KR102275014B1 - 이산화염소 발생 장치 및 이산화염소 발생용 유닛 - Google Patents

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Abstract

(과제) 소형이면서도 실용적으로 충분한 양의 이산화염소를 매우 장시간에 걸쳐 방출할 수 있는 이산화염소 발생 장치의 제공.
(해결수단) 이산화염소 발생 장치로서, 상기 장치는, 광원부 및 약제수납부를 구비하고, 상기 광원부는, 실질적으로 가시영역의 파장으로 이루어지는 빛을 발생시키기 위한 것이며, 상기 약제수납부에는, 고형의 아염소산염, 및 금속촉매 또는 금속산화물 촉매를 포함하는 약제가 수납되고, 상기 약제수납부에는, 내부와 외부를 공기가 이동할 수 있도록, 1 또는 복수의 개구부가 구비되며, 여기서, 상기 약제수납부의 내부에 존재하는 상기 약제가 상기 광원부로부터 발생되는 상기 빛에 의해 조사됨으로써 이산화염소 가스가 발생하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 발생 장치를 제공한다.

Description

이산화염소 발생 장치 및 이산화염소 발생용 유닛{CHLORINE DIOXIDE GENERATION DEVICE AND UNIT FOR CHLORINE DIOXIDE GENERATION}
본 발명은, 이산화염소 발생 장치 및 이산화염소 발생용 유닛에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 고형의 아염소산염, 및 금속촉매 또는 금속산화물 촉매의 혼합물에 가시영역 파장의 빛을 조사함으로써 이산화염소가 발생하는 메카니즘을 이용한 소형의 이산화염소 발생 장치 및 이산화염소 발생용 유닛에 관한 것이다. 본 발명은, 특히 차(예를 들면, 자가용, 버스, 택시 등)나 그 외의 탈것(예를 들면, 비행기, 전철, 선박 등)에 적합하게 탑재될 수 있다.
종래부터, 아염소산염을 포함하는 수용액이나 아염소산염을 포함하는 겔제 등에 자외선을 조사하여, 이산화염소를 발생시키는 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1). 그러나, 종래의 이산화염소 제조장치는 휴대하는 것을 염두에 두고 개발된 것이 아니라서, 대형인 것이 많았다. 또한, 종래의 이산화염소 발생 장치는 아염소산염을 함유하는 액체, 혹은 이를 포함하는 겔 상태의 물질이 주성분(이산화염소 발생원)이고, 이들을 굳이 휴대하려 하면, 상기 주성분 혹은 폐액이 새어나오는 문제가 있었다. 또한, 단순히 소형화하여 휴대할 수 있도록 하여도, 소형이기에 발생하는 문제, 즉, (아염소산염의 절대량이 부족하여) 이산화염소 발생의 지속성에 부족하다는 문제가 새로이 발생하여, 계속적으로 사용하는 것이 어려웠다.
이산화염소 발생 장치의 '소형화'와 '계속적인 사용'이라는 과제를 동시에 해결하는 장치로서, 소정의 구조를 구비하는 카트지리에 고형의 아염소산염을 포함하는 약제를 포함시켜 자외선을 조사함으로써 이산화염소를 발생시키는 장치가 알려져 있다(특허문헌 2).
특허문헌 1: 일본공개특허 제2005-224386호 공보 특허문헌 2: 국제공개공보 2011/118447
상기한 특허문헌 2에 기재된 장치는, 종래의 이산화염소 발생 장치에 비하여 소형이고, 또한, 계속적인 사용이 가능한 점에서 뛰어나다. 그러나, 상기 장치는 고형의 아염소산염을 이산화염소 발생원으로서 사용하는 점에서 아염소산염을 포함하는 수용액이나 아염소산염을 포함하는 겔제에 자외선을 조사하여 이산화염소를 발생시키는 장치에 비하여 이산화염소의 발생량이 적다는 또 다른 문제가 있다.
종래, 고형의 아염소산염에 빛을 조사하여 이산화염소를 발생시킬 경우, 보다 효율적으로 이산화염소를 발생시키기 위해서는 다양한 파장의 빛 중에서도, 보다 에너지가 높은 자외영역의 빛을 사용하는 것이 필수적이라 생각되었다.
본 발명자들은, 고형의 아염소산염을 포함하는 약제를 이산화염소의 발생원으로서 사용하는 장치의 이산화염소 발생량을 증가시키기 위하여 예의 검토를 거듭하였다. 그 결과, 예상외로, 고형의 아염소산염을 포함하는 약제에 자외선을 조사하면, 이산화염소만이 아니라 오존까지 발생하여, 이 오존이 이산화염소와 간섭하여, 전체로서 발생하는 이산화염소의 양이 오존의 양보다도 감소하는 사실을 확인하였다(본 명세서의 시험예 1 및 도 3을 참조).
본 발명자들은, 상기한 사실에 기초하여, 고형의 아염소산염을 포함하는 약제를 이산화염소의 발생원으로서 사용하는 장치에 있어서, 오존의 발생을 억제하면서 전체로서 발생하는 이산화염소의 양을 증가시키기 위하여, 추가적인 검토를 거듭하였다. 그 결과, 종래 고형의 아염소산염으로부터 이산화염소를 발생시키기 위하여 필수적이라 생각되어 왔던 자외선이 아닌, 가시영역의 빛을 사용함으로써 오존의 발생량을 감소시킬 수 있고, 장치 전체로서 발생시킬 수 있는 이산화염소량을 증가시키는 데에 성공하였다. 또한, 자외선보다 에너지가 낮은 가시영역의 빛을 사용함에 따른 반응성의 저하를 보완하기 위하여, 고형의 아염소산염에 금속촉매 또는 금속산화 촉매(예를 들면, 이산화티탄)를 혼합함으로써, 고형의 아염소산염으로부터 발생하는 이산화염소의 양을 더욱 증가시킬 수 있다는 사실을 알았다.
이 창의적인 연구에 의해, 발명자들은 소형이면서도 실용적으로 충분한 양의 이산화염소를 매우 장시간에 걸쳐 방출할 수 있는, 본 발명의 장치를 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, 그 실시형태에 있어서, 이산화염소 발생 장치로서, 상기 장치는, 광원부 및 약제수납부를 구비하고, 상기 광원부는 실질적으로 가시영역의 파장으로 이루어지는 빛을 발생시키기 위한 것이고, 상기 약제수납부에는 고형의 아염소산염, 및 금속촉매 또는 금속산화물 촉매를 포함하는 약제가 수납되고, 상기 약제수납부에는 내부와 외부를 공기가 이동할 수 있도록 1 또는 복수의 개구부가 구비되며, 여기서 상기 약제수납부의 내부에 존재하는 상기 약제가 상기 광원부로터 발생되는 상기 빛에 의해 조사됨으로써, 이산화염소 가스가 발생하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 발생 장치를 제공한다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 그 일 실시형태에 있어서, 상기 약제수납부와 상기 광원부가 일체적으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 그 일 실시형태에 있어서, 상기 약제수납부가 상기 광원부의 상방에 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 그 일 실시형태에 있어서, 상기 약제수납부의 적어도 저면이, 실질적으로 가시영역의 파장으로 이루어지는 빛을 투과시키는 수지제인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 그 일 실시형태에 있어서, 상기 약제수납부에 수납된 약제에 공기를 보내기 위한 송풍부를 더 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 그 일 실시형태에 있어서, 상기 송풍부가 상기 이산화염소 발생 장치의 외부로부터 내부로 공기를 도입하기 위한 팬, 또는 상기 이산화염소 발생 장치의 내부로부터 외부로 공기를 방출하기 위한 팬인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 그 일 실시형태에 있어서, 상기 약제수납부의 하방에 상기 송풍부가 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 그 일 실시형태에 있어서, 상기 약제수납부의 개구부 중 적어도 1개는 상기 약제수납부의 측면에 존재하며, 상기 송풍부로부터 보내진 공기는 적어도 부분적으로는 상기 약제수납부의 측면에 존재하는 개구부를 통하여 약제로 보내지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 그 일 실시형태에 있어서, 상기 광원부가, 램프 또는 칩을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 그 일 실시형태에 있어서, 상기 칩이 LED 칩인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 그 일 실시형태에 있어서, 상기 가시영역의 파장으로 이루어지는 빛이 360nm~450nm 파장의 빛인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 그 일 실시형태에 있어서, 상기 '금속촉매 또는 금속산화물 촉매'가 팔라듐, 루비듐, 니켈, 티탄, 및 이산화티탄으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 그 일 실시형태에 있어서, 상기 '금속촉매 또는 금속산화물 촉매'가 입상 또는 분상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 그 일 실시형태에 있어서, 상기 고형의 아염소산염이 입상이고, 당해 입자의 평균입자 직경이 1mm~3mm의 범위인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 그 일 실시형태에 있어서, 상기 '금속촉매 또는 금속산화물 촉매'가 입상 또는 분상이고, 상기 고형의 아염소산염이 입상이며, 상기 약제 중에서 상기 고형의 아염소산염과 상기 '금속촉매 또는 금속산화물 촉매'의 혼합비율이, 중량비로 2:1~5:3 사이의 범위인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 그 일 실시형태에 있어서, 상기 약제수납부가 교환가능한 카트리지인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 다른 실시형태에 있어서, 이산화염소 발생 장치에서 사용되는 이산화염소 발생용 유닛으로서, 상기 유닛은, 약제수납부 및 광원부를 구비하고, 상기 광원부는 실질적으로 가시영역의 파장으로 이루어지는 빛을 발생시키기 위한 것이고, 상기 약제수납부에는 고형의 아염소산염, 및 금속촉매 또는 금속산화물 촉매를 포함하는 약제가 수납되고, 상기 약제수납부에는 내부와 외부를 공기가 이동할 수 있도록 1 또는 복수의 개구부가 구비되며, 상기 약제수납부와 상기 광원부는, 일체적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 이산화염소 발생용 유닛을 제공한다.
본 발명의 이산화염소 발생용 유닛은, 그 일 실시형태에 있어서, 상기 약제수납부가 교환가능한 카트리지인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 다른 실시형태에 있어서, 상기 이산화염소 발생용 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 발생 장치를 제공한다.
상기 본 발명의 하나 또는 복수의 특징을 당업자의 관점으로부터 기술적으로 모순되지 않도록 임의로 조합한 것도 본 발명의 범위에 포함되는 것은 물론이다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 상기한 구성을 취함으로써, 소형이면서도 실용적으로 충분한 양의 이산화염소를 매우 장시간에 걸쳐 방출할 수 있기 때문에, 예를 들면, 탈것의 탑재용으로 적합하게 사용될 수 있다.
도 1은, 본 발명의 일 실시형태인 이산화염소 발생 장치의 종단면도를 나타낸다.
도 2은, 본 발명의 일 실시형태인 이산화염소 발생 장치 및 이산화염소 발생용 유닛의 종단면도를 나타낸다.
도 3은, 본 발명의 일 실시형태인 이산화염소 발생 장치에 있어서, 광원부로부터 조사되는 빛의 파장을 변화시킨 경우의 공기 중의 이산화염소 농도 및 오존 농도의 실측값을 나타낸 그래프이다.
도 4는, 도 3에 있어서 이산화염소 및 오존 농도의 실측값 중, 자외영역에서의 측정값의 평균값과, 가시영역에서의 측정값의 평균값을 나타낸 그래프이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시형태인 이산화염소 발생 장치에 있어서, 금속촉매 또는 금속산화물 촉매의 형상에 따른 이산화염소 발생량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은, 본 발명의 일 실시형태인 이산화염소 발생 장치에 있어서, 전원을 On/Off한 경우의 이산화염소 발생량의 변화를 측정한 그래프이다. 도 6 그래프의 종축은 발생량(mg/h)(1눈금은 0.2)을 나타내고, 횡축은 시간(h)(1눈금은 24시간)을 나타낸다.
본 발명에서 사용되는 광원은 가시영역의 빛을 단독으로 혹은 가시영역을 포함하여 방출하는 것이면 종래 공지된 광원을 사용할 수 있다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 광원으로부터 발생되는 빛의 파장은 가시영역의 빛 파장(360nm~830nm)만으로 한정되지 않고, 자외영역의 빛 파장(~360nm) 및 적외영역의 빛 파장(830nm~)을 포함하는 빛이어도 무방하다. 그러나, 자외영역 파장의 빛을 고형의 아염소산염을 포함하는 약제에 조사하면, 부산물로서 오존이 발생하기 쉽고, 또한, 적외영역 파장의 빛으로는 에너지가 약하기 때문에, 고형의 아염소산염을 포함하는 약제에 조사하여도 발생하는 이산화염소의 양이 적다. 따라서, 본 발명에 있어서 사용되는 광원으로부터 발생하는 빛은 실질적으로 가시영역 파장의 빛으로 이루어지는 것이 바람직하다. 본 발명에서 사용되는 광원으로부터 발생되는 빛은, 360nm~450nm 파장의 빛인 것이 바람직하고, 380nm~450nm 또는 360nm~430nm 파장의 빛인 것이 보다 바람직하며, 380nm~430nm 파장의 빛인 것이 가장 바람직하다.
광원으로부터 발생되는 빛의 파장이 실질적으로 특정 파장영역의 범위에 포함되는 것은 공지의 측정기기에 의해, 광원으로부터 발생되는 빛의 파장이나 에너지를 측정함으로써 확인할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 광원은 가시영역 파장의 빛을 발생시키는 것이라면 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 가시영역의 빛을 발생시키는 램프(백열램프, LED램프), 칩, 레이저 장치 등, 다양한 것을 사용할 수 있다. 광원으로부터 발생되는 빛의 지향성의 관점, 또한 장치의 소형화의 관점에서 보면, 광원으로서 힙 형태의 것을 사용하는 것이 바람직하다. 칩 형태의 광원은 지향성이 좁기 때문에, 빛이 확산하지 않고 조사대상에 대하여 효율적으로 빛을 조사할 수 있어, 장치의 이산화염소 발생율을 향상시킬 수 있다. 또한, 광원으로부터 발생되는 빛의 파장을 한정하고, 자외영역이나 적외영역의 빛을 포함하지 않도록 하는 관점에서 보면 광원으로서 가시영역의 빛을 발생시키는 LED를 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 장치의 소형화 및 이산화염소의 발생효율의 관점에서 보면, 본 발명에서 사용되는 광원은 가시영역의 빛을 발생시키는 LED 칩인 것이 가장 바람직하다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치에 있어서 광원부와 약제수납부는 일체적으로 배치될 수 있고, 분리하여 배치될 수도 있으나, 약제수납부에 수납되는 약제에 대하여 광원부로부터 발생되는 빛을 효율적으로 조사되도록 하기 위하여는 일체적으로 배치되는 것이 바람직하다. 여기서, 광원부와 약제수납부는 분리불가능한 태양으로 일체적으로 배치 또는 접속될 수 있고, 분리가능한 태양으로 일체적으로 배치 또는 접속될 수도 있다. 광원부와 약제수납부가 분리가능한 태양으로 일체적으로 배치 또는 접속되는 경우에는, 약제수납부는 교환 가능한 카트리지일 수 있다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치에 있어서, 광원부와 약제수납부와의 위치관계는 특별히 한정되지 않고, 광원부는 약제수납부의 상방, 하방, 측방 등 다양하게 배치될 수 있다. 바람직하게는, 약제수납부는 광원부의 상방에 배치된다.
본 발명에서 사용되는 약제수납부는, 내부와 외부를 공기가 이동할 수 있도록 1 또는 복수의 개구부가 구비되는 한, 그 소재나 구조에 있어서 한정되지 않는다. 예를 들면, 약제수납부(특히, 약제수납부 중, 광원부로부터 빛이 직접 조사되는 면)의 소재를 공지의 광투과성 소재로 함으로써, 광원부로부터 조사되는 빛을 약제수납부 내부의 약제로 조사되도록 할 수 있다. 바람직하게는, 약제수납부의 소재를 실질적으로 가시영역의 빛을 투과시키는 수지제로 함으로써, 광원부로부터 발생된 빛이 수지에 흡수되지 않고 약제수납부 내부의 약제로 조사된다. 본 명세서에서, 실직적으로 가시영역 파장의 빛을 투과시키는 수지는, 예를 들면, 조사된 가시영역 파장 빛의 80% 이상을 투과시키는 수지일 수 있고, 바람직하게는 조사된 가시영역 파장 빛의 90% 이상을 투과시키는 수지일 수 있으며, 보다 바람직하게는 조사된 가시영역 파장 빛의 95% 이상을 투과시키는 수지일 수 있다. 구제적으로는, 약제수납부 중 광원부로부터의 빛이 직접 조사되는 면의 소재로서 아크릴판이나 투명 염화비닐판을 사용할 수 있으나, 특별히 이에 한정되지 않는다.
또한, 예를 들면, 약제수납부를 수납물이 흘러 넘치지 않을 정도의 그물코를 갖는 그물판에 의해 구성할 수 있다. 이와 같은 구성에 의하면, 약제수납부 외부의 공기가 약제수납부 내부와 외부를 이동할 수 있어, 광원부로부터 발생된 빛은 그물코를 통해 약제수납부 내부의 약제에 조사된다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치에 있어서, 약제수납부에 수납된 약제에 공기를 보내기 위한 송풍부는, 예를 들면, 팬 또는 공기펌프일 수 있으나, 팬인 것이 바람직하다. 이러한 송풍부를 구비함으로써 약제수납부 내부의 약제에 보다 많은 공기를 공급할 수 있다. 약제에 보다 많은 공기가 공급됨으로써 고형의 아염소산염을 포함하는 약제와 공기 중의 수분(수증기)의 접촉빈도가 높아지기 때문에 빛이 조사된 고형의 아염소산염으로부터 이산화염소가 발생하기 쉬워진다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 장치의 외부로부터 내부로 공기를 도입하기 위한 송풍부, 또는 장치의 내부로부터 외부로 공기를 방출하기 위한 송풍부 중 어느 하나를 구비할 수 있고, 둘다 구비할 수도 있다.
상술한 특징을 갖는 본 발명의 장치는, 이산화염소 발생 장치에 사용되는 이산화염소 발생용 유닛으로 구성될 수 있다. 본 발명의 이산화염소 발생용 유닛은 소형이기 때문에, 이산화염소의 발생을 목적으로 하는 다양한 장치에 설치할 수 있다.
본 발명의 이산화염소 발생용 유닛을 설치한 이산화염소 발생 장치의 일 실시예에 있어서는, 상기 약제수납부 자체, 혹은 상기 약제수납부 내부의 약제를 교환할 수 있도록, 상기 장치가 개폐 가능하도록 구성될 수 있다. 또한, 이산화염소 발생용 유닛의 약제수납부를 교환 가능한 카트리지로 할 수 있다. 이러한 구성을 가짐으로써, 장치 자체를 폐기하지 않고 새로운 약제를 도입하여 연속적으로 이산화염소를 발생시킬 수 있기 때문에, 환경적인 면에서도 경제적인 면에서도 우수하다.
본 발명에서 사용되는 아염소산염으로는, 예를 들면, 아염소산 알칼리 금속염이나, 아염소산 알칼리 토류 금속염을 들 수 있다. 아염소산 알칼리 금속염으로는, 예를 들면, 아염소산 나트륨, 아염소산 칼륨, 아염소산 리튬을 들 수 있고, 아염소산 알칼리 토류 금속염으로는 아염소산 칼슘, 아염소산 마그네슘, 아염소산 바륨을 들 수 있다. 그 중에서도, 입수가 용이하다는 점에서 아염소산 나트륨, 아염소산 칼륨이 바람직하고, 아염소산 나트륨이 가장 바람직하다. 이들 아염소산염은 1종을 단독으로 사용할 수 있고, 2종 이상을 병용하여도 무방하다.
본 발명의 '고형의 아염소산염, 및 금속촉매 또는 금속산화물 촉매를 포함하는 약제'에 포함되는 아염소산염의 비율은 3w/w%~15w/w% 일 수 있고, 바람직하게는 5w/w%~12w/w% 일 수 있다. '고형의 아염소산염, 및 금속촉매 또는 금속산화물 촉매를 포함하는 약제'에 포함되는 아염소산염의 비율이 3w/w% 미만이면 충분한 반응이 일어나지 않아, 이산화염소의 발생이 매우 어려워지고, 15w/w% 를 초과하면 과잉반응이 일어날 수 있기 때문에, 취급상의 위험성이 높아질 가능성이 있다.
본 발명에서 사용되는 고형의 아염소산염은 고형상태로 있는 아염소산염을 말한다. 이와 같은 고형의 아염소산염으로서, 분상이나 입상의 아염소산염을 그대로 사용할 수 있고, 또한, 분상이나 입상의 아염소산염을 적합한 무기질담체와 혼합한 것, 그리고, 아염소산염의 수용액을 적합한 무기질담체에 혼합하여 필요에 따라 건조시켜 고형으로 한 아염소산염을 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 고형의 아염소산염은 어떠한 입자직경을 사용하여도 되나, 특히 평균 입자직경이 1mm~3mm인 것을 바람직하게 사용할 수 있다. 일반적으로는, 고형의 아염소산염을 이산화염소의 발생원으로 하는 경우, 평균 입자직경이 5mm 이상인 고형의 아염소산염을 사용하는 경우가 많다. 그러나, 평균 입자직경이 1mm~3mm인 소형의 고형 아염소산염을 사용함으로써, 카트리지 내의 약제에 포함되는 다공성 물질에 아염소산염이 파고들어, 이온반응이 촉진된다. 또한, 다공성 물징에 아염소산염이 파고듬으로써. 다공질에 이산화염소가 들어가는 것을 방지하여, 장치의 전원을 Off(즉, 공기의 공급과 빛의 조사를 정지)로 한 후까지 이산화염소가 계속 방출되는 것을 방지할 수 있다. 이들 효과에 의해, 장치의 전원을 On(즉, 공기의 공급과 빛의 조사를 개시)으로 함으로써, 빠르게 이산화염소의 방출이 개시되도록 할 수 있고, 장치의 전원을 Off(즉, 공기의 공급과 빛의 조사를 정지)함으로써, 빠르게 이산화염소의 방출이 정지되도록 할 수 있다.
또한, 본 명세서에서, 분상ㆍ입상(혹은 과립상)의 크기의 대략적인 크기는, 예를 들면, 분상은 평균 입자직경이 0.01mm~1mm 크기의 고형물을 말하고, 입상(혹은 과립상)은 평균 입자직경이 1mm~30mm 크기의 고형물을 말하나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서 아염소산염의 평균 입자직경은, 예를 들면, 광학현미경에 의해 사용되는 아염소산염의 입자직경을 측정하고, 총계처리를 행하여 평균값과 표준편차를 계산함으로써 산출할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 금속촉매 또는 금속산화물 촉매로는, 예를 들면, 팔라듐, 루비듐, 니켈, 티탄, 이산화티탄을 들 수 있다. 이들 중, 특히 이산화티탄이 바람직하게 사용된다. 또한, 이산화티탄은 단순히 산화티탄 또는 티타니아라 불리는 경우도 있다.
본 발명에서 사용되는 금속촉매 또는 금속산화물 촉매는 분상 또는 입상 등, 다양한 형태의 것이 사용될 수 있으나, 특히 입상인 것이 바람직하다.
본 발명의 '고형의 아염소산염, 및 금속촉매 또는 금속산화물 촉매를 포함하는 약제'에 포함되는 금속촉매 또는 금속산화물 촉매의 비율은 5w/w%~50w/w% 일 수 있고, 바람직하게는 10w/w%~30w/w% 일 수 있다. '고형의 아염소산염, 및 금속촉매 또는 금속산화물 촉매를 포함하는 약제'에 포함되는 금속촉매 또는 금속산화물 촉매의 비율이 5w/w% 미만이면 충분한 이온화 반응이 일어나지 않고, 50w/w%를 초과하면 이온화 반응이 과잉으로 일어나, 반응을 제어하기 어려워진다.
본 발명의 '고형의 아염소산염 및, 금속촉매 또는 금속산화물 촉매를 포함하는 약제'에 포함되는 고형의 아염소산염과 금속촉매 또는 금속산화물 촉매와의 배합비율은 특별히 한정되지 않으나, 이산화염소 방출의 제어성의 관점에서 보면, 고형의 아염소산염:금속촉매 또는 금속산화물 촉매=2:1~5:3(중량비)인 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, '고형의 아염소산염, 및 금속촉매 또는 금속산화물 촉매를 포함하는 약제'에는, 분상이나 입상의 무기물질이 추가로 포함될 수 있다. 무기물질으로는, 예를 들면, 다공성 물질(예를 들면, 세피올라이트, 제올라이트, 몬모릴로나이트, 실리카겔, 베이나이트, 아파타이트)을 사용할 수 있다. 다공성 물질과 소정 입경의 아염소산염을 혼합시켜 사용함으로써, 카트리지 내에서의 이온반응을 촉진시킬 수 있고, 본 발명의 장치로부터 방출되는 이산화염소의 제어성을 조절할 수 있다.
또한, 본 발명에서 사용할 수 있는 다른 무기물질로는, 예를 들면, 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화알루미늄 등의 조해성 물질을 들 수 있다. 이들은 주위 공기 중에 존재하는 수분을 적극적으로 도입할 수 있어, 아염소산염(고형)의 주변의 습도를 높이기 때문에 이산화염소를 고효율 및 안정적으로 발생시킬 수 있다. 이들 무기물질은 복수를 동시에 사용할 수 있다. 예를 들면, 다공성 물질과 조해성 물질을 병용할 수 있다.
본 발명에 있어서, '고형의 아염소산염, 및 금속촉매 또는 금속산화물 촉매를 포함하는 약제'에는, 수산화물이 추가로 포함될 수 있다. 약제에 수산화물을 가함으로써, 약제의 pH를 조정할 수 있어, 약제 자체의 안정성을 높이고 빛의 조사를 행하지 않는 보관시 등에서의 불필요한 이산화염소의 방출을 억제할 수 있다. 이와 같은 수산화물의 예로는, 수산화나트륨, 수산화세슘, 수산화리튬, 수산화칼륨, 수산화루비듐을 들 수 있고, 이들 중 몇을 혼합하여 사용할 수 있다. 이들 수산화물은 수산화물 이온으로 결정화된 물질로서 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 '고형의 아염소산염, 및 금속촉매 또는 금속산화물 촉매를 포함하는 약제'에 포함되는 수산화물의 비율은 1w/w%~6w/w% 일 수 있고, 바람직하게는 1w/w%~4w/w% 일 수 있다.
이산화염소의 발생효율로 본다면, 분상이나 입상의 아염소산염 주면의 습도는 일반적으로 높을수록 좋다고 할 수 있다. 하지만, 물이 응축되면 전기계통으로의 영향을 주는 것이 고려되기 때문에, 본 발명의 장치 내부의 상대습도는 20%~99% 인 것이 바람직하다. 또한, 상술한 무기물질이 염화칼슘, 염화마그네슘, 염화알루미늄 등의 조해성 물질이라면, 주위 공기 중에 존재하는 수분을 적극적으로 도입하는 것이 가능하여, 아염소산염 주변의 습도를 높이기 때문에 이산화염소를 고효율 및 안정적으로 발생시킬 수 있다. 또한, 장치 내부에 팬을 사용하는 경우, 팬의 동작에 의하여도 내부 공기와 외부 공기의 교환이 촉진된다. 그리고, 공기 중의 수분을 응축하여 포집하는 펠티에 소자(펠티에 효과)를 이용할 수도 있다(수증기의 침입이나 결로가 발생하는 펠티에 소자의 결점을 역이용하여 습도 상승 작용을 하도록 할 수 있다).
그 외, 다음과 같은 수단을 강구할 수 있다.
1) 장치 본체 내부의 습도를 계측하는 습도계를 설치하여, 수분량을 감시하면서 펠티에 소자에 의해 습도를 컨트롤 할 수 있다.
2) 장치 본체 내부의 이산화염소 농도 혹은 장치의 개구부로부터 방출되는 이산화염소를 계측하는 가스센서를 설치하여, 이산화염소의 발생량을 감시하면서 광원의 On, Off에 의해 이산화염소 가스 농도를 컨트롤 할 수 있다.
3) 아염소산염과, 금속촉매 또는 금속산화물 촉매를 별개로 취급하지 않고, 양쪽을 미리 혼합하여 태블릿 형태로 형성한 것을 사용할 수 있다.
4) 고형의 아염소산염과 공기 중의 수분(수증기)와의 접촉효율을 높이기 위하여, 또한, 빛이 조사되는 약제의 부분이 장시간 동일한 경우, 이산화염소 발생량이 저하되는 경향이 있으나, 빛이 약제에 닿는 장소를 바꾸어 이산화염소 발생량이 저하되는 것을 억제할 목적으로 약제수납부에서 약제수납공간을 교반하는 장치를 설치하여, 고형의 아염소산염을 약제수납부 내부에서 교반할 수 있다. 혹은, 약제수납부를 흔들어서 고형의 아염소산염을 약제수납부 내부에서 교반하는 방법을 취할 수도 있다. 약제수납부 자체를 흔드는 방법으로는, 예를 들면 소형모터(회전축을 편심시킨 모터)를 사용한 진동장치(바이브레이션)나, 모터(회전장치)에 의해 약제수납부 자체를 정기적으로 혹은 부정기적으로 회전시키거나, 움직이도록 하는 장치를 설치할 수 있다. 혹은, 약제수납부를 장치 자체 내부에서 정기적으로 상하 반전되도록 뒤집는 장치를 구비할 수 있다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 특정의 실시태양을 설명하기 위하여 사용되는 것이며, 발명을 한정하는 의도가 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 '포함하는'이라는 용어는, 문맥상 명백하게 달리 이해하여야 할 경우를 제외하고는, 기재된 사항(부재, 스텝, 요소 또는 숫자 등)이 존재하는 것을 의도하는 것으로서, 그 이외의 사항(부재, 스텝, 요소 또는 숫자 등)이 존재하는 것을 배제하지 않는다.
달리 정의되지 않는 한, 여기서 사용되는 모든 용어(기술용어 및 과학용어를 포함)는, 본 발명이 속하는 기술의 당업자에 의해 널리 이해되는 것과 같은 의미를 갖는다. 여기서 사용되는 용어는, 정의가 달리 명시되지 않는 한, 본 명세서 및 관련기술분야에서의 의미와 정합적인 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 이상화 되거나, 또는 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니된다.
본 발명의 실시태양은 모식도를 참조하여 설명되는 경우가 있으나, 모식도인 경우, 설명을 명확하게 하기 위하여 과장되어 표현되는 경우가 있다.
본 명세서에서, 예를 들면, '1~10w/w'로 표현된 경우, 당업자는 당해 표현이 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 또는 10w/w% 를 개별구체적으로 가리키는 것으로 이해한다.
본 명세서에서, 성분함유량이나 수치범위를 나타내는 데에 사용되는 일체의 수치는, 특별히 명시되지 않은 한, 용어 '약'의 의미를 포함하는 것으로 해석된다. 예를 들면, '10배'는 특별히 명시되지 않은 한 '약 10배'를 의미하는 것으로 해석된다.
본 명세서에서 인용되는 문헌은, 그들의 모든 개시가 본 명세서에 원용되는 것으로 보아야 하며, 당업자는 본 명세서의 문맥에 따라, 본 발명의 정신 및 범위를 일탈하지 않고, 그 선행기술문헌들에서 관련된 개시내용을 본 명세서의 일부로서 원용하여 이해한다.
이하에서, 본 발명을 실시예를 참조하여, 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명은 다양한 태양에 의해 구체화 할 수 있고, 여기에 기재되는 실시예에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
실시예
제조예 1: 이산화염소 발생 장치
도 1은, 본 발명의 일 실시형태인, 이산화염소 발생 장치(10)의 내부 구조를 나타낸 종단면도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 이산화염소 발생 장치(10)는 약제수납부(11) 및 가시영역의 빛을 발생시키는 광원부(LED 칩(12) 및 조작기판(13))를 구비한다. 약제수납부(11)는 내부에 고형의 아염소산염, 및 금속촉매 또는 금속산화물 촉매를 포함하는 약제(14)를 포함한다. 약제수납부(11)는 내부와 외부를 공기가 이동할 수 있도록, 개구부(16)를 구비한다. 이산화염소 발생 장치(10)는 장치 외부의 공기를 장치 내로 도입하기 위한 튜브(15)를 구비한다.
튜브(15)로부터 도입된 공기는 개구부(16)를 통하여 약제수납부(11) 내부로 공급된다. 공급된 공기 중에 포함된 수증기는 약제(14) 중의 아염소산염으로 들어간다. 광원부로부터 발생한 가시영역의 빛은 약제수납부(11)의 저면을 투과하여 약제수납부(11) 내부에 존재하는 약제(14)에 조사된다. 수증기를 포함한 아염소산염은 조사된 빛과 반응하여 이산화염소를 발생시킨다. 아염소산염과 함께 약제(14)에 포함되는 금속촉매 또는 금속산화물 촉매는 가시영역의 빛이 조사됨으로써, 아염소산염으로부터 이산화염소가 발생하는 반응을 촉진한다. 발생한 이산화염소는 개구부(16)를 통하여 외부로 배출된다.
제조예 2: 이산화염소 발생 장치 및 이산화염소 발생용 유닛
도 2는, 본 발명의 일 실시형태인 이산화염소 발생 장치(20)의 내부 구조를 나타내는 종단면도이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 이산화염소 발생 장치(20)는, 본 발명의 일 실시형태인 이산화염소 발생용 유닛(21)을 내부에 구비한다. 이산화염소 발생 장치(20)의 장치 본체(22)는 장치 외부의 공기를 장치 내부로 도입하기 위한 공기 공급구(23) 및 장치 내부의 공기를 장치 외부로 배출하기 위한 공기 배출구(25)를 구비한다. 추가로, 이산화염소 발생 장치(20)는, 장치 내부로 공기를 효율적으로 도입하기 위하여 팬(24)을 내부에 구비한다.
팬(24)의 구동에 의해 공기 공급구(23)로부터 장치 본체(22)의 내부로 공기가 도입된다. 도입된 공기는 장치 내부에 설치된 이산화염소 발생용 유닛(21)을 통과하여 공기 배출구(25)로부터 배출된다. 이산화염소 발생용 유닛(21)에서는 제조예 1과 같은 기구에서 이산화염소가 발생하기 때문에, 공기 배출구(25)로부터 배출되는 공기에는 이산화염소가 포함된다.
시험예 1: 조사하는 빛의 파장에 따른 이산화염소 발생량의 변화
10wt% 아염소산 나트륨 수용액 70g를 100g의 세피올라이트에 분무흡착시켜 건조시킨 후, 추가로 10wt% 수산화나트륨 수용액 20g를 분무흡착시켜 건조시켰다. 여기에, 티탄 분말에 소성처리를 실시하여 조제한 분상의 이산화티탄 20g을 혼합하여 공시약제로 하였다.
제조예 1에 기재된 이산화염소 발생 장치 중의 약제수납부에 상기한 약제를 격납하였다. 약제수납부의 개구부로부터 1L/min으로 약제수납부 내에 공기를 도입하고, LED 칩으로부터 약제수납부 내의 약제에 대하여 빛을 조사하였다. LED 칩으로부터 조사하는 빛의 파장을 80nm~430nm 까지 2nm씩 변화시켜 이산화염소 발생 장치로부터 배출된 공기에 포함된 이산화염소 농도 및 오존 농도를 측정하였다. 그 결과를 도 3 및 도 4에 나타내었다. 또한, 본 시험예에서는, 주파수 카운터(MCA3000, Tektronix 사), 스펙트럼ㆍ애널라이저(BSA, Agilent Technologies 사), 파장 스위프 광원(TSL-510, Santec 사), 자외선 적산 광량계(UIT-250, Ushio 전기 사), 및 자외선 적산 광량계 수광기(VUV-S172, UVD-C405, Ushio 전기 사)를 사용하였다.
도 3은, 다양한 빛 파장에서, 공기 중의 이산화염소 농도 및 오존 농도의 실측값을 나타낸 그래프이고, 도 4는, 상기 측정값 중 자외영역(80nm~358nm)에서 측정값의 평균값과 가시영역(360nm~430nm)에서 측정값의 평균값을 비교한 그래프이다. 또한, 도 4에서, 자외영역 및 가시영역에서의 이산화염소 측정값의 평균값은 각각 약 2.25ppm, 약 4.87ppm이고, 자외영역 및 가시영역에서의 오존 측정값의 평균값은 각각 약 7.04ppm, 약 3.04ppm 이었다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 약제에 조사하는 빛의 파장을 자외영역으로부터 가시영역에 걸쳐 이동시키면, 공기 중의 오존 농도는 자외영역에서 최대가 되고, 자외영역으로부터 가시영역에 걸쳐 감소해 가는 것으로 나타났다. 한편, 놀랍게도 공기 중의 이산화염소 농도는 자외영역으로부터 가시영역에 걸쳐 상승해 가는 것으로 나타났다. 이 결과로부터, 당업라자면 본 발명에서 바람직하게 사용되는 파장의 범위는, 본 시험예의 측정범위의 상한인 430nm 를 넘어, 예를 들면 적어도 450nm 정도의 파장에서도 문제없이 사용 가능함을 이해할 수 있다.
또한, 도 4에 나타낸 바와 같이, 자외영역과 가시영역에 있어서, 공기 중의 오존 농도 및 이산화염소 농도 각각의 평균값을 비교하면, 오존 농도는 자외영역으로부터 가시영역에 걸쳐 약 43% 까지 감소한 반면, 이산화염소 농도는 자외영역으로부터 가시영역에 걸쳐 약 213% 까지 상승하였다.
즉, 고형의 아염소산염, 및 금속촉매 또는 금속산화물 촉매의 혼합물에 대하여 가시영역의 빛을 조사함으로써, 자외영역의 빛을 조사하는 것보다 매우 효율적으로 이산화염소를 발생시킬 수 있음을 알았다.
시험예 2: 촉매의 형상에 따른 이산화염소 발생량의 변화
본 시험예에서 사용되는 샘플 1은, 입상의 이산화티탄(티탄을 소성처리하여 제조한 것)을 사용한 것 이외에는 시험예 1과 같은 방법으로 약제를 조제하였다. 본 시험예에서 사용되는 샘플 2 및 샘플 3은, 시험예 1과 같은 방법으로 약제를 조제하였다.
상기한 방법에 따라 제조한 약제(샘플 1~3)를 각각 제조예 1에 기재된 이산화염소 발생 장치의 약제수납부에 격납하였다. 샘플 1 및 샘플 2에 대하여는 약제수납부의 개구부로부터 1L/min 으로 장치 내에 공기를 도입하고, 광원부의 LED 칩으로부터 405nm의 빛을 조사하였다. 샘플 3에 대하여는 약제수납부의 개구부로부터 1L/min 으로 장치 내에 공기를 도입하기만 하고, 빛은 조사하지 않았다. 조사 개시로부터 11시간 후까지, 장치로부터 배출된 공기에 포함된 이산화염소 농도를 측정하였다. 샘플 1~3 각각에 대한 측정결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 이상화염소 발생장치를 사용하면, 샘플 1~3의 어느 것에서도, 저농도의 이산화염소를 매우 장시간에 걸쳐서 지속적으로 방출시킬 수 있음을 알았다. 또한, 놀랍게도, 약제 중에 입상의 이산화티탄을 혼합한 경우(샘플 1)가, 약제 중에 분상의 이산화티탄을 혼합한 경우(샘플 2)에 비하여, 보다 효율적으로 이산화염소를 발생시킬 수 있음을 알 수 있었다.
시험예 3: 이산화염소 발생의 제어성
시험예 1과 같은 방법으로 약제를 제조하여, 제조예 1에 기재된 이산화염소 발생 장치의 약제수납부에 격납하였다.
본 발명의 이산화염소 발생 장치에 있어서, 전원을 On/Off로 한 경우(즉, LED 칩으로부터의 빛의 조사, 및 장치로의 공기 공급을 On/Off로 한 경우)의 이산화염소 발생량의 변화를 측정하였다. 그 결과를 도 6에 나타내었다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 전원을 On으로 하면 즉각 이산화염소의 발생이 개시되고, 전원을 Off로 하면 즉각 이산화염소의 발생이 멈추는 것을 알 수 있었다. 또한, 전원을 On으로 할 때 너무 급격하게 이산화염소 농도가 상승하는 현상도 관찰되지 않았다. 즉, 본 발명의 이산화염소 발생 장치는, 이산화염소의 발생에 대하여 높은 제어성을 구비함을 알 수 있었다.
10: 이산화염소 발생 장치
11: 약제수납부
12: LED 칩
13: 조작기판
14: 약제
15: 튜브
16: 개구부
20: 이산화염소 발생 장치
21: 이산화염소 발생용 유닛
22: 장치 본체
23: 공기 공급구
24: 팬
25: 공기 배출구

Claims (19)

  1. 이산화염소 발생 장치로서,
    상기 장치는, 광원부 및 약제수납부를 구비하고,
    상기 광원부는, 실질적으로 가시영역의 파장으로 이루어지는 빛을 발생시키기 위한 것이며,
    상기 약제수납부에는, 고형의 아염소산염, 및 이산화티탄을 포함하는 약제가 수납되고,
    상기 약제수납부에는, 내부와 외부를 공기가 이동할 수 있도록, 1 또는 복수의 개구부가 구비되며,
    상기 약제수납부의 내부에 존재하는 상기 약제가 상기 광원부로부터 발생되는 상기 빛에 의해 조사됨으로써 이산화염소 가스가 발생하고,
    상기 이산화티탄이 1 mm 내지 30 mm의 평균 입자 직경을 갖는 입상의 것이고,
    상기 약제에 포함되는 이산화티탄의 비율은 5 w/w% 내지 30 w/w%이고,
    상기 가시영역의 파장으로 이루어지는 빛이 360 nm 내지 450 nm의 파장의 빛인 것을 특징으로 하는,
    이산화염소 발생 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 약제수납부와 상기 광원부가 일체적으로 배치되는 것을 특징으로 하는,
    이산화염소 발생 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 약제수납부가 상기 광원부의 상방에 배치되는 것을 특징으로 하는,
    이산화염소 발생 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 약제수납부의 적어도 저면은, 실질적으로 가시영역의 파장으로 이루어지는 빛을 투과시키는 수지제인 것을 특징으로 하는,
    이산화염소 발생 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 약제수납부에 수납된 약제에 공기를 보내기 위한 송풍부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는,
    이산화염소 발생 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 송풍부가, 상기 이산화염소 발생 장치의 외부로부터 내부로 공기를 도입하기 위한 팬, 또는 상기 이산화염소 발생 장치의 내부로부터 외부로 공기를 방출하기 위한 팬인 것을 특징으로 하는,
    이산화염소 발생 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 약제수납부의 하방에 상기 송풍부가 배치되는 것을 특징으로 하는,
    이산화염소 발생 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 약제수납부의 개구부 중 적어도 1개는 상기 약제수납부의 측면에 존재하고,
    상기 송풍부로부터 보내진 공기는 적어도 부분적으로는 상기 약제수납부의 측면에 존재하는 개구부를 통하여 약제로 보내지는 것을 특징으로 하는,
    이산화염소 발생 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 광원부가, 램프, 또는 칩을 구비하는 것을 특징으로 하는,
    이산화염소 발생 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 칩이 LED 칩인 것을 특징으로 하는,
    이산화염소 발생 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 고형의 아염소산염이, 입상이고, 당해 입자의 평균 입자 직경이 1 mm 내지 3 mm의 범위인 것을 특징으로 하는,
    이산화염소 발생 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 고형의 아염소산염이 입상이며,
    상기 약제 중, 상기 고형의 아염소산염과 상기 이산화티탄과의 혼합비율이, 중량비로 2:1 내지 5:3 사이의 범위인 것을 특징으로 하는,
    이산화염소 발생 장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 약제수납부는, 교환 가능한 카트리지인 것을 특징으로 하는,
    이산화염소 발생 장치.
  14. 이산화염소 발생 장치에 사용되는 이산화염소 발생용 유닛으로서,
    상기 유닛은,
    광원부 및 약제수납부를 구비하고,
    상기 광원부는, 실질적으로 가시영역의 파장으로 이루어지는 빛을 발생시키기 위한 것이며,
    상기 약제수납부에는, 고형의 아염소산염, 및 이산화티탄을 포함하는 약제가 수납되고,
    상기 약제수납부에는, 내부와 외부를 공기가 이동할 수 있도록, 1 또는 복수의 개구부가 구비되며,
    상기 약제수납부와 상기 광원부는 일체적으로 접속되고,
    상기 이산화티탄이 1 mm 내지 30 mm의 평균 입자 직경을 갖는 입상의 것이고,
    상기 약제에 포함되는 이산화티탄의 비율은 5 w/w% 내지 30 w/w%이고,
    상기 가시영역의 파장으로 이루어지는 빛이 360 nm 내지 450 nm의 파장의 빛인 것을 특징으로 하는,
    이산화염소 발생용 유닛.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 약제수납부는, 교환 가능한 카트리지인 것을 특징으로 하는,
    이산화염소 발생용 유닛.
  16. 이산화염소 발생 장치로서,
    제 14 항 또는 제 15 항에 따른 이산화염소 발생용 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는,
    이산화염소 발생 장치.
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