KR101869487B1 - 세정 및 살균 기능을 갖는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치 - Google Patents

세정 및 살균 기능을 갖는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 세정 및 살균 기능을 갖는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치에 관한 것으로, 적어도 하나의 관로 상에 가압펌프와 다단믹서기가 순차적으로 배치되고, 상기 관로 상에 상기 가압펌프의 유입측과 상기 가압펌프의 토출측을 연결하는 순환관이 위치되며, 상기 가압펌프의 유입측과 연결되는 상기 순환관의 일측에 소정의 외기를 공급하는 기체공급부가 연결되되, 상기 기체공급부와 순환관은 삼방밸브를 통해 연결되고, 상기 삼방밸브는 상기 순환관을 따라 입구와 출구가 넓고 내부가 좁은 벤츄리관 구조를 갖추어 상기 기체공급부로부터 공급된 기체가 자흡되는 구성의 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치에 관한 것이다.

Description

세정 및 살균 기능을 갖는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치{NANO BUBBLE GENERATOR FOR BATHTUB OR SINK WITH CLEANING AND STERILIZING FUNCTION}
본 발명은 세정 및 살균 기능을 갖는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물(또는 액체)와 기체의 혼합 및 미세화를 가속화시켜 세정 및 살균 기능을 갖는 나노버블을 제공하는 싱크대용 나노버블 발생장치에 관한 것이다.
산업 및 사회가 발전함에 따라 먹거리에 대한 관심이 높아지고 있다. 또한, 편이성을 위하여 과일 또는 야채를 세척된 상태로 판매하는 제품이 늘고 있다. 이러한 과일 또는 야채를 세척해서 판매하는 경우 잔존농약, 잔존세균 등이 기준치 이하로 되어야 하지만, 대량으로 과일 또는 야채를 세척하는 경우에는 이러한 세정결과가 만족스럽지 못한 것이 사실이다.
한편, 최근 버블(기포)에 대한 여러 가지 작용 효과가 알려지면서 상기한 버블을 이용한 다양한 연구가 진행되고 있다. 일반적으로, 버블은 그 직경에 따라서 밀리 버블, 마이크로 버블, 마이크로 나노버블 및 나노버블로 분류할 수 있는데, 마이크로버블(Micro Bubble)은 기포의 직경이 10~수십㎛, 적어도 30㎛ 이하의 미소기포를 말하며, 마이크로나노버블(Micro Nano Bubble)은 수백㎚~10㎛의 미세기포를 말하며, 나노버블(Nano Bubble)은 수백㎚ 이하의 초미세기포를 말한다.
통상의 일반기포인 밀리 버블은 물속에서 빠른 속도로 상승해 표면에서 파열하는 것과 달리, 나노버블은 부피가 작은 만큼 부력을 적게 받아 수면으로의 상승속도가 매우 느려 수중에 오랜 시간 동안 기포상태를 유지하게 되고, 특히 기체용해효과와 자기가압효과, 대전효과 등의 특성을 가지고 있어 하수처리관련시설 고도정수처리시설, 토양정화, 수산업 농업분야, 배수처리 세정 등의 다양한 분야로의 응용 가능성이 높다.
종래 마이크로버블을 이용한 세정 및 살균장치로는 피세정물을 침지시킬 수 있는 세정액이 저장되는 세정조; 상기 세정조에 세정액을 공급하는 세정액공급부; 및 상기 세정조의 일측에 설치되어 상기 세정조에 마이크로버블을 공급하는 마이크로버블발생부를 포함하고, 상기 마이크로버블발생부는, 세정조로부터의 배출된 세정액을 가압하여 공급하는 세정액공급펌프; 상기 세정액공급펌프로부터 공급되는 세정액에 공기를 주입하는 공기주입부; 및 상기 공기가 혼입된 세정액을 마이크로버블을 함유한 세정액으로 변환하는 마이크로버블발생기를 포함하며, 상기 마이크로버블발생기는, 상기 공기가 혼합된 세정액이 일측으로 유입되는 입력관; 상기 입력관의 타측에 설치되며, 상기 입력관보다 단면적이 작은 출력관; 상기 입력관 내부에 설치되어 세정액이 흐르는 단면적을 점차적으로 감소시키는 테이퍼부; 상기 입력관 내부에 설치되어 상기 테이퍼부를 통과한 세정액을 선회운동시키는 선회부; 및 상기 출력관에 설치되어 상기 선회부를 통과하여 선회하는 세정액의 흐름을 가로막아서 그 충격으로 버블을 분쇄하는 충격부를 포함하는 구성이 특허등록공보 제1055690호를 통해 개시되어 있다.
그러나, 이러한 세정 및 살균장치의 구성은 세정액이 저장되는 세정조와 이 세정조에 세정액을 공급하기 위한 세정액 공급부를 포함하고 있어 부대설비의 설치공간이 너무 넓고 그에 따른 비용도 많이 소요되는 단점이 있다. 또한, 이 장치의 경우, 마이크로미터 크기의 버블을 생성하기 위한 구성이므로 나노버블에 비해 상승속도가 빠르고 수면에서 빨리 파열되는 단점이 있어 실질적인 세정 및 살균 효과를 달성하기 어려운 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 개발된 것으로, 물(또는 액체)와 기체의 혼합 유체에 다단의 캐비테이션 및 교란 현상을 제공하고 이를 통해 유체의 혼합 및 미세화를 가속화하여 세정 및 살균 기능을 갖는 나노버블을 안정적으로 제공할 수 있는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 형태에 따르면, 적어도 하나의 관로 상에 가압펌프와 다단믹서기가 순차적으로 배치되고, 상기 관로 상에 상기 가압펌프의 유입측과 상기 가압펌프의 토출측을 연결하는 순환관이 위치되며, 상기 가압펌프의 유입측과 연결되는 상기 순환관의 일측에 소정의 외기를 공급하는 기체공급부가 연결되되, 상기 기체공급부와 순환관은 삼방밸브를 통해 연결되고, 상기 삼방밸브는 상기 순환관을 따라 입구와 출구가 넓고 내부가 좁은 벤츄리관 구조를 갖추어 상기 기체공급부로부터 공급된 기체가 자흡되는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 다단믹서기는 모터 축을 중심으로 회전자와 고정자의 치합 구조를 갖는 믹싱부를 포함하고, 상기 회전자와 고정자는 이들 간에 대응하는 각 치형 날개들이 일정한 두께로 적층된 복층 구조로서, 상기 회전자와 고정자의 치형 날개들이 연속 적층된 소정 반경의 복수의 소경부들 및 상기 소경부들 사이에 일정 간격으로 돌출된 소정 반경의 복수의 대경부들로 구성되되, 상기 회전자의 대경부들은 상기 고정자의 소경부들과 대응하고, 상기 고정자의 대경부들은 회전자의 소경부들과 대응하며, 상기 대경부의 말단들 간에 상하 일정 간격으로 서로 엇갈리게 끼워진 결합 형태를 갖는다.
본 발명에 따르면, 상기 가압펌프에 의해 공급된 유체는 다단믹서기의 하단 일측에 마련된 유입구와 그 대응 방향으로 상단 타측에 마련된 토출구를 통해 유동하고, 상기 유체의 흐름을 안내하기 위해 상기 회전자로부터 일정 거리를 두고 상기 모터 축 상의 상기 토출구에 인접한 위치에 하나 이상의 유도 날개를 배치하며, 상기 믹싱부는 그 유입측에 일정 크기의 공간부가 형성되되, 상기 공간부는 믹싱부 내 회전자와 고정자의 결합부로부터 소정 거리 이격된 위치의 상기 모터 축 상에 소정 반경의 치형 날개를 적어도 1단 이상 설치하여 구성될 수 있다. 다른 예로, 상기 믹싱부는 회전자를 대경부와 소경부의 반경이 단계적으로 줄어드는 피라미드 형상으로 구성하고, 상기 피라미드 형상의 회전자에 대응하여 고정자를 대경부와 소경부의 반경이 단계적으로 증가하는 역 피라미드 형상으로 구성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 회전자는 각 치형 날개들의 외주 선단을 따라 일정 간격으로 다수의 치차들이 형성되고, 상기 고정자는 각 치형 날개들의 내주 선단을 따라 일정 간격으로 다수의 치차들이 형성되되, 상기 회전자와 고정자의 각 치형 날개들의 외주면 또는 내주면에 형성된 치차들은 상대 회전시 서로 대향하는 적어도 일 측면이 소정 각도의 경사진 구조를 가지며, 상기 회전자의 대경부 및 소경부의 각 치차들은 이들의 외주 선단에 소정 반경의 홈이 형성된 구조로 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 상기 다단믹서기의 토출측 관로 상에는 상기 믹싱부로부터 토출된 유체의 기체 용존율을 더욱 높이기 위해 소정 형상의 겹벽 유니트가 설치되고, 상기 겹벽 유니트는 내부에 적어도 2개 이상의 격벽을 가지며, 이들 격벽에는 하나 이상의 구멍들이 천공되고, 상기 구멍들은 전후 격벽들 간에 서로 엇갈리게 배열된 구조로 제공될 수 있다.
한편, 상기 공급 기체는 공기(Air), 산소(O2), 질소(N2), 오존(O3), 이산화탄소(CO2)를 포함하는 다양한 기체군 중에서 적어도 하나 이상이 선택될 수 있으며, 물과 기체의 혼합 유체를 펌프로 4kg/cm2 이상의 압력으로 가압한 상태에서 회전자를 일정 이상의 고속으로 회전시킬 경우, 상기 유체는 5 미크론 이하의 나노 단위(nano-sized)로 미세화되면서 혼합되어 초미세 버블을 생성할 수 있다.
상술된 특징에 따르면, 본 발명은 믹서기 내 치형 날개들의 단차와 돌출된 치차들의 측면 경사각을 이용하여 물(또는 액체)과 기체의 혼합 유체에 다단의 캐비테이션 현상 및 교란 현상을 유도함과 동시에 유속 및 수압의 변화를 유도하여 유체의 혼합 및 미세화를 가속화하여 나노버블을 발생시킴으로써 유체 내 기체 용존율을 높일 수 있게 되므로, 종래에 비해 훨씬 뛰어난 세정 및 살균 효과를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 세정 및 살균 기능을 갖는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치의 기본 구성을 도시한 도면,
도 2는 도 1에 따른 다단믹서기 내 믹싱부의 일 실시예와 그 변형예를 확대하여 도시한 도면,
도 3은 도 2에 따른 믹싱부의 일 단부에서의 회전자와 고정자의 결합 구조의 제1 실시예를 도시한 횡단면도,
도 4는 도 2에 따른 믹싱부의 타 단부에서의 회전자와 고정자의 결합 구조의 제1 실시예를 도시한 횡단면도,
도 5는 도 2에 따른 믹싱부의 일 단부에서의 회전자와 고정자의 결합 구조의 제2 실시예를 도시한 횡단면도,
도 6은 도 2에 따른 믹싱부의 타 단부에서의 회전자와 고정자의 결합 구조의 제2 실시예를 도시한 횡단면도,
도 7은 도 1의 겹벽 유니트의 일 실시예를 확대하여 나타낸 도면,
도 8은 도 1의 겹벽 유니트의 다른 실시예를 확대하여 나타낸 도면.
이하 첨부도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.
아래의 실시예에서는 발명을 설명함에 있어서 필연적인 부분들을 제외하고 그 도시와 설명을 생략하였으며, 명세서 전체를 걸쳐 동일 유사한 요소에 대하여는 동일한 부호를 부여하고 그에 대한 상세한 설명은 반복하지 않고 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 세정 및 살균 기능을 갖는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치의 기본 구성을 도시한 도면이고, 도 2는 도 1에 따른 다단 믹서기 내 믹싱부의 일 실시예와 그 변형예를 확대하여 도시한 도면이다.
본 발명의 나노버블 발생장치는 물(또는 액체) 속에 공기(Air), 산소(O2), 질소(N2), 오존(O3), 이산화탄소(CO2) 등의 기체를 미세화 및 혼합시킨 나노버블을 생성하여 욕조 또는 싱크대에서 세정 및 살균 목적으로 공급하는 것은 물론, 골프장 소호나 해저드, 기타 저수지 또는 어항, 양식장, 오폐수처리장 등의 수질을 개선하거나 식수 제공을 위한 용도로도 사용할 수 있다.
도 1에 따르면, 상기 나노버블 발생장치는 적어도 하나의 관로 상에 가압펌프(100)와 다단믹서기(200)가 순차적으로 배치되고, 상기 관로 상에 상기 가압펌프의 유입측과 상기 가압펌프의 토출측을 연결하는 순환관(300)이 위치되며, 상기 가압펌프(100)의 유입측과 연결되는 상기 순환관(300)의 일측에 외기를 공급하는 기체공급부(400)가 연결된 구성을 제공한다.
순환관(300)은 가압펌프(100)에 의해 압축된 고압의 물(또는 액체)의 일부를 회수하여 저압부인 가압펌프(100) 유입측 관로(110)로 이송하는 것으로, 상술한 바와 같이 순환관(300)의 일측에는 외기를 공급하는 기체공급부(400)가 연결되어 있다. 여기서, 외기는 공기(Air), 산소(O2), 질소(N2), 오존(O3), 이산화탄소(CO2) 등을 포함하는 다양한 기체군 중에서 적어도 하나 이상이 선택될 수 있다.
기체공급부(400)는 하나의 배관에 다수의 구성들이 연결된 형태로서, 그 구성은 선택 기체들의 저장탱크 또는 기체생성기(410)와, 기체 공급량 조절을 위한 유량조절기(420), 기체 또는 고압수의 역류 방지를 위한 체크밸브(430) 중 하나 이상의 배열로 이루어질 수 있다. 또한, 기체공급부(400)와 순환관(300)의 연결부는 삼방밸브(310)로 연결되고, 상기 삼방밸브(310)는 순환관(300)을 따라 입구와 출구가 넓고 내부가 좁은 벤츄리관 구조로 제공됨이 바람직하다. 이와 같은 구성에서 순환관(300)을 따라 저압부인 가압펌프 유입측 관로(110)로 이송되는 물은 벤츄리관의 병목지점을 통과하는 동안 압력이 급강하하며 유속이 크게 증대되고, 따라서 기체공급부(400)로부터 공급된 기체가 별도의 동력으로 강제로 밀어넣지 않고도 스스로 순환관 내부로 자흡됨으로써 순환관(300) 내부의 물과 혼합된다. 여기서, 공급된 기체는 공기(Air), 산소(O2), 질소(N2), 오존(O3), 이산화탄소(CO2) 등을 포함하는 다양한 기체군 중에서 적어도 하나 이상이 선택될 수 있으며, 용도에 따라 산소가 용존된 산소수, 질소가 용존된 질소수, 오존이 용존된 오존수, 이산화탄소가 용존된 탄소수 등을 생성할 수 있게 된다.
가압펌프(100)의 유입측 관로(110)와 유출측 관로(120), 그리고 다단믹서기(200)의 토출측 관로(203)에는 급수 또는 토출 유체의 유량을 제어하고 유로를 개폐할 수 있도록 각각 개폐밸브(111)(121)(204)가 구비될 수 있다. 또한, 다단믹서기(200)의 토출측 관로(203)를 따라 체크밸브(205)와 상기 다단믹서기(200)에 의해 생성된 버블을 더욱 미세화하기 위한 겹벽 유니트(500)가 구비될 수 있다. 이와 같이 최종적으로 겹벽 유니트(500)를 통과하여 생성된 나노버블은 욕조 또는 싱크대의 급수배관(600)과 수전(620)을 통해 인출되어 세정 및 살균 목적으로 다양하게 사용될 수 있다.
한편, 다단믹서기(200)의 작동 원리는 가압펌프(100)로부터 고압 상태로 공급되는 물과 기체의 혼합 유체(이하 ‘유체’라 한다) 속 공기(Air), 산소(O2), 질소(N2), 오존(O3) 또는 이산화탄소(CO2) 등에 다수의 치형 날개를 이용하여 반복적으로 타격을 가하는 것으로, 이때 유체 속에서 발생하는 캐비테이션(cavitation)을 이용하여 버블(bubble)을 생성하게 된다. 이 작동을 위해 다단믹서기(200)는 모터(210)의 축(모터 축;211)과 하우징(믹싱부;220)의 내벽면에 서로 대응하는 다수의 치형 날개들이 형성된 구조를 갖는다. 본 명세서에서 모터 축(211)에 구비된 치형 날개들은 모터(210)의 구동에 의해 회전이 가능하므로 편의상 이를 ‘회전자(230)’라 지칭하고, 상기 하우징(이하 ‘믹싱부’라 한다; 220)의 내벽면에 형성된 치형 날개들은 고정된 상태를 유지하므로 편의상 이를 ‘고정자(240)’라 지칭한다.
모터 축(211)의 일 단부는 회전자(230)와 고정자(240)의 치합 구조를 포함하는 믹싱부(220)의 일측에 마련된 수중베어링(221,222)에 의해 지지되고, 타 단부는 믹싱부의 내벽으로부터 이격된 자유단으로 제공된다.
가압펌프(100)에 의해 공급된 유체는 다단믹서기(200)의 믹싱부(220) 하단 일측에 마련된 유입구(201)와 그 대응 방향으로 상단 타측에 마련된 토출구(202)를 통해 유동할 수 있으며, 아래에 설명하는 회전자(230)와 고정자(240)의 상호 작용, 즉 상대 회전에 의해 유체 내 캐비테이션 압력이 상승하며, 이러한 캐비테이션에 의해 버블 생성과 더불어 유체 내 기체 용존률을 높일 수 있게 된다.
회전자(230)와 고정자(240)는 이들 간에 대응하는 각 치형 날개들이 일정한 두께로 적층된 복층 구조를 갖는 것으로서, 회전자(230)와 고정자(240)의 치형 날개들은 연속 적층된 소정 반경의 복수의 소경부(232)(242)들과, 각 소경부들 사이에 일정 간격으로 돌출된 소정 반경의 복수의 대경부(231)(241)들로 구성된다. 바람직하게는, 회전자(230)의 대경부(231)들은 고정자(240)의 소경부(242)들과 대응하고, 고정자(240)의 대경부(241)들은 회전자(230)의 소경부(232)들과 대응하며, 상기 대경부(231)(241)의 말단들 간에 상하 일정 간격으로 서로 엇갈리게 끼워진 결합 형태를 이루고 있다. 회전자(230)와 고정자(240)는 이들 사이에 유체가 지날 수 있는 일정 간극의 유로가 형성됨이 바람직하다.
도면에 따르면, 회전자(230)와 고정자(240)는 5개층의 소경부에 대하여 3개층의 대경부가 돌출된 형태로 도시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정하지 않고 대경부(231,241)와 소경부(232,242)를 구성하는 치형 날개들의 적층비를 1대1, 2대1, 2대2, 3대2 또는 그 이상의 비율로도 제공할 수 있음은 물론이다.
이와 같은 구조로부터 모터(210) 구동시 회전자(230)가 회전하여 그로부터 고정자(240)와의 사이에 대경부(231)(241)와 소경부(242)(232)의 상대회전이 일어나고, 이때 회전자(230)와 고정자(240) 사이의 유로를 따라 흐르게 되는 유체 속 기체들이 잘게 쪼개지면서 미세하게 혼합된다.
한 예로, 물과 기체의 혼합 유체를 펌프로 4kg/cm2 이상의 압력으로 가압한 상태에서 회전자(230)를 일정 이상의 고속으로 회전시킬 경우, 상기 유체는 5 미크론 이하의 나노 단위(nano-sized)로 미세화되면서 혼합되어 유체 속 기체 용존율이 높아질 수 있다.
또한, 회전자(230)와 고정자(240)의 대경부(231,241) 및 소경부(232,242)는 이들의 적어도 일부의 팁 부분이 날카로운 칼날 형태 구조로 제공될 수 있으며, 이 경우 날카로운 팁 부분을 이용하여 유체 속 기체를 타격함과 동시에 1차 생성된 버블을 더욱 미세하게 절단하는 효과를 제공한다. 이를 통해, 물과 기체의 혼합이 보다 원활해짐과 동시에 버블을 더욱 잘게 쪼개어 미크론(10-6m) 또는 나노미터(10-9m) 크기의 초미세 버블을 생성할 수도 있다.
번형 예로, 도 2a에 따르면, 다단믹서기(200) 내 회전자(230)와 고정자(240)의 치합 구조를 포함하는 믹싱부(220′)는 회전자(230)를 대경부(231)와 소경부(232)의 반경이 단계적으로 줄어드는 피라미드 형상으로 구성할 수 있으며, 이 경우 상기 피라미드 형상의 회전자(230)에 대응하여 고정자(240)를 대경부(241)와 소경부(242)의 반경이 단계적으로 증가하는 역 피라미드 형상으로 구성할 수 있다.
이러한 피라미드형 회전자 배열과 그에 대응하는 역 피라미드형 고정자 배열을 갖는 믹싱부(220′) 구조는 유체가 회전자(230)의 넓은 단면 공간으로부터 점진적으로 좁은 단면 공간으로 이동하는 동안 캐비테이션이 최대로 발생되도록 하며, 이를 통해 유체 속 기체 용존률을 더욱 높일 수 있게 된다.
또한, 상기 믹싱부(220′)는 그 입구측에 일정 크기의 공간부(S)를 형성할 수 있다. 이러한 공간부(S)는 믹싱부(220) 내 회전자(230)와 고정자(240)의 결합부로부터 소정 거리 이격된 위치의 모터 축(211) 상에 소정 반경의 치형 날개(224)를 적어도 1단 이상 설치하여 형성될 수 있는 것으로, 이러한 공간부(S)는 유체 압력을 높임과 동시에 유체 내 캐비테이션 현상을 가속화시켜 버블 생성을 더욱 활성화하는 효과를 제공한다. 상기 공간부(S)에서는 상기 치형 날개(224)와 상호 작용을 위해 믹싱부(220) 내벽 상에 상기 치형 날개(224)에 대응하는 소정 크기의 치형 날개가 적어도 1단 이상 추가로 설치될 수 있다.
도 3 내지 4와 도 5 내지 6은 도 2에 따른 다단믹서기의 믹싱부를 구성하는 회전자와 고정자의 서로 다른 결합 구조를 도시한 것으로, 도 3a 및 도 5a는 믹싱부의 일 단부에서의 회전자와 고정자의 결합 단면도이고, 도 4a 및 도 6a는 믹싱부의 타 단부에서의 회전자와 고정자의 결합 단면도이며, 도 3b 내지 도 6b는 도 3a 내지 도 6a에 따른 결합 구조들의 분해도이다.
회전자(230)는 각 치형 날개들(231,232)의 외주 선단을 따라 일정 간격으로 다수의 치차들(231a,232a)이 형성되고, 고정자(240)는 각 치형 날개들(241,242)의 내주 선단을 따라 일정 간격으로 다수의 치차들(241a,242a)이 형성된 구조를 갖는다. 또한, 회전자(230)와 고정자(240)의 각 치형 날개들의 외주면 또는 내주면에 형성된 치차들(231a,232a)(241a,242a)은 상대 회전시 서로 마주하는 단면들의 적어도 어느 일 측이 소정의 각도(예, 15∼45도)로 경사진 구조를 가질 수 있다. 이와 같이 각 치차들의 마주하는 단면들에 형성된 경사각은 고속 회전시 유체의 교란 현상과 그로 인한 캐비테이션 발생을 극대화하기 위한 것으로, 이를 통해 유체 내 기체의 용존량을 높이고 마이크로버블 생성을 가능하게 한다.
도 3a 및 3b를 참조하면, 회전자(230)는 치형 날개의 대경부(231)이고 고정자(240)는 치형 날개의 소경부(242)를 나타낸다. 이 결합 구조에서 회전자(230)의 대경부(231)의 외주 선단에 형성된 치차들(231a)은 상대 회전시 고정자(240)의 치차(242a) 측면과 대향하는 측방향 단면이 일정한 각도(θ1)로 경사진 구조로서, 이 각도(θ1)는 15∼45도 범위이고, 바람직하게는 30도 각도의 경사진 구조이다.
도 4a 및 4b를 참조하면, 회전자(230)는 치형 날개의 소경부(232)이고 고정자(240)는 치형 날개의 대경부(241)를 나타낸다. 이 결합 구조에서 회전자(230)의 소경부(232)의 외주 선단에 형성된 치차들(232a)은 상대 회전시 고정자(240)의 치차(241a) 측면과 대향하는 측방향 단면이 일정한 각도(θ1)로 경사진 구조로서, 이 각도(θ1)는 15∼45도 범위이고, 바람직하게는 30도 각도의 경사진 구조이다.
도 5a 및 5b를 참조하면, 회전자(230')는 치형 날개의 대경부(231)이고 고정자(240')는 치형 날개의 소경부(242)를 나타낸다. 이 결합 구조에서 상기 회전자(230')의 대경부(231)의 외주 선단에 형성된 치차들(231a)과 상기 고정자(240')의 소경부(242)의 내주 선단에 형성된 치차들(242a)은 상대 회전시 적어도 서로 대향하는 측방향 단면들이 각각 일정한 각도(θ4,θ5)(θ2,θ3)로 경사진 구조로서, 이들 각도(θ4,θ5)(θ2,θ3)는 15∼45도 범위이고, 바람직하게는 30도 각도의 경사진 구조이다. 또한, 상기 회전자(230')의 대경부(231)의 각 치차들(231a)은 그들의 외주 선단에 소정 반경의 홈(231b)이 형성된 구조로 제공될 수 있다.
도 6a 및 6b를 참조하면, 회전자(230')는 치형 날개의 소경부(232)이고 고정자(240')는 치형 날개의 대경부(241)를 나타낸다. 이 결합 구조에서 상기 회전자(230')의 소경부(232)의 외주 선단에 형성된 치차들(232a)과 상기 고정자(240')의 대경부(241)의 내주 선단에 형성된 치차들(241a)은 상대 회전시 적어도 서로 대향하는 측방향 단면들이 각각 일정한 각도(θ4,θ5)(θ2,θ3)로 경사진 구조로서, 이들 각도(θ4,θ5)(θ2,θ3)는 15∼45도 범위이고, 바람직하게는 30도 각도의 경사진 구조이다. 또한, 상기 회전자(230')의 소경부(232)의 각 치차들(232a)은 그들의 외주 선단에 소정 반경의 홈(232b)이 형성된 구조로 제공될 수 있다.
한편, 도 3 내지 도 6에 도시된 치차들의 측면 경사각들은 각 치형 날개의 원주면 길이나 폭, 그리고 유입된 혼합 유체의 유량 또는 유속 등을 고려하여 결정될 수 있다. 따라서, 상기한 바와 같은 인자들에 따라 각 경사부의 경사각은 동일하게 제작되거나 서로 다른 각도로 제작될 수 있다.
이와 같은 구성으로부터 상대 회전시 치차들과 그와 마주치는 혼합 유체의 교란이 촉진되고, 이로 인한 캐비테이션 현상의 발생으로 나노버블의 생성을 촉진시킬 수 있게 된다. 이 경우 회전자(230)와 고정자(240)의 각 치형 날개에 형성된 치차들의 경사각은 동일하게 제작되는 것이 바람직하나, 그에 한정되지 않고 각 치형 날개의 크기나 길이, 혼합 유체의 거동 등과 같은 다양한 인자들을 고려하여 설정각도를 다양하게 결정할 수 있다.
도 7과 도 8은 도 1에 따른 겹벽 유니트의 제1 실시예 및 제2 실시예를 각각 확대하여 도시한 것으로서, 도 1을 참조하면 다단믹서기(200)의 토출측 관로(203) 상에는 믹싱부(220)로부터 토출된 유체의 기체 용존율을 더욱 높이기 위해 소정 형상의 겹벽 유니트(500)가 설치될 수 있다. 이러한 겹벽 유니트(500)는 내부에 적어도 2개 이상의 격벽을 가지며, 이들 격벽에는 하나 이상의 구멍들이 천공될 수 있다. 바람직하게는, 이 구멍들은 전후 격벽들 간에 서로 엇갈리게 배열된 배치구조를 갖는다.
예시적으로, 도 7의 겹벽 유니트(500)의 구조에 따르면, 하우징(501) 내부에 유로(502)를 차단하는 3개의 격벽(510,520,530)들이 일정 간격을 두고 형성되어 있다. 이 격벽(510,520,530)들에는 각각 하나의 구멍(511,521,531)들이 천공되어 있으며, 각 구멍들은 서로 엇갈리게 배치되어 있다. 또한, 도 8의 겹벽 유니트(500′)의 구조에 따르면, 하우징(501) 내부에 유로(502)를 차단하는 3개의 격벽(510,520,530)들이 일정 간격을 두고 형성되어 있고, 제1 격벽(510)에는 대구경의 구멍(511) 1개가 천공되어 있고, 제2 격벽(520)에는 중간 구경의 구멍(521) 2개가 천공되어 있으며, 제3 격벽(530)에는 소구경의 구멍(531) 3개가 천공되어 있고, 이들 각 구멍들은 서로 엇갈리게 배치되어 있다. 이러한 구조에 따르면, 다단믹서기(200)로부터 토출된 유체는 겹벽 유니트 내부에서 순차적으로 구멍(511,521,531)들을 통해 유동하게 되는데, 이 과정에서 각각의 격벽(510,520,530)들에 충돌하게 되어 유체 속 기체분자가 점점 더 미세화되고 균일화된다. 또한, 각 격벽들은 서로 일정 간격 이격되어 있어 이들 사이에 공간부가 형성되고, 이러한 공간부는 이를 통과하는 유체의 압력을 급격히 떨어뜨려 와류를 일으키고, 그와 동시에 캐비테이션 현상을 더욱 가속화시켜 유체를 더욱 미세하고 균일하게 혼합시킴으로써 용존율을 더욱 높일 수 있으며, 그에 따라 나노버블이 생성되어 세정 및 살균 효과를 제공할 수 있게 된다.
도면에 도시하지는 않았지만, 상기 겹벽 유니트는 격벽을 통과하는 구멍들의 구조가 다수의 소구경으로부터 다수의 대구경으로 연속되는 형태 또는 이러한 연속 형태의 반복된 구조로 제공될 수도 있다. 이 경우, 토출 유체가 소구경의 구멍을 통과한 후 대구경의 구멍을 통과하면서 압력 변화로 인해 더욱 미세화··균일화된 나노버블을 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 세정 및 살균 기능을 갖는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치는 일반적인 수소수 생성장치나 산소수 생성장치가 설비에 많은 비용이 소요되는 것과 비교할 때 한 대의 장치로 원하는 용도 및 용존율의 유체를 생성할 수 있어 타 장치에 비해 비용을 1/4 수준으로 줄일 수 있는 장점이 있다.
이상 본 발명의 다양한 실시예들에 대하여 설명하였으나, 지금까지 설명한 내용들은 본 발명의 바람직한 실시예들 중 그 일부를 예시한 정도에 불과하며, 아래에 첨부된 청구범위에 나타날 수 있는 것을 제외하고는 상술한 내용에 의해 제한되지 않는다. 따라서, 본 발명은 이와 동일한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 범위 내에서 발명의 기술적 사상과 요지를 벗어나지 않으면서 균등물의 많은 변화, 수정 및 대체가 이루어질 수 있음을 이해하여야 할 것이다.

Claims (7)

  1. 세정 및 살균 기능을 갖는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치로서,
    적어도 하나의 관로 상에 가압펌프와 다단믹서기가 순차적으로 배치되고, 상기 관로 상에 상기 가압펌프의 유입측과 상기 가압펌프의 토출측을 연결하는 순환관이 위치되며, 상기 가압펌프의 유입측과 연결되는 상기 순환관의 일측에 소정의 외기를 공급하는 기체공급부가 연결되고, 상기 기체공급부와 순환관은 삼방밸브를 통해 연결되고, 상기 삼방밸브는 상기 순환관을 따라 입구와 출구가 넓고 내부가 좁은 벤츄리관 구조를 갖추어 상기 기체공급부로부터 공급된 기체의 자흡이 이루어지도록 하고, 상기 다단믹서기는 모터 축을 중심으로 회전자와 고정자의 치합 구조를 갖는 믹싱부를 포함하고, 상기 믹싱부는 유입측에 일정 크기의 공간부를 구비하고, 상기 공간부는 믹싱부 내 회전자와 고정자의 결합부로부터 소정 거리 이격된 위치의 상기 모터 축 상에 소정 반경의 치형 날개를 적어도 1단 이상 설치하여 형성되되, 상기 공간부에는 상기 치형 날개와 상호 작용을 위해 상기 믹싱부의 내벽 상에 상기 치형 날개에 대응하는 소정 크기의 치형 날개가 적어도 1단 이상 더 설치된 것을 특징으로 하는 세정 및 살균 기능을 갖는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전자와 고정자는 이들 간에 대응하는 각 치형 날개들이 일정한 두께로 적층된 복층 구조로서, 상기 회전자와 고정자의 치형 날개들이 연속 적층된 소정 반경의 복수의 소경부들 및 상기 소경부들 사이에 일정 간격으로 돌출된 소정 반경의 복수의 대경부들로 구성되되, 상기 회전자의 대경부들은 상기 고정자의 소경부들과 대응하고, 상기 고정자의 대경부들은 회전자의 소경부들과 대응하며, 상기 대경부의 말단들 간에 상하 일정 간격으로 서로 엇갈리게 끼워진 결합 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 세정 및 살균 기능을 갖는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 가압펌프에 의해 공급된 유체는 다단믹서기의 하단 일측에 마련된 유입구와 그 대응 방향으로 상단 타측에 마련된 토출구를 통해 유동하고, 상기 유체의 안내를 위해 상기 회전자로부터 일정 거리를 두고 상기 모터 축 상의 상기 토출구에 인접한 위치에 하나 이상의 유도 날개를 배치한 것을 특징으로 하는 세정 및 살균 기능을 갖는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치.
  4. 삭제
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 믹싱부는 회전자를 대경부와 소경부의 반경이 단계적으로 줄어드는 피라미드 형상으로 구성하고, 상기 피라미드 형상의 회전자에 대응하여 고정자를 대경부와 소경부의 반경이 단계적으로 증가하는 역 피라미드 형상으로 구성된 것을 특징으로 하는 세정 및 살균 기능을 갖는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 회전자는 각 치형 날개들의 외주 선단을 따라 일정 간격으로 다수의 치차들이 형성되고, 상기 고정자는 각 치형 날개들의 내주 선단을 따라 일정 간격으로 다수의 치차들이 형성되되, 상기 회전자와 고정자의 각 치형 날개들의 외주면 또는 내주면에 형성된 치차들은 상대 회전시 서로 대향하는 적어도 일 측면이 소정 각도의 경사진 구조를 가지며, 상기 회전자의 대경부 및 소경부의 각 치차들은 이들의 외주 선단에 소정 반경의 홈이 형성된 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 세정 및 살균 기능을 갖는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 다단믹서기의 토출측 관로 상에는 상기 믹싱부로부터 토출된 유체의 기체 용존율을 더욱 높이기 위해 소정 형상의 겹벽 유니트가 설치되고, 상기 겹벽 유니트는 내부에 적어도 2개 이상의 격벽을 가지며, 이들 격벽에는 하나 이상의 구멍들이 천공되고, 상기 구멍들은 전후 격벽들 간에 서로 엇갈리게 배열되는 것을 특징으로 하는 세정 및 살균 기능을 갖는 욕조 또는 싱크대용 나노버블 발생장치.
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