KR0159968B1 - 외부전극을 사용하는 자체에너지원형 유체처리장치 - Google Patents

Abstract

배관상의 칼슘 및 마그네슘의 퇴적을 방지하기 위해 배관을 통해 유동하는 유체를 처리하기 위한 장치 및 방법에 있어서, 상이한 전기화학적 퍼텐셜을 갖는 도전성 재료로 제조된 양 및 음전극들이 그 속을 유체가 유동하는 전기적으로 절연성인 재료로 제조된 튜브형 부재의 외주표면상에 마련된다. 전극들이 유동하는 유체와 물리적으로 접촉하지 않게 배치되어 있으므로, 전극들은 유체유동에 장애가 되지 않으며 유체들에 포함된 입자들에 의해 마모 또는 마멸되지 않는다. 뿐만 아니라, 전극들 사이의 도전성 연결은 유체가 이온화되도록 유체의 본체를 통해 이루어진다.

Description

외부전극을 사용하는 자체에너지원형 유체처리장치

제1도는 본 발명에 따른 전기적으로 전도성을 갖는 유체를 처리하기 위한 장치의 제1실시예의 주요부의 사시도.

제2도는 본 발명에 따른 전기적으로 전도성을 갖는 유체를 처리하기 위한 장치의 제2실시예의 주요부의 사시도.

제3도는 제1도에 도시한 주요부를 사용하는 본 발명에 따른 전기적으로 전도성을 갖는 유체를 처리하기 위한 장치의 부분 단면 사시도.

제4도는 제2도에 도시한 실시예의 변형예의 사시도.

제5도는 본 발명에 따른 제4도의 실시예에 의해 처리된 물의 샘플에 대한 시험 결과의 챠트.

제6도는 처리하지 않은 물의 샘플에 대한 동일한 시험결과의 챠트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 튜브형 부재 2 : 양전극

3 : 음전극 5 : 파이프

6 : 시일부재 7 : 접지와이어

본 발명은 전기적으로 전도성을 갖는 (도전성)유체, 즉 약간의 도전율을 갖는 유체를 처리하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

특히, 본 발명은 유체가 통로를 통과할 때 유체를 이온화하기 위하여 유체통로의 외부에 배치된 전극을 사용하는 자체에너지원형 장치에 관한 것이다.

상이한 전기화학적 퍼텐셜을 갖는 도전성 재료의 전극을 사용하는 자체에너지 원형 유체처리장치는 공지되어 있다. 자체에너지원형이라는 용어는 이 장치가 외부의 동력원을 사용하지 않는다는 것을 의미한다. 이 장치에서 처리될 유체는 전극위로 유동함으로써 유체의 본체를 통해 전극들 사이의 도전성 연결이 이루어진다. 이들 장치의 일부에서 전극들은 유동에 현저한 장애가 된다. 그리고, 전극들이 유체유동에 노출되므로 특히 유체가 비가용성 입자들을 동반할 때 전극들이 상당히 마모 및/또는 마멸된다. 특히, 유체의 성질에 따라서 전극의 도전성 재료는 전해에 의해 부식되기도 한다.

상이한 전기화학적 퍼텐셜의 전극들을 갖는 공지된 자체 발생형 장치중 하나가 미합중국 특허 제5,234,555호에 게재되어 있다. 이 장치에서 전극들의 도전성 재료는 유체를 전극들의 도전성 재료로부터 격리하기 위해 전기적으로 절연성인 코우팅을 구비한다. 본 발명자에 의한 수년간의 조사연구는 유체처리를 위한 이상적인 상태는 전극들 사이의 전압 퍼텐셜만의 상태인 것을 밝혀냈다. 이 조건을 이루기 위해서는 유동을 최소로 억제하는 것이 필요하다. 미합중국 특허 제5,234,555호에 게재된 것과 같은 전기적으로 절연성인 전극의 코우팅은 전술한 전압 퍼텐셜만의 상태를 달성하기 위한 효율적이며 신뢰성있는 수단이 되기 위해 제공된다.

전극의 코우팅으로서 사용된 플라스틱은 전기 절연기로서 불완전한 것으로 알려져 있으며, 따라서 이런 누설이 아무리 적다 하더라도 전자들은 항상 플라스틱을 통과할 것이다. 최소량의 전자로도 상이한 전기화학적 퍼텐셜의 전극들 사이에서 전압퍼텐셜을 발달시키기에 충분하다. 다시 본 발명자에 의한 조사연구는 유체를 통한 유동이 감소되며 전압 퍼텐셜만의 상태가 유지될 때 유체의 처리가 더욱 효율적이 되는 것을 나타냈다.

그러나, 코우팅된 전극들은 아직 유동선내에 위치하고 있다. 따라서, 이 장치는 전술한 문제점들을 갖는다. 특히, 고체입자들이 부유된 공업용수에 의해 플라스틱 코우팅이 마모 및 마멸됨으로써, 전극들이 유체에 노출되고 결과적으로 효율이 떨어진다. 이 문제들은 코우팅을 증가시킴으로써 효과적으로 해결될 수 없는데 그 이유는 이 대책은 다시 유동면적을 감소시키고 제조비를 증가시키는 문제들을 유발하기 때문이다.

전극들을 유체유동과 접촉시키지 않고 외부의 전원 공급원에 연결시키는 기술도 공지되어 있다. 이 경우, 전극들의 도전성 재료는 상이한 전기화학적 퍼텐셜을 가질 필요는 없다.

본 발명의 목적은 전극들이 유체에 의해 마멸 또는 부식되지 않도록 전극들이 유체와 물리적으로 접촉하지 않고 유동을 방해하지 않는 자체발생형 유체처리장치 및 방법을 제공함으로써 전술한 문제점들을 해결하는 것이다.

이 목적들을 달성하기 위해서, 본 발명은 양 및 음전극들이 전기적으로 절연성인 재료로 된 튜브형 부재의 외주표면상에 배치되며 처리될 유체가 전극들과 물리적으로 접촉되지 않도록 튜브형 부재의 내부를 통해서만 유동하는 유체처리장치 및 방법을 제공한다. 이 튜브형 부재는 유체가 난류가 되는 것을 방지하기 위해 평활하고 곧은 유동통로를 한정하며 두꺼운벽을 가질 수 있다. 따라서 이 장치의 마모는 최소화되며 장치외 수명은 증가된다.

양 및 음전극들의 도전성 재료들은 상이한 전기화학적 퍼텐셜을 갖는다. 예를 들어, 양전극의 도전성 재료는 탄소이며 음전극의 도전성 재료는 알루미늄일 수도 있다.

양 및 음전극들의 도전성 재료는 전기적으로 절연성인(플라스틱)재료의 튜브형 부재의 외주표면상에 서로 인접 배치된다. 전극들은 서로 격리되기도 하고(회로개방상태), 전기 저항기에 의해 도전적으로 연결되기도 한다. 회로상태는 특정한 적용이나 요구조건을 기초로하여 선택될 것이다. 그리고, 전극들이 튜브형 부재의 축방향, 즉 유동방향으로 배치되는 순서는 본 발명이 적용되는 처리의 특정한 형식을 기초로 하여 선택될 것이다.

본 발명의 이들 및 다른 목적, 특징 및 이점들이 첨부도면들을 참고로 한 하기의 상세한 설명으로부터 당분야의 통사의 지식을 가진자에게 더욱 명백해 질 것이다.

제1도는 본 발명의 주요부분을 도시하며, 도면부호 1은 전기적으로 절연성 재료(플라스틱)의 튜브형 부재, 2는 도전성 재료의 양전극, 3은 도전성 재료의 음전극을 나타내고, 전극들의 양극(2)과 음극(3)의 도전성 재료들은 서로 상이한 전기화학적 퍼텐셜을 갖는다.

처리될 유체는 튜브형 부재(1)의 내주표면에 의해 한정된 유체통로를 통해서만 화살표로 표시된 방향으로 유동한다. 즉, 실선화살표는 먼저 양전극(2)을 그리고 나중에 음전극(3)을 통과하게 튜브형 부재를 통해 유동하는 유체를 도시한다. 역으로, 점선화살표는 먼저 음전극(3) 그리고 나중에 양전극(2)을 통과하는 다른방향으로 유동하는 유체를 도시한다. 전술한 바와 같이, 전극 양극(2) 및 음극(3)에 도시된 유체의 유동방향은 수행될 특정한 처리를 기초로 하여 선택될 것이다.

제2도의 실시예에서 다수의 양 및 음전극들이 튜브형 부재(1)의 외주표면상에 배치된다. 양극들(2,2')과 음극들(3,3')은 튜브형 부재(1)의 축방향, 즉 유체유동방향으로 번갈아 배치된다. 다시, 화살표들은 유체가 양방향으로 유동되기도 하는 것을 표시한다.

제3도는 처리될 유체가 유동하는 배관과 일직선으로 쉽게 배치될 수 있는 실시예를 도시한다. 이 도면에서 도면부호 5는 그 대향 단부들에서 플랜지를 갖는 파이프를 나타낸다. 플랜지들은 이 장치를 유체배관의 상응하는 플랜지들에 고정하기 위해 볼트들이 삽입될 수 있는 볼트구멍들을 갖는다. 도면부호 6은 파이프(5)의 내주표면과 튜브형 부재(1)의 외주표면 사이에 시일을 형성하는 시일부재를 나타낸다. 다시 말하면, 시일부재(6)는 파이프(5)의 대향단부에서 파이프의 개구부로 부터 양극(2) 및 음극(3)을 시일하여 도시한 장치가 연결되는 배관을 통해 유동하는 유체가 튜브형 부재(1)의 내부표면에 의해 한정된 유체통로 내에서만 장치를 통해 유동하게 한다.

양전극(2)을 파이프에 연결하는 접지선을 나타낸다. 튜브형 부재 자체가 유체유동을 방해하지 않도록 유체통로는 유체배관의 직경과 적어도 같은 직경을 갖는다.

양전극(2)의 접지가 항상 필요한 것은 아니다. 양극이 작을 때 그것은 신속히 전자들로 포화되게 되며 결과적으로 장치의 효율을 떨어뜨린다. 양전극의 접지는 전자들을 드레인시키며 따라서 작은 유닛이 효율적이 되게 한다. 그러나, 양전극들이 상응하게 큰 보다 큰 유닛에서 양전극들의 접지는 생략될 수 있다. 이 경우, 양전극의 보다 큰 표면적은 충분한 양의 전자들이 소산될 수 있게 함으로써 성능레벨이 유지된다.

전술한 바와 같이, 제2도의 실시예에서 양,음전극들은 번갈아 배치된다. 유체가 전극을 통과하는 시퀸스를 명시하는 장점은 참고로 서술된 계속중인 미합중국 특허출원 제07/916,254호의 주제에 나타나 있다. 그러나, 본 발명은 이런 장치에 한정되지는 않는다. 튜브형 부재의 축방향에서 보았을 때 외주표면상의 전극의 순서는 제4도의 실시예에서 도시한 바와 같이, 음극, 양극, 양극, 음극이 될 수도 있다. 실험을 통해 전극들을 다양한 순서로 배치하는 것이 유체가 그 장치를 통과한 후 전기가 열법에 의해 60℃이상으로 가열될 때, 특히 유체가 침지형 가열기에 의해 가열될 때와 같은 극히 곤란하거나 특수한 작동상태에서 다양하고 유용한 효과 및 적당한 성능을 발취하게 함을 본 발명자는 발견하였다.

본 발명자는 하기 시험을 수행함으로써 본 발명의 효과 및 효율을 확인하였다.

먼저, 본 발명의 효과는 다음과 같이 시험되었다. 249㎲/cm의 최초 도전율을 갖는 유체의 본체로부터 2개의 같은 샘플들이 채취되었다. 이들 중 하나는 제2도의 실시예의 튜브형 부재를 통과하며 다른 하나는 처리되지 않았다.

양 샘플들은 공통의 고온수온내에 배치되며 최초의 농도의 5배인 예정된 농도에 도달될 때 까지 증발되었다. 처리되지 않은 유체의 농축된 샘플의 도전율이 측정되어 928㎲/cm로 정해졌다. 한편, 본 발명에 따른 제2도의 실시예를 통과한 유체의 농축된 샘플의 도전율은 968㎲/cm이었다. 따라서 본 발명에 따라 처리된 물은 처리되지 않은 물의 그것보다 현저히 높은 잔류 도전율 레벨을 갖는다. 이것은 본 발명이 총 40㎲/cm 만큼의 침전을 감소시킨 것을 나타낸다.

다음, 본 발명의 효율성은 본 발명에 따른 장치를 미합중국 특허 제4,902,391호에 게재된 장비와 비교함으로써 시험되었다. 미합중국 특허 제4,902,391호의 게재 내용을 기초로 한 장치는 서로 전기적으로 격리된 알루미늄 음전극과 탄소 양전극을 사용한다. 전술한 유체의 같은 본체로부터 샘플이 채취되어 미합중국 특허 제4,902,391호에 따라 제조된 장치를 통과함으로써 유체가 양 및 음전극들과 접촉하게 되었다. 그후, 처리된 물은 역시 전술한 같은 고온수조내에 배치되고 원래의 샘플수의 농도보다 5배의 농도가 얻어질 때까지 증발되었다.

미합중국 특허 제4,902,391호에 따라 제조된 장치에 의해 처리된 농축된 샘플의 도전율이 측정되었으며 그 측정값은 955㎲/cm이었다. 이 값은 본 발명에 따라 처리된 유체의 도전율인 968㎲/cm보다 적었다. 따라서, 본 발명은 미합중국 특허 제4,902,391호에 게재된 종래의 장치보다 효율적이다.

명백히, 본 발명은 40㎲/cm의 도전율의 감소된 손실을 나타내는데 반하여 미합중국 특허 제4,902,391호에 따라 제조된 장치의 상응치는 단지 13㎲/cm이었으므로 본 발명은 미합중국 특허 제4,902,391호의 발명보다 48% 더 효율적이다.

본 발명의 효율성에 대한 제2시험이 수행되었으며 그 결과가 제5도 및 제6도에 표시되었다.

이 시험에서 사용된 물은 21.6℃에서 372㎲/cm(25℃에서 400㎲/cm)의 도전율을 가졌다. 이 물 3리터가 처리되지 않은 샘플로서 사용되었고, 3리터는 본 발명에 따른 제4도의 실시예를 통과하여 용기로 도입되었다.

처리되지 않은 그리고 제4도의 실시예에 의해 처리된 각 3리터의 샘플은 침지형 전기가열요소를 구비한 소형 스텐레스강제 보일러내에서 가열되었다. 보일러는 또한 1미터의 길이로 수직되게 신장하는 15본의 스텐레스강제 파이프의 블럭이 끼워져 있다. 각 파이프는 10밀리미터의 내경을 가지며 샘플들을 가열할 때 발생하는 증기를 응축시키며 응축수를 보일러로 되돌리기 위한 응축기 튜브로서 작용한다. 이 식으로, 같은 량의 물을 유지함으로써 샘플의 H, 도전율 및 온도를 기록할 때 일정한 상태를 유지하며 결국 증발에 의한 물의 같지 않은 손실에 기인한 시험상태의 불일치를 제거한다.

먼저, 처리되지 않은 물의 샘플은 연속3회 그 온도가 93℃로 상승된 후 87℃로 냉각되는 보일러 내에서의 가열사이클에 도입된다. 전술한 바와 같이, 가열사이클중 H, 도전율 및 온도가 측정된다. 그 후, 처리되지 않은 샘플은 보일러로부터 제거되며 그 후 보일러는 모든 침전물의 흔적을 제거하기 위해 완전히 세척되었다.

그리고, 본 발명에 따른 제4도의 실시예로 처리된 물의 샘플이 같은 보일러내에 배치되고 같은 가열사이클로 도입되었다. H 판독을 안정시키기 위한 시간을 허용하기 위해 샘플이 본 발명에 따른 장치를 통과하는 것과 전기히터가 온 되는 것 사이에는 약 20분간의 사간경과가 허용되었다.

2개 도면의 챠트를 비교하면, 제5도의 챠트에서 H선은 보다 산성상태인 것을 나타내는 제6도의 챠트의 H선보다 높은 레벨(알카리성)을 유지한다.

제5도의 챠트의 도전율도 제6도의 챠트의 도전율보다 높은 레벨을 유지함으로써 제4도의 장치로 처리될 때 물의 용해된 함량의 침전이 감소된 것을 나타낸다.

제5도의 챠트에서 도전율선은 제1피크의 그것보다 28㎲/cm 낮은 손실을 나타내며, 제6도의 챠트의 도전율선은 제1피크의 그것보다 34㎲/cm낮은 손실을 나타낸다. 이 도전율의 차이는 동일한 상태에서 본 발명의 장치가 6㎲/cm만큼 감소된 물의 용해된 함량의 침전을 일으키는 것을 나타낸다. 이것이 비교적 적게 보일 수 있다 하더라도 본 발명자는 본 발명자에 의해 처리된 유체의 이온화로부터 유발되는 것으로 추정되는 다른 인자들을 발견하였다. 예를 들면, 본 발명자는 침지형 가열요소상에 형성된 스케일이 처리되지 않은 샘플이 가열될 때 보다 본 발명에 따라 처리된 물이 가열될 때 보다 적은 것을 발견하였다. 그리고 그 스케일은 대단히 연하며 씻어내기가 쉬운데 반하여, 처리되지 않은 물이 가열될 때 형성된 스케일은 무겁고 훨씬 딱딱하며 가열요소의 표면을 딱아 내기가 어려웠다.

또한, 3리터의 소형 시험 샘플을 주워온도로부터 93℃로 가열하는 것이 본 발명이 사용되는 대부분의 실제의 환경에서의 상태보다 훨씬 심한 상태를 부과하는 것임은 명백하다. 따라서, 상기 시험들이 6㎲/cm에 상응하는 비교적 적은 개선을 나타내었다 하더라도 실제의 작업상태에서는 보다 크게 감소된 침전이 있을 것이다. 이것은 시험들이 실험실내에서 단시간에 수행된 것인데 대하여 본 발명은 유체배관내에서 수년간 계속적으로 작동하는 것을 생각할 때 더욱 그러할 것이다. 단기간의 시험에 나타난 작은 변화들의 장기간의 효과는 (칼슘 및 마그네슘 스케일의 퇴적을 방지하는 경우)상당히 효과적인 수처리를 제공할 것이다.

최종적으로, 전술한 시험들에 있어서, 제5도의 챠트의 온도선은 제6도의 챠트의 온도선의 동일한 사이클보다 대략 1분 짧은 피크 1로부터 피크 3까지의 사이클 시간을 갖는다.

상기 시험들은 본 발명이 작동되는 복잡함을 충분히 설명함이 없이도 본 발명의 효과와 효율성을 설명한다. 본 발명의 작동원리를 확인하는데 다양한 인자들이 고려되었다. 예를 들면, 본 발명자는 유체가 튜브형 부재(1)의 내주표면을 따라 유동할 때 마찰에 기인하여 전기부하가 발생함을 발견했다. 또한, 전극들의 작업 기능 또는 페르미 에너지도 고려되었다. 본 발명자는 이 에너지가 유체내에서 공명효과를 발생하기 위해 설치된 전극들 사이의 도전성 연결과 조합하여 작용할 수 있다고 생각하였다.

본 발명이 첨부도면을 참고로 하여 바람직한 실시예들과 연관하여 충분히 설명되었지만, 많은 변경과 수정들이 당분야의 통상적인 기술자들에게는 명백할 것이다. 예를 들어, 본 발명이 위에서 칼슘 및/또는 마그네슘 스케일의 발달을 억제하기 위해 물을 처리하는 것에 대해 설명되었지만, 본 발명은 그것으로 한정되는 것이 아니며 다른 유체의 처리에도 사용될 수 있다. 예를 들면, 전극들이 유체와 물리적으로 접촉하지 않으므로 산,알카리등과 같은 부식성 유체도 본 발명에 의해 처리될 수 있다. 마찬가지로, 본 발명은 오염되지 않아야 하는 음료, 펄프식량, 의료용 유체 등의 처리에도 적합하다. 본 발명은 또한 2개의 상이한 유체의 혼합을 촉진하기 위해서 또는(연소를 자극하기 위해) 연료, 오일, 처리 용매에 적용되기도 한다. 따라서, 이와 같은 변경 및 수정들은 첨부된 특허청구의 범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위 및 진정한 정신내로 보아야 한다.

Claims (5)

1. 유체통로를 한정하는 내주표면과 외주표면을 갖는 전기적으로 절연성인 재료로 제조된 튜브형 부재, 및 양전극과 음전극을 포함하는 외부전원공급원없이 전기 퍼텐셜을 발생시키기 위한 자체발생 수단으로 구성되며, 상기 양전극이 도전성 재료로 제조되며 상기 튜브형 부재의 외주표면상에 배치되고, 상기 음전극이 도전성 재료로 제조되며 상기 튜브형 부재의 외주표면상에 배치되며, 처리될 도전성 유체가 상기 유체통로를 통해 유동할 때 상기 전극들사이의 도전성 연결이 유체의 본체를 통해 이루어지도록 상기 전극들의 도전성 재료가 상이한 전기화학적 퍼텐셜을 갖는, 도전성 유체를 처리하기 위한 장치.
2. 제1항에 있어서, 또한 대향하는 단부들을 갖는 파이프 및 상기 대향단부들에서의 플랜지들을 포함하며, 상기 튜브형 부재가 상기 파이프내에 배치되고, 상기 전극들이 그 대향하는 단부들에서 상기 파이프의 개구부로부터 시일되는 장치.
3. 제2항에 있어서, 또한 상기 양전극을 상기 파이프에 연결하는 접지와이어를 포함하는 장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 양전극의 도전성 재료가 탄소이며, 상기 음전극의 도전성 재료가 알루미늄인 장치.
5. 유체통로를 한정하는 내주표면과 외주표면을 유체배관과 일직선을 이루게 갖는 전기적으로 절연성인 재료로 제조된 튜브형 부재를 마련하여 상기 배관을 통해 유동하는 유체가 상기 유체통로만을 통해서 상기 튜브형 부재를 통과하게 하며, 상기 튜브형 부재의 외주표면상에 도전성 재료의 양전극을 마련함으로써 외부 동력원을 사용하지 않고 전기적 퍼텐셜을 발생시키고, 상기 튜브형 부재의 외주표면상에 도전성 재료의 음전극을 마련하며, 전극들의 도전성 재료가 상이한 전기화학적 퍼텐셜을 가지며, 도전성 유체의 본체가 배관을 통해 따라서 도전성 재료의 튜브형 부재내에서만 유동하게 함으로써 전극들사이의 도전성 연결이 유체의 본체를 통해 이루어지도록 하는 것으로 구성되는 도전성 유체의 처리 방법.