KR101835629B1 - 공정 유연성을 지닌 차아염소산나트륨 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 양산 공정으로 차아염소산나트륨(차염)을 제조하는 장치에 있어서: 전해조(15)의 입력측으로 염수공급기(11)와 연수공급기(12)를 구비하는 전해부(10); 전해조(15)의 출력측에 연결되는 염소가스탱크(21)와 가성소다탱크(22)에 원료를 수집하는 원료부(20); 상기 원료부(20)에서 반응조(31)로 유입되는 원료로 차염 생성 반응을 유발하는 반응부(30); 상기 반응부(30)에 고농도차염저장조(41)와 저농도차염저장조(42)를 복수로 연결하여 차염을 농도별로 저장하는 저장부(40); 및 상기 양산 공정을 제어하는 제어부(50);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 차아염소산나트륨을 양산하는 현장에서 용도에 대응하여 차염의 농도를 변동하기 용이하고 생산된 차염을 저장하는 과정에서 농도 저하를 방지하여 공정 유연성과 생산성 향상을 도모하는 효과가 있다.

Description

공정 유연성을 지닌 차아염소산나트륨 제조장치{Apparatus for manufacturing NaOCl based on process flexibility}

본 발명은 차아염소산나트륨 제조장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 양산 현장에서 액상의 살균소독제인 차아염소산나트륨을 설정된 조건으로 생성하기 위한 공정 유연성을 지닌 차아염소산나트륨 제조장치에 관한 것이다.

정수처리를 비롯하여 비교적 대량의 살균소독에 적합한 차아염소산나트륨(NaOCl, Sodium Hypochlorite)은 무색투명하면서 염소취가 강한 소독제로서 보편적으로 전극이 배치된 염수저장조 내부로 염수를 공급하면서 전기분해하는 방식으로 양산된다. 생산 설비, 용도 등의 측면에서 유효염소 농도가 낮은(약 0.8%) 저농도 차아염소산나트륨과 유효염소 농도가 높은(약 12%) 고농도 차아염소산나트륨은 차이를 나타낸다.

이와 관련되어 참조할 수 있는 선행기술문헌으로 한국 등록특허공보 제2015-0003447호(선행문헌 1), 한국 등록특허공보 제1446571호(선행문헌 2) 등이 알려져 있다.

선행문헌 1은 원수가 공급되는 공급부; 염산을 전기분해하여 염소가스와 차아염소산을 생성하는 전해부; 공급부에서 전해부에서 생성된 염소가스 및 차아염소산을 혼합하여 미산성 차아염소산수를 생성하는 혼합부;로 구성된다. 이에, 소형 전해조 생성모듈을 직렬로 연결하고 순차적으로 농도를 높여 연속적으로 고농도의 차아염소산수를 생산하는 효과를 기대한다.

선행문헌 2는 소금물과 물로 전기분해하는 전기분해조; 전기분해조에서 생성된 양극수를 저장하는 양극수 저장탱크; 양극수와 고농도의 수산화나트륨수용액을 공급받아 저농도의 차아염소산나트륨수용액을 생성하여 원수에 공급하는 보조 저농도 차아염소산나트륨 생성조를 포함한다. 이에, 고농도 및 저농도의 차아염소산나트륨수용액을 병행 사용하여 정수 효과의 향상을 기대한다.

다만, 상기한 선행문헌에 의하면 양산현장에서 용도에 대응하여 차아염소산나트륨의 농도를 변동하거나 생산된 차아염소산나트륨의 농도 저하를 방지하기 위한 기술적 보완이 필요하다.

한국 등록특허공보 제2015-0003447호 "고농도 미산성 차아염소산수 생성 장치" (공개일자 : 2015.01.09.) 한국 등록특허공보 제1446571호 "고농도 및 저농도 차아염소산나트륨수용액 동시 생성장치" (공개일자 : 2014.10.07.)

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 차아염소산나트륨을 양산하는 현장에서 용도에 대응하여 차염의 농도를 변동하기 용이하고 생산된 차염을 저장하는 과정에서 농도 저하를 방지할 수 있는 공정 유연성을 지닌 차아염소산나트륨 제조장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 양산 공정으로 차아염소산나트륨(차염)을 제조하는 장치에 있어서: 전해조의 입력측으로 염수공급기와 연수공급기를 구비하는 전해부; 전해조의 출력측에 연결되는 염소가스탱크와 가성소다탱크에 원료를 수집하는 원료부; 상기 원료부에서 반응조로 유입되는 원료로 차염 생성 반응을 유발하는 반응부; 상기 반응부에 고농도차염저장조와 저농도차염저장조를 복수로 연결하여 차염을 농도별로 저장하는 저장부; 및 상기 양산 공정을 제어하는 제어부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 원료부는 공정중 양극수의 pH 및 수산화나트륨의 농도와 수위를 유지하기 보조공급기를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 반응부는 반응열을 방출하기 위한 전기제어 방식의 열전소자쿨러, 이젝터의 회전을 유발하는 회전대를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 저장부는 열전소자쿨러를 이용하여 -20℃ ~ 20℃까지 차염의 냉각을 차등적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 저장부는 저장된 차염의 적어도 일부를 전해부로 송출하기 위한 재순환부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어부는 전해 공정 조건을 검출하는 전해검출부, 원료와 차염의 농도를 검출하는 농도검출기, 원료와 차염의 온도를 검출하는 온도검출기, 원료의 투입량을 검출하는 유량검출기를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어부는 양산 공정이 진행되는 과정에서 전해부, 원료부, 반응부의 공정 조건을 변동하여 차염의 농도 변화를 유발하는 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 차아염소산나트륨을 양산하는 현장에서 용도에 대응하여 차염의 농도를 변동하기 용이하고 생산된 차염을 저장하는 과정에서 농도 저하를 방지하여 공정 유연성과 생산성 향상을 도모하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 제조장치의 주요부를 나타내는 개략 배관도
도 2는 본 발명에 따른 제조장치의 제어부를 나타내는 개략 회로도

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 양산 공정으로 차아염소산나트륨(차염)을 제조하는 장치에 관하여 제안한다. 유효염소 농도가 5~18(W/V)% 범위인 차아염소산나트륨 양산을 대상으로 하지만 반드시 이에 국한되는 것은 아니다. 양산 공정은 차염 제품의 용도(가정, 식당, 정수처리장 등)에 대응한 농도 다양화 뿐아니라 원하는 용량을 최적의 시간내에 연속적으로 제조하는 시스템을 기반으로 한다.

본 발명에 따른 전해부(10)는 전해조(15)의 입력측으로 염수공급기(11)와 연수공급기(12)를 구비한다. 전해조(15)는 각각의 전극을 지닌 양극부와 음극부 사이에 이온교환막을 구비한다. 염수공급기(11)는 소금탱크에서 포화 또는 과포화 소금물을 전해조(15)의 양극부로 투입한다. 연수공급기(12)는 연수기를 거친 물을 전해조(15)의 음극부로 투입한다. 연수공급기(12)에서 칼슘이나 마그네슘 등의 이온성 불순물이 흡착 제거되어 이온교환막의 오염을 방지한다. 전해부(10)는 전해조(15)에서 전원공급기(17)의 전원으로 염화나트륨(NaCl) 수용액과 물을 전기 분해하여 염소가스, 수소가스, 수산화나트륨(NaOH)을 생성한다.

이때, 양산에서 염화나트륨 및 수산화나트륨의 농도와 수위는 각각 10~20(w/w)% 범위로 유지되는 것이 좋다.

한편, 도시에는 생략하나 양산 시스템의 규모가 증대되는 경우 전해부(10)에 복수의 전해조(15)를 병렬회로로 연결하는 것이 양산성 측면에서 바람직하다. 일측의 전해조(15)를 가동하여 설정된 농도의 차염을 생산하는 동안 타측의 전해조(15)를 다른 농도의 차염 생산을 위한 준비(대기) 상태로 둘 수 있다.

본 발명에 따르면 원료부(20)가 전해조(15)의 출력측에 연결되는 염소가스탱크(21)와 가성소다탱크(22)에 원료를 수집한다. 전해조(15)에서 기액분리기(23)를 거쳐 분리된 연소가스가 염소가스탱크(21)로 저장되고, 전해조(15)에서 기액분리기(23)를 거쳐 분리된 수산화나트륨 수용액이 가성소다탱크(22)로 저장된다. 염소가스탱크(21)와 가성소다탱크(22)는 원료의 저장량을 검출하기 위한 압력검출기, 중량검출기, 수위검출기 등을 구비한다. 염소가스탱크(21)와 가성소다탱크(22)는 원료를 저온 상태로 저장하기 위한 냉각기를 구비한다. 냉각된 저온 원료는 후술하는 반응부(30)에서 차염의 수율 증대에 유리하다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 원료부(20)는 공정중 양극수의 pH 및 수산화나트륨의 농도와 수위를 유지하기 보조공급기(25)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 보조공급기(25)는 일측에서 염산을 염수공급기(11)에 공급하여 양극수(염소수)의 pH를 일정 수준으로 낮추고, 타측에서 별도로 저장된 수산화나트륨을 가성소다탱크(22)에 공급하여 수산화나트륨 농도와 수위를 유지한다.

또, 본 발명에 따르면 반응부(30)가 상기 원료부(20)에서 반응조(31)로 유입되는 원료로 차염 생성 반응을 유발한다. 반응부(30)는 반응조(31)의 고압/저온 환경하에서 염소가스와 수산화나트륨 수용액의 반응을 유발한다. 수산화나트륨 수용액에 잠긴 이젝터(33)를 통하여 염소가스가 분출되면서 화학적 반응에 의해 비교적 고농도의 차아염소산나트륨 수용액이 생성된다. 이와 같이 생성되는 차염의 온도는 대략 18℃를 유지한다.

이때, 도시에는 생략하나 전해조(15)에 생성되는 양극수를 이용하여 직접 저농도의 차아염소산나트륨 수용액도 생성할 수도 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 반응부(30)는 반응열을 방출하기 위한 전기제어 방식의 열전소자쿨러(35), 이젝터(33)의 회전을 유발하는 회전대(37)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 열전소자쿨러(35)는 반응조(31)의 내부 온도를 4℃ 이하로 유지하며, 양산의 공정 유연성을 실현하기 용이하도록 전기제어 방식을 적용한다. 이젝터(33)는 반응조(31) 내에서 고르게 분포하도록 복수로 구성하는 동시에 상단의 회전대(37)를 통하여 설정된 속도로 회전시켜 반응 시간을 단축한다. 물론 이젝터(33)의 회전 속도는 후술하는 제어부(50)에 의하여 여타의 공정 조건에 맞추어 설정되고 통계적으로 갱신된다.

또, 본 발명에 따르면 저장부(40)가 상기 반응부(30)에 고농도차염저장조(41)와 저농도차염저장조(42)를 복수로 연결하여 차염을 농도별로 저장한다. 도 1에서 고농도차염저장조(41)와 저농도차염저장조(42)를 예시하지만 실제로 3개 이상의 저장조로 저장부(40)를 구성한다. 각각의 저장조(41)(42)는 반응조(31)에 연결되는 입력측에 유로를 개폐하는 전자밸브(58)를 구비한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 저장부(40)는 열전소자쿨러(45)를 이용하여 -20℃ ~ 20℃까지 차염의 냉각을 차등적으로 수행하는 것을 특징으로 한다. 저장부(40)에서 차염의 온도가 20℃ 이내로 유지되면 유효염소의 농도가 대략 2주 정도 유지된다. 차염의 저장 기간을 증대하거나 특수한 용도에 대응하기 위해 -20℃까지 냉동을 부가할 수 있다. 이에 따라, 저장부(40)의 열전소자쿨러(45)는 반응부(30)의 열전소자쿨러(35)보다 냉각 성능을 높게 설정한다. 저장부(40)의 각각의 저장조(41)(42)는 차등적 온도로 차아염소산나트륨을 저장한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 저장부(40)는 저장된 차염의 적어도 일부를 전해부(10)로 송출하기 위한 재순환부(60)를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 차염의 저장 기간이 늘어나거나 여타의 이유로 농도가 설정치 이하로 저하된 경우 특히 저농도차염저장조(42)의 재순환부(60)부터 우선적으로 가동하여 차염을 전해부(10)로 보낸다. 차염을 전해부(10)의 음극부로 다시 공급하는 순환 작용으로 미반응 전해질의 양을 축소하는 동시에 차염의 농도 상승과 공정 시간을 단축을 도모한다. 반면, 고농도차염저장조(41)의 차염은 희석기(도시 생략)를 거쳐 저농도차염저장조(42)로 보낼 수 있다.

본 발명에 따르면 제어부(50)가 상기 양산 공정을 제어한다. 제어부(50)는 마이크로프로세서, 메모리, 입출력인터페이스를 지닌 마이컴 회로의 제어기를 기반으로 한다. 입력인터페이스에는 공정 조건을 감시하기 위한 후술하는 각종 검출기가 연결되고, 출력인터페이스에는 전원공급기(17), 보조공급기(25), 열전소자쿨러(35)(45), 전자밸브(58) 등이 구동기(56)를 개재하여 연결된다. 제어기는 설정된 농도의 차염을 생산하기 위한 각종 성분의 농도, 온도, 유량 등에 대한 공정 조건을 메모리에 저장한다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어부(50)는 전해 공정 조건을 검출하는 전해검출부(51), 원료와 차염의 농도를 검출하는 농도검출기(52), 원료와 차염의 온도를 검출하는 온도검출기(53), 원료의 투입량을 검출하는 유량검출기(54)를 구비하는 것을 특징으로 한다. 전해검출부(51)는 전해부(10)에 설치되어 전해조(15)의 전류밀도를 검출한다. 농도검출기(52)와 온도검출기(53)는 원료부(20)와 저장부(40)에 예시되나, 이외에 전해부(10), 반응부(30)에도 설치될 수 있다. 유량검출기(54)는 원료부(20)와 반응부(30) 사이의 배관에 예시되나, 전해부(10), 저장부(40), 재순환부(60) 등의 배관에 설치될 수도 있다.

본 발명의 세부 구성으로서, 상기 제어부(50)는 양산 공정이 진행되는 과정에서 전해부(10), 원료부(20), 반응부(30)의 공정 조건을 변동하여 차염의 농도 변화를 유발하는 것을 특징으로 한다. 차염의 농도 변화는 염수의 농도/유량, 전해조(15)의 전류밀도, 원료의 농도/온도/유량 등의 공정 변수로 결정된다. 제어부(50)의 제어기는 제어 알고리즘을 프로그램과 데이터 형태로 저장하고 실행한다.

제어부(50)를 이용한 작동의 일예로서, 유효염소 농도 12%의 차염을 설정된 양으로 생산하는 공정이 종료되는 시점에서 유효농도 15%의 차염 생산 체제로 변환해야 하는 경우, 염수공급기(11)를 통하여 염수의 농도를 높이고, 전원공급기(17)를 통하여 전류밀도를 높이고, 원료부(20)에서 원료의 농도와 유량을 조절하고, 필요시 보조공급기(25)를 통하여 원료의 보충을 유발하고, 반응부(30)에서 이젝터(33)의 회전속도를 조절하고, 반응조(31)에서 생성된 차염의 농도를 확인하여 해당 저장조에 설정된 온도로 저장한다.

전술한 것처럼 전해부(10)의 전해조(15)가 복수인 경우 이와 같은 공정 전환이 보다 신속하게 수행될 수 있다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음이 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 전해부 11: 염수공급기
12: 연수공급기 15: 전해조
17: 전원공급기 20: 원료부
21: 염소가스탱크 22: 가성소다탱크
23: 기액분리기 25: 보조공급기
30: 반응부 31: 반응조
33: 이젝터 35, 45: 열전소자쿨러
40: 저장부 41, 42: 차염저장조
50: 제어부 51: 전해검출기
52: 농도검출기 53: 온도검출기
54: 유량검출기 56: 구동기
58: 전자밸브 60: 재순환부

Claims (7)

1. 양산 공정으로 유효염소 농도가 5~18(W/V)% 범위인 차아염소산나트륨(차염)을 제조하는 장치에 있어서:
   전해조(15)의 입력측으로 염수공급기(11)와 연수공급기(12)를 구비하는 전해부(10);
   전해조(15)의 출력측에 연결되는 염소가스탱크(21)와 가성소다탱크(22)에 원료를 수집하는 원료부(20);
   상기 원료부(20)에서 반응조(31)로 유입되는 원료로 차염 생성 반응을 유발하는 반응부(30);
   상기 반응부(30)에 고농도차염저장조(41)와 저농도차염저장조(42)를 복수로 연결하여 차염을 농도별로 저장하는 저장부(40); 및
   상기 양산 공정을 제어하는 제어부(50);를 포함하여 이루어지되,
   상기 전해부(10)는 복수의 전해조(15)를 병렬회로로 연결하여 구성하고,
   상기 원료부(20)는 일측에서 염산을 염수공급기(11)에 공급하여 양극수(염소수)의 pH를 일정 수준으로 낮추고, 타측에서 별도로 저장된 수산화나트륨을 가성소다탱크(22)에 공급하여 수산화나트륨 농도와 수위를 유지하도록 보조공급기(25)를 더 구비하고,
   상기 반응부(30)는 반응열을 방출하기 위한 전기제어 방식의 열전소자쿨러(35), 복수의 이젝터(33)의 회전을 유발하는 회전대(37)를 구비하고,
   상기 저장부(40)는 열전소자쿨러(45)를 이용하여 -20℃ ~ 20℃까지 차염의 냉각을 차등적으로 수행하며,
   상기 저장부(40)는 저장된 차염의 적어도 일부를 전해부(10)로 송출하기 위한 재순환부(60)를 더 구비하고,
   상기 제어부(50)는 전해 공정 조건을 검출하는 전해검출부(51), 원료와 차염의 농도를 검출하는 농도검출기(52), 원료와 차염의 온도를 검출하는 온도검출기(53), 원료의 투입량을 검출하는 유량검출기(54)를 구비하며,
   상기 제어부(50)는 양산 공정이 진행되는 과정에서 전해부(10), 원료부(20), 반응부(30)의 공정 조건을 변동하여 차염의 농도 변화를 유발하는 것을 특징으로 하는 공정 유연성을 지닌 차아염소산나트륨 제조장치.
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