KR0156000B1 - 살균수 제조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 염화나트륨을 첨가한 물과 염산을 첨가한 물을 혼합하고 이를 무격막 전해조에서 전기분해하고, 얻어진 전해수를 물로 희석하는 것을 특징으로 하는 살균수 제조법에 관한 것이다. 바람직하게는, pH가 3∼7로, 잔류염소 농도가 1.0 ∼ 200 ppm 의 범위가 되도록 조정한다.

이 방법에 사용되는 장치는, 무격막 전해조와 원수와 염화나트륨 수용액과 염산 수용액을 전해조에 공급하는 도입관과, 전해조에서 전해수를 꺼내는 도출관과, 전해수와 원수를 혼합시키는 희석수단을 구비하고, 바람직하게는 전해수와 원수가 혼합되는 통수블록이 전해조에 일체로 결합되어 있다.

Description

살균수 제조방법 및 장치

제1도는 본 발명의 살균수 제조장치의 개략 계통도.

제2도는 본 발명의 보다 바람직한 구체예에 의한 살균수 제조장치의 개략 구성도.

제3도는 종래 방법의 장치의 개략도.

제4도는 유리 염소농도 존재비와 pH 의 관계를 나타낸 도면.

제5도 및 제6도는 5ℓ / min 기 연속내구테스트 상황을 나타낸 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 살균수 제조장치 2 : 전해조

3 : 원수 도입관 4 : 원수 분기부

5 : 피전해수 도입관 6 : 전해수 유량조절밸브

8 : 피전해수 도입관 10 : 염화나트륨 수용액 저장탱크

11 : 염화나트륨 수용액 첨가 펌프 12a,12b : 전해조 케이싱

13 : 애노우드 14 : 캐소우드

15a,15b : 스페이서 16 : 격막

17 : 직류전해장치 18 : 애노우드측 생성수 도출관

19 : 캐소우드측 생성수 도출 20 : 캐소우드측 생성수 배수 유량조절밸브

21 : 캐소우드측 생성수 유량조절밸브

22 : 캐소우드측 생성수 배수관

23 : 캐소우드측 생성수 혼합관 24 : 희석용 원수도관

25 : 희석용 원수 유량조절밸브 26 : 혼합 희석부

27 : 살균수 토출관 28 : 염산 수용액 저장탱크

29 : 염산 수용액 첨가펌프 30 : 통수블록

31 : 구획벽 32 : 통수로

33 : 오리피스 34 : 기액 반응조

35 : 부직포 36 : 플로우 스위치

본 발명은 전해에 의한 차아염소산 함유 살균수의 신규한 제조방법 및 이 방법을 실시하기 위한 장치에 관한 것이다.

차아염소산 수용액은 pH8 이상에서는 차아염소산이온 (ClO￣)으로 되며, 살균력이 차아염소산 (HC1O)의 경우에 비교하여 현저히 감소한다.

그러나, pH 3 ∼ 7 의 범위에서는 HC1O 의 형태로 유지되며, 살균력이 비약적으로 증대한다는 것이 알려지고 있으며 (제4도 참조), 따라서 pH 3 ∼ 7 의 차아염소산수(水)는 잔류염소농도가 30 ∼ 60 ppm 정도의 저농도에서도 pH8 의 잔류염소농도 200 ppm 정도의 살균수와 동등한 살균효과가 얻어진다. 그런데, 이러한 종류의 살균수를 얻는 방법으로서, 염화나트륨 수용액을 전해하여 양극실측에 pH 3 ∼ 7 의 차아염소산수를 얻는 것이 다음과 같이 시도되었다.

즉, 상기한 살균수 제조방법은, 염화나트륨 수용액과 원수 도입관에서 공급되는 원수를 혼합해서 이루어진 피전해수를, 애노우드실과 캐소우드실을 갖는 유격막 전해조에 공급하여 전해하고, 이어서, 그 애노우드실에서 꺼낸 생성수를, 그 원수 도입관의 중도에서 분기시킨 희석용 원수도관에서 공급되는 원수 및 / 또는 캐소우드실에서 꺼낸 생성수로 혼합 희석하는 것을 특징으로 하고, 또, 이 방법을 실시하기 위한 살균수 제조장치는 제3도에 나타낸 것처럼 전해용 직류 전원장치; 애노우드와 캐소우드 및 양전극의 사이에 격막을 가지며, 애노우드실과 캐소우드실로 분리된 전해조; 원수 도입관에서 공급되는 원수와 염화나트륨 수용액 첨가수단에서 공급되는 염화나트륨 수용액을 혼합해서된 피전해수를 그 애노우드실과 캐소우드실에 공급하는 도입관; 그 애노우드실과 캐소우드실의 각각에서 생성수를 꺼내는 도출관; 그 애노우드실에서 꺼내어진 생성수와 그 원수 도입관에서 분기시킨 희석용 원수도관에서 공급되는 원수 및 / 또는 상기 캐소우드실에서 꺼내어진 생성수를 혼합희석하는 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

원수로 희석하는 수단을 설치하면, 애노우드측에 생성하는 잔류염소 농도가 높은 생성수를 소정의 농도까지 희석하는 동시에, pH 를 억제할 수 있고, 다시금 살균수의 양을 애노우드측 생성수량의 수배로 증가시키는 것이 가능해진다.

한편, 캐소우드측 생성수로 희석하는 수단을 설치하는 것은 주로 pH 를 제어하기 위함이다.

이상과 같은 살균수의 제조방법 및 장치는 일본에서 소화 63 년 11월 20일에 소화 63년 특허원 제 300998 호로서 특허출원하였다.

상기 특허출원의 방법은 간단한 조작으로 살균수의 제조가 가능하므로 안전성 및 조작성의 점에서 뛰어나며, 더구나 사용장소에서 필요량만큼 살균수를 연속적으로 공급할 수가 있으며, 다시금, 살균수의 잔류염소농도 및 pH 를 자동제어하는 회로를 설치하면, 각 유량조정, 전류조정 등의 조정 감시작업이 불필요하게 되어 노동력이 감소되는 여러 가지 뛰어난 작용효과를 제공하지만, 이것을 연속해서 가동시키면 음극에 Ca 부착이 생기며, 이 때문에 전해전압이 상승하거나 (제5도 참조), 또는 전해전류가 흐르기 어렵게 되며, 또 유수저항이 크게되어 수량이 내려가는 현상이 생기고, 연속운전을 못하게 되는 문제에 직면하게 된다.

따라서, 본 발명의 제1의 목적은, 음극에 Ca 를 부착시키지 않고 차아염소산 함유 살균수를 제조하는 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 제2의 목적은, 종래 드레인에 버리고 있던 음극실측의 전해수를 상기한 살균수로서 이용할 수 있도록 하고, 이것에 의해 수율이 좋은 살균수 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제3의 목적은, 상기방법을 실시하는데 알맞는 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 상기 3가지의 목적은, 다음과 같이 달성된다.

즉, 본 발명의 살균수 제조방법은, 염화나트륨 수용액과 염산 수용액 및 원수도입관에서 공급되는 원수를 혼합해서된 피전해수를 전해조에 공급하여 전해하고, 이어서, 그 전해조에서 꺼내어진 생성수를 그 원수 도입관의 중도에서 분기시킨 희석용 원수도관에서 공급되는 원수로 혼합 희석하는 것을 특징으로 하고, 또, 본 발명의 살균수 제조장치 전해용 직류전원장치; 애노우드와 캐소우드 및 양 전극의 사이에 격막을 갖지않는 무격막 전해조; 원수 도입관에서 공급되는 원수와, 염화나트륨 수용액 첨가수단에서 공급되는 염화나트륨 수용액과 염산 수용액 첨가수단에서 공급되는 염산수용액을 혼합해서된 피전해수를, 그 전해조에 공급하는 도입관; 그 전해조에서 생성수를 꺼내는 도출관; 그 전해조에서 꺼내어진 생성수와 그 원수 도입관에서 분기시킨 희석용 원수도관에서 공급되는 원수를 혼합희석하는 수단을 갖는 것을 특징으로 한다.

원수로 희석하는 수단을 설치하면, 전해조에 생성하는 잔류염소농도가 높은 생성수를 소정의 농도까지 희석하는 동시에, pH 를 제어할 수 있고, 또한 살균수의 양을 전해생성수량의 수배 ∼ 수십배로 증가시키는 것이 가능하다.

여기서, 염산 HC1 을 첨가하는 수단을 설치하는 것은, 음극으로의 Ca 부착을 방지하기 위함이고, 그리고 pH 를 제어하기 위함이다.

본 발명의 장치에 의하면, 염화나트륨 수용액을 무격막 전해함으로써 살균수를 제조할 수 있으나, 전해조에 있어서의 반응은 아래와 같다.

피전해수는 직류전류에 의해 전해된다. 애노우드측에서는 염소이온 다음의 반응에 의해 차아염소산으로 되며, 캐소우드 측에서는 나트륨 이온과 물의 반응으로 가성 소오다와 수소가스가 생긴다. 또 이 반응으로, 애노우드측은 산성으로 되며 캐소우드측은 알칼리성으로 된다.

애노우드측 :

캐소우드측 :

그리고, 차아염소산 (HC1O)의 존재비는 전술한 바와같이 pH 에 따라서 변화한다. 또, 애노우드측 생성수의 잔류염소농도 및 pH 는 피전해수량과 전해전류에 의해 (이하, 「OX 비전류」라 함)변화하고, OX 비전류를 크게 하면 잔류염소농도는 커지며, pH 는 낮아진다. OX 비전류를 작게하면 잔류염소농도는 작아지며, pH 는 중성에 근접한다.

그런데, 애노우드와 캐소우드를 구획하는 격막이 없기 때문에, 전해조 전체의 pH 는 거의 변화하지 않는다.

여기서, 소정의 pH (산성측)로 하기 위하여 염산 HC1 을 첨가하고, 캐소우드측에서 생성되는 NaOH 를 중화하여

의 반응으로 액전체를 산성측으로 한다. 이 pH 값은, HC1 첨가량으로 조정할 수 있다.

전해로 생성한 잔류염소농도가 높은 물은, 원수 분기부에서 분기된 희석용 원수와 합류하여 혼합희석되어서, 잔류염소농도 및 pH 가 설정범위내로 제어되어 살균수로서 장치에서 토출된다.

다음에 캐소우드 (음극)에 부착하는 Ca 의 작용을 설명한다.

원수중에는 주로 중탄산 칼슘 Ca(HCO₃)₂의 형태로 Ca 가 녹아들어가 있다. 이들이 전기분해되면

캐소우드측 :

의 반응에 의해 탄산칼슘 CaCo₃가 캐소우드 표면에 부착, 성장하여 전해저항을 높여, 전해전류가 흐르기 어렵게 되므로, 연속적인 전해가 불가능하게 된다.

이것을 HC1 을 첨가함으로써

캐소우드측 :

CaCo₃는 CaCl₂의 형태로 액중에 용해하여 Ca 부착은 해결된다.

이하, 본 발명의 작용을 제1도에 의거하여 더 상세하게 설명하겠다.

먼저, 염화나트륨 수용액은, 예컨대 5 ∼ 10 % 농도로 하고, 저장탱크 (10)에서 첨가펌프 (11)에 의해 피전해수 도입관 (5)에 소정의 농도가 되도록 첨가된다.

염산 수용액은 예컨대 10 % 농도로 하고 저장탱크 (28)에서 첨가펌프 (29)에 의해 피전해수 도입관 (5)에 소정의 농도가 되도록 첨가된다. 단, 염산 수용액의 농도는 원수의 pH 값 및 (또는)염화나트륨 수용액의 농도에 따라서 적당히 선정된다.

피전해수는 피전해수 도입관 (8), 전해조 (2)에 공급되며, 직류전원장치 (17)에 의해 인가전해된다. 그리고, 생성수 도출관 (18)에서 배출된다. 피전해수량의 조절은 조절밸브 (6)로 행하고, 전해전류는 직류전원장치 (17)에 의해서 조정한다. 이 직류전원장치 (17)는 원수의 전기 전도율 등의 변화에 대응할 수 있도록 정전류 제어장치를 가지고 있으며, 설정된 전해전류로 유지할 수 있다.

원수 분기부 (4)에서 분배된 희석용 원수는, 염화나트륨 수용액이나 염산을 첨가하지 않고, 또한 전해조 (2)를 통과시키지 않고 희석용 원수도관 (24)을 경유시키고, 혼합 희석부 (26)에서 전해조에서 생성한 잔류염소 농도가 높은 물을 혼합 희석한다.

희석용 원수의 유량은, 유량조절밸브 (25)에 의해, 살균수가 소정의 잔류염소농도 및 pH 의 범위가 되도록 조정한다.

살균수의 소정 pH 는 염산첨가펌프에 의해서 소정농도의 염산 수용액을 소정량 첨가함으로써 설정된다. 또, 살균수의 pH 값을 조정할 때에는 염산첨가펌프의 스트로우크를 바꾸어, 염산첨가량을 조정함으로써 행하여진다.

pH 의 조정은, HCl 첨가펌프로 소정의 농도로 되어 있지만, 살균수의 pH 의 값을 조정할때는, HCl 첨가펌프로 조정할 수 있다.

그 결과, 잔류염소농도와 pH 가 소정의 범위내, 즉 잔류염소농도 1.0 ∼ 200 ppm, pH 3 ∼ 7 로 조정된 살균수가 제조되며, 살균수 토출관 (27)에서 배출된다. 이런 경우, 잔류염소농도 1 ppm 미만에서는 살균효과가 작아지며, 200 ppm 을 초과하면 인간의 피부표면을 산화하는 현상이 생기게 된다.

pH 에 관해서는, pH 가 7 보다 크면 ClO￣ 가 증대하여 살균효과가 저하하고, 불안정하게 된다. 한편 3 보다 작으면 HClO 의 존재가 불안정하게 된다.

[실시예]

이하, 표 1에 나타낸 양식을 갖는 본 발명의 제조장치에 의해 제조된 살균수의 예를 설명하겠다.

전기 전도율 139㎲/cm, pH 7.4, 잔류염소농도 0.1ppm 의 원수에 5 % 농도의 염화 나트륨 수용액을, 피전해수량 2 ℓ / min 에 50cc/min 첨가하고, 염화나트륨 농도를 1250ppm 으로 하였다.

다음에 1 % 농도의 HCl 수용액을 피전해수량 1 ℓ / min 에 17cc / min 첨가하였다.

이것에 의해 피전해수의 전기 전도율은 약 2800㎲/cm 까지 상승하였다.

이 피전해수를 전압 12V, 전해전류 12A 로 전해하면 생성수는 pH 5.0, 잔류염소농도 160ppm 이었다.

이 애노우드측 생성수 2 ℓ에, 희석수로서 원수를 4ℓ 혼합하였던바, pH 6.0, 잔류염소농도 30ppm 의 살균수 5ℓ 가 얻어졌다.

이때의, 전해전압의 경시변화는 제6도와 같으며 거의 변화하고 있지 않다.

제2도는 본 발명의 방법을 실시하는 살균수 제조장치의 보다 바람직한 구체예를 나타낸다.

이 장치는 원통상 외측전극 (13)과 내측전극 (14)을 동심으로 배설한 무격막 전해조 (2)를 가지며, 전해조 (2)의 급수구 (2a)에, 제1도의 장치와 마찬가지로 원수 도입관 (3)으로 부터의 원수와, 탱크 (10)로 부터의 염화나트륨 수용액과, 탱크 (28)로 부터의 염산 수용액을 합류시킨 피전해수 도입관 (8)이 접속되어 있다.

전해조 (2)의 전해수 배출측에는 희석원수와의 혼합부로서의 중공의 통수블록 (30)이 일체로 결합되어있음과 동시에 원수 도입관 (3)에서 분기시킨 희석용 원수도관 (24)이 그 통수블록 (30)의 일단측에 접속되어 있다.

이 통수블록 (30)은 구획벽 (31)을 거쳐서 전해조 (2)에 인접하여 있고, 내측전극 (14)의 전극롯트 (13a)가 통수블록 (30)의 내부통수로 (32)를 횡단하여 통수블록 (30)의 위쪽에 돌출하고 있다.

또, 통수블록 (30)의 내부통수로 (32)는 이 구획벽 (31)에 형성된 작은 구멍 또는 오리피스 (33)를 거쳐서 전해조 (2)의 내부와 연통하고 있다.

이리하여, 전해조 (2)에 생성된 고농도의 살균수는 오리피스 (33)를 거쳐서 통수블록 (30)의 통수로 (32)에 배수됨과 동시에, 희석용 원수 공급관 (24)에서 원수가 통수블록 (30)의 통수로 (32)에 공급됨으로써, 통수 블록 (30)의 통수로 (32)내에서 전해수와 원수가 혼합되어, 고농도 전해수가 소망의 농도로 희석된다.

상기와 같이 제2도의 실시예에서는 전해조 (2)에 혼합 희석용의 통수블록 (30)이 일체로 결합되고 있으므로, 전해수의 도출관 (18)에 희석용 원수도관 (24)과의 합류부를 별도 배관할 필요가 없고, 또, 통수블록 (30)이 구획벽 (31)을 거쳐서 전해조 (2)에 접속되어 있으므로, 희석원수의 도입에 의해 내측전극 (14)의 전극롯트 (13a)가 냉각되며, 전해조 (2)의 상부의 온도상승이 억제된다.

즉, 희석용 원수와 전해수의 온도가 크면 합류부에서 난류가 생기며, 혼합이 저해되는 경향이 있지만, 상기한 냉각에 의해서 이 문제는 해결되는 것이다.

전해수와 희석용 원수의 혼합을 보다 원활하게 하기 위하여, 바람직 하게는, 구획벽 (31)은 제2도와 같이 오리피스 (33)를 형성하는 부분을 두껍게 하고, 긴 오리피스가 형성되도록 한다. 또, 전해수의 배출을 용이하게 하기 위하여 오리피스 (33)는 통수블록 (30)을 횡단하는 전극롯트 (13a)의 하류측에 개구시키고, 희석수의 수압을 받기 어렵게 하는 것이 바람직하다.

또한, 필요하다면, 통수블록 (30)의 통수로 (32)에 각종의 애스퍼레이터 (도시생략)를 설치하여도 좋다.

제2도의 실시예에서는, 전술한 통수블록 (30)의 하류측 도출관 (18)에 기액반응조 (34)가 설치되어 있다.

도면의 기액반응조 (34)는 통수 소공을 형성한 구획판간에 부직포 (35)를 충전한 하나 또는 복수의 처리층을 가지며, 희석 살균수가 이 처리층을 통과하는 과정에서 수중의 염소가스가 물과 반응하도록 해 놓고 있다.

상기와 같이, 도출관 (18)에 기액반응조 (34)를 설치함으로써, 전해 수중에 염소가스 Cl가 존재하고 있어도 이것이 물 HO 와 반응하고, Cl+ HO → H (이온)+ Cl (이온)+ HClO 에 의해 유독한 Cl가 없어지며, 살균력이 강한 HClO 가 증가한다.

제2도와 같이, 원통상의 외측전극에 내측전극을 동심적으로 배설할 경우는, 바람직하게는 외측전극을 양극으로 하는 것이 좋다. 그렇게 함으로써, 양전극의 전해유효면적이 커져서 전해효율이 좋아진다.

그리고, 제2도에 있어서, (36)은 물의 흐름을 검출하고, 그 검출신호로서 전해조 (2)의 전극으로의 전해전압의 인가를 ON, OFF 제어하는 플로우 스위치, (37), (38)은 유량계, (39)는 미크로 필터이다.

도면에서는 NaCl 수용액의 탱크 (10)와 HCl 수용액의 탱크 (28)를 따로따로 설치하고 있는데, 소정농도의 NaCl 수용액과 소정농도의 HCl 수용액을 미리 소정의 비율로 혼합한 것을 한 개의 탱크에서 공급하여도 좋다.

본 발명에 의하면, 염화나트륨 수용액과 염산을 무격막 전해하고, 전해조에 잔류염소농도가 높은 물을 생성시키고, 그것을 희석용 원수로 혼합 희석함으로써, 잔류염소농도 및 pH 를 소정의 범위로 콘트롤한 살균수를 연속적으로 제조할 수 있다. 또한 상기는 살균효과가 큰 차아염소산의 존재비가 높은 pH 4∼6 으로 사용할 수 있기 때문에 차아염소산 희석 수용액 보다도 낮은 잔류염소농도라도 종래와 동등한 살균효과를 발휘할 수 있다. 또, 염산을 전해조에 첨가하고 있기 때문에, 캐소우드에 Ca 의 부착이 생기지 않으며, 전극 메인터넌스가 불필요하게 되며, 또한 쓸데없이 배수하는 물이 없게 된다.

또, 간단한 조작으로 살균수의 제조가 가능하므로 안전성 및 조작성의 점에서 뛰어나며 더구나 사용장소에서 필요한 양만큼 살균수를 연속적으로 공급할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 조리환경위생용, 손씻는 것, 식품재료용, 물수건용 등의 살균수를 위시하여, 식품가공유통분야, 음료수, 풀용수, 의료분야등, 광범위한 분야에 적용 가능한 살균수를 낮은 비용으로 제공할 수 있다.

Claims (8)

1. 염화나트륨을 첨가한 물과, 염산을 첨가한 물을 혼합하고, 이것을 무격막 전해조에서 전기분해하고, 얻어진 전해수를 물로 희석하여, 생성되는 살균수의 잔류염소 농도를 1.0 ∼ 200ppm 으로, 그리고 pH 값을 3 ∼ 7 로 조정하는 것을 특징으로 하는 살균수 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 소정농도의 염화나트륨 수용액과 소정농도의 염산수용액을 소정의 비율로 혼합하고, 이 혼합수용액을 원수에 혼합하는 것을 특징으로 하는 살균수 제조방법.
3. 양전극과 음전극의 사이에 전해격막을 갖지 않는 무격막 전해조; 그 전해조의 일측에 접속되며, 원수와, 염화나트륨 수용액 첨가수단에서 공급되는 염화나트륨 수용액과, 염산수용액 첨가수단에서 공급되는 염산 수용액을 상기 전해조에 공급하는 도입관; 전해조의 타측에 설치되며 전해조로 부터의 전해수를 꺼내는 도출관; 상기 전해조에서 배출된 전해수와 원수 도입관에서 분기시킨 희석용 원수 도관으로 부터의 원수를 혼합시키는 희석수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 제1항에 따른 방법을 실시하기 위한 살균수 제조장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 도출관이 상기 전해조에 일체로 결합되며 또한 전해조의 내부와 오리피스를 거쳐서 연통하는 중공의 통수블록을 구비함과 동시에, 원수 도입관에서 분기시킨 희석용 원수도관이 그 통수블록의 내부통로에 접속되어 있으며, 이것에 의해, 전해수와 희석용 원수가 그 통수블록의 내부통수로에서 혼합되는 것을 특징으로 하는 살균수 제조장치.
5. 제4항에 있어서, 통수블록의 통수로의 오리피스 개구부 상류측에 애스퍼레이터를 설치한 것을 특징으로 하는 살균수 제조장치.
6. 제4 또는 제5항에 있어서, 도출관이 통수블록의 하류측에 기액 반응조를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 살균수 제조장치.
7. 제6항에 있어서, 기액반응조가, 부직포를 충전한 하나 또는 복수의 처리층을 갖는 것을 특징으로 하는 살균수 제조장치.
8. 제3 내지 제5항중 어느 한 항에 있어서, 전해조 내측전극과 외측전극을 동심으로 배설한 통체로 이루어지며, 외측전극을 양극으로 하고, 내측전극을 음극으로 한 것을 특징으로 하는 살균수 제조장치.