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KR20140090583A - 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치 및 이를 구비한 공간 살균 시스템 - Google Patents

이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치 및 이를 구비한 공간 살균 시스템 Download PDF

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KR20140090583A
KR20140090583A KR1020140066257A KR20140066257A KR20140090583A KR 20140090583 A KR20140090583 A KR 20140090583A KR 1020140066257 A KR1020140066257 A KR 1020140066257A KR 20140066257 A KR20140066257 A KR 20140066257A KR 20140090583 A KR20140090583 A KR 20140090583A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
chlorine dioxide
gas
room
dioxide gas
cathode layer
Prior art date
Application number
KR1020140066257A
Other languages
English (en)
Inventor
김종락
문상봉
강인철
김은수
Original Assignee
(주)엘켐텍
(주)푸르고팜
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)엘켐텍, (주)푸르고팜 filed Critical (주)엘켐텍
Priority to KR1020140066257A priority Critical patent/KR20140090583A/ko
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Abstract

본 발명은 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치 및 이를 구비한 공간 살균 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치는 상부에 전해질 주입구 및 이산화염소 가스 배출구가 구비되고 하부에 잉여 가스 배출구가 구비된 본체, 상기 본체의 내부에 구비되는 전도성막, 상기 전도성막의 상부에 형성되는 적어도 하나 이상의 양극층, 상기 전도성막의 하부에 형성되는 음극층 및 상기 양극층과 음극층을 연결하는 외부회로를 포함하며, 상기 전해질은 아염소산나트륨인 것을 특징으로 한다.
아울러, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치를 구비한 공간 살균 시스템은 살균 또는 소독을 위한 룸, 외부 공기를 유입시키기 위한 외부공기 유입부, 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치, 상기 외부공기 유입부 및 상기 전기분해 장치와 연결되며 유입된 외부공기와 이산화염소 가스를 혼합 및 희석하여 상기 룸으로 이동시키기 위한 가스 이송수단 및 상기 룸의 내부 가스 농도를 조절하기 위한 제어부를 포함한다.

Description

이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치 및 이를 구비한 공간 살균 시스템{THE ELECTROLYTIC APPARATUS FOR ClO2 GAS AND STERILIZATION SYSTEM OF ROOM}
본 발명은 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치 및 이를 구비한 공간 살균 시스템에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 공간 살균 또는 소독용으로 광범위하게 사용되는 이산화염소 가스를 단일물질의 전해질인 아염소산나트륨을 통해 간단하고 안전하게 생성할 수 있는 전기분해 장치 및 이를 구비한 공간 살균 시스템에 관한 것이다.
구제역이나 AI(avian influenza)가 발생되면 차단 방역을 위해 현재 취해지는 방법은 주요 도로 차단목 지점에서 이동 차량의 바퀴 및 사람의 신발, 의복 등을 생석회를 뿌리거나 또는 액상 분무하는 형태를 취하고 있다.
그러나, 살균액과 세균이 접촉이 이뤄지지 않은 곳에 숨어 있는 세균은 살균되지 않고 그대로 퍼져 나가게 되어 기존 방역 체계의 한계로 작용하였다.
아울러 구제역의 전국적 확산 원인을 추정하는 내용 중에는 동선이 통제되지 않은 축산 분뇨처리 차량에 대한 의심도 있고, 가축용 사료를 매개로 한 감염의 가능성을 100% 배제하지 못하는 상황도 있다.
공기를 통해 최대 50㎞(육지)에서 250㎞(바다)까지 전파되는 구제역 바이러스의 특성과 최근 통제되지 못하고 확대일로에 있으며 상시화 되어가는 축산 질병 창궐 상황에서 기존 방역 방식이 보여준 한계는 문제를 가지고 있다.
따라서, 기존 방법의 대안으로 공간 살균이라는 적소 적용형태로 새로운 방식의 도입이 요구되고 있다. 즉, 공간 차단의 개념으로 축사 창가에 살균력을 가미한 에어커튼을 적용하거나 축사 내부에 살균(이산화염소) 가스를 직접 살포하여 공간 살균을 하는 방법이 필요하나 현재 이 방법은 존재하지 않고 있었다.
또한, 가스 상의 살균제로 여러 가지 살균제가 가능하겠지만, 현재 살균효능 및 부작용까지 고려하여 공간살균 용도로 허가된 사용물질은 이산화염소와 과산화수소 두 개의 물질로 한정되어 있다. 그러나 과산화수소는 상온에서 액체의 상태인 것을 기화하여 공간에 뿜어내는 방식으로, 얼마 퍼지지 않은 상태에서 이슬로 떨어져 내리는 성질 때문에 특히, 겨울철 방역환경에 적용하기에는 커다란 문제가 있었다.
그러나 이산화염소는 일반 상온에서 기체의 상태로 존재하여 멀리까지 확산되는 성질이 있어 과산화수소보다 훨씬 효과적이다.
또한, 이산화염소는 곰팡이에서 세균, 바이러스에 이르기까지 산화 살균제로서 광범위한 효력을 갖고 있으며, 미생물 살균 메커니즘은 미생물의 보호막을 뚫고 들어가 산화력에 의한 세포의 효소작용을 방해하여 미생물을 죽이는 것으로 알려져 있다. 이 같은 살균력은 넓은 PH범위에서 유효하며 염소에 비해 2.5배 이상 살균력이 강하고 THM(trihalomethane:트리할로메탄)과 같은 발암물질을 생성하지 않는 것이 장점으로 유럽이나 미국에서 환경 친화적 그린(Green) 살균제로 각광받고 있다.
다음과 같은 이산화염소의 사용예는 이산화염소가 공간 살균제로서 가장 적합한 물질임을 확인시켜 주고 있다.
OIE(國際獸疫事務局)은 이산화염소를 구제역의 불화화 소독제 및 AI 소독제로 등록하고 있다.
UN 산하 세계보건기구(WHO) 및 식량농업기구(FAO)는 이산화염소를 살균제로 추천하고 있다.
세계보건기구 실험실 미생물안전지침서(Laboratory Biosafety Guideline) 또한 이산화염소를 살균제 목록에 올렸다.
1946년에는 이산화염소가 소아마비 원인 바이러스(poliomyelitis)를 불활화 시키거나 사멸시키는 것으로 발표되었고, 1973년에는 다양한 바이러스를 대상으로 한 실험에서 이산화염소가 염소보다 더 높은 살균력을 보여주는 것으로 밝혀졌다.
1999년 미국 EPA 자료는 이산화염소 가스가 오존이나 염소보다 살균효율이 더 높음을 보여주고 있다.
미국 EPA는 2001년 911 테러 후 우편물의 형태로 유포된 탄저균에 대처하기 위하여 오염 가능 공간 전체를 살균하는 용도로 이산화염소 가스 사용을 결정하면서 이산화염소 가스는 유명세를 탔다.
미국 캘리포니아 L.A근교인 Oxnard에 위치하는 St. John 병원은 265 병상 규모의 지역병원으로 2007년에 병원 내 곰팡이 제거를 위해 병원 전체를 밀폐한 후 이산화염소를 사용하여 효과적으로 훈증 처리한 바 있다.
대만에서는 SARS가 맹위를 떨치던 때에 대만 육군 병원에서 차단 방역의 목적으로 이산화염소를 활용하기도 하였다.
또한, 대만에서 병원 외래환자 진료구역을 대상으로 이산화염소에 의한 공간살균 효과를 관찰하는 내용이 소개되었다. 박테리아나 바이러스는 에어로솔을 매개로 잘 전파되며, 실험 전의 대상 공간에서 공기 중 부유 박테리아를 포집하고 실험 후 같은 방식으로 포집된 세균의 수를 비교하여 얼마만큼 감소 효과가 있었는지를 측정하는 실험이었다. 직업 안전 보건 기구(OSHA)는 작업장에서 이산화염소의 상시 노출 안전 기준을 0.1ppm이하로 규정하고 있는데 0.8ppm의 농도로 조절하여 대상 공간에 적용하였다. 부유 세균의 숫자는 외래 환자의 수가 20명일 때 83 CFU/m3 인데 환자의 수가 70명으로 늘어나자 세균의 수효가 758 CFU/m3 로 증가하는 것으로 관찰되었다. 일정한 구역에 환자가 많을수록 부유 세균은 많아지고 감염율은 높아지리라는 추론에 부합하는 결과가 관찰된 것이었다. 실험의 결론으로 공간 살균 적용 이전에 421 CFU/m3 이던 부유 세균이 이산화염소 공간 살균 적용 후 21 CFU/m3 로 감소하였다. 이 실험의 의미는 SARS, 신종 인플루엔자, 엔테로바이러스와 같이 병원 내 공기 중 에어로솔로 감염되는 세균의 전파 확산을 공간 살균으로 차단할 수 있음을 보여준 것이다.
국제 수역 사무국(OIE)은 이산화염소가 구제역 바이러스 및 고 병원성 AI 바이러스를 불활화 시키는 살균소독제로 인정하고 있으며, 일본 약학회 약학잡지에 게재된 실험 논문에 따르면 이산화염소 가스 0.075 ppm으로 곰팡이 균사의 증식을 억제하는 것을 관찰하고 식품, 의약 분야에서 부작용 없이 공간살균에 이산화염소 가스를 적용하는 의견을 제시하고 있다.
그러나 이산화염소는 상온에서 기체 상태로 존재하며 농도가 10%이상 압축되면 폭발하는 특성 때문에 이동이 금지되어 필요 현장에서(On-Situ) 발생하여 사용해야 하며, 기존에는 염소 또는 염산을 아염소산나트륨과 반응시켜 이산화염소를 얻는 방법으로 비전문가인 운전원이 염소 또는 염산을 취급해야 하는 운전상의 위험성, 장비의 복잡성과 크기와 가격 등 부적합한 요소들이 존재하였다.
이 같은 특성 때문에, 이산화염소 가스는 광범위한 효력을 가지는 살균제지만 현장의 적용이 다양하게 이루어지지 못하는 문제점이 있었다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제를 해결하기 위해 창안된 것으로,
먼저, 염소 또는 염산과 같은 보조화학제를 사용하지 않고, 단일물질의 아염소산나트륨 전해질을 전기분해하여 이산화염소 가스를 수득할 수 있는 전기분해 장치의 제공을 일 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해 장치를 구비하고, 이산화염소 가스를 안전한 농도로 유지할 수 있어 살균 또는 소독을 위한 공간 내의 동물의 안전성을 확보할 수 있는 공간 살균 시스템의 제공을 또 다른 목적으로 한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해 장치는 상술한 목적을 달성하기 위해, 상부에 아염소산나트륨 염과 물로 구성된 아염소산나트륨이 주입되는 전해질 주입구와 이산화염소 가스 배출구가 구비되고, 하부에 잉여 가스 배출구가 구비된 본체; 상기 본체의 내부에 구비되는 전도성막; 상기 전도성막의 상부에 형성되는 적어도 하나 이상의 양극층; 상기 전도성막의 하부에 형성되는 음극층; 및 상기 양극층과 음극층을 연결하는 외부회로;를 포함하며, 상기 양극층의 산화반응에 의해 상기 아염소산나트륨 염은 이산화염소 가스, 나트륨이온 및 전자로 전환되고, 물은 산소 가스, 수소이온 및 전자로 전환되며, 상기 이산화염소 가스와 산소 가스는 이산화염소 가스 배출구를 통해 외부로 배출되고, 나트륨이온과 수소이온은 전도성막을 통과하여 음극층으로 이동되며, 상기 음극층으로 이동된 나트륨이온과 수소이온은 음극층에 의한 환원반응에 의해 각각 수소 및 수산화나트륨으로 전환되어 잉여 가스 배출구를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 전도성막은 나피온을 이용하며, 상기 양극층 및 음극층은 다공성 구조로 이루어진다.
바람직하게는 상기 양극층 및 음극층은 전기화학적 촉매를 더 포함한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치를 구비한 공간 살균 시스템은 상술한 목적을 달성하기 위해, 룸; 상기 룸에 외부 공기를 유입시키기 위한 외부공기 유입부; 상기 룸의 살균 또는 소독을 위한 이산화염소 가스를 발생시키는 전기분해 장치; 상기 외부공기 유입부 및 상기 전기분해 장치와 연결되어 유입된 외부공기와 이산화염소 가스를 혼합 및 희석하여 상기 룸으로 이동시키는 가스 이송수단; 및 상기 룸 내부의 이산화염소 가스 농도를 조절하기 위한 제어부;를 포함한다.
바람직하게는 상기 전기분해 장치는 상술한 내용의 전기분해 장치로 이루어진다.
바람직하게는 상기 가스 이송수단은 송풍기를 이용하며, 상기 외부공기 유입부와 상기 가스 이송수단 사이에는 공기 정화기가 연결된다.
바람직하게는 상기 공기 정화기와 상기 가스 이송수단 사이에는 유입되는 외부공기의 양을 조절하기 위한 공기 유입조절 밸브가 연결된다.
바람직하게는 상기 룸의 내부에는 내부공기를 외부로 배출하기 위한 배기수단이 구비되며, 상기 배기수단 및 상기 공기 유입조절 밸브사이에는 배출된 내부공기를 세정하기 위한 공기 세정수단이 연결된다.
바람직하게는 상기 룸의 내부에는 상기 가스 이송수단과 연결되는 가스 배출수단이 구비되며, 상기 가스 배출수단은 메니폴드를 이용한다.
바람직하게는 상기 룸의 내부 또는 외부에는 상기 룸의 내부로 배출되는 이산화염소 가스의 농도를 측정하고 측정된 농도 데이터를 상기 제어부로 전달하기 위한 가스 농도 측정 센서가 구비된다.
바람직하게는 상기 제어부는 전달된 농도 데이터를 분석하고 상기 전기분해 장치의 전류값을 조절하여 발생되는 이산화염소 가스량을 조절하거나, 상기 가스 이송수단에 의해 이동되는 가스량을 조절하여 상기 룸 내부의 이산화염소 가스 농도를 조절한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과가 있다.
먼저, 염소 또는 염산과 같은 보조화학제를 사용하는 종래 기술과는 달리 단일물질의 아염소산나트륨 전해질을 전기분해하여 이산화염소 가스를 수득함으로써 안전하며, 저렴한 비용으로 이산화염소 가스를 생성할 수 있다.
또한, 이산화염소 가스 생성 공정 및 장치가 간단하여 대량생산이 용이하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해 장치가 구비된 공간 살균 시스템은 사용자가 룸 내부의 이산화염소 가스 농도를 조절 및 유지할 수 있다.
또한, 이산화염소 가능 농도 조절을 통해, 살균 또는 소독을 위한 공간 내 동물의 안전성을 확보할 수 있는 동시에, 효율적으로 룸 내부를 살균 또는 소독할 수 있는 우수한 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 전기분해 장치가 구비된 공간 살균 시스템의 전체 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 살균 시스템의 구동시간에 따른 룸내부 농도의 변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
먼저, 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치(100)구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치(100)는 전해질(160), 전도성막(120), 양극층(130) 및 음극층(140)이 구비된 본체(110) 및 양극층(130) 및 음극층(140)과 각각 연결되는 외부회로(150)를 포함한다.
이때, 본체(110)는 도 1에 도시된 바와 같이 상부에 전해질 주입구(111) 및 이산화염소 가스 배출구(112)가 구비되고 하부에 잉여 가스 배출구(113)가 형성되어 있다.
즉, 1개의 전해질 주입구(111)와 2개의 생성물 배출구(112)(113)가 형성되어 있으며, 이때 주입되는 전해질(160)은 이산화염소 가스를 생성할 수 있는 다양한 물질을 이용할 수 있음은 물론이나, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는 단일물질 즉, 다른 화학보조제가 필요없는 아염소산나트륨 용액을 이용하였다.
이처럼 전해질(160)로 단일물질의 아염소산나트륨을 이용하는 이유는 다음과 같다.
이산화염소는 상온에서 기체 상태로 존재하며 농도가 10%이상 압축되면 폭발하는 특성 때문에 이동이 금지되어 이산화염소가 사용되는 현장에서 발생시켜 사용해야 했다.
또한, 기존에는 염소 또는 염산 등과 같은 보조화학제를 아염소산나트륨과 반응시켜 이산화염소를 얻는 방법으로, 비전문가인 운전원이 염소 또는 염산을 취급해야하므로 사용상의 위험성이 존재하였으며, 이러한 보조화학제를 사용함으로써 이산화염소 가스 생성을 위한 장비가 복잡해지고, 이로 인해 이산화염소 가스의 생산 가격이 상승하는 등의 문제가 있었다.
이 같은 특성 때문에, 종래의 방법으로 생산되는 이산화염소 가스는 광범위한 효력을 가지는 살균제지만 현장의 적용이 다양하게 이뤄지지 못했다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치(100)는 상술한 종래의 문제들을 해결하기 위한 것으로, 염소, 염산 등과 같은 화학보조제의 사용없이 단일물질의 아염소산나트륨을 이용하여 이산화염소 가스를 생성할 수 있음을 특징으로 한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치(100)의 본체(110) 내부에는 상술한 전도성막(120)이 형성되어 있으며, 전도성막(120)은 양성자 전도성 물질로, 탄화수소 및 플루오로카본 타입으로 구비될 수 있으며, 여기서 플루오로카본 타입 수지는 일반적으로 할로겐, 강산 및 염기에 대해 뛰어난 내산화성을 갖는다.
한편, 본 발명에 따른 전기분해 장치(100)에 있어서, 다양한 전도성 물질을 이용할 수 있음은 물론이나, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 전도성막(120)은 E. I. DuPont de Numours Inc., Wilmington, Del.로부터 입수할 수 있는 나피온(NAFION)을 이용하였다.
한편, 상술한 전도성막(120)의 상부에는 적어도 하나 이상의 양극층(130)이 형성되어 있으며, 전도성막(120)의 하부에는 음극층(140)이 형성되어 있다.
이때, 양극층(130)은 전해질(160)인 아염소산나트륨과 산화반응을 일으키고, 음극층(140)은 환원반응을 일으키며, 반응효율을 극대화 하기위해 양극층(130) 및 음극층(140)은 다공성 구조로 이루어진다.
또한, 이러한 다공성 구조를 갖는 형상으로 평판 또는 메쉬, 섬유, 입자상 분말 등 다양한 형상으로 이루어진 다공성 구조를 이용할 수 있음은 물론이다.
그리고, 다공성 구조의 양극층(130) 및 음극층(140)은 다양한 물질들로 이루어질 수 있음은 물론이나, 본 발명의 일 실시예에 있어서는 탄소, 니켈 및 니켈 합금(예를 들어, 상업적으로 입수할 수 있는 Hastelloy, Inconel), 코발트 및 코발트 합금, 티타늄, 지르코늄, 니오븀, 텅스텐, 탄소, 하프늄, 철 및 철 합금(예를 들어, 스테인리스 스틸과 같은 스틸 등), 및 앞에서 언급한 물질을 적어도 하나 포함하는 산화물, 혼합물, 및 합금을 이용할 수 있다.
한편, 양극층(130) 및 음극층(140)은 산화·환원반응의 효율을 극대화하기 위해 전기화학적 촉매(도시되지 않음)를 더 포함한다.
이때, 전기화학적 촉매는 다양한 촉매들을 이용할 수 있음은 물론이나, 본 발명의 일 실시예에 있어서는 백금, 팔라듐, 로듐, 이리듐, 루테늄, 오스뮴, 탄소, 금, 탄탈륨, 주석, 인듐, 니켈, 텅스텐, 망간 등과 이들 중 적어도 하나를 포함하는 혼합물, 산화물, 합금 또는 이들이 조합된 물질을 이용할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치(100)의 반응과정에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해 장치(100)에 의한 이산화염소 가스의 반응식은 아래와 같다.
[반응식 1]
양극 산화반응 NaClO2 → Na+ + ClO2 + e
[반응식 2]
양극 산화반응 H2O → 2H+ + 1/2O2 + 2e
[반응식 3]
음극 환원반응 H+ + e →1/2 H2
여기서, 전해질 주입구(111)를 통해 주입되는 아염소산나트륨(NaClO2)은 아염소산나트륨(NaClO2)염과 물(H2O)로 구성되며, 아염소산나트륨(NaClO2)염은 양극층(130)의 산화반응에 의해 이산화염소(ClO2) 가스, 나트륨이온(Na+) 및 전자(e)로 전환되고(반응식 1), 물은 양극층(130)의 산화반응에 의해 산소(O2) 가스, 수소이온(H+) 및 전자(e)로 전환된다(반응식 2).
한편, 반응식 1과 반응식 2에 의해 생성된 이산화염소(ClO2) 가스와 산소(O2) 가스는 상술한 가스 배출구(112)를 통해 외부로 배출되고, 나트륨이온(Na+)과 수소이온(H+)은 전기적 인력에 의해 전도성막(120)을 통과하여 음극층(140)으로 이동한다. 이때, 나트륨이온(Na+), 수소이온(H+)과 함께 수소이온 mole당 3~4mole의 물(H2O)이 함께 이동한다. 음극층(140)으로 이동한 수소이온(H+)은 음극층(140)에 의한 환원반응에 의해 수소로 생성되며(반응식 3), 나트륨이온(Na+)은 물(H2O)의 OH-와 결합하여 수산화나트륨(NaOH)이 생성되며 잉여 가스 배출구(113)를 통해 배출된다.
반응식 1과 반응식 2에 의해 생성된 전자는 양극층(130) 및 음극층(140)과 각각 연결된 외부회로(150)를 따라 음극층(140)으로 이동하여 반응식 3에 필요한 전자를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치(100)는 상술한 바와 같이, 염소 또는 염산과 같은 보조화학제를 사용하는 종래 기술과는 달리 단일물질의 아염소산나트륨 전해질(160)을 전기분해하여 이산화염소 가스를 간단히 수득함으로써 안전하며, 저렴한 비용으로 이산화염소 가스를 생성할 수 있다.
또한, 이산화염소 가스 생성 공정 및 장치가 간단하여 대량생산이 용이한 효과가 있다.
이하에서는 도 1에 도시된 전기분해 장치(100)가 구비된 공간 살균 시스템(200)의 전체 구성도인 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 살균 시스템(200)은 룸(room)(210), 외부공기 유입부(220), 전기분해 장치(100), 가스 이송수단(230) 및 제어부(240)를 포함한다.
이때, 룸(210)은 살균 또는 소독의 대상이 되는 장소 내지 공간으로, 축사, 외부인 접견실, 의복, 사료 등을 처리하기 위한 고농도 훈증 처리실 등을 예로들 수 있으며, 반드시 상술한 예로 한정되는 것은 아니며, 이산화염소 가스를 이용하여 살균, 소독을 필요로하는 모든 공간을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 공간 살균 시스템(200)의 일정 부분에는 외부공기를 유입시키기 위한 외부공기 유입부(220)가 구비되어 있으며, 외부공기 유입부(220)는 후술할 가스 이송수단(230)과 연결되어 있다.
그리고, 상술한 가스 이송수단(230)은 이산화염소 가스를 발생하는 전기분해 장치(100)와 연결되어 있으며, 보다 구체적으로는 도 1을 통해 설명한 이산화염소 가스 배출구(112)와 연결되어 있으며, 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치(100)는 도 1을 참조하여 상세히 설명하였으므로, 이하에서는 이에 대한 구체적인 설명은 생략토록 한다.
한편, 앞서 언급한 가스 이송수단(230)은 외부공기 유입부(220)를 통해 유입된 외부공기와 전기분해 장치(100)를 통해 생성된 이산화염소 가스를 혼합 및 희석하여 상술한 룸(210)으로 이동시키는 역할을 수행한다.
이때, 상기 가스 이송수단(230)은 다양한 방식 또는 장치를 이용할 수 있음은 물론이나, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는 송풍기를 이용하였다.
여기서, 외부공기 유입부(220) 및 가스 이송수단(230) 사이에는 공기 정화기(211)가 더 연결되어 있으며, 이를 통해 유입되는 외부공기 상에 존재하는 미세 먼지, 세균 등 기타 오염물질을 1차적으로 필터링할 수 있다.
이때, 사용되는 공기 정화기(211)는 먼지, 세균 등을 제거 및 분리할 수 있는 다양한 공기 정화기(211)를 사용할 수 있음은 물론이고, 종류, 크기, 정화방식 등에 있어서는 크게 제한받지 아니한다 할 것이다.
한편, 상술한 공기 정화기(211) 및 가스 이송수단(230) 사이에는 외부공기 유입부(220)를 통해 유입되는 외부공기의 양을 조절할 수 있는 공기 유입조절 밸브(212)가 더 설치된다.
여기서 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 유입조절 밸브(212)는 공기 정화기(211) 및 가스 이송수단(230) 사이에 연결될 수 도 있으나, 다른 실시예에 있어서는 외부공기 유입부(220) 및 공기 정화기(211) 사이에 연결될 수 도 있다.
*이처럼 공기 유입조절 밸브(212)를 구비함으로써, 가스 이송수단(230)에서 전기분해 장치(100)를 통해 생성되는 이산화염소 가스와 외부공기와의 혼합 및 희석 비율을 조절할 수 있다.
결과적으로 혼합 및 희석 비율을 조절하여 룸(210) 내부로 배출되는 이산화염소 가스의 농도를 조절할 수 있다.
한편, 룸(210)의 내부에는 룸(210)의 내부공기를 외부로 배출하기 위한 배기수단(도시되지 않음)을 더 포함한다.
이때, 배기수단은 상술한 공기 유입조절 밸브(212)와 연결되어 있으며 이를 통해 룸(210) 내부의 공기를 순환시키고 이산화염소 가스를 재활용하도록 하는 역할을 수행한다.
한편, 배기수단 및 공기 유입조절 밸브(212) 사이에는 공기 세정수단(213)이 구비되며, 이를 통해 공기 유입조절 밸브(212)로 유입되는 룸(210)의 배기 가스에 존재하는 먼지, 세균 등의 오염물을 제거 및 분리하는 역할을 수행한다.
이때, 공기 세정수단(213)은 가스-액체 접촉식 세정수단, 흡착식 세정수단 등을 포함하는 다양한 세정수단이 이용될 수 있음은 물론이다.
한편, 룸(210)의 내부에는 가스 이송수단(230)을 통해 이동되는 가스(이산화염소 및 외부공기 혼합가스)를 룸(210) 내부에 배출하기 위한 가스 배출수단(214)이 구비되어 있다.
이때, 가스 배출수단(214)은 다양한 기구, 장치 등을 이용하여 구비될 수 있으나, 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서는 일측에 복수 개의 분출구가 형성된 메니폴드(manifold)를 룸(210)의 천장에 구비하고, 타측은 가스 이송수단(230)과 연결함으로써 룸(210)의 내부로 이산화염소 가스를 고르게 배출할 수 있다.
한편, 룸(210)의 내부 또는 외부에는 룸(210)의 내부로 배출되는 이산화염소 가스의 농도를 측정하고 측정된 농도 데이터를 제어부로 전달하기 위한 가스 농도 측정 센서(215)가 구비된다.
이를 통해 룸(210)의 내부 이산화염소 가스의 농도를 측정하고, 이와 연결된 제어부(240)를 통해 사용자가 설정한 이산화염소 가스 농도로 룸(210)의 내부를 살균 또는 소독할 수 있다.
이하에서는 룸(210)의 내부 이산화염소 가스 농도 제어방법에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화염소 가스의 농도 조절 방법은 가스 이송수단(230)의 유량 조절, 외부공기 유입부(220)로 유입되는 공기의 유량 조절 또는 이산화염소 가스 발생에 이용되는 전기분해 장치(100)에 공급하는 전류를 조절하는 방법을 이용할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 이산화염소 가스의 농도 조절 방법은 룸(210)의 내부 또는 외부에 구비된 가스 농도 측정 센서(215)를 통해 측정된 농도 데이터를 제어부로 전송하며, 제어부(240)에서 목표값과 측정값 사이의 오차를 연산하여 적합한 값을 전송하여 가스 이송수단(230)의 유량을 제어하거나, 공기 유입조절 밸브(212)를 조절하여 외부공기 유입부를 통해 유입되는 공기의 유량을 제어, 또는 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치(100)에 공급하는 전류를 조절하는 방법이 있다.
한편, 상술한 방법들 외에 다른 다양한 방법을 통해 룸(210)의 내부로 배출되는 이산화염소 가스의 농도를 조절할 수 있으나, 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 있어서는 안정적인 측면에서 가스 농도 측정 센서(215)를 통해 제어부(240)로 전달된 가스 농도 데이터를 분석하고 상기 전기분해 장치(100)의 전류값을 조절하여 발생되는 이산화염소 가스량을 조절하는 것이 바람직하다.
이에 대해, 본 발명의 실시예들에 따른 공간 살균 시스템(200)의 구동시간에 따른 룸내부 농도의 변화를 나타낸 그래프인 도 3을 참조하여 상세히 설명한다.
도 3에 도시된 그래프의 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치(100)를 이용하여 10m3의 룸(210) 내부로 이산화염소 가스를 1g/h의 속도로 배출하고 시간의 경과에 따른 룸(210) 내부의 이산화염소 가스 농도를 측정한 그래프로 도 3의 그래프를 통해 알 수 있듯이, 시간의 경과에도 불구하고 룸 내부의 이산화염소 가스 농도가 일정하게 유지됨을 알 수 있다.
결과적으로 본 발명의 실시예들에 따른 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치(100) 및 이를 구비한 공간 살균 시스템(200)은 염소 또는 염산과 같은 보조화학제를 사용하는 종래 기술과는 달리 단일물질의 아염소산나트륨 전해질을 전기분해하여 이산화염소 가스를 수득함으로써 안전하며, 저렴한 비용으로 이산화염소 가스를 생성할 수 있다.
또한, 이산화염소 가스 생성 공정 및 장치가 간단하여 대량생산이 용이하다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해 장치가 구비된 공간 살균 시스템은 사용자가 룸 내부의 이산화염소 가스 농도를 조절 및 유지할 수 있으며, 이산화염소 가능 농도 조절을 통해, 살균 또는 소독을 위한 공간 내 동물의 안전성을 확보할 수 있는 동시에, 효율적으로 룸 내부를 살균 또는 소독할 수 있는 우수한 효과가 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다 할 것이다.
100 : 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치, 110 : 본체,
111 : 전해질 주입구, 112 : 이산화염소 가스 배출구,
113 : 잉여 가스 배출구, 120 : 전도성막, 130 : 양극층, 140 : 음극층,
150 : 외부회로, 160 : 전해질, 200 : 공간 살균 시스템, 210 : 룸,
211 : 공기 정화기, 212 : 공기 유입조절 밸브, 213 : 공기 세정수단,
214 : 가스 배출수단, 215 : 가스 농도 측정 센서, 220 : 외부공기 유입부,
230 : 가스 이송수단, 240 : 제어부

Claims (15)

  1. 상부에 아염소산나트륨 염과 물로 구성된 아염소산나트륨이 주입되는 전해질 주입구와 이산화염소 가스 배출구가 구비되고, 하부에 잉여 가스 배출구가 구비된 본체;
    상기 본체의 내부에 구비되는 전도성막;
    상기 전도성막의 상부에 형성되는 적어도 하나 이상의 양극층;
    상기 전도성막의 하부에 형성되는 음극층; 및
    상기 양극층과 음극층을 연결하는 외부회로;를 포함하며,
    상기 양극층의 산화반응에 의해 상기 아염소산나트륨 염은 이산화염소 가스, 나트륨이온 및 전자로 전환되고, 물은 산소 가스, 수소이온 및 전자로 전환되며, 상기 이산화염소 가스와 산소 가스는 이산화염소 가스 배출구를 통해 외부로 배출되고, 나트륨이온과 수소이온은 전도성막을 통과하여 음극층으로 이동되며, 상기 음극층으로 이동된 나트륨이온과 수소이온은 음극층에 의한 환원반응에 의해 각각 수소 및 수산화나트륨으로 전환되어 잉여 가스 배출구를 통해 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전도성막은 나피온을 이용하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극층 및 음극층은 다공성 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 양극층 및 음극층은 전기화학적 촉매를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이산화염소 가스 발생을 위한 전기분해 장치.
  5. 룸;
    상기 룸에 외부 공기를 유입시키기 위한 외부공기 유입부;
    상기 룸의 살균 또는 소독을 위한 이산화염소 가스를 발생시키는 전기분해 장치;
    상기 외부공기 유입부 및 상기 전기분해 장치와 연결되어 유입된 외부공기와 이산화염소 가스를 혼합 및 희석하여 상기 룸으로 이동시키는 가스 이송수단; 및
    상기 룸 내부의 이산화염소 가스 농도를 조절하기 위한 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 공간 살균 시스템.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 전기분해 장치는 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항으로 이루어진 것을 특징으로 하는 공간 살균 시스템.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 가스 이송수단은 송풍기를 이용하는 것을 특징으로 하는 공간 살균 시스템.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 외부공기 유입부와 상기 가스 이송수단 사이에는 공기 정화기가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 공간 살균 시스템.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 공기 정화기와 상기 가스 이송수단 사이에는 유입되는 외부공기의 양을 조절하기 위한 공기 유입조절 밸브가 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 공간 살균 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 룸의 내부에는 내부공기를 외부로 배출하기 위한 배기수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 공간 살균 시스템.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 배기수단 및 상기 공기 유입조절 밸브사이에는 배출된 내부공기를 세정하기 위한 공기 세정수단이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 공간 살균 시스템.
  12. 제 5 항에 있어서,
    상기 룸의 내부에는 상기 가스 이송수단과 연결되는 가스 배출수단이 구비되는 것을 특징으로 하는 공간 살균 시스템.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가스 배출수단은 메니폴드를 이용하는 것을 특징으로 하는 공간 살균 시스템.
  14. 제 5 항에 있어서,
    상기 룸의 내부 또는 외부에는 상기 룸의 내부로 배출되는 이산화염소 가스의 농도를 측정하고 측정된 농도 데이터를 상기 제어부로 전달하기 위한 가스 농도 측정 센서가 구비되는 것을 특징으로 하는 공간 살균 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어부는 전달된 농도 데이터를 분석하고 상기 전기분해 장치의 전류값을 조절하여 발생되는 이산화염소 가스량을 조절하거나, 상기 가스 이송수단에 의해 이동되는 가스량을 조절하여 상기 룸 내부의 이산화염소 가스 농도를 조절하는 것을 특징으로 하는 공간 살균 시스템.
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KR20220139640A (ko) 2021-04-08 2022-10-17 (주)큐로솔 공기청정 살균가스 기화장치

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