KR101238314B1 - 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치 - Google Patents

선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밸러스트수가 배출되는 선박의 해수 배관 내에 수직방향으로 일정 간격 이격되어 구비되는 한 쌍의 전극 사이에 고전압을 인가하여, 전극간의 아크 방전을 통해 발생하는 강력한 플라즈마 충격파를 해수 중에 전파시킴으로써 밸러스트수 내의 부유생물과 미생물을 파괴시키는 고전압 펄스 방전 장치를 구성함에 있어서, 고전압이 인가되는 한 쌍의 전극표면을 절연체로 둘러싼 상태에서 상호 대향하고 있는 각 전극의 끝단 일부만을 절연체 외부로 노출시켜 구성하여, 해수로의 전하 누설을 최소화하고, 효율적으로 고전압의 펄스 방전을 발생시킴으로써 밸러스트수 내의 부유생물 및 미생물을 보다 효과적으로 처리할 수 있는 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치에 관한 것이다.
이를 위하여 본 발명은, 선박 밸러스트수의 정화를 위해 밸러스트수가 배출되는 해수 배관에 구비되는 고전압 펄스 방전 장치에 있어서, 상기 해수 배관 내부 일측에 구비되는 고전압 전극, 상기 해수 배관 내부에 구비되되, 상기 고전압 전극에 대향하는 위치에 상기 고전압 전극으로부터 일정간격 이격되어 구비되는 접지 전극, 상기 고전압 전극에 고전압을 인가하기 위한 전원공급수단을 포함하여 구성되되, 상기 고전압 전극과 접지 전극은, 전극 표면이 절연체로 감싸여진 상태에서 서로 대향하는 전극 끝단의 일부만이 각각 상기 절연체 외부로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치{An apparatus of high voltage pulse discharge for ballast water treatment}
본 발명은 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밸러스트수가 배출되는 선박의 해수 배관 내에 수직방향으로 일정 간격 이격되어 구비되는 한 쌍의 전극 사이에 고전압을 인가하여, 전극간의 아크 방전을 통해 발생하는 강력한 플라즈마 충격파를 해수 중에 전파시킴으로써 밸러스트수 내의 부유생물과 미생물을 파괴시키는 고전압 펄스 방전 장치를 구성함에 있어서, 고전압이 인가되는 한 쌍의 전극표면을 절연체로 둘러싼 상태에서 상호 대향하고 있는 각 전극의 끝단 일부만을 절연체 외부로 노출시켜 구성하여, 해수로의 전하 누설을 최소화하고, 효율적으로 고전압의 펄스 방전을 발생시킴으로써 밸러스트수 내의 부유생물 및 미생물을 보다 효과적으로 처리할 수 있는 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치에 관한 것이다.
일반적으로 밸러스트수(Ballast water)는 선박 운항 시, 선박의 균형 및 최적 운항속도를 유지하기 위하여 선박 내부에 설치된 밸러스트 탱크에 유입ㆍ배출되는 해수(海水)를 말한다.
한편, 상술한 바와 같은 밸러스트수는 선박에 화물이 적재되거나 또는 선박에 적재된 화물이 하역되는 경우 밸러스트 탱크로 유입 또는 해수 중에 방류되며, 이러한 과정에서 밸러스트 탱크에 수용되어 있던 타 지역의 미세 해양생물이 해당 지역으로 유입되어 생태계의 교란을 초래하게 된다.
이에 따라, 일반적으로 밸러스트수를 방류하기 전에 필터를 통해 해양생물을 걸러내고 있는데, 일정 크기 이상의 생물들은 필터를 이용하여 쉽게 걸러질 수 있지만, 수십 마이크로 미터 이하의 크기를 가지는 부유생물과 미생물들의 경우 필터를 이용하여 처리하는 데에 한계가 있다는 문제점이 있다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해, 현재 밸러스트수에 화학약품을 첨가하여 미생물을 사멸시키거나 또는 자외선의 조사를 통해 미생물을 제거하는 등의 다양한 방법들이 개발되어 사용되고 있으나, 화학적 처리방법은 2차 오염을 유발시킬 수 있는 가능성이 크고, 자외선 처리 방법은 일부 생물에만 효과가 있을 뿐 미생물의 완전 사멸이 어렵다는 단점이 있다.
이에 따라, 최근에는 선박의 해수 배관 내부에 방전장치를 통해 강력한 플라즈마 충격파를 발생시켜, 발생된 충격파를 해수 중에 전파시킴으로써 해수 내의 부유생물 및 미생물을 파괴시키는 고전압 방전장치를 이용한 밸러스트수 처리 장치가 개발되었다.
상술한 바와 같은 고전압 방전장치를 이용한 밸러스트수 처리 장치로는 대한민국 공개특허 제 2008-0092292호의 수중 펄스 플라즈마 처리 장치 및 그를 이용한 선박 밸러스트 워터 처리 시스템을 들 수 있으며, 이러한 밸러스트 워터 처리 시스템은 고전압 펄스 파워를 이용하여 충격파를 발생시킴으로써, 대량으로 외부(바다)로 유출되는 선박 밸러스트 워터 속의 각종 부유생물 및 미생물을 제거시킨다.
그러나, 상기한 밸러스트 워터 처리 시스템은 해수 중의 기포에 전극반응을 통한 펄스 에너지를 전달하여 스파크 방전을 일으킴으로써 순간적인 충격파를 발생시키는 바, 이때, 해수 내의 기포량이 적은 경우 효과적인 방전을 위해 별도의 기포발생장치를 설치해야하고, 또한 해수 내에 다량의 기포가 존재하게 됨으로써 발생된 충격파가 이들 기포들의 영향으로 해수를 통해 전파되는데 방해를 받게 되고, 이에 따라 해수 내의 부유생물과 미생물 제거가 효과적으로 이루어지지 않는다는 문제점이 있다.
또한, 상술한 바와 같은 밸러스트 워터 처리 시스템 이외에도 고전압 방전장치를 이용하여 미생물을 제거하는 기술로는 대한민국 공개특허 제 2006-0080487호의 플라즈마 충격파를 이용한 적조처리 장치를 들 수 있으며, 이러한 플라즈마 충격파를 이용한 적조처리 장치는 적조가 있는 물속에 일정 간격으로 한 쌍의 전극을 배치하고, 배치된 한 쌍의 전극에 직류 고전압 펄스파워를 인가하여 상기 전극들 사이에서 방전을 일으켜 플라즈마 충격파를 발생시킴으로써, 상기 플라즈마 충격파에 의해 적조의 원인물질을 제거시킨다.
그러나, 상술한 바와 같은 플라즈마 충격파를 이용한 적조처리 장치는, 해수에 삽입되는 전극의 표면이 해수 중에 그대로 노출되어 이들 전극 사이에 고전압이 인가되는 경우, 해수와 직접 접촉되는 전극표면을 통한 전하의 누출로 인해 충분한 고전압 방전을 발생시키기 어려워 해수 내의 미생물 제거 효율이 떨어진다는 문제점이 있다.
또한, 방전 효율을 높이기 위해 기포발생장치를 구비하는 경우, 상술한 대한민국 공개특허 제2008-0092292호의 경우와 마찬가지로 해수 내의 기포에 의해 충격파의 전파가 방해를 받게 되어 역시 미생물 처리 효과가 감소될 수밖에 없게 된다.
본 발명은 상기한 종래기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것이다. 즉, 본 발명의 목적은 밸러스트수가 배출되는 선박의 해수 배관 내에 수직방향으로 일정 간격 이격되어 구비되는 한 쌍의 전극 사이에 고전압을 인가하여, 전극간의 아크 방전을 통해 발생하는 강력한 플라즈마 충격파를 해수 중에 전파시킴으로써 밸러스트수 내의 부유생물과 미생물을 파괴시키는 고전압 펄스 방전 장치를 구성함에 있어서, 고전압이 인가되는 한 쌍의 전극표면을 절연체로 둘러싼 상태에서 상호 대향하고 있는 각 전극의 끝단 일부만을 절연체 외부로 노출시켜 구성하여, 해수로의 전하 누설을 최소화하고, 효율적으로 고전압의 펄스 방전을 발생시킴으로써 밸러스트수 내의 부유생물 및 미생물을 보다 효과적으로 처리하는 데에 있다.
상기의 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서의 본 발명은, 선박 밸러스트수의 정화를 위해 밸러스트수가 배출되는 해수 배관에 구비되는 고전압 펄스 방전 장치에 있어서, 상기 해수 배관 내부 일측에 구비되는 고전압 전극, 상기 해수 배관 내부에 구비되되, 상기 고전압 전극에 대향하는 위치에 상기 고전압 전극으로부터 일정간격 이격되어 구비되는 접지 전극, 상기 고전압 전극에 고전압을 인가하기 위한 전원공급수단을 포함하여 구성되되, 상기 고전압 전극과 접지 전극은, 전극 표면이 절연체로 감싸여진 상태에서 서로 대향하는 전극 끝단의 일부만이 각각 상기 절연체 외부로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치는 밸러스트수가 배출되는 선박의 해수 배관 내에 수직방향으로 일정 간격 이격되어 구비되어 고전압이 인가되는 한 쌍의 전극표면을 절연체로 둘러싼 상태에서 상호 대향하고 있는 각 전극의 끝단 일부만을 절연체 외부로 노출시켜 구성하여, 해수로의 전하 누설을 방지하여 효율적인 고전압 방전을 가능하게 함으로써 밸러스트수 내의 부유생물 및 미생물을 효과적으로 제거시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 전극과 그 표면을 둘러싼 형태로 결합되는 절연체의 연결부위에 오링을 삽입, 개재함으로써, 전극간 아크 방전을 통해 발생하는 강력한 압력파의 충격으로부터 야기될 수 있는 절연체의 손상을 방지하는 동시에 전극과 절연체의 연결부위를 통한 해수의 침투를 방지하여 전극부의 내구성 및 고전압 발생효율을 더욱 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
더불어, 밸러스트수가 수용되는 해수 배관의 내벽에 TiO2 광촉매를 도포하여, 전극 간 아크 방전 시 발생하는 자외선과 상기 TiO2 광촉매와의 반응을 통해 화학적 활성종을 발생시킴으로써, 해수 배관 내부의 부유생물 및 미생물을 더욱 효과적으로 제거할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치의 기본적인 구성을 보여주기 위한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 펄스 방전 장치의 전극부의 구성을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명에 따른 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치에 있어서, 인가되는 전압에 따라 발생되는 압력파의 입력 변화를 보여주고 있는 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치에 있어서, 절연체의 형상에 따른 압력파의 전파 범위를 보여주는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치에 있어서, 해수 배관의 벽면에 광촉매를 도포함으로써 발라스트수 내의 부유생물과 미생물을 보다 효과적으로 제거하는 구성을 설명하기 위한 도면.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 의거하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치의 기본적인 구성을 보여주는 도면이며, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고전압 펄스 방전 장치의 전극부의 구성을 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치는 밸러스트수가 배출되는 해수 배관(100)의 내부 일측에 구비되는 고전압 전극부(200), 해수 배관(100) 내부에 구비되되, 상기 고전압 전극부(200)에 대향하여 구비되는 접지 전극부(300) 및 상기 고전압 전극부(200)에 고전압 전력을 공급하기 위한 전원공급수단(400)으로 구성된다.
고전압 전극부(200)는 해수 배관(100) 내부의 일측에 위치되되, 해수의 배출 방향과 수직방향으로 위치되며, 도 2에 도시된 바와 같이, 고전압 전극(210), 고전압 전극(210)에 고전압을 인가해주기 위한 전극가이드(220), 상기 고전압 전극(210)과 전극가이드(220)를 지지하는 전극 지지대(230) 및 고전압 전극(210)을 둘러싸는 형태로 구비되는 절연체(240)로 구성된다.
이때, 상기 고전압 전극(210)과 절연체(240)가 연결되는 부위에는 전극간 아크 방전시에 발생하는 강력한 충격을 흡수하고, 해수의 유입을 방지하기 위한 오링(250)이 삽입 개재된다.
여기서, 고전압 전극(210)은 다양한 금속 물질로 이루어질 수 있으나, 해수에 의한 화학적 침식에 강하고 플라즈마 발생 효율이 높은 물질로 이루어지는 것이 좋으며, 그에 따라 본 실시예에서는 내부식성이 강한 동시에 일함수가 낮은 텅스텐으로 고전압 전극(210)을 구성하였다.
또한, 고전압 전극(210)은 양극 또는 음극 등 어떠한 극성으로도 이루어질 수 있으나, 본 출원인의 실험 결과, 고전압 전극에 양극성의 고전압을 인가해주는 경우가, 음극성의 고전압을 인가하는 경우에 비해 동일한 입력 에너지에서 보다 강한 압력파가 발생되는 것을 확인하였고, 그에 따라 고전압 전극에 전원공급수단으로부터 양극성의 고전압이 인가되도록 구성하였다.
한편, 상술한 바와 같은 고전압 전극(210)은 그 표면이 절연체로 둘러싸여진 상태에서 끝단의 일부만이 절연체 외부로 돌출되도록 형성되는데, 이는 고전압 전극(210)에 고전압이 인가되는 경우, 전극 표면을 통해 전하가 해수로 누출되는 것을 방지하기 위함이다.
이때, 고전압 전극(210)의 첨두(尖頭)부분은 전기장을 집중시키기 위하여 원뿔 형태로 형성되는 것이 바람직하며, 해수와의 접촉으로 인한 전극 표면을 통한 전하 누설을 최소화하기 위해 그 돌출 길이는 1mm 내지 5 mm 범위로 형성되는 것이 좋다.
또한, 상술한 바와 같은 고전압 전극(210)과 절연체(240) 사이의 연결부위에는 오링(250)이 삽입되는데, 오링(250)은 고무 등의 재질로 이루어져, 아크 방전이 발생되는 영역근처에서의 강력한 압력파에 의한 충격으로부터 전극 및 전극 지지대에 연결되어 있는 절연체의 손상을 방지하는 동시에, 전도성이 있는 해수의 전극부 유입에 따른 전하 누설을 방지하여 입력에너지의 손실 없이 아크 방전을 통해 강력한 압력파를 발생시킬 수 있도록 충격흡수 및 해수차단의 역할을 수행한다.
접지 전극부(300)는 해수 배관(100) 내부에 구비되되, 상술한 바와 같은 고전압 전극부(200)에 대향하는 위치에 상기 고전압 전극부(200)로부터 일정간격 이격되어 구비된다.
이러한 접지 전극부(300)는 도 2에 도시된 바와 같이, 접지 전극(310), 접지 전극(310)으로부터 고전압 전력을 전달받는 전극 가이드(320), 접지 전극(310)과 전극 가이드(320)를 지지하는 전극 지지대(330) 및 접지 전극(310)을 둘러싸는 형태로 구비되는 절연체(340)로 구성된다.
이때, 상기 접지 전극(310)과 절연체(340)가 연결되는 부위에도 고전압 전극부(200)의 경우에서와 마찬가지로 전극간 아크 방전시에 발생하는 강력한 충격을 흡수하고, 해수의 유입을 방지하기 위한 오링(350)이 삽입 개재된다.
이와 같은 구성을 통해서, 고전압 전극(210)에 강력한 양의 고전압이 인가되면, 접지 전극(310)으로부터 고전압 전극(210) 측으로 급격한 전자의 방출이 일어나게 됨으로써 아크 방전이 일어나게 된다.
이때, 접지 전극(310)과 고전압 전극(210)의 이격 거리는 전극 간 아크 방전을 통해 발생하는 강력한 압력파의 전파 효율을 높이는 동시에, 양 전극을 감싸고 있는 절연체의 손상을 방지하기 위하여 1mm 내지 10mm의 범위로 설정하는 것이 바람직하다.
이를 보다 상세히 설명하면, 일반적으로 동일한 입력 전기 에너지에서 전극간의 거리가 가까우면 가까울수록 해수로의 전하 누출이 적고 대부분의 전하가 방전 채널을 통해 흐르게 되어 보다 강력한 압력파가 발생하게 된다.
그러나, 전극 간 간격이 매우 좁을 경우, 압력파 발생 시 국부적으로 매우 강력한 충격이 전극부로 전달되어 절연체 및 전극 지지대 등의 전극부 구성장치의 기계적 손상을 불러 일으키게 되며, 동시에 발생된 압력파의 전파 효율 역시 이와 같은 구조물에 방해를 받게 되어 그 효율이 떨어지게 된다.
따라서, 압력파의 전파 영역을 충분히 확보하면서 시스템의 안정성을 보장하기 위해서는 전극간 간격을 상술한 바와 같이 1mm 이상 10mm 이하로 제한하는 것이 바람직하다.
한편, 상술한 바와 같은 접지 전극(310)은 고전압 전극(210)과 마찬가지로 텅스텐으로 구성될 수 있다.
이때, 고전압 전극(210)과의 전기적 반응 시, 보다 효과적인 아크 방전을 일으키기 위해서, 자유전자 방출 효율이 보다 좋은, 즉, 일함수가 텅스텐보다 낮은 토륨, 란탄, 세륨 또는 이트륨 등의 물질을 텅스텐에 첨가하여 접지 전극(310)을 구성할 수도 있다.
다만, 상술한 바와 같은 토륨, 란탄, 세륨 또는 이트륨 등의 물질을 텅스텐에 첨가하는 경우에는, 해수 침식으로부터의 내구성을 고려하여 첨가되는 첨가물의 혼합 비율을 1중량% 내지 2중량% 범위에서 제한하는 것이 바람직하다.
이때, 접지전극(310)의 첨두(尖頭)부분은 막대형 또는 원통형 등의 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 고전압 전극(210)의 경우에서와 마찬가지로 해수와의 접촉으로 인한 전하 누설을 최소화하기 위하여 절연체 외부로 1mm 내지 5 mm 범위에서 돌출 형성되는 것이 좋다.
한편, 상술한 바와 같은 접지전극(310)과 절연체(340)의 연결부위에도 역시 오링(350)이 삽입되는데, 이때 오링(350)은 상기 고전압 전극(210)과 절연체(240) 사이에 삽입되는 고무 오링(250)과 같이, 방전부(전극 간 아크방전 영역)에서 발생되는 강한 압력파의 충격으로부터 전극 부품들을 보호함은 물론, 접지 전극(310)과 절연체(340) 사이의 미세한 틈으로 유입될 수 있는 해수를 차단하여 해수로의 전하 누설을 방지함으로써 효과적인 방전 및 강력한 충격파의 발생이 가능하도록 한다.
전원공급수단(400)은 고전압의 전력을 생성하는 전원공급기(410), 전원공급기(410)로부터 공급되는 고전압 전력을 저장하는 고전압 축전기(420), 전원공급기(410)에서 고전압 축전기(420)로의 전류 흐름을 제어하는 인가 스위치(430) 및 고전압 축전기(420)에서 고전압 전극부(200)로의 전류 흐름을 제어하는 방전 스위치(440)로 구성된다.
이러한 전원공급수단(400)은 방전 스위치(440)를 연 상태에서 인가 스위치(430)를 닫아 전원공급기(410)에서 공급되는 고전압의 전기에너지를 고전압 축전기(420)에 저장시키고, 고전압 축전기(420)에 충분한 양의 전하가 축적되면 인가스위치(430)를 열고 열려있던 방전 스위치(440)를 닫아 고전압의 전기에너지를 상기 고전압 전극부(200)로 보내줌으로써, 고전압 전극(210)과 접지 전극(310) 사이에 고전압이 인가되도록 해주는 역할을 수행한다.
상술한 바와 같은 구성을 통해, 본 발명에 따른 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치에서는 고전압 전극에 15 kV 이상의 고전압을 인가하여 강력한 압력파를 발생시킴으로써, 발라스트수 내에 존재하는 부유생물과 미생물을 보다 효과적으로 처리할 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 도 3을 통해 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치에 있어서, 인가되는 전압에 따라 발생되는 압력파의 세기 변화를 보여주고 있는 그래프이다.
도 3의 그래프는 방전부(전극 간 아크방전 영역)로부터 일정한 간격만큼 떨어진 곳에 압력파 측정기를 설치하고 축전기의 용량을 고정시킨 채, 인가 전압의 크기를 변화시키면서 측정한 압력파의 세기를 나타낸 그래프이다.
일반적으로 해수 중 방전에 의해 발생된 압력파의 세기는 기본적으로 정전용량과 인가전압의 제곱의 곱에 비례하는, 축전기에 저장된 에너지에 비례하나, 일정 문턱전압(threshold voltage)을 넘어서면 기대치보다 훨씬 강한 압력파가 형성된다.
즉, 도면에서 나타나는 바와 같이, 10 kV 이하의 저전압에서는 축전기에 저장된 에너지에 비례하여 압력파의 강도가 증가하고 있는 것으로 나타나나, 10 kV를 넘어서면서 압력파의 강도증가가 비례예상치를 넘어 크게 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 15 kV 이상의 고전압 하에서는 저전압 구간에서 측정된 압력파의 경향성에 따라 기대되는 압력값의 5배 이상의 강력한 압력파가 발생함을 확인할 수 있다.
따라서, 15 kV 이상의 고전압으로 전극간 아크 방전을 일으키는 경우, 기대 이상의 강력한 압력파를 발생시킴으로써 발라스트수 내에 존재하는 부유생물과 미생물을 보다 효과적으로 처리할 수 있으며, 본 발명에서는 서로 대향하는 한 쌍의 전극 표면을 절연체로 감싸고, 전극의 끝단 일부만을 절연체 외부로 돌출시키는 구성을 통해 이와 같은 고전압 방전을 효과적으로 달성할 수 있도록 구성하였다.
바람직하게는, 고전압 전극에 인가되는 전압의 세기를 15 kV 내지 25 kV의 범위에서 조절하는 것이 가장 효과적으로 나타난다.
도 4는 본 발명에 따른 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치에 있어서, 절연체(240, 340)의 형상에 따른 압력파의 전파 범위를 보여주는 도면이다.
도 4(a) 및 도 4(b)에 나타난 바와 같이, 일반적으로 전극간 방전으로부터 발생된 압력파는 절연체(240, 340)의 형상에 따라 그 전파각(θ)이 달라지게 된다.
따라서, 본 실시예에서는 도 4(b)에 나타난 바와 같이 절연체(240, 340)를 절두형 피라미드 형태로 형성함으로써, 발생된 압력파가 보다 넓은 범위로 전파될 수 있도록 하여 발라스트수 내의 부유생물 및 미생물을 보다 효율적으로 처리할 수 있도록 구성하였다.
이때, 절연체(240, 340)의 형상은 상술한 바와 같은 절두형 피라미드 형상 이외에도 압력파의 전파 범위가 넓어질 수 있는 동시에, 내부에 감싸고 있는 전극의 해수 노출을 방지할 수 있는 범위 내에서 다양한 형태로 변경될 수 있음은 물론이다.
도 5는 본 발명에 따른 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치에 있어서, 해수 배관(100)의 내부 벽면에 TiO2 광촉매(500)를 도포함으로써 발라스트수 내의 부유생물과 미생물(10)을 보다 효과적으로 제거하는 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5(a)에 도시된 바와 같이, 전극간의 아크 방전을 통해 발생된 압력파는 해수 중으로 전파되면서 그 세기가 점차 감소하는 바, 이로 인해 해수 배관(100)의 벽면 근처에는 감쇄된 압력파의 세기로 인해 부유생물과 미생물(10)을 완전히 처리하지 못하는 비처리 영역이 형성될 수 있다.
이에 따라, 도 5(b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치는 해수 배관(100)의 내부 벽면에, 전극간 아크 방전시에 강력한 압력파와 함께 발생하는 자외선과 반응하는 TiO2 광촉매(500)를 도포함으로써 밸러스트수 내의 부유생물과 미생물(10)을 충분히 제거할 수 있다.
이를 보다 상세하게 설명하면, 본 실시예에서와 같이 해수 배관(100)의 내벽에 TiO2 광촉매(500)가 도포되는 경우, 전극간 아크 방전시에 발생한 자외선이 해수 배관의 벽면까지 도달하여, 해수 배관 벽면에 도포된 TiO2 광촉매(500)와 반응하게 된다.
이때, 자외선과 TiO2 광촉매(500)의 반응 과정에서는 생물의 사멸 처리에 용이한 화학적 활성종이 발생되며, 이러한 화학적 활성종은 압력파의 세기가 감쇄되는 비처리 영역의 부유생물과 미생물(10)을 효과적으로 제거시킨다.
한편, 전극 간의 방전영역에서 발생되는 자외선의 선량이 충분하지 않은 경우에는, 해수 배관(100) 내부에 자외선 램프를 추가로 구비하여 광촉매와의 반응 효율을 높일 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치는 해수 배관(100)의 벽면에 TiO2 광촉매(500)를 도포하여, 광촉매 반응을 통해 압력파의 세기가 상대적으로 약한 비처리 영역까지 처리함으로써 발라스트수 내의 부유생물과 미생물(10)을 보다 효과적으로 제거할 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치를 이용하여 밸러스트수 내의 부유생물과 미생물(10)을 제거한 이후에는, 라이브 셀(Live cell) 측정 방법 또는 살아있는 생물체에서만 검출되는 특성을 갖는 ATP를 측정하는 ATP 측정 방법을 이용함으로써, 부유생물과 미생물(10)의 처리 정도를 정량적으로 파악할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치는 밸러스트수가 배출되는 선박의 해수 배관 내에 수직방향으로 일정 간격 이격되어 구비되어 고전압이 인가되는 한 쌍의 전극표면을 절연체로 둘러싼 상태에서 상호 대향하고 있는 각 전극의 끝단 일부만을 절연체 외부로 노출시켜 구성하여, 해수로의 전하 누설을 방지하여 효율적인 고전압 방전을 가능하게 함으로써 밸러스트수 내의 부유생물과 미생물을 효과적으로 제거시킬 수 있다.
또한, 전극과 그 표면을 둘러싼 형태로 결합되는 절연체의 연결부위에 오링을 삽입, 개재함으로써, 전극간 아크 방전을 통해 발생하는 강력한 압력파의 충격으로부터 야기될 수 있는 절연체의 손상을 방지하는 동시에 전극과 절연체의 연결부위를 통한 해수의 침투를 방지하여 전극부의 내구성 및 고전압 발생효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한, 절연체를 절두형 피라미드 형태로 형성함으로써, 전극 간 아크 방전을 통해 발생되는 플라즈마 충격파의 전파 영역을 보다 확장시킬 수 있다.
더불어, 밸러스트수가 수용되는 해수 배관의 내벽에 TiO2 광촉매를 도포하여, 전극 간 아크 방전 시 발생하는 자외선과 상기 TiO2 광촉매와의 반응을 통해 화학적 활성종을 발생시킴으로써, 해수 배관 내부의 부유생물 및 미생물을 더욱 효과적으로 제거할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백하다 할 것이다.
100 : 해수 배관 200 : 고전압 전극부
210 : 고전압 전극 220, 320 : 전극 가이드
230, 330 : 전극 지지대 240, 340 : 절연체
250, 350 : 오링 300 : 접지 전극부
310 : 접지 전극 400 : 전원공급수단
410 : 전원공급기 420 : 고전압 축전기
430 : 인가 스위치 440 : 방전스위치
500 : TiO2 광촉매 10 : 부유생물과 미생물

Claims (13)

  1. 선박 밸러스트수의 정화를 위해 밸러스트수가 배출되는 해수 배관에 구비되는 고전압 펄스 방전 장치에 있어서,
    상기 해수 배관 내부 일측에 구비되는 고전압 전극;
    상기 해수 배관 내부에 구비되되, 상기 고전압 전극에 대향하는 위치에 상기 고전압 전극으로부터 일정간격 이격되어 구비되는 접지 전극;
    상기 고전압 전극에 고전압을 인가하기 위한 전원공급수단;을 포함하여 구성되되,
    상기 고전압 전극과 접지 전극은, 전극 표면이 절두형 피라미드 형상의 절연체로 감싸여진 상태에서 서로 대향하는 전극 끝단의 일부만이 각각 상기 절연체 외부로 돌출되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 고전압 전극에는 양극성의 고전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 고전압 전극 및 접지 전극과, 상기 고전압 전극 및 접지 전극을 각각 감싸는 절연체가 연결되는 부위에는 오링이 삽입, 개재되는 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 고전압 전극 및 접지 전극의 끝단은, 상기 고전압 전극 및 접지 전극을 감싸고 있는 절연체 외부로 각각 1mm 내지 5mm의 범위에서 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 고전압 전극과 상기 접지 전극이 이격되는 간격은, 1mm 내지 10mm인 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 고전압 전극의 첨두(尖頭)부는 원뿔형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 고전압 전극 및 접지 전극은 텅스텐으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 접지 전극에는 토륨, 란탄, 세륨 또는 이트륨 중의 어느 하나 또는 이들의 혼합물이 1중량% 내지 2중량% 첨가된 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치.
  9. 삭제
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 전원공급수단은,
    고전압의 전력을 생성하는 전원공급기;
    상기 전원공급기로부터 공급되는 고전압 전력을 저장하는 고전압 축전기;
    상기 전원공급기에서 상기 고전압 축전기로의 전류 흐름을 제어하는 인가 스위치; 및
    상기 고전압 축전기에서 상기 고전압 전극으로의 전류 흐름을 제어하는 방전 스위치;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 전원공급수단은 15 kV 내지 25 kV의 고전압을 상기 고전압 전극에 인가하는 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치.
  12. 선박 밸러스트수의 정화를 위해 밸러스트수가 배출되는 해수 배관에 구비되는 고전압 펄스 방전 장치에 있어서,
    상기 해수 배관 내부 일측에 구비되는 고전압 전극;
    상기 해수 배관 내부에 구비되되, 상기 고전압 전극에 대향하는 위치에 상기 고전압 전극으로부터 일정간격 이격되어 구비되는 접지 전극;
    상기 고전압 전극에 고전압을 인가하기 위한 전원공급수단;을 포함하여 구성되되,
    상기 고전압 전극과 접지 전극은, 전극 표면이 절연체로 감싸여진 상태에서 서로 대향하는 전극 끝단의 일부만이 각각 상기 절연체 외부로 돌출되도록 형성되고,
    상기 해수 배관의 내벽에는 TiO2 광촉매가 도포되는 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 해수 배관 내부에는 자외선 램프가 추가로 구비되는 것을 특징으로 하는 선박 밸러스트수 처리를 위한 고전압 펄스 방전 장치.
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