KR200379625Y1 - 온사이드형 과산화수소 생성장치 및 공급장치 - Google Patents

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KR200379625Y1 KR20-2004-0036370U KR20040036370U KR200379625Y1 KR 200379625 Y1 KR200379625 Y1 KR 200379625Y1 KR 20040036370 U KR20040036370 U KR 20040036370U KR 200379625 Y1 KR200379625 Y1 KR 200379625Y1
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Abstract

본 고안은 과산화 수소 생성장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 병원에서 별도의 보관용기 필요없이 정수기와 같이 필요한 양만큼 발생시켜 용기에 받아 사용하게 하는 온사이드형 과산화수소 생성장치 및 공급장치에 관한 것이며, 과산화수소 생성장치에 있어서, 일측에 양극액입구(5)와 음극액입구(6)가 형성되고, 타측에 양극출구(7)와 음극출구(8)가 형성된 전해조(24); 전해조 내부 일측에 설치되어 음극전원에 연결되고, 후면이 외부에 노출되게 설치되는 가스확산전극인 산소음극(1); 전해조 내부에 산소음극(1)과 대향하여 설치되고, 양극전원에 연결되는 불용성금속전극인 양극(2); 양극(2)과 산소음극(1) 사이에 설치되고, 이온교환막으로 구성된 격막(23); 양극액입구(5)와 음극액입구(6)와 연결되어 전해액을 공급하는 원수공급펌프(21);로 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

온사이드형 과산화수소 생성장치 및 공급장치{An onside type generating device for hydrogen peroxide and providing device for hydrogen peroxide}
본 고안은 과산화 수소 생성장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 병원에서 별도의 보관용기 필요없이 정수기와 같이 필요한 양만큼 발생시켜 용기에 받아 사용하게 하고, 원수공급부터 과산화수소수 취수까지 하나의 라인에서 이루어지는 온사이드형 과산화수소 생성장치 및 공급장치에 관한 것이다.
과산화수소 반응에 쓰이는 촉매는 안정한 담체에 팔라듐이나 니켈을 담지하여 제조하고, 생성된 과산화수소는 물을 이용하여 추출한다. 그러므로 수용액상에 존재하는 과산화수소는 항상 유기용매가 불순물로 포함되어 있어 정제를 거쳐야만 한다.
작용액으로 사용하던 유기용매 없이 수소와 산소를 이용하여 과산화수소를 직접 제조하는 공정이 개발되었다. 이 방법의 경우 수소와 산소를 고압으로 주입해야 하므로 취급에 위험이 따르기 때문에 상업화 되지 못하였다.
수소 및 산소의 촉매 반응으로 과산화수소를 생산하는 종래방법은 고농도의 과산화수소를 얻기 위해 반응매질 중에 고농도의 산 및 할로겐 이온이 존재하는 것이 필수이다. 이때 반응전, 반응동안 및 반응후의 촉매금속 및 반응용기의 재료물질이 반응매질로 인해 분해되는 문제점이 있다.
이와 같은 방법 또는 다른 방법으로 제조된 과산화수소를 소독약으로 실제 사용하는 병원에서 별도의 용기에 저장하고 있다가 사용해야 하는 불편함이 있었다. 그리고 많은 양의 과산화 수소를 소비하기 때문에 병원에서 직접 자급 자족해야 하는 것이 바람직하다.
본 고안은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 전기 화학분해 반응에 의해 물을 전기분해하여 과산화수소를 직접 제조하고, 병원에서 의사나 간호사가 직접 정수기와 같이 과산화수소를 용기에 필요한 만큼 받아 사용할 수 있는 온사이드형 과산화수소 생성장치와 상기 과산화수소 생성장치에 원수를 공급하여 과산화수소수를 취수하여 공급받는 과산화수소수 공급장치를 제공하고자 하는 목적을 가지고 있다.
본 고안은 전술한 목적을 달성하기 위하여 과산화수소 생성장치에 있어서, 일측에 양극액입구와 음극액입구가 형성되고, 타측에 양극출구와 음극출구가 형성된 전해조; 전해조 내부 일측에 설치되어 음극전원에 연결되고, 후면이 외부에 노출되게 설치되는 가스확산전극인 산소음극; 전해조 내부에 산소음극과 대향하여 설치되고, 양극전원에 연결되는 불용성금속전극인 양극; 양극과 산소음극 사이에 설치되고, 이온교환막으로 구성된 격막; 양극액입구와 음극액입구에 연결되어 전해액을 공급하는 원수공급펌프;로 구성되고, 양극출구에 아래를 향하는 양극액출구와 위로 향하는 양극가스출구를 형성하고, 음극출구에 아래를 향하는 음극액출구와 위로 향하는 음극가스출구를 형성하며, 전해조의 하부에 고정대를 설치하고, 고정대의 하부를 설치테이블에 고정하며, 전해조의 음극측 외측벽면에 유통홀을 형성하여 외부의 공기가 산소음극에 공급되도록 하고, 전해조의 음극측의 외측벽면 하부에 드레인로를 형성하며, 양극액입구로 유입되는 양극액과 음극액입구로 유입되는 음극액이 모두 연수(경도 3ppm, 전도도200μS/cm)이거나, 양극액입구로 유입되는 양극액과 음극액입구로 유입되는 음극액이 연수(경도 3ppm, 전도도200μS/cm) 기반의 황산나트륨(4g/L)이거나, 양극액입구로 유입되는 양극액으로 연수(경도 3ppm, 전도도200μS/cm) 기반의 10g/L의 NaCl을 사용하고, 음극액입구로 유입되는 음극액으로 연수(경도 3ppm, 전도도200μS/cm) 또는 순수를 사용하며, 원수공급펌프가 토출압력이 맥동하는 것일 때 연결배관의 일단을 양극액입구와 음극액입구에 연결하고, 연결배관의 타단을 음극출구와 양극출구보다 높은 곳에 위치하도록 하여 원수공급펌프와 연결하는 것을 특징으로 하며, 일측에 원료수 유입구가 형성되고, 타측에 과산화수소배출구가 형성된 전해조; 전해조 내부 일측에 설치되어 음극전원에 연결되고, 후면이 외부에 노출되게 설치되는 가스확산전극인 산소음극; 전해조 내부에 산소음극과 대향하여 설치되고, 양극전원에 연결되는 불용성금속전극인 양극; 원료수 유입구와 연결되어 전해액을 공급하는 원수공급펌프;로 구성되는 것을 특징으로 하는 온사이드형 과산화수소 생성장치 및 과산화수소 생성장치의 전해조의 전극에 연결되고, 일측에 조작판이 연결 설치되며, 타측에 밸브연결부가 형성되는 제어부; 전해조의 음극액출구와 연결된 배관중 분기된 한 배관과 연결되고, 그 사이에 생성수밸브가 설치되며, 일측에 취수구가 형성되고, 타측에 제2드레인밸브가 형성되는 과산화수소수 저장탱크; 전해조의 음극액출구와 연결된 배관중 분기된 다른 배관에 설치되는 제1드레인밸브; 원수가 공급되는 전처리장치; 전처리장치와 원수제어밸브를 개재하여 연결하는 원수저장탱크; 원수저장탱크의 원수를 전해조의 양극액입구와 음극액입구에 공급하도록 연결된 원수공급펌프; 로 구성되고, 과산화수소수 저장탱크에 유량센서를 설치하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 생성장치에서 발생되는 과산화수소수 공급장치를 제공한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 고안의 온사이드형 과산화수소 생성장치는 음극에는 산소가 자연적으로 공급되는 가스확산전극을 설치한다. 이하에서 가스확산전극을 산소음극(1)으로 통칭한다. 산소음극(1)을 사용하여 물을 전기분해하면, 소정 %농도의 과산화수소가 생성가능한데, 이 전해조를 온사이드에 설치하여 전기와 물을 공급함으로서 필요한 장소에서 필요한 양의 과산화수소를 얻는 것을 주요 구성으로 한다.
의약용 외 독약, 위험물등 제6종에 해당되는 과산화수소는 저장할 필요가 없다.
전해 과산화수소 발생원리를 설명하면 다음과 같다.
음극의 전기 화학반응은 O2 + H2O + 2e- ⇒ HO2 - + OH- 이고,
평행반응은 HO2 - + H2O ⇔ H2O2 + OH-
전체반응은 O2 + 2H2O + 2e- ⇒ H2O2 + 2OH- 이다.
양극의 알카리성액의 반응은 2OH- ⇒ 1/2O2 + H2O + 2e-
중성이나 산성액의 양극반응은 H2O ⇒ 1/2O2 + 2H+ + 2e-
음극과 양극의 전체반응은 1/2O2 + H2O ⇒ H2O2 이다.
이상과 같은 반응이 일어나도록 온사이드형 과산화수소 생성장치를 구성한다.
생성장치 본체는 격막식 단극전해조를 사용하고, 음극에는 산소가 자연적으로 공급되는 가스확산전극인 산소음극(1)을 설치한다. 양극에는 불용성금속전극(DSE)인 이드륨피복 티탄전극을 사용하고, 양극과 음극 사이에 설치하는 격막으로는 이온 교환막을 사용한다.
공급하는 전해액은 양극 및 음극액 전부 연수(경도 3ppm, 전도도200μS/cm)만 사용하거나, 두번째로 양극 및 음극액 전부 연수(경도 3ppm, 전도도200μS/cm)기반의 황산나트륨(4g/L)를 사용하거나, 세번째로 양극액에 연수(경도 3ppm, 전도도200μS/cm)기반 10g/L의 NaCl을 사용하고 음극액에 연수(경도 3ppm, 전도도200μS/cm) 또는 순수를 사용한다.
본 고안의 온사이드형 과산화수소 생성장치는 인가전압을 최대 20V로하고, 직류전류 최대 2.5A로 한다. 그리고 양극과 음극을 바꾸면 과산화수소가 생성되지 않고, 전극의 소모가 일어난다.
전극 유효면적이 1.25dm2 일때 음극실의 공급수량은 최대 100 mL/min 최소 10 mL/min로 하고, 양극실의 공급수량도 최대 100 mL/min 최소 10 mL/min로 한다. 이때 양극실과 음극실의 공급량의 차이는 50% 이내로 한다.
음극반응에 의한 음극실에서 배출되는 음극액은 알카리성의 과산화수소이고, 양극반응에 의한 양극실에서 배출되는 양극액은 산성을 나타낸다. 이때 음극수와 양극수를 혼합하면 중성의 과산화수소수가 생성된다.
도 1에는 본 고안의 과산화수소 생성장치 전해조(24)의 음극측을 도시하고 있으며, 고정대(18) 위에 음극측(13)이 고정되어 있고, 음극측은 공기중의 산소가 전극을 통과하여 공급되는 가스확산전극인 산소음극(1)이 설치되므로 산소가 유통할 수 있는 유통홀(20)이 다수개 외측벽에 산소음극(1)과 관통되도록 형성되어 있다.
그리고 음극측(13) 하부에 드레인로(15)가 형성되며, 드레인로(15)는 가스확산전극인 산소음극(1)의 배면에서 투과되는 음극액을 배출시키는 배출구이다.
전해조(24)의 외부 양쪽 측면에 각각 산소음극(1)과 양극(2)에 연결되는 음극단자(16)와 양극단자(17)가 형성되어 전원과 연결된다.
도 2에는 전해조(24)의 양극측(14)을 도시하고 있는데, 하부 일측에 전해조로 유입시키도록 양극액입구(5)와 음극액 입구(6)가 형성되고 원수공급펌프와 연결되어 양극액과 음극액을 유입시킨다.
상부 일측에는 음극출구(7)와 양극출구(8)가 형성되며, 상기 음극출구(7)에서 음극가스출구(11)와 음극액출구(9)로 분기된다. 그리고 양극출구(8)에서 양극가스출구(12)와 양극액출구(10)로 분기된다.
상기 음극가스출구(11)와 양극가스출구(12)는 위를 향하여 형성되고, 음극액출구(9)와 양극액출구(10)는 아래를 향하여 형성한다.
전해조(24)의 하부에 고정대(18)를 설치하고, 이 고정대(18)를 설치하고자 하는 곳이나 설치테이블등에 나사등으로 고정시켜 움직이지 않게 한다.
도 3은 격막이 없는 과산화수소 생성장치를 도시한 것으로서, 전해조 일측에 원료수 유입구(3)가 형성되고, 양극(2)과 산소음극(1) 사이를 원료수가 통과하여 산화 환원반응을 거쳐 발생되는 과산화수소수를 배출하도록 타측에 과산화수소수 배출구(4)를 형성한다. 이때 발생하는 산화환원 반응은 전술한 바와 같다.
도 4는 격막이 설치된 과산화수소 생성장치를 도시한 것으로서, 산소음극(1)과 양극(2) 사이에 격막(23)이 설치되고, 상기 격막(23)은 물은 통과하지 못하고 이온만 통과하는 것을 사용한다.
이때 양극액 입구(5)로 유입되는 양극액과 음극액입구(6)로 유입되는 음극액의 종류에 따라 양극출구(7)와 음극출구(8)로 배출되는 내용물이 틀려진다.
공급하는 전해액은 양극 및 음극액 전부 연수(경도 3ppm, 전도도200μS/cm)만 사용할 때를 설명하면, 연수와 산소음극(1)으로부터 유입된 공기중의 산소와 반응하여 양극출구(7)로는 산소가스가 배출되고 음극출구(8)로는 과산화수소가 배출된다. 이때 발생되는 과산화수소수는 알카리성을 나타낸다.
두번째로 양극 및 음극액 전부 연수(경도 3ppm, 전도도200μS/cm)기반의 황산나트륨(4g/L)을 사용할 때를 설명하면, 과산화수소수는 알카리성을 나타내는 붕소가 가 섞여 있는 연수용액으로 음극출구(8)로 배출된다.
세번째로 양극액에 연수(경도 3ppm, 전도도200μS/cm)기반 10g/L의 NaCl을 사용하고 음극액에 연수(경도 3ppm, 전도도200μS/cm) 또는 순수를 사용할 때를 설명하면, 양극출구(7)에서 Cl2 가 배출되고, 음극출구(8)에서 과산화수소가 발생한다. 이때 유효염소 함유의 양극액과 알카리성을 나타내는 과산화수소 용액을 혼합하면 양극의 차아염소산소다와 과산화수소가 반응하여 히드로키실로지컬을 생성시킨다. 이 로지컬은 활성이 높고 차아염소개체나 과산화수소개체보다도 강력한 살균력을 갖는다.
도 5와 도 6은 설치되는 원수공급펌프의 연결구조를 도시한 것으로서, 도 5는 본 고안의 과산화수소 생성장치에 토출압력이 맥동하지 않는 원수공급펌프를 연결할때의 상태를 도시하고, 6은 본 고안의 과산화수소 생성장치에 토출압력이 맥동하는 원수공급펌프를 연결할때의 상태를 도시한다.
원수공급펌프(21)의 토출압력이 맥동할 경우에는 양극액출구나 음극액출구의 높이보다 높은 곳에서 양극액과 음극액을 유입시키도록 연결배관(22)을 사용하여 높이를 조정한다.
도 7에는 과산화수소 생성장치에서 발생되는 과산화수소수의 공급장치를 도시한 개략도가 도시되며, 전해조(24)의 전극은 제어부(50)에 연결되어 작동하고, 제어부(50)는 후술할 각 밸브의 개폐를 제어하도록 밸브연결부(52)가 형성되어 각각의 밸브와 연결된다. 그리고 제어부(50)의 일측에는 조작판(51)이 연결되어 밸브 개폐와 전해조(24)의 작동을 제어한다.
전해조(24)의 음극액출구(9)에서 분기된 관중 하나에 제1드레인밸브(91)가 형성되고, 다른쪽 관에 생성수밸브(93)가 형성된다. 생성수 밸브(93)를 통과한 연결관은 과산화수소수 저장탱크(80)에 연결된다.
과산화수소수 저장탱크(80)는 일측에 제2드레인밸브(92)가 형성되고, 타측에 취수구(82)가 형성된다. 그리고 과산화수소수 저장탱크(80)의 상부 일측에 유량센서(81)를 설치하여 과산화수소수 저장탱크(80)가 차게되면 전해조의 작동을 멈춘다.
전해조(24)의 양극액입구(5)와 음극액입구(6)에 각각 원수공급펌프(21)를 연결하고, 원수공급펌프(21)는 원수저장탱크(7)와 연결한다.
원수저장탱크(7)는 전처리장치(60)와 연결되며, 전처리장치(60)와 원수저장탱크(7) 사이에는 원수제어밸브(90)가 설치된다.
제어부(50)의 밸브연결부(52)는 원수처리밸브(90), 제1드레인밸브(91), 제2드레인밸브(92), 생성수밸브(93)와 연결된다.
이와 같은 구성에서 초기 동작시 안정적인 과산화수소 생성을 위하여 제1드레인밸브(91)를 동작시키고 생성수밸브(93)를 정지시켜 초기에 발생하는 과산화수소를 뽑아내고, 몇분후에 안정적인 물성을 가진 과산화수소수가 배출될때 제1드레인밸브(91)를 정지시키고 생성수밸브(93)를 동작시켜 과산화수소수 저장탱크(80)에 배출되는 과산화수소수를 저장한다. 저장된 과산화수소수는 취수구(82)를 통하여 언제든지 사용할 수 있다.
그리고 과산화수소수를 장기 저장할 때 물성 저하가 일어나므로 제2드레인밸브(92)를 동작시켜 과산화수소수 저장탱크(80)내의 과산화수소수를 배수하고 새로 형성된 과산화수소수를 저장하여 사용한다.
본 고안의 온사이드형 과산화수소 생성장치는 전기분해에 의하여 과산화수소를 생성하여 필요한 양만큼 필요한 장소에서 사용할 수 있는 효과가 있으며, 주 사용처인 병원에서 별도의 저장용기 필요없이 바로 바로 생성시켜 사용할 수 있기 때문에 보관에 대한 수고를 덜 수 있다.
도 1은 본 고안의 과산화수소 생성장치의 음극측을 도시한 도면.
도 2는 본 고안의 과산화수소 생성장치의 양극측을 도시한 도면.
도 3은 본 고안의 격막이 없는 과산화수소 생성장치를 도시한 개념도.
도 4는 본 고안의 격막이 있는 과산화수소 생성장치를 도시한 개념도.
도 5는 본 고안의 과산화수소 생성장치에 토출압력이 맥동하지 않는 원수공급펌프를 연결할때의 상태를 도시한 도면.
도 6은 본 고안의 과산화수소 생성장치에 토출압력이 맥동하는 원수공급펌프를 연결할때의 상태를 도시한 도면.
도 7은 본 고안의 과산화수소 생성장치에서 발생되는 과산화수소수의 공급장치를 도시한 개략도.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >
1 : 산소음극 2 : 양극조
3 : 원료수유입구 4 : 과산화수소수 배출구
5 : 양극액입구 6 : 음극액입구
7 : 양극출구 8 : 음극출구
9 : 음극액출구 10 : 양극액출구
11 : 음극가스출구 12 : 양극가스출구
13 : 음극측 14 : 양극측
15 : 드레인로 16 : 음극단자
17 : 양극단자 18 : 고정대
19 : 결합나사 20 : 유통홀
21 : 원수공급펌프 22 : 연결배관
23 : 격막 24 : 전해조

Claims (12)

  1. 과산화수소 생성장치에 있어서,
    일측에 양극액입구(5)와 음극액입구(6)가 형성되고, 타측에 양극출구(7)와 음극출구(8)가 형성된 전해조(24);
    전해조 내부 일측에 설치되어 음극전원에 연결되고, 후면이 외부에 노출되게 설치되는 가스확산전극인 산소음극(1);
    전해조 내부에 산소음극(1)과 대향하여 설치되고, 양극전원에 연결되는 불용성금속전극인 양극(2);
    양극(2)과 산소음극(1) 사이에 설치되고, 이온교환막으로 구성된 격막(23);
    양극액입구(5)와 음극액입구(6)에 연결되어 전해액을 공급하는 원수공급펌프(21);로 구성되는 것을 특징으로 하는 온사이드형 과산화수소 생성장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 양극출구(7)에 아래를 향하는 양극액출구(10)와 위로 향하는 양극가스출구(8)를 형성하고, 음극출구(7)에 아래를 향하는 음극액출구(10)와 위로 향하는 음극가스출구(11)를 형성하는 것을 특징으로 하는 온사이드형 과산화수소 생성장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 전해조(24)의 하부에 고정대(18)를 설치하고, 고정대(18)의 하부를 설치테이블에 고정하는 것을 특징으로 하는 온사이드형 과산화수소 생성장치.
  4. 제 1 항에 있어서, 전해조(24)의 음극측(13) 외측벽면에 유통홀(20)을 형성하여 외부의 공기가 산소음극(1)에 공급되도록 하는 것을 특징으로 하는 온사이드형 과산화수소 생성장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 전해조(24)의 음극측(13)의 외측벽면 하부에 드레인로(15)를 형성하는 것을 특징으로 하는 온사이드형 과산화수소 생성장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 양극액입구(5)로 유입되는 양극액과 음극액입구(6)로 유입되는 음극액이 모두 연수(경도 3ppm, 전도도200μS/cm)인것을 특징으로 하는 온사이드형 과산화수소 생성장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 양극액입구(5)로 유입되는 양극액과 음극액입구(6)로 유입되는 음극액이 연수(경도 3ppm, 전도도200μS/cm) 기반의 황산나트륨(4g/L)인 것을 특징으로 하는 온사이드형 과산화수소 생성장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 양극액입구(5)로 유입되는 양극액으로 연수(경도 3ppm, 전도도200μS/cm) 기반의 10g/L의 NaCl을 사용하고, 음극액입구(6)로 유입되는 음극액으로 연수(경도 3ppm, 전도도200μS/cm) 또는 순수를 사용하는 것을 특징으로 하는 온사이드형 과산화수소 생성장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 원수공급펌프(21)가 토출압력이 맥동할때 연결배관(22)의 일단을 양극액입구(5)와 음극액입구(6)에 연결하고, 연결배관(22)의 타단을 음극출구(7)와 양극출구(12)보다 높은 곳에 위치하도록 하여 원수공급펌프(21)와 연결하는 것을 특징으로 하는 온사이드형 과산화수소 생성장치.
  10. 과산화수소 생성장치에 있어서,
    일측에 원료수 유입구(3)가 형성되고, 타측에 과산화수소배출구(4)가 형성된 전해조(24);
    전해조 내부 일측에 설치되어 음극전원에 연결되고, 후면이 외부에 노출되게 설치되는 가스확산전극인 산소음극(1);
    전해조 내부에 산소음극(1)과 대향하여 설치되고, 양극전원에 연결되는 불용성금속전극인 양극(2);
    원료수 유입구(3)와 연결되어 전해액을 공급하는 원수공급펌프(21);로 구성되는 것을 특징으로 하는 온사이드형 과산화수소 생성장치.
  11. 과산화수소 생성장치의 전해조(24)의 전극에 연결되고, 일측에 조작판(51)이 연결 설치되며, 타측에 밸브연결부(52)가 형성되는 제어부(50);
    전해조(24)의 음극액출구(9)와 연결된 배관중 분기된 한 배관과 연결되고, 그 사이에 생성수밸브(93)가 설치되며, 일측에 취수구(82)가 형성되고, 타측에 제2드레인밸브(92)가 형성되는 과산화수소수 저장탱크(80);
    전해조(24)의 음극액출구(9)와 연결된 배관중 분기된 다른 배관에 설치되는 제1드레인밸브(91);
    원수가 공급되는 전처리장치(60);
    전처리장치(60)와 원수제어밸브(90)를 개재하여 연결하는 원수저장탱크(70);
    원수저장탱크(70)의 원수를 전해조(24)의 양극액입구(5)와 음극액입구(6)에 공급하도록 연결된 원수공급펌프(21);
    로 구성되는 것을 특징으로 하는 과산화수소 생성장치에서 발생되는 과산화수소수 공급장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 과산화수소수 저장탱크(80)에 유량센서(81)를 설치하는 것을 특징으로 하는 과산화수소 생성장치에서 발생되는 과산화수소수 공급장치.
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