KR20180044147A

KR20180044147A - 전기분해를 이용한 연수화 장치

Info

Publication number: KR20180044147A
Application number: KR1020160137893A
Authority: KR
Inventors: 유근수
Original assignee: 유근수
Priority date: 2016-10-21
Filing date: 2016-10-21
Publication date: 2018-05-02

Abstract

본 발명은 일체의 첨가물 없이 원수에 용존된 경도유발 성분을 자동제거 할 수 있어 연수화 처리 비용이 매우 저렵하고, 또한 소용량과 대용량의 연수화처리도 가능한 전기분해를 이용한 연수화 장치에 관한 것으로, 원수에 포함된 경도유발 성분인 이온성물질을 전해질로 이용하여 전기분해 후 흡착하여 연수화 시키고, 더불어 흡착된 이온성물질의 전기 저항값을 실시간으로 검출하여 극성변화에 따른 이온성물질을 탈락시킬 수 있도록 구성하여 장치의 가동 연속성이 유지될 수 있는 특징이 있다.

Description

전기분해를 이용한 연수화 장치{THE SOFT-WATER APPARATUS USING ELECTROLYSIS}

본 발명은 전기분해를 이용한 연수화 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원수에 포함된 경도유발 성분인 이온성물질을 전해질로 이용하여 전기분해 후 흡착하여 연수화 시키고, 더불어 흡착된 이온성물질의 전기 저항값을 실시간으로 검출하여 극성변화에 따른 이온성물질을 탈락시킬 수 있도록 구성하여 장치의 가동 연속성이 유지되도록 한 전기분해를 이용한 연수화 장치에 관한 것이다.

일반적으로 연수화란 물에 포함된 경도성분을 감소시키는 것을 말한다.

마그네슘과 칼슘은 자연수에 높은 농도로 포함되어 있다. 이 이온들은 쉽게 침전되며 제거하기 어려운 스케일을 형성한다.

국내의 수돗물은 90% 이상 호수 또는 하천에 의존하고 있다. 예시적으로 현재 부산시 상수도 생산 체계가 수돗물 원수의 약 90% 이상을 낙동강에서 취수하고 있어 갈수기로 인한 수량감소 그리고 오염사고에 대비하여 매우 취약하다.

국내와 같이 지표수를 수자원으로 사용하는 경우 경도는 크게 문제가 되지 않으나, 지하수 및 강변 여과수를 사용할 경우 고경도로 인한 보일러용수, 공업용수에서의 규모 문제와 가정의 목욕수 등으로 사용할 경우 비누가 전히 제거되지 않는 등의 문제점이 발생하기도 한다.

국내의 한 지역의 경우 처리수의 높은 경도로 민원이 제기되고 있으며, 이러한 문제를 해결하기 위한 상수처리과정으로 이온교환수지를 이용한 소규모 연수화 기술 정도만이 보편화되어 있을 뿐, 경도 및 이온성 물질 제거에 관한 기술의 국내 보급이 부족하다. 이러한 연화과정이 보편화 되지 않은 가장 큰 이유는 우리나라가 지금까지 지표수에 먹는 물 생산을 위해 많은 의존을 하고 있었기 때문이다.

원수에 함유된 경도성분을 제거하는 대표적인 방법으로 석회-소다 연수화 (Lime soda softening)를 이용한 전연화법이나 착염법(complexometry), 이온교환법(Ion exchange) 등이 있으며 보통 석회-소다회법이나 제올라이트(Zeolite)를 여재로 이용하는 이온교환법이 주로 사용되고 있다.

상기 석회-소다 연수화 방법은 제거 효율, 유지관리 용이성 및 경제성이 뛰어나 적용 사례가 높은 편이나, 슬러지 발생량이 높고, 자원재 활용면이 떨어진다는 점에서 문제점이 있다.

또한, 상기 이온교환법은 석회-소다 연수화 방법에 비하여 슬러지 발생량이 적은 편이나, 석회-소다 연수화 방법과 유사하게 자원재 활용면이 떨어지고, 경제성이 떨어져 적용 사례 비율이 떨어진다는 문제점이 있다.

상기 이온교환법의 이온교환수지 필터는 하우징 내에 미세한 알갱이 형상의 이온교환수지가 대량으로 저장되어 있는 상태로 이온성 물질이 함유된 물을 하우징 내로 통과시켜 이온교환수지와 접촉시킴으로써 이온성 물질을 흡착 제거하게 된다.

하지만 이온교환이 완료된 수지를 재생하는 과정에서 다량의 소금을 주기적으로 투입 재생해야 하고, 다량의 폐액이 발생한다는 점과 지속적인 유지비와 가격이 고가라는 단점을 가지고 있다.

대한민국 특허공개 제10-2004-0030020호

본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은, 일체의 첨가물 없이 원수에 용존된 경도유발 성분을 자동제거할 수 있도록 한 전기분해를 이용한 연수화 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 제 2목적은, 원수에 포함된 경도유발 성분인 이온성물질을 전해질로 이용하여 전기분해 후 흡착하여 연수화 시키고, 더불어 흡착된 이온성물질의 전기 저항값을 실시간으로 검출하여 극성변화에 따른 이온성물질을 탈락시킬 수 있도록 구성하여 장치의 가동 연속성이 유지되도록 한 전기분해를 이용한 연수화 장치를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 특징에 따르면, 제 1발명은, 전기분해를 이용한 연수화 장치에 관한 것으로, 이를 위해 공급된 원수에 수류를 형성하는 인라인 정적 믹서가 축설된 하우징;과, 원수에 포함된 이온성물질을 전해질로 이용 전기분해하여 흡착할 수 있도록 상기 인라인 정적 믹서의 교반날개를 가로질러 설치되는 적어도 두개 이상의 전극봉;과, 상기 하우징의 배출측과 접선 방향으로 연결되어 연수화된 처리수를 회수하는 사이클론;와, 상기 하우징에 (-) 또는 (+)접지되고, 전극봉에 음극(-) 또는 양극(+)를 공급하는 컨트롤박스; 및 상기 전극봉의 전류저항을 측정하는 전류저항 측정부;를 포함하여 이루어지되, 상기 컨트롤박스는 (+)이온성물질의 흡착은 물론, 측정되는 전극봉의 전류저항 값에 의해 극성을 변화시켜 전극봉에 성장된 이온성물질을 탈락시켜 장치의 가동 연속성이 유지되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

제 2발명은, 제 1발명에서, 상기 인라인 정적 믹서는 원수의 물성변화를 최소화할 수 있도록 전체 또는 표면이 테프론 재질로 구성되는 것을 특징으로 한다.

제 3발명은, 제 1발명에서, 상기 하우징의 원수 유입측에는 마이크로버블 공급관이 더 연결되어 마이크로버블의 캐비테이션 효과를 이용하여 전극봉에 성장된 이온성물질을 탈락할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

제 4발병은, 제 1발명에서, 상기 사이클론의 중심부에는 처리수를 배출하기 위한 배출관이 형성되고, 하부에는 처리수의 배출은 최소화하고 탈락된 이온성물질만을 배출하는 회전밸브가 더 구비되는 것을 특징으로 한다.

제 5발명은, 제 4발명에서, 상기 회전밸브는 원주면 4개소에 이온성물질을 수용하기 위한 수용홈이 형성되고, 모터에 의해 회전될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전기분해를 이용한 연수화 장치에 따르면, 일체의 첨가물 없이 원수에 용존된 경도유발 성분을 자동제거 할 수 있어 연수화 처리 비용이 매우 저렵하고, 또한 소용량과 대용량의 연수화처리도 가능한 효과가 있다.

또한 원수에 포함된 경도유발 성분인 이온성물질을 전해질로 이용하여 전기분해 후 흡착하여 연수화 시키고, 더불어 흡착된 이온성물질의 전기 저항값을 실시간으로 검출하여 극성변화에 따른 이온성물질을 탈락시킬 수 있도록 구성하여 장치의 가동 연속성이 유지될 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 연수화 장치의 구성도,
도 2는 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 연수화 장치의 블럭구성도,
도 3은 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 연수화 장치의 제 1작동도,
도 4는 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 연수화 장치의 제 2작동도이다.

이하의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다.

오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에는 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 연수화 장치에 관하여 첨부되어진 도면과 함께 더불어 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 연수화 장치의 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 연수화 장치의 블럭구성도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명은 원수에 포함된 경도유발 성분인 이온성물질을 전해질로 이용하여 전기분해 후 흡착하여 연수화 시키고, 더불어 흡착된 이온성물질의 전기 저항값을 실시간으로 검출하여 극성변화에 따른 이온성물질을 탈락시킬 수 있도록 구성하여 장치의 가동 연속성이 유지되도록 한 전기분해를 이용한 연수화 장치(100)에 관한 것이다.

이러한 전기분해를 이용한 연수화 장치(100)는 크게 4부분으로 구성되는데, 이는 하우징(10)과, 전극봉(20)과, 사이클론(30) 및 컨트롤박스(50)로 구성된다.

상기 하우징(10)의 일측으로는 원수공급라인(11)이 연결되어 원수를 공급받을 수 있도록 구성는데, 이 때 원수공급라인(11)으로 공급되는 원수는 자체수압 또는 펌프를 통해 공급될 수 있다.

아울러 상기 하우징(10)은 공급된 원수에 수류를 형성하는 인라인 정적 믹서(12)가 축설되어 구성된다.

상기 인라인 정적 믹서(lnline static mixer)(12)는 원수를 하우징(10) 도관 내로 유입하여 통과시키면서 별도로 구동되는 교반수단 없이 수류(水流)를 형성할 수 있도록 구성된다.

이러한 인라인 정적 믹서(12)는 하우징(10) 도관 내에 좌방향 또는 우방향으로 180°의 비틀림을 갖는 복수개의 나선형 교반날개(121)가 서로 비틀림 방향이 다른 것끼리 이웃하면서, 그 인접하는 끝단이 90°의 각도로 교차하도록 직렬로 연결되어 이루어진다.

이러한 인라인 정적 믹서(12)의 하우징(10) 도관을 원수가 통과하면서 이동되면, 이동하는 원수는 연속적으로 유동분할(division of flow), 방사상 혼합(radial mixing) 및 유동전도(flow reversal)의 3가지 작용을 하게 되어 원수에 포함된 전해질 이온성물질의 활성화시킬 수 있는 구조가 마련된다.

어울러 상기 인라인 정적 믹서(12)는 교반날개(121)를 가로질러 설치되는 적어도 두개 이상의 전극봉(20)을 포함하는 구성이다.

본 발명의 실시예에서는 전극봉(20)이 2개가 설치되며, 이외에 3개 또는 4개가 설치될 수 있다.

또한 상기 인라인 정적 믹서(12)는 원수의 물성변화를 최소화할 수 있도록 전체 또는 표면이 테프론 재질로 구성되는 것이 바람직하다.

이러한 상기 전극봉(20)은 원수에 포함된 경도유발 성분인 이온성물질(Mg2+, Fe2+, Mn2+, St2+, Ca2+)을 전해질로 이용하여 전기분해 후 흡착할 수 있도록 기능한다.

이를 위해 상기 전극봉(20)에는 음극(-)이 공급되어 특히 칼슘 이온(Ca2+), 마그네슘 이온(Mg2+)과 같은 경도 성분을 흡착할 수 있도록 구성된다.

아울러 상기 컨트롤박스(50)는 상기 하우징(10)에 (+)접지되고, 전극봉(20)에 음극(-)를 공급할 수 있도록 구성된다.

이러한 상기 컨트롤박스(50)는 전극봉(20)의 전류저항을 측정하는 전류저항 측정부(60)의 전류저항 측정값에 의해 극성을 변화시켜 전극봉(20)에 성장된 이온성물질을 선택적으로 탈락시켜 장치의 가동 연속성이 유지되도록 부가적인 기능을 겸한다.

한편 상기 사이클론(30)은 상기 하우징(10)의 배출측에 연결된 출수관(13)과 접선 방향으로 연결되어 연수화된 처리수 내의 이물질을 원심력에 의해 분리시켜 회수할 수 있도록 구성된다.

이러한 상기 사이클론(30)의 중심부에는 처리수를 배출하기 위한 배출관(31)이 형성되고, 하부에는 처리수의 배출은 최소화하고 이물질, 금속성분 및 탈락된 이온성물질만을 배출하는 회전밸브(32)가 더 구비되는 구성이다.

이러한 상기 회전밸브(32)는 원주면 4개소에 이물질, 금속성분 및 이온성물질을 수용하기 위한 수용홈(321)이 형성되고, 모터(M)에 의해 자동 회전될 수 있도록 구성된다.

이 때 상기 모터(M)는 컨트롤박스(50)와 연결되어 전류저항 측정값이 변화되면 자동으로 가동될 수 있도록 구성할 수 있고, 또한 컨트롤박스(50)를 직접 수동제어할 수 있도록 구성할 수 있다.

한편 상기 하우징(10)의 원수 유입측인 원수공급라인(11)에는 마이크로버블 공급관(41)이 더 연결되는 구성이다.

이러한 상기 마이크로버블 공급관(41)은 마이크로버블기(40)와 연결되며, 마이크로버블기(40)에서 발생된 마이크로버블이 원수와의 압력차이에 의해 하우징(10)의 도관으로 자동공급될 수 있도록 구성된다.

이에 따라 상기 마이크로버블 공급관(41)에는 솔레노이드밸브(42)가 구비될 수 있으며, 이러한 솔레노이드밸브(42)은 컨트롤박스(50)에 의해 자동 제어된다.

아울러 상기 하우징(10) 내의 도관으로 마이크로버블이 공급되면, 캐비테이션 효과를 이용하여 전극봉(20)에 성장된 이온성물질과, 인라인 정적 믹서(12)의 표면과 점착된 이온성물질를 탈락시켜 출수관을 통해 배출될 수 있도록 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 연수화 장치의 작동에 관하여 간단히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 연수화 장치의 제 1작동도이고, 도 4는 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 연수화 장치의 제 2작동도이다.

먼저 도 3과 같이, 먼저 원수를 하우징(10)의 도관 내로 공급하고, 컨트롤박스(50)를 통해 전극봉(20)에 음극(-)을 공급한다.

하우징(10)의 도관 내부로 공급된 원수는 인라인 정적 믹서(12)를 통과하면서 수류가 발생되고, 상기 전극봉(20)은 원수에 포함된 경도유발 성분인 이온성물질(Mg2+, Ca2+)을 전해질로 이용하여 전기분해 후 흡착시킨다.

그러면 하우징(10)의 도관 타측의 출수관(13)을 통해 배출된 처리수는 연수화되고, 이렇게 연수화된 처리수는 사이클론(30)의 원심력을 이용하여 이물질을 침강시켜 배출관(31)을 통해 배출된다.

아울러 도 4와 같이, 원수를 연수화 처리하는 과정에서 전극봉(20)에 이온성물질의 성장하면, 상기 컨트롤박스(50)는 전극봉(20)의 전류저항을 측정하는 전류저항 측정부(60)의 전류저항 측정값에 따라 극성을 (+)극성으로 변화시켜 전극봉(20)에 성장된 이온성물질을 탈락시킨다.

동시에 상기 하우징(10)의 원수 유입측인 원수공급라인(11)에 연결된 마이크로버블 공급관(41)의 솔레노이브밸브(V)를 개방시켜 압력차이에 의해 마이크로버블이 하우징(10)의 도관 내부로 공급되도록 한다.

그러면 마이크로버블의 캐비테이션 효과를 이용하여 전극봉(20)에 성장된 이온성물질과, 인라인 정적 믹서(12)의 표면과 점착된 이온성물질을 탈락시키고, 탈락된 이온성물질은 하우징(10)의 배출측에 연결된 출수관(13)과 접선 방향으로 연결된 사이클론(30)으로 공급된다.

사이클론(30)으로 유입된 이온성물질은 원심력에 의해 분리되고, 분리된 이온성물질은 사이클론(30)의 하부로 침강되고, 처리수는 배출관(31)을 통해 배출되어 원수로 재공급될 수 있다.

그리고 사이클론(30)의 하부로 침강된 이물질, 금속성분 및 탈락된 이온성물질은 회전밸브(32)의 수용홈(321)에 수용된다.

이 후 컨트롤박스(50)에 의해 모터(M)를 설정된 값에 따라 자동제어하여 회전밸브(32)를 회전시켜 별도의 수거함(70)에 수거한다.

이러한 이온화물질의 수거 과정은 시간을 설정하고, 이 후 다시 전극봉(20)의 극성을 변화시켜 연수화 과정을 장치의 가동 중단 없이 연속적으로 처리할 수 있게 된다.

본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

10: 하우징 11: 원수공급라인 12: 인라인 정적 믹서
121: 교반날개 13: 출수관
20: 전극봉
30: 사이클론 31: 배출관 32: 회전밸브
321: 수용홈
40: 마이크로버블기 41: 마이크로버블 공급관 42; 솔레노이드밸브
50: 컨트롤박스
60: 전류저항 측정부
70: 수거함
V: 솔레노이드밸브 M: 모터
100: 전기분해를 이용한 연수화 장치

Claims

공급된 원수에 수류를 형성하는 인라인 정적 믹서(12)가 축설된 하우징(10);
원수에 포함된 이온성물질을 전해질로 이용 전기분해하여 흡착할 수 있도록 상기 인라인 정적 믹서(12)의 교반날개(121)를 가로질러 설치되는 적어도 두개 이상의 전극봉(20);
상기 하우징(10)의 배출측과 접선 방향으로 연결되어 연수화된 처리수를 회수하는 사이클론(30);
상기 하우징(10)에 (-) 또는 (+)접지되고, 전극봉(20)에 음극(-) 또는 양극(+)를 공급하는 컨트롤박스(50); 및
상기 전극봉(20)의 전류저항을 측정하는 전류저항 측정부(60);를 포함하여 이루어지되,
상기 컨트롤박스(50)는 이온성물질의 흡착은 물론, 측정되는 전극봉(20)의 전류저항 값에 의해 극성을 변화시켜 전극봉(20)에 성장된 이온성물질을 탈락시켜 장치의 가동 연속성이 유지되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 연수화 장치.
제 1항에 있어서,
상기 인라인 정적 믹서(12)는 원수의 물성변화를 최소화할 수 있도록 전체 또는 표면 테프론 재질로 구성되는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 연수화 장치.
제 1항에 있어서,
상기 하우징(10)의 원수 유입측에는 마이크로버블 공급관(41)이 더 연결되어 마이크로버블의 캐비테이션 효과를 이용하여 전극봉(20)에 성장된 이온성물질을 탈락할 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 연수화 장치.
제 1항에 있어서,
상기 사이클론(30)의 중심부에는 처리수를 배출하기 위한 배출관(31)이 형성되고, 하부에는 처리수의 배출은 최소화하고 탈락된 이온성물질만을 배출하는 회전밸브(32)가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 연수화 장치.
제 4항에 있어서,
상기 회전밸브(32)는 원주면 4개소에 이온성물질을 수용하기 위한 수용홈(321)이 형성되고, 모터(M)에 의해 자동 회전될 수 있도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 연수화 장치.