KR101126320B1 - 나노 기공 구조의 다공질 소결체 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 벤튜리 효과로 외부 공기를 흡인하여 나노 크기의 버블을 발생시킬 수 있게끔 나노 구조 기공층을 가지고 있는 다공성의 금속 소결체로서 소결 금속이나 발포 금속(METAL FOAM), 다공성 세라믹이나 다공성 플라스틱(수지) 소결체 중에서 선택된 소결체를 이용하여 간단하면서도 기계적 가공과 조립이 용이한 다공질의 소결체로서 벤튜리 튜브를 형성하되 벤튜리 튜브의 깔때기형 원수 유입부 출구와 일자형 튜브 몸체 입구와의 외주 일단에 걸쳐서 깔때기 형상의 원수 집중 안내구를 삽입하고 이중 벤튜리관 구조로 생성되는 강한 수압의 강해진 와류형 물줄기로 유속을 증가시켜 유입 원수가 통과하게 되는 벤튜리 튜브의 평행한 일자형 외부 관벽 주변 물 입자가 관벽에 부딪치고 관벽 기공 사이로 빠져서 외부로 역류하게 되는 것을 방지함으로써 외부 공기의 벤튜리 튜브 유입과 물줄기의 이동을 원활히 수행하여 효율적으로 나노 버블수를 생성할 수 있도록 벤튜리 튜브의 재질과 구조를 개량한 나노 기공 구조의 다공질 소결체 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치에 관한 것이다

Description

나노 기공 구조의 다공질 소결체 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치{Ventury tube type Nano Bubble proceded water Generator}

본 발명은 나노 기공 구조의 다공질 소결체 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치에 관한 것으로서,

더욱 자세히는 벤튜리 효과로 외부 공기를 흡인하여 나노 크기의 버블을 발생시킬 수 있게끔 나노 구조 기공층을 가지고 있는 다공성의 금속 소결체로서 소결 금속이나 발포 금속(METAL FOAM), 다공성 세라믹이나 다공성 플라스틱(수지) 소결체 중에서 선택된 소결체를 이용하여 간단하면서도 기계적 가공과 조립이 용이한 다공질의 소결체로서 벤튜리 튜브를 형성하되 벤튜리 튜브의 깔때기형 원수 유입부출구와 일자형 튜브 몸체 입구와의 외주 일단에 걸쳐서 깔때기 형상의 원수 집중 안내구를 삽입하고 이중 벤튜리관 구조로 생성되는 강한 수압의 강해진 물줄기로 유속을 증가시켜 유입 원수가 통과하게 되는 벤튜리 튜브의 평행한 일자형 관벽 주변 물 입자가 관벽에 부딪치고 관벽 기공 사이로 빠져서 외부로 역류하는 것을 방지함으로써 외부 공기의 벤튜리 튜브 유입과 동시에 물줄기의 이동을 원활히 수행하여 효율적으로 나노 버블수를 생성할 수 있도록 벤튜리 튜브의 재질과 구조를 개량한 나노 기공 구조의 다공질 소결체 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치에 관한 것이다.

건강을 지켜 주는 만병통치약으로서 물은 기본 구조가 수소 원자 2개와 산소 원자 하나로 이루어진 화합물(H₂O)로서 생명체의 삶에 중요한 역할을 하고 있으며 목적에 따라 음용수, 공업용수, 축산용수, 농업용수 등으로 사용되고 있으나 현대사회가 산업화되면서 유해환경에 의한 생태계의 파괴로 환경이 오염되고 따라서 수질도 오염됨으로써 인간은 물론 동식물의 성장에 유해하게 작용하여 각종 질병을 발생시키고 식량 자원의 고갈 및 열화를 초래함으로써 깨끗한 용수의 필요성이 절실함은 물론 생체를 활성화시켜 건강을 되돌리기 위한 기능수 생성에 많은 관심이 모아지고 있다.

종래 한정된 공간에 다양한 종류의 어류를 고밀도로 사육시키게 하는 어류 육상 양식장은 어류의 사료 찌꺼기 및 배설물 등 각종 오염 물질 및 산소공급량 부족 등의 사유로 수질이 악화되어 어류의 폐사율이 높게 되고 주변을 오염시키게 되므로, 양식장 물의 수질을 정화하고 적절한 용존 산소(DO)를 유지시켜 어류의 질병을 예방하며 어류의 생육을 촉진시키기 위해서 다양한 형태의 산기관이나 수차, 에어레이터 등을 이용하여 산소를 공급하고 있으나 기포의 입경이 매우 커서 수중 산소 용해율이 매우 낮고 소모되는 전력에 비하여 경제적이고 효과적인 산소공급을 수행하지 못하며 산소공급장치와는 별도로 자외선이나 오존, 염소 등의 약제를 이용하여 양식장 등의 물을 살균 소독하여야 하므로 물의 오염도 방지하면서 어류의 생육을 촉진시키게 하여 어류 양식장 등에 필요한 정화수(나노 버블 기능수)의 용도 요구 특성을 충족시키게 하는 다용도의 정화 기능수 생성 수단이 절실히 요구되었다.

상기한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명자는 선출원 발명으로서 특허출원 제10-2010-0063300호 "관로 장착형의 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치"를 제안한 바 있는데,

이는 나노미터(㎚=10억분의 1미터) 크기의 수많은 구멍(기공)을 가진 다공성 고분자 필름(POLYMER)을 구비한 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용 관로상에서 생성된 나노 세공 크기의 버블을 바로 유입 원수에 접촉 공급시키게 하여 살균, 세정, 활성화 기능 등 복합적으로 반응하는 다용도 나노 버블수를 발생하게 함으로써 본 발명을 일정한 수압을 가진 수배관의 파이프 라인 관로 상에 장착하고 살균, 세정, 활성화 기능 등 복합적으로 반응하는 다용도 나노 거품 수를 어류 양식장이나 양돈장 및 비닐하우스 등의 농업용 시설 등에 공급하게 되는 환경친화적 수처리장치로서 설치 및 유지가 간편하며 농업용수나 축산용수 등 다방면에 걸쳐서 적용할 수 있는 확장성이 좋으므로, 육상 양식장에 장착하게 되면 오염된 양식장 물을 새 물(나노 버블 기능수)로 순환시키게 됨으로써 물의 순환으로 인하여 산소의 용해율이 향상되고, 따라서 물의 사용량이 감소되어 경제성이 향상될 뿐만 아니라, 수질 오염도 방지할 수 있어 전체적으로 물갈이를 수행하고 내부 청소와 세척을 하여야 하는 번거로움이나 수역 생태계에 악영향을 끼침이 없이 항상 처음과 같은 수질환경으로 유지할 수 있으며, 돈사 등의 축사에 채용하게 되면 가축 등의 성장이나 생존율에 악영향을 주지 않는 친환경의 기능성 살균수로 적합하여 수산업(양식)이나 축산농가 등에서 약품 비용 절감, 성장 촉진, 조기 출하, 생산량 증대 등의 효과를 구현하며, 농업용수로 적용하면 생산량 증대 및 신선도 증가와 품질향상 등의 효과가 나타나 양식 어업이나 축산업 및 농업 등의 경쟁력을 제고시키게 하는 효과가 있다

그러나 상기한 본 출원인의 선출원 발명은 실용성과 경제성, 확장성 등의 장점이 있음에도 불구하고 나노 필름 등을 플라스틱 튜브에 적층시켜야 하는 벤튜리 튜브의 구조가 복잡하여 생산이 만들기 어렵고 원가가 많이 소요되며,

벤튜리 튜브에 가해지는 펌핑압의 압력 손실로 유속이 감소하여 외부로부터 공기(산소)의 유입이 원활하지 못하게 될 때 벤튜리 튜브에 가해지는 펌핑 압력 손실을 예방하고 강한 유속을 유지시키기 위한 구조적인 압력 조절 수단이 없어서 벤튜리 튜브 내에서 공기를 효율적으로 흡인할 수 있게끔 일정한 유속을 유지하기 어려워서 나노 버블수의 생성이 어려운 문제점이 있었다.

본 발명자는 전술한 종래 기술의 문제점 해결하고자 노력한 결과,

다공질의 일체(一體)형 몸체 구조로서 구조가 간단하고 제작이 용이한 다공성의 금속 소결체로서 소결 금속이나 발포 금속(METAL FOAM), 다공성 세라믹이나 다공성 플라스틱(수지) 소결체 중에서 선택된 소결체를 이용하여 간단하면서도 기계적 가공과 조립이 용이한 다공질의 소결체로서 벤튜리 튜브를 형성하되,

펌프에 의해 압력이 걸린 상태에서 원수를 이중 벤튜리관 구조로 원수를 종래 기술에 비하여 빠른 유속으로 통과시켜 발생되는 일정한 압력의 부압으로 외부 공기를 빨아들이는 방법으로 효율적 벤튜리 효과 구현을 위한 일정한 유속을 유지할 수 있게 됨으로써 펌핑 압력 손실에 따른 유속 감소의 벤튜리 튜브 기능 저하를 예방할 수 있게끔 본 발명 나노 기공 구조의 다공질 소결체 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치를 개발하게 된 것이다.

전술한 바와 같이 종래의 다공성 나노 필름 멤브레인 벤튜리 튜브를 이용한 나노 버블수 발생장치는 제반 문제점을 가지고 있는바,

구조가 간단하고 제작이 용이하게끔 재질을 선택하되 압력 손실에 따른 유속의 감소로 인하여 발생하게 되는 벤튜리 튜브 기능 저하를 예방할 수 있는 고효율의 나노 버블수 발생장치를 개발하여야 하는 기술적 과제가 있다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서,

벤튜리 효과로 외부 공기를 흡인하여 나노 크기의 버블을 발생시킬 수 있게끔 나노 구조 기공층을 가지고 있는 다공성의 금속 소결체로서 소결 금속이나 발포 금속(METAL FOAM), 다공성 세라믹이나 다공성 플라스틱(수지) 소결체 중에서 선택된 소결체를 이용하여 간단하면서도 기계적 가공과 조립이 용이한 다공질의 소결체로서 벤튜리 튜브를 형성하되 벤튜리 튜브의 깔때기형 원수 유입부 출구와 일자형 튜브 입구와의 외주 일단에 걸쳐서 깔때기 형상의 원수 집중 안내구를 삽입하여 형성되는 이중 벤튜리 구조로 인하여 더욱 좁아지는 유로 단면적으로 유속을 증가시키고 강해진 물줄기는 난류를 형성함으로써 일자형 파이프 라인 유로의 관벽 주변 물 입자가 관벽에 부딪치게 되어 물 입자가 관벽 기공 사이로 빠지게 되는 외부 역류 현상을 방지하게 되며, 또한 나노 버블수 발생장치의 주변을 원형 파이프로 밀폐하여 산소 및 특수가스를 공급하거나, 물속에 설치하는 경우에도 공기의 유입이 가능하도록 하는 구성으로 외부 공기의 벤튜리 튜브 유입과 동시에 나노 버블수의 이동을 원활히 수행할 수 있도록 벤튜리 튜브의 재질과 구조를 개량한 나노 기공 구조의 다공질 소결체 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치를 제공하는데 목적이 있다.

이와 같이 된 본 발명은,

소결 금속이나 발포 금속(METAL FOAM), 다공성 세라믹이나 다공성 플라스틱(수지) 소결체 중에서 선택된 재질의 다공성의 금속 소결체로 벤튜리 튜브를 형성함으로써 구조가 간단하고 제작이 용이하며, 펌프에 의해 압력이 걸린 상태에서 유입되는 원수를 이중 구조의 벤튜리관으로 빠른 유속으로 통과시켜 발생되는 일정한 압력의 부압으로 외부 공기를 빨아들이는 방법으로 나노 버블 수 생성을 위한 일정한 유속을 유지할 수 있게 됨으로써 압력 손실에 따른 유속 저하로 인한 벤튜리 튜브의 공기 흡입 기능 저하를 예방할 수 있게 된다.

즉 본 발명의 나노 버블수 발생장치는 나노 버블을 형성하기 위하여 원수가 통과하게 되는 유로 단면적을 더욱 감소시켜 유속을 증가시키게 되고 더욱 강해진 물줄기는 난류를 형성하여 유입 원수가 통과하면서 외부 공기를 흡입하여 나노 버블수를 형성하게 되는 일자형 유로의 관벽 주변 물 입자가 관벽에 부딪쳐서 관벽 기공 사이로 외부로 역류하는 현상을 방지할 수 있으며, 또한 나노 버블수 발생장치의 주변을 원형 파이프로 밀폐시킴으로써 산소 및 특수가스를 공급하거나, 물속에 설치하는 경우에도 공기의 유입이 가능하여 다용도로 사용할 수 있게 된다.

결국 본 발명은 장치가 간단하여 설치 및 유지가 간편하며 농업용수나 축산용수 등 다방면에 걸쳐서 적용할 수 있어 확장성이 좋은 환경친화적 수처리장치로서, 살균, 세정, 활성화 기능 등 복합적으로 반응하는 다용도 나노 버블수를 발생시켜 공급함으로써, 돈사 등의 축사에 채용하게 되면 가축 등의 성장이나 생존율에 악영향을 주지 않는 친환경의 기능성 살균수로 적합하여 수산업(양식)이나 축산농가 등에서 약품 비용 절감, 성장 촉진, 조기 출하, 생산량 증대 등의 효과를 구현하며, 농업용수로 적용하면 생산량 증대 및 신선도 증가와 품질향상 등의 효과가 나타나 양식 어업이나 축산업 및 농업 등의 경쟁력을 제고시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 다공질 소결체 나노 버블수 발생 장치의 전체 시스템 구성을 도시한 예시도
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 다공질 소결체 나노 버블수 발생 장치 전체 구성을 도시한 구성도
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 다공질 소결체 나노 버블수 발생 장치 외관 구성을 도시한 도면
도 4는 본 발명의 용도별 실시예를 도시한 사용상태도로서
도 4a는 본 발명을 육상 양식장 급수 배관에 장착한 다공질 소결체 나노 버블수 발생장치 사용 상태도
도 4b는 본 발명을 축사 급수 배관에 장착한 다공질 소결체 나노 버블수 발생장치 사용 상태도

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성을 첨부 도면에 의해 상세하게 설명하면 다음과 같으며 본 발명의 요지를 불명료하게 흐릴 수 있는 공지의 구성요소에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

본 발명은 급수 배관(80) 중간에 결합되어 벤튜리 효과를 구현함으로써 펌프로 양정하여 급수되는 원수가 급속히 빨려들어가서 빠른 유속의 수류로 토출되게끔 양 단부에 링 형상의 복수 개 나사 결합식 체결구로서 입수 배관 연결부(20)와 출수 배관 연결부(30)를 구비하고,

상기 입수 배관 연결부(20)와 출수 배관 연결부(30)의 내측으로는 원수를 테이퍼지게 안내하는 원수 유도관으로서 소정 각도 경사진 원수 유입홀(41)과 원수 토출홀(51)을 테두리 살(42) 내부에 구비하는 깔때기 형태 원수 유입부(40)와 원수 토출부(50)를 각각 구비하되,

상기 원수 유입부(40)와 원수 토출부(50) 사이에는 나노미터 크기 공경의 소결체로서 좁은 단면의 직선 유로 안내홀(11)이 내부에 형성된 중공의 평행한 일자형 튜브 형태 몸체(10)가 구비됨으로써 몸체(10) 외주에 형성된 미세 기공(12)을 통하여 흡인되는 외부 공기로 초미세 나노 거품을 생성하고 유입 원수에 공급시켜 살균, 세정, 활성화 기능 등 복합적으로 반응하는 다용도 다기능의 나노 버블수를 수요처에 공급하게 하는 나노 버블수 발생장치(100)에 있어서,

평행 유로의 일자형 튜브 형태 몸체(10) 내부 좁은 단면의 직선 유로 안내홀(11) 선단부에 접속하여 유입 원수를 소정 각도 테이퍼지게 안내하는 상기 깔때기 형태 원수 유입부(40)의 내측 테두리 살(42) 끝단을 일자형 몸체(10) 선단의 직선 유로 안내홀(11) 일부에 걸쳐질 수 있도록 연장 형성하고 깔대기 형상의 원수 집중 안내구(43)를 추가로 삽입함으로써 보강된 벤튜리 효과로 유입 원수를 강한 수압의 물줄기로 직선 유로 안내홀(11)을 통과시켜 적정 압력의 부압 상태가 유지되도록 형성하여 펌핑 압력 손실에 따른 벤튜리 튜브 공기 흡입 기능 저하를 예방하여 원활한 외부 공기의 유입이 가능하게끔 형성하고,

또한 상기 일자형 튜브 형태 몸체(10)와 원수 유입부(40) 및 원수 토출부(50)를 포함하는 나노 버블수 발생장치(100) 둘레의 소정 구역을 공기 주입 호스(102)가 상부에 연결된 원형 파이프(101)로 둘러싸고 폐쇄시켜 나노 버블수 발생장치(100) 공기 흡입 지역으로 유입되는 공기의 손실을 방지함으로써, 원수가 다공질 소결체로 형성된 일자형 몸체(10)를 통과할 때 물이 빠져나가는 압력(펌프 수압)에 의해 몸체의 다공질 몸체(10) 외주에 형성된 미세 기공(12)을 통하여 공기가 지속적으로 유입되어 미세한 기포를 발생시켜 원수에 용존 및 공존시키게 하는 방법으로,

미세 기공의 다공성 재질과 유속을 더욱 빠르게 하는 벤튜리 튜브의 가속 구조, 펌프에 의한 가압 펌핑 작용이 상호 기능적으로 연계되어 효율적으로 생성된 나노 크기의 미세 기포가 용존 및 포함된 나노 버블수를 생성하는 나노 기공 구조의 다공질 소결체 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치(100)로서,

이렇게 생성된 나노 버블수는 용존 산소가 풍부하며 강력한 살균 및 세정 작용을 수행하는 기능수로 물성이 변환된 상태로 일자형 튜브 형태 몸체(10) 내부의 직선 유로 안내홀(11)을 따라 강력한 수압으로 토출 급수 배관(80)에 이송시켜 급수 배관에 연결된 양돈 및 양계장 등의 음수 공급장치를 통해 나노 버블수를 공급하게 된다.

상기한 바와 같이 본 발명의 나노 버블수 발생장치(100)는 물을 저장하는 수조 내 미세 기포 생성 방식의 종래 나노 버블수 발생장치와는 달리 급수 배관 관로 장착형의 나노 버블수 발생장치로서 인접한 바다 및 호수 등 수처리 현장의 취수원(70)에 배관 연결되고 일정한 수압을 가진 급수 배관(80)의 파이프 라인 관로상에 가교(bridge)형태로 연결할 수 있게끔 저가로 생산하여 공급할 수 있는 단순하면서도 환경친화적이며 에너지 절약적인 구성이다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의하여 상세히 설명한다.

본 발명은 전술한 바와 같이 수조 내의 물속에 기포를 생성하여 투입시키고 기액접촉시켜 원수의 물성을 변화시키는 수조 수중 폭기식의 미세 기포 생성 방식의 종래 나노 버블수 발생장치와는 달리, 오염된 물의 산소를 보충하고 일정한 농도의 용존 산소(DO)를 유지하기 위하여 육상 양식장 등 처리 인접한 바다 및 호수 등 수처리 현장 근처 취수원(70)에 파이프 라인으로 배관 연결되고 펌프(60)의 가압 펌핑력으로 일정한 수압을 가진 급수배관(80)의 관로 중간에 장착하여 펌프에 의해 압력이 걸린 상태에서 피처리 원수를 외주에 미세 기공(12)이 형성된 다공질의 소결체로 형성된 중공의 일자형 몸체(10) 내부에 형성된 좁은 단면의 직선형 유로 안내홀(11)을 통하여 고속으로 수류를 통과시키면서 발생되는 부압으로 외부 공기를 몸체(10) 표면의 미세 기공(12)을 통하여 유입시킴으로써 발생되는 나노 크기의 버블(기포)을 유입되는 원수에 용해 및 잔류시켜 살균 정화, 생체 활성화 기능 등 복합적으로 기능 변환된 나노 버블수를 수요처에 공급하는 관로 장착형의 나노 버블수 발생장치(100)이다.

본 발명은 전술한 바와 같이 나노미터 크기 공경의 소결체 형성되며 좁은 단면의 직선 유로 안내홀(11)이 내부에 형성된 중공의 평행한 일자형 튜브 형태 몸체 (10) 양측에 원수 유입홀(41)이 형성된 깔때기 형태 원수 유입부(40)와 원수 토출홀(51)이 구비된 원수 토출부(50)가 각각 구비되어 있어 양측 대칭의 장구 형상 벤튜리 튜브 형태 나노 버블수 발생장치(100)를 구성하게 되며, 상기 원수 유입부(40)와 원수 토출부(50)의 일단부에는 나사부(미도시함)가 형성된 환형 테 형상의 입수 배관 연결부(20)와 출수 배관 연결부(30)가 각각 구비되어 급수 배관에 연결된다.

상기한 바와 같이 본 발명은 관로 장착이 용이한 양측 끼움 결합 구조의 노즐 조립체로서 상기 일자형 몸체(10) 양 측면의 원수 도입부(40)와 나노 버블수 토출부(50)에는 급수 배관(80)의 입수 측과 연결되는 출수 측 급수 배관(80)에 각각 연결되게끔 나사 부재가 구비된 링(Ring) 형상의 체결부재로서 나노 버블 수 발생장치(100)에 견고하게 밀착 체결되는 입수 배관 연결부(20)와 출수 배관 연결부(30)가 각각 구비되어 있으며, 사용조건에 따라 조립되는 관의 길이와 관의 수량을 달리하여 최적화시켜 사용하게 된다.

그리고 펌프(60)의 모터로 주변의 취수원(70)으로부터 양정하여 급수 배관(80)을 통하여 펌핑 공급하는 원수를 벤튜리 형태로 유도하는 나팔관 형상의 안내관으로서 상기한 본 발명의 원수 유입부(40)는 좌광우협(左廣右陜)으로 테이퍼(taper)지는 원수 유입홀(41)이 원수 토출부(50)에는 좌협우광(左陜右廣)으로 점진적으로 테이퍼지는 내부 벽의 원수 토출홀(51)이 각각 형성되어 유로의 단면이 좁아지거나 확산되도록 형성되어 대각선 방향으로 물을 흐르게 하는 방법으로 유속을 빠르게 증가시키게 하는 기능 구조의 벤튜리 튜브 원수 안내관 기능을 수행하게 된다.

그리고 상기와 같이 입출구에 좁은 단부와 넓은 단부를 각각 가져서 테이퍼(taper)지게 형성된 안내면에 의해 직경이 점진적으로 축소되는 단관 형태의 원수 유입홀(41)과 장관 형태로 안내면에 의해서 점진적으로 직경이 확대되는 원수 토출홀(51)의 경사 각도는 수평 수류에 비해 유속 상승의 벤튜리 효과를 월등히 극대화시키게 할 수 있게 하는 원추형 혼성 각도(compound angle)(바람직한 실시예: 접촉각: 원수 유입홀 21°원수 토출홀 5～9°)로서 각각의 홀 내경의 경사 각도는 관경, 관의 길이, 펌프의 펌핑 압력 조건에 따라 변동 가능하다.

상기한 바와 같이 본 발명은 펌프(60)에 의해 압력이 걸린 상태에서 처리 대상수를 벤튜리관 형상의 나노 버블수 발생장치(100)를 통과시키면서 부압이 발생되는 벤튜리 효과를 이용하여 소결체로 구성된 몸체(10) 외주 표면의 미세 기공(12)을 통하여 외부 공기를 빨아들여 미세 기포를 생성하고 유입되는 원수에 미세 기포를 용존 또는 가스 상태로 공존시켜 용존 산소도 풍부하며 강력한 살균 및 세정 작용을 수행하는 나노 버블수를 생성하는 장치로서, 특히 관경이 점차적으로 축소됨으로써 유로의 단면이 좁아져서 부압(負壓)을 생성하는 원수 유입부(40)의 단부와 일자형 몸체(10) 선단부에 걸쳐서 형성되는 부압 부위에 물흐름을 집중시키게 하는 깔대기 형상의 원수 집중 안내구(43)를 장착하여 벤튜리 기능을 보강함으로써 벤튜리 효과를 최대한으로 활용할 수 있게 형성함으로써 급수 배관으로 공급되는 원수의 토출 압력 저하 없이 빠른 유속을 유지할 수 있어 공기의 유입을 원활하게 하는데 특징이 있다.

그리고 본 발명은 상기 일자형 튜브 형태 몸체(10)와 원수 유입부(40) 및 원수 토출부(50)를 포함하는 나노 버블수 발생장치(100)의 소정 구역을 공기 주입 호스(102)가 상부에 연결된 원형 파이프(101)로 일정 간격 둘러싸서 밀폐상태를 유지시킴으로써 나노 버블수 발생장치(100) 주위의 공기 흡입 구역으로 유입되는 공기의 이탈을 방지하고 지속적으로 공기를 공급할 수 있게 형성되어 있다.

또한 본 발명의 일자형 구조의 몸체(10)는 중공의 길다란 직관형의 원통형 구조로서 좁은 지름의 직관형 유로 안내홀(11)이 내부에 형성되어 고속 수류와 나노 크기의 미세 기공(12)에 의한 공기 흡입으로 미세기포 생성을 촉진시키게 하는 벤튜리 효과로 외부 공기를 효율적으로 흡인하여 나노 크기의 가스 형태 나노 크기의 버블을 생성하게 되고 생성된 나노 버블은 유입 원수와 기액 접촉시켜 나노 버블이 포함된 기능수로서 나노 버블수를 나노 버블수 발생장치(100) 후단의 급수배관(80)으로 이송시키게 된다.

상기 몸체(10)는 단위 체적당 비표면적이 크고 고강도 초경량이며 간단하면서도 기계적 가공성이 좋으며 공기에 투과성이고 물에 불투과성인 다공성의 관통 기공으로서 나노 구조 미세 기공(12)이 일체로 형성된 다공질의 소결체로 형성하게 되는데, 본 발명의 일자형 튜브 형태 몸체(10)는 소결 공정에 의해 성형되기 때문에 그 표면과 내부에 수많은 기공이 형성되는 다공성 소결체이면 재료를 불문하고(금속에 한정하지 않고 세라믹 등에서도) 적용이 가능하며, 소결 금속이나 발포 금속(METAL FOAM) 중의 다공성 금속 소결체나 다공성 세라믹이나 다공성 플라스틱(수지) 소결체 중에서 선택된 어느 하나의 소결체를 이용할 수 있다.

선택적 분리막으로서 몸체(10) 외주에 구비되는 미세 기공으로 이루어지는 몸체 표면은 수막이 형성되지 않고 기체 확산에 대한 저항을 최소화 할 수 있도록 가능한 한 얇게 설치하는 것이 바람직한데 기공율과 기공크기를 만족시키게끔 일반적으로 약 0.001㎛ ～ 0.01㎛(1～10㎚) 범위의 구멍 크기를 가지는 것이 바람직하다.

또한 직접 소결 결합된 금속입자로 구성되어 있고, 입자들 사이에 공간이 존재하여 전체가 다공성(통기성) 구조로 되어 있는 상기한 튜브형 몸체(10)의 소결체 구성은 하나의 기공층이 아니라 두 개 또는 세 개의 기공크기가 다른 2가지 이상의 상기 다양한 기공 특성을 갖는 기공층을 비대칭적으로 구성할 수도 있는데, 예를 들어 기공 크기가 작은 층을 통하여 여과된 공기가 아래의 기공 크기가 큰 지지층을 통하여 빠져나가는 다중 입도 분포 구조로 형성하게 되면 압력 손실이 적게 되고 기체 투과율도 높게 된다.

또한 예를 들어 도 2에 도시된 본 발명의 실시형태에서는 다공질 소결체로서 발포금속을 도시하였는데 금속 재료 내부에 수많은 기포를 가진 다공질(Porous) 금속으로서 발포 금속은 경량으로서 금속 분말이 거의 한 층으로 배열된 나노구조 기공층을 형성함으로써 98% 이상의 고기공율로 기체를 통과시키는 선택적 통기성과 넓은 비표면적으로 공기 흡입 효과를 효율적으로 구현하게 되며 소재 내부의 기공들이 서로 연결된 형태의 개포형(open cell type, OC)으로서 기체나 유체의 통과가 용이한 특성이 있다.

그리고 상기 소결 금속은 합성된 금속 나노입자를 소결 처리 후 마이크론 금속섬유 필터 상에 고착하여 기공의 막힘 현상이 일어나지 않는 나노구조 기공층을 형성함으로써 낮은 차압 조건에서 높은 흡인 효율을 구현하는 통상의 소결 금속을 이용할 수도 있다.

결국 본 발명의 다공질 소결체로서 일자형 튜브 형태의 몸체(10)에서 형성되는 나노 버블은 평균 직경 200㎚ 전후로서 마이크로 버블에 비하여 100배 이상의 접촉면을 가지게 되어 박테리아나 세균과 접촉하여 살균작용을 획기적으로 향상시키게 되며, 따라서 다공질 소결체의 몸체(10)로 유입되는 고속 수류와의 용해효율 및 접촉효율, 정화효율이 우수하여 벤튜리 튜브 작용과 펌핑력에 의하여 내부로 공급된 유입원수와의 기액 접촉면적을 최대화시킬 수 있어 어류나 가축 성장에 필수적인 용존산소를 최대화시켜 최적의 수질로 변환하여 안정적으로 공급할 수 있게 되는 것이다

본 발명의 다공질 몸체(10)로 유입되는 공기에 의하여 생성되는 미세한 나노 버블은 원수와 접촉 반응하여 나노 버블수를 생성하게 되는데, 나노 버블수는 표면상 버블(거품)이 작아져서 없어져 보이기는 하나 구형의 계면을 가지는 버블(기포) 내부에서 표면장력이 기체를 압축하는 힘으로 인해 발생되는 초미세 기포의 자기 가압 효과로 버블이 압축되면서 버블 표면에 이온류가 표면에 농축되고, 농축한 이온류가 기포를 감싸는 껍질로 작용하여, 기포 내부의 기체가 흩어져 없어지는 현상이 방지됨으로써 나노 버블 내의 기체의 흩어 없어짐이 억제되어 나노 버블로서 안정화되며 본 발명의 실시예에 따른 나노 크기의 버블은 나노 버블 내부의 압력이 높고 나노 거품이 비교적 오랫동안 지속될 수 있어 안정화되며 부력이 작아 흐르는 물에 분사하여도 자체 부유 및 와류작동으로 버블 기포의 원거리 전달이 가능하여 원수와 나노 기포가 원활하게 혼합되고 이렇게 효과적으로 용해된 나노 버블수는 파이프 라인 배관 내벽과의 마찰력을 감소시켜 유통저항을 최소화할 수 있게 되어 적은 에너지로 액체의 전달이 가능하여 펌핑 동력비를 절감시키게 된다.

특히 본 발명의 나노 버블수 발생장치는 나노 버블을 형성하기 위하여 원수가 통과하게 되는 유로 단면적을 더욱 감소시켜 유속을 증가시키게 되고 더욱 강해진 물줄기는 난류를 형성함으로써 유입 원수가 통과하면서 외부 공기를 흡입하여 나노 버블수를 원활하게 형성함과 동시에 수류의 유통 저항을 최소화시김으로써 유입 원수가 통과하게 되는 일자형 유로의 관벽 주변 물 입자가 관벽에 부딪쳐서 관벽 기공 사이로 외부로 역류하는 현상을 예방할 수 있게 된다.

결국 본 발명은 수질 정화효과, 살균효과, 용존산소 증진효과가 한데 어우러져 복합적으로 상승 작용하여 물성이 변화된 나노 버블 기능수의 공급으로 인하여 양식장 등의 산소 용해율이 향상되고, 방출수의 사용량도 감소되어 경제성이 향상될 뿐만 아니라, 최적의 수질로 수질 오염도 방지되며 생물의 성장을 촉진시키게 된다.

이와 같이 형성된 본 발명의 나노 버블수 발생장치(100)를 어류를 양식하는 육상 양식장에 채택하는 일실시예를 첨부 도면에 의하여 구체적으로 설명하면,

취수원(70)으로서 인접한 바다 등으로부터 원수를 양수 공급하는 가압용 펌프(60)가 육상에 설치되고 육상에 설치된 가압 펌프(60)에는 육상 양식장(200)의 양식 수조(210)에 연결되는 파이프 형태의 급수배관(80)이 연결되고 급수 배관(80)의 말단에는 양식 수조(210)에 나노 버블수를 일정하게 공급하는 분배관(90)이 다수 개 구비되어 있으며 급수배관(80)의 관로 배관 중간에는 나노 버블수 발생장치(100)가 장착됨으로써 유입 원수가 벤튜리 튜브 형상의 몸체(10)에 형성된 좁은 단면의 직선 유로 안내홀(11)를 통과하여 대향되는 타측의 원수 토출부(50)로 원수가 빠져나가는 압력에 의해 몸체(10) 외표면에 구비된 미세 기공층(12)으로 공기가 유입되어 미세 기포가 발생되며, 발생된 미세 기포는 유입 원수에 용존 및 잔존하게 되고 장치 크기에 비해 다량의 나노 크기 기포를 발생시켜 용존 산소율을 향상시킬 수 있게 됨으로써,

원수가 원활하게 유입될 수 있도록 소정의 경사각을 가지는 선단부가 넓고 후단부로 갈수록 좁아지도록 구성된 나노 버블수 발생장치(100)의 벤튜리 효과로 물을 강제로 흡입하고 이를 타측 방향으로 토출시켜 주는 원수 공급 과정에서 깔대기 형상의 원수 집중 안내구(43)가 유속의 저하를 방지하여 빠른 산소전달효율로 기능이 활성화된 나노 버블수가 생성되어 육상 양식장 수조에 순환 여과식으로 공급되는 나노 버블 수 공급 시스템을 구성할 수 있게 됨으로써 컴프레서가 구비된 별도의 산소탱크를 구비하지 않아 운영비가 절감되며,

이렇게 경제적으로 생성된 나노 버블수를 물을 자주 갈아주어야 하는 별도의 물 저장탱크 없이도 나노 버블수를 공급하는 방법으로 육상 양식 수조(210)의 물을 지속적이고 강제적으로 순환시켜 주어 항상 깨끗한 수질 상태를 유지시켜 주고 필요시 배수구를 통하여 배수할 수 있어 적정수위를 항상 유지할 수 있게 함으로써 수조내의 물을 정기적으로 갈아주고 청소해 주어야 하는 번거로움이 해소되며, 이로 인해 물의 낭비를 최소화시키는 효과를 구현하게 되는데 본 발명에 따른 제반 장치의 제어는 미도시한 마이크로 프로세서에 의하여 제어되는 제어장치에 동작 상황을 표시하는 표시부와 시간을 조절하는 타이머, 용존 산소량을 측정하는 측정장치가 연결되어 자동 또는 수동의 선택적으로 구동될 수 있도록 형성되어 살균 및 세정효과로 별도의 항균제나 항생제를 사용하지 않고도 환경 변화 스트레스에 민감하고 세균이나 바이러스 감염으로 허약화된 어류의 폐사를 방지하고 성장을 촉진시켜 양식장의 생산량을 증대시키게 된다.

또한 본 발명의 다용도 소결체 나노 버블수 발생장치를 양돈장 등의 축사(300) 공급 배관에 설치하여 저장 탱크(310)에 1차적으로 저장한 다음 급수 배관(80)에 연결된 분배관(311)을 통하여 음수대(312)로 나노 버블수를 공급하여 나노 버블수를 돼지 등이 음용하게 되면 나노 버블수 급여에 따른 가축의 성장속도 향상, 장내 정균작용으로 질병에 대한 내성강화, 육질의 개선, 분뇨 악취 저감에 따른 부가적 효과를 동시에 구현할 수 있게 된다.

따라서 본 발명의 소결체 나노 버블수 발생장치는 상기한 어업, 축산업, 농업분야의 실시예를 비롯하여 환경분야, 하수처리관련시설, 고도정수처리시설, 토양정화, 각종 양식, 양액 재배, 활어 수조, 수족관, 산업분야(배수처리, 세정), 건강분야(입욕관련시설, 욕조, 인공탄산천, 정수, 변기), 의료(정밀진단), 가전(세탁기), 선박(선체저항저감) 등의 다양한 영역에 다용도로 이용될 수 있다

또한 본 발명의 나노 버블수 발생장치는 장치 주변을 원형 파이프(101)로 밀폐시킴으로써 원형 파이프(101)에 연통되는 공기 주입호스(102)를 통하여 지상에서 산소 및 특수가스를 공급할 수 있음은 물론 물속에 설치할 경우에도 공기의 유입이 가능하므로 다용도로 활용이 가능하다.

이상에서 설명한 본 발명은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변경이 가능하므로 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니다.

100:나노 버블수 발생장치
101:원형 파이프 102:공기 주입호스
10:몸체 11:직선 유로 안내홀
12:미세 기공 20:입수 배관 연결부
30: 출수 배관 연결부
40:원수 유입부 41: 원수 유입홀
42:테두리 살 43:원수 집중 안내구
50:원수 토출부 51:원수 토출홀
60:펌프 70:취수원
80:급수배관 90:분배관
200:육상 양식장 210:양식 수조
300:축사 310:저장 탱크
311:분배관 312:음수대

Claims (2)

1. 급수 배관(80) 중간에 결합되어 벤튜리 효과를 구현함으로써 펌프로 양정하여 급수되는 원수가 급속히 빨려들어가서 빠른 유속의 수류로 토출되게끔 양 단부에 링 형상의 복수 개 나사 결합식 체결구로서 입수 배관 연결부(20)와 출수 배관 연결부(30)를 구비하고,
   상기 입수 배관 연결부(20)와 출수 배관 연결부(30)의 내측으로는 원수를 테이퍼지게 안내하는 원수 유도관으로서 소정 각도 경사진 원수 유입홀(41)과 원수 토출홀(51)을 테두리 살(42) 내부에 구비하는 깔때기 형태 원수 유입부(40)와 원수 토출부(50)를 각각 구비하되,
   상기 원수 유입부(40)와 원수 토출부(50) 사이에는 나노미터 크기 공경의 소결체로서 좁은 단면의 직선 유로 안내홀(11)이 내부에 형성된 중공의 평행한 일자형 튜브 형태 몸체(10)가 구비됨으로써 몸체(10) 외주에 형성된 미세 기공(12)을 통하여 흡인되는 외부 공기로 초미세 나노 거품을 생성하고 유입 원수에 공급시켜 살균, 세정, 활성화 기능 등 복합적으로 반응하는 다용도 다기능의 나노 버블수를 수요처에 공급하게 하는 나노 버블수 발생장치(100)에 있어서,
   평행 유로의 일자형 튜브 형태 몸체(10) 내부 좁은 단면의 직선 유로 안내홀(11) 선단부에 접속하여 유입 원수를 소정 각도 테이퍼지게 안내하는 상기 깔때기 형태 원수 유입부(40)의 내측 테두리 살(42) 끝단을 일자형 몸체(10) 선단의 직선 유로 안내홀(11) 일부에 걸쳐질 수 있도록 연장 형성하고 깔대기 형상의 원수 집중 안내구(43)를 추가로 삽입함으로써 보강된 벤튜리 효과로 유입 원수를 강한 수압의 물줄기로 직선 유로 안내홀(11)을 통과시켜 적정 압력의 부압 상태가 유지되도록 형성하여 압력 손실에 따른 벤튜리 튜브 공기 흡입 기능 저하를 예방하여 원활한 외부 공기의 유입이 가능하게끔 형성하고,
   또한 상기 일자형 튜브 형태 몸체(10)와 원수 유입부(40) 및 원수 토출부(50)를 포함하는 나노 버블수 발생장치(100) 둘레의 소정 구역을 공기 주입 호스(102)가 상부에 연결된 원형 파이프(101)로 둘러싸고 폐쇄시켜 나노 버블수 발생장치(100) 공기 흡입 지역으로 유입되는 공기의 손실을 방지함으로써, 원수가 다공질 소결체로 형성된 일자형 몸체(10)를 통과할 때 물이 빠져나가는 압력(펌프 수압)에 의해 몸체의 다공질 몸체(10) 외주에 형성된 미세 기공(12)을 통하여 공기가 지속적으로 유입되어 미세한 나노 기포를 발생시켜 원수에 용존 및 공존시키게 하는 방법으로,
   미세 기공의 다공성 재질과 유속을 더욱 빠르게 하는 벤튜리 튜브의 가속 구조, 펌프에 의한 가압 펌핑 작용이 상호 기능적으로 연계되어 효율적으로 생성된 나노 크기의 미세 나노 기포가 용존 및 포함된 나노 버블수를 생성함을 특징으로 하는 나노 기공 구조의 다공질 소결체 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치
2. 제 1항에 있어서,
   일자형 튜브 형태 몸체(10)를 형성하는 소결체는 소결 금속이나 발포 금속(METAL FOAM) 중의 다공성 금속 소결체나 다공성 세라믹이나 다공성 플라스틱(수지) 소결체 중에서 선택된 어느 하나의 소결체임을 특징으로 하는 나노 기공 구조의 다공질 소결체 벤튜리 튜브를 이용한 다용도 나노 버블수 발생장치

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