KR102433195B1 - 수산화나트륨 생성장치 및 이를 포함하는 차아염소산나트륨 생성장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 측면은, 분자 내 2 이상의 나트륨이온을 포함하는 나트륨염이 저장된 제1 탱크; 제1 격막에 의해 구획된 제1 양극실 및 제1 음극실을 포함하는 제1 전해장치; 및 상기 제1 탱크 및 상기 제1 음극실에 물을 공급하는 물 공급장치;를 포함하고, 상기 제1 탱크, 상기 제1 탱크에서 생성된 나트륨염 수용액을 상기 제1 양극실에 공급하는 배관, 상기 제1 양극실, 및 상기 제1 양극실에서 생성된 물질을 상기 제1 탱크에 공급하는 배관은 폐쇄 루프(closed loop)를 구성하는 수산화나트륨 생성장치 및 이를 포함하는 차아염소산나트륨 생성장치를 제공한다.
Description
본 발명은 수산화나트륨 생성장치 및 이를 포함하는 차아염소산나트륨 생성장치에 관한 것이다.
차아염소산나트륨(NaOCl)은 상하수도, 폐수 처리, 해수 전해 및 선박평형수 처리, 농식품 및 식자재 살균소독 등 다양한 분야에 적용되고 있다.
이러한 차아염소산나트륨은 그 농도에 따라 저농도 차아염소산나트륨 제조시스템 및 고농도 차아염소산나트륨 제조시스템을 이용하여 제조된다.
농도가 0.4~1.0%인 저농도 차아염소산나트륨은 소금물을 접촉식 전극반응이 이루어지는 무격막식 전기분해조를 통과시켜 얻어진다. 농도가 2% 이상인 고농도 차아염소산나트륨은 양극과 음극이 격막에 의해 구획된 격막식 전기분해조에서 생성된 염소가스와 가성소다를 별도의 반응장치에서 반응시켜 얻어진다.
도 1은 종래의 고농도 차아염소산나트륨 제조시스템을 도식화한 것이다. 도 1을 참고하면, 종래의 차아염소산나트륨 제조시스템은, 원수를 처리하여 정제수를 얻는 원수처리장치(10), 정제수 중 일부와 소금탱크(21)에 저장된 소금으로부터 제조된 포화소금물을 처리하는 소금물처리장치(22)를 포함할 수 있고, 상기 소금물처리장치(22)에서 얻은 정제 포화소금물 및 상기 정제수 중 잔부는 각각 전해장치(40)를 구성하는 양극실 및 음극실로 이송될 수 있다.
상기 전해장치(4)는 격막식 전기분해조로서, 양극실, 음극실 및 상기 양극실과 음극실을 구획하는 격막을 포함할 수 있고, 양극실 및 음극실은 각각 양극생성물과 음극생성물을 순환시키는 양극조(50)와 음극조(60)를 포함하며, 상기 양극조에서 양극수는 염산, 수산화나트륨 등으로 탈염 처리된 다음 외부로 배출되거나 소금 탱크(21)로 순환되어 재사용될 수 있다.
또한, 상기 양극실 및 상기 음극실에서 각각 생성된 염소가스 및 수산화나트륨은 각각 상기 양극조(50) 및 상기 음극조(60)을 거쳐 반응장치(70)로 이동하여 반응함으로써 차아염소산나트륨이 생성된다.
또한, 생성된 차아염소산나트륨 수용액의 pH가 12 이하로 떨어지면 수용액 중 소독부산물인 ClO3 -의 농도가 증가하므로 수용액의 pH를 12 이상으로 유지시켜 차아염소산나트륨을 안정적으로 저장할 수 있도록 상기 반응장치(70) 및/또는 차아염소산나트륨 탱크(미도시)에 수산화나트륨을 주입하기 위한 설비가 추가로 구비될 수 있다.
이와 같이, 종래의 차아염소산나트륨 제조시스템은, 양극수의 순환에 필요한 양극조에서 배출되는 양극수에 의해 주변 환경이 오염되는 문제, 제조된 고농도 차아염소산나트륨을 안정적으로 저장하기 위해 사용하는 수산화나트륨의 유독성 및 농도 증가에 따른 어는점 상승(농도가 30중량% 이상인 경우 어는점이 최대 15℃로 상승함)으로 인해 운송, 저장, 취급 상 부담이 가중되는 문제, 및 외부로부터 수산화나트륨을 공급하기 위한 다수의 설비(탱크, 배관 등)가 복잡하게 구성됨에 따라 유지보수에 대한 부담이 가중되는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 친환경적이고 유지보수 및 관리가 편리한 수산화나트륨 생성장치 및 이를 포함하는 차아염소산나트륨 생성장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 분자 내 2 이상의 나트륨이온을 포함하는 나트륨염이 저장된 제1 탱크; 제1 격막에 의해 구획된 제1 양극실 및 제1 음극실을 포함하는 제1 전해장치; 및 상기 제1 탱크 및 상기 제1 음극실에 물을 공급하는 물 공급장치;를 포함하고, 상기 제1 탱크, 상기 제1 탱크에서 생성된 나트륨염 수용액을 상기 제1 양극실에 공급하는 배관, 상기 제1 양극실, 및 상기 제1 양극실에서 생성된 물질을 상기 제1 탱크에 공급하는 배관은 폐쇄 루프(closed loop)를 구성하는 수산화나트륨 생성장치를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 나트륨염은 하기 식에 따른 구조를 가질 수 있다.
<식>
NaxAy
상기 식에서, x는 2 이상의 정수 중 하나이고, A는 나트륨이온과 결합가능한 음이온성 물질이고, y는 상기 식을 만족하는 정수 중 하나이다.
일 실시예에 있어서, 상기 나트륨염은 탄산나트륨, 황산나트륨, 과황산나트륨, 제2인산나트륨, 제3인산나트륨 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 격막은 양이온교환막일 수 있다.
본 발명의 다른 일 측면은, 상기 수산화나트륨 생성장치를 포함하는 차아염소산나트륨 생성장치에 있어서, 소금이 저장된 제2 탱크; 제2 격막에 의해 구획된 제2 양극실 및 제2 음극실을 포함하는 제2 전해장치; 및 상기 제2 양극실에서 생성된 양극생성물, 및 상기 제1 및 제2 음극실에서 생성된 음극생성물을 반응시켜 차아염소산나트륨을 얻는 반응장치;를 더 포함하고, 상기 물 공급장치는 상기 제2 탱크 및 상기 제2 음극실에 물을 공급하고, 상기 제2 탱크에서 생성된 포화소금물은 상기 제2 양극실로 공급되는 차아염소산나트륨 생성장치를 제공한다.
일 실시예에 있어서, 상기 차아염소산나트륨 생성장치는 외부로부터 상기 반응장치에 수산화나트륨을 주입하기 위한 설비를 포함하지 않을 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제2 격막은 양이온교환막일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 제1 및 제2 전해장치는 상호 병렬 연결된 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 반응장치에서 얻은 차아염소산나트륨의 pH에 따라, 상기 제1 및 제2 전해장치 중 적어도 하나가 자동 제어될 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 수산화나트륨 생성장치는, 실질적으로 유해성 내지 유독성이 없는 나트륨염을 원료로 사용하여 친환경적으로 수산화나트륨을 얻을 수 있다.
또한, 상기 수산화나트륨 생성장치는, 상기 나트륨염을 저장하는 탱크 및 수산화나트륨이 생성되는 제1 전해장치의 양극실 사이에 물질이 순환하는 폐쇄 루프를 구성하여 차아염소산나트륨을 생성하기 위한 제2 전해장치와 결합될 수 있고, 이 경우, 상기 제1 전해장치에서 생성된 수산화나트륨을 상기 제2 전해장치에서 차아염소산나트륨을 생성하기 위한 원료로 사용하거나, 생성된 차아염소산나트륨의 pH를 조절하기 위한 버퍼로 사용할 수 있으므로, 수산화나트륨의 운송, 저장, 취급, 사용에 따른 부담을 대폭 경감시킬 수 있다.
또한, 상기 차아염소산나트륨 생성장치 중 제2 전해장치는 양극실, 음극실 및 격막을 포함하되, 필요에 따라, 상기 음극실에서 얻은 상기 음극생성물을 순환시키기 위한 음극조 및/또는 상기 양극실에서 얻은 상기 양극생성물을 순환시키기 위한 양극조를 포함하지 않음으로써, 종래 양극조에서 다량의 부산물을 함유한 양극수가 배출됨에 따라 주변 환경을 악화시키는 문제를 해결할 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 차아염소산나트륨 생성장치를 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수산화나트륨 생성장치를 도식화한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전해장치를 도식화한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차아염소산나트륨 생성장치를 도식화한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 전해장치를 도식화한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 전해장치의 조합을 도식화한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수산화나트륨 생성장치를 도식화한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전해장치를 도식화한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차아염소산나트륨 생성장치를 도식화한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 전해장치를 도식화한 것이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 전해장치의 조합을 도식화한 것이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
수산화나트륨 생성장치
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수산화나트륨 생성장치를 도식화한 것이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전해장치를 도식화한 것이다.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 발명의 일 측면에 따른 수산화나트륨 생성장치는, 분자 내 2 이상의 나트륨이온을 포함하는 나트륨염이 저장된 제1 탱크; 제1 격막에 의해 구획된 제1 양극실 및 제1 음극실을 포함하는 제1 전해장치; 및 상기 제1 탱크 및 상기 제1 음극실에 물을 공급하는 물 공급장치;를 포함하고, 상기 제1 탱크, 상기 제1 탱크에서 생성된 나트륨염 수용액을 상기 제1 양극실에 공급하는 배관, 상기 제1 양극실, 및 상기 제1 양극실에서 생성된 물질을 상기 제1 탱크에 공급하는 배관은 폐쇄 루프(closed loop)를 구성할 수 있다.
상기 제1 탱크(200)는 분자 내 2 이상의 나트륨이온을 포함하는 나트륨염을 저장할 수 있다. 상기 분자 내 2 이상의 나트륨이온을 포함하는 나트륨염은 상기 물 공급장치(100)에 의해 제공된 물에 용해되어 수용액 상태로 상기 제1 전해장치(300)의 상기 제1 양극실(310)에 공급될 수 있다.
상기 제1 탱크(200)는 외부에서 공급된 상기 나트륨염을 저장할 수 있고, 상기 물 공급장치(100)로부터 정제수를 공급받아 상기 나트륨염이 용해된 수용액, 바람직하게는, 포화수용액을 생성하여 상기 제1 전해장치(300)의 상기 제1 양극실(310)에 공급할 수 있다.
상기 제1 탱크(200)는 외부에서 상기 나트륨염이 고체상으로 유입되는 나트륨염 공급부, 상기 물 공급장치(100)로부터 정제수가 공급되는 정제수 유입관로, 상기 포화수용액을 배출하는 나트륨염 포화수용액 배출관로를 포함할 수 있다.
상기 제1 전해장치(300)에 기설정된 전압이 인가되면, 상기 제1 양극실(310) 및 상기 제1 음극실(320)에서는 다음과 같은 물질이 생성될 수 있다.
먼저, 상기 제1 양극실(310)에서는 나트륨이온(Na+), 이산화탄소가스(CO2)(상기 나트륨염이 탄산나트륨인 경우에 한함) 및 산소가스(O2)가 생성될 수 있고, 상기 제1 음극실(320)에서는 수소가스(H2) 및 수산화이온(OH-)이 생성될 수 있다. 상기 제1 양극실(310)에서 생성된 나트륨이온은 상기 제1 격막(330)을 통해 상기 제1 음극실(320)로 이동할 수 있고, 상기 제1 음극실(320)에서 기생성된 수산화이온과 반응하여 수산화나트륨이 생성될 수 있다.
상기 수산화나트륨 생성장치에서 얻은 수산화나트륨은 후술할 차아염소산나트륨 생성장치를 구성하는 제2 전해장치의 제2 음극실에서 생성된 수산화나트륨과 함께 차아염소산나트륨을 생성하기 위한 원료로 사용될 수 있고, 필요에 따라, 생성된 차아염소산나트륨의 pH를 조절하여 저장안정성을 높이기 위한 버퍼로 사용될 수 있다.
상기 나트륨염은 하기 식에 따른 구조를 가질 수 있다.
<식>
NaxAy
상기 식에서, x는 2 이상의 정수 중 하나이고, A는 나트륨이온과 결합가능한 음이온성 물질이고, y는 상기 식을 만족하는 정수 중 하나일 수 있다.
상기 음이온성 물질은 탄산이온(CO3 2-), 황산이온(SO4 2-), 과황산이온((S2O8)2-)), 인산이온(PO4 3-), 인산수소이온(HPO4 2-) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 탄산이온일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 나트륨이온과 상기 음이온성 물질이 결합하여 생성된 상기 나트륨염은 탄산나트륨(Na2CO3), 황산나트륨(Na2SO4), 과황산나트륨(Na2S2O8), 제3인산나트륨(Na3PO4), 제2인산나트륨(Na2HPO4) 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나일 수 있고, 바람직하게는, 탄산나트륨일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제1 전해장치(300)는 제1 격막(330)에 의해 구획된 제1 양극실(310) 및 제1 음극실(320)을 포함할 수 있다. 상기 제1 양극실(310)은 양극을 구비할 수 있고, 상기 양극에서의 전해반응에 의해 생성된 물질을 포함하는 양극수와 기체상 물질을 담지할 수 있다. 또한, 상기 제1 음극실(320)은 음극을 구비할 수 있고, 상기 음극에서의 전해반응에 의해 생성된 물질을 포함하는 음극수와 기체상 물질을 담지할 수 있다.
상기 제1 전해장치(300)를 구성하는 상기 제1 양극실(310) 및 상기 제1 음극실(320)에서 이루어지는 전해반응과 그 생성물에 대해서는 전술한 것과 같다.
상기 제1 격막(330)은 이온교환막, 예를 들어, 바람직하게는, 양이온교환막일 수 있다. 상기 양이온교환막은 상기 제1 양극실(310)에서 생성된 나트륨이온(Na+)이 상기 제1 음극실(320)로 투과, 이동하도록 할 수 있고, 필요에 따라, 상기 제1 음극실(320)에서 생성된 수산화이온(OH-)이 상기 제1 양극실(310)로 투과, 이동하는 것을 방지할 수 있는 추가의 층 및/또는 작용기를 포함할 수 있다.
상기 물 공급장치(100)는 상기 제1 탱크(200) 및 상기 제1 음극실(320)에 물을 공급할 수 있다. 구체적으로, 상기 물 공급장치(100)는 원수를 처리하여 정제수를 생성하고, 상기 정제수를 상기 제1 탱크(200) 및 상기 제1 음극실(320)에 공급하는 원수처리장치일 수 있다.
상기 원수처리장치는 원수 중 칼슘, 마그네슘 등의 불순물을 제거하여 정제수를 생성할 수 있다. 상기 원수처리장치는 연수기, 역삼투막공정, 나노분리막공정, 전기투석공정, 전기흡착식탈이온공정 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나를 사용할 수 있고, 바람직하게는, 연수기 및/또는 역삼투막공정을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 수산화나트륨 생성장치에서, 상기 제1 탱크(200), 상기 제1 탱크(200)에서 생성된 나트륨염 수용액을 상기 제1 양극실(310)에 공급하는 배관, 상기 제1 양극실(310), 및 상기 제1 양극실(310)에서 생성된 물질을 상기 제1 탱크(200)에 공급하는 배관은 폐쇄 루프(closed loop)를 구성할 수 있다. 본 명세서에 사용된 용어, "폐쇄 루프"는 상기 제1 탱크(200), 상기 제1 탱크(200)에서 생성된 나트륨염 수용액을 상기 제1 양극실(310)에 공급하는 배관, 상기 제1 양극실(310), 및 상기 제1 양극실(310)에서 생성된 물질을 상기 제1 탱크(200)에 공급하는 배관을 통한 물질의 이송, 순환 등에 있어서, 임의의 물질이 외부에서 유입되거나 외부로 유출되지 않도록 제어된 것을 의미한다.
특히, 상기 제1 탱크(200)에서 생성된 나트륨염 수용액을 상기 제1 양극실(310)에 공급하는 배관 및 상기 제1 양극실(310)에서 생성된 물질을 상기 제1 탱크(200)에 공급하는 배관은, 임의의 물질이 외부에서 유입되거나 외부로 유출될 수 있는 채널을 포함하지 않을 수 있다. 다만, 상기 제1 탱크(200)에 저장된 상기 나트륨염이 기설정된 범위로 소진되는 경우, 상기 제1 탱크(200)에 필요한 양의 나트륨염을 보충하여 상기 제1 양극실(310)에 필요한 농도의 나트륨염 수용액이 지속적으로 공급되도록 할 수 있다.
상기 폐쇄 루프는 상기 제1 전해장치(300)의 상기 제1 음극실(320)에서 수산화나트륨이 지속적, 안정적으로 생성되도록 할 수 있고, 생성된 수산화나트륨은 후술할 차아염소산나트륨 생성장치를 구성하는 제2 전해장치의 제2 음극실에서 생성된 수산화나트륨과 함께 차아염소산나트륨을 생성하기 위한 원료로 사용될 수 있고, 필요에 따라, 생성된 차아염소산나트륨의 pH를 조절하여 저장안정성을 높이기 위한 버퍼로 사용될 수 있다.
상기 수산화나트륨 생성장치가 후술할 차아염소산나트륨 생성장치와 조합되는 경우, 종래 차아염소산나트륨 생성장치에 필수적으로 구비되었던 수산화나트륨을 주입하기 위한 별도의 설비(수산화나트륨의 저장, 주입 등에 필요한 설비)가 생략될 수 있으므로, 수산화나트륨의 운송, 저장, 취급, 사용에 따른 부담을 대폭 경감시킬 수 있다.
차아염소산나트륨 생성장치
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 차아염소산나트륨 생성장치를 도식화한 것이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 전해장치를 도식화한 것이다.
도 4 및 도 5를 참고하면, 본 발명의 다른 일 측면에 따른 차아염소산나트륨 생성장치는, 상기 수산화나트륨 생성장치를 포함하되, 소금이 저장된 제2 탱크(210); 제2 격막(430)에 의해 구획된 제2 양극실(410) 및 제2 음극실(420)을 포함하는 제2 전해장치(400); 및 상기 제2 양극실(410)에서 생성된 양극생성물, 및 상기 제1 및 제2 음극실(320, 420)에서 생성된 음극생성물을 반응시켜 차아염소산나트륨을 얻는 반응장치(미도시);를 더 포함할 수 있다.
상기 수산화나트륨 생성장치 및 상기 차아염소산나트륨 생성장치가 조합되는 경우, 상기 물 공급장치(100)는 상기 제1 탱크(200), 상기 제2 탱크(210) 및 상기 제2 음극실(420)에 물을 공급할 수 있고, 상기 제2 탱크(210)에서 생성된 포화소금물은 상기 제2 양극실로 공급될 수 있다.
상기 제2 탱크(210)는 고체상의 소금을 저장할 수 있다. 상기 소금은 물 공급장치(100)에 의해 제공된 물에 용해되어 수용액 상태로 상기 제2 전해장치(400)의 상기 제2 양극실(410)에 공급될 수 있다.
상기 제2 탱크(210)는 외부에서 공급된 상기 소금을 저장할 수 있고, 상기 물 공급장치(100)로부터 정제수를 공급받아 상기 소금이 용해된 수용액, 바람직하게는, 포화소금물을 생성하여 상기 제2 전해장치(400)의 상기 제2 양극실(410)에 공급할 수 있다.
상기 제2 탱크(210)는 외부에서 상기 소금이 고체상으로 유입되는 소금 공급부, 상기 물 공급장치(100)로부터 정제수가 공급되는 정제수 유입관로, 상기 포화소금물을 배출하는 포화소금물 배출관로를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제2 탱크(210) 및 상기 제2 양극실(410)의 사이에 소금물처리장치(220)가 구비될 수 있다. 상기 소금물처리장치(220)는 상기 제2 탱크(210)로부터 배출된 포화소금물에 포함된 칼슘, 마그네슘 등의 불순물을 제거하여 상기 제2 전해장치(400)의 상기 제2 격막(430)의 오염을 방지하여 전해반응 효율을 높이고, 상기 제2 격막(430)의 수명을 늘리는 역할을 수행할 수 있다.
상기 소금물처리장치(220)는 기설정된 크기의 수조에 히터가 구비된 가열부, 사익 가열부를 거친 소금물 중 불순물을 흡착, 제거할 수 있는 킬레이트 수지가 구비된 연수장치를 포함할 수 있다. 상기 가열부는 정제되지 않은 포화소금물의 온도, pH 등을 적절히 유지하여 상기 연수장치의 흡착 효율을 개선할 수 있다. 예를 들어, 상기 포화소금물의 적절한 온도 및 pH는 각각 50~80℃ 및 9 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 제2 전해장치(400)는 제2 격막(430)에 의해 구획된 제2 양극실(410) 및 제2 음극실(420)을 포함할 수 있다. 상기 제2 양극실(410)은 양극을 구비할 수 있고, 상기 양극에서의 전해반응에 의해 생성된 물질을 포함하는 양극수와 기체상 물질을 담지할 수 있다. 또한, 상기 제2 음극실(420)은 음극을 구비할 수 있고, 상기 음극에서의 전해반응에 의해 생성된 물질을 포함하는 음극수와 기체상 물질을 담지할 수 있다.
상기 제2 전해장치(400)에 기설정된 전압이 인가되면, 상기 제2 양극실(410) 및 상기 제2 음극실(420)에서는 다음과 같은 물질이 생성될 수 있다.
먼저, 상기 제2 양극실(410)에서는 나트륨이온(Na+), 염소가스(Cl2) 및 염소이온(Cl-)이 생성될 수 있고, 상기 제2 음극실(420)에서는 수소가스(H2) 및 수산화이온(OH-)이 생성될 수 있다. 상기 제2 양극실(410)에서 생성된 나트륨이온은 상기 제2 격막(430)을 통해 상기 제2 음극실(420)로 이동할 수 있고, 상기 제2 음극실(420)에서 기생성된 수산화이온과 반응하여 수산화나트륨이 생성될 수 있다.
상기 제2 음극실(420)에서 생성된 수산화나트륨은 상기 수산화나트륨 생성장치의 상기 제1 음극실(320)에서 얻은 수산화나트륨과 함께 차아염소산나트륨을 생성하기 위한 원료로 사용될 수 있고, 필요에 따라, 생성된 차아염소산나트륨의 pH를 조절하여 저장안정성을 높이기 위한 버퍼로 사용될 수 있다.
상기 차아염소산나트륨 생성장치는 전해장치 및/또는 반응장치에서의 물질 밸런스 제어, 및/또는 생성된 차아염소산나트륨의 안정적인 저장 등에 필요한 수산화나트륨을 외부에서 별도로 주입하지 않고, 상기 수산화나트륨 생성장치와 결합하여 상기 수산화나트륨 생성장치에 의해 얻은 수산화나트륨을 실질적으로 인-시츄(in-situ) 방식으로 사용하므로, 종래 차아염소산나트륨 생성장치에 필수적으로 구비되었던 수산화나트륨을 주입하기 위한 별도의 설비(수산화나트륨의 저장, 주입 등에 필요한 설비)가 생략될 수 있고, 이에 따라, 수산화나트륨의 운송, 저장, 취급, 사용에 따른 부담을 대폭 경감시킬 수 있다.
상기 반응장치는 상기 제1 전해장치(300)의 상기 제1 음극실(320) 및 상기 제2 전해장치(400)의 상기 제2 음극실(420)에서 생성된 음극생성물, 구체적으로, 수산화나트륨과, 상기 제2 전해장치(400)의 상기 제2 양극실(410)에서 생성된 양극생성물, 구체적으로, 염소가스를 반응시켜 차아염소산나트륨을 생성할 수 있다.
상기 반응장치에서의 물질 밸런스를 적절히 조절함으로써, 상기 제1 및 제2 음극실(320, 420)에서 생성된 수산화나트륨 중 차아염소산나트륨의 생성에 관여하지 않은 잔류 수산화나트륨이 생성된 차아염소산나트륨의 pH를 기설정된 범위로 조절하는 버퍼로 작용하도록 할 수 있고, 이 경우, 상기 차아염소산나트륨 생성장치는 외부로부터 상기 반응장치에 수산화나트륨을 주입하기 위한 설비를 포함하지 않을 수 있다.
상기 제2 격막(430)은 이온교환막, 예를 들어, 바람직하게는, 양이온교환막일 수 있다. 상기 양이온교환막은 상기 제2 양극실(410)에서 생성된 나트륨이온(Na+)이 상기 제2 음극실(420)로 투과, 이동하도록 할 수 있고, 필요에 따라, 상기 제2 음극실(420)에서 생성된 수산화이온(OH-)이 상기 제2 양극실(410)로 투과, 이동하는 것을 방지할 수 있는 추가의 층 및/또는 작용기를 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 및 제2 전해장치의 조합을 도식화한 것이다. 도 6을 참고하면, 상기 수산화나트륨 생성장치의 상기 제1 전해장치(300) 및 상기 차아염소산나트륨 생성장치의 상기 제2 전해장치(400)은 상호 병렬 연결된 것일 수 있다.
본 명세서에 사용된 용어, "병렬 연결"은 상기 제1 전해장치(300)의 생성물이 상기 제2 전해장치(400)에 원료로 주입되거나, 반대로, 상기 제2 전해장치(400)의 생성물이 상기 제1 전해장치(300)에 원료로 주입되는 등 상기 제1 및 제2 전해장치(300, 400) 사이에 임의의 물질 이동 및 교환이 이루어지지 않고, 상기 제1 및 제2 전해장치(300, 400)가 각각에 대한 원료의 주입 및 생성물의 배출이 독립적으로 이루어지도록 연결된 상태를 의미한다. 다만, 필요에 따라, 동일한 물질의 주입, 배출, 이송을 위한 배관은 단일의 것으로 통합될 수 있다.
도 6은 단일의 제1 전해장치(300) 및 복수의 제2 전해장치(400)가 순차적, 연속적으로 배치된 차아염소산나트륨 생성장치를 예시하나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 차아염소산나트륨 생성장치에서 상기 제1 전해장치(300)가 복수의 것으로 구비될 수 있고/있거나, 상기 제1 및 제2 전해장치(300, 400)가 상호 교번적으로 배치될 수 있고/있거나, 연속적으로 배치된 복수의 제2 전해장치(400)의 사이에 제1 전해장치(300)가 배치될 수 있다.
상기 제1 전해장치(300)에서 나트륨염 포화수용액은 상기 제1 양극실(310) 및 상기 제1 탱크(200)를 순환하고, 상기 제1 음극실(320)은 상기 물 공급장치(100)로부터 제공된 물을 수산화나트륨으로 전환시켜 상기 제1 전해장치(300)의 외부로 배출할 수 있다.
상기 제2 전해장치(400)에서 상기 제2 양극실(410)은 상기 제2 탱크(210)로부터 제공된 포화소금물을 염소가스로 전환시켜 상기 제2 전해장치(400)의 외부로 배출하고, 상기 제2 음극실(410)은 상기 물 공급장치(100)로부터 제공된 물을 수산화나트륨으로 전환시켜 상기 제1 전해장치(300)의 외부로 배출할 수 있다.
상기 제1 및 제2 음극실(320, 420)에 물을 공급하기 위한 배관, 및 복수의 상기 제2 양극실(410)에 포화소금물을 공급하기 위한 배관은 각각 단일의 배관으로부터 분기된 것일 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 음극실(320, 420)에서 생성된 수산화나트륨, 및 복수의 상기 제2 양극실(410)에서 생성된 염소가스를 반응장치로 이송하기 위한 배관은 단일의 것으로 통합될 수 있다.
상기 반응장치에서 얻은 차아염소산나트륨의 pH에 따라, 상기 제1 및 제2 전해장치 중 적어도 하나가 자동 제어될 수 있다.
예를 들어, 상기 반응장치에서 얻은 차아염소산나트륨의 pH가 기설정된 범위보다 낮은 경우, 상기 제1 전해장치(300)를 더 활성화시켜 염소가스 대비 과량의 수산화나트륨을 생성하도록 할 수 있고, 반대로, 상기 반응장치에서 얻은 차아염소산나트륨의 pH가 기설정된 범위보다 높은 경우, 상기 제1 전해장치(300)의 전해반응을 지연시키거나 전해효율을 낮추어 수산화나트륨의 생성량을 감소시킬 수 있다. 상기 반응장치에서 얻은 차아염소산나트륨의 pH에 따른 수산화나트륨의 생성량은 상호 전기적으로 연결된 센서류, 컨트롤러류, 밸브류, 펌프류 등에 의해 자동으로 제어될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 청구범위에 의하여 나타내어지며, 청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 원수 처리장치
21, 210: 소금 탱크(제2 탱크)
22, 220: 소금물 처리장치
40: 전해장치
50: 양극조
51: 1차 탈염장치
52: 2차 탈염장치
60: 음극조
70: 반응장치
100: 물 공급장치
200: 제1 탱크
300: 제1 전해장치
310: 제1 양극(제1 양극실)
320: 제1 음극(제1 음극실)
330: 제1 격막
400: 제2 전해장치
410: 제2 양극(제2 양극실)
420: 제2 음극(제2 음극실)
430: 제2 격막
21, 210: 소금 탱크(제2 탱크)
22, 220: 소금물 처리장치
40: 전해장치
50: 양극조
51: 1차 탈염장치
52: 2차 탈염장치
60: 음극조
70: 반응장치
100: 물 공급장치
200: 제1 탱크
300: 제1 전해장치
310: 제1 양극(제1 양극실)
320: 제1 음극(제1 음극실)
330: 제1 격막
400: 제2 전해장치
410: 제2 양극(제2 양극실)
420: 제2 음극(제2 음극실)
430: 제2 격막
Claims (9)
- 분자 내 2 이상의 나트륨이온을 포함하는 나트륨염이 저장된 제1 탱크;
제1 격막에 의해 구획된 제1 양극실 및 제1 음극실을 포함하는 제1 전해장치; 및
상기 제1 탱크 및 상기 제1 음극실에 물을 공급하는 물 공급장치;를 포함하고,
상기 제1 탱크, 상기 제1 탱크에서 생성된 나트륨염 수용액을 상기 제1 양극실에 공급하는 배관, 상기 제1 양극실, 및 상기 제1 양극실에서 생성된 물질을 상기 제1 탱크에 공급하는 배관은 폐쇄 루프(closed loop)를 구성하는,
수산화나트륨 생성장치를 포함하는 차아염소산나트륨 생성장치에 있어서,
상기 차아염소산나트륨 생성장치는,
소금이 저장된 제2 탱크;
제2 격막에 의해 구획된 제2 양극실 및 제2 음극실을 포함하는 제2 전해장치; 및
상기 제2 양극실에서 생성된 양극생성물, 및 상기 제1 및 제2 음극실에서 생성된 음극생성물을 반응시켜 차아염소산나트륨을 얻는 반응장치;를 더 포함하고,
상기 물 공급장치는 상기 제2 탱크 및 상기 제2 음극실에 물을 공급하고,
상기 제2 탱크에서 생성된 포화소금물은 상기 제2 양극실로 공급되고,
상기 제1 및 제2 음극실에서 생성된 상기 음극생성물 중 상기 차아염소산나트륨의 생성에 관여하지 않은 잔부를 상기 차아염소산나트륨의 pH를 기설정된 범위로 조절하는 버퍼로 사용하는,
차아염소산나트륨 생성장치. - 제1항에 있어서,
상기 나트륨염은 하기 식에 따른 구조를 가지는,
차아염소산나트륨 생성장치:
<식>
NaxAy
상기 식에서,
x는 2 이상의 정수 중 하나이고,
A는 나트륨이온과 결합가능한 음이온성 물질이고,
y는 상기 식을 만족하는 정수 중 하나이다. - 제2항에 있어서,
상기 나트륨염은 탄산나트륨, 황산나트륨, 과황산나트륨, 제2인산나트륨, 제3인산나트륨 및 이들 중 2 이상의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 하나인,
차아염소산나트륨 생성장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 격막은 양이온교환막인,
차아염소산나트륨 생성장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 차아염소산나트륨 생성장치는 외부로부터 상기 반응장치에 수산화나트륨을 주입하기 위한 설비를 포함하지 않는,
차아염소산나트륨 생성장치. - 제1항에 있어서,
상기 제2 격막은 양이온교환막인,
차아염소산나트륨 생성장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1 및 제2 전해장치는 상호 병렬 연결된 것인,
차아염소산나트륨 생성장치. - 제1항에 있어서,
상기 반응장치에서 얻은 차아염소산나트륨의 pH에 따라,
상기 제1 및 제2 전해장치 중 적어도 하나가 자동 제어되는,
차아염소산나트륨 생성장치.
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