KR20180046683A - 나노버블 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 물과 공기가 혼합된 혼합수를 이동하는 과정에서 혼합된 공기를 충돌과 압력을 부여하여 나노 단위로 미세화시켜 나노버블을 발생시키도록; 외부에서 물과 공기의 혼합수를 유입받도록 된 입구와 배출되는 출구를 가지는 몸체와, 상기 몸체에서 상기 입구에 마련되며 상기 혼합수가 이송되는 이송통로를 가지며 상기 혼합수에 충돌하중과 이송압력을 인가하여 나노버블을 발생하도록 된 발생수단을 포함하여 이루어지는 나노버블 발생장치에 있어서; 상기한 발생수단은, 입구에 결합하며 상기 혼합수를 공급받아 고압으로 분사하도록 된 분사노즐과; 상기 몸체의 내부에 고정되며 내부에 상기 분사노즐을 수용하되 상기 분사노즐의 분사공이 내주면에 근접되면서 대면하여 상기 혼합수에 충돌압력을 부여하도록 되며, 외측면에 상기 분사노즐에서 분사된 혼합수가 상기 몸체의 내부로 유도하도록 되는 다수의 유도공이 형성된 반사커버를 포함하여 이루어지며; 상기한 반사커버는, 상기 분사노즐의 분사공이 대면하는 면이 바닥판으로 이루어지며 상기 바닥판의 테두리에서 상기 분사노즐의 길이방향과 평행한 방향으로 연장형성되되 종단에 상기 몸체의 내주면과 면접촉하면서 나사결합하는 플랜지가 형성되며 상기 유도공들이 형성된 측벽을 가지고; 상기한 유도공은, 상기 측면의 플랜지부와 근접된 위치에 배치된 나노버블 발생장치를 제공한다.

Description

나노버블 발생장치{Nano-bubble generator}

본 발명은, 직경이 나노 단위를 가지는 미세 기포인 나노버블을 발생시키는 나노버블 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 물과 공기가 혼합된 혼합수가 이동하는 과정에서 혼합된 공기를 나노 단위로 미세화시켜 나노버블을 발생시킴은 물론, 구조적 단순화와 소형화를 통해 경제적인 이익을 구현할 수 있도록 된 나노버블 발생장치에 관한 것이다.

일반적으로 나노 버블은, 눈으로 확인할 수 없는 초 미세 기포로써, 일반 버블의 1/2,000 크기로 피부의 모공 25㎛ 이하의 미세한 공기 입자이며, 소멸할 때 1) 40KHz의 초음파 발생시키고, 2) 140db의 높은 음압을 발생시키며, 3) 4,000도~6,000도의 순간적인 고열 발생된다.

즉 일반기포는 물속에서 상승해 표면에서 파열하지만 나노 버블은 수중에서 압력에 의해 축소되며 다양한 에너지를 발생시키며 소멸한다.

그리고 상기와 같은 나노 버블은 초 극미한 거품으로 물과 공기를 격렬하게 회전시키는 경우 주로 발생한다.

이와 같은 나노 버블은 "기체 용해 효과, 자기가압효과, 대전효과" 등의 물리적, 화학적 특성에 의해 다양한 영역에서 활용되고 있으며, 근자에 이르러 특히 어업, 농업 분야에서는 각종 양식, 수경재배에 이용되고, 의료 분야에서는 정밀진단에 이용되며, 각종 분야에서 물리치료, 고순도 정수 처리, 환경장치 등에 사용되고 있는 실정이다.

즉 그 사용분야가 온천욕부터 암진단까지 광범위하며 피부도 재생해주는데다가 살균효과도 뛰어나다고 알려져 있다.

상기와 같은 나노 버블은 선회액체류식, 스테이트믹서식, 아젝터식, 밴추리식, 가압용해식, 초음파식, 전기분해식, 미세기공필터식 등 다양한 방식으로 생성된다.

이와 같은 다양한 방식의 나노 버블 발생장치를 통해 나노 버블을 발생시키기 위해서는 기체가 혼합된 액체(공급수)를 공급받아 기체를 미세기포로 전환시켜 나노 버블을 생성하게 된다.

상기에서 공급수가 미세기포로 전환되는 과정은 기포가 함유된 공급수가 미세관로가 구비된 발생수단의 미세 관로를 통과하는 중에 분리 및 압축되는 과정을 통해 이루어진다.

상기한 바와 같이 나노 버블을 발생하는 나노버블 발생장치들 중 하나로, 한국특허등록번호 제10-1146040호(명칭: 나노 버블 발생장치)가 있으며, 상기 나노 버블 발생장치는, 공보에 기재된 바와 같이, 물이 유입되는 물유입구 및 공기가 유입되는 공기유입구와 토출되는 토출구가 구비된 버블생성실과, 상기 버블생성실의 물유입구 및 공기유입구와 토출구의 사이에 마련되며 모터의 축에 끼워져 회전되고 물유입구와 공기유입구를 통해 유입된 물이 유도되는 다수의 유도공이 구비된 회전디스크와, 상기 회전디스크의 물과 공기의 이동방향에 밀착되도록 마련되며 유도공을 통해 유도된 물과 공기를 외 측 방향으로 분기시킴과 동시에 상기 회전디스크의 회전에 따라 물과 공기를 교반하도록 회전디스크방향으로 돌출형성된 다수의 교반편들이 구비된 고정디스크로 이루어져 있다.

이에 따라, 물과 공기가 상기 교반편들과 마찰되면서 교반됨은 물론 교반편들의 사이를 지그 잭으로 통과하면서 마찰되기 때문에, 으깨어지듯이 물과 공기를 강하게 교반함과 동시에 압착하도록 되어 있다.

이러한 충격 방식의 미세기포 발생장치는 5 내지 20 bar의 높은 압력이 필요할 뿐만 아니라, 유량손실이 크고, 다수의 노즐 및 부피가 큰 혼합탱크가 요구됨으로써, 장치의 구조와 설비가 복잡해지는 단점이 있었다.

한편, 선회액체류방식의 미세기포 발생장치는, 상기 충격식 노즐 방식과 같이, 물과 공기가 혼합된 혼합수를 와선형으로 공간을 통해 이송하는 과정에서 유입되는 이송압력을 통해 나노버블을 발생시키도록 된 것으로, 와선형 관로를 형성하여 혼합수가 와류를 형성하면서 이송되는 중에 발생된 와류압에 의해 나노버블이 발생하도록 되어 있다.

그러나, 이러한 선회액체류방식의 미세기포 발생장치는, 단일노즐을 통해서는, 미세기포를 발생시키지 못하며, 높은 압력이 필요할 뿐만 아니라, 부피가 큰 혼합탱크가 요구되는 문제점이 있었다.

1. 한국특허등록번호 제10-1146040호

본 발명은, 상기와 같은 종래의 나노버블 발생장치들이 가지는 문제점들을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은, 물과 공기가 혼합된 혼합수가 이동하는 과정에서 혼합된 공기를 나노 단위로 미세화시켜 나노버블을 발생시킴은 물론, 구조적 단순화와 소형화를 통해 경제적인 이익을 구현할 수 있도록 된 나노버블 발생장치를 제공하는 것에 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 나노버블 발생장치는, 외부에서 물과 공기의 혼합수를 유입받도록 된 입구와 배출되는 출구를 가지는 몸체와, 상기 몸체에서 상기 입구에 마련되며 상기 혼합수가 이송되는 이송통로를 가지며 상기 혼합수에 충돌하중과 이송압력을 인가하여 나노버블을 발생하도록 된 발생수단을 포함하여 이루어지는 나노버블 발생장치에 있어서; 상기한 발생수단은, 입구에 결합하며 상기 혼합수를 공급받아 고압으로 분사하도록 된 분사노즐과; 상기 몸체의 내부에 고정되며 내부에 상기 분사노즐을 수용하되 상기 분사노즐의 분사공이 내주면에 근접되면서 대면하여 상기 혼합수에 충돌압력을 부여하도록 되며, 외측면에 상기 분사노즐에서 분사된 혼합수가 상기 몸체의 내부로 유도하도록 되는 다수의 유도공이 형성된 반사커버를 포함하여 이루어지며; 상기한 반사커버는, 상기 분사노즐의 분사공이 대면하는 면이 바닥판으로 이루어지며 상기 바닥판의 테두리에서 상기 분사노즐의 길이방향과 평행한 방향으로 연장형성되되 종단에 상기 몸체의 내주면과 면접촉하면서 나사결합하는 플랜지가 형성되며 상기 유도공들이 형성된 측벽을 가지고; 상기한 유도공은, 상기 측면의 플랜지부와 근접된 위치에 배치되어, 상기 바닥면과의 사이 간격이 극대화 되도록 된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명에 의한 나노버블 발생장치는, 전체적인 크기 및 점유공간이 작으면서 물과 공기가 혼합된 혼합수에 충돌압력과 이송압력을 부여하여 나노버블 발생효율을 향상시키도록 됨에 따라, 공간적 제한을 가지지 않아 사용효율이 극대화되어 경제적인 이익을 구현하는 효과를 가진다.

도 1은, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 나노버블 발생장치를 보인 개략 단면 예시도.
도 2는, 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치에 적용되는 발생장치의 작용상태를 보인 개략 예시도.
도 3 및 도 4는, 본 발명에 따른 다른 실시 예에 의한 나노버블 발생장치를 보인 개략 단면 예시도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시 예에 의한 나노버블 발생장치를 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시 예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.

도 1 및 도 2는,, 본 발명에 따른 일 실시 예에 의한 나노버블 발생장치를 보인 도면으로, 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치(1)는, 외부에서 물과 공기의 혼합수를 유입 받아 이송하는 중에 충돌과 압력을 인가하여 혼합된 공기를 미세화시켜 나노버블을 발생시켜 배출하도록 된 것이다.

이러한 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치(1)는, 외부에서 물과 공기의 혼합수를 유입받도록 된 입구(21)와 배출되는 출구(22)를 가지는 몸체(2)를 가진다.

즉, 상기 몸체(2)의 입구(21)에서 공급되는 혼합수가 출구(22)로 배출되는 과정에서 상기 몸체(2)의 내부를 경유하여 이송하게 되며; 상기 몸체(2)의 내부를 경유하는 과정에서 충돌압력과 이송압력을 인가받아 혼합수에 함유된 공기가 미세화되어 나노버블이 발생 된다.

상기에서 몸체(2)는, 바닥면 중앙에 상기 입구(21)가 형성되며 상부가 개구된 몸통(23)과; 상기 몸통(23)의 개구를 폐쇄하면서 결합되며 중앙에 상기 출구(22)가 형성된 덮개(24)를 포함하여 이루어지는 것이 바람직하며; 상기한 몸통(23)과 상기 덮개(24)는, 서로 접촉하는 면에 나사부가 형성되어 나사결합되는 것이 가장 바람직하다.

이와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치(1)는, 상기 몸체(2)에서 상기 입구(21)와 출구(22)의 사이에 마련되며 상기 혼합수가 이송되는 이송통로를 가지며 상기 혼합수에 충돌하중과 이송압력을 인가하여 나노버블을 발생하도록 된 발생수단(3)을 더 가진다.

즉, 혼합수가 상기 몸체(2)의 내부에서 이동하는 중에 상기 발생수단(3)을 경유하면서 충돌을 반복함과 동시에 좁은 이송통로를 경유하면서 압력을 인가받아 함유된 공기가 미세화되면서 나노버블을 발생하게 된다.

상기와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치(1)에서, 상기한 발생수단(3)은, 상기 입구(21)에 결합하며 상기 혼합수를 공급받아 고압으로 분사하도록 된 분사노즐(31)과; 상기 몸체(2)의 내부에 고정되며 내부에 상기 분사노즐(31)을 수용하되 상기 분사노즐(31)의 분사공(32)이 내주면에 근접되면서 대면하여 상기 혼합수에 충돌압력을 부여하도록 되며, 외측면에 상기 분사노즐(31)에서 분사된 혼합수가 상기 몸체(2)의 내부로 유도하도록 되는 다수의 유도공(33)이 형성된 반사커버(34)를 포함하여 이루어진다.

즉, 상기 분사노즐(31)을 통해 상기 입구(21)에 결합되어 혼합수를 인가받아 상기 반사커버(34)의 내주면에 분사하여 혼합수에 충돌하중을 인가하고, 상기 반사커버(34)의 내부먼에서 반사되는 혼합수를 상기 유도공(33)을 통해 상기 몸체(2)의 내부로 유도하는 중에 이송압력을 인가하여 나노버블을 발생시키게 된다.

이에 따라, 상기 입구(21)로 공급되는 혼합수에 충돌하중과 이송압력을 동시에 부여하여 나노버블 발생효율을 향상시킴은 물론, 구조적으로 단순하고 소형화에 가능하여 생산성의 증대와 공간적 사용제한을 현저히 낮추어 경제적인 이익을 구현하게 된다.

상기에서 분사노즐(31)은, 상기 입구(21)에서 유입되는 혼합수가 내부를 경유하도록 내부가 중공된 '관([pipe)' 형상의 관체로 이루어지며; 상기 분사공(32)은 상기 중공부에 대하여 내경에 확장된 나팔관 형상을 가지어, 혼합수가 확산하는 형태로 분사하도록 되는 것이 바람직하다.

이와 더불어, 상기 혼합수가 유입되는 유입구는 상기 중공부에 대하여 내경에 확장된 나팔관 형상을 가지어, 혼합수가 와류를 형성하면서 유입되어 더욱 원활하게 혼합수를 유입할 수 있도록 되는 가장 바람직하다.

한편, 상기한 분사노즐(31)의 외주면과 상기 입구(21)의 내주면에는 나사부가 형성되어 나사체결되는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니며 사용자의 선택에 따라 적용하는 것이 가장 바람직하다.

이와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치(1)에서, 상기한 반사커버(34)는, 상기 분사노즐(31)의 분사공(32)이 대면하는 면이 바닥판으로 이루어지며 상기 바닥판의 테두리에서 상기 분사노즐의 길이방향과 평행한 방향으로 연장형성되되 종단에 상기 몸체의 내주면과 면접촉하면서 나사결합하는 플랜지가 형성되며 상기 유도공(34)들이 형성된 측벽을 가지는 것으로 이루어지는 것이 바람직하며; 상기한 유도공(34)은, 상기 측면의 플랜지부와 근접된 위치에 배치되어, 상기 바닥면과의 사이 간격이 극대화 되도록 되는 것이 가장 바람직하다.

이러한 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치(1)에서, 상기한 발생수단(3)은, 상기 몸통(23)의 개구가 개방된 상태에서 상기 개구를 통해 상기 몸통(23)의 내주면에 각각 체결결합된 후, 상기 몸통(23)의 개구를 덮개(24)를 통해 폐쇄하는 것이 조립이 이루어져, 제조작업이 간편하게 이루어진다.

상기와 같이 이루어지는 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치(1)의 작용효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 물과 공기가 혼합된 혼합수가 미 도시된 유입관 및 펌프를 통해 소정의 압력을 가지면서 상기 몸체(2)의 입구(21)로 유입되면, 상기 출구(22)로 배출되는 중에 상기 발생수단(3)을 구성하는 상기 분사노즐(31)의 분사공(32)을 통해 상기 반사커버(34)의 내주면에 충돌하도록 분사되어 충돌압력을 인가받아 나노버블을 발생하게 된다.

이와 더불어, 상기 반사커버(34)에 의해 반사된 혼합수가 상기 유동공(33)으로 이동하는 중에 이송압력을 인가받아 나노버블을 발생하게 된다.

이때, 혼합수에 함유된 공기가 충돌압력을 인가받아 미세화됨과 동시에, 이송압력에 의한 전단압을 인가받아 더욱 미세화가 촉진되면서 더욱 효율적으로 나노버블을 발생하게 된다.

그리고, 상기 유동공(33)을 통해 상기 몸체(2)의 내부로 유도된 혼합수는, 상기 몸체(2)의 내부를 경유하여 상기 출구(22)로 배출되며; 상기 출구922)에 결합된 미도시된 배관을 통해 사용처로 공급되어 원하는 작업에 투입된다.

도 3 및 도 4는, 본 발명에 따른 다른 실시 예에 의한 나노버블 발생장치를 보인 도면으로, 본 실시 예에 의한 나노버블 발생장치(1)에서 상기한 발생수단(3)은, 상기 반사커버(34)에 수용되며 상기 분사노즐(31)의 분사공(32)과 근접된 위치에 대면하며 다공구조를 가지는 다공성반사체(4)를 더 포함하여 이루어진다.

즉, 상기 분사노즐(31)에 의해 분사되는 혼합수를 상기 다공성반사체(4)를 통해 구조적으로 배치되는 다수의 공간을 통해 혼합수를 유입받아 분기시킴과 더불어 상기 반사커버(34)의 내부로 토출하도록 되어 있어, 혼합수에 함유된 공기의 나노화를 더욱 촉진하게 된다.

이에 따라, 혼합수의 나노버블 발생효율을 더욱 향상시켜, 품질의 신뢰성을 더욱 확보하게 된다.

상기에서 다공선반사체(4)는, 금속와이어가 불규칙하에 절곡되면서 밀집구조로 성형된 수세미 구조를 가지는 금속와이어 구조물로 이루어지는 것이 바람직하나, 내부에 다수의 기공이 형성된 숯 또는 부석과 스폰지 및 코코아 등과 같은 식물성 섬유로 이루어질 수 있으며; 사용자의 선택에 따라 적용하는 것이 가장 바람직하다.

이상과 같은 예로 본 발명을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 예들에 국한되는 것이 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 개시된 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 예들에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 발생장치 2 : 몸체
21 : 입구 22 : 출구
23 : 몸통 24 : 덮개
3 : 발생수단 31 : 분사노즐
32 : 분사공 33 : 유도공
34 : 반사커버 4 : 다공성반사체

Claims (1)

1. 외부에서 물과 공기의 혼합수를 유입받도록 된 입구와 배출되는 출구를 가지는 몸체와, 상기 몸체에서 상기 입구에 마련되며 상기 혼합수가 이송되는 이송통로를 가지며 상기 혼합수에 충돌하중과 이송압력을 인가하여 나노버블을 발생하도록 된 발생수단을 포함하여 이루어지는 나노버블 발생장치에 있어서;
   상기한 발생수단은,
   상기 입구에 결합하며 상기 혼합수를 공급받아 고압으로 분사하도록 된 분사노즐과; 상기 몸체의 내부에 고정되며 내부에 상기 분사노즐을 수용하되 상기 분사노즐의 분사공이 내주면에 근접되면서 대면하여 상기 혼합수에 충돌압력을 부여하도록 되며, 외측면에 상기 분사노즐에서 분사된 혼합수가 상기 몸체의 내부로 유도하도록 되는 다수의 유도공이 형성된 반사커버를 포함하여 이루어지며;
   상기한 반사커버는,
   상기 분사노즐의 분사공이 대면하는 면이 바닥판으로 이루어지며 상기 바닥판의 테두리에서 상기 분사노즐의 길이방향과 평행한 방향으로 연장형성되되 종단에 상기 몸체의 내주면과 면접촉하면서 나사결합하는 플랜지가 형성되며 상기 유도공들이 형성된 측벽을 가지고;
   상기한 유도공은,
   상기 측면의 플랜지부와 근접된 위치에 배치되어, 상기 바닥면과의 사이 간격이 극대화 되도록 된 것을 특징으로 하는 나노버블 발생장치

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