KR100419998B1

KR100419998B1 - 냉각탑용 멸균장치

Info

Publication number: KR100419998B1
Application number: KR1020030009082A
Authority: KR
Inventors: 김승욱; 손석범; 정재훈; 박철순
Original assignee: 삼중테크 주식회사
Priority date: 2003-02-13
Filing date: 2003-02-13
Publication date: 2004-02-26

Abstract

본 발명은 냉각탑용 멸균장치에 관한 것으로, 고전압발생기(140)로부터 방전전압을 제공받아 오존을 발생하는 오존발생기(120)와, 에어콤프레셔(150)로부터 공기를 제공받아 고농도의 산소를 상기 오존발생기(120)에 공급하는 산소발생기(130)와, 오존누설이 어느 정도 되는지를 CT(Contact Time)치로서 확인하는 오존누설감지기(170)와, 주파수 변조를 통하여 상기 오존발생기(120)의 오존발생량을 증가시키는 인버터(190)와, 상기 오존발생기(120)로부터 오존을 공급받아 미세한 오존기포를 발생하고 이를 냉각탑(300) 내에 폭기(曝氣)/분산시키는 오존분산기(200)와, 상기 엘리먼트들을 운전시키기는 콘트롤판넬(110)를 포함하는 냉각탑용 멸균장치에 있어서, 상기 오존발생기(120)으로부터 발생된 오존이 상기 오존분산기(200)에 일정한 압력으로 제공되도록 하는 압력레귤레이터(181)와, 상기 산소발생기(130)에서 고농도의 산소 발생시 분리되는 질소를 배출하여 일정한 압력을 유지할 수 있도록 스위칭되는 압력스위치(182)를 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 하여 냉각탑(300)의 멸균효율을 극대화시킬 수 있는 탁월한 효과가 있는 발명에 관한 것이다.

Description

냉각탑용 멸균장치{STERILIZATION DEVICE FOR COOLING TOWER}

본 발명은 냉각탑용 멸균장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉각탑 내부의 냉각수에 직접 폭기되는 오존의 농도를 0.5ppm 정도로 유지시킬 수 있도록 산소발생기 및 고전압발생기의 압력을 제어하는 압력스위치 및 압력레귤레이터를 추가시켜 냉각탑의 멸균효율을 극대화시킨 냉각탑용 멸균장치에 관한 것이다.

일반적으로 냉각탑(冷却塔; cooling tower)은 냉동기의 응축열이나 발전기의 내연기관 냉각열 등의 배열을 대기와 접촉시켜 공기의 습구온도와 냉각수의 온도차에 의한 물의 증발작용과 전열작용에 의하여 물을 냉각시키는 장치로서 일종의 열교환장치라 할 수 있으며 이는 화력발전소나 화학공장 또는 대형빌딩 등 대규모의 냉각조작을 위한 곳에 냉동공조설비용으로 사용된다.

도 1은 종래기술에 따른 냉동공조시스템의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 계통도이다.

도 1에 나타낸 바와 같은 종래의 냉동공조시스템은 흡수식 냉동기의 일 예를 나타낸 것으로, 냉각수의 순환이 이루어지는 냉각사이클이 형성되는데 응축기(10)를 통과한 냉각수는 냉각탑(20)을 거쳐 흡수기(30)로 보내진 후 다시 응축기(10)로 공급되어 재차 사용된다.

이때, 상기 냉각탑(20)은 냉동기의 응축기(10)에 사용하는 냉각수를 재차 사용하기 위하여 실외공기와 직접 접촉시켜 냉각수를 응축기(10)에 필요한 온도로 냉각시킨다.

여기서, 상기 흡수기(30)를 통과하여 응축기(10)로 공급되는 냉각수는 약 32℃ 정도이며 응축기(10)에서 사용된 후 빠져나온 냉각수는 약 37.4℃ 정도 되어 냉각탑(20)으로 공급된다. 결과적으로 상기 냉각탑(20)은 응축기(10)를 통과한 약 37.4℃의 냉각수를 응축기(10)에서 재차 사용할 수 있도록 약 32℃ 정도의 냉각수로 냉각시키는 기능을 하게 되는 것이다.

따라서, 상기 냉각탑(20)의 내부에는 32∼37.4℃의 온도를 갖는 냉각수가 항상 존재하게 되는데, 이러한 냉각수를 함유한 냉각탑은 냉각수의 온도에 의하여 각종 미생물이나 조류 및 박테리아가 증식하게 되고, 이로 인한 오염으로 각종 병원균의 발생 및 번식처가 되고 있으며, 특히 사람의 생명에 치명적인 피해를 입힐 수 있는 레지오넬라(legionella)균의 주요 번식처로 밝혀지고 있다.

여기서, 상기 레지오넬라균은 내성이나 저항력이 강한 그람음성균(gram negative bacillus)으로서 20∼47℃의 온도에서 주로 성장하며 35∼37℃가 최적성장 온도인데 냉각탑(20) 내부 온도가 최적의 성장조건임을 알 수 있. 이러한 레지오넬라균은 4℃ 이하나 65℃ 이상의 온도에서도 생존이 가능하고 적정농도 이상 유지시 인체에 전파되어 열병·오한·호흡기장해·설사 등의 질병을 일으키게 하는데, 레지오넬라균에 감염되면 2∼10일의 잠복기를 거쳐 초기에는 두통·고열·오한·근육통·흉통을 수반하는 독감증상으로 시작하여 폐렴증상으로 진전되고 이후 급속히 악화되어 저항력이 약한 노약자나 어린이들은 사망에 이르기까지 한다.

나아가, 냉각탑(20)에 생성되는 각종 미생물은 냉각수의 침전물 또는 부유물질과 혼합되어 냉각탑(20) 및 냉각시스템에 점착됨으로써 열교환 효율을 급격히 저하시키는가 하면 냉각수의 흐름을 좁히거나 막히게도 한다.

이러한 각종 미생물 중 곰팡이균류는 냉각탑(20)의 충전재료로 목재가 사용된 경우 목재의 표면을 부패시키거나 목재의 섬유질을 파괴시켜 목재 내부에 부패를 유발시킴으로써 목재의 물리적 강도를 급격히 저하시켜 부서지게 하며, 호기성 박테리아는 유속이 비교적 느리고 열원이 높은 열교환기(응축기) 내부에 부착하여 성장하면서 강력한 부식을 유발시킴으로써 배관에 구멍이 형성되게 한다.

더불어, 여름철 냉각탑(20)의 냉각수는 하천수에 비하여 10만배나 더 오염되어 있는 것으로 보고되어 있어 국민건강상에 상당한 우려를 일으키고 있다.

한편, 상술한 바와 같은 냉동공조시스템에 사용되는 냉각수에 대한 문제점들을 해결하기 위하여 다양한 대책들이 세워져 행하여지고 있고 계속적인 강구책이 대두되고 있다.

일반적으로 냉각탑 내에 염소계나 인산계 등의 수처리제를 살포하여 냉각수를 소독/살균 처리하거나 냉각탑을 깨끗하게 청소하여 냉각탑의 냉각수에 대한 오염을 예방하고 있다.

하지만, 염소계나 인산계 등의 수처리제를 사용하는 경우 냉각수의 산성도(pH)가 산성(酸性)을 유지하므로 냉각탑을 비롯한 냉각시스템이 산성으로 인해 부식될 수 있어 중화(neutralization)처리가 필요하게 되며 정기적으로 약품투입이 계속적으로 이루어져야 함은 물론 이에 따라 정기적인 약품처리비용 및 노동력이 소요되어야 하므로 관리상의 어려움이 따르게 된다. 또한 약품 처리시 살균력 강화를 위해 고농도 투입이 이루어지는데 인체에 해로워 주의가 요망되며, 약품투입으로 인하여 열전달계수의 저하가 발생하여 냉방성능이 저하되고 에너지소비량이 증가하게 된다.

더군다나, 이러한 염소계나 인산계의 수처리제는 각종 미생물의 완전 멸균이 이루어지지 않고 약품에 대한 내성(耐性)만을 키울 뿐 효과검증이 어렵다.

한편, 이러한 수처리제의 단점 및 문제점을 극복하고자 하는 방안으로 냉각탑의 냉각수 정화장치가 공지되어 있으며 이는 냉각탑과 응축기 사이의 관로상에 이물질을 걸러내는 여과필터와 살균 및 살조 기능을 갖는 각각의 장치를 설치하고 이들 장치들이 단일 제어장치를 통해서 자동적으로 제어되도록 한 것으로, 도 2에 나타낸 바와 같이, 냉각탑(1)과 응축기(2) 사이에 냉각수 순환관로(3)가 폐루프상으로 연결되고 그 냉각수 순환관로(3)를 따라 냉각수의 순환이 이루어지도록 하는 순환펌프(4)가 설치되며, 상기 냉각수 순환관로(3)상에 자동역세필터(5), 은동이온 발생기(6), 오존발생장치(7) 및 자외선 살균기(8)가 순차적으로 설치되고 이들 각각에 대하여 제어신호를 인가하는 제어장치(9)가 설치된 구조이다.

이러한 구성으로 이루어진 종래기술에 따른 냉각탑의 냉각수 정화장치는 응축기(2)를 지나 냉각탑(1)으로 향하는 냉각수를 자동역세필터(5), 은동이온 발생기(6), 오존발생장치(7) 및 자외선 살균기(8)에 순차적으로 통과되게 하여 이 동과정을 통해서 각종 이물질과 균류 및 조류를 비롯한 유해 미생물의 제거가 이루어지도록 한 것이며 냉각탑(1)에서의 냉각수 냉각과정 중에 냉각수가 공기와 접촉하는 경우에도 레지오넬라균과 같은 유해한 균이 대기중으로 배출되는 것을 방지되게 함과 아울러 부착성 녹조의 제거를 통한 냉각수 순환관로(3)의 관경 축소나 관로 폐쇄를 방지하여 항시 원활한 냉각수의 순환이 이루어지도록 한 것이다. 또한, 종래의 약품처리방식이 아닌 필터링을 통해서 이물질을 제거하여 균발생의 원인을 제거하며 또한 동이온으로 살균을 행함으로써 항상 청정한 수질을 유지시킬 수 있는 것으로 되어 있다.

그런데, 이러한 냉각탑의 냉각수 정화장치는 부착성 녹조의 제거 및 이물질 제거에 따라 냉각수의 순환을 원활하게 할 수 있도록 되어 있으나 각종 유해 미생물의 제거를 위한 멸균작용이 극히 미비하게 이루어지도록 형성되어 있어 냉각수의 완전 멸균을 이루어내지 못하는 단점을 지니고 있으며 냉각수의 살균처리공정이 복잡함을 띄고 있다.

본 발명은 상기와 같이 제안된 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 그 목적으로 하는 바는 냉각탑 내부의 냉각수에 직접 폭기되는 오존의 농도를 0.5ppm 정도로 유지시켜 냉각탑의 멸균효율을 극대화시킬 수 있는 냉각탑용 멸균장치를 제공함에 있다.그리고, 부수적으로 냉각탑의 수조 내에 오존과 과산화수소수를 직접 폭기하는 전용폭기장비를 설치하되 이와 동시에 초음파 매질이 발생하도록 하여 오존용해율 및 오존멸균력을 동시 상승되게 함으로써 냉각수의 멸균처리를 간략화하면서도 냉각탑의 수조 내 냉각수와 냉각시스템의 전체 냉각수뿐만 아니라 냉각탑 내부 또한 완전 멸균처리할 수 있도록 한다.

더불어, 산소를 원료로 하여 오존을 발생되게 함으로써 장치의 반영구적인 사용이 가능하도록 하고 스케줄 제어기능을 채택함으로써 무인자동화 운전이 가능하도록 한다.

또한, 컴팩트한 설계로 설치면적의 극소화 및 용이한 이동사용을 가능하게 하고 간단한 설치 및 운전을 가능하게 하며 저렴한 운전비로 경제성을 추구할 수 있도록 한다.

아울러, 냉각탑의 수조 내에 오존과 과산화수소수를 동시에 직접 폭기하는 직접폭기방식과 더불어 초음파방식에 의한 오존의 미립화를 가능하게 하여 오존용해율 및 오존 멸균력을 상승되게 함으로써 냉각탑의 수조 내 냉각수를 완전 멸균처리할 수 있도록 하며 오존용해 및 오존가스화로 냉각탑 본체의 멸균처리가 이루어질 수 있도록 한다.

도 1은 종래기술에 따른 냉동공조시스템의 일 실시예를 개략적으로 나타낸 계통도.

도 2는 종래기술에 따른 냉각탑의 냉각수 정화장치에 대한 냉각수 순환 계통도.

도 3은 본 발명에 따른 냉각탑용 멸균장치의 일 실시예를 나타낸 블록도.

도 4는 본 발명에 따른 냉각탑용 멸균장치의 본체를 나타낸 외형도.

도 5는 본 발명에 따른 냉각탑용 멸균장치에 있어 본체의 구성을 나타낸 개략적인 계통도.

도 6은 본 발명에 따른 냉각탑용 멸균장치에 있어 콘트롤판넬의 일 예를 나타낸 구성도.

도 7은 본 발명에 따른 냉각탑용 멸균장치에 있어 오존분산기의 일 예를 나타낸 개략적인 구성도.

도 8은 본 발명에 따른 냉각탑용 멸균장치가 적용된 냉동공조시스템의 일 예를 나타낸 개략적인 계통도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

100: 본체 110: 콘트롤판넬

111: 콘트롤부 112: 디지털 스케줄러

113: 디지털 암페어메타 114: 동작표시부

120: 오존발생기 130: 산소발생기

140: 고전압발생기 150: 에어콤프레셔

160: 방진기 170: 오존누설감지기

181: 압력레귤레이터 182: 압력스위치

190: 인버터 200: 오존분산기

210: 오존 폭기부 220: 초음파 진동부

230: 과산화수소 폭기부 300 : 냉각탑

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,고전압발생기로부터 방전전압을 제공받아 오존을 발생하는 오존발생기와, 에어콤프레셔로부터 공기를 제공받아 고농도의 산소를 상기 오존발생기에 공급하는 산소발생기와, 오존누설이 어느 정도 되는지를 CT(Contact Time)치로서 확인하는 오존누설감지기와, 주파수 변조를 통하여 상기 오존발생기의 오존발생량을 증가시키는 인버터와, 상기 오존발생기로부터 오존을 공급받아 미세한 오존기포를 발생하고 이를 냉각탑 내에 폭기(曝氣)/분산시키는 오존분산기와, 상기 엘리먼트들을 운전시키기는 콘트롤판넬를 포함하는 냉각탑용 멸균장치에 있어서,상기 오존발생기으로부터 발생된 오존이 상기 오존분산기에 일정한 압력으로 제공되도록 하는 압력레귤레이터와,상기 산소발생기에서 고농도의 산소 발생시 분리되는 질소를 배출하여 일정한 압력을 유지할 수 있도록 스위칭되는 압력스위치를 포함하여 이루어지는 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.

그리고, 본 발명의 냉각탑용 냉각수의 멸균방법은 냉각탑 내부의 냉각수에 오존(O₃)과 과산화수소수(H₂O₂)를 동시에 직접 폭기하여 상기 과산화수소수에 의해 오존의 멸균력과 탈취 및 중금속분해력이 상승되도록 하고 초음파를 통해 상기 폭기되는 오존을 미립화(微粒化)시켜 냉각수에 용이하게 용해될 수 있도록 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부된 도면을 참조로 하여 상세히 살펴보면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 냉각탑용 멸균장치의 일 실시예를 나타낸 블록도이고, 도 4는 본 발명에 따른 냉각탑용 멸균장치의 본체를 나타낸 외형도이고, 도 5는 본 발명에 따른 냉각탑용 멸균장치에 있어 본체의 구성을 나타낸 개략적인 계통도이고, 도 6은 본 발명에 따른 냉각탑용 멸균장치에 있어 콘트롤판넬의 일 예를 나타낸 구성도이고, 도 7은 본 발명에 따른 냉각탑용 멸균장치에 있어 오존분산기의 일 예를 나타낸 개략적인 구성도이고, 도 8은 본 발명에 따른 냉각탑용 멸균장치가 적용된 냉동공조시스템의 일 예를 나타낸 개략적인 계통도이다.

도 3 내지 도 8에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 냉각탑용 멸균장치는 콘트롤판넬(110), 오존발생기(120), 산소발생기(130), 고전압발생기(140), 에어콤프레셔(150), 방진기(160), 오존누설감지기(170), 압력레귤레이터(181), 압력스위치(182), 인버터(190) 및 오존분산기(200)로 이루어지는 구성으로 모든 기능이 전자동으로 제어되며 냉각탑(300) 내에 설치되는 오존분산기(200)를 제외한 모든 장비가 하나의 본체(100) 내부에 장착된다.

상기 콘트롤판넬(110)은 장치를 효율적이고 안전하게 운전하기 위하여 본체(100)의 전면에 부착한 것으로, 장치에 전원을 공급되게 하고 장치의 운전/정지를 가능하게 하는 콘트롤부(111)와, 장치 운전에 대하여 원하는 시간대에 필요한 시간만큼의 설정을 가능하게 하는 디지털 스케줄러(112)와, 장치의 운전전류를 감지하여 디스플레이하는 디지털 암페어메타(113)와, 오존발생기(120)나 산소발생기(130) 및 에어콤프레셔(150) 등의 동작을 표시하는 동작표시부(114)로 구성된다.

이때, 상기 디지털 암페어메타(113)는 아주 낮은 전류치(약 2A)도 감지할 수 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 오존발생기(120)는 산소발생기(130)로부터 산소를 공급받고 고전압발생기(140)로부터 고전압을 인가받아 오존을 발생시켜 냉각탑(300) 내에 설치된 오존분산기(200)로 오존을 공급하는 것으로, 장치의 컴팩트(compact)화를 위해 사각 슬림형 방전자켓으로 형성하는 것이 바람직하며 그 내부에는 오존발생 유전체를 함유한 세라믹 방전관이 설치된다.

상기 산소발생기(130)는 에어콤프레셔(150)로부터 공기를 공급받아 고농도의 산소를 제조하여 오존발생기(120)로 공급하는 것으로, 제오라이트(zeolite)에 의한 질소흡착방식(PSA;Pressure Swing Adsorption)으로 산소를 발생되게 하고 약 50∼80%정도의 산소발생능력을 갖도록 함이 바람직하다. 또한, 공기의 공급압력에 강하도록 원통형 구조로 하되 수명이 다된 제오라이트의 교체가 용이하도록 형성하는 것이 바람직하다.

상기 고전압발생기(140)는 장치 상에 공급되는 교류 220V의 전압으로부터 교류 8000V의 고전압을 발생시켜 오존발생기(120)의 세라믹방전관에 방전전압을 공급한다.

상기 에어콤프레셔(150)는 산소발생기(130)에 산소 발생을 위한 공기를 공급하는 것으로, 공기흡입구 측에 공기필터(미 도시됨)가 장착되며 최소 2bar 이상의 공기압축능력을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

상기 방진기(160)는 멸균장치의 운전 중 장치의 진동을 흡수하는 것으로 장치의 안전성을 더해준다.

상기 오존누설감지기(170)는 장치의 운전 중 오존 누설이 어느 정도 되는지를 CT(Contact Time)치로서 확인하여 경보를 발생한다.

상기 압력레귤레이터(181)는 오존분산기(200)에 공급되는 오존을 일정한 압력으로 공급되게 하기 위한 것으로, 설치조건에 따라 압력조정이 가능하도록 함이 바람직하다.

상기 압력스위치(182)는 산소발생기(130)에서 고농도의 산소 발생시 분리되는 질소를 배출하여 일정 압력하에서 작동되도록 한다.

상기 인버터(190)는 주파수 변조용으로 사용되며 장치 내로 인가되는 전원에서 60Hz인 주파수를 140Hz의 주파수로 변환시켜 오존발생기(120)의 오존발생량을 증가되게 한다.

상기 오존분산기(200)는 상술한 바와 같은 본체(100) 내부에 장착되는 장비들과는 달리 냉각탑(300) 내에 설치되는 것으로, 오존발생기(120)로부터 오존을 공급받아 오존기포를 생성하여 냉각탑(300) 내부로 폭기(曝氣; aeration)/분산하는 오존 폭기부(210)와, 초음파 매질을 통해 오존을 미립화(微粒化)시켜 냉각탑(300) 내에 오존용해율을 상승되게 하는 초음파 진동부(220)로 구성된다.

여기서, 상기 오존분산기(200)는 미세한 오존기포를 발생할 수 있도록 산화알루미나 재질로 형성하도록 하되 운전이나 정지시 이물질이 부착되지 않는 구조로 형성하는 것이 바람직하다.

이때, 상기 오존분산기(200)는 오존 폭기부(210) 및 초음파 진동부(220)와 더불어 냉각탑(300) 내부로 폭기되어 냉각수에 용해되는 오존의 멸균·탈취·중금속분해 등의 기능상승을 위하여 냉각탑(300) 내에 과산화수소수(hydrogen peroxide solution)를 폭기(曝氣; aeration)하는 과산화수소 폭기부(230)를 더 구성되게 할 수도 있는데, 이때에는 본체(100) 내에 과산화수소수 공급기(미 도시됨)를 장착하고 배관 등을 통해 과산화수소 폭기부(230)에 연결되도록 한다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 냉각탑용 멸균장치의 동작이나 작용 및 냉각수의 멸균원리를 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

본 발명은 오존 및 과산화수소 전용폭기관인 오존분산기(200)를 냉각탑(300)의 수조 내에 직접 설치하는 직접폭기방식과 동시에 초음파 매질에 의한 초음파방식을 이용하여 냉각수계통의 냉각수를 멸균수로 만듦으로써 기존 오존만의 투입방식에 비해 보다 강력한 멸균력을 발휘하는 것으로, 대향류(對向流)형, 직교류형, 개방형 및 기타 냉각수 외기 노출형 냉각탑(300)에 적용할 수 있다.

먼저, 콘트롤판넬(110)의 콘트롤부(111)를 통해 장치에 전원을 공급한 후 디지털 스케줄러(112)를 이용하여 원하는 운전상태로 조정하고 장치의 운전이 이루어지도록 한다. 이때, 장치는 디지털 스케줄러(112)의 조정에 의해 그 조정값이 프로그램에 입력되고 이를 통하여 자동 운전되는데, 이러한 스케줄 제어기능 채택은 원하는 시간대 및 필요한 만큼의 무인자동화 운전을 가능하게 하므로 약품투입과 같이 사람의 수고가 필요없게 되며, 장치의 아주 낮은 운전전류까지 감지하는 디지털 암페어메타(113) 및 각 장비의 동작상태를 표시하는 동작표시부(114)를 통해 장치를 안전하게 운전할 수 있게 된다.

장치의 운전이 개시되면, 에어콤프레셔(150)는 공기를 흡입하여 공기필터를 통해 필터링한 후 최소 2bar 이상으로 공기를 압축하여 산소발생기(130)에 산소발생을 위한 공기를 공급한다.

에어콤프레셔(150)로부터 공기를 공급받은 산소발생기(130)는 제오라이트에 의한 질소흡착방식(PSA)으로 고농도의 산소(O₂)를 발생시켜 오존발생기(120)에 산소를 공급한다.

이때, 산소발생기(130)는 공기로부터 약 50∼80% 정도의 산소를 발생시키며, 산소 발생에 따라 질소가 분리되는데, 이러한 질소는 설정된 일정 압력하에서 작동되는 압력스위치(182)의 작동에 의해 배출된다.산소 발생에 따라 분리되는 질소의 배출을 일정하게 조절하지 못할 경우 오존발생기(120)에 과부하가 걸려 필요이상 또는 그 이하의 오존(O₃)이 발생되어 냉각탑(300)의 멸균효율을 크게 떨어뜨릴 수 있어 압력스위치(182)는 본 발명의 핵심 구성이 된다.

산소발생기(130)로부터 고농도의 산소를 공급받은 오존발생기(120)는 무성방전방식으로 세라믹방전관을 통해 오존(O₃)을 발생시킨 후 냉각탑(300)의 수조 내에 설치된 오존분산기(200)측에 오존을 공급한다.

이때, 오존발생기(120)에서 발생된 오존은 설치조건에 따라 압력조정이 가능한 압력레귤레이터(181)를 통해 일정한 압력으로 오존분산기(200)의 오존 폭기부(210)로 공급이 이루어지게 되며, 오존누설감지기(170)에 의해 장치 내에 오존 누설여부를 확인할 수 있게 된다.압력레귤레이터(181) 역시 오존발생기(120)로부터 제공된 오존(O₃)을 일정하게 오존발산기(200)에 제공할 수 있도록 제시된 것이다.결국, 압력스위치(182) 및 압력레귤레이터(181)는 냉각탑(300) 내부의 냉각수에 직접 폭기되는 오존(O₃)의 농도를 0.5ppm 정도를 유지할 수 있도록 하는 구성들로 본 발명의 핵심 구성이 되는 것이며, 이에 따라 운전 중 전체 배관 내의 냉각수는 0.3ppm 정도의 오존농도를 유지할 수 있게 되고, 그 결과 다음 표와 같은 작용 및 효과를 얻을 수 있었다.

여기서, 오존발생기(120)는 고전압발생기(140)로부터 고전압을 인가받아 오존을 발생시키는데, 장치 내 인가되는 전원에서 60Hz인 주파수를 140Hz의 주파수로 변환시키는 주파수 변조용 인버터(190)의 작용에 의해 2배 증가된 오존량을 발생할 수 있게 되며, 고전압발생기(140)는 장치 상에 공급되는 교류 220V의 전압을 교류 8000V의 고전압으로 변환시켜 오존발생기(120)의 세라믹방전관에 방전전압을 공급한다.

나아가, 오존분산기(200)에는 오존 공급과 더불어 과산화수소수 공급기(미 도시됨)로부터 과산화수소 폭기부(230)로 과산화수소수(H₂O₂·aq)가 동시 공급된다. 이때, 만약 장치의 운전 효율성을 위해 상기 오존분산기(200)를 오존 폭기 및 초음파 진동의 2기관으로만 구성하여 과산화수소수의 자동 공급이 이루어지지 않는다면 냉각탑(300)의 수조 내에 과산화수소수를 수동 공급하여 그 농도가 0.1ppm 상태를 유지하도록 한다.

오존발생기(120)로부터 오존을 공급받은 오존분산기(200)의 오존 폭기부(210)는 오존기포를 생성하여 이를 냉각탑(300)의 수조 내로 폭기/분산시키며, 이때 초음파 진동부(220)는 초음파 진동을 발생시켜 초음파 매질을 통해 폭기되는 오존을 미립화시키는 작용을 하게 된다. 여기서, 초음파는 오존을 미세한 상태로 냉각수 내에 방출되게 함은 물론 냉각수 속에서 과산화수소를 생성되게 하므로 냉각수에 오존용해율을 상승시켜 강력멸균이 이루어지게 한다.

이때, 오존 폭기부(210)를 통해 냉각탑(300)의 수조 내로 폭기/분산되는 오존은 그 농도가 0.5ppm을 유지할 때까지 폭기되며 현 농도로 냉각탑(300) 정지상태에서 5분 이상 지속되도록 운전되는데, 장치의 운전 중 전체 배관 내의 냉각수에는 오존농도가 0.3ppm을 유지하도록 운전되어 오존 멸균수에 의한 냉각시스템의 전체 멸균이 이루어지게 된다.

더불어, 과산화수소 폭기부(230)는 냉각탑(300)의 수조 내로 과산화수소수(H₂O₂·aq)를 폭기하며 이러한 과산화수소수의 첨가는 오존의 분해속도를 높여주는 기폭제로 작용함과 아울러 오존의 멸균력과 탈취 및 중금속분해능력 등의 기능을 더욱 상승되게 한다.

이때, 과산화수소(H₂O₂)는 오존(O₃)의 반응속도를 오존만의 단독 사용에 비하여 10배 내지 104배까지 높여줄 수 있게 되며 짝염기인 HO₂가 오존(O₃)을 분해할 수 있는 기폭제(initiator)로 작용하여 수산화기보다 더 빠르게 오존을 분해, OH 라디칼(radical)을 생성시켜 오존의 멸균력을 더욱 강하게 만든다. 참고로 오존은 전위차 2.07V로 강한 산화력을 가지며 OH 라디칼은 오존보다 훨씬 높은 3.08V의 전위차를 갖고 있다.

하지만, 과산화수소의 농도가 과도하게 되면 과산화수소는 OH 라디칼의 생성을 억제하는 스캐빈저(scavenger)로 작용하여 역반응을 일으키게 되므로 과산화수소의 농도가 0.1ppm 상태를 유지하도록 공급하는 것이 좋다.

이러한, 상술한 바와 같은 오존멸균원리에 의해서 냉각탑(300) 내의 곰팡이진균, 박테리아, 바이러스, 레지오넬라균, 대장균 등은 세포벽과 세포막 및 핵까지 파괴되어 완전 멸균됨으로써 2차 감염발생이나 내성균이 발생하지 않게 되며 중금속과 철, 망간 및 페놀 등을 산화하고 색도 제거는 물론 발암성물질인 트리할로메탄(THM; trihalomethane)의 생성을 억제하게 된다. 특히 장치의 운전상태가 오존농도 0.5ppm 상태에서 1분간 지속되면 상기 레지오넬라균의 서식환경은 집중멸균에 의해 파괴되며 이의 생성을 억제할 수 있게 된다.

냉각탑(300)의 수조 내에서 완전 멸균이 이루어진 냉각수는 0.3ppm 정도의 오존이 함유된 상태로 흡수기(400)로 보내지고 다시 냉동기(500)로 보내져 냉방이나 냉동에 사용된 다음 냉각탑(300) 내로 다시 회수되며 계속적인 순환이 이루어지는데, 냉각탑(300)의 수조 내에서 냉각수의 멸균에 사용되는 오존은 팬(fan)의 작동에 의해 오존가스화 되고 냉각탑(300)의 상부로 이동되어 방출되며 이후 자연적으로 산소로 환원된다.

따라서, 본 발명에 의해 생성되는 오존멸균수는 냉각탑(300)의 수조 내 냉각수뿐만 아니라 냉각시스템의 전체 냉각수를 강력하게 멸균처리하며 냉각탑(300) 내부 또한 오존가스의 방출로 완전멸균이 이루어지게 된다.

게다가 본 발명의 냉각탑 멸균장치는 인체 및 환경에 무해한 환경친화적인 시스템으로 이루어져 있고 산소를 원료로 오존을 발생시키므로 반영구적인 사용이 가능하며, 컴팩트한 설계로 설치면적의 극소화 및 이동 사용이 용이하게 되며, 장치 유지비용이 저렴한 이점을 지니게 된다.

이상에서와 같이 본 발명에 따른 냉각탑용 멸균장치에 의하면, 냉각탑 내부의 냉각수에 직접 폭기되는 오존의 농도를 0.5ppm 정도로 유지시킬 수 있도록 산소발생기 및 고전압발생기의 압력을 제어하는 압력스위치 및 압력레귤레이터를 추가시켜 냉각탑의 멸균효율을 극대화시킬 수 있는 탁월한 효과가 있다.그리고, 냉각탑의 수조 내에 오존과 과산화수소수를 동시에 직접 폭기하는 직접폭기방식과 초음파 매질을 발생하도록 한 초음파방식을 이용함으로써 과산화수소수의 기폭제 작용에 의해 오존의 멸균력이 더욱 강화되고 초음파 매질에 의해 오존 미립화가 이루어져 오존 용해율이 상승되어 냉각수를 강력한 오존 멸균수로 만들 수 있게 되며, 냉각수에 직접 폭기되므로 간략하면서도 완전한 멸균처리가 이루어진다. 나아가 냉각탑의 수조 내 냉각수와 냉각시스템의 전체 냉각수 및 냉각탑 내부까지 완전 멸균처리되는 유용함이 있다.

또한, 산소를 원료로 하여 오존을 발생시키므로 장치의 반영구적인 사용이 가능하고 스케줄 제어기능의 채택으로 무인자동화 운전이 가능하며 각종 안전장비의 채택으로 장치를 효율적이고 안전하게 운전할 수 있는 유용함이 있다.

더불어, 장치가 컴팩트하게 구성되어 있어 설치면적을 극소화할 수 있고 이동 사용이 용이하며 간단한 설치와 운전이 가능할 뿐만 아니라 저렴한 운전비로 경제성을 추구할 수 있는 이점이 있다.

게다가, 오존은 멸균이나 방출 후 자연적으로 산소로 환원되어 인체에 무해하므로 본 발명은 환경친화적이라 할 수 있으며, 모든 미생물의 핵/DNA/RNA를 직접 파괴하는 강력 멸균이 이루어지므로 2차 감염이나 내성균이 전혀 발생하지 않는 탁월함이 있다.

Claims

고전압발생기(140)로부터 방전전압을 제공받아 오존을 발생하는 오존발생기(120)와, 에어콤프레셔(150)로부터 공기를 제공받아 고농도의 산소를 상기 오존발생기(120)에 공급하는 산소발생기(130)와, 오존누설이 어느 정도 되는지를 CT(Contact Time)치로서 확인하는 오존누설감지기(170)와, 주파수 변조를 통하여 상기 오존발생기(120)의 오존발생량을 증가시키는 인버터(190)와, 상기 오존발생기(120)로부터 오존을 공급받아 미세한 오존기포를 발생하고 이를 냉각탑(300) 내에 폭기(曝氣)/분산시키는 오존분산기(200)와, 상기 엘리먼트들을 운전시키기는 콘트롤판넬(110)를 포함하는 냉각탑용 멸균장치에 있어서,

상기 오존발생기(120)으로부터 발생된 오존이 상기 오존분산기(200)에 일정한 압력으로 제공되도록 하는 압력레귤레이터(181)와,

상기 산소발생기(130)에서 고농도의 산소 발생시 분리되는 질소를 배출하여 일정한 압력을 유지할 수 있도록 스위칭되는 압력스위치(182)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각탑용 멸균장치.
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