KR101174725B1 - 영구자석과 금속의 이온화경향 이용한 녹 및 스케일 예방ㆍ제거용 수처리 배관 - Google Patents

영구자석과 금속의 이온화경향 이용한 녹 및 스케일 예방ㆍ제거용 수처리 배관 Download PDF

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Abstract

본 발명은 영구자석과 금속의 이온화경향 이용한 녹 및 스케일 예방ㆍ제거용 수처리 배관에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자화수 처리기의 성능향상을 위하여 기능의 지속성을 높여주고 자력수 처리기기와 이온화식 수처리기의 효능을 증대시킬 수 있는 영구자석과 금속의 이온화경향 이용한 녹 및 스케일 예방ㆍ제거용 수처리 배관에 관한 것이다.

Description

영구자석과 금속의 이온화경향 이용한 녹 및 스케일 예방ㆍ제거용 수처리 배관{water pipes for scale removal device}
본 발명은 영구자석과 금속의 이온화경향 이용한 녹 및 스케일 예방ㆍ제거용 수처리 배관에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 자화수 처리기의 성능향상을 위하여 기능의 지속성을 높여주고 자력수 처리기기와 이온화식 수처리기의 효능을 증대시킬 수 있는 영구자석과 금속의 이온화경향 이용한 녹 및 스케일 예방ㆍ제거용 수처리 배관에 관한 것이다.
일반적인 강관의 배관 내부에서는 부식과 물과 금속이 접하는 곳에서 산화작용에 의해 녹이 발생하며 유체 내에 존재하는 용존 성분에 따라 다양한 스케일이 발생한다. 유체내의 성분들이 유체의 물리화학적 특성변화에 따라 침전될 때 금속의 산화작용에 의해 생성된 녹과 결합하여 배관 내부에 부착되어 스케일을 형성한다. 따라서 스케일은 금속의 산화작용에 의해 생성된 녹으로만 구성된 것이 아니라 유체 내에서 침전된 광물질과 단단하게 결합하여 배관의 벽에 붙어 있다. 스케일의 발생이 증가할 경우 유체의 흐름을 방해할 뿐 아니라 열효율을 급격히 감소시키는 효과가 나타난다.
기존의 처리방법은 주로 화학약품을 사용하는 화학적 처리 방법으로 물의 특성을 화학적으로 완전히 변화시켜 배관의 산화를 방지하는 방법과 물리적으로 배관 내의 녹을 제거한 다음 배관 내부를 코팅하는 방법이 주로 사용되었다. 그러나 이러한 방법들은 시간적, 경제적이지 못할 뿐 아니라 환경적 문제까지도 야기시킨다.
배관 내벽의 스케일 억제나 제거시키기 위하여 일반적으로 사용하는 화학약품은 수질의 특성뿐만 아니라 인체에 접촉 내지 흡수되었을 때 악영향을 미칠 수 있다.
배관내의 녹은 레피도크로사이트(lepidocrocite: FeOOH)와 침철석(goethite: FeOOH), 적철석(hematite: Fe2O3), 자철석(magnetite: Fe3O4), 웨스타이트(westite: Fe3O4)와 같은 철 산화/수산화광물로 구성되어 있으며, 암회색의 녹은 주로 침철석이고 황색의 녹은 레피도크로사이트, 흑색의 녹은 대부분이 자철석으로 구성되어 있다. 적철석은 녹을 구성하는 광물이지만 다른 철 산화/수산화광물에 비해 그 양이 작다. 녹은 철산화/수산화광물, 탄산염광물, 규산염 광물인 자페아이트 (jaffeite: Ca4(Si3O7)(OH)6) 등으로 구성되어 있다.
침전물에 대한 전자현미경 관찰결과 직경 3-5 마이크로미터 정도의 구형과 10-20 마이크로미터 정도의 길이를 갖는 막대 형태로 나타나며 특정한 형태의 단일 광물을 관찰할 수 있다. 판모양으로 나타나는 광물은 방해석으로 배관의 부식에 의한 것이 아니라 물속에 포함된 Ca 성분이 결합하여 생성된 것이다. 이러한 성분들은 배관 부식에 의해 형성된 다른 철 산화물이나 수산화물을 단단하게 결합시켜 주는 역할을 한다. 구형이나 막대 형태로 침전물에서 관찰되는 것들은 그 형태상으로 철산화물에서 관찰되는 박테리아와 비슷하다.
Figure 112012037534155-pat00001
그림 1. 배관 내벽의 스케일에 대한 ESEM 사진과 EDS 패턴
배관 내벽의 스케일의 형태는 다양하게 나타나지만 일반적으로 층상의 구형 내지 타원형으로 나타나는 것이 대부분이다. 구형의 녹은 안쪽에는 회색, 중간에는 검은 색 그리고 가장 바깥쪽에는 황색을 띄는 것이 일반적이다. 검은 색을 띠고 있는 녹은 단단하고 얇고 회색의 녹은 느슨하게 결합되어 있다. 수도관 내의 녹이 층상으로 나타나는 것은 초기에 주로 레피도크로사이트와 침철석이 생성되지만 시간이 지남에 따라 자철석으로 전이되고 다시 레피도크로사이트와 침철석이 형성되기 때문이다.
Figure 112012037534155-pat00002
그림 2. 배관 내벽에 형성된 스케일에 대한 쌍안실체현미경 사진
강한 자성과 희생 양극을 이용한 이온화 수처리기를 이용하여 철수산화물을 단단하게 결합시켜주는 방해석의 용해도가 증가하여 녹의 결합력은 약해지게 되어 배관으로부터 떨어져 나오게 되며, 철수산화물이 철산화물이 자철석으로 변화되어 배관 내부를 피복함으로서 더 이상의 부식을 방지하는 효과를 얻을 수 있다. 물 분석 결과 특이한 것은 Cl의 함량이 아주 높게 나온다. 일반 수돗물의 경우 염소 소독을 할지라도 10-20ppm 정도이지만 100ppm 이상 높게 나오는 것은 외부에서 많은 양의 Cl이 공급이 되었다는 것을 의미한다.
pH값은 설치하지 않았을 때보다 설치를 한 후 약간은 낮아졌지만 알카리성을 나타낸다. SO4의 함량도 높게 나타난 데 이 성분도 Cl과 마찬가지로 외부에서 많은 양이 공급되었기 때문에 높게 나타나는 것으로 추정된다. 물분석 값에 의해면 배관 내에 스케일이 생성될 가능성이 아주 크다. 일반적으로 염기성이 강한 물에서 배관의 부식이 빠르게 진행될 뿐 아니라 스케일의 생성도 많아지게 된다. 분석값에 의하면 pH 값이 8 이상으로 강한 염기성을 나타내고 있기 때문에 아무런 조치를 취하지 않을 배관 부식이 가속화될 뿐만 아니라 많은 양의 스케일이 형성될 수 있다. Cl과 SO4값이 높으면 이러한 이온들과 결합할 수 있는 양이온이 존재할 경우 이들과 결합해서 스케일을 형성시킬 수 있다. 이 경우 생성 가능한 광물들은 CaCl2 (Hydrophilite), CaSO4 ?H2O (gypsum), MgCl2 (Chloromagnesite), MgSO4 ?H2O (Kieserite), CaCO3 (c마그네슘 또는 아연cite, aragonite) 등이다.
본 발명은 영구자석(네오디움)의 강한 자성으로 물속 이온들의 물리적 성질을 변화시켜 광물의 결합을 방해함으로 자화수 처리기의 효능을 높이고 구리와 희생양극금속 금속의 산화력을 이용한 희생 양극을 이용한 이온화식 수처리기의 성능을 보완하는 구조물로 구성된다. 그리고 영구자석을 이용한 배관 내부의 광물의 결합을 억제하고 희생양극에 의한 배관 내의 녹과 스케일의 제거하는 장치이다. 본 발명에서 외부는 자성에 영향을 받지 않는 스테인레스강, 내부는 희생양극금속, PTFE(테프론), 구리, 희생양극금속(마그네슘 또는 아연 90% 이상), 영구자석(네오디움)으로 구성된다. 효과를 최대한 발휘하기 위해 희생 양극을 이용한 이온화처리 장치를 먼저 통과시키고 영구자석을 통과시키는 순서로 구성된다. 기존의 물속의 양이온과 음이온의 구분지어 유체의 특성에 따라 유체 내에 장치함으로써 배관 내의 스케일과 녹을 제거하는 것이다.
본 발명은 기능의 우수성과 설치의 편리성, 환경친화성을 모두 고려하기 위하여 다양한 방법과 연구를 통하여 시도하였으며 녹과 스케일의 제거와 억제 가능성과 대해 집중적으로 연구하였다. 금속에 따른 이온화 경향에 대한 연구를 진행하던 중 철보다 이온화경향이 큰 금속은 철이 산화하기 전에 먼저 금속이 산화하여 철의 산화를 막아준다. 내부 금속과 외부금속의 이온화경향의 차이는 전기를 발생시켜 유체의 물리적 성질을 변화시킨다. 이 전기적 성질은 이미 생성된 스케일과 녹을 제거시켜 주는 역할을 한다. 내부 금속의 형태를 유체역학을 근거로 설계하여 유체의 운동성 변화에 따라 배관 내에 존재하는 스케일과 녹을 제거시킬 수 있다. 이러한 효과를 실제로 실험하여 그 효과를 입증하여 본 발명을 완성하게 되었다.
녹의 발생원인은 수질과 배관의 특성에 따라 아주 다양하다. 일반적으로 녹이 생성되지 않는 스테일레스강이나 구리관도 실제로는 배관 자체의 산화에 의한 녹의 발생은 일반 강관에 비해 현저히 감소하지만 유체 내에 포함된 성분의 침전에 의해 생성되는 스케일과 녹은 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 배관 설치 초기부터 스케일과 녹의 생성을 방지해야하며 그것을 위해 이론적 배경을 갖춘 장치가 필수적이다. 유체의 특성은 때와 장소에 따라 다르기 때문에 그 유체의 특성에 따라 가장 적당한 금속비율 정해야 하며 그 비율은 경험적 실험에 근거를 한다.
본 발명은 후렌치 배관본체(10); 상기 후렌치 배관본체(10)의 상부에 연결되어 있는 상부 레듀샤배관(20); 상기 후렌치 배관본체(10)의 하부에 연결되어 있는
하부 레듀샤배관(30); 내부 배관(50, 50')과 전위차 금속배관(70) 사이에 삽입되어 있는 중간부 배관(40-1); 후렌치 배관본체(10)의 내부에 삽입되어 있는 상하 내부 배관(50, 50'); 및 상부쪽 내부 배관(50')의 자석삽입홈(52')과 하부쪽 내부 배관(50)의 자석삽입홈(52)에 삽입되어 있는 영구자석(60)으로 이루어져 있는 녹 및 스케일 예방ㆍ제거용 수처리 배관에 관한 것이다.
본 발명의 수처리 배관은 희생양극금속, 구리금속을 먼저 통과시키고 영구자석을 고정하는 PTFE(테프론)으로 이루어져 있으며 탄산염 광물의 결합을 억제하고 녹과 스케일을 제거하는 기술이다. 본 발명의 수처리 배관은 유체와 철이 접촉하는 부분이나 유체내의 성분이 침전되어 형성된 녹과 스케일을 제거할 수 있는 장치이며 녹과 스케일이 제거된 후 더 이상 생성되지 않도록 억제시킬 수 있고 배관공사 초기에 설치시 처음 상태를 거의 영구적으로 보존할 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명의 수처리 배관을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 수처리 배관을 나타낸 분해사시도.
도 3은 본 발명의 수처리 배관을 나타낸 분해단면도.
도 4는 본 발명의 수처리 배관에서 내부 배관을 나타낸 분해단면도.
도 5는 본 발명의 수처리 배관에서 내부 배관을 나타낸 분해단면도.
도 6은 본 발명의 수처리 배관에서 내부 배관을 나타낸 분해단면도.
도 7은 본 발명의 수처리 배관에서 내부 배관을 나타낸 분해단면도.
도 8은 본 발명의 수처리 배관에서 전위차 금속배관을 나타낸 사시도.
도 9는 본 발명의 수처리 배관에서 전위차 금속배관을 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명의 수처리 배관에서 전위차 금속배관을 나타낸 단면도.
도 11은 본 발명의 수처리 배관에서 중간부 배관을 나타낸 단면도.
도 12는 본 발명의 수처리 배관에서 중간부 배관을 나타낸 단면도.
도 13은 본 발명의 수처리 배관을 나타낸 단면도.
도 14는 본 발명의 수처리 배관을 나타낸 단면도.
도 15는 본 발명의 수처리 배관에 물이 흐르는 상태를 나타낸 단면도.
본 발명은 수처리 배관으로 사용할 수 있도록 중앙부위에 관통홀이 형성되어 있으며 스테인레스 배관으로 이루어진 후렌치 배관본체(10);
상기 후렌치 배관본체(10)의 상부에 연결되어 있으며, 중앙부위에 관통홀(24)이 형성되어 있고, 다른 하부 레듀샤배관(30)과 결합될 수 있도록 가장자리에 다수개의 결합홀(22)이 형성되어 있으며, 스테인레스 배관으로 이루어진 상부 레듀샤배관(20);
상기 후렌치 배관본체(10)의 하부에 연결되어 있으며, 중앙부위에 관통홀(34)이 형성되어 있고, 다른 상부 레듀샤배관(20)과 결합될 수 있도록 가장자리에 다수개의 결합홀(32)이 형성되어 있으며, 스테인레스 배관으로 이루어진 하부 레듀샤배관(30);
내부 배관(50, 50')이 지지될 수 있도록 내부 배관(50, 50')의 하부에 삽입되어 있으며, 전위차 금속배관(70)이 지지될 수 있도록 금속배관(70)의 상부에 삽입되어 있고, 내부 배관(50, 50')과 전위차 금속배관(70)이 구분될 수 있도록 내부 배관(50, 50')과 전위차 금속배관(70) 사이에 삽입되어 있으며, 중간부 배관(40)의 중앙 부위에 육각형 형태의 관통홀(42)이 다수개 벌집 형태로 형성되어 있고, 몸체 에 수압저지홈(44)이 형성되어 있는 중간부 배관(40, 40-1, 40-2);
후렌치 배관본체(10) 내부의 중간부 배관(40, 40-1) 사이에 삽입되어 있으며, 중앙부위에 관통홀(54, 54')이 형성되어 있고, 테프론층(56, 56')의 표면에 자석삽입홈(52, 52')이 형성되어 있으며, 자석삽입홈(52, 52')이 대응되도록 상부쪽 내부 배관(50')과 하부쪽 내부 배관(50)이 밀착되어 있는 상하 내부 배관(50, 50');
상부쪽 내부 배관(50')과 하부쪽 내부 배관(50)이 밀착되도록 상부쪽 내부 배관(50')의 자석삽입홈(52')과 하부쪽 내부 배관(50)의 자석삽입홈(52)에 삽입되어 있으며, 네오디움으로 이루어진 영구자석(60);
후렌치 배관본체(10) 내부의 중간부 배관(40-1, 40-2) 사이에 삽입되어 있으며, 중앙부위에 관통홀(71)이 형성되어 있고, 희생양극금속층(72)의 내부에 구리층(74)이 형성되어 있으며, 희생양극금속층(72)의 외부에 테프론층(78)이 형성되어 있고, 구리층(74)에 다수개의 관통홀(76)이 형성되어 있는 전위차 금속배관(70)으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 영구자석과 금속의 이온화경향 이용한 녹 및 스케일 예방ㆍ제거용 수처리 배관에 관한 것이다.
본 발명의 수처리 배관에 있어서 희생양극금속층(72)은 음용수에 사용하는 금속배관인 경우 마그네슘 또는 마그네슘합금으로 이루어져 있으며, 산업용수에 사용하는 금속배관인 경우 아연, 아연합금, 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 이루어져 있는 것을 특징으로 한다.
도 1 내지 도 15와 같이 본 발명에서 후렌치 배관본체(10)은 수처리 배관으로 사용할 수 있도록 중앙부위에 관통홀이 형성되어 있으며 스테인레스 배관으로 이루어져 있다.
도 1 내지 도 15와 같이 본 발명에서 상부 레듀샤배관(20)은 후렌치 배관본체(10)의 상부에 연결되어 있으며, 중앙부위에 관통홀(24)이 형성되어 있고, 다른 하부 레듀샤배관(30)과 결합될 수 있도록 가장자리에 다수개의 결합홀(22)이 형성되어 있으며, 스테인레스 배관으로 이루어져 있다.
도 1 내지 도 15와 같이 본 발명에서 하부 레듀샤배관(30)은 후렌치 배관본체(10)의 하부에 연결되어 있으며, 중앙부위에 관통홀(34)이 형성되어 있고, 다른 상부 레듀샤배관(20)과 결합될 수 있도록 가장자리에 다수개의 결합홀(32)이 형성되어 있다.
도 2, 도 3, 도 11 내지 도 12와 같이 본 발명에서 하부쪽 중간부 배관(40)은 내부 배관(50, 50')이 지지될 수 있도록 내부 배관(50, 50')의 하부에 삽입되어 있으며, 중간부 배관(40)의 중앙 부위에 육각형 형태의 관통홀(42)이 다수개 벌집 형태로 형성되어 있고, 몸체 상부에 수압저지홈(44)이 형성되어 있다.
도 2, 도 3, 도 11 내지 도 12와 같이 본 발명에서 상부쪽 중간부 배관(40-2)은 전위차 금속배관(70)이 지지될 수 있도록 전위차 금속배관(70)의 상부에 삽입되어 있다.
도 2, 도 3, 도 11 내지 도 12와 같이 본 발명에서 중앙부위쪽 중간부 배관(40-1)은 내부 배관(50, 50')과 전위차 금속배관(70)이 구분될 수 있도록 내부 배관(50, 50')과 전위차 금속배관(70) 사이에 삽입되어 있으며, 중간부 배관(40)의 중앙 부위에 육각형 형태의 관통홀(42)이 다수개 벌집 형태로 형성되어 있고, 몸체 하부에 수압저지홈(44)이 형성되어 있다.
도 2 내지 도 7과 같이 본 발명에서 상하 내부 배관(50, 50')은 후렌치 배관본체(10) 내부의 중간부 배관(40, 40-1) 사이에 삽입되어 있으며, 중앙부위에 관통홀(54, 54')이 형성되어 있고, 테프론층(56, 56')의 표면에 자석삽입홈(52, 52')이 형성되어 있으며, 자석삽입홈(52, 52')이 대응되도록 상부쪽 내부 배관(50')과 하부쪽 내부 배관(50)이 밀착되어 있다.
도 3 내지 도 7과 같이 본 발명에서 상하 내부 배관(50, 50')은 영구자석(60)이 상부쪽 내부 배관(50')과 하부쪽 내부 배관(50)이 밀착되도록 상부쪽 내부 배관(50')의 자석삽입홈(52')과 하부쪽 내부 배관(50)의 자석삽입홈(52)에 삽입되어 있으며, 네오디움으로 이루어져 있다.
도 8 내지 도 10과 같이 본 발명에서 전위차 금속배관(70)은 후렌치 배관본체(10) 내부의 중간부 배관(40-1, 40-2) 사이에 삽입되어 있으며, 중앙부위에 관통홀(71)이 형성되어 있고, 희생양극금속층(72)의 내부에 구리층(74)이 형성되어 있으며, 희생양극금속층(72)의 외부에 테프론층(78)이 형성되어 있고, 구리층(74)에 다수개의 관통홀(76)이 형성되어 있어 배관의 내부에 물이 흐르는 상태에서 희생양극금속이 용해되는 경우 용해된 희생양극금속 이온이 관통홀(76)을 통하여 빠져서 나가면서 희생양극금속 이온과 구리 금속의 이온화경향 작용에 의하여 배관의 내부에서 생성된 녹 및 스케일을 제거하고 배관의 내부에서 생성될 수 있는 녹 및 스케일이 생기는 것을 예방한다.
도 8 내지 도 10과 같이 본 발명의 수처리 배관에 있어서 희생양극금속층(72)은 음용수에 사용하는 금속배관인 경우 마그네슘 또는 마그네슘합금으로 이루어져 있으며, 산업용수에 사용하는 금속배관인 경우 아연, 아연합금, 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 이루어져 있는 것이 바람직하다.
도 8 내지 도 10과 같이 본 발명에서 전위차 금속배관(70)은 희생양극금속층(72)의 외부에 테프론층(78)이 형성되어 있어 후렌치 배관본체(10)과 전위차 금속배관(70) 사이에 전기가 흐르는 것을 방지한다.
본 발명의 수처리 배관은 기존의 수처리 배관에서 많은 문제를 가지고 있는 수압을 해결하기 위하여 레듀샤 배관(20, 30)을 사용하여 충분한 공간을 확보하고 수압문제를 해결할 수 있다. 본 발명의 수처리 배관에서 수압문제를 해결하기 위하여 외부에 금속의 이온화 발생장치용 상하 내부배관(50, 50')을 설치하고 내부배관(50, 50')의 내부에 자화수 처리용 영구자석(60)을 설치하여 물속에서 영구자석(60)의 자성을 이용하여 배관의 내부에서 생성된 녹 및 스케일을 제거하고 배관의 내부에서 생성될 수 있는 녹 및 스케일이 생기는 것을 예방한다.
본 발명에서 스테인레스 배관으로 이루어진 후렌치 배관본체(10)는 외부금속이 부식에 강한 스테인레스강으로 이루어져 있고, 내부에 삽입된 전위차 금속배관(70)은 내부가 음이온 발생용 구리금속층으로 이루어져 있으며 외부가 양이온을 발생하는 희생양극금속층으로 이루어져 있다. 내부배관(50, 50')의 내부에 삽입된 영구자석(60)은 네오디움으로 이루어져 있으며, N극과 S극으로 구성되어 있다.
본 발명의 수처리 배관은 물속에서 자성을 이용하여 양이온과 음이온을 분리한 다음 금속의 전위차를 향상시키는데 물속의 이온화 경향을 증가시켜 배관의 부식을 방지하며, 금속으로 이루어진 배관 내벽의 녹 생성과 스케일 생성을 예방하거나 제거할 수 있는 수처리 배관 장치이다.
본 발명의 수처리 배관은 내부 금속이 유체의 흐름을 변화시킬 수 있는 형태로 제작되어 유체에 대하여 강력한 자력과 물속의 양이온과 음이온을 분리시키는 물리적 변화를 가하여 생성된 음이온과 양이온이 각각 금속의 이온화 경향의 차이로 배관의 부식을 억제하고 스케일의 생성을 막아주는 장치이다.
본 발명의 전위차 금속배관(70)에서 구리금속과 희생양극금속은 이온화 경향의 차이에 의해 전기가 발생되며 발생된 전기적인 특성이 유체에 공급된다.
본 발명의 수처리 배관은 스케일을 구성하는 광물들의 결합력을 약화시켜 유속에 의한 물리적인 효과로 스케일을 제거하고, 이온화 경향이 배관보다 큰 금속을 이용하여 더 이상 스케일의 생성을 억제시키는 효과가 있다.
따라서 본 발명의 수처리 배관은 배관을 통하여 유체를 이동시키는 모든 시설에 이용이 가능하다. 본 발명의 수처리 배관은 수돗물을 비롯하여 모든 배관을 통하여 이동하는 유체를 대상으로 화학적 약품처리를 하지 않고 금속의 이온화 경향과 전기적 특성, 광물의 흡착, 유체역학 등을 기초로 배관 내의 스케일을 제거할 뿐만 아니라 억제시킬 수 있다.
본 발명의 수처리 배관은 유체내의 금속이온과 음이온의 함량을 측정하여 발명 장치의 내부에 투입할 아연과 마그네슘의 비율을 정한다. 본 발명의 수처리 배관에서 외부의 금속은 황동과 구리관을 사용하며 내부 금속과 외부금속의 이온화 정도에 따라 전류가 생겨 수 V의 전압이 형성된다. 이 전류는 유체의 물리적 성질을 변화시켜 유체내의 금속이온과 음이온 사이의 반응을 억제시켜 침전물의 형성을 막고 이미 배관 내부에 형성된 녹과 스케일을 작은 입자로 분해시켜 제거시킨다. 기존의 처리방법은 주로 화학약품을 사용하는 화학적 처리 방법으로 물의 특성을 화학적으로 완전히 변화시켜 배관의 산화를 방지하는 방법과 물리적으로 배관 내의 녹을 제거한 다음 배관 내부를 코팅하는 방법이 주로 사용되었다. 그러나 이러한 방법들은 시간적, 경제적이지 못할 뿐 아니라 환경적 문제까지도 야기시킨다. 본 발명은 상기 문제를 근본적으로 해결할 수 있는 제품이다.
본 발명은 수처리 제품의 수압문제를 해결하기 위해 외형은 레듀샤, 프랜치 및 스테인레스 배관으로 구성된다. 본 발명의 배관에서 내부는 PTFE(테프론), 영구자석(네오디윰), 구리판 및 희생양극금속으로 구성된다.
본 발명의 배관은 이온화 경향의 차이로 전위차가 많이 나는 구리판과 희생양극금속을 사용하며 이온화 방식의 스케일 생성억제 장치이고 PTFE와 영구자석은 자성을 오랫동안 유지함으로 스케일의 생성억제 효과를 나타나게 구성되어 있다.
본 발명은 구리판과 희생양극금속으로 이루어진 녹 및 스케일 예방 제거용 수처리 배관 장치 조성물에 관한 것이다.
본 발명은 금속의 이온화 경향 차이에 의해 생성되는 전기적 성질 및 유체의 흐름을 변화시키는 유체역학적 특성을 기초로 하여 자성을 이용한 수처리기술을 접목하여 배관 내의 스케일과 녹을 제거하는 장치이다. 본 발명의 수처리 배관은 내부 금속에 희생양극금속층(72)을 사용한다.
본 발명의 수처리 배관은 배관 내벽의 스케일 제거 및 억제 장치로 배관 내벽에 형성된 스케일에 대한 광물학적 특성 및 생성원인에 대한 검증된 실험과 금속의 이온화 경향, 갈바닉 효과, 금속의 용액 내에서 거동 등을 이용하여 배관 내에 이미 생성된 스케일을 제거하고 신설 배관에 대해 스케일 생성을 억제시키는 장치이다.
본 발명은 X-선 회절 분석결과로 확인할 수 있다. 외관상 점토와 유사한 형태로 열판에 침전된 물질들은 모두 점토광물로 일라이트(illite)이다(그림 3). 이들 성분들은 물속에 포함된 Si, K 등이 결합하여 형성될 수 있다. 순수한 일라이트는 대부분 밝은 색깔을 나타내지만 열판에 부착된 일라이트는 철분이나 유기물을 포함하고 있기 때문에 붉은색이나 검은 색을 나타내게 된다. 열판에 부착된 점토광물은 일반적으로 배관내에 형성되는 녹과는 완전히 다른 성분이다. 배관내에 형성된 녹은 대부분이 철 산화물이나 수산화물인 자철석(magnetite), 적철석(hematite), 침철석(goethite), 레피도크로사이트(lepidocrocite)이지만 열판에 부착된 붉은색 혹은 검은색깔의 물질은 철광물과 전혀 다른 점토 광물이다. 이 광물들은 배관의 부식으로 형성되는 것이 아니라 물속에 포함된 이온들의 결합에 의해 형성되는 것들이다.
Figure 112012037534155-pat00003
Figure 112012037534155-pat00004
그림 3. 순환시스템에서 개발제품을 통과 전(좌)과 후(우)의 광물질 변화
고온수가 흐르는 배관내에 형성된 녹에 대한 X-선회절 분석 결과 일반적으로 배관에서 생성되는 녹과 비슷한 침철석, 자철석, 웨스타이트(wustite)로 구성되어있다. 다른 스케일과 비교했을 때 특이한 것은 고온에서 생성되는 웨스타이트(FeO)가 형성되는 것이다. 일반 급수라인에서 형성되는 녹은 대부분 자철석, 적철석, 침철석, 레피도크로사이트 이지만 여기서 웨스타이트가 형성되었다는 것은 배관 내부에 유체가 고온일 때 형성된다.
그러나 일반 배관에 형성된 녹은 아주 단단한 형태로 배관 내부에 부착되어 있지만 실험에 사용한 녹 시료의 경우 표면은 상당히 부드럽다는 것을 느낄 수 있다. 녹 표면이 부드러워 졌다는 것은 배관 내부에 흐르는 유체에 의해 제거된다. X-선회절 분석결과 열판에 형성된 물질은 배관이나 열판 자체의 부식에 의해 형성된 녹이 아니라 물속에 존재하던 이온들이 결합하여 열판에 부착된 점토광물이며 이들을 단단하게 결합시키는 물질이 존재하지 않기 때문에 유체의 흐름에 의해 쉽게 제거될 수 있는 물질들이다.
따라서 열판에 부착된 점토광물은 어느 정도 부착이 되면 결합력이 없기 때문에 유체의 흐름에 의해 쉽게 제거될 수 있으므로 많은 양이 부착될 가능성은 없다. 발명품의 설치에 의해 변화된 결과는 열판에 부착되는 성분이 배관의 부식에 의해 형성된 것이 아니라 강관이 아닌 어떤 다른 배관에서도 생성될 수 있는 물속에 포함된 성분의 침전에 의한 것이며, 이미 생성된 녹의 표면 상당히 연질화 되었다는 것이다. 배관의 부식에 의해 생성되는 녹을 억제할 수 있으며, 이미 생성된 녹을 연질화 시켜 제거시킨다는 결론을 내릴 수 있다. 희생양극금속보다 이온화 경향이 작은 금속을 장치를 하였을 때 전기적 효과가 크기 때문에 유체와 접하지 않게 장치의 외부에 마그네슘 또는 아연을 사용하는 것이 바람직하다. 3개월 후 제거된 스케일과 녹의 양은 발명품을 사용했을 때 가장 현저하게 감소했다. 따라서 이들 자화수 처리기 방식과 이온화 수처리기 방식을 복합적인 구조가 배관 내부의 스케일과 녹을 제거시키는데 이용될 수 있다.
배관내의 스케일의 분석결과에 의하면 구성 광물은 주로 자철석(magnetite), 침철석(goethite), 레피도크로사이트(lepidocrocite), 적철석(hematite) 등의 철 산화/수산화 광물과 이들을 결합시켜주는 방해석(c마그네슘 또는 아연cite)과 아라고나이트(aragonite)와 같은 탄산염광물 및 슐자이트(schoulzite)와 같은 규산염 광물로 이루어져 있다. 실험결과 탄산염 광물과 규산염 광물을 용해시켜 결합력을 약화시켜는 결과를 나타냈으며 침전물의 분석결과 모두 철 수산화물로 배출되는 것으로 나타났다. 이것은 스케일의 80%이상을 차지하는 철 산화광물인 자철석을 철 수산화광물로 변화시키는 역할도 담당한다.
본 발명으로 녹을 제거할 수 있는 기작은 먼저 자화된 전자의 양이온 음이온이 일정한 방향에서 통과하고 희생 양극에 의해 발생된 희생양극금속 이온이 스케일을 단단하게 결합시켜주는 역할을 하는 탄산염광물과 규산염광물을 용해시켜 결합력을 약화시키고 유체의 흐름에 의해 약화된 스케일이 제거되는 것으로 나타났다. 순환수 계통에 설치한 현장에서 스케일 제거 및 수질 분석을 근거로 현장 실험에서 3000m 떨어진 확인구의 스케일 제거 시험을 위해 순환수 라인에서 스케일 제거 결과를 나타내었다. 용출되는 마그네슘의 양이 일정하게 증가되는 것을 볼 수 있고 스케일 제거로 인한 경도 상승으로 보충하여 부식이 진행되지 않는 배관을 확인할 수 있었다.
수질분석 근거에서 알 수 있는 바와 같이 발명품 설치 후 분석한 결과 수질의 경도개선이 되었고 탄산칼슘(CaCO3) 및 녹(Fe2O3) 양이 줄어들었을 뿐만 아니라 이것들이 분해되어 스케일(CaCO3)과 녹(FeO3)의 형성을 억제하기 때문에 배관 내의 스케일을 깨끗이 청소되어 있어 아주 선명한 효과가 있다.
10: 후렌치 배관본체 20: 상부 레듀샤배관
30: 하부 레듀샤배관 40: 중간부 배관
50, 50': 상하 내부배관 60: 영구자석

Claims (2)

  1. 수처리 배관으로 사용할 수 있도록 중앙부위에 관통홀이 형성되어 있으며 스테인레스 배관으로 이루어진 후렌치 배관본체(10);
    상기 후렌치 배관본체(10)의 상부에 연결되어 있으며, 중앙부위에 관통홀(24)이 형성되어 있고, 다른 하부 레듀샤배관(30)과 결합될 수 있도록 가장자리에 다수개의 결합홀(22)이 형성되어 있으며, 스테인레스 배관으로 이루어진 상부 레듀샤배관(20);
    상기 후렌치 배관본체(10)의 하부에 연결되어 있으며, 중앙부위에 관통홀(34)이 형성되어 있고, 다른 상부 레듀샤배관(20)과 결합될 수 있도록 가장자리에 다수개의 결합홀(32)이 형성되어 있으며, 스테인레스 배관으로 이루어진 하부 레듀샤배관(30);
    내부 배관(50, 50')이 지지될 수 있도록 내부 배관(50, 50')의 하부에 삽입되어 있으며, 전위차 금속배관(70)이 지지될 수 있도록 금속배관(70)의 상부에 삽입되어 있고, 내부 배관(50, 50')과 전위차 금속배관(70)이 구분될 수 있도록 내부 배관(50, 50')과 전위차 금속배관(70) 사이에 삽입되어 있으며, 중간부 배관(40)의 중앙 부위에 육각형 형태의 관통홀(42)이 다수개 벌집 형태로 형성되어 있고, 몸체 에 수압저지홈(44)이 형성되어 있는 중간부 배관(40, 40-1, 40-2);
    후렌치 배관본체(10) 내부의 중간부 배관(40, 40-1) 사이에 삽입되어 있으며, 중앙부위에 관통홀(54, 54')이 형성되어 있고, 테프론층(56, 56')의 표면에 자석삽입홈(52, 52')이 형성되어 있으며, 자석삽입홈(52, 52')이 대응되도록 상부쪽 내부 배관(50')과 하부쪽 내부 배관(50)이 밀착되어 있는 상하 내부 배관(50, 50');
    상부쪽 내부 배관(50')과 하부쪽 내부 배관(50)이 밀착되도록 상부쪽 내부 배관(50')의 자석삽입홈(52')과 하부쪽 내부 배관(50)의 자석삽입홈(52)에 삽입되어 있으며, 네오디움으로 이루어진 영구자석(60);
    후렌치 배관본체(10) 내부의 중간부 배관(40-1, 40-2) 사이에 삽입되어 있으며, 중앙부위에 관통홀(71)이 형성되어 있고, 희생양극금속층(72)의 내부에 구리층(74)이 형성되어 있으며, 희생양극금속층(72)의 외부에 테프론층(78)이 형성되어 있고, 구리층(74)에 다수개의 관통홀(76)이 형성되어 있는 전위차 금속배관(70)으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 영구자석과 금속의 이온화경향 이용한 녹 및 스케일 예방ㆍ제거용 수처리 배관.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 희생양극금속층은 음용수에 사용하는 금속배관인 경우 마그네슘 또는 마그네슘합금으로 이루어져 있으며, 산업용수에 사용하는 금속배관인 경우 아연, 아연합금, 알루미늄 또는 알루미늄합금으로 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 영구자석과 금속의 이온화경향 이용한 녹 및 스케일 예방ㆍ제거용 수처리 배관.

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