KR102663682B1 - 전기 분해 장치, 전기 분해 장치용 유량 분배 장치 및 방법 - Google Patents

전기 분해 장치, 전기 분해 장치용 유량 분배 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

선박 평형수를 살균하는 전기 분해 장치에 적용되는 유량 분배 장치가 개시된다.
상기 전기 분해 장치용 유량 분배 장치는, 중심에 위치하는 중심 구멍; 상기 중심 구멍과 같은 중심을 가지며 상기 중심 구멍 주위를 둘러 형성되는 내측 링형상부; 상기 내측 링형상부 외측에 상기 내측 링형상부 주위를 둘러 형성되는 다수개의 주 구멍; 상기 다수개의 주 구멍에 각각 설치되어, 상기 유량 분배 장치의 표면과 일정 각도를 이루는 다수개의 주 날개; 상기 다수개의 주 구멍이 이격된 사이에 각각 형성되는 다수개의 살부; 및 상기 다수개의 주 구멍의 외측에 상기 다수개의 주 구멍 주위를 둘러 형성되는 가장자리부를 포함한다.

Description

전기 분해 장치, 전기 분해 장치용 유량 분배 장치 및 방법{Electrolysis Device, Flow Distribution Device and Method for Electrolysis Device}
본 발명은 전기 분해 장치와, 전기 분해 장치에 적용되는 유량 분배 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 선박 평형수를 살균하는 전기 분해 장치와, 상기 전기 분해 장치에 적용되어, 해수에 저항(회전력)을 부여하는 방식으로 유량을 분배하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
선박 평형수란 선박 운항시 무게중심을 유지하기 위해 선박의 밑바닥 혹은 좌우에 설치된 탱크에 채워넣는 해수를 의미하는데, 화물을 선적하면 싣고 있던 해수를 버리고, 화물을 내리면 다시 해수를 넣어 선박의 무게중심을 잡는다.
선박 평형수를 바다에 버리는 과정에서 각종 생태계 교란과 해양오염이 발생하므로, 선박 평형수를 바다에 버리기 전에 생태계 교란 및 해양오염을 방지하기 위한 처리를 하는데, 선박 평형수의 TRO(Total Residual Oxidant)를 일정 수준으로 유지하기 위해 전기 분해 방식으로 선박 평형수를 살균할 수 있다.
일반적으로 선박 평형수를 살균하기 위하여 사용되는 전기 분해 장치는, 백금 및 팔라듐과 같은 고가의 금속을 촉매로 사용하여, 상온에서 선박 평형수를 전기 분해한다. 따라서, 종래에는 선박 평형수를 살균하는 전기 분해 장치를 사용하기 위하여 촉매에 들어가는 비용이 높다는 문제가 있었다.
또한, 종래의 선박 평형수를 살균하는 전기 분해 장치는, 채널 내에서 해수가 중앙부로 집중되어 유속이 빨라지고, 해수의 유속이 빨라지면 물과 전극 사이의 접촉 시간이 부족하게 되어 전기 분해 효율 떨어지는 단점이 있었다.
본 발명은, 종래의 선박 평형수를 살균하는 전기 분해 장치가 가지는 상기 문제점들을 해소할 수 있는 전기 분해 장치와, 전기 분해 장치용 유량 분배 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따르면, 선박 평형수를 살균하는 전기 분해 장치에 적용되는 유량 분배 장치에 있어서, 중심에 위치하는 중심 구멍; 상기 중심 구멍과 같은 중심을 가지며 상기 중심 구멍 주위를 둘러 형성되는 내측 링형상부; 상기 내측 링형상부 외측에 상기 내측 링형상부 주위를 둘러 형성되는 다수개의 주 구멍; 상기 다수개의 주 구멍에 각각 설치되어, 상기 유량 분배 장치의 표면과 일정 각도를 이루는 다수개의 주 날개; 상기 다수개의 주 구멍이 이격된 사이에 각각 형성되는 다수개의 살부; 및 상기 다수개의 주 구멍의 외측에 상기 다수개의 주 구멍 주위를 둘러 형성되는 가장자리부를 포함하는, 전기 분해 장치용 유량 분배 장치가 제공된다.
상기 전기 분해 장치용 유량 분배 장치는, 상기 중심 구멍과 같은 중심을 가지며 상기 다수개의 주 구멍의 외측에 상기 다수개의 주 구멍 주위를 둘러 형성되는 외측 링형상부; 상기 외측 링형상부 외측에 상기 외측 링형상부 주위를 둘러 형성되는 다수개의 보조 구멍; 및 상기 다수개의 보조 구멍에 각각 설치되어, 상기 유량 분배 장치의 표면과 일정 각도를 이루는 다수개의 보조 날개;를 더 포함하고, 상기 가장자리부는 상기 다수개의 보조 구멍의 외측에 상기 다수개의 보조 구멍 주위를 둘러 형성되며, 상기 살부는 상기 보조 구멍이 이격된 사이까지 연장될 수 있다.
상기 다수개의 보조 구멍의 길이는 상기 다수개의 주 구멍의 길이보다 짧을 수 있다.
상기 다수개의 주 구멍은 각각, 상기 중심 구멍의 중심을 중심으로 하는 부채꼴 모양의 평면상에 위치할 수 있다.
상기 다수개의 보조 구멍은 각각, 상기 다수개의 주 구멍이 각각 위치한 부채꼴 모양의 평면이 연장된 면 상에 위치할 수 있다.
하나의 주 구멍이 위치한 부채꼴 모양의 평면 상에 다수개의 보조 구멍이 형성될 수 있다.
상기 살부는 내측에서 외측으로 갈수록 점점 더 두꺼워질 수 있다.
하나의 주 구멍이 위치한 부채꼴 모양의 평면 상에 형성된 다수개의 보조 구멍 사이의 간격은, 상기 살부의 두께보다 좁을 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따르면, 해수를 전기 분해 하는 전극 모듈; 및 상기 전극 모듈로 유입되는 해수에 회전력을 부여하는 유량 분배 장치;를 포함하는, 전기 분해 장치가 제공된다.
상기 전극 모듈은, 해수가 흐르는 채널을 형성하는 다수개의 격리판; 상기 다수개의 격리판을 내부에 수용하는 수용 부재; 및 상기 수용 부재의 상면 또는 하면을 형성하며, 상기 수용 부재가 다수개인 경우 상기 다수개의 수용 부재를 연결하는 커버 부재;를 포함할 수 있다.
상기 전기 분해 장치는, 내부에 상기 수용 부재를 수용하는 하우징을 더 포함하고, 상기 하우징에는 해수가 유입되는 입구 및 해수가 배출되는 출구가 형성되고, 상기 입구를 통해 상기 하우징 내부로 유입된 해수는 상기 수용 부재 내부에 형성된 채널들을 통과하여 상기 출구를 통해 배출될 수 있다.
상기 하우징에는 개구가 형성되고, 상기 수용 부재는 상기 개구에 삽입되고, 상기 커버 부재는 상기 하우징의 상부 또는 하부를 덮어, 상기 하우징과 함께 외관을 형성할 수 있다.
상기 전기 분해 장치는, 상기 하우징의 상기 입구에 설치되어 해수의 유량 및 압력을 측정하는 제1 센서; 및 상기 하우징의 상기 출구에 설치되어 해수의 유량 및 압력을 측정하는 제2 센서; 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
상기 전기 분해 장치는, 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 중 하나 이상이 측정한 유량값 및 압력값을 전송받아 실시간 운영체제(RTOS, Real Time Operating System)를 이용한 데이터베이스(Data Base) 구축을 통해 고장 진단을 수행하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 선박 평형수를 살균하는 전기 분해 장치에 적용되는 유량 분배 방법에 있어서, 상기 전기 분해 장치의 입구에 유량 분배 장치 설치하고, 상기 유량 분배 장치에는 다수개의 구멍을 형성한 후 상기 다수개의 구멍에는 각각 다수개의 날개를 설치하고, 상기 다수개의 날개의 각도, 개수, 중심에서부터의 거리, 상기 유량 분배 장치에 형성된 중심 구멍의 크기, 상기 유량 분배 장치에 형성된 상기 다수개의 구멍의 길이 중 하나 이상을 변화시켜 유량의 분배를 조절하는, 전기 분해 장치용 유량 분배 방법이 제공된다.
상기 다수개의 날개의 각도는 모두 같은 각도로 제어될 수 있다.
상기 다수개의 날개의 각도는 각각 서로 다른 각도로 제어될 수 있다.
상기 다수개의 날개는, 길이가 더 길고 중심에 더 가깝게 위치하는 다수개의 주 날개와, 상기 주 날개보다 길이가 더 짧고 상기 주 날개보다 중심에서 더 멀리 위치하는 다수개의 보조 날개를 포함할 수 있다.
상기 다수개의 주 날개의 각도는 모두 제1 각도로 제어되고, 상기 다수개의 보조 날개의 각도는 모두 제2 각도로 제어될 수 있다.
상기 전기 분해 장치는, 상기 주 날개는 6 내지 12개를 포함하고, 상기 보조 날개는 12 내지 24개를 포함할 수 있다.
해수의 유속이 빠르면 전극 모듈과의 접촉시간이 부족하여 전기 분해 효율이 떨어질 수 있는데, 본 발명에 의하면, 전기 분해 장치로 유입되는 해수가 중앙으로 집중되지 않고 채널 전체에 골고루 분배될 수 있도록 하여, 해수와 전극 사이의 접촉 시간을 충분히 확보할 수 있다. 따라서, 촉매를 적게 사용해도 전기 분해 효율을 유지할 수 있어, 촉매 사용의 저감을 통해 경제성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 해수의 유량을 각 채널에 균등하게 분배함으로써 국부적으로 집중적인 반응이 일어나게 하는 핫스팟(Hot Spot)의 발생을 최소화하여 전기 분해 효율을 높일 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에 의하면 유량 분배 장치를 전기 분해 장치의 입구에 간단히 결합함으로써, 선박 평형수 시스템의 구조를 거의 바꾸지 않고도 해수 유량의 균등한 분배가 가능하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유량 분배 장치를 적용한 전기 분해 장치를 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유량 분배 장치를 적용한 전기 분해 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유량 분배 장치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 4는 유량 분배 장치의 날개 각도에 따른 각 채널에서의 유량 분배를 평균 유량의 오차율로 나타낸 그래프이다.
도 5는 유량 분배 장치의 날개 개수에 따른 각 채널에서의 유량 분배를 평균 유량의 오차율로 나타낸 그래프이다.
도 6은 유량 분배 장치의 중심에서부터 날개의 거리에 따른 각 채널에서의 유량 분배를 평균 유량의 오차율로 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유량 분배 장치를 적용한 전기 분해 장치의 각 채널에서의 유량 분배를 평균 유량의 오차율로 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유량 분배 장치를 적용한 전기 분해 장치의 TRO 효율 변화를 나타낸 그래프이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유량 분배 장치를 적용한 전기 분해 장치를 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유량 분배 장치를 적용한 전기 분해 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예의 유량 분배 장치를 적용한 전기 분해 장치는, 전극 모듈(100), 유량 분배 장치(200) 및 하우징(300)을 포함하고, 전극 모듈(100)은 커버 부재(101), 수용 부재(102) 및 다수개의 격리판(103)을 포함한다.
전극 모듈(100)은, 격리판(103)으로 구분된 채널 내를 흐르는 해수를 전기 분해하여 해수를 살균한다. 전극 모듈(100)에는 직류 전류(DC)가 공급되어, 환원전극(Cathode)에서는 전자가 수소이온과 결합하여 수소가 발생되고, 산화전극(Anode)에서는 전해질에서 산화전극(Anode)으로 이동한 수산화이온이 가진 전자를 빼앗아 산소가 발생된다. 이 과정을 통해 수소 및 산화염소이온이 생성되고, 이후, 해수에 포함된 브로마이드의 40~65mg/L의 농도 범위 내에서 H++OCL-(산화염소이온)이 H++OBr-(산화 브롬이온)으로 전환된다. 산화 염소 이온 및 산화 브롬이온은 살균력을 가지며, 선박 평형수의 살균 작업을 수행한다.
커버 부재(101)는, 하우징(300)의 상부 또는 하부를 덮어, 하우징(300)과 함께 내부 부품들을 보호하고 전기 분해 장치의 외관을 형성한다. 도 1 및 도 2에는 커버 부재(101)가 하우징(300)의 상부를 덮어 전기 분해 장치의 상면을 형성하는 것이 도시되어 있다.
커버 부재(101)는, 수용 부재(102)의 상면 또는 하면을 형성할 수 있으며, 수용 부재(102)가 다수개인 경우 다수개의 수용 부재(102)를 연결한다. 도 1 및 도 2에는, 커버 부재(101)가 네 개의 수용 부재(102)를 연결하며, 각 수용 부재(102)의 상면을 형성하는 것이 도시되어 있다.
수용 부재(102)는 내부에 다수개의 격리판(103)을 수용한다. 수용 부재(102)는 다수개 형성될 수 있으며, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 네 개가 형성될 수 있다. 하우징(300)의 입구(301)에서 출구(302) 방향으로 해수가 흐르게 되므로, 수용 부재(102)는 해수의 흐름 방향으로는 개방되도록 형성된다.
격리판(103)은 수용 부재(102) 내부(커버 부재(101)가 수용 부재(102)의 상면 또는 하면을 형성하는 경우에는 수용 부재(102)와 커버 부재(101)가 형성하는 공간 내부)에 수용되어, 해수가 흐르는 채널을 형성한다. 즉, 격리판(103)으로 구분된 공간이 채널이 된다.
하우징(300)은 내부에 수용 부재(102)를 수용하며, 내부 부품들을 보호하고 전기 분해 장치의 외관을 형성한다. 하우징(300)에는 수용 부재(102)를 삽입할 수 있는 개구가 형성되며, 수용 부재(102)가 다수개인 경우 수용 부재(102) 개수에 대응되는 개수의 개구가 형성된다. 도 1 및 도 2에는 하우징(300)에 형성된 네 개의 개구를 통해 네 개의 수용 부재(102)가 각각 수용된 것이 도시되어 있다.
하우징(300)에는 해수가 유입되는 입구(301)와 해수가 배출되는 출구(302)가 형성된다. 해수는 입구(301)를 통해 하우징(300) 내부로 유입된 후 수용 부재(102) 내부에 형성된 채널들을 통과하여 출구(302)를 통해 배출된다. 도 1에는 입구(301) 및 출구(302)가 원형인 것이 도시되어 있으나, 입구(301) 및 출구(302)의 크기와 형상은 다양하게 변형될 수 있다.
유량 분배 장치(200)는, 하우징(300)의 입구(301)에 설치되어 해수가 유량 분배 장치(200)를 통과한 후 입구(301)를 통해 하우징(300) 내부로 유입되도록 한다. 도 1에는 유량 분배 장치(200)가 원형인 것이 도시되어 있으나, 유량 분배 장치(200)의 크기와 형상은 다양하게 변형될 수 있다. 다만, 유량 분배 장치(200)의 크기와 형상은 입구(301)의 크기와 형상에 대응되는 것이 바람직하다.
본 발명의 유량 분배 장치(200)는, 하우징(300)과 일체로 형성되지 않고 하우징(300)의 입구(301)에 설치되는 방식으로 구성되어, 유지 보수가 용이하다는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유량 분배 장치를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예의 유량 분배 장치(200)는, 중심에 위치하는 중심 구멍(250)과, 중심 구멍(250)과 같은 중심을 가지며 중심 구멍(250) 주위를 둘러 형성되는 내측 링형상부(210)와, 내측 링형상부(210) 외측에 내측 링형상부(210) 주위를 둘러 형성되는 다수개의 주 구멍(260)과, 다수개의 주 구멍(260)에 각각 설치되는 다수개의 주 날개(280)와, 다수개의 주 구멍(260)이 이격된 사이에 각각 형성되는 다수개의 살부(240)와, 다수개의 주 구멍(260)의 외측에 다수개의 주 구멍(260) 주위를 둘러 형성되는 가장자리부(230)를 포함한다. 해수는 중심 구멍(250) 및 다수개의 주 구멍(260)을 통해 유입된다.
이하 '중심'은 중심 구멍(250)의 중심을 의미하고, '외측'은 '중심'과 먼 쪽을, '내측'은 '중심'과 가까운 쪽을 의미한다.
본 실시예의 유량 분배 장치(200)는, 중심 구멍(250)과 같은 중심을 가지며 다수개의 주 구멍(260)의 외측에 다수개의 주 구멍(260) 주위를 둘러 형성되는 외측 링형상부(220)와, 외측 링형상부(220) 외측에 외측 링형상부(220) 주위를 둘러 형성되는 다수개의 보조 구멍(270)과, 다수개의 보조 구멍(270)에 각각 설치되는 다수개의 보조 날개(290)를 더 포함할 수 있다. 유량 분배 장치(200)에 외측 링형상부(220)와 다수개의 보조 구멍(270)이 형성되는 경우, 가장자리부(230)는 다수개의 보조 구멍(270)의 외측에 다수개의 보조 구멍(270) 주위를 둘러 형성되며, 해수는 중심 구멍(250), 다수개의 주 구멍(260) 및 다수개의 보조 구멍(270)을 통해 유입된다. 또한, 살부(240)는 보조 구멍(270)이 이격된 사이까지 연장된다. 즉, 다수개의 살부(240)는 각각, 내측 링형상부(210)로부터 주 구멍(260)이 이격된 사이 및 보조 구멍(270)이 이격된 사이를 지나 가장자리부(230)까지 연장된다.
다수개의 주 구멍(260)은 서로 동일한 형상일 수 있고, 다수개의 보조 구멍(270)도 서로 동일한 형상일 수 있다. 또한, 보조 구멍(270)의 길이(중심에서 가장 가까운 곳부터 가장 먼 곳까지의 거리, 이하 동일)는 주 구멍(260)의 길이보다 짧게 형성될 수 있다.
다수개의 주 구멍(260)은 각각, 중심 구멍(250)의 중심을 중심으로 하는 부채꼴 모양의 평면상에 위치할 수 있다. 또한, 다수개의 보조 구멍(270)은 각각, 다수개의 주 구멍(260)이 각각 위치한 부채꼴 모양의 평면이 연장된 면 상에 위치할 수 있고, 하나의 주 구멍(260)이 위치한 부채꼴 모양의 평면 상에 다수개의 보조 구멍(270)이 형성될 수 있다. 도 3에는 하나의 주 구멍(260)이 위치한 부채꼴 모양의 평면 상에 각각 두 개의 보조 구멍(270)이 형성된 것이 도시되어 있다.
살부(240)는, 내측에서 외측으로 갈수록 점점 더 두꺼워지는 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 살부(240)는 동일한 두께로 형성될 수도 있다. 또한, 하나의 주 구멍(260)이 위치한 부채꼴 모양의 평면 상에 형성된 다수개의 보조 구멍(270) 사이의 간격은, 살부(240)의 두께보다 좁게 형성될 수 있다.
해수가 유량 분배 장치(200)를 통과한 후 하우징(300)의 입구(301)로 흐르므로, 주 날개(280)와 보조 날개(290)는 해수의 흐름에 따라 안쪽(즉, 입구(301) 쪽) 방향으로 설치되는 것이 바람직하다.
주 날개(280)와 보조 날개(290)는, 유량 분배 장치(200)의 표면과 일정 각도를 이루도록 제어된다. 이하, 날개(280, 290)의 '각도'는 날개(280, 290)가 유량 분배 장치(200)의 표면과 이루는 각도 중 예각을 의미한다.
모든 주 날개(280) 및 보조 날개(290)가 같은 각도를 이루도록 제어될 수도 있지만, 모든 주 날개(280)는 제1 각도로 제어되고, 모든 보조 날개(290)는 제2 각도로 제어될 수도 있다. 또한, 각 날개(280, 290)들의 각도가 서로 다르게 제어될 수도 있다.
날개(280, 290)가 유량 분배 장치(200)의 표면과 일정 각도를 이루면, 입구(301)로 들어오는 해수에 회전력(저항)을 부여하게 된다. 날개(280, 290)의 각도가 작을수록(즉, 날개(280, 290)가 구멍(260, 270)을 많이 막을수록) 해수가 받는 회전력(저항)이 커지고, 날개(280, 290)의 각도가 클수록(즉, 날개(280, 290)가 구멍(260, 270)을 적게 막을수록) 해수가 받는 회전력(저항)이 작아지므로, 날개(280, 290)들의 각도를 제어하여 사용자가 원하는대로 유량을 분배할 수 있다.
날개(280, 290)의 각도뿐만 아니라, 날개(280, 290)의 개수, 날개(280, 290)의 중심에서부터의 거리, 중심 구멍(250)의 크기, 주 구멍(260)의 길이, 보조 구멍(270)의 길이 등의 설계 변수를 변화시켜 유량의 분배를 조절할 수 있으며, 전기 분해 장치의 다양한 형상 및 용량에 따라 설계 변수를 적절하게 변경하여 각 채널로 유입되는 해수의 유량을 균등하게 분배할 수 있다.
날개(280, 290)의 각도, 날개(280, 290)의 개수, 날개(280, 290)의 중심에서부터의 거리에 따른 해수의 유동을 보다 자세히 살펴보면 다음과 같다.
도 4는 유량 분배 장치의 날개 각도에 따른 각 채널에서의 유량 분배를 평균 유량의 오차율로 나타낸 그래프이다. 도 4의 (a)는 유량 분배 장치(200)의 날개(280, 290)의 각도가 상대적으로 작은 경우를 나타낸 것이고, 도 4의 (b)는 유량 분배 장치(200)의 날개(280, 290)의 각도가 도 4의 (a)보다 큰 경우를 나타낸 것이며, 도 4의 (c)는 유량 분배 장치(200)의 날개(280, 290)의 각도가 도 4의 (b)보다 큰 경우를 나타낸 것이다.
도 4의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 날개(280, 290)의 각도가 작아질수록 중앙으로 집중되는 유량이 감소하고 가장자리로 유량이 집중되는 것을 확인할 수 있다. 날개(280, 290)의 각도가 작아지면 해수에 가해지는 회전 운동 에너지가 커져 채널 내로 들어가는 유량이 가장자리로 집중되는 것이다. 본 발명에 의하면, 날개(280, 290)의 각도를 적절하게 제어하여, 채널의 중앙부와 가장자리의 유량의 균형을 맞추고, 해수의 유량을 균등하게 분배할 수 있다.
도 5는 유량 분배 장치의 날개 개수에 따른 각 채널에서의 유량 분배를 평균 유량의 오차율로 나타낸 그래프이다. 도 5의 (a)는 유량 분배 장치(200)의 날개(280, 290) 개수가 상대적으로 적은 경우를 나타낸 것이고, 도 5의 (b)는 유량 분배 장치(200)의 날개(280, 290) 개수가 도 5의 (a)보다 많은 경우를 나타낸 것이며, 도 5의 (c)는 유량 분배 장치(200)의 날개(280, 290) 개수가 도 5의 (b)보다 많은 경우를 나타낸 것이다.
도 5의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 날개(280, 290)의 개수가 많을수록 중앙으로 집중되는 유량이 감소하고 가장자리로 유량이 집중되는 것을 확인할 수 있다. 본 발명에 의하면, 날개(280, 290)의 개수를 적절하게 제어하여, 채널의 중앙부와 가장자리의 유량의 균형을 맞추고, 해수의 유량을 균등하게 분배할 수 있다.
본 발명의 주 날개(280)의 개수는 6 내지 12개일 수 있고, 보다 바람직하게는 12개일 수 있다. 또한, 본 발명의 보조 날개(290)의 개수는 6개 내지 24개일 수 있고, 보다 바람직하게는 주 날개(280) 한 개 당 두 개의 보조 날개(290)가 설치되어 보조 날개(290)의 개수는 12 내지 24개일 수 있고, 더욱 바람직하게는 24개일 수 있다. 본 발명의 발명자들은 반복적인 실험을 통해, 도 3에 도시된 바와 같이, 유량 분배 장치(200)가 주 날개(280) 12개와 보조 날개(290) 24개를 포함하는 경우에 채널의 중앙부와 가장자리의 유량의 균형이 가장 잘 맞는 것을 확인하였다.
도 6은 유량 분배 장치의 중심에서부터 날개의 거리에 따른 각 채널에서의 유량 분배를 평균 유량의 오차율로 나타낸 그래프이다. 도 6의 (a)는 유량 분배 장치(200)의 날개(280, 290)가 상대적으로 중심에서 가까운 곳에 위치하는 경우를 나타낸 것이고, 도 6의 (b)는 유량 분배 장치(200)의 날개(280, 290)가 도 6의 (a)보다 중심에서 먼 곳에 위치한 경우를 나타낸 것이며, 도 6의 (c)는 유량 분배 장치(200)의 날개(280, 290)가 도 6의 (b)보다 중심에서 먼 곳에 위치한 경우를 나타낸 것이다.
도 6의 (a) 내지 (c)를 참조하면, 날개(280, 290)가 중심에서 먼 곳에 위치할수록 중앙으로 집중되는 유량이 감소하고 가장자리로 유량이 집중되는 것을 확인할 수 있다. 본 발명에 의하면, 중심에서부터 날개(280, 290)의 거리를 적절하게 제어하여, 채널의 중앙부와 가장자리의 유량의 균형을 맞추고, 해수의 유량을 균등하게 분배할 수 있다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유량 분배 장치를 적용한 전기 분해 장치의 각 채널에서의 유량 분배를 평균 유량의 오차율로 나타낸 그래프이다. 도 7을 참조하면, 본 발명의 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유량 분배 장치를 적용한 전기 분해 장치는, 중앙으로 흐르는 해수의 유량과 가장자리로 흐르는 해수의 유량이 거의 유사한 것을 확인할 수 있다.
도 8은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 유량 분배 장치를 적용한 전기 분해 장치의 TRO(Total Residual Oxidant) 효율 변화를 나타낸 그래프이다. 도 8의 검은색 선은 전극 모듈(100)이 코팅이 미적용된 양산 모듈인 경우를 나타낸 것이고, 빨간색 선은 전극 모듈(100)이 양산 모듈인 경우에 비해 팔라듐을 70% 저감하고 TiN으로 2.0㎛ 코팅된 경우를 나타낸 것이고, 파란색 선은 전극 모듈(100)이 양산 모듈인 경우에 비해 팔라듐을 80% 저감하고 코팅이 미적용된 경우를 나타낸 것이고, 분홍색 선은 염분 정도를 나타낸 것이다.
도 8을 참조하면, 양산 모듈은 확산판 없이 유동의 흐름이 중앙부에 위치하며, 중앙부의 채널에서 국부적으로 집중 반응을 통해 전기 분해가 이루어지게 된다. 또한, 코팅된 모델은 양산 모델과 동일한 효율 발생을 위해 팔라듐을 70%까지 저감하여도 양산 모델에 비해 효율이 떨어지지 않는 것을 확인할 수 있으며, 확산판을 적용시 팔라듐을 80%까지 저감할 수 있는 것을 확인하였다. 동일 효율 및 팔라듐의 저감을 통해 경제성을 확보할 수 있으며, 촉매 사용을 줄이면서 채널 내 퇴적물이 쌓이는 것도 최소화 할 수 있어 유지보수에 용이하다. 본 발명에 의하면, 전기 분해 장치에 유량 분배 장치(200)를 적용함에 따라, 촉매 사용을 감소시킬 수 있고, TRO 효율을 유지할 수 있음을 확인할 수 있다.
본 실시예의 유량 분배 장치를 적용한 전기 분해 장치는, 하우징(300)의 입구(301)에 설치되어 해수의 유량, 압력 등을 측정하는 제1 센서, 하우징(300)의 출구(301)에 설치되어 해수의 유량, 압력 등을 측정하는 제2 센서, 제1 센서 및 제2 센서가 측정한 유량값, 압력값 등을 전송받아 실시간 운영체제(RTOS, Real Time Operating System)를 이용한 데이터베이스(Data Base) 구축을 통해 고장 진단을 수행하는 제어부 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
100: 전극 모듈 101: 커버 부재
102: 수용 부재 103: 격리판
200: 유량 분배 장치 210: 내측 링형상부
220: 외측 링형상부 230: 가장자리부
240: 살부 250: 중심 구멍
260: 주 구멍 270: 보조 구멍
280: 주 날개 290: 보조 날개
300: 하우징 301: 입구
302: 출구

Claims (20)

  1. 선박 평형수를 살균하는 전기 분해 장치에 적용되는 유량 분배 장치에 있어서,
    중심에 위치하는 중심 구멍;
    상기 중심 구멍과 같은 중심을 가지며 상기 중심 구멍 주위를 둘러 형성되는 내측 링형상부;
    상기 내측 링형상부 외측에 상기 내측 링형상부 주위를 둘러 형성되는 다수개의 주 구멍;
    상기 다수개의 주 구멍에 각각 설치되어, 상기 유량 분배 장치의 표면과 일정 각도를 이루는 다수개의 주 날개;
    상기 다수개의 주 구멍이 이격된 사이에 각각 형성되는 다수개의 살부; 및
    상기 다수개의 주 구멍의 외측에 상기 다수개의 주 구멍 주위를 둘러 형성되는 가장자리부를 포함하는, 전기 분해 장치용 유량 분배 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중심 구멍과 같은 중심을 가지며 상기 다수개의 주 구멍의 외측에 상기 다수개의 주 구멍 주위를 둘러 형성되는 외측 링형상부;
    상기 외측 링형상부 외측에 상기 외측 링형상부 주위를 둘러 형성되는 다수개의 보조 구멍; 및
    상기 다수개의 보조 구멍에 각각 설치되어, 상기 유량 분배 장치의 표면과 일정 각도를 이루는 다수개의 보조 날개;를 더 포함하고,
    상기 가장자리부는 상기 다수개의 보조 구멍의 외측에 상기 다수개의 보조 구멍 주위를 둘러 형성되며,
    상기 살부는 상기 보조 구멍이 이격된 사이까지 연장되는, 전기 분해 장치용 유량 분배 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 다수개의 보조 구멍의 길이는 상기 다수개의 주 구멍의 길이보다 짧은, 전기 분해 장치용 유량 분배 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 다수개의 주 구멍은 각각, 상기 중심 구멍의 중심을 중심으로 하는 부채꼴 모양의 평면상에 위치하는, 전기 분해 장치용 유량 분배 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 다수개의 보조 구멍은 각각, 상기 다수개의 주 구멍이 각각 위치한 부채꼴 모양의 평면이 연장된 면 상에 위치하는, 전기 분해 장치용 유량 분배 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    하나의 주 구멍이 위치한 부채꼴 모양의 평면 상에 다수개의 보조 구멍이 형성되는, 전기 분해 장치용 유량 분배 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 살부는 내측에서 외측으로 갈수록 점점 더 두꺼워지는, 전기 분해 장치용 유량 분배 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    하나의 주 구멍이 위치한 부채꼴 모양의 평면 상에 형성된 다수개의 보조 구멍 사이의 간격은, 상기 살부의 두께보다 좁은, 전기 분해 장치용 유량 분배 장치.
  9. 해수를 전기 분해 하는 전극 모듈; 및
    상기 전극 모듈로 유입되는 해수에 회전력을 부여하는 청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항의 유량 분배 장치;
    를 포함하는, 전기 분해 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 전극 모듈은,
    해수가 흐르는 채널을 형성하는 다수개의 격리판;
    상기 다수개의 격리판을 내부에 수용하는 수용 부재; 및
    상기 수용 부재의 상면 또는 하면을 형성하며, 상기 수용 부재가 다수개인 경우 상기 다수개의 수용 부재를 연결하는 커버 부재;
    를 포함하는, 전기 분해 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    내부에 상기 수용 부재를 수용하는 하우징을 더 포함하고,
    상기 하우징에는 해수가 유입되는 입구 및 해수가 배출되는 출구가 형성되고,
    상기 입구를 통해 상기 하우징 내부로 유입된 해수는 상기 수용 부재 내부에 형성된 채널들을 통과하여 상기 출구를 통해 배출되는, 전기 분해 장치.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 하우징에는 개구가 형성되고,
    상기 수용 부재는 상기 개구에 삽입되고,
    상기 커버 부재는 상기 하우징의 상부 또는 하부를 덮어, 상기 하우징과 함께 외관을 형성하는, 전기 분해 장치.
  13. 청구항 11에 있어서,
    상기 하우징의 상기 입구에 설치되어 해수의 유량 및 압력을 측정하는 제1 센서; 및
    상기 하우징의 상기 출구에 설치되어 해수의 유량 및 압력을 측정하는 제2 센서; 중 하나 이상을 더 포함하는, 전기 분해 장치.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 중 하나 이상이 측정한 유량값 및 압력값을 전송받아 실시간 운영체제(RTOS, Real Time Operating System)를 이용한 데이터베이스(Data Base) 구축을 통해 고장 진단을 수행하는 제어부를 더 포함하는, 전기 분해 장치.
  15. 선박 평형수를 살균하는 전기 분해 장치에 적용되는 유량 분배 방법에 있어서,
    상기 전기 분해 장치의 입구에 유량 분배 장치 설치하고,
    상기 유량 분배 장치에는 다수개의 구멍을 형성한 후 상기 다수개의 구멍에는 각각 다수개의 날개를 설치하고,
    상기 다수개의 날개의 각도, 개수, 중심에서부터의 거리, 상기 유량 분배 장치에 형성된 중심 구멍의 크기, 상기 유량 분배 장치에 형성된 상기 다수개의 구멍의 길이 중 하나 이상을 변화시켜 유량의 분배를 조절하는, 전기 분해 장치용 유량 분배 방법.
  16. 청구항 15에 있어서,
    상기 다수개의 날개의 각도는 모두 같은 각도로 제어되는, 전기 분해 장치용 유량 분배 방법.
  17. 청구항 15에 있어서,
    상기 다수개의 날개의 각도는 각각 서로 다른 각도로 제어되는, 전기 분해 장치용 유량 분배 방법.
  18. 청구항 15에 있어서,
    상기 다수개의 날개는, 길이가 더 길고 중심에 더 가깝게 위치하는 다수개의 주 날개와, 상기 주 날개보다 길이가 더 짧고 상기 주 날개보다 중심에서 더 멀리 위치하는 다수개의 보조 날개를 포함하는, 전기 분해 장치용 유량 분배 방법.
  19. 청구항 18에 있어서,
    상기 다수개의 주 날개의 각도는 모두 제1 각도로 제어되고,
    상기 다수개의 보조 날개의 각도는 모두 제2 각도로 제어되는, 전기 분해 장치용 유량 분배 방법.
  20. 청구항 18에 있어서,
    상기 주 날개는 6 내지 12개를 포함하고,
    상기 보조 날개는 12 내지 24개를 포함하는, 전기 분해 장치용 유량 분배 방법.
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