KR102612281B1 - 차아염소산수 제조 장치 및 이를 이용한 차아염소산수 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 차아염소산수 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 묽은 염산 수용액을 이용한 차아염소산수 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 차아염소산수 제조 장치는 전기분해조 전극에 파워서플라이가 연결되고, 상기 파워서플라이에서 펄스형 전원이 인가되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 차아염소산수 제조 장치는 전기분해조 전극에 파워서플라이가 연결되고, 상기 파워서플라이에서 펄스형 전원이 인가되는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 차아염소산수 제조 장치 및 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 묽은 염산 수용액을 이용한 차아염소산수 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
유효 염소 농도가 30~100 ppm 정도인 차아염소산수는 살균성과 함께 인체 안정성이 우수하여 세척 및 소독용으로 널리 사용되고 있다.
이러한 차아염소산수는 주로 전기분해조에서 묽은 염산 수용액(2~6%)을 전기분해하는 방식으로 생산되는데, 전극에서 발생하는 열과, 이로 인한 용기의 압력 상승과, 및 물의 특성 변화가 각각 또는 복합적으로 작용하여 유효 염소 농도의 불안정성이 문제가 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해서 전극에서 발생되는 열은 냉각수를 이용해서 제거하는 방식에 제안되었으며, 용기 압력은 밴트를 통해서 제거하는 방식이 제안되었다. 물의 특성 변화는 역삼투압 방식과 같은 사전 정제 장치를 사용해서 물의 특성을 균일하게 하는 방식이 제안되었다.
하지만, 냉각수를 이용할 경우 전극 구조가 복잡해질 뿐만아니라, 유효 염소 농도를 높이기 위해 전류량이 많아지면 냉각수만으로 냉각이 어려워지는 문제가 있으며, 압력을 낮추기 위해서 용기를 밴트할 경우 염소가 함께 배출되는 문제가 있다.
또한, 사전 정제를 통해서 물의 특성을 균일하게 하는 방식은 고가의 물 정제 장치가 필요하며, 동일한 정제수라 하더라도 물의 온도에 따라서 전기 분해 특성이 달라질 수 있다는 문제가 남게 된다. 이에 따라, 물의 특성을 제어하기 보다는 대형 저장조를 만들어서 생산된 차아염소산수를 일정 기간 저장함으로써, 차아염소산수의 유효염소 농도를 안정화시켜 관리하는 방식이 주로 사용되고 있지만. 차아염소산수는 장기간 저장이 쉽지 않다는 문제가 있으며, 내포된 염소가스의 증발로 인한 문제가 있다. 차아염소산수의 취약한 장기 보존성을 해결하기 위해서, 에코텍 주식회사에 허여된 대한민국 특허 제10-1925900호에서는 100 ppm 이상의 유효 염소를 가지는 차아염소산 수에 2-[4-(2-히드록시에틸)피페라진-1-일]에탄 술폰산과 같은 버퍼를 안정제로 투입하여 보존성을 개선하는 방법을 제시한다.
본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 고농도의 차아염소산수를 제조하면서 전극에서 발생되는 열을 처리할 수 있는 새로운 차아염소산수 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 고농도의 차아염소산수를 제조하면서 전극에서 발생되는 열로 인해 밴트 문제를 해결할 수 있는 새로운 차아염소산수 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 고정적인 일정량의 전해질과 전류를 주입하여도 원수의 수질과 수량 및 pH가 달라지면서 생산되는 차아염소산의 농도가 변하는 문제를 해결할 수 있는 새로운 차아염소산수 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 다른 과제는 고농도의 차아염소산수를 제조하면서 발생되는 열과, 용기압력, 및 염소 농도의 문제를 효과적으로 처리할 수 있는 새로운 차아염소산수 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에서 해결하고자 하는 또 다른 과제는 잔류되는 미반응 염산의 잔존 함량을 줄일 수 있는 새로운 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명에 따른 염산을 포함하는 수용액을 전기 분해조에서 분해하여 차아염소산수를 제조하는 장치로서, 전기분해조 전극에는 펄스형 전원이 인가되고, 전기분해조에서 생산되는 차아염소산수의 농도를 이용하여 전극에 인가되는 펄스형 전원의 특성을 제어하는 특징으로 한다.
이론적으로 한정된 것은 아니지만, 펄스형 파워서플라이를 이용하여 고전압 및 고전류의 전원을 인가하여 고염소 농도의 차아염소산수를 생산하되, 펄스형태로 전원을 인가하여 가열 및 밴트를 방지하고, 전기분해조에서 배출되는 차아염소산수의 염소 농도를 이용하여 펄스전압을 제어함으로써, 안정적인 차아염소산수 제조 장치를 제공할 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 전기 분해조 전극에서 인가되는 전원은 필요에 따라 저전압에서부터 고전압까지 인가될 수 있으며, 예를 들어, 12 V 의 저전압에서부터 3,000 V의 고전압까지 펄스형태로 인가될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전기 분해조 전극에 펄스파형의 전원이 인가될 경우, 전압과 전류는 전압 및 전류량이 염소 농도가 비례하는 한도내에서 높은 전압과 전류를 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전압은 충분한 염소 농도를 제공할 수 있도록 300 V ~ 3,000 V의 전압을 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 전압은 500 V ~ 1,500 V 의 전압을 사용할 수 있으며, 보다 바람직하게는 1,000 V 의 전압을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전류는 충분한 염소 농도를 제공할 수 있도록, 50 A ~ 1,000 A 의 전류를 사용할 수 있다. 본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 전류는 약 100 A, 보다 바람직하게는 150 A, 보다 더 바람직하게는 200 A의 정도의 전류를 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 펄스형 전원은 고염소 농도의 차아염소산수를 생산하기 위해서, 100 ㎲ - 250 ㎲ 의 펄스폭을 가질 수 있으며, 바람직하게는 약 150 ㎲ 를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 펄스형 전원은 전극의 온도가 과열되지 않은 범위에서 펄스 간격을 조절할 수 있으며, 상기 펄스형 전원은 초당 10 ~ 20회 범위에서 인가될 수 있으며, 일 실시에 있어서, 상기 펄스는 초당 10 회 정도의 범위로 조절될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 펄스형 전원은 펄스파형의 전원을 발생시킬 수 있는 파워서플라이는 상업적으로 구입하여 사용할 수 있으며, 필요한 특성에 맞춰 주문생산 방식을 통하여 구입하여 이용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전기 분해조 전극은 전극에서 발생되는 열의 분산성을 높일 수 있도록 병렬로 연결되는 소형 전극들로 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전기 분해조는 무격막 전기 분해조일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전기 분해조는 회분식, 반회분식, 또는 연속식 전기분해조일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 염소 농도 측정 장치는 차아염소산수 제조 장치는 생산되는 차아염소산수의 염소 농도를 측정하고, 이를 이용하여 전기 분해조에 인가되는 펄스 전원의 특성을 조절하는 제어부를 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 염소 농도 측정 장치는 염소 농도의 측정은 DPD(N, N-diethyl-p-phenylenediamine)와 오르트톨리딘(Orthotolidine)을 이용한 비색법의 문제점, 즉, 고비용과 지속적인 시약 사용 문제를 해결할 수 있도록, 수중 내 살균활성물질 즉, 총잔류산화물(Total Residual Oxidant; 이하 TRO)를 이용하여 측정하는 것이 바람직하다. 이론적으로 한정된 것은 아니지만, 전해질과 수용액을 전기분해하여 생성된 수중 유효염소에 의하여 변화된 수중 산화환원전위(Oxidation Reduction Potential; 이하 ORP; E(red) = E(red)0-RT/nF(lnK), R-이상기체상수, T-절대온도, K-평형상수, F-패러데이 상수)는 전극센서에 의하여 측정되어, 염소로 산정되는 총잔류산화물(Total Residual Oxidant as Cl2)의 양이 ppm(part per million)으로 표시되어 전기분해조에서 생산되는 차아염소산수에서 차아염소산의 농도를 측정할 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 차아염소산수 제조 장치는 제어부에 의해서 제어될수 있으며, 상기 제어부는 전기분해조로 유입되는 수량과 전기분해조에서 유출되는 수량과 유출되는 수량과, 파워서플라이에서 인가되는 펄스 전압의 특성을 제어할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 차아염소산수는 30 ~ 500 ppm의 염소 농도를 가질 수 있으며, 바람직하게는 염소 농도가 30~50 ppm 인 차아염소산수일 수 있다.
본 발명은 일 측면에서,
펄스형 전원이 인가되는 전기 분해용 전극을 가지는 무격막 전기 분해조;
상기 전기분해조에 연결되어 전해질을 포함하는 물이 유입되는 유입 라인, 및 상기 전기분해조에 연결되어 생성된 차아염소산수가 유출되는 유출라인을 가지는 전기분해장치;
상기 전극에 전원을 인가하는 전원 공급 장치;
상기 유출라인에서 TRO를 측정하는 TRO 농도 측정장치; 및
상기 TRO 농도를 이용해서 전극에 인가되는 펄스형 전원의 펄스 특성을 제어하여 차아염소산의 농도를 제어하는 제어부를 포함하는 차아염소산수 제조 장치를 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 전원 공급 장치는 파워서플라이일 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 파워서플라이는 전극 및 제어부에 연결될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 전극에 파워서플라이를 연결하고, 상기 파워서플라이를 제어하여 전극에 인가되는 펄스형 전원의 전압, 전류, 피크폭, 피크 간격등을 제어할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 제어부는 생성되는 차아염소산의 농도를 제어하기 위해서, 유입라인에서 전해질 용액의 농도를 더 제어할 수 있다. 본 발명의 실시에 있어서, 상기 전해질 농도의 제어는 유입라인을 통해 유입되는 물에 전해질 인젝터와 같은 장치를 이용해 전해질 용액의 투입량을 제어함으로써 이루어질 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 차아염소산 제조 장치는 온도계와, pH 센서, 총잔류산화물 측정장치를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 온도계는 유입라인으로 유입되는 물의 온도를 측정하기 위해서 사용될 수 있으며, 상기 pH 센서는 유출라인에서 pH를 측정하기 위해서 사용될 수 있으며, 상기 총잔류산화물 측정장치는 유출라인의 총잔잔류산화물을 측정하고, 이를 이용해서 차아염소산 농도를 구하기 위해서 사용될 수 있다.
본 발명을 통해서 고농도의 차아염소산수를 제조하면서 전극에서 발생되는 열을 처리할 수 있는 새로운 차아염소산수 제조 장치가 제공되었다.
본 발명을 통해서 고농도의 차아염소산수를 제조하면서 발생되는 열을 효과적으로 처리할 수 있는 새로운 차아염소산수 제조 방법이 제공되었다.
본 발명을 통해서 차아염소산수를 제조하면서 원수의 수질 변화에 따라 발생가능한 차아염소산 농도의 변화를 차단하여 본 차아염소산수의 목표농도에 따라 다른 활용이 정교하게 적용될 수 있도록 정도관리가 가능한 새로운 차아염소산수 제조장치가 제공되었다.
또한, 본 발명을 통해서 품질이 일정한 차아염소산수를 생성하여 일반인이 손쉽게 사용할 수 있는 장치를 제공함은 물론 TRO 모니터링과 정류기의 전류 및 전해질의 농도 조절을 통한 새로운 차아염소산수 품질관리 제조방법이 제공되었다.
도 1은 본 발명에 따른 전기분해조와 제어 시스템을 보여주는 도면이다.
이하, 실시예를 통해서 본 발명을 상세하게 설명한다. 실시 예에 대한 다음의 설명은 첨부 도면을 참조한다. 다른 도면들에서 동일한 참조 번호는 동일하거나 유사한 요소를 나타낸다. 다음의 상세한 설명은 본 발명을 제한하지 않는다. 대신, 본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위에 의해 정의된다.
명세서 전체에 걸쳐서, "일 실시 예" 또는 "실시 예"에 대한 언급은 한 실시 예와 관련하여 설명된 특정 특징, 구조 또는 특성이 개시된 주제의 적어도 하나의 실시 예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 명세서 전체에 걸쳐 다양한 위치에서 나타나는 "일 실시 예에서"또는 "실시 예에서"라는 문구는 반드시 동일한 실시 예를 지칭하는 것은 아니다. 또한, 특정 특징, 구조 또는 특성은 하나 이상의 실시예에서 임의의 적절한 방식으로 결합될 수 있다.
도 1에서 도시된 바와 같이, 무격막 반응장치(100)는 전해질의 전기 분해가 발생하는 전기분해조(10)와, 상기 전기분해조(10) 내부에 장착되어 전원이 인가되는 양극 (21)과 양극을 연결하는 부스바, 음극 (22)과 음극들을 연결하는 부스바, 부스바에 전류를 인가하는 파워서플라이(20)와, 상기 전기 분해조(10)로 염산이 포함된 전해질유입라인(31)과 차아염소산수가 유출되는 유출 라인(32)을 가진다. 전기 분해조(10)에 유입되는 용액의 온도를 측정하는 온도센서가 부착되고, 유출 라인(32)에는 염소의 농도를 측정하기 위한 TRO 농도 센서가 부착된다.
제어부(controller) 유출 라인(32)에서 총잔류산화물 농도 센서로부터 유효 염소 농도(50)에 대한 정보를 입력 받아 파워서플라이(20)의 전압과 전류와 피크폭 및 피크 간격을 조정하고 전해질유입라인(31)의 초당 가동 횟수 및/또는 유입 유량을 조절하여 유출 라인(32)의 양과 유효 염소 농도가 목표농도에 도달하도록 제어한다.
실시예 1
도 1에 도시된 무격막 전기 분해조(10)에 3 %의 염산이 첨가된 원수를 투입하고, 전기 분해 전극(21, 22)에 파워서플라이(20)를 통해서 1000 V의 전압으로 순간전류 약 500 A, 가동 시간 150μsec, 초당 가동 횟수 10회로 유지되는 펄스파 전원을 인가하였다. 전기 분해 전극(21, 22) 중 양극에서는 염소이온(Cl-)이 산화되어 염소(Cl2(aq))가 되고, 물과 반응하여 차아염소산(HOCl)이 생성되어 유출라인(32)을 통해서 차아염소산수를 유출하였다. 10분 동안 이 차아염소산수는 TRO 모니터(50)를 통하여 목표농도인 30 ppm의 유효 염소 농도를 가지는 상온의 차아염소산수를 얻었다.
실시예 2
실시예 1에서 파워서플라이(20)를 통해서 1000 V의 전압으로 순간전류 약 1000 A, 가동 시간 150μsec, 초당 가동 횟수 10회로 유지되는 펄스파 전원을 인가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 유출라인을 통해서 차아염소산수를 유출하였다. 10분동안 40 ppm의 유효 염소 농도를 가지는 상온의 미산성 차아염소산수를 얻었다.
실시예 3
실시예 1에서 파워서플라이(20)를 통해서 1500 V의 전압으로 순간전류 약 1000 A, 가동 시간 100μsec, 초당 가동 횟수 10회로 유지되는 펄스파 전원을 인가하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였으며, 유출라인을 통해서 차아염소산수를 유출하였다. 50 ppm의 유효 염소 농도를 가지는 상온의 미산성 차아염소산수를 얻었다.
실시예 4
실시예 1의 결과를 이용하여, 목표 농도를 30 ppm으로 결정하고, 도 1에 도시된 무격막 전기 분해조(10)에 3 %의 염산이 첨가된 원수를 투입하고, 전기 분해 전극(21, 22)에 파워서플라이(20)를 통해서 1000 V의 전압으로 순간전류 약 500 A, 가동 시간 150μsec, 초당 가동 횟수 10회로 유지되는 펄스파 전원을 인가하였다. 전기 분해 전극(21, 22) 중 양극에서는 염소이온(Cl-)이 산화되어 염소(Cl2(aq))가 되고, 물과 반응하여 차아염소산(HOCl)이 생성되어 유출라인(32)을 통해서 차아염소산수를 유출하면서 60분간 가동하였다.
초기 10분 동안 이 차아염소산수는 TRO 모니터(50)를 통하여 목표농도인 30 ppm의 유효 염소 농도를 가지는 상온의 차아염소산수를 얻어졌으며, 유입되는 원수의 수질 및 수량 변화로 TRO 모니터에 측정되는 농도는 20ppm으로 감소되었다. 이 농도변화는 전류 차이로 변환되고 그 차이는 파워서플라이(20)로 전달되어 파워서플라이어는 전압, 가동시간, 초당 가동횟수를 유지하면서 700 A로 증가된 전류를 전기분해전극(21, 22)에 반영하였다. 그 결과 전기분해조(100) 내에 생성된 TRO는 다시 목표농도인 30ppm으로 증가되어 배출라인(32)으로 유출되는 TRO는 TRO모니터(50)에 30ppm으로 인식됨으로서 안정된 목표농도의 차아염소산수를 생산하게 되었다.
실시예 5
실시예 2의 결과를 이용하여, 목표 농도를 40 ppm으로 결정하고, 도 1에 도시된 무격막 전기 분해조(10)에 3 %의 염산이 첨가된 원수를 투입하고, 전기 분해 전극(21, 22)에 파워서플라이(20)를 통해서 1,000 V의 전압으로 순간전류 약 1,000 A, 가동 시간 150μsec, 초당 가동 횟수 10회로 유지되는 펄스파 전원을 인가하였다. 전기 분해 전극(21, 22) 중 양극에서는 염소이온(Cl-)이 산화되어 염소(Cl2(aq))가 되고, 물과 반응하여 차아염소산(HOCl)이 생성되어 유출라인(32)을 통해서 차아염소산수를 유출하면서 60분간 가동하였다.
초기 30분 동안 이 차아염소산수는 TRO 모니터(50)를 통하여 목표농도인 40 ppm의 유효 염소 농도를 가지는 상온의 차아염소산수를 얻어졌으며, 유입되는 원수의 수질 및 수량 변화로 TRO 모니터에 측정되는 농도는 70ppm으로 증가하였다. 이 농도변화는 전류차이로 변환되고 그 차이는 파워서플라이(20)로 전달되어 파워서플라이어는 전압, 가동시간, 초당 가동횟수를 유지하면서 500 A로 증가된 전류를 전기분해전극(21, 22)에 반영하였다. 그 결과 전기분해조(100) 내에 생성된 TRO는 다시 목표농도인 30ppm으로 감소되어 배출라인(32)으로 유출되는 TRO는 TRO모니터(50)에 30ppm으로 인식됨으로서 안정된 목표농도의 차아염소산수를 생산하게 되었다.
이 설명은 본 발명을 제한하려는 것이 아님을 이해해야한다. 반대로, 예시적인 실시 예는 첨부된 청구 범위에 의해 정의된 본 발명의 사상 및 범위에 포함되는, 대안, 수정 및 등가물을 포함하도록 의도된다. 또한, 예시적인 실시 예의 상세한 설명에서, 청구 된 발명의 포괄적인 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부 사항이 설명된다. 그러나, 당업자는 이러한 특정 세부 사항 없이 다양한 실시 예가 실시 될 수 있음을 이해할 것이다.
본 실시 예의 특징 및 요소가 특정 조합으로 실시 예에서 설명되었지만, 각각의 특징 또는 요소는 실시 예의 다른 특징 및 요소없이 단독으로 또는 개시된 다른 특징 및 요소와 함께 또는없이 다양한 조합으로 사용될 수있다. 이 기록된 설명은 임의의 장치 또는 시스템을 만들고 사용하고 임의의 통합 된 방법을 수행하는 것을 포함하여 당업자가 동일한 것을 실행할 수 있도록 개시된 주제의 예를 사용한다. 주제의 특허 가능한 범위는 청구 범위에 의해 정의되며, 당업자에게 발생하는 다른 예를 포함할 수 있다. 그러한 다른 실험예는 청구항의 범위 내에있는 것으로 의도된다.
10 : 전기 분해조
20 : 펄스형 파워서플라이
21 : 전기 분해전극
22 : 전기 분해전극
31 : 원수 및 전해질 유입라인
32 : 유출라인
40 : 온도 센서
50 : TRO 센서
100 : 무격막 전해조
20 : 펄스형 파워서플라이
21 : 전기 분해전극
22 : 전기 분해전극
31 : 원수 및 전해질 유입라인
32 : 유출라인
40 : 온도 센서
50 : TRO 센서
100 : 무격막 전해조
Claims (7)
- 펄스형 전원이 인가되는 전기 분해용 전극을 가지는 무격막 전기 분해조;
상기 전기분해조에 연결되어 염산을 포함하는 물이 유입되는 유입 라인, 및 상기 전기분해조에 연결되어 생성된 차아염소산수가 유출되는 유출라인을 가지는 전기분해장치;
상기 전극에 전원을 인가하는 전원 공급 장치;
상기 유출라인에서 수중산화환원 전위를 이용해서 차아염소산수의 TRO를 측정하는 TRO 농도 측정장치, 여기서, TRO 농도 측정장치는 염소 농도로 표시되며; 및
상기 염소 농도로 표시된 TRO 농도를 이용해서 전극에 인가되는 펄스형 전원 및 염산의 농도를 제어하며, 여기서, 상기 펄스형 전원은 12 V~3,000 V 의 전압과 100 ㎲- 250 ㎲의 지속시간을 가지며, 초당 10~20 회 범위에서 인가되며, 차아염소산의 염소 농도는 30~500 ppm으로 조절하는 제어부를 포함하는 차아염소산수 제조 장치. - 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제어부는 전기분해조로 유입되는 유량과 전기분해조에서 유출되는 유량을 제어하는 것을 특징으로 하는 차아염소산수 제조 장치. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 차아염소산수 제조 장치는 유입라인으로 유입되는 물의 온도를 측정하는 온도계와, 유출라인의 pH를 측정하기 위한 pH 측정장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차아염소산수 제조 장치.
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|---|---|---|---|
| KR1020210115086A KR102612281B1 (ko) | 2021-08-30 | 2021-08-30 | 차아염소산수 제조 장치 및 이를 이용한 차아염소산수 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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2021
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