WO2021071072A1 - 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템 - Google Patents

마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템 Download PDF

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WO2021071072A1
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gas
generation system
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유영호
유태근
유아람
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유영호
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    • Y02W10/00—Technologies for wastewater treatment
    • Y02W10/10—Biological treatment of water, waste water, or sewage

Definitions

  • the present invention relates to a nanobubble generation system using friction that induces miniaturization of bubbles and generates nanobubbles by applying a frictional force to bubbles contained in a gas-liquid mixed fluid.
  • microbubbles are divided into microbubbles having a diameter of 50 ⁇ m or less and nanobubbles having a diameter of several hundred nm or less according to their size.
  • Microbubbles are very fine bubbles of less than 50 ⁇ m, rise to the surface at a very slow rate of 0.1cm/sec, disappear within 2-3 minutes after being created, and have a pale milky color in the water.
  • Nanobubbles are very small microbubbles of a few hundred nm or less in which microbubbles are deepened and fined. They have various characteristics different from ordinary bubbles and microbubbles, and are transparent, so even if they are floating in water, it is impossible to identify them with the naked eye.
  • nanobubbles When these nanobubbles disappear, they generate various energy and are used for various aquaculture and hydroponic cultivation in fishery and agricultural fields.
  • precision diagnosis, physical therapy, and wastewater in the living field high-purity purification/refining treatment of waste oil, sterilization, It is used in various fields throughout the industry such as disinfection, deodorization, and cleaning.
  • guide blades are arranged at the inlet and outlet of the mixing unit (chamber) to guide the flow of fluid
  • a rotor and a stator having a meshing structure around the motor shaft are continuously stacked, and the teeth formed in correspondence with the stator and the rotor by the relative rotation of the rotor to the stator are repeatedly hit by the fluid. It can be summarized as a structure in which a shear force is applied to the air bubbles by increasing turbulence and cavitation pressure to the fluid to generate microbubbles.
  • the prior art 1 having such a configuration has a structure in which most of the bubbles are only generated as microbubbles, so that the quality of micronization of the generated bubbles is low, the dissipation time is short, and the flow is made in a structure in which the fluid is forcibly bypassed in a zigzag form through the meshing gap.
  • productivity is not followed because the flow drag coefficient is large, so that the power consumption is large, and the processing flow rate is insufficient.
  • JP 2009-142442 hereinafter referred to as “prior art 2” as a conventional technique of a method different from that of the prior art 1 has a plurality of arrays of rotating disks having a front end formed on a rotating shaft installed in the chamber. It is a structure that becomes.
  • the prior art 2 has the advantage of increasing the discharge amount of fluid and significantly reducing power and operating costs by freeing the flow by allowing the rotating disk to rotate independently, not by relative rotation, but it is also composed only of the rotating disk, which has the application of shear force as the main function. As a result, only microbubbles are generated, and there is a disadvantage in that the bubble generation efficiency is inferior.
  • the microbubble generation technology to date has remained in the microbubble generation, and the nanobubble is not practically used in the industrial field, although its utility is excellent.
  • the present invention is to solve the above problems
  • Another object of the present invention is to preemptively refine the air bubbles contained in the gas-liquid mixed fluid in a microbubble step, and then generate nanobubbles using the principle of microbubbles according to the friction, thereby preventing friction to efficiently generate nanobubbles. It is to provide a nano-bubble generation system using.
  • Another object of the present invention is to provide a system for generating nanobubbles using friction in which the finer quality of nanobubbles due to friction and the efficiency of a device are remarkably improved by having a wider effective friction surface during the flow of fluid.
  • Another object of the present invention is to provide a nano-bubble generation system using friction that can easily use nano-bubbles having excellent utility by making nano-bubble generation qualitatively and quantitatively good, especially in industrial fields requiring large-capacity.
  • a chamber having an internal space for minimizing air bubbles included in the gas-liquid mixed fluid, and an inlet and an outlet, and in which a drive shaft is installed,
  • At least one hitter provided on the body and installed on the drive shaft by providing a plurality of protrusions on the body for impacting the gas-liquid mixed fluid flowing into the chamber while rotating the fluid to rub against the inner wall of the chamber,
  • a plurality of friction elements installed on the drive shaft to apply a friction force to the gas-liquid mixed fluid
  • the drive shaft includes a driving means for rotation of the striker and the friction
  • the circumferential surface of the body directly faces the inner wall of the chamber at an arbitrary interval
  • Any one or more of the friction elements has a line speed of at least 8 m/sec in the direction perpendicular to the axis in the body,
  • At least one of the at least one striker and the plurality of friction elements is characterized in that at least one of a distribution hole or a cut-out passage for guiding the flow of the gas-liquid mixed fluid to a plane orthogonal to the axis line is formed.
  • a chamber having an internal space for minimizing air bubbles included in the gas-liquid mixed fluid, and an inlet and an outlet, and in which a drive shaft is installed,
  • At least one striker provided on the body and installed on the drive shaft, provided with a plurality of protrusions on the body for rubbing against the inner wall of the chamber by rotating the fluid while simultaneously applying an impact to the gas-liquid mixed fluid flowing into the chamber,
  • a plurality of friction elements installed on the drive shaft to apply a friction force to the gas-liquid mixed fluid
  • the drive shaft includes a driving means for rotation of the striker and the friction
  • the plurality of friction elements are arranged on the drive shaft with a space at an arbitrary interval, and the circumferential surface of the body directly faces the inner wall of the chamber at an arbitrary interval,
  • At least one small-diameter friction element, and one or more large-diameter friction elements having a relatively large radius compared to the small-diameter friction element are arranged at random intervals.
  • Nano-refining regions in which one or more friction elements are arranged may be sequentially provided in order to micro-micronize the air bubbles micronized in a micro-step into nano-bubbles provided after the front end in a fluid flow.
  • One or more strikers may be installed in the nano-refined area to generate a strong centrifugal force.
  • a ring-shaped stator installed on the inner wall of the chamber facing the striker is provided,
  • the stator may have a plurality of protrusions formed around the inner ring-shaped surface.
  • At least one micro-stage refinement apparatus for micro-sizing air bubbles by applying an impact and shear force to the gas-liquid mixed fluid
  • a nano-bubble generation device for minimizing air bubbles into nano-bubbles by applying a friction force to the gas-liquid mixed fluid passing through the micro-stage miniaturization device
  • the nano bubble generating device The nano bubble generating device
  • a first chamber including an inlet and a discharge port of the fluid, and having an inner wall for applying a friction force to the fluid while creating a space for accommodating the gas-liquid mixed fluid
  • At least one friction element that is rotatably installed in the first chamber using a drive shaft and generates a centrifugal force to push the fluid to the inner wall and at the same time itself functions as a friction means for the fluid;
  • It comprises a first driving means including the drive shaft for the rotation of the friction member,
  • the micro-step refinement device The micro-step refinement device
  • a second chamber having an internal space for minimizing air bubbles contained in the gas-liquid mixed fluid, an inlet and an outlet, and in which a drive shaft is installed,
  • At least one striker or impeller installed on the drive shaft and provided with a plurality of protrusions for applying an impact to the fluid
  • It comprises the drive shaft and characterized in that it comprises a second driving means for driving the hitter or impeller.
  • At least one of at least one of the friction element and the striker may have at least one of a distribution hole or a cut-out passage for guiding the flow of the gas-liquid mixed fluid to a plane perpendicular to the axis line.
  • Any one or more of the friction elements may have a line speed of at least 8 m/sec in a direction perpendicular to the axis of the body.
  • the distance between the tip of the orthogonal surface with respect to the axis and the inner wall of the chamber where the friction member is installed may be less than 1/2 of the radius of the friction element.
  • any one or more of the friction element and the striker may have one or more concave ends formed on one or more of both surfaces orthogonal to the axis of the body.
  • Any one or more of the friction element and the striker may have fine irregularities formed on more than a part of the surface of the body.
  • the friction element or the striking element may be a multiple friction element or a multiple striking element in which two or more of the friction elements are formed as a single body through the connection part.
  • At least one of the friction elements may be an impeller type friction element having a plurality of blades.
  • any one or more of the strikers may have the protrusion formed on one or more of the circumferential surface of the disk-shaped body and both surfaces orthogonal to the axis.
  • At least one of the strikers has at least one concave end and a plurality of distribution holes formed on at least one of the two sides orthogonal to the axis in the disk-shaped body,
  • the plurality of protrusions may be provided on one or more of an outer periphery of the body and an inner or outer periphery of the concave end.
  • Any one or more of the strikers may have the protrusion formed as a wing-shaped protrusion.
  • the friction elements are arranged with a space on the drive shaft at random intervals, and at least one small-diameter friction element and one or more large-diameter friction elements having a relatively larger radius compared to the small-diameter friction element make a space at random intervals. Can be placed and mixed and arranged.
  • One or more strikers of the micro-step miniaturization device may be installed on the drive shaft of the nanobubble generator together with the one or more friction elements.
  • the friction element installed in the first chamber of the nanobubble generator may be a cylindrical friction element having a cylindrical shape.
  • the cylindrical friction member may have at least one concave end or convex end formed on the circumferential surface to increase the friction area and induce a swirling flow of the gas-liquid mixed fluid.
  • At least one of the strikers has a plurality of protrusions formed around the body at least,
  • a plurality of protrusions may be formed directly or indirectly on at least a part of the inner wall.
  • the micro-step miniaturization device has the impeller installed on the drive shaft,
  • the inlet of the impeller is connected to the inlet of the chamber and the inlet pipe,
  • the inner wall of the second chamber may be a pump-type micro-step miniaturization device in which a protrusion is radially formed.
  • a volute-type duct may be provided between the impeller of the pump-type micro-stage refiner and the inner wall of the second chamber to collect the gas-liquid mixed fluid and guide it to the inner wall of the second chamber.
  • a chamber having an internal space for minimizing air bubbles included in the gas-liquid mixed fluid, and an inlet and an outlet, and in which a drive shaft is installed,
  • At least one impact friction element installed on the drive shaft and provided with a friction portion for applying a friction force together with a plurality of protrusions for applying an impact to the gas-liquid mixed fluid flowing into the chamber and rotating the fluid to rub against the inner wall of the chamber, and
  • the striking friction element is arranged with a space at an arbitrary interval on the drive shaft, and a circumferential surface of the body directly faces the inner wall of the chamber at an arbitrary interval.
  • Any one or more of the combined strike friction elements may have at least one of a distribution hole or a cut-out passage for guiding the flow of the gas-liquid mixed fluid to a plane perpendicular to the axis line.
  • a plurality of the striking friction elements are arranged with spaces at random intervals on the drive shaft, and the protrusion according to the arrangement order of the flow direction in order to sequentially refine the bubbles contained in the gas-liquid mixed fluid from the microbubble stage to the nanobubble stage.
  • the size of the protrusion may be relatively gradually reduced.
  • Any one or more of the combined strike friction elements may be formed on one or more surfaces of the circumferential surface of the body and both surfaces orthogonal to the axis.
  • the chamber may have a spiral groove formed on an inner wall thereof for inducing a gas-liquid mixture fluid.
  • the chamber is provided with a funnel portion toward the discharge port
  • the discharge port may be formed subsequent to the funnel part, and may be formed on an extension line of a center line of a drive shaft installed in the chamber.
  • the chamber may have fine irregularities formed on at least a part of the inner wall.
  • One or more impellers may be additionally installed on the drive shaft adjacent to the inlet of the chamber.
  • nanobubbles can be generated remarkably efficiently by generating nanobubbles using the principle of microbubbles according to friction.
  • the friction element not only the friction element but also the inner wall of the chamber with a larger area function as a friction surface by an organic configuration according to the line speed of the friction member, the friction surface, and the appropriate spacing between the friction member and the inner wall of the chamber, while the friction member has a distribution hole, etc.
  • the entire surface of the body functions as an effective friction surface, so that the finer quality of bubbles, the amount of dissolved oxygen, and the ability to generate nanobubbles of the device are significantly increased compared to the existing technology, and a large-capacity nanobubble can be generated.
  • nanobubbles can be generated qualitatively and quantitatively, it is possible to easily use nanobubbles having excellent utility in the overall industrial field that requires a large capacity.
  • a is a micronization according to the flow friction of a fluid (bubble)
  • b is a view showing micronization of a fluid (bubble) according to the rotational friction of the frictional
  • FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing the configuration of an embodiment according to the present invention
  • Figure 3 is a view showing the flow of the fluid of Figure 2
  • a is an enlarged view of part A of FIG. 2, and b is a cross-sectional view taken along line B-B of a.
  • 5A is a partially omitted cross-sectional view showing the configuration of an embodiment according to the present invention
  • b is a partially omitted cross-sectional view along the line C-C of a.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing an arrangement of embodiments according to the present invention.
  • FIG. 7A is a longitudinal cross-sectional view of a nanobubble generating apparatus according to an embodiment of the present invention
  • b is a cross-sectional view taken along line D-D of a
  • c is a cross-sectional view of another configuration compared to b.
  • FIG. 8 is a longitudinal cross-sectional view of a nanobubble generating apparatus according to an embodiment of the present invention
  • 9A is a longitudinal cross-sectional view of a micro-step refinement apparatus according to an embodiment of the present invention, and b is a partially omitted cross-sectional view taken along line E-E of a.
  • 10A is a partially omitted plan view of a friction member according to an embodiment of the present invention, and b is a longitudinal sectional view of a.
  • 11A is a plan view of a friction member according to an embodiment of the present invention, and b is a longitudinal sectional view of a.
  • 13A, 13B, and 13C are longitudinal cross-sectional views of a friction member according to an embodiment of the present invention.
  • 14A is a partially omitted plan view of a friction member according to an embodiment of the present invention, and b is a longitudinal sectional view of a.
  • 15A is a partially omitted plan view of a friction member according to an embodiment of the present invention, and b is a longitudinal sectional view of a.
  • 16A is a partially omitted plan view of the multi-friction element according to an embodiment of the present invention, and b is a longitudinal sectional view of a.
  • 17 is a longitudinal sectional view of a multi-friction member according to an embodiment of the present invention.
  • 18A is a partially omitted plan view of an impeller-type friction member according to an embodiment of the present invention
  • b is a longitudinal sectional view of a
  • c is a longitudinal sectional view of another embodiment corresponding to b.
  • 19A is a plan view of a striker according to an embodiment of the present invention
  • b is a longitudinal sectional view of a
  • c is a plan view of another example corresponding to a
  • 20A is a partially omitted plan view of a striker according to an embodiment of the present invention
  • b is a longitudinal sectional view of a
  • 21A is a partially omitted plan view of a blower according to an embodiment of the present invention.
  • b is a longitudinal sectional view of a
  • FIG. 22 is a plan view of a striker according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 23 is a longitudinal sectional view of a nanobubble generating apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 24 is a longitudinal sectional view of a nanobubble generating apparatus according to an embodiment of the present invention
  • 25A is a longitudinal cross-sectional view of a micro-step refinement apparatus according to an embodiment of the present invention
  • b is a partially omitted cross-sectional view taken along line F-F of a.
  • 26A is a longitudinal cross-sectional view of a micro-step refinement apparatus according to an embodiment of the present invention
  • b is a partially omitted cross-sectional view taken along line G-G of a.
  • 27A is a longitudinal cross-sectional view of a micro-step refinement apparatus according to an embodiment of the present invention
  • b is a cross-sectional view taken along line H-H of a.
  • 28A is a longitudinal cross-sectional view of a micro-step refinement apparatus according to an embodiment of the present invention
  • b is a cross-sectional view taken along line J-J of a.
  • 29 is a longitudinal sectional view showing the configuration of an embodiment according to the present invention.
  • 30A is an enlarged view of part K of FIG. 29, and b is a cross-sectional view taken along line L-L of a.
  • 31 is a longitudinal sectional view showing the configuration of an embodiment according to the present invention
  • 32A is a plan view of an embodiment of the pump-type strike friction unit according to the present invention, and b is a longitudinal cross-sectional view of a
  • 33A is a plan view of an embodiment of a frictional pump-type strike according to an embodiment of the present invention, and b is a longitudinal cross-sectional view of a.
  • 34 is a longitudinal sectional view of a chamber showing the configuration of an embodiment according to the present invention
  • 35 is a longitudinal sectional view showing the configuration of an embodiment according to the present invention.
  • This phenomenon can be easily seen in the phenomenon that the ice melts and slips due to the generation of heat on the ice where the skate blade passes.
  • pre-registered technology a'flow path member for fine fabric generation' (Korean Patent Registration No. 10-2100074, hereinafter referred to as "pre-registered technology") using the'principle of miniaturization of bubbles due to friction'.
  • the pre-registration technology is a technology capable of generating nano-bubbles when the friction surface is densely formed in the flow path member in the form of a tube and the friction length is formed to be several meters to tens of meters long. It is a technology that creates nanobubbles by generating friction while the mixed fluid moves at a pressure and velocity above the critical pressure.
  • the pre-registration technology is fine for generating small and medium-sized nanobubbles, but when a large-capacity output is required, a large-capacity pressure pump must be used instead of a general pump.
  • the applicant of the present invention is conceived of a method in which the fluid is in a stationary state and the friction surface that applies the friction force to the fluid moves at high speed due to the reverse idea of the pre-registered technology.
  • the gas-liquid mixed fluid contains It was judged that the air bubbles would be tensilely deformed in an arc shape along the rotating friction surface and then finely divided to show a phenomenon leading to ultra-fineization.
  • the present invention applies the rotational friction force to the principle of miniaturization of air bubbles and generation of nanobubbles according to the friction.
  • the nanobubble generation system 1A using friction of the first embodiment according to the present invention includes an inner space S and an inlet 31 for minimizing bubbles included in the gas-liquid mixed fluid. ) And a discharge port 32, the chamber 30 in which the drive shaft 41 is installed, and the gas-liquid mixed fluid flowing into the chamber 30 are impacted and the fluid is rotated to rub against the inner wall 33 of the chamber.
  • At least one striker (20) provided on the body with a plurality of protrusions (21) for making the body and installed on the drive shaft (41), and a plurality of friction members installed on the drive shaft (41) to apply a frictional force to the gas-liquid mixed fluid It includes (10) and the drive shaft 41, and includes a driving means 40 for rotation of the striking element 20 and the friction element 10.
  • the friction element 10 is contained in the gas-liquid mixed fluid by rubbing against the circumferential surface and both surfaces orthogonal to the axis of the friction member's body when the drive shaft rotates, and rubbing against the inner wall 33 of the chamber 30.
  • the air bubbles are arranged at random intervals on the drive shaft 41 so that the air bubbles are tensilely deformed and refined, and the circumferential surface 11 of the body directly faces the inner wall 33 of the chamber at an arbitrary interval, and the friction At least one of the rulers 10 has a line speed of at least 8m/sec in the direction perpendicular to the axis in the body,
  • any one or more of the one or more strikers 20 and the plurality of friction elements 10 is a distribution hole (14a) (24a) or a cut-out passage (14b) for inducing the flow of the gas-liquid mixed fluid to a plane perpendicular to the axis line Any one or more of them are formed.
  • the gas-liquid mixed fluid is a mixture of water and air, a mixture of water and other liquids and air, and water and air, such as oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), hydrogen (H 2 ), and the like. It may be variously formed, such as a mixed water in which an additional gas is mixed, an industrial oil and a mixed oil in which an additional gas such as oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), hydrogen (H 2 ), and the like is mixed.
  • the gas-liquid mixed fluid may include tap water, ground water, river water, fresh water, etc. containing bubbles generated in the water supply process.
  • the striker 20 applies impact and shear force to the bubbles contained in the gas-liquid mixed fluid by the protrusions 21 arranged in the shape of teeth around the periphery when rotating. It is refined to size, and the friction element 10 applies a frictional force to the micro-sized micro-sized micro-bubbles using a striking force, thereby deforming the micro-sized bubbles into tensile deformation and ultra-fine nano-sized cells.
  • the rotational motion of the striker 20 and the friction element 10, particularly the rotational motion of the striker 20, uses the inner wall 33 of the chamber by strongly pushing the fluid to the inner wall 33 of the chamber by centrifugal force.
  • the fluid crosses the space between the rotating body composed of the striking element 20 and the friction element 10 and the inner wall 33 of the chamber, and a spirally luminous flow is generated (see FIG. 4). .
  • the centrifugal force is operated in the chamber by the rotation of the striking element 20 and the friction element 10, so that the flow is biased toward the inner wall 33 of the chamber, and in particular, both surfaces 12 perpendicular to the axis line in the friction element 10 ) Can cause most of the fluid friction function to be lost.
  • the plurality of friction elements 10 are arranged at intervals to generate a fluid spirally luminous flow when the drive shaft rotates (see FIGS. 2 to 4), and bubbles included in the gas-liquid mixed fluid are as shown in b of FIG.
  • the circumferential surface 11 of the friction element 10 and both surfaces 12 orthogonal to the axis line are tensilely deformed in an arc shape at the inner wall 33 of the first chamber 30A having a large area to be finely divided and refined. It deepens and creates nanobubbles.
  • a friction surface sufficient as a necessary condition for generating nanobubbles, a line speed of the friction element 10 for inducing a flow velocity, and an appropriate gap between the friction element 10 and the inner wall 33 of the first chamber must be organically satisfied.
  • the distribution hole 14a or the cut-out passage 14b formed in the friction element 10 prevents the flow applied by the centrifugal force from being biased toward the inner wall 33 of the chamber, and the friction element 10 Both surfaces 12 orthogonal to the axis at are allowed to function as friction surfaces (see Figs. 2 to 4 and 10 to 12).
  • the distribution hole 14a or the cut-out passage 14b formed in the friction element 10 has both sides ( 12) By functioning as a passage through which the friction member can flow, the friction function of the fluid can be performed from both surfaces 12 perpendicular to the axis of the friction member to the area close to the drive shaft 41, thereby contributing to the expansion of the effective friction area of the friction member. I can.
  • the distribution hole 14a or the cut-out passage 14b is formed in the friction element 10, the helical rotational flow of the fluid is amplified and accelerated, thereby increasing the frictional force that affects the miniaturization of air bubbles.
  • the distribution hole 14a and the cut-out passage 14b formed in the friction element 10 are preferably formed as large as possible in a position adjacent to the shaft hole 13, but are not limited thereto (see FIG. 10 and others).
  • the cut-out passage 14b is formed from the circumferential end of the basic body (see Fig. 12 a) to the inside of the body, but may be formed toward the center of the body (see Figs. 11 and 12 b).
  • the present invention is not limited thereto, and may be formed in various ways, such as an oblique angle with respect to the radial direction.
  • the friction element 10 may be formed in the shape of a wing in which areas partitioned by the cut-out passage 14b are curved at an arbitrary angle (see Fig. 12c), and the friction element of this configuration has a friction function against fluid. Together with the arrangement direction, the flow velocity can be accelerated or suppressed, and friction of the fluid can be suppressed from being biased against the inner wall of the chamber.
  • the nano-bubble generation system 1B using friction of the second embodiment according to the present invention includes an inner space S and an inlet 31 for minimizing bubbles included in the gas-liquid mixed fluid, as shown in FIGS. 2 to 5.
  • the gas-liquid mixed fluid rubs against the circumferential surface and both surfaces perpendicular to the axis of the friction member's body, and at the same time, the air bubbles contained in the gas-liquid mixed fluid are tensilely deformed by rubbing against the inner wall of the chamber And arranged with spaces at arbitrary intervals so as to be refined, and the circumferential surface 11 of the body directly faces the inner wall 33 of the chamber at an arbitrary interval,
  • One or more small-diameter friction elements 10S, and one or more large-diameter friction elements 10L having a relatively large radius compared to the small-diameter friction element 10S are arranged with a space at random intervals.
  • the small-diameter friction element 10S is disposed first in the flow flow in the drive shaft, but the present invention is not limited thereto.
  • the small-diameter friction elements 10S and the large-diameter friction elements 10L may be alternately arranged.
  • the configuration and arrangement of the friction elements 10 are limited by the small-diameter friction elements 10S and the large-diameter friction elements 10L arranged at random intervals.
  • the gap between the large-diameter friction elements 10L is widened, and the small-diameter friction element 10S is positioned therebetween, so that the friction space and the friction area of the fluid can be effectively used.
  • the drive shaft 41 of the first embodiment (1A) and the second embodiment (1B) has bubbles included in the gas-liquid mixed fluid flowing into the chamber 30.
  • the micro-refining region S1 in which one or more strikers 20 are arranged along the flow direction of the fluid, and after the micro-refining region S1 in a flow flow, Nano-refining regions S2 in which one or more friction elements 10 are arranged may be sequentially provided in order to micro-fine air bubbles micronized in a micro-step into nano bubbles.
  • One or more strikers 20 may be installed in the nano-refined area S2 to generate a strong centrifugal force (see FIG. 4 and others).
  • the micro-refined region (S1) is provided with a ring-shaped stator 60 installed on the inner wall of the chamber facing the striker 20, the stator 60 is a ring A plurality of protrusions 61 may be formed around the inner surface of the shape.
  • the micro-refined region S1 is preferably formed as a shorter section of less than 1/3 of the nano-refined region S2, but is not limited thereto.
  • the gas-liquid mixed fluid flowing through the inlet 31 of the chamber at an arbitrary set flow rate is preemptively formed of the striking element 20 and the inner wall 33 of the adjacent chamber (S1).
  • the nano-refined region (S2) consisting of the friction element 10 and the inner wall 33 of the adjacent chamber (S2)
  • the tensile deformation and ultrafineization due to friction are deepened step by step, so that nanobubbles can be effectively generated.
  • the nano-bubble generation system 1C using friction of the third embodiment according to the present invention uses a micro-stage miniaturization device 20A and 20B using a striker 20 and a friction element 10.
  • the nanobubble generator 10A is separated into an independent device each having a separate chamber and a driving means to disperse the driving load, and the gas-liquid mixed fluid first passes through the micro-stage miniaturization devices 20A and 20B, and then generates nanobubbles. It is to be introduced into the device (10A) (see Fig. 6).
  • the nano-bubble generation system 1C using friction of the third embodiment applies an impact and shear force to the gas-liquid mixed fluid to refine the bubbles in micro steps ( 20A) (20B) and a nano-bubble generating device 10A for miniaturizing the bubbles into nano-bubbles by applying a friction force to the gas-liquid mixed fluid passing through the micro-stage miniaturization device 20A.
  • the nanobubble generating device 10A has an inner wall 33 for applying a frictional force to the fluid while creating a space S for accommodating a gas-liquid mixed fluid, and a fluid inlet 31 ) And the discharge port (32), the first chamber (30A) is rotatably installed in the first chamber (30A) by using the drive shaft (41) and generates a centrifugal force to push the fluid to the inner wall and at the same time It comprises at least one friction element 10 functioning as a friction means for the fluid and a first driving means 40A including the drive shaft 41 for rotation of the friction element 10.
  • the micro-step refinement device 20A has an inner space S for miniaturizing air bubbles included in the gas-liquid mixed fluid, an inlet 31 and a discharge port 32, and a drive shaft 41
  • the second chamber (30B) is installed, the drive shaft (41) is installed at least one striker 20 or impeller (20f) provided with a plurality of protrusions 21 for applying an impact to the fluid, and the drive shaft ( 41) and includes a second driving means (40B) for driving the striker 20 or the impeller (20f).
  • the striking member 20 applies impact and shear force to the bubbles contained in the gas-liquid mixed fluid by the protrusions 21 arranged in the shape of teeth around the periphery when rotating. By miniaturizing it to a size, it is prepared to efficiently generate nanobubbles due to friction that proceeds later.
  • At least one of the friction element 10 and the striker 20 is Any one or more of the distribution holes 14a and 24a or the cut-out passage 14b for directing the flow to the plane perpendicular to the axis may be formed.
  • At least one of the friction elements 10 is It is preferable that it becomes 8 m/sec or more.
  • any one or more of the friction elements 10 of the first embodiment (1A), the second embodiment (1B), and the third embodiment (1C) is applied to the inner wall 33 of the chamber in a gas-liquid mixed fluid.
  • the distance (I) between the tip of the orthogonal surface with respect to the axis and the inner wall 33 of the chamber where the friction element 10 is installed may be less than 1/2 of the radius of the friction element (Figs. 3 and 7 Reference).
  • the line speed and distance I are based on the largest radius among the friction elements 10.
  • the friction element disposed closest to the discharge port 32 of the chamber may have an inclined surface 17 with an edge facing the discharge port of the chamber from the circumferential surface of the body (Figs. 2, 4, 8). Reference).
  • the configuration in which the edge of the friction element 10 is formed as the inclined surface 17 toward the discharge port may delay the separation point of the fluid, thereby increasing frictional efficiency.
  • At least one of the plurality of friction elements 10 has at least one of the concave surface 123 or the convex surface 125 so that at least one surface in the direction orthogonal to the axis line may increase the friction area (Fig. 13). See a, b, c of).
  • At least one of the plurality of friction elements 10 may have an annular or helical groove 16 formed on the circumferential surface 11 of the disk-shaped body (see FIG. 14 ).
  • the groove 16 formed on the circumferential surface 11 of the friction member may expand the friction area of the fluid.
  • any one or more of the friction element 10 and the striker 20 has one or more concave ends 15 formed on one or more of both surfaces 12 orthogonal to the axis in the body to increase the friction area.
  • Can be see Figs. 14 and 15).
  • the concave end 15 is formed of one surface 151 orthogonal to the axial direction and two surfaces in the axial direction, and the concave end 15 is formed outwardly on the outer side of the two surfaces in the axial direction. It may be formed as an inclined surface 153 (see FIG. 15).
  • Such a concave end 15 can expand the frictional area of the friction element 10, and when the outer surface of the concave end is formed as an inclined surface 153 in a form that opens outward, the concave end 15 is formed. Frictional flow according to the centrifugal force of the fluid can be made smoothly.
  • any one or more of the friction element 10 and the striking element 20 may have fine irregularities formed on a part of the surface of the body or more in order to expand the friction area (not shown), and the fine irregularities are surface roughness, It can be formed in a variety of ways, such as sanding or scratching.
  • the friction element 10 or the striking element 20 may be formed as a multi-friction element 10m or a multiple striking element in which two or more are formed as a single body through the connection part 18 (see FIGS. 16 and 17).
  • the multi-friction element 10m may be formed in two or more stages in which a disc-shaped body has a radius difference.
  • a pair of friction elements (10) arranged on the drive shaft (21) may be connected to a single body (see Fig. 17), and handling management and assembly manufacturing can be conveniently performed with this configuration. I can.
  • the one or more friction elements 10 and the one or more strikers 20 may be formed as a single body (not shown).
  • any one or more of the friction elements 10 may be formed of an impeller type friction element 10c having a plurality of blades 112 (see FIG. 18).
  • the impeller-type friction element 10c has a shape in which the wing 112 is provided between both sides of the body perpendicular to the axis (see a and b of Fig. 18), and one side is open to expose the wing to one side. (See Fig. 18c), etc. It can be in various forms.
  • the impeller-type friction element 10c increases the rotational flow rate and at the same time guides the flow to the center, thereby suppressing the friction from being biased against the inner wall of the chamber and expanding the frictional area.
  • At least one of the hitting members 20 has the protrusion 21 at the circumferential surface of the disc-shaped body. And it may be formed on any one or more of the two sides orthogonal to the axis (FIG. 20).
  • At least one of the strikers 20 has at least one concave end 15 and a plurality of distribution holes formed on at least one of both surfaces orthogonal to the axis in the disk-shaped body, and the outer circumference of the body and the The plurality of protrusions 21 may be provided on one or more of the inner or outer peripheries of the concave end 15 (see FIG. 21 ).
  • any one or more of the strikers 20 may include the protrusions of the wing-shaped protrusions 21a, and by this configuration, it is possible to increase the flow velocity along with the original function of the striker (see FIG. 22).
  • the friction elements 10 are arranged on the drive shaft 41 at random intervals as in the case of the second embodiment (2B), and at least one small-diameter friction element 10S ), and at least one large-diameter friction element 10L having a relatively large radius compared to the small-diameter friction element 10S may be mixed and arranged at random intervals.
  • one or more strikers 20 of the micro-step refinement device 20A may be installed on the drive shaft 41 of the nanobubble generating device 10A together with the one or more friction elements 10 (FIG. 8). Reference).
  • the first chamber is applied by applying an impact to the fluid and generating a strong centrifugal force. It is possible to strengthen the friction force using the inner wall 33 of the.
  • the friction element 10 installed in the first chamber 30A of the nanobubble generating device 10A may be a cylindrical friction element 10d having a cylindrical shape ( 23).
  • the cylindrical friction element 10d may have at least one concave end 19 or a convex end formed on the circumferential surface in order to increase the friction area and induce the swirling flow of the gas-liquid mixed fluid (see FIG. 24).
  • the nanobubble generating device 10A having the cylindrical friction element 10d has the advantage of being easy to manufacture as a simple configuration in which the friction element is formed of a single cylindrical body, and is suitable for small devices, but is not limited thereto.
  • At least one of the strikers 20 has a plurality of the plurality of protrusions 21 formed around the body at least, and the second chamber 30B has an inner wall 33
  • a plurality of protrusions 37 may be formed directly or indirectly on more than a part of) (see FIGS. 25 and 26).
  • the impeller 20f is installed on the drive shaft 41, the inlet of the impeller 20f is connected to the inlet of the chamber and the inlet pipe 31a, and the second chamber 30B It may be a pump-type micro-stage miniaturization device 20B in which the protrusion 37 is radially formed on the inner wall 33 of the (see Figs. 27 and 28).
  • the protrusion 37 of the inner wall of the second chamber 30B may have a rib shape, but is not limited thereto.
  • the fluid flowing through the impeller 20f collides with the inner wall 33 and the protrusion 37 of the second chamber, and at the same time, collisions between fluids occur in the inner space of the second chamber. Cavitation occurs, and accordingly, an impact and shear force are applied to the fluid to generate microbubbles.
  • a volute-type duct that sucks a gas-liquid mixed fluid between the impeller 20f of the pump-type micro-stage miniaturization device 20B and the inner wall 33 of the second chamber 30B and guides it to the inner wall 33 of the second chamber. (27) may be provided (see FIG. 28).
  • volute duct 27 is provided between the impeller 20f and the inner wall 33 of the second chamber 30B, the fluid is collected and the inner wall 33b and the protrusion 37 of the second chamber
  • the impact and shear force are reinforced and more powerful cavitation can be generated by colliding with a stronger hydraulic pressure.
  • the nanobubble generation system 1C of the third embodiment of the above configuration may be configured in various arrangements.
  • a pump P, one micro-stage miniaturization device 20A, 20B, and one nano-bubble generator 10A may be sequentially connected and installed in the flow line of the gas-liquid mixed fluid (FIG. 6) See a).
  • a plurality of micro-stage miniaturization devices 20A and 20B are installed in parallel with the pump P, and one nano-bubble generation device 10A is formed after the plurality of micro-stage miniaturization devices 20A and 20B.
  • the fluid is connected and discharged from the plurality of micro-stage miniaturization devices 20A and 20B may be collected and processed through a single nano-bubble generating device 10A (see FIG. 6B).
  • a pump P and a plurality of micro-stage miniaturization devices 20A and 20B are installed in series in the flow line of the gas-liquid mixed fluid, and then the nano-bubble generator 10A may be sequentially connected and installed (Fig. 6). c,d).
  • gas injection may be performed at multiple locations in the fluid flow line, thereby preventing overflow of gas due to supersaturation while allowing a large amount of gas to be included in the gas-liquid mixed fluid, thereby increasing the nanobubble generation efficiency. It can be done (see Fig. 6C).
  • the pump P involved in the above embodiments may be excluded (see e of FIG. 6).
  • the pump P may be excluded.
  • the micro-step miniaturization apparatus 20A, 20B and the nano-bubble generation apparatus 10A each have separate chambers and drive means, respectively.
  • the bubbles are fined step by step to efficiently generate nanobubbles, and even in the case of a large-capacity nanobubble generation system, the driving load is distributed, so that it can be operated without difficulty using general motors.
  • the nano-bubble generation system 1D using friction of the fourth embodiment according to the present invention is an inner space S and an inlet 31 for minimizing bubbles contained in the gas-liquid mixed fluid, as shown in FIGS. 29 to 33.
  • a chamber 30 having a discharge port 32 and in which the driving shaft 41 is installed, for applying an impact to the gas-liquid mixed fluid flowing into the chamber 30 and rotating the fluid to rub against the inner wall 33 of the chamber.
  • It includes a friction part 12b for applying a friction force together with a plurality of protrusions 11b, and includes at least one combined strike friction element 10b and the drive shaft 41 installed on the drive shaft 41, and the combined strike friction Including a driving means 40 for the rotation of the ruler (10b),
  • the striking friction element (10b) is arranged with a space at an arbitrary interval on the drive shaft 41, and the circumferential surface of the body directly faces the inner wall 33 of the chamber at an arbitrary interval (I). (See Figs. 29 and 30).
  • the friction part 12b in the frictional friction element 10b for hitting is a surface orthogonal to the axis, and as in the case of the frictional element, the friction of fluid occurs during rotation (refer to FIGS. 32 and 33).
  • the combined strike friction element 10b is a result of simultaneous strike and friction, and the protrusion 11b formed on the body during rotation applies impact and shear force to the bubbles contained in the gas-liquid mixed fluid to refine the bubbles into microbubbles.
  • the friction part 12b applies a strong friction force to the microbubbles micro-bubbles, the micro-bubbles are tensilely deformed and ultra-fine again to generate nano-bubbles.
  • the protrusion 11b During the rotational operation of the frictional friction element 10b for hitting, in particular, the protrusion 11b generates a centrifugal force to force the fluid to push the fluid to the inner wall 33 of the chamber, thereby applying frictional force to the fluid using the inner wall 33 of the chamber.
  • the gas-liquid mixed fluid crosses the space between the striking friction element 10b and the inner wall 33 of the chamber to generate a spirally luminous flow (see Figs. 29 and 30).
  • Any one or more of the striking friction elements 10b may have at least one of a distribution hole 14a or a cut-out passage 14b for guiding the flow of the gas-liquid mixed fluid to a plane perpendicular to the axis (Fig. 32, 33).
  • a plurality of the striking friction elements (10b) are arranged on the drive shaft (41) with spaces at arbitrary intervals, and flow to sequentially refine the bubbles contained in the gas-liquid mixed fluid from the microbubble stage to the nanobubble stage.
  • the protrusion size 11a of the protrusion 11b may be relatively gradually decreased according to the arrangement order of the flow direction (see FIGS. 29 and 30).
  • the driving shaft of the fourth embodiment (1D) is provided with the combined strike friction element 10b, and one or more friction elements 10 may be installed at the rear of the drive shaft (see FIG. 31).
  • any one or more of the striking friction elements 10b may be formed on one or more of the circumferential surface of the body and both surfaces of the protrusion 11b orthogonal to the axis (not shown).
  • the combined strike friction element 10b also has a line speed of 8 m/sec or more, and that the inner wall 33 of the chamber and an arbitrary distance (I) are less than 1/2 of the radius of the combined strike friction member.
  • the shaft holes 13 and 23 of the friction element 10 and the striker 20 may be formed in a polygonal shape or a keyway structure corresponding to the cross section of the drive shaft so as to be integrally rotatable when the drive shaft 41 is rotated ( 2, 10, 21 et al.).
  • a spiral groove 36 for inducing a gas-liquid mixed fluid is formed in the inner wall 33 of the chamber 30. Yes (see Fig. 34).
  • the spiral groove 36 may be formed in both the first chamber 30A and the second chamber 30B.
  • the helical groove 36 may be formed and assembled in a separate part separated from the main body of the chambers 30, 30A, 30B, and may induce the flow of the fluid and contribute to increase the frictional area of the fluid. .
  • the chambers 30, 30A, 30B are provided with a funnel part 34 toward the discharge port 32, and the discharge port 32 is formed subsequent to the funnel part 34, and a drive shaft installed in the chamber It may be formed on the extension line of the center line (see Figs. 2, 7, 23, etc.).
  • the funnel part 34 and the discharge port 32 are formed on the extension line of the center line of the drive shaft 41, so that the fluid flowing out of the inner wall 33 of the chamber is smoothly discharged, and the pressure inside the chamber is made high. Even without it, mass discharge can be performed smoothly.
  • the chambers 30, 30A, and 30B may have fine irregularities 35 formed on at least a part of the inner wall 33 (see FIGS. 2 and 7 ).
  • the fine irregularities 35 may be formed of scratches, sanding irregularities, or the like.
  • the fine unevenness 35 may be formed in the inflow region of the chamber, such as the micro-refined region S1, to increase impact and friction during a fluid collision, but is not limited thereto.
  • the drive shaft 41 of any one of the first to fourth embodiments according to the present invention (1A) to the fourth embodiment (1D) is adjacent to the inlet 31 of the chambers 30, 30A, 30B.
  • One or more impellers 50 may be additionally installed (see FIG. 35).
  • the gas-liquid mixture fluid may flow into the chamber by self-suction.
  • the entire amount of injected gas such as oxygen (O 2 ), ozone (O 3 ), hydrogen (H 2 ), etc.
  • O 2 oxygen
  • O 3 ozone
  • H 2 hydrogen
  • a gas collection tank 80 for recovering and reinjecting the non-existent gas floating from the gas-liquid mixed fluid may be connected and installed through a pipeline (see FIG. 36 ).
  • Example 1 17.0 10.3 1/2R 0.75 ⁇ O.65 Beam scattered light due to nano bubbles is visible
  • Example 2 14.1 11.6 1/2R 0.75 ⁇ 0.65 Beam scattered light due to nano bubbles is visible
  • Example 3 11.3 10.5 1/2R 0.75 ⁇ 0.65 Beam scattered light due to nano bubbles is visible
  • Example 4 8.5 9.3 1/2R 0.75 ⁇ 0.65 Beam scattered light due to nano bubbles is visible
  • Example 5 7.06 7.8 1/2R 0.75 ⁇ 0.65 Invisible
  • Example 1 17.4 18.9 12/100R 0.9 ⁇ O.8 Beam scattered light due to nano bubbles is visible
  • Example 2 13.9 17.8 12/100R 0.9 ⁇ 0.8 Beam scattered light due to nano bubbles is visible
  • Example 3 10.45 16.5 12/100R 0.9 ⁇ 0.8 Beam scattered light due to nano bubbles is visible
  • Example 4 8.7 15.8 12/100R 0.9 ⁇ 0.8 Beam scattered light due to nano bubbles is visible
  • Example 5 6.97 15.2 12/100R 0.9 ⁇ 0.8 Invisible
  • I denotes the distance between the uppermost end of the friction element 10 in the axial direction orthogonal to the inner wall 33 of the chamber
  • R denotes the radius of the friction element 10
  • Method of determining the generation of nanobubbles After performing the experiment, a sample is collected, shaken for 5 seconds, stopped for 3 minutes, and after a period of time for the microbubbles to disappear, a green laser beam (wavelength 532 nm) is transmitted in the dark room to be checked with the naked eye. It was determined by the method.
  • nanobubbles that emit milky in water
  • nanobubbles are transparent, so it is impossible to determine whether they are generated under normal lighting conditions, so after collecting a sample in a transparent container, a green laser beam with a short wavelength was transmitted in a dark room.
  • dissolved oxygen (DO) increases as the frictional line speed increases, and the frictional line speed is the same between the uppermost end of the frictional axis direction and the inner wall of the first chamber. It is confirmed that the increase in DO is better in Experiment 2 of the Example set to be narrow compared to Experiment 1 of the Example in which the spacing (I) is set to be wide.
  • the line speed of the frictional element is at least 8m/sec or more, the microbubbles rapidly become very fine, and nanobubbles are generated.
  • the frictional line speed is 8 m/sec or more in various embodiments including the first embodiment (1A).
  • the distance (I) between the inner wall 33 of the chamber and the tip of the orthogonal surface with respect to the axis of the friction element 10 is made close to 1/2 or less (I ⁇ 1/2R) of the radius of the friction element (R). This is preferable (refer to b and c of FIG. 7 ).
  • the plurality of friction elements 10 are arranged at intervals to generate a fluid spirally luminous flow when the drive shaft rotates (see FIGS. 4 and 7 a and 8), and bubbles included in the gas-liquid mixed fluid are shown in FIG.
  • the circumferential surface 11 of the rotating friction element 10 and both surfaces 12 orthogonal to the axis are circled in the inner wall 33 of the chamber 30 (30A) having a large area. It is tensilely deformed into an arc, and it is divided into fine pieces, and the micronization is deepened to create nano bubbles.
  • the inner wall 33 of the chamber facing the friction element 10 directly refers to a surface on which fluid is rubbed by centrifugal force when the friction element 10 and the striker rotate, and is not limited to the inner wall of the chamber 30 itself. It includes an inner wall of a separate component coupled to the inner wall of the chamber without.
  • the inner wall 33 of the chamber may be replaced by a separate component coupled to the inner wall of the chamber for some reason other than the inner wall of the chamber 30 itself.
  • nanobubbles qualitatively and quantitatively, so that nanobubbles having excellent utility can be easily used at low cost, especially in the entire industrial field requiring a large capacity.

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Abstract

본 발명은 기액 혼합 유체에 포함된 기포에 마찰력을 인가함으로써 미세화를 유도하고 나노 버블을 생성토록 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템에 관한 것으로서, 기액 혼합 유체에 포함된 기포를 미세화시키기 위한 내부 공간 및 유입구와 토출구를 구비하며 구동축이 설치되는 챔버, 상기 챔버 내로 유입되는 기액 혼합 유체에 충격을 가하는 동시에 유체를 회전시켜 상기 챔버의 내벽에 마찰시키기 위한 복수의 돌출부를 몸체에 구비하고 상기 구동축에 설치되는 하나 이상의 타격자, 상기 기액 혼합 유체에 마찰력을 인가하기 위해 구동축에 설치되는 복수의 마찰자 및 상기 구동축을 포함하며 상기 타격자 및 마찰자의 회전을 위한 구동수단을 포함하고, 상기 마찰자는 상기 구동축에 임의의 간격으로 공간을 두고 배열되며, 몸체의 둘레면이 상기 챔버의 내벽과 임의의 간격을 두고 직접 마주하는 것을 특징으로 한다.

Description

마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템
본 발명은 기액 혼합 유체에 포함된 기포에 마찰력을 인가함으로써 기포의 미세화를 유도하고 나노 버블을 생성토록 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 미세기포는 사이즈에 따라 직경이 50㎛ 이하인 마이크로 버블과 수백 ㎚ 이하의 나노 버블로 나뉘어지고 있다.
마이크로 버블은 50㎛ 이하의 아주 미세한 기포로, 수면으로 0.1cm/sec의 매우 느린 속도로 상승하여 생성 후 2~3분 내에 소멸되며 물속에서는 뿌연 우윳빛을 띤다.
나노 버블은 마이크로 버블이 심화 미세화된 수백 ㎚ 이하의 아주 작은 극미세기포로서, 통상의 기포 및 마이크로 버블과는 여러 가지 다른 특성을 가지며 투명하여 물속에 부유하고 있어도 일반 환경에서는 육안 식별이 불가능하다.
물속에서 마이크로 버블은 상기와 같이 안정상태가 일시적으로 유지 후 소멸되는데 비하여 나노 버블은 농축된 이온류가 두껍게 주위를 감싸고 있음으로 수십일 이상까지 장기간 안정적으로 유지될 수 있다.
이러한 나노 버블은 소멸시 다양한 에너지를 발생시켜 어업, 농업분야에서 각종 양식, 수경재배에 이용되고, 의료분야에서는 정밀진단, 물리치료, 생활분야에서는 오폐수, 오폐유의 고순도 정수/정유처리, 살균, 소독, 탈취, 세정 등 산업 전반의 다양한 분야에서 사용되고 있다.
예컨대, 상수처리의 경우 물속에 공기를 효과적으로 주입함으로써 수질을 높이는 처리시간 단축을 가능하게 하며, 폐수 또는 폐유처리의 경우 예를 들어 오존 등 산화성이 강한 기체를 효과적으로 주입함으로써 폐수 또는 폐유에 포함된 다양한 악취물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
기포의 미세화를 위한 종래 기술들은 대개 유동하는 기액 혼합 유체에 전단력이 가해지면서 기포가 쪼개지게 하는 원리를 이용한 것으로서, 경계층 효과, 유체의 난류 및 공동현상(캐비테이션, Cavitation) 등을 이용하는 구성을 가지며, 이러한 기술에 의하여는 주로 마이크로 버블이 생성될 뿐이고, 나노 버블 생성은 극히 미미하여 실제 이용 가능한 정도의 수준에는 이르지 못하고 있다.
종래 기술 중 하나인 대한민국 등록특허 제10-1969772호(2019. 04. 17. 이하 "선행기술 1"이라 칭함)는 믹싱부(챔버)의 유입구와 토출구에 유도날개가 배치되어 유체의 흐름을 안내하고, 하우징 안에 모터 축을 중심으로 치합 구조를 갖는 회전자와 고정자가 연속 적층되는 구성으로, 고정자에 대한 회전자의 상대 회전에 의하여 고정자와 회전자에 각각 상호 대응 형성된 치차들이 유체에 반복적인 타격을 가하고, 유체에 난류 및 캐비테이션 압력을 상승시킴으로 기포에 전단력이 가해지도록 하여 마이크로 버블을 생성하는 구조로 요약할 수 있다.
이와 같은 구성의 상기 선행기술 1은 대부분의 기포가 마이크로 버블로 생성될 뿐이어서 생성 기포의 미세화 품질이 떨어지며 소멸 시간이 짧고, 유동이 치합 틈새를 통한 지그재그 형태로 유체를 강제 우회시키는 구조로 이루어짐으로써 유동 항력계수가 크게 되어 전력 소모가 클 뿐만 아니라 처리 유량이 미흡하여 생산성이 따르지 못하는 문제가 있다.
또한, 챔버 내의 압력을 고압으로 유지시키고 복잡한 구조의 회전자 및 고정자가 다수 설치되어야 함으로써 이를 구동시키기 위하여 막대한 전력이 낭비되고 운용비용 부담을 증가시키는 문제점이 있다.
상기 선행기술 1과 다른 방식의 종래 기술로서 일본 공개특허공보 특개 2009-142442호(2009.7.2, 이하 "선행기술 2"라 함)는 챔버 내에 설치되는 회전축에 전단부가 형성된 회전원반이 복수 배열 설치되는 구조이다.
상기 선행기술 2는 회전원반이 상대 회전이 아닌 단독 회전됨으로써 유동을 자유롭게 하여 유체의 토출량을 높이고, 전력 및 운용비용을 현저히 줄일 수 있는 장점을 갖지만, 역시 전단력 인가를 주요 기능으로 하는 회전원반만으로 구성됨으로써 마이크로 버블만 생성될 뿐이고, 기포 생성 효율성이 떨어지는 단점이 있다.
이상과 같이, 현재까지의 미세기포 생성 기술은 마이크로 버블 생성에 머물러 나노 버블은 그 효용성이 탁월함에도 산업분야에서 실질적으로 이용되지 못하고 있는 실정이다.
본 발명은 상기한 문제점을 해소하기 위한 것으로서,
본 발명의 목적은 기액 혼합 유체에 포함된 기포에 마찰력을 인가함으로써 기포의 미세화를 유도하여 나노 버블을 생성토록 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 기액 혼합 유체에 포함된 기포를 선제적으로 마이크로 버블 단계로 미세화 후, 마찰에 따른 기포의 미세화 원리를 이용하여 나노 버블이 생성되도록 함으로써 나노 버블을 효율적으로 생성토록 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 유체의 유동 과정에서 보다 넓은 유효 마찰면을 갖도록 하여 마찰에 의한 나노 버블의 미세화 품질 및 기기의 효율성이 현저히 향상되도록 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템을 제공함에 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 나노 버블 생성이 질적, 양적으로 양호하도록 하여 효용성이 탁월한 나노 버블을 특히 대용량을 필요로 하는 산업분야에서도 쉽게 이용할 수 있는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하는 본 발명에 따른 일 실시예의 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템은,
기액 혼합 유체에 포함된 기포를 미세화시키기 위한 내부 공간 및 유입구와 토출구를 구비하며 구동축이 설치되는 챔버,
상기 챔버 내로 유입되는 기액 혼합 유체에 충격을 가하는 동시에 유체를 회전시켜 상기 챔버의 내벽에 마찰시키기 위한 복수의 돌출부를 몸체에 구비하고 상기 구동축에 설치되는 하나 이상의 타격자,
상기 기액 혼합 유체에 마찰력을 인가하기 위해 구동축에 설치되는 복수의 마찰자 및
상기 구동축을 포함하며 상기 타격자 및 마찰자의 회전을 위한 구동수단을 포함하고,
상기 마찰자는
상기 구동축에 임의의 간격으로 공간을 두고 배열되며,
몸체의 둘레면이 상기 챔버의 내벽과 임의의 간격을 두고 직접 마주하고,
상기 마찰자 중 어느 하나 이상은 몸체에서 축선과 직교 방향 최선단의 선속이 8m/sec 이상으로 되고,
상기 하나 이상의 타격자와 복수의 마찰자 중 어느 하나 이상은 기액 혼합 유체의 유동을 축선과 직교면으로 유도하기 위한 분배 구멍 또는 절개형 통로 중 어느 한가지 이상이 형성됨을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 일 실시예의 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템은,
기액 혼합 유체에 포함된 기포를 미세화시키기 위한 내부 공간 및 유입구와 토출구를 구비하며 구동축이 설치되는 챔버,
상기 챔버 내로 유입되는 기액 혼합 유체에 충격을 가하는 동시에 유체를 회전시켜 상기 챔버의 내벽에 마찰시키기 위한 복수의 돌출부를 몸체에 구비하고 상기 구동축에 설치되는 하나 이상의 타격자,
상기 기액 혼합 유체에 마찰력을 인가하기 위해 구동축에 설치되는 복수의 마찰자 및
상기 구동축을 포함하며 상기 타격자 및 마찰자의 회전을 위한 구동수단을 포함하고,
상기 복수의 마찰자는 구동축에 임의의 간격으로 공간을 두고 배열되며, 몸체의 둘레면이 상기 챔버의 내벽과 임의의 간격을 두고 직접 마주하고,
하나 이상의 소경 마찰자와, 상기 소경 마찰자 대비 상대적으로 반경이 크게 형성되는 하나 이상의 대경 마찰자가 임의의 간격으로 공간을 두고 배열됨을 특징으로 한다.
상기 구동축에는 상기 챔버로 유입되는 기액 혼합 유체에 포함된 기포를 마이크로 버블 단계로 미세화시키기 위해 유체의 유동방향을 따라 상기 타격자가 하나 이상 배열되는 마이크로 미세화 영역과,
유동 흐름상 상기 전단부 이후에 구비되고 마이크로 단계로 미세화된 기포를 나노 버블로 극미세화시키기 위해 상기 마찰자가 하나 이상 배열되는 나노 미세화 영역이 차례로 구비될 수 있다.
상기 나노 미세화 영역 내에 강력한 원심력 발생을 위하여 하나 이상의 타격자가 설치될 수 있다.
상기 마이크로 미세화 영역에는 상기 타격자에 대향하여 챔버의 내벽에 설치되는 링 형태의 고정자가 구비되고,
상기 고정자는 링 형태의 내면 둘레에 복수의 돌출부가 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예의 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템은,
기액 혼합 유체에 충격 및 전단력을 인가하여 기포를 마이크로 단계로 미세화시키는 하나 이상의 마이크로 단계 미세화 장치 및
상기 마이크로 단계 미세화 장치를 경유한 기액 혼합 유체에 마찰력을 인가하여 기포를 나노 버블로 미세화시키는 나노 버블 생성장치를 포함하고,
상기 나노 버블 생성장치는
기액 혼합 유체를 수용하는 공간을 조성하는 동시에 유체에 마찰력 인가를 위한 내벽을 구비하고, 유체의 유입구와 토출구를 포함하여 되는 제1챔버,
상기 제1챔버 내에 구동축을 이용하여 회전 가능하게 설치되고 원심력을 발생시켜 유체를 상기 내벽으로 밀쳐내는 동시에 자체가 유체의 마찰수단으로 기능하는 하나 이상의 마찰자 및
상기 마찰자의 회전을 위하여 상기 구동축을 포함하여 되는 제1구동수단을 포함하여 이루어지고,
상기 마이크로 단계 미세화 장치는
기액 혼합 유체에 포함된 기포를 미세화시키기 위한 내부 공간 및 유입구와 토출구를 구비하며 구동축이 설치되는 제2챔버,
상기 구동축에 설치되며 유체에 충격을 인가하기 위한 복수의 돌출부가 구비되는 하나 이상의 타격자 또는 임펠러 및
상기 구동축을 포함하고 상기 타격자 또는 임펠러의 구동을 위한 제2구동수단을 포함하여됨을 특징으로 한다.
상기 마찰자 및 타격자 중 어느 한가지 이상의 하나 이상은 기액 혼합 유체의 유동을 축선과 직교면으로 유도하기 위한 분배 구멍 또는 절개형 통로 중 어느 한가지 이상이 형성될 수 있다.
상기 마찰자 중 어느 하나 이상은 몸체에서 축선과 직교 방향 최선단의 선속이 8m/sec 이상으로 될 수 있다.
상기 마찰자 중 어느 하나 이상은 기액 혼합 유체에 챔버의 내벽을 이용한 마찰력 인가를 위하여 축선에 대한 직교면의 선단과 마찰자가 설치되는 챔버 내벽과의 간격이 마찰자 반경의 1/2 이하로 될 수 있다.
상기 마찰자 및 타격자 중 어느 하나 이상은 몸체에서 축선과 직교하는 양쪽 면 중 어느 한 면 이상에 하나 이상의 오목단이 형성될 수 있다.
상기 마찰자 및 타격자 중 어느 하나 이상은 몸체의 표면 일부 이상에 미세 요철이 형성될 수 있다.
상기 마찰자 또는 타격자는 두 개 이상이 연결부를 통하여 단일체로 되는 다중 마찰자 또는 다중 타격자로 될 수 있다.
상기 마찰자 중 어느 하나 이상은 복수의 날개를 갖는 임펠러형 마찰자로 될 수 있다.
상기 타격자 중 어느 하나 이상은 상기 돌출부가 원반형 몸체의 둘레면 및 축선과 직교하는 양면 중 어느 한 면 이상에 형성될 수 있다.
상기 타격자 중 어느 하나 이상은 원반형 몸체에서 축선과 직교하는 양쪽 면 중 어느 한 면 이상에 하나 이상의 오목단과 복수의 분배 구멍이 형성되고,
몸체의 외곽 둘레와 상기 오목단의 내측 또는 외측 둘레 중 어느 한쪽 이상에 상기 복수의 돌출부가 구비될 수 있다.
상기 타격자 중 어느 하나 이상은 상기 돌출부가 날개형 돌출부로 구성될 수 있다.
상기 나노 버블 생성장치에서 마찰자는 구동축에 임의의 간격으로 공간을 두고 배열되되, 하나 이상의 소경 마찰자와, 상기 소경 마찰자 대비 상대적으로 반경이 크게 형성되는 하나 이상의 대경 마찰자가 임의의 간격으로 공간을 두고 혼합 배열될 수 있다.
상기 나노 버블 생성장치의 구동축에는 상기 하나 이상의 마찰자와 함께 상기 마이크로 단계 미세화 장치의 타격자가 하나 이상 설치될 수 있다.
상기 나노 버블 생성장치의 제1챔버 내에 설치되는 마찰자는 원통 형태로 되는 하나의 통형 마찰자로 될 수 있다.
상기 통형 마찰자는 마찰면적 증대 및 기액 혼합 유체의 휘돌이 유동 유도를 위하여 둘레면에 오목단 또는 볼록단이 하나 이상 형성될 수 있다.
상기 마이크로 단계 미세화 장치에서,
상기 타격자 중 하나 이상은 상기 돌출부가 적어도 몸체의 둘레에 복수 형성되고,
상기 제2챔버는 내벽의 일부 이상에 직접 또는 간접적으로 돌출부가 복수 형성될 수 있다.
상기 마이크로 단계 미세화 장치는 구동축에 상기 임펠러가 설치되고,
상기 임펠러의 유입구는 챔버의 유입구와 유입관으로 연결되며,
상기 제2챔버의 내벽에는 돌출부가 방사상으로 형성되는 펌프형 마이크로 단계 미세화 장치로 될 수 있다.
상기 펌프형 마이크로 단계 미세화 장치의 임펠러와 제2챔버의 내벽 사이에는 기액 혼합 유체를 수집하여 제2챔버의 내벽으로 유도하는 벌류트형 덕트가 구비될 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예의 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템은,
기액 혼합 유체에 포함된 기포를 미세화시키기 위한 내부 공간 및 유입구와 토출구를 구비하며 구동축이 설치되는 챔버,
상기 챔버 내로 유입되는 기액 혼합 유체에 충격을 가하고 유체를 회전시켜 상기 챔버의 내벽에 마찰시키기 위한 복수의 돌출부와 함께 마찰력 인가를 위한 마찰부를 구비하고 상기 구동축에 설치되는 하나 이상의 타격 겸용 마찰자 및
상기 구동축을 포함하며 상기 타격 겸용 마찰자의 회전을 위한 구동수단을 포함하고,
상기 타격 겸용 마찰자는 상기 구동축에 임의의 간격으로 공간을 두고 배열되며, 몸체의 둘레면이 상기 챔버의 내벽과 임의의 간격을 두고 직접 마주하는 것을 특징으로 한다.
상기 타격 겸용 마찰자 중 어느 하나 이상은 기액 혼합 유체의 유동을 축선과 직교면으로 유도하기 위한 분배 구멍 또는 절개형 통로 중 어느 한가지 이상이 형성될 수 있다.
상기 타격 겸용 마찰자는 상기 구동축에 임의의 간격으로 공간을 두고 복수 배열되되, 기액 혼합 유체에 포함된 기포를 마이크로 버블 단계에서 나노 버블 단계로 순차적으로 미세화시키기 위하여 유동 흐름 방향의 배열 순서에 따라 상기 돌출부의 돌출 크기가 상대적으로 점차 작아질 수 있다.
상기 타격 겸용 마찰자 중 어느 하나 이상은 상기 돌출부가 몸체의 둘레면 및 축선과 직교하는 양면 중 어느 한 면 이상에 형성될 수 있다.
상기 챔버는 내벽에 기액 혼합 유체를 유도하기 위한 나선형 홈이 형성될 수 있다.
상기 챔버는 토출구 쪽으로 깔때기부가 구비되고,
상기 토출구는 상기 깔때기부에 이어서 형성되되, 챔버에 설치되는 구동축의 중심선 연장선상에 형성될 수 있다.
상기 챔버는 내벽의 일부 이상에 미세 요철이 형성될 수 있다.
상기 구동축에는 챔버의 유입구에 인접하여 하나 이상의 임펠러가 추가 설치될 수 있다.
상기 구성을 지닌 본 발명에 따른 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템에 의하면,
기액 혼합 유체에 포함된 기포에 마찰력을 인가함으로써 기포의 미세화를 유도하여 나노 버블을 생성할 수 있다.
또한, 기액 혼합 유체에 포함된 기포를 선제적으로 마이크로 버블 단계로 미세화 후, 마찰에 따른 기포의 미세화 원리를 이용하여 나노 버블이 생성되도록 함으로써 나노 버블을 현저히 효율적으로 생성할 수 있다.
또한, 마찰자의 선속, 마찰면, 마찰자와 챔버의 내벽 사이의 적절한 간격에 따른 유기적 구성에 의하여 마찰자뿐만 아니라 보다 넓은 면적의 챔버의 내벽이 마찰면으로 기능하는 한편, 마찰자는 분배 구멍 등을 통하여 몸체 전체의 표면이 유효 마찰면으로 기능함으로써 기포의 미세화 품질, 용존 산소량 및 기기의 나노 버블 생성능력이 기존 기술 대비 현저히 상승되고, 대용량의 나노 버블을 생성할 수 있다.
또한, 질적, 양적으로 양호하게 나노 버블 생성이 가능해짐에 따라 특히 대용량을 필요로 하는 산업분야 전반에서 효용성이 탁월한 나노 버블을 쉽게 이용할 수 있도록 한다.
도 1은 마찰을 이용한 나노 버블 생성원리를 보이는 도면으로서, a는 유체(기포)의 유동 마찰에 따른 미세화, b는 마찰자의 회전 마찰에 따른 유체(기포)의 미세화를 보이는 도면
도 2는 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 개략적으로 보이는 종단면도
도 3은 도 2의 유체의 유동 흐름을 보이는 도면으로,
a는 도 2의 A부 발췌 확대도, b는 a의 B-B선 단면도
도 4는 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 종단면도
도 5의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 일부 생략 단면도, b는 a의 C-C선 일부 생략 단면도
도 6은 본 발명에 따른 일 실시예들의 배열 구성을 개략적으로 보이는 도면
도 7의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 나노 버블 생성장치의 종단면도, b는 a의 D-D선 단면도, c는 b에 대비되는 다른 구성의 단면도
도 8은 본 발명에 따른 일 실시예의 나노 버블 생성장치의 종단면도
도 9의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 마이크로 단계 미세화 장치의 종단면도, b는 a의 E-E선 일부 생략 단면도
도 10의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 마찰자의 일부 생략 평면도, b는 a의 종단면도
도 11의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 마찰자의 평면도, b는 a의 종단면도
도 12의 a,b,c는 본 발명에 따른 일 실시예들의 마찰자의 평면도
도 13의 a,b,c는 본 발명에 따른 일 실시예들의 마찰자의 종단면도
도 14의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 마찰자의 일부 생략 평면도, b는 a의 종단면도
도 15의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 마찰자의 일부 생략 평면도, b는 a의 종단면도
도 16의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 다중 마찰자의 일부 생략 평면도, b는 a의 종단면도
도 17은 본 발명에 따른 일 실시예의 다중 마찰자의 종단면도
도 18의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 임펠러형 마찰자의 일부 생략 평면도, b는 a의 종단면도, c는 b에 상응하는 다른 실시예의 종단면도
도 19의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 타격자의 평면도, b는 a의 종단면도, c는 a에 상응하는 다른 예의 평면도
도 20의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 타격자의 일부 생략 평면도, b는 a의 종단면도
도 21의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 타격자의 일부 생략 평면도. b는 a의 종단면도
도 22는 본 발명에 따른 일 실시예의 타격자의 평면도
도 23은 본 발명에 따른 일 실시예의 나노 버블 생성장치의 종단면도
도 24는 본 발명에 따른 일 실시예의 나노 버블 생성장치의 종단면도
도 25의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 마이크로 단계 미세화 장치의 종단면도, b는 a의 F-F선 일부 생략 단면도
도 26의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 마이크로 단계 미세화 장치의 종단면도, b는 a의 G-G선 일부 생략 단면도
도 27의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 마이크로 단계 미세화 장치의 종단면도, b는 a의 H-H선 단면도
도 28의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 마이크로 단계 미세화 장치의 종단면도, b는 a의 J-J선 단면도
도 29는 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 종단면도
도 30의 a는 도 29의 K부 발췌 확대도, b는 a의 L-L선 단면도
도 31은 본 따른 일 실시예의 구성을 보이는 종단면도
도 32의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 펌프형 타격겸용 마찰자의 평면도, b는 a의 종단면도
도 33의 a는 본 발명에 따른 일 실시예의 펌프형 타격겸용 마찰자의 평면도, b는 a의 종단면도
도 34는 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 챔버의 종단면도
도 35는 본 본 발명에 따른 일 실시예의 구성을 보이는 종단면도
도 36은 본 발명에 따른 일 실시예의 개략적인 설치 상태도
이하, 본 발명의 마찰력을 이용한 나노 버블 생성시스템에 대한 실시예를 첨부도면을 참고하여 보다 상세히 설명한다.
모든 물체는 속도를 수반하는 압력을 받을 경우 열이 발생하고 속도와 압력이 임계점에 이르는 시점부터 마찰면이 열을 동반하면서 잘게 부서지며 마찰력을 줄이고자 하는 현상이 나타난다.
이러한 현상은 빙판에서 스케이트 날이 지나가는 자리에 열이 발생하여 얼음이 녹고 미끄럽게 되는 현상에서도 쉽게 볼 수 있다.
예컨대, 물에 산소 등의 기체가 혼합된 기액혼합 유체에 마찰력이 인가될 경우, 유체에 포함된 기포는 도 1의 a에 도시된 바와 같이, 길게 늘어나는 인장 변형이 발생된 후 잘게 나뉘고, 잘게 나누어진 개별 기포 하나 하나는 다시 미세화를 거듭하여 나노 사이즈로 극미세화된다(이하 “마찰에 따른 기포의 미세화 원리”라 함).
본 출원인은 이러한 '마찰에 따른 기포의 미세화 원리'를 이용한'미세기포 생성용 유로부재'(대한민국 특허등록 제10-2100074호, 이하 “선등록 기술”이라 함)를 개시한 바 있다.
상기 선등록 기술은 튜브 형태로 되는 유로부재에 마찰면이 조밀하게 형성되고, 마찰 길이가 수 미터 내지 수십 미터로 길게 형성될 경우 나노 버블을 생성할 수 있는 기술로서, 정지 상태의 마찰면에 기액 혼합 유체가 임계 압력 이상의 압력 및 속도로 이동하면서 마찰을 발생시킴으로 나노 버블을 생성하는 기술이다.
그런데, 상기 선등록 기술은 중소규모의 나노 버블 생성에는 무난하지만 대용량을 출력해야 되는 경우에는 일반 펌프가 아닌 대용량의 압력펌프를 사용하여야 하고, 커지는 튜브의 직경에 대응하여 마찰면의 조밀 조성에 어려움이 따른다.
본 출원인은 상기 문제점을 해결하기 위하여 선등록 기술의 역발상으로 유체가 정지 상태에 있고 유체에 마찰력을 인가하는 마찰면이 고속 이동하는 방식에 착안하게 되었다.
나노 버블을 생성함에 있어서, 기액 혼합 유체에 마이크로 버블 단계까지는 미세화되지 못했다 하더라도 미세기포가 생성되어 있다면, 도 1의 b에 나타낸 바와 같이, 회전하는 마찰력을 강제적으로 인가할 경우 기액 혼합 유체에 포함된 기포는 회전하는 마찰면을 따라 원호형태로 인장 변형되고 잘게 나뉘어 극미세화에 이르는 현상을 나타낼 것으로 판단하였다.
본 발명은 상기 마찰에 따른 기포의 미세화 및 나노 버블 생성원리에 상기 회전마찰력을 적용한 것이다.
본 발명에 따른 제1실시예의 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템(1A)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 기액 혼합 유체에 포함된 기포를 미세화시키기 위한 내부 공간(S) 및 유입구(31)와 토출구(32)를 구비하며 구동축(41)이 설치되는 챔버(30), 상기 챔버(30) 내로 유입되는 기액 혼합 유체에 충격을 가하는 동시에 유체를 회전시켜 상기 챔버의 내벽(33)에 마찰시키기 위한 복수의 돌출부(21)를 몸체에 구비하고 상기 구동축(41)에 설치되는 하나 이상의 타격자(20), 상기 기액 혼합 유체에 마찰력을 인가하기 위해 구동축(41)에 설치되는 복수의 마찰자(10) 및 상기 구동축(41)을 포함하며 상기 타격자(20) 및 마찰자(10)의 회전을 위한 구동수단(40)을 포함하여 되는 것이다.
상기 마찰자(10)는 구동축 회전시 기액 혼합 유체가 마찰자의 몸체에서 둘레면 및 축선과 직교하는 양쪽 면에 마찰되는 동시에 상기 챔버(30)의 내벽(33)과 마찰하여 기액 혼합 유체에 포함된 기포가 인장 변형 및 미세화되도록 상기 구동축(41)에 임의의 간격으로 공간을 두고 배열되며, 몸체의 둘레면(11)이 상기 챔버의 내벽(33)과 임의의 간격을 두고 직접 마주하고, 상기 마찰자(10) 중 어느 하나 이상은 몸체에서 축선과 직교 방향 최선단의 선속이 8m/sec 이상으로 되고,
상기 하나 이상의 타격자(20)와 복수의 마찰자(10) 중 어느 하나 이상은 기액 혼합 유체의 유동을 축선과 직교면으로 유도하기 위한 분배 구멍(14a)(24a) 또는 절개형 통로(14b) 중 어느 한가지 이상이 형성된다.
상기 기액 혼합 유체는 물과 공기가 혼합된 혼합수, 물과 다른 액체와 공기가 혼합된 혼합수, 물과 공기와 예컨대 산소(O2), 오존(O3), 수소(H2) 등과 같은 부가 기체가 혼합된 혼합수, 산업용 오일과 산소(O2), 오존(O3), 수소(H2) 등과 같은 부가 기체가 혼합된 혼합유 등 다양하게 이루어질 수 있다.
상기 기액 혼합 유체는 급수과정에서 생성된 기포가 포함되어 있는 수돗물, 지하수, 하천수, 담수 등을 포함할 수 있다.
상기 타격자(20)는 도 5, 19 등에 도시된 바와 같이, 회전시 둘레에 톱니 형태 등으로 배열 형성되는 돌출부(21)가 기액 혼합 유체에 포함된 기포에 충격 및 전단력을 인가하여 기포를 마이크로 사이즈로 미세화하고, 상기 마찰자(10)는 타격자를 이용하여 마이크로 사이즈로 미세화된 기포에 마찰력을 인가하여 기포를 인장 변형 및 극미세 나노 사이즈로 미세화시키게 된다.
상기 타격자(20)와 마찰자(10)의 회전동작, 특히 타격자(20)의 회전동작은 원심력에 의하여 유체를 챔버의 내벽(33)으로 강력하게 밀쳐냄으로써 챔버의 내벽(33)을 이용하여 유체에 마찰력을 인가하는 한편, 유체는 타격자(20) 및 마찰자(10)로 이루어지는 회전체와 챔버 내벽(33) 사이의 공간을 넘나들며 나선형으로 휘도는 유동이 발생된다(도 4 참조).
여기서, 상기 타격자(20) 및 마찰자(10)의 회전에 의하여 챔버 내에 원심력이 작동함으로써 유동이 챔버의 내벽(33) 쪽으로 편중되어 특히 마찰자(10)에서 축선과 직교하는 양쪽 면(12)은 유체 마찰 기능이 대부분 사장될 수 있다.
상기 복수의 마찰자(10)는 간격을 두고 배열되어 구동축 회전시 유체가 나선형으로 휘도는 유동이 발생되고(도 2 내지 4 참조), 기액 혼합 유체에 포함된 기포는 도 1의 b에 나타낸 바와 같이, 마찰자(10)의 둘레면(11) 및 축선과 직교하는 양쪽 면(12), 특히 면적이 넓은 제1챔버(30A)의 내벽(33)에서 원호형으로 인장 변형되어 잘게 나뉘고 미세화가 심화되어 나노 버블이 생성된다.
이때, 나노 버블 생성에 필요 조건으로 충분한 마찰면, 유속을 유도하는 마찰자(10)의 선속 및 마찰자(10)와 제1챔버 내벽(33) 사이의 적절한 간격이 유기적으로 충족되어야 한다.
또한, 상기 마찰자(10)에 형성된 분배 구멍(14a) 또는 절개형 통로(14b)는 상기와 같이, 원심력이 작용하는 유동이 챔버의 내벽(33) 쪽으로 편중되는 것을 방지하고 마찰자(10)에서 축선과 직교하는 양쪽 면(12)이 마찰면으로 기능할 수 있도록 한다(도 2 내지 4, 10 내지 12 참조).
더욱 상세히 설명하면, 마찰자(10)에 형성되는 상기 분배 구멍(14a) 또는 절개형 통로(14b)는 유체가 마찰자(10)의 몸체를 관통하여 각각의 몸체에서 축선과 직교하는 양쪽 면(12)을 타고 유동될 수 있는 통로로 기능함으로써 마찰자의 축선과 직교하는 양쪽 면(12)에서 구동축(41)과 가까운 영역까지도 유체의 마찰 기능을 수행할 수 있도록 하여 마찰자의 유효 마찰 면적 확장에 기여할 수 있다.
또한, 마찰자(10)에 상기 분배 구멍(14a) 또는 절개형 통로(14b)가 형성됨으로써 유체의 나선형 회전 유동을 증폭 및 가속시켜 기포의 미세화에 영향을 미치는 마찰력을 증대시킬 수 있다.
따라서, 마찰자(10)에 형성되는 분배 구멍(14a) 및 절개형 통로(14b)는 그 축공(13)과 인접한 위치에 가능한 크게 형성됨이 바람직하나 이에 한정되지 않는다(도 10 외 참조).
상기 절개형 통로(14b)는 원반형으로 되는 기본형 몸체(도 12의 a 참조)의 둘레 선단으로부터 몸체의 안쪽으로 형성되되, 몸체 안쪽의 중심부를 향하여 형성될 수 있으나(도 11, 12의 b 참조) 이에 한정되지 않고, 반경 방향에 대하여 비스듬이 형성되는 등 다양하게 형성될 수 있다.
상기 마찰자(10)는 상기 절개형 통로(14b)에 의하여 구획된 영역들이 임의의 각도로 휘어진 날개형태로 형성될 수 있으며(도 12의 c 참조), 이러한 구성의 마찰자는 유체에 대한 마찰 기능과 함께 배치 방향에 따라 유속을 가속시키거나 억제할 수 있으며, 유체의 마찰이 챔버의 내벽에 치우치는 것을 억제할 수 있다.
본 발명에 따른 제2실시예의 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템(1B)은 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 기액 혼합 유체에 포함된 기포를 미세화시키기 위한 내부 공간(S) 및 유입구(31)와 토출구(32)를 구비하며 구동축(41)이 설치되는 챔버(30), 상기 챔버(30) 내로 유입되는 기액 혼합 유체에 충격을 가하는 동시에 유체를 회전시켜 상기 챔버(30)의 내벽에 마찰시키기 위한 복수의 돌출부(21)를 몸체에 구비하고 상기 구동축에 설치되는 하나 이상의 타격자(20), 상기 기액 혼합 유체에 마찰력을 인가하기 위해 구동축(41)에 설치되는 복수의 마찰자(10) 및 상기 구동축(41)을 포함하며 상기 타격자(20) 및 마찰자(10)의 회전을 위한 구동수단(40)을 포함하고,
상기 복수의 마찰자(20)는 구동축 회전시 기액 혼합 유체가 마찰자의 몸체에서 둘레면 및 축선과 직교하는 양쪽 면에 마찰되는 동시에 상기 챔버의 내벽과 마찰하여 기액 혼합 유체에 포함된 기포가 인장 변형 및 미세화되도록 임의의 간격으로 공간을 두고 배열되며, 몸체의 둘레면(11)이 상기 챔버의 내벽(33)과 임의의 간격을 두고 직접 마주하되,
하나 이상의 소경 마찰자(10S)와, 상기 소경 마찰자(10S) 대비 상대적으로 반경이 크게 형성되는 하나 이상의 대경 마찰자(10L)가 임의의 간격으로 공간을 두고 배열되는 것이다.
상기 구동축에서 유동 흐름상 소경 마찰자(10S)가 먼저 배치됨이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
상기 소경 마찰자(10S)와 대경 마찰자(10L)는 교호 배열될 수 있다.
상기 제2실시예의 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템(1B)은 마찰자(10)의 구성 및 배열이 소경 마찰자(10S)와 대경 마찰자(10L)가 임의의 간격을 두고 배열됨으로써 한정된 챔버 공간 내에서 대경 마찰자(10L) 간의 간격을 넓히고 그 사이에 소경 마찰자(10S)가 위치하게 되어 유체의 마찰공간 및 마찰 면적을 효과적으로 이용할 수 있다.
부언하면, 마찰자(10)가 반경이 동일 규격으로만 연속 배열되고 마찰자 간의 간격이 크지 않을 경우, 원심력에 의하여 상기와 같이 유동 흐름이 챔버의 내벽(33) 쪽으로 편중됨으로써 마찰자에서 축선과 직교하는 양쪽 면(12)의 효용이 대부분 사장될 수 있으나, 마찰자가 반경차로 인해 들쭉날쭉 배열될 경우, 마찰자(10) 간의 간격이 상대적으로 크지 않아도 마찰자(10) 몸체의 전체 면이 유효 마찰면으로 기능할 수 있다(도 2 내지 4 외 참조).
한편, 기액 혼합 유체에 마이크로 버블 미세화 단계 없이 처음부터 마찰력을 인가하여 미세화시킬 경우 기기의 효율성 및 기포의 미세화 품질이 떨어진다.
따라서, 도 4 및 5에 도시된 바와 같이, 상기 제1실시예(1A) 및 제2실시예(1B)의 상기 구동축(41)에는 상기 챔버(30)로 유입되는 기액 혼합 유체에 포함된 기포를 선제적으로 마이크로 버블 단계로 미세화시키기 위해 유체의 유동방향을 따라 상기 타격자(20)가 하나 이상 배열되는 마이크로 미세화 영역(S1)과, 유동 흐름상 상기 마이크로 미세화 영역(S1) 이후에 구비되고 마이크로 단계로 미세화된 기포를 나노 버블로 극미세화시키기 위해 상기 마찰자(10)가 하나 이상 배열되는 나노 미세화 영역(S2)이 차례로 구비될 수 있다.
상기 나노 미세화 영역(S2) 내에도 강력한 원심력 발생을 위하여 하나 이상의 타격자(20)가 설치될 수 있다(도 4 외 참조).
또한, 도 5에 도시된 같이, 상기 마이크로 미세화 영역(S1)에는 상기 타격자(20)에 대향하여 챔버의 내벽에 설치되는 링 형태의 고정자(60)가 구비되고, 상기 고정자(60)는 링 형태의 내면 둘레에 복수의 돌출부(61)가 형성될 수 있다.
상기 마이크로 미세화 영역(S1)은 나노 미세화 영역(S2)의 1/3 이하의 짧은 구간으로 형성됨이 바람직하나 이에 한정되지 않는다.
상기 타격자(20)의 수량이 많을수록 유체는 나선형 회전 유동이 강력해지고, 이에 따라 유동 저항이 커져 토출량은 감소된다.
상기 구성에 따라, 임의의 설정 유속으로 챔버의 유입구(31)를 통하여 유입되는 기액 혼합 유체는 선제적으로 상기 타격자(20) 및 인접하는 챔버의 내벽(33)으로 이루어지는 마이크로 미세화 영역(S1)에서 타격자(20)에 의하여 인가되는 충격 및 전단력에 의하여 마이크로 버블 단계로 미세화되고, 이어지는 나선형 휘돌이 유동에서 상기 마찰자(10) 및 인접하는 챔버의 내벽(33)으로 이루어지는 나노 미세화 영역(S2)에서 마찰에 의한 인장 변형 및 극미세화가 단계적으로 심화되어 나노 버블이 효과적으로 생성될 수 있다.
한편, 상기와 같이, 마이크로 미세화 영역(S1)과 나노 미세화 영역(S2)이 하나의 챔버 안에서, 하나의 구동수단을 이용하여 구동되고 규모가 커질 경우, 구동수단의 부하가 과도하게 되는 문제가 있다.
이러한 점에 유의하여 본 발명에 따른 제3실시예의 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템(1C)은 타격자(20)를 이용하는 마이크로 단계 미세화장치(20A)(20B)와, 마찰자(10)를 이용하는 나노 버블 생성장치(10A)가 각각 별개의 챔버와 구동수단을 갖는 독립된 장치로 분리시켜 구동부하를 분산하고, 기액 혼합 유체가 먼저 마이크로 단계 미세화 장치(20A)(20B)를 경유한 후에 나노 버블 생성장치(10A)로 유입되도록 하는 것이다(도 6 참조).
상기 제3실시예의 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템(1C)은 도 6 내지 9에 도시된 바와 같이, 기액 혼합 유체에 충격 및 전단력을 인가하여 기포를 마이크로 단계로 미세화시키는 하나 이상의 마이크로 단계 미세화 장치(20A)(20B) 및 상기 마이크로 단계 미세화 장치(20A)를 경유한 기액 혼합 유체에 마찰력을 인가하여 기포를 나노 버블로 미세화시키는 나노 버블 생성장치(10A)를 포함하여 된다.
상기 나노 버블 생성장치(10A)는 도 7에 도시된 바와 같이, 기액 혼합 유체를 수용하는 공간(S)을 조성하는 동시에 유체에 마찰력 인가를 위한 내벽(33)을 구비하고, 유체의 유입구(31)와 토출구(32)를 포함하여 되는 제1챔버(30A), 상기 제1챔버(30A) 내에 구동축(41)을 이용하여 회전 가능하게 설치되고 원심력을 발생시켜 유체를 상기 내벽으로 밀쳐내는 동시에 자체가 유체의 마찰수단으로 기능하는 하나 이상의 마찰자(10) 및 상기 마찰자(10)의 회전을 위하여 상기 구동축(41)을 포함하여 되는 제1구동수단(40A)을 포함하여 이루어진다.
상기 마이크로 단계 미세화 장치(20A)는 도 9에 도시된 바와 같이, 기액 혼합 유체에 포함된 기포를 미세화시키기 위한 내부 공간(S) 및 유입구(31)와 토출구(32)를 구비하며 구동축(41)이 설치되는 제2챔버(30B), 상기 구동축(41)에 설치되며 유체에 충격을 인가하기 위한 복수의 돌출부(21)가 구비되는 하나 이상의 타격자(20) 또는 임펠러(20f) 및 상기 구동축(41)을 포함하고 상기 타격자(20) 또는 임펠러(20f)의 구동을 위한 제2구동수단(40B)을 포함하여 된다.
상기 마이크로 단계 미세화 장치(20A)에서 상기 타격자(20)는 회전시 둘레에 톱니 형태 등으로 배열 형성되는 상기 돌출부(21)가 기액 혼합 유체에 포함된 기포에 충격 및 전단력을 인가하여 기포를 마이크로 사이즈로 미세화하여 이후 진행되는 마찰에 의한 나노 버블 생성이 효율적으로 이루어지도록 예비한다.
상기 제2실시예(1B) 및 제3실시예(1C)에서도 제1실시예(1A)의 경우처럼 상기 마찰자(10) 및 타격자(20) 중 어느 한가지 이상의 하나 이상은 기액 혼합 유체의 유동을 축선과 직교면으로 유도하기 위한 분배 구멍(14a)(24a) 또는 절개형 통로(14b) 중 어느 한가지 이상이 형성될 수 있다.
상기 제2실시예(1B) 및 제3실시예(1C)에서도 제1실시예(1A)의 경우와 동일하게 상기 마찰자(10) 중 어느 하나 이상은 몸체에서 축선과 직교 방향 최선단의 선속이 8m/sec 이상으로 됨이 바람직하다.
또한, 상기 제1실시예(1A)를 비롯하여 제2실시예(1B), 제3실시예(1C)의 상기 마찰자(10) 중 어느 하나 이상은 기액 혼합 유체에 챔버의 내벽(33)을 이용한 마찰력 인가를 위하여 축선에 대한 직교면의 선단과 마찰자(10)가 설치되는 챔버 내벽(33)과의 간격(I)이 마찰자 반경의 1/2 이하로 될 수 있다(도 3, 7 참조).
상기 선속 및 간격(I)은 마찰자(10) 중 반경이 가장 큰 것을 기준으로 한다.
또한, 상기 마찰자(10) 중 챔버의 토출구(32)에 가장 가까이 배치되는 마찰자는 몸체의 둘레면에서 챔버의 토출구를 향하는 모서리가 경사면(17)으로 형성될 수 있다(도 2, 4, 8 참조).
상기와 같이, 마찰자(10)의 모서리가 토출구를 향하여 경사면(17)으로 형성되는 구성은 유체의 박리점을 지연시켜 마찰 효율을 증대시킬 수 있다.
또한, 상기 복수의 마찰자(10) 중 어느 하나 이상은 축선과 직교 방향의 한 면 이상이 오목면(123) 또는 볼록면(125) 중 어느 한가지 이상으로 되어 마찰 면적을 늘릴 수 있다(도 13의 a, b, c 참조).
또한, 상기 복수의 마찰자(10) 중 어느 하나 이상은 원반형 몸체의 둘레면(11)에 환형 또는 나선형으로 되는 요홈(16)이 형성될 수 있다(도 14 참조).
상기 마찰자의 둘레면(11)에 형성되는 상기 요홈(16)은 유체의 마찰 면적을 확장할 수 있다.
또한, 상기 마찰자(10) 및 타격자(20) 중 어느 하나 이상은 마찰 면적 증가를 위하여 몸체에서 축선과 직교하는 양쪽 면(12) 중 어느 한 면 이상에 하나 이상의 오목단(15)이 형성될 수 있다(도 14, 15 참조).
상기 오목단(15)은 축선 방향과 직교하는 한 면(151)과 축선 방향의 두 면으로 형성되되, 상기 축선 방향의 두 면 중 외측에 위치하는 면은 오목단(15)이 외측으로 벌어지는 형태의 경사면(153)으로 형성될 수 있다(도 15 참조).
이와 같은 오목단(15)은 마찰자(10)의 마찰 면적을 확장시킬 수 있으며, 오목단의 외측면이 외측으로 벌어지는 형태의 경사면(153)으로 형성될 경우, 오목단(15)이 형성됨에도 유체의 원심력에 따른 마찰유동이 원활하게 이루어질 수 있다.
또한, 상기 마찰자(10) 및 타격자(20) 중 어느 하나 이상은 마찰 면적 확장을 위하여 몸체의 표면 일부 이상에 미세 요철이 형성될 수 있으며(도시하지 않음), 상기 미세 요철은 표면 거칠기, 샌딩, 스크래치 등 다양한 방식으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 마찰자(10) 또는 타격자(20)는 두 개 이상이 연결부(18)를 통하여 단일체로 되는 다중 마찰자(10m) 또는 다중 타격자로 형성될 수 있다(도 16, 17 참조).
상기 다중 마찰자(10m)는 원반형 몸체가 반경 차이가 나는 두 단 이상으로 형성될 수 있다.
상기 다중 마찰자(10m)는 구동축(21)에 배열되는 한 벌의 마찰자(10)가 단일 몸체로 연결 형성될 수 있으며(도 17 참조), 이러한 구성으로 취급 관리 및 조립제작을 간편하게 수행할 수 있다.
또한, 상기 하나 이상의 마찰자(10)와 상기 하나 이상의 타격자(20)가 단일체로 형성될 수도 있다(도시하지 않음).
또한, 상기 마찰자(10) 중 어느 하나 이상은 복수의 날개(112)를 갖는 임펠러형 마찰자(10c)로 이루어질 수 있다(도 18 참조).
상기 임펠러형 마찰자(10c)는 날개(112)가 몸체에서 축선과 직교하는 양쪽 면 사이에 구비되는 형태(도 18의 a, b 참조)를 비롯하여 한쪽 면이 개방되어 일측으로 날개가 노출되는 형태(도 18 c 참조) 등 다양한 형태로 될 수 있다.
상기 임펠러형 마찰자(10c)는 회전 유속을 높이는 동시에 유동 흐름을 중심부로 유도하여 마찰이 챔버의 내벽에 치우치는 것을 억제하고 마찰면적을 확장할 수 있다.
또한, 상기 제1실시예(1A)를 비롯하여 제2실시예(1B), 제3실시예(1C)의 상기 타격자(20) 중 어느 하나 이상은 상기 돌출부(21)가 원반형 몸체의 둘레면 및 축선과 직교하는 양면 중 어느 한 면 이상에 형성될 수 있다(도 20).
또한, 상기 타격자(20) 중 어느 하나 이상은 원반형 몸체에서 축선과 직교하는 양쪽 면 중 어느 한 면 이상에 하나 이상의 오목단(15)과 복수의 분배 구멍이 형성되고, 몸체의 외곽 둘레와 상기 오목단(15)의 내측 또는 외측 둘레 중 어느 한쪽 이상에 상기 복수의 돌출부(21)가 구비될 수 있다(도 21 참조).
상기 타격자(20) 중 어느 하나 이상은 상기 돌출부가 날개형 돌출부(21a)로 구성될 수 있으며, 이러한 구성에 의하여 타격자 본래의 기능과 함께 유속을 높일 수 있다(도 22 참조).
또한, 상기 나노 버블 생성장치(10A)에서도 마찰자(10)는 상기 제2실시예(2B)의 경우처럼 구동축(41)에 임의의 간격으로 공간을 두고 배열되되, 하나 이상의 소경 마찰자(10S)와, 상기 소경 마찰자(10S) 대비 상대적으로 반경이 크게 형성되는 하나 이상의 대경 마찰자(10L)가 임의의 간격으로 공간을 두고 혼합 배열될 수 있다.
또한, 상기 나노 버블 생성장치(10A)의 구동축(41)에는 상기 하나 이상의 마찰자(10)와 함께 상기 마이크로 단계 미세화 장치(20A)의 타격자(20)가 하나 이상 설치될 수 있다(도 8 참조).
상기와 같이 나노 버블 생성장치(10A)에 몸체 둘레에 돌출부(21)를 갖는 타격자(20)가 특히, 유동 흐름 초입에 배치될 경우, 유체에 대한 충격 인가 및 강력한 원심력을 발생시켜 제1챔버의 내벽(33)을 이용한 마찰력을 강화시킬 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예로서, 상기 나노 버블 생성장치(10A)의 제1챔버(30A) 내에 설치되는 마찰자(10)는 원통 형태로 되는 하나의 통형 마찰자(10d)로 될 수 있다(도 23 참조).
상기 통형 마찰자(10d)는 마찰면적 증대 및 기액 혼합 유체의 휘돌이 유동 유도를 위하여 둘레면에 오목단(19) 또는 볼록단이 하나 이상 형성될 수 있다(도 24 참조).
상기 통형 마찰자(10d)를 갖는 나노 버블 생성장치(10A)는 마찰자가 원통 형태의 단일체로 이루어지는 간단한 구성으로 제작이 간편한 장점을 가지며, 소형기기에 적합하나 이에 한정되지 않는다.
한편, 상기 마이크로 단계 미세화 장치(20A)에서, 상기 타격자(20) 중 하나 이상은 상기 복수의 돌출부(21)가 적어도 몸체의 둘레에 복수 형성되고, 상기 제2챔버(30B)는 내벽(33)의 일부 이상에 직접 또는 간접적으로 돌출부(37)가 복수 형성될 수 있다(도 25, 26 참조).
상기 마이크로 단계 미세화 장치(20A)에서 챔버의 내벽에 돌출부(37)가 형성될 경우, 타격자의 돌출부(21)와 함께 유체에 더욱 강력한 충격 및 전단력을 인가할 수 있다.
또한, 상기 마이크로 단계 미세화 장치는 구동축(41)에 상기 임펠러(20f)가 설치되고, 상기 임펠러(20f)의 유입구는 챔버의 유입구와 유입관(31a)으로 연결되며, 상기 제2챔버(30B)의 내벽(33)에는 돌출부(37)가 방사상으로 형성되는 펌프형 마이크로 단계 미세화 장치(20B)로 될 수 있다(도 27, 28 참조).
상기 제2챔버(30B) 내벽의 돌출부(37)는 리브 형태로 될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
상기 펌프형 마이크로 단계 미세화 장치(20B)는 임펠러(20f)를 통하여 유입되는 유체가 제2챔버의 내벽(33) 및 돌출부(37)에 충돌하는 동시에 제2챔버 내부공간에서 유체간의 충돌이 발생되면서 캐비테이션이 발생되고, 이에 따라 유체에 충격 및 전단력이 인가되어 마이크로 버블을 생성시킨다.
상기 펌프형 마이크로 단계 미세화 장치(20B)의 임펠러(20f)와 제2챔버(30B)의 내벽(33) 사이에는 기액 혼합 유체를 흡입하여 제2챔버의 내벽(33)으로 유도하는 벌류트형 덕트(27)가 구비될 수 있다(도 28 참조).
상기와 같이, 임펠러(20f)와 제2챔버(30B)의 내벽(33) 사이에 벌류트형 덕트(27)가 구비될 경우에는 유체가 모아져 제2챔버의 내벽(33b) 및 돌출부(37)에 더욱 강한 수압으로 충돌하게 됨으로써 충격 및 전단력을 강화시키고 더욱 강력한 캐비테이션을 발생시킬 수 있다
상기 구성의 제3실시예의 나노 버블 생성시스템(1C)은 도 6에 도시된 바와 같이, 다양하게 배열 구성될 수 있다.
그 일 실시예로서, 기액 혼합 유체의 유동 라인에 펌프(P), 하나의 마이크로 단계 미세화 장치(20A)(20B), 하나의 나노 버블 생성장치(10A)가 차례로 연결 설치될 수 있다(도 6의 a 참조).
또한, 펌프(P)와 쌍을 이루어 마이크로 단계 미세화 장치(20A)(20B)가 복수 병렬 설치되고, 복수의 마이크로 단계 미세화 장치(20A)(20B) 이후에 하나의 나노 버블 생성장치(10A)가 연결되어 복수의 마이크로 단계 미세화 장치(20A)(20B)로부터 토출된 유체가 모아져 하나의 나노 버블 생성장치10A)를 통하여 처리될 수 있다(도 6의 b 참조).
또한, 기액 혼합 유체의 유동 라인에 펌프(P), 복수의 마이크로 단계 미세화 장치(20A)(20B)가 직렬 설치되고, 이후 나노 버블 생성장치(10A)가 차례로 연결 설치될 수 있다(도 6의 c,d 참조).
또한, 기액 혼합 유체의 유동 라인에서 한번에 많은 량의 예컨대 산소 등의 기체를 주입할 경우, 기체의 일시적 과포화로 인한 넘침현상이 발생된다.
본 발명 일 실시예에서는 기체 주입이 상기 유체 유동 라인의 복수 개소에서 이루어질 수 있으며, 이에 따라 과포화로 인한 기체의 넘침을 방지하면서 기액 혼합 유체에 많은 량의 기체가 포함되도록 하여 나노 버블 생성효율을 증대시킬 수 있다(도 6의 c 참조).
또한, 상기 실시예들(도 6의 a,b,c,d 참조)에서 수반된 펌프(P)는 배제될 수 도 있다(도 6의 e 참조).
예컨대, 상기 마이크로 단계 미세화장치가 펌프형(20B)으로 되거나 타격자가 날개형 돌출부(21a)를 구비할 경우 상기 펌프(P)가 배제되어도 무방하다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 제3실시예의 나노 버블 생성시스템(1C)은 마이크로 단계 미세화 장치(20A)(20B)와 나노 버블 생성장치(10A)가 각각 별도의 챔버와 구동수단을 구비하여 독립적으로 구동됨으로써 기포가 단계적으로 미세화되어 나노 버블을 효율적으로 생성함과 아울러 대용량의 나노 버블 생성시스템의 경우에도 구동 부하가 분산되어 일반 모터들을 이용하여 무리 없이 운용될 수 있다.
본 발명에 따른 제4실시예의 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템(1D)은 도 29 내지 33에 도시된 바와 같이, 기액 혼합 유체에 포함된 기포를 미세화시키기 위한 내부 공간(S) 및 유입구(31)와 토출구(32)를 구비하며 구동축(41)이 설치되는 챔버(30), 상기 챔버(30) 내로 유입되는 기액 혼합 유체에 충격을 가하고 유체를 회전시켜 상기 챔버의 내벽(33)에 마찰시키기 위한 복수의 돌출부(11b)와 함께 마찰력 인가를 위한 마찰부(12b)를 구비하고 상기 구동축(41)에 설치되는 하나 이상의 타격 겸용 마찰자(10b) 및 상기 구동축(41)을 포함하며 상기 타격 겸용 마찰자(10b)의 회전을 위한 구동수단을(40) 포함하고,
상기 타격 겸용 마찰자(10b)는 상기 구동축(41)에 임의의 간격으로 공간을 두고 배열되며, 몸체의 둘레면이 상기 챔버의 내벽(33)과 임의의 간격(I)을 두고 직접 마주하는 것이다(도 29, 30 참조).
상기 타격 겸용 마찰자(10b)에서 마찰부(12b)는 축선과 직교하는 면으로서 상기 마찰자의 경우에서와 같이 회전시 유체의 마찰이 이루어진다(도 32, 33 참조).
상기 타격 겸용 마찰자(10b)는 타격과 마찰이 동시적으로 이루어지는 것으로서, 회전시 몸체에 형성된 돌출부(11b)가 기액 혼합 유체에 포함된 기포에 충격 및 전단력을 인가하여 기포를 마이크로 버블로 미세화시키고, 마이크로 버블로 미세화된 기포에 상기 마찰부(12b)가 강력한 마찰력을 인가함으로써 마이크로 버블이 다시 인장 변형 및 극미세화되어 나노 버블을 생성하게 된다.
상기 타격 겸용 마찰자(10b)의 회전동작시, 특히 상기 돌출부(11b)가 원심력을 발생시켜 유체를 챔버의 내벽(33)으로 강력하게 밀쳐냄으로써 챔버의 내벽(33)을 이용하여 유체에 마찰력을 인가하는 한편, 기액 혼합 유체는 타격 겸용 마찰자(10b)와 챔버 내벽(33) 사이의 공간을 넘나들며 나선형으로 휘도는 유동이 발생된다(도 29, 30 참조).
상기 타격 겸용 마찰자(10b) 중 어느 하나 이상은 기액 혼합 유체의 유동을 축선과 직교면으로 유도하기 위한 분배 구멍(14a) 또는 절개형 통로(14b) 중 어느 한가지 이상이 형성될 수 있다(도 32, 33 참조).
또한, 상기 타격 겸용 마찰자(10b)는 상기 구동축(41)에 임의의 간격으로 공간을 두고 복수 배열되되, 기액 혼합 유체에 포함된 기포를 마이크로 버블 단계에서 나노 버블 단계로 순차적으로 미세화시키기 위하여 유동 흐름 방향의 배열 순서에 따라 상기 돌출부(11b)의 돌출 크기(11a)가 상대적으로 점차 작아질 수 있다(도 29, 30 참조).
상기 제4실시예(1D)의 구동축에는 상기 타격 겸용 마찰자(10b)가 설치되되, 구동축의 후미에는 상기 마찰자(10)가 하나 이상 설치될 수 있다(도 31 참조).
상기 타격 겸용 마찰자(10b) 중 어느 하나 이상은 상기 돌출부(11b)가 몸체의 둘레면 및 축선과 직교하는 양면 중 어느 한 면 이상에 형성될 수 있다(도시하지 않음).
상기 타격 겸용 마찰자(10b) 역시, 선속이 8m/sec 이상으로 되고, 상기 챔버의 내벽(33)과 임의의 간격(I)이 타격 겸용 마찰자 반경의 1/2 이하로 됨이 바람직하다.
상기 마찰자(10) 및 타격자(20)의 축공(13)(23)은 구동축(41)의 회전시 일체로 회전 가능토록 구동축의 단면에 대응하는 다각형 형태 또는 키홈 구조로 형성될 수 있다(도 2, 10, 21 외 참조).
한편, 상기 제1실시예(1A) 내지 제4실시예(1D) 중 어느 일 실시예에서 상기 챔버(30)의 내벽(33)에 기액 혼합 유체를 유도하기 위한 나선형 홈(36)이 형성될 수 있다(도 34 참조).
상기 제3실시예(1C)의 경우에는 상기 나선형 홈(36)이 제1챔버(30A) 및 제2챔버(30B)에 모두 형성될 수 있다.
상기 나선형 홈(36)은 챔버(30)(30A)(30B) 본체와 분리되는 별도의 부품에 형성하여 조립되어도 무방하며, 유체의 휘돌이 유동을 유도하는 동시에 유체의 마찰면적 증대에도 기여할 수 있다.
또한, 상기 챔버(30)(30A)(30B)는 토출구(32) 쪽으로 깔때기부(34)가 구비되고, 상기 토출구(32)는 상기 깔때기부(34)에 이어서 형성되되, 챔버에 설치되는 구동축의 중심선 연장선상에 형성될 수 있다(도 2, 7, 23 외 참조).
상기 챔버에서 깔때기부(34) 및 토출구(32)가 구동축(41)의 중심선 연장선상에 형성됨으로써 챔버의 내벽(33)을 휘돌아 나가는 유체의 토출이 원활하게 이루어지고, 챔버 내부 압력을 고압으로 조성하지 않아도 대량 토출이 원활하게 이루어질 수 있다.
상기 챔버(30)(30A)(30B)는 내벽(33)의 일부 이상에 미세 요철(35)이 형성될 수 있다(도 2, 7 참조).
상기 미세 요철(35)은 스크래치, 샌딩 요철 등으로 형성될 수 있다.
상기 미세 요철(35)은 예컨대, 상기 마이크로 미세화 영역(S1)처럼 챔버의 유입 영역에 형성하여 유체 충돌시의 충격 및 마찰을 증대시킬 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
한편, 본 발명에 따른 제1실시예(1A) 내지 제4실시예(1D) 중 어느 일 실시예의 상기 구동축(41)에는 챔버(30)(30A)(30B)의 유입구(31)에 인접하여 하나 이상의 임펠러(50)가 추가 설치될 수 있다(도 35 참조).
이와 같이, 챔버(30) 내에 임펠러(50)가 설치될 경우, 기액 혼합 유체의 챔버 유입이 자흡에 의하여 이루어질 수 있다.
한편, 산소(O2), 오존(O3), 수소(H2) 등의 주입 기체는 챔버(30)를 통과하는 처리과정에서 전량이 액체에 용존되지 못하고 대개 40％ 내외의 많은 양이 비용존 상태로 배출되며, 챔버로부터 배출된 후 액체로부터 부상하여 공기 중으로 소멸되므로 손실이 크다.
이러한 손실을 방지하기 위하여 기액 혼합 유체로부터 부상하는 비용존 기체를 회수하여 재투입하는 기체 포집조(80)가 관로를 통하여 연결 설치될 수 있다(도 36 참조).
상기 구성을 지닌 본 발명에 따른 제1실시예 내지 제4실시예의 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템(1A)(1B)(1C)(1D)의 작용 상태를 아래의 표 1, 2를 참고하여 살펴본다.
실험 1
구분 마찰자의선속((m/sec) DO 증가량(ppm) I 챔버 입구압력(bar) 나노버블 생성(마이크로 버블 소멸 후녹색 레이저빔 투과시켜 육안 확인)
실시예 1 17.0 10.3 1/2R 0.75~O.65 나노 버블로 인한 빔 산란광 보임
실시예 2 14.1 11.6 1/2R 0.75~0.65 나노 버블로 인한 빔 산란광 보임
실시예 3 11.3 10.5 1/2R 0.75~0.65 나노 버블로 인한 빔 산란광 보임
실시예 4 8.5 9.3 1/2R 0.75~0.65 나노 버블로 인한 빔 산란광 보임
실시예 5 7.06 7.8 1/2R 0.75~0.65 안보임
실험 2
구분 마찰자의선속((m/sec) DO 증가량(ppm) I 챔버 입구압력(bar) 나노버블 생성(마이크로 버블 소멸 후녹색 레이저빔 투과시켜 육안 확인)
실시예 1 17.4 18.9 12/100R 0.9~O.8 나노 버블로 인한 빔 산란광 보임
실시예 2 13.9 17.8 12/100R 0.9~0.8 나노 버블로 인한 빔 산란광 보임
실시예 3 10.45 16.5 12/100R 0.9~0.8 나노 버블로 인한 빔 산란광 보임
실시예 4 8.7 15.8 12/100R 0.9~0.8 나노 버블로 인한 빔 산란광 보임
실시예 5 6.97 15.2 12/100R 0.9~0.8 안보임
위의 표 1, 2에서
I는 마찰자(10)의 축선 직교 방향 최선단과 챔버 내벽(33) 사이의 간격, R은 마찰자(10)의 반경을 의미하고, 모든 실험 실시예들은 각각 다음과 같은 조건에서 실시되었다.
1. 시료 : 수돗물(DO: 8.5ppm)
2. 실험 온도 : 24±0.5℃
3. 주입 기체 및 주입 방법 : 산소(O2 100％), 자흡
4. DO 측정시간 : 나노 버블 생성 시스템에서 토출 후 20초
5. 나노 버블 생성 판정 방법 : 실험 실시 후 시료를 채취하여 5초간 흔들고 3분간 정지하여 마이크로 버블이 소멸될 수 있는 시간 경과 후, 암실에서 녹색 레이저빔(파장 532㎚)을 투과하여 육안으로 확인하는 방법으로 판정하였다.
물속에서 우윳빛을 띠는 마이크로 버블과 달리 나노 버블은 투명하기 때문에 일반 조명 상태에서는 생성 여부를 확인할 수 없음으로 시료를 투명 용기에 채취 후 암실에서 파장이 짧은 녹색 레이저 빔을 투과시켜 보았다.
이때, 물속에 나노 버블이 부유할 경우에는 레이저 빔이 산란되어 빛이 발생되고, 나노 버블이 존재하지 않을 경우에는 빛이 발생되지 않는다.
상기 실험과정을 거친 시료에 녹색 레이저 빔 투과시 띠 형태로 촘촘히 늘어선 산란광을 볼 수 있어 나노 버블이 생성되었음을 확인할 수 있었다.
상기 표 1, 2의 실험표에서 보이는 바와 같이 대체로 마찰자의 선속이 빠를수록 용존산소량(Dissolved Oxygen, DO)이 증가하고, 마찰자의 선속이 동일 조건에서 마찰자의 축선 방향 최선단과 제1챔버 내벽 사이의 간격(I)이 넓게 설정된 실시예의 실험 1에 비하여 좁게 설정된 실시예의 실험 2에서 DO의 증가량이 보다 양호한 것으로 확인된다.
또한, DO의 증가가 나노 버블의 생성과 반드시 비례하여 나타나지는 않았다.
이는 DO 측정이 나노 버블 생성장치 토출 후 20초에 이루어짐으로써 토출 후 2~3분 만에 소멸되는 마이크로 버블이 DO 수치를 일시적으로 높인 것으로 판단된다.
상기 실시예들의 실험 결과를 정리하면 아래와 같다.
첫째, 마찰자의 선속이 적어도 8m/sec 이상에서 미세기포가 급격히 극미세화되어 나노 버블이 생성된다.
마찰자의 선속이 8m/sec 이하로 감속된 실시예에서는 유의미한 나노 버블의 생성이 나타나지 않았으며(실험 1의 실시예 5, 실험 2의 실시예 5), 8m/sec 이상으로 선속이 높아질수록 나노 버블 생성이 급속히 증가함을 확인할 수 있었다.
상기 제1실시예(1A)를 비롯한 여러 실시예에서 마찰자의 선속이 8m/sec 이상으로 되는 것은 이러한 경험칙에 의한 것이다.
둘째, 마찰자(10)의 축선에 대한 직교면의 선단과 챔버의 내벽(33) 사이의 간격(I)이 마찰자 반경(R)의 1/2 이하(I<1/2R)로 가깝게 구성됨이 바람직하다(도 7의 b, c 대비 참조).
마찰자의 축선에 대한 직교면의 선단과 챔버 내벽(33) 사이의 간격(I)이 실험 1의 실시예들과 같이 마찰자 반경의 1/2 이상(I>1/2R)으로 멀게 형성될 경우(도 7의 c 참조)는 실험 2의 실시예들과 같이 상기 간격(I)이 마찰자(10) 반경(R)의 12/100 정도로 좁게 형성될 경우(도 7의 b 참조)에 비하여 DO 및 나노 버블 생성 효율이 현저히 낮게 나타난다.
이러한 현상은 마찰자(10)의 회전에 따른 원심력과 유동 속도가 챔버의 내벽(33)에 이르기 전에 점차 약해져 챔버의 내벽을 이용하는 마찰력이 약해지기 때문이며, 실험 2의 실시예들과 같이 상기 간격(I)이 마찰자 반경(R)의 1/2 이하로 좁게 형성될 경우, DO 증가 및 나노 버블 생성이 효율적으로 이루어짐을 알 수 있다.
또한, 상기 복수의 마찰자(10)가 간격을 두고 배열되어 구동축 회전시 유체가 나선형으로 휘도는 유동이 발생되고(도 4, 7의 a, 8 참조), 기액 혼합 유체에 포함된 기포는 도 1의 b에 나타낸 바와 같이, 회전하는 마찰자(10)의 둘레면(11) 및 축선과 직교하는 양쪽 면(12), 특히 면적이 넓은 챔버(30)(30A)의 내벽(33)에서 원호형으로 인장 변형되어 잘게 나뉘고 미세화가 심화되어 나노 버블이 생성된다.
이때, 상기와 같이, 나노 버블 생성에 필요 조건으로 충분한 마찰면, 유속을 유도하는 마찰자(10)의 선속 및 마찰자(10)와 챔버 내벽(33) 사이의 적절한 간격이 유기적으로 충족되어야 한다.
상기에서 마찰자(10)가 직접 마주하는 챔버의 내벽(33)은 마찰자(10) 및 타격자 회전시 원심력에 의하여 유체가 마찰되는 면을 의미하는 것으로서 챔버(30) 자체의 내벽에 한정되지 않고 챔버의 내벽에 결합되는 별도 부품의 내벽을 포함한다.
즉, 챔버의 내벽(33)은 챔버(30) 자체의 내벽 외에 어떠한 이유로 챔버 내벽에 결합되는 별도의 부품이 대신할 수도 있다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조로 설명하였다.
여기서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 의하여 질적, 양적으로 양호하게 나노 버블 생성이 가능해짐에 따라 특히 대용량을 필요로 하는 산업분야 전반에서 효용성이 탁월한 나노 버블을 저비용으로 쉽게 이용할 수 있도록 한다.

Claims (31)

  1. 기액 혼합 유체에 포함된 기포를 미세화시키기 위한 내부 공간 및 유입구와 토출구를 구비하며 구동축이 설치되는 챔버,
    상기 챔버 내로 유입되는 기액 혼합 유체에 충격을 가하는 동시에 유체를 회전시켜 상기 챔버의 내벽에 마찰시키기 위한 복수의 돌출부를 몸체에 구비하고 상기 구동축에 설치되는 하나 이상의 타격자,
    상기 기액 혼합 유체에 마찰력을 인가하기 위해 구동축에 설치되는 복수의 마찰자 및
    상기 구동축을 포함하며 상기 타격자 및 마찰자의 회전을 위한 구동수단을 포함하고,
    상기 마찰자는 상기 구동축에 임의의 간격으로 공간을 두고 배열되며, 몸체의 둘레면이 상기 챔버의 내벽과 임의의 간격을 두고 직접 마주하고,
    상기 마찰자 중 어느 하나 이상은 몸체에서 축선과 직교 방향 최선단의 선속이 8m/sec 이상으로 되고,
    상기 하나 이상의 타격자와 복수의 마찰자 중 어느 하나 이상은 기액 혼합 유체의 유동을 축선과 직교면으로 유도하기 위한 분배 구멍 또는 절개형 통로 중 어느 한가지 이상이 형성됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  2. 기액 혼합 유체에 포함된 기포를 미세화시키기 위한 내부 공간 및 유입구와 토출구를 구비하며 구동축이 설치되는 챔버,
    상기 챔버 내로 유입되는 기액 혼합 유체에 충격을 가하는 동시에 유체를 회전시켜 상기 챔버의 내벽에 마찰시키기 위한 복수의 돌출부를 몸체에 구비하고 상기 구동축에 설치되는 하나 이상의 타격자,
    상기 기액 혼합 유체에 마찰력을 인가하기 위해 구동축에 설치되는 복수의 마찰자 및
    상기 구동축을 포함하며 상기 타격자 및 마찰자의 회전을 위한 구동수단을 포함하고,
    상기 복수의 마찰자는 구동축에 임의의 간격으로 공간을 두고 배열되며,
    몸체의 둘레면이 상기 챔버의 내벽과 임의의 간격을 두고 직접 마주하고,
    하나 이상의 소경 마찰자와, 상기 소경 마찰자 대비 상대적으로 반경이 크게 형성되는 하나 이상의 대경 마찰자가 임의의 간격으로 공간을 두고 배열됨을 특징으로 하는 마찰력을 이용한 나노 버블 생성시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구동축에는 상기 챔버로 유입되는 기액 혼합 유체에 포함된 기포를 마이크로 버블 단계로 미세화시키기 위해 유체의 유동방향을 따라 상기 타격자가 하나 이상 배열되는 마이크로 미세화 영역과,
    유동 흐름상 상기 마이크로 미세화 영역 이후에 구비되고 마이크로 단계로 미세화된 기포를 나노 버블로 극미세화시키기 위해 상기 마찰자가 하나 이상 배열되는 나노 미세화 영역이 차례로 구비됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 나노 미세화 영역 내에 강력한 원심력 발생을 위하여 하나 이상의 타격자가 설치됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 마이크로 미세화 영역에는 상기 타격자에 대향하여 챔버의 내벽에 설치되는 링 형태의 고정자가 구비되고,
    상기 고정자는 링 형태의 내면 둘레에 복수의 돌출부가 형성됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  6. 기액 혼합 유체에 충격 및 전단력을 인가하여 기포를 마이크로 단계로 미세화시키는 하나 이상의 마이크로 단계 미세화 장치 및
    상기 마이크로 단계 미세화 장치를 경유한 기액 혼합 유체에 마찰력을 인가하여 기포를 나노 버블로 미세화시키는 나노 버블 생성장치를 포함하고,
    상기 나노 버블 생성장치는
    기액 혼합 유체를 수용하는 공간을 조성하는 동시에 유체에 마찰력 인가를 위한 내벽을 구비하고, 유체의 유입구와 토출구를 포함하여 되는 제1챔버,
    상기 제1챔버 내에 구동축을 이용하여 회전 가능하게 설치되고 원심력을 발생시켜 유체를 상기 내벽으로 밀쳐내는 동시에 자체가 유체의 마찰수단으로 기능하는 하나 이상의 마찰자 및
    상기 마찰자의 회전을 위하여 상기 구동축을 포함하여 되는 제1구동수단을 포함하여 이루어지고,
    상기 마이크로 단계 미세화 장치는
    기액 혼합 유체에 포함된 기포를 미세화시키기 위한 내부 공간 및 유입구와 토출구를 구비하며 구동축이 설치되는 제2챔버,
    상기 구동축에 설치되며 유체에 충격을 인가하기 위한 복수의 돌출부가 구비되는 하나 이상의 타격자 또는 임펠러 및
    상기 구동축을 포함하고 상기 타격자 또는 임펠러의 구동을 위한 제2구동수단을 포함하여 됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  7. 제2항 또는 제6항에 있어서,
    상기 마찰자 및 타격자 중 어느 한가지 이상의 하나 이상은 기액 혼합 유체의 유동을 축선과 직교면으로 유도하기 위한 분배 구멍 또는 절개형 통로 중 어느 한가지 이상이 형성됨을 특징으로 하는 나노 버블 생성 시스템.
  8. 제2항 또는 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마찰자 중 어느 하나 이상은 몸체에서 축선과 직교 방향 최선단의 선속이 8m/sec 이상으로 됨을 특징으로 하는 마찰력을 이용한 나노 버블 생성시스템.
  9. 제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마찰자 중 어느 하나 이상은 기액 혼합 유체에 챔버의 내벽을 이용한 마찰력 인가를 위하여 축선에 대한 직교면의 선단과 마찰자가 설치되는 챔버 내벽과의 간격이 마찰자 반경의 1/2 이하로 됨을 특징으로 하는 마찰력을 이용한 나노 버블 생성시스템.
  10. 제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마찰자 및 타격자 중 어느 하나 이상은 몸체에서 축선과 직교하는 양쪽 면 중 어느 한 면 이상에 하나 이상의 오목단이 형성됨을 특징으로 하는 마찰력을 이용한 나노 버블 생성시스템.
  11. 제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마찰자 및 타격자 중 어느 하나 이상은 몸체의 표면 일부 이상에 미세 요철이 형성됨을 특징으로 마찰력을 이용한 나노 버블 생성시스템.
  12. 제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마찰자 또는 타격자는 두 개 이상이 연결부를 통하여 단일체로 되는 다중 마찰자 또는 다중 타격자로 됨을 특징으로 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  13. 제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 마찰자 중 어느 하나 이상은 복수의 날개를 갖는 임펠러형 마찰자로 됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  14. 제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타격자 중 어느 하나 이상은 상기 돌출부가 원반형 몸체의 둘레면 및 축선과 직교하는 양면 중 어느 한 면 이상에 형성됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  15. 제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타격자 중 어느 하나 이상은 원반형 몸체에서 축선과 직교하는 양쪽 면 중 어느 한 면 이상에 하나 이상의 오목단과 복수의 분배 구멍이 형성되고,
    몸체의 외곽 둘레와 상기 오목단의 내측 또는 외측 둘레 중 어느 한쪽 이상에 상기 복수의 돌출부가 구비됨을 특징으로 하는 마찰력을 이용한 나노 버블 생성시스템.
  16. 제1항, 제2항 및 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 타격자 중 어느 하나 이상은 상기 돌출부가 날개형 돌출부로 구성됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  17. 제6항에 있어서
    상기 나노 버블 생성장치에서 마찰자는 구동축에 임의의 간격으로 공간을 두고 배열되되, 하나 이상의 소경 마찰자와, 상기 소경 마찰자 대비 상대적으로 반경이 크게 형성되는 하나 이상의 대경 마찰자가 임의의 간격으로 공간을 두고 혼합 배열됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  18. 제6항에 있어서,
    상기 나노 버블 생성장치의 구동축에는 상기 하나 이상의 마찰자와 함께 상기 마이크로 단계 미세화 장치의 타격자가 하나 이상 설치됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  19. 제6항에 있어서,
    상기 나노 버블 생성장치의 제1챔버 내에 설치되는 마찰자는 원통 형태로 되는 하나의 통형 마찰자 됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 통형 마찰자는 마찰면적 증대 및 기액 혼합 유체의 휘돌이 유동 유도를 위하여 둘레면에 오목단 또는 볼록단이 하나 이상 형성됨을 특징으로 하는 나노 버블 생성 시스템.
  21. 제6항에 있어서,
    상기 마이크로 단계 미세화 장치에서,
    상기 타격자 중 하나 이상은 상기 돌출부가 적어도 몸체의 둘레에 복수 형성되고,
    상기 제2챔버는 내벽의 일부 이상에 직접 또는 간접적으로 돌출부가 복수 형성됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  22. 제6항에 있어서,
    상기 마이크로 단계 미세화 장치는 구동축에 상기 임펠러가 설치되고,
    상기 임펠러의 유입구는 챔버의 유입구와 유입관으로 연결되며,
    상기 제2챔버의 내벽에는 돌출부가 방사상으로 형성되는 펌프형 마이크로 단계 미세화 장치로 됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 펌프형 마이크로 단계 미세화 장치의 임펠러와 제2챔버의 내벽 사이에는 기액 혼합 유체를 흡입하여 제2챔버의 내벽으로 유도하는 벌류트형 덕트가 구비됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  24. 기액 혼합 유체에 포함된 기포를 미세화시키기 위한 내부 공간 및 유입구와 토출구를 구비하며 구동축이 설치되는 챔버,
    상기 챔버 내로 유입되는 기액 혼합 유체에 충격을 가하고 유체를 회전시켜 상기 챔버의 내벽에 마찰시키기 위한 복수의 돌출부와 함께 마찰력 인가를 위한 마찰부를 구비하고 상기 구동축에 설치되는 하나 이상의 타격 겸용 마찰자 및
    상기 구동축을 포함하며 상기 타격 겸용 마찰자 회전을 위한 구동수단을 포함하고,
    상기 타격 겸용 마찰자는 상기 구동축에 임의의 간격으로 공간을 두고 배열되며, 몸체의 둘레면이 상기 챔버의 내벽과 임의의 간격을 두고 직접 마주하는 것을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  25. 제24항에 있어서,
    상기 타격 겸용 마찰자 중 어느 하나 이상은 기액 혼합 유체의 유동을 축선과 직교면으로 유도하기 위한 분배 구멍 또는 절개형 통로 중 어느 한가지 이상이 형성됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 타격 겸용 마찰자는 상기 구동축에 임의의 간격으로 공간을 두고 복수 배열되되, 기액 혼합 유체에 포함된 기포를 마이크로 버블 단계에서 나노 버블 단계로 순차적으로 미세화시키기 위하여 유동 흐름 방향의 배열 순서에 따라 상기 돌출부의 돌출 크기가 상대적으로 점차 작아짐을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 타격 겸용 마찰자 중 어느 하나 이상은 상기 돌출부가 몸체의 둘레면 및 축선과 직교하는 양면 중 어느 한 면 이상에 형성됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  28. 제1항, 제2항, 제6항 및 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는 내벽에 기액 혼합 유체를 유도하기 위한 나선형 홈이 형성됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  29. 제1항, 제2항, 제6항 및 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는 토출구 쪽으로 깔때기부가 구비되고,
    상기 토출구는 상기 깔때기부에 이어서 형성되되, 챔버에 설치되는 구동축의 중심선 연장선상에 형성됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  30. 제1항, 제2항, 제6항 및 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 챔버는 내벽의 일부 이상에 미세 요철이 형성됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
  31. 제1항, 제2항, 제6항 및 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동축에는 챔버의 유입구에 인접하여 하나 이상의 임펠러가 추가 설치됨을 특징으로 하는 마찰을 이용한 나노 버블 생성 시스템.
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