KR100497996B1 - 다수의 전해관을 구비한 전해조 - Google Patents

다수의 전해관을 구비한 전해조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 다수의 전해관을 구비한 전해조에 관한 것이다. 본 발명은 동일 관경으로 일정 길이만큼 연장 형성된 케이싱(100)과, 상기 케이싱(100)의 내주연으로부터 직경이 순차적으로 작아지는 다수의 전해관(200)과, 상기 케이싱(100) 및 전해관(200)이 원심방향으로 등간격을 유지하며 배치되게 설치되는 스페이서(300)와; 상기 케이싱(100) 및 전해관(200)의 양단에 각각 설치되어 상기 스페이서(300)를 지지하고, 염수가 상기 케이싱(100) 및 전해관(200)의 일단으로 유입되어 타단으로 유출되도록 관통공(435)이 형성된 밀폐수단(400)과, 상기 다수의 전해관(200) 중 최소직경의 전해관(200a)에 (+) 또는 (-)전원을 인가하는 제 1입력단자(510)와, 상기 케이싱(100)에 상기 전원과 다른 극성을 가지는 전원을 인가하는 제 2입력단자(530)을 포함하는 전원입력부(500)를 포함하여 구성되고, 상기 제 1 및 제 2입력단자(510, 530)에 가해지는 전원의 극성에 따라 방사상으로 (+) 및 (-)극이 교번되게 형성되어 상기 염수를 전기분해할 수 있도록 상기 각 전해관(200)의 내주연 또는 외주연 중 일면에는 (+)극성을 가질 수 있는 코팅층(600)이 도포된다.

Description

다수의 전해관을 구비한 전해조{An Electrolyzer Having A Plurality Of Electrolytic Tubes}
본 발명은 전해조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 염수를 전기분해하여 차아염소산나트륨을 생성하는 전해조에 관한 것이다.
여기서, 차아염소산나트륨(NaOCl)은 정수장, 하수처리장의 살균장치, 일반화학 공장의 냉각수용 보일러, 담수화 공장 처리수, 발전소의 냉각수 처리, 음용수 처리, 식물, 채소 및 육류의 가공, 수영장의 세탁 및 제지, 가정용 표백제로 사용되는 강한 염소취를 가지는 무색 투명 액체이다. 이러한 차아염소산나트륨은 해수 또는 용해 염수를 전기분해하여 일련의 화학반응에 의해 생성되는 것으로, 이것을 위한 설비가 전해조이다.
도 1은 종래 기술에 의한 전해조의 정면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 전해조의 구성을 보인 단면도이며, 도 3은 종래 기술에 의한 전해조의 분해사시도이다.
이에 도시된 바와 같이, 분리캡부(20)를 기준으로 좌측에 제 1케이싱(10a)이 구비되고, 우측에 제 2케이싱(10b)이 구비된다. 제 1 및 제 2케이싱(10a, 10b)은 동일직경으로 일정 길이만큼 연장된 원통형의 관으로, 상기 두 개의 케이싱(10a, 10b)의 규격은 동일하다. 그러나 제 2케이싱(10b)의 내주연은 (+)극성을 띠도록 하기 위해 제 1케이싱(10a)과는 달리 코팅층(60)이 도포되어 있다.
분리캡부(20)는 제 1케이싱(10a)과 제 2케이싱(10b)을 전기적으로 분리시키기 위한 것으로, 차폐캡(21)과 두 개의 측면캡(25)으로 구성된다. 차폐캡(21)은 양단에 수나사가 각각 형성되어 있고 중앙에 원주방향으로 제 1 및 제 2케이싱(10a, 10b)을 이격시키기 위한 차폐막(23)이 구비된다. 이러한 차폐막(23)의 중앙부가 관통되어 이하에서 설명될 전해관(70) 및 염수가 통과될 수 있다. 측면캡(25)은 케이싱(10a, 10b)의 외주연에 대응하는 원통형으로 구성되고 내주연에는 차폐캡(21)의 수나사와 결합되기 위한 암나사가 형성되어 있다.
제 1 및 제 2케이싱(10a, 10b)이 분리캡부(20)와 면하지 않은 타단에는 각각 밀폐캡부(30)가 설치된다. 밀폐캡부(30)는 염수를 제 1 및 제 2케이싱(10a, 10b)의 내부로 유도하고 상기 염수의 누출을 방지하기 위한 것으로, 내부캡(31)과 외부캡(33)으로 구분된다. 내부캡(31)은 케이싱(10a, 10b)의 외주연에 대응하는 원통형으로 구성되고 내주연에는 암나사가 형성되어 있는데, 상기 분리캡부(20)의 측면캡(27)과 실질적으로 동일하게 형성된다. 외부캡(33)은 일단에 내부캡(31)의 암나사와 결합되기 위한 수나사가 형성되고 타단에는 염수를 통과시키기 위한 통공(35)이 구비된다. 따라서 예를 들면, 제 1케이싱(10a)에 설치되는 밀폐캡부(30)의 통공(35)으로 염수가 진입하면 상기 염수는 제 1케이싱(10a) 및 제 2케이싱(10b)의 내부를 지나 제 2케이싱(10b)에 설치되는 밀폐캡부(30)의 통공(35)으로 유출된다.
이러한 분리캡부(20)의 차폐캡(21)과 측면캡(25)의 연결부위 및 밀폐캡부(30)를 구성하는 내부캡(31)과 외부캡(33)의 연결부위에는 염수의 누출을 방지하기 위해 패킹(40)이 삽입된다.
전해관(70)은 원통형으로 구성되어 제 1 및 제 2케이싱(10a, 10b)으로 구성되는 관의 일단으로부터 타단까지 연장되도록 구성된다. 이 때 전해관(70)의 축선방향 양단은 염수가 진입되지 않도록 마개(71)가 장착된다. 그리고 전해관(70)이 제 1 및 제 2케이싱(10a, 10b)과 일정간격 이격될 수 있도록 전해관(70)의 축선방향 양단 및 중간에는 부도체인 세퍼레이터(73)(seperator)가 설치된다. 또한 전해관(70)의 제 1케이싱(10a) 내부에 속한 부분은 외주연에 (+)극성을 띨 수 있는 코팅층(60)이 형성되어 있다. 따라서 전해관(70)은 케이싱 외부로 전원이 인가되면 제 1 및 제 2케이싱(10a, 10b)과 협력하여 직류 전류대를 형성함으로써 상기 케이싱(10a, 10b)과 전해관(70) 사이를 지나는 염수를 전기분해하게 된다.
전원의 공급는 제 1케이싱(10a)의 외주연에는 (-)전극(50b)이 설치되고 제 2케이싱(10b)의 외주연에는 (+)전극(50a)이 설치되는 방식으로 이루어진다. 즉, 종래의 전해조는 각 케이싱(10a, 10b)의 외주연에 동판을 감고 상기 동판의 끝단을 볼트로 체결하여 그곳에 해당전원을 인가한다.
이하에서는 종래 기술에 의한 전해조의 작용에 대해 자세히 설명한다.
설명의 편의를 위해 제 1케이싱(10a)측에서 염수가 진입하여 제 2케이싱(10b)측으로 상기 염수가 유출되는 것으로 한다.
제 1케이싱(10a)에 장착된 외부캡(33)의 통공(35)으로 염수가 진입하면 상기 염수는 제 1케이싱(10a)과 전해관(70) 사이를 통과하고, 이 후 제 2케이싱(10b)과 전해관(70) 사이를 통과한다. 이 때 제 1케이싱(10a)의 외주연에는 (-)전원이 인가되고, 제 2케이싱(10b)의 외주연에는 (+)전원이 인가된다. 이는 위에서 설명된 각 케이싱(10a, 10b)의 외주연에 감겨진 동판에 각 전원(50a, 50b)을 인가하여 이루어진다.
이 때 제 1케이싱(10a)의 내부에 있는 전해관(70)에는 코팅층(60)이 도포되어 있고 제 2케이싱(10b)의 내부에 있는 전해관(70)에는 코팅층(60)이 도포되어 있지 않다. 따라서 제 1 및 제 2케이싱(10a, 10b)과 전해관(70) 사이에 직류 전원대가 형성된다. 그런데 상기 제 1 및 제 2케이싱(10a, 10b)은 차폐캡(21)에 의해 전기적으로 분리되어 있으므로 서로간에는 전류가 흐르지 않는다.
다시 말하면, 제 1케이싱(10a)의 외주연에 (-)전원이 인가될 때, 제 1케이싱(10a) 내부에 위치한 전해관(70)의 일단부에는 (+)극성을 띨 수 있는 코팅층(60)이 도포되어 있으므로 상기와 같은 전원인가에 따라 상기 제 1케이싱(10a)에 위치된 전해관(70)의 절반부는 (+)극성을 띄게 된다. 따라서 제 1케이싱(10a) 내부를 지나는 염수는 제 1케이싱(10a)이 (-)극, 전해관(70)이 (+)극을 띄는 공간을 통과하면서 전기분해된다.
이와 유사한 방식으로, 내주연에 코팅층(60)이 도포된 제 2케이싱(10b)의 외주연에는 (+)전원이 인가된다. 이 때 제 2케이싱(10b) 내부에 위치한 전해관(70)의 절반부는 코팅층(60)이 도포되어 있지 않으므로 전원인가에 따라 상기 전해관(70)의 절반부는 (-)극성을 갖게 된다. 따라서 제 2케이싱(10b) 내부를 지나는 염수는 제 2케이싱(10b)과 전해관(70) 사이의 공간을 통과하면서 전기분해된다.
이렇게 전기분해되며 제 1 및 제 2케이싱(10a, 10b) 내부를 순차적으로 통과하며 전기분해된 염수는 제 2케이싱(10b)측에 설치된 외부캡(33)의 통공(35)을 통해 유출된다.
그러나 상기한 바와 같은 종래기술에서는 다음과 같은 문제점이 있다.
즉, 제 1 및 제 2케이싱(10a, 10b)이 전해관(70)과 형성하는 전해면적은 의도된 양의 차아염소산나트륨을 생산하기에 충분치 않아서 다수개의 전해조를 연결하여 사용하여야 했다. 따라서 종래 기술에 의한 전해조는 다수개를 설치하여야 함으로써 설치면적이 증대된다는 문제점이 있었다.
그리고 이러한 다수의 전해조에 전원을 연속적으로 인가하여야 하는데, 전해면적이 상대적으로 좁아 인가되는 전력에 비해 생산효율이 떨어진다는 문제점이 있었다.
그러므로 전해조의 유지 및 관리가 용이하면서 설치면적을 줄이는 동시에 당해 면적에서 인가되는 전력 대비 최대의 차아염소산나트륨을 생산할 수 있는 전해조의 개발이 요구되고 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 필요에 착안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 케이싱 내부에 다수의 전해관을 구비하여 동일 설치면적에서 다량의 차아염소산나트륨을 생산하기 위한 다수의 전해관을 구비한 전해조를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 케이싱 내부의 전해관을 분리할 수 있으므로 상기 전해관 표면의 침착물을 손쉽게 제거할 수 있는 다수의 전해관을 구비한 전해조를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 반대되는 전원의 인가로 인한 케이싱과 각 전해관의 발열을 최소화하는 다수의 전해관을 구비한 전해조를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 동일 관경으로 일정 길이만큼 연장 형성된 케이싱과; 상기 케이싱과 동심이고 상기 케이싱의 내주연으로부터 직경이 순차적으로 작아지는 다수의 전해관과; 상기 케이싱과 전해관이 원심방향으로 등간격을 유지하며 배치되게 상기 케이싱과 전해관의 각단에 원주방향을 따라 일정간격으로 설치되는 스페이서와; 상기 케이싱 및 전해관의 양단에 각각 설치되어 상기 스페이서를 지지하고, 염수가 상기 케이싱 및 전해관의 일단으로 유입되어 타단으로 유출되도록 관통공이 형성된 밀폐수단과; 상기 다수의 전해관 중 최소 직경의 전해관에 (+) 또는 (-)전원을 인가하는 제 1입력단자와, 상기 케이싱에는 상기 전원과 다른 극성을 가지는 전원을 인가하는 제 2입력단자를 포함하는 전원입력부;를 포함하여 구성되고, 상기 제 1 및 제 2입력단자에 각각 가해지는 전원의 극성에 따라 방사상으로 (+) 및 (-)극이 교번되게 형성되어 상기 염수를 전기분해할 수 있도록 상기 각 전해관의 내주연 또는 외주연 중 일면에는 (+)극성을 가질 수 있는 코팅층이 도포된다.
상기 밀폐수단은, 상기 케이싱의 외주연에 대응하도록 원통 형상으로 구성되고 내주연에는 암나사가 형성된 내부캡과; 일측에 구비된 보조막에 제 1통공이 형성되고 내주연에는 암나사가 성형된 외부캡과; 밀폐막에 상기 제 1통공에 대응하는 제 2통공이 형성되고, 상기 염수가 유입 또는 유출되면서 상기 각 전해관을 통과할 수 있도록 측면에 구비된 관통공과 상기 관통공과 연통되게 상기 밀폐막을 관통하는 유도공이 형성되며, 양단의 외주연에 각각 구비된 수나사로 상기 내부캡 및 외부캡과 결합되는 중간캡;을 포함하여 구성된다.
상기 제 1입력단자는 상기 제 1 및 제 2통공에 삽입될 수 있도록 상기 제 1 및 제 2통공에 대응하는 직경을 가지는 봉 형상으로 구성된다.
상기 스페이서는, 일단이 상기 제 1입력단자의 외주연에 접촉되고 타단이 상기 중간캡의 내주연에 접촉되어 지지되는 안착부와; 상기 각 전해관의 간격에 대응되게 원주방향으로 상기 안착부의 일면에 돌출되는 고정부;를 포함하여 구성된다.
상기 최소직경의 전해관은, 상기 염수가 상기 최소직경의 전해관의 내부로 흐르지 않도록 상기 제 1 및 제 2통공에 대응하는 직경으로 형성되어 상기 제 1 및 제 2통공을 통해 삽입된 제 1입력단자와 길이방향 각단이 밀착된다.
상기 최소직경의 전해관과 상기 제 1입력단자는 용접에 의해 밀착된다.
상기 밀폐수단에는, 상기 내부캡과 중간캡의 결합부위 및 상기 제 1입력단자와 제 2통공의 접촉부위에 밀폐를 위한 하나 이상의 제 1패킹 및 제 2패킹이 각각 삽입된다.
상기 제 1입력단자에는 (+)전원이 인가되어 상기 최소직경의 전해관이 (+)극성을 갖도록 하고, 상기 제 2입력단자에는 (-)전원이 인가되어 상기 케이싱이 (-)극성을 갖도록 하며, 상기 각 전해관의 외주연에는 상기 코팅층이 도포된다.
상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의하면, 케이싱 내부에 다수의 전해관을 구비하여 동일 설치면적에서 다량의 차아염소산나트륨을 생산하는 효과가 있다.
이하에서는 본 발명에 의한 다수의 전해관을 구비한 전해조의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 의한 다수의 전해관을 구비한 전해조의 바람직한 실시예의 구성을 보인 정면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 전해조의 부분 단면도이며, 도 6는 도 4의 A-A선에 따른 단면도이다. 그리고, 도 7은 본 발명에 따른 실시예의 분해사시도이다. 여기서, 본 발명에 따른 전해관의 일측과 타측의 구조가 서로 동일하므로 도 5에는 대략 중간부분까지만 도시되었고 일부는 생략되어 있다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 케이싱(100)은 원통형의 관 형상으로 구성되어 일정 길이만큼 연장된다. 상기 길이는 상기 케이싱(100)을 통과하는 염수의 유속 및 유량에 따른 차아염소산나트륨의 생산량에 대한 비를 통해 설계될 수 있다. 본 실시예에서는 상기 케이싱(100)의 직경을 80㎜로 하고, 이에 따른 길이를 800㎜로 한 케이싱(100)을 예시하고 있다.
상기 케이싱(100)의 내부에는 원통형의 전해관(200)이 상기 케이싱(100)과 직경을 달리하여 다수개가 구비된다. 즉, 상기 다수의 전해관(200)은 상기 케이싱(100)과 동심이고, 상기 케이싱(100)의 내주연으로부터 중심방향으로 각각의 직경이 순차적으로 작아진다.
본 실시예에서는 직경이 80㎜인 상기 케이싱(100)의 내부에 순차적으로 삽입가능하도록 각 전해관(200)의 직경을 70㎜, 60㎜, 50㎜ 및 40㎜로 구성되는 것을 예시하였다. 이 중 최소직경의 전해관(200a)은 케이싱(100) 및 다른 전해관(200)보다 축선방향으로 짧게 형성된다. 이는 이하에서 설명될 제 1 및 제 2통공(423, 433)으로 삽입되어 상기 최소직경의 전해관(200a)에 결합되는 제 1입력단자(510)가 도 5에 도시된 바와 같이 전해관의 내측으로 연장되게 배치되기 때문이다.
스페이서(300)는 상기 케이싱(100)과 전해관(200)이 등간격을 유지하도록 하는 역할을 한다. 이러한 스페이서(300)는 상기 케이싱(100)과 전해관(200)의 각단에 원주방향을 따라 일정간격으로 설치되는 것으로, 안착부(310)와 고정부(320)로 구성된다.
상기 안착부(310)는 일단이 제 1입력단자(510)의 외주연에 접촉되고 타단이 이하에서 설명될 중간캡(430)의 내주연에 접촉되어 지지된다. 즉, 상기 안착부(310)는 일단에서 타단으로 방사상으로 넓어지는 형상인데, 각단은 곡면 형상으로 구성되어 상기 제 1입력단자(510)와 중간캡(430)에 각각 접촉된다. 이때 중간캡(430)에 접촉되는 상기 안착부(310)의 타단은 상기 중간캡(430)의 내주연의 형상에 따라 그에 대응되게 구성된다.
그리고 고정부(320)는 상기 안착부(310)의 일면에 형성되는 것으로, 상기 전해관(200)의 배치간격에 대응되게 상기 안착부(310)에 방사상으로 다수개가 성형된다. 따라서 상기 고정부(320) 사이의 상대적으로 함몰된 지점에 최소직경 전해관(200a)을 제외한 전해관(200)이 각각 끼움 결합된다. 그리고 상기 케이싱(100)은 상기 안착부(310)의 최외곽에 형성된 고정부(320)에 내주연이 접촉되어 고정상태를 유지한다.
이렇게 안착부(310)와 고정부(320)로 구성된 스페이서(300)는 원주방향을 따라 일정간격을 두고 배치되므로 원주방향을 따라 상기 스페이서(300)가 배치되지 않은 지점으로는 상기 케이싱(100)과 전해관(200)이 그대로 노출되게 된다. 따라서 이하에서 설명될 관통공(435)으로 염수가 유입되면 상기 염수는 유도공(437)을 경유하여 상기 스페이서(300)가 설치되지 않은 지점을 통해 상기 케이싱(100)과 전해관(200)으로 진입하게 된다.
이러한 스페이서(300)는 본 실시예에서 원주방향을 따라 일정간격으로 3개가 구비되는 것을 예시하였다. 그러나 상기 스페이서(300)의 폭과 상기 스페이서(300) 사이의 공간을 고려하여 상기 스페이서(300)의 설치개수를 변경할 수 있음은 당연하다.
밀폐수단(400)은 상기 케이싱(100)과 전해관(200)의 양단을 밀폐할 수 있도록 상기 케이싱(100)과 다수개의 전해관(200)의 양단에 각각 설치된다. 다시 말하면, 밀폐수단(400)은 크게 내부캡(410), 외부캡(420), 중간캡(430)과 제 1 및 제 2패킹(440a, 440b)으로 구성된다. 여기서 내부캡(410)은 상기 케이싱(100)의 외주연에 대응하는 통공(411)이 형성되어 상기 케이싱(100)에 끼워진다. 그리고 상기 내부캡(410)의 내주연에는 상기 중간캡(430)의 일단에 성형된 수나사와 결합되기 위한 암나사가 성형된다.
그리고 외부캡(420)은 상기 내부캡(410)과 동일한 직경을 가진 원통형으로 구성되나, 일측에 보조막(421)이 구비된다. 상기 보조막(421)의 중앙에는 제 1통공(423)이 형성된다. 또한 외부캡(420) 타측의 내주연에는 상기 중간캡(430)의 타단에 형성된 수나사와 결합되기 위한 암나사가 형성된다.
중간캡(430)은 내부캡(410)과 외부캡(420)의 중간에 위치되는 것으로, 그 양단에 각각 수나사가 형성되어 내부캡(410) 및 외부캡(420)의 암나사와 각각 결합된다. 그리고 중간캡(430)의 내부에는 밀폐막(431)이 소정 두께로 형성된다. 상기 밀폐막(431)의 중앙에는 상기 제 1통공(423)과 동일 직경의 제 2통공(433)이 형성된다. 이러한 제 1통공(423) 및 제 2통공(433)으로는 이하에서 설명될 제 1입력단자(510)가 진입하게 된다.
또한 중간캡(430)의 일측에는 관통공(435)이 형성된다. 상기 관통공(435)의 내주연에는 암나사가 성형되어 있어 외부로부터 염수를 유입거나 유출하기 위한 관이 나사결합을 통해 연결될 수 있다.
그리고 상기 관통공(435)과 연통되게 상기 중간캡(331)의 내부에는 유도공(437)이 형성된다. 따라서 관통공(435)으로 유입된 염수가 유도공(437)으로 흘러 나올 수 있다. 이때 상기 유도공(437)에 진입된 염수가 상기 케이싱(100)과 전해관(200)으로 유입될 수 있도록 상기 유도공(437)은 상기 케이싱(100)과 전해관(200)에 연통된다.
제 1패킹 및 제 2패킹(440a, 440b)은 상기 내부캡(410)과 중간캡(430)의 결합부위 및 제 2통공(433)과 제 1입력단자(510)와의 접촉부위를 각각 밀폐하기 위한 것으로, 각각의 결합부위에 하나 이상이 배치된다. 즉, 상기 각각의 캡들(410, 430)은 나사결합에 의해 체결되므로 염수가 누출될 가능성이 있어, 이를 방지하기 위해 제 1패킹(440a)을 결합부위에 끼운 상태로 결합한다.
그리고 제 2통공(433)과 제 1입력단자(510)의 접촉부위로도 상기 염수가 누출될 수 있으므로 이를 방지할 필요가 있어 제 2패킹(440b)이 끼워진다. 그런데 상기 염수의 누출을 막기 위한 구성이 이러한 제 1 및 제 2패킹(440a, 440b)에만 한정되는 것은 아니다.
전원입력부(500)는 다수의 전해관(200) 중 최소직경의 전해관(200a)에 (+) 또는 (-)전원을 인가하는 제 1입력단자(510)와, 상기 케이싱(100)의 외주연에 상기 전원과 다른 극성을 가지는 전원을 인가하는 제 2입력단자(530)를 포함하여 구성된다. 그런데 본 실시예에서는 상기 제 1입력단자(510)에 (+)전원을 인가하여 상기 최소직경의 전해관(200a)이 (+)극성을 가지도록 하고, 상기 제 2입력단자(530)에 (-)전원을 인가하여 상기 케이싱(100)이 (-)극성을 가지도록 하였다.
이 때 상기 제 1입력단자(510)는 상기 제 1 및 제 2통공(423, 433)을 통해 삽입될 수 있도록 상기 제 1 및 제 2통공(423, 433)에 대응하는 직경을 가지는 봉 형상으로 구성된다. 그리고 상기 제 1입력단자(510)는 상기 최소직경의 전해관(200a) 양단에 각각 연결된다. 이때 상기 제 1입력단자(510)와 최소직경의 전해관(200a)은 상기 최소직경의 전해관(200a)의 내부로 염수가 진입되지 않도록 밀착될 수 있게 연결된다. 이러한 연결 방식은 다양한 방식이 사용될 수 있으나, 본 실시예에서는 용접에 의한 연결 방식을 사용하였다.
또한 상기 제 2입력단자(530)는 클램프와 유사한 형상으로 구성되어 상기 케이싱(100)의 축선방향 중앙의 외주연에 체결된다.
이러한 제 1 및 제 2입력단자(510, 530)에 대한 전원인가에 대응하여 상기 케이싱(100) 및 다수의 전해관(200)이 교번하는 극성을 가지도록 하기 위해서 상기 전해관(200)의 일면에는 코팅층(600)이 도포된다. 다시 말하면, 본 실시예에서 상기 케이싱(100) 및 전해관(200)은 티타늄 합금으로 제작되고 상기 전해관(200)의 일면에는 상기 코팅층(600)이 도포된다. 상기 코팅층(600)은 귀금속 계열로서 일반적으로 백금족 물질의 합금인 플레티노이드가 사용된다. 여기서 상기 플레티노이드는 (-)극성을 가진 금속이 일정거리 이격되어 있고 중간에 전류를 통할 수 있는 물질(예를 들면, 전해액)이 있으면 (+)극성을 띨 수 있는 물질이다.
이러한 코팅층(600)은 본 실시예에 따른 전원입력부(500)의 전원인가에 대응하여 상기 전해관(200)의 외주연에 도포된다. 따라서 최소직경의 전해관(200a)에 인가된 (+)전원은 반경방향을 따라 최대직경의 전해관(200b)까지 상기 전해관(200)의 내주연은 (-)극, 외주연은 (+)극이 교번되게 나타내면서 연속적으로 전달된다. 여기서 상기 케이싱(100)에는 코팅층(600)이 도포되지 않고 제 2입력단자(530)에 의해 (-)전원이 인가되므로 상기 케이싱(100)은 전체적으로 (-)극성을 띠게 된다. 이렇게 상기 케이싱(100)과 전해관(200)에 형성된 극성에 의해 상기 케이싱(100) 및 전해관(200) 사이를 흐르는 염수는 전기분해되어 차아염소산나트륨이 생성되는 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 다수의 전해관을 구비한 전해조의 작용을 상세하게 설명하기로 한다.
케이싱(100)의 일측에 배치된 밀폐수단(400)의 관통공(435)에는 배관(미도시)이 연결되어 염수가 유입된다. 상기 관통공(435)으로 진입한 염수는 중간캡(430)의 유도공(437)으로 흘러 나와 상기 케이싱(100) 내부에 있는 다수개의 전해관(200) 사이로 흘러 들어간다. 이는 상기 다수의 전해관(200)이 스페이서(300)에 의해 상기 케이싱(100)의 내주연으로부터 원심방향으로 등간격 배열되고 상기 스페이서(300)는 원주방향을 따라 일정간격 이격되어 있으므로 가능한 것이다.
그런데 최소직경의 전해관(200a)의 축선방향 양단은 제 1 및 제 2통공(423, 433)에 삽입된 제 1입력단자(510)에 밀착되어 있으므로 상기 염수가 유입되지 않는다.
그리고 중간캡(430)과 내부캡(410)의 연결부위 및 최소직경의 전해관(200a)과 제 2통공(433)의 접촉부위에는 제 1 및 제 2패킹(440a, 440b)이 각각 삽입되어 있으므로 상기 연결부위 및 접촉부위를 통한 상기 염수의 누출은 방지된다.
이렇게 전해관(200)이 포함된 케이싱(100) 내부에 유입된 상기 염수는 상기 관통공(435)에 가해지는 유압에 의해 상기 케이싱(100) 및 전해관(200)의 축선방향 타단으로 이동하게 되어 상기 타단에서 진입시와 동일한 방식으로 본 발명에 따른 전해조로부터 유출된다.
이 때 최소직경의 전해관(200a)에는 전원입력부(500)의 제 1입력단자(510)로부터 (+)전원이 인가되고, 케이싱(100)의 외주연에는 제 2입력단자(530)로부터 (-)전원이 인가된다. 그리고 상기 각 전해관(200)의 외주연에는 (+)극성을 띨 수 있는 코팅층(600)이 도포된다. 따라서, 상기 최소직경의 전해관(200a)은 (+)극이고 상기 케이싱은 (-)극을 띠며, 상기 최소직경의 전해관(200a)과 케이싱(100) 사이의 전해관(200)의 내주연과 외주연에는 (-)극 및 (+)극이 교대로 생성된다.
다시 말하면, 상기 최소직경의 전해관(200a)은 전체가 (+)극이 형성되고, 그 다음 직경의 전해관(200)의 내주연은 (-)극, 외주연은 (+)극이 된다. 이러한 과정이 연속적으로 전개되어 최대직경의 전해관(200b)의 내주연은 (-)극, 외주연은 (+)극이 되고, 상기 케이싱(100)은 전체가 (-)극이 형성된다. 그런데 이러한 작용은 케이싱(100) 및 전해관(200) 내부에 아무런 물질이 없을 때 발생되는 것이 아니라, 전기를 흐르게 할 수 있는 물질이 존재할 때만 가능한 것이다. 본 발명에서는 이러한 물질이 바로 염수이다.
따라서 상기 케이싱(100)과 각 전해관(200)에 생성된 전극에 의해 상기 케이싱(100) 및 각 전해관(200)을 축선방향으로 관통하는 염수는 화학적으로 반응한다. 즉 상기 염수는 축선방향에 수직하게 형성되는 직류 전극에 의해 전기분해되고 순차적인 화학 반응을 통해 최종적으로 차아염소산나트륨(NaOCl)이 생성된다.
다시 말하면, 본 발명에 따른 전해조로 유입된 염수는 상기 케이싱(100)과 각 전해관(200)에 형성된 전극에 의해 소듐이온(Sodium ion, Na+)과 염소이온(Chloride, Cl-)로 해리되어 염소이온은 (+)극에서 산화되어 염소로 되고(식 ⅰ), 소듐이온은 (-)극에서 환원되어 소듐이 생성된다(식 ⅱ). 이렇게 생성된 소듐은 물과 반응하여 수산화나트륨(NaOH)과 수소로 된 후(식 ⅲ), (+)극에서 생성된 염소와 상기 수산화나트륨이 반응하여 차아염소산나트륨(NaOCl)이 생성된다(식 ⅳ).
Na + e- → Na ………………………………(식 ⅱ)
삭제
Na + H2O → NaOH + 1/2H2 ………………………(식 ⅲ)
NaOH + Cl2 → NaOCl + HCl ………………………(식 ⅳ)
이러한 반응은 배관에 의해 연속적으로 연결된 일련의 전해조에서 계속적으로 발생하여 의도된 양의 차아염소산나트륨을 생성하게 된다. 이렇게 생성된 차아염소산나트륨은 염소의 안전한 형태로서 소독이나 산화가 필요한 현장에 염소 소독이나 산화제로 사용된다.
본 실시예의 전해조에 사용되는 염수는 담수에 염분을 일정량 녹여 만든 것을 사용하였으나, 이에 한정되지 않고 해수를 사용하는 것도 가능하다.
본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.
위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 다수의 전해관을 구비한 전해조에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
즉, 본 발명에서는 케이싱 내부에 다수의 전해관을 등간격으로 배치하여 단위 설치면적 당 전해면적을 늘릴 수 있다. 따라서 본 발명은 전해조의 설치면적을 줄일 수 있고, 동일 설치면적에서 상대적으로 다량의 차아염소산나트륨을 생산할 수 있는 효과가 있다.
그리고 본 발명은 케이싱 내부의 전해관을 분리할 수 있으므로 상기 전해관 표면의 침착물을 손쉽게 제거할 수 있다. 따라서 본 발명에 의하면, 전해조의 유지 및 관리가 편리하다는 장점이 있다.
또한 본 발명에서는 어느 하나의 전원을 최소직경의 전해관 양단에 인가하고 다른 전원을 케이싱의 축선방향 중앙의 외주연에 인가한다. 따라서 본 발명에 의하면 반대되는 전원의 인가 위치가 최대한으로 멀게 배치되므로 반대되는 전원에 의해 케이싱과 각 전해관에서 발생되는 열이 감소되는 효과가 있다.
아울러, 본 발명은 케이싱과 각 전해관에서 열이 발생되더라도 케이싱과 각 전해관의 일단으로부터 타단으로 흐르는 염수에 의해 자연적으로 냉각되는 이점이 있다.
도 1은 종래 기술에 의한 전해조의 정면도.
도 2는 도 1에 도시된 전해조의 구성을 보인 단면도.
도 3은 종래 기술에 의한 전해조의 분해사시도.
도 4는 본 발명에 의한 다수의 전해관을 구비한 전해조의 바람직한 실시예의 구성을 보인 정면도.
도 5는 도 4에 도시된 전해조의 구성을 보인 부분 단면도.
도 6는 도 4의 A-A선에 따른 단면도.
도 7은 본 발명에 따른 실시예의 분해사시도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100 : 케이싱 200 : 전해관
300 : 스페이서 400 : 밀폐수단
410 : 내부캡 420 : 외부캡
430 : 중간캡 500 : 전원입력부
510 : 제 1입력단자 530 : 제 2입력단자
600 : 코팅층

Claims (8)

  1. 동일 관경으로 일정 길이만큼 연장 형성된 케이싱과;
    상기 케이싱과 동심이고 상기 케이싱의 내주연으로부터 직경이 순차적으로 작아지는 다수의 전해관과;
    상기 케이싱과 전해관이 원심방향으로 등간격을 유지하며 배치되도록 상기 케이싱과 전해관의 각단에 원주방향을 따라 일정간격으로 설치되는 스페이서(300)와;
    상기 케이싱 및 전해관의 양단에 각각 설치되어 상기 스페이서를 지지하고, 염수가 상기 케이싱 및 전해관의 일단으로 유입되어 타단으로 유출되도록 관통공이 형성된 밀폐수단과;
    상기 다수의 전해관 중 최소 직경의 전해관에 (+) 또는 (-)전원을 인가하는 제 1입력단자와, 상기 케이싱에는 상기 전원과 다른 극성을 가지는 전원을 인가하는 제 2입력단자를 포함하는 전원입력부를 포함하고;
    상기 밀폐수단은, 상기 케이싱의 외주연에 대응하도록 원통 형상으로 구성되고 내주연에는 암나사가 형성된 내부캡과; 일측에 구비된 보조막에 제 1통공이 형성되고 내주연에는 암나사가 성형된 외부캡과; 밀폐막에 상기 제 1통공에 대응하는 제 2통공이 형성되고, 상기 염수가 유입 또는 유출되면서 상기 각 전해관을 통과할 수 있도록 측면에 구비된 관통공과 상기 관통공과 연통되게 상기 밀폐막을 관통하는 유도공이 형성되며, 양단의 외주연에 각각 구비된 수나사로 상기 내부캡 및 외부캡과 결합되는 중간캡을 포함하여 구성되고;
    상기 제 1 및 제 2입력단자에 각각 가해지는 전원의 극성에 따라 방사상으로 (+) 및 (-)극이 교번되게 형성되어 상기 염수를 전기분해할 수 있도록 상기 각 전해관의 내주연 또는 외주연 중 일면에는 (+)극성을 가질 수 있는 코팅층이 도포되는 것을 특징으로 하는 다수의 전해관을 구비한 전해조.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1입력단자는 상기 제 1 및 제 2통공에 삽입될 수 있도록 상기 제 1 및 제 2통공에 대응하는 직경을 가지는 봉 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 전해관을 구비한 전해조.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 스페이서는,
    일단이 상기 제 1입력단자의 외주연에 접촉되고 타단이 상기 중간캡의 내주연에 접촉되어 지지되는 안착부와;
    상기 각 전해관의 간격에 대응되게 원주방향으로 상기 안착부의 일면에 돌출되는 고정부;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 다수의 전해관을 구비한 전해조.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 최소직경의 전해관은, 상기 염수가 상기 최소직경의 전해관의 내부로 흐르지 않도록 상기 제 1 및 제 2통공에 대응하는 직경으로 형성되어 상기 제 1 및 제 2통공을 통해 삽입된 제 1입력단자와 길이방향 각단이 밀착되는 것을 특징으로 하는 다수의 전해관을 구비한 전해조.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 최소직경의 전해관과 상기 제 1입력단자는 용접에 의해 밀착되는 것을 특징으로 하는
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 밀폐수단에는, 상기 내부캡과 중간캡의 결합부위 및 상기 제 1입력단자와 제 2통공의 접촉부위에 밀폐를 위한 하나 이상의 제 1패킹 및 제 2패킹이 각각 삽입되는 것을 특징으로 하는 다수의 전해관을 구비한 전해조.
  8. 제 1 항, 제3항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제 1입력단자에는 (+)전원이 인가되어 상기 최소직경의 전해관이 (+)극성을 갖도록 하고, 상기 제 2입력단자에는 (-)전원이 인가되어 상기 케이싱이 (-)극성을 갖도록 하며,
    상기 각 전해관의 외주연에는 상기 코팅층이 도포되는 것을 특징으로 하는 다수의 전해관을 구비한 전해조.
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