KR20140074227A - 살균수 생성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 살균수 생성장치의 소형화, 살균수 생성능력의 향상 및 살균수 생성을 위한 전극의 고수명화를 높은 수준에서 양립시킬 수 있는 살균수 생성장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
염화물 이온을 포함하는 물을 직접 전해하여 양극에 염소를 발생시키고, 이 염소와 물의 반응에 의하여 차아염소산의 살균수를 생성하는 살균수 생성장치에 있어서, 염화물 이온을 포함하는 물이 통과하는 전해조 내에 설치된 티탄 또는 티탄 합금으로 이루어지는 전극기체 상에 촉매층을 설치한 전극과, 상기 전극에 통전하여 차아염소산을 상기 전해층 내에 생성시키는 제어수단을 구비하며, 상기 제어수단은 상기 전극에 대하여 전류밀도 7A/dm²~20A/dm²로 통전하고, 더욱이 전극의 양극과 음극을 전환하는 폴 체인지를 실행하도록 구성되어 있으며, 상기 전극의 촉매층은, 적어도 산화 이리듐, 산화 로듐 및 산화 탄탈을 포함하는 금속 및/또는 금속산화물의 복합체로 구성되고, 상기 복합체 중의 백금 원소의 농도는 4몰% 미만이다.

Description

살균수 생성장치{Sterilizing water generation apparatus}

본 발명은, 염화물 이온(Cl^-)을 포함하는 물을 직접 전해하여 살균성능이 높은 전해수를 생성하는 살균수 생성장치에 관한 것으로, 구체적으로는, 염화물 이온을 포함하는 물을 직접 전해하여 염소(Cl₂)를 발생시켜서 차아염소산수를 생성하는 살균수 생성장치에 관한 것이다.

염화물 이온을 포함하는 물을 전극에 의하여 직접 전해하여 양극에 염소를 발생시키고, 이 염소와 물의 반응에 의하여 생성되는 차아염소산의 살균성을 이용하여, 예를 들어 일반 가정의 설비기기에 기능을 부여하고, 손, 가습용 물, 목욕물, 변기, 온수세정변기의 노즐 등을 살균하는 것이 알려져 있다. 이러한 전해에서는, 주로 수돗물을 사용하므로, 수돗물 중의 칼슘이 음극 표면에 탄산칼슘(이하, '스케일'이라고 함)으로서 부착하여, 좁은 전극 사이나 세정용 노즐을 막히게 하는 경우가 있다. 이것을 방지하기 위하여, 음극과 양극의 극성을 정기적으로 전환하는 '폴 체인지'를 행하여 음극에 부착된 스케일을 제거하는 것이 일반적으로 알려져 있다.

또한, 희박한 식염수 중에서 안정적이고 높은 염소발생 효과특성을 얻기 위하여, 도전성 기체 상에 백금, 산화 이리듐, 산화 로듐, 산화 탄탈의 복합체로 이루어지는 전극촉매층을 형성시킨 전극을 이용하는 것이 일반적이다(일본공개특허공보 2009-052069호 참조).

선행기술문헌

(특허문헌)

특허문헌 1: 일본공개특허공보 2009-052069호

하지만, 일본공개특허공보 2009-052069호에 기재된 조성으로 이루어지는 전극에서는, 세정 노즐 등의 직경이 작은 유로로의 스케일의 막힘을 억제하기 위하여 폴 체인지 빈도를 높인 경우, 전극 수명이 현저하게 저하하여, 살균수 생성장치의 고수명화라고 하는 점에서 해결해야 할 과제가 발생하였다.

본 발명은, 이러한 과제의 인식에 근거하여 이루어진 것으로, 살균수 생성장치의 소형화, 살균수 생성능력의 향상, 및 살균수를 생성하기 위한 전극의 고수명화, 특히 전류밀도가 높고, 고빈도로 폴 체인지를 행하는 조건 하에서의 전극의 고수명화를 높은 수준에서 양립시킬 수 있는 살균수 생성장치를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 염화물 이온을 포함하는 물을 직접 전해하여 양극에 염소를 발생시키고, 이러한 염소와 물의 반응에 의하여 차아염소산의 살균수를 생성하는 살균수 생성장치에 있어서, 염화물 이온을 포함하는 물이 통과하는 전해조 내에 설치된 티탄 또는 티탄 합금으로 이루어지는 전극 기체 상에 촉매층을 설치한 전극과, 상기 전극에 통전하여 차아염소산을 상기 전해조 내에 생성시키는 제어수단을 구비하고, 상기 제어수단은, 상기 전극에 대하여 전류밀도 7A/dm²~20A/dm²로 통전하며, 더욱이 전극의 양극과 음극을 전환하는 폴 체인지를 실행하도록 구성되어 있고, 상기 전극의 촉매층은, 적어도 산화 이리듐, 산화 로듐 및 산화 탄탈을 포함하는 금속 및/또는 금속산화물의 복합체로서 구성되며, 상기 복합체 중의 백금 원소의 농도는 4몰% 미만이다.

백금 원소를 특정 농도 이상으로 포함하는 전극에 있어서는, 전극의 극성을 전환할 때마다 백금이 촉매층으로부터 용해되고, 그에 따라 촉매층의 열화가 진행됨으로써, 차아염소산의 생성 능력이 저하된다고 생각된다. 본 발명의 구성에 근거하면, 전극 중의 백금 원소의 함유량을 특정량 이하로 함으로써 전극의 수명을 연장시킬 수 있게 된다. 한편, 상기 복합체는 백금 원소를 함유하지 않는 것이 바람직하다.

또한, 상기 제어수단은, 상기 전극에 대하여 30초 이내의 간격으로 전극의 극성을 양극과 음극으로 전환하는 폴 체인지를 실행하도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다. 이에 따라, 폴 체인지 후의 음극측 산화 이리듐 주변에서 강한 산성 분위기가 되는 것을 간단한 구성으로 억제할 수 있다. 전류밀도가 높은 상태에서 폴 체인지의 간격을 넓히면 양극측의 산화 이리듐 주변에서는 강한 산성 분위기가 된다. 그 때문에 폴 체인지 후의 음극측 전극에서의 반응으로 산화 이리듐의 결합력 저하가 촉진된다. 본 발명에서는, 폴 체인지를 30초 이내로 함으로써 산성 분위기가 되는 것을 억제하여, 폴 체인지 후의 산화 이리듐의 결합력 저하를 억제할 수 있다.

그리고, 상기 제어수단은, 상기 전극에 대하여 전류밀도 12A/dm²~17A/dm²로 통전하도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다. 충분한 살균성능을 확보하면서, 더욱이 소형이고 고수명인 최적 밸런스가 되는 실용상 뛰어난 살균수 생성장치를 제공할 수 있다.

또한, 상기 전해조에 공급되는 염화물 이온을 포함하는 물은, 물을 순환시키지 않는 유수식으로 구성하는 것이 더욱 바람직하다. 양극측의 산화 이리듐 주변에서는, 강한 산성 분위기가 되고, 강한 산성 분위기가 된 상태로 양극에서 음극으로 바뀌면, 산화 이리듐의 가수(價數)가 감소하여, 촉매층으로의 결합력이 현저하게 저하되는 것이 추측된다. 전해조를 유수식으로 함으로써, 전해되기 전의 중성에 가까운 물이 전극으로 공급되므로, 폴 체인지 후에 음극이 된 전극측의 산화 이리듐 주변에서 강한 산성 분위기기 되는 것을 억제하여 산화 이리듐의 결합력 저하를 억제하고, 촉매층으로부터의 산화 이리듐의 이탈을 억제할 수 있다. 바꿔 말하면, 전해조를 물이 저장되는 저수식으로 한 경우에는, 음극측의 전극 주변에서 강한 산성 분위기가 되기 쉬워지며, 이것이 수명의 저하가 된다.

그리고, 상기 제어수단은, 상기 전극에 대하여 4~15초 간격으로 전극의 양극과 음극을 전환하는 폴 체인지를 실행하도록 구성하는 것이 더욱 바람직하다. 이에 따라, 폴 체인지 후의 산화 이리듐의 결합력 저하가 더욱 확실하게 억제되어, 충분한 살균성능을 확보하면서, 더욱이 소형이고 고수명인 최적 밸런스가 되는 실용상 뛰어난 살균수 생성장치를 제공할 수 있다.

본 발명에 따르면, 살균수 생성장치의 소형화, 살균수 생성능력의 향상, 및 살균수를 생성하기 위한 전극의 고수명화를 높은 수준에서 양립시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 살균수 생성장치를 가진 위생세정장치에 이용되는 전해조를 설명하기 위한 모식도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 전해조에서의 폴 체인지 후의 배수시간과 전극판에 부착되어 있던 칼슘(스케일)의 부착량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 위생세정장치가 설치된 수세식 대변기를 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 위생세정장치의 살균세정시의 유로계통도이다.
도 5는 도 3에 나타내는 위생세정장치에서의 살균세정 중의 각 요소의 동작을 설명하기 위한 도면으로, (a)는 전해조의 전극판 사이에 인가되는 전압을 나타내는 그래프, (b)는 제어부에 의하여 계측된 전해조의 누적전해시간을 나타내는 그래프, (c)는 토출유로를 흐르는 수량을 나타내는 그래프, (d)는 배출유로를 흐르는 수량을 나타내는 그래프이다.
도 6은 전극판(2, 4)의 단면도의 모식도이다.
도 7은 실시예 2 및 비교예 2의 전극의 초기(전해 0H)·전해 27H 후·전해 82H 후·전해 162H 후·전해 257H 후 및 전해 377H 후의 표면사진이다.
도 8은 실시예 2 및 비교예 2의 전극의 형광 X선 분석장치에 의한 분석결과이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태에 따른 살균수 생성장치를 가진 위생세정장치를 설명한다.

우선, 본 실시형태의 위생세정장치에 관하여, 본 발명의 발명자들이 발견한 과제에 대하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 살균수 생성장치를 가진 위생세정장치에 이용되는 전해조를 설명하기 위한 모식도이다. 도 1에 나타내는 바와 같이, 전해조(1)는, 한쌍의 전극판(2, 4)을 가지고, 이들 전극판(2, 4) 사이에 전압을 인가함으로써 물을 전기분해한다. 한편, 도 1의 (a)에는 전극판(2)이 음극이 되고, 전극판(4)이 양극이 되도록 전압이 인가된 상태가 나타나 있다.

수돗물에는 염화물 이온이 함유되어 있으므로, 수돗물을 전기분해함으로써 양극측의 전극(4)에서는 염소가 발생한다. 이렇게 하여 발생한 염소는 물에 용해되어, 차아염소산이 발생한다. 이렇게 하여 전해조(1)는 차아염소산을 포함하는 살균수를 생성할 수 있다.

또한, 이때, 음극측의 전극판(2)에서는 수돗물 중에 포함되는 칼슘이온이 탄산칼슘(스케일)으로서 전극판(2)에 부착된다. 이와 같이 전극판(2)에 탄산칼슘이 부착되어 버리면, 살균수의 생성능력이 저하되어 버린다.

그래서, 본 실시형태의 위생세정장치의 전해조(1)는, 예를 들어 살균수의 누적생성시간이 소정 시간에 도달하는 등의 소정 타이밍에, 도 1의 (a)에 나타내는 상태에서 도 1의 (b)에 나타내는 상태로 전극판(2, 4) 사이에 인가되는 전압을 반전시키는, 이른바 폴 체인지를 행한다. 도 1의 (b)에 나타내는 상태로 폴 체인지를 행함으로써, 음극으로서 기능하고 있던 전극판(2)이 양극이 되고, 양극으로서 기능하고 있던 전극판(4)이 음극이 된다. 이 때문에, 탄산칼슘이 부착되어 있던 전극판(2)에 있어서 산이 생성되고, 이러한 산에 의하여 탄산칼슘이 용해되므로, 전극판(2)에 부착되어 있던 탄산칼슘을 박리시킬 수 있다.

다음으로, 본 발명자들은, 이러한 전해조(1)에서의 폴 체인지 후의 배수시간과 전극으로의 칼슘(스케일)의 부착량과의 관계를 검토하였으므로 이하에 설명한다. 본 검토에서는, 전극 사이에 인가되는 전압이 10V와, 5V인 상태에서의 폴 체인지 후의 배수시간과 칼슘(스케일)의 부착량의 관계를 조사하였다.

도 2는 도 1에 나타내는 전해조에서의 폴 체인지 후의 경과시간과 경과시간 후에 전극에 부착되는 스케일양과의 관계를 나타내는 그래프이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 폴 체인지 후, 소정 시간 경과하면 전극으로부터 박리되는 칼슘양은 크게 감소하고 있다. 이러한 것으로부터, 전극에 부착된 스케일은, 폴 체인지 직후에 대부분이 박리되어 버리는 것을 알 수 있다.

그리고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 전극에 인가하는 전압이 10V인 경우에는, 전극에 인가되는 전압이 5V인 경우에 비하여, 폴 체인지 후에 전극에 부착되는 스케일양이 약 절반 정도까지 감소하고 있다. 이러한 것으로부터, 전극에 인가되는 전압이 클수록, 폴 체인지 후에 단시간 동안에 보다 대량의 스케일이 박리되는 것을 알 수 있다.

상기 결과를 근거로, 이하에 설명하는 본 발명의 일 실시형태에 따른 위생세정장치에서는, 전해조를 작동시켜서 살균을 할 때, 폴 체인지 후에 소정의 시간에 생성된 살균수를 노즐의 상류에 있어서 배출하는 것으로 하고 있다. 이하, 본 실시형태의 위생세정장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 위생세정장치가 설치된 수세식 대변기를 나타내는 사시도이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 위생세정장치(100)는 수세식의 양식대변기(110)의 변기(120) 상에 설치되어 이용된다. 그리고, 컨트롤러에 의하여 조작함으로써, 세정 노즐(14)이 변기(120) 내에 진출하여, 세정수를 세정 노즐(14)의 선단으로부터 인체 국소(엉덩이 등)를 향하여 분출함으로써 인체 국소를 세정할 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 위생세정장치의 살균세정시의 유로계통도이다. 한편, 도 4에는 살균세정에 관련되지 않는 요소에 대해서는 도시를 생략하고 있는데, 본 실시형태의 위생세정장치는 주지의 인체 국부를 세정하기 위하여 필요한 구성을 구비하고 있다.

도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 따른 살균세정시에서의 위생세정장치의 유로계통(10)은, 예를 들어 수도관 등의 급수원(12)과 세정 노즐(14)이 유로(16, 18)에 의하여 접속되어 있고, 이러한 유로(16)에 상기 설명한 전해조(1)가 설치되어 있다. 유로(16)의 전해조(1)의 하류에는 분기부(20)가 설치되어 있고, 분기부(20)로부터 세정 노즐(14)로 연장되는 토출유로(18)와, 분기부(20)로부터 아래쪽을 향하여 연장되는 배출유로(22)로 분기하고 있다.

토출유로(18)는 세정 노즐(14)의 토수구에서의 단면적(즉, 토출유로(18)의 최소 유로단면적)이 배출유로(22)의 최소 유로단면적에 비하여 작아지도록 구성되어 있다. 이에 따라, 토출유로(18)에 비하여, 배출유로(22)의 압력손실이 작아져 있다.

토출유로(18)의 분기부(20)의 하류에는, 제어부(24)에 통신 가능하게 접속된 펌프(26)가 설치되어 있다. 펌프(26)는 제어부(24)의 지령에 근거하여 토출유로(18)를 흐르는 물을 가압한다.

토출유로(18)의 펌프(26)의 하류측에는, 제어부(24)에 통신 가능하게 접속된 세정 밸브(28)가 설치되어 있다. 세정 밸브(28)는 제어부(24)의 지령에 근거하여 개폐되어, 토출유로(18)로의 물의 유입을 제어한다.

토출유로(18)의 세정 밸브(28)의 하류측에는, 세정 노즐(14)이 접속되어 있고, 토출유로(18)를 통하여 공급된 살균수는 이러한 세정 노즐(14)의 토출구로부터 토출된다. 이에 따라, 세정 노즐(14)의 몸체를 살균 세정할 수 있다.

배출유로(22)의 분기부(20)의 하류측에는, 제어부(24)와 통신 가능하게 접속된 배출 밸브(30)가 설치되어 있다. 배출 밸브(30)는 제어부(24)의 지령에 근거하여 개폐되어, 배출유로(22)로의 물의 유입을 제어한다. 이들 배출유로(22) 및 배출 밸브(30)에 의하여 배출기구(32)가 구성된다. 한편, 본 실시형태에서는, 유로(16)를 분기하여 배출유로(22)를 설치하고 있는데, 이것으로 한정되지 않으며, 유로(16)의 아랫면에 개구를 설치하는 것만으로도 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 배출유로(22)에 배출 밸브(30)를 설치하고, 이에 따라 배출유로(22)를 흐르는 수류를 제어하고 있는데, 이것으로 한정되지 않으며, 펌프 등을 이용하여 배출유로(22)를 흐르는 수류를 제어할 수도 있다.

제어부(24)는 전해조(1)를 구동시키면, 전해조(1)의 전해처리를 행한 시간의 누계인 누계전해시간(T)을 계측한다. 또한, 제어부(24)에는 사전에 폴 체인지를 실시하는 타이밍을 결정하기 위한 소정의 누적시간설정값(T_PC)이 설정되어 있고, 누계전해시간(T)이 이러한 누적시간설정값(T_PC)에 도달하면, 전해조(1)의 폴 체인지를 실시한다. 따라서, 누적시간설정값(T_PC)을 단축함으로써, 전극판으로의 스케일의 부착량을 감소시킬 수 있다. 스케일의 부착량의 관점에서는, 이러한 누적시간설정값(T_PC)은, 예를 들어 전극판 사이에 인가되는 전압이 5V인 경우에 60초 정도로 하면 좋다.

또한, 제어부(24)에는, 사전에 폴 체인지 직후에 세정 밸브(28)를 폐쇄하는 동시에 배출 밸브(30)를 개방하는 소정의 배출시간설정값(T_OP)이 설정되어 있다. 이러한 배수 밸브(30)를 개방하는 배출시간설정값(T_OP)은, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 전극판(2, 4) 사이에 인가되는 전압이 큰 경우에는, 폴 체인지 직후부터 단시간에 스케일이 박리되므로, 짧게 하면 좋고, 전극판(2, 4) 사이에 인가되는 전압이 작은 경우에는, 길게 하면 좋다.

이하, 위생세정장치의 살균세정 중의 동작에 대하여 설명한다.

도 5는 도 3에 나타내는 위생세정장치에서의 살균세정 중의 각 요소의 동작을 설명하기 위한 도면으로, (a)는 전해조(1)의 전극판(2, 4) 사이에 인가되는 전압을 나타내는 그래프, (b)는 제어부(24)에 의하여 계측된 전해조(1)의 누적전해시간을 나타내는 그래프, (c)는 토출유로를 흐르는 수량을 나타내는 그래프, (d)는 배출유로를 흐르는 수량을 나타내는 그래프이다. 한편, 도 5의 (a) 내지 (d)의 그래프는, 가로축(시간축)이 일치하도록 기재되어 있다.

제어부(24)에 의하여 계측된 누적전해시간이 누적시간설정값(T_PC)에 도달하지 않은 상태에서, 사용자에 의한 위생세정장치의 조작부(미도시)에 살균세정을 실시하는 취지의 입력이 있으면(즉, 도 5에서의 t1, t3), 전해조(1)를 구동하는 동시에, 제어부(24)는 세정 밸브(28)를 개방하고, 배출 밸브(30)를 폐쇄한다. 이에 따라, 도 5의 (c)에 나타내는 바와 같이, 전해조(1)에서 생성된 살균수는 토출유로(18)로 유입되고, 세정 노즐(14)의 토출구로부터 배출되어, 세정 노즐(14)을 살균 세정할 수 있다. 그리고, 충분히 세정 노즐(14)의 살균 세정이 완료되면, t2, t4에 있어서 살균 세정을 종료한다. 이러한 t1~t2 및 t3~t4의 동안에, 도 5의 (b)에 나타내는 바와 같이 제어부(24)에 의하여 측정되는 전해조(1)의 누계전해시간(T)은 증가한다.

다음으로, 제어부(24)는 상기와 같이 살균 세정을 하고 있을 때, 누적전해시간(T)이 누적시간설정값(T_PC)에 도달하면(즉, 도 5의 (a)에서의 t5), 전해조(1)의 폴 체인지를 실시한다. 또한, 제어부(24)는 이것과 동시에 폴 체인지 직후(t=t5)부터 배출시간설정값(T_OP) 동안에 세정 밸브(28)를 폐쇄하는 동시에, 배출 밸브(30)를 개방한다. 또한, 이와 동시에, 제어부(24)는 토출유로(18)에 설치된 가압 펌프(26)는 정지시킨다.

전해조(1)에 있어서 폴 체인지를 실시함으로써, 도 5의 (a)에 나타내는 바와 같이, 전극판(2, 4)에 인가되는 전압이 반전된다. 이에 따라, 그때까지 음극이었던 측의 전극판(2)에 부착되어 있던 스케일이 박리되게 된다. 이에 대하여, 세정 밸브(28)가 폐쇄되는 동시에, 배출 밸브(30)가 개방되어 있으므로, 살균전해수는 배출유로(22)를 통하여 변기의 볼(bowl)로 배출된다. 이에 따라, 스케일을 포함한 살균수는 변기의 볼로 배출되어, 세정 노즐(14)에는 유입되지 않게 되므로, 세정 노즐(14)의 토수구가 스케일에 의하여 폐색되는 것을 방지할 수 있다.

그리고, 폴 체인지로부터 배출시간설정값(T_OP)이 경과하면(즉, t=t6), 제어부(24)는 배출 밸브(30)를 폐쇄하는 동시에, 세정 밸브(28)를 개방하고, 더욱이 펌프(26)를 작동시킨다. 이에 따라, 다시 세정 노즐(14)에 살균수가 공급되어, 세정 노즐(14)을 살균 세정할 수 있다.

이와 같이, 본 실시형태에 따르면, 폴 체인지 직후부터 소정 시간, 유로(16)의 세정 노즐(14)의 상류에 있어서 살균수를 변기로 배출하는 것으로 하였기 때문에, 폴 체인지 직후에 전극으로부터 박리된 대량의 스케일을 포함하는 살균수가 세정 노즐(14)로 흐르는 것을 억제하여, 세정 노즐(14)의 토수구에 스케일이 막히는 것을 억제할 수 있다.

이에 따라, 전해조(1)에 있어서 보다 빈번하게 폴 체인지를 행하는 것이 가능하게 되어, 장기적으로 안정적이게 살균수를 공급할 수 있다. 또한, 세정작용을 가지는 살균수가 변기로 배출되므로, 변기를 세정하기 위한 세정수를 절수(節水)하는 동시에, 변기 자체의 살균을 행할 수 있다.

또한, 본 실시형태에 따르면, 토출유로(18)에 세정 밸브(28)를 설치하고, 폴 체인지 직후부터 배출시간설정값(T_OP) 동안에, 이 세정 밸브(28)를 폐쇠하는 것으로 하였기 때문에, 폴 체인지 직후에 전해조(1)로부터 공급되는 전해수가 토출유로(18)에 유입되는 것을 확실하게 방지할 수 있다.

그리고, 본 실시형태에 따르면, 토출유로(18)가 위쪽을 향하여 연장되도록 구성되어 있으므로, 토출유로(18)에 비하여 배출유로(22) 쪽이 압력손실이 작아지는 동시에, 토출유로 내(18)에 존재하는 물이 분기부(20)를 향하여 역류하게 되어, 토출유로(18)에 유입된 스케일을 배출할 수 있다.

더욱이, 본 실시형태에 따르면, 분기부(20)로부터 아래쪽으로 연장되도록 배출유로(22)를 설치함으로써, 중력에 의하여 배출유로(22)로 스케일을 포함하는 전해수가 흐르는 것을 촉진할 수 있어, 토출유로(18)로 스케일을 포함하는 살균수가 유입되는 것을 억제할 수 있다.

한편, 상기 실시형태에서는, 폴 체인지 직후부터 배출시간설정값(T_OP) 동안에, 세정 밸브(28)에 의하여 세정 노즐(14)에 연결되는 토출유로(18)를 폐쇄하는 것으로 하였는데, 반드시 토출유로(18)를 폐쇄할 필요는 없다. 상기와 같이, 본 실시형태의 위생세정장치에서는, 토출유로(18)에 비하여 배출유로(22) 쪽이 최소 유로단면이 커지도록 구성되어 있어, 토출유로(18)에 비하여 배출유로(22) 쪽이 압력손실이 작아져 있다. 이 때문에, 토출유로(18)를 폐쇄하지 않아도, 배출 밸브(30)를 개방하면, 살균수는 토출유로(18)와 배출유로(22)에 유입된다.

더욱이, 본 실시형태의 위생세정장치에서는, 토출유로(18)에 가압 펌프(26)가 설치되어 있으므로, 이러한 가압 펌프(26)를 폴 체인지 직후부터 배출시간설정값(T_OP) 동안에, 정지시킴으로써 토출유로(18)에 비하여 배출유로(22) 쪽이 압력손실이 보다 작아진다. 이 때문에, 배출 밸브(30)를 개방하면, 토출유로(18)에 비하여 배출유로(22)에 대량의 살균수가 유입되게 되어, 토출유로(18)에 유입되는 스케일을 포함한 살균수를 감소시킬 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는, 제어부(24)는 전해조(1)의 폴 체인지와 동시에 세정 밸브(28)를 폐쇄하고, 배출 밸브(30)를 개방하는 것으로 하였는데, 이것으로 한정되지 않으며, 폴 체인지부터 소정 시간 내에 전해조(1)에서 생성된 살균수를 배출기구(32)에 의하여 배출할 수 있다면 좋다. 즉, 배출기구(32)가 전해조(1)로부터 떨어져 설치되어 있는 경우에는, 폴 체인지 후, 소정 시간 경과하고나서 세정 밸브(28)를 폐쇄하고, 배출 밸브(30)를 개방하여도 좋다.

도 6은 전극판(2,4)의 단면도의 모식도이다. 전극판(2, 4)의 전극 기체(41)의 재질로서, 티탄 또는 티탄계 합금을 들 수 있다. 티탄 합금으로서는, 티탄을 주체로 하는 내식성이 있는 도전성의 합금이 사용된다. 예를 들어, Ti-Ta-Nb, Ti-Pd, Ti-Zr, Ti-Al 등의 조합으로 구성되는, 통상적으로 전극재료로서 사용되고 있는 Ti계 합금을 들 수 있다. 이들 전극재료는 판형상, 구멍이 있는 판형상, 막대형상, 그물판 형상 등의 원하는 형상으로 가공하여 전극기체(41)로서 이용할 수 있다.

상기와 같이 전극기체(41)에는 통상적으로 행해지고 있는 바와 같이 사전에 전처리하는 것이 바람직하다. 전처리 방법으로서는, 연삭재를 분출하여 기계적으로 거친면화하는 블라스트 처리방법이나, 옥살산, 질산, 황산, 염산, 불산 등의 산용액의 유동배스(bath) 또는 정지배스 중에 침지시켜서 전극 기체의 표면을 용해시키는 화학적 에칭법, 전극 기체 표면을 전해질 용액 중에서 전해산화하여, 기체의 표면을 다공질화하는 전해산화 처리법 등이 있다. 또한, 이들의 전처리 방법을 2종류 이상 병용하여도 좋다.

전처리를 행한 티탄 기체(41)는 대기 중에서 소성함으로써 기체의 표면을 산화하여 TiO₂로 하여도 좋고, 소성처리를 하지 않고 직접 다음 공정에 맡겨도 좋다.

그러한 후에, 티탄 기체(41)의 표면을 백금, 산화 이리듐, 산화 로듐 및 산화 티탄을 포함하는 복합체인 촉매층(42)으로 피복한다. 여기에서, 상기 복합체 중의 백금 원소의 농도는 4몰% 미만이고, 백금 원소를 함유하지 않는 것이 바람직하다. 한편, 촉매층(42)은 티탄 기체(41) 상에 중간층을 통하여 형성되어도 좋다. 중간층을 통함으로써, 장기 사용 등에 의하여 촉매층이 박리되어 버린 경우에도 기체와 전해액의 접촉을 막아, 전압 인가에 의한 기체의 손상이 일어나지 않는다. 중간층은 촉매층과 친밀성이 좋아, 기체와 촉매층의 전기전도성을 저해하지 않을 필요가 있으며, 금속 탄탈이나 금속 탄탈 합금을 포함하는 금속, 또는 탄탈 산화물이나 탄탈 산화물의 복합산화물이 생각된다.

여기에서 사용하는 백금 화합물, 이리듐 화합물, 로듐 화합물 및 탄탈 화합물로는, 다음에 서술하는 조건 하에서 분해하여 각각 백금, 산화 이리듐, 산화 로듐 및 산화 탄탈로 전화(轉化)할 수 있는 화합물을 포함되며, 구체적으로는, 백금 화합물로는, 예를 들어 염화백금산, 염화백금 등을 들 수 있고, 특히 염화백금산이 적합하다. 또한, 이리듐 화합물로는, 예를 들어 염화 이리듐산, 염화 이리듐, 질산 이리듐 등을 들 수 있고, 특히 염화 이리듐산이 적합하다. 더욱이, 로듐 화합물로서는, 예를 들어 염화 로듐, 질산 로듐 등을 들 수 있고, 특히 염화 로듐이 적합하다. 탄탈 화합물로서는, 예를 들어 염화 탄탈, 탄탈 에톡시드 등을 들 수 있고, 특히 탄탈 에톡시드가 적합하다.

한편, 이들 백금 화합물, 이리듐 화합물, 로듐 화합물 및 탄탈 화합물을 용해하여 용액을 조정하기 위한 용매로서는, 저급 알코올이 적합하다. 예를 들어, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 부탄올 등 또는 이들의 혼합물을 들 수 있다.

저급 알코올 용액 중에서의 백금 화합물, 이리듐 화합물, 로듐 화합물 및 탄탈 화합물의 합계의 농도는, 합계 금속농도 환산으로 일반적으로 20~200g/L, 바람직하게는 40~150g/L의 범위 내로 할 수 있다. 이 금속농도가 20g/L보다 낮으면 촉매담지 효율이 나빠지고, 또한 200g/L을 넘으면 촉매활성, 담지강도, 담지량의 불균일성 등의 문제가 발생할 가능성이 있다.

그리고, 백금 화합물, 이리듐 화합물, 로듐 화합물 및 탄탈 화합물의 상대적 사용비율은, 금속환산으로 백금 화합물은 4몰% 미만, 이리듐 화합물은 24.6몰% 이상 80몰% 이하, 탄탈 화합물은 이리듐 화합물에 대하여 몰비로 0.25배 이상 1.5배 이하인 것이 바람직하다. 또한, 로듐 화합물은 3몰% 이상 30몰% 이하인 것이 바람직하다. 백금 화합물이 4몰% 이상이 되면, 전극의 극성을 전환할 때마다 촉매층이 용해되는 비율이 높아져서, 촉매층 전체의 열화가 진행되어, 전극 수명이 짧아진다. 백금 화합물은 바람직하게는 함유하지 않는다. 이리듐 화합물은 촉매로서 기능하고, 촉매성능을 발휘시키기 위해서는 24.6몰% 이상 80몰% 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 일반적으로 이리듐 화합물만으로는 안정성이 악화되어, 전극 수명이 짧아지기 때문에, 안정성을 향상시키기 위하여 탄탈 화합물과 혼합시키는 것이 바람직하다. 탄탈 화합물의 비율이 이리듐 화합물에 대하여 몰비로 0.25배 이상 1.5배 이하이면, 전극 수명이나 촉매성능을 발휘하는 점에서 바람직하다. 로듐 화합물은 캐소드에서의 수소 발생의 촉매로서 기능하고, 그 결과, 염소발생 효율을 높인다고 생각되어, 3몰% 이상 30몰% 이하로 하는 것이 전극 수명이나 촉매성능을 발휘하는 점에서 바람직하다.

티탄 기체(41)의 표면에 이 용액이 도포된 기체는, 필요에 따라서 약 20℃ 내지 약 150℃의 범위 내의 온도에서 건조시킨 후, 산소함유 가스 분위기 중, 예를 들어 공기 중에서 소성된다. 소성은, 예를 들어 전기로, 가스로, 적외선로 등의 적당한 가열로 중에서 일반적으로 약 450℃ 내지 약 600℃, 바람직하게는 약 500℃ 내지 약 550℃의 범위 내의 온도로 가열함으로써 행할 수 있다. 가열시간은, 소성해야 할 기체의 크기 등에 따라서 대체로 5분간 내지 30분간 정도로 할 수 있다. 이러한 소성에 의하여, 이 기체의 표면에 백금-산화 이리듐-산화 로듐-산화 탄탈 복합체를 담지시킬 수 있다. 1회의 담지 조작으로 충분한 양의 백금-산화 이리듐-산화 로듐-산화 탄탈 복합체를 담지할 수 없는 경우에는, 이상에 서술한 용액의 도포-건조-소성의 공정을 원하는 횟수 반복하여 행할 수 있다.

여기에서, '백금-산화 이리듐-산화 로듐-산화 탄탈 복합체'란, 백금과 산화 이리듐과 산화 로듐과 산화 탄탈의 4성분이 상호작용을 미치도록 혼합 또는 긴밀하게 접촉된 상태에 있는 조성물을 말한다. 백금-산화 이리듐-산화 로듐-산화 탄탈 복합체의 결정 상태로서는, 비정질(amorphous)이어도 좋고, 결정성을 가지고 있어도 좋다.

한편, 본 발명의 구체적인 실시형태로는, 살균수 생성장치로서 위생세정장치에 적용한 경우를 들었는데, 예를 들어 청결한 환경이 요구되는 욕실, 주방, 의료기구 및 자동판매기 등 염화물 이온을 포함하는 물을 전기분해하여 살균수의 생성이 가능한 환경이라면 어떠한 상품이어도 적용 가능하다.

[실시예]

(실시예 1 및 3)

티탄 기체로서, JIS 1종 티탄판(두께: 0.5mm)을 20mm×40mm의 형상으로 프레스 가공한 것을 준비하였다. 이것을 아세톤에 침지하여 10분간 초음파 세정하여서 탈지한 후, 거친면화 처리를 행하였다.

다음으로, 이리듐 농도 100g/L로 조정한 염화 이리듐산의 부탄올 용액과, 탄탈 농도 100g/L로 조정한 탄탈 에톡시드의 부탄올 용액과, 백금 농도 200g/L로 조정한 염화백금산의 부탄올 용액과, 로듐 농도 100g/L로 조정한 염화 로듐의 부탄올 용액을 Ir-Ta-Pt-Rh의 금속환산의 조성비가 표 1에 나타내는 몰%가 되도록 각각 측량하고, 각 금속성분의 금속환산값을 더한 합계 농도가 8중량%가 되도록 부탄올로 희석하여 도포 용액을 제작하였다.

도포 용액을 피펫으로 120㎕ 측량하고, 그것을 티탄 기체에 도포하여, 핀셋을 이용하여 티탄 기체를 기울여서 용액을 티탄 기체 전면에 도포한 후, 실온에서 건조하고, 더욱이 550℃의 대기 중에서 10분간 소성하였다. 이러한 도포·건조·소성을 5회 반복하여, 실시예 1 및 3의 전극을 제작하였다.

(실시예 2 및 4~8)

도포·건조·소성을 3회 반복한 것 이외에는 실시예 1 및 3과 마찬가지로 하여 실시예 2 및 4~8의 전극을 제작하였다.

(비교예 1)

Ir-Ta-Pt-Rh의 금속환산의 조성비가 표 1에 나타내는 몰%가 되도록 각각 측량하여 도포액을 제작한 것 이외에는 실시예 1과 마찬가지로 하여 비교예 1의 전극을 제작하였다.

(비교예 2~7)

Ir-Ta-Pt-Rh의 금속환산의 조성비가 표 1에 나타내는 몰%가 되도록 각각 측량하여 도포액을 제작한 것, 및 도포·건조·소성을 3회 반복한 것 이외에는 비교예 1과 마찬가지로 하여서 비교예 2~7의 전극을 제작하였다.

	No	조성(금속환산 mol%)				금속환산 합계농도(%)	도포량 (㎕/회)	도포·소성횟수 (회)
		Ir	Ta	Pt	Rh
실 시 예	1	57.4	30.5	0	12.1	8	120	5
	2	57.4	30.5	0	12.1	8	120	3
	3	53.5	30.5	3.9	12.1	8	120	5
	4	53.5	30.5	3.9	12.1	8	120	3
	5	56	14	0	30	8	120	3
	6	28	42	0	30	8	120	3
	7	77.6	19.4	0	3	8	120	3
	8	38.8	58.2	0	3	8	120	3
비 교 예	1	30.8	30.5	26.6	12.1	8	120	5
	2	30.8	30.5	26.6	12.1	8	120	3
	3	45.9	24.4	20	9.7	8	120	3
	4	44.8	11.2	20	24	8	120	3
	5	22.4	33.6	20	24	8	120	3
	6	62.1	15.5	20	2.4	8	120	3
	7	31	46.6	20	2.4	8	120	3

(내구시험 1)

제작한 실시예 1~8 및 비교예 1~7의 전극에 대하여, 차아염소산 발생전극으로서의 내구시험을 실시하였다. 내구시험은, 전해액에 유량 0.45L/min의 수돗물을 사용하여, 전극간 거리 0.5mm, 전류밀도 14.7A/dm²(전류 1A, 전극면적 680mm²)의 정전류 제어, 전해시간 5초마다 애노드와 캐소드를 역전하고, 5초 전해이고 1초 무전해의 전해 사이클을 반복하는 조건으로 행하였다. 전해전압값 및 유리염소 농도의 경시변화를 기록하고, 전해용 전극에 의하여 발생한 유리염소 농도가 0.3ppm을 밑돈 시점을 수명으로 하였다. 한편, 유리염소 농도는, 포켓 잔류염소계(제품번호: HACH2470, 사용시약: DPD(디에틸-p-페닐렌디아민) 10ml용)를 이용하여 측정하였다.

표 2에 실시예 1~4 및 비교예 1 및 2의 내구시험 1의 결과를 나타낸다. 실시예 1과 실시예 3 및 비교예 1의 결과를 비교하면, 도포·소성 횟수가 5회로 같고, 촉매기능을 가진다고 생각되는 Ir·Pt·Rh의 합계 금속량이 0.0268(g/매)로 같은 경우에 있어서, 백금을 포함하는 양이 적은 쪽의 수명이 긴 것을 알 수 있다. 또한, 실시예 2와 실시예 4 및 비교예 2의 결과를 비교하면, 도포·소성 횟수가 3회로 같고, 촉매기능을 가진다고 생각되는 Ir·Pt·Rh의 합계 금속량이 0.0161(g/매)로 같은 경우에 있어서, 백금을 포함하는 양이 적은 쪽의 수명이 긴 것을 알 수 있다.

	No	조성(금속환산 mol%)				금속환산 합계농도(%)	도포량 (㎕/회)	도포·소성 횟수(회)	Ir.Pt.Rh의 합계금속량 (g/매)	내구전해 시간 (H)
		Ir	Ta	Pt	Rh
실시예	1	57.4	30.5	0	12.1	8	120	5	0.0268	916
	2	57.4	30.5	0	12.1	8	120	3	0.0161	502
	3	53.5	30.5	3.9	12.1	8	120	5	0.0268	823
	4	53.5	30.5	3.9	12.1	8	120	3	0.0161	408
비교예	1	30.8	30.5	26.6	12.1	8	120	5	0.0268	557
	2	30.8	30.5	26.6	12.1	8	120	3	0.0161	128

※ 용액의 비중을 0.81g/cm³로 하여 환산

표 3에 실시예 2 및 5~8, 그리고 비교예 3~7의 결과를 나타낸다. 실시예 2와 비교예 3의 결과를 비교하면, 도포·소성 횟수가 3회로 같고, 소성이 백금을 제외하는 3성분의 상대 몰비율이 같은 경우에 있어서, 백금을 포함하지 않는 쪽의 수명이 긴 것을 알 수 있다. 마찬가지로, 실시예 5와 비교예 4, 실시예 6과 비교예 5, 실시예 7과 비교예 6, 실시예 8과 비교예 7의 결과를 각각 비교하면, 도포·소성 횟수가 3회로 같고, 소성이 백금을 제외하는 3성분의 상대 몰비율이 같은 경우에 있어서, 각각 백금을 포함하지 않는 쪽의 수명이 긴 것을 알 수 있다.

	No	조성(금속환산 mol%)				금속 환산 합계 농도(%)	도포량 (㎕/회)	도포· 소성 횟수 (회)	Pt를 제외하는 성분의 상대 몰비율			Ir.Pt.Rh의 합계 금속량 (g/매)	내구전해 시간 (H)
		Ir	Ta	Pt	Rh				Ir	Ta	Rh
실시예	2	57.4	30.5	0	12.1	8	120	3	57.4%	30.5%	12.1%	0.0161	502
	5	56	14	0	30	8	120	3	56.0%	14.0%	30.0%	0.0197	200
	6	28	42	0	30	8	120	3	28.0%	42.0%	30.0%	0.0123	206
	7	77.6	19.4	0	3	8	120	3	77.6%	19.4%	3.0%	0.0190	275
	8	38.8	58.2	0	3	8	120	3	38.8%	58.2%	3.0%	0.0099	195
비교예	3	45.9	24.4	20	9.7	8	120	3	57.4%	30.5%	12.1%	0.0176	133
	4	44.8	11.2	20	24	8	120	3	56.0%	14.0%	30.0%	0.0206	76
	5	22.4	33.6	20	24	8	120	3	28.0%	42.0%	30.0%	0.0149	88
	6	62.1	15.5	20	2.4	8	120	3	77.6%	19.4%	3.0%	0.0199	53
	7	31	46.6	20	2.4	8	120	3	38.3%	58.3%	3.0%	0.0127	34

※ 용액의 비중을 0.81g/cm³로 하여 환산

(내구성 평가 1)

도 7에 실시예 2 및 비교예 2의 초기(전해 0H)·전해 27H 후·전해 82H 후·전해 162H 후·전해 257H 후·전해 377H 후의 표면 사진을 나타낸다. 이들 사진에 있어서, 검게 보이는 부분이 복합체이고, 하얗게 보이는 부분은 복합체가 없어져서 Ti 기체가 보이고 있는 부분이다. 도 7로부터 복합체의 담지량이 같아도 백금을 성분에 포함하지 않는 실시예 2 쪽이, 백금을 성분으로 포함하는 비교예 2보다 소모가 느린 것을 확인할 수 있다.

(내구성 평가 2)

실시예 2 및 비교예 2의 전극에 대하여, 형광 X선 분석장치(리가쿠 제품 ZSX PrimusII)를 이용하여 분석을 하고, Ir 및 Pt의 각 원소의 양을 계측하였다. 각 전극에 대하여 초기(전해시간: 0H)·전해 27H 후·전해 82H 후·전해 162H 후 ·전해 257H 후·전해 377H 후에 분석을 행하고, 각 원소의 초기의 피크 강도값을 100으로 하여, 각 전해시간 후에서의 각 원소의 피크 강도값으로부터 각 원소의 양의 변화를 구하였다. 한편, 전극의 중심부분을 φ10의 형광 X선 분석장치에서의 측정영역으로 하였다.

도 8에 실시예 2 및 비교예 2의 형광 X선 분석장치에 의한 분석결과를 나타낸다. Ir 및 Pt의 각 원소의 초기(전해시간: 0H)에서의 피크 강도값(Kcps)을 100% 로 하고, 전해시간에 의한 각 원소의 피크 강도의 변화를 나타내고 있다. 비교예 2의 Ir과 비교예 2의 Pt의 비교로부터 Pt가 Ir에 비하여 전해초기부터 열화되고 있을 것을 알 수 있다. 또한, 전해 82H 후의 실시예 2의 Ir과 비교예 2의 Ir의 비교로부터 같은 Ir 성분이라도 백금 성분을 포함하지 않은 실시예 2의 쪽이, 백금을 포함하고 있는 비교예 2보다 열화가 느린 것을 알 수 있다.

1: 전해조
2, 4: 전극판
10: 유로계통
12: 급수원
14: 세정 노즐
16: 유로
18: 토출유로
20: 분기부
22: 배출유로
24: 제어부
26: 펌프
28: 세정 밸브
30: 배출 밸브
32: 배출기구
41: 티탄 기체(전극기체)
42: 촉매층
100: 위생세정장치
110: 양식변기
120: 변기

Claims (6)

1. 염화물 이온을 포함하는 물을 직접 전해하여 양극에 염소를 발생시키고, 이 염소와 물의 반응에 의하여 차아염소산의 살균수를 생성하는 살균수 생성장치에 있어서,
   염화물 이온을 포함하는 물이 통과하는 전해조 내에 설치된 티탄 또는 티탄 합금으로 이루어지는 전극 기체 상에 촉매층을 설치한 전극과,
   상기 전극에 통전하여 차아염소산을 상기 전해조 내에 생성시키는 제어수단을 구비하며,
   상기 제어수단은, 상기 전극에 대하여 전류밀도 7A/dm²~20A/dm²로 통전하고, 더욱이 전극의 양극과 음극을 전환하는 폴 체인지를 실행하도록 구성되어 있으며,
   상기 전극의 촉매층은, 적어도 산화 이리듐, 산화 로듐 및 산화 탄탈을 포함하는 금속 및/또는 금속산화물의 복합체로 구성되고,
   상기 복합체 중의 백금 원소의 농도는, 4몰% 미만인 것을 특징으로 하는 살균수 생성장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 복합체는 백금 원소를 함유하지 않는 것을 특징으로 하는 살균수 생성장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어수단은, 상기 전극에 대하여 30초 이내의 간격으로 전극의 양극과 음극을 전환하는 폴 체인지를 실행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 살균수 생성장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 제어수단은, 상기 전극에 대하여 전류밀도 12A/dm²~17A/dm²로 통전하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 살균수 생성장치.
5. 제 2 항에 있어서,
   상기 전해조에 공급되는 염화물 이온을 포함하는 물은, 물을 순환시키지 않는 유수식으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 살균수 생성장치.
6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제어수단은, 상기 전극에 대하여 4~15초 간격으로 전극의 극성을 양극과 음극으로 전환하는 폴 체인지를 실행하도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 살균수 생성장치.

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