WO2019117406A1 - 기체 용존수 생성장치 - Google Patents

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    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F2303/00—Specific treatment goals
    • C02F2303/04—Disinfection

Definitions

  • the present invention relates to a gas dissolved water producing apparatus for dissolving a gas in a liquid, and more particularly, to a gas dissolved water producing apparatus for dissolving a gas in a liquid by mixing and finely mixing water (or liquid) To a gas dissolved water generating device.
  • Patent Publication No. 1792157 discloses a " gas dissolving apparatus for increasing a gas dissolution rate and generating a super-strength film ".
  • a hollow hemispherical outer tube An inner cylinder provided inside the outer cylinder and passing through the inner cylinder; And at least one gas discharge pipe extending in a downward direction from an upper surface of the outer cylinder and discharging gas in the outer cylinder, wherein gas bubbles in which gas is dissolved are introduced into the inner cylinder, , The dissolved gas rate of the gas on the treated water is increased, and the micro-energetic gas containing the gas is additionally generated.
  • the micro-energetic cell has a low buoyancy and a long residence time in the water, It is possible to increase the efficiency of dissolution and oxidation of gaseous substances mixed in ultra-high strength bioassay by increasing the contact time with the contact material in water.
  • a low-pressure tank and a high-pressure tank are provided.
  • the lower end of the low-pressure tank and the high-pressure tank are connected to a high pressure generating pipe and a low pressure generating pipe.
  • Pressure generating means is provided in the low-pressure-generating pipe so that microbubbles and nano-bubbles are dissolved together in the high-pressure tank by the motor and the bubble generator, and the microbubbles and the nano bubbles are dissolved together
  • the microbubbles float up and break up. Only the nanobubbles are maintained in the dissolved state.
  • the liquid in which the nanobubbles are dissolved is returned to the high-
  • Expanding the existing space of the nano bubbles by removing the microbubbles it is also capable of increasing the ratio of the nano-bubbles increase the dissolved amount of the liquid in the bubble liquid in the nano nano bubbles dissolved amount increase device is disclosed.
  • the gas dissolution rate is generally not more than 50% in a manner of increasing the dissolved amount of the gas by using the water pressure in the pressure tank, and there is also a problem that the operation time is long.
  • the dissolution rate can be maximized only when cavitation pressure and nanobubble generation simultaneously applied in multi-stages in water are generated.
  • the present invention has been developed in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a multi-stage cavitation pressure and turbulence phenomenon in a mixed fluid of water (or liquid) To thereby increase the water (or liquid) solubility in water.
  • a method of controlling a flow rate of a pressurized fluid comprising the steps of: sequentially arranging a pressurizing pump and a multi-stage mixer on at least one conduit and connecting the inlet side of the pressurizing pump and the discharge side of the pressurizing pump And a gas supply unit for supplying a predetermined outside air to one side of the circulation pipe connected to the inlet side of the pressurizing pump is connected through a gas supply pipe, and the gas supply pipe and the circulation pipe are connected through a three- Wherein the three-way valve has a venturi tube structure having a wide inlet and an outlet in the direction of the circulation tube and a narrow internal space so that the gas supplied through the air supply tube is self-sustained.
  • a multi-stage mixer includes a mixing portion having a structure of a rotor and a stator, the rotor and the stator being centered on a motor shaft, and the rotor and the stator are multi-layered structures in which corresponding tooth- Diameter portion of the rotor having a predetermined radius and a plurality of large-diameter portions each having a predetermined radius protruding at a predetermined interval between the small-diameter portions,
  • the large diameter portions of the stator correspond to the small diameter portions of the rotor and have an engagement shape staggeredly interposed between the ends of the large diameter portion at regular intervals in the up and down direction, Flows through an inlet provided at the lower end of the lower end of the upper portion and an outlet provided at the other end of the upper end in the corresponding direction,
  • One or more guide vanes are disposed at positions adjacent to the inlet and outlet ports on the motor shaft at a predetermined distance in the vertical direction of the rotor to guide the flow of the stat
  • the mixing unit may be configured such that the rotor is formed into a pyramid shape in which the radii of the large-diameter portion and the small-diameter portion are gradually reduced, and the stator is formed in a shape corresponding to the pyramid- It can be formed in a pyramid shape.
  • the rotor is provided with a plurality of teeth at predetermined intervals along the outer circumference of each tooth of the teeth
  • the stator has a plurality of teeth at regular intervals along the inner circumference of each tooth of the teeth
  • the gears formed on the outer circumferential surface or the inner circumferential surface of the respective tooth blades have a structure in which at least one side opposite to each other in the relative rotation is inclined at a predetermined angle and each tooth of the large diameter portion and the small diameter portion of the rotor has a predetermined radius As shown in FIG.
  • a double wall unit of a predetermined shape is provided, and the double wall unit has at least two or more partition walls inside thereof, One or more holes may be drilled and the holes may be provided in a structure staggeredly arranged between the front and rear partitions.
  • a reservoir of a predetermined size is provided on a discharge side pipe of the multi-stage mixer, and a fluid passing through the double wall unit is stored in the reservoir.
  • a plurality of electrode rods are installed in the reservoir, (+) Power source and (-) power source, respectively.
  • a dispersion preventing housing which surrounds the space portion with a predetermined diameter and prevents excessive expansion and dispersion of the fluid is installed in the upper discharge side space portion of the mixing portion, and the dispersion preventing housing has a discharge port located at the upper portion of the mixing portion,
  • the intermediate portion is operatively positioned with a guide vane on a motor shaft for guiding the flow of the fluid, and the circulation passage
  • a first mixed ejector including a small diameter portion at a point connected to a pipe and a large diameter portion at a point connected to an inlet pipe of the pressurizing pump, Or the small-diameter portion at a point connected to the discharge side and the small-diameter portion corresponding to the small-
  • the first mixing ejector and the second mixing ejector each have a structure in which the inner diameter from the small diameter portion to the large diameter portion is gradually increased,
  • at least one quantum energy generator is provided on at least a discharge side channel between the multi-stage mixer and the double wall unit
  • the gas to be supplied in accordance with the present invention is the air (Air), oxygen (O 2), nitrogen (N 2), ozone (O 3), carbon dioxide, selected at least one from a variety of gases the group comprising (CO 2)
  • the fluid may be composed of oxygen water dissolved in oxygen, nitrogen water dissolved in nitrogen, ozone water dissolved in ozone, and carbon dioxide dissolved in carbon dioxide, if necessary.
  • a mixed fluid of water (or liquid) and gas is pumped at a pressure of 4 kg / cm 2 or more by a pump and the rotor is rotated at a high speed higher than a certain level, the fluid is nano- ), So that the dissolution rate of the gas in the fluid can be further increased.
  • the present invention provides a multi-stage cavitation pressure to a mixed fluid of water (or liquid) and a gas by using the step difference of the toothed blades in the blender and the side inclination angle of the projected toothed wheels, And by accelerating the mixing and miniaturization of fluids to generate nano bubbles, the gas dissolution rate of oxygen, hydrogen, nitrogen, carbon and ozone in the liquid can be further increased.
  • FIG. 1 is a view showing a basic configuration of a gas dissolved water generating device of the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged view of an embodiment of the mixing unit in the multi-stage mixer according to FIG. 1 and a modification thereof,
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a coupling structure of a rotor and a stator at one end of the mixing section according to Fig. 2, Fig.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a first embodiment of a coupling structure of a rotor and a stator at the other end of the mixing section according to FIG. 2;
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a coupling structure of a rotor and a stator at one end of the mixing section according to FIG. 2,
  • FIG. 6 is a cross-sectional view showing a second embodiment of a coupling structure of a rotor and a stator at the other end of the mixing section according to FIG. 2;
  • Figure 7 is an enlarged view of an embodiment of the double wall unit of Figure 1,
  • FIG. 8 is an enlarged view of another embodiment of the double wall unit of Fig. 1, Fig.
  • Fig. 9 is a configuration diagram of another embodiment of the gas dissolved water producing device of the present invention.
  • Fig. 10 is a configuration diagram of another embodiment of the gas dissolved water producing device of the present invention.
  • FIG. 11 is an enlarged view of the multi-stage mixer of FIG. 10 having a modified form of the mixing section according to FIG. 2,
  • FIG. 12 is an enlarged view of the first mixed ejector of FIG. 10, which is a modification of the three-
  • FIG. 13 is an enlarged view of the second mixed ejector of FIG. 10 further provided in the gas dissolved water producing apparatus of the present invention
  • FIG. 14 is an enlarged view of a quantum energy generator further provided in the gas dissolved water producing device of the present invention.
  • FIG. 1 is a view showing a basic configuration of a gas dissolved water producing apparatus according to the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged view of an embodiment of a mixing unit in a multi-stage mixer according to FIG.
  • the apparatus for producing dissolved gaseous water according to the present invention is a device for generating gaseous dissolved water in which a gas such as air, oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), ozone (O 3 ), and carbon dioxide (CO 2 ) It can be used for the purpose of improving the quality of water in reservoirs, aquariums, aquaculture sites, etc., or providing drinking water, washing water or sterilization water by increasing the gas dissolution rate by generating bubbles.
  • a gas such as air, oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), ozone (O 3 ), and carbon dioxide (CO 2 )
  • the gas dissolved water producing apparatus includes a pressure pump 100 and a multi-stage mixer 200 sequentially disposed on at least one pipe, and the inlet side of the pressure pump 100 and the multi- A circulation pipe 300 connecting the discharge side of the pressurization pump 100 is located and a gas supply unit 400 for supplying outside air to one side of the circulation pipe 300 connected to the inlet side of the pressurization pump 100 Provides a connected configuration.
  • the circulation pipe 300 recovers a part of high pressure water (or liquid) compressed by the pressurization pump 100 and transfers it to the pressurization pump inlet pipe 110 as a low pressure part.
  • the circulation pipe 300 Is connected to a gas supply unit 400 for supplying outside air.
  • the outside air may be selected from at least one of various gas groups including air, oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), ozone (O 3 ), carbon dioxide (CO 2 )
  • the gas supply unit 400 includes a storage tank or gas generating means 410 for the selective gases and a gas supply pipe 420 connecting the circulation pipe 300 and the storage tank or the gas generator 410,
  • the engine 420 may be provided with a flow valve 430 for regulating the amount of gas supplied from the storage tank or the gas generating means 410 and a check valve 440 for preventing gas or high pressure water from flowing backward.
  • the three-way valve 310 is connected to the venturi pipe 300 having a wide inlet and an outlet along the circulation pipe 300, Structure.
  • the water (or liquid) transferred to the pressurizing pump inlet pipeline 110 which is a low-pressure portion along the circulation pipe 300, is drastically depressed and flow velocity is greatly increased while passing through the bottleneck point of the venturi pipe,
  • the gas supplied through the gas supply unit 420 from the gas supply unit 400 is self-trapped into the circulation pipe without being forcibly pushed into the circulation pipe 300 by the force of the gas, thereby mixing with the water (or liquid) in the circulation pipe 300.
  • the supplied gas may be selected from at least one of various gas groups including air, oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), ozone (O 3 ), carbon dioxide (CO 2 ) , It is possible to produce oxygen-dissolved oxygen, nitrogen-dissolved nitrogen, ozone-dissolved ozone, carbon-dissolved carbon, etc. depending on the application.
  • Off valves 111 and 204 are provided on the inlet side pipeline 110 of the pressurizing pump 100 and the discharge side pipeline 203 of the multi-stage mixer 200 to control the flow rate of the water supply or discharge fluid and to open and close the flow channel, respectively .
  • a pressure gauge (hydraulic pressure sensor) 320 for measuring and sensing the pressure of the fluid is connected to an end of the circulation pipe 300, a connection portion between the discharge pipe 120 and the circulation pipe 300 of the briquetting pump 100,
  • a safety sensor 330 for applying a no-water signal may be provided.
  • the operation principle of the multi-stage mixer 200 is based on the principle that air, oxygen (O 2 ), and oxygen (O 2 ) in a mixed fluid of water (or liquid) It is repeatedly hit using nitrogen, nitrogen (N 2 ), ozone (O 3 ), or carbon dioxide (CO 2 ) using a number of toothed blades. By using cavitation generated in the fluid, bubbles Respectively.
  • the multistage blender 200 has a structure in which a plurality of tooth blades corresponding to each other are formed on the inner wall surface of the shaft (motor shaft) 211 of the motor 210 and the housing (mixing portion) 220.
  • the toothed blades provided on the motor shaft 211 are rotatable by driving the motor 210, so that it is referred to as a 'rotor 230' for convenience, and the housing (hereinafter, referred to as 'a mixing unit' 220 are maintained in a fixed state, so that they are referred to as 'stator 240' for the sake of convenience.
  • Both ends of the motor shaft 211 are supported by underwater bearings 221 and 222 provided at the upper and lower ends of the mixing unit 220 including the coupling structure of the rotor 230 and the stator 240, It is possible to prevent the axis 211 from being distorted due to inertia.
  • the fluid supplied by the pressurizing pump 100 may flow through an inlet 201 provided at one side of the lower end of the mixing unit 220 of the multi-stage mixer 200 and a discharge port 202 provided at the other side of the upper end in the corresponding direction,
  • One or more guide vanes 223 and 225 are disposed at positions adjacent to the inlet port 201 and the outlet port 202 on the motor shaft 211 at a predetermined distance in the vertical direction of the rotor 230 to guide the fluid flow can do.
  • the fluid carried by the guide vanes 223, 225 rises due to the interaction between the rotor 230 and the stator 240, that is, the relative rotation, which will be described below, and the cavitation pressure in the fluid rises.
  • the gas dissolution rate in the fluid can be increased.
  • the rotor 230 and the stator 240 have a multi-layered structure in which corresponding tooth blades are laminated to a predetermined thickness between the rotor 230 and the stator 240.
  • the tooth blades of the rotor 230 and the stator 240 are continuously stacked, A plurality of small diameter portions 232 and 242 and a plurality of large diameter portions 231 and 241 having a predetermined radius protruding from the small diameter portions at regular intervals.
  • the large diameter portions 231 of the rotor 230 correspond to the small diameter portions 242 of the stator 240 and the large diameter portions 241 of the stator 240 correspond to the small diameter portions 242 of the rotor 230. [ (231) and (241), which are interdigitated with each other at regular intervals in the vertical direction.
  • the rotor 230 and the stator 240 are preferably formed with a flow passage having a predetermined clearance through which the fluid can pass.
  • the present invention is not limited to this, but may be applied to the large-diameter portions 231, It is of course possible to provide the lamination ratio of the tooth wings constituting the first and second wings 232 and 242 at a ratio of 1: 1, 2: 1, 2: 2, 3: 2 or more.
  • the rotor 230 rotates and relative rotation of the large diameter portions 231 and 241 and the small diameter portions 242 and 232 takes place between the rotor 230 and the stator 240,
  • the fluidized gas flowing along the flow path between the rotor 230 and the stator 240 is finely divided and finely mixed.
  • the mixed fluid of water (or liquid) and gas is pressurized by a pump at a pressure of 4 kg / cm 2 or more and the rotor 230 is rotated at a high speed higher than a certain level, (nano-sized), and the mixing ratio of the gas in the fluid can be further increased.
  • the tips of the large diameter parts 231, 241 and the small diameter parts 232, 242 of the rotor 230 and the stator 240 can be provided with a sharp blade type structure, Thereby providing an effect of hitting the fluidized-bed gas and further finely cutting the first-generated bubbles.
  • This allows the mixing of water (or liquid) and gas to be more smooth, while at the same time breaking up bubbles more finely to create ultra-fine bubbles of micron (10 -6 m) or nanometer (10 -9 m) size.
  • the mixing unit 220 including the coupling structure of the rotor 230 and the stator 240 in the multi-stage mixer 200 may form a space S having a predetermined size at the inlet side thereof.
  • the space portion S includes at least a toothed blade 224 having a predetermined radius on the motor shaft 211 at a position spaced from the coupling portion of the rotor 230 and the stator 240 by a predetermined distance in the mixing portion 220
  • the space S can increase the fluid pressure while accelerating the cavitation phenomenon in the fluid to further activate bubble generation.
  • At least one step tooth having a predetermined size corresponding to the tooth blade 224 may be additionally provided on the inner wall of the mixing part 220 in order to interact with the tooth blade 224 in the space S have.
  • the mixing unit 220 ' can be configured to have a pyramid shape in which the radius of the large diameter portion 231 and the diameter of the small diameter portion 232 are gradually decreased, and in this case,
  • the stator 240 can be configured to have an inverted pyramid shape in which the radii of the large diameter portion 241 and the small diameter portion 242 increase stepwise in correspondence with the rotor 230 of the shape.
  • This structure of the mixing portion 220 'having such a pyramidal rotor arrangement and its corresponding inverted pyramidal stator arrangement allows the cavitation to be maximized while the fluid moves from the wide cross-sectional space of the rotor 230 to the gradually narrower cross- Thereby enabling to further increase the fluidity gas solubility rate.
  • FIGS. 3 to 4 and FIGS. 5 to 6 illustrate different coupling structures of a rotor and a stator constituting a mixing section of the multi-stage mixer according to FIG. 2.
  • FIGS. 3A and 5A are views showing a rotor and a rotor at one end of the mixing section
  • Figs. 4A and 6A are coupling sectional views of the rotor and the stator at the other end of the mixing section
  • Figs. 3B and 6B are exploded views of the coupling structures according to Figs. 3A to 6A.
  • the rotor 230 has a plurality of teeth 231a and 232a formed at regular intervals along the outer circumferential edge of each of the tooth teeth 231 and 232 and the stator 240 has an inner circumferential edge of each of the tooth teeth 241 and 242 And a plurality of teeth 241a and 242a are formed at regular intervals.
  • the gears 231a and 232a (241a and 242a) formed on the outer circumferential surface or the inner circumferential surface of the respective tooth blades of the rotor 230 and the stator 240 are formed so that at least one side of the cross- And may have an inclined structure at an angle (e.g., 15 to 45 degrees).
  • the inclination angle formed at the opposite end faces of the respective gears is intended to maximize the disturbance of the fluid and the cavitation due to the fluid during the high-speed rotation, thereby increasing the amount of gas in the fluid and making micro bubbles.
  • the rotor 230 is a large-diameter portion 231 of a toothed vane
  • the stator 240 shows a small-diameter portion 242 of a toothed vane.
  • the gears 231a formed on the outer circumferential end of the large diameter portion 231 of the rotor 230 in this coupling structure are formed such that the lateral cross section opposite to the side face of the gear 242a of the stator 240, 1 ).
  • This angle? 1 is in the range of 15 to 45 degrees, preferably at an angle of 30 degrees.
  • the rotor 230 is a small-diameter portion 232 of a toothed blade
  • the stator 240 shows a large-diameter portion 241 of a toothed blade.
  • the gears 232a formed on the outer circumferential end of the small diameter portion 232 of the rotor 230 in this coupling structure are arranged such that the lateral cross section opposite to the side face of the gear 241a of the stator 240 at the time of relative rotation, 1 ).
  • This angle? 1 is in the range of 15 to 45 degrees, preferably at an angle of 30 degrees.
  • the rotor 230 ' is a large-diameter portion 231 of a toothed blade
  • the stator 240' represents a small-diameter portion 242 of a toothed blade.
  • Teeth 231a formed on the outer circumferential end of the large diameter portion 231 of the rotor 230 'and teeth 242a formed on the inner circumferential end of the small diameter portion 242 of the stator 240' is a sloped structure in each of the lateral cross-section, at least opposite to each other during the relative rotation to a predetermined angle ( ⁇ 4, ⁇ 5) ( ⁇ 2, ⁇ 3), these angles ( ⁇ 4, ⁇ 5) ( ⁇ 2, ⁇ 3 ) Is in the range of 15 to 45 degrees, preferably at an angle of 30 degrees.
  • Each tooth 231a of the large diameter portion 231 of the rotor 230 ' may be provided with a groove 231b having a predetermined radius at the outer circumferential end thereof.
  • the rotor 230 ' is a small-diameter portion 232 of a toothed vane and the stator 240' represents a large-diameter portion 241 of a toothed vane.
  • gears 232a formed on the outer circumference end of the small diameter portion 232 of the rotor 230 'and gears 241a formed on the inner circumference end of the large diameter portion 241 of the stator 240' is a sloped structure in each of the lateral cross-section, at least opposite to each other during the relative rotation to a predetermined angle ( ⁇ 4, ⁇ 5) ( ⁇ 2, ⁇ 3), these angles ( ⁇ 4, ⁇ 5) ( ⁇ 2, ⁇ 3 ) Is in the range of 15 to 45 degrees, preferably at an angle of 30 degrees.
  • Each of the gears 232a of the small diameter portion 232 of the rotor 230 ' may be provided with a groove 232b having a predetermined radius at the outer circumferential end
  • the side inclination angles of the teeth shown in FIGS. 3 to 6 can be determined in consideration of the length and width of the circumferential surface of each tooth blade, the flow rate or flow rate of the introduced mixed fluid, and the like. Accordingly, the inclination angles of the inclined portions may be the same or may be different from each other according to the factors described above.
  • the inclination angles of the gears formed on the respective tooth-shaped blades of the rotor 230 and the stator 240 are made to be the same, but the present invention is not limited thereto and various factors such as size, length, It is possible to variously determine the setting angle.
  • FIG. 7 and 8 are enlarged views of the first and second embodiments of the double wall unit according to FIG. 1, respectively.
  • 220 may be provided with a double wall unit 500 having a predetermined shape to further increase the gas dissolution rate of the fluid.
  • the double wall unit 500 has at least two partition walls inside thereof, and one or more holes can be drilled in these partition walls.
  • the holes have an arrangement structure staggeredly arranged between the front and rear partitions.
  • three partition walls 510, 520, and 530 that block the flow path 502 are formed in the housing 501 at predetermined intervals.
  • One of the holes 511, 521 and 531 is formed in each of the partition walls 510, 520 and 530, and the holes are staggered from each other.
  • three partition walls 510, 520 and 530 for blocking the flow passage 502 are formed at predetermined intervals in the housing 501, Two apertures 521 of a medium diameter are drilled in the second partition 520 and three holes 531 of a small diameter are drilled in the third partition 530.
  • the fluid discharged from the multi-stage mixer 200 flows through the holes 511, 521 and 531 sequentially in the double wall unit.
  • the fluid collides with the respective partition walls 510, 520 and 530, More and more fine and uniform.
  • the partition walls are spaced apart from each other by a predetermined distance, a space portion is formed between the partition walls. The space portion abruptly reduces the pressure of the fluid passing through the space portion, thereby generating vortices and accelerating the cavitation phenomenon at the same time. And the dissolution rate can be further increased by mixing more uniformly at the same time as the micronization.
  • the double wall unit may be provided with a structure in which the structure of the holes passing through the partition wall is continuous from a plurality of small diameters to a plurality of large diameters, or a repeated structure of such a continuous shape.
  • the discharged fluid since the discharged fluid passes through the small-diameter hole and passes through the hole of the large-diameter hole, the discharge fluid becomes finer and homogenized due to the pressure change, and the dissolution rate further increases.
  • FIG. 9 is a view showing another embodiment of the apparatus for producing dissolved gas according to the present invention shown in FIG. 1, in which a storage tank 600 having a predetermined size is installed on an outlet-side pipeline 203 of a multi-stage mixer 200, So that the fluid passing through the unit 500 can be stored.
  • a plurality of electrode bars 610 and 620 are provided in the reservoir 600 and each of the electrodes 610 and 620 is connected to a positive (+) power source and a negative (-) power source, Can be modified to make it into a fluid that has more powerful properties, namely, decomposition, purification, decolorization or deodorization.
  • the gas generating means 410 To generate and provide the required gas from the air.
  • the gas generating means 410 includes an air filter 411, an air compressor 412, an air dryer 413, a water eliminator 414, a gas generator 415
  • the flow regulator 416, the blower 417, the discharge tube 418, and the check valve 419 are selectively arranged.
  • the gas generating means 410 removes impurities by passing the atmospheric air through the air filter 411, pressurizes the air at a certain pressure or higher through the air compressor 412, And once again drains the remaining moisture through the water remover 414.
  • Air, oxygen (O 2 ), nitrogen (N 2 ), carbon dioxide (CO 2 ), and the like by passing the dried air through the gas generator 415, and the flow regulator 416, for adjusting the flow rate of the feed gas through then by blowing with a blower 417, the discharge tube 418, the ozone in the (O 3) or is converted into other gas, and then a check valve 419 and the circulation through the flow valve 430 (Or liquid) in the circulation tube.
  • the gas dissolution rate in the liquid can be greatly increased to produce a high concentration of dissolved liquid, which can be produced as drinking water such as hydrogen-, oxygen- or carbonated water rich in anions It can also be used.
  • ozone water can be produced by dissolving ozone (O 3 ) gas. Ozone dissolution rate is very high, so that it has strong disinfecting power and decomposition, deodorization and chromaticity decomposing ability. Therefore, it can be used for water purification and wastewater treatment have.
  • the gas dissolved water producing apparatus of the present invention can generate a fluid of a desired use and dissolution rate with a single apparatus as compared with a case where a general hydrogen-water generating apparatus or an oxygen-containing water generating apparatus requires a large cost for the apparatus, The cost can be reduced to 1/4 level.
  • FIG. 10 is a schematic view showing another embodiment of the apparatus for producing dissolved gaseous water according to the present invention.
  • the apparatus for producing dissolved gaseous water according to the present invention comprises a pressurizing pump 100, A circulation pipe 300 for connecting the discharge side and the inlet side of the pressurizing pump 100 is provided on the conduit and is connected to the inlet side of the pressurizing pump 100 And a gas supply unit 400 for supplying outside air to one side of the circulation pipe 300 is connected.
  • the gas supply unit is connected to the circulation pipe 300 through the gas engine 420.
  • a flow valve 431 for regulating the amount of gas to be supplied and a check valve for preventing back flow of gas or high- 441 are provided.
  • a double wall unit 500 having the shape shown in FIGS. 7 to 8 is installed to further increase the gas dissolution rate of the fluid discharged from the mixing part 220 " 9
  • a storage tank 600 having the structure shown in FIG. 9 is provided in a part of the discharge side pipe 203 extending beyond the double wall unit 500, It may be configured to store the fluid that has passed through the double wall unit 500.
  • the connecting portion of the air supply pipe 420 and the circulation pipe 300 may be formed of the first mixing ejector 310 '(see FIG. 12) instead of the three-way valve 310 of FIGS. 1 and 9 have.
  • An air vent 227 may be provided at the upper end of the mixing unit 220 "of the multi-stage mixer 200 ', and the air vent 227 may be connected to the mixing unit 220" This is for discharging large air bubbles, and it is possible to prevent the degree of miniaturization of the fluid due to the large air bubbles being mixed in the fluid bubbles from being constant, thereby preventing the efficiency from being lowered.
  • the air vent 227 can be used in connection with a separate air tank 228.
  • a quantum energy generator 700 see FIG.
  • a second mixed ejector 800 (see FIG. 13) may be additionally provided on the final discharge side of the second mixed ejector.
  • FIG. 11 is an enlarged view of the multi-stage mixer of FIG. 10 having a modified form of the mixing unit according to FIG. 2, in which the multi-stage mixer 200 'is connected to the surface of a shaft (motor shaft) 211 of the motor 210, A rotor 230 and a stator 240 respectively corresponding to the shapes shown in Figs. 2 to 6 on the inner wall surface of the rotor 220 (O 2 ), nitrogen (O 2 ), ozone (O 3 ), or carbon dioxide (CO 2 ) in the mixed fluid (hereinafter referred to as " The microbubbles are generated by using the cavitation generated in the fluid, and the gas diffusion rate in the fluid can be increased.
  • the dispersion preventing housing 226 for preventing the dispersion of the mixed fluid of water (or liquid) and gas can be additionally provided in the upper discharge side space portion of the mixing portion 220 ".
  • the dispersion preventing housing 226 maintains the sustainability of the fluid pressurized by the relative rotation of the rotor 230 and the stator 240 in the mixing portion 220 "without being expanded and dispersed in the process of moving to the upper discharge side 1, the upper discharge side space portion provided after exiting between the rotor 230 and the stator 240 is formed to be wide, so that the high-pressure (high-pressure) The fluid is expanded too rapidly, which results in a problem that the bubble size can not be uniformed, which in turn reduces the efficiency of the mixed fluid in actual field applications.
  • the upper discharge side space portion of the mixing portion 220 is filled with the dispersion preventing housing 226 enclosing a certain diameter
  • the middle portion 226a of the dispersion preventing housing 226 is filled with the mixing portion 220"
  • a discharge pipe 202 extending from the discharge port 202.
  • the discharge pipe 202 is connected to the discharge pipe 202
  • the intermediate portion 226a has a predetermined size in the circumferential direction corresponding to the discharge port 202 and a guide vane 225 on the motor shaft 211 for guiding the flow of the fluid is operable As shown in Fig.
  • the mixed fluid of water (or liquid) and gas is pressurized and supplied at a pressure of 4 kg / cm 2 or more to increase the solubility of the gas in the fluid, and further, It is preferable to make it finer to nano-sized of 5 microns or less through high-speed rotation.
  • Fig. 12 is an enlarged view of the first mixing ejector of Fig. 10, which is a modification of the three-way valve according to Fig. 1, in which the first mixing ejector 310 'connects the air supply pipe 420 and the circulation pipe 300, And is connected to the inflow pipe 110 of the pressurizing pump.
  • the first mixed ejector 310 'includes a small diameter portion 311 at a point connected to the circulation pipe 300 and a large diameter portion 312 at a point connected to the inlet pipe 110 of the pressure pump And the inner diameter from the small diameter portion 311 to the large diameter portion 312 is gradually increased.
  • a connecting portion 313 is formed at one side of the small diameter portion 311 to be connected to the air supply pipe 420.
  • the connecting portion 313 extends from the connecting portion 313 to a space portion having a predetermined size across an end portion of the small diameter portion 311, (314) are provided.
  • the water (or liquid) of a predetermined pressure or more supplied from the discharge side pipe of the pressurizing pump through the circulation pipe 300 drops in pressure at the supply portion 314 through the small diameter portion 311 and the flow velocity thereof increases, It is possible to consume a large amount of gas from the air supply unit 420 without using a separate power source.
  • the mixed fluid of the water (or liquid) and the gas that has passed through the small-diameter portion 311 forms micro-bubbles primarily due to cavitation generated in the space portion 314,
  • a larger capacity fluid can be supplied to the inlet side pipeline 110 of the pressurizing pump in the course of passing through the inside of the mixed injector 310 '.
  • the gas is supplied through a feeding pipe (420) is air (Air), oxygen (O 2), nitrogen (N 2), ozone (O 3), carbon dioxide (CO 2) at least from a range of gases group, or the like
  • Air air
  • oxygen O 2
  • nitrogen N 2
  • ozone O 3
  • carbon dioxide CO 2
  • One or more can be selected, and oxygen-dissolved oxygen, nitrogen-dissolved nitrogen, ozone-dissolved ozone water, carbon dioxide dissolved carbon, etc. can be produced depending on the application.
  • the second mixed ejector 800 includes a discharge side And may be installed at the final end or discharge side of the channel 203.
  • the second mixed ejector 800 includes a small diameter portion 810 at a position connected to the final end or discharge side of the discharge side conduit 203 and a large diameter portion 820 located in the corresponding direction, The inner diameter of the large-diameter portion 820 is gradually increased.
  • the second mixed ejector 800 is connected to one side of the small diameter portion 810 and connected to the gas supply portion 400 through the gas supply pipe 420 ' A flow valve 432 and a check valve 442 for preventing back flow of gas or high-pressure water may be installed.
  • the second mixed ejector 800 has a space 840 having a predetermined size across an area across the end of the small diameter portion 810 from a connecting portion 830 of one side of the small diameter portion 810 connected to the air supply pipe 420 ' Is provided.
  • the mixed fluid of water (or liquid) and gas passing through the small-diameter portion 810 generates bubbles that are more finely microfine due to generation of cavitation in the space portion 840, So that it is possible to discharge a larger capacity of the fluid in the process of passing through the inside of the second mixed ejector 800.
  • the gas supplied through a feeding pipe (420) is air (Air), oxygen (O 2), nitrogen (N 2), ozone (O 3), carbon dioxide (CO 2) at least from a range of gases group, or the like
  • Air air
  • oxygen O 2
  • nitrogen N 2
  • ozone O 3
  • carbon dioxide CO 2
  • One or more can be selected, and oxygen-dissolved oxygen, nitrogen-dissolved nitrogen, ozone-dissolved ozone water, carbon dioxide dissolved carbon, etc. can be produced depending on the application.
  • FIG. 14 is an enlarged view of a quantum energy generator provided in the apparatus for generating dissolved gas according to the present invention.
  • the quantum energy generator 700 includes at least one magnetless coil 720 installed inside a tube 710 At this time, as quantum energy is irradiated to the fluid passing through the quantum energy generator 700, active energy such as OH-Radical, active oxygen (O), hydroxyl ion (H2O3-) generated by decomposing covalent bonds of water molecules The purity of the molecules is further increased to sterilize the bacteria and viruses contained in the fluid, and the causes of deterioration of water quality such as wastewater and green tide can be satisfactorily improved.
  • the quantum energy generator 700 is illustrated as being located between the multi-stage mixer 200 'and the double wall unit 500, the present invention is not limited thereto, It is of course possible to be placed at a later position.

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Abstract

본 발명은 기체를 액체에 용해시키는 기체 용존수 생성장치에 관한 것으로, 적어도 하나의 관로 상에 가압펌프와 다단믹서기가 순차적으로 배치되고, 상기 관로 상에 상기 가압펌프의 입구측과 상기 가압펌프의 토출측을 연결하는 순환관이 위치되고, 상기 가압펌프의 입구측과 연결되는 상기 순환관의 일측에 소정의 외기를 공급하는 기체공급부가 급기관에 의해 연결되고, 상기 급기관과 순환관은 삼방밸브를 통해 연결되고, 상기 삼방밸브는 상기 순환관 방향으로 입구와 출구가 넓고 내부가 좁은 벤츄리관 구조를 갖추어 상기 급기관을 통해 공급된 기체의 자흡이 이루어지는 구성으로부터, 액체와 기체의 혼합 및 미세화를 통해 액체 내 산소, 수소, 질소, 탄소, 오존 등 기체 용존율을 높일 수 있는 기체 용존수 생성장치에 관한 것이다.

Description

기체 용존수 생성장치
본 발명은 기체를 액체에 용해시키는 기체 용존수 생성장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물(또는 액체)과 기체의 혼합 및 미세화를 통해 유체 내 산소, 수소, 질소, 탄소, 오존 등 기체 용존율을 높일 수 있는 기체 용존수 생성장치에 관한 것이다.
최근 기체를 물 속에 용존시켜 용존율을 높인 고농도 용존수(예: 산소수, 오존수, 수소수, 질소수 등)의 다양한 활용분야와 작용효과가 알려지면서 기체를 액체에 용존시키는 기술의 다양한 연구가 진행되고 있다. 아울러, 기체를 용존시키기 위한 수단으로서의 나노버블의 기능이 알려지면서 이에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다.
종래에 기체를 액체에 용존시키기 위한 장치로 특허등록공보 제1792157호에 “기체 용존율을 증가시키며 초미세기포를 발생시키기 위한 기체용존장치”가 개시되어 있다. 이 특허에 따르면, 속이 빈 반구 형태의 외통; 상기 외통 내부에 설치되는 내부가 관통 형성된 내통; 및 상기 외통의 상면으로부터 하부 방향으로 연장 형성되며 상기 외통 내의 기체가 배출되는 적어도 하나 이상의 기체 배출관을 포함하고, 상기 내통 내부로는 기체가 용존된 기포가 유입되는 기체 용존 장치로서, 반응조 내의 처리수의 수중 상에 설치되어 처리수 상의 기체의 용존율을 증가시키며, 기체가 포함된 초미세기포를 추가적으로 발생시킴으로써, 초미세기포는 부력이 저하되어 수중의 체류 시간이 길어지고 작은 수류에도 동요되어 용해물질이 혼합된 초미세기포가 수중의 접촉물질과 접촉할 수 있는 시간이 많아짐으로 초미세기포에 혼합된 기체 물질을 수중에 용존 및 산화 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.
그러나, 위와 같은 기체 용존 장치의 구성으로는 나노 단위의 초미세기포의 생성은 실질적으로 불가능하며, 설사 기포를 대량으로 초미세화하여 발생시킨다고 하더라도 실제로 기체 용존율을 높이는데 한계가 있다.
또한, 특허등록공보 제1153290호에 따르면, 저기압 탱크와 고기압 탱크를 구비하고 상기 저기압 탱크와 고기압 탱크의 하단을 고기압발생관과 저기압발생관으로 연결하며, 상기 고기압발생관에는 모터와 버블발생장치를 형성하고, 상기 저기압발생관에는 저기압발생수단을 형성한 구성을 제공하여, 모터와 버블발생장치에 의해 고기압탱크에 마이크로버블과 나노버블이 함께 용존하도록 하되, 상기 마이크로버블과 나노버블이 함께 용존된 고기압탱크의 액체를 저기압발생관을 통해 저기압탱크로 보내게 되면 마이크로버블은 부상되어 와해되고 나노버블만 용존상태를 유지하도록 한 다음, 다시 나노버블만 용존된 액체를 고기압발생관을 통해 고기압탱크로 역시 모터와 버블발생장치를 거쳐 보내는 루틴(routine)을 반복해서 실행함으로써 결국 액체 속 마이크로버블을 제거한 만큼 나노버블의 존재공간을 넓히고, 또 나노버블의 비율도 늘려 액체 속 나노버블의 용존량을 증대시킬 수 있는 액체 속 나노버블 용존량 증가장치가 개시되어 있다.
그러나, 이러한 액체 속 나노버블 용존량 증가장치는 일반적으로 대용량의 펌프 동력이 필요한 것으로서, 고기압탱크와 저기압탱크에 의한 부대설비의 설치 공간이 넓어지고 설치 비용도 증가하는 단점이 있다.
또한, 이 장치의 경우, 압력탱크 내에서 수압을 이용하여 기체의 용존량을 증대시키는 방식으로, 일반적으로 기체 용존율이 50%를 넘지 못하였을 뿐만 아니라, 작업 시간이 많이 소요되는 문제가 있었다.
실제로, 본 출원인의 연구에 의할 경우, 물 속에 다단으로 가해진 캐비테이션 압력과 나노버블의 생성이 동시에 이루어진 경우에 한해 용존율은 극대화될 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 개발된 것으로, 물(또는 액체)과 기체의 혼합 유체에 다단의 캐비테이션 압력 및 교란 현상을 제공하고 이를 통해 유체의 혼합 및 미세화를 가속화시켜 나노버블을 생성함으로써 물(또는 액체) 속 용존율을 더욱 증가시킬 수 있는 기체 용존수 생성장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 형태에 따르면, 적어도 하나의 관로 상에 가압펌프와 다단믹서기가 순차적으로 배치되고, 상기 관로 상에 상기 가압펌프의 입구측과 상기 가압펌프의 토출측을 연결하는 순환관이 위치되며, 상기 가압펌프의 입구측과 연결되는 상기 순환관의 일측에 소정의 외기를 공급하는 기체공급부가 급기관을 통해 연결되되, 상기 급기관과 순환관은 삼방밸브를 통해 연결되고, 상기 삼방밸브는 상기 순환관 방향으로 입구와 출구가 넓고 내부가 좁은 벤츄리관 구조를 갖추어 상기 급기관을 통해 공급된 기체가 자흡되는 기체 용존수 생성장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 다단믹서기는 모터 축을 중심으로 회전자와 고정자의 치합 구조를 갖는 믹싱부를 포함하고, 상기 회전자와 고정자는 이들 간에 대응하는 각 치형 날개들이 일정한 두께로 적층된 복층 구조로서, 상기 회전자와 고정자의 치형 날개들이 연속 적층된 소정 반경의 복수의 소경부들 및 상기 소경부들 사이에 일정 간격으로 돌출된 소정 반경의 복수의 대경부들로 구성되되, 상기 회전자의 대경부들은 상기 고정자의 소경부들과 대응하고, 상기 고정자의 대경부들은 회전자의 소경부들과 대응하고, 상기 대경부의 말단들 간에 상하 일정 간격으로 서로 엇갈리게 끼워진 결합 형태를 가지며, 상기 가압펌프에 의해 공급된 유체는 다단믹서기의 하단 일측에 마련된 유입구와 그 대응 방향으로 상단 타측에 마련된 토출구를 통해 유동하고, 상기 유체의 흐름을 안내하기 위해 회전자의 상하 방향으로 일정 거리를 두고 모터 축 상의 상기 유입구 및 토출구에 각각 인접한 위치에 하나 이상의 유도 날개를 배치하며, 상기 믹싱부는 그 입구측에 일정 크기의 공간부가 형성되되, 상기 공간부는 믹싱부 내 회전자와 고정자의 결합부로부터 소정 거리 이격된 위치의 상기 모터 축 상에 소정 반경의 치형 날개를 적어도 1단 이상 설치하여 구성될 수 있다. 다른 예로, 상기 믹싱부는 회전자를 대경부와 소경부의 반경이 단계적으로 줄어드는 피라미드 형상으로 구성하고, 상기 피라미드 형상의 회전자에 대응하여 고정자를 대경부와 소경부의 반경이 단계적으로 증가하는 역 피라미드 형상으로 구성할 수 있다.
또한, 상기 회전자는 각 치형 날개들의 외주 선단을 따라 일정 간격으로 다수의 치차들이 형성되고, 상기 고정자는 각 치형 날개들의 내주 선단을 따라 일정 간격으로 다수의 치차들이 형성되되, 상기 회전자와 고정자의 각 치형 날개들의 외주면 또는 내주면에 형성된 치차들은 상대 회전시 서로 대향하는 적어도 일 측면이 소정 각도의 경사진 구조를 가지며, 상기 회전자의 대경부 및 소경부의 각 치차들은 이들의 외주 선단에 소정 반경의 홈이 형성된 구조로 제공됨이 바람직하다.
또한, 상기 다단믹서기의 토출측 관로 상에는 상기 믹싱부로부터 토출된 유체의 기체 용존율을 더욱 높이기 위해 소정 형상의 겹벽 유니트가 설치되고, 상기 겹벽 유니트는 내부에 적어도 2개 이상의 격벽을 가지며, 이들 격벽에는 하나 이상의 구멍들이 천공되고, 상기 구멍들은 전후 격벽들 간에 서로 엇갈리게 배열된 구조로 제공될 수 있다. 또한, 상기 다단믹서기의 토출측 관로 상에 일정 크기의 저장조를 설치하고 이 저장조 내에 상기 겹벽 유니트를 통과한 유체가 저장되도록 구성하되, 상기 저장조의 내부에는 복수의 전극봉들이 설치되고, 각 전극봉들은 직류의 (+)전원과 (-)전원에 각각 연결될 수 있다.
또한, 상기 믹싱부의 상부 토출측 공간부에 상기 공간부를 일정한 직경으로 둘러싸며 상기 유체의 과도한 팽창 분산을 방지하는 분산 방지 하우징을 설치하되, 상기 분산 방지 하우징은 상기 믹싱부의 상부에 위치된 토출구와 그로부터 연장된 토출측 관로와 연통하고 상기 토출구에 대응하여 원주 방향으로 일정 크기의 공간을 형성하는 중간부를 가지며, 상기 중간부에는 유체 흐름을 안내하기 위한 모터 축 상의 유도 날개가 작동가능하게 위치되고, 또한 상기 순환관과 연결되는 지점에서의 소경부 및 상기 가압펌프의 유입측 관로와 연결되는 지점에서의 대경부를 포함하는 제1 혼합 이젝터로 상기 삼방밸브를 대체하여 설치하고, 상기 다단 믹서기의 토출측 관로의 최종 단부 또는 토출측과 연결되는 지점에서의 소경부 및 상기 소경부와 대응하는 위치의 대경부를 포함하는 제2 혼합 이젝터를 더 포함하되, 상기 제1 혼합 이젝터와 제2 혼합 이젝터는 소경부에서 대경부까지의 내경이 점차 확경되는 형태의 구조를 가지며, 상기 소경부의 일측에 상기 급기관과 연결되는 연결부가 형성되어 상기 연결부로부터 소경부의 단부를 가로지르는 면적에 걸쳐 일정 크기의 공간부가 제공되고, 또한 적어도 다단믹서기와 겹벽 유니트 사이의 토출측 관로상에 하나 이상의 양자에너지 발생기를 설치하되, 상기 양자에너지 발생기는 관 내부에 하나 이상의 무자장 코일을 설치하여 구성함이 바람직하다.
한편, 본 발명에 따라 공급되는 기체는 공기(Air), 산소(O2), 질소(N2), 오존(O3), 이산화탄소(CO2)를 포함하는 다양한 기체군 중에서 적어도 하나 이상이 선택될 수 있으며, 상기 유체는 필요에 따라 산소가 용존된 산소수, 질소가 용존된 질소수, 오존이 용존된 오존수, 이산화탄소가 용존된 탄소수로 구성될 수 있다. 또한, 물(또는 액체)과 기체의 혼합 유체를 펌프로 4kg/cm2 이상의 압력으로 가압한 상태에서 회전자를 일정 이상의 고속으로 회전시킬 경우, 상기 유체는 5 미크론 이하의 나노 단위(nano-sized)로 미세화되면서 혼합되어 유체 속 기체 용존율을 더욱 높일 수 있다.
상술된 특징에 따르면, 본 발명은 믹서기 내 치형 날개들의 단차와 돌출된 치차들의 측면 경사각을 이용하여 물(또는 액체)과 기체의 혼합 유체에 다단의 캐비테이션 압력을 제공하는 동시에 교란 현상과 유속 및 수압의 변화를 유도하고 유체의 혼합 및 미세화를 가속화하여 나노버블을 발생시킴으로써 액체 내 산소, 수소, 질소, 탄소, 오존 등 기체 용존율을 더욱 증가시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 기체 용존수 생성장치의 기본 구성을 도시한 도면,
도 2는 도 1에 따른 다단믹서기 내 믹싱부의 일 실시예와 그 변형예를 확대하여 도시한 도면,
도 3은 도 2에 따른 믹싱부의 일 단부에서의 회전자와 고정자의 결합 구조의 제1 실시예를 도시한 횡단면도,
도 4는 도 2에 따른 믹싱부의 타 단부에서의 회전자와 고정자의 결합 구조의 제1 실시예를 도시한 횡단면도,
도 5는 도 2에 따른 믹싱부의 일 단부에서의 회전자와 고정자의 결합 구조의 제2 실시예를 도시한 횡단면도,
도 6은 도 2에 따른 믹싱부의 타 단부에서의 회전자와 고정자의 결합 구조의 제2 실시예를 도시한 횡단면도,
도 7은 도 1의 겹벽 유니트의 일 실시예를 확대하여 나타낸 도면,
도 8은 도 1의 겹벽 유니트의 다른 실시예를 확대하여 나타낸 도면,
도 9는 본 발명의 기체 용존수 생성장치의 다른 형태의 실시 구성도,
도 10은 본 발명의 기체 용존수 생성장치의 또다른 형태의 실시 구성도,
도 11은 도 2에 따른 믹싱부의 변형된 형태를 갖는 도 10의 다단믹서기의 확대 도면,
도 12는 도 1에 따른 삼방밸브의 변형 형태인 도 10의 제1 혼합 이젝터의 확대 도면,
도 13은 본 발명의 기체 용존수 생성장치에 추가로 구비되는 도 10의 제2 혼합 이젝터의 확대 도면,
도 14는 본 발명의 기체 용존수 생성장치에 추가로 구비되는 양자에너지 발생기의 확대 도면.
이하 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
아래의 실시예에서는 발명을 설명함에 있어서 필연적인 부분들을 제외하고 그 도시와 설명을 생략하였으며, 명세서 전체를 걸쳐 동일 유사한 요소에 대하여는 동일한 부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명은 반복하지 않고 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 기체 용존수 생성장치의 기본 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 따른 다단 믹서기 내 믹싱부의 일 실시예와 그 변형예를 확대하여 도시한 도면이다.
본 발명의 기체 용존수 생성장치는 유체 속에 공기(Air), 산소(O2), 질소(N2), 오존(O3), 이산화탄소(CO2) 등의 기체를 선택적으로 미세화 및 혼합시킨 나노버블을 생성하여 기체 용존율을 높여줌으로써 저수지, 수족관, 또는 양식장 등의 수질을 개선하거나 식수, 세척수 또는 살균수 등의 제공을 위한 목적으로 사용될 수 있다.
도 1에 따르면, 상기 기체 용존수 생성장치는 적어도 하나의 관로 상에 가압펌프(100)와 다단믹서기(200)가 순차적으로 배치되고, 상기 관로 상에 상기 가압펌프(100)의 입구측과 상기 가압펌프(100)의 토출측을 연결하는 순환관(300)이 위치되며, 상기 가압펌프(100)의 입구측과 연결되는 상기 순환관(300)의 일측에 외기를 공급하는 기체공급부(400)가 연결된 구성을 제공한다.
순환관(300)은 가압펌프(100)에 의해 압축된 고압의 물(또는 액체)의 일부를 회수하여 저압부인 가압펌프 유입측 관로(110)로 이송하는 것으로, 상술한 바와 같이 순환관(300)의 일측에는 외기를 공급하는 기체공급부(400)가 연결되어 있다. 여기서, 외기는 공기(Air), 산소(O2), 질소(N2), 오존(O3), 이산화탄소(CO2) 등을 포함하는 다양한 기체군 중에서 적어도 하나 이상이 선택될 수 있다.
기체공급부(400)는 선택 기체들의 저장탱크 또는 기체생성수단(410)과, 상기 순환관(300)과 상기 저장탱크 또는 기체생성기(410)를 연결하는 급기관(420)을 포함하고, 상기 급기관(420)에는 저장탱크 또는 기체생성수단(410)으로부터 기체 공급량을 조절하기 위한 유량밸브(430)와, 기체 또는 고압수의 역류를 방지하기 위한 체크밸브(440)가 구비될 수 있다. 또한, 상기 급기관(420)과 순환관(300)의 연결부는 삼방밸브(310)로 연결되고, 상기 삼방밸브(310)는 순환관(300)을 따라 입구와 출구가 넓고 내부가 좁은 벤츄리관 구조로 제공됨이 바람직하다. 이와 같은 구성에서 순환관(300)을 따라 저압부인 가압펌프 유입측 관로(110)로 이송되는 물(또는 액체)은 벤츄리관의 병목지점을 통과하는 동안 압력이 급강하하며 유속이 크게 증대되고, 따라서 기체공급부(400)로부터 급기관(420)을 통해 공급된 기체가 별도의 동력으로 강제로 밀어넣지 않고도 스스로 순환관 내부로 자흡됨으로써 순환관(300) 내부의 물(또는 액체)과 혼합된다. 여기서, 공급된 기체는 공기(Air), 산소(O2), 질소(N2), 오존(O3), 이산화탄소(CO2) 등을 포함하는 다양한 기체군 중에서 적어도 하나 이상이 선택될 수 있으며, 용도에 따라 산소가 용존된 산소수, 질소가 용존된 질소수, 오존이 용존된 오존수, 이산화탄소가 용존된 탄소수 등을 생성할 수 있게 된다.
가압펌프(100)의 유입측 관로(110)와 다단믹서기(200)의 토출측 관로(203)에는 급수 또는 토출 유체의 유량을 제어하고 유로를 개폐할 수 있도록 각각 개폐밸브(111)(204)가 구비될 수 있다. 또한, 순환관(300)의 단부, 죽 가압펌프(100)의 토출측 관로(120)와 순환관(300)의 연결 부분에는 유체의 압력을 측정 및 감지하는 압력게이지(수압센서;320)와, 물없음 신호를 인가하기 위한 안전센서(330)가 구비될 수 있다.
다단믹서기(200)의 작동 원리는 가압펌프(100)로부터 고압 상태로 공급되는 물(또는 액체)과 기체의 혼합 유체(이하 ‘유체’라 한다) 속 공기(Air), 산소(O2), 질소(N2), 오존(O3) 또는 이산화탄소(CO2) 등에 다수의 치형 날개를 이용하여 반복적으로 타격을 가하는 것으로, 이때 유체 속에서 발생하는 캐비테이션(cavitation)을 이용하여 버블(bubble)을 생성하게 된다. 이 작동을 위해 다단믹서기(200)는 모터(210)의 축(모터 축;211)과 하우징(믹싱부;220)의 내벽면에 서로 대응하는 다수의 치형 날개들이 형성된 구조를 갖는다. 본 명세서에서 모터 축(211)에 구비된 치형 날개들은 모터(210)의 구동에 의해 회전이 가능하므로 편의상 이를 ‘회전자(230)’라 지칭하고, 상기 하우징(이하 ‘믹싱부’라 한다; 220)의 내벽면에 형성된 치형 날개들은 고정된 상태를 유지하므로 편의상 이를 ‘고정자(240)’라 지칭한다.
모터 축(211)의 양 단부는 회전자(230)와 고정자(240)의 치합 구조를 포함하는 믹싱부(220)의 상,하 단부에 마련된 수중베어링(221,222)에 의해 지지되며, 이를 통해 모터 축(211)이 관성에 의해 뒤틀림이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
가압펌프(100)에 의해 공급된 유체는 다단믹서기(200)의 믹싱부(220) 하단 일측에 마련된 유입구(201)와 그 대응 방향으로 상단 타측에 마련된 토출구(202)를 통해 유동할 수 있으며, 이 유체 흐름을 안내하기 위해 회전자(230)의 상하 방향으로 일정 거리를 두고 모터 축(211) 상의 상기 유입구(201) 및 토출구(202)에 각각 인접한 위치에 하나 이상의 유도 날개(223,225)를 배치할 수 있다. 또한, 유도 날개(223,225)에 의해 운반된 유체는 아래에 설명하는 회전자(230)와 고정자(240)의 상호 작용, 즉 상대 회전에 의해 유체 내 캐비테이션 압력이 상승하며, 이러한 캐비테이션에 의해 버블 생성과 더불어 유체 내 기체 용존률을 높일 수 있게 된다.
회전자(230)와 고정자(240)는 이들 간에 대응하는 각 치형 날개들이 일정한 두께로 적층된 복층 구조를 갖는 것으로서, 회전자(230)와 고정자(240)의 치형 날개들은 연속 적층된 소정 반경의 복수의 소경부(232)(242)들과, 각 소경부들 사이에 일정 간격으로 돌출된 소정 반경의 복수의 대경부(231)(241)들로 구성된다. 바람직하게는, 회전자(230)의 대경부(231)들은 고정자(240)의 소경부(242)들과 대응하고, 고정자(240)의 대경부(241)들은 회전자(230)의 소경부(232)들과 대응하며, 상기 대경부(231)(241)의 말단들 간에 상하 일정 간격으로 서로 엇갈리게 끼워진 결합 형태를 이루고 있다. 회전자(230)와 고정자(240)는 이들 사이에 유체가 지날 수 있는 일정 간극의 유로가 형성됨이 바람직하다.
도면에 따르면, 회전자(230)와 고정자(240)는 3개층의 소경부에 대하여 1개층의 대경부가 돌출된 형태로 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 대경부(231,241)와 소경부(232,242)를 구성하는 치형 날개들의 적층비를 1대1, 2대1, 2대2, 3대2 또는 그 이상의 비율로도 제공할 수 있음은 물론이다.
이와 같은 구조로부터 모터(210) 구동시 회전자(230)가 회전하여 그로부터 고정자(240)와의 사이에 대경부(231)(241)와 소경부(242)(232)의 상대회전이 일어나고, 이때 회전자(230)와 고정자(240) 사이의 유로를 따라 흐르게 되는 유체 속 기체들이 잘게 쪼개지면서 미세하게 혼합된다.
한 예로, 물(또는 액체)과 기체의 혼합 유체를 펌프로 4kg/cm2 이상의 압력으로 가압한 상태에서 회전자(230)를 일정 이상의 고속으로 회전시킬 경우, 상기 유체는 5 미크론 이하의 나노 단위(nano-sized)로 미세화되면서 혼합되어 유체 속 기체 용존율은 더욱 높아질 수 있다.
또한, 회전자(230)와 고정자(240)의 대경부(231,241) 및 소경부(232,242)는 이들의 적어도 일부의 팁 부분이 날카로운 칼날 형태 구조로 제공될 수 있으며, 이 경우 날카로운 팁 부분을 이용하여 유체 속 기체를 타격함과 동시에 1차 생성된 버블을 더욱 미세하게 절단하는 효과를 제공한다. 이를 통해, 물(또는 액체)과 기체의 혼합이 보다 원활해짐과 동시에 버블을 더욱 잘게 쪼개어 미크론(10-6m) 또는 나노미터(10-9m) 크기의 초미세 버블을 생성할 수도 있다. 또한, 다단믹서기(200) 내 회전자(230)와 고정자(240)의 치합 구조를 포함하는 상기 믹싱부(220)는 그 입구측에 일정 크기의 공간부(S)를 형성할 수 있다. 이러한 공간부(S)는 믹싱부(220) 내 회전자(230)와 고정자(240)의 결합부로부터 소정 거리 이격된 위치의 모터 축(211) 상에 소정 반경의 치형 날개(224)를 적어도 1단 이상 설치하여 형성될 수 있는 것으로, 이러한 공간부(S)는 유체 압력을 높임과 동시에 유체 내 캐비테이션 현상을 가속화시켜 버블 생성을 더욱 활성화하는 효과를 제공한다. 상기 공간부(S)에서는 상기 치형 날개(224)와 상호 작용을 위해 믹싱부(220) 내벽 상에 상기 치형 날개(224)에 대응하는 소정 크기의 치형 날개가 적어도 1단 이상 추가로 설치될 수 있다.
변형 예로, 도 2a에 따르면, 믹싱부(220′)는 회전자(230)를 대경부(231)와 소경부(232)의 반경이 단계적으로 줄어드는 피라미드 형상으로 구성할 수 있으며, 이 경우 상기 피라미드 형상의 회전자(230)에 대응하여 고정자(240)를 대경부(241)와 소경부(242)의 반경이 단계적으로 증가하는 역 피라미드 형상으로 구성할 수 있다.
이러한 피라미드형 회전자 배열과 그에 대응하는 역 피라미드형 고정자 배열을 갖는 믹싱부(220′) 구조는 유체가 회전자(230)의 넓은 단면 공간으로부터 점진적으로 좁은 단면 공간으로 이동하는 동안 캐비테이션이 최대로 발생되도록 하며, 이를 통해 유체 속 기체 용존률을 더욱 높일 수 있게 된다.
도 3 내지 4와 도 5 내지 6은 도 2에 따른 다단믹서기의 믹싱부를 구성하는 회전자와 고정자의 서로 다른 결합 구조를 도시한 것으로, 도 3a 및 도 5a는 믹싱부의 일 단부에서의 회전자와 고정자의 결합 단면도이고, 도 4a 및 도 6a는 믹싱부의 타 단부에서의 회전자와 고정자의 결합 단면도이며, 도 3b 내지 도 6b는 도 3a 내지 도 6a에 따른 결합 구조들의 분해도이다.
회전자(230)는 각 치형 날개들(231,232)의 외주 선단을 따라 일정 간격으로 다수의 치차들(231a,232a)이 형성되고, 고정자(240)는 각 치형 날개들(241,242)의 내주 선단을 따라 일정 간격으로 다수의 치차들(241a,242a)이 형성된 구조를 갖는다. 또한, 회전자(230)와 고정자(240)의 각 치형 날개들의 외주면 또는 내주면에 형성된 치차들(231a,232a)(241a,242a)은 상대 회전시 서로 마주하는 단면들의 적어도 어느 일 측이 소정의 각도(예: 15∼45도)로 경사진 구조를 가질 수 있다. 이와 같이 각 치차들의 마주하는 단면들에 형성된 경사각은 고속 회전시 유체의 교란 현상과 그로 인한 캐비테이션 발생을 극대화하기 위한 것으로, 이를 통해 유체 내 기체의 용존량을 높이고 마이크로버블 생성을 가능하게 한다.
도 3a 및 3b를 참조하면, 회전자(230)는 치형 날개의 대경부(231)이고 고정자(240)는 치형 날개의 소경부(242)를 나타낸다. 이 결합 구조에서 회전자(230)의 대경부(231)의 외주 선단에 형성된 치차들(231a)은 상대 회전시 고정자(240)의 치차(242a) 측면과 대향하는 측방향 단면이 일정한 각도(θ1)로 경사진 구조로서, 이 각도(θ1)는 15∼45도 범위이고, 바람직하게는 30도 각도의 경사진 구조이다.
도 4a 및 4b를 참조하면, 회전자(230)는 치형 날개의 소경부(232)이고 고정자(240)는 치형 날개의 대경부(241)를 나타낸다. 이 결합 구조에서 회전자(230)의 소경부(232)의 외주 선단에 형성된 치차들(232a)은 상대 회전시 고정자(240)의 치차(241a) 측면과 대향하는 측방향 단면이 일정한 각도(θ1)로 경사진 구조로서, 이 각도(θ1)는 15∼45도 범위이고, 바람직하게는 30도 각도의 경사진 구조이다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 회전자(230')는 치형 날개의 대경부(231)이고 고정자(240')는 치형 날개의 소경부(242)를 나타낸다. 이 결합 구조에서 상기 회전자(230')의 대경부(231)의 외주 선단에 형성된 치차들(231a)과 상기 고정자(240')의 소경부(242)의 내주 선단에 형성된 치차들(242a)은 상대 회전시 적어도 서로 대향하는 측방향 단면들이 각각 일정한 각도(θ4,θ5)(θ2,θ3)로 경사진 구조로서, 이들 각도(θ4,θ5)(θ2,θ3)는 15∼45도 범위이고, 바람직하게는 30도 각도의 경사진 구조이다. 또한, 상기 회전자(230')의 대경부(231)의 각 치차들(231a)은 그들의 외주 선단에 소정 반경의 홈(231b)이 형성된 구조로 제공될 수 있다.
도 6a 및 6b를 참조하면, 회전자(230')는 치형 날개의 소경부(232)이고 고정자(240')는 치형 날개의 대경부(241)를 나타낸다. 이 결합 구조에서 상기 회전자(230')의 소경부(232)의 외주 선단에 형성된 치차들(232a)과 상기 고정자(240')의 대경부(241)의 내주 선단에 형성된 치차들(241a)은 상대 회전시 적어도 서로 대향하는 측방향 단면들이 각각 일정한 각도(θ4,θ5)(θ2,θ3)로 경사진 구조로서, 이들 각도(θ4,θ5)(θ2,θ3)는 15∼45도 범위이고, 바람직하게는 30도 각도의 경사진 구조이다. 또한, 상기 회전자(230')의 소경부(232)의 각 치차들(232a)은 그들의 외주 선단에 소정 반경의 홈(232b)이 형성된 구조로 제공될 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 6에 도시된 치차들의 측면 경사각들은 각 치형 날개의 원주면 길이나 폭, 그리고 유입된 혼합 유체의 유량 또는 유속 등을 고려하여 결정될 수 있다. 따라서, 상기한 바와 같은 인자들에 따라 각 경사부의 경사각은 동일하게 제작되거나 서로 다른 각도로 제작될 수 있다.
이와 같은 구성으로부터 상대 회전시 치차들과 그와 마주치는 혼합 유체의 교란이 촉진되고, 이로 인한 캐비테이션 현상의 발생으로 마이크로버블의 생성을 촉진시킬 수 있게 된다. 이 경우 회전자(230)와 고정자(240)의 각 치형 날개에 형성된 치차들의 경사각은 동일하게 제작되는 것이 바람직하나, 그에 한정되지 않고 각 치형 날개의 크기나 길이, 혼합 유체의 거동 등과 같은 다양한 인자들을 고려하여 설정각도를 다양하게 결정할 수 있다.
도 7과 도 8은 도 1에 따른 겹벽 유니트의 제1 실시예 및 제2 실시예를 각각 확대하여 도시한 것으로서, 도 1을 참조하면 다단믹서기(200)의 토출측 관로(203) 상에는 믹싱부(220)로부터 토출된 유체의 기체 용존율을 더욱 높이기 위해 소정 형상의 겹벽 유니트(500)가 설치될 수 있다. 이러한 겹벽 유니트(500)는 내부에 적어도 2개 이상의 격벽을 가지며, 이들 격벽에는 하나 이상의 구멍들이 천공될 수 있다. 바람직하게는, 이 구멍들은 전후 격벽들 간에 서로 엇갈리게 배열된 배치구조를 갖는다.
예시적으로, 도 7의 겹벽 유니트(500)의 구조에 따르면, 하우징(501) 내부에 유로(502)를 차단하는 3개의 격벽(510,520,530)들이 일정 간격을 두고 형성되어 있다. 이 격벽(510,520,530)들에는 각각 하나의 구멍(511,521,531)들이 천공되어 있으며, 각 구멍들은 서로 엇갈리게 배치되어 있다. 또한, 도 8의 겹벽 유니트(500′)의 구조에 따르면, 하우징(501) 내부에 유로(502)를 차단하는 3개의 격벽(510,520,530)들이 일정 간격을 두고 형성되어 있고, 제1 격벽(510)에는 대구경의 구멍(511) 1개가 천공되어 있고, 제2 격벽(520)에는 중간 구경의 구멍(521) 2개가 천공되어 있으며, 제3 격벽(530)에는 소구경의 구멍(531) 3개가 천공되어 있고, 이들 각 구멍들은 서로 엇갈리게 배치되어 있다. 이러한 구조에 따르면, 다단믹서기(200)로부터 토출된 유체는 겹벽 유니트 내부에서 순차적으로 구멍(511,521,531)들을 통해 유동하게 되는데, 이 과정에서 각각의 격벽(510,520,530)들에 충돌하게 되어 유체 속 기체분자가 점점 더 미세화되고 균일화된다. 또한, 각 격벽들은 서로 일정 간격 이격되어 있어 이들 사이에 공간부가 형성되고, 이러한 공간부는 이를 통과하는 유체의 압력을 급격히 떨어뜨려 와류를 일으키고, 그와 동시에 캐비테이션 현상을 더욱 가속화시켜 유체를 나노 크기로 미세화시킴과 동시에 더욱 균일하게 혼합시킴으로써 용존율을 더욱 높일 수 있게 된다.
도면에 도시하지는 않았지만, 상기 겹벽 유니트는 격벽을 통과하는 구멍들의 구조가 다수의 소구경으로부터 다수의 대구경으로 연속되는 형태 또는 이러한 연속 형태의 반복된 구조로 제공될 수도 있다. 이 경우, 토출 유체가 소구경의 구멍을 통과한 후 대구경의 구멍을 통과하면서 압력 변화로 인해 보다 미세화··균일화되면서 더욱 용존율이 높아지게 된다.
도 9는 도 1에 따른 기체 용존수 생성장치의 다른 실시예를 도시한 것으로, 다단믹서기(200)의 출구측 관로(203) 상에 일정 크기의 저장조(600)를 설치하고 이 저장조 내에 상기 겹벽 유니트(500)를 통과한 유체가 저장되도록 구성할 수 있다. 또한, 저장조(600)의 내부에는 복수의 전극봉(610,620)들을 설치하고, 각 전극봉(610,620)들은 직류의 (+)전원과 (-)전원에 각각 연결된 것으로서, 전류 인가시 기체 용존된 유체의 물성을 변화시켜 보다 강력한 다른 성질들, 즉 분해, 정화, 탈색 또는 탈취 능력을 갖춘 유체로 만들어냄으로써 그 각각의 용도에 맞는 활용이 가능하다.
또한, 도 9에서 전술한 도 1의 저장탱크 또는 기체발생수단(410)은, 저장탱크의 경우 공기(Air), 산소(O2), 질소(N2), 오존(O3), 이산화탄소(CO2) 등의 각 기체를 저장하고, 필요시 탱크 내부로부터 필요한 기체를 인출하여 순환관(300)을 통해 가압펌프(100)로 공급하도록 구성되는데 반해, 기체발생수단(410)의 경우는 외부 공기로부터 필요한 기체를 생성하여 제공하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 기체발생수단(410)은 급기관(420) 상에 에어필터(411), 에어콤푸레셔(412), 에어드라이어(413), 수분제거기(eliminator;414), 기체생성기(gas generator;415), 유량조절기(416), 송풍기(417), 방전관(418), 및 체크밸브(419)의 구성이 선택적으로 배열된 구조를 갖출 수 있다.
이러한 구성에서 기체발생수단(410)은 대기중의 공기를 에어필터(411)를 통과시켜 불순물을 제거한 다음 에어콤푸레셔(412)를 통해 일정 이상의 압력으로 가압한 후, 에어드라이어(413)를 통해 공기중의 수분을 제거하고, 다시 한번 수분제거기(414)를 통해 남아 있는 수분을 배출시킨다. 이후, 건조시킨 공기를 기체생성기(415)를 통과시키며 원하는 기체, 즉 에어(air), 산소(O2), 질소(N2), 이산화탄소(CO2) 등을 생성하고, 유량조절기(416)를 통해 공급기체의 유량을 조절한 후 송풍기(417)로 송풍하여 방전관(418) 내에서 오존(O3)이나 기타 기체들로 변환시킨 다음 체크밸브(419)와 유량밸브(430)를 거쳐 순환관(100)으로 이송하여 상기 순환관 내부의 물(또는 액체)와 혼합시키게 된다.
한편, 본 발명의 기체 용존수 생성장치에 의할 경우, 액체 내 기체 용존율을 매우 높일 수 있어 고농도의 용존 액체를 생산할 수 있으며, 이를 음이온이 풍부한 수소수나 산소수 또는 탄산수 등의 음용수로 생산하여 활용할 수도 있다. 특히, 오존수의 경우 오존(O3) 가스를 용존시켜 생성할 수 있는데, 통상 오존 용존율이 매우 높아 강력한 살균력과 함께 분해, 탈취, 색도분해 능력을 가지며, 따라서 수질 정화나 오폐수 처리 분야에 활용할 수 있다. 또한, 본 발명의 기체 용존수 생성장치는 일반적인 수소수 생성장치나 산소수 생성장치가 설비에 많은 비용이 소요되는 것과 비교할 때 한 대의 장치로 원하는 용도 및 용존율의 유체를 생성할 수 있어 여타 장치에 비해 비용을 1/4 수준으로 줄일 수 있다.
도 10은 본 발명의 기체 용존수 생성장치의 또 다른 형태의 실시 구성도이며, 본 실시형태에서 기체 용존수 생성장치는 도 1 및 도 9와 마찬가지로 적어도 하나의 관로 상에 가압펌프(100)와 다단믹서기(200')가 순차적으로 배치되고, 상기 관로 상에 가압펌프(100)의 토출측과 입구측을 연결하는 순환관(300)이 설치되며, 상기 가압펌프(100)의 입구측과 연결되는 상기 순환관(300)의 일측에 외기를 공급하는 기체공급부(400)가 연결된 기본 구성을 갖는다. 기체공급부는 급기관(420)을 통해 순환관(300)에 연결되며, 급기관(420) 상에는 기체 공급량 조절을 위한 유량밸브(431)와, 기체 또는 고압수의 역류를 방지하기 위한 체크밸브(441)가 구비되어 있음을 볼 수 있다. 또한, 다단믹서기(200')의 토출측 관로(203) 상에는 믹싱부(220")로부터 토출된 유체의 기체 용존율을 더욱 높이기 위해 도 7 내지 도 8에 도시된 형상의 겹벽 유니트(500)가 설치될 수 있으며, 또한 도 10에 도시하지는 않았지만, 겹벽 유니트(500)를 지나서 연장하는 토출측 관로(203) 상의 일부에는 도 9에 도시된 구성의 저장조(600)를 설치하여 이 저장조(600) 내에 상기 겹벽 유니트(500)를 통과한 유체를 저장하도록 구성할 수도 있다.
한편, 본 실시형태에서는 급기관(420)과 순환관(300)의 연결부가 도 1 및 도 9의 삼방밸브(310)를 대신하여 제1 혼합 이젝터(310', 도 12 참조)로 구성될 수 있다. 또한, 다단믹서기(200')의 믹싱부(220")의 상단에는 에어벤트(air vent;227)를 설치할 수 있는데, 이러한 에어벤트(227)는 믹싱부(220") 내의 미세 혼합된 유체로부터 큰 공기방울들을 배출하기 위한 것으로, 유체 속 기포들 중에 큰 공기방울이 섞여 있음으로 인해 유체의 미세화 정도가 일정하지 않고 그로 인해 효율이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 에어벤트(227)는 별도의 에어탱크(228)와 연결하여 사용할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는 다단믹서기(200')와 겹벽 유니트(500) 사이에 양자에너지 발생기(700; 도 14 참조)를 추가로 설치하고, 겹벽 유니트(500)를 지나서 연장하는 토출측 관로(203) 상의 최종 토출측에 제2 혼합 이젝터(800, 도 13 참조)를 추가로 설치할 수 있다.
도 11은 도 2에 따른 믹싱부의 변형된 형태를 갖는 도 10의 다단믹서기의 확대 도면으로서, 여기서 다단믹서기(200')는 모터(210)의 축(모터 축;211)의 표면과 하우징(믹싱부;220)의 내벽면에 도 2 내지 도 6에 도시된 형상의 서로 대응하는 다수의 치형 날개들, 즉 회전자(230)와 고정자(240)를 각각 갖추고, 가압펌프(100)로부터 고압 상태로 공급되는 혼합 유체(이하 ‘유체’라 한다) 속 공기(Air), 산소(O2), 질소(N2), 오존(O3) 또는 이산화탄소(CO2) 등에 상기 치형 날개들을 이용하여 반복적으로 타격을 가하는 것으로, 이때 유체 속에서 발생하는 캐비테이션(cavitation)을 이용하여 마이크로버블을 생성함과 더불어 유체 내 기체 용존률을 높힐 수 있게 된다.
한편, 본 실시형태에 따르면, 믹싱부(220")의 상부 토출측 공간부에는 물(또는 액체)과 기체의 혼합 유체의 분산을 방지하기 위한 분산 방지 하우징(226)을 추가로 설치할 수 있다. 이러한 분산 방지 하우징(226)은 믹싱부(220") 내에서 회전자(230)와 고정자(240)의 상대 회전에 의해 가압된 유체가 상부 토출측으로 이동하는 과정에서 팽창 분산되지 않고 지속성을 유지하도록 하는데 그 목적이 있는 것으로, 도 1의 믹싱부(220)의 경우 회전자(230)와 고정자(240) 사이를 빠져나온 뒤에 제공되는 상부 토출측 공간부가 넓게 형성되어 있어 믹싱부 내에서 미세 혼합된 고압의 유체가 너무 급속히 확장되므로 버블 크기가 균일화되지 못하는 문제를 초래하며, 결국 실제 현장 적용에서 혼합 유체의 효율을 떨어뜨리는 원인이 되고 있다.
따라서, 본 실시형태에서는 믹싱부(220")의 상부 토출측 공간부를 일정한 직경으로 둘러싸는 분산 방지 하우징(226)으로 채우고, 이 분산 방지 하우징(226)의 중간부(226a)가 믹싱부(220")의 상부에 위치된 토출구(202) 및 그로부터 연장된 토출측 관로(203)와 연통되는 구조를 갖도록 구성한 것에 특징이 있다. 여기서, 상기 중간부(226a)는 토출구(202)에 대응하여 원주 방향으로 일정 크기의 공간을 갖도록 구성하고, 여기에 유체 흐름을 안내하기 위한 모터 축(211) 상의 유도 날개(225)가 작동가능하게 위치되도록 하는 것이 바람직하다. 이것은 분산 방지 하우징(226) 내에서 유도 날개(225)의 작동으로 캐비테이션 발생을 보다 원활하게 할 뿐만 아니라, 이러한 캐비테이션에 의해 버블 생성과 함께 유체 내 기체 용존률을 더욱 높일 수 있게 만든다. 이 경우, 물(또는 액체)과 기체의 혼합 유체는 유체 속 기체 용존율을 높이기 위해 4kg/cm2 이상의 압력으로 가압 공급되도록 하고, 아울러 믹싱부(220") 내에서의 회전자에 의한 일정 이상의 고속 회전을 통해 5 미크론 이하의 나노 단위(nano-sized)로 미세화되도록 함이 바람직하다.
도 12는 도 1에 따른 삼방밸브의 변형 형태인 도 10의 제1 혼합 이젝터의 확대 도면으로서, 제1 혼합 이젝터(310')는 급기관(420)과 순환관(300)을 연결하고 다시 이들을 가압펌프의 유입측 관로(110)로 연결한다. 제1 혼합 이젝터(310')는 순환관(300)과 연결되는 지점에서의 소경부(311)와, 가압펌프의 유입측 관로(110)와 연결되는 지점에서의 대경부(312)를 포함하고, 소경부(311)에서 대경부(312)까지의 내경이 점차 확경되는 형태의 구조를 갖는다. 또한, 소경부(311)의 일측에 상기 급기관(420)과 연결되는 연결부(313)가 형성되어 이 연결부(313)로부터 소경부(311)의 단부를 가로지르는 면적에 걸쳐 일정 크기의 공간부(314)가 제공된다. 이러한 구성에서 가압펌프의 토출측 관로로부터 순환관(300)을 통해 공급되는 일정 압력 이상의 물(또는 액체)은 소경부(311)를 거쳐 공급부(314)에서 압력이 강하하고 유속은 빨라지며, 그에 따라 별도의 동력원을 이용하지 않고도 급기관(420)으로부터 기체를 대량으로 자흡될 수 있게 된다. 또한, 소경부(311)를 통과한 물(또는 액체)과 기체의 혼합 유체는 공간부(314) 내에서의 캐비테이션 발생으로 일차적으로 미세기포를 생성함과 더불어, 소경부에서 대경부에 이르는 제1 혼합 이젝터(310')의 확경되는 내부를 통과하는 과정에서 가압펌프의 유입측 관로(110)에 보다 대용량의 유체 공급이 가능하게 된다.
한편, 급기관(420)을 통해 공급되는 기체는 공기(Air), 산소(O2), 질소(N2), 오존(O3), 이산화탄소(CO2) 등을 포함하는 다양한 기체군 중에서 적어도 하나 이상이 선택될 수 있으며, 용도에 따라 산소가 용존된 산소수, 질소가 용존된 질소수, 오존이 용존된 오존수, 이산화탄소가 용존된 탄소수 등을 생성할 수 있게 된다.
도 13은 본 발명의 기체 용존수 생성장치에 추가로 구비되는 도 10의 제2 혼합 이젝터의 확대 도면으로서, 전술한 바와 같이 제2 혼합 이젝터(800)는 겹벽 유니트(500)를 지나서 연장하는 토출측 관로(203)의 최종 단부 또는 토출측에 설치될 수 있다. 제2 혼합 이젝터(800)는 토출측 관로(203)의 최종 단부 또는 토출측과 연결되는 지점에서의 소경부(810)와 그 대응 방향에 위치하는 대경부(820)를 포함하고, 소경부(810)에서 대경부(820)까지의 내경이 점차 확경되는 형태의 구조를 갖는다. 또한, 제2 혼합 이젝터(800)는 소경부(810)의 일측에 급기관(420')이 연결되어 이를 통해 기체공급부(400)와 연결되고, 급기관(420') 상에는 기체 공급량 조절을 위한 유량밸브(432)와, 기체 또는 고압수의 역류를 방지하기 위한 체크밸브(442)가 설치될 수 있다. 제2 혼합 이젝터(800)는 급기관(420')과 연결된 소경부(810)의 일측의 연결부(830)로부터 상기 소경부(810)의 단부를 가로지르는 면적에 걸쳐 일정 크기의 공간부(840)가 제공된다. 이러한 구성에서 상기 토출측 관로(203)의 최종 단부 또는 토출측으로부터 공급되는 일정 압력 이상의 물(또는 액체)과 기체의 혼합 유체는 소경부(810)를 거쳐 공급부(840)에서 압력이 강하하고 유속은 빨라지며, 그에 따라 별도의 동력원을 이용하지 않고도 급기관(420')으로부터 기체를 대량으로 자흡될 수 있게 된다. 또한, 소경부(810)를 통과한 물(또는 액체)과 기체의 혼합 유체는 공간부(840) 내에서의 캐비테이션 발생으로 일차적으로 더욱 미세화된 기포를 생성함과 더불어, 소경부에서 대경부에 이르는 제2 혼합 이젝터(800)의 확경되는 내부를 통과하는 과정에서 보다 대용량의 유체를 토출할 수 있게 된다. 물론, 급기관(420)을 통해 공급되는 기체는 공기(Air), 산소(O2), 질소(N2), 오존(O3), 이산화탄소(CO2) 등을 포함하는 다양한 기체군 중에서 적어도 하나 이상이 선택될 수 있으며, 용도에 따라 산소가 용존된 산소수, 질소가 용존된 질소수, 오존이 용존된 오존수, 이산화탄소가 용존된 탄소수 등을 생성할 수 있게 된다.
도 14는 본 발명의 기체 용존수 생성장치에 추가로 구비되는 양자에너지 발생기의 확대 도면으로서, 양자에너지 발생기(700)는 관(710) 내부에 하나 이상의 무자장 코일(720)을 설치하여 구성할 수 있으며, 이때 양자에너지 발생기(700)를 통과하는 유체에 양자에너지를 조사함에 따라 물분자의 공유결합을 분해하여 생성된 OH-Radical, 활성산소(O), 히드록실 이온(H2O3-) 등 활성분자의 순도가 더욱 높아져 유체 내에 포함된 세균 및 바이러스를 살균하게 되고, 그로부터 오폐수와 녹조 등 수질 악화의 원인들을 양호하게 개선시킬 수 있다. 한편, 도면에서는 양자에너지 발생기(700)가 다단믹서기(200')와 겹벽 유니트(500) 사이에 위치된 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 필요에 따라 겹벽 유니트(500)의 이전이나 이후의 위치에도 놓여질 수 있음은 물론이다.
이상 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하였으나, 지금까지 설명한 내용들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 그 일부를 예시한 정도에 불과하며, 아래에 첨부된 청구범위에 나타날 수 있는 것을 제외하고는 상술한 내용에 의해 제한되지 않는다. 따라서, 본 발명은 이와 동일한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 범위 내에서 발명의 기술적 사상과 요지를 벗어나지 않으면서 균등물의 많은 변화, 수정 및 대체가 이루어질 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 관로 상에 가압펌프와 다단믹서기가 순차적으로 배치되고, 상기 관로 상에 상기 가압펌프의 유입측과 상기 가압펌프의 토출측을 연결하는 순환관이 위치되며, 상기 가압펌프의 유입측과 연결되는 상기 순환관의 일측에 소정의 외기를 공급하는 기체공급부가 급기관에 의해 연결되고, 상기 상기 기체공급부와 순환관은 삼방밸브를 통해 연결되고, 상기 삼방밸브는 상기 순환관을 따라 입구와 출구가 넓고 내부가 좁은 벤츄리관 구조를 갖추어 상기 기체공급부로부터 공급된 기체의 자흡이 이루어지도록 하고, 상기 다단믹서기는 모터 축을 중심으로 회전자와 고정자의 치합 구조를 갖는 믹싱부를 포함하고, 상기 믹싱부는 유입측에 일정 크기의 공간부를 구비하고, 상기 공간부는 믹싱부 내 회전자와 고정자의 결합부로부터 소정 거리 이격된 위치의 상기 모터 축 상에 소정 반경의 치형 날개를 적어도 1단 이상 설치하여 형성된 것을 특징으로 하는 기체 용존수 생성장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전자와 고정자는 이들 간에 대응하는 각 치형 날개들이 일정한 두께로 적층된 복층 구조로서, 상기 회전자와 고정자의 치형 날개들이 연속 적층된 소정 반경의 복수의 소경부들 및 상기 소경부들 사이에 일정 간격으로 돌출된 소정 반경의 복수의 대경부들로 구성되되, 상기 회전자의 대경부들은 상기 고정자의 소경부들과 대응하고, 상기 고정자의 대경부들은 회전자의 소경부들과 대응하며, 상기 대경부의 말단들 간에 상하 일정 간격으로 서로 엇갈리게 끼워진 결합 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 기체 용존수 생성장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 가압펌프에 의해 공급된 유체는 상기 다단믹서기의 하단 일측에 마련된 유입구와 그 대응 방향으로 상단 타측에 마련된 토출구를 통해 유동하고, 상기 유체의 안내를 위해 회전자의 상하 방향으로 일정 거리를 두고 모터 축 상의 상기 유입구 및 토출구에 각각 인접한 위치에 하나 이상의 유도 날개를 배치한 것을 특징으로 하는 기체 용존수 생성장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 믹싱부는 회전자를 대경부와 소경부의 반경이 단계적으로 줄어드는 피라미드 형상으로 구성하고, 상기 피라미드 형상의 회전자에 대응하여 고정자를 대경부와 소경부의 반경이 단계적으로 증가하는 역 피라미드 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 기체 용존수 생성장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 회전자는 각 치형 날개들의 외주 선단을 따라 일정 간격으로 다수의 치차들이 형성되고, 상기 고정자는 각 치형 날개들의 내주 선단을 따라 일정 간격으로 다수의 치차들이 형성되되, 상기 회전자와 고정자의 각 치형 날개들의 외주면 또는 내주면에 형성된 치차들은 상대 회전시 서로 대향하는 적어도 일 측면이 소정 각도의 경사진 구조를 가지며, 상기 회전자의 대경부 및 소경부의 각 치차들은 이들의 외주 선단에 소정 반경의 홈이 형성된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 기체 용존수 생성장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 다단믹서기의 토출측 관로 상에는 상기 믹싱부로부터 토출된 유체의 기체 용존율을 더욱 높이기 위해 소정 형상의 겹벽 유니트가 설치되고, 상기 겹벽 유니트는 내부에 적어도 2개 이상의 격벽을 가지며, 이들 격벽에는 하나 이상의 구멍들이 천공되고, 상기 구멍들은 전후 격벽들 간에 서로 엇갈리게 배열되는 것을 특징으로 하는 기체 용존수 생성장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 다단믹서기의 토출측 관로 상에 일정 크기의 저장조를 설치하고 이 저장조 내에 상기 겹벽 유니트를 통과한 유체가 저장되도록 구성하되, 상기 저장조의 내부에는 복수의 전극봉들이 설치되고, 각 전극봉들은 직류의 (+)전원과 (-)전원에 각각 연결되는 것을 특징으로 하는 기체 용존수 생성장치.
  8. 제 3항에 있어서,
    상기 믹싱부의 상부 토출측 공간부에 상기 공간부를 일정한 직경으로 둘러싸며 상기 유체의 과도한 팽창 분산을 방지하는 분산 방지 하우징을 설치하되, 상기 분산 방지 하우징은 상기 믹싱부의 상부에 위치된 토출구와 그로부터 연장된 토출측 관로와 연통하고 상기 토출구에 대응하여 원주 방향으로 일정 크기의 공간을 형성하는 중간부를 가지며, 상기 중간부에는 유체 흐름을 안내하기 위한 모터 축 상의 유도 날개가 작동가능하게 위치되는 것을 특징으로 하는 기체 용존수 생성장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 순환관과 연결되는 지점에서의 소경부 및 상기 가압펌프의 유입측 관로와 연결되는 지점에서의 대경부를 포함하는 제1 혼합 이젝터로 상기 삼방밸브를 대체하여 설치하고, 상기 다단 믹서기의 토출측 관로의 최종 단부 또는 토출측과 연결되는 지점에서의 소경부 및 상기 소경부와 대응하는 위치의 대경부를 포함하는 제2 혼합 이젝터를 더 포함하되, 상기 제1 혼합 이젝터와 제2 혼합 이젝터는 소경부에서 대경부까지의 내경이 점차 확경되는 형태의 구조를 가지며, 상기 소경부의 일측에 상기 급기관과 연결되는 연결부가 형성되어 상기 연결부로부터 소경부의 단부를 가로지르는 면적에 걸쳐 일정 크기의 공간부가 제공되는 것을 특징으로 하는 기체 용존수 생성장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    적어도 다단믹서기와 겹벽 유니트 사이의 토출측 관로상에 하나 이상의 양자에너지 발생기를 설치하되, 상기 양자에너지 발생기는 관 내부에 하나 이상의 무자장 코일을 설치하여 구성되는 것을 특징으로 하는 기체 용존수 생성장치.
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