KR20170014064A - 차아염소산을 생성하는 모듈화된 전기분해 장치 - Google Patents

차아염소산을 생성하는 모듈화된 전기분해 장치 Download PDF

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이천지
김상명
이민기
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Abstract

본 발명은 모듈화된 전기분해 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 모듈화된 전기분해 장치는 모듈화된 단위 전해조 모듈을 전기분해 물질의 생성량에 따라서 쉽게 증감시킬 수 있어서, 용량에 따른 추가 설계 없이 시장의 요구에 유동적으로 대응할 수 있고, 대용량의 전해조를 설계할 때 발생하는 열 발생 문제를 해결할 수 있는 특징이 있다.

Description

모듈화된 전기분해 장치 {MODULARIZED ELECTROYSIS APPARATUS}
본 발명은 모듈화된 전기분해 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 생성되는 전기분해 물질의 증감에 따라서 전기분해 장치의 재설계 없이 필요한 만큼 전해조 모듈을 추가하여 시장의 요구에 유동적으로 대응할 수 있는 모듈화된 전기분해 장치에 관한 것이다.
살균 및 위생에 대한 관심이 범국가적으로 증가함에 따라서 이와 관련된 기술이 주목을 받고 있다. 이와 관련된 기술로 전기분해 장치를 이용한 살균수 또는 소독제 제조 장치가 알려져 있다.
종래에는 용량에 따라서 전해조의 크기, 전극의 개수 및 크기, 전기분해 조건 등이 달라져 각각 따로 설계 및 제작해야 하는 불편함이 있었다. 따라서, 소비시장에서 요구하는 목표 용량의 변화에 유동적으로 대응할 수 없는 문제점이 있었다.
또한, 대용량의 전해조의 경우에는 전극의 크기가 커져야 한다. 이 경우 전기 분해 과정에서 전극에서 생성되는 기체(예를 들어 수소)를 전해조 외부로 제거하는 것이 어려워 전극(전해조)의 온도를 상승시키고, 온도 상승에 의해 전기분해 효율이 떨어진다는 문제점이 있었다.
등록특허 10-1268040
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 전기분해 물질의 증감에 따라서 전기분해 장치의 재설계 없이 필요한 만큼 전해조 모듈을 추가하여 시장의 요구에 유동적으로 대응할 수 있는 모듈화된 전기분해 장치를 제공함에 있다.
또한, 대용량의 전해조를 설계할 때 발생하는 발열 문제를 해결할 수 있는 모듈화된 전기분해 장치를 제공함에 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적은, 본 발명에 따라, 전극, 전해질이 유입되는 유입구 및 전기분해에 의해 생성된 전기분해 물질을 토출하는 토출구가 형성된 복수의 전해조 모듈; 상기 전해질을 담은 전해질 탱크와 연결되는 제 1 공급배관 및 상기 제 1 공급배관에서 분기되고 각 분기된 배관은 각 전해조 모듈의 유입구에 연결되어 상기 전해질을 상기 각 전해조 모듈에 공급하는 제 2 공급배관을 포함하는 공급배관; 상기 제 1 공급배관에 형성되어 상기 전해질 탱크에 담긴 전해질을 상기 각 전해조 모듈로 이송하는 펌프; 및 상기 각 전해조 모듈의 토출구에 연결되어 상기 전기분해 물질을 토출하는 토출배관을 포함하는 모듈화된 전기분해 장치에 의해 달성될 수 있다.
여기서, 상기 토출배관은 상기 각 전해조 모듈의 토출구에 연결된 제 1 토출배관 및 각각의 제 1 토출배관을 모아 상기 전기분해에 의해 생성된 물질을 토출하는 제 2 토출배관을 포함하는 것이 바람직하다.
상기 상기 제 2 공급배관에 형성되어 각 전해조 모듈에 공급되는 전해질의 유량을 제어하는 유량 제어부를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 전해조 모듈은 용량에 따라 크기가 다를 수 있다.
여기서, 상기 전해조 모듈의 크기에 따라서 상기 제 2 공급배관의 관경을 달리하여 상기 각 전해조 모듈에 공급되는 전해질의 유량을 제어할 수 있다.
또한, 상기 전해조 모듈은 전기분해 물질의 용량 및 전기분해 효율을 고려하여 최적으로 설계되는 것이 바람직하다.
상기한 바와 같은 본 발명의 모듈화된 전기분해 장치에 따르면 전기분해 장치의 재설계 없이 필요한 만큼 전해조 모듈을 추가하여 시장에서 요구하는 용량에 빠르게 대응할 수 있다는 장점이 있다.
또한, 전기분해 효율, 발열 문제 등과 관련하여 최적화된 단위 전해조 모듈을 사용함으로써 대용량의 전해조를 설계할 때 발생하는 발열 문제를 해결할 수 있다는 장점도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈화된 전기분해 장치의 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 전해조 모듈의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징 내에 설치된 모듈화된 전기분해 장치의 부분 사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용량에 따라 전해조 모듈의 크기가 다른 모듈화된 전기분해 장치의 부분 사시도이다.
설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제 1 실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제 1 실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에 따른 모듈화된 전기분해 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 모듈화된 전기분해 장치의 개념도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 단위 전해조 모듈의 사시도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 하우징 내에 설치된 모듈화된 전기분해 장치의 부분 사시도이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 용량에 따라 전해조 모듈의 크기가 다른 모듈화된 전기분해 장치의 부분 사시도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 모듈화된 전기분해 장치는 복수의 전해조 모듈(110), 공급배관(120), 전해질 탱크(130), 펌프(140) 및 토출배관(160)을 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 유량 제어부(150) 또는 희석부(170)를 더 포함할 수가 있다.
하우징(100) 내에 위치하는 전해조 모듈(110)은 전해질(135)을 공급받아 전기분해를 통해 새로운 물질을 생성하여 토출하는 모듈로 본 발명에서는 복수의 전해조 모듈(110)을 구비하는 것을 특징으로 하여, 요구하는 전기분해 물질의 생성양에 따라서 전해조 모듈(110)의 개수를 가변적으로 변화시킬 수가 있다.
도 2는 단일의 전해조 모듈(110)을 도시하고 있는데, 전해조 모듈(110)의 일측면에는 전해질(135)이 유입되는 유입구(114)가 형성되고, 또 다른 측면에는 전해조 내에서 생성된 전기분해 물질을 토출하는 토출구(116)가 형성될 수가 있다. 도 1에 도시되어 있는 것처럼 전해조 모듈(110) 내부에는 적어도 한 쌍의 전극(112)이 형성될 수가 있다. 이 때, 각각의 전극(112)은 서로 다른 극성을 띄며 서로 대향하도록 배치될 수 있다.
본 발명에서 단위 전해조 모듈(110)은 시장에서 요구하는 전기분해 물질의 용량, 전기분해 효율 등을 고려하여 최적으로 설계되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 시장에서 요구하는 용량이 10000 리터의 대용량 이라면 단위 전해조 모듈(110)의 용량은 1000 리터 또는 2000리터로 설계될 수 있고, 이보다 작은 소용량인 경우에는 단위 전해조 모듈(110)의 용량은 더 작아질 수가 있다. 상기와 같이 단위 전해조 모듈(110)의 용량이 정해지면, 용량에 따라서 각 단위 전해조 모듈(110)에 공급되는 전해질(135)의 양, 각 단위 전해조 모듈(110)에서의 전극(112)의 크기, 전극(112)에 가해지는 전압의 크기 및 각 단위 전해조 모듈(110)의 크기 등이 최적으로 설계되어 결정될 수가 있다.
도 3에서는 각 단위 전해조 모듈(110)의 크기가 모두 같도록 설계되어 있는데, 이에 한정되지 않고 도 4와 같이 각 단위 전해조 모듈(110a, 110b)의 크기가 서로 다르게 구성될 수도 있다.
전해질 탱크(130)는 전해질(135)을 담는 저장 공간이며 공급배관(120)을 통해 전해질 탱크(130)에 저장된 전해질(135)을 각각의 전해조 모듈(110)로 공급할 수 있다. 공급배관(120)은 전해질 탱크(130)와 연결되는 제 1 공급배관(121)과 제 1 공급배관(121)에서 분기되어 각각의 전해조 모듈(110)의 유입구(114)와 연결되어 각 전해조 모듈(110)에 전해질(135)을 공급하는 제 2 공급배관(122)으로 구성될 수가 있다. 제 1 공급배관(121)에는 펌프(140)가 형성되어 전해질 탱크(130)에 저장된 전해질(135)을 공급배관(120)을 통해 전해조 모듈(110)로 이송시킬 수 있도록 한다.
도 1에서 전해질 탱크(130)는 하우징(100) 외부에 형성되어 있는데, 이에 한정되지 않고 도 3처럼 하우징(100) 내부 별도의 공간에 형성될 수도 있다.
또한, 제 2 공급배관(122)에는 각각 별도의 밸브와 같은 유량 제어부(150)를 구비하여 각 전해조 모듈(110)에 공급되는 전해질(135)의 유량을 제어하도록 할 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명에서는 각 단위 전해조 모듈(110)이 최적화 설계가 되어 있기 때문에 공급되는 전해질(135)의 양, 전극(112)에 가해지는 전압의 크기 등이 최적으로 설계되어 있다. 따라서, 각 단위 전해조 모듈(110)이 모두 동일한 용량이라면 펌프(140)의 출력을 제어함으로써 각 단위 전해조 모듈(110)에 공급되는 전해질(135)의 양을 제어할 수 있기 때문에 유량 제어부(150)는 본 발명에서 구성요소로 생략할 수가 있다.
하지만, 도 4에서와 같이 각 단위 전해조 모듈(110a, 110b)의 용량이 다른 경우에는 유량 제어부(150)를 구비하여 서로 다른 전해조 모듈(110a, 110b)에 대해서 서로 다른 양의 전해질(135) 공급되도록 하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명에서 각 단위 전해조 모듈(110)에 공급되는 전해질(135)의 양은 극소량일 수 있는데, 펌프(140)에 의해 각 전해조 모듈(110)에 공급되는 전해질(135)의 양을 정밀하게 제어할 수가 없다면 도 1에서와 같이 유량 제어부(150)를 구비하여 각 전해조 모듈(110)에 공급되는 전해질(135)의 양을 정밀 제어하도록 하는 것이 바람직하다.
도 4를 참조로 전술한 바와 같이 본 발명에서는 각 단위 전해조 모듈(110a, 110b)의 크기가 서로 다르게 구성할 수도 있다. 이 경우 도 4에 도시되어 있는 것처럼 펌프(140)를 지나 분기되는 제 2 공급배관(122a, 122b)의 관경을 서로 다르게 구성할 수가 있다. 펌프(140)를 통해 제 2 공급배관(122a, 122b)을 지나는 전해질(135)의 압력은 각각 동일한데 제 2 공급배관(122a, 122b)의 관경을 달리함으로써 서로 다른 전해조 모듈(110a, 110b)에 대해 공급하는 전해질(135)의 양을 서로 다르게 제어할 수가 있다. 단위 전해조 모듈(110a)의 용량이 클수록 제 2 공급배관(122a)의 관경을 크게하여 많은 양의 전해질(135)이 공급될 수 있도록 하고, 반대로 단위 전해조 모듈(110b)의 용량이 작을수록 제 2 공급배관(122b)의 관경을 작게하여 적은 양의 전해질(135)이 공급되도록 할 수 있다.
토출배관(160)은 각 전해조 모듈(110)의 토출구(116)에 연결되어 전기분해에 의해 생성된 전기분해 물질을 외부로 토출시킨다. 도면에 도시되어 있는 것과 같이 토출배관(160)은 각 전해조 모듈(110)의 토출구(116)에 연결된 제 1 토출배관(161)과 각각의 제 1 토출배관(161)을 모아 외부로 전기분해 물질을 토출시키는 제 2 토출배관(162)으로 구성될 수가 있다.
본 발명에서 전해질(135)로 염산을 사용하는 경우 살균소독제인 차아염소산(HOCl)(195)을 생성하기 위해서 희석부(170)를 더 포함할 수가 있다.
희석부(170)는 제 2 토출배관(162)과 연결되어 전기분해 물질이 수용되는 공간을 마련하고, 희석수(185)가 담긴 희석수 저장탱크(180)와 희석부(170)를 연결하는 배관(172)을 통해 희석수(185)를 공급받아 전기분해 물질을 희석시킨다. 희석되어 생성된 차아염소산(195)은 배관(174)을 통해 차아염소산 저장탱크(190)에 저장된다. 희석부는 도 1에 도시되어 있는 것과 같이 하우징 외부에 형성될 수도 있고, 도 3에서와 같이 하우징 내부에 형성할 수도 있다.
지금부터는 상술한 모듈화된 전기분해 장치의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 전해질(135)로 염산을 사용하고, 이때 희석부(170)를 통해 최종적으로 차아염소산(195)이 생성된다.
차아염소산(195)은 다른 염소계 살균소독제와 비교하여 살균력이 강하고, 자극취가 미미하며, 사람과 가축에 대한 독성은 아주 미미하면서, 세균, 진균, 바이러스 등 모든 미생물에 순시적으로 살균력을 발휘하고, 무해한 물질로 최종 분해되기 때문에 환경부하가 적은 것을 특성으로 하는 살균소독제이다.
위와 같은 특성으로 인하여 차아염소산수를 함유한 미산성 차아염소산수는 식품의 소독 및 식품용 기구, 용기와 설비 등의 살균소독에 사용되고, 또한 농작물 재배 및 축산업에 있어서 살균 농약제 및 기타 소독제의 대체용으로 사용되며, 의료용 기구의 소독, 피부 치료, 원내 감염 방지, 공기 중 분무에 의한 공기 살균 및 악취 제거 등의 공중 방역용으로 광범위하게 사용되고 있다.
먼저, 전해질 탱크(135)에 담긴 염산(135)이 공급배관(120)을 통해 복수의 전해조 모듈(110)에 공급된다. 이때, 전술한 바와 같이 제 2 공급배관(122)에 유량 제어부(150)를 구성하여 각 전해조 모듈(110)에 공급되는 염산(135)의 양을 정밀 제어할 수가 있다. 또는, 도 4와 같이 전해조 모듈(110a, 110b)의 용량이 서로 다르게 구성될 수도 있는데, 이 경우에 유량 제어부(150)를 구성하여 서로 다른 용량의 전해조 모듈(110a, 110b)에 서로 다른 양의 염산(135)이 공급되도록 할 수도 있고, 또는 전해조 모듈(110a, 110b)의 용량에 따라서 제 2 공급배관(122a, 122b)의 관경을 달리하여 서로 다른 용량의 전해조 모듈(110a, 110b)에 서로 다른 양의 염산(135)이 공급될 수 있도록 할 수 있다.
각 전해조 모듈(110)의 전극(112)에는 전류가 공급되며 다음과 같은 전기분해 반응이 일어난다.
먼저, 음전극에서는 다음과 같이 수소발생 반응이 일어난다.
<반응식 1>
2H2O -> H2 + 2OH-
양전극에서는 다음과 같이 산소발생 반응이 일어난다.
<반응식 2>
2H2O -> O2 + 4H+
이와 동시에 양전극에서는 다음과 같이 염산 용액의 염소이온이 산화되어 염소를 발생시킨다.
<반응식 3>
2Cl- -> Cl2 + 2e
또한, 양전극에서 생성된 Cl2의 일부는 다음과 같이 물과 반응하여 차아염소산이 생성된다.
<반응식 4>
Cl2 + H2O -> HOCl + HCl
위와 같은 반응으로 전해조 내에는 고농도의 염소용액과 차아염소산 용액이 생성되는데, 이를 토출배관(160)을 통해 희석부(170)로 보내 염소 용액을 희석수(185)와 반응시킴으로써 더 많은 양의 차아염소산(195)이 생성될 수 있도록 할 수가 있다.
산업용 미산성 차아염소산수 제조장치는 시간당 500 내지 10000 리터를 생산하며, 대용량의 경우 50000 리터를 생산하는 장치도 있다. 또한, 가정이나 소규모 업체에 사용되는 것은 시간당 50 내지 200 리터를 생산하는 소용량도 제조되고 있다. 전술한 바와 같이 본 발명에서는 모듈화된 단위 전해조(110)를 이용하여 용량에 따라서 단위 전해조 모듈(110)의 개수를 증감시켜 소비 시장의 요구에 즉각적으로 대응할 수가 있다. 또한, 전해조가 커짐에 따라서 전해조에서 발생하는 열로 인한 전기분해 효율이 문제가 되는데, 본 발명에서는 복수개의 단위 전해조 모듈(110)을 이용하여 대용량을 생산할 수 있으므로 단위 전해조 모듈(110)을 열 발생과 관련하여 최적의 설계를 함으로써 전해조에서 발생하는 열로 인하여 전기분해 효율이 떨어지는 문제를 해결할 수가 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
100: 하우징 110: 전해조 모듈
112: 전극 114: 유입구
116: 토출구 120: 공급배관
121: 제 1 공급배관 122: 제 2 공급배관
130: 전해질 저장탱크 135: 전해질
140: 펌프 150: 유량 제어부
160: 토출배관 161: 제 1 토출배관
162: 제 2 토출배관 170: 희석부
172, 174: 배관 180: 희석수 저장탱크
185: 희석수 190: 차아염소산 저장탱크
195: 차아염소산

Claims (6)

  1. 전극, 전해질이 유입되는 유입구 및 전기분해에 의해 생성된 전기분해 물질을 토출하는 토출구가 형성된 복수의 전해조 모듈;
    상기 전해질을 담은 전해질 탱크와 연결되는 제 1 공급배관 및 상기 제 1 공급배관에서 분기되고 각 분기된 배관은 각 전해조 모듈의 유입구에 연결되어 상기 전해질을 상기 각 전해조 모듈에 공급하는 제 2 공급배관을 포함하는 공급배관;
    상기 제 1 공급배관에 형성되어 상기 전해질 탱크에 담긴 전해질을 상기 각 전해조 모듈로 이송하는 펌프; 및
    상기 각 전해조 모듈의 토출구에 연결되어 상기 전기분해 물질을 토출하는 토출배관을 포함하는 모듈화된 전기분해 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 토출배관은 상기 각 전해조 모듈의 토출구에 연결된 제 1 토출배관 및 각각의 제 1 토출배관을 모아 상기 전기분해에 의해 생성된 물질을 토출하는 제 2 토출배관을 포함하는 모듈화된 전기분해 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 공급배관에 형성되어 각 전해조 모듈에 공급되는 전해질의 유량을 제어하는 유량 제어부를 더 포함하는 모듈화된 전기분해 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전해조 모듈은 용량에 따라 크기가 다른 모듈화된 전기분해 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전해조 모듈의 크기에 따라서 상기 제 2 공급배관의 관경을 달리하여 상기 각 전해조 모듈에 공급되는 전해질의 유량을 제어하는 모듈화된 전기분해 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 전해조 모듈은 전기분해 물질의 용량 및 전기분해 효율을 고려하여 최적으로 설계되는 모듈화된 전기분해 장치.
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KR102032302B1 (ko) * 2019-03-14 2019-10-15 김영수 차아염소산수를 이용한 나노 포그 분무시스템
KR20210010150A (ko) * 2019-07-19 2021-01-27 서순기 대용량의 전해 살균 소독수 생산 시스템

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