나타낸 개략도이다. 즉, 본 발명에 따른 나노 버블수 생성 시스템(1)은 회로에 의해 각각의 공정이 전기적으로 연결되어 있기 때문에 사용자는 각각의 공정에 해당하는 버튼만 눌러줌으로써 시스템(1)의 전반적인 공정을 용이하게 제어하는 것일 수 있다.
이상, 도면을 참조하여 바람직한 실시예와 함께 본 발명에 대하여 상세하게 설명하였으나, 이러한 도면과 실시예로 본 발명의 기술적 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형예 또는 균등한 범위의 실시예가 존재할 수 있다. 그러므로 본 발명에 따른 기술적 사상의 권리범위는 청구범위에 의해 해석되어야 하고, 이와 동등하거나 균등한 범위 내의 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 나노 버블수 생성 시스템
10: 제1 압축기 100: 산소 발생기
150: 하지관 100: 하지관 공급부
150, 250, 320, 410, 420, 440: 밸브
200: 오존 발생기 270: 용기
300: 제2 압축기 400: 산소탱크
460: 비상밸브 500: 펌프
510: 마이크로 버블 생성기 520: 게이트 밸브
525: 공급구 550: 선회식 날개
600: 믹싱탱크 605: 압력계
610: 감압밸브 620: 토출관
640: 수위센서 660: 산소 투입구
800: 수조

Claims (12)

  1. 산소를 공급하는 산소탱크(400);
    상기 산소탱크(400)와 연결되어 공급된 산소를 오존으로 전환시키는 오존 발생기(200); 및
    상기 오존 발생기(200) 및 산소탱크(400)에서 공급되는 오존 및 산소와 외부에서 유입된 물을 믹싱하여 나노 버블수를 생성시키는 믹싱탱크(600);
    를 포함하고,
    상기 산소탱크(400)로부터 공급되는 산소는 일부가 상기 오존 발생기(200)로 공급되고, 나머지 일부가 상기 믹싱탱크(600)로 공급되는 것인 나노 버블수 생성 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산소탱크(400) 및 오존 발생기(200) 사이에 오존 발생기(200)에 유입되는 산소의 유량을 조절하는 제1 밸브(150)를 더 포함하는 것인 나노 버블수 생성 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 산소탱크(400)로부터 오존 발생기(200) 및 믹싱탱크(600)로 각각 공급되는 산소의 유량 비율은 1: 0.5 내지 1인 것인 나노 버블수 생성 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 오존 발생기(200)에서 공급되는 오존은 산소탱크(400)에서 공급된 산소 및 외부에서 유입된 물과 혼합되어 믹싱탱크(600)에 공급되는 것이되,
    상기 혼합된 오존, 산소 및 물은 펌프(500) 및 마이크로 버블 생성기(510)에 순차적으로 유입된 후 믹싱탱크(600)에 공급되는 것인 나노 버블수 생성 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 펌프(500) 및 마이크로 버블 생성기(510)는 각각 병렬적으로 배치된 복수개인 것이고,
    상기 혼합된 오존, 산소 및 물은 병렬적으로 배치된 펌프(500) 및 마이크로 버블 생성기(510)에 각각 순차적으로 유입된 후 믹싱탱크(600)에 공급되는 것인 나노 버블수 생성 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 펌프(500)는 2단 내지 6단의 펌프로 이루어지는 다단 펌프인 것이고,
    믹서 임펠라를 포함한 펌프가 마지막 단에 배열되는 것인 나노 버블수 생성 시스템.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 마이크로 버블 생성기(510)는 내부에 선회식 날개(550)가 구비된 것인 나노 버블수 생성 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 나노 버블 생성 시스템은,
    상기 믹싱탱크(600)에서 생성된 나노 버블수가 공급되는 수조(800);
    를 더 포함하는 것인 나노 버블수 생성 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 수조(800)는 병렬적으로 배치된 복수개인 것이고,
    상기 믹싱탱크(600)에서 생성된 나노 버블수가 상기 병렬적으로 배치된 복수개 수조(800) 각각에 공급되는 것인 나노 버블수 생성 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 외부에서 유입된 물은 상기 수조(800)의 하단에서 배출되는 물인 것인 나노 버블수 생성 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 나노 버블 생성 시스템은,
    상기 오존 발생기(200) 및 믹싱탱크(600)로 산소를 공급하는 별도의 산소 발생기(100)를 더 포함하는 것인 나노 버블수 생성 시스템.
  12. 산소를 공급시키는 단계;
    상기 공급된 산소의 일부를 오존으로 전환시키는 단계; 및
    상기 오존 및 산소와 외부에서 유입되는 물을 믹싱하여 나노 버블수를 제조하는 단계;
    를 포함하는 나노 버블수의 제조방법.
KR1020200085548A 2020-07-10 2020-07-10 오존 발생기 및 산소탱크를 이용한 나노 버블수 생성 시스템 및 이를 이용한 나노 버블수의 제조방법 KR20220007820A (ko)

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