KR100587400B1 - 용수처리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 철재 배관이나 수조내의 용수를 처리하는 장치를 구성함에 있어서: 물과 접촉시 전위차에 의한 전기화학반응을 일으키기 위해 아연합금소재의 코어와, 상기 코어의 외주면으로 감겨진 금속코일로 구성되는 볼타전지와; 상기 볼타전지와 더불어 원적외선을 발생시켜 물을 활성화시키기 위한 세라믹부재; 및 상기 볼타전지의 전지층에 일정한 자기장을 형성시키기 위해 상기 볼타전지와 인접된 위치에 배치되고, 상기 볼타전지의 전기장을 통과하던 입자(고형물질들)들을 하전시킴과 동시에 전자스핀을 형성시켜 상기 하전 입자들이 볼타전지의 전극에 협착되는 것을 방지하기 위한 마그네트를 포함하되, 상기 볼타전지와 세라믹부재 및 마그네트는 용수의 유입 및 배출 소통이 가능한 형태로 이루어지는 중공 형상의 케이스 내부에 일체로 조립 구성함으로써 처리 용수의 수질에 관계없이 용수의 안정된 처리가 가능하면서도 철재 내관내의 부식이나 스케일 현상의 발생 방지는 물론 악취 제거 등의 제반 정화 처리가 가능하고, 또 볼타전지의 전극 오염이 방지되어 용수의 처리 및 이용효율을 높일 수 있도록 한 용수처리장치를 제공하는 것이다.

볼타 전지, 부식 방지, 원적외선 파장, 전극 오염방지, 마그네트

Description

용수처리장치{Water physical processing unit}

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 용수처리장치의 실시 예에 따른 외관 구조를 개략적으로 보인 각 사시도 들이다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 용수처리장치의 도면들로서, 도 2는 조립 측 단면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ선에 따른 단면도이며, 도 4는 요부 발췌 사시도이다.

도 5는 물의 산화와 환원에 대해서 열역학적으로 안정된 영역을 환원전위나 pH값의 영역으로 표시한 펄베익 다이어그램이다.

도 6은 물의 활성화 상태를 도시한 그래프이다.

도 7a 및 도 7b는 철과 물의 부식 관계를 도시한 펄베익 다이어그램이다.

도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 볼타전지의 전극 오염 정도를 보인 사진들이다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 용수처리장치의 도면들로서, 도 9는 조립 측 단면도이고, 도 10은 요부 발췌 사시도이다.

도 11 및 도 12는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 용수처리장치의 도면들로서, 도 11은 조립 측 단면도이고, 도 12는 요부 발췌 절단 사시도이다.

도 13a 및 도 13b는 본 발명에 따른 마그네트의 또 다른 실시 구조를 보인 각 단면도들이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>

A: 용수처리장치 1: 케이스

2: 볼타전지 3: 세라믹부재

4: 마그네트 5: 내부 지지체

21: 코어 22: 금속코일

231: 연결용 다리 24: 고정부재

31: 고정용 구멍 32: 덮개

33: 걸림관체 34: 안착홈

42: 보호막

본 발명은 볼타 전지(Voltaic Cell)의 원리와 세라믹(Ceramics)부재로 부터 발생되는 원적외선(Infrared Radiation) 파장을 이용하여 각종 용수(用水)를 처리하는 용수처리장치에 관한 것으로서, 특히, 용수의 수질 차이에 관계없이 볼타 전지의 전극간 오염을 방지하면서도 철재 배관이나 수조내의 물을 더욱 안정되고 효율적으로 처리할 수 있도록 한 용수처리장치에 관한 것이다.

사용용수(물)는, 크게, 수도수, 공업(산업)용수, 지하수 등으로 나눌 수 있다. 일반적으로 물속에는 각종 금속원소와 미네랄 등 광물질과 기체원소들이 용해 되어 있다. 따라서, 이러한 물질들을 적절히 처리해 주지 않으면, 상기한 물질들은 상호간의 물리 화학적인 결합에 의해 배관이나 수조(담수지 포함) 내에 녹, 스케일과 점착물질, 각종 세균 및 미생물을 발생시키는 원천이 된다는 점이다.

종래에도 이러한 용수를 처리하기 위한 여러 가지 방법들이 알려져 있으나, 실제에 있어서 큰 처리 효과를 거두지 못하고 있는 실정이다. 그 하나의 예로서, 비교적 다른 방법들에 비하여 널리 이용되고 있는 화학적 처리방법의 경우, 용수를 처리하기 위해 투입되는 청관제나 조연제 등의 화공 약품 사용에 따른 2차 수질 오염 문제와 더불어 처리 용수의 수질, 사용량, 수온의 다양한 변화 등에 맞추어 적정한 약품의 투여와 또는 시기 조절 및 유지관리가 매우 어렵고, 또한 유지관리 및 약품 구입에 따른 비용이 많이 소요되는 등의 여러 가지 문제점으로 인해 그 이용 효율성이 현저하게 떨어질 수밖에 없는 현실이다.

따라서, 상기한 처리방법의 대안으로서, 볼타전지(Voltaic Cell)와 세라믹부재(Ceramics)에서 발생되는 원적외선(Infraed Radiation)파장 원리를 이용하여 철재 배관 내의 녹, 스케일 발생 억제 및 방지는 물론 수조내의 이끼류 발생 억제, 미생물의 살균과 생성억제 및 악취제거 등의 정화 처리가 가능하도록 한 물리적 처리방법이 제시되고 있다.

이러한 물리적 처리방법을 이용한 용수처리장치로서는, 본원 출원인에 의해 발명된 특허 제188328호(명칭: 철재 배관 내의 부식 및 스케일 발생 방지장치)가 있고, 그 외에도 부수적으로 국내 특허공고 제1989-520호(명칭: 철재 배관 내의 녹 발생방지 및 불순물 제거장치), 국내 특허 제462968호(명칭: 배관 내의 물의 살균, 악취제거 및 스케일 발생 방지를 위한 수처리 장치) 들이 있다.

한편, 상기한 볼타전지 및 원적외선을 이용한 물리적 처리방법을 토대로 하여 본원 출원인에 의해 개발된 용수처리장치로서, 리독스 하모니(Redox-Harmony)라고 하는 제품이 현재 각종 산업 현장이나 수족관 등의 용수처리에 직접 이용되고 있기도 하다.

그러나, 상기한 물리적 처리방법을 이용한 종래 용수처리장치들에 의하면, 무엇보다도 처리 용수의 경도(硬度)차이에 따른 볼타전지의 전극 오염을 피할 수 없게 된다는 구조상의 큰 문제가 있다는 것이다. 예컨대, 정수시설을 거치면서 일차 정수 처리된 수도수의 경우에는 일반적으로 수중의 Mg나 Ca의 이온량을 표시하는 총경도가 80~120ppm(THD:Total Hardness)정도이고, 전기전도도는 100~150㎲/㎠이며, 용존고형물질(TDS)은 30~70ppm이고, pH는 7정도이고, ORP는 (+)200㎷이기 때문에 전기화학반응을 일으키는 볼타전지를 이용하여 상기 수도수를 처리하더라도 CaCo₃(탄산칼슘)에 의한 전극의 오염 정도가 심하지 않아 수도수의 처리에는 큰 문제가 없다 할 것이다.

하지만, 수도수에 비하여 물질의 총경도가 200~400ppm이고, 전기전도도는 150 ~ 250㎲/㎠이며, 고형물질(TDS)은 100~200ppm이고, pH는 6.5정도이며, ORP는 (+)350㎷에 이르는 수계(강)지역의 용수나 지하수를 처리하는 경우에는, 특히 CaCo₃(스케일)성분에 의한 볼타전지의 전극 오염을 피할 수 없다는 것이다. 물론, CaCo₃는 열분해 또는 산(acide)에 녹으면, CaO + CO₂로 되어 용해되는 것이 정론이 다. 하지만 이를 화학적방법으로 처리하기 위하여 청관제를 투입하면, H₃PO₄ → Na₂PO₄가 되어 CaCo₃의 분해는 가능하지만, 그 역기능로서 금속류의 부식(Corrosion)을 심하게 촉진하게 된다는 것이고, 이를 방지하기 위하여 또 다른 약품을 교번하여 투입하게 된다면, 오히려 배위자이론(Coordination)에 따른 수 없는 형태의 착물(complex) 착화 화합물류의 피해가 더욱 심각하게 수반되기 때문에, 결국 상기한 화학적 처리방법으로는 볼타전지의 전극간 오염을 방지할 수 없게 된다는 결론에 도달하게 되고, 이러한 문제를 해결하기 위한 별도의 다른 물리적 처리 기술이 강구되어 져야 하는 것이다.

따라서, 종래 볼타전지를 이용한 용수처리장치의 경우에는, 그 처리 구조상 수도수의 처리에는 큰 문제가 없으나, 지하수나 수계(강)지역의 용수를 처리하는 경우에는 볼타전지의 전극 오염을 피할 수 없기 때문에, 수도수라는 극히 제한적인 용수의 처리에만 적용 가능하다는 기술적 또는 이용상의 한계가 있을 수밖에 없다.

특히, 이러한 볼타전지의 전극 오염은, 무엇보다도 전기화학반응을 일으키는 볼타전지의 전극 기능을 점차적으로 무력화시킴으로써 용수의 제반 처리 효과를 현저하게 저하시키게 됨은 물론 용수처리장치의 사용 수명을 단축시키게 되는 등의 여러 가지 폐단으로 작용되어지는 것이어서, 이러한 문제를 해결하기 위한 새로운 대안이 제시되어야하는 시점에 있다.

따라서, 본 발명은 종래 용수처리장치에서 제기되고 있는 제반 문제들을 감 안하여 발명한 것으로서, 본 발명은, 볼타전지의 전기화학반응과 세라믹부재의 원적외선 파장 및 마그네트의 자기장 원리를 일체적으로 구비하여 하나의 용수처리기로도 경도 등의 수질 특성을 달리하는 수도수는 물론 지하수, 수계(강)지역의 모든 용수 처리가 가능하면서도 용수의 처리에 따른 볼타전지의 전극간 오염이 획기적으로 억제 또는 방지되도록 그 처리 구조를 현저하게 개선함으로써 용수처리장치의 이용 및 처리 효율이 크게 증대될 수 있도록 한 용수처리장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정수처리장치는, 기본적으로 물과 접촉시 전위차에 의한 전기화학반응을 일으키기 위해 아연합금소재의 코어와, 상기 코어의 외주면으로 감겨진 금속코일로 구성되는 볼타전지와; 상기 볼타전지와 더불어 원적외선을 발생시켜 물을 활성화시키기 위한 세라믹부재; 및 상기 볼타전지의 전지층에 자기장을 형성시키기 위해 상기 볼타전지와 인접되게 배치되고 상기 볼타전지의 전기장을 통과하던 입자(고형물질들)들을 하전시킴과 동시에 전자스핀을 형성시켜 상기 하전 입자들이 볼타전지의 전극에 협착되는 것을 방지하기 위한 마그네트를 포함하되, 상기 볼타전지와 세라믹부재 및 마그네트는 용수의 유입 및 배출 소통이 가능한 형태로 이루어지는 중공 형상의 케이스 내부에 일체로 조립 구성함으로써, 각종 용수가 급 배수되는 철재 배관은 물론 수조 내에 설치되어 녹, 스케일 발생 억제 및 방지는 물론 이끼류 발생 억제, 미생물의 살균과 생성억제 및 악취제거 등의 제반 정화 처리가 가능하면서도 용수의 수질 차이에 따른 볼타전지의 전극 오염의 발생 억제 또는 방지가 획기적으로 가능하게 되는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1a 및 도 1b는, 본 발명에 따른 용수처리장치(A)의 실시 구조에 따른 외관을 개략적으로 보인 사시도이다.

본 발명에 따른 용수처리장치(A)는, 도 1a와 같이 용수의 유입 및 배출 소통이 가능하도록 그 내부가 중공형으로 구성되는 케이스(1)의 양측으로 용수를 중공형 내부로 유입시키거나 중공형 내부로부터 배출시키기 위한 플랜지 관(1a)을 각각 연결 구성하여 각종 철재 배관에 연결 조립되도록 구성될 수도 있다, 또, 용수처리장치(A1)를 도 1b와 같이 내부가 중공형으로 이루어지는 케이스(1)의 양측으로 나사 연결관(1b)을 각각 구성하여, 상기 나사 연결관(1b)에 대해 각종 수조나 수족관 등의 내부에 설비되는 공지의 용수 공급관(도면상 도시하지 않음)에 상호 나사 결합되어 상기 공급관을 통과하는 용수의 제반 처리가 가능하도록 하는 구조로 구성되어 질 수도 있음은 물론이다.

본 발명의 용수처리장치(A)(A1)를 구성하는 케이스(1)의 형태는, 비록 도 1a 및 도 1b에 예시적으로 도시하여 설명하였으나, 특정의 형태에 제한되는 것은 아니며, 그 설비 및 이용 장소 등을 감안하여 기타 다른 형태로의 다양한 설계변경이 얼마든지 이루어질 수 있음은 물론이다.

도 2 내지 도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 용수처리장치의 내부 구조를 보인 도면들로서, 도 2는 조립 측 단면도이고, 도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 선내의 단면도이고, 도 4는 요부 발췌 분리 사시도이다.

본 발명의 제1 실시 예에서 설명되는 용수처리장(A)의 외관은, 도 1a에 도시된바와 같이 케이스(1)의 양측으로 플랜지 관(1a)이 각각 연결 구성된 타입을 하나의 예로서 도시하고 설명한 것이다.

먼저, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 용수처리장치(A)에 대하여 설명한다. 본 발명에 따른 용수처리장치(A)는, 이하에서 설명되는 용수처리장치(A)의 제반 구성 요소들이 내부에 일체적으로 배치되는 케이스(1)를 포함한다.

상기 케이스(1)는 처리가 요구되는 용수의 소통(疏通)이 원활하게 이루어지도록 구성된 것이다. 예컨대 케이스(1)는 그 내부가 중공형상으로 이루어져 있고, 그 양측으로는 상기 중공형의 케이스(1) 내부로 용수를 유입시키거나 배출시키기 위한 플렌지 관(1a)이 각각 일체로 구비되어 있는 구조이다. 상기 케이스(1)는 철재, 더욱 바람직하게는 스테인레스 소재를 이용하는 것이 바람직하나, 필요에 따라서는, 예컨대 수조 등의 용수처리에 적합하도록 소형으로 제작되는 경우 녹이 슬지않으면서도 가벼운 소재의 플라스틱 소재의 사용도 가능할 것이다.

케이스(1)의 내부로는 볼타전지(2)가 배치되어 있다. 이 볼타전지(2)는 물과의 접촉시 전위차에 의한 전기 에너지를 발생시켜 전기적으로 용매인 물의 액성을 변화시키게 된다. 볼타전지(2)는 그 중앙부가 양(+)극(Anode)이 되는 아연합금 소재의 코어(21)와, 상기 코어(21)의 외주면으로 감겨지고 그 단부가 음(-)극(Cathode)을 이루는 금속코일(22)을 포함한다. 이때 금속코일(22)은 은합금코일(22a)과 알루미늄코일(22b)로 구성되고, 이들은 서로 한 쌍으로 감겨지게 된다.

이렇게, 금속코일(22)을 은합금코일(22a)과 알루미늄코일(22b)로 구성하고, 이들을 한 쌍으로 하여 코어(21)에 감아줌으로써, 전기 전도성이 뛰어난 은합금코일(22a)에 의한 음극 전류의 전달을 용이하게 하고, 또 Al → Al⁺³ + 3e^-로 이온화되는 알루미늄코일(22b)의 치환(permutation) 기능에 의해 은합금코일(22a)과 코어 (21)에 부식 및 슬러지 등의 부착이 방지되도록 하여 코어(21)와 상기 각 코일(22a,22b) 사이의 접촉을 깨끗하게 유지시켜 전류의 유도를 항상 일정하게 하도록 하는 것이 가능하게 된다.

볼타전지(2)는 세라믹 부재(3)의 내부에 장치되어 진다. 상기 볼타전지(2)는 세라믹 부재(3)에 대하여 코어(21)로 형성된 연결용 다리(23)의 각 단부로 형성된 나사홈(23a)에 대해 세라믹부재(3)로 형성된 고정용 구멍(31)을 통해 볼트 등의 고정부재(24)를 조임하는 것에 의해 세라믹부재(3)의 내부에 단단히 고정되어 질 수 있다.

세라믹부재(3)는 볼타전지(2)의 전기화학반응과 더불어 원적외선의 발생에 의한 물을 활성화시켜 용수의 살균. 악취제거 등의 정수 기능을 수행하게 된다. 세라믹부재(3)는 케이스(1)의 내부로 유입되는 용수의 소통이 가능하고, 이후 설명되는 마그네트(4)의 수용이 가능한 함(函)체 형태로 구성됨이 바람직하다.

그리고, 케이스(1)의 내부로는 볼타전지(2)와 인접된 부위로 배치되어, 더욱 바람직하기로는 볼타전지(2)가 수용 지지된 세라믹부재(3)의 내부로 배치되어 상기 볼타전지(2)의 전지층에 일정한 자기장을 형성시키고, 상기 자기장에 의해 상기 볼타전지(2)의 전기장을 통과하는 입자(고형물질들)들을 하전시킴과 동시에 전자스핀(Electron-spin polarization)을 형성시켜 상기 하전 입자들이 상기 볼타전지(2)의 전극간에 협착되는 것을 방지하기 위한 마그네트(4)가 구비되어 있다.

상기 마그네트(4)는 세라믹부재(3)의 내부에 수용 가능하도록 판 형태의 양면 2극 자석((Ferrit Magnet)을 사용하는 것이 바람직하고, 그 중앙부로는 용수의 소통 흐름에 지장을 주지 않도록 구멍(41)이 형성되어 있다.

계속해서, 도 2 및 도 3을 참조하면, 케이스(1) 내부로 배치되는 본 발명의 볼타전지(2) 및 세라믹부재(3)는 다층 구조로 조립됨이 바람직하다. 이때 그 층수는 용수의 처리용량에 따라 가감 설치가 가능하다. 예컨대 본 발명의 용수처리장치(A)를 크게 대, 중, 소는 물론 다양한 크기로 설계되어 질 수 있기 때문이다.

한편, 마그네트(4)는 볼타전지(2)가 고정된 세라믹부재(3)의 내부 또는 외부에 각각 적정하게 배치되어 있다. 이때 상기 마그네트(4)는 볼타전지(2)에 대한 일정한 자기장을 형성시킬 수 있는 정도의 거리를 유지하는 것이 바람직하다.

이를 좀더 자세히 설명하면, 마그네트(4)의 N극의 세기가 m1, S극의 세기 m2, r은 자기력의 거리가 된다는 쿨롱의 법칙

에 근거하여 N극과 S극(Poles)의 접근을 감안하여 설치하는 것이 좋다.

여기서, K(비례상수)9.0 × 10⁹(N) → 1뉴턴 0.1(㎏/F)이다.

특히 이러한 점은, 실험 결과, 케이스(1)의 내부에 배치되는 볼타전지(2)의 설치 간격이 5-15㎝가 넘지 않을 경우 이들 사이에 마그네트(4)를 설치하게 되면, 상기 마그네트(4)의 자기 극(Magnetic-poles)이 상기 볼타전지(2)에 충분하게 접근되어지는 것을 알 수 있었다. 이렇게 마그네트(4)를 배치 시킴으로써 마그네트(4)의 자력 값에 관계없이, 예를 들어 1.5 ~ 2.5KG 범위 내의 것을 적용하더라도 자력의 흡입력에는 전혀 문제가 없게 되는 것이다.

한편, 본 발명의 마그네트(4)는, 도 2와 같이 케이스(1)의 내부에 볼타전지(2)와 세라믹부재(3)가 상호 일체로 세트화됨으로써 자기포화 상태(Magnetic-Saturation)가 자연스럽게 구성되어 누설 자력의 위험도 피할 수 있게 되는 것이다.

그리고, 상기한 마그네트(4)는, 본 발명의 용수처리장치가 이용되는 건축물이나 산업체의 적용수온이 최대 85~90℃ 정도인데, 본 발명에 적용되는 페라이트 자석은 수온 1℃ 상승시 -0.18% 감자(자력손실)되며, 퀴리점(자력 값이 없어지는 온도)은 약 450℃가 되기 때문에 그 형태 및 모양 또는 자력의 세기 등을 편리하게 변형할 수 있고, 가격 또한 저렴하여 매우 경제적이라 할 수 있다.

따라서, 상기 볼타전지(2)는 이들 사이에 각각 일정 거리를 두고 개재되는 마그네트(4)의 자기장에 의해 용수 처리에 따른 코어(21)의 전극간에, 스케일(CaCo₃)의 협착과 같은 오염의 방지를 억제 또는 방지할 수 있게 되는 것이다.

한편, 도 2 및 도 3과 같이, 케이스(1)의 내부에 배치되는 볼타전지(2) 및 세라믹부재(3)는, 상기 케이스(1)의 내부에 고정지지 되는 별도의 내부 지지체(5) 내에 안정되게 수용지지 됨이 바람직하다. 상기 내부 지지체(5)는 케이스(1)를 통해 유입 및 배출되는 용수의 소통이 원활하도록 전도성이 우수한 철재의 다공망 형태로 구성함이 바람직하다. 그리고 내부 지지체(5)로는 도 2와 같이 볼타전지(2)의 음극을 구성하는 금속코일(22)의 단부가 병렬 방식으로 가지런히 결선됨으로써 음극을 띄게 된다. 한편, 내부 지지체(5)를 사용하지 않는 경우에는 금속코일(33)은 직접 케이스(1)에 결선 될 수 있다.

따라서, 코어(21)의 둘레로 감겨진 금속코일(22)의 단부가 전도체인 내부 지지체(5)에 상호 결선됨으로써 하나의 볼타전지 회로를 구성하게 되고, 또 이러한 볼타전지 회로 구성에 의해 코어(2)의 중앙부에는 양(+)극(Anode)이 형성되어 지고, 금속코일(22)이 결선되는 내부 지지체(5)는 음(-)극(Cathode)이 형성되어 지게 된다. 특히 이러한 볼타전지 회로가 수중에 구성될 경우, 안정화 영역에 위치해 있던 용수가 활성화되어 pH와 산화환원전위(ORP)를 변화시키게 된다.

한편, 세라믹부재(3)는 통수공(32a)을 갖는 덮개(32)를 포함한다. 이러한 덮개(32)는, 특히, 도 2에 도시된 바와 같이 용수의 소통이 가능하도록 함체 형태로 구성되는 세라믹부재(3)의 안정된 장착을 유도하게 된다. 상기한 덮개(32)는 다층 구조로 조립되는 경우, 최 외측으로 위치되는 소정의 세라믹부재(3)로만 덮여지도록 조립 구성됨이 바람직하다.

또한, 세라믹부재(3)로는 일 측 단부 외주면, 예컨대 상기 덮개(32)가 덮혀지는 반대 측 외주면으로는 세라믹 부재(3)의 다층 결합시 상호 끼워 맞춤되는 돌출관체(33)가 구비되어 있다.

도 2에 있어서, 미설명 부호 11은 용수 처리과정에서 발생되는 각종 형태의 침전물을 주기적으로 배출시키기 위하여 케이스(1)에 구비된 드레인관을 나타내는 것이며, 이러한 드레인관(11)은 가급적 침전물의 배출이 용이하도록 용수가 배출되는 부위쪽으로 형성되는 것이 좋다. 또 도면부호 6은 케이스(1)내에 다층 설치되는 세라믹부재(3)를 양측에서 탄성적으로 결합 지지하기 위한 스프링 형태의 탄성부재 를 나타낸다. 이러한 탄성부재(6)에 의해 세라믹부재(3)는 일정한 완충효과를 가지게 되어 충격등에 의해서도 파손이 방지될 수 있는 것이다.

한편, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 볼타전지(2)와 세라믹부재(3)만을 발췌 도시한 사시도로서, 이를 참조하면, 본 발명에 있어서, 볼타전지(2)를 구성하는 코어(21)는, 특정의 형태에 제한되지는 않으나, 링 타입으로 구성되는 것이 바람직하고, 또 세라믹부재(3) 역시 사각함체, 원형함체 등으로 다양하게 설계될 수 있으나, 본 발명의 경우 원형 함체 형태로 구성됨이 바람직하다.

그리고, 상기 코어(21)로는 도면상 4개의 연결용 다리(23)가 도시되어 있으나, 이는 코어(21)의 안정된 고정을 위한 최적의 수이기는 하나, 필요에 따라 3개 또는 2개만을 형성하여 고정될 수도 있고, 또 세라믹부재(3)로는 고정용 구멍(31)이 형성되어 있음은 앞서 설명한 바와 같다. 도 4에서 도면부호 4는 마그네트이고, 22는 코어(21)에 감겨진 금속코일을 나타내는 것이다.

이와 같이 구성된, 본 발명에 따른 용수처리장치(A)를 이용하여 각종 용수의 처리 상태를 설명하기에 앞서, 참고적으로 본 발명의 용수처리장치(A)에 적용되는 전기화학반응(Electrochemical reaction)에 대한 기본적인 원리에 대하여 먼저 살펴보기로 하고, 도 5 및 도 6을 순차적으로 참조한다.

먼저, 도 5는 물의 산화와 환원에 대해서 열역학적으로 안정된 영역을 환원 전위나 pH값의 영역으로 표시한 펄베익 다이어그램(Pourbaix Diagram)으로 나타낸 것이다.

일반적으로 전기 화학적 반응은 속도론을 기본으로 하여 에노드(Anode)극에 H^＋ 이온이 전해밀도에 따라 증가하게 되면 H^＋ 이온의 환원이 아닌 H₂O의 환원분해가 선행되어져 H^＋ 와 OH^― 이온이 생성된다.

즉, H₂O + 2e^―→ H^＋ + 2OH^―의 반응이 일어난다.

이와 같이 환원(Reduction) 반응이 일어나면 수소이온 H^＋ 의 농도는 증가하게 되고, 이로써 캐소드(Cathode)극 면에는 pH가 증가하게 되며, 산화환원전위(ORP: Oxidation Reduction Potential)는 음(-)극화되어 진다. 따라서 이러한 원리를 이용하여 볼타전지에 의해 전해밀도를 증가시킴으로써 처리 용수와 접촉하는 금속표면이 음극화되어 지는 것이다.

처리 용수에 볼타전지(포화감응전극)를 투입하여 애노드극(+)과 캐소드극(-)을 구성하고 용수의 전기전도성(Conductivity: ㎲/㎷)에 의존하여 ORP(E)의 변화 추이를 보면 아래와 같다.

→±(㎷)

Eo: 사용수의 표준전위(자유전위), nf:전자 패러데이상수, Rt: 가스정수온도, Cox; 총산화제 그룹, Cred: 총환원체 그룹

결과적으로, 양극인 애노드극에는 변이된 액성이 총 산화체(Cox 그룹인 Cl^-, O, O₂, O₃, OH^-) 그룹의 집단화에 의해 (+)극으로, 캐소드극에서는 반대로 ph의 상 승과 총 환원체(Cred 그룹인 Na⁺, H₂O, H⁺, H₂ )그룹에 의한 (-)극으로 측정되는 결과를 얻을 수 있다.

물의 안정적인 영역(The Stability Field Water)에서 물이 산화제로 쓰일 때의 물은 H₂로 환원되고, 환원제로 쓰일 때의 물은 O₂로 산화된다.

물속에서 견딜 수 있는 화학종들은 위의 두 과정에 해당하는 한계사이에서 환원 전위를 가져야 한다. 또한 환원되는 물은 빠르게 환원시켜서 H₂가 되게 하고, 산화제는 물을 빠르게 산화시켜서 O₂가 되게 해서 액체상태로 존재하지 못하게 한다.

한편, 철을 녹슬게하는 중요한 요인은 공기와 공기 중의 수분이므로 철의 표면에 물이 닿으면 산화 환원반응이 일어나게 된다. (+)극에서 생성되는 OH^―은 철 표면의 Fe^{2 +} 와 결합하여 FeOH₂(수산기)가 되고, FeOH₂는 공기와 결합하여 FeOH₃가 된다. 이 FeOH₃가 붉은색의 녹인 Fe₂O₃, X₂H₂O가 되며, 이 Fe₂O₃(산화철:철이 전자를 잃어버리는 형태)가 바로 녹인 것이다.

Fe＋H₂O → O₂

FeOH^―＋ H₂O → Fe₂O₃(부식: 산화철)

따라서, 물과 접촉되는 철의 표면을 보호하기 위하여 볼타전지와 원적외선을 이용하여 pH가 8 ~ 10, ORP는 －400㎷ ~ －800㎷에 이르도록 금속표면을 음극화해 줌으로써 녹이 발생되는 것을 방지할 수 있는 것이다.

Fe₂O₃ → Fe₃O₄(부동의 상태)

다음으로, 도 6을 참조하여 설명한다. 도 6은 물의 활성화 상태를 도시한 그래프서, 물의 총경도(THD)에 따른 CO₂ 의 농도 변화를 그래프로 도시한 도면이다.

스케일의 생성은, 용수와 접촉되는 금속표면에 불순물(스케일 등)이 협착되는 것을 의미하며_, 상기 녹 생성의 반응을 크게 나누면, 규산계열, 탄산계열, 황산계열의 이온 등과 금속표면의 전기적 극성 차이에 의한 이온결합으로 생각할 수 있다. 예를 들어 물속에 존재하는 탄산수소염 2(HCO₃ ^―)과의 결합과정을 보면,

2(HCO₃ ^―) + Ca^{2 +} (또는 Mg^{2 +}, Na^{2 +}, Sio₂ ^{2 +}중 어느 하나)→CaCO₃↓ + H₂O + CO₂↑

으로서, 위 식에서와 같이 탄산가스(CO₂)의 농도비에 따라 이온 그룹이 결합 또는 용해된다는 것을 알 수 있다.

사용되는 물을 활성화(Activity)시키면(이분자끼리의 재결합이 반복되면) 도 6에 도시된 그래프의 θ1(용해)의 조건으로 되고, 전위차에 의한 이온결합으로 볼 때 금속표면이 (+)극이고, 스케일 이온이 (-)극일 때, 또는 금속표면이 (-)극이고, 스케일 이온(+)극일 때 쉽게 부착된다.

일반적으로 사용수(수도수)는, pH가 7 정도이고, ORP가 +150㎷~ +200㎷, 총 경도(THD)는 80~120ppm, TDS(용존 고형물)는 30~70ppm 정도인데, 금속표면의 극성을 (+)에서 (-)로 변환하면 부착방지가 용이해 진다. 따라서, 전위가 각기 다른 이온들이 존재하는 사용수를 처리하기 위해서는 용수처리장치를 통과하는 과정에서 상기 이온들의 동전위와 동부호가 수 없이 교번되도록 설계하는 것이 무엇보다 중요하다 할 것이다.

한편, 볼타전지의 자체 전압 발생과정을 살펴보더라도, ORP가 +400㎷ ~ -800㎷(환원성 알칼리)까지 발생하고, 또 전체적으로 1.2Ⅴ의 전위차가 발생 됨에 따라 배수관 내에서 스케일 현상을 일으키는 이온의 정전 용량에 대해 일정한 전기장을 가함으로써, 침전물의 부착력이 상쇄되어져 철 표면에 녹과 스케일의 형성이 방지되거나 생성된 녹과 스케일의 제거가 가능하게 되는 것이다.

이어서, 상기와 같은 볼타전지(2)의 전기화학반응 원리를 감안하여 본 발명에 따른 용수처리장치(A)를 이용하여 용수의 처리에 따른 작용상태에 대하여 설명한다.

도 2를 참조하여 설명하면, 본 발명은, 기본적으로 하나의 케이스(1) 내에 전기화학반응을 일으키는 볼타전지(2), 원적외선을 발생시키는 세라믹부재(3) 및 자기장을 발생시키는 마그네트(4)를 일체로 구비하고, 이들의 원리를 종합적으로 이용하여 각종 철재 배관이나 수조 등에 본 발명의 용수처리장치(A)를 설비하여 용수를 처리함으로써, 철재의 녹 방지, 스케일 생성 억제 및 제거, 세균의 살균 및 생성억제와 악취제거 등의 제반 정화 처리가 가능하면서도, 특히, 고형물질에 의한 볼타전지(2)의 전극간 오염이 억제 또는 방지됨으로써 수질 특성(총경도 등)의 차 이에 관계없이 하나의 용수처리장치를 이용하여 수도수를 포함하여 지하수는 물론 수계(강)지역의 각종 용수처리에 제한 없이 사용 가능하게 되는 것이다.

먼저, 본 발명에 적용되는 볼타전지(2)의 전기화학반응에 의하여, 특히 철재 배관 내부를 흐르는 용수와 접촉되는 철 표면의 전위가 음극화되어 물 분자의 안전영역, 즉, 물의 기능적 위치가 철 표면에서 부식되지 않는 위치로 변화되어 지는 것이 가능해진다.

일반적으로 전극 반응의 평형 판단이 되는 평형 전위는 반응에 참여하는 물질의 활동도에 따라 크게 좌우되는데 금속의 부식현상은 수용액의 pH값에 의해 크게 좌우되는바, 이러한 점은 도 7a 및 도 7b의 풀베익 다이어그램(Pourbaik Diagram)에서도 잘 확인할 수 있다.

즉, 도 7a 및 도 7b는, 수용액 속에서 반응이온의 활동도에 따라 금속재료의 반응전위를 산출하는 식과, 금속화합물의 용해도를 기초로 하여 계산한 값을 바탕으로 철과 물의 부식반응 관계를 도표로 나타낸 것으로서, 부식환경의 변화에 따른 금속재료의 부식 반응을 예측할 수 있다.

일반적으로 물과 철이 접촉하여 공존하게 되면, 물속에 포함된 산소에 의해 철은 산화철(Fe₂O₃)의 상태로 산화되어 부식이 됨은 앞에서 이미 살펴본 바와 같다. 상기 산화철의 상태는 도 8a에 도시된 바와 같이 PH가 6~7 정도이며, 표준전위는 약 0.4V되는 영역에 존재하게 된다.

도 7a에서 도시된 직선(100)은 수소의 발생반응, 즉 (2H^＋ + 2e ^- → H₂ )반 응의 평전위를 도시한 그래프로서, pH변화에 따른 수소(H₂)의 평전위(E_h)를 도시한 선이다.

따라서 상기 직선(100) 아래의 영역, 즉, E_h전위보다 낮은 영역에서는 수소가 발생하게 된다.

또한, 직선(200)은 산소 발생반응, 즉, (O₂ + 4H^＋ ＋ 4e^- → 2H₂O)반응의 평전위를 도시한 그래프로서, pH변화에 따른 산소(O_{2 )}의 평전위(Eo)를 도시한 선이다.

따라서, 상기 직선(200) 상부의 영역, 즉, Eo 전위보다 높은 영역에서는 산소가 발생하게 된다.

이때 철 표면과 접촉하는 용수의 전위가 음극화되는 것은, 본 발명에 따른 세라믹부재(3) 내에 장착된 볼타전지(2)에 의해 달성된다. 즉, 앞에서 이미 살펴본 바와 같이, 볼타전지(2)의 코어(21) 중심부는 (+)극(Anode)이 되고, 상기 코어(21)의 둘레로 감겨진 금속코일(22), 예컨대 은합금코일(22a)과 알루미늄코일(22b)의 단부는 (-)극(Cathode)이 된다. 그리고 금속코일(22)의 일 측 단부가 코어(21)에 연결된 상태에서 타 측 단부가 결선되는 내부 지지체(5)는 물론 그 외 측으로 위치되는 케이스(1) 역시 (-)극이 된다.

따라서, 본 발명의 용수처리장치(A)를 플랜지 타입으로 구성하여 철재 배관에 연결 설치하여 용수를 처리하는 경우 배관의 내측 벽면과 접하는 용수는 결국 철의 음극화로 인해 전위가 음극화되고, 조건에 따라 철의 음극 전위를 적절히 조 절함으로써 철과의 접촉에 의해 형성된 산화철(Fe₂O₃)의 상태에서도 녹이 쓸지 않는 부동태의 상태인 Fe₃O₄의 상태로 변환되어 질 수 있는 것이다.

이때, 용수의 pH값도 동시에 높일 수 있는데, 이는 상기 pH값이 물이 활성화될 경우 올라가기 때문에 본 발명에 적용된 볼타전지(2)의 전기화학적 작용에 의해 얼마든지 증가 될 수 있다.

도 7b는 본 발명에 따른 용수처리장치(A)를 이용하여 철재 배관 내를 흐르는 용수중 철 표면과 접촉하는 물의 특성을 변화시키는 상태를 보인 그래프이다.

이를 참조하면, 물의 활성화가 이루어지면 물은 영역(210)에서 A방향(볼타전지(2) 쪽에 해당)으로 이동하게 되는데, 이렇게 이동되면, 철 표면의 전위를 양극화시키는 본 발명의 볼타전지(2)의 기능에 의해 pH가 일정한 상태에서 전위 값이 올라가게 되는 결과, 산성 산화수의 특성이 나타나게 되어 물속의 금속제거, 유기물제거, 철 표면의 산화방지, 살균 등의 기능이 발휘되어 진다.

그리고 물의 상태가 영역(220)에서 B방향(음극인 금속코일(22)이나, 내부 지지체(5) 쪽에 해당)으로 이동하게 됨은, 철 표면의 전위를 음극화 시키는 볼타전지(2) 기능에 의해 pH값을 일정하게 한 상태에서 전위 값을 내리게 되는 결과, 알카리성 환원수의 특성을 가지게되어 미립자 스케일 제거, 철 표면의 산화방지 기능 등이 발휘된다.

한편, 상기한 도 7a 및 도 7b의 그래프를 이용한 물의 특성을 변화 설명은, 앞서 설명된 도 5의 풀베익 다이어그램을 통해서도 설명될 수 있다. 즉, 도 5의 다 이어 그램상에서 A영역은, 도 7b에서 영역(210)에서 물의 상태가 A방향으로 이동되는 것과 같고, 또, 도 5의 다이어 그램상에서 B영역은, 도 7b에서 영역(220)에서 물의 상태가 B방향으로 이동되는 것과 같은 이치이다.

따라서, 본 발명의 볼타전지(2)의 원리를 통해 철 표면의 산화환원전위가 변형됨에 따라 용수와 접촉되는 철 표면의 전위가 음극화 됨으로써 물의 안정된 영역, 즉 물의 기능적 위치가 부식되지 않는 쪽으로 유도되어 철의 부식이 방지될 수 있는 것이다.

다음으로, 본 발명의 볼타전지(2)의 원리와 함께 세라믹부재(3)에서 발생되는 원적외선 파장을 이용함에 따라 배관 내의 녹과 스케일의 생성 방지 및 제거 기능에 대하여 살펴보기로 한다.

일반적으로 물 분자와 각 원자단의 특성 파장대에 원적외선이 가해지는 원적외선을 흡수한 물질은 pH가 상승하게 되며, 물의 표준전위가 낮아지게 된다.

따라서, 본 발명의 용수처리장치(A)에 구비된 세라믹부재(3)로 부터 발생되는 원적외선은 물과 접촉되는 철 표면의 pH를 본 발명이 목적하는 pH값이 8 ~ 11이 되도록 하고, 또한 산화환원전위(ORP, Oxidation Reduction Patential)도 -0.4V ~ 0.8V가되도록 하여, 결국 용수 속의 철 표면을 녹이 슬지않는 부동태의 상태인 Fe₃O₄의 위치로 변화시킬 수 있게 되는 것이다.

한편, 철재 배관 내에서 발생되는 스케일 현상은, 자연수 속에 존재하는 양이온계열, 즉, 주로 칼슘(Ca^{2 +})계열과 음이온계열인 탄산수소염 2(HCO₃ ^-)으로 존재하 는데, 전기적 속도는 평형상태를 유지하고 있다. 따라서, 상기와 같은 평형상태에 전하를 띤 전자의 흐름, 즉 전기장을 인가하면,

2(HCO₃ ^―) + Ca^{2 +} ㆍE(에너지)→ CaCO₃ + H₂O+CO₂ 와 같이 되어 CaCO₃ 결정형태의 부산물이 생성된다.

상기 배수관 내에서 생성된 부산물(CaCO_{3 )}은, 앞에서 설명한 바와 같이 배관내의 표면에 부착되어 관의 직경을 작게하고, 또 관내에서의 용수의 흐름 및 열전달을 차단시키는 스케일 현상을 일으키게 된다.

상기, 스케일 현상 발생시, 철재 배관 내벽에 접착되는 부착물질의 접착력을 파괴시켜 원활한 물의 흐름을 유지하기 위해 스케일 현상을 일으키는 이온의 정전용량에 일정한 전기장을 인가시킨다.

이 경우, 즉, F = q ㆍE (F: 이온에 가해지는 힘, q: 이온의 정전용량, E: 이온에 미치는 전위)의 식을 만족하는 힘(F)이 철재 벽면에 작용되어 철재 표면에 접착되는 부착물의 접착력이 상대적으로 파괴되어 스케일의 생성이 억제 또는 제거되기 때문에 결국 용수의 흐름이 원활하게 되는 것이다.

이때, 생성된 부산물인 탄산칼슘(CaCO₃)결정들은 설비 운전중에 케이스(1)로 구비된 드레인관(11)을 통해 최종 배출시킴으로써 배관 내에서의 스케일 현상을 방지할 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명에 따르면, 물과 접촉되는 배관의 표면을 볼타전지(2)를 이용한 전기 화학적반응과 세라믹부재(3)로 부터 발생되는 원적외선 파장에 의해 배 관의 표면을 pH가 8 ~ 10, ORP는 -400 ~ -800㎷로 음(-)극화 시켜 수산화 이온과의 결합이 방지되게 하고, 또 음(-) 이온의 정전용량에 일정한 전기장을 증폭시켜 배관 내측 벽면으로 작용하는 침전물의 부착이 상쇄되게 함으로써 녹이나 스케일의 생성이 방지 또는 제거될 수 있게 되는 것이다.

그리고, 본 발명의 용수처리장치(A)에 구비된 볼타전지(2)와 세라믹부재(3)를 이용함에 따라 철재 배관의 표면을 음(-)극화 하는 과정에서 물의 활성화(이분자끼리의 반복적인 결합)가 이루어지기 때문에 물은 자정능력을 갖게 되고, 또 이러한 자정능력으로 인해 물의 신선도 유지는 물론 장시간 부패되지 않게 되는 것이다.

또한, 본 발명에 있어서, 용수처리장치(A)에 구비된 볼타전지(2)의 전기화학 반응과 세라믹부재(3)로부터 나오는 원적외선 파장(약 5~20㎛/㎠)에 의해 물의 ORP가 최고 -1.2Ｖ에 까지 이르게 되지만, 이에 비해 미생물의 살균에 필요한 전위는 수 ㎷에 불과하기 때문에 물속에 기생하는 세균의 살균 및 생성을 억제시키는 것이 가능하게 되고, 또 나아가 세균의 발생을 원천적으로 방지할 수 있음은 물론이다. 또한, 암모니아(NH₃), 암모니아성 질소, 황화수소(H₂S), 질산성 질소 등의 성분이 억제되고, 승화되어 악취의 제거 역시 가능하게 되는 것이다.

다음은, 본 발명에 따른 마그네트(4)의 자기장 원리에 의해 볼타전지(2)의 코어(21) 전극이 협착물질에 의해 오염되는 것이 방지되는 상태를 살펴보기로 한다.

본 발명에 따른 마그네트(4)는 케이스(1)내에 자기극이 볼타전지(2)에 접근될 수 있도록 배치되어 지기 때문에 상기 볼타전지(2)의 전기층으로는 일정한 자기장이 형성되고, 또, 이러한 자기장의 원리에 의해 상기 코어(21)의 전극간에는 고형물질(CaCo₃)의 협착에 의한 오염이 방지될 수 있는 것이다.

이를 좀더 상세하게 설명하면, 볼타전지(2)의 전기층을 통과하는 과정에서 고형물질들이 하전되어져 마그네트(4)의 자기력이 미치는 자기장(Magnetic field)내에서 운동되어 진다는 로렌츠의 힘 작용에 의해 전극간 오염이 방지되는 것으로 볼 수 있다.

즉, 전류 자기효과로 주장된 공식을 보면, F = qE + qVB(전기장+자기장)로서, F: 하전입자에 가해지는 힘, q:고체의 고유전하, E:전기장의 세기인데, 볼타전지(2)의 양(+)극(Anod)과 음(-)극(Cathod)의 전기장을 통과하던 입자(고형물질)들이 하전되어 전자스핀(Electron-spin polarization)효과를 발생시키는 것에 의해 볼타전지(2)의 전극인 링 코어(21) 표면에 협착물질이 달라붙지 않게 되어 오염이 방지될 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명에 따르면, 마그네트(4) 원리를 적용함에 따라 볼타전지(2)와 세라믹부재(3)로 부터 발생되는 작용이 발휘됨은 물론 고형물질에 의한 볼타전지(2)의 전극간 오염 방지가 동시에 발휘되기 때문에 수질차이가 현저한 수도수는 물론 수계(강)지역의 용수나 지하수의 효율적인 처리가 가능하면서도 그 처리에 따른 볼타전지(2)의 전극 기능 또한 유지가 가능하게 된다. 이러한 점을 결국 용수처 리장치의 사용 수명을 연장시킬 수 있고, 유비관리가 그 만큼 용이하게 되는 것이다.

한편, 상기한 볼타전지(2)의 전극간 오염이 방지되는 것은, 그 실험 결과 나타난 도 8a 및 도 8b의 대비 사진을 보면 더욱 쉽게 확인할 수 있다.

즉, 도 8a는 본 발명의 마그네트(4) 원리가 적용되지 않은 상태의 코어(21) 전극간 오염 정도를 보인 것이고, 도 8b는 본 발명의 마그네트(4)의 자기장 원리가 적용된 상태의 코어 전극간 오염 정도를 보인 것이다. 상기 사진에서 확연히 구분되는 바와 같이 본 발명의 자기장 원리가 적용되지 않은 코어의 전극간 오염은 상당히 심각하게 발생(도 8a의 사진상, 금속코일이 감겨지는 부분을 제외한 나머지 부분이 백색으로 나타남)되는 것이나, 본 발명의 마그네트(4)에 의한 자기장의 원리가 적용된 볼타전지의 코어(21)는(도 8b의 사진상, 금속코일이 감겨진 부분이나 그렇지 않은 부분 모두 고형물질의 협착이 극히 미미함)상대적으로 전극간 오염 정도가 아주 미약하게 나타나고 있음을 확연히 구분할 수 있다.

한편, 도 9 및 도 10은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 용수처리장치(A)의 도면들로서, 도 9는 조립 측 단면이고. 제 10은 볼타전지(2) 및 세라믹부재(3)의 발췌 분리 사시도이다.

도 9 및 도 10에 도시된 제2 실시 예를 설명함에 있어서, 제1 실시 예(도 2 내지 도 4)와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명하고, 이에 대한 구체적인 중복 설명은 생략한다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 제1 실시 예의 도 2 내지 도 4와 비교하여 볼 때 , 볼타전지(2) 구조에서 코어(21)에 형성된 연결용 다리(23)가 3개만이 형성되고, 세라믹부재(3)로는 고정용 구멍(31) 대신 상기 연결용 다리(23)가 단순히 걸쳐지는 상태로 안착 지지되는 안착홈(34)이 형성된 구조를 제외한 나머지 구성은 동일하고, 도 9와 같이 케이스(1) 내에 조립하여 용수를 처리함으로써, 제1 실시 예에서와 같은 동일한 작용효과가 발휘될 수 있는 것이다.

한편, 제2 실시 예와 같이 볼타전지(2)와 세라믹부재(3)를 구성함으로써, 제1 실시 예(도 2 내지 도 4)에 도시된 볼타전지(2) 및 세라믹부재(3)로 부터 발휘되는 작용효과는 그대로 발휘되면서도 세라믹부재(3)에 대한 볼타전지(2)의 장치를 보다 신속하고 간편하게 할 수 있고, 또, 이렇게 볼타전지(2)를 3개의 연결용 다리(23)만을 이용하여 세라믹부재(3)에 장착하더라도 용수 처리과정에서 세라믹부재(3)로부터 이탈되거나, 분리되는 것이 방지될 수 있는 것이다.

도 11 및 도 12는, 본 발명의 제3 실시 예에 따른 용수처리장치의 구조를 보인 도면들로서, 도 11은 조립 측 단면도이고, 도 12는 요부 발췌 분리 단면도이다.

도 11 및 도 12에 도시된 본 발명의 제3 실시 예를 설명함에 있어서, 제1 및 제2 실시 예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명하고, 이에 대한 구체적인 중복 설명은 생략한다.

도 11 및 도 12에 도시된 제3 실시 예는, 제1 및 제2 실시 예와 비교할 때, 볼타전지(2)를 구성하는 코어(21)가 막대형으로 구성되고, 이의 외주면으로 금속코일(22)이 감겨졌다는 것과, 상기 막대형의 코어(21)에 대하여 일정한 자기장을 형성시키기 위해 다극체로 구성되는 파이프 형태의 마그네트(4)로 구성된 것을 제외 하고는 다른 차이가 없고, 도 11과 같이 케이스(1) 내에 조립 구성하여 용수를 처리함으로써 제1 및 제2 실시 예에서와 같은 동일한 작용효과가 충분히 발휘되어 질 수 있는 것이다.

제3 실시 예와 같이 볼타전지(2) 및 마그네트(4)를 구성함으로써, 본 발명에 따른 용수처리장치(A)의 소형 제작이 가능하게 되고, 그 구조 역시 간단하게 제작될 수 있는 이점을 갖는 것이다.

특히, 제3 실시 예와 같이 용수처리장치(A)를 구성하는 경우, 도 1b에 예시된 바와 같은 소형 제작이 가능하여 수족관이나 어항, 연못, 담수지 등의 정수 처리에 매우 접합하다 할 것이다.

한편, 본 발명의 각 실시 예에 적용된 마그네트(4)는 용수 처리 과정에서 마그네트 자체가 용수와의 접촉에 의해 부식되는 것을 방지하기 위해 도 13a 및 도 13b와 같이 판상 또는 파이프 형상으로 구성되는 마그네트(4)의 외주면으로는 자기장의 발생에 전혀 지장을 주지않으면서도 마그네트(4)를 보호할 수 있는 실리콘 소재의 보호막(42)이 피복되어 있다.

마그네트(4)에 대한 실리콘 소재의 보호막(52)은, 약 140 ~ 170℃에서 15 ~ 25초 동안 성형 건조하여 줌으로써 가능하게 된다. 이러함 보호막(42)을 형성함으로 인해 용수 처리 과정에서 마그네트(4)에 직접 용수가 접촉되는 것이 방지되기 때문에 용수에 의한 마그네트(4)가 부식되지 않도록 보호할 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 용수처리장치(A)는 지금까지 케이스(1)를 플랜지 타입(도 1a 참조)으로 제작하여 철재 배관 내의 용수를 처리하는 것을 하나의 예로 들 어 설명하였으나, 기타 다른 용도로 얼마든지 사용 가능하다.

예컨대, 도 1b 와 같이 케이스를 용수의 소통이 가능하면서 용수 순환관이나 순환펌프 등의 각종 연결 구성부재들이 조립가능하게 제작하여 관상용의 물고기를 키우는 수조나, 치어 등을 키우는 양식장의 대형수조, 연못이나, 호수와 같은 담수지, 인공분수대, 정화된 물을 사용하는 장소, 물탱크, 담수조 등과 같은 각종 수조 에 넣어 수조 내의 용수를 처리하더라도 볼타전지(2)의 전기 분극과 세라믹부재(3)의 원적외선파장 및 마그네트(4)에 의한 자기장이 병행하여 인가됨으로써 앞서 지적한 바와 같은 수조에서 흔히 발생되는 이끼가 끼지 않고, 세균의 살균 및 생성억제, 악취제거, 수초류의 왕성한 발육, 물고기의 성장 촉진 등의 제반 정수 정화 처리가 가능하게 되는 것이다.

또한, 본 발명의 용수처리장치는 사출기의 배관에도 적용함으로써 금형 및 사출 성형기의 수명 연장이나 냉각수 온도 유지에도 매우 효과적이다.

이상과 같이 본 발명에 따르면, 볼타전지의 전기화학적 반응과 세라믹부재에서 나오는 원적외선 파장 및 마그네트의 자기장 원리를 복합적으로 이용하여 용수를 처리함으로써 처리 용수의 수질 차이에 관계없이 용수의 안정된 처리가 가능하게 되는 이점을 제공하게 되는 것이다.

또한, 용수 처리 과정에서 볼타전지 및 원적외선에 의해 물의 기능적 위치가 부식되지 않는 부동태의 상태로 변화되기 때문에 철재 배관 내에서의 부식(Corrosion)이나 스케일(Scale)현상의 발생이 억제 또는 방지됨과 동시에 세균의 생성억제, 살균, 악취제거, 이끼 방지 등과 같은 제반 정수 및 정화 처리가 가능하게 되는 이점을 제공하게 되는 것이다.

또한, 마그네트의 자기장 원리에 의해 용수의 처리시 수질 차이로 인한 볼타전지의 전극간 오염이 방지됨에 따라 볼타전지의 전지 기능 유지를 통한 용수의 처리 효율을 더욱 높일 수 있고, 또 볼타전지의 사용 수명을 크게 연장시킬 수 있으며, 전극 오염 방지를 위한 청관제 등의 약품 처리가 전혀 불필요하기 때문에 2차 오염우려나 유지관리 및 폐수처리에 따른 제반 비용이 발생되지 않게 되는 이점을 제공하게 되는 것이다.

본 발명은, 비록 첨부된 도면을 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 하기의 특허청구범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 많은 수정 및 변경이 있을 수 있음은 물론이다.

Claims (15)

1. 철재 배관이나 수조내의 용수를 처리하는 장치를 구성함에 있어서:

   물과 접촉시 전위차에 의한 전기화학반응을 일으키기 위해 아연합금소재의 코어와, 상기 코어의 외주면으로 감겨진 금속코일로 구성되는 볼타전지와;

   상기 볼타전지와 더불어 원적외선을 발생시켜 물을 활성화시키기 위한 세라믹부재; 및

   상기 볼타전지 전지 공간에 일정한 자기장을 형성시키기 위해 상기 볼타전지와 인접된 위치에 배치되고, 상기 볼타전지의 전기장을 통과하던 입자(고형물질들)들을 하전시킴과 동시에 전자스핀을 형성시켜 상기 하전 입자들이 볼타전지의 전극에 협착되는 것을 방지하기 위한 마그네트를 포함하되;

   상기 볼타전지와 세라믹부재 및 마그네트는 용수의 유입 및 배출 소통이 가능한 형태로 이루어지는 중공 형상의 케이스 내부에 일체로 조립 구성되어 짐을 특징으로 하는 용수처리장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 케이스의 내부에 배치되는 볼타전지와 세라믹부재 및 마그네트는 상기 케이스에 고정 지지되는 철재 다공함 형태의 내부 지지체에 의해 수용 지지됨을 특징으로 하는 용수처리장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 볼타전지의 코어는 링 타입이거나, 또는 막대형 타입 중 어느 하나임을 특징으로 하는 용수처리장치.
4. 제 1항에 있어서, 상기 볼타전지의 코어로 감겨지는 금속코일은, 알루미늄코일과 은합금코일로 구성됨을 특징으로 하는 용수처리장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 세라믹부재는 용수의 소통이 가능한 함체 형태로 구성되되, 적층 결합에 따른 상호 이탈을 방지하기 위한 걸림관체가 더 형성되어 짐을 특징으로 하는 용수처리장치.
6. 제1항에 있어서, 상기 볼타전지는 코어에 돌출 형성된 연결용 다리를 세라믹부재로 형성된 고정용 구멍에 맞춘 다음 이를 볼트 등의 고정부재를 조임 고정하는 것에 의해 상기 세라믹부재 내부에 장착 지지 됨을 특징으로 하는 용수처리장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 볼타전지는 코어에 돌출 형성된 연결용 다리를 세라믹부재로 형성된 장착홈에 상호 걸쳐지는 상태로 상기 세라믹부재 내부에 장착 지지 됨을 특징으로 하는 용수처리장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 코어의 연결용 다리는 3개로 구성된 것임을 특징으로 하는 용수처리장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 세라믹부재는 용수의 흐름이 가능하도록 구성된 덮개 를 더 포함함을 특징으로 하는 용수처리장치.
10. 제1항에 있어서, 상기 마그네트는 볼타전지의 전지 공간에 대한 자기장을 형성시키기 위하여 상기 볼타전지가 장착된 세라믹부재의 내부 또는 외부에 이탈되지 않도록 배치 구성됨을 특징으로 하는 용수처리장치.
11. 제1항에 있어서, 마그네트는 판상의 양면 2극 구조이거나, 또는 막대형 코어에 적합한 파이프형태 구조임을 특징으로 하는 용수처리장치.
12. 제1항에 있어서, 마그네트의 외주면으로는 용수처리에 따른 마그네트 자체의 부식을 방지하기 위한 실리콘 소재의 보호막이 더 피복되어 짐을 특징으로 하는 용수처리장치.
13. 제1항에 있어서, 상기 케이스 내부에 배치되는 볼타전지와 세라믹부재 및 마그네트는 단위별로 세트화되어 다층구조로 적층 조립됨을 특징으로 하는 용수처리장치.
14. 제1항에 있어서, 상기 케이스는 각종 철재 배관에 직접 연결 설치되도록 플랜지 타입으로 구성하여 철재 배관을 흐르는 용수의 처리에 적합하도록 구성됨을 특징으로 하는 용수처리장치.
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