KR100909784B1

KR100909784B1 - 수류식 은나노 수용액 제조장치

Info

Publication number: KR100909784B1
Application number: KR1020070113028A
Authority: KR
Inventors: 신재기; 배기서
Original assignee: 한국수자원공사
Priority date: 2007-11-07
Filing date: 2007-11-07
Publication date: 2009-07-29
Also published as: KR20090047047A

Abstract

본 발명은 수류식 은나노 수용액 제조장치에 관한 것으로, 저수지나 호소 등의 수질개선을 위한 은나노 수용액을 염가에 대량으로 연속 제조할 수 있도록 전기분해에 의한 은나노 수용액을 제조하기 위하여 자연수나 수돗물 또는 지하수를 포함하는 원수를 저장하는 원수 저장탱크(10)와; 상기 원수 저장탱크(10)의 원수를 공급하기 위한 펌프(20)와; 상기 펌프(20)에 의해 공급된 원수가 원수공급관(L1)을 통해 주입되는 유입구(32)가 일측에 형성되고 좌우 일정 간격으로 직류전원의 양극과 음극이 각각 접속된 은으로 이루어진 복수의 양극판(34)과 음극판(36)이 교호로 평행하게 배치되며, 타측에는 상기 양극판(34)과 음극판(36)을 통과하면서 전기분해에 의해 전극판에서 용출된 은이온을 포함하는 은나노 수용액이 배출되는 유출구(38)가 형성된 전해조(30)와; 교류전원(42)을 직류로 변환하여 상기 전해조(30)의 양극판(34)과 음극판(36)에 직류전원을 공급하며, 상기 공급되는 전압을 수동으로 조절하는 전압조절기(44)를 구비한 제어부(40); 를 포함하여 이루어진다.

은나노, 수용액, 제조, 수류, 전기분해, 수질개선

Description

수류식 은나노 수용액 제조장치 {A device for manufacturing nano silver solution}

본 발명은 저수지 수질개선 등을 위한 은나노 수용액을 염가에 대량으로 연속 제조할 수 있는 수류(水流)식 은나노 수용액 제조장치에 관한 것이다.

저수지나 호소에서 봄, 가을에 발생하는 녹조현상은 하천이나 호소 등 담수에서 서식하고 있는 미세조류들이 대량으로 번식하게 되면서 물색을 녹색 및 청록색으로 띠게 하는 현상을 말하는데, 녹조 대발생은 수자원 이용에 어려움을 줄 뿐만 아니라 정수처리 비용의 증가와 수질 저하를 초래하여 외관상은 물론 양질의 정수를 제공하는데 문제가 있는 시급히 해결해야 하는 문젯거리가 되고 있다.

호소의 부영양화 진행은 필연적으로 조류 증식을 낳고 수화현상으로 진행된다. 담수에서 녹조현상의 주요 원인이 되는 주된 조류로서는 남조류로 불리는 종으로 현장에서는 여러 세포들이 서로 뭉쳐있는 경우가 대부분이다. 남조류의 번식은 이취미의 발생이나 수표면에 착색을 일으키는 물꽃현상과 정수처리의 문제와 특히, 독소 생산의 가능성이 있으며, 이런 녹조 대발생이 일어나면 물고기의 집단 폐사와 양식장의 피해 등 엄청난 재산피해와 경제적 손실은 물론 외관상의 미적 경관을 해치는 등 녹조 대발생으로 인한 피해는 아주 심각한 지경에 이르렀다.

최근 은나노 수용액을 이용한 조류제거방안이 활발하게 연구 중에 있는데, 은나노 수용액의 항균성은 은나노 수용액의 은나노 이온에 의한 SH-라디칼의 조해(潮解)에 의한 살균작용과 은나노 입자의 촉매작용으로 생성되는 활성산소에 의한 살균작용에 기인하는 것으로 알려져 있다.

이 중에서 은나노 입자에 의한 SH-라디칼의 조해(潮解)에 의한 살균작용은 은나노 수용액 제조장치에 전원을 공급하여 주면, 은 전극이 설치된 전해조에서 전기분해가 이루어져 은 전극에서 미량의 은이온이 방출되어 강력한 살균 및 항균성이 있는 은나노 수용액이 만들어지는 것으로, 유해성 세균이나 박테리아, 그리고 무수한 균체에 처리하여 주면 처리된 균체의 세포막 등의 단백질에 은이온이나 은입자가 흡착이 되어 세포막의 단백질 내의 SH-라디칼을 파괴하거나 혹은 단백질 중의 -S- 가교결합을 파괴하여 신진대사 및 에너지대사 등 생리활성에 필요한 요소를 어렵게 하거나 중단시킴으로써 균을 사멸시키거나 높은 항균성을 지속시켜 주는 것으로 설명될 수 있다.

또, 은나노 입자의 촉매작용으로 생성되는 활성산소에 의한 살균작용에 대하여 설명하면, 은나노 입자는 공기 중의 산소와 반응하여 촉매작용을 일으키며 이러한 촉매작용이 이루어지면서 은입자 표면의 산소는 부분적으로 활성산소(Active oxygen)로 전환이 일어나게 되며, 이렇게 생성된 활성산소는 오존이나 과산화수소와 같이 강력한 살균 및 항균작용을 하게 되는 것이다.

한편, 종래 방식에 의한 은나노 수용액 제조장치는 일정 량의 물이 투입된 반응조 내에서 은 전극에 전원이 인가되면 전기분해가 이루어지면서 전극으로부터 은 이온이 용출되도록 하는 정체식으로 이루어져 있어 생산 가능한 양이 소량이므로 본 발명에서와 같이 저수지나 호소 등에서 발생한 조류를 제거하기 위하여 필요로 하는 대량의 은나노 수용액을 제조하는 것은 불가능하거나 상당한 설비를 필요로 하게 되는 문제점이 있었다,

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 조류제거의 신기술로 대두되고 있는 은나노 기술의 실용화를 위하여 은나노 콜로이드 수용액(은나노 수용액)을 대량으로 염가에 제조할 수 있는 장치를 제공함으로써 저수지 수질개선을 도모할 수 있도록 하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 전기분해에 의한 은나노 수용액을 제조하기 위하여 자연수나 수돗물 또는 지하수를 포함하는 원수를 저장하는 원수 저장탱크와; 상기 저장탱크의 원수를 일정 유속으로 공급하기 위한 펌프와; 상기 펌프에 의해 일정 유속으로 공급된 원수가 주입되는 유입구가 일측에 형성되고 좌우 일정 간격으로 양과 음극이 각각 인가되는 은으로 이루어진 복수의 양극판과 음극판이 교호로 평행하게 배치되며, 타측에는 상기 양극판과 음극판을 통과하면서 전기분해에 의해 전극판에서 용출된 은이온을 포함하는 은나노 수용액이 배출되는 유출구가 형성된 전해조와; 교류전원을 직류로 변환하여 상기 전해조의 양극판과 음극판에 직류전원을 공급하며, 상기 공급되는 전압을 수동으로 조절하는 전압조절기를 구비한 제어부; 를 포함하는 수류식 은나노 수용액 제조장치를 제공한다.

바람직하기에는 상기 전해조의 일측과 타측에 형성되는 유입구와 유출구는 복수의 양극판과 음극판 사이에 형성된 여러 개의 유로(流路)에 균일한 유량을 유 지할 수 있도록 복수 개를 일정 간격으로 형성한다.

또, 본 발명에서 상기 저장탱크와 전해조 사이에는 원수의 수질을 개선하기 위한 이온교환수지가 내장된 수질개선용 멤브레인이 설치되되, 상기 수질개선용 멤브레인은 원수공급관에 병렬로 설치되며, 원수의 수질에 따라 원수가 수질개선용 멤브레인을 거치거나 직접 전해조로 공급되도록 수질개선용 멤브레인의 전,후단과 원수공급관에 수류 전환 밸브가 설치된다.

또한, 본 발명에서 상기 펌프와 전해조 사이에는 유량조절밸브가 설치되며, 이 유량조절밸브의 유입포트와 저장탱크 사이에 바이패스 라인이 설치되어 원수의 공급량이 항상 일정한 유량을 유지할 수 있도록 한다.

본 발명에 의하면 저수지나 호소의 조류를 제거하기 위한 용도의 은나노 수용액을 대량으로 염가에 제조할 수 있으므로 은나노 수용액을 이용한 조류제거기술을 실용화할 수 있으며, 이에 의해 저수지나 호소의 수질개선을 도모할 수 있는 유용한 효과를 갖는다.

이하, 본 발명을 한정하지 않는 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 의한 수류식 은나노 수용액 제조장치의 전체구성을 개략적 으로 도시한 것으로, 본 발명은 전기분해에 의한 은나노 수용액을 제조하기 위하여 자연수나 수돗물 또는 지하수를 포함하는 원수를 저장하는 원수 저장탱크(10)와; 상기 원수 저장탱크(10)의 원수를 공급하기 위한 펌프(20)와; 상기 펌프(20)에 의해 공급된 원수가 주입되는 유입구(32)가 일측에 형성되고 좌우 일정 간격으로 직류전원의 양극과 음극이 각각 접속된 은으로 이루어진 복수의 양극판(34)과 음극판(36)이 교호로 평행하게 배치되며, 타측에는 상기 양극판(34)과 음극판(36)을 통과하면서 전기분해에 의해 전극판에서 용출된 은이온을 포함하는 은나노 수용액이 배출되는 유출구(38)가 형성된 전해조(30)와; 교류전원(42)을 직류로 변환하여 상기 전해조(30)의 양극판(34)과 음극판(36)에 직류전원을 공급하며, 상기 공급되는 전압을 수동으로 조절하는 전압조절기(44)를 구비한 제어부(40); 를 포함하여 이루어져 있다.

본 발명에서 상기 원수 저장탱크(10)와 전해조(30) 사이에는 원수의 수질을 개선하기 위한 이온교환수지가 내장된 수질개선용 멤브레인(50)이 설치되어 있는데, 이 수질개선용 멤브레인(50)은 원수공급관(L1)에서 분기된 보조라인(L2) 상에 병렬로 설치되며, 원수의 수질에 따라 원수가 수질개선용 멤브레인(50)을 거치거나 직접 전해조(30)로 공급되도록 수질개선용 멤브레인(50)의 전,후단과 원수공급관(L1)에 수류 전환 밸브(V4,V5,V6)가 설치되어 있고, 이들 수류 전환 밸브(V4,V5,V6)는 원수의 종류에 따라 수동으로 조작하거나 제어부(40)에 의해 자동으로 개폐동작을 제어할 수 있도록 할 수 있으며, 자동 개폐제어시에는 원수공급 관(L1)의 선단부에 수질감지센서(도시 안 됨)를 설치하여 이 수질감지센서에서 감지된 데이터에 의해 원수의 수질을 파악한 후 원수의 수질에 따라 상기 수질개선용 멤브레인(50)의 사용 여부를 결정하여 상기 수류 전환 밸브(V4,V5,V6)를 제어할 수 있도록 하면 된다. 즉, 원수의 수질상태가 양호한 경우에는 수류 전환 밸브(V5,V6)를 닫고 원수공급관(L1)의 수류 전환 밸브(V4)만을 개방시키면 원수가 직접 전해조(30)로 공급되며, 원수의 수질상태가 안 좋은 경우에는 상기와는 반대로 수류 전환 밸브(V4)를 닫고 다른 수류 전환 밸브(V5,V6)를 개방시키면 원수가 원수공급관(L1)을 통해 곧바로 공급되지 않고 보조라인(L2)을 통해 상기 수질개선용 멤브레인(50)을 거쳐 이온교환수지와의 접촉에 의해 다량의 음이온을 갖게 되므로 수질이 개선되어 전해조(30) 내에서의 전기분해작용이 원활히 이루어질 수 있게 되는 것이다.

또, 본 발명에서 상기 펌프(20)와 전해조(30) 사이에는 유량조절밸브(V3)가 설치되어 있으며, 이 유량조절밸브(V3)의 유입포트와 원수 저장탱크(10) 사이에는 바이패스 라인(L3)이 설치되어 원수의 공급량이 항상 일정한 유량을 유지할 수 있도록 되어 있다. 즉, 상기 유량조절밸브(V3)는 펌프(20)의 펌핑작용에 의해 공급되는 원수의 유량을 별도의 유량감지센서(도면상으로는 도시되지 않았으나 원수공급관(L1)의 적정위치에 설치됨)에 의해 감지하여 유량의 증감상태를 실시간으로 체크한 후 제어부(40)에서 유량조절밸브(V3)의 개방 정도를 자동적으로 조절함으로써 상기 전해조(30)로 항시 일정한 유량이 공급될 수 있도록 하며, 과잉 공급된 원수 는 바이패스라인(L3)을 통해 다시 원수 저장탱크(10)로 돌아가게 된다.

도면 중 부호 V2는 상기 바이패스 라인(L3)에 설치된 밸브이고, 부호 V1은 펌프(20)의 선단부 측에 설치된 밸브이다.

본 발명의 은나노 수용액 제조장치는 이동성의 확보는 물론 원수의 종류에 따라서 원수의 도입을 용이하게 하기 위하여 펌프(20)와 전해조(30)를 분리하여 제작하는 것이 바람직하며, 외부 현장에서 사용할 경우에는 원수 저장탱크(10) 없이 펌프(20)의 선단부에 원수도입관을 연결하여 지하수나 자연수를 직접 펌핑하여 공급할 수도 있다.

도 2는 본 발명에 의한 은나노 수용액 제조장치의 전해조(30)와 제어부(40)를 도시한 것으로, 본 발명에서는 이동가능한 함체(60)의 내부에 전해조(30)와 제어부(40)가 함께 내장되어 있으며, 함체(60)의 후부에는 원수공급관(L1)이 분리가능하게 접속되는 원수 유입포트(R1)와 은나노 수용액이 배출되는 배출포트(R2)가 형성되어 있고, 함체(60)의 전면에는 콘트롤 박스(40)에 연결된 전압조절기(44)가 노출 설치되어 있으며, 이 전압조절기(44)의 측부에는 전압계(45)와 전류계(46)가 부착되어 외부에서 현재의 전압 및 전류를 육안으로 확인할 수 있도록 되어 있다.

도면 중 부호 47은 함체(60)의 전면에 설치된 전원스위치이다.

도 2에서 함체(60)의 하부 내측에는 전해조(30)가 설치되어 있는데, 이 전해조(30)의 외형에 대하여 먼저 설명하면, 그 상면 양측에는 상기 제어부(40) 측으로부터 각각 +전원과 -전원이 공급되는 +,-단자(P1,P2)가 노출되어 전원공급라인이 접속되어 있으며, 전해조(30)의 양 측면에는 각각 복수의 유입구(32)와 유출구(38)가 좌우로 일정간격 이격 형성되어 있다.

도면상으로는 각각 3개 씩의 유입구(32)와 유출구(38)가 형성되어 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 유입구(32)에는 원수 유입포트(R1)에 튜브(T1,T2,T3)로 병렬 연결되어 있어 원수가 각각의 유입구에 균일한 양으로 공급될 수 있도록 되어 있고, 상기 유출구(38)에는 배출포트(R2)에 튜브(T4,T5,T6)로 병렬 연결되어 있어 전해조에서 생성된 은나노 수용액이 배출포트(P2) 쪽으로 배출될 수 있도록 되어 있다.

한편, 상기 전해조(30)는 전기전도성이 없는 합성수지로 이루어져 있으며, 그 내부 구조에 대하여 설명하기로 한다. 도 3은 전해조(30)의 외형을 도시한 것이고, 도 4 및 도 5는 각각 도 3의 A - A선 및 B - B선 단면도로서, 전해조(30)의 내부 구조가 상세히 도시되어 있다.

먼저, 상기 전해조(30)의 내부는 복수의 격벽(W1,W2)에 의해 복수의 격실(C1,C,C3)로 분할되어 있으며, 각각의 격실(C1,C2,C3) 좌우 양측에 상기 유입구(32)와 유출구(38)가 형성되어 있다.

상기 각각의 격실(C1,C2,C3) 내부에는 +단자(P1)에 연결된 양극판(34)과 -단 자(P2)에 연결된 음극판(36)이 일정간격 평행하게 이격된 상태로 평행하게 교호되게 배치되어 있으며, 양,음극판(34,36) 사이에 원수가 통과하는 유로가 형성되어 있다.

본 발명에서 전극의 간격 및 인가되는 직류전압에 따라 은나노 수용액의 농도를 조절할 수 있으며, 직류전압의 조절은 교류 220V를 트랜스를 통하여 직류 0~25V로 변환한 후 전압조절기(44)에서 임의로 조절함으로써 은나노 수용액의 농도를 제어할 수 있으며, 생산량은 최대 50톤/1일에서 최소 5톤/1일의 범위 내에서 자유로이 조절할 수 있는데, 실제로 약 15A(24V)에서 30ppm정도의 은나노 수용액을 생산할 수 있음을 확인하였으며, 연속 가동시에도 그 농도는 거의 변화가 없음을 확인하였다.

또한, 연속 사용시 +전원이 인가되는 양극판은 음이온의 용출로 인해 무게가 감소하게 되나, 본 발명에서와 같이 전극판을 다수로 제작할 경우에는 전해조의 사용기간은 경제성을 확보할 만큼 충분히 확보할 수 있으며, 음극판에는 용액 중의 양이온의 금속이온들이 부착되게 되나 이는 전기분해에 있어서의 영향은 크게 미치치 않음을 확인할 수 있다.

이와 같이 구성된 본 발명은 원수가 전해조에 일정한 유량으로 공급되어 직류전원이 공급되는 전극판 사이의 유로를 흐를 때, 전기분해 작용에 의해 전극판에서 은이온이 용출되므로 은이온을 함유한 은나노 수용액이 생성되는 것이며, 원수 는 지속적으로 공급되어 상기 전극판 사이의 유로를 통과하게 되므로 은나노 수용액을 단시간 내에 대량으로 생산할 수 있게 되는 것이다.

도 1은 본 발명에 의한 은나노 제조장치의 전체 구성을 도시한 개략도,

도 2는 본 발명에 의한 은나노 제조장치의 제어부와 전해조가 설치된 함체의 일부 절개 사시도,

도 3은 본 발명에 의한 은나노 제조장치의 전해조 사시도,

도 4는 도 3의 A - A선 단면도,

도 5는 도 3의 B - B선 단면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : 원수 저장탱크

20 : 펌프

30 : 전해조

40 : 제어부

50 : 수질개선용 멤브레인

60 : 함체

Claims

전기분해에 의한 은나노 수용액을 제조하기 위한 장치로,

자연수나 수돗물 또는 지하수를 포함하는 원수를 저장하는 원수 저장탱크(10)와;

상기 원수 저장탱크(10)의 원수를 공급하기 위한 펌프(20)와;

상기 펌프(20)에 의해 공급된 원수가 원수공급관(L1)을 통해 주입되는 유입구(32)가 일측에 형성되고 좌우 일정 간격으로 직류전원의 양극과 음극이 각각 접속된 은으로 이루어진 복수의 양극판(34)과 음극판(36)이 교호로 평행하게 배치되며, 타측에는 상기 양극판(34)과 음극판(36)을 통과하면서 전기분해에 의해 전극판에서 용출된 은이온을 포함하는 은나노 수용액이 배출되는 유출구(38)가 형성된 전해조(30)와;

교류전원(42)을 직류로 변환하여 상기 전해조(30)의 양극판(34)과 음극판(36)에 직류전원을 공급하며, 상기 공급되는 전압을 수동으로 조절하는 전압조절기(44)를 구비한 제어부(40)와;

상기 원수 저장탱크(10)와 전해조(30) 사이에 설치되어 원수의 수질을 개선하기 위한 이온교환수지가 내장된 수질개선용 멤브레인(50); 을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 수류식 은나노 수용액 제조장치.
청구항 1에 있어서,

상기 전해조(30)의 일측과 타측에 형성되는 유입구(32)와 유출구(38)는 복수의 양극판(34)과 음극판(36) 사이의 유로에 균일한 유량이 흐르도록 복수 개가 일정 간격으로 이격 형성된 것을 특징으로 하는 수류식 은나노 수용액 제조장치.
삭제
청구항 1에 있어서,

상기 펌프(20)와 전해조(30) 사이에는 유량조절밸브(V3)가 설치되며, 이 유량조절밸브(V3)의 유입포트와 원수 저장탱크(10) 사이에 바이패스 라인(L3)이 설치된 것을 특징으로 하는 수류식 은나노 수용액 제조장치.
청구항 1에 있어서,

상기 수질개선용 멤브레인(50)은 원수공급관(L1)에 보조라인(L2)을 통해 병렬로 설치되며, 원수의 수질에 따라 원수가 수질개선용 멤브레인(50)을 거치거나 직접 전해조(30)로 공급되도록 수질개선용 멤브레인(50)의 전,후단과 원수공급관(L1)에 수류 전환 밸브(V4,V5,V6)가 설치된 것을 특징으로 하는 수류식 은나노 수용액 제조장치.
청구항 2에 있어서,

상기 전해조(30)는 격벽(W1,W2)에 의해 복수의 격실(C1,C,C3)로 분할되고, 각각의 격실(C1,C2,C3) 좌우 양측에 상기 유입구(32)와 유출구(38)가 형성되며, 상기 각각의 격실(C1,C2,C3) 내부에는 +단자(P1)에 연결된 양극판(34)과 -단자(P2)에 연결된 음극판(36)이 일정간격 평행하게 이격된 상태로 평행하게 교호되게 배치되어 양,음극판(34,36) 사이에 원수가 통과하는 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 수류식 은나노 수용액 제조장치.