KR100567182B1

KR100567182B1 - 용액에 산화제를 생성하기 위한 고 효율 무전해셀

Info

Publication number: KR100567182B1
Application number: KR20037010211A
Authority: KR
Inventors: 마리오 엘멘 트렘블레이; 크레이그 메릴라트 라스무센; 찰스 앤드류 홍; 도날드 스티븐 브레틀; 이오니스 콜리아스 디미트리스; 도노반 미첼 마이클
Original assignee: 더 프록터 앤드 갬블 캄파니
Priority date: 2001-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2006-04-03
Also published as: KR20030081418A; CA2434646A1; MXPA03007207A; EP2277833A2; JP4261189B2; JP2004525259A; WO2002066382A1; EP2277833A3; CA2434646C; EP1368276A1; CN1243667C; WO2002066382A8; CN1491189A; BR0207222A

Abstract

공급 수용액을 전해하고 할로겐화염을 항균제가 혼합된 산화제로 화학변화하기 위해, 애노드와 캐소드 사이에 전류를 흘리면서, 일부 형상의 할로겐화염을 함유하는 물을 포함하는 공급 수용액을 애노드와 애노드에 근접하는 캐소드를 포함하는 논-멤브레인 전해셀에 통과시킴으로써 물속의 미생물을 소멸하는 방법.

전해셀, 산화제

Description

용액에 산화제를 생성하기 위한 고 효율 무전해셀{HIGH EFFICIENCY ELECTROLYSIS CELL FOR GENERATING OXIDANTS IN SOLUTIONS}

본 발명은 천연 염 (예를 들면, 천연 NaCl) 또는 첨가된 염 (예를 들면, 첨가된 NaCl) 을 함유하는 수용액으로부터 차아염소산염 (hypochlorite) 및 염소와 같은 혼합된 산화제 (oxidant) 를 발생시키는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 접근은 물을 통해 전류를 유도하는 한 쌍의 전극에 걸친 전압 전위를 이용하여, 전극들 사이를 통과하는 물을 전해시킴으로써, 물을 살균시키는 것이다. 오염된 물이 전극 사이를 통과하면, 미생물이 소멸되고, 물이 살균된다. 또한, 처리된 물은, 무염소 (Cl₂), 차아염소산 이온 (OCl^-), 및 다른 살균 이온과 자유 라디컬 등의 살균 작용제를 생성하는, 물속의 염화물 이온 잔여물의 개입 반응으로 인해, 몇몇 잔여물 살균 장점을 유지한다. 물속의 미생물을 효과적으로 소멸시킬 수 있는, 염화물 이온의 전해 효과의 향상으로 이르도록 하는 2 가지 주요 파라미터는, 애노드와 캐소드를 분리하는 멤브레인의 제거 및 2 개 전극의 가까운 접근도 (예를 들면, <0.5 mm) 이다. 그 결과, 본 발명자는 오염된 용액 내에서 미생물을 효과적으로 소멸시킬 수 있는 여러가지의 작고, 효율적이며, 휴대가능하고, 배터리 전력이 제공되는 장치를 개발하였다.

차아염소산, 염소, 이산화염소 및 다른 염소계 산화제 등의 다양한 산화제는 산업용 및 가정용 처리와 서비스, 상업 및 소비 제품에 이용되는 가장 효과적인 항균 작용제 중 몇가지이다. 이러한 산화제 분자의 강력한 산화 전위는 소독 및 살균을 포함하는 다양한 범위의 이용에 바람직하다. 수용액에서 1 ppm 이하의 산화제종의 농도는 박테리아, 바이러스, 곰팡이, 균, 및 포자를 포함하는 매우 다양한 미생물을 소멸하는 것으로 공지되어 있다. 산화제의 농도를 수백 ppm 까지 증가시키는 것은, 폐수 처리, 산업 용수 처리 (예를 들면, 냉각수), 과일-채소 살균, 석유 산업의 아황산염 처리, 섬유 산업, 및 의료 폐기물 처리를 포함하는, 다양한 애플리케이션에 대해 수많은 화합물에 더욱 높은 살균과 산화를 제공한다. 산화제는 페놀 화합물과 반응하여 이를 분해함으로써, 물에서 페놀계 맛과 냄새를 제거한다. 또한, 산화제는 식수 및 폐수에서 청산염 (cyanide), 아황산염 (sulfied), 알데히드 (aldehyde), 및 메르캅탄 (mercaptan) 을 제거하기 위한 처리에 이용된다.

구획이 분리된, 멤브레인을 포함하는 전해셀은 아염소산 및 다른 산화제를 상품화하기 위해 이용되었으나, 이들은 소비자 요구 수준을 완전하게 충족시키지 못했다 (즉, 소형화 및 휴대성). 본 발명자가 전기화학적 접근을 이용하여 소비자 애플리케이션용으로 개발하였던 몇몇 전기화학적 장치가 있었지만, 이들은 생산하기에 많은 비용이 들었으며, 소망의 효율성을 달성하기 위해서는 더 큰 전력이 필요하였다. 상업적으로 이용되고, 이온 투과 멤브레인 또는 다이아프램을 이 용하는 종래 기술에 개시된 전해셀은, 멤브레인을 빠르게 차단하고 피복하여 전해 반응을 현저하게 감소시키거나 정지시킬 수 있는 칼슘염 또는 망간염 침전물의 형성을 회피하기 위해서, 애노드 용액에 실질적으로 망간 및 칼슘 등의 2가 양이온이 없는 것이 필요하다.

따라서, 매우 여러가지 상황에서 볼 때, 가정용 항균 산화제를 제조할 수 있는, 간단하고, 안전한 방법 및 장치의 필요성이 남아있다. 본 발명은 항균 산화제를 저렴하고 용이하게 효과적으로 형성하는 방법 및 장치를 설명한다.

본 발명은 천연 염 (예를 들면, NaCl을 천연으로 함유하는 물) 또는 첨가된 염 (예를 들면, NaCl이 첨가된 물) 을 함유하는 수용액으로부터 차아염소산염 및 염소와 같은 혼합된 산화제를 발생시키는 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 일 실시형태는, 애노드, 상기 애노드와 그 사이에 형성되는 통로를 정의하는 캐소드, 상기 통로에 연결되고, 전해 용액의 플로우를 수용하기 위해 이용되는 입구 포트, 및 상기 통로에 연결되고, 전해된 전해 용액의 플로우의 출구를 제공하는 출구 포트를 구비하는 논-배리어 전해 셀, 및 상기 애노드에서 상기 캐소드로 전류를 공급하고, 약 5 watt 미만의 전력을 제공하며, 상기 전류가 상기 전해 용액의 플로우를 전해하도록 하는 전류 공급기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 다른 실시형태는, 표면적이 약 30 ㎠ 미만인 애노드, 상기 애노드와 그 사이에 형성되는 통로를 정의하는 캐소드, 상기 통로와 연결되고, 전해 용액의 플로우를 수용하기 위해 이용되는 입구 포트, 및 상기 통로와 연결되고, 전해된 전해 용액의 플로우의 출구를 공급하는 출구 포트를 구비하는 논-배리어 전해 셀, 및 상기 애노드로부터 상기 캐소드로 전류를 제공하고, 약 5 watt 미만의 전력을 공급하며, 상기 전류가 상기 전해 용액의 플로우를 전해하도록 하는 전류 공급기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치를 제공한다. 본 발명에 따른 또 다른 실시형태는, 애노드, 상기 애노드와 그 사이에 형성되는 통로를 정의하고, 상기 통로가 상기 애노드와 그 사이의 거리를 약 0.6 mm 미만을 갖도록 하는 캐소드, 상기 통로와 연결되고, 전해 용액의 플로우를 수용하도록 이용되는 입구 포트, 및 상기 통로와 연결되고, 전해된 전해 용액의 플로우의 출구를 제공하는 출구 포트를 구비하는 논-배리어 전해 셀, 및 애노드에서 상기 캐소드로 전류를 제공하고, 약 5 watt 미만의 전력을 제공하며, 상기 전류가 상기 전해 용액의 플로우를 전해하도록 하는 전류 공급 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치를 제공한다. 여기에서, 논-멤브레인 전해셀은 애노드 전극과 캐소드 전극을 포함하는 전해셀이며, 셀 챔버를 가지며, 셀 통로를 2개의 (또는 그 이상의) 별도의 애노드 및 캐소드 챔버로 분리하는 이온 투과성 멤브레인을 갖지 않는다. 다양한 염이 항균 산화제로 화학변화되어, 애노드의 표면에 근접하고 셀 챔버의 일부를 형성하는 통로에 공급 수용액이 통과하여 전기가 흐른다.

본 발명은, (1) 염화물염이 이미 존재하거나 염화물염이 첨가되었던 천연 물 또는 물을 포함하는 공급 수용액을 제공하는 단계; (2) 공급 수용액이 애노드와 캐소드를 포함하는 논-멤브레인 전해셀의 셀 챔버로 주입되어, 애노드에 근접하는 통로를 따라 통과하는 단계; (3) 애노드와 캐소드 사이의 전류를 흘림으로써 통로의 공급 수용액이 전해되고 통로의 염의 일부가 항균 산화제로 화학변화되는 단계; 및 (4) 발명자가 청구항 제 1 항에 기재된 바와 같이 선택되었던 접근에 기초할 필요가 없었던, 전해된 수용액을 전해셀 외부로 배출함으로써, 항균 산화제를 포함하는 수용성 폐기물을 형성하는 단계를 포함하는, 항균 산화제의 형성 방법을 제공한다.

본 발명의 다양한 이점은 이하의 상세한 설명을 검토하고 도면을 참조함으로써 당업자에게 명백하게 될 것이다.

도 1은 본 발명의 실시에 이용되는 전해셀을 나타낸다.

도 2는 선 2-2 를 통과하는 도 1의 전해셀의 단면도이다.

도 3은 본 발명의 실시에 이용되는 다른 전해셀의 단면도이다.

도 4는 다공성 애노드를 갖는 다른 전해셀의 단면도이다.

도 5는 다공성 애노드를 갖는 또 다른 전해셀의 단면도이다.

도 6은 다공성 애노드와 다공성 플로우 배리어를 갖는 다른 전해셀의 단면도이다.

도 7은 다공성 애노드와 다공성 플로우 배리어를 갖는 또 다른 전해셀의 단면도이다.

도 8은 다공성 애노드와 다공성 플로우 배리어를 갖는 또 다른 전해셀의 단면도이다.

도 9는 플로우 셀 구성의 블록도이다.

도 10은 재순환 셀 구성의 블록도이다.

도 11은 필터 메커니즘을 갖는 플로우 셀의 블록도이다.

도 12는 필터 메커니즘을 갖는 재순환 셀의 블록도이다.

도 13은 온/오프 센서를 갖는 플로우 셀의 블록도이다.

도 14는 온/오프 센서를 갖는 재순환 셀의 블록도이다.

도 15는 이온 교환 수지를 갖는 플로우 셀의 블록도이다.

도 16은 이온 교환 수지를 갖는 재순환 셀의 블록도이다.

본 발명의 상세한 설명

본 발명은, 물 (예를 들면, 강물 또는 우물) 에 자연적으로 존재하거나 또는 후에 용액 (예를 들면, NaCl 등이 첨가된 염) 내에서 분해되는 것에 상관없이, 애노드와 캐소드 사이의 공급 수용액을 통과하는 전류를 이용하여, 낮은 레벨의 염 선구체로 화학변화시키는 것이다. 수용액이 전해셀의 챔버를 통과하여 흐르고 애노드와 캐소드 사이에 전류가 통하면, 수용액에 함유되는 하나 이상의 다른 염 또는 이온과 함께 물이 개입되는 여러가지 화학적 반응이 발생한다.

애노드에서, 애노드 표면에 근접하는 통로의 수용액의 좁은 층에서, 다음의 염소 생성 반응이 발생된다.

2Cl^- ↔Cl₂(g) + 2e^-

염소 반응에 의해 생성된 염소 가스 (Cl₂) 는 물에서 분해되어, 차아염소산 염 이온 (OCl^-) 을 발생한다. 여러가지 다른 전위 염소-산화 반응 (예를 들면, 염소 산화물 (chlorine dioxide)) 또한, 발생될 수 있는 것에 주목한다. 애노드 전극은, 특정 이론에 의해 얽매이지는 않고, 애노드에 근접하는 물과 다른 이온에서 전자를 공급받음으로써, 공급 수용액의 좁은 표면 층에 항균 산화종을 형성한다. 애노드 표면에서의 이 표면층은 약 100nm 의 두께인 것으로 사료된다. 그 결과, 더욱 작은 간격 크기는 더 큰 간격 크기보다 더욱 효율적인 화학변화에 이르도록 하였다. 물론, 현저한 후방 압력이 없이는 수용액이 흐를 수 없다는 점, 또는 간격이 너무 작게 되어 전극 사이의 저항이 감소됨으로써 매우 높은 전류가 발생된다는 점과 같은, 소정의 한계가 존재할 것이다. 교류에 의해 흐르는 용액 내의 분자 이동을 포함하는 유체 역학에서는, 애노드 표면층 주변의 용액 플로우 경로에 따라 염의 화학변화가 증가할 것임을 예측한다. 그 결과, 본 발명의 전해셀 및 전해 시스템에서는, 항균 산화제의 화학변화를 최대화하기 위해, 애노드에 근접하는 표면층을 통과하는 공급 수용액의 플로우를 최대화하는 것이 바람직하다. 또한, 통상 애노드와 캐소드 구획을 분리하는 멤브레인의 제거 또한, 멤브레인을 통한 이온의 느린 이동 (migration) 을 방지함으로써 반응 속도를 증가시킨다.

본 발명은 하나 이상이 혼합된 산화제 생성물의 제조에 관련되며, 차아염소산염, 염소, 염소 산화물, 오존, 과산화수소, 및 여러가지 다른 염소-산화종을 포함할 수 있다.

공급 수용액은 하나 이상의 할로겐 염으로 이루어지는 전해 용액을 구비하며, 이하, 간단하게 하기 위해, 여기서는 가장 바람직한 할로겐염, 염화 나트륨을 예로서 든다. 염화 나트륨은 수돗물, 우물물, 다른 물 소오스에서 일반적으로 발견되는 염이다. 따라서, 물에는 혼합된 산화제의 소망의 농도를 획득하기 위한 염소 이온이 항상 충분하게 존재한다. 또한, 상당량의 염화 나트륨염이 공급 수용액에, 통상, 0.1 ppm 이상인 소망의 농도로 첨가될 수 있다.

공급 수용액에 포함되는 염화물염의 레벨은, 염화 나트륨을 혼합된 산화제 생성물로 화학변화시키기 위한 전해셀의 전환 효율성과 함께, 염소 함유 종 (예를 들면, 차아염소산염) 에 의해, 필요한 살균 레벨에 기초하여 선택될 수 있다. 통상, 천연으로 존재하거나 첨가되는 염화 나트륨의 레벨은 약 1 ppm 내지 약 500 ppm 이다. 물 소오스의 살균을 위해, 염화 나트륨 레벨은 약 1 ppm 내지 약 300 ppm 인 것이 바람직하고, 약 10 ppm 내지 200 ppm 인 것이 더욱 바람직하다. 최종 혼합된 산화제 생성물 레벨은 약 0.1 ppm 내지 약 10 ppm 이고, 약 1 ppm 내지 약 2 ppm 인 것이 바람직하다.

통상, 본 발명의 전해셀에서 달성 가능한 염화물염에서 혼합된 산화제 화학변화의 범위는 약 1 % 내지 약 99 % 미만의 범위를 갖는다. 화학변화의 레벨은, 후술되는 바와 같이, 전해셀에 이용되는 전류 특성과 함께, 전해셀의 디자인에 따라 가장 현저하게 의존한다.

공급 수용액은 염화 나트륨의 첨가와 함께 하나 이상의 다른 염을 임의로 포함할 수 있다. 이러한 임의의 염은 전해셀로부터 배출된 폐기물의 살균 성능을 향상시키고, 전해셀을 통한 전류의 통과에 대응하여 다른 혼합된 산화제를 제공하기 위해 이용될 수 있다. 다른 바람직한 염은 염화 브롬이다. 알칼리 할로겐화물을 포함하는 수용액의 전해를 위한 바람직한 장치 및 방법이, 공동 양도되고 동시 진행 중인 2001년 4월 2일자 미국 가특허출원 제 60/280,913 호 (Docket 8492P) 에 개시된다. 다른 바람직한 염은 알칼리성 암염 (halite) 으로 이루어지고, 가장 바람직하게는, 염화 나트륨으로 이루어진다. 알칼리성 암염을 포함하는 수용액을 전해하기 위한 바람직한 장치 및 방법이 미국 특허 출원 제 09/947,846 호에 예시적으로 기재되며, 여기에, 참조로서 포함된다.

본 발명은 염화물염의 로컬 (local) 소오스, 및 공급 수용액에 염화물 염을 전달하기 위한 수단을 임의로 이용할 수 있다. 본 실시형태는 전해셀에 의해 처리될 대상이 되는 물이 충분한 양 또는 어떠한 염화물염을 함유하지 않은 경우에 이용된다. 염화물 염의 로컬 소오스가 수용액의 흐름으로 배출된 후 전해셀을 통과할 수 있다. 또한, 염화물 염의 로컬 소오스는 수용액의 저장기의 일부로 배출된 후 일부가 전해셀에 제공될 수 있다. 바람직하게는, 염화물염의 로컬 소오스가 전해셀을 통과하여, 혼합된 산화제로의 화학변화를 최대화하고, 통상, 저장기에 염이 첨가되는 것을 제한한다. 또한, 염화물염의 로컬 소오스는 이미 수용액에 함유되어 있던 염화물염의 어떠한 레벨의 나머지를 보충할 수 있다.

염화물염의 로컬 소오스는, 전해 용액의 저장기에 유체 접촉되는 고농도 소금물 용액, 염 테블릿, 또는 두 가지 모두가 될 수 있다. 염화물염의 바람직한 로컬 소오스는 고상 또는 파우더 형상의 재료이다. 염화물염의 로컬 소오스 를 전달하는 수단은, 염화물 염, 바람직하게는, 필 (pill) 또는 테블릿 (tablet) 을 포함하고, 수용액의 일부가 통과하는 염 챔버를 포함함으로써, 염화물염의 일부를 분해함으로써 공급 수용액을 형성한다. 염 챔버는, 전해셀을 통과할 수용액의 부분과 유체 전달되는 위치에 있는, 전해셀을 고정하는 장치의 몸체에 형성되는 염 공공 (void) 을 포함할 수 있다.

공급 수용액을 형성하기 위해, 우물물, 수도물, 연수, 및 공업용수, 및 폐수를 포함하여, 어떠한 물 소오스가 이용될 수 있다. 그러나, 본 발명의 다양한 애플리케이션을 위해, 강물 또는 우물물과 같은 미처리된 물이 천연의 염화물 이온만이 필수적으로 존재하는 폐기물 용액을 형성하기에 가장 바람직하다. 이러한 타입의 천연수는 염화 나트륨과 같은 충분한 양의 염을 함유하기 때문에, 상당양의 혼합된 산화제가 형성될 것이다.

선택된 물 소오스로의 다른 염의 첨가 또는 전해는, 물의 전도성을 증가시켜 생성되는 혼합된 산화제의 양을 증가시킬 것이다. 그러나, 전도성의 증가는 전류 공급을 증가시키기 때문에, 생산 효율성을 증대시키지 못한다. 따라서, 혼합된 산화제가 더 많이 생성될수록, 전력은 더욱 소모될 것이다. 적절한 혼합된 산화제 생성식을 [수학식 1] 로 나타낸다.

여기서,

η는 이용되는 전력 (watts) 에 대한 분당 혼합되는 산화제의 ㎍;

CMO 는 ℓ당 ㎎ 으로 나타낸 생성된 혼합된 산화제의 농도 (mg/ℓ);

I 는 amp 로 나타낸 전류;

Q 는 분당 ㎖ 로 나타낸 부피 유량 (㎖/m); 및

V 는 V 로 나타낸 셀을 통과하는 전기 전위이다.

염화 나트륨을 함유하는 공급 수용액은 배치 저장기로부터 전해셀에 제공될 수 있다. 다른 방법으로, 공급 수용액은 염화 나트륨의 고 농도 수용액을 제 2 물 소오스와 혼합하고, 전해셀로 혼합물을 연속으로 통과시킴으로써, 연속으로 준비될 수 있다. 공급 수용액의 일부는 전해셀로부터 폐기물의 재활용된 부분을 임의로 포함할 수 있다. 그리고, 공급 수용액은 전술된 어떠한 소오스와의 결합물을 포함할 수 있다. 공급 수용액은 전해셀을 통해 연속으로 또는 주기적으로 흐를 수 있다.

전해셀

전해셀은 셀 챔버를 통과하는 공급 수용액을 통해 전류를 흘림으로써 염화물 이온으로부터 혼합된 산화제를 생성한다. 논-배리어 전해셀은 한 쌍 이상의 전극, 애노드 및 캐소드를 포함한다. 또한, 셀은 공급 수용액이 통과하는 셀 챔버를 포함하고 애노드에 근접하는 통로를 포함한다. 통로는 화학변화 반응이 발생되는 애노드 표면에 근접하는 좁은 표면층을 포함한다. 가능한한, 이 통로 및 좁은 애노드 표면 영역을 통해 많은 양의 수용성 폐기물 용액이 통과하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 실시형태에서, 셀은, 한 쌍의 대향하는 전극 표면으로 정의되 는 형상을 갖는 셀 챔버에 의해 분리되는, 애노드와 대응되는 캐소드 (바람직하게는 동일한 넓이를 갖는) 를 포함한다. 셀 챔버는 2개의 대응되는 전극 사이의 수직 거리인 셀 간격을 갖는다. 통상, 셀 간격은 전극의 대응되는 표면에 걸쳐 실질적으로 일정하게 될 것이다 셀 간격은 0.5 mm 이하인 것이 바람직하고, 0.2 mm 이하인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 전해셀은 2개 이상의 애노드, 또는 2개 이상의 캐소드를 포함할 수 있다. 애노드와 캐소드판은 그 사이의 셀 챔버와 함께 애노드와 캐소드의 각 표면이 대응되도록 교대로 배치된다. 복수개의 애노드와 캐소드를 포함하는 전해셀의 예가 Ando 등의 1996년 7월 9일자 특허된 미국 특허 5,534,120 호, Eibl 의 1977년 12월 13일자 특허된 미국 특허 제 4,062,754 호에 개시되며, 여기에 참조로서 포함된다.

통상, 전해셀은 개별 셀 챔버와 유체 연결되는 하나 이상의 입구 개방부 및 챔버와 유체 연결되는 하나 이상의 출구 개방부를 포함할 것이다. 또한, 입구 개방부는 공급 수용액의 소오스에 유체 연결되어, 공급 수용액이 입구로 흘러 챔버를 통과하고 전해셀의 출구로 흐른다. 폐기물 용액 (전해셀로부터 배출된 전해된 공급 수용액) 은 용액에 흐르는 전류에 대응되어 셀 통로 내에서 화학변화되었던 혼합된 상당량의 산화제를 포함한다. 폐기물 용액은 예를 들면 제품의 살균 또는 다른 부피의 물 또는 수용액의 처리를 위해 혼합된 산화제의 소오스로서 이용될 수 있다. 폐기물은 자체적으로, 공급 수용액이 미생물 또는 형성된 혼합된 산화제 용액에 의해 원위치에서 산화될 수 있는 몇몇 다른 산화가능한 소오스 재 료를 함유하는, 처리된 용액이 될 수 있다.

또한, 본 발명은

a) 할로겐염을 포함하는 공급 수용액의 소오스;

b) 셀 챔버를 가지며, 애노드와 캐소드를 가지며, 셀 챔버가 애노드에 근접하는 통로 및 셀 챔버와 유체 연결되는 입구와 출구를 포함하는, 전해셀;

c) 공급 수용액이 셀 챔버에 주입되고, 통로를 따라 출구에서 배출되는 수단; 및

d) 챔버에서 수용액을 통해 전류가 흐르고, 통로에서 할로갠염의 일부가 혼합된 산화제로 화학변화됨으로써, 혼합된 산화제를 포함하는 수용성 폐기물을 형성하는, 전류 공급기를 포함하는 혼합된 산화제 생성 시스템을 제공한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 전해셀 (10) 의 실시형태이다. 셀은 애노드 (21) 전극 및 캐소드 (22) 전극을 포함한다. 전극은 애노드와 캐소드의 대응되는 길이 방향의 에지를 이격시키는 전극 스페이서 (31) 를 갖는 한 쌍의 대향되는 비전도성 전극 홀더 (30) 에 의해 서로 일정한 거리로 고정되어, 챔버 간격을 갖는 셀 챔버 (23) 를 형성한다. 챔버 (23) 는 공급 수용액이 셀로 주입될 수 있는 셀 입구 (25) 및 폐기물이 전해셀로부터 배출될 수 있는 대향되는 셀 출구 (26) 를 갖는다. 애노드 및 캐소드의 어셈블리 및 대향되는 판 홀더는, 비전도성 애노드 커버 (33) (일부를 제거하여 나타낸) 와 캐소드 커버 (34) 사이에, 비전도성, 내수성 접착제, 볼트, 또는 다른 수단을 포함하는 고정 수단 (미도시) 에 의해, 단단히 고정됨으로써, 챔버 (23) 를 통해 흐르는 전해 용액에서만 2개의 전극이 노출 되도록 제한한다. 애노드 리드 (27) 및 캐소드 리드 (28) 는 전극 홀더 (30) 로 이루어지는 채널을 통해 측방향으로 밀봉되어 연장된다.

도 2는 애노드 (21) 표면에 따른 셀 챔버 (23) 및 통로 (24) 를 나타낸다. 통로 (24) 는, 애노드 (21) 에 근접하는 것으로 나타냈을 뿐 셀 챔버에 대한 상대적인 비율이나 스케일을 나타내지 않고, 경계선 (29) 으로 나타냈지만, 셀 챔버 (23) 의 일부이다.

본 발명의 전해셀의 다른 실시형태를 도 3에 나타낸다. 전해셀은 애노드 출구 (35) 를 갖는다. 애노드 출구는 애노드 (21) 에 근접하는 통로 (24) 를 흐르는 전해된 공급 수용액의 일부를 애노드 폐기물로서 제거한다. 나머지의 셀 폐기물이 셀 출구 (26) 로부터 방출되며, 이하, 각각 캐소드 폐기물 및 캐소드 출구로 한다. 유사하게, 애노드 출구를 통해 애노드에 근접하여 흐르는 전해된 용액의 일부분을 제거하는 전해셀은, Baker 등의 1994년 5월 31일자 특허된 미국 특허 제 5,316,740 호, Ando 등의 1996년 7월 9일자 특허된 미국 특허 제 5,534,120 호, 및 Otsuka 등의 1999년 1월 12일자 특허된 미국 특허 제 5,858,201 호에 개시되어 있다. 특히 바람직한 것은, 출구에 근접하는 애노드와 캐소드 사이에 위치되는 물리적 배리어 (구성요소 16) 를 이용하여, 애노드에 근접하는 용액과 캐소드에 근접하는 용액의 혼합물이, 애노드 출구를 통과하여 제거되기 이전에 최소화되거아 제거될 수 있는, 미국 특허 제 4,761,208 호의 도 3에 나타낸 전해셀이다. 바람직하게는, 낮은 레벨 또는 혼합되지 않은 산화제 생성물을 포함할 캐소드 폐기물은 역류되어 공급 수용액으로 혼합된다.

통상, 전극은 그 자체와 다른 전극 사이에 공급 수용액을 통해 효과적으로 전기를 전도할 수 있는 형상을 가지며, 평면 전극, 원형 전극, 스프링 타입 전극, 및 다공성 전극을 포함할 수 있지만, 이로 한정되는 것은 아니며, 가능하다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 애노드 및 캐소드 전극은 캐소드와 애노드 전극 쌍 사이에 실질적으로 균일한 갭을 제공하도록 형상화 및 위치될 수 있다. 그 반면, 애노드 및 캐소드는 상이한 형상, 상이한 치수를 가질 수 있고, 다른 것으로부터 균일하지 않게 상호 이격되어 위치될 수 있다. 애노드와 캐소드 사이의 중요한 관계는, 애노드에 근접하는 셀 통로 내에서 암염을 혼합된 산화제로 화학변화를 촉진하는, 적절한 전압에서의 애노드를 통과하는 충분한 전류에 대한 것이다.

도 2에 나타낸 바와 같은 평면형 전극은 용액의 플로우 경로에 따라 길이를 가지며, 플로우 경로를 가로질러 폭이 배치된다. 평면형 전극의 길이와 폭의 비율인 애스펙트 비율은 통상 0.2 내지 10 사이이고, 바람직하게는 0.1 내지 6 사이이며, 가장 바람직하게는, 2 내지 4 사이이다.

애노드와 캐소드의 전극은, 금속, 전도성 재료가 공통으로 이용될 수 있지만, 탄소와 같은 비금속 전도 재료가 또한 이용될 수 있다. 애노드와 캐소드의 재료는 동일하게 될 수 있지만 상이할 수도 있다. 부식을 최소화하기 위해, 내화학성 금속을 이용하는 것이 바람직하다. 적절한 전극의 예가 미국 특허 제 3,632,489 호 및 미국 특허 제 3,771,385 호에 개시된다. 바람직한 애노드 금속으로는, 철, 니켈 및 크롬과 함께 스테인레스 스틸, 백금, 팔라듐, 이리듐, 루테늄, 그 합금 및 그 금속 산화물이다. 보다 바람직하게는, 전극은 티타늄, 탄탈 륨, 알루미늄, 지르코늄, 텅스텐과 같은 금속, 또는 그 합금으로 이루어지며, 백금, 이리듐, 및 루테늄으로부터 선택되는 Ⅷ족 금속과 그 산화물 및 그 합금으로 피복되거나 층이 형성된다. 바람직하게, 애노드는, 티타늄 코어로 이루어지고, 루테늄, 루테늄 산화물, 이리듐, 이리듐 산화물, 및 그 혼합물로, 0.1 ㎛ 이상, 바람직하게는, 0.3 ㎛ 이상의 두께로, 피복되거나 층이 형성된다.

다양한 애플리케이션에서, 0.03 mm 내지 0.3 mm 의 두께를 갖는 금속 호일이 이용될 수 있다. 호일 전극은, 적절한 전해 동작이 방해될 수 있는, 통로를 통한 액체 흐름에 대해 뒤틀림 또는 휨이 방지되도록, 셀에서 안정적이여야 한다. 호일 전극의 이용은, 장치의 가격이 최소화되어야 하는 경우 또는 전해 장치의 수명이 통상의 약 1년 이하로 짧을 것으로 예상되거나 생각되는 경우, 특히 이롭다. 호일 전극은 전술한 어떠한 금속으로도 이루어질 수 있으며, 탄탈륨, 스테인레스 스틸, 및 다른 재료 등의 경제적이면서 도전성을 갖는 재료에 적층체로서 접착되는 것이 바람직하다.

본 발명의 특히 바람직한 애노드 전극은 다공성 또는 플로우-쓰루 애노드이다. 다공성 애노드는 큰 부피의 공급 수용액이 통과하기에 적절한 넓은 표면 영역과 넓은 기공 부피를 갖는다. 다공성 애노드의 복수개의 기공 및 플로우 채널은, 공급 수용액이 통과할 수 있는, 복수개의 통로가 제공되는 매우 증가된 표면 영역을 제공한다. 본 발명에 유용한 다공성 매체는 Ohio, Cincinnati 소재의 Astro Met Inc., N. C., Henderson 소재의 Porvair Inc., 및 CT, Farmington 소재의 Mott Metallurgical 의 제품이다. 이와 다르게, 미국 특허 제 5,447,774 호 및 제 5,937,641 호는 다공성 매체 프로세싱의 적절한 예시를 제공한다. 바람직하게는, 다공성 애노드는 약 5cm^-1 초과, 바람직하게는, 약 10cm^-1 초과, 더욱 바람직하게는, 약 50 cm^-1 초과, 가장 바람직하게는, 약 200cm^-1 초과의 총 부피 (㎤) 에 대한 표면적 (㎠) 을 갖는다. 바람직하게는, 다공성 애노드는 약 10 % 이상의 기공율을 가지며, 더욱 바람직하게는, 약 30 % 내지 약 98 %, 가장 바람직하게는, 약 40 % 내지 약 70 % 이다. 바람직하게는, 다공성 애노드는 애노드 전체 부피에 걸쳐 높은 표면적과 도전성의 결합을 가지므로, 애노드를 통과하는 용액 유량 및 용액에 함유된 염화물염의 혼합된 산화제 생성물로의 화학변화를 최적화한다.

다공성 애노드를 통과하는 공급 수용액의 플로우 경로는, 용액의 애노드의 표면으로의 노출 시간의 관점에서 볼 때, 염화물 염을 혼합된 산화제로 화학변화하도록 충분해야 한다. 플로우 경로는, 공급 수용액이 애노드를 통과하는 전해의 플로우에 평행하게 (전류에 동일한 방향 또는 반대되는 방향), 또는, 전류와 교차되는 방향으로 통과하도록 선택될 수 있다. 다공성 애노드는 더욱 넓은 부분의 공급 수용액이 애노드 표면에 근접하는 통로를 통과하도록 함으로써, 혼합된 산화제 생성물을 함유하는 할로겐으로 화학변화될 수 있는 할로겐의 비율을 증가시킨다.

도 4는 다공성 애노드 (21) 를 포함하는 전해셀을 나타낸다. 다공성 애노드는 공급 수용액이 다공성 전극 내의 애노드 표면에 근접하여 통과할 수 있는 복수개의 모세관 형상의 플로우 통로 (24) 를 갖는다. 도 4의 전해셀에서, 공급 수용액의 플로우는 애노드와 캐소드 사이의 전류와 평행한 방향으로 흐른다.

다공성 애노드를 갖는 전해셀의 다른 실시형태를 도 5에 나타낸다. 본 실시형태에서, 공급 수용액의 플로우는 애노드와 캐소드 사이의 전류에 교차하는 방향이다. 다공성 애노드를 통과하는 플로우 통로가 통상 작기 때문에 (0.2 mm 미만), 다공성 애노드를 통과하는 용액의 장치의 플로우는 개방 셀 챔버를 통해 흐르는 동일한 양의 플로우의 압력보다 더 높은 것이 필요하다. 그 결과, 공급 수용액이 다공성 애노드 및 개방 챔버를 갖는 전해셀로 주입되는 경우, 용액이 개방 셀 챔버를 통해 우선적으로 흐르게 되므로, 다공성 애노드를 통과하고 그 벽을 가로질러 흐르는 용액의 통상의 양은 현저하게 적게된다.

공급 수용액이 다공성 애노드를 경유할 수 있도록 전술한 문제를 해결하기 위해, 도 6에 나타낸 바와 같이, 셀 챔버가 비전도성의 다공성 플로우 배리어 (40) 와 함께 캐소드 (22) 와 다공성 애노드 (21) 사이의 셀 챔버 (24) 의 체적 내에 제공되는 것이 바람직하다. 다공성 배리어 (40) 는 전류가 챔버 재료를 통하여 애노드와 캐소드 사이에서 단락 되는 것을 방지하기 위해 비전도성이다. 다공성 배리어는 공급 수용액이 셀 챔버를 통해 흐름에 따라 용액 압력을 저하시킨다. 다공성 배리어는 물을 흡수하거나 함유하지 않아야 하고 그 내부의 혼합된 산화제 생성물을 포함하는 수용액 및 화학적 성분과 반응하지 않아야 한다. 다공성 배리어 (40) 는 폴리에틸렌 (polyethylene), 폴리프로필렌 (polypropylene), 및 폴리올레핀 (polyolefin) 등의 플라스틱, 글라스 또는 다른 실리카계 재료, 및 실리콘 과 같은 비전도성 재료로 이루어질 수 있지만, 이로 한정되는 것은 아니다. 다공성 배리어는, 헐겁게 또는 통일되어 매트릭스의 물체와 같이 챔버에 밀폐될 수 있는, 복수개의 구 (sphere), 계란형 (oval), 및 동일한 크기 또는 상이한 크기의 다른 형상의 물체를 포함할 수 있다. 도 6은 다공성 배리어 (40) 를 다양한 직경을 갖는 구형 물체의 매트릭스로 나타낸다. 또한, 다공성 배리어 (40) 는 셀 챔버 (24) 를 통과하는 용액의 흐름을 실질적으로 제한하는 하나 이상의 배플 (baffle) 이 될 수도 있다. 도 7에 나타낸 바와 같은 이러한 배플은 용액의 흐름을 제한하기 위해 그 내부에 구멍을 갖는 일련의 수직형 배리어를 포함할 수 있다. 비전도성의 다공성 배리어를 통과하는 공급 수용액의 제한된 흐름은 셀 챔버를 통과할 수 있는 공급 수용액의 비율을 현저하게 감소시킴으로써, 다공성 애노드 (21) 내의 통로 (23) 에서 화학변화되는 할로겐화물염의 비율을 증가시킨다.

다공성 배리어 (40) 를 포함하는 다공성 애노드와 셀 챔버 (24) 를 통해 흐르는 용액은 혼합될 수 있고 서로의 사이로 얼마간 상호 흐를 수 있는 반면, 셀의 출구 단부 (26) 의 상이한 영역으로부터 배출된 폐기물은 실질적으로 상이한 용액 조성을 갖는다. 다공성 애노드에서 배출된 폐기물 (38) 은 캐소드 근방의 셀 챔버에서 배출되는 폐기물 (39) 보다 현저하게 낮은 pH 와 높은 할로겐 생성물을 가질 것이다. 도 8에 나타낸 바와 같이 배리어 (37) 를 위치시킴으로써, 다공성 애노드에서 배출되는 폐기물 (38) 은 폐기물 (39) 과 분리될 수 있고 셀에서 제거될 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태는 개방 챔버를 갖는 전해셀을 이용한다. 특히, 개방-챔버 전해셀은, 저수지 (pool), 욕조, 온천, 탱크, 및 물의 다른 개방체;를 포함하는 공급 수용액의 저장기의 발명의 실시에 유용하다. 공급 수용액은 셀에서 다양한 방향으로 애노드에 흐를 수 있다. 공급 수용액의 할로겐화염은, 전술한 바와 같이, 저장기 용액에 함유될 수 있거나, 할로겐화염의 국부 소오스로서 저장기 용액에 국부적으로 전달될 수 있다. 개방 챔버 전해셀의 예로서 미국 특허 제 4,337,136 호 (Dahlgren), 미국 특허 제 5,013,417 호 (Judd), 미국 특허 제 5,059,296 호 (Sherman), 및 미국 특허 제 5,085,753 호 (Sherman) 에 설명된 것을 포함한다.

혼합된 산화제를 생성하기 위한 다른 시스템은 공급 수용액을 함유하는 배치 콘테이너를 포함한다. 재순환 펌프는 전해셀을 통해 저장기로부터 공급 수용액을 순환시키고, 배치 콘테이너로 폐기물을 역류시킨다. 이 때, 용액 내의 미반응된 염화물염의 농도는 필수적으로 0 으로 감소되어, 공급 수용액의 염화 나트륨의 하전된 양이 혼합된 산화제 제품으로 거의 완전하게 화학변화될 것이다. 약간 상이한 시스템에서, 전해셀은 배치 컨테이너에 위치되어, 염화 나트륨을 포함하는 수용액 내에 잠기게 될 수 있다. 컨테이너 내의 펌프 또는 믹서는 용액을 전해셀을 통과시켜, 염화 나트륨의 혼합된 산화제로의 목적하는 화학변화가 달성될 때까지, 용액을 재순환시킨다.

또한, 전해셀은 공급 수용액의 볼륨을 전해하는 배치형 셀을 포함할 수 있다. 배치형 셀은 한 쌍의 전극을 갖는 배치 챔버를 포함한다. 배치 챔버를 염화 나트륨 염을 포함하는 공급 수용액으로 채우고, 그 후, 혼합된 산화제를 함유 하는 폐기물 용액의 배치를 형성한다. 전극은 외부가 고리형인 애노드와 내부가 원형인 캐소드를 포함하는 것이 바람직하다. 본 발명에 따른 염화 나트륨 염 공급기가 이용되는 적절한 배치셀의 예는, 2000년 11월 30일에 공개된 WO 00/71783 호에 개시되며, 여기에 참조로서 포함된다.

전류 공급기

전류 공급기는 전극 사이 및 애노드를 가로질러 통과하는 공급 수용액의 통로에 대해 전류의 플로우를 제공한다. 대부분의 출원에서, 바람직한 전류 공급기는 공통 100-230V AC 전류를 DC 전류로 변환하는 가정용 (또는, 산업용) 전류의 정류기이다.

휴대용 또는 소형의 개인용 시스템을 포함하는 애플리케이션에 대해, 바람직한 전류 공급기는 알칼라인 (alkaline), 리튬 (lithium), 은 산화물, 망간 산화물, 또는 탄소 아연 배터리로부터 바람직하게 선택되는 배터리 또는 배터리 세트이다. 배터리는 전해 장치의 전력 요건에 부합되는 1.5V, 3V, 4.5V, 6V, 또는 다른 V 값의 매우 적은 전압 전위를 가질 수 있다. 가장 바람직한 것은 1.5V의 전압 전위차를 갖는 "AA" 사이즈, "AAA" 사이즈, "C" 사이즈, 및 "D" 사이즈 배터리와 같은 공통형 배터리이다. 2개 이상의 배터리가 직렬 (전압 전위를 더하는) 또는 병렬 (전류 용량을 더하는) 또는 두 가지 모두 (전위과 전류 모두를 증가시키는) 로 배선될 수 있다. 또한, 재충전 가능 배터리 및 기계적으로 감긴 스프링 장치가 바람직하게 이용될 수 있다.

또 다른 것은 태양 전력을 전기 전력으로 변환 (하고 저장) 할 수 있는 태양 전지이다. 전해셀의 전력 요건이 1.5 내지 9 V의 전압 전위에 걸쳐 2000 mA 이하인 경우 태양열 발전 광발전 패널이 이롭게 이용될 수 있다. 본 발명의 실시에서는 수동 크랭크 발전 시스템 (manual crank generator system) 및 수압/수류 터빈 시스템 (water pressure/flow turbine system) 등의 많은 다른 공지된 전력원이 이용될 수 있지만, 이로 한정되는 것은 아니다.

일 실시형태에서, 전해셀은 배터리 또는 배터리들의 양의 (positive) 리드에 접속되는 애노드와 음의 (negative) 리드에 접속되는 캐소드를 갖는 단일 한 쌍의 전극을 포함할 수 있다. 병렬인 2개 이상의 전극, 또는 2개 이상의 셀 (각각의 한 쌍의 전극) 이 전류 소오스에 배선된다. 개별 셀 애노드를 양 단자에 개별 셀 캐소드를 음 단자에 접속시킴으로써, 셀을 병렬로 배열하는 것은, 개별 셀에 걸쳐 동일한 전기 전위 (전압) 를 제공하고, 총 전류를 2개 이상의 전극 쌍들 사이로 분할하는 것이다. 제 1 셀 애노드를 양 단자에, 제 1 셀 캐소드를 제 2 셀 애노드에, 제 2 셀 캐소드를 음 단자에 접속시킴으로써, 2개의 셀을 직렬로 배열하는 것은, 개별 셀에 걸쳐 동일한 전류를 제공하고, 총 전압 전위를 2개 셀 사이로 (동일하게 또는 동일하지 않게) 제공한다.

전류 공급기는, 시간에 걸쳐 높은 레벨의 전기 효율을 유지하기 위해, 배터리 또는 배터리들의 출력 극성이 주기적으로 반전하는 회로를 더 포함할 수 있다. 극성 반전은 전극 표면으로의 스케일 증착 및 하전된 화학 종의 도금을 최소화시키거나 방지한다. 특히, 극성 반전 기능은 대향하는 애노드와 캐소드 전극을 이용하는 경우 적합하다.

대부분의 애플리케이션에서, 오염된 용액내의 미생물은 염화물 염이 이미 함유된 용액이 전해 장치를 통과함으로써 소멸된다. 다른 애플리케이션에서는, 화학변화된 혼합된 산화제를 함유하는 배출된 폐기물이 전해셀로부터 제거되고, 예를 들면, 수용액 살균 용액으로 이용된다. 폐기물은 혼합된 산화제에 의해 산화되는 산화 가능 소오스로의 직접 전송에 의해 이루어짐으로써 이용될 수 있다. 산화가능 소오스는 물의 제 2 소오스가 될 수 있고, 또한, 미생물을 포함하는 다른 수용액은 폐기물 용액과 혼합 또는 접촉되는 경우 파괴된다. 공급 수용액에 함유된 미생물은 파괴될 것이다.

불순물 제거

물 불순물은 다양한 형상으로 이루어진다. 몇몇 경우, 미생물 성질이 될 수 있고, 바이러스성, 박테리아성, 균성, 기생체 또는 다른 생물학적 형상이 될 수도 있다. 이러한 불순물의 일부 또는 대부분의 제거는 전해셀 이전 또는 이후에 필터와 결합될 수 있다. 특히 중요한 것은, 필터의 효과적인 여과 크기가 포낭의 크기보다 적은 경우 (예를 들면, 3마이크론보다 큰 미립자를 제거할 수 있는 필터), 오염된 물에서 제거될 수 있는 크립토스포리디윰 (cryptosporidium) 등의 99.95 % 포낭 생물체의 제거이다.

또한, 불순물은 미생물이 아닐 수도 있다. 또한, 이러한 불순물의 일부가 필터를 통해 크기로 인해 제거될 수 있다. 또한, 몇몇 경우, 물속의 불순물은 유기 또는 무기 성질을 띨 수도 있다. 또한, 유기 또는 무기 불순물의 일부 또는 전체를 제거하기 위해 여과하는 것이 바람직하다. 또한, 다른 경우, 유기 또는 무기 종의 형상을 여과에 의한 제거가 보다 용이한 것으로 화학변화시키는 것을 소망할 수도 있다. 예를 들면, 아즈닉 (As) 은 2개의 산화 레벨 (As(Ⅲ) 및 As(Ⅴ)) 중 하나로 존재할 수 있다. 통상, As(Ⅲ) 가 보다 독성을 갖는 형상이지만, 두 가지의 산화 레벨은 인체 유해성 영향력 (negative health consequence) 를 갖는다. As의 산화 상태는 소오스에 따라 변화하는 물속에서 발견될 것이다. 표면 물은 공기 산화로 인해 지하수보다 높은 As(Ⅴ) 퍼센트를 갖는다. 이들과 대응되는 산 분해 상수와 함께, 무기 As(Ⅲ)(아비산염) 및 As(Ⅴ)(비산염) 의 구조는 다음과 같다.

식수의 pH 에서, As(Ⅴ) 는 단일 또는 2가의 음이온으로 존재하는 반면, As(Ⅲ) 는 중성 분자로 존재하는 것에 주목한다. 이는 As(Ⅲ) 가 아닌 As(Ⅴ) 가 음이온 교환 수지에 의해 물에서 쉽게 제거되는 것을 제한한다. 따라서, As(Ⅲ) 가 As(Ⅴ) 로 용이하게 산화될 수 있는 경우, 이온 교환은 As 제거를 위한 우 수한 처리 옵션을 나타낼 것이다. 통상의 강한 계열의 이온 교환 수지와 함께, 음이온의 제거를 위한 선택성은 다음의 순서 (가장 용이한 것부터 가장 어려운 것) 로 물에서 발견될 수 있다: 황산염>비산염>질산염>아비산염>염화물염>중탄산염.

전해셀에 주입되는 전해 용액으로 예비 처리에 따라 필터가 이온 교환 수지의 일부 또는 전체를 구성할 수 있는 몇몇 상황이 있다. 특히, 전해 이전에, 전해 용액의 할로겐화 이온 농도가 증가된 폐기물을 획득하기 위해, 이온 교환 수지를 염화물 형상의 음이온 교환 수지로 이용하는 것이 바람직할 수도 있다. 양이온 교환 수지의 이용은 전해셀 내에 칼슘 및 마그네슘 등의 이온 형성 농도 비율을 최소화할 수 있으므로, 따라서, 애노드(들)과 캐소드(들)의 세정 필요성을 최소화 할 수 있다.

실시예

도 9 는 플로우 셀 (100) 의 비한정적인 실시형태의 예를 나타낸다. 플로우 셀 (100) 은 입구 (110) 와 출구 (120) 을 포함할 수 있다. 하나는 통상의 가정용 배터리에서 제공되는 전류와 전압을 이용할 수 있는 저전력의 (바람직하게는, 휴대용) 전해 플로우 셀을 이용할 수 있다. 전해셀은 약 0.1 ㎠ 내지 약 60 ㎠ 의 표면적을 갖는 애노드로 다양한 크기가 될 수 있다. 본 발명의 특히 바람직한 일실시형태는 약 1 ㎠ 내지 약 20 ㎠, 바람직하게는, 약 3 ㎠ 내지 약 10 ㎠ 의 표면적을 갖는 애노드로 구비되는 전해셀을 포함한다. 전기 구동 동력화된 펌프는 이 용액을 플로우 셀 구성을 통해 전해셀로 펌프할 수 있다. 통상, 이러한 펌프 장치는 약 100 내지 300 cc/min 의 용액 속도로 흐를 것이다.

도 10 은 셀 (100) 을 포함하는 재순환 셀 (200) 의 한정이 아닌 예시적인 실시형태를 나타낸다. 재순환 셀 (200) 은 수용액 저장기 (204) 를 포함할 수 있다. 저장기 (204) 는 할로겐염을 포함하는 공급 수용액을 포함할 수 있다. 출구 (120) 로부터 배출되는 용액은 저장기 (204) 로 주입됨으로써, 용액이 공급 수용액과 혼합되어, 소망의 전해 종 형성물로 이루어지게 될 것이다. 이러한 용액의 모두가 혼합되면, 이들은 입구 (110) 로 주입된다. 양 용액은, 펌프 (206) 를 포함하지만 이로 한정되는 것은 아니며, 재료 등을 이동시키는 공지된 방법에 의해 이동될 것이다. 임의로, 저장기 (204) 는 입구 (210) 와 출구 (220) 를 포함함으로써, 추가적인 공급 수용액의 주입 및 전해 용액의 배출을 허용하도록 이용될 수 있다.

도 11 은 플로우 셀 (100) 의 한정이 아닌 예시적인 실시형태를 나타낸다. 플로우 셀 (100) 은 예비여과장치 (300) 를 포함할 수 있다. 예비여과장치 (300) 는, 이로 제한되는 것은 아니지만, 침전물, 입자, 불용성 재료, 큰 미생물 (예를 들면, 포낭) 을 포함하는 다양한 소망하지 않는 구성 성분을 수용액에서 여과하기 위해 이용될 수 있다. 필터 메커니즘 (300) 은, 그레뉼형 (granular) 활성 탄소 필터, 그레뉼형 활성 탄소 블록, 활성 탄소 화이버, 규조토 글라스 화이버, 필터 페이퍼, 이온 교환 수지, 크기 배타 (size exclusion) 재료, 챠지드-모디파이드 (charged-modified) 재료 (WO0107090 A1 에 예가 나타나있으며, 여기에 참조로서 포함됨), 제올라이트 (zeolite), 활성 알루미나, 실리카 겔, 아황산 칼슘, 훌러 (fuller) 토류, 및 활성 보크사이트로 한정되는 것은 아니지만, 이를 포함하 는 다양한 재료로 구성되어, 소망의 잇점을 달성할 수 있다. ANSI/NSF 표준 53 에 부합하도록, 도 10에 나타낸 식수와 관련된 애플리케이션에서는 3마이크론 이상의 크기를 갖는 입자가 전해 용액에서 99.95 % 제거되는 것이 더욱 바람직하게 될 수 있다.

도 12는 도 10에 나타낸 것과 유사하지만 도 11에 나타낸 바과 유사한 필터 메커니즘을 포함하는 재순환 셀 (200) 의 한정이 아닌 예시적인 실시형태를 나타낸다.

도 13은 플로우 셀 (100) 의 한정되는 것이 아닌 예시적인 실시형태를 나타낸다. 플로우 셀 (100) 은 온-오프 센서 (400) 를 포함할 수 있다. 온-오프 센서 (400) 는 공급 수용액의 투입의 여부를 검출하기 위해 이용될 수 있고, 이에 응답하여, 수용액의 전해에 필요한 전력으로 이용되는 전력 공급기 (미도시) 를 턴온할 수 있다. 유사한 방식으로, 온-오프 센서는 투입된 공급 수용액의 존재를 검출할 수 있고, 이에 응답하여, 전력 공급기 (미도시) 를 턴 오프할 수 있다.

도 14는 도 10에 나타낸 바와 유사하지만 도 13에 나타낸 것과 유사한 온-오프 센서를 포함하는 재순환 셀 (200) 의 한정되지 않은 예시적인 실시형태를 나타낸다.

도 15는 이온 교환 수지 (500) 를 갖는 플로우 셀의 블록도의 한정되지 않은 예시적인 실시형태를 나타낸다. 이온 교환 수지는 2 가지 목적으로 제공될 수 있다. 먼저, 셀 (100) 을 통과하는 물의 전체 경연 (hardness) 을 감소시키는 물 연화제 (softener) 로서 제공될 수 있다. 두 번째, 할로겐화 음이온 교환 기로 제공함으로써, 시스템의 효율성을 증가시키기 위해, 음이온 교환 수지를 이용하여, 물에 천연으로 존재하는 비-활로겐화 이온을 할로겐화 음이온으로 교환할 것이다. 물의 음이온의 대부분을 용이하게 교환될 수 있는 할로겐 음이온의 예는 염화물이다.

물 연화제는 물의 전체 경연 (hardness) 을 감소시키도록 설계된다. 총 경연은 물에 함유된 중탄산 칼슘 및 중탄산 망간의 양에 의해 화학적으로 측정될 수 있다. 물 연화제는 소정의 타입의 이온 교환 수지 물 컨디셔너 (conditioner) 이다. 통상, 양이온 교환 수지는 다른, 정상적인 1가의 양이온을 물속에서 칼슘과 망간 양이온으로 교환하기 위해 이용된다. 가장 일반적인 교환 이온은 나트륨 또는 수소 이온이다. 또한, 대부분의 물 연화 시스템은 양이온 교환 수지 베드를 재생하기 위한 수단을 포함한다. 수지를 재생하기 위한 가장 일반적인 방법은 바닷물 용액 플러시 (flush) 이다. 염화 나트륨염은 이러한 목적을 위해 일반적으로 이용된다.

도 16은 도 10에 나타낸 바와 유사하지만 도 15에 나타낸 것과 유사한 이온 교환 수지 (500) 를 포함하는 재순환 셀 (200) 의 비한정적인 실시형태의 예를 나타낸다.

실시예 1-(플로우 셀 및 물내의 천연염)

도 9에 나타낸 통상의 디자인의 전해셀은 탈염소된 수돗물을 처리하기 위해 이용되었다. 전해셀은 약 0.46 mm의 통로 갭을 갖는 한 쌍의 대향하는 전극을 가졌다. 애노드는 루테늄 산화물 및 이리듐 산화물로 피복된 ES300-티타늄으로 이루어졌다. 캐소드는 201 스테인레스 스틸로 이루어졌다. 평면형 전극의 치수는 길이가 73.0 mm 이고 폭이 25.4 mm 였다. 전극의 표면적은 전극의 길이와 전극의 폭의 곱 (예를 들면, 73.0 mm×25.4 mm=18.54 ㎠) 으로 계산된다. PuR 수도 꼭지 고정 필터 (탄소 블록 필터) 를 통해 수돗물을 통과시키고, 물에서 염소를 제거함으로써 탈염소수를 준비하였다. 이용된 수돗물의 도전성은 150μS/cm 이다. 수돗물에서 측정된 염화물 이온의 양은 78 ppm 이였다. 10 ℓ의 탈염소수를 수합하였다. 페리스탈틱 펌프에서 글라스 저장기로부터 전해셀을 통과하는 용액의 유속을 300 mℓ/min 으로 측정되었다. 전력 공급기 (Tenma Laboratory, Model 72-630A) 에 의해 전해셀에 걸쳐 0.43 amp 의 전류에서 4.5V의 전압 전위가 제공되었다. 전력은 전압과 전류의 곱으로 계산되었다 (예를 들면, 4.5V×0.44A=1.98W). 폐기물 용액은 전해셀에서 배출되어 분석되었다. 폐기물은 무염소용 DPD Hach 법에 의해 측정된 약 2.90 ppm 농도의 혼합된 산화제를 함유하였다. 식 Ⅰ (

) 로 나타낸 효율성 계산에 의해 측정된 바에 따르면 달성된 생산성 지수는 439 이었다. 다른 다양한 테스트 조건을 표 1에 나타낸다.

실시예 2-(플로우 셀 및 염 첨가된 물)

실시예 1의 전해셀은 소정의 염 용액으로 이루어지는 공급 수용액을 이용하여 동작되었다. 염화 나트륨 염이 탈이온수에 첨가되었다. 이 테스트에서, 500 mg 의 공업 등급 염화 나트륨 (WI 53233, Milwaukee 소재, Aldrich Chemical Company, Inc.) 이 첨가되어 교반 막대에 의해 용해될 때까지 혼합되어, 염화 나트륨 염 용액으로부터 50 ppm 염화물이 형성되었다. 공급 수용액이 10 ℓ글라스 콘테이너에 저장되었다. 페리스탈틱 펌프에서는 글라스 저장기로부터 전해셀을 통과하는 용액을 300 mℓ/min 의 유속으로 측정하였다. 전해셀에 걸쳐 0.22 amp 의 전류에서 4.5 V 의 전압 전위가 제공되었다. 폐기물 용액은 전해셀에서 배출되어 분석되었다. 폐기물은 2.13 ppm 산화제를 함유하였다. 계산된 생산성 지수는 645 이었다.

실시예 3-(AA 배터리를 갖는 플로우 셀)

실시예 1의 전해셀이 실시예 1에서 설명된 바와 동일한 방법으로 동작되었지만, 전력 공급기가 3개의 AA 배터리 (Duracel) 로 교체되었다. 페리스탈틱 펌프에서는, 글라스 저장기로부터 전해셀을 통과하는 탈염소수를 300 mℓ/min 의 유속으로 측정하였다. 3개의 AA 배터리로부터, 4.1 V 의 전압 전위가 전해셀에 걸쳐 제공되었고, 0.34 amp 의 전류가 측정되었다. 폐기물 용액은 전해셀에서 배출되어 분석되었다. 폐기물은 1.96 ppm 산화제를 함유하였다. 계산된 생산성 지수는 427 이었다.

실시예 4-(물에 천연 염을 갖는 재순환 셀)

도 10의 전해셀이 실시예 1에 기재된 바와 같은 동일한 조건 하에서 동작되었다. 10 ℓ의 물의 산화제 농도가 시간에 따라 0 에서 증가되었다. 결과를 표 2에 나타낸다.

본 발명은 수도꼭지 고정 필터, 주방용 조리대 정수 장치, 하부 싱크대 정수 장치, 캠핑/배낭 정수 장치, 여행용 정수 장치, 냉장고 정수 장치, 피쳐형 그래비티 플로우 (pitcher-type gravity flow) 정수 장치, 수영장 정수 장치, 및 온천형 정수 장치로 한정되는 것이 아니라 이를 포함하는 복수개의 애플리케이션으로 이용될 수 있다.

본 발명의 다양한 잇점은 전술한 명세서 및 다음의 청구 범위를 통해 당업자에게 자명하게 될 것이다.

Claims

전해 용액을 전해하는 장치에 있어서,

(a) (i) 애노드;

(ii) 상기 애노드와 그 사이에 형성되는 통로를 정의하는 캐소드;

(iii) 상기 통로에 연결되고, 전해 용액의 플로우를 수용하기 위해 이용되는 입구 포트; 및

(ⅳ) 상기 통로에 연결되고, 전해된 전해 용액의 플로우의 출구를 제공하는 출구 포트를 구비하는 논-멤브레인 전해 셀; 및

(b) 상기 애노드에서 상기 캐소드로 전류를 공급하고, 0.27 watt 내지 2.70 watt 범위의 전력을 제공하며, 상기 전류가 상기 전해 용액의 플로우를 전해하도록 하는 전류 공급기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전해 장치는 상기 전해셀과 상기 전류 공급기에 봉쇄를 제공하는 몸체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전해 장치는 상기 전해 용액을 상기 입구 포트 안으로 및 상기 출구 포트 밖으로 이동시키는 유체 이동 메커니즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 3 항에 있어서, 상기 유체 이동 메커니즘은 상기 전해 용액의 전해를 반복하기 위해 상기 출구 포트에서 배출되었던 상기 전해 용액을 상기 입구 포트로 되돌려 재순환시키는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전해 장치는 불순물의 제거를 위한 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 이전에 위치되는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 다음에 위치되는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 필터는 3 마이크론 이상의 크기를 갖는 미립자의 99.95 % 를 상기 전해 용액에서 제거하도록 변경된 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 필터는 유기 종 (organic specise) 을 제거하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 9 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 다음에 위치되고, 상기 전해셀은 상기 유기 종을 상기 필터에 의해 제거될 수 있는 형태로 화학변화시키는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 필터는 무기 종 (inorganic specise) 을 제거하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 다음에 위치되고, 상기 전해셀은 상기 무기 종의 산화 상태를 상기 필터에 의해 제거가능한 상태로 화학변화하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 필터는 비소를 제거하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 다음에 위치되고, 상기 전해셀은 상기 비소의 산화 상태를 상기 필터에 의해 제거가능한 상태로 화학변화하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 11 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 다음에 위치되는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 필터는 그 일부 또는 전체가 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 5 항에 있어서, 상기 필터는 그 일부 또는 전체가 탄소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전해 장치는 전해 이전에 전해 용액으로의 전-처리제로서 이온 교환 수지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 18 항에 있어서, 상기 이온 교환 수지는 상기 전해 용액의 상기 할로겐 함유 이온 농도를 증가시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 18 항에 있어서, 상기 이온 교환 수지는 상기 전해 용액으로부터 스케일 형성 이온의 농도를 감소시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 18 항에 있어서, 상기 이온 교환 수지는 물 연화제인 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전해 장치는, 물의 존재 시 전해 처리의 시작을 유발할 수 있고, 또한, 물의 부재 시 상기 전해 처리의 중지를 유발할 수 있는 물 인식 센서 (water presence sensor) 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 22 항에 있어서, 상기 물 인식 센서는 전계 효과 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전류 공급기는 배터리, ac-dc 변환기, 태양 전지, 수동 크랭크 발생기 시스템, 수압/터빈 에너지 시스템 및 그 결합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 애노드는 포일 (foil) 전극인 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 애노드는 Ⅷ족 금속을 함유하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 애노드는 다공성 애노드인 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 다공성 애노드는 다공성 금속 애노드인 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전해 장치는,

수도 꼭지 고정 필터, 주방용 조리대 정수 장치, 하부 싱크대 정수 장치, 캠핑/배낭 정수 장치, 여행용 정수 장치, 냉장고 정수 장치, 피쳐형 그래비티 플로우 정수 장치 (pitcher-type gravity flow water purification device), 수영장 정수 장치, 및 온천형 정수 장치의 애플리케이션 중 하나 이상으로 이용되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전해 장치는 불순물을 제거하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 전해 장치는 미생물을 소멸시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
전해 용액을 전해하는 장치에 있어서,

(a) (i) 표면적이 30 ㎠ 미만인 애노드;

(ii) 상기 애노드와 그 사이에 형성되는 통로를 정의하는 캐소드;

(iii) 상기 통로와 연결되고, 전해 용액의 플로우를 수용하기 위해 이용되는 입구 포트; 및

(ⅳ) 상기 통로와 연결되고, 전해된 전해 용액의 플로우의 출구를 공급하는 출구 포트를 구비하는 논-멤브레인 전해 셀, 및

(b) 상기 애노드로부터 상기 캐소드로 전류를 제공하고, 0.27 watt 내지 2.70 watt 범위의 전력을 공급하며, 상기 전류가 상기 전해 용액의 플로우를 전해하도록 하는 전류 공급기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 전해 장치는 상기 전해셀과 상기 전류 공급기에 봉쇄를 제공하는 몸체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 전해 장치는 상기 전해 용액을 상기 입구 포트 안으로 및 상기 출구 포트 밖으로 이동시키는 유체 이동 메커니즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 34 항에 있어서, 상기 유체 이동 메커니즘은 상기 전해 용액의 전해를 반복하기 위해 상기 출구 포트에서 배출되었던 상기 전해 용액을 상기 입구 포트로 되돌려 재순환시키는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 전해 장치는 불순물의 제거를 위한 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 36 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 이전에 위치되는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 36 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 다음에 위치되는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 36 항에 있어서, 상기 필터는 3 마이크론 이상의 크기를 갖는 미립자의 99.95 % 를 상기 전해 용액에서 제거하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 36 항에 있어서, 상기 필터는 유기 종을 제거하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 40 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 다음에 위치되고, 상기 전해셀은 상기 유기 종을 상기 필터에 의해 제거될 수 있는 형태로 화학변화시키는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 36 항에 있어서, 상기 필터는 무기 종을 제거하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 42 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 다음에 위치되고, 상기 전해셀은 상기 무기 종의 산화 상태를 상기 필터에 의해 제거가능한 상태로 화학변화하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 42 항에 있어서, 상기 필터는 비소를 제거하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 42 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 다음에 위치되고, 상기 전해셀은 상기 비소의 산화 상태를 상기 필터에 의해 제거가능한 상태로 화학변화하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 42 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 다음에 위치되는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 36 항에 있어서, 상기 필터는 그 일부 또는 전체가 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 36 항에 있어서, 상기 필터는 그 일부 또는 전체가 탄소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 전해 장치는 전해 이전에 전해 용액으로의 전-처리제로서 이온 교환 수지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 49 항에 있어서, 상기 이온 교환 수지는 상기 전해 용액의 상기 할로겐 함유 이온 농도를 증가시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 49 항에 있어서, 상기 이온 교환 수지는 상기 전해 용액으로부터 스케일-형성 이온의 농도를 감소시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 49 항에 있어서, 상기 이온 교환 수지는 물 연화제인 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 전해 장치는, 물의 존재 시 전해 처리의 시작을 유발할 수 있고, 물의 부재 시 상기 전해 처리의 중지를 유발할 수 있는 물 인식 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 53 항에 있어서, 상기 물 인식 센서는 전계 효과 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 전류 공급기는 배터리, ac-dc 변환기, 태양 전지, 수동 크랭크 발생기 시스템, 수압/터빈 에너지 시스템 및 그 결합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 애노드는 포일 전극인 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 애노드는 Ⅷ족 금속을 함유하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 애노드는 다공성 애노드인 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 다공성 애노드는 다공성 금속 애노드인 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 전해 장치는,

수도 꼭지 고정 필터, 주방용 조리대 정수 장치, 하부 싱크대 정수 장치, 캠핑/배낭 정수 장치, 여행용 정수 장치, 냉장고 정수 장치, 피쳐형 그래비티 플로우 정수 장치, 수영장 정수 장치, 및 온천형 정수 장치의 애플리케이션 중 하나 이상으로 이용되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 전해 장치는 불순물을 제거하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 32 항에 있어서, 상기 전해 장치는 미생물을 소멸하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
전해 용액을 전해하는 장치에 있어서,

(a) (i) 애노드;

(ii) 상기 애노드와 그 사이에 형성되는 통로를 정의하고, 상기 통로가 상기 애노드와 그 사이의 거리를 0.6 mm 미만을 갖도록 하는 캐소드;

(iii) 상기 통로와 연결되고, 전해 용액의 플로우를 수용하도록 이용되는 입구 포트; 및

(ⅳ) 상기 통로와 연결되고, 전해된 전해 용액의 플로우의 출구를 제공하는 출구 포트를 구비하는 논-멤브레인 전해 셀, 및

(b) 애노드에서 상기 캐소드로 전류를 제공하고, 0.27 watt 내지 5 watt 범위의 전력을 제공하며, 상기 전류가 상기 전해 용액의 플로우를 전해하도록 하는 전류 공급 장치를 포함하며,

상기 애노드는 다공성 애노드인 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 63 항에 있어서, 상기 전해 장치는 상기 전해셀과 상기 전류 공급기에 봉쇄를 제공하는 몸체를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 63 항에 있어서, 상기 전해 장치는 상기 전해 용액을 상기 입구 포트 안으로 및 상기 출구 포트 밖으로 이동시키는 유체 이동 메커니즘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 65 항에 있어서, 상기 유체 이동 메커니즘은 상기 전해 용액의 전해를 반복하기 위해 상기 출구 포트에서 배출되었던 상기 전해 용액을 상기 입구 포트로 되돌려 재순환시키는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 63 항에 있어서, 상기 전해 장치는 불순물의 제거를 위한 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 67 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 이전에 위치되는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 67 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 다음에 위치되는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 67 항에 있어서, 상기 필터는 3 마이크론 이상의 크기를 갖는 미립자의 99.95 % 를 상기 전해 용액에서 제거하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 67 항에 있어서, 상기 필터는 유기 종을 제거하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 71 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 다음에 위치되고, 상기 전해셀은 상기 유기 종을 상기 필터에 의해 제거될 수 있는 형태로 화학변화시키는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 67 항에 있어서, 상기 필터는 무기 종을 제거하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 73 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 다음에 위치되고, 상기 전해셀은 상기 무기 종의 산화 상태를 상기 필터에 의해 제거가능한 상태로 화학변화하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 73 항에 있어서, 상기 필터는 비소를 제거하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 73 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 다음에 위치되고, 상기 전해셀은 상기 비소의 산화 상태를 상기 필터에 의해 제거가능한 상태로 화학변화하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 73 항에 있어서, 상기 필터는 상기 전해셀 다음에 위치되는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 67 항에 있어서, 상기 필터는 그 일부 또는 전체가 수지로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 67 항에 있어서, 상기 필터는 그 일부 또는 전체가 탄소로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 63 항에 있어서, 상기 전해 장치는 전해 이전에 전해 용액으로의 전-처리제로서 이온 교환 수지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 80 항에 있어서, 상기 이온 교환 수지는 상기 전해 용액의 상기 할로겐 함유 이온 농도를 증가시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 80 항에 있어서, 상기 이온 교환 수지는 상기 전해 용액으로부터 스케일-형성 이온의 농도를 감소시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 80 항에 있어서, 상기 이온 교환 수지는 물 연화제인 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 63 항에 있어서, 상기 전해 장치는, 물의 존재 시 전해 처리의 시작을 유발할 수 있고, 물의 부재 시 상기 전해 처리의 중지를 유발할 수 있는 물 인식 센서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 84 항에 있어서, 상기 물 인식 센서는 전계 효과 트랜지스터인 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 63 항에 있어서, 상기 전류 공급기는 배터리, ac-dc 변환기, 태양 전지, 수동 크랭크 발생기 시스템, 수압/터빈 에너지 시스템 및 그 결합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 63 항에 있어서, 상기 애노드는 포일 전극인 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 63 항에 있어서, 상기 애노드는 Ⅷ족 금속을 함유하는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
삭제
제 63 항에 있어서, 상기 다공성 애노드는 다공성 금속 애노드인 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 63 항에 있어서, 상기 전해 장치는,

수도 꼭지 고정 필터, 주방용 조리대 정수 장치, 하부 싱크대 정수 장치, 캠핑/배낭 정수 장치, 여행용 정수 장치, 냉장고 정수 장치, 피쳐형 그래비티 플로우 정수 장치, 수영장 정수 장치, 및 온천형 정수 장치의 애플리케이션 중 하나 이상으로 이용되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 63 항에 있어서, 상기 전해 장치는 불순물을 제거하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.
제 63 항에 있어서, 상기 전해 장치는 미생물을 소멸시키도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해 용액의 전해 장치.