KR101425747B1 - 산성수 전해조 및 그 산성 환원수의 이용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 순수나 초순수에서도 별도의 촉매제나 이온교환수지를 이용하지 않고서도 충분한 전도성을 확보하여 수도물 뿐만 아니라 순수나 초순수도 전기분해할 수 있으며, 특히 원수에 포함된 기체(예를 들어서 O₂나 N₂ 등)을 미리 탈기시켜 제거한 다음 전기분해가 이루어지게 하여 전기분해후 얻어진 산성 환원수인 수소수의 수소이온과 이들 기체 사이의 반응을 최소화함으로써 수소수의 환원전위 및 용존능력 시간을 향상시켜 안정된 수소수를 얻을 수 있는 산성수 전해조 및 그 산성 환원수의 이용방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
특히, 본 발명은, 기존의 전해조가 촉매제를 사용하여 전기분해를 하면 양극측에서는 산성이면서 산화력을 음극측에서는 알칼리성이면서 환원력의 물성을 얻을 수 있는데 반하여, 촉매제를 사용하지 않고 캐소드측에서는 물성이 산성이면서 환원력을 갖는 물(산성환원수)과 애노드측에서는 산성이면서 산화력을 갖는 물(산성 산화수)을 얻을 수 있는 것이다.

Description

산성수 전해조 및 그 산성 환원수의 이용방법{ELECTROLYTIC BATH FOR MANUFACTURING ACID WATER AND THE USING METHOD OF THE WATER}

본 발명은 산성수 전해조 및 그 산성 환원수의 이용방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이온교환수지를 사용하지 않고 수도물 뿐만 아니라 순수(RO)나 초순수(DI)를 전기분해하여 고농도의 산성환원수나 산성산화수를 얻을 수 있고, 특히 원수에 용존된 O₂나 N₂ 등을 미리 탈기시켜 탈기된 원수를 전기분해하여 안정된 고순도의 산성 환원수를 얻을 수 있는 산성수 전해조 및 그 산성 환원수의 이용방법에 관한 것이다.

본 출원인은, 특허문헌1과 같이, 알카리성 환원수를 생성하는 전해조에 대하여 출원하여 등록받은 바 있다. 이러한 알카리성 환원수 생성 전해조는, 전해액에 접하는 캐소드 전극의 면적은 전해액에 접하는 애노드 전극의 면적보다 더 크게 형성되며, 상기 애노드 전극은 상부가 개방된 애노드실에 안착되고, 상기 캐소드 전극이 안착되는 캐소드실은 상기 애노드실의 측면에 연속적으로 배치되고 상기 애노드실에 형성된 출구는 인접한 상기 캐소드실의 입구와 연통되게 형성되고, 연속적으로 배치되는 n-1번째의 상기 캐소드실의 출구는 인접한 n번째의 상기 캐소드실의 입구와 연통되는 구성이다. 이와 같은 발명에 의해 화학약품의 첨가 없이 액성의 변화가 가능하게 된다. 이렇게 생성된 알칼리성 환원수는 반도체웨이퍼나 포토마스크등의 표면 미립자 세정에 유용하며 초순수 또는 순수만을 원료수로 사용했기 때문에 패턴의 데미지 및 표면의 산화방지를 해결할 수 있는 효과가 있고, 특히 배수된 물을 저비용으로 재사용할 수 있어 환경문제를 경감할 수 있는 효과가 발생된다.

하지만, 본 출원인이 출원하였던 전해조는 다음과 같은 문제가 발생하였다.

(1) 기존의 전해조는 순수(RO)나 초순수(DI)를 원수로 사용하기 때문에 이들 원수의 전도도가 낮아서 전도성을 높이기 위해서는 이온교환수지를 이용해야 했다.

(2) 이러한 이온교환수지는 전해조를 통해 반복적으로 사용하다 보면 수지의 내열성이 저하되어 그 수명에 제약을 받게 되었다.

(3) 일반적으로 전기분해는 음극과 양극의 전극표면에서 분해반응이 일어나게 된다. 하지만, 기존의 전해조는 전극표면과 직접적으로 접촉되지 않는 부분에서는 전해효율이 저하되는 문제가 발생하였다.

(4) 수도수나 순수(純水) 그리고 초순수를 원수로 하여 전해조에서 전기분해를 하면 캐소드측(음극)에서 산성 환원수인 수소수를 얻게 되는데, 이때의 수소수는 환원력과 수소용존력이 적고 그 유지시간이 짧아 기능수(수소수)로서의 수명이 단축되었다.

(5) 특히 이러한 수소수는 고온의 분위기에서 수소가 물속에 녹아있는 기체와 반응하여 활성을 잃거나 기화되어 버리기 때문에 이러한 환원전위나 용존능력의 유지시간이 더욱 단축되게 되었다.

한국등록특허 제10-0660609호(2006년 12월 15일)

본 발명은 이러한 점을 감안하여 안출한 것으로, 순수나 초순수에서도 별도의 촉매제나 이온교환수지를 이용하지 않고서도 충분한 전도성을 확보하여 수도물 뿐만 아니라 순수나 초순수도 전기분해할 수 있으며, 특히 원수에 포함된 기체(예를 들어서 O₂나 N₂ 등)을 미리 탈기시켜 제거한 다음 전기분해가 이루어지게 하여 전기분해후 얻어진 산성 환원수인 수소수의 수소이온과 이들 기체 사이의 반응을 최소화함으로써 수소수의 환원전위 및 용존능력 시간을 향상시켜 안정된 수소수를 얻을 수 있는 산성수 전해조 및 그 산성 환원수의 이용방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은, 기존의 전해조가 촉매제를 사용하여 전기분해를 하면 양극측에서는 산성이면서 산화력을 음극측에서는 알칼리성이면서 환원력의 물성을 얻을 수 있는데 반하여, 촉매제를 사용하지 않고 캐소드측의 물성을 산성이면서 환원력을 갖는 물(산성환원수)과 애노드측에서는 산성이면서 산화력을 갖는 물(산성 산화수)을 얻을 수 있는 산성수 전해조 및 그 산성 환원수의 이용방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 산성수 전해조는, 적어도 하나의 이온교환막을 중심으로 분리된 적어도 2개의 충진실이 구비되고, 각 충진실에는 각각 입수구 및 출수구가 형성된 하우징; 상기 충진실에 설치되는 제1전극; 나머지 충진실 내에 이온교환막과 근접하게 설치되며 제1전극과 다른 극성을 갖는 제2전극; 상기 각 충진실에, 제2전극과 동일 극성을 가지면서 이 제2전극과 미리 정해진 간격만큼 이격되게 설치되는 제3전극; 및 원수를 공급받아 여기에 용존되어 있는 기체를 전기분해하여 탈기수와 탈기된 원수로 분리한 다음 상기 입수구로 공급하는 탈기수단;을 포함하여 구성되고;

상기 탈기수단은, 이온교환막을 중심으로 분리된 적어도 2개의 충진실이 구비되고, 각 충진실에는 각각 출수구가 형성되며, 어느 하나의 충진실에는 원수를 공급받기 위한 입수구가 구비된 하우징; 및 상기 이온교환막을 중심으로 양측의 충진실에 각각 설치되며 서로 다른 극성을 갖는 제4전극 및 제5전극;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 이온교환막과 상기 제1전극은 0.1~2.0㎜의 간극만큼 이격되게 설치하여 원수가 통과할 수 있도록 그 사이를 충진공간으로 이용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2전극과 상기 제3전극은 0.1~100.0㎜의 간극만큼 이격되게 설치하여 원수가 통과할 수 있도록 그 사이를 충진공간으로 이용하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 제3전극이 설치되지 않은 충진실의 입수구와 출수구 사이에는 이온탱크가 구비되고;, 상기 탈기수단은 출수구로부터 배출되는 탈기수를 외부로 배출하고, 다른 출수구를 통해 배출되는 탈기된 원수를 입수구에 공급하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 이온교환막은 불소계 캐치온 교환막인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 내지 제5전극은 타공성 백금전극 또는 메쉬 백금 전극인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탈기수단을 통해 탈기된 원수의 전도도가 0~10㎲/㎝인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 탈기된 원수를 하우징에서 공급받아 전기분해한 뒤에 출수구 중에서 음극측의 수소수(캐소드수)는 0~100℃에서 산화환원전위가 -100~-700㎷인 것을 특징으로 한다. 그리고, 상기 수소수(캐소드수)는 0~100℃에서 용존수소의 농도가 0.2~1.5ppm인 것을 특징으로 한다. 상기 수소수(캐소드수)는 0~100℃에서 pH가 5.0~7.5인 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 상기 수소수(캐소드수)는, 반도체 웨이퍼·LCD·유기 EL(OLED)의 유기물, 파티클 제거용 세정용수 또는 대전방지용수로 이용된다.

본 발명의 산성수 전해조 및 그 산성 환원수의 이용방법에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 이온교환수지를 사용하지 않고 이온교환막을 이용하기 때문에, 기존의 이온교환수지와 달리 내구성의 저하와 같은 문제점이 발생하지 않아 수명을 연장시켜 사용할 수 있게 된다.

(2) 전기분해에 사용되는 원수로서 이물질이 많아 전도도가 높은 수도물 뿐만 아니라 순수(RO)나 초순수(DI)를 원수로서 사용하여 전기분해를 할 수 있다.

(3) 충진실에 인가되는 극성에 따라서 산성 환원수 또는 산성 산화수를 선택적으로 전기분해하여 얻을 수 있다.

(4) 이렇게 얻은 산성산화수나 산성환원수는 그 특성에 따라 다양한 원수로서 사용될 수 있다.

(5) 특히, 본 발명은 미리 정해진 간격만큼 이격되게 설치된 캐소드 전극 사이로 원수가 유동되게 구성함으로써, 이 캐소드의 표면에서 반응이 일어나게 하여 고농도의 수소수(산성수)를 생성할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예1에 따른 산성수 전해조의 구성을 보여주기 위하여 개략적으로 도시한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예2에 따른 산성수 전해조의 구성을 보여주기 위하여 개략적으로 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 실시예3에 따른 산성수 전해조의 구성 일부를 보여주기 위하여 개략적으로 도시한 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예4에 따른 산성수 전해조의 구성 일부를 보여주기 위하여 개략적으로 도시한 단면도.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명의 실시예1에 따른 산성수 전해조는, 도 1과 같이, 전기분해가 이루어지는 하우징(100), 하우징(100) 내부에 이온교환막(111)을 중심으로 양측에 설치되어 전기분해에 필요한 전원을 공급시켜 주기 위해 서로 다른 극성을 갖는 제1 전극(200)과 제2전극(300), 이들 전극중 어느 하나와 같은 제3전극(300'), 그리고 공급된 원수를 탈기시켜 탈기된 원수를 하우징(100)에 공급하기 위한 탈기수단(500)을 포함하여 구성함으로써, 하우징(100) 내에서 전기분해가 이루어지기 전에 원수에 용존된 기체를 탈기시켜 주고 탈기된 원수로 전해하여 안정된 고순도의 수소수를 얻을 수 있도록 한 것이다.

특히, 본 발명에 따른 산성수 전해조는, 전기분해된 이온들이 미리 정해진 공간 내에 충진될 수 있도록 하우징(100) 내부에 이온교환막(111)을 이용하여 충진실(110a,110b)을 분리 구성하게 된다.

이하,이러한 구성에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

하우징(100)은 내부에 일정량의 물(원수)를 공급받아 전기분해를 일으키기 위한 전해조본체이다.

이러한 하우징(100)은 내부가 빈 중공의 형태로 형성되며, 전기분해된 이온을 분리할 수 있도록 이온교환막(111)이 구비된다. 이온교환막(111)은 하우징(100)의 내부를 적어도 2개의 충진실(110a,110b)로 구획한다. 본 발명의 바람직한 실시예에서는 2개로 분리된 것으로 설명하고 있으나 이보다 더 많게 분리하여 구성할 수도 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 이러한 이온교환막으로는 불소계 캐치온 교환막(듀퐁사 나피온 117))을 이용할 수 있다.

한편, 상기 각 충진실(110a,110b)에는 전기분해를 위해 원수(수도수나 순수 또는 초순수)을 공급받기 위한 입수구(112a,113a)와 전기분해된 산성수를 하우징(100) 외부로 배출하기 위한 출수구(112b,113b)가 형성된다.

여기서, 상기 충진실(110a,110b)은 2개가 구성된 것으로 설명하고 있으나, 복수개가 각각 이온교환막(111)에 의해 구획되며 병렬로 연결된 형태로 구성하여 사용할 수도 있다.

제1전극(200)은 어느 하나의 충진실(110a)에 설치된다. 이때, 제1전극(200)은 이온교환막(111)과의 사이에 미리 정해진 크기의 충진공간을 확보하게 된다.

이를 위하여, 상기 제1전극(200)은 이온교환막(111)과의 간극(W1)을 0.1~2.0㎜이 되도록 충진실(110a)에 설치한다. 이는 간극(W1)이 이보다 넓어 버리면 후술하게 될 제2전극(300)과의 전기분해능이 저하되는 것으로 판단되기 때문이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제1전극(200)은 충진실이 2개 이상 구성된 하우징(100)에 장착하는 경우에는 가장 바깥쪽에 구비된 충진실에 장착하게 된다.

제2전극(300)은 제1전극(200)과 다른 극성을 가지면서 이온교환막(111)과 인접하도록 다른 충진실(110b)에 설치된다.

이때, 제2전극(300)이 설치되는 충진실(110b)이 복수개가 구비된 경우에는 각각의 충진실마다 제2전극(300)을 하나씩 설치한다.

제3전극(300')은 제2전극(300)과 동일한 극성을 가지면서 이 제2전극(300)이 설치된 충진실(110b) 내에 설치된다.

이때, 상기 제3전극(300')은 제2전극(300)과의 사이의 미리 정해진 간극(W2)만큼 이격되게 설치된다. 이 경우 간극(W2)은 0.1~100.0㎜로 형성하여 그 사이를 이온의 충진공간으로 활용하게 된다.

한편, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상술한 제1 내지 제3전극(200,300,300')은 타공성 백금전극이나 메쉬 백금 전극을 이용할 수 있다.

그리고, 상기 탈기수단(500)은, 원수를 공급받아 탈기후 탈기된 원수를 상기 하우징(100)으로 공급하기 위한 하우징(510), 이 하우징(510)의 내부에 구비된 이온교환막(511)을 중심으로 양측에 서로 다른 극성을 갖도록 배치되는 제4전극(520)과 제5전극(530)을 포함하여 구성된다.

하우징(510)은 내부에 이온교환막(511)을 중심으로 2개의 충진실(510a,510b)이 구획된다. 여기서, 이온교환막(511)은 상술한 이온교환막(111)과 동일한 구성으로서 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. 그리고 상기 각 충진실(510a,510b)에는 각각 출수구(512a,512b)가 구비되며, 어느 하나의 충진실(510b)에는 입수구(513)가 형성된다.

제4전극(520)과 제5전극(530)은 상술한 제1 내지 제3전극(200,300,300')과 동일한 재질과 구성으로 이루어지며, 서로 반대 극성을 갖는다. 그리고, 이 제4전극(520)과 제5전극(530)은 상기 이온교환막(511)을 중심으로 양측에 위치하도록 각각 충진실(510a,510b)에 설치된다.

[동작]

상술한 본 발명의 실시예1과 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 산성수 전해조의 동작에 대하여 설명하면 다음과 같다.

우선 전기분해에 필요한 전극의 극성을 살펴보면, 제1극성(200)과 제4극성(520)은 "+"극성이 인가되고, 나머지 제2극성 및 제3극성 그리고 제5극성은 "-"극성이 인가된다.

이와 같이 전원이 각 전극에 인가된 상태에서, 상기 탈기수단(500)에 원수가 공급된다. 이때의 원수에는 O₂와 N₂등이 용존되어 있으며, 입수구(513)를 통해 하우징(510) 내부로 공급된다.

이 상태에서, 원수는 서로 다른 극성이 인가된 제4전극(520)과 제5전극(530)에 의해 전기분해가 이루어지며, 이때 전기분해된 H⁺이온은 음극이 인가된 충진실(510b)에 충진되고 나머지 OH^-과 O₂ 그리고 N₂ 등은 양극이 인가된 다른 충진실(510a)에 충진된다. 여기서, 설명의 편의를 위해, 이처럼 OH^-과 O₂ 그리고 N₂ 등이 포함되어 충진실(510a)에 충진되는 원수를 "탈기수"라고 하고, H⁺이온이 포함되고 나머지 충진실(510b)에 충진되는 원수(수소수)를 "탈기된 원수"로 명명한다. 그리고 탈기된 원수는 전도도 0~10㎲/㎝인 것을 이용하는 것이 바람직하다.

그리고, 탈기수와 탈기된 원수는 하우징(100)에 공급되게 되는데, 탈기수는 어느 하나의 입수구(112a)로, 그리고 탈기된 원수는 다른 입수구(112b)를 통해 하우징(100)에 공급된다.

이처럼 탈기수와 탈기된 원수가 하우징(100)에 공급됨에 따라 제1전극 내지 제3전극(200,300,300')에 의해 전기분해가 이루어지게 된다. 이때, 이에, 원수의 전기분해가 일어나면서 이온교환막(111)에 의해 양극이 인가된 충진실(110a)에는 OH^-과 기체 등이 충진되고, 다른 충진실(110b)에는 H⁺이 충진된다.

특히, 상기 충진실(110b)에는 다른 충진실(110b)에 비하여 상대적으로 O₂ 그리고 N₂ 등과 같은 기체가 탈기수단(500)에 의해 이미 탈기되었기 때문에 그 양이 상대적으로 적어진다. 이는 전기 분해 등으로 충진실(110a,100b) 등의 온도가 올라가더라도 H⁺이 이들 가스(O₂ 그리고 N₂ 등)량이 적기 때문에 그만큼 반응하는 양도 적어지게 되는 것이다. 따라서, 충진실(110b)에서 생성된 수소수의 순도가 저하되지 않으면서도 환원전위나 용존력을 유지하여 고순도의 수소수를 얻을 수 있게 되는 것이다.

이처럼 각 충진실(110a,110b)에 OH^-과 H⁺이 충진되게 되면 이들 이온의 전위차로 인하여 전류가 흐르게 된다. 특히, 제3전극(300')이 설치된 충진실(110b)의 경우 음극(-)성 이온의 증가로 인하여 일부 H⁺은 H나 H₂로 변환될 것으로 생각된다.

그리고, 이처럼 이온들의 충진으로 인하여 얻어지는 높은 전위차는 일반적으로 사용되는 수도물 뿐만 아니라 전도도가 낮은 순수(RO)나 초순수(DI)를 전기분해하는데에도 유용하게 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 탈기된 원수를 전기분해하여 얻은 수소수(캐소드수)는 온도 0~100℃에서 산화환원전위가 -100~-700㎷이고, 용존수소의 농도가 0.2~1.5ppm이며, pH가 5.0~7.5인 것을 특징으로 한다.

< 탈기된 원수를 이용한 전기분해 결과에 대한 실시예 >

이와 같이 동작하는 본 발명에 따른 산성수 전해조를 이용하여 음극측, 즉 상술한 충진실(110b)에서 얻은 수소수에 대하여, 간극(W2)의 변화에 따른 물성 변화를 얻기 위하여 다음과 같이 시험을 수행하였다.

원수 : 물(전도도 10uS/cm이하, pH7.0, ORP +230㎷, 온도 25.5℃)

전원 : DC24V

유속(유량) : 0.3l/min

측정기 : 토아사의 계측기

pH : TOA- 21P

ORP : TOA- 21P

DH : TOA DH-35A

다음은 그 측정 결과를 나타내는 그래프이다.

간극 / 물성	pH	ORP	DH
2㎜	4.82	-653㎷	1.43ppm
5㎜	5.05	-620 ㎷	1.21ppm
10㎜	5.37	-586 ㎷	0.97ppm
20㎜	5.83	-534 ㎷	0.81ppm
30㎜	6.20	-508 ㎷	0.77ppm
40㎜	6.42	-472 ㎷	0.68ppm
50㎜	6.75	-426 ㎷	0.52ppm
60㎜	6..81	-398 ㎷	0.43ppm
70㎜	6.98	-327 ㎷	0.32ppm

위의 [표 1]에서와 같이, 본 발명에 의해 얻어진 전해수는, 전반적으로 산성을 띄고 있으며, 특히 간극(W2)이 좁아질수록 점차 강산성을 띄고, 산화환원 전위차(ORP) 또한 간극(W2)이 커져감에 따라 높아짐을 알 수 있다. 결과적으로, 이렇게 얻어진 전해수는 산성 환원수임을 알 수 있게 된다.

<온도변화에 따른 산화환원 전위( ORP ) 변화>

본 발명에 따른 산화수 전해조(100)의 음극이 구비된 충진실(110b)을 통해 토출되는 수소수(실시예)와 비교예의 전위변화를 측정한 결과는 다음과 같다. 여기서, 실시예는 탈기수단을 통해 탈기된 원수를 공급하여 얻은 수소수이고, 비교예는 탈기과정이 없이 바로 원수를 하우징(100)에 공급하여 얻은 수소수를 통해 산화환원 전위(ORP)를 온도변화에 따라 측정한 결과이다. 그리고, 이에 따른 측정조건은 다음과 같다.

원수 : 물(전도도 10uS/cm이하, pH6.8, ORP +230mV, 25.5℃)

전원 : DC24V

유속(유량) : 0.3l/min

측정기 : 토아사의 계측기

DH : TOA DH-35A

ORP : TOA- 21P

다음의 [표 2]는 실시예의 측정결과를 나타내고, [표 3]은 비교예의 측정 결과를 각각 나타낸다.

온도(℃)	5	20	35	50	65	80	95
ORP(㎷)	-584	-580	-565	-560	-548	-535	-530

온도(℃)	5	20	35	50	65	80	95
ORP(㎷)	-592	-586	-570	-356	-154	+120	+200

위의 [표 1]과 [표 2]에서와 같이, 저온의 경우 실시예보다 비교예의 경우가 ORP가 낮음을 알 수 있으나, 온도가 높아짐에 따라 비교예는 그 커지는 폭이 점차 커져서 결국 80℃에서는 양의 값(+)으로 반전되었음을 확인할 수 있다. 하지만, 실시예의 경우 95℃에서도 5℃에 비해 높아지기는 하였으나 그 변화폭이 비교예와 비교할 수 없을 정도로 현저하게 낮음을 확인할 수 있다. 즉 실시예의 경우 온도 변화에 거의 영향을 받지 않는다고 할 것이다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 수소수의 경우 산화환원되는 경향이 비교예의 경우보다 낮아 결과적으로 보다 고순도의 수소수를 얻을 수 있게 되는 것이다.

< 수소수의 용존수소농도 ( DH ) 비교>

실시예와 비교예의 용존수소농도(DH)는 상술한 산화환원전위를 측정한 방법과 동일한 방법으로 수행하였으며, 그 결과로서 실시예의 용존수소 농도(DH) 변화는 [표 4]에, 그리고 비교예는 [표 5]로 표시하였다.

온도(℃)	5	20	35	50	65	80	95
DH(ppm)	1.25	1.22	1.19	1.07	0.98	0.87	0.76

온도(℃)	5	20	35	50	65	80	95
DH(ppm)	1.19	1.17	1.08	0.36	0.28	0.13	0.05

위의 [표 4] 및 [표 5]와 같이, 저온 상태에서는 비교예의 경우가 실시예의 경우보다 용존수소농도가 높으나, 온도가 올라감에 따라 비교예의 경우 급격하게 용존수소농도가 저하됨을 알 수 있다. 그 결과, 고온에서는 실시예의 농도가 비교예의 농도보다 약 1.3배 정도 높은 용존수소 농도차를 보이고 있다.

여기서, 실시예1과 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 실시예2에 따른 산성수 전해조는, 실시예1의 구성과 비교하여, 실시예1에 이온탱크(400)를 더 구성한 것이다.

이온탱크(400)는, 도 2와 같이, 상기 하우징(100)의 입수구(112a)와 출구수(112b) 사이에 설치되며, 제1전극(200)에 의해 충진실(110a) 내에 충진된 이온을 저장해 주는 탱크이다.

이에, 본 발명의 실시예2에 따른 산성수 전해조는, 이 이온탱크(400)에 저장되는 이온량만큼 비례하게 더 큰 전위차를 발생시킬 수 있게 되어 그만큼 산성화 및 환원력을 높여줄 수 있게 되는 것이다.

한편, 탈기수단(500)은, 탈기수를 토출하는 출수구(512a)는 O₂와 N₂와 같은 기체를 포함하는 탈기수를 하우징(510)의 외부로 배출하게 되고, 수소이온을 포함한 수소수를 토출하는 출수구(512b)를 상기 하우징(100)의 입수구(113a)에 연결하게 된다.

이에 원수에 포함된 기체는 탈기수단(500)에 의하여 분리되게 되고, 이온탱크(400)에 의해 저장된 이온량에 비례하여 더 큰 전위차를 발생시키게 되어 보다 고농도의 수소수를 얻을 수 있게 되는 것이다.

여기서, 실시예1과 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 실시예3에 따른 산성수 전해조는, 도 3과 같이, 전극의 극성을 바꿔서 인가하도록 한 것이다.

즉, 실시예3의 산성조 전해조에서는, 제1전극(200a)에 음극(-)을 인가하고, 제2전극(300a) 및 제3전극(300b)에는 양극(+)을 인가하여 구성한 것이다.

이에, 실시예1에서는 산성이면서 환성성이 있는 수소소를 얻을 수 있으나, 실시예2에서는 산성이면서 산화성이 높은 산성수를 얻을 수 있게 되는 것이다.

여기서,탈기수단(500)의 연결구성에 있어서도 그 전극의 극성만 바꾸어주면 되기 때문에, 도 4에서는 그 구성의 도시 및 설명을 생략한다.

여기서, 실시예3과 동일한 구성에 대해서는 동일부호를 부여하고, 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 실시예4에 따른 산성수 전해조는, 도 4와 같이, 실시예3의 하우징(100)에 이온탱크(400)를 더 구성한 것이다. 이에 산성 산화수의 전위차를 더욱 더 높여줄 수 있게 되는 것이다.

여기서,탈기수단(500)의 연결구성에 있어서도 그 전극의 극성만 바꾸어주면 되기 때문에, 도 4에서는 그 구성의 도시 및 설명을 생략한다.

(이용발명)

본 발명에 따른 전해조로부터 얻은 산성 환원수(수소수)는, 온도 0~100℃에서, 산화환원전위가 -100~-700㎷이고, 용존수소의 농도가 0.2~1.5ppm이며, pH가 5.0~7.5인 것을 특징으로 한다.

그리고 이러한 본 발명에 따른 산성 환원수(수소수)는 반도체 웨이퍼·LCD·유기 EL(OLED)의 유기물, 파티클 제거용 세정용수 또는 대전방지용수로 이용할 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 충진공간을 통해 해리된 이온을 충진시켜 전위차를 높여 산성환원수를 얻을 수 있을 뿐만 아니라 그 극성을 바꾸어줌으로써 산성 산화수를 얻을 수 있게 되는 것이다.

또한, 본 발명은 탈기수단을 통해 미리 산소나 질소와 같은 기체를 원수로부터 탈기시켜 줌으로써, 전기분해 등으로 전해조의 내부 온도가 상승하더라도 용존기체가 수소수와 반응하는 것을 최소화할 수 있게 한 것이다. 이에 따라 안정된 고순도의 수소수를 얻을 수 있게 된다.

100, 510 : 하우징
110a, 110b, 510a, 510b : 충진실
111, 511 : 이온교환막
112a, 113a, 513 : 입수구
112b, 113b, 512a, 512b : 출수구
200 : 제1전극
300 : 제2전극
300' : 제3전극
400 : 이온탱크
500 : 탈기수단
520 : 제4전극
530 : 제5전극

Claims (11)

1. 적어도 하나의 이온교환막(111)을 중심으로 분리된 적어도 2개의 충진실(110a,110b)이 구비되고, 각 충진실(110a,110b)에는 각각 입수구(112a,113a) 및 출수구(112b,113b)가 형성된 하우징(100); 상기 충진실(110a)에 설치되는 제1전극(200); 나머지 충진실(110b) 내에 이온교환막(111)과 근접하게 설치되며 제1전극(200)과 다른 극성을 갖는 제2전극(300); 상기 각 충진실(110b)에, 제2전극(300)과 동일 극성을 가지면서 이 제2전극(300)과 미리 정해진 간격만큼 이격되게 설치되는 제3전극(300'); 및 원수를 공급받아 여기에 용존되어 있는 기체를 전기분해하여 탈기수와 탈기된 원수로 분리한 다음 상기 입수구(112a,113a)로 공급하는 탈기수단(500);을 포함하여 구성되고,
   상기 탈기수단(500)은, 이온교환막(511)을 중심으로 분리된 적어도 2개의 충진실(510a,510b)이 구비되고, 각 충진실(510a,510b)에는 각각 출수구(512a,512b)가 형성되며, 어느 하나의 충진실(510b)에는 원수를 공급받기 위한 입수구(513)가 구비된 하우징(510); 및 상기 이온교환막(511)을 중심으로 양측의 충진실(510a,510b)에 각각 설치되며 서로 다른 극성을 갖는 제4전극(520) 및 제5전극(530);을 포함하는 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 이온교환막(111)과 상기 제1전극(200)은 0.1~2.0㎜의 간극(W1)만큼 이격되게 설치하여 원수가 통과할 수 있도록 그 사이를 충진공간으로 이용하는 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
   
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 제2전극(300)과 상기 제3전극(300')은 0.1~100.0㎜의 간극(W2)만큼 이격되게 설치하여 원수가 통과할 수 있도록 그 사이를 충진공간으로 이용하는 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   제3전극(300')이 설치되지 않은 충진실(110a)의 입수구(112a)와 출수구(112b) 사이에는 이온탱크(400)가 구비되고,
   상기 탈기수단(500)은 출수구(512a)로부터 배출되는 탈기수를 외부로 배출하고, 다른 출수구(512b)를 통해 배출되는 탈기된 원수를 입수구(113a)에 공급하는 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
   
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 이온교환막(111,511)은 불소계 캐치온 교환막인 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
   
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 제1 내지 제5전극(200,300,300',520,530)은 타공성 백금전극 또는 메쉬 백금 전극인 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
   
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 탈기수단(500)을 통해 탈기된 원수의 전도도가 0~10㎲/㎝인 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
   
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 탈기된 원수를 하우징(100)에서 공급받아 전기분해한 뒤에 출수구(112b,113b) 중에서 음극측의 수소수(캐소드수)는 0~100℃에서 산화환원전위가 -100~-700㎷인 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
   
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 수소수(캐소드수)는 0~100℃에서 용존수소의 농도가 0.2~1.5ppm인 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
   
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 수소수(캐소드수)는 0~100℃에서 pH가 5.0~7.5인 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
    
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