KR101851008B1 - 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치에 관한 것으로, 냉각탑과 같이 2가 금속이온을 다량으로 함유하여 전기분해를 할 때 많은 스케일 발생되는 환경에서 스케일을 고비용과 복잡한 기술을 적용하지 않고 용이하게 제거하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치는, 내부에 공간이 구비된 파이프 형태의 음극전극 몸체(11), 상기 음극전극 몸체에 형성되는 2개의 음극전극 단자(12,13)로 이루어진 음극전극(10)과; 상기 음극전극 몸체보다 작은 직경으로 이루어지는 파이프 형태의 양극전극 몸체(21), 상기 양극전극 몸체에 형성되는 2개의 양극전극 단자(22,23)로 이루어지며 상기 음극전극의 안에 일정 간격을 두고 삽입되는 양극 전극(20)과; 상기 음극전극과 양극전극의 간격을 유지하면서 고정하는 하나 이상의 전극지지대를 포함하며, 상기 양극전극 몸체와 양극전극 단자는 티타늄을 재질로 하면서 표면에 백금(Pt), 이산화루테늄(RuO2), 이산화이리듐(IrO2) 중에서 하나 이상의 코팅재로 코팅된 코팅층을 포함하고, 상기 음극전극 몸체는 내부와 외부가 서로 통하도록 다수의 구멍을 포함하여 스케일과의 접촉면적을 줄이는 것을 특징으로 한다.

Description

전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치{Cooling tower water sanitizing device by electrolytic coagulation}

본 발명은 냉각탑 살균장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각탑의 냉각수에 농축된 칼슘, 마그네슘 등의 2가 이온을 효과적으로 전기응집하여 제거하면서 동시에 레지오넬라균 등을 살균하는 전기응집방식 냉각탑 살균장치에 관한 것이다.

물을 살균하기 위해 전기분해원리를 이용한 종래의 기술은 다음과 같다.

공개특허 제10-2009-0048602호 (2009년05월14일) [물정화방법과 그 장치], 공개특허 제10-1997-0004384호 (1998년10월15일) [순환 수중의 세균 살균 장치], 공개특허 제10-2004-0089145호 (2004년10월21일) [전기분해를 이용한 살균 및 연수화장치], 공개특허 제10-2005-0013977호 (2005년02월05일) [전기화학적 멸균 및 세균 증식 억제 방법]

또한, 전기응집원리를 이용하여 물에 용해되어있는 스케일 물질을 제거하기 위한 목적의 종래기술은 다음과 같다.

공개특허 제10-2010-0034088호 (2010년04월01일) [전기화학적 반응에 의한 스케일 제거장치 및 그 제거방법]

전기분해를 이용한 기술은 모두 양극과 음극의 두 개 혹은 여러 개의 전극이 서로 교대하여 양극과 음극을 이루는 전해조가 필요하다.

그런데 전기분해를 실시하면, 양극에서는 OH Radical에 의한 산화가 이루어지므로 백금(Pt)처럼 산화가 되지 않거나, 이산화루테늄(RuO2), 이산화이리듐(IrO2) 등 처럼 산화되어도 전기가 흐르는 금속을 이용하거나 또는, 이들 물질로 표면을 코팅한 금속을 사용해야 한다.

한편, 음극에서는 칼슘(Ca), 마그네슘(Mg), 칼륨(K) 등의 2가 이온들이 표면에 스케일로 석출되기 때문에 이를 제거하기 위한 수단이 필요하다.

이러한 스케일 문제를 해결하기 위해 종래 기술들에서는 양극과 음극에 인가되는 전류를 서로 교대하여 공급하는 방법을 제시하였으나, 이 경우에 가격이 매우 고가인 백금(Pt), 이산화루테늄(RuO2), 이산화이리듐(IrO2) 등이 양극뿐만이 아니라 음극에도 사용해야 한다는 문제가 발생된다.

그리고, 스케일 제거목적으로 제안된 종래의 전기분해 기술에서는 반응조(하우징) 자체를 음극으로 사용하고, 그 내측에 양극을 배치하여 반응조 내부 표면에 스케일이 형성되게 한 후 초음파를 이용해 진동으로 제거하는 기술은 장치가 복잡하고 많은 비용이 소요된다는 문제가 있다.

본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위해 발명된 것으로서, 음극 면적보다 양극 면적이 작아 고가의 백금(Pt), 이산화루테늄(RuO2), 이산화이리듐(IrO2) 등을 매우 적게 사용하며, 또한 스케일이 부착되는 음극의 면적을 최소화하여 고비용을 들이지 않고 쉽게 스케일을 음극표면에서 떨어뜨리기 위한 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명에 의한 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치는, 내부에 공간이 구비된 파이프 형태의 음극전극 몸체, 상기 음극전극 몸체에 형성되는 2개의 음극전극 단자로 이루어진 음극전극과; 상기 음극전극 몸체보다 작은 직경으로 이루어지는 파이프 형태의 양극전극 몸체, 상기 양극전극 몸체에 형성되는 2개의 양극전극 단자로 이루어지며 상기 음극전극의 안에 일정 간격을 두고 삽입되는 양극 전극과; 상기 음극전극과 양극전극의 간격을 유지하면서 고정하는 하나 이상의 전극지지대를 포함하며, 상기 양극전극 몸체와 양극전극 단자는 티타늄을 재질로 하면서 표면에 백금(Pt), 이산화루테늄(RuO2), 이산화이리듐(IrO2) 중에서 하나 이상의 코팅재로 코팅된 코팅층을 포함하고, 상기 음극전극 몸체는 내부와 외부가 서로 통하도록 다수의 구멍을 포함하여 스케일과의 접촉면적을 줄이는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치에 의하면, 2가 이온이 다량으로 함유되어있는 냉각탑 냉각수에서 전기분해를 이용하여 살균할 때 발생하는 스케일이 음극전극에 부착되는 과정에서 스케일과 음극전극의 접촉면적이 좁아 종래 기술인 음극에 부착되는 스케일을 초음파를 이용하거나 양극과 음극을 교대로 운전하는 기술을 사용하지 않고 스케일을 음극전극에서 제거하므로 백금 등 귀금속의 사용량을 줄일 수 있어서 경제적이고, 친환경적인 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 의한 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치의 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치에 적용된 음극전극의 사시도.
도 3은 본 발명에 의한 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치에 적용된 음극전극의 평면도.
도 4는 본 발명에 의한 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치에 적용된 양극전극의 사시도.
도 5는 본 발명에 의한 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치에 적용된 양극전극의 평면도.
도 6은 본 발명에 의한 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치에 적용된 전극지지대 사시도이다.

이하 첨부된 도면을 이용하여 본 발명에 따른 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치에 대해 자세히 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치(100)는, 음극전극(10)과 양극전극(20)과 전극지지대(30, 40)를 포함한다.

도 2에서 보이는 바와 같이, 음극전극(10)은 음극전극 몸체(11) 및 2개의 음극전극 단자 즉 제1,2음극전극 단자(12,13)로 구성된다.

음극전극 몸체(11)는 내부에 공간이 구비된 파이프(평면에서 볼 때 원형, 타원형, 각형 등 다양하게 변경 가능하며 바람직하게 원형)의 구조이며 둘레부에 내부와 외부가 통하는 다수의 구멍(14)이 구비되며, 스테인리스 강 또는 탄소강을 재질로 한다.

구멍(14)은 바람직하게 지름이 8mm 내지 12mm 크기이며 10 mm 내지 14mm 간격으로 규칙적으로 형성(타공 등)된다.

도 2와 도 3에서 보이는 것처럼, 제1,2음극전극 단자(12,13)는 각각 파이프 형상으로 음극전극 몸체(11)의 외주면에 음극전극 몸체(11)의 길이방향을 따라 배열되면서 용접 등으로 부착된다. 이 때, 제1,2음극전극 단자(12,13)는 일부분이 음극전극 몸체(11)의 밖으로 돌출된다.

도 1과 도 4 및 도 5에서 보이는 바와 같이, 양극전극(20)은 양극전극 몸체(21) 및 두 개의 양극전극 단자 즉, 제1,2양극전극 단자(22, 23)로 구성된다.

양극전극 몸체(21)는 내부에 공간이 있는 파이프{평면에서 볼 때 원형, 타원형, 각형 등 다양하게 변경 가능하며 바람직하게 음극전극 몸체(11)와 동일한 형태} 구조이며 음극전극 몸체(11)의 내부에 간극을 두고 삽입되는 크기이고 음극전극 몸체(11)와 달리 내부와 외부가 통하는 구멍이 없는 구조이다.

제1,2양극전극 단자(22,23)은 파이프 형태로서 양극전극 몸체(21)의 내주면에 양극전극 몸체(21)의 길이방향을 따라 배열되면서 용접 등으로 부착되며, 일부분이 양극전극 몸체(21)의 외부로 돌출된다.

이와 같은 구성의 양극전극(20)의 양극전극 몸체(21)와 제1,2양극전극 단자(22,23)는 티타늄을 재질로 하며, 외측 표면은 백금(Pt), 이산화루테늄(RuO2), 이산화이리듐(IrO2) 중에서 하나 이상의 코팅재(2개 이상이 혼합되는 경우 혼합비율은 1 : 1 등 자유롭게 달라짐)로 코팅되는 코팅층이 형성되는 것이 바람직하다.

양극에서는 전기분해시 OH Radical에 의한 직접산화가 발생되므로 백금(Pt)을 제외한 모든 금속을 산화시키게 된다. 그런데 이산화루테늄(RuO₂), 이산화이리듐(IrO₂) 등은 산화물 형태에서도 전기가 통하지만 산화철(FeO), 산화알루미늄(Al₂O₃) 등 대부분의 금속들은 산화물 형태에서 전기가 통하지 않는 부도체 성질을 갖고 있으므로 양극 전극의 재질로 사용할 수가 없다.

양극전극은 백금(Pt), 이산화루테늄(RuO₂), 이산화이리듐(IrO₂) 등을 가지고 파이프형상을 가공하여 사용하는 것이 바람직하지만 이 금속들은 귀금속으로서 매우 고가이므로 산업적으로 사용하기가 불가하다. 따라서 이 금속들이 수월하게 코팅될 수 있는 티타늄 표면에 1내지 20 미크론 두께로 코팅하여 양극전극으로 사용하는 것이다.

그리고 양극전극 몸체(21)의 내주면인 양극전극단자 용접면에 제1,2양극전극 단자(22,23)를 용접하는 과정에서 양극전극 몸체(21)의 표면(내주면 또는 내주면과 외주면)과 제1,2양극전극 단자(22,23)에 코팅된 물질(코팅층)이 손상되어 티타늄이 노출될 수 있으므로 500도씨 내지 800도씨의 온도에서 30분 내지 2시간동안 열처리를 실시하여 손상된 티타늄 재질을 공기 중의 산소와 결합하여 표면을 이산화티타늄(TiO2)으로 변화시켜야 한다.

상기와 같이 양극전극 몸체(21)를 열처리하여 용접으로 손상된 표면을 이산화티타늄(TiO2)으로 변화시키는 이유는 손상되어 노출된 티타늄 표면에서 전기분해가 되면, 표면에서 염소가스(Cl2)가 발생되고, 이것이 물에 녹아 염산(HCl)이 되면, 노출된 티타늄과 결합하여 염화티타늄(TiCl2)으로 바뀌어 물에 녹아 계속하여 양극전극(20)이 손상되기 때문이다. 따라서 용접시 코팅이 손상된 표면을 열처리하여 이산화티타늄으로 변화시키면 전기전도도가 급격하게 떨어지므로 이곳으로 전기분해가 되지 않아서 전극이 손상되지 않는다.

열처리를 통해 노출된 티타늄이 이산화티타늄으로 변화하면, 전기가 흐르지 않기 때문에 전기분해가 발생되지 않아 양극전극(20)을 오랫동안 사용할 수 있다.

전극지지대(30,40)는 음극전극(10)과 양극전극(20)의 유지시켜 주기 위한 것으로, 도 1과 도 6에서 보이는 것처럼, 상대적으로 큰 지름의 음극전극 몸체(11) 안에 삽입되어 음극전극 몸체(11)에 지지되면서 안쪽에 양극전극 몸체(21)가 지지되는 구조로 이루어지며, 바람직하게 판형(사각)으로 이루어져 길이방향 양측이 자연스럽게 음극전극 몸체(11)의 내주면에 맞닿아 지지되는 음극전극 지지면(31,41)이 구비된다.

또한, 양극전극(20)의 지지를 위하여 전극지지대(30,40)의 대향면에는 마주하는 방향으로 개방되는 구조(블록아웃)의 양극전극 지지홈(32,42)이 구비된다. 양극전극 지지홈(32,42)은 양쪽에 양극전극 몸체(21)의 외주면이 맞닿아 지지되는 양극전극 지지면(32a,42a)이 구비될 수 있다. 여기서 음극전극 지지면(31,41)과 양극전극 지지면(32a,42a)은 도면에서 보이는 것처럼 표면이 요철없는 평평한 구조도 가능하지만 이에 한정되지 아니하고 1개 이상의 돌기들이 구성되는 것도 가능하고, 또는, 탄성력을 갖는 판스프링이 적용되는 것도 가능하다.

또한, 양극전극(20)의 견고한 고정을 위하여 양극전극 지지홈(32,42)을 마감하는 부분에는 양극전극 몸체(21)가 끼움 결합되는 고정슬롯(34,44)이 형성된다.

고정슬롯(34,44)은 양극전극 지지면(32a,42a)과 동일선상으로 연장되는 형태이다.

이와 같은 구조의 전극지지대(30,40)는 양극전극 지지홈(32,42)의 양쪽에 2개의 스페이서(33,43)가 서로 연결되어 있는 형태이다.

스페이서(33,43)는 양극전극(20)과 음극전극(10) 사이에 끼워지고 이 때, 스페이서(33,43)의 안쪽과 바깥쪽 면이 양극전극(20)의 외주면과 음극전극(10)의 내주면에 각각 지지됨으로써 양극전극(20)과 음극전극(10)이 간격을 유지하면서 고정되는 것이다.

전극지지대(30,40)는 서로 절연되어야 하므로 비통전재질 바람직하게 합성수지재질이 사용된다.

전극지지대(30,40)는 도면에 2개가 적용된 것으로 도시되었으나, 1개 또는 3개 이상도 가능하다.

한편 전기분해가 실시되면 음극표면에서는 칼슘, 마그네슘 등의 2가 이온들이 달라붙어 스케일을 형성하게 되는데, 이 스케일의 주된 성분은 탄산칼슘(CaCO3)이며, 스케일 두께가 두꺼워지면 매우 단단하게 부착된다.

그런데 본 발명을 수행하는 과정에서 스케일 형성과정을 자세히 관찰한 결과 음극표면에 처음 스케일이 형성될 경우엔 음극표면과 탄산칼슘 등이 단단하게 부착되지 않았으나, 그 위로 탄산칼슘 등이 점차 두껍게 부착될 때에는 매우 단단하게 부착된다는 것을 발견하였다.

따라서 스케일이 최초로 부착되는 음극표면에 타공을 하여 스케일이 부착되는 면적을 작게 만들면 음극표면과 탄산칼슘 등이 접촉되는 부분이 적어 쉽게 스케일이 떨어질 것이고, 기존에 단단하게 부착되는 탄산칼슘 등은 타공된 위에 형성되므로 허공에 떠있는 상태가 되기 때문에 음극표면과 접촉된 부분이 떨어질 때에 함께 제거될 것이다.

이에 이러한 가정에 의해 원의 크기를 달리하고, 원과 원의 간격도 달리하면서 실험한 결과 음극전극의 지름이 40내지 60mm의 크기일 경우엔 타공되는 원의 크기가 10mm이고, 원과 원의 간격은 12mm일 때 스케일이 가장 잘 제거되는 것을 확인하였다.

본 실험결과에서는 실시 예에 따른 예시를 보여준 것일 뿐이며, 본 발명에 따른 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치에서 구멍의 지름을 단지 8mm 내지 12mm이고, 간격이 10mm 내지 14mm로 한정하는 것은 아니다.

10 : 음극전극, 11 : 음극전극 몸체
12,13 : 제1,2음극전극 단자, 14 : 구멍
20 : 양극전극, 21 : 양극전극 몸체
22,23 : 제1,2양극전극 단자,
30,40 : 전극지지대, 31,41 : 음극전극 지지면
32,42 : 양극전극 지지홈, 32a,42a : 양극전극 지지면
33,43 : 다리, 34,44 : 고정슬롯

Claims (5)

1. 내부에 공간이 구비된 파이프 형태의 음극전극 몸체, 상기 음극전극 몸체에 형성되는 2개의 음극전극 단자로 이루어진 음극전극과;
   상기 음극전극 몸체보다 작은 직경으로 이루어지는 파이프 형태의 양극전극 몸체, 상기 양극전극 몸체에 형성되는 2개의 양극전극 단자로 이루어지며 상기 음극전극의 안에 일정 간격을 두고 삽입되는 양극 전극과;
   상기 음극전극과 양극전극의 간격을 유지하면서 고정하는 하나 이상의 전극지지대를 포함하며,
   상기 양극전극 몸체와 양극전극 단자는 티타늄을 재질로 하면서 표면에 백금(Pt), 이산화루테늄(RuO2), 이산화이리듐(IrO2) 중에서 하나 이상의 코팅재로 코팅된 코팅층을 포함하고,
   상기 음극전극 몸체는 내부와 외부가 서로 통하도록 다수의 구멍을 포함하여 스케일과의 접촉면적을 줄이며,
   상기 전극지지대는 상기 음극전극과 양극전극 사이에 각각 끼워져 안쪽면과 바깥쪽면이 상기 양극전극의 외주면과 음극전극의 내주면에 맞닿아 지지되는 2개의 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 양극전극 몸체와 양극전극 단자는 각각 상기 코팅층이 형성되고 서로 용접 고정된 후 500도씨 내지 800도씨 온도에서 30분 내지 2시간 동안 열처리되어 제조되는 것을 특징으로 하는 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 음극전극은 스테인레스 강 또는 탄소강 재질이며, 상기 구멍은 8 내지 12mm 직경이면서 10 내지 14mm 간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치.
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서, 상기 전극지지대는 상기 양극전극 몸체가 끼움 결합되는 고정슬롯을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기응집을 이용한 냉각탑 살균장치.

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