KR20110061819A - 선박의 밸러스트수 처리용 착탈식 전극을 구비한 전해조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 선박용 밸러스트수의 전기분해용 단극형(mono-polar type) 전해조에 관한 것으로서, 구체적으로는 전극판 어셈블리의 탈부착이 용이하고, 전극판 내부에 형성되는 스케일의 관찰 및 유지보수가 간편하며, 여러개의 전해조 간의 연결 및 설치 시공이 편리하도록 구성된 선박용 밸러스트수의 전기분해용 단극형 전해조에 관한 것이다.

본 발명에서는, 개방된 양 측단에는 플랜지(111)가 형성되고, 측면에는 적어도 하나 이상의 착탈구(115)가 개방하여 형성되며, 중공부 내벽에는 절연성 수지나 고무 코팅층이 형성되는 케이싱(110); 및 상기 착탈구를 통하여 상기 케이싱에 삽입 장착하는 것으로서, 커버(121), 상기 커버에 결합하는 지지 프레임(122), 상기 지지 프레임에 의하여 지지 고정되며 다수의 전극판(123a,123b)을 이격시켜 적층하여 구성한 전극판 어셈블리(123) 및 상기 전극판 어셈블리(123)에 전기적으로 연결되고 일측 단부가 상기 커버를 관통하여 돌출하도록 형성되는 한 쌍의 전극핀(124a,124b)으로 이루어지는 전극 카트리지(120);로 구성되는 것을 특징으로 하는 선박의 밸러스트수 처리용 착탈식 전극을 구비한 전해조를 제공한다.

해수, 밸러스트수, 수처리, 차아염소산나트륨, 수소가스, 전극판, 전극판 어셈블리, 전극 카트리지, 착탈식, 전극핀, 구배관, 절연재 코팅

Description

선박의 밸러스트수 처리용 착탈식 전극을 구비한 전해조{Electrolytic cell with an electrode cartridge for treating ballast water of ship}

본 발명은 선박의 밸러스트수 처리용 전해조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 다수의 전극판으로 이루어지는 전극판 어셈블리를 카트리지식으로 착탈가능하게 구성하여 설치, 보수 및 유지관리가 용이하게 하고, 전극판에 형성되는 스케일 등의 불순물의 축적 정도를 감지하고 관리하기 편리하며, 여러개의 전해조를 하나의 전원에 공급선에 연결하여 설치하기 편리하도록 구성된 해수 전기분해용 전해조에 관한 것이다.

컨테이너선 등 화물을 싣고 원거리를 이동하는 대형 선박의 경우에는 적재된 화물의 중량에 맞추어 배의 홀수를 확보하기 위하여 밸러스트 탱크를 가진다. 이러한 밸러스트 탱크 내로 충전되는 해수 내에는 각종 해서 생물의 포자류, 미생물 및 세균 등이 존재하는데 이들은 해양 생태계를 위협하는 요인이 되고 있다.

따라서, 최근의 선박에는 밸러스트 탱크로 연결되는 해수의 이송 배관 상에 밸러스트 수처리를 위한 각종 수처리장치가 장착되고 있으며, 이러한 수처리 장치의 대표적인 것으로서 해수를 전기분해하여 차아염소산나트륨을 생성하는 전해조를 들 수 있다.

도 8은 종래의 밸러스트 수처리용 전해조의 일 예를 보인 분해 사시도이다. 종래의 전해조 내에는 도시한 것처럼 양의 전극판(6a)과 음의 전극판(7a)을 서로 이격시켜 적층하여 구성한 전극판 어셈블리를 전해조(1)이 내부에 설치한 후 양 측 단부에 형성되는 연결관(3a,3b)을 통하여 유입되는 해수를 전기분해하여 처리하는 방식이었다. 그런데, 이러한 종래의 전해조는 그 내부 구성이나 전극 결합구조가 복잡하여 설치나 유지보수가 까다로울 뿐 아니라, 전해조 셀 내에 공급하는 직류 전압과 직류 전류를 중,고압으로 유지해야 하는 점에서 전력의 낭비가 심하며, 전해조의 크기에 제약이 있어 대량의 밸러스트수를 처리하기 곤란하여, 처리 유량 및 저속인 유체 속도에 따른 처리능력의 조절이 불가능하다는 문제가 있었다.

전해조의 전극판에는 필연적으로 음극판의 표면에 해수 중 녹아 있는 칼슘과 마그네슘 성분 등의 양이온 물질이 달라붙어 스케일을 형성하게 되는데, 종래 이러한 스케일을 제거하기 위하여 통상 5~10%의 염산(HCl) 또는 초산으로 산세정을 실시해야 하는 불편이 있었으며, 이를 위해서는 염산저장조, 공급펌프 및 다수의 밸브들을 구비한 별도의 전극세척장치를 선박내에 별도로 구비해야하는 불편이 존재하였다.

따라서 종래보다 설치나 해체가 간단하고, 다수개의 전해조를 연결시공하기가 용이하며, 수처리 가능 유체의 유량 조절이 용이하며, 직류 저전압과 저전류를 공급함으로써 전극판에 형성되는 스케일 축적의 정도를 최소함과 아울러 이를 감시 및 관리하기가 용이한 구조의 전해조의 개발이 요청되었다.

본 발명은 전술한 종래의 문제점을 인식하여 도출된 것으로서, 본 발명의 목적은 단극형 전극판 어셈블리의 설치, 해체 및 유지보수가 신속하고 편리하며, 금속판에 축적되는 스케일의 외부 감시가 용이하며, 다수의 전해조를 연결시공하는 경우에 1개의 직류 전원 공급선만을 이용하여 그 설치 및 해체가 간단하도록 착안된 해수 전기분해용 전해조를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전해조 내에서 해수의 전기분해과정에서 생성되는 수소가스를 효율적으로 배출하기 위한 수단을 제공하는 것이다.

전기의 목적을 달성하기 위한 방안으로 본 발명에서는, 개방된 양 측단에는 플랜지(111)가 형성되고, 측면에는 적어도 하나 이상의 착탈구(115)가 개방하여 형성되며, 중공부 내벽에는 절연성 수지나 고무 코팅층이 형성되는 케이싱(110); 및 상기 착탈구를 통하여 상기 케이싱에 삽입 장착하는 것으로서, 커버(121), 상기 커버에 결합하는 지지 프레임(122), 상기 지지 프레임에 의하여 지지 고정되며 다수의 전극판(123a,123b)을 이격시켜 적층하여 구성한 전극판 어셈블리(123) 및 상기 전극판 어셈블리(123)에 전기적으로 연결되고 일측 단부가 상기 커버를 관통하여 돌출하도록 형성되는 한 쌍의 전극핀(124a,124b)으로 이루어지는 전극 카트리지(120);로 구성되는 것을 특징으로 하는 해수 전기분해용 전해조에 관하여 개시한다.

여기서, 상기 적층된 다수의 전극판(123a,123b)들 사이에는 스페이서(125)가 삽입 설치되며, 상기 전극판 어셈블리(123)는 볼트(126a) 및 너트(126b)에 의하여 상기 지지 프레임(122)에 지지 고정되도록 할 수 있다.

또는, 상기 커버(121)의 내측면 및 이와 대향하는 상기 프레임(122)의 내측면에는 다수의 요입홈(121b, 122b)을 형성하고, 상기 각 요입홈에 각 전극판(123a,123b)의 측단부를 삽입하여 지지할 수 있도록 할 수도 있다.

상기 커버는 투명한 합성수지로 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면 전해조 내부에 전극을 장착하거나 분리하기가 매우 신속하고 편리하며, 동일 전해조 내부에 전극판의 구성 및 배치가 용이하다는 장점이 있다. 또한, 장시간 사용에 따라 전극판에 스케일이 축적되는 등 전극판이 오염되는 경우 전극 카트리지만을 간단하게 분리하여 세척하면 되므로 전극판의 유지보수 측면에서 매우 편리하며 경제적이다. 게다가 투명커버를 통하여 전극판의 이상 유무나 오염의 정도를 수시로 확인이 가능하므로 전극판 교체나 세척 시기를 놓쳐 전기적으로 단선되거나 고열의 발열로 인한 위험이나 에너지 낭비를 방지할 수 있게 된다.

아울러, 본 발명의 전해조는 밸러스트수 등의 해수 배관에 다수개의 전해조를 1개의 직류전원 공급선만을 사용하여 직렬 또는 병렬로 연속하여 연결하기 쉬운 구조를 가지므로 상황에 따라 밸러스트수 처리능력을 조절하기가 용이하다는 장점 이 있다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 원리에 관하여 자세하게 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 해수 전기분해용 전해조의 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 해수 전기분해용 전해조의 조립 사시도이다.

본 발명의 해수 전기분해용 전해조(100)는 해수가 유동할 수 있도록 양 측단부가 개방되고, 내부에 중공부가 형성되는 케이싱(110)과 상기 케이싱(110)에 결합하는 전극 카트리지(120)로 구성된다.

상기 케이싱(110)은 금속제 외함과 내부 코팅층(110a)으로 형성할 수 있는데, 내부 코팅층(110a)으로는 절연재질의 합성수지 또는 고무가 사용될 수 있다. 상기 케이싱(110)이 양 측단에는 인접하는 배관과의 연결을 위한 플랜지(111)가 형성된다. 상기 플랜지(111)의 결합면에는 탄성을 보유한 고무 등의 재질로 된 패킹재(112)를 부착하여 다른 배관이나 전해조 등과 연결시 내부의 해수가 누설되지 않도록 한다. 도면에서 미설명부호 111a는 볼트 체결구멍을 나타낸다.

상기 케이싱(110)의 일 측면에는 적어도 하나 이상의 착탈구(115)가 내부와 연통하도록 형성되는데, 여기에 후술할 전극 카트리지(120)가 결합한다. 상기 착탈구(115)의 외주연 상에는 장착시트(113)가 돌출하여 형성되며, 장착시트(113)의 결합면(전면)에는 탄성을 가지는 고무 등의 재질로 된 패킹재(114)가 부착된다. 도면 에서 미설명부호 113a는 볼트 체결구멍을 나타낸다.

상기 장착시트(113)에는 전극 카트리지(120)의 커버(121)가 볼트에 의하여 결합된다. 상기 전극 카트리지(120)는 다수의 음(-)의 전극판(123a) 및 양(+)의 전극판(123b)을 서로 번갈아 적층시켜 구성한 전극판 어셈블리(123)를 포함하는 것으로서 커버(121), 지지 프레임(122), 전극판 어셈블리(123) 및 전극핀(124a,124b)으로 구성된다.

상기 커버(121)는 아크릴과 같은 투명한 재질의 합성수지로 형성하는 것이 바람직한데, 투명한 커버(121)를 채택하는 경우 이를 통하여 전해조 내부에 설치되는 전극판의 점검 및 스케일의 축적 정도를 가늠하기가 편리하기 때문이다.

상기 지지 프레임(122)은 금속판 어셈블리(123)을 고정하여 지지하기 위한 것으로서, 상기 커버(121)와 일체로 형성하거나 서로 결합하는 구조로 형성하여 부착할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전극 카트리지의 단면도이다. 도시한 바와 같이, 상기 전극판 어셈블리(123)는 지지볼트(126a)에 의하여 지지 프레임(122)에 고정되며, 각 전극판(123a,123b)의 사이에는 전극판 간에 일정한 간격을 유지할 수 있도록 스페이서(125)가 위치한다.

상기 커버(121)에는 한 쌍의 전극핀(124a,124b)이 결합하는데, 상기 전극핀(124a,124b)은 상기 전극판(123a,123b)에 전기적으로 연결된다. 즉, 음의 전극핀(124a)은 음의 전극판(123a)에 연결되고, 양의 전극핀(124b)은 양의 전극판(123b)에 전기적으로 연결된다. 상기 전극핀(124a,124b)의 일 측단은 상기 커버(121)를 관통하여 외부로 돌출하도록 형성한다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전극 카트리지의 단면도이다. 본 실시예에서는 전극판(123a,123b)을 지지 프레임(122)과 커버(121)에 장착하여 지지하기 편리하게 하기 위한 요입홈(121b,122b)을 가진다. 즉, 상기 커버(121)의 내측면과 이에 대향하는 상기 지지 프레임(122)의 내측면에는 다수의 요입홈(121b,122b)을 오목하게 형성한다. 상기 요입홈(121b,122b)에는 각 전극판(123a,123b)의 측단부가 삽입되어 고정된다. 따라서, 전극판(123a,123b)들 간을 일정 간격 이격시켜 유지하기 위한 전기의 스페이서(125)가 필요없게 된다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 해수 전기분해용 전해조의 조립 사시도이다. 본 실시예에서는 착탈구(115)가 케이싱(110)의 상부면에 형성되고, 여기에 전극 카트리지(120)가 장착되도록 한 것으로서, 기타의 구성은 전술한 실시예의 전해조와 동일하다.

도 6은 본 발명의 전해조를 직렬 연결하여 배치한 배관 구성도이다. 도시한 바와 같이 본 발명의 전해조를 이용하면 처리수인 밸러스트수의 유량에 대응하여 다양하게 전해조 그룹을 형성할 수 있다. 즉, 전해조의 용량을 변화시킬 필요가 있는 경우에는 단위 전해조 내에 장착되는 전극 카트리지(120)의 수를 조절하거나, 도시한 바와 같이 다수개의 전해조를 직렬로 연결하도록 구성하여 사용할 수 있다. 본 발명을 이용하면 전해조에 전원을 인가함에 있어서도 1개의 직류 전원 공급선만으로 전해조에 직렬연결하여 다수의 전해조를 구동하므로 장치의 설치나 유지 보수 측면에서도 매우 편리하고 간단하다.

도 7은 본 발명의 전해조와 연결하여 수소가스를 배출하기 위한 배관 구성도이다. 일반적으로 전해조를 사용하여 해수를 전기분해는 과정에서는 차아염소산나트륨 외에 그 부산물로서 수소가스가 다량 발생한다. 수소가스는 그 농도가 4% 이상이 되면 자연폭발하므로 수소가스를 배출하는 수단이 강구되어야 한다. 통상적으로는 전해조에서 발생하는 수소가스를 차아염소산나트륨 저장탱크로 해수와 함께 이송한 후 에어 등에 의하여 강제로 불어내어 배출하는 방식을 채택하고 있다.

본 발명에서는 전해조(100)와 차아염소산나트륨 저장탱크(미도시)를 연결하는 연결배관(220)과의 사이에 경사면(200a)을 가지는 구배관(200)을 연결하고, 상기 구배관(200)의 상부에 수소가스 배출관(210) 및 배출밸브(211)를 형성함으로써 수소가스를 미리 안전하게 외부로 배출할 수 있도록 한다.

이렇게 하면 다량의 수소가스가 차아염소산나트륨 저장탱크에 축적되어 발생할 수 있는 안전사고를 미연에 방지할 수 있게 된다. 즉, 전해조(100)를 거쳐 이송되는 수소가스를 중간의 구배관(200)을 이용하여 수시로 배출시켜 주는 것이다. 상기 구배관(200)의 하단부에는 경사면(200a)이 형성되어 있으므로 해수와 함께 유동하는 수소가스는 경사면을 따라 상부로 모이게 되고 배출밸브(211)에 의하여 외부로 배기된다. 이때 상기 구배관(200)의 상부에는 요철형 캡(미도시)을 장착하여 요철형 캡에 수소가스 배출관(210)을 연결함으로써 포집된 수소가스를 자동타이머(미도시) 및 배출밸브(211)를 이용하여 배출하거나 구배관(200)의 상부에 포집된 수소가스의 유량을 측정하기 위한 레벨 스위치(미도시)를 장착하여 수소가스를 수시로 자동 배출할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

도 1은 본 발명에 의한 해수 전기분해용 전해조의 분해 사시도.

도 2는 본 발명에 의한 해수 전기분해용 전해조의 조립 사시도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 전극 카트리지의 단면도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 전극 카트리지의 단면도.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 의한 해수 전기분해용 전해조의 조립 사시도.

도 6은 본 발명의 전해조를 직렬 연결하여 배치한 배관 구성도.

도 7은 본 발명의 전해조와 연결하여 수소가스를 배출하기 위한 배관 구성도.

도 8은 종래의 밸러스트 수처리용 전해조의 일 예를 보인 분해 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 전해조 110: 케이싱

111: 플랜지 112: 패킹재

113: 장착시트 114: 패킹재

120: 전극 카트리지 121: 커버

121b: 요입홈 122: 지지 프레임

122b: 요입홈 123: 전극판 어셈블리

123a,123b: 전극판 124a,124b: 전극핀

125: 스페이서 126a: 지지볼트

200: 구배관 200a: 경사면

210: 수소가스 배출관

Claims (5)

1. 개방된 양 측단에는 플랜지(111)가 형성되고, 일 측면에는 적어도 하나 이상의 착탈구(115)가 개방하여 형성되며, 중공부 내벽에는 절연성 수지나 고무 코팅층이 형성되는 케이싱(110); 및

   상기 착탈구를 통하여 상기 케이싱에 삽입 장착하는 것으로서, 커버(121), 상기 커버에 결합하는 지지 프레임(122), 상기 지지 프레임에 의하여 지지 고정되며 다수의 전극판(123a,123b)을 이격시켜 적층하여 구성한 전극판 어셈블리(123) 및 상기 전극판 어셈블리(123)에 전기적으로 연결되고 일측 단부가 상기 커버를 관통하여 돌출하도록 형성되는 한 쌍의 전극핀(124a,124b)으로 이루어지는 전극 카트리지(120);

   로 구성되는 것을 특징으로 하는 선박의 밸러스트수 처리용 착탈식 전극을 구비한 전해조.
2. 제1항에 있어서,

   상기 적층된 다수의 전극판(123a,123b)들 사이에는 스페이서(125)가 삽입 설치되며, 상기 전극판 어셈블리(123)는 볼트(126a) 및 너트(126b)에 의하여 상기 지지 프레임(122)에 지지 고정되는 것을 특징으로 하는 선박의 밸러스트수 처리용 착탈식 전극을 구비한 전해조.
3. 제1항에 있어서,

   상기 커버(121)의 내측면 및 이와 대향하는 상기 프레임(122)의 내측면에는 다수의 요입홈(121b, 122b)을 형성하고, 상기 각 요입홈에 각 전극판(123a,123b)의 측단부를 삽입하여 지지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 선박의 밸러스트수 처리용 착탈식 전극을 구비한 전해조.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,

   상기 커버는 투명한 합성수지로 형성되는 것을 특징으로 하는 선박의 밸러스트수 처리용 착탈식 전극을 구비한 전해조.
5. 제1항의 전해조(100), 상기 전해조에 연결하는 것으로서 하면에 경사면(200a)이 형성되는 구배관(200), 상기 구배관의 일 단부측의 상부에 형성되는 수소가스 배출관(210) 및 상기 수소가스 배출관 상에 형성되는 배출밸브(211)를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 선박의 밸러스트수 처리용 착탈식 전극을 구비한 전기분해장치.

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