KR100353637B1 - 살균성 오존수 제조방법및 이에 사용되는 장치 - Google Patents

살균성 오존수 제조방법및 이에 사용되는 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서 살균성을 지닌 오존수 제조방법이 제공된다.
이 방법은 원수와 오존가스의 혼합물을 일정압력하에서 일정시간동안 지속시킴과 동시에, 2개의 격실을 이용하여 교대로 연속적으로 오존수를 제조한다.
이 방법에 사용되는 오존수 제조장치 또한 제공된다.

Description

살균성 오존수 제조방법 및 이에 사용되는 장치{A process for producing ozone-containing sterilizing water and An apparatus used therefor}
본 발명은 살균성을 갖는 오존수(ozone-containing sterilizing water)의 제조방법 및 그 방법의 실시에 사용되는 장치에 관한 것이며, 보다 상세히는 식품이나 각종 기구등의 세정 및 살균소독에 사용되는 오존수의 연속제조방법 및 구조가 간단하면서도 고효율로 오존수를 연속 제조할 수 있는 오존수 제조장치에 관한 것이다.
오존(O3)은 강한 산화력을 가져 소독, 표백, 산화등의 목적에 사용되어 왔으며, 특히 오존가스를 물에 용해시킨 오존수는 세정, 살균 후 유독 잔류 성분이 없기 때문에 식품제조분야나 의료분야등 여러분야에서 널리 사용되고 있다.
오존수를 제조하는 종래의 방법으로는 원수용기 내부에 오존발생기를 연결하여 원수내부에 오존가스를 기포상으로 주입하여 오존수를 제조하는 기포형과, 원수를 벤츄리관(venturitube)에 통과시키면서 그 원수의 유속에 따라 발생된 압력차를 이용하여 오존가스를 원수 내부에 유입시키는 인젝터형을 들 수 있다.
그러나, 상기 기포형의 경우는 원수내에 주입된 오존가스 기포의 대부분이 원수에 용해되지 못하고 원수표면을 통해 대기로 방출되어 사람의 건강을 해치고 대기 오염의 원인을 제공할 뿐만 아니라 원수자체도 아주 소량의 오존만이 용해되어 있는 관계로 살균효능은 그다지 발휘하지 못하는 것이다.
한편, 인젝터형의 경우는 벤츄리관내를 통과하는 원수의 유속에 의한 압력차를 이용하여 오존가스를 원수내부에 유입시키기 때문에 원수내의 오존용해도는 다소 높일 수 있어 원수자체의 세정 및 살균은 가능할지 몰라도 원수가 살균력을 가질 정도로 오존용해도는 크지 않는 것이다.
다시 말해서 종래의 오존수 제조방법에 의하면 처리되는 원수내의 균을 제어하여 무균수화하는 것은 가능하나 처리된 오존수자체가 살균력을 유지하고 있는 살균수로 제조하는 것은 불가능한 것이다.
이에 상기와 같은 종래 방법의 문제점을 해결한 보다 효율적인 오존수 제조방법이 요구되는 것이다.
한편, 원수내의 오존가스 용해도를 증대시키기 위하여 압력을 증대시키는 방법이 있으며, 이같은 방법에 의하면 일정 용량의 가압탱크내에 원수와 오존가스를 공급하고 일정압력으로 가압하여 원수내의 오존가스 용해도를 증대시키는 방법도 시도되었다.
그러나, 이같은 방법을 사용하는 경우, 그 가압탱크의 용량만큼의 오존수 제조는 가능하나, 보다 많은 량을 제조하고자 하는 경우에는 오존수를 다시 제조하여야 하는 등 연속적 제조가 불가능하였으며, 이같은 문제점을 해소하기 위하여 가압탱크의 용량을 크게 하는 경우에는 장치의 대형화가 초래되고 투입되는 오존량 증대에 따른 대기 오염의 우려가 있을 뿐만 아니라 설치 비용도 증대하는 등 여러가지 문제점이 발생되는 것이다.
또한, 이같은 방법에 의해 제조된 오존수는 그 용량이 충분하다 하더라도 제조후 사용되기까지 시간경과에 따라 내부에 함유된 오존이 분해하거나 대기로 방출되어 오존수 자체의 효능이 현저하게 저하되는 문제점이 있는 것이다.
이에 오존수를 연속적으로 제조할 수 있는 장치가 요구되는 것이다.
본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결한 보다 효율적인 살균성 오존수 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 또다른 목적은 오존수의 연속제조방법을 제공하는데 있다.
나아가 본 발명의 다른 목적은, 소형의 간단한 구조를 가지면서도 연속적으로 오존수를 제조할 수 있는 보다 개량된 오존수 제조장치를 제공하는데 있다.
도 1은 일반가정용 수도물, 종래 방법에 의해 제조된 오존수와 본 발명의 방법에 의해 제조된 오존수의 살균효능을 보여주는 사진으로써,
(a)는 일반 가정용 수도물을 사용한 경우
(b)는 종래의 기포형 방식으로 제조된 오존수를 사용한 경우
(c),(d)는 각각 본 발명의 방법으로 제조된 오존수를 사용한 경우를 각각 나타낸다.
도 2는 본 발명에 의한 오존수 제조장치의 배열을 보여주는 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명에 의한 오존수 제조장치의 개략 사시도이다.
도 4는 본 발명에 의한 오존수 제조장치에 사용되는 인젝터(injector)의 개략 단면도이다.
도 5는 본 발명에 의한 오존수 제조장치에 사용되는 가압탱크의 개략 단면도이다.
도 6은 본 발명에 의한 오존수 제조장치에 사용되는 가압탱크의 변형구조를도시한 단면도이다.
* 도면의 주요 부위에 대한 부호의 설명 *
5 ..... 오존발생기 10 ..... 펌프
20 .... 가압 탱크 22 .... 피스톤 부재
22a ... 가이드봉 25 .... 인젝터
29 .... 원수유입관 70 .... 제어부
7a, 29a, 38a, 40a, 52a, 54a ... 자동개폐밸브
본 발명의 제1 측면에 의하면,
오존 발생기로 부터 오존가스를 발생시키는 단계;
원수를 인젝터내부를 통해 공급하면서, 그 유속에 의한 압력강하를 이용하여 상기 발생된 오존가스를 상기 인젝터 내부로 유입시켜 상기 원수와 오존가스가 혼합된 기포상 혼합물을 형성하는 단계; 및
상기 형성된 기포상 혼합물을 왕복가능한 격벽에 의해 구분된 2개의 격실을 갖는 가압탱크의 그 2개의 격실중 어느 하나로 공급하고, 그 공급되는 기포상 혼합물의 그 격실내에서의 압력이 일정수준에 도달하면 그 압력에서 일정시간동안 지속시켜 오존수를 형성한 다음 외부로 배출하고,
동시에 상기 2개의 격실중 다른 하나의 격실에 상기 인젝터로 부터 나오는 기포상 혼합물을 절환공급하고 이에 따라 상기 격벽이 이동하고, 그 격실내에서의 압력이 일정수준에 도달하면 그 압력에서 일정시간 지속시켜 오존수를 형성한 다음 다시 외부로 배출하며,
이같은 과정을 반복수행함으로써 2개의 격실내에서 오존수가 연속적으로 제조되는 오존수 제조 및 배출단계; 를
포함하는 오존수 제조방법이 제공된다.
한편, 본 발명의 제2 측면에 의하면,
오존가스(O3)를 원수(H2O)에 가압 용해시켜 오존수를 제조하는 장치에 있어서,
오존발생기로부터 공급되는 오존가스와 원수를 혼합하여 가압공급하는 펌프를 갖추고, 그 펌프로 부터 공급된 오존가스와 원수의 혼합물을 번갈아서 내부에 받는 2개의 격실을 갖는 가압탱크를 갖추어, 상기 2개의 격실내에서 번갈아 오존가스와 원수의 혼합물을 가압하여 오존을 연속제조하는 오존수 제조장치가 제공된다.
상기와 같은 본 발명의 방법 및 장치에 의하면 원수와 오존을 연속적으로 공급하면서 그 자체가 살균성을 지닌 오존수를 용이하게 제조할 수 있다.
오존은 통상의 오존발생기를 사용하여 발생시킬 수 있으며, 이같이 발생된 오존가스는 인젝터에 고속으로 유입되는 원수의 유속에 의한 압력강하에 따라 인젝터 내부에 원활하게 유입되어 원수와 혼합되게 된다.
이때 기체상태로 유입되는 오존은 대기하에서 물에 대한 용해도가 그리 크지 않기 때문에(예컨데 0℃ 1기압하에서 물 1부피당 약 0.5부피) 유입되는 오존가스중 일부는 원수내에 용해되나 나머지는 기포상태로 원수내에 존재하게 된다.
이같이 원수와 오존가스로 이루어진 기포상태의 혼합물은 가압하에 가압펌프와 같은 오존수 생성 용기로 송부되게 되어 그 내부공간내에서 일정압력하에 일정시간 유지된다.
이같이 오존수의 사용용도에 따라 적절히 설정된 압력 및 시간 하에서 원수내에 부유하고 있던 오존기포는 원수내에 최대한 용해되어 들어가고, 이에 따라 원수는 원래 원수내에 함유되어 있던 균이 살균됨은 물론 원수자체가 살균력을 갖는 살균수로 변화되게 되는 것이다.
이와같이 본 발명의 방법에 의해 제조된 오존수는 그 살균성이 종래방법에 의해 제조된 오존수보다 월등히 개선될 수 있으나, 처리 원수내에 용해된 오존은시간의 경과에 따라 분해되거나 대기내로 방출되게 되어 그 효능은 저하되게 된다.
본 발명자의 시험결과에 의하면 본 발명의 방법에 따라 제조된 오존수는 상온, 대기압하에서 제조후 20분이 경과하게 되면 그 살균성이 점차적으로 저하되기 시작하는 것으로 나타났다. 따라서, 오존수는 연속적으로 제조하는 것이 바람직한 것이다.
본 발명의 방법에서는 이같은 연속 제조를 위하여 2개의 격실을 갖는 가압탱크를 사용하여 그 2개의 격실을 번갈아 이용하여 원수와 오존가스의 혼합물을 주입, 가압, 유지 및 배출한다.
이에 대하여 상세히 설명하면, 인젝터내에서 형성된 원수와 오존가스의 기포상 혼합물을 왕복가능한 격벽에 의해 구분된 2개의 격실을 갖는 가압탱크의 그 2개의 격실중 하나에 공급하고,
그 공급되는 기포상 혼합물의 유입으로 인하여 그 격실내의 압력이 증대하다가 용도에 따라 정해지는 일정수준의 압력에 도달하게 되면 그 압력에서 일정시간 유지하여 원수내에 오존가스가 최대한 용해되도록 하여 오존수를 제조하고, 그 제조된 오존수를 외부로 배출함과 동시에 상기 2개의 격실중 다른 하나의 격실로 상기 인젝터로 부터 형성된 원수와 오존가스의 기포상 혼합물을 공급하게 되면 그 격실내의 압력이 증대함과 동시에 2개의 격실을 구분지우는 격벽이 상기 오존수가 배출되는 격실방향으로 이동하게 되고, 그 후 상기와 같은 일정수준의 압력에 도달하게 되면 앞서와 마찬가지로 그 압력에서 일정시간 유지하여 원수내에 오존가스가 최대한 용해되도록 하여 오존수를 제조하고 이를 외부로 배출하게 되며, 이같은 과정을 반복수행함에 따라 2개의 격실에서는 교대로 일정간격을 두고 오존수를 연속 제조하게 되는 것이다.
본 발명의 방법에 있어서, 상기 2개의 격실내에서의 원수와 오존가스의 혼합물에 가해지는 일정수준의 압력과 그 압력에 도달한 후의 유지시간은 얻고자 하는 오존수내의 오존농도에 따라 달리할 수 있으나, 일반적으로 15-40㎏/㎠ 의 압력하에 30초~5분간 유지시키는 것이 좋으며, 바람직하게는 20-30㎏/㎠ 의 압력에서 30초~1분간 유지하는 것이 좋다.
압력을 15㎏/㎠ 미만으로 하는 경우 오존가스의 원수에 대한 용해도를 원하는 만큼 얻기 어려우며, 반면 압력을 40㎏/㎠ 보다 높게 하는 경우 그같은 압력을 유지하는 것도 어렵지만 더이상 압력을 증대시키더라도 용해도는 그 이상 증대되지 않는 것으로 나타났다.
한편, 압력유지시간을 30초 미만으로 하는 경우 충분한 용해도를 얻기 어려우며, 5분을 초과하는 경우 오존수 제조시간이 길어질 뿐만 아니라 오존수내의 오존농도는 오히려 저하되는 것으로 나타났다.
이는 압력유지시간을 지나치게 길게하면 이미 원수에 용해되어 들어간 오존가스의 일부가 분해되거나 다시 대기층으로 방출되기 때문인 것으로 생각된다.
상기와 같이 본 발명의 방법에 따라 원수와 오존가스의 기포상 혼합물을 일정압력하에서 일정시간 유지하게 되면 기포상태의 오존가스가 원수내로 최대한 용해되어 들어가 원수는 살균력을 지닌 오존수로 변환되게 되며, 이같은 살균성 오존수는 식품제조분야나 의료분야등 비교적 높은 살균성을 요하는 분야에서부터 세안수등 비교적 낮은 살균성을 요하는 분야에 까지 다양하게 이용될 수 있을 뿐만 아니라 콩나물 재배등 식물성장에도 이용될 수 있는 것이다.
예를들어 식품분야나 의료분야등 높은 살균성을 필요로 하는 경우 오존수내의 오존농도는 0.4~0.5ppm 범위면 좋으며 얼굴세척용 세안수 혹은 오존의 분해시 발생되는 산소를 이용하여 식물성장을 추진시키는데 오존수를 사용하는 경우 오존수내의 오존농도는 0.2~0.3ppm 정도면 좋다.
이하, 본 발명에 의한 오존수 제조장치를 첨부도면에 의거 설명한다.
본 발명에 따른 오존수 제조장치는 소형의 간단한 구조를 갖추면서도, 연속적으로 오존수의 제조가 가능하여 사용상의 편리함을 크게 증대시킨 것으로, 도 2및 도 3에 도시된 바와 같이, 오존 발생기(OZONIZER)(5)로 부터 공급되는 오존가스와, 원수를 혼합하여 가압공급하는 펌프(10)를 갖추고 있다.
그리고, 상기 펌프(10)로 부터 공급된 오존가스와 원수의 혼합된 것을 번갈아서 내부에 받는 복수의 격실(15a)(15b)을 갖춘 가압탱크(20)을 갖추며, 상기 복수의 격실(15a)(15b)내에서 번갈아서 오존가스와 원수 혼합물을 가압하여 오존수를 연속제조하게 된다.
상기 오존 발생기(5)는 전원을 공급하여 오존가스(O3)를 연속적으로 발생시키는 고전압 방전방식을 사용할 수 있으며, 이와 같은 오존 발생기(5)는 통상적인 완제품을 이용할 수 있다. 그 예로서는 대한민국 소재의 동우기연(주)에서 모델명 OZ-2 A220-40으로 판매되는 제품이 사용가능하며, 이는 전원 AC 220V, 60Hz, 출력전압 5K, 오존 발생량 40mg/hr등의 사양을 갖는 통상의 것이다.
따라서, 이와 같은 오존 발생기(또는,오존 발생 시스템)(5)에서 오존가스(O3)가 연속적으로 발생되고, 이는 일측으로 밸브(29a)와 유입관(29)을 통하여 원수(H2O)가 유입되는 인젝터(Injector)(25)에 배관(7)과 자동개폐밸브(7a)를 통하여 연결되며, 상기 인젝터(25)는 도 4에 도시된 바와 같은 내부구조를 갖는다. 상기 인젝터(25)는 중공 보디(27)의 일측으로 원수 유입관(29)이 형성되고, 상기원수 유입관(29)의 선단은 상기 보디(27)의 일측으로 나사결합연결되고, 상기 보디(27)의 타측으로는 깔대기형의 연결관(27a)이 압입방식으로 끼워지며,상기 원수 유입관(29)의 선단(29a)에 인접하여 상기 보디(27)의 측방으로는 오존 유입구(31)가 형성된다. 또한, 상기 인젝터(25)는 원수 유입관(29)의 반대측 연결관(27a)이 이후에 설명될 펌프 유입관(12)에 연결되며, 상기 보디(27)의 내측에는 상기 원수 유입관(29)에 연이어 형성된 원통형 격벽(27b)이 위치되어 상기 원수 유입관(29)을 통해서 유입되는 원수의 흐름이 직접적으로 상기 오존 유입구(31)에 미치지 않도록 형성되어 상기 오존 유입구(31)를 통한 오존기체의 유입이 원활하게 이루어지도록 구성되는 것이다.
한편, 이러한 인젝터(25)는 펌프 유입관(12)측으로 부터 흡입압력이 발생하고, 원수 유입관(29)측으로 부터의 원수 유입압력에 의해서 상기 보디(27)의 내측 원수 유입관 선단(29a)에서는 고속으로 원수가 흐르게 되고, 이는 원수가 보디(27)의 내측을 통과하는 동안 그 흐름속도로 인하여 압력을 강하시키고, 그에 따라서 오존 유입구(31)를 통하여 오존 발생기(5)의 오존이 인젝터(25)의 내부로 더욱 원활하게 유입되도록 하는 것이다.
따라서, 펌프(10)는 펌프 유입관(12)을 통하여 인젝터(25)로 부터 오존 가스와 원수의 기포 혼탁물을 흡입할 수 있게 되고, 이를 고압으로, 대략 15 내지40Kg/cm2의 압력으로 상승시켜 가압탱크(20)로 공급하게 된다.
한편, 상기 가압펌프(10)는 일반적인 구조의 것으로서, 그 토출헤더(36)에는 복수개의 토출구(36a)(36b)가 형성되고, 다른 하나는 바이패스용의 배수구(36c)를 이룬다. 그리고, 가압펌프(10)와 가압탱크(20)은 복수의 배관(38)(40)과 자동 개폐밸브(38a)(40a)들을 통하여 연결되며, 일측 배관(38)은 가압탱크(20)의 상부측 제 1격실(15a)(도 1참조)에 나머지 배관(40)은 가압탱크(20)의 하부측 제 2격실(15b)에 유체를 연통시키도록 연결된다.
그리고, 배수구(36c)는 상기 배관(38)(40)과 토출헤더(36)에 유체 연통되어 압력이 미치는 것으로서, 상기 바이패스용 배수구(36c)에는 배수관(43)이 안전밸브(43a)와 자동개폐밸브(43b)를 통하여 연결되며, 상기 안전 밸브(43a)는 15 내지 40Kg/cm2의 압력에서 세팅가능한 것으로, 이후에 설명될 가압탱크(20)내의 가압압력에 따라서 조정되어 그 설정압력을 초과하게 되면 개방되고, 배수관(43)을 통하여 토출헤더(36)내의 오존가스와 원수의 기체 혼탁물을 외부로 배출시키는 것이다.
그리고, 상기 가압탱크(20)은 도 5에 도시된 바와 같이 중공형의 실린더(20a)를 갖는 것이고, 상기 실린더(20a)의 내에서 밀봉가능한 상태로 이동되는 피스톤 부재(22)를 갖추며, 상기 피스톤 부재(22)의 일측으로는 가이드봉(22a)이 연결되어 상기 실린더(20a)의 상부측으로 관통하여 밀봉가능하게 연장되어 있다.
상기 가압탱크(20)은 그 내측에서 이동가능한 피스톤 부재(22)에 의해서 일측의 제 1격실(15a)과 그 반대측의 제 2격실(15b)로 구획되며, 각각의 격실(15a)(15b)에는 오존가스와 원수의 기포 혼탁유체가 유입되는 유입구(23a)(24a)와, 오존수로 가압처리된 오존수의 배출구(23b)(24b)가 각각 형성되며, 이들 유입구(23a)(24a)와 배출구(23b)(24b)들은 각각 실린더(20a)의 상하 가장자리측에 형성되어 있다. 상기 유입구(23a)(24a)와 배출구(23b)(24b)들은 실린더(20a)의 상하 가장자리측에 형성되어 있음으로써, 이들 격실(15a)(15b)내에 유체를 충진시키거나 완전 배출시키는데 보다 유익할 수 있다.
한편, 상기 피스톤 부재(22)의 외주면에는 다수개의 밀봉링(22b)들이 장착되어 실린더(20a)의 내주면에 밀봉접촉됨으로써 제 1및 제 2격실(15a)(15b)을 밀봉상태로 서로 격리시키고, 그중 어느 일측이 가압되면, 그 유체압력이 다른 한쪽으로 누설되지 않도록 구성되어 있다. 또한, 상기 피스톤 부재(22)에 연결된 가이드봉(22a)이 끼워지는 실린더(20a)의 구멍에도 각각 다수개의 밀봉링(20b)들이 장착되어 가이드봉(22a)이 상하로 이동중에 격실(15a)(15b)내의 유체압이 외부로 유출되지 않도록 구성되는 것이다.
상기에서 가이드봉(22a)은 실린더(20a)내의 피스톤부재(22)가 정확하게 정위치에서 안내되도록 하는 기능을 하며, 동시에 상기 가이드봉(22a)의 일측에 눈금(미도시)을 각인하여 피스톤 부재(22)의 현재 위치를 외부에서 용이하게 인식할 수도 있는 것이다. 즉 가이드봉(22a)이 외부로 길게 인출되면, 현재 가이드봉(22a)의 반대측 제 2격실(15b)이 가압중을 의미하며, 가이드봉(22a)이 외부로 짧게 인출되면 가이드봉(22a)에 인접한 제 1격실(15a)이 현재 가압중이라는 것을 알 수 있는 것이다.
또한, 상기 배출구(23b)(24b)에 연결되어지는 배출관(52)(54)들은 자동개폐밸브(52a)(54a)들을 갖는 것으로서, 이는 상기 밸브(38a)(40a)(52a)(54a)들을 정해진 프로그램에 따라서 자동개폐하여 상기 가압탱크(20)의 격실(15a)(15b)에 번갈아서 오존가스와 원수를 공급하고, 생산된 오존수를 연속제조하여 배출하도록 자동조절되는 제어부(70)에 전기적으로 각각 연결되는 것이다.
상기 제어부(70)는 PLC(Progarammable Logic Controller) 또는 소형 컴퓨터들로 이루어짐으로써 이미 사전에 설정된 프로그램에 따라서, 일련의 오존수 연속제조공정을 실현하게 되는 것이다. 이를 위하여 상기 제어부(70)는 오존 발생기(5)와 가압펌프(10)들에 전기적으로 연결되어 이들을 자동으로 온-오프시키고, 인젝터(25)로 향한 원수 유입관(29)의 자동개폐밸브(29a), 오존 유입관(7)의 자동개폐밸브(7a), 펌프(10)와 가압탱크(20)사이 배관(38)(40)의 자동개폐밸브(38a)(40a), 가압탱크 배출관(52)(54)들의 자동개폐밸브(52a)(54a)들에 전기적으로 연결되어 이들을 원격으로 자동개폐시키도록 구성되어 있다.
미설명부호(80)는 사용자가 개폐가능한 수동밸브이다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 오존수 연속제조장치(1)는 연속으로 오존수를 제조하여 공급하게 된다. 먼저, 오존 발생기(5)를 통하여 오존이 인젝터(25)로 연속 공급되고, 일측으로 부터 원수가 공급되어 인젝터(25)내에서는 오존및 원수의 기포 혼탁물이 생성되며, 이는 펌프(10)의 작동으로 복수의 배관(38)(40)을 통하여 가압탱크(20)측으로 공급된다. 그러나, 이러한 과정에서 제어부(70)는 사전에 설정된 프로그램에 따라서, 일측 배관(40)의 밸브(40a)를 닫고, 타측 배관(38)의 밸브(38a)를 열며, 가압탱크(20) 배출관(52)측의 밸브(52a)는 닫고, 배출관(54)의 밸브(54a)는 열게되며, 그에 따라서, 상기 열려진 밸브(38a)를 갖는 배관(38)을 통하여 일측의 제 1격실(15a)내로 오존가스와 원수의 기포 혼탁유체가 유입되며, 제 2격실(15b)로는 아무런 유체도 유입되지 않는다.
그러면, 상기 제 1격실(15a)이 가압되어 피스톤 부재(22)는 하강되고, 실린더(20a)의 최하단까지 하강된 상태에서는 상기 가압탱크(20)의 내부가 승압되기 시작하며, 압력은 대략 15 내지 40Kg/cm2의 설정압력으로 가압된다. 이러한 경우, 상기 펌프(10)의 토출압력은 설정압력보다 높을 수 있으며, 이러한 경우 상기 제 1격실(15a)측의 압력이 설정압력보다 높게 상승되면, 이는 바이패스 배수관(43)에 장착된 안전 밸브(43a)가 열리면서 과도하게 상승된 압력의 오존가스와 원수의 기체 혼탁유체가 외부로 빠져나간다. 따라서, 상기 제 1격실(15a)내에는 설정된 압력이 유지되고, 이러한 상태는 일정시간 지속상태를 거치게 된다. 여기에서 설정압력으로 지속시키는 시간은 살균수의 살균능력에 대응하여 다르게 조정될 수 있으며, 대략적으로는 15초 내지 5분의 짧은 시간일 수 있다.
한편, 제 1격실(15a)내의 과도한 압력으로 바이패스되어 외부로 배출된 오존가스와 원수의 기포 혼탁물은 그중의 오존이 별도의 화학처리기(미도시)를 통하여 처리되어 주변환경에 무해하도록 된다. 이와 같은 오존가스의 화학처리기는 종래에 제시된 기술을 사용하면 되기 때문에, 여기에서 보다 상세한 설명은 생략한다.
상기와 같이 제 1격실(15a)에서 대략 30초 내지 3분의 시간동안 15 내지 40Kg/cm2의 설정압력을 유지시켜 오존수를 제조한 상태에서는 상기 제어부(70)가 밸브(38a)(40a)(52a)(54a)들의 온-오프상태를 변경시켜 제 1격실(15a)내의 오존살균수는 배출시키고, 제 2격실(15b)에 오존가스와 원수의 기포 혼탁유체를 채우게 된다. 이를 위하여, 밸브(38a)와 밸브(54a)는 자동으로 닫고, 밸브(40a)와밸브(52a)를 자동으로 열면, 배관(40)을 통하여 제 2격실(15b)로 오존가스와 원수의 기포 혼탁유체가 유입되어 차오르고, 배출관(52)을 통하여 제 1격실(15a)의 오존살균수가 외부로 배출된다.
제 2격실(15b)로 오존가스와 원수의 기포 혼탁유체가 유입되고, 제 1격실(15a)로 부터 오존수가 배출됨으로써 피스톤 부재(22)는 상승되고, 제 2격실(15b)이 설정압력에 도달되면, 사전의 설정시간동안 그 압력으로 유지시킴으로써 제 2격실(15b)에서도 오존수가 생성되는 것이다. 이러한 과정은 반복적으로 이루어지며, 이러한 과정을 통하여 제 1격실(15a)의 오존살균수가 소모되는 동안 제 2격실(15b)을 통하여 오존수가 생성되고, 제 2격실(15b)의 오존살균수가 소모되는 동안 제 1격실(15a)을 통하여 오존수가 재차 생성되는 것이다.
그리고, 이와 같은 과정에서 오존수 생성에 필요한 설정압력은 제 1격실(15a)과 제 2격실(15b)의 압력평형이 이루어지면 언제라도 가능한 것이기 때문에 연속적인 오존수의 제조가 가능한 것이다.
한편, 상기에서는 내측에서 이동가능한 피스톤 부재(22)에 의해서 일측의 제 1격실(15a)과 그 반대측의 제 2격실(15b)로 구획되어지는 가압탱크(20)에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 구조대신에 도 6에 도시된 바와 같은 보다 소형의 간단한 구조를 가질 수 있다. 이는 중공형의 가압탱크(20')를 구성하되, 그 내측중간에 피스톤 부재(22)대신에 실리콘 재료의 가요성 탄성격막(flexible resilient diaphragm)(22')을 장착하여 제 1격실(15a')과 제 2격실(15b')을 구획할 수 있다. 이는 상기의 피스톤 부재(22)와 동일 기능을 하며, 일측 제 1격실(15a')이 가압되고, 타측 제 2격실(15b')이 배출상태로 되면, 상기 가요성 탄성격막(22')은 제 1격실측(15a')에서 제 2격실(15b')측으로 밀리면서 팽창하여 제 1격실(15a') 내부를 원하는 압력으로 일정시간동안 가압할 수 있고, 상기와는 반대로 제 2격실(15b')이 가압되고, 제 1격실(15a')이 배출상태로 되면 상기 가요성 탄성격막(22')은 제 2격실(15b')측에서 제 1격실(15a')측으로 밀리면서 팽창하여 제 2격실(15b') 내부를 원하는 압력으로 일정시간동안 가압할 수 있다. 이와 같은 경우 제 1격실(15a')과 제 2격실(15b')사이에서 오존수의 섞임은 가요성 탄성격막(22')에 의해서 발생되지 않으며, 각각의 격실(15a')(15b')은 서로 완전하게 분리구획되어 본발명에서 원하는 오존수의 연속제조가 이루어지는 것이다.
상기 다이어프램(22')은 상기 가압탱크(20')를 수평으로 2분할하고 플랜지(20a')를 형성하며, 상기 플랜지(20a')사이에 삽입하여 다수의 볼트(B)들로서 이들을 결합시키고, 가압탱크(20')와 다이어프램(22')이 접촉 연결되어지는 부분을 밀봉하여 제작된다. 특히 이와 같은 구조는 소형의 장치구조를 필요로 하는 가정용에 적합하고, 피스톤 부재(22)를 갖는 가압탱크(20)보다 제작비용이 저렴해질 수 있다.
그리고, 본 발명은 상기 가압탱크(20)측으로 부터의 배출관(52)(54)측에 밸브(52a)(54a)만을 장착한 구성으로 하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 상기 배출관(52)(54)에 적정압력으로 오존살균수의 배출을 이루기 위한 감압변(미도시)들이 장착될 수 있다. 이와 같은 사용상의 구조변경은 당업자들에 의해서는 자명한 사항이기 때문에 본 발명에서는 특별히 언급하지 않지만 이들의 변형구조와 개선사항은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것이다.
또한, 본 발명은 상기에서 설명한 오존 발생기(5), 펌프(10)및 가압탱크(20)의 특정구조만으로 한정되는 것이 아니다. 이와 동등한 기능을 갖되 변형된 구조의 균등품들도 모두 본 발명에서 적용가능할 것임은 물론인 것이다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.
실시예 1 :오존수내의 오존 농도 측정
본 발명의 방법과 종래의 기포형 및 벤츄리형 방법에 의해 제조된 오존수내에 함유된 오존 농도 및 대기중에 방출되는 오존가스량을 측정하였다.
본 실시예에서는 본 발명의 방법을 실시할 장치로서 도 2에 도시된 장치를 사용하였으며, 오존발생기는 대한민국 소재의 동우기연(주)에서 모델명 OZ-2 A220-40 으로 판매되는 것으로서 전원 AC 220V, 60Hz, 출력전압 5K 의 것을 사용하였다.
실험은 본 발명에 의한 장치, 종래의 기포형 기기 및 벤츄리형 기기를 각각 가동한 상태에서 시간대별로 오존수내의 용존오존과 대기중으로 방출되는 오존가스의 량을 측정하였다.
실험방법은, 본 발명의 방법에 의한 경우는 장치가동후 시간대별로 1.5ℓ 용량생성수의 용존오존농도와 대기중으로 방출되는 오존가스의 정도를 측정하였으며,
기포형 장치의 경우 가로형용기(5ℓ용량)와 세로형 용기(5ℓ용량)에 기포발생기를 인입시킨 후 시간대별로 용존 오존농도 및 오존수로부터 대기중에 방출되는 오존가스의 량을 측정하였으며,
벤츄리형의 경우 장치가동후 시간대별로 8ℓ용량생성수의 용존오존과 대기로 방출되는 오존가스의 량을 측정하였다.
상기 실험에서 오존가스 투입량은 200ppm/hr 였다.
본 실시예에서 용존오존의 량은 미국 ATI 사의 Dissolved Ozone Monitor(모델명 A15/64) 용존오존가스 측정기를 사용하여 측정하였으며, 대기중으로 방출되는 오존가스의 량은 미국 ATI 사의 오존가스측정기(Porta Sence Ⅱ, 모델명 C16)를 사용하여 측정하였다.
각 실험장치별 측정결과를 하기표 1, 2 및 3에 나타내었다.
본 발명의 방법 및 장치
용량 1.5ℓ, 단위(ppm)
유지시간압력 15초 30초 1분 3분 5분 10분 20분 30분 오존수의 오존가스냄새 유무 오존수로 부터 대기중으로 배출되는 오존가스의량 (용량:1.5ℓ)
15kg/㎠ 0.31 0.41 0.43 0.49 0.53 0.47 0.27 0.25 없음 0.6ppm(7회 평균)
20kg/㎠ 0.43 0.52 0.57 0.47 0.41 0.37 0.32 0.28 없음 0.5ppm(7회 평균)
30kg/㎠ 0.39 0.45 0.44 0.42 0.39 0.34 0.28 0.25 없음 0.7ppm(7회 평균)
40kg/㎠ 0.41 0.48 0.46 0.38 0.32 0.29 0.27 0.24 없음 0.6ppm(7회 평균)
기포형 방식
용량 5ℓ, 8ℓ, 단위(ppm)
시간용기종류 15초 30초 1분 3분 5분 10분 20분 30분 오존수의 오존가스냄새 유무 오존수로부터 대기중으로 배출되는 온가스의 량 (용량 : 1.5ℓ)
가로형용기(5ℓ) 0.11 0.11 0.09 0.11 0.26 0.25 0.25 0.23 있음 150ppm 이상
세로형용기(8ℓ) 0.13 0.15 0.19 0.22 0.26 0.28 0.29 0.25 있음 150ppm 이상
벤츄리방식
시간횟수 15초 30초 1분 3분 5분 10분 20분 30분 오존수의 오존가스 냄새 유무 오존수로부터 대기중으로 방출되는 오존가스의 량(용량 1.5ℓ)
1 0.15 0.21 0.31 0.29 0.31 0.32 0.31 0.31 있음 28.5ppm(7회 평균)
2 0.12 0.15 0.24 0.29 0.31 0.30 0.31 0.30 있음 25.7ppm(7회 평균)
상기 표 1에 나타난 바와같이 본 발명의 방법 및 장치에 의하면, 제조된 오존수내의 오존농도가 높을 뿐만 아니라 오존수내에 함유된 오존가스가 외부로 배출됨이 거의 없으며(1.5ℓ용량에서 0.5~0.7ppm), 이에 따라 냄새도 거의 없었다는 것을 알 수 있다.
반면 표 2 및 3에서 나타난 바와같이 종래의 방법에 의하면 제조된 오존수내에 함유된 오존 농도가 낮을 뿐만 아니라, 대기중으로 다량 배출됨을 알 수 있으며 이에 따라 오존가스냄새도 나는 것이다.
특히 기포형 방식의 경우 대기중에 방출되는 오존가스량은 150ppm 이상으로서 인체에도 상당히 유해한 것이다.
실시예 2 :오존수의 살균 효과 대비
오존수의 살균효과를 실험하기 위하여, 본 발명의 방법에 의해 생성된 오존수(20kg/㎠ 에서 1분간 대기) 및, 기포형 방식으로 생성된 오존수(가로형 용기, 5분) 및 서울특별시의 가정용 수도물 각각 1ℓ에 대장균(E-coli) 1㎖를 각각 10회에 걸쳐 접종하였다.
접종된 세균 1㎖ 내에는 1 x 105의 세균이 포함되어 있었다.
상기 접종된 시료를 각각 1㎖씩 추출하여 세균특성에 맞는 배지 플리스크에서 48시간 배양하였다.
48시간 경과후 각 배지내에서의 세균의 증식정도를 관찰하였으며 그 결과사진을 도 1(a)(b)(c) 및 (d)에 나타내었다.
측정결과 수도물(도 1(a))의 경우 4.2x106개, 기포형 방식의 경우 4.8x 106개의 균이 발견되었는데 비하여, 본 발명의 방법에 의한 오존수의 경우 세균이 전혀 발견되지 않아 완전히 사멸된 것을 알 수 있었다.
상기한 바와같이 본 발명의 방법 및 장치에 의하면 간단한 방법으로 그 자체 살균력이 있는 오존수를 연속적으로 제조할 수 있어, 살균, 세정등 여러분야에 사용할 수 있는 것이다.

Claims (9)

  1. 오존가스발생기로 부터 오존가스를 발생시키는 단계;
    원수를 인젝터 내부를 통해 공급하면서 그 유속에 의한 압력강하를 이용하여 상기 발생된 오존가스를 상기 인젝터 내부로 유입시켜 상기 원수와 오존가스가 혼합된 기포상 혼합물을 형성하는 단계; 및
    상기 형성된 기포상 혼합물을 왕복가능한 격벽에 의해 구분된 2개의 격실을 갖는 가압탱크의 그 2개의 격실중 어느 하나로 공급하고, 그 공급되는 기포상 혼합물의 그 격실내에서의 압력이 일정수준에 도달하면 그 압력에서 일정시간 동안 지속시켜 오존수를 형성한 다음 배출하고,
    동시에 상기 2개의 격실중 다른 하나의 격실에 상기 인젝터로 부터 나오는 기포상 혼합물을 절환 공급하고 이에 따라 상기 격벽이 이동하고, 그 격실내에서의 압력이 일정수준에 도달하면 그 압력에서 일정시간 지속시켜 오존수를 형성한 다음 다시 외부로 배출하며,
    이같은 과정을 반복수행함으로써 2개의 격실내에서 오존수가 연속적으로 제조되는 오존수 제조 및 배출단계; 를
    포함하는 오존수 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 기포상 혼합물은 격실내에서 15~40kg/㎠ 압력하에 15초~5분간 유지됨을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 기포상 혼합물은 격실내에서 20~30kg/㎠㎠력하에 30초~1분간 유지됨을 특징으로 하는 방법.
  4. 오존가스(O3)를 원수(H2O)에 가압 용해시켜 오존수를 제조하는 장치에 있어서,
    오존 발생기(5)로부터 공급되는 오존가스와, 원수를 혼합하여 가압공급하는 펌프(10)를 갖추고, 상기 펌프(10)로 부터 공급된 오존가스와 원수의 혼합된 것을 번갈아서 내부에 받는 복수의 격실(15a)(15b)을 갖춘 가압탱크(20)을 갖추어, 상기 복수의 격실(15a)(15b) 내에서 번갈아서 오존가스와 원수 혼합물을 가압하여 오존수를 연속제조함을 특징으로 하는 오존수 제조장치.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 가압탱크(20)는 중공형의 실린더(20a)를 갖는 것이고, 상기 실린더(20a)의 내에서 밀봉가능한 상태로 이동되는 피스톤부재(22)를 갖추며, 상기 피스톤 부재(22)의 일측으로는 가이드봉(22a)이 연결되어 상기 실린더(20a)의 일측으로 관통하여 밀봉가능하게 연장되고, 상기 가압탱크(20)는 그 내측에서 이동가능한 피스톤 부재(22)에 의해서 일측의 제1 격실(15a)과 그 반대측의 제 2 격실(15b)로 구획되어짐을 특징으로 하는 오존수 제조장치.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 피스톤 부재(22)의 외주면에는 다수개의 밀봉링(22b)들이 장착되어 제1 및 제2 격실(15a)(15b)을 밀봉상태로 서로 격리시켜 그중 어느 일측이 가압되면, 그 유체압력이 다른 한쪽으로 누설되지 않도록 구성되며, 상기 피스톤부재(22)에 연결된 가이드봉(22a)이 끼워지는 실린더(20a)의 구멍에도 각각 다수개의 밀봉링(20b)들이 장착되어 가이드봉(22a)이 상하로 이동중에 격실(15a)내의 유체압이 외부로 유출되지 않도록 구성되어짐을 특징으로 하는 오존수 제조장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 가이드봉(22a)은 실린더(20a)내의 피스톤부재(22)가 정확하게 정위치에서 안내되도록 하며, 동시에 상기 가이드봉(22a)의 일측에 눈금(미도시)을 각인하여 피스톤 부재(22)의 현재 위치를 외부에서 용이하게 인식할 수도 있도록 구성됨을 특징으로 하는 오존수 제조장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 각각의 격실(15a)(15b)에는 오존가스와 원수의 기포혼탁유체가 유입되는 유입구(23a)(24a)와, 오존수로 가압처리된 오존수의 배출구(23b)(24b)가 각각 형성되며, 이들 유입구(23a)(24a)와 배출구(23b)(24b)들은 각각 실린더(20a)의 상하 가장자리측에 형성됨을 특징으로 하는 오존수 제조장치.
  9. 제4항에 있어서, 상기 중공형의 가압탱크는, 그 내측 중간에 가요성 탄성격막(flexible resilient diaphragm)(22')을 장착하여 제 1격실(15a')과 제 2격실(15b')을 구획하고, 일측 제 1격실(15a')이 가압되고, 타측 제 2격실(15b')이 배출상태로 되면, 상기 가요성 탄성격막(22')은 제 1격실측(15a')에서 제 2격실(15b')측으로 밀리면서 팽창하여 제 1격실(15a') 내부를 원하는 압력으로 일정시간동안 가압하고, 제 2격실(15b')이 가압되고, 제 1격실(15a')이 배출상태로 되면 상기 가요성 탄성격막(22')은 제 2격실(15b')측에서 제 1격실(15a')측으로 밀리면서 팽창하여 제 2격실(15b') 내부를 원하는 압력으로 일정시간동안 가압하도록 구성됨을 특징으로 하는 오존수 제조장치.
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