KR20180135671A - 전기분해식 연수화 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기분해방식을 이용한 친환경 연수 시스템에 관한 것이다. 보다 구체적으로는 실시간 전력 제어형 DSA(Dimentionally Stable Anode)전극을 포함하는 전기분해식 연수화 시스템에 관한 것으로, 비효율적인 종래의 이온교환막 연수 시스템을 대체하고, 경수의 유입량을 실시간 감지하는 센서와 이에 대응하는 전력 제어부를 포함하고, 전극에 침착하는 스케일에 초음파 에너지를 주기적으로 쏘아 제거하는 그물망 구조의 티타늄?DSA 코팅 전극을 장착한 연수화 시스템에 관한 것이다.

Description

전기분해식 연수화 시스템{Softening System with Electrolysis}

본 발명은 전기분해방식을 이용한 친환경 연수화 시스템에 관한 것이다.

물을 이용한 가전기기(세탁기, 식기세척기 등)의 사용에서 비극성 오염물질 제거를 위한 세제 사용 시 물의 경도로 인한 세정 성능 감소와, 물에서 증식 가능한 미생물에 의한 오염 및 스케일 성분에 의한 오염과 같은 문제점이 발생할 수 있다. 또한 산업계의 경우 일반 식품 용수, 반도체 및 전자부품의 냉각용수, 화학공업 제조용수, 제약, 도금등 물을 사용하는 거의 모든 업종의 공업용수에서 물의 경도로 인한 문제점이 발생하고 있으며, 특히 광물질이 많이 포함되어 있는 지하수를 사용하는 용수의 경우 물의 경도가 심각한 문제가 되고 있다.

이러한 경도 문제 해결을 위하여 연수기를 설치하고 있는데, 연수기를 사용하지 않을시, 양이온들이 기계부품, 배관 등을 대량 통과하게 되면서, 심각한 스케일 (scale) 생성이 이루어지고 배관 등에 침착되는 문제가 발생하여 기계의 정상 작동이 어려울 뿐만 아니라, 장비의 수명 단축이 발생되고 있다. 또한 가전기기의 경우 세정 능력 감소나 미생물에 의한 오염 문제가 발생될 수 있다.

한편, 현재 시장에 나와 있는 모든 연수기는 이온교환수지를 이용하여 연수하는 방식이다. 이러한 양이온교환수지 방식은 양이온 교환수지와 필터로 경수를 걸러 그 속에 함유된 경도성분(칼슘, 마그네슘 등)을 제거하여 연수로 만드는 것으로, 양이온교환수지에는 NaCl(염화나트륨)이 매우 높은 비율로 자리 잡고 있다. 여기에 칼슘이나 마그네슘 등의 양이온이 들어 있는 경수를 통과시키면 이온교환을 통해 경도성분은 나트륨과 자리를 바꾸어 수지에 흡착되고, 물에는 나트륨이 빠져나와 연수가 된다. 그러나 이온교환수지는 어느 정도 사용하면 NaCl의 농도가 낮아져서 더 이상 양이온을 제거하지 못한다. 이때는 순수한 소금(NaCl)을 사용하여 재생해 주어야 한다.

또한 물속의 이물질, 유기물, 그리고 재생 불가능한 각종 이온성분으로 인하여, 수지의 성능은 점차 떨어져 이온교환수지의 수명은 약 3~5년에 불과하고, 따라서 유지, 보수에 따른 많은 비용이 필요한 실정이다.

기존 연수기의 또 다른 문제점은 수지의 재생을 위하여 소금을 사용(수지 1리터당 150g)함으로써 재생 후 배출되는 물의 염분 농도가 높아 2차 환경오염의 피해가 발생한다는 것이다.

따라서, 양이온 이온교환수지와 소금을 사용한 연수기 개발은 개발에 한계가 있으며, 2차 환경피해가 없는 대체 연수기의 개발이 절실히 요구되고 있다.

본 발명은, 상기 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 기존의 이온교환수지 방식의 연수기 시스템을 대체하는 새로운 연수화 시스템을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.

본 발명은 전력을 구동원으로 사용하는 전기분해방식의 연수화 시스템을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.

또한 본 발명은 실시간 전력 제어 방식의 전기분해식 연수기를 도입하여, 유량 효율을 높이며 유지 보수 비용이 저렴한 친환경 연수화 시스템을 제공하는 것을 발명의 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

전기분해식 연수화 시스템에서, 전기분해식 연수기, 실시간 경수 유입량 감지를 위한 유량 측정부 및 유입량에 대응하여 전력을 제어하는 전력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기분해식 연수화 시스템을 제공한다.

또한, 본 발명은 전기분해식 연수화 시스템에서 전극에 침착한 스케일을 초음파를 이용하여 박리시켜서 배출하는 것을 특징으로 하는 전기분해식 연수화 시스템을 제공한다.

본 발명의 전기분해식 연수화 시스템은 세척하는 물 사용량을 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한 연수의 양이온 함량을 종래 기술보다 줄일 수 있으며, 소금으로 인한 2차 피해를 줄이고, 유지 보수 비용도 줄일 수 있는 효과가 있다. 나아가 자동 세척 기능까지 포함하고 있어 사용의 편의성을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 전기분해식 연수화 시스템 개념도이다.
도 2는 본 발명의 전기분해식 연수화 시스템의 전기분해식 연수기의 단면 개념도이다.
도 3은 본 발명의 전기분해식 연수기의 양극 DSA전극의 구조 및 형상의 일예이다.

본 발명은 실시간 전력 제어형 고효율 연수화 시스템에 관한 것으로, 이하, 도면을 일예로 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 전기분해식 연수화 시스템의 개념도로 본 발명의 전기분해식 연수화 시스템은 전기분해식 연수기(1), 실시간 경수 유입량 감지를 위한 유량 측정부(4) 및 유입량에 대응하여 전력을 제어하는 전력 제어부(2)를 포함한다. 추가로 경도 계측부(3)를 포함할 수 있다.

본 발명의 전기분해방식의 연수화 시스템은 기존의 이온교환방식의 연수기를 대체하는 현장설치형 장치로, 전기분해장치를 사용하여 물속의 Ca^{2 +}, Ma^{2 +}, Fe^{2 +} 등의 양이온 성분을 효과적으로 제거하여 경수를 연수화 하는 장치이다. 본 발명의 연수화 시스템은 이온교환수지 및 염수를 사용하지 않는 것으로 친환경적이다.

본 발명의 전기분해방식의 연수화 시스템은 경수 공급부(5)에 의해 공급되는 경수를 전기분해식 연수기(1)에서 연수화 하여 연수 배출부(6)로 배출한다. 이때 유량 측정부(4)를 통해 공급되는 경수의 유량을 측정하고 유량 측정 결과에 따라 전력 제어부(2)는 전기분해식 연수기(1)에 공급되는 전력을 제어한다.

상기 경수 유입량 감지를 위한 유량 측정부(4)는 바람직하게는 마그네틱 센서를 이용한 로타리식 유량 측정 장치일 수 있고, 상기 전력 제어부(2)는, 연수기를 통과하는 유량에 비례하도록 직류 전압과 직류 전류를 공급하며, 상기 전압과 전류가 유량과 경도에 비례하도록 제어하는 것일 수 있다.

본 발명은 또한 경도 계측부(3)를 구비하여 공급되는 경수의 경도에 따라 전력 제어부(2)가 전기분해식 연수기(1)에 공급되는 전력을 제어할 수 있다.

도 2는 본 발명의 전기분해식 연수화 시스템에 포함되는 전기분해식 연수기의 단면도이다.

본 발명의 연수화 시스템의 연수화 원리를 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 전기분해 방식의 스케일 협착방지 및 제거의 기본 원리는 이온 에너지의 차이를 이용한 방법으로, 전기분해조의 양극(+극, Anode극, 1a)에서 산화반응에 의해 탄산칼슘(CaCO₃)을 산화시키면 이산화탄소(CO₂)가 방출되고 탄산수소이온(HCO₃ ^-)이 생성된다. 상기 탄산수소이온은 칼슘이온(Ca^{2 +})과 Ca(HCO₃)₂를 생성하여 물에 용해되므로 탄산칼슘이 관로에 협착되는 것을 방지할 수 있다.

한편 음극(-극, Cathode극, 1c)을 이용한 환원반응의 경우, 전기화학적 반응에 의하여 음(-)전기를 띠므로 극판에 스케일 성분인 양이온(Ca^{2 +}, Mg^{2 +} 등, 10) 및 스케일이 협착되고 이후 음극판을 주기적으로 세정하는 방법으로 스케일을 제거하는 원리이다. 즉, 칼슘과 마그네슘 등의 양이온을 포함하는 이물질이 음극에 협착되고, 계속하여 전극에 누적되어 두터운 스케일(13)로 자라게 되면. 주기적으로 초음파 발생기(12)를 가동시켜 스케일(13)에 에너지를 전달시켜 떨어뜨려 제거하는 것이다.

본 발명의 전기분해식 연수기의 양극은 DSA(Dimension Stable Anode)전극일 수 있다.

도 3에 본 발명의 전기분해식 연수화 시스템의 양극 DSA전극의 구조 및 형상의 일예를 도시하였다. 도 3의 (a)는 본 발명의 DSA전극의 일예의 상면도로 메쉬구조의 원통형상을 예시하고 있다. (b)는 상기 DSA전극의 측면도이다.

DSA 전극은 식염전해에서 염소가스에 견디는 불용성 양극을 의미한다. 종래 전해조의 양극으로 백금, 마그네타이트, 흑연 등이 사용되어 왔으나, 이들 모두 소모량이 많고(흑연에서 2~3㎏/t-NaOH), 치수 정도가 좋지 않아 수조 전압이 증가하는 단점이 있어 이를 개선하기 위하여 개발된 것으로, DSA 전극은 티타늄상에 이리듐, 백금, 루테늄, 티타늄 등의 산화물을 결합시킨 양극으로 전기분해 전후에 있어서 변화가 없는 물 불용성 전극이다.

본 발명의 DSA전극은 바람직하게는 메쉬 형상의 티타늄에 이리듐, 백금, 루테늄, 티타늄 등의 산화물을 결합시킨 것으로 안정한 다층구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 DSA전극은 바람직하게는 스테인레스 재질의 사이클론 형태의 음극구조물 내부에 장착이 가능한 형상을 가지는 것으로, 공급수의 흐름이 자유로울 수 있도록 메쉬구조의 원통형 형상일 수 있다.

본 발명은 전기분해식 연수기의 외함 역할을 하는 음극은 바람직하게는 스테인레스 재질의 사이클론 형태로 제작하고, 내부에는 메쉬구조의 원통형 DSA전극을 장착 할 수 있도록 한다. 또한 공급수의 유속방향이 자유로울 수 있도록 하고, 물이 닿을 수 있는 면적을 최대한 높이고, 하부에서 상부로 연속적인 물의 순환이 가능하도록 순환펌프와 순환라인을 구비하여 연속적인 순환식 전기분해를 통해 양이온들의 흡착이 최대한 많이 이루어질 수 있도록 한다. 한편, 전기분해식 연수기 하부에는 초음파 발생기를 구비하여 주기적으로 전극의 스케일을 제거할 수 있다.

즉, 본 발명은 사이클론 형태의 연수기에 경수가 유입되고 연수화 공정이 진행된 후 연수화 된 물이 연수 배출구로 배출될 수 있다. 한편, 1차 연수화 공정 후 연수화가 충분하지 않은 경우 1차 연수화 된 물은 연수기로 재순환되어 2차 이상 연수화 공정을 거친 후 연수 배출구로 배출될 수 있다.

전기분해식 연수기의 하부에는 초음파 발생기가 구비되어 있어서, 전극, 특히 음극에 스케일이 누적되어 있는 경우 초음파에 의해 제거시킬 수 있다.

본 발명의 전기분해식 연수화 시스템의 효과를 종래기술과 비교하면 다음과 같다.

본 발명은 하기 표 1의 성능 지표에서와 종래기술대비 월등한 효과를 갖는다. 우선적으로 세척하는 물 사용량을 줄일 수 있고, 연수의 양이온 함량을 종래 기술대비 25% 줄일 수 있으며, 소금으로 인한 2차 피해를 줄이고, 유지 보수 비용도 줄일 수 있다. 나아가 자동 세척 기능까지 포함하고 있어 사용의 편의성이 높다.

구 분	종래 기술 (이온교환수지)	본 발명 (전기분해식 연수기)
세척 물 사용량	大	小
소금사용으로 인한 환경 피해	大	小
유지보수 비용	大	小
자동 세척 기능	X	O
핵심 부품	이온교환수지	DSA 전극

1: 전기분해식 연수기, 1a : DSA전극, 1c : 스테인레스 음극판
2: 전력 제어부
3: 경도 계측부
4 : 유량 측정부
5 : 경수 공급부
6 : 연수 배출부
10 : 경수내 양이온
11 : 흡착된 양이온
12 : 초음파 발생기
13 : 전극에 낀 스케일

Claims (6)

1. 전기분해식 연수화 시스템에서, 전기분해식 연수기, 실시간 경수 유입량 감지를 위한 유량 측정부 및 경수 유입량에 대응하여 전력을 제어하는 전력 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기분해식 연수화 시스템.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 유량 측정부가 마그네틱 센서를 이용한 로타리식 유량 측정 장치인 것을 특징으로 하는 전기분해식 연수화 시스템.
3. 청구항 1에 있어서, 상기 전력 제어부는, 연수기를 통과하는 경수의 유량에 비례하도록 직류 전압와 직류 전류를 공급하며, 상기 전압과 전류가 또한 경도에 비례하도록 하는 것을 특징으로 하는 전기분해식 연수화 시스템.
4. 전기분해식 연수화 시스템에서 전극에 침착한 스케일을 초음파를 이용하여 박리시켜서 배출하는 것을 특징으로 하는 전기분해식 연수화 시스템.
5. 청구항 1 또는 4에 있어서, 싸이클론 형태의 스테인레스 재질의 연수기 몸체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기분해식 연수화 시스템.
6. 청구항 1 또는 4에 있어서, DSA(Dimentionally Stable Anode)전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기분해식 연수화 시스템.

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