KR101200003B1 - 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수 개의 원형 유로를 형성하고 유로의 중심에 자외선램프를 위치시킴으로써 자외선이 도달되지 않아 살균이 이루어지지 않는 살균 사각영역을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 상기 복수 개의 원형 유로 상하부를 자외선램프가 고정된 행거가 드나들 수 있도록 연결한 통과채널을 형성하여 수로 및 관로형 겸용 자외선살균장치로 사용할 수 있고, 자외선램프를 둘러싸는 석영관에 자외선 투과에 의한 살균 기능은 유지하면서 석영관에 오염물질이 부착되는 것이 방지하여 기계적인 석영관 세척장치가 불필요한 광촉매가 코팅된 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치는, 살균 대상 처리수가 흐르는 관로나 수로 상에 연결되어 그 내부를 흐르는 처리수에 자외선을 조사하여 살균하는 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치에 있어서, 유입구에서 배출구로 이어지는 원통형상의 유로가 상하의 복수열 배열되고, 이웃하는 유로 사이는 길이방향으로 길게 절개된 통과 채널이 형성되며, 최상층에 위치되는 유로의 상부는 길이방향으로 길게 개방된 투입구가 형성되고, 상기 관로나 수로에 연통되게 상기 유입구와 배출구가 관로나 수로에 연결된 하우징과, 상기 하우징의 투입구를 막는 커버와, 상기 커버에 매달려 상하로 길게 연장된 행거부재와, 각각 일측은 막히고 타단은 개구된 길이가 긴 관부재로서 상기 하우징의 복수열의 유로에 대응되어 상하로 복수열로 배열되어 상기 행거부재에 지지된 복수의 석영관이 구비된 행거와, 상기 석영관의 개구로 삽입되는 램프부와, 상기 램프부의 일단에 결합되어 상기 석영관의 개구를 막는 캡부가 구비된 자외선 램프가 포함된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치는, 살균 대상 처리수가 흐르는 관로나 수로 상에 연결되어 그 내부를 흐르는 처리수에 자외선을 조사하여 살균하는 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치에 있어서, 유입구에서 배출구로 이어지는 원통형상의 유로가 상하의 복수열 배열되고, 이웃하는 유로 사이는 길이방향으로 길게 절개된 통과 채널이 형성되며, 최상층에 위치되는 유로의 상부는 길이방향으로 길게 개방된 투입구가 형성되고, 상기 관로나 수로에 연통되게 상기 유입구와 배출구가 관로나 수로에 연결된 하우징과, 상기 하우징의 투입구를 막는 커버와, 상기 커버에 매달려 상하로 길게 연장된 행거부재와, 각각 일측은 막히고 타단은 개구된 길이가 긴 관부재로서 상기 하우징의 복수열의 유로에 대응되어 상하로 복수열로 배열되어 상기 행거부재에 지지된 복수의 석영관이 구비된 행거와, 상기 석영관의 개구로 삽입되는 램프부와, 상기 램프부의 일단에 결합되어 상기 석영관의 개구를 막는 캡부가 구비된 자외선 램프가 포함된 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수 개의 원형 유로를 형성하고 유로의 중심에 자외선램프를 위치시킴으로써 자외선이 도달되지 않아 살균이 이루어지지 않는 살균 사각영역을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 상기 복수 개의 원형 유로 상하부를 자외선램프가 고정된 행거가 드나들 수 있도록 연결한 통과채널을 형성하여 수로 및 관로형 겸용 자외선살균장치로 사용할 수 있고, 자외선램프를 둘러싸는 석영관에 자외선 투과에 의한 살균 기능은 유지하면서 석영관에 오염물질이 부착되는 것이 방지하여 기계적인 석영관 세척장치가 불필요한 광촉매가 코팅된 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치에 관한 것이다.
일반적으로 하수처리장에서 2차 또는 3차 침전 처리된 하수를 하천에 방류하기 전에 하수에 포함된 미생물 등의 각종 바이러스를 살균하게 되는데, 살균방법에는 염소살균법, 자외선살균법, 오존살균법 등의 방법이 사용된다. 이중 자외선살균법은 자외선을 방사하여 미생물의 조직을 파괴함으로써 미생물을 비활성화 시키고, 적정 방사강도에서 수초 동안의 조사만으로 살균이 가능하여 친환경적인 평가를 받고 있다.
종래의 하수 처리장의 개수로나 관로에 설치된 자외선 살균장치는 자외선 램프가 상/하/좌/우 방향의 소정 간격으로 복수개가 수로의 유수(流水) 방향에 대해 수평 또는 수직하게 설치되어, 자외선 램프 주변을 지나가는 처리수에 자외선을 조사시킴으로서 처리수에 잔재하고 있는 유해 미생물을 살균, 제거하는 구조를 갖는다.
일반적으로 자외선 살균 장치는 직경이 15~30mm 내외의 원통형의 자외선램프를 석영관 내부에 보호하여 수중에 설치 상기 자외선램프를 중심으로 자외선을 방사하여 자외선이 수중에서 투과하는 지역의 미생물을 살균처리하는 특성으로 인해 자외선이 수중에서 투과하는 영역을 벗어난 지역에는 자외선이 조사되지 못해 살균처리 되지 못하는 비살균 영역이 발생하게 된다. 이를 해결하기 위한 방안으로, 특허등록 제0924392호에는 도 1a에 도시된 바와 같은 '자외선 조사 사각영역을 제거한 자외선을 이용한 살균정화장치'가 개시되어 있다. 도 1에 도시된 살균장치는 원통체 튜브(1) 내에 자외선 램프(3)가 삽입된 석영관(2)을 위치시킴으로써 자외선이 도달되지 않아 살균이 이루어지지 않는 자외선 조사 사각영역을 제거할 수 있는 구조를 갖는다. 그러나, 상기 발명은 자외선 램프(3) 각각이 원통체 튜브(1)의 길이방향으로 삽입되는 구조를 가지고 있어 구조가 복잡하고, 또한 자외선 램프(3)를 교환하거나 청소하고자 할 때 자외선 램프(3)를 하나씩 탈부착해야하는 번거로움이 있으며, 관로에 연결하여 사용될 수 있는 구조로서 관로에 연결시에 유출입구(4a,4b)가 기존 관로 방향에 대하여 90도 또는 180도 방향으로 전환하여 설치할 수밖에 없다. 또한, 상기 발명은 자외선 램프(3)가 원통체 튜브(1)의 길이 방향으로 삽입되는 구조이기 때문에 개방된 수로에 설치되어 사용될 수 없는 단점을 갖는다. 도 1b는 도 1a에 도시된 발명과 같이 원통체 튜브(1')에 석영관(2')이 튜브(1')길이 방향으로 삽입되는 구조를 갖는데, 이러한 이유로 도 1b에 도시된 발명 또한 유출입구(4a,4b)가 90도 방향으로 전환됨으로써 관로에 연결될 수 있으나 상방이 개방된 수로에 연결되기 어려운 구조를 갖는다.
한편, 개방된 수로에 설치되어 비살균 영역을 제거할 수 있는 기술로 도 2에 도시된 대한민국 실용신안등록 제0295112호에는 램프(3")와 램프 사이에 표면이 경면 처리된 반사체(1")를 형성하여 자외선램프에서 방사된 자외선을 비살균 영역에까지 도달하게 하는 방안이 안출되었다. 상기 발명은 개수로에 설치되어 사용될 수 있고 경면 처리된 반사체(1")에 의하여 자외선이 조사되지 아니하는 비살균 영역을 일부 제거하는 효과가 있지만, 자외선램프(3") 사이 공간과 마름모의 꼭지점 부분은 여전히 자외선이 도달되지 않아 비살균 영역으로 존재하고, 자외선 조사 사각영역을 제거하기 위한 구조가 마름모 형태로 동심원을 이루지 못함에 따른 유로의 압력손실 증가 문제가 있으며, 석영관 표면에 이끼 및 유기물 등의 오염물질이 제거하는 세척장치를 구조적으로 설치할 수 없는 문제점으로 오염물질이 자외선을 차단하여 살균력을 상실하여 개방형 자외선살균장치가 석영관에 이끼 등의 오염이 심각한 하수처리장 처리수를 살균처리 하는 용도로 사용하는 특성상 자외선 살균장치로서 사용할 수 없다는 문제점이 있다.
일반적으로 자외선 조사 영역을 흐르는 하수처리장 처리수에는 유해 미생물 외에 미세한 유기물질이나 부유물이 포함되어 있고, 이것들은 자외선램프를 보호하는 석영관 외표면에 부착하여 유기물 피막을 형성하여 석영관을 통해 수중으로 조사되는 자외선을 차단하여 살균력을 상실하거나, 또는 석영관 주변에서 부유하여 자외선 방사 영역의 범위를 좁게 하는 문제점이 있다. 즉, 처리수에 포함된 부유물질 등으로 인해 탁도가 높아지면 자외선램프로부터 방사되는 자외선이 멀리까지 조사되지 않게 됨은 물론, 석영관 표면에 유기물이 퇴적되어 피막을 형성시켜서 자외선램프의 자외선 방사를 현저히 저감시켜 미생물의 살균 처리가 충분하지 않게 되는 문제점을 갖는다.
이를 해결하기 위한 종래 방안으로서, 자외선램프를 수중에서 보호하는 석영관의 외주를 감싸는 링 형태의 와이퍼를 설치하고, 상기 와이퍼가 석영관 외주를 따라 길이 방향으로 좌우로 이송되면서 석영관 표면을 세척하는 기계적인 석영관 세척장치에 대해 안출된 바 있고, 그 예로써 대한민국 특허등록 제 0453740호를 들 수 있다. 이러한 기계적인 석영관 세척 장치는 수로형 자외선 살균 장치에서 석영관 외표면을 세척하기 위하여 석영관 외표면에 발생한 오염물질을 석영관 외경에 맞는 금속재질의 와이어 브러쉬나, 테프론 재질 등의 슬리브를 마찰시키면서 공기 및 유압 실린더 방식이나, 축의 회전에 의해 슬리브를 왕복시켜 오염물질을 제거하는 방식을 채택하고 있는데, 이는 석영관 세척 장치의 사용기간이 길어짐에 따라 석영관의 오염물질을 제거하는 슬리브가 마모되어 헐거워지거나, 세척 장치를 구성하는 부품의 빈번한 고장 등으로 석영관 세척 효율이 떨어져 석영관에 오염물질이 부착되어 석영관을 통해 수중으로 투과되는 자외선 량의 감소로 살균력이 감소하거나 완전히 상실하는 문제점을 여전히 갖는다.
상기의 기계적인 석영관 세척 장치의 문제점을 해결하기 위해 광촉매의 초친수성과 오염물질 분해능력을 이용하여 건축물 외벽의 오염물질을 광분해 작용에 의해 표면을 항상 청결히 유지할 수 있는 자동세척기능을 자외선살균장치의 석영관 오염방지에 적용하기 위해 석영관에 이산화티탄을 코팅하여 사용하고자 하는 시도가 있었다. 공개특허 제2004-0056940호에는 석영관 외표면에 입자형 광촉매를 바인더와 함께 혼합하여 코팅하여 살균 및 오염물질 분해작용을 하는 자외선살균장치를 기술하고 있다.
상기와 같이 이산화티탄을 자외선살균장치의 석영관에 코팅하여 사용하는 경우는 이산화티탄이 자외선을 흡수하여 광촉매 반응을 진행하는 특성상 자외선램프에서 조사된 자외선이 석영관 외표면에 코팅된 이산화티탄에 흡수되어 OH라디칼을 생성하여 오염물질과 살균작용을 하는 광촉매 반응으로 석영관에 오염물질의 부착방지와 석영관 표면의 미생물을 살균처리가 가능하지만, 자외선램프에서 조사되는 자외선이 대부분이 석영관에 코팅된 이산화티탄에 차단되어 자외선을 수중으로 조사되지 못해 투과되는 자외선에 의한 미생물을 살균처리 할 수 없고, 오로지 석영관 외표면에 코팅된 이산화티탄 표면에 생성된 OH라다칼에 의한 살균작용만 가능하기 때문에 이산화티탄 표면 이외의 지역은 살균처리되지 않아 살균 저하로 자외선살균장치로서 사용할 수 없는 문제점이 있었다.
특히 상기 공개특허 제2004-0056940호와 같이 분말형 광촉매를 무기성 바인더와 혼합하여 100 내외에서 열처리하여 코팅하여 사용하는 경우는 분말형태의 이산화티탄 광촉매를 실란계 무기 바인더와 혼합하여 석영관 표면에 코팅시키는 과정에서 필연적으로 광촉매 활성이 없는 무기 바인더가 광촉매 표면을 피복시켜 자외선과 접촉이 차단되어 활성을 나타내지 못하게 하고, 또한 광촉매를 고정하는 바인더가 광촉매와 오염물질 또는 미생물과의 접촉을 차단하게 되어 광촉매 반응을 현저히 떨어뜨리는 문제점이 있다.
또한, 상기와 같이 광촉매 분말을 코팅하는 경우 광촉매 입자 크기보다 작은 광촉매 코팅층을 얻을 수 없기 때문에 자외선 차폐효과가 큰 이산화티탄의 특성상 광촉매 코팅층 두께를 조절하여 자외선 투과량을 조절하여 석영관의 오염방지 기능을 부여하면서 자외선살균 작용을 수행하는 것은 거의 불가능할 뿐만 아니라 장시간 수중에서 사용되는 경우 수중에서 코팅층이 박리되는 문제점이 있다.
이러한 이유에서 자외선살균장치에서 석영관의 역할은 수중에서 설치되는 자외선램프를 전기적으로 절연을 유지시키고 램프에서 조사되는 자외선을 수중으로 손실없이 전달해야 하기 때문에 석영관에 이산화티탄을 코팅시 자외선 차단효과가 큰 이산화티탄은 자외선램프에서 조사되는 대부분의 자외선을 광촉매 층에서 차단되기 때문에 자외선살균장치에 사용하는 석영관 외표면에 코팅하여 사용하는 것을 금기시하여 왔다.
결과적으로 상기의 공개특허 제2004-0056940호와 같이 광촉매를 석영관에 코팅하여 사용하는 자외선살균장치는 석영관을 통해 수중으로 조사되는 자외선에 의해 수중의 미생물을 한번 통과만으로 살균 처리해야 하는 자외선살균장치의 특성상 살균작용이 석영관 외표면에 코팅된 광촉매 표면에 한정되어 살균 기능이 현저히 떨어져서 살균효율이 작기 때문에 석영관 오염방지 기능이 있음에도 현재까지 상용화되지 못하고 있다.
반면, 광촉매물질을 석영관에 코팅하지 않고 금속 재질의 코일형 스프링 담체에 코팅하여 자외선램프가 삽입된 석영관 주위에 충진한 형태의 자외선살균장치를 개발하여 간이상수도 시설 등의 음용수 살균장치로서 조달청 우수제품인증(제2009059호)을 받을 정도로 상용화에 성공한바 있다.
상기와 같은 이유에서 석영관 오염방지를 위한 코팅방법은 자외선살균장치가 자외선에 의한 살균기능을 달성하기 위한 자외선의 투과 기능과 석영관 외표면의 오염방지 기능을 갖기 위해서는 석영관 외표면에 코팅되는 광촉매 박막 두께를 조절을 통한 자외선의 차단율을 제어할 수 있으면서, 수중에서 장시간 사용함에도 박리 되지않는 광촉매 코팅 기술이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 복수개의 원형 유로를 형성하고 유로의 중심에 자외선 램프를 위치시킴으로써 자외선이 도달되지 않아 살균이 이루어지지 않는 살균 사각영역을 제거할 수 있는 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 자외선램프를 둘러싸는 석영관에 자외선 차단율이 높은 광촉매을 코팅함에 있어 광촉매에 의해 차단되는 자외선 양을 조절하여 투과되는 자외선에 의한 살균기능을 유지하면서 석영관에 유기물이 부착되는 것이 방지되어 기계적인 석영관 세척장치가 불필요한 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치를 제공하기 위한 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치는, 살균 대상 처리수가 흐르는 관로나 수로 상에 연결되어 그 내부를 흐르는 처리수에 자외선을 조사하여 살균하는 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치에 있어서, 유입구에서 배출구로 이어지는 원통형상의 유로가 상하의 복수열 배열되고, 이웃하는 유로 사이는 길이방향으로 길게 절개된 통과 채널이 형성되며, 최상층에 위치되는 유로의 상부는 길이방향으로 길게 개방된 투입구가 형성되고, 상기 관로나 수로에 연통되게 상기 유입구와 배출구가 관로나 수로에 연결된 하우징과, 상기 하우징의 투입구를 막는 커버와, 상기 커버에 매달려 상하로 길게 연장된 행거부재와, 각각 일측은 막히고 타단은 개구된 길이가 긴 관부재로서 상기 하우징의 복수열의 유로에 대응되어 상하로 복수열로 배열되어 상기 행거부재에 지지된 복수의 석영관이 구비된 행거와, 상기 석영관의 개구로 삽입되는 램프부와, 상기 램프부의 일단에 결합되어 상기 석영관의 개구를 막는 캡부가 구비된 자외선 램프가 포함된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치는, 상기 행거는, 이웃하는 석영관 사이에서 상기 행거부재에 지지되어 상기 행거의 석영관이 상기 유로의 중심에 위치된 상태에서 상기 하우징의 통과 채널을 차단하도록 그 통과 채널에 위치되는 차단부재가 더 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치는, 상기 행거는, 석영관의 외측 표면에 자외선이 투과되는 박막의 이산화티탄 코팅층이 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치는, 상기 석영관의 외측 표면에 무수 알콜 용매로 희석한 티타늄알콕사이드 코팅용액을 석영관 외표면에 코팅하고, 상기 티타늄알콕사이드 코팅용액이 코팅된 석영관을 350~600℃로 열처리하여 티타늄알콕사이드를 이산화티탄으로 전환시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치는, 상기 티타늄알콕사이드 코팅용액은 무수 알콜 15 내지 40 몰(mol)에, 원활한 코팅공정의 수행을 위해 계면활성제로 디에탄올아민 0.1 내지 3 몰을 투입하고, 티타늄알콕사이드를 1 내지 3 몰을 혼합하여 광촉매 졸로 제조하는 단계와, 상기의 광촉매 졸을 무수 알콜 용매로 1 내지 3,000배 희석시켜 석영관 코팅 전용 광촉매 졸을 제조하는 단계와, 상기의 광촉매 졸을 석영관 외표면에 코팅하여 350~600℃로 열처리하여 티타늄알콕사이드를 이산화티탄으로 전환시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치는, 상기 티타늄알콕사이드 코팅용액을 상기의 광촉매 졸을 희석하는 과정을 거치지 않고 무수 알콜 4,500 내지 120,000 몰(mol)에 디에탄올아민 0.1 내지 3 몰을 혼합하고, 티타늄알콕사이드를 1 내지 3 몰을 혼합하여 제조한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치는, 상기 티타늄알콕사이드는 티타늄노르말부톡사이드(titanium n-butoxide), 티타늄 테트라아이소부톡사이드(titanium tetra-iso-butoxide), 티타늄 테트라아이소프로폭사이드(titanium-tetra-iso- propoxide), 티타늄아이소프로폭사이드(titanium-iso- propoxide), 티타늄에톡사이드(titanium ethoxide) 중 어느 하나에서 선택된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치는, 복수개의 원형 유로를 형성하고 유로의 중심에 자외선 램프를 위치시킴으로써 자외선이 도달되지 않아 살균이 이루어지지 않는 살균 사각영역을 제거할 수 있는 장점을 갖는다.
또한 본 발명에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치는, 상기 복수개의 원형 유로 상하부를 자외선램프가 고정된 행거가 드나들 수 있도록 연결한 통과채널을 형성하여 기존 관로형 살균장치의 경우 자외선램프를 교환하거나 석영관을 세척하는 경우 개별적으로 석영관을 탈부착하는 번거로움을 수로형 살균장치처럼 석영관이 장착된 행거를 탈부착하는 방법으로 해결할 수 있고, 수로형 살균장치는 수위 조절과 누수 문제로 관로형 살균장치로 사용할 수 없었던 문제점을 상기 복수개의 원형유로로 구성된 하우징 상부와 석영관이 장착된 행거 상부의 덮개가 기밀을 유지할 수 있는 패킹 부재와 고정부를 갖추어 관로에 연결할 수 있는 장점을 갖는다.
또한, 본 발명에 따른 자외선살균장치는 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치는, 자외선램프를 둘러싸는 석영관에 살균에 필요한 자외선이 투과될 수 있는 박막의 광촉매를 코팅함으로써 자외선살균장치로 살균기능을 수행할 수 있으면서 석영관에 유기물이 부착되는 것이 방지되어 기계적인 석영관 세척장치가 불필요한 장점을 갖는다.
특히, 본 발명에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치는, 석영관 표면에 코팅되는 광촉매의 양을 조절하여 자외선이 차단율을 제어하는 방법으로 석영관을 통해 수중으로 조사되는 자외선의 양을 조절하여 투과되는 자외선에 의한 미생물 살균기능을 유지할 수 있으면서 석영관의 오염방지 기능을 갖는 장점을 갖는다.
즉, 본 발명에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치는, 복수개의 원형 유로를 형성하고 유로의 중심에 자외선램프를 위치시킴으로써 자외선이 도달되지 않아 살균이 이루어지지 않는 살균 사각영역을 제거할 수 있을 뿐만 아니라 자외선램프를 둘러싸는 석영관에 광촉매를 코팅함으로써 석영관에 유기물이 부착되는 것이 방지되어 기계적인 석영관 세척장치가 불필요한 장점을 갖는다.
도 1a 내지 도 2는 종래의 자외선 살균 사각 영역을 제거한 구조를 갖는 자외선 살균 장치를 도시한 도면
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치를 도시한 분해 사시도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치의 행거와 자외선 램프를 확대하여 도시한 사시도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치의 하우징의 구조를 확대하여 도시한 사시도
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치를 정면에서 도시한 도면
도 7은 도 6의 A부분을 확대하여 도시한 도면
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치를 측면에서 도시한 도면
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치를 도시한 분해 사시도
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치의 행거와 자외선 램프를 확대하여 도시한 사시도
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치의 하우징의 구조를 확대하여 도시한 사시도
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치를 정면에서 도시한 도면
도 7은 도 6의 A부분을 확대하여 도시한 도면
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치를 측면에서 도시한 도면
이하에서는 도면에 도시된 실시예를 참조하여 본 발명에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치를 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치를 도시한 분해 사시도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치의 행거와 자외선 램프를 확대하여 도시한 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치의 하우징의 구조를 확대하여 도시한 사시도이고, 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치를 정면에서 도시한 도면이며, 도 7은 도 6의 A부분을 확대하여 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치를 측면에서 도시한 도면이다.
도면을 참조하면 본 발명에 따른 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치는 살균 대상 처리수가 흐르는 관로나 수로 상에 연결되어 그 내부를 흐르는 처리수에 자외선을 조사하여 살균하는 장치로서, 하우징(10), 행거(20) 및 자외선 램프(30)로 구성된다.
상기 하우징(10)은 관로나 수로 상에 연결되어 처리 대상수가 흐르는 통로를 형성하기 위한 구성이다. 본 발명은 상기 하우징(10)의 몸체(11)에 대상 처리수가 흐르는 통로, 즉 유로(12,12',12")가 상하로 복수열로 배열되고, 그 유로(12,12',12") 각각은 원통형상으로 형성되어 그 원통의 중심에 위치된 램프부(31)로부터 방사되는 자외선이 자외선의 도달 반경(R)보다 작은 반경을 갖도록 형성된 원통의 내면까지 모두 도달되도록 하여 자외선이 도달되지 않아 살균이 이루어지지 않는 살균 사각 영역이 제거된 것을 특징으로 한다. 도면을 참조하면, 상기 복수의 유로(12,12',12") 각각은 유입구에서 배출구로 이어지는 원통형상으로 형성되고, 복수의 열이 상하로 배열되며, 그 복수의 열로 배열된 유로(12,12',12")로 램프부(31)가 삽입된 석영관(24,24',24")이 상부에서 하방으로 삽입될 수 있는 구조를 갖는다. 이를 위해서 상하의 복수의 열로 배열된 유로(12,12',12")에어 이웃하는 유로 사이는 길이방향으로 길게 절개되어 상하로 개방된 통과 채널(12a,12a',12a")이 형성되며, 최상층에 위치되는 유로의 상부는 길이방향으로 길게 하우징(10)의 상방으로 개방된 투입구(13)가 형성된다. 본 발명은 상하로 복수의 유로(12,12',12")가 배열되고 그 사이가 통과 채널(12a,12a',12a")로 개방된 모듈이 폭방향으로 복수개가 배열되어 처리 대상수가 통과될 수 있는 전체 유량을 크게 할 수 있다. 상기와 같이 상하 방향으로 유로(12,12',12")와 통과 채널(12a,12a',12a")이 순차적으로 형성되고 상부에 투입구(13)이 형성된 하우징은 관로나 수로에 연통되게 상기 유로(12,12',12")의 유입구와 배출구가 관로나 수로에 연결된다. 한편, 상기 유로(12,12',12")를 처리 대상수가 빠른 속도로 흐르는 경우 대상 처리수의 흐름은 층류(laminar flow)의 형태를 갖게 되는데 이 경우 자외선 램프(30)의 램프부(31)로부터 거리가 가까운 곳과 먼 곳의 흐름에는 자외선의 도달량의 차이가 발생된다. 따라서, 상기 유로(12,12',12")의 내측면에는 층류를 교란시켜 난류(turbulent flow)가 형성되도록 하기 위한 돌출된 구조의 유동 교란부재가 교대로 또는 나선형으로 배칠되어 설치되는 것이 바람직하다.
상기 행거(20)는 상기 하우징(10)의 유로(12,12',12")로 램프부(31)가 삽입된 상태의 석영관(23,23',23")를 일체로 삽입시킬 수 있도록 석영관(23,23',23")이 매달린 구조의 구성으로, 커버(21), 행거부재(22), 석영관(23,23',23") 및 차단부재(24,24',24")로 구성된다.
상기 커버(21)는 상기 하우징(10)의 상부에 길이 방향으로 길게 절개되어 상방으로 개방된 투입구(13)을 막기 위한 구성이다. 본 발명은 상기 커버(21)가 투입구(13)을 막아 누수가 이루어지지 않도록 패킹이나 실링이 되는 구조이기 때문에 상방으로 개방된 수로뿐만 아니라 관로에도 이용될 수 있게 된다. 상기 커버(21)에는 상기 행거(20)의 석영관(23,23',23")에 삽입된 램프부(31)로부터 인출되는 전원 케이블(33)이 통과되기 위한 케이블 통과홀(21a)가 커버(21)의 일측 단부에 상하로 관통되게 형성된다. 상기 전원케이블(33)이 통과된 상태에서 상기 케이블 통과홀(21a)은 대상 처리수가 새지 않도록 밀봉된다.
상기 행거부재(22)는 상기 석영관(23,23',23")과 차단부재(24,24',24")를 상기 커버(21)의 하부에 매달수 있도록 하기 위한 부재이다. 도면을 참조하면, 상기 행거부재(22)는 상기 커버(21)에 매달려 상하로 길게 연장된다. 상기 석영관(23,23',23")과 차단부재(24,24',24")는 길이가 긴 구조를 갖기 때문에 상기 행거부재(22)는 상기 커버(21)의 양측 단부 각각에 구비되어 한 쌍이 마주보게 구비된다. 상기 석영관(23,23',23")은 내부에 삽입되는 자외선 램프(31)가 대상 처리수에 직접 접촉되지 않도록 하고 그 자외선 램프(31)로부터 방사되는 자외선을 통과시키기 위한 관체로서, 상기 하우징(10)의 유로(12,12',12")에 대응되어 복수의 열로 상기 행거부재(22)에 상하로 배열되어 매달린다. 도면을 참조하면, 상기 석영관(23,23',23')은 각각 일측은 막히고 타단은 개구된 길이가 긴 관부재로서 상기 하우징(10)의 복수열의 유로(12,12',12")에 대응되어 상하로 복수열로 배열되어 상기 행거부재에 지지된다. 상기와 같이 상하로 배열된 석영관(23,23',23") 각각의 내부로 상기 자외선 램프(30)의 램프부(31)가 삽입된다.
상기 차단부재(24,24',24")는 상기 하우징(10)의 유로(12,12',12") 사이에 형성된 통과 채널(12a,12a',12a")을 차단하여 그 통과 채널(12a,12a',12")로 처리 대상수가 흐르지 않도록 하기 위한 구성이다. 본 발명은 상기 유로(12,12',12")가 원통형으로 형성되어 그 내부를 흐르는 처리 대상수 전체에 자외선 램프(31)로부터 방사되는 자외선이 모두 도달될 수 있는 구조를 갖도록 하기 위한 것인데, 행거(20)의 투입시 자외선 램프(30)의 램프부(31)이 삽입된 석영관(23,23',23")의 통과를 위해 필수적인 통과 채널(12a,12a',12a")이 막히지 않은 경우 그 통과 채널(12a,12a',12a")로 처리 대상수가 흐르게 이 부분은 자외선이 도달되지 않을 수 있게 된다. 본 발명은 상기 통과 채널(12a,12a',12a")을 상기 차단부재(24,24',24")로 막아 통과 채널(12a,12a',12a")로 처리대상수가 흐르지 않고 원통형상의 유로(12,12',12")로만 흐르도록 할 수 있게 한 것을 특징으로 한다. 도면을 참조하면, 상기 차단부재(24,24',24")는 이웃하는 석영관(23,23',23") 사이에서 상기 행거부재(22)에 지지되어 상기 행거(20)의 석영관(23,23',23')이 상기 유로(12,12',12")의 중심에 위치된 상태에서 상기 하우징(10)의 통과 채널(12a,12a',12a")을 차단하도록 그 통과 채널(12a,12a',12a")로 삽입되어 통과채널(12a,12a',12a")에 위치된다. 한편, 상기 상기 차단부재(24,24',24")는 상기 통과 채널(12a,12a',12a")로 삽입된 상태에서 유로(12,12',12")로 노출되는 상하측부 면은 상기 유로(12,12',12")의 원통형상의 내면과 같이 곡면으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 자외선 램프(30)는 상기 행거(20)에 매달려 행거(20)와 일체로 상기 하우징(10)으로 투입된다. 상기 자외선 램프(30)는 상기 석영관(23,23',23') 각각의 개구로 삽입되어 전원의 공급으로 자외선을 발산하는 램프부(31)와, 상기 램프부(31)의 일단에 결합되어 상기 램프부(31)가 석영관(23,23',23")에 삽입된 상태에서 상기 석영관(23,23',23")의 개구를 막는 캡부(32)와, 상기 캡부(32)로부터 인출되어 외부의 전원공급장치에 연결되는 전원케이블(33)으로 구성된다. 상기와 같이 구성된 자외선 램프(30)는 램프부(31)가 석영관(23,23',23")에 삽입된 상태에서 행거(20)와 일체로 되어 상기 하우징(20)의 투입구(13)를 통해 각 석영관(23,23',23")이 각 유로(12,12',12")에 위치되게 상기 하우징(20)으로 투입되어 장착된다.
한편, 상기와 같이 행거(20)에 매달려 상기 하우징(20)의 유로(12,12',12") 각각으로 석영관(23,23',23")이 투입된 상태에서 대상 처리수의 접촉이 이루어지기 때문에 시간이 지남에 따라 석영관(23,23',23')에 유기물이 부착됨으로써 자외선 투과율이 떨어지게 되는데, 이를 방지하기 위해서는 석영관(23,23',23")의 외면을 주기적으로 청소하는 것이 필요해진다. 그러나 본 발명은 석영관(23,23',23")의 외면에 이산화티탄을 박막으로 코팅함으로써 유기물이 석영관(23,23',23")의 표면에 부착되는 것을 원천적으로 차단한 것을 특징으로 한다. 이를 위해서 본 발명은 상기 석영관(23,23',23")의 외측 표면에 자외선이 투과되는 박막의 이산화티탄 코팅층이 형성된 것을 특징으로 한다. 석영관(23,23',23")의 외측 표면에 이산화티탄을 코팅함으로써 유기물이 석영관(23,23',23")의 외측 표면에 부착되는 것을 방지하는 것은 광촉매 반응을 이용한 것이다. 광촉매 반응은 광촉매에 띠 간격 에너지(band gap energy) 이상의 빛 에너지를 광촉매에 조사하였을 때 전자의 이동으로 정공이 발생하고, 정공에 의해 생성되는 수산화라디칼(OH라디칼)의 강력한 산화력으로 광촉매 표면에 흡착된 유기물이 산화?분해되는 반응을 일컬으며, 산과 알카리에 안정한 이산화티탄이 잘 알려져 있으며 여러 분야에 활용되고 있다.
상기 이산화티탄 광촉매가 자외선 조사를 받을 경우, 표면에서 OH라디칼을 형성하여 오염물질의 산화와 살균 작용을 하며, 물과의 친화성이 급격히 증가하는 초친수성을 나타내어 이물질이 광촉매 코팅면에는 부착하지 않는 특성과 오염물이 부착하여도 광분해 작용에 의하여 분해되므로 표면을 항상 청결히 유지하는 특성을 이용 건축물에 광촉매를 코팅하여 외벽을 빗물 등에 의해 자동청소하게 하여 분야에 활용되고 있다.
일반적으로 입자형태의 이산화티탄(TiO2) 광촉매 표면에는 표면에 결합할 수 있는 수산기(-OH)와 같은 관능기(funtional group)가 없어 유리 등과 바인더 없이는 부착 도는 코팅할 수 없으나, 실란계 바인더를 사용하여 바인더의 수산기(-OH)와 유리표면의 수산기(-OH)가 열처리과정에서 축합되어 물이 빠져나가면서 화학적인 결합이 생성되고, 상기 바인더 사이에 입자형 광촉매를 고정하는 방법으로 표면에 고정할 수 있다.
이처럼 코팅하고자하는 기재와 코팅시키고자하는 물질에 실란올기(-OH)와 같은 관능기가 존재하는 경우 열처리 과정에서 축합되어 물이 빠져나가 면서 화학적으로 안정한 결합을 하여 매우 강력한 코팅 막을 얻을 수 있는 것으로 알려져 있고, 유리 구슬에 이산화티탄 전구물질인 티타늄아이소프록폭사이드를 코팅하여 열처리하면 바인더 없이도 견고한 코팅막을 얻을 수 있다.
반면 석영관의 경우 이산화규소(SiO2)로 구성되어 있어 관능기인 -OH 기가 없어 이산화티탄 전구물질인 티타늄아이소프록폭사이드를 석영관에 코팅하여 열처리하여도 화학적으로 결합할 수 없어 이론적으로 견고한 이산화티탄(TiO2) 박막을 얻을 수 없고 쉽게 박리되는 것으로 알려졌다. 이러한 이유에서 이산화티탄을 코팅하기 위해 대부분의 선행기술에서는 바인더를 사용하고 있다.
그러나 이산화티탄은 자외선 차단효과가 크기 때문에 이산화티탄을 기존과 같이 바인더를 이용하는 방법으로 석영관에 코팅하는 경우 자외선 투과량이 확보되지 않아 살균장치로서 기능을 유지할 수 업게 된다.
본 발명은 석영관의 외면에 이산화티탄을 코팅하면서 자외선의 투과량을 확보하기 위해서는 석영관에 코팅되는 양이 극소량이여야 한다는 점과 일반적으로 수처리 장치에 사용하는 석영관이 100% 이산화규소(SiO2)가 아닌 Na, Al, Fe, 등의 다양한 양이온들의 불순물을 함유하는 점에 착안하여 상기 양이온에 결합된 -OH기와 이산화티탄 전구물질의 티타늄아이소프록폭사이드의 -OH 기가 열처리 과정에서 축합반응에 의해 바인더 없이 견고하면서 자외선 투과율이 높은 이산화티탄 박막을 석영관의 표면에 코팅하는 것을 특징으로 한다.
특히, 본 발명은 자외선 흡수를 잘하여 자외선 차단력이 강한 이산화티탄을 석영관에 자외선 차폐율을 작게하면서 코팅하기 위하여 석영관에 코팅되는 이산화티탄의 양을 석영관에 코팅하는 이산화티탄 광촉매 전구체인 티타늄아이소프록폭사이드의 농도를 조절하는 방법으로 조절함으로써 석영관 내부의 자외선램프에서 조사되는 자외선의 차폐율을 제어한 것을 특징으로 한다 있다.
이산화티탄에 의해 차단되는 자외선이 3% 이하인 경우 투과되는 자외선이 많아 살균력 저하는 미미한 반면 광촉매에 의한 석영관 오염방지 기능이 충분치 않을 수도 있다. 반대로 자외선 차단이 많이 되는 경우 오염방지 기능은 좋아질 수 있지만 투과되는 자외선이 작아 살균효율은 낮아질 수 있다. 한편, 자외선 차단율이 50% 이상으로 광촉매가 코팅되는 경우 석영관의 오염방지 기능은 충분한 발휘되지만 수중으로 투과되는 자외선 양이 적어져 살균력 저하로 살균장치 본연의 기능을 상실할 수 있기 때문에 바람직하게는 3~10% 자외선이 차단되는 양만큼 광촉매를 코팅하는 것이 바람직하다.
이산화티탄 분자가 골고루 광촉매가 석영관 표면에 코팅되는 경우가 가장 이상적이지만 현실적으로 조절할 수 없기 때문에 한 분자 층에서 수 분자 층까지 코팅되게 하는 것이 중요하다. 광촉매 반응은 빛이 조사되는 표면에서만 진행되기 때문에 코팅층이 두껍다고 해서 광촉매 반응에 의한 오염물질 제거 기능이 증가하는 것이 아니고 자외선 차단량이 증가하기 때문에 코팅층의 두께를 조절하는 것이 매우 중요하다.
상기의 석영관에 오염방지 기능을 부여하면서 자외선에 의한 살균작용을 구현하기 위한 이산화티탄 광촉매의 전구체가 되는 티타늄이소프로폭사이드, 티타늄에톡사이드, 티타늄부톡사이드 등의 티타늄알콕사이드를 용매로 사용하는 무수 에탄놀, 프로판올 등에 희석하는 방법으로 석영관에 코팅되는 광촉매의 양을 조절하여 석영관 내부의 자외선램프에서 조사되는 자외선의 차폐율이 0~99.99%까지 제어하는 방법을 특징으로 한다.
석영관 표면에 코팅되는 광촉매 코팅층의 두께를 조절하기 위해서 통상의 담금법을 이용하는 경우 열처리 후에 코팅층의 두께를 어느 정도 조절이 가능하지만, 이러한 방법은 석영관이 코팅액 속에서 상승하는 속도와 코팅실의 온도에 따라 코팅되는 양이 달라지기 때문에 코팅층의 두께를 조절하는 것은 한계가 있다.
선행문헌 등에서 입자형 광촉매와 바인더를 사용한 경우 담금법(딥코팅), 스프레이법 등의 방법으로 코팅하여도 광촉매 입자가 가지는 두께와, 광촉매를 바인더로 둘러싸 고정하는 특성상 코팅층의 두께 조절을 자외선 차폐율을 3~10% 정도로 낮은 수준으로 조절할 수 없기 때문에 코팅되는 이산화티탄의 자외선 차폐효과가 커서 자외선살균장치로 사용할 수 없다.
본 발명은 자외선에 의한 살균력 손실을 최소화하면서 석영관의 오염방지 목적을 달성할 수 있도록 하기 위해 일반적으로 광촉매 반응에 사용하는 이산화티탄 광촉매 졸을 그대로 사용하는 않고 무수 용매로 5 ~ 1,000배까지 희석하여 제조한 석영관 코팅 전용 광촉매 졸을 딥코팅 방법으로 석영관 표면에 균일하게 코팅시킨 후 건조 후 열처리함으로써 자외선 차폐율이 3~30%인 박막의 이산화티탄 코팅층을 얻는 것을 특징으로한다.
이하에서는 이산화티탄을 석영관에 박막으로 코팅하는 과정을 상세하게 설명하기로 한다.
이산화티탄 광촉매 졸은 제조하기 위해 에탄올 : 티타늄 아이소프로폭사이드 : 디에탄올아민을 몰비(mole ratio)로 15~40 : 1~3: 0~3 가 되는 양을 혼합하여 제조한다. 먼저 용기 내에 15~40 몰의 에탄올을 투입하고, 이어서 0~3 몰의 디에탄올아민을 투입하여 잘 교반 시킨다. 이어서 1~3 몰의 티타늄 아이소프로폭사이드를 잘 혼합되도록 교반시켜 이산화티탄 광촉매 졸을 제조하고 밀봉하여 보관한다.
본 발명에 따르면 자외선 투과력이 낮은 이산화티탄은 코팅층이 두꺼울수록 자외선을 차단율이 급격히 증가 되는 이산화티탄 광촉매을 자외선을 이용한 수처리장치의 석영관 오염방지와 살균장치로서의 목적을 달성하기 위해 자외선 투과율이 70~97%이 되는 초미세 박막 형태의 이산화티탄이 코팅된 석영관을 만드는 본 발명은 광촉매 졸을 알콜 용매로 희석하여 광촉매 졸 중의 티타늄 아이소프로폭사이드 농도를 조절함으로써 열처리 후에 석영관에 코팅되는 이산화티탄의 양(두께)을 조절하는 것을 특징으로 한다.
이산화티탄을 초미세박막 형태로 코팅되게 하기 위하여 상기의 이산화티탄 광촉매 졸을 5 ~ 1,000 배까지 무수 알콜용매(에탄올)을 사용하여 오염방지를 위한 석영관 코팅 전용 광촉매 졸을 제조하고, 자외선을 이용한 수처리장치가 균일한 살균력과 오염방지 기능을 발휘하기 위해서 석영관의 한 쪽 끝을 막고 상기의 석영관 코팅 전용 광촉매 졸이 담긴 용기속에 석영관을 담군 후 석영관을 동일 속도로 용기 밖으로 상승시키거나, 요기 하부의 배출구를 통해 석영관 코팅 전용 광촉매 졸을 일정속도로 배출시키는 딥코팅 방법에 의해 상기 석영관 코팅 전용 광촉매 졸을 석영관에 균일하게 코팅처리하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 석영관 코팅 전용 광촉매 졸로 코팅된 석영관은 상온~80℃에서 5~60분 동안 건조한 후 전기로에서 350~600℃의 온도에서 30분에서 3시간 동안 열처리하면 자외선 투과율을 0~99.99%가 되는 다양한 초미세 박막 형태의 이산화티탄이 코팅된 석영관을 얻을 수 있는데, 본 발명은 자외선에 의한 살균기능과 이산화티탄 코팅층에 의한 석영관 외면 이물질 부착 방지 기능을 고려하여 자외선 투과율이 70~97% 코팅층을 얻는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 석영관 코팅공정의 품질관리를 위해 석영관 표면의 이산화티탄 박막 두께를 전자현미경 등을 이용하여 측정하기 위해 석영관을 절단하여 측정용 시편을 제작해야 하는 번거로움과, 측정된 이산화티탄 두께로부터 자외선 투과율과의 상관관계를 구해야 하는 문제점을 자외선 광도계(DELTA OHM社 제조, Model No. HD 9021)를 활용하여 이산화티탄 광촉매 코팅 전후의 자외선 투과도를 측정하여 자외선(UV-C) 투과도가 70~97% 범위(자외선 차폐율 3~30%)가 되는 석영관을 자외선 살균장치에 사용하는 것이 타당하다고 생각한다.
이산화티탄 광촉매 졸을 무수 에탄놀, 프로판올 등과 같은 다양한 형태의 무수 알콜을 용매로 5~1,000까지 희석하는 방법으로 석영관에 코팅되는 이산화티탄의 양을 조절하는 것이 가능하나, 희석용 용매로는 이산화티탄 광촉매 졸을 제조시에 사용하는 동일 종류의 알콜을 사용하는 것이 희석시 균일하게 잘 섞일 수 있어 바람직하다.
자외선 광도계를 활용하여 이산화티탄 광촉매 코팅된 석영관에 대한 코팅 전후의 자외선 투과도를 측정방법은 석영관 내부에 자외선램프를 넣고, 측정자의 안전을 고려하여 석영관의 직경과 길이보다 큰 관에 석영관이 중심부에 오도록 고정하고 자외선이 외부로 누출되지 않도록 한다. 자외선램프 필라멘트에서 램프 중간지점 사이에 뚫린 자외선 강도 측정구를 통해 자사되는 자외선을 광도계를 이용하여 자외선 량을 측정하는 방법으로 석영관의 자외선 투과율을 측정한다.
이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하기로 한다. 그러나 하기의 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
< 실시예1>
광촉매 졸을 제조하기 위해 무수 에탄올(Ethanol Anhydrous) 1,000ml를 교반 가능하고 외부 공기와 밀폐 가능한 용기에 넣고, 디에탄올아민(Diethanolamine) 50ml를 적하시키면서 30분 동안 혼합하고, 상기의 혼합 용액에 티타늄 아이소프로폭사이드(Titanium-iso-propoxide) 150ml를 천천히 약 1~3시간 동안 적하시키면서 혼합하여 이산화티탄 광촉매 졸을 제조한다.
석영관에 상기의 광촉매 졸을 코팅하기 위하여 상기 광촉매 졸 양에 대해 5배에서 1,000배의 무수 에탄올을 첨가하여 잘 혼합하여 석영관 코팅 전용 광촉매 졸을 제조하고, 상기의 석영관 코팅 전용 광촉매 졸을 석영관의 길이 및 직경보다 큰 원통형 용기에 코팅하고자 하는 석영관 길이 만큼 채우고, 석영관을 1m/분의 속도로 상승시키면서 석영관 외표면에 코팅한다.
상기와 같은 방법으로 코팅 된 석영관은 80℃에서 30분간 건조시키고, 450℃에서 2시간 동안 열처리한다.
상기의 일련의 방법에 의해 이산화티탄 광촉매 졸을 에탄올에 각 비율대로 희석하여 제조한 석영관 코팅 전용 광촉매 졸을 석영관에 코팅하여 열처리하여 자외선 광도계로 측정한 투과율을 아래의 표1에 도시하였다. 표1은 이산화티탄 광촉매 졸의 희석 배수에 따른 석영관의 자외선 투과율을 정리한 것이다.
| 이산화티탄 광촉매 졸(10) 희석배수 |
1,000 |
330 |
200 |
100 |
50 |
20 |
10 |
5 |
| 투과율(%) |
96 |
86 |
70 |
63 |
47 |
33 |
21 |
4 |
< 실시예 2>
이산화티탄 광촉매 졸을 제조한 후 알콜용매로 희석하여 석영관 코팅 전용 광촉매 졸을 제조하는 과정을 따르지 않고, 직접 석영관 코팅 전용 광촉매 졸을 제조하는 방법으로 무수 에탄올(Ethanol Anhydrous) 1,000 ℓ를 교반 가능하고 외부 공기와 밀폐 가능한 용기에 넣고, 디에탄올아민(Diethanolamine) 50ml를 적하시키면서 30분 동안 혼합하고, 상기의 혼합 용액에 티타늄 아이소프로폭사이드(Titanium-iso-propoxide) 150ml를 천천히 약 1~3시간 동안 적하시키면서 혼합하여 석영관 코팅 전용 광촉매 졸을 제조한다,
석영관에 상기의 석영관 코팅 전용 광촉매 졸을 코팅하기 위하여 석영관의 길이 및 직경보다 큰 원통형 용기에 코팅하고자 하는 석영관 길이 만큼 상기 석영관 코팅 전용 광촉매 졸을 채우고, 석영관을 1m/분의 속도로 상승시키면서 석영관 외표면에 코팅한다.
상기와 같은 방법으로 코팅 된 석영관은 80℃에서 30분간 건조시키고, 450℃에서 2시간 동안 열처리한다.
본 발명는 석영관에 자외선 투과력이 약한 광촉매를 코팅하여 친수성 발현과 석영관에 부착되는 오염물질을 분해하는 광촉매 반응을 통한 석영관 오염방지 기능을 발현해야하고, 한편으로는 자외선램프에서 조사되는 자외선을 수중으로 전달하여 살균장치로서의 목적도 달성해야하기 때문에 석영관에 코팅되는 이산화티탄의 양 조절이 매우 중요하다.
본 발명에 따르면 이산화티탄 광촉매 졸을 1,000배로 희석된 경우 96%의 자외선 투과율을 보이지만, 5배 희석한 경우 96% 자외선이 차단되기 때문에 자외선을 이용한 수처리장치로 사용하는 석영관은 살균효율을 고려하여 1,000배에서 200배 범위에서 결정하는 것이 타당하고, 바람직하게는 이산화티탄 광촉매 졸을 1,000배에서 500배 희석하여 석영관에 코팅하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면 석영관 코팅 전용 광촉매 졸을 직접제조하는 방법도 가능하지만 이산화티탄 광촉매 졸을 희석하는 과정을 통해 석영관 코팅 전용 광촉매 졸을 제조하는 장점은 이산화티탄의 함량조절이 쉽고, 석영관 코팅 전용 광촉매 졸을 필요시 마다 제조할 수 있다는 점이다.
본 발명에 따르면 이산화티타늄의 전구체가 되는 물질로는 티타늄 이소프로폭사이드, 티타늄 부톡사이드 등의 티타늄 알콕사이드계의 화합물이라면 어느 것을 사용하여도 무방하고, 추천하기로는 티타늄 이소프로폭사이드가 좋다.
앞에서 설명되고 도면에 도시된 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.
10:하우징, 11:몸체, 12,12',12":유로, 12a,12a'12a":통과 채널,
13:투입구, 20:행거, 21:커버, 22:행거부재, 23,23',23":석영관,
24,24',24":차단부재, 30:자외선 램프, 30:자외선 램프
13:투입구, 20:행거, 21:커버, 22:행거부재, 23,23',23":석영관,
24,24',24":차단부재, 30:자외선 램프, 30:자외선 램프
Claims (3)
- 살균 대상 처리수가 흐르는 관로나 수로 상에 연결되어 그 내부를 흐르는 처리수에 자외선을 조사하여 살균하는 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치에 있어서,
유입구에서 배출구로 이어지는 원통형상의 유로가 상하의 복수열 배열되고, 이웃하는 유로 사이는 길이방향으로 길게 절개된 통과 채널이 형성되며, 최상층에 위치되는 유로의 상부는 길이방향으로 길게 개방된 투입구가 형성되고, 상기 관로나 수로에 연통되게 상기 유입구와 배출구가 관로나 수로에 연결된 하우징과,
상기 하우징의 투입구를 막는 커버와, 상기 커버에 매달려 상하로 길게 연장된 행거부재와, 각각 일측은 막히고 타단은 개구된 길이가 긴 관부재로서 상기 하우징의 복수열의 유로에 대응되어 상하로 복수열로 배열되어 상기 행거부재에 지지된 복수의 석영관이 구비된 행거와,
상기 석영관의 개구로 삽입되는 램프부와, 상기 램프부의 일단에 결합되어 상기 석영관의 개구를 막는 캡부가 구비된 자외선 램프를 포함하되,
상기 행거는, 이웃하는 석영관 사이에서 상기 행거부재에 지지되어 상기 행거의 석영관이 상기 유로의 중심에 위치된 상태에서 상기 하우징의 통과 채널을 차단하도록 그 통과 채널에 위치되는 차단부재가 더 구비된 것을 특징으로 하는 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치.
- 제1항에 있어서,
상기 행거는, 석영관의 외측 표면에 자외선이 투과되는 박막의 이산화티탄 코팅층이 형성된 것을 특징으로 하는 관로 및 수로 겸용 자외선 살균 장치. - 삭제
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