KR100958677B1 - High efficient un-divided electrochemical cell and apparatus for manufacturing of chlorine dioxide using it - Google Patents

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KR100958677B1 KR1020090031482A KR20090031482A KR100958677B1 KR 100958677 B1 KR100958677 B1 KR 100958677B1 KR 1020090031482 A KR1020090031482 A KR 1020090031482A KR 20090031482 A KR20090031482 A KR 20090031482A KR 100958677 B1 KR100958677 B1 KR 100958677B1
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문일식
권태옥
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순천대학교 산학협력단
제이에이건설주식회사
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Abstract

PURPOSE: A high efficient un-divided electrochemical cell and an apparatus for manufacturing of chlorine dioxide using same are provided to increase a chlorine dioxide yield by separating the chlorine dioxide from chlorine dioxide hydrogen. CONSTITUTION: A high efficient un-divided electrochemical cell comprises a housing(41), a positive electrode boards(42), a negative electrode board(43), and a spacer(44). The positive electrode boards of two are arranged in a row. The negative electrode board is arranged between two positive electrode boards at a regular interval. The separation distance of the negative electrode board and positive electrode boards 0.6~2.0mm. The separation distance of the housing and positive electrode boards 0.5~1.5 mm. A plurality of spacers arranged to zigzag and forms a flow path.

Description

고성능 무격막 전해셀 및 이를 포함하는 이산화염소 발생장치{High Efficient un-divided electrochemical cell and Apparatus for manufacturing of chlorine dioxide using it}High Efficient un-divided electrochemical cell and Apparatus for manufacturing of chlorine dioxide using it}

본 발명은 이산화염소(Na+, ClO2, ClO2 -, ClO3 -, Cl-)용액을 고성능으로 발생시키기 위한 고성능 무격막 전해셀 및 이에 의해 발생된 이산화염소용액에서 순수한 이산화염소만 분리하여 고순도의 이산화염소가 필요한 식품, 음용수, 과일 및 채소류의 살균·소독용 또는 이산화염소 가스에 의한 살균 소독용도에 사용할 수 있도록 하기 위한 간편한 이산화염소 탈기 장치에 관한 것이다. The present invention is chlorine dioxide (Na +, ClO 2, ClO 2 -, ClO 3 -, Cl -) solution was delivered high-performance non-septum for generating a high-performance elements and isolate pure chlorine dioxide in the chlorine dioxide solution produced by this The present invention relates to a simple chlorine dioxide degassing apparatus for use in sterilization and disinfection of food, drinking water, fruits and vegetables that require high purity chlorine dioxide, or for sterilization and disinfection by chlorine dioxide gas.

기존 염소(Cl2) 산화수를 대신할 새로운 살균·소독제로 높은 관심을 끌고 있는 이산화염소(Chlorine dioxide)는 물에 대한 용해성이 염소에 비해 10배 가량 높을 뿐만 아니라 염소에 비해 약 2.5배 이상의 높은 산화력을 가지고 있다. 이산화염소는 염소와 달리 수처리 공정에서 암모니아 성분과 반응하지 않아 유독물인 클로라민(Chloramine)을 생성하지 않으며, 수중의 자연유기물질(Natural Organic Matter, NOM)과 반응하여 THMs (Trihalomethanes) 또는 HAAs (Haloacetic acids)와 같은 발암성 소독 부산물을 생성시키지 않는다. 이와 같은 장점으로 인해 이산화염소는 정수처리공정뿐만 아니라 과일과 야채 등의 살균소독, 육류 및 수산물의 살균, 하·폐수 처리공정에 이르기까지 다양한 분야에서 점차 수요가 증가하고 있다. 그러나 이산화염소는 매우 불안정한 물질로서 분압이 30 mmHg이상에서는 폭발 위험이 있으며, 운송이나 장기간 저장이 곤란하여 필요시 현장에서 바로 제조하여 사용해야 하는 특징을 가지고 있다. 일반적으로 이산화염소는 산성의 아염소산나트륨(NaClO2) 또는 염소산나트륨(NaClO3)용액과 이산화황(sulfur dioxide), 메탄올(methanol), 옥살산(oxalic acid), 하이드로겐퍼옥사이드(hydrogen peroxide), 소듐클로라이드(sodium chloride) 등의 환원제를 이용한 화학적 방법과 다공성 또는 선택적 이온 투과막을 사용하는 격막 전해셀 방식의 전기분해 방법에 의해 주로 제조된다. 화학적 방법과 관련된 국내 출원 특허로는 두 개의 반응 용기 내에서 비-결정화 조건 하에서 이산화염소의 연속 제조 방법에 관한 것으로 한국특허출원번호 제10-2007-7009258호(발명의 명칭: 이산화염소의 제조방법)와, 이산화염소 생성 용액을 자외선에 노출시켜 이산화염소로 전환시킴으로써 이산화염소를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것으로 한국특허출원번호 제10-2007-7009258호(발명의 명칭: 이산화염소의 제조 방법) 및 아염소산염용액과 산반응에 의한 이산화염소 제조장치에 관한 것으로 한국특허출원번호 제10-2004-0059680호(발명의 명칭: 이산화염소 제조장치) 등이 개시된 바 있으며, 전기화학적 방법에 의한 이산화염소의 제조에 관련 된 특허로는 아염소산염을 함유한 수성피트 용액을 양전극판(Anode) 와 음전극판(Cathode)를 포함하는 비-멤브레인 전해셀을 사용하여 이산화염소로 전환시키는 것으로 한국특허등록번호 제10-0575036호(발명의 명칭: 이산화염소 발생용 전해셀)와, 양이온 교환막을 이용한 전기분해형 이산화염소 발생장치 및 방법에 관한 것으로 한국특허등록번호 제10-0445756호(발명의 명칭: 전기분해형 이산화염소 발생장치 및 그 방법) 및 아염소산나트륨(NaClO2)을 일정량의 물이 담긴 용기에 넣은 후 전해셀이 내장된 분무기 형태의 분사모듈을 용기에 연결시켜 사용하는 전해 살균수 제조장치와 그 방법에 관한 것으로 한국특허등록번호 제10-0643591호(발명의 명칭: 전해 살균수 제조장치 및 그 제조방법) 등이 개시된 바 있다. Chlorine dioxide, which has attracted much attention as a new disinfectant and disinfectant to replace the existing chlorine (Cl 2 ) oxidation water, has not only 10 times higher solubility in water than chlorine, but also about 2.5 times higher oxidation power than chlorine. Have Unlike chlorine, chlorine dioxide does not react with ammonia in the water treatment process and does not produce chloramine, which is a toxic substance.It also reacts with natural organic matter (NOM) in water and THMs (Trihalomethanes) or HAAs (Haloacetic acids). Does not produce carcinogenic disinfection by-products such as). Due to these advantages, chlorine dioxide is gradually increasing in various fields ranging from water purification process to sterilization and disinfection of fruits and vegetables, meat and seafood sterilization, and wastewater and wastewater treatment process. However, chlorine dioxide is a very unstable substance, and there is a risk of explosion at a partial pressure of 30 mmHg or more, and it is difficult to transport or store for a long time. In general, chlorine dioxide is an acidic sodium chlorite (NaClO 2 ) or sodium chlorate (NaClO 3 ) solution, sulfur dioxide, methanol, oxalic acid, hydrogen peroxide, sodium chloride It is mainly manufactured by chemical method using reducing agent such as (sodium chloride) and electrolysis method of diaphragm electrolytic cell method using porous or selective ion permeable membrane. The domestic application patent related to the chemical method relates to a method for the continuous production of chlorine dioxide under non-crystallization conditions in two reaction vessels. Korean Patent Application No. 10-2007-7009258 (name of the invention: a method for producing chlorine dioxide) ) And an apparatus and a method for producing chlorine dioxide by converting a chlorine dioxide generating solution into chlorine dioxide by exposure to ultraviolet rays. Korean Patent Application No. 10-2007-7009258 (Invention: Method for producing chlorine dioxide) And Korean Patent Application No. 10-2004-0059680 (name of the invention: Chlorine Dioxide Production Device), etc., which relates to a chlorine dioxide production device using a chlorite solution and an acid reaction. Patents related to the preparation of a non-membrane solution containing an aqueous pit solution containing chlorite include an anode and a cathode. Transformation to chlorine dioxide using a cell, Korean Patent Registration No. 10-0575036 (name of the invention: chlorine dioxide generation electrolytic cell) and electrolysis type chlorine dioxide generating apparatus and method using a cation exchange membrane Patent registration No. 10-0445756 (name of the invention: electrolytic chlorine dioxide generator and method) and sodium chlorite (NaClO 2 ) in a container containing a certain amount of water and then in the form of a sprayer with an electrolytic cell The present invention relates to an electrolytic sterilizing water production apparatus and method using the spray module connected to a container has been disclosed Korean Patent Registration No. 10-0643591 (name of the invention: an electrolytic sterilizing water production apparatus and its manufacturing method).

아울러, 기존 무격막 전해셀[(전해 살균기능을 가지는 수처리장치와 이를 통한 살균 방법, 출원번호:10-2005-0000218), (전해 살균수 제조장치 및 그 제조방법, 출원번호:10-2005-0000219), (이산화염소 발생용 전해셀, 출원번호:10-2003-7016544, PCT/US2002/019379)]방식의 이산화염소 제조공정과 관련된 특허, 특히, 무격막 전해셀에 대해 기술한 (이산화염소 발생용 전해셀, 출원번호:10-2003-7016544, PCT/US2002/019379)에 따르면 이산화염소의 최적 농도 발생을 위해 전극의 개수에 상관없이 양전극과 음전극간의 이격간격(주로 0.5 ~ 1.0 mm이하)만을 적시한 경우는 있다. In addition, the existing membrane-free electrolytic cell [(water treatment device having an electrolytic sterilization function and sterilization method through the same, Application No.:10-2005-0000218), (electrolytic sterilization water production apparatus and its manufacturing method, Application No.:10-2005- 0000219), (Chlorine dioxide generation electrolytic cell, application number: 10-2003-7016544, PCT / US2002 / 019379)] patents related to the chlorine dioxide manufacturing process, in particular, for a membraneless electrolytic cell described (chlorine dioxide According to the electrolytic cell for generation, Application No.:10-2003-7016544, PCT / US2002 / 019379), the separation distance between the positive electrode and the negative electrode (mainly 0.5 to 1.0 mm or less) regardless of the number of electrodes to generate the optimum concentration of chlorine dioxide There is a case where we only timed.

그리고, 국내에 출원된 "이산화염소 발생용 전해셀, 출원번호:10-2003-7016544, PCT/US2002/019379"에서도 언급한 바와 같이 양전극(Anode) 표면에 근접 한 통로내의 수용액의 폭이 좁은 층 내에서, 하기와 같은 반응 (1)이 일어나고;In addition, as mentioned in the domestically filed "electrolyte cell for chlorine dioxide generation, Application No.:10-2003-7016544, PCT / US2002 / 019379", a narrow layer of an aqueous solution in a passage close to the anode surface. Within, reaction (1) as follows occurs;

6H2O ↔ O2(g) + 4H3O+ + 4e- (1) 6H 2 O ↔ O 2 (g ) + 4H 3 O + + 4e - (1)

양전극이 양전극 표면에 근접한 물로부터 전자를 받아들여 수성 피드 용액의 폭이 좁은 표면층 내에 H3O+종을 형성하게 되고, 형성된 H3O+종이 이산화염소염(아염소산나트륨염)과 반응하여 양전극 표면층(약 100 nm) 유로내 수용액에서 이산화염소를 생성한다고 하였다. 또한 난류(Turbulence)에 의한 흐름 용액 내의 분자들의 움직임을 포함하는 흐름 동력학에 의해 아염소산염의 이산화염소로의 전환이 용액이 양전극 표면층에 근접한 경로로 흐를 때 증가할 것이라는 것을 예측한다고 하였다. 이로부터 이산화염소 발생을 위한 무격막 전해셀 반응에서 전해셀 내부 형태 및 전극배치 등에 따라 반응에 참여하는 양전극의 반응 표면층 형성과 난류의 형성에 관련된 유체의 흐름이 이산화염소의 발생농도 및 효율에 큰 영향을 미친다는 것을 추정할 수 있다. The positive electrode receives electrons from water in proximity to the positive electrode surface to form H 3 O + species in the narrow surface layer of the aqueous feed solution, and the formed H 3 O + species react with the chlorine dioxide (sodium chlorite salt) It is said that chlorine dioxide is produced in an aqueous solution in the surface layer (about 100 nm) flow path. They also predicted that the conversion of chlorite to chlorine dioxide would increase when the solution flows in a path close to the positive electrode surface layer by flow kinetics, which includes the movement of molecules in the flow solution by turbulence. From this, the flow of fluids related to the reaction surface layer formation and the turbulence formation of the positive electrode participating in the reaction according to the internal shape and electrode arrangement of the electrolyte cell in the membrane-free electrolytic cell reaction for chlorine dioxide generation is large in the generation concentration and efficiency of chlorine dioxide. It can be estimated that it affects.

상기 특허들은 양전극과 음전극간의 이격간격(주로 0.5 ~ 1.0 mm이하)만을 적시하고 있으나 전극과 하우징과의 간격을 제시하지 않고 있으며, 아염소산나트륨을 전구체로 이산화염소를 생성하기 위한 무격막 전해셀 반응에서 전해셀 내부의 전극(양전극, 음전극)배치 형태, 배치 순서 및 전극간(양전극, 음전극) 이격간격, 전해셀 하우징과 전극(양전극 또는 음전극) 사이의 유로간격 등이 반응에 참여하는 전극 표면층과 난류의 형성에 중요한 영향을 미치고, 이로 인해 동일한 전극면적을 갖더라도 이산화염소의 발생효율이 서로 달라지나 이들에 대해 구체적으로 제시하지 않고 있다. The patents indicate only the separation distance between the positive electrode and the negative electrode (mainly 0.5 ~ 1.0 mm or less), but does not suggest the distance between the electrode and the housing, and the membrane-free electrolytic cell reaction to generate chlorine dioxide using sodium chlorite as a precursor. The electrode surface layer in which the electrode (positive electrode and negative electrode) arrangement form, arrangement order and spacing interval between electrodes (positive electrode, negative electrode) and flow path interval between the electrolytic cell housing and the electrode (positive electrode or negative electrode) in the electrolytic cell It has an important influence on the formation of turbulence, and therefore, even though they have the same electrode area, the generation efficiency of chlorine dioxide is different from each other, but they are not described in detail.

기 출원한(무격막 전해셀을 이용한 이산화염소 산화수 제조장치 및 제조방법, 출원번호: 10-2008-0036284)의 무격막 전해셀 방식의 이산화염소 발생용 전해셀에 의해 제조된 이산화염소 산화수는 무격막 전해셀의 특성상 ClO2와 ClO2 -, ClO3 -, Na+ 이온 종들이 극소량 포함되어 있다. 따라서 공업용 또는 하·폐수 처리장의 살균 소독, 위생목적의 살균소독 등으로 사용함에 있어서는 문제가 없으나, 이산화염소의 활용분야가 점차 확대됨에 따라 식품, 음료의 살균 소독과 같이 고순도의 이산화염소수가 요구되는 분야 또는 기체상의 이산화염소를 요구하는 곳에서도 사용할 수 있도록 발생된 이산화염소수로부터 고순도의 이산화염소를 분리하기 위한 탈기장치를 추가할 필요성이 있다. 이에 이산화염소의 물리적 특성을 이용하여 무격막 전해셀 장치에서 생산된 이산화염소 산화수로부터 간편하게 고순도의 이산화염소를 분리하여 사용할 수 있는 탈기장치에 대한 연구가 필요한 실정이다. Chlorine dioxide oxidized water produced by the chlorine dioxide generation electrolytic cell of the non-membrane electrolysis cell method of the previously filed (apparatus and method for producing chlorine dioxide water using a membrane-free electrolytic cell, application number: 10-2008-0036284) Due to the nature of the diaphragm electrolytic cell with ClO 2 ClO 2 - is, Na + ion species containing a very small amount -, ClO 3. Therefore, there is no problem in using it for industrial disinfection and disinfection of sewage and wastewater treatment plant and disinfection for sanitary purpose. However, as chlorine dioxide is gradually used, high purity chlorine dioxide water is required such as disinfection and disinfection of food and beverage. There is a need to add a degasser to separate high purity chlorine dioxide from chlorine dioxide water generated for use in the field or where gaseous chlorine dioxide is required. Therefore, there is a need for a degassing apparatus that can easily separate high-purity chlorine dioxide from chlorine dioxide oxidized water produced in a membrane-free electrolytic cell device using physical properties of chlorine dioxide.

본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 이산화염소의 효율적 발생에 중요한 영향을 미치는 요인인 양전극과 음전극간의 이격간격 뿐만 아니라, 양전극과 음전극의 구성 순서 그리고 전해셀 하우징과 전극(양전극 또는 음전극)간 이격간격(표면 유로층)을 구체적으로 제시하여 이산화염소 산화수의 발생효율을 향상시킬 수 있도록 하는 고성능 무격막 전해셀을 제공하는 것이다. The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is not only the spacing between the positive electrode and the negative electrode, which are important factors for the efficient generation of chlorine dioxide, but also the configuration order of the positive electrode and the negative electrode, and the electrolytic cell housing and the electrode. It is to provide a high-performance non-electrode film electrolytic cell that can improve the generation efficiency of the chlorine dioxide oxidation water by presenting the separation interval (surface flow path layer) between (positive electrode or negative electrode) in detail.

또한, 본 발명의 다른 목적은 이산화염소의 물리적 특성을 이용하여 무격막 전해셀 장치에서 생산된 이산화염소 산화수로부터 간편하게 고순도의 이산화염소를 분리하여 사용할 수 있는 고성능 무격막 전해셀을 포함하는 이산화염소 발생장치를 제공하는 것이다. In addition, another object of the present invention is the generation of chlorine dioxide including a high-performance membrane-free electrolytic cell that can be used to easily separate high-purity chlorine dioxide from the chlorine dioxide oxidized water produced in the membrane-free electrolytic cell device using the physical properties of the chlorine dioxide It is to provide a device.

본 발명의 고성능 무격막 전해셀은 하우징(41)과, 상기 하우징(41) 내부에 일정간격으로 이격되어 적층 설치되는 양전극판(42) 및 음전극판(43)과, 상기 양전극판(42)과 음전극판(43) 사이 및 최외측에 설치된 양전극판(42) 또는 음전극판(43)과 상기 하우징(41) 사이로 염소산나트륨과 염화나트륨의 혼합용액이 공급되도록 상기 양전극판(42)과 음전극판(43) 및 최외측에 설치된 양전극판(42) 또는 음전극판(43)과 상기 하우징(41)을 일정간격으로 이격되도록 하는 스페이서(44)로 이루어지며, 공급된 혼합용액을 상기 양전극판(42)과 음전극판(43)에 전압을 인가함 으로써 전기분해하여 이산화염소(ClO2) 산화수를 발생시키는 것을 특징으로 한다. The high-performance non-deposited membrane electrolytic cell of the present invention includes a housing 41, a positive electrode plate 42 and a negative electrode plate 43, which are stacked and spaced apart at a predetermined interval inside the housing 41, the positive electrode plate 42 and The positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 are supplied so that a mixed solution of sodium chlorate and sodium chloride is supplied between the negative electrode plate 43 and the negative electrode plate 42 or the negative electrode plate 43 provided between the outermost side and the housing 41. ) And a spacer 44 which is spaced apart from the positive electrode plate 42 or the negative electrode plate 43 and the housing 41 at the outermost interval, and the supplied mixed solution is provided with the positive electrode plate 42. By applying a voltage to the negative electrode plate 43 is characterized in that the electrolysis to generate chlorine dioxide (ClO 2 ) oxidation water.

또한, 상기 양전극판(42)은 평행하게 2개 배치되며 상기 음전극판(43)은 상기 양전극판(42) 사이에 일정간격으로 이격설치되는 것을 특징으로 한다. In addition, two positive electrode plates 42 are disposed in parallel, and the negative electrode plates 43 may be spaced apart at regular intervals between the positive electrode plates 42.

아울러, 상기 양전극판(42)과 음전극판(43)의 이격거리는 0.6 ~ 2.0 mm이며, 상기 양전극판(42)과 하우징(41)의 이격거리는 0.5 ~ 1.5 mm인 것을 특징으로 한다. In addition, the distance between the positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 is 0.6 ~ 2.0 mm, the distance between the positive electrode plate 42 and the housing 41 is characterized in that 0.5 ~ 1.5 mm.

또한, 상기 스페이서(44)는 다수개 이격 설치되며 지그재그 유로를 형성하도록 좌우 교번되어 배치되는 것을 특징으로 한다. In addition, the spacers 44 may be spaced apart from each other and arranged alternately left and right to form a zigzag flow path.

또, 상기 양전극판(42)과 음전극판(43)은 IrO2/Ti 또는 RuO2/Ti로 된 DSA전극, Pt 전극, Ti 전극으로부터 선택되는 어느 하나의 전극으로 된 것을 특징으로 한다. In addition, the positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 is characterized in that it is made of any one electrode selected from DSA electrode, Pt electrode, Ti electrode made of IrO 2 / Ti or RuO 2 / Ti.

아울러, 상기 양전극판(42)과 음전극판(43)은 메쉬형태로 된 다공성 전극인 것을 특징으로 한다. In addition, the positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 is characterized in that the porous electrode in the form of a mesh.

본 발명의 고성능 무격막 전해셀을 포함하는 이산화염소 발생장치는 염소산나트륨(NaClO2)을 공급하는 염소산나트륨 공급부(10); 염화나트륨(NaCl)을 공급하는 염화나트륨 공급부(20); 공급된 염소산나트륨과 염화나트륨 혼합용액을 공급하는 공급펌프(30); 상기 공급펌프(30)로부터 공급된 혼합용액이 공급되며 공급된 혼합용액을 전기분해하여 이산화염소(ClO2) 산화수를 발생시키는 고성능 무격막 전해셀(40); 상기 고성능 무격막 전해셀(40)에 의해 발생된 이산화염소 산화수를 분사 시켜 이산화염소 산화수로부터 이산화염소(gas)를 탈기되도록 하는 분사노즐(51)이 상부에 구비되며 탈기된 이산화염소와 잔류 이산화염소 산화수를 각각 배출하는 이산화염소 배출부(52)와 잔류 이산화염소 산화수 배출부(53)가 상부와 하부에 각각 구비된 이산화염소 탈기부(50); 상기 이산화염소 탈기부(50)의 하부에 삽입되며 상기 이산화염소 탈기부(50) 내의 잔류 이산화염소 산화수를 폭기하도록 하여 잔류 이산화염소 산화수로부터 이산화염소를 탈기되도록 하는 다공성 산기관(60); 및 상기 다공성 산기관(60)에 공기를 공급하는 블로워(70); 가 구비된 것을 특징으로 한다. A chlorine dioxide generator including a high-performance non-deposited membrane electrolysis cell of the present invention includes a sodium chlorate supply unit 10 for supplying sodium chlorate (NaClO 2 ); A sodium chloride supply unit 20 for supplying sodium chloride (NaCl); A supply pump 30 for supplying the supplied sodium chlorate and sodium chloride mixed solution; A high performance diaphragm electrolysis cell 40 which is supplied with the mixed solution supplied from the supply pump 30 and electrolyzes the supplied mixed solution to generate chlorine dioxide (ClO 2 ) oxidation water; The injection nozzle 51 for degassing the chlorine dioxide gas from the chlorine dioxide oxidized water by injecting chlorine dioxide oxidized water generated by the high-performance non-aqueous membrane electrolysis cell 40 is provided on the upper side, and degassed chlorine dioxide and residual chlorine dioxide. A chlorine dioxide degassing part 50 having upper and lower portions of the chlorine dioxide discharge part 52 and the residual chlorine dioxide oxidizing water discharge part 53 respectively discharging the oxidized water; A porous diffuser (60) inserted into a lower portion of the chlorine dioxide degassing part (50) to aeration of residual chlorine dioxide water in the chlorine dioxide degassing part (50) to degas chlorine dioxide from residual chlorine dioxide water; And a blower 70 for supplying air to the porous diffuser 60. Characterized in that provided.

또한, 상기 이산화염소 탈기부(50)는, 상기 분사노즐(51) 하부에 구비되며 분사된 이산화염소 산화수의 체류시간을 연장시키는 망상체로 된 하니컴(54)이 구비된 것을 특징으로 한다. In addition, the chlorine dioxide degassing unit 50, characterized in that the honeycomb 54 made of a reticular body provided on the lower portion of the injection nozzle 51 and extends the residence time of the injected chlorine dioxide oxidation water.

아울러, 상기 이산화염소 탈기부(50)는, 상기 하니컴(54) 외측에 상기 하니컴(54)을 가열하여 이산화염소 탈기를 보조하는 히터코일(55)이 더 구비된 것을 특징으로 한다. In addition, the chlorine dioxide degassing unit 50 is characterized in that the heater coil 55 for heating the honeycomb 54 outside the honeycomb 54 to assist the chlorine dioxide deaeration.

또한, 상기 고성능 무격막 전해셀(40)로 공급되는 전원 및 전류를 제어하기 위한 제어부(80)가 더 구비된 것을 특징으로 한다. In addition, the control unit 80 for controlling the power and the current supplied to the high-performance non-deposit film electrolytic cell 40 is characterized in that it is further provided.

본 발명은 양전극과 음전극간의 이격간격 뿐만 아니라, 양전극과 음전극의 구성 순서 그리고 전해셀 하우징과 전극(양전극 또는 음전극)간 이격간격(표면 유로층)을 구체적으로 제시함으로써 무격막 전해셀에 의한 이산화염소 산화수의 발생 효율을 향상시킬 수 있으며, 발생된 이산화염소 산화수로부터 이산화염소를 간편하고 고순도로 분리할 수 있으며 분리효율이 높아 이산화염소 수율을 높일 수 있는 장점이 있다. The present invention provides not only the spacing between the positive electrode and the negative electrode, but also the configuration sequence of the positive electrode and the negative electrode, and the spacing (surface flow path layer) between the electrolytic cell housing and the electrode (positive electrode or negative electrode) in detail. The generation efficiency of the oxidized water can be improved, and chlorine dioxide can be easily and highly purified from the generated chlorine dioxide oxidized water, and the separation efficiency is high, thereby increasing the chlorine dioxide yield.

이하, 본 발명에 의한 고성능 무격막 전해셀 및 이를 포함하는 이산화염소 산화수 발생장치를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a high-performance diaphragm electrolytic cell and a chlorine dioxide oxidized water generator including the same according to the present invention will be described.

도 1은 고성능 무격막 전해셀을 나타낸 단면도이고, 도 2는 고성능 무격막 전해셀을 나타낸 분해사시도이다. 1 is a cross-sectional view showing a high-performance non-capacity electrolytic cell, Figure 2 is an exploded perspective view showing a high-performance non-capacitance electrolytic cell.

도시된 바와 같이 본 발명에 의한 고성능 무격막 전해셀(40)은 하우징(41)과, 상기 하우징(41) 내부에 일정간격으로 이격되어 적층 설치되는 양전극판(42) 및 음전극판(43)과, 상기 양전극판(42)과 음전극판(43) 사이 및 최외측에 설치된 양전극판(42) 또는 음전극판(43)과 상기 하우징(41) 사이로 염소산나트륨과 염화나트륨의 혼합용액이 공급되도록 상기 양전극판(42)과 음전극판(43) 및 최외측에 설치된 양전극판(42) 또는 음전극판(43)과 상기 하우징(41)을 일정간격으로 이격되도록 하는 스페이서(44)로 이루어지며, 공급된 혼합용액을 상기 양전극판(42)과 음전극판(43)에 전압을 인가함으로써 전기분해하여 이산화염소(ClO2) 산화수를 발생시킨다. As shown, the high-performance non-electrolytic membrane 40 according to the present invention includes a housing 41 and a positive electrode plate 42 and a negative electrode plate 43 which are stacked and spaced apart at regular intervals in the housing 41. And the positive electrode plate such that a mixed solution of sodium chlorate and sodium chloride is supplied between the positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 and between the positive electrode plate 42 or the negative electrode plate 43 and the housing 41 disposed at the outermost side. (42) and the negative electrode plate 43 and the positive electrode plate 42 or the negative electrode plate 43 provided on the outermost side and the spacer (44) spaced apart at regular intervals, the supplied mixed solution Is electrolyzed by applying a voltage to the positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 to generate chlorine dioxide (ClO 2 ) oxide water.

상기 전해셀(40)은 공급된 염소산나트륨과 염화나트륨의 혼합용액이 공급되 며 공급된 혼합용액을 전기분해하는 역할을 하며 무격막으로 된다. The electrolytic cell 40 is supplied with a mixed solution of sodium chlorate and sodium chloride, serves to electrolyze the supplied mixed solution, and becomes a membrane.

상기 전해셀(40)은 염소산나트륨과 염화나트륨의 혼합용액으로 된 전해액이 염소산나트륨 및 염화나트륨 혼합용액이 주입구(45)를 통해 주입되며 서로 이격되어 설치된 양전극판(42)과 음전극판(43) 사이 및 최외측에 설치된 양전극판(42) 또는 음전극판(43)과 상기 하우징(41) 사이를 통과하게 된다. 이때, 양전극판(42)과 음전극판(43)에 전압을 인가함으로써 전해액이 전기분해되어 이산화염소(ClO2) 산화수를 발생시키게 된다. 발생된 이산화염소 산화수는 유출구(46)를 통해 유출되게 된다. The electrolytic cell 40 is an electrolyte solution of a mixed solution of sodium chlorate and sodium chloride is injected between the sodium chlorate and sodium chloride mixed solution through the injection port 45 and spaced apart from each other between the positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 and It passes between the positive electrode plate 42 or the negative electrode plate 43 provided on the outermost side and the housing 41. At this time, the electrolytic solution is electrolyzed by applying a voltage to the positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 to generate chlorine dioxide (ClO 2 ) oxidation water. The generated chlorine dioxide oxidized water is discharged through the outlet 46.

하우징(41)의 외측에는 하우징(41)을 지지하는 스테인레스 스틸로 된 플레이트(47)가 구비된다. On the outside of the housing 41 is provided a plate 47 made of stainless steel which supports the housing 41.

또한, 상기 전해셀(40)은 다공성 양전극판(Anode)와 음전극판(Cathode) 사이에 이온교환막 또는 어떠한 다공성 물질도 사용하지 않는 무격막으로 되어 있어 이로 인한 유체의 저항이 상대적으로 낮다. 또, 상기 전해셀(40)은 공급용액이 통과한 후 유출수의 일부가 재순환되는 방식이 아닌 연속흐름방식(Continuous Flow type)을 사용하므로 순도를 요하지 않는 공업용으로 적당하고 구조가 간단하다. In addition, the electrolytic cell 40 is a non-aluminum membrane that does not use an ion exchange membrane or any porous material between the porous anode and cathode plates, and thus the resistance of the fluid is relatively low. In addition, since the electrolytic cell 40 uses a continuous flow method rather than a part of the effluent after the feed solution passes, it is suitable for industrial use that does not require purity and its structure is simple.

또, 상기 양전극판(42)은 평행하게 2개 배치되며 상기 음전극판(43)은 상기 양전극판(42) 사이에 일정간격으로 이격설치되는 것이 바람직하다. In addition, two positive electrode plates 42 may be disposed in parallel, and the negative electrode plates 43 may be spaced apart at regular intervals between the positive electrode plates 42.

아울러, 상기 양전극판(42)과 음전극판(43)의 이격거리는 0.6 ~ 2.0 mm이며, 상기 양전극판(42)과 하우징(41)의 이격거리는 0.5 ~ 1.5 mm인 것이 더 바람직하 다. In addition, the distance between the positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 is 0.6 ~ 2.0 mm, the distance between the positive electrode plate 42 and the housing 41 is more preferably 0.5 ~ 1.5 mm.

상기 양전극판(42)과 음전극판(43)의 이격거리는 0.6 ~ 2.0 mm인 것이 바람직하다. 이격거리가 너무 크면 이산화염소 산화수 발생농도가 너무 낮게 되며, 이격거리가 너무 작으면 혼합용액의 유동성이 적게 되므로 적당한 이격거리를 갖는 것이 바람직하다. The distance between the positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 is preferably 0.6 ~ 2.0 mm. If the separation distance is too large, the chlorine dioxide oxidation water generation concentration is too low, if the separation distance is too small it is preferable to have a suitable separation distance because the fluidity of the mixed solution is less.

또한, 상기 스페이서(44)는 다수개 이격 설치되며 지그재그 유로를 형성하도록 좌우 교번되어 배치되는 것이 바람직하다. 이렇게 상기 스페이서(44)가 다수개 이격 설치되어 지그재그 유로를 형성하게 되면 전해액이 전극판과 접촉되는 시간을 연장함으로써 이산화염소 산화수 발생농도를 높일 수 있게 된다. In addition, the spacers 44 may be spaced apart from each other and arranged alternately left and right to form a zigzag flow path. When the spacers 44 are spaced apart from each other to form a zigzag flow path, the concentration of chlorine dioxide oxidized water can be increased by extending the time that the electrolyte is in contact with the electrode plate.

바람직한 고성능 무격막 전해셀의 전극구성은 양전극판(Anode)으로 DSA전극 중 IrO2/Ti전극을, 음전극판(Cathode)으로 Pt전극을 사용함으로써 양전극판(Anode)로 RuO2/Ti, 음전극판(Cathode)으로 Ti를 사용한 경우 또는 양전극판(Anode)로 Pt, 음전극판(Cathode)으로 IrO2/Ti를 사용한 경우, 양전극판(Anode)으로 IrO2/Ti, 음전극판(Cathode)으로 Ti를 사용한 무격막 전해셀의 경우보다 효과적으로 이산화염소(ClO2) 산화수를 발생시킬 수 있다. The electrode composition of the preferred high-performance non-aluminum electrolytic cell is composed of IrO 2 / Ti electrode of DSA electrode as anode and Pt electrode as cathode, and RuO 2 / Ti as anode. (cathode) if a or the positive electrode plate (Anode) the case of using Ti with the IrO 2 / Ti as Pt, the negative electrode plate (cathode), a Ti as IrO 2 / Ti, a negative electrode plate (cathode) a positive electrode plate (Anode) Chlorine dioxide (ClO 2 ) oxide water can be generated more effectively than in the case of the used non-deposited electrolytic cell.

아울러, 상기 양전극판(42)과 음전극판(43)은 메쉬형태로 된 다공성 전극인 것이 더 바람직하다. In addition, the positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 is more preferably a porous electrode in the form of a mesh.

도 3은 고성능 무격막 전해셀을 포함하는 이산화염소 발생장치를 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 의한 이산화염소 탈기부를 나타낸 단면도이다. 3 is a view showing a chlorine dioxide generator including a high-performance non-electrodeposited electrolytic cell, Figure 4 is a cross-sectional view showing a chlorine dioxide degassing portion according to the present invention.

도시된 바와 같이 고성능 무격막 전해셀을 포함하는 이산화염소 발생장치는 염소산나트륨(NaClO2)을 공급하는 염소산나트륨 공급부(10); 염화나트륨(NaCl)을 공급하는 염화나트륨 공급부(20); 공급된 염소산나트륨과 염화나트륨 혼합용액을 공급하는 공급펌프(30); 상기 공급펌프(30)로부터 공급된 혼합용액이 공급되며 공급된 혼합용액을 전기분해하여 이산화염소(ClO2) 산화수를 발생시키는 고성능 무격막 전해셀(40); 상기 고성능 무격막 전해셀(40)에 의해 발생된 이산화염소 산화수를 분사시켜 이산화염소 산화수로부터 이산화염소(gas)를 탈기되도록 하는 분사노즐(51)이 상부에 구비되며 탈기된 이산화염소와 잔류 이산화염소 산화수를 각각 배출하는 이산화염소 배출부(52)와 잔류 이산화염소 산화수 배출부(53)가 상부와 하부에 각각 구비된 이산화염소 탈기부(50); 상기 이산화염소 탈기부(50)의 하부에 삽입되며 상기 이산화염소 탈기부(50) 내의 잔류 이산화염소 산화수를 폭기하도록 하여 잔류 이산화염소 산화수로부터 이산화염소를 탈기되도록 하는 다공성 산기관(60); 및 상기 다공성 산기관(60)에 공기를 공급하는 블로워(70); 가 구비된 것을 특징으로 한다. As shown, a chlorine dioxide generator including a high-performance non-electrodeposited electrolytic cell includes a sodium chlorate supply unit 10 for supplying sodium chlorate (NaClO 2 ); A sodium chloride supply unit 20 for supplying sodium chloride (NaCl); A supply pump 30 for supplying the supplied sodium chlorate and sodium chloride mixed solution; A high performance diaphragm electrolysis cell 40 which is supplied with the mixed solution supplied from the supply pump 30 and electrolyzes the supplied mixed solution to generate chlorine dioxide (ClO 2 ) oxidation water; A spray nozzle 51 is provided on the top to inject chlorine dioxide oxidized water generated by the high-performance diaphragm electrolytic cell 40 to degas chlorine dioxide from chlorine dioxide oxidized water, and degassed chlorine dioxide and residual chlorine dioxide. A chlorine dioxide degassing part 50 having upper and lower portions of the chlorine dioxide discharge part 52 and the residual chlorine dioxide oxidizing water discharge part 53 respectively discharging the oxidized water; A porous diffuser (60) inserted into a lower portion of the chlorine dioxide degassing part (50) to aeration of residual chlorine dioxide water in the chlorine dioxide degassing part (50) to degas chlorine dioxide from residual chlorine dioxide water; And a blower 70 for supplying air to the porous diffuser 60. Characterized in that provided.

상기 고성능 무격막 전해셀(40)로부터 발생된 이산화염소 산화수는 상기 이산화염소 탈기부(50)에서 탈기되어 이산화염소와 잔류 이산화염소 산화수가 배출된다. Chlorine dioxide oxidized water generated from the high-performance non-aqueous membrane electrolytic cell 40 is degassed in the chlorine dioxide degassing unit 50 to discharge chlorine dioxide and residual chlorine dioxide oxidized water.

상기 이산화염소 탈기부(50)는 상부에 분사노즐(51)이 구비되며 상기 고성능 무격막 전해셀(40)에 의해 발생된 이산화염소 산화수가 분사되게 된다. 이렇게 분 사노즐(51)에 의해 이산화염소 산화수가 분사되게 되면 이산화염소가 탈기되게 되며 하부로 잔류 이산화염소 산화수가 낙하되게 된다. The chlorine dioxide degassing unit 50 is provided with a spray nozzle 51 at the top, and the chlorine dioxide oxidized water generated by the high-performance non-detach membrane electrolytic cell 40 is injected. When the chlorine dioxide oxidized water is injected by the injection nozzle 51, the chlorine dioxide is degassed, and the residual chlorine dioxide oxidized water falls down.

상기 분사노즐(51)의 하부에는 분사된 이산화염소 산화수의 체류시간을 연장시키는 망상체로 된 하니컴(Honeycomb)(54)이 구비된 것이 바람직하다. 잔류 이산화염소 산화수는 상기 하니컴(54)을 통해 낙하되게 되면 이산화염소 산화수의 체류시간을 연장하게 되어 이산화염소 탈기효율을 더 높일 수 있게 된다. The lower portion of the injection nozzle 51 is preferably provided with a honeycomb (54) made of a reticular body to extend the residence time of the injected chlorine dioxide oxidation water. When the residual chlorine dioxide water is dropped through the honeycomb 54, the residence time of the chlorine dioxide oxide water can be extended to further increase the chlorine dioxide degassing efficiency.

아울러, 상기 이산화염소 탈기부(50)는 상기 하니컴(54) 외측에 상기 하니컴(54)을 가열하여 이산화염소 탈기를 보조하는 히터코일(55)이 더 구비된 것이 바람직하다. 상기 히터코일(55)은 상기 하니컴(54)에서 체류되는 이산화염소 산화수의 온도를 높여 이산화염소의 탈기를 보조하게 된다. In addition, the chlorine dioxide degassing unit 50 is preferably further provided with a heater coil 55 for heating the honeycomb 54 outside the honeycomb 54 to assist the chlorine dioxide deaeration. The heater coil 55 increases the temperature of the chlorine dioxide oxidized water stayed in the honeycomb 54 to assist in degassing of the chlorine dioxide.

상기 이산화염소 탈기부(50)에 의해 탈기된 순수한 이산화염소는 기체상태로 그대로 사용할 수 있으며, 이를 다시 물에 용해시켜 사용할 수 있다. 이때, 탈기된 순수한 이산화염소를 물에 용해시켜 사용하는 경우에는 이산화염소 배출부(52) 상에 이산화염소가 물에 용해되도록 하기 위한 벤츄리 혼합기(90)가 구비된다.Pure chlorine dioxide degassed by the chlorine dioxide degassing unit 50 can be used as it is in a gaseous state, it can be dissolved again in water. In this case, when the degassed pure chlorine dioxide is dissolved in water and used, a venturi mixer 90 is provided on the chlorine dioxide discharge part 52 to dissolve the chlorine dioxide in water.

미설명부호 56은 이산화염소를 포집하여 배출을 용이하도록 하는 경사판이다. Reference numeral 56 is an inclined plate for capturing chlorine dioxide to facilitate discharge.

상기 다공성 산기관(60)은 상기 이산화염소 탈기부(50)의 하부에 삽입되며 상기 이산화염소 탈기부(50) 내의 잔류 이산화염소 산화수를 폭기하도록 하여 잔류 이산화염소 산화수로부터 이산화염소를 탈기되도록 하는 역할을 한다. 상기 블로워(70)는 상기 다공성 산기관(60)과 연결되어 상기 다공성 산기관(60)으로 공기를 공급하는 역할을 한다. The porous diffuser 60 is inserted in the lower portion of the chlorine dioxide degassing part 50 and serves to aeration of residual chlorine dioxide oxidation water in the chlorine dioxide degassing part 50 to degas chlorine dioxide from the residual chlorine dioxide water. Do it. The blower 70 is connected to the porous diffuser 60 and serves to supply air to the porous diffuser 60.

상기 고성능 무격막 전해셀(40)로 공급되는 전원 및 전류를 제어하기 위한 제어부(80)가 구비된다.The control unit 80 for controlling the power and current supplied to the high-performance non-deposit membrane electrolytic cell 40 is provided.

전극 배치 및 전해셀 구조 개선에 따른 무격막 전해셀 성능 실험Performance test of membraneless electrolytic cell according to electrode arrangement and electrolytic cell structure

전극 배치 및 전해셀 구조 개선에 따른 무격막 전해셀 성능 향상 실험에 사용한 전극은 양전극(Anode)으로 RuO2가 코팅된 Ti전극을, 음전극(Cathode)으로는 Ti를 사용하였다. 양전극판(42)과 음전극판(43) 사이 그리고 전극판(양전극판 또는 음전극판)과 테플론 하우징(41)과의 일정한 이격을 위해 1mm 두께의 Teflon 스페이서(Spacer)(44)를 사용하였다. 실험조건은 아염소산나트륨(NaClO2) 농도 4.7 mM (0.54 g/L), 염화나트륨(NaCl) 농도 100 mM (6.0 g/L), 전구체 용액의 전해셀 주입유량 120 ml/min, 전구체 용액 초기 pH는 2.3, 전해셀에 가해진 전류는 0.6 A (5 A/dm2)로 하여 동일한 조건에서 실험을 수행하였으며, 그 결과를 도 5와 [표 1]에 나타내었다. As the electrode used in the experiment of improving the performance of the non-deposited membrane electrolytic cell according to the electrode arrangement and the improvement of the electrolytic cell structure, a Ti electrode coated with RuO 2 was used as the anode and Ti was used as the cathode. The Teflon spacer 44 having a thickness of 1 mm was used for the constant separation between the positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 and the electrode plate (positive electrode plate or negative electrode plate) and the Teflon housing 41. The experimental conditions were sodium chlorite (NaClO 2 ) concentration of 4.7 mM (0.54 g / L), sodium chloride (NaCl) concentration of 100 mM (6.0 g / L), electrolyte injection rate of the precursor solution 120 ml / min, initial pH of the precursor solution. 2.3, the current was applied to the electrolytic cell was 0.6 A (5 A / dm 2 ) to perform the experiment under the same conditions, the results are shown in Figure 5 and [Table 1].

도 5는 전해액을 고성능 무격막 전해셀의 전기분해 시간에 따른 이산화염소산화수의 발생농도를 나타낸다. Figure 5 shows the concentration of the chlorine dioxide oxidized water according to the electrolysis time of the high-performance non-deposited membrane electrolytic cell.

도시된 바와 같이 전해액의 무격막 전기분해 반응에 의해 발생되는 이산화염 소 산화수의 농도는 전기분해반응 개시 후 5 분 이후부터 안정적으로 생산됨을 알 수 있다. As shown, it can be seen that the concentration of chlorine dioxide water generated by the membrane-free electrolysis of the electrolyte is stably produced after 5 minutes after the start of the electrolysis reaction.

[표 1]은 전극 조합 및 전극과 하우징과의 이격거리에 따른 이산화염소 산화수 발생농도를 나타낸다. [Table 1] shows the chlorine dioxide oxidized water generation concentration according to the electrode combination and the separation distance between the electrode and the housing.

[표 1] 전극 조합 및 전극과 하우징과의 이격거리에 따른 이산화염소 산화수 발생농도[Table 1] Chlorine Dioxide Oxidation Water Concentration According to Electrode Combination and Spacing Distance between Electrode and Housing

Figure 112009021888639-pat00001
Figure 112009021888639-pat00001

※ 기호 설명: A=Anode, C=Cathode※ Explanation of Symbols: A = Anode, C = Cathode

[표 1]에서와 같이 고성능 무격막 전해셀에서 양전극판(42)과 음전극판(43)간의 이격거리는 1.0 mm로 고정하고, 양전극판(42)과 음전극판(43)의 조합을 달리한 조건에서 하우징(41)과 마주하는 전극판 사이의 이격거리를 0, 1, 2 mm 로 변화시켜가며 발생되는 이산화염소의 농도를 측정한 결과, 가장 높은 이산화염소 발생효율을 보인 전극의 조합은 A-C-A, 그리고 전해셀 하우징과 양측 양전극과의 이격거리는 1.0 mm일 때로 나타났다. 동일한 A-C-A 조합이라 하더라도, 하우징(41)과 마주하는 전극판과의 이격거리가 0 mm로 붙어있을 경우 또는 2.0 mm로 넓어질 경우 발생되는 이산화염소의 농도는 각각 360 mg/L, 370 mg/L로 감소하여 전극판간 간격뿐만 아니라 하우징과 마주하는 전극판과의 이격거리 역시 이산화염소의 발생효율에 영향을 미치는 것을 확인하였으며, 이는 이산화염소가 발생되는 전극표면에서의 표면반응과 유로에 따른 난류형성의 영향이 전해셀 내부 전극배치 및 구조에 영향을 받았기 때문으로 판단된다. As shown in Table 1, the separation distance between the positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 is fixed at 1.0 mm in the high-performance non-electrode film electrolyte cell, and the combination of the positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 is different. As a result of measuring the concentration of chlorine dioxide generated by varying the separation distance between the housing plate 41 and the electrode plate facing to 0, 1, 2 mm, the combination of electrodes showing the highest chlorine dioxide generation efficiency was ACA, In addition, the separation distance between the electrolytic cell housing and both electrodes was found to be 1.0 mm. Even with the same ACA combination, the concentrations of chlorine dioxide generated when the separation distance from the electrode plate facing the housing 41 is 0 mm or widen to 2.0 mm are 360 mg / L and 370 mg / L, respectively. It was confirmed that the distance between the electrode plate and the electrode plate facing the housing also affected the generation efficiency of chlorine dioxide. This may be due to the influence of the internal electrode arrangement and the structure of the electrolysis cell.

이산화염소의 탈기 실험Degassing experiment of chlorine dioxide

수중에 존재하는 가스형태의 염소 및 이산화염소는 에어 스트리핑(air stripping) 기법에 의해 쉽게 제거된다. 이와 같은 원리를 이용하여 무격막 전해셀 장치로부터 생산된 이산화염소 산화수로부터 고순도 이산화염소 가스의 탈기 실험을 수행하였다. 실험에 사용된 이산화염소 탈기부(50)에는 내부 직경 25 mm, 길이 400 mm의 이중관을 사용하였으며, 이산화염소 산화수와 주입되는 공기의 접촉면적을 높이기 위해 직경 5 mm의 하니컴(54)으로 충전하였다. 충전 높이는 250 mm로 이산화염소 탈기부 하부에서 다공성 산기관(60)을 통해 1 L/min의 유량으로 공기를 주입하여 상부에서 분사노즐(51)에 의해 분사되는 이산화염소 산화수와 상향류 접촉을 하도록 하였다. [표 2]에 이산화염소 탈기부의 구성조건에 따른 용존 이산화염소수로부터의 이산화염소 탈기율을 나타내었다. The gaseous chlorine and chlorine dioxide in water are easily removed by air stripping techniques. Degassing experiment of high purity chlorine dioxide gas from chlorine dioxide oxidized water produced from a membrane-free electrolysis cell apparatus was carried out using this principle. In the chlorine dioxide degassing part 50 used in the experiment, a double tube having an inner diameter of 25 mm and a length of 400 mm was used, and was filled with a honeycomb 54 having a diameter of 5 mm to increase the contact area between the chlorine dioxide oxidation water and the air injected. . The filling height is 250 mm to inject air at a flow rate of 1 L / min through the porous diffuser 60 at the lower part of the chlorine dioxide degassing part to make upflow contact with the chlorine dioxide oxidized water injected by the injection nozzle 51 from the top. It was. Table 2 shows the dechlorination rate of chlorine dioxide from the dissolved chlorine dioxide water according to the constituent conditions of the dechlorination unit.

표 2. 이산화염소 탈기부의 구성 조건에 따른 이산화염소 탈기효율Table 2. Chlorine dioxide degassing efficiency according to the constituent conditions of chlorine dioxide degassing part

Figure 112009021888639-pat00002
Figure 112009021888639-pat00002

다공성 산기관(60)만을 이용한 폭기방식으로 이산화염소의 탈기효율을 측정한 결과 약 56.04%의 탈기효율을 보였으며, 분사노즐(51)만을 통한 이산화염소의 탈기효율은 약 85.76%, 분사노즐(51)과 하니컴(54)을 동시에 이용한 이산화염소의 탈기효율은 약 79.26%, 분사노즐(51)과 산기관(60) 폭기를 동시에 이용한 이산화염소의 탈기효율은 약 87.93% 그리고 분사노즐(51), 하니컴(54), 산기관(60) 폭기를 모두 함께 이용하였을 때 용존 이산화염소 산화수로부터의 이산화염소 탈기효율은 약 94.12%에 이르는 것을 알 수 있다. 아울러, 분사노즐(51), 하니컴(54), 산기관(60) 및 히터코일(55)을 모두 이용하였을 때 용존 이산화염소 산화수로부터의 이산화염소 탈기효율은 약 97.04%에 이르는 것을 알 수 있다.As a result of measuring the degassing efficiency of chlorine dioxide by the aeration method using only the porous diffuser 60, the degassing efficiency of the chlorine dioxide was about 56.04%, and the degassing efficiency of the chlorine dioxide through only the injection nozzle 51 was about 85.76%, The degassing efficiency of chlorine dioxide using both 51) and honeycomb (54) at the same time is about 79.26%, and the degassing efficiency of chlorine dioxide using the aeration nozzle 51 and the aeration pipe 60 is about 87.93% and the spraying nozzle (51). When the honeycomb 54 and the aeration pipe 60 were used together, the chlorine dioxide degassing efficiency from the dissolved chlorine dioxide water reached about 94.12%. In addition, when the injection nozzle 51, the honeycomb 54, the diffuser 60 and the heater coil 55 were all used, it can be seen that the chlorine dioxide degassing efficiency from the dissolved chlorine dioxide water reached about 97.04%.

도 1은 고성능 무격막 전해셀을 나타낸 단면도.1 is a cross-sectional view showing a high performance membrane-free electrolytic cell.

도 2는 고성능 무격막 전해셀을 나타낸 분해사시도. Figure 2 is an exploded perspective view showing a high-performance non-capacity electrolytic cell.

도 3은 고성능 무격막 전해셀을 포함하는 이산화염소 발생장치를 나타낸 도면.3 is a view showing a chlorine dioxide generator including a high-performance non-diaphragm electrolysis cell.

도 4는 본 발명에 의한 이산화염소 탈기부를 나타낸 단면도. 4 is a cross-sectional view showing a chlorine dioxide degassing portion according to the present invention.

도 5는 전해액을 고성능 무격막 전해셀의 전기분해 시간에 따른 이산화염소산화수의 발생농도를 나타낸 그래프.5 is a graph showing the generation concentration of chlorine dioxide oxidized water according to the electrolysis time of the high performance membrane-free electrolytic cell electrolyte.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

10: 염소산나트륨 공급부10: sodium chlorate supply unit

20: 염화나트륨 공급부20: sodium chloride supply

30: 공급펌프30: supply pump

40: 고성능 무격막 전해셀40: high performance non-electrolytic cell

51: 분사노즐51: spray nozzle

50: 이산화염소 탈기부50: chlorine dioxide deaeration unit

60: 다공성 산기관60: porous diffuser

70: 블로워70: blower

Claims (10)

삭제delete 삭제delete 삭제delete 하우징(41)과, 상기 하우징(41) 내부에 일정간격으로 이격되어 적층 설치되며, 평행하게 2개 배치되는 양전극판(42) 및 상기 양전극판(42) 사이에 일정간격으로 이격설치되는 음전극판(43)과, 상기 양전극판(42)과 음전극판(43) 사이 및 최외측에 설치된 양전극판(42) 또는 음전극판(43)과 상기 하우징(41) 사이로 염소산나트륨과 염화나트륨의 혼합용액이 공급되도록 상기 양전극판(42)과 음전극판(43) 및 최외측에 설치된 양전극판(42) 또는 음전극판(43)과 상기 하우징(41)을 일정간격으로 이격되도록 하며, 다수개 이격 설치되며 지그재그 유로를 형성하도록 좌우 교번되어 배치되는 스페이서(44)로 이루어지며, 공급된 혼합용액을 상기 양전극판(42)과 음전극판(43)에 전압을 인가함으로써 전기분해하여 이산화염소(ClO2) 산화수를 발생시키는 것을 특징으로 하고, Negative electrode plates spaced apart at regular intervals between the housing 41 and the positive electrode plate 42 and two positive electrode plates 42 disposed in parallel and spaced apart at regular intervals in the housing 41. (43) and a mixed solution of sodium chlorate and sodium chloride are supplied between the positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 and between the positive electrode plate 42 or the negative electrode plate 43 provided at the outermost side and the housing 41. The positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 and the positive electrode plate 42 or the negative electrode plate 43 and the housing 41 installed on the outermost side of the housing 41 are spaced at a predetermined interval so as to be spaced apart from each other, and a plurality of zigzag flow paths are installed. And spacers 44 alternately arranged left and right so as to form a gas. The mixed solution is electrolyzed by applying a voltage to the positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 to generate chlorine dioxide (ClO 2) oxide water. Characterized in that, 상기 양전극판(42)과 음전극판(43)의 이격거리는 0.6 ~ 2.0 mm이며, 상기 양전극판(42)과 하우징(41)의 이격거리는 0.5 ~ 1.5 mm인 것을 특징으로 하는 고성능 무격막 전해셀.The distance between the positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 is 0.6 ~ 2.0 mm, the separation distance between the positive electrode plate 42 and the housing 41 is 0.5 ~ 1.5 mm, characterized in that the high-performance non-electrode cell. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 양전극판(42)과 음전극판(43)은 IrO2/Ti 또는 RuO2/Ti로 된 DSA전극, Pt 전극, Ti 전극으로부터 선택되는 어느 하나의 전극으로 된 것을 특징으로 하는 고성능 무격막 전해셀.The positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 are made of any one electrode selected from a DSA electrode, a Pt electrode, and a Ti electrode made of IrO 2 / Ti or RuO 2 / Ti. . 제 5 항에 있어서,The method of claim 5, 상기 양전극판(42)과 음전극판(43)은 메쉬형태로 된 다공성 전극인 것을 특징으로 하는 고성능 무격막 전해셀.The positive electrode plate 42 and the negative electrode plate 43 is a high-performance diaphragm electrolytic cell, characterized in that the porous electrode in the form of a mesh. 염소산나트륨(NaClO2)을 공급하는 염소산나트륨 공급부(10); Sodium chlorate supply unit 10 for supplying sodium chlorate (NaClO 2 ); 염화나트륨(NaCl)을 공급하는 염화나트륨 공급부(20); A sodium chloride supply unit 20 for supplying sodium chloride (NaCl); 공급된 염소산나트륨과 염화나트륨 혼합용액을 공급하는 공급펌프(30); A supply pump 30 for supplying the supplied sodium chlorate and sodium chloride mixed solution; 상기 공급펌프(30)로부터 공급된 혼합용액이 공급되며 공급된 혼합용액을 전기분해하여 이산화염소(ClO2) 산화수를 발생시키는 제 4 항 내지 제 6 항에서 선택되는 어느 한 항에 의한 고성능 무격막 전해셀(40);The high performance diaphragm according to any one of claims 4 to 6, wherein the mixed solution supplied from the supply pump 30 is supplied and electrolyzes the supplied mixed solution to generate chlorine dioxide (ClO 2 ) oxidation water. An electrolysis cell 40; 상기 고성능 무격막 전해셀(40)에 의해 발생된 이산화염소 산화수를 분사시켜 이산화염소 산화수로부터 이산화염소(gas)를 탈기되도록 하는 분사노즐(51)이 상부에 구비되며 탈기된 이산화염소와 잔류 이산화염소 산화수를 각각 배출하는 이산화염소 배출부(52)와 잔류 이산화염소 산화수 배출부(53)가 상부와 하부에 각각 구비된 이산화염소 탈기부(50);A spray nozzle 51 is provided on the top to inject chlorine dioxide oxidized water generated by the high-performance diaphragm electrolytic cell 40 to degas chlorine dioxide from chlorine dioxide oxidized water, and degassed chlorine dioxide and residual chlorine dioxide. A chlorine dioxide degassing part 50 having upper and lower portions of the chlorine dioxide discharge part 52 and the residual chlorine dioxide oxidizing water discharge part 53 respectively discharging the oxidized water; 상기 이산화염소 탈기부(50)의 하부에 삽입되며 상기 이산화염소 탈기부(50) 내의 잔류 이산화염소 산화수를 폭기하도록 하여 잔류 이산화염소 산화수로부터 이산화염소를 탈기되도록 하는 다공성 산기관(60); 및A porous diffuser (60) inserted into a lower portion of the chlorine dioxide degassing part (50) to aeration of residual chlorine dioxide water in the chlorine dioxide degassing part (50) to degas chlorine dioxide from residual chlorine dioxide water; And 상기 다공성 산기관(60)에 공기를 공급하는 블로워(70);A blower (70) for supplying air to the porous diffuser (60); 가 구비된 것을 특징으로 하는 고성능 무격막 전해셀을 포함하는 이산화염소 발생장치.Chlorine dioxide generation device comprising a high-performance non-deposited electrolysis cell, characterized in that provided. 제 7 항에 있어서, 상기 이산화염소 탈기부(50)는, The method of claim 7, wherein the chlorine dioxide degassing unit 50, 상기 분사노즐(51) 하부에 구비되며 분사된 이산화염소 산화수의 체류시간을 연장시키는 망상체로 된 하니컴(54)이 구비된 것을 특징으로 하는 고성능 무격막 전해셀을 포함하는 이산화염소 발생장치.A chlorine dioxide generator comprising a high-performance non-detachable electrolytic cell, characterized in that the honeycomb (54) made of a reticular body provided on the lower portion of the injection nozzle 51 and extends the residence time of the injected chlorine dioxide oxidation water. 제 8 항에 있어서, 상기 이산화염소 탈기부(50)는, The method of claim 8, wherein the chlorine dioxide degassing unit 50, 상기 하니컴(54) 외측에 상기 하니컴(54)을 가열하여 이산화염소 탈기를 보조하는 히터코일(55)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 고성능 무격막 전해셀을 포함하는 이산화염소 발생장치.Chlorine dioxide generator comprising a high-performance membrane-free electrolytic cell, characterized in that the heater coil (55) is further provided on the outside of the honeycomb (54) to support the chlorine dioxide degassing by heating the honeycomb (54). 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 고성능 무격막 전해셀(40)로 공급되는 전원 및 전류를 제어하기 위한 제어부(80)가 더 구비된 것을 특징으로 하는 고성능 무격막 전해셀을 포함하는 이산화염소 산화수 발생장치. Chlorine dioxide oxidation water generator comprising a high-performance non-capacitance electrolytic cell, characterized in that the control unit 80 for controlling the power and current supplied to the high-performance non-capacitance electrolytic cell 40 is further provided.
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