KR100953180B1 - 순수 차아염소산 제조 장치 - Google Patents
순수 차아염소산 제조 장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 순수 차아염소산 제조 장치에 관한 것으로, 구체적으로는 순도가 높은 순수 차아염소산을 높은 생산효율로 제조할 수 있고, 차아염소산 비율을 극대화 할 수 있으며, 차아염소산에 잔류 염성분이 발생하지 않는 순수 차아염소산 제조 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 순수 차아염소산 제조 장치는, 원수를 공급받아 저장하기 위한 원수저장부; 원수저장부로부터 배출되는 제1 공급수에 염소계 물질을 용해시켜 염소계 물질 수용액을 제조하기 위한 용해부; 상기 용해부로부터 배출되는 상기 염소계 물질 수용액, 및 상기 원수저장부로부터 공급되는 제2 공급수를 전기분해시키기 위한 제1 전해조; 상기 제1 전해조로부터 배출되는 산성 용액으로부터 염소가스를 분리시키기 위한 제1 가스분리기; 및 상기 염소가스를 상기 원수저장부로부터 배출되는 제3 공급수에 용해시켜 차아염소산을 제조하기 위한 차아염소산 제조부를 포함할 수 있다.
HOCl, 차아염소산, 살균, 전해, 염화나트륨
Description
본 발명은 순수 차아염소산 제조 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차아염소산을 생산하기 위한 순수 차아염소산 제조 장치에 관한 것이다.
최근 대기나 토양의 오염이 심해짐에 따라 알러지나 아토피와 같은 환경성 질환이 늘어나고 있으며, 이에 발맞추어 웰빙의 대한 관심이 높아짐에 따라 건강에 대한 관심도가 나날이 증가하고 있다. 따라서, 인체에 부작용을 유발하지 않는 화학 약품으로 각종 질환을 치료하거나 소독하고 예방하는 방법에 대한 연구가 그동안 진행되어 왔다.
일반적으로 대부분의 상수도 혹은 수영장 시설에는 물을 소독하기 위하여 오존이나, 자외선, 차아염소산나트륨(NaOCl), 액화염소, 염소가스 등이 사용되어왔다. 하지만, 액화염소, 염소가스, 차아염소산나트륨(NaOCl) 등으로 살균할 경우 물에서 냄새가 나며 각종 피부질환을 일으킬 우려가 있고, 더욱이 수영장에서 소독제로서 사용되는 염소는 폐질환, 피부질환, 결막염 등의 질병을 일으키는 심각한 문제점이 있었다. 또한, 일반적으로 수돗물을 비롯한 각종 식수, 음료수, 식품 등은 살균 처리를 위한 방법으로는 소금을 전기분해하여 생성한 염소(Cl2)외에 하이포아염소산칼슘(Ca(ClO)2)의 형태로 염소소독 방법 등을 사용하였다. 차아염소산나트륨(NaOCl) 또한 소독 살균제로 사용되나 알러지(Allergy), 안구 충혈, 옷감의 탈색 등을 유발하며, 사용후 하수로 버려지면 메탄(CH4)과 반응하여 발암물질인 트로할로메탄(THM)을 발생시킨다.
이러한 문제를 해소하는 살균 방법으로서 차아염소산(HOCl) 또는 아염소산(HClO2)에 의한 살균이 알려져 있다. 이 살균 방법은 살균 대상의 범위가 넓고, 즉각적인 살균 효과를 발휘하는 여러 가지의 이점이 있으며, 차아염소산(HOCl)의 살균력은 차아염소산나트륨(NaOCl)의 약 20배에 달하는 것으로 나타났다. 특히, 차아염소산(HOCl) 또는 아염소산(HClO2)을 함유한 살균수는 약산성 영역으로 조정되면 피부염이나 알레르기 반응을 일으키지 않는 우수한 이점을 갖는다. 또한, 여러 실험 등을 통하여 독성이 전혀 없는 것으로 알려져 상수도 등 식수를 비롯하여 식품, 의약에 이르기까지 위생적으로 대상물을 효과적으로 살균할 수 있으므로 현재 살균제로 사용되고 있는 에탄올, 크레졸, 페놀 등에 비해 독성이 없고 안전성이 높다. 따라서, 차아염소산(HOCl)에 의한 살균은 살균 능력 및 인체에 대한 무해성의 관점에서 현재 알려져 있는 여러 가지의 살균방법 중에서 가장 바람직한 방법이라고 생각할 수 있다.
일반적으로 염소(Cl2)는 소금 등의 주성분인 염화나트륨(NaCl)을 전기분해하 여 제조하는데, 소금물을 전해조에서 전해하게 되면, (2NaCl + 2H2O 전기분해 → 2NaOH + Cl2↑ + H2 ↑)로 되고, 여기에서 생성된 염소(Cl2)를 물과 반응시키면, Cl2, HOCl, OCl 의 형태로 존재하게 되는데, pH에 따라서 Cl2, HOCl, OCl의 존재비율이 달라진다. 즉, pH가 낮아질수록 염소(Cl2)의 비율이 높아지고, 약산성 영역 및 중성 영역에서는 차아염소산(HOCl)의 비율이 높아지며, 알칼리 영역에서는 차아염소산(HOCl)이 H+이온과 OCl-이온으로 분해되어 OCl-이온의 비율이 높아진다.
도5에 따르면 pH = 9 에서는 HOCl 형태가 4%, OCl 형태가 96%정도로 존재하고, pH가 5.5 내지 6.5일 때 가장 차아염소산(HOCl)의 비율이 높으며, 특히 pH = 6 근방에서는 거의 100%를 차지한다. 즉, 악취나고, 유해한 염소(Cl2)가스가 적고, OCl-이온 발생이 적으면서도 살균제인 차아염소산(HOCl)이 많아지는 pH범위는 대략 5.5 내지 6.5(특히 pH 약 6에서 HOCl 발생율 정상치)의 범위에 있다. 실질적으로는 pH5 근방에서 차아염소산(HOCl)의 비율이 극대화 되나 약간의 산성화에도 염소(Cl2)가스가 발생할 가능성이 있으므로 pH5.5 내지 pH6.5사이가 안전하면서 가장 안정된 pH 범위인 것으로 알려져 있다.
차아염소산(HOCl)은 상기한 바와 같이 인체에 무해할 뿐만 아니라, 차아염소산나트륨(NaOCl)의 약 20배, 차아염소산이온(OCl-)에 비하여 약 80배의 살균력을 가 지고 있으므로, 인체에 직접적으로 적용하거나 인체에 섭취 또는 흡수될 과일, 채소, 어류, 가공식품 등의 음식물 살균 소독, 농장, 수경재배장, 양계장, 축사, 연못, 하수 및 오폐수 처리장, 정수장, 수영장 등의 살균 소독, 및 기계류, 배관, 냉각탑, 의료기기 등의 살균 소독에에 있어서, 차아염소산(HOCl)의 비율을 극대화할 수 있는 살균수의 제조 방법 및 이를 구현하는 제조 장치의 필요성이 크게 대두되고 있다.
한편, 염소(Cl2)가스를 이용하여 차아염소산(HOCl)을 생산하는 경우 구입하는 염소(Cl2)가스를 저장하기 위한 별도의 고압 탱크가 필요한데, 이는 부식방지 처리가 필수적이며, 이를 관리하기 위한 위험물 관리사가 필요하다.
또한, 종래에 염화나트륨(NaCl)을 이용하여 차아염소산(HOCl)을 제조하는 경우 염화나트륨(NaCl) 수용액을 단순히 전기분해하여 사용하므로 염성분(Na+)이 일부 존재한다. 따라서, 농작물 등에 장시간 사용하는 경우 염성분(Na+)이 토양에 축적되어 농작물 재배에 악영향을 줄 수 있으며, 식품공장 생산라인의 기계류 또는 배관 등에 사용하는 경우 잔존하는 염성분(Na+)이 부식을 일으킬 수 있어 염화나트륨 성분을 최소화 하는 것이 필요하다.
본 발명은 순도가 높은 순수 차아염소산을 생산할 수 있는 순수 차아염소산 제조 장치를 제공하는 데에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 차아염소산 생산 효율을 높일 수 있는 순수 차아염소산 제조 장치를 제공하는 데에 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 생산되는 차아염소산의 pH를 최적으로 제어할 수 있는 순수 차아염소산 제조 장치를 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 염성분이 잔류하지 않는 차아염소산을 생산할 수 있는 순수 차아염소산 제조 장치를 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 전력 소모를 줄일 수 있는 순수 차아염소산 제조 장치를 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명은 별도의 염소(Cl2)가스 저장 탱크가 필요하지 않은 순수 차아염소산 제조 장치를 제공하는 데에 또 다른 목적이 있다.
본 발명에 따른 순수 차아염소산 제조 장치는, 원수를 공급받아 저장하기 위한 원수저장부; 원수저장부로부터 배출되는 제1 공급수에 염소계 물질을 용해시켜 염소계 물질 수용액을 제조하기 위한 용해부; 상기 용해부로부터 배출되는 상기 염소계 물질 수용액, 및 상기 원수저장부로부터 공급되는 제2 공급수를 전기분해시키 기 위한 제1 전해조; 상기 제1 전해조로부터 배출되는 산성 용액으로부터 염소가스를 분리시키기 위한 제1 가스분리기; 및 상기 염소가스를 상기 원수저장부로부터 배출되는 제3 공급수에 용해시켜 차아염소산을 제조하기 위한 차아염소산 제조부를 포함할 수 있다.
본 발명의 순수 차아염소산 제조 장치에 따르면, 원수와 염화나트륨만을 이용하여 차아염소산을 생산할 수 있어 편리하며, 생성되는 염소가스를 이용하여 차아염소산을 생산하므로 차아염소산에 염성분이 잔존하지 않아 사용상의 토양오염, 및 기계류의 부식등을 방지할 수 있고, 생성되는 염소가스를 바로 소비하므로 염소가스 저장 탱크와 위험물 관리사가 불필요하여 안전하고 비용을 절감할 수 있으며, 직류 펄스 파형의 전류를 이용함으로써 전력 소모를 줄일 수 있고, 공급되는 원수와 염화나트륨 수용액에서 경도 유발 물질을 제거함으로써 차아염소산 생산 효율, 및 순도를 높일 수 있으며, 차아염소산의 생산 과정에서 발생하는 알칼리성 물질을 이용하여 차아염소산의 pH를 최적으로 제어할 수 있어 순도가 높은 순수한 차아염소산을 저렴한 비용으로 안전하고 간편하게 생산할 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가 장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 순수 차아염소산 제조 장치의 계통도, 도2는 본 발명의 일실시예에 따른 제1 전해조(300)의 단면도, 도3은 본 발명의 일실시예에 따른 제1 가스분리기(320)의 단면도, 및 도4는 본 발명의 일실시예에 따른 이젝터(430)의 단면도이다.
본 발명의 일실시예에 따른 순수 차아염소산 제조 장치는 연수기(100), 용해부(230), 제1 및 제2 전해조(300, 310), 제1, 제2 및 제3 가스 분리기(320, 340, 330), 및 열교환기(350)를 포함한다.
연수기(100)는 원수를 투석하여 연수를 생산하기 위한 것으로, 일실시예에 따르면 전기 투석 연수기일 수 있으며, 원수에 함유되어 있는 칼슘 이온(Ca2+)과 마그네슘 이온(Mg2+)과 같은 경도유발물질, 용존고형물, 및 불순물을 제거하기 위한 것이다.
차아염소산(HOCl) 저장조(200)는 연수기(100)로부터 공급되는 제3 공급수를 저장하고, 저장되는 제3 공급수를 이용하여 생산되는 차아염소산(HOCl)을 저장하기 위한 것이다. 또한, 용해부(230)는 연수기(100)로부터 공급되는 제1 공급수에 염화나트륨(NaCl)을 용해시키기 위한 것이고, 또한 수산화나트륨(NaOH)을 공급받을 수 있도록 알칼리 저장조(220)와 연결된다.
제1 전해조(300) 내의 양측에는 도2와 같이 양극판(303) 및 음극판(304)이 각각 구성되고, 중간에는 양이온만 통과할 수 있는 양이온 교환막(305)이 위치하여 내부가 제1 양극측(301)과 제1 음극측(302)으로 나누어지며, 제2 전해조(310) 또한 제1 전해조(300)와 동일한 구성을 가지고 내부가 제2 양극측(311)과 제2 음극측(312)으로 나누어진다. 열교환기(350)는 유입되는 액체를 냉각시키기 위한 것으로 냉각장치(360)와 연결되어 구성된다.
제1 가스분리기(320)는 도3과 같이 하부 일측에서 유입되는 액체 및 가스 중 액체는 격벽(321)을 넘어 하부 타측으로 유출되고, 가스는 상부로 유출되도록 구성되며, 제2 및 제3 가스분리기(340, 330) 또한 제1 가스분리기(320)와 동일한 구성을 가진다. 이젝터(Ejector)(430)는 관형상으로서 이젝터(430)의 내주연을 따라 소정 높이로 돌출되는 돌출부(431)를 가지고, 돌출부(431)에는 외부와 통하는 가스흡기공(432)이 형성되어 구성된다. 이는 액체가 돌출부(431)에 의하여 좁아지는 관내를 통과하면서 유속이 빨라지고, 이에 따라 가스흡기공(432)에 작용하는 압력이 낮아지는 현상을 이용하여 가스흡기공(432)과 연결되는 제1 및 제3 가스분리기(320, 330)의 제1 및 제3 가스배출공(321, 331)으로부터 가스를 흡입하기 위한 것이다.
알칼리 공급 펌프(420)는 제3 공급수의 유량에 따라 알칼리 저장조(220)로부 터 유동파이프(450)에 수산화나트륨(NaOH)을 공급하기 위한 것으로, 피스톤펌프, 빌지(Bilge)펌프, 래디얼피스톤펌프, 기어펌프, 원심펌프, 연동펌프, 미터링(Metering)펌프, 다이어프램(Diaphragm)펌프, 플런저(Plunger)펌프, 및 도징(Dosing)펌프 중 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 도징(Dosing)펌프일 수 있다. 교반기(440)는 유동파이프(450) 내의 제3 공급수와 염소(Cl2)가스를 잘 혼합하기 위한 것으로, 프로펠러형 교반기, 오어형 교반기, 터빈형 교반기, 나선축형 교반기, 및 인라인 믹서(Inline Mixer) 중 어느 하나일 수 있으며, 바람직하게는 관 내부에서 서로 다른 종류의 액체 또는 액체와 가스의 혼합을 원활히 할 수 있는 인라인 믹서(Inline Mixer)일 수 있다.
전원 공급을 위한 연결상태는 도시되지 않았으나, 전원 공급 장치(500)는 제1 및 제2 전해조(300, 310), 제1 및 제2 펌프(400, 410), 및 냉각장치(360)에 전원을 공급하고, 연수기(100)가 전기 투석 연수기로 구성되는 경우 전기 투석 연수기에도 전원을 공급한다.
한편, 연수기(100), 용해부(230), 열교환기(350), 냉각장치(360), 알칼리 공급 펌프(420), 및 교반기(440)의 구성은 이미 널리 주지된 관용기술에 불과하므로 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 순수 차아염소산 제조 장치의 차아염소산(HOCl) 제조 과정은 다음과 같다.
연수기(100)는 원수를 공급받아 경도유발물질, 용존고형물, 및 불순물 등을 제거하여 순수한 연수(H2O)를 생산한다. 연수기(100)로부터 배출되는 연수(H2O)는 제3, 제2 및 제1 밸브(603, 602, 601)의 개폐를 통하여 각각 제1 공급수로서 용해부(230), 제2 공급수로서 제1 전해조(300)의 제1 음극측(302), 그리고, 제3 공급수로서 차아염소산(HOCl) 저장조(200)로 공급되는데, 차아염소산(HOCl) 저장조(200)에는 소정량의 제3 공급수를 저장한 후 제1 밸브(601)를 폐쇄하여 더 이상의 제3 공급수가 유입되지 않도록 한다. 용해부(230)로 공급된 제1 공급수에는 염화나트륨(NaCl)이 첨가되어 용해되고, 생성된 염화나트륨(NaCl) 수용액은 제1 전해조(300)의 제1 양극측(301)으로 공급되는데, 제2 공급수가 혼합되어 공급되면서 고농도의 염화나트륨(NaCl) 수용액을 희석시킬 수 있다. 이때, 제1 음극측(302)으로 제2 공급수가 공급되는 초기에, 제5 밸브(605)를 통하여 알칼리 저장조(220)의 수산화나트륨(NaOH)을 제2 공급수에 공급할 수 있는데, 이는 연수기(100)에서 연수화된 연수(H2O)는 전해물질이 모두 제거되어 제1 전해조(300)에서 전류 흐름이 잘 일어나지 않아 전해반응이 원활하지 않을 수 있으므로 수산화나트륨(NaOH)을 혼합함으로써 활발한 초기 전해반응을 유도하기 위한 것이다. 또한, 초기 전해반응 이후에는 전해반응이 원활히 일어나므로 제2 공급수의 공급 초기에만 수산화나트륨(NaOH)을 공급하여주면 된다. 제1 전해조(300)의 양극판(303)과 음극판(304)에 전류가 흐르면 제1 전해조(300)의 제1 양극측(301)에 공급되는 염화나트륨(NaCl) 수용액의 H2O는 H+와 OH-로, 그리고 NaCl은 Na+와 Cl-로 이온화되며, 제1 음극측(302)에 공급되는 제2 공급수(H2O)는 H+와 OH-로 이온화된다. 제1 양극측(301)의 이온 중에서 양이온인 H+와 Na+는 양이온 교환막(305)을 통과하여 제1 음극측(302)으로 이동하지만, OH - 와 Cl - 는 양이온 교환막(305)을 통과하지 못하므로 제1 양극측(301)에 머무른다. 제1 양극측(301)의 Cl - 는 전자를 내놓아 염소(Cl 2 )가스가 생성되고, 제1 음극측(302)으로 미쳐 이동하지 못한 H+ 은 Cl-와 결합하여 염산(HCl)이 생성되어 배출된다. 이때, Cl 2 는 OH - 와 결합하여 차아염소산(HOCl)이 생성되어야하지만 제1 양극측(301)은 강한 산성 영역으로써, 차아염소산(HOCl)으로 존재하는 비율은 매우 낮다. 또한, 제1 음극측(302)의 H+ 이온은 서로 결합하여 H2가 생성되고, Na+와 OH-는 서로 결합하여 수산화나트륨(NaOH)이 생성되어 배출된다.
제1 펌프(400)에 의해 차아염소산(HOCl) 저장조(200)의 제3 공급수(H2O)는 유동파이프(450) 내를 유동하여 차아염소산(HOCl) 저장조(200)로 돌아와 순환하는 상태에서, 제1 양극측(301)으로부터 배출되는 염소(Cl2)가스와 염산(HCl)용액은 제1 가스분리기(320)로 유입되는데, 이때 이젝터(430) 내부를 통과하는 제3 공급수(H2O)에 의해 가스흡기공(432)으로부터 작용하는 흡입력으로 인하여 염소(Cl2)가스가 제1 가스배출공(321)으로 배출된다. 제1 음극측(302)으로부터 배출되는 수소(H2)를 포함하는 수산화나트륨(NaOH) 용액은 열교환기(350)를 통과하면서 냉각되어 제2 전해조(310)의 제2 음극측(312)으로 공급되고, 제1 가스분리기(320)로부터 배출되는 염산(HCl)용액은 열교환기(350)를 통과하면서 냉각되어 제2 전해조(310)의 제2 양극측(311)으로 공급된다. 여기서, 수산화나트륨(NaOH)용액 및 염산(HCl)용액이 전해반응 과정을 거치면서 온도가 상승하고, 이는 제2 전해조(310)의 양이온 교환막(315) 수명을 단축시킬 수 있다. 따라서 수산화나트륨(NaOH)용액 및 염산(HCl)용액을 냉각시켜 제2 전해조(310)로 공급함으로써 제2 전해조(310)의 양이온 교환막(315) 수명을 연장시키고, 더불어 염소(Cl2)가스 생산 효율을 높일 수 있는 것이다. 제1 전해조(300)에서는 H2O가 H+와 OH-로 100% 이온화 되거나, 염화나트륨(NaCl)이 Na+와 Cl-로 100% 이온화 되는 것은 아니며, 이온화 된 H+와 Na+ 또한 모두 제1 음극측(302)으로 이동하는 것은 아니다. 또한, 1차 전해조(300)를 통과하면서 염성분(Na+)과 염소(Cl2)가스 등이 일부 잔존할 수 있다. 따라서 제2 전해조(310)는 이온화 과정 및 결합 과정을 다시 거쳐 추가적으로 염소(Cl2)가스를 생산함으로써 생산 효율을 높이고 잔류 염성분(Na+)을 최대한 줄이기 위한 것이다. 제2 전해조(310)의 제2 양극측(311)으로부터 배출되는 염소(Cl2)가스와 염산(HCl)은 제3 가스분리기(330)로 공급되어 염소(Cl2)가스는 제3 가스배출공(331)으로 배출되어 이젝터(430)로 공급되며, 염산(HCl)은 배출되어 산 저장조(210)에 저장된다. 제2 전해조(310)의 제2 음극측(312)으로부터 배출되는 수소(H2)와 수산화나트륨(NaOH)은 제2 가스분리기(340)로 공급되어 수소(H2)가스는 배출되고, 수산화나트륨(NaOH)은 알칼리 저장조(220)에 저장되며, 저장되는 수산화나트륨(NaOH)은 세척제 등의 용도로 사용될 수 있다.
차아염소산(HOCl) 저장조(200)의 제3 공급수(H2O)는 제1 펌프(400)에 의해 이젝터(430)를 통과하고, 염소(Cl2)가스가 가스흡기공(432)으로부터 제3 공급수(H2O)에 유입되어 혼합되면서 차아염소산(HOCl)이 생성되는데, 교반기(440)를 통과하면서 염소(Cl2)가스와 제3 공급수(H2O)는 더욱 잘 혼합된다. 이때 알칼리 저장조(220)의 수산화나트륨(NaOH)을 알칼리 공급 펌프(420)를 통해 유동파이프(450)로 공급하여 pH를 5.5 내지 6.5로 제어함으로써 차아염소산(HOCl) 비율을 극대화할 수 있다. 생산되는 차아염소산(HOCl)은 차아염소산(HOCl) 저장조(200)로 배출되고, 유동파이프(450)를 따라 차아염소산(HOCl)을 다시 순환시킴으로써 차아염소산(HOCl) 농도를 높일 수 있는데, 처음 생성되는 차아염소산(HOCl)은 농도가 다소 낮지만, 유동파이프(450)를 따라 반복 순환시키면서 차아염소산(HOCl)의 농도를 고농도로 높일 수 있다.
또한, 제1 전해조(300) 및 제2 전해조(310) 외에 추가적으로 복수의 전해조 와 복수의 가스분리기를 연결 구성하여 차아염소산(HOCl) 농도 및 생산 효율을 더욱 높일 수 있다.
한편, 지구상에 존재하는 물은 일반적으로 순수한 H2O만으로 구성되지 않으며 여러가지 미네랄 성분, 경도유발물질, 용존고형물, 및 불순물 등이 함유되어 있다. 이러한 일반적인 원수(H2O)를 차아염소산(HOCl) 저장조(200), 제1 전해조(300), 및 염화나트륨 (NaCl) 용해부(230)에 공급하여 차아염소산(HOCl)을 제조하는 경우, 제조 과정에서, 특히 전기분해 과정에서 여러가지 기타 물질이 생성됨으로써 차아염소산(HOCl) 생산 효율이 떨어지고, 생산되는 차아염소산(HOCl) 또한 순수하지 않다. 또한, 양이온 교환막(305, 315)에 각종 미네랄 성분, 경도유발물질, 용존고형물, 및 불순물 등이 점착되어 양이온 교환막의 수명이 단축되고, 차아염소산(HOCl) 생산성이 저하된다. 따라서, 연수기(100)를 통하여 미네랄 성분, 경도유발물질, 용존 고형물, 및 불순물이 제거된 연수(H2O)를 이용함으로써 차아염소산(HOCl) 농도, 순도 및 생산 효율을 높일 수 있는 것이다. 하지만, 용해부(230)에 순수한 연수(H2O)를 공급하더라도 혼합되는 염화나트륨(NaCl)에 미네랄 성분과 경도유발물질, 용존고형물, 및 불순물 등이 함유되어 있으며, 특히 천일염과 같은 경우 그 정도가 더하다. 따라서 염화나트륨(NaCl) 수용액으로부터 이러한 물질을 제거할 필요가 있으며, 이를 위하여 제4 밸브(604)를 통해 알칼리 저장조(220)의 수산화나트륨(NaOH)을 용해부(230)로 공급할 수 있다. 수산화나트륨(NaOH)이 염화 나트륨(NaCl) 수용액에 혼합되면 미네랄 성분과 경도유발물질, 용존고형물, 및 불순물 등이 용해부(230) 하부로 침전됨으로써 이들을 최대한 제거할 수 있다.
따라서, 차아염소산(HOCl) 생산 효율을 높일 수 있으며, 생산 과정에서 발생할 수 있는 다른 성분들을 배제하고 추출된 순수한 염소(Cl2)가스와, 연수기(100)를 통과한 순수한 연수(H2O)를 이용함으로써 불순물이나 다른 기타 성분이 제거된 순수한 차아염소산(HOCl)을 생산할 수 있다.
또한, 기존에는 염화나트륨(NaCl)을 이용하여 차아염소산(HOCl)을 제조하는 경우 염성분(Na+)이 잔류하여 염성분(Na+)의 토양 축적, 냉각탑, 배관, 기계류의 부식 등의 문제가 있었으나, 본 발명에 따른 순수 차아염소산 제조 장치는 염소(Cl2)가스를 이용하여 차아염소산(HOCl)을 제조하므로 차아염소산(HOCl)에 잔류 염성분(Na+)이 존재하지 않아 이와 같은 문제점을 방지할 수 있다.
한편, 제1 및 제2 전해조(300, 310)를 장시간 사용하면, 미네랄 성분, 경도성 물질, 용존고형물, 각종 오염물, 및 잔류 염화나트륨(NaCl) 등이 양이온 교환막(305, 315)에 침착 및 흡착되는데, 이런 경우 양이온 교환막이 오염되어 전해반응이 원활하지 못하다. 따라서, 양이온 교환막(305, 315)으로부터 이러한 물질들을 제거할 필요가 있다. 제1 전해조(300)의 양극판 및 음극판(303, 304)과 제2 전해조(310)의 양극판 및 음극판(313, 314)의 극성을 전환하면 양이온 교환막(305, 315)으로부터 미네랄 성분, 경도성 물질, 용존고형물, 각종 오염물, 및 잔류 염화나트륨(NaCl) 등이 분리되어 배출되는데, 삼방밸브(610)의 제어에 의하여 외부로 배출된다. 또한, 세척력을 높이기 위하여 제1 전해조(300)의 양극측(301) 및 음극측(302) 모두에 순수한 연수(H2O)만 공급하여 양이온 교환막(305, 315)을 세척할 수도 있다.
한편, 제1 및 제2 전해조(300, 310)와 연수기(100)에 직류 펄스파 전압을 인가함으로써 전력 소모를 감소시킬 수 있으며, 본 발명의 일실시예에 따른 순수 차아염소산 제조 장치를 이용한 실험에 따르면 시간당 48리터의 차아염소산(HOCl)수를 생산할 때, 15A에서 24V의 직류 파형을 인가하는 경우에 비하여 15.74V의 직류 펄스 파형을 인가하는 경우, 약 15%의 소비 전력 감소와 약 15 내지 20%의 차아염소산(HOCl) 생산성 향상 효과가 있다. 소비 전력 감소 효과는 차아염소산(HOCl) 제조량을 증가시키기 위하여 처리 용량을 증가시키거나, 차아염소산(HOCl) 농도를 높이기 위하여 공급 전원의 전류값을 높이는 경우에 더욱 뚜렸하다. 한편, 도시되지는 않았지만 전원 공급 장치(500)로부터 공급되는 전원의 극성전환과 직류 펄스파 전압 인가 수단은 이미 널리 주지된 관용기술에 불과하므로 생략하기로 한다.
한편, 상기와 같이 염화나트륨(NaCl)을 이용하여 차아염소산(HOCl)을 제조하는 경우 소량의 염성분(Na+)이 염산(HCl) 및 수산화나트륨(NaOH)에 잔류할 수 있다. 따라서, 염화나트륨(NaCl) 대신 염화칼륨(KCl)을 이용함으로써 염성분(Na+)의 생성을 방지할 수 있다. 차아염소산(HOCl) 생성 과정은 염화나트륨(NaCl)을 이용하는 경우와 동일하나 수산화나트륨(NaOH) 대신에 수산화칼륨(KOH)이 생성되는 차이점이 있으며, 생성되는 수산화칼륨(KOH)은 비료 등의 용도로 사용될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
도1은 본 발명의 일실시예에 따른 순수 차아염소산 제조 장치의 계통도,
도2는 본 발명의 일실시예에 따른 순수 차아염소산 제조 장치의 제1 전해조의 단면도,
도3은 본 발명의 일실시예에 따른 순수 차아염소산 제조 장치의 제1 가스분리기의 단면도,
도4는 본 발명의 일실시예에 따른 순수 차아염소산 제조 장치의 이젝터의 단면도, 및
도5는 pH에 따른 차아염소산(HOCl)의 비율 변화를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 설명 *
100: 연수기 230: 용해부
300: 제1 전해조 310: 제2 전해조
320: 제1 가스분리기 330: 제3 가스분리기
340: 제2 가스분리기 350: 열교환기
420: 알칼리 공급 펌프 430: 이젝터
440: 교반기 450: 유동파이프
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- 원수를 공급받아 저장하기 위한 원수저장부;원수저장부로부터 배출되는 제1 공급수에 염소계 물질을 용해시켜 염소계 물질 수용액을 제조하기 위한 용해부;상기 용해부로부터 배출되는 상기 염소계 물질 수용액, 및 상기 원수저장부로부터 공급되는 제2 공급수를 전기분해시키기 위한 제1 전해조;상기 제1 전해조로부터 배출되는 산성 용액으로부터 염소가스를 분리시키기 위한 제1 가스분리기; 및상기 제3 공급수가 관형상의 내부를 따라 유동되는 제1 및 제2 유동파이프, 및 상기 제1 및 제2 유동파이프 사이에 배치되는 관형상의 이젝터를 가지고, 상기 염소가스를 상기 원수저장부로부터 배출되는 제3 공급수에 용해시켜 차아염소산을 제조하기 위한 차아염소산 제조부를 포함하고,상기 제1 전해조는, 그 내부가 양이온만 통과할 수 있는 제1 양이온 교환막에 의하여 분리되고, 상기 제1 양이온 교환막을 사이에 두고 마주하여 위치하는 제1 양극판과 제1 음극판이 구성되며, 상기 제1 양극판 측에는 상기 용해 수용액이, 그리고 상기 제1 음극판 측에는 상기 제2 공급수가 각각 공급되고, 전해반응을 통하여 상기 제1 양극판 측으로부터 상기 산성 용액이, 그리고 상기 제1 음극판 측으로부터 알칼리성 용액이 배출되며, 상기 이젝터는, 내주연을 따라 돌출되는 돌출부를 가지고, 상기 돌출부의 일측에 형성되는 가스흡기공을 통하여 상기 제1 가스분리기로부터 흡입되는 상기 염소가스를 상기 제3 공급수에 혼합시키는 것을 특징으로 하는 순수 차아염소산 제조 장치.
- 제3항에 있어서,상기 제1 가스분리기로부터 배출되는 산성 용액을 저장하기 위한 산 저장조;상기 제1 음극판 측으로부터 배출되는 상기 알칼리성 용액으로부터 가스를 분리시키기 위한 제2 가스분리기; 및상기 제2 가스분리기로부터 배출되는 알칼리성 용액을 저장하기 위한 알칼리 저장조를 더 포함하고,상기 알칼리 저장조는 상기 용해부 및 상기 제1 음극판 측과 각각 유체 유동이 가능하도록 연결되어 상기 알칼리 저장조에 저장되는 상기 알칼리성 용액을 상기 용해부 및 상기 제1 음극판 측으로 공급할 수 있는 것을 특징으로 하는 순수 차아염소산 제조 장치.
- 제4항에 있어서,상기 제1 가스분리기는, 그 내부의 하부가 제1 격벽에 의해 분리되고, 상기 제1 양극판 측으로부터 배출되는 상기 산성 용액은 상기 제1 격벽의 일측으로 유입되어 상기 제1 격벽을 넘어 상기 제1 격벽의 타측으로 배출되고, 상기 제1 격벽의 일측으로 유입되는 상기 산성 용액으로부터 분리되는 상기 염소가스는 상기 제1 가스분리기의 상부로 배출되며,상기 제2 가스분리기는, 그 내부의 하부가 제2격벽에 의해 분리되고, 상기 제1 음극판 측으로부터 배출되는 상기 알칼리성 용액은 상기 제2 격벽의 일측으로 유입되어 상기 격벽을 넘어 상기 제2 격벽의 타측으로 배출되고, 상기 제2 격벽의 일측으로 유입되는 상기 알칼리성 용액으로부터 분리되는 상기 가스는 상기 제2 가스분리기의 상부로 배출되는 것을 특징으로 하는 순수 차아염소산 제조 장치.
- 제5항에 있어서,상기 염소계 물질은, 염화나트륨(NaCl) 또는 염화칼륨(KCl)인 것을 특징으로 하는 순수 차아염소산 제조 장치.
- 제3항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서,상기 원수저장부는, 상기 원수를 연수화하기 위한 연수기인 것을 특징으로 하는 순수 차아염소산 제조 장치.
- 제7항에 있어서,상기 알칼리 저장조에 저장되는 상기 알칼리성 용액을 상기 차아염소산 제조부에 공급하기 위한 알칼리 공급 펌프를 더 포함하고,상기 알칼리 공급 펌프는 피스톤펌프, 빌지펌프, 래디얼피스톤펌프, 기어펌프, 원심펌프, 연동펌프, 미터링펌프, 다이어프램펌프, 플런저펌프, 및 도징펌프 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 순수 차아염소산 제조 장치.
- 제8항에 있어서,상기 차아염소산 제조부의 제3 공급수와 상기 염소가스의 혼합을 원활히 하기 위한 교반기를 더 포함하고,상기 교반기는 프로펠러형 교반기, 오어형 교반기, 터빈형 교반기, 나선축형 교반기, 및 인라인 믹서 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 차아염소산 생산 장치.
- 제9항에 있어서,상기 제1 유동파이프의 일단과 제2 유동파이프의 타단에 연결되어 상기 제3 공급수 또는 상기 차아염소산을 저장하기 위한 차아염소산 저장조; 및상기 제1 유동파이프에 구성되어 상기 제1 및 제2 유동파이프 내를 순환하는 상기 제3 공급수 또는 상기 차아염소산을 유동시키기 위한 펌프;를 더 포함하는 순수 차아염소산 제조 장치.
- 제10항에 있어서,상기 제1 전해조와 상기 제2 가스분리기 사이에 위치하고, 그 내부가 양이온만 통과할 수 있는 제2 양이온 교환막에 의하여 분리되고, 상기 제2 양이온 교환막을 사이에 두고 마주하여 위치하는 제2 양극판과 제2 음극판이 구성되며, 상기 제2 양극판 측에는 상기 제1 가스분리기로부터 배출되는 상기 산성 용액이, 그리고 상기 제2 음극판 측에는 상기 제1 음극판 측으로부터 배출되는 상기 알칼리성 용액이 각각 공급되는 제2 전해조; 및상기 제1 가스분리기와 상기 산 저장조 사이에 위치하여, 그 내부의 하부가 제3 격벽에 의해 분리되고, 상기 제2 전해조로부터 배출되는 산성 용액은 상기 제3 격벽의 일측으로 유입되어 상기 제3 격벽을 넘어 상기 제3 격벽의 타측으로 배출되고, 상기 제3 격벽의 일측으로 유입되는 상기 산성 용액으로부터 분리되는 염소가스를 상부로 배출하여 상기 이젝터에 공급할 수 있도록 상기 가스흡기공에 연결되는 제3 가스분리기를 더 포함하는 순수 차아염소산 제조 장치.
- 제11항에 있어서,상기 제1 및 제2 전해조 사이에 구성되어 상기 제1 음극판 측로부터 배출되는 상기 알칼리성 용액과 상기 제1 가스분리기로부터 배출되는 상기 산성 용액을 냉각시키기 위한 열교환기를 가지는 냉각부를 더 포함하는 순수 차아염소산 제조 장치.
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2009
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