KR20230023965A

KR20230023965A - 차아염소산수의 정도관리 제조장치 및 제조방법

Info

Publication number: KR20230023965A
Application number: KR1020210105897A
Authority: KR
Inventors: 김성노; 김명빈; 김재우
Original assignee: 에코텍 주식회사
Priority date: 2021-08-11
Filing date: 2021-08-11
Publication date: 2023-02-20

Abstract

본 발명은 차아염소산수의 정도관리 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 총잔류산화물 농도의 측정을 통한 전해질과 전류의 밀도를 조절하는 차아염소산수의 정도관리 제조장치와 제조방법에 관한 것이다.

Description

차아염소산수의 정도관리 제조장치 및 제조방법{Apparatus and methods for producing hypochlorous acid water}

유효 염소 농도가 30~100 ppm 정도인 차아염소산수는 살균성과 함께 인체 안정성이 우수하여 세척 및 소독용으로 널리 사용되고 있다.

순수한 차아염소산수는 주로 전기분해조에서 묽은 염산 수용액(2~6%)을 전기분해하는 방식으로 생산되는데, 사용하는 전극과 전류가 일정하여도 원수의 특성에 따라 목표 차아염소산 농도를 유지하기 어렵고, 전극에서 발생하는 열과, 이로 인한 용기의 압력 및 물의 특성 변화가 각각 또는 복합적으로 작용하여 유효 염소 농도의 불안정성이 문제가 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해서 전극에서 발생되는 열은 냉각수를 이용해서 제거하며, 용기 압력은 밴트를 통해서 제거하는 방식이 제안되었다.

또한 사용하는 전극과 전류가 일정하더라도 지역적 원수 수질의 차이에 따라 생산되는 차아염소산 농도가 다양해져 생산되는 차아염소산수의 품질관리가 어렵다.

물의 특성 변화는 역삼투압 방식과 같은 정제 장치를 사용해서 물의 특성을 균일하게 하는 방식이 제안되었다. 하지만, 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 있다.

이에 따라, 물의 특성을 제어하기 보다는 대형 저장조를 만들어서 생산된 차아염소산수를 일정 기간 저장함으로써, 차아염소산수의 유효염소 농도를 안정화시켜 관리하는 방식이 주로 사용되고 있다. 하지만, 차아염소산수는 장기간 저장이 쉽지 않다는 문제가 있으며, 내포된 염소가스의 증발로 인한 문제가 있다.

염소의 소독능력을 최적 및 안정적으로 유지하기 위하여 수용액 속의 유효염소 농도측정이 필요하다. DPD(N, N-diethyl-p-phenylenediamine)와 오르트톨리딘(Orthotolidine)을 이용한 비색법은 측정은 다양한 수질조건에서도 비교적 정확하게 유효염소농도를 측정하지만 고비용에 지속적인 시약의 사용이 필요하여 현실적이지 않다. 그러나 물의 전기분해에 의한 산화환원전위(Oxidation Reduction Potential)차이 측정을 활용한 전류적정법은 이러한 단점을 배제할 수 있다.

등록특허공보 제10-0970708호 등록특허공보 제10-1517676호 등록특허공보 제10-1925900호 등록특허공보 제10-2211393호 등록특허공보 제10-2231413호

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 고정적인 일정량의 전해질과 전류를 주입하여도 원수의 수질과 수량 및 pH에 따라 달라지는 수중 내 살균활성물질 즉, 총잔류산화물(Total Residual Oxidant; 이하 TRO)로 측정되는 차아염소산이 목표농도와는 달라지는 문제를 해결할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 고정적인 일정량의 전해질과 전류를 주입하여도 원수의 수질과 수량 및 pH에 따라 수중 내 살균활성물질 즉, 총잔류산화물(Total Residual Oxidant: 이하 TRO)로 측정되는 차아염소산이 목표농도와는 달라지는 문제를 해결할 수 있는 제조 장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은

염산을 포함하는 물을 전기분해하여 차아염소산수를 제조하는 방법에 있어서, 전기분해조에서 생산되는 물의 총잔류산화물(TRO) 농도를 측정하여 제어부에 전달하고, 상기 제어부는 상기 TRO 농도를 이용해서 전극에 인가되는 전류를 제어하여 생성되는 차아염소산의 농도를 제어하는 것을 특징으로 한다.

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 제어부는 생산되는 차아염소산수의 농도를 제어하기 위해 전해질인 염산의 투입량을 더 조절할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는 생산되는 차아염소산수의 농도를 제어하기 위해서, 전기분해조로 유입되는 수량과 전기분해조에서 유출되는 수량을 더 제어할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 TRO 농도는 TRO 측정장치에 의해서 측정될 수 있으며, 상기 TRO 측정 장치는 상업적으로 구입하여 사용할 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 발명에 있어서, 상기 전기 분해조는 회분식, 반회분식, 또는 연속식으로 운전될 수 있다.

본 발명은 일 측면에서,

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 전류를 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 전류를 제어할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 제어부는 생성되는 차아염소산의 농도를 제어하기 위해서, 유입라인에서 전해질 용액의 농도를 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 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 제어시스템을 보여주는 도면이다.

이하, 실시 예를 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 실시 예에서 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 측정하는 염소 농도 센서가 부착된다.

제어부(controller) 유출 라인(32)에서 총잔류산화물 농도 센서로부터 유효 염소 농도(50)에 대한 정보를 입력 받아 파워서플라이(20)의 전류량을 조정하고 전해질유입라인(31)의 초당 가동 횟수 및/또는 유입 유량을 조절하여 유출 라인(32)의 양과 유효 염소 농도가 목표농도에 도달하도록 제어한다.

실시 예 1

도 1에 도시된 무격막 전기 분해조(100)에 전해질 유입라인(31)을 통하여 3 %의 염산이 첨가된 원수를 투입되고, 전기 분해 전극(21, 22)에 파워서플라이(20)를 통해서 5 V의 전압으로 약 15A의 전류를 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. 초기 10분 동안 이 차아염소산수는 TRO 모니터(50)를 통하여 목표농도인 30 ppm의 유효 염소 농도를 가지는 상온의 차아염소산수를 얻고 있다.

그러나 유입되는 원수의 수질 및 수량 변화로 TRO 모니터에 측정되는 농도는 15ppm으로 감소되었다. 이 농도변화는 전류차이로 변환되고 그 차이는 파워서플라이(20)로 전달되어 파워서플라이어는 20A로 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.

실시 예 2

도 1에 도시된 무격막 전기 분해조(100)에 전해질유입라인(31)을 통하여 3 %의 염산이 첨가된 원수를 투입되고, 전기 분해 전극(21, 22)에 파워서플라이(20)를 통해서 5 V의 전압으로 약 15A의 전류를 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. 초기 10분 동안 이 차아염소산수는 TRO 모니터(50)를 통하여 목표농도인 30 ppm의 유효 염소 농도를 가지는 상온의 차아염소산수를 얻고 있다. 그러나 유입되는 원수의 수질 및 수량 변화로 TRO 모니터에 측정되는 농도는 50ppm으로 증가되었다. 이 농도변화는 전류차이로 변환되고 그 차이는 파워서플라이(20)로 전달되어 파워서플라이어는 10A로 감소된 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.

실시 예 3

도 1에 도시된 무격막 전기 분해조(100)에 전해질유입라인(31)을 통하여 3 %의 염산이 첨가된 원수를 투입되고, 전기 분해 전극(21, 22)에 파워서플라이(20)를 통해서 5 V의 전압으로 약 15A의 전류를 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. 초기 10분 동안 이 차아염소산수는 TRO 모니터(50)를 통하여 목표농도인 30 ppm의 유효 염소 농도를 가지는 상온의 차아염소산수를 얻고 있다. 그러나 유입되는 원수의 수질 및 수량 변화로 TRO 모니터에 측정되는 농도는 15ppm으로 감소되었다. 이 농도변화는 전류차이로 변환되고 그 차이는 전해질유입라인(31)로 전달되어 3%의 전해질 투입량은 2배로 증가되어 전기분해조(100)로 유입되었다. 그 결과 전기분해조(100) 내에 생성된 TRO는 다시 목표농도인 30ppm으로 증가되어 배출라인(32)으로 유출되는 TRO는 TRO모니터(50)에 인식됨으로서 안정된 목표농도의 차아염소산수를 생산하게 되었다.

실시 예 4

도 1에 도시된 무격막 전기 분해조(100)에 전해질유입라인(31)을 통하여 3 %의 염산이 첨가된 원수를 투입되고, 전기 분해 전극(21, 22)에 파워서플라이(20)를 통해서 5 V의 전압으로 약 15A의 전류를 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. 초기 10분 동안 이 차아염소산수는 TRO 모니터(50)를 통하여 목표농도인 30 ppm의 유효 염소 농도를 가지는 상온의 차아염소산수를 얻고 있다. 그러나 유입되는 원수의 수질 및 수량 변화로 TRO 모니터에 측정되는 농도는 50ppm으로 증가되었다. 이 농도변화는 전류차이로 변환되고 그 차이는 전해질유입라인(31)로 전달되어 3%의 전해질 투입량은 1/2로 감소되어 전기분해조(100)으로 유입되었다. 그 결과 전기분해조(100) 내에 생성된 TRO는 다시 목표농도인 30ppm으로 감소되어 배출라인(32)으로 유출되는 TRO는 TRO모니터(50)에 인식됨으로서 안정된 목표농도의 차아염소산수를 생산하게 되었다.

비교예 1

실시 예 1 및 2의 장치에서 원수수질의 변화가 반영된 배출수의 차아염소산 농도 변화는 TRO 모니터에 의한 목표농도와의 차이 인식으로 파워서플라이의 전류량 증가(20A) 또는 감소(10A)가 반영되어 전기극판에 전해짐으로써 목표농도인 30 ppm의 차아염소산 수를 일정하게 수득하였다.

비교예 2

실시 예 3 및 4의 장치에서 원수수질의 변화가 반영된 배출수의 차아염소산 농도 변화는 TRO 모니터에 의한 목표농도와의 차이 인식으로 전해질유입량의 증가(3% x 2) 또는 감소(3% x 1/2)가 반영되어 전해조에서의 차아염소산 생성은 목표농도인 30 ppm의 차아염소산 수를 일정하게 수득하였다.

10 : 전기 분해조
20 : 파워서플라이
21 : 전기 분해전극
22 : 전기 분해전극
31 : 원수 및 전해질 유입라인
32 : 유출라인
40 : 온도 센서
50 : TRO 센서
100 : 무격막 전해조

Claims

염산을 포함하는 물을 전기분해하여 차아염소산수를 제조하는 방법에 있어서,
전기분해조에서 생산되는 물의 총잔류산화물(TRO) 농도를 측정하여 제어부에 전달하고, 제어부는 상기 TRO 농도를 이용해서 전극에 인가되는 전류를 제어하여 전기분해조에서 생산되는 차아염소산의 농도를 제어하는 것을 특징으로 하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 제어부가 전해질의 투입량을 조절하는 것을 더 포함하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어부는 전기분해조로 유입되는 수량과 전기분해조에서 유출되는 수량를 더 포함하는 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 차아염소산수는 미산성 차아염소산수인 방법.
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 전류를 제어하여 차아염소산의 농도를 제어하는 제어부를 포함하는 차아염소산수 제조 장치.
제5항에 있어서,
상기 전원 공급 장치는 제어부에 의해서 제어되는 파워서플라이인 차아염소산수 제조 장치.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 제어부에 의해서 유입라인에서 전해질 용액의 농도가 제어되는 차아염소산수 제조 장치.
제5항 또는 제6항에 있어서,
상기 차아염소산 제조 장치는 온도계와, pH 센서를 더 포함하는 차아염소산수 제조 장치.