KR101774159B1 - 수질정화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수질정화장치에 관한 것으로, 본체; 소용돌이생성부; 전기분해부; 초음파발생부; 및 반사부; 를 포함하여, 수질정화의 에너지 효율을 향상시킬 수 있고, 인체에 유해한 약품을 사용하지 않아 인체에 무해할 뿐만 아니라 소형화가 가능하여 가정이나 사무실 등의 실내에서도 사용이 가능한 것을 특징으로 한다.

Description

수질정화장치{APPARATUS FOR PURIFYING WATER}

본 발명은 수질정화장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수질정화의 에너지 효율을 향상시킬 수 있고, 인체에 유해한 약품을 사용하지 않아 인체에 무해할 뿐만 아니라 소형화가 가능하여 가정이나 사무실 등의 실내에서도 사용이 가능한 수질정화장치에 관한 것이다.

현재 수질을 정화하기 위해 사용하는 방법은 대형 수차나 펌프를 이용해 물리적으로 물을 순환시키는 방법이나, 물에 약품을 투입한 화학적 방법이 주로 쓰이고 있다.

이때, 대형 수차나 펌프를 사용하는 경우 에너지효율이 매우 떨어질뿐만 아니라 이를 유지 및 관리하는데 비용이 많이 드는 단점이 있고, 약품을 투입하는 방법은 2차생성물에 의한 부작용 위험이 뒤따른다. 특히, 정화된 물이 미생물로 오염되는 것을 방지하기 위해 염소(Cl₂)를 사용하는데, 이 과정에서 환경부에서 발암의심물질로 정한 클로로포름(CHCl₃)이나 사염화탄소(CCl₄)가 생성될 우려가 있다.

또한, 대형 수차나 펌프를 이용하거나 약품을 투입하는 방법은 주방의 싱크대나 화장실 등과 같이 실내에서 사용하기에 적합하지 않은 문제점이 있었다.

따라서, 전술한 바와 같은 문제점이 보완된 수질정화장치의 필요성이 대두되고 있다.

대한민국 실용신안 등록 제20-0320333호

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 수질정화의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 수질정화장치를 제공동 현상함에 있다.

또, 인체에 유해한 약품을 사용하지 않아 인체에 무해한 수질정화장치를 제공함에 있다.

또한, 소형화가 가능하여 가정이나 사무실 등의 실내에서도 사용이 가능한 수질정화장치를 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 수질정화장치에 있어서, 유입구와 유출구가 형성되는 본체; 상기 유입구에 근접하게 위치하여 상기 유입구를 통해 상기 본체 내로 유입되는 유체의 속도를 저하시키고 소용돌이가 생성되도록 하는 소용돌이생성부; 상기 소용돌이생성부와 상기 유출구 사이에 배치되고, 전원을 공급받아 유체를 전기분해하여 산소, 수소 및 오존의 미세기포를 생성하는 전기분해부; 상기 본체 내에 장착되고, 상기 전기분해부를 향해 초음파를 조사하는 초음파발생부; 및 상기 초음파발생부로부터 조사되는 초음파를 상기 전기분해부측으로 반사시켜 초음파를 상기 전기분해부 주변으로 모음으로써 상기 전기분해부를 통해 생성된 미세기포의 자기압축소멸 과정을 촉진하는 반사부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질정화장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 유출구에 연결되는 제1 벤튜리 튜브가 더 포함되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 소용돌이생성부는, 상기 유입구를 향해 볼록하게 돌출되는 반원통 형상으로 구성되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 유입구에 연결되는 제2 벤튜리 튜브가 더 포함되는 것이 바람직하다.

여기서, 상기 유입구의 단면적에 비해 상기 유출구의 단면적이 작게 형성되도록 구성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따르면, 수질정화의 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 수질정화장치가 제공된다.

또, 인체에 유해한 약품을 사용하지 않아 인체에 무해하다.

또한, 소형화가 가능하여 가정이나 사무실 등의 실내에서도 사용이 가능하게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치를 나타낸 사시도,
도 2는 도 1에 도시된 수질정화장치의 분해사시도,
도 3은 도 2에 도시된 수질정화장치의 내부를 나타낸 내부도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치의 사용상태를 나타낸 사용상태도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 수질정화장치의 분해사시도이며, 도 3은 도 2에 도시된 수질정화장치의 내부를 나타낸 내부도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치(100)는 크게 본체(10)와 소용돌이생성부(20), 전기분해부(30), 초음파발생부(40) 및 반사부(50)를 포함하여 구성된다.

본체(10)는 케이스(12)와 덮개(14)로 이루어지는 구성요소로, 케이스(12)는 양측이 개방, 즉 유체가 본체(10) 내부로 유입되는 유입구(12a)와 유체가 본체(10)로부터 유출되는 유출구(12b)가 형성된다. 여기서 유체, 예를 들어 오염된 물(오염수)이 보다 쉽게 본체(10) 내로 유입되도록 하면서 본체(10) 내의 유체가 쉽게 유출되지 않도록 하여 정화 효율을 높일 수 있도록 유입구(12a)의 크기, 즉 유입구(12a)의 단면적(S₁)에 비해 물이 본체(10)로부터 유출되는 유출구(12b)의 단면적(S₂)이 작게 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치(100)에서 사용되는 본체(10)는 사각의 통 형상으로 형성되는데, 이러한 본체(10)의 형상은 사각의 통 형상 외에 원통 등 다양한 형상으로 형성될 수 있다.

한편, 본체(10)에는 외부의 콘센트 등과 같은 전원공급장치로부터 하기에 서술하는 전기분해부(30), 초음파발생부(40)에 전원을 공급하기 위한 와이어를 연결할 수 있도록 통공(도시하지 않음)이 형성될 수 있다.

소용돌이생성부(20)는 본체(10) 내부, 특히 유입구(12a)에 근접하여 위치하는 구성요소이며, 유입구(12a)를 통해 본체(10) 내로 유입되는 유체가 소용돌이생성부(20)에 충돌하면서 속도가 저하되고, 소용돌이생성부(20)의 뒤쪽, 즉 유출구(12b)측에 카르만 볼텍스(karman Vortex) 유동이 형성되게 한다.

카르만 볼텍스 현상은 어떤 방해물에 의해서 유체가 소용돌이 치는 현상을 말하며, 액체나 기체가 적당한 빠르기로 균일하게 흐르는 와중에 장애물을 만나면 규칙적으로 소용돌이들이 생성된다. 각각의 소용돌이를 카르만 소용돌이 또는 카르만 볼텍스라고 한다.

본 발명에서 사용되는 소용돌이생성부(20)는 본체(10) 내부를 가로지르도록 형성되어 유체가 소용돌이생성부(20)를 중심으로 양측으로 나뉘어 유출구(12b)측으로 이동하게 되며, 소용돌이생성부(20)가 유입구(12a)를 향해 볼록하게 돌출되는 반원통 형상으로 구성되어 유체가 소용돌이생성부(20)에 충돌할 때 저항을 줄여주게 된다.

그리고, 소용돌이생성부(20)에는 유입구(12a)를 향해 볼록하게 돌출되는 면의 반대면, 즉 소용돌이가 생성되는 부분에 서로 일정 간격으로 떨어져 다수의 홈(22)이 형성된다. 이러한 홈(22)에는 전기분해부(30)를 이루는 다수의 전극판(32)이 각각 끼워지게 된다.

전기분해부(30)는 소용돌이생성부(20)와 유출구(12b) 사이에 배치되고, 전원을 공급받아 유체를 전기분해하는 구성요소로, 이러한 전기분해부(30)를 통해 1차적으로 본체(10) 내에 유입된 유체, 즉 오염된 물을 정화하게 된다.

전기분해부(30)는 다수의 전극판(32)으로 이루어지는데, 이러한 전극판(32)들은 서로 나란하게 배열되면서 이웃하는 전극판(32)이 서로 다른 극을 갖도록 하며, 각각의 전극판(32)들이 한쪽은 전술한 소용돌이생성부(20)의 홈(22)에 끼워지고, 다른쪽은 본체(10) 내에 형성되는 지지대(12c)를 통해 지지되어 본체(10)의 내면으로부터 떨어져 본체(10) 내부 중앙 부근에 위치하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치(100)에서는 5개의 전극이 +, -, +, -, + 순으로 배열되어 구성되며, 전기분해부(30)를 이루는 전극판(32)은 다양한 재질로 형성될 수 있는데, 본 발명에서는 티타늄-루테늄(Ti-Ru) 재질로 이루어지거나, 티타늄-루테늄(Ti-Ru) 재질이 외면에 코팅된 전극판(32)을 사용하여 유체 속에서 산화되지 않고 촉매의 역할을 할 수 있도록 한다.

이러한 전기분해부(30)는 전원을 공급받아 전극판(32) 간 화학 변화를 이용하여 유체를 전기분해하게 되며, 다량의 산소, 수소, 오존 미세기포를 생성, 이상유동을 형성하게 된다.

초음파발생부(40)는 전기분해부(30)로부터 떨어져 본체(10) 내에 장착되고, 전기분해부(30)를 향해 초음파를 조사하는 구성요소이다. 초음파발생부(40)는 다수의 진동자로 이루어지며, 40~50kHz 정도의 초음파를 발생시키게 된다.

반사부(50)는 전기분해부(30)를 중심으로 초음파발생부(40)와는 반대측에 위치하는 구성요소이며, 초음파발생부(40)로부터 조사되는 초음파를 전기분해부(30)측으로 반사시키는 역할을 하게 된다.

이에, 초음파가 전기분해부(30) 주변으로 모이게 되며, 초음파의 진동에너지로 인해 전기분해부(30)를 통해 생성된 미세기포의 자기압축소멸 과정을 촉진시켜 수질정화에 효과적인 프리라디컬(free radical), 즉 활성산소를 생성하여 1차 수질 정화의 효율을 높이게 된다.

제1 벤튜리 튜브(60)는 유출구(12b)에 연결되어 미세기포를 생성하게 되는 구성요소이다.

베르누이의 정리에 따르면 직경이 같은 유관에서 유체의 속도가 증가하면 압력이 감소한다. 따라서, 단면적이 작은 벤튜리 튜브의 목 부분을 유체가 통과할 때 유체의 속도(유속)는 최대로 빨라지고, 그에 따라 유체의 압력은 최소로 감소하게 된다.

이때, 유체가 벤튜리 뷰브의 목 부분을 고속으로 통과할 때 그 후단부에서 발생하는 압력강하에 의해 유체 속의 용존 상태의 기체가 유체로부터 이탈하거나 유체의 상변화가 일어나 미세기포가 생성되어 2차 수질 정화가 수행된다.

이때, 본 발명에서 사용되는 제1 벤튜리 튜브(60)에는 내측에 초 미세기포를 생성할 수 있도록 날(도시하지 않음) 등과 같은 기포생성부를 두어 전단력에 의한 공동 현상(Cavitation)으로 밀리미터 크기의 기포를 마이크로미터 크기의 미세기포로 분산시키면서 다량의 수산화 라디컬이 생성되도록 할 수 있다. 수산화 라디컬은 매우 강한 산화력을 가지고 있어서 유체에 포함된 고분자화합물 등을 제거하여 수질정화의 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.

제2 벤튜리 튜브(70)는 유입구(12a)에 연결되어 본체(10)에 유입되는 유체의 유속을 상승시키도록 하는 구성요소로, 이러한 제2 벤튜리 튜브(70) 외에 통상 사용되는 직선형 관 등을 유입구(12a)에 연결하여 사용할 수 있다.

지금부터는 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치의 동작에 대하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치의 사용상태를 나타낸 사용상태도이다.

도 4에 나타나는 것과 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치(100)를 이용하여 수질을 정화하고자 하는 경우, 본체(10)의 유입구(12a)에 연결되어 있는 제2 벤튜리 튜브(70)를 통해 유체(이하, '오염수'라 함)를 본체(10) 내로 유입시킨다.

본체(10) 내로 유입된 오염수는 소용돌이생성부(20)와 충돌하면서 유속이 저하되어 소용돌이생성부(20)를 중심으로 양측으로 나뉘어 이동하게 되며, 소용돌이생성부(20)의 후방에 소용돌이가 생성된다.

이러한 상태에서 전기분해부(30)를 통해 오염수를 전기분해하여 다량의 산소, 수소, 오존 미세기포가 발생, 오염수의 1차 정화가 수행되는데, 소용돌이생성부(20)에 의해 생성된 소용돌이에 의해 난류운동에너지가 크게 증가해 오염물과 미세기포 간의 접촉확률을 크게 높여 정화 효율이 높아지게 된다.

또한, 전기분해부(30)에 의해 발생한 미세기포들은 초음파발생부(40)와 반사부(50)에 의해 전기분해부(30)측에 집중되는 초음파로 인해 자기압축소멸 과정이 촉진되어 대량의 프리라디컬을 생성시켜 정화 효율을 높이게 된다.

이러한 과정을 거친 오염수는 본체(10)의 유출구(12b)에 연결된 제1 벤튜리 튜브(60)를 통과한다. 이때, 펌프(도시하지 않음)를 이용하여 오염수가 제1 벤튜리 튜브(60)를 빠르게 통과하도록 구성할 수 있는데, 본 발명에서는 이상유동을 제어하여 일반적인 벤튜리 튜브 공동 현상과는 달리 약 17W 정도의 출력을 갖는 펌프로도 공동 현상이 발생할 수 있게 설계되었다.

오염수는 제1 벤튜리 튜브(60)의 목 부분을 지나면서 미세기포가 발생하게 되는데, 제1 벤튜리 튜브(60)의 목 부분으로부터 점차 제1 벤튜리 튜브(60)의 출구측으로 이동하면서 오염수의 속도가 느려지고 압력이 회복되어 미세기포가 파열되는 공동 현상이 발생한다.

즉, 미세기포가 초 미세기포로 분산되고, 자기압축소멸되면서 강한 열 에너지를 주위로 발산하여 수질정화 효율을 향상시킬 수 있는 수산화 라디컬이 생성되어 오염수의 2차 정화가 수행되며, 초 미세기포들은 오염수 내에 오랜 시간 잔류하며 지속적으로 2차 정화를 하게 된다.

이처럼 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치(100)에서는 오염수를 1차로 정화하는 전기분해 부분과 2차로 정화하는 벤튜리 부분의 두 부분으로 나뉘며, 두 부분의 최적유속이 크게 달라 수질정화시 최적의 유량으로 정화를 수행할 수 있도록 조절할 수 있다.

[실시예]

이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치(100)의 정화 효율을 비교해보기 위해 1차 정화, 즉 초음파를 포함한 전기분해를 이용하여 정화했을 때와 1차 및 2차 정화, 즉 초음파를 포함한 전기분해 및 공동 현상(제1 벤튜리 튜브)을 이용한 정화를 모두 수행했을 때를 나누어 실험하였다.

실험에 사용한 오염수로는 6L의 수돗물에, 타겟(Target) 유기물로 p-니트로소디메틸아닐린(RNO; p-nitrosodimethylaniline) 18mg을 용해시켜 사용하였으며, 시간에 따라 용액을 추출하여 큐벳에 담고 분광기(Spectrometer)로 분석하여 정량적인 양을 분석 할 수 있었다.

제거율은

을 나타내어 초음파를 포함한 전기분해만 수행했을 때의 제거율과, 초음파를 포함한 전기분해와 공동 현상을 모두 수행했을 때의 제거율을 비교했을 때, 초음파를 포함한 전기분해만 수행하여 정화했을 때는 약 40분 만에 80%가 정화됐지만 초음파를 포함한 전기분해와 공동 현상을 모두 수행하여 정화한 경우 약 20분 만에 95%가 정화되는 결과를 나타내었다.

즉, 초음파를 포함한 전기분해와 공동 현상을 모두 수행하는 것이 높은 정화 효율을 나타내는 것을 파악할 수 있었다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치(100)를 이용한 녹조제거 실험에서도 녹조를 제거하는데 효과가 있다는 것을 확인할 수 있었다.

이러한 점을 볼 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 수질정화장치(100)는 수질정화의 에너지 효율이 향상되면서도 수질정화시 인체에 유해한 약품을 사용하지 않아 인체에 무해하며, 게다가 소형화가 가능하여 가정이나 사무실 등에서도 쉽게 사용이 가능한 유용한 발명이라 할 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

10: 본체 12: 케이스
12a: 유입구 12b: 유출구
12c: 지지대 14: 덮개
20: 소용돌이생성부 22: 홈
30: 전기분해부 32: 전극판
40: 초음파발생부 50: 반사부
60: 제1 벤튜리 튜브 70: 제2 벤튜리 튜브
100: 수질정화장치
S₁: 유입구의 단면적 S₂: 유출구의 단면적

Claims (5)

1. 수질정화장치에 있어서,
   유입구와 유출구가 형성되는 본체;
   상기 유입구에 근접하게 위치하여 상기 유입구를 통해 상기 본체 내로 유입되는 유체의 속도를 저하시키고 소용돌이가 생성되도록 하는 소용돌이생성부;
   상기 소용돌이생성부와 상기 유출구 사이에 배치되고, 전원을 공급받아 유체를 전기분해하여 산소, 수소 및 오존의 미세기포를 생성하는 전기분해부;
   상기 본체 내에 장착되고, 상기 전기분해부를 향해 초음파를 조사하는 초음파발생부; 및
   상기 초음파발생부로부터 조사되는 초음파를 상기 전기분해부측으로 반사시켜 초음파를 상기 전기분해부 주변으로 모음으로써 상기 전기분해부를 통해 생성된 미세기포의 자기압축소멸 과정을 촉진하는 반사부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 유출구에 연결되는 제1 벤튜리 튜브가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 소용돌이생성부는,
   상기 유입구를 향해 볼록하게 돌출되는 반원통 형상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 유입구에 연결되는 제2 벤튜리 튜브가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유입구의 단면적에 비해 상기 유출구의 단면적이 작게 형성되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 수질정화장치.
   
   

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