KR102371473B1 - 전해식의 이산화염소 가스 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이산화염소의 발생량이 정확하게 제어될 수 있는 이산화염소 발생 장치를 제공한다. 본 발명은 이산화염소 가스를 발생시키는 장치로서, 전해 챔버, 액면 레벨 측정 챔버, 및 버블링 가스 공급 장치가 구비된 장치를 제공한다. 전해 챔버와 액면 레벨 측정 챔버 각각은 전해액과 가스를 함유하며, 전해액은 아염소산염 수용액을 함유하고, 전해 챔버 및 액면 레벨 측정 챔버는 각각의 액면의 위에 위치된 가스관을 통해서 그리고 각각의 액면의 아래에 위치된 전해액 배관을 통해서 서로 연결되어서, 두 챔버 모두에 함유된 전해액의 높이가 기본적으로 동일하게 한다. 전해 챔버는 캐소드와 애노드를 포함하며, 상기 캐소드와 애노드는 스페이서에 고정되어 있고, 전해 챔버는, 전해 챔버의 외부로부터 전해 챔버 내의 전해액 내로 버블링하여 가스를 공급하기 위한, 전해액 내에 위치된 버블링 가스 공급 장치를 포함하며, 가스 공급 장치는 전해 챔버의 외부에 배열된 상기 버블링 가스 공급 장치에 배관을 통해서 연결되어 있고, 액면 레벨 측정 챔버는 액면 레벨을 측정하기 위한 수단을 포함한다.

Description

전해식의 이산화염소 가스 제조 장치{DEVICE FOR PRODUCING ELECTROLYTIC CHLORINE DIOXIDE GAS}
본 발명은 전해식의 이산화염소 가스 제조 장치에 관한 것이다.
이산화염소 가스는 낮은 농도(예컨대, 0.1 ppm 이하)에서는 동물 생체에 안전한 가스인 반면에, 그러한 낮은 농도에서도 미생물, 예컨대, 박테리아, 곰팡이 및 바이러스에 대한 불활성화 또는 소취와 같은 효과를 가지고 있는 것으로 공지되어 있다.
아염소산염을 포함하는 전해액을 전기분해함으로써 이산화염소를 제조하는 방법이 공지되어 있다(특허문헌 1). 그러나, 특허문헌 1에서 기재하고 있는 이산화염소 제조 방법에서, 전기분해가 계속적으로 수행되는 때에 전해액의 pH가 점진적으로 상승하기 때문에, 전해 효율(이산화염소의 발생 효율)이 감소되고, pH를 낮추기 위해서 산이 첨가되는 때에는 전해액의 저장 안정성이 손실되고 전해액이 시간이 지남에 따라서 열화되는 문제가 있었다. 이러한 문제를 해결시키기 위해서, 전기분해 동안에 전해액의 pH를 pH 4-8에서 유지시키면서 전기분해를 수행함으로써 이산화염소 가스를 발생시키는 방법이 제안되었다(특허문헌 2).
선행기술문헌
특허문헌 1: 일본 공개 미심사 특허출원공보 Hei 제9-279376호
특허문헌 2: WO 2009/154143호
발명의 요약
발명이 해결하고자 하는 과제
특허문헌 2에 기재된 이산화염소 가스 발생 방법은 통상의 이산화염소 가스의 발생 방법에 비해서 장기간 동안 고효율로 이산화염소 가스를 발생시킬 수 있다. 그러나, 본 발명자들은 비록 이산화염소 가스가 낮은 농도에서는 동물의 생체에 안전한 가스이지만, 고농도에서는 동물의 생체에 유해할 수 있으며, 그에 따라서, 상기 이산화염소 가스 발생 방법을 실용화하기 위해서는, 이산화염소의 발생량을 정확하게 제어할 수 있는 이산화염소 가스 제조 장치가 필요하다는 과제에 주목했다.
과제를 해결하기 위한 수단
종래의 전기분해 장치(예컨대, 특허문헌 2에 예시된 전기분해조)에 의한 이산화염소의 제조에서, 아염소산염을 포함하는 전해액이 전기분해되고, 이어서, 공기 및 불활성화된 가스 등을 전해액을 통해서 버블링함으로써 이산화염소 가스가 방출되지만, 전극에의 상기 기포의 부착에 의해서 전기분해 효율이 저하되고, 이산화염소의 발생량을 제어하기가 어려웠다. 또한, 전해액의 액면(liquid surface)이 상기 버블링(bubbling)으로 인해서 항상 계속해서 흔들리기 때문에, 액면 레벨을 정확하게 모니터링(monitoring)하는 것이 어려웠고, 그에 따라서, 전해액의 액량을 정확하게 제어하기가 어려웠다.
광범위한 예의 검토를 반복한 결과, 본 발명자들은 전기분해 장치를 하기 구성으로 함으로써 이산화염소의 발생량이 정확하게 제어될 수 있음을 발견하여 본 발명의 완성에 이르게 되었다.
달리 설명하면, 본 발명은 이산화염소 가스 제조 장치로서, 상기 장치가 전해 챔버, 액면 레벨 측정 챔버, 및 버블링 가스 공급 장치를 포함하고, 상기 전해 챔버 및 상기 액면 레벨 측정 챔버가 각각 전해액과 가스를 포함하고 있으며, 여기서, 전해액은 아염소산염 수용액을 포함하고, 상기 전해 챔버 및 상기 액면 레벨 측정 챔버가 각각의 액면의 위에서 가스 배관을 통해서 서로 연결되어 있고 각각의 액면의 아래에서 전해액 배관을 통해서 서로 연결되어서, 각각의 챔버에 함유된 전해액의 높이가 실질적으로 동일하게 되어 있으며, 상기 전해 챔버가 캐소드와 애노드를 포함하고, 여기서, 상기 캐소드 및 애노드가 스페이서(spacer)에 고정되어 있고, 상기 전해 챔버가 상기 전해 챔버 내의 전해액에 대해 전해 챔버의 외부로부터 가스를 버블링하여 가스를 공급하기 위해서 버블링 가스 공급부를 전해액 내에 포함하고, 여기서, 상기 버블링 가스 공급부가 배관을 통해서 상기 전해 챔버의 외부에 배치된 상기 버블링 가스 공급 장치에 연결되어 있고, 상기 액면 레벨 측정 챔버가 액면 레벨을 측정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치를 제공한다.
본 명세서에서 "버블링 가스 공급부"는 또한 버블링 가스 공급 장치로부터 공급된 가스를 배출시키는 부위이기 때문에, 이와 관련하여, "버블링 가스 배출부"로 일컬어질 수 있음을 주지해야 한다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 버블링 가스 공급부가 상기 스페이서의 아래에 배치되고, 상기 스페이서가, 그 하부에서, 버블링된 가스가 상기 캐소드 및 상기 애노드에 접근하는 것을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 스페이서가 상기 캐소드와 상기 애노드 사이를 소정의 간격으로 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 소정의 간격이 1 mm - 50 mm인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태는 액면 레벨을 측정하기 위한 상기 수단이 서로 길이가 다른 적어도 둘 이상의 전극들 및 상기 다른 전극들 사이의 전류를 측정함으로써 그 각각의 전극이 액면에 노출되는지를 확인하기 위한 장치를 포함하는 것을 측징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 제조 장치가 전해액 공급 탱크(electrolytic solution feed tank)를 추가로 포함하고 상기 전해 챔버가 전해액 공급관을 통해서 상기 전해액 공급 탱크에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 제조 장치가 전해액 배출 탱크를 추가로 포함하고, 상기 전해 챔버 및/또는 액면 레벨 측정 챔버가 액면의 아래에서 전해액 배출관을 통해서 상기 전해액 배출 탱크에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 제조 장치가 이산화염소 가스 송풍 팬(chlorine dioxide gas blower fan)을 추가로 포함하고, 상기 전해 챔버 및/또는 액면 레벨 측정 챔버가 액면의 위에서 이산화염소 가스 방출관을 통해서 상기 이산화염소 가스 송풍 팬에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 이산화염소 가스 제조 장치로서, 상기 장치가 전해 챔버, 액면 레벨 측정 챔버, 버블링 챔버(bubbling chamber) 및 버블링 가스 공급 장치를 포함하고, 상기 전해 챔버, 상기 액면 레벨 측정 챔버 및 상기 버블링 챔버가 전해액 및 가스(전해액 위에 있는 가스)의 각각을 포함하고, 여기서, 전해액은 아염소산염 수용액을 포함하고, 상기 전해 챔버, 상기 액면 레벨 측정 챔버 및 상기 버블링 챔버가 각각의 액면의 위에서 가스 배관을 통해서 서로 직접적으로 또는 간접적으로 연결되고 각각의 액면의 아래에서 전해액 배관을 통해서 서로 직접적으로 또는 간접적으로 연결되어서, 각각의 챔버에 함유된 전해액의 높이가 실질적으로 동일하게 하고, 상기 전해 챔버가 캐소드와 애노드를 포함하고, 여기서, 상기 캐소드와 애노드가 스페이서에 고정되고, 상기 버블링 챔버가 상기 버블링 챔버 내의 전해액에 대해 상기 버블링 챔버의 외부로부터 가스를 버블링하여 가스를 공급하기 위한 버블링 가스 공급부를 전해액 내에 포함하고, 여기서, 상기 버블링 가스 공급부가 배관을 통해서 상기 버블링 챔버의 외부에 배치된 상기 버블링 가스 공급 장치에 연결되어 있고, 상기 액면 레벨 측정 챔버가 액면 레벨을 측정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 제조 장치가 전해액 공급 탱크를 추가로 포함하고, 상기 전해 챔버가 전해액 공급관을 통해서 상기 전해액 공급 탱크에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 제조 장치가 전해액 배출 탱크를 추가로 포함하고, 상기 전해 챔버, 액면 레벨 측정 챔버, 및 상기 버블링 챔버 중 적어도 하나가 액면의 아래에서 전해액 배출관을 통해서 상기 전해액 배출 탱크에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 제조 장치가 이산화염소 가스 송풍 팬을 추가로 포함하고, 상기 전해 챔버, 액면 레벨 측정 챔버, 및 상기 버블링 챔버 중 적어도 하나가 액면의 위에서 이산화염소 가스 방출관을 통해서 상기 이산화염소 가스 송풍 팬에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태는 추가로 상기 전해 챔버가 상기 전해 챔버 내의 전해액에 대해 상기 전해 챔버의 외부로부터 가스를 버블링하여 가스를 공급하기 위한 버블링 가스 공급부를 전해액 내에 포함하고, 여기서, 상기 버블링 가스 공급부가 배관을 통해서 상기 전해 챔버의 외부에 배치된 상기 버블링 가스 공급 장치에 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 전해 챔버에 설치된 상기 버블링 가스 공급부가 상기 스페이서의 아래에 배치되고, 상기 스페이서가, 그 하부에서, 상기 전해 챔버에 설치된 상기 버블링 가스 공급부로부터 버블링된 가스가 상기 캐소드 및 상기 애노드에 접근하는 것을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시형태는 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 격막이 존재하지 않는 것을 특징으로 한다.
위에서 기재된 본 발명의 하나 이상의 특징의 임의의 조합의 발명이 또한 본 발명의 범위에 의해서 포함된다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태인 이산화염소 가스 제조 장치의 모식도를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태인 2-챔버(two-chamber)식의 이산화염소 가스 제조 장치의 모식도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태인 3-챔버(three-chamber)식의 이산화염소 가스 제조 장치의 모식도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태인 3-챔버식의 이산화염소 가스 제조 장치의 모식도를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시형태인 이산화염소 가스 제조 장치에 있는 스페이서의 모식도를 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시형태인 이산화염소 가스 제조 장치에 있는 스페이서의 모식도를 도시하고 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태인 이산화염소 가스 제조 장치에 있는 스페이서의 모식도를 도시하고 있다.
발명의 실시형태의 설명
본 발명의 이산화염소 가스 제조 장치는 실질적으로 이산화염소를 제조하기 위한 장치일 수 있으며, 이산화염소의 발생과 동시에 또 다른 물질을 발생시키는 것들을 배제하는 것으로 의도되지 않는다.
본 발명의 이산화염소 가스 제조 장치는 전해 챔버, 액면 레벨 측정 챔버, 및 버블링 가스 공급 장치를 포함하고, 버블링 챔버를 추가로 포함할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 이산화염소 가스 제조 장치는 전해 챔버와 액면 레벨 측정 챔버의 두 개의 챔버(chamber)를 포함하는 이산화염소 가스 제조 장치일 수 있거나, 전해 챔버, 액면 레벨 측정 챔버 및 버블링 챔버의 3개의 챔버를 포함하는 이산화염소 가스 제조 장치일 수 있다. 또한, 예를 들어, 전해 챔버, 액면 레벨 측정 챔버, 버블링 챔버, 및/또는 또 다른 용도를 위해서 사용되는 적어도 하나의 챔버가 추가로 추가되어 4개 이상의 챔버를 지니게 할 수 있다. 각각의 챔버는 전해액과 가스(전해액 위에 있는 가스)를 포함하고, 이들은 각각의 액면의 위에서 가스 배관을 통해서 서로 연결되고 각각의 액면의 아래에서 전해액 배관을 통해서 서로 연결되어서, 각각의 챔버에 함유된 전해액의 높이가 실질적으로 동일하게 한다. 전해 챔버, 액면 레벨 측정 챔버, 및 버블링 챔버를 포함한 3개 이상의 챔버를 포함하는 이산화염소 가스 제조 장치에서, 각각의 챔버의 연결 양태는 제한되지 않으며, 각각의 액면의 위에서 가스 배관을 통해서 서로 직접적으로 또는 간접적으로 연결되고 각각의 액면의 아래에서 전해액 배관을 통해서 서로 직접적으로 또는 간접적으로 연결되어서, 각각의 챔버에 함유된 전해액의 높이가 실질적으로 동일하게 할 수 있다. 각각의 챔버 내의 전해액 위에 존재하는 가스의 종류는 특별히 한정되지 않으며, 그것이 이산화염소 가스와 화학적으로 반응하지 않는 것이 바람직하다는 것을 주지해야 한다.
본 발명의 이산화염소 가스 제조 장치에서의 전해 챔버는 그것이 아염소산염을 포함하는 용액을 전기분해할 수 있는 한 특별히 한정되지 않으며, 그것은 바람직하게는 캐소드와 애노드를 포함하는 무격막의 전해 챔버이다. 본 명세서에서의 "무격막 전해 챔버"는 캐소드측의 전해액과 애노드측의 전해액이 격막에 의해서 분리되지 않는 일액형(one-solution)의 전해 챔버를 나타냄을 주지해야 한다.
공지된 통상의 것들이 전기분해를 위해서 사용되는 전극으로서 사용될 수 있고, 산소 가스의 발생을 최소로 유지하고 양호한 염소 가스 발생을 유지하며 이산화염소를 효율적으로 발생시킬 수 있는 전극이 바람직하게 사용된다. 예를 들어, 캐소드 재료는 티타늄, 스테인리스 강, 니켈, 니켈/크롬 합금 또는 다른 밸브 금속(valve metal)을 포함한다. 또한, 애노드 재료는 백금, 금, 팔라듐, 귀금속, 예컨대, 이리듐, 로듐, 또는 루테늄, 그라파이트, 그라파이트 펠트(graphite felt), 다층 그라파이트 천(multilayered graphite cloth), 그라파이트 직물(graphite textile fabric), 탄소, 또는 티타늄에 백금을 전기 도금한 백금-코팅된 재료, 밸브 금속, 예컨대, 티타늄, 탄탈, 니오브, 또는 지르코늄 등의 산화물로 구성된 전극을 포함하며, 전극 촉매를 코팅한 것들이 바람직하게 사용된다.
전극 면적을 크게 하고 전류 밀도를 작게 하는 것이 이산화염소를 효율적으로 발생시키는 것과 관련하여 바람직함을 주지해야 한다. 특히, 1A/dm2 이하가 바람직하고, 0.8A/dm2 이하가 더욱 바람직하고, 0.6A/dm2 이하가 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에서, 전해 전류 값은 전해 챔버의 캐소드와 애노드에 의해서 측정될 수 있다. 전기분해의 패러데이 법칙(Faraday's law)에 따르면, 전기분해 반응 동안의 이산화염소의 발생량 및 전해 전류 값은 항상 비례관계에 있다. 달리 설명하면, 전해 챔버에서의 전해 전류 값을 모니터링함으로써, 발생된 이산화염소의 양이 간접적으로 추정될 수 있다. 예를 들어, 전해 전류 값이 감소되는 때에는, 이산화염소의 발생량이 감소되는데, 그 이유는 전해액 중의 아염소산염이 전기분해에 의해서 소비되고 전해액 중의 아염소산염 농도가 저하되기 때문인 것으로 추정된다. 따라서, 이산화염소의 발생량의 개선은 새로운 전해액을 공급함으로써 시도될 수 있다.
본 발명의 이산화염소 가스 제조 장치에서 사용되는 전해액은 그것이 아염소산염을 포함하는 한 한정되지 않으며, 특히, 아염소산염, 알칼리 클로라이드 및 pH 조절제를 포함하는 것들이 바람직하게 사용된다.
본 발명에서 사용되는 아염소산염의 예는 알칼리 금속 아염소산염 또는 알칼리 토금속 아염소산염을 포함한다. 알칼리 금속 아염소산염의 예는 아염소산나트륨, 아염소산칼륨, 및 아염소산리튬을 포함하고, 알칼리 토금속 아염소산염은 아염소산칼슘, 아염소산마그네슘, 및 아염소산바륨을 포함한다. 이들 중에서, 용이한 이용성을 감안하여, 아염소산나트륨 및 아염소산칼륨이 바람직하고, 아염소산나트륨이 가장 바람직하다. 이들 알칼리 아염소산염은 단독으로 사용될 수 있거나 둘 이상이 조합으로 사용될 수 있다. 전해액 중의 알칼리 아염소산염의 비율은 바람직하게는 0.1중량% 내지 30중량%이다. 비율이 0.1중량% 미만인 경우에는, 전해액에 필요한 알칼리 아염소산염이 공급되지 않는 문제을 유발시킬 가능성이 있고, 비율이 30중량% 초과인 경우에는, 알칼리 아염소산염이 포화되고 결정이 용이하게 석출되는 문제를 유발시킬 가능성이 있다. 이산화염소의 발생 효율뿐만 아니라, 안전성 또는 안정성 등을 감안하면, 추가로 바람직한 범위는 1중량% 내지 10중량%이고, 더욱더 바람직한 범위는 1중량% 내지 3중량%이다.
본 발명에서 사용되는 알칼리 클로라이드(alkali chloride)의 예는 염화칼륨, 염화나트륨, 염화리튬, 및 염화칼슘 등을 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나, 하나 초과가 또한 조합으로 사용될 수 있다. 전해액 중의 알칼리 클로라이드의 비율은 바람직하게는 1중량% 이상이고, 더욱 바람직하게는 2중량% 이상(용해도 미만)이다. 비율이 1중량% 미만인 경우에는 염소 가스가 안정적으로 발생되지 않을 가능성이 있고, 이산화염소 발생에 문제를 초래할 것이다. 전해액 중의 알칼리 클로라이드의 농도를 증가시키는 것은 이산화염소를 효율적으로 발생시킬 수 있다는 면에서 바람직하지만, 농도가 용해도를 초과하는 때에는, 알칼리 클로라이드가 전해액에서 석출되고 악영향을 준다. 이러한 이유로, 전해액 중의 알칼리 클로라이드의 비율은 바람직하게는 20중량% 이하이다.
본 발명에서 사용되는 pH 조절제의 예는 시트르산, 푸마르산, 포름산, 락트산, 인산, 알칼리 인산이수소 염(예컨대, 나트륨 또는 칼륨 염), 디알칼리 인산수소 염(예컨대, 나트륨 또는 칼륨 염), 타르타르산, 및 부티르산 등을 포함한다. 이들은 단독으로 사용될 수 있거나, 둘 이상이 조합으로 사용될 수 있다. 전해액 중의 pH 조절제의 비율은 사용되는 산(이하 기재된 산성 물질)의 종류 또는 용해도 또는 전기분해에 의해서 정제되는 화합물의 용해도에 따라서 당업자에 의해서 적절히 조절될 수 있다. 달리 설명하면, 사용되는 산(이하 기재된 산성 물질)이 전기분해로부터 발생되는 알칼리 하이드록사이드를 어떻게 중화시키는지를 화학식으로부터 결정하고, 필요한 양을 결정에 사용된 화학식으로부터 계산하고, 그에 적절한 산의 양이 사용될 수 있다. 예를 들어, 산이 인산이수소칼륨(potassium dihydrogenphosphate)인 경우에, 양은 인산이수소칼륨 1.5 - 2.3중량% + 인산수소이칼륨(dipotassium hydrogenphosphate) 0.6 - 1.2중량%일 것이고, 산이 시트르산인 경우에는, 양은 시트르산 2.0 - 2.2중량% + 인산수소이칼륨 6.5 - 7.0중량%일 것이다.
본 발명의 이산화염소 가스 제조 장치에서, 전해액의 pH를 pH 4.0 - 9.0, 바람직하게는 pH 5.0 - 8.5, 더욱 바람직하게는 pH 5.8 - 8.0으로 유지시키면서 전기분해를 수행함으로써 이산화염소 가스가 가장 효율적으로 발생될 수 있다. 전해액의 pH가 4.0 이하(즉, 산성 조건하)인 상태에서는, 전기분해가 수행되지 않는 상태에서도 아염소산염과 산 사이의 화학 반응에 의해서 이산화염소가 발생될 것이고, 그에 따라서, 이산화염소의 발생의 제어가 어려울 것이다. 또한, 이산화염소가 전해액의 전기분해에 의해서 발생되어야 하는 때에, 아염소산염의 전기분해에 의한 하기 식(1) 및 알칼리 클로라이드의 전기분해에 의해서 야기되는 식(2)-(3)의 화학 반응에 의해서 이산화염소가 발생된다.
(1) ClO2 - -> ClO2 + e-
(2) 2Cl- -> Cl2 + 2e-
(3) 2ClO2 - + Cl2 -> 2ClO2 + 2Cl-
상기 식(2)-(3)의 반응 효율은 pH가 증가함에 따라서 감소할 것이기 때문에, 전해액의 pH가 9.0 이상인 상태에서 전기분해가 수행되는 때에는, 이산화염소의 발생 효율이 일반적으로 저하될 것이다.
본 발명의 이산화염소 가스 제조 장치에서 사용되는 전해액은 장치의 사용 전에 pH가 8.0 이상(바람직하게는 pH 9.0 이상)인 상태에서 저장되고, 장치의 사용 직전에 산성 물질을 첨가함으로써 전해액의 pH가 4.0 - 9.0로 되는 것이 바람직하다. pH가 8.0 이상(바람직하게는 pH 9.0 이상)인 상태에서 아염소산염을 포함하는 전해액을 저장함으로써, 전기분해가 수행되지 않는 때에 전해액에서의 산과의 아염소산염의 반응이 방지될 수 있으며, 이는 전해액 중의 아염소산염의 농도가 저하하는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 산성 물질의 예는 무기산, 예컨대, 염산, 황산, 아황산, 티오황산, 질산, 아질산, 요오드산, 인산, 알칼리 인산이수소 염(예컨대, 나트륨 및 칼륨 염), 아인산, 황산수소나트륨, 황산수소칼륨, 및 크롬산, 또는 유기산, 예컨대, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 락트산, 피루브산, 시트르산, 말산, 타르타르산, 글루콘산, 글리콜산, 푸마르산, 말론산, 말레산, 옥살산, 석신산, 아크릴산, 크로톤산, 옥살산 및 글루타르산을 포함한다. 전해액의 안정성 면에서, 무기산을 사용하는 것이 바람직하고, 인산염을 사용하는 것이 더욱 바람직하고, 인산이수소칼륨 염을 사용하는 것이 가장 바람직하다. 이들 산성 물질은 단독으로 사용될 수 있거나, 둘 이상이 조합으로 사용될 수 있다. 본 발명에서 사용되는 산성 물질은 고체 산성 물질 또는 수용액 상태의 산성 물질일 수 있고, 전해액 중의 불용성 잔류물을 회피하는 면에서, 수용액 상태의 산성 물질이 더욱 바람직하다.
본 발명의 이산화염소 가스 제조 장치는 전해액의 액면 레벨을 측정하기 위한 수단을 지니는 액면 레벨 측정 장치를 포함한다. 당업자에게는 잘 공지된 것들이 본 명세서에서의 "액면 레벨을 측정하기 위한 수단"을 위해서 사용될 수 있으며, 예를 들어, 그것은 서로 길이가 다른 적어도 둘 이상의 전극 및 상기 다른 전극들 사이의 전류를 측정함으로써 각각의 전극이 액면에 노출되어 있는지를 확인하기 위한 장치를 포함하는 수단일 수 있다. 전극이 액면에 노출되는 때에, 전류가 상기 전극을 통해서 더 이상 흐르지 않을 것이므로, 액면 레벨이 전극 아래에 있음을 인지할 수 있다. 액면 레벨을 검출하기 위해서 사용되는 전극의 수를 예를 들어, 3, 4, 또는 그 초과로 증가시킴으로써, 액면 레벨이 다단계-레벨에서 검출될 수 있고 액면 레벨의 정밀한 측정이 가능하다. 또한, 전해액의 액면 레벨을 정확하게 검출함으로써, 전해 챔버에 설치된 캐소드와 애노드가 전해액으로부터 노출되어 있는 상태가 방지될 수 있다.
본 명세서에서의 구절 "액면 레벨을 측정하는"이 때로는 "액면 레벨을 검출하는"을 의미하는 것으로 사용됨이 주지되어야 한다. 또한, 본 명세서에서의 용어 "액면 레벨 검출을 위한 전극"이 때로는 "액면 레벨 측정을 위한 전극"으로 일컬어진다.
본 발명의 이산화염소 가스 제조 장치는 버블링 가스 공급 장치를 포함한다. 버블링 가스 공급 장치는 배관을 통해서 전해액 중에 설치된 버블링 가스 공급부에 연결되고, 공기 또는 불활성화된 가스(예, 질소, 아르곤, 등)를 버블링 가스 공급부로부터 전해액 내로 공급한다. 전해 챔버에서의 전기분해에 의해서 발생된 이산화염소는 전해액에 즉각적으로 용해되지만, 상기 전해액 내로 공기 또는 불활성화된 가스를 버블링하여 이산화염소 가스로서 용이하게 방출될 수 있다. 또한, 버블링 가스 공급 장치로부터 공급된 버블링 가스의 단위 시간당 공기 흐름의 양(유속)을 조절함으로써, 이산화염소 가스로서 전해액으로부터 방출되는 이산화염소 가스의 양(가스 농도)이 조절될 수 있다. 예를 들어, 이산화염소 가스의 양이 증가되어야 하는 때에는, 이는 버블링 가스 공급 장치로부터 공급되는 버블링 가스의 유속을 증가시킴으로써 달성될 수 있고, 이산화염소 가스의 양이 감소되어야 하는 때에는, 이는 버블링 가스 공급 장치로부터 공급되는 버블링 가스의 유속을 감소시킴으로써 달성될 수 있다.
버블링 가스 공급 장치는 그것이 공기 또는 불활성화된 가스를 전해액 내로 공급하는 기능을 가지는 한 당업자에 의해서 임의로 선택될 수 있으며, 예를 들어, 공기 펌프일 수 있다.
버블링 가스 공급부가 액면 레벨 측정 챔버에 설치되면 버블링에 의한 액면의 흔들림과 액면 검출을 위한 전극의 채터링(chattering)으로 인해서 액면 레벨의 정확한 검출이 억제되기 때문에, 버블링 가스 공급부가 액면 레벨 측정 챔버가 아닌 곳에 설치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 이산화염소 가스 제조 장치는 전해 챔버와 액면 레벨 측정 챔버 외에 전해액의 버블링을 수행하기 위한 버블링 챔버를 포함할 수 있다. 버블링 챔버는 전기분해를 위한 캐소드와 애노드 또는 액면 레벨 검출을 위한 전극을 포함하지 않지만, 상기 버블링 챔버 내의 전해액에 대해 상기 버블링 챔버의 외부로부터 가스를 버블링하여 가스를 공급하기 위한 버블링 가스 공급부를 전해액 내에 포함하고, 상기 버블링 가스 공급부는 배관을 통해서 상기 버블링 챔버의 외부에 배치된 상기 버블링 가스 공급 장치에 연결되어 있다. 전해 챔버 및 액면 레벨 측정 챔버 외에 전해액의 버블링을 수행하는 버블링 챔버를 포함함으로써, 전해 챔버에서 캐소드 및/또는 애노드에의 기포의 부착으로 인한 전기분해의 억제가 방지되고, 버블링에 의해서 유발될 수 있는 전해액의 액면의 흔들림과 액면 레벨 검출을 위한 전극의 채터링의 영향이 액면 레벨 측정 챔버에서 회피되어서, 액면 레벨의 정확한 검출을 가능하게 한다.
본 발명의 장치가 버블링 챔버를 포함하는 때에도, 버블링 가스 공급 장치에 연결된 버블링 가스 공급부가 전해 챔버 내의 전해액 중에 추가로 설치될 수 있음을 주지해야 한다. 달리 설명하면, 버블링 가스 공급 장치에 연결된 버블링 가스 공급부가 버블링 챔버와 전해 챔버 둘 모두에 설치될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 각각의 챔버를 연결하는 가스 배관 및/또는 전해액 배관의 길이를 조절함으로써, 각각의 챔버의 위치 관계가 자유롭게 변경될 수 있다. 예를 들어, 버블링 챔버와 또 다른 챔버를 연결하는 가스 배관 및/또는 전해액 배관을 신장시킴으로써, 버블링 챔버에서의 버블링에 따른 액면의 흔들림 또는 전극의 진동의 다른 챔버로의 전송이 약화될 수 있다.
본 발명의 이산화염소 가스 제조 장치의 전해 챔버에 있는 캐소드 및 애노드는 스페이서(때로는 전극 고정기구로 일컬어짐)에 의해서 고정된다. 상기 스페이서는 캐소드와 애노드의 단락을 방지하기 위해서 애노드와 캐소드 사이에 소정의 간격을 유지시키고, 상기 "소정의 간격"은, 예를 들어, 1 mm - 50 mm, 바람직하게는 2 mm - 10 mm일 수 있다. 스페이서의 재료는 그것이 이산화염소에 의해서 부식되지 않으며 절연 성질을 지니는 물질인 한 당업자에 의해서 자유롭게 선택될 수 있고, 예를 들어, 염화 비닐, 불소 수지, 및 아크릴 등이 사용될 수 있다. 또한, 상기 스페이서는 전해조와 일체형으로 성형될 수 있다.
본 발명의 이산화염소 가스 제조 장치에서, 버블링 가스 공급부가 전해 챔버에 설치되는 때에, 상기 버블링 가스 공급부는 상기 스페이서의 아래에 배치되고, 상기 스페이서는, 그 하부에서, 버블링된 가스가 전해 챔버의 캐소드와 애노드에 접근하는 것을 방지하도록 구성된다. 이러한 방식으로 구성시킴으로써, 캐소드와 애노드에 부착하는 버블링 가스 공급부로부터 공급된 가스 기포에 의해서 유발되는 전기분해의 억제가 방지될 수 있다. 또한, 스페이서는 전해 챔버 내의 전해액의 흐름을 억제하지 않도록 구성되고, 예를 들어, 바람직하게는, 전해액이 공급되는 전해 챔버 내의 부위로부터 전해액이 배출되는 부위에 이르는 방향으로의 전해액의 흐름을 억제하지 않도록 구성된다. 이러한 방식에서, 전해액의 체류가 방지되고 캐소드와 애노드 근접부에서의 전해액의 흐름이 향상될 수 있다.
본 발명의 이산화염소 가스 제조 장치는 전해액을 전해 챔버에 공급하기 위한 전해액 공급 탱크를 포함할 수 있다. 전해액 공급 탱크는 전해액 공급관을 통해서 전해 챔버에 연결된다. 일 양태는 액체 공급 펌프에 의해서 전해액을 전해액 공급 탱크로부터 전해 챔버로 공급하는 구성을 취할 수 있다. 추가로, 상기 전해액 공급관 상에 적산 유량계를 설치함으로써, 전해액 공급 탱크로부터 전해 챔버로 공급된 전해액의 양이 또한 측정될 수 있다.
본 발명의 이산화염소 가스 제조 장치는 전기분해를 위해서 사용된 전해액을 배출시키기 위한 전해액 배출 탱크를 포함할 수 있다. 전해액 배출 탱크는 전해액 배출관을 통해서 전해액의 액면의 아래에서 전해 챔버, 액면 레벨 측정 챔버, 및/또는 버블링 챔버에 연결되어 있다. 일 양태는 액체 배출 펌프에 의해서 전해액을 전해 챔버, 액면 레벨 측정 챔버, 및/또는 버블링 챔버로부터 전해액 배출 탱크로 배출시키는 구성을 취할 수 있다. 추가로, 상기 전해액 배출관 상에 적산 유량계를 설치함으로써, 전해액 배출 탱크로 배출된 전해액의 양이 또한 측정될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 전기분해를 위한 전극에 의해서 측정된 전해 전류 값 및/또는 전기액 공급관 및 전해액 배출관 상에 설치된 적산 유량계에 의해서 측정된 적산 유량 값을 동시에 모니터링함으로써, 전기분해의 진행에 수반되는 전해 전류 값의 변동이 최소화되도록 공급 또는 배출되는 전해액의 양을 조절하는 시스템이 만들어질 수 있다. 예를 들어, 상기 시스템은 상기 전해 전류 값이 일정한 범위 내에 있도록 전해액을 공급하거나 배출시키는 양을 조절하는 프로그램을 이용하는 자동화된 제어 시스템일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시형태에서, 장치의 외부에 표시기(indicator)가 설치되고, 상기 표시기는 전기분해를 위한 전극에 의해서 측정된 전해 전류 값 및/또는 전해액 공급관 및 전해액 배출관 상에 설치된 적산 유량계에 의해서 측정된 전해액의 적산 유량 값을 표시할 수 있다.
본 발명의 이산화염소 가스 제조 장치는 장치에서 발생된 이산화염소 가스를 장치의 외부로 방출시키기 위한 이산화염소 가스 송풍 팬을 포함할 수 있다. 이산화염소 가스 송풍 팬은 이산화염소 가스 방출관을 통해서 전해액의 액면의 위에서 전해 챔버 및/또는 액면 레벨 측정 챔버에 연결된다. 이산화염소 가스 송풍 팬을 설치함으로써, 장치에서 발생되는 이산화염소 가스가 장치의 외부로 효율적으로 전송될 수 있고, 또한, 팬의 풍량을 조절함으로써, 장치의 외부로 전송된 이산화염소 가스의 양이 또한 조절될 수 있다. 예를 들어, 이산화염소 가스의 발생량이 비교적 많을 경우에는, 송풍 팬의 풍량이 강화되어 장치의 외부에서 이산화염소 가스를 더 멀리 확산되게 하고, 이산화염소 가스의 발생량이 비교적 적을 경우에는, 송풍 팬의 풍량이 약화되어 장치의 외부에서 이산화염소 가스를 필요 이상으로 확산되게 하는 것을 방지해서, 장치의 외부에서의 이산화염소 가스 농도가 일정한 범위 내에 있도록 조절하는 것을 가능하게 한다.
본 발명의 이산화염소 가스 제조 장치는 장치의 내부의 공간으로 누출되는 이산화염소 가스를 전해 챔버 등으로부터 효율적으로 흡착하고 포획하기 위한 활성탄 필터, 및 장치의 내부의 공간 내로 누출되는 상기 이산화염소 가스를 장치의 외부로 방출시키기 위한 공기 순환 팬을 포함할 수 있다. 공기 순환 팬은 본 발명의 이산화염소 가스 제조 장치 외부 프레임(device outer frame) 상에 설치되며, 활성탄 필터는 상기 공기 순환 팬과 함께 설치된다. 예를 들어, 상기 활성탄 필터를 통과한 공기가 공기 순환 팬을 통해서 장치의 외부로 배출되도록 하는 구성이 바람직하다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정의 실시형태를 기재하기 위해서 사용되고 있으며, 본 발명을 제한하고자 하는 것이 아니다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어 "포함하는"은, 달리 문맥에서 다르게 이해되어야 하는 것으로 명확하게 지시하지 않는 한, 기재된 사항(예컨대, 부재, 단계, 요소 또는 숫자)의 존재를 의미하고, 다른 사항(예컨대, 부재, 단계, 요소 및 숫자)의 존재를 배제하지 않는다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어(기술용어 및 과학용어를 포함함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서의 당업자에 의해서 광범위하게 인식되는 것들과 동일한 의미를 지닌다. 본 명세서에서 사용되는 용어는, 달리 명시적으로 정의되지 않는 한, 본 명세서 및 관련된 기술 분야에서의 의미와 일치하는 의미를 지니는 것으로 해석되어야 하며, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석되지 않아야 한다.
본 발명의 실시형태는 모식도를 참조로 하여 기재될 수 있다. 그러한 경우에, 모식도들은 명확한 설명을 가능하게 하기 위해서 과장되게 표현될 수 있다.
본 명세서에서, 예를 들어, "1-10중량%"로 표현된 경우에, 당업자는 상기 표현이 개별적으로 그리고 구체적으로 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10 중량%를 나타낸다는 것을 인식해야 한다.
본 명세서에서, 달리 명확하게 명시되지 않는 한, 성분 함량 또는 수치 값 범위를 표시하기 위해서 사용된 임의의 및 모든 수치 값은 용어 "약"의 의미를 포함하는 것으로 해석된다. 예를 들어, "10배"는, 달리 명시되지 않는 한, "약 10배"를 의미하는 것으로 이해된다.
본 명세서에서 인용된 문헌의 개시내용의 전부가 본 명세서에서 인용되는 것으로 여겨져야 하며, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 본 명세서의 문맥에 따라서 본 명세서의 일부로서 이들 선행 기술 문헌에서의 관련 개시 내용을 인용하고 이해할 것이다.
본 발명은 이제 실시예를 참조로 하여 추가로 상세히 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 다양한 양태에 의해서 구현될 수 있으며, 본 명세서에 기재된 실시예로 한정되는 것으로 해석되지 않아야 한다.
실시예
제조예 1: 이산화염소 가스 제조 장치
도 1은 본 발명의 일 실시형태인 이산화염소 가스 제조 장치의 내부 구조의 모식도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이산화염소 가스 제조 장치는 전해 챔버(2)와 액면 레벨 측정 챔버(3)를 포함하는 전해 챔버부(1)를 포함하며, 전해 챔버(2)와 액면 레벨 측정 챔버(3)는 전해 챔버부(1) 내의 전해액의 액면의 위에서 가스 배관(6)을 통해서 연결되어 있고, 전해액의 액면의 아래에서 전해액 배관(10)을 통해서 연결되어 있다. 전해 챔버(2)는 전기분해를 위한 애노드(18)와 캐소드(19)를 포함하고, 액면 레벨 측정 챔버(3)는 액면 레벨 검출을 위한 전극(20)을 포함한다. 전기분해를 위한 애노드(18)와 캐소드(19)는 스페이서(11)에 의해서 고정되어 있다. 전해 챔버(2)는 추가로 전해 챔버 내의 전해액에 대해 전해 챔버의 외부로부터 가스를 버블링하여 가스를 공급하기 위한 버블링 가스 공급부(5)를 전해액 내에 포함하고, 버블링 가스 공급부(5)는 전해 챔버(2)의 외부에 배치된 버블링 가스 공급 장치(4)에 배관을 통해서 연결되어 있다. 전기분해에 의해서 전해액에서 발생된 이산화염소는 전해액으로부터 공기로 버블링하여 방출되고, 가스 배관(6)을 통해서 송풍 팬(21)으로부터 장치의 외부로 방출된다. 전해액은 전해액 공급관(7)을 통해서 전해액 공급 탱크(12)로부터 전해 챔버부(1)로 공급되고 전해액 배출관(7')을 통해서 전해액 배출 탱크(13)로 배출된다. 전해액 공급관(7)은 전해액 공급 탱크(12) 내의 전해액을 전해 챔버부(1)로 공급하기 위한 액체 공급 펌프(14), 및 전해 챔버부(1)에 공급된 전해액의 양을 측정하기 위한 적산 유량계(16)를 포함한다. 전해액 배출관(7')은 전해 챔버부(1)의 전해액을 전해액 배출 탱크(13)로 배출시키기 위한 액체 배출 펌프(15), 및 전해액 배출 탱크(13)에 배출된 전해액의 양을 측정하기 위한 적산 유량계(16)를 포함한다. 전기분해를 위한 애노드(18)와 캐소드(19)에 의해서 측정된 전해 전류 값 및/또는 적산 유량계(16)에 의해서 측정된 값이 장치 외부의 프레임(22) 상에 설치된 표시기(17) 상에 표시된다. 추가로, 전해 챔버부(1)의 외부로 누출되는 미량의 이산화염소 가스가 장치 외부 프레임(22) 상에 설치된 공기 순환 팬(8)에 의해서 장치의 외부로 배출된다. 이때, 이산화염소 가스가 활성탄 필터(9)에 의해서 흡착된다.
제조예 2: 2-챔버 이산화염소 가스 제조 장치
도 2는 본 발명의 일 실시형태인 2-챔버 이산화염소 가스 제조 장치의 전해 챔버부(1)의 모식도이다. 2-챔버 이산화염소 가스 제조 장치에서, 전해 챔버(2)와 액면 레벨 측정 챔버(3)가 전해 챔버부(1)에 함유되어 있고, 버블링 가스 공급부(5)가 전기분해를 위한 애노드(18)와 캐소드(19) 아래에 설치되어 있다. 추가로, 스페이서(11)가 버블링된 가스가 애노드(18)와 캐소드(19)에 접근하는 것을 방지하도록 구성되어 있다.
제조예 3: 일체형 3-챔버 이산화염소 가스 제조 장치
도 3은 본 발명의 일 실시형태인 3-챔버 이산화염소 가스 제조 장치의 전해 챔버부(1)의 모식도이다. 3-챔버 이산화염소 가스 제조 장치에서, 전해 챔버(2), 액면 레벨 측정 챔버(3) 및 버블링 챔버(23)가 전해 챔버부(1)에 함유되어 있다. 버블링 가스 공급부(5)는 전기분해를 위한 애노드(18)와 캐소드(19)의 아래에 그리고 버블링 챔버(23) 내에 설치되어 있다.
제조예 4: 분리형 3-챔버 이산화염소 가스 제조 장치
도 4는, 본 발명의 일 실시형태인, 버블링 챔버(23)가 전해 챔버부(1)와 분리되어 있는 유형의 이산화염소 가스 제조 장치의 전해 챔버부(1)와 버블링 챔버(23)의 모식도이다. 비록, 버블링 챔버(23)가 전해 챔버부(1)로부터 분리되어 있는 위치에 설치되어 있지만, 버블링 챔버는 가스 배관(6)과 전해액 배관(10)에 의해서 전해 챔버(2) 및/또는 액면 레벨 측정 챔버(3)에 연결되어 있다. 다른 구성은 제조예 3에서의 것과 유사하다.
제조예 5: 스페이서
도 5 내지 도 7은 본 발명에서 사용되는 스페이서(11)의 일 실시형태를 나타내는 도면이다. 스페이서(11)는 전기분해를 위한 애노드(18)와 캐소드(19)를 파지함으로써 고정하고 있다. 추가로, 스페이서(11)는 전해액이 공급되는 부위로부터 전해액이 전해 챔버에 배출되는 부위로 이어지는 방향으로 전해액의 흐름을 억제하지 않도록 구성(도 6)되고, 추가로 버블링된 가스가 전해 챔버의 캐소드와 애노드에 접근하는 것을 방지하도록 구성(도 7)된다.
(실시예(이산화염소 발생 실험))
이산화염소 발생 실험을 도 2를 기반으로 하여 제작된 이산화염소 가스 제조 장치에 의해서 수행하였다.
전해액을 함유하는 PVC로 제조된 실린더형 전해 챔버(2)는 애노드(18)인 Pt/Ir 소성 산화물 티타늄 전극(15 mm x 50 mm) 및 캐소드(19)인 티타늄 전극(15 mm x 50 mm)뿐만 아니라 스페이서(11)를 포함한다. 또한, 액면 레벨 측정 챔버(3)는 액면 레벨 검출을 위한 전극(20)을 포함한다.
또한, 보충 전해액을 전해 챔버(2) 내로 공급하기 위한 공급관(7) 및 액면 레벨 측정 챔버(3)로부터의 폐액을 배출시키기 위한 전해액 배출관(7')이 각각 설치되고, 발생된 이산화염소 가스(용존 가스)를 폭기시키기 위해서 폭기 가스(공기 또는 불활성 가스)를 전해액에 전송하기 위한 버블링 가스 공급부(5)가 전해 챔버(2)에 설치된다.
전해액은 염화칼륨(알칼리 클로라이드), 아염소산나트륨(알칼리 아염소산염), 인산수소이칼륨(K2HPO4)(pH 조절제) 및 인산이수소칼륨(KH2PO4)(산성 물질)이 함유되어 있다.
전기분해 동안의 전해액의 공급은 연속적으로 또는 간헐적으로 수행되었으며, 폐액의 배출은 다음과 같이 수행되었다. 달리 설명하면, 액면이 액면 레벨 검출을 위한 전극(20) 중 짧은 전극의 끝 위치에 도달하는 때에는, 이는 통전 상태가 되고, 전해액(폐액)이 전해액 배출관(7')으로부터 배출된다. 액면이 낮아져서 액면 레벨 검출을 위한 전극(20) 중 긴 전극의 끝 위치에 도달하는 때에는, 액면 레벨 검출을 위한 전극(20) 중 긴 전극이 전기적으로 불통되고, 이에 의해서, 전해액 배출관(7')으로부터의 폐액의 배출이 정지된다. 이는 액면의 상승을 유발시킬 것이고, 액면이 액면 레벨 검출을 위한 전극(20) 중 짧은 전극의 끝 위치에 도달하는 때에, 액면 레벨 검출을 위한 전극(20) 중 짧은 전극이 다시 통전 상태가 되고, 폐액의 배출이 재개된다. 전해액의 공급 및 배출은 전기분해 동안에 이러한 방식으로 수행되었다.
전기분해는 30 mA의 전류 및 0.4 A/dm2의 전류 밀도를 지니는 상기 장치를 사용하여 수행되었으며, 이산화염소 가스를 방출(탈기 및 수집)시키기 위해서 전해액을 25℃, 500 mL/min의 공기로 폭기시켰다.
이러한 방식으로, 이산화염소 가스의 제조를 40시간 동안 수행시켰으며, 그 결과, 이산화염소 가스를 안정적으로 발생시켰고, 발생된 이산화염소 가스 농도는 640 ppm이었고, 시간당 발생량은 53 mg/h이었고, 발생 효율은 70.2%이었다.
(비교예)
상기 실시예에서, 액면 레벨 측정 챔버가 없으면서 전해 챔버에 액면 레벨 검출을 위한 전극을 지니는 장치로 유사한 실험을 수행했을 경우에, 약 1일 이내에 버블링으로부터의 기포로 인해서 채터링이 유발되었기 때문에, 액면 검출을 위한 전극과 협력하는 액면 릴레이(liquid surface relay)가 작동하지 않았다. 전해액이 가스관(발생된 가스의 배출관)으로부터 넘쳐 흘렀고, 발생 효율을 측정할 수 없었다.
달리 설명하면, 본 발명은 전해 챔버와 액면 레벨 측정 챔버를 별도로 설치하고 액면 레벨 측정 챔버가 아닌 곳에서 전해액으로부터 전기분해에 의해서 발생된 용존 이산화염소 가스를 방출시키기 위한 폭기를 수행함으로써 이산화염소 발생장치에서 이산화염소 가스를 중단 없이 연속적으로 발생시키면서 전해액의 액량을 적절히 조절하는 것을 가능하게 했다.
이산화염소 가스가 버블링에 의해서 수집되는 유형의 전통적인 이산화염소 발생장치에서는, 전기분해를 위한 전극 또는 액면 레벨 검출을 위한 전극에 부착하는 기포로 인해서 전기분해 효율이 저하되고 액면 레벨이 정확하게 모니터링될 수 없는 것과 같은 문제가 있었지만, 이들 문제가 본 발명에 의해서 해결되었다.
부호의 설명
1 전해 챔버부
2 전해 챔버
3 액면 레벨 측정 챔버
4 버블링 가스 공급 장치
5 버블링 가스 공급부
6 가스관
7 전해액 공급관
7’ 전해액 배출관
8 공기 순환 팬
9 활성탄 필터
10 전해액 배관
11 스페이서
12 전해액 공급 탱크
13 전해액 배출 탱크
14 액체 공급 펌프
15 액체 배출 펌프
16 적산 유량계
17 표시기
18 애노드
19 캐소드
20 액면 레벨 검출을 위한 전극
21 이산화염소 가스 송풍 팬
22 장치 외부 프레임
23 버블링 챔버

Claims (18)

  1. 이산화염소 가스 제조 장치로서,
    상기 장치가 전해 챔버(electrolysis chamber), 액면 레벨 측정 챔버(liquid surface level measuring chamber) 및 버블링 가스 공급 장치(bubbling gas feeding device)를 포함하고,
    상기 전해 챔버 및 상기 액면 레벨 측정 챔버가 각각 전해액과 가스를 포함하고, 여기서, 전해액은 아염소산염 수용액을 포함하고,
    상기 전해 챔버 및 상기 액면 레벨 측정 챔버가 가스 배관을 통해서 각각의 액면의 위에서 서로 연결되고 전해액 배관을 통해서 각각의 액면의 아래에서 서로 연결되어서, 각각의 챔버에 함유된 전해액의 높이가 동일하게 하고,
    상기 전해 챔버가 캐소드와 애노드를 포함하고, 여기서, 상기 캐소드와 애노드가 스페이서(spacer)에 고정되고,
    상기 전해 챔버가 상기 전해 챔버 내의 전해액에 대해 상기 전해 챔버의 외부로부터 가스를 버블링(bubbling)하여 가스를 공급하기 위한 버블링 가스 공급부를 전해액 내에 포함하고, 상기 버블링 가스 공급부가 배관을 통해서 상기 전해 챔버의 외부에 배치된 상기 버블링 가스 공급 장치에 연결되고,
    상기 버블링 가스 공급부가 상기 스페이서의 아래에 배치되고,
    상기 스페이서가, 그 하부에서, 버블링된 가스가 상기 캐소드와 상기 애노드에 접근하는 것을 방지하도록 구성되고,
    상기 액면 레벨 측정 챔버가 액면 레벨을 측정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 스페이서가 상기 캐소드와 상기 애노드 사이를 소정의 간격으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 소정의 간격이 1 mm - 50 mm인 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    액면 레벨을 측정하기 위한 상기 수단이 서로 길이가 다른 적어도 둘 이상의 전극들, 및 상기 다른 전극들 사이의 전류를 측정함으로써 각각의 전극이 액면에 노출되는지를 확인하기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 제조 장치가 전해액 공급 탱크를 추가로 포함하고,
    상기 전해 챔버가 전해액 공급관을 통해서 상기 전해액 공급 탱크에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 제조 장치가 전해액 배출 탱크를 추가로 포함하고,
    상기 전해 챔버 및/또는 액면 레벨 측정 챔버가 액면의 아래에서 전해액 배출관을 통해서 상기 전해액 배출 탱크에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 제조 장치가 이산화염소 가스 송풍 팬을 추가로 포함하고,
    상기 전해 챔버 및/또는 액면 레벨 측정 챔버가 액면의 위에서 이산화염소 가스 방출관을 통해서 상기 이산화염소 가스 송풍 팬에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치.
  8. 이산화염소 가스 제조 장치로서,
    상기 장치가 전해 챔버, 액면 레벨 측정 챔버, 버블링 챔버, 및 버블링 가스 공급 장치를 포함하고,
    상기 전해 챔버, 상기 액면 레벨 측정 챔버, 및 상기 버블링 챔버가 각각 전해액과 가스를 포함하고, 여기서, 전해액이 아염소산염 수용액을 포함하고,
    상기 전해 챔버, 상기 액면 레벨 측정 챔버, 및 상기 버블링 챔버가 각각의 액면의 위에서 가스 배관을 통해서 서로 직접적으로 또는 간접적으로 연결되고 각각의 액면의 아래에서 전해액 배관을 통해서 서로 직접적으로 또는 간접적으로 연결되어서, 각각의 챔버에 함유된 전해액의 높이가 동일하게 하고,
    상기 전해 챔버가 캐소드와 애노드를 포함하고, 여기서, 상기 캐소드와 애노드가 스페이서에 고정되고,
    상기 버블링 챔버가 상기 버블링 챔버 내의 전해액에 대해 상기 버블링 챔버의 외부로부터 가스를 버블링하여 가스를 공급하기 위한 버블링 가스 공급부를 전해액 내에 포함하고, 여기서, 상기 버블링 가스 공급부가 배관을 통해서 상기 버블링 챔버의 외부에 배치된 상기 버블링 가스 공급 장치에 연결되고,
    상기 장치는 상기 전해 챔버, 상기 액면 레벨 측정 챔버 외에 전해액의 버블링을 수행하기 위한 상기 버블링 챔버를 구비함으로써, 상기 전해 챔버에서 상기 캐소드와 상기 애노드에 기포가 부착하여 전기 분해가 억제되는 것을 방지하고,
    상기 액면 레벨 측정 챔버가 액면 레벨을 측정하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 스페이서가 상기 캐소드와 상기 애노드의 사이를 소정의 간격으로 유지시키는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 소정의 간격이 1 mm - 50 mm인 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 액면 레벨을 측정하기 위한 상기 수단이 서로 길이가 다른 적어도 둘 이상의 전극들, 및 상기 다른 전극들 사이의 전류를 측정함으로써 각각의 전극이 액면에 노출되는지를 확인하기 위한 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 제조 장치가 전해액 공급 탱크를 추가로 포함하고,
    상기 전해 챔버가 전해액 공급관을 통해서 상기 전해액 공급 탱크에 연결되는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 제조 장치가 전해액 배출 탱크를 추가로 포함하고,
    상기 전해 챔버, 액면 레벨 측정 챔버, 및 상기 버블링 챔버 중 적어도 하나가 액면의 아래에서 전해액 배출관을 통해서 상기 전해액 배출 탱크에 연결되는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치.
  14. 청구항 8에 있어서,
    상기 제조 장치가 이산화염소 가스 송풍 팬을 추가로 포함하고,
    상기 전해 챔버, 액면 레벨 측정 챔버, 및 상기 버블링 챔버 중 적어도 하나가 액면의 위에서 이산화염소 가스 방출관을 통해서 상기 이산화염소 가스 송풍 팬에 연결되는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치.
  15. 청구항 8에 있어서,
    상기 전해 챔버가 상기 전해 챔버내의 전해액에 대해 상기 전해 챔버의 외부로부터 가스를 버블링하여 가스를 공급하기 위한 버블링 가스 공급부를 전해액 내에 포함하고, 여기서, 상기 버블링 가스 공급부가 상기 전해 챔버의 외부에 배치된 상기 버블링 가스 공급 장치에 배관을 통해서 연결되고,
    상기 전해 챔버에 설치된 상기 버블링 가스 공급부가 상기 스페이서의 아래에 배치되고,
    상기 스페이서가, 그 하부에서, 상기 전해 챔버에 설치된 상기 버블링 가스 공급부로부터 버블링된 가스가 상기 캐소드와 상기 애노드에 접근하는 것을 방지하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 격막이 존재하지 않는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 제조 장치.
  17. 삭제
  18. 삭제
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105401163B (zh) * 2014-09-08 2019-08-20 大幸药品株式会社 电解式二氧化氯气体制造装置
TWI611050B (zh) * 2016-04-27 2018-01-11 Liu De Hui 穩定生產高純度食品級二氧化氯之輔助裝置與系統
CN106219491B (zh) * 2016-07-27 2018-02-27 广西博世科环保科技股份有限公司 基于热能及副产品回收利用的综合法二氧化氯制备工艺
JP6891894B2 (ja) * 2016-09-05 2021-06-18 株式会社大阪ソーダ 二酸化塩素発生装置及び二酸化塩素発生方法
KR101996479B1 (ko) * 2017-02-09 2019-07-03 정진호 전해질의 전기분해장치
EP3868720A1 (en) 2017-04-01 2021-08-25 Intex Marketing Ltd. Water treatment system
TWI625523B (zh) * 2017-04-13 2018-06-01 矽品精密工業股份有限公司 偵測系統
CN114588843B (zh) * 2022-04-13 2024-05-03 北京天绿恒力科技有限公司 饮用水消毒用二氧化氯制备装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008240030A (ja) * 2007-03-26 2008-10-09 Toshigoro Sato 水素・酸素混成ガス発生装置
JP2009022905A (ja) * 2007-07-20 2009-02-05 Tokyo Electron Ltd 薬液気化タンク及び薬液処理システム
WO2009154143A1 (ja) * 2008-06-19 2009-12-23 大幸薬品株式会社 １液型電解式の二酸化塩素製造方法
KR100958677B1 (ko) 2009-04-10 2010-05-20 순천대학교 산학협력단 고성능 무격막 전해셀 및 이를 포함하는 이산화염소 발생장치

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS629327Y2 (ko) * 1980-12-27 1987-03-04
JP3849725B2 (ja) 1996-04-11 2006-11-22 水道機工株式会社 二酸化塩素の製造方法
JPH09329571A (ja) * 1996-06-10 1997-12-22 Honda Motor Co Ltd 電解槽の排気装置
US5980711A (en) * 1996-06-10 1999-11-09 Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha Electrolytic test machine
JP2001347135A (ja) * 2000-06-06 2001-12-18 Masahiro Kono 排ガス処理方法及び装置
US7736776B1 (en) * 2006-04-04 2010-06-15 Spielman Rick B Method and system for removal of ammonia from wastewater by electrolysis
CN105401163B (zh) * 2014-09-08 2019-08-20 大幸药品株式会社 电解式二氧化氯气体制造装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008240030A (ja) * 2007-03-26 2008-10-09 Toshigoro Sato 水素・酸素混成ガス発生装置
JP2009022905A (ja) * 2007-07-20 2009-02-05 Tokyo Electron Ltd 薬液気化タンク及び薬液処理システム
WO2009154143A1 (ja) * 2008-06-19 2009-12-23 大幸薬品株式会社 １液型電解式の二酸化塩素製造方法
KR100958677B1 (ko) 2009-04-10 2010-05-20 순천대학교 산학협력단 고성능 무격막 전해셀 및 이를 포함하는 이산화염소 발생장치

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Publication number Publication date
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EP3192895A4 (en) 2018-05-02
US20170253980A1 (en) 2017-09-07
WO2016039190A1 (ja) 2016-03-17

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