WO2011019220A2

WO2011019220A2 - 사용수의 매질에 따라 출력이 자동 조정되는 라디칼 소독장치의 제어방법

Info

Publication number: WO2011019220A2
Application number: PCT/KR2010/005302
Authority: WO
Inventors: 김건태
Original assignee: (주)코하스
Priority date: 2009-08-14
Filing date: 2010-08-12
Publication date: 2011-02-17
Also published as: KR100953270B1; WO2011019220A3

Abstract

본 발명은 음전극 및 양전극으로 이루어진 방전부와, 방전부에 직류전류를 인가하는 직류전원공급부와, 상기 방전부와 회로적으로 직렬연결되고 스위칭소자를 갖는 제어부를 포함하는 라디칼 소독장치 제어방법에 관한 것으로서, 피처리물을 처리조에 투입하는 피처리물 투입단계와; 피처리물이 투입되면 제어부의 제어신호에 따라 양전극 및 음전극에 기준전압을 인가하는 기준전압 인가단계와; 인가된 기준전압에 따라 처리조 내부에 저수된 수질에 대응되는 전류값을 검지부가 검지하고, 검지된 전류값을 수신한 제어부가 대응되는 방전전압을 선택하는 전류측정 및 방전전압 선택단계와; 제어부에 의해 선택된 방전전압이 양전극 및 음전극에 인가되어 처리조 내부를 전해시키면서 라디칼을 생성하고, 생성된 라디칼을 통해 투입된 피처리물이 소독되는 방전전압 인가단계와; 상기 단계 후 일정시간이 경과하면 소독이 완료되고 후속작업을 위해 대기하는 소독완료단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

사용수의 매질에 따라 출력이 자동 조정되는 라디칼 소독장치의 제어방법

본 발명은 전해법으로 오존, 라디칼 등을 발생시켜 이 발생된 오존이나 라디칼을 살균, 소독에 사용하는 라디칼 소독장치의 제어방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 라디칼 발생 매질에 해당하는 물(수돗물)의 수질에 관계없이 원하는 양의 라디칼을 일정하게 발생시켜 균일하고 안정적인 살균 소독 작업이 이루어질 수 있도록 개선된 사용수의 매질에 따라 출력이 자동 조정되는 라디칼 소독장치의 제어방법에 관한 것이다.

수중 오존 발생법인 전해법으로 오존을 발생시켜 발생과 동시에 물에 용존 시켜 살균과 소독 등에 사용하는 다양한 제품들이 만들어지고 있다. 전해법으로 오존이나 라디칼을 생성해 살균이나 소독에 사용하는 경우 염소 등 다른 화학약품을 사용하는 경우와는 전혀 다르게 소독 후 2차 오염이 전혀 없다. 소독에 역할을 한 오존이나 라디칼은 2∼5시간 정도만 잔류하고 시간이 흐른 뒤에는 완전한 물로 다시 환원되기 때문이다. 이와 같은 장점으로 인해 다양한 형태와 용도로 오존, 라디칼 소독기가 만들어지고 있다.

그리고, 오존이 녹아 있는 용수는 동식물에 피해는 주지 않으면서 오히려 수경 재배시 병충해를 방제하는 역할과 축산, 양돈, 양계장의 악취를 저감하고 방제에도 관여하며, 또한 상하수 오폐수처리 등 이미 다양한 분야에서 사용되는 방법이다.

보통, 수중 전해법으로 수중에서 수 볼트에서 수십 볼트의 작은 DC 전압을 1mm이내의 간격으로 이격된 두 전극 사이에 방전하면 전도도가 있는 물이 산소와 수소로 전기분해 된다. 이 과정에서 분해된 수소와 산소는 불안정하여 주위에 물분자와 다시 반응하게 되고 그 결과 수산기(OH), 오존(O3)등 산소계 활성종이 만들어진다. 이 산소계 활성종은 강한 살균력을 가지고 용수에 담겨져 있는 다양한 피소독물을 소독하고 살균하여 균을 제거하는 역할을 한다.

특히 오존, 수산기 등 산소계 활성종으로 살균 소독을 할 경우 소독 후 산소계 활성종은 짧은 시간에 반감하여 인체나 환경에 안전한 산소나 물로 완전하게 환원되므로 소독 살균후 2차적인 오염이나 변종 유해 물질의 생성이 전혀 없다는 장점을 가진다.

이와 같은 장점으로 인해 산업적으로 아주 크게는 정수장에서 물을 살균 소독하는 상수도 처리에서 염소 대신 오존을 사용하고 있고, 그 외에도 다양한 살균 소독 시스템으로 오존이 사용되고 있다.

오존의 발생방법은 일반적으로 무성방전법, 전해법, 광화학법, 고주파전해법, 방사선 조사법에 의한 오존 발생 장치가 개발되어 있다. 이 중에서 무성방전법에 의한 오존 발생 장치가 가장 폭넓게 쓰이고 있다. 하지만 전기분해를 통해 오존을 생성시키는 전해법의 경우 다소 효율이 낮지만, 질소 산화물의 생성이 없고, 설치 장비가 소형이 가능하고, 오존 생성과 동시에 용존 오존을 만들어 내므로 피소독물을 물에 담구어 소독해야 하는 소독기, 살균기 제품에 많이 응용되어 사용되고 있다.

하지만, 전해법에 의한 오존 라디칼 생성 장치는 용수로 사용하는 물의 여러 조건 특히, 전도도나 ORP 등의 차이에 의해 오존과 라디칼의 발생량에 상당한 차이가 발생한다. 이로 인해 오존, 라디칼의 발생량은 수질에 따라 항상 일정하지 않은 문제가 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술상의 제반 문제점들을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 용수의 종류에 따라 발생기 산소계 활성종의 양을 일정하게 할 수가 없다. 이는 앞서 기술한 바와 같이 각각의 용수마다 각종 유무기물의 구성 성분이 판이하게 달라 전도도나 ORP 등 전기분해도가 확연히 틀리기 때문이다. 그렇다고 하여 다양한 물을 사용하는 소독기를 라디칼의 양을 제어하지 않고 사용 한다면 과전류가 흘러 소독기의 안전에 영향을 미치는 경우나, 오히려 전류가 작아 발생 라디칼의 양의 너무 작아 적당한 소독 성능을 내지 못하는 경우가 생기게 될 것이다.

본 발명은 물의 전도도 값이 얼마든지 관계없이 라디칼의 발생량은 공급된 전기의 총량인 전력에 정비례하므로(페러데이의 법칙) 물의 종류에 따라 전압과 전류를 변화시켜 일정한 전력을 공급하게 되면, 항상 일정한 라디칼 발생량을 얻게 하는 것이다.

또한, 전류나 저항을 측정하기 위한 별도의 검지기(센서)없이 전해 전극을 검지기(센서)로 사용하므로 별도로 검지기(센서)를 달아야 하는 것에 비해 비용을 절감할 수 있다.

전기분해를 위한 용수를 소독기에 채우고 오존, 수산기 라디칼을 발생시키기 위한 전극에 기준 전압을 인가하였을 때의 전류의 값을 측정하면 전압과 전류를 알고 있으므로 전력을 알 수 있다. 이때 실제 전력과 소독기가 필요로 하는 전력의 차이를 미리 입력된 전류 전압의 메트릭스 테이블에 따라 전압을 바꾸어 실제 전력을 소독기가 필요로 하는 전력으로 변경하는 것이다.

이와 같이, 물의 수질에 따라 적정한 전압이 인가되도록 하여 항상 일정한 양의 라디칼이 생성되도록 함으로써 보다 균일하고 안정적이며 정확한 살균 작업을 수행할 수 있도록 한 사용수의 매질에 따라 출력이 자동 조정되는 라디칼 소독장치 제어방법을 제공하는 것이 본 발명의 주된 해결 과제이다.

본 발명은 상기한 해결 과제를 달성하기 위한 수단으로, 음전극 및 양전극으로 이루어진 방전부와, 방전부에 직류전류를 인가하는 직류전원공급부와, 상기 방전부와 회로적으로 직렬연결되고 스위칭소자를 갖는 제어부를 포함하는 라디칼 소독장치 제어방법에 있어서, 피처리물을 처리조에 투입하는 피처리물 투입단계와; 피처리물이 투입되면 제어부의 제어신호에 따라 양전극 및 음전극에 기준전압을 인가하는 기준전압 인가단계와; 인가된 기준전압에 따라 처리조 내부에 저수된 수질에 대응되는 전류값을 검지부가 검지하고, 검지된 전류값을 수신한 제어부가 대응되는 방전전압을 선택하는 전류측정 및 방전전압 선택단계와; 제어부에 의해 선택된 방전전압이 양전극 및 음전극에 인가되어 처리조 내부를 전해시키면서 라디칼을 생성하고, 생성된 라디칼을 통해 투입된 피처리물이 소독되는 방전전압 인가단계와; 상기 단계 후 일정시간이 경과하면 소독이 완료되고 후속작업을 위해 대기하는 소독완료단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 수질에 따라 인가되는 방전 전압을 달리함으로써 항상 일정한 양의 오존, 수산기 산소계 활성종이 생성되도록 하여 보다 균일하면서 정확하고 안정적인 살균, 소독이 가능한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 라디칼 소독장치의 예시적인 사시도,

도 2는 본 발명에 따른 라디칼 소독장치의 제어 블록도,

도 3은 본 발명에 따른 라디칼 소독장치의 제어방법을 보인 플로우챠트이다.

이하에서는, 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 라디칼 소독장치의 예시적인 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 라디칼 소독장치의 제어 블록도이며, 도 3은 본 발명에 따른 라디칼 소독장치의 제어방법을 보인 플로우챠트이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 라디칼 소독장치(10)는 본체(11)와, 방전부(31)를 포함한다.

이때, 상기 본체(11)는 상방이 개구된 통형상을 가지며, 전면 일부에는 사용자가 기기의 작동을 조작할 수 있는 조작부(13) 및 그 작동상태를 확인할 수 있도록 하여 주는 디스플레이부(15)가 마련된다.

또한, 상기 본체(11)의 내부에는 처리하고자 하는 피처리물을 수용하는 처리조(17)가 형성된다.

그리고, 상기 처리조(17)의 개방부에는 커버(19)가 구비되어 이를 개방하거나 폐쇄하게 된다.

방전부(31)는 처리조(17)의 바닥면에 설치되어 저수된 물을 전기분해시켜 강력한 산화력과 살균력을 가진 수산기(Hydroxyl Radical)와 같은 라디칼을 생성시키게 된다.

이를 위해, 상기 방전부(31)는 직류전원공급부(33)와, 직류전원공급부(33)에 전기적으로 연결되어 수중 방전을 유도하는 양전극(35a) 및 음전극(35b)을 포함한다.

이 때, 상기 직류전원공급부(33)는 AC/DC컨버터를 사용하는 것으로, 처리용량에 따라 12∼24V의 저전압을 공급함이 바람직하다.

뿐만 아니라, 양전극(35a)과 음전극(35b)은 통상적으로 널리 사용되는 백금 전극이 적용될 수 있으며, 타공된 형태가 바람직하다.

여기에서, 본 발명은 상기 처리조(17)에 저수되는 물(수돗물 혹은 일반 용수)의 상태, 즉 수질에 상관없이 일정한 양의 수산기를 생성시킬 수 있도록 특별한 전압조절수단을 포함한다.

이는 도 2에 예시된 바와 같은 검지기(G)를 통해 제어가능하게 되며, 상기 검지기(G)로는 전류계가 바람직하고, 회로(양전극,음전극)에 직렬로 연결된다.

예컨대, 페러데이 법칙에 따르면, 전기분해하는 동안 전극에 석출된 물질의 질량은 흐른 전기량에 비례하며, 물질의 종류에 관계없이 1화학당량의 물질을 석출하는데 필요한 전기량은 같다.

따라서, 전해 용액 내에서 직류를 공급하면 양극에서는 산소계 이온(OH-, O-, O₂, O₃)이, 음극에서는 H+가 발생한다.

이 때, 전해 용액에 해당하는 물의 전해도나 pH, ORP에 따라 전극의 저항값은 달라지므로 일정한 산소계 이온을 발생시키기 위해서는 물에 따라 각각 다른 전압을 인가하여야만 일정한 산소계 이온을 얻을 수 있다.

이와 같은 물의 전해도, pH, ORP에 따라 달라지는 전극의 전류값을 1차적으로 용수에 따른 고유 전류값을 측정하기 위하여 직류전원공급부(33)를 제어하여 양전극(35a) 및 음전극(35b)에 저항 검출용 기준 전압을 먼저 인가한다.

그런 다음, 인가한 전압하에 실제적으로 나오는 전류를 검지기(G)로 측정하고, 그 전류의 값에 따라 미리 입력된 전압 테이블에서 선택된 전압을 인가하여 일정한 출력을 내도록 제어하도록 한다.

이 때, 전압 테이블은 미리 수질별 전기분해 실험을 통해 적정 전기분해 전압을 결정하여 작성될 수 있다.

예를 들자면, 패러데이 법칙에 따라 전극에 석출된 물질의 질량은 흐른 전기량에 비례하므로 전기량은 '전압 x 전류'이고, W로 표기한다고 할 때 일정한 양의 라디칼을 발생하기 위해서는 일정한 양의 전기량(W)을 공급하여야 한다.

이 경우, 전압은 일정하게 공급할 수 있으나, 물의 수질에 따라 전류는 다양하게 변하기 때문에 전류는 물의 수질에 따라 결정되어 버린다. 따라서, 먼저 수질에 따른 전류를 검출하기 위하여 전극에 단위 전압(예, 10V)를 인가하여 2A의 전류가 나올 때 20W의 전기량이 인가되는 것이고, 1A의 전류가 나오면 10W의 전기량이 인가되는 것이다.

따라서, 2A가 나오면 그대로 10V를 인가하고, 1A가 나오면 20V를 인가하는 형태로 제어하게 되면 전류는 전압에 비례하여 증가하므로 전기량은 20W로 일정하게 유지할 수 있다.

즉, 단위전압을 걸어 전류값을 먼저 검출하고, 그 전류값에 따라 미리 입력되어 있는 전압 테이블에서 선택된 전압을 인가하게 되면 항상 일정한 전기량으로 라디칼을 발생시킬 수 있게 된다.

이 경우, 전기 분해에 필요한 전압을 인가할 때에는 스위칭 소자를 통해 상기 검지기(G)의 연결을 회로적으로 끊어 검지기(G)를 보호할 수 있도록 함이 바람직하며, 스위칭 소자는 도면에 도시하지 않았으나 일반적인 소자로서 후술되어 제어부(61)에 의해 제어될 수 있으며 검지기(G) 상에 설치될 수 있다.

따라서, 어떠한 용수를 사용하더라도 일정한 산화력과 살균력을 갖게 할 수 있다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명은 도 3에 도시된 플로우챠트와 같이 제어될 수 있다.

먼저, 사용자가 처리조(17)에 수용된 물에 의료 도구 등과 같은 피처리물을 침지시키기는 피처리물 투입단계(S100)가 수행된다.

이어, 상기 피처리물 투입단계(S100) 후 검지기(G)를 통해 수질 상태에 따라 인가할 적정한 방전전압을 찾기 위해 기준전압 인가단계(S110)를 수행하게 된다.

이 경우, 상기 기준전압 인가단계(S110)는 제어부(61)의 제어신호에 따라 직류전원공급부(33)에서 설정된 기준전압을 방전부(31)의 전극에 인가하는 단계를 말하며, 이는 앞서 설명하였듯이 수질에 따라 물의 저항이 달라지기 때문에 균일하고 일정한 라디칼 생성을 위해 필요한 적정 방전전압을 찾기 위한 과정이다.

다시 말해, 기준 전압이 인가되면 양전극(35a)에서는 산소계 이온이 발생되고, 음전극(35b)에서는 수소이온이 발생되게 되는데, 이 때 물의 전해도나 pH, ORP에 따라 전극의 저항값이 달라지게 되는데 그에 따른 전류값 정보로부터 인가할 방전전압을 찾게 되며, 이를 위해 기준전압 인가시 얻어지는 전류값에 대한 방전전압이 미리 다양한 실험을 통해 테이블 값으로 정해져 있어야 한다.

이렇게 하여, 기준전압이 인가되면 이후, 검지기(G)를 통한 전류 측정 및 방전전압 선택단계(S120)가 수행된다.

상기 전류 측정 및 방전전압 선택단계(S120)는 기준전압에 따른 물의 저항값으로부터 검지기(G)가 전류를 측정하고, 이를 제어부(61)로 송신하면, 제어부(61)는 이를 토대로 현재 처리조(17)에 수용된 물의 상태에 맞게 인가할 전압값을 전압 테이블에서 찾아 인가할 전압을 결정하는 과정을 의미하며, 이 단계(S130) 개시시에만 상기 검지기(G)는 회로적으로 연결되어 있고, 그 외에는 제어부(61)의 제어에 의해 스위칭되어 회로적으로 끊어진 상태로 유지된다.

상기 단계(S120)를 통해 방전전압이 선택되면, 상기 제어부(61)는 검지기(G)의 회로를 차단한 상태에서 직류전원공급부(33)를 통해 방전부(31)로 방전전압을 인가하는 단계(S130) 및 이 단계(S130)가 정해진 시간만큼 지속되면서 처리조(17)에 수용된 피처리물이 소독하게 된다.

즉, 상기 직류전원 공급부(33)는 상기 처리조(17) 내에 마련된 양전극(35a)과 음전극(35b)에 선택된 전압을 인가하게 되고, 이 인가 전압, 즉 방전 전압에 의해 방전부(31)에서는 방전이 일어나면서 전기 분해 작용이 시작되고, 그 과정에서 물분자(H₂O)는 수소(H)와 산소(O) 이온 상태로 분해되어, 이온 클러스터 형태의 수많은 미세 기포로 수중 확산한다. 이때, 산소원자는 다른 산소원자와 결합하여 안정화되려는 성질을 띠므로 결합을 통해 산소분자(O₂)가 된다.

그리고, 생성된 수소 양이온(H+) 및 산소 음이온(O₂-)은 주위에 있는 물분자(H₂O)와 반응하여 수산기(Hydroxyl Radical)와 음이온 등 여러 가지 산소계 활성종 이온들을 클러스터 형태로 생성한다. 이때, 함께 생성된 과산화수소는 수면 위로 증발되며, 수산기(Hydroxyl Radical)은 세균류에 붙어 이를 분해, 제거하는 작용을 한다.

특히, 분자 성질 상 매우 불안정한 상태인 수산기(Hydroxyl Radical)는 세균류의 세포막에 있는 수소이온(H)을 빼앗아 물(H₂O)로 다시 환원되며, 이때 세포막에서 수소(H)를 제거 당한 세균들은 세포막이 파괴되면서 비활성화 상태의 무해 물질로 만들며, 함께 발생하는 산소계활성 종의 하나인 오존(O₃)의 반응으로 곰팡이와 이끼류 등의 조류까지 처리할 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 생성된 수산기(Hydroxyl Radical)를 비롯한 산소계활성 이온은 매우 불안정한 상태이므로, 세균, 독소 및 세척액 유무기물질과 반응 후 일반 대기 상태에서 25시간 내에 물로 다시 환원되므로 2차 오염의 우려가 전혀 없다.

이와 같은 과정을 통해 정해진 시간이 경과되면 소독이 완료되고, 이 소독 완료단계(S140) 후 모든 소독과정은 종료되며, 후속 피처리물을 처리하기 위해 대기하게 된다.

이러한 과정을 통해 본 발명은 피처리물을 간편 용이하면서도 다양한 수질에도 불구하고 항상 일정한 양의 라디칼을 균일하게 발생시킬 수 있게 되어 처리효율을 높일 수 있게 된다.

Claims

음전극 및 양전극으로 이루어진 방전부와, 방전부에 직류전류를 인가하는 직류전원공급부와, 상기 방전부와 회로적으로 직렬연결되고 스위칭소자를 갖는 제어부를 포함하는 라디칼 소독장치 제어방법에 있어서,

피처리물을 처리조에 투입하는 피처리물 투입단계와;

피처리물이 투입되면 제어부의 제어신호에 따라 양전극 및 음전극에 기준전압을 인가하는 기준전압 인가단계와;

인가된 기준전압에 따라 처리조 내부에 저수된 수질에 대응되는 전류값을 검지부가 검지하고, 검지된 전류값을 수신한 제어부가 대응되는 방전전압을 선택하는 전류측정 및 방전전압 선택단계와;

제어부에 의해 선택된 방전전압이 양전극 및 음전극에 인가되어 처리조 내부를 전해시키면서 라디칼을 생성하고, 생성된 라디칼을 통해 투입된 피처리물이 소독되는 방전전압 인가단계와;

상기 단계 후 일정시간이 경과하면 소독이 완료되고 후속작업을 위해 대기하는 소독완료단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 사용수의 매질에 따라 출력이 자동 조정되는 라디칼 소독장치의 제어방법.