KR102121254B1 - 전기분해조 내에 구비된 티타늄 재질의 열교환관 - Google Patents

전기분해조 내에 구비된 티타늄 재질의 열교환관 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기분해조 내에 구비된 티타늄 재질의 열교환관에 관한 것으로, 전기분해하는 과정에서 발생하는 열을 제거하기 위해 냉각유체 공급관을 통해 공급되는 냉각유체와 열교환시키고 전기분해조 프레임인 하우징 내에 고정설치되며, 전류가 우회(bypass)하는 것을 최소화하기 위해 전극부로부터 이격되어 있고 열교환 효율을 높이기 위해 열교환면적이 넓은 것을 특징으로 함으로써, 제한된 공간에 열교환관의 열교환면적을 넓게 하여 열교환 효율을 높이고 티타늄 재질의 열교환관과 전극부 사이로 전류가 우회(bypass)하는 것을 최소화하여 전기분해 효율의 저하를 방지하고 티타늄 재질의 열교환관과 전극부 또는 전원공급 단자 사이에 전류가 일부 흐르더라도 천공방지부에 의해 천공방지부와 전극부 또는 전원공급 단자 사이에서 전기분해가 일어나도록 유도하여 열교환관의 천공을 방지하는 효과가 있다.

Description

전기분해조 내에 구비된 티타늄 재질의 열교환관 {Heat exchange pipe of titanium material equipped in electrolyzer}
본 발명은 전기분해조 내에 구비된 티타늄 재질의 열교환관에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 제한된 공간에 열교환관의 열교환면적을 넓게 하여 열교환 효율을 높이고 열교환관과 전극부 사이로 전류가 우회(bypass)하는 것을 최소화하여 전기분해 효율의 저하를 방지하는, 전기분해조 내에 구비된 티타늄 재질의 열교환관에 관한 것이다.
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.
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.
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.
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.
주요 화학식은 다음과 같다.
(양극)
2Cl-→ Cl2 + 2e
(음극)
2H2O + 2e → H2 + 2OH-
2Na+ + 2OH- → 2NaOH
(차아염소산나트륨 생성반응)
Cl2 + 2NaOH → NaOCl + NaCl + H2O
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.
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.
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.
한편, 종래 기술로는 대한민국 등록특허공보 제10-1332608호(2013년11월25일 공고)에 개시되어 있는 바와 같이, 티타늄 재질의 열교환기가 구비되어 있으나, 이러한 구조는 전극부와 나선형의 열교환기가 종방향으로 순차로 위치하고 있어 열교환 효율이 떨어지고, 티타늄 금속 재질의 열교환기와 전극부 간에 바이패스 전류가 흘러 전극부를 통한 전기분해효율이 떨어지고, 금속 재질의 열교환기에 전류가 인가됨에 따라 전극부와 열교환기 사이에 전기분해가 일어나 열교환기가 양극이 되었을 경우 열교환기가 천공되는 문제점이 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-1332608호(2013년11월25일 공고, 발명의 명칭: 차아염소산나트륨 발생장치)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 제한된 공간에 열교환관의 열교환면적을 넓게 하여 열교환 효율을 높이고 티타늄 재질의 열교환관과 전극부 사이로 전류가 우회(bypass)하는 것을 최소화하여 전기분해 효율의 저하를 방지하기 위한 것이고,
또한, 티타늄 재질의 열교환관과 전극부 또는 전원공급 단자 사이에 전류가 일부 흐르더라도 천공방지부에 의해 천공방지부와 전극부 또는 전원공급 단자 사이에서 전기분해가 일어나도록 유도하여 열교환관의 천공을 방지하기 위한 것이며,
더불어, 전기분해조 내에서 전극부와 이격된 열교환관을 구비하여 전기분해 과정에서 발생하는 열을 제거하여 차아염소산나트륨 온도를 최적으로 유지하면서 고농도의 차아염소산나트륨을 생성함과 동시에 산소 발생을 억제하여 클로레이트와 브로메이트의 생성을 최대한 억제할 수 있을 뿐만 아니라 음극판 표면에 칼슘과 마그네슘 이온 등의 양이온 물질이 점착되는 현상을 방지하기 위한, 전기분해조 내에 구비된 티타늄 재질의 열교환관을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전기분해하는 과정에서 발생하는 열을 제거하기 위해 냉각유체 공급관을 통해 공급되는 냉각유체와 열교환시키고 전기분해조 프레임인 하우징 내에 고정설치되며, 전류가 우회(bypass)하는 것을 최소화하기 위해 전극부로부터 이격되어 있고 열교환 효율을 높이기 위해 열교환면적이 넓은 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 전기분해조 프레임인 하우징을 관통하여 외부의 냉각기 또는 다른 급수원과 냉각유체 공급관 및 냉각유체 배출관으로 연결되고 전극부의 상측에 이격되어 위치하며, 열교환관의 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.
또한, 본 발명에서 열교환관과 냉각유체 공급관 및 냉각유체 배출관은 내면에 주름이 형성되고, 'S'자 굴곡부에서 큰 'S'자를 형성시켜 염수와 접촉하는 표면적을 극대화하되 'S'자가 너무 커지면 전기분해조가 커지므로 상기 각도는 90~110도이다.
또한, 본 발명은 열교환관에 부착 설치되고 백금(Pt) 또는 루테륨(Ru) 또는 이리듐(Ir)으로 도금된 티타늄 재질의 천공방지부를 더 포함한다.
또한, 본 발명은 상기 천공방지부와 전원공급 단자 또는 전극부 사이에서 전기분해가 일어나게 하고 양극의 극성을 갖는 열교환관 부분의 표면부식과 천공을 방지하기 위해, 상기 천공방지부가 열교환관에 부착 설치되는 위치는 전원공급 단자 또는 전극부에 가장 가까운 열교환관 부분이면서 상기 천공방지부는 열교환관에 비해 전원공급 단자 또는 전극부 쪽으로 돌출되어 있다.
또한, 본 발명에서 상기 천공방지부는 열교환관의 'S'자 굴곡부의 좌우 대칭에 의해 전극부측으로 볼록하게 나온 부분에 열교환관의 길이방향으로 평행하게 한 개 이상 부착되어 있고, 상기 천공방지부의 형상은 수직으로 세워진 평판형상, 사각봉 형상, 역삼각봉 형상, 원형봉 형상, 염수의 통과가 용이한 눈이 큰 메쉬형상, 피뢰침 형상 중 하나이고 그 표면에는 첨단부(뾰족한 부분)가 형성되어 있다.
또한, 본 발명에서 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 추가로 설치된다.
이상에서 살펴본, 본 발명인 전기분해조 내에 구비된 티타늄 재질의 열교환관은 제한된 공간에 열교환관의 열교환면적을 넓게 하여 열교환 효율을 높이고 티타늄 재질의 열교환관과 전극부 사이로 전류가 우회(bypass)하는 것을 최소화하여 전기분해 효율의 저하를 방지하는 효과가 있다.
또한, 티타늄 재질의 열교환관과 전극부 또는 전원공급 단자 사이에 전류가 일부 흐르더라도 천공방지부에 의해 천공방지부와 전극부 또는 전원공급 단자 사이에서 전기분해가 일어나도록 유도하여 열교환관의 천공을 방지하는 효과가 있다.
더불어, 본 발명은 전기분해조 내에서 전극부와 이격된 열교환관을 구비하여 전기분해 과정에서 발생하는 열을 제거하여 차아염소산나트륨 온도를 최적으로 유지하면서 고농도의 차아염소산나트륨을 생성함과 동시에 산소 발생을 억제하여 클로레이트와 브로메이트의 생성을 최대한 억제할 수 있을 뿐만 아니라 음극판 표면에 칼슘과 마그네슘 이온 등의 양이온 물질이 점착되는 현상을 방지하는 효과가 있다.
도 1 은 본 발명에서 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치의 개략적인 구성도.
도 2 는 본 발명에 따른 티타늄 재질의 열교환관을 구비한 전기분해조의 사시도.
도 3 은 본 발명에 따른 티타늄 재질의 열교환관을 구비한 전기분해조의 분해사시도.
도 4 는 본 발명의 일실시예에 따른 티타늄 재질의 열교환관을 구비한 전기분해조의 정면도와 측면도.
도 5 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 티타늄 재질의 열교환관을 구비한 전기분해조의 정면도와 측면도.
도 6 은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 티타늄 재질의 열교환관을 구비한 전기분해조의 정면도와 측면도.
도 7 은 본 발명에서 천공방지부의 형상의 실시예들을 나타낸 도면.
도 8 은 도 7의 천공방지부의 실시예들이 도 4의 전기분해조에 설치된 측면도.
도 9 는 본 발명에 따른 티타늄 재질의 열교환관을 구비한 전기분해조에서 전극부의 확대사시도.
도 10 은 본 발명에 따른 티타늄 재질의 열교환관을 구비한 전기분해조에서 전극판 만의 배열을 나타낸 도면.
도 11 은 본 발명의 일실시예에 따른 티타늄 재질의 열교환관과 관련된 구조의 확대사시도.
도 12 는 본 발명에 따른 티타늄 재질의 열교환관을 구비한 전기분해조에서 전극부 단부의 확대사시도.
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.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전기분해조 내에 구비된 티타늄 재질의 열교환관을 포함하는 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.
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 아니고, 상기 인입수공급관(3)에서 별도의 관이 분기되어 그 분기된 관이 냉각유체 공급관(31)과 연결되어 인입수가 냉각유체로 활용될 수도 있다.
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.
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.
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.
도 2 내지 도 12에 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 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.
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.
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 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.
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.
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.
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 9에 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.
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.
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 사각형상 하우징(11)을 관통할때 밀폐를 위한 개스킷, O-링 등과 결합하면서 고정된다.
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 10, 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.
한편, 상기 열교환관(30)은 전극부(20)로부터 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. 종래에는 이격거리 유지를 위해 이격판을 사용하기도 하였다.
하지만, 이격거리가 충분하다 하더라도 전기분해조(10) 내의 염수를 통해 전극부(20) 또는 전원공급 단자(40)와 열교환관(30) 사이에는 전류가 일부 흐르게 된다. 이렇게 열교환관(30)과 전극부(20) 또는 전원공급 단자(40) 사이로 전류가 우회(bypass)할 때에도 염수에 대한 전기분해가 일어나게 된다. 즉, 열교환관(30)은 전극부(20)와 이격되어 있지만 음전하가 모여있는 전극부(20)에서 가까운 열교환관(30) 부분은 음전하가 밀려나고 양전하가 모여있고, 양전하가 모여있는 전극부(20)에서 가까운 열교환관(30) 부분은 양전하가 밀려나고 음전하가 모여있게 되며, 이에 이러한 열교환관(30) 일부분과 전극부(20) 사이에서 전기분해가 일어난다. 특히, 음극의 전원공급 단자(40)와 가까운 열교환관(30)의 일부(약 50%)는 음전하가 밀려나고 양전하가 모여있어 양극의 극성을 갖게 되고 나머지 일부는 음극의 극성을 갖게 된다(일종의 정전기 유도 현상).
이렇게 열교환관(30) 일부분과 전극부(20) 또는 전원공급 단자(40) 사이에서 전기분해가 일어나게 되면 음전하가 모여있어 음극의 극성을 갖는 열교환관(30) 부분은 문제가 없으나 양전하가 모여있어 양극의 극성을 갖는 열교환관(30) 부분의 표면은 부식하게 된다. 염수가 전기분해될 때 발생하는 음이온인 산소는 열교환관(30)의 양극표면에 부착되어 티타늄 재질의 열교환관(30)의 표면이 이산화티타늄(TiO2)으로 변화하고, 전기분해 초기에는 적푸른빛을 띠다가 더 진행되면 티타늄 표면이 푸석해지면서 하얀색을 띠고 결국에는 티타늄 표면이 천공된다. 상술한 바와 같이 티타늄 판인 양극판(21a)에 백금(Pt) 또는 루테륨(Ru) 또는 이리듐(Ir) 등을 도금하는 것도 티타늄 판의 표면부식을 막아 천공을 방지하기 위함이다.
티타늄 판인 양극판(21a)에 백금(Pt) 또는 루테륨(Ru) 또는 이리듐(Ir) 등을 도금하는 방법을 간략히 살펴보면, 평판인 티타늄 판의 표면을 샌드블라스팅(sand blasting)하고 다시 염산용액으로 표면처리한 후 코팅용액(백금,루테륨,이리듐)을 얇게 칠하고 400~700℃ 온도의 소성로(용광로)에서 도자기를 굽듯이 굽고, 냉각후 다시 코팅용액을 얇게 칠하고 다시 굽기를 4~10차례 반복하여 완성한다. 얇고 일정하게 코팅용액을 칠하고 굽는 것을 반복하는 것은 티타늄 표면과 코팅용액을 견고히 부착시키고 코팅두께가 일정하도록 유지하여 전기분해시 단위면적당 전류량을 일정하게 유지시키기 위함이다. 코팅두께가 울퉁불퉁하면 코팅두께가 두꺼운 쪽으로 과도한 전류가 몰려 코팅의 단위면적당 허용되는 전류(통상 1200A/㎡)의 범위를 벗어나 코팅두께가 두꺼운 부분만 코팅이 벗겨지는 등 코팅의 수명이 극도로 짧아지는 현상이 발생한다.
본 발명에서 열교환관(30) 표면도 상술한 방법처럼 도금하여 티타늄 재질 열교환관의 부식과 천공을 방지할 수도 있으나 평판이 아닌 열교환관(30)에 도금을 하는 데는 다음과 같은 기술적 문제점이 있다.
열교환관은 그 효율을 높이기 위해 제한된 공간에 열교환면적을 넓게 하도록 제작되고 이를 위해 평판이 아닌 원형관을 주로 사용하며 그 표면에 요철을 형성시키기도 한다. 이러한 열교환관을 도금하려면 샌드블라스팅 작업시 표면을 일정하게 깎아내기는 불가능하고 원형관이 중첩되어 있는 경우 코팅두께를 일정하게 여러 번 칠하기도 어려우며 용광로에서 구워질 때도 열교환관의 각 부분에 일정한 열이 가해지기도 불가능하여 내구성을 보장받을 수 없다. 또한, 열교환관인 원형관을 제작하기전 평판을 사전 코팅하고 코팅된 평판으로 열교환관인 원형관을 제작하는 경우 코팅은 티타늄 표면에 부착되어 있다가 평판을 절곡하거나 뒤틀때 표면의 코팅이 파괴되므로 열교환관의 제작이 근본적으로 불가능하고, 용접부분은 용접후 재코팅해야 하는 번거로움이 있다.
이에 본 발명에서는 도 4 내지 도 8에 도시된 바와 같이 열교환관(30)에 직접 도금을 하지 않고 별도의 티타늄 판이나 티타늄 봉에 백금(Pt) 또는 루테륨(Ru) 또는 이리듐(Ir) 등을 도금하여 천공방지부(50)를 제작하고 열교환관(30)에서 전원공급 단자(40) 또는 전극부(20)에 가장 가까운 열교환관(30) 부분에 상기 천공방지부(50)를 부착 설치하는데, 천공방지부(50)의 열교환관(30)에의 부착은 동일한 티타늄 소재로 용접이 가능하다. 이와 같은 구조에서는 열교환관(30)과 전원공급 단자(40) 또는 전극부(20) 사이에서 염수를 통해 전류가 직접 통전되지는 않고 열교환관(30)에 비해 전원공급 단자(40) 또는 전극부(20) 쪽으로 돌출되어 있는 천공방지부(50)와 전원공급 단자(40) 또는 전극부(20) 사이에서 직접 통전되어 천공방지부(50)와 전원공급 단자(40) 또는 전극부(20) 사이에서 전기분해가 일어나게 되고, 따라서 양극의 극성을 갖는 열교환관(30) 부분의 표면부식과 천공은 방지할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기 천공방지부(50)의 형상은 일실시예로 수직으로 세워진 평판형상, 사각봉 형상, 역삼각봉 형상, 원형봉 형상, 염수의 통과가 용이한 눈이 큰 메쉬형상, 피뢰침 형상 등 다양할 수 있는데, 단 그 표면이 편평해야 하고 백금류의 도금이 되어 있어야 하며 첨단부(뾰족한 부분)가 형성되어 있어야 전류가 흐르기에 유리하다. 즉, 곡률반지름이 작을수록 면전하밀도가 커지고 전기장의 세기가 커지기 때문에 전하를 끌어당기는 힘이 커지므로 본 발명에서 상기 천공방지부(50)에는 첨단부가 형성되어 있는 것이다.
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 하고 상기 천공방지부(50)가 부착되는 열교환관(30)의 실시예들은 다음과 같다.
일실시예로 도 4 및 도 11에 도시된 바와 같이 본 발명에서 전극부의 상측에 이격되어 위치하는 티타늄 재질 열교환관(30)은 그 입구가 냉각유체 유입을 위한 냉각유체 공급관(31)과 연통하고 그 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. 여기서 상기 천공방지부(50)는 열교환관(30)의 'S'자 굴곡부의 좌우 대칭에 의해 전극부(20)측으로 볼록하게 나온 부분(전원공급 단자(40) 또는 전극부(20)에 가장 가까운 열교환관 부분)에 열교환관(30)의 길이방향으로 평행하게 한 개 이상 부착되어야 한다.
다른 실시예로 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에서 티타늄 재질 열교환관(30)은 냉각유체 공급관(31)을 통해 유입되는 냉각유체를 전극부(20)와 열교환시키고 열교환된 냉각유체를 냉각유체 배출관(32)을 통해 배출되는데, 여기서 열교환관(30)은 전극부(20)와 이격되면서 전극부(20)를 둘러싸는 나선형의 코일형상이고, 상기 천공방지부(50)는 나선형 코일형상의 내주면(전원공급 단자(40) 또는 전극부(20)에 가장 가까운 열교환관 부분)에 열교환관(30)의 길이방향으로 평행하게 한 개 이상 부착되어야 한다.
또 다른 실시예로 도 6에 도시된 바와 같이 본 발명에서 전극부(20)의 상측에 이격되어 위치하는 티타늄 재질 열교환관(30)은, 복수의 직선관을 냉각유체 공급부(33)와 냉각유체 배출부(34) 사이에 평행하게 배치하여 직선관의 양단을 냉각유체 공급부(33)와 냉각유체 배출부(34)와 결합시키고, 냉각유체 공급관(31)은 냉각유체 공급부(33)와, 냉각유체 배출관(32)은 냉각유체 배출부(34)와 결합시킨다. 여기서 상기 천공방지부(50)는 그 양단이 각각 전극부측에 면하고 있는 냉각유체 공급부(33)와 냉각유체 배출부(34)의 일면(전원공급 단자(40) 또는 전극부(20)에 가장 가까운 열교환관 부분)에 열교환관(30)의 길이방향으로 평행하게 한 개 이상 부착되어야 한다.
이러한 열교환관(30)에서 하나의 냉각유체 공급관(31)과 하나의 냉각유체 배출관(32)을 구비한 것을 하나의 단위(한 개)로 볼 때, 본 발명에서는 다수 개의 열교환관(30)이 전기분해조(10) 내에 설치될 수도 있다. 더불어, 이러한 열교환관(30)에서는 차아염소산나트륨의 온도를 효율적으로 낮추기 위해 냉각유체는 차아염소산나트륨이 배출되는 방향으로 공급되도록 냉각유체 공급관(31)을 차아염소산나트륨 배출관(13)이 설치된 쪽에 위치하는 것이 바람직하고, 냉각유체 배출관(32)은 냉각유체 공급관(31)의 반대 방향에 위치한다.
본 발명에서 상기 열교환관(30)의 실시예들은 열교환의 효율을 위해 표면적을 극대화한 실시예들이라 할 수 있고, 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.
또한, 상기 복수의 전극판(21)이 전기분해조 프레임인 하우징(11) 내에 설치될 때는 길이 방향으로 세워진 수직 상태로 설치되는데, 전극부(20)의 길이 방향 양측면 단부에는 절연판(51)을 부착하여 전기분해조(10) 내 염수의 전기분해 효율을 높이게 되고 상기 절연판(51)의 재질은 아크릴 등의 부도체이다.
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.
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.
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.
추가적으로, 본 발명에 따른 전기분해조 내에 구비된 티타늄 재질의 열교환관을 포함하는 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치는 무격막식의 오픈셀 방식으로 차아염소산나트륨 온도를 제어하여 고농도의 차아염소산나트륨을 생성한다. 구체적으로 전기분해조 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.
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, 공냉식(오픈셀)과 수냉식(열교환관)을 병용한 장치이다.
이하에서 본 발명에 따른 전기분해조 내에 구비된 티타늄 재질의 열교환관을 포함하는 무격막식 차아염소산나트륨 생성장치의 차아염소산나트륨 생성과정을 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 포화염수를 염수공급관(2)을 통하여 공급하고 상기 염수공급관(2)과 연결된 인입수공급관(3)을 통하여 인입수를 공급한다.
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.
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 열교환관은 전극부로부터 적절한 이격거리를 유지하여 전류가 전기분해에 관여하지 않고 열교환관(30)으로 우회(bypass)하는 것을 방지할 수 있도록 한다. 그러나 이격거리가 충분하다 하더라도 전극부(20) 또는 전원공급 단자(40)와 열교환관(30) 사이에는 전류가 일부 흐르게 되는데, 전류가 일부 흐르더라도 열교환관(30)이 아닌 천공방지부(50)와 전원공급 단자(40) 또는 전극부(20) 사이에서 전기분해가 일어나게 유도하여 양극의 극성을 갖는 열교환관(30) 부분의 표면부식과 천공을 방지할 수 있도록 한다.
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 4 내지 도 6)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 적용된다.
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.
이렇게 생성된 차아염소산나트륨 용액은 오픈셀인 경우 차아염소산나트륨 배출관(13)을 통해 자연유하 방식으로 배출된다.
따라서, 본 발명은 제한된 공간에 열교환관의 열교환면적을 넓게 하여 열교환 효율을 높이고 티타늄 재질의 열교환관과 전극부 사이로 전류가 우회(bypass)하는 것을 최소화하여 전기분해 효율의 저하를 방지하고, 티타늄 재질의 열교환관과 전극부 또는 전원공급 단자 사이에 전류가 일부 흐르더라도 천공방지부에 의해 천공방지부와 전극부 또는 전원공급 단자 사이에서 전기분해가 일어나도록 유도하여 열교환관의 천공을 방지하며, 전기분해조 내에서 전극부와 이격된 열교환관을 구비하여 전기분해 과정에서 발생하는 열을 제거하여 차아염소산나트륨 온도를 최적으로 유지하면서 고농도의 차아염소산나트륨을 생성한다.
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 33: 냉각유체 공급부
34: 냉각유체 배출부 40: 전원공급 단자
50: 천공방지부 51: 절연판
60: 세척관 70: 유동로
71: 흡입구 72: 배출구

Claims (7)

  1. 무격막식 전기분해조(10)의 전기분해 과정에서 발생하는 열을 제거하기 위해 냉각유체 공급관(31)을 통해 공급되는 냉각유체와 열교환시키고 무격막식 전기분해조(10) 프레임인 하우징(11) 내에 고정설치된 열교환관에 있어서,
    상기 열교환관은 전류가 우회(bypass)하는 것을 최소화하기 위해 전극부(20)로부터 이격되어 있고, 열교환 효율을 높이기 위해 열교환면적이 넓게 구성하도록 하우징(11)을 관통하여 외부의 냉각기 또는 다른 급수원과 냉각유체 공급관(31) 및 냉각유체 배출관(32)으로 연결되고 전극부(20)의 상측에 이격되어 위치하며, 상기 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 있고,
    상기 열교환관(30)에 부착 설치되고 백금(Pt) 또는 루테륨(Ru) 또는 이리듐(Ir)으로 도금된 티타늄 재질의 천공방지부(50);를 더 포함하여 열교환관과 전극부 또는 전원공급 단자 사이에 전류가 일부 흐르더라도 천공방지부에 의해 천공방지부와 전극부 또는 전원공급 단자 사이에서 전기분해가 일어나도록 하며, 상기 천공방지부(50)가 열교환관(30)에 부착 설치되는 위치는 전원공급 단자(40) 또는 전극부(20)에 가까운 열교환관(30) 부분이면서 상기 천공방지부(50)는 열교환관(30)에 비해 전원공급 단자(40) 또는 전극부(20) 쪽으로 돌출되도록 구성하되,
    열교환관(30)과 냉각유체 공급관(31) 및 냉각유체 배출관(32)은 내면에 주름이 형성되고, 'S'자 굴곡부에서 큰 'S'자를 형성시켜 염수와 접촉하는 표면적을 극대화하되 'S'자가 너무 커지면 전기분해조가 커지므로 상기 각도는 90~110도인 것을 특징으로 하는 전기분해조 내에 구비된 티타늄 재질의 열교환관.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 천공방지부(50)는 열교환관(30)의 'S'자 굴곡부의 좌우 대칭에 의해 전극부(20)측으로 볼록하게 나온 부분에 열교환관(30)의 길이방향으로 평행하게 한 개 이상 부착되어 있고,
    상기 천공방지부(50)의 형상은 수직으로 세워진 평판형상, 사각봉 형상, 역삼각봉 형상, 원형봉 형상, 염수의 통과가 용이한 눈이 큰 메쉬형상, 피뢰침 형상 중 하나이고 그 표면에는 첨단부(뾰족한 부분)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기분해조 내에 구비된 티타늄 재질의 열교환관.
  7. 제 1 항에 있어서,
    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 추가로 설치되는 것을 특징으로 하는 전기분해조 내에 구비된 티타늄 재질의 열교환관.
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