KR20150046538A - 살균 효율이 개선된 발라스트수 처리장치용 자외선 리액터 - Google Patents

Abstract

본 발명은 리액터 몸체 내부에서의 해수의 흐름을 변화시켜 자외선 램프에 골고루 접촉되도록 함으로써 살균 효율을 극대화한 발라스트수 처리장치용 자외선 리액터에 관한 것이다. 본 발명에 따른 자외선 리액터는, 해수가 흐르는 통로로서 길이방향 양측 단부에 해수 유입구(111)와 해수 유출구(112)가 형성되는 몸체(110); 상기 몸체(110)를 폭 방향으로 가로질러서 관통하여 배치되는 복수의 자외선 램프 조립체(120); 및 상기 몸체(110)의 횡단면상 중심 부분에 몸체(110)의 길이방향으로 연장되는 형태로 배치되어 몸체(110)의 횡단면상 중심 부분의 사영역으로 해수가 흐르는 것을 방지하는 흐름 저지봉(140)을 포함한다. 이러한 본 발명은, 흐름 저지봉에 의해 자외선 램프가 지나가지 않는 사영역으로 해수 흐르는 것을 근본적으로 차단함과 더불어 흐름 저지봉에 의해 해수가 반경방향 외측으로 흐트러지고 섞이도록 하여 해수의 살균효율을 증대시킨 것이다.

Description

살균 효율이 개선된 발라스트수 처리장치용 자외선 리액터{UV reactor improved sterilization effectiveness for ballast water treatment system}

본 발명은 선박의 발라스트수 처리장치에서 발라스트 수를 자외선(Ultraviolet; UV) 살균하기 위한 자외선 리액터(Reactor)에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 리액터 몸체 내부에서의 해수의 흐름을 변화시켜 자외선 램프에 골고루 접촉되도록 함으로써 살균 효율을 극대화한 발라스트수 처리장치용 자외선 리액터에 관한 것이다.

일반적으로 선박에 설치된 발라스트 탱크는 화물의 선적 및 하역에 의해 선박의 무게중심이 변동되는 것을 최소화하여 안전한 항해가 가능하도록 돕는 것이다. 즉, 선박에 화물이 가득 선적되면 발라스트 탱크에 발라스트수를 채우지 않아도 선박의 무게중심이 해수면 아래에 위치하기 때문에 외력이 작용하더라도 선박이 안전하게 항해할 수 있으나, 선적된 화물이 없거나 적은 경우에는 화물이 선적된 것과 동일하게 선박의 일정 부분이 해수면 아래 위치하게 할 수 있도록 발라스트 탱크에 발라수트수를 채워 운항하도록 하고 있다.

위와 같이 선박의 안전 운항을 위해 사용되는 발라스트수는 특정 해역의 생물 또는 병원균 등을 다른 해역으로 전파하는 매체로 이용되는 문제점이 있다.

발라스트 탱크에 채워지는 발라스트수에는 각종 해양 생물 및 병원균 등이 포함될 수 있으며, 이러한 발라스트수의 유입과 유출이 서로 다른 지역에서 이루어지게 되므로, 발라스트수의 유입시 함께 유입된 특정 해역의 해양 생물 또는 병원균이 다른 해역으로 유출됨에 따라서 환경과 생태계를 교란시키는 부작용을 유발하게 되는 것이다.

따라서, 발라스트수의 유출입시 발라스트수에 포함된 해양 생물이나 병원균을 처리하는 설비 도입이 의무화되고 있다.

도 1은 일반적인 발라스트수 처리장치의 구성을 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 발라스트수 처리장치(1)는 전처리 필터(10)와 자외선 리액터(20)를 구비하여 유입 또는 유출되는 발라스트수를 살균처리하도록 구성되어 있다.

먼저, 발라스트수의 유입 과정을 살펴보면, 도 1에서 "A"로 표시된 구성이 해양이 되고, "B"로 표시된 구성이 발라스트 탱크가 된다.

발라스트수의 유입시, 유입관(11)의 밸브(21)와 연결관(12)의 밸브(22)는 개방되고, 분기관(13)의 밸브(23)는 폐쇄된다. 해양(A)으로부터 유입된 해수는 유입관(11)을 통해 전처리 필터(10)로 유입되고, 연결관(12)을 통해 자외선 리액터(20)를 거쳐 이물질 제거와 살균처리 과정을 거친 다음 배출관(14)을 통해 발라스트 탱크(B)로 유입된다.

반대로, 발라스트수의 유출 과정을 살펴보면, 도 1에서 "B"로 표시된 구성이 해양이 되고, "A"로 표시된 구성이 발라스트 탱크가 된다(해양과 발라스트 탱크는 공통라인(common line)에 의해 연결되어 있다). 발라스트수의 유출시, 유입관(11)의 밸브(21)와 연결관(12)의 밸브(22)는 폐쇄되고, 분기관(13)의 밸브(23)는 개방된다. 발라스트 탱크(A)로부터 유출된 해수는 분기관(13)을 통해 자외선 리액터(20)로 유입되어 살균처리 과정을 거친 다음 배출관(14)을 통해 해양(B)으로 배출된다.

최근 IMO(국제 해사 기구)에서 체결된 협정에 따라 선박에 사용된 발라스트수는 살균처리를 필요로 한다.

발라스트수 처리를 위한 살균처리는 전기분해, 열처리, 자외선 광 조사, 막분리 등 다양한 방법의 적용이 가능하지만, 자외선 광 조사 처리는 별도의 화학물질의 첨가가 필요하지 않고, 제어가 간편하기 때문에 널리 이용되고 있다.

상술한 자외선 리액터(20)는 해수에 자외선을 조사하기 위한 것으로, 자외선을 조사하는 복수의 자외선 램프를 구비한다. 자외선 리액터(20)를 통과하는 해수는 자외선 램프에서 조사되는 자외선에 의해 살균처리된다.

이러한 자외선 리액터(20)의 살균 효율은 자외선 램프의 배치와 해수의 유동 특성에 의존하게 된다.

자외선 램프들은 해수가 지나는 몸체의 유동 통로에 서로 다른 높이에 서로 다른 지점에 배치됨과 아울러, 유동 통로의 단면 전체에 걸쳐 골고루 분포되도록 설치함으로써, 해수가 유동통로의 어느 지점을 흐르더라도 반드시 자외선 램프를 지나게 하여 살균 효율을 높이고 균일한 살균이 가능하게 한다.

종래에는 자외선 램프를 여러 층에 방사상으로 배치하여 리액터 몸체의 횡단면에서 볼 때 일종의 그물망 구조가 되도록 하여 해수와 자외선 램프들 간의 접촉(즉, 자외선 램프의 표면에 직접 접촉하거나 또는 살균가능 범위를 벗어나지 않는 가까운 거리를 유지하여 통과하는 것) 기회를 증가시키고 있다.

그런데 자외선 램프를 그물망 구조처럼 배치하더라도 몸체의 단면 중심부와 같은 지점에는 자외선 램프가 전혀 지나가지 않는 영역인 이른바 사영역(死領域, dead zone)이 발생하게 되어 자외선 램프와 접촉하지 않거나, 몸체의 다른 부분에서도 불충분하게 접촉하여 통과하는 해수가 생길 수 있다.

대한민국 공개특허공보 제10-2008-0090098호

본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 리액터 몸체 내부에서의 해수의 흐름을 변화시켜 자외선 램프에 골고루 접촉되도록 함으로써 살균 효율을 극대화하는 발라스트수 처리장치용 자외선 리액터를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 자외선 리액터는, 해수가 흐르는 통로로서 길이방향 양측 단부에 해수 유입구와 해수 유출구가 형성되는 몸체; 상기 몸체를 폭 방향으로 가로질러서 관통하여 배치되는 복수의 자외선 램프 조립체; 및 상기 몸체의 횡단면상 중심 부분에 몸체의 길이방향으로 연장되어 배치되는 흐름 저지봉을 포함하여, 몸체의 횡단면상 중심 부분의 사영역으로 해수가 흐르는 것을 방지한 것이다.

이 경우, 흐름 저지봉은 복수의 지지대에 의해 몸체에 고정된다.

또한, 흐름 저지봉의 상류측 단부에는 첨두부를 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 몸체의 통로 내벽에 돌출 형성되어 몸체를 통과하는 해수의 흐름을 변화시키는 와류 생성 돌기를 더 포함한다.

상기 와류 생성 돌기는, 몸체의 길이방향으로 간격을 이루어 복수 지점에 설치하는 것이 바람직하다.

상기 와류 생성 돌기는, 몸체의 통로 내벽의 둘레 방향으로 연속하는 형태로 구성할 수 있다.

본 발명에 따른 자외선 리액터에 의하면, 몸체의 횡단면상 통로의 중앙에 흐름 저지봉을 설치하여 해수가 사영역으로 흐르는 것을 근본적으로 차단함과 더불어 흐름 저지봉에 의해 해수가 반경방향 외측으로 흐트러지고 섞이도록 하여 해수의 살균효율이 증대된다.

더 나아가서는, 몸체의 통로 내벽에 형성된 와류 생성 돌기에 의해 해수의 흐름이 흐트러지고 혼합되어 해수가 자외선 램프들에 골고루 접촉됨으로써 살균효율이 극대화된다.

도 1은 일반적인 발라스트수 처리장치의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자외선 리액터의 정면도이다.
도 3은 도 2의 X1-X1, X2-X2, X3-X3 선에 따른 횡단면도이다.
도 4는 도 2의 종단면도이다.
도 5는 도 2의 Y1 - Y1 선에 따른 횡단면도이다.

도 2 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 자외선 리액터를 보인 것이다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 자외선 리액터(100)는, 단면이 대략 원통형으로 이루어지고 길이방향 양측 단부에 각각 유입구(111)와 유출구(112)가 형성되어 있는 몸체(110)를 구비한다. 몸체(110)의 유입구(111)와 유출구(112)에는 해수 도입 관로(미도시)와 해수 배출 관로(미도시)를 연결하기 위한 플랜지(113)(114)가 형성되어 있다.

최초 해수 유입구(111)를 통해 유입된 해수는 몸체(110) 내부를 채우고, 몸체(110)를 완전히 채운 해수가 해수 유출구(112)를 통해 유출된다. 이처럼 해수가 몸체(110)를 통과하는 과정에서 몸체(110)의 둘레에 여러 각도로 배치된 자외선 램프(120)를 지나면서 처리된다.

자외선 램프(120)의 배치구조는 도 5를 병행 참조한다.

도 2 및 도 5에 도시된 바와 같이, 자외선 램프 조립체(120)는, 한 층(層)에 두 개의(한 쌍의) 자외선 램프 조립체(120)가 나란한 상태로 몸체(110)의 횡단면을 가로질러 배치되는 동시에, 각 층별로 원주방향으로 소정의 각도씩 어긋난 위치에 배치된다.

이러한 자외선 램프 조립체(120)는 길이가 긴 원통의 방전관(121)의 외부에 석영관 등으로 이루어진 보호관으로 감싼 후 양측 단부를 몸체(110)의 외측에 형성한 보스(122)에 결합하여 설치한다. 도면에서는 보호관까지 결합한 상태의 방전관(121)을 도시하고 있다.

도면에 도시된 것처럼, 한 쌍의 자외선 램프 조립체(120)들을 8개의 층에 배치하는 경우에는, 각 층별 자외선 램프 조립체(120)들은 서로 22.5도 각도씩 어긋난 위치에 배치된다.

예를 들어, 제1층에 배치된 한 쌍의 자외선 램프 조립체(120a, 120a)와 제2층에 배치된 한 쌍의 자외선 램프 조립체(120b, 120c)는 원주방향으로 서로 22.5도 각도로 어긋난(회전한) 위치에서 몸체(110)를 가로지르게 된다.

이처럼 한 층마다 2개의 자외선 램프 조립체(120)를 배치함과 더불어, 각각의 층들을 서로 어긋나게 배치하는 것은, 자외선 램프 조립체(120)들이 일종의 그물망과 같은 구조를 형성하도록 함으로써, 해수가 몸체(110)의 횡단면상 어느 지점을 통과하더라도 자외선 램프 조립체(120)와 접촉되도록 하거나, 수차례 접촉되도록 하여 살균되지 않고 통과하는 해수가 없도록 하기 위함이다.

그런데, 도 5에서 알 수 있는 바와 같이, 몸체(110)의 중심축에는 자외선 램프 조립체(120)가 전혀 지나가지 않는 통로인 사영역(Z)(도 5 참조)이 형성되므로 몸체(110)의 횡단면상 중심 부분을 지나는 해수는 자외선 램프 조립체(120)에 노출될(접촉할) 기회가 적거나 없을 수 있다.

또한, 몸체(110)의 통로 내벽부에 가까운 지점에는 자외선 램프 조립체(120) 사이의 간격이 통로 중간 지점에 비해 넓게 형성되므로, 자외선 램프 조립체(120)에 접촉할 기회가 적거나 충분할 살균이 이루어지지 못할 가능성이 있다.

본 발명은 이에 대비한 것으로, 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 몸체(110)의 통로 내벽에 와류 생성 돌기(130)를 돌출 형성한 구조를 가진다.

와류 생성 돌기(130)는, 하나 또는 둘 이상의 지점에 설치할 수 있으며, 도 2에서 X1-X1, X2-X2, X3-X3와 같이, 몸체(110)의 길이방향으로 간격을 이루는 3개의 지점에 형성할 수 있다.

와류 생성 돌기(130)는, 도 2 및 도 3에 도시된 것처럼 몸체(110)의 통로 내벽의 둘레 방향으로 연속하는 형태로 구성할 수 있다.

이러한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 해수 유입구(111)를 통해 유입된 해수가 몸체(110) 내부를 통과하는 과정에서, 몸체(110)의 통로 내벽 둘레에 인접하여 흐르는 해수는 와류 생성 돌기(130)에 부딪히면서 반경방향 내측으로의 흐름을 유도하는 한편 와류 생성 돌기(130)의 하류 부분에 소용돌이를 생성하여 흐트러지도록 하는 등, 해수의 흐름에 변화를 준다. 따라서, 와류 생성 돌기(130)를 만날 때마다 해수의 흐름이 한 번 흐트러지고 골고루 섞이면서 여러 개의 자외선 램프 조립체(120)와 충분히 접촉하면서 통과할 수 있게 된다.

또한, 이러한 해수의 흐름 변화에 의해 몸체(110) 중앙의 사영역을 지나는 해수도 여러 갈래로 흐트러지고 섞이게 되어, 사실상 사영역이 존재할 수 없게 만든다.

다음으로, 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 몸체(110)의 횡단면상 중심 부분에 몸체(110)의 길이방향으로 흐름 저지봉(140)이 배치된다.

흐름 저지봉(140)은 복수의 지지대(144)에 의해 몸체(110)의 횡단면상 중심에 위치하는 상태로 몸체(110)에 고정된다.

일 실시예에 따른 흐름 저지봉(140)은, 상류측(즉, 해수가 들어오는 방향) 단부에 끝이 뾰족한 첨두부(142)가 형성된다. 이 첨두부(142)에 의해 몸체(110)의 횡단면상 중앙으로 들어오는 해수의 방향을 반경방향 외측으로 바꾸어 준다.

즉, 해수가 몸체(110)의 내부 통로를 흐르는 과정에서 흐름 저지봉(140)에 의해 사영역으로 흐르는 것이 방지되는 한편 흐름 저지봉(140)에 의해 해수가 외측으로 퍼지면서 흐트러지고 다른 해수와 섞이게 되므로 해수가 자외선 램프 조립체(120)와 골고루 접촉할 수 있다.

더 나아가서, 흐름 저지봉(140)의 첨두부(142)는, 해수의 흐름 경로를 반경방향 외측으로 원활히 변화하도록 유도하면서도 반경방향 외측으로 좀 더 퍼지게 유도하여 해수가 통로 전체에 걸쳐 좀 더 활발히 흐트러지고 섞이도록 함으로써 살균효과를 더 좋게 할 수 있다.

도면에 도시한 실시예와 같이, 와류 생성 돌기(130)와 함께 흐름 저지봉(140)을 병행하여 설치하는 경우 해수가 좀 더 골고루 흐트러지고 섞이도록 할 수 있으며, 그에 따라 살균효율을 극대화할 수 있다.

따라서, 몸체(110)의 용량이나 해수의 유량, 펌프의 용량 등의 조건에 따라 와류 생성 돌기(130)나 흐름 저지봉(140) 중 한 가지를 선택하여 적용하거나, 또는 두 가지를 모두 적용할 수 있다.

이상에서는 본 발명의 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능할 것이다.

100 : 자외선 리액터
110 : 몸체
111 : 해수 유입구
112 : 해수 유출구
113, 114 : 플랜지
120 : 자외선 램프 조립체
121 : 방전관
122 : 보스
130 : 와류 생성 돌기
140 : 흐름 저지봉
142 : 첨두부

Claims (6)

1. 해수가 흐르는 통로로서 길이방향 양측 단부에 해수 유입구와 해수 유출구가 형성되는 몸체;
   상기 몸체를 폭 방향으로 가로질러서 관통하여 배치되는 복수의 자외선 램프 조립체; 및
   몸체의 횡단면상 중심 부분에 몸체의 길이방향으로 연장되는 형태로 배치되어 몸체의 횡단면상 중심 부분의 사영역으로 해수가 흐르는 것을 방지하는 흐름 저지봉을 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 리액터.
2. 제1항에 있어서,
   흐름 저지봉은 복수의 지지대에 의해 몸체에 고정되는 것을 특징으로 하는 자외선 리액터.
3. 제1항에 있어서,
   흐름 저지봉의 상류측 단부에는 첨두부가 형성되는 것을 특징으로 하는 자외선 리액터.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 몸체의 통로 내벽에 돌출 형성되어 몸체를 통과하는 해수의 흐름을 변화시키는 와류 생성 돌기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 자외선 리액터.
5. 제4항에 있어서,
   상기 와류 생성 돌기는, 몸체의 길이방향으로 간격을 이루어 복수 지점에 설치되는 것을 특징으로 하는 자외선 리액터.
6. 제4항에 있어서,
   상기 와류 생성 돌기는, 몸체의 통로 내벽의 둘레 방향으로 연속하는 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 자외선 리액터.

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