KR100610229B1 - 해수 전해설비의 전극 부착물을 감시하기 위한 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 해수 전해설비의 전해조 전압을 측정하여 해수 전해조 전극에 부착되는 부착물을 감시하기 위한 장치를 제공하기 위한 것이다.

이를 위해 본 발명의 해수 전해설비 전극 부착물 감시장치에 있어서, 전압 측정 및 처리장치는 다수의 전압 측정 연결단자를 통해 다수 전해조의 양극 및 음극과 각각 연결됨으로써 다수의 각 전해조의 전압을 일정 시간간격으로 순차 측정하여 기록하고, 다수의 전해조에서 측정된 각각의 전압과 미리 설정된 전압을 순차 비교하여 상기 측정된 각각의 전압중에서 상기 미리 설정된 전압보다 1.2V 이상이 되는지를 판단하고, 측정된 각각의 전압중 어느 하나라도 상기 미리 설정된 전압보다 1.2V 이상이 되는 전해조가 있을 경우에는 릴레이를 동작시켜 표시 및 경보장치를 통해 경보를 울리고 해당 전해조를 표시하여 운전자가 해당 전해장치(모듈)의 산 세정을 실시할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명은 해수 전해설비의 전해조 전극에 부착되는 부착물을 실시간 감시하여 부착량이 많을 경우 적절한 시기에 전극을 세정할 수 있도록 함으로써 설비의 성능을 지속적으로 높게 유지함과 더불어 전극의 손상을 예방하여 설비의 안정적인 운영과 운영비 절감에 기여할 수 있다.

Description

해수 전해설비의 전극 부착물을 감시하기 위한 장치{An apparatus for monitoring deposits on the electrode of the direct sea water electrolysis system}

도 1은 본 발명에 따른 전해조 전압측정에 의한 전극 부착물 감시장치의 구성을 나타낸 도면,

도 2는 전극 세정 전후의 전류효율 및 전압변화를 나타낸 그래프,

도 3은 각 전해조의 운전시간에 따른 전압변화를 나타낸 그래프,

도 4는 제1전해조의 전압변화를 나타낸 그래프,

도 5는 세정 직후의 각 전해조의 전압변화를 나타낸 그래프,

도 6은 세정되지 않은 전극의 부착물을 보여주는 사진이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1~7 Cell --- 제1 내지 제7전해조, 8 --- 해수펌프,

9 --- 전압 측정 및 처리장치, 10 --- 릴레이,

13 --- 표시 및 경보장치, 14 --- 전원공급장치.

본 발명은, 해수를 다량으로 취수하여 사용하고 있는 산업에서 해수계통에 해양생물이 부착하는 것을 방지하는데 사용되고 있는 해수 전해설비의 전극 부착물을 감시하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 전해조 전압을 측정하여 해수 전해조 전극에 부착되는 부착물을 감시하기 위한 장치에 관한 것이다.

해수 취수설비나 냉각계통에 따개비, 굴, 홍합 등과 같은 패류나 미생물이 서식하게 되면 동력비의 증가, 필요유량의 확보 곤란, 열교환기의 성능 저하 및 전열관의 부식 촉진 등의 장해를 일으켜 설비운영에 막대한 지장을 초래하기 때문에, 이들 생물이 부착하는 것을 억제하기 위해 해수 전해설비를 설치, 운영하고 있다.

통상, 해수 전해설비는 해수 중에 다량으로 포함(약 3%)되어 있는 염화나트륨(NaCl)을 전기분해하여 차아염소산소다(NaOCl)를 생산하는 설비로, 차아염소산소다는 강한 살균력에 의해 낮은 농도의 주입으로도 해수 냉각계통에 해양생물의 부착을 방지하는데 탁월한 효과를 나타내기 때문에, 많은 양의 해수를 사용하고 있는 발전소나 제철 및 화학산업에서 주로 사용하고 있다.

이와 관련하여, 해수 전해설비에서 전극이나 전해조에 전기분해 부산물인 수산화칼슘(Ca(OH)₂)이나 수산화마그네슘(Mg(OH)₂)이 다량 부착하게 되면 성능이 저하되거나 전극 손상 또는 수명이 단축된다.

따라서, 운전 중에 운전자가 육안으로 전극 부착물을 관찰하여 부착이 많거나 일정 운전기간이 경과하면 부착물을 제거하기 위해 산(염산)을 사용하여 세정을 실시하고 있다.

그러나, 운전 중에는 전해조 창에 오물이 끼여 외부에서 내부를 세밀하게 관찰하기 어렵고, 사람에 따라 판단의 기준이 달라 적기에 세정을 실시하지 않아 전극에 부착물이 과다하게 부착하여 성능이 저하함과 더불어 극간 단락으로 인한 손상사고가 빈발하고 있다.

그러므로, 해수 전해설비를 원활하게 운영하도록 해수 전해설비의 전극 부착물을 감시하기 위한 장치를 절실히 필요로 하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 해수 전해설비의 각 전해조의 전압을 연속으로 측정하여 전압이 일정치 이상 상승하면 전극 세정을 실시하거나 산 세정후 전극 세정상태를 판단할 수 있는 해수 전해설비의 전극 부착물 감시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해수 전해설비 전극 부착물 감시장치에 있어서, 전압 측정 및 처리장치는 다수의 전압 측정 연결단자를 통해 다수 전해조의 양극 및 음극과 각각 연결됨으로써 다수의 각 전해조의 전압을 일정 시간간격으로 순차 측정하여 기록하고, 다수의 전해조에서 측정된 각각의 전압과 미리 설정된 전압을 순차 비교하여 상기 측정된 각각의 전압중에서 상기 미리 설정된 전압보다 1.2V 이상이 되는지를 판단하고, 측정된 각각의 전압중 어느 하나라도 상기 미리 설정된 전압보다 1.2V 이상이 되는 전해조가 있을 경우에는 릴레이를 동작시켜 표시 및 경보장치를 통해 경보를 울리고 해당 전해조를 표시하여 운전 자가 해당 전해설비(모듈)의 산 세정을 실시할 수 있도록 이루어진다.

또한, 본 발명의 전압 측정 및 처리장치는 첫번째 및 두번째에 위치하고 있는 전해조의 전압변화를 우선적으로 비교 판단하여 처리할 수 있도록 이루어진다.

더욱이, 본 발명의 전압 측정 및 처리장치는 산 세정후 운전개시 직후에 각각의 전해조 전압을 확인하여, 전압이 다른 전해조들 보다도 0.8V 이상으로 높게 나타나는 전해조가 있으면 산 세정에 의한 전극 부착물의 제거가 안된 상태임을 판단하여 릴레이를 동작시켜 표시 및 경보장치를 통해 해당 전해조를 표시하면서 경보를 울려 운전자가 해당 전해설비의 산 세정을 재실시할 수 있도록 이루어진다.

따라서, 본 발명은 상기와 같이 각 전해조의 전압을 연속적으로 감시하여 전압이 일정치를 초과하면 세정이 이루어질 수 있도록 구성함으로써, 적기에 세정을 실시하여 해수 전해설비의 성능을 유지함과 더불어 부착물 과다 부착에 의한 전극손상을 예방할 수 있다.

또한, 본 발명은 전해조의 전압을 감시하여 전극의 세정시기를 판단할 경우 전극 부착물이 주로 앞단의 전해조에 많이 부착되므로, 앞단의 첫번째 및 두번째 전해조의 전압을 기준으로 전극 세정시기를 판단할 수 있다.

(실시예)

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하면서 상세히 설명한다.

도 2는 전극 세정 전후의 전류효율(성능) 및 전해조 전압변화를 나타낸 그래프로, 도시한 바와 같이 전극 세정을 실시하게 되면 전극 부착물이 제거되기 때문에 전류효율은 증가하고, 전해조 전압은 낮아지는 반면, 운전시간이 증가함에 따라 전해조 전압이 점차 증가하고, 전류효율은 낮아진다. 즉, 전해조 전압은 전극 부착물의 부착정도를 반영하고 있음을 알 수 있는 것이다.

도 3은 각 전해조(1~7 Cell)의 운전시간에 따른 전압변화를 나타낸 그래프로, 도시한 바와 같이 제1전해조(1 Cell)와 제2전해조(2 Cell)의 전압이 다른 전해조(3~7 Cell)에 비해 높게 나타나고 있다. 즉, 전극 부착물이 제1전해조(1 Cell) 및 제2전해조(2 Cell) 전극에 집중적으로 부착하는 반면, 다른 전해조(3~7 Cell)에는 적게 부착하고 있음을 알 수 있는 것이다.

상기와 같이 제1전해조(1 Cell)와 제2전해조(2 Cell)에 전극 부착물이 많은 것은 해수가 맨 먼저 이들 전해조를 통과하므로, 유입되는 해수 중에 부착물을 형성하는 칼슘과 마그네슘 농도가 가장 높기 때문이다. 한편, 후단으로 갈수록 칼슘과 마그네슘 농도가 낮아지기 때문에, 부착물이 적어지게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 해수 전해설비에서 제1전해조의 전압변화를 나타낸 그래프로, 도시한 바와 같이 운전 초기에는 전압이 4.3V 정도로 낮게 나타나다가 운전기간이 길어짐에 따라 점차 증가하여 70일 정도가 경과한 시점에서 5.8V까지 상승하여(전해조 전압이 증가한다는 것은 전극에 부착물이 점점 많이 부착한다는 것을 의미하기 때문에) 산 세정을 실시하고 있음을 알 수 있다.

즉, 전해조 전압이 산 세정 실시 직후에 비해 1.2V 이상 높게 나타날 경우에는 산 세정을 실시함으로써 부착물을 제거하여 성능을 높게 유지함과 더불어 전극의 손상을 방지할 수 있게 되는 것이다.

그러나, 산 세정을 실시한 직후에 전해조 전압은 3.8V로 저하하였으나, 운전 기간이 늘어남에 따라 다시 전압이 상승하여 부착물이 다량 부착한 상태에서 운전을 계속하게 되면 극간 단락에 의해 전극이 소손되거나 성능이 크게 저하하게 된다.

즉, 전극(예컨대, 양극)을 장기간 사용하게 될 경우에는 전극 피복물질의 용출에 따라 전압이 점차 상승하게 되고, 상승된 전압은 산 세정을 실시해도 낮아지지 않게 된다.

따라서, 상기와 같은 산 세정 후 전해조 전압이 5.0V 이하로 낮아지지 않으면, 운전을 중지하고 양극을 교체하는 것이 바람직하다.

도 5는 해수 전해설비의 전극 산 세정 전과 후의 각 전해조의 전압변화를 나타낸 그래프로, 도시한 바와 같이 산 세정 실시 후 다른 모든 전해조(1 Cell, 3~7 Cell)의 전압은 크게 저하되었으나, 제2전해조(2 Cell) 전압은 높게 유지되고 있음을 알 수 있다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이 제1전해조(1 Cell)의 전압은 5.8V에서 3.8V로 저하되었고, 다른 전해조(3~7 Cell)도 이와 유사하게 전압이 저하되었으나, 제2전해조(2 Cell)는 전압이 5.3V에서 5.0V로 여전히 높게 유지되어 있어, 상기 다른 모든 전해조(1 Cell, 3~7 Cell)에 비해 1V 이상 높게 유지되고 있음을 알 수 있다.

이에 따라 제2전해조(2 Cell)를 해체하여 조사한 결과, 도 6에서와 같이 산 세정에 의해 전극 부착물이 제거되지 않고 전극에 많은 양의 부착물이 남아 있었다. 이와 같이 산 세정에 의해서 전극 부착물이 충분히 제거되지 않은 경우에는, 전해조 전압이 높게 나타나는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명은 도 1에 도시한 바와 같은 전해조 전압측정에 의한 전극 부착물 감시장치를 제공함으로써, 운전 중에 전극에 부착하는 부착물의 부착정도를 파악하여 적절한 산 세정시기를 결정할 수 있을 뿐만 아니라 전극 세정후의 세정상태를 면밀히 파악할 수 있게 되는 것이다.

한편, 전해수 생성장치 및 세정방법에 대해서는 한국공개특허공보 제1999-18137호에 상세히 설명되어 있기 때문에, 상세한 설명은 생략한다.

통상 도 1에 도시된 바와 같이, 해수(sea water)를 해수펌프(8)로 취수하여, 해수펌프(8)와 연결된 제1전해조(1 Cell)부터 차례로 제7전해조(7 Cell)까지 흐르게 하면서 전원공급장치(14)를 통해 전압을 걸어주면, 해수 중의 염화나트륨(NaCl)이 전기분해되어 차아염소산소다(NaOCl)가 생성되어 전해조를 세정하게 된다.

이 경우, 상기 각 전해조(1~7 Cell)의 전압을 측정하기 위해, 각 전해조(1~7 Cell)의 양극과 음극(도시 생략)에 연결단자를 설치하여 전압 측정 및 처리장치(9: 디지털 기록계가 추후 데이터 처리에 유리)의 입력단자에 연결한다.

그러면, 측정 데이터 처리프로그램이 미리 입력된 상기 전압 측정 및 처리장치(9)는 데이터를 일정 간격(약 5~10분)으로 측정하여 기록 및 저장하고, 데이터를 판단한 결과 상기 제1 내지 제7전해조(1~7 Cell) 중 어느 한 전해조이든지 전압이 산 세정전에 비해 1.2V 이상 되면 전압 측정 및 처리장치(9)와 연결된 릴레이(10)를 동작시켜 표시 및 경보장치(13)를 통해 경보를 울리게 한다. 이에 따라 관리자가 문제가 발생된 전해조에 대한 적절한 조치를 취할 수 있게 되는 것이다.

또한, 관리자가 산 세정후 운전개시 직후에 각 전해조(1~7 Cell)의 전압을 확인하여, 어느 한 전해조의 전압이 또 다른 전해조들 보다도 0.8V 이상 높게 나타나면, 해당 전해조를 해체하여 전극 부착물의 유무를 확인한 후, 전해조에 부착물이 남아 있으면 다시 세정을 실시한다.

산 세정후에도 전압이 5.0V 이하로 떨어지지 않으면 전극 피복물질 상태를 확인하여 피복물질이 많이 손실되어 있을 경우에는 전극(예컨대, 양극)을 완전히 신품으로 교체한다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명은, 해수 전해설비의 전해조 전극에 부착되는 부착물을 실시간 감시하여 부착량이 많을 경우 적절한 시기에 전극을 세정할 수 있도록 구성함으로써 설비의 성능을 지속적으로 높게 유지함과 더불어 전극의 손상을 예방하여 설비의 안정적인 운영과 운영비 절감에 기여할 수 있다.

Claims (3)

1. 다수 전해조의 전압을 전압 측정 및 처리장치에 의해 측정하여 해수 전해조 전극에 부착되는 부착물을 감시하기 위한 장치에 있어서,

   상기 전압 측정 및 처리장치(9)는;

   다수의 전압 측정 연결단자를 통해 상기 다수 전해조의 양극 및 음극과 각각 연결됨으로써 다수의 각 전해조의 전압을 일정 시간간격으로 순차 측정하여 기록하고,

   상기 다수의 전해조에서 측정된 각각의 전압과 미리 설정된 전압을 순차 비교하여 상기 측정된 각각의 전압중에서 상기 미리 설정된 전압보다 1.2V 이상이 되는지를 판단하고,

   상기 측정된 각각의 전압중 어느 하나라도 상기 미리 설정된 전압보다 1.2V 이상이 되는 전해조가 있을 경우에는 릴레이(10)를 동작시켜 표시 및 경보장치(13)를 통해 경보를 울리고 해당 전해조를 표시하여 운전자가 해당 전해설비의 산 세정을 실시할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 해수 전해설비의 전극 부착물 감시장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 전압 측정 및 처리장치(9)는 첫번째 및 두번째에 위치하고 있는 전해조의 전압변화를 우선적으로 비교 판단하여 처리할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 해수 전해설비의 전극 부착물 감시장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 전압 측정 및 처리장치(9)는 산 세정후 운전개시 직후에 각각의 전해조 전압을 확인하여, 전압이 다른 전해조들 보다도 0.8V 이상으로 높게 나타나는 전해조가 있으면 상기 산 세정에 의한 전극 부착물의 제거가 안된 상태임을 판단하여 상기 릴레이(10)를 동작시켜 표시 및 경보장치(13)를 통해 해당 전해조를 표시하면서 경보를 울려 운전자가 해당 전해설비의 산 세정을 재실시할 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 하는 해수 전해설비의 전극 부착물 감시장치.

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