KR101070866B1 - 전기분해 및 플라즈마 방전을 이용한 차아염소산소다 생성 장치 - Google Patents

전기분해 및 플라즈마 방전을 이용한 차아염소산소다 생성 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기분해 및 플라즈마 방전을 이용한 차아염소산소다 생성 장치 및 방법에 관한 것으로, 염수에 대한 전기분해 및 플라즈마 방전을 통하여 염수로부터 소독제로 사용할 수 있는 차아염소산소다를 현장에서 생성하여 사용할 수 있도록 제공하기 위한 것이다. 본 발명에 따르면, 반응조는 수산화나트륨 용액을 공급받아 저장한다. 그리고 플라즈마 발생기는 염소(Cl2)가스를 공급받아 반응조의 수산화나트륨 용액 내에서 염소가스를 플라즈마 방전시켜 활성 성분을 생성하고, 활성 성분과 수산화나트륨(NaOH)을 반응시켜 차아염소산소다(NaOCl)를 생성한다. 이때 전해조는 염수를 공급받아 저장하고, 전기분해기는 염수를 전기분해하여 염소가스와 수산화나트륨을 발생시킨다. 전해조에서 발생될 염소가스는 플라즈마 발생기로 공급된다. 수산화나트륨이 함유된 염수는 수산화나트륨 용액으로 전해조에서 반응조로 공급된다.

Description

전기분해 및 플라즈마 방전을 이용한 차아염소산소다 생성 장치{Apparatus for producing NaOCl using electrolysis and plasma discharge}
본 발명은 염수를 이용한 차아염소산소다(NaOCl) 생성 기술에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 염수에 대한 전기분해 및 플라즈마 방전을 통하여 염수로부터 소독제로 사용할 수 있는 차아염소산소다를 현장에서 생성하여 사용할 수 있도록 제공하는 전기분해 및 플라즈마 방전을 이용한 차아염소산소다 생성 장치에 관한 것이다.
양식장의 해수에 존재하는 미생물은 어류의 폐사를 일으키는 주요 원인이며, 이를 해결하기 위한 방법으로 항생제 주입이 광범위하게 이루어지고 있다. 그러나 항생제의 잔류로 인해 인체 및 생태계에 심각한 부정적인 영향을 초래할 수 있으므로 부정적 영향의 최소화와 더불어 어류의 생산성을 높이기 위해서는 양식장에 효과적인 살균기술의 적용이 필요하다.
선박의 부력조절용 해수(ballast water)에 의한 외래 생물종의 이동을 방지하여 해양환경을 보호하기 위해서는 부력조절용 해수의 살균 처리가 필요하다.
미생물, 예컨대 박테리아, 바이러스, 원생동물 등은 물, 공기, 토양 등 모든 매질에 존재하며, 미생물로 오염된 음용수 공급망으로 인해 심각한 건강상의 부정적 영향 초래한다. 최근 음용수 수질기준에 대한 사회적 관심이 급증하고 있으나, 문제의 본질에 대한 적절한 개선 방안을 제시하지 못하고 있는 실정이다. 음용수에서 흔히 관찰되는 대장균(E-coli), 녹농균(Pseudomonas aeruginosa) 등은 각종 질병 유발하며, 물에 함유된 박테리아는 물 분배관에 고착되어(bio-fouling), 담수화 설비와 같은 수처리 시설의 필터 막힘 현상을 일으켜, 이를 해결하는 데 많은 비용이 소요되고 있다.
그리고 정수장 및 수영장 등 인간의 생활 및 건강에 직접적으로 관련된 개소의 소독 멸균 기술이 점차 중요해지고 있다.
이와 같이 양식장의 해수, 선박의 부력조절용 해수, 정수장, 수영장 등에 존재하는 바이러스, 박테리아 등과 같은 세균이나 유해 미생물을 사멸 또는 불활성화시킬 수 있는 방법으로 항생제법 이외에 염소법, 오존법, 자외선법 등이 널리 알려져 있다.
수처리에 있어 염소 투입은 산화제, 탈취제, 탈색제 등 여러 가지 부수적인 효과들이 있을 수 있으나, 주된 목적은 병원성 미생물을 사멸 또는 불활성화시키는 소독 효과이다. 그러나 염소를 이용하는 살균 방법은 고압시설을 필요로 하며, 염소의 운반 및 저장 시 누출 위험이 있을 수 있고, 염소의 사용은 필연적으로 관련시설의 부식의 원인이 된다.
오존법은 강력한 산화력을 가진 오존을 물에 분산시켜 미생물을 사멸시키는 기술로서 높은 살균력을 얻을 수 있다. 하지만 오존법은 투자비가 많이 소요되고 시설 규모에 따라 운전비용이 크게 증가되는 문제점이 있으며, 오존의 반감기가 짧아 잔류 효과가 미약한 문제점이 있다.
그리고 자외선법은 자외선 침투깊이의 한계가 문제점으로 지적되고 있으며, 미생물의 재증식을 방지할 수 없는 문제점이 있다.
따라서 본 발명의 목적은 소독이 필요한 현장에서 소독제로 생성하여 사용할 수 있는 차아염소산소다를 염수를 이용하여 직접 생성하여 안정적으로 사용할 수 있는 전기분해 및 플라즈마 방전을 이용한 차아염소산소다 생성 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 별도의 화학 약품과 같은 재료를 사용하지 않고 염수를 이용하여 소독제인 차아염소산소다를 생성할 수 있는 전기분해 및 플라즈마 방전을 이용한 차아염소산소다 생성 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기를 이용하여 안정적으로 소독제인 차아염소산소다를 생성할 수 있는 전기분해 및 플라즈마 방전을 이용한 차아염소산소다 생성 장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 염수의 전기분해를 통해 생성된 염소(Cl2)가스의 플라즈마 방전에 의해 생성된 활성 성분과 수산화나트륨(NaOH)을 반응시켜 차아염소산소다를 생성하는 플라즈마 방전을 이용한 차아염소산소다 생성 장치를 제공한다.
본 발명은 반응조 및 플라즈마 발생기를 포함하는 차아염소산소다 생성 장치를 제공한다. 상기 반응조는 수산화나트륨 용액을 공급받아 저장한다. 그리고 플라즈마 발생기는 염소(Cl2)가스를 공급받아 상기 반응조의 수산화나트륨 용액 내에서 상기 염소가스를 플라즈마 방전시켜 활성 성분을 생성하고, 상기 활성 성분과 상기 수산화나트륨(NaOH)을 반응시켜 차아염소산소다(NaOCl)를 생성한다.
본 발명에 따른 차아염소산소다 생성 장치에 있어서, 상기 플라즈마 발생기는 플라즈마 방전관과 다공성 기포 발생기를 포함한다. 상기 플라즈마 방전관은 일단이 상기 반응조에 저장된 수산화나트륨 용액에 잠기며, 타단으로 염소가스를 공급받아 상기 일단에서 상기 염소가스를 플라즈마 방전시켜 활성 성분을 생성한다. 그리고 상기 다공성 기포 발생기는 상기 플라즈마 방전관의 일단부에 설치되어 상기 활성 성분을 상기 수산화나트륨 용액 내에서 기포 상태로 분산시킨다.
본 발명에 따른 차아염소산소다 생성 장치에 있어서, 상기 플라즈마 방전관은 전극관과 절연관을 포함한다. 상기 전극관은 관 형태로 염소가스를 공급받아 상기 반응조 안으로 이동시키며, 플라즈마 방전을 위한 고전압이 인가된다. 그리고 절연관은 상기 전극관을 둘러싼다. 이때 상기 절연관 밖으로 노출된 상기 전극관의 일단부에 상기 다공성 기포 발생기가 결합될 수 있다.
본 발명에 따른 차아염소산소다 생성 장치에 있어서, 상기 다공성 기포 발생기의 소재는 다공성 세라믹이고, 상기 절연관의 소재는 테프론일 수 있다.
본 발명에 따른 차아염소산소다 생성 장치에 있어서, 상기 플라즈마 발생기는 상기 전극관에 펄스 고전압을 인가하여 상기 전극관을 통과하는 상기 염소가스를 플라즈마 방전시키는 펄스 고전압 공급기를 더 포함한다.
본 발명에 따른 차아염소산소다 생성 장치에 있어서, 상기 반응조 내의 상기 수산화나트륨 용액은 접지 전극에 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 차아염소산소다 생성 장치는, 염수를 공급받아 저장하는 전해조와, 상기 염수를 전기분해하여 염소가스와 수산화나트륨을 발생시키는 전기분해기를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 전해조에서 발생될 상기 염소가스는 상기 플라즈마 발생기로 공급되고, 상기 수산화나트륨이 함유된 염수는 수산화나트륨 용액으로 상기 반응조로 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 차아염소산소다 생성 장치는, 상기 반응조에서 생성된 상기 차아염소산소다가 포함된 염수를 소독처로 공급하는 차아염소산소다 공급부를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 반응조에 수산화나트륨 용액을 공급하여 저장하는 저장 단계, 플라즈마 발생기가 염소(Cl2)가스를 공급받아 상기 반응조의 수산화나트륨 용액 내에서 상기 염소가스를 플라즈마 방전시켜 활성 성분을 생성하는 단계, 및 상기 반응조에서 상기 활성 성분과 상기 수산화나트륨(NaOH)이 반응하여 차아염소산소다(NaOCl)를 생성하는 단계를 포함하는 차아염소산소다 생성 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 차아염소산소다 생성 방법은 상기 저장 단계 이전에 수행되는, 전해조는 염수를 공급받아 저장하는 단계, 및 전기분해기는 상기 염수를 전기분해하여 염소가스와 수산화나트륨을 발생시키는 발생 단계를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 전해조에서 발생될 상기 염소가스는 상기 플라즈마 발생기로 공급되고, 상기 수산화나트륨이 함유된 염수는 수산화나트륨 용액으로 상기 반응조로 공급될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 차아염소산소다 생성 방법에 있어서, 상기 생성 단계에서 상기 플라즈마 발생기는 펄스 고전압을 인가하여 상기 염소가스를 플라즈마 방전시킬 수 있다.
본 발명에 따른 차아염소산소다 생성 장치는 소독이 필요한 현장(소독처)에서 쉽게 제공받을 수 있는 소금물, 해수와 같은 염수의 전기분해를 통해 생성된 염소가스의 수중 플라즈마 방전에 의해 생성된 활성 성분과 수산화나트륨을 반응시켜 차아염소산소다를 생성할 수 있기 때문에, 소독이 필요한 현장에서 소독제로 직접 생성하여 사용할 수 있는 차아염소산소다를 염수를 이용하여 직접 생성하여 안정적으로 사용할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 차아염소산소다 생성 장치는 수중 플라즈마 방전을 통하여 염소가스를 해리시켜 활성 성분을 생성하고, 생성된 활성 성분은 다공성 기포 발생기를 통하여 수산화나트륨 용액 내로 분산시킬 수 있기 때문에, 단순히 전기분해에 의해 발생된 염소가스와 수산화나트륨을 반응시켜 차아염소산소다를 생성하는 것 보다는 상대적으로 빠르면서 많은 양의 차아염소산소다를 생성할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 차아염소산소다 생성 장치는 별도의 화학 약품과 같은 재료를 사용하지 않고 염수를 이용하여 소독제인 차아염소산소다를 생성할 수 있다. 또한 차아염소산소다의 원료가 소금물이나 해수와 같은 염수이기 때문에, 구입과 운반이 용이하고 위험성이 거의 없어 별도의 시약 저장을 위한 보관 장소가 필요하지 않다.
또한 본 발명에 따른 차아염소산소다 생성 장치는 차아염소산소다의 생성에 전기만을 사용하기 때문에, 차아염소산소다 생성 장치의 제어가 용이하고 유지비용이 적게 드는 이점이 있다.
또한 차아염소산소다의 화학적 성질이 염소가스와 비슷하지만 소독효과가 더 뛰어나고, 유독성인 염소가스에 비해 안전성이 뛰어나기 때문에, 항생제나 염소가스와 같은 유해 화학약품을 사용함으로 인한 문제를 해소할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차아염소산소다 생성 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 전기분해부를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 차아염소산소다 생성부를 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1의 차아염소산소다 생성 장치를 이용한 차아염소산소다 생성 방법에 따른 흐름도이다.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않도록 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.
또한 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 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 바람직한 하나의 실시예에 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.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 차아염소산소다 생성 장치를 보여주는 블록도이다. 도 2는 도 1의 전기분해부를 보여주는 도면이다. 그리고 도 3은 도 1의 차아염소산소다 생성부를 보여주는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 차아염소산소다 생성 장치(100)는 반응조(60)와 플라즈마 발생부(70)를 갖는 차아염소산소다 생성부(50)를 포함하며, 그 외 염수 공급부(10), 전기분해부(20) 및 차아염소산소다 공급부(80)를 더 포함할 수 있다.
염수 공급부(10)는 염수를 전기분해부(20)로 공급한다. 여기서 염수는 차아염소산소다의 원료로서, 소금물 또는 해수가 사용될 수 있다. 이때 소독처(90)가 해수를 이용하는 양식장, 선박의 부력조절 장치이거나, 바닷가에 인접한 경우, 염수 공급부(10)는 소독처(90) 또는 바다로부터 전기분해부(20)로 직접 염수를 공급할 수도 있다. 물론 염수 공급부(10)는 염수에 포함된 이물질을 여과하여 전기분해부(20)로 염수를 공급할 수 있다.
전기분해부(20)는 염수 공급부(10)에서 공급된 염수를 전기분해하여 염화가스와 수산화나트륨을 발생시킨다. 이러한 전기분해부(20)는 전해조(30)와 전기분해기(40)를 포함한다. 전해조(30)는 염수 공급부(10)로부터 염수를 공급받아 저장한다. 전기분해기(40)는 전해조(30)에 저장된 염수를 전기분해하여 염소가스와 수산화나트륨을 발생시킨다.
차아염소산소다 생성부(50)는 전기분해부(20)로부터 염화가스와, 수산화나트륨이 포함된 염수를 공급받아 수중 플라즈마 방전을 통하여 차아염소산소다를 생성한다. 이러한 차아염소산소다 생성부(50)는 반응조(60)와 플라즈마 발생기(70)를 포함한다. 반응조(60)는 전기분해부(20)로부터 수산화나트륨이 포함된 염수 즉, 수산화나트륨 용액을 공급받아 저장한다. 그리고 플라즈마 발생기(70)는 전기분해부(20)로부터 염소가스를 공급받아 반응조(60)의 수산화나트륨 용액 내에서 염소가스를 플라즈마 방전시켜 활성 성분을 생성하고, 생성된 활성 성분과 수산화나트륨을 반응시켜 차아염소산소다를 생성한다.
그리고 차아염소산소다 공급부(80)는 반응조(60)에서 생성된 차아염소산소다가 포함된 염수를 소독처(90)로 공급한다. 이때 차아염소산소다 공급부(80)는 반응조(60)에서 차아염소산소다가 포함된 염수를 직접 소독처(90)로 공급할 수도 있고, 버퍼 탱크를 구비하여 반응조(60)에서 생성된 차아염소산소다가 포함된 염수를 일시 저장했다가 소독처(90)로 공급할 수도 있다. 이때 소독처(90)는 양식장, 선박의 부력조절 장치, 정수장, 수영장 등이 될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
이와 같은 본 실시예에 따른 차아염소산소다 생성 장치(100)의 전기분해부(20) 및 차아염소산소다 발생부(50)에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 전기분해부(10)는 전술된 바와 같이 전해조(30)와 전기분해부(40)를 포함한다.
전해조(30)는 저부에 외부의 염수가 유입되는 제1 염수 유입구(31) 및 염수가 배출되는 제1 염수 배출구(33)가 형성되며, 상부에는 수소 배출구(35) 및 제1 염소 배출구(37)가 형성되어 있다. 제1 염수 배출구(33)에서 배출된 염수를 차아염소산소다 생성부(50)의 반응조(60)로 원활히 공급하기 위해서, 제1 염수 배출구(33)와 반응조(60)을 연결하는 연결관에 펌프(39)를 설치할 수 있다.
염수 공급부(10)는 염수를 제1 염수 유입구(31)를 통하여 전해조(30) 내부로 공급할 수 있다. 예컨대 소독처(90)가 양식장인 경우, 염수 공급부(10)는 펌프를 이용하여 끌어올려진 양식장의 해수를 제1 염수 유입구(31)를 통해서 전해조(30) 내부로 공급할 수 있다.
전해조(30)로 공급된 염수는 전해조(30) 내부에 마련된 전기분해기(40)를 통해서 전기분해될 수 있다.
전기분해기(40)는 양 전극(41), 음 전극(42), 제1 고정 부재(43), 이온교환막(44), 및 직류 전원 공급기(45)를 포함한다. 양 전극(41) 및 음 전극(42)은 제1 고정 부재(43)에 의해서 전해조(30) 내에 고정될 수 있다. 직류 전원 공급기(45)는 음 전극(42)으로 전하를 공급하는 직류 전원을 사용할 수 있다. 직류 전원 공급기(45)는 전기분해시 대략 10V 이내의 전압을 인가할 수 있다.
전기분해기(40)가 전해조(30) 내의 염수를 전기분해하면 물(H2O)은 수소이온(H+)과 수산화이온(OH-)으로 분해된다. 또한 염화나트륨(NaCl)에서 해리된 염소이온은 양 전극(41)에서 염소(Cl2)가스로 발생되고, 나트륨이온(Na+)은 이온교환막(44)을 통과하여 음 전극(42)으로 이동한다. 음 전극(42)에서는 수소(H2)가스가 발생하며, 염수에는 수산화이온이 발생된다. 그리고 양 전극(41)으로 이동한 나트륨이온과 수산화이온이 반응하여 가성소다인 수산화나트륨(NaOH)을 발생시킨다. 이러한 양 전극(41) 및 음 전극(42)에서의 전기분해를 각각 화학식으로 표현하면 아래와 같다. 화학식1은 음 전극(42)에서의 환원반응으로 수소가스가 발생됨을 나타내고, 화학식2는 화학식1에서 남겨진 수산화이온이 양 전극(41)에서 나트륨이온과 반응하여 수산화나트륨이 발생됨을 나타낸다. 화학식3은 양 전극(41)에서의 산화반응으로 염소가스가 발생됨을 나타내고, 화학식4는 양 전극(41)에서의 부반응으로 산소가스가 발생됨을 나타낸다. 즉 양 전극(41)에서는 염소가스와 더불어 산소가스가 발생된다.
[화학식 1]
2H2O→H2+2OH-
[화학식 2]
Na+ + OH- → NaOH
[화학식 3]
2Cl- → Cl2 + 2e
[화학식 4]
4OH- → O2 + 2H2O + 4e
즉, 염수에 포함된 염화나트륨이 전기분해되면서 양 전극(41)에서는 산화반응이 일어나 염소가스가 발생하고, 음 전극(42)에서는 환원반응이 일어나 수소가스가 수산기와 함께 발생하게 되며, 나트륨이온은 수산화이온과 반응하여, 수산화나트륨을 생성한다.
한편, 양 전극(41)과 음 전극(42) 사이에 배치되어 전해조(30)의 내부 공간을 2분하는 이온교환막(44)은 전기전도도가 좋아 이온의 흐름을 극대화시키고, 아울러 수산화나트륨의 이동을 방해하지 않되, 양질의 수소가스와 염소가스를 분리 상태로 얻을 수 있는 것을 사용할 수 있다. 따라서 이온교환막(44)에 의해서 전해조(30)의 상부 왼 편에는 수소가스가 상부 우측 편에는 염소가스가 포집된다.
그리고 염수를 전기분해하는 과정에서 염소가스와 수산화나트륨이 반응하여 일부 차아염소산소다가 생성될 수 있다.
이와 같이 전기분해를 거친 전해조(30) 내의 염수는 수산화나트륨을 포함하게 되며, 이러한 전해조(30) 내의 염수는 제1 염수 배출구(33)를 통해서 차아염소산소다 생성부(50)의 반응조(60)로 공급될 수 있다.
차아염소산소다 생성부(50)는, 도 1 및 도 3을 참조하면, 전술된 바와 같이 반응조(60)와 플라즈마 발생기(70)를 포함한다.
반응조(60)는 전해조(30)의 수산화나트륨을 포함하는 염수를 공급받아 저장할 수 있는 내부 공간을 가지며, 전해조(30)에 인접하게 배치될 수 있다. 반응조(60)는 저부에 제1 염수 배출구(33)와 연결되는 제2 염수 유입구(61)가 형성되어 있고, 염수가 배출되는 제2 염수 배출구(65)가 형성되어 있다. 제2 염수 배출구(65)에서 배출된 염수는 차아염소산소다 공급부(80)로 제공될 수 있다. 그리고 반응조(60)의 상부에는 제2 염소 배출구(63)가 형성되어 있다.
한편 반응조(60) 내에 공급된 염수는 반응조(60)에 설치된 플라즈마 방전기(70)의 전극관(73)과 함께 플라즈마 방전을 위한 전극으로 사용될 수 있다. 이때 전극관(73)에 고전압이 인가되기 때문에, 반응조(60) 내의 염수는 접지 전극에 연결될 수 있다.
플라즈마 발생기(70)는 반응조(60)의 상부에서 반응조(60)의 염수에 일단부가 잠기게 반응조(60)에 고정 설치된다. 이러한 플라즈마 발생기(70)는 플라즈마 방전관(71) 및 다공성 기포 발생기(79)를 포함한다. 플라즈마 방전관(71)은 일단은 반응조(60)에 저장된 염수에 잠기며, 타단으로 염소가스를 공급받아 일단에서 염소가스를 플라즈마 방전시켜 활성 성분을 생성한다. 그리고 다공성 기포 발생기(79)는 플라즈마 방전관(71)의 일단부에 설치되어 활성 성분을 염수 내에서 기포 상태로 분산시킨다. 여기서 염수 내로 분산된 활성 성분은 수산화나트륨과 반응하여 차아염소산소다를 생성한다. 또한 플라즈마 방전되지 않은 일부 염소가스 또한 수산화나트륨과 반응하여 차아염소산소다를 생성할 수 있다.
플라즈마 방전관(71)은 가스 공급 튜브(72), 전극관(73), 절연관(77), 및 펄스 고전압 공급기(75)를 포함한다. 가스 공급 튜브(72)는 전해조(30)의 제1 염소 배출구(도 2의 37)에서 배출되는 염소가스를 공급받아 전극관(73)으로 공급한다. 전극관(73)은 가스 공급 튜브(72)의 일단부에 연결되며, 가스 공급 튜브(72)로부터 염소가스를 공급받아 반응조(60) 안으로 이동시키며, 플라즈마 방전을 위한 고전압이 인가되는 부분이다. 절연관(77)은 전극관(73)으로 염소가스를 통과시키면서 전극관(73)에 인가된 고전압을 염수로부터 절연할 수 있도록 전극관(73)을 둘러싼다. 그리고 펄스 고전압 공급기(75)는 전극관(73)으로 플라즈마 방전에 필요한 펄스 고전압, 예컨대 20~50kV를 인가한다.
여기서 가스 공급 튜브(72)로는 절연성 소재의 튜브가 사용될 수 있다. 전극관(73)은 니들(needle) 형태로 형성될 수 있으며, 전기가 잘 통하는 탄소나 전도성이 뛰어나며 내열성과 강도 또한 좋은 텅스텐 혹은 그 외의 다른 금속 재질을 이용하여 제조할 수 있다. 절연관(77) 밖으로 노출된 전극관(73)의 일단부에 다공성 기포 발생기(79)가 결합되어 있다. 따라서 전극관(73)의 일단부에 설치된 다공성 기포 발생기(79) 이외의 전극관(73) 부분은 절연관(77)에 의해 염수와 전기적으로 절연된다. 다공성 기포 발생기(79)의 소재로는 다공성 세라믹이 사용될 수 있고, 절연관(77)의 소재로는 테프론이 사용될 수 있다. 그리고 펄스 고전압 공급기(75)는 펄스 고전압을 전극관(73)으로 제공할 수 있는 직류 고전압 공급기와 펄스 고전압 발생기로 구성될 수 있다. 즉, 직류 고전압 공급기에서 공급되는 고전압을 펄스 고전압 발생기는 펄스 고전압으로 변환시켜 전극관(73)으로 제공할 수 있다.
따라서 플라즈마 방전관(71)으로 염소가스가 공급된 상태에서, 플라즈마 방전관(71)에 펄스 고전압이 인가되면, 공급된 염소가스가 플라즈마 방전에 의해 해리되어 활성 성분을 생성한다. 생성된 활성 성분은 다공성 기포 발생기(79)를 통해 반응조(60) 내의 염수 내부로 분산되면서, 염수 내의 수산화나트륨과 반응하여 차아염소산소다를 생성한다. 이때 활성 성분은 들뜬 상태의 염소분자, 해리된 염소원자, 염소이온 등을 포함한다.
이와 같이 염소가스의 플라즈마 방전을 통하여 해리시킨 후 수산화나트륨과 반응시킬 경우, 단순히 전기분해에 의해 발생된 염소가스와 수산화나트륨을 반응시켜 차아염소산소다를 생성하는 것 보다는 상대적으로 빠르면서 많은 양의 차아염소산소다를 생성할 수 있다.
이와 같은 본 실시예에 따른 차아염소산소다 생성 장치(100)를 이용한 차아염소산소다 생성 방법에 대해서 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 4는 도 1의 차아염소산소다 생성 장치(100)를 이용한 차아염소산소다 생성 방법에 따른 흐름도이다.
먼저 S91단계에서 염수 공급부(10)는 전해조(30)로 염수를 공급한다. 다음으로 S93단계에서 전기분해기(40)는 전해조(30)의 염수를 전기분해하여 염소가스와 수산화나트륨을 발생시킨다.
다음으로 S95단계에서 전해조(30)에서 반응조(60)로 수산화나트륨이 포함된 염수가 공급된다. 또한 전해조(30)에서 염소가스는 플라즈마 발생기(70)로 공급된다.
이어서 S97단계에서 플라즈마 발생기(70)는 염소가스를 반응조(60)의 염수 내에서 플라즈마 방전시켜 활성 성분을 생성한다. 즉 플라즈마 발생기(70)로 염소가스가 공급되고 반응조(60)의 염수가 접지 전극에 연결된 상태에서, 플라즈마 발생기(71)로 고전압이 인가되면, 공급된 염소가스는 플라즈마 방전에 의해 해리되어 활성 성분을 생성한다. 이때 염소가스의 플라즈마 방전을 위해서, 플라즈마 발생기(71)로 펄스 고전압이 인가될 수 있다.
그리고 S99단계에서 반응조(60)에서 활성 성분은 염수 내의 수산화나트륨과 반응하여 차아염소산소다를 생성한다. 이때 플라즈마 발생기(70)에서 생성된 활성 성분은 다공성 기포 발생기(79)에 의해 반응조(60) 내의 염수에서 미세한 기포 형태로 고르게 분산되기 때문에, 염수에 포함된 수산화나트륨과의 반응율을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편 반응조(60)에서 플라즈마 방전되지 않은 염소가스는 제2 염소 배출구(63)를 통하여 포집될 수도 있고, 전해조(20) 또는 플라즈마 발생기(70)로 재공급될 수도 있다.
이와 같이 반응조(60)의 차아염소산소다가 포함된 염수는 차아염소산소다 공급부(80)를 통하여 소독처(90)로 제공될 수 있다. 즉 차아염소산소다 공급부(80)는 반응조(60)에서 고농도의 차아염소산소다가 포함된 염수를 소독처, 예컨대 양식장, 선박의 부력조절 장치, 정수장, 수영장 등에 공급함으로써, 차아염소산소다의 강력한 살균력에 의해 바이러스, 박테리아 등과 같은 유해 미생물을 효과적으로 사멸시켜 소독할 수 있다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
10 : 염수 공급부 20 : 전기분해부
30 : 전해조 40 : 전기분해기
50 : 차아염소산소다 생성부 60 : 반응조
70 : 플라즈마 발생기 71 : 플라즈마 방전관
72 : 가스 공급 튜브 73 : 전극관
75 : 펄스 고전압 공급기 77 : 절연관
79 : 다공성 기포 발생기 80 : 차아염소산소다 공급부
90 : 소독처 100 : 차아염소산소다 생성 장치

Claims (11)

  1. 수산화나트륨 용액을 공급받아 저장하는 반응조;
    염소(Cl2)가스를 공급받아 상기 반응조의 수산화나트륨 용액 내에서 상기 염소가스를 플라즈마 방전시켜 활성 성분을 생성하고, 상기 활성 성분과 상기 수산화나트륨(NaOH)을 반응시켜 차아염소산소다(NaOCl)를 생성하는 플라즈마 발생기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차아염소산소다 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 플라즈마 발생기는,
    일단은 상기 반응조에 저장된 수산화나트륨 용액에 잠기며, 타단으로 염소가스를 공급받아 상기 일단에서 상기 염소가스를 플라즈마 방전시켜 활성 성분을 생성하는 플라즈마 방전관;
    상기 플라즈마 방전관의 일단부에 설치되어 상기 활성 성분을 상기 수산화나트륨 용액 내에서 기포 상태로 분산시키는 다공성 기포 발생기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차아염소산소다 생성 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 플라즈마 방전관은,
    관 형태로 염소가스를 공급받아 상기 반응조 안으로 이동시키며, 플라즈마 방전을 위한 20~50kV의 펄스 고전압이 인가되는 전극관;
    상기 전극관을 둘러싸는 절연관;
    을 포함하며,
    상기 절연관 밖으로 노출된 상기 전극관의 일단부에 상기 다공성 기포 발생기가 결합되어 있는 것을 특징으로 하는 차아염소산소다 생성 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 다공성 기포 발생기의 소재는 다공성 세라믹이고, 상기 절연관의 소재는 테프론인 것을 특징으로 하는 차아염소산소다 생성 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 플라즈마 발생기는,
    상기 전극관에 상기 펄스 고전압을 인가하여 상기 전극관을 통과하는 상기 염소가스를 플라즈마 방전시키는 펄스 고전압 공급기;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차아염소산소다 생성 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반응조 내의 상기 수산화나트륨 용액은 접지 전극에 연결되는 것을 특징으로 하는 차아염소산소다 생성 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    염수를 공급받아 저장하는 전해조;
    상기 염수를 전기분해하여 염소가스와 수산화나트륨을 발생시키는 전기분해기;
    를 더 포함하며,
    상기 전해조에서 발생될 상기 염소가스는 상기 플라즈마 발생기로 공급되고, 상기 수산화나트륨이 함유된 염수는 수산화나트륨 용액으로 상기 반응조로 공급되는 것을 특징으로 하는 차아염소산소다 생성 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 반응조에서 생성된 상기 차아염소산소다가 포함된 염수를 소독처로 공급하는 차아염소산소다 공급부;
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차아염소산소다 생성 장치.
  9. 반응조에 수산화나트륨 용액을 공급하여 저장하는 저장 단계;
    플라즈마 발생기가 염소(Cl2)가스를 공급받아 상기 반응조의 수산화나트륨 용액 내에서 상기 염소가스를 플라즈마 방전시켜 활성 성분을 생성하는 플라즈마 방전 단계;
    상기 반응조에서 상기 활성 성분과 상기 수산화나트륨(NaOH)이 반응하여 차아염소산소다(NaOCl)를 생성하는 생성 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차아염소산소다 생성 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 저장 단계 이전에 수행되는,
    전해조는 염수를 공급받아 저장하는 단계;
    전기분해기는 상기 염수를 전기분해하여 염소가스와 수산화나트륨을 발생시키는 발생 단계;를 더 포함하며,
    상기 전해조에서 발생될 상기 염소가스는 상기 플라즈마 발생기로 공급되고, 상기 수산화나트륨이 함유된 염수는 수산화나트륨 용액으로 상기 반응조로 공급되는 것을 특징으로 하는 차아염소산소다 생성 방법.
  11. 제9항 또는 제10항에 있어서, 상기 생성 단계에서,
    상기 플라즈마 발생기는 20~50kV의 펄스 고전압을 인가하여 상기 염소가스를 플라즈마 방전시키는 것을 특징으로 하는 차아염소산소다 생성 방법.
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