KR100447901B1

KR100447901B1 - 전기분해를 이용한 수중세균 살균장치

Info

Publication number: KR100447901B1
Application number: KR10-2002-0043495A
Authority: KR
Inventors: 김정욱
Original assignee: 김정욱
Priority date: 2002-07-24
Filing date: 2002-07-24
Publication date: 2004-09-08
Also published as: KR20040009516A

Abstract

본 발명은 파이프에 직결하여 사용하는 수중세균 살균장치에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 직류전원을 이용하여 전기분해시 발생되는 오존이나 발생기 산소와 같은 물질의 산화력을 이용하여 물 안에 존재하는 세균을 살균하는 장치로서, 상부에는 네 귀퉁이로 나사구멍(15)이 형성된 사각의 플랜지(14)가 형성되고, 속이 빈 원통형 몸통의 일측에는 급수구(11)가 상기 급수구의 대향되는 위치에는 배수구(12)가 형성되었으며, 상기 원통형 몸통의 중앙으로 관통공이 상하로 형성되어 상기 관통공의 내부로 원통형 +전극(19)이 삽입되며 상기 급수구로 연결되는 연결부(18a)를 구비하는 원통형 블럭(18)과 하부로 네 귀퉁이로 나사구멍(17)이 형성된 사각의 플랜지(16)가 형성된 본체(10);와 네 귀퉁이에 나사구멍(24)이 형성된 사각평판의 중앙으로 원통형의 다단돌기(21)가 형성되고, 상기 돌기의 하단에 장착되는 패킹(22)과 상기 돌기의 중심부를 관통하여 돌출되게 설치된 봉형의 -전극(23)과 상기 -전극의 주위를 감싸는 원통형 분리지(25)를 포함하는 밑판(20);과 상기 본체 플랜지의 윗면에 장착되며, 네 귀퉁이에 나사구멍(34)이 형성되고 외주면 및 내주면으로 나사(31a)(31b)를 형성한 속이 빈 원통형 돌기(31)가 중앙에 형성되며, 상기 돌기의 내부에 장착되는 압력스위치(32)와 상기 스위치를 넣기 위한 스위치케이스(33) 및 상기 케이스의 높이를 일정위치에서 고정하기 위한 너트(35)로 구성되는 윗덮개(30);와 상기 본체 상부와 윗덮개 하부 사이에 장착되며, 원형의 고무막(41)의 중앙에 상기 압력스위치(32)의 노브(32a)와 접촉하기 위한돌기(42)가 형성된 다이어프램(40);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 수중세균 살균장치를 제공한다.

Description

전기분해를 이용한 수중세균 살균장치{a water sterilization apparatus using electrolysis}

본 발명은 수도에 직결하여 사용하는 수중세균 살균장치에 관한 것으로서, 좀더 자세하게는 직류전원을 이용하여 전기분해시 발생되는 오존 또는 발생기 산소 등과 같은 전해산화제가 가지는 산화력을 이용하여 수중세균를 살균하는 장치에 관한 것이다.

수중세균의 살균방법으로 가장 일반적인 것이 약품을 이용한 살균방법을 들 수 있다. 수중세균에 존재하는 세균을 죽이기 위하여 약품으로 클로로칼기가 많이 사용되는데 이는 상기 약품이 용해되는 과정에서 발생되는 발생기 염소가 가지는 살균효과를 이용하는 방법으로, 살균후 나는 악취와 눈이나 피부에 주는 자극성 및 2차적으로 트리할로메탄(Trihalomethane)와 같은 유해물질이 생성되는 단점이 있다.

상술한 약품살균의 단점을 해소하고자 오존가스(O₃)를 이용한 살균방법이 등장하였으나, 오존가스는 특성상 물에 용해되는데 일정한 시간을 필요로 하고 미처 물에 용해되지 않은 오존가스가 밀폐된 공간 내에 축적되는 경우에는 인체에 유해한 영향을 미칠 수 있으며, 오존가스를 용해시키기 위한 장치를 별도로 구비해야 하고 그에 따라 비용증가가 발생한다는 단점이 있다.

이와 같은 단점들을 고려하여, 물을 전기분해할 때 발생되는 오존이나 발생기산소와 같은 전해산화제를 이용한 살균방법이 소개되었다. 전기분해에 의한 살균방식은 물속에서 발생된 오존이 바로 물속으로 용해되므로 종래에 비해 별도의 장치를 필요로 하지 않고 살균효과도 향상된 장점이 있으나, 종래의 기술에 의한 살균방법은 하나의 용기 안에 +전극과 -전극이 대향하고 있어 전극에서 생성된 기능수가 자유롭게 뒤섞이면서 중화되어 살균효과가 적지않게 감소되는 경향이 있기 때문에, 이러한 단점을 해소하기 위하여 전기분해의 결과 생성된 기능수가 섞이지 않도록 전극과 전극사이에 일종의 분리판인 세라믹 또는 수지 촉매판을 설치하였으나 이 또한 살균장치를 사용하는 시간에 비례하여 상기 촉매판의 표면에 발생하는 탄저현상과 전극의 표면에 발생하는 스케일 때문에 전기분해 성능이 급격히 감소되는 단점이 있어 왔다.

상술한 종래 기술의 문제점을 개선하고자, 본 발명은 탄저현상이 발생되면 전기분해의 효율이 떨어지게 되는 촉매판을 사용하지 않고도 전기분해 결과 양 전극에서 생성되는 물이 전기분해와 거의 동시에 자유롭게 섞이지 않도록 효율적으로 분리할 수 있는 수단을 강구하고, 전극표면에 스케일이 침착되지 않도록 전극의 형상 및 구조를 개선하여 살균력을 높이고 전기분해 효율을 향상시키는 것을 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제로 한다.

도1은 본 발명에 의한 수중세균 살균장치의 전체사시도

도2는 본 발명에 의한 수중세균 살균장치의 분해사시도

도3은 도2의 윗뚜껑 A-A의 단면도

도4는 도2의 본체 B-B의 단면도

도5는 도2의 밑판 C-C의 단면도

도6은 본 발명에 의한 수중세균 살균장치의 +전극의 사시도

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10 본체 11 급수구

12 배수구 13 쳄버

14,16 플랜지 15,17,24,34 나사구멍

18 원통형블럭 19 (+)전극

20 밑판 21 원통형 다단돌기

22 패킹 23 (-)전극

25 분리튜브 30 윗덮개

31 원통형 돌기 31a,31b 나사

32 압력스위치 32a 노브

33 스위치케이스 35 너트

상술한 기술적 목적을 달성하고자, 본 발명은 상부에는 네 귀퉁이로 나사구멍(15)이 형성된 사각의 플랜지(14)가 형성되고, 속이 빈 원통형 몸통의 일측에는 급수구(11)가 상기 급수구의 대향되는 위치에는 배수구(12)가 형성되었으며, 상기 원통형 몸통의 중앙으로 관통공이 상하로 형성되어 상기 관통공의 내부로 원통형 +전극(19)이 삽입되며 상기 급수구로 연결되는 연결부(18a)를 구비하는 원통형 블럭(18)과 하부로 네 귀퉁이로 나사구멍(17)이 형성된 사각의 플랜지(16)가 형성된 본체(10);와 네 귀퉁이에 나사구멍(24)이 형성된 사각평판의 중앙으로 원통형의 다단돌기(21)가 형성되고, 상기 돌기의 하단에 장착되는 패킹(22)과 상기 돌기의 중심부를 관통하여 돌출되게 설치된 봉형의 -전극(23)과 상기 -전극의 주위를 감싸는 원통형 분리지(25)를 포함하는 밑판(20);과 상기 본체 플랜지의 윗면에 장착되며, 네 귀퉁이에 나사구멍(34)이 형성되고 외주면 및 내주면으로 나사(31a)(31b)를 형성한 속이 빈 원통형 돌기(31)가 중앙에 형성되며, 상기 돌기의 내부에 장착되는 압력스위치(32)와 상기 스위치를 넣기 위한 스위치케이스(33) 및 상기 케이스의 높이를 일정위치에서 고정하기 위한 너트(35)로 구성되는 윗덮개(30);와 상기 본체 상부와 윗덮개 하부 사이에 장착되며, 원형의 고무막(41)의 중앙에 상기 압력스위치(32)의 노브(32a)와 접촉하기 위한 돌기(42)가 형성된 다이어프램(40);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 수중세균살균장치를 제공한다.

도1은 본 발명에 의한 수중세균살균장치의 전체사시도이고, 도2는 본 발명에 의한 수중세균살균장치의 분해사시도이며, 도3은 도2의 윗뚜껑 A-A의 단면도이고, 도4는 도2의 본체 B-B의 단면도이며, 도5는 도2의 밑판 C-C의 단면도이고, 도6은 +전극의 사시도이다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

물의 전기분해에 의한 살균기능은 전기 분해시 생성되는 Ozone(O₃), Chlorine(R-Cl₂), Chlorine Dioxide(ClO₂), Hydrogen Peroxide(H₂O₂), OH radical 등과 같은 성분들의 산화력으로 이루어진다. 상기 성분들의 살균특성은 그 종류에 따라 조금씩 다른데, Chlorine과 같은 할로겐 물질은 효소를 빠른 속도로 무력화하여 세포내 대사작용을 방해함으로써 균이 사멸되도록 하고, 오존(ozone)은 주로 세균의 세포막과 DNA(특히 구아닌(Guanine)과 티민(Thymine))에 영향을 주어 사멸시키는 역활을 한다.

특히 오존은 10ppb의 양으로 100초이내 대장균의 99.99%가 사멸되는 실험 결과를 나타낼 정도로, 작은 양으로도 신속하게 세균에 영향을 준다고 알려져 있다. 상술한 오존의 살균특성은 특히 그람음성균에서 잘 발휘되나 그람양성균에는 취약한 면이 있는데 이러한 오존의 약점은 오존이외에 발생되는 기타 산화물로 보완할 수 있다.

본 발명은 물을 공급하는 파이프라인의 중간에 본 발명에 의한 살균장치를 설치하여, 물의 전기분해시 생성되는 다양한 전해산화제 특히 오존의 산화력을 이용하여 물 속에 존재하는 세균을 연속적으로 살균하는 장치로서, 그 개략적인 구성을 보면, 도2의 분해사시도에 도시된 바와 같이, 속이 빈 원통형의 몸체의 좌우로 입수구와 배수구를 형성하고 중앙에 +전극을 포함하는 본체(10);와 상기 본체의 하단에 결합되며 -전극과 상기 -전극을 에워싸는 분리튜브를 포함하는 밑판(20);과 상기 본체의 상단에 결합되며 상기 +/-전극에 직류전기를 인가하기 위한 압력스위치를 포함하는 윗덮개(30);와 상기 본체와 윗덮개 사이에 위치하며 본체 내의 쳄버(13)에 형성된 수압에 의해 상기 압력스위치를 물리적으로 작동시키는 다이어프램(40);의 4부분으로 이루어져 있다.

이하 각 구성부분에 대하여 상세히 설명한다.

본체(10);는 관내를 흐르는 물에 전해산화제를 공급하기 위한 전기분해가 이루어지는 공간을 제공하는 구성요소로서, 도2 및 도4에 도시된 바와 같이, 속이 빈 원통형 몸통의 일측에는 급수구(11)가 상기 급수구의 대향되는 위치에는 배수구(12)가 형성되었으며, 상기 원통형 몸통의 중앙 하부로 관통공이 상하로 형성된 또 하나의 원통이 위치하고, 상기 관통공의 내부로 원통형 +전극(19)이 삽입되며, 상기 급수구와 연결되는 연결부(18a)를 구비하는 원통형 블럭(18)과 상기 블럭의 상부에는 네 귀퉁이로 나사구멍(15)이 형성된 사각의 플랜지(14)가 형성되고, 하부에는 네 귀퉁이로 나사구멍(17)이 형성된 사각의 플랜지(16)가 형성된 형상을 하고 있다.

밑판(20);은 상기 본체의 하단에 결합되며 -전극을 본체 안에 삽입시키고, +전극과 -전극에서 생성되는 전해산화제가 바로 뒤섞이지 않도록 하기 위한 분리지를 포함하는 구성요소로서, 그 형상을 보면 도2 및 도5에 도시된 바와 같이 네 귀퉁이에 나사구멍(24)이 형성된 사각평판의 중앙으로 원통형의 다단돌기(21)가 형성되고, 상기 돌기의 중심부를 관통하여 돌기의 끝으로 돌출되게 설치된 봉형의 -전극(23)과 상기 전극에 전기를 인가해 주기 위하여 -전극에서 바깥으로 연장돌출된 -단자(23a)와 전기분해에 의해 생성되는 전해산화제가 바로 뒤섞이지 않도록 하기위하여 상기 -전극의 주위를 감싸도록 설치되는 분리튜브(25)와 상기 돌기의 하단에 장착되는 패킹(22)을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예로 상기 분리튜브(25)는 순수펄프재나 팜사로 이루어진 펄프시트 또는 폴리에스테르 시트에 직경이 0.01~0.06㎛인 미세공을 5㎟의 면적에 400~600개의 밀도로 천공된 것을 사용한다. 이는 미세공의 크기가 0.01㎛이하에서는 전기분해에 필요한 물질의 이동이 제한되고 0.06㎛이상으로 크게 하면 물질의 이동이 자유롭게 이루어져 양 전극사이를 분리하는 소정의 목적을 달성하지 못하기 때문이고, 미세공의 밀도제한도 동일한 이유에서 이다.

윗덮개(30);는 상기 본체의 플랜지의 윗면에 결합되며 상기 +/-전극에 직류전기를 인가하기 위한 압력스위치를 포함하고, 도2 및 도3에 도시된 바와 같이 상기 압력스위치의 상하 위치를 조절하기 위한 나사 및 너트를 포함하는 구성요소로서, 네 귀퉁이에 나사구멍(34)이 형성되고, 중앙에 소정의 높이를 가지고 외주 면 및 내주 면으로 숫나사(31a)와 암나사(31b)를 형성한 속이 빈 원통형 돌기(31)가 형성되며, 상기 돌기의 내부에 장착되는 압력스위치(32)와 기본적으로는 파이프 형상으로서 내부공간으로 상기 압력스위치가 삽입되고, 외주면으로 상기 원통형 돌기의 내부로 삽입되기 위한 숫나사와 상기 압력스위치의 배선(32b)이 통과하기 위한 구멍(33a)이 형성되고 파이프 상단에 형성된 뚜껑을 형성한 스위치케이스(33) 및 상기 스위치케이스의 높이를 일정위치에서 고정하기 위한 너트(35)로 구성된다.

다이어프램(40);은 상기 본체 상부와 윗덮개 하부 사이에 장착되며 본체 내부의 쳄버(13)에 형성되는 수압의 유무에 의해 상하운동을 함으로써 상기 압력스위치(32)를 물리적으로 단속하는 구성요소로서, 도2에 도시된 바와 같이 원형의 고무막(41)의 중앙에 상기 압력스위치(32)의 노브(32a)와 접촉하기 위한 돌기(42)가 형성된다.

종래기술에 의한 전기분해를 이용한 식수살균장치의 경우 오랜 시간동안 사용하다 보면 전극표면에 스케일이 껴서 성능저하가 일어나는 문제점이 있어 왔다는 것은 이미 설명한 바 있다. 이에 본 발명은 상술한 종래기술의 단점을 해소하기 위하여 오랜 기간동안 실험해 온 결과 전극의 표면적을 동일하게 하지 않고 어느 한쪽이 넓게 하면 전기가 인가되어 전기분해가 이루어질 때 전극의 표면에서 일종의 기폭현상이 일어나면서 오랜시간동안 사용하더라도 전극표면에 스케일이 달라붙지 않는다는 것을 발견하였다.

전극의 형상 및 면적비와 관련한 본 발명의 바람직한 실시예로서, 어느 한쪽의 전극표면적을 1로 할 때 다른 전극의 표면적을 5~10으로 한다. 이는 표면적의 비가 5:1이하가 되는 경우에는 비례치가 작을수록 스케일이 많이 발생하고, 10:1이상이 되는 경우에는 전기분해의 성능이 떨어지기 때문이다.

이하 본 발명에 의한 수중세균 살균장치의 작동을 설명한다.

급수구(11)을 통하여 본체 안으로 유입된 물은 원통형 블럭(18) 위의 쳄버(13)를 채우고 배수구(12) 쪽으로 유출된다. 이 때 유입된 물의 압력에 의해 쳄버(13)의 상단에 장착된 다이어프램(40)의 밑면을 압박하게 되고 재질이 고무로 된 다이어프램은 상방으로 불룩해 지면서 중앙돌기(42)가 압력스위치(32)의 노브(32a)를 누르면서 전극(19)(23)에 직류전기가 인가되면서 전기분해가 시작된다. 따라서 물공급이 계속되면 쳄버 내의 압력 때문에 다이어프램은 계속 위로 불룩하게 되고 전기가 계속 공급되므로, 물이 본체 내에서 유동되면서 전기분해처리가 연속적으로 이루어지게 된다.

전술한 바와 같이 +전극(19)과 -전극(23) 사이에는 일정한 밀도의 미세공이 형성된 폴리에스테르 재질의 분리튜브(25)가 있어서, 전기분해 결과 오존등의 생성물이 자유롭게 뒤섞이는 것을 방지함으로써 전기분해 처리후의 물 안에 존재하는 용존 산소량이 종래기술에 의한 살균장치보다 약 5배정도 증가되어, 본 발명에 의한 살균장치를 통과한 물을 가지고 항균시험을 한 결과 대장균(Escherichia coli: ATCC 25922) 및 포도상구균 (Vibrio parahaemolyticus: KCTC2471)에 24시간 후 99.5%의 억제율을 나타내었다.

즉, 클린벤치(수공양행, 한국), 콜로니카운터(덕우과학, 한국) 인큐베이터(덕우과학, 한국)의 시험기기를 사용하여 대장균(Escherichia coli: ATCC 25922)과 포도상구균 (Vibrio parahaemolyticus: KCTC2471)을 액체배지에 증균시켜 시험에 사용하였다. 본 발명에 의한 살균기에 전원을 인가하여 수돗물을 1시간 통과시킨 후 멸균된 채수병에 1리터를 채수하여 상기 증균시킨 세균을 접종하여 초기 세균수를 측정한 후 24시간 후 세균수를 측정하여 초기농도에 대한 억제율을 알아 본 결과 대장균 및 포도상구균 공히 99.5%의 억제율을 나타내었다.

다음은 상기 시험에 대한 데이타테이블이다.

시 료	E. COIE	V. parahaemolyticus
시 료	초기농도(CFU/㎖)	24시간후(CFU/㎖)	초기농도(CFU/㎖)	24시간후(CFU/㎖)
본 발명에 의한 살균기를 통과한 물	1.3 X 10ⁿ(n=5)	6.0 X 10²(99.5%)	1.1 X 10ⁿ(n=5)	6.0 X 10²(99.5%)

(한국화학시험연구원)

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 종래기술과는 달리 탄저현상이 발생되어 효율이 떨어는 촉매판을 사용하지 않고 분리튜브를 사용함으로써 전기분해 결과 양 전극에서 생성되는 물이 자유롭게 뒤섞여 중화되지 않도록 함으로써 처리된 물의 용존산소량을 크게 향상시켜 살균력을 높이고,

전극표면적을 비대칭적으로 구성함으로써 전극표면에 스케일이 침착되지 않아 전기분해 효율이 획기적으로 향상되고 사용 전기량을 절감시킨 산업적으로 매우 유용한 발명이다.

Claims

속이 빈 원통형 몸통의 중앙으로 관통공이 상하로 형성되고 몸통의 일측에는 급수구(11)가 형성되고 상기 급수구와 대향되는 위치에는 배수구(12)가 형성되었으며, 몸통의 상부 및 하부로 사각의 플랜지(14)(16)가 연장 형성된본체(10);와 상기 본체의 하부 플랜지에 장착되는 사각평판으로 중앙에 패킹(22)을 포함하는밑판(20);과 상기 본체의 상부 플랜지에 장착되는 사각평판인 윗덮개(30);로 이루어지는 통상의 밸브바디에 있어서,

상기 본체(10)에는 본체의 중앙에 형성된 관통공의 내부로 상기 급수구와 연결되는 연결부(18a)를 가지는 원통형 블럭(18)과 상기 원통형 블럭(18)의 내부로 원통형의 (+)전극(19)이 포함되고, 상기 밑판(20)에는 사각 평판의 중앙으로 다단의 원통형 돌기(21)가 형성되고, 상기 돌기 내부를 관통하여 돌기 상단으로 돌출되도록 (-)전극(23)이 형성되며, 상기 (-)전극의 주위를 감싸는 원통형 분리튜브(25)가 포함되는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 수중세균 살균장치.
제1항에 있어서, 상기 윗덮개(30)는 사각 평판의 중앙으로 관통공이 형성되고, 상기 관통공에 연하여 외주면 및 내주면으로 나사(31a)(31b)를 형성한 원통형 돌기(31)가 상방으로 형성되며, 상기 돌기의 내부에 장착되는 압력스위치(32)와 상기 스위치를 넣기 위한 스위치케이스(33) 및 상기 케이스의 높이를 일정위치에서 고정하기 위한 너트(35)가 포함되고, 상기 본체의 상부플랜지와 윗덮개 하부 사이에 장착되며, 원형의 고무막(41)의 중앙에 상기 압력스위치(32)의 노브(32a)와 접촉하기 위한 돌기(42)가 형성된 다이어프램(40);를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 수중세균 살균장치.
제1항에 있어서, (+) 또는 (-)전극 중 어느 한쪽 전극의 표면적이 다른 쪽 전극의 표면적에 5~10배인 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 수중세균 살균장치.
제2항에 있어서, (+) 또는 (-)전극 중 어느 한쪽 전극의 표면적이 다른 쪽 전극의 표면적에 5~10배인 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 수중세균 살균장치.
제3항 또는 제4항에 있어서, 분리튜브(25)는 폴리에스테르시트에 직경이 0.01~0.06㎛인 미세공을 5㎟의 면적에 400~600개의 밀도로 천공된 것임을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 수중세균 살균장치.