KR20220097833A - 수질 정화 처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치 - Google Patents

수질 정화 처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치를 개시한다.
본 발명에 따른 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치는, 수분 공급기로부터 수분 클러스터를 공급받되 수분의 온도가 0~200℃인 반응관로; 상기 반응관로 일측에 하나 또는 간격을 두고 복수 설치되어 0.1kw~100kw의 공급에너지를 가진 알에프를 조사하여 공급된 수분에 대한 유전가열 작용을 통해 단위 물분자들로 분리시켜 수소이온, 수산기이온, 수소라디칼, 수산기라디칼로 개질화시키는 알에프공급모듈; 상기 알에프공급모듈을 통하여 단위 물분자들로 분리되어진 초미세 물방울을 상기 반응관로의 외측으로 공급하기 위하여 반응관로 외측에 형성된 복수의 배출홀; 상기 반응관로를 감싸는 관로요소로 내부에 처리대상 피처리수가 통과하며, 내부압력이 0.1~1.2기압인 메인관로; 로 구성된다.
이와 같이 구성되는 본 발명은 단분자 형태의 물분자를 연속적 제공이 가능함에 따라 처리대상물과의 반응효율을 높일 수 있으며, 반응 후의 잔여물이 물로 변함에 따라 환경오염물질의 발생 억제와 함께 초리효율의 극대화를 꾀할 수 있는 유용한 효과가 기대된다.

Description

수질 정화 처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치 {Water Molecule Generator Using Radio-Frequency for Water Purification Treatment Device}
본 발명은 수질정화 처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다양한 오염원에 의해 오염된 피처리 용수 중의 오염물질을 효과적으로 제거할 수 있도록 가습되어진 클러스터 형태의 물방울이 공급되는 관로 상에 알에프를 조사하거나 또는 알에프 플라즈마를 방전시킴으로써 단분자 형태의 초미세 물분자 상태의 수소이온, 수산기이온, 수소라디칼, 수산기라디칼로 개질화시켜 이를 통해 오염물질과 반응하여 효과적으로 정화처리시킬 수 있도록 한 수질정화 처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치에 관한 것이다.
일반적으로 산업현장에서 배출되는 피처리수는 처리장치에 의해 각종 오염물질을 제거한 뒤 사용하는 것이 바람직하며, 이러한 처리장치는 크게 고형의 이물질을 제거하기 위한 여과장치와 처리 대상수에 포함된 각종 세균과 미생물 등의 유기물에 대한 살균(멸균)을 행하기 위한 살균장치로 대별되며, 이러한 여과장치와 살균장치는 처리 대상수에 대한 여과방식이나 살균방식 등의 처리량에 따라 다양한 형태의 것이 사용된다.
대표적인 피처리수 시설로는 하수 및 폐수 시설이 있으며, 종래의 하수 및 폐수 처리방법은 하수 및 폐수에 포함된 고형물을 비중차에 의해 액체와 분리하거나 또는 기타 물리적 방법으로 처리하는 물리적 처리 방법과, 화학 약품을 하폐수에 첨가하여 중화 또는 산성도 조정 및 산화 환원 및 응집 침전 및 흡착 등으로 처리하는 화학적 처리방법 그리고 물리 및 화학적 처리방법의 단점을 보완하기 위하여 하폐수에 활성미생물을 투입하여 처리하는 생물학적 처리방법을 중심으로 시행되고 있다.
그러나, 상기 물리적 처리방법은 처리 공정이 복잡하고 처리의 한계성이 있는 단점이 있으며, 화학적 처리방법은 슬러지 발생량의 증가에 따른 재처리 비용이 매우 높아 경제성이 낮은 단점이 있으며, 생물학적 처리방법은 유기물과 염도의 농도에 따라 처리 효율에 큰 영향을 받아 처리효율이 낮은 단점이 있었다.
특히, 상기 물리적 처리방법과 화학적 처리방법 그리고 생물학적 처리방법은 질소 오염원으로 인한 오염물에 대한 처리가 사실상 불가능한 문제점이 있다.
즉, 오폐수에 포함된 오염원 중 하나인 질소 오염원은 과거에는 주로 농업용 비료, 사람이나 가축의 분뇨, 합성세제로부터 발생하였으나, 최근 들어 산업화가 가속화됨에 따라 인쇄회로기판 제조산업, 반도체 제조용 화학약품 제조산업, 전해 커패시터 제조산업 등과 같은 첨단 산업폐수에서의 배출이 증가되고 있으며, 무엇보다도 미 처리된 하수 또는 공장 폐수가 하천으로 다량 유입될 경우 부영양화, 연안의 적조현상, 암모니아의 어류독소, 수중의 용존산소 결핍 등을 야기하며, 상수중의 암모니아는 염소요구량을 증가시키고, 질산성 질소는 음용수 중에 높은 농도로 존재하는 경우 건강에 심각한 위해를 미치기도 한다. 이러한 심각한 오염원의 하나인 질소는 질산염 또는 암모니아성 질소에 의해 발생되며 질소에 의한 수역의 부영양화가 심각한 문제로 대두되고 있으며, 이러한 질소 오염원으로 인한 오염물에 대한 수처리가 시급한 실정이다.
따라서, 상기 물리적 처리방법과 생물학적 처리방법이 지닌 단점을 해소하면서 장기적이며 안정적으로 생태계를 유지하고 안전성 높은 수자원을 보전함과 아울러 효율적인 폐수처리시스템 개발이 요구되고 있는 실정이며, 이를 해결하기 위해 종전의 방법보다 효율적인 처리가 가능하면서 영양염류의 유입을 차단할 수 있는 전기화학적 기술에 의한 폐수 처리 방법에 관심이 높아지고 있다.
상기 전기화학적 처리기술의 특징은 생물학적인 처리방법이나 화학적인 처리방법에서 분해가 곤란한 오염물질이 들어 있는 난분해성 폐수를 처리하는데 유용하며, 특히, 방대한 공간이 필요하지 않고 높은 처리효율을 가지며 운전비용 절감 등의 장점을 가지고 있다. 이러한 전기화학적 폐수처리기술은 처리하고자하는 유해물질을 함유한 폐수를 사이에 두고 양극과 음극의 산화-환원반응을 이용하여 전기화학적 반응을 일으킴으로써 유해물질을 제거하거나 무해한 성분으로 변화시키는 공정을 말한다.
종래 기술에 따른 전기화학적 처리기술의 하나인 전기분해를 이용한 선행기술들로는 대한민국 등록특허 10-1306980호가 있으며, 그 기술로는 생물반응공정을 포함하는 수처리 장치에 있어서, 호기조로 유입된 처리대상수에 철 이온을 공급하기 위해 상기 처리 대상수를 전기분해하는 전해수단을 구비하며, 상기 전해수단은 상기 호기조로 유입된 처리대상수가 경유하는 전해조와 상기 전해조에 설치되며 양극 및 음극 전극이 번갈아 배치되는 전극부와 상기 전극부로 전원을 공급하는 전원공급부를 구비하고 상기 전극의 강판을 열처리하며 3시간 동안 서냉하여 열처리한 것을 특징으로 하는 철 전기분해를 이용한 수처리 장치가 개시되어 있다.
또한, 대한민국 등록특허 10-0490307호에는 호기조에서 처리된 유입수를 철 전기전해조로 공급하는 유입수 공급부, 외부공기를 공급하는 에어공급부, 유입된 처리수를 전기분해하는 철 전기전해조, 철이온을 함유하는 처리수를 호기조로 재공급하는 호기조 공급부, 전기분해에 의해 발생하는 브라운가스를 배출시키는 가스 배출부를 포함하는 오폐수처리용 철-전기분해장치가 개시되어 있다.
그러나 상기 종래 기술에 따른 전기분해를 비롯한 기존 상용되고 있는 하*?*폐수 고도처리공정은 협소(狹小)한 장소에서의 설치가 어려우며, 폐수내 인 제거에만 중점을 두고 공정을 운용하고, 잔류오염물질의 배출을 피할 수 없으며 처리수내 바이러스 및 병원 세균의 살균작용이 곤란하다는 문제점이 있다.
상기의 문제점을 해결하고자 본 출원인은 전기분해를 이용한 피처리수를 처리하는 기술로 대한민국 등록특허 제10-1445250호를 통해 ′전기분해 자동세척형 선박평형수 처리장치′를 제안한 바 있으며, 그 청구항 1에는 선박의 밸러스트 탱크에 연결되어 해수를 유입 안내하는 취수 파이프에 연결 구비되어 해수에 포함된 해양생물과 오염물을 살균 처리하는 전기분해 살균장치를 구비한 전기분해 자동세척형 선박평형수 처리장치에 있어서, 상기 전기분해 살균장치는, 상기 취수 파이프에 연결되어 유입된 해수가 통과하도록 내부가 빈 관 형상의 하우징과; 상기 하우징의 내부에 구비되어 외부로부터 전원을 공급받도록 배선되는 것으로 간격을 두고 면 대향으로 배치되는 적어도 한 쌍의 전극판과; 상기 인접한 한 쌍의 전극판 사이에 배치되어 전극판에 접촉된 상태로 마찰 회전하는 절연재로 된 디스크 브러쉬와; 상기 디스크 브러쉬에 회전 구동력을 전달하는 구동유닛을 포함하되, 상기 디스크 브러쉬는 상기 전극판에 대하여 지름이 확장된 크기로 구비되면서 상기 전극판에 마찰 접촉하여 스케일을 제거하는 요소로 방사상으로 배치되는 복수의 스케일바 및 외주면에 형성되는 기어이를 구비하고, 상기 구동유닛은 외부로부터 전원을 공급받아 회전 구동력을 생성하는 모터 및 이 모터에 축연결되는 것으로 상기 디스크 브러쉬의 기어이에 교합되어 회전 구동력을 전달하는 기어축을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 전기분해 자동세척형 선박평형수 처리장치가 개시되어 있다.
그러나, 종래 기술에 따른 피처리수 살균처리를 위한 전기분해 자동세척형 선박평형수 처리장치는 전극이 닳게 되면 이를 보상하기 위한 요소를 구비하고 있지 않아 결과적으로 시간이 경과함에 따라 전극이 닳게 되면 이온화율 역시 급격하게 떨어지는 폐단이 있었다. 이를 해소하기 위해서 작업자가 장치를 분해하고 각 전극간의 간격을 재조정한뒤 재조립해야 하므로 유지관리의 어려움과 이에 따른 비용상승의 폐단이 있을 뿐만 아니라 전극간격 조정작업시 기기의 가동을 중단해야 하는 폐단이 있었다.
또한, 전기화학적인 방법에 의한 질소 폐수 처리는 크게 암모니아성 폐수와 질산성 폐수처리로 구분되며, 암모니아성 폐수의 경우에 반응 메카니즘이 널리 알려져 있어 처리 공정의 상용화 단계에 이르고 있으나, 질산성 폐수의 경우는 마땅한 처리 기술이 없는 상태이므로 경제적인 처리공정의 개발이 시급한 실정이다. 이는 도금 및 반도체 화학약품 제조단지에서 처리된 질소 폐수의 방류수의 총질소를 저감시켜 규제치 이하로 관리하고 생물학적 처리장과 연계 처리하는 통합 환경기술의 개발이 시급한 실정이다.
등록특허 제10-2059380호(2019.12.19.) 공개특허공보 제10-2019-0042081호(2019.04.23.) 등록특허 제10-2059380호(2019.12.19.) 등록특허 제10-2050278호(2019.11.25.) 공개특허 제10-2020-0001918호(2020.1.07.)
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 단분자 형태의 초미세 물방울은 다수의 물분자가 군집을 이룬 클러스터형태의 물방울과 달리 단위 표면적이 매우 크면서 단분자 상태의 유전 쌍극자가 노출되어 있어 화학적 반응성이 매우 뛰어나면서도 유해성이 없는 물분자를 생성시킬 수 있는 알에프를 이용한 초미세 물방울 발생 장치를 이용한 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 관로 상에 수분공급기에 의하여 수분을 공급하고, 알에프공급기에 의하여 알에프에너지를 공급함으로서 관로상의 수분을 유전가열 증발시킴으로써 단분자형태의 물분자를 형성시키며, 관로의 외측에 형성되어진 타공홀을 통하여 관로 외부로 토출되어짐으로써 단분자형태의 초미세물방울을 연속적으로 생성하여, 컴팩트하면서 공기 중의 오염물질에 대한 효과적인 제거가 가능한 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치를 제공하는데 있다.
상기의 목적을 실현하기 위한 본 발명의 바람직한 실시례에 따른 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치은, 수분 공급기로부터 수분 클러스터를 공급받되 수분의 온도가 0~200℃인 반응관로; 상기 반응관로 일측에 하나 또는 간격을 두고 복수 설치되어 0.1kw~100kw의 공급에너지를 가진 알에프를 조사하여 공급된 수분에 대한 유전가열 작용을 통해 단위 물분자들로 분리시켜 수소이온, 수산기이온, 수소라디칼, 수산기라디칼로 개질화시키는 알에프공급모듈; 상기 알에프공급모듈을 통하여 단위 물분자들로 분리되어진 초미세 물방울을 상기 반응관로의 외측으로 공급하기 위하여 반응관로 외측에 형성된 복수의 배출홀; 상기 반응관로를 감싸는 관로요소로 내부에 처리대상 피처리수가 통과하며, 내부압력이 0.1~1.2기압인 메인관로;로 구성된 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 한 특징으로서, 상기 수분공급기는 고온의 증기를 공급하는 증기발생기 또는 고압의 수분을 노즐을 통해 분무하는 분무기 또는 초음파발진을 이용한 초음파발진기 중 어느 하나 인 것에 있다.
본 발명의 바람직한 다른 특징으로서, 상기 반응관로는 내부의 온도를 높이도록 전원을 공급받아 가열작용을 하는 발열히터가 내측 또는 외측에 구비되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 반응관로는 일측에 초기 플라즈마 방전을 형성하기 위한 착화기;를 포함하여 구성된 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 반응관로에 외측에 구비되어 토출되는 기체 중 단분자형태의 물분자 농도를 측정하기 위한 유전율 측정모듈; 상기 유전율 측정모듈가 제어회로에 연결되어 상기 수분공급기 및 알에프공급모듈에 제어신호를 인가하는 컨트롤러로 구성되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 반응관로는 기체를 와류형태로 토출하기 위하여 배출홀이 사선으로 형성된 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 메인관로는 일측에 공기를 흡입하기 위한 흡입팬 또는 송풍팬이 설치되는 것에 있다.
본 발명의 바람직한 또 다른 특징으로서, 상기 메인관로는 일측에 내부압력을 조절하기 위한 압력펌프가 연결된 것에 있다.
본 발명에 따른 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치는 단분자 형태의 수 옹스트롬 크기의 단분자형태의 초미세물방울을 연속적으로 생성시킬 수 있으며, 이러한 단분자 형태의 초미세 물방울 이용한 여러 유해물질의 효과적인 제거를 위한 장치에 적용시킬 수 있는 유용한 효과가 기대된다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명에 따른 물분자들끼리 수소결합으로 군집을 이루고 있는 수분(클러스터형태의 물분자)의 알에프 유전가열에 의한 단분자 형태의 물분자로의 변환과정에 대한 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 수분(클러스터 형태의 물분자)의 알에프 유전가열에 의한 단분자 형태의 물분자로의 변환에 대한 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 수분(클러스터 형태의 물분자)의 알에프 유전가열에 의한 단분자 형태의 물분자로의 변환에 대한 화학반응식 모식도.
도 4는 본 발명에 따른 실시사례로서 초미세물방울의 화학반응식 예시 모식도.
도 5는 본 발명에 따른 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치에서 알에프 가열에 의한 수분의 물분자로서의 변환 및 알에프 플라즈마 방전에 의한 개질화 변화를 설명하기 위한 개념도,
도 6은 본 발명에 따른 초미세물방울의 농도를 측정 개념도.
도 7은 본 발명에 따른 알에프 플라즈마 초미세물방울 생성방법의 구성도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 즉, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어있는 것과 같은 용어들은 관련기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 물분자들끼리 수소결합으로 군집을 이루고 있는 수분(클러스터형태의 물분자)의 알에프 유전가열에 의한 단분자 형태의 물분자로의 변환과정에 대한 개념도이다.
도면에는 수분을 구성하고 있는 클러스터형태의 물분자들(10)이 알에프 유전가열에 의해 단분자형태의 물분자(20)로 변환되는 과정을 설명하기 위한 개념도이다. 물분자를 구성하고 있는 산소(Oxygen)는 상대적으로 강한 전자친화력에 의해 일정부분 전기음성도를 가지므로 약한 음전하(δ-)를 지니고, 물분자를 구성하고 있는 수소(hydrogen)는 상대적으로 약한 전자친화력에 의해 약한 전기음성도를 가지므로 약한 양전하(δ+)를 띠게 된다. 이와 같이 약한 음전하(δ-)를 지닌 산소와 약한 양전하(δ+)를 띤 수소간의 결합은 수소결합(hydrogen bonds)를 형성하여 클러스터 형태를 지니게 된다. 직접가열 혹은 대류가열 방식에 의한 액체의 물을 가열하는 경우, 물분자사이의 수소결합을 끊기가 어려워 물분자들은 클러스터(10) 형태로 증발하게 된다. 그러나 알에프(혹은 전자기파)에 의한 유전가열의 경우, 물분자가 지니고 있는 수소의 양전하(δ+)와 산소의 음전하(δ-)를 전기장에너지를 사용하여 흔들어 놓는 방식의 유전가열을 통하여 물분자 클러스터(10)로부터 단분자 형태의 물분자(20)들로 떼어놓을 수 있게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 수분(클러스터 형태의 물분자)의 알에프 유전가열에 의한 단분자 형태의 물분자로의 변환에 대한 개념도이다. 물분자 클러스터(10)가 알에프 유전가열에 의해 단분자형태의 물분자(20)들로 변환한 후, 더욱 더 알에프 에너지를 조사하게 되면 플라즈마 방전현상이 발생하며 이 과정에서 단분자형태의 물분자(20)는 화학적 반응성이 매우 뛰어나서 화학반응이 신속하게 이루어지는 효과가 있으며, 부산물로서 물을 형성하므로 환경오염의 피해를 줄일 수 있게 된다.
도 3은 본 발명에 따른 수분(클러스터 형태의 물분자)의 알에프 유전가열에 의한 단분자 형태의 물분자로의 변환에 대한 화학반응식 모식도이다. n개의 물분자들로 이루어진 단위 클러스터가 알에프 유전가열에 의해 n개의 단분자형태의 물분자로 변환된 사례를 보여주고 있다.
도 4는 본 발명에 따른 실시사례로서 초미세물방울의 화학반응식 예시 모식도이다. 환경유해물질 중 하나인 톨루엔 혹은 클로로포름에 대한 화학적 분해의 일 실시예로서 화학적 반응성이 매우 뛰어난 단분자형태의 물분자를 만나 분해되는 과정을 보여주고 있다.
도 5는 본 발명에 따른 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치에서 알에프 가열에 의한 수분의 물분자로서의 변환 및 알에프 플라즈마 방전에 의한 개질화 변화를 설명하기 위한 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따른 초미세물방울의 농도를 측정 개념도이다. 단분자 형태의 물분자(1)은 수소의 양전하(δ+)와 산소의 음전하(2δ-)로 인하여 양의 전하와 음의 전하가 분극되어진 단위 유전체분자(2)로 인식되어 질 수 있다. 이러한 유전체분자는 두 개의 전극판에 인가되는 전압을 측정하게 되는 경우, 군집을 이루는 클러스터(10)형태의 물분자와 단분자(1) 형태의 물분자일 때 측정되는 전압의 차이가 발생되어 단분자형태의 물분자 농도를 측정할 수 있게 된다.
도 7은 본 발명에 따른 알에프 플라즈마 초미세물방울 생성장치의 구성도이다.
도면에는 수분을 공급하기 위한 수분공급기로부터 수분을 공급받기 위한 수분공급부(51), 상기 수분공급기로부터 수분을 공급받는 반응관로(54), 상기 수분공급기에 의해 상기 반응관로 내로 공급되어진 수소결합으로 이루어진 수분 클러스터를 알에프에 의해 유전가열함으로써 단위 물분자들로 분리시켜 초미세물방울로 변환시키기 위한 장치로서 상기 반응관로의 일측에 구비된 알에프공급모듈(53), 상기 알에프공급모듈로부터 반응관로(54) 내부로 조사하기 위한 알에프 안테나(52), 상기 알에프공급모듈을 통하여 단위 물분자들로 분리되어진 초미세 물방울을 상기 반응관로의 외측으로 공급하기 위하여 반응관로 외측에 형성된 복수의 배출홀(55)와 상기 반응관로를 감싸는 관로요소로 내부에 처리대상 액체가 통과하는 메인관로(57)로 이루어진 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치가 도시되어 있다.
이상의 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치의 구성을 상세하게 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명은 크게 수분을 공급하기 위한 수분공급기(미도시)와, 복수의 배출홀(55)을 형성한 반응관로(54)와, 상기 반응관로(54)의 내부로 알에프를 조사하기 위한 알에프공급모듈(53)과, 배출홀(55) 그리고 메인관로(57)로 구성된다.
수분공급기는 후술할 반응관로(54)의 내부로 클러스터 형태의 수분을 공급하기 위한 요소이다.
이러한 수분공급기는 고온의 증기를 공급하는 증기발생기 또는 고압의 수분을 노즐을 통해 분무하기 위한 분무기 또는 초음파 발진을 이용한 초음파 발진기 중 어느 하나가 사용될 수 있으며, 이외에도 공지의 가열식, 초음파식, 자연기화식 및 복합식 등 수분의 입자를 작게하여 공급할 수 있는 특징을 갖는다면 공지의 다양한 기술이 적용되어도 무방하다.
한편, 본 발명에서는 바람직하게는 노즐 분무기가 사용되는 것을 제안하며, 이때의 수분의 온도는 50~200℃의 범위를 갖는 것이다. 이는 고온의 수분 클러스터가 공급되는 경우 후술할 알에프공급모듈(53)에 의한 유전가열에 의한 개질화 작용이 용이해지기 때문이다.
반응관로(54)는 상기 수분공급기로부터 0~200℃의 온도를 갖는 수분 클러스터를 공급받는 일종의 관로이다. 이러한 반응관로(54)는 내부에 공급된 수분의 온도를 높이도록 전원을 공급받아 발열 작용을 하는 발열히터가 내측 또는 외측에 구비될 수 있으며, 이때의 발열히터는 가열과정 중 후술할 알에프공급모듈(53)에 의한 유전가열이 아닌 히터가열을 통하여 일정 온도까지 상승시키기 위한 역할을 한다.
한편, 상기 반응관로(54)는 내부에 상기 수분공급기로부터 공급되는 수분의 온도가 설정치를 충족하는지 여부를 확인할 수 있도록 온도감지센서가 구비될 수 있으며, 이러한 온도감지센서는 회로적으로 연결된 제어요소인 컨트롤러에 감지신호를 인가하고, 상기 컨트롤러는 전기적으로 연결된 발열히터의 온도를 제어하도록 구성될 수 있을 것이다.
또한, 상기 반응관로(54)는 일측에 초기 플라즈마 방전을 형성하기 위하여 컨트롤러에 의해 제어를 받아 동작하는 착화기가 구비될 수 있으며, 이때의 착화기는 공지의 기술에 의해 실시되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명에서의 반응관로(54)는 알에프가 통과할 수 있는 비금속성으로 제공되거나 적어도 그 일부가 비금속성 외벽으로 이루어지는 구성이다.
알에프공급모듈(53)은 상기 반응관로(54)의 일측에 하나 또는 간격을 두고 복수 설치되어 외부로부터 전원을 공급받아 알에프를 조사하는 요소이다.
이러한 알에프공급모듈(53)은 0.1kw~100kw의 공급에너지를 가진 알에프를 조사하여 공급된 수분에 대한 유전가열 작용을 통해 단위 물분자들로 분리시키는 과정을 통해 수소이온, 수산기이온, 수소라디칼, 수산기라디칼로 개질화를 유도하기 위한 것으로, 상기 반응관로(54)의 크기와 처리용량에 따라 공급에너지의 크기는 적절하게 설계 반영될 수 있다. 즉, 본 발명에서의 알에프공급모듈(53)은 하나 또는 복수개로 구성될 수 있다.
이와 같은 구성의 알에프공급모듈(53)은 고온의 수분 클러스터에 대해 알에프를 조사함으로써, 수분 클러스터에 유전가열을 일으키게 되고, 결과적으로 수소이온, 수산기이온, 수소라디칼, 수산기라디칼로 개질화 된다. 이렇게 개질화 된 수소이온, 수산기이온, 수소라디칼, 수산기라디칼은 널리 알려진 바와 같이 공기 중의 오염물질을 제거하게 되며, 본 발명에서는 상기 반응관로(54)에 형성된 배출홀(55)을 통해 메인관로(57)의 내부로 유입되면서 메인관로(57)를 경유하는 공기 중의 오염물질과 반응하여 제거하게 된다.
이러한 반응관로(54)는 개질화 된 이온과 초미세 물방울을 와류 형태로 토출하기 위하여 배출홀(55)이 사선으로 형성될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 알에프공급모듈(53)은 제어신호를 인가받아 알에프를 발생시키는 하나 또는 복수개로 이루어진 알에프공급기와, 상기 알에프공급기의 알에프 출력량 또는 반사량 신호를 측정하는 알에프 측정기와, 상기 알에프 측정기의 측정신호를 인가받아 알에프의 출력량 또는 메인관로 내부로의 물분자급량을 설정치 범위 내에 유지되도록 제어하는 알에프 제어기로 구성되는 것을 제안한다.
메인관로(57)는 상기 반응관로(54)를 감싸는 관로요소로 내부에 처리대상 피처리수인 오염수가 통과하는 구성이며, 내부압력이 0.1~1.2기압을 갖는다.
이러한 메인관로(57)는 일측에 정화대상 공기를 흡입하기 위한 흡입팬 또는 송풍팬이 설치되며, 이들 흡입팬과 송풍팬은 컨트롤러의 제어신호를 받아 동작이 제어되도록 구성되며, 이는 공지의 기술에 의해 실시되어도 무방하므로 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명에서의 메인관로(57)는 일측에 내부압력을 조절하기 위한 압력펌프가 연결되는 구성이며, 이러한 압력펌프 역시 상기 컨트롤러에 연결되어 제어신호를 인가받아 동작이 제어되도록 구성된다.
이외에도 상기 메인관로(57)의 입구와 출구측에는 건식여과요소인 공지의 다양한 필터가 구비되는 것도 가능하다.
한편, 본 발명에 따른 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치은, 상기 반응관로에 외측에 구비되어 토출되는 기체 중 단분자형태의 물분자 농도를 측정하기 위한 유전율 측정모듈과, 상기 유전율 측정모듈가 제어회로에 연결되어 상기 수분공급기 및 알에프공급모듈에 제어신호를 인가하는 컨트롤러를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 발명은 메인관로(57)를 경유한 공기의 성분을 검출하기 위한 단분자 형태의 물분자 농도 측정기와, 온도측정을 위한 온도측정기가 설치될 수 있으며, 상기 물문자 농도 측정기와 온도측정기로부터 검출된 측정값을 컨트롤러에서 인가받아 상기 반응관로(54)에 공급되는 수분의 공급량과 및 알에프 에너지의 공급량을 선택적으로 제어하도록 회로 구성될 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치의 작용을 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 액체상태 혹은 클러스터 상태의 물을 가열함에 있어서, 복수의 물분자들 사이에 작용하는 수소결합의 고리를 단절시키기 위한 수단으로서, 알에프 즉, 전자기파에너지를 조사하여 물분자가 지니고 있는 전기 쌍극자를 자극하여 인접한 물분자와의 수소결합을 끊어내도록 유도하여 결과적으로 단분자 형태의 물분자를 형성시킴과 아울러 수소이온, 수산기이온, 수소라디칼, 수산기라디칼로 개질화시키는데 그 기술적 특징이 있다.
이러한 본 발명은 상기 반응관로(54)의 내부에 고온의 수분 클러스터가 공급됨과 동시에 알에프공급모듈(53)에서 알에프를 조사하게 되면, 상기 수분 클러스터는 유전가열함으로써 단위 물분자들로 분리시켜 이온화 또는 라디칼화를 위한 개질을 유도하게 된다.
이렇게 개질화 된 단위 물분자를 비롯한 라디칼화 된 물질은 반응관로(54)의 배출홀(55)을 통해 메인관로(57)의 내부로 공급되어지며, 이때 상기 메인관로(57)의 내부로 유입되는 정화대상 피처리수 중에 포함된 오염물질은 상기 이온화 또는 라디칼화 된 수소이온, 수산기이온, 수소라디칼, 수산기라디칼과 혼합되면서 제거된다.
한편, 본 발명은 기재된 실시례에 한정되는 것은 아니고, 적용 부위를 변경하여 사용하는 것이 가능하고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
1 : 단분자형태의 물분자구조
2 : 단분자형태의 물분자구조의 분극쌍극자
10 : 클러스터형태로 군집을 이룬 물분자
20 : 단분자형태의 물분자
31 : 수소라디칼
32 : 수산기라디칼
33 : 수소이온
34 : 수산기이온
51 : 수분공급부
52 : RF공급기
53 : RF공급모듈(안테나)
54 : 반응관로
55 : 배출홀
56 : 토출된 초미세물방울
57 : 메인관로

Claims (8)

  1. 수분 공급기로부터 수분 클러스터를 공급받되 수분의 온도가 0~200℃인 반응관로;
    상기 반응관로 일측에 하나 또는 간격을 두고 복수 설치되어 0.1kw~100kw의 공급에너지를 가진 알에프를 조사하여 공급된 수분에 대한 유전가열 작용을 통해 단위 물분자들로 분리시켜 수소이온, 수산기이온, 수소라디칼, 수산기라디칼로 개질화시키는 알에프공급모듈;
    상기 알에프공급모듈을 통하여 단위 물분자들로 분리되어진 초미세 물방울을 상기 반응관로의 외측으로 공급하기 위하여 반응관로 외측에 형성된 복수의 배출홀;
    상기 반응관로를 감싸는 관로요소로 내부에 처리대상 피처리수가 통과하며, 내부압력이 0.1~1.2기압인 메인관로;로 구성된 것을 특징으로 하는 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 알에프공급모듈은,
    제어신호를 인가받아 알에프를 발생시키는 하나 또는 복수개로 이루어진 알에프공급기;
    상기 알에프공급기의 알에프 출력량 또는 반사량 신호를 측정하는 알에프 측정기;
    상기 알에프 측정기의 측정신호를 인가받아 알에프의 출력량 또는 메인관로 내부로의 물분자급량을 설정치 범위 내에 유지되도록 제어하는 알에프 제어기;
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 반응관로는 내부의 온도를 높이도록 전원을 공급받아 가열작용을 하는 발열히터가 내측 또는 외측에 구비된 것을 특징으로 하는 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 반응관로는 일측에 초기 플라즈마 방전을 형성하기 위한 착화기;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 반응관로에 외측에 구비되어 토출되는 기체 중 단분자형태의 물분자 농도를 측정하기 위한 유전율 측정모듈;
    상기 유전율 측정모듈가 제어회로에 연결되어 상기 수분공급기 및 알에프공급모듈에 제어신호를 인가하는 컨트롤러;
    를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 반응관로는 기체를 와류형태로 토출하기 위하여 배출홀이 사선으로 형성된 것을 특징으로 하는 알에프를 이용한 초미세 물방울 발생 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 메인관로는 일측에 공기를 흡입하기 위한 흡입팬 또는 송풍팬이 설치되는 것을 특징으로 하는 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 메인관로는 일측에 내부압력을 조절하기 위한 압력펌프가 연결된 것을 특징으로 하는 수질정화처리장치용 알에프를 이용한 단분자형 물방울 발생장치.
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