KR20000018274A

KR20000018274A - 대용량 전해수 제조 및 살포장치

Info

Publication number: KR20000018274A
Application number: KR1020000004613A
Authority: KR
Inventors: 김귀화; 한상주
Original assignee: 김귀화; 한상주
Priority date: 2000-01-31
Filing date: 2000-01-31
Publication date: 2000-04-06
Also published as: KR100360936B1

Abstract

전기분해를 이용하여 해수 또는 전해물질을 함유한 물을 전기분해하여 산성수와 알칼리수를 생성한 후 이를 원하는 방향으로 살포하여 녹조 등을 구제할 수 있는 환경친화적이고 효과적인 대용량 전해수 제조 및 살포장치가 개시된다.

상기 대용량 전해수 제조 및 살포장치는 전력을 공급하는 전원과, 물을 유입하기 위한 유입관과, 상기 유입관으로부터 유입된 물을 상기 전원에 연결된 한 쌍의 극판에 의해 전기분해하는 전해조와, 상기 전해조를 양분하도록 상기 한 쌍의 극판 사이에 설치되어 전기분해에 의해 생성된 산성수와 알칼리수의 혼합을 방지하는 격막과, 상기 전해조를 통해 유출된 산성수와 알칼리수를 서로 다른 방향으로 살포하는 살포기를 포함하며, 상기 격막에 의해 양분된 상기 전해조 내에는 상기 전해조 내로 유입된 물이 상기 전해조 내를 이동하는 경로를 연장하도록 물의 흐름을 안내하는 가이드가 설치된다.

Description

대용량 전해수 제조 및 살포장치{MASS STORAGE ELECTROLYTIC WATER MAKING AND DISPERSING APPARATUS}

본 발명은 녹조 구제 등에 사용되는 대용량 전해수 제조 및 살포장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는 전기분해를 이용하여 해수 또는 전해물질을 함유한 물을 전기분해하여 산성수와 알칼리수를 생성한 후 이를 원하는 방향으로 살포하여 원하는 효과를 거둘 수 있는 환경친화적이고 효과적인 대용량 전해수 제조 및 살포장치에 관한 것이다.

환경오염과 더불어 강, 호수에서는 녹조가 발생하여 생태계의 파괴와 인간생활의 물 수급에 지대한 영향을 끼치고 있다. 우리나라에서는 이른봄부터 가을에 걸쳐, 심지어 겨울에 까지 전국의 강이나 호수의 수질 부영양화 등에 의해 녹조가 발생하고 있다. 이에 대한 대책으로, 수역의 자정작용과 정화, 적절한 부영양화 실태에 대한 검토가 지속적으로 이루어져야 한다. 또한 녹조현상은 상당한 지역에서 위험 수준에 도달해 있으며, 매년 어김없이 녹조현상은 대규모로 발생하고 있다.

이와 같이 발생한 녹조생물을 제거하는 방법은 여러 분야에서 연구되어지고 있으나 크게 나누면 생물학적 방법, 물리·화학적 방법으로 나눌 수 있다. 그러나 국내사정으로 볼 때 생물을 이용하는 방법은 대량생산의 문제와 생태계에 미치는 영향 등이 규명되지 않아 현장에서 사용하기에는 부적당하다. 또한 물리적인 방법은 모든 폐기물과 오염물질 등으로 인해 퇴적층에 침전되어 부패분해되면서 용존산소를 소비하고 각종유독성 물질을 생성하므로 이들 퇴적층을 준설하거나, 갈아주어야 한다. 그러므로 대상면적이 작을 경우, 수류를 발생시켜 녹조생물을 제거할 수 있으나, 대상면적이 클 경우, 노동력, 시간, 비용이 많이 낭비되는 문제점을 지니고 있다.

화학적인 방법으로는 전기분해방법을 이용할 수 있다. 일반적으로, 전기분해방법은 전해질을 함유한 무기성 또는 유기성의 수용액을 전극사이로 흐르게 하고 외부에서 전류를 흐르게 하여, 전기분해반응을 일으켜 수용액의 무기 또는 유기오염물을 동시에 제거하는 방식이다. 전기분해법은 전해산화, 전해환원, 전기분해 및 전해석출 등에 의해 전극면과 수용액과의 경계면에서 일어나는 전극반응과 전극반응 생성물과 폐수용액 내의 현탁물과 용존물이 반응하여 일어나는 침전, 응집, 흡착 및 부상분리 등의 이차반응 등의 전기분해 반응 등이 동시에 일어나서 오염된 수용액을 정화한다. 그러나, 전해처리법을 사용할 경우 오랜 시간동안 연속적으로 전기분해시키면 음극에 Ca 부착이 생기며, 이로인해, 전해전압이 상승하거나 전해전류가 흐르기 어렵게 되며, 또 유수 저항이 크게 되어 수량이 내려가는 현상이 생겨 연속적인 전기분해를 진행할 수 없는 문제점이 있다.

또 다른 방법으로 전기분해법과 같이 대두되고 있는 방법이 황토 살포법이다. 황토는 성분중의 알루미늄, 철 등 성분의 녹조생물의 파괴효과와 황토자체의 흡착효과 때문에 녹조생물을 제거하는 데 나름대로의 효능을 보이고 있으나 낮은 구제효과와 효율적인 살포방법이 개발되지 않아 널리 사용되지 못하고 있다.

따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 물의 전기분해에 의하여 생성된 산성수 및 알칼리수를 서로 다른 방향으로 살포하여 녹조를 구제하기 전에 산성수와 알칼리수가 중화되는 것을 방지하고, 또한 황토를 산성수와 알칼리수에 혼합시켜 구제효과를 더 높이는 대용량 전해수 제조 및 살포장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은, 전해조 내에 가이드를 설치하여 전해조 내를 흐르는 물의 이동 경로를 연장함으로써 전기분해 효과를 높인 보다 효과적인 전해수 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전기분해에 의해서 생성된 산성수 내에 함유된 염소화합물을 가열하여 제거할 수 있도록 구성된 전해수 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 해수뿐 아니라 담수에 원하는 전해수를 얻기 위한 전해물질을 임의대로 투입하여 전기분해할 수 있는 전해수 제조장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 일실시예로서 전력을 공급하는 전원과, 물을 유입하기 위한 유입관과, 상기 유입관으로부터 유입된 물을 상기 전원에 연결된 한 쌍의 극판에 의해 전기분해하는 전해조와, 상기 전해조를 양분하도록 상기 한 쌍의 극판 사이에 설치되어 전기분해에 의해 생성된 산성수와 알칼리수의 혼합을 방지하는 격막과, 상기 전해조를 통해 유출된 산성수와 알칼리수를 서로 다른 방향으로 살포하는 살포기를 포함하는 대용량 전해수 제조 및 살포장치를 제공한다.

상기 실시예에서 전해수 제조장치는 상기 격막에 의해 양분된 상기 전해조 내에 설치되어 상기 전해조 내로 유입된 물이 상기 전해조 내를 이동하는 경로를 연장하도록 물의 흐름을 안내하는 가이드를 더 포함할 수 있다.

상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명은 다른 실시예로서 전력을 공급하기 위한 전원과, 다수의 극판에 의해 일정한 간격으로 분할되고, 상기 극판에 의해 분할된 각 영역을 양분하는 격막을 구비하여, 상기 각각의 분할된 영역을 지나는 물을 상기 전원으로부터의 전력을 이용하여 전기분해하는 전해조와, 상기 극판과 상기 격막에 의해 분할된 상기 전해조의 각각의 영역으로 물을 공급하기 위한 유입관과, 상기 전해조에서 생성된 산성수와 알칼리수를 서로 다른 방향으로 살포하기 위한 살포기를 포함하는 대용량 전해수 제조 및 살포장치를 제공한다.

상기 실시예에서 전해수 제조장치는 상기 극판과 상기 격막에 의해 분할된 상기 전해조의 각각의 영역 내에 설치되어, 상기 전해조 내로 유입된 물이 상기 전해조 내를 이동하는 경로를 연장하도록 물의 흐름을 안내하는 가이드를 더 포함할 수 있다.

각 실시예에서, 상기 가이드는 상기 각각의 극판의 일측부로부터 타측부를 향해, 타측부로부터 일측부를 향해 교대로 연장하도록 형성되는 것이 바람직하다.

각 실시예에서, 상기 유입관에는 전해물질을 투입하기 위한 투입구가 형성되고, 상기 투입구를 통해 원하는 산성수와 알칼리수를 얻는데 필요한 전해물질을 투입하는 것이 바람직하다.

상기 전해조로 유입되는 물은 해수를 사용할 수 있다.

각 실시예에서 전해수 제조장치는 상기 살포기 내의 산성수를 살포 전에 산성수내의 염소화합물을 제거하기 위해 가열하기 위한 가열기를 더 포함할 수 있다.

상기 살포기는 산성수와 알칼리수를 다른 방향으로 분사하는 분사노즐을 구비하며, 상기 가열기는 상기 살포기와 상기 분사노즐 사이에 설치될 수 있다.

상기 가열기는 또한 상기 전원으로부터의 전력을 이용하여 열을 발생시켜 상기 살포기 내의 산성수를 가열하기 위한 니크롬선으로 형성될 수 있다.

상기 가열기는 상기 산성수를 끓는점 이상으로 가열하는 것이 바람직하다.

상기 전해조에서 생성된 산성수 및 알칼리수에 황토를 첨가하는 것이 또한 바람직하다.

도 1은 일반적인 전기분해의 원리를 설명하기 위한 전해조의 사시도.

도 2는 도 1의 전해조에 격막이 사용된 것을 도시하는 사시도.

도 3은 본 발명에 따른 전해수 제조장치의 일실시예를 도시하는 사시도.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 대용량 전해수 제조 및 살포장치를 도시하는 개략도.

도 5는 도 4의 대용량 전해수 제조장치를 설명하기 위한 등가회로도.

도 6은 도 4의 대용량 전해수 제조장치에 콘덴서를 설치한 경우를 설명하기 위한 등가회로도.

도 7은 본 발명에 따른 전해조 내에 가이드가 설치된 것을 도시하는 개략도.

도 8은 본 발명에 따른 전해조의 물 유입 및 전해수 유출상태를 도시하는 개략도.

도 9는 본 발명에 따른 대용량 전해수 제조장치를 도시하는 블록도.

도 10은 도 9의 제어기를 도시한 내부구성도.

도 11은 본 발명에 따른 전해수 제조장치를 실제로 적용한 상태를 전체적으로 도시하는 개략도.

<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10, 20, 50, 100: 전해조 12, 14, 22: 극판

16, 26: 격막 18: 가이드

28, 54: 전원 30, 102: 유입관

31: 물 유입구 32, 34, 58, 60, 111, 112: 유출관

33: 전해수 유출구 104: 전해물질 투입구

120, 130: 살포기 122, 132: 분사노즐

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 대용량 전해수 제조 및 살포장치의 실시예를 상세하게 설명한다.

본 특허출원의 출원인은 1999년 8월 16일에 출원된 특허출원 제 99-33682호에서 "대용량 전해수 제조 장치"를 제시한 바 있으며, 본 발명은 상기 장치를 효과적으로 개선한 진보된 시스템을 제시한다.

본 발명은 해수 또는 전해물질을 함유한 담수를 전기분해하여 발생되는 산성수 및 알칼리수를 녹조구제제 등으로 사용하는 것으로서, 본 발명의 구성을 설명하기에 앞서 전기분해의 원리를 간단히 알아보면 다음과 같다.

도 1은 일반적인 전기분해의 원리를 설명하기 위한 도면으로서, 도면을 참조하면, 먼저 전해조(1)에 물이 채워진 상태에서 전해조(1) 내에 한 쌍의 극판(3)을 설치한다. 한 쌍의 극판(3)은 별도의 전원(5)에 의해 연결되어 각각 양극과 음극의 극성을 가지게 되는데, 양극을 가지는 극판에는 수산화 이온(OH^-)이, 음극을 가지는 극판에는 수소이온(H⁺)이 모이게 된다.

이와 같이, 물을 전기분해하기 위해서는 전해조(1) 내부에 극판(3)을 설치하여 극판(3)간의 전압을 높임으로써 물이 이온화되어 서서히 전류가 흐르게 되는데, 처음에는 전류의 흐름이 미약하다가 대략 2 내지 3볼트에서 전류의 흐름이 강해지게 된다. 이 때, 전류의 흐름이 강해지기 시작하는 부분을 분해전압이라 부르는데, 2~3볼트의 분해전압까지 전류는 천천히 상승하고 그 후에는 직선적으로 급격하게 늘어나게 된다.

또한, 물의 전기분해에는 몇 가지 방법이 있는데, 분해전압 이하의 영역에서 전기분해하는 방법과 분해전압 이상에서 전기분해하는 방법이 있으며, 또한 양전극 사이에 격막을 설치하는 경우와 설치하지 않는 경우가 있다.

이 중에서 격막(7)이 설치된 전해조(1)는 도 2에 도시되어 있는데, 격막(7)은 양 극판(3) 사이에서 전류의 흐름은 용이하게 하면서 물의 흐름은 차단하는 역할을 한다. 다시 말해서, 격막(7)은 물을 통과시키지 않고 전류만을 통과시킴으로써, 전기분해에 의해 생성된 전해수 흔들림과 같은 외부적인 요인에 의해 뒤섞이지 않게 하는 역할은 한다. 따라서, 격막(7)은 각 전극에서 생성된 물질이 혼합되는 것을 차단하여 물을 산성수와 알칼리수로 분리할 수 있게 된다.

이러한 전기분해 과정을 다시 설명하자면, 분해전압 이하에서의 전기분해에서 양 전극이 전기적으로 서로 통하게 된다면, H⁺는 음극으로 이끌려 환원되어 수소가 되며, OH^-는 양극으로 끌려가지만 산화되지 않고 또한 산소를 발생시키지도 않는다. 따라서 전해질 내의 H⁺는 소비되지만 OH^-가 분해되지 않고 축적됨으로서 전해질은 자연히 알칼리로 변하게 된다. 또한, 분해전압 이상에서의 전기분해에서는 격막(7) 또는 이온교환막을 사용하게 되며, 이와 같이 전기분해된 물에 NaCl, KCl 등과 같은 전해질을 투입하면 물보다 높은 이온화경향을 보이는 전해질이 전기분해되어 Na⁺, K⁺와 같은 양이온은 음극 극판으로 모이게 되고 Cl^-와 같은 음이온은 양극 극판으로 모이게 된다. 따라서, 음극 쪽에는 NaOH, KOH 등을 포함하는 알칼리수가 생성되고, 양극 쪽에는 Cl 등을 포함하는 산성수가 생성되게 된다.

특히, 바닷물에는 다량의 NaCl이 함유되어 있으므로, 바닷물을 전기분해하게 되면 양극 극판에는 Cl과 같은 산이 발생되어 그 주변으로 산성수가 생성되게 되며, 음극 극판에는 NaOH와 같은 알칼리가 발생되어 그 주변으로 알칼리수가 생성되게 된다.

이러한 전기분해의 원리를 본 발명에 적용한 일실시예가 도 3에 도시되어 있는데, 본 발명에 따른 전해수 제조장치는 파이프 형태의 구조를 가지면서 대용량의 전해수를 제조할 수 있도록 설계되었다. 도면을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 전해수 제조장치는 내부로 물이 지나가기 위한 파이프 형태의 전해조(10)를 구비하며, 전해조(10) 내에는 양전극과 음전극을 제공하는 한 쌍의 극판(12, 14)이 설치된다. 이 때, 극판(12, 14)은 전해조(10)를 지나는 물을 전기분해하게 되는데, 해수를 유입할 경우 해수에 다량으로 함유되어 있는 NaCl을 전기분해하여 음극 극판(12)에서는 나트륨과 NaOH를 함유한 알칼리수를 생성하고 양극 극판(14)에서는 염소와 Cl을 함유하는 산성수를 생성하게 되며, 또한 KCl을 전해물질로 사용할 경우 음극 극판(12)에서는 K 및 KOH를 함유한 알칼리수를 생성하고 양극 극판(14)에서는 Cl 및 Cl을 함유하는 산성수를 생성하게 된다.

또한, 양 극판(12, 14) 사이에는 전해조(10)를 양분하도록 소정의 격막(16)이 설치된다. 격막(16)은 위에서 설명한 것과 같이 전기분해에 의해 생성된 알칼리수와 산성수가 서로 혼합되는 것을 막아주고, 따라서 전기분해에 의한 이온화를 촉진시키는 역할을 한다.

이렇게 생성된 염소와 산성수를 녹조가 발생한 수역에 살포하게 되면, 일차적으로 염소의 살균 소독력에 의하여 녹조를 구제하게 되고, 이차적으로 강산성수의 살균력에 의하여 녹조를 구제하게 된다.

또한, 이와 같이 녹조를 구제하는데 사용한 산성수는 그대로 방치될 경우 강을 오염하거나 인체에 해로울 수 있기 때문에 중화시켜야 하는데, 본 발명에서는 산성수를 중화시키기 위해 별도의 중화제를 사용하지 않고, 산성수 제조 과정에서 생성된 알칼리수를 이용하게 된다. 이와 같이 전기분해에 의해 생성된 산성수와 알칼리수를 다시 혼합하여 중화시키면 이온이 서로 환원되어 다시 물로 변하게 되므로 환경 및 인체에 해롭지 않게 된다.

상기 실시예에서 극판(12, 14)은 전해조(10) 내에 별도로 설치될 수도 있으며, 또한 전해조(10)의 일부가 되도록 형성할 수도 있다. 또한, 동등한 전력으로 보다 많은 전해수를 생성하기 위해서는 해수면과 접촉하는 극판의 면적이 넓을수록 유리하기 때문에, 극판(12, 14)의 면적이 넓은 것이 유리하다. 또한, 전기분해된 산성수와 알칼리수의 농도를 불규칙하지 않고 일정하게 하기 위해서는, 극판(12, 14)의 표면적과 간격이 일정하게 설계되어 전해조(10) 내의 물을 균일하게 전기분해하는 것이 바람직하다.

도 4는 본 발명에 따른 전해수 제조장치의 다른 실시예를 도시하는데, 다수의 극판과 격막으로 구성된 도 4의 실시예는 다량의 전해수를 제조하는 데에 특히 유리하다.

이와 같은 대용량 전해수 제조장치는 도면에 도시된 바와 같이, 내부를 지나는 물을 전기분해하는 전해조(20)가 다수의 극판(22, 23, 24)에 의해 일정한 간격으로 분할되어 있다. 또한, 각각의 극판 사이에는 극판에 의해 분할된 전해조(10)의 분할영역을 양분하는 격막(26)이 설치되어 있다. 전해조(20)에는 또한 극판(22)과 격막(26)에 의해 분할된 각각의 영역으로 물을 공급하기 위한 유입관(30)이 연결되며, 또한 전해조(20)에서 전기분해된 산성수와 알칼리수를 각각 외부로 제공하기 위한 유출관(32, 34)이 연결된다.

유입관(30)은 외부의 펌프를 통해서 물을 유입하여 전해조(20)의 극판(22)과 격막(26)에 의해 분할된 각각의 영역에 물을 공급하며, 전해조(20)로 유입된 물은 극판(22)과 격막(26)에 의해 분리되어 서로 뒤섞이지 않게 된다. 다만, 전기분해를 할 때 이온만이 격막(26)을 통해 이동할 수 있기 때문에, 전해조(20) 내의 전기분해는 한 극판과 인접한 다른 극판 사이의 영역별로 독립적으로 일어나게 된다.

이 때, 극판(22)은 전해조(20)를 일정한 간격으로 분할하며, 전해조(20)의 양단부에 해당하는 극판(22, 24)에는 전원(28)으로부터의 전극이 연결된다. 전원(28)으로부터 전해조(20)의 양단부에 있는 극판(22, 24)으로 전력이 제공되면, 이온의 흐름에 의해 모든 극판을 통해서 전기분해가 일어나게 된다. 상세히 설명하자면, 만약 단부측 극판(22)에 양전극이 인가되면, 양극 극판(22)과 인접한 극판(23) 사이에 있는 격막(26)을 통해서 양극 극판(22)으로 음이온이 모여서 양극 극판(22)과 격막(26) 사이의 영역에서 Cl과 같은 성분을 함유한 산성수가 생성되게 되며, 인접한 극판(23) 근처에는 양이온이 남아서 이 영역에서는 NaOH와 같은 성분을 함유한 알칼리수가 생성되게 된다. 또한, 인접한 극판(23)은 또한 음이온이 단부측 극판(22)으로 이동했기 때문에 양극을 띄게 되며, 따라서 또 다른 인접한 극판에 의해서 종전과 같은 전기분해가 일어나게 되는 것이다.

이와 같이 전기분해된 물은 각각의 격막(26)을 기준으로 양극 극판 측의 영역에서는 산성수가, 음극 극판 측의 영역에서는 알칼리수가 생성되게 되며, 이와 같이 생성된 전해수는 산성수 유출관(32)과 알칼리수 유출관(34)에 의해 각각 분리되어 배출되게 된다.

이와 같이 극판(22)과 격막(26)을 계속적으로 연결함으로써 동일한 전력으로 많은 양의 전해수를 생성할 수 있으며, 특히 극판(22)의 면적과 개수에 따라서 전해수의 양이 결정되게 된다.

이러한 구조의 기본 원리는 전압분배의 원리이며, 이는 도 5와 같은 등가회로에 의하여 표현될 수 있다. 도면에서 극판(22)은 점으로 표시되고, R은 극판 사이의 저항값을 의미하며, 전해농도를 결정하는 것은 전류이다. 따라서, 이러한 구조는 한 쌍의 극판만을 이용하는 전해수 분리구조에서 탈피하여 고용량 고효율의 전압분배의 원리를 이용한 다층구조이다.

또한 도면에서 미설명부호 29는 전원장치(28)의 안정성을 위해서 통상적으로 사용되는 콘덴서이다. 각 극판(22) 사이에도 마찬가지로 전원안정을 위해서 콘덴서(39)가 사용될 수 있는데, 도 6을 참조하면 이러한 콘덴서가 추가된 전해수 생성 장치를 나타내는 등가회로도가 도시되어 있다. 실제로 물을 전기분해할 때, 물 속에 있는 이물질 등에 의해 양단부에서 멀어질수록 극판 사이의 전원공급이 불안정해진다. 따라서, 각 극판(22) 사이에 콘덴서(39)를 설치함으로써 전원공급의 불안정을 상당히 해결할 수 있다.

이 때, 전기분해 효과를 극대화하기 위하여 전해조 내에서 흐르는 물의 경로를 연장하도록 가이드(18)를 설치할 수 있다. 도 7을 참조하면, 가이드(18)는 도 3 및 도 4의 전해조(10, 20) 내에서 물의 흐름방향을 일정 형태로 안내할 수 있게 설치되는데, 다수의 가이드(18)를 극판의 일측부로부터 타측부를 향해, 타측부로부터 일측부를 향해 교대로 연장하도록 형성하는 것이 특히 바람직하다. 이와 같이 설치된 가이드(18)에 의해 물은 전해조(10, 20) 내에서 가이드(18)를 따라 상당히 연장된 경로를 통해 흐르게 되는데, 이와 같이 연장된 경로로 흐르는 물은 극판과 접촉하는 시간이 길어져서 동일한 크기의 극판으로 보다 뛰어난 전기분해 효과를 얻을 수 있는 것이다.

또한, 유입관(30)으로부터 전해조(20)로 물을 유입시키는 유입구(31)는 첫 번째 가이드의 막힌 단부측에 설치하고 전해조(20)로부터 물을 유출시키는 유출구(33, 35)는 마지막 가이드의 막힌 단부측에 설치하여 물의 흐름 경로의 시작과 끝에 놓이도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다.

이와 같은 가이드(18)는 산성수를 생성하는 전해조 영역과 알칼리수를 생성하는 전해조 영역에서 서로 반대로 형성되는 것이 또한 바람직한데, 이와 같이 구성할 경우 산성수와 알칼리수의 유출구(33, 35)가 서로 엇갈리게 되므로 전해된 용액을 산성수와 알칼리수로 분리하여 수집하는데 매우 용이하게 된다.

가이드(18)의 형상은 본 발명의 실시예에만 한정되는 것이 아니며, 보다 단순하거나 복잡한 구성을 이용하여 전해수의 pH값을 조절하는 것도 가능하다.

도 4의 대용량 전해수 생성기에 가이드(18)를 설치하였을 때의 대략적인 구조가 도 8에 도시되어 있다. 도 8을 참조하면, 유입구(31)로부터 유입된 물은 전해조(20) 내에서 전기분해되어 산성수는 도면에서 표시된 1, 3, 5번 유출구(33)로, 알칼리수는 2, 4, 6번 유출구(35)로 나가게 되므로, 앞서 설명한 바와 같이 산성수 유출구(33)와 알칼리수 유출구(35)는 서로 다른 방향으로 형성되어 있다. 따라서 이러한 전해수 생성기는 좌우 대칭 및 전후 대칭의 구조를 가짐으로써 다층 구조의 대용량 전해수 생성장치의 효율을 높여 경비절감 및 생산성 향상에 매우 도움이 된다.

특히, 도 4의 전해조(20)는 내부가 원통형으로 이루어져 있으므로, 원통형 전해조를 연속해서 겹치게 형성하는 경우 산성수를 생성하는 전해조 영역과 알칼리수를 생성하는 전해조 영역에 별도의 튜브를 연결하여 산성수와 알칼리수를 따로 모으는 형태로 되어 있다. 이와 같은 구조는 산성수용 튜브와 알칼리수용 튜브가 서로 엇갈리게 되어 제작하는데 있어서 다소 복잡하므로, 경제적인 측면에서 보다 개선할 필요가 있다.

따라서, 도 8과 같이 전해수의 배출구(33, 35)를 재배열하여, 산성수용 배출구(33)를 한쪽으로, 알칼리수용 배출구(35)를 다른 한쪽으로 향하게 하면 산성수와 알칼리수를 모으는데 보다 효과적이며, 튜브가 서로 엇갈리지 않아 구조적으로 매우 간단해진다. 또한, 이를 위해서는 도 7에 도시된 가이드(18)의 형태가 산성수를 위한 영역에서는 바로 연결되고 알칼리수를 위한 영역에서는 뒤집어 연결되게 하는 것이 바람직하다.

특히, 가이드(18)를 설치한 전해조는 납작한 판 형태로 제조하는 것이 바람직하므로, 납작한 판 형태의 전해조를 겹치게 형성할 경우 전해조의 부피가 크게 감소하며, 전해조 내를 흐르는 물과 극판 사이의 전기분해가 보다 효과적으로 발생하게 되어 보다 효율적이다.

본 발명에서는 또 다른 실시예로서 전해수의 생산량을 조절할 수 있는 전해수 제조장치를 또한 제공한다. 도 9를 참조하면, 제어기(70)가 부설된 전해수 제조장치가 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 제어 가능한 전해수 제조장치는 전력을 공급하기 위한 전원장치(54)와, 전원장치(54)의 전력을 이용하여 물을 유입시키는 펌프(40)와, 펌프(40)에 의해 유입된 물을 전기분해하여 산성수와 알칼리수를 생성하는 전해조(50)와, 그리고 전원장치(54)에 연결되어 전해조(50) 내의 물을 전기분해하기 위한 전류의 양을 조절하고 또한 전해조(50)로 유입되는 물의 양을 조절하기 위해 펌프(40)의 출력을 제어하는 제어기(70)를 포함한다.

여기서 전해조(50)는 앞서 설명된 실시예와 동일한 것이며, 도시되지는 않았지만 도 4에 도시된 것과 마찬가지로 펌프(40)와 전해조(50) 사이에 유입관(30)이 설치되며, 전해조(50)로부터 전기분해된 산성수와 알칼리수를 제공하기 위하여 도 4에 도시된 것과 유사한 유출관(58, 60)이 배치된다.

또한, 전원장치(54)는 별도의 발전기(52)를 구비하여 자체적으로 전원을 생산할 수도 있으며, 그 외에도 일반적으로 변전소에서 공급되는 전원을 사용할 수도 있다. 또한, 제어기(70)에는 드라이브(56)를 연결하여 제어기(70)의 제어에 의해 전원장치(54)의 출력을 제어하도록 할 수 있으며, 또는 드라이브(56)를 제어기(70) 내에 내장하여 사용할 수도 있다.

도 8은 위와 같은 제어기(70)의 내부 구성을 도시하는데, 도면에 도시된 바와 같이 제어기(70)는 전원장치(54)의 전력을 감지하기 위한 센서(72, 74)와, 다수의 키를 구비하여 외부로부터 일정한 정보를 입력하기 위한 키입력부(84)와, 센서(72, 74)에 의해 감지된 전력값을 입력부(84)를 통해 입력된 설정값과 비교하여 비교 결과에 따라 전원의 출력을 조절하는 마이크로프로세서(82)와, 그리고 센서(72, 74)에 의해 감지된 전력값과 입력부(84)를 통해 입력된 설정값을 외부로 표시하기 위한 디스플레이(86)를 포함할 수 있다.

또한, 제어기(70)는 센서(72, 74)에 의해 검출된 아날로그 값을 디지털 값으로 변환하기 위한 A/D 변환기(80)를 더 포함할 수 있으며, 이때 변환된 디지털 값은 마이크로프로세서(82)로 입력되게 된다.

이와 같이 구성된 제어기(70)는 센서(72, 74)에 의하여 검출된 전력값을 사용자가 키입력부(84)를 통해 입력한 설정값과 비교하여 전력값이 설정값보다 낮을 경우 출력을 높이고 설정값보다 높을 경우 출력을 낮추어서 전력값이 설정값에 가까워지도록 제어하며, 만약 예기치 않은 값이 검출되면 시스템을 바로 중지할 수 있도록 이루어진다.

도 11은 위에서 설명한 대용량 전해수 제조 및 살포장치를 실제로 적용한 전체 구성을 도시한다. 도면을 참조하면, 전해조(100)에 물을 유입시키는 유입관(102)의 소정 위치에 전해물질을 투입하기 위한 투입구(104)가 구비되어 있다. 해수를 전기분해하여 전해수로서 Cl 및 NaOH을 얻고자 하는 경우 이러한 전해물질 투입구(104)는 필요하지 않으나, KCl 등을 전해물질로 사용하고자 하는 경우 상기 투입구(104)에 원하는 전해물질을 투입하여 전해수로서 KOH 및 Cl 수용액을 얻을 수 있다.

특히 KCl을 전해물질로 사용할 경우, Cl은 녹조구제를 위한 산성수로 활용되며, K+ 이온과 KOH는 별도로 추출하여 농업용 비료로 사용할 수 있고, KCl 대신 바로 일반 비료를 전해물질로 사용할 수도 있다. 그리고 본 발명의 전해수 제조장치에서 생성된 알칼리수를 산성화된 토양에 공급하여 토양을 중화시킬 수 있으므로 본 발명에 따른 전해수 제조장치를 어업용뿐 아니라 농업용 및 임업용으로 겸해서 사용할 수 있다는 장점이 있다.

전해조(100)에서 생성된 산성수와 알칼리수는 외부에 설치된 살포기(120, 130)로 공급되며, 살포기(120, 130)는 분사노즐(122, 132)을 통하여 산성수와 알칼리수를 다른 방향으로 분사시킨다.

산성수와 알칼리수는 서로 섞이면 바로 중성으로 변하기 때문에, 산성수와 알칼리수를 동일한 지역에 살포할 경우 전해수에 의한 녹조구제효과는 매우 떨어지게 된다. 따라서, 전해조(100)에서 생성된 산성수와 알칼리수는 별도의 유출관(110, 112)을 통하여 별도의 살포기(120, 130)로 공급되며, 각각의 살포기(120, 130)는 분사호오스(124, 134)를 통해 산성수와 알칼리수를 원하는 위치로 보내어 각각의 분사노즐(122, 132)을 통해 서로 다른 방향으로 분사하는 것이다.

이와 같이 서로 다른 방향으로 분사된 산성수와 알칼리수는 서로 다른 영역에서 녹조를 구제하는 역할을 한 뒤, 조류의 흐름에 따라 서로 섞이면서 자연스럽게 중화되어 본래의 물로 되돌아간다.

도면에서 좌측 살포기(120)는 산성수를 살포하기 위한 것이며, 우측 살포기(130)는 알칼리수를 살포하기 위한 것이다.

이 때, 전해조(100)에서 생성되는 산성수 내에는 염소화합물이 다량으로 함유되어 있는데, 필요에 따라서 이 염소화합물을 제거하는 것도 가능하다. 실제로, 본 발명의 전해수 제조장치를 농업용 또는 임업용으로만 사용하고자 하는 경우, 알칼리수는 토양에 뛰어난 효과를 주지만, 염소화합물을 포함한 산성수는 토양에 해를 끼칠 수도 있으므로, 염소화합물을 제거하는 장치를 선택적으로 구비하는 것이 매우 바람직할 것이다.

염소화합물은 산성수의 끓는 온도인 대략 100℃정도로 가열할 경우 1분 이내에 대부분이 가스상태로 증발하게 된다. 따라서, 본 발명에서는 살포 전에 산성수를 가열하기 위한 가열기를 더 구비할 수 있다. 가열기는 도면에 도시되지는 않았으나, 살포기(120)와 분사노즐(122) 사이에 설치되어 산성수가 분사호오스(124)를 지나는 동안 가열하도록 구성할 수 있다. 이때, 산성수는 분사호오스(124)를 지나는 동안 100℃정도로 가열되어 끓는점에 도달하므로, 산성수 내의 염소화합물은 기화되어 분사노즐(122)을 통해 살포될 때 기체상태로 증발되게 된다. 또한, 가열된 상태에서 기화되지 않은 미량의 염소화합물 역시, 살포되는 과정에서 햇빛 등에 의해서 가스상태로 분리되어 증발하므로, 염소화합물을 거의 100%에 가깝게 제거하게 되는 것이다.

또한, 가열기로서 별도의 가열장치를 사용하지 않고, 살포기(120) 내에 전기를 이용한 가열니크롬선을 설치하는 것도 가능하다. 가열니크롬선을 사용하는 것은 구성이 매우 단순해지면서도 가열효과가 뛰어나므로 매우 바람직하다. 가열기를 사용하는 다른 방법으로는, 살포기(120)로부터 분사호오스(124)로 넘어가기 전에 산성수를 가열할 수 있는 가열통을 살포기(120)와 분사호오스(124) 사이에 부착할 수도 있다.

또한, 녹조 구제효과를 극대화하기 위해서 본 발명에 따른 전해수 제조장치에서 생성된 전해수에 황토혼합물을 첨가하는 것도 가능하다. 황토는 알루미늄, 철 등의 성분을 함유하고 있어 녹조생물의 파괴효과와 황토 자체의 흡착효과 때문에 녹조생물을 제거하는데 탁월한 효능을 보이므로, 이를 전해수와 함께 사용할 경우 구제효과가 배가되어 매우 유용하다고 할 수 있다. 황토는 전해수를 살포하기 전 살포기(120, 130) 내에서 혼합하는 것이 바람직한데, 이를 위하여 황토를 외부에서 투여하거나 또는 살포기(120, 130) 내에 일정량의 황토를 내장하여 규칙적으로 투여되도록 구성하는 것도 가능하다. 또한, 전해수 제조시 음극 극판에 Cl이 부착되거나 격막에 이물질들이 부착되는 경우, 금속판의 전극을 반대로 하여 주게 되면 이를 쉽게 제거할 수 있다.

다음의 표는 본 발명에 따른 전해수 제조장치에서 생성된 산성수를 이용한 녹조구제율 및 황토를 혼합한 산성수 및 알칼리수의 녹조구제율을 나타낸 것이다.

산성수 녹조구제율

물(산성수)wt%	구제효율(%)	생존율(%)	pH 변화
0(100)	100	0	4.30
50(50)	100	0	6.08
90(10)	100	0	6.39
98(2)	96	4	7.43

황토를 혼합한 산성수의 녹조구제율

물(산성수+황토)wt%	실구제율(%)	생존율(%)	pH 변화
0(50+50)	100	0	4.1
10(45+45)	100	0	5.6
50(25+25)	100	0	6.4
70(15+15)	100	0	7.3
90(5+5)	85	15	7.6

황토를 혼합한 알칼리수의 녹조구제율

물(알칼리수+황토)wt%	실구제율(%)	생존율(%)	pH 변화
0(50+50)	100	0	13.5
10(45+45)	100	0	12.9
50(25+25)	95	5	11.4
70(15+15)	85	15	10.5
90(5+5)	75	25	8.1

본 발명에 따른 전해수 제조장치에 의해 생성된 산성수를 물에 대해서 2 내지 100wt%로 희석하여 녹조가 발생한 해역 내에 살포하게 되면, 3분 이내에 일차적으로 염소의 살균 소독력에 의해 녹조를 구제하게 되고, 이차적으로 강산성수의 살균력에 의해 녹조생물을 96 내지 100% 파괴할 수 있다. 또한, 이 때 산성수의 pH값은 7.4 내지 2.23을 나타낸다.

여기서 녹조생물을 구제하는데 사용한 산성수는 중화시킬 필요가 있는데, 상술한 바와 같이 본 발명서는 산성수를 중화시키기 위해 별도의 중화제를 사용하지 않고 산성수 제조과정에서 생성된 알칼리수를 사용하게 된다. 따라서, 녹조를 구제한 산성수는 녹조구제 후 알칼리수와 혼합하여 이온이 서로 환원되므로 다시 물로 변하게 되고, 인체 및 환경에 전혀 해롭지 않게 된다.

표 1에서 보는 바와 같이, 산성수를 2wt%로 물에 희석시킬 경우 녹조생물을 96%정도 구제하는 것이 가능하다. 또한, 표 2 및 표 3에서와 같이, 산성수와 황토를 각각 1:1로 혼합한 산성수 황토 혼합물과 알칼리수와 황토를 각각 1:1로 혼합한 알칼리수 황토 혼합물을 녹조에 살포할 경우에도 높은 구제효율을 얻을 수 있으므로 녹조구제에 매우 효과적이다.

지금까지 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 전해수 제조장치는 현재까지 적용되지 않았던 전기적인 방법을 이용하여 대용량의 전해수, 즉, 산성수 및 알칼리수를 제조하여 녹조 제거와 산성화된 토양의 중화 및 살균, 살충제로 사용하고자 하는 것이다.

녹조 제거 등을 위한 강산성을 만들기 위해서는 비용과 용량에 많은 문제가 있었지만, 본 발명에서는 이러한 문제점을 완전히 해결하였다.

본 발명에 따른 전해수 제조장치와 같이 극판과 격막을 다층으로 제작할 경우, 구조가 비교적 간단하면서도 동시에 많은 용량의 전해수를 생산할 수가 있다. 만약 20kw 정도의 전력이 공급될 수 있다면, 본 발명의 전해수 제조장치는 분당 300리터 이상의 전해수를 생성할 수 있다.

더욱이, 전해조 내에 가이드를 설치하여 전해조 내를 흐르는 물의 경로를 연장함으로써 전기분해 효과를 극대화하였으며, 산성수와 알칼리수를 다른 방향으로 살포하도록 구성함으로써 산성수와 알칼리수가 녹조구제 전에 혼합되어 중화되는 것을 방지하였다.

또한, 담수에 원하는 전해물질을 투입하여 전기분해하는 것을 가능하게 함으로써 원하는 성분을 함유한 전해수를 제조하여 녹조구제 외에 여러 가지 용도로 사용하는 것을 가능하게 하였다. 특히 골프장 등의 잔디구장 관리에 있어 사용하는 농약 대신에 산성수와 알칼리수를 사용할 경우 산성수에 의한 잔디의 병충해 방지와 알칼리수에 의한 잔디의 생육에도 좋은 효과를 거둘 수 있어 과다 농약사용에 의한 환경파괴를 방지할 수 있다. 특히 산성수에는 소량의 살충, 살균제를 혼합 사용하고 알칼리수에는 비료를 혼합하여 효율을 증진시킬 수 있다. 이것은 일반 농업에 적용한 실례(농진청의 농업과학 기술원의 1995. 5 : "산화전위수의 식물병 방제효과 집중 결과 보고" 등)에서도 이미 증명되고 있다.

그리고, 가열기를 부착하여 필요에 따라 염소화합물을 증발시키는 것도 가능하게 하였다.

비록 여기에서 본 발명의 실시예만이 상세하게 설명되었지만, 본 발명의 사상과 범주를 벗어남이 없이 예시된 구조에서 다양한 변형 및 변경이 가능함은 당업자에게 명백할 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항에 의해서만 평가되어야 한다.

Claims

전력을 공급하는 전원과,

물을 유입하기 위한 유입관과,

상기 유입관으로부터 유입된 물을 상기 전원에 연결된 한 쌍의 극판에 의해 전기분해하는 전해조와,

상기 전해조를 양분하도록 상기 한 쌍의 극판 사이에 설치되어 전기분해에 의해 생성된 산성수와 알칼리수의 혼합을 방지하는 격막과,

상기 전해조를 통해 유출된 산성수와 알칼리수를 서로 다른 방향으로 살포하는 살포기를 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 전해수 제조 및 살포장치.
제 1항에 있어서, 상기 격막에 의해 양분된 상기 전해조 내에 설치되어 상기 전해조 내로 유입된 물이 상기 전해조 내를 이동하는 경로를 연장하도록 물의 흐름을 안내하는 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 전해수 제조 및 살포장치.
제 2항에 있어서, 상기 가이드는 상기 극판의 일측부로부터 타측부를 향해, 타측부로부터 일측부를 향해 교대로 연장하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 대용량 전해수 제조 및 살포장치.
제 1항에 있어서, 상기 유입관에는 전해물질을 투입하기 위한 투입구가 형성되고, 상기 투입구를 통해 원하는 산성수와 알칼리수를 얻는데 필요한 전해물질을 투입하는 것을 특징으로 하는 대용량 전해수 제조 및 살포장치.
제 1항에 있어서, 상기 전해조에서 생성된 산성수 및 알칼리수에 황토를 첨가하는 것을 특징으로 하는 대용량 전해수 제조 및 살포장치.
제 1항에 있어서, 상기 살포기 내의 산성수를 살포 전에 가열하기 위한 가열기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 전해수 제조 및 살포장치.
제 1항에 있어서, 상기 전해조에서 생성된 산성수 및 알칼리수에 소량의 살균, 살충제를 혼합하는 대용량 전해수 제조 및 살포장치.
제 1항에 있어서, 상기 전해조에서 생성된 산성수 및 알칼리수에 소량의 살균, 살충제 및 비료를 혼합하는 대용량 전해수 제조 및 살포장치.
전력을 공급하기 위한 전원과,

다수의 극판에 의해 일정한 간격으로 분할되고, 상기 극판에 의해 분할된 각 영역을 양분하는 격막을 구비하여, 상기 각각의 분할된 영역을 지나는 물을 상기 전원으로부터의 전력을 이용하여 전기분해하는 전해조와,

상기 극판과 상기 격막에 의해 분할된 상기 전해조의 각각의 영역으로 물을 공급하기 위한 유입관과,

상기 전해조에서 생성된 산성수와 알칼리수를 서로 다른 방향으로 살포하기 위한 살포기를 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 전해수 제조 및 살포장치.
제 9항에 있어서, 상기 극판과 상기 격막에 의해 분할된 상기 전해조의 각각의 영역 내에 설치되어, 상기 전해조 내로 유입된 물이 상기 전해조 내를 이동하는 경로를 연장하도록 물의 흐름을 안내하는 가이드를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 대용량 전해수 제조 및 살포장치.
제 9항에 있어서, 상기 가이드는 상기 각각의 극판의 일측부로부터 타측부를 향해, 타측부로부터 일측부를 향해 교대로 연장하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 대용량 전해수 제조 및 살포장치.
제 9항에 있어서, 상기 유입관에는 전해물질을 투입하기 위한 투입구가 형성되고, 상기 투입구를 통해 원하는 산성수와 알칼리수를 얻는데 필요한 전해물질을 투입하는 것을 특징으로 하는 대용량 전해수 제조 및 살포장치.
제 9항에 있어서, 상기 전해조에서 생성된 산성수에 황토를 첨가하는 것을 특징으로 하는 대용량 전해수 제조 및 살포장치.