KR100985918B1 - 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수기 및 정수 방법 - Google Patents
미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수기 및 정수 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전기분해에 의해 발생한 수소 가스를 원수에 용해시켜서 수소수를 생성하는 전해 수소 함유 냉·온수 정수기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수기 및 정수 방법에 관한 것이다.
본 발명의 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수기는 원수를 여과하여 정수된 물을 전기분해조로 보내는 정수부 및 상기 전기분해조에 정수된 물을 전기분해하여 발생한 수소 가스를 원수 중에 용해시켜서 전해수소수를 생성, 저장하는 전해부로 이루어진 전해 수소 함유 냉·온수 정수기에 있어서, 상기 전기분해조를 밀폐형으로 제작하고 상기 정수 탱크의 상부에 에어 벤트 필터 및 체크밸브를 장착하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수기 및 정수 방법에 의하면 외부와 공기접촉을 차단하기 위해 전기분해조, 냉각탱크 및 온수탱크를 밀봉함으로써 전기분해조 내의 각종 세균증식을 근본적으로 해결할 수 있는 효과가 있다.
정수기, 전해 수소, 활성 산소, 전기 분해, 밀폐형
Description
본 발명은 전기분해에 의해 발생한 수소 가스를 원수에 용해시켜서 수소수를 생성하는 전해 수소 함유 냉·온수 정수기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수기 및 정수 방법에 관한 것이다.
산업의 발달과 인구증가로 인한 하천 및 상수원의 오염, 정수장에서의 염소처리 등의 원인으로 수돗물에는 화학물질, 유기염소계 용제, 발암성 화합물들이 다량 혼합되어 있고, 더욱이 노후화된 수도관 문제까지 대두하면서 가정에서는 마음 놓고 수돗물을 마실 수 없는 실정이다.
현재 우리나라는 이미 수백만 대 이상의 정수기가 보급이 되어 있으며, 이는 고도화된 산업 발전에 따른 각종 수질오염(공장폐수, 생활하수, 침출수 등)으로 지 하수는 물론 수돗물까지 안전과 건강을 위협하는 현 상황에서 정수기의 보급은 지속적으로 증가를 하고 있다.
이에 따라 얄팍한 상술과 무분별한 정수기 난립으로 인하여 우리 인체는 이물질과 각종 세균 문제 등의 2차적인 오염으로 마시는 물로부터 위협을 받고 있으며 최근에도 이러한 문제의 심각성이 언론에 보도되고 있다.
그러나 기존의 정수기는 단순히 유해물질의 제거로 그치거나 오히려 미네랄이 부족한 물만을 만들 뿐, 건강에 도움을 주는 기능성 정수기는 국내외적으로 거의 없는 실정이고 수입품 중 유사한 기능성 정수기는 매우 고가이다.
한편, 산소는 지구상에서 가장 많이 존재하는 원소 중의 하나로서 대기 중에서도 21%를 차지하고 있으며 인간은 이러한 산소를 호흡함으로써 생존에 필요한 에너지를 얻을 수 있다.
그러나 생명유지에 절대적으로 필요한 산소이지만 안정한 분자상태인 기저삼중항산소(Ground State Triplet Oxygen)가 체내 효소계, 환원대사, 공해물질, 광화학 반응 등의 물리적, 화학적, 환경적 요인으로 인하여 반응성이 매우 큰 활성산소(Active Oxygen)로 전환되어 인체에 유해한 산화독성을 야기한다.
이들은 세포구성 성분인 지질, 단백질, 당, DNA등에 대하여 비선택적, 비가역적 파괴작용을 함으로서 노화현상은 물론 암을 비롯한 각종 질병을 일으키는 원인으로 보고되고 있다(Free Radical Theory, 1954년 Nebraska 의과대학 Denhum Harman교수).
최근 물을 전기분해하여 음용이 가능한 pH 7.4 ~ 8.5의 약알칼리수를 식수로 제공토록 한 정수기가 도입되었고, 이러한 정수기의 통상적인 구조는 정수부와 전해부로 구성되어 있다.
상기 정수부는 부직포, 모래, 무연탄 및 활성탄 등을 위에서 아래로 또는 아래에서 위로 원수를 흘려보내고 이어 역삼투막분리 모듈을 사용시는 가압펌프를 사용 또는 생략하는 방식과, 또 다른 방법은 한외여과(限外濾過)막 모듈을 통과한 다음 후처리로 활성탄이나 세라믹 필터 등을 순차로 통과시켜 전기분해조로 보내게 된다.
이때 전기분해조는 상부 커버를 덮는 개방형으로 냉각을 위해 전기분해조 외부에 냉각코일을 여러 층으로 적층하여 소형 냉동기에 의해 냉각이 되면 전기분해조 내부 바닥면 토출구로 정수된 찬물을 제공하고 전기분해조 하부 중앙위치에 또 다른 토출구를 통하여 전기분해조 밑에 설치된 온수탱크로도 제공하게 되어있다.
상기 전기분해가 일어나는 전해부에서는 한 개의 양극 전극판과 2개의 음극 전극판이 물속에 함유된 이온의 이동만이 가능토록 구성된 2개의 격막 사이에 설치되어 3개의 전극실을 구비함으로써 2개의 음극 전극실로부터는 강알칼리수(pH 9 ~ 10)와 약알칼리수(pH 7.4 ~ 8.5)가 생성되고, 양극 전극실로부터는 산성수(pH 5 ~ 6)의 전해이온수가 생성되어, 이 중 음용 가능한 약알칼리수를 식수로 사용하도록 구성하고 있는 것이다.
알카리이온 정수기에서는 탱크들이 개방형을 사용하기 때문에 미생물 및 이물질이 혼입되어 전기분해조 내에서 인체에 유해하고 물속에 함유된 염소이온에 의해 원수보다 트리할로메탄발생이 증가되지 않아야 한다는 기준항목을 추가 권고하 는 문제점이 있다.
따라서 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 정수과정에서 발생하는 이물질 유입과 미생물의 오염을 완전히 예방하고 깨끗하게 정수된 물에 건강에 도움이 되는 전해수소를 생성 및 저장하여 공급할 수 있는 미생물 및 각종 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수기 및 정수 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 구현하기 위한 본 발명의 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수기는 원수를 여과하여 정수된 물을 전기분해조로 보내는 정수부 및 상기 전기분해조에 정수된 물을 전기분해하여 발생한 수소 가스를 원수 중에 용해시켜서 전해수소수를 생성, 저장하는 전해부로 이루어진 전해 수소 함유 냉·온수 정수기에 있어서, 상기 전기분해조를 밀폐형으로 제작하고 상기 정수 탱크의 상부에 에어 벤트 필터 및 체크밸브를 장착하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 에어 벤트 필터는 0.2 ~ 0.01㎛ 기공으로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 수소수관련 공급의 배관은 취수 지점까지의 모든 배관재질은 티타늄 재질로 구성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수 방법은 원수를 외부로부터 공급하여 입자상 물질, 고염분(미네랄), 맛, 소독부산물, 농약류, 냄새 및 색도 등을 제거하는 정수처리단계; 정수된 물을 전기 분해하여 수소를 발생시키고 발생된 전해수소를 전기분해조의 상부에 구비된 압밀된 활성탄 블록에 저장하는 전해수소 발생 및 저장 단계; 그리고 에어벤트 필터에 연결된 솔레노이드 밸브가 작동하여 외부로 배기함으로써 배관 내에서 물의 흐름을 원활하게 하여 전해수소수를 공급하는 전해수소수 공급 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전기분해조의 내부와 전극봉들의 스케일 및 배관 내부의 슬라임을 제거하는 세정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수기 및 정수 방법에 의하면 외부와 공기접촉을 차단하기 위해 냉각탱크, 온수탱크 및 전기분해조를 밀봉함으로써 전기분해조 이후에 증식 및 번식하는 각종 세균증식을 근본적으로 해결할 수 있는 효과가 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 쉽게 실시할 수 있 도록 상세히 설명하면 다음과 같다.
다만, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.
따라서 본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수기의 정수 처리 과정을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기분해조의 하부 구조를 설명하기 위한 개략도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수기의 전기분해조의 구조를 보여주는 정면도이다.
첨부된 도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수기는 정수부(100) 및 전해부(200)로 이루어진 것이다.
상기 정수부(100)는 원수를 여과하여 정수된 물을 전기분해조(210)로 보내는 구성이다.
상기 전해부(200)는 상기 전기분해조(210)에서 정수된 물을 전기분해하여 전 해수소수를 생성, 저장하는 구성으로서, 상기 전기분해조(210)를 밀폐형으로 제작하고 상기 전기분해조(210)의 상부에 솔레노이드 자동밸브(240), 에어 벤트 필터(230) 및 체크밸브(250)를 장착하여 이루어진 것이다.
이때, 상기 에어 벤트 필터(230)는 0.2 ~ 0.01㎛ 기공(Pore size)으로 이루어진 것이 바람직하고, 상기 전기분해조(210)는 투명한 폴리슐폰과 같은 재질로 하고 수소저장필터(220)부터 각 취수 지점까지의 모든 배관재질은 티타늄 재질로 구성하는 것이 바람직하다.
따라서 본 발명은 정수된 물이 개방형 탱크에서 문제시되고 있는 물때(Incrustation), 슬라임(Slime), 해충류(Vermin)의 사질(死質)과 각종 미생물(일반세균, 수인성 전염균, 대장균, 곰팡이 등)이 외부로부터 유입 증식하는 것을 방지할 수 있는 것이다.
또한 아토피성 피부질환, 각종 암, 노화 등을 억제하여 인체에 유익하다는 각종 연구결과 논문 등의 발표에서 보고되고 있듯이, 정수된 물속에 함유된 전해수소(혹은 활성수소)가 풍부한 전해수소수를 기술적으로 저장하여 제공하는 것이다.
첨부된 도 1에 도시한 바와 같이, 원수는 지하수나 수돗물 또는 총용해성 고형물질(TDS : Total Dissolved Solids)이 50 ~ 5,000 ㎎/ℓ인 물로서, 수압이 1 ~ 3 ㎏중/㎠으로 수동 또는 자동밸브를 경유하여 제1 여과 필터(110), 제2 여과 필터(120), 제3 여과 필터(130)를 순차적으로 통과한다.
상기 제1 여과 필터(110)는 부직포로 분말, 섬유상 또는 입자상 활성탄을 원통형으로 피복한 것으로서, 상기 원수가 위에서 아래로 통과되어 입자상 물질, 맛, 소독부산물, 농약류, 냄새 및 색도 등을 1차적으로 제거하는 역할을 한다.
상기 제2 여과 필터(120)는 총용해성 고형물질(또는 염분) 농도가 200 ㎎/ℓ이상인 원수를 처리하는 경우 역삼투(Reverse osmosis) 방식에 의하여 정수하며, 이때 원수의 압력이 낮거나 염분농도가 높을 때 가압펌프(Booster)(도시되지 않음)을 이용하여 처리한다.
또한 염분 농도가 200 ㎎/ℓ이하인 원수를 처리하는 경우 중공사형(Hollow fiber), 관형(Tubular), 나권형(Spiral wound) 또는 평판형(Plate & frame)의 고분자 합성물질이나 무기물질(세라믹 등) 재질로 제막된 필터를 사용하는 정밀여과(Microfiltraion) 방식으로 진행될 수 있으며, 한외여과(Ultrafiltration) 방식을 사용할 수도 있다.
상기 제3 여과 필터(130)는 부직포 내에 양이온 교환수지나 킬레이트 수지로 충진한 원통형 필터로서, 원수 및 배관 주철 배관에 존재하는 용해성 납(Pb)을 제거하는 역할을 한다. 이때 필요에 따라서는 상기 제2 여과 필터(120)에서 역삼투 방식을 사용할 경우 상기 제3 여과 필터 과정을 생략하도록 구성할 수도 있다.
상기 제1 여과 필터(110), 제2 여과 필터(120), 제3 여과 필터(130)를 통과한 물은 막접촉기(140)를 경유하여 전기분해조로 들어간다.
상기 막접촉기(Membrane Contactor)(140)는 정수된 물에 용해된 기체류를 제거하기 위한 것으로서, 탈기 출구에서 진공(Vacuum)을 가하면 정수 속의 용존 기체류를 더욱더 효과적으로 제거할 수 있다.
이후 탈기된 정수가 원통형 또는 정사각형의 전기분해조(210)로 유입되면 티 타늄이나 스테인리스 스틸에 백금 코팅된 양극 및 음극 전극봉에 전류를 흐르게 하여 전해 수소를 발생시킨다.
즉 첨부된 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전기분해조(210) 내측 하부에 구비된 정수 입구(211)에서 정수가 공급되고, 그 위에 전극봉(또는 전극판)을 각각 +극, -극을 마주 보게 배열하고 직류 전류를 흘려주는 것이다.
이때 양극 전극봉(212)에서는 H2O → 1/2O2 + 2H+ + 2e-의 반응이 일어나고, 한편 음극 전극봉(213)에서는 2H2O + 2e- → H2 + 2OH-의 반응이 일어나게 된다.
따라서 양극에서는 산소가 음극에서는 수소가 발생함과 동시에 양극에서는 수소이온(H+)이 음극에서는 수산화이온(OH-)이 발생한다. 상기 수소이온(H+)은 물을 산성으로, 상기 수산화이온(OH-)은 물을 알카리성으로 변화시키지만 이들은 동일한 양으로 존재하므로 물의 수소이온농도(pH)는 전체적으로 변화하지 않는다.
한편 또 다른 위치에 전기분해를 촉진하기 위하여 상기 전기분해조(210) 바닥에 바이브레이터(vibrator)(214) 또는 회전모터 날개를 설치하고, 이어 플로트 스위치(float switch)(215)를 부착한다.
따라서 첨부된 도 2 내지 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 전기분해조(210)의 중앙에 설치된 수소저장필터(220)에 수소가 포화되면 플로트 스위치(도시되지 않음)가 하부에서 상부로 올라가 전기분해 전원을 중단시킨다. 이때 외부에서도 전기분해의 상태를 볼 수 있게 투명한 감시창(217)을 만들고, 상기 전기분해조(210) 하 부에 소형 발광램프(LED)(218)를 구비하여 전기분해반응과 연계하여 온/오프(on/off)되도록 구성하였다.
전기분해로 발생한 전해수소는 상기 전기분해조(210)의 하부 중앙 돌출 부위에 설치된 원통형 또는 정사각형의 수소저장필터(220)에 저장된다. 상기 수소저장필터는 부직포로 포장된 표면을 통하여 내부 압착활성탄 또는 세라믹필터와 결합된 미세공에 상기 전해수소를 저장하는 역할을 하는 것이다.
이후 상기 수소저장필터(220)에 전해수소가 포화되면 취수에 의해 저장된 전해수소를 전기분해조의 하부중앙 출구(216)을 통하여 물과 함께 배출이 되게 하였고, 취수가 완료되면 상기 수소저장필터(220)의 물이 체크밸브가 부착된 하부로 자동 배수되게 하여 전해수소 저장면적을 크게 하였다.
여기서 수소저장필터(220)는, 첨부된 도 3에 도시한 바와 같이 입자상, 섬유상 또는 분말의 활성탄을 극세공으로 압밀 블록화하거나 활성탄으로 압밀블록화한 활성탄 필터(221) 및 상기 활성탄 필터 위에 0.1 ~ 0.01㎛의 기공으로 구성된 세라믹재질의 세라믹 필터(222)로 구성하여 더욱 많은 전해수소가 저장이 되도록 하였다.
이후 첨부된 도 1에 도시한 바와 같이 저장된 전해수소를 함유하는 정수는 제빙기(300)를 통하여 얼음이나 입자형태의 제빙수로 이용하거나, 직접 전해수소수를 마실 수 있도록 구성될 수 있다. 또한 외부를 냉각코일로 감아 간접 냉각하는 냉각탱크(400)를 경유하여 냉수소수를 음용할 수 있거나, 간접가열방식으로 가열하는 온수탱크(500)를 경유하여 온수소수를 음용할 수 있도록 구성될 수 있다.
상기 냉·온수소수를 음용시는 포토센서(photo sensor)와 같은 전자 방식이나, 전기식으로 누름 또는 터치 버튼(Push or Touch bottom)을 이용하여 취수가 가능토록 하였다.
이때 0.2 ~ 0.01㎛ 기공의 에어벤트필터(230)에 연결된 솔레노이드 밸브가 자동으로 개방되었다 닫히므로, 기포나 용존 기체에 의해 음용에 어려움이 없도록 구성하였고, 체크밸브(250)는 외부로부터 공기의 유입을 이중으로 차단되도록 하였다.
이러한 솔레노이드 자동밸브(240), 에어벤트필터(230) 및 체크밸브(250)를 구비함으로써 외부와 공기접촉을 차단하는 밀폐형 전기분해조를 구비함으로써 전기분해조 내의 각종 세균증식을 근본적으로 해결할 수 있는 것이다.
또한 상기 수소수가 아토피와 같은 피부염, 미백, 기미, 주근깨 등의 제거에도 효과가 있는 것으로 보고되어 있는 것에 착안하여, 수소수 냉온정수기의 내부 각취수구에서 티(T)자 배관 부품과 연결배관재질을 보온재로 마감하여 원하는 거리와 장소로 이동할 수 있는 다용도 수소수조(600)로 공급하여 1대의 수소수 냉온정수기로 2대 이상의 효과가 있도록 구성할 수도 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수 방법은 정수처리단계, 전해수소 발생 및 저장 단계, 그리고 전해수소수 공급 단계로 이루어진 것이다.
상기 정수처리단계는 본 발명의 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐 형 전해 수소 함유 냉·온수 정수 방법은 원수를 외부로부터 공급하여 입자상 물질, 맛, 소독부산물, 농약류, 냄새 및 색도 등을 제거하는 단계이다.
상기 전해수소 발생 및 저장 단계는 정수된 물을 전기 분해하여 수소를 발생시키고 발생된 전해수소를 전기분해조의 상부에 구비된 압밀활성탄 블록에 저장하는 단계이다.
상기 전해수소수 공급 단계는 에어벤트 필터에 연결된 솔레노이드 밸브가 작동하여 외부로 배기함으로써 배관 내에서 에어햄머 등의 방지 및 물의 흐름을 원활하게 하여 전해수소수를 공급하는 단계이다.
상기 전해수소수 공급 단계 이후에, 상기 전기분해조의 내부와 전극봉들의 스케일 및 배관 내부의 슬라임을 제거하는 과정으로써 세정단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
즉 상기 정수처리단계는 원수(수돗물, 지하수 등)를 외부로부터 공급하여 입자상 물질, 맛, 소독부산물, 농약류, 냄새 및 색도 등의 제거를 목적으로 부직포와 활성탄으로 구성된 제1 여과, 원수 중에 함유된 무기 물질(중금속류 포함)과 유기물질(후민산 등)을 제거하는 역삼투막 또는 물속에 미네랄 성분 외에 각종 유기물질과 미생물 등을 제거하는 중공사형 정밀 또는 한외여과막으로 구성된 제2 여과, 원수가 순차적으로 통과되면서 원수의 배관재질(주철관 등) 등으로부터 용해되는 미량의 납(Pb)과 철가루와 물때 그리고 슬라임 등의 제거를 목적으로 부직포와 양이온교환수지 또는 킬레이트 수지로 구성된 제3 여과에 이어서 원수를 처리하는 과정에서 제거되지 않는 기체류(이산화탄소 및 산소 등)를 제거하는 목적으로 설치된 막접촉기 과정으로 구성될 수 있다.
또한 상기 전해수소 발생 및 저장 단계는 정수된 물을 사각 또는 원통형 용기 한쪽 면에 일정한 간격을 두고 양극판과 음극판을 설치한 후 직류전류를 흐르게 하면 양쪽 극에서 기체가 발생하는데 음극에서는 2부피의 전해 수소와 양극에서는 1부피의 전해산소가 발생하게 하여 전기분해조 상부에 극세의 압밀활성탄블록 필터나 활성탄 블록 필터에 이어서 정밀 또는 한외여과 기공의 세라믹필터를 결합 장착하여 전해수소를 저장 및 통수 시 고농도 전해 수소가 정수된 물에 함유하게 하는 과정으로 구성될 수 있다.
또한 상기 전해수소수 공급 단계는 저장된 전해수소를 곧바로 취수콕이나 밸브를 이용하여 직접 마시거나, 밀폐형 냉각탱크로 이송 후 소형 냉동기에 의해 냉수소수 또는 간접가열로 온수로 음용하게 함과 아울러 전해수소 함유 수소수가 상기 냉각탱크로 공급시 물에 함유된 기체류들로 인하여 물의 흐름에 방해를 없애기 위하여 공급시 자동으로 에어벤트 필터에 연결된 솔레노이드 밸브가 작동하여 외부로 배기함으로써 배관 내에서 물의 흐름을 원활히 하게 하는 과정으로 구성될 수 있다.
그리고 정수기를 장기간 사용하다 보면 전기분해조 내부와 전극봉들의 스케일 형성과 배관내부에 물때(Incrustation)나 슬라임(Slime) 등이 형성될 수 있으므로 정기적으로 정수기를 안전하게 유지관리하기 위한 클리닝을 하는 세정단계를 더 포함하여 구성하는 것이 바람직하다.
상기 세정단계는 배관 내부를 철저히 밀봉을 한다 하여도 장기간 사용을 하 지 않을 경우 물때나 스케일 그리고 미생물 등에 의한 슬라임 등의 퇴적물들이 부착 내지 도포되어 물맛과 건강에 문제를 주게 되므로 배수 측에 정수된 물 1리터에 약 5 ~ 50 g의 구연산(citric acid)을 용해시켜 솔레노이드 밸브를 차단한 다음 외부에 탈착할 수 있는 소형 모터를 이용하여 밸브을 열고 체크밸브를 통하여 전기분해조, 전해수소저장필터, 정수탱크 그리고 온수탱크를 순차적으로 통과 후 체크 밸브를 거처 순환시키는 과정으로 구성될 수 있다.
이때 온수탱크의 히터는 간접가열이므로 전원을 공급하여 세정액 수온이 20 ~ 40℃를 유지하기 위하여 세정액을 순환 후 약 수분 ~ 수십분 가량 정지 상태로 담그어 둔 후 세정액을 배수시에는 밸브을 개방하여 완전 배수를 한 후 원수를 유입시키면서 솔리노이드 밸브를 개방하고 수분간 배수를 한 다음 수소수, 냉각수소수, 온수소수로 물을 1분가량 각각 흘러 보낸 다음 정상적으로 정수기를 사용하게 구성하였다. 이때 에어벤트필터에 부착된 솔레노이드 밸브는 세정액 배수 및 정상적인 정수 기능에서는 폐쇄되고 수소수, 냉각수소수 그리고 온수소수를 통하여 취수나 세정시에 개방된다.
여기서 세정액의 세정완료 판정은 pH측정기를 이용하여 6.0 ~ 7.0일 때 중단토록 하였다.
표 1은 본 발명의 일실시예에 따른 정수기와 종래의 정수기의 전해 수소의 농도 변화를 보여주고, 표 2는 개방된 상태에서 전해수소의 농도 변화를 보여주고, 표 3은 개방된 상태에서 가열하는 경우 산화환원전위(ORP : oxidation reduction potential)의 변화를 보여준다.
상기의 측정은 일본 TOA DKK사의 모델 DH-35A기기를 사용하여 용존 수소를 측정하였으며, 일본 TOA DKK사의 모델 WM-22EP를 사용하여 산화환원 전위 및 수소이온농도(pH)를 측정하였다.
표 1
| 종류 | 수온(℃) | pH | 산화환원 전위 (㎷) |
용존 수소량 (㎎/ℓ) |
비고 |
| 원수(수돗물) | 15.3 | 7.1 | + 460 | <0.001 | 서울시 |
| 정 수 | 15.3 | 7.1 | + 340 | <0.001 | 한외여과기처리수 |
| 활성수소수(타사) | 9.5 | 7.3 | - 230 | <0.04 | 국내시판업체 |
| 직결 수소수 | 15.5 | 7.2 | -509 | 1.18 | 본 발명 |
| 냉각수소수 | 10.2 | 7.3 | -489 | 1.1 | 본 발명 |
| 온수소수 | 58 | 7.4 | -480 | 0.96 | 본 발명 |
| 알카리 이온 정수기 | 15 | 9.6 | -249 | 0.032 | 국내시판업체 |
본 발명에서 밀봉된 냉·온수 탱크의 수소농도는 공히 거의 변화가 없음을 알 수 있었으나, 국내에서 시판되고 있는 알카리이온수기 또는 수소발생 환원수(활성수소발생) 정수기의 경우 산화환원 전위는 원수에 비해 다소 낮게 나타내었으나 전해 수소는 거의 없음을 알 수 있었다.
그 이유는 전기 분해 후 생성수소가 공기와 접촉을 하는 개방형 전기분해조이고 수소저장필터가 없이 정수에 전해수소를 보내게 되어 있어 수소가 용해가 아닌 외부로 배출이 된 것으로 판단된다.
표 2
| 산화환원 전위(㎷) | 용존 수소농도 (㎎/ℓ) |
pH | 수온(℃) | |
| 수소저장필터 통과후 (개방 직후) |
-509 | 1.18 | 7.2 | 15.5 |
| 1 시간 후 | -497 | 0.89 | 7.3 | 15.6 |
| 2 시간 후 | -496 | 0.8 | 7.1 | 15.9 |
| 3 시간 후 | -491 | 0.71 | 7.1 | 16.1 |
| 4 시간 후 | -487 | 0.66 | 6.85 | 16.5 |
| 5 시간 후 | -391 | 0.39 | 6.8 | 16.6 |
| 알루미늄용기에 1개월 방치 | -501 | 1.16 | 7.2 | 24.3 |
| 알루미늄용기에 3개월 방치 | -485 | 1.02 | 7.2 | 23.9 |
| 냉장고에 3개월 방치 | -498 | 1.05 | 7.16 | 8.3 |
| PET병 2일 방치 | +102 | <0.01 | 6.87 | 21 |
| 냉장고 4일 보관 | +274 | <0.01 | 6.8 | 7.5 |
상기 표 2에 의하면 산화환원 전위나 용존 수소농도는 대기중에 개방상태로 둘 경우에는 시간이 경과함에 따라 공히 감소하는 것을 알 수 있었다.
또한 알루미늄용기에 수소수를 저장하면 수소농도의 변화가 거의 없으나 PET병에 보관 시 수소의 농도는 원수와 거의 같을 정도로 포함이 되지 않음을 알 수 있었다.
표 3
| 온도(℃) | 산화환원전위(㎷) | pH |
| 15.5(가열 전) | -503 | 7.2 |
| 40 | -501 | 7.21 |
| 50 | -498 | 7.4 |
| 60 | -442 | 7.4 |
| 70 | -397 | 7.61 |
| 80 | -370 | 7.58 |
| 90 | -295 | 7.53 |
| 95 | -201 | 7.62 |
| 냉각후(27℃에서) | -23 | 7.83 |
상기 표 3에 의하면 수소저장필터에서 취수한 수소수는 온도가 상승함에 따라 산화환원 전위 값이 감소함을 알 수 있었다.
본 발명은 국내외에서 널리 채택되고 있는 개방형 냉·온수 정수기의 단점인 전기분해조내의 외부로부터 이물질과 미생물의 유입 및 증식으로 인하여 수질오염 과 건강문제 그리고 수시로 전기분해조 내부 및 배관 속을 청소하는 불편함을 해결하기 위한 것이다.
이를 위해 전기분해조를 종래의 개방형에서 밀폐형으로 구성함으로써 외부와 공기접촉을 막을 수 있으며, 이로 인하여 정수를 공급함에 있어 정수 내에 함유된 공기 등을 자동배출하도록 냉수, 온수 또는 전해 수소수 등을 사용시 자동으로 에어벤트 필터가 오픈되게 하는 방법이며, 이때 외부로부터 박테리아 등의 유입을 방지하기 위하여 정밀여과 또는 한외여과막으로 이루어진 에어벤트필터 이후에 체크밸브를 장착한다.
종래의 정수기에서 공급되는 정수의 산화환원 전위(ORP)가 플러스 ㎷로 산화수이나, 본 발명의 정수기는 산화환원 전위가 마이너스 ㎷로 환원수이고, 전해수소함유량도 상온에서 1.0 /ℓ이상을 유지하게 하여 만병의 근원으로 알려진 활성산소를 제거하는 건강을 유지하는데 도움을 주는 기능성 정수기인 것이다.
본 발명은 전술한 실시 예에 한정되지 아니하고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정·변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명한 것이다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수기의 정수 처리 과정을 설명하기 위한 블록도,
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전기분해조의 하부 구조를 설명하기 위한 개략도,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수기의 전기분해조의 구조를 보여주는 정면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : 정수부 200 : 전해부
110 : 제1 여과 필터 120 : 제2 여과 필터
130 : 제3 여과 필터 140 : 막접촉기
210 : 전기분해조 220 : 수소저장필터
230 : 에어 벤트 필터 240 : 솔레노이드 자동밸브
250 : 체크밸브
211 : 정수 입구 212 : 양극 전극봉
213 : 음극 전극봉 214 : 바이브레이터
215 : 플로트 스위치 216 : 하부중앙 출구
217 : 감시창 218 : 발광램프
221 : 활성탄 필터 222 : 세라믹 필터
300 : 제빙기 400 : 냉각탱크
500 : 온수탱크 600 : 수소수조
Claims (5)
- 원수를 여과하여 정수된 물을 전기분해조로 보내는 정수부 및 상기 정수부에서 정수된 물을 무격막 전기분해하여 발생한 수소 가스를 원수 중에 용해시켜서 전해수소수를 생성, 저장하는 전해부로 이루어진 전해 수소 함유 냉·온수 정수기로서,상기 정수부는 제1여과필터, 제2여과필터, 제3여과필터 및 막접촉기를 포함하며,상기 전해부는 전기분해조, 수소저장필터, 솔레노이드 자동 밸브, 0.01 ~ 0.2㎛ 기공으로 이루어진 에어 벤트 필터 및 체크밸브를 포함하며,상기 전기분해조는 밀폐형으로 형성되며, 세라믹 필터 및 활성탄 필터로 이루어진 수소저장필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수기.
- 제1항에 있어서, 상기 제1여과필터는 부직포로 이루어지며, 상기 제2여과필터는 총용해성 고형물질의 농도에 따라 역삼투 방식 또는 한외여과 방식의 필터로 이루어지며, 상기 제3여과필터는 용해성 납을 제거하기 위한 이온교환수지와 부직포로 이루어지는 것을 특징으로 하는 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수기.
- 제1항에 있어서, 상기 전기분해조는 투명성이 있는 폴리슐폰과 같은 고분자 프라스틱 재질로 하고 수소저장필터 이후부터 취수 지점까지의 모든 배관재질은 티타늄 재질로 구성하는 것을 특징으로 하는 미생물 및 이물질의 혼입 차단을 위한 밀폐형 전해 수소 함유 냉·온수 정수기.
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