KR20230046735A - 관로용 수처리 커넥터 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 관로용 수처리 커넥터에 관한 것으로, 중공의 관체와 일 배관으로부터 관체 내부로 용수를 유입하는 유입관 및 관체 내에서 수처리된 용수를 타 배관으로 유출하는 유출관을 포함하는 하우징부와; 하우징부의 관체 내에 배치되어 용수와 접촉시 이종 금속 간의 전위차에 의한 전기화학반응으로 녹 또는 스케일의 발생을 억제하는 볼타전지부;를 포함하는데, 여기서 하우징부는 관체 내부로 유입될 용수에 와류를 형성시켜 고압 고압으로 하류측으로 안내하도록 유입관의 내주면 둘레에 나선형 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 관로용 수처리 커넥터에 관한 것으로, 특별하기로는 갈바니 전위차에 의해 물이 유동하는 배관에 부식과 스케일의 발생을 방지하고 생성된 부식과 스케일을 제거할 수 있는 장치에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 물과 접촉시 전위차에 의한 전기화학반응을 일으키기 위해 아연합금소재를 조합하여 만든 링 타입 또는 바아 타입의 단위셀 코어와, 단위셀 코어 외주면에 은합금 코일을 감아 타공 원통을 연결한 볼타전지부를 구성하고, 내부에 볼타전지부를 수용하여 배관 및 기기를 연결하는 하우징부를 구성한다.
일반적으로, 물에 함유된 용해 고형물질이 시간이 경과함에 따라 배관 내벽에 축적되어 전기 화학적 결합에 의해 스케일(scale)을 형성하고, 금속으로 구성된 배관 내벽과 물이 접촉하여 산화작용에 의한 부식(corosion, 또는 녹)이 발생하게 된다.
물 속에는 금속원소와 광물질인 미네랄, 기체원소들이 용해되어 있다. 이러한 물질들은 물의 온도와 환경 등 조건에 따라 상호 간의 전기 화학적인 결합에 의해 녹, 스케일, 슬라임(slime) 등을 생성하고 각종 미생물 및 세균이 번식할 수 있는 조건을 만든다. 녹, 스케일은 기기나 배관 내벽에 협착되어 물의 흐름을 방해하고, 열 교환을 방해하여 제품의 생산에 차질을 주며 과다한 에너지 소비를 유발한다. 일률적으로 정형화된 기기를 구성하고 그 기기에 수질을 맞춘다면 그 기기의 기준이 되는 일정한 용수 이외의 물은 처리 효과가 미미하거나 효율적이지 못하다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방법으로 청관제나 조연제를 투여하여 배관을 관리하는 화학적 수처리를 시도하고 있다. 이러한 화학적 수처리는 화공 약품의 사용으로 인한 2차 수질 오염을 우려해야 하는 실정이다.
특허문헌 1에 개시된 바와 같이, 용수를 처리하기 위한 다른 대안으로는 볼타전지(voltaic cell)의 전기화학반응, 세라믹 부재에서 발생되는 원적외선 파장, 마그네트의 자기장 원리를 접목시켜 일체로 구성하는 용수처리장치를 제안하고 있다. 용수에는 용해 혹은 내재되어 있는 산화철 및 금속 성분, 용수처리장치의 작동으로 배관 내벽에서 탈리되는 산화철이 종래의 용수처리장치 내에 구비된 마그네트에 켜켜이 부착되어 용수처리장치 내부에 유동 경로를 폐색시켜 용수처리 효율을 저감시킬 수 있다. 또한, 세라믹부재는 볼타전지를 지지할 수 있도록 함(函)체 형태로 구성되어 외부의 충격에 의해 쉽게 파손될 수 있는바, 파손시 세라믹 부재의 파편이 용수처리장치 혹은 관로 내에 잔존해 있기 때문에 용수의 흐름을 저해할 수밖에는 없으며 청관제 등의 화공 약품으로도 제거가 불가능하다.
또한, 특허문헌 1의 용수처리장치는 볼타전지, 세라믹부재, 마그네트 등을 배치한 하우징 내부를 경유하면서 용수의 유속을 저감시켜 예상치 못하게 볼타전지의 전극 오염을 유발시키는 문제점이 있다.
본 발명은 전술된 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로, 물과 접촉시 이종 금속 간의 갈바니 전위차에 의해 발생하는 전류를 타공 원통으로 일정하게 그리고 지속적으로 유도하여 부식 및 스케일의 제거 효율을 향상시킨 관로용 수처리 커넥터를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 볼타전지부의 전극 오염을 개선하여 볼타전지의 전극 기능을 일정하게 유지시킬 수 있도록 구성되어 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 관로용 수처리 커넥터에 관한 것으로, 중공의 관체와 일 배관으로부터 관체 내부로 용수를 유입하는 유입관 및 관체 내에서 수처리된 용수를 타 배관으로 유출하는 유출관을 포함하는 하우징부와; 하우징부의 관체 내에 배치되어 용수와 접촉시 이종 금속 간의 전위차에 의한 전기화학반응으로 녹 또는 스케일의 발생을 억제하는 볼타전지부;를 포함하는데, 여기서 하우징부는 관체 내부로 유입될 용수에 와류를 형성시켜 고속 고압으로 하류측으로 안내하도록 유입관의 내주면 둘레에 나선형 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
선택가능하기로, 하우징부는 유입관의 유동 단면적을 상류측에서 하류측으로 갈수록 좁혀 용수의 유동 속도를 가속화시킬 수 있다.
바람직하기로, 볼타전지부는 중공의 타공 원통과; 타공 원통의 중공부에 위치고정된 단위셀 코어; 및 타공 원통과 단위셀 코어를 상호 결선하는 은합금 코일;을 포함하고, 여기서 단위셀 코어는 관로용 수처리 커넥터의 관축방향으로 장축을 갖는 타원 단면형상으로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 볼타전지부는 단위셀 코어를 타공 원통에 절연상태로 고정될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 볼타전지부는 방사상방향으로 돌출되고 상호 등간격으로 이격배치된 다수의 스페이서와 이 스페이서의 자유단에 암나사공을 형성하는 링 타입의 단위셀 코어와; 스페이서와 타공 원통의 내주면 사이에 개재되는 절연 패드; 및 스페이서와 타공 원통을 볼팅체결하는 절연 재질의 볼트;를 추가로 포함할 수 있다.
볼타전지부는 단위셀 코어의 외주면 둘레에 권선된 은합금 코일에서 타공 원통으로 인출되는 다수의 코일 인출선을 포함할 수 있다.
덧붙여서, 다수의 코일 인출선은 타공 원통의 내주면 둘레를 따라 등간격으로 이격배치되어 결선될 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 타공 원통은 관축방향을 향해 나선형으로 굴곡형성된 다수의 나선파형을 원주방향으로 반복되게 배치할 수 있다.
본 발명은 하우징부에 침전물을 배출하는 드레인 관을 추가로 포함할 수 있다.
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.
이상 본 발명의 설명에 의하면, 본 발명은 외부의 동력이나 화학적 처리 없이 볼타전지 회로의 전기화학반응에 의해 배관 내부에 녹과 스케일의 발생 억제 및 제거, 악취방지 가능을 발휘하도록 용수를 처리할 수 있다.
덧붙여서, 본 발명은 용수의 와류 유동을 통해 수처리 커넥터 내부에 내장된 볼타전지부의 전극 오염을 개선하는 한편 타공판의 폐색을 방지할 수 있는 장점을 제공한다.
또한, 본 발명은 우수한 유하(流下) 성능과 우수한 용수 처리 성능을 양립시킬 수 있게 관로 내에 수처리 설비의 접속 구조를 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관로용 수처리 커넥터의 배치 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관로용 수처리 커넥터를 개략적으로 도시한 내부 투영 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 관로용 수처리 커넥터를 관축방향으로 절취한 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 관로용 수처리 커넥터를 관축방향과 직교되는 관지름방향으로 절취한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 관로용 수처리 커넥터의 요부인 볼타전지부를 개략적으로 도시한 일부 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관로용 수처리 커넥터를 개략적으로 도시한 내부 투영 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 관로용 수처리 커넥터를 개략적으로 관축방향을 따라 절취한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관로용 수처리 커넥터에 채용된 볼타전지부를 개략적으로 도시한 일부 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관로용 수처리 커넥터를 개략적으로 도시한 내부 투영 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 관로용 수처리 커넥터를 관축방향으로 절취한 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 관로용 수처리 커넥터를 관축방향과 직교되는 관지름방향으로 절취한 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 관로용 수처리 커넥터의 요부인 볼타전지부를 개략적으로 도시한 일부 분해사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관로용 수처리 커넥터를 개략적으로 도시한 내부 투영 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 관로용 수처리 커넥터를 개략적으로 관축방향을 따라 절취한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 관로용 수처리 커넥터에 채용된 볼타전지부를 개략적으로 도시한 일부 분해사시도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서, 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 첨부 도면에 있어서, 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
본 발명에 따른 관로용 수처리 커넥터는 물과 접촉시 이종 금속 간의 갈바니 전위차에 의해 발생하는 전류를 이용하는 볼타전지 회로에 의한 전기화학반응으로 외부 전원공급 및/또는 화학적인 처리 없이 녹이나 스케일의 발생을 방지하는 한편 기 생성된 녹과 스케일도 제거할 수 있다.
덧붙여서, 본 발명은 관로용 수처리 커넥터에 내장된 볼타전지 구성으로 용수를 수처리하여 미생물의 발생 억제 및 제균, 악취 제거, 용수의 부패를 방지할 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관로용 수처리 커넥터(1)는 물이 유동하는 배관(P) 사이에 유체연통가능하게 삽입 결합된다. 특히, 본 발명은 관로용 수처리 커넥터(1)의 하우징부(11) 내부에 볼타전지부(12)를 배치한다.
하우징부(11)는 도 1에 도시된 바와 같이 일 배관(P)과 타 배관(P) 사이에 유체연통가능하게 배치되어 관로를 형성하는 관형상 부재로서, 일 배관에서 타 배관으로 용수를 안내하기 위한 유로를 제공하는 한편 볼타전지부를 수용하는 내부 공간을 제공하는 중공(中空)의 관체(111)와, 관체의 일측 단부에서 길이연장되고 일 배관에 결합되는 유입관(112), 및 관체의 타측 단부에서 길이연장되고 타 배관에 결합되는 유출관(113)으로 구성된다. 덧붙여서, 관체(111)의 내경이 유입관(112)의 내경과 유출관(113)의 내경보다 크거나 동등한 수준의 크기로 형성될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에서, 유입관(112)은 일 배관(P)을 통해 관체 내부로 용수의 유입을 허용하는 반면에 유출관(113)은 관체로 유입되어 수처리된 용수를 타 배관(P)으로 토출한다.
또한, 하우징부(11)는 배관(P)을 상호 연결하기 위해 유입관(112)과 유출관(113) 외주면 둘레에 커플링(참조부호 없음)을 구비하는데, 도시되었듯이 커플링은 플랜지(flange) 구조로 형성될 수 있다. 따라서 하우징부(11)는 각 배관의 플랜지와 커플링을 정렬하고 볼트와 너트 등의 체결부재로 배관에 결합될 수 있다.
바람직하기로, 하우징부(11)는 유입관(112) 내주면 둘레를 따라 소정의 간격을 두고 이격배치된 다수의 나선형 블레이드(114)를 구비한다. 덧붙여서, 2개 이상의 나선형 블레이드는 유입관 내주면 둘레를 따라 등간격으로 이격되게 배치할 수 있다. 나선형 블레이드(114)는 유입관의 내주면에서 길이방향을 따라 나선형태로 돌출형성되어 관체 내부로 유입될 용수가 와류(vortex) 유동되어 유속을 증가시킬 수 있다. 용수가 본 발명의 관로용 수처리 커넥터의 상류측에 배치된 나선형 블레이드를 통해 고속 고압으로 하우징부(11)로 유입되는데, 후술되어질 전기화학반응을 통해 연화된 녹과 스케일이 와류화된 용수의 흐름에 의해 쉽게 박리할 수 있을 있을 뿐만 아니라 불필요하게 생성될 스케일에 대해서는 볼타전지부를 구성하는 전극과 타공 원통의 통수공 등에 고착을 방지할 수 있다. 이에 국한되지 않고, 본 발명은 관체에서 토출된 용수를 하류를 향해 와류 유동할 수 있도록 유출관(113) 내주면에 나선형 블레이드(미도시)를 구비할 수도 있다.
더욱이, 하우징부(11)는 용수 처리과정에서 생성된 침전물을 배출하는 드레인 관(116)을 구비한다. 드레인 관(116)은 침전물을 용이하게 배출시키기 위해서 도시되었듯이 관체의 타측 단부에 인접하게 배치된다.
앞서 기술된 바와 같이, 본 발명은 하우징부(11) 내에 전기화학반응을 고려한 볼타전지부(12)를 배치한다. 본 발명은 용수의 수질 정도에 따라 하우징부 내에서 볼타전지부를 가감할 수 있다.
볼타전지부(12)는 하우징부(11)의 내부 공간에 배치된 중공의 타공 원통(121)과, 타공 원통(121)의 중공부에 위치고정된 단위셀 코어(122), 및 타공 원통(121)과 단위셀 코어(122)를 상호 결선(結線)하는 은합금 코일(123)로 볼타전지 회로를 구성하게 된다. 본 발명의 실시예에서, 타공 원통을 배제한 경우에는 단위셀 코어에 권선된 은합금 코일을 하우징부(11)에 결선시킬 수 있으며 이에 하우징부는 전도성 재질인 철재로 이루어질 수도 있다.
타공 원통(121)은 도전성 재질인 철재의 내부 영역에 다수의 통수공(121a)을 형성한 전도성 극판이다. 즉, 타공 원통(121)은 통수공(121a)을 통해 하우징부 내에서 용수의 원활한 흐름을 보장할 수 있다.
더욱이, 타공 원통(121)은 하우징부의 내부에서 관축방향으로 길이연장되도록 위치선정되는바, 타공 원통의 중공부에 일측 개구를 유입관(112)과 대향되고 이의 타측 개구를 유출관(113)과 대향되도록 정렬시킨다.
본 발명은 관축방향을 따라 하나 이상의 단위셀 코어(122)를 타공 원통(121)의 중공부 내에 배치하는데, 도시된 바와 같이 단위셀 코어와 타공 원통 사이에 일정한 거리를 유지하면서 위치고정된다. 구체적으로, 단위셀 코어(122)는 타공 원통(121) 내에 수용될 수 있는 크기와 형상으로 형성되되, 도시된 바와 같이 전압의 형성을 보다 용이하도록 하기 위해 링(ring) 타입으로 형성될 수도 있다. 링 타입의 단위셀 코어는 방사상방향으로 돌출된 다수의 스페이서(122a;spacer)를 등간격으로 이격배치한다. 단위셀 코어(122)는 링 타입에 국한되지 않고 예컨대 바아(bar) 타입 등과 같이 타공 원통 내에 수용될 수 있는 어떠한 형상으로 형성되어도 무방할 것이다. 스페이서(122a)는 단위셀 코어와 타공 원통의 내주면 사이에 일정한 거리를 유지하고 타공 원통의 내주면에 고정시키기 위해 코어에서 외부를 향해 길이연장된다.
특별하기로, 본 발명은 하우징부, 구체적으로 타공 원통(121) 내를 흐르는 용수의 수압에 대한 저항을 줄이기 위해 단위셀 코어를 타원 단면형상으로 형성하도록 한다. 또한, 단위셀 코어(122)는 하우징부 내에 용수의 유동방향, 다시 말하자면 수처리 커넥터의 관축방향으로 장축을 갖는 타원 단면형상으로 형성되어 용수와의 접촉 면적을 확장시켜 와류 발생을 유도할 뿐만 아니라 전극 면적을 증가시켜 전류 크기를 증가시킬 수 있다. 타원 단면형상의 단위셀 코어는 단축방향의 단부에서 장축방향의 타 단부로 갈수록 곡률을 증가시켜 타 단부에 외부 곡면 구간을 관축방향으로 가늘고 길게 테이퍼져(tapered) 있다. 이와 같이 단면형상을 유선형으로 형성하고 있기에, 단위셀 코어는 이의 타 단부를 협소하게 형성함으로써, 단위셀 코어의 타 단부에 이물질의 협착을 방지(혹은 최소화)시킬 수 있어 전극 오염을 억제하여 볼타전지의 전극 기능을 오랜 시간 유지가능하게 돕는다.
단위셀 코어의 위치고정을 위해, 단위셀 코어(122)는 스페이서(122a)의 각 자유단에 암나사공(122b)을 형성한다. 단위셀 코어는 타공 원통(121)에 형성된 통수공 혹은 볼트체결용 관통공을 통해 볼트(B)로 암나사공에 볼팅체결되어 타공 원통 내측에 고정될 수 있다.
선택가능하기로, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 관로용 수처리 커넥터는 타공 원통(121)과 단위셀 코어(122)의 스페이서(122a) 사이의 접촉 경계를 깨끗하게 유지시켜 전자의 흐름을 방해하지 않고 일정하게 유지할 수 있도록 상호 간에 전기 절연되게 결합될 수 있다. 이를 위해, 본 발명은 타공 원통의 내주면과 단위셀 코어의 스페이서 사이에 절연 패드(124), 도시된 바와 같이 O-링 형상의 절연 패드(124)를 개재할 수 있다. 또한, 볼트(B) 또한 절연재로 형성될 수 있다.
본 발명은 볼타전지 회로를 구성하는 타공 원통(121) 혹은 하우징부(11)를 철재 재질로 형성되어 있기에, 단위셀 코어를 철(Fe)보다 이온화도가 높은 금속 재질, 바람직하기로는 아연합금 소재로 제작한다.
전술되었듯이, 본 발명은 이종 금속간 전위차를 이용하는 수처리 설비에 관한 것으로, 이온화도가 다른 두개의 전극으로 이루어진 회로에 전해액(예컨대, 용수)을 통과시키면 이온화 경향이 큰쪽의 전극으로부터 반대쪽 전극으로 전자가 이동하게 된다. 이에, 본 발명은 두 금속을 전기적으로 접속하는 은합금 코일(123)로 전자의 통로를 형성한다.
본 발명의 실시에에서, 단위셀 코어(122)은 타공 원통(121) 내부에서 관축방향을 따라 평행하게 배열되되, 각 단위셀 코어 외주면 둘레에 권선되며 권선된 코일에서 다수의 코일 인출선(123a)에 의해서 단위셀 코어의 외부로 인출되는 은합금 코일(123)을 포함한다. 다수의 코일 인출선(123a)은 타공 원통(121)에 결선하는데, 코일 인출선을 타공 원통에 직접 용접에 의해 결착시킬 수 있다.
은합금 코일(123)은 3개의 코일 인출선(123a)을 예시적으로 도해한 것으로, 이에 국한되지 않고 2개 이상의 코일 인출선을 구비할 수 있다. 바람직하기로, 다수의 코일 인출선(123a)은 타공 원통(121) 내주면 둘레를 따라 등간격으로 이격배치되어 타공 원통에 결속된다. 결과적으로, 본 발명은 다수의 코일 인출선을 수단으로 하여 용수와 접촉하는 타공 원통의 표면적 전체에 걸쳐 균일하게 전류를 인가할 수 있는 장점을 제공한다.
당해분야의 숙련자들에게 널리 알려져 있듯이, 본 발명은 볼타전지 원리에 의한 전기화학반응으로 pH와 산화환원전위(이하 ORP;Oxidation Reduction Potential)에 따라 금속 표면과 접촉하는 용수를 활성화시켜 부식과 스케일의 피해를 방지할 수 있다. 이러한 볼타전지 원리를 이용한 수처리 방법은 널리 알려져 있기에 구체적인 구현 원리에 대한 상세한 설명을 배제하도록 한다.
물이 용매로 작용하고 전위를 갖는 비철금속 합금과 금속을 이용, 전지를 구성하여 물 속에 투여하면 일정의 전기화학반응이 일어나는데, 일반적으로, 전기화학반응은 속도론을 기본으로 하여 애노드(+)극에 H+ 이온이 전해밀도에 따라 증가하면 H+ 이온의 환원이 아닌 아래의 화학식과 같이 H2O의 환원 분해가 선행되어져 H+와 OH- 이온이 형성된다.
H20 + 2e- → H+ + 2OH-
이러한 환원 반응을 통해, 수소 이온 H+의 농도가 증가하게 되고 캐소드(-)극에는 pH가 증가하게 되며 산화환원전위는 음(-)극화 된다. 처리 용수에 상기의 반응을 유도하는 아연합금과 금속극판으로 전지를 구성하여 투여하면, 일종의 분극(polarization)이 일어나 산화(oxidation)와 환원(reduction)의 전위가 형성되는데, 이러한 볼타전지 회로의 구성으로 단위셀 코어의 내측 중앙부에는 애노드(Anode)극을 띠게 되고 단위셀 코어의 외측에 위치된 타공 원통은 캐소드(Cathode;-)극을 띠게 된다. 더욱이, 이는 볼타전지부에 의해 전해밀도를 증가시킴으로써 용수와 접촉하는 타공 원통을 음극화 한다.
용수에 볼타전지를 투입하여 애노드극과 캐소드극을 구성하고, 용수의 전기전도성(conductivity)에 의존하여 산화환원전위의 변화 추이는 아래의 화학식과 같다. ORP의 변화 추이를 보면,
여기서, E : 산화환원전위(ORP), E0 : 용수의 표준전위(자유전위), n : 전자수, F : 페러다이상수, R : 가스정수. t : 용수의 온도, Cox : 총 산화제 그룹, Cred : 총 환원제 그룹
위 공식에서 볼 때, 애노드극에는 변이된 액상이 총 산화제 그룹(Cl-, O, O2, O3, OH-)의 집단화에 의해 (+)극으로 측정되고 반대로 캐소드극에서는 pH의 상승과 총 환원제 그룹(Na+, H20, H+, H2)에 의한 (-)극으로 측정되는 결과를 얻을 수 있다.
물의 안정화 영역(Stability Field Water)에서, 물이 산화제로 쓰일 때는 물은 H2로 환원되고 환원제로 쓰일 경우에는 물은 O2로 산화된다. 즉, 물과 전기화학반응을 일으키는 화학종들은 상기의 과정에 해당하는 한계 사이에서 산화·환원 전위를 갖는다.
이에, 환원된 물은 빠르게 환원시켜서 H2가 되게 하고, 산화제는 물을 빠르게 산화시켜서 O2가 되게 해서 액체 상태로 존재하지 못하게 한다.
일반적으로, 배관 내벽에 발생하는 녹(부식)과 스케일은 그 생성 원인이 다르다. 단 거의 동시에 발생하기 때문에 일반 산업현장에서 같은 존재로 인식하고 있을 뿐이다.
철의 녹은 산화철 수화물인 Fe2O3가 주성분이다. 이것은 공기 중의 이산화탄소와 수분에 의해서 먼저 탄산철(Fe2CO3)이 생성되고, 이것이 수분과 산소에 의한 화학반응으로 인해 적갈색의 산화철 수화물과 이산화탄소가 되는 반응을 반복하여 생기는 현상이다.
또한, 철 표면이 물에 닿으면 철과 물의 전위차에 따라 산화환원반응이 일어나는데, (+)극에서 생성된 수산화 이온 OH- 은 철 표면의 Fe2+ 와 결합하여 Fe(OH)2 가 되고, Fe(OH)2 는 공기와 결합하여 Fe(OH)3 가 된다. Fe(OH)3 가 붉은색의 녹인 Fe2O3,X2H20가 되며, Fe2O3(산화철)가 바로 녹인 것이다.
즉, 2Fe + H2O → 2(FeOH-) + H2O → Fe2O3(산화철) + X2H2O
2Fe + CO2 + H2O → Fe2O3 + X2H2O(화학적 착물, 산화 환원 반응에 의해 생성되는 여러 형태의 다수의 산물)
위 식을 보면, 철은 물, 산소, 이산화탄소 등과 전기화학적 결합을 하는 것을 알 수 있는데 물과의 반응은 주로 전위의 차이에 따라 두 물질 간에 전자의 공여와 수용(전자의 주고 받음)에 따른 반응이다. 즉, 물 속에서의 녹은 철이 수중으로 전자를 빼앗기고 수중의 산소와 결합하는 형태인 것이다.
이에, 물(용수)와 접촉되는 철의 표면을 보호하기 위해 볼타전지를 이용하여, pH가 8 ~ 10, ORP는 -450mV ~ -840mV 에 이르도록 금속 표면을 음극화하고 물쪽으로 빼앗기는 전자를 철쪽으로 지속적으로 공급함으로서 철이 산소와 결합하는 형태인 부식을 방지한다.
Fe2O3 → Fe3O4(마그네타이트;부동의 상태)
스케일은 용수와 접촉하는 금속 표면에 물 속에 섞여 있는 불순물(미네랄을 포함한 광물질, 예컨대 규산계열, 탄산계열, 황산계열) 이온과 금속 표면의 전기적 극성 차이에 의한 이온결합으로 볼 수 있다. 규산계열, 탄산계열, 황산계열의 이온은 물 속에 존재하는 중탄산염 2(HCO3 -)과 결합하여 스케일을 형성하며 금속과의 전기적 극성 차에 의하여 용수와 접촉되는 금속 표면에 흡착되는 것이다.
예컨대, 물 속에 존재하는 중탄산염 2(HCO3 -) 과의 결합 과정을 보면,
2(HCO3 -) + Ca2+ (또는 Mg2+, Na2+, Na2+, SiO2 2+ 중 어느 하나) → CaCo3↓+ H2O + CO2
으로서, 위 식에서 볼때 탄산가스(CO2) 농도비에 따라 이온 그룹이 결합 또는 용해되는 것을 알 수 있다. 전위차에 위한 이온결합으로 볼 때 금속 표면이 (+)극이고 스케일 이온이 (-)극일 때, 또는 금속 표면이 (-)극이고 스케일 이온이 (+)극일 때 쉽게 부착되며 스케일(CaCO3)이 생성된다.
수도수를 용수로 사용하면, 용수는 pH 6.5 ~ 7.5, ORP +150mV ~ +350mV, 총경도(THD) 80ppm, 용존 고형물질(TDS) 150ppm 정도인데, 본 발명에 따른 수처리 커넥터를 이용하여 금속표면(타공 원통)의 극성을 (+)에서 (-)로 변환하면 스케일의 부착방지가 용이해 진다. 따라서, 전위가 각기 다른 이온들이 존재하는 용수를 처리하기 위해서는 본 발명의 수처리 커넥터를 통과하는 과정에서 이들 이온들의 동전위와 동부호가 수없이 교번되도록 하여야 한다.
물과 접촉하는 표면을 볼타전지를 이용하여 pH 8~9, ORP -400mV ~ -800mV(환원성 알칼리화)로 음극화하고, 또한 약 1.2V의 전위차가 발생시켜 배관 내에 스케일 현상을 일으키는 이온의 정전용량에 일정한 전기장을 증폭시켜 설비 및 배관의 내벽에 작용하는 침전물의 부착력이 상쇄되며, 기 형성된 스케일도 물의 활성화로 인한 탄산가스(CO2) 농도의 증대로 스케일이 용해되며, 내벽의 음극화 및 알칼리화로 스케일의 접착력이 약화되어 일부는 침전물로 남고 나머지 일부는 물 속에 용해되어 서서히 제거된다.
더욱이, 본 발명의 커넥터에 내장된 볼타전지부에 의한 전기화학반응에 의해 물의 ORP는 최고 -800mV 까지 이르게 되는데, 이는 세균의 살균 및 생성 억제, 악취 제거 등의 제반 정화처리를 가능하게 돕는다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 관로용 수처리 커넥터는 도 6 내지 도 8에서 개략적으로 도해된다. 도 7에 도해된 관로용 수처리 커넥터는 도 2 내지 도 5에 도해된 관로용 수처리 커넥터의 다른 변형예로서, 관로용 수처리 커넥터의 하우징부 내로 유입되는 용수에 와류를 형성하는 구조를 제외하고는 매우 유사한 구조로 이루어져 있기 때문에, 본 발명의 명료한 이해를 돕기 위해서 유사하거나 동일한 구성에 대한 설명은 여기서 배제할 것이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 관로용 수처리 커넥터는 물이 유동하는 배관(P) 사이에서 유체연통가능하게 삽입 결합되되, 이의 하우징부(11) 내부에 볼타전지부(12)를 배치한다.
하우징부(11)는 볼타전지부(12)를 수용하는 내부 공간을 제공하는 중공의 관체(111)와, 관체의 일측 단부에서 길이연장되고 일 배관에 결합되는 유입관(112), 및 관체의 타측 단부에서 길이연장되고 타 배관에 결합되는 유출관(113), 및 하우징부 내부로 유입되는 용수에 와류를 형성하여 유동될 수 있도록 하는 나선형 블레이드(114)로 구성된다.
본 발명의 다른 실시예는 유입관(112)을 통해 유입될 용수의 유속을 증가시켜 유출관(113)을 향해 고속의 유체 흐름으로 안내하는 것을 특징으로 하는데, 나선형 블레이드(114)를 통해 용수에 와류를 발생시켜 유속을 증가시키는 한편 유입관의 유동 단면적을 축소시켜 강하고 빠른 유속을 조성할 수 있다.
즉, 유입관(112)은 도시된 바와 같이 유동 단면적을 상류측에서 하류측, 다시 말하자면 유출관측으로 갈수록 좁혀 용수의 유동 속도를 가속화시킬 수 있다. 이는 연속의 법칙(law of continuity)에 따라 유입관을 따라 관체(111)를 향해 유동하는 유체의 유속을 가변시킬 수 있다. 연속의 법칙은 유체가 관로를 따라 흐를 경우에 유체의 유속은 유동 단면적(혹은 관로 단면적)에 반비례하므로 단면적이 작아질수록 유속이 빨라진다. 결과적으로, 용수는 나선형 블레이드(114)를 따라 나선 회전하게 되며 하류로 갈수록 유입관의 내경이 좁혀짐에 따라 속도가 증가하며 하우징부의 관체(111)로 안내될 수 있다.
이와 더불어서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 관로용 수처리 커넥터는 용수(물)과 접촉되는 이종 금속 간의 전위차를 활용하는 볼타전지부(12)를 하우징부(11) 내에 배치하는데, 고속 고압으로 하우징부(11)의 관체(111) 내부로 유입되는 용수의 흐름을 거스르지 않도록 타공 원통(121)을 관축방향을 향해 나선형으로 굴곡형성된 나선파형(121b)을 반복되게 배치한다.
도시된 바와 같이, 타공 원통(121)은 다수의 나선파형으로 원통형으로 성형되어 있기 때문에 전술된 바와 같이 와류화된 용수의 흐름 상태를 유출관까지 유지할 수 있으며 용수와 접촉할 수 있는 전극 면적을 넓힐 수 있는 장점을 제공하게 된다.
이상 본 발명은 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 관로용 수처리 커넥터는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
1 ----- 관로용 수처리 커넥터,
11 ---- 하우징부,
111 ----- 관체, 112 ----- 유입관,
113 ----- 유출관, 114 ----- 나선형 블레이드,
12 ----- 볼타전지부,
121 ----- 타공 원통, 122 ----- 단위셀 코어,
123 ----- 은합금 코일, 124 ----- 절연 패드,
B ----- 볼트,
P ------ 배관.
11 ---- 하우징부,
111 ----- 관체, 112 ----- 유입관,
113 ----- 유출관, 114 ----- 나선형 블레이드,
12 ----- 볼타전지부,
121 ----- 타공 원통, 122 ----- 단위셀 코어,
123 ----- 은합금 코일, 124 ----- 절연 패드,
B ----- 볼트,
P ------ 배관.
Claims (9)
- 중공의 관체(111)와 일 배관(P)으로부터 상기 관체(111) 내부로 용수를 유입하는 유입관(112) 및 상기 관체 내에서 수처리된 용수를 타 배관(P)으로 유출하는 유출관(113)을 포함하는 하우징부(11)와;
상기 하우징부(11)의 관체 내에 배치되어 용수와 접촉시 이종 금속 간의 전위차에 의한 전기화학반응으로 녹 또는 스케일의 발생을 억제하는 볼타전지부(12);를 포함하는데,
상기 하우징부(11)는 상기 관체 내부로 유입될 용수에 와류를 형성시켜 고속 고압으로 하류측으로 안내하도록 상기 유입관(112)의 내주면 둘레에 나선형 블레이드(114)를 포함하는, 관로용 수처리 커넥터.
- 청구항 1에 있어서,
상기 하우징부(11)는 상기 유입관(112)의 유동 단면적을 상류측에서 하류측으로 갈수록 좁혀 용수의 유동 속도를 가속화하는, 관로용 수처리 커넥터.
- 청구항 1에 있어서,
상기 볼타전지부(12)는,
중공의 타공 원통(121)과;
상기 타공 원통(121)의 중공부에 위치고정된 단위셀 코어(122); 및
상기 타공 원통(121)과 상기 단위셀 코어(122)를 상호 결선(結線)하는 은합금 코일(123);을 포함하고,
상기 단위셀 코어는 상기 관로용 수처리 커넥터의 관축방향으로 장축을 갖는 타원 단면형상으로 형성되어 있는, 관로용 수처리 커넥터.
- 청구항 3에 있어서,
상기 볼타전지부(12)는 상기 단위셀 코어(122)를 상기 타공 원통(121)에 절연상태로 고정하는, 관로용 수처리 커넥터.
- 청구항 3에 있어서,
상기 볼타전지부(12)는 방사상방향으로 돌출되고 상호 등간격으로 이격배치된 다수의 스페이서(122a)와 상기 스페이서(122a)의 자유단에 암나사공(122b)을 형성하는 링(ring) 타입의 단위셀 코어와; 상기 스페이서와 상기 타공 원통의 내주면 사이에 개재되는 절연 패드(124); 및 상기 스페이서와 상기 타공 원통을 볼팅체결하는 절연 재질의 볼트(B);를 추가로 포함하는, 관로용 수처리 커넥터.
- 청구항 3에 있어서,
상기 볼타전지부(12)는 상기 단위셀 코어의 외주면 둘레에 권선된 은합금 코일(123)에서 상기 타공 원통(121)으로 인출되는 다수의 코일 인출선(123a)을 포함하는, 관로용 수처리 커넥터.
- 청구항 6에 있어서,
상기 다수의 코일 인출선(123a)은 상기 타공 원통의 내주면 둘레를 따라 등간격으로 이격배치되어 결선되는, 관로용 수처리 커넥터.
- 청구항 2에 있어서,
상기 타공 원통(121)은 관축방향을 향해 나선형으로 굴곡형성된 다수의 나선파형(121b)을 원주방향으로 반복되게 배치하는, 관로용 수처리 커넥터.
- 청구항 2에 있어서,
상기 하우징부(11)는 침전물을 배출하는 드레인 관(116)을 추가로 포함하는, 관로용 수처리 커넥터.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020210130088A KR102630712B1 (ko) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | 관로용 수처리 커넥터 |
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| KR1020210130088A KR102630712B1 (ko) | 2021-09-30 | 2021-09-30 | 관로용 수처리 커넥터 |
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| KR20230046735A true KR20230046735A (ko) | 2023-04-06 |
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| KR100587400B1 (ko) | 2005-10-17 | 2006-06-19 | 박건식 | 용수처리장치 |
| KR100761967B1 (ko) * | 2004-02-04 | 2007-10-04 | 주식회사 리독스 | 볼타전지 회로를 이용한 수처리장치 |
| KR100885390B1 (ko) * | 2008-10-29 | 2009-02-24 | 이한흥 | 이온 수처리를 이용한 관로 스케일 제거장치 |
| KR101415515B1 (ko) * | 2012-11-29 | 2014-07-04 | (주)진행워터웨이 | 스케일부스터 및 이의 제조 방법 |
| KR101774159B1 (ko) * | 2016-06-02 | 2017-09-04 | 성균관대학교산학협력단 | 수질정화장치 |
-
2021
- 2021-09-30 KR KR1020210130088A patent/KR102630712B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
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