KR102377141B1 - 마이크로·나노버블 발생장치 - Google Patents

마이크로·나노버블 발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로·나노버블 발생장치에 관한 것으로, 일정 크기의 수조, 상기 수조 내부에 상하 방향이 개방된 일정한 두께의 중공의 전극판들이 일정한 간격으로 다수 개가 중첩되어 이루어진 전극 구조체, 상기 전극 구조체를 지지하는 베이스부, 및 상기 수조 내부의 물(W)을 전기분해하기 위해 상기 전극판들의 각각에 선택적으로 (+)(-) 전류를 인가하는 전원공급부를 포함하고, 상기 전극판들의 각각은 적어도 일부가 절두원추 형상을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

마이크로·나노버블 발생장치{Micro-Nano-bubble Generator}
본 발명은 초미세기포 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 펌프동력없이 오폐수 또는 하수처리장의 부상조 등에서의 수질정화, 또는 주방수전이나 샤워기와 같은 생활용수의 정화 및 강, 호수의 수질정화를 위한 마이크로·나노버블 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 물(水)은 사용 목적에 따라 식수용, 농업용 또는 공업용 등 다양하게 구분될 수 있는데, 이중에서도 특히 인류의 생활과 밀접한 관련이 있는 식수 또는 생활용수로 사용되는 물의 경우, 그 청결성을 유지하는 것이 매우 중요하다.
근래에는 고객 편의를 위해 과일 또는 야채를 세척된 상태로 판매하는 제품이 늘고 있는데, 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.
만약, 음용 또는 세면, 세족의 목적으로 사용되는 물이 깨끗하지 못하다면 눈에 보이지 않는 많은 세균들에 의해 복통, 설사, 구토 등 다양한 질병에 걸릴 확률이 높아지게 되는 것이다.
이에 최근에는 전기분해를 통한 살균수 공급 방식이 많이 활용되고 있다.
먼저, 전기분해를 통한 살균수 공급 방식은 일반적으로 수용액이나 용융상태의 화합물에 전극을 넣고 전류를 통하여 양이온과 음이온을 각각 양극과 음극 위에서 방전시켜 각 전극에서 성분을 추출하는 원리를 적용한 것으로, 물을 전기분해하여 발생되는 산화물질은 소독효과를 가지는 유효 염소로서 물 속에 지속적으로 잔류하고 있는 잔류염소를 생성하게 된다.
일반적으로 잔류염소는 유리잔류염소와 결합잔류염소로 나뉘는데, 차아염소산이나 차아염소산이온을 유리잔류염소(유리유효염소)라고 하고, 모노클로라민과 디클로라민과 같은 것을 결합잔류염소(결합유효염소)라고 한다.
한편, 가정에 상수가 공급되는 과정에서 급수관 또는 관망에 미생물이나 박테리아 등이 서식할 수 있으며, 이질, 콜레라, 수인성, 장티푸스와 같은 수인성 전염병균은 0.02ppm의 잔류염소 농도에서 30분 후 완전 소멸하기 때문에 소독제의 잔류성은 꼭 필요하다. 그러나, 잔류염소가 과량 있을 경우 강한 염소냄새와 금속을 부식, 발암물질이 형성되는 위험성이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 대한민국 공개특허공보 제10-2008-0054168호에 원수를 공급하는 관로에 설치되어 소금물(즉, 염화나트륨)을 만들어내는 혼합기; 소금물을 전기분해하여 차아염소산나트륨을 생성한 후 저장하는 전기분해조; 전기분해조에 저장된 차아염소산나트륨을 펌핑하여 관로에 주입하는 정량주입펌프; 전기분해조 및 정량주입펌프를 제어하는 제어부를 포함하여 이루어진 상수도 소독통합관리시스템이 개시되어 있으나, 이는 차아염소산나트륨 생성량을 조절하는데 한계가 있고 살균소독을 위하여 최적화된 살균수의 농도 유지 및 지속적인 살균수 제조에 한계가 있다.
또한, 최근에는 미세기포(마이크로버블)에 대한 여러 가지 작용 효과가 알려지면서 상기한 미세기포를 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.
종래의 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, 마이크로버블발생부는, 세정조로부터의 배출된 세정액을 가압하여 공급하는 세정액공급펌프; 상기 세정액공급펌프로부터 공급되는 세정액에 공기를 주입하는 공기주입부; 및 상기 공기가 혼입된 세정액을 마이크로버블을 함유한 세정액으로 변환하는 마이크로버블발생기를 포함하는 구성이 특허등록공보 제1055690호를 통해 개시되어 있다.
여기서, 마이크로버블발생기는 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 포함하고 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 있으며, 특히 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.
이에 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 개발된 것으로, 본 발명의 주된 목적은 수산화나트륨과 같은 전해질을 사용하지 않고 일반 물이나 폐수 속의 미네랄이 이온화되는 과정을 이용하여 펌프동력없이 오폐수 또는 하수처리장의 부상조 등에서의 수질정화, 또는 주방수전이나 샤워기와 같은 생활용수의 정화 및 강, 호수의 수질정화가 가능한 마이크로·나노버블 발생장치를 제공하는데 있다.
위와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 형태에 따르면, 일정 크기의 수조, 상기 수조 내부에 상하 방향이 개방된 일정한 두께의 중공의 전극판들이 일정한 간격으로 다수 개가 중첩되어 이루어진 전극 구조체, 상기 전극 구조체를 지지하는 베이스부, 및 상기 수조 내부의 물(W)을 전기분해하기 위해 상기 전극판들의 각각에 선택적으로 (+)(-) 전류를 인가하는 전원공급부를 포함하고, 상기 전극판들의 각각은 적어도 일부가 절두원추 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 마이크로·나노버블 발생장치가 제공된다.
상기 전극 구조체의 일 실시형태는, 외측에 (+)(-)전극이 서로 대응하여 각각 직립상태로 설치되고, 상기 (+)(-)전극의 하단은 베이스부에 끼워져 고정된 상태로 상기 전원공급부로부터 (+)(-)전원이 각각 연결되되, 상기 (+)(-)전극은 상기 전극 구조체의 각각의 전극판들을 고정하기 위한 체결부가 전체 길이를 따라 일정 간격으로 형성되고, 각각의 체결부(51) 주위의 (+)(-)전극(50) 상에는 물이 통과하도록 유동홀이 천공되어 제공되며, 상기 다수 개의 전극판들이 상기 (+)(-)전극 상에 교대로 고정되도록 상기 (+)(-)전극 상호간에 상기 체결부의 위치가 서로 엇갈린 형태로 배열된다.
상기 전극 구조체의 다른 실시형태는, 크기가 다른 전극판들을 내측에서 외측으로 일정 간격을 두고 중첩되도록 배열하고, 각각의 전극판들의 하단 일부를 세로 방향으로 절곡하여 이 절곡된 전극판 하단들을 상기 베이스부에 각각 끼워 고정시킨 형태로서, 각각의 전극판들은 교대로 상기 전원공급부의 (+)단자와 (-)단자에 연결되어 선택적으로 (+)(-)전류를 공급받도록 구성되고, 상기 베이스부에 끼워져 고정된 상기 절곡된 전극판 하단들은 일부가 베이스부 위로 돌출되며, 이 돌출된 부위에 외부로부터 물이 유입되도록 일정한 크기의 유동홀이 천공되어 제공된다.
상기 전극 구조체의 또 다른 실시형태는, 크기가 다른 전극판들을 내측에서 외측으로 일정 간격을 두고 중첩되도록 배열하고, 또한 각각의 전극판들의 하부를 세로 방향으로 절곡하여 일정한 높이를 갖도록 연장시킨 형태로서, 각각의 전극판들의 절곡된 연장부들의 하단은 상기 베이스부에 각각 끼워져 고정된 상태로 상기 전원공급부의 (+)단자와 (-)단자에 각각 교대로 연결되어 선택적으로 (+)(-)전류를 공급받도록 구성되고, 상기 베이스부에 끼워진 상태에서 상기 베이스부 위로 돌출되는 상기 연장부들의 하단 일부는 물이 통과하도록 일정한 크기의 유동홀이 천공되어 제공된다.
본 발명에 따르면, 각각의 전극판들은 절두원추형 부분이 모두 면상체(面狀體) 구조인 형태, 면상체(面狀體) 구조와 망상체(網狀體) 구조가 번갈아 배열된 형태, 또는 각각의 전극판들의 대응하는 면의 적어도 일부가 면상체(面狀體) 구조와 망상체(網狀體) 구조로 번갈아 형성된 형태로 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 급수구와 토출구를 갖는 수조 내부에 상술한 마이크로·나노버블 발생장치를 구비한 수질정화장치로서, 상기 전극 구조체는 수조의 바닥 또는 벽면의 베이스부에 고정 또는 지지되어 상기 전원공급부로부터 (+)(-)전원이 각각 연결된 상태로 제공되고, 상기 수조의 급수구와 연결된 배관에는 상기 수조 내부로 물이 원활히 공급되도록 이송펌프를 배치하여 마이크로·나노버블을 발생시키도록 한 수질정화장치가 제공된다.
본 발명에 따르면, 급수구와 토출구가 서로 대응하여 마련된 수조의 내부에 상술한 마이크로·나노버블 발생장치를 구비한 샤워장치로서,상기 전극 구조체는 수조의 급수구 주위의 벽면 또는 베이스부에 고정 또는 지지되어 상기 전원공급부로부터 (+)(-)전원이 각각 연결된 상태로 제공되며, 상기 수조의 급수구에는 수돗물이 직수로 공급되도록 직수관이 연결되고, 상기 수조의 토출구에는 샤워기 호스가 연결되되, 상기 샤워기 호스에는 압력센서와 토출밸브가 구비되어 상기 압력센서가 상기 토출밸브 폐쇄에 의한 물 차단시 호스 내 압력상승을 감지하여 샤워기의 가동을 정지시키고, 상기 토출밸브 개방시 호스 내 압력 저하를 감지하여 샤워기의 가동을 시작하게 하는 것을 특징으로 하는 샤워장치가 제공된다.
상술된 특징들로부터 본 발명은 펌프 등의 동력없이 보다 쉽고 간편하게 초미세 버블, 즉 마이크로·나노버블을 생성할 수 있으며, 이를 통해 물 속 세균이나 냄새분자 세포막을 파괴하여 보다 확실한 살균을 수행할 수 있다. 또한, 이 경우 물(W)의 유속이 빠르게 상승하여 수조 하부에 유입수가 자흡되면서 물의 흐름이 매우 원활하게 되어 전극판들에 이물질이 달라붙지 않는 효과를 얻을 수도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 마이크로·나노버블 발생장치의 하나의 예시적인 형태를 나타낸 개념도,
도 2는 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치를 구성하는 절두원추형 전극 구조체에 대한 실시예 1을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치를 구성하는 절두원추형 전극 구조체에 대한 실시예 2를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치를 구성하는 절두원추형 전극 구조체에 대한 실시예 3을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치를 구성하는 절두원추형 전극 구조체에 대한 실시예 4를 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치를 포함하는 수질정화장치의 하나의 예시적인 형태를 나타낸 개념도,
도 7은 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치를 포함하는 샤워장치의 하나의 예시적인 형태를 나타낸 개념도.
본 발명에서 마이크로·나노버블 발생장치는 수산화나트륨과 같은 전해질을 사용하지 않고 일반 물이나 오,폐수 속의 미네랄이 이온화되는 원리를 이용한다.
일반적으로, 물 속의 미네랄은 플라즈마 원리에 의하여 양이온이나 음이온으로 분리되면서 OH라디칼 및 차아염소산이 생성되며, 이를 통해 세균이나 냄새분자 세포막을 파괴하여 살균이 이루어진다.
물은 분자식이 H2O인 극성분자로서, 산소(O)분자는 수소(H)분자보다 전자(-)를 더 좋아하기(전기 음성도가 높기) 때문에 쌍극자 (-)를 띠게 되며, 수소(H)분자는 쌍극자 (+)를 띠게 된다. 따라서, 전기분해를 할 경우, (-)전하를 띠는 산소(O)기체가 양극(+)에 모이고 (+)전하를 띠는 수소(H)기체가 음극(-)에 모이게 되므로 양극(+)에서는 산소(O)기체가 발생되고 음극(-)에서는 수소(H)기체가 발생된다.
이와 같이 수중에서 일정한 간격으로 이격된 두 전극 사이에 방전하면, 전기적 영향이 미치는 전기장 내에 위치한 음전극(cathode) 끝에서 국소적인 방전열이 발생하고 접촉된 물이 기화되면서 기포가 생성된다.
이렇게 생성된 기포는 생성되는 과정에서 미약한 전기장에서도 방전을 일으켜 액체 유전체의 급속한 파괴가 유도되고 전기화학적 반응에 의해 다량의 수산화이온을 비롯한 산소계활성종이 생성되며 용존산소량이 증가되면서 오존 및 라디칼 등의 생성을 통한 강력한 산화력을 갖는 미세기포를 생성할 수 있게 된다.
한편, 물(H2O)은 전기분해될 때 수소(H) 기포의 양이 산소(O) 기포의 양의 2배가 발생되는데, 이때 물 속 기포들이 이하 설명하는 마이크로·나노버블 발생장치 내 전극판들 사이를 통과하여 상승하는 동안 서로 충돌되면서 유로 내 압력 및 유속 변화로 인해 버블이 더욱 미세화하게 된다.
이하 첨부된 도면과 실시예들을 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
아래의 실시예에서는 발명을 설명함에 있어서 필연적인 부분들을 제외하고는 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 마이크로·나노버블 발생장치의 하나의 예시적인 형태를 나타낸 것으로, 마이크로·나노버블 발생장치는 일정 크기의 수조(30) 내부에 소정 형상의 전극 구조체(10)를 구비하며, 이러한 전극 구조체를 이용하여 전기장 방전에 의한 전기화학적 반응을 일으켜 강력한 산화력을 갖는 마이크로·나노버블을 생성하게 된다.
상술한 전극 구조체(10)는 절두원추 형상으로 된 중공의 전극판(11)들이 상하 일정한 간격을 두고 다수 개가 적층된 형태로서, 전극판(11)들의 각각은 상하 방향이 개방된 형태를 가지며, 적어도 일부가 개방 상부(12; 토출구)를 향해 점점 좁아지는 형태인 절두원추형 구조로 제공될 수 있다. 전극 구조체(10, "절두원추형 전극 구조체"로도 지칭됨)의 하부는 베이스부(20)에 의해 지지되고, 각각의 전극판(11)은 전원공급부(40)의 (+)(-) 단자에 선택적으로 접속되어 (+)(-)전류를 공급받도록 구성된다.
이와 같은 구성으로부터 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치는 절두원추형 전극 구조체(10)의 각각의 전극판(11)에 전원공급부(40)의 (+)(-) 단자로부터 (+)(-)전류가 각각 인가될 경우, 수조 내부의 물(W)은 전기장 방전에 의해 전기분해가 이루어진다. 이때, 수조(30) 내부에서 (+)전류가 인가된 전극판(11; 양극(+))에는 (-)전하를 띠는 산소(O)기체가 모이고, (-)전류가 인가된 전극판(11; 음극(-))에는 (+)전하를 띠는 수소(H)기체가 (-)극에 모이게 되는데, 이를 통해 수조(30) 내부에 다량의 산소(O)기포와 수소(H)기포가 발생된다.
이 상태에서 수조(30) 외부로부터 물(W)의 흐름이 제공될 경우, 수조(30) 내부에 생성된 수소(H)기포와 산소(O)기포들은 절두원추형 전극 구조체(10)를 구성하는 각각의 전극판(11)들의 하단 유입측으로부터 상단 토출측으로 상승 이동한다.
본 발명에서 절두원추형 전극 구조체(10)를 구성하는 각각의 전극판(11)들은 물의 유입이 이루어지는 하단 유입측과 물의 토출이 이루어지는 상단 토출측의 단면적 비가 적어도 3:1 이상, 바람직하게는 6:1 이상이 되도록 구성할 수 있는데, 이를 통해 하단 유입측으로 유입된 물(W)의 유속은 상단 토출측에서 3배 이상, 바람직하게는 6배 이상 빨라지며, 이 과정에서 다수의 수소(H)기포 및 산소(O)기포들 간에 충돌이 발생하면서 기포들은 더욱 미세화되어 마이크로버블화 또는 나노버블화된다.
또한, 상하 일정한 간격을 두고 적층된 전극판(11)들의 상하 이격거리는 상단 토출측, 즉 개방 상부(12)의 직경보다 좁거나 그 이하의 크기를 갖는 것이 바람직한데, 이를 통해 하단 유입측으로부터 상단 토출측으로 상승하는 물의 유속을 향상시켜 수소(H)기포 및 산소(O)기포들 간에 더욱 격렬한 충돌을 일으킴으로써 기포들의 마이크로버블화 또는 나노버블화를 보다 촉진할 수 있다.
이와 같이 절두원추형 전극 구조체(10)는 상하 방향의 각각의 전극판(11)들이 전극판(11) 전체에서, 또는 적어도 일부가 상단 토출측인 개방 상부(12)를 향하여 점점 좁아지는 절두원추형 구조를 갖는 것으로, 이러한 구조를 통과하여 상승하는 동안 물(W)은 압력이 점점 상승하면서 유속이 빨라지고, 이 과정에서 묽 속의 수소(H)기포 및 산소(O)기포들 간에 격렬한 충돌이 발생하면서 미세화되어 마이크로버블화 또는 나노버블화된다. 또한, 최종적으로 개방 상부에 도달하거나 개방 상부(12)를 벗어날 때 물의 압력이 급격히 강하함과 동시에 부피가 확장되면서 기하급수적으로 늘어난 기포들이 더욱 미세하게 마이크로버블화 또는 나노버블화된다.
[실시예]
도 2는 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치를 구성하는 절두원추형 전극 구조체의 구체적인 형태로서의 실시예 1을 나타낸 것으로, 절두원추형 전극 구조체(10)는 외측에 (+)(-)전극(50)이 서로 대응하여 각각 직립상태로 설치되고 이 (+)(-)전극(50)의 하단이 베이스부(20)에 끼워져 고정된 상태로 외부의 전원공급부(40)로부터 (+)(-)전원이 각각 연결된 상태로 제공된다. (+)(-)전극(50)은 다수의 전극판(11)들을 각각 고정하기 위한 체결부(51)들이 전체 길이를 따라 일정 간격으로 형성되어 있으며, 각각의 체결부(51) 주위의 (+)(-)전극(50) 상에는 각각의 전극판(11)들의 하단 유입측으로 유입되도록 외부로부터의 물이 통과하는 유동홀(52)들이 천공되어 제공된다.
여기서 전극판(11)들의 각각은 (+)(-)전극(50)에 선택적으로 설치되는 것으로, 본 실시예에서는 상,하 전극판(11)들이 교대로 (+)전극과 (-)전극에 각각 연결되어 고정된다. 이러한 연결을 위해 (+)(-)전극(50)의 각각은 상,하 전극판(11)들을 고정하기 위한 복수의 체결부(51)들을 구비하며, 이러한 체결부(51)들은 복수의 상,하 전극판(11)들이 (+)(-)전극(50) 각각에 상하 교대로 고정되도록 (+)(-)전극(50) 상호간에 체결부(51)의 위치가 상하 엇갈린 형태로 배열되는 것이 바람직하다.
이와 같은 구성으로부터 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치는 전원 인가시 (+)(-)전극(50)에 연결된 전극판(11)들 주변에서 전기분해 현상이 발생하게 되고, 이러한 전기분해에 의해 물(W) 속에서는 (-)전하를 띠는 산소(O)기체가 양극(+)에 모이고 (+)전하를 띠는 수소(H)기체가 (-)극에 모이게 되는데, 이때 수조(30) 내부에서는 방전열에 의해 물이 기화되면서 양극(+)에서 산소(O)기포가 생성되고 음극(-)에서 수소(H)기포가 생성된다.
이 상태에서 수조(30) 외부로부터 물(W)의 흐름이 제공될 경우, 수조(30) 내부에 생성된 수소(H)기포와 산소(O)기포들은 절두원추형 전극 구조체(10)를 구성하는 각각의 전극판(11)들의 하단 유입측으로부터 상단 토출측으로 상승 이동하고, 이 과정에서 각각의 전극판(11)들 사이로 유입되는 물(W)속 수소(H)기포 및 산소(O)기포들간에 충돌이 발생하면서 기포들이 더욱 미세화된다. 더욱이, 전극판(11)들의 상방향으로 점점 좁아지는 구조로 인해 이를 통과하는 물(W)의 압력이 점차 상승하면서 유속은 더욱 빨라지게 되고, 개방 상부(12)를 통과하면서는 물의 압력이 급격히 떨어지면서 부피가 확장되면서 기하급수적으로 늘어난 기포들이 더욱 미세하게 마이크로버블화 또는 나노버블화된다.
한편, 각각의 전극판(11)들은, 도 2a에 도시한 바와 같이 상,하 전극판들이 모두 면상체(面狀體)(11) 구조를 갖는 형태, 도 2b에 도시한 바와 같이 상,하 전극판(11)들이 교대로 면상체(面狀體)(11) 구조를 갖는 것과 망상체(網狀體)(11') 구조를 갖는 것으로 번갈아 배열된 형태, 또는 도면에 도시하지는 않았지만 각각의 전극판(11)들의 대응하는 면의 적어도 일부가 면상체(面狀體) 구조와 망상체(網狀體) 구조로 상하 번갈아 형성된 형태로 제공될 수 있다.
특히 도 2b에 예시된 바에 따르면, 외부로부터 유입된 물(W)의 흐름은 전극판(11)들의 하단 유입측으로부터 상단 토출측으로 상승 이동하는 동안 망상체(11')의 표면은 그대로 통과하게 되는데, 이 과정에서 (-)전극에 연결된 망상체(11')의 표면 전체에서 발생하는 방전열에 의해 이에 접촉된 물이 모두 기화되면서 더욱 많은 기포들을 발생시키게 된다. 또한, 망상체(11')를 통과한 물0W)의 흐름은 상방향으로 점점 좁아지는 전극판(11) 구조로 인해 이를 통과하는 물(W)의 압력이 점차 상승하면서 유속이 더욱 빨라지고 기포들간에 충돌이 더욱 활발해지면서 기포들이 보다 더 미세화되며, 개방 상부(12)를 통과하면서는 물의 압력이 급격히 떨어짐과 동시에 부피가 확장되면서 기하급수적으로 늘어난 기포들이 더욱 미세하게 마이크로버블화 또는 나노버블화된다.
도 3은 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치를 구성하는 절두원추형 전극 구조체의 구체적인 형태로서의 실시예 2를 나타낸 것으로, 절두원추형 전극 구조체(10')는 크기가 다른 전극판(11)들을 내측에서 외측으로 일정 간격을 두고 중첩되도록 배열하고, 또한 각각의 전극판(11)들의 하단 일부를 세로 방향으로 절곡하여 이 절곡된 전극판 하단(13)들을 베이스부(20)에 각각 끼워 고정시킨 형태로서, 각각의 전극판(11)은 전원공급부(40)의 (+)(-) 단자에 선택적으로 접속되어 (+)(-)전류를 공급받도록 구성된다. 이 경우, 각각의 전극판(11)들은 교대로 (+)전극과 (-)전극에 각각 연결되는 것이 바람직하다. 또한, 베이스부(20)에 끼워져 고정된 상기 절곡된 전극판 하단(13)은 일부가 베이스부(20) 위로 돌출되며, 이 돌출된 부위에 외부로부터 물(W)이 유입되도록 일정한 크기의 유동홀(13a)이 천공되어 제공된다.
이와 같은 구성으로부터 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치는 절두원추형 전극 구조체(10')의 각각의 전극판(11)에 전원공급부(40)의 (+)(-) 단자로부터 (+)(-)전류가 인가될 경우, (+)(-)단자에 연결된 전극판(11)들 주변에서 전기장 방전에 의해 전기분해 현상이 발생하게 된다. 이때, 수조(30) 내부에서 (+)전류가 인가된 전극판(11; 양극(+))에는 (-)전하를 띠는 산소(O)기체가 모이고, (-)전류가 인가된 전극판(11; 음극(-))에는 (+)전하를 띠는 수소(H)기체가 (-)극에 모이게 되면서, 방전열에 의해 수조(30) 내부에 다량의 산소(O)기포와 수소(H)기포가 발생된다.
이 상태에서 수조(30) 외부로부터 물(W)의 흐름이 제공될 경우, 수조(30) 내부에 생성된 수소(H)기포와 산소(O)기포들은 절두원추형 전극 구조체(10)를 구성하는 각각의 전극판(11)들의 하단 유입측으로부터 상단 토출측으로 상승 이동한다.
본 실시예에서 절두원추형 전극 구조체(10')를 구성하는 각각의 전극판(11)들은 물의 유입이 이루어지는 하단 유입측과 물의 토출이 이루어지는 상단 토출측의 단면적 비가 적어도 3:1 이상, 바람직하게는 6:1 이상이 되도록 구성할 수 있는데, 이를 통해 하단 유입측으로 유입된 물(W)의 유속은 상단 토출측에서 3배 이상, 바람직하게는 6배 이상 빨라지며, 이 과정에서 다수의 수소(H)기포 및 산소(O)기포들 간에 충돌이 발생하면서 기포들은 더욱 미세화되어 마이크로버블화 또는 나노버블화된다.
또한, 내측에서 외측으로 일정 간격을 두고 중첩 배열된 전극판(11)들의 이격거리는 각각의 전극판(11)들의 상단 토출측, 즉 개방 상부(12)의 직경보다 좁거나 그 이하의 크기를 갖는 것이 바람직한데, 이를 통해 전극판(11)들의 하단 유입측으로부터 상단 토출측으로 상승하는 물의 유속을 향상시켜 수소(H)기포 및 산소(O)기포들 간에 더욱 격렬한 충돌을 일으킴으로써 기포들의 마이크로버블화 또는 나노버블화를 보다 촉진할 수 있다.
이와 같이 절두원추형 전극 구조체(10')는 내,외측 각각의 전극판(11)들이 전극판 전체에서, 또는 적어도 일부가 상단 토출측인 개방 상부(12)를 향하여 점점 좁아지는 절두원추형 구조를 갖는 것으로, 이러한 구조를 통과하여 상승하는 동안 물(W)은 압력이 점점 상승하면서 유속이 빨라지고, 이 과정에서 묽 속의 수소(H)기포 및 산소(O)기포들 간에 격렬한 충돌이 발생하면서 미세화되어 마이크로버블화 또는 나노버블화된다. 또한, 최종적으로 개방 상부(12)에 도달하거나 개방 상부를 벗어날 때 물의 압력이 급격히 강하함과 동시에 부피가 확장되면서 기하급수적으로 늘어난 기포들이 더욱 미세하게 마이크로버블화 또는 나노버블화된다.
한편, 각각의 전극판(11)들은, 도 3a에 도시한 바와 같이 내,외측 전극판들이 모두 면상체(面狀體)(11) 구조를 갖는 형태, 도 3b에 도시한 바와 같이 내,외측 전극판들이 교대로 면상체(面狀體)(11) 구조를 갖는 것과 망상체(網狀體)(11') 구조를 갖는 것으로 번갈아 배열된 형태, 또는 도면에 도시하지는 않았지만 각각의 전극판(11)들의 대응하는 면의 적어도 일부가 면상체(面狀體) 구조와 망상체(網狀體) 구조로 번갈아 배열된 형태로 제공될 수 있다.
특히 도 3b에 예시된 바에 따르면, 외부로부터 유입된 물(W)의 흐름은 전극판(11)들의 하단 유입측으로부터 상단 토출측으로 상승 이동하는 동안 망상체(11')의 표면은 그대로 통과하게 되는데, 이 과정에서 (-)전극에 연결된 망상체(11')의 표면 전체에서 발생하는 방전열에 의해 이에 접촉된 물이 모두 기화되면서 더욱 많은 기포들을 발생시키게 된다. 또한, 망상체(11')를 통과한 물0W)의 흐름은 상방향으로 점점 좁아지는 전극판 구조로 인해 이를 통과하는 물(W)의 압력이 점차 상승하면서 유속이 더욱 빨라지고 기포들간에 충돌이 더욱 활발해지면서 기포들이 더욱 미세화되고, 개방 상부(12)를 통과하면서는 물의 압력이 급격히 떨어짐과 동시에 부피가 확장되면서 기하급수적으로 늘어난 기포들이 더욱 미세하게 마이크로버블화 또는 나노버블화된다.
도 4는 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치를 구성하는 절두원추형 전극 구조체의 구체적인 형태로서의 실시예 3을 나타낸 것으로, 절두원추형 전극 구조체(10")는 크기가 다른 전극판(11)들을 내측에서 외측으로 일정 간격을 두고 중첩되도록 배열하고, 또한 각각의 전극판(11)들의 하부를 세로 방향으로 절곡하여 일정한 높이를 갖도록 연장시킨 형태로서, 이 절곡된 연장부(14)들의 하단은 베이스부(20)에 각각 끼워져 고정된 상태로 전원공급부(40)의 (+)(-) 단자에 선택적으로 접속되어 (+)(-)전류를 공급받도록 구성된다. 이 경우, 각각의 전극판(11)들은 교대로 (+)전극과 (-)전극에 각각 연결되는 것이 바람직하다. 또한, 베이스부(20)에 끼워진 상태에서 상기 베이스부 위로 돌출되는 연장부(14)들의 하단 일부는 물(W)이 통과하도록 일정한 크기의 유동홀(14a)이 천공되어 제공되는 것이 바람직하며, 이를 통해 수조(30) 외부로부터의 물(W)의 흐름이 유동홀(14a)들을 통과하여 각각의 전극판(11)들의 내부로 유입될 수 있다.
이와 같은 구성으로부터 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치는 절두원추형 전극 구조체(10")의 각각의 전극판(11)에 전원공급부(40)의 (+)(-) 단자로부터 (+)(-)전류가 각각 인가될 경우, (+)(-)단자에 연결된 전극판(11)들 주변에서 전기장 방전에 의해 전기분해 현상이 발생하게 된다. 이때, 수조(30) 내부에서 (+)전류가 인가된 전극판(11; 양극(+))에는 (-)전하를 띠는 산소(O)기체가 모이고, (-)전류가 인가된 전극판(11; 음극(-))에는 (+)전하를 띠는 수소(H)기체가 (-)극에 모이게 되는데, 이를 통해 수조(30) 내부에 다량의 산소(O)기포와 수소(H)기포가 발생된다.
이 상태에서 수조(30) 외부로부터 물(W)의 흐름이 제공될 경우, 수조(30) 내부에 생성된 수소(H)기포와 산소(O)기포들은 절두원추형 전극 구조체(10")를 구성하는 각각의 전극판(11)들의 하단 유입측으로부터 상단 토출측으로 상승 이동한다.
본 실시예에서 절두원추형 전극 구조체(10")를 구성하는 각각의 전극판(11)들은 물의 유입이 이루어지는 하단 유입측과 물의 토출이 이루어지는 상단 토출측의 단면적 비가 적어도 3:1 이상, 바람직하게는 6:1 이상이 되도록 구성할 수 있는데, 이를 통해 하단 유입측으로 유입된 물(W)의 유속은 상단 토출측에서 3배 이상, 바람직하게는 6배 이상 빨라지며, 이 과정에서 다수의 수소(H)기포 및 산소(O)기포들 간에 충돌이 발생하면서 기포들은 더욱 미세화되어 마이크로버블화 또는 나노버블화된다.
또한, 내측에서 외측으로 일정 간격을 두고 중첩 배열된 전극판(11)들의 이격거리는 각각의 전극판들의 상단 토출측, 즉 개방 상부(12)의 직경보다 좁거나 그 이하의 크기를 갖는 것이 바람직한데, 이를 통해 하단 유입측으로부터 상단 토출측으로 상승하는 물의 유속을 향상시켜 수소(H)기포 및 산소(O)기포들 간에 더욱 격렬한 충돌을 일으킴으로써 기포들의 마이크로버블화 또는 나노버블화를 보다 촉진할 수 있다.
이와 같이 절두원추형 전극 구조체(10")는 상하 방향의 각각의 전극판(11)들이 전극판(11) 전체에서, 또는 적어도 일부가 상단 토출측인 개방 상부(12)를 향하여 점점 좁아지는 절두원추형 구조를 갖는 것으로, 이러한 구조를 통과하여 상승하는 동안 물(W)은 압력이 점점 상승하면서 유속이 빨라지고, 이 과정에서 묽 속의 수소(H)기포 및 산소(O)기포들 간에 격렬한 충돌이 발생하면서 미세화되어 마이크로버블화 또는 나노버블화된다. 또한, 최종적으로 개방 상부에 도달하거나 개방 상부(12)를 벗어날 때 물의 압력이 급격히 강하함과 동시에 부피가 확장되면서 기하급수적으로 늘어난 기포들이 더욱 미세하게 마이크로버블화 또는 나노버블화된다.
한편, 본 실시예에서 각각의 전극판(11)들은 내,외측의 전극판들의 절두원추형 부분이 면상체(面狀體)(11) 구조를 갖는 것과 망상체(網狀體)(11') 구조를 갖는 것으로 번갈아 배열되어 있으나, 이에 한정하지 않고 도 3a와 유사하게 모두 면상체(面狀體)(11) 구조를 갖는 형태, 또는 각각의 전극판(11)들의 대응하는 면의 적어도 일부가 면상체(面狀體) 구조와 망상체(網狀體) 구조로 번갈아 형성된 형태로 제공될 수 있다.
특히, 도 4에 도시된 예에 따르면, 외부로부터 유입된 물(W)의 흐름은 전극판(11)들의 하단 유입측으로부터 상단 토출측으로 상승 이동하는 동안 망상체(11')의 표면은 그대로 통과하게 되는데, 이 과정에서 (-)전극에 연결된 망상체(11')의 표면 전체에서 발생하는 방전열에 의해 이에 접촉된 물이 모두 기화되면서 더욱 많은 기포들을 발생시키게 된다. 또한, 망상체를 통과한 물0W)의 흐름은 상방향으로 점점 좁아지는 전극판 구조로 인해 이를 통과하는 물(W)의 압력이 점차 상승하면서 유속이 더욱 빨라지고 기포들간에 충돌이 더욱 활발해지면서 기포들이 더욱 미세화되고, 개방 상부(12)를 통과하면서는 물의 압력이 급격히 떨어지면서 부피가 확장되면서 기하급수적으로 늘어난 기포들이 더욱 미세하게 마이크로버블화 또는 나노버블화된다.
도 5는 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치를 구성하는 절두원추형 전극 구조체의 구체적인 형태로서의 실시예 4를 나타낸 것으로, 절두원추형 전극 구조체(10"')는 도 4와 마찬가지로 크기가 다른 전극판(11)들을 내측에서 외측으로 일정 간격을 두고 중첩되도록 배열하고, 또한 각각의 전극판(11)들의 하부를 세로 방향으로 절곡하여 일정한 높이를 갖도록 연장시킨 형태로서, 이 절곡된 연장부(15)들의 하단은 베이스부(20)에 각각 끼워져 고정된 상태로 전원공급부(40)의 (+)(-) 단자에 선택적으로 접속되어 (+)(-)전류를 공급받도록 구성된다. 이 경우, 각각의 전극판(11)들은 교대로 (+)전극과 (-)전극에 각각 연결되는 것이 바람직하다.
또한, 베이스부(20)에 끼워진 상태에서 상기 베이스부(20) 위로 돌출되는 상기 연장부(15)들은 표면 전체에 물(W)이 통과하는 일정한 크기의 유동홀(15a)이 다수 천공될 수 있으며, 이러한 유동홀(15a)들은 내,외부의 전극판(11)들 간에 상호 대응하도록 형성되는 것이 바람직한데, 이를 통해 수조(30) 외부로부터 물(W)의 흐름이 각각의 유동홀(15a)들을 통과하여 각각의 전극판(11)들 내부로 유입될 수 있다.
한편, 상기 베이스부(20)에 끼워져서 이 베이스부 위로 돌출된 각각의 연장부(15)들은 표면이 도 5a와 같은 망상체(網狀體) 형태로 구성되거나, 아니면 도 5b와 같이 다수의 유동홀(15a)들이 일정한 간격으로 규칙적으로 배열된 구조로 제공될 수 있다.
이와 같은 구성으로부터 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치는 절두원추형 전극 구조체(10"')의 각각의 전극판(11)에 전원공급부(40)의 (+)(-) 단자로부터 (+)(-)전류가 각각 인가될 경우, (+)(-)단자에 연결된 전극판(11)들 주변에서 전기장 방전에 의해 전기분해 현상이 발생하게 된다. 이때, 수조(30) 내부에서 (+)전류가 인가된 전극판(11; 양극(+))에는 (-)전하를 띠는 산소(O)기체가 모이고, (-)전류가 인가된 전극판(11; 음극(-))에는 (+)전하를 띠는 수소(H)기체가 (-)극에 모이게 되는데, 이를 통해 수조(30) 내부에 다량의 산소(O)기포와 수소(H)기포가 발생된다.
이 상태에서 수조(30) 외부로부터 물(W)의 흐름이 제공될 경우, 수조(30) 내부에 생성된 수소(H)기포와 산소(O)기포들은 절두원추형 전극 구조체(10"')를 구성하는 각각의 전극판(11)들의 하단 유입측으로부터 상단 토출측으로 상승 이동한다.
본 실시예에서 절두원추형 전극 구조체(10"')를 구성하는 각각의 전극판(11)들은 물의 유입이 이루어지는 하단 유입측과 물의 토출이 이루어지는 상단 토출측의 단면적 비가 적어도 3:1 이상, 바람직하게는 6:1 이상이 되도록 구성할 수 있는데, 이를 통해 하단 유입측으로 유입된 물(W)의 유속은 상단 토출측에서 3배 이상, 바람직하게는 6배 이상 빨라지며, 이 과정에서 다수의 수소(H)기포 및 산소(O)기포들 간에 충돌이 발생하면서 기포들은 더욱 미세화되어 마이크로버블화 또는 나노버블화된다.
또한, 내측에서 외측으로 일정 간격을 두고 중첩 배열된 전극판(11)들의 이격거리는 각각의 전극판들의 상단 토출측, 즉 개방 상부(12)의 직경보다 좁거나 그 이하의 크기를 갖는 것이 바람직한데, 이를 통해 하단 유입측으로부터 상단 토출측으로 상승하는 물의 유속을 향상시켜 수소(H)기포 및 산소(O)기포들 간에 더욱 격렬한 충돌을 일으킴으로써 기포들의 마이크로버블화 또는 나노버블화를 보다 촉진할 수 있다.
이와 같이 절두원추형 전극 구조체(10"')는 상하 방향의 각각의 전극판(11)들이 전극판(11) 전체에서, 또는 적어도 일부가 상단 토출측인 개방 상부(12)를 향하여 점점 좁아지는 절두원추형 구조를 갖는 것으로, 이러한 구조를 통과하여 상승하는 동안 물(W)은 압력이 점점 상승하면서 유속이 빨라지고, 이 과정에서 묽 속의 수소(H)기포 및 산소(O)기포들 간에 격렬한 충돌이 발생하면서 미세화되어 마이크로버블화 또는 나노버블화된다. 또한, 최종적으로 개방 상부에 도달하거나 개방 상부(12)를 벗어날 때 물의 압력이 급격히 강하함과 동시에 부피가 확장되면서 기하급수적으로 늘어난 기포들이 더욱 미세하게 마이크로버블화 또는 나노버블화된다.
한편, 본 실시예에서 각각의 전극판(11)들은 내,외측의 전극판들의 절두원추형 부분이 모두 면상체(面狀體)(11) 구조를 갖는 것으로 도시되었으나, 이에 한정하지 않고 도 4와 유사하게 면상체(面狀體)(11) 구조를 갖는 것과 망상체(網狀體)(11') 구조를 갖는 것으로 번갈아 배열된 형태, 또는 각각의 전극판(11)들의 대응하는 면의 적어도 일부가 면상체(面狀體) 구조와 망상체(網狀體) 구조로 번갈아 형성된 형태로 제공될 수 있다.
특히, 내,외측의 전극판들(11)의 절두원추형 부분이 면상체(面狀體) 구조를 갖는 것과 망상체(網狀體) 구조를 갖는 것으로 번갈아 배열된 형태, 또는 각각의 전극판(11)들의 대응하는 면의 적어도 일부가 면상체(面狀體) 구조와 망상체(網狀體) 구조로 번갈아 형성된 형태로 제공될 경우, 외부로부터 유입된 물(W)의 흐름은 전극판(11)들의 하단 유입측으로부터 상단 토출측으로 상승 이동하는 동안 망상체의 표면은 그대로 통과하게 되는데, 이 과정에서 (-)전극에 연결된 망상체의 표면 전체에서 발생하는 방전열에 의해 이에 접촉된 물이 모두 기화되면서 더욱 많은 기포들을 발생시키게 된다. 또한, 망상체를 통과한 물0W)의 흐름은 상방향으로 점점 좁아지는 전극판 구조로 인해 이를 통과하는 물(W)의 압력이 점차 상승하면서 유속이 더욱 빨라지고 기포들간에 충돌이 더욱 활발해지면서 기포들이 더욱 미세화되고, 개방 상부(12)를 통과하면서는 물의 압력이 급격히 떨어지면서 부피가 확장되면서 기하급수적으로 늘어난 기포들이 더욱 미세하게 마이크로버블화 또는 나노버블화된다.
도 6은 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치를 포함하는 수질정화장치의 하나의 예시적인 형태를 나타낸 것으로, 마이크로·나노버블 발생장치는 외부로부터 물이 유입되는 급수구(31)와 마이크로버블을 포함한 정화된 물이 토출되는 토출구(32)가 하단 및 상단에 각각 구비된 수조(30)의 내부에 도 2 내지 도 5에 도시된 절두원추형 전극 구조체(10)(10')(10")(10"')들 중 어느 한 형태가 내장된 구조를 갖출 수 있다.
여기서, 절두원추형 전극 구조체(도 6에서는 편의상 참조부호 '10'으로 표기됨)는 수조(30)의 베이스부(바닥 또는 벽면)에 고정 또는 지지되어 외부의 전원공급부(40)로부터 (+)(-)전원이 각각 연결된 상태로 제공되며, 수조(30)의 급수구(31)와 연결된 배관(70)에는 물을 이송하기 위한 이송펌프(60)가 구비되어 수조(30) 내부로 물이 원활히 공급되도록 한다.
이상의 구성으로부터 수조(30)에 배관(70)과 급수구(31)를 통해 공급된 물은 절두원추형 전극 구조체(10)의 전극판(11)들 사이를 통과하는 동안 물 속 수소 기포와 산소 기포가 서로 충돌하면서 상승하여 보다 미세화하게 되고, 아울러 전극판(11)들 사이의 간극(D)이 상방향으로 점차 좁아지는 구조로 인해 이를 통과하는 물(W)의 압력이 점차 상승하면서 유속은 더욱 빨라지게 되고, 개방 상부(12)를 통과하면서는 물의 압력이 급격히 떨어지면서 물 속 기포들이 더욱 미세화되어 결국 마이크로버블이 생성된다.
이와 같이 생성된 마이크로버블은 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치가 설치된 하수처리장이나 정수장 등의 수질정화나 일반 가정용 생활폐수의 수질정화에 매우 유용하게 활용될 수 있다.
도 7은 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치를 포함하는 샤워장치의 하나의 예시적인 형태를 나타낸 것으로, 마이크로·나노버블 발생장치는 수도관(80)으로부터 직수가 유입되는 급수구와 마이크로버블을 포함하는 정화된 물(W)이 토출되는 토출구가 서로 대응하여 마련된 수조(30')의 내부에 도 2 내지 도 5에 도시된 절두원추형 전극 구조체(10)(10')(10")(10"')들 중 어느 한 형태가 내장된 구조를 갖출 수 있다.
여기서, 절두원추형 전극 구조체(도 7에서는 편의상 참조부호 '10'으로 표기됨)는 수조(30')의 급수구 주위의 벽면(또는 베이스부)에 고정 또는 지지되어 외부의 전원공급부(40)로부터 (+)(-)전원이 각각 연결된 상태로 제공되며, 수조(30')의 급수구에는 수돗물이 직수로 공급되도록 직수관(80)이 연결되고, 수조(30')의 토출구에는 샤워기 호스(90)가 연결된다.
또한, 샤워기 호스(90)에는 압력센서(91)와 토출밸브(92)가 구비될 수 있으며, 압력센서(91)는 토출밸브(92) 폐쇄에 의한 물 차단시 호스(90) 내 압력상승을 감지하여 샤워기(93)의 가동을 정지시키며, 또한 토출밸브(92) 개방시 호스(90) 내 압력 저하를 감지하여 샤워기(93)의 가동을 시작하게 한다.
이상의 구성으로부터 수조(30')에 직수관(80)과 급수구를 통해 공급된 물은 절두원추형 전극 구조체(10)의 전극판(11)들 사이를 통과하는 동안 물 속 수소 기포와 산소 기포가 서로 충돌하면서 상승하여 보다 미세화되고, 아울러 전극판(11)들 사이의 간극(D)이 상방향으로 점차 좁아지는 구조로 인해 이를 통과하는 물(W)의 압력이 점차 상승하면서 유속은 더욱 빨라지게 되고, 개방 상부(12)를 통과하면서는 물의 압력이 급격히 떨어지면서 물 속 기포들이 더욱 미세화되어 마이크로버블을 생성함으로써 사워기를 사용하는 사람들의 피부 미용에 매우 유용하게 활용될 수 있다.
한편, 수중전기방전은 전통적인 산화법보다 외부 동력이 불필요하고 낮은 에너지소비, 오존 및 라디칼 등의 생성을 통한 강력한 산화력 등의 장점을 가지고 있음이 알려져 있다.
수중전기방전이 다른 산화공정과 비교하여 더 효율적인 이유는 외부에서 공급받지 않고 산화력이 탁월한 라디칼 등을 제공할 수 있고, 공급되는 전기장의 세기를 조정하여 반응종(reactive species)의 생성 및 마이크로·나노버블의 크기를 조절할 수 있으며, 기체와 액체의 계면에 직접 에너지를 작용하여 미세기포의 합성율을 높일 수 있다는 것이다.
수중에서 짧은 간격으로 이격된 두 전극 사이에 방전하면 전기적 영향이 미치는 전기장 내에 위치한 음전극 끝에서 국소적인 방전열이 발생하고, 접촉된 물이 기화되면서 기포가 생성된다. 본 발명에 따르면, 이렇게 형성된 기포는 그 크기가 커지는 과정에서 미약한 전기장에서도 방전을 일으켜 액체 유전체의 급속한 파괴가 유도되고, 전기장의 세기를 조정하여 반응종(reactive species)의 생성을 조절할 수 있으며, 기체의 계면에 직접 에너지를 작용하여 미세기포의 합성율을 높일 수 있다. 더욱이, 원뿔 모양의 형태로 유체 압력과 유속을 높임으로써 기포들은 더욱 미세화되어 마이크로·나노버블화가 된다.
또한, 수중전기방전은 특히 물리적, 화학적, 생물학적 응용 공정분야에서 그 활용도가 높은 것이 특징인데, 그 중에서 바이러스나 효모, 박테리아 등과 같은 미생물의 파괴, 음용수, 오폐수 정화 등에 매우 뛰어난 효과를 제공한다.
수돗물에 별도의 첨가물없이 수중전기방전을 통해 물분자를 분리하면 수산화이온(OH-) 및 산소계활성종(O-, O2-, O3-)이 생성되고, 일시적으로 마이크로·나노버블수 내의 용존 산소량과 pH농도가 증가된다.
실제로, 수돗물은 온도 20℃에서 pH 6.2, 용존산소 4.9mg/L이었던 것이 본 발명의 마이크로·나노버블 발생장치를 통한 수중 전기분해 후 생성된 마이크로·나노버블수가 pH 7.0, 용존산소 8.9mg/L로 훨씬 더 높은 pH농도와 용존산소량을 갖게 되는 것이 확인되었다.
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. 삭제
  2. 일정 크기의 수조,
    상기 수조 내부에 상하 방향이 개방된 일정한 두께의 중공의 전극판들이 일정한 간격으로 다수 개가 중첩되어 이루어진 전극 구조체,
    상기 전극 구조체를 지지하는 베이스부, 및
    상기 수조 내부의 물(W)을 전기분해하기 위해 상기 전극판들의 각각에 선택적으로 (+)(-) 전류를 인가하는 전원공급부를 포함하고,
    상기 전극판들의 각각은 적어도 일부가 절두원추 형상을 가지며,
    상기 전기분해에 의해 수조 내부에 생성된 다수의 기포들이 상기 절두원추 형상의 상단 토출측으로 상승 이동하도록, 상기 전극 구조체는 적어도 측방향 일부에 외부로부터 물이 통과하는 유동홀이 상기 전극판들의 사이 공간에 대응하여 형성되며,
    상기 전극 구조체는, 외측에 (+)(-)전극이 서로 대응하여 각각 직립상태로 설치되고, 상기 (+)(-)전극의 하단은 베이스부에 끼워져 고정된 상태로 상기 전원공급부로부터 (+)(-)전원이 각각 연결되되, 상기 (+)(-)전극은 상기 전극 구조체의 각각의 전극판들을 고정하기 위한 체결부가 전체 길이를 따라 일정 간격으로 형성되고, 상기 유동홀은 각각의 체결부 주위의 (+)(-)전극 상에 천공되어 제공되며, 상기 다수 개의 전극판들은 상기 (+)(-)전극 상에 교대로 고정되도록 상기 (+)(-)전극 상호간에 상기 체결부의 위치가 서로 엇갈린 형태로 배열된 것을 특징으로 하는 마이크로·나노버블 발생장치.
  3. 일정 크기의 수조,
    상기 수조 내부에 상하 방향이 개방된 일정한 두께의 중공의 전극판들이 일정한 간격으로 다수 개가 중첩되어 이루어진 전극 구조체,
    상기 전극 구조체를 지지하는 베이스부, 및
    상기 수조 내부의 물(W)을 전기분해하기 위해 상기 전극판들의 각각에 선택적으로 (+)(-) 전류를 인가하는 전원공급부를 포함하고,
    상기 전극판들의 각각은 적어도 일부가 절두원추 형상을 가지며,
    상기 전기분해에 의해 수조 내부에 생성된 다수의 기포들이 상기 절두원추 형상의 상단 토출측으로 상승 이동하도록, 상기 전극 구조체는 적어도 측방향 일부에 외부로부터 물이 통과하는 유동홀이 상기 전극판들의 사이 공간에 대응하여 형성되며,
    상기 전극 구조체는, 크기가 다른 전극판들을 내측에서 외측으로 일정 간격을 두고 중첩되도록 배열하고, 각각의 전극판들의 하단 일부를 세로 방향으로 절곡하여 이 절곡된 전극판 하단들을 상기 베이스부에 각각 끼워 고정시킨 형태로서, 각각의 전극판들은 교대로 상기 전원공급부의 (+)단자와 (-)단자에 연결되어 선택적으로 (+)(-)전류를 공급받도록 구성되고, 상기 베이스부에 끼워져 고정된 상기 절곡된 전극판 하단들은 일부가 베이스부 위로 돌출되며, 이 돌출된 부위에 상기 유동홀이 천공되어 제공되는 것을 특징으로 하는 마이크로·나노버블 발생장치.
  4. 삭제
  5. 제 2항 또는 제 3항에 있어서,
    각각의 전극판들은 절두원추형 부분이 모두 면상체(面狀體) 구조인 형태, 면상체(面狀體) 구조와 망상체(網狀體) 구조가 번갈아 배열된 형태, 또는 각각의 전극판들의 대응하는 면의 적어도 일부가 면상체(面狀體) 구조와 망상체(網狀體) 구조로 번갈아 형성된 형태인 것을 특징으로 하는 마이크로·나노버블 발생장치.
  6. 급수구와 토출구를 갖는 수조의 내부에 제 2항 또는 제 3항의 마이크로·나노버블 발생장치를 구비한 수질정화장치로서,
    상기 전극 구조체는 수조의 바닥 또는 벽면의 베이스부에 고정 또는 지지되어 상기 전원공급부로부터 (+)(-)전원이 각각 연결된 상태로 제공되고, 상기 수조의 급수구와 연결된 배관에는 상기 수조 내부로 물이 원활히 공급되도록 이송펌프를 배치하여 마이크로·나노버블을 발생시키도록 한 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
  7. 급수구와 토출구가 서로 대응하여 마련된 수조의 내부에 제 2항 또는 제 3항의 마이크로·나노버블 발생장치를 구비한 샤워장치로서,
    상기 전극 구조체는 수조의 급수구 주위의 벽면 또는 베이스부에 고정 또는 지지되어 상기 전원공급부로부터 (+)(-)전원이 각각 연결된 상태로 제공되며, 상기 수조의 급수구에는 수돗물이 직수로 공급되도록 직수관이 연결되고, 상기 수조의 토출구에는 샤워기 호스가 연결되되, 상기 샤워기 호스에는 압력센서와 토출밸브가 구비되어 상기 압력센서가 상기 토출밸브 폐쇄에 의한 물 차단시 호스 내 압력상승을 감지하여 샤워기의 가동을 정지시키고, 상기 토출밸브 개방시 호스 내 압력 저하를 감지하여 샤워기의 가동을 시작하게 하는 것을 특징으로 하는 샤워장치.
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KR20140018158A (ko) * 2012-08-03 2014-02-12 이정렬 수처리장치

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