KR101145864B1 - 산기관을 장착한 고효율 전기분해 반응조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반응챔버와, 반응챔버 내부에 위치하며 유입되는 밸러스트 수를 전기 분해하는 전극모듈과, 반응챔버 외부에 위치하며 전극모듈에 DC 전력을 공급하는 정류기와, 반응챔버 외부에 위치하며 정류기를 제어하는 제어장치를 포함하는 전기분해 반응조에 있어서, 상기 반응챔버 외부에 위치하며 공기를 공급하는 공급장치와, 상기 공기를 전극모듈로 이송하는 공기 주입부 및 상기 공기 주입부 일측에 위치하며 공기를 개폐하는 밸브로 구성되는 산기관을 포함하는 것을 특징으로 하는 산기관을 장착한 고효율 전기분해 반응조에 관한 것이다.

Description

산기관을 장착한 고효율 전기분해 반응조{Diffuser equipped with a high-efficiency electrolysis reactor}

본 발명은 전기분해 반응조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 산기관을 포함함으로써 공기(Air)의 전단력에 위한 전극 스케일을 탈리 시키는 산기관을 장착한 고효율 전기분해 반응조에 관한 것이다.

일반적으로 전해 하폐수처리, 전해살균, 해양생물부착방지(MGPS, Marine Growth Prevention System), 선박밸러스트 등이 이에 속한다. 특히 선박 밸러스트 수 처리 과정에서는 주로 전기분해 방식 많이 사용되고 있다. 그러나 종래 전기분해 방식은 수 처리 과정에서 전극에 스케일이 발생되는 문제점이 있었다.

이러한 전극스케일을 제거하는 방법으로는 강산성 스케일 제거제에 의한 전극세정 방법과, 양극과 음극의 극성을 교차시키는 방법이 있다.

그러나, 종래 강산성 스케일 제거제는 위험 화합물로 구분되어 취급상 어려움과 안전상의 이유로 현장에서 기피하고 있는 것이 사실이다. 그리고 운영상 전극스케일 세정이 번거로워 사용 빈도에 따른 지속적인 관리가 어렵고, 전극 세정 시 제거제에 의한 2차 오영물질이 발생하여 추가 처리 비용이 발생하는 문제점이 있었다.

그리고, 양극과 음극 극성 교차 방법은 극성 전환으로 인하여 전극 손상을 유발할 수 있고 고기능 정류기 사양으로 인해 초기 투자비용이 상승하며, 운영상 수질에 따른 최적 극전환 주기 및 시간 설정이 어렵다. 또한 근본적으로도 전극스케일의 물리적인 흡착은 극 전환으로 탈리하기 어려운 문제점이 있었다.

상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 전기분해 시 발생되는 각종 전극스케일 제거 방법으로 반응조 내에 산기관을 장착하여 이를 통해 일정 공기압을 주입함으로써 전단력 높은 조대기포를 발생시켜 유속과 함께 전극 스케일을 효과적으로 탈리 제거하여 지속적으로 전류효율을 유지할 수 있는 산기관을 장착한 고효율 전기분해 반응조를 제공하는데 있다.

상기한 종래 문제점을 해결하고 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 산기관을 장착한 고효율 전기분해 반응조는 반응챔버와, 반응챔버 내부에 위치하며 유입되는 밸러스트 수를 전기 분해하는 전극모듈과, 반응챔버 외부에 위치하며 전극모듈에 DC 전력을 공급하는 정류기와, 반응챔버 외부에 위치하며 정류기를 제어하는 제어장치를 포함하는 전기분해 반응조에 있어서, 상기 반응챔버 외부에 위치하며 공기를 공급하는 공급장치와, 상기 공기를 전극모듈로 이송하는 공기 주입부 및 상기 공기 주입부 일측에 위치하며 공기를 개폐하는 밸브로 구성되는 산기관을 포함하되, 상기 공기 주입부는 끝단에 위치하며 전극모듈 주변에 공기 사이클론을 발생시키는 산기장치를 더 포함하고, 상기 산기장치는 원기둥 또는 다각 기둥 형상으로 공기 주입부와 수직하게 편심 결합되는 몸체와, 몸체 양 측면에 테이퍼(taper)지도록 돌출 형성되는 유도 토출관으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

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상기한 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 산기관을 장착한 고효율 전기분해 반응조는 반응챔버 내에 산기관을 장착하여 이를 통해 일정 공기압을 주입함으로써 전단력 높은 조대기포를 발생시켜 유속과 함께 전기분해 시 발생되는 각종 전극 스케일을 효과적으로 탈리 제거하여 지속적으로 전류효율을 유지시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 산기관을 장착한 고효율 전기분해 반응조를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 산기장치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 제2, 3실시 예에 따른 산기장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 제4, 5실시 예에 따른 산기장치를 나타낸 도면이다.
도 5은 전기분해 반응조에 산기관 가동 전/후 전극스케일 전착상태를 나타낸 사진이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구체적인 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 산기관을 장착한 고효율 전기분해 반응조를 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시 예에 따른 산기관을 장착한 고효율 전기분해 반응조(100)는 반응챔버(110), 전극모듈(120), 정류기(미도시) 및 제어장치(미도시)로 구성된다.

여기서, 전극모듈(120)은 반응챔버(110) 내부 일측에 위치하며, 유입되는 밸러스트 수를 전기 분해한다.

이때, 정류기는 반응챔버(110) 외부에 위치하여 전극모듈(120)에 DC 전력을 공급하고, 정류기는 반응챔버(110) 외부에 위치하는 제어장치를 통해 제어된다.

그리고, 전기분해 반응조(100)는 반응챔버(110) 외부에 위치하며 공기를 압축하는 공급장치(미도시)와, 공급장치의 공기를 전극모듈(120)으로 이송하는 공기 주입부(210) 및 공기 주입부(210) 일측에 위치하며 공기를 개폐하는 밸브(230)로 구성되는 산기관(200)을 포함한다.

이때, 공급장치는 링브로워, 컴프레셔 또는 공기를 압축하는 장치 중 어느 하나로 구현하는 것이 바람직하다.

또한, 공기 주입부(210)는 반응챔버(110) 일측에 탭(tap, 미도시)을 형성 후 탭 양측에 연결 형성하는 것이 가능하다.

그리고, 공기 주입부(210)는 끝단에 위치하며 전극모듈(120) 주변에 공기 사이클론을 발생시키는 산기장치(220)를 더 포함한다.

이하, 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 산기장치를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 산기장치를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시 예에 따른 산기장치(220)는 원기둥 또는 다각 기둥 형상으로 공기 주입부(210)와 수직하게 편심(도 2b) 결합되는 몸체(221)와, 몸체(221) 양 측면에 테이퍼(taper)지도록 돌출 형성되는 유도 토출관(222)으로 구성된다.

이때, 도 2b에 도시된 바와 같이 편심 결합된 몸체(221)는 중앙 부분이 아닌 외곽 일측이 공기 주입부(210)와 결합됨으로써, 내부로 유입된 공기가 내면을 타고 회전 되며, 이 회전 되어진 공기가 유도 토출관(222)을 통해 외부로 방출됨으로 산기장치(220) 주변에 공기 사이클론이 발생된다.

도 3은 본 발명의 제2, 3실시 예에 따른 산기장치를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 제4, 5실시 예에 따른 산기장치를 나타낸 도면이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 내지 제5실시 예에 따른 산기장치(220a~d)는 깔때기 형상의 몸체부(221a~d)와, 상기 몸체부(221a~d) 상부에 위치하며 다수의 공기 배출 홀이 형성된 토출부(222a~d)로 구성된다.

이때, 몸체부(221a~d)는 내부에 공기의 흐름을 유도하기 위한 유도부, 나선부 또는 프로펠러 중 어느 하나를 더 포함한다.

그리고, 토출부(222a~d)는 다수의 홀이 형성된 망, 메쉬 또는 타동판 중 어느 하나로 구현된다.

상기한 바와 같이 본 발명의 산기장치는 다양한 실시 예를 가지며, 제1 내지 제5실시 예 이외에 다수의 공기 구멍이 타공된 파이프 또는 공기 분사 노즐로도 구현이 가능하다.

이하, 상기한 본 발명의 일 실시 예에 따른 산기관을 장착한 고효율 전기분해 반응조(100)의 동작 시험 조건 및 그 조건에 따른 결과에 대해 설명하면 하기와 같다.

가) 산기관의 공기 분사량 조건 및 설계

나) 전기분해 반응조의 조건 및 설계

나-1) 양극 반응(Anode reaction)

H₂O -> 0.5O₂ + 2H⁺ + 2e^- : 10%

2Cl^- -> Cl₂ + 2e^- : 90%

나-2) 음극 반응(Cathode reaction)

H₂O + e^- -> 0.5H₂ + OH^- : 100%

-이론적 H₂ 발생량은 다음과 같음.

H₂ 발생량 = 11.2(L/mol)/(n x96,485C/mol)

= 11.2L/(96,485Axsec)x1hr/3,600sec

= 0.418L/(A?hr)

n : electron number

96,485 : faraday constant

따라서 H₂ 발생량은 다음과 같음.

H₂ 발생량 = 0.418L/(A?hr) x 2,000A = 836L/hr

예를 들어)

- 선박 밸러스트 수 용량: 3000m³

- 전해 처리용량: 300m³/hr(Air)

- Air 투입시간: 10hr

⇒ H₂ 발생량:

(0.836m³/hr) x 10hr= 8.36m³(H₂)

⇒ H₂ 희석농도:

(8.36m³(H₂)/3000m³) x 100= 0.28%

다) 시험결과

이때, TRO는 ‘Total Residual Oxidant’으로 총 잔여 산화제를 의미한다.

상기한 시험결과와, 도 5의 전기분해 반응조에 산기관 장착 전/후 전극스케일 전착 상태 나타낸 사진을 통한 본 발명의 일 실시 예에 따른 산기관을 장착한 고효율 전기분해 반응조(100)는 반응챔버(110) 내에 산기관(200)을 장착하여 이를 통해 일정 공기압을 주입함으로써 전단력 높은 조대기포를 발생시켜 유속과 함께 전기분해 시 발생되는 각종 전극 스케일을 효과적으로 탈리 제거하여 지속적으로 전류효율을 유지시키는 효과가 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 전기분해 반응조 110 : 반응챔버
120 : 전극모듈 200 : 산기관
210 : 공기 주입부 220, 220a~d : 산기장치
221 : 몸체 222 : 유도 토출관
230 : 밸브

Claims (7)

1. 반응챔버와, 반응챔버 내부에 위치하며 유입되는 밸러스트 수를 전기 분해하는 전극모듈과, 반응챔버 외부에 위치하며 전극모듈에 DC 전력을 공급하는 정류기와, 반응챔버 외부에 위치하며 정류기를 제어하는 제어장치를 포함하는 전기분해 반응조에 있어서,
   상기 반응챔버 외부에 위치하며 공기를 공급하는 공급장치와, 상기 공기를 전극모듈로 이송하는 공기 주입부 및 상기 공기 주입부 일측에 위치하며 공기를 개폐하는 밸브로 구성되는 산기관을 포함하되,
   상기 공기 주입부는 끝단에 위치하며 전극모듈 주변에 공기 사이클론을 발생시키는 산기장치를 더 포함하고,
   상기 산기장치는 원기둥 또는 다각 기둥 형상으로 공기 주입부와 수직하게 편심 결합되는 몸체와, 몸체 양 측면에 테이퍼(taper)지도록 돌출 형성되는 유도 토출관으로 구성되는 것을 특징으로 하는 산기관을 장착한 고효율 전기분해 반응조.
   
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