KR20010051296A - 전자식 수처리 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전자식 수처리 장치에 관한 것으로서, 자계를 물에 작용시키기 위한 자계발생장치(5a 및 5b)들이 유입구(7) 또는 유출구(8)의 근처에, 여러 쌍의 전극(11, 12)들이 간극을 두고 배치된 수로구역을 연하여 장치된다. 상기 전극(11, 12)들이 배치된 수로 구역 내에, 일정한 간격을 두고, 파이프라인(2)의 축선방향에 대하여 직각으로 형성된 수로벽(10)들의 사이에 수로를 형성하고, 상기 수로벽(10)들과 파이프라인(2)의 내측벽 사이에 개방부(10a, 10b)들을 형성한다. 상기 전극(11, 12)들은 수로벽(10)의 표면에 장착한다.

Description

전자식 수처리 장치{ELECTROMAGNETIC WATER TREATMENT APPARATUS}

본 발명은 물의 순환에 사용되는 도관을 따라 스케일 또는 녹이 발생하여 부착하는 것을 방지하기 위한 전자수처리장치(電磁水處理場置)에 관한 것으로서, 특히 대규모 용량의 처리에 적합하게 사용될 수 있는 수처리장치에 관한 것이다.

종래에 있어서는, 물의 순환에 사용되는 도관을 따라 스케일 또는 녹이 발생하여 부착하는 것을 방지하기 위하여 전계 및 자계를 물에 작용시키는 전자수처리장치가 제안(일본 특허 제2,555,235호)되어 현재 실용화되어 있다.

제5도에 도시한 바와 같이, 현재 가용한 전자수처리장치는 한 쌍의 영구자석(31) 및 (32)과 상이한 금속으로 된 한 쌍의 전극(33) 및 (34)이 케이싱(35)에 장치되어 함께 하나의 수로를 일체로 형성하고 있다.

상기 장치에 응용된 원리에 따르면, 영구자석(31) 및 (32)에 의하여 발생하는 자계와 상기 전극(33) 및 (34)에 흐르는 약한 전류에 의하여 발생하는 전계가 상기 케이싱(35)과 영구자석(31) 및 (32)에 의하여 형성된 수로(30)를 통하여 흐르는 물에 작용한다. 그 결과, 스케일과 녹의 발생 및 부착이 효과적으로 방지되었다.

원래, 종래의 수처리장치의 목적은 공동냉각탑을 통과하는 물의 처리를 위한 것이다. 그러나, 석유화학 또는 정유 공장과 같은 대규모 공장의 냉각탑을 순환하는 물을 처리하고, 그러한 구조물 내에 스케일과 녹의 발생을 효과적으로 방지할 수 있는 전자수처리장치의 필요성이 대두되었다.

몇몇 대형 냉각탑은 이 보다 작은 재래식 설비와 동일한 효과를 얻기 위하여 약 1,000 톤에 달하는 물을 저장하기 때문에, 대용량의 물에 전계와 자계를 효과적으로 작용시킬 수 있는 장치를 하지 않으면 안 된다. 그러나, 장치자체의 크기 때문에 재래식 전자수처리장치에 사용할 수 있는 전극의 크기가 제한되며, 따라서 대용량의 물에 전계를 효과적으로 작용시키기 위하여 재래식 수처리장치를 사용하는 것은 곤란하다. 또한, 대형 전극을 사용하는 장치를 사용할 경우에는, 거대한 전자수처리장치를 필요로 하게 될 것이며, 이것은 장소 및 공간적으로 현실성이 없다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 목적의 하나는 장치의 크기를 확대할 필요 없이, 대용량의 물을 처리할 수 있는 전자수처리장치를 제공하는 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 제1 실시태양에 따른 전자수처리장치는:

중간간극 에 의하여 서로 이격 되어, 각각 수로에 면하고, 그 수로를 따라 배치되어 그 수로를 통하여 흐르는 물에 전계를 작용시키는 한 쌍 또는 여러 쌍의 전극들과,

상기 수로를 통하여 흐르는 물에 자계가 작용하도록 장치된 자계발생장치로 이루어져 있고,

이때 상기 수로의 출구 또는 입구 근처에, 또는 상기 전극들이 수로를 따라 배치되어 있는 부위의 일부 또는 전체에 상기 자계발생장치가 장치된다.

본 발명의 제2 실시태양에 따라 상기 제1 실시태양의 전자수처리장치를 위하여 상기 한 쌍 또는 여러 쌍의 전극들을 상이한 전기 화학적 전위를 갖는 재료로 구성한다.

본 발명의 제3 실시태양에 따라, 상기 제1 또는 제2 실시태양의 전자식 수처리장치를 위하여, 하나의 관로 내부에 일정한 간격을 두고 엇갈리게 형성된 다수의 수로벽들 사이를 통과하는 지그재그형 수로들을 형성하여, 이때 상기 수로들을 연하여 전극들이 배치되며, 상기 수로벽들은 관로의 축선방향에 대하여 직각으로 각각 서로 엇갈리게 관벽에 형성되어, 상기 수로벽들의 단부와 관벽 사이에 각각 형성된 개방부룰 제외하고 물의 자유로운 흐름을 방해하도록 되어있다. 상기 전극들은 수로벽들의 표면에 장착되고, 상기 개방부들의 위치는 인접된 수로벽들에 따라 달라진다.

본 발명의 제4 실시태양에 따라, 상기 제3 실시태양의 전자식 수처리장치를 위하여, 상기 개방부들은 수로벽들의 단부와 관로의 내부면 사이에서 서로 인접된 수로벽들의 단부에 번갈아 형성되며, 이때 개방부들은 각각 인접된 수로벽들에 대하여 상기 관로의 축선방향으로 번갈아 반대쪽에 위치한다.

본 발명의 전자식 수처리장치에 따라 자계를 발생시키는 자계발생장치는 전극의 근처에 위치하며, 전극들이 장착된 지점으로부터 근소한 거리에 격리되어 있다. 따라서, 전극의 배치에 대한 제한을 감소시켜 주므로 써, 상기 제3 실시태양에 있어서와 같은 전극 면적의 증가와 같은 특수목적을 효과적으로 달성할 수 있는 전극의 배치방법을 용이하게 채택할 수 있다. 또한, 수처리장치의 형상에 대한 제한도 감소시켜 주므로, 수로의 형상에 대한 제한 때문에 전자식 수처리장치의 설치를 어렵게 하는 것을 방지할 수 있다.

종래의 장치와는 달리, 본 발명의 배치방법에 따라, 전계와 자계는 공동의 공간에 작용하지 않는다는 것에 유념해야 한다. 그러나, 상기 전계 및 자계가 매우 짧은 시간 동안 처리수에 공동으로 작용할 수 있으므로, 전계와 자계를 공동의 공간에 작용시켜 얻을 수 있는 것과 동일한 효과가 달성될 수 있다.

본 발명에 따라 유리하게, 전극들은 상이한 전기 화학적 전위 때문에 상대적으로 음성과 양성을 띠는 상이한 종류의 도전성 물질로 이루어진다. 이때, 사용될 재료와 재료의 조합에 제한을 두지 않는다. 예를들어, 알루미늄, 주석, 납 또는 망간을 음전극으로 사용될 수 있으며, 탄소, 백금, 스테인레스강 또는 티타늄이 양전극으로 사용될 수 있다. 상기와 같은 한 쌍의 전극들이 수로를 연하여 배치되고, 그 전극에 전원을 연결하면, 전류가 상기 전극들 사이의 간극을 통과하여 흐르게 되고, 상기 수로를 통하여 흐르는 물에 전계가 작용한다. 이때, 상기 전극들은 전원에 직접 또는 저항기를 통하여 연결할 수 있으며, 만약 저항기를 사용할 경우에는 저항치를 변경하므로 써, 물에 작용하는 전계의 강도를 조절할 수 있다는 것에 유념해야 한다.

상기 전극에 전압을 가하기 위하여 또한 배터리를 사용하여 전계를 발생시킬 수도 있으며, 이 경우에는 상기 전극들이 반드시 상이한 전기 화학적 전위를 갖는 상이한 종류의 재료로 이루어질 필요가 없다.

실제에 있어서는 전극이 수로를 면하여 배치되고, 수로를 통과하는 물에 전계를 작용시킬 수 있는 한, 모든 종류의 전극이 사용될 수 있다. 또한, 전극의 형상과 전극들 사이의 간극 크기 및 사용될 수 있는 전극의 수, 그리고 전극의 위치는 특별히 통제하지 않는다. 그러나, 물을 대규모 처리할 때 요구되는 넓은 전극면적을 확보하기 위해서는, 상기 제3 실시태양에 있어서와 같이, 다수의 수로벽들을 서로 엇갈리게 지그재그로 관로의 축선방향과 물의 흐름 방향에 직각으로 형성시켜 배치하여 사용하고, 상기 수로벽들을 연하여 전극들을 배치하는 것이 바람직하다. 상기 수로벽들에 의하여 방해를 받으면서 관로를 통과하는 물은 그 관로 내에 형성된 부분적인 개방부를 통하여 흐름이 촉진된다.

이와 같은 배치에 의하여, 상기 전극들을 길이를 연하여 배치될 수 있는 수로들이 장치의 크기를 증가시키지 않고 크게 연장되며, 따라서 수로를 연하여 장치된 전극의 면적이 그 만큼 확대된다. 이때, 물이 수로벽들 사이를 감돌아, 상기 수로벽들과 관로의 내벽 사이에 번갈아 어긋나게 위치하는 개방부들을 통하여 흐르기 때문에(관로를 통하여 축선방향으로 물의 흐름에 대하여), 상기 수로벽들에 장착된 전극들에 의하여 발생되는 전계가 물에 효과적으로 작용할 수 있다. 각각 인접된 수로벽들에 대하여 개방부들이 관로의 축선방향으로 번갈아 반대쪽에 위치하면, 물은 사실상 모든 전극들을 연하여 흐르게 된다.

상기 수로들은 통상 관로 안에 형성된다. 그리고 자계를 물에 작용시키기 위하여, 상기 자계발생장치가 길이를 연하여 전극들이 배치된 상기 수로들의 최소한 유출구 또는 유입구의 근처에 장치된다. 만약 상기 자계발생장치가 유출구 또는 유입구에 관계없이 최소한 1개소에 장치되면, 시너지효과를 포함한 자계효과와 상기 전극들에 의하여 발생되는 전계효과가 물에 작용할 수 있다. 상기 자계와 전계의 시너지효과를 더욱 정밀하게 부여하기 위하여, 자계발생장치를 물의 유출구와 유입구 양쪽에 장치하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 유출구 또는 유입구의 근처는 일반적으로 유출구 또는 유입구에 인접한 외측부위를 의미한다. 왜냐하면, 상기 외측부분이 전극장치에 의하여 영향을 적게 받기 때문이다.

자계가 수로에 작용할 수 있도록 자석을 배치하므로 써, 상기 자계발생장치를 장치할 수 있다. 여기에 사용되는 자석은 영구자석 또는 솔레노이드를 사용할 수 있다. 그러나 전기의 인가(印加)를 필요로 하지 않는 영구자석을 통상 사용한다.

이 경우, 자석들은 자계를 발생하는 자석들의 서로 대향하는 면이 상이한 자극성(磁極性)을 갖도록 장치된다. 그러나, 자석들이 대향하는 면을 동일한 극성을 가질 수도 있으며, 사용된 자석배치에 따라 자석들이 서로 반대로 배치될 수도 있다.

제1도는 본 발명에 따른 일 실시예의 축선방향 단면도이다.

제2도는 상기 실시예의 측면도이다.

제3도는 제1도의 III-III선을 연하는 단면도이다.

제4도는 제1도에서 화살표(IV)로 표시된 부분의 확대도이다.

제5도는 재래식 전자식 수처리장치의 사시도이다.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

전자식 수처리장치(1) 파이프라인(2)

통기(通氣)파이프(2a) 드레인 파이프(2b)

유입구연결실린더(3) 연결실린더(3 및 4)

유출구연결실린더(4) 연결플랜지(3a 및 4a)

영구자석(5a, 5b) 절연스페이서(6)

관통구멍(7) 구멍(7 및 8)

판형 수로벽(10) 개방부(10a 및 10b)

알루미늄 전극(11) 탄소전극(12)

고정봉(15) 실린더형 절연스페이서(16)

절연와셔(17) 와셔(18)

스페이서(19) 수관(20)

밀봉디스크(21)

본 발명의 일 실시예를 제1 내지 4도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 전자식 수처리장치(1)를 위하여 파이프라인(2)의 양쪽 단부에 각각 유입구연결실린더(3)와 유출구연결실린더(4)가 장착되고, 대형 냉각탑과 같은 순환수(循環水)시스템의 수로와 급수관 사이에 상기 전자식 수처리장치(1)가 설치된다.

상기 유입구연결실린더(3) 및 유출구연결실린더(4)에는 영구자석(5a, 5b)들이 서로 상이한 극성으로 대향하여 배치되므로 써, 각 연결실린더(3 또는 4) 내의 수로에 자계를 작용시킬 수 있도록 되어있다. 상기 영구자석(5a, 5b)들 사이에 절연스페이서(spacer)(6)가 삽입되며, 각각 양쪽의 수관(水管)과 연결하기 위하여 상기 연결실린더(3 및 4)에는 연결플랜지(3a 및 4a)들이 형성되어있다. 한편, 양쪽 수관(20)들의 단부플랜지(20a)가 밀봉디스크(packing disk)(21)를 사이에 두고 상기 연결플랜지(3a 및 4a)에 각각 결합되므로 써, 상기 수관(20)들이 연결실린더(3 및 4)를 거쳐 전자식 수처리장치(1)에 연결된다.

상기 파이프라인(2)은 구멍(7 및 8)들을 통하여 연결실린더(3 및 4)와 연통하며, 그 구멍(7 및 8)들은 파이프라인(2)의 입구 및 출구와 각각 일치한다. 상기 파이프라인(2)의 상부에는 통기파이프(2a)가 형성되어 있고, 하부에는 드레인 파이프(2b)가 형성되어 있다.

또한 파이프라인(2) 안에는 관벽에 직각으로 다수의 판형(板形)수로벽(10)들이 파이프라인(2)의 축선방향으로 일정한 간격을 두고 엇갈리게 지그재그로 형성하여, 판형 수로벽(10)들과 관벽 사이에 형성된 개방부(10a 및 10b)를 제외하고 관로를 막아 물의 유동을 방해하도록 되어있다. 상기 개방부(10a 및 10b)들은 각각 판형 수로벽(10)들의 우단부와 좌단부에 번갈아 (제1도) 활모양의 관통구멍을 형성한다.

각 판형 수로벽(10)에는 접착제를 (유입구 및 유출구에 가장 가까운 쪽의 벽면을 제외하고) 사용하여 한쪽 면(제1도의 왼쪽)에 알루미늄 전극(11)을 고정시키고, 다른 쪽 면(제1도의 오른쪽)에 탄소전극(12)을 고정시킨다. 서로 대향하는 각 알루미늄 전극(11)과 탄소전극(12)을 전원에 연결한다.

상기 파이프라인(2)의 단부 벽에 각각 한쪽 단부가 고정되어 있는 4개의 고정봉(固定棒)(15)들이 파이프라인(2) 안에서 축선방향으로 각각 상기 판형 수로벽(10)들을 관통하여 지지한다. 제4도에 도시한 바와 같이, 알루미늄 전극(11)과 탄소전극(12) 사이에서 상기 수로벽(10)의 관통구멍과 고정봉(15) 사이의 원통형 간극 속으로 실린더형 절연스페이서(16)를 삽입/장착한다. 또한, 각 실린더형 절연스페이서(16)의 양쪽에 1개씩의 절연와셔(17)를 상기 고정봉(15) 둘레에 끼운다. 상기 절연와셔(17)들은 알루미늄 전극(11) 및 탄소전극(12)의 표면과 접촉하여, 상기 고정봉(15)으로 결합된 각각의 전극들의 전기적 연결을 방치한다. 또한, 상기 고정봉(15) 둘레에 와셔(18)들을 끼우고, 이 와셔(18)들은 상기 절연와셔(17)와 접촉하며, 상기 와셔(18)들 사이의 고정봉(15) 둘레에 다시 스페이서(19)들을 삽입한다. 상기 와셔(18)들과 스페이서(19)들은 반드시 절연재료로 만들 필요는 없다.

수처리공정을 위하여, 상기 전자식 수처리장치(1)는 양쪽의 유입구연결실린더(3) 및 유출구연결실린더(4)를 거쳐 수관(20)에 연결/고정된다. 이때, 처리될 물은 수관(20)을 통하여 먼저 전자식 수처리장치(1)의 유입구연결실린더(3)로 유입된다. 이때, 상기 유입구연결실린더(3) 속에 장치된 영구자석(5a, 5b)에 의하여 물 속에 자력장(磁力場)이 발생하여, 자계가 물 속에 포함된 스케일에 작용하며, 자력에 의하여 발생된 로렌츠전계가 스케일에 작용한다.

물이 계속 유입되면서, 자력과 전계의 작용을 받은 스케일은 상기 유입구연결실린더(3)로부터 관통구멍(7)을 통하여 파이프라인(2)으로 들어간다. 그 다음, 스케일은 수로벽(10)들 사이의 수로를 따라 운반되면서 개방부(10a)와 개방부(10b)를 번갈아 통과하여 파이프라인(2) 속에서 우측(제1도)으로 이동한다. 이와 같이 스케일이 이동하는 동안, 물이 개방부(10a 및 10b)를 통과할 때를 제외하고, 물은 파이프라인(2) 속에서 알루미늄 전극(11)과 탄소전극(12) 사이로 갈짓자로 이동한다. 상기 알루미늄 전극(11)들과 탄소전극(12)들은 외부전원에 연결되어 있으며, 전극들의 전해전압(電解電壓)이 상이하기 때문에 물 속을 통하여 전계가 발생된다. 따라서, 상기 전극들에 의하여 물 속에서 이동하는 스케일에 전계가 작용한다. 상기 전계가 작용하기 직전에, 자계발생장치의 역할을 하는 영구자석(5a, 5b)들이 자계와 로렌츠필드(Lorentz field)를 스케일에 작용시키므로 써, 스케일은 사실상 상기 필드들이 상승적(相乘的)으로 작용하는 상태 하에 놓이게 된다. 계속하여 상기 파이프라인(2) 속을 감돌아 흐르는 물은 파이프라인(2)으로부터 관통구멍(8)을 통하여 유출구연결실린더(4)로 배출된다. 상기 유출구연결실린더(4) 뿐만 아니라 유입구연결실린더(3) 내에서, 영구자석(5a, 5b)에 의하여 자기력(磁氣力)이 물에 작용하고, 그 다음, 자기력과 로렌츠전계(電界)가 물 속의 스케일에 작용한다. 그 다음, 스케일은 물과 함께 유출구연결실린더(4)로부터 배출되어 수관(20) 속으로 흘러 들어간다. 즉, 상술한 바와 같이, 자계와 로렌츠전계, 전극들에 의하여 발생된 전계, 자계와 로렌츠전계가 물 속에 포함된 스케일에 작용하며, 이들 힘이 스케일에 대하여 독립적으로 그리고 상승적으로 작용하게 된다. 그 결과, 칼슘, 마그네슘 및 이산화규소와 같은 스케일 성분들은 물 속에서 부유하는 동안 결정핵(結晶核)으로서 해리(解離)되어, 수관(20) 내에서 점차로 응결하면서 슬러지(sludge)로 변화한다. 그 다음 슬러지는 수집되어 수관(20)으로부터 제거될 수 있다.

전극들을 파이프라인을 연하여 장치하는 방법에 비하여, 본 발명의 전자식 수처리장치에 의하면, 수처리장치의 크기를 증가시키지 않고 전극 표면을 크게 확장할 수 있다. 또한, 대규모 용량의 물을 처리할 경우에도, 스케일과 녹이 발생하여 수로 내부에 부착하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.

본 실시예에 있어서는, 자계발생장치가 양쪽 파이프라인의 단부에 장치되었으나, 본 발명을 위해서는 최소한 파이프라인의 한쪽에만 필요한 것이다.

본 실시예에 있어서는, 상기 전자식 수처리장치가 대용량의 물을 처리하기 위하여 사용되었으나, 그러한 처리공정을 소규모의 수처리에 있어서도 적용할 수 있다. 그밖에, 본 발명은 또한 전극배치에 의하여 가용한 자유도의 계산에 의하여 적용될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 전자식 수처리장치에 따라, 자계발생장치는 전극들이 배치된 수로구역의 유출구 또는 유입구의 어느 한쪽, 또는 양쪽 근처에 모두 위치한다. 그리하여, 공동으로 적용된 공간에 전계와 자계가 작용할 때 얻는 것과 동일한 효과가 달성될 수 있다. 또한, 자계발생장치의 덕택으로 전극들의 배치에 대한 제한이 거의 없기 때문에 전극의 배치를 위하여 허용되는 자유도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 파이프라인의 내측벽에 일정한 간격으로, 그리고 축선방향에 대하여 직각으로 상기 수로벽들을 번갈아 엇갈리게 장치하므로 써, 이들 수로벽들 사이에 수로가 형성되고, 상기 부분 개방부 이외의 지점에서 상기 수로벽들이 파이프라인을 통과하는 물의 이동을 방해할 경우, 상기 수로벽들을 연하여 전극들이 배치되어 있으므로, 전자식 수처리장치의 크기를 증가시키지 않고 전극면적을 크게 확대할 수 있다. 또한, 석유화학 또는 정유 시설을 위한 대규모 냉각탑 속에 들어있는 것과 같은 대용량의 수처리를 효과적으로 수행할 수 있다.

Claims (6)

1. 일정한 간극으로 형성된 다수의 수로에 각각 면하여 그 수로들을 통과하는 물에 전계를 작용시키는 한 쌍 또는 여러 쌍의 전극들과,

   상기 수로들을 통과하는 물에 자계를 작용시키기 위한 자계발생장치로 구성되어 있고,

   상기 수로들을 연하여 상기 전극들이 배치되어 있는 구역 내에서 물의 유출구와 유입구 중 최소 1개소의 근처에 상기 자계발생장치가 위치하는 전자식 수처리장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 전극들은 상이한 전해전위를 갖는 상이한 재료로 만들어지는 전자식 수처리장치.
3. 제1항에 있어서,

   전극들이 길이를 연하여 배치된 수로들이 하나의 파이프라인 안에 형성되며, 이때 상기 파이프라인의 축선방향을 따라 일정한 간격을 두고 직각을 이루어 엇갈리게 파이프 내측면에 형성되어 개방부를 갖는 수로벽들에 의하여 상기 수로들이 형성되어 물의 자유이동을 가능케 하며, 상기 전극들은 서로 대향하는 상기 수로벽들의 표면에 장치되고, 인접된 수로벽을 따라 상기 개방부들의 위치가 번갈아 바뀌는 전자식 수처리장치.
4. 제2항에 있어서,

   전극들이 길이를 연하여 배치된 수로들이 하나의 파이프라인 안에 형성되며, 이때 상기 파이프라인의 축선방향을 따라 일정한 간격을 두고 직각을 이루어 엇갈리게 파이프 내측면에 형성되어 개방부를 갖는 수로벽들에 의하여 상기 수로들이 형성되어 물의 자유이동을 가능케 하며, 상기 전극들은 서로 대향하는 상기 수로벽들의 표면에 장치되고, 인접된 수로벽을 따라 상기 개방부들의 위치가 번갈아 바뀌는 전자식 수처리장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 개방부들은 상기 수로벽들의 단부와 상기 파이프라인의 내측면 사이에 서로 인접된 수로벽들의 단부에 번갈아 형성되며, 이때 상기 개방부들은 서로 인접된 수로벽들에 대하여 상기 파이프라인의 축선방향으로 번갈아 반대쪽에 위치하는 전자식 수처리장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 개방부들은 상기 수로벽들의 단부와 상기 파이프라인의 내측면 사이에 서로 인접된 수로벽들의 단부에 번갈아 형성되며, 이때 상기 개방부들은 서로 인접된 수로벽들에 대하여 상기 파이프라인의 축선방향으로 번갈아 반대쪽에 위치하는 전자식 수처리장치.