KR20170010162A - 디스케일링 기능을 구비하는 해수전해장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 해수 전해장치에 관한 것이다. 본 발명의 전해장치는, 내부에서 전해 반응을 일으킬 수 있는 전해조로 이루어지는 전해조군(10G)과; 상기 전해조군으로 해수를 공급할 수 있는 하나의 펌프; 상기 펌프의 구동에 의하여 상기 전해조군으로 해수를 정방향으로 공급하여 배출하는 정방향 라인(L1, L2, L3); 상기 펌프의 구동에 의하여, 상기 전해조군으로 해수를 역방향으로 공급하여 배출하는 역방향 라인(L12,L14); 상기 전해조군의 전후의 정방향 라인에 설치되어, 정방향으로의 해수의 흐름을 단속할 수 있는 다수의 밸브(V14,V16); 그리고 상기 전해주군의 전후의 역방향 라인에 설치되어, 역방향으로의 해수의 흐름을 단속할 수 있는 다수의 밸브(V24,V26)로 구성된다. 여기서 상기 역방향 라인(L12,L14)은 전해조군의 전후에서 정방향 라인(L2,L3)과 합류되어, 전해조군의 전후에서 역방향 라인과 정방향 라인이 일부 공용될 수 있다.

Description

디스케일링 기능을 구비하는 해수전해장치{Electrolyzing device with descaling function}
본 발명은 해수 전해장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 역방향으로 해수를 흘리는 것에 의하여 장시간에 걸친 전해과정에서 발생하는 스케일을 자체적으로 방지할 수 있도록 구성되는 해수전해장치에 관한 것이다.
일반적으로 전해 장치라고 함은, 해수, 염수 또는 전해질이 포함되어 있는 용액을 전기 분해하여 차아염소산나트륨(NaOCl)을 생성하거나 전기분해를 이용한 금속의 회수 또는 수처리 설비를 말한다. 차아염소산나트륨을 생성하는 전해 설비는, 주로 해수를 전기 분해하여 공업용 차아염소산 나트륨을 생성하고, 이를 발전소, 제철소 또는 석유화학 등의 대단위 플랜트의 냉각 계통에 주입함으로써, 패류 및 미생물의 성장 및 부착을 방지하는 목적으로 이용하고 있다.
전해설비는 전해소에 내장되어 있는 양금과 음극에 각각 직류전원을 인가하여 해수 또는 염수에 포함되어 있는 염화나트륨(NaCl)이 전기 분해되면서 차아염소산나트륨이 생성될 수 있도록 설계된다. 그리고 이와 같은 전해 반응을 이용하여 차아염소산나트륨을 생성하는 전해설비는 크게 판(Plate)형과 튜브(Tube)형으로 구분될 수 있다.
현재 판형 타입이 발전소 또는 제철소 등과 같은 플랜트에 많이 적용되고 있는 실정이다. 현재 사용되고 있는 해수 전해 장치는 일반적으로 저농도(1,500~2,000ppm)의 차아염소산나트륨만을 생성하고 있는 실정이고, 유속이 느린 판형 전해장치를 이용하는 경우에는 상술한 바와 같은 스케링의 생성 및 성장이 더욱 많이 나타나게 됨과 동시에 고농도의 차아염소산나트륨을 생성하는 것이 어려운 실정이다.
그리고 현재 사용되고 있는 터뷸러 타입의 전해장치에 의하면, 전해 반응을 일으키는 전해조가 대부분 수평 방향으로 배열되어 있다. 그러나 수평 방향으로 전해조를 배열하는 경우에는, 전해 반응시 발생하는 가스(수소 및 산소 등)가 수평으로 배열되어 있는 전해조 내부에서 이동이 현저하게 느리기 때문에 전해조 내부에서 전해 반응을 일으키기 위한 전극의 표면적을 축소시키게 되어, 실질적으로 전해 반응의 효율을 저하시키는 단점으로 나타나게 된다
이와 같은 전해조의 배열 타입과는 별도로, 전해조를 장시간 운전하게 되면, 내부에는 스케일이 발생하게 된다. 이렇게 전해조 내부에 스케일이 발생하게 되면, 운전 효율이 저하되는 것과 같이 내부에 여러 가지 문제가 발생함은 당연하다. 종래에는 이러한 스케일의 발생을 방지하기 위하여, 정해진 시간 동안 운전한 후에는 염산을 이용하여 전해조를 클리닝시키는 것이 일반적이라고 할 수 있다.
그러나 염산을 이용한 클리닝은, 안전성의 측면에서도 상당한 문제가 있음은 물론이고 경제적인 측면에서도 상당히 불리한 단점이 있다고 할 수 있다. 즉, 장기간의 운전에 의하여 발생하는 스케일을 제거하기 위한 종래의 방법은 안전 및 비용의 측면에서 불리함이 있음을 알 수 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 해수의 역방향 흐름을 이용하여 자체적으로 디스케일링이 가능한 해수 전해장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 해수의 흐름을 이용하여 디스케일링을 수행하기 위한 라인 및 펌프 등의 부품을 가장 간단한 구조를 가지도록 하는데 있다고 할 수 있다.
본 발명의 전해장치는, 내부에서 전해 반응을 일으킬 수 있는 전해조로 이루어지는 전해조군과; 상기 전해조군으로 해수를 공급할 수 있는 하나의 펌프; 상기 펌프의 구동에 의하여 상기 전해조군으로 해수를 정방향으로 공급하여 배출하는 정방향 라인; 상기 펌프의 구동에 의하여, 상기 전해조군으로 해수를 역방향으로 공급하여 배출하는 역방향 라인; 상기 전해조군의 전후의 정방향 라인에 설치되어, 정방향으로의 해수의 흐름을 단속할 수 있는 다수의 밸브; 그리고 상기 전해주군의 전후의 역방향 라인에 설치되어, 역방향으로의 해수의 흐름을 단속할 수 있는 다수의 밸브로 구성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 역방향 라인은 전해조군의 전후에서 정방향 라인과 합류되어, 전해조군의 전후에서 역방향 라인과 정방향 라인이 일부 공용으로 사용 가능하도록 구성하고 있다.
본 발명의 전해조에 대한 실시예에 의하면, 상기 전해조군은 상하 방향으로 설치되는 다수의 전해조와, 해수의 흐름을 기준으로, 상류측 전해조의 상단부와 하류측 전해조의 하단부를 연결하는 다수의 연결파이프를 포함하여 구성된다.
이상과 같은 본 발명에 의하면, 하나의 펌프를 이용하여 정방향 및 정방향으로 해수를 각각 전해조의 내부로 투입할 수 있도록 하고 있음을 알 수 있다. 따라서 종래의 염산을 이용한 클리닝에 의하여 스케일이 생성되지 않도록 하는 것과 비교하면, 안정성의 측면에서 그리고 비용적인 측면에서도 현저하게 유리한 장점을 가질 수 있게 된다.
그리고 본 발명의 각각의 전해조는, 상하 방향으로 배열되도록 함으로써, 전해 반응에 의하여 생성되는 가스(수소 등)는 바로 상부로 올라가게 된다. 따라서 전해 반응 중에 발생한 기체가 내부에 머물게 됨으로써 전해반응을 일으키는 전극의 표면적에 방해되지는 일이 발생하지 않게 되어, 전해 반응의 효율이 주변 환경에 의하여 저하되는 것을 방지함으로써, 설계된 전해조에 대한 최적의 전해 성능을 발휘할 수 있게 되는 장점을 기대할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 의한 해수 전해장치의 예시도.
도 2는 각각의 전해조에 대한 실시예를 보인 예시도.
도 3은 각각의 전해조에 대한 배치예를 보인 사시도.
도 4는 각각의 전해조에 대한 배치예를 보인 사시도.
다음에는 도면에 도시한 바와 같은 실시예에 기초하면서 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 살펴보기로 한다. 본 발명에 의한 디스케일링 가능한 전해장치는 다수의 전해조군(10G)을 포함하고 있으며, 이러한 전해조군(10G)은 다양한 실시예가 있을 수 있으며, 하나의 실시예에 대해서는 후술하기로 한다. 여기서 전해조군(10G)이라고 함은 하나 또는 다수의 전해조가 그룹을 이루면서 설치되어 있는 것을 총칭하는 것으로 정의한다. 따라서 상술한 전해조군(10G)이라고 함은, 하나의 전해조로 구성될 수도 있고, 다수의 전해조로 구성될 수도 있다.
이러한 전해조군(10G)을 경유하는 해수의 흐름은 하나의 펌프(P12)를 통하여 두 가지로 생성된다. 즉, 전해 반응을 일으키기 위한 전해 반응을 위한 흐름과, 일정 시간 운전 후 스케일의 생성이 시작될 수 있는 상태에서 수행되는 디스케일링을 위한 흐름이라고 할 수 있다. 도 1에서 전해 반응 흐름은 실선으로 도시하고 있으며, 디스케일링 흐름은 점선으로 도시하고 있으며, 각각의 흐름 방향을 쉽게 알 수 있도록 해수의 방향을 화살표로 표시하고 있다.
먼저 전해 반응을 위한 해수의 흐름을 살펴보면, 펌프(P12)에서 발생하는 동력에 의하여 제1라인(L1)을 통하여 해수가 유입되어, 펌프(P12)를 통과한 후에는 제2라인(L2)을 거쳐서 상기 전해조군(10G)으로 투입된다. 도시한 실시예에 있어서 전해조군(10G)은 다수(한 쌍)로 구성되어 있기 때문에, 제2라인(L2)의 하류 측에서 다수로 분기되어 상기 전해조군(10G)에 각각 공급된다. 그리고 상기 전해조군(10G) 내부에서는 전해 반응이 일어나고, 이러한 반응을 마친 해수는 제3라인(L3)을 통하여 배출된다.
이와 같은 제1라인(L1) 내지 제3라인(L3)을 통하여 해수가 흐르게 되면, 실질적으로 전해조군(10G) 내부에서는 전해 반응이 일어나고 있다는 것을 의미한다. 이와 같은 전해 반응이 일정 시간 이상 지속되면 전해조의 내부에 스케일이 생성될 수 있다. 따라서 정해진 시간 운전한 후에는, 반드시 해수를 역으로 흘리는 백플러싱(Back flushing)을 통하여 디스케일링 운전을 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 하나의 펌프(P12)를 이용하여 상기 전해조군(10G)에서 해수를 역방향으로 흘림으로서, 백플러싱을 통하여 디스케일링을 수행할 수 있도록 구성하고 있다. 이하에서는 이러한 디스케일링을 위한 백플러싱을 위한 구조에 대하여 살펴보기로 한다.
상술한 펌프(P12)에는 역방향으로 해수를 전해조군(10G)에 공급하기 위하여, 제1백라인(L10) 및 제2백라인(L12)이 순차적으로 설치되어 있다. 즉 펌프(P12)가 구동하면, 제1백라인(L10)을 통하여 입구에서 해수가 유입되고 이렇게 유입된 해수는 제3라인의 상류측에서 전해조군(10G)으로 유입된다.
이렇게 역방향으로 전해조군(10G)에 유입된 해수는, 전해조 내부에서 실질적으로 백플러싱을 수행하게 된다. 일정 시간 전해조군(10G)이 운전되면, 전해조군(10G) 내부에서는 스케일 발생 초기 상태 동종 이온상태가 겔상태와 유사하게 발생하게 된다. 그리고 역방향의 흐름이 전해조군(10G) 내부에 형성되면, 이러한 동종 이온상태의 물질이 제거되어 흘러나가게 된다. 이와 같이 역방향의 해수의 흐름에 의하여 디스케일링이 수행되는 것은, 실질적으로 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 주지의 사실이기 때문에 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
그리고 전해조군(10G)의 내부에서 역방향으로 흐른 해수는 제3백라인(L14)를 통하여 외부로 흘러나가게 된다. 본 발명에 의하면, 상술한 바와 같은 정방향(전해 반응을 위한 정방향)의 흐름 및 역방향(디스케일링을 위한 역방향)의 흐름을 정확하게 제어하기 위하여 다수의 밸브가 설치되어 있다.
먼저 상기 전해조군(10G)의 전후(상류측 및 하류측)의 제2라인(L2)의 하류부분과 제3라인(L3)의 상류부분에는 각각 밸브(V14,V16)가 설치되어 있다. 이러한 밸브(V14,V16)는, 해수의 역방향 흐름 시 닫혀진다. 그리고 백플러싱을 위한 라인에도 밸브가 설치되는데, 역방향 흐름에 대하여 전해조군(10G)의 전후(상류 및 하류)에 밸브가 설치된다. 구체적으로 보면, 제2백라인(L12)에 밸브(V24)가 설치되어 있고, 제3백라인(L14)에도 밸브(V26)가 설치되어 있다. 그리고 이러한 밸브(V24,V26)는 정방향의 해수 흐름 시 닫혀진다.
전체적인 흐름과 밸브와의 관계를 살펴보면, 정방향 흐름 시에는, 제1라인(L1), 제2라인(L2)를 통하여 전해조군(10G)으로 해수가 투입된 후, 제3라인(L3)을 통하여 외부로 배출된다. 이 때 역방향으로 해수의 공급을 위한 제2백라인(L12) 및 제3백라인(L14)에 각각 설치되어 있는 밸브(V24,V26)는 닫힌 상태를 유지하게 된다. 이 때 해수의 흐름을 일으키는 구동원은 펌프(P12)임을 당연하다.
역방향의 흐름 시에는, 제1라인(L1), 제2라인(L2), 그리고 제3라인(L3)을 경우하는 해수의 흐름을 멈추어야 하기 때문에 밸브(V14,V16)는 닫힌 상태가 된다. 그리고 밸브(V24,V26)는 열린 상태에서, 펌프(P12)의 동작에 의하여 역방향의 흐름이 생성된다. 그리고 이러한 백플러싱에 의하여, 전해조군(10G)의 내부에는 디스케일링될 것임은 상술한 바와 같다.
본 발명에서는, 상기 전해조군(10G) 주변의 라인에 대하여, 정방향 및 역방향 시 일부 공용으로 사용하는 것이 바람직하다. 즉, 제2백라인(L12)는 제3라인(L3)의 상류측과 서로 연결(합류)되도록 하고 있다. 또한 제3백라인(L14)은 제2라인(L2)의 하류부분과 서로 합류하도록 구성할 수 있다. 이와 같이 합류하도록 구성하게 되면, 도 1에서 점선과 실선이 병행하고 있는 라인 부분을 하나의 라인으로 구성하는 결과로 될 것임을 알 수 있다.
이와 같이 일부의 라인이 서로 연결되어 합류되도록 구성하게 되면, 실질적으로 전체적으로 해수의 공급을 위한 라인을 최소화함과 동시에 구조를 가장 단순하게 할 수 있을 것으로 기대된다. 즉, 상기 전해조군의 전후에서 일부 라인이 공용으로 사용될 수 있게 된다. 이와 같은 점은 실질적으로 경제적인 측면에서도 유리함은 물론이거니와 보수 및 유지 관리의 측면에서도 유리할 것임은 통상의 전문가라면 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
다음에는 이상에서 살펴본 바와 같은 정방향 흐름 시의 전해 반응, 그리고 역방향 흐름 시의 백플러싱이 수행되는 전해조군(10G)의 구체적인 하나의 실시예에 대하여 살펴보기로 한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 각각의 전해조(10)는 터뷸러 형태의 전해조이고, 그 내부에서 염수와의 접촉에 의하여 전해 반응을 일으키는 것으로, 그 구조 자체는 공지된 것이다. 그리고 상기 터뷸러 형태의 전해조(10)는 도시한 바와 같이, 상하 방향으로 설치되어 있다. 여기서 상하 방향이라고 함은, 전해조(10) 내부에서 발생한 기체가 상방으로 떠오를 수 있는 형태를 포괄하는 개념으로 사용하는 것으로 정의한다. 즉, 상기 전해조(10)는 실질적으로 수직(vertical) 형태로 설치되어 있는 것 뿐만 아니라, 일정한 경사를 가지고 설치되어 기체가 스스로 상부로 이동할 수 있는 경사진 형태의 것을 포함하는 것으로 정의한다.
도 2에서 염수 또는 해수가 처음으로 유입되는 제1전해조(10)에는 하방에 입구가 형성되어 있어서, 전해 반응을 일으키기 위한 해수가 유입된다. 그리고 상기 제1전해조(10)의 내부에서는 전해 반응이 일어나면서 해수는 상방으로 이동하게 된다. 그리고 이러하 전해 반응 중에는 수소를 포함하는 기체가 발생하게 되는데, 이렇게 발생하는 기체는 도시한 실시예에서의 전해조는 수직 방향으로 형성되어 있기 때문에 상방으로 스스로 이동하게 된다.
그리고 이러한 기체의 이동은 실질적으로 신속하게 일어나는 것이라고 할 수 있어서, 전해 반응과정에서 발생한 기체가 전해조(10) 내부에서 일정 부분에 머물게 되는 것을 방지할 수 있게 된다. 여기서 기체가 전해조 내부에서 머물게 되면, 전해조 내부의 반응 전극의 면적을 실질적으로 축소하게 되어 전해 반응의 효율이 저하된다. 그러나 본 발명에 의하면, 전해조(10)가 상하 방향으로 설치되어 있기 때문에 생성되는 기체는 바로 상방으로 이동하게 되어, 전해 반응을 위한 전극의 표면적에 전혀 영향을 받지 않게 됨을 알 수 있다.
상기 제1전해조(10)의 상부에 형성되는 출구는, 연결파이프(20)에 의하여 두번 째 설치된 제1전해조(12)의 하단부와 연결되어 있다. 따라서 제1전해조(10)를 통과한 해수는 상기 연결파이프(20)를 통하여 제2전해조(12)로 유입되어, 제1전해조에서와 같은 전해 반응이 진행될 수 있다. 그리고 본 발명에 의한 전해조는 다수 개 설치되는데, 인접하는 전해조끼리의 연결은 상술한 바와 같다.
즉, 본 실시예의 다수 개의 전해조(10,12)는, 해수의 흐름을 기준으로 할 때 상류측에 위치하는 전해조의 상단부와, 인접하는 전해조의 하단부가 연결파이프(20)에 의하여 연결되는 것이다. 그리고 이렇게 다수 개의 전해조를 통과하면서 전해 반응이 일어나면서, 생성되는 차아염소산나트륨의 농도를 더욱 높게할 수 있을 것이다. 그리고 본 발명에서 상술한 바와 같이 다수의 전해조를 통하여 흐르는 해수의 흐름을 형성하는 것은 도 1의 펌프(P12)에 의하여 이루어짐은 당연하다.
도 3 및 도 4에 도시한 실시예에서는, 다수 개의 전해조가 앞뒤에서 두 개의 열을 이루도록 배치되고 각각의 전해조는 연결파이프(150,152,154,156)에 의하여 연결되어 있음을 알 수 잇다. 뒤편의 가장 처음에 위치하고 있는 최초 전해조(110)의 하부에는 해수가 투입되는 입구(112)가 형성되어 있다. 상기 입구(112)를 통하여 최초 전해조(110)으로 유입된 해수는 화살표로 도시한 방향을 따라서 인접하는 전해조로 각각 이동한다.
여기서 인접하는 전해조로 이동하는 것은 각 전해조의 상단부와 인접한 전해조의 하단부를 연결하는 연결파이프(150,152)를 통해서 이루어짐은 상술한 바와 같다. 그리고 후방에 있는 열의 최종 위치에 있는 전해조는 연결파이프(154)에 의하여 전방에 위치하는 전해조의 하단과 연결된다. 그리고 연속하여 다수의 전해조를 통과한 해수는 최종 전해조(120)에 도달하게 되고, 내부에서 전해 반응이 일어나 후, 상단부에 형성된 그 출구(122)를 통하여 외부로 공급된다.
여기서 상기 다수의 전해조는 프레임(200)에 의하여 지지되는데, 예를 들면 원통상의 전해조를 감싸면서 상기 프레임(200)에 고정되는 연결구(210)에 의하여 전해조가 프레임(200)에 지지된다. 상기 프레임(200)은 실질적으로 상하 방향으로 배치되는 다수 개의 전해조를 지지하기 위한 지지수단으로써의 기능을 가지고 있다고 할 수 있고, 이러한 프레임에 대해서는 다른 여러 가지 변형이 가능함은 당연하다고 할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명은 다수의 전해조가 이루는 전해조군(10G)에 대하여, 전해 반응을 일으키는 정방향으로의 흐름과 디스케일링을 위한 역방향으로의 흐름을 하나의 펌프를 이용하여 생성되도록 하고 있음을 알 수 있다. 이러한 역방향의 흐름에 의하여 전해조 내부에서는 스케일의 발생이 충분히 억제될 수 있어서, 안정성 및 경제성이 우수한 디스케일링 장치를 제공하고 있음을 알 수 있다.
이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서 당업계의 통상의 기술자에게 있어서는 다른 여러 가지 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명의 보호범위는 첨부한 특허청구의 범위에 기초하여 해석되어야 할 것임은 당연한 것이라고 할 수 있다.
10G ..... 전해조군
L1 ..... 제1라인
L2 ..... 제2라인
L3 ..... 제3라인
L10 ..... 제1백라인
L12 ..... 제2백라인
L14 ..... 제백라인
P12 ..... 펌프
V14, V16, V24, V26 ..... 밸브
10, 12, 18, 110, 120 ..... 전해조
20, 150, 152, 156 ..... 연결파이프

Claims (3)

  1. 내부에서 전해 반응을 일으킬 수 있는 전해조로 이루어지는 전해조군(10G)과;
    상기 전해조군으로 해수를 공급할 수 있는 하나의 펌프;
    상기 펌프의 구동에 의하여 상기 전해조군으로 해수를 정방향으로 공급하여 배출하는 정방향 라인(L1, L2, L3);
    상기 펌프의 구동에 의하여, 상기 전해조군으로 해수를 역방향으로 공급하여 배출하는 역방향 라인(L12,L14);
    상기 전해조군의 전후의 정방향 라인에 설치되어, 정방향으로의 해수의 흐름을 단속할 수 있는 다수의 밸브(V14,V16); 그리고
    상기 전해주군의 전후의 역방향 라인에 설치되어, 역방향으로의 해수의 흐름을 단속할 수 있는 다수의 밸브(V24,V26)로 구성되는 해수 전해장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 역방향 라인(L12,L14)은 전해조군의 전후에서 정방향 라인(L2,L3)과 합류되어, 전해조군의 전후에서 역방향 라인과 정방향 라인이 일부 공용되는 해수 전해장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전해조군은, 상하 방향으로 설치되는 다수의 전해조와, 해수의 흐름을 기준으로, 상류측 전해조의 상단부와 하류측 전해조의 하단부를 연결하는 다수의 연결파이프를 포함하는 해수 전해장치.



KR1020150100473A 2015-07-15 2015-07-15 디스케일링 기능을 구비하는 해수전해장치 Ceased KR20170010162A (ko)

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KR102259629B1 (ko) 2020-11-03 2021-06-02 주식회사 제이텍 전극 무세정 전해수 순환식 고효율 차아염소산나트륨 발생장치
KR20220161726A (ko) 2021-05-31 2022-12-07 주식회사 제이텍워터 전극 무세정 방식의 전해수 순환식 고효율 차아염소산나트륨 발생장치
KR102763719B1 (ko) * 2024-07-05 2025-02-07 주식회사 엠케이피이앤씨 해수전해설비용 셀 박스 및 셀 커버

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