KR101100607B1 - 탄산가스 용액의 제조방법, 제조장치 및 탄산수 - Google Patents

탄산가스 용액의 제조방법, 제조장치 및 탄산수 Download PDF

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Abstract

전해장치를 이용하여 전해조 내에 충전된 옥살산 수용액를 전기분해시켜 탄산가스를 생성하도록 하는 동시에，초음파 발생장치를 이용하여，초음파를 생성된 탄산가스 기포에 작용시켜 미소기포가 형성되도록 하며, 상기 미소기포를 옥살산 수용액에 용해시킴으로써 탄산천을 대체할 수 있고 미소기포가 용해되어 있는 탄산가스 용액을 쉽게, 그리고 저비용으로 제조한다.
탄산가스, 탄산수, 미소기포, 전해장치, 옥살산, 전기분해, 초음파

Description

탄산가스 용액의 제조방법, 제조장치 및 탄산수 {A process for producing carbonic acid gas solution, an apparatus for the same and carbonated water}
도 1은 본 발명에 따른 탄산가스 용액의 제조장치의 간단한 구조도.
도 2는 본 발명에 따른 탄산가스 용액의 제조장치의 기타 실시방식의 간단한 구조를 나타내는 전면도.
도 3은 본 발명에 따른 탄산가스 용액의 제조장치의 기타 실시방식의 간단한 구조를 나타내는 측면도.
도 4는 본 발명에 따른 탄산가스 용액의 제조장치의 기타 실시방식의 전해조 내에 삽입된 조합전극의 사시도.
도 5는 도 3의 탄산가스 용액의 제조장치의 제1변형예를 나타낸다.
도 6은 도 3의 탄산가스 용액의 제조장치의 제2변형예를 나타낸다.
도 7은 탄산가스 수용액의 전기분해시간과 pH 사이의 관계도.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※
1 : 탄산가스 용액 제조장치 2 : 전해조
2a : 전해조 본체 2b : 덮개
3 : 전해장치
본 발명은 미소기포의 탄산가스가 용해되어 있는 탄산가스 용액의 제조방법, 제조장치, 그리고 옥살산에 대한 전기분해를 통하여 제조한 탄산수에 관한 것이다.
탄산천은 양호한 보온작용으로 인하여 예전부터 온천을 이용한 욕장 등에 사용되어 왔다. 탄산천의 보온작용은 기본적으로는 탄산가스를 함유한 말초혈관의 확장작용으로 인하여 신체환경이 개선되는 것으로 인정되어 왔다.
또한, 탄산가스의 경피흡수를 통하여 모세혈관상의 증가 및 확장을 일으키고 피부의 혈액순환을 개선한다. 따라서 기관의 퇴화성 병변 및 말초순환장애에 치료효과가 있다.
탄산천에 대하여 예전부터 여러 가지 논문(예를 들면, 비특허문헌1, 비특허문헌2 참조)을 발표하여 왔다.
비특허문헌1의 논문에 의하면, 탄산천의 주요한 직접작용은 초기 온천 의사의 반복적인 관찰을 통하여 발견하였는데, 바트나우하임(Bad Nauheim)의 보드(Bode)는 충혈된, 단모형태의, 붉어진 피부(1845)를 관찰하였고, 피데리트(Piderit)(1836)와 베네케(Beneke)(1859)는 이산화탄소욕(浴)을 하고난 후 피부가 완화되는 느낌과 입욕부분의 피부혈색이 좋아졌다고 기재하였으며, 골드쉬더(Goldschieider)는 1911년 탄산의 감각자극으로 피부혈색이 좋아지는 것은 혈관운동으로 인하여 발생될 가능성이 있다고 논술하였다.
또한, 상기 논문에 의하면 탄산욕의 직접작용으로서 매우 인상 깊었던 2가지 효과가 관찰되었다는 기재가 있다. 즉 하나는 피부표면에 무수한 물기포가 형성되 는 것이고, 다른 하나는 피부혈색이 좋아진다는 것이다(우스이 허혈성 분계이론에 따라 탄산천에 담그지 않은 신체부위와 뚜렷하게 구분할 수 있음). 물기포는 무수한 탄산수 기포로서 피부와 밀접하게 접촉하여 '에어브러쉬' 작용을 한다.
또한, 비특허문헌2의 논문에 의하면 치료에 필요한 탄산가스의 최소 농도는 400mg이지만 비특허문헌1의 논문에 의하면 농도가 400mg에 달할 때 피부혈색이 좋아진다고 한다.
이처럼 탄산천의 우수한 효과로 인하여 예전부터 인공으로 탄산천을 제조하는 방법을 개발하여 왔다. 그 중 일례가 특허문헌1에 기재되었다.
특허문헌1에 기재된 탄산천의 제조방법은 온수를 가스방출기가 구비된 탄산가스 용해기에 공급하고, 온수에 침지된 가스방출기의 가스방출부를 이용하여 탄산가스를 기포형태로 방출하면서 온수에 용해시켜 탄산천을 제조한다. 그 중 가압조건에서 탄산가스 용해기 내에서 탄산가스를 온수에 용해시킨 후, 취득한 탄산천을 가스분리기에 이송하여 대기압이 될 때까지 감압하고, 상기 분리기를 이용하여 탄산천으로부터 휘발된 탄산가스를 압축기에 유도하여 회수하고 나서, 상기 회수한 탄산가스를 상기 탄산가스 용해기에 유도하여 온수에 용해시킨다.
그러나, 특허문헌1에 기재된 탄산천의 제조방법은 우선 가스방출기를 필요로 한다. 상기 가스방출기는 다공질 물체를 구비하고 상기 다공질 물체로부터 탄산가스를 대량의 기포로 형성함으로써 탄산가스를 온수에 용해시킨다.
또한, 기타 가스방출기로서 주지하고 있는 바와 같이 전단(front end)이 막힌 다공관 주변을 둘러싸기 위하여 중공사막 집합체가 배치되여 있으며, 다공관에 유입된 온수는 다공관 주변에 설치된 홀에서 유출되여 중공사막과 접촉함으로써, 탄산가스 유도구로부터 중공사막의 중공부를 통하여 주입되는 탄산가스를 온수에 용해시킨다.
따라서, 온수 등에 함유된 이물질 등 미세입자에 의하여 가스방출기의 다공질 물체나 중공사막이 쉽게 막혀버려, 가스방출기를 교체하거나 청결하여야 하므로, 매우 많은 시간을 소비하게 된다.
또한, 탄산가스 고압 스틸실린더(bomb), 가스분리기, 압축기 등 기계가 필요하므로 장치 자체 부피가 크고 원가도 높다.
이밖에, 과거 탄산천의 제조방법은 탄산가스 고압 스틸실린더를 사용하여 이미 가압된 탄산가스를 물에 용해시키므로 물속에 용해되지 않은 탄산가스는 아무런 쓸모없이 그대로 대기 속에 방출되는데 이는 최근의 탄산가스 감소 취지에서 벗어나는 것이며 전체 지구환경에 대해서도 영향을 미치게 된다.
탄산가스 고압 스틸실린더을 사용하지 않고 수용액에서 탄산가스를 발생하는 방법으로서 주지하고 있는 바와 같이 예전에는 탄산염과 산으로 구성된 탄산가스 생성물을 혼합한 입욕제 등이 있었다(예를 들면 특허문헌2 참조).
특허문헌1: 特開平11-192421호 공보
특허문헌2: 特開2005-97238호 공보
비특허문헌1: 케이. 엘. 쉬미드(K.L.Schmid.) 탄산욕(탄산천). 인공탄산천연구회지, 1998, 1(1): 005∼009.
비특허문헌2: 비. 하트만, 엠. 피틀러, 비, 드루스(B.Hartman, M.Pittler, B.Drews.) 소동맥 폐색성 환자의 이산화탄소 온천요양: 생리와 임상. 인공탄산천연구회지, 1998, 1(1): 010∼016.
하지만, 이러한 탄산염과 산으로 구성된 탄산가스 생성물이 혼합된 입욕제는 탄산가스 농도가 100ppm 정도이므로, 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지게 하는 특유한 효과를 얻을 수 없다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
상기 상황에 비추어, 탄산가스 고압 스틸실린더을 사용하지 않고 탄산가스를 수용액에 용해시켜 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지게 하는 특성을 지닌 인공 탄산천의 취득을 목적으로 하는 제조방법을 얻기 위하여, 본 발명인 등은 일층의 연구를 진행하였다. 결국, 옥살산 수용액을 전기분해할 경우 탄산가스가 양극으로부터 생성되는 것을 발견하고 수용액에서 탄산가스를 고농도로 용해시키는 방법을 개발하게 되었다.
또한, 옥살산 수용액에 대하여 전기분해만 진행할 때 탄산가스는 외부 공기 속에 직접 배출되며 수용액에서 매우 많은 탄산가스 기포를 용해할 수 없다는 사실을 발견하였다. 이밖에, 탄산가스의 경피흡수를 감안하여 탄산가스 기포의 입자지름이 작으면 작을수록 적합하다고 판단하였다.
따라서, 상기 문제를 해결하기 위하여 본 발명을 구성하며 본 발명의 목적은, 탄산가스 고압 스틸실린더을 이용하여 탄산가스를 가압하여 탄산가스가 물속에 용해되도록 하는 탄산천 제조방법과는 완전히 다른 방법을 통하여, 수용액에서 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지게 하는 특유한 효과를 얻을 수 있는 고농도 탄산가스를 용해할 수 있어, 탄산가스 고압 스틸실린더를 사용할 필요도 없고 환경보호에도 유리하며 쉽게, 그리고 저비용으로 탄산가스 미소기포가 용해되어 있는 탄산가스 용액을 제조할 수 있는 탄산가스 용액의 제조방법, 제조장치, 및 고농도 탄산가스가 용해되어 있는 탄산수를 제공하는 것이다.
[발명의 구성]
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 아래의 기술적 수단을 채용하였다.
즉 본 발명에 따른 방법은, 전해조 내의 전극 사이에 직류전압을 인가하여 전해조 내에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 발생하도록 하는 동시에 초음파를 옥살산 수용액에 작용시켜 이미 생성된 탄산가스 기포를 미소기포로 형성하며 상기 미소기포를 옥살산 수용액에 용해시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 옥살산 수용액에서 옥살산 수용액을 전기분해시켜 발생한 탄산가스 기포에 초음파를 작용시켜 상기 기포를 미소기포로 형성하고 상기 미소기포를 옥살산 수용액에 용해시키므로, 탄산천 제조방법에서 사용한 가스방출기, 탄산가스 고압 스틸실린더, 가스분리기, 압축기 등 기계를 필요로 하지 않는다.
따라서, 미소기포가 용해되어 있는 탄산가스 용액을 쉽게, 저비용으로 제조할 수 있다.
또한, 상기와 같이 제조된 탄산수 중에서, 전기분해로 발생된 탄산가스 기포는 탄산가스를 발생하는 동시에 초음파 작용을 통하여 미소기포를 형성하며 미소기포는 수용액에 용해되므로, 상기 탄산가스 미소기포가 용해된 옥살산 수용액에 손을 넣으면 피부표면에 무수한 물기포가 형성되고 피부혈색이 좋아지는 등 특유한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 탄산가스 용액의 제조방법은, 전해조 내의 옥살산 수용액을 전기분해하는 공정에서 탄산가스 용액의 pH(수소이온 농도지수)를 측정하고 상기 pH를 표준으로 옥살산 수용액에 대한 전기분해를 제어하는 것을 특징으로 한다.
전해조 내의 옥살산 수용액을 전기분해하는 공정에서 탄산가스 용액의 pH를 측정하고 상기 pH를 표준으로 옥살산 수용액의 전기분해를 제어할 때, pH에 대한 관찰을 통하여 옥살산 수용액의 전기분해에 의하여 생성된 탄산가스의 양을 쉽게 제어할 수 있고 적절한 탄산가스 농도를 쉽게 제어하는 동시에 인체에 유익한 pH도 쉽게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명은 옥살산 수용액의 pH(수소이온 농도지수)가 약산성(예를 들어 pH 5.0∼6.8)인경우 옥살산 수용액에 대한 전기분해를 정지하는 것이 바람직하다.
약산성인 경우 인체에 유익하며, 또한 전기분해를 통하여 상기의 약산성 pH에 도달하면 옥살산 수용액의 이산화탄소는 10만배에서 100만배의 양으로 발생된다.
즉, 만일 pH값이 1씩 증가하면 양극에서 발생되는 이산화탄소는 10배로 증가하게 되므로, 옥살산 수용액 중의 이산화탄소는 10만배에서 100만배의 양으로 발생하게 된다.
옥살산이 수용액에 용해될 때，옥살산 수용액은 강산성의 pH 0.01를 가지며，옥살산 수용액에 대한 전기분해를 통하여 pH가 점차적으로 상승하고，탄산가스는 pH가 상승한 부분만큼 발생하며，pH가 상승하여 약산성(예를 들어 pH 5.0∼6.8)이 되면，미세 탄산가스 기포를 함유한 용액중의 탄산가스 농도가 높아짐으로써, 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지는 특유한 효과를 얻을 수 있다.
또한, 탄산가스의 경피흡수를 촉진하기 위하여 초음파를 인가하여 전기분해에 의하여 발생하는 탄산가스를 미세화하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법은, 전해조 내의 전극 사이에 직류전압을 인가하여 전해조 내에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 발생시키도록 하고 발생된 탄산가스 기포를 옥살산 수용액에 용해시켜는 탄산가스 용액의 제조방법으로서, 그 중 옥살산 수용액의 pH를 측정하여 상기 pH가 약산성인 경우 옥살산 수용액에 대한 전기분해를 정지하는 것을 특징으로 한다.
이는, 본 발명자 등이 옥살산 수용액을 전기분해할 때 초음파를 작용하지 않고 pH를 약산성이 될 때까지 상승하여, 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지는 등 특유한 효과를 얻은 것으로 확인하였기 때문이다.
상기와 같이 pH값이 1씩 증가하면 양극에서 발생되는 이산화탄소가 10배로 증가하게 되므로 옥살산 수용액 중의 이산화탄소는 10만배에서 100만배의 양으로 증가하게 된다. 따라서 상기 양의 탄산가스만 생성할 때 옥살산 수용액에는 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포가 형성되고 피부혈색이 좋아지는 등 특유한 효과를 얻을 수 있는 탄산수가 함유되어 있다.
또한, pH를 측정하여 탄산가스 용액을 제조하는 방법에서도, 옥살산 수용액이 충전된 전해조의 일부분에 소량의 메틸레드 등 지시제가 첨가된 색채 확인용 용기를 사전에 집어넣고 용기 내의 지시제 색채에 대한 관찰을 통하여 전기분해를 제어할 수 있다.
즉, 옥살산 수용액을 전기분해하여 pH가 5∼6의 범위로 상승하도록 한 경우, 메틸레드 색채는 해당 변색구역에서 변화(상기 색채가 변화한 pH 범위를 변색구역이라 함)를 발생하며 이때 전기분해를 정지하여 약산성의 탄산가스 수용액을 얻는다. 이처럼 메틸레드 변색구역에 위치한 약산성의 탄산가스 수용액은 인체 피부에 유익하다.
또한, 본 발명에 따른 방법에서도, 전해조 내의 옥살산 수용액을 전기분해하는 공정에 있어서 탄산가스 용액의 산화환원 전위를 측정하고 상기 산화환원 전위를 표준으로 하여 옥살산 수용액에 대한 전기분해를 제어할 수 있다.
옥살산 수용액의 산화환원 전위는 전기분해 전에 플러스전위(예를 들어 +300∼500 mv)로 나타나며, 옥살산 수용액에 대한 전기분해 공정을 진행할 때 옥살산 수용액에서 마이너스전자를 생성하고 마이너스전위를 향하여 추이한다.
마지막으로 마이너스 산화환원 전위는 특정치로 변하고 더 이상 그 이하의 마이너스전위로 추이되지 않으므로 상기 특정치를 표준으로 옥살산 수용액의 전기분해를 진행하면 탄산가스 농도를 제어할 수 있다.
본 발명은 옥살산 수용액의 산화환원 전위가 마이너스 밀리볼트 상한가에 도달할 때 옥살산 수용액에 대한 전기분해를 정지하는 것이 바람직하다.
산화환원 전위가 마이너스 밀리볼트의 특정 상한가에 안정하게 도달할 때, 옥살산 수용액에서 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지게 하는 특유한 효과를 발생하게 된다.
본 발명에 따른 탄산가스 용액의 제조장치는 도 1과 같은 구조를 형성한다.
즉, 탄산가스 용액의 제조장치(1)는, 옥살산 수용액이 충전된 전해조(2), 상기 전해조(2) 내의 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 발생하도록 하는 전해장치(3), 초음파를 전해조(2) 내의 전극 배치구역에 작용시키고 초음파 작용을 이용하여 이미 발생된 탄산가스 기포를 미소기포로 형성하고 상기 미소기포가 옥살산 수용액에 용해되도록 설치하는 초음파 발생장치(4)를 포함하여 구성된다.
옥살산 수용액이 충전된 전해조(2), 전해장치(3), 초음파 발생장치(4)로 제조장치를 구성하며, 탄산천 제조방법에서와 같은 가스방출기, 탄산가스 고압 스틸실린더, 가스분리기, 압축기 등과 같은 기계를 필요로 하지 않는다.
따라서 미소기포가 용해되어 있는 탄산가스 용액을 쉽게, 저비용으로 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 탄산가스 용액의 제조장치(1)에는, 상기 전해장치(3)와 초음파 발생장치(4)를 제어하고 탄산가스 미소기포를 일정한 입자지름 범위로 제어하는 입자지름 제어장치(10)를 구비하는 것이 바람직하다.
입자지름 제어장치(10)는, 전해장치(3)의 전류와 초음파 발생장치(4)의 인가전압을 제어하여 탄산가스의 미소기포 입자지름을 임의로 제어할 수 있으므로, 탄산가스 농도를 쉽게 제어하는 동시에 경피흡수된 탄산가스 미소기포의 입자지름을 가장 쉽게 경피흡수될 수 있는 크기로 제어할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 탄산가스 용액의 제조장치(1)에는, 상기 전해조(2)에 옥살산 수용액의 pH 측정에 사용되는 pH 측정기(11)를 설치하는 것이 바람직하다.
전해조(2)에 설치된 pH 측정기(11)를 이용하면, 옥살산 수용액에서 전기분해 작용을 통하여 발생된 탄산가스의 양을 쉽게 제어할 수 있음은 물론, 인체피부에 유익한 약산성 범위를 쉽게 측정해내어 가장 바람직한 탄산수를 제조하도록 제어할 수 있다.
이밖에, 본 발명에 따른 탄산가스 용액의 제조장치(1)에는, 상기 pH 측정기(11)의 신호에 따라 전해장치(3)와 초음파 발생장치(4)를 제어하는 운전제어장치(12)를 구비하는 것이 바람직하다.
운전제어장치(12)는 상기 pH 측정기(11)의 신호에 따라 전해장치(3)와 초음파 발생장치(4)를 제어하므로, 운전제어장치(12)를 동작시켜 일정한 pH에 도달할 때 탄산가스 용액 제조장치의 동작을 정지시키기 때문에 자동운전을 통하여 탄산가스 용액을 쉽게 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 탄산가스 용액의 제조장치(1)에서는, 상기 전해장치(3)의 전극(7a)을 코일모양으로 형성하고 상기 코일모양의 전극(7a)의 안측에 상기 초음파 발생장치(4)의 초음파 진동자(4b)를 삽입할 수도 있다.
상기 상황에서, 전해장치(3)의 코일모양의 전극(7a) 안측에 상기 초음파 발생장치(4)의 초음파 진동자(4b)를 삽입하므로, 전극(7a)으로부터 발생된 탄산가스 기포에 초음파를 효과적으로, 균일하게 작용시켜 미소기포를 형성하도록 할 수 있다. 따라서 미소기포가 용해되어 있는 탄산가스 용액을 효과적으로 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 탄산가스 용액의 제조장치(1)에서, 상기 전극은 박판형으로서 양극측의 상기 전극 하나와 음극측의 상기 전극 하나로 구성된 복수개 조합전극이 설치되며, 상기 조합전극을 양극측이 서로 상대되도록 설치하는 동시에 초음파 진동자를 조합전극의 양극측에 삽입한다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 조합전극을 통하여 전기분해 효율을 향상시키는 동시에 조합전극의 양극측 전극을 상호 상대되게 배치하고 초음파 진동자를 상기 양극측에 삽입할 수 있으므로 양극측 전극에서 탄산가스 기포를 생성시키는 동시에 초음파를 직접 그 기포에 작용시켜 미소기포를 형성할 수 있다. 따라서 대량의 미소기포가 용해되어 있는 탄산가스 용액을 효과적으로 제조할 수 있다.
아울러 본 발명의 특징은, 상기 제조장치는 전해조 내의 전극 사이에 직류전압을 인가하여 전해조 내에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 생성하도록 하고, 발생된 탄산가스 기포를 옥살산 수용액에 용해시키는 탄산가스 용액의 제조방법을 사용하였으며, 그 중 상기 제조장치는, 옥살산 수용액이 충전된 전해조(2), 상기 전해조(2) 내의 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 발생하도록 하는 전해장치(3), 전해조 내의 옥살산 수용액의 pH 측정에 사용되는 측정기(11)를 포함하여 구성된다.
전해조 내의 옥살산 수용액의 pH를 측정하는 측정기(11)를 통하여, 전기분해되는 옥살산 수용액의 pH를 측정할 수 있으므로 특정 pH(예를 들어 약산성의 pH)로 전기분해되어 얻게 되는 탄산가스 용액을 쉽게 제조할 수 있다.
또한 본 발명의 특징은, 상기 제조장치는 전해조(2) 내의 전극 사이에 직류전압을 인가하여 전해조 내에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 생성하도록 하고, 생성된 탄산가스 기포를 옥살산 수용액에 용해시키는 탄산가스 용액의 제조방법을 사용하였으며, 그 중 상기 제조장치는 옥살산 수용액이 충전된 전해조(2), 상기 전해조(2) 내의 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 생성하도록 하는 전해장치(3), 전해조 내의 옥살산 수용액의 산화환원 전위를 측정하는데 사용되는 측정기(11)를 포함하여 구성된다.
상기 상황에서, 산화환원 전위를 표준범위로 제어하는 탄산가스 용액의 제조장치를 통하여 탄산가스 용액을 쉽게 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 탄산가스 용액의 제조장치(1)에서는, 전해조(2)에 양극과 음극 분리용 격막(2a)을 설치하는 것이 바람직하다.
전해조(2) 내에 격막(2a)이 설치되므로 양극측의 전극과 음극측의 전극은 상호 절연되며 음극측의 전극에서 생성되는 수소의 용해와 단절됨으로써 양극측의 옥살산 수용액의 탄산가스 농도를 효과적으로 제고할 수 있다.
본 발명에 따른 옥살산 수용액을 주성분으로 하는 탄산수라 함은, 전해조(2) 내의 전극 사이에 직류전압을 인가하여 전해조(2) 내에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 생성하도록 하는 동시에 초음파를 옥살산 수용액에 작용시켜 이미 생성된 탄산가스 기포를 초음파 작용을 이용하여 일정한 입자지름의 미소기포로 형성하고 상기 일정한 입자지름의 탄산가스 미소기포가 용해되어 있는 옥살산 수용액을 주성분으로 한 물을 가리킨다.
본 발명에 따른 탄산수는, 일정한 입자지름의 탄산가스 미소기포가 용해되어 있는 옥살산을 주성분으로 하는 탄산수로서, 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지게 하는 특유한 효과를 얻을 수 있으며 모세혈관상의 증가 및 확장을 일으키고 피부의 혈액순환을 개선하는 것을 촉진할 수 있다.
또한, 본 발명의 옥살산 수용액을 주성분으로 하는 탄산수라 함은, 전해조(2) 내의 전극 사이에 직류전압을 인가하여 pH가 약산성이 될 때까지 전해조(2) 내에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 생성하도록 하고, 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지게 하는 등 특유한 효과를 발생할 수 있는, 탄산가스 미소기포가 용해되어 있는 옥살산 수용액을 주성분으로 하는 물을 가리킨다.
용액에 고농도의 탄산가스가 함유되어 있으므로 상기와 같은 탄산수를 이용하면, 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지는 등 특유한 효과를 얻을 수 있으며, 모세혈관상의 증가 및 확장을 일으키고 피부의 혈액순환을 개선하는 것을 촉진할 수 있다.
또한, 본 발명의 옥살산 수용액을 주성분으로 하는 탄산수라 함은, 전해조 내의 전극 사이에 직류전압을 인가하여 전해조 내에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 생성하도록 하고 생성된 탄산가스 기포를 옥살산 수용액에 용해시킨 탄산수를 말한다. 그 중 옥살산 수용액의 산화환원 전위를 측정하고 상기 산화환원 전위가 마이너스 밀리볼트의 상한가에 도달할 때 옥살산 수용액에 대한 전기분해를 정지한다.
따라서, 용액에 고농도 탄산가스가 함유되므로 상기와 같은 탄산수를 이용하면 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지는 등 특유한 효과를 얻을 수 있으며, 모세혈관상의 증가 및 확장을 일으키고 피부의 혈액순환을 개선하는 것을 촉진할 수 있다.
본 발명에 따른 탄산수 농도는 ≥400ppm인 것이 바람직하다.
탄산수 농도가 ≥400ppm일 때 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포가 형성되고 피부혈색이 좋아지는 등 특유한 효과를 얻을 수 있다. <400ppm인 경우 상기와 같은 특유한 효과를 얻기 어려우므로 탄산수 농도가 ≥400ppm이 되도록 하며, 이로부터 일정한 입자지름의 탄산가스 미소기포가 용해되어 있는 옥살산을 주성분으로 하는 탄산수로서의 효과를 저하시키지 않는 탄산수를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 옥살산 수용액에서 초음파를 옥살산 수용액에 대한 전기분해를 통하여 생성한 탄산가스 기포에 작용시켜, 탄산가스 기포가 미소기포를 형성하여 상기 미소기포를 옥살산 수용액에 용해시키므로, 탄산천 제조방법에서와 같은 가스방출기, 탄산가스 고압 스틸실린더, 가스분리기, 압축기 등 기계를 필요로 하지 않는다.
따라서 미소기포가 용해되어 있는 탄산가스 용액을 쉽게, 저비용으로 제조할 수 있다.
이밖에, 본 발명에 따라 제조한 탄산수 중에서, 전기분해로 생성된 탄산가스 기포는 탄산가스를 생성하는 동시에 초음파 작용을 통하여 미소기포를 형성하며 수용액에 용해되므로, 상기 탄산가스 미소기포가 용해되어 있는 옥살산 수용액에 손을 넣으면 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지는 등 특유한 효과를 얻을 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시방식을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 탄산가스 용액의 제조장치의 간단한 구조약도이다. 상기 도면에서와 같이, 탄산가스 용액의 제조장치(1)는, 옥살산 수용액이 충전된 전해조(2), 전해장치(3), 초음파 발생장치(4), 상기 전해장치(3)와 초음파 발생장치(4)를 제어하는 운전제어장치(10, 12), 및 전해조(2) 내에 충전된 옥살산 수용액의 pH(수소이온 농도지수)를 측정하는데 사용되는 pH 측정기(11)를 포함하여 구성된다.
전해조(2)는, 옥살산 수용액이 충전된 전해조 본체(2a), 및 상기 전해조 본체 (2a)의 상부 개구부를 개폐적으로 막을 수 있는 덮개(2b)를 포함한다. 전해조 본체(2a)는 예를 들면 투명유리 등으로 형성되어 내부 전기분해 상황을 관찰할 수 있다.
전해장치(3)은, 전원장치(5), 및 배선(6)을 통하여 상기 전원장치(5)와 전기연결을 이루는 한 쌍의 전극(7a, 7b)을 포함한다.
전원장치(5)란 예정한 시간 내에 사전에 설정한 일정한 전류를 통과시킬 수 있는 장치를 말하며, 물론 일정한 전압을 인가하여 예정한 시간 내에 일정한 전류가 흐르도록 할 수도 있다. 상기 전원장치(5)를 이용하여 전극(7a, 7b)에 예정 전압을 인가하여 일정한 크기의 정전류(예를 들면 5A)를 통과시켜 전해조(2) 내의 옥살산 수용액이 전기분해되고 양극측의 전극(7a)에서 탄산가스가 발생되도록 하며 그 생성량을 S(mol)로 설정하면 아래와 같다.
S=I×t×(1/9.65×104)×1/n ……… (1)
그 중 I는 암페어, t는 초, n은 옥살산의 원자가수를 표시하며，n=2이다.
상기 전극(7a, 7b)은 각각 플라티나로 제작되며 전극(양극)(7a)은 코일모양으로 제작되고 전극(음극)(7b)은 막대모양으로 제작된다. 이밖에 전극(7a, 7b)은 각각 상기 덮개(2b) 상에 형성된 2개 홀을 관통하여 전해조 본체(2a) 내의 옥살산 수용액에 삽입된다.
상기 초음파 발생장치(4)는, 장치 본체(4a), 및 상기 장치 본체(4a)와 전기연결을 이루는 초음파 진동자(4b)를 포함한다. 초음파 진동자(4b)는 가는 막대모양으로 그 기단부(상단부)는 지지부(4c)에 의하여 지지된다. 지지부(4c)는 지지대(8)의 상단부에 설치된 설치부(8a) 상에 설치되어 초음파 진동자(4b)와 거의 수직을 이룬다.
상기 초음파 진동자(4b)의 전단부(하단부)는 덮개(2b)를 관통하여 전해조 본체(2a) 내의 옥살산 수용액에 삽입된다. 초음파 진동자(4b)를 삽입할 때, 코일모양으로 형성된 전극(7a)의 안측에서 초음파진동자(4b)와 코일의 중심축을 거의 동축으로 삽입한다. 이밖에, 초음파 진동자(4b)의 하단은 전극(7a)의 상단 일측에 위치하여 초음파 진동자(4b)의 전단을 통하여 인가되는 초음파가 전체 전극(7a)에 대하여 작용하도록 설치한다.
상기 운전제어장치(10, 12)는 상기 전해장치(3)와 초음파 발생장치(4)를 제어하는데 사용되며, 실시예에서는 주로, pH 측정기(11)의 신호를 수신하는 수신부(15), 전기분해로 생성된 탄산가스 기포를 가장 적당한 입자지름(나노급의 입자지름)으로 형성하는 초음파 크기, 전류 크기 및 이러한 운전시간 등에 대한 데이터 베이스화(data base)에 사용되는 저장부(16), 제어판넬(17), 표시부(18), 그리고 상기 수신부(15), 저장부(16), 제어판넬(17), 표시부(18)를 제어하는 제어부(19)를 포함하여 구성된다.
상기 수신부(15)는 pH 측정기(11)의 신호를 수신한 후 해당 신호를 제어부(19)에 전송하므로, 당연히 pH 측정기(11)의 기능에 따라 온도 등 기타 파라미터 신호를 수신할 수 있다.
상기 저장부(16)는 상기 탄산가스 용액의 제조장치(1)의 동작에 필요한 각종 데이터를 사전에 저장하므로, 제어판넬(17)을 이용하여 저장부(16)에 저장된 데이터를 액세스하고 상기 탄산가스 용액의 제조장치(1)를 제어할 수 있다.
실시예 중, 운전제어장치(10, 12)는 탄산가스 미소기포를 일정한 입자지름 범위로 제어하는 입자지름 제어장치의 역할을 겸하고 있으며, 상기 저장부(16)에는 탄산가스 미소기포의 입자지름을 나노급 입자지름의 기포로 제어하는 데이터를 사전에 저장하고 있다.
탄산가스 미소기포의 입자지름은 초음파 발생장치(4)의 초음파강도와 초음파 작용시간을 통하여 제어할 수 있다.
제어판넬(17)은 키입력식 또는 터치식 입력장치 등을 적용하며, 표시부(18)는 액정화면 등을 사용할 수 있다.
제어부(19)는 상기 수신부(15), 저장부(16), 제어판넬(17), 표시부(18) 등과 전기연결을 이루어 상기 부품들을 제어하는 동시에 또 전해장치(3)와 초음파 발생장치(4)의 동작을 제어한다.
또한, pH 측정기(11)는 전해조(2) 내의 옥살산수용액을 전기분해하는 공정에서 탄산가스 용액의 pH(수소이온 농도지수)를 측정하며, 실시예에서는, 상기 pH 측정기의 pH 신호를 운전제어장치(10, 12)에 이송하고, 운전제어장치(10, 12)는 상기 pH를 표준으로 삼고 옥살산 수용액의 전기분해를 제어할 수 있다.
실시예의 pH 측정기(11)는 전환스위치를 통하여 산화환원 전위를 측정하는 기능을 구비하며 산화환원 전위의 전류값 신호를 운전제어장치(10, 12)에 이송하고, 운전제어장치(10, 12)에서 상기 산화환원 전위의 전류값을 표준으로 삼아 옥살산 수용액의 전기분해를 제어할 수도 있다.
따라서 실시예에서는 pH 측정기(11)도 산화환원 전위를 측정하는 측정기로 된다.
또한, pH 또는 산화환원 전위는 숫자방식으로 표시부(18)에 표시될 수도 있고，옥살산 수용액이 충전된 전해조(2)에 소량의 메틸레드 등 지시제를 사전에 주입하고 지시제 색채에 대한 관찰을 통하여 전기분해를 제어할 수도 있다.
즉, 옥살산 수용액을 pH가 5∼6의 범위에 도달하도록 전기분해할 때，메틸레드 색채는 상기 변색구역에서 변화(색채 변화가 발생한 pH 범위를 변색구역이라 함)를 발생하며，이때 전기분해를 정지하면 약산성의 탄산가스 수용액을 얻을 수 있다. 메틸레드 변색구역에 위치한 이러한 약산성 탄산가스 수용액은 인체 피부에 유익하다.
상기 탄산가스 용액의 제조장치(1)를 이용하여 탄산가스 용액을 제조할 때，전해조 본체(2a) 내에 충전된 옥살산 수용액에 대한 전기분해를 진행한다.
옥살산 수용액의 농도는 0.1mol(mol/l)∼1mol일 수 있으며 상온에서의 용해도를 감안하면 0.5 mol 정도의 옥살산 수용액이 비교적 바람직하다.
이때, 전해장치(3)의 전원장치(5)를 이용하여 전극(7a, 7b)을 통과하는 전류와시간을 사전에 설정한다.
이때의 전류와 시간은 탄산가스 용액의 pH(수소이온 농도지수)가 약산성(예를 들어 pH 5.0∼6.8)인 경우의 시간이 비교적 바람직하다.
또한, 탄산가스 미소기포의 입자지름 범위를 지정범위 내로 제어하기 위하여 초음파 발생장치(4)의 초음파 강도를 설정한다.
상기 전해조(2)에 충전된 옥살산 수용액은 최초에 강산성을 나타내며 상기 옥살산 수용액을 전기분해할 때 옥살산 수용액의 전기분해를 통하여 pH가 상승하여 알칼리성 측으로 변화하게 된다.
또한, 탄산가스는 pH 상승부분 만큼만 생성되므로 pH 관리를 통하여 고농도의 탄산수 용액을 쉽게 제어할 수 있다.
즉, 만일 pH값이 1씩 증가되면 양극에서 생성되는 이산화탄소는 10배로 증가하게 되므로, 옥살산 수용액 중의 이산화탄소는 10만배에서 100만배의 양으로 생성하게 된다. 따라서 상기 양만큼만 생성할 때，옥살산 수용액은 탄산천 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지는 특유한 효과를 얻을 수 있다.
운전제어장치(10, 12)의 제어판넬(17)를 이용하여 상기 설정을 진행하는 한편, 초음파 발생장치(4)의 설정을 동시에 진행할 수도 있으며, 물론 운전제어장치(10, 12)로 전원장치(5)와 초음파 발생장치(4)를 제어할 수도 있다.
옥살산 수용액을 전기분해할 때 전극(양극)(7a)에서 탄산가스를 발생하게 된다.
이를 화학식으로 표시하면 아래와 같다.
H2C2O4 → 2CO2 ＋ 2H+ ＋ 2e-
전극(7a)에서 생성되는 탄산가스는 육안으로 볼 수 있는 크기의 기포로 된다.
한편, 전기분해를 진행하는 동시에 운전제어장치(10, 12)의 제어신호에 따라 초음파 발생장치(4)의 장치 본체(4a)를 가동시키면 초음파 진동자(4b)는 초음파를 발생한다. 이때 상기 초음파는 전극(7a)에서 생성된 탄산가스 기포에 직접 작용하여, 상기 기포가 파열되어 미소기포를 형성하도록 하는 동시에, 상기 미소기포가 옥살산 수용액에 용해되도록 한다. 이로부터 미소기포의 탄산가스가 용해되어 있는 탄산가스 용액을 제조한다. 상기 미소기포는 나노기포(기포)라 불리며 그 크기는 육안으로 볼 수 없는 수준이다.
또한, 옥살산 수용액을 약산성이 될 때까지 전기분해하는 경우, pH값이 1씩 알칼리성에 접근할 때마다 양극에서 생성되는 이산화탄소는 10배로 증가하게 되므로 옥살산 수용액 중의 이산화탄소는 10만배에서 100만배의 양으로 증가하게 되며, 상기 양 만큼만 생성할 때 옥살산 수용액으로부터 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지는 특유한 효과를 얻을 수 있다.
따라서, 만일 탄산가스 기포의 입자지름이 요구에 만족된다면 초음파 발생장치(4)를 사용하지 않을 수도 있다.
또한, 입자지름의 크기를 보다 미세화하여 탄산가스가 피부를 통하여 경피흡수되도록 하는 목적을 감안할 때, 본 발명에 따른 탄산가스 용액의 제조장치(1)는, 상기 pH 측정기(11)의 신호에 따라 전해장치(3)와 초음파 발생장치(4)를 제어하는 운전제어장치(12)를 구비하는 것이 바람직하다.
상기와 같이 본 실시방식에 따르면, 탄산천 제조방법에서와 같이 가스방출기, 탄산가스 고압 스틸실린더, 가스분리기, 압축기 등 기계를 필요로 하지 않으며, 전해장치(3)를 이용하여 전해조(2)에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 생성시키는 동시에 초음파 발생장치(4)를 이용하여 초음파를 생성된 탄산가스 기포에 작용시키고 상기 기포를 미소기포로 형성하며 상기 미소기포를 옥살산 수용액에 용해시킴으로써 미소기포가 용해되어 있는 탄산가스 용액을 쉽게, 저비용으로 제조할 수 있다.
또한, 전해장치(3)의 코일모양의 전극(7a)의 내측에 초음파 발생장치(4)의 초음파 진동자(4b)를 삽입하므로, 초음파를 전극(7a)에서 생성된 탄산가스 기포에 효과적으로, 균일하게 작용시켜 미소기포를 형성한다. 따라서, 미소기포가 용해되어 있는 탄산가스 용액을 효과적으로 제조할 수 있다.
또한, 실시예에 따른 탄산가스 용액의 제조장치(1)에서, pH 측정기(11)의 스위치를 전환하여 전해조 내의 옥살산 수용액의 산화환원 전위를 측정할 수 있으며, 전해조 내의 옥살산 수용액을 전기분해하는 공정에서 탄산가스 용액의 산화환원 전위에 대한 측정을 통하여 상기 산화환원 전위를 표준으로 삼아 옥살산 수용액의 전기분해를 제어할 수도 있다.
옥살산 수용액의 산화환원 전위는 전기분해 전에 플러스전위(예를 들어 +300∼500밀리볼트)를 가지며 옥살산 수용액의 전기분해와 더불어 옥살산 수용액에서 마이너스전자를 생성하고 마이너스전위로 추이한다.
마지막으로, 마이너스 산화환원 전위는 하나의 특정치로 변하고 더이상 그 이하의 마이너스전위 측으로 추이하지 않으므로 상기 특정치를 표준으로 삼아 옥살산 수용액의 전기분해를 진행할 수 있다.
상기 구성에 따르면 산화환원 전위에 의하여 탄산가스 농도를 제어할 수 있다. 실시예에서, 산화환원 전위가 마이너스의 특정 상한가에 안정하게 도달할 때 옥살산 수용액으로부터 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지는 특유한 효과를 발생하게 된다.
또한, pH나 산화환원 전위를 측정하고, 이러한 측정치에 따라 탄산가스 생성량을 제어하여 탄산수를 제조하는데, 이렇게 하는 것만으로도 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지는 특유한 효과를 얻을 수 있으므로, 만일 필요한 탄산가스 기포의 입자지름을 얻을 수 있다면 초음파 발생장치(4)를 사용하지 않을 수도 있다.
즉, 옥살산 수용액이 약산성이 될 때까지 전기분해하는 경우, 만일 pH값이 1씩 알칼리성에 접근한다면 양극에서 생성되는 이산화탄소는 10배로 증가하게 되므로 옥살산 수용액 중의 이산화탄소는 10만배에서 100만배의 양으로 증가하게 되며, 상기 양만큼만 생성할 때 옥살산 수용액으로부터 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지는 특유한 효과를 얻게 된다. 따라서 만일 필요한 탄산가스 기포의 입자지름을 얻을 수 있다면 초음파 발생장치(4)를 사용하지 않을 수도 있다.
산화환원 전위도 상기와 같이, 만일 산화환원 전위가 마이너스인 경우, 전해조 내의 옥살산 수용액은 알칼리성 측으로 접근하게 되며 산화환원 전위는 특정치 이상의 마이너스값으로 변하지 않을 것이므로, 해당 특정치를 통하여 제조장치를 제어할 수 있어 pH 측정과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
뿐만 아니라, 옥살산 수용액을 전기분해시켜 얻게 되는 탄산가스는 상기 공식(1)을 통하여 이미 생성된 탄산가스의 생성량을 얻을 수 있고 이로부터 탄산가스 용액 중의 탄산가스 농도도 얻을 수 있다.
또한, 상기 실시방식에 따른 제조장치를 이용한 제조방법으로 제조한 탄산수는 그 탄산수 중에 고농도 탄산가스가 용해되어 있으므로 손(신체)을 이러한 탄산수에 담그었을 때 피부표면에 무수한 물기포가 형성되고 피부혈색이 좋아지는 특유한 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 상기 탄산수를 사용하면 모세혈관상의 증가 및 확장을 일으킬 수 있고 또 피부의 혈액순환을 개선하는 것을 촉진할 수 있다.
도 2 내지 도 4는 본 발명에 따른 탄산가스 용액의 제조장치의 기타 실시방식을 나타내는 약도이다.
이러한 도면에서 나타나는 탄산가스 용액의 제조장치와 도 1의 탄산가스 용액의 제조장치의 차이점은, 전극모양 및 배치상태, 초음파 진동자의 배치상태에 있다. 아래에 이에 대한 상세한 설명을 진행하게 되며 기타 동일한 부분은 동일한 부호로 표시되므로 관련 설명은 생략하거나 간소화한다.
탄산가스 용액의 제조장치(21)는, 베이스(22) 상에 설치된 전해조 본체(2a)와 상기 전해조 본체(2a)의 상부 개구부를 개폐적으로 막을 수 있는 덮개(2b)를 포함하는 전해조(2)，전해장치(3), 초음파 발생장치(4), 상기 전해장치(3)와 초음파 발생장치(4)를 제어하는 운전제어장치(10, 12), 전해조(2) 내에 충전된 옥살산 수용액의 pH(수소이온 농도지수) 측정에 사용되는 pH 측정기(11)를 포함하여 구성된다.
물론, 상기 실시방식의 pH 측정기(11)도 산화환원 전위의 측정위치로 전환하는 기능을 갖고 있다.
전해장치(3)는 전원장치(5), 및 배선(6)을 통하여 상기 전원장치(5)와 전기연결을 이루는 4개의 전극(25a, 25b, 26a, 26b)을 포함한다. 전극(25a, 26a)은 양극이고, 전극(25b, 26b)은 음극이다. 전극(25a)과 전극(25b)은 조합전극(25)을 구성하며, 전극(26a)과 전극(26b)은 조합전극(26)을 구성한다. 즉, 본 실시방식에서는 2조의 조합전극(25, 26)을 구비한다.
전극(25a, 25b, 26a, 26b)은 각각 거의 동일한 모양의 장방형 박판형을 이루며, 전극(25a, 25b, 26a, 26b)은 플라티나로 제작되거나, 티탄, 티탄합금 또는 적당한 금속판에 플라티나를 피복하여 형성된다.
전극(25a, 25b, 26a, 26b)의 상단부는 각각 약간 L자형의 도체(28)의 일단부와 연결되며 상기 도체(28)의 다른 일단부는 상부로 연장되어 전해조(2)의 상부로 돌출된다. 상기 도체(28)의 다른 일단부의 상단부에는 상기 배선(6)이 연결되어 있다.
또한, 전극(25a)과 전극(25b)은 소정의 간격으로 평행 설치되며, 전극(26a)과 전극(26b)도 마찬가지로 소정의 간격으로 평행 설치된다.
도시예와 같이, 상기 전극(25, 26)은 수직으로 설치될 수도 있고 수평방향으로 설치될 수도 있다. 전극(25, 26)을 수평방향에 따라 설치할 경우 전극 자체에 적당한 홀을 형성하여 전극에서 생성되는 기포가 위로 통과하도록 할 수도 있다.
아울러, 전극(25a)과 전극(25b)으로 구성된 조합전극(25) 및 전극(26a)과 전극(26b)으로 구성된 조합전극(26)은 좌우로 분리되어 설치되며, 그 사이에 초음파 진동자(4b)를 설치한다.
초음파 진동자(4b)의 지지부(4c)는 암(arm)(22b)을 통하여 베이스(22)에 수직 설치된 기둥(22a) 상에 지지된다. 암(22b)은 기둥(22a)을 따라 상하 이동, 좌우 회전이 가능하며 손잡이(handle)(22c)를 단단히 고정시켜 기둥(22a)의 상하방향의 지정된 위치에 고정할 수 있으며, 좌우방향으로 유동할 수 없게 고정할 수 있다. 이로서 초음파 진동자(4b)의 상하, 좌우 위치를 조정할 수 있다.
상기와 같은 탄산가스 용액의 제조장치(21)를 이용하여 탄산가스 용액을 제조할 때, 전해조 본체(2a) 내에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해하게 된다.
옥살산 수용액의 농도는 0.1mol(mol/L)∼1mol일 수 있으며 상온에서의 용해도를 감안하면 0.5 mol 정도의 옥살산 수용액이 비교적 바람직하다.
이밖에, 전해장치(3)의 전원장치(5)를 이용하여 각 조합전극(25, 26)을 통과하는 전류와 시간을 사전에 설정하며, 설정한 전류와 시간으로 전기분해를 진행하는 동시에 초음파 발생장치(4)의 장치 본체(4a)를 가동시켜 초음파 진동자(4b)로부터 초음파를 발생한다.
또한, 탄산가스의 미소기포 입자지름을 일정한 범위로 제어하기 위하여 당연히 초음파 발생장치(4)의 초음파 강도를 설정하여야 한다.
이때의 전류와 시간 역시 탄산가스 용액 중의 pH(수소이온 농도지수)를 약산성(예를 들어 pH 5.0∼6.8)이 되도록 제어할 때의 시간이며 옥살산 수용액이 약산성인 경우 탄산가스 용액의 제조장치(21)의 동작을 정지한다.
이렇게 상기 초음파는 전극(25a, 26a)에서 생성한 탄산가스 기포에 작용하며, 이에 따라 상기 기포는 파열되어 미소기포를 형성하는 동시에 상기 미소기포를 옥살산 수용액에 용해시킨다.
상기와 같이 본 실시방식에 따라, 전극은 박판형으로서 양극측과 음극측의 2조의 전극(25a, 25b, 26a, 26b)으로 구성된 조합전극(25, 26)은 복수개로 설치되므로 탄산가스를 대량 생산할 수 있다.
또한, 조합전극(25, 26) 사이에 초음파 진동자(4b)를 설치하므로 전극(25a, 26a)에서 생성한 탄산가스 기포에 초음파를 효과적으로, 균일하게 작용시켜 미소기포를 형성할 수 있다. 따라서 대량의 미소기포가 용해되어 있는 탄산가스 용액을 효과적으로 제조할 수 있다.
또한, 본 실시방식에서도 pH에 대한 제어를 통하여 옥살산 수용액을 약산성으로 전기분해할 수 있다. 약산성으로 옥살산 수용액을 전기분해할 때 pH값이 1씩 알칼리성에 접근하게 되면 양극에서 생성되는 이산화탄소가 10배로 증가하게 되므로 옥살산 수용액 중의 이산화탄소는 10만배에서 100만배의 양으로 증가하게 되며, 상기 양만큼만 생성할 때 옥살산 수용액으로부터 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지는 특유한 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 만일 필요한 탄산가스 기포의 입자지름을 얻을 수 있다면 초음파 발생장치(4)를 사용하지 않을 수도 있다.
아울러, 본 실시방식에 따른 탄산가스 용액의 제조장치(1)에서도, pH 측정기(11)의 스위치를 전해조 내의 옥살산 수용액의 산화환원 전위를 측정하는 위치로 전환할 수 있으며, 전해조 내의 옥살산 수용액을 전기분해하는 공정에서 탄산가스 용액의 산화환원 전위를 측정하고 상기 산화환원 전위를 표준으로 삼아 옥살산 수용액의 전기분해를 제어한다.
옥살산 수용액의 산화환원 전위는 전기분해 전에 플러스전위(예를 들어 +300∼500밀리볼트)를 가지며 옥살산 수용액의 전기분해와 더불어 옥살산 수용액에서 마이너스전자를 생성하고 마이너스전위 측으로 추이한다.
마지막으로, 마이너스 산화환원 전위는 하나의 특정치로 변하여 더이상 그 이하의 마이너스전위로 추이하지 않으므로 상기 특정치를 표준으로 삼아 옥살산 수용액의 전기분해를 진행할 수 있다.
본 실시방식에서도 초음파를 작용하지 않아도 될 수 있으며 pH와 산화환원 전위에 대한 측정을 통하여 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지는 특유한 효과의 탄산수를 제조할 수 있다.
상기와 같이 본 실시방식에 따르면, 전극은 박판형으로서 양극측과 음극측의 2조의 전극(25a, 25b, 26a, 26b)으로 구성된 조합전극(25, 26)을 복수개로 설치하므로 탄산가스를 대량 생산할 수 있다.
또한, 조합전극(25, 26) 사이에 초음파 진동자(4b)를 설치하므로 초음파를 전극(25a, 26a)에서 생성한 탄산가스 기포에 효과적으로, 균일하게 작용시켜 미소기포를 형성할 수 있다. 따라서 대량의 미소기포가 용해되어 있는 탄산가스 용액을 효과적으로 제조할 수 있다.
도 5와 도 6은 각각 2조의 조합전극(25, 26)을 구비한 탄산가스 용액의 제조장치(21)의 기타 실시방식을 나타내는 약도이다.
도 5 및 도 6과 같이 탄산가스 용액의 제조장치(21A, 21B)와 탄산가스 용액의 제조장치(21)의 동일한 부분은 동일한 부호로 표시하므로 관련 설명을 생략한다.
도 5와 같은 실시방식에 따른 탄산가스 용액의 제조장치(21A)는 2개의 초음파 진동자(4b, 4b)를 구비하며, 상기 초음파 진동자(4b, 4b)는 전해조 본체(2a)와 상대하고 있는 내벽측에 설치된다. 따라서 초음파 진동자(4b, 4b)에 접근한 전극(25b, 26b)이 양극이 되도록 하여 상기 양극(25b, 26b)에서 탄산가스를 생성한다.
도 6과 같이 별도의 실시방식에 따른 탄산가스 용액의 제조장치(21B)에서 초음파 진동자(4b)는 전해조 본체(2a)의 하부에 가로방향으로 설치되여 있다. 따라서, 전극(25a, 26a)을 양극으로 하여 탄산가스를 생성할 수도 있고, 전극(25b, 26b)을 양극으로 하여 탄산가스를 생성할 수도 있다.
이하 하기 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 설명하지만 이에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
본 실시예는 탄산가스 용액을 제조하는 실험으로서, 0.1 mol/L의 옥살산 수용액을 전해조(2)에 충전하고, 초음파 발생장치(4)(토미정공제, 모델 UD-200)를 이용하여 60분 동안 초음파를 발생하는 동시에, 전해장치(3)을 이용하여 전기분해를 진행한다. 이밖에 박층크로마토그래피용 전해조를 전해조(2)로 하여 사용한다.
초음파 발생장치(4)의 주파수는 20kHz이며, 이때 통과하는 전류는 300mA로서 ，전해장치(3)의 인가전압은 10볼트이다.
또한, 제조된 탄산가스 용액에 함유된 탄산가스 미소기포의 평균 입자지름은 3930 nm으로 측정되었다.
상기 입자지름을 측정할 때，준탄성광산란광도계(오오츠카전자주식회사, 모델ELS-8000)를 사용하였다. 또한 상기 준탄성광산란광도계를 사용하여 산란강도를 측정하였다. 산란강도는 탄산가스 용액에 함유된 탄산가스 미소기포 농도를 표시하는 지표로서, 2회 측정하였는데, 제1차는 55969±21321, 제2차는 60471±17456으로 나타났다.
비교하기 위하여 1000 ppm의 탄산가스가 함유된 탄산천의 탄산가스 미소기포의 입자지름과 산란강도를 측정하였다. 결과, 평균 입자지름은 4327 nm으로, 제1차 산란강도는 12042±4433, 제2차 산란강도는 10004±1390으로 나타났다. 상기 탄산천은 미쯔비시레이온주식회사의 탄산천 제조장치(C.C.Carbo)를 이용하여 제조한 것이다.
상기 결과는 표 1과 같다.
미소기포의 평균 입자지름 (nm) 산란강도
탄산가스
수용액 (본 발명)		 3930
 제1차 55969±21321
제2차 60471±17456
탄산천
(비교예)		 4327
 제1차 12042±4433
제2차 10004±1390
상기 표와 같이, 본 발명에 따른 탄산가스 용액의 제조장치를 이용하여 제조한 탄산가스 용액 중 미소기포의 평균 입자지름은 탄산천 중의 평균 입자지름과 거의 동일하거나 약간 작다.
또한, 탄산가스 용액의 산란강도는 탄산천의 산란강도보다 더 높다. 따라서, 탄산가스 용액에 함유된 탄산가스의 미소기포 농도는 탄산천 중의 농도보다 더 높다는 것을 예견할 수 있다. 이밖에, 탄산천 제조방법에서와 같이 탄산가스 고압 스틸실린더를 이용하여 가압한 대량의 탄산가스를 대기 속에 배출하지 아니하므로 환경에도 유리하다.
또한, 상기 실험을 통하여 제조한 탄산수에 5분 동안 손을 넣고 손에 부착된 기포상태와 피부혈색 좋아지는 정도를 관찰하면, 탄산수에 담그었던 손의 전체 표면에 점차적으로 미세기포가 부착되는 것을 관찰할 수 있으며, 아울러 5분 후에 탄산수에 넣었던 손을 빼고 실온에서 관찰하면 탄산수에 담그었던 부분(수면 이하로 담그었던 부분만)만 불그레하게 변한 것을 확인할 수 있다.
비교예로서, 미쯔비시레이온주식회사의 탄산천 제조장치(C.C.Carbo)를 이용하여 제조한 탄산천에 5분 동안 손을 넣고 손의 피부상태를 관찰하면, 마찬가지로 피부표면에 무수한 물기포가 형성되고 피부혈색이 좋아지는 특유한 효과를 관찰할 수 있다.
미쯔비시레이온주식회사의 탄산천 제조장치(C.C.Carbo)를 이용하여 제조한 탄산천은 1000 ppm으로서, 동일한 효과를 얻기 위하여 본 발명 중의 탄산가스 농도 역시 1000 ppm으로 설계한다.
전기분해 시간이 길수록 상기 탄산가스 농도가 높아지지만, 만일 치료효과가 있는 400 ppm의 탄산가스 농도로만 제조할 경우, 전기분해 시간이 많이 단축될 수 있다.
실시예 2
본 실시예는 도 2내지 도 4에서와 같은 실시방식의 탄산가스 용액의 제조장치(21)을 이용하여 탄산가스 용액을 제조하는 실험으로서, 0.1 mol/L의 옥살산 수용액 3L를 전해조(2)에 충전하고, 초음파 발생장치(4)(토미정공사, 모델 UD-200)를 이용하여 초음파를 75분 동안 발생하는 동시에, 전해장치(3)를 이용하여 전기분해를 진행한다.
또한, 박층크로마토그래피용 전해조를 전해조(2)로 하여 사용한다.
초음파 발생장치(4)의 주파수는 20kHz로 전해장치(3)의 전류는 1A의 정전류이다.
이밖에, 제조된 탄산가스 용액에 함유된 탄산가스 산란강도를 측정한 결과294238±563470으로 나타났다. 상기 산란강도 측정에는 준탄성광산란광도계(오오츠카전자주식회사, 모델 ELS-8000)를 사용하였다.
표 1의 비교예로서 측정한 미쯔비시레이온주식회사의 탄산천 제조장치(C.C.Carbo)를 이용하여 제조한 탄산천의 산란강도와 비교할 경우, 상기 산란강도는 근 30배에 달하므로, 탄산가스 용액에는 이 부분의 탄산가스가 용해되어 있다.
또한, 상기 탄산가스 용액에 손을 5분 동안 담그고 손의 피부상태를 관찰하면 피부표면에 무수한 물기포가 형성되고 피부혈색이 좋아지는 특유한 효과를 관찰할 수 있다.
따라서, 상기 탄산수를 사용하면, 모세혈관상의 증가 및 확장을 일으키고 피부의 혈액순환을 개선하는 것을 촉진할 수 있다.
이밖에, 본 실시예에 따르면, 탄산천 제조방법에서와 같이 탄산가스 고압 스틸실린더를 이용하여 가압해낸 대량의 탄산가스가 대기 속에 배출되지 않으므로 환경에도 유리하다.
실시예 3
본 실시예는 탄산가스 용액을 제조하는 실험으로서, 0.1 mol/L의 옥살산 수용액 3L를 전해조(2)에 충전하고 40분 동안 전기분해한다. pH 측정기(11)를 이용하여 탄산가스 용액의 pH(수소이온 농도지수)를 측정한 결과는 도 7과 같다.
본 실시예에서는 전기분해만 진행하고 초음파를 작용하지 않았으며，전해장치(3)을 통과하는 전류는 1A의 정전류이다.
도 7과 같이 상기 전해조(2) 내에 충전된 옥살산 수용액은 최초에는 강산으로 나타나지만, 상기 옥살산 수용액을 전기분해할 경우, 전기분해가 계속됨과 더불어 pH가 상승하여 점차 강알칼리로 변하게 된다.
또한, 상기와 같이 제조된 탄산가스 수용액이 약산성일 경우, 전기분해를 정지하고 약산성 탄산가스 용액을 취하여 용액 속에 손을 5분 동안 담그고 손에 부착되는 기포상태와 피부혈색이 좋아지는 정도를 관찰하면, 탄산수에 담그었던 손의 전체 표면에 점차 미세기포가 부착되는 것을 관찰할 수 있을 뿐만 아니라 5분 후 탄산수에 담그었던 손을 빼내고 실온에서 관찰하면 탄산수에 담그었던 부분(수면 이하에 담그었던 부분만)만 불그레하게 변한 것을 확인할 수 있다.
실시예 4
본 실시예는 탄산가스 용액을 제조하는 실험으로서, 도 2와 같은 장치를 사용하여, 0.2 mol/L의 옥살산 수용액 3L를 전해조(2)에 충전하고, 30분 동안 전기분해시켜, 산화환원 전위를 측정한다. 본 실시예에서는 전기분해만 진행하고 초음파를 작용하지 않으며, 전해장치(3)를 통과한 전류는 4.54A의 정전류이다.
그 결과는 표 2와 같다.
시간 (분) 산화환원 전위 (mV)
0 +468
0.5 +297
1 +33
2 +17
3 -139
4 -256
5 -259
6 -258
7 -259
8 -259
9 -259
10 -258
15 -258
20 -260
25 -262
30 -265
본 실시예에서는, 전기분해를 5분 동안 진행하면 산화환원 전위가 약 -258mV에 달하고 더 이상 변하지 않으며，30분 동안 전기분해를 진행한 탄산수에 5분 동안 손을 넣고 손에 부착된 기포상태와 피부혈색이 좋아지는 정도를 관찰하면，탄산수에 담그었던 손의 전체 표면에 점차 미세기포가 부착되는 것을 관찰할 수 있을 뿐만 아니라，5분 후 탄산수에서 손을 빼내고 실온에서 관찰하면 탄산수에 담그었던 부분(수면 이하로 담그었던 부분만)만 불그레하기 변하였음을 확인할 수 있다.
본 발명에 따르면 탄산천 제조방법에서와 같은 가스방출기, 탄산가스 고압 스틸실린더, 가스분리기, 압축기 등 기계를 필요로 하지 않으며, 전해장치를 이용하여 전해조 내에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 발생하도록 하는 동시에, 초음파 발생장치를 이용하여 초음파를 생성된 탄산가스 기포에 작용시켜 미소기포를 형성하도록 하고, 상기 미소기포를 옥살산 수용액에 용해시킴으로써 쉽게, 저비용으로, 불필요한 탄산가스를 대기 속에 배출할 필요가 없이, 환경에 유리하게 미소기포가 용해되어 있는 탄산가스 용액을 제조할 수 있다.
이밖에, 본 발명에 따르면, 전해조 내에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 생성하도록 하는 동시에, 초음파 발생장치를 이용하여 초음파를 생성된 탄산가스 기포에 작용시켜 미소기포를 형성하도록 하고 상기 초음파 강도를 특정치로 설정하여 탄산가스 미소기포를 일정한 입자지름 범위로 제어할 수 있어 일정한 크기의 탄산가스 기포가 용해되어 있는 옥살산 수용액을 제조할 수 있으므로, 모세혈관상의 증가 및 확장을 일으키고 피부 혈액순환을 촉진하는 필요한 양의 탄산천만 제조해낼 수 있다.
또한, 상기와 같이 제조된 탄산가스 미소기포를 용해하고 있는 옥살산 수액을 주성분으로 하는 탄산수는, 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 피부혈색이 좋아지는 특유한 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 모세혈관상의 증가 및 확장을 일으키고 피부 혈액순환을 촉진할 수 있다.

Claims (20)

  1. 전해조 내의 전극 사이에 직류전압을 인가하여 전해조 내에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 생성하도록 하는 동시에, 초음파를 옥살산 수용액에 작용시켜 이미 생성된 탄산가스 기포를 미소기포로 형성하고, 상기 미소기포를 옥살산 수용액에 용해시키는 것을 특징으로 하는 탄산가스 용액의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전해조 내의 옥살산 수용액을 전기분해시키는 공정에서, 탄산가스 용액의 pH를 측정하여, 상기 옥살산 수용액의 pH가 5.0∼6.8인 경우, 옥살산 수용액에 대한 전기분해를 정지하는 것을 특징으로 하는 탄산가스 용액의 제조방법.
  3. 삭제
  4. 전해조 내의 전극 사이에 직류전압을 인가하여 전해조 내에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 생성하도록 하고, 생성된 탄산가스 기포를 옥살산 수용액에 용해시켜 상기 탄산가스 용액을 제조하는 방법으로서, 옥살산 수용액의 pH를 측정하여 상기 pH가 5.0-6.8인 경우 옥살산 수용액에 대한 전기분해를 정지하는 것을 특징으로 하는 탄산가스 용액의 제조방법.
  5. 제2항 또는 제4항에 있어서, 상기 옥살산 수용액이 충전된 전해조의 일부분에 색채 확인을 위하여 사전에 소량의 메틸레드 등 지시제가 첨가된 용기를 넣고, 용기 내의 지시제 색채를 레드에서 옐로우로 변색되는 것을 관찰하여 전기분해를 제어하도록 하는 것을 특징으로 하는 탄산가스 용액의 제조방법.
  6. 전해조 내의 전극 사이에 직류전압을 인가하여 전해조 내에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 생성하도록 하고, 생성된 탄산가스 기포를 옥살산 수용액에 용해시켜 상기 탄산가스 용액을 제조하는 방법으로서, 옥살산 수용액의 산화환원 전위를 측정하여 상기 산화환원 전위를 표준으로 옥살산 수용액에 대한 전기분해를 제어하며, 상기 옥살산 수용액의 산화환원 전위가 마이너스 밀리볼트의 상한가에 도달할 때, 옥살산 수용액에 대한 전기분해를 정지하는 것을 특징으로 하는 탄산가스 용액의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 옥살산 수용액이 충전된 전해조, 상기 전해조 내의 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 생성하도록 하는 전해장치, 초음파를 전해조 내의 전극 배치구역에 작용할 수 있도록 설치하고 초음파 작용을 이용하여 이미 생성된 탄산가스 기포를 미소기포로 형성하며 상기 미소기포를 옥살산 수용액에 용해시키는 초음파 발 생장치를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄산가스 용액의 제조장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전해장치와 초음파 발생장치를 제어하고 탄산가스의 미소기포를 일정한 입자지름 범위로 제어하는 입자지름 제어장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 탄산가스 용액의 제조장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 옥살산 수용액의 pH를 측정하는데 사용되는 pH 측정기를 전해조에 설치하는 것을 특징으로 하는 탄산가스 용액의 제조장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 pH 측정기 신호에 따라 상기 전해장치와 초음파 발생장치의 동작을 정지시키는 운전제어장치가 구비되는 것을 특징으로 하는 탄산가스 용액의 제조장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 전해장치의 전극은 코일모양으로 형성되고, 상기 코일모양의 전극 내측에 상기 초음파 발생장치의 초음파 진동자가 삽입되는 것을 특징으로 하는 탄산가스 용액의 제조장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 전극은 박판형으로 형성되고, 양극측의 상기 전극 하나와 음극측의 상기 전극 하나로 구성된 복수개 조합전극이 설치되어 있으며, 상기 조합전극은 양극측이 상대되게 설치된 동시에, 초음파 진동자를 조합전극의 양극측 에 삽입하는 것을 특징으로 하는 탄산가스 용액의 제조장치.
  14. 전해조 내의 전극 사이에 직류전압을 인가하여 전해조 내에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스가 생성되도록 하고, 생성된 탄산가스 기포를 옥살산 수용액에 용해시키는 탄산가스 용액의 제조방법에 적용되는 제조장치에 있어서, 상기 제조장치는 옥살산 수용액이 충전된 전해조와, 상기 전해조 내의 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스가 생성되도록 하는 전해장치와, 전해조 내의 옥살산 수용액의 pH를 측정하는데 사용되는 측정기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄산가스 용액의 제조장치.
  15. 전해조 내의 전극 사이에 직류전압을 인가하여 전해조 내에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 생성하도록 하고 생성된 탄산가스 기포를 옥살산 수용액에 용해시키는 탄산가스 용액의 제조방법에 적용되는 제조장치에 있어서, 상기 제조장치는 옥살산 수용액이 충전된 전해조와, 상기 전해조 내의 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스가 생성되도록 하는 전해장치와, 전해조 내의 옥살산 수용액의 산화환원 전위를 측정하는데 사용되는 측정기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 탄산가스 용액의 제조장치.
  16. 제8항, 제9항, 및 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전해조에 양극과 음극 분리용 격막을 설치하는 것을 특징으로 하는 탄산가스 용액의 제조 장치.
  17. 전해조 내의 전극 사이에 직류전압을 인가하여 전해조 내에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 생성하도록 하는 동시에, 초음파를 옥살산 수용액에 작용하여 초음파 작용을 이용하여 이미 생성된 탄산가스 기포를 일정한 입자지름의 미소기포로 형성하며, 상기 일정한 입자지름의 탄산가스 미소기포가 용해되어 있는 옥살산 수용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄산수.
  18. 전해조 내의 전극 사이에 직류전압을 인가하여 전해조 내에 충전된 옥살산 수용액을 pH가 5.0-6.8이 될 때까지 전기분해시켜 탄산가스를 발생하여, 탄산천의 특징으로 되는 피부표면에 무수한 물기포를 형성하고 또 피부혈색이 좋아지게 하는 특유한 효과를 얻을 수 있는 탄산가스 미소기포가 용해되어 있는 옥살산 수용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 탄산수.
  19. 전해조 내의 전극 사이에 직류전압을 인가하여 전해조 내에 충전된 옥살산 수용액을 전기분해시켜 탄산가스를 발생하도록 하고, 발생된 탄산가스 기포를 옥살산 수용액에 용해시킨 탄산수로서, 옥살산 수용액의 산화환원 전위를 측정하여 상기 산화환원 전위가 마이너스 밀리볼트의 상한가에 도달할 때 옥살산 수용액에 대한 전기분해를 정지하는 것을 특징으로 하는 탄산수.
  20. 제17항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 탄산수 농도는 ≥400ppm인 것을 특징으로 하는 탄산수.
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