KR100689892B1 - 티타늄 용융수의 제조방법과 그 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압수중에서 산소와 수소의 혼합 가스를 연소시키고, 그 연소 가스로 금속 티타늄을 융해시킴으로써, 티타늄 용융물이 수중에 용해된 티타늄 용융수를 제조하는 방법 및 장치를 제공한다.

티타늄 용융수, 티타늄, 산소 수소 혼합가스, 연소실

Description

티타늄 용융수의 제조방법과 그 장치{Producing method of titanium dissolved water and apparatus for producing the same}

본 발명은 티타늄 용융물이 용해된 티타늄 용융수 및 그것을 제조하기 위한 장치에 관한 것이다.

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티타늄은 철, 동, 알루미늄 등에 비해 비교적 늦게 발견된 금속재료로서, 그 가볍고 고온에서도 강도를 발휘할 수 있는 물성을 이용하여, 공업적으로는 젯트 엔진 등의 항공기 우주산업, 원자력 발전 또는 화력 발전에 사용되는 열교환기의 관(管)이나 관판(管板) 등의 에너지 관련분야, 그리고 안경테, 골프클럽 헤드 등의 일용품 분야에서 많이 이용되고 있으며, 그 이용 분야는 점점 확대되는 추세에 있다.

종래, 금속 티타늄을 일용품, 건강의료 또는 화장품에 활용하는 것은 비교적 많이 알려져 있으며, 예를 들면 티타늄 박막을 표면에 갖는 미용가위(일본국 특개소 62-268584호 공보), 금속 티타늄 용융물에 의한 원적외선 이용(일본국 특개소 61-59147호 공보, 특개평 1-155803호 공보, 특개평 3-112849호 공보), 침구(일본국 특개평 8-322695호 공보), 조리용구(일본국 특개평 9-140593호 공보), 아이마스크(일본국 특개평 10-71168호 공보), 건강유지용구(일본국 특개평 11-285541호 공보, 특개평 11-285543호 공보), 건강 밴드(일본국 실용신안등록 제3045835호), 건강 슬리퍼(일본국 실용등록 제3061466호) 등이 있다.

그러나, 금속 티타늄을 기능수로 활용하는 기술은 거의 알려져 있지 않으며, 겨우 금속 티타늄을 음극에 사용한 전기침투작용을 이용한 음료수 제조장치(일본국 특개소 50-40779호 공보)가 공개되어 있는 정도이다.

티타늄을 생리할성재료, 식품재료 또는 의료품 등의 분야에 응용하는 것은 그발전이 매우 기대되고 있지만, 아직 그 실태는 밝혀지지 않았다.

본 발명에서는 이 티타늄의 무한대라고도 할 수 있는 유용성을, 특히 생리활성재료나 건강의료품 분야로의 활용을 목표로 한 것이다.

본 발명에서는 고압수중에서 금속 티타늄을 수소와 산소의 연소 가스로 용융함으로서, 티타늄 용융물이 용해된 상태로 함유되는 고기능성을 갖는 티타늄 용융수를 제조하는 방법을 제공하는 것을 과제로 한다.

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또한, 본 발명에서는 건강 의료 등의 생리활성 용도에 기여하는 티타늄 용융수를 제조하는 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.

본 발명에서는 금속 티타늄의 용융물이 수중에 용해된 상태로 함유되는 물을 '티타늄 용융수'라 한다.

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본 발명의 제 1 특징은 고압수중에서 산소와 수소의 혼합 가스를 연소시키고, 그 연소 가스에서 금속 티타늄을 연소하는 것을 특징으로 하는 티타늄 용융물이 용해된 티타늄 용융수를 제조하는 방법이다.

본 발명의 제 2 특징은 고압수 수용탱크, 산소와 수소의 혼합 가스 분사노즐, 금속 티타늄 막대, 점화장치 및 연소실을 구비한 내압 용기로 구성되는 것을 특징으로 하는 티타늄 용융물이 용해된 티타늄 용융수를 제조하는 장치이다.

본 발명의 제 3 특징은 산소와 수소의 혼합 가스를 제조하기 위한 물전기분해장치를 추가로 부설하는 것을 특징으로 하는 상기 제 2 특징의 티타늄 용융물이 용해된 티타늄 용융수를 제조하는 장치이다.

티타늄의 미립자 또는 티타늄 산화물이 단순히 분산된 물분산액 또는 혼합액에서는 티타늄이 단시간안에 침전 분리를 일으키는데, 본 발명에서 얻어지는 티타늄 용융수의 가장 중요한 특징은 연소열로 용융된 티타늄이 수중에 용해된 상태로 장기간에 걸쳐 침전 등의 분리를 일으키지 않고 안정된 상태를 유지하는 것에 있다. 이와 같이 본 발명의 티타늄 용융수는 물 분자와 티타늄 용해물이 상관 작용하여, 생리활성작용을 갖는 고기능수가 되는 예기치 못한 현저한 효과를 발휘한다.

본 발명에서 얻어지는 고기능성 티타늄 용융수는 운동기능증진 크림 등의 건강용품, 항균제 등의 의료품, UV 컷 등의 화장품으로써 활용할 수 있는 것이다.

또한, 본 발명의 티타늄 용융수는 현재 상기의 용도에 바람직하게 사용되고 있는데, 최근 사회의 건강 지향에 충분히 부응할 수 있는 획기적인 생리활성재료가 될 것으로 확신된다. 티타늄 용융물이 용해된 물이 왜 생리 활성의 효능을 갖는지 그 메카니즘은 불분명한데, 본 발명자들은 이들의 화학적 해명을 규명하기 위해, 현재 예의 연구중이다.

도 1은 본 발명의 티타늄 용융수의 제조 플로챠트.

도 2은 본 발명의 티타늄 용융수 제조장치를 나타내는 개략도.

도 3은 본 발명의 티타늄 용융수의 분석시험결과.

(부호 설명)

2 : 티타늄 용융수 제조 내압용기 3 : 전기분해장치/원료가스 발생장치

5 : 고압수 수용탱크 6 : 연소실

7 : 압력 조절밸브 8 : 티타늄 용융수 취출구

9 : 고압수 10 : 금속 티타늄 막대

11 : 점화장치 12 : 금속 티타늄 용해물

13 : 공급 실린더 14 : 혼합가스 분출 노즐

16 : 수소공급로 17 : 산소공급로

18 : 전극 18' : 전극

19 : 칸막이판 20 : 물

본 발명에서 얻어지는 티타늄 용융수는 종래 제조된 적이 없는 신규의 생산물이다. 또한, 본 발명에서는 그 금속 티타늄의 용융을 위해 통상의 금속 용해를 위한 범용 수단인 열용융, 아크 방전이나 레이저광 조사에 의한 수법을 사용하지 않고, 산소와 수소의 연소열에 의해 용융된 티타늄 용융물을 용해 상태로 함유하는 물을 제조하는 새로운 방법 및 장치를 개시하는 것이다.

즉, 본 발명자는 티타늄 용융수를 효율적이고 경제적으로 제조하는 점과, 생리활성용도로 제공하는 점에 대해 검토한 결과, 수소와 산소를 연소시키고, 그 분위기속으로 순수한 금속 티타늄 막대를 삽입하여 가열함으로써 티타늄 용융물을 용해 상태로 함유하는 방법을 착안하여, 물과 금속 티타늄 이외의 물질을 만들지 않도록 하기 위해 수중에서 수소와 산소를 연소시킬 때에 고압수중에서 연소시키는 방법을 강구한 것이다.

본 발명의 방법은 효율적인 생리활성능을 얻기 위해, 연소시킬 수소와 산소의 양, 반응 압력 및 금속 티타늄 공급량를 제어할 필요가 있다. 또한, 상기 제조 방법은 수중에 금속 티타늄 용융물뿐만이 아니라, 약간의 산화 티타늄 미립자도 함유되므로, 적절한 여과 시스템도 필요하다.

본 발명에서는 상술한 바와 같이 고압수중에서 금속 티타늄이 용해된 티타늄 용융수를 제조하는 방법 및 그것을 실시하기 위한 장치를 도면에 기초하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 티타늄 용융수 제조의 플로차트, 도 2는 본 발명에 따른 티타늄 용융수의 제조를 위한 제조장치를 나타낸다.

도 2에 나타낸 본 발명에 따른 티타늄 용융수의 제조장치는 티타늄 용융물이 용해된 물을 제조하기 위한 내압 용기(2), 전기분해/원료가스 발생장치(3) 및 티타늄 용융수의 여과장치(미도시)로 구성되어 있다.

본 발명의 내압 용기(2)의 기본 구조는 고압수 수용탱크(5), 산소와 수소의 혼합가스 분사노즐(14), 연소실(6) 및 금속 티타늄 막대(10)를 구비한, 금속 티타늄이 용해된 티타늄 용융수를 제조하는 장치이다. 또한, 원료의 수소와 산소를 공급하기 위한 물 전기분해장치(3) 및 생성된 티타늄 용융수의 여과 시스템이 부설되어 있다.

본 발명의 내압 용기(2)는 금속제, 바람직하게는 스틸제의 고압수 수용탱크(5)로 이루어져 있으며, 이 고압수 수용탱크(5)에서는 전기분해장치(3)에서 발생되어 수소 공급로(16)와 산소 공급로(17)를 통해 공급된 수소와 산소의 혼합 가스를, 분사 노즐(14)을 통해 연소실(6)에 고압 분사하도록 하고 있다. 연소실(6)의 내부에 금속 티타늄 막대(10)가 공급 실린더(13)로부터 연소량에 따라 점 차 송출되도록 되어 있다. 수소와 산소의 혼합 가스는 점화 장치(11)에 의해 점화되며, 금속 티타늄의 용융물은 고압수(9)중으로 방출된다. 이들은 포함하는 고압수(9)는 고압수 수용탱크 바닥부의 취출구(8)를 통해 외부로 배출되며, 적절한 여과장치(미도시)에 의해 순차적으로 여과된다.

이 중, 원료가스 발생장치(3) 대신에, 수소 및 산소의 각 고압 봄베를 사용하는 것도 가능한데, 본 발명에서와 같이 물의 전기분해에 의해 공급되는 산소와 수소는 완전히 순수한 가스이며, 연료 가스인 원료 가스를 효율적으로 공급할 수 있다는 이점이 있다.

본 발명에서는 물 제조 원료로서, 원료가스 발생장치(3)에서 물(20)의 전기 분해에 의해 수소 및 산소를 발생시키는 예를 들었으며, 18 및 18'은 각각 음극판, 양극판을 나타낸다. 상술한 바와 같이 수소 및 산소로서, 각 수납 봄베로부터 직접 고압수 수용탱크(5)내로 공급하는 것도 물론 가능하다.

본 장치에서는 전기 분해에 의해 발생되어 수소공급로(16)와 산소공급로(17)를 통해 공급된 수소와 산소를 펌프를 이용하여 노즐(14)로부터 연소실(6)로 분사하고, 혼합 가스를 완전히 연소하여, 완전한 초고온의 수증기 가스의 연소 상태로 만든다. 이 연소가스 중에 순수한 금속 티타늄 막대(10)를 삽입하여 가열, 연소시킨다. 금속 티타늄 막대는 연소량에 따라 일정량씩 실린더(13)내로부터 삽입된다. 연소시에는 수소와 산소의 혼합비가 엄격히 2대 1이 되도록 제어할 필요가 있다. 또한, 압력 조절밸브(7)를 설치하여 고압수 수용탱크내의 압력조정을 할 필요가 있다.

연소실(6)내에서 고온으로 가열, 연소된 금속 티타늄 용융물(12)이 연소실(6)로부터 고압수(9)중으로 방출되면, 티타늄의 일부는 결정 구조를 취하게 되는 것으로 생각할 수 있다.

이와 같은 상태의 티타늄 용융물이 수중에 생긴 결과, 소수성이 매우 강한 티타늄 용융물이 안정된 상태로 수중에 용해된 상태가 되므로, 응집제를 사용하여도 침전하는 일은 없다.

본 발명의 제조방법에 따르면, 예를 들면 1톤의 티타늄 용융수를 제조하는 생산 스케일에서는 혼합 가스의 가스압은 3.5기압 정도이며, 수압 1.5∼2.5 기압 정도의 고압수 수용탱크내로 혼합 가스를 분사하는 분사량은 매초 4∼6ℓ정도가 좋다. 가스 압력이 너무 크면, 장치의 구조가 파괴될 위험이 있다. 또한, 압력이 작으면, 연소실로부터 가스가 위로 뿜어올라, 가열 용해된 금속 티타늄이 그대로 기포에 싸여 물 위로 발산되어 버리므로, 티타늄 용융물의 발생상태가 나빠진다.

이 장치의 조작은 고압수 수용탱크(5)내에 고압의 수소, 산소를 펌프를 통해 노즐(14)로부터 분사하고, 점화장치(11)에 의해 점화하여 초고온의 수증기 가스를 연소 상태로 만들고, 그 연소 가스중에 순수한 금속 티타늄 막대(10)를 삽입하여 연소시킨다.

또한, 이 장치에서는 물과 금속 티타늄 용융물 이외의 물질을 발생하지 않도록 하기 위해, 수중에서 수소와 산소를 연소시키는 것을 필수로 하고 있으며, 이 때 불순물을 포함하지 않고, 순수하게 수중에서 수소와 산소를 연소시키기 때문에, 고압하에서 연소시키는 것이 필요하다. 또한, 금속 티타늄 막대를 삽입하는 위치 를, 혼합 가스가 완전히 연소되어 완전한 초고온의 수증기 가스가 되는 영역으로 해야만 한다.

본 발명의 다른 특징은 상술한 바와 같이 제조된 티타늄 용융물이 수중에 용해된 티타늄 용융수를, 적절히 정제하여 건강용품, 화장품, 식품, 의약품 및 그 부외품 등의 원료가 되는 점에 있는데, 생성된 물에는 산소와의 결합에 의한 산화 티타늄 미립자가 약간 함유되어 있어 적절히 여과, 정제할 필요가 있다.

이 때의 여과는 생성된 티타늄 용융물을 필요 이상으로 제거하지 않도록 하기 위해, 이온 교환이나 역삼투막 등의 방법을 사용하지 않고, 목적에 적합한 물을 만들기 위해 다음과 같은 필터 장치의 사용이 바람직하다. 즉, 필터는 중공사막(中空絲膜)이 적절하며, 고압수 수용탱크로부터 배출된 고압수를 순차적으로 여과하면, 티타늄 용융수의 특성상 그리고 필터의 수명에서 볼 때도 바람직하며, 이로 인해 식품 위생, 화장품, 의약품 등의 규격에 맞는 음료수를 제조할 수 있다.

또한, 본 발명에서 얻어지는 티타늄 용융수 성분을 확인한 결과, 극히 미량의 티타늄 용융물이 고압수 중에 함유되는 것은 일단 확인할 수 있었다.

본 발명에서 얻어지는 티타늄 용융수의 분석 결과를 도 3에 나타낸다.
도 3. 분석시험성적서에 나타난 바와 같이 본 발명의 티타늄 용융수는 침전물을 제외하고 0.72㎎/ℓ의 티타늄이 함유되어 있다.

실시예에 기초하여 본 발명의 실시 형태를 구체적으로 설명하겠지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.

(실시예)

도 2는 본 발명에 따른 제조장치의 대표적인 실시예를 나타내는 것으로, 고압수 수용탱크(5), 산소와 수소의 혼합가스 분사노즐(14) 및 금속 티타늄 막대(10) 를 구비한, 수중에서 물분자로 융해한 금속티타늄이 용해된 티타늄 용융수의 제조장치를 나타내는 것이다.

고압수 수용탱크(5)는 금속제의 초고압에 내성을 갖는 내압 탱크이며, 수소 공급로(16)와 산소 공급로(17)를 통해 공급된 수소와 산소의 혼합 가스를 분사 노즐(14)을 통해 연소실(6)로 분사함으로써, 연소실 내부에 금속 티타늄 막대(10)가 실린더(13)로부터 공급되고 있다. 고압수 수용탱크(5)내는 압력조절밸브(7)로 압력 제어하는 것이 필요하다. 혼합 가스는 점화장치(11)에 의해 점화되며, 티타늄 용융물(12)은 고압수중으로 방출된다. 금속 티타늄이 용해된 티타늄 용융수는 티타늄 용융수 취출구(8)를 통해 외부로 빼낸다.

이 장치의 조작은 상술한 바와 같이 고압수 수용탱크(5)내에, 고압하에서 수소와 산소를 공급하여 혼합 가스를 노즐(14)을 통해 분사하고, 점화장치(11)에 의해 점화하며 혼합 가스를 완전히 연소하여, 완전한 초고온의 수증기가스 연소상태로 만든다. 그 연소가스 중에 금속 티타늄 막대(10)를 삽입하여 연소시킨다. 노즐내에서 고온으로 가열된 티타늄 용융물(12)이 고압수중으로 방출되었을 때, 그 금속 티타늄의 일부가 결정 구조를 취하며, 이로 인해 티타늄 원자가 재배열되어 구형상에 가까와지고, 에너지적으로 안정된 상태가 된다고 생각된다.

생성된 티타늄 용융수는 티타늄 용융물이 수중에 용해되어, 활성제를 사용하지 않아도 용해된 상태가 된다. 제어된 티타늄 용융수는 취출구를 통해 배출하고, 적절히 여과장치로 보낸다. 여과장치는 필터에 의해 50미크론, 25미크론, 3미크론, 0.5 미크론 및 0.1 미크론으로 순차적으로 여과하여, 최종적으로는 매우 미량 의 금속 티타늄 용융물이 함유되는 티타늄 용융물수를 얻을 수 있다.

실시 조건(예)

제조 탱크내의 압력 : 압력 2기압

혼합 가스 ; 5L/sec(3.5기압)

금속 티타늄 공급량 : 0.5kg/2h

생성 티타늄 용융수 : 1000kg

상기 조건에서, 금속 티타늄이 용해된 티타늄 고기능수를 얻었다.

또한, 생성된 티타늄 용융수는 적절히 여과(50미크론, 25미크론, 3미크론, 0.5미크론, 0.1미크론의 중공사막에 의해 순차적으로 여과)한다.

고기능수의 사용 테스트

성인 남녀 10명의 평가단에 의해, 수분에 티타늄이 용해된 티타늄 용융수를 도포 또는 분무하여, 건강 증진 및 생리활성기능의 효과와 효능을 확인하였다.

사용조건과 평가 결과

1. 평가단 남녀 10명(수시 시험사용)

2. 효능예

몸이 가볍게 느껴짐 5명

피로가 경감됨 8명

피로 회복이 빠름 7인

감기 증상이 현저하게 개선됨 1명

운동 기능이 향상됨 6명

(앞으로 상반신 구부리기, 넓이 뛰기 등)

피부가 매끈함 7명

어깨결림이 현저하게 경감됨 7명

눈의 피로가 풀림 3명

상처 회복이 빠름 1명

테스트 결과의 평가 ;

상기의 평가에 따르면, 본 발명에서 얻어지는 티타늄 용융수를 몸에 도포 또는 분무한 사람 중에는 피로 회복, 운동기능증진, 어깨결림 해소, 피부의 매끈거림 향상 등의 개선 효과를 보이고 있는 사람이 많은 걸로 보건데, 본 발명의 티타늄 용융물수는 건강 용품, 의료품 또는 화장품의 원료로서 현저한 효과를 발휘함을 알 수 있다.

본 발명은 신규 티타늄 용융수의 제조방법과 장치를 제공하는 것으로, 티타늄 용융물이 용해 상태로 함유되는 생리활성기능을 갖는 물을 효율적으로 제조할 수 있다. 또한, 얻어진 티타늄 용융수는 다수의 평가단 테스트에 의해, 건강 용품, 의료품, 화장품 등에 이용가능함을 알 수 있다. 게다가, 시음 테스트로 판단하건데, 특히 건강수로서 현저한 효과가 있을 것으로 기대된다.

Claims (10)

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5. 고압수중에서 산소와 수소의 혼합가스를 연소시키고 그 연소가스로 상기 고압수중에서 금속 티타늄을 용융시켜 얻어지는 티타늄 용융물이 용해된 것을 특징으로 하는 티타늄 용융수의 제조방법.
6. 고압수 수용탱크(5), 산소와 수소의 혼합가스 분사노즐(14), 금속티타늄막대(10), 점화장치(11) 및 연소실(6)을 구비한 내압용기(2)로 구성되는 것을 특징으로 하는 티타늄 용융수의 제조장치.
7. 제 6 항에 있어서, 산소와 수소의 혼합 가스를 제조하기 위한 물전기분해장치(3)를 추가로 설치하는 것을 특징으로 하는 티타늄 용융수의 제조장치.
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10. 제 5 항에 있어서, 고압수의 수압이 1.5 ~ 2.5 기압인 것을 특징으로 하는 티타늄 용융수의 제조방법.

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