KR20050044227A - 전기화학적 살균제 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상수도, 하수도 및 수영장등과 같은 곳에서 필요한 살균제를 현장에서 제조하여 공급하는 전기화학적 살균제 제조 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세히는 전기화학 반응과정중에 음극에 침적되는 스케일(칼슘/마그네슘)을 별도의 약품을 사용하지 않고 전극자체의 기능으로 스케일의 발생을 억제하는 전극을 가지는 것을 특징으로 한다.

Description

전기화학적 살균제 발생기{Electrolytic Disinfectants Generator}

본 발명은 정수장, 하수장, 수영장 및 대중 목욕탕과 같이 살균제를 필요로하는 현장에서 소금을 이용하여 전기화학적으로 살균제를 생성 적용할 수 있는 시스템에 관한 것이다.

그림1은 수영장의 수 처리에 관한 도면으로 수영장 풀(1)에서 오버플로우되는 물을 수집하는 밸런싱탱크(2), 머리카락등 크기가 큰 물체를 제거하는 헤어켑쳐(3), 오염물을 응집시키는 응집제 투입시스템 및 응집된 오염물을 제거하는 샌드(7) 또는 활성탄(8) 필터, 그리고 물을 28C로 유지하기 위한 열교환기(9), 수영장 물 속에 존재하는 미생물을 제거하기 위한 살균제 투입 시스템(10) 및 오존발생기(5), 오존 혼합기(6)등으로 구성되어 있다.

종래의 경우 상수도, 하수도, 수영장 및 목욕탕등에서는 살균제로 기체상의 염소(Cl₂), 액체염소계열인 차아염소산소다(NaOCl), 고체염소 계열인 하이포아염소산칼슘(Ca(OCl)₂·2H₂O)의 소독약품을 사용하여 왔으나 위험한 화학약품을 취급해야하는 문제가 있어, 최근에는 그림2와 같은 소금을 이용한 무격막 전기분해 방식이 많이 이용되고 있다.

수영장 물의 순환 배관을 분기시켜 수영장 순환 배관에 밸브(6)와 분기라인의 인입라인에 밸브(4)와 출구 라인에 밸브(5)를 설치하여 순환수의 흐름을 조절한다. 순환되는 물은 전기화학적 반응이 일어나는 전기화학적 반응셀을 거치며, 전기화학적 반응셀(1)은 소금물 저장조(11)에서 펌프(10)에의해 공급되는 소금물을 이용 전기분해하여 살균제를 제조하며, 전기화학적 반응셀(2)에서는 순환수를 전기분해하여 오염물을 제거한다. 이때 수영장 배관내 염소농도(8)와 소금농도(7)을 측정하는 측정센서로부터 측정값을 시스템 콘트롤러(9)로 전달되며 전달된 값과 원하는 값을 비교하여 적절한 소금물의 농도와 염소농도를 유지하기 위해 전기화학적 반응셀(1)과(2)에 공급하는 전류를 제어한다.

그림3-가는 전기분해를 이용한 살균제 발생 및 오염물 분해 시스템의 설치사진 예이며,그림3-나는 3-가의 원부분으로 전극에 대한 설치도이다. 그림과 같이 격막이 없는 무격막 시스템이며, 그 전기화학적 반응셀내에는 양극(2)과 음극(1)이 교대로 복수개가 설치되며, 양극은 양극으로만 용접된 양극전류공급부(4)와 음극으로만 용접된 음극전류취합부(3)을 가지며 이는 외부 전원과 연결을 위해 양극전류공급부(4)에 용접된 양극전류공급볼트(5)와 음극전류취합부(3)과 용접된 음극전류취합볼트(6)으로 구성된다.

이같이 소금물을 전기분해하여 차아염소산소다(NaOCl)를 발생시키는 방법은 비교적 저렴하여 경제적이나, 물중에 존재하는 칼슘과 마그네슘이 전기화학적 반응셀내 음극에 침적되어 자주 셀 청소를 해야하는 어려움이 있어, 운전비용중 보수와 유지에 많은 비용이 드는 단점이 있다.

그림4는 스케일 발생 원인 설명을 위한 전기화학 반응셀로서 그림4-가와 같이 양극(20)과 음극(10)사이로 소금물(2)이 공급되면 소금은 소듐이온(Na⁺)(9)과 염소이온( Cl^-)(7) 으로 물은 수소이온(H⁺)(8)과 수산이온(OH^-)(6)으로 전리되며 이때의 반응식은 각각 다음 식1과 식3과 같다.

전리된 염소이온은 양극(20)에서 산화되어 살균제의 주성분인 염소가 생성되며 이때의 반응식은 식2과 같다. 또한 전리된 소듐이온(9)은 전기장하에서 음극(10)으로 이동하며 미반응의 수산이온(6)과 반응하여 반응식5와 가성소다가 생성된다. 음극(10)으로 이동한 수소이온(8)은 반응식 4와 같이 수소(6)가 생성된다.

양극반응(산화반응)

음극반응(환원반응)

이때, 그림4-나는 그림4-가 시스템의 경우 PH 분포를 나타낸 것으로서 음극 근방에서는 식3에의해 수소이온이 수소로의 발생반응에 의해 잉여 수산이온(6)이 생성되면서 국부적으로 pH가 상승되며 알카리 영역이 된다. 이때 물 속에 녹아있는 양이온 성분 칼슘, 마그네슘 이온은 전기장에의해 음극으로 이동한다. 음극으로 이동한 칼슘이온과 마그네슘 이온과 수산이온이 반응하여 칼슘수산화물과 마그네슘 수산화물- 즉, 부도체의 스케일 침적을 촉진하게 된다.

이때 성장된 스케일은 살균제를 발생하는 전기분해 셀에서 두가지 역효과를 일으킨다. 첫째는 전류의 흐름을 방해하여 살균제인 염소의 발생을 억제하고, 둘째는 전기소비량을 증가시키고, 전극을 부동화 시킨다. 따라서, 소금물을 전기분해하는 전해시스템에서는 전극의 스케일 제거에 많은 노력을 하여야 한다.

음극에 침적된 스케일을 제거하는 방법은 여러가지 방법이 있으나 일반적이고 가장 널리 사용하는 방법은 전기분해 장치를 해체한 후 산으로 전극의 스케일을 용해시키는 방법, 염산을 전기분해셀내부에 공급할 수 있는 공정을 제공하는 방법(등록실용신안20-0309987, 동우워터텍)과 높은 유속으로 전극근방에 소금물을 공급하여 전극 근방에서의 pH 분포 발달을 방해하는 방법, 전극의 양극과 음극의 극성을 일정한 주기로 바꾸어 스케일 축적을 방해하는 방법등이 있다.

이 같은 스케일 제거 방법으로 산을 이용하는 방법은 별도의 산 공급을 위한 시스템과 산 취급에 따른 안전에 문제가 있으며, 높은 유속을 이용 스케일의 부착을 방해하는 방법은 단위 체적당 전극의 면적이 낮아 장치가 커지는 점과 낮은 반응 전환율의 문제점을 가지고 있다. 또한 전극의 극성을 바꾸는 방법은 극성에대한 내구성 전극 및 특수한 전류공급 장치가 필요하며, 이에 비용 상승의 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로 기존의 전극 재료와 전해셀 구조, 전류공급 장치의 변경없이 전극의 배열 방법과 소금물을 공급하는 방법을 바꾸는 것으로 전해셀내의 스케일 방지를 할 수 있는 전극을 가지는 전기화학적 반응셀 구조에 관한 것이다.

첨부한 도면에 의거하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다. 제5도-가는 본 발명의 개념도로서 전해셀(900)은 2개로 이루어진 전극부(200)로 구성된다. 전극부(200)는 양극(10)과 음극(20)을 용접한 접합전극(30)이 2개 이상 모인 다수의 접합전극(30)을 구성한다. 주어진 점선의 화살표는 전류(300)의 이동을 나타낸 것으로 전극부 한 끝(201)에서 반대편 끝(202)으로 이동하게 되며, 이때 전류(300)는 전압이 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동한다. 접합전극사이에는 부도체체가(90) 설치되어 접합전극(30) 사이의 전류 이동을 방해하며, 따라서 전류는 지그재그로로 흐르게 되어 양극과 음극에서 산화와 환원 전극 반응이 국부적으로 일어나게된다.

복수개의 접합전극(30)을 가지는 한 개의 전극부(200)는 그림 5-나와 같이 단위 접합전극 양극(10)에서는 산성 분포를 음극(20)에서는 알카리성의 pH 분포를 갖지만 유체의 이동과 관련한 흐름(400)에의해 혼합되면서 pH가 중성에 가까운 분포를 갖게 된다. 따라서, 접합전극에서는 스케일이 침적될 수 없는 환경을 제공한다.

본 발명의 양극(10)은 양극반응이 원활히 일어날 수 있도록 이에 적합한 촉매를 사용한다. 양극(10)은 티타늄(Ti) 기재(substrate)위에 백금도금 또는 산소발생 촉매인 이리듐(Ir), 루테늄(Ru) 등의 산화물을 사용한 수치안정성 전극(DSE, Dimensional Stable Electrode)을 주로 사용한다.

음극(20)은 스테인레스 스틸, 니켈, 마일드 스틸, 티타늄 기재외에 수소 발생촉매백금 및 그의 산화물을 주로 사용한다.

부도체(90)은 주로 플라스틱 폴리비닐염화 수지, 폴리에틸렌수지, 나일론 수지, 불소수지등으로 부도체의 성형물을 사용한다.

제6도 제5도와 기본 개념은 같으나 3개 이상의 전극부(200)을 가지며, 전류(300)의 이동이 전극부 한 끝(201)에서 반대전극부 끝(202)으로 이동하게 되는 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

제7도는 제5도의 기본 개념과 같으며 전해셀(900)이 5개이상의 전극부(200)로 구성된 것으로 주어진 공간에서 3개 이상의 전극부를 설치할 때 전류공급에 관한 방법을 제시하는 것이다.

상기 실시예는 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 하는 것으로서 이들 실시예가 본 발명의 기술적 범위를 한정하지는 않는다.

이상에서 설명한 바와 같이 전기화학적으로 살균제를 발생하는 발생설비중 전극에 부착하는 스케일 성분을 근복적으로 침적 억제를 할 수 있으므로 운전비용을 저감할 수 있다.

도면 1은 수영장의 수질관리 시스템

도면 2는 전기화학적 수질정수 시스템 구성도

도면 3은 실시 사진 및 전극 구성도

도면 4는 기존 전기화학적 셀의 문제점

도면 5는 본 발명의 원리도

도면 6는 전극부가 3개인 다른 실시예

도면 7는 전극부가 5개인 다른 실시예

Claims (2)

1. 소금물을 이용 차아염소산등의 살균제를 발생하는 시스템에 있어서 단위 셀내에 다수의 전극부로 구성되며
2. 1항과 관련하여 전극부는 양극과 음극이 붙어 있는 접합전극이 다수 설치되어 있는 전극