KR20180042886A - 수중 세균 및 미생물 제거 장치 및 그 방법 - Google Patents

수중 세균 및 미생물 제거 장치 및 그 방법 Download PDF

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KR20180042886A
KR20180042886A KR1020160135124A KR20160135124A KR20180042886A KR 20180042886 A KR20180042886 A KR 20180042886A KR 1020160135124 A KR1020160135124 A KR 1020160135124A KR 20160135124 A KR20160135124 A KR 20160135124A KR 20180042886 A KR20180042886 A KR 20180042886A
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운해이엔씨(주)
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Abstract

본 발명은, 외부 청청 공기에 고전압발생기에서 생성되는 매우 높은 전계전자에너지를 인가시켜 해리, 여기, 이온화, 산화, 환원 반응 등의 전기화학적 반응으로 산소이온{[O], O
Figure pat00020
}, 질소이온(N), OH
Figure pat00021
Radical 등의 활성기체를 발생시켜 피처리수에 공급하고, 피처리수에 활성기체가 혼합된 유체에 매우 높은 전계전자에너지를 인가하여 활성기체공급기에서 공급된 활성기체의 일부를 탈포하고, 피처리수를 미세한 물 분자로 해리하여 수소이온(H
Figure pat00022
), 수소이온(H
Figure pat00023
), 수산기(OH
Figure pat00024
), 산소음이온(O
Figure pat00025
), 산소이온(O
Figure pat00026
) 등의 이온을 생성하고, 피처리수공급관 외부에 나선형으로 일정권수 감아서 형성된 복수 개의 코일에 전원공급기에서 공급되는 교류 전류를 주파수 변조기에서 주파수를 다양한 범위로 변조하며, 서로 상이한 전압을 스위칭 제어회로를 이용하여 서로 독립된 복수개의 코일에 순차적으로 인가, 차단의 반복적 제어방법으로 코일에 흐르는 유기전류에 의해 생성되는 파동을 갖는 제1 진동전자장을 피처리수에 공급하고, 여기에 자기장을 부여하여, 활성기체와 물 분자가 해리되어 생성된 이온의 여기 상태를 연장하고 주파수가 변조되고, 서로 상이한 전압이 스위칭 제어회로에 의해 코일에 순차적으로 전원이 인가, 차단의 반복적 제어동작에 의해 파동성을 가지는 제 2 진동전자장을 피처리수에 부여하여, 활성기체 및 물 분자를 해리하여 생성되는 수소양이온(H
Figure pat00027
), 음이온(OH
Figure pat00028
) 으로 피처리수의 칼슘이온(Ca
Figure pat00029
), 마그네슘이온(Mg
Figure pat00030
), 칼륨이온(K
Figure pat00031
) 등의 스케일 성분과 반응되도록 하여 피처리수의 스케일, 불용성 물질, 에멀전 물질을 제거하여서 수질을 정화하며, 스케일 형성을 방지하고, 배관의 부식을 방지하며 전기 응집 방식으로 스케일 성분이 포함된 응집물을 전기적 방법으로 응집하여 외부로 배출할 뿐 아니라 오염물질이 제거되어 정화된 처리수에 불용된 활성기체와 수소가스, 탄산가스를, 탈기기로 유입하여 탈기기의 Float Bowl에 의해 본체 외부로 배기하는 다목적 수처리 및 스케일형성방지장치에 관한 것이다.
이러한 다목적 수처리 및 스케일 형성 방지 장치는 사전에 미리 프로 그램 되어 입력된 제어 시스템에 의해 자동운전이 가능하며 수처리 시간이 단축되고, 고도 수처리가 가능하며, 대용량이 필요한 산업 현장에도 적용할 수 있는 또 다른 효과를 가져 온다.

Description

수중 세균 및 미생물 제거 장치 및 그 방법{Underwater Bacteria and Micro-organism Elimination Apparatus and Method Thereof}
본 발명은 녹조 및 적조가 활성화된 하천수, 해양수 또는 함선의 발라스트 탱크용 해수, 공업용 하천수, 해양수 등에 함유된 각종 세균이나 미생물을 제거하기 위한 수중 세균 및 미생물 제거 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
녹조 및 적조로 오염된 해양수를 정화하기 위한 다양한 기술이 제안된 바 있다. 그 대표적인 예로 황토를 이용한 해양수 정화시도를 대한민국 특허공보 제 10-1028175호 (발명의 명칭: 황토분사기능을 갖는 선박형적조 및 녹조 제거장치 ; 이하 '인용발명1'이라 함)에 의하여 살펴 볼 수 있다.
이러한 인용발명1은 선박 내부에 설치되며 교반기가 설치된 황토액 혼합탱크에 저장된 황토액을 분사펌프를 이용하여 부력판에 설치된 노즐에 황토액을 공급하여 수면위에 분사함과 동시에 하강수단을 이용하여 수온이 상승된 표층수를 하층부로 분출하여 표층의 산소를 심층에 전달과 함께 표층에 발생된 적조 및 녹조를 심층부로 하강시켜 사멸시키도록 하는 것이다. 반면에, 인용발명1은 황토액을 연속 투입하여야 하므로 유지관리비가 많이 들고 적조 및 녹조의 사멸효율이 낮으며 사멸시간이 많이 소요된다.
다른 형태로 초음파를 이용한 녹조 방지 시스템이 제안된 바 있으며, 그 구조를 대한민국 등록특허공보 제 10-1570120호(발명의 명칭: 초음파 녹조제거 시스템; 이하 '인용발명2'라 함)에 의하여 살펴 볼 수 있다. 이러한 인용발명2는 레일부, 초음파 발생기, 초음파 반사부, 제어부, 수면 감지부로 구성되어 레일부에 초음파 반사부가 설치되어 초음파 반사부가 상기 레일부를 따라 승강 이동하게 하였고, 반사부에 설치되는 반사본체의 바닥 반사판 상부에 초음파 진동자가 내장된 초음파 발생기를 설치하여 초음파 발생기에서 생성되는 초음파를 수면이나 수중에 조사하여 녹조의 기포를 파괴하고 수면에 음파막을 형성하여 조류의 부력을 방해하며, 부유하지 못한 조류는 빛을 보지 못해 광합성 작용을 억제하여 사멸 시키도록 한 것이다.
반면에 이러한 인용발명2는 해수의 경우 수중에 설치되는 초음파 반사부 자체가 염분으로 인하여 부식되어 사용이 불가능하게 되는 경우가 빈번하고 녹조의 기포파괴만으로 녹조 및 적조 사멸에 장기간 시일이 소요되는 단점이 있는 것이다.
아울러, 플라즈마를 이용하여 녹조 및 적조 제거를 도모할 수 있도록 한 시도가 있었으며 그 예를 대한민국 특허공보 제 10-1629202호(발명의 명칭: 플라즈마를 이용하는 녹조 및 적조제거장치; 이하 '인용발명3'이라 함)에 의하여 살펴 볼 수 있다. 이러한 인용발명3은 선박 하부에 원형의 유동로를 지지체를 이용하여 선박에 고정하고 유동로 상부 일측을 관통하여 유전체관을 유동로 하부에 설치된 버블 생성기 까지 연장하여 설치하고, 유전체 내부에 방전극을 설치하고,방전극과 일정거리 이격하여 유동로 일측에 대항전극을 설치하며 전원 인가수단에서 생성된 고전압을 도선을 통하여 방전극 및 대향전극에 인가하여 수중 플라즈마 방전과정에서 생성되는 오존 및 수산기(OH-Radical)를 유동로로 유입되는 적조 및 녹조 함유수에 분산 접촉케하여 사멸하도록 한 것이다.
이러한 인용발명3은 수중에 용해되지 않은 배오존 처리 시설 및 버블 발생기가 별도 필요할 뿐만 아니라 유전체의 표면 오염 시 방전이 불균일하여 적조 및 녹조처리에 많은 소요시간이 필요한 문제점이 있는 것이다.
이상에서 살펴 본 바와 같이 종래의 하천수 및 해양수 녹조 및 적조 제거장치 및 방법들은 전술한 문제점들로 인해 효율성 측면에서 미진한 부분이 있으며, 안정성, 내구성을 확보하면서 넓은 적용범위를 갖는 녹조 및 적조 제거 방안을 제시하지 못하고 있는 실정이다.
1. 대한민국 특허공보 제 10-1028175호 (발명의 명칭: 황토분사기능을 갖는 선박형적조 및 녹조 제거장치) 2. 대한민국 등록특허공보 제 10-1570120호 (발명의 명칭: 초음파 녹조제거 시스템) 3. 대한민국 특허공보 제 10-1629202호 (발명의 명칭: 플라즈마를 이용하는 녹조 및 적조제거장치)
본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 스크린조에서 협잡물을 걸러내고, 협잡물이 제거된 하천수에 고전압방전에 의해 생성되는 매우 높은 전계전자에너지를 이용하여 전기화학적 반응으로 팬에 의하여 유입되는 공기 중 질소분자, 산소분자, 수증기의 물 분자의 공유결합을 분해하여 생성된 활성기체를 얻고 이를 고압으로 가압하여 처리 대상 하천수나 해수의 수중에 분무하여 상기 활성기체가 하천수, 해수 수중에서 분산되면서 적조, 녹조류를 1차 살균하고, 이어서 가열살균 수단에서 적열(赤熱) 상태의 가열매체와 하천수, 해수가 접촉되면서 가열되어 2차살균이 실시되도록 함과 동시에 가열매체에 제어반에서 생성된 고전압이 함께 인가되도록 함으로써 수중방전 또는 전기분해 등 전기화학적 반응으로 3차 살균이 실시되도록 하며, 이에 더하여 전기분해수단에 유입되어 전기분해 및 응집반응으로 4차 살균을 실시한 후 여과수단으로 하천수, 해수에 응집된 슬러지를 여과, 회수 하고 정화된 하천수, 해양수를 다시 하천이나 해양으로 방류하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치 및 그 방법을 제공함에 있다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 하천수 및 해양수가 유입되는 측면이 개방되고, 다른 한 측면에 흡입 펌프가 설치된 일정직경의 출수관이 설치되는 본체, 본체 내부에 설치된 구조물에 하천수 유입방향 과 스크린용 바가 설치되고, 스크린용 바 상부에 플레이트가 본체에 설치되고, 본체 상부에 설치된 구동 모타 및 하부에 설치되는 구동기구(기어)사이에 체인에 의해 스크린이 연결되고, 상부에 설치되는 구동 모터에 체인으로 상부, 하부 구동기구와 연결되며, 본체 상부 일측에 협잡물 저장탱크가 별도 설치되는 협잡물 여과수단, 출수관상에 설치된 펌프가 가동되어 하천수를 본체 내부로 유입 및 외부로 배출하는 과정에 하천수에 부유된 협잡물이 스크린용 바에 걸러지면 구동모터가 가동되어 체인에 연결된 플레이트가 걸러진 협잡물을 본체 상부에 설치된 협잡물 저장탱크에 연속 배출하는 구조의 스크린조(100):
스크린조와 일정거리 이격되어 설치되며, 독립된 하우징 일측에 형성되어 신선한 외기가 유입되는 통로로서 그 내부의 입구에는 도입되는 외기 중 분진제거용 전처리 필터가 구비되고, 상기 전처리 필터와 간격을 두고 외기를 강제로 흡입하는 에어팬이 설치되며 에어팬 토출구와 면접된 흡기관 내부에 서로 마주보게 설치된 방전전극(+극)과 접지전극(-극)에 고전압발생기에서 생성된 고전압을 인가하여 두 방전극 사이에서 생성된 고전압을 인가하여 두 방전극 사이에서 방전을 실시하여 매우 높은 전계전자에너지 대역을 생성하고 이 에너지 대역에 신선한 외기를 통과, 신선한 외기에 매우 높은 전계전자에너지를 인가하여 해리, 여기, 이온화, 산화, 환원 반응 등의 전기화학적 반응으로 질소이온[N], 산소이온(O,
Figure pat00001
), 수산기이온(OH-)을 생성하고, 생성된 이온을 에어 펌프를 이용하여 하천수 공급배관 속에 설치된 산기관을 통하여 활성기체를 하천수에 공급 및 분사하여, 분사된 산소이온(O,
Figure pat00002
), 수산기이온(OH-)과 하천수 수중의 조류균을 접촉 하게하여 접촉된 조류균의 세포벽이 부식 및 천공되게하여 1차 살균하는 활성기체공급기(200):
상기 산활성기체공급기(200)의 산기관 배관으로 연결되며, 하천수가 흐르는 관로속에 봉상의 전기히타가 설치되는 제1가열수단이 설치되거나 또는 내부에 고온의 스팀, 열풍 등 열매체가 순환하는 직육면체의 제2가열 수단이 설치되거나 또는 표면에 직경 10mm ~ 25mm의 홀이 복수개 타공 되어 분사노즐이 설치되고, 직육면체의 내부에 고온의 스팀, 열풍이 공급되어 설치된 노즐로 공급된 열풍 또는 스팀이 직접 하천수에 분사되는 제3 가열수단 중에서 어느 하나의 가열수단이 설치되거나 또는 전부가 설치되며,
제어반에서 제1 가열수단에 교류전원을 공급하여 가열원의 표면온도를 150℃ ~300℃ 이상 되게 가열하거나, 제2 가열 수단에 배관으로 연결되어 스팀 발생보일러 또는 열매체 보일러에서 생성된 스팀이나 고온 유체의 자체압력 또는 순환펌프를 이용하여 제2가열수단에 공급 및 순환시켜 제2가열수단의 표면온도를 150℃ ~300℃ 이상으로 가열하거나, 제3가열 수단에 배관으로 연결되어 스팀 발생보일러 또는 팬과 히타가 내장되어 팬에 의해 유입되는 외부공기를 히타로 가열하여 생산된 스팀이나 열풍을 자체압력 또는 팬을 이용하여 제3가열수단에 공급 및 하천수에 직접 분사시키면서 제3가열수단의 표면온도를 150℃ ~300℃가 되도록 가열하여 제1,2,3가열 수단과 접촉하여 흐르는 수중의 조류균의 세포를 가열 살균하는 가열 살균수단(300);
상기 가열수단(300)과 배관으로 연결되며, 하천수가 흐르는 관로 속에 봉상의 전기히타가 설치되어 발열체의 발열에 의해 하천수를 가열하는 기능과 발열체와 절연된 외부 하우징에 부착된 단자에 제어반에서 교류전원을 변압기에서 감압하고, 정류기에서 교류전원을 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 하우징에 직류전원을 인가하여 인접된 양극과 음극 사이에서 전기분해 반응을 수행하는 제1가열기구겸 전기분해 방전극용 방전극이 설치되거나 또는 내부에 열원 공급장치에서 공급되는 고온의 스팀, 열풍 등 열매체가 순환하는 직육면체를 가열하면서, 열매체 공급관 일부를 절단하고, 절단된 부위에 테프론 재질로 된 연결구를 절단된 면에 삽입하여 연결하고 절연된 가지관에 단자대 설치하여 제어반에서 교류전원을 변압기에서 감압하고, 정류기에서 교류전원을 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 직육면체의 방전극에 직류전원을 인가하여 인접된 양극 과 음극사이에서 전기분해 반응을 수행하는 제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극이 설치되거나, 또는 표면에 직경 10mm ~ 25mm의 홀이 복수개 타공되어 분사노즐이 설치되고, 직육면체의 내부에 열원 공급장치에서 고온의 스팀, 열풍이 공급되어 설치된 노즐로 공급된 열풍 또는 스팀이 직접 수중에 분사되며, 열매체 공급관 일부를 절단하고, 절단된 부위에 테프론 재질로 삽입 절단된 곳을 연결하고 절연된 가지관에 단자대 설치하여 제어반에서 교류전원을 변압기에서 감압하고, 정류기에서 3V ~ 200V의 교류 전원을 적정전원수치가 선정된 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 직육면체의 방전극에 직류전원을 인가하여 인접된 양극과 음극사이에서 전기분해 반응을 수행하는 제3가열기구 겸 전기분해용 방전극 중에서 한 가지 가열기구 겸 전기분해용 방전극이 설치되거나 또는 전부를 설치하여 제1,2, 3가열기구 겸 전기분해용 방전극에 접촉하여 흐르는 수중의 조류균의 세포를 가열 살균하는 가열 살균을 실시함과 동시에 전기분해 반응에서 생성된 산소이온(O,
Figure pat00003
), 수산기이온(OH-)과 접촉된 조류균의 세포벽이 부식 및 천공되게 하여 2차 살균하는 가열수단 및 전기분해 살균수단(400):
상기 가열기구 겸 전기분해 살균수단(400)과 배관으로 연결되며, 하천수가 흐르는 관로 속에 봉상의 전기 히타가 설치되어 발열체의 발열에 의해 하천수를 가열하는 기능과 발열체와 절연된 외부 하우징에 부착된 단자에 제어반에서 교류전원을 변압기에서 600V ~ 20㎸범위에서 선정된 적정 전원 수치로 승압하고, 정류기에서 교류전원을 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 하우징에 직류전원용 단자에 인가하여 인접된 양극과 음극 사이에서 수중방전 반응을 수행하는 제1가열기구겸 수중방전용 방전극이 설치되거나 또는 내부에 열원 공급장치에서 공급되는 고온의 스팀, 열풍 등 열매체가 순환하는 직육면체를 가열하면서, 열매체 공급관 일부를 절단하고, 절단된 부위에 테프론 재질로 된 연결구를 절단된 면에 삽입하여 연결하고 절연된 가지관에 단자대 설치하여 제어반에서 교류전원을 변압기에서 600V ~ 20㎸범위에서 선정된 적정 전원 수치로 승압하고, 정류기에서 교류전원을 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 직육면체의 방전극에 직류전원을 인가하여 인접된 양극 과 음극사이에서 가열 및 수중방전 반응을 수행하는 제2 가열기구 겸 수중방전용 방전극이 설치되거나, 또는 표면에 직경 10mm ~ 25mm로 된 홀이 복수개 타공되어 분사노즐이 설치되고, 직육면체의 내부에 열원 공급장치에서 고온의 스팀, 열풍이 공급되어 설치된 노즐로 공급된 열풍 또는 스팀이 직접 하천수에 분사되며, 열매체 공급관 일부를 절단하고, 절단된 부위에 테프론 재질로 삽입 절단된 곳을 연결하고 절연된 가지관에 단자대 설치하여 제어반에서 교류전원을 변압기에서 600V ~ 20㎸ 범위에서 선정된 적정 전원 수치로 승압하고, 정류기에서 교류전원을 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 직육면체의 방전극에 직류전원을 인가하여 인접된 양극 과 음극사이에서 가열 및 수중방전 반응을 수행하는 제3 가열기구 겸 수중방전용 방전극중에서 한 가지 가열기구 겸 수중방전용 방전극이 설치되거나 또는 전부를 설치하여 제1,2,3가열기구 겸 수중방전용 방전극에 접촉하여 흐르는 하천수 수중의 조류균의 세포를 가열 살균함과 동시에 수중방전 반응에서 생성된 다량의 산소이온(O,
Figure pat00004
), 수산기이온(OH-)과 접촉된 조류균의 세포벽을 강력하게 부식 및 천공되게 하여 2차 살균하는 가열수단 및 수중방전 살균수단(500);
상기 가열 및 수중방전살균수단(500)과 배관으로 연결되며, 하천수가 흐르는 관로 속에 봉상의 전기 히타가 설치되어 발열체의 발열에 의해 하천수를 가열하는 기능 과 발열체와 절연된 외부 철 뜬 알루미늄 재질의 하우징에 부착된 단자에 제어반에서 교류전원을 변압기에서 감압하고, 정류기에서 교류전원을 3V에서 200V사이에서 적정전원 수치가 선정된 직류전원으로 변환하여 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 하우징에 직류전원을 인가하여 인접된 양극과 음극 사이에서 전기분해 반응을 수행하는 제1 가열기구겸 전기분해 방전극용 방전극이 설치되거나 또는 내부에 열원 공급장치에서 공급되는 고온의 스팀, 열풍 등 열매체가 순환하는 철 또는 알루미늄 재질의 직육면체형 방전극을 가열하면서, 열매체 공급관 일부를 절단하고, 절단된 부위에 테프론 재질로 된 연결구를 절단된 면에 삽입하여 연결하고 절연된 가지관에 단자대 설치하여 제어반에서 교류전원을 변압기에서 감압하고, 정류기에서 교류전원을 3V에서 200V사이에서 적정전원수치가 선정된 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 직육면체의 방전극에 직류전원을 인가하여 인접된 양극과 음극사이에서 전기분해 반응을 수행하는 제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극이 설치되거나, 또는 표면에 직경 10mm ~ 25mm로 된 홀이 복수개 타공된 분사노즐이 설치되고, 직육면체의 내부에 열원 공급장치에서 고온의 스팀, 열풍이 공급되어 설치된 노즐로 공급된 열풍 또는 스팀이 직접 하천수에 분사되며, 열매체 공급관 일부를 절단하고, 절단된 부위에 테프론 재질로 삽입 절단된 곳을 연결하고 절연된 가지관에 단자대 설치하여 제어반에서 교류전원을 변압기에서 감압하고, 정류기에서 교류전원을 3V에서 200V사이에서 적정전원수치가 선정된 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 직육면체의 방전극에 직류전원을 인가하여 인접된 양극 과 음극사이에서 전기분해 반응을 수행하는 제3 가열기구 겸 전기분해용 방전극중에서 한 가지 가열기구 겸 전기분해용 방전극이 설치되거나 또는 전부를 설치하여 제1,2, 3가열기구 겸 전기분해용 방전극에 접촉하여 흐르는 하천수 수중의 조류균의 세포를 가열 살균하는 가열 살균함과 상기 활성기체 생성기(200)가 설치된 관로내부에 설치된 산기관을 통하여 산소와 산소가 불안정한 형태로 결합한 슈퍼옥사이드 음이온(O2-), 히드록실라디칼(.OH), 일산화질소(NO), 일중항산소(1O2)등의 산소라디칼 등의 자유 라디칼이 공급되어 충분한 산소에 의해 산화된 인은 인산이온(P043-)으로 존재하게 한 후, 상기 인산이온은 전기분해 과정에서 양극에서 발생하는 철 또는 알루미늄 이온과 결합하여 난용성 인산염으로 형성시켜 인을 제거하는 인(P)제거수단(600):
상기, 가열 살균수단(300), 가열 및 전기분해 살균수단(400), 가열 및 수중방전 살균수단(500), 인(p)제거수단(600)의 본체(310, 410, 510, 610)의 양 측면에 설치된 소켓에 회전부재(752a, 752b) 설치되며, 상기 회전 부재(752a, 752b)상에 간격을 두고, 가열기구(311, 312, 313), 가열기구겸 전기분해용 방전극(411, 412, 413), 가열기구겸 수중방전용 방전극(511, 512, 513),인 제거용 전기분해용 방전극(611)이 설치되어 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터(751a, 751b) 작동에 연동하는 회전부재(752a, 752b)의 회전운동을 직선운동으로 전환하여 방전극을 보유하는 방전극 고정기구(753-1a, 753-1b)를 전, 후 이송시켜 양극(+극)(321),음극(-극)(322)의 간격을 조절하는 가열기구 및 방전극 간극 조정장치(700):
상기, 가열수단 및 수중방전 살균수단(500)과 배관으로 연결 설치되며, 본체 내부 하부에 설치되는 원판 가장자리면 외곽에 일정크기의 슬러지 배출홀이 원주면상에 복수개가 타공되고, 중심부에 일정직경에 외면에 나사산 처리된 고정대가 설치되며, 고정대 와 슬러지 배출공 사이에 내경 20mm ~ 50mm, 외경 60mm ~ 150mm, 길이 500mm ~ 1500mm의 규격으로 된 봉상으로 권취된 부직포, 또는 섬유재질의 필터가 설치되고, 필터 상부에 필터 단면적 보다 약간 큰 원형 판위에 스프링이 필터수 만큼 설치되고, 필터상부에 본체 내경보다 1% ~ 4%정도 적은 직경의 원판으로 중심부에 직경 20mm ~ 30mm의 홀이 타공된 가압판이 필터고정대에 삽입되어 설치되고, 가압판위에 필터를 고정시켜 제1, 2, 3, 4살균 수단에서 발생되는 슬러리를 여과하고, 슬러리 배출공을 통하여 하부로 회수되는 슬러지는 하부 드레인 밸브를 개방하여 통수가 양호한 구조의 섬유재질의 백으로 배출하여 탈수 후 슬러지를 회수하도록 한 슬러지 회수부(800);
스크린조(100), 활성기체 공급기(200), 가열살균수단(300), 가열수단 및 전기분해 살균수단(400), 가열수단 및 수중방전 살균수단(500), 인(P)제거수단(600), 가열기구 및 방전극 간극 조정장치(700),슬러지 회수 수단(800), 사전에 프로그램 되어 입력된 제어시스템으로 상기 각 수단을 제어하는 제어반(900)을 더 포함하여 구성하여서 된 것이다.
이와 같이 하여 본 발명은 하천수나 해수의 수중 세균 및 미생물 제거 장치는 고전압방전에 의해 생성되는 매우 높은 전계전자에너지를 외부에서 유입되는 공기에 인가하여 해리, 이온화, 여기, 산화, 환원 반응 등의 전기화학적 반응으로 활성기체를 생성하고, 생성된 다량의 활성기체를 가압하여 녹조 및 적조가 활성화된 하천수에 공급하여 활성기체에 의해 녹조 및 적조의 조류를 1차 살균하고, 녹조 및 적조가 활성화된 하천수가 흐르는 관로에 전기히타, 내부에 고온의 기상 및 액상의 열매체가 순환 또는 공급되어 하천수에 분사하는 다양한 가열수단이 설치되며, 여기에 녹조 및 적조가 활성화된 하천수, 해수를 흐르게 하여 녹조 및 적조의 조류균이 고온의 가열수단에 접촉함으로써 및 순간적으로 하천수가 가열되어 2차 살균되며, 상기 가열수단에 저전압의 직류 전원을 인가하여 전기분해반응을 실시하고 가열 및 전기분해에 의한 전기화학적 반응으로 3차 살균을 실시하며 상기 가열수단에 고전압의 교류 및 직류 전원을 인가함으로써 수중방전 반응이 야기되도록 함으로써 가열 및 수중방전에 의한 전기화학적 반응으로 높은 살균율을 얻으며, 이어서 방전극 간극 조절장치가 내장된 전기분해장치에서 양극판 재질을 철, 알미늄, 마그네슘 중에 한 가지를 선택하고, 음극(-)판의 재질을 스테인레스 스틸, 티타늄, 카본 중 어느 하나를 선택하여 다단계 살균과정에서 발생되는 슬러지를 응집하거나 또는 수중에 인을 제거할 수 있게 된다.
이와 같이 하여 본 발명은 적조 및 녹조 처리 공정이 연속 진행되므로 처리 속도가 빠르므로 처리량이 충분하여 짧은 시간에 넓은 하천이나 해양의 오염 제거에 활용할 수 있으며, 염분으로 인한 오염, 부식의 우려가 거의 없으므로 수명이 장구하며, 안정적인 동작이 가능하고 황토 등의 소모재를 투입하는 방식이 아니므로 운용, 관리 비용을 크게 낮출 수 있게 되고 안정적인 동작이 가능하게 되는 유용한 효과가 있다.
아울러, 이러한 다단계 살균 과정에서 발생되는 미세 슬러지는 여과재로 여과하여 회수하고 부피가 큰 슬러지는 통수성이 양호한 섬유백에 회수처리하여 녹조 및 적조가 함유된 하천수 수중의 조류균을 실시간 살균하며, 살균과정에서 발생되는 슬러지를 회수함으로써 하천수 바닥으로 침전되는 것을 예방하고 회수된 슬러지는 연료, 퇴비 등으로 재활용 가능하여 환경을 보호할 뿐만 아니라 슬러지를 재활용하여 부가가치를 창출하게 되는 유용한 효과가 있다.
도1은 본 발명에 의한 수중 세균 및 미생물 제거 장치를 보인 개략도.
도2는 도1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 스크린조를 보인 설명도.
도3a는 도1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 활성기체공급기를 보인 설명도.
도3b는 기액 계면에서의 전하 분포를 보인 설명도.
도3c는 하수 및 해수 공급관에서의 활성기체가 혼입된 상태를 보인 설명도.
도4a는 도1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 가열 살균 수단을 나타낸 단면도.
도4b는 도4a의 제1 가열 살균 기구형상 및 내부 구조를 보인 종단면도.
도5a는 도4a의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 제2 가열기구 및 열원 공급계통을 나타낸 설명도.
도5b는 도5a의 제2 가열기구 형상을 나타낸 사시도.
도5c는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제2 가열기구 형상을 보인 사시도.
도5d는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제2 가열기구 작동상태를 보인 측면도.
도6a는 도4a의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 제3가열기구 및 열원 공급계통을 나타낸 설명도.
도6b는 도6a의 제3 가열기구 형상을 나타낸 사시도.
도6c는 도6b의 제3 가열기구 작동 상태 측면도.
도7a는 도1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 가열 살균 및 전기분해 살균수단을 나타낸 단면도.
도7b는 도7a의 제1 가열기구 겸 전기분해용 방전극형상 및 열원(전기) 공급 계통을 보인 단면도.
도8a는 도7a의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 전기분해용 방전극을 구비한 제2 가열기구 및 열원 공급계통을 나타낸 단면도.
도8b는 도 8a의 제2 가열기구 및 전기분해용 방전극 형상을 보인 사시도.
도8c는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제2가열기구를 보인 사시도.
도8d는 본 발명에 도8c에의한 제2가열기구 작동상태 측면도.
도9a는 도7a의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 제3 가열기구겸 전기분해용 방전극 및 열원 공급계통을 보인 설명도.
도9b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 도7a의 제3 가열기구겸 전기분해용 방전극 형상을 보인 사시도.
도9c는 도9b의 본 발명에 의한 제2가열기구 작동상태 측면도.
도10a는 도1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 가열 살균 및 수중방전 살균수단을 나타낸 단면도.
도10b는 도10a의 제1 가열기구 겸 수중방전용 방전극 형상을 보인 단면도.
도11a는 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 제2 가열기구 겸 수중방전용 방전극 및 열원 공급계통을 나타낸 설명도.
도11b는 도11a의 제2 가열기구 겸 수중방전용 방전극 형상을 보인 사시도.
도11c는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제2 가열기구 형상을 보인 사시도.
도11d는 본 발명의 다른 실시예에 의한 제2 가열기구 작동상태를 보인 측면도.
도12a는 도10a의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 제3 가열기구겸 수중방전용 방전극 및 열원 공급계통을 보인 설명도.
도12b는 도12a의 제3 가열기구겸 수중방전용 방전극 형상을 보인 사시도.
도12c는 제3 가열기구겸 수중방전용 방전극의 작동을 보인 측면도.
도13a는 도1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 인(P)제거장치를 나타낸 단면도.
도13b는 도13a의 가열기구겸 전기분해용 방전극형상을 보인 사시도.
도13c는 다른 실시예에 의한 가열기구겸 전기분해용 방전극 형상을 보인 사시도.
도13d는 도13c에 의한 가열기구겸 전기분해용 방전극의 작동을 보인 측면도.
도14a는 본 발명에서 가열기구겸 전기분해용 방전극의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 가열기구 및 가열 기구 겸 전기분해용 방전극 가열기구 겸 수중방전용 방전극, 인제거용 방전극의 간격 조정 장치로 사용되는 구조를 보인 사시도.
도14b는 도14a의 간격 조절 장치 측면도.
도14c는 도14a의 간격 조절 장치를 보인 측면도.
도15a는 도1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 슬러지 회수부 구조를 보인 회수부.
도15b는 도15a로 보인 회수부의 하부 지지판을 보인 평면도.
도15c는 도15a에 사용되는 중공필터를 보인 a-a'선 횡단면도.
도16a, 도16b는 본 발명에서 종횡으로 설치되는 소켓의 구조를 예시한 종단면도.
이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 의한 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 구체적인 실시예의 전체적인 구성을 도 1로 도시하였다.
이러한 도1로 보인 본 발명에 의한 장치의 스크린조(100)를 도2에 도시하였다. 이에서 확인되는 바와 같이 본 발명에서는 녹조 및 적조가 활성화된 하천수 및 해수를 유입시켜 통과시키는 하부에 스크린용 바(110)를 설치하고, 스크린용 바(110) 상부에는 플레이트(111)를 설치하여 이루어진 본체(100)와 상기 본체(100)의 접면된 상태로 회동 하도록 모터(140)로 순환되는 제 1 체인(121)사이에 소정 간격으로 설치되는 고무 재질의 스크래퍼(120), 상기 본체의 스크린용 바(110) 하면에 접면된 상태로 회동되도록 모터(140)로 순환되는 제2 체인(131)사이에 설치되는 핀 스크래퍼(130)을 포함하여 구성하며, 모터(140)출력축에 구동체인기어(125, 135)를 설치한 후, 구동체인기어1(125)의 회전을 제1 기어(122)에 전달하고, 상기 스크래퍼(120)가 설치된 제 1체인(121)을 순환 시키는 제2기어(123)를 상기 제1 기어(122)에 치합하여 스크래퍼(120)가 순환 하도록 하며 구동 체인 기어2(135)의 회전을 제2체인(131)이 연결된 후면 체인기어(133)에 전달하여 제2체인(131)이 설치된 핀 스크래퍼(130)가 순환 되도록 하여서, 스크린용 바(110)에 걸러지는 협잡물을 협잡물 받이통(114)으로 회수하고 협잡물이 걸러진 하천수 또는 해수를 펌프(150)를 이용하여 활성기체 공급기(200)로 공급한다.
도3에 활성기체 공급기(200)를 도시하였으며 이는 독립된 하우징에 설치되며 외부의 공기를 FAN(202)을 이용하여 흡입하여 필터(201)를 통과시킴으로써 흡입된 공기 중 분진 등 이물질을 제거한다.
이와 같이 하여 이물질이 제거된 공기를 고전압 방전부의 셀(209)내부에 서로 마주보게 설치된 방전극(210)을 통과시켜 고전압발생기(220)에서 생성된 매우 높은 고전압에 의하여 방전극(210)에 의하여 형성된 방전공간을 통과하게 된다.
이러한 방전공간에서는 방전극(210)에 의한 높은 전계에 의한 에너지 대역을 형성하고 이 에너지대역을 통과하는 공기가 해리, 여기, 이온화, 산화, 환원 반응 등의 전기화학적 반응으로 산소이온{[O],
Figure pat00005
}, 질소이온(N), OH- Radical 등의 활성기체를 발생시켜 가압기(230a,b,c)로 가압하여 하천수 또는 해수 공급관(236) 내부에 설치된 산기관(235)을 통하여 상기 스크린조(100)의 펌프(150)에 의하여 압송되는 하천수 또는 해수에 활성기체를 공급하게 된다.
이와 같이 하여 활성기체공급기(200)의 공급관(236)을 통과하는 하천수나 해수에는 도4로 보인 바와 같이 공급관 내의 하천수 또는 해수가 해리되어 H+, OH-에 의한 전기 이중층이 되어 하천수 또는 해수와 활성 미세기포가 충돌, 접촉하여 계면에서 물이 갖는 쌍극자 모멘트에 의해 마이너스 이온은 계면 쪽으로 배열하여 하천수 또는 해수 액면 가까이에는 마이너스 이온이 많이 당겨 붙게 되고, 플러스 이온은 강하게 인장되지 않기 때문에 하천수 또는 해수 수중에 자유롭게 움직인다. 따라서, 플러스 이온은 액체 속에 남게 되고, 수중방전, 펌프에 의한 하천수 또는 해수의 가압, 고압의 피처리수에 활성기체 분사, 피처리수와 활성기체와의 충돌 등 매우 높은 에너지가 인가되는 상태가 지속되면서, 하천수 또는 해수의 물 분자는 해리되어 더욱 작게 되고, 하천수 또는 해수 표면에서는 쌍극자의 배열이 더욱 활발해져 활성미세기포 측 계면에 존재하는 산소분자(O2)를 이온화(
Figure pat00006
)하는 반응이 더욱 활성화되는데, 피 처리수는 이런 일련의 반응을 통해 더욱 이온화되어 활성화된다.
또한, 활성기체 공급기(200)에서 장치내로 유입되는 외부공기에 고전압 발생기에서 생성된 고전압을 인가하여 해리, 이온화, 여기, 산화, 환원 반응 등의 전기 화학적으로 생성된 산소와 산소가 불안정한 형태로 결합한 슈퍼옥사이드 음이온(O2-), 히드록실라디칼(.OH), 일산화질소(NO), 일중항산소(1O2)등의 산소라디칼 등의 자유 라디칼이 가압기에서 가압되어 산기관(235)에 공급 및 하천수 및 해수 수중에 분사되어 녹조 및 적조의 조류세포의 세포파괴를 파괴 하는데,자유 라디칼은 일반적으로 생물체, 특히 생물체의 세포에 악영향을 미친다. 자유 라디칼은 상기 세포의 저항에 의존하는 속도로 세포벽을 공격한다. 세포벽이 분해될 때, 자유 라디칼에 의해 구멍이 뚫리고, 세포의 내용물이 세포 밖으로 흘러 나오는 과정에서 하천수 및 해수 수중에 녹조 및 적조의 조류가 1차 살균된다.
이러한 공급관의 내부 상태는 도5로 보인 바와 같이 폐처리수와 이온화된 폐처리수 그리고 활성기체가 혼재되어 상기한 바와 같은 하천수 및 해수의 수중에 존재하는 녹조 및 적조의 조류가 1차 살균되는 것이다.
아울러, 본 발명에서는 활성기체 공급기가 본체(310)의 측부에 연결되며, 상부 일측과 측면상부 일측에는 일정한 간격으로 이격되어 직경 50mm로 타공된 홀에 내면에 나사산이 가공된 소켓(301)이 타공된 홀마다 설치된다, 설치된 소켓(301a)에 테프론 등의 절연부재(302a)가 소켓(301a)에 삽입된다. 상기 본체 양측면 상부 일측에 간격을 두고 설치된 소켓(301a)에 간극 조정장치(750a, 750b)는 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터(351a, 351b)의 작동에 연동하는 봉상의 회전부재(352a, 352b)가 본체(310)를 관통하여 설치되고, 상기 회전 부재(752a, 372b)의 외면이 나사산이 가공 되었으며, 가공된 나사산에 내면에 암나사산이 가공된 절연재질의 고정구(754a, 754b)가 복수개 설치되고, 상기 고정구((754a, 754b)에 간격을 두고, 내부에 니켈 재질의 발열체가 설치되고, 외부에 스테인레스 스틸재질로 된 하우징(311a)이 씌워지며 발열체(311c)와 하우징(311a)사이를 절연 분말(311d)을 채우고 또한 세라믹 재질의 마개(311b)로 밀봉하여 발열체(311c)와 하우징(311a)사이를 절연시킨 구조의 전기히타 방식의 제1 가열기구(311)가 도7에 도시되어 있다.
또한, 내부에 열풍 또는 과열 증기가 순환되어 하천수 및 해수를 간접 열교환 방식으로 가열하는 직육면체 형상의 제2 가열기구(312)가 도8 및 도10으로 도시되어 있다.
아울러, 도11 및 도12에 표면에 분사공이 타공 되고 이에 분사노즐(312d)이 설치되며 내부에 열풍 또는 과열 증기가 공급되어 노즐(312d)을 통하여 공급된 열풍 또는 과열증기를 하천수 및 해수에 직접 분사하여 직접 가열하는 직육면체 형상의 제3 가열기구중(313)가 도시되어 있다.
이와 같이 하여 본 발명에서는 선택된 어느 하나의 가열기구를 선택한 후에는 상기 본체(310) 상부에 간격을 부고 복수개 설치된 소켓(301)의 절연부재(302) 중심부에 가공된 홀에 제1 가열 기구(311), 제2 가열기구(312), 제3 가열 기구(313) 중에서 선택되어 설치된 가열기구가 결합될 수 있다.
예를 들어, 도7로 보인 제1가열기구(311)인 경우에는 제어반(900)으로부터 전원을 공급하는 전선이, 도8 내지 도12로 보인 바와 같은 제2, 3 가열기구(312, 313)인 경우 열풍생성기(320), 온수보일러(330), 열매체보일러(340), 증기생성 보일러(350)중에서 선택된 열원을 순환 시키는 플렉시블한 금속관(358)의 공급 및 순환관의 주관(359)이 복수개 설치되어, 전원, 또는 온수, 열매체 등의 액상 열매체, 열풍, 과열증기 등의 기상 열매체가 제1, 제2, 제3가열기구(311, 312, 313) 중에서 선택하여 설치된 가열기구에 공급된다.
본 발명에서는 이에 더하여 상기 선택된 가열기구의 내부 및 외부 표면을 섭씨 100℃이상으로 가열하여 라이텐 프로스트 효과(Leidenfrost effect)에 의해 상기 제1, 제2, 제3가열기구(311, 312, 313) 중 선택된 가열기구 표면에 접면하여 흐르는 하천수 또는 해수중의 녹조 및 적조의 조류 세균이 물의 끓는 점 보다 높은 온도로 가열되어 살균하도록 하는 가열 살균수단(300)을 구비하였다.
상기 가열살균수단(300)과 상기 배관으로 연결 설치되며, 본체의 형상은 원통구조 또는 직육면체의 형상에서 어느 하나의 형상이 선택되며, 본체(410a) 상부 일측과 측면상부 일측에는 일정한 간격으로 이격되어, 직경 50mm로 복수개 타공된 홀에 내면에 나사산이 가공된 소켓(401)이 타공된 홀마다 설치된다, 설치된 소켓(401a)에 테프론 등의 절연부재(402a)가 소켓(401a)에 삽입된다. 상기 본체 양측면 상부 일측에 간격을 두고 설치된 소켓(401a)에 간극 조정장치(750a, 750b)는 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터(751a, 751b)의 작동에 연동하는 봉상의 회전부재(752a, 752b)가 본체(410)를 관통하여 설치되고, 상기 회전 부재(752a, 752b)의 외면이 나사산이 가공되었으며, 가공된 나사산에 내면에 암나사산이 가공된 절연재질의 고정구(312d)가 복수개 설치되고, 상기 고정구(312d)에 간격을 두고, 내부에 니켈 재질의 발열체가 설치되고, 외부에 스테인레스 스틸재질의 하우징(411a)이 씌워지며 ,발열체(411c)와 하우징(411a) 사이를 절연 분말(411d)을 채우고 또한 세라믹 재질의 마개(411b)로 밀봉하여 발열체(411c)와 하우징(411a) 사이를 절연시킨 구조의 전기히타 방식의 제1 가열기구겸 전기 분해용 방전극(411),내부에 열풍 또는 과열 증기가 순환되어 하천수 및 해수를 간접 열교환 방식으로 가열하는 직육면체 형상의 제2 가열기구겸 전기분해용방전극(412),표면에 미세기공이 되고 타공면에 분사노즐(413d)이 설치되고 내부에 열풍 또는 과열 증기가 공급되어 노즐(413d)을 통하여 공급된 열풍 또는 과열증기를 하천수 및 해수에 직접 분사하여 직접 가열하는 직육면체 형상의 제3 가열기구겸 전기분해용 방전극(413)중에서 어느 한 가지 가열기구 겸 전기분해용 방전극을 선택하여 설치하고, 상기 본체(410) 상부에 간격을 부고 복수개 설치된 소켓(401)의 절연부재(402)중심부에 가공된 홀에는 제1 가열기구 겸 전기 분해용 방전극(411), 제2 가열기구 겸 전기분해용 방전(412), 제3 가열 기구 겸 전기분해용 방전극(413) 중에서 선택되어 설치된 가열기구에 제1가열기구 겸 전기분해용 방전극(411)인 경우에는 제어반(900)으로부터 전원을 공급하는 전선이, 제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극(412)인 경우 열풍생성기(420), 온수보일러(330), 열매체보일러(340), 증기생성보일러(350) 중에서 선택된 열원을 순환 시키는 플렉시블한 금속관(458)의 공급 및 순환관용 주관(459)이 복수개 설치되어, 전원, 또는 온수, 열매체 등의 액상 열매체, 열풍,과 열증기 등의 기상 열매체가 제1, 제2, 제3가열기구 겸 전기분해용 방전극 중에서 선택되어 설치된 가열기구겸 전기분해용 방전극에 공급되어서 상기 선택된 가열기구 겸 전기분해용 방전극의 내부 및 외부 표면을 섭씨 100℃ 이상으로 가열하여 라이텐 프로스트 효과에 의해 상기 가열기구중 선택된 가열기구 표면에 접면하여 흐르는 하천수 또는 해수중의 녹조 및 적조의 조류 세균을 가열 살균하는 가열 살균하는 기능을 수행함과 동시에 제1 가열기구 겸 전기분해용 방전극 (411)(전기히타),제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극(412),제3 가열기구 겸 전기분해용 방전극(413)을 순차적으로 +전극용,-전극용으로 분류하고, 분류된 각각의 +전극, -전극 역할을 하는 제1 가열기구 겸 전기분해용 방전극(411) (전기히타)의 경우에는 하우징(411a)에 부착된 단자(411h)에 제어반(900)에서 입력된 220V의 교류전원을 변압기(910)에서 3V에서 200V 범위로 전압을 감압한 후 정류회로(920)의(다이오드)에서 직류 전원으로 변환한 후 +전원은 +극으로 분류된 제1 가열기구 겸전기분해용 방전극(411)의 금속재 케이스에 접속하고, -전원은 -극으로 +전원은 +극으로 접속한 후, 제어반(900)에서 직류 전원을 공급한다.또한,제2,제3 가열기구겸 방전극의 경우에는 가열기구 겸 전기분해용 방전극을 순차적으로 +전극용,-전극용으로 분류하고, 분류된 각각의 +전극, -전극 역할을 하는 제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극에 연결된 가지관(458)이 합류된 지점의 절연된 주관(459)의 단자(413e)에 제어반(900)에서 입력된 220V의 교류전원을 변압기(910)에서 3V에서 200V 범위로 전압을 감압한 후 정류회로(920)의(다이오드)에서 직류 전원으로 변환한 후 +극으로 -극으로분류된 제2 가열기구 및 전기분해용 방전극(412)에 연결된 주관의 단자(412e)에 -전원은 -극으로 분류된 제2 가열기구 겸 전기분해용방전극(412)의 주관(459)의 단자(412e)) 접속하고, +전원은 +극으로 분류된 제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극(412)에 연결된 주관(459)의 단자(413e) 접속하여서 제어반970)에서 입력된 220V의 교류전원을 변압기(910)에서 3V에서 200V 범위로 전압을 감압한 후 정류회로(920)의(다이오드)에서 직류 전원으로 변환된 직류전원을 공급하여.가열기구 겸 전기분해용 방전극 표면에서 라이텐 프로스트 효과에 의해 과열된 증기부(초공동현상)를 형성하고,방전극이 가열됨에따라 전기분해작용이 더욱 활발하게 수행되어 방전극을 접면하여 흐르는 하천수 중의 조류균을 효과적으로 천공 및 살균는 가열 및 전기분해 살균수단(400);
상기 가열 및 전기분해 살균수단(400)과 배관으로 연결 설치되며,본체의 형상은 원통구조 또는 직육면체의 형상에서 어느 하나의 형상이 선택되며, 본체(510) 상부 일측과 측면상부 일측에는 일정한 간격으로 이격되어 직경 50mm로 복수개 타공된 홀에 내면에 나사산이 가공된 소켓(501)이 타공된 홀마다 설치된다, 설치된 소켓(501)에 테프론 등의 절연부재(502)가 소켓(501)에 삽입된다. 상기 본체 양측면 상부 일측에 간격을 두고 설치된 소켓(501)에 간극 조정장치(750a, 750b)는 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터(751a, 751b)의 작동에 연동하는 봉상의 회전부재(752a, 752b)가 본체(510)를 관통하여 설치되고, 상기 회전 부재(752a, 752b)의 외면이 나사산이 가공되었으며, 가공된 나사산에 내면에 암나사산이 가공된 절연재질의 고정구(754a, 754b)가 복수개 설치되고, 상기 고정구(754a, 754b)에 간격을 두고, 내부에 니켈 재질의 발열체(511c)가 설치되고, 외부에 스테인레스 스틸재질의 하우징(511a)이 씌워지며 발열체(511c)와 하우징(511a) 사이를 절연 분말(511d)을 채우고 또한 세라믹 재질의 마개(511b)로 밀봉하여 발열체(511c)와 하우징(511a) 사이를 절연시킨 구조의 전기히타방식의 제1 가열기구겸 수중방전용 방전극(511), 내부에 열풍 또는 과열 증기가 순환되어 하천수 및 해수를 간접 열교환 방식으로 가열하는 직육면체 형상의 제2 가열기구겸 수중방전용 방전극(512), 표면에 미세기공이 되고 타공면에 분사노즐(513d)이 설치되고 내부에 열풍 또는 과열 증기가 공급되어 노즐(513d)을 통하여 공급된 열풍 또는 과열증기를 하천수 및 해수에 직접 분사하여 직접 가열하는 직육면체 형상의 제3 가열기구겸 수중방전용 방전극(513)중에서 어느 한 가지 가열기구를 선택하여 설치하고, 상기 본체(510) 상부에 간격을 부고 복수개 설치된 소켓(501)의 절연부재(502)중심부에 가공된 홀에는 제1 가열기구 겸 수중방전용 방전극(511), 제2 가열기구 겸 수중방전용 방전극(512), 제3 가열 기구 겸 수중방전용 방전극(513) 중에서 선택되어 설치된 가열기구에 제1가열기구 겸 수중방전용 방전극(511)인 경우에는 제어반(900)으로부터 전원을 공급하는 전선이, 제2 가열기구 겸 수중방전용 방전극(512)인 경우 열풍생성기(520), 온수보일러(530), 열매체보일러(540), 증기생성 보일러(550)중에서 선택된 열원을 순환 시키는 플렉시블한 금속관(558)의 공급 및 순환관용 주관(559)이 복수개 설치 되어, 전원, 또는 온수, 열매체등의 액상 열매체, 열풍, 과열증기 등의 기상 열매체거 제1, 제2, 제3가열기구 겸 수중방전용 방전극 중에서 선택되어 설치된 가열기구 겸 수중방전용 방전극에 공급되어서 상기 선택된 가열기구의 내부 및 외부 표면을 섭씨 100℃이상으로 가열하여 라이텐 프로스트 효과에 의해 상기 가열기구중 선택된 가열기구 표면에 접면하여 흐르는 하천수 또는 해수중의 녹조 및 적조의 조류 세균을 가열 살균하는 가열 살균하는 기능을 수행함과 동시에 제1 가열기구 겸 방전극 (511)(전기히타), 제2 가열기구 겸 방전극(512), 제3 가열기구 겸 방전극(513)들을 각각, 순차적으로 +전극용, -전극용으로 분류하고, 분류된 각각의 +전극, -전극 역할을 하는 제1 가열기구 겸 방전극(511)(전기히타)의 경우에는 금속케이스에 부착된 단자에 제어반(900)에서 입력된 220V의 교류전원을 변압기(910)에서 600V에서 20KV 범위로 전압을 승압한 후 정류회로(920)의(다이오드)에서 직류 전원으로 변환한 후 +전원은 +극으로 분류된 제1 가열기구 겸 수중방전용 방전극(511)의 하우징(511a)의 단자(511h)에 접속하고, -전원은 -극으로 +전원은 +극으로 접속한 후, 제어반(900)에서 직류 전원을 공급한다.
또한, 제2, 제3 가열기구겸 수중방전용 방전극의 경우에는 가열기구 겸수중 방전용 방전극(512, 513)을 순차적으로 +전극용, -전극용으로 분류하고, 분류된 각각의 +전극, -전극 역할을 하는 제2, 제3 가열기구겸 수중방전용 방전극(512, 513)에 연결된 가지관(558)이 합류된 지점의 절연된 주관(559)의 단자(512i, 513i)에 제어반(900)에서 입력된 220V의 교류전원을 변압기(910)에서 600V에서 20KV 범위로 전압을 승압한 후 정류회로(920)의 (다이오드)에서 직류 전원으로 변환한 후 +극으로 ??극으로분류된 제2, 제3 가열기구 및 수중방전용 방전극(512, 513)에 연결된 주관(559)의 단자(513i)에 -전원은 -극으로 분류된 제2, 제3 가열 및 수중방전용 방전극(512, 513)의 주관(559)의 단자(513i) 접속하고, +전원은 +극으로 분류된 제2, 제3 가열기구 겸 수중 방전용 방전극(512, 513)에 연결된 주관(559)의 단자(513i) 접속하여서 제어반(900)에서 입력된 220V의 교류전원을 변압기(910)에서 600V에서 20KV 범위로 전압을 승압한 후 정류회로(920)의(다이오드)에서 직류 전원으로 변환된 직류전원을 공급하여, 방전극 표면에서 라이텐 프로스트 효과에 의해 과열된 증기부(초공동현상)를 형성하고, 방전극이 가열됨에따라 전기분해작용이 더욱 활발하게 수행되어 방전극을 접면하여 흐르는 하천수 중의 조류균을 효과적으로 천공 및 살균하는 가열 및 수중방전 살균수단(500);
상기 가열 및 수중방전살균수단(500)과 배관으로 연결되며, 하천수가 흐르는 관로 속에 봉상의 전기히타가 설치되어 발열체의 발열에 의해 하천수를 가열하는 기능 과 발열체와 절연된 외부 철 뜬 알미늄 재질의 하우징에 부착된 단자에 제어반에서 교류전원을 변압기에서 감압하고, 정류기에서 교류전원을 3V에서 200V사이에서 적정전원 수치가 선정된 직류전원으로 변환하여 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 하우징에 직류전원을 인가하여 인접된 양극과 음극 사이에서 전기분해 반응을 수행하는 제1 가열기구겸 전기분해 방전극용 방전극이 설치되거나 또는 내부에 열원 공급장치에서 공급되는 고온의 스팀, 열풍 등 열매체가 순환하는 철 또는 알미늄 재질의 직육면체형 방전극을 가열하면서, 열매체 공급관 일부를 절단하고, 절단된 부위에 테프론 재질로 된 연결구를 절단된 면에 삽입하여 연결하고 절연된 가지관에 단자대 설치하여 제어반에서 교류전원을 변압기에서 감압하고, 정류기에서 교류전원을 3V에서 200V사이에서 적정전원수치가 선정된 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 직육면체의 방전극에 직류전원을 인가하여 인접된 양극 과 음극사이에서 전기분해 반응을 수행하는 제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극이 설치되거나, 또는 표면에 약 10mm에서 25mm범위에서 일정직경이 선택되어 복수개의 홀이 타공되어 분사노즐이 설치되고, 직육면체의 내부에 열원 공급장치에서 고온의 스팀, 열풍이 공급되어 설치된 노즐로 공급된 열풍 또는 스팀이 직접 하천수에 분사되며, 열매체 공급관 일부를 절단하고,절단된 부위에 테프론 재질로 삽입 절단된 곳을 연결하고 절연된 가지관에 단자대 설치하여 제어반에서 교류전원을 변압기에서 감압하고, 정류기에서 교류전원을 3V에서 200V사이에서 적정전원수치가 선정된 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 직육면체의 방전극에 직류전원을 인가하여 인접된 양극 과 음극사이에서 전기분해 반응을 수행하는 제3 가열기구 겸 전기분해용 방전극중에서 한 가지 가열기구 겸 전기분해용 방전극이 설치되거나 또는 전부를 설치하여 제1,2,3가열기구 겸 전기분해용 방전극에 접촉하여 흐르는 하천수 수중의 조류균의 세포를 가열 살균하는 가열 살균함과 상기 활성기체 생성기(200)가 설치된 관로내부에 설치된 산기관을 통하여 산소와 산소가 불안정한 형태로 결합한 슈퍼옥사이드 음이온(O2-), 히드록실라디칼(.OH), 일산화질소(NO), 일중항산소(1O2)등의 산소라디칼 등의 자유 라디칼이 공급되어 충분한 산소에 의해 산화된 인은 인산이온(P043-)으로 존재하게 한 후, 상기 인산이온은 전기분해 과정에서 양극에서 발생하는 철 또는 알루미늄 이온과 결합하여 난용성 인산염으로 형성시켜 인을 제거하는 인(P)제거수단(600):
상기 가열 살균수단(300), 가열 및 전기분해 살균수단(400), 가열 및 수중방전 살균수단(500), 인(p)제거수단(600)의 본체(310, 410, 510, 610)의 양 측면에 설치된 소켓에 회전부재(752a, 752b)설치되며, 상기 회전 부재(752a, 752b)상에 간격을 두고, 가열기구(311, 312, 313), 가열기구겸 전기분해용 방전극(411, 412, 413), 가열기구겸 수중방전용 방전극(511, 512, 513)인 제거용 전기분해용 방전극(611)이 설치되어 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터(751a, 751b) 작동에 연동하는 회전부재(752a, 752b)의 회전운동을 직선운동으로 전환하여 방전극을 보유하는 방전극 고정기구(753-1a, 753-1b)를 전, 후 이송시켜 양극(+극)(321), 음극(-극)(322)의 간격을 조절하는 간극 조정장치(700):
인(P)제거수단(600)과 배관으로 연결되어 설치되며, 본체(810)의 형상은 상부는 원기둥이 형상이 조합된 구조의 본체(810), 본체 내부 하부 원뿔형 콘이 시작되는 부분에 원판 모양이며 원주면 가장자리에 일정직경의 슬러리를 침강시키는 슬러리 배출공(821)이 원주면을 따라 복수개 타공되며, 중심부에 가압판(830)을 고정시키는 외부에 나사산이 가공된 고정봉(822)이 설치되고, 상기 기재된 고정봉(822)과 슬러리 배출공 사이에 원주면상으로 일정 간격으로 이격되어 원주면상에 직경 3mm에서 10mm범위에서 선택된 직경의 홀이 복수개 타공된 일정높이의 출수관(823)이 복수개 설치되고, 출수관(823)에서 배출되는 하천수를 집합하는 챔버(824)가 원판 하부에 면접 설치되어서 구성되는 하판(820), 직경 60mm에서 80mm범위에 일정직경이 선택되는 외통(841), 직경 20mm에서 40mm범위에 일정직경이 선택되는 내통(842)의 이중구조체로 된 중공구조의 필터가(840) 출수관(823)상부에서 하부로 삽입하여 하판(820)에 면접되게 설치되고, 필터(840)상부에 스프링이 부착된 압착기구(831)가 설치되고, 압착기구(831)와 면접하여 압착기구(831)를 가압하는 가압판(830)이 고정봉(822)에 삽입되어 설치되며, 가압판(830)위에 고정봉(822)에 삽입되어 가압판(830)을 고정하는 고정너트(832)가 설치되는 구조로 구성된다, 본체 하부에 침전된 슬러지 및 무기물을 배출하는 드레인 배관(803)이 연결되어 설치되고, 드레인 배관상(803)에 유체의 흐름을 조절하는 전자발브(804)가 설치된 다음 자루 형태의 백을 고정하는 고정구(838)가 복수개 설치되고, 고정구(838)에 각각 발수가 잘되는 구조의 백이 고정되어 설치되어 전자발부(804)가 개방되어 배출되는 슬러지를 회수하고, 원뿔형 구조체 일 측면 중간 부분에는 슬러지 회수부(800)내부로 유입된 하천수가 필터(840)를 통과 하면서 수중의 슬러지를 여과한 처리수가 배출되는 배출관(805)이 연결되고, 배출 배관(805)상에 유체의 흐름을 조절하는 전자발브(806)와 전기전도도 검출센서(901)가 설치된다. 원뿔형 하부 구조체와 면접하여 설치되는 상부 원기둥 끝단 가장자리에 플랜지가(807) 부착되며 플랜지(807) 단면 중심선에 원주방향으로 일정거리 이격되어 일정직경의 홀이 복수개 타공되며, 타공된 플랜지 상부에 플랜지와 동일 규격의 카스킷이 채워지고, 카스킷 위에 플랜지와 동일한 규격의 덮개가 볼트 및 너트로 체결하여, 본체(810)로 유입된 하천수 또는 해수는 내부에서 와류 되면서 부피가 크거나 비중이 높은 수중의 무기물이나 슬러지는 하판(820)가장자리에 복수개로 타공된 슬러리 배출공(821)으로 하부 원뿔구조체 하부로 침강되고, 무기물 및 부피가 큰 플럭이 제거된 하천수는 필터(840) 외부에서 유입되어 부직포 재질의 필터 여재를 통과하면서 미세 슬러지를 여과하고, 여과된 하천수는 출수공(821)을 통하여 챔버(824)로 유입되고, 이어 챔버(824)에 연결된 배출관(805)을 통하여 외부의 하천 또는 바다로 배출하는 슬러지 회수부(800):
스크린조(100), 활성기체공급기(200), 이가열살균수단(300), 가열살균 수단 및 전기분해 살균수단(400), 가열수단 및 수중방전 살균수단(500), 인(p)제거수단(600), 가열기구 및 방전극 간극 조정수단(700), 슬러지 회수부(800)를 사전에 프로그램 되어 입력된 제어시스템으로 제어하는 제어반(900)을 더 구성한다.
도 2는 도 1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 스크린조(100)을 나타낸 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 상기 스크린조(100)는 녹조 및 적조가 활성화된 하천수 및 해수가 통과하는 하부는 스크린용 바(110)를 설치하고, 스크린용 바(110) 상부에는 플레이트(112)을 설치하여 이루어진 본체(100)와 상기 본체(100)의 접면된 상태로 회동 하도록 모터(140)로 순환되는 제 1 체인(121)사이에 소정 간격으로 설치되는 고무 재질의 고무판 스크래퍼(120), 상기 본체의 스크린용 바(110) 하면에 접면된 상태로 회동되도록 모터(140)로 순환되는 제2 체인(131)사이에 설치되는 핀 스크래퍼(130)을 포함하여 구성된다.
상기 모터(140)출력축에 구동체인기어(125,135)를 설치한 후, 구동체인기어1(125)의 회전을 제1 기어(122)에 전달하고, 상기 고무판 스크래퍼(120)가 설치된 제 1체인(121)을 순환 시키는 제2기어(123)를 상기 제1 기어(122)에 치합하여 고무판 스크래퍼(120)가 순환 하도록 하며 구동 체인 기어2(135)의 회전을 제2체인(131)이 연결된 후면 체인기어(133)에 전달하여 제2체인(131)이 설치된 핀 스크래퍼(130)가 순환 되도록 한다.
스크린조(100)가 잠기어 하천수 또는 해수가 통과하는 하부에는 스크린용 바(110)를 설치하고, 스크린용 바(110)상부에는 플레이트(112)를 설치하여 본체(100) 를 구성하고, 상기 플레이트(112)의 상단은 협잡물 낙하 안내구(113)에 연결하여 걷어올린 협잡물을 협잡물 받이통(114)으로 회수한다.
또한 본체(100)의 상면에는 제1 체인(121)에 설치되어 접면된체 순환하는 고무 재질의 고무판 스크래퍼(120)가 협잡물을 걷어 올리게 되는데 상기 제1 체인(121)은 제2기어(123)에 설치되고, 제2기어(123)는 체인1(124)에 의해 모터(140)출력 측에 연결된 구동체인기어1(125)의 회전을 전달받는 제1 기어(122)에 치합하여 모터(140)의 회전방향을 바꾸어 제1 체인(121)을 본체(100) 상면에 접하는 쪽이 상향으로 회전하도록 한다.
그리고, 본체(100) 스크린용 바(110)의 후면에는 제2 체인(미도시)이 설치되며 상기 제2 체인(미도시)에는 핀 스크레이퍼(130)이 설치되어 상기 스크린용 바(110)사이에 끼인 협잡물을 긁어 올리게 되는데 상기 제2 체인(미도시)은 후면 체인기어(133)에 설치되고 상기 후면 체인기어(133)는 체인 2(134)에 의해 구동체인기어2(135)의 회전을 전달 받으므로 제2 체인(미도시)을 스크린용 바(110) 후면에 접하는 쪽이 회전하게 된다.
도면중 미설명 부호 (136)은 체인기어 팽창을 조율하기 위한 기어이고(126)은 고무판 스크래퍼 베아링이며,(137)은 핀 스크레퍼용 베아링이다.
상기 고무판 스크래퍼(120)는 모터(140)의 회동에 따라 구동하는 제1 체인기어(133)의 회전에 따라 회동하는 제1기어(122)의 회전을 이와 치합하는 제2기어(123)에 의해 방향을 바꾸어 이에 설치된 제1 체인(121)의 순환에 따라 회동하고, 상기 핀 스크래퍼(130)는 상기 제1 체인기어(133)에 설치된 제2 체인(131)의 순환에 따라 회동한다.
즉, 고무판 스크래퍼(120)와 핀 스크래퍼(130)는 모터(140) 하나의 회전을 제2 기어(123)에 의해 고무판 스크래퍼(120)가 설치된 제1 체인121)의 회전방향을 전환 함으로써 서로 반대방향으로 회동하여 스크린용 바(110) 상, 하면에 각각 접면되어 상향으로 순환하게 되는 것이다.
또한, 핀 스크래퍼(130)를 사용하여 스크린용 바(110)의 후면에서 스크린용 바(110) 사이사이에 끼인 협잡물을 긁어 올리므로 스크린용 바(110)사이가 협잡물에 의해 막히는 현상을 방지할 수 있다.
도 3는 도 1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 활성기체 공급기(200) 를 나타낸 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 상기 활성기체 공급기(200)는 독립된 하우징 일축에 형성되어 외부 청정공기가 유입되는 통로로서 그 내부의 입구부에는 청정공기의 분진 제거용 전처리 필터(201)가 구비되고, 상기 전처리필터(201)와 간격을 두고 청정공기를 강제로 유입시키기 위한 팬(202)이 설치되고, 에어팬(202)에 의해 유입된 청정공기는 방전극(210)으로 이송되어, 고전압발생기(220)에서 생성된 고전압을 인가받아 방전전극(+전극)(210a) 및 접지전극(-전극)(210b) 사이에서 매우 높은 전계전자에너지를 인가하여, 해리, 이온화, 여기, 산화, 환원 반응 등 전기화학적 반응으로 청정공기 분자의 공유 결합을 분해하여 이온화된 활성기체를 생성하는데, 방전극(210)은 방전전극(+전극)(210a) 및 접지전극(-전극)(210b)이 조합되는 경우와 방전전극(+전극)(210a), 접지전극(-전극)(210b) 뒷면에 면접하여 네오디움 재질의 영구자석(210c)이 부착되는 조합, 방전전극(+전극)(210a) 접지전극(-전극)(210b) 뒷면에 면접하여 영구자석이 부착되고 방전극의 방전표면에 이산화티탄(TiO
Figure pat00007
) 등의 촉매물질(210d)이 코팅된 조합, 방전전극(+전극)(110a) 및 접지전극(-전극)(210b)의 사이에 석영, 고순도 알루미나, 세라믹 재질의 유전체 중에서 어느 하나가 선택되어 부착되는 조합 중에서 어느 하나를 선택하여 구성된다.
상기 방전극(210)의 방전전극(+전극)(210a) 및 접지전극(-전극)(210b)의 재질은 텅스텐, 티타늄, 니켈 및 크롬 성분이 함유된 스테인리스 스틸(STS304, 316L, 403 등), 콘스탄틴 합금, 이규화몰리브덴, 백금, 코발트합금, 하스탈로이 중에서 어느 하나가 선택되며, 방전극 표면에 방전 효율을 향상시키기 위하여 이산화티탄(TiO
Figure pat00008
), 백금(Pt), 이산화망간(MnO
Figure pat00009
), 지르코니아(ZrSiO
Figure pat00010
), 수산화리튬(LiOH), 팔라듐(Pd), 로듐(Rh) 등의 촉매 중 어느 한 가지 이상이 선택되어 코팅되는 것이 바람직하다.
또한, 방전극의(210)의 형상은 평판형, 정삼각형, 정사각형, 직사각형, 다각형, 원형, 원뿔형, 피라미드형 등으로 구현되며, 또 다른 구현 방법은 평판 위에 정사각형, 삼각형, 직사각형, 원뿔형, 피라미드형 등 다양한 형상이 조합되며, 외면에 삼각나사, 사각나사, 둥근나사 모양으로 가공된 형상으로 구현될 수 있다.
이때 방전극(210)은 PVC, PE, MC, 베크라이트, 테프론, FRP, 세라믹 소성물 등의 절연 재질 중에서 택일된 셀(209) 내부에 위치되는 것이 바람직하며, 방전의 사각 공간을 최소화하고, 방전밀도를 조밀하게 하기 위하여 셀(209) 내부 공간이 가능한 최소의 공간이 되도록 원형, 이중관형, 다중관형인 경우 직경은 10cm 이상 100cm 이내로 하되 방전극(210)의 크기나 셀(209) 크기는 처리 용량에 비례하여 크기를 증가시키는 것이 바람직하다.
고전압 발생기(220)는 입력전압, 주파수, 출력전압이 적정값으로 미리 설정된 고정형과 입력전압은 고정되어 있고, 출력 전압, 주파수, 정격 용량이 임의로 조절 가능한 가변형으로 구성되어지며, 이때 입력 전압은 직류(DC) 12V 이상, 교류(AC)110V 이상이며, 2차측 출력전압은 공기 중 산소 분자(O
Figure pat00011
)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(Ie,eV); 12.0857eV 이상, 질소분자(N2)의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(Ie,eV); 15.58eV 이상, 물 분자의 공유결합을 분해할 수 있는 전계전자에너지(Ie,eV); 12.621eV 이상이다.
따라서, 본 발명의 고전압발생기(220)는 입력측 전압이 직류전류(DC) 12V 이상이고, 교류전류 전압이 110V 이상이며, 출력측 전압이 직류전압(DC), 교류전압(AC) 이 1KV ~ 300KV 범위이며, 출력측 주파수(Hz) 범위는 교류(AC)의 경우 1KHz에서 500KHz 범위인 것을 사용하는 것이 바람직하다.
이를 위해 고전압발생기(220)의 출력측 전압(V)은 1KV에서 300KV 범위이고, 주파수는 1KHz에서 500KHz 범위 중에서 택일하여 전압 및 주파수가 설정되고, 정격용량(W,A)은 미리 설정된 조건에 따라 적합한 용량으로 임의적으로 선정된 고정형 고전압 발생기나, 전압, 주파수, 용량이 조절 가능한 가변형 고전압 발생기가 사용 가능하다.
상기 활성기체 생성기에서 생성된 활성기체를 흡기관에 설치된 에어팬(202)의 압력으로 고압의 피처리수공급관 내부에 활성기체를 공급하기에는 압력이 부족하기 때문에 가압기(230a,b,c)를 방전극(210)에 일정거리 이격시켜 설치하여 유입되는 활성기체를 하천수 또는 해수 공급관 내부에 분사할 만큼 충분히 가압(1-2Kg/cm2)시킨 후 하천수 또는 해수 공급관 내부에 복수 개 설치된 산기관(235)에 공급, 활성기체를 하천수 또는 해수에 분사시켜 공급하면, 매우 높은 전계전자에너지가 인가되어 하천수 또는 해수가 미세한 물 분자로 해리되고, 이온화된 하천수 또는 해수와 활성기체가 접촉되면, 레너드(Lenord) 현상과 심프손(Simpson) 실험, 물방울 분열 메커니즘(정전기 핸드북 104P; 정전기 학회(오므사)에 의해 즉, 상(上) 알파가 기체 (공기), 상(上) 베타가 액체(물)의 경우, 하천수 또는 해수에 고전압 발생기에서 생성된 고전압의 인가, 펌프에 의한 하천수 또는 해수의 가압, 가압된 하천수 또는 해수에 활성기체 분사, 하천수 또는 해수와의 충돌 등 매우 높은 에너지가 인가되어, 도 3의 (a)와 같이, 공급관 내의 하천수 또는 해수는 해리되어 H+, OH-에 의한 전기 이중층이 되어 하천수 또는 해수와 활성 미세기포가 충돌, 접촉하여 계면에서 물이 갖는 쌍극자 모멘트에 의해 마이너스 이온은 계면 쪽으로 배열하여 하천수 또는 해수 액면 가까이에는 마이너스 이온이 많이 당겨 붙게 되고, 플러스 이온은 강하게 인장되지 않기 때문에 하천수 또는 해수 수중에 자유롭게 움직인다.
따라서, 플러스 이온은 액체 속에 남게 되고, 수중방전, 펌프에 의한 하천수 또는 해수의 가압, 고압의 피처리수에 활성기체 분사, 피처리수와 활성기체와의 충돌 등 매우 높은 에너지가 인가되는 상태가 지속되면서, 하천수 또는 해수의 물 분자는 해리되어 더욱 작게 되고, 하천수 또는 해수 표면에서는 쌍극자의 배열이 더욱 활발해져 활성미세기포 측 계면에 존재하는 산소분자를 이온화하는 반응이 더욱 활성화되는데, 피 처리수는 이런 일련의 반응을 통해 더욱 이온화되어 활성화된다.
또한, 활성기체 공급기(200)에서 장치내로 유입되는 외부공기에 고전압 발생기에서 생성된 고전압을 인가하여 해리, 이온화, 여기, 산화, 환원 반응 등의 전기 화학적으로 생성된 산소와 산소가 불안정한 형태로 결합한 슈퍼옥사이드 음이온(O2-), 히드록실라디칼(.OH), 일산화질소(NO), 일중항산소(1O2)등의 산소라디칼 등의 자유 라디칼이 가압기에서 가압되어 산기관(235)에 공급 및 하천수 및 해수 수중에 분사되어 녹조 및 적조의 조류세포의 세포파괴를 파괴 하는데,자유 라디칼은 일반적으로 생물체, 특히 생물체의 세포에 악영향을 미친다. 자유 라디칼은 상기 세포의 저항에 의존하는 속도로 세포벽을 공격한다. 세포벽이 분해될 때, 자유 라디칼에 의해 구멍이 뚫리고, 세포의 내용물이 세포 밖으로 흘러 나오는 과정에서 하천수 및 해수 수중에 녹조 및 적조의 조류가 1차 살균된다.
도 4a,는 도 1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 가열 살균수단(300)을 나타낸 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 상기 가열 살균 수단(300)의 제1가열기구(311)는 전기히타 구조의 제1가열기구(311),밀폐구조의 직육면체형상으로 제작되고, 상부 일측 과 하부 일측에 온수,HOT OIL, 열풍, 스팀 등의 열매체의 유입구(312a), 유출구(312b)가 설치되어 내부에 열매체가 공급 및 순환하는 구조의 제2 가열 기구(312),밀폐구조의 직육면체형상으로 제작되고, 상부 일측에 열풍, 스팀 등의 기체상의 열매체의 유입구(313a)가 설치되어 내부에 기체상의 열매체가 공급 및 분사노즐(313c)을 이용하여 공급된 기체상의 열매체를 하천수 또는 해수에 직접 분사하는 구조의 제3 가열 기구(313)로 구분된다.
가열기구(311)가 설치되는 본체(310)의 형상은 원통구조 또는 직육면체의 형상에서 어느 하나의 형상이 선택된다. 본체(310)의 재질은 스테인레스스틸(STS304), 철판(SS400), PVC(플라스틱), PE(Poly Ethylene), FRP(유리섬유)성형폼에서 어느 한 가지 재질이 선택되어 사용되며, 본체(310) 상부 일측과 측면상부 일측에는 일정한 간격으로 이격되어 직경 50mm홀이 복수개 타공되고, 타공된 홀에 내면에 나사산이 가공된 소켓(301)이 타공된 홀마다 설치된다, 설치된 소켓(301)에 테프론, 폴리에틸렌, 아세탈, 베크라이트, PVC등의 불연 재질 중에서 어느 한 가지의 재질이 선택되어 직경 49.5mm으로 외표면에 삼각 나사산이 가공되고, 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경이 선택된 치수로 홀(구멍)이 가공되고, 가공된 홀에 삼각 나사산이 가공되며, 길이 50mm에서 100mm범위 이내에서 적정 길이로 선택된 길이만큼 절단되어 제작된 절연부재(302)가 소켓(301)에 삽입된다. 상기 본체 양측면 상부 일측에 간격을 두고 설치된 소켓(301)에는 방전극 간극 조정장치(750a, 750b)는 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터(751a, 751b)의 작동에 연동하는 봉상의 회전부재(752a, 752b)가 설치된다, 상기 본체(310) 상부에 간격을 부고 복수개 설치된 소켓(301)의 절연부재(302)중심부에 가공된 홀에는 제1 가열 수단에 전기에너지, 열풍, 온수, HOT OIL 또는 스팀을 공급하는 전원 공급용 도선 및 기상, 액상의 열매체를 공급 및 순환하는 플렉시블한 금속관이 복수개 설치된다.
상기 제1 가열기구(311)는 도 4b에 도시한 바와 같이 일정 직경의 원통형 하우징(311a)에 한 끝단은 막혀 있고, 하우징(311a)의 개방된 끝단의 외표면에 일정부분 삼각 나산이 가공되고, 원형 표면 중심부에 간격을 두고 일정 직경의 홀(311e)이 2개 타공된 세라믹 마개(311b)가 나사산이 가공된 끝단에 설치되는데, 사전에 하우징(311a)에 내부에 분말 부도체(311d)가 채워진 후 결합된다. 이어 세라믹 마개(311b)의 표면 중심에 일정직경의 홀에 탄소 발열체(C), Ni-Cr(니크롬), Fe-Cr(Kanthal) 등의 발열체(311c) 중에서 어느 한 가지 재질을 선택하여 삽입되어 체결된다, 외부에 노출된 발열체(311c) 끝단에 단자대(311f)가 연결되어 제1가열기구(311)이 완성 되는데 이때 하우징(311a) 내부에 채워진 분말 부도체는 발열체(311c)와 하우징 (311a)을 절연시킨다.
상기 제1 가열기구(311)는 본체(310) 내부에 설치된 수평 방향으로 서로 마주보게 설치된 간극 조정장치(750a, 750b)의 회전부재(752a, 752b)상에 일정간격을 두고 복수개 설치된 고정구(754a, 754b)에 설치하고, 본체(310) 상부에 복수개가 설치된 소켓(301)의 절연부재(302)의 내부 홀에 전원 공급용 도선(311g)을 삽입하여 제1 가열기구(311) 단자대(311f)에 결속하고, 제어반(900)에서 110V, 220V, 380V, 440V의 전압 중에 적정한 전압을 선택하여 제 1 가열기구(311)를 100C이상으로 가열 시킨다. 상기 제1 가열기구(311)의 외부 금속관의 재질은 스테인레스 스틸(STS304), 동(CU), 은(Ag), 알미늄 재질 중에서 어느 한 가지 재질을 선택하여 사용한다.
도 5a 및 도5b 는 도 1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 가열 살균수단(300)의 제2 가열 기구(312)가 설치되는 본체(310)를 나타낸 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 상기 본체(310)는 직육면체의 형상)이며, 본체(310)의 재질은 스테인레스 스틸(STS304), 철판(SS400), 동(cu), 알미늄 등의 금속 재질에서 어느 한 가지 재질이 선택되어 사용되며, 본체(310) 상부 일측과 측면상부 일측에는 일정한 간격으로 이격되어 직경 50mm홀이 복수개 타공되고, 타공된 홀에 내면에 나사산이 가공된 소켓(301)이 타공된 홀마다 설치된다. 설치된 소켓(301)에 테프론, 폴리에틸렌, 아세탈, 베크라이트, PVC등의 절연 재질 중에서 어느 한 가지의 재질이 선택되어 직경 49.5mm으로 외표면에 삼각 나사산이 가공되고, 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경이 선택된 치수로 홀(구멍)이 가공되고, 가공된 홀에 삼각 나사산이 가공되며, 길이 50mm에서 100mm범위 이내에서 적정 길이로 선택된 길이만큼 절단되어 제작된 절연부재(302)가 소켓(301)에 삽입된다. 상기 본체 양측면 상부 일측에 간격을 두고 소켓(301)에 설치된 간극 조정장치(750a, 750b)는 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터(751a, 751b)의 작동에 연동하는 봉상의 회전부재(752a, 752b)본체(310) 내부에 설치된다, 상기 본체(310) 상부에 간격을 두고 복수개 설치된 소켓(301)의 절연부재(302)중심부에 가공된 홀에는 제2 가열 기구(312)에 온수, Hot oil, 열풍 또는 스팀을 공급하는 플렉시블한 금속관이 복수개 설치된다. 본체(310) 내부에 서로수평으로 마주보게 설치된 간극 조정장치(750a, 750b)의 회전부재(752a, 752b)상에 일정간격을 두고 복수개가 설치된 고정구에 간격을 두고 제2 가열기구(312)를 설치하고, 본체(310) 상부 복수개가 설치된 소켓(301)절연부재(302)의 내부 홀에 설치된 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경의 열매체(열풍,Hot oil,스팀) 공급용 플렉시블한 금속관을 삽입하여 제2 가열수단을(312)의 열매체 유입구(312b) 및 유출구(313b)에 연결한다.
상기 제2 가열기구(312)는 가로 400mm에서 1000mm범위에서 적정규격을 선택하고, 세로 20mm에서 100mm범위에서 적정규격을 선택하고, 높이 650mm에서 1500mm범위에서 적정규격을 선택하여 밀폐구조의 직육면체 형상으로 제작된다.
제 2가열기구(312)의 재질은 스테인레스 스틸(STS304), 철판(SS400), 동(cu), 알미늄 등의 금속 재질에서 어느 한 가지 재질이 선택되어 사용되며, 제 2가열기구 (312)의 전면 및 뒷면, 양측면의 외표면에 돌기(312e)형상으로 엠보싱 처리하여 제 2가열기구 (312)접면하여 흐르는 하천수 또는 해수 수중에서 불규칙한 층류 흐름을 형성하여 불규칙한 라이텐 프로스트 효과를 발생시킨다.
제 2가열기구 (312)상부 일측과 하부 일측에 스팀, HOT OIL, 열풍 등의 열매체의 유입구(312a), 유출구(312b)가 설치되고, 상기 유입(312a), 유출구(312b)에 연결구(미도시)가 연결 설치되고, 본체(310) 상부에 복수개가 설치된 소켓(301)속 절연부재(302)에 엘보, 티 등의 배관 부품이 체결되어 가지관(312c)이 형성되고, 다시 주관(312d)에 가지관(312c)들이 합류되고, 주관(312d)은 열 발생수단(320, 330, 340, 350)에 연결된다.
열 발생수단(320, 330, 340, 350)은 내부에 전기히타(321)가 내장된 챔버(325), 외부공기를 챔버(325)로 공급하는 에어팬(323)과 내부 온도를 계측하는 온도센서(324), 에어팬(323)과 전기히타(321)에 전기를 공급하는 제어반(900)으로 구성된 열풍 생성기(320);와
연소실(331) 과 온수 생산용 물이 저장되는 수실(332), 수실의 온도를 계측하는 온도센서(333)로 구성된 본체(334), 연소실에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(335), 가열된 온수를 주관(312d) 및 가지관((312c))을 통하여 제2 가열수단(312)에 공급 및 내부를 순환 시키는 펌프(336)로 구성된 온수보일러(330)와, 연소실(341)과 고비점 알켄족 OIL 저장되는 열매체유 저장실 (342), 열매체유 온도를 계측하는 온도센서(343)로 구성된 본체(344), 연소실(341)에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(345), 가열된 HOT OIL을 주관(312d) 및 가지관(312c)을 통하여 제2 가열수단(312) 내부를 순환 시키는 펌프(346)로 구성된 열매체보일러(340);와
연소실(351)과 스팀 생산용 물이 저장되는 수실(352), 수실(352)의 온도를 계측하는 온도센서(353)로 구성된 본체(354), 연소실(351)에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(355), 생산된 스팀을 주관(312d) 및 가지관(312c)을 통하여 자체 압력으로 제2 가열기구(312) 내부를 순환 시키면서 제2 가열기구(312)에서 하천수에 전도방식으로 열전달 되어 제2 가열기구(312)의 표면을 가열과 공급되는 열에너지가 소비되어 발생되는 습증기 및 응축수를 회수 및 저장하는 응축수 탱크(356), 응축수 탱크(356)에 회수된 응축수를 다시 본체(354)의 수실(352)로 가압하여 공급하는 펌프(357)로 구성된 스팀보일러(350)로 구성되는데 현장 여건에 따라 상기 기재된 열원 공급장치 중에서 어느 한 가지를 선택하여 사용할 수 있다.
본 발명에서는 현장 여건에 따라 상기에 기재된 열풍생성기(320),온수 보일러(330), 열매체 보일러(340), 증기보일러(350) 중에서 어느 한 가지를 선택하여 사용 하며, 국내에서 생산되는 제품을 구매하여 사용한다.
도 6a 및 도6b는 도 1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 가열 살균수단(300)의 제3 가열 기구(313)가 설치되는 본체(310)를 나타낸 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 상기 본체(310)는 직육면체의 형상이며, 본체(310)의 재질은 스테인레스 스틸(STS304), 철판(SS400), 동(cu), 알미늄 등의 금속 재질에서 어느 한 가지 재질이 선택되어 사용되며, 상기 본체(310) 상부 일측과 측면상부 일측에는 일정한 간격으로 이격되어 직경 50mm홀이 복수개 타공되고, 타공된 홀에 내면에 나사산이 가공된 소켓(301)이 타공된 홀마다 설치된다, 설치된 소켓(301)에 테프론, 폴리에틸렌, 아세탈, 베크라이트, PVC등의 절연 재질 중에서 어느 한 가지의 재질이 선택되어 직경 49.5mm으로 외표면에 삼각 나사산이 가공되고, 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경이 선택된 치수로 홀(구멍)이 가공되고, 가공된 홀에 삼각 나사산이 가공되며, 길이 50mm에서 100mm범위 이내에서 적정길이로 선택된 길이만큼 절단되어 제작된 절연부재(302c)가 소켓(301)에 삽입된다. 상기 본체 양측면 상부 일측에 간격을 두고 소켓(301)에 설치된 간극 조정장치(750a, 750b)는 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터(371a, 751b)의 작동에 연동하는 봉상의 회전부재(752a, 752b)가 본체(310) 내부에 설치된다, 상기 본체(310) 상부에 간격을 부고 복수개 설치된 소켓(301)의 절연부재(302)중심부의 가공된 홀에는 제3 가열 기구(313)에 열풍 또는 스팀을 공급하는 플렉시블한 금속관이 복수개 설치된다. 본체(310) 내부에 수평으로 서로 마주보게 설치된 간극 조정장치(750a, 370b)의 회전부재(752a, 752b)상에 일정간격을 두고, 복수개 설치된 고정구(754a, 754b)에 간격을 두고 제3 가열기구(313)를 설치하고, 본체(310) 상부 복수개가 설치된 소켓(301)절연부재(302)의 내부 홀에 설치된 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경의 열매체(열풍, 스팀) 공급용 플렉시블한 금속관을 삽입하여 제3 가열기구(313)의 열매체 유입구(313a)를 연결한다.
제3 가열기구(313)의 전면 및 배면, 양 측면에는 직경 10mm에서 25mm범위에서 홀이 바둑판 모양으로 복수개가 타공되고, 타공된 홀에 동일 직경의 소켓(313c)이 설치되며, 소켓(313c)에 가열원에서 공급된 열풍 또는 과열 증기를 직접 하천수에 분사하는 노즐(313d)이 복수개 설치된다, 상기 노즐(313d)의 재질은 스테인레스 스틸(STS304)이며 분사각은 60도에서 150도 범위에서 적정 각도의 노즐(313d)규격을 선택하고, 분사량도 본 발명의 적용 현장 사항을 고려하여 적정 분사량을 선정한다, 제3 가열기구(313)는 열원인 열풍 또는 과열증기를 직접 하천수에 분사함으로 분사노즐이 유출구 역할 하기 때문에 별도의 유출구 및 순환용 가지관, 주관, 응축수탱크 및 응축수 공급 펌프가 필요 없다. 본체(310)상부에 설치된 열매체(열풍, 스팀) 공급용 플렉시블한 금속관에 엘보, 티 등의 배관 부품이 체결되어 열매체 공급용 가지관(312c)이 형성되고, 다시 주관(312d)에 가지관(312c)들이 합류되고, 주관(312d)은 열 발생수단(320, 350)에 연결된다.
열 발생수단(320, 350)은 내부에 전기히타(321)가 내장된 챔버(320), 외부공기를 챔버(320)로 공급하는 에어팬(323)과 내부 온도를 계측하는 온도센서(324), 에어팬(323)과 전기히타(321)에 전기를 공급하는 제어반(900)으로 구성된 열풍 생성기(320)와 연소실(351) 과 스팀 생산용 물이 저장되는 수실(352),수실의 온도를 계측하는 온도센서(353)로 구성된 본체(354), 연소실에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(355), 생산된 스팀을 일시 저장하는 헤더(356) 및 버너 등 유체기계에 전원을 공급하는 제어반(900)으로 구성된 증기 보일러(350)중에서 본 발명에서는 현장 여건에 따라 상기에 기재된 열풍생성기(320)증기보일러(350)중에서 어느 한 가지를 선택하여 사용 하며,국내에서 생산되는 제품을 구매하여 사용한다. 상기 기재된 열원 공급장치(320, 350)에서 약 200℃ 까지 가열된 증기, 열풍 등의 열매체가 자체 압력에 의해 열매체 공급관(230)을 통하여 관로 상에 설치된 전자발브(257)가 개방되어 본체(310)내부에 설치된 복수개의 설치된 제3 가열기구(313) 내부로 공급되면 제3가열기구(313)의 내부 및 외부가 가열되면서 제3가열수단 외표면에 접면하여 유동하는 녹조가 활성화된 하천수도 가열 되면서,제3가열기구(313)의 내외부 온도가 100℃를 넘게 되어 제3가열기구(313)의 외표면 온도가 녹조가 활성화된 하천수 또는 해수의 비등점보다 높아지게 되면 제3 가열기구(313)의 외표면에서 라이텐프로스트 효과(Leidenfrost effect)에 의해 녹조가 활성화된 하천수 또는 해수가 기화되어 일정거리만큼 증기층이 형성되면서 초 공동현상이 발생된다. 이러한 현상을 라이텐프로스트 효과(Leidenfrost effect)라 한다.
라이텐프로스트 효과(Leidenfrost effect)는 어떤 액체가 그 액체의 끓는점보다 훨씬 더 뜨거운 부분과 접촉할 경우 빠르게 액체가 끓으면서 증기로 이루어진 절연층이 만들어 지는 현상이다.
이 효과는 달궈진 프라이팬에 물방울을 떨어뜨려 보는 것으로 확인할 수 있다.처음에 프라이팬의 온도는 100℃ 직전이면 물은 퍼지면서 천천히 증발하며, 100℃에서 많이 낮은 경우에는 물은 액체상태를 유지하고 있다. 팬의 온도가 100℃를 넘어서면 팬에 물방울이 닿을 때마다 쉬익 소리를 내면서 재빨리 증발한다. 이후, 팬의 온도가 라이텐프로스트 지점을 돌파하는 순간 라이텐프로스트 효과가 나타난다. 팬과 접촉한 물은 작은 공모양으로 변하면서 주변으로 빠르게 움직이며, 이보다 낮은 온도에 있을 때보다 더 오랫동안 액체상태로 머무르게 된다. 이 효과는 너무 높은 온도에 노출된 물이 너무 빨리 증발하여 물방울 모양을 오랫동안 유지하게 되는 원리이다.
이 효과가 일어나게 되는 이유는 라이텐프로스트 지점 이상의 온도에서는 물방울의 바닥 부분이 순식간에 기화하기 때문이다. 이로 인해 생긴 증기는 바로위의 물방울과 바닥 사이에 끼어 있게 되며, 물과 뜨거운 판 사이의 직접적인 접촉을 막게 된다. 증기는 열전도율이 매우 낮기 때문에 팬과 물방울 사이의 열전달은 매우 느려지게 된다. 또한, 증기층이 팬에서 미끄러지면서 물방울 또한 빠르게 움직이는 것처럼 보이게 된다.
라이텐프로스트 효과가 일어나는 온도를 예측하는 것은 쉽지 않다. 심지어 액체 물방울의 부피가 서로 동일하더라도 라이텐프로스트 효과는 복잡한 표면 성질, 액체 내의 불순물 등 상당히 여러 성질에 의존하기 때문에 라이텐프로스트 지점은 서로 다를 수 있다.일부 연구는 이 효과에 대한 이론적인 모델을 제시하고 있지만 이 모델은 매우 복잡하다.
(출처 : Bernardin, John D. ; Mudawar, Issam(2002), "A Cavity Activation and Bubble Growth Model of the Leidenfrost Point". <Journal df HeatTransfer> 124 (5) : 864-74. DOI : 10.1115/1.1470487(HTTPS;//DX.DOI,ORG/10,1115%2FI 1.1470487) 아주 대략적으로 프라이팬에 떨어진 물방울의 라이텐프로스트 지점은 약 193℃이다. 라이텐프로스트 지점은 물방울이 공중에 띄어 있을 때, 가장 오랫동안 지속되는 온도로도 알 수 있다. (출처 : Incropera, DeWitt, Bergman and Lavine : Fundamentals of Heat and Mass Transfer <6th edition).이것은 초소수성 표면을 이용하여 물과 라이텐프로스트 공기층을 안정화 하면서 증명할 수 있게 되었다. 이 경우, 일단 증기층이 만들어지면 냉각으로도 이 층은 작아지지 않으며, 어떠한 핵비등도 나타나지 않는다. 이 증기층은 표면이 냉각될 때만 서서히 줄어든다. (출처 : Vakarelski, IvanU ; Patankar, Neelesh A, ; Marston, Jeremy O, ; Chan, Derek Y, ; Thoroddsen, Sigurdur T(2012) "Stabilization of Leidenfrost vapor layer by textured superhydrophobicsurfaces"<<Nature>> 489(7415):274-7Bibcode: 2012Natur.274V
라이텐프로스트 지점
라이텐프로스트 지점은 안정한 막비등이 발생하는 지점이다. 이 때가 열유속에서 비등곡선상에 점이 최소인 때이며 표면이 완전히 증기로 덮혀있는 상태를 나타낸다. 액체 표면에서의 열전달은 증기를 통한 열 전도 와 복사열을 통해 이루어진다. 1976년, 라이텐프로스트는 뜨거운 표면위의 물이 증기막의 보호를 받아 천천히 증발하면서 이리저리 움직이는 현상을 관찰했다. 표면의 온도가 증가하면서 증기막을 통한 복사열이 증가하며 온도 증가와 함께 열유속이 증가한다는 것을 밝혀냈다.
크고 수평인 판 위의 최소 열유속은 제베르(Zuber)방정식으로 유도할 수 있다.(출처:Incropera,DeWitt,Bergman and Lavine:Fundamentals of Heat and Mass Transfer<6th edition)
Figure pat00012
Figure pat00013
Figure pat00014
Figure pat00015
열전달의 상관관계
열전달 계수는 브롬방정식을 이용하여 근사할 수 있다.
(출처:Incropera,DeWitt,Bergman and Lavine:Fundamentals of Heat and Mass Transfer<6th edition)
도 7a 및 7b는 도 1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 가열 및 전기분해 살균수단(400)을 나타낸 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 상기 가열 및 전기분해 살균수단(400)의 제1 가열기구 겸 전기 분해용 방전극(411)은 하우징 내부에 발열체가 내장되고, 하우징 과 발열체 사이를 분말 부도체로 채워서 절연시키고, 제어반에서 전원을 공급하여 발열 시키며, 하우징 일측에 단자를 설치하고 여기에 제어반에서 교류전원을 변압기에서 적정 전압으로 감압한 후 정류회로(다이오드)에서 직류전원으로 변환한 후 생산된 직류 전원을 도선으로 하우징 일측에 설치된 단자에 접속하여 야기에 전원을 공급하여 인접한 제1 가열 기구 겸 전기분해용 방전극 기능을 수행하는 구조의 제1 가열기구 겸 전기분해용 방전극(411)은 도 7b 에 도시한 바와 같이, 일정 직경의 원통형 하우징(411a)에 한 끝단은 막혀 있고, 하우징(411a)의 개방된 끝단의 외표면에 일정부분 삼각 나산이 가공되고, 원형 표면 중심부에 간격을 두고 일정 직경의 홀(411e)이 2개 타공된 세라믹 마개(411b)가 나사산이 가공된 끝단에 설치되는데, 사전에 하우징(411a)에 내부에 분말 부도체(411d)가 채워진 후 결합된다. 이어 세라믹 마개(411b)의 표면 중심에 일정직경의 홀에 탄소 발열체(C), Ni-Cr(니크롬), Fe-Cr(Kanthal) 등의 발열체(411c) 중에서 어느 한 가지 재질을 선택하여 삽입되어 체결된다, 외부에 노출된 발열체(411c) 끝단에 단자대(411f)가 연결되어 제1 가열기구 겸 전기 분해용 방전극(411)이 완성 되는데, 이때 하우징(411a) 내부에 채워진 분말 부도체는 발열체(411c)와 하우징 (411a)을 절연시킨 후 도선으로 단자대와 제어반(900)을 연결한 후에 제어반(900)에서 전원을 공급하여 발열체(411C)를 가열 하면서, 방전극 간극 조정장치(750a, 750b)는 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터(751a, 751b)의 작동에 연동하는 봉상의 회전부재(752a, 752b)에 복수개 설치된 고정구(754a, 754b)에 간격을 두고 설치된 제1 가열기구겸 전기분해용 방전극(411)을 양극용(+), 음극용(-)으로 번갈아 지정하고, 상기 구분된 양극용(+), 음극용(-) 제1 가열기구 겸 방전극(411)에 제어반(900)에서 입력된 교류전원을 변압기(910)에서 감압한 후 졍류회로(920)에서 직류전원으로 변환된 직류전원을 양극용(+), 음극용(-) 용으로 분류된 제1 가열 기구 겸 방전극(411a) 측면에 설치된 단자대에 도선(411i)을 연결하고 직류전원을 공급하여 방전극 사이에서 전기분해반응을 개시한다.
도 8a 및 8b는 도 1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 가열 및 전기분해 살균수단(400)을 나타낸 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 상기 가열 및 전기분해 살균수단(400)의 제2가열기구 겸 전기 분해용 방전수단(412)이 내부에 설치되는 상기 본체(410)는 원통구조 또는 직육면체의 형상에서 어느 하나의 형상이 선택된다. 본체(410)의 재질은 스테인레스 스틸(STS304), 철판(SS400), 동(cu), 알미늄 등의 금속 재질에서 어느 한 가지 재질이 선택되어 사용되며, 본체(410) 상부 일측과 측면상부 일측에는 일정한 간격으로 이격되어 직경 50mm홀이 복수개 타공되고, 타공된 홀에 내면에 나사산이 가공된 소켓(401)이 타공된 홀마다 설치된다. 설치된 소켓(401)에 테프론, 폴리에틸렌, 아세탈, 베크라이트, PVC등의 절연 재질 중에서 어느 한 가지의 재질이 선택되어 직경 49.5mm으로 외표면에 삼각 나사산이 가공되고, 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경이 선택된 치수로 홀(구멍)이 가공되고, 가공된 홀에 삼각 나사산이 가공되며, 길이 50mm에서 100mm범위 이내에서 적정 길이로 선택된 길이만큼 절단되어 제작된 절연부재(402)가 소켓(401)에 삽입된다. 상기 본체(410) 상부에 간격을 두고 복수개 설치된 소켓(401)의 절연부재(402)중심부에 가공된 홀에는 제2 가열기구겸 전기분해 방전극(412)에 전기에너지, 열풍 또는 스팀을 공급하는 전원 공급용 도선 및 플렉시블한 금속관이 복수개 설치된다.
또한, 본체(410) 측면상부 일측에는 일정한 간격으로 이격되어 직경 50mm홀이 복수개 타공되고, 타공된 홀에 내면에 나사산이 가공된 소켓(401)이 타공된 홀마다 설치된다. 설치된 소켓(401)에 테프론, 폴리 에틸렌, 아세탈, 베크라이트, PVC 등의 불연 재질 중에서 어느 한 가지 재질이 선택되어 사용되며, 직경 49.5mm으로 외표면에 삼각 나사산이 가공되고, 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경이 선택된 치수로 홀(구멍)이 가공되고, 가공된 홀에 삼각 나사산이 가공되며, 길이 50mm에서 100mm범위 이내에서 적정 길이로 선택된 길이만큼 절단되어 제작된 절연부재(402)가 소켓(401)에 삽입된다. 상기 본체 양측면 상부 일측에 간격을 두고 소켓(401)에 설치된 간극 조정장치(750a, 750b)는 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터(751a, 751b)의 작동에 연동하는 봉상의 회전부재(752a, 752b)가 본체(410) 내부에 설치된다.
상기 본체(410) 상부에 간격을 부고 복수개 설치된 소켓(401)의 절연부재(402)중심부의 가공된 홀에는 제2 가열 기구 겸 전기분해용 방전극(412)에 열풍 또는 스팀을 공급하는 플렉시블한 금속관이 복수개 설치된다. 본체(410) 내부에 수평으로 서로 마주보게 설치된 간극 조정장치(750a, 370b)의 회전부재(752a, 752b)상에 일정간격을 두고 복수개 설치된 고정구(754a, 754b)에 간격을 두고 제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극(412)을 설치하고, 본체(410) 상부 복수개가 설치된 소켓(401)절연부재(402)의 내부홀에 설치된 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경의 열매체(열풍, 스팀) 공급용 플렉시블한 금속관을 삽입하여 제2 가열기구 겸 전기 분해용 방전극(412)의 열매체 유입구(412a)를 연결한다.
제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극(412)에 열매체를 공급 순환시키는 열 발생수단(420, 430, 440, 450)은 내부에 전기히타(421)가 내장된 챔버(425),외부공기를 챔버(425)로 공급하는 에어팬(423)과 내부 온도를 계측하는 온도센서(424), 에어팬(423)과 전기히타(421)에 전기를 공급하는 제어반(900)으로 구성된 열 발생수단(열풍 생성기)(420)과, 연소실(431)과 온수 생산용 물이 저장되는 수실(432), 수실의 온도를 계측하는 온도센서(433)로 구성된 본체(434), 연소실(431)에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(435), 가열된 온수를 주관(459) 및 가지관(458)을 통하여 제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극(412)에 공급 및 내부를 순환 시키는 펌프(436)로 구성된 온수보일러(430)와, 연소실(441) 과 고비점 알켄족 OIL 저장되는 열매체유 저장실(442), 열매체유 온도를 계측하는 온도센서(443)로 구성된 본체(444), 연소실(441)에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(445), 가열된 HOT OIL을 주관(459) 및 가지관(458)을 통하여 제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극(412) 내부를 순환 시키는 순환펌프(446)로 구성된 열매체보일러(440);와
연소실(451) 과 스팀 생산용 물이 저장되는 수실(452), 수실의 온도를 계측하는 온도센서(453)로 구성된 본체(454), 연소실에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(455), 생산된 스팀을 주관(459) 및 가지관(458)을 통하여 제2 가열 기구 겸 전기분해용 방전극(412) 내부를 순환 시키면서 제2 가열기구 및 전기분해용 방전극(412)에서 하천수에 전도방식으로 열전달 되어 습증기 및 응축수를 회수 및 저장하는 응축수 탱크(456), 응축수 탱크(456a)에 회수된 응축수를 다시 본체(454)의 수실(452)로 가압하여 공급하는 펌프(456b)로 구성된 스팀보일러(450)중에서 본 발명에서는 현장 여건에 따라 상기에 기재된 열풍생성기(420), 온수 보일러(430), 열매체 보일러(440), 증기보일러(450)중에서 어느 한 가지를 선택하여 사용 하며,국내에서 생산되는 제품을 구매하여 사용한다.
또한, 제2 가열 및 전기분해수단용 방전극을 순차적으로 +전극, -전극으로 분류하고, 분류된 각각의 +전극, -전극 역할을 하는 방전극 겸용 가열 수단의 절연된 주관(412d)의 단자(412e)에 제어반(900)에서 입력된 220V의 교류전원을 변압기(910)에서 3V에서 200V 범위로 전압을 감압한 후 정류회로(920)의(다이오드)에서 직류 전원으로 변환한 후 +전원은 +극으로 분류된 제2 가열 및 전기 분해수단 주관의 단자에 연결 하고 -전원은 -극으로 분류된 제2 가열 및 전기분해 수단의 주관의 단자(412e) 접속하고, 제어반(900)에서 직류 전원을 공급한다. 동시에 상기 열원공급장치(420, 430, 440, 450)에서 생성된 열원을 공급하면, 제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극(412a)의 내부와 표면이 가열되어 방전극 표면에서 라이텐 프로스트 효과에 의해 과열된 증기부(초공동현상)를 형성하면서, 제어반(900)에서 입력된 교류전원을 변압기(910)에서 감압한 후 졍류회로(920)에서 직류전원으로 변환된 직류전원을 양극용(+), 음극용(-) 용으로 분류된 제2 가열 기구 겸 방전극(412)에 연결된 주관(459)에 설치된 단자대(412e)에 도선(412i)을 연결하고 직류전원을 공급하여 방전극 사이에서 전기분해반응을 개시한다.
제2 가열 기구 겸 방전극(412)에 열 발생수단(420, 430, 440, 450)에서 공급 및 순환되는 열매체에 의해 상기 방전극(412) 내부 및 외부가 가열됨에 따라 전기분해작용이 더욱 활발하게 수행되어 방전극을 접면하여 흐르는 하천수 중의 조류균을 효과적으로 천공 및 살균한다.
도 9a 및 도 9b는 도 1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 가열 및 전기분해 살균수단(400)의 제3 실시 예를 나타낸 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 제3가열기구 겸 전기 분해용 방전수단(413)이 내부에 설치되는 상기 본체(410)는 직육면체의 형상이며, 본체(410)의 재질은 스테인레스 스틸(STS304), 철판(SS400), 동(cu), 알미늄 등의 금속 재질에서 어느 한 가지 재질이 선택되어 사용되며, 상기 본체(410) 상부 일측과 측면상부 일측에는 일정한 간격으로 이격되어 직경 50mm홀이 복수개 타공되고, 타공된 홀에 내면에 나사산이 가공된 소켓(401)이 타공된 홀마다 설치된다. 설치된 소켓(401)에 테프론, 폴리에틸렌, 아세탈, 베크라이트, PVC 등의 절연 재질 중에서 어느 한 가지의 재질이 선택되어 직경 49.5mm으로 외표면에 삼각 나사산이 가공되고, 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경이 선택된 치수로 홀(구멍)이 가공되고, 가공된 홀에 삼각 나사산이 가공되며, 길이 50mm에서 100mm범위 이내에서 적정 길이로 선택된 길이만큼 절단되어 제작된 절연부재(402)가 소켓(401)에 삽입된다. 상기 본체 양측면 상부 일측에 간격을 두고 소켓(401)에 설치된 간극 조정장치(750a, 750b)는 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터(371a, 751b)의 작동에 연동하는 봉상의 회전부재(752a, 752b)가 본체(410) 내부에 설치된다. 상기 본체(410) 상부에 간격을 부고 복수개 설치된 소켓(401)의 절연부재(402)중심부의 가공된 홀에는 제3가열기구 겸 전기 분해용 방전수단(413)에 열풍 또는 스팀을 공급하는 플렉시블한 금속관이 복수개 설치된다. 본체(410) 내부에 수평으로 서로 마주보게 설치된 간극 조정장치(750a, 750b)의 회전부재(752a, 752b)상에 일정간격을 두고 복수개 설치된 고정구(754a, 754b)에 간격을 두고 제3가열기구 겸 전기 분해용 방전수단(413)을 설치하고, 본체(410) 상부 복수개가 설치된 소켓(401)절연부재(402)의 내부홀에 설치된 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경의 열매체(열풍, 스팀) 공급용 플렉시블한 금속관을 삽입하여 제3가열기구 겸 전기 분해용 방전수단(413)의 열매체 유입구(413a)를 연결한다.
제3가열기구 겸 전기 분해용 방전수단(413)의 전면 및 배면, 양 측면에는 직경 10mm에서 25mm범위에서 홀이 바둑판 모양으로 복수개가 타공되고, 타공된 홀에 동일 직경의 소켓(413c)이 설치되며, 소켓(413c)에 가열원에서 공급된 열풍 또는 과열 증기를 직접 하천수에 분사하는 노즐(413d)이 복수개 설치된다. 상기 노즐(413d)의 재질은 스테인레스 스틸 (STS304)이며, 분사각은 60도에서 150도 범위에서 적정 각도의 노즐(413d)규격을 선택하고, 분사량도 본 발명의 적용 현장 사항을 고려하여 적정 분사량을 선정한다. 제3가열기구 겸 전기 분해용 방전수단(413)은 열원인 열풍 또는 과열증기를 직접 하천수에 분사함으로 분사노즐(413d)이 유출구 역할 하기 때문에 별도의 유출구 및 순환용 가지관, 주관, 응축수탱크 및 응축수 공급 펌프가 필요 없다. 본체(410)상부에 설치된 열매체(열풍, 스팀) 공급용 플렉시블한 금속관에 엘보, 티 등의 배관 부품이 체결되어 열매체 공급용 가지관(458)이 형성되고, 다시 주관(459)에 가지관(458)들이 합류되고, 주관(459)은 열 발생수단(420, 450)에 연결된다.
열 발생수단(420, 450)은 내부에 전기히타(421)가 내장된 챔버(425),외부공기를 챔버(425)로 공급하는 에어팬(423)과 내부 온도를 계측하는 온도센서(424), 에어팬(423)과 전기히타(421)에 전기를 공급하는 제어반(900)으로 구성된 열풍 생성기(420)와, 연소실(451)과 스팀 생산용 물이 저장되는 수실(452), 수실의 온도를 계측하는 온도센서(453)로 구성된 본체(454), 연소실에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(455), 생산된 스팀을 일시 저장하는 헤더 및 버너(455) 등 유체기계에 전원을 공급하는 제어반(900)으로 구성된 증기 보일러(450)중에서 본 발명에서는 현장 여건에 따라 상기에 기재된 열풍생성기(420)증기보일러(450)중에서 어느 한 가지를 선택하여 사용 하며, 국내에서 생산되는 제품을 구매하여 사용한다. 상기 기재된 열원 공급장치(420, 450)에서 약 200℃ 까지 가열된 증기, 열풍 등의 열매체가 자체 압력에 의해 열매체 공급관(230)을 통하여 관로 상에 설치된 전자발브(457)가 개방되어 본체(410)내부에 설치된 복수개의 설치된 제3가열기구 겸 전기 분해용 방전수단(413) 내부로 공급되면 제3가열기구 겸 전기 분해용 방전수단(413)의 내부 및 외부가 가열되면서 제3가열수단 외표면에 접면하여 유동하는 녹조가 활성화된 하천수도 가열 되면서, 제3가열기구 겸 전기 분해용 방전수단(413)의 내ㅇ외부 온도가 100℃를 넘게 되어 제3가열기구 겸 전기 분해용 방전수단(413)의 외표면 온도가 녹조가 활성화된 하천수 또는 해수의 비등점보다 높아지게 되면 제3가열기구 겸 전기 분해용 방전수단(413)의 외표면에서 라이텐프로스트 효과(Leidenfrost effect)에 의해 녹조가 활성화된 하천수 또는 해수가 기화되어 일정거리만큼 증기층이 형성되면서 초 공동현상이 발생된다.
또한, 제3 가열 및 전기분해수단용 방전극(413)을 순차적으로 +전극, -전극으로 분류하고, 분류된 각각의 +전극, -전극 역할을 하는 방전극 겸용 가열 수단의 절연된 주관(459)의 단자(413e)에 제어반(900)에서 입력된 220V의 교류전원을 변압기(910)에서 3V에서 200V 범위로 전압을 감압한 후 정류회로(920)의(다이오드)에서 직류 전원으로 변환한 후 +전원은 +극으로 분류된 제2 가열 및 전기 분해수단 주관의 단자에(413e)연결 하고 -전원은 -극으로 분류된 제3 가열 및 전기분해 수단의 주관의 단자(413e) 접속하고, 제어반(900)에서 직류 전원을 공급한다. 동시에 상기 열원공급장치(420, 450)에서 생성된 열원을 공급하면, 제3 가열기구 겸 전기분해용 방전극(413)의 내부와 표면이 가열되어 방전극 표면에서 라이텐 프로스트 효과에 의해 과열된 증기부(초공동현상)를 형성하면서, 제어반(900)에서 입력된 교류전원을 변압기(910)에서 감압한 후 정류회로(920)에서 직류전원으로 변환된 직류전원을 양극용(+), 음극용(-) 용으로 분류된 제3 가열 기구 겸 방전극(413)에 연결된 주관(459)에 설치된 단자대(413e)에 도선(413i)을 연결하고 직류전원을 공급하여 방전극 사이에서 전기분해반응을 개시한다.
전기분해(Electrolysis)란 특성을 변화시키고자 물에 두 개의 전극을 마련하여 전원을 인가할 때 발생하는 전극 또는 물의 산화/환원 반응이다. 이러한 전기분해를 이용하면 물의 수소이온 농도를 변화 시키거나 양극에서 산소를 발생 시킬 수 있다. 전기 분해 장치에서 전극은 통상 한 쌍의 서로 다른 재질의 전극으로 구비되어 사용되어 지는데 한 쌍의 전극은 서로 대향하는 상태를 유지 하도록 배치되는 것이 일반적이다.
전기분해는 전기에너지를 이용하여 비자발적 반응을 일으키는 것으로 서, 전기분해시 (-)극에서는 (+)이온이 환원되고,(+)극에서는 (-)이온이 산화되며, (+)극은 산화 반응이 일어나산소를 얻을 수 있고, (-)극에서는 환원반응이 일어나 수소를 얻을 수 있다.
세포용해(Cell lysis)란 세포의 분해에 따라서 세포막이 파열되는 동시에 세포의 내용물이 노출되는 현상을 말한다.
세포파괴(Cell disruption)를 위한 세포용해 방법으로는 크게 광학적(Optical), 기계적(Mechanical), 음향학적(Acoustic), 전기적(Electrical), 화학적(Chemical) 방식으로 구분된다.
광학적 세포 용해는 레이저 마이크로펄스(Laser micropulse)를 타겟 세포에 조사하여 캐비테이션 기포(Cavitation bubble)을 형성시키고, 캐비테이션 기포가 팽창함에 따라 세포를 파괴하는 방식이다. 광학적 세포 용해는 특정 세포의 내부 또는 인접 위치에 레이저를 가하게 됨에 따라 세포를 변성시킬 가능성이 존재하고, 레이저 발생을 위한 별도의 장치가 부가되어야 하는 단점이 존재한다.
음향학적 세포 용해는 세포 용액 또는 현탁액을 초음파 수조에 위치한 챔버 내에 놓고 초음파를 가하여 세포를 파괴하는 방식이다. 초음파를 이용한 세포 파괴는 초음파의 에너지 분포를 균일하게 형성하기 어렵기 때문에 일관성 있는 결과를 얻기 어려우며, 세포 파괴에 많은 시간이 소요된다는 단점이 존재한다.
전기적 세포 용해는 세포에 전기장을 가하여 세포의 막전위차를 발생시켜 세포를 파괴하는 방식이다. 세포벽에 충격을 가한다는 점에서 냉동-해동법, 가열법, 삼투압 충격법 등 기타의 세포 용해 방식과 유사한 측면이 있다. 그러나 이러한 방식들은 세포에 열적 충격을 줌으로써 세포를 쉽게 파괴할 수 있다.
화학적 세포 용해는 산, 염기, 세제, 용매, 카오트로픽 물질 등을 이용하여 세포벽을 파괴하는 방식이다. 특히 세제 기반의 세포 용해 방식이 널리 사용되는데, 세제는 세포의 지질 이중층을 파괴하여 세포의 내용물을 방출시키며 막 단백질을 용해시킨다. 그러나, 이러한 화학적 세포 용해는 세포의 단백질을 변성시킨다는 점, 세포 용해를 위해 따로 시약을 첨가하여야 하며 세포 용해 후 시약을 제거하는 과정을 거쳐야 한다는 점, 세포 용해에 많은 시간이 소요되어야 한다는 점 등의 단점을 갖는다.
이에 대해 기계적 세포 용해는 세포벽을 기계적인 나노 구조물을 이용하여 파괴하는 방식이다. 최근, 반복적인 실험을 편리하게 하고 효율성을 향상시키기 위하여 랩온어칩 또는 LOC(Lab-on-a-Chip) 기반의 새로운 세포 용해 기구가 개발되고 있다. 기존의 LOC 기반의 세포 용해 기구 중에서, 기계적 용해 칩(mechanical lysis chip)은 세포 용해 과정에서 가열, 전기 충격, 세정 처리 등에 의해 발생하는 단백질 손상을 최소화하는 특징이 있다.
상기 기재된 다양한 세포 파괴 방법 중에서 본 발명에서는 녹조 및 적조의 조류세포의 세포 파괴에 있어서 전기분해 방식을 이용한 전기적 세포파괴방법을 주 발명 기술로 하고 있으나 가열수단과 방전극 겸용 가열 수단에 직류 전류를 인가하여 조류세포의 세포파괴를 실시간으로 효과적으로 파괴할 수 있다.
또한, 활성기체 공급기(200)에서 장치내로 유입되는 외부공기에 고전압 발생기에서 생성된 고전압을 인가하여 해리, 이온화, 여기, 산화, 환원 반응 등의 전기 화학적으로 생성된 산소와 산소가 불안정한 형태로 결합한 슈퍼옥사이드 음이온(O2-), 히드록실라디칼(.OH), 일산화질소(NO), 일중항산소(1O2) 등의 산소라디칼 등의 자유 라디칼이 가압기에서 가압되어 산기관에 공급 및 하천수 수중에 분사되어 조류세포의 세포파괴를 파괴하는데, 자유 라디칼은 일반적으로 생물체, 특히 생물체의 세포에 악영향을 미친다. 자유 라디칼은 상기 세포의 효소학적 및 분자 장치에 의해 부여된 세포 저항에 의존하는 속도로 세포벽을 공격한다. 세포벽이 분해될 때, 자유 라디칼에 의해 구멍이 뚫리고, 세포의 내용물이 세포 밖으로 흘러나온다.
미국 특허 제 5,135,850호에는 자유 라디칼을 이용하여 생물체의 항산화 성질을 평가 또는 측정하는 방법이 기재되어 있다. 그러나, 이는 자류 라디칼을 이용한 세포 용해는 기재되어 있으나, 전기화학적 방법을 이용한 세포 용해에 대한 기재는 없다.
산소라디칼의 하나인 활성 산소는 에너지를 만드는 과정에서 사용하고 남은 산소로서, 쌍을 이루지 못한 전자를 지닌 원자 또는 분자이며, 자유 라디칼(free radical)이라고 불리는 매우 불안정한 원자나 분자 상태이므로, 주변에 있는 다른 물질과 결합해서 세포막, 미토콘드리아, DNA 및 기타 세포 성분을 파괴한다. 따라서, 생물체의 조직과 기관의 손상을 초래하고, 이는 생물체의 천연 방어기작을 악화시킨다.
전기적 방법은 유전영동(dielectrophoresis)의 원리를 이용하는 것으로서, 미생물 세포와 같은 중성 입자는 균일하지 못한 전기장에 놓일 때 극성화 되며, 전기장의 비균일성으로 인해, 힘이 입자에 작용한다. 상기 힘은 현탁된 세포의 이동을 야기하여, 세포가 용해하게 된다. 그러나, 상기 방법은 세포 용해 효율이 떨어지고, 높은 전력을 요구한다.
Smith에 의해 제출된 U.S. 특허 공보 2005/0052630은 인체 또는 식물의 선택된 조직의 세포 안으로의 생체 분자의 도입을 효과적으로 용이하게 하는 데 사용될 수 있는 전기천공 장치를 기재하고 있다. 이 전지천공장치는 그 작동이 소프트웨어 또는 펌웨어에 의해 구체화되는 동전기(electro kinetic) 장치 ("EKD 장치")를 포함한다. EKD 장치는 사용자 제어를 기본으로 하는 배열체의 전극과 펄스 매개변수의 입력 사이에 일련의 프로그램 가능한 정전류 펄스 패턴을 생산하고, 전류 파형 데이터를 저장 및 입수를 가능하게 한다. 전기천공 장치는 또한 바늘 전극의 배열체를 갖는 교체 가능한 전극 디스크, 바늘을 위한 중앙 주입 채널, 및 제거 가능한 안내 디스크를 포함한다. U.S. 특허 공보 2005/0052630의 전체 내용은 여기서 참조로 통합된다.
전기장 세기는 주어진 전압에 대하여 전극 사이의 거리에 반비례하고, 전극 사이의 거리가 줄어듦에 따라 전기장 세기는 증가한다. 하지만, 전기장이 절연된 전극을 갖는 조직에서 발생될 수 있어야 한다(즉, 이온의 흐름이 전기장을 발생시키는데 반드시 필요한 것은 아니다). 이론의 제약을 받는 것을 원하지 않지만 이온의 흐름은 전기 구멍을 개방하고 전기천공 동안 세포 안으로의 분자 이동을 가능하게 한다. 전위차를 갖는 두 지점 사이의 도체 또는 매체에서의 전하의 흐름은 전류라고 부른다. 전극 사이의 전류는, 세포내에서 변할 수 있는 이온 또는 조직 내의 대전된 입자에 의해 달성된다. 또한, 조직 내의 전도성 이온의 흐름은 전기 펄스가 개시되어 끝날 때까지 전극 사이에서 변할 수 있다.
조직이 적은 비율의 전도성을 이온을 가질 때 저항은 증가되고, 열이 발생되고 세포는 죽게 된다. 옴의 법칙은 전류("I"), 전압("V"), 및 저항("R") 사이의 관계를 나타낸다.
R=V/I
조직 내의 두 개의 전극 사이의 저항은 그 곳에 존재하는 대전된 입자에 따라 변한다. 따라서, 조직 내의 저항은 전기 펄스가 개시되어 끝날 때까지 변한다.
열은 전극 간 임피던스에 의해 발생하고 (즉, 저항과 리액턴스의 조합이며 옴으로 측정됨), 전류, 전압 및 펄스 지속 시간의 곱에 비례한다. 열은 또한 전류의 제곱과 펄스 지속 시간("t", 시간)으로 표현될 수 있다. 예컨대, 전기천공 동안, 지지 조직에서 발생된 열 또는 전력("W", 와트)은 이하의 식으로 나타낼 수 있다.
W = I2Rt
대체로, 금속 또는 유전체 전극은 조직과 접촉하여 위치되고 미리 정해진 전압의 짧은 펄스는 세포가 막 구멍을 일시적으로 개방하게 하는 전극에 부과된다. 전기천공을 현재 설명하는 프로토콜은 결과적은 전기장 세기(E)로 정의되며, 이는 전극 사이의 거리에 비례하는 전압의 짧은 펄스에 의존하고, 전류 또는 조직 저항과는 관계없다. 따라서, 저항 또는 열은 전기천공된 조직에 의해 정해질 수 없고, 이는 상이한 펄스 전압 전기천공 프로토콜에 의한 다양한 성공을 유도한다. 확실하게, 효과적인 전기천공을 용이하게 하는 전기천공 프로토콜과 세포가 죽는 것을 야기하는 전기천공 프로토콜 사이의 전압 펄스의 상한 진폭의 차이는 매우 적다. 추가적으로, 짧은 전압 펄스의 상한 진폭에 의해 야기되는 세포의 죽음과 세포의 가열 사이에 명확한 상관관계가 관찰되었다. 따라서, 전극 사이의 세포의 과열은 어떠한 주어진 전기천공 전압 펄스 프로토콜의 무효성에 대한 주 이유로 작용한다. 또한, 전극 사이의 전압이 아니라, 전극 사이의 전류가 어떠한 주어진 펄스 프로토콜의 유효성의 주된 결정자로 작용한다.
전기가 처치대상의 세포에 전달될 때, 전기의 투여량은 전하량 ("Q")으로 정확하게 설명될 수 있으며, 이 전하량은 전류("I")와 시간("t")인 이하의 식에 따른다.
Q=It
전류가 일정하지 않다면, Q는 I에 대한 시간 적분이다. 이러한 점에서, 대전된 입자(이온 또는 분자)는 유사한 방식으로 거동한다. 예컨대, 은 이온이 전기량(쿨롱, culomb)의 표준 단위를 규정하기 위해 전극에 쌓일 때, 단지, 상기 규정된 전하량만이 중요하다. 어떠한 최소 전압은 전류를 발생시키기 위해 반드시 존재해야 하지만, 쌓이는 이온의 양은 미리 정해진 전압으로부터 정해질 수 없다. 이에 따라, 전기천공기 내의 세포에 전달되는 대전된 입자의 양은 전극에 부과되는 전압으로부터 얻을 수 있다.
Nanda 등의 U.S. 특허 6,150,148은 사용자 지정 펄스 및 온도 프로파일 도표에 따라 자기장을 발생 및 인가함으로써, 과정 동안의 온도 제어를 위한 전기천공 기구를 기재하고 있다. Hofmann 등의 U.S. 특허 6,096,020은 사용자 지정 펄스 도표에 따른 자기장을 발생 및 인가하는 전기천공 방법 및 장치를 기재하고 있다. Hofmann 등의 U.S. 특허 6,068, 650은 생체내 전기천공 치료를 위해 바늘 배열체 구성을 선택적으로 인가하는 방법을 기재하고 있고, Hofmann 등의 U.S. 특허 5, 702, 359는 전극 사이의 거리를 감지하고 상기 전극 사이의 거리에 비례하는 거리 신호를 발생시키기 위한 감지 요소에 의해 환자의 신체의 일부에 전기천공을 적용하는 전극 기구와, 상기 전극 사이의 거리에 비례하여 전극에 높은 진폭의 자기 신호의 펄스를 인가하기 위한 상기 거리 신호에 반응하는 수단을 기재하고 있다.
애노드의 전극을 설치하고, 전극에 제어반에서 생성된 고전압을 인가하면 캐소드의 날카로운 돌출영역(Asperites)의 핵심생성 부위(Nucleation Site)를 형성 하여서 국부적인 극히 높은 전계영역(Electric Field Region)을 형성하고, 전극에 집중된 에너지에 의해 국부 가열(Local Heating)을 유발하여 물분자 (H2O)의 증발유발을 통하여 미세기포가 형성된다. 거품이 형성되면 그 거품은 빠른 속도로 캐소드에서 애노드(Anode)방향으로 확대 되면서 고전압이 기포에 인가되며 기포 내부 표면에 전하가 축적되기 시작하면서, 두 전극(Electrodes) 사이에 도전채널(Conduction FilamentationChannel)을 형성한다. 이것이 거품 메카니즘에 의한 수중방전이다. 캐소드 와 애노드의 방전면이 날카로울수록 더 낮은 전압에서도 방전이 일어난다. 그리고, 수중방전에 의해서 생성되는 활성 산소량은 수중방전을 발생시키는 방전면에 비례한다. 수중 방전극에 일정한도 이상의 전압이 가해지면 물의 파괴 메카니즘( Breakdown Mechanism)에 의하여 자체 스위칭(Self Switching),즉 파괴(Breakdown)된다. 일단 수중방전 극이 스위칭 되면 전도 채널(Conduction Filamention Chnnel)이 형성되고, 수중 방전극의 캐소드 와 애노드 사이에 전압이 다시 형성되고(Self Recovery), 또다시 물의 자체 스위칭(Water Self-Switching)과 자체복구(Self-Recovery)프로세스를 반복하면서 수중방전이 연속적으로 일어나서 효과적으로 캐소드(Cathod)에 수중 이온화된 불순물(Impurities)이 전기분해 되어 OH-Radical(수산기)이 생성된다.
일반적으로 수산기(OH-Radical)는 물(H2O)분자가 강력한 전기적 에너지에 의해 분리되는 과정에서 수소 원자(H+)하나가 떨어질 때 생성될 수 있으며,또한 산소분자(O2)가 강력한 전기적 에너지에 의해 분리 되면서 발생하는 O-. O2-, O3- 등의 산소 음이온 중에서 O2-(Super Oxide Anions)가 부유중인 오염물질과 결합하여 산화 반응하는 과정에서도 일부 생성된다. 수산기가 산화작용 또는 살균 작용을 하고 다시 물로 환원 되는데는 통상 대기 중 상온에서 2-5 시간인 것으로 알려져 있다.
본 발명에서는 활성기체 공급기에서(200)에서 에어팬(202)에 의해 유입된 청정공기에 고전압발생기(220)에서 생성된 고전압을 인가하여 해리, 이온화, 여기, 산화, 환원 반응 등 전기화학적 반응으로 청정공기의 산소분자의 공유 결합을 분해하여 O-. O2-, O3-등의 산소이온 과 물 분자의 공유결합을 분해하여 생성된 수산기(OH-Radical을 가압기(230a,b,c) 가압시킨 후 하천수 수공급관 내부에 복수 개 설치된 노즐(235)에 공급 활성기체를 피처리수에 분사시켜 공급하여 활성기체가 하천수에 혼합된 형태로도 공급되며, 캐소드 와 애노드사이를 통과 하면서 두 전극에 집중된 에너지에 의해 국부 가열(Local) 및 물의 파괴 메카니즘( Breakdown Mechanism)에 의하여 탈포 되어 초음파 효과 및 활성 이온 이 더욱 활성하 되어 적조 및 녹조의 조류균을 효과적으로 살균한다.
캐소드(음 전극)의 전극 재질은 전기전도도, 열전도계수, 내구성등을 고려하여 동, 주석, 알미늄, 스테인레스304(STS304), 은, 로듐, 티타늄, 하스탈로이 카본재질 중에서 어느 한 가지를 선택하여 사용하고, 애노드(양 전극)의 전극 재질은 전기전도도, 열전도계수, 내구성 등을 고려하여 동, 주석, 알미늄, 스테인레스304(STS304), 은, 로듐, 티타늄, 하스탈로이 카본 재질 중에서 어느 한 가지를 선택하여 사용하는데, 본 발명에서 조류균을 살균하는 방법 중 가열살균법이 적용되므로 열원이 전극에 공급시 가열 시강을 단축하기 위하여 가능한 열전도성, 내구성, 가공성을 고려하여 두 방전극의 재질은 동, 스테인레스 스틸(STS304), 알미늄 재질 중에 선정하는 것이 바람직하다. 캐소드(음 전극)의 전극 및 애노드(양 전극)의 전극의 형태는 직사각형, 원형, 직사각형, 원형 표면에 올록볼록 엠보싱 처리한 것, 내부 공간 이 있는 직육면체형, 내부 공간 이 있는 직육면체표면에 올록볼록 엠보싱 처리한 것, 내부 공간 이 있는 직육면체에 유입구 유출관이 부착된 것, 내부 공간 이 있는 직육면체표면에 올록볼록 엠보싱 처리면의 볼록 부분 중심에 직경 1mm에서 10mm범위에서 선택된 직경이 홀이 타공된 것,내부 공간 이 있는 직육면체표면에 올록볼록 엠보싱 처리면의 볼록 부분 중심에 직경 1mm에서 10mm범위에서 선택된 직경이 홀이 타공된 것의 상부, 하부에 직경 25mm에서 80mm범위에서 선택된 직경유입, 유출관이 부착된 것, 내부 공간 이 있는 직육면체표면에 올록볼록 엠보싱 처리면의 볼록 부분 중심에 직경 1mm에서 10mm범위에서 선택된 직경이 홀이 타공된 것의 상부, 하부에 직경 25mm에서 80mm범위에서 선택된 직경유입, 유출관이 부착되고 유입관 반대방향에 전극판 고정기구가 부착된 것 중에서 어느 한 가지를 선택하여 사용한다.
수중방전용 전원 공급장치는 교류전원 입력부-고전압용 변압기 또는 저전압용 변압기-정류회로(다이오드)-직류전원 출력부 ,전원 공급용 도선 으로 구성된다. 먼저 저전압 수중방전의 경우는 제어반에 입력되는 220v, 60Hz의 교류 전원을 저전압 용 변압기에서 3v에서 200v범위에서 적정값이 선택된 전압으로 감압된 후 정류회로(다이오드)에서 직류 전원으로 변환된 후 직류전원 출력부에 연결된 도선을 통하여 캐소드, 애노드 전극에 직류 전원을 공급하고, 고전압 수중방전의 경우는 제어반에 입력되는 220v, 60Hz의 교류 전원을 고전압 용 변압기에서 260v에서 30Kv범위에서 적정값이 선택된 전압으로 감압된 후 정류회로(다이오드)에서 직류 전원으로 변환된 후 직류전원 출력부에 연결된 도선을 통하여 캐소드, 애노드 전극에 직류 전원을 공급하여 캐소드 및 애노드 전극 사이에서 수중방전을 개시한다.
도10a 및 10b는 도 1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 가열 및 수중방전 살균수단(500)을 나타낸 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 상기 가열기구 겸 수중방전용 방전극 (511)는 전기히타 구조의 제1가열기구 겸 수중방전용 전극(511), 밀폐구조의 직육면체형상으로 제작되고, 상부 일측과 하부 일측에 온수, HOT OIL, 열풍, 스팀 등의 열매체의 유입구(512a), 유출구(512b)가 설치되어 내부에 열매체가 공급 및 순환하는 구조의 제2 가열 기구 겸 수중방전용 방전극(512), 밀폐구조의 직육면체형상으로 제작되고, 상부 일측에 열풍, 스팀 등의 기체상의 열매체의 유입구(513a)가 설치되어 내부에 기체상의 열매체가 공급 및 분사노즐(513d)을 이용하여 공급된 기체상의 열매체를 하천수 또는 해수에 직접 분사하는 구조의 제3 가열 기구 겸 수중방전용 방전극(513)로 구분된다.
제 1가열기구 겸 수중방전용 방전극(511)이 설치되는 본체(510)의 형상은 원통구조 또는 직육면체의 형상에서 어느 하나의 형상이 선택된다. 본체(510)의 재질은 스테인레스스틸(STS304), 철판(SS400), PVC(플라스틱), PE(Poly Ethylene), FRP(유리섬유) 성형폼에서 어느 한 가지 재질이 선택되어 사용되며, 본체(510) 상부 일측과 측면상부 일측에는 일정한 간격으로 이격되어 직경 50mm홀이 복수개 타공되고, 타공된 홀에 내면에 나사산이 가공된 소켓(501)이 타공된 홀마다 설치된다, 설치된 소켓(501)에 테프론, 폴리에틸렌, 아세탈, 베크라이트, PVC 등의 불연 재질 중에서 어느 한 가지의 재질이 선택되어 직경 49.5mm으로 외표면에 삼각 나사산이 가공되고, 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경이 선택된 치수로 홀(구멍)이 가공되고, 가공된 홀에 삼각 나사산이 가공되며, 길이 50mm에서 100mm범위 이내에서 적정 길이로 선택된 길이만큼 절단되어 제작된 절연부재(502)가 소켓(501)에 삽입된다. 상기 본체 양측면 상부 일측에 간격을 두고 설치된 소켓(501)에는 방전극 간극 조정장치(750a, 750b)는 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터(751a, 751b)의 작동에 연동하는 봉상의 회전부재(752a, 752b)가 설치된다, 상기 본체(510) 상부에 간격을 부고 복수개 설치된 소켓(501)의 절연부재(502)중심부에 가공된 홀에는 제1 가열기구 겸 수중방전용 방전극(511)에 전원 공급용 도선이 복수개 설치된다.
상기 제1 가열기구 겸 수중방전용 방전극(511)는 도 10b 에 도시한 바와 같이 일정 직경의 원통형 하우징(511a)에 한 끝단은 막혀 있고, 하우징(511a)의 개방된 끝단의 외표면에 일정부분 삼각 나산이 가공되고, 원형 표면 중심부에 간격을 두고 일정 직경의 홀(511e)이 2개 타공된 세라믹 마개(511b)가 나사산이 가공된 끝단에 설치되는데, 사전에 하우징(511a)에 내부에 분말 부도체(511d)가 채워진 후 결합된다. 이어 세라믹 마개(511b)의 표면 중심에 일정직경의 홀에 탄소 발열체(C), Ni-Cr(니크롬), Fe-Cr(Kanthal) 등의 발열체(511c) 중에서 어느 한 가지 재질을 선택하여 삽입되어 체결된다. 외부에 노출된 발열체(511c) 끝단에 단자대(511f)가 연결되어 제1가열기구 겸 수중 방전용 방전극(511)이 완성 되는데 이때 하우징(511a) 내부에 채워진 분말 부도체는 발열체(511c)와 하우징 (511a)을 절연시킨다.
상기 제 1 가열기구 겸 수중방전용 방전극(511)의 외부 금속관의 재질은 스테인레스 스틸(STS304), 동(CU), 은(Ag), 알미늄 재질 중에서 어느 한 가지 재질을 선택하여 사용한다.
상기 제1 가열기구(511)는 본체(510) 내부에 설치된 수평 방향으로 서로 마주보게 설치된 간극 조정장치(750a, 750b)의 회전부재(752a, 752b)상에 일정간격을 두고 복수개 설치된 고정구(754a, 754b)에 설치하고, 설치된 제1 가열기구 겸 수중방전용 방전극(511)을 양극용(+), 음극용(-)으로 번갈아 지정하고, 본체(510) 상부에 복수개가 설치된 소켓(501)의 절연부재(502)의 내부 홀에 전원 공급용 도선(511g)을 삽입하여 제1 가열기구 겸 수중방전용 전극(511) 의 단자대(511f)에 결속하고, 또한, 하우징(511a)의 일측에 설치된 단자대(511h)에 도선(511j)를 설치하여, 제어반(900)에서 220V의 교류전원을 공급하여 발열체(511c)를 가열 하여 방전극(511) 표면에서 라이텐 프로스트 효과에 의해 과열된 증기부(초공동현상)를 형성하고, 동시에 제어반(900)에서 입력된 교류전원을 변압기(910)에서 600V에서 20KV 범위로 전압을 승압한 후 정류회로(920)의(다이오드)에서 직류 전원으로 변환된 직류전원을 양극용(+), 음극용(-) 용 방전극에 공급하여 방전극(511) 사이에서 수중방전 반응을 개시하는데, 방전극이 가열됨에 따라 수중방전 분해작용이 더욱 활발하게 수행되어 방전극을 접면하여 흐르는 하천수 중의 조류균을 효과적으로 천공 및 살균한다.
도 11a 및 11b는 도 1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 가열 및 수중방전 살균수단(500)을 나타낸 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 상기 가열 및 수중방전 살균수단(500)의 제2가열기구 겸 수중방전용 방전수단(512)이 내부에 설치되는 상기 본체(510)는 원통구조 또는 직육면체의 형상에서 어느 하나의 형상이 선택된다. 본체(510)의 재질은 스테인레스 스틸(STS304), 철판(SS400), 동(cu), 알미늄 등의 금속 재질에서 어느 한 가지 재질이 선택되어 사용되며, 본체(510) 상부 일측과 측면상부 일측에는 일정한 간격으로 이격되어 직경 50mm홀이 복수개 타공되고, 타공된 홀에 내면에 나사산이 가공된 소켓(501) 이 타공된 홀마다 설치된다. 설치된 소켓(501)에 테프론, 폴리에틸렌, 아세탈, 베크라이트,PVC등의 절연 재질 중에서 어느 한 가지의 재질이 선택되어 직경 49.5mm으로 외표면에 삼각 나사산이 가공되고, 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경이 선택된 치수로 홀(구멍)이 가공되고, 가공된 홀에 삼각 나사산이 가공되며, 길이 50mm에서 100mm범위 이내에서 적정 길이로 선택된 길이만큼 절단되어 제작된 절연부재(502)가 소켓(501)에 삽입된다. 상기 본체(510) 상부에 간격을 두고 복수개 설치된 소켓(501)의 절연부재(502)중심부에 가공된 홀에는 제2 가열기구 겸 수중방전용 방전극(512)에 온수, HOT OIL, 열풍 또는 스팀을 공급하는 플렉시블한 금속관(512c)이 복수개 설치된다.
또한, 본체(510) 측면상부 일측에는 일정한 간격으로 이격되어 직경 50mm홀이 복수개 타공되고, 타공된 홀에 내면에 나사산이 가공된 소켓(501)이 타공된 홀마다 설치된다. 설치된 소켓(501)에 테프론, 폴리 에틸렌, 아세탈, 베크라이트, PVC등의 불연 재질 중에서 어느 한 가지 재질이 선택되어 사용되며, 직경 49.5mm으로 외표면에 삼각 나사산이 가공되고, 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경이 선택된 치수로 홀(구멍)이 가공되고, 가공된 홀에 삼각 나사산이 가공되며, 길이 50mm에서 100mm범위 이내에서 적정 길이로 선택된 길이만큼 절단되어 제작된 절연부재(502)가 소켓(501)에 삽입된다. 상기 본체 양측면 상부 일측에 간격을 두고 소켓(501)에 설치된 간극 조정장치(750a, 750b)는 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터(751a, 751b)의 작동에 연동하는 봉상의 회전부재(752a, 752b)가 본체(510) 내부에 설치된다, 상기 본체(510) 상부에 간격을 부고 복수개 설치된 소켓(501)의 절연부재(502)중심부의 가공된 홀에는 제2 가열 기구 겸 수중방전용 방전극(512)에 열풍 또는 스팀을 공급하는 플렉시블한 금속관이 복수개 설치된다. 본체(510) 내부에 수평으로 서로 마주보게 설치된 간극 조정장치(750a, 570b)의 회전부재(752a, 752b)상에 일정간격을 두고 복수개 설치된 고정구(754a, 754b)에 간격을 두고 제2 가열기구 겸 수중방전용 방전극(512)를 설치하고, 본체(510) 상부 복수개가 설치된 소켓(501)절연부재(502)의 내부홀에 설치된 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경의 열매체(열풍, 스팀) 공급용 플렉시블한 금속관(512c)을 삽입하여 제2 가열기구 겸 수중방전용 방전극(512)의 열매체 유입구(512a)를 연결한다.
제2 가열기구 겸 수중방전용 방전극(512)에 열매체를 공급 순환시키는 열 발생수단(520, 530, 540, 550)은 내부에 전기히타(521)가 내장된 챔버(525), 외부공기를 챔버(525)로 공급하는 에어팬(523)과 내부 온도를 계측하는 온도센서(524), 에어팬(523)과 전기히타(521)에 전기를 공급하는 제어반(900)으로 구성된 열풍 생성기(520)와 연소실(531) 과 온수 생산용 물이 저장되는 수실(532),수실의 온도를 계측하는 온도센서(533)로 구성된 본체(534), 연소실에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(355), 가열된 온수를 주관(512d) 및 가지관(512c)을 통하여 제2 가열 기구 겸 수중방전용 방전극(512)에 공급 및 내부를 순환 시키는 펌프(512e)로 구성된 온수보일러(530)와, 연소실(541) 과 고비점 알켄족 OIL 저장되는 열매체유 저장실 (542), 열매체유 온도를 계측하는 온도센서(543)로 구성된 본체(544), 연소실(541)에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(545), 가열된 HOT OIL을 주관(512d) 및 가지관(512c)을 통하여 제2 가열 기구 겸 전기분해용 방전극(512) 내부를 순환 시키는 펌프(512e)로 구성된 열매체보일러(540);와 연소실(551) 과 스팀 생산용 물이 저장되는 수실(552),수실의 온도를 계측하는 온도센서(553)로 구성된 본체(554), 연소실에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(555),생산된 스팀을 주관(512d) 및 가지관(512c)을 통하여 제2 가열기구 겸 수중방전용(512) 내부를 순환 시키면서 제2 가열기구 및 수중방전용 방전극(512)에서 하천수에 전도방식으로 열전달 되어 습증기 및 응축수를 회수 및 저장하는 응축수 탱크(556), 응축수 탱크(566)에 회수된 응축수를 다시 본체(554)의 수실(552)로 가압하여 공급하는 펌프(557)로 구성된 스팀보일러(550)중에서 본 발명에서는 현장 여건에 따라 상기에 기재된 열풍생성기(520), 온수 보일러(530), 열매체 보일러(540), 증기보일러(550) 중에서 어느 한 가지를 선택하여 사용 하며,국내에서 생산되는 제품을 구매하여 사용한다.
또한, 제2 가열 및 수중방전용용 방전극(512)을 순차적으로 +전극, -전극으로 분류하고, 분류된 각각의 +전극, -전극 역할을 하는 방전극 겸용 가열 수단의 절연된 주관(512d)의 단자(512e)에 제어반(900)에서 입력된 220V의 교류전원을 변압기(910)에서 600V에서 20KV 범위로 전압을 승압한 후 정류회로(920)의(다이오드)에서 직류 전원으로 변환한 후 +전원은 +극으로 분류된 제2 가열 및 전기 분해수단 주관의 단자에 연결 하고, -전원은 -극으로 분류된 제2 가열기구 겸 수중방전극(512) 주관(512d)의 단자(412e) 접속하고, 제어반(900)에서 직류 전원을 공급한다. 동시에 상기 열원공급장치(520, 530, 540, 550)에서 생성된 열원을 공급하면, 제2 가열기구 겸 수중방전용 방전극(512)의 내부와 표면이 가열되어 방전극(512) 표면에서 라이텐 프로스트 효과에 의해 과열된 증기부(초공동현상)를 형성하면서, 제어반(900)에서 입력된 교류전원을 변압기(910)에서 승압한 후 졍류회로(920)에서 직류전원으로 변환된 직류전원을 양극용(+), 음극용(-) 용으로 분류된 제2 가열 기구 겸 수중 방전용 방전극(512)에 연결된 주관(512d)에 설치된 단자대(512e)에 도선(512i)을 연결하고 직류전원을 공급하여 방전극 사이에서 수중방전 반응을 개시한다.
제2가열기구겸 수중 방전용방전극(512)에 열 발생수단(450, 530, 540, 550)에서 공급 및 순환되는 열매체에 의해 상기 방전극(512) 내부 및 외부가 가열됨에 따라 수중방전반응이 더욱 활발하게 수행되어 방전극을 접면하여 흐르는 하천수 중의 조류균을 효과적으로 천공 및 살균한다.
도 12a 및 도 12b는 도 1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 가열 및 전기분해 살균수단(500)의 제3 실시 예를 나타낸 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 제3가열기구 겸 전기 수중 방전용 방전극(513)이 내부에 설치되는 상기 본체(510)는 직육면체의 형상이며, 본체(510)의 재질은 스테인레스 스틸(STS304), 철판(SS400), 동(cu), 알미늄 등의 금속 재질에서 어느 한 가지 재질이 선택되어 사용되며, 상기 본체(510) 상부 일측 과 측면상부 일측에는 일정한 간격으로 이격되어 직경 50mm홀이 복수개 타공되고, 타공된 홀에 내면에 나사산이 가공된 소켓(501)이 타공된 홀마다 설치된다. 설치된 소켓(501)에 테프론, 폴리에틸렌, 아세탈, 베크라이트, PVC등의 절연 재질 중에서 어느 한 가지의 재질이 선택되어 직경 49.5mm으로 외표면에 삼각 나사산이 가공되고, 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경이 선택된 치수로 홀(구멍)이 가공되고, 가공된 홀에 삼각 나사산이 가공되며, 길이 50mm에서 100mm범위 이내에서 적정 길이로 선택된 길이만큼 절단되어 제작된 절연부재(502)가 소켓(501)에 삽입된다. 상기 본체 양측면 상부 일측에 간격을 두고 소켓(501)에 설치된 간극 조정장치(750a, 750b)는 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터(751a, 751b)의 작동에 연동하는 봉상의 회전부재(752a, 752b)가 본체(510) 내부에 설치된다, 상기 본체(510) 상부에 간격을 부고 복수개 설치된 소켓(501)의 절연부재(502)중심부의 가공된 홀에는 제3 가열기구 겸 수중방전용 방전극(513)에 열풍 또는 스팀을 공급하는 플렉시블한 금속관(513c, 513d)이 복수개 설치된다. 본체(510) 내부에 수평으로 서로 마주보게 설치된 간극 조정장치(750a, 770b)의 회전부재(752a, 752b)상에 일정간격을 두고 복수개 설치된 고정구(754a, 754b)에 간격을 두고 제3가열기구 겸 수중방전용 방전극(513)을 설치하고, 본체(510) 상부 복수개가 설치된 소켓(501)절연부재(502)의 내부홀에 설치된 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경의 열매체(열풍, 스팀) 공급용 플렉시블한 금속관으로된 가지관(512c)을 삽입하여 제3 가열기구 겸 수중방전용 방전극(513)의 열매체 유입구(513a)를 연결한다.
제3가열기구 겸 수중방전용 방전수단(513)의 전면 및 배면, 양 측면에는 직경 10mm에서 25mm범위에서 홀이 바둑판 모양으로 복수개가 타공되고, 타공된 홀에 동일 직경의 소켓(513b)이 설치되며, 소켓(513b)에 가열원에서 공급된 열풍 또는 과열 증기를 직접 하천수에 분사하는 노즐(513c)이 복수개 설치된다. 상기 노즐(513c)의 재질은 스테인레스 스틸 (STS304)이며, 분사각은 60도에서 150도 범위에서 적정 각도의 노즐(413c)규격을 선택하고, 분사량도 본 발명의 적용 현장 사항을 고려하여 적정 분사량을 선정한다, 제3가열기구 겸 수중방전용 방전수단(513)은 열원인 열풍 또는 과열증기를 직접 하천수에 분사함으로 분사노즐(513c)이 유출구 역할을 하기 때문에 별도의 유출구 및 순환용 가지관, 주관, 응축수탱크 및 응축수 공급 펌프가 필요 없다. 본체(510)상부에 설치된 열매체(열풍, 스팀) 공급용 플렉시블한 금속관(512C)에 엘보, 티 등의 배관 부품이 체결되어 열매체 공급용 가지관(512C)이 형성되고, 다시 주관(513d)에 가지관(513c)들이 합류되고, 주관(513d)은 열 발생수단(520, 540)에 연결된다.
열 발생수단(520, 550)은 내부에 전기히타(521)가 내장된 챔버(520), 외부공기를 챔버(520)로 공급하는 에어팬(523)과 내부 온도를 계측하는 온도센서(524), 에어팬(523) 과 전기히타(521)에 전기를 공급하는 제어반(900)으로 구성된 열풍 생성기(520)와 연소실(551) 과 스팀 생산용 물이 저장되는 수실(552), 수실의 온도를 계측하는 온도센서(553)로 구성된 본체(554), 연소실에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(555), 생산된 스팀을 일시 저장하는 헤더(556) 및 버너 등 유체기계에 전원을 공급하는 제어반(900)으로 구성된 증기 보일러(550)중에서 본 발명에서는 현장 여건에 따라 상기에 기재된 열풍생성기(520)증기보일러(550)중에서 어느 한 가지를 선택하여 사용 하며,국내에서 생산되는 제품을 구매하여 사용한다. 상기 기재된 열원 공급장치(520, 550)에서 약 200℃ 까지 가열된 증기, 열풍 등의 열매체가 자체 압력에 의해 열매체 공급관(513d)을 통하여 관로상에 설치된 전자발브(557)가 개방되어 본체(510)내부에 설치된 복수개의 설치된 제3가열기구 겸 수중방전용 방전극(513) 내부로 공급되면 제3가열기구 겸 수중방전용 방전극(513)의 내부 및 외부가 가열되면서 제3가열기구 겸 수중방전용 방전극(513) 외표면에 접면하여 유동하는 녹조가 활성화된 하천수도 가열 되면서, 제3가열기구 겸 수중방전용 방전수단(513)의 내외부 온도가 100℃를 넘게 되어 제3가열기구 겸 수중방전용 방전극(513)의 외표면온도가 녹조가 활성화된 하천수 또는 해수의 비등점보다 높아지게 되면 제3가열기구 겸 전기 분해용 방전수단(413)의 외표면에서 라이텐프로스트 효과(Leidenfrost effect)에 의해 녹조가 활성화된 하천수 또는 해수가 기화되어 일정거리만큼 증기층이 형성되면서 초 공동현상이 발생된다.
또한, 제3 가열 및 수중방전용 방전극(513)을 순차적으로 +전극, -전극으로 분류하고, 분류된 각각의 +전극, -전극 역할을 하는 방전극 겸용 가열 수단의 절연된 주관(513d)의 단자(513e)에 제어반(900)에서 입력된 220V의 교류전원을 변압기(910)에서 600V에서 20KV 범위로 전압을 감압한 후 정류회로(920)의(다이오드)에서 직류 전원으로 변환한 후 +전원은 +극으로 분류된 제3 가열기구겸 수중방전용 방전극(513)의 주관(513d)의 단자에(513e)연결 하고 -전원은 -극으로 분류된 제3 가열기구 겸 수중방전용 방전극(513) 주관(513d)의 단자(513e) 접속하고, 제어반(900)에서 직류 전원을 공급한다. 동시에 상기 열원공급장치(520, 450)에서 생성된 열원을 공급하면, 제3 가열기구 겸 수중방전용 방전극(513)의 내부와 표면이 가열되어 방전극 표면에서 라이텐 프로스트 효과에 의해 과열된 증기부(초공동현상)를 형성하면서, 제어반(900)에서 입력된 교류전원을 변압기(910)에서 감압한 후 정류회로(920)에서 직류전원으로 변환된 직류전원을 양극용(+),음극용(-) 용으로 분류된 제3 가열 기구 겸 방전극(513)에 연결된 주관(513d)에 설치된 단자대(513e)에 도선(513i)을 연결하고 직류전원을 공급하여 방전극 사이에서 수중방전 반응을 개시한다.
수중방전(Water Discharge)은 거품메카니즘(Bubble Mechanism)이라고도 표현 하는데, 그 원리는 녹조 및 적조가 활성화된 수중에 캐소드 및 애노드의 전극을 설치하고, 전극에 제어반에서 생성된 고전압을 인가하면 캐소드의 날카로운 돌출영역(Asperites)의 핵심생성 부위(Nucleation Site)를 형성 하여서 국부적인 극히 높은 전계영역(Electric Field Region)을 형성하고, 전극에 집중된 에너지에 의해 국부 가열(Local Heating)을 유발하여 물분자(H2O)의 증발유발을 통하여 미세기포가 형성된다. 거품이 형성되면 그 거품은 빠른 속도로 캐소드에서 애노드(Anode)방향으로 확대 되면서 고전압이 기포에 인가되며 기포 내부 표면에 전하가 축적되기 시작하면서, 두 전극(Electrodes)사이에 도전채널(Conduction Filamentation Channel)을 형성한다. 이것이 거품 메카니즘에 의한 수중방전이다. 캐소드와 애노드의 방전면이 날카로울수록 더 낮은 전압에서도 방전이 일어난다. 그리고, 수중방전에 의해서 생성되는 활성 산소량은 수중방전을 발생시키는 방전면에 비례한다. 수중 방전극에 일정한도 이상의 전압이 가해지면 물의 파괴 메카니즘( Breakdown Mechanism)에 의하여 자체 스위칭(Self Switching), 즉 파괴(Breakdown)된다. 일단 수중방전 극이 스위칭 되면 전도 채널(Conduction Filamention Chnnel)이 형성되고, 수중 방전극의 캐소드 와 애노드 사이에 전압이 다시 형성되고(Self Recovery), 또다시 물의 자체 스위칭(Water Self-Switching)과 자체복구(Self-Recovery)프로세스를 반복하면서 수중방전이 연속적으로 일어나서 효과적으로 캐소드(Cathod)에 수중 이온화된 불순물(Impurities)이 전기분해 되어 OH-Radical(수산기)이 생성된다.
일반적으로 수산기(OH-Radical)는 물(H2O)분자가 강력한 전기적 에너지에 의해 분리되는 과정에서 수소 원자(H+)하나가 떨어질 때 생성될 수 있으며, 또한 산소분자(O2)가 강력한 전기적 에너지에 의해 분리 되면서 발생하는 O-. O2-, O3-등의 산소 음이온 중에서 O2-(Super Oxide Anions)가 부유중인 오염물질과 결합하여 산화 반응하는 과정에서도 일부 생성된다. 수산기가 산화작용 또는 살균 작용을 하고 다시 물로 환원 되는데는 통상 대기 중 상온에서 2-5 시강인 것으로 알려져 있다.
본 발명에서는 활성기체 공급기에서(200)에서 에어팬(202)에 의해 유입된 청정공기에 고전압발생기(220)에서 생성된 고전압을 인가하여 해리, 이온화, 여기, 산화, 환원 반응 등 전기화학적 반응으로 청정공기의 산소분자의 공유 결합을 분해하여 O-. O2-, O3- 등의 산소이온 과 물 분자의 공유결합을 분해하여 생성된 수산기(OH-Radical을 가압기(230a,b,c) 가압시킨 후 하천수 수공급관 내부에 복수 개 설치된 노즐(235)에 공급 활성기체를 피처리수에 분사시켜 공급하여 활성기체가 하천수에 혼합된 형태로도 공급되며, 캐소드와 애노드사이를 통과 하면서 두 전극에 집중된 에너지에 의해 국부 가열(Local) 및 물의 파괴 메카니즘(Breakdown Mechanism)에 의하여 탈포 되어 초음파 효과 및 활성 이온 이 더욱 활성하 되어 적조 및 녹조의 조류균을 효과적으로 살균한다. 캐소드(음 전극)의 전극 재질은 전기전도도, 열전도계수, 내구성 등을 고려하여 동, 주석, 알미늄, 스테인레스304(STS304), 은, 로듐, 티타늄, 하스탈로이 카본 재질 중에서 어느 한 가지를 선택하여 사용하고, 애노드(양 전극)의 전극 재질은 전기전도도, 열전도계수, 내구성 등을 고려하여 동, 주석, 알미늄, 스테인레스304(STS304), 은, 로듐, 티타늄, 하스탈로이 카본 재질 중에서 어느 한 가지를 선택하여 사용하는데, 본 발명에서 조류균을 살균하는 방법 중 가열살균법이 적용되므로 열원이 전극에 공급 시 가열 시강을 단축하기 위하여 가능한 열전도성, 내구성, 가공성을 고려하여 두 방전극의 재질은 동, 스테인레스 스틸(STS304), 알미늄 재질 중에 선정하는 것이 바람직하다. 캐소드(음 전극)의 전극 및 애노드(양 전극)의 전극의 형태는 직사각형, 원형, 직사각형, 원형 표면에 올록볼록 엠보싱 처리한 것, 내부 공간이 있는 직육면체형, 내부 공간이 있는 직육면체 표면에 올록볼록 엠보싱 처리한 것, 내부 공간이 있는 직육면체에 유입구 유출관이 부착된 것, 내부 공간이 있는 직육면체표면에 올록볼록 엠보싱 처리면의 볼록 부분 중심에 직경 1mm에서 10mm범위에서 선택된 직경이 홀이 타공된 것, 내부 공간 이 있는 직육면체표면에 올록볼록 엠보싱 처리면의 볼록 부분 중심에 직경 1mm에서 10mm범위에서 선택된 직경이 홀이 타공된 것의 상부, 하부에 직경 25mm에서 80mm범위에서 선택된 직경유입, 유출관이 부착된 것, 내부 공간 이 있는 직육면체표면에 올록볼록 엠보싱 처리면의 볼록 부분 중심에 직경 1mm에서 10mm범위에서 선택된 직경이 홀이 타공된 것의 상부, 하부에 직경 25mm에서 80mm범위에서 선택된 직경유입, 유출관이 부착되고 유입관 반대방향에 전극판 고정기구가 부착된 것 중에서 어느 한 가지를 선택하여 사용한다.
수중방전용 전원 공급장치는 교류전원 입력부-고전압용 변압기 또는 저전압용 변압기-정류회로(다이오드)-직류전원 출력부, 전원 공급용 도선 으로 구성된다. 먼저 저전압 수중방전의 경우는 제어반에 입력되는 220v, 60Hz의 교류 전원을 저전압 용 변압기에서 3v에서 200v범위에서 적정값이 선택된 전압으로 감압된 후 정류회로(다이오드)에서 직류 전원으로 변환된 후 직류전원 출력부에 연결된 도선을 통하여 캐소드, 애노드 전극에 직류 전원을 공급하고, 고전압 수중방전의 경우는 제어반에 입력되는 220v, 60Hz의 교류 전원을 고전압 용 변압기에서 260v에서 20Kv범위에서 적정값이 선택된 전압으로변압기(910)에서 감압된 후 정류회로(다이오드)(920)에서 직류 전원으로 변환된 후 직류전원 출력부에 연결된 도선을 통하여 캐소드, 애노드 전극에 직류 전원을 공급하여 캐소드 및 애노드 전극 사이에서 수중방전을 개시한다.
도6a, 6b, 6c에서와 같이 제1, 제2, 제3 가열 매체에 제어반(700)에서 전압 인가에 따라 전류가 발생하고, 제1, 제2, 제3 가열 매체의 표면이 줄 가열(Joule Heating)에 의해 가열 되는데 ,제1, 제2, 제3 가열 매체의 내부에는 사전에 열풍, 증기 등 열원(320, 330, 340, 350)에서 열에너지가 공급되므로 제1, 제2, 제3 가열 매체의 표면은 더욱 가열되어 라이텐프로스트 지점을 형성하여 막 비등이 더욱더 활발하게 발생하여서 열유속에서 비등곡선상에 점이 최소인 때여서 표면이 완전히 증기로 덮혀 있는 상태를 형성하여 라이텐프로스트효과가 더욱 향상고, 수중방전 안정적으로 진행되고 하천수에 함유된 적조 및 녹조의 조류균의 살균율이 더욱 향상된다.
본 발명의 상세설명
1)물 분자의 분해 및 활성이온 생성 :하천수가 흐르는 관로에 제1, 제2, 제3, 제4 가열 매체겸 방전극을 설치하고 상기 가열 매체에 열원 공급처에서 생산된 열풍, 증기 등의 열매체를 공급하여 상기가열 매체를 공온으로 가열하여 표면에서 라이텐 프로스트현상에 의한 막비등을 형성하면서 방전극에 제어반에서 생성된 저압 또는 고압의 직류전원을 인가하면, 수중방전(Water Breakdown Mechanism)에 의해 방전극 사이에서 저온 플라즈마가 발생하면서 물 분자(H2O)는 수소(H2) 와 산소(O2)이온의 상태로 분해되어 이온 클러스터 형태의 수많은 미세기포를 수중에 확산하는데 방전극이 사전에 가열 되어 가열된 미세 기포를 수중에 확산한다.
2)이온 생성:저온 플라즈마에 의한 강력한 전기 화학적 에너지에 의해수소 원자(H2)는 음이온 전자와 분리되어 H+되고, 산소 분자(O2)는 주위의 음이온 전자를 받아들여 산소 음이온과 일부는 O3로 바뀐다.
3)수산기의 생성 :생성된 수소 양이온(H+) 및 산소 음이온(O2-) 주위에 있는 물분자(H2O)와 반응하여 수산기 와 음이온 등 여러 가지 산소계 활성종 이온들을 클러스터 형태로 생성한다.
4)Hydroxyl Radical의 살균, 소독, 환원작용 : 분자 성질상 매우 불안정한 상태인 수산기는 세균류의 세포막에 있는 수소이온(H+)을 빼앗아 물(H2O)로 다시 환원되며, 이 때 세포막에서 수소(H)를 제거당한 세균들은 세포막이 파괴되면서 비활성화 상태의 무해물질로 만들며, 함께 발생하는 산소계 활성 종의 하나인 오존(O3)의 반응으로 조류균을 사멸한다.
그 밖에, 캐소드와 애노드 사이의 강력한 전계에 의해 생성된 수중 미세 기포들은, 기포들 사이에 강한 전계를 형성함으로써 수중 미생물과 기타 유 무기물질을 전기적으로 제거하는 효과도 갖는다.
저온 플라즈마에 의해 수중 발생된 수산기를 비롯한 산소계 활성종 이온은 매우 불안정한 상태이므로 세균, 독소 및 유, 무기물질과 반응 후 일반 대기압 상태에서 2-5시간 내에 물로 다시 환원 되므로 2차 오염의 우려가 전혀 없다.
표준 대기압 상태에서 물은 비압축성 유체이며 정수압은 모든 방향에서 압력이 일정하게 작용된다. 이러한 물에 압력이나 온도의 변화가 발생하여 포화증기압 이하가 되면 용존산소가 생성되면서 기포가 발생한다. 이와 같이 생성된 기포는 주위의 다른 기포들과 합쳐져 성장을 계속하면서 압력이 낮은 곳으로 이동하게 된다. 이러한 이동과정에서 기포가 성장하면 내부의 압력이 상대적으로 저하되고, 주위의 수압에 비해 내압이 작아지면 기포파괴가 일어나 미립화 된다. 이러한 과정에서 압력변동이 심하게 되면서 동시에 주위에 심한 진동을 일으켜 충격파로 인한 충격력이 발생하게 된다. 또한 미세기포는 표면장력에 의해 축소되면서 높아지는 내부압력과 미세기포가 원상태로 되기 위한 힘에 의해 무수한 진동파가 발생한다. 초미세 기포(0.5㎛)가 파열할 때 초음파를 포함한 충격파가 시속 400km의 속도로 뛰쳐나온다.
이러한 물리적인 변화가 발생할 경우 물 내부에 있어서 압력파의 전파속도(υ)는 다음의 식과 같이 계산된다고 한다.
υ =
Figure pat00016
=
Figure pat00017
ρ : 물의 밀도
k : 물 체적탄성계수
E : 배관재료의 탄성율
δ : 배관재의 두께
D : 배관내경
γ : 물의 비중량
g : 중력가속도
또한, 직경이 불과0.5㎛의 기포는 자기 가압의 효과에 의해 1㎛(백만분의 1초)의 짧은 시간에서의 압축 파괴의 연쇄반응을 반복한다. 자기 가압 효과는 구형의 계면을 가지는 기포 내부에서 표면장력이 기체를 압축하는 힘으로 인해 발생하며, 이 때 기포 내 온도는 태양 표면 온도에 필적하는 5, 500℃까지 순간적으로 상승한다.
초미세 기포가 자기 가압 효과에 의해 소멸할 때 하이드록시 래디칼(OH) 등의 프리 래디칼이 발생한다. 이 프리 래디칼은 수중에 존재하는 여러 가지 유해 화학 물질이나 세균류를 분해한다.
하천수, 해수, 호수, 탱크 등에 별도 저장된 저장수 수중의 세균, 미생물의 세포는 세포질막, 세포벽, 점액층 혹은 협막과 몇 개층의 막질로 둘러싸여져 강인하고 유연한 구조로 되어있다 이러한 세포 구조를 파괴 분쇄하기 위해서는 격렬한 충격, 충돌 현상과 강렬한 절단 현상을 동시에 실현 하지 않으면 안 된다.
충격, 충돌 현상은 충돌 속도에 따르며, 또한, 절단 현상은 마찰 속도에 따르고 효과가 높아진다. 어느 것이나 속도가 최대 중요 포인트가 된다.
도 13a 및 13b는 도 1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 인(P)제거수단(600)을 나타낸 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 상기 인(P)제거수단(600)의 전기 분해용 방전극(611)이 내부에 설치되는 상기 본체(610)는 원통구조 또는 직육면체의 형상에서 어느 하나의 형상이 선택된다. 본체(610)의 재질은 스테인레스 스틸(STS304), 철판(SS400), 동(cu), 알미늄 등의 금속 재질에서 어느 한 가지 재질이 선택되어 사용되며, 본체(610) 상부 일측과 측면상부 일측에는 일정한 간격으로 이격되어 직경 50mm홀이 복수개 타공되고, 타공된 홀에 내면에 나사산이 가공된 소켓(601) 이 타공된 홀마다 설치된다, 설치된 소켓(601)에 테프론, 폴리에틸렌, 아세탈, 베크라이트, PVC 등의 절연 재질 중에서 어느 한 가지의 재질이 선택되어 직경 49.5mm으로 외표면에 삼각 나사산이 가공되고, 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경이 선택된 치수로 홀(구멍)이 가공되고, 가공된 홀에 삼각 나사산이 가공되며, 길이 50mm에서 100mm범위 이내에서 적정 길이로 선택된 길이만큼 절단되어 제작된 절연부재(602)가 소켓(601)에 삽입된다. 상기 본체(610) 상부에 간격을 두고 복수개 설치된 소켓(601)의 절연부재(602)중심부에 가공된 홀에는 전기분해용 방전극(611)에 온수, HOT OIL, 열풍 또는 스팀을 공급하는 플렉시블한 금속관(658)이 복수개 설치된다.
또한, 본체(610) 측면상부 일측에는 일정한 간격으로 이격되어 직경 50mm홀이 복수개 타공되고, 타공된 홀에 내면에 나사산이 가공된 소켓(501)이 타공된 홀마다 설치된다, 설치된 소켓(601)에 테프론, 폴리에틸렌, 아세탈, 베크라이트, PVC 등의 불연 재질 중에서 어느 한 가지 재질이 선택되어 사용되며, 직경 49.5mm으로 외표면에 삼각 나사산이 가공되고, 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경이 선택된 치수로 홀(구멍)이 가공되고, 가공된 홀에 삼각 나사산이 가공되며, 길이 50mm에서 100mm범위 이내에서 적정 길이로 선택된 길이만큼 절단되어 제작된 절연부재(602)가 소켓(601)에 삽입된다. 상기 본체 양측면 상부 일측에 간격을 두고 소켓(601)에 설치된 간극 조정장치(750a, 750b)는 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터(751a, 751b)의 작동에 연동하는 봉상의 회전부재(752a, 752b)가 본체(610) 내부에 설치된다. 상기 본체(610) 상부에 간격을 부고 복수개 설치된 소켓(601)의 절연부재(602)중심부의 가공된 홀에는 전기분해용 방전극(611)에 열풍 또는 스팀을 공급하는 플렉시블한 금속관이 복수개 설치된다. 본체(610) 내부에 수평으로 서로 마주보게 설치된 간극 조정장치(750a, 750b)의 회전부재(752a, 752b)상에 일정간격을 두고 복수개 설치된 고정구(754a, 754b)에 간격을 두고 전기분해용 방전극(611)를 설치하는데, 제3 가열기구 겸 수중방전용 방전극(611)의 규격은 가로 400mm에서 1000mm범위에서 적정규격을 선택하고, 세로 20mm에서 100mm범위에서 적정규격을 선택하고, 높이 650mm에서 1500mm범위에서 적정규격을 선택하여 밀폐구조의 직육면체형상의 방전극이 복수개 제작되어 양극용, 음극용 방전극 순으로 번갈아 설치된다.
본체(611) 상부 복수개가 설치된 소켓(601)절연부재(602)의 내부홀에 설치된 내경 10mm에서 40mm범위에서 적정직경의 열매체(열풍, 스팀) 공급용 플렉시블한 금속관을 (611c)을 삽입하여 전기 분해용 방전극(611)의 열매체 유입구(611a)를 연결한다. 또한, 본체(611)상부에 설치된 열매체(열풍, 스팀) 공급용 플렉시블한 금속관(658)에 엘보, 티 등의 배관 부품이 체결되어 열매체 공급용 가지관(658)이 형성되고, 다시 주관(659)에 가지관(658)들이 합류되고, 주관(659)은 열 발생수단(620, 630, 640, 650)에 연결된다. 가지관(611b)들이 최종 합류되는 최종 공급 주관(659)에서 200mm이격된 지점을 50mm 절단하고, 절단된 면에 테프론 재질의 연결구(유니온 등)를 삽입하여 지관과 주관을 연결 및 절연시고, 가지관(658)이 합류된 주관(659) 일측에 전선 연결용 터미널(611e)을 부착한다. 다시 주관(659)에 가지관(658)들이 합류되고, 주관(659)은 열 발생수단(620, 630, 640, 650)에 연결된다.
전기분해용 방전극(611)에 열매체를 공급 순환시키는 열 발생수단(620, 630, 640, 650)은 내부에 전기히타(621)가 내장된 챔버(625), 외부공기를 챔버(625)로 공급하는 에어팬(623)과 내부 온도를 계측하는 온도센서(624), 에어팬(623)과 전기히타(621)에 전기를 공급하는 제어반(900)으로 구성된 열풍 생성기(620)와 연소실(631) 과 온수 생산용 물이 저장되는 수실(632), 수실의 온도를 계측하는 온도센서(633)로 구성된 본체(634), 연소실에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(635), 가열된 온수를 주관(612d) 및 가지관((612c))을 통하여 제2 가열수단(612)에 공급 및 내부를 순환 시키는 펌프(612e)로 구성된 온수보일러(630)와, 연소실(641) 과 고비점 알켄족 OIL 저장되는 열매체유 저장실 (642), 열매체유 온도를 계측하는 온도센서(643)로 구성된 본체(644), 연소실(641)에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(645), 가열된 HOT OIL을 주관(612d) 및 가지관(612c)을 통하여 제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극(611) 내부를 순환 시키는 펌프(612e)로 구성된 열매체보일러(640);와 연소실(651) 과 스팀 생산용 물이 저장되는 수실(652), 수실의 온도를 계측하는 온도센서(653)로 구성된 본체(654), 연소실에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(655), 생산된 스팀을 주관(612d) 및 가지관(612c)을 통하여 전기분해용 방전극(611) 내부를 순환 시키면서 전기분해용 방전극(611)에서 하천수에 전도방식으로 열전달되어 습증기 및 응축수를 회수 및 저장하는 응축수 탱크(656), 응축수 탱크(666)에 회수된 응축수를 다시 본체(654)의 수실(652)로 가압하여 공급하는 펌프(657)로 구성된 스팀보일러(650)중에서 본 발명에서는 현장 여건에 따라 상기에 기재된 열풍생성기(620), 온수 보일러(630), 열매체 보일러(640), 증기보일러(650)중에서 어느 한 가지를 선택하여 사용 하며, 국내에서 생산되는 제품을 구매하여 사용한다.
또한, 제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극(611)을 순차적으로 +전극, -전극으로 분류한다.
방전극(512)의 재질은 양극(+)의 경우 철(SS400), 알미늄(Al) 재질중서서 선택하여 사용하고, 음극(-)의 경우 철(SS400), 알미늄(Al) 재질중서서 선택하여 사용하는데, 양극(+)의 재질을 철(SS400)로 할 경우에는 음극(-)의 재질은, 알미늄(Al) 재질로 하고 양극(+)의 재질을 알미늄(Al) 재질로 할 경우에는 음극(-)의 재질은, 철(SS400) 재질로 선정하여 설치한다.
분류된 각각의 +전극, -전극 역할을 하는 전기분해용 방전극(611)에 연결되고, 배관의 일부가 절연된 주관(659)의 단자(612e)에 제어반(900)에서 입력된 220V의 교류전원을 변압기(910)에서 3V에서 200V 범위로 전압을 감압한 후 정류회로(920)의(다이오드)에서 직류 전원으로 변환한 후 +전원은 +극으로 분류된 전기 분해용 방전극(611)에 연결된 주관의 단자에(612e)연결 하고 -전원은 -극으로 분류된 전기분해용 방전극(611) 주관(612d)의 단자(612e) 접속하고, 제어반(900)에서 직류 전원을 공급한다. 동시에 상기 열원공급장치(620, 630, 640, 650)에서 생성된 열원을 공급하면, 전기분해용 방전극(611)의 내부와 표면이 가열되어 방전극(611) 표면에서 라이텐 프로스트 효과에 의해 과열된 증기부(초공동현상)를 형성하면서, 전기 분해반응이 개시된다.
또한, 방전극(621, 622)을 순차적으로 +전극, -전극으로 분류하고, 분류된 각각의 +전극, -전극 역할을 하는 방전극에 열원을 공급하는 열원 공급 수단의 절연된 주관의 단자(미도시)에 제어반(900)에서 입력된 220V의 교류전원을 변압기(910)에서 3V에서 200V 범위로 전압을 감압한 후 정류회로(920)의(다이오드)에서 직류 전원으로 변환한 후 +전원은 +극으로 분류된 전기분해용 방전극(611)주관(611e)의 단자에 -전원은 -극으로 분류된 방전극(611)의 주관(611d)의 단자(611e)) 접속하고, 제어반(900)에서 직류 전원을 공급한다.
제어반(900)에서 방전극(761, 622)에 직류 전원이 공급되면, 활성기체 공급기(200)에서 생성되어 본발명의 장치내부로 유입되는 하천수 또는 해수의 수중에 함유된 인은, 상기 활성기체 생성기(200)이 설치된 관로내부에 설치된 산기관을 통하여 산소와 산소가 불안정한 형태로 결합한 슈퍼옥사이드 음이온(O2-), 히드록실라디칼(ㅇOH), 일산화질소(NO), 일중항산소(1O2)등의 산소라디칼 등의 자유 라디칼이 공급되어 충분한 산소에 의해 산화된 인은 인산이온(P043-)으로 존재하게 되며, 이러한 인산이온은 전기분해할 때 양극(621)에서 발생하는 철 또는 알루미늄 이온과 결합하여 난용성 인산염이 형성 된다. 이 과정에서의 화학반응식은 다음 [반응식 1] 및 [반응식 2]과 같다.
[반응식 1] : Fe3+ + P04 3- → FeP04(s)
[반응식 2] : A133+ + P04 3- → AIP04(s)
또한, 여분의 철 및 알루미늄 이온은 음극(622)의 수소발생으로 인해 생성되는 수산이온(OH-)과 반응하여 아래의 [반응식 3] 및 [반응식 4]과 같은 화학반응식으로 침전을 형성한다.
[반응식3] : Fe3+ + 3OH- → Fe(OH)3(s)
[반응식 4] : AI3+ + 3OH- → AI(OH)3(s)
상기에서와 같이 철 또는 알루미늄 재질로 이루어진 양극(621)에서는 위의 [반응식 1] 내지 [반응식 2]과 같은 침전에 의해 인이 제거된다. 이때, 상기 [반응식 1]과 [반응식 2]는 같은 침전으로 공침되고, [반응식 2]과 [반응식 4]도 공침되며 침전물로 제거된다.
상기 인 제거장치에서 하천수 또는 해수 중에 함유된 인을 제거하는 목적은 미생물의 영양소인 유기물(탄소), 질소(N), 인(P)의 영양소 중에서 수중에서 인 함유량이 제일 적어 상대적으로 제거하기 용이하며 인을 적정량 제거하면 수중 영양분의 균형이 깨져 하천수 또는 해수에서 녹조 및 적조의 증식을 억제하기 휘함이다.
또한, 상기 열원공급장치(620, 630, 640, 650)에서 생성된열원을 공급하면 방전극 의 내부와 표면이 가열되어 방전극 표면에서 라이텐 프로스트 효과에 의해 과열된 증기부(초공동현상)를 형성하고, 방전극이 가열됨에 따라 다시 한 번, 방전극을 접면하여 흐르는 하천수 중의 조류균을 효과적으로 천공 및 살균하고, 가열된 방전극에서 전기분해작용이 더욱 활발하게 수행되어 하천수 또는 해수 중에 함유된 인을 효율적으로 제거할 수 있다.
도 14 및 도14a,도14b,도14c,도14d는 도3,도4,도5,도6,도7,도8,도9,도10,도11,도12,도13의 수중 세균 및 미생물 제거 장치 의 가열 살균수단(300)의 제1, 제2, 제3 가열기구(311, 312, 313), 가열살균 및 전기분해살균수단(400)의 제1, 제2, 제3 가열 기구 겸 전기분해용 방전극(411, 412, 413), 가열살균 및 수중방전살균(500)의 제1, 제2, 제3 가열기구 겸 수중방전용 방전극(511, 512, 513)의 간극 조정장치(700)를 나타낸 단면도이다. 이에 도시된 바와 같이, 상기 가열기구, 가열기구 겸 전기 분해용 방전극, 가열기구 겸 수중방정용 방전극 간극 조정장치(750a, 750b)는 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터1,2(751a, 751b)의 작동에 연동하는 회전부재(752a, 752b)의 회전운동을 직선운동으로 전환하여 가열기구, 가열기구 겸 전기분해용 방전극, 가열기구 겸 수중방전용 방전극 고정기구(753-1a, 753-1b)를 전, 후 이송 시키도록 되어있다. 상기 기재된 회전부재(752a, 752b)는 외주면에 삼각나사, 사각나사, 둥근나사, 헬리코이드 중에 한 가지가 선택되어 가공되는 환봉이며, 이 회전부재(752a, 752b)에는 회전운동에 연동하고 회전부재(752a, 752b)를 전, 후 이동을 중심축으로 하여 직선 운동하는 운동방향전환수단이 제공된다. 상기한 운동전환수단으로 도14a, 도14b에 도시한 바와 같이 내주면 양 끝부분에 상기한 회전부재(752a, 752b)의 나사산 또는 헬리코이드에 결합하는 나선모양의 홈으로 이루어진 연동면(753-1g, 753-2g)이 형성되고 내주면 가운데 부분에는 회전부재(752a, 752b)를 지지하는 지지면(753b)이 형성된 연동지지부(753-1h, 753-2h)를 포함하는 이동그립(Grip)(753-1, 753-2)이 제공된다. 상기한 이동그립(753-1, 753-2)의 연동지지부(753-1h, 753-2h)의 절개면에 반대쪽 외주면에는 양 측면에 고정돌기(753-1e, 753-2e)가 형성되고 상기 기재한 가열기구, 가열기구 겸 전기분해용 방전극, 가열기구 겸 수중방전용 방전극 고정기구(754a, 754b)을 고정하는 고정부(753-1b, 753-2b)가 제공된다. 따라서 운동방향전환 수단으로 제공된 이동그립(753-1, 753-2)은 연동지지부(753-1h, 753-2h)와 고정부(753-1d, 753-2d)로 구성된다.
한편, 상기 기재된 이동그립(753-1, 763-2)에 고정되어 전, 후 이송됨과 아울러 가열 살균수단(300)의 제1, 제2, 제3 가열기구(311, 312, 313), 가열살균 및 전기분해살균수단(400)의 제1, 제2, 제3 가열 기구 겸 전기분해용 방전극(411, 412, 413), 가열살균 및 수중방전살균(500)의 제1, 제2, 제3 가열기구 겸 수중방전용 방전극(511, 512, 513) 고정기구(754a, 754b)는 이동그립(753-1, 753-2)의 고정부(753-1d, 753-2d)에 결합하는 그립 수단을 갖추고 있으며, 상기한 회전부재(762a, 752b)에 평행하고 적어도 하나 이상 배치된 가이드 봉(755a, 755b)을 수용하는 가이드(755-1a, 755-1b)를 구비하고 있다. 상기한 운동방향전환수단은 이동그립(753-1, 753-2)에 의하여 전, 후 이송되는 방전극 고정기구(754a, 754b)가 직선으로 이송될 수 있도록 하며, 방전극 고정기구(754a, 754b)가 이송할 때 걸리는 부하에 의한 요동이 일어나지 못하도록 사전에 예방하는 작용을 한다. 그리고 이동그립(753-1, 753-2)의 고정부(753-1d, 753-2d) 고정돌기(753-1e, 753-2e)에 끼워지는 고정홀(753-1c, 753-2c)이 마련된 H형상의 고정그립(753-1i, 753-2i)이 제공된다. 상기한 고정그립(753-1i, 753-2i)은 방전극 고정기구(754a, 754b)과 일체로 성형되며, 이동그립7853-1, 753-2)의 고정부(753-1d, 753-2d) 고정돌기(753-1e, 753-2e)에 끼워진 후, 요동이 일어나지 않도록 상기한 고정홀(753-1c, 753-2c)이 마련된 상단은 자체 탄성력을 구비한다. 따라서 상기한 이동그립(753-1, 753-2)의 고정부(753-1d, 753-2d) 고정돌기(753-1e, 753-2e)를 고정그립(753-1i, 753-2i)의 상단을 좌우로 벌리고 고정돌기(753-1e, 753-2e)를 고정홀(753-1c, 753-2c)에 맞춰 끼워야 하며, 좌우로 벌어진 고정그립(753-1i, 753-2i)의 상단은 탄성력을 갖추고 있는 바, 이동그립(753-1, 753-2)의 고정부(753-1d, 753-2d) 양 측면에 밀착 고정된다. 이와 같이 구성되는 방전극 간극 조정장치는 슬러지 회수부(800) 스크린조 펌프 토출관(121)에 설치된 전기전도도 검출센서(901)와 제어반(900)의 과전류 검출기(미도시)에서 검출된 데이터가 제어반(900)에 실시간 전송되고, 제어반(900)에서 사전에 프로그램 되어 입력된 제어회로에 의해 전원이 구동부 모터(751a7851b)에 공급되면 구동부 모터(751a, 751b)가 가동되어 그 회전력이 회전부재(752a, 752b)에 전달되고 이 회전부재(752a, 752b)에 결합된 이동그립(753-1, 753-2)이 회전부재(752a, 752b)의 연동면(753-1g, 753-2g)을 따라 이동하여 가열 살균수단(300)의 제1, 제2, 제3 가열기구(311, 312, 313), 가열살균 및 전기분해살균수단(400)의 제1, 제2, 제3 가열 기구 겸 전기분해용 방전극(411, 412, 413), 가열살균 및 수중방전살균(500)의 제1, 제2, 제3 가열기구 겸 수중방전용 방전극(511, 512, 513)의 간격을 자유대로 조정한다.
녹조 및 적조가 활성화된 하천수 및 해수는 전기전도도(electric conductivity)높기 때문에 방전극에 전류 흐름량이 증가하여 제어반(900) 변압기(910) 및 정류장치(920)가 과열되어 제어반(900)의 손상원인이 되며 가열 살균수단(300)의 제1, 제2, 제3 가열기구(311, 312, 313), 가열살균 및 전기분해살균수단(400)의 제1, 제2, 제3 가열 기구 겸 전기분해용 방전극(411, 412, 413), 가열살균 및 수중방전살균(500)의 제1, 제2, 제3 가열기구 겸 수중방전용 방전극(511, 512, 513) 에서의 녹조및 적조가 화성화된 하천수 및 해수는 물의 전기 전도도가 높아 전기분해시 또는 수중방전시 전기분해량이 많아 상기 기재된 방전극에서의 과전류가 발생되어 제어반(900)의 변압기(910),정류회로(920)등이 손상될 위험이 있으며, 또한 가열 살균수단(300)의 제1, 제2, 제3 가열기구(311, 312, 313), 가열살균 및 전기분해살균수단(400)의 제1, 제2, 제3 가열 기구 겸 전기분해용 방전극(411, 412, 413), 가열살균 및 수중방전살균(500)의 제1, 제2, 제3 가열기구 겸 수중방전용 방전극(511, 512, 513)의 초기 간격 조정이 표준조건을 이탈할 때 와 제1, 제2, 제3 가열기구(311, 312, 313), 제1, 제2, 제3 가열 기구 겸 전기분해용 방전극(411, 412, 413), 가열기구 겸 수중방전용 방전극(511, 512, 513)이 열원에 의해 충분히 가열되지 않아 제1, 제2, 제3 가열기구(311, 312, 313), 제1, 제2, 제3 가열 기구 겸 전기분해용 방전극(411, 412, 413), 가열기구 겸 수중방전용 방전극(511, 512, 513)표면이 라이텐 프로스트 효과가 충분 하지 않아 2개의 매질 즉 증기상 과 하천수(수상)이 존재할 때 증기와 하천수의 밀도차에 의해 방전이 불균일 하고, 방전시 과전류가 발생하는 경우도 제어반(900)의 변압기(910), 정류회로(920)등이 손상될 위험이 있으며, 반대로 전해질이 상대적으로 낮은 녹조 및 적조가 화성화된 하천수 및 해수는 전기전도도(electric conductivity)낮기 때문에 처리 시간이 많이 소요되기 때문에 가열 살균수단(300)의 제1, 제2, 제3 가열기구(311, 312, 313), 가열살균 및 전기분해살균수단(400)의 제1, 제2, 제3 가열 기구 겸 전기분해용 방전극(411, 412, 413), 가열살균 및 수중방전살균(500)의 제1, 제2, 제3 가열기구 겸 수중방전용 방전극(511, 512, 513) 간극 의 간격을 적절한 간격으로 조정하여 녹조 및 적조의 조류균 효과적 살균에 필요한 가열, 활성기체 생성량 조정하고, 녹조 및 적조가 화성화된 하천수 및 해수의 전기전도도수치의 높고 낮음에 대한 적응성이 좋고, 장치의 안정성을 확보할 수 있으며,처리시간을 단축 할 수 있다.
도 15는 도1의 수중 세균 및 미생물 제거 장치의 슬러지 회수부(800)를 나타낸 단면도로서, 이에 도시된 바와 같이, 슬러지 회수부(800)는 응집 및 수중 인 회수 수단(800) 과 일정거리 이격되어 설치되며 상부는 원기둥이 형상이 조합된 구조의 본체(810), 본체 내부 하부 원뿔형 콘이 시작되는 부분에 원판 모양이며 원주면 가장자리에 일정직경의 슬러리를 침강시키는 슬러리 배출공(821)이 원주면을 따라 복수개 타공되며, 중심부에 가압판(830)을 고정시키는 외부에 나사산이 가공된 고정봉(822)이 설치되고, 상기 기재된 고정봉(822)과 슬러리 배출공 사이에 원주면상으로 일정 간격으로 이격되어 원주면상에 직경 3mm에서 10mm범위에서 선택된 직경의 홀이 복수개 타공된 일정높이의 출수관(823)이 복수개 설치되고, 출수관(823)에서 배출되는 하천수를 집합하는 챔버(824)가 원판 하부에 면접 설치되어서 구성되는 하판(820), 직경 60mm에서 80mm범위에 일정직경이 선택되는 외통(841),직경 20mm에서 40mm범위에 일정직경이 선택되는 내통(842)의 이중 구조체로된 중공구조의 폴리비닐 아세탈계 다공질체, 폴리비닐 포르말(PVF) 다공질체, 폴리에틸렌, 폴리 에테르계, 폴리우레탄 재질 중에 어느 한 가지가 선택된 프레임(미도시) 속에 여과입경 0.5um이 되도록 부직포가 충진되어 형성된 필터가(840) 출수관(823)상부에서 하부로 삽입하여 하판(820)에 면접되게 설치되고, 필터(840)상부에 스프링이 부착된 압착기구(831)가 설치되고,압착기구(831)와 면접하여 압착기구(831)를 가압하는 가압판(830)이 고정봉(822)에 삽입되어 설치되며, 가압판(830)위에 고정봉(822)에 삽입되어 가압판(830)을 고정하는 고정너트(832)가 설치되는 구조로 구성된다. 본체 하부에 침전된 슬러지 및 무기물을 배출하는 드레인 배관(803)이 연결되어 설치되고, 드레인 배관상(803)에 유체의 흐름을 조절하는 전자발브(804)가 설치된 다음 자루 형태의 백을 고정하는 고정구(838)가 복수개 설치되고, 고정구(838)에 각각 발수가 잘되는 구조의 백이 고정되어 설치되어 전자발부(804)가 개방되어 배출되는 슬러지를 회수하고, 원뿔형 구조체 일 측면 중간 부분에는 슬러지 회수부(800)내부로 유입된 하천수가 필터(840)를 통과 하면서 수중의 슬러지를 여과한 처리수가 배출되는 배출관(805)이 연결되고, 배출 배관(805)상에 유체의 흐름을 조절하는 전자발브(806)와 전기전도도 검출센서(901)가 설치된다. 원뿔형 하부 구조체와 면접하여 설치되는 상부 원기둥 끝단 가장자리에 플랜지가(807) 부착되며 플랜지(807) 단면 중심선에 원주방향으로 일정거리 이격되어 일정직경의 홀이 복수개 타공되며, 타공된 플랜지 상부에 플랜지와 동일 규격의 카스킷이 채워지고 카스킷위에 플랜지와 동일한 규격의 덮개가 볼트 및 너트로 체결되고, 덮개 중심부에 압력계가 부착되어 필터의 차압을 표시한다.
슬러지 회수부(800)로 유입된 하천수 또는 해수는 내부에서 와류 되면서 부피가 크거나 비중이 높은 수중의 무기물이나 슬러지는 하판(820)가장자리에 복수개로 타공된 슬러리 배출공(821)으로 하부 원뿔구조체 하부로 침강되고, 무기물 및 부피가 큰 플럭이 제거된 하천수는 필터(840) 외부에서 유입되어 부직포 재질의 필터 여재를 통과하면서 미세 슬러지를 여과하고, 여과된 하천수는 출수공(821)을 통하여 챔버(824)로 유입되고 이어 챔버(824)에 연결된 배출관(805)을 통하여 외부의 하천 또는 바다로 배출된다.
이와 같이, 본 발명의 수중 세균 및 미생물 제거 장치 은 스크린조(100)에서 하천수 또는 해수에 부유된 협잡물을 스크린을 이용하여 제거하고 하천수 수중에 활성기체 생성기(200)에서 고전압방전에 의한 매우 높은 전계전자에너지를 장치 내부로 유입되는 공기에 인가하여 해리 이온화, 여기 등의 전기화학적 반응으로 산소이온, 수산이온(OH
Figure pat00018
)등의 활성기체를 생성하여 하천수 또는 해수에 분사하여 산소이온, 수산이온(OH
Figure pat00019
)등의 활성이온으로 녹조 및 적조의 조류균의 세포를 부식 및 천공하여 1차 살균하고, 녹조 및 적조가 활성화된 하천수가 흐르는 관로에 전기히타의 발열, 직육면체의 가열수단 내부에 고온의 기상 및 액상의 열매체가 순환 또는 공급되어 하천수에 분사하는 다양한 가열수단(200)을 설치하여 리이텐 프로스트 효과로 녹조 및 적조의 조류균의 세포 파괴하여 2차 살균하고, 이어 상기 가열수단에 저전압의 직류 전원을 인가하여 전기분해반응을 개시하여 가열 및 전기분해에 의한 전기 화학적으로 생성된 산소와 산소가 불안정한 형태로 결합한 슈퍼옥사이드 음이온(O2-), 히드록실라디칼(ㅇOH), 일산화질소(NO), 일중항산소(1O2)등의 산소라디칼 등의 자유 라디칼에 의한 녹조 및 적조의 조류균의 세포 파괴 및 전기 천공에 의해 3차 살균되며, 상기 가열수단에 고전압의 교류 및 직류 전원을 인가하여 수중방전 반응을 개시하여 가열 및 수중방전에 의한 전기화학적 반응으로 녹조 및 적조의 조류균의 세포 파괴 및 전기 천공에 의해 살균되며, 이어 방전극 간극 조절장치가 내장된 전기분해장치에서 양극판 재질을 철, 알미늄, 마그네슘 중에 한 가지를 선택하고, 음극(-)판의 재질을 스테인레스 스틸, 티타늄, 카본 등의 재질에서 한 가지를 선택하여 다단계 살균과정에서 발생되는 슬러지를 응집 및 양극판의 재질을 철판, 음극판의 재질을 스테인레스 스틸(STS304)로 하여 여기에 제어반(900)에서 직류전원을 공급하여 전기 분해과정에서 양극(철판)에서 생성되는 제2가, 제3가 철이온과 수중의 인과 반응시켜 수중에 인을 제거하여, 녹조 및 적조의 조류균의 필수 영양소인 유기물(탄소:C), 질소(N), 인(P)중 인을 제거하여 하천 및 바다에서 녹조 및 적조의 조류균이 증식하지 못하게 하고, 이어 다단계 살균 과정에서 발생되는 미세 슬러지는 여과재로 여과하여 회수하고 부피가 큰 슬러지는 통수성이 양호한 섬유백에 회수처리 하여 녹조 및 적조가 함유된 하천수 수중의 조류균을 실시간 살균하며, 살균과정에서 발생되는 슬러지를 회수함으로써 하천수 바닥으로 침전되는 것을 예방하고 회수된 슬러지는 연료, 퇴비 등으로 재활용 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예로서 설명하였으나 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며, 특허 청구 범위에서 청구하는 본 발명의 요지에 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형이 가능 할 것이다.
100 : 스크린조 110 : 스크린용 바 112 : 플레이트
113 :협잡물 낙하 안내구 114 :협잡물 받이통 120 : 스크래퍼
121 : 제1 체인 122 : 제1 기어 123 : 제2 기어
124: 체인 1 126 : 고무판 스크레이퍼 베아링
130 : 핀 스크래퍼 131; 제 2 체인기어 133 : 후면체인 기어
134:체인 2 135;구동체인기어 2 136;체인기어 팽창 조율 가이드
137:핀 스크레이퍼 베어링 140:모터 200 : 활성기체공급기
201 : 전처리 필터 202 : 에어 팬 209 : 셀
210 : 방전극 210a: 방전전극 210b: 접지전극
210c: 영구자석 210d: 촉매 코팅층 220 : 고전압발생기
230a,b,c : 가압기 235 : 산기관 236 : 하천수 또는 해수공급관
257：전자발브 300 : 가열 살균수단 301 : 소켓
302 : 절연부재 310: 본체 311;제1 가열기구
311a : 하우징 311b;세라믹 마개 311c:발열체
311d;분말 부도체 311e;홀 311f ;단자대
312;제2 가열기구 312a;열매체 유입구 312b;열매체 유출구
312c;가지관 312d;주관 312e;표면돌기
313;제3 가열기구 313a;열매체 유입구 313b;열매체 유출구
313c;소켓 313d;분사노즐 320;제2 가열원
321 : 전기히타 323: 에어Fan 324 : 온도 센서
325 : 챔버 330; 제3 가열기구 331: 연소실
332 : 수실 333: 온도센서 334:본체
335 : 버너 336 : 순환펌프 340;제3가열원
341: 연소실 342 : 수실 343: 온도센서
344:본체 345 : 버너 346 : 순환펌프
350;제4가열원 351: 연소실 352 : 수실
353: 온도센서 54:본체 355 : 버너
356 : 응축수 탱크 357 : 순환펌프 358;가지관
359;주관 400 : 가열 및 전기분해 살균수단
401 : 소켓 402 : 절연부재 410: 본체
411;제1 가열기구 겸 전기분해 살균용 방전극 411a : 하우징
411b;세라믹 마개 411c:발열체 411d;분말 부도체
411e;홀 411f ;단자대 411g ;도선
411h;제2단자대 411i;제2 도선
412;제2 가열기구 겸 전기분해 살균용 방전극 412a:유입구
412b;유출구 413;제3 가열기구 겸 전기분해 살균용 방전극
413a:유입구 413b;유출구 413c;소켓
413d;분사노즐 420;제2 가열원 421 : 전기히타
423: 에어Fan 424 : 온도 센서 425 : 챔버
430; 제3 가열기구 431: 연소실 432 : 수실
433: 온도센서 434:본체 435 : 버너
436 : 순환펌프 440;제3가열원 441: 연소실
442 : 수실 443: 온도센서 444:본체
445 : 버너 446 : 순환펌프 450;제4가열원
451: 연소실 452 : 수실 453: 온도센서
454:본체 455 : 버너 456a : 응축수 탱크
456b : 순환펌프 457 : 전자발브 458;가지관
459;주관 500 : 가열 및 수중방전 살균수단
501 : 소켓 502 : 절연부재 510: 본체
511;제1 가열기구 겸 수중방전용 방전극 511a : 하우징
511b;세라믹 마개 511c:발열체 511d;분말 부도체
511e;홀 511f ;단자대 511g ;도선
511h;제2단자대 511i;제2 도선
512;제2 가열기구 겸 수중방전용 방전극 512a:유입구
512b;유출구 513;제3 가열기구 겸 수중방전용 방전극
513a:유입구 513b;유출구 513c;소켓
513d;분사노즐 520;제2 가열원 521 : 전기히타
523: 에어Fan 524 : 온도 센서 525 : 챔버
530; 제3 가열기구 531: 연소실 532 : 수실
533: 온도센서 534:본체 535 : 버너
536 : 순환펌프 540;제3가열원 541: 연소실
542 : 수실 543: 온도센서 544:본체
545 : 버너 546 : 순환펌프 550;제4가열원
551: 연소실 552 : 수실 553: 온도센서
554:본체 555 : 버너 556 : 응축수 탱크
557 : 순환펌프 558;가지관 559;주관
600 : 가열 및 수중방전 살균수단 601 : 소켓
602 : 절연부재 603 : 드레인 배관 610 : 본체
611;제1 가열기구 겸 수중방전용 방전극 611a:유입구
611b;유출구 611e;연결용 터미널 620;제2 가열원
621 : 전기히타 623: 에어Fan 624 : 온도 센서
625 : 챔버 630; 제3 가열기구 631: 연소실
634:본체 635 : 버너 636 : 순환펌프
640;제3가열원 641: 연소실 642 : 수실
643: 온도센서 644:본체 645 : 버너
646 : 순환펌프 650;제4가열원 651: 연소실
652 : 수실 653: 온도센서 654:본체
655 : 버너 656 : 응축수 탱크 657 : 순환펌프
658;가지관 659;주관 751a,b : 구동부모터
752a,b:회전부재 753-1,753-2:이동그립 753-1a,753-2a:방전극 고정기구
753-1b,753-2b:고정부 753-1c,753-2c:고정홀 753-1d,753-2d:고정부
753-1e,753-2e:고정돌기 753-1g,753-2g:연동면 753-1h,753-2h:연동지지부
753-1i,753-2i:고정기구 754a,754b:방전극고정기구 755a,755b:가이드봉
800 : 슬러지 회수부 803 :드레인 배관 804 : 전자발브
805 : 정화된 하천수수 배출관 806 : 전자발브 807 : 플랜지
810 : 본체 820 : 하판 821 : 슬러리 배출관
822 : 고정봉 823 :출수관 824 : 출수관 집합챔버
830 :가압판 832 : 고정너트 840 : 필터
841 : 외통 842 : 내통 900:제어반
901:전기전도도 검출센서 910 :변압기 920 : 정류회로

Claims (20)

  1. 본체 양측면에 물의 유입 및 배출되는 유입관 및 출수관이 구비되고, 상부가 개방된 상기 본체 내부에 전동장치로 구동되는 복수개의 스크린용 바를 포함하는 구성품이 설치되어, 본체 출수관 일측에 설치된 펌프의 흡인력으로 본체 내부로 유입되는 물의 부유 협잡물을 복수개의 스크린용 바로 걸러내는 스크린조(100)와;
    상기 스크린조의 펌프와 간격을 두고 설치되며, 독립된 하우징 일측에 형성된 유로에 분진 제거용 에어필터, 에어팬, 방전전극 및 접지전극이 서로 마주보게 설치되고, 외부에 고전압 발생기가 설치되어, 상기 에어팬의 가동으로 생성되는 흡인력에 의해 외부 공기가 유로 안으로 유입되어 에어필터에서 분진이 제거된 후 에어팬에 가압되어 분진이 제거된 외부 공기가 서로 마주보게 설치된 방전전극 및 접지전극 사이를 통과하는 과정에서 고전압 발생기에서 생성된 고전압이 상기 방전전극 및 접지전극에 인가되어 전극 사이에서 고전압 방전이 실시되고, 이 방전대역을 통과하는 공기에 고 전계에너지가 인가되어 전기 화학적 반응으로 공기중의 질소분자, 산소분자, 수증기의 공유결합을 분해하여 질소이온[N], 산소이온(O,
    Figure pat00076
    ), 수산기이온(OH-)을 생성하고, 생성된 이온을 에어 펌프가 가압하여 상기 출수관 내부에 설치된 산기관을 통하여 상기 이온이 포함된 활성기체를 물에 공급 및 분사하여, 분사된 산소이온(O,
    Figure pat00077
    ), 수산기이온(OH-)과 수중의 조류균을 접촉 하게하여 접촉된 조류균의 세포벽이 부식 및 천공되게하여 1차 살균하는 활성기체공급기(200)와;
    상기 활성기체공급기(200)의 산기관이 설치된 장소와 간격을 두고 설치되며, 물이 흐르는 관로속에 봉상의 전기히타가 설치되는 제1가열수단이 설치되거나 또는 내부에 고온의 열매체가 순환하는 직육면체의 제2가열수단이 설치되거나 또는 표면에 직경 10mm ~ 25mm의 홀이 복수개 타공 되어 분사노즐이 설치되고, 직육면체의 내부에 고온의 열매체가 공급되어 설치된 노즐로 공급된 열매체가 직접 물에 분사되는 제3가열수단 중에서 적어도 어느 하나가 설치되며, 제어반에서 상기 제1가열수단에 교류전원을 공급하여 가열원의 표면온도를 150 ~300 이상 되게 가열하기, 제2가열수단에 배관으로 연결되어 스팀 발생보일러 또는 열매체 보일러에서 생성된 스팀이나 고온 유체의 자체압력 또는 순환펌프를 이용하여 제2가열수단에 공급 및 순환시켜 제2가열수단의 표면온도를 150 ~300 이상으로 가열하기, 제3가열수단에 배관으로 연결되어 스팀 발생보일러 또는 팬과 히타가 내장되어 팬에 의해 유입되는 외부공기를 히타로 가열하여 생산된 스팀이나 열풍을 자체압력 또는 팬을 이용하여 제3가열수단에 공급 및 물에 직접 분사시키면서 제3가열수단의 표면온도를 150 ~300가 되도록 가열하기 중 적어도 어느 하나를 실시하여 제1,2,3가열수단 중 적어도 어느 하나에 접촉하여 흐르는 수중의 조류균의 세포를 가열 살균하는 가열살균수단(300)과;
    상기 가열살균수단과 배관으로 연결되며, 물이 흐르는 관로 속에 봉상의 전기히타가 설치되어 발열체의 발열에 의해 물을 가열하는 기능과, 발열체와 절연된 외부 하우징에 부착된 단자에 제어반에서 교류전원을 변압기에서 감압하고, 정류기에서 교류전원을 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 하우징에 직류전원을 인가하여 인접된 양극과 음극 사이에서 전기분해 반응을 수행하는 제1가열기구 겸 전기분해용 방전극이 설치되거나 또는 내부에 열원 공급장치에서 공급되는 고온의 열매체가 순환하는 직육면체를 가열하면서, 열매체 공급관 일부를 절단하고, 절단된 부위에 테프론 재질로 된 연결구를 절단된 면에 삽입하여 연결하고 절연된 가지관에 단자대가 설치되어 제어반에서 교류전원을 변압기에서 감압하고, 정류기에서 교류전원을 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 직육면체의 방전극에 직류전원을 인가하여 인접된 양극과 음극사이에서 전기분해 반응을 수행하는 제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극이 설치되거나, 또는 표면에 직경 10mm ~ 25mm의 홀이 복수개 타공되어 분사노즐이 설치되고, 직육면체의 내부에 열원 공급장치에서 고온의 열매체가 공급되어 설치된 노즐로 공급된 열매체가 직접 수중에 분사되며, 열매체 공급관 일부를 절단하고, 절단된 부위에 테프론 재질로 삽입 절단된 곳을 연결하고 절연된 가지관에 단자대가 설치되어 제어반에서 교류전원을 변압기에서 감압하고, 정류기에서 3V ~ 200V의 교류 전원을 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 직육면체의 방전극에 직류전원을 인가하여 인접된 양극과 음극사이에서 전기분해 반응을 수행하는 제3가열기구 겸 전기분해용 방전극 중 적어도 어느 하나가 설치되어 상기 제1,2,3가열기구 겸 전기분해용 방전극 중 적어도 어느 하나에 접촉하여 흐르는 수중의 조류균의 세포를 가열 살균하는 가열 살균을 실시함과 동시에 전기분해 반응에서 생성된 산소이온(O,
    Figure pat00078
    ), 수산기이온(OH-)과 접촉된 조류균의 세포벽이 부식 및 천공되게 하여 2차 살균하는 가열기구 겸 전기분해 살균수단(400)과;
    상기 가열기구 겸 전기분해 살균수단과 배관으로 연결되며, 물이 흐르는 관로 속에 봉상의 전기 히타가 설치되어 발열체의 발열에 의해 상기 물을 가열하는 기능과, 발열체와 절연된 외부 하우징에 부착된 단자에 제어반에서 교류전원을 변압기가 600V ~ 20범위에서 승압하고, 정류기가 교류전원을 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 하우징에 직류전원용 단자에 인가하여 인접된 양극과 음극 사이에서 수중방전 반응을 수행하는 제1가열기구겸 수중방전용 방전극이 설치되거나, 또는 내부에 열원 공급장치에서 공급되는 고온의 열매체가 순환하는 직육면체를 가열하면서, 열매체 공급관 일부를 절단하고, 절단된 부위에 테프론 재질로 된 연결구를 절단된 면에 삽입하여 연결하고 절연된 가지관에 단자대가 설치되어 제어반에 의해 교류전원을 변압기가 600V ~ 20범위에서 승압하고, 정류기에서 교류전원을 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 직육면체의 방전극에 직류전원을 인가하여 인접된 양극 과 음극사이에서 가열 및 수중방전 반응을 수행하는 제2 가열기구 겸 수중방전용 방전극이 설치되거나, 또는 표면에 직경 10mm ~ 25mm로 된 홀이 복수개 타공되어 분사노즐이 설치되고, 직육면체의 내부에 열원 공급장치에서 고온의 열매체가 공급되어 설치된 노즐로 공급된 열매체가 직접 하천수에 분사되며, 열매체 공급관 일부를 절단하고, 절단된 부위에 테프론 재질로 삽입 절단된 곳을 연결하고 절연된 가지관에 단자대 설치하여 제어반에서 교류전원을 600V ~ 20 범위에서 승압하고, 정류기에서 교류전원을 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 직육면체의 방전극에 직류전원을 인가하여 인접된 양극과 음극사이에서 가열 및 수중방전 반응을 수행하는 제3 가열기구 겸 수중방전용 방전극 중에서 적어도 어느 하나가 설치되어 제1,2,3가열기구 겸 수중방전용 방전극 중 적어도 어느 하나에 접촉하여 흐르는 수중의 조류균의 세포를 가열 살균함과 동시에 수중방전 반응에서 생성된 다량의 산소이온(O,
    Figure pat00079
    ), 수산기이온(OH-)과 접촉된 조류균의 세포벽을 강력하게 부식 및 천공되게 하여 2차 살균하는 가열 및 수중방전살균수단(500)과;
    상기 가열 및 수중방전살균수단과 배관으로 연결되며, 하천수가 흐르는 관로 속에 봉상의 전기 히타가 설치되어 발열체의 발열에 의해 하천수를 가열하는 기능 과, 발열체와 절연된 외부 철 뜬 알루미늄 재질의 하우징에 부착된 단자에 제어반에서 교류전원을 변압기에서 감압하고, 정류기에서 교류전원을 3V에서 200V사이에서 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 하우징에 직류전원을 인가하여 인접된 양극과 음극 사이에서 전기분해 반응을 수행하는 제1 가열기구겸 전기분해용 방전극이 설치되거나 또는 내부에 열원 공급장치에서 공급되는 고온의 열매체가 순환하는 금속 재질의 직육면체형 방전극을 가열하면서, 열매체 공급관 일부를 절단하고, 절단된 부위에 테프론 재질로 된 연결구를 절단된 면에 삽입하여 연결하고 절연된 가지관에 단자대를 설치하여 제어반에서 교류전원을 변압기에서 감압하고, 정류기에서 교류전원을 3V에서 200V사이에서 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 직육면체의 방전극에 직류전원을 인가하여 인접된 양극과 음극사이에서 전기분해 반응을 수행하는 제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극이 설치되거나, 또는 표면에 직경 10mm ~ 25mm로 된 홀이 복수개 타공된 분사노즐이 설치되고, 직육면체의 내부에 열원 공급장치에서 고온의 열매체가 공급되어 설치된 노즐로 공급된 열매체가 직접 물에 분사되며, 열매체 공급관 일부를 절단하고, 절단된 부위에 테프론 재질로 삽입 절단된 곳을 연결하고 절연된 가지관에 단자대를 설치하여 제어반에서 교류전원을 변압기에서 감압하고, 정류기에서 교류전원을 3V에서 200V사이에서 직류전원으로 변환하여 사전에 복수개가 설치되어 양극용, 음극용으로 분류된 각각의 직육면체의 방전극에 직류전원을 인가하여 인접된 양극 과 음극사이에서 전기분해 반응을 수행하는 제3 가열기구 겸 전기분해용 방전극 중에서 적어도 어느 하나가 설치되어 제1,2, 3가열기구 겸 전기분해용 방전극 중 적어도 어느 하나에 접촉하여 흐르는 수중의 조류균의 세포를 가열 살균하는 가열 살균함과, 상기 활성기체공급기가 설치된 관로내부에 설치된 산기관을 통하여 산소와 산소가 불안정한 형태로 결합한 자유 라디칼이 공급되어 산화된 인은 인산이온(P043-)으로 존재하게 한 후, 상기 인산이온은 전기분해 과정에서 양극에서 발생하는 금속 이온과 결합하여 난용성 인산염으로 형성시켜 인을 제거하는 인(P)제거수단(600)과;
    상기 가열살균수단, 가열기구 겸 전기분해 살균수단, 가열 및 수중방전 살균수단 및 인(p)제거수단의 각각의 본체(310, 410, 510, 610)의 양 측면에 설치된 소켓에 회전부재(752a, 752b)가 설치되며, 상기 회전부재(752a, 752b)상에 간격을 두고, 가열기구(311, 312, 313), 가열기구겸 전기분해용 방전극(411, 412, 413), 가열기구겸 수중방전용 방전극(511, 512, 513), 인 제거용 전기분해용 방전극(611)이 설치되어 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터(751a, 751b) 작동에 연동하는 상기 회전부재(752a, 752b)의 회전운동을 직선운동으로 전환하여 방전극을 보유하는 방전극 고정기구(753-1a, 753-1b)를 전, 후 이송시켜 양극(321)과 음극(322)의 간격을 조절하는 가열기구 및 방전극 간극 조정장치(700)와,
    상기 가열 및 수중방전 살균수단과 배관으로 연결 설치되며, 본체 내부 하부에 설치되는 원판 가장자리면 외곽에 일정크기의 슬러지 배출홀이 원주면상에 복수개가 타공되고, 중심부에 나사산 처리된 고정대가 설치되며, 상기 고정대 와 슬러지 배출공 사이에 내경 20mm ~ 50mm, 외경 60mm ~ 150mm, 길이 500mm ~ 1500mm의 규격으로 된 봉상으로 권취된 필터가 설치되고, 상기 필터 상부에 필터 단면적 보다 큰 원형 판위에 스프링이 필터의 수만큼 설치되고, 필터 상부에 본체 내경보다 1% ~ 4%정도 적은 직경의 원판으로 중심부에 직경 20mm ~ 30mm의 홀이 타공된 가압판이 상기 고정대에 삽입되어 설치되고, 가압판 위에 필터를 고정시켜 제1, 2, 3, 4살균 수단에서 발생되는 슬러지를 여과하고, 슬러지 배출공을 통하여 하부로 회수되는 슬러지는 하부 드레인 밸브를 개방하여 섬유재질의 백으로 배출하여 탈수 후 슬러지를 회수하도록 한 슬러지 회수부(800)와;
    상기 스크린조, 활성기체 공급기, 가열살균수단, 가열기구 겸 전기분해 살균수단, 가열 및 수중방전 살균수단, 인(P)제거수단, 가열기구 및 방전극 간극 조정장치, 슬러지 회수부를 사전에 프로그램 되어 입력된 제어시스템으로 제어하는 제어반(900)이 구성됨을 특징으로 하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 활성기체 공급기(200)는 독립된 하우징에 설치되며 외부의 공기를 FAN(202)을 이용하여 흡입하여 필터(201)를 통과시킴으로써 흡입된 공기 중 분진 등 이물질을 제거하고,이물질이 제거된 공기를 고전압 방전부의 셀(209)내부에 서로 마주보게 설치된 방전극(210)을 통과시켜 고전압발생기(220)에서 생성된 매우 높은 고전압을 방전극(210)에 인가하여 방전극(210)사이에 형성된 높은 전계에 의한 에너지 대역을 통과하는 공기가 해리, 여기, 이온화, 산화, 환원 반응 등의 전기화학적 반응으로 산소이온{[O],
    Figure pat00080
    }, 질소이온(N), OH- Radical 등의 활성기체를 발생시켜 가압기(230a,b,c)로 가압하여 하천수 또는 해수 공급관(236) 내부에 설치된 산기관(235)을 통하여 상기 스크린조(100)의 펌프(150)에 의하여 압송되는 하천수 또는 해수에 활성기체를 공급하여 수중의 녹조 및 적조의 조류세포의 세포를 파괴하는 방법으로 1차 살균하는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    가열 살균수단(300)에서 가열수단은 전기히타 방식의 제1 가열기구(311),내부에 열풍 또는 과열 증기가 순환되어 하천수 및 해수를 간접 열교환 방식으로 가열하는 직육면체 형상의 제2 가열기구(312),표면에 분사공이 타공 되고 이에 분사노즐(312d)이 설치되며 내부에 열풍 또는 과열 증기가 공급되어 노즐(312d)을 통하여 공급된 열풍 또는 과열증기를 하천수 및 해수에 직접 분사하여 직접 가열하는 직육면체 형상의 제3 가열기구중(313)중에서 어느 한가지 이상이 선택되어 사용되고,
    상기 살균방법은 본체 내부로 유입된 하천수 및 해양수 수중에 설치된제1가열기구,제2가열기구,제3가열기구의 내부 및 외부 표면을 섭씨 100이상으로 가열하여 라이텐 프로스트 효과(Leidenfrost effect)에 의해 상기 제1, 제2, 제3가열기구(311, 312, 313) 중 선택된 가열기구 표면에 접면하여 흐르는 하천수 또는 해수중의 녹조 및 적조의 조류 세균이 물의 끓는 점 보다 높은 온도로 가열되어 살균되는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치
  4. 제 3 항에 있어서,
    제1 가열기구는 내부와 외부가 절연된 중공구조이며 내부에는 니켈재질의 발열체가 설치되고 절연체가 중공부를 충진하여 밀봉된 구조이며,외표면체 재질이 스테인레스 재질이며,
    제2 가열기구는 본체,본체내부에 설치되는 전기히타,본체 일측에 설치되는 에어팬으로 구성되어 전기히타의 발열에너지를 에어팬을 이용 열풍을 공급하는 구조이며,
    제3가열기구는 화실 및 열매체저장실로된 본체,본체 일측에 설치된 버너,열매체저장실 일측에 설치된 순환펌프로 구성되어 버너에 연료를 공급 화실에서 연소시켜 연소열로 간접 열교환하여 열매체를 가열하여 생산된 고온 열매체를 펌프를 이용하여 가열기구에 공급하는 구조이며,
    제4가열기구는 화실 및 수실로된 본체,본체 일측에 설치된 버너,수실 일측에 설치된 순환펌프로 구성되어 버너에 연료를 공급, 화실에서 연소시켜, 연소열로 간접 열교환하여 물을 가열하여 생산된 고온수를 펌프를 이용하여 가열기구에 공급하는 구조이며,
    제5가열기구는 화실 및 수실로된 본체,본체 일측에 설치된 버너,수실, 응축수탱크 및 순환펌프로 구성되어 버너에 연료를 공급, 화실에서 연소시켜, 연소열로 간접 열교환하여 물을 가열하여 생산된 고온의 증기를 자체압력으로 가열기구로 보내어 하천수 및 해양수와 열교환한 후 생성되는 응축수는 응축수 탱크로 회수된 후 펌프에 의해 수실로 공급되는 구조 중에서 어느 한가지 가열기구가 선택되어 사용되는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    가열수단 및 전기분해 살균수단의 구성은 전기분해용 방전극(412)을 가열하기위하여 방전극 내부를 순환하는 열매체는 열풍,온수,HOT OIL,증기중에 어느 한가지 이상이 선택어 사용하는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    가열기구 형상은 직육면체 형상이며 삼부 중앙에는 간극 조절용 봉이 삽입되는 홀이 타공되며,상부 좌측 및 우측에 열매체의 공급관이 체결되는 연결구가 설치되며,외표면이 올록볼록된 형상이거나 올록볼록된 형상의 볼록부에 일정직경의 미세기공이 타공되고, 올록볼록된 형상의 가열기구 내부에는 온수 또는 열매체유등의 액체상태의 열매체가 순환되고,올록볼록된 형상의 볼록부에 일정직경의 미세기공이 타공된 가열기구는 열풍 또는 고온의 증기가 공급되어 미세공을 통하여 열풍 또는 고온의 증기가 하천수 및 해양수에 직접분사되는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    가열기구에 열매체를 공급 순환시키는 열 발생수단(420, 430, 440, 450)은 내부에 전기히타(421)가 내장된 챔버(425),외부공기를 챔버(425)로 공급하는 에어팬(423)과 내부 온도를 계측하는 온도센서(424), 에어팬(423)과 전기히타(421)에 전기를 공급하는 제어반(900)으로 구성된 열풍 생성기(420)과,
    연소실(431)과 온수 생산용 물이 저장되는 수실(432), 수실의 온도를 계측하는 온도센서(433)로 구성된 본체(434), 연소실(431)에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(435), 가열된 온수를 주관(459) 및 가지관(458)을 통하여 제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극(412)에 공급 및 내부를 순환 시키는 펌프(436)로 구성된 온수보일러(430)와,
    연소실(441) 과 고비점 알켄족 OIL 저장되는 열매체유 저장실(442), 열매체유 온도를 계측하는 온도센서(443)로 구성된 본체(444), 연소실(441)에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(445), 가열된 HOT OIL을 주관(459) 및 가지관(458)을 통하여 제2 가열기구 겸 전기분해용 방전극(412) 내부를 순환 시키는 순환펌프(446)로 구성된 열매체보일러(440);와
    연소실(451) 과 스팀 생산용 물이 저장되는 수실(452), 수실의 온도를 계측하는 온도센서(453)로 구성된 본체(454), 연소실에 연결되어 LNG, 경유 등의 연료를 공급받아 연료를 연소시키는 버너(455), 생산된 스팀을 주관(459) 및 가지관(458)을 통하여 제2 가열 기구 겸 전기분해용 방전극(412) 내부를 순환 시키면서 제2 가열기구 및 전기분해용 방전극(412)에서 하천수에 전도방식으로 열전달 되어 습증기 및 응축수를 회수 및 저장하는 응축수 탱크(456), 응축수 탱크(456a)에 회수된 응축수를 다시 본체(454)의 수실(452)로 가압하여 공급하는 펌프(456b)로 구성된 스팀보일러(450)중에서 본 발명에서는 현장 여건에 따라 상기에 기재된 열풍생성기(420), 온수 보일러(430), 열매체 보일러(440), 증기보일러(450)중에서 어느 한 가지를 선택하여 사용 하는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    가열기구는 복수개가 설치되며,열원 공급관과 절연되며, 내부와 외표면이 하천수 및 해양수의 비등점보다 높은 표면온도를 150 ~300 이상으로 가열하여 표면에서 라이텐 프로스트 효과에 의해 과열된 증기부(초공동현상)를 형성하여 과열증기를 접촉하는 조류균을 열적 충격으로 살균하고,전기분해용 방전전극 또는 접지전극의 기능을 수행을 하며,내부 및 외부가 가열됨에 따라 전기분해작용이 더욱 활발하게 수행되어 방전극을 접면하여 흐르는 하천수 중의 조류균을 세포벽을 효과적으로 천공 및 살균 하는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열 및 수중방전 살균수단(500)은 복수개의 방전전극 및 접지전극으로 구성된 방전극,방전극이 고정되어 설치되는 봉상의 회전부재 와 회전부재를 정회전 및 역회전 시키는 구동 모터로 구성되는 난극 조절기.방전극에 방전용 전원을 공급하는 전원공급기,방전극에 가열용 열원을 공급하는 제1,제2,제3,제4 가열기구로 구성되어 제1,제2,제3,제4 가열기구중에서 선택된 가열기구에서 방전극에 열원을 공급하여 방전극 내부 및 외표면을 섭씨온도 150도 내지 300도 이상으로 가열하여 표면에서 라이텐 프로스트 효과에 의해 과열된 증기부(초공동현상)를 형성하여 과열증기를 접촉하는 조류균을 열적 충격으로 살균하고, 가열된 방전극에 전원을 공급하여수중 방전 작용이 더욱 활발하게 수행되어 방전극을 접면하여 흐르는 하천수 중의 조류균을 세포벽을 효과적으로 천공 및 살균 하는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    가열기구 겸 수중방전용 방전극(512)에 열매체를 공급 순환시키는 열 발생수단(520, 530, 540, 550)은 제2 가열기구 겸 수중방전용 방전극(512)에 열매체를 공급 순환시키는 열 발생수단(520, 530, 540, 550)은 전기히타(521)의 발열을 이용하여 생성된열풍을 공급하는 방법,
    LNG, 경유 등의 연료를 연소시켜 생성되는 연소열로시수를 간접가열하여 생산된 온수를 공급 및 순환시키는 방법,LNG, 경유 등의 연료를 연소시켜 생성되는 연소열로 고비점 알켄족 OIL 간접가열하여 생산된 고온의 열매체유를 공급 및 순환시키는 방법,
    LNG, 경유 등의 연료를 연소시켜 생성되는 연소열로 시수를 간접가열하여 생산된 고온의 증기를 공급하는 방법중에서 어느한가지 이상의 방법이 선택되어 사용되는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    가열기구겸 수중방전용 전극은 본체 내부에 설치된 간극조절기구의 봉상의 회전바에 복수개가 설치되며,열매체 공급관과 절연되며, 내부와 외표면이 하천수 및 해양수의 비등점보다 높은 표면온도를 150 ~300 이상으로 가열하여 표면에서 라이텐 프로스트 효과에 의해 과열된 증기부(초공동현상)를 형성하여 과열증기를 접촉하는 조류균을 열적 충격으로 살균하고,수중 방전용 방전전극 또는 접지전극의 기능을 수행을 하며,방전극의 내부 및 외부가 가열됨에 따라 수중방전 작용이 더욱 활발하게 수행되어 방전극을 접면하여 흐르는 하천수 중의 조류균을 세포벽을 효과적으로 천공 및 살균 하는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 인(P)제거수단(600)은, 전기 분해용 방전극(611),온수, HOT OIL, 열풍 또는 스팀등의 열매체를 공급하는 플렉시블한 금속관(658), 전기분해용 방전극(611) 및 열매체를 공급하는 플렉시블한 금속관(658) 이 설치되는 본체(601),열풍,온수,열매체유,스팀등의 열매체를 공급 순환시키는 열 발생수단(620, 630, 640, 650),방전극에 직류전원을 공급하는 전원 공급장치(0,방전극의 간극 조정장치로 구성되는 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    가열기구겸 방전극(611)의 재질은 양극(+)의 경우 철(SS400), 알미늄(Al) 재질중서서 선택하여 사용하고, 음극(-)의 경우 철(SS400), 알미늄(Al) 재질중서서 선택하여 사용하는데, 양극(+)의 재질을 철(SS400)로 할 경우에는 음극(-)의 재질은, 알미늄(Al) 재질로 하고 양극(+)의 재질을 알미늄(Al) 재질로 할 경우에는 음극(-)의 재질은, 철(SS400) 재질로 선정하여 사용하는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  14. 제 12 항에 있어서,
    가열기구 겸 수중방전용 방전극(611)을 가열하기위하여 방전극 내부를 순환하는 열매체는 열풍,온수,HOT OIL,증기중에 어느 한가지 이상이 선택어 사용하는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  15. 제 12 항에 있어서,
    가열기구겸 전기분해용 방전극에 직류전원을 공급하는 방법은 제어반(900)에서 입력된 220V의 교류전원을 변압기(910)에서 3V에서 200V 범위로 전압을 감압한 후 정류회로(920)의(다이오드)에서 직류 전원으로 변환한 후 +전원은 +극으로 분류된 전기 분해용 방전극(611)에 연결된 주관의 단자에(612e)연결 하고 -전원은 -극으로 분류된 전기분해용 방전극(611) 주관(612d)의 단자(612e) 접속하고, 제어반(900)에서 직류 전원을 공급하는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 가열기구, 가열기구 겸 전기 분해용 방전극, 가열기구 겸 수중방정용 방전극 간극 조정장치(750a, 750b)는 회전부재(752a,b ), 동그립(753-1,753-2), 방전극 고정기구(753-1a,753-2a), 고정부(753-1b,753-2b), 고정홀(753-1c,753-2c), 고정부(753-1d,753-2d), 고정돌기(753-1e,753-2e), 연동면(753-1g,753-2g), 연동지지부(753-1h,753-2h), 고정기구(753-1i,753-2i), 방전극고정기구(754a,754b), 가이드봉(755a,755b)로 구성되어 정회전, 역회전 기능의 구동부 모터1,2(751a, 751b)의 작동에 연동하는 회전부재(752a, 752b)의 회전운동을 직선운동으로 전환하여 가열기구, 가열기구 겸 전기분해용 방전극, 가열기구 겸 수중방전용 방전극 고정기구(753-1a, 753-1b)를 전, 후 이송 시키도록 하고, 상기 기재된 회전부재(752a, 752b)는 외주면이 가공되는 형상은 삼각나사, 사각나사, 둥근나사, 헬리코이드 중에 한 가지가 선택되어 가공되는 환봉이며, 이 회전부재(752a, 752b)에는 회전운동에 연동하고 회전부재(752a, 752b)를 전, 후 이동을 중심축으로 하여 직선 운동하는 운동방향전환수단이 제공되는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 운동전환수단은 내주면 양 끝부분에 상기한 회전부재(752a, 752b)의 나사산 또는 헬리코이드에 결합하는 나선모양의 홈으로 이루어진 연동면(753-1g, 753-2g)이 형성되고 내주면 가운데 부분에는 회전부재(752a, 752b)를 지지하는 지지면(753b)이 형성된 연동지지부(753-1h, 753-2h)를 포함하는 이동그립(Grip)(753-1, 753-2)이 제공되며, 이동그립(753-1, 753-2)의 연동지지부(753-1h, 753-2h)의 절개면에 반대쪽 외주면에는 양 측면에 고정돌기(753-1e, 753-2e)가 형성되어 상기 기재한 가열기구, 가열기구 겸 전기분해용 방전극, 가열기구 겸 수중방전용 방전극 고정기구(754a, 754b)을 고정하는 고정부(753-1b, 753-2b)가 제공되는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  18. 제 16 항에 있어서,
    운동방향전환 수단으로 제공된 이동그립(753-1, 753-2)은 연동지지부(753-1h, 753-2h)와 고정부(753-1d, 753-2d)로 구성되고,상기,이동그립(753-1, 763-2)에 고정되어 전, 후 이송됨과 아울러 가열 살균수단(300)의 제1, 제2, 제3 가열기구(311, 312, 313), 가열살균 및 전기분해살균수단(400)의 제1, 제2, 제3 가열 기구 겸 전기분해용 방전극(411, 412, 413), 가열살균 및 수중방전살균(500)의 제1, 제2, 제3 가열기구 겸 수중방전용 방전극(511, 512, 513) 고정기구(754a, 754b)는 이동그립(753-1, 753-2)의 고정부(753-1d, 753-2d)에 결합하는 그립 수단을 갖추고 있으며, 상기한 회전부재(762a, 752b)에 평행하고 적어도 하나 이상 배치된 가이드 봉(755a, 755b)을 수용하는 가이드(755-1a, 755-1b)를 구비하고 있는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 운동방향전환수단은 이동그립(753-1, 753-2)에 의하여 전, 후 이송되는 방전극 고정기구(754a, 754b)가 직선으로 이송될 수 있도록 하며, 방전극 고정기구(754a, 754b)가 이송할 때 걸리는 부하에 의한 요동이 일어나지 못하도록 사전에 예방하는 작용을 하는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 방전극 간극 조정장치는 슬러지 회수부(800) 스크린조 펌프 토출관(121)에 설치된 전기전도도 검출센서(901)와 제어반(900)의 과전류 검출기(미도시)에서 검출된 데이터가 제어반(900)에 실시간 전송되고, 제어반(900)에서 사전에 프로그램 되어 입력된 제어회로에 의해 구동부 모터(751a, 751b)가 가동되어 그 회전력이 회전부재(752a, 752b)에 전달되고 이 회전부재(752a, 752b)에 결합된 이동그립(753-1, 753-2)이 회전부재(752a, 752b)의 연동면(753-1g, 753-2g)을 따라 이동하여 가열 살균수단(300)의 제1, 제2, 제3 가열기구(311, 312, 313), 가열살균 및 전기분해살균수단(400)의 제1, 제2, 제3 가열 기구 겸 전기분해용 방전극(411, 412, 413), 가열살균 및 수중방전살균(500)의 제1, 제2, 제3 가열기구 겸 수중방전용 방전극(511, 512, 513)의 간격을 자유대로 조정하는 것을 특징으로하는 수중 세균 및 미생물 제거 장치.
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