KR100862425B1 - 연속식 전기분해장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 연속식 전기분해 장치 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 나사산 형태의 전극을 포함하는 회전체를 사용하여 폐수 등을 연속적으로 전기분해 함으로써, 오염물질의 분해를 위한 최적 조건을 간단히 적용할 수 있으며 불균일하게 분포하는 폐수의 비율을 감소시켜 높은 효율로 전기 분해할 수 있는 연속식 전기분해 장치에 관한 것이다.

이를 위해,

회전체를 지지하고 회전시키는 회전축;

상기 회전체 내부 표면에 부착된 다수의 나사산 형태 전극;

상기 전극 사이에 존재하여 전극 간 절연을 수행하는 다수의 절연체;

상기 회전체를 포함하여 전체 틀을 형성하고 전기분해할 액체를 유입하는 외형틀;

상기 외형틀 내부 표면에 부착되어 상기 전극에 전압을 인가하는 연결접합자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연속식 전기분해장치를 제공한다.

전기분해, 폐수, 나사산, 절연, 수처리.

Description

연속식 전기분해장치 {Apparatus For Continuous Electrolysis}

본 발명은 연속식 전기분해 장치 대한 것으로서, 더욱 상세하게는 나사산 형태의 전극을 포함하는 회전체를 사용하여 폐수 등을 연속적으로 전기분해 함으로써, 오염물질의 분해를 위한 최적 조건을 간단히 적용할 수 있으며 불균일하게 분포하는 폐수의 비율을 감소시켜 높은 효율로 전기 분해할 수 있는 연속식 전기분해 장치에 관한 것이다.

일반적으로 자동차 제작과정에서는 많은 용수의 공급을 필요로 한다. 기본적으로 사용된 용수는 기존의 화학적·생물학적 처리 시설에서 통합처리가 되고 있으나, 개별 공정에서의 난분해성 물질의 경우 처리가 되지 않고, 일부 통합처리 시스템의 맹점 중에 하나인 다른 저농도의 물에 희석되어 나갈 가능성 또한 존재한다.

예를 들어 자동차 제작 공정 중에서 발생되는 고농도 폐수로는 도장공장 전착공정에서 전착후 수세시 발생하는 전착폐수, 중도 및 상도 패인트-스프래이(paint-spray)시 발생하는 오버-스프래이 입자(over-spray paritcle)를 포집하기 위해 사용되는 순환수, 엔진 공장의 가공공정에서 사용되어 발생되는 폐절삭유의 처리 후 최종적으로 배출되는 절삭 폐수 등을 들 수 있다.

상기 각 고농도 폐수는 수십에서 수백가지의 오염물질들이 복합적으로 섞여 있어, 특정 방식이 일괄적으로 적용되기 어려운 측면이 있으며, 또한 구성 성분 중에서 난분해성 물질들이 많이 존재하여 기존의 수처리에 특수한 공정을 추가한 형태(type)가 아니면 실제로는 완벽히 처리되지 않고 배출될 가능성이 존재한다.

따라서 이러한 여러 종류의 폐수를 일괄적으로 처리하기 위해서는 폐수의 성상에 구애받지 않는 방식의 기술이 필요하며, 그중 하나로 알려져 있는 전기분해 방식은 다양한 농도의 폐수를 처리하기에 적합하다. 상기 전해 분해 방식의 경우 랩-테스트(lab-test)시 사용되는 배치 타입(batch type)의 결과로는 실제로 파일롯 테스트(pilot test)시 도출되는 결과와 상이한 경우가 많다. 따라서 실제 현장 적용에서는 연속식 공정이 필요하다.

상기 전기 분해 방식의 전기분해 효율은 ⅰ) 전극판의 특성, ⅱ) 전류 밀도, ⅲ) 극판의 간격, ⅳ) 체류 시간을 통해 결정되는데, 상기 전류 밀도가 클수록, 극판 간격이 좁을수록 효율이 높아지는 것으로 알려져 있으며, 이러한 점을 경제성 부분과 함께 고려하여 최적점을 찾아내야 한다.

도 1에 도시된 바와 같이 전기분해를 이용한 수처리의 원리는 산화·환원 반응에 의한 것으로서, 양극에 (+)와 (-)를 인가해 주면 산화에 의하여 오염물질이 산화 물질로 변하게 된다.

이때, 도 2에 도시된 바와 같이 전극은 진행 과정 중에 용출이 되지 않는 DSA(수치 안정성 전극)를 사용하며, 전극의 티타늄 모재 위에 귀금속을 여러층 도포한 형태로 제작된다.

종래 기술에 따른 연속식 전기 분해 장치의 경우 도 3에 도시된 바와 같이 폐수가 유입되면 각 전극판 사이를 지나 폐수가 빠져나오게 되며, 그중 일부의 폐수는 다시 체류시간 조건을 맞추기 위하여 다시 유입구로 보내진다.

그러나 상기와 같은 연속식 전기 분해 장치는,

첫째 배출되는 속도 제어가 힘들어 체류 시간을 조절하기 용이치 않으며, 이론적으로 체류 시간을 맞추더라도 폐수가 전기분해 반응이 일어나기 용이한 시간만큼의 체류가 불가능하고 단지 수치적으로만 체류 시간을 만족하게 되며,

둘째 전기 분해 장치에 유입된 폐수의 흐름을 일정하게 제어하기가 힘들어 불균일한 분포가 일어날 가능성이 높아 전체적으로 보았을 때 전기분해 장치의 효율을 떨어뜨리는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 액체의 체류 시간 및 전극 간의 거리를 조절하여 오염물질의 분해를 위한 최적값을 적용할 수 있으며 불균일하게 분포하는 폐수의 비율을 감소시켜 높은 효율로 전기 분해할 수 있는 연속식 전기분해 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 연속식 전기분해 장치는,

회전체를 지지하고 회전시키는 회전축;

상기 회전체 내부 표면에 부착된 다수의 나사산 형태 전극;

상기 전극 사이에 존재하여 전극 간 절연을 수행하는 다수의 절연체;

상기 회전체를 포함하여 전체 틀을 형성하고 전기분해할 액체를 유입하는 외형틀;

상기 외형틀 내부 표면에 부착되어 상기 전극에 전압을 인가하는 연결접합자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 본 발명 연속식 전기분해장치에 의하면,

회전체의 회전 속도와 기본 셀 단면 형상의 제어만으로 균일한 폐수의 흐름 제어가 가능하여 전기분해를 위한 최적 설계가 가능하며, 폐수가 균일하게 분포되어 난분해성 폐수의 전기분해 효율을 극대화시킬 수 있으므로 다양한 상업적·경제적 효과가 기대된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들의 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명을 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 유입된 폐수(100)를 정화하여 배출(500)하는 장치에 대한 것으로서, 크게 중심부의 회전체(300)와 상기 회전체의 전극에 전압을 인가하는 전압인가부(400), 그리고 장치의 외형을 감싸는 외형틀(200)로 구성된다.

도 5를 참조하여 좀더 상세하게 설명하면, 고농도 폐수(100)를 펌프(600)를 이용하여 전기 분해 장치에 유입하는데, 이때 유입되는 폐수의 양은 나사산 사이의 단면적(340)에 의하여 결정된다. 이렇게 유입된 폐수는 회전체(300)가 회전함에 따라 점점 배출구 쪽으로 이동(500)하게 되며, 결국 배출구를 통해 배출된다. 이때 배출되는 정화된 물은 종래의 기술과 달리 다시 유입되지 않는다(700).

이하, 회전체(300)의 구성 및 상기 폐수의 이동(500)과정에 대하여 도 6을 참조하여 설명한다.

회전체는 회전체를 지지하며 회전시키는 회전축(310), 양극 또는 음극 역할을 번갈아가며 하는 나사산 형태의 다수의 전극(320), 상기 전극간 절연을 위한 절연체(330)를 포함하여 구성된다.

유입된 폐수(350)의 유입경로에 대하여 살펴보면, 회전체가 한바퀴 회전함에 따라 폐수(350)가 오른쪽으로 한 칸씩 이동함을 알 수 있다. 폐수(350)의 왼쪽이 (-)극인 경우 오른쪽이 (+)가 되며, 반대로 왼쪽이 (+)극인 경우 오른쪽이 (-)극이 된다.

즉, 도 7에 도시된 바와 같이 외형틀(200)에 고정된 연결 접합자(410, 412)를 포함하는 전압인가부(400)에 의하여 회전체의 각 전극(320)에 (+) 또는 (-) 전극이 인가되어, 그 사이에 존재하는 폐수(350)을 전기분해시키는 것이다. 상기 전압 인가부는 원통에 전선이 박힌 형태 등으로 제작이 가능하다. 또한 상기 전압인가부(400)에서 인가되는 전압의 크기는 각 폐수의 특성에 따라, 그리고 각 전기분해 조건에 따라 20 mA/cm² 에서 70mA/cm² 이 걸리도록 해야 하므로 상황에 따라 다르게 인가한다.

이하, 나사산 형태의 전극(320)에 대하여 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다.

도 8에 도시된 하나의 나사산 전극의 외부 형태를 도시한 것으로서, 내부 형상은 삭제된 모형이다. 나사산 모듈의 같 테두리(도면의 분홍색 라인 부분)는 절연체(330) 역할을 할 수 있는 절연 물질로 구성된다.

도 9는 전압 인가 방식을 입체화한 도면으로서 도면과 같이 외형틀(200)에 고정된 연결접합자(410, 412)를 통해 나사산에 전압을 인가한다. 왼쪽의 연결접합자(410)는 (+) 전압을, 오른쪽의 연결접합자(412)는 (-) 전압을 인가한다.

상기 좌측의 연결접합자(410)의 경우, 0도에서 180도 사이에서는 좌측의 나사산(320)과 맞닿아 있으며, 180도에서 360도 사이에서는 중앙의 나사산(322)과 맞닿게 된다. 이와 동시에 우측의 연결접합자(412)의 경우, 0도에서 180도 사이에서는 중앙의 나사산(322)과 맞닿아 있으며, 180도에서 360도 사이에서는 우측의 나사산(324)과 맣닺게 된다.

즉, 각 나사산은 일정 시간 간격으로 (+)극과 (-)극을 번갈아 가며 띄게 된다.

이하, 전압인가부(400)에 포함되는 연결접합자(410, 412)의 형상에 대하여 설명한다.

상기 연결접합자는 당업자에 의해 실시 가능한 어떠한 형태로도 구현이 가능하며, 본 발명에서는 일 실시예로서 도 10에 도시된 형태의 연결접합자를 제안한다. 연결접합자의 경우 접합자의 접합 부분이 두 나사산 사이에 걸치게 되어서는 안되므로, 연결접합자의 끝부분의 두께가 나사산의 두께보다 좁게 구현되어야 한다.

상기와 같은 본 발명에서는 회전체의 회전 속도와 기본 셀 단면 형상의 제어만으로 균일한 폐수의 흐름 제어가 가능하며, 난분해성 폐수의 전기분해 효율을 극대화시키게 된다.

즉, 고농도 폐수 처리에 있어 중요한 점은 폐수의 성상별로 전극간 거리의 최적점과 체류 시간이 상이하다는 것인데, 이를 각각 전극간 단면적의 형상과 회전각속도의 제어를 통해 조절할 수 있으므로, 쉽게 최적값으로 제어하여 폐수를 정화할 수 있고, 이를 통해 정화한 물을 반송시킬 필요성을 제거한다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

도 1은 전기분해의 개략도 및 기본 원리를 나타낸 도면,

도 2는 전기분해를 위한 전극의 구성을 나타낸 도면,

도 3은 종래 기술에 따른 연속식 전기분해장치의 구성을 나타낸 도면,

도 4는 본 발명에 따른 연속식 전기 분해 장치의 개념을 나타낸 개념도,

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 연속식 전기 분해 장치의 구성을 나타낸 도면,

도 6은 본 발명에 따른 회전체의 구성과 폐수의 이동을 나타낸 도면,

도 7은 본 발명에 따른 전극 및 연결접합자의 구성을 나타낸 도면,

도 8은 본 발명에 따른 나사산 형태 전극의 외부 형태를 나타낸 도면,

도 9는 본 발명에 따른 전압 인가 방식을 나타낸 도면,

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연결접합자의 형태를 나타낸 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

100 : 고농도 폐수 200 : 외형틀

300 : 회전체 310 : 회전축

320 : 전극 330 : 절연체

340 : 전극사이의 단면적 350 : 고농도 폐수

400 : 전압인가부 500 : 정화된 액체

600 : 펌프

Claims (6)

1. 회전체를 지지하고 회전시키는 회전축;

   상기 회전체 내부 표면에 부착된 다수의 나사산 형태의 전극;

   상기 전극 사이에 존재하여 전극 간 절연을 수행하는 다수의 절연체;

   상기 회전체를 포함하여 전체 틀을 형성하고 전기분해할 액체를 유입하는 외형틀;

   상기 외형틀 내부 표면에 부착되어 상기 전극에 전압을 인가하는 연결접합자를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연속식 전기분해장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 유입되는 전기분해할 액체의 양은 상기 나사산 형태의 전극 사이의 단면적에 의하여 결정되는 것을 특징으로 하는 연속식 전기분해장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,

   상기 절연체는 상기 전극의 테두리에 존재하는 것을 특징으로 하는 연속식 전기분해장치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 회전체가 회전함에 따라 상기 각각의 전극이 회전 주기의 반은 (+) 극을, 나머지 반은 (-) 극을 나타내는 것을 특징으로 하는 연속식 전기분해장치.
5. 청구항 3에 있어서,

   상기 연결접합자의 끝부분의 두께는 상기 전극의 두께보다 얇은 것을 특징으로 하는 연속식 전기분해장치.
6. 청구항 3에 있어서,

   상기 회전체의 회전 주기와 전극의 단면형상은 유입되는 액체의 종류에 따라 결정되는 것을 특징으로 하는 연속식 전기분해장치.

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