WO2019124992A2 - 나노-마이크로 버블 발생 장치 - Google Patents

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    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a nano-micro bubble generator.
  • bubbles can be classified into millibars, microbubbles, micro-nano bubbles, and nano bubbles depending on their diameters.
  • Micro bubbles are classified into micro bubbles having a diameter of 10 to several tens of microns
  • Micro Nano Bubble refers to micro-bubbles of several hundreds of nm to 10 ⁇ m
  • Nano Bubble refers to micro-bubbles of several hundreds of nanometers or less.
  • the nano bubbles are small in volume and have a low buoyancy so that the rising speed to the surface of the water is very slow. And it has the characteristics of gas dissolution effect, self-pressurization effect, and charging effect, and it is possible to apply to various fields such as sewage treatment facilities, advanced water purification facilities, soil purification, agriculture in the fisheries industry, high.
  • the present invention provides a nano-micro bubble generating device that generates ultrafine bubbles by accelerating the mixing and miniaturization of fluids by providing a multi-stage collision and friction together with cavitation formation in a fluid.
  • a stator comprising: a housing capable of fluid inflow and outflow; a plurality of rotors rotatably coupled to the inside of the housing; and a plurality of stators fixed in the housing and alternately arranged with the plurality of rotors At least one of the rotor and the stator has a mesh-like structure in which a plurality of flow passages of the fluid are arranged in a lattice shape, and the rotor and the stator are arranged in such a manner that the fluid, which flows through the flow passage, And a nano-micro bubble generating device disposed adjacently to generate cavitation so as to generate at least one of a nano bubble and a micro bubble in the fluid.
  • a method of controlling a flow rate of a fluid comprising: a housing having an inlet and an outlet to allow a fluid to flow in and out; a fluid passage provided in the housing to generate bubbles in the fluid, A bubble generating unit including a plurality of collision members and a flow path disposed in at least one of the inside and the outside of the housing to induce ultrafine bubbles in the fluid due to stress generated during the movement of the fluid, Generating device is provided.
  • a fluid supply apparatus including: a fluid transfer unit for providing a fluid flow for transferring a fluid; a gas supply line for supplying a gas different from the fluid in the fluid transferred by the fluid force of the fluid transfer unit; There is provided a nano-micro bubble generating apparatus comprising a gas dissolving unit disposed in a gas supply line for promoting dissolution of a gas supplied from a gas supply line, and a nano bubble unit for generating a nano bubble in a fluid transferred from the gas dissolving unit .
  • FIG. 1 and 2 show a nano-micro bubble generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 illustrates a mesh structure of a nano-micro bubble generator according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 illustrates a nano-micro bubble generator according to another embodiment of the present invention.
  • FIG 5 illustrates a structure of a chamber according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 illustrates a nano-micro bubble generator according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 to 9 are views showing a flow path structure according to another embodiment of the present invention.
  • first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.
  • the nano-micro bubble generator 100 includes air (air), oxygen (O2 ), Nitrogen (N2), ozone (O3), carbon dioxide (CO2), and the like can be supplied, mixed and dissolved to provide a nano-micro bubble.
  • the nano-micro bubble generator 100 of the present invention may include a nano-micro bubble generator 100 using the principle of relative rotation of the rotor 122 and the stator 124.
  • the nano-micro bubble generator 100 uses a collision and friction effect generated by the relative rotation of the rotor 122 and the stator 124 to cause the gas 10 to flow into the fluid 10 So that it can be dissolved more and at the same time more finely.
  • the water (or liquid) supplied to the nano-micro bubble generator 100 is supplied by a pump, and at least a part of the conduit connecting the pump and the nano-micro bubble generator 100 has an inlet and an outlet (Hereinafter referred to as " venturi portion 132 ") which is wide and has a relatively narrow inner portion.
  • One or more gas / liquid supply portions may be connected to one side of the venturi portion 132 to allow water (or liquid) in the conduit to mix with a predetermined gas (or liquid, for example, a catalyst, etc.) .
  • the water (or liquid) supplied by the pump is rapidly flowed while passing through the venturi portion 132, and the gas (or liquid) supplied from the gas supply line 180 becomes strong And is sucked into the venturi portion 132 by the suction force and mixed with water (or liquid) inside the conduit.
  • the mixed fluid 10 (hereinafter referred to as "fluid 10") of water (or liquid) and gas (or liquid) flows into the nano-micro bubble generator 100 and is mixed more finely And then flows along the post-discharge line 195.
  • the present invention modifies the bubble generation and gas mixing system to process the fluid 10 from a low capacity to a large capacity, and can increase the dissolved rate of the gas selected from the group of gases such as air, oxygen, hydrogen, and ozone Therefore, the amount of gas injected can be reduced, and a gas generating device such as an oxygen generator, a hydrogen generator, or an ozone generator can be downsized.
  • Fig. 2 shows a first embodiment of the nano-micro bubble generator 100 of Fig. 1 having a face-contact type uniaxial mesh-type rotor 122.
  • a plurality of rotors 122 that rotate along the axis of the motor and a plurality of stators 122 that are fixed to the inner wall of the housing 110 and face the rotors 122 at regular intervals 124 are provided.
  • the rotor 122 and the stator 124 are preferably provided in a mesh-like structure with a plurality of openings 127 through which the fluid 10 passes, ) Is enough to pass.
  • the distance between the rotor 122 and the stator 124 can be set so that the fluid 10 can escape while the surfaces of the rotor 122 and the stator 124 are substantially in contact or almost in contact with each other It is enough.
  • the fluid 10 introduced through the fluid inlet 112 provided at one side of the housing 110 in such a configuration is rotated by the relative rotation of the rotor 122 and the stator 124 when the motor is driven, And the stator 124, and at the same time, repeated collision and friction are caused.
  • the number of the motor shafts in which the plurality of rotors 122 are installed at regular intervals can be installed in the housing 110 as long as the inner space of the housing 110 allows the shafts or three or more shafts .
  • An example of a nano-micro bubble generator 100 having a surface contact type biaxial mesh-type rotor 122 includes a housing 110 of the nano-micro bubble generator 100, And a plurality of rotors 122, which are simultaneously rotated together with the driving of the motor, may be installed at predetermined intervals along the axis.
  • the distance between the axes of the motor shafts is preferably such that the rotors 122 arranged on the respective axes are staggered.
  • the rotors 122 arranged on the axes are rotors 122 arranged on the counter shaft,
  • the interlayer distance of the rotors 122 facing each other in this state is set such that the surfaces of the upper and lower rotors 122 are in contact with each other or substantially in contact with each other, 10) can escape.
  • the rotors 122 may be arranged side by side apart from each other, and the outer shape of the housing 110 may be various shapes such as a round circle or a square.
  • the fluid 10 introduced through the fluid inlet 112 provided at one side of the housing 110 is rotated by the relative rotation of the rotor 122 and the stator 124 when the motor is driven, And the stator 124.
  • the collision and friction action causes the gas 10 to be more dissolved in the fluid 10 and at the same time,
  • the water molecules are further atomized to produce micro- or nano-sized ultrafine bubbles.
  • FIG 3 shows the mesh structure of the rotor 122 and the stator 124 that may be included in the nano-micro bubble generator 100.
  • the mesh structure of the rotor 122 and the stator 124 is a flat plane And it can be seen that it forms a lattice form of structure.
  • the mesh structure of the rotor 122 and the stator 124 can be seen to have a lattice structure in which the cross bar 125 and the vertical bar 126 have a constant height difference and are ruggedly staggered.
  • the fluid 10 will collide with the crossbars 125 and the vertical base 126 while passing through the mesh openings 127 in the lattice form and in the process will be rotated by the relative rotation of the rotor 122 and the stator 124 By causing collision and friction, the gas can be better dissolved in the fluid 10, and at the same time, the water molecules in the fluid 10 are further atomized to produce micro- or nano-sized ultrafine bubbles.
  • the mesh structure is illustrated as a lattice in the drawing, the present invention is not limited thereto, and various mesh structures such as honeycomb, triangle, and pentagon can be provided.
  • the rotor 122 has rotating blades of a single-layer structure extending in all directions on the circumferential surface of the motor shaft, the blades having a width from the upper end to the lower end of the motor shaft And may have a shape having a constant curvature with respect to the rotation direction.
  • the stator 124 may be disposed at a position spaced apart from the rotor 122 by a predetermined distance in the up-and-down direction, and the surface of each of the rotating blades and the stator 124 may have a lattice structure And various other types of mesh structures.
  • the rotor 122 may be provided with a multi-layered rotor 122 in which at least two or more rotating blades are extended in the respective directions of the motor shaft at predetermined regular intervals along the circumferential surface of the motor shaft. In this case, it is preferable that the distance between the upper and lower rotating blades of the rotor 122 is formed at an interval capable of fitting between the rotors 122 or between the rotator 122 and the stator 124. Further, in addition to the above-described forms, a structure of a rotor 122 having a general turbo-type rotary screw or a screw propeller-type rotor, or a structure of a brush-type rotor 122 having a plurality of needle- have.
  • At least one gas selected from the group of gases such as air, oxygen, nitrogen, ozone, and carbon dioxide is supplied, mixed and dissolved in a fluid 10 such as water
  • a fluid 10 such as water
  • a nano-micro bubble generator 100 including a gas supply line 170, a gas supply line 180, a pump, and a discharge line 195.
  • fine bubbles can be generated in the fluid 10 through the bubble generating unit 120 installed inside the housing 110. Subsequently, The bubbles can be made ultra-fine by passing the fluid through the fluid passage 130, thereby effectively producing nano bubbles in the fluid.
  • the housing 110 has a structure in which an inlet 112 and an outlet 114 are formed to allow the fluid 10 to flow in and out as shown in FIG.
  • the fluid 10 can be introduced into the inlet 112 of the housing 110 by the driving force of the pump and the fluid 10 supplied to the housing 110 between the pump and the inlet 112 of the housing 110
  • a gas supply line 180 for dispensing the dissimilar fluid 20 which is different from the fluid 10 and has a gas or liquid state can be disposed.
  • the gas supply line 180 may be composed of a venturi tube structure (venturi portion 132) having a wide inlet and outlet and a relatively narrow interior as shown in FIG.
  • the venturi 132 is provided at one side thereof with a nozzle for mixing the heterogeneous fluid 20 (liquid such as air, oxygen, nitrogen, ozone, carbon dioxide, or other gas or catalyst) into the fluid 10 supplied to the housing 110
  • a heterogeneous fluid 20 tank may be connected.
  • the bubble generating unit 120 may be installed in a path of movement of the fluid 10 inside the housing 110 as shown in FIG. 4 to generate a bubble in the fluid 10 in accordance with the collision or friction of the fluid 10
  • a plurality of collision members 121 that is, a plurality of first collision members 122 and a plurality of collision members 124, which are arranged apart from each other.
  • the plurality of collision members 121 may be plate members. That is, as shown in FIG. 4, the first impact member 122 and the second impact member 124 may have a plate shape, and may be alternately arranged.
  • At least a part of the plurality of collision members 121 may have a mesh-like structure in which a plurality of openings 127 are formed so that the fluid 10 passes.
  • the first collision member 122 and the second collision member 124 both are mesh types having the openings 127 as an example.
  • the fluid 10 introduced into the housing 110 is divided into the first The collision member 122 and the second collision member 124 are caused to collide and friction, whereby fine bubbles may be generated in the fluid 10.
  • the rotation shaft 140 may be disposed in the longitudinal direction so that both ends of the rotation shaft 140 are rotatably installed in the housing 110.
  • At least one of the plurality of collision members 121 Particularly, the first impact member 122 may be coupled to the rotary shaft 140 to rotate together with the rotary shaft 140, and the second impact member 124 may be fixedly mounted to the housing 110 in a fixed- .
  • the first impact member 122 coupled to the rotary shaft 140 can be rotated by the driving force of the rotary vane 150 or the driving unit 160.
  • the driving unit 160 such as a motor may be coupled to the rotating shaft 140 to rotate the first impact member 122 by the power.
  • the rotational speed of the first impact member 122 may be adjusted through a speed adjusting device composed of a gear box, an inverter, or the like to adjust the size and / or the amount of the bubbles.
  • the first impact member 122 can be rotated by the non-dynamic force method without using the drive unit 160 as described above.
  • a rotary blade 150 may be installed at an end of the rotary shaft 140.
  • the rotating blade 150 can rotate at least a part of the plurality of the impact members 121, that is, the first impact member 122, by the fluid force of the fluid 10 flowing into the housing 110.
  • the fluid 10 can transmit the fluid force to the first impact member 122 by the axial flow, the cross flow, or the stream.
  • the present embodiment it is possible to operate in two modes, i.e., the non-power system using the rotary vane 150 and the power system using the drive unit 160.
  • Advantage of reducing the driving energy when using the non- And when the power system is used bubble size and amount of generation can be actively controlled, and there is an advantage that a better quality nano bubble can be generated.
  • the rotary vane 150 is also used for rotating the first impingement member 122, as described above, but also the rotating vane 150 is also used for rotating the fluid 10) to generate a nano bubble more abundantly.
  • the nano bubble can be generated more effectively by constituting the first impact member 122 as the rotor 122 and the second impact member 124 as the stator 124 as described above in the present embodiment .
  • the first impingement member 122 and the second impingement member 124 may have a mesh-like structure having an opening 127, respectively, and they may be in a state in which the mutually opposing surfaces are substantially in contact or almost in contact with each other
  • the fluid 10 passing through the first impingement member 122 and the second impingement member 124 is in contact with the first impingement member 122 and the second impingement member 124, And at the same time, cavitation may occur in the fluid 10 as the first impact member 122 rotates.
  • the flow path 130 is disposed in at least one of the inside and the outside of the housing 110 to induce ultrafine bubbles in the fluid 10 due to stress generated during the movement of the fluid 10.
  • Friction occurs with the surface of the flow path 130 in the course of the fluid 10 passing through the flow path 130.
  • shear stress is generated in the fluid 10, which may cause a flow separation phenomenon of the boundary layer,
  • the bubbles in the fluid 10 become finer and become nano bubbles.
  • This flow path 130 may consist of a zigzag structure (zigzag path in the vertical direction, zigzag path in the same plane, or a combination thereof, as shown in Fig. 4) And the cross-sectional area of the fluid 10 can be formed to be sufficiently narrow so as to smoothly induce the generation of the stress of the fluid 10.
  • the flow path 130 may be formed inside the housing 110 and may be disposed after the bubble generating unit 120 based on the flow path of the fluid 10. Accordingly, the bubbles generated in the fluid 10 by the bubble generating unit 120 are secondarily superfine through the flow path 130, and as a result, high-quality nano bubbles can be abundantly produced.
  • the flow path 130 may be provided separately on the outside of the housing 110. 4, a chamber 170 may be connected to the outlet 114 of the housing 110, and a flow path 130 may be formed in the chamber 170.
  • the fluid 10 subjected to the first and second treatment is subjected to the tertiary treatment by the flow path 130 in the chamber 170, so that the ultrafine bubbles that have already formed are stabilized and nanobubbles can be generated more effectively do.
  • the flow path 130 may be disposed before the bubble generating unit 120 based on the flow path of the fluid 10 as shown in FIG.
  • the flow path 130 is disposed before the bubble generation unit 120 and the fluid 10 introduced into the housing 110 is pretreated by the shear stress generated until the fluid 10 passes through the boundary layer on the surface of the flow path 130, Generation and microfabrication can be performed more smoothly.
  • the outer tube is formed with a larger size (diameter) than the inner tube, and can receive the inner tube therein.
  • the passage 130 may be formed in a space between the inner passage and the outer passage.
  • the flow path 130 may be formed to have a spiral structure along the outer wall of the inner cylinder.
  • the fluid inlet port 112 is formed in the inner cylinder and the discharge port 114 is formed in the outer cylinder, the fluid 10 introduced into the inner cylinder inlet 112 flows into the inner cylinder through the upper portion of the inner cylinder, And then discharged to the outside of the housing 110 through the discharge port 114 of the outer tube.
  • the chamber 170 in which the flow path 130 is formed may be disposed at the front end and the rear end of the housing 110 and may be respectively connected to the inlet port 112 and the outlet port 114. Therefore, according to the present embodiment, the fluid 10 supplied through the pump and passing through the gas supply line 180 is firstly treated in the chamber 170 and then flows into the interior of the housing 110, The bubble is generated and ultrafine by passing through the chamber 170 once more after finally passing through the flow path 130 formed at the lower portion of the chamber 110 and the bubble generating unit 120 formed at the upper portion of the chamber 110, A nano bubble may be generated.
  • the apparatus can be simplified, and the operation cost of the apparatus can be remarkably reduced by not using the power for rotating the first impact member 122, .
  • a plurality of housings 110 may be connected in parallel. That is, the fluid 10 via the pump and gas supply line 180 may be branched into a plurality of housings 110 and supplied respectively. Since the bubble generating unit 120 and the flow path 130 are formed in the housing 110, fine bubbles may be generated due to the combined action of collision, friction, and cavitation. Subsequently, the fluid 10 discharged through the outlet 114 of the housing 110 is combined into a single fluid, and is supplied to the chamber 170 having the flow path 130, so that ultrafine bubbles can be finally formed.
  • the housing 110 (the bubble generating unit 120 and the flow path 130) is provided again and arranged in parallel to further improve the nano bubble generating efficiency.
  • the housing 110 and the chamber 170 may be arranged in parallel or a plurality of the housings 110 (including the bubble generating unit 120) may be connected in series or a plurality of the chambers 170 may be connected in series. (Including the flow path 130) may be connected in series or in parallel.
  • the inner wall of the housing 110 may have a concavo-convex structure having a plurality of protrusions, or may have a mesh-like structure having a plurality of concavities along the wall surface.
  • the inner wall of the housing 110 may have a spiral structure in which a plurality of spiral grooves are formed along the wall surface of the inner wall.
  • the fluid 10 introduced through the inlet port 112 provided at one side of the housing 110 is prevented from colliding with the bubbles generating unit 120 and the flow path 130 as well as from collision and friction with the projections, recesses,
  • the dissolution rate of the gas is further increased and further refined, so that nano-sized ultrafine bubbles can be generated more effectively.
  • the fluid 10 introduced into the housing 110 has a gas diffusion rate within the fluid 10 due to the collision and friction between the bubble generation unit 120 and the flow path 130 and the pressure increase due to the decrease in the inner diameter. So that the fluid 10 becomes finer and the production of nanobubbles can be promoted.
  • the fluid 10 will collide against the crosspiece 125 and the vertical base 126 while passing through the mesh openings 127 having a lattice shape and at this time the first collision member 122 and the second collision member 124
  • the collision and friction of the fluid 10 may be promoted in accordance with the relative rotation, so that the particles of the fluid 10 may become more atomized and the nano bubbles may be effectively generated, thereby significantly increasing the gas dissolution rate.
  • the discharge line 195 of the nano-micro bubble generator 100 may have a collision unit of a predetermined shape in at least a part thereof in order to further miniaturize the size of the particles of the fluid 10.
  • These collision units may be provided in a structure in which the diameter gradually increases in the flow direction of the fluid 10 or a structure in which a plurality of panel layers are arranged. Both ends of the collision unit are spaced from the inner wall of the discharge pipe 195 at least a certain distance so as to allow the flow of the fluid 10 along the discharge pipe 195.
  • the collision unit is composed of a body portion having a structure gradually increasing in the flow direction and a plurality of partition walls extending radially at a predetermined distance from the surface of the body portion and connected to the inner surface of the discharge pipe 195, Through-holes of a certain size can be formed so that the fluid 10 can pass through.
  • the collision unit may include a body portion having a structure gradually increasing in the flow direction and a helical groove or a spiral projection formed along the longitudinal direction on the surface of the body portion.
  • the collision unit may have a plurality of panel layers arranged in the discharge pipe 195, and a plurality of protrusions of various shapes may be formed on the upper and lower surfaces of the panel layers.
  • At least one gas selected from the group of gases such as air, oxygen, nitrogen, ozone, and carbon dioxide is supplied, mixed and dissolved into a fluid 10 such as water
  • the apparatus for generating bubbles includes a housing 110, a bubble generating unit 120, a flow path 130, a rotary shaft 140, a rotary vane 150, a drive unit 160, a chamber 170, a gas supply line
  • a micro-bubble generating device 100 is shown which includes a fluid transporting unit 190, a discharge line 195, and a gas dissolving unit 200, as shown in FIG.
  • dissolution of the gas in the fluid 10 is promoted by using the gas dissolving unit 200 as a pretreatment before nanobubble generation using the nano bubble unit, so that nanobubbles can be generated more effectively .
  • an underwater feeding pump 192 as the fluid transfer unit 190, it is possible to effectively generate a large amount of nano bubbles with less energy than when using an intake pump.
  • Fluid (10) transfer unit (190) may provide fluid flow for transfer of fluid (10).
  • the fluid 10 transfer unit 190 may be composed of an underwater supply pump 192 and an underwater circulation pump 194.
  • the underwater supply pump 192 may be adapted to be immersed in a fluid source 30 for supplying the fluid 10 as shown in FIG. 10, such as a water tank, a river, a lake, etc., Can be installed.
  • a fluid source 30 for supplying the fluid 10 as shown in FIG. 10, such as a water tank, a river, a lake, etc.
  • the underwater facility located in the fluid supply source 30 can be installed in a buoy or a barge, and the following other configurations can also be stably installed using a buoy or a barge if they are located in the fluid supply source 30 as well.
  • the apparatus can be operated at a lower power than the case where the intake pump is used, thereby maximizing the economical efficiency in generating nano bubbles .
  • the underwater circulation pump 194 is installed so as to be submerged in the fluid supply source 30 as shown in FIG. 10, so that the fluid 10 discharged from the nanobubble unit can circulate in the fluid supply source 30.
  • the underwater circulation pump 194 can be disposed at both ends of the entire facility so as to face the underwater supply pump 192 as shown in FIG. 10, whereby the fluid 10 discharged from the nano bubble unit can be remotely And more effective circulation of the fluid 10 can be induced.
  • the gases such as oxygen and ozone contained in the nano bubbles of the fluid 10 are more uniformly diffused And dispersed.
  • the remaining components except for the underwater supply pump 192 and the underwater circulation pump 194 can be installed and operated on the shore.
  • the gas supply line 180 is provided with a gas (air, oxygen, nitrogen, and the like) different from the fluid 10 in the fluid 10 transferred by the fluid force of the fluid transfer unit 190, Ozone, carbon dioxide, or the like).
  • the gas supply line 180 is connected to an air stone at one end thereof to discharge the gas more uniformly.
  • a gas tank in which the gas is stored at the other end of the gas supply line 180 Can be connected.
  • the gas supply line 180 may be connected to the inlet of the pipe 210 of the gas dissolving unit 200 as shown in FIG. 10 to supply gas toward the outlet of the pipe 210.
  • the gas supplied by the gas supply line 180 flows through the fluid 10 And can be more effectively dissolved in the fluid 10 while being incorporated into the fluid 10 quickly.
  • the gas dissolving unit 200 can be disposed in the transport path of the fluid 10 as shown in FIG. 10 to promote dissolution of the gas supplied from the gas supply line 180 into the fluid 10. More specifically, the gas dissolving unit 200 can be connected to the underwater supply pump 192, and the gas supply line 180 described above can be connected to the inlet side of the gas dissolving unit 200.
  • the gas dissolution unit 200 may be arranged in plural along the conveying path of the fluid 10. 10, the other gas dissolving unit 200 is disposed between the discharge port 114 of the housing 110 and the flow path 130, and is formed primarily by the bubble generating unit 120 As the bubbles are more uniformly dispersed, the efficiency of generating nano bubbles can be further increased.
  • the gas dissolving unit 200 includes a pipe 210 disposed in the conveying path of the fluid 10 as shown in Fig. 10 and a pipe 210 disposed inside the pipe 210, And a mixing member 220 which is a structure and a mechanism.
  • the nano bubble unit can generate nano bubbles in the fluid 10 conveyed from the gas dissolving unit 200.
  • the nano bubble unit includes a housing 110, a bubble generating unit 120, a rotary shaft 140, a rotary vane 150, a drive unit 160, a chamber 170, ). ≪ / RTI >
  • the housing 110 has a structure in which an inlet 112 and an outlet 114 are formed so that the fluid 10 can flow in and out as shown in FIG.
  • the fluid 10 can be introduced into the inlet 112 of the housing 110 through the gas dissolving unit 200 by the driving force of the fluid 10 transfer unit 190.
  • the housing bubble generating unit 120 may be installed in the movement path of the fluid 10 inside the housing 110 to generate a bubble in the fluid 10 in accordance with the collision or friction of the fluid 10, And a plurality of collision members 121, that is, a plurality of first collision members 122 and a second collision member 124, which are arranged apart from each other.
  • the housing bubble generating unit 120 may include a housing 110 and a plurality of collision members 121 of FIG. 2 accommodated in the housing 110.
  • the collision member 121 may have a structure in which the surface area is maximized by forming a plurality of wrinkles by curving the plate-shaped member as shown in FIG. 2.
  • the collision member 121 may be made of a material having hardness Lt; / RTI >
  • a number of nano-sized pores (or holes) may be formed on the surface of the impact member 121.
  • the surface of the collision member 121 is maximized and nanopores or nano holes are formed on the surface of the collision member 121 so that the collision member 121 collides with or collides with the collision member 121 of the fluid 10 flowing into the housing 110, 10). ≪ / RTI >
  • the bubble generating unit 120 may be arranged in a plurality, one of which is configured to have a first impact member 122 and a second impact member 124 as shown in FIG. 1, May be configured as a housing 110 filled with a plurality of collision members 121 as shown in FIG.
  • the bubble generating unit 120 in which the plurality of collision members 121 are filled may be selectively provided on the front end, the rear end, or the front and rear ends of the bubble generating unit 120 having the first collision member 122 and the second collision member 124.
  • the flow path 130 may be disposed in at least one of the inside and the outside of the housing 110 to induce ultrafine bubbles in the fluid 10 due to stress generated during movement of the fluid.
  • various feed pumps other than submersible pumps may be used as the fluid 10 transfer unit 190.
  • the fluid 10 transfer unit 190 can be installed on the ground outside the fluid source 30 and does not have a separate underwater circulation pump 194.
  • the gas dissolution unit 200 may be connected to the front and rear ends of the fluid transfer unit 190, respectively.
  • the gas supply line 180 may be connected to supply the gas to the inlet side of the gas dissolving unit 200 coupled to the front end of the fluid 10 transfer unit 190, A separate gas may not be injected into the gas-dissolving unit 200 connected to the gas-
  • another flow path 130 may not be formed. That is, no separate flow path 130 is formed in the housing 110 as well as inside the housing 110. Even if the flow path 130 is not present, it is possible to generate sufficient nano bubbles through the interaction between the gas dissolving unit 200 and the bubble generating unit 120 installed at the front and rear ends of the fluid transfer unit 190 It is possible.
  • the entire facility including the fluid 10 transfer unit 190, may be submerged to be submerged within the fluid source 30.
  • these underwater facilities can be installed in buoys or barges.
  • the gas dissolving unit 200 disposed at the front end of the underwater supply pump 192 has its center axis 221 connected to the axis of the motor of the underwater supply pump 192, and together with the operation of the underwater supply pump 192
  • the molecular clusters of the fluid (10) can be broken down by impact while being miniaturized.
  • a strainer may be provided at the inlet side of the gas dissolving unit 200 disposed at the front end of the underwater supply pump 192 to filter foreign substances from the fluid 10 to be sucked.
  • a valve may be mounted to adjust the discharge flow rate and pressure of the fluid (10).
  • the entire facility including the fluid 10 transfer unit 190, may be submerged to be submerged within the fluid source 30.
  • the gas dissolving unit 200 can be disposed only at the front end of the underwater supply pump 192.
  • the gas dissolving unit 200 has its central axis 221 connected to the axis of the motor of the underwater supply pump 192 and rotates together with the operation of the underwater supply pump 192 to break down the molecular clusters of the fluid 10 It can be miniaturized.
  • the flow path 130 may be provided inside the housing 110, more specifically, after the bubble generating unit 120 based on the movement path of the fluid 10. [ Therefore, primary bubble generation and ultrafine bubble generation in the housing 110 can occur.
  • the entire facility including the fluid 10 transfer unit 190, may be submersed to be submerged in the fluid source 30.
  • the gas dissolving unit 200 can be disposed at the front end and the rear end of the underwater supply pump 192, respectively. Each of the gas dissolving units 200 may be connected to a gas supply line 180 so as to inject the same or different gas into the fluid 10.
  • the gas dissolving unit 200 disposed at the front end of the underwater supply pump 192 has its center axis 221 connected to the axis of the motor of the underwater supply pump 192, and together with the operation of the underwater supply pump 192
  • the molecular clusters of the fluid (10) can be broken down by impact while being miniaturized.
  • the flow path 130 may be provided inside the housing 110, more specifically, after the bubble generating unit 120 based on the movement path of the fluid 10. [ Therefore, primary bubble generation and ultrafine bubble generation in the housing 110 can occur.
  • the gas dissolving unit 200 may include a pipe 210 installed in a transfer path of the fluid 10 and a mixing member 220 disposed inside the pipe 210.
  • the mixing member 220 may include a central shaft 221, a rotating member 222, a fixing member 223, and a rotating vane 224 as shown in FIG.
  • the mixing member 220 may be installed in the path of the fluid 10 in the pipe 210 to increase the solubility of the gas in the fluid 10 in accordance with the collision or friction of the fluid 10.
  • the central axis 221 may be longitudinally arranged and both ends thereof may be rotatably installed in the pipe 210, and the rotational member 222 may be disposed on the central axis 221 And the fixing member 223 may be fixedly installed in the pipe 210 so as to be spaced apart from the rotary member 222.
  • the central axis 221 may be arranged in the radial direction of the pipe 210, and the fixing member 223 may be omitted in the pipe 210.
  • the rotating member 222 and the fixing member 223 may be plate-shaped members and may be alternately arranged as shown in FIG.
  • the rotating member 222 and the fixing member 223 may have a mesh-like structure in which a plurality of openings are formed to allow the fluid 10 to pass therethrough.
  • the fluid 10 flowing into the pipe 210 can be prevented from colliding with the rotary member 222 and the fixing member 223 And friction, so that the dissolution of the gas in the fluid 10 can be further promoted.
  • the rotary member 222 coupled to the central shaft 221 can be rotated by the rotary vane 224 in a non-powered manner.
  • a rotation vane 224 may be installed at an end of the center shaft 221. [ The rotating vane 224 can rotate the rotating member 222 by the fluid force of the fluid 10 flowing into the pipe 210.
  • the mixing member 220 may be a rotating plate rotatably installed in the pipe 210 and rotating by the fluid force of the fluid 10.
  • the plurality of rotary plates may have a rectangular shape and be spaced apart from each other along the longitudinal direction of the pipe 210. These rotary plates are installed on the central axis 221 which crosses the diameter of the pipe 210, 10).
  • the fluid 10 collides with the rotating plate and rubs against the rotating plate, so that the mixing of the gas in the fluid 10 can be further promoted.
  • the mixing member 220 may be formed of a bent plate formed by bending a plurality of times and disposed along the longitudinal direction of the pipe 210.
  • the mixing member 220 may be a bent plate having a zigzag shape alternately bent in the up-and-down direction as shown in FIG. 9, and a plurality of the bent plates may be installed in the pipe 210 have.
  • the fluid 10 acts as a certain degree of obstacle, so that the fluid 10 flows into the bent plate due to collision and friction, so that the gas injected into the fluid 10 Can be more effectively dispersed and mixed with the fluid (10).

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Abstract

본 발명의 일 측면에 따르면, 유체의 유출입이 가능한 하우징, 하우징의 내부에 회전 가능하게 결합되는 복수의 회전자, 및 하우징의 내부에 고정되며 복수의 회전자와 번갈아 배치되는 복수의 고정자를 포함하고, 회전자 및 고정자 중 적어도 어느 하나는, 유체의 유동 통로가 격자형으로 다수 배치된 메쉬형 구조를 갖고, 회전자와 고정자는 유동 통로를 통해 유동하는 유체에 회전자의 회전에 의한 충돌, 마찰 및 캐비테이션이 발생되도록 인접하게 배치되어, 유체에 나노 버블 및 마이크로 버블 중 적어도 어느 하나를 발생시키는 나노-마이크로 버블 발생 장치가 제공된다.

Description

나노-마이크로 버블 발생 장치
본 발명은 나노-마이크로 버블 생성 장치에 관한 것이다.
최근 기체를 물 속에 용존시켜 용존율을 높인 고농도 용존수(예: 산소수, 오존수, 수소수, 탄산수, 질소수 등)의 다양한 활용 분야와 작용 효과가 알려지면서 기체를 액체에 용존시키는 기술의 다양한 연구가 진행되고 있다. 아울러, 기체를 용존시키기 위한 수단 및 용존 상태를 장기간 유지하는 수단으로서의 나노 버블의 기능이 알려지면서 이에 대한 연구도 활발하게 진행되고 있다.
일반적으로, 버블은 그 직경에 따라서 밀리 버블, 마이크로 버블, 마이크로나노 버블 및 나노 버블로 분류할 수 있는데, 마이크로버블(Micro Bubble)은 기포의 직경이 10~수십㎛, 적어도 30㎛ 이하의 미소기포를 말하며, 마이크로나노 버블(Micro Nano Bubble)은 수백㎚~10㎛의 미세기포를 말하며, 나노 버블(Nano Bubble)은 수백㎚ 이하의 초미세기포를 말한다.
통상의 일반 기포인 밀리 버블이 물 속에서 빠른 속도로 상승해 표면에서 파열하는 것과 달리, 나노 버블은 부피가 작은 만큼 부력을 적게 받아 수면으로의 상승 속도가 매우 느려 수중에 오랜 시간 동안 기포 상태를 유지하게 되고, 특히 기체 용해 효과와 자기 가압 효과, 대전 효과 등의 특성을 가지고 있어 하수 처리 관련 시설, 고도 정수 처리 시설, 토양 정화, 수산업 농업 분야, 배수 처리 세정 등의 다양한 분야로의 응용 가능성이 높다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
대한민국 등록특허공보 제10-1792157호(2017.11.01. 공고)
본 발명은 유체에 캐비테이션 형성과 함께 다단의 충돌 및 마찰을 제공하여 유체의 혼합 및 미세화를 가속화시켜 초미세 기포를 생성하는 나노-마이크로 버블 발생 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 유체의 유출입이 가능한 하우징, 하우징의 내부에 회전 가능하게 결합되는 복수의 회전자, 및 하우징의 내부에 고정되며 복수의 회전자와 번갈아 배치되는 복수의 고정자를 포함하고, 회전자 및 고정자 중 적어도 어느 하나는, 유체의 유동 통로가 격자형으로 다수 배치된 메쉬형 구조를 갖고, 회전자와 고정자는 유동 통로를 통해 유동하는 유체에 회전자의 회전에 의한 충돌, 마찰 및 캐비테이션이 발생되도록 인접하게 배치되어, 유체에 나노 버블 및 마이크로 버블 중 적어도 어느 하나를 발생시키는 나노-마이크로 버블 발생 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 유체의 유출입이 가능하도록 유입구 및 배출구가 형성되는 하우징, 하우징 내부의 유체 이동 경로에 설치되어 유체의 충돌 또는 마찰에 따라 유체에 버블을 발생시키며, 서로 이격되게 배치된 복수의 충돌 부재를 포함하는 버블 발생 유닛, 및 하우징 내부 및 외부 중 적어도 어느 하나에 배치되어, 유체의 이동 중 발생되는 응력에 의해 유체 내 버블이 초미세화되도록 유도하는 유로를 포함하는 나노-마이크로 버블 발생 장치가 제공된다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 유체의 이송을 위한 유동력을 제공하는 유체 이송 유닛, 유체 이송 유닛의 유동력에 의해 이송되는 유체 내에 유체와 상이한 가스를 공급하는 가스 공급 라인, 유체의 이송 경로에 배치되어 가스 공급 라인으로부터 공급되는 가스의 유체 내 용해를 촉진시키는 가스 용해 유닛, 및 가스 용해 유닛으로부터 이송되는 유체 내에 나노 버블을 발생시키는 나노 버블 유닛을 포함하는 나노-마이크로 버블 발생 장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 버블 발생 유닛 및 유로를 이용하여 버블을 발생시키고 초미세화시킴으로써 보다 효과적으로 나노 버블을 생성할 수 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노-마이크로 버블 발생 장치를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노-마이크로 버블 발생 장치의 메쉬 구조를 나타낸 도면.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노-마이크로 버블 발생 장치를 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 챔버의 구조를 나타낸 도면.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노-마이크로 버블 발생 장치를 나타낸 도면.
도 7 내지 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 유로 구조를 나타낸 도면.
도 10 및 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 나노-마이크로 버블 발생 장치를 나타낸 도면.
도 12 및 도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 가스 용해 유닛을 나타낸 도면.
[부호의 설명]
10: 유체
30: 유체 공급원
100: 나노-마이크로 버블 발생 장치
110: 하우징
120: 버블 발생 유닛
122: 제1 충돌 부재(회전자)
124: 제2 충돌 부재(고정자)
125: 가로대
126: 세로대
127: 개구부
130: 유로
140: 회전축
150: 회전 날개
160: 구동 유닛
170: 챔버
180: 가스 공급 라인
190: 유체 이송 유닛
200: 가스 용해 유닛
210: 배관
220: 혼합 부재
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 나노-마이크로 버블 생성 장치(100)의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 나노-마이크로 버블 발생 장치(100)의 구성을 도시한 것으로, 나노-마이크로 버블 발생 장치(100)는, 예를 들어 물(또는 액체) 속에 공기(Air), 산소(O2), 질소(N2), 오존(O3), 이산화탄소(CO2) 등의 기체군으로부터 선택된 적어도 하나의 기체를 공급, 혼합 및 용존시킨 나노-마이크로 버블을 제공할 수 있다. 도 1에 따르면, 본 발명의 나노-마이크로 버블 발생 장치(100)는 회전자(122)와 고정자(124)의 상대 회전의 원리를 이용한 나노-마이크로 버블 발생 장치(100)를 포함할 수 있다. 나노-마이크로 버블 발생 장치(100)는 기체가 혼합된 유체(10)를 회전자(122)와 고정자(124)의 상대 회전에 의해 발생하는 충돌 및 마찰 효과를 이용하여 기체가 유체(10) 속에 더 잘 용해되도록 함과 동시에 더욱 미세화시킬 수 있다.
본 발명에서 나노-마이크로 버블 발생 장치(100)에 제공되는 물(또는 액체)는 펌프에 의해 공급되며, 펌프와 나노-마이크로 버블 발생 장치(100)를 연결하는 관로의 적어도 일부는 입구와 출구가 넓고 내부가 상대적으로 좁게 형성된 벤츄리관 구조(이하 '벤츄리부(132)'라 한다)로 구성할 수 있다. 또한, 관로로부터 벗어나서 벤츄리부(132)의 일측에는 관로 내부의 물(또는 액체)에 소정의 기체(또는 액체, 예를 들어 촉매제 등)를 혼합할 수 있도록 하나 이상의 기체/액체 공급부가 연결될 수 있다.
이러한 구성에서 펌프에 의해 공급된 물(또는 액체)은 벤츄리부(132)를 통과하는 동안 유속이 급격히 빨라지게 되고, 가스 공급 라인(180)으로부터 공급된 기체(또는 액체)는 유속 상승에 따른 강한 흡입력에 의해 벤츄리부(132) 내부로 자흡되어 관로 내부의 물(또는 액체)과 혼합된다. 이와 같이 물(또는 액체)과 기체(또는 액체)의 혼합된 유체(10)(이하 '유체(10)'라 한다)는 나노-마이크로 버블 발생 장치(100) 내부로 유입되어 더욱 미세하게 혼합된 후 토출관로(195)를 따라서 유동하게 된다.
이와 같이 본 발명은 버블 생성 및 기체 혼합 시스템을 모듈화하여 저용량에서 대용량까지 유체(10)를 처리할 수 있으며, 아울러 공기나 산소, 수소, 오존 등의 기체군으로부터 선택된 기체의 수중 용존율을 높일 수 있어 기체 주입량을 줄일 수 있고, 그로부터 산소발생기, 수소발생기 또는 오존 발생기 등과 같은 기체 발생 장치를 소형화할 수 있다.
도 2는 면접촉 방식의 1축 메쉬형 회전자(122)를 갖는 도 1의 나노-마이크로 버블 발생 장치(100)의 제1 실시형태를 도시한 것으로, 나노-마이크로 버블 발생 장치(100)의 하우징(110) 내부에는 모터의 축을 따라 회전하는 복수의 회전자(122)와, 하우징(110)의 내벽에 고정된 상태로 각각의 회전자(122)와 일정 간격을 두고 대면하는 복수의 고정자(124)가 구비된다. 이때, 회전자(122)와 고정자(124)는 유체(10)가 통과하기 위한 다수의 개구부(127)들을 갖는 메쉬형 구조로 제공됨이 바람직하며, 각각의 개구부(127)들의 크기는 유체(10)가 통과할 수 있는 정도면 충분하다. 또한, 회전자(122)와 고정자(124)의 층간 거리는 각각의 회전자(122)와 고정자(124)의 면들이 실질적으로 접촉하거나 거의 접촉된 상태를 유지하면서 유체(10)가 빠져나갈 수 있을 정도면 충분하다.
이 같은 구성에서 하우징(110)의 일측에 마련된 유체 유입구(112)를 통해 유입된 유체(10)는 모터가 구동할 때 회전자(122)와 고정자(124)의 상대 회전에 의해 회전자(122)와 고정자(124)의 사이에서 캐비테이션을 발생시킴과 동시에 다단의 반복적인 충돌 및 마찰을 일으키게 된다. 그리고, 이러한 충돌 및 마찰 작용은 기체를 유체(10) 내에 더 잘 용해되도록 하는 동시에 물(또는 액체) 분자를 더욱 미립화하여 최소 수 나노미터(㎚)∼수십 마이크로미터(㎛)까지 나노-마이크로 버블의 생성을 조절 및 증가시킬 수 있다.
한편, 복수의 회전자(122)들이 일정 간격을 두고 설치되어 있는 모터축의 개수는 하우징(110)의 내부 공간이 허용하는 한 하우징(110) 내에 2축이나 3축 또는 그 이상의 축 설치가 가능하다.
면접촉 방식의 2축 메쉬형 회전자(122)를 갖는 나노-마이크로 버블 발생 장치(100)의 일 예로, 나노-마이크로 버블 발생 장치(100)의 하우징(110) 내부에는 모터의 축이 2열로 배열되고, 각각의 모터 축에는 모터의 구동과 함께 동시에 회전하게 되는 복수의 회전자(122)들이 축선을 따라서 일정 간격을 두고 설치될 수 있다. 이때, 모터 축들의 축간 거리는 각 축에 배열된 회전자(122)들이 서로 엇갈리게 끼워질 정도의 거리가 바람직한데, 각 축에 배열된 회전자(122)들은 상대편 축에 배열된 회전자(122)들 사이에 각각 적어도 일부가 끼워져 상하 대면하도록 유지되고, 이 상태에서 서로 대면하는 회전자(122)들의 층간 거리는 상하 회전자(122)의 면들이 실질적으로 접촉하거나 거의 접촉된 상태를 유지하면서 유체(10)가 빠져나갈 수 있는 정도가 될 수 있다. 다른 예로서, 회전자(122)들은 서로 이격된 상태로 나란히 배열될 수 있으며, 하우징(110)의 외형도 둥근 원형이나 사각형 등 다양한 형상일 수 있다.
이와 같은 구성에서 하우징(110)의 일측에 마련된 유체 유입구(112)를 통해 유입된 유체(10)는 모터가 구동할 때 회전자(122)와 고정자(124)의 상대 회전에 의해 회전자(122)와 고정자(124)의 사이에서 캐비테이션을 발생시킴과 동시에 다단의 반복적인 충돌 및 마찰을 일으키게 되고, 이러한 충돌 및 마찰 작용은 기체를 유체(10) 내에 더 잘 용해되도록 함과 동시에 유체(10) 내 물 분자를 더욱 미립화시켜 마이크로 또는 나노 크기의 초미세 버블들을 생성하게 된다.
도 3은 나노-마이크로 버블 발생 장치(100)에 구비될 수 있는 회전자(122) 및 고정자(124)의 메쉬 구조를 나타낸 것으로서, 회전자(122)와 고정자(124)의 메쉬 구조는 평평한 평면 구조의 격자 형태를 이루고 있음을 볼 수 있다. 또한, 회전자(122)와 고정자(124)의 메쉬 구조는 가로대(125)와 세로대(126)가 일정한 높이차를 갖고 울퉁불퉁하게 단차진 형태의 격자 구조를 이루고 있음을 볼 수 있다. 유체(10)는 격자 형태로 된 메쉬 개구부(127)들을 통과하는 동안 가로대(125)와 세로대(126)에 충돌하게 되고, 그 과정에서 회전자(122)와 고정자(124)의 상대 회전에 의해 충돌 및 마찰을 일으킴으로써 기체가 유체(10) 내에 더 잘 용해될 수 있으며, 그와 동시에 유체(10) 내 물 분자가 더욱 미립화되어 마이크로 또는 나노 크기의 초미세 버블들을 생성하게 된다. 한편, 도면에서는 격자 형태의 메쉬 구조를 도시하고 있지만 본 발명은 이에 한정하지 않고 벌집 형태나 삼각형, 오각형 등 다양한 형태의 메쉬 구조를 제공할 수 있다.
회전자(122)의 변형된 형태로서, 회전자(122)는 모터 축의 둘레 면에 각 방향으로 연장하는 단층 구조의 회전날개들을 갖는 것으로, 이 회전날개들은 모터 축의 상단부에서 하단부에 이르는 폭을 갖고 회전 방향에 대하여 일정한 곡률을 갖는 형태일 수 있다. 이 경우, 회전자(122)의 상하 방향으로 일정 간격 이격된 위치에 고정자(124)가 배치될 수 있으며, 각 회전날개와 고정자(124)의 표면은 평면 또는 단차진 형태의 격자 구조를 가지거나 기타 다양한 형태의 메쉬 구조를 가질 수 있다.
또한, 회전자(122)는 모터 축의 둘레 면을 따라 상하 일정 간격을 두고 적어도 둘 이상의 회전날개들이 모터 축의 각 방향으로 연장된 다층 구조의 회전자(122)로 제공될 수 있다. 이 경우, 회전자(122)의 상하 회전날개들간 이격거리는 회전자(122)들간 끼움 결합이나 회전자(122)와 고정자(124)간 끼움 결합이 가능한 간격으로 형성됨이 바람직하다. 또한, 이상 설명한 형태들 외에도 일반 터보형 회전날개나 스크루프로펠러(screw propeller)형 회전날개를 갖는 회전자(122) 구조나, 다수의 니들형 부재들을 갖는 브러쉬형 회전자(122) 구조가 제공될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 물 등의 유체(10) 내에 공기, 산소, 질소, 오존, 이산화탄소 등의 기체 군으로부터 선택된 적어도 하나의 기체를 공급, 혼합 및 용존시킨 나노 버블을 생성하는 장치로서, 하우징(110), 버블 발생 유닛(120), 충돌 부재(121), 유로(130), 회전축(140), 회전 날개(150), 구동 유닛(160), 챔버(170), 가스 공급 라인(180), 펌프, 및 토출관로(195)를 포함하는 나노-마이크로 버블 발생 장치(100)가 제시된다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 하우징(110) 내부에 설치된 버블 발생 유닛(120)을 통해 1차적으로 유체(10) 내에 미세 버블을 생성할 수 있으며, 이어서 이러한 유체(10)를 2차적으로 유로(130)에 통과시킴으로써 버블을 초미세화하여 유체(10) 내에 나노 버블을 효과적으로 생성할 수 있다.
하우징(110)은 도 4에 도시된 바와 같이 유체(10)의 유출입이 가능하도록 유입구(112) 및 배출구(114)가 형성되는 구성이다. 유체(10)는 펌프의 구동력에 의해 하우징(110)의 유입구(112)로 유입될 수 있으며, 펌프와 하우징(110)의 유입구(112) 사이에는 하우징(110)으로 공급되는 유체(10)에 유체(10)와 상이하고 기체 또는 액체 상태를 갖는 이종 유체(20)를 공급하는 가스 공급 라인(180)이 배치될 수 있다.
가스 공급 라인(180)은 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같이 입구와 출구가 넓고 내부가 상대적으로 좁게 형성된 벤츄리관 구조(벤츄리부(132))로 구성될 수 있다. 그리고 벤츄리부(132)에는 일측에는 하우징(110)으로 공급되는 유체(10) 내에 이종 유체(20)(공기, 산소, 질소, 오존, 이산화탄소 등의 기체 또는 촉매제 등의 액체)를 혼합할 수 있도록 이종 유체(20) 탱크가 연결될 수 있다.
버블 발생 유닛(120)은 도 4에 도시된 바와 같이 하우징(110) 내부의 유체(10) 이동 경로에 설치되어 유체(10)의 충돌 또는 마찰에 따라 유체(10)에 버블을 발생시킬 수 있으며, 서로 이격되게 배치된 복수의 충돌 부재(121), 즉 다수의 제1 충돌 부재(122)와 제2 충돌 부재(124)로 구성될 수 있다.
이 경우, 복수의 충돌 부재(121) 중 적어도 일부는 판형 부재일 수 있다. 즉 도 4에 도시된 바와 같이 제1 충돌 부재(122)와 제2 충돌 부재(124)는 판형상을 가질 수 있으며, 서로 번갈아 배치될 수 있다.
그리고 복수의 충돌 부재(121) 중 적어도 일부는 유체(10)가 통과하도록 복수의 개구부(127)가 형성된 메쉬형 구조를 가질 수 있다. 본 실시예의 경우 제1 충돌 부재(122)와 제2 충돌 부재(124) 모두 개구부(127)가 형성된 메쉬 타입인 경우를 일 예로서 제시한다.
이와 같이 하우징(110) 내부에 제1 충돌 부재(122)와 제2 충돌 부재(124)로 이루어진 복수의 충돌 부재(121)를 배치함으로써, 하우징(110)으로 유입되는 유체(10)는 제1 충돌 부재(122)와 제2 충돌 부재(124)에 충돌 및 마찰을 일으키게 되며, 이에 따라 유체(10) 내에는 미세한 버블이 생성될 수 있다.
한편, 하우징(110)의 내부에는 도 4에 도시된 바와 같이 회전축(140)이 종방향으로 배치되어 양단이 하우징(110)에 회전 가능하게 설치될 수 있으며, 복수의 충돌 부재(121) 중 적어도 일부, 구체적으로 제1 충돌 부재(122)는 이러한 회전축(140)에 결합되어 회전축(140)과 함께 회전 운동할 수 있으며, 제2 충돌 부재(124)는 고정형 타입으로 하우징(110)에 고정 설치될 수 있다.
이와 같이 회전축(140)에 결합된 제1 충돌 부재(122)는 회전 날개(150) 또는 구동 유닛(160)의 구동력에 의해 회전 운동할 수 있다. 우선, 도 4에 도시된 바와 같이 모터 등과 같은 구동 유닛(160)을 회전축(140)에 결합하여 동력에 의해 제1 충돌 부재(122)를 회전시킬 수 있다. 이 경우 기어 박스나 인버터 등으로 구성된 속도 조절 장치를 통해 제1 충돌 부재(122)의 회전 속도를 조절하여 버블의 사이즈 및/또는 발생량을 조절할 수 있다.
또한 이와 같이 구동 유닛(160)을 이용하지 않는 무동력 방식으로도 제1 충돌 부재(122)를 회전시킬 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 회전축(140)의 단부에는 회전 날개(150)가 설치될 수 있다. 회전 날개(150)는 하우징(110)을 유입되는 유체(10)의 유동력에 의해 복수의 충돌 부재(121) 중 적어도 일부, 즉 제1 충돌 부재(122)를 회전시킬 수 있다. 이 경우 유체(10)는 축류, 횡류, 또는 사류로 제1 충돌 부재(122)에 유동력을 전달할 수 있다.
이와 같이 본 실시예의 경우 회전 날개(150)를 이용한 무동력 방식, 구동 유닛(160)을 이용한 동력 방식의 2가지 모드로 운전될 수 있으며, 이 중 무동력 방식을 이용하는 경우 운전 에너지를 절감할 수 있는 이점이 있으며, 동력 방식을 이용하는 경우 버블 사이즈, 발생량 등을 능동적으로 제어할 수 있어 보다 양질의 나노 버블을 생성시킬 수 있는 이점이 있다.
한편 회전 날개(150)는 상술한 바와 같이 1차적으로는 제1 충돌 부재(122)의 회전 구동을 위해 이용되나, 이 밖에 회전 날개(150) 또한 유체(10)의 충돌 또는 마찰에 따라 유체(10)에 버블을 발생시키는 2차적인 역할을 수행하여 나노 버블을 더욱 풍부하게 생성할 수 있게 된다.
본 실시예의 경우 상술한 바와 같이 제1 충돌 부재(122)를 회전자(122)로 구성하고, 제2 충돌 부재(124)를 고정자(124)로 구성함으로써, 나노 버블을 더욱 효과적으로 생성할 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 충돌 부재(122)와 제2 충돌 부재(124)는 각각 개구부(127)를 갖는 메쉬형 구조로 이루어질 수 있으며, 이들은 서로 대향하는 면이 실질적으로 접촉하거나 거의 접촉된 상태를 유지하도록 비교적 작은 간격을 두고 배치되어 있으므로, 제1 충돌 부재(122)와 제2 충돌 부재(124)를 통과하는 유체(10)는 제1 충돌 부재(122) 및 제2 충돌 부재(124)와의 충돌, 마찰을 일으키게 되며, 이와 동시에 제1 충돌 부재(122)의 회전에 따라 유체(10) 내에는 캐비테이션이 발생될 수 있다.
유로(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 하우징(110) 내부 및 외부 중 적어도 어느 하나에 배치되어, 유체(10)의 이동 중 발생되는 응력에 의해 유체(10) 내 버블이 초미세화되도록 유도할 수 있다.
유체(10)가 유로(130)를 통과하는 과정에서 유로(130)의 표면과 마찰이 일어나 유체(10)에는 예를 들어 전단 응력이 발생되고 이로 인하여 경계층 유동 박리 현상이 일어날 수 있으며, 이에 따라 유체(10) 내 버블은 보다 초미세화되어 나노 버블화될 수 있다.
이러한 유로(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 지그재그 구조(수직 방향으로의 지그재그 경로, 동일 평면 상에서의 지그재그 경로 또는 이들이 복합 적용된 경로 모두 가능함)로 이루어질 수 있으며, 유체(10)에 응력이 충분히 발생될 수 있도록 충분히 긴 길이로 형성될 수 있고, 유체(10)의 응력 발생을 원활히 유도하도록 그 단면적은 충분히 좁게 형성될 수 있다.
유로(130)는 하우징(110)의 내부에 형성되어 유체(10) 이동 경로를 기준으로 버블 발생 유닛(120)의 이후에 배치될 수 있다. 이에 따라 버블 발생 유닛(120)에 의해 1차적으로 유체(10) 내에 생성된 버블은 유로(130)를 거치면서 2차적으로 초미세화되어 결과적으로 양질의 나노 버블이 풍부하게 생성될 수 있는 것이다.
또한 유로(130)는 하우징(110)의 외부에 별도로 마련될 수도 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 하우징(110)의 배출구(114)에는 챔버(170)가 연결될 수 있으며, 이러한 챔버(170) 내부에는 유로(130)가 형성될 수 있다. 이 경우 상술한 바와 같이 1, 2차 처리를 거친 유체(10)가 챔버(170) 내 유로(130)에 의해 3차 처리되면서 이미 형성된 초미세 버블이 안정화되면서 더욱 효과적으로 나노 버블을 생성할 수 있게 된다.
한편 유로(130)는 도 4에 도시된 바와 같이 유체(10) 이동 경로를 기준으로 버블 발생 유닛(120)의 이전에 배치될 수도 있다. 이와 같이 유로(130)를 버블 발생 유닛(120) 이전에 배치하여 하우징(110)으로 유입되는 유체(10)를 유로(130) 표면의 경계층을 지날 때까지 발생되는 전단 응력에 의해 전처리 함으로써 버블의 생성 및 초미세화가 보다 원활히 이루어질 수 있다.
외통은 도 2에 도시된 바와 같이 내통보다 큰 사이즈(직경)로 형성되어 내부에 내통을 수용할 수 있다. 그리고 유로(130)는 내통과 외통 사이의 공간에 형성될 수 있다. 예를 들어 유로(130)는 내통의 외벽을 따라 나선형 구조를 갖도록 형성될 수 있다.
유입구(112)는 내통에 형성되고 배출구(114)는 외통에 형성되므로, 내통의 유입구(112)로 유입된 유체(10)는 내통을 채운 뒤 내통의 상부을 통해 내통을 넘쳐 흘러 유로(130)를 통과한 뒤, 외통의 배출구(114)를 통해 하우징(110) 외부로 배출될 수 있다.
또한, 내부에 유로(130)가 형성된 챔버(170)는 하우징(110)의 전단 및 후단에 각각 배치되어 유입구(112) 및 배출구(114)와 각각 연결될 수 있다. 따라서 본 실시예에 따르면 펌프를 통해 공급되어 가스 공급 라인(180)을 거친 유체(10)는 1차적으로 챔버(170)에서 전처리된 후 하우징(110)의 내부로 유입되고, 이어서 하우징(110)의 하부에 형성된 유로(130), 그 상부에 형성된 버블 발생 유닛(120)을 거쳐 하우징(110)의 외부로 배출되고, 최종적으로 챔버(170)를 한차례 더 거치면서 버블이 발생 및 초미세화되어 결과적으로 나노 버블이 생성될 수 있다.
또 다른 예로, 구동 유닛(160)을 생략함으로써 장치를 단순화할 수 있으며, 제1 충돌 부재(122)의 회전을 위해 동력을 사용하지 않아 장치의 운전 비용을 현저히 낮출 수 있으며, 유지/보수 측면에서도 보다 유리하게 된다.
또 다른 예로, 다수의 하우징(110)을 병렬로 연결하여 구성될 수 있다. 즉 펌프 및 가스 공급 라인(180)을 경유한 유체(10)는 다수의 하우징(110)으로 분기되어 각각 공급될 수 있다. 하우징(110) 내부에는 각각 버블 발생 유닛(120)과 유로(130)가 형성되어 있으므로 상술한 바와 같이 충돌, 마찰, 캐비테이션의 복합적인 작용에 따라 미세 버블이 발생될 수 있다. 이어서 하우징(110)의 배출구(114)를 통해 각각 배출되는 유체(10)는 다시 하나로 통합되어 유로(130)를 구비한 챔버(170)로 공급되어 최종적으로 버블의 초미세화가 이루어질 수 있다.
따라서, 하우징(110)(버블 발생 유닛(120)과 유로(130))를 다시 구비하고 이들을 병렬로 배치함으로써 나노 버블 발생 효율을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한 본 실시예를 변형하여 하우징(110)과 챔버(170)를 병렬로 배치할 수도 있으며, 다수의 하우징(110)(버블 발생 유닛(120) 포함)을 직렬로 연결하거나 다수의 챔버(170)(유로(130) 포함)를 직렬 또는 병렬로 연결할 수도 있음은 물론이다.
하우징(110)의 내벽은 다수의 돌기들이 형성된 요철 구조를 가질 수 있으며, 또는 벽면을 따라 다수의 오목부가 형성된 메쉬형 구조를 가질 수 있다. 그 외에도 하우징(110)의 내벽은 내벽의 벽면을 따라 다수의 나선홈들이 형성된 스파이럴형 구조를 가질 수도 있다.
이 경우 하우징(110)의 일측에 마련된 유입구(112)를 통해 유입된 유체(10)는 버블 발생 유닛(120)과 유로(130)뿐만 아니라 돌기, 오목부 또는 나선홈과의 충돌 및 마찰에 의해 기체의 용존율이 더욱 높아지고 보다 더 미세화되어 나노 사이즈의 초미세 버블이 보다 효과적으로 생성될 수 있다.
하우징(110) 내부로 유입된 유체(10)는 버블 발생 유닛(120)과 유로(130)에 의한 충돌 및 마찰 효과와 함께 내경 감소에 따른 압력 증가로 인해 유체(10) 내 기체 용존율이 더욱 높아지고, 그에 따라 유체(10)가 보다 더 미세화되어 나노 버블의 생성이 촉진될 수 있다.
유체(10)는 격자 형태를 갖는 메쉬 개구부(127)들을 통과하는 동안 가로대(125)와 세로대(126)에 충돌하게 되고, 이 때 제1 충돌 부재(122)와 제2 충돌 부재(124)의 상대 회전에 따라 유체(10)의 충돌 및 마찰이 촉진될 수 있으므로, 유체(10) 입자가 더욱 미립화되어 나노 버블이 효과적으로 생성될 수 있으며, 이에 따라 기체 용존율 또한 현저히 증가하게 된다.
나노-마이크로 버블 발생 장치(100)의 토출관로(195)는 적어도 일부에는 유체(10) 입자들의 크기를 더욱 미세화할 수 있도록 하기 위해 일정한 형상의 충돌 유닛들이 내장될 수 있다. 이러한 충돌 유닛들은, 유체(10)의 유동 방향으로 점점 직경이 커지는 형태를 갖거나 복수의 패널층이 배열된 구조로 제공될 수 있다. 토출관로(195)의 내부에서 충돌 유닛의 양 단부는 토출관로(195)를 따라 유체(10)의 유동이 가능하도록 토출관로(195)의 내벽으로부터 적어도 일정 간격 이격되어 있다.
충돌 유닛은 유동 방향으로 점점 확경되는 구조의 본체부와 이 본체부의 표면에 일정 간격을 두고 방사상으로 연장되어 토출관로(195)의 내면에 연결되는 다수의 격벽들로 구성되고, 각각의 격벽 사이에는 유체(10)가 통과할 수 있도록 일정한 크기의 통과공들이 형성될 수 있다. 또한, 충돌 유닛은 유동 방향으로 점점 확경되는 구조의 본체부와 이 본체부의 표면에 길이 방향을 따라 형성된 나선형 홈이나 나선형 돌기로 구성될 수 있다. 또한, 충돌 유닛은 토출관로(195)의 내부에 복수의 패널층이 배열된 형태로서, 각 패널층의 상하면에는 다양한 형상의 다수의 돌기들이 형성될 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 바와 같이, 물 등의 유체(10) 내에 공기, 산소, 질소, 오존, 이산화탄소 등의 기체 군으로부터 선택된 적어도 하나의 기체를 공급, 혼합 및 용존시킨 나노 버블을 생성하는 장치로서, 하우징(110),버블 발생 유닛(120), 유로(130), 회전축(140), 회전 날개(150), 구동 유닛(160), 챔버(170), 가스 공급 라인(180), 유체(10) 이송 유닛(190), 토출관로(195), 가스 용해 유닛(200)을 포함하는 나노-마이크로 버블 생성 장치(100)가 제시된다.
이와 같은 본 실시예에 따르면, 나노 버블 유닛을 이용한 나노 버블 발생 이전에 전처리로서 가스 용해 유닛(200)을 이용하여 유체(10) 내 가스의 용해를 촉진시킴에 따라, 보다 효과적으로 나노 버블을 생성할 수 있다.
또한 유체(10) 이송 유닛(190)으로 수중 공급 펌프(192)(underwater feeding pump)를 이용함으로써 인테이크 펌프(intake pump)를 이용하는 경우에 비해 적은 에너지로도 다량의 나노 버블을 효과적으로 생성 가능하다.
유체(10) 이송 유닛(190)은 유체(10)의 이송을 위한 유동력을 제공할 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이 유체(10) 이송 유닛(190)은 수중 공급 펌프(192)와 수중 순환 펌프(194)로 구성될 수 있다.
수중 공급 펌프(192)는 도 10에 도시된 바와 같이 유체(10)를 공급하는 유체 공급원(30), 예를 들어 물 등의 유체(10)가 담긴 수조, 강, 호수 등의 내부로 잠기도록 설치될 수 있다. 이와 같이 유체 공급원(30) 내에 위치된 수중 설비는 부표 또는 바지선 등에 설치될 수 있으며, 이하의 다른 구성들도 유체 공급원(30) 내에 위치되는 경우 마찬가지로 부표 또는 바지선을 이용하여 안정적으로 설치할 수 있다.
이와 같이 수중 공급 펌프(192)를 이용하여 유체(10)에 유동력을 제공함으로써 인테이크 펌프를 사용하는 경우에 비하여 저전력으로 설비를 운전할 수 있으며, 이에 따라 나노 버블 생성에 있어 경제성을 최대화할 수 있다.
수중 순환 펌프(194)는 도 10에 도시된 바와 같이 유체 공급원(30)의 내부에 잠기도록 설치되어 나노 버블 유닛으로부터 배출되는 유체(10)를 유체 공급원(30) 내에서 순환시킬 수 있다. 즉, 수중 순환 펌프(194)는 도 10에 도시된 바와 같이 수중 공급 펌프(192)와 대향하도록 전체 설비의 양단에 배치될 수 있으며, 이에 따라 나노 버블 유닛으로부터 배출되는 유체(10)를 원거리로 확산시켜 유체(10)의 보다 효과적인 순환을 유도할 수 있다.
이와 같이 수중 순환 펌프(194)를 이용하여 유체(10)의 확산 및 순환을 유도함으로써, 유체(10)의 나노 버블 내에 포함된 산소, 오존 등의 가스는 유체 공급원(30) 내에 더욱 균일하게 확산 및 분산될 수 있다.
본 실시예의 경우 수중 공급 펌프(192)와 수중 순환 펌프(194)를 제외한 나머지 구성들은 모두 육상에 설치되어 운영될 수 있다.
가스 공급 라인(180)은 도 10에 도시된 바와 같이 유체(10) 이송 유닛(190)의 유동력에 의해 이송되는 유체(10) 내에 해당 유체(10)와 상이한 가스(공기, 산소, 질소, 오존, 이산화탄소 등의 기체)를 공급할 수 있다.
가스 공급 라인(180)은 예를 들어 도 10에 도시된 바와 같이 일단에 에어스톤이 결합되어 가스를 보다 균일하게 배출할 수 있으며, 가스 공급 라인(180)의 타단에는 해당 가스가 저장된 가스 탱크가 연결될 수 있다.
보다 구체적으로 가스 공급 라인(180)은 도 10에 도시된 바와 같이 가스 용해 유닛(200)의 배관(210)의 입구에 연결되어 가스를 배관(210)의 출구를 향하여 공급할 수 있다.
이와 같이 가스 공급 라인(180)을 배관(210)의 입구에 연결하고 단부를 배관(210)의 출구를 항하도록 배치함으로써, 가스 공급 라인(180)에 의해 공급되는 가스는 유체(10)의 유동에 따라 빠르게 유체(10)에 혼입되면서 보다 효과적으로 유체(10) 내에 용해될 수 있다.
가스 용해 유닛(200)은 도 10에 도시된 바와 같이 유체(10)의 이송 경로에 배치되어 가스 공급 라인(180)으로부터 공급되는 가스의 유체(10) 내 용해를 촉진시킬 수 있다. 보다 구체적으로 가스 용해 유닛(200)은 수중 공급 펌프(192)와 연결될 수 있으며, 이러한 가스 용해 유닛(200)의 입구 측에는 상술한 가스 공급 라인(180)이 연결될 수 있다.
또한 가스 용해 유닛(200) 유체(10)의 이송 경로를 따라 복수로 배치될 수도 있다. 구체적으로는, 도 10에 도시된 바와 같이 다른 가스 용해 유닛(200)은 하우징(110)의 배출구(114)와 유로(130) 사이에 개재되어 버블 발생 유닛(120)에 의해 1차적으로 발생된 버블을 보다 균일하게 분산시킴에 따라 나노 버블 발생 효율을 보다 높일 수 있다.
가스 용해 유닛(200)은, 도 10에 도시된 바와 같이 유체(10)의 이송 경로에 배치되는 배관(210)과 이러한 배관(210) 내부에 배치되어 유체(10) 내에 가스를 혼합하기 위한 특정 구조 및 메커니즘인 혼합 부재(220)로 구성될 수 있다.
나노 버블 유닛은 가스 용해 유닛(200)으로부터 이송되는 유체(10) 내에 나노 버블을 발생시킬 수 있다. 나노 버블 유닛은 도 10에 도시된 바와 같이, 하우징(110), 버블 발생 유닛(120), 회전축(140), 회전 날개(150), 구동 유닛(160), 챔버(170), 및 유로(130)를 포함하여 구성될 수 있다.
하우징(110)은 도 10에 도시된 바와 같이 유체(10)의 유출입이 가능하도록 유입구(112) 및 배출구(114)가 형성되는 구성이다. 유체(10)는 유체(10) 이송 유닛(190)의 구동력에 의해 가스 용해 유닛(200)을 거쳐 하우징(110)의 유입구(112)로 유입될 수 있다.
하우징 버블 발생 유닛(120)은 도 10에 도시된 바와 같이 하우징(110) 내부의 유체(10) 이동 경로에 설치되어 유체(10)의 충돌 또는 마찰에 따라 유체(10)에 버블을 발생시킬 수 있으며, 서로 이격되게 배치된 복수의 충돌 부재(121), 즉 다수의 제1 충돌 부재(122)와 제2 충돌 부재(124)로 구성될 수 있다.
한편, 하우징 버블 발생 유닛(120)은, 하우징(110) 및 그 내부에 복수로 수용되는 도 2의 충돌 부재(121)를 포함하여 구성될 수도 있다. 여기서 충돌 부재(121)는 도 2에 도시된 바와 같이 판형 부재를 다수 만곡시켜 다수의 주름을 형성함으로써 표면적이 최대화된 구조를 가질 수 있으며, 예를 들어 PVC 등의 소성에 의해 경성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 또한 이러한 충돌 부재(121)는 표면에 나노 사이즈의 공극(또는 홀)이 다수 형성될 수 있다.
이와 같이 충돌 부재(121)의 표면적을 최대화하고 그 표면에 나노 공극 또는 나노홀을 형성함으로써, 하우징(110)으로 유입되는 유체(10)의 충돌 부재(121)와 충돌 또는 마찰을 일으키면서 유체(10)에 나노 버블을 풍부하게 생성할 수 있다.
이 경우, 버블 발생 유닛(120)은 복수로 배치될 수 있으며, 이 중 하나는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 충돌 부재(122)와 제2 충돌 부재(124)를 갖도록 구성되고, 다른 하나는 도 2와 같은 복수의 충돌 부재(121)가 충전된 하우징(110)으로 구성될 수 있다. 복수의 충돌 부재(121)가 충전된 버블 발생 유닛(120)은 제1 충돌 부재(122)와 제2 충돌 부재(124)를 갖는 버블 발생 유닛(120)의 전단, 후단 또는 전후단 모두에 선택적으로 설치될 수 있다.
유로(130)는 하우징(110) 내부 및 외부 중 적어도 어느 하나에 배치되어, 유체(10)의 이동 중 발생되는 응력에 의해 유체(10) 내 버블이 초미세화되도록 유도할 수 있다.
또한, 유체(10) 이송 유닛(190)으로는 수중 펌프가 아닌 다양한 공급 펌프가 이용될 수 있다. 유체(10) 이송 유닛(190)은 유체 공급원(30) 밖의 육상에 설치될 수 있으며, 별도의 수중 순환 펌프(194) 또한 구비하지 않는다.
그리고 가스 용해 유닛(200)은 유체(10) 이송 유닛(190)의 전후단에 각각 연결될 수 있다. 가스 공급 라인(180)은 유체(10) 이송 유닛(190)의 전단에 결합된 가스 용해 유닛(200)의 입구 측에 가스를 공급하도록 연결될 수 있으며, 유체(10) 이송 유닛(190)의 후단에 연결된 가스 용해 유닛(200)에는 별도의 가스가 주입되지 않을 수 있다.
또한 본 실시예의 경우 별도의 유로(130)가 형성되지 않을 수 있다. 즉 하우징(110) 내부는 물론 하우징(110) 외부에도 별도의 유로(130)가 형성되어 있지 않다. 이와 같이 유로(130)가 존재하지 않음에도 유체(10) 이송 유닛(190)의 전후단에 설치된 가스 용해 유닛(200)과 버블 발생 유닛(120)의 상호 작용을 통해 충분한 나노 버블을 생성하는 것이 가능하다.
다른 예로서, 유체(10) 이송 유닛(190)을 포함한 전체 설비가 유체 공급원(30) 내에 잠기도록 수중 설치될 수 있다. 상술한 바와 같이 이들 수중 설비는 부표 또는 바지선에 설치될 수 있다.
이 경우 수중 공급 펌프(192)의 전단에 배치되는 가스 용해 유닛(200)은 그 중심축(221)이 수중 공급 펌프(192)의 모터의 축과 연결되어 수중 공급 펌프(192)의 작동과 함께 회전되면서 유체(10) 분자 클러스터를 충격으로 분해하여 미세화할 수 있다.
또한 수중 공급 펌프(192)의 전단에 배치되는 가스 용해 유닛(200)의 입구 측에는 흡입되는 유체(10)의 이물질을 걸러내는 스트레이너가 설치될 수 있으며, 가스 용해 유닛(200)의 출구 측에는 디퓨저와 밸브를 장착하여 유체(10)의 토출 유량 및 압력을 조절할 수도 있다.
또 다른 예로서, 유체(10) 이송 유닛(190)을 포함한 전체 설비가 유체 공급원(30) 내에 잠기도록 수중 설치될 수 있다.
그리고 가스 용해 유닛(200)은 수중 공급 펌프(192)의 전단에만 배치될 수 있다. 가스 용해 유닛(200)은 그 중심축(221)이 수중 공급 펌프(192)의 모터의 축과 연결되어 수중 공급 펌프(192)의 작동과 함께 회전되면서 유체(10) 분자 클러스터를 충격으로 분해하여 미세화할 수 있다.
또한 유로(130)는 하우징(110) 내부에 마련될 수 있으며, 보다 구체적으로 유체(10)의 이동 경로를 기준으로 버블 발생 유닛(120)의 이후에 설치될 수 있다. 따라서 하우징(110) 내에서 1차 버블 발생 및 2차 버블의 초미세화가 모두 일어날 수 있다.
또 다른 예로서 유체(10) 이송 유닛(190)을 포함한 전체 설비가 유체 공급원(30) 내에 잠기도록 수중 설치될 수 있다. 또한 가스 용해 유닛(200)은 수중 공급 펌프(192)의 전단 및 후단에 각각 배치될 수 있다. 그리고 이러한 가스 용해 유닛(200) 각각에는 가스 공급 라인(180)이 각각 연결되어 동일 또는 상이한 가스를 유체(10)에 주입할 수 있다.
이 경우 수중 공급 펌프(192)의 전단에 배치되는 가스 용해 유닛(200)은 그 중심축(221)이 수중 공급 펌프(192)의 모터의 축과 연결되어 수중 공급 펌프(192)의 작동과 함께 회전되면서 유체(10) 분자 클러스터를 충격으로 분해하여 미세화할 수 있다.
또한 유로(130)는 하우징(110) 내부에 마련될 수 있으며, 보다 구체적으로 유체(10)의 이동 경로를 기준으로 버블 발생 유닛(120)의 이후에 설치될 수 있다. 따라서 하우징(110) 내에서 1차 버블 발생 및 2차 버블의 초미세화가 모두 일어날 수 있다.
상술한 바와 같이 가스 용해 유닛(200)은 유체(10)의 이송 경로 중에 설치되는 배관(210) 및 이러한 배관(210) 내부에 배치되는 혼합 부재(220)로 구성될 수 있다.
이러한 혼합 부재(220)는, 도 12에 도시된 바와 같이 중심축(221), 회전 부재(222), 고정 부재(223) 및 회전 베인(224)을 포함하여 구성될 수 있다. 혼합 부재(220)는 배관(210) 내 유체(10) 이동 경로에 설치되어 유체(10)의 충돌 또는 마찰에 따라 유체(10) 내 가스의 용해도를 높일 수 있다.
배관(210)의 내부에는 도 12에 도시된 바와 같이 중심축(221)이 종방향으로 배치되어 양단이 배관(210)에 회전 가능하게 설치될 수 있으며, 회전 부재(222)는 이러한 중심축(221)에 결합되어 중심축(221)과 함께 회전 운동할 수 있으며, 고정 부재(223)는 고정형 타입으로 배관(210) 내에 회전 부재(222)와 이격되도록 고정 설치될 수 있다. 또한 도 12과 달리 중심축(221)은 배관(210)의 직경 방향으로 배치될 수도 있으며, 고정 부재(223)는 배관(210) 내에서 생략될 수도 있다.
이 경우, 회전 부재(222)와 고정 부재(223)는 판형 부재일 수 있으며, 도 12에 도시된 바와 같이 서로 번갈아 배치될 수 있다. 그리고 회전 부재(222)와 고정 부재(223)는 유체(10)가 통과하도록 복수의 개구부가 형성된 메쉬형 구조를 가질 수 있다.
이와 같이 배관(210) 내부에 회전 부재(222)와 고정 부재(223)를 번갈아 배치함으로써, 배관(210)으로 유입되는 유체(10)는 이들 회전 부재(222)와 고정 부재(223)에 충돌 및 마찰을 일으키게 되며, 이에 따라 유체(10) 내 가스의 용해가 보다 촉진될 수 있다.
이와 같이 중심축(221)에 결합된 회전 부재(222)는 회전 베인(224)에 의해 무동력 방식으로 회전될 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이 중심축(221)의 단부에는 회전 베인(224)이 설치될 수 있다. 회전 베인(224)은 배관(210)으로 유입되는 유체(10)의 유동력에 의해 회전 부재(222)를 회전시킬 수 있다.
도 13은 혼합 부재(220) 구조의 변형으로서, 혼합 부재(220)는 배관(210) 내에 회전 가능하게 설치되어 유체(10)의 유동력에 의해 회전 운동하는 회전판으로 구성될 수 있다. 즉 다수의 회전판은 직사각 형상을 가지며 배관(210)의 길이 방향을 따라 일정 간격 이격되어 배치될 수 있고, 이들 회전판은 각각 배관(210)의 직경을 가로지르는 중심축(221)에 설치되어 유체(10)의 유동에 따라 회전 운동이 가능하게 된다.
이와 같이 유체(10)의 이동 경로에 다수의 회전판을 설치함으로써 유체(10)는 회전판에 충돌 및 마찰을 일으키게 되므로, 유체(10) 내 가스의 혼합이 보다 촉진될 수 있는 것이다.
또한, 혼합 부재(220)는 복수회 절곡되어 형성되며 배관(210)의 길이 방향을 따라 배치되는 절곡판으로 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로 혼합 부재(220)는 도 9에 도시된 바와 같이 상하 방향으로 번갈아 절곡되어 지그재그 형상을 갖는 절곡판일 수 있으며, 이러한 절곡판은 그 폭을 조절함에 따라 배관(210) 내에 다수 설치될 수도 있다.
혼합 부재(220)의 경우 유체(10)에 일정한 정도의 장애물로 작용하게 되어 유체(10)는 이러한 절곡판에 충돌 및 마찰을 일으키면서 유동하게 되고, 이에 따라 유체(10) 내 주입된 가스는 유체(10)에 보다 효과적으로 분산 및 혼합될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (15)

  1. 유체의 유출입이 가능한 하우징;
    상기 하우징의 내부에 회전 가능하게 결합되는 복수의 회전자; 및
    상기 하우징의 내부에 고정되며 상기 복수의 회전자와 번갈아 배치되는 복수의 고정자를 포함하고,
    상기 회전자 및 상기 고정자 중 적어도 어느 하나는, 상기 유체의 유동 통로가 격자형으로 다수 배치된 메쉬형 구조를 갖고,
    상기 회전자와 상기 고정자는 상기 유동 통로를 통해 유동하는 상기 유체에 상기 회전자의 회전에 의한 충돌, 마찰 및 캐비테이션이 발생되도록 인접하게 배치되어, 상기 유체에 나노 버블 및 마이크로 버블 중 적어도 어느 하나를 발생시키는, 나노-마이크로 버블 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 메쉬형 구조는,
    다수의 상기 유동 통로가 형성되도록 격자 부재들이 서로 교차되어 이루어지고,
    서로 교차되는 복수의 가로대와 복수의 세로대로 형성되는 격자 형상을 갖는, 나노-마이크로 버블 발생 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 가로대와 상기 복수의 세로대는 동일 평면 상에 동일한 높이로 형성되어, 상기 메쉬형 구조는 평판 구조로 이루어지는, 나노-마이크로 버블 발생 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 가로대는 상기 복수의 세로대 상에 배치되어, 상기 메쉬형 구조는 상기 복수의 가로대에 의해 높이 차를 갖는 단차진 구조로 이루어지는, 나노-마이크로 버블 발생 장치.
  5. 유체의 유출입이 가능하도록 유입구 및 배출구가 형성되는 하우징;
    상기 하우징 내부의 상기 유체 이동 경로에 설치되어 상기 유체의 충돌 또는 마찰에 따라 상기 유체에 버블을 발생시키며, 서로 이격되게 배치된 복수의 충돌 부재를 포함하는 버블 발생 유닛; 및
    상기 하우징 내부 및 외부 중 적어도 어느 하나에 배치되어, 상기 유체의 이동 중 발생되는 응력에 의해 상기 유체 내 상기 버블이 초미세화되도록 유도하는 유로를 포함하는 나노-마이크로 버블 발생 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하우징 내부에 회전 가능하게 설치되는 회전축을 더 포함하고,
    상기 복수의 충돌 부재 중 적어도 일부는 상기 회전축에 결합되어 상기 회전축과 함께 회전 운동하는, 나노-마이크로 버블 발생 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 회전축에 설치되어 상기 유체의 유동력에 의해 상기 복수의 충돌 부재 중 적어도 일부를 회전시키는 회전 날개를 더 포함하는, 나노-마이크로 버블 발생 장치.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 복수의 충돌 부재 중 적어도 일부는 판형 부재이고,
    상기 복수의 충돌 부재 중 적어도 일부는 상기 유체가 통과하도록 복수의 개구부가 형성된 메쉬형 구조를 갖는, 나노-마이크로 버블 발생 장치.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 유로는 상기 하우징의 내부에 형성되어 상기 유체 이동 경로를 기준으로 상기 버블 발생 유닛의 이전 및 이후 중 적어도 어느 하나에 배치되는, 나노-마이크로 버블 발생 장치.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 하우징의 상기 유입구 및 상기 배출구 중 적어도 어느 하나에 연결되는 챔버를 더 포함하고,
    상기 유로는 상기 챔버의 내부에 형성되는, 나노-마이크로 버블 발생 장치.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 하우징으로 공급되는 상기 유체에 상기 유체와 상이하고 기체 또는 액체 상태를 갖는 이종 유체를 공급하는 이종 유체 공급 유닛을 더 포함하는, 나노-마이크로 버블 발생 장치.
  12. 유체의 이송을 위한 유동력을 제공하는 유체 이송 유닛;
    상기 유체 이송 유닛의 유동력에 의해 이송되는 상기 유체 내에 상기 유체와 상이한 가스를 공급하는 가스 공급 라인;
    상기 유체의 이송 경로에 배치되어 상기 가스 공급 라인으로부터 공급되는 상기 가스의 상기 유체 내 용해를 촉진시키는 가스 용해 유닛; 및
    상기 가스 용해 유닛으로부터 이송되는 상기 유체 내에 나노 버블을 발생시키는 나노 버블 유닛을 포함하는 나노-마이크로 버블 발생 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 가스 용해 유닛은,
    상기 유체의 이송 경로에 배치되는 배관; 및
    상기 배관 내부에 배치되어 상기 유체 내에 상기 가스를 혼합하는 혼합 부재를 포함하는, 나노-마이크로 버블 발생 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 유체 이송 유닛은 상기 유체를 공급하는 유체 공급원의 내부로 잠기도록 설치되는 수중 공급 펌프를 포함하는, 나노-마이크로 버블 발생 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 나노 버블 유닛은,
    상기 유체의 유출입이 가능하도록 유입구 및 배출구가 형성되는 하우징;
    상기 하우징 내부의 유체 이동 경로에 배치되어 상기 유체의 충돌 또는 마찰에 따라 상기 유체에 버블을 발생시키는 복수의 충돌 부재를 포함하는 버블 발생 유닛; 및
    상기 하우징 내부 및 외부 중 적어도 어느 하나에 배치되어, 상기 유체의 이동 중 발생되는 응력에 의해 상기 유체 내 상기 버블이 초미세화되도록 유도하는 유로를 포함하는, 나노-마이크로 버블 발생 장치.
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