KR100639838B1

KR100639838B1 - 이온수 제조장치

Info

Publication number: KR100639838B1
Application number: KR1020040081446A
Authority: KR
Inventors: 황현배
Original assignee: 바이오닉스(주)
Priority date: 2004-10-12
Filing date: 2004-10-12
Publication date: 2006-10-30
Also published as: KR20060032490A

Abstract

본 발명에 따르면, 이온수 제조장치는 내부가 이온분리 격막에 의해 분리되고, 상기 격막에 의해 분리된 적어도 두 개의 전극실과, 상기 전극실의 각각에 전극이 설치된 전해조와, 상기 전해조의 전극실 중 선택된 하나 이상의 전극실로부터 연장되어 내부로 물을 순환시키도록 하는 순환수단과, 상기 순환수단에 의해 내부순환된 물과 합류되어 상기 전해조의 전극실로 물을 공급하는 원수공급수단을 포함한다.

본 발명에 따른 이온수 제조장치는 사용 목적에 따라서 산성수 및 알카리수의 제조가 용이하며, 선택된 이온수만이 토출되므로 물을 절약할 수 있는 효과를 갖는다.

전기분해, 전극, 정수수단, pH중화, 전해질 보충수.

Description

이온수 제조장치{Making apparatus of electrolysis water}

도 1은 본 발명에 따른 이온수 제조장치의 실시예를 개략적으로 나타내 보인 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10; 이온수 제조장치 20; 합류부

31; 제1전극 32; 제2전극

33; 제3전극 40; 전압인가부

55; 정수수단 80; 인젝터

85; 체크벨브 120; 이온수 배출부

130; 전해질 공급수단 200; 전해조

본 발명은 알카리수 및 산성수를 생성하는 이온수 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기분해에 의해 형성되는 이온수 중 양극수는 산화성을 갖기 때문에 높은 산화 환원 전위를 나타내고 음극수는 환원성을 갖기 때문에 낮은 산화 환원 전위를 나타낸다. 이러한 전기분해를 이용해 이온수를 제조하는 장치는 수도 등의 급수설비에 접속되어 흐르는 물 상태에서 전기분해를 하여 산성수나 알카리수를 생성하는 유수식(流水式)과, 물이 체류된 상태에서 전기분해 하는 뱃치(batch) 방식 또는 이동이 자유로운 포터블 타입(Portable type) 등이 있다.

또한 상기 각각의 타입에 따른 이온수 제조장치는 전해조의 내부를 이온 투과성 격막으로 분할한 음극실과 양극실에 음전극과 양전극을 설치되고, 원수가 전해조의 내부로 공급되고 있는 상태에서 음전극 및 양전극에 소정의 전류가 공급됨으로써 격막을 사이에 전기분해되어 산성수와 알카리수를 제조하게 된다.

한국 공개 특허 제 2003-0064640호, 제 2002-0020163호, 한국 실용신안 등록 제 20-0250783호에는 이온수 제조장치들이 개시되어 있다.

상기와 같은 특허들에 개시된 이온수 제조장치들은 전기분해의 원리를 이용하여 산성수와 알카리수를 제조할 수 있으나 전기분해되는 이온수의 종류와 관계없이 동시에 알카리수와 산성수가 생성되는 방식으로 늘 버려지는 물이 발생하는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 바와같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전기분해를 이용하여 생성되는 알카리수와 산성수 중 적어도 한 종류의 이온수는 배출되지 않고 내부에서 순환되며, 나머지 한 종류의 이온수가 출수 되도록 하여, 내부순환을 통해 버려지는 물 낭비를 막을 수 있고, 물의 이용효율을 높일 수 있는 이온수 제조장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 이온수 제조장치는 내부가 이온분리 격막에 의해 분리되고, 상기 격막에 의해 분리된 적어도 두 개의 전극실과, 상기 전극실의 각각에 전극이 설치된 전해조와, 상기 전해조의 전극실 중 선택된 하나 이상의 전극실로부터 연장되어 내부로 물을 순환시키도록 하는 순환수단과, 상기 순환수단에 의해 내부순환된 물과 합류되어 상기 전해조의 전극실로 물을 공급하는 원수 공급수단을 포함한다.

상기 순환수단은 상기 전극실의 일측에 연통되는 유입구나 유출구를 연결하는 연결관과 상기 연결관에 설치되어 전극실내의 물을 순환시키는 제1펌프와, 상기 연결관에 설치되어 pH중화를 위한 전해질 보충수단을 더 포함한다. 상기 순환수단에 전해질 성분의 필터링을 위한 정수수단을 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 원수공급수단은 원수저수통의 물을 공급하는 원수공급관과, 상기 원수공급관에 설치되어 상기 전해조의 전극실내로 일정하게 공급하는 제2펌프와, 상기 원수공급관의 일측 관상에 상기 순환수단의 연결관이 합류되도록 형성된 합류부를 더 포함한다.

또한 상기 원수공급수단의 합류부와 상기 전극실의 유입구 사이에 설치되어 원수와 내부순환된 물을 균일농도로 상기 전해조에 유입시키는 인젝터를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 이온수 제조장치의 일 실시예를 상세하게 설명한다.

도1은 본 발명에 따른 이온수 제조장치를 적용한 포터블 타입의 실시예를 개 략적으로 나타내 보인 도면이다.

도면을 참조하면, 이온수 제조장치(10)는 사용 목적에 따라서 산성수, 알카리수의 제조가 용이하며, 선택된 이온수만이 토출되도록 내부가 이온분리 격막(11)(12)에 의해 분리되고, 격막(11)(12)에 의해 분리된 적어도 두 개의 제1,2,3전극실(21)(22)(23)과, 상기 제1,2,3전극실(21)(22)(23)들 각각에 제1,2,3전극(31)(32)(33)들이 설치된 전해조(200)와, 상기 전해조(200)의 제1,2,3전극실(21)(22)(23) 중 선택된 하나 이상의 제2전극실(22)로부터 연장되어 내부로 물을 순환시키도록 하는 순환수단과, 상기 순환수단에 의해 내부순환된 물과 합류되어 전해조(200)의 제1,2,3전극실(21)(22)(23)로 물을 공급하는 원수공급수단을 포함한다.

본 발명의 이온수 제조장치를 구성요소별로 상세히 설명하면,

전해조(200)는 내부가 적어도 두 개의 이온분리 격막(11)(12)에 의해 분리되어 적어도 세 개의 제1,2,3 전극실(21)(22)(23)을 가지며, 또한 전해조(200)에 상기 제1,2,3 전극실(21)(22)(23)에 각각 설치되는 제1,2,3전극(31)(32)(33)에 전압을 인가하는 전압인가부(40)를 더 포함하여 이루어 진다.

또한 전해조(200)는 전압인가부(40)의 전원 인가에 따라 제1,2,3전극(31)(32)(33)들 중 제1,3전극(31)(33)에 동일 극성의 전압이 인가하고 이들의 사이에 위치되는 제2전극(32)에 제1,3전극(31)(33)과 다른 극성의 전압을 인가할 수 있다.

도면에 도시되지 않는 전해조의 또다른 실시예로는 내부가 이온분리 격막에 의해 분리되어 적어도 두 개의 제1,2 전극실을 가지며, 상기 제1,2 전극실의 각각에 설치되는 제1,2전극에 전압을 인가하는 전압인가부를 포함하여 이루어질 수 있다. 이 경우에도 전압인가부의 전원 인가형태는 제 1,2전극 들 중 제1전극과 제2 전극에 서로다른 극성의 전압을 인가할 수 있다.

또한 전해조(200)는 전압인가부(40)의 제1,2,3전극(31)(32)(33)에 따라 생성된 알카리수 및 산성수, 중성수와 같은 이온수를 배출하기 위하여 제1,2,3전극실(21)(22)(23)과 연결되는 배출관(121)(122)을 가지는 이온수 배출부(120)를 더 포함하여 이루어 진다.

바람직하게는 상기 전해조(200)의 제1,2,3전극들(31)(32)(33)은 펀치드 메탈 또는 메쉬상으로 이루어질 수 있다. 더 상세하게는 제1,2,3전극(31)(32)(33)중 양극이 인가되는 전극의 재질로서 내산성이 우수하고, 산화되기 어려운 것이 바람직 하다. 예를들면, Ti, Pt, Pd, Ir,β-PbO₂, NiFe₂O₄등을 가장 적합하게 이용할 수 있고, 음극이 인가되는 전극의 재질로서는 내알칼리성이 우수한 것이 바람직하다. 예를들면, Pt, Pd, Au, 탄소강, 스텐레스, Ag, Cu, 그라파이트, 유리질 탄소 등을 이용할 수 있다.

순환수단은 상기 전극실(21)(22)(23)중 선택된 제2전극실(22)의 일측에 연통되는 배출관(122)와 제1,2,3 전극실의 유입구를 연결하는 연결관(135)과, 연결관(135)에 설치되어 전극실(21)(22)(23)내의 물을 순환시키는 제1펌프(133)와, 연결관(122)(135)에 설치되어 pH 중화를 위한 전해질 보충수단(130)을 더 포함하여 이루어 진다.

즉, 순환수단에 의해 내부에서 상기 이온수 배출부(120)중 출수되지 않는 이온수는 배출관(122)과 연결관(135)를 통하여 내부순환된다. 또한 순환수단과 연결된 전해질 보충 용액을 공급하는 전해질 보충수단(130)을 통하여 내부순환되는 이온수의 pH 중화가 이루어 지며, pH 중화된 이온수는 제 1,2,3 전극실(21)(22)(23)의 유입구 각각으로 유입된다.

상기 순환수단의 연결관(135)에 설치된 전해질 보충수단(130)에 있어서, 전해질 용액탱크(131)는 전해질을 보충하기 위한 보충부(136)와, 보충부(136)내에는 전해질 용액 탱크(131)와, 전해질 용액탱크(131)의 내부에 설치되며 전해질을 보충하기 위한 보충관(137)과, 상기 전해질 용액탱크(131)와 상기 이온수 배출관(122)에 연결된 폐회로를 이루는 연결관(135)과, 상기 연결관(135)에 설치되어 전해질용액을 순환시키기 위한 제1펌프(133)를 더 포함하여 이루어 진다.

또한 상기 전해질 용액 탱크(131)의 하부에는 밸브를 가지는 드레인관(132)을 더 포함하여 이루어진다. 전해질 보충수단(130)의 드레인관(132)은 pH 중화를 위한 전해질 성분인 NaCl은 장기적으로 사용할 경우에 염형태의 착화합물을 형성하는 현상이 발생되므로 침전된 착화합물의 전해질 성분을 제거하고, 전해질 용액 탱크(131)의 내부를 주기적으로 세척하는데 필요하다.
순환수단의 연결관(135)에 연결된 전해질 보충수단(130)은 전해조(200)로부터 토출되어 이온수 배출부(120)중 배출관(122)을 통하여 배출되는 전해수에 전해질 성분인 염화나트륨(NaCl)함유된 전해질 용액을 지속적으로 공급하며, 전해질 보충수단(130)의 적어도 일측은 전해질 용액탱크(131) 내의 전해질 용액과 연통되는 개구들이 형성된다.

삭제

원수공급수단은 원수저수통(50)의 물을 공급하는 원수공급관(51)과, 상기 원수공급관(51)에 설치되어 상기 전해조(200)의 전극실(21)(22)(23)내로 일정하게 공급하는 제2펌프(53)와, 상기 원수공급관(51)의 일측 관상에 상기 순환수단의 연결관(135)이 합류되도록 형성된 합류부(20)를 더 포함한다. 또한 상기 원수공급수단의 합류부(20)와 상기 전극실(21)(22)(23)의 유입구 사이에 설치되어 원수와 내부순환 된 물을 균일농도로 상기 전해조(200)에 유입시키는 인젝터(80)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 합류부(20)에는 원수공급관(51)과 내부순환 연결관(135) 사이에서 물이 역류하지 못하도록 체크벨브(85)를 더 구비하는 것이 바람직하다.

원수공급 수단은 일반적으로 수도 등의 급수설비에 접속되어 흐르는 물 상태에서 전해를 하여 산성수나 알카리수를 생성하는 유수식(流水式)과, 물이 체류된 상태에서 전해하는 뱃치(batch) 방식 또는 이동이 자유로운 포터블 타입(Portable type)이 있므며, 본 실시예의 도면은 포터블 타입으로 이오수 제조장치의 본체에 설치된 예이다.

포터블 타입의 이온수 제조장치의 경우 원수저수통(50)은 이동이 용이하도록 1 내지 2리터 정도의 용량을 갖도록 하며, 상부가 열린 원통형 또는 다각형의 형상을 갖도록 한다. 또한 원수저수통(50)의 열린상부는 두껑(미도시)이 결합된다. 이 경우에도 원수저수통(50)에 저장된 물을 일정하게 공급하는 제2펌프(53)와 솔벨브 (95)를 포함하도록 하여 이를 통해 전해조(200)의 각각의 전극실(21)(22)(23)에 물을 공급하도록 한다.

상기 정수수단(55)은 전해질 용액 공급수단(130)으로부터 배출되는 이온수를 필터링하기 위해 유니트화 된 것을 포함한다.

정수수단(55)으로 염소 및 전해질(NaCl) 성분을 제거하고 또한 NaCl을 장기적으로 사용할 경우 발생하는 염착화합물을 제거하기 위한 아류산 칼슘과 활성탄, 비타민C, 이온교환수지, 중공사막, 세라믹 볼, 부직포 중 선택된 하나 이상의 물질을 포함하는 유니트화 된 필터를 더 구비하는 것이 바람직하다.

상기 열거된 정수수단(55)의 물질이외에 공지된 물의 정수물질을 더 포함할 수 있으며, 내부순환되는 산성수, 알카리수 중화에 공통적으로 사용할 수 있는 물질이 아류산 칼슘과, 활성탄, 비타민 C, 이온교환 수지에 해당되는 물질이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 이온수 제조장치(10)를 이용하여 알카리수, 중성수, 산성수를 제조하기 위해서는 제어수단(140)을 더 포함하여 이루어지는 것이 바람직하다.

제어수단(140)은 상술한 실시예와 같이 전해조(200)의 전압을 제어하는 전압인가부(40)에 pH를 설정하기 위한 조작패널(111)과, 설정된 pH 값 유량 등을 나타내기 위한 디스플레이 수단(112)과 감지센서, 제어벨브를 더 포함한다.

즉, 미리 pH값을 설정하고, 전압인가부(40)에 의해 설정된 전압을 전해조(200)의 전극(31)(32)(33)에 인가하면 알카리수 및 산성수가 생성되며, 생성된 이온수는 배출부(120)로 배출되며, 이 중에서 내부로 순환되는 이온수는 배출관(122)으로 이동되며, 배출관(122)의 pH 값을 센싱할 수 있는 즉, 내부순환 이온수 농도 감지센서(124)와 내부순환 이온수 농도 감지센서(124)로부터 감지된 pH 값에 따라 전해질 용액 탱크(131)의 전해질 용액의 투입량이 결정되며 이를 통해 전해질 용액 탱크(131)로 유입된 이온수의 pH 중화가 되고, 중화된 이온수는 전해질 용액 탱크(131)에 연결되어진 제어벨브(132)와, 제어벨브(132)를 제어함으로써 pH중화를 위한 전해질 농도를 조정할 수도 있다.

미설명 부호 54는 출수통이다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 이온수 제조장치(10)를 이용하여 알카리수를 제조하는 경우를 설명하면 하기와 같다.

제어수단(140)의 조작패널(111)을 이용하여 설정된 알카리수 pH 값에 따라 전압인가부(40)를 통해 공급되는 전압은 제1,3전극(31)(33)에 음극의 직류전압을 인가하고, 이들의 사이에 위치되는 제2전극(32)에는 양극의 직류전압이 인가한다. 그리고 원수공급관(51)을 통하여 수돗물, 지하수 중의 하나인 원수를 전해조(200)의 제1,2,3전극실(21)(22)(23)로 공급됨과 아울러 내부순환 이온수 용액은 전해질 용액 공급수단(130)으로 이동하고 pH 중화된 이온수는 제1펌프(133)와 제어벨브(134)가 구동되어 필터가 내장된 정수수단(55)으로 이동하고 원수공급관(51)과 합류된다.

상기 제1,2,3전극실(21)(22)(23)을 흐르는 전해질 용액으로부터 격막(11)(12)을 통하여 이동되고, 상기 나트륨(Na) 이온은 제2전극실(22)측으로 이동되고 염소(Cl)이온은 제1,3전극실(21)(23)으로 이동되어 알카리수가 제조되게 되는데, 이 때 상기 배출관(122)에 설치된 측정센서(124)의해 산성수의 pH 값이 측정되고 이 측정된 정보와 설정된 pH 값에 의해 전해질 용액 공급수단(130)이 제어된다. 이 값에 근거하여 원수공급관(51)에 설치되는 유량제어밸브(95)를 제어하여 원수공급관(51)과 혼합되는 연결관(135)의 제어벨브(134)를 조정하게 된다. 이 과정에서 이온수의 pH 값을 조정하기 위하여 상기 컨트롤러(142)에 의해 상기 제1,3전극(31)(33) 및 제2전극(32)에 인가되는 전압과 전해질 용액 공급수단(130)의 보충관(139)에 설치되는 제어밸브(138)를 제어함으로써 전해질의 농도를 조정할 수도 있다.

전해질 성분에 의해 pH 중화된 산성수는 원수공급관(51)과 합류되기 전에 정수수단(55)를 걸쳐 NaCl 성분은 제거되며, 원수공급관(51)의 합류부(20)를 통해 중화된 내부순환 물은 합류되고, 합수된 물은 인젝터(55)를 통해 전해조(200)의 전극실(21)(22)(23)로 각각으로 유입된다.

또한 전해조(200)의 제1,3전극실(21)(23)로 부터 생성된 알카리수는 알카리수 배출관(121)을 통하여 출수통(54)으로 모아져 출수된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이온수 제조장치는 사용 목적에 따라서 산성수, 알카리수의 제조가 용이하며, 선택된 이온수만이 토출되도록 하므로 물을 절약할 수 있는 효과가 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims

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삭제
내부가 이온분리 격막에 의해 분리되고, 상기 격막에 의해 분리된 적어도 두 개의 전극실과, 상기 전극실의 각각에 전극이 설치된 전해조와;

상기 전해조의 전극실 중 선택된 하나 이상의 전극실로부터 연장되어 내부로 물을 순환시키도록 하는 순환수단과;

상기 순환수단에 설치되어 전해질 성분의 필터링을 위한 정수수단과;

상기 순환수단에 의해 내부순환 된 물과 합류되어 상기 전해조의 전극실로 물을 공급하는 원수공급수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이온수 제조장치.
삭제
내부가 이온분리 격막에 의해 분리되고, 상기 격막에 의해 분리된 적어도 두 개의 전극실과, 상기 전극실의 각각에 전극이 설치된 전해조와;

상기 전해조의 전극실 중 선택된 하나 이상의 전극실로부터 연장되어 내부로 물을 순환시키도록 하는 순환수단과;

상기 순환수단에 의해 내부순환 된 물과 합류되어 상기 전해조의 전극실로 물을 공급하는 원수공급수단을 포함하는 것으로, 상기 원수공급수단은 원수저수통과 전해조를 연결하여 물을 공급하는 원수공급관과, 상기 원수공급관에 설치되어 상기 전해조의 전극 실내로 물을 공급하는 제2펌프와, 상기 원수공급관의 일측에 상기 순환수단의 연결관이 연결되도록 형성된 합류부를 포함하며, 합류부와 상기 전극실의 유입구 사이에 설치되어 원수와 내부순환된 물을 균일농도로 상기 전해조에 유입시키는 인젝터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이온수 제조장치.