KR100250539B1 - 차아염소산의 생성시스템 - Google Patents

Abstract

격막을 두지 않는 중공의 전해조내에 전극봉과 이 전극봉주위를 둘러싸는 중공의 원통형 전극통을 전극봉에 용착하여서 된 전극장치를 전해조 길이방향으로 설치하고, 이 전극장치의 상·하부에는 각각 전극장치를 지지하고 밀폐하는 지지블럭 등을 설치하며, 아울러 이 입구블럭에는 다수의 전해액 유입분배공를 형성하고, 출구블럭에는 통상 1~2의 유입분배공을 형성하고 전해액유입구를 통하여 주로 소금(NaCl)물 및 소량의 HCl로 구성되는 전해액을 전해조에 유입하여 다음 전해되게 한 다음 이를 물로 희석케하는 제1차 희석조로 송출하며, 이어 이 제1차 희석조로부터 유출되어 나오는 유출수를 굴곡유출케하는 제2차 희석조를 설치하며, 이 제2차 희석조의 다음에는 PH센서보호장치와 PH센서를 설치하므로써 유출수의 PH를 검출하되 유출수가 기본적으로 PH 5~7.5의 범위내에서 사용용도에 따라 선택되는 목표 PH범위에 이르르면 차아염소산(HOCl)용액으로 포집처리하고, 목표 PH범위를 벗어나면 드레인처리되도록 한 것을 특징으로 하는 차아염소산(HOCl)의 생성시스템.

Description

차아염소산의 생성시스템

본 발명은 상수도 등 식수를 비롯하여 식품, 의약에 이르기까지 위생적으로 대상물을 효과적으로 살균하기 위한 차아염소산생성시스템에 관한 것이다.

본 발명은 그중에서도 특히, 격막이 없는 전해조를 이용한 무독이면서도 살균효과를 현저히 높인 차아염소산(Hypochlorons acid : HOCl)의 생성시스템에 관한 것이다.

즉, 본 발명에서는 격막을 두지 않는 통상적인 중공의 전해조내에 전극장치를 전해조 길이방향으로 설치하고, 이 전극봉의 상·하부에는 각기 전극장치를 지지하고 밀폐하는 입구블럭과 출구블럭을 설치하며, 아울러 이 입구블럭에는 다수개의 전해액 유입분배공을 형성하고, 출구블럭에는 통상 1~2개소의 유입분배공을 형성한다. 전해액은 전해조의 유입구를 통하여 NaCl 및 소량의 HCl로 구성되어 전해조에 유입되고 다음 전해후 희석조로 송출한다. 상기 전해조의 다음공정에는 물을 유입하는 제1차 희석조를 설치하고, 이어 이 제1차 희석조로부터 유출되어 나오는 유출수를 다시 처리하기 위한 제2차 희석조를 설치하며, 이 제2차 희석조의 다음에는 PH센서보호장치와 PH센서를 설치하므로써 유출수의 PH를 검출하되 유출수가 기본적으로 PH 5~7.5의 범위내에서 목표 PH범위에 이르르면 차아염소산(HOCl)처리 장치로 보내고, 목표 PH범위를 벗어나면 드레인처리되도록 한 것을 특징으로 하는 차아염소산(HOCl)의 생성시스템에 관한 것이다.

종래의 경우, 수돗물을 비롯한 각종 식수, 음료수, 식품 등의 소독을 위하여 주로 소금을 전기분해하여 생성한 염소(Cl₂)외에 하이포아염소산염(NaCl), 하이포아염소산칼슘(CaCOCl·2H₂O)의 형태로 염소소독을 하여 왔다. 또한 차아염소산(HOCl)은 살균효과는 높으나 실제로 대량생산·제조에 사용한 적이 없을뿐더러, 그 방법과 장치에 대해 효율적으로 이용할 수 있는 방법과 장치가 제안된 바 없었다.

또한, 염소(Cl₂)가스는 보관하기가 불편하며, 가스상으로 얻어지고 사용되기 때문에 다루기가 매우 위험하였고 또한 살균효과도 현저히 낮다는 결점이 있었다.

이에 따라 본 발명자 등은 상술한 위험성을 배제하면서도 현저히 탁월한 살균효과를 얻기 위하여 연구결과, 이미 차아염소산(HOCl)이 급성독성실험, 눈자극성 실험, 피부일차자극성실험, 피부누적자극성실험, 감각성실험, 세포독성실험, 변이원성실험 등을 통하여 독성이 전혀 없는 것으로 보고된 바 있어 차아염소산을 택하기로 하고 그 산업상의 이용상 효율적이고도 경제적이며 안전한 제조방법 및 제조 장치를 제공하고저 한 것이다.

일반적으로 염소가스(Cl₂)는 소금 등의 주성분인 염화나트륨(NaCl)을 전기 분해하여 제조하는데, 소금물을 전해조에서 전해하게 되면,

로 되고, 여기에서 생성된 염소가스는 물과 반응시키면, Cl₂, HOCl, OCl^-의 형태로 존재하게 되고, 이는 수소이온농도수(PH)에 따라서 Cl₂, HOCl, OCl^-의 존재비율이 달라짐을 알게 되었다. 즉, 통상 PH가 산성에서는 Cl₂, 중성에서는 HOCl, 알카리에서는 OCl^-의 형태로 존재함을 알게 되었다. 이 중에서도 차아염소산(HOCl)의 경우, OCl^-와 더불어 살균력을 가진다.

위 PH에 따른 HOCl의 농도변화는 제3도에 나타나 있다.

이 그라프를 보면 PH가 5~7일 때 가장 유효염소(HOCl) 존재비가 높은 것을 알 수 있다. 특히 PH = 6에서는 거의 100% HOCl의 형태로 존재하게 된다. 예컨대 PH=9에서는 HOCl 형태가 4%, OCl^-형태가 96%정도로 존재하게 되므로, 따라서, 100%에 가까운 HOCl의 형태로 존재하게 하려면 PH를 6.0부근에서 조정하는 것이 가장 효과적이다. 그런데, 염소가스는 유독이며 공기중으로 쉽게 휘발하는 특징이 있으므로 본 발명에서는 무독이면서도 살균효과를 높이기 위해서 100%에 가까운 HOCl의 존재를 염두에 두면서 용액의 PH를 1차적으로 5~7.5의 범위내로 조정하고, 사용용도에 따라 적정 PH범위를 조정하여 안정된 HOCl의 형태로 제조하도록 한 것이다. 즉, 본원발명이 유출수의 PH를 제어하는 시스템을 채택한 이유는 첨부도면 제5도에서 보는 바와 같이 유효염소존재율과 또는 HOCl발생율과 pH사이에는 상관 관계가 있고, 이 HOCl이 많이 발생하는 비율, 즉 악취나고, 유해한 염소가스(Cl₂)가 적고, 또는 OCl발생이 적은, 그러면서도 살균제인 차아염소산이 많아지는 pH범위는 대략 5~7(특히 PH 약 5.7~6에서 HOCl 발생율 정상치)의 범위에 있으므로, 본원 발명은 가장 중요한 차아염소산 발생율을 좌우하는 pH콘트롤에 착안한 것이다.

한편, 물속에서 HOCl은 산화반응, 염소화반응으로 미생물의 대사반응을 저해하므로써 살균효과를 가져온다.

즉, R-H + HOCl → R-OH + HCl(산화반응)

R-H + HOCl → R-Cl + H₂O(염소화반응)

더욱이, 이 차아염소산(HOCl)은 현재 살균제로 사용되고 있는 그루타아루, 뽀삐돈요드, 에탄올, 크레졸, 페놀 등에 비해 독성이 없고 안정성이 높다.

그 반면, HOCl을 제조하기위해 그 전단계에서 제조·보관하여야 하는 Cl₂가스는 매우 취급·보관이 불편하고 가스형태이기 때문에 매우 위험하다. 또한 CaCl₂·Ca(OCl)₂·2H₂O(시판품은 33~38%농도)은 물속에서 Ca(OCl₂) → 2Ca⁺2OCl^-로 되며, NaOCl도 물속에서 Na→Na⁺+ OCl^-로 전리하게 되는데 OCl^-형태로 되면 HOCl형태에 비하여 살균력도 1/80정도로 살균력이 낮아지기 때문에 살균효과를 높이기 위해서 OCl^-농도를 4000ppm 이상으로 사용하게 되어 결국 독성을 수반케 되는 결점이 있다.

제1도는 본 발명상의 차아염소산 생성시스템의 개략 공정도.

제2도는 위 제1도의 전기분해조 상세설명도.

제3도는 제2차 희석조 구조에 대한 개략단면설명도.

제4도는 본 발명상의 PH센서보호장치 내부설명도.

제5도는 수소이온농도지수(PH)와 유효염소존재율과의 상관관계도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전해조 2 : 제1차 희석조

3 : 제2차 희석조 4 : PH 센서보호장치

4′ : PH센서 5 : 솔레노이드밸브

6 : 전해액유입도관 7 : 희석수(물)공급도관

8 : 유출수 공급도관 9 : 차아염소산배출도관

9′ : 드레인관 15 : 전극장치

본 발명은 낮은 농도에서 살균력이 큰 HOCl을 생성·제조하기 위하여 그 생성방법 및 장치를 제공하기 위하여 NaCl을 전기분해하여 Cl₂가스를 생성케할 때, NaCl 전기분해장치 유출수의 PH를 5.0~7.5내에서 목표 PH로 조정하고, 이를 위하여 특히 격막이 없는 전해조를 설치하여 양극과 음극의 반응생성물이 혼합희석되게 하므로써 전해조의 양극에서 생성된 HCl과 음극에서 생성된 NaOH가 중화반응하여 중성이 되도록 하며, 이 때 유입수에 HCl을 첨가하여 전해처리된 유출수의 PH가 5.0~7.5, 특히 그중에서도 가급적 PH = 5.0~7.0이 되게 조정하므로써 전해조의 음극에서 생성된 Cl₂가 살균력이 강한 HOCl의 형태로 존재하게 한 것을 특징으로 한다.

전해조의 구조는 제1도 및 제2도에서와 같이 볼 수 있는 상·하 종방향으로 중앙에 격막이 없는 전해조를 설치하고, 이 전해조의 경우 전해조의 외벽에 해당되는 양측면부가 양극(+), 가운데 중앙부의 전극장치가 음극(-)으로 되어 NaCl이 용해된 나트륨액이 제1도에서와 같이 정량펌프를 통해 전기분해조 또는 전해조에 주입되면 이 전해조내에서 NaCl의 물에 녹으면 전해되어로 해리되고, Na⁺은 음극측으로 이동하며, Cl^-은 양극으로 이동한다. 음극측으로 이동된 Na⁺이온은 양극측의 Cl^-이 방출한 이온(e^-)을 받아 Na⁺이온이 최외각 저자 1개를 채워서 Na(금속나트륨)가 된다. 즉, Na⁺+ e^-→ Na(환원받음). 여기에서 생성된 Na은 희석조에서 물(H₂O)과 반응하여 H₂가스와 NaOH를 생성하게 된다. 즉, Na + H₂O →1/2 H₂↑ + (Na⁺+OH^-)

한편, 양극측으로 이동된 Cl^-은 최외각전자(e^-)한개를 양측으로 주고·Cl(염소라디칼)로 된다. 이 염소라디칼(·Cl)은 반응하여 염소가스 Cl₂가 된다.

즉

이때 생성된 염소가스 Cl₂는 혼합희석조에서 물과 반응하여 차아염소산 HOCl과 염산 HCl이 된다.

Cl₂+ H₂O(물) → HOCl + H⁺+ Cl^-

이들 그림으로 나타내면에서

로 되어 HOCl이 생성되는 것이다.

[실시예]

일실시예로서 본 발명상의 시스템을 첨부도면에 의해 보다 구체적으로 상세히 설명한다.

제1도는 본 발명상의 차아염소산(HOCl)의 생성장치이다. 여기에서 부호 1은 전해조, 부호 2는 제1차 희석조, 부호 3은 제2차희석(반응)조, 부호 4는 PH센서보호장치, 부호 4′는 PH센서(sensor), 부호 5는 솔레노이드 밸브를 가리킨다.

제1도에서의 전해조 1은 제2도에서 상세히 도시되어 있는 바와 같이, 그 가운데에 상·하 종방향으로 중심부에 가운데가 전극봉 15이 설치되고, 이 전극봉의 주위로 폐쇄된 중공의 실린더형 원통의 전극통 15′이 동심원상으로 전극봉에 용접 부착되면서 전극봉을 둘러싸는 형상의 기다란 전극장치 15이 설치되는데, 이 전극 장치는 금속제로 되어 있고 그 표면(15,15′)의 표면)이 충분히 음극의 역할을 하도록 넓은 표면적을 형성한다. 전극장치의 하부는 고정블럭 17으로 지지되고, 또한 전극장치 15주위로 전해조 1를 밀폐되도록 입구 또는 출구에 블록 11,12,19등으로 지지되고 그 상부도 블록 11′, 19등에 의하여 역시 지지된다.

식품의 피살균물이 살균제가 들어가면 수소이온농도(PH)가 알카리나 혹은 산성으로 작용될 경우 식품의 맛이 달라지는 변이가능성 있으므로 식품의 경우에는 PH를 6.5~7.5로 중성을 갖게 하는 것이 가장 이상적이므로 PH 6.5~7.5로 조정한다. 즉, 용도에 따라 목표 PH를 설정 및 조정한다.

상기 전극장치 15, 15′의 외부공간으로 전해액을 공급하기 위하여 유입구 18를 통하여 유입된 전해액이 다수의 유입분배공 13 통과되도록 하면 전해액은 이 다수의 분배공 13에 의해 골고루 전해조 내부로 유입되어 저해되도록 되어 있다. 주로 소금물과 소량의 HCl로 구성되는 전해액이 전해조 1 내에서 전해되면 전해된 용액과 가스는 제2도의 전해조 1의 상부의 출구블럭 11′에 형성되는 유출분배공 14로 유출시키는데, 이 유출분배공 14는 통상 1~2개의 구멍으로 이루어진다. 이는 전해조내의 농도가 높은 전해액의 갑작스런 누출을 억제하기 위함이다.

전해조 1의 하부유입구 18를 통해 상향하여 들어간 소금물은 전해되어 Na⁺이온과 Cl^-이온으로 나뉘고 이들은 전해조 1에서 물과 결합·반응하여 NaOH와 HCl을 생성하면서 희석실 또는 제1차 희석조로 들어가게 되고, 도관 7로부터 공급되는 물(H₂O)에 의해 희석처리되면서 도관 8로 배출되며, 다음 PH센서보호장치 4를 거쳐 PH센서 4′에서 PH검출된다.

유출수가 제1차 희석조 2로부터 상기 제2차 희석조 3으로 들어가면, 첨부도면 제3도에서 보는 바와 같은 내부구조가 파이프 33, 바아 34, 칸막이 35등에 의한 격벽정렬에 의하여 화살표방향으로 굴곡운동을 하게 되므로써 골고루 전해처리된 유출수가 혼합되고 희석되어 다음 PH센서보호장치 4로 들어가게 된다. 즉, 제2차 희석조는 그 내부에 바아 34가 다수종방향으로 설치되고, 이 바아를 일정간격으로 떨어져 횡으로 지지하는 다수의 칸막이 35에는 다수의 액공(도시안됨)을 형성시켜서 희석된 전해처리된 유출수가 제3도에서 보는 바와같이 화살표방향으로 파이프 33, 바아 34 사이의 공간과 칸막이 35의 액공을 통과하도록 한다. 이때 칸막이 액공의 통과위치는 인접칸막이끼리의 액공의 위치를 상호평행이 아닌 지그재그 위치로 형성하므로써 유출수 L가 화살표와 같이 굴곡운동을 하면서 유출되게 하여 희석되도록 하는 것이다.

상기 PH센서보호장치 4는 그 내부의 유출수의 유출압력으로 인해 자칫 다음에 이어지는 PH센서 4′를 손상시키거나 PH센서측정결과를 부정확하게 유도할 염려가 있으므로 PH센서보호장치 4 내부에 제4도에서 보는 바와 같이 격벽 46을 설치하고, 아울러 PH센서보호장치 상부에 또 다른 유출구 45′를 1이상 설치하여 우회시키므로써 상기 격벽 46과 더불어 유출수의 압력에 의한 PH센서 4′에의 과도한 충격을 완화시켜주므로써 PH센서 4′를 보호해준다.

다음에는 PH센서 4′가 유출수의 PH를 측정한다.

제2차 희석조 3와 PH센서 4′를 통과한 유출수는 PH센서 4′로 검출한 PH가 5~7.5의 범위내에서 목표 PH범위에 이르르며 통상 도관 9를 통해 차아염소산(HOCl)용액으로 포집처리하고, PH센서 검출된 유출수가 일정범위의 PH를 벗어날 경우에는 드레인 9′으로 유출시켜 통상 폐기처분하여 버린다. PH범위에 따른 이러한 유출수처리의 선택은 통상적으로는 PH센서 4′와 솔레노이드밸브 5등의 3방변 작동에 의해 이루어진다. 물론 PH센서로 검출된 유출수의 PH조정을 위해 PH센서 4′와 중앙제어장치 PCC(도시안됨)가 서로 연결되고 다시 이 중앙제어장치와 전해액조 10(NaCl 및 소량의 HCl : 생략)에 연결되어 PH에 따른 NaCl, HCl 공급적량이 제어된다. 물론 목표 PH의 범위는 처리대상물이 식품인가, 살균제인가 또는 의약품인가 등에 따라 설정범위는 달라진다.

전술한 본 발명상의 차아염소산 생성시스템에 의해 전해된 액을 안정되게 골고루 희석시키도록 한 것으로 따라서 매우 작업이 편리하고, 그 유출수농도는 균일 하고 정확한 PH 농도범위를 갖게 되므로써 신규의 순도높은 차아염소산(HOCl)이 제조가능하게 되어 살균효과가 높으면서도 무독성의 안전한 식품, 의약용 등의 차아염소산을 제공할수 있기에 이르렀다.

Claims (2)

1. 격막을 두지 않고 다수의 전해액유입공을 입구 및 출구블럭에 각각 형성하도록 한 중공의 전해조를 구비하는 차아염소산의 생성시스템에 있어서, 전해조(1)에 유입하여 다음 전해되게 한 다음 이를 물로 희석케하는 제1차 희석조(2)로 송출하며, 이어 이 제1차 희석조(2)로부터 유출되어 나오는 전해처리된 유출수를 굴곡유출케 하는 제2차 희석조(3)를 설치하며, 이 제2차 희석조(3)의 다음에는 pH센서보호장치(4)와 pH센서(4′)를 설치하므로써 유출수의 PH를 검출하되 유출수가 기본적으로 PH5~7.5의 범위내에서 사용용도에 따라 선택되는 목표 PH범위에 이르르면 차아염소산(HOCl) 용액으로 포집처리하고, 목표 PH범위를 벗어나면 드레인처리되도록 한 것을 특징으로 하는 차아염소산(HOCl)의 생성시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2차 희석조는 그 내부에 바아(34)가 종방향으로 다수 설치되고, 이 바아(34)를 일정간격으로 떨어져 횡으로 지지하는 다수의 칸막이(35)에는 다수의 액공을 형성시키되 인접칸막이끼리의 액공의 위치를 평행한 위치가 아닌 지그재그 위치로 형성하므로써 유출수가 굴곡운동을 하면서 유출되게 하여 골고루 희석되도록 한 차아염소산의 생성시스템.