KR20100008548U - 수처리용 전극 모듈 - Google Patents

Abstract

본 고안은 전기 분해를 이용한 수처리 장치의 전극(양극과 음극)을 형성한 전극체를 판상 형상으로 구성하여 이를 일체형으로 모듈화한 전극 모듈에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 다수 전극판을 stack화 하고 양극과 음극이 교대로 배열되도록 하면서 각 전극의 분해 조립 및 취급이 편리하며, 설치 및 분해 조립이 가능하도록 하여 고가의 전극 재사용이 가능하도록 전극 분해 및 조립이 용이한 체결 방식을 적용한 수처리 장치의 전극 모듈에 관한 것이다.

전기분해, 수처리, 전극판, 분리, 모듈

Description

수처리용 전극 모듈 {Electrode Module}

본 고안은 전기 분해를 이용한 수처리 장치의 전극(양극과 음극)을 형성한 전극판을 판상 형상으로 구성하고 이를 일체형으로 모듈화한 전극 모듈에 대한 것으로, 더욱 상세하게는 다수 전극판을 stack화하고 양극과 음극이 교대로 배열되도록 하면서 각 전극의 분해 조립 및 취급이 용이하도록 모듈화한 수처리 장치에 사용되는 전극 모듈에 관련된 것이다.

본 고안은 전기 분해를 이용한 수처리 장치에 이용되는 다수의 전극을 모듈화한 전극으로, 하수 처리용, 폐수 처리용, 해수 처리용, 기타 수처리 분야에 모두 적용이 가능한 전극 모듈에 관련된 것이다.

현재 물의 사용량은 계속 증가하고 있으나, 대기, 수질오염이 날로 심화되면서 물의 보유량은 한정되어 있어, 오폐수의 처리 및 물의 재이용 필요성이 증대되고 있다. 즉, 방류수 또는 상류수 등의 효율적인 살균 기술이 개발, 적용되어 왔는데, 종래 염소 소독, UV 소독, 오존 소독 등이 대표적인 예이다.

여기에서, UV 소독은 자외선에 의한 살균방법으로 최근에 집중적으로 연구되고 있으나, UV 소독은 잔류 효과가 전혀 없고, 시설비 및 유지비가 과도하며, 처리수의 유량 변동에 대응하기가 상대적으로 어렵고, 처리수 내에 탁도, 부유고형물(SS), 색소성분이 높은 경우 처리효과가 매우 낮다.

뿐만 아니라, 미생물이 UV에 의해 손상된 DNA를 자가 복구하여 재생되는 광회복율이 높기 때문에, 현장에서 확실한 소독 효과를 거두었다고 확신하기 어렵다.

오존 소독법은 강력한 산화력으로 큰 소독 효과를 얻을 수 있는 방법이지만, 오존의 용해성이 낮고, 시설비 및 운전비가 많이 소요되며 수처리 과정에서 발생하는 오존의 유출을 방지하기 위한 (후)처리 시설이 필요하다.

게다가, 오존 소독법은 처리 부산물의 안정성에 대한 명확한 검증이 이루어지지 않고 있는 실정이다.

염소 소독법은 물의 소독법으로 가장 널리 이용되고 있는데, 잔류성이 높아서 효율적인 것으로 알려져 있다.

그러나 염소 소독법은 공정 과정에서 THM과 같은 강독성 부산물이 생성되며, 밀도가 낮은 오일, 그리스(grease) 또는 콜로이드성 물질이 물에 포함되어 있는 경우에는 소독 효과가 크지 않는 단점이 있다. 또한, 염소에 대한 감수성이 높은 세균에만 그 살균력이 한정된다.

전기 분해를 이용한 소독과 관련된 종래 특허로는 '정수기살균장치'(한국특허출원 등록번호 10-0233775호, 1999.09.14) 및 '물의 전해 소독방법 및 전해 소독장치'(한국특허출원 출원번호 10-2001-7012714, 2001.10.05)등이 있다. 그러나 상기 특허는 판형의 전극을 일렬로 배열하여 전극의 손상이 쉽게 발생하는 문제점이 있다.

상기 언급한 종래 장치와 같은 기존 제품은 대부분 전극과 케이싱이 일체화 되어 있어 소모성 전극을 1회 사용 후에는 폐기해야 했었다. 즉, 전극을 구성 프레임 또는 지지 부재와 용접 방식 등 일체형으로 분리가 가능하지 못한 구조를 취하고 있어서 전극 재사용이 불가능하여 이에 따라서 유지 및 보수 비용이 증가할 수 밖에는 없었다.

또한, 전원 인가부를 방수 처리를 위하여 몰딩(Molding) 처리하여 전원 인가부 수리 또는 교체시 불가능한 구조로 되어 있어 유지 비용이 증가할 수 밖에 없었다.

아울러, 다수 전극을 수용하는 전극 모듈을 다수 개 수직 또는 수평 방향으로 정렬 설치시 전원 케이블을 이용하여야 하는 등 전극모듈 설치 및 관리에 어려움이 많았다.

상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 본 고안의 목적은, 고가의 소모성 전극의 재사용을 가능하도록 하고, 전극의 분해 조립이 용이한 구조를 채택할 수 있도록 전극 구성을 모듈화하여 전극 모듈 설치 및 분해시 작업을 용이하게 함으로써, 수처리를 위한 전극 모듈 유지, 보수 및 교체 비용을 절감할 수 있도록 하는 데 있다.

상기한 종래 문제점을 해결하고 본 고안에 따른 기술적 과제를 해결하기 위한 전극 모듈은, 처리수 중에 잔류하는 미생물을 전기분해 후 사멸 또는 불활성화시키 기 위한 수처리 장치에 사용되는 전극 모듈에 있어서, 상기 전극 모듈을 구성하는 다수 부재를 지지하도록 구비한 사각 형상체인 전극 모듈 하우징과; 극성이 서로 상이한 전극체인 전극판 두 개가 하나의 단위로 상기 하우징 내부로 수평 배열된 전극부와; 상기 전극체 수평 배열 시 정렬 및 고정을 위하여 상기 하우징 내부 수직 방향으로 설치되는 원통 형상의 수직지지봉과; 수평 방향으로 배열된 상기 전극체 간격을 유지하고 수평 방향에서 지지하기 위하여 상기 하우징 일면 내측 및 대향하는 타면 내측으로 수평 적층되어 설치되는 커플링과; 상기 일면 내측 커플링 외측으로 상기 전극체와 수직인 방향에서 설치되는 전원 인가부로 구성되되, 상기 전극부는 두 개 이상 다단 수평 구조로 배열되며, 상기 전극판은 서로 상이한 극성을 띄고, 상기 전극판 및 전원인가부 각각은 서로 수직 방향으로 체결부에 의하여 결합되며, 상기 커플링으로부터 분리하여 조립 및 분해가 용이하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

여기에서, 상기 하우징은, 상기 전극판과 수직지지봉 고정 및 지지를 위하여 사각 판상의 밑판과; 상기 밑판의 수평 모서리로부터 수직 방향으로 설치되는 지지 프레임; 및 상기 지지 프레임 상면을 덮는 사각 판상으로 일측 방향으로 수평 설치되는 손잡이부를 구비하는 뚜껑부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전극판 일측으로는 "ㄱ"자 형태의 체결판을 용접하여 상기 커플링과 나사 결합하며, 상기 전극판은 수평 적층 방향에서 (+) 전극과 (-) 전극이 교호적으로 대칭되도록 용접한 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 전극판은 티타늄에 이리듐 산화물을 코팅하여 제조되는 것을 특징으 로 한다.

아울러, 상기 커플링의 재질은 티타늄 전극과 동일한 소재를 사용하며, "ㄱ"자 형태로 절곡하여 용접한 구조로 상기 커플링을 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전극판의 수평 배열은 3mm 내지 12mm 범위 간극으로 배치하는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이, 기존 제품은 대부분 전극과 케이싱이 일체화 되어 있어 소모성 전극을 1회 사용 후 폐기하는 실정인데 본 고안은 이를 개선하여 분해 조립이 가능한 구조로 제작하여 고가의 전극 재료를 재사용할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 전원 인가부를 방수처리를 위하여 Molding하여 수리가 불가능한 구조로 되어 있던 종래 구조에서 이를 개선하기 위하여 부분적인 단자부를 케이싱화 하여 분해가 가능한 구조로 제작할 수 있는 효과가 있다.

또한 일체형의 Bus Bar를 이용하여 설치 및 전원 공급 및 분배를 원활하게 할 수 있는 효과를 가진다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 따른 구체적인 실시 예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안에 따른 조립식 전극 모듈의 전체 사시도, 도 2는 내부 전극체 구성 및 전극체 극성을 도시한 전극체 배열 구성도, 도 3은 본 발명에 따른 하우징 일 측면 내부 구조를 도시한 측면도, 도 4는 본 발명에 따른 내부 전극체 평면 사 시도, 도 5는 본 발명에 따른 내부 전극체 측단면도이다.

먼저, 본 고안에 따른 조립식 전극 모듈(300)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 전극 모듈 하우징과, 전극체인 전극판(330) 두 개가 하나의 단위로 상기 하우징 내부로 수평 배열된 전극부와, 수직지지봉(370)과, 커플링(360)과, 전원 인가부(340, 350)로 구성된다. 그리고, 상기 전극 모듈 하우징은 사각 판상의 밑판(380)과, 지지 프레임(320) 및 뚜껑부(310)를 포함하여 구성된다.

먼저 상기 전극 모듈 하우징을 더욱 상세하게 설명하면, 하우징은 상기 전극 모듈을 구성하는 다수 부재를 지지하도록 구비한 사각 형상체로써, 전극판(330)과 수직지지봉(370) 고정 및 지지를 위하여 사각 판상의 밑판(380)을 저면에 설치하고, 상기 밑판(380)의 수평 방향 각 모서리로부터 수직 방향으로 지지 프레임(320)을 설치한다.

그리고, 상기 지지 프레임(320) 상면을 덮는 사각 판상으로 일측 방향으로 수평 설치되는 손잡이부(390)를 구비하는 뚜껑부(310)를 구비하도록 한다. 이 경우, 상기 밑판(380)과 지지 프레임(320)은 동일 재질로 일체형으로 구비하도록 함이 바람직하며, 이 때 상기 뚜껑부(310) 저면으로 얇은 판상의 체결판을 더 구성하여 상기 뚜껑부 상면 각 모서리 측단으로 다수 형성된 체결공(315)을 통하여 나사 결합하도록 할 수도 있을 것이다.

그리고, 상기 하우징 내부로는 극성이 서로 상이한 판형의 전극체인 전극판(330) 두 개가 하나의 단위로 수평 배열된 전극부를 구성한다. 이 때, 상기 전극판(330) 수평 배열 시 정렬 및 고정을 위하여 상기 하우징 내부 수직 방향으로 설 치되는 원통 형상의 수직지지봉(370)을 설치하고, 수평 방향으로 배열된 상기 전극판(330) 간격을 유지하고 수평 방향에서 지지하기 위하여 상기 하우징 일면 내측 및 대향하는 타면 내측으로는 커플링(360)을 수평으로 적층하여 Bus Bar 전원 인가부(340, 350)에 나사등을 이용하여 체결한다. 그리고, 상기 수직지지봉(370)이 관통하는 원형홀(335)을 대응되는 위치에 다수 개 형성하도록 한다.

한편, 상기 일면 내측 커플링(360) 외측으로 상기 전극판(330)과 수직인 방향에서 전원 인가부(340, 350)를 별도의 체결부재(355)를 사용하여 결합 구성하고, 상기 전극체인 전극판(330)은 서로 상이한 극성을 띄도록 배열하고 상기 전극판(330) 각각은 상기 커플링(360)으로부터 분리하여 조립 및 분해가 용이하도록 구성함이 바람직하다.

그리고, 상기 커플링(360) 재질은 티타늄에 코팅하거나 부식에 강한 전도성 소재 등으로 구성하며, 상기 전극판(330)의 수평 배열은 3mm 내지 12mm 범위 간극으로 배치하는 것이 바람직하다. 또한 커플링 구성은 "ㄱ"자 형태로 절곡하여 용접한 구조로 형성하여 사용자 체결 편리성을 도모하도록 함이 바람직하다.

아울러, 상기 수직지지봉(370)은 원통 형상의 환봉으로 구성하며, 상기 환봉은 일렬로 배열된 판형의 전극을 수직으로 관통하고, 상기 전극판(330)의 상하측으로 결합되어 있으며, 상기 환봉의 양 말단은 너트로 고정시킨다.

이 경우, 상기 전극판(330)의 재질은 전해시 발생되는 산화성 물질에 내구성을 가지기 위하여 내산화성 이어야 하고, 불용성 재질로 구성되어야 전극으로서 안정성이 유지될 수 있으며, 전기를 통할 수 있는 전도체 소재를 이용하는 것이 바람직하 다. 이 경우, 전극이 보다 바람직하게 구현되기 위해서는, 상기 전해 소독장치 내부에 배치되는 전극판(330)은 (+)극 및 (-)극에 동일한 재질을 사용하여야만 전극의 극성 변환 시에도 손상을 입지 않는다.

종래에는, 전기 분해를 위한 전극을 제조하기 위하여 전도체 소재에 루테늄 또는 백금을 코팅하여 사용하였으나, 루테늄 또는 백금은 전기 분해시 잔류 염소를 너무 많이 발생시켜 처리수를 처리한 후 방류 또는 배출하기가 곤란한 단점이 있었다. 이에 따라서 처리수의 전기분해에 사용되는 전극은 티타늄 소재를 사용하는 것이 바람직하며, 티타늄 소재에 이리듐 산화물로 코팅하는 것이 더욱 바람직하다.

그리고, 전극이 배치되는 간격은 3mm ~ 12mm 정도로 하여 구성함으로써 전극판(330)의 간격이 지나치게 조밀하거나 넓어서 전기분해의 효율이 감소되는 것을 방지하도록 한다.

이 때, 상기 수직지지봉(370)인 환봉의 양 말단에 형성된 탭이 너트에 끼워진다. 그리고, 상기 하우징 내부에 설치되는 다수의 전극판(330)의 전극간 간격을 유지하고, 단락을 방지하기 위해 스페이서 및 이너 케이스에 장착하여 사용하게 할 수도 있다. 이 경우, 상기 스페이서 및 이너 케이스는 절연되어야 하므로 PVC 계열의 절연성 합성 수지로 제작하는 것이 바람직하고, 처리수가 케이스 내부의 전극을 통과할 수 있도록 구성함이 더욱 바람직하다.

이하, 도 2를 참조하여 본 고안에 따른 전극판 및 전원인가부가 커플링 체결부(365)에 설치되는 모습을 상세하게 설명한다.

상기 커플링(360)은 일렬로 배열된 상기 판형 전극의 연결 도구로 전극판(330) 간 간격을 유지하기 위하여 하우징 일면 내측 및 이와 대향하는 타면 내측으로 수평 방향으로 부분적으로 적층을 설치하며, 하우징 중앙 내부 수평 방향으로 설치되는 전극판(330) 수만큼 설치하는 것이 바람직하다.

도시된 바와 같이, 상기 전극판(330) 일측으로는 "ㄱ"자 형태의 체결판을 용접하여 상기 커플링(360)과 나사 결합하며, 이 경우, 상기 전극판(330)은 수평 적층 방향에서 (+) 전극과 (-) 전극이 교호적으로 대칭되도록 용접하는 것이 바람직하다.

이 때, 상기 전극판(330)은 티타늄에 이리듐 산화물을 코팅하여 제조하는 것이 바람직하며, 상기 커플링(360)의 재질은 티타늄 전극과 동일한 소재를 사용한다.

그리고, 상기 커플링(360)은 단락을 방지하는 도체 커플링 및 상기 전극의 양측에 형성된 도체 커플링의 외부에 절연되는 부도체 커플링을 포함한다. 이 경우, 단락을 방지하기 위해 도체 커플링은 일렬로 배열된 상기 전극을 연결하도록 하고, 전극간 간격을 유지시키며, 상기 도체 커플링의 재질은 티타늄으로 구성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 티타늄 커플링의 외부에 절연되는 부도체 커플링이 전극간 간격을 유지시키며, 이 경우 상기 부도체 커플링의 재질은 PVC 또는 테프론이 바람직하다. 또한, 상기 전극을 상기 환봉에 연결시키는 상기 도체 커플링과 부도체 커플링이 맞닿는 부분에 외측 수직 방향으로 전원인가부(340, 350)를 구성한다.

상기 전원인가부(340, 350)는 두 개의 수직 사각 프레임으로 구성하여, 한 쪽은 (+) 전원인가부(340), 다른 한 쪽은 (-) 전원인가부(350)로 형성한다. 예시된 도면 에서는 뚜껑부(310) 저면에서 지지 프레임(320) 일측 전면 쪽으로 굴곡된 후 다시 아랫 방향으로 꺽이는 형상으로 표현되고 있으나, 이에 국한되지는 않으며, 일자형으로 구성할 수도 있을 것이다. 그리고, 이 경우 상기 전원인가부의 재질은 부식에 강하며 도전성이 우수한 재질을 사용하며 구리에 티타늄 재질로 감싼 소재를 사용하는 것이 바람직하다.

아울러, 상기 전원인가부(350, 360)의 상측 돌출부가 안치되고 남는 여분의 수직홈 공간으로는 방수코팅 재질로 방수부(345)를 구성하도록 함이 더욱 바람직하다.

이러한 전원인가부(340, 350)의 전면 외측으로는 다수개의 수평 배열된 나사(355)를 포함한 나사 체결부(365)를 구성하여 상기 커플링(360) 굴곡 외측면과 맞닿아 대면되도록 하여 인가된 (+) (-) 전극원이 서로 대립되는 극성을 갖는 수평 판형 전극판(330)에 인가되도록 함으로써 전기 분해 가능한 전극 모듈 동작을 수행하도록 할 수 있게 된다.

이를 위하여, 상기 전극판(330)의 전극 배치는 양극과 음극이 서로 번갈아 수평 방향으로 교호적으로 적층 배치되고, 상기 배치된 전극판(330)의 전방향 일측 끝단과 마주보는 타측 끝단에 설치되는 커플링(360) 중 단락 방지를 위한 도체 부분에서 상기 전원인가부(340, 350)를 통하여 지속적인 전극 생성이 가능하게 된다.

이 경우, 전극 극성 배치는 서로 상반되는 전극을 일정 간극 이격시켜 배치되도록 하여, 극성이 서로 상이한 전극판(330) 두 개가 하나의 단위로 구성되는 전극부간 일정한 간격을 유지할 수 있도록 하고 있다.

이울러, 다단으로 배열된 전극세트 간의 전극 배치도 양극과 음극이 서로 번갈아 배치되게 할 수도 있을 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 조립식 전극세트가 다단 배열시의 구성도를 도시한 것으로, 전극판(330)의 배열과 전원인가부(340, 350)의 전극 배치를 도시하고 있다.

도시된 바와 같이, 상기 전극판(330) 두 개 이상이 다단으로 배열되며, 상하로 위치한 전극판(330)이 서로 상이한 극성을 띠며, 조립식 전극 모듈에서 전극쌍이 유수 방향에 수평이 되도록 배열되고, 양극과 음극이 서로 번갈아 배치되는 모양을 하고 있다.

상기한 바와 같이, 판형의 전극체(330)를 사용하고, 전원인가부(340, 350) 및 커플링(360)과 판형 전극체(330) 간 결합시 볼트와 같은 체결구를 이용한 분리 결합이 용이하도록 전극모듈을 구성함으로써, 고가인 전극판(330) 및 구성 부재들에 대한 재사용이 가능하도록 하고 부품 교체 등이 가능하도록 할 수 있게 된다.

본 고안은 상기 구성으로 이루어진 전극모듈에 있어서 본 고안의 실시 예에 기술되지 않은 여러가지 형태를 취할 수 있다. 즉, 본 고안은 상기한 상세한 설명에서 언급되는 특별한 형태로 한정된 것이 아닌 것으로 이해되어야 하며, 오히려 첨부된 청구 범위에 의하여 정의되는 본 고안의 기술적 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

예를 들면, 상기한 실시 예에서는 수평 판형 전극체 및 이와 수직 방향으로 설치되는 전원인가부를 표현하고 도시하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 수직 방향 또는 사선 방향으로 구성되는 판형 전극체 및 이와 수직 방향으로 설치되는 전원인가부로 전극 모듈을 구성할 수 있으며, 이 또한 본 고안의 청구범위인 기 술적 범위 내로 보아야 한다.

도 1은 본 발명에 따른 조립식 전극 모듈의 전체 사시도

도 2는본 발명에 따른 내부 전극체 구성 및 전극체 극성을 도시한 전극체 배열 구성도

도 3은 본 발명에 따른 하우징 일 측면 내부 구조를 도시한 측면도

도 4는 본 발명에 따른 내부 전극체 평면 사시도

도 5는 본 발명에 따른 내부 전극체 측단면도

*** 도면의 주요 부분에 대한 설명 ***

300: 전극 모듈 310: 뚜껑부

320: 지지 프레임 330: 전극판

340: (+) 전원인가부 350: (ㅡ) 전원인가부

360: 커플링 370: 수직지지봉

380: 밑판 390: 손잡이부

Claims (6)

1. 처리수 중에 잔류하는 미생물을 전기분해 후 사멸 또는 불활성화시키기 위한 수처리 장치에 사용되는 전극 모듈에 있어서,

   상기 전극 모듈을 구성하는 다수 부재를 지지하도록 구비한 사각 형상체인 전극 모듈 하우징과;

   극성이 서로 상이한 전극체인 전극판 두 개가 하나의 단위로 상기 하우징 내부로 수평 배열된 전극부와;

   상기 전극체 수평 배열 시 정렬 및 고정을 위하여 상기 하우징 내부 수직 방향으로 설치되는 원통 형상의 수직지지봉과;

   수평 방향으로 배열된 상기 전극체 간격을 유지하고 수평 방향에서 지지하기 위하여 상기 하우징 일면 내측 및 대향하는 타면 내측으로 수평 적층되어 설치되는 커플링과;

   상기 일면 내측 커플링 외측으로 상기 전극체와 수직인 방향에서 설치되는 전원 인가부로 구성되되,

   상기 전극부는 두 개 이상 다단 수평 구조로 배열되며, 상기 전극판은 서로 상이한 극성을 띄고, 상기 전극판 및 전원인가부 각각은 서로 수직 방향으로 체결부에 의하여 결합되며, 상기 커플링으로부터 분리하여 조립 및 분해가 용이하도록 구성한 것을 특징으로 하는 조립식 전극 모듈
2. 제 1항에 있어서,

   상기 하우징은,

   상기 전극판과 수직지지봉 고정 및 지지를 위하여 사각 판상의 밑판과;

   상기 밑판의 수평 모서리로부터 수직 방향으로 설치되는 지지 프레임; 및

   상기 지지 프레임 상면을 덮는 사각 판상으로 일측 방향으로 수평 설치되는 손잡이부를 구비하는 뚜껑부를 포함하는 것을 특징으로 하는 조립식 전극 모듈.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 전극판 일측으로는 "ㄱ"자 형태의 체결판을 용접하여 상기 커플링과 나사 결합하며, 상기 전극판은 수평 적층 방향에서 (+) 전극과 (-) 전극이 교호적으로 대칭되도록 용접한 것을 특징으로 하는 조립식 전극 모듈.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 전극판은 티타늄에 이리듐 산화물을 코팅하여 제조되는 것을 특징으로 하는 조립식 전극 모듈.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 커플링의 재질은 티타늄 전극과 동일한 소재를 사용하며, "ㄱ"자 형태로 절곡하여 용접한 구조로 상기 커플링을 구성하는 것을 특징으로 하는 조립식 전극 모듈.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 전극판의 수평 배열은 3mm 내지 12mm 범위 간극으로 배치하는 것을 특징으로 하는 조립식 전극 모듈.

Images