KR20230146564A - 나노-버블 발생기 - Google Patents

나노-버블 발생기 Download PDF

Info

Publication number
KR20230146564A
KR20230146564A KR1020237030741A KR20237030741A KR20230146564A KR 20230146564 A KR20230146564 A KR 20230146564A KR 1020237030741 A KR1020237030741 A KR 1020237030741A KR 20237030741 A KR20237030741 A KR 20237030741A KR 20230146564 A KR20230146564 A KR 20230146564A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
gas
liquid
permeable member
housing
liquid carrier
Prior art date
Application number
KR1020237030741A
Other languages
English (en)
Inventor
페드리코 파시니
브루스 숄튼
Original Assignee
몰레에르, 인크
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 몰레에르, 인크 filed Critical 몰레에르, 인크
Publication of KR20230146564A publication Critical patent/KR20230146564A/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/232—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using flow-mixing means for introducing the gases, e.g. baffles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/231—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids by bubbling
    • B01F23/23105—Arrangement or manipulation of the gas bubbling devices
    • B01F23/2312—Diffusers
    • B01F23/23123—Diffusers consisting of rigid porous or perforated material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/233—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using driven stirrers with completely immersed stirring elements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/237—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media
    • B01F23/2373—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media for obtaining fine bubbles, i.e. bubbles with a size below 100 µm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/237—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media
    • B01F23/2373—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media for obtaining fine bubbles, i.e. bubbles with a size below 100 µm
    • B01F23/2375—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids characterised by the physical or chemical properties of gases or vapours introduced in the liquid media for obtaining fine bubbles, i.e. bubbles with a size below 100 µm for obtaining bubbles with a size below 1 µm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F23/00—Mixing according to the phases to be mixed, e.g. dispersing or emulsifying
    • B01F23/20—Mixing gases with liquids
    • B01F23/23—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids
    • B01F23/238—Mixing gases with liquids by introducing gases into liquid media, e.g. for producing aerated liquids using vibrations, electrical or magnetic energy, radiations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/30—Injector mixers
    • B01F25/31—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows
    • B01F25/314—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit
    • B01F25/3142—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit the conduit having a plurality of openings in the axial direction or in the circumferential direction
    • B01F25/31421—Injector mixers in conduits or tubes through which the main component flows wherein additional components are introduced at the circumference of the conduit the conduit having a plurality of openings in the axial direction or in the circumferential direction the conduit being porous
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
    • B01F25/40—Static mixers
    • B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
    • B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
    • B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
    • B01F25/4314—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor with helical baffles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F33/00—Other mixers; Mixing plants; Combinations of mixers
    • B01F33/05—Mixers using radiation, e.g. magnetic fields or microwaves to mix the material
    • B01F33/053—Mixers using radiation, e.g. magnetic fields or microwaves to mix the material the energy being magnetic or electromagnetic energy, radiation working on the ingredients or compositions for or during mixing them
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F2101/00—Mixing characterised by the nature of the mixed materials or by the application field
    • B01F2101/305—Treatment of water, waste water or sewage

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Percussion Or Vibration Massage (AREA)

Abstract

나노-버블 생성 장치는: 액체 캐리어를 수용하도록 구성되는 내부 캐비티, 액체 입구 및 액체 출구를 한정하는 세장형 하우징; 압축 가스를 수용하도록 구성되는 제1 단부, 제2 단부 및 다공성 측벽을 포함하는, 상기 하우징의 내부 캐비티 내에 적어도 부분적으로 배치되는 가스-투과성 부재; 및 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 흐를 때 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행한 자속을 생성하도록 구성되는 전기 도체를 포함한다. 상기 하우징 및 가스-투과성 부재는 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행하게 흐르는 액체 캐리어의 유속이 상기 액체의 난류 임계값보다 커서 난류 흐름 조건을 생성하고 이에 의해 상기 액체가 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면으로부터 가스를 전단하고 상기 액체 캐리어 내에 나노-버블을 형성하도록 구성된다.

Description

나노-버블 발생기
우선권 주장
본 출원은 2021년 2월 18일에 출원된 미국 가출원 제63/150,973 호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본원에 참조로 통합되어 있다.
기술 분야
본 발명은 액체 캐리어(liquid carrier)에서 나노-버블(nano-bubble)을 생성하는 것과 관련된다.
나노-버블은 액체 캐리어에서 장시간 동안 안정적으로 유지되므로 액체 캐리어에서 융합되지 않고 운반될 수 있다. 이와 같은 특성 덕분에 나노-버블은 수처리, 식물 성장, 양식, 살균을 포함하는 다양한 분야에서 유용하게 활용되고 있다.
제1 양태에 있어서는, 액체 캐리어 내에 나노-버블을 포함하는 조성물을 생성하는 장치가 설명된다. 상기 장치는: (a) 제1 단부 및 제2 단부를 포함하며, 또한 액체 입구, 액체 출구 및 액체 공급원으로부터 상기 액체 캐리어를 수용하도록 구성되는 내부 캐비티를 한정하는 세장형 하우징; (b) 상기 하우징의 내부 캐비티 내에 적어도 부분적으로 배치되는 가스-투과성 부재로서, 상기 가스-투과성 부재는 가스 공급원으로부터 압축 가스를 수용하도록 구성되는 제1 단부, 제2 단부 및 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에서 연장되는 다공성 측벽을 포함하며, 상기 가스-투과성 부재는 내부 표면, 외부 표면 및 루멘을 한정하는, 상기 가스-투과성 부재; 및 (c) 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 흐를 때 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행한 자속을 발생시키도록 구성되는 적어도 하나의 전기 도체를 포함한다. 상기 하우징 및 가스-투과성 부재는, 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행하게 흐르는 상기 액체 공급원으로부터의 상기 액체 캐리어의 유속이 상기 액체의 난류 임계값(turbulent threshold)보다 커서 난류 흐름 조건을 생성하고, 이에 의해 상기 액체가 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면으로부터 가스를 전단하게 하고 상기 액체 캐리어 내에 나노-버블을 형성하도록 구성된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 가스-투과성 부재는 전기 전도성이다. 상기 전기 도체는 전자기 코일(예를 들면, 고정자) 또는 와이어일 수 있다. 일부의 경우, 상기 장치는 한 쌍의 전기 도체들을 포함하며, 그들 중 하나는 가스-투과성 부재이고, 다른 하나는 예를 들면 전자기 코일 또는 와이어이다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 장치는 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 흐를 때 상기 액체 캐리어를 회전시키도록 구성되는 나선형 부재를 포함한다. 상기 나선형 부재는 상기 가스-투과성 부재, 상기 하우징 또는 둘 모두에 통합되는 패턴 형태일 수 있다, 다른 실시예들에 있어서, 상기 나선형 부재는 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 흐를 때 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행한 자속을 생성하도록 구성되는 전자기 코일을 포함한다. 후자의 경우, 상기 나선형 부재는 또한 상기 전기 전도성 부재의 역할을 수행한다.
상기 전기 도체는 상기 하우징의 외부상에, 상기 하우징의 내부 캐비티에, 또는 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면상에 위치할 수 있다. 상기 전기 도체는 또한 상기 가스-투과성 부재의 하류 또는 상류에 위치할 수 있다.
상기 장치는 추가로 상기 하우징의 내부 캐비티에 위치하는 하이드로포일(hydrofoil)을 포함할 수 있다. 상기 하이드로포일은 상기 가스-투과성 부재의 상류 또는 하류에 위치할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 하이드로포일은 상기 가스-투과성 부재에 물리적으로 부착된다. 상기 하이드로포일은 상기 액체 캐리어가 상기 하이드로포일을 지나 흐를 때 상기 액체 캐리어를 회전시킨다.
제2 양태에 있어서는, 액체 캐리어에 분산된 나노-버블을 포함하는 조성물을 제조하기 위한 제2 장치가 설명된다. 상기 장치는: (a) 제1 단부 및 제2 단부를 포함하며, 또한 액체 입구, 액체 출구 및 액체 공급원으로부터 상기 액체 캐리어를 수용하도록 구성되는 내부 캐비티를 한정하는 세장형 하우징; (b) 상기 하우징의 내부 캐비티 내에 적어도 부분적으로 배치되는 가스-투과성 부재로서, 상기 가스-투과성 부재는 가스 공급원으로부터 압축 가스를 수용하도록 구성되는 제1 단부, 제2 단부 및 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에서 연장되는 다공성 측벽을 포함하며, 상기 가스-투과성 부재는 내부 표면, 외부 표면 및 루멘을 한정하는, 상기 가스-투과성 부재; 및 (c) 하나 이상의 전기 도체로서, 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 흐를 때 상기 전기 도체들 중 하나가 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행한 자속을 생성시키도록 구성되는 전자기 코일인, 상기 하나 이상의 전기 도체; (d) 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 흐를 때 상기 액체 캐리어를 회전시키도록 구성되는 나선형 부재; 및 (e) 상기 하우징의 내부 캐비티에 위치하는 하이드로포일을 포함한다. 상기 하우징 및 가스-투과성 부재는, 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행하게 흐르는 상기 액체 공급원으로부터의 상기 액체 캐리어의 유속이 상기 액체의 난류 임계값보다 커서 난류 흐름 조건을 생성하고, 이에 의해 상기 액체가 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면으로부터 가스를 전단하게 하고 상기 액체 캐리어 내에 나노-버블을 형성하도록 구성된다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 나선형 부재는 전자기 코일을 포함한다.
제3 양태에 있어서는, 본 발명의 상기 제1 양태 및 제2 양태에 설명된 장치를 사용하여 액체 캐리어에 분산된 나노-버블을 포함하는 조성물을 제조하는 방법이 설명된다. 상기 방법은: (a) 가스-투과성 부재의 외부 표면에서 난류 임계값 초과의 난류 흐름을 생성하는 유속으로 액체 캐리어를 액체 공급원으로부터 하우징의 액체 입구를 통해 상기 하우징의 내부 캐비티 내로 도입하는 단계; (b) 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 액체 출구로 흐를 때 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행한 자속을 제공하는 단계; 및 (c) 루멘 내의 압력이 상기 하우징의 내부 캐비티의 압력보다 크도록 선택된 가스 압력으로, 가스 공급원으로부터 압축된 가스를 상기 가스-투과성 부재의 루멘 내로 도입하고, 이에 의해 상기 가스를 다공성 측벽을 통해 강제하고 또한 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면상에 나노-버블을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행하게 흐르는 상기 액체 캐리어는 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면으로부터 나노-버블을 제거하여 상기 액체 캐리어 및 그 안에 분산된 상기 나노-버블을 포함하는 조성물을 형성한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 유속은 적어도 2 m/s이다. 상기 방법은 진동 자속, 예를 들면 고주파 진동 자속을 제공하는 단계를 포함한다.
제4 양태에 있어서는, 액체 캐리어에 분산된 나노-버블을 포함하는 조성물을 제조하기 위한 제3 장치가 설명된다. 상기 장치는: (a) 제1 단부 및 제2 단부를 포함하는 세장형 하우징으로서, 상기 하우징은 내부 캐비티 및 가스 공급원으로부터 압축 가스를 상기 내부 캐비티 내로 도입하도록 구성되는 가스 입구를 추가로 포함하는, 상기 세장형 하우징; (b) 상기 하우징의 내부 캐비티 내에 적어도 부분적으로 배치되는 가스-투과성 부재로서, 상기 가스-투과성 부재는 액체 공급원으로부터 액체를 수용하도록 구성되는 액체 입구, 액체 출구 및 상기 액체 입구와 상기 액체 출구 사이에서 연장되는 다공성 측벽을 포함하고, 또한 내부 표면, 외부 표면 및 액체가 흐르는 루멘을 한정하는, 상기 가스-투과성 부재; 및 (c) 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 흐를 때 상기 가스-투과성 부재의 내부 표면과 평행한 자속을 발생시키도록 구성되는 적어도 하나의 전기 도체를 포함한다. 상기 하우징 및 가스-투과성 부재는, 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 상기 가스-투과성 부재의 내부 표면과 평행하게 흐르는 상기 액체 공급원으로부터의 상기 액체 캐리어의 유속이 상기 액체의 난류 임계값보다 커서 난류 흐름 조건을 생성하고, 이에 의해 상기 액체가 상기 가스-투과성 부재의 내부 표면으로부터 가스를 전단하게 하고 상기 액체 캐리어 내에 나노-버블을 형성하도록 구성된다.
제5 양태에 있어서는, 본 발명의 제4 양태에 설명된 장치를 사용하여 액체 캐리어에 분산된 나노-버블을 포함하는 조성물을 제조하는 방법이 설명된다. 상기 방법은: (a) 가스-투과성 부재의 외부 표면에서 난류 임계값 초과의 난류 흐름을 생성하는 유속으로 액체 캐리어를 액체 공급원으로부터 하우징의 액체 입구를 통해 상기 가스-투과성 부재의 내부 캐비티 내로 도입하는 단계; (b) 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 액체 출구로 흐를 때 상기 가스-투과성 부재의 내부 표면과 평행한 자속을 제공하는 단계; 및 (c) 상기 하우징의 내부 캐비티 내의 압력이 상기 가스-투과성 부재의 내부 압력보다 크도록 선택된 가스 압력으로, 가스 공급원으로부터 압축된 가스를 상기 하우징의 내부 캐비티 내로 도입하고, 이에 의해 상기 가스를 다공성 측벽을 통해 강제하고 또한 상기 가스-투과성 부재의 내부 표면상에 나노-버블을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 상기 가스-투과성 부재의 내부 표면과 평행하게 흐르는 상기 액체 캐리어는 상기 가스-투과성 부재의 내부 표면으로부터 나노-버블을 제거하여 상기 액체 캐리어 및 그 안에 분산된 상기 나노-버블을 포함하는 조성물을 형성한다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 유속은 적어도 2 m/s이다. 상기 방법은 진동 자속, 예를 들면 고주파 진동 자속을 제공하는 단계를 포함할 수 있다.
상술된 각각의 장치 및 방법에 있어서, 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 상기 가스-투과성 부재의 내부 또는 외부 표면과 평행하게 흐를 때 상기 액체 공급원으로부터의 액체 캐리어의 유속이 상기 액체의 난류 임계값보다 커서 난류 흐름 조건을 생성하도록 구성함으로써 나노-버블 융합을 최소화한다. 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 흐를 때 상기 가스-투과성 부재의 내부 또는 외부 표면과 평행한 자속(예를 들면, 고주파 진동 자속)을 생성하기 위해 적어도 하나의 전기 도체를 포함함으로써, 나노-버블 생성 및 나노-버블 생성 속도가 모두 증가한다. 상기 전기 도체의 저항 변화의 측정은 유체 내 나노-버블의 존재를 감지하기 위해 사용될 수 있다.
상기 나선형 부재는 상기 액체 캐리어에 각속도를 부여하여 소용돌이를 발생시켜 상기 가스-투과성 부재와 액체 스트림 사이의 계면에서 나노-버블을 포집하는 효율을 향상시킴으로써 나노-버블 생성 및 나노-버블 생성 속도를 더욱 증가시킨다. 또한, 상기 하이드로포일은 상기 하이드로포일의 표면과 상기 하이드로포일 하류의 난류 트레일링 에지를 기반으로 상기 장치를 통해 흐르는 유체에 높은 난류 영역을 생성함으로써 나노-버블 생성 및 나노-버블 생성 속도를 추가로 증가시킨다.
상술된 장치 및 방법들은 다양한 응용 분야에서 사용할 수 있다. 예를 들어, 수역(body of water)의 오염 물질을 산소화 및/또는 제거하기 위한 폐수 처리와 같은 수처리를 들 수 있다. 다른 예로는 조성물이 산소 또는 기타 영양분을 전달하기 위해 사용될 수 있는 양식 및 식물 성장 등을 들 수 있다. 또 다른 예로는, 예를 들어, 염소와 같은 화학 물질의 사용을 최소화하거나 제거하기 위한 온수 욕조 또는 스파에서의 세척 및 살균을 들 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에 대한 상세한 설명은 첨부된 도면들 및 아래의 상세한 설명에 개시되어 있다. 본 발명의 다른 특징, 목적 및 장점은 상세한 설명 및 도면과 청구 범위로부터 명백해질 것이다.
도 1a는 액체 캐리어 내에 분산된 나노-버블을 포함하는 조성물을 제조하기 위한 예시적인 장치의 평면도이다.
도 1b는 도 1a의 장치의 측단면도이다.
도 1c는 도 1a의 장치의 분해도이다.
도 2a는 액체 캐리어 내에 분산된 나노-버블을 포함하는 조성물을 제조하기 위한 예시적인 장치의 평면도이다.
도 2b는 도 2a의 장치의 측단면도이다.
도 3a는 액체 캐리어 내에 분산된 나노-버블을 포함하는 조성물을 제조하기 위한 예시적인 장치의 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 장치의 측단면도이다.
도 4a는 액체 캐리어 내에 분산된 나노-버블을 포함하는 조성물을 제조하기 위한 예시적인 장치의 평면도이다.
도 4b는 도 4a의 장치의 측단면도이다.
도 5a는 액체 캐리어 내에 분산된 나노-버블을 포함하는 조성물을 제조하기 위한 예시적인 장치의 평면도이다.
도 5b는 도 5a의 장치의 측단면도이다.
도 6a는 액체 캐리어 내에 분산된 나노-버블을 포함하는 조성물을 제조하기 위한 예시적인 장치의 평면도이다.
도 6b는 도 6a의 장치의 측단면도이다.
도 7은 액체 캐리어 내에 분산된 나노-버블을 포함하는 조성물을 제조하기 위한 예시적인 장치의 평면도이다.
도 8은 액체 캐리어 내에 분산된 나노-버블을 포함하는 조성물을 제조하기 위한 예시적인 장치의 평면도이다.
도 9a는 예시적인 하이드로포일의 사시도이다.
도 9b는 도 9a의 하이드로포일의 측면도이다.
도 9c는 도 9a의 하이드로포일의 평면도이다.
도 10a는 도 9a의 하이드로포일에 결합된 예시적인 마운트의 평면도이다.
도 10b는 예시적인 목적을 위해 하이드로포일을 제외한, 도 10a의 마운트의 단면도이다.
도 10c는 도 9a의 하이드로포일에 결합된, 도 10a의 마운트의 단면도이다.
도 11은 예시적인 투과성 부재의 개략도이다.
도 12는 예시적인 장치의 개략도이다.
다양한 도면들에서 유사한 참조 기호들은 유사한 요소들을 나타낸다.
본 발명은 액체 캐리어에서 나노-버블을 생성하기 위한 장치를 설명한다. 나노-버블은 1 마이크로미터(㎛m) 미만의 직경을 갖는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노-버블은 500 나노미터(nm) 이하의 직경을 갖는다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노-버블은 200 나노미터(nm) 이하의 직경을 갖는다.
본원에 설명된 장치 및 방법들은 액체 캐리어에 나노-버블을 형성하기 위해 전단 이외에도 슈퍼 캐비테이션(super-cavitation), 와류 및/또는 자기장(바람직하게는 고주파 진동 자기장)의 조합을 선택적으로 제공한다.
도 1a 및 도 1b는 각각 예시적인 장치(100)의 평면도 및 측단면도를 나타내는 개략도이다. 도 1c는 상기 장치(100)의 구성 요소들이 서로 분리되어 도시된 상기 장치(100)의 분해도를 나타내는 개략도이다. 상기 장치(100)는 하우징(101), 투과성 부재(103) 및 전기 도체(105)를 포함한다. 상기 세장형 하우징(101)은 제1 단부(101a), 제2 단부(101b) 및 액체 공급원으로부터 액체 캐리어를 수용하도록 구성되는 내부 캐비티에 의해 한정된다. 상기 하우징(101)은 입구와 출구를 포함한다. 상기 제 1 단부(101a)는 입구일 수 있고 상기 제 2 단부(101b)는 출구일 수 있다.
상기 장치(100)는 상기 하우징(101)의 내부 캐비티 내에 적어도 부분적으로 배치된 가스-투과성 부재(103)를 포함한다. 상기 투과성 부재(103)는 내부 표면, 외부 표면 및 루멘을 한정한다. 상기 투과성 부재(103)는 가스 공급원으로부터 압축 가스를 수용하도록 구성되는 제1 단부(103a), 제2 단부(103b) 및 상기 제1 단부 및 제2 단부(103a, 103b) 사이에서 연장되는 다공성 측벽(103c)을 포함할 수 있다. 상기투과성 부재(103)의 제1 단부(103a)는 개방 단부일 수 있고, 상기 투과성 부재(103)의 제2 단부(103b)는 폐쇄 단부일 수 있다.
상기 하우징(101) 및 투과성 부재(103)는 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 상기 투과성 부재(103)의 외부 표면과 평행하게 흐르는, 상기 액체 공급원으로부터의 액체 캐리어의 유속이 상기 액체의 난류 임계값보다 커서 난류 흐름 조건을 생성하도록 배치될 수 있으며, 이에 따라 액체가 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면으로부터 기체를 전단하고 상기 액체 캐리어 내에 나노-버블을 형성하도록 허용할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c에 도시된 바와 같이, 상기 장치(100)는 상기 하우징(101)의 내부 캐비티에 위치하는 나선형 부재(예를 들면, 나선형 전극) 형태의 전기 도체(105)를 포함한다. 상기 전기 도체(105)는 상기 액체 캐리어가 상기 하우징(101)의 액체 입구로부터 액체 출구로 흐를 때 상기 투과성 부재(103)의 외부 표면과 평행한 자속을 생성하도록 구성된다. 바람직하게는, 상기 전기 도체(105)는 고주파 진동 자속을 생성하도록 구성된다.
상기 전기 도체(105)는 상기 투과성 부재(103)의 외부 표면상에 위치할 수 있다. 상기 전기 도체(105)는 상기 투과성 부재(103)의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 상기 전기 도체(105)는 또한 다른 형상으로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에 있어서, 상기 전기 도체(105)는 와이어를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 전기 도체(105)는 하나 이상의 전극을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 전기 도체(105)는 전자기 코일(예를 들어, 고정자)의 형태이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 투과성 부재(103)는 상기 전기 도체(105)로서 작용할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 장치(100)는 액체 캐리어(예를 들어, 물)를 제공하는 액체 공급원에 연결된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 액체의 공급원은 흡입 라인을 통해 펌프에 연결되는 용기 또는 수역이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 펌프는 가변 속도 펌프이다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 펌프는 제어 밸브를 갖는 토출 라인을 통해 상기 장치(100)에 연결된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 토출 라인은 상기 하우징(101)과 유체 연통한다. 예를 들어, 상기 액체 캐리어는 상기 펌프로부터, 상기 제어 밸브를 통해, 상기 토출 라인을 통해, 그리고 상기 제1 단부(101a)로 흐른다. 상기 제어 밸브의 개방 비율은 상기 장치(100)로의 상기 액체 캐리어의 압력 및 유속을 제어하도록 조정될 수 있다.
상기 장치(100)는 선택적으로 상기 장치(100)를 통해 흐르는 액체 캐리어에서 회전을 유도하도록 형성되는 하이드로포일(150)을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 하이드로포일(150)은 상기 장치(100)를 통해 흐르는 액체 캐리어에서 슈퍼 캐비테이션을 유도하기 위한 형상(예를 들어, 테이퍼 및/또는 곡면)으로 형성된다. 예를 들어, 상기 하이드로포일(150)은 상기 하이드로포일(150)의 표면 및 상기 하이드로포일(150) 하류의 난류 트레일링 에지를 기반으로 상기 장치(100)를 통해 흐르는 유체에 높은 난류 영역을 생성하도록 형상화될 수 있다. 본 발명에 있어서, "하류" 및 "상류"라는 용어는 예를 들어, 상기 장치(100)를 통과하는 액체 캐리어의 전체 흐름 방향과 관련된다. 예를 들어, 도 1a 및 도 1b에 있어서, 상기 장치(100)를 통과하는 액체 캐리어의 전체 흐름 방향은 좌측으로부터 우측으로 향하므로, "하류"는 "~의 우측"과 연관되고 "상류"는 "~의 좌측"과 연관된다.
도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 하이드로포일(150)은 상기 하우징(101)의 내부 캐비티에 위치할 수 있다. 상기 하이드로포일(150)의 적어도 일부는 상기 투과성 부재(103)의 상류에 위치할 수 있다. 상기 하이드로포일(150)은 상기 투과성 부재(103)에 물리적으로 부착될 수 있다. 상기 하이드로포일의 다른 구현들도 고려될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예들에 있어서, 상기 하이드로포일(150)의 적어도 일부는 상기 투과성 부재(103)의 하류에 위치할 수 있다. 상기 하이드로포일(150) 및 하나 이상의 다른 구성 요소(예를 들면, 헬리코다이얼 부재 및/또는 전기 도체(105))가 상기 장치(100)를 통해 흐르는 유체에서 협력적으로 회전을 유도할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 장치(100)는 선택적으로 마운트(151)를 포함한다. 상기 마운트는 상기 장치에서 2 이상의 구성 요소들을 함께 결합하는 역할을 할 수 있다. 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 투과성 부재(103) 및 선택적으로, 상기 하이드로포일(150)은 상기 마운트(151)에 결합될 수 있다. 상기 하우징(101)은 상기 마운트(151)에 결합될 수 있으며, 예를 들어, 상기 하우징(101)의 제1 단부(101a)가 상기 마운트(151)에 결합될 수 있다. 구성 요소들을 함께 결합하기 위한 다양한 수단이 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 하우징(101)의 제 1 단부(101a)는 상기 마운트(151)의 내부 보어와 결합될 수 있다. 상기 마운트(151)는 그의 결합된 구성 요소들 내에 유체 입구 및/또는 출구 포트들을 제공할 수 있다. 예를 들어, 상기 마운트(151)는 상기 투과성 부재(103)의 제1 단부(103a)와 유체 연통하는 포트(151a)를 한정할 수 있다. 상기 포트(151)는 가스를 상기 투과성 부재(103) 내로 도입시키기 위해 사용될 수 있다.
상기 장치(100)는 가스 공급원에 연결된다. 상술된 바와 같이, 상기 가스 공급원은 상기 투과성 부재(103)의 제 1 단부(103a)와 유체 연통하는, (상기 마운트(151)에 의해 한정되는) 포트(151a)에 연결될 수 있다. 상기 가스는 상기 제 1 단부(103a)로 그리고 상기 투과성 부재(103)의 루멘 내로 흐를 수 있다. 상기 가스가 상기 루멘으로부터 상기 투과성 부재(103)의 기공들을 통해 흐름에 따라, 나노-버블이 형성될 수 있고 상기 나노-버블은 액체의 난류 임계값 초과의 유속으로 상기 투과성 부재(103)의 외부 표면을 가로질러 흐르는 액체 캐리어에 의해 상기 투과성 부재(103)의 외부 표면으로부터 전단될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 장치(100)에 의해 형성된 나노-버블을 포함하는 액체 캐리어는 상기 장치(100)로부터(예를 들어, 제2 단부(101b)로부터) 배출 라인으로 흐른다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 장치(100)에 의해 형성된 나노-버블을 포함하는 액체 캐리어는 상기 장치(100)로부터 (예를 들어, 용기 또는 수역 내의) 복수의 선택 가능한 배출 라인들로 흐른다.
도 2a 및 도 2b는 예시적인 장치(200)의 개략도이다. 상기 장치(200)는 장치(100)와 동일한 특징부들(예를 들면, 투과성 부재(103), 마운트(151)) 중 하나 이상을 포함하지만, 또한 몇 가지 상이점들도 존재한다. 예를 들어, 장치(200)는 세그먼트화된 하우징(201)을 포함한다. 상기 하우징(201)의 세그먼트들은 상기 마운트(151)에 의해 결합될 수 있다. 상기 마운트(151)는 상기 하우징(201)의 제1 단부(201a)와 제2 단부(201b) 사이에 위치할 수 있다.
도 2a 및 도 2b의 장치(200)는 또한 다중 전기 도체들(205, 207)을 포함한다. 상기 전기 도체(205)는 상기 투과성 부재(103)의 하류에 위치하는 상기 하우징(201)의 외부에 위치하는 전자기 코일(예를 들면, 고정자)이다. 전기 도체(205)는 상기 투과성 부재(103)로부터 상류에 위치하는 상기 하우징(201)의 내부 캐비티에 위치하는 나선형 부재(207)(예를 들면, 코일 전극)이다. 상기 나선형 부재(207)는 상기 하우징(201)의 내부 원주 벽을 따라 배치되는 나선형 배플(또는 코일 와이어)을 포함할 수 있다. 상기 나선형 부재(207)는 액체 캐리어가 상기 치(2l00)를 통해 (예를 들어, 상기 액체 입구로부터 액체 출구로) 흐름에 따라 상기 액체 캐리어가 회전되도록 구성된다. 장치(100)의 전기 도체(105)와 유사하게, 상기 나선형 부재(207)는 또한 상기 액체 캐리어가 상기 장치(200)를 통해 (예를 들어, 상기 액체 입구로부터 액체 출구로) 흐름에 따라 상기 투과성 부재(103)의 외부 표면과 평행한 자속(예를 들어, 고주파 진동 자기장)을 생성하도록 구성되는 전자기 코일로서 작용할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 나선형 부재(207)는 상기 액체 캐리어를 회전시키는 투과성 부재(103), 하우징(201) 또는 둘 모두의 통합된 특징부일 수 있다. 예를 들어, 상기 나선형 부재(207)는 상기 투과성 부재(103), 상기 하우징(201) 또는 둘 모두의 벽에 하나 이상의 표면 특징부를 포함할 수 있으며, 이는 표면에 인접하여 흐르는 액체 캐리어가 회전하도록 한다. 상기 표면 특징부들은 벽의 캐비티들 및/또는 돌출부들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 나선형 부재(207)는 일부 실시예들에 있어서 상기 하우징의 내벽을 따라 형성되는 나선형 표면을 포함할 수 있다.
본원에 제공된 장치는 다양한 전기 도체 구성을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 하나 이상의 전기 도체(예를 들어, 전기 도체(205) 또는 나선형 부재(207))는 상기 장치(200) 내의 개별 구성 요소들이다. 예를 들어, 상기 전기 도체(205) 및 나선형 부재(207)는 (도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이) 상기 하우징(201)에 직접 결합되거나, 또는 (도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이) 상기 하우징(201)으로부터 이격된 별도의 구성 요소들일 수 있다. 예를 들어, 상기 나선형 부재(207)는 상기 투과성 부재(103)의 외부 표면에 결합되고 그의 주위에 배치되는 나선형 배플 형태일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 하나 이상의 전극의 적어도 일부는 상기 투과성 부재(103)의 상류, 하류 또는 동일한 대략적인 위치에 배치될 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 또 다른 예시적인 장치(300)를 도시한다. 장치(300)는 이전에 논의된 장치들(예를 들면, 장치들(100, 200))의 일부 동일한 특징부들(예를 들면, 투과성 부재(103))을 포함하지만, 본 섹션에서는 장치(300)에 존재하는 상이점들에 중점을 둔다. 예를 들어, 장치(300)는 상기 투과성 부재(103)의 상류에 위치하는 전기 고정자(305) 및 상기 투과성 부재(103)의 적어도 일부를 둘러싸는 나선형 부재(307)를 포함하는, 상기 하우징(301) 내에 위치하는 다중 전기 도체들을 갖는다. 상기 나선형 부재(307)는 원하는 크기로 조정될 수 있다. 예를 들어, 상기 장치(300)의 나선형 부재(307)는 상기 투과성 부재(103)보다 길어서, 상기 나선형 부재(307)의 일부가 상기 투과성 부재(103)의 하류로 연장된다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 나선형 부재(307)는 길이 방향에 따라 상기 투과성 부재의 길이보다 길거나, 짧거나, 또는 그와 대략 동일할 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 또 다른 예시적인 장치(400)를 도시한다. 장치(400)는 이전에 논의된 장치들(예를 들면, 장치들(100, 200, 300))의 일부 동일한 특징부들(예를 들면, 투과성 부재(103))을 포함하지만, 본 섹션에서는 장치(400)에 존재하는 상이점들에 중점을 둔다. 예를 들어, 장치(400)는 상기 하우징(401)의 외부에 위치하는 나선형 부재(예를 들어, 나선형 전극) 형태의 전기 도체(405)를 포함한다. 예를 들어, 상기 전기 도체(405)는 상기 하우징(401)의 외부에 직접 결합되고 대략 그 주위에 배치되는 코일 와이어(또는 단지 코일)를 포함할 수 있다. 상기 장치(400)의 전기 도체(405)는 상기 투과성 부재(103)의 상류에 위치한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 전기 도체(405)의 적어도 일부는 상기 투과성 부재(103)의 하류 또는 그와 대략적으로 동일한 위치에 위치할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 전기 도체는 상기 마운트(405)상에 배치될 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 또 다른 예시적인 장치(500)를 도시한다. 장치(500)는 이전에 논의된 장치들(예를 들면, 장치들(100, 200, 300, 400))의 일부 동일한 특징부들(예를 들면, 투과성 부재(103))을 포함하지만, 본 섹션에서는 장치(500)에 존재하는 상이점들에 중점을 두고자 한다. 장치(500)는 상기 하우징(501)의 출구 단부(501b) 근처의 상기 투과성 부재(103)의 일반적으로 하류에 위치하는 상기 하우징(501)의 외부에 위치하는 나선형 부재(예를 들어, 나선형 전극) 형태의 전기 도체(505)를 포함한다.
도 6a 및 도 6b는 또 다른 예시적인 장치(600)를 도시한다. 장치(600)는 이전에 논의된 장치들(예를 들면, 장치들(100, 200, 300, 400, 500))의 일부 동일한 특징부들(예를 들면, 투과성 부재(103))을 포함하지만, 본 섹션에서는 장치(600)에 존재하는 상이점들에 초점을 맞춘다. 장치(600)의 전기 도체(605)는 상기 하우징(601)의 외부에 위치하며, 또한 하우징 입구(601a) 근처의 상기 투과성 부재(103)의 상류에 위치하는 전자기 코일(예를 들면, 고정자)을 포함한다.
도 7은 또 다른 예시적인 장치(700)를 도시한다. 장치(700)는 상기 하우징(701)의 외부에 위치한 전자기 코일(예를 들면, 고정자) 형태의 전기 도체(705)를 포함한다. 장치(700)의 상기 전기 도체(705)는 상기 투과성 부재와 대략적으로 동일한 위치에 위치하며, 상기 투과성 부재(103)의 일부를 둘러싸고 있다.
도 8은 상기 투과성 부재(103) 하류에 위치한 상기 하우징(801)의 외부에 위치하며, 전기 도체(105), 전자기 코일(예를 들면, 고정자)을 포함하는 또 다른 예시적인 장치(800)를 도시한다.
도 9a 내지 도 9c는 예시적인 하이드로포일(150)을 도시한다. 상기 하이드로포일은 상기 하이드로포일(150)의 하류에서 유체(예를 들어, 액체 캐리어)의 흐름에 난류를 생성하도록 구성되는 비대칭 형상을 포함한다. 상기 하이드로포일(150)의 형상은 상기 하이드로포일 주위를 흐르는 유체의 회전을 유도하는 서로 오프셋되는 곡선형 날개들(한 쌍의 테이퍼진 단부들)를 포함할 수 있다. 상기 하이드로포일(150)은 선택적으로 상기 투과성 부재(103)의 제1 단부(103a)에 결합 가능한 결합 요소(예를 들면, 도 9a에 도시된 디퓨저 마운트의 스레드 암부)를 포함할 수 있다. 상기 하이드로포일(150)의 형상은 상기 장치(100)를 통해 흐르는 유체의 회전을 유도할 수 있고, 상기 유체로 하여금 도 1a 및 도 1b의 투과성 부재(103) 주위로 (예를 들어, 나선형으로) 소용돌이치게 한다. 상기 하이드로포일(150)에 대한 설명은 위에서 장치(100)와 관련하여 설명되었지만, 동일한 개념이 본원에 설명된 장치들(200, 300, 400, 500, 600, 700, 또는 800) 중 어느 하나에 적용될 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 본원에 설명된 장치를 선택적으로 포함할 수 있는 예시적인 마운트(151)를 도시한다. 상술된 바와 같이, 상기 마운트는 본원에 설명된 장치들의 하나 이상의 구성 요소, 예를 들어, 도 1a 및 도 1b의 하이드로포일(150)에 결합될 수 있다.
도 11은 본원에 기술된 장치들 중 임의의 하나에서 구현될 수 있는 예시적인 가스-투과성 부재(103)의 개략도이다. 상기 투과성 부재(103)는 나노-버블을 생성하기 위해 가스가 통과할 수 있는 다수의 기공들을 한정한다. 상기 기공들 각각은 50 ㎛ 이하의 직경을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 기공들 각각은 200 nm 내지 50 ㎛ 범위의 직경을 갖는다. 상기 기공들은 균일한 크기 또는 다양한 크기일 수 있다. 상기 기공들은 상기 투과성 부재(103)의 표면(예를 들면, 외부 표면)에 걸쳐 균일하게 또는 무작위로 분포될 수 있다. 상기 기공들은 임의의 규칙적인(예를 들어, 원형) 또는 불규칙한 형상을 가질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 투과성 부재(103)는 전기 전도성이며 세장형 전극으로 작용한다.
가스는 상기 투과성 부재(103) 내로 유입되어, 액체가 상기 투과성 부재(103)의 외부 표면 주위로 흐름에 따라, 상기 가스가 상기 투과성 부재(103)의 루멘으로부터 상기 기공들을 통해 흐름으로써 상기 투과성 부재(103)의 표면을 따라 나노-버블을 생성할 수 있다. 상기 투과성 부재(103) 주위를 흐르는 액체는 상기 투과성 부재로부터 나노-버블을 절단하여 나노-버블 농축 액체를 생성한다.
도 12는 예시적인 장치(1200)의 개략도이다. 이전의 예시적인 장치들과는 달리, 장치(1200)는 가스 공급원으로부터 가스를 수용하도록 구성되는 하우징(1201) 및 액체 공급원으로부터 액체 캐리어를 수용하도록 구성되는 투과성 부재(1203)를 포함한다. 상기 투과성 부재(1203)는 (도 11에 도시된) 상기 투과성 부재(103)와 실질적으로 유사할 수 있다. 액체는 상기 투과성 부재(1203) 내로 흐르고, 가스는 장치(1200)에서 상기 투과성 부재(1203)의 외부 표면 주위로 흐른다. 가스는 상기 기공들을 통해 상기 투과성 부재(1203)의 루멘 내로 흘러 나노-버블을 생성하고, 상기 나노-버블은 전단되어 상기 투과성 부재(1203) 내에서 흐르는 액체로 분산된다.
상기 장치(1200)의 하우징(1201)은 폐쇄된 단부인 제1 단부(1201a) 및 제2 단부(1201b)를 포함한다. 가스는 공급원으로부터 상기 하우징(1201)에 의해 한정된 포트(1201c)를 통해 상기 하우징(1201)의 내부 캐비티 내로 흐른다. 도 12에서는 포트(1201c)가 상기 하우징(1201)의 중간 근처에 위치하는 것으로 도시되어 있지만, 가스가 상기 하우징(1201)의 내부 캐비티로 유입되는 진입 지점을 상기 포트(1201c)가 제공하는 한, 상기 포트(1201c)는 상기 하우징(1201)의 임의의 지점에 위치할 수 있다.
상기 투과성 부재(1203)는 액체 캐리어를 수용하기에 적합한 액체 입구로서 작용할 수 있는 제1 단부(1203a)를 갖는다. 상기 투과성 부재(1203)는 가스가 그의 벽을 통과할 수 있도록 하는 기공들을 포함한다. 상기 투과성 부재(1203)는 상기 하우징(1201)의 내부 캐비티 내에 밀폐되어 상기 하우징 내의 가스가 상기 투과성 부재(1203)의 벽들을 가로질러 흐르도록 한다. 상기 가스가 상기 투과성 부재(1203)의 기공들을 통과하여 상기 투과성 부재(1203)의 루멘 내로 흐르도록 압력이 가해진다. 상기 가스가 상기 투과성 부재(1203)의 기공들을 통해 흐름에 따라, 나노-버블이 형성된다. 상기 투과성 부재(1203)의 루멘을 통해 흐르는 액체 캐리어는 나노-버블이 형성될 때 상기 투과성 부재(1203)의 내부 표면으로부터 상기 나노-버블을 절단한다. 상기 투과성 부재(1203)의 제2 단부(1203b)는 형성된 나노-버블을 운반하는 액체 캐리어를 배출하기 위한 개방된 단부 또는 출구일 수 있다.
도 12의 장치(1200)는 상기 하우징(1201)의 외부에 위치한 전자기 코일(예를 들면, 고정자) 형태의 전기 도체(1205)를 포함한다. 상기 전기 도체(1205)는 상기 투과성 부재(1203)의 적어도 일부를 둘러싸며, 상기 포트(1201c)의 상류에 위치한다. 하나 이상의 전기 도체는 상술된 섹션들에서 설명한 바와 같이 다양한 방식으로 구현될 수 있다.
장치(1200)는 선택적으로, 앞서 본원에서 설명된 바와 같이, 상기 투과성 부재(1203)를 통해 흐르는 액체의 회전을 유도하기 위한 구성 요소(예를 들면, 나선형 부재 및/또는 하이드로포일)를 포함할 수 있다. 상기 선택적 구성 요소는 상기 하우징(1201)의 내부 캐비티에 위치할 수 있다. 예를 들어, 상기 선택적 구성 요소는 상기 투과성 부재(1203)에 결합될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 선택적 구성 요소는 상기 투과성 부재(1203)와 통합된다. 예를 들어, 상기 선택적 구성 요소는 상기 투과성 부재(1203)의 내부 표면 주위에 배치된 나선형 배플 또는 코일을 포함하는 나선형 부재일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 선택적 구성 요소의 적어도 일부는 상기 투과성 부재(1203)의 상류 또는 하류에 위치한다. 일부 실시예들에 있어서, 장치(1200)는 상기 하이드로포일, 상기 나선형 부재 및/또는 상기 전기 도체(1205)를 포함하며, 이는 상기 장치(1200)를 통해 흐르는 유체에서 회전을 협력적으로 유도할 수 있게 한다.
본원에 설명된 임의의 장치 및 방법들은 액체 체적에서 평균 직경이 1 ㎛ 미만인 나노-버블을 생성하는 것을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 나노-버블은 약 10 nm 내지 약 500 nm, 약 75 nm 내지 약 200 nm, 또는 약 50 nm 내지 약 150 nm 범위의 평균 직경을 갖는다. 상기 조성물 내의 나노-버블은 단일 모드의 직경 분포를 가질 수 있으며, 여기서 평균 버블 직경은 1 ㎛ 미만이다. 일부 실시예들에 있어서, 본원에 기술된 장치 및 방법들에 의해 생성된 조성물들 중 임의의 조성물은 나노-버블을 포함하지만, 마이크로 버블은 없다.
본 주제의 특정 실시예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 수정, 대체 및 변경이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다.

Claims (26)

  1. 액체 캐리어에 분산된 나노-버블을 포함하는 조성물을 제조하기 위한 장치로서,
    (a) 제1 단부 및 제2 단부를 포함하는 세장형 하우징으로서, 상기 하우징은 액체 입구, 액체 출구 및 액체 공급원으로부터 상기 액체 캐리어를 수용하도록 구성되는 내부 캐비티를 한정하는, 상기 세장형 하우징;
    (b) 상기 하우징의 내부 캐비티 내에 적어도 부분적으로 배치되는 가스-투과성 부재로서, 상기 가스-투과성 부재는 가스 공급원으로부터 압축 가스를 수용하도록 구성되는 제1 단부, 제2 단부 및 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에서 연장되는 다공성 측벽을 포함하며, 상기 가스-투과성 부재는 내부 표면, 외부 표면 및 루멘을 한정하는, 상기 가스-투과성 부재; 및
    (c) 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 흐를 때 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행한 자속을 발생시키도록 구성되는 적어도 하나의 전기 도체를 포함하며,
    상기 하우징 및 가스-투과성 부재는, 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행하게 흐르는 상기 액체 공급원으로부터의 상기 액체 캐리어의 유속이 상기 액체의 난류 임계값(turbulent threshold)보다 커서 난류 흐름 조건을 생성하고, 이에 의해 상기 액체가 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면으로부터 가스를 전단하게 하고 상기 액체 캐리어 내에 나노-버블을 형성하도록 구성되는, 장치.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 가스-투과성 부재는 전기 전도성인, 장치.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 전기 도체는 전자기 코일을 포함하는, 장치.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 전자기 코일은 고정자를 포함하는, 장치.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 전기 도체는 와이어를 포함하는, 장치.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 흐를 때 상기 액체 캐리어를 회전시키도록 구성되는 나선형 부재를 포함하는, 장치.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 나선형 부재는 상기 가스-투과성 부재, 상기 하우징 또는 둘 모두에 통합되는 패턴 형태인, 장치.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 나선형 부재는 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 흐를 때 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행한 자속을 생성하도록 구성되는 전자기 코일을 포함하는, 장치.
  9. 제1 항에 있어서, 상기 전기 도체는 상기 하우징의 외부상에 위치하는, 장치.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 전기 도체는 상기 하우징의 내부 캐비티상에 위치하는, 장치.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 전기 도체는 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면상에 위치하는, 장치.
  12. 제1 항에 있어서, 상기 전기 도체는 상기 가스-투과성 부재의 하류에 위치하는, 장치.
  13. 제1 항에 있어서, 상기 전기 도체는 상기 가스-투과성 부재의 상류에 위치하는, 장치.
  14. 제1 항에 있어서, 상기 하우징의 내부 캐비티에 위치하는 하이드로포일(hydrofoil)을 추가로 포함하는, 장치.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 하이드로포일은 상기 가스-투과성 부재의 상류에 위치하는, 장치.
  16. 제14 항에 있어서, 상기 하이드로포일은 상기 가스-투과성 부재의 하류에 위치하는, 장치.
  17. 제1 항에 있어서, 상기 하이드로포일은 상기 가스-투과성 부재에 물리적으로 부착되는, 장치.
  18. 액체 캐리어에 분산된 나노-버블을 포함하는 조성물을 제조하기 위한 장치로서,
    (a) 제1 단부 및 제2 단부를 포함하는 세장형 하우징으로서, 상기 하우징은 액체 입구, 액체 출구 및 액체 공급원으로부터 상기 액체 캐리어를 수용하도록 구성되는 내부 캐비티를 한정하는, 상기 세장형 하우징;
    (b) 상기 하우징의 내부 캐비티 내에 적어도 부분적으로 배치되는 가스-투과성 부재로서, 상기 가스-투과성 부재는 가스 공급원으로부터 압축 가스를 수용하도록 구성되는 제1 단부, 제2 단부 및 상기 제1 단부와 상기 제2 단부 사이에서 연장되는 다공성 측벽을 포함하며, 상기 가스-투과성 부재는 내부 표면, 외부 표면 및 루멘을 한정하는, 상기 가스-투과성 부재; 및
    (c) 하나 이상의 전기 도체로서, 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 흐를 때 상기 전기 도체들 중 하나가 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행한 자속을 생성시키도록 구성되는 전자기 코일을 포함하는, 상기 하나 이상의 전기 도체;
    (d) 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 흐를 때 상기 액체 캐리어를 회전시키도록 구성되는 나선형 부재; 및
    (e) 상기 하우징의 내부 캐비티에 위치하는 하이드로포일을 포함하며,
    상기 하우징 및 가스-투과성 부재는, 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행하게 흐르는 상기 액체 공급원으로부터의 상기 액체 캐리어의 유속이 상기 액체의 난류 임계값보다 커서 난류 흐름 조건을 생성하고, 이에 의해 상기 액체가 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면으로부터 가스를 전단하게 하고 상기 액체 캐리어 내에 나노-버블을 형성하도록 구성되는, 장치.
  19. 제18 항에 있어서, 상기 나선형 부재는 전자기 코일을 포함하는, 장치.
  20. 제1 항 또는 제18 항의 장치를 사용하여 액체 캐리어에 분산된 나노-버블을 포함하는 조성물을 제조하는 방법으로서,
    (a) 가스-투과성 부재의 외부 표면에서 난류 임계값 초과의 난류 흐름을 생성하는 유속으로 액체 캐리어를 액체 공급원으로부터 하우징의 액체 입구를 통해 상기 하우징의 내부 캐비티 내로 도입하는 단계;
    (b) 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 액체 출구로 흐를 때 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행한 자속을 제공하는 단계; 및
    (c) 루멘 내의 압력이 상기 하우징의 내부 캐비티의 압력보다 크도록 선택된 가스 압력으로, 가스 공급원으로부터 압축된 가스를 상기 가스-투과성 부재의 루멘 내로 도입하고, 이에 의해 상기 가스를 다공성 측벽을 통해 강제하고 또한 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면상에 나노-버블을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행하게 흐르는 상기 액체 캐리어는 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면으로부터 나노-버블을 제거하여 상기 액체 캐리어 및 그 안에 분산된 상기 나노-버블을 포함하는 조성물을 형성하는, 방법.
  21. 제20 항에 있어서, 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행한 진동 자속을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  22. 제21 항에 있어서, 상기 가스-투과성 부재의 외부 표면과 평행한 고주파 진동 자속을 제공하는 단계를 포함하는. 방법.
  23. 액체 캐리어에 분산된 나노-버블을 포함하는 조성물을 제조하기 위한 장치로서,
    (a) 제1 단부 및 제2 단부를 포함하는 세장형 하우징으로서, 상기 하우징은 내부 캐비티 및 가스 공급원으로부터 압축 가스를 상기 내부 캐비티 내로 도입하도록 구성되는 가스 입구를 추가로 포함하는, 상기 세장형 하우징;
    (b) 상기 하우징의 내부 캐비티 내에 적어도 부분적으로 배치되는 가스-투과성 부재로서, 상기 가스-투과성 부재는 액체 공급원으로부터 액체를 수용하도록 구성되는 액체 입구, 액체 출구 및 상기 액체 입구와 상기 액체 출구 사이에서 연장되는 다공성 측벽을 포함하고, 상기 가스-투과성 부재는 내부 표면, 외부 표면 및 액체가 흐르는 루멘을 한정하는, 상기 가스-투과성 부재; 및
    (c) 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 흐를 때 상기 가스-투과성 부재의 내부 표면과 평행한 자속을 발생시키도록 구성되는 적어도 하나의 전기 도체를 포함하며,
    상기 하우징 및 가스-투과성 부재는, 상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 상기 가스-투과성 부재의 내부 표면과 평행하게 흐르는 상기 액체 공급원으로부터의 상기 액체 캐리어의 유속이 상기 액체의 난류 임계값보다 커서 난류 흐름 조건을 생성하고, 이에 의해 상기 액체가 상기 가스-투과성 부재의 내부 표면으로부터 가스를 전단하게 하고 상기 액체 캐리어 내에 나노-버블을 형성하도록 구성되는, 장치.
  24. 제23 항의 장치를 사용하여 액체 캐리어에 분산된 나노-버블을 포함하는 조성물을 제조하는 방법으로서,
    (a) 가스-투과성 부재의 외부 표면에서 난류 임계값 초과의 난류 흐름을 생성하는 유속으로 액체 캐리어를 액체 공급원으로부터 하우징의 액체 입구를 통해 상기 가스-투과성 부재의 내부 캐비티 내로 도입하는 단계;
    (b) 상기 액체 캐리어가 상기 액체 입구로부터 액체 출구로 흐를 때 상기 가스-투과성 부재의 내부 표면과 평행한 자속을 제공하는 단계; 및
    (c) 상기 하우징의 내부 캐비티 내의 압력이 상기 가스-투과성 부재의 내부 압력보다 크도록 선택된 가스 압력으로, 가스 공급원으로부터 압축된 가스를 상기 하우징의 내부 캐비티 내로 도입하고, 이에 의해 상기 가스를 다공성 측벽을 통해 강제하고 또한 상기 가스-투과성 부재의 내부 표면상에 나노-버블을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 액체 입구로부터 상기 액체 출구로 상기 가스-투과성 부재의 내부 표면과 평행하게 흐르는 상기 액체 캐리어는 상기 가스-투과성 부재의 내부 표면으로부터 나노-버블을 제거하여 상기 액체 캐리어 및 그 안에 분산된 상기 나노-버블을 포함하는 조성물을 형성하는, 방법.
  25. 제24 항에 있어서, 상기 가스-투과성 부재의 내부 표면과 평행한 진동 자속을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  26. 제25 항에 있어서, 상기 가스-투과성 부재의 내부 표면과 평행한 고주파 진동 자속을 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
KR1020237030741A 2021-02-18 2022-02-17 나노-버블 발생기 KR20230146564A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202163150973P 2021-02-18 2021-02-18
US63/150,973 2021-02-18
PCT/US2022/016815 WO2022178141A1 (en) 2021-02-18 2022-02-17 Nano-bubble generator

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20230146564A true KR20230146564A (ko) 2023-10-19

Family

ID=82800953

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020237030741A KR20230146564A (ko) 2021-02-18 2022-02-17 나노-버블 발생기

Country Status (11)

Country Link
US (1) US20220258108A1 (ko)
EP (1) EP4294553A1 (ko)
JP (1) JP2024506941A (ko)
KR (1) KR20230146564A (ko)
CN (1) CN116867563A (ko)
AU (1) AU2022224599A1 (ko)
CA (1) CA3211217A1 (ko)
CL (1) CL2023002422A1 (ko)
IL (1) IL305263A (ko)
MX (1) MX2023009557A (ko)
WO (1) WO2022178141A1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP4376992A1 (en) * 2022-10-07 2024-06-05 Eod Apparatus and system for catalyzing nanobubbles in water

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5364508A (en) * 1992-11-12 1994-11-15 Oleh Weres Electrochemical method and device for generating hydroxyl free radicals and oxidizing chemical substances dissolved in water
US6706196B2 (en) * 2003-02-23 2004-03-16 Herbert W. Holland Method and apparatus for preventing scale deposits and removing contaminants from fluid columns
US7185736B2 (en) * 2003-08-25 2007-03-06 Fisher Controls International Llc. Aerodynamic noise abatement device and method for air-cooled condensing systems
US8790517B2 (en) * 2007-08-01 2014-07-29 Rockwater Resource, LLC Mobile station and methods for diagnosing and modeling site specific full-scale effluent treatment facility requirements
EP3302810A4 (en) * 2015-06-01 2018-12-19 Cetamax Ventures Ltd. Systems and methods for processing fluids
EP4242572A3 (en) * 2016-03-11 2023-11-01 Moleaer, Inc Method for producing a composition containing nano-bubbles in a liquid carrier
WO2020028646A1 (en) * 2018-08-03 2020-02-06 Moleaer, Inc. Apparatus and method for expanding nano-bubbles in a liquid carrier
MX2021011101A (es) * 2019-03-14 2021-10-22 Moleaer Inc Un dispositivo sumergible y metodo de generacion de nanoburbujas.

Also Published As

Publication number Publication date
CL2023002422A1 (es) 2024-02-23
US20220258108A1 (en) 2022-08-18
IL305263A (en) 2023-10-01
MX2023009557A (es) 2023-08-22
AU2022224599A1 (en) 2023-08-17
EP4294553A1 (en) 2023-12-27
WO2022178141A1 (en) 2022-08-25
CN116867563A (zh) 2023-10-10
JP2024506941A (ja) 2024-02-15
CA3211217A1 (en) 2022-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20230146564A (ko) 나노-버블 발생기
US20160346758A1 (en) Systems and methods for processing fluids
JP5660510B2 (ja) マイクロナノバブルの生成方法、マイクロナノバブル生成器及びマイクロナノバブル生成装置
CN105551923B (zh) 等离子体生成装置及等离子体生成方法
JP6843894B2 (ja) 液中プラズマ装置
US9243653B2 (en) Vortex generator with vortex chamber
BRPI0622027A2 (pt) Gerador de vórtice
JP4504193B2 (ja) 第１流体から第２流体へ粒子を移動させるための装置
JP6842249B2 (ja) 微細気泡発生ノズル
KR101379239B1 (ko) 나노 버블 발생 시스템
JP6796877B2 (ja) 複合粒子製造装置および複合粒子製造方法
KR101869487B1 (ko) 세정 및 살균 기능을 갖는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치
KR20210109988A (ko) 수중 플라즈마를 이용한 기능수 생산 장치
US11324105B2 (en) Nanoplasmoid suspensions and systems and devices for the generation thereof
KR101947084B1 (ko) 나노-마이크로 버블 생성기와 이를 이용한 기체 혼합 나노-마이크로 버블 발생장치
JP2002153741A (ja) 流体混合具及びそれを用いた流体混合ポンプ
JP2014217824A (ja) 流体吸引混合装置
JPWO2011136295A1 (ja) 微細気泡発生器及びこれを用いた微細気泡発生装置
US20230390727A1 (en) Diffuser-less nanobubble generator
KR102079428B1 (ko) 미세기포발생장치
RU197601U1 (ru) Физико-химический реактор с вихревым слоем
JP4092314B2 (ja) 特殊電磁波発生コイル及び特殊電磁波照射装置
JP5676865B2 (ja) 混合装置
US11071955B1 (en) Nanoplasmoid suspensions and systems and devices for the generation thereof
KR20240062938A (ko) 유체 처리 장치