KR100794106B1

KR100794106B1 - 차아염소산 전기분해조, 이를 이용한 차아염소산 제조장치및 제조방법

Info

Publication number: KR100794106B1
Application number: KR1020070010718A
Authority: KR
Inventors: 남궁정
Original assignee: 남궁정
Priority date: 2007-02-01
Filing date: 2007-02-01
Publication date: 2008-01-10

Abstract

본 발명은 차아염소산 제조장치에 관한 것으로, 전해질과 유입수가 공급되는 통로를 형성하고, 상기 전해질을 전기분해하기 위한 캐소드전극이 마련되는 캐소드부와, 상기 캐소드부의 외측에 대하여 이격됨과 동시에 상기 캐소드부를 감싸는 형태로 마련되어 상기 전해질이 전기 분해되기 위한 공간을 형성하고, 상기 전해질을 전기분해하기 위한 아노드전극을 형성하는 아노드부와, 상기 아노드부의 외측에 대하여 이격됨과 동시에 상기 아노드부를 감싸는 형태로 마련되어 전기분해된 상기 전해질과 상기 유입수가 혼합되기 위한 공간을 형성하는 하우징으로 구성되는 차아염소산 전기분해조를 구비하며, 이에 따라, 비교적 소규모의 크기로 일정한 농도를 갖는 차아염소산을 연속적으로 제조할 수 있으며, 별도의 희석조 및 PH센서를 구비할 필요없이 고순도의 차아염소산 생성분위기를 형성할 수 있으므로, 일정한 농도와 고순도의 차아염소산을 제조할 수 있는 효과가 있다.

Description

차아염소산 전기분해조, 이를 이용한 차아염소산 제조장치 및 제조방법{Electrolyzor for generating hypochlorous acid, apparatus and method for generating hypochlorous acid by use the same}

도 1은 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치를 나타낸 사시도이다.

도 2는 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치의 주요부를 나타낸 정면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도 4는 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치에서 전기분해조의 내부구조를 나타낸 단면도이다.

도 5는 도 4의 A-A'선을 나타낸 단면도이다.

도 6은 도 4의 B-B'선을 나타낸 단면도이다.

도 7은 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치에서 전기분해조의 결합상태를 나타낸 부분단면 분해사시도이다.

도 8a 내지 도 8b는 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치에서 전기분해조의 전기분해과정을 나타낸 개념도이다.

도 9a 내지 도 9b는 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치에서 차아염소산의 순도와 관련된 잔류염소농도와 pH 및 ORP 의 상관성을 나타내는 그래프이다.

도 10a 내지 도 10b는 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치에서 전기분해조의 변수값에 따른 상태변화를 나타낸 그래프이다.

**도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명**

100 : 차아염소산 제조장치

120 : 전해질 탱크

130 : 전기공급제어부

150 : 전해질 공급관

160 : 유입수 공급관

200 : 전기분해조

210 : 캐소드부

240 : 애노드부

270 : 하우징

본 발명은 차아염소산 전기분해조, 이를 이용한 차아염소산 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 병원성 세균과 식중독균, 각종 바이러스에 대한 살균력이 강한 고순도의 차아염소산(hypochlorous acid,HOCL)을 제조하기 위 한 차아염소산 전기분해조, 이를 이용한 차아염소산 제조장치 및 제조방법에 관한 것이다.

차아염소산은 연구결과 이미 급성 독성 실험, 눈자극성 실험, 피부일차 자극성 실험, 피부 누적 자극성 실험, 감작성 실험, 세포 독성 실험, 변이 원성 실험 등의 특성실험을 통하여 독성이 없으며 살균력은 대장균등 모든 균종을 1분내 살균하는 것으로 학회에 보고된 안전성이 확인된 살균제이다.

차아염소산의 제조는 해수(또는 물과 소금(NaCL))의 전해원리를 기초로하여 차아염소산나트륨(NaCLO)을 제조하는 방법을 응용하여 주로 사용되고 있다. 이러한 전해원리를 이용하여 강력한 살균 조성물인 차아염소산(hypochlorous acid)을 만들기 위한 대표적인 방법으로는 전해셀내의 각 전극간의 격막을 구분하여 음용 또는 살균을 위한 약산성전해수와 살균을 위한 강산성수전해수를 생성할 수 있다.

한편 격막식 제조 방법에는 전해생성물의 구분과 포집을 위한 격막을 두어 아노드부와 캐소드부에서 각각 알칼리수와 강산성수를 포집하여 차아염소산을 제조하는 방법과 포집된 두 조성물을 혼합 중화하거나 별도의 염산(HCL)을 공급하여 중화시켜 차아염소산을 제조하는 방법이 알려져 있다.

그러나 상술한 바와 같은 격막식 차아염소산 제조방법은 전기분해조의 구성에 있어 전해생성물의 구분과 포집을 위한 격막이 필수적으로 적용 되어져야 한다. 따라서 생성과 포집의 장치 구성이 별도로 조합되어야 함으로 그 구성이 복잡하고 강산성수의 단독적 살균제 사용에 있어 고가의 의료장비나 식자제등의 살균 취급에 장비의 부식문제를 유발하는 문제점이 있다.

또한 생성된 두 생성물을 혼합하여 차아염소산 조성 pH 범위를 안정적으로 유지할 수 없는 단점을 내제하고 있으며 별도의 희석조와 pH 범위를 보정하는 장치가 구성 되어져야만 하는 문제점이 있다.

또한, 상술한 바와 같은 문제점은 기존의 비격막식 차아염소산 제조장치도 예외라 할 수 없으며 차아염소산의 안정된 조성범위를 만들기 위하여 1개 이상의 희석조를 구비하고 pH메타와 이를 제어하는 제어장치와 pH 보호장치가 필요로 하여 차아염소산 제조장치의 구성이 복잡해지는 문제점 있다.

더욱이 pH의 내구성이 떨어져 사용상의 안정성이 보장되지 못하여 PH센서가 오작동을 할 경우 차아염소산의 생성에 큰 지장을 초래하는 문제점이 있어 살균력이 강한 차아염소산을 안정적으로 제조할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 비교적 소규모의 크기로 일정한 농도와 높은 순도를 갖는 차아염소산을 연속적으로 제조할 수 있는 차아염소산 전기분해조, 이를 이용한 차아염소산 제조장치 및 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 별도의 PH센서의 필요없이 차아염소산의 생성분위기를 형성하여 일정한 농도와 고순도의 차아염소산을 제조할 수 있도록 한 차아염소산 전기분해조, 이를 이용한 차아염소산 제조장치 및 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차아염소산 전기분해조는, 전해질과 유입수가 공급되는 통로를 형성하고, 상기 전해질을 전기분해하기 위한 캐소드전극이 마련되는 캐소드부와, 상기 캐소드부의 외측에 대하여 이격됨과 동시에 상기 캐소드부를 감싸는 형태로 마련되어 상기 전해질이 전기 분해되기 위한 공간을 형성하고, 상기 전해질을 전기분해하기 위한 아노드전극을 형성하는 아노드부와, 상기 아노드부의 외측에 대하여 이격됨과 동시에 상기 아노드부를 감싸는 형태로 마련되어 전기분해된 상기 전해질과 상기 유입수가 혼합되기 위한 공간을 형성하는 하우징을 구비한다.

상기 캐소드부는 일단에 전해질이 공급되는 관로가 형성된 캐소드전극 지지봉이 형성되고, 타단에 중공이 형성된 원통으로 표면에 백금(Pt)코팅이 되는 캐소드전극몸체가 형성되는 캐소드전극과, 상기 캐소드전극몸체의 개방측을 밀폐하며 개방측으로 공급되는 상기 전해질의 유출공이 형성되는 고정결착켑과, 상기 캐소드전극 지지봉의 외측으로 마련되며, 유입되는 유입수의 균등한 공급을 위하여 유입수가 일시 체류하는 공간인 유입수 유입부가 형성되는 유입수유도블럭과, 상기 유입수유도블록과 상기 캐소드전극의 사이에 마련되며, 상기 전해질을 상기 캐소드전극의 관로로 공급하고, 상기 캐소드전극과 상기 아노드전극 사이에서 해리된 해리물질과 상기 유입수를 혼합하여 차아염소산을 생성하는 유입수·전해질 유입블록을 구비하며, 상기 아노드부는 일단에 상기 캐소드전극몸체의 외측에 이격되어 상기 캐소드전극몸체를 감싸는 아노드전극몸체가 형성되고, 타단에 아노드전극 지지봉이 형성되며, 표면에 이리듐(IrO3)코팅 되는 아노드전극과, 상기 아노드전극 지지봉에 마련되고, 생성된 차아염소산을 배출하는 차아염소산 배수블록과, 차아염소산 배수블록에서 배출되는 차아염소산을 일지 저장하고 차아염소산 배출관이 마련되는 차아염소산 유도블록을 구비한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차아염소산 제조장치는, 상기 차아염소산 전기분해조를 이용하여 차아염소산을 생성하는 차아염소산 제조장치에 있어서, 상기 차아염소산을 생성하기 위한 전해질이 저장되는 전해질 저장탱크, 상기 전기분해조에서 전기 분해를 수행하기 위한 전원을 공급하는 전기공급부, 상기 전해질 저장탱크에 연결되어 상기 전해질의 유로를 형성하고, 일정량의 전해질을 지속적으로 상기 전기분해조로 공급하는 전해질공급관, 상기 전기분해조에서 해리된 상기 전해질과 혼합시켜 차아염소산을 생성하기 위한 수도수 또는 정제수를 공급하는 유입수공급관, 상기 전기분해조에서 생성되는 차아염소산을 저장하기 위한 차아염소산 저장탱크를 구비한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 차아염소산 제조방법은 전해질을 차아염소산 전기분해조 내부의 제1 공간으로 유입시키는 단계, 유입수를 상기 차아염소산 전기분해조 내부의 제2 공간으로 유입시키는 단계, 상기 전해질이 상기 제1 공간에서 전기분해되는 단계 및 전기분해된 상기 전해질이 상기 제2 공간으로 유입되어 상기 제2 공간에서 상기 유입수와 혼합되면서 차아염소산이 생성되는 단계를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 차아염소산 전기분해조, 이를 이용한 차아염소산 제조장치 및 제조방법를 상세히 설명한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치의 주요부를 나타낸 정면도이고, 도 3은 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치의 구성을 나타낸 블록도이다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치(100)는 전해질저장탱크(120), 전기공급부(130), 전해질공급관(150), 유입수공급관(160), 정제수공급부(170), 전기분해조(200), 차아염소산 저장탱크(180) 등을 구비한다.

이러한, 차아염소산 제조장치(100)의 각 구성부는 차아염소산 제조장치를 형성하는 몸체프레임의 각 요소에 결합되어 장착되고, 전해질저장탱크(120), 전기공급부(130), 전기분해조(200) 등은 별도의 커버케이스(110)에 의해 보호된다.

상기 전해질저장탱크(120)는 차아염소산을 생성하기 위하여 염화나트륨(

)과 염산(Hcl)을 물(

)에 녹인 pH 1.5이하의 전기전도성 전해질(H₂O, H⁺, H₃O⁺,Cl^-, Na⁺, Cl^-등)이 혼합된 전해질을 저장함과 동시에 저장된 전해질을 전기분해조(200)로 공급하기 위한 것으로, 내부식성과 내화학성이 우수한 아크릴, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 재질의 사각 함체로 형성되는 것이 바람직하다. 이러한, 전해질저장탱크(120)는 전해질보충구(121)와 전해질레벨센서(122)를 구비한다.

상기 전기공급부(130)는, 전기분해조(200)에서 전기 분해를 수행하기 위한 전원과, 각 구성부의 각종 펌프, 밸브, 센서 등의 작동에 필요한 전원을 공급하는 것으로, 장치의 ON/OFF기능과 외부 과부하 방지 및 정전압 공급기능을 수행하는 정전압전원부(131)와, 정전압전원부(131)의 전원을 공급받아 전기분해조(200)와 전원제어부(132)에 필요한 직류 전원을 공급하는 정전류발생기(133)와 각 전기구동부에 공급되는 전력을 제어하는 전원제어부(132)를 구비한다. 예를들어 정전류방생기(133)는 직류 10-20A의 전류를 전기분해조(200)로 공급하는 것이 바람직하다.

상기 전해질공급관(150)은 전해질의 유로를 형성하는 것으로, 일정량의 전해질을 지속적으로 전기분해조(200)로 공급하는 전해질공급펌프(151)와, 수동으로 일정량 전해질을 공급하기 위한 전해질수동공급관(152)과, 공급되는 전해질을 전기분해조(200)로 이동시키는 전해질주입관(153)을 구비한다.

이러한, 전해질수동공급관(152)에는 다수의 밸브로 구성될 수 있으며, 전해질주입관(153)의 경우 연결부재(153a), 연결캡(154) 등에 전기분해조에 결합되고, 전기분해조(200)의 내측에 위치하는 내측전해질주입관(155)으로 전해질을 전달한다.

상기 유입수공급관(160)은 전기분해조(200)에서 전기 분해되어 해리된 pH 2.5 - 3.5의 강산성의 전기분해물질을 중화 재결합시키기 위하여 pH 6.5-7.5의 수도수나 정제수를 공급하기 위한 것으로, 유입수의 공급을 차폐하는 솔레노이드밸브(162)와, 유입수의 압력을 감지하는 압력센서(163)를 구비하고, 수동으로 유입수 를 공급하기 위한 유입수수동공급관(161)을 구비한다. 이러한, 유입수는 연결부재(165a)에 의해 전기분해조에 연결되는 유입수주입관(164)에 의해 전기분해조(200)로 유입수를 공급한다.

여기서, 유입수는 pH 6.5-7.5의 수도수를 사용하는 것이 바람직하지만 외부에서 유입되는 유입수의 수질이 경도가 높거나 pH 6.5-7.5 의 조건이 만족하지 못할 경우에는 별도의 필터를 통해 적정한 pH 조건으로 정제된 정제수를 공급하기 위한 정제수공급부(170)가 더 마련될 수 있다.

이러한 정제수공급부(170)는 유입수공급관(160)으로 공급되는 유입수를 정제를 위하여 유입하는 유입수유입관(171)과, 유입수공입관(160)에 의해 유입되는 유입수를 정제하는 필터부(173)와, 필터부(173)에 의해 정제된 정제수를 다시 유입수공급관(160)으로 공급하는 정제수유출관(172)을 구비한다. 여기서, 필터부(173)는 마이크로필터와 이온교환수지를 이용한 연수필터 또는 카본필터 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 차아염소산 저장탱크(180)는 전기분해조(200)에서 생성되는 차아염소산을 저장하기 위한 것으로, 전기분해조(200)의 하부에 마련되며, 내부에 저장되는 차아염소산의 수위를 감지하기 위한 차아염소산레벨센서(181)가 마련된다. 이러한, 차아염소산저장탱크(180)로는 전기분해조에 연결부재(164a)에 의해 연결되는 차아염소산배출관(165)에 의해 차아염소산이 저장된다.

한편, 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치(100)에는 제조장치(100)의 작동 및 차아염소산의 발생속도 등을 제어하도록, 각 구성부와 연동되어 각 구성부의 작 동을 제어하는 제어부(미도시)가 더 마련된다.

상기 전기분해조(200)는 전해질저장탱크(120)에서 공급되는 전해질을 전기분해하고, 전기 분해된 전해질을 공급되는 물과 혼합하여 차아염소산을 제조하는 것이다.

이하, 본 발명에 따른 전기분해조(200)를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치에서 전기분해조의 내부구조를 나타낸 단면도이고, 도 5는 도 4의 A-A'선을 나타낸 단면도이고, 도 6은 도 4의 B-B'선을 나타낸 단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치에서 전기분해조의 결합상태를 나타낸 부분단면 분해사시도이다.

도시한 바와 같이 본 발명에 따른 전기분해조(200)는 크게 전해질과 유입수가 공급되는 통로를 형성하고 전해액을 전기분해하기 위한 (-)전극을 형성하는 캐소드부와, 캐소드부의 외측에 마련되고 전해액을 전기분해하기 위한 (+)전극을 형성하고 생성된 차아염소산을 배출하는 아노드부를 구비하며, 캐소드부와 아노드부의 외부에 마련되어 해리된 전해질과 유입수가 혼합되는 공간을 형성하는 전기분해조 하우징(270)을 구비한다.

여기서, 캐소드부는 캐소드전극(210), 유입수유도블록(220), 유입수·전해질 유입블록(230)으로 구성되며, 아노드부는 아노드전극(240), 차아염소산 유도블록(250), 차아염소산 배수블록(260)으로 구성된다.

이러한 구성들의 설치상태를 간략히 설명하면 캐소드전극(210)의 외측으로 아노드전극(240)이 캐소드전극(210)을 감싸는 형태로 위치하고, 캐소드전극(210)과 아노드전극(240)의 일단으로 유입수유도블록(220), 유입수·전해질 유입블록(230)이 순차적으로 결합되고, 캐소드전극(210)과 아노드전극(240)의 타단으로 차아염소산 유도블록(250), 차아염소산 배수블록(260)이 순차적으로 결합된다.

상기 캐소드전극(210)은, 중공이 형성된 원통으로 일단에 관로삽입구가 형성된 캐소드전극 지지봉(214)으로 마련되고, 타단에는 캐소드전극몸체(213)가 형성된다.

여기서, 캐소드전극 지지봉(214)의 외주면에는 유입수·전해질 유입블록(230)에 결합되기 위한 캐소드전극 결착탭(212)이 형성되고, 단부에는 캐소드 정전류공급선(210a)이 연결되기 위한 고정탭(211)이 형성된다.

또한, 캐소드전극 지지봉(214)의 중앙부에는 내측전해질주입관(155)이 삽입되어 고정되는 중공이 형성된다. 내측전해질주입관(155)은 별도의 연결부재(153a)에 의해 전해질주입관(153)과 연결된다.

그리고 캐소드전극몸체(213)는 의 개방측에는 고정결착켑(215)으로 기밀이 유지된 상태로 결합되고, 고정결착켑(215)의 중앙부에는 전해질이 일정한 양으로 공급되도록 유출공(215a)이 형성된다.

이러한, 캐소드전극몸체(213)는 탄소, 티타늄, 하스텔로이, 니켈화합물 등의 재질로 제조되는 것이 바람직하다. 또한, 그 표면에 2-3㎛로 백금(Pt)코팅을 실시하는 것이 바람직하다.

상기 유입수유도블록(220)은 중앙부에 캐소드전극 지지봉(214)이 관통되는 관통홀이 형성되고, 일측에 별도의 연결피팅(134a)에 의해 유입수주입관(164)과 연결된다. 또한 유입수유도블록(220)의 내부에는 유입수유도블록(220)의 내부로 유입되는 유입수의 균등한 공급을 위하여 유입수가 일시 체류하는 공간인 유입수 유입부(221)가 형성된다.

상기 유입수·전해질 유입블록(230)은 중앙부에 캐소드전극(210)의 캐소드전극결착탭(212)이 결합되는 결착탭(235)이 형성되고, 하면에는 아노드전극(240)의 개방측 단부가 삽입되도록 아노드전극(240)의 단부형상에 대응되는 형상으로 결착홈(236)이 형성된다.

그리고 유입수·전해질 유입블록(230)의 결착홈(236) 외측으로는 유입수 유입부(221)에 체류하는 유입수가 공급되도록 유입수·전해질 유입블록(230)을 관통하는 유입수 유도공(232)이 형성되고, 유입수·전해질 유입블록(230)의 결착홈(236)에 대응되는 위치에는 아노드전극(240)의 단부가 소정의 간격을 두어 전해질이 통과되는 전해질분할공(231)이 형성된다(도 5 참조).

한편, 유입수유도공(232)에는 유입수유도공(232)으로 유입되는 유입수를 안내하도록 경사면으로 형성되는 유입수공급공(233)이 형성되고, 전해질분할공(231)에는 전해질분할공(231)으로 유입되는 전해조성물의 유입/배출을 안내하기 위한 전해질혼합공(234)이 더 형성된다.

이러한, 전해질분할공(231)과, 아노드전극(240)의 사이에 형성되는 이격 공간으로 아노드전극(240)과 캐소드전극(210) 사이에서 전해 해리된 전해조성물이 통과하면서, 유입수 유도공(232)으로 유입되는 유입수가 혼합되게 된다. 이때 유입수 와 전해조성물의 유입방향이 동일한 방향으로 진행되어 화학적 중화 재결합이 신속하게 유도될 수 있다.

또한, 전해질분할공(231)과 전해질혼합공(234)의 개수 또는 크기를 변형시키고 유입되는 유입수량과 공급되는 정전류의 양의 비례적관계를 변경할 경우 차아염소산의 생성 속도를 조절하여 제조량을 조절할 수 있다.

상기 아노드전극(240)은 캐소드전극(210)의 외측에서 소정거리 이격되어 캐소드전극(210)을 감싸는 형태로 마련되어지며 유입되는 전해질이 전해물질로 해리시키는 공간을 형성한다.

상기 아노드전극(240)은, 일단에 후술할 차아염소산 배수블록(260)에 결합되는 아노드전극 지지봉(244)이 마련되고, 타단에는 아노드전극몸체(243)가 형성된다.

이러한 아노드전극몸체(243)는 캐소드전극몸체(213) 외주면에 대하여 소정거리 이격되어 감싸는 형태로 마련되며, 아노드전극몸체(243)의 단부는 상술한 유입수·전해질 유입블록(230)에 형성된 결착홈(236)에 삽입된다.

여기서, 아노드전극 지지봉(244)의 외주면에는 차아염소산 배수블록(260)이 결합되는 아노드전극결착탭(242)이 형성되고, 단부에는 아노드정전류공급선(240a)이 연결되기 위한 고정탭(241)이 형성된다.

이러한, 아노드전극몸체(243)는 탄소, 티타늄, 하스텔로이, 니켈화합물 등의 재질로 제조되는 것이 바람직하다. 또한, 그 표면에 2-3㎛로 이리듐(IrO₃)코팅을 실 시하는 것이 바람직하다.

한편 아노드전극몸체(243)와 캐소드전극몸체(213)간의 이격거리는 전극에 정해진 면적으로 전해질을 전기분해시킴에 있어 전해질이 아노드전극몸체(243)와 캐소드전극몸체(213)의 사이에 체류하는 시간과 전류량을 변동시킬 수 있는 기준 요소이며 전해질에 포함된 pH 1.5이하의 전기전도성 전해질(H₂O, H⁺, H₃O⁺,Cl^-, Na⁺, Cl^-등)을 강산성전해물질로 최대한 해리시키는데 필요한 시간과 이에 비례되는 전류량의 변화을 말한다.

이는 정전류양과 전해질 공급양이 결정된 상태에서 이격거리 조정에 따라 중화 재결합에 따른 차아염소산으로의 pH변화를 최적범위인 pH 4-6범위로 연속반응시킴에 있어 안정된 순도의 차아염소산으로의 중화 재결합을 위해 최적의 이격거리가 결정된다. 이와같이 아노드전극(240)은 아노드전극몸체(243)가 캐소드전극몸체(213)를 감싸 소정 이격거리를 두어 전해질이 강산성전해물로 최대한 해리되도록 이격되어 마련된다.

상기 차아염소산 배수블록(260)은, 중앙부에 아노드전극 지지봉(244)에 형성된 아노드전극결착탭(242)이 결합되는 결착탭(263)이 형성되고, 차아염소산 배수블록(260)을 관통하여 생성된 차아염소산을 배출하는 차아염소산 분배공(262)이 형성된다. 또한, 차아염소산 분배공(262)의 입구에는 유입되는 차아염소산의 유입경로를 형성하는 차아염소산 유도공(261)이 더 형성될 수 있다.(도 6 참조)

상기 차아염소산 유도블록(250)은 차아염소산 배수블록(260)의 외부에 결합 되어 차아염소산 배수블록(260)에서 배출되는 차아염소산이 임시 체류하는 차아염소산 유출부(251)를 형성한다. 이러한 차아염소산 유도블록(250)에는 별도의 연결부재(165a)에 의해 연결되어 차아염소산을 차아염소산 저장탱크(180)에 유입시키는 차아염소산 배출관(165)이 마련된다.

상기 전기분해조 하우징(270)은, 중공이 형성되는 관형상으로 아노드전극(240)의 외부를 감싸 유입수와 전해생성물이 혼합되는 공간을 형성하는 것으로, 양단은 각각 유입수·전해질 유입블록(230)과 차아염소산 배수블록(260)에 각각 밀착되어 기밀을 유지하여 결합된다. 이러한 전기분해조 하우징(270)은 비전도성의 합성수지 재질도 마련되는 것이 바람직하다.

이에 따라, 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치의 작동을 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 이하에서 언급되는 각각의 요소들은 상술한 설명과 도면을 참조하여 이해하여야 한다.

도 8a 내지 도 8b는 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치에서 전기분해조의 전기분해과정을 나타낸 개념도이고, 도 9a 내지 도 9b는 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치에서 차아염소산의 순도와 관련된 잔류염소농도와 pH 및 ORP 의 상관성을 나타내는 그래프이고, 도 10a 내지 도 10b는 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치에서 전기분해조의 변수값에 따른 상태변화를 나타낸 그래프이다.

본 발명에 따른 차아염소산 제조장치의 작동을 설명함에 있어 장치의 조작에 관련된 사항은 생략하고, 차아염소산 제조에 따른 작용만을 설명하도록 한다.

먼저, 본 발명의 실시예에서는 수도수나 정제수 1ℓ당 염화나트 륨(

)30g-35g , 염산(Hcl)12-13㎖를 사용하여 녹여 전해질을 조제한다. 그리고 전기분해조의 캐소드전극(210)은 지름 54mm에 83L의 면적의 순티탄 본체 외측에 백금(Pt)을 2-3㎛ 도막화 하였으며, 아노드전극(240)은 지름 42.5mm에 92L의 면적의 순티탄 본체 내측에 이리듐(IrO₂)을 2-3㎛ 도막화 하였으며 각 전극간 이격거리를 4mm로하여 내측중공을 형성하게 하였다.

또한, 정전압전원부(131)에 220V,60hz의 전압을 사용하였으며 이를 용량이 최대 5V에 15A인 정전류발생기(133)에 공급하여 DC 12A의 정전류를 아노드전극(240)의 아노드전극지지봉(244)과 캐소드전극(210)의 캐소드전극지지봉(214)으로 (-)정전류공급선(210a)과 (+)정전류공급선에 각각 인가되도록 하여 전기분해조에 전류를 공급하도록 하였다.

한편 상술한 바와 같은 설정값을 얻기 위해서는 2.5ℓ의 유입수를 유입하여 최적의 값을 각 가변 변수값(DC 전류값, 염화나트륨(

)과 염산(Hcl)농도 등)을 각각 고정 변수화하여 변동폭에 따른 차아염소산의 순도변화와 pH변화 및 잔류염소농도, 산화환원전위의 변화를 분석하여 고순도의 차아염소산생성을 최적의 상태를 파악한다.

이후, 각 고정변수에 염산(Hcl)농도에 따른 pH변화를 주어 생성된 차아염소산의 순도범위가 생성된는 범위를 벗어남을 파악하고, 염화나트륨(Nacl)양의 증감에 따라 같은 전류량에서 전기분해 되어 생성되는 강산성 전해물질로의 해리상태가 증가되어 ORP와 잔류염소농도가 차아염소산 중화재결합범위를 벗어나 생성됨을 파 악한다.

상술한 반응은 고순도의 차아염소산 발생의 범위를 만족하기 위하여 전기분해조(200)를 이용함에 있어서, 전해질의 농도와 전해 해리되는 강산성 전해물질의 농도와, 유입수의 희석정도의 밸런스가 필요함을 알 수 있다.

이러한 설정상태는 전해질의 농도, 공급전류량, 유입수량, 각 전극본체의 면적의 변수 등에 따라 변경될 수 있는 것으로 본 실시예로 한정하는 것은 아니다.

먼저, 상술한 조건을 만족하도록 조제된 4-5ℓ의 전해질을 차아염소산 제조장치(100) 의 전해질 저장탱크(120)에 선차적으로 충전한다. 여기서 충전되는 전해질은 염화나트륨(

)과 염산(Hcl)을 물(

)에 녹인 pH 1.5이하의 전기전도성 전해질(H₂O, H⁺, H₃O⁺,Cl^-, Na⁺, Cl^-등)로서 그 사용농도에 따라 정전류발생기(133)로 부터의 공급전류량, 유입수량, 각 전극본체의 면적의 변수 등의 가변변수 수치를 변동시키는 인자로 작용될 수 있다.

이후, 제조될 차아염소산의 생성량이 분당 2.5ℓ가 될 수 있도록 유입수 중화희석비율을 전해질주입량의 80-90배가 되도록 유입유량을 유입수 유도블록(221)로 유입한다. 이때 유입수의 범위를 압력센서(163)의 압력으로 환산하여 상위값과 하위값의 범위에서 OFF 시그널을 제어부에 보내어 안정되지 못한 차아염소산이 생성될 수 없도록 하고 전해질공급펌프(151)의 가동공급량 역시 상기의 중화희석배율이 맞도록 공급범위를 조절하여 스위치가 작동하여 정해진 비율로 주입될 수 있도록 한다.

이에 본 발명에 따른 차아염소산 제조장치를 작동시킨다. 이때 전해질저장탱크(120)에 수위가 LOW 상태일 때와 차아염소산 저장탱크(180)가 HIGH일 때는 각 레벨센서(122,181)의 신호에 따라 전원제어부(132)에 의해 작동이 중단되며 차아염소산을 제조 중이더라도 작동이 중단되도록 전원제어부(132)에서 연동제어된다.

여기서, 운전중 가동이 정지될 때는 유입수의 유입을 솔레노이드밸브(162)에 의해 차폐시키며 전해질 공급펌프(151)의 가동이 정지된다. 또한, 각 레벨센서(122,181)와 연동조건을 만족하여 가동 중에는 유입수의 솔레노이드밸브(162)가 개방되고 구비된 전해질 공급펌프(151)가 가동되고, 전해질 공급펌프(151)를 이용하여 전해질을 분당 2.5ℓ의 희석수의 상기 배율에 맞추어 공급한다.

이와 동시에 전기분해조(200)의 각 전극(210, 240)으로 12-13A의 정전류가 정전류 발생장치(133)로부터 공급된다.

이에 전기분해조(200)로 공급되는 전해질은 캐소드전극(210)에 삽입된 외부전해질주입관(153)을 통해 이송되고, 외부전해질주입관(153)의 단부에 마련된 전해질유출공(215a)에 의해 캐소드전극(210)과 아노드전극(240) 사이의 이격공간으로 공급된다.

이때 캐소드전극(210)과 아노드전극(240) 사이의 이격공간으로 공급된 전해액은 캐소드전극(210)과 아노드전극(240)에 공급되는 12-13A의 정전류에 의해 각 전극에서 발생되는 전자이동에 의하여 pH 2.5-3.5의 강산성 전해 해리물로 화학변화 된다.

즉, 도 8a 내지 도 8b에 도시된 바와 같이 캐소드전극(210)과 아노드전 극(240)의 이격 공간 사이로 공급된 전해질 중 염화나트륨(

)

는 캐소드전극몸체(213)의 백금피막부로 이동되고,

는 아노드전극몸체(243)의 이리듐 피막부로 이동된다.

그리고 캐소드전극몸체(213)의 백금피막부로 이동된

이온은 캐소드전극몸체(213)에서 방출한 전자(

)또는 아노드전극몸체(243)의 이리듐 피막부로

이 방출한 전자(

)을 받아

이온이 최외각 전자 1개를 채워서 금속나트륨(

)이 된다.

즉,

이 되며 아노드전극몸체(243)의 이리듐 피막부로 이동된

는 최외각전자(

)한개를 캐소드전극몸체(213)의 백금피막부로 주고 염소라디칼(

)이 된다.

이러한 할로겐 원자인 염소라디칼(

)은 단일원자로 존재하지 못하고 공유결합하여 이원자분자인 염소가스(

)로 결합하여 내측중공(280)에서 안정화한다.

이후, 상술한 바와 같이 캐소드전극(210)과 아노드전극(240)의 사이에서 해리된 물분자(H₂O),염소가스(cl₂),염산(HCl),염소라디칼(Cl*),수소이온(H⁺),수산화물이온(OH^-),수소분자(H₂),나트륨(Na),염소이온(cl^-) 수소가스(

)등으로 화학변화된 pH 2.5 - 3.5의 강산성의 전해물질은 유입수·전해질 유입블록(230)의 전해질분할공(231)을 통하여 전해질혼합공(234)을 따라 유출되어 아노드전극몸체(243)와 전기 분해조 하우징(210) 사이의 이격 공간으로 이동된다.

한편, 유입수는 제조될 차아염소산의 생성량이 분당 2.5ℓ가 될 수 있도록 유입수 중화희석비율을 전해질주입량의 80-90배가 되도록 유입유량을 유입수 유도블록(220)으로 유입하여 유입수 분배공간인 유입수 유입부(221)를 거처 유입수·전해질 유입블록(230)의 유입수 유도공(232)과 유입수 유입공(233)으로 공급되어 아노드전극몸체(243) 외측부와 전기분해조 하우징(210)으로 형성된 이격 공간으로 유입되고 동시에 전해질분할공(231)을 통하여 전해질혼합공(234)으로 유입되는 pH 2.5 - 3.5의 강산성의 전해물질과 중화재결합 된다.

이에 해리된 전해 생성물과 유입수가 중화재결합되면서 금속나트륨(

) 및 염소가스(

)와 각각 반응하여 수소가스(

), 수산화나트륨(

), 염산(

), 차아염소산(

)이 생성된다.

이를 좀 더 상세히 설명하면, 전해액이 전해질분할공(231)을 통해 유출되면서 pH 2.5 - 3.5의 강산성의 전해물질 중

은 유입수(

)와 반응하여 수소가스(

)와 수산화나트륨(

)을 생성하게 된다.

즉,

이 된다.

또한, pH 1.5이하의 전기전도성 전해질이 pH 2.5 - 3.5강산성의 전해물질로 전기분해 되면서 생성된 염소가스(

)는 유입수(

)와 중화 재결합 반응하여 pH 4-6의 조성물질로 화학변화된다

이는 주로 염산(

)과 차아염소산(

)으로 재결합되어져, 즉

로 반응되어 순도가 높은 차아염소산을 생성하게 되며, 당량반응 후 잔류된 염산(

)은 유입수와 반응하여 중화재결합시 유입수와 반응되어 생성된 수산화나트륨(

)과 중화반응되어 물(

)과, 염화나트륨(

)을 생성한다.

즉,

가 되며 이러한 화학과정에서 최종 pH 4-6범위로 목적물이 생성되어져 같이 순도가 높은 차아염소산 생성 PH 범위로 변화되어 제조되는 것이다.

따라서 중화재결합시 전해해리물의 생성pH를 고려하여 유입수의 희석배수를 고려하고 공급되는 전류량을 결정한다(도 9a 내지 도 9b 참조).

한편 도 10a 내지 도 10b에 도시된 바와 같이 초기 전해질의 염산 사용량과 염화나트륨량에 따라 그 밸런스가 PH 범위가 최적상태를 벗어나 산성 분위기(PH1~4)의 최종목적물이 조성될 경우 중화재결합이 일어나지 못하고 염소가스(

)상태로 제조된다. 또한 알칼리분위기(PH7~) 상태로 조성될 경우

상태로 제조되어 순도가 높은 차아염소산을 제조할 수 없게 됨을 알 수 있다.

이는 염산(

)과 수산화나트륨(

)의 중화재결합반응의 진행 밸런스를 캐소드전극(210)과 아노드전극(240) 사이의 전해 해리와 중화재결합과정을 연속적으로하여 차아염소산(

)이 생성되는 pH 분위기가 중성분위기(PH5~7)를 유지 하게 하여야 고농도의 차아염소산(

)을 생성할 수 있도록 한 것이다.

한편 상술한 바와 같이 외측중공에서 중화재결합되어 생성된 고순도의 차아염소산(

)은 차아염소산 배수블록(260)의 차아염소산 유도공(261)으로 유도되어 차아염소산 분배공(262)분배되고, 차아염소산 유도블록(250)의 차아염소산 유출부(251)로 포집되어 차아염소산 유도블록(250)과 연결된 차아염소산 배출관(165)을 통해 차아염소산 저장탱크(180)에 저장된다.

또한, 이와 같이 생성된 차아염소산은 냉각 동결의 과정을 거쳐 고체화하여 식품 등의 보관 보조제로 사용할 경우 식품의 보관 및 살균에 사용할 수 있다.

생성된 차아염소산을 동결시켜 식품의 보관용으로 사용할 경우 차아염소산의 자체 살균력과 동결된 차아염소산의 온도 저하에 의해 식품에 존재하는 세균의 증식을 억제하여 보다 장기간 식품을 보관할 수 있다. 대한민국에서 중남미로 또는 그 반대의 경우와 같이 비교적 장기간이 소요되는 식품의 수입 또는 수출시 고체화된 차아염소산을 냉동 보조제로 사용할 경우 식품의 신선도를 최대한 유지하도록 할 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 기술되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 사람이라면, 첨부된 청구 범위에 정의된 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 발명을 여러 가지로 변형하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 앞으로의 실시예들의 변경은 본 발명의 기술을 벗어날 수 없을 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 차아염소산 전기분해조 및 이를 이용한 차아염소산 제조장치에 따르면, 비교적 소규모의 크기로 일정한 농도를 갖는 차아염소산을 연속적으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 차아염소산 전기분해조 및 이를 이용한 차아염소산 제조장치에 따르면, 별도의 PH센서의 필요 없이 차아염소산의 생성분위기를 형성할 수 있으므로, 고농도의 차아염소산을 제조할 수 있는 효과가 있다.

또한, 별도의 희석조의 필요없이 중화재결합반응이 가능하도록 함으로써 고순도의 차아염소산이 생성되는 pH4-6범위를 안정적으로 유지할 수 있어 고순도의 차아염소산을 연속적으로 제조할 수 있는 효과가 있다.

Claims

전해질과 유입수가 공급되는 통로를 형성하고, 상기 전해질을 전기분해하기 위한 캐소드전극이 마련되는 캐소드부와,

상기 캐소드부의 외측에 대하여 이격됨과 동시에 상기 캐소드부를 감싸는 형태로 마련되어 상기 전해질이 전기 분해되기 위한 공간을 형성하고, 상기 전해질을 전기분해하기 위한 아노드전극을 형성하는 아노드부와,

상기 아노드부의 외측에 대하여 이격됨과 동시에 상기 아노드부를 감싸는 형태로 마련되어 전기분해된 상기 전해질과 상기 유입수가 혼합되기 위한 공간을 형성하는 하우징을 구비하는 것을 특징으로 하는 차아염소산 전기분해조.
제 1항에 있어서,

상기 캐소드부는 일단에 전해질이 공급되는 관로가 형성된 캐소드전극 지지봉이 형성되고, 타단에 중공이 형성된 원통으로 표면에 백금(Pt)코팅이 되는 캐소드전극몸체가 형성되는 캐소드전극과, 상기 캐소드전극몸체의 개방측을 밀폐하며 개방측으로 공급되는 상기 전해질의 유출공이 형성되는 고정결착켑과, 상기 캐소드전극 지지봉의 외측으로 마련되며, 유입되는 유입수의 균등한 공급을 위하여 유입수가 일시 체류하는 공간인 유입수 유입부가 형성되는 유입수유도블럭과, 상기 유입수유도블록과 상기 캐소드전극의 사이에 마련되며, 상기 전해질을 상기 캐소드전극의 관로로 공급하고, 상기 캐소드전극과 상기 아노드전극 사이에서 해리된 해리물질과 상기 유입수를 혼합하여 차아염소산을 생성하는 유입수·전해질 유입블록을 구비하며,

상기 아노드부는 일단에 상기 캐소드전극몸체의 외측에 이격되어 상기 캐소드전극몸체를 감싸는 아노드전극몸체가 형성되고, 타단에 아노드전극 지지봉이 형성되며, 표면에 이리듐(IrO3)코팅 되는 아노드전극과, 상기 아노드전극 지지봉에 마련되고, 생성된 차아염소산을 배출하는 차아염소산 배수블록과, 차아염소산 배수블록에서 배출되는 차아염소산을 일시 저장하고 차아염소산 배출관이 마련되는 차아염소산 유도블록을 구비하는 것을 특징으로 하는 차아염소산 전기분해조.
상기 1항의 차아염소산 전기분해조를 이용하여 차아염소산을 생성하는 차아염소산 제조장치에 있어서,

상기 차아염소산을 생성하기 위한 전해질이 저장되는 전해질 저장탱크,

상기 전기분해조에서 전기 분해를 수행하기 위한 전원을 공급하는 전기공급부,

상기 전해질 저장탱크에 연결되어 상기 전해질의 유로를 형성하고, 일정량의 전해질을 지속적으로 상기 전기분해조로 공급하는 전해질공급관,

상기 전기분해조에서 해리된 상기 전해질과 혼합시켜 차아염소산을 생성하기 위한 수도수 또는 정제수를 공급하는 유입수공급관,

상기 전기분해조에서 생성되는 차아염소산을 저장하기 위한 차아염소산 저장탱크를 구비하는 것을 특징으로 하는 차아염소산 제조장치.
전해질을 차아염소산 전기분해조 내부의 제1 공간으로 유입시키는 단계;

유입수를 상기 차아염소산 전기분해조 내부의 제2 공간으로 유입시키는 단계;

상기 전해질이 상기 제1 공간에서 전기분해되는 단계; 및

전기분해된 상기 전해질이 상기 제2 공간으로 유입되어 상기 제2 공간에서 상기 유입수와 혼합되면서 차아염소산이 생성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차아염소산 제조방법.