KR101716349B1 - 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치 - Google Patents

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Abstract

연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치는 한쪽 면에 물 주입구 및 반대 면에 다수의 물 배출구들을 가지는 내산성, 내알칼리성 및 내압성 박스 형태의 전기절연 하우징, 전기절연 하우징에 평행하게 설치되고 양이온 교환막에 의해 동일한 간격을 두고 배치된 양극 및 음극, 및 유입수를 전해 산화수/환원수로 산화시키기 위해 양극 및 음극을 가로지르는 고압 DC를 제공하기 위한 컨트롤 박스를 포함한다. 다수의 생성 단위들은 연속으로 연결될 수 있으며 민간 및 산업 사용에 실용적인 조합형 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치를 형성한다.

Description

연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치 {CONTINUOUS ELECTROLYZED OXIDIZING/REDUCTION WATER GENERATOR DEVICE}
본 발명은 수처리 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 물을 전해 산화수/환원수로 효율적으로 전기분해하기 위한 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치에 관한 것이다.
전해수 또는 전해 산화수는 용해된 염화나트륨을 포함하는 일반적인 수돗물의 전기분해에 의해 제조된다. 전기분해는 음극 및 양극 용액의 분리를 가능하게 하는 특별하게 설계된 반응기에서 일어난다. 이 방법에서 전해 환원수는 음극 쪽에서 생산되며 전해 산화수는 양극 쪽에서 생산된다. 전기분해 동안 양이온 교환막이 양극 및 음극 사이에 제공되어 이온들이 교환막을 통해 통과하여 전류를 형성하고 음극 및 양극 사이 전해 분자들의 중화를 방지한다. 따라서 이러한 설계의 반응기는 전해 산화수/환원수 생성기이다.
전해 환원수는 [H+]보다 더 높은 다량의 수산화 이온들[OH-] 및 다량의 활성 수소를 포함하며 환원 효과를 제공하기 위하여 약 -800mV의 전위 수준을 가진다.
전해 산화수는 [OH-]보다 더 높은 다량의 산성 라디칼 이온들[H+] 및 의료 및 식품 적용을 위한 산화 효과를 제공하기 위해 다량의 산소 유래 자유 라디칼들을 포함한다.
전해 환원수의 생성 동안 일련의 복잡한 전기 화학적 반응들이 수행된다. 전해 환원수는 산화-환원 전위, 산 알칼리 수준, 물 입자크기, 이온 조성 및 존재 상태 및 전도성에서의 현저한 변화를 나타낸다. 전해 환원수는 다량의 활성 수소를 포함하기 때문에 인체에서 과도한 자유 라디칼을 제거할 수 있다. 실험적 연구들은 췌장암 및 종양혈관형성의 억제 및 당뇨병성 신장 질환 치료에서 전해 환원수의 효과를 보여준다.
하지만, 종래의 전해 산화수/환원수 생성 장치들은 일반적으로 제한된 전해조 용량 및 전극 영역, 전극들의 빠른 손상, 물때 생성의 용이성, 세척의 어려움 및 짧은 사용수명의 결점들을 가진다. 또한 상업용 전해 산화수/환원수 생성 장치들은 전해수 환원 전위를 설정 및 표시하기 위한 어떠한 기능도 가지고 있지 않다. 전해수 환원 전위는 측정 장치에 의해 단지 수동적으로 측정될 수 있다. 하지만 측정 장치에서의 물의 통과는 불순물들 또는 누적된 칼슘에 의해 측정 동안 쉽게 막히거나 부분적으로 막힐 수 있으며 측정 오류를 유도한다. 따라서 소비자는 전해 환원/산화수가 기준을 만족하는지 그렇지 않은지를 정확하게 알 수 없다. 또한 대부분의 소비자들은 인체에서의 전해 환원수/산화수의 효과를 의심한다.
본 발명은 이러한 상황을 염두에 두고 달성되었다. 따라서 본 발명의 주요 목적은 전해 산화수를 연속적으로 생성할 수 있는 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치를 제공하는 것이다.
기술적 해법은 양극 및 음극을 내산성 및 내알칼리성 수송관(pipeline) 내부에 평행하게 배열하는 것이다. 수송관 및 양극 및 음극은 수 미터에 이를 수 있는 원하는 길이로 형성된다. 전해조 설계들과 비교하였을 때 본 발명은 방전 영역을 현저하게 증가시킨다.
본 발명의 일 실시예에서, 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치는 양극, 음극, 양이온 교환막, 전기절연 하우징, 및 전기 컨트롤 박스를 포함한다. 양극 및 음극은 전기절연 하우징 내부에 전기절연 하우징의 길이를 따라 평행하게 배열된다. 전기절연 하우징은 물 주입을 위해 이의 한쪽 면에서 물 주입구, 및 물 배출을 위해 이의 반대 면에서 하나 또는 다수의 물 배출구를 제공한다. 전기 컨트롤 박스는 양극 및 음극과 전기적으로 연결되며 유입수를 전해 산화수/전해 환원수로 산화시키기 위해 양극 및 음극을 가로지르는 고압 DC를 제공하는데 적합하다.
연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 제조 동안, 전기절연 하우징이 직사각형 단면을 가진 박스 부재 형태의 내산성, 내알칼리성 및 내압성 엔지니어링 플라스틱에 의해 제조되며 한쪽 면에서 물 주입구 및 반대 면에서 복수 개의 물 배출구를 가진다. 양극 및 음극은 평행하게 전기절연 하우징 내부에 길이 방향으로 설치되며 전기절연 하우징의 두 개의 마주보는 측벽들 사이에 동일한 간격을 두고 배치된다. 또한 양이온 교환막이 전기절연 하우징 내부에 양극 및 음극에 대해 평행하게 설치되며 양극 및 음극 사이에 동일한 간격을 두고 배치된다. 양극 및 음극 사이의 거리는 2mm~80mm, 또는 바람직하게 50mm 범위이다.
또한 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 사용 동안, 물 배출구들을 막은 다음 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 내부 공간을 채우기 위하여 물 주입구로 물을 채우고, 그런 다음 소정 길이의 시간 동안 양극 및 음극을 가로지르는 5V~5000V DC, 예를 들어, 3000V DC를 인가한다. 그 후 물을 배출하기 위한 세 개의 물 배출구들을 개방하며 물 유입 비율 및 물 배출 비율의 균형을 유지한다. 따라서 전해 산화수가 연속적으로 제공된다. 또한 양극이 전기적으로 전도되는 경우 유입수를 800mV~1500mV 사이의 전위 수준 및 산성 pH값을 갖는 전해 산화수로 전기분해하며; 음극이 전기적으로 전도되는 경우 유입수를 -800mV~-1200mV 사이의 전위 수준 및 알칼리성 pH값을 갖는 전해 환원수로 전기분해한다.
또한 본 발명의 다른 형태에서, 다수의 생성 단위들은 조합형 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치를 구성하기 위하여 굽은 튜브들(bent tubes)을 이용해 연속적으로 연결되며, 다수의 생성 단위들의 양극들 및 음극들은 다수의 생성 단위들의 양극들 및 음극들을 가로지르는 고압 DC를 제공하기에 적합한 전기 컨트롤 박스에 전기적으로 연결된다.
또한 다수의 생성 단위들을 연속적으로 연결하기 위한 굽은 튜브들의 사용으로 인해 생성 단위들의 연속들에서 정의된 물 통로는 수 미터 이상으로 길어질 수 있다. 종래 전해조 설계 전해 산화수/환원수 생성기들과 비교할 때 본 발명은 총 방전 전극 표면 영역인 방전 영역을 현저하게 증가시킨다. 방전 영역을 증가시키는 것은 물 전기분해능을 상대적으로 증가시킨다. 따라서 조합형 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치는 유입수를 전해 산화수/전해 환원수로 빠르고 효율적으로 전기분해할 수 있다.
또한 양으로 하전된 이온들이 양이온 교환막을 통과해 지나가도록 하기 위하여 양이온 교환막이 전기절연 하우징 내부에 양극 및 음극에 대해 평행하게 설치되며 양극 및 음극 사이에 동일한 간격을 두고 배치되고 양극 및 음극 사이의 전하 균형을 유지한다. 양이온 교환막의 사용은 선택적이다. 만약 산성 전해 산화수 및 알칼리성 전해 산화수가 모두 요구되는 경우 양이온 교환막은 양극 및 음극 사이에서 전기절연 하우징 내부에 설치되어야 한다.
또한 양극은 흑연판, 백금 도금된 금속, 루테늄 이리듐 코팅된 티타늄판, 또는 티타늄판일 수 있다.
또한 전해 산화수에서 차아염소산염을 얻기 위해 염화칼륨, 염화나트륨 또는 염산이 유입수에 첨가될 수 있으며 소독능(disinfection capabilities)을 향상시킨다.
종래 설계들과 비교할 때 본 발명은 전극들의 표면적을 원하는 대로 크게 확장시킬 수 있으면서 전해 산화수를 연속적으로 공급하기 위한 물 전기분해능을 증가시킨다. 본 발명에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 단위 전극 영역의 전류 밀도는 종래 전해조 형태 설계들보다 훨씬 낮다. 또한 본 발명에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치를 위한 양극 재료는 덜 부식성이다. 본 발명은 유입수를 동시에 살균하고, 유입수로부터 악취를 제거하며, 위험한 TVOC들을 분해하여 유입수를 정화할 수 있다. 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치에서 유입수가 계속 흐르기 때문에 하우징의 내부벽은 물때가 끼지 않을 것이며 복잡한 청소 작업을 피할 수 있고 장치 수명을 늘린다. 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치는 음용, 청소, 관개 및 산업 용수 사용을 위한 다른 장소들에서 사용될 수 있다.
일반적으로, 본 발명은 사용을 민간 및 산업 사용을 위한 전해 산화수를 연속적으로 공급할 수 있다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시태양에 따른 열려 있는 상태에서의 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 비스듬한 상부 정면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 또 다른 비스듬한 상부 정면도이며 하우징에서 전기 컨트롤 박스의 배열을 도시한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 비스듬한 상부 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 비스듬한 상부 정면도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치 일부의 개방도이며 각각의 개별 생성 단위의 내부 구조를 도시한다.
도 1, 2 및 3을 참조하여 본 발명의 제 1 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치가 도시된다. 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치는 양극(7), 음극(5), 양이온 교환막(6), 전기절연 하우징(8), 및 전기 컨트롤 박스(9)를 포함한다.
전기절연 하우징(8)은 직사각형 단면을 가진 박스 부재이며 내산성, 내알칼리성 및 내압성 엔지니어링 플라스틱으로 만들어지고, 한쪽 면에서 물 주입구(4)를 가지며 반대 면에서 세 개의 물 배출구들(1;2;3)을 가진다. 전기절연 하우징(8)의 상부 패널은 분리될 수 있지만 사용 중에는 단단히 밀봉되어야 한다. 양극(7) 및 음극(5)은 전기절연 하우징(8) 내부에 평행하게 길이 방향으로 설치되며 전기절연 하우징(8)의 두 개의 마주보는 측벽들 사이에서 동일한 간격을 두고 배치된다. 양극(7) 및 음극(5)은 전기절연 하우징(8)의 두 개의 마주보는 측벽들로부터 각각 5mm의 간격을 두고 배치된다. 양극(7) 및 음극(5) 사이의 거리는 2mm~80mm, 또는 바람직하게 50mm이다. 양이온 교환막(6)은 전기절연 하우징(8) 내부에 양극(7) 및 음극(5)에 대해 평행하게 설치되며 양극(7) 및 음극(5) 사이에 동일한 간격을 두고 배치된다. 또한 양극(7)은 흑연판, 백금 도금된 금속, 루테늄 이리듐 코팅된 티타늄판, 또는 티타늄판일 수 있다.
연속식 전해 산화/환원 생성 장치를 사용하는 경우, 먼저 세 개의 물 배출구들(1;2;3)을 막은 다음 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 내부 공간을 채우기 위하여 물 주입구(4)로 물을 채우고, 그런 다음 소정 길이의 시간 동안 양극(7) 및 음극(5)을 가로지르는 5V~5000V, 예를 들어, 3000V DC를 인가한다. 그 후 물을 배출하기 위한 세 개의 물 배출구들(1;2;3)을 개방하며 물 유입 비율 및 물 배출 비율의 균형을 유지한다. 따라서 전해 산화수가 연속적으로 제공된다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치를 도시한다. 이러한 제 2 실시태양에 따르면, 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치는 결합형 설계이며 연속적으로 연결되고 각각 전술한 제 1 실시태양과 실질적으로 유사하게 구성되는 복수 개의 생성 단위들을 포함한다. 또한 다수의 생성 단위들의 양극들(7) 및 음극들(5)은 전기 컨트롤 박스(9)에 전기적으로 연결된다. 또한 물을 내부로 유도하기 위한 물 주입구(4)가 제 1 생성 단위 상에 위치하며, 전해 산화수를 밖으로 유도하기 위한 세 개의 물 배출구들(1;2;3)이 마지막(제 3) 생성 단위 상에 위치한다.
도 5 및 6은 본 발명의 제 3 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치를 도시한다. 이러한 제 3 실시태양은 다수의 생성 단위들의 각각의 전기절연 하우징(8)이 서로 다른 높이들에서 다수의 전기적으로 절연된 챔버들로 나누어진다는 것을 제외하고 전술한 제 2 실시태양과 실질적으로 유사하며; 도 6에 도시된 바대로 하나의 양극(7) 및 하나의 음극(5)은 다수의 전기적으로 절연된 챔버들의 각각에서 우회된 물 통로(10)가 각각의 생성 단위에서 정의되는 방식으로 배열된다. 이러한 제 3 실시태양에 따라 다수의 생성 단위들의 각각은 전술한 양이온 교환막(6)을 제거한다.
연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 원형(prototype)이 도 1~6의 특징들과 함께 구성되었다. 본 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치는 원활하게 작동하여 앞서 개시된 특징들 모두를 제공한다.
비록 설명의 목적을 위하여 본 발명의 특정 실시태양들이 상세하게 기술되었으나 다양한 변형 및 개선들이 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 따라서 본 발명은 첨부된 청구항에 의하는 것 말고는 제한되지 않는다.

Claims (7)

  1. 물의 유입 흐름이 생성 단위들을 통해서 지나가도록 하기 위해 연속적으로 연결된 복수 개의 생성 단위들로, 각각의 상기 생성 단위는 전기절연 하우징, 상기 전기절연 하우징 내부에 평행하게 설치된 양극들 및 음극들을 포함하는 것인 복수 개의 생성 단위들;
    상기 생성 단위들의 양극들 및 음극들과 전기적으로 연결되고 상기 생성 단위들의 양극들 및 음극들을 가로지르는 고압 DC를 제공하는 전기 컨트롤 박스;
    상기 생성 단위들의 연속들의 한쪽 말단 상에 위치한 물 주입구; 및
    상기 생성 단위들의 연속들의 반대쪽 말단 상에 위치한 적어도 하나의 물 배출구를 포함하며,
    전기절연 하우징이 서로 다른 높이들에서 다수의 전기적으로 절연된 챔버들로 나누어지고, 물 주입구와 물 배출구 사이의 전기절연 하우징에서 전기적으로 절연된 챔버들은 서로 연결되어 우회된(detoured) 물 통로를 형성하며, 상기 전기절연 하우징 내부에 평행하게 설치된 양극들 및 음극들이 교대로 배열되는 것인 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극은 흑연판, 백금 도금된 금속, 루테늄 이리듐 코팅된 티타늄판 및 티타늄판의 재료군으로부터 선택되는 것인 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전기 컨트롤 박스는 상기 양극 및 상기 음극을 가로지르는 5V~5000V DC를 제공하는 것인 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    전기적으로 전도된 경우 상기 양극은 유입수(intake water)를 800mV~1500mV 사이의 전위 수준 및 산성 pH값을 가진 전해 산화수로 산화시킬 수 있으며; 전기적으로 전도된 경우 상기 음극은 유입수를 -800mV~-1200mV 사이의 전위 수준 및 알칼리성 pH값을 가진 전해 환원수로 산화시킬 수 있는 것인 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치.
  6. 삭제
  7. 삭제
KR1020120092984A 2011-08-25 2012-08-24 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치 KR101716349B1 (ko)

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