KR102070950B1 - Sodium Hypochlorite generation device of undivided type to maximize efficiency of the heat exchange pipe of titanium material - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 티타늄 재질 열교환관의 효율을 극대화하는 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 티타늄 재질의 열교환관과 전극부 사이로 전류가 우회(bypass)하는 것을 최소화하여 전기분해 효율의 저하를 방지하고, 전극부 상측에 열교환관을 위치시키고 가이드판을 열교환관 하단까지 연장시켜 전기분해에 의해 가열된 염수가 집중적으로 열교환관을 통과하도록 하여 열교환 효율을 극대화시키는 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치에 관한 것이다.The present invention relates to a diaphragm-type sodium hypochlorite generating device for maximizing the efficiency of a titanium heat exchanger tube, and more particularly, electrolysis efficiency by minimizing bypass of current between the titanium heat exchanger tube and the electrode portion. To prevent deterioration of the membrane, and place the heat exchanger tube above the electrode and extend the guide plate to the bottom of the heat exchanger tube so that the brine heated by electrolysis is concentrated through the heat exchanger tube to maximize heat exchange efficiency. It relates to a sodium generator.
일반적으로 현장제조염소생성장치는 염소소독이 필요한 현장에 전기분해조를 설치하고 물에 녹인 소금을 전기분해하여 안전한 차아염소산나트륨을 생산하는 장치로 차아염소산나트륨 생성장치라고도 부른다. 이는 염소가 효과적인 소독제임에도 불구하고 치명적인 독성염소가스의 운반, 저장, 사용은 공공보건과 안전에 심각한 문제가 되고, 특히 복잡한 도로에서의 운반, 환경보호지역과 인구밀집 거주지역에서의 사용은 더욱 큰 사회적 문제가 되고 있어 정수장에서의 염소가스 사용이 점점 더 어려워지고 있으므로, 현장에서 염소를 제조하여 사용하기 위함이다.Generally, on-site chlorine growth value is installed in the field where chlorine disinfection is required, and the device is used to produce safe sodium hypochlorite by electrolyzing salt dissolved in water, also called sodium hypochlorite generating device. Although chlorine is an effective disinfectant, the transport, storage, and use of deadly toxic chlorine gas is a serious problem for public health and safety, especially in transport on complex roads, in environmental protection areas and in populated residential areas. The use of chlorine gas in water purification plants is becoming more and more difficult, so it is for the production and use of chlorine in the field.
또한, 차아염소산나트륨 생성장치는 무격막식과 격막식이 있는데, 무격막방식은 전기분해조에 양극판과 음극판이 설치되며 두 판의 사이를 구분하는 격막이 없고 공급된 소금물은 전기분해되어 양극에서는 염소가 발생하고 음극에서는 수소가스와 수산이온이 생성되며, 격막방식은 전기분해조의 양극와 음극 간에 이온교환막을 설치하여 양극 측에 소금물, 음극 측에 물을 공급하면 양극에서는 염소가 발생하고 나트륨이온이 교환막을 투과하여 음극으로 이동하며 음극에서는 수소가 발생하며 수산이온이 생성되고 양극으로 이동해 온 나트륨이온과 수산이온으로 수산화나트륨이 생성되는 방식이다.In addition, the sodium hypochlorite generating device has a diaphragm type and a diaphragm type. In the diaphragm type, a positive electrode plate and a negative electrode plate are installed in an electrolysis tank, and there is no diaphragm separating the two plates. In the cathode, hydrogen gas and hydroxide ions are generated.In the diaphragm method, an ion exchange membrane is installed between the anode and the cathode of the electrolysis tank, and when salt water is supplied to the anode side and water is supplied to the cathode side, chlorine is generated at the anode side and sodium ions penetrate the exchange membrane. It moves to the cathode, and hydrogen is generated at the cathode, and hydroxide ions are generated. Sodium hydroxide is generated from sodium ions and hydroxide ions that have moved to the anode.
더불어, 소금을 소금저장조에 저장하여 물에 용해하면 시간이 지나 더 이상 녹지 않는 포화염수가 만들어지는데, 무격막식인 경우는 그 포화염수를 물로 희석하여 2.8~3.0% 희석염수로 만들어 전기분해조에 공급하여 차아염소산나트륨을 생성시키며, 격막식인 경우는 포화염수를 그대로 양극부에 공급하여 염소가스를 발생시키고, 음극부에 생성된 수산화나트륨과 다시 혼합시켜 차아염소산나트륨을 생성시킨다. 이러한 차아염소산나트륨은 독성가스의 위험성을 없애 안전하게 사용할 수 있는 염소소독제인 것이다.In addition, when salt is stored in a salt storage tank and dissolved in water, saturated brine that is not dissolved any more over time is produced. In the case of a diaphragm type, the saturated brine is diluted with water and made into 2.8-3.0% dilute brine to be supplied to the electrolysis tank. Sodium hypochlorite is produced, and in the case of a diaphragm type, saturated brine is supplied to the anode as it is to generate chlorine gas, and mixed with sodium hydroxide produced at the cathode to produce sodium hypochlorite. Sodium hypochlorite is a chlorine disinfectant that can be safely used to eliminate the danger of toxic gases.
이러한 차아염소산나트륨 생성장치에 무격막 방식을 적용하는 경우를 더 자세히 살펴보면, 전해질인 소금(NaCl)이 공급된 전기분해조에 전류인가시 NaCl은 Na+와 Cl-로 전기분해되고, 양극에서는 산화반응이 일어나고 음극에서는 환원반응이 일어나는데 음극 측에서는 수소(H2)가 발생하고 나트륨이온(Na+)과 수산이온(OH-)으로 수산화나트륨(NaOH)이 생성되며, 양극에서 생성된 염소(Cl2)와 음극에서 생성된 수산화나트륨이 반응하여 차아염소산나트륨(NaOCl)이 제조된다. 이러한 차아염소산나트륨(NaOCl)은 정수장, 하수처리장의 살균장치, 일반화학 공장의 냉각용수 보일러, 담수화 공정 처리수, 발전소의 냉각수 처리, 음용수 처리, 식물 및 채소, 육류가공, 수영장 및 가정용 표백제 등으로 사용되는 염소계 소독제이다.In the case of applying the membrane-free method to the sodium hypochlorite generating device in detail, NaCl is electrolyzed into Na + and Cl − when an electric current is applied to an electrolysis tank supplied with electrolyte salt (NaCl), and an oxidation reaction is performed at the anode. In this case, a reduction reaction occurs at the cathode. Hydrogen (H 2 ) is generated at the cathode side, and sodium hydroxide (NaOH) is generated from sodium ions (Na + ) and hydroxide ions (OH − ), and chlorine (Cl 2 ) generated at the anode is generated. Sodium hypochlorite (NaOCl) is prepared by reacting with sodium hydroxide produced by the cathode. Sodium hypochlorite (NaOCl) is used for water purification plant, sterilizer in sewage treatment plant, cooling water boiler in general chemical plant, desalination process water, cooling water treatment in power plant, drinking water treatment, plants and vegetables, meat processing, swimming pool and household bleach. Chlorine disinfectant used.
주요 화학식은 다음과 같다.The main formula is as follows.
(양극)(anode)
2Cl-→ Cl2 + 2e2Cl - → Cl 2 + 2e
(음극)(cathode)
2H2O + 2e → H2 + 2OH- 2H 2 O + 2e → H 2 + 2OH -
2Na+ + 2OH- → 2NaOH2Na + + 2OH - → 2NaOH
(차아염소산나트륨 생성반응)(Sodium hypochlorite production reaction)
Cl2 + 2NaOH → NaOCl + NaCl + H2OCl 2 + 2 NaOH → NaOCl + NaCl + H 2 O
즉, 염수 저장조에서의 염수가 인입수 공급탱크에서의 인입수에 의하여 염수가 일정 부분 희석되고, 이 희석염수는 전기분해조로 이동되는데, 이때, 전기분해조로 공급되는 희석염수의 염수성분이 2.8~3.0%로 유지되는 것이 좋고, 염수성분이 2.8~3.0%인 희석염수가 전기분해조로 공급되면 전기분해조의 전극부를 통과하는 과정에서 유효염소농도 7,000-8,000ppm의 차아염소산나트륨으로 변환되어 차아염소산나트륨 저장조 또는 사용처로 배출된다.That is, the brine in the brine reservoir is partially diluted by the brine in the intake water supply tank, this dilute brine is transferred to the electrolysis tank, where the brine component of the dilute brine supplied to the electrolysis tank is 2.8 ~ It is preferable to maintain 3.0%, and when dilute brine having a salt content of 2.8 to 3.0% is supplied to the electrolysis tank, sodium hypochlorite is converted into sodium hypochlorite having an effective chlorine concentration of 7,000-8,000 ppm in the course of passing through the electrode part of the electrolysis tank. Discharge to a reservoir or place of use.
한편, 전기분해조 내의 전기분해 과정에서 열을 발생시키기 때문에 생성되는 차아염소산나트륨의 온도가 높아지게 되어 산소가 발생하고 소독부산물인 클로레이트(ClO3 -)와 브로메이트(BrO3 -)가 발생하여 차아염소산나트륨의 유효염소농도의 하락을 초래한다. 이러한 클로레이트(ClO3 -)와 브로메이트(BrO3 -)는 인간의 호르몬을 교란시키고 갑상선암을 일으킬 수 있는 발암물질로 분류되고 있어 큰 문제가 되고 있다. 더불어, 브로메이트는 주로 원재료로 사용하는 소금속에 브롬이온이 존재하는 경우 발생하는데, 소금은 지구상에서 바닷물에 가장 많이 분포하며, 가능한한 브롬이온이 제거된 소금을 차아염소산나트륨 생성장치에 사용할 것을 추천하고 있으나, 브롬이온이 제거된 소금이라도 일부 브롬이온이 남아있고 소금의 종류 및 제조시기에 따라 브롬이온 농도의 편차가 심하다.On the other hand, the higher the temperature of the sodium hypochlorite that is generated due to generating heat in the electrolytic process in the electrolyzer of oxygen occurs, and the disinfection by-product chlorate to occur (ClO 3 - -) and bromate (BrO 3) It causes a decrease in the effective chlorine concentration of sodium hypochlorite. The chlorate (ClO 3 -) and bromate (BrO 3 -), and it is classified as a carcinogen in the disturbance of the human hormones, and can lead to thyroid cancer is a major problem. In addition, bromate occurs when bromine ions are present in small metals used primarily as raw materials. Salt is most widely distributed in sea water on Earth, and it is recommended to use bromine-ion-free salts in the sodium hypochlorite generator as much as possible. However, even though bromine ions have been removed, some bromine ions remain and the bromine ion concentration varies greatly depending on the type of salt and the time of manufacture.
또한, 자연에서 구해지는 물에는 그 농도의 차이는 있지만 칼슘(Ca2 +) 및 마그네슘이온(Mg2+) 등 양이온이 존재하고, 전기분해 과정에서 음극 전극판 표면에 점착되는 현상이 발생하여 전기적으로 단락이 발생하거나 전기분해를 방해하게 되고, 음극판 표면에 점착할 뿐만 아니라 전기적으로 분리 결합하여 전기분해조 내에서 점착하며 그 결과 다량의 칼슘 및 마그네슘이 관로를 폐쇄시키기도 한다.Further, the water obtained from natural differences in the concentration, but calcium (Ca 2 +) and magnesium ion (Mg 2+) cation is valid, and by the phenomenon that is applied to the negative electrode plate surface in the electrolytic process of generating electrical As a result, a short circuit or an electrolysis may be prevented, and the surface of the negative electrode plate may not only adhere to the surface of the negative electrode plate, but also may be electrically separated and bonded in the electrolysis tank, resulting in a large amount of calcium and magnesium closing the pipe.
한편, 종래 기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1332608호(2013년11월25일 공고)에 개시되어 있는 바와 같이, 티타늄 재질의 열교환기가 구비되어 있으나, 이러한 구조는 티타늄 금속 재질의 열교환기와 전극부 간에 바이패스 전류가 흘러 전극부를 통한 전기분해효율이 떨어지고, 전극부와 열교환기가 종방향으로 순차로 위치하고 있어 열교환 효율도 떨어지는 문제점이 있다.On the other hand, as disclosed in the Republic of Korea Patent Publication No. 10-1332608 (announced on November 25, 2013) of the prior art, there is provided a heat exchanger made of titanium, this structure is a heat exchanger and electrode made of titanium metal By-pass current flows between the parts to reduce the electrolytic efficiency through the electrode portion, the electrode portion and the heat exchanger is located in the longitudinal direction sequentially there is a problem that the heat exchange efficiency is also reduced.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 티타늄 재질의 열교환관과 전극부 사이로 전류가 우회(bypass)하는 것을 최소화하여 전기분해 효율의 저하를 방지하고, 전극부 상측에 열교환관을 위치시키고 가이드판을 열교환관 하단까지 연장시켜 전기분해에 의해 가열된 염수가 집중적으로 열교환관을 통과하도록 하여 열교환 효율을 극대화시키기 위한 것이고,The present invention has been made to solve the above problems, an object of the present invention is to minimize the current bypass (bypass) between the heat exchange tube and the electrode portion of the titanium material to prevent a decrease in electrolysis efficiency, the electrode portion Place the heat exchanger tube on the upper side and extend the guide plate to the bottom of the heat exchanger tube to maximize the heat exchange efficiency by intensively passing the heat exchanger tube brine heated by electrolysis,
또한, 열교환 효율의 극대화를 통해 유효염소농도가 높고 소독부산물(클로레이트, 브로메이트)이 적은 고농도·고순도의 차아염소산나트륨을 생성함과 동시에 음극판 표면에 칼슘과 마그네슘 이온 등의 양이온 물질이 점착되는 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 오픈셀 방식으로 전극부에서 발생하는 수소를 별도로 분리처리하여 안정성을 높이기 위한, 티타늄 재질 열교환관의 효율을 극대화하는 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치를 제공하는 데 있다.In addition, by maximizing the heat exchange efficiency, high concentration and high purity sodium hypochlorite with high effective chlorine concentration and low disinfection by-products (chlorate and bromate) is produced, and cationic substances such as calcium and magnesium ions adhere to the surface of the negative electrode plate. In addition to preventing the phenomenon, to provide a separator-free sodium hypochlorite generating device that maximizes the efficiency of the titanium heat exchanger tube to increase the stability by separating the hydrogen generated in the electrode portion separately in an open cell method. have.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 희석염수공급관을 통해 공급되는 희석염수를 전기분해하는 전기분해조를 포함하는 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치에 있어서, 전기분해조 프레임인 하우징의 일측에 연결설치되고 전기분해에 의해 생성되는 차아염소산나트륨을 배출하는 차아염소산나트륨 배출관과; 상기 하우징 내에 고정설치된 복수의 양극판과 음극판으로 이루어진 판(Plate)형의 전극부와; 상기 전극부의 상측에 이격되어 위치하며 전기분해하는 과정에서 발생하는 열을 제거하기 위해 냉각유체 공급관을 통해 공급되는 냉각유체와 열교환시키고 상기 하우징 내에 고정설치된 티타늄 재질의 열교환관, 및 상기 전극부의 길이 방향 양측면 단부의 절연판을 상기 열교환관 측으로 열교환관 하단까지 연장시킨 가이드판을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention is a diaphragm-free sodium hypochlorite generating device comprising an electrolysis tank for electrolyzing the dilute saline supplied through the dilute brine supply pipe, one side of the housing which is the electrolysis tank frame A sodium hypochlorite discharge pipe connected to and discharged from the sodium hypochlorite produced by electrolysis; A plate-shaped electrode unit comprising a plurality of positive and negative plates fixedly installed in the housing; Heat exchanger tube made of titanium material and heat exchanged with a cooling fluid supplied through a cooling fluid supply pipe to remove heat generated in the process of electrolysis, which is spaced apart from the upper side of the electrode, and is installed in the housing in the longitudinal direction. It characterized in that it further comprises a guide plate extending to the heat exchanger tube lower end of the insulating plate on both sides of the heat exchanger tube.
또한, 본 발명에서 상기 열교환관은 전기분해조 프레임인 하우징을 관통하여 외부의 냉각기 또는 다른 급수원과 냉각유체 공급관 및 냉각유체 배출관으로 연결되고, 전극부의 상측에 이격되어 위치하는 티타늄 재질 열교환관은 그 입구가 냉각유체 유입을 위한 냉각유체 공급관과 연통하고 열교환관의 출구가 열교환관의 길이방향으로 냉각유체 공급관의 반대측에 위치한 냉각유체 배출관과 연통하며, 열교환관은 냉각유체 공급관과 냉각유체 배출관의 길이방향으로 복수개의 관으로 구성되고, 상기 복수개의 관 중 열교환관의 입구측에서 냉각유체 공급관의 길이방향으로 전후로 인접한 관이 일정한 각도를 이루며 연장되되 상기 전후로 인접한 관의 연장에 의해 형성되는 각각의 'S'자 굴곡부가 동일한 위치에서 좌우로 대칭되면서 열교환관의 길이방향으로 이어지게 하기 위해 상기 전후로 인접한 관 중에서 하나의 관은 'S'자 굴곡부의 형성 전에 열교환관의 입구측에 'ㄷ'자 굴곡부가 먼저 형성되어 있으며 이러한 상기 전후로 인접한 관이 냉각유체 공급관과 냉각유체 배출관의 길이방향으로 번갈아 반복되어 구성되고, 열교환관의 입구측에 'ㄷ'자 굴곡부가 먼저 형성되어 있는 관은 그 출구측에는 'ㄷ'자 굴곡부가 형성되어 있지 않고 인접한 다른 관에 'ㄷ'자 굴곡부가 형성되어 있다.In addition, in the present invention, the heat exchange tube is connected to an external cooler or other water source, a cooling fluid supply pipe, and a cooling fluid discharge pipe through a housing which is an electrolysis tank frame, and the titanium heat exchange tube is spaced apart from an upper side of the electrode part. The inlet communicates with the cooling fluid supply pipe for cooling fluid inlet and the outlet of the heat exchange tube communicates with the cooling fluid discharge pipe located opposite the cooling fluid supply pipe in the longitudinal direction of the heat exchange pipe, and the heat exchange pipe is connected to the cooling fluid supply pipe and the cooling fluid discharge pipe. Comprising a plurality of pipes in the longitudinal direction, each of the plurality of pipes formed at the inlet side of the heat exchanger tube adjacent to the longitudinal direction of the cooling fluid supply pipe extending at a predetermined angle extending by the extension of the adjacent tube before and after The length of the heat exchanger tube with 'S' bends symmetrical from side to side at the same position One of the pipes adjacent to the front and rear adjacent to the incline is formed with the 'c' bend at the inlet side of the heat exchanger tube before the formation of the 'S' bend, and the adjacent and adjacent pipes are the cooling fluid supply pipe and the cooling fluid. It is composed of repeated alternately in the longitudinal direction of the discharge pipe, the tube having the 'c' bend first formed on the inlet side of the heat exchanger tube, the 'c' is not formed on the outlet side, 'c' A bend is formed.
또한, 본 발명에서 상기 열교환관은 하우징의 길이 방향으로 복수개 설치하고, 열교환관과 열교환관 사이에 부도체인 이격판을 개재하여 열교환효율이 감소되지 않으면서 전류흐름에 대한 저항을 높여 전류가 전극부로 흐르도록 유도한다.In addition, in the present invention, a plurality of heat exchange tubes are installed in the longitudinal direction of the housing, and a current is transferred to the electrode part by increasing resistance to current flow without reducing heat exchange efficiency through a spacer plate, which is a non-conductor, between the heat exchange tube and the heat exchange tube. Induce to flow.
또한, 본 발명에서 상기 복수의 양극판과 음극판을 지지고정하기 위해 양측으로 전극판이 끼워지는 홈이 형성되어 있는 부도체인 지지대와 지지대 사이는 전극판이 지지대와 밀착되어 관통할 수 있을 정도로 이격되어 있고, 양극판과 음극판 각각은 일정 간격 이격되면서 서로 교차하는 방식으로 번갈아 끼워진다.Further, in the present invention, between the support and the support, which is a non-conductor in which grooves are fitted to both sides to support the plurality of positive and negative plates, the electrode plates are spaced apart from each other so that the electrode plates can be in close contact with the support. Each of the and negative plates is alternately fitted in a manner of crossing each other at a predetermined interval.
또한, 본 발명은 인입수에 포함된 칼슘 및 마그네슘이온이 열교환관 표면에 점착되도록 유도하여 칼슘 및 마그네슘이온이 음극판에 점착되는 현상을 줄이고, 외부의 펌프(P)와 연결되어 펌프로부터 공급되는 공기 또는 물을 천공홀을 통해 전극판의 하부에서 전극판 또는 열교환관을 향해 분사함으로써 상기 열교환관 및 음극판 표면에 점착된 칼슘 및 마그네슘을 전기분해 중단시에 세척할 수 있도록 전극부의 하측으로 이격되어 전기분해조 내부에 세척관이 설치된다.In addition, the present invention induces the calcium and magnesium ions contained in the incoming water to adhere to the surface of the heat exchanger tube to reduce the phenomenon that the calcium and magnesium ions are adhered to the negative electrode plate, the air supplied from the pump is connected to the external pump (P) Alternatively, water is injected into the electrode plate or the heat exchanger tube from the lower part of the electrode plate through the hole, and the calcium and magnesium adhering to the surface of the heat exchanger tube and the negative electrode plate are spaced apart from the lower side of the electrode unit so as to wash the electrolysis. A cleaning tube is installed inside the digester.
또한, 본 발명에서 상기 하우징의 단면은 사각형상이고, 상기 전기분해조 내부는 대기압이 작용하도록 오픈셀이며, 전기분해조 내부의 온도를 저감시키기 위해 염수로 채워지지 않은 부분인 유동로와 연통되는 흡입구와 배출구가 하우징의 길이방향 양단의 상단에 구비되어 상기 흡입구를 통해 냉각수단의 공기를 공급한다.In addition, in the present invention, the cross section of the housing has a rectangular shape, and the inside of the electrolysis tank is an open cell for acting at atmospheric pressure, and a suction port communicating with a flow path that is not filled with saline to reduce the temperature inside the electrolysis tank. And a discharge port are provided at the upper ends of the longitudinal ends of the housing to supply air of the cooling means through the suction port.
이상에서 살펴본, 본 발명인 티타늄 재질 열교환관의 효율을 극대화하는 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치는 티타늄 재질의 열교환관과 전극부 사이로 전류가 우회(bypass)하는 것을 최소화하여 전기분해 효율의 저하를 방지하고, 전극부 상측에 열교환관을 위치시키고 가이드판을 열교환관 하단까지 연장시켜 전기분해에 의해 가열된 염수가 집중적으로 열교환관을 통과하도록 하여 열교환 효율을 극대화시키는 효과가 있다.The diaphragm-type sodium hypochlorite generating device maximizing the efficiency of the titanium heat exchanger tube of the present invention as described above minimizes the bypass of current between the heat exchanger tube and the electrode portion of the titanium material to prevent a decrease in electrolysis efficiency. In addition, the heat exchanger tube is positioned above the electrode unit, and the guide plate extends to the lower end of the heat exchanger tube, so that the brine heated by electrolysis can be concentrated through the heat exchanger tube to maximize heat exchange efficiency.
더불어, 본 발명은 열교환 효율의 극대화를 통해 유효염소농도가 높고 소독부산물(클로레이트, 브로메이트)이 적은 고농도·고순도의 차아염소산나트륨을 생성함과 동시에 음극판 표면에 칼슘과 마그네슘 이온 등의 양이온 물질이 점착되는 현상을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 오픈셀 방식으로 전극부에서 발생하는 수소를 별도로 분리처리하여 안정성을 높이는 효과가 있다.In addition, the present invention generates high concentration and high purity sodium hypochlorite with high effective chlorine concentration and low disinfection by-products (chlorate and bromate) through maximization of heat exchange efficiency and at the same time, cationic materials such as calcium and magnesium ions on the surface of the negative electrode plate. This can not only prevent the sticking phenomenon, but also separates the hydrogen generated from the electrode part in an open cell manner to increase stability.
도 1 은 본 발명에 따른 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치의 개략적인 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치에서 전기분해조의 사시도.
도 3 은 본 발명에 따른 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치에서 전기분해조의 분해사시도.
도 4 는 전기분해조 내에서 일반적인 염수의 흐름을 나타낸 도면.
도 5 는 본 발명에서의 전기분해조 내에서 염수의 흐름을 나타낸 도면.
도 6 은 본 발명에서의 가이드판이 없는 경우 전기분해조 내에서 염수의 흐름을 나타낸 도면.
도 7 은 본 발명에 따른 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치에서 전극부의 확대사시도.
도 8 은 본 발명에 따른 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치에서 전극판 만의 배열을 나타낸 도면.
도 9 는 본 발명에 따른 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치에서 열교환관과 관련된 구조의 확대사시도.
도 10 은 본 발명에 따른 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치에서 전극부 단부의 확대사시도.1 is a schematic diagram of a diaphragm-type sodium hypochlorite generating device according to the present invention.
Figure 2 is a perspective view of an electrolysis tank in the diaphragm-free sodium hypochlorite generating device according to the present invention.
Figure 3 is an exploded perspective view of the electrolysis tank in the membrane-free sodium hypochlorite generating device according to the present invention.
4 is a view showing a general flow of brine in the electrolysis bath.
5 is a view showing the flow of brine in the electrolysis tank in the present invention.
Figure 6 is a view showing the flow of brine in the electrolysis tank in the absence of a guide plate in the present invention.
Figure 7 is an enlarged perspective view of the electrode portion in the membrane-free sodium hypochlorite generating device according to the present invention.
8 is a view showing the arrangement of the electrode plate only in the non-diaphragm type sodium hypochlorite generating device according to the present invention.
Figure 9 is an enlarged perspective view of the structure associated with the heat exchange tube in the diaphragm-free sodium hypochlorite generating device according to the present invention.
Figure 10 is an enlarged perspective view of the end of the electrode in the membrane-free sodium hypochlorite generating device according to the present invention.
상기와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하면 다음과 같다. 첨부된 도면들 및 이를 참조한 설명은 본 발명에 관하여 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들이 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위해 예시된 것이며, 본 발명의 사상 및 범위를 한정하려는 의도로 제시된 것은 아님에 유의하여야 할 것이다.When described in detail with reference to the accompanying drawings a preferred embodiment of the present invention configured as described above are as follows. It is noted that the accompanying drawings and the descriptions thereof are illustrated for easy understanding by those skilled in the art with respect to the present invention, and are not intended to limit the spirit and scope of the present invention. Should.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 티타늄 재질 열교환관의 효율을 극대화하는 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치는, 염수가 저장된 염수저장조(1)와, 염수저장조(1)로부터 포화염수를 공급하는 염수공급관(2)과, 염수공급관(2)의 일측에 연결되어 인입수를 공급하는 인입수공급관(3)과, 인입수공급관(3) 내에서 포화염수와 희석된 희석염수를 공급하는 희석염수공급관(12)과, 희석염수공급관(12)과 연결되어 희석염수공급관(12)을 통해 공급되는 희석염수를 전기분해하는 전기분해조(10)를 구비하고 있다.As shown in FIG. 1, the diaphragm-type sodium hypochlorite generating device for maximizing the efficiency of a titanium heat exchange tube according to the present invention includes a brine storage tank (1) in which brine is stored and a saturated brine from the brine storage tank (1). A brine supply pipe (2) for supplying, a brine supply pipe (3) connected to one side of the brine supply pipe (2) to supply the incoming water, and to supply the saturated brine and dilute brine diluted in the inlet water supply pipe (3) A dilute
상기 염수공급관(2)에는 포화염수의 유량을 조절하기 위해 밸브와 유량계가 설치될 수 있고, 마찬가지로 상기 인입수공급관(3)에는 인입수의 유량을 조절하기 위해 밸브와 유량계가 설치될 수 있다. 그리고, 상기 전기분해조(10)의 일측에는 전기분해에 의해 생성되는 차아염소산나트륨을 배출하는 차아염소산나트륨 배출관(13)이 연결설치된다. 이러한 희석염수공급관(12) 및 차아염소산나트륨 배출관(13)이 전기분해조 프레임인 하우징(11)을 관통할때 밀폐를 위한 개스킷, O-링 등과 결합한다. 본 발명의 도면에서는 상기 하우징(11)의 단면 형상을 사각형상으로 도시하였으나 이에 한정되는 것은 아니지만 후술할 열교환관(30)과 이격판(52) 및 개스킷 등을 설치하기에는 통상의 원형 하우징에 비해 유리하므로 상면 개폐가 가능한 사각형상이 바람직하고, 상기 인입수공급관(3)에서 별도의 관이 분기되어 그 분기된 관이 냉각유체 공급관(31)과 연결되어 인입수가 냉각유체로 활용될 수도 있다.The brine supply pipe (2) may be provided with a valve and a flow meter to adjust the flow rate of saturated brine, and similarly the valve and flow meter may be installed in the intake water supply pipe (3) to adjust the flow rate of the incoming water. And, one side of the
또한, 상기 전기분해조(10) 내의 상단 일측에는 전기분해시 발생하는 열에 따른 희석염수의 온도를 감지하는 온도감지부(도시하지 않음)가 설치될 수 있고, 온도감지부로 감지한 온도를 입력된 설정값과 비교하여 그 결과에 따라 냉각유체를 적절하게 공급하면서 전기분해조(10) 내부의 온도를 항시 상기 설정값으로 유지하도록 냉각유체를 제어하는 제어부(도시하지 않음)를 더 구비할 수 있다. 여기서, 상기 냉각유체는 상기 인입수와 동일한 물이거나 별도의 냉각기(도시하지 않음)에 의해 냉각된 저온의 냉각수일 수도 있다.In addition, a temperature sensing unit (not shown) for detecting the temperature of the dilute saline according to the heat generated during electrolysis may be installed at one side of the upper end of the
상기 염수저장조(1)는 전해에 사용하는 소금을 용해시켜 포화염수를 만들고, 상기 희석염수는 포화염수를 약 2.8~3.0%로 희석한 것이며, 포화염수를 희석하기 위한 물을 저장하는 별도의 수조를 구비할 수도 있다.The brine storage tank (1) is to dissolve the salt used for electrolysis to make a saturated brine, the diluted brine is diluted to about 2.8 ~ 3.0% of the saturated brine, a separate tank for storing water for diluting the saturated brine It may be provided.
또한, 전기분해조(10)는 희석된 희석염수를 희석염수공급관(12)을 통해 공급받아 이를 전해시켜 차아염소산나트륨을 생성한다. 상기 전기분해조(10)에는 전해용의 직류전류를 공급하는 직류전원 공급장치(도시하지 않음)가 부착된다.In addition, the
도 2 내지 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명은 희석염수를 전기분해하는 과정에서 발생하는 열을 제거하기 위해 전기분해조(10) 내부의 희석염수와 전극부(20)의 열을 냉각유체 공급관(31)을 통해 공급되는 냉각유체와 열교환시키는 복수의 열교환관(30)을 구비하고 있다. 상술한 바와 같이 상기 냉각유체는 상기 인입수와 동일한 물일 수도 있고 전기분해조(10) 외부에 별도로 설치된 냉각기(도시하지 않음)에 의해 냉각된 저온의 냉각수일 수도 있다.As shown in FIG. 2 to FIG. 10, the present invention cools the dilute brine and the heat of the
다시 말해, 전기분해조(10) 내의 전기분해하는 과정에서는 열을 발생시키기 때문에 생성되는 차아염소산나트륨의 온도가 전기분해의 최적의 염수온도보다 높아지게 되어 유효염소농도의 하락을 초래하게 된다. 통상 전기분해의 최적의 염수온도는 15~18℃에서 가장 좋은 농도를 얻을 수 있는데, 전기분해 과정에서 발생하는 열로 인하여, 생성되는 차아염소산나트륨의 온도는 염수온도에 통상 18~20℃ 더해져 34~38℃ 정도로 되고, 이러한 온도 상승에 따라, 생성된 차아염소산나트륨이 재분해되어 유효염소농도가 하락하여 고농도의 차아염소산나트륨을 생성할 수 없게 된다.In other words, in the process of electrolysis in the
따라서, 이러한 전기분해 과정에서 차아염소산나트륨의 온도상승을 일으키는 전극부(20)의 열은 본 발명에서 열교환관(30)에 의해 제거하여 생성되는 차아염소산나트륨의 온도를 15~20℃ 정도(최적의 염수온도와 비슷한 온도)로 유지시키면 고농도의 유효염소농도(10,000ppm이상)를 가질 수 있다. 냉각유체를 열교환관(30)을 통해 유입시켜 지속적으로 순환시키기 위해 열교환관(30)은 전기분해조 프레임인 폐쇄형 하우징(11)을 관통하여 외부의 냉각기(도시하지 않음) 또는 다른 급수원(도시하지 않음)과 냉각유체 공급관(31) 및 냉각유체 배출관(32)으로 연결되며, 냉각수량을 조절하기 위해 냉각유체량 조절밸브(도시하지 않음), 순환펌프(도시하지 않음) 및 냉각기로 원수를 공급하기 위한 원수저장탱크가 설치될 수 있다. 이에 냉각유체는 전기분해조(10) 내의 복수의 열교환관(30)을 따라 흐르면서 열교환되는 것이다. 더불어, 차아염소산나트륨의 온도를 적절히 유지하기 위해서는 열교환관(30) 내에 공급되는 냉각유체량을 공급되는 희석염수량에 비해 월등히 많게 하는 것이 바람직하다.Therefore, the heat of the
한편, 전기분해조(10) 내부에 있는 판(Plate)형의 전극부(20)의 복수의 양극판(21a)과 음극판(21b)은 전기분해조 프레임인 하우징(11) 내에 고정설치되고, 상기 전기분해조 프레임인 하우징(11)은 부도체이어야 하는데, 예를 들어, 아크릴 수지 등이고, 하우징(11) 후단부에 설치된 차아염소산나트륨 배출관(13)을 통해 차아염소산나트륨 용액을 차아염소산나트륨 저장조(도시하지 않음)로 배출한다.Meanwhile, the plurality of
상기 전기분해조(10)는 대기압이 작용하도록 내부 상측에 공기 유동로(70)가 있는 오픈셀인 것이 바람직한데, 여기서 오픈셀이 아니어서 전기분해조(10) 내에 진공압이 작용하면 하우징의 상측으로 차아염소산나트륨과 수소가 동시에 흡입되어 위험을 가지고 있기 때문이다. 즉, 하우징(11) 상측의 공기 유동로(70)를 통해서 공기가 유입되면 전기분해시 발생하는 수소와 산소를 하우징 외부로 안전하게 처리할 수 있다.The
상기 복수의 양극판(21a)과 복수의 음극판(21b)은 각각 양극판 결합부(22)와 음극판 결합부(23)에 일체로 결합되어 있는 구성으로 이루어져 있고, 복수의 양극판(21a)과 복수의 음극판(21b) 각각은 일정 간격 이격되면서 서로 교차하는 방식으로 끼워지는 상태로 적층되어 있다. 전기분해조(10)의 길이가 전극판(21)의 길이에 비해 긴 경우에는 길이 방향으로 복수의 전극판(21)을 지지고정하기 위한 지지대(24)가 구비되는데 이격되어 있는 각각의 전극판(21)은 서로 통전되지 않도록 상기 지지대(24)의 재질은 부도체이며, 상기 복수의 지지대(24)는 도 7에 도시된 바와 같이 양측으로 전극판(21)이 끼워지는 홈이 형성되어 있고, 길이 방향의 수직 방향인 단면 방향의 지지대(24)와 지지대(24) 사이는 전극판(21)이 지지대(24)와 밀착되어 관통할 수 있을 정도로 이격되어 있고, 양극판(21a)과 음극판(21b) 각각은 일정 간격 이격되면서 서로 교차하는 방식으로 번갈아 끼워지므로 지지대(24)와 지지대(24) 사이를 밀착관통하는 전극판(21)과 그 지지대(24)의 홈에 끼워지는 전극판(21)의 극성은 상이하다.The plurality of
여기서, 상기 음극판(21b)은 티타늄 판 자체를 사용하고 양극판(21a)은 티타늄 판에 백금(Pt) 또는 루테륨(Ru) 또는 이리듐(Ir) 등이 도금된 것을 사용한다.Here, the
또한, 상기 결합부(22,23)의 외측에는 전원공급 단자(40)가 구비되어 양극판 결합부(22)와 음극판 결합부(23)에 각각 일체로 결합되어 상기 결합부(22,23)에 연결된 최외측 전극판(21)은 전원공급 단자(40)와 결합부(22,23)를 통해 직류전원 공급장치(도시하지 않음)로부터 각각 양극과 음극을 연결하여 전류를 공급받게 된다. 여기서 상기 전원공급 단자(40)는 티타늄 코팅된 동관을 사용함이 바람직하다. 이러한 전원공급 단자(40)도 전기분해조 프레임인 하우징(11)을 관통할때 밀폐를 위한 개스킷, O-링 등과 결합하면서 고정된다.In addition, a
상술한 바와 같이 이격되어 있는 각각의 전극판(21)이 서로 통전되지 않도록 상기 지지대의 재질은 부도체이지만, 전기분해조(10) 내에 흐르는 전해질을 포함한 물이 전극판(21) 사이를 통과하면 복수개의 전극판(21) 중 길이 방향으로 최외측에 위치하여 직류전원 공급장치(도시하지 않음)에 의해 그 극성이 결정된 양극판 또는 음극판에 길이 방향 및 길이 방향의 수직 방향인 단면 방향으로 인접하는 전극판(21)은 반대의 극성을 갖게 되고 반복적으로 그 반대의 극성을 갖게 된 전극판(21)에 인접하는 또 다른 전극판(21)은 그 반대의 극성을 갖게 된 전극판(21)과는 다시 반대의 극성을 갖게 된다(도 8, 일종의 정전기 유도 현상). 이러한 특성을 고려하여 상술한 것처럼 음극판(21b)은 티타늄 판 자체를 사용하고 양극판(21a)은 티타늄 판에 백금(Pt) 또는 루테륨(Ru) 또는 이리듐(Ir) 등이 도금된 것을 사용하여야 한다.As described above, the material of the support is an insulator so that the
한편, 상기 열교환관(30)은 전극부(20)로부터 상측으로 적절한 이격거리를 유지해야 하는데, 그 이유는 전류의 흐름에 대한 저항이 상기 전극부(20)가 열교환관측보다 적도록 하여 전극부(20)의 양극판(21a)과 음극판(21b)에 흐르는 전류가 전기분해에 관여하지 않고 티타늄 재질의 열교환관(30)으로 우회(bypass)하는 것을 방지할 수 있도록 하기 위함이다.On the other hand, the
전극부(20)에 전류가 인가되어 희석염수의 전기분해가 시작되면 전극부(20)에서 미세한 수소기포들이 발생하여 위로 올라간다. 즉 가벼운 수소기포가 위로 올라가는 에어 리프팅(air lifting) 효과에 의해 염수가 위로 향하게 되고 위로 올라간 염수는 전기분해조(10)와 전극부(20)의 양측면을 타고 아래로 내려와 다시 전극부(20) 하단으로의 유입을 반복 회전하면서 전극부(20)를 통과하여 염수의 전기분해에 의해 차아염소산나트륨과 열이 발생한다(도 4 참조).When the current is applied to the
다시 말해, 상기 복수의 전극판(21)이 전기분해조 프레임인 하우징(11) 내에 설치될 때는 길이 방향으로 세워진 수직 상태로 설치되는데, 열교환관(30)은 상기 전극부(20)의 상측에 위치하면서 우회전류(bypass current)가 발생하지 않을 만큼 충분히 이격되어 있어야 하고, 여기서 열교환관(30)은 전극부(20)의 상측에 위치하고 있어야만 전기분해에 의해 가열된 염수가 팽창하면서 밀도가 작아져 위로 올라가고 전극부(20)의 상측에 위치한 열교환관(30)에 의해 염수와 열교환후 냉각되어 밀도가 크진 염수가 자연히 아래로 내려오게 하여(일종의 대류) 전극부(20)를 통과하는 염수의 회전속도를 빠르게 함으로써 전기분해 효율과 열교환 효율을 높이는데 유리하다.In other words, when the plurality of
상술한 바와 같이 저온에서의 전기분해가 고농도의 차아염소산나트륨을 생성하고 클로레이트(ClO3 -)와 브로메이트(BrO3 -)의 발생을 최소화하는 바, 전기분해조(10) 내의 염수온도의 고저는 전기분해 효율의 차이를 만들어 내기 때문에 전극부(20)를 통과하면서 반복 순환하는 염수는 전극부(20) 상측에 위치한 열교환관(30)에 의해 충분히 냉각된 상태에서 전기분해가 이루어지므로 본 발명에서는 유효염소농도가 높고 소독부산물(클로레이트, 브로메이트)이 적은 고농도·고순도의 차아염소산나트륨을 생성시킬 수 있는 것이다.As described above, the electrolysis at low temperature generates high concentration of sodium hypochlorite and minimizes the occurrence of chlorate (ClO 3 − ) and bromate (BrO 3 − ), which is why the brine temperature in the
한편, 상술한 바와 같이 전기분해 과정에서 차아염소산나트륨의 온도상승을 일으키는 전극부(20)의 열을 제거하여 생성되는 차아염소산나트륨의 온도를 15~20℃ 정도로 유지시켜 고농도의 유효염소농도를 가질 수 있도록 하기 위해 전극부(20)의 상측에 위치하는 상기 티타늄 재질 열교환관(30)은 도 9에 도시된 바와 같이 그 입구가 냉각유체 유입을 위한 냉각유체 공급관(31)과 연통하고 열교환관(30)의 출구가 열교환관(30)의 길이방향으로 냉각유체 공급관(31)의 반대측에 위치한 냉각유체 배출관(32)과 연통하며, 열교환관(30)은 냉각유체 공급관(31)과 냉각유체 배출관(32)의 길이방향으로 복수개의 관으로 구성되고, 상기 복수개의 관 중 열교환관(30)의 입구측에서 냉각유체 공급관(31)의 길이방향으로 전후로 인접한 관이 일정한 각도(굴곡부에서 큰 'S'자를 형성시키기 위해 90~110도가 바람직하고, 이는 상기 'S'자가 클수록 염수와 접촉하는 표면적이 극대화되지만 단 너무 커지면 전기분해조가 커지는 문제가 있어 90~110도로 한정한 것임)를 이루며 연장되되 상기 전후로 인접한 관의 연장에 의해 형성되는 각각의 'S'자 굴곡부가 동일한 위치에서 좌우로 대칭되면서 열교환관(30)의 길이방향으로 이어지게 하기 위해 상기 전후로 인접한 관 중에서 하나의 관은 'S'자 굴곡부의 형성 전에 열교환관(30)의 입구측에 'ㄷ'자 굴곡부가 먼저 형성되어 있으며 이러한 상기 전후로 인접한 관이 냉각유체 공급관(31)과 냉각유체 배출관(32)의 길이방향으로 번갈아 반복되어 구성되고, 열교환관(30)의 입구측에 'ㄷ'자 굴곡부가 먼저 형성되어 있는 관은 그 출구측에는 'ㄷ'자 굴곡부가 형성되어 있지 않고 인접한 다른 관에 'ㄷ'자 굴곡부가 형성되어 있도록 한다.On the other hand, as described above to maintain the temperature of the sodium hypochlorite produced by removing the heat of the
본 발명에서 상기 열교환관(30)은 열교환의 효율을 위해 표면적을 극대화한 구조라 할 수 있고, 또한 상기 열교환관(30)과 냉각유체 공급관(31) 및 냉각유체 배출관(32)은 그 내면에 주름을 형성하여 열교환 면적을 극대화하고, 냉각유체 공급관(31)과 냉각유체 배출관(32)도 전기분해조 프레임인 하우징(11)을 관통할 때 밀폐를 위한 개스킷, O-링 등과 결합한다. 본 발명이 도면에서는 냉각유체 공급관(31)과 냉각유체 배출관(32)은 하우징의 측면으로 관통하는 것으로 도시되어 있으나 하우징의 상면으로 관통할 수도 있다.In the present invention, the
또한, 전극부(20)의 길이 방향 양측면 단부에는 절연판을 부착하여 전기분해조(10) 내 염수의 전기분해 효율을 높이게 되고 상기 절연판의 재질은 아크릴 등의 부도체이다. 나아가, 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에서는 상기 절연판을 열교환관(30) 측으로 열교환관(30) 하단까지 연장시킨 가이드판(51)을 구비함이 바람직한데, 이러한 가이드판(51)은 상술한 바와 같이 가벼운 수소기포가 위로 올라가는 에어 리프팅(air lifting) 효과에 의해 염수가 위로 향할 때 분산되지 않고 대부분의 염수가 집중적으로 열교환관(30)을 통과하도록 하여 전기분해에 의해 가열된 염수가 열교환관(30)을 통과하지 않고 전극부(20)와 전극부 상측의 열교환관(30) 사이의 이격공간으로 분산되는 것을 차단시켜 염수의 열교환효율을 극대화시킨다. 상기 가이드판(51)이 없으면 도 6에 도시된 바와 같이 가열된 염수의 상당량이 열교환관(30)을 통과하지 않아 냉각되지 않은 염수가 다시 전극부(20) 하단으로 유입된다.In addition, an insulating plate is attached to both ends of the
본 발명에서 상기 열교환관(30)은 전기분해조 프레임인 하우징(11)의 길이방향으로 복수개(열교환관에서 하나의 냉각유체 공급관과 하나의 냉각유체 배출관을 구비한 것을 하나의 단위(한 개)로 봄) 설치하되 열교환관(30) 각각의 냉각유체 공급관(31) 및 냉각유체 배출관(32)은 동일한 외부의 하나의 냉각기 또는 하나의 급수원과 병렬로 연결되는데, 열교환관(30)이 전기분해조(10) 내에서 전극부(20) 상측에 하우징(11)의 길이방향으로 길게 하나만 설치된다면 냉각유체 공급관(31)에 가까운 열교환관(30) 내의 냉각유체와 전기분해조(10) 내 염수의 온도차는 크므로 열교환효율이 좋지만 냉각유체 배출관(32) 쪽으로 갈수록 열교환관(30) 내의 냉각유체의 온도가 올라가 열교환효율의 낮아지게 되고, 전류는 저항이 적은 쪽으로 흐르게 되므로 열교환관(30)이 길어질수록 전류의 흐름에 대한 저항이 적어져 전기분해에 필요한 전류가 열교환관(30) 쪽으로 흐르게되는 바 이에 우회전류의 발생을 방지하려면 열교환관(30)과 전극부(20)와의 이격거리를 더 크게 함으로써 전기분해조(10)의 크기가 커지는 문제가 있어 복수의 열교환관(30)을 설치함이 바람직하다.In the present invention, the
상술한 바와 같이 열교환관(30)을 복수개 설치하더라도 열교환관(30) 간의 이격거리가 가까워 열교환관(30) 간의 전류의 흐름에 대한 저항이 적어져 상기 전극부(20)보다 적어지면 우회전류가 발생할 수 있으므로 열교환관(30) 간의 거리가 충분히 이격되어야 하는데 열교환관(30) 간의 거리가 멀어질수록 전기분해조(10) 내에서 열교환을 할 수 없는 공간이 늘어나 열교환효율이 감소하게 된다. 이에 열교환관(30)과 열교환관(30) 사이 및 복수의 열교환관(30) 중 최외측 열교환관(30)과 하우징(11) 사이에 부도체인 이격판(52)을 개재하여 열교환효율이 감소되지 않으면서 전류흐름에 대한 저항을 높여 전류가 대부분 전극부(20)로 흐르도록 유도한다. 우회전류의 발생을 방지하기 위해 전극부(20)와 열교환관(30)을 가능한한 이격시키되, 열교환관(30)에 의한 열교환효율(전기분해하는 과정에서 발생하는 열의 제거)도 고려해야 하므로 본 발명에서의 상기와 같은 구조의 필요성이 있는 것이다.As described above, even when a plurality of
여기서 상기 이격판(52)은 전기분해조(10) 내에 설치시 전극부(20)가 관통하면서 고정될 수 있도록 전극부(20)의 단면 형상과 동일한 천공부가 형성되어 있고 후술할 세척관(60)이 설치될 경우에는 이격판(52)에는 세척관(60)의 단면 형상과 동일한 천공부도 형성되어 있으며, 이격판(52)은 하우징(11) 바닥면과 측면에 밀착되고 본 발명에서 전기분해조(10)는 오픈셀 구조이므로 하우징(11)의 천정면과는 이격되어 있으며 이격판(52)의 상단은 염수의 수위보다는 높다.Here, the
상술한 바와 같이, 상기 열교환관(30)에 의해 전기분해시 발생하는 열은 제거되고 열교환관(30) 표면은 냉각되어 온도가 낮으며, 인입수에 포함된 칼슘(Ca2 +) 및 마그네슘이온(Mg2 +)은 낮은 온도에서 쉽게 결정화되므로 열교환관(30) 표면에 칼슘 및 마그네슘이온이 점착되도록 유도된다. 이에 인입수에 포함된 칼슘(Ca2 +) 및 마그네슘이온(Mg2+) 등 양이온이 전기분해 과정에서 음극판(21b) 표면에 점착되는 현상은 줄어들어 전기분해는 더 효율적으로 진행되게 된다. 그러나 상기 열교환관(30) 표면에 칼슘 및 마그네슘이온 점착이 누적되면 열교환 효율이 떨어지게 되므로, 이를 방지하고자 전극부(20)의 하측으로 이격되어 전기분해조(10) 내부에 복수의 세척관(60)이 설치된다., Was to remove the heat generated during electrolysis by the
상기 세척관(60)은 외부의 펌프(P)와 연결되어 펌프로부터 공급되는 공기 또는 물을 세척관(60)의 천공홀을 통해 전극판(21)의 하부에서 열교환관(30) 또는 전극판(21)을 향해 분사하고 그 양을 조절하기 위해 조절밸브(도시하지 않음)를 설치할 수 있다. 전기분해 중에 세척관(60)의 작동은 산소의 공급으로 산화물이 발생하므로 전기분해 중단시에 세척함이 바람직하다.The
상기 세척관(60)은 열교환관(30)에 점착된 칼슘과 마그네슘을 세척할 수 있을 뿐만 아니라 음극판(21b)에 점착된 칼슘과 마그네슘도 세척할 수 있는데, 상기 세척관(60)과 열교환관(30) 사이에 전극부(20)가 개재되어 있더라도 상기 펌프의 작동으로 그 분사력이 열교환관(30)에도 충분히 미칠 수 있다.The
추가적으로, 본 발명은 무격막식의 오픈셀 방식으로 차아염소산나트륨 온도를 제어하여 고농도의 차아염소산나트륨을 생성한다. 구체적으로 전기분해조(10) 내부의 유동로(70)와 연통되는 흡입구(71)와 배출구(72)가 전기분해조 프레임인 하우징(11)의 길이방향 양단의 상단에 구비되고, 상기 하우징(11)의 내부 상측에 염수로 채워지지 않은 부분에 상기 유동로(70)는 형성 확보된다.In addition, the present invention controls the sodium hypochlorite temperature in a non-diaphragm open cell manner to produce a high concentration of sodium hypochlorite. Specifically, the
상기 유동로(70) 상의 온도를 저감시키는 냉각수단(도시하지 않음)이 상기 흡입구(71)에 연결되어 냉각수단의 공기를 공급하여 상기 하우징(11) 내의 온도를 고농도의 차아염소산나트륨 생성에 적합한 온도인 15~18℃ 정도로 유지시킨다. 상기 냉각수단은 송풍기, 냉각기 등이 될 수 있다. 또한, 상기 유동로(70)에 유입된 공기는 전극부(20)에서 발생하는 수소를 배출구(72)로 유도함으로써 수소 가스가 별도로 분리되어 처리되므로 안정성이 높다. 즉, 본 발명은 공냉식(오픈셀)과 수냉식(열교환관)을 병용한 장치이다.Cooling means (not shown) for reducing the temperature on the
본 발명에서 하우징을 사각형상으로 하고 상면을 개폐가능하게 하는 경우 원형 하우징에 비해 수밀성은 떨어지지만 오픈셀 방식인 경우 하우징의 상면까지 염수가 차오르지 않으므로 상면의 수밀성은 중요하지 않고 전기분해조(10) 내부가 대기압상태로 항상 유지되어 하우징(11)의 상면과 측면 사이 또는 전기분해조(10) 내부와 외부 간의 관통부에서의 누수를 최소화할 수 있다.In the present invention, when the housing has a rectangular shape and the upper surface is openable, the watertightness is inferior to that of the circular housing, but in the case of the open cell method, since the salt water does not rise to the upper surface of the housing, the watertightness of the upper surface is not important and the
이하에서 본 발명에 따른 티타늄 재질 열교환관의 효율을 극대화하는 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치의 차아염소산나트륨 생성과정을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.Hereinafter, the sodium hypochlorite generation process of the membrane-free sodium hypochlorite generating device maximizing the efficiency of the titanium heat exchanger tube according to the present invention will be described in detail.
먼저, 포화염수를 염수공급관(2)을 통하여 공급하고 상기 염수공급관(2)과 연결된 인입수공급관(3)을 통하여 인입수를 공급한다.First, saturated brine is supplied through the brine supply pipe (2) and the incoming water is supplied through the inlet water supply pipe (3) connected to the brine supply pipe (2).
상술한 바와 같이 인입수공급관(3)을 통하여 공급되는 인입수에 의해 포화염수가 희석된 희석염수는 전기분해조(10)의 전단부에 연결된 희석염수공급관(12)을 통하여 전기분해조(10) 내로 유입되는데, 이때 희석염수의 농도는 약 2.8∼3.0%로 공급된다.As described above, the dilute brine in which the saturated saline is diluted by the inlet water supplied through the inlet
이와 같이 염수성분이 2.8∼3.0%인 희석염수가 전기분해조(10) 내부로 공급되면, 양극판(21a)과 음극판(21b)으로 구성된 전극부(20)를 통과하는 과정에서 전극부(20) 양측에 인가된 직류 전류에 의해 희석염수가 전기분해되면서 차아염소산나트륨을 생성하게 된다. 이때 열교환관(30)과 열교환관(30) 사이 및 복수의 열교환관(30) 중 최외측 열교환관(30)과 하우징(11) 사이에 부도체인 이격판(52)을 개재하여 열교환효율이 감소되지 않으면서 전류흐름에 대한 저항을 높여 전류가 대부분 전극부(20)로 흐르도록 유도한다.In this way, when the dilute saline solution having a brine component of 2.8 to 3.0% is supplied into the
그런데, 이러한 전기분해 반응은 발열반응이므로 차아염소산나트륨의 온도상승에 따라 유효염소농도는 하락하게 된다. 그러나, 이와 같이 전기분해 과정에서 차아염소산나트륨의 온도상승을 일으키는 전극부(20)의 열은 냉각유체 공급관(31)을 통해 공급되는 냉각유체가 흐르는 열교환관(30)과의 직접적인 열교환에 의해 제거된다. 여기서, 상기 열교환관(30)은 열교환 효율을 극대화시키기 위해 상술한 바와 같은 구조 또는 형상(도 9)을 가지며, 열교환이 이루어진 후의 냉각유체는 냉각유체 배출관(32)을 통해 냉각기 또는 다른 급수원으로 전달되고 다시 냉각유체 공급관(31)으로 순환되는 과정을 거친다. 더불어 오픈셀에 의한 공냉식의 냉각방식도 적용되고 절연판을 열교환관 측으로 열교환관 하단까지 연장시킨 가이드판(51)은 전기분해에 의해 가열된 염수가 열교환관(30)을 통과하지 않고 전극부(20)와 전극부 상측의 열교환관(30) 사이의 이격공간으로 분산되는 것을 차단시켜 염수의 열교환효율을 극대화시킨다.However, since the electrolytic reaction is an exothermic reaction, the effective chlorine concentration decreases as the temperature of sodium hypochlorite increases. However, the heat of the
이러한 열교환 과정에 의해, 전기분해조(10) 내부의 온도는 최적온도를 유지할 수 있게 되고, 그에 따라 전기분해시 발생하는 열에 따른 온도상승으로 인해 산소(O2)가 발생하는 것을 사전에 방지하여 유해물질인 클로레이트(ClO3 -)와 브로메이트(BrO3 -)의 생성을 최대한 억제할 수 있을 뿐만 아니라 음극판(21b) 표면에 칼슘과 마그네슘 이온 등의 양이온 물질이 점착되는 현상도 방지할 수 있다. 그 결과, 전기분해의 효율성이 대폭 향상되므로 고농도의 차아염소산나트륨을 생성할 수 있다.By such a heat exchange process, the temperature inside the
이렇게 생성된 차아염소산나트륨 용액은 오픈셀인 경우 차아염소산나트륨 배출관(13)을 통해 자연유하 방식으로 배출된다.The sodium hypochlorite solution thus produced is discharged in a natural flow manner through the sodium
따라서, 본 발명은 티타늄 재질의 열교환관과 전극부 사이로 전류가 우회(bypass)하는 것을 최소화하여 전기분해 효율의 저하를 방지하고, 전극부 상측에 열교환관을 위치시키고 가이드판을 열교환관 하단까지 연장시켜 전기분해에 의해 가열된 염수가 집중적으로 열교환관을 통과하도록 하여 열교환 효율을 극대화시키며, 이러한 열교환 효율의 극대화를 통해 유효염소농도가 높고 소독부산물(클로레이트, 브로메이트)이 적은 고농도·고순도의 차아염소산나트륨을 생성한다.Accordingly, the present invention minimizes the bypass of current between the heat exchange tube and the electrode portion of the titanium material to prevent the degradation of the electrolysis efficiency, the heat exchange tube is located above the electrode portion and the guide plate extends to the bottom of the heat exchange tube By maximizing heat exchange efficiency, the concentrated brine heated by electrolysis passes through the heat exchange tube, and by maximizing such heat exchange efficiency, high chlorine concentration and high disinfection byproducts (chlorate, bromate) Produces sodium hypochlorite.
1: 염수저장조 2: 염수공급관
3: 인입수공급관 10: 전기분해조
11: 하우징 12: 희석염수공급관
13: 차아염소산나트륨 배출관 20: 전극부
21: 전극판 21a: 양극판
21b: 음극판 22: 양극판 결합부
23: 음극판 결합부 24: 지지대
30: 열교환관 31: 냉각유체 공급관
32: 냉각유체 배출관 40: 전원공급 단자
51: 가이드판 52: 이격판
60: 세척관 70: 유동로
71: 흡입구 72: 배출구1: salt water storage tank 2: salt water supply pipe
3: incoming water supply pipe 10: electrolysis tank
11: housing 12: diluted brine supply pipe
13: sodium hypochlorite discharge pipe 20: electrode
21:
21b: negative electrode plate 22: positive electrode plate coupling portion
23: negative plate coupling portion 24: support
30: heat exchange tube 31: cooling fluid supply pipe
32: cooling fluid discharge pipe 40: power supply terminal
51: guide plate 52: spacer plate
60: washing tube 70: flow path
71: inlet port 72: outlet port
Claims (6)
전기분해조(10) 프레임인 하우징(11)의 일측에 연결설치되고 전기분해에 의해 생성되는 차아염소산나트륨을 배출하는 차아염소산나트륨 배출관(13)과;
상기 하우징(11) 내에 고정설치된 복수의 양극판(21a)과 음극판(21b)으로 이루어진 판(Plate)형의 전극부(20)와;
상기 전극부(20)의 상측에 이격되어 위치하며 전기분해하는 과정에서 발생하는 열을 제거하기 위해 냉각유체 공급관(31)을 통해 공급되는 냉각유체와 열교환시키고 상기 하우징(11) 내에 고정설치된 티타늄 재질의 열교환관(30), 및
상기 전극부(20)의 길이 방향 양측면 단부의 절연판을 상기 열교환관(30) 측으로 열교환관(30) 하단까지 연장시킨 가이드판(51)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 티타늄 재질 열교환관의 효율을 극대화하는 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치.
In the diaphragm-type sodium hypochlorite generating device comprising an electrolysis tank 10 for electrolyzing the dilute saline supplied through the dilute saline supply pipe 12,
A sodium hypochlorite discharge pipe 13 connected to one side of the housing 11 that is a frame of the electrolysis tank 10 and discharging sodium hypochlorite generated by electrolysis;
A plate-shaped electrode part 20 including a plurality of positive electrode plates 21a and a negative electrode plate 21b fixedly installed in the housing 11;
Titanium material which is spaced apart from the upper side of the electrode unit 20 and heat exchanged with the cooling fluid supplied through the cooling fluid supply pipe 31 to remove heat generated during the electrolysis process and is fixed in the housing 11. Heat exchanger tube 30, and
The efficiency of the titanium heat exchanger tube, characterized in that it further comprises a guide plate 51 which extends the insulating plate at both ends of the longitudinal direction of the electrode portion 20 to the heat exchanger tube 30 to the lower end of the heat exchanger tube 30. A diaphragm-type sodium hypochlorite generator to maximize the.
상기 열교환관(30)은 전기분해조 프레임인 하우징(11)을 관통하여 외부의 냉각기 또는 다른 급수원과 냉각유체 공급관(31) 및 냉각유체 배출관(32)으로 연결되고,
전극부(20)의 상측에 이격되어 위치하는 티타늄 재질 열교환관(30)은 그 입구가 냉각유체 유입을 위한 냉각유체 공급관(31)과 연통하고 열교환관(30)의 출구가 열교환관(30)의 길이방향으로 냉각유체 공급관(31)의 반대측에 위치한 냉각유체 배출관(32)과 연통하며, 열교환관(30)은 냉각유체 공급관(31)과 냉각유체 배출관(32)의 길이방향으로 복수개의 관으로 구성되고, 상기 복수개의 관 중 열교환관(30)의 입구측에서 냉각유체 공급관(31)의 길이방향으로 전후로 인접한 관이 일정한 각도를 이루며 연장되되 상기 전후로 인접한 관의 연장에 의해 형성되는 각각의 'S'자 굴곡부가 동일한 위치에서 좌우로 대칭되면서 열교환관(30)의 길이방향으로 이어지게 하기 위해 상기 전후로 인접한 관 중에서 하나의 관은 'S'자 굴곡부의 형성 전에 열교환관(30)의 입구측에 'ㄷ'자 굴곡부가 먼저 형성되어 있으며 이러한 상기 전후로 인접한 관이 냉각유체 공급관(31)과 냉각유체 배출관(32)의 길이방향으로 번갈아 반복되어 구성되고, 열교환관(30)의 입구측에 'ㄷ'자 굴곡부가 먼저 형성되어 있는 관은 그 출구측에는 'ㄷ'자 굴곡부가 형성되어 있지 않고 인접한 다른 관에 'ㄷ'자 굴곡부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 티타늄 재질 열교환관의 효율을 극대화하는 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치.
The method of claim 1,
The heat exchange tube 30 is connected to an external cooler or other water supply source with a cooling fluid supply pipe 31 and a cooling fluid discharge pipe 32 through a housing 11 which is an electrolysis tank frame.
The titanium heat exchanger tube 30 spaced apart from the upper side of the electrode unit 20 has an inlet communicating with a cooling fluid supply pipe 31 for introducing a cooling fluid, and an outlet of the heat exchanger tube 30 has a heat exchanger tube 30. In communication with the cooling fluid discharge pipe 32 located on the opposite side of the cooling fluid supply pipe 31 in the longitudinal direction of the heat exchange tube 30 is a plurality of pipes in the longitudinal direction of the cooling fluid supply pipe 31 and the cooling fluid discharge pipe (32). Consisting of the plurality of pipes are formed by the extension of the adjacent adjacent tube extending at a predetermined angle in the longitudinal direction of the cooling fluid supply pipe 31 at the inlet side of the heat exchange tube 30 extending at a predetermined angle. One of the tubes adjacent to the front and rear adjacent to the 'S' bend portion in order to continue in the longitudinal direction of the heat exchange tube 30 while the 'S' bend portion is symmetrical from side to side at the same position, the inlet side of the heat exchange tube 30 before the formation of the 'S' bend portion On ''Casted bent portion is formed first, and the adjacent adjacent back and forth pipes are alternately repeated in the longitudinal direction of the cooling fluid supply pipe 31 and the cooling fluid discharge pipe 32, the letter' c 'on the inlet side of the heat exchange tube (30) The tube in which the bend is formed first has a 'c' bend at its exit side, and the 'c' bend is formed at another adjacent tube. Sodium hypochlorite generator.
상기 열교환관(30)은 하우징(11)의 길이 방향으로 복수개 설치하고, 열교환관(30)과 열교환관(30) 사이에 부도체인 이격판(52)을 개재하여 열교환효율이 감소되지 않으면서 전류흐름에 대한 저항을 높여 전류가 전극부(20)로 흐르도록 유도하는 것을 특징으로 하는, 티타늄 재질 열교환관의 효율을 극대화하는 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치.
The method of claim 1,
The heat exchange tube 30 is provided in plural in the longitudinal direction of the housing 11, and the current is exchanged between the heat exchange tube 30 and the heat exchange tube 30 via a spacer plate 52, which is a non-conductor, without reducing the heat exchange efficiency. A diaphragm-type sodium hypochlorite generator for maximizing the efficiency of a titanium heat exchanger tube, characterized in that to induce a current to flow to the electrode portion 20 by increasing the resistance to flow.
상기 복수의 양극판(21a)과 음극판(21b)을 지지고정하기 위해 양측으로 전극판(21)이 끼워지는 홈이 형성되어 있는 부도체인 지지대(24)와 지지대(24) 사이는 전극판(21)이 지지대(24)와 밀착되어 관통할 수 있을 정도로 이격되어 있고, 양극판(21a)과 음극판(21b) 각각은 일정 간격 이격되면서 서로 교차하는 방식으로 번갈아 끼워지는 것을 특징으로 하는, 티타늄 재질 열교환관의 효율을 극대화하는 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치.
The method of claim 1,
In order to support and fix the plurality of positive electrode plates 21a and the negative electrode plate 21b, an electrode plate 21 is formed between the supporter 24 and the supporter 24, which are non-conductors having grooves into which the electrode plate 21 is fitted. Closely spaced enough to penetrate the support 24, each of the positive electrode plate (21a) and the negative electrode plate (21b) is spaced apart at regular intervals, characterized in that they are alternately fitted in a way that intersect each other, A diaphragm-type sodium hypochlorite generator that maximizes efficiency.
인입수에 포함된 칼슘 및 마그네슘이온이 열교환관(30) 표면에 점착되도록 유도하여 칼슘 및 마그네슘이온이 음극판(21b)에 점착되는 현상을 줄이고,
외부의 펌프(P)와 연결되어 펌프로부터 공급되는 공기 또는 물을 천공홀을 통해 전극판(21)의 하부에서 전극판(21) 또는 열교환관(30)을 향해 분사함으로써 상기 열교환관(30) 및 음극판(21b) 표면에 점착된 칼슘 및 마그네슘을 전기분해 중단시에 세척할 수 있도록 전극부(21)의 하측으로 이격되어 전기분해조(10) 내부에 세척관(60)이 설치되는 것을 특징으로 하는, 티타늄 재질 열교환관의 효율을 극대화하는 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치.
The method of claim 1,
Induce calcium and magnesium ions contained in the incoming water to adhere to the surface of the heat exchange tube 30 to reduce the phenomenon that the calcium and magnesium ions adhere to the negative electrode plate 21b,
The heat exchanger tube 30 is connected to an external pump P by spraying air or water supplied from the pump toward the electrode plate 21 or the heat exchanger tube 30 from the lower portion of the electrode plate 21 through a hole. And a washing tube 60 is installed inside the electrolysis tank 10 so as to be spaced apart from the lower side of the electrode part 21 so that the calcium and magnesium adhered to the surface of the negative electrode plate 21b can be washed when the electrolysis is stopped. A diaphragm-type sodium hypochlorite generator that maximizes the efficiency of a titanium heat exchanger tube.
상기 하우징(11)의 단면은 사각형상이고, 상기 전기분해조(10) 내부는 대기압이 작용하도록 오픈셀이며, 전기분해조 내부의 온도를 저감시키기 위해 염수로 채워지지 않은 부분인 유동로(70)와 연통되는 흡입구(71)와 배출구(72)가 하우징(11)의 길이방향 양단의 상단에 구비되어 상기 흡입구(71)를 통해 냉각수단의 공기를 공급하는 것을 특징으로 하는, 티타늄 재질 열교환관의 효율을 극대화하는 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치.
The method of claim 1,
The cross section of the housing 11 has a quadrangular shape, the inside of the electrolysis tank 10 is an open cell so that atmospheric pressure acts, and the flow passage 70 is a portion not filled with saline to reduce the temperature inside the electrolysis tank. The inlet 71 and the outlet 72 in communication with the upper end of the longitudinal direction of the housing 11 is provided to supply the air of the cooling means through the inlet 71, A diaphragm-type sodium hypochlorite generator that maximizes efficiency.
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KR1020190154354A KR102070950B1 (en) | 2019-11-27 | 2019-11-27 | Sodium Hypochlorite generation device of undivided type to maximize efficiency of the heat exchange pipe of titanium material |
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KR20230032342A (en) | 2021-08-30 | 2023-03-07 | 에코텍 주식회사 | Hypochlorous acid water production apparatus and hypochlorous acid water production method using thereof |
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2019
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