KR101793968B1 - 과산화수소 분해반응기 - Google Patents
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Abstract
과산화수소 분해반응기가 개시된다. 본 발명의 실시 예에 의한 과산화수소 분해반응기는 저장탱크 및 저장탱크에 수용된 과산화수소를 승온시키는 히터를 포함하고, 히터는 과산화수소의 분해반응이 시작되는 온도까지만 과산화수소를 승온시키고, 과산화수소의 분해반응이 시작된 이후에는 과산화수소의 분해 반응열에 의한 과산화수소의 분해반응이 연속적으로 이루어지도록 마련될 수 있다.
Description
본 발명은 과산화수소 분해반응기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 과산화수소를 안정적이고 효과적으로 분해할 수 있는 과산화수소 분해반응기에 관한 것이다.
과산화수소는 수소와 산소의 화합물로서, 특이한 냄새와 약산성을 띠는 무색의 액체이다. 일반적으로 과산화수소는 큰 산화력을 바탕으로 회로기판(PCB)의 에칭 및 LCD 기판의 배선 또는 특정 금속 제거용도로 이용되고 있으며, 초고순도 과산화수소는 반도체의 포토 레지스턴스(PHoto Resistance) 제거 및 반도체 웨이퍼의 산화 세척에 사용되고 있다.
이와 같이 과산화수소는 최근 LCD, 반도체, PCB 분야 등의 IT 케미칼로서 많은 각광을 받고 있으며 그 수요가 점차 증가하고 있다. 그러나 과산화수소는 산화성이 크므로 인체의 피부에 접촉할 경우 피부가 치명적 화상을 입을 우려가 있으며, 반도체 제조 공정 등에 사용된 후 폐기되는 과산화수소 역시 잔류 반응성을 갖고 있어 환경 및 안전에 큰 위협이 되고 있다. 또한 과산화수소의 폐기 처리를 위해 이동, 보관 시에도 부유물의 과잉 발생 등의 우려가 있으며, 과산화수소의 처리 비용이 과다하게 소모되는 문제점이 있다.
이에 과산화수소를 안전하게 분해 및 처리를 수행하되, 단순하고 효율적인 공정을 통해 비용 및 투입인력을 절감할 수 있는 과산화수소 분해장치에 대한 연구가 요구되고 있다.
또한, 종래 과산화수소를 분해 또는 처리하는 방법 또는 장치는 주로 과산화수소의 분해를 촉진하는 담체, 활성탄 등의 촉매를 사용하고 있다. 촉매는 과산화수소의 분해속도를 촉진시키고 분해 후에도 그대로 남아있기 때문에, 분해장치 등에는 대부분 촉매층이 배치되어 있다. 그러나, 촉매는 노화로 인한 표면적 감소, 코크스화(오염) 등의 문제로 활성이 떨어져 주기적으로 교체해야 하는 문제가 발생한다. 따라서 촉매의 사용 없이 안정적으로 과산화수소를 분해할 수 있는 처리장치가 요구되고 있다.
또한, 종래 과산화수소를 분해 또는 처리하는 방법 또는 장치는 주로 과산화수소의 분해를 촉진하는 담체, 활성탄 등의 촉매를 사용하고 있다. 촉매는 과산화수소의 분해속도를 촉진시키고 분해 후에도 그대로 남아있기 때문에, 분해장치 등에는 대부분 촉매층이 배치되어 있다. 그러나, 촉매는 노화로 인한 표면적 감소, 코크스화(오염) 등의 문제로 활성이 떨어져 주기적으로 교체해야 하는 문제가 발생한다. 따라서 촉매의 사용 없이 안정적으로 과산화수소를 분해할 수 있는 처리장치가 요구되고 있다.
본 발명의 실시 예는 과산화수소의 반응성을 효과적으로 분해할 수 있는 과산화수소 분해반응기를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 과산화수소를 안전하게 분해 또는 처리할 수 있는 과산화수소 분해반응기를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 단순한 구조 및 공정으로서 과산화수소를 분해 또는 처리할 수 있는 과산화수소 분해반응기를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 과산화수소의 분해 또는 처리 비용을 절감할 수 있는 과산화수소 분해반응기를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 과산화수소에 의한 안전사고를 예방할 수 있는 과산화수소 분해반응기를 제공하고자 한다.
본 발명의 실시 예는 과산화수로를 효과적으로 분해하여 환경오염을 방지할 수 있는 과산화수소 분해반응기를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 저장탱크, 및 상기 저장탱크에 수용된 과산화수소를 승온시키는 히터를 포함하고, 상기 히터는 과산화수소의 분해반응이 시작되는 온도까지만 과산화수소를 승온시키고, 과산화수소의 분해반응이 시작된 이후에는 과산화수소의 분해 반응열에 의한 과산화수소의 분해반응이 연속적으로 이루어지도록 마련될 수 있다.
상기 저장탱크 내의 과산화수소의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 저장탱크에 과산화수소를 점차적으로 투입하는 투입부 및 과산화수소 분해산물 중 액체 성분을 상기 저장탱크의 외부로 배출하는 배출부를 더 포함하고, 상기 배출부에는 상기 배출부를 통과하는 과산화수소 분해산물의 수소이온농도(pH)를 감지하는 PH센서가 마련되어 제공될 수 있다.
과산화수소를 상기 저장탱크 내에서 교반시키는 교반장치를 더 포함하고, 상기 교반장치는 상기 저장탱크 내부에 마련되는 적어도 하나의 교반날개와, 상기 교반날개에 동력을 제공하는 교반모터 및 상기 교반모터의 동력을 상기 교반날개로 전달하는 교반축을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 저장탱크에 수용된 과산화수소의 수위를 표시하는 수위표시기를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 저장탱크에는 과산화수소 분해산물 중 기체 성분을 상기 저장탱크의 외부로 배출하는 배기덕트가 마련되어 제공될 수 있다.
상기 저장탱크의 외면에는 과산화수소의 분해 반응열의 확산을 방지하는 단열재가 마련되어 제공될 수 있다.
상기 저장탱크에는 과산화수소의 분해 반응열을 회수하는 폐열회수기가 마련되어 제공될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 저장탱크, 및 상기 저장탱크에 수용된 과산화수소를 승온시키는 히터를 포함하고, 상기 히터는 과산화수소의 분해반응이 시작되는 온도까지만 과산화수소를 승온시키고, 과산화수소의 분해반응이 시작된 이후에는 과산화수소의 분해 반응열에 의한 과산화수소의 분해반응이 연속적으로 이루어지도록 마련될 수 있다.
상기 저장탱크 내의 과산화수소의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 저장탱크에 과산화수소를 점차적으로 투입하는 투입부 및 과산화수소 분해산물 중 액체 성분을 상기 저장탱크의 외부로 배출하는 배출부를 더 포함하고, 상기 배출부에는 상기 배출부를 통과하는 과산화수소 분해산물의 수소이온농도(pH)를 감지하는 PH센서가 마련되어 제공될 수 있다.
과산화수소를 상기 저장탱크 내에서 교반시키는 교반장치를 더 포함하고, 상기 교반장치는 상기 저장탱크 내부에 마련되는 적어도 하나의 교반날개와, 상기 교반날개에 동력을 제공하는 교반모터 및 상기 교반모터의 동력을 상기 교반날개로 전달하는 교반축을 포함하여 제공될 수 있다.
상기 저장탱크에 수용된 과산화수소의 수위를 표시하는 수위표시기를 더 포함하여 제공될 수 있다.
상기 저장탱크에는 과산화수소 분해산물 중 기체 성분을 상기 저장탱크의 외부로 배출하는 배기덕트가 마련되어 제공될 수 있다.
상기 저장탱크의 외면에는 과산화수소의 분해 반응열의 확산을 방지하는 단열재가 마련되어 제공될 수 있다.
상기 저장탱크에는 과산화수소의 분해 반응열을 회수하는 폐열회수기가 마련되어 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 과산화수소 분해반응기를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 과산화수소 분해반응기의 투입부 및 배출부가 저장탱크에 마련된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 의한 과산화수소 분해반응기의 히터, 온도센서 및 교반장치가 저장탱크에 마련된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 의한 과산화수소 분해반응기의 단열재가 마련된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 과산화수소 분해반응기의 투입부 및 배출부가 저장탱크에 마련된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 의한 과산화수소 분해반응기의 히터, 온도센서 및 교반장치가 저장탱크에 마련된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 의한 과산화수소 분해반응기의 단열재가 마련된 상태를 나타내는 단면도이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에서 소개되는 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시되는 것이다. 본 발명은 이하에서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 과산화수소 분해반응기(100)를 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 과산화수소 분해반응기(100)는 저장탱크(110), 저장탱크(110)에 수용된 과산화수소의 분해반응을 유발시키기 위해 과산화수소를 가열 또는 승온시키는 히터(120), 저장탱크(110) 내의 과산화수소의 온도를 측정하는 온도센서(130), 저장탱크(110)에 과산화수소를 점차적으로 투입하는 투입부(140), 저장탱크(110) 내에 분해된 과산화수소를 외부로 배출하는 배출부(150), 분해된 과산화수소의 수소이온농도(pH)를 감지하는 PH센서(160), 저장탱크(110)에 수용된 과산화수소를 교반시키는 교반장치(170), 저장탱크(110)에 수용된 과산화수소의 수위를 표시하는 수위표시기(180) 및 과산화수소의 반응열의 확산을 방지하는 단열재(190)를 포함할 수 있다.
본 실시 예에서 설명하는 과산화수소는 초고순도의 과산화수소 및 과산화수소를 일부 함유하는 과산화수소 혼합액을 모두 포함하는 의미로서, 이하에서 설명하는 과산화수소 분해 공정은 초고순도의 과산화수소뿐만 아니라, 과산화수소 혼합액에 함유된 일부의 과산화수소를 분해 및 처리하는 것을 모두 포함하는 의미로 이해되어야 할 것이다.
저장탱크(110)는 과산화수소의 분해를 위해 과산화수소를 수용 및 공급받도록 마련된다. 저장탱크(110)는 후술하는 투입부(140)로부터 과산화수소를 소정의 공급속도 또는 공급률로 점차적으로 공급받아 수용할 수 있다. 저장탱크(110)는 과산화수소의 산화성 및 과산화수소의 분해 공정에서 발생하는 반응열에 강한 재질로 이루어질 수 있으며, 일 예로 내식성이 우수한 STS(스테인레스 스틸) 316의 재질로 제작될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
저장탱크(110)의 상면에는 배기덕트(111)가 마련될 수 있다. 과산화수소는 후술하는 바와 같이 분해 공정에 의해 산소 등의 기체 성분이 분해산물로 발생한다. 이에 배기덕트(111)가 과산화수소 분해산물 중 산소 등의 기체 성분을 저장탱크(110)의 외부로 배출하여 저장탱크(110)의 내부압력 상승을 방지하고, 기체 상의 분해산물을 효과적으로 제거 및 처리할 수 있다. 도 1에서는 배기덕트(111)가 저장탱크(110)의 내부와 외부를 연통하는 것으로만 도시되어 있으나, 기체 성분의 안정적인 처리를 위하여 배기덕트(111)의 형상 및 높이는 다양하게 변형될 수 있으며, 배기덕트(111)의 단부에 가스처리장치(미도시)가 설치되어, 저장탱크(110) 내의 기체 성분을 안정화하여 처리하도록 마련될 수도 있다.
또한 저장탱크(110)의 상면에는 점검창이 마련될 수 있다. 점검창은 저장탱크(110)의 상면 일측에 관통 형성되어 마련되되, 손잡이를 구비한 커버(112)에 의해 개폐될 수 있다. 점검창은 과산화수소의 분해 공정 시에는 커버(112)에 의해 밀폐되어 운용되고, 저장탱크(110)의 청소 또는 유지 보수 등을 위해 저장탱크(110) 내부를 점검해야 하는 경우에 커버(112)를 개방하여 작업자가 저장탱크(110)의 내부를 확인하도록 마련될 수 있다.
저장탱크(110)는 과산화수소의 분해 공정을 통해 발생하는 물 등의 액체 성분이 후술하는 배출부(150)로 용이하게 진입하도록 하측을 향할수록 그 단면이 좁아지는 테이퍼형상을 구비할 수 있다. 그러나 당해 형상에 한정되는 것은 아니며, 설치 환경 및 배출부(150)의 설치 위치에 따라 그 형상은 다양하게 변형될 수 있다 할 것이다.
저장탱크(110)의 내부에는 후술하는 교반장치(170)가 상하방향으로 설치될 수 있으며, 저장탱크(110)의 하측에는 과산화수소를 가열 또는 승온시키는 히터(120) 및 저장탱크(110)에 수용된 과산화수소의 온도를 측정하는 온도센서(130)가 마련될 수 있다. 또한 저장탱크(110)는 도 4에 도시된 바와 같이 그 하측이 지지프레임(115)에 의해 지지되어 작업장의 지면 등에 안정적으로 설치될 수 있다. 지지프레임(115)과 저장탱크(110)의 하측 외면은 각각 제작되어 결합되거나, 일체로 제작되어 마련될 수 있다.
투입부(140)는 과산화수소를 소정의 공급속도 또는 공급률로 저장탱크(110)에 점차적으로 공급하도록 마련된다. 도 2는 본 발명의 실시 예에 의한 투입부(140) 및 배출부(150)가 저장탱크(110)에 마련된 상태를 나타내는 단면도로서, 도 1 및 도 2를 참조하면, 투입부(140)는 저장탱크(110)의 측면부 상측에 마련될 수 있다. 투입부(140)는 과산화수소를 공급하는 투입관(141)과 투입관(141)을 통과하는 과산화수소의 공급량을 조절하는 개폐밸브(143)를 포함할 수 있다. 투입관(141)은 입구 측 단부가 저장탱크(110)의 외부에 마련되고, 출구 측 단부가 저장탱크(110)의 내부에 하측을 향하도록 마련되며, 개폐밸브(143)의 개폐정도에 따라 과산화수소는 소정의 공급속도 또는 공급률을 갖고 저장탱크(110)로의 공급될 수 있다. 개폐밸브(143)는 작업자에 의해 수동적으로 개폐여부 및 개폐정도가 조작될 수 있으며, 이와는 달리 후술하는 온도센서(130) 또는 PH센서(160)에 의해 감지된 정보에 근거하여 그 개폐작동 및 개폐정도가 통합 자동제어시스템(미도시)에 의해 자동적으로 동작하도록 마련될 수도 있다.
투입부(140)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 투입부(140)를 통한 과산화수소의 공급을 보조하는 바이패스관(142) 및 바이패스관(142)에 마련되는 개폐밸브(144)를 더 포함할 수 있다. 바이패스관(142)은 투입관(141)을 통한 과산화수소의 공급이 불가한 경우 또는 투입관(141)을 통한 과산화수소의 공급을 조절하고자 하는 경우, 개폐밸브(144)를 개방하여 과산화수소의 공급을 보조할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바이패스관(142)의 형상, 설치위치 및 개폐밸브(144)의 수는 설계 상 필요에 따라 다양하게 변경될 수 있음은 자명하다 할 것이다.
배출부(150)는 후술하는 히터(120)에 의해 과산화수소가 가열되어 분해된 과산화수소를 저장탱크(110)의 외부로 배출하도록 마련된다. 배출부(150)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 저장탱크(110)의 측면부 하측에 마련될 수 있으며, 과산화수소의 분해 공정에 의해 발생하는 물 등의 액체 성분을 저장탱크(110)의 외부로 배출하는 배출관(151) 및 저장탱크(110)의 저면에 근접하게 저장탱크(110) 내부의 성분을 모두 배출 시킬 수 있는 드레인관(152)을 구비할 수 있다.
배출관(151)의 입구 측 단부는 저장탱크(110)의 내부 하측에 연통되도록 마련되되, 출구 측 단부 또는 중단부에는 송출펌프(미도시)가 마련되어, 과산화수소 분해 공정에 따른 물 등의 분해산물을 저장탱크(110)의 외부로 배출시킬 수 있다.
배출관(151)의 입구 측 단부는 후술하는 히터(120)의 설치 위치 및 히터(120)의 크기에 대응되는 위치에 연결되어 마련될 수 있다. 구체적으로 배출관(151)의 입구 측 단부는 저장탱크(110) 상의 히터(120)의 상측부에 연결되도록 마련될 수 있다. 후술하는 바와 같이, 히터(120)가 저장탱크(110) 내부의 과산화소수의 분해 공정을 위해 과산화수소를 가열 또는 승온함에 있어서, 과산화수소의 분해산물인 물을 모두 배출시킬 경우, 히터(120)의 가열부(121)가 공기 중에 노출되어 과열로 인한 화재 등의 위험이 있다. 또한 히터(120)의 계속적인 작동 없이, 점차적으로 저장탱크(110)로 공급되는 과산화수소의 분해 공정이 연속적으로 일어나도록 하기 위해서는 저장탱크(110) 내부에 가열된 과산화수소 분해산물이 적어도 소량 존재해야 한다. 이에 배출관(151)의 입구 측 단부가 히터(120)의 상측부 상의 저장탱크(110)에 연통되도록 마련됨으로써, 과산화수소 분해산물인 물 등의 액체 성분이 배출관(151)을 통해 저장탱크(110) 외부로 배출되더라도 히터(120)의 가열부(121)가 잔존하는 과산화수소 분해산물에 잠겨 있을 수 있으며, 가열된 과산화수소 분해산물이 저장탱크(110)에 잔존하여 히터(120)의 작동 없이도 과산화수소의 분해반응이 연속적으로 이루어질 수 있다.
드레인관(152)의 입구 측 단부는 저장탱크(110)의 저면에 인접하는 위치에 연통되도록 마련되고, 출구 측 단부는 배출관(151)과 합류하도록 마련될 수 있다. 저장탱크(110)의 청소 또는 유지 보수를 위해 저장탱크(110)의 내부를 완전히 비워야 하는 경우에 대비하여 배출관(151)과는 별도로 저장탱크(110)의 저면에 인접하게 마련되는 드레인관(152)을 통해 저장탱크(110) 내부의 과산화수소 및 과산화수소 분해산물을 저장탱크(110)로부터 모두 배출시킬 수 있다.
배출관(151) 및 드레인관(152)에는 각각 개폐밸브(153, 154)가 마련되어 마련되어 배출관(151) 및 드레인관(152)을 통과하는 과산화수소 또는 과산화수소 분해산물의 공급을 조절할 수 있다. 개폐밸브(153, 154)는 작업자에 의해 수동적으로 개폐여부 및 개폐정도가 조작될 수 있으며, 이와는 달리 후술하는 온도센서(130) 또는 PH센서(160)에 의해 감지된 정보에 근거하여 그 개폐작동 및 개폐정도가 통합 자동제어시스템(미도시)에 의해 자동적으로 동작하도록 마련될 수도 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 의한 과산화수소 분해반응기(100)의 히터(120), 온도센서(130) 및 교반장치(170)가 저장탱크(110)에 마련된 상태를 나타내는 단면도이다.
일반적으로 과산화수소는 일정 수준의 열을 공급받게 되면 물과 산소로 분해되는 화학반응이 일어나게 된다. 다시 말해 과산화수소의 분해반응을 위해서는 과산화수소의 농도에 따른 일정 수준의 열을 가해주어야 하며, 열을 받은 과산화수소는 물과 산소를 분해산물로 하여 분해된다. 분해반응과 동시에 반응열이 발생되며, 분해반응 결과 산소가 분해산물로 발생되므로 또 다른 분해산물인 물은 수소이온농도(pH)가 약 12의 알칼리성을 띄게 된다.
히터(120)는 도 1 및 도 3을 참조하면, 저장탱크(110)의 내부 하측에 마련될 수 있다. 히터(120)는 가열부(121)를 구비하고, 가열부(121)는 과산화수소의 분해 공정을 위해 저장탱크(110)의 내부로 공급된 과산화수소를 가열 또는 승온시킬 수 있다. 과산화수소는 열을 받게 되면 물과 산소로 분해되는 분해반응이 이루어지므로, 히터(120)가 저장탱크(110)로 공급된 과산화수소를 가열 또는 승온시켜 과산화수소의 분해 공정을 유발시킬 수 있다. 히터(120)는 전열기 또는 열교환기 등으로 이루어질 수 있으며, 과산화수소의 승온을 위한 열량을 공급할 수 있다면 다양한 방식의 장치로 이루어지는 경우를 포함한다.
한편 과산화수소가 물과 산소로 분해되는 과정에서 반응열이 발생한다. 따라서 히터(120)는 저장탱크(110)로 초기에 투입된 과산화수소를 가열 또는 승온시켜 분해 공정을 유발시켜 주게 되면, 그 이후에는 히터(120)의 작동 없이도 분해반응에 의해 발생하는 반응열에 의해 과산화수소의 분해반응이 연속적으로 또는 연쇄적으로 이루어지게 된다. 이에 본 발명의 실시 예에 의한 과산화수소 분해반응기(100)의 히터(120)는 가열부(121)에 인접하는 과산화수소 또는 투입부(140)에 의해 점차적으로 투입되는 과산화수소 중 초기 투입분을 분해반응의 시작온도까지 승온시키되, 분해반응이 시작된 이후에는 히터(120)의 작동을 중지시키거나 히터(120)의 출력을 감소시키더라도, 분응열에 의한 과산화수소 분해반응이 연속적으로 이루어지도록 마련될 수 있다.
일 예로, 과산화수소의 농도가 28%인 300cc의 과산화수소 수용액의 경우 히터(120)가 과산화수소 수용액을 섭씨 70도까지 가열 또는 승온시켜주면 과산화수소의 분해반응이 시작된다. 과산화수소 분해반응이 시작된 이후에는 과산화수소 반응열에 의해 과산화수소 분해반응이 연속적으로 일어나게 되고, 과산화수소의 농도가 점차적으로 감소하여 과산화수소의 분해반응이 완료된다. 그러나 이는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 일 예로서 과산화수소의 농도, 과산화수소 수용액의 공급량에 따라 과산화수소의 분해반응 시작온도는 다양하게 변형될 수 있다.
이와 같이 본 발명의 과산화수소 분해반응기(100)는 히터(120)가 과산화수소의 분해반응 시작온도까지 과산화수소를 승온시키고, 분해반응이 시작된 후에는 과산화수소 분해 반응열을 이용하여 과산화수소 분해반응을 연속적으로 또는 연쇄적으로 일어나도록 함으로써, 히터(120) 작동을 위한 에너지 소비를 최소화할 수 있으며, 분해반응기의 구조, 조작 절차 및 분해 공정이 단순화될 수 있다.
온도센서(130)는 저장탱크(110) 내부의 과산화수소 온도를 측정하도록 마련된다. 온도센서(130)는 히터(120)에 의해 승온 또는 가열된 과산화수소의 온도나, 과산화수소의 분해반응 시 발생하는 반응열 등을 측정하도록 마련되어, 과산화수소의 분해반응의 진행여부 및 히터(120)의 과열여부를 확인할 수 있다. 또한 온도센서(130)는 과산화수소의 온도를 연속적으로 측정함으로써, 히터(120)에 의해 과산화수소의 분해반응 시작여부 및 반응열에 의한 과산화수소 분해반응이 연속적으로 또는 연쇄적으로 일어나는지 여부를 확인할 수 있다. 나아가 과산화수소의 온도가 점차 하락하는 것을 온도센서(130)에 의해 확인함으로써, 과산화수소 분해반응의 종결여부 역시 확인할 수 있다. 도 1 및 도 3에서는 온도센서(130)가 저장탱크(110)의 하측의 히터(120)의 가열부(121)에 근접한 위치에 설치된 것으로 도시되어 있으나, 온도센서(130)의 위치는 필요에 따라 다양한 위치에 마련될 수 있으며, 그 수 역시 측정 및 제어의 정밀성을 위해 다양한 수로 구비될 수 있음은 자명하다 할 것이다.
또한 도면에는 도시하지 않았으나, 본 발명의 실시 예에 의한 과산화수소 분해반응기(100)는 디스플레이부(미도시)를 추가적으로 구비하여, 온도센서(130)에 의해 감지된 과산화수소의 온도를 디스플레이부에 표시해 줌으로써 작업자가 과산화수소의 온도를 육안으로 용이하게 확인 및 점검이 가능하도록 마련될 수도 있다.
교반장치(170)는 저장탱크(110) 내에서 과산화수소를 교반시키도록 마련된다. 교반장치(170)는 도 1 및 도 3을 참조하면, 저장탱크(110) 내부에 마련되는 적어도 하나의 교반날개(171)와, 교반날개(171)에 동력을 제공하는 교반모터(172) 및 교반모터(172)의 동력을 교반날개(171)로 전달하는 교반축(173)을 포함할 수 있다.
교반날개(171)는 저장탱크(110) 내부에 마련되어, 과산화수소와 직접 접촉하여 회전에 의해 과산화수소를 혼합 또는 교반시킬 수 있다. 교반날개(171)는 과산화수소의 혼합 또는 교반을 원할히 수행할 수 있도록 저장탱크(110)의 형상에 대응하여 교반축(173)을 따라 복수의 세트로 마련될 수 있다.
교반모터(172)는 교반베이스(175)에 의해 저장탱크(110)의 상측에 고정 설치되어 동력을 교반날개(171)에 제공하도록 마련된다. 교반모터(172)는 교반축(173)과 연결되어 마련되고, 교반모터(172)의 작동에 의해 교반축(173)의 회전을 발생시킴으로써 교반날개(171)가 과산화수소를 혼합 또는 교반시킬 수 있다.
전술한 바와 같이 히터(120)에 의해 과산화수소의 분해반응이 시작된 이후에는 과산화수소의 반응열에 의한 분해반응이 연속적으로 또는 연쇄적으로 이루어지므로, 교반날개(171)가 과산화수소를 혼합 또는 교반시킴으로써 과산화수소의 반응열을 용이하게 주변의 과산화수소로 전달 및 확산시켜 과산화수소의 분해반응이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.
도 1 및 도 3에서는 교반날개(171)가 바(Bar) 형상으로 이루어진 것으로 도시되어 있으나, 그 형상은 프로펠러 형상 등 다양한 형상으로 형성될 수 있으며, 또한 날개수가 삼방 또는 사방 등으로 이루어지는 경우에도 동일하게 이해되어야 할 것이다.
PH센서(160)는 배출부(150)의 배출관(151)에 마련될 수 있다. PH센서(160)는 배출관(151)을 따라 이송되는 과산화수소 분해산물 등의 액체 성분의 수소이온농도(pH)를 측정하여 과산화수소의 분해정도 또는 분해반응의 품질 등을 확인할 수 있다.
전술한 바와 같이, 과산화수소에 열이 가해지면 물과 산소로 분해되는 과산화수소 분해반응이 발생하게 되는데, 분해반응에 의해 생성되는 분해산물 중 산소는 저장탱크(110)의 배기덕트(111)를 통해 방출되고, 물을 포함한 남은 액체 성분의 분해산물은 수소이온농도(pH)가 약 12에 가까운 알칼리성을 띄게 된다. 따라서 PH센서(160)가 배출부(150)를 통해 배출되는 과산화수소 분해산물의 액체 성분의 수소이온농도(pH)를 감지함으로써, 과산화수소 분해반응이 정상적으로 수행되었는지 여부를 확인할 수 있다.
PH센서(160)에 의해 감지된 분해산물의 수소이온농도(pH)는 디스플레이부(미도시)를 통해 출력하여 작업자가 확인할 수 있도록 마련될 수 있으며, 작업자는 PH센서(160)에 의해 측정된 배출관(151)을 통과하는 물질의 수소이온농도(pH)가 소정의 수소이온농도(pH) 보다 낮은 것으로 확인된 때는 배출관(151)에 마련되는 개폐밸브를 폐쇄하여 과산화수소 분해공정을 재수행하거나, 히터(120)의 가열부(121) 작동을 조절하여 과산화수소 분해공정의 품질 및 신뢰성을 도모할 수 있다.
또한 PH센서(160)는 감지된 수소이온농도(pH) 정보를 통합 자동제어시스템(미도시)으로 송출하고, 통합 자동제어시스템은 기 입력된 수소이온농도(pH)와 PH센서(160)로부터 수신된 수소이온농도(pH)를 비교하여 배출관(151) 또는 드레인관(152)의 개폐밸브(153, 154)의 개폐작동 또는 개폐정도를 자동적으로 제어하도록 마련될 수 있다.
수위표시기(180)는 저장탱크(110)에 수용된 과산화수소의 수위를 저장탱크(110) 외부에서 확인하도록 저장탱크(110)의 측면에 마련될 수 있다. 수위표시기(180)는 적어도 어느 일측 단부가 저장탱크(110)의 내부와 연통되도록 마련되어, 저장탱크(110)의 내부에 수용된 과산화수소의 수위와 동일한 높이의 수위로 수위표시기(180)에 수용될 수 있다. 수위표시기(180)에는 적어도 하나의 밸브가 마련되어 저장탱크(110)와 수위표시기(180)의 내부의 연통여부를 조절할 수 있다.
수위표시기(180)에는 저장탱크(110)의 높이방향과 나란한 방향으로 형성되는 확인창(181)을 통해 작업자가 외부에서 저장탱크(110)의 과산화수소의 양을 측정할 수 있다. 도 1에서는 수위표시기(180)가 저장탱크(110)의 일측면에 한 개 설치된 것으로 도시되어 있으나, 저장탱크(110)의 설치위치, 주변 설비의 배치에 따라 다양한 위치에 다양한 수로 설치될 수 있다.
단열재(190)는 과산화수소 반응열의 저장탱크(110) 외부로의 확산을 방지하도록 저장탱크(110)의 외면에 마련될 수 있다. 도 4는 본 발명의 실시 예에 의한 과산화수소 분해반응기(100)의 단열재(190)가 저장탱크(110)에 마련된 상태를 나타내는 단면도로서 도 4를 참조하면, 단열재(190)는 저장탱크(110)의 외면을 감싸도록 마련될 수 있다.
전술한 바와 같이. 과산화수소의 분해반응 시에는 반응열이 발생하며, 저장탱크(110)가 산화성에 강한 스테인리스 스틸 등의 재질로 이루어질 경우에는 저장탱크(110)의 열전도도가 높아 저장탱크(110) 내부의 반응열이 외부로 확산 또는 전달될 우려가 높다. 이 경우 작업자가 화상 등의 안전사고를 입을 위험이 있으며, 주변 설비에 영향을 미칠 우려가 있는 바, 단열재(190)는 저장탱크(110) 내부의 반응열 또는 히터(120)의 열이 저장탱크(110) 외부로 확산되는 것을 방지할 수 있다.
단열재(190)는 단열성능이 우수한 폴리우레탄 폼 등의 재질로 이루어질 수 있으며, 접착재 등에 의해 저장탱크(110)의 외면에 부착되거나, 고정부재에 의해 고정되어 설치될 수 있다.
추가적으로 저장탱크(110)에는 과산화수소의 반응열을 회수하는 폐열회수기(미도시)가 저장탱크(110) 외면에 마련될 수 있다. 폐열회수기는 저장탱크(110)의 내부에서 발생하는 과산화수소 분해 반응열을 전달받아 보일러 시설 등 각종 설비의 동력원으로 이용할 수 있다. 폐열회수기에 의해 버려지는 과산화수소 분해 반응열을 회수하여 이용함으로써, 에너지효율을 극대화할 수 있으며, 전력 이용의 효율성을 도모할 수 있게 된다.
이와 같은 구성을 갖는 본 발명의 실시 예에 의한 과산화수소 분해반응기(100)는 히터(120)가 과산화수소의 분해반응이 시작되는 온도까지만 과산화수소를 승온시킨 후, 과산화수소의 분해반응이 시작된 이후에는 과산화수소의 분해 반응열에 의한 과산화수소 분해반응을 연속적으로 또는 연쇄적으로 이루어지도록 구현함으로써 단순한 구조 및 공정으로서 과산화수소를 용이하게 분해 및 처리할 수 있으며, 분해 및 처리 비용이 절감되는 효과를 가질 수 있다.
또한 교반장치(170)에 의해 과산화수소의 반응성 및 산화성을 효과적으로 분해할 수 있으며, PH센서(160) 및 온도센서(130)를 통해 과산화수소 분해공정의 정확성 및 공정의 품질을 향상시키고 안전사고 및 환경오염을 예방할 수 있는 효과를 가질 수 있다.
나아가 폐열회수기를 이용하여 버려지는 과산화수소의 분해 반응열을 회수하여 각종 설비의 동력원으로 이용할 수 있으므로 에너지효율이 향상되는 효과를 가질 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 범위는 첨부된 청구 범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 과산화수소 분해반응기 110: 저장탱크
111: 배기덕트 120: 히터
130: 온도센서 140: 투입부
150: 배출부 160: PH센서
170: 교반장치 171: 교반날기
172: 교반모터 173: 교반축
180: 수위표시기 190: 단열재
111: 배기덕트 120: 히터
130: 온도센서 140: 투입부
150: 배출부 160: PH센서
170: 교반장치 171: 교반날기
172: 교반모터 173: 교반축
180: 수위표시기 190: 단열재
Claims (8)
- 저장탱크;
상기 저장탱크에 수용된 과산화수소를 승온시키는 히터;
상기 저장탱크에 과산화수소를 점차적으로 투입하는 투입부; 및
과산화수소 분해산물 중 액체 성분을 상기 저장탱크의 외부로 배출하는 배출부;를 포함하고,
상기 히터는 과산화수소의 분해반응이 시작되는 온도까지만 과산화수소를 승온시키고, 과산화수소의 분해반응이 시작된 이후에는 과산화수소의 분해 반응열에 의한 과산화수소의 분해반응이 연속적으로 이루어지도록 마련되며,
상기 배출부의 배출관은 상기 히터의 상측부에 위치하도록 상기 저장탱크에 연결되며,
상기 배출관에는 상기 배출관을 통과하는 상기 과산화수소 분해산물의 수소이온농도(pH)를 감지하는 PH센서가 마련되는 과산화수소 분해반응기. - 제1항에 있어서,
상기 저장탱크 내의 과산화수소의 온도를 측정하는 온도센서를 더 포함하는 과산화수소 분해반응기. - 삭제
- 제1항에 있어서,
과산화수소를 상기 저장탱크 내에서 교반시키는 교반장치를 더 포함하고,
상기 교반장치는
상기 저장탱크 내부에 마련되는 적어도 하나의 교반날개와,
상기 교반날개에 동력을 제공하는 교반모터 및
상기 교반모터의 동력을 상기 교반날개로 전달하는 교반축을 포함하는 과산화수소 분해반응기. - 제4항에 있어서,
상기 저장탱크에 수용된 과산화수소의 수위를 표시하는 수위표시기를 더 포함하는 과산화수소 분해반응기. - 제1항에 있어서,
상기 저장탱크에는
과산화수소 분해산물 중 기체 성분을 상기 저장탱크의 외부로 배출하는 배기덕트가 마련되는 과산화수소 분해반응기. - 제1항에 있어서,
상기 저장탱크의 외면에는
과산화수소의 분해 반응열의 확산을 방지하는 단열재가 마련되는 과산화수소 분해반응기. - 제1항에 있어서,
상기 저장탱크에는
과산화수소의 분해 반응열을 회수하는 폐열회수기가 마련되는 과산화수소 분해반응기.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A201 | Request for examination | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) |