KR101192809B1

KR101192809B1 - 극미세 버블수 발생장치

Info

Publication number: KR101192809B1
Application number: KR1020100091243A
Authority: KR
Inventors: 이광야; 김해도; 최인규; 홍민; 손종화; 이인복
Original assignee: 한국농어촌공사; (주) 지이오플랜트; (주)블루인바이로먼트엔텍
Priority date: 2010-09-16
Filing date: 2010-09-16
Publication date: 2012-10-18
Anticipated expiration: 2030-09-16
Also published as: KR20120029259A

Abstract

본 발명은 극미세 버블수 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 액체 공급부, 기체 주입부, 벤투리 인젝터, 압축회전부 및 분사유닛을 순차적으로 연결시켜 공기, 오존, 순 산소 등의 기체를 수 마이크로미터 이하의 크기로 수중에 버블화함으로써, 고농도 극미세 버블수를 대량 발생시킬 수 있는 극미세 버블수 발생장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 극미세 버블수 발생장치는 각종 기체를 마이크로-나노크기로 수중에 버블화함으로써 대량의 고농도 기포수를 발생시켜 하폐수, 정수처리, 하천 및 호소의 수질정화, 수체의 살균소독, 산소공급, 식품 위생산업 등의 다양한 산업분야에 효과적으로 활용할 수 있다.

Description

극미세 버블수 발생장치{Apparatus for Generating Water Containing Micro?Nano Bubbles}

본 발명은 극미세 버블수 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 액체 공급부, 기체 주입부, 벤투리 인젝터, 압축회전부 및 분사유닛을 순차적으로 연결시켜 공기, 오존, 순 산소 등의 기체를 수 마이크로미터 이하의 크기로 수중에 버블화함으로써, 고농도 극미세 버블수를 대량 발생시킬 수 있는 극미세 버블수 발생장치에 관한 것이다.

종래로부터 미세기포는 수처리에서 공기부상법?오존반응?살균소독?농수산 분야에서는 세정?세척?식품가공?수경재배?어패류양식, 의료 등 여러 분야에서 이용되고 있다.

이러한, 미세기포(미세버블)에 대한 연구가 진행되어 일본의 산업기술종합연구소의 다까하시(高橋正好)는 마이크로기포 및 나노 기포에 관한 연구에서 발생시의 기포 구경으로서, 50㎛에서 수 마이크로 까지를 마이크로(㎛)기포, 수 마이크로(㎛)에서 수 백나노(nm)까지 구경의 기포를 마이크로-나노기포로 구분하였다.

이렇게 구분되는 이유는 마이크로 기포는 수중에서 스스로 수축작용을 행하여 나노 기포로 축소되면서 용해되고, 이에 비해서 마이크로-나노기포는 빠른 속도로 수축되어 나노 기포로 축소된 후 장시간 수중에 생존하는 특성이 있기 때문이며, 기포의 표면에는 전기를 띠게 되고, 또 산소 마이크로-나노기포는 생물에 대하여 활성효과를 가지며, 오존 마이크로-나노기포는 강력한 살균 효과를 가진다.

특히, 수처리에서 난분해성 물질 산화분해시에 OH 라디칼을 발생시키기 위해 과산화수소/자외선조사 병행처리를 수행하는데, 오존 마이크로-나노기포는 이와 동일한 효과를 가진다는 것을 산업기술종합연구소의 다까하시는 확인하였다.

미세기포의 발생방식은 과류터빈방식, 선회방식, 라인믹서방식으로 크게 분류되는데, 이 중에서 라인믹서방식이 보다 작은 구경의 기포를 발생시키는 것으로 알려져 있다. 라인믹서방식은 가압펌프에 일자형 혼합관이 연결되고, 이 혼합관에 가압관이 연결되어 구성되며, 가압펌프에서 액체가 압입되고 일자형 혼합관에 압축 공기가 유입되면서 액체와 기체가 혼합되어 가압관에서 가압된 후 토출관을 통해 수중에 토출되면서 미세기포를 발생시키게 된다.

그런데, 마이크로-나노 기포 발생을 위해서는 더욱 작은 구경의 기포 발생이 요구되는데, 기존의 기포 발생장치에서는 1차에서 혼합을 행하고 2차로 가압을 행하여 토출시키는 단순 공정이므로, 더욱 작은 구경의 마이크로-나노기포를 발생시키는데는 문제점을 가지고 있다.

이에, 본 발명자들은 상기 종래기술의 문제점을 해결하고자 예의 노력한 결과, 액체 공급부, 기체 주입부, 벤투리 인젝터, 압축회전부 및 분사유닛을 순차적으로 연결시켜 공기, 오존, 순 산소 등의 기체를 수 마이크로미터 이하의 크기로 수중에 버블화할 경우, 단순한 구조의 장치를 이용하여 고농도 극미세 버블수를 대량 발생시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 고농도 극미세 버블수를 대량 발생시킬 수 있는 극미세 버블수 발생장치를 제공하는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 액체를 장치내로 유입시키는 액체 공급부; 상기 액체 공급부를 통하여 유입된 액체에 기체를 주입하는 기체 주입부; 상기 기체 주입부에서 생성된 기체 함유 액체를 가압하여 분출시키는 벤투리 인젝터; 상기 벤투리 인젝터에서 분출된 기체 함유 액체를 회전 충돌시켜 구심성 나선운동을 유도하는 압축회전부; 및 상기 압축회전부에서 분출된 기체 함유 액체를 다공판을 통하여 분사시켜 극미세 버블수를 생성하는 분사유닛을 포함하는 극미세 버블수 발생장치를 제공한다.

본 발명에 따른 극미세 버블수 발생장치는 단순한 구조의 장치를 이용하여 각종기체를 마이크로-나노크기로 수중에 버블화함으로써 대량의 고농도 기포수를 발생시켜 하폐수, 정수처리, 하천 및 호소의 수질정화, 수체의 살균소독, 산소공급, 식품 위생산업 등의 다양한 산업분야에 효과적으로 활용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 극미세 버블수 발생장치의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 극미세 버블수 발생장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 극미세 버블수의 압축회전부의 개략도이다.

본 발명은, 액체를 장치내로 유입시키는 액체 공급부; 상기 액체 공급부를 통하여 유입된 액체에 기체를 주입하는 기체 주입부; 상기 기체 주입부에서 생성된 기체 함유 액체를 가압하여 분출시키는 벤투리 인젝터; 상기 벤투리 인젝터에서 분출된 기체 함유 액체를 회전 충돌시켜 구심성 나선운동을 유도하는 압축회전부; 및 상기 압축회전부에서 분출된 기체 함유 액체를 다공판을 통하여 분사시켜 극미세 버블수를 생성하는 분사유닛을 포함하는 극미세 버블수 발생장치에 관한 것이다.

구체적으로 본 발명의 극미세 버블수 발생장치는 액체 공급부, 기체 주입부, 벤투리 인젝터, 압축회전부 및 분사유닛을 순차적으로 연결시켜 공기, 오존, 순 산소 등의 기체를 직경 100nm ~ 50㎛ 크기로 수중에 버블화함으로써, 대량이 고농도 극미세 버블수를 발생시킬 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 따른 극미세 버블수 발생장치는 액체 공급부(21), 기체 주입부(22), 벤투리 인젝터(27), 압축회전부(28) 및 분사유닛(29)를 포함한다.

본 발명에 있어서, 액체공급부(21)는 흡입펌프(미도시)를 통해 액체를 장치내로 유입시킨다. 상기 액체공급부(21)에는 액체의 유량 및 공급량을 조절하기 위한 자동밸브(미도시)가 구비된다.

상기 액체공급부(21)로부터 공급받은 액체는 기체 주입부(22)에 의해 기체가 주입된다. 상기 기체는 공기, 오존, 순 산소 등일 수 있다. 상기 기체 주입부(22)는 오존을 발생시키는 오존발생유닛(미도시), 상기 오존발생유닛으로부터 발생된 오존을 공급받아 액체에 오존을 주입하는 오존 주입부(24), 외부공기를 흡입하는 흡입펌프(미도시) 및 상기 흡입펌프로부터 공급된 공기를 공급받아 액체에 공기를 주입하는 공기 주입부(26)를 포함한다.

상기 오존 주입부(24) 및 공기 주입부(26)는 자동밸브(미도시)를 구비하여 설정된 오존 및/또는 공기의 주입량에 따라 주입을 조절할 수 있고, 상기 기체 주입부(22)의 오존 주입부(24) 및 공기 주입부(26)는 오존 및 공기를 각각 주입하는 수단이나, 이에 국한되지 않고, 다른 기체를 주입할 수 있다.

상기 흡입펌프의 흡입부 끝단에는 기체 및 액체의 역류를 방지하고, 이물질의 유입을 방지하기 위한 체크밸브(미도시)가 설치되어 있다.

이와 같이, 기체가 함유된 액체는 음압이 형성된 벤투리 인젝터(27) 내부를 통과하면서 가압되어 빠른 유속으로 압축회전부(28)로 분출된다.

본 발명에 있어서, 벤투리 인젝터(27)은 양단의 단면적이 중앙의 단면적 보다 넓은 관 형상으로, 관 내부에는 기체 주입부(22)로부터 기체 함유 액체를 진공으로 유입시킬 수 있는 유체 가속노즐(36)이 장착되어 있다. 이에 기체 함유 액체는 상기 벤투리 인젝터(27)를 통과시 벤투리 인젝터(27)의 좁아진 내부 벽면에 충돌하면서 분출되기 때문에 기체의 용해도를 증가시키면서 빠른 유속으로 압축회전부(28)로 분출된다.

상기 압축회전부(28)는 도 3에 나타난 바와 같이, 상기 벤투리 인젝터(27)로부터 유출된 기체 함유 액체 유입측에서부터 관의 내측으로 점차 넓어지는 역 원추형의 관통부(70)가 형성되어 있고, 상기 관통부 외주면에는 나선형 스크류 형태의 돌출부(71)가 구비되어 있으며, 상기 관통부 내부에는 압축회전부(28)를 극미세 버블수 발생장치 내부에 고정시키기 위해 고정축(72)이 구비되고, 상기 고정축(72)은 후술되는 제1 분사유닛의 제1 타공판을 관통하여 압축회전부(28)의 관통부(70) 상부와 제2 분사유닛의 스페이스부에 횡방향으로 고정되어 장착된다.

이에, 벤투리 인젝터로부터 분출된 기체 함유 액체는 압축회전부(28)의 관통부(71) 외측으로 유입되고, 관통부(71)의 외측으로 유입된 기체 함유 액체는 관통부의 나선형 스크류 형태의 돌출부(71)에 부딪쳐 기포(버블)가 미세하게 분쇄되는 동시에 와류 혼합을 형성함으로써, 구심성 나선운동으로 빠르게 분사유닛(29)으로 분출된다.

기체 함유 액체는 압축회전부(28)를 통해 이동할 때 구심성 나선운동에 의해 원심력을 받아 중심부에서 바깥쪽 방향으로 힘이 가해져서 상대적으로 압축회전부(28)의 중심 압력이 낮아지게 된다. 따라서, 밀도가 큰 물은 원심력에 의해 중심부 바깥쪽으로 압밀되고, 밀도가 작은 기체분자(공기, 산소, 오존 등)는 물 분자로부터 분리하게 되므로, 극미세 버블의 형성이 쉬운 상태로 활성화된다.

이렇게 활성화된 기체 함유 액체는 역 원추형의 관통부가 형성된 압축회전부(28)에 의해 압력 강하에 따른 캐비테이션(cavitation) 현상과 나선형 스크류 형태의 돌출부(미도시)에 의한 충돌 및 교란 효과로 미세한 입자의 기포(버블)를 함유하는 액체를 생성하게 된다.

상기 압축회전부(28)로부터 분출된 기체 함유 액체는 상기 분사유닛(29)의 다수의 홀(미도시)을 통하여 분사되어 극미세 버블수가 제조된다. 상기 분사유닛(29)은 제1 분사유닛(31), 제2 분사유닛(32) 및 스페이스부(33)를 포함한다.

상기 제1 분사유닛(31)은 압축회전부(28)의 직경보다 넓은 직경을 가지는 관통부가 형성되어 있는 관형으로, 상단에 직경이 0.1 ~ 0.5mm인 홀이 형성된 제1 타공판(61)이 구비되어 있으며, 상기 제2 분사유닛(32)은 제1 분사유닛에서 분출된 기체 함유 액체의 유입부로부터 관의 내부로 점자 넓어지는 관통부가 형성되어 있으며, 상단에는 직경이 1mm ~ 1.5mm인 홀이 형성된 제2 타공판이 구비되어 있다.

또한, 제1 타공판 및 제2 타공판 중심부에는 압축회전부의 고정축(72)을 관통시키는 관통부(미도시)가 형성되어 있다.

스페이스부(33)는 상기 제1 분사유닛(31)의 제1 타공판(61)과 이격되어 제2 분사유닛(32)의 제2 타공판(62) 중심에 역 원추형으로 형성되어 있고, 중심부에는 압축회전부의 고정축(72)을 관통시키는 관통부(미도시)가 형성되어 있다.

상기 분사유닛(29)의 제1 분사유닛(31)으로 유입된 기체 함유 액체는 제1 분사유닛(31)의 제1 타공판(61)의 미세한 직경을 가지는 홀을 관통하면서 충돌 및 교란 효과에 의해 기포가 더욱 미세하게 분쇄되는 동시에 혼합되면서 액체에 극미세 버블을 형성시켜 제2 분사유닛(32)로 분출되고, 상기 제2 분사유닛(32)로 유입된 기체 함유 액체는 제1 타공판(61) 보다 큰 홀을 가지는 제2 분사유닛(32)의 제2 타공판(62)의 홀을 관통하면서 대량의 극미세 버블수를 생성한다.

상기 스페이스부(33)는 기체 함유 액체의 체류시간을 줄이고, 제2 분사유닛(32)에서 구심성 나선방향으로 유체 흐름을 형성시켜 기체 함유 액체의 유속을 증가시키기 위해 제2 분사유닛(32)의 타공판 중심에 역 원추형으로 장착된다.

전술된 바와 같이 본 발명에 따른 극미세 버블수 발생장치는 별도의 기체 주입부(22)를 통해 다양한 기체를 액체에 함유시킬 수 있고, 내부에 음압이 형성되어 있는 벤투리 인젝터(27)를 통과하면서 기체 함유 액체의 유속을 극대화시키는 동시에 액체에 함유된 기체의 용해도를 향상시킨다. 이와 같이 유속이 가속화된 기체 함유 액체는 극미세 버블수 발생장치의 압축회전부(28)를 통하여 충돌과 구심성 나선운동으로 가속되어 마이크로-나노 버블이 형성되기 쉬운 상태로 활성화되고, 분산유닛(29)의 제1 및 제2 타공판을 통과하면서 제1 및 제2 타공판과의 충돌로 덩어리된 물을 극미세한 물 입자로 분쇄되어 극미세 버블수를 생성한다.

본 발명에 있어서, 제어부(미도시)는 액체공급부(21), 기체주입부(22), 벤투리 인젝터(27), 압축회전부(28) 및 분사유닛(29)의 유량, 온도, pH 등을 측정하여 모니터링 할 수 있고, 이를 바탕으로 액체공급부(21) 및 기체주입부(22)의 구동 수단에 각기 전기적으로 연결되어 작동을 제어한다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다.

21: 액체 공급부 22: 기체 주입부
24: 오존 주입부 26: 공기 주입부
27: 벤투리 인젝터 28: 압축회전부
29: 분사유닛 31: 제1 분사유닛
32: 제2 분사유닛 33: 스페이스부
36: 유체 가속노즐 61:제1 타공판
62: 제2 타공판 70: 관통부
71: 돌출부 72: 고정축

Claims

다음을 포함하는 극미세 버블수 발생장치:
액체를 장치내로 유입시키는 액체 공급부;
상기 액체 공급부를 통하여 유입된 액체에 기체를 주입하며, 오존발생유닛, 오존 주입부, 흡입펌프 및 공기 주입부를 구비하고 있는 기체 주입부;
상기 기체 주입부에서 생성된 기체 함유 액체를 가압하여 분출시키는 벤투리 인젝터;
상기 벤투리 인젝터에서 분출된 기체 함유 액체를 회전 충돌시켜 구심성 나선운동을 유도하며, 관의 내측으로 점차 넓어지는 관통부가 형성되어 있고, 상기 관통부 외주면에는 나선형 스크류 형태의 돌출부가 형성되어 있으며, 내부에는 고정축이 횡방향으로 장착되는 있는 역 원추형의 압축회전부;
상기 압축회전부에서 분출된 기체 함유 액체를 상기 압축회전부의 내경보다 넓은 내경을 가지는 관통부가 형성되어 있고, 상단에는 직경이 0.1mm ~ 0.5mm인 홀이 형성된 제1 타공판이 구비된 제1 분사유닛과 상기 제1 분사유닛에서 분출된 기체 함유 액체의 유입부로부터 관의 내부로 점자 넓어지는 관통부가 형성되어 있고, 상단에는 직경이 1mm ~ 1.5mm인 홀이 형성된 제2 타공판이 구비된 제2 분사유닛을 통하여 분사시켜 극미세 버블수를 생성하며, 상기 제1 분사유닛의 타공판과 이격되어 제2 분사유닛의 타공판 중심에 역 원추형태로 구비되어 있는 스페이스부를 구비하고 있는 분사유닛; 및
상기 액체 공급부, 기체 주입부, 벤투리 인젝터, 압축회전부 및 분사유닛의 운전을 제어하는 제어부.
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 액체 공급부 및 기체 주입부는 액체 및 기체 공급량을 조절할 수 있는 자동밸브와 액체 및 기체의 역류를 방지하는 체크밸브를 구비하는 것을 특징으로 하는 극미세 버블수 발생장치.