KR20120071983A - System for generating disinfectants - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 AC-DC 전류변환부, 전기분해셀로 구성된 살균제 발생 시스템에 있어서, 상기 전기분해셀은 양극 전류 급전체, 양극 촉매층, 음극 전류 급전체, 음극 촉매층, 및 양극 촉매층과 음극 촉매층의 거리 유지용 막으로 구성되며, 상기 양극 촉매층은 이리듐 산화물로 구성되고, 상기 음극 촉매층은 백금으로 구성되며, 상기 양극 촉매층은 상기 양극 전류 급전체에 형성되고, 상기 음극 촉매층은 상기 거리 유지용 막에 형성되는 것을 특징으로 하는, 살균제 발생 시스템에 관한 것이다.In the present invention, a disinfectant generating system consisting of an AC-DC current converter and an electrolysis cell, wherein the electrolysis cell includes a positive electrode current feeder, a positive electrode catalyst layer, a negative electrode current feeder, a negative electrode catalyst layer, and a distance between the positive electrode catalyst layer and the negative electrode catalyst layer. The anode catalyst layer is made of iridium oxide, the cathode catalyst layer is made of platinum, the anode catalyst layer is formed on the anode current feeder, and the cathode catalyst layer is formed on the distance maintaining film. It characterized in that it relates to a fungicide generating system.
살균력이 우수한 차아염소산은 소금물 또는 수돗물을 전기분해하여 얻을 수 있음은 널리 알려져 있지만 아직 해결해야 할 문제가 많이 존재한다.Hypochlorite with excellent sterilizing power is widely known to be obtained by electrolysis of brine or tap water, but there are still many problems to be solved.
도 1은 전기분해셀(100) 내에서의 수돗물을 전기분해하여 차아염소산을 생산하는 원리를 보여주고 있다. 전기분해 단위셀(100)은 양극(110)과 음극(120)으로 구성되며, 양극(110)과 음극(120) 사이에 존재하는 염소이온에 직류 전류(I)를 인가하면, 다음과 같은 전극 반응이 일어난다.1 illustrates the principle of producing hypochlorous acid by electrolyzing tap water in the
양극(110):Anode 110:
2H2O → O2↑+ 2H++ 2e- (반응식 1) 2H 2 O → O 2 ↑ + 2H + + 2e - ( scheme 1)
2Cl- → Cl2+2e- (반응식 2)
2Cl - → Cl 2 + 2e - ( scheme 2)
음극(120):Cathode 120:
2H2O +2e-→ H2↑+ 2OH- (반응식 3)
2H 2 O + 2e - → H 2 ↑ + 2OH - ( scheme 3)
용액 내에서의 반응:Reaction in solution:
Cl2+ H2O ⇔ HClO+H+ + Cl- (반응식 4)
Cl 2 + H 2 O ⇔ HClO + H + + Cl - ( Reaction Scheme 4)
양극(110) 표면에서는 물 또는 염소이온이 전자를 잃으면서 산소 가스(O2)와 염소 가스(Cl2)가 발생하며, 산소 가스(O2)와 염소가스(Cl2)의 생성 비율은 양극(110)에 적용되는 전극 촉매에 의해 결정된다. 일반적으로 수돗물 전기분해의 경우 백금은 약 1%, 산화이리듐은 10%의 전기효율을 갖는 것으로 알려져 있다.Oxygen gas (O 2 ) and chlorine gas (Cl 2 ) are generated as water or chlorine ions lose electrons on the surface of the anode (110), and the production rate of oxygen gas (O 2 ) and chlorine gas (Cl 2 ) is positive. It is determined by the electrode catalyst applied to 110. In general, it is known that tap water electrolysis has an electrical efficiency of about 1% of platinum and 10% of iridium oxide.
음극(120) 표면에서는 물 분자가 전자를 받아 수소 가스(H2)가 생성된다. 양극(110)에서 생성된 염소 가스는 용액 내에서 계속 물과 반응하여 차아염소산(HClO)이 생성된다. Water molecules receive electrons on the surface of the
한편, 음극(120) 표면에서는 반응식 3에 의해 생성된 OH-에 의해 pH가 상승하고, 물에 있는 Ca2 + 또는 Mg2 +과 반응하여(반응식 5 및 반응식 6), 수산화 마그네슘과 수산화 칼슘 등이 생성된다. 이 생성물들은 고형물로서 전극 표면에 침전되어 석회질 막을 형성하여 전류의 흐름을 방해한다.On the other hand, the
OH- + Mg2+ → Mg(OH)2 (반응식 5)OH-+ Mg 2 + - > Mg (OH) 2 (Scheme 5)
2OH- + Ca2+→ Ca(OH)2 (반응식 6)
2OH-+ Ca 2 + - > Ca (OH) 2 (Scheme 6)
이와 같은 전기분해셀(100)은 물 중에 존재하는 불순물인 칼슘과 마그네슘이 음극(120) 표면에 스케일 형태로 축적되어, 이를 주기적으로 제거해야 하는 문제를 가지고 있다. 이로 인해 부수적인 설비 및 보수 유지 비용이 증가하게 된다.The
일반적으로 수돗물(소금물이 약 100 ppm 이하)을 전기분해하는 것은 전기분해 효율이 낮기 때문에, 많은 전기를 사용하게 되어 운전비의 상승과 전기분해셀 및 전기분해셀을 운전하기 위한 관련 부속장치(예를 들면, 직류전원 공급기)들의 크기가 커지는 문제가 있다. In general, electrolysis of tap water (salts of less than about 100 ppm) has low electrolysis efficiency, which leads to a large amount of electricity, which leads to an increase in operating costs and related accessories for operating electrolysis cells and electrolysis cells (e.g., For example, there is a problem that the size of the DC power supply) increases.
도 2는 기존의 살균제 발생을 위한 전기분해셀 시스템(200)의 구조도이다.2 is a structural diagram of an
전기분해셀 시스템(200)은 외부 전원(210), 전기분해셀(220), 그리고 전기분해셀 내 양극(222), 음극(224)으로 구성된다. 외부 전원(210)의 양극 터미널(212)과 양극(222)이 전기적으로 연결되며, 외부 전원(210)의 음극 터미널(214)과 음극(224)이 전기적으로 연결된다. 양극(222)과 음극(224)의 기능은 도 1에서 상술한 바와 같으며, 외부 전원(210)은 교류 전류를 직류 전류로 전환하여 전기분해셀에 직류 전원을 공급하는 기능을 한다.The
상기 언급한 문제점을 정리하면 다음과 같다.The above mentioned problems are summarized as follows.
첫째, 양극과 음극 사이에 존재하는 수돗물의 전기저항이 크다. First, the electrical resistance of tap water existing between the anode and the cathode is large.
둘째, 전기분해 효율이 낮다. Second, the electrolysis efficiency is low.
셋째, 전기분해셀 내의 음극에 스케일이 축적된다.Third, scale accumulates in the cathode in the electrolysis cell.
상기 언급한 문제점이 주는 영향은 다음과 같다.The effects of the above-mentioned problems are as follows.
첫째, 전기분해셀의 장치가 커지고, 전력소비량이 커져, 설치비 및 운전비가 상승한다. First, the device of the electrolysis cell becomes large, the power consumption increases, and the installation cost and operation cost rise.
둘째, 전기분해셀 외 직류전원 공급기의 크기가 커지는 문제를 가진다.Second, the size of the DC power supply in addition to the electrolysis cell has a problem.
셋째, 음극에 축적된 스케일 제거 주기가 빈번해져, 전극의 수명 감소, 운전비용 상승 등의 문제가 있다.Third, the descaling cycle accumulated in the cathode becomes frequent, and thus there is a problem of reducing the lifetime of the electrode and increasing the operating cost.
본 발명은 수돗물 전기분해를 통한 살균제 발생 시스템에 관한 것으로, 고효율 및 저전압으로 유효염소가 발생 가능하도록 하는 수단을 제공하고자 한다. 또한, 본 발명은 전기분해셀 내 음극에 축적되는 스케일을 자동으로 제거하여, 관리 및 운전 비용을 저감하는 방법을 제공하고자 한다.The present invention relates to a disinfectant generating system through tap water electrolysis, and to provide a means for generating effective chlorine with high efficiency and low voltage. In addition, the present invention is to provide a method for automatically removing the scale accumulated in the cathode in the electrolysis cell, reducing the management and operating costs.
그러나, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들도 포함함은 물론이고 모두 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problem to be solved by the present invention is not limited to the above-mentioned problem, but also include other problems not mentioned, as well as all will be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면은, AC-DC 전류변환부, 전기분해셀로 구성된 살균제 발생 시스템에 있어서, 상기 전기분해셀은 양극 전류 급전체, 양극 촉매층, 음극 전류 급전체, 음극 촉매층, 및 양극 촉매층과 음극 촉매층의 거리 유지용 막으로 구성되며, 상기 양극 촉매층은 이리듐 산화물로 구성되고, 상기 음극 촉매층은 백금으로 구성되며, 상기 양극 촉매층은 상기 양극 전류 급전체에 형성되고, 상기 음극 촉매층은 상기 거리 유지용 막에 형성되는 것을 특징으로 하는, 살균제 발생 시스템을 제공한다.In order to achieve the above object, an aspect of the present invention, in the disinfectant generating system consisting of an AC-DC current conversion unit, an electrolysis cell, the electrolysis cell is a cathode current feeder, anode catalyst layer, cathode current feed It is composed of a whole, a cathode catalyst layer, and a membrane for maintaining the distance between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer, the anode catalyst layer is composed of iridium oxide, the cathode catalyst layer is composed of platinum, the anode catalyst layer is formed on the anode current feed And the cathode catalyst layer is formed on the distance maintaining membrane.
본 발명은 수돗물 전기분해셀에 있어서, 양극촉매와 막의 거리는 물리적인 제로이며 음극촉매와 막의 거리는 화학적 결합에 의해 유지하여 전극의 효율과 전압을 대폭 개선한 방법을 제공하는데 그 특징이 있다. In the tap water electrolysis cell, the distance between the anode catalyst and the membrane is physical zero and the distance between the cathode catalyst and the membrane is maintained by chemical bonding, thereby providing a method of greatly improving the efficiency and voltage of the electrode.
또한, 본 발명은 음극촉매와 양극촉매 사이에 전극 간격을 유지하는 방법으로 전기전도성은 없으면서, 이온전도가 가능한 막이 삽입되어 구성된 것을 또 다른 특징으로 한다.In addition, the present invention is a method for maintaining the electrode gap between the cathode catalyst and the cathode catalyst, it is another feature that is configured by inserting a membrane capable of ion conduction without electrical conductivity.
또한, 본 발명은 음극촉매와 양극촉매가 역전류가 공급되는 것이 가능하도록 촉매로 구성된 것을 또 다른 특징으로 한다.In another aspect, the present invention is characterized in that the cathode catalyst and the anode catalyst is composed of a catalyst so that the reverse current can be supplied.
본 발명에 따르면, 수돗물을 쉽게 전기분해하여 고효율, 저전압으로 살균제 발생이 가능하게 되어, 미생물제거에 쉽게 이용할 수 있으며, 보다 나은 국민 보건 복지 개선이 이루어질 것으로 전망된다.According to the present invention, it is possible to easily electrolyze tap water to generate a high-efficiency, low-voltage disinfectant, can be easily used to remove microorganisms, it is expected that a better public health welfare.
도 1은 수돗물을 전기분해하여 차아염소산을 생산하는 원리도이다.
도 2는 기존의 살균제 발생을 위한 전기분해셀 시스템의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 살균제 발생 시스템의 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른AC-DC 전류변환부에서 발생하는 전류의 파형을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수돗물을 전기분해하는 전기분해셀을 도시한 도면이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예와 일 비교예에 따른 전기분해셀의 성능-전압을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예와 일 비교예에 따른 전기분해 셀의 성능-전류효율을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예와 일 비교예에 따른 전기분해셀의 전압을 도시한 도면이다.1 is a principle diagram for producing hypochlorous acid by electrolysis of tap water.
2 is a structural diagram of an electrolysis cell system for generating a conventional fungicide.
3 is a view of a fungicide generating system according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a waveform of a current generated by an AC-DC current converter according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is a view showing an electrolysis cell for electrolyzing tap water according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram showing the performance-voltage of an electrolysis cell according to an embodiment of the present invention and a comparative example.
7 is a diagram illustrating performance-current efficiency of an electrolysis cell according to an embodiment of the present invention and a comparative example.
8 is a view showing the voltage of the electrolysis cell according to an embodiment of the present invention and a comparative example.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, embodiments and embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention.
그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였다.
As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention.
이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 살균제 발생 시스템에 대하여 구체적으로 설명하도록 한다.
Hereinafter, referring to FIGS. 1 to 8, the fungicide generating system will be described in detail.
본 발명의 일 측면은, AC-DC 전류변환부(330), 전기분해셀(340)로 구성된 살균제 발생 시스템에 있어서, 상기 전기분해셀(500)은 양극 전류 급전체(510), 양극 촉매층(520), 음극 전류 급전체(530), 음극 촉매층(540), 및 양극 촉매층(520)과 음극 촉매층(540)의 거리 유지용 막(550)으로 구성되며, 상기 양극 촉매층(520)은 이리듐 산화물로 구성되고, 상기 음극 촉매층(540)은 백금으로 구성되며, 상기 양극 촉매층(520)은 상기 양극 전류 급전체(510)에 형성되고, 상기 음극 촉매층(540)은 상기 거리 유지용 막(550)에 형성되는 것을 특징으로 하는, 살균제 발생 시스템을 제공한다.One aspect of the present invention, in the disinfectant generation system consisting of an AC-
도 3은 본 발명의 수돗물 전기분해 살균제 발생 시스템(300)을 나타낸 도면으로 살균제 발생 시스템은 도 3에서와 같이 AC-DC 전류변환부(330), 전기분해셀(340)로 구성된다. 3 is a view showing the tap water electrolytic
AC-DC 전류변환부(330)는 교류 전류를 직류로 전환하여 전기분해 셀(340)에 적합한 전류 및 전압으로 전환하여 공급하는 기능을 한다. 전류변환부(330)에서 전기분해셀(340)로 공급하는 전압은 1.3 ~ 5 V가 바람직하다. 1.3 V 이하에서는 살균제인 염소와 오존 발생이 어렵고, 5 V 이상에서는 불필요한 과전압 발생으로 발열 현상이 일어나 전기분해셀(340)의 구성요소의 내구성에 문제가 발생할 수 있다. 참고로, 염소발생 전위는 1.32 V이며, 오존 발생 전위는 2.0 V 이다. The AC-
예시적인 구현예에 있어서, 상기 AC-DC 전류변환부(330)에서 상기 전기분해셀(340)로 공급되는 전류는 음극에서 양극으로 흐르는 전류와 양극에서 음극으로 흐르는 전류가 교차로 공급되며, 음극에서 양극으로 흐르는 전류값(Aa)과 양극에서 음극으로 흐르는 전류값(Ac)의 비 Ac/Aa는 0.001 내지 1이고, 음극에서 양극으로 흐르는 전류의 유지시간(Ta)과 양극에서 음극으로 흐르는 전류의 유지시간(Tc)의 비 Tc/Ta는 0.001 내지 1이고, 음극에서 양극으로 흐르는 전류의 유지시간(Ta)은 0.1 시간 내지 24 시간인, 살균제 발생 시스템을 제공한다.In an exemplary embodiment, the current supplied from the AC-DC
도 4는 본 발명의 AC-DC 전류변환부(330)에서 발생하는 전류의 파형을 나타낸 도면이다. 본 발명의 AC-DC 전류변환부(330)에서 전기분해셀(340)로 공급하는 전류는 양의 방향(음극에서 양극으로 흐르는 경우)의 전류와 음의 방향(양극에서 음극으로 흐르는 경우)의 전류를 교차로 공급하는 것이 바람직하다. 음극에 형성된 스케일은 음극의 극성을 바꿈으로써 pH가 낮은 분위기를 형성하여, 음극에 형성된 스케일을 효과적으로 제거할 수 있다. 4 is a view showing the waveform of the current generated in the AC-DC
양의 방향의 전류값(Aa)과 음의 방향의 전류값(Ac)의 비 Ac/Aa는 0~1 사이가, 양의 방향 전류 유지 시간(ta)과 음의 방향 전류 유지 시간(tc)의 비 tc/ta는 0~1 사이가 바람직하다. 이때, 양의 방향 전류 유지 시간(ta)은 0.1 시간 ~ 1 일 사이가 바람직하다. 양의 방향 전류 유지 시간(ta)이 0.1 시간 이하이면 빈번한 극성 전환으로 양극, 음극 및 AC-DC 전류변환부(330)에 무리한 부하를 가중하게 되어 수명을 단축시키며, 양의 방향 전류 유지 시간(ta)이 1 일 이상이면 극성을 전환하더라도 부착된 스케일을 제거하기가 어렵게 된다.The ratio Ac / Aa between the current value Aa in the positive direction and the current value Ac in the negative direction is between 0 and 1, and the positive direction current holding time ta and the negative direction current holding time tc The ratio tc / ta is preferably 0 to 1. At this time, the positive direction current holding time ta is preferably between 0.1 hour and 1 day. If the positive direction current holding time ta is 0.1 hour or less, frequent polarity switching results in an excessive load on the positive electrode, the negative electrode, and the AC-DC
예시적 구현예에 있어서, 상기 거리 유지용 막(550)은 전기전도성은 없으며 이온전도가 가능한 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the
도 5는 본 발명의 수돗물을 전기 분해하는 전기분해셀(500)로서 양극 전류 급전체(510), 양극 촉매층(520), 음극 전류 급전체(530), 음극 촉매층(540), 그리고 양극 촉매층(520)과 음극 촉매층(540)의 거리 유지용 막(550)으로 구성된다. 본 발명의 수돗물 전기분해셀은 양극 촉매층(520)과 음극 촉매층(540) 사이에 전극 간격을 유지하는 방법으로 전기전도성은 없으나, 이온전도가 가능한 막(550)으로 구성한다. 5 is an
본 발명에 있어서 양극 촉매층(520)와 음극 촉매층(540)는 백금족 또는 백금족 합금으로 이루어지는 촉매가 바람직하며, 구체적으로는 백금족의 금속(백금, 루테늄, 로듐, 파라듐, 오스뮴, 이리듐), 금, 은, 크롬, 철, 티타늄, 망간, 코벨트, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄, 규소, 아연, 및 주석으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 1종 이상의 금속과의 합금이 바람직하다. 전극 촉매층(520, 540)은 백금족 촉매 외에 고분자를 포함할 수 있다. 적용 가능한 고분자는 이온교환 수지이다. 촉매층에 포함되는 이온교환 수지는 이온교환막(550)을 구성하는 이온교환 수지와 같아도 좋고, 달라도 좋다. In the present invention, the
또한, 전극 촉매층(520, 540)의 두께는 촉매층에서의 물 확산과 관련된 전기분해 반응의 특성에 영향을 준다. 전극 촉매층(520, 540)의 두께가 20 ㎛ 이상에서는 과다한 촉매사용으로 인한 촉매 활용의 손실이 문제가 되며, 촉매층 두께가 1 ㎛ 이하에서는 단위면적당 존재하는 촉매량이 적어 반응 활성이 낮을 수가 있기 때문에 촉매층의 두께는 1 ? 20 ㎛가 바람직하다. 촉매층의 두께를 조절하기 위해서 소정의 두께가 될 때까지 코팅을 되풀이할 수 있다. In addition, the thickness of the electrode catalyst layers 520 and 540 affects the characteristics of the electrolysis reaction associated with water diffusion in the catalyst layer. When the thickness of the electrode catalyst layers 520 and 540 is 20 µm or more, the loss of catalyst utilization due to the excessive use of the catalyst is a problem, and when the thickness of the catalyst layer is 1 µm or less, the amount of catalyst present per unit area may be low and thus the reaction activity may be low. Is the thickness of 1? 20 μm is preferred. In order to control the thickness of the catalyst layer, the coating may be repeated until the predetermined thickness is reached.
예시적 구현예에 있어서, 상기 양극 촉매층(520)과 상기 음극 촉매층(540) 사이의 거리는 10 ~ 200 ㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the distance between the
막(550)은 양극 촉매층과 음극 촉매층의 거리를 유지하고, 양극 촉매층(520)과 음극 촉매층(540)의 전기적 단락을 방지한다. 따라서, 막은 치밀한 구조 또는 다공성 구조의 고분자이면서 전기 전도성이 없으나, 전해질의 이동은 가능해야 한다. 치밀한 구조의 고분자 경우 전해질의 이동이 가능하도록 이온교환 기능을 가지는 것이 바람직하다. 이에 상당하는 막으로는 탄화수소(hydrocarbon)계 재질 또는 탄화불소(fluorocarbon)계 재질의 고분자에 다공성 또는 이온(cation)이 선택적으로 이동 가능하도록 산성그룹(acidic groups)을 가지는 고분자 구조체가 바람직하다. 가장 바람직한 구조는 내열성과 내산화성이 우수한 탄화불소(fluorocarbon)계 재질의 고분자에 ~SO3 형태의 강산성 그룹을 가지는 막이다. The
예시적 구현예에 있어서, 상기 거리 유지용 막(550)의 두께는 10 ~ 200 ㎛ 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In an exemplary embodiment, the thickness of the
막(550)의 두께는 10 ~ 200 ㎛ 가 바람직하다. 10 ㎛ 이하에서는 양극 촉매층(520)과 음극 촉매층(540)을 막(550)의 양쪽으로 형성하는 가공 과정에서 양극 촉매층(520)과 음극 촉매층(540)의 전기적 단락의 원인이 될 수 있다. 또한 막(550) 두께가 200㎛ 이상에서는 이동 저항이 커져서 전압이 급상승하게 되는 문제가 있다.The thickness of the
막(550)에 양극 촉매층(520)과 음극 촉매층(540)을 형성하는 방법은 일반적으로 다음과 같은 두 가지 방법이 있지만 이에 한정되지 않는다. Generally, there are two methods for forming the
첫째, 전류 급전체(510, 530)에 전극 촉매층(520, 540)을 형성하는 방법이 있다. 즉, 전류 급전체(510, 530)는 외부 전원으로부터 인가된 전류를 전극 촉매층(520, 540)에 전달하는 역할을 하며, 다공성 또는 플레이트 형상의 모재로 단층으로 구성되거나, 이들을 적층한 복합층으로 구성된다. 촉매의 전구체 등을 전극 촉매층(520, 540)에 도핑한 후 이를 열분해하여 얻거나, 촉매를 미리 준비하여 전류 급전체(510, 530)에 핫프레싱하여 전극 촉매층을 형성한다.First, there is a method of forming the electrode catalyst layers 520 and 540 on the
둘째, 막(550)에 전극 촉매층(520, 540)을 형성하는 방법이 있다. 즉, 막(550)에 전극 촉매층(520, 540)을 형성시키는 방법은 막(550)에서 직접 전극 촉매층(520, 540)을 석출시키는 방법과 전극 촉매층(520, 540)을 제작하여 막(550)을 사이에 두고 압착하는 방법 등이 있다.Second, there is a method of forming the electrode catalyst layers 520 and 540 in the
본 발명의 수돗물 전기분해에서 가장 바람직한 전기분해셀은 양극 촉매층(520)으로는 이리듐 산화물로 구성되며, 음극 촉매층(540)으로는 백금으로 구성된다. 전기분해셀(500)에서 양극 촉매층(520) 이리듐 산화물의 형성위치는 전류 급전체(510)이고, 음극 촉매층(540) 백금의 형성위치는 막(550)이다. 즉, 양극 촉매층(520)과 막(550)의 거리는 물리적인 제로이며, 음극 촉매층(540)과 막(550)은 화학적 결합으로 형성하는 것이 바람직하다. In the tap water electrolysis of the present invention, the most preferred electrolysis cell is composed of iridium oxide as the
양극 촉매층(520) 이리듐 산화물을 막에 직접 형성하는 것은 바람직하지 않다. 양극 촉매층(520)으로 가장 이상적인 것은 이리듐 산화물로, 이리듐 산화물을 제조하는 방법은 일반적 방법으로 제조가 어려우며 이상적인 방법은 소결에 의한 방법이다. 따라서, 고분자 막(550)에 이리듐 산화물 촉매를 형성하는 것은 고비용, 공정의 복잡성이라는 문제가 있다. 음극 촉매층(540) 백금은 막(550)에 직접 형성한다. 바람직한 방법으로는 본 발명자의 선행기술에 의한 흡착-환원법에 의해 간단하게 제조가 가능하다.
It is not preferable to form the
< 실시 예 1 - 본 발명의 Example 1 of the Invention 전기분해셀Electrolysis cell > >
1. 살균제 발생시스템1. Disinfectant Generation System
주기: 1시간(ta)-10분(tc)With polarity switching cycle
Cycle: 1 hour (ta) -10 minutes (tc)
- 전류 급전체 티타늄 메쉬에 이리듐 염화물을 산화시켜 생성
막(550): 나피온117
음극: 막(550)-백금(540)
- 막에 전극 촉매층을 직접 석출Anode: Current Feeder 510-Iridium
-Oxidation of Iridium Chloride in Titanium Mesh
Membrane 550: Nafion117
Cathode: Membrane (550)-Platinum (540)
-Depositing electrode catalyst layer directly on the membrane
2. 전해조 운전조건2. Operation condition of electrolyzer
3. 성능분석3. Performance Analysis
도 8에 실시예 2로 표시 Marked as Example 1 in FIG.
Marked as Example 2 in FIG. 8
(1) 전류효율의 측정(1) Measurement of current efficiency
전류효율은 가해준 전류(I)에 대하여 발생된 차아염소산의 실제값을 이론값으로 나눈 것으로 다음 식에 의해 값을 얻을 수 있다.The current efficiency is obtained by dividing the actual value of hypochlorous acid generated with respect to the applied current (I) by the theoretical value.
전류효율(%)=(F×ρ×V)/(35500(mg)×I×t)}×100 (식1)Current efficiency (%) = (F × ρ × V) / (35500 (mg) × I × t)} × 100 (Equation 1)
여기서 F는 패러데이 상수로 96500(C), ρ는 실제 잔류염소농도(ppm,mg/L), V는 전기분해셀에 공급한 물의 양(L), I는 통전전류(A), t는 전기분해 시간(s)이다.Where F is a Faraday constant 96500 (C), ρ is the actual residual chlorine concentration (ppm, mg / L), V is the amount of water supplied to the electrolysis cell (L), I is the conduction current (A), and t is the electricity Decomposition time (s).
(2) Ca/Mg의 축적(2) accumulation of Ca / Mg
전기분해셀의 전압 변화로부터 Ca, Mg의 축적 여부를 판단한다.
It is determined whether Ca or Mg is accumulated from the voltage change of the electrolysis cell.
< 비교 예 1 - 기존의 <Comparative Example 1-Existing 전기분해셀Electrolysis cell > >
1. 살균제 발생시스템1. Disinfectant Generation System
주기: 1시간(ta)-10분(tc)With polarity switching cycle
Cycle: 1 hour (ta) -10 minutes (tc)
2. 전기분해셀 구조2. Electrolysis Cell Structure
* 전극 촉매층 코팅방법: 열분해법* Electrode catalyst layer coating method: pyrolysis method
3. 전해조 운전조건: 실시예 1과 동일3. Electrolyzer operation condition: same as Example 1
4. 성능분석4. Performance Analysis
< 비교 예 2 - 기존의 <Comparative Example 2-Existing 전기분해셀Electrolysis cell - 극성주기 변화 없음 >-No change in polarity period>
1. 살균제 발생시스템: 실시예 1과 전류 공급 방법만 차이남.1. Disinfectant generation system: only Example 1 and current supply method is different.
2. 전기분해셀 구조: 실시예 1 과 동일2. Electrolysis cell structure: same as Example 1
3. 전해조 운전조건: 실시예 1 과 동일3. Electrolyzer operation condition: same as Example 1
4. 성능분석4. Performance Analysis
< 검토 ><Review>
1. 전압 및 전류효율의 개선1. Improvement of voltage and current efficiency
도 6과 도 7은 본 발명에 따른 전기분해셀의 성능-전압 및 전류효율을 나타내고 있다. 본 발명에 따른 실시예 1과 비교예 1을 비교하면, 전기분해셀의 전압은 비교예 1이 5.2 V, 본 발명에 따른 실시예 1은 2.6 V로, 전류 효율의 경우는 비교예 1이 4 ~ 5%, 본 발명에 따른 실시예는 56%로, 전압과 전류효율이 대폭 개선되었음을 알 수 있다.6 and 7 show the performance-voltage and current efficiency of the electrolysis cell according to the present invention. Comparing Example 1 and Comparative Example 1 according to the present invention, the voltage of the electrolysis cell was 5.2 V in Comparative Example 1, 2.6 V in Example 1 according to the present invention, and Comparative Example 1 was 4 in the case of current efficiency. ~ 5%, the embodiment according to the present invention is 56%, it can be seen that the voltage and current efficiency is significantly improved.
2. 칼슘과 마그네슘 축적의 제거2. Removal of calcium and magnesium accumulation
도 8은 전기분해셀에 인가되는 전류가 변환되는 경우(실시예 2)와 기존의 전류가 변환이 없는 경우(비교예 2)의 전기분해셀의 전압을 비교한 도표이다. 시간이 경과함에 따라 칼슘과 마그네슘이 전극에 축적되면, 축적된 칼슘 및 마그네슘이 전류의 흐름을 방해하여 전압이 상승한다. 도 8에서와 같이 비교예 2는 1개월 가량 지속적으로 전압이 상승한 반면에, 실시예 2는 매우 안정적으로 전압의 변화 없이 운전됨을 알 수 있다.8 is a chart comparing the voltages of the electrolysis cell when the current applied to the electrolysis cell is converted (Example 2) and the existing current is not converted (Comparative Example 2). As calcium and magnesium accumulate on the electrode over time, the accumulated calcium and magnesium interfere with the flow of current, causing the voltage to rise. As shown in FIG. 8, while Comparative Example 2 continuously increased in voltage for about one month, Example 2 was found to operate very stably without a change in voltage.
100: 전기분해셀 110: 양극
120: 음극 200: 전기분해셀 시스템
210: 외부전원 212: 양극터미널
214: 음극터미널 220: 전기분해셀
222: 양극 224: 음극
300: 살균제 발생 시스템 330: AC-DC 전류변환부
340: 전기분해셀 400: AC-DC 전류변환부의 발생 전류의 파형
500: 전기분해셀 510: 양극 전류 급전체
520: 양극 촉매층 530: 음극 전류 급전체
540: 음극 촉매층 550: 거리 유지용 막100: electrolysis cell 110: anode
120: cathode 200: electrolysis cell system
210: external power supply 212: positive terminal
214: anode terminal 220: electrolysis cell
222: anode 224: cathode
300: disinfectant generation system 330: AC-DC current conversion unit
340: electrolysis cell 400: waveform of the generated current of the AC-DC current converter
500: electrolysis cell 510: anode current feeder
520: anode catalyst layer 530: cathode current feed
540: cathode catalyst layer 550: distance maintenance membrane
Claims (5)
상기 전기분해셀은 양극 전류 급전체, 양극 촉매층, 음극 전류 급전체, 음극 촉매층, 및 양극 촉매층과 음극 촉매층의 거리 유지용 막으로 구성되며,
상기 양극 촉매층은 이리듐 산화물로 구성되고, 상기 음극 촉매층은 백금으로 구성되며,
상기 양극 촉매층은 상기 양극 전류 급전체에 형성되고, 상기 음극 촉매층은 상기 거리 유지용 막에 형성되는 것을 특징으로 하는, 살균제 발생 시스템.In the disinfectant generating system consisting of an AC-DC current converter, an electrolysis cell,
The electrolysis cell is composed of a cathode current feeder, a cathode catalyst layer, a cathode current feeder, a cathode catalyst layer, and a membrane for maintaining the distance between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer,
The anode catalyst layer is composed of iridium oxide, the cathode catalyst layer is composed of platinum,
The anode catalyst layer is formed in the anode current feed, the cathode catalyst layer, characterized in that formed on the distance maintaining film, sterilant generating system.
상기 양극 촉매층과 상기 음극 촉매층 사이의 거리는 10 ~ 200 ㎛ 인 살균제 발생 시스템.The method of claim 1,
Disinfectant generation system of the distance between the anode catalyst layer and the cathode catalyst layer is 10 ~ 200 ㎛.
상기 거리 유지용 막의 두께는 10 ~ 200 ㎛ 인 살균제 발생 시스템.The method of claim 1,
The thickness of the distance maintaining film is 10 ~ 200 ㎛ sterilizer generating system.
상기 거리 유지용 막은 전기전도성은 없으며 이온전도가 가능한 것인 살균제 발생 시스템.The method of claim 1,
The distance maintaining membrane is a non-electrically conductive, ionic conduction generating system is possible.
상기 AC-DC 전류변환부에서 상기 전기분해셀로 공급되는 전류는 음극에서 양극으로 흐르는 전류와 양극에서 음극으로 흐르는 전류가 교차로 공급되며,
음극에서 양극으로 흐르는 전류값(Aa)과 양극에서 음극으로 흐르는 전류값(Ac)의 비 Ac/Aa는 0.001 내지 1이고, 음극에서 양극으로 흐르는 전류의 유지시간(Ta)과 양극에서 음극으로 흐르는 전류의 유지시간(Tc)의 비 Tc/Ta는 0.001 내지 1이고, 음극에서 양극으로 흐르는 전류의 유지시간(Ta)은 0.1 시간 내지 24 시간인, 살균제 발생 시스템.
The method of claim 1,
The current supplied from the AC-DC current converter to the electrolysis cell is supplied by crossing the current flowing from the cathode to the anode and the current flowing from the anode to the cathode,
The ratio Ac / Aa of the current value (Aa) flowing from the cathode to the anode and the current value (Ac) flowing from the anode to the cathode is 0.001 to 1, and the holding time (Ta) of the current flowing from the cathode to the anode and flowing from the anode to the cathode A sterilant generating system, wherein the ratio Tc / Ta of the holding time (Tc) of the current is 0.001 to 1, and the holding time (Ta) of the current flowing from the negative electrode to the positive electrode is 0.1 hour to 24 hours.
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