KR200441233Y1 - 모노 폴라형 현장 전기분해식 차아염소산나트륨 발생장치 - Google Patents

모노 폴라형 현장 전기분해식 차아염소산나트륨 발생장치 Download PDF

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Abstract

본 고안은 정수장의 처리원수 및 하, 폐수 처리장의 방류수 내의 병원성 대장균을 살균 및 소독하기 위하여 현장에서 포화 소금물과 희석수를 약 1: 10으로 희석하여 전기분해를 함으로서 0.8％ 농도의 차아염소산나트륨 용액을 생성하여 처리원수 및 방류수에 투입하여 소독하는 염소계열 소독설비이다.
본 고안은 전기분해조 내에 설치되는 티타늄 판을 루테늄으로(Ru) 코팅한 양극 전극판과 티타늄 소재 판을 음극 전극 판으로 사용하여 수직으로 평행하게 설치하여 직류전류를 통과시키면 소금물에(NaCl) 포함된 나트륨이 화학반응에 의해 차아염소산나트륨과(NaOCl) 수소가스를(H2) 생성하게 되며 이때 폭발성이 있는 수소가스는(H2) 차아염소산나트륨 용액 저장탱크에서 2차적으로 송풍기를 이용하여 강제로 배출시키고, 차아염소산나트륨 용액만을 저장탱크에 저장하여 차아염소산나트륨 정량펌프를 이용하여 처리원수 및 방류수에 일정량을 투입하여 병원성 대장균을 살균 및 소독하게 한다.
본 고안은 기존의 차아염소산나트륨 발생기의 전기분해조 내에 설치되는 전극 판을 한 장의 전극 판을 이등분하여 양극 부분만을 루테늄(Ru) 또는 이리듐(Ir) 등으로 코팅하여 지그재그로 수직으로 설치하고 직류전류를 통과시켜 차아염소산나트륨용액을 생성할 때의 문제점을 보완 및 개선하여 보다 더 효율적이고 안전한 운전과 유지 보수가 간단하게 할 수 있도록 한 것으로
1) 한 장의 전극 판을 이등분하여 양극 측만은 루테늄(Ru) 등으로 코딩하는 바이 폴라형(BI-Polar) 전극 판을 제작 시에 양극 및 음극의 경계선에서 코팅 량이 일정하지 않고, 코팅 면의 접착력이 감소하여 전극 판의 수명 단축과 효율 감소가 일어나고 있다. 따라서 양극 및 음극용 전극 판을 각각 제작함으로서 제작성이 좋고, 특히 양극 전극 판 전체를 코팅하므로 코팅상태가 일정하고 균일하여 전극 판의 수명이 상대적으로 긴 모노 폴라형(Mono-Polar) 전극 판을 이용하여 차아염소산나트륨 용액을 발생하는 발생기로서,
2) 기존의 바이 폴라(Bi-Polar)형 전극 판의 경우 조립 및 분해가 어렵고, 동일 용량에서 전압강하가(Voltage Drop) 많고, 전극 판의 유효 소요면적이 많이 소요되며 전극 판의 크기가 큰 단점과 전압강하에(Voltage Drop) 의해 안전성이 결여된 고전압(High Voltage), 저 전류(Low Current) 정류기를 사용하는 대신 모노 폴라형(Mono-Polar) 발생기는 저 전압(Low Voltage), 고 전류(High Current) 정류기를 사용하여 상대적으로 전기적 안전성을 도모할 수 있으며,
3) 발생기 내부에 전해용액이 적게 유입할 때 고 전류(+) 측에서 저 전류(-) 측으로 방전하여 스파크를(Spark) 방지하여 내부 부품의 소손을 방지하도록 하였으며,
4) 음극 전극 판 표면에 전기분해에 의해 발생된 수소가스를 배출구를 통해 배출함으로써, 음극 전극 판이 수소가스에 의한 부식 방지와 차아염소산이온이(0Cl-) 염소이온(Cl-)으로 환원되는 것을 억제하여 차아염소산나트륨 농도을 일정하게 유 지하게 하여 준다.
전기분해조(Electrolytic Generator Housing), 양극 전극블록(Positive Electric Block), 음극 전극블록(Negative Electric Block), 중앙 전극블록(Center Electric Block), 양극 전극판(Anode Plate), 음극 전극판(Cathode Plate), 스페이스(Spacer), 전극연결 링(Electric Connect Ring), 칸막이 판(Partition Plate), 전극판 체결용 볼트, 너트(Connecting Bolt ＆ Nut), 방전 바(Ground Connecting Bar), 유입 노즐(Inlet Nozzle), 토출 노즐(Discharge Nozzle), 가스벤트 노즐(Gas Vent Nozzle), 플랜지(Flange), 오링(O-Ring), 플랜지 체결용 볼트, 너트(Bolt ＆ Nut for Flange), 라인히터(Line Heater), 소금 저장탱크(Salt Storage Tank),차염 저장탱크(Product Storage Tank), 연수기(Softner), 소금물 정량펌프(Brine Metering Pump), 정류기(Rectifier), 제어반(Control Panel), 차염 정량펌프(Product Metering Pump), 공급수 펌프(Dilution Water Pump), 방전바 보호 파이프(Protecting Pipe for Ground Bar)), 외부연결 축(Outer Connecting Shaft), 송풍기(Blower)

Description

모노 폴라형 현장 전기분해식 차아염소산나트륨 발생장치{Mono-Polar Type On Site Electrolytic Chlorination Generator System}
도면 1은 본 고안의 모노 폴라(Mono-Polar)형 차아염소산나트륨 발생장치의 사시도
도면 2는 본 고안의 전기분해조의 사시도
도면 3은 본 고안의 차아염소산나트륨 발생설비의 계통도
도면 4는 바이폴라 및 모노 폴라(Bi-Polar ＆ Mono-Polar)형 발생기의 전극판 배열도
도면 5는 본 고안의 칸막이 판(Partition Plate)의 사시도
도면의 주요 부분에 사용된 부호의 설명
10 : 양극 전극판(Anode Plate)
11 : 음극 전극판(Cathode Plate)
12 : 전기분해조(Electrolytic Generator Housing)
13 : 유입 노즐(Inlet Nozzle)
14 : 토출 노즐(Discharge Nozzle)
15 : 가스벤트 노즐(Gas Vent Nozzle)
16 : 플랜지(Flange)
17 : 오링(O-Ring)
18 : 플랜지 체결용 볼트, 너트(Bolt ＆ Nut for Flange)
19 : 양극 전극블록(Positive Electric Block)
20 : 음극 전극블록(Negative Electric Block)
21 : 중앙 전극블록(Center Electric Block)
22 : 방전 바(Ground Connecting Bar)
23 : 스페이스(Spacer )
24 : 전극연결 링(Electric Connect Ring)
25 : 칸막이 판(Partition Plate)
26 : 전극판 체결용 볼트, 너트(Connecting Bolt ＆ Nut for Anode ＆ Cathode Plate)
27 : 라인 히터(Line Heater)
28 : 소금 저장탱크(Salt Storage Tank)
29 : 차염 저장탱크(Product Storage Tank)
30 : 연수기(Softner)
31 : 소금물 공급펌프(Brine Metering Pump)
32 : 정류기(Rectifier)
33 : 제어반(Control Panel)
34 : 차염 공급펌프(Product Metering Pump)
35 : 공급수 펌프(Dilution Water Pump)
36 : 방전바 보호 파이프(Protecting Pipe for Ground Connecting Bar)
37 : 외부연결 축 (Outer Connecting Shaft)
38 : 송풍기(Blower)
39 : 중앙 전극블록 체결용 사각구멍(Square Hole)
40 : 수소가스 배출용 구멍(Discharge Hole for Gas)
41 : 방전바 체결용 구멍(Hole for Ground Connecting Bar)
42 : 차아염소산나트륨 이송용 구멍(Holes for Flow of NaOCl)
본 고안의 특징은 정수 및 하, 폐수 처리장의 처리원수 및 방류수에 함유하고 있는 병원성 대장균을 살균 및 소독하기 위해 현장에서 상온의 포화소금물과 희석수를 약 1:10(최대 1 : 12)으로 희석하여 직류 전기를 통과시키면 희석된 소금물이(NaCl) 전기분해 되면서 약 0.8 ％의 차아염소산나트륨과(NaOCl) 수소가스(H2)가 생성하는 전기분해장치로서 염소 계열인 차아염소산나트륨의 부식성 때문에 전극 판을 티타늄을(Ti) 소재로 한 일정 크기의 전극 판을 2 등분하여 양극 측은 분해력이 좋고, 경제성 및 수명성이 좋은 루테늄(Ru) 또는 이리듐(Ir) 등으로 코팅한 전극 판을 지그재그로 수직으로 설치하여 차아염소산나트륨 용액을 생성하고 있으나
1) 한 장의 전극 판을 이등분하여 양극 측만 루테늄(Ru) 또는 이리듐(Ir)으로 코팅함으로서 양극 및 음극의 경계선에서 접착력이 떨어지고, 코팅 량이 일정하지 않아 전극 판의 수명 단축과 효율 감소를 초래하고 있으며,
2) 전극 판을 지지하기 위한 칸막이 판(Partition Plate) 수에(7개) 비례하여 분해 전압이 많이 소요되고 전압강하가(Voltage Drop) 증가함으로써 동일 전류에서 상대적으로 높은 전압의(28 Volt) 직류 전원을 공급하여야 하며
3) 또한 양 끝단에서 양극 및 음극의 전류를 공급하기 위하여 양극 및 음극 전극 판만으로 조립되어 전기 분해가 되지 않으며 또한 바깥쪽의 양극 전극 판은 전기 분해가 되지 않는 면적이(Dead Zone) 있어 동일 용량 대비 전기분해조의 크기 가 약 20％ 증가하게 되고. 전극 판 면적 대비 효율은 25％ 정도 감소하는 단점이 있으며
4) 차아염소산나트륨 발생기 용량에 따라 전극 판의 크기가 상이하여 전극 판을 표준 제작 및 용량 증가가 불가능하며
5) 특히 대용량의(150 kg/day - Cl2) 차아염소산나트륨 발생기의 경우에는 전기 분해에 필요한 소요 전류가 많아 발생기 내부로 직류 전기를 통전하기 위한 양끝단의 음극 및 양극 전극 블록의(Negative ＆ Positive Electric Block) 크기가 대형화되고 이에 따라 전기분해조의 길이가 커지는 단점과
6) 발생기 내부에서 발생된 수소가스가 배출되지 않아 전기분해를 방해하여 차아염소산나트륨 용액 농도를 떨어뜨려 발생기의 효율을 감소시키며
7) 소금물이 적게 공급될 경우 양극 전극 판에서 수소가스와 염소가 반응하여 폭발성이 있는 수산화염소 혼합물이 발생하게 된다.
본 고안은 상기한 바와 같이 기존의 차아염소산나트륨 발생기의 문제점을 해결하여 보다 더 효율적이고 안정적인 운전을 할 수 있는 장점이 있는바, 이하 본 고안의 상기한 목적을 위한 구상적인 특징을 첨부된 도면과 함께 살펴보기로 한다.
차아염소산나트륨 발생기의 기본적인 원리와 구조는 상기에서 설명된 바, 기존의 차아염소산나트륨 발생기(On Site Electrolytic Chlorination Generator System)의 개선 및 보완하고자 하는 상세부에 한하여 서술한다.
1. 기존의 바이 폴라(Bi-Polar) 전극판은 전극판을 2 등분하여 한쪽은 루테늄(Ru) 또는 이리듐(Ir)을 코팅하여 양극판으로 사용하고 다른 한쪽은 코팅하지 않은 상태로 음극판으로 사용하여 지그재그로 수직으로 설치하는 방법 대신에 표준화된 모노 폴라(Mono-Polar)형 전극판 즉, 양극 전극판(10)과 음극 전극판(11)을 각각 제작하여 양극 전극판(10)은 루테늄(Ru)으로 코팅하고, 코팅하지 않은 소재 상태의 음극 전극판(11)을 교대로 수직으로 설치하여 전해물질인 희석된 소금물에 직류 전원을 통과시켜 전기분해에 의해 차아염소산나트륨 용액과 수소가스를 발생시키며, 발생된 차아염소산나트륨 용액은 소독 약품으로 사용하고, 수소가스는 차염 저장탱크(29)에서 송풍기(38)를 이용하여 강제로 대기로 방출하며, 발생기 용량 증가는 표준화된 전극판 만을 추가 설치하여 줌으로서 발생기 용량을 30％까지 증가할 수 있고, 조립이 간단하여 제작비를 절감할 수 있으며,
2. 전기분해조(12)는 내압 2 kg/cm2 을 지지하고, 전기분해조(12) 양 끝단의 플랜지(16)를 플랜지 체결용 볼트, 너트(18)로 조립하여 내부 부품을 분해 및 조립이 용이한 구조이며, 전기분해조(12) 좌측 하단부에 포화소금물과 희석수가 유입하는 유입 노즐(13), 우측 상단에는 생성된 차아염소산나트륨 용액과 수소가스를 토출하기 위한 토출 노즐(14), 칸막이 판(25)에 의해 전기분해조(12) 내부를 4 등분 중 3 번째 상단부에 수소가스를 배출할 수 있는 가스벤트 노즐(15)이 구비되어 있으며,
3. 칸막이 판(25)에는 중앙 전극블록(21)을 조립할 수 있는 2 개의 중앙 전극블록 체결용 사각구멍(39), 발생한 차아염소산나트륨 용액과 수소가스가 분리 배출할 수 있게 칸막이 판(25) 상부 좌우에 수소가스 배출용 구멍(40), 차아염소산나트륨 용액을 전극판 사이로 통과시켜 전기분해를 활성화시켜 차염 농도를 증가시키기 위해 칸막이 판(25) 중앙 좌우에 다수의 차아염소산나트륨 이송용 구멍(42)과 전기분해조(12) 내부에 전해물질인 희석된 소금물이 적게 유입될 경우에 정전류(Rated Current)형 정류기(32)에 의해 공급된 과전류(Over Current)를 방전시켜 내부 부품을 보호하기 위한 방전 바(22)를 조립할 수 있도록 상, 하에 방전바 체결용 구멍(41)이 있으며,
삭제
4. 양극 전극판(10) 및 음극 전극판(11)의 사각 노치(Notch)가 없는 부분에 전극연결 링(24)이 조립된 스페이스(23)를 2개씩 조립된 각 전극판을 교대로 중앙 전극블록(21)에 조립함으로써 전극판의 간격을 일정하게 유지하고, 동시에 다른 극의 전류가 흐르는 것을 방지하는 역할을 할 수 있도록 하였으며,
5. 유입 노즐(13)이 있는 쪽에는 양극 전극블록(19)이, 토출 노즐(14)이 있는 쪽에는 음극 전극블록(20)을 각각 조립하고, 외부연결 축(37)을 조립하여 "+" 및 "-" 직류전원을 정류기(32)에서 공급받아 전기분해조(12) 내부로 공급시키며,
삭제
6. 전기분해조(12) 내부를 칸막이 판(25)에 의해 4 등분되어 전기분해 함으로서 상대적으로 전기저항을 감소시켜, 전압강하(Voltage Drop)가 적으며, 바이 폴라(Bi-Polar)형 발생기보다 저 전압(16 Volt)으로 전기분해가 가능하여 전기안전 법에서 추천하는 25V 이하로서 보다 더 전기적으로 안전성을 보장할 수 있고
7. 특히 대용량의 발생기의 경우 동일 용량의 발생기를 2 ∼ 4단까지 설치함으로 설치공간을 최소화와 제작비를 절감할 수 있으며,
8. 이러한 구조 변경에 따라 기존의 바이 폴라(Bi-Polar)형의 차아염소산나트륨 발생기 대비하여 소비 전력은 약 40％ 감소, 전극판의 면적은 20％ 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
기존의 차아염소산나트륨 발생기를(Electrolytic Chlorination Generator System) 개선 및 보완하여 줌으로서 효율 증가와 안정적인 운전과 유지 관리비 절감, 초기 투자비의 절감을 도모할 수 있는 등, 그 기대되는 가치가 대단히 우수한 고안이다.

Claims (2)

  1. 전기분해조(12) 내부를 4 등분하는 3 개의 칸막이 판(25)의 좌측은 음극, 우측은 양극으로 작용하도록 중앙전극 블록(21)을 조립한 후, 전극판 체결용 볼트, 너트(26)로 양극 전극판(10) 및 음극 전극판(11)을 좌우에 교대로 체결하고, 양극 전극블록(19) 및 음극 전극블록(20)을 조립하여 "+" 및 "-" 직류 전원을 전기분해조(12) 내부로 공급하여 희석된 소금물을 차아염소산나트륨 용액과 수소가스를 생성하는 모노 폴라(Mono-Polar)형 현장 전기분해식 차아염소산나트륨 발생기(On Site Electrolytic Chlorination Generator System)에 있어서,
    전극연결 링(24)이 조립된 스페이스(23)를 양극 전극판(10) 및 음극 전극판(11)의 노치(Notch)가 없는 부분에 2 개씩 각각 조립하여 전극판의 간격을 일정하게 유지시키고, 다른 극의 전류를 차단할 수 있도록 음극 전극판(11)과 양극 전극판(10)을 수직으로 교대로 조립하여야 하며,
    전기분해조(12) 내부에 전해물질인 희석된 소금물이 적게 유입될 경우에 희석된 소금물에 잠기지 않은 전극판 부분에서 과전류에 의한 스파크(Spark)로 전극판이 소손되는 것을 방지하기 위한 방전 바(22)가 구비되어야 하고,
    각 칸막이 판(25)에는 중앙 전극블록 체결용 사각구멍(39)이 중앙부 상, 하에 한개 씩 있어야 하고, 수소가스를 배출할 수 있도록 상단부에 2 개의 수소가스 배출용 구멍(40), 차아염소산나트륨 용액만을 통과할 수 있도록 칸막이 판(25) 중앙부 좌우에 다수의 차아염소산나트륨 이송용 구멍(42) 및 방전 바(22)를 관통시킬 수 있도록 상, 하에 방전 바 구멍(41)이 구비되어 있어야 하며,
    양극 전극블록(19) 및 음극 전극블록(20)에는 전기전해조(12) 양 끝단 플랜지(16) 외부에서 직류 전원을 공급할 수 있는 외부연결 축(37)을 나사식으로 체결하는 특징으로 하는 모노 폴라형 현장 전기분해식 차아염소산나트륨 발생기(Mono-Polar Type On Site Electrolytic Chlorination Generator System).
  2. 제 1항에 있어서,
    전기분해조(12) 내부가 3개의 칸막이 판(25)에 의해 4칸으로 등분되며, 첫 번째 칸 하부 외부에 희석수와 포화소금물이 유입할 수 있는 유입 노즐(Inlet Nozzle:13)이, 세 번째 칸 상부 외부에 수소가스를 배출하기 위한 가스벤트 노즐(15) 및 네 번째 칸 상부 외부에 생성된 차아염소산나트륨 용액을 배출할 수 있는 토출 노즐(14)을 구비한 전기분해조(12)를 갖춘 모노 폴라형 현장 전기분해식 차아염소산나트륨 발생기(Mono - Polar Type On Site Electrolytic Chlorination Generator System).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101332608B1 (ko) * 2013-01-11 2013-11-25 강용주 차아염소산나트륨 발생장치
KR101802398B1 (ko) 2016-11-22 2017-11-28 주식회사 휴비스워터 차아염소산나트륨 발생용 전해장치
KR101964791B1 (ko) 2018-12-10 2019-04-02 황순환 차아염소산 생성장치

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