KR100486901B1 - 수(水) 처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러, 자동차 등 적어도 폐로를 따라 급수 또는 배수되는 물 또는 어항, 담수조 등 저수된 물을 알칼리성 환원수로 바꿔주며, 배관내에 스케일 형성되지 않도록 하는 수처리장치에 관한 것으로, 물이 유입되는 입구부와, 출구부를 가지는 하우징과; 상기 하우징에 내설되고, 내부의 유로를 통해 하우징에 유입된 물이 유입, 토출되게 하며, 단극전이를 발생하는 음극발생체와; 상기 음극발생체의 내벽과 이격 공간을 가지고 설치되며, 단위전위를 발생하는 전극셀과; 상기 음극발생체의 중앙을 관통하여 설치되는 결합부재와; 상기 결합부재의 외측으로 끼워지며 은과 동 합금으로 이루어진 코일과; 상기 결합부재의 단부에 결합되며, 하우징에 유입된 물의 흐름을 안내하는 유도체와; 상기 음극발생체와 전극셀의 간격을 유지시키고, 이들에서 발생하는 음전하를 전이시키는 간극조절부재; 로 구성된 기술적인 특징을 가지고 있다.

Description

수(水) 처리 장치{a wastewater disposal plant}

본 발명은 수(水)처리장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 배관 예컨데, 보일러, 자동차 등 적어도 폐로를 따라 급수 또는 배수되는 물 또는 어항, 담수조 등 저수된 물을 알칼리성 환원수로 바꿔주며, 배관내에 스케일 형성되지 않도록 하는 수처리장치에 관한 것이다.

일반적으로 물이 흐르는 폐로 즉 각종 기계적, 설비 등의 급,배수관은 물 속에 포함된 각종 광물질과 원소들이 상호간에 반응을 일으켜 부식 및 스케일이 발생한다. 이러한 현상은 배관 뿐만 아니라 이를 이용하는 사람의 인체에도 영향을 미치며, 물의 흐름을 방해하여 기계적인 고장 원인이 되고 있다.

예를 들어, 보일러 배관에 부식 및 스케일이 발생하는 경우 급,배수가 원활하게 이루어지지 않음으로써, 열효율이 떨어지고, 난방 효과가 저하되며 온수에 포함된 각종 이물질이 인체에 해를 미치는 문제가 있다.

따라서, 근래에는 관의 부식 및 스케일 발생을 방지하기 위해 여러 종류의 장치가 개발되고 있다. 통상, 이러한 방지장치는 전자기, 자기, 전해 등을 이용하거나, 물리적인 방법이 사용되며, 이를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저, 수처리장치에 있어서 양이온 및 음이온 교환수지가 널리 사용되고 있다. 예를 들어 물이 이온교환수지를 통과하면 이온교환수지는 해로운 칼슘 및 마그네슘을 이에 대응하는 나트륨 염으로 변환시킨다. 그러나 나트륨 소비의 관점에서 볼 때, 이러한 장치는 음료수의 용도로는 바람직하지 않고, 또한 유지 보수가 필요한 문제가 있다.

자기를 이용하는 장치는 도체인 조절하려는 물을 자기장에 통과시킴으로써, 유도된 기전력을 사용하는 것이나, 효과에 대한 예측이 불가능하고 가변적인 문제가 있다.

규산 및 인산염계의 화공약품을 배관내에 주입하는 화학적처리 방법, 그리고 고압의 물을 분사하거나 모래를 고속으로 분사하여 스케일을 제거하는 물리적인 방법 또한 사용되고 있으나, 관에 손상을 주고 처리의 번거로움을 가지며, 재 세척이 이루어져야 하는 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 외부의 전기 공급원이나 열이 불필요하며, 공급 급수되는 물을 알카리성 환원수로 바꿔주며, 관 내벽의 부식, 스케일이 발생하는 현상을 사전에 차단하고, 제거하는 수처리장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 음전하와 수소를 이용하여 스케일의 주성분을 무력화시킴으로써 급,배수를 원활하게 하여 기계적인 고장을 줄이고, 지속적인 열효율을 유지키며, 관체의 장기간 사용을 가능하게 하는 수처리장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 부식 및 스케일 배출에 따른 환경 오염을 방지하고, 에너지를 절감하며, 살균 및 냄새를 제거하고, 설치가 간편한 수처리 장치를 제공하는데 있다.

이러한 본 발명은 기전력을 이용하여 스케일 및 부식 발생을 방지하는 수처리장치로써, 물이 유입되는 입구부와, 출구부를 가지는 하우징과; 상기 하우징에 내설되고, 내부의 유로를 통해 하우징에 유입된 물이 유입, 토출되게 하며, 단극전이를 발생하는 음극발생체와; 상기 음극발생체의 내벽과 이격 공간을 가지고 설치되며, 단위전위를 발생하는 전극셀과; 상기 음극발생체의 중앙을 관통하여 설치되는 결합부재와; 상기 결합부재의 외측으로 끼워지며 은과 동 합금으로 이루어진 코일과; 상기 결합부재의 단부에 결합되며, 하우징에 유입된 물의 흐름을 안내하는 유도체와; 상기 음극발생체와 전극셀의 간격을 유지시키고, 이들에서 발생하는 음전하를 전이시키는 간극조절부재; 로 구성된 기술적인 특징을 가지고 있다.

바람직하기로 본 발명의 음극발생체는 원통 형상으로 알루미늄 합금 재질로 구성되며, 양측벽에 유입공과, 유출공이 형성되어 물이 유입, 토출되도록 하며, 전극셀은 관 형상으로, 최소 2이상이 동심의 2중관 형태로 구성되도록 하되, 이들 전극셀은 동일한 간격으로 이격되어 음전하의 전도를 용이하게 한다.

이하 본 발명의 바람직한 실 시예를 설명하면 다음과 같다.

바람직하기로 본 발명은 폐로된 관을 따라 흐르는 물 또는 저수된 물을 알카리성 환원수로 바꿔주며, 관 내벽부에 스케일 및 부식이 발생하는 것을 방지함과 아울러 제거하는 것으로, 배관된 관로의 어느 한 부분에 연결되거나, 침전식으로 넣어지는 것이다.

이러한 본 발명의 수처리장치는 폐로된 물 공급 시스템 또는, 설비의 일부 또는, 각종 기계적 기구적인 장치 등에 적용되며 상세하게는 정수기, 수생식물 재배관로, 샤워 호스, 보일러 배관, 자판기, 세차기, 식기 세척기, 자동차의 냉각 시스템, 어항, 담수조 등에 적용된다.

첨부된 도 1은 이러한 본 발명의 일실시 예에 대한 구조를 보인 단면도를 나타낸 것이고, 도 2는 도 1의 A-A 선에서 바라 본 단면도이다.

도면에서 본 발명의 수처리장치(1)는 하우징(10)과, 상기 하우징(10)에 내설되는 음극발생체(20)와; 상기 음극발생체(20)에 내설되는 전극셀(30)과; 이들을 연결 고정하고 간격을 유지하며 이들에서 발생하는 음전하의 전이를 가능하게 하는 간극조절부재(40)와; 상기 음극발생체(20)의 중앙을 관통하여 설치되며 복수개의 수처리장치를 연결 가능하게 하는 결합부재(50)와; 상기 결합부재의 외측으로 끼워지는 합금코일(60)과; 상기 결합부재(50)의 선단 즉 음극발생체(20)의 외측으로 결합되어 하우징(10)에 유입되는 물을 분산하고 흐름을 안내하는 유도체(70)로 구성된다.

상기 하우징(10)은 관체 형태로 이루어지며, 내부는 중공되어 설치공간(11)을 가지며 양측으로 상수관(2)과 연결되는 유입구(12)와, 유출구(13)가 갖추어진다. 도면에는 도시되지 않았으나, 상기 유입구(12)와 유출구(13) 각각의 내측면 또는 외측면에는 나사산이 형성되어 상수관의 연결을 용이하게 하며, 경우에 따라서는 상수관(2)과 융착될 수도 있다.

바람직하기로 상기 하우징(10)은 스테인레스 재질을 사용하며, 경우에 따라서는 다른 비철금속이 사용될 수도 있으며, 그 경우 적정의 외부 충격 및 내화학성을 가지고 있어야 한다.

상기 음극발생체(20)는 원통체로 구성되며, 양측벽(22)에는 구멍이 형성되어 물의 유입을 안내한다.

다시 말해, 상기 음극발생체(20)는 양측벽(22)을 가지는 원통 형상으로 내부에 하우징(10)으로 유입된 물의 흐름을 안내하는 유로(21)를 가지며, 일측벽면(22)에 하우징(10)에 유입된 물이 유입되도록 하는 다수의 유입공(23)을 구비하고, 다른 측벽(22)에 유입된 물을 배출하는 유출공(24)이 형성되어 있다.

여기서 상기 유입공(23)과, 유출공(24)은 후술하는 결합부재(50)를 중심으로 동심원상에 최소 3이상이 형성된 것으로, 필요에 따라 그 갯수를 조절할 수 있다.

상기 전극셀(30)은 상기 음극발생체(20)의 내주면에 상호 이격된 상태로, 최소 1 이상으로 구성된다. 다시 말해 상기 전극셀(30)은 얇은 두께의 관 또는 판재로 구성되며, 최소 1이상이 상기 음극발생체(20)의 내벽으로부터 이격된 상태로 설치되며, 2개 이상이 설치되는 경우 이들 전극셀(30) 간에도 상기 이격공간(31)과 동일한 간격으로 이격되어 설치된다.

바람직하기로 상기 전극셀(30)은 관 형상 즉, 동심의 2중관 형태가 바람직하며, 판재 형식도 가능하다. 상기 판재 형태는 소정의 곡률 반경 즉 음극발생체(20)의 내경과 이격 거리에 비례하여 작아지는 곡률반경을 가지며, 소정의 폭을 가지고, 그 끝단이 상호 엇갈리게 교차로 설치된다.

한편, 상기 전극셀(30)은 알루미늄, 아연, 구리, 은 등이 선택적으로 사용될 수 있으며, 이들을 소정의 비율로 혼합하여 합금으로 구성될 수도 있다.

상기 간극조절체(40)는 전극셀(30)들과, 음극발생체(20)를 연결하고, 이들 사이에 간격을 유지시키며, 음극발생체(20) 및 전극셀(30)에서 발생하는 음전기가 상호 전도 되도록 한다.

상기 간극조절체(40)는 봉재 형태로 양단에 머리부(41)를 두어 이탈을 방지하며, 여기에 상기 음극발생체(20)와 전극셀(30)이 억지끼워 맞춤으로 고정되도록 하며, 다른 예 즉, 간극조절체(40)에 등간격으로 요부를 형성하여 여기에 음극발생체(20)와 전극셀(30)이 끼워져 고정되도록 한다. 이러한 실시 예는 음극발생체(20)와 전극셀(30)을 고정함은 물론, 접속을 확실하게 하기 위함이다.

상기, 결합부재(50)는 음극발생체(20)의 중앙을 가로 질러 관통 설치되며, 양단 각각은 유도체(70) 및 커버(80)가 결합되도록 한다.

여기서 상기 결합부재(50)의 바람직한 실시 예로는 도면과 같이 나사봉이 바람직하며, 나사산의 전체에 걸쳐 형성될 수도 있으나, 양단 일부분 또는 등간격으로 부분적으로 형성될 수도 있으며, 다른 형태 예를 들면, 다각봉으로 구성될 수도 있으며, 양단에 결합되는 유도체(70) 및 커버(80)가 끼워맞춤으로 조립될 수도 있다.

상기 합금코일(60)은 살균 기능을 가지는 은과, 장치의 내부에 이끼가 끼지 않도록 하는 동 합급으로 구성되며, 바람직하게는 은47%와 동53%로 구성되며, 경우에 따라 약간의 조절될 수 있다.

상기 유도체(70)는 음극발생체(20)의 외측으로 돌출된 결합부재(50)에 결합되며, 이때 유도체(70)와, 음극발생체(20)의 측벽 사이에는 공간을 가지게 된다. 상기 유도체(70)의 형상은 도면과 같이 원추형상으로 구성되며, 그 경사면을 따라 하우징(10)과, 음극발생체(20) 외벽 사이의 공간으로 물의 흐름을 안내함과 아울러 음극발생체의 내측 다시 말해 유로를 따라 물이 흐로도록 한다.

상기 커버(80)는 평판의 형상으로 경우에 따라 그 모양을 달리 할 수는 있다.

한편, 상기 하우징(10)과, 음극발생체(20) 사이에는 절연체(90)가 설치되는데, 이 절연체(90)는 등간격으로 부분적으로 설치되어 이들 사이의 공간(11)을 통해 물이 흐르도록 한다, 또한 상기 간극조절부재(40)의 머리부(41)에는 리드선(3)이 연결되어, 인출된 리드선(3)에 하우징(10)에 접속하도록 함으로써, 음전기가 전도되도록 한다.

도면 중 미설명 부호 A는 담수조, 또한 어항 등의 저수조를 나타낸 것이다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명은 단극전이를 이용하여 스케일의 주 성분인 Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, Fe⁺⁺ 등을 무력화함으로써, 스케일 발생을 방지하며, 물을 알카리성 환원수로 바꿔주는 것이다.

예를 들어 스케일의 주성분 Ca⁺⁺ + 2e^- → Ca 로 변환되는 것이다.

이러한 본 발명의 수처리 장치(1)는 폐로 예를 들어 자동차의 냉각장치, 세척기, 보일러 배관, 자판기, 세차기는 도 5와 같은 담수조, 어항, 샤워 호스 등, 폐로를 따라 흐르는 물과, 저수된 물 또는 음용수나 음용수가 아닌 것 등에 관계없이 적용될 수 있다.

예를 들어 본 발명의 수처리장치(1)가 상수관과 연결되는 경우, 하우징의 양측에 상수관(2)을 연결하여 급수가 이루어지도록 하되, 이때 상기 상수관(2)은 나사결합 또는 캡, 플랜지 소켓관 형식으로 연결된다.

수처리장치(1)에 급수가 이루어지면, 본 발명을 구성하는 각 금속 즉, 알루니늄과, 구리, 아연, 은 등에서 단극전이가 발생하고, 단극전이와 물과 결합하여 알카리성 환원수로 바꿔준다.

즉, 2H⁺ + 2e^- → H₂

이러한 본 발명은 단극전이 즉, 접촉단위차를 이용한다. 참고로, 본 발명에 적용되는 금속의 단극전이를 설명하면, 알루미늄 -1.66V, 구리 0.34V, 아연 -0.76, 은 0.8V 이다.

본 발명은 이러한 단위전위 값을 기준으로 용해질 즉 물의 농도와, 관의 상태를 감안하여 선택되며, 바람직하기로는 -0.6V 이하가 가장 안정적이다.

본 발명의 이론적 근거는 네른스트식(Nernst Equation)에 의한 것으로, 수소의 부분압이 1bar이고 온도가 25℃ 이면,E = -0.059 × PH 이므로, 이 값보다 낮은 환원전이를 갖는 종은 H⁺ → H₂로 환원시키고, (2H⁺ + 2e^- → H₂ ) 금속 전이가 -0.6V 이하의 음의 값을 가지는 쌍은 수소 이온을 충분한 속도로 H₂ 로 환원시킨다.

참고로 도 6은 물의 산화와 환원에 대해서 열역학적으로 안정한 영역을 환원 전이나 PH값의 영역으로 표시한 펄베익(pourbaix) 다이어그램을 도시한 것이다.

이러한 본 발명의 수처리장치(1)는 배관(20에 적용되는 경우에는 하우징(10)을 가지고 설치되며, 도 4와 같이 담수조, 어항의 저수조(A) 등에 침전식으로 사용되는 경우에는 하우징(10)이 불필요하다.

즉, 음극발생체(20)와, 이 음극발생체(20)의 내부에 설치된 전극셀(30) 그리고, 합금 코일(40)을 이용하여 저수조(A) 내의 물을 알카리성 환원수로 바꿔주는 것이다.

또한, 본 발명의 수처리장치(1)는 도 5와 같이 다수개가 복수로 배열되어 사용될 수 있다. 즉 음극발생체의 중앙을 관통하는 결합부재(40)에 다른 수처리장치(1)를 연결하여 사용하는 것으로, 이는 본 발명의 수처리장치가 사용되는 용도, 장소, 전해질의 상태, 관의 상태 등을 감안하여 여러개 연결되어 사용될 수 있다.

이상과 같이 본 고안은 단극전이 즉 음전하를 이용하여 스케일의 주성분인 Ca⁺⁺, Mg⁺⁺, Fe⁺⁺ 등 무력화시켜 스케일 발생을 방지하고, 이미 발생한 스케일도 제거할 수 있으며, 또한 부식을 방지할 수 있다.

이러한 본 발명은 관체의 장기 사용을 가능하게 하고, 급배수가 원활하고 그에 따르는 효율을 증대시키며, 기계적인 고장을 감소시킨다. 또한 본 발명이 보일러에 적용되는 경우 에너지를 절감하고, 인체에 해가 없고, 담수조 또는 어항에 사용되는 물을 알카리성 환원수로 변환시킴으로써, 물고기 또는 사람에게 유익하며 효과를 가지는 발명이다.

도 1은 본 발명 수처리장치의 전단면도,

도 2는 본 발명 수처리장치의 일부 단면도,

도 3은 본 발명 요부 확대 단면도,

도 4는 본 발명 설치 상태를 나타낸 단면도,

도 5는 본 발명 다른 설치 예를 나타낸 단면도,

도 6은 물의 산화와 환원에 대한 펄베익 다이어그램.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 수처리장치 2 : 상수관

3 : 리드선 10 : 하우징

12 : 유입구 13 : 유출국

20 : 음극발생체 21 : 유로

30 : 전극셀 31 : 이격공간

40 : 간극조절부재 41 : 머리부

50 : 결합부재 60 : 합금코일

70 : 유도체 71 : 경사면

80 : 커버 90 : 절연체

Claims (5)

1. 음전하를 이용하여 스케일 및 부식 발생을 방지하는 수처리장치로써,

   물이 유입되는 입구부와, 출구부를 가지는 하우징과;

   상기 하우징에 절연체에 의해 고정 내설되고, 내부의 유로를 통해 하우징에 유입되는 물이 유입, 토출되도록 하며, 단극전이를 발생하는 음극발생체와;

   상기 음극발생체의 내벽과 등간격으로 이격 설치되며, 단위전위를 발생하는 은, 동, 아연 중 최소 2 이상의 합금으로 이루어진 전극셀과;

   상기 음극발생체의 중앙을 관통하여 양단의 일부가 돌출 설치된 봉상의 결합부재와;

   상기 결합부재의 외측으로 끼워지며 은과 동 합금으로 이루어진 코일과;

   상기 결합부재의 일측 돌출 단부에 결합되며, 하우징에 유입된 물의 흐름을 안내하는 유도체와;

   상기 음극발생체와 전극셀들 간의 간격을 유지시키고, 이들에서 발생하는 음전하를 전이시키는 간극조절부재; 로 구성된 것을 특징으로 하는 수처리장치.
2. 제 1항에 있어서, 음극발생체는 원통 형상으로 알루미늄 합금 재질로 구성되며, 양측벽에 유입공과, 유출공이 형성되어 물이 유입, 토출되도록 하는 것을 포함하는 수처리장치.
3. 제 1항에 있어서, 전극셀은 관 형상으로, 최소 2이상이 동심의 2중관 형태로 구성되도록 하되, 이들 전극셀은 동일한 간격으로 이격된 것을 포함하는 수처리장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 결합부재는 나사봉 형태로 구성되고, 이 결합부재의 선단에 결합되는 유도체는 원추형상으로 구성되어 그 경사면을 물이 흐르도록 하는 것을 포함하는 수처리장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 음극발생체는 절연체에 의해 하우징에 연결 고정되며, 상기 간극조절부재와 하우징은 리드선으로 연결된 포함하는 수처리장치.