KR20110044580A - 소독부산물이 생성되지 않는 친환경 살균소독제인 이산화염소수의 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 순수 이산화염소 기체의 제조장치에 관한 것으로서, 상세하게는 원료가 반응하여 이산화염소 기체가 생성되며, 상기 원료가 주입되는 제1주입구와, 비활성기체가 자중(自重)의 역방향으로 주입되는 제2주입구와, 생성된 이산화염소 기체가 배출되는 배기구가 형성된 반응조와; 상기 제1주입구에 연결되어 아염소산염을 공급하는 제1원료공급부와; 상기 제1주입구에 연결되어 황산을 공급하는 제2원료공급부와; 상기 제1및 제2원료공급부와 제1주입구 사이에 각각 위치하여 원료 공급량을 제어하는 솔레노이드 밸브와; 상기 배기구에 연결되어 상기 반응조 내부 압력을 감소시키는 감압기와; 상기 제2주입구에 마련되어 비활성기체를 통과시켜 기포를 형성시키는 필터와; 상기 제2주입구에 연결되어 비활성기체를 자중(自重)의 역방향으로 공급하는 가스공급부를 포함하는 이산화염소 기체의 제조장치에 관한 것이다. 이에 의하여, 불안정하여 보관이 용이하지 않은 이산화염소 기체를 필요할 때만 생성하여 사용할 수 있어, 사용자 편의성이 증대된다.

이산화염소 제조장치

Description

이산화염소 제조장치{MANUFACTURING APPARATUS OF CHLORINE DIOXIDE}

본 발명은 이산화염소 기체의 제조장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이산화염소를 생성하는 반응조와 원료의 예비 반응을 위한 보조반응조를 포함하여 원료의 반응 수율을 향상시켜 이산화염소의 수율이 향상된 이산화염소의 제조장치에 관한 것이다.

종래에는 살균소독제로 차아염소산나트륨 등의 염소계 소독제를 가장 광범위하게 사용하였다. 그러나 염소계 소독제는 소독부산물(THMs, HAAs, HANs 등의 발암물질)이 생성되어 인체에 유해함은 물론 2차 사용한 후 하수로 흘러 들어 환경오염을 유발시켰다. 또한, 염소계 소독제는 pH가 증가하면 살균효과가 급속히 감소하고, 소독 시에 유기화합물과 반응하여 산화반응 이외에 치환반응, 첨가반응 등이 일어난다. 한편, 염소계 소독제로 소독한 후에는 박테리아가 재번식하는 현상이 발생하고, 원생생물의 불활성화와 중금속 제거에는 그 효과가 미미하였으며, 식품용 소규모 급식소 등에서는 상기 염소계 소독제를 희석시켜 사용하여야만 하는 불편함을 가지고 있었다.

또한, 염소계 소독제 이외에 오존을 소독제로 사용하였으나, 오존은 강하고 역한 냄새와 브롬산염과 같은 잠재적 발암성 물질이 생성되는 등 인체와 환경에 대한 유해성이 입증된 바 있다.

따라서, 상기와 같은 문제점을 갖는 소독제를 대체하기 위해 이산화염소에 대한 관심이 높아졌다. 이산화염소(ClO₂)는 독특한 냄새를 가진 녹황색 가스로서 냉각하면 황적색의 액체로 변하고 화학적으로 불안전하여, ClO₂ ^-, ClO₃ ^-, Cl^-로 변화되면서 강력한 산화력이 살균효과로 나타난다. 또한, 빛에 의해 쉽게 분해되는 환경친화적인 성질로 인하여 염소계 소독제의 대체 약품으로 각광받고 있다.

또한, 우리나라 환경부 고시(제1999-173호)에 의하면, 이산화염소는 먹는 물 관리법 상 1ppm 이하 사용 시에 살균소독제로 사용 가능함을 고시하고 있고, 최근 식품의약품안전청 공고(제2007-145호)에 의하면 이산화염소 제조장치 및 전기 분해로 생산된 이산화염소수는 30ppm 이하 사용 시에 야채, 과일 등 식품의 살균소독제로 사용가능하다.

그러나, 이산화염소가 상기와 같은 소독제로서의 장점을 많이 가지고 있으나, 기체상태로 제조하는 것이 용이하지 않았고, 또한 생성된 이산화염소는 경시변화가 심하여 보관이 용이하지 못하는 문제점이 있었다.

본 발명은 원료가 반응하여 이산화염소 기체가 생성되며, 상기 원료가 주입되는 제1주입구와, 비활성기체가 자중(自重)의 역방향으로 주입되는 제2주입구와, 생성된 이산화염소 기체가 배출되는 배기구가 형성된 반응조와; 상기 제1주입구에 연결되어 아염소산염을 공급하는 제1원료공급부와; 상기 제1주입구에 연결되어 황산을 공급하는 제2원료공급부와; 상기 제1및 제2원료공급부와 제1주입구 사이에 각각 위치하여 원료 공급량을 제어하는 솔레노이드 밸브와; 상기 배기구에 연결되어 상기 반응조 내부 압력을 감소시키는 감압기와; 상기 제2주입구에 마련되어 비활성기체를 통과시켜 기포를 형성시키는 필터와; 상기 제2주입구에 연결되어 비활성기체를 자중(自重)의 역방향으로 공급하는 가스공급부를 포함하는 이산화염소 기체의 제조장치를 제공한다.

또한, 상기 제1 및 2 원료 공급부에 의해 공급되는 원료가 예비 반응되도록 하며, 상기 제 1및 2원료공급부와 상기 반응조 사이에 위치하여 상기 예비 반응된 원료는 상기 반응조로 이동시키는 보조반응조를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 가스공급부는 상기 제2주입구를 커버하는 크기로 형성되어 상기 반응조에 수용된 원료가 외부로 배출되는 것을 방지하는 가스공급조와; 상기 가스공급조에 연결되어 있는 가스공급장치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제1원료공급부에 의해 공급되는 아염소산염은 아염소산나트륨이고, 바람직하게는 아염소산나트륨 20 내지 30% 용액이며, 상기 제2원료공급부에 의해 공급되는 황산은 황산 25 내지 35% 용액인 것이 바람직하며, 상기 아염소산나트륨 20 내지 30% 용액과 황산 25 내지 35% 용액은 1:1 부피비로 공급되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 비활성기체는 비활성 질소가스, 탄산가스 및 공기 중 적어도 어느 하나이다.

또한, 상기 감압기는 아스피레이터 또는 벤트리관이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙이도록 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 이산화염소 기체의 제조장치의 구조를 나타내는 모식도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 이산화염소 기체의 제조장치는 반응조(100), 제1원료공급부(300), 제2원료공급부(400), 솔레노이드 밸브(310, 410), 감압기(200), 필터(120) 및 가스공급부(500)를 포함한다.

상기 반응조(100)는 원료가 반응하여 이산화염소 기체가 생성되며, 상기 원료가 주입되는 제1주입구(101)와, 비활성기체가 자중(自重)의 역방향으로 주입되는 제2주입구(103)와, 생성된 이산화염소 기체가 배출되는 배기구(102)를 포함한다.

상기 제1원료공급부(300)는 상기 반응조에 이산화염소의 제조에 사용되는 원료로서 아염소산염(Salt of Chlorite, MClO₂)을 공급하는 것으로서, 상기 반응조의 제1주입구(101)에 연결관 또는 연결 호스에 의하여 연결될 수 있다.

상기 제2원료공급부(400)는 상기 반응조에 이산화염소의 제조에 사용되는 원료로서 황산(Sulfuric acid, H₂SO₄)을 공급하는 것으로서, 상기 반응조의 제1주입구(101)에 연결관 또는 연결 호스에 의하여 연결될 수 있다.

본 발명에서는 아염소산염, 바람직하게는 아염산나트륨(NaClO₂)과 황산을 이용하여 이산화염소 기체를 제조하며, 상기 원료들의 반응식은 하기와 같다.

[화학식 1]

5NaClO₂ + 2H₂SO₄ → 4ClO₂ + 2Na₂SO₄ + NaCl + 2H₂O

한편, 하기 화학식 2와 같은 반응을 하는, 아염소산염과 염산(Hydrochloric acid, HCl)을 이용하여 이산화염소를 제조할 수도 있다.

[화학식 2]

5NaClO₂ + 4HCl → 4ClO₂ + 5NaCl + 2H₂O

본 발명의 이산화염소 기체의 제조장치는 배기구(102)에 연결된 감압기(200)를 이용하여 반응조 내부의 압력을 감압시켜 생성물인 이산화염소 기체를 흡입하여 상기 배기구(102)를 통하여 배출되도록 하고 있다. 황산을 이용하여 제조하면, 반응 후 생성물이 기화되지 않아 이산화염소와 함께 배기구(102)로 배출되지 않아 순수한 이산화염소를 획득할 수 있으나, 염산을 이용하여 제조하면, 염산(HCL)도 함께 기화되어 이산화염소와 함께 배기구(102)로 배출되기에 순수한 이산화염소 기체를 획득하기 힘들다. 따라서, 염산을 이용하여 생성된 이산화염소는 식품의 소독에 이용하는 것은 적절하지 못하다.

상기 솔레노이드 밸브(310, 410)는 상기 제1원료공급부(300)와 제1주입구(101) 사이에, 상기 제2원료공급부(400)와 제1주입구(101)사이에 각각 위치하여 상기 제1원료공급부 (300)및 제2 원료공급부(400)에서 공급되는 원료의 공급량을 제어할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 솔레노이드 밸브(310, 410)의 개폐 시간을 제어하여 제1원료공급부(300) 및 제2원료공급부(400)에서 공급되는 원료의 공급량을 제어하는 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

솔레노이드 밸브는 자기 코어가 있는 솔레노이드(전자석)와 한 개 또는 그 이상의 오리피스(Orifice)를 포함한 밸브 몸체를 구성하고 있는 두 개의 기본부품 조합이다. 오리피스를 통한 유체의 흐름은 솔레노이드에 전류를 통할 때 또는 전류가 통하지 않을 때 코어의 움직임에 의해 닫히거나 열리면서 제어된다. 직동 밸브(Direct Acting Valve)에서는 솔레노이드에 전기가 통했을 때 코어가 직접 평상시 닫혀 있는(Normally Closed) 밸브의 오리피스를 열거나, 또는 평상시 열려 있는(Normally Open)밸브의 오리피스를 닫는다. 이러한 밸브는 압력이 ‘0’일 때 최고 정격압력 사이에서 정상적으로 작동한다. 이러한 솔레노이드 밸브는 소형 직동 밸브의 경우에는 5 내지 10 millisecond, 대형 직동 밸브의 경우에는 20 내지 40 millisecond로 까지 조절할 수 있어, 정확하고 미량의 원료 공급이 요구되는 본 발명의 이산화염소 기체의 제조장치에 적절하다.

따라서, 본 발명의 솔레노이드 밸브(310, 410)는 전기가 통했을 때 코어가 직접 평상시 닫혀있는 밸브의 오리피스를 여는 형식을 이용하는 것이 바람직하며, 열려 있는 시간을 0.01부터 10초 까지고, 닫혀 있는 시간은 0.01부터 70초 사이에서 조정할 수 있다. 이에 의하여, 솔레노이드 밸브(310, 410)가 장착된 제1원료공급부(300) 및 제2원료공급부(400)에서 공급되는 원료가 0.01ml 내지 0.5ml와 같이 미량으로 공급되도록 제어할 수 있다.

또한 본 발명의 감압기(200)는 상기 반응조(100)에 형성된 배기구(102)에 연결되어 상기 반응조(100) 내부의 압력을 낮추어 준다. 이렇게 낮아진 압력은 상기 반응조(100)에 공급된 원료들의 반응 생성물인 이산화염소 기체가 잘 증발되도록 할 뿐만 아니라 상기 배기구(102)로 증발된 이산화염소 기체가 배출되도록 하는 기능을 한다.

상기 감압기(200)는 아스피레이터(Aspirator) 또는 벤트리관을 포함할 수 있다.

상기 아스피레이터는 이덕터-제트 펌프(Eductor-jet pump) 또는 필러 펌프(filter pump)라고도 불리우는 것으로서, 벤트리 효과를 이용하여 진공을 만드는 장치이다. 아스피레이터에서 유체가 흐르다가 튜브가 좁아지면 유체의 속도가 증가하고, 벤트리 효과에 의해 그것의 압력이 감소하게 되는 것이며, 이 지점에서 진공이 발생되는 것이다.

상기 벤트리관 역시 벤트리 효과에 의해 진공상태를 만들 수 있다.

따라서, 상기 아스피레이터 또는 벤트리관은 본 발명의 반응조(100) 내부의 공기를 흡입함으로써 반응조 내부의 압력을 감소시키는 역할을 하며, 반응조 내부의 공기와 함께 반응생성물인 이산화염소 기체가 배출되도록 하는 것이다.

이러한 감압기에 의하여 조절되는 상기 반응조의 내부 압력은 200 내지 400mmHg일 수 있고, 바람직하게는 210 내지 240mmHg이다. 상기 언급한 바와 같이, 감압기는 반응조 내부의 압력을 낮추어 생성된 이산화염소 기체가 잘 증발되도록 하는데, 반응조 내부의 압력이 400mmHg보다 큰 경우에는 이산화염소 기체가 잘 증발되지 못하여 폭발의 위험이 생길 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 아스피레이터 또는 벤트리관은 수도관에 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 아스피레이터 또는 벤트리관에 의해 흡입된 이산화염소 기체는 상기 연결된 수도관으로 흡입됨으로써 이산화염소수가 생성될 수 있다. 상기 생성된 이산화염소수의 이산화염소의 농도는 30ppm 이하로서, 식품의약안전청 고시에 의하여 야채 또는 과일의 소독제로서 이용될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 배기구(102)와 상기 감압기(200) 사이에도 솔레노이드 밸브를 장착할 수 있다. 이는 반응생성물인 이산화염소 기체가 유출되지 않도록 하여 이산화염소 냄새가 나지 않도록 할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 감압기(200)는 감압기를 제어하는 스위치(미도시)를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 반응조의 배기구(102)에 마련되어 상기 반응조 내부의 압력을 감지하는 압력 감지부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

따라서, 상기 감압기 스위치 및 압력 감지부는 상기 솔레노이드 밸브를 제어하는 제어부(미도시)에 의하여 제어될 수 있다. 상기 제어부는 마이크로프로세서가 내장된 전자식 제어장치로서, PCB(Printed Circuit Board) 상에 실장되어 구비될 수 있으며, 각 조건에 따라 상기 구성요소들의 개폐나 작동 여부를 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 필터(120)는 상기 반응조(100)에 형성된 제2주입구(103)에 마련되어 비활성기체를 통과시켜 기포를 형성시키는 기능을 수행한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 필터(120)는 다공성 필터로서 미세한 기포(기체 방울)를 형성할 수 있는 모든 종류의 필터를 포함할 수 있다. 바람직하게는 다공성 미세 세라믹 필터, 더욱 바람직하게는 다공성 초자 필터를 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 필터의 공극의 크기는 10 내지 100 μm으로 형성될 수 있다. 더욱 바람직하게는 10 내지 40 μm으로 형성될 수 있다. 상기 필터의 공극의 크기가 100μm보다 더 크면, 상기 비활성기체가 필터를 통과하여 발생할 수 있는 기체 방울의 크기가 매우 커져 반응조 내부에 수용된 원료들의 반응을 원활하게 진행시키지 못하여 반응수율이 낮아질 수 있다.

후술할 가스공급부(500)에 의해 공급되는 비활성기체는 상기 제2주입구(103)에 마련되어 있는 필터(120)를 통과하여 상기 반응조(100) 내부로 주입된다. 이때, 비활성기체는 상기 필터(120)를 통과하면서 미세 기체 방울이 되어 반응조(100) 내부에 수용된 원료를 교반시켜 화학반응을 원활하게 진행시켜 반응수율을 증가시킬 수 있다.

또한, 상기 가스공급부(500)는 상기 반응조(100)에 형성된 제2주입구(103)에 연결되어 비활성기체를 자중(自重)의 역방향으로 공급할 수 있다. 상기 가스공급부(500)는 상기 제2주입구(103)를 커버할 수 있는 크기로 마련되어 상기 반응조에 수용된 원료가 외부로 배출되는 것을 방지하는 가스공급조(510)와; 상기 가스공급조에 연결되어 있는 가스공급장치(520)를 포함할 수 있다.

상기에서 언급한 바와 같이, 상기 제2주입구(103)에는 필터(120)가 마련되어 있어 자칫 반응조 내부에 수용된 원료가 배출될 위험이 있을 수도 있다. 따라서, 상기 가스공급조(510)는 상기 제2주입구(103)를 커버할 수 있는 크기로 형성되어 상기 반응조 내부에 수용된 원료의 배출을 막는 역할을 수행한다. 따라서, 가스공급장치(520)에서 공급되는 비활성기체는 우선 상기 가스공급조(510)에 도달하고, 상기 제2주입구(103)에 마련되어 있는 필터(120)를 통과하게 된다.

상기 가스공급부(500)에 의해 공급되는 비활성기체는 비활성 질소가스, 탄산가스 또는 공기를 포함할 수 있다. 상기 비활성기체는 100ml/분 내지 1000ml/분의 양으로 공급될 수 있으며, 200ml/분 내지 600ml/분의 양이 바람직하다.

상기에서 언급한 바와 같이, 비활성기체는 자중의 역방향으로 상기 반응조의 제2주입구(103)를 통하여 공급되는데, 상기 필터를 통과하면서 기포(미세한 기체 방울)가 되어 상기 반응조 내의 원료를 교반하여 고농도의 이산화염소를 원료의 혼합 반응액 및 부반응액으로부터 쉽게 이산화염소를 기체로 추출할 수 있도록 도와주고, 또한 이산화염소 기체를 희석할 수 있어 폭발을 억제할 수 있다.

상기 가스공급부(500)는 기체유량계(미도시)를 이용하여 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 이산화염소 기체의 제조장치는 상기 제1 원료공급부(300) 및 제2 원료공급부(400)에 의해 공급되는 원료가 예비 반응되도록 하며, 상기 제1원료공급부(300) 및 제2원료공급부(400)와 상기 반응조(100) 사이에 위치하여 상기 예비 반응된 원료를 상기 반응조로 이동시키는 보조반응조(110)를 더 포함할 수 있다.

상기 보조반응조(110)는 상기 제1원료공급부(300) 및 제2원료공급부(400) 와 상기 반응조 사이에 위치하기만 하면 되고, 상기 보조반응조(110)는 상기 반응조(100)의 외부 또는 반응조의 내부에 위치할 수 있다.

상기 보조반응조(110)가 상기 반응조의 외부에 위치하는 경우에는 상기 보조반응조에는 상기 제1원료공급부(300) 및 제2원료공급부(400)와 연결되는 원료주입구(미도시)와 예비 반응된 원료를 반응조로 배출시키는 배출구를 포함할 수 있으며, 상기 보조반응조의 배출구는 상기 반응조(100)의 주입구(101)와 연결될 수 있다.

상기 보조반응조(110)가 상기 반응조의 내부에 위치하는 경우에는 상기 보조반응조는 상기 반응조(100)의 제1주입구(101)의 크기를 커버하는 크기로 형성되어 상기 제1주입구와 연결되어 있는 제1 및 2원료공급부로부터 공급되는 원료가 상기 제1주입구를 통하여 바로 보조반응조(110)로 공급되고, 예비 반응된 원료는 보조반응조에 형성되어 있는 배출구(111)를 통하여 반응조(100)로 배출될 수 있다.

상기 제1 및 제2 원료공급부와 상기 보조반응조는 연결관 또는 연결호스로 연결될 수 있으며, 상기 연결관 또는 연결호스는 상기 보조반응조 내부의 하부까지 깊숙이 연결되도록 할 수 있다.

상기 보조반응조의 배출구는 보조반응조의 측면 또는 하부에 형성될 수 있고, 바람직하게는 측면에 형성되고, 상기 보조반응조는 하나 이상의 배출구를 포함 할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2원료공급부에 의해 공급되는 원료가 상기 보조반응조에서 예비반응을 시작하고, 상기 공급되는 원료의 양이 많아지면 원료의 수위가 높아져 상기 보조반응조의 측면에 형성되어 있는 배출구를 통하여 반응조로 떨어진다.

따라서, 상기 제1원료공급부(300)에 의해 공급되는 아염소산염 및 제2 원료공급부(400)에 의해 공급되는 황산은 1차적으로 상기 보조반응조(110)로 공급되어 예비 반응을 수행하게 된다. 그 후 예비 반응된 원료는 상기 보조반응조의 배출구를 통하여 상기 반응조(100)로 배출되어 상기 원료들의 화학반응이 진행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1원료 공급부(300)에 의해 공급되는 아염소산염은 아염소산나트륨이며, 더욱 바람직하게는 아염소산나트륨 20 내지 30% 용액이다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제2원료공급부(400)에 의해 공급되는 황산은 황산 25 내지 35% 용액이 바람직하다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제1원료공급부(300)에 의해 공급되는 아염소산나트륨 20 내지 30% 용액과 상기 제2 원료공급부(400)에 의해 공급되는 황산 25 내지 35% 용액은 1:1 부피비로 공급될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반응조(100)에 이산화염소를 생성시킨 후 반응이 완료된 용액(폐용액)을 배출시키는 배출구(600)를 더 포함할 수 있다.

상기 본 발명의 이산화염소 기체의 제조장치를 이용하여 이산화염소 기체를 생성하는 과정을 살펴본다.

본 발명의 제1원료공급부(300) 및 제2원료공급부(400)에 각각 아염소산염 및 황산을 준비하고, 압력감지부에 의해 감지된 반응조 내부의 압력이 감소되지 않았으면, 제어부(미도시)는 감압기(200)를 제어하여 상기 반응조(100)의 배기구(102)에 연결되어 있는 감압기를 작동시키고, 반응조 내부의 공기를 흡입하여 상기 배기구를 통하여 배출시킴으로써 반응조(100)의 내부 압력이 소정 크기로 감소되도록 한다.

상기 반응조(100)의 내부 압력이 감소되면, 상기 제1원료공급부(300) 및 제2원료공급부(400)의 압력보다 낮아지게 된다. 이때 제어부에 의하여 솔레노이드 밸브(310, 410)가 열리면, 상기 반응조(100)와 원료공급부(300, 400) 사이의 압력차이에 의하여 원료공급부에서 상기 반응조를 향하여 원료가 이동하게 되며, 상기 반응조(100)의 제1주입구(101)에 마련되어 있는 보조반응조(110)로 우선 수용되어 예비반응을 수행하고, 보조반응조(110)의 배출구(111)를 통하여 반응조(100)로 원료가 이동하게 된다.

이 때, 상기 솔레노이드밸브(310, 410)가 열림과 동시에, 또는 직후에 기체유량계(미도시)의 제어에 의하여 가스공급장치(520)에서 비활성기체를 공급하고, 상기 공급되는 비활성기체는 가스공급조(510)를 통하여 상기 반응조(100)의 제2주입구(103)에 마련되어 있는 필터(120)를 통과하여 자중의 역방향으로 반응조 내부로 공급된다. 상기 비활성기체에 의하여, 상기 공급된 원료가 반응조 내부로 수용 되어져 반응조의 하부에 고이게 되고, 이때 자중의 역방향으로 공급되어진 비활성기체가 필터를 통과하면서 형성된 기포(미세한 기체 방울)가 상기 원료인 반응 용액을 교반시켜 화학반응이 원활하게 잘 일어나도록 한다.

상기 공급된 원료의 화학반응에 의해 이산화염소 기체가 생성되면, 상기 비활성기체의 기포 및 감압기의 작용에 의하여 이산화염소 기체가 반응용액으로부터 증발되면, 감압기(200)에 의해 상기 반응조(100)의 배기구(102)를 통하여 반응조 내부의 공기와 함께 배출되고, 수도관으로 연결되는 호스를 통하여 직수로 곧바로 공급되어 물과 혼합되어 이산화염소수가 생성된다.

이때, 이산화염소수의 농도는 필요에 따라 그 농도를 조절해야 하기 때문에, 생성되는 이산화염소의 양을 조절하기 위하여 상기 제1원료공급부(300)와 제2원료공급부(400)의 원료의 공급량을 조절하는 솔레노이드밸브(310, 410)가 제어부에 의하여 일정 시간을 주기로 개폐되도록 제어되는 것이다. 따라서, 상기 솔레노이드밸브에 의해 원료공급량을 미량까지 제어가 가능하기에 이산화염소수의 농도를 조절할 수 있는 효과를 갖는다.

이하, 본 발명의 이산화염소 기체의 제조장치를 이용하여 이산화염소 기체를 발생시킨 실시예를 설명한다.

비교 실시예 1-1.

제1원료공급부에 아염소산나트륨 8.38% 용액 500ml을 준비하고, 제2원료공급부에 황산 5.45% 용액 500ml을 준비하였다. 솔레노이드 밸브의 제어부를 제어하여 솔레노이드 밸브를 열어 상기 제1원료공급부로부터 아염소산나트륨 8.38% 용액을 0.83ml/min, 상기 제2 원료공급부로부터 황산 5.45% 용액을 0.83ml/min을 보조반응조로 투입하여 예비반응이 이루어지도록 한 다음 반응조로 투입되도록 하였다. 상기 솔레노이드 밸브의 제어에 의하여 원료가 투입되면 동시에 감압기 및 가스공급부가 작동된다.

이때, 반응시작 10분 후 생성된 이산화염소의 양은 8.5ｇ/ℓ, 반응수율은 28.33%이었으며, 반응시작 40분 후 생성된 이산화염소의 양은 9.8ｇ/ℓ이고, 반응수율은 32.83%였다.

비교 실시예 1-2.

상기 비교실시예 1-1과 동일하게 진행하면서, 제1원료공급부에 아염소산나트륨 11.2% 용액 500㎖을, 제2원료공급부에 황산 7.27% 용액 500㎖을 준비하여 솔레노이드 밸브를 통하여 아염소산나트륨 11.2% 용액을 0.83㎖/min, 상기 제2 원료공급부로부터 황산 7.27% 용액을 0.83㎖/min을 보조반응조로 투입하여 예비반응이 이루어지도록 한 다음 반응조로 투입되도록 하였다.

이때 반응시작 10분 후 생성된 이산화염소의 양은 7.9ｇ/ℓ이고, 반응수율은 19.9%이었으며, 반응시작 40분 후 생성된 이산화염소의 양은 20.7ｇ/ℓ이었으며, 반응수율은 51.90% 였다.

비교 실시예 1-3.

상기 비교실시예 1-1과 동일하게 진행하면서, 제1원료공급부에 아염소산나트륨 16.7% 용액 500㎖를, 제2원료공급부에 황산 10.9% 용액 500㎖를 준비하여 솔레노이드 밸브를 통하여 아염소산나트륨 16.7% 용액을 0.83㎖/min, 상기 제2 원료공 급부로부터 황산 10.9% 용액을 0.83㎖/min을 보조반응조로 투입하여 예비반응이 이루어지도록 한 다음 반응조로 투입되도록 하였다.

이때 반응시작 10분 후 생성된 이산화염소의 양은 16.4ｇ/ℓ이었으며, 반응수율은 27.3%이었으며, 반응시작 40분 후 이산화염소의 양은 32.3ｇ/ℓ이었으며, 반응수율은 53.96% 였다.

비교 실시예 2.

상기 비교 실시예 1-1과 동일하게 진행하면서, 제1원료공급부에 아염소산나트륨 25% 용액 500ml을, 제2원료공급부에 황산 30% 용액 500ml을 준비하여 솔레노이드 밸브를 통하여 아염소산나트륨 25% 용액을 0.83㎖/min, 상기 제2 원료공급부로부터 황산 30% 용액을 0.83㎖/min을 보조반응조가 아닌 반응조로 바로 투입하였다.

이때 반응시작 10분 후 생성된 이산화염소의 양은 24.5ｇ/ℓ이었고, 반응 수율은 27.2%이었으며, 반응시작 40분 후 생성된 이산화염소의 양은 55.8ｇ/ℓ이었으며, 반응수율은 62%였다. 따라서, 보조반응조가 없는 경우, 반응 초기에는 아염소산염과 황산의 농도가 일정하여 좋은 수율을 얻을 수 있으나, 반응조에 반응액이 많아지면서 투입되는 아염소산염과 황산의 농도가 희석됨으로써 자연히 반응속도가 느려져 수율이 떨어지게 되는 것이다.

실시예 1.

상기 비교 실시예 1-1과 동일하게 진행하면서, 제1원료공급부에 아염소산나 트륨 25% 용액 500ml을, 제2원료공급부에 황산 30% 용액 500ml을 준비하여 솔레노이드 밸브를 통하여 아염소산나트륨 25% 용액을 0.83㎖/min, 상기 제2 원료공급부로부터 황산 30% 용액을 0.83㎖/min 을 보조반응조로 투입하여 예비반응이 이루어지도록 한 다음 반응조로 투입되도록 하였다.

이때 반응시작 10분 후 생성된 이산화염소의 양은 73.1ｇ/ℓ이었으며, 반응수율은 81.2%이었으며, 반응시작 40분 후 생성된 이산화염소의 양은 82.8ｇ/ℓ이었으며, 반응수율은 91.7% 였다.

따라서, 본 발명의 이산화염소 기체의 제조장치를 이용하여 아염소산나트륨 25% 용액과 황산 30% 용액을 이용하여 생성된 이산화염소의 양은 82.8g/l로써, 비교실시예 1-1 내지 1-3에 비하여 가장 높았으며 반응 10분 후 수율 또한 81.2%로써, 반응 40분 후 수율은 91.7%로써 가장 높았다. 또한, 상기 아염소산나트륨 용액과 황산 용액은 1:1의 부피비로 공급된 것으로, 이때 가장 높은 이산화염소 생성률을 보였다.

실시예 2.

본 발명의 이산화염소 기체 제조장치 중 감압기를 연결호스를 이용하여 수도관에 연결하여, 상기 실시예 1에서 생성된 이산화염소 기체를 상기 수도관으로 공급하여 바로 용해시켜 이산화염소수를 생성하였다.

상기 이산화염소수의 pH를 검사한 결과, pH 6.8 내지 7.0로 중성을 나타냈다. 또한, 상기 이산화염소수의 이산화염소 농도는 25ppm을 유지하며 분당 10 내지 12리터의 이산화염소수를 획득할 수 있었다.

따라서, 본 발명의 이산화염소 제조장치에 의해 생성된 이산화염소는 pH가 중성이어서 반응성도 높아 식품 위생 분야에 사용 시 기존 소독제에 비하여 살균력이 뛰어나고 환경친화적이면서 인체에 무해하다.

또한, 본 발명의 제조장치에 의해 생성된 이산화염소 기체는 순수하기 때문에 소독부산물을 생성시키는 염소계 소독제와는 달리, 살균, 소독한 후에도 소독부산물을 생성시키지 않으므로 식품 위생 분야에 아주 유용하다.

비록 본 발명의 몇몇 실시예들이 도시되고 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 당업자라면 본 발명의 원칙이나 정신에서 벗어나지 않으면서 본 실시예를 변형할 수 있음을 알 수 있을 것이다. 발명의 범위는 첨부된 청구항과 그 균등물에 의해 정해질 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화염소의 제조장치의 구조를 나타내는 모식도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

100: 반응조 101: 제1주입구

102: 배기구 103: 제2주입구

110: 보조반응조 120: 필터

200: 감압기 300: 제1원료공급부

400: 제2원료공급부 310, 410: 솔레노이드 밸브

500: 가스공급부 600: 배출구

Claims (9)

1. 이산화염소 기체의 제조장치에 있어서,

   원료가 반응하여 이산화염소 기체가 생성되며, 상기 원료가 주입되는 제1주입구와, 비활성기체가 자중(自重)의 역방향으로 주입되는 제2주입구와, 생성된 이산화염소 기체가 배출되는 배기구가 형성된 반응조와;

   상기 제1주입구에 연결되어 아염소산염을 공급하는 제1원료공급부와;

   상기 제1주입구에 연결되어 황산을 공급하는 제2원료공급부와;

   상기 제1및 제2원료공급부와 제1주입구 사이에 각각 위치하여 원료 공급량을 제어하는 솔레노이드 밸브와;

   상기 배기구에 연결되어 상기 반응조 내부 압력을 감소시키는 감압기와;

   상기 제2주입구에 마련되어 비활성기체를 통과시켜 기포를 형성시키는 필터와;

   상기 제2주입구에 연결되어 비활성기체를 자중(自重)의 역방향으로 공급하는 가스공급부를 포함하는 이산화염소 기체의 제조장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 및 2 원료 공급부에 의해 공급되는 원료가 예비 반응되도록 하며, 상기 제 1및 2원료공급부와 상기 반응조 사이에 위치하여 상기 예비 반응된 원료를 상기 반응조로 이동시키는 보조반응조를 더 포함하는 이산화염소 기체의 제조장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 가스공급부는 상기 제2주입구를 커버하는 크기로 형성되어 상기 반응조에 수용된 원료가 외부로 배출되는 것을 방지하는 가스공급조와; 상기 가스공급조에 연결되어 있는 가스공급장치를 포함하는 것인 이산화염소 기체의 제조장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 제1원료공급부에 의해 공급되는 아염소산염은 아염소산나트륨인 것인 이산화염소 기체의 제조장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 아염소산나트륨은 아염소산나트륨 20 내지 30% 용액인 것인 이산화염소 기체의 제조장치.
6. 제1항에 있어서,

   상기 제2원료공급부에 의해 공급되는 황산은 황산 25 내지 35% 용액인 것인 이산화염소 기체의 제조장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,

   상기 아염소산나트륨 20 내지 30% 용액과 상기 황산 25 내지 35% 용액은 1:1 의 부피비로 공급되는 것인 이산화염소 기체의 제조장치.
8. 제1항에 있어서,

   상기 비활성기체는 비활성 질소가스, 탄산가스 및 공기 중 적어도 어느 하나인 것인 이산화염소 기체의 제조장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 감압기는 아스피레이터 또는 벤트리관인 것인 이산화염소 기체의 제조장치.

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