KR101987645B1

KR101987645B1 - 환원수 제조장치

Info

Publication number: KR101987645B1
Application number: KR1020120093967A
Authority: KR
Inventors: 곽현석; 고영철; 윤영욱; 김태규; 임창배
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2011-10-05
Filing date: 2012-08-27
Publication date: 2019-06-12
Also published as: RU2567321C2; RU2014113267A; AU2012319378A8; AU2012319378B2; BR112014007931B1; BR112014007931A2; CA2850463A1; AU2012319378A1; CA2850463C; KR20130037156A

Abstract

pH를 중성으로 유지하면서 환원력이 우수한 물을 제공할 수 있는 환원수　제조 장치를 제공한다.　환원수 제조장치는 캐소드를 포함하는 캐소드 챔버, 애노드를 포함하는 애노드 챔버 및 캐소드 챔버와 애노도 챔버 사이에 위치하는 중간 챔버를 포함하는 전해조를 포함하고, 캐소드 챔버, 애노드 챔버 및 중간 챔버에는 물이 유입되는 유입구와 물이 배출되는 배출구가 마련되고, 캐소드 챔버와 중간 챔버 사이에는 양이온 교환막이 마련되고, 중간 챔버는 물과 반응하면 수소이온이 해리되는 양이온 교환수지를 포함한다.

Description

환원수 제조장치{Apparatus for producing reducing water by electrolysis}

환원수 제조 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 환원력이 우수한 환원수를 제공하는 장치에 관한 것이다.

경제적 성장과 더불어 물 시장이 점차 확대되면서 사람들은 점차 다양한 방법으로 물을 취수하여 음용하고 있다. 예를 들어 기존에는 약수터에서 물을 받거나 수도물을 끓여 마셨으나, 최근에는 정수기를 이용하거나, 더 나아가 몸의 불편한 부분을 개선하기 위해서 알칼리 이온수기 등을 집에 구비하여 이용하고 있다.

　기본적으로 RO(Reverse Osmosis) 필터 타입의 정수기의 성능은 물 속에 존재하는 탁도, 세균, 바이러스, 유기화합물, 농약류, 중금속, 소독부산물, 무기 이온 등을 70~90% 이상 제거하며, pH는 중성으로(pH 5.8 ~ 8.5) 음용하기에 문제가 없는 깨끗한 물이 나오도록 하는 것이다. 이를 위해 보통 3~5개의 필터를 정수기 내부에 설치하고, 정수된 물을 저수조에 보관 후 취향에 맞게 냉수와 온수 등으로 취수할 수 있는 기능을 구비하고 있다.

그러나 정수기 물의 기능은 생명을 유지하기 위한 인체의 신진대사와 갈증을 해소하는 기본적인 성능을 만족하는 것일 뿐 물의 산화환원전위(이하　ORP, Oxidation Reduction Potential)로 대변되는 건강지수 측면에서는 수도물 이상의 산화력을 나타낸다.

이러한 정수기의 단점을 보완하고 기능성을 부과하기 위해 개발된 제품이 알칼리 이온수기다. 이는 pH 8.5 이상의 물을 제조하는 의료용 기기로서 식약청에서 4가지 위장증상(만성설사, 소화불량, 위장 내 이상발효, 위산과다)의 개선 효과를 인정받았으며, 의학계에서도 장내질환, 혈관계 질환, 당뇨병, 아토피성 피부염 등 여러 질환에 그 효과가 있음을 임상실험을 통해 인정하고 있다. 최근에 학회와 논문에서 이러한 주요 효과의 원인은 물의 환원력에 있음을 발표하고 있다.

그러나, 알칼리 이온수기는 물 속에 녹아 있는 이온들이 전해질 역할을 하여 원활한 전기분해가 일어날 때 알칼리 이온수가 생성되기 때문에 물 속에 이온들이 충분히 있어야 한다. 이러한 이온 양을 유지시키기 위해서 필터의 성능은 RO 필터의 수준이 아닌 일반 정수 항목을 만족시키는 UF(Ultrafiltration) 필터 수준의 성능으로 제약된다. 또한 알칼리 이온수의 환원력을 높이기 위해서 전기　분해시 전압, 전류를 강하게 인가할수록 물의 pH가 올라가는 현상이 발생하고 이렇게 생성된 알칼리 이온수는 식음수로서 사용되는데 한계가 있다.

본 발명의 일 측면은 pH를 중성으로 유지하면서 환원력이 우수한 물을 제공할 수 있는 환원수　제조 장치를 제공하는 것이다.

또한, 환원수 제조장치에 이용되는 양이온 교환수지의 수명을 향상시킨 환원수　제조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 의한 환원수 제조장치는 캐소드를 포함하는 캐소드 챔버, 애노드를 포함하는 애노드 챔버 및 상기 캐소드 챔버와 상기 애노드 챔버 사이에 위치하는 중간 챔버를 포함하는 전해조를 포함하고, 상기 캐소드 챔버, 상기 애노드 챔버 및 상기 중간 챔버에는 물이 유입되는 유입구와 물이 배출되는 배출구가 마련되고, 상기 캐소드 챔버와 상기 중간 챔버 사이에는 양이온 교환막이 마련되고, 상기 중간 챔버는 물과 반응하면 수소이온이 해리되는 양이온 교환수지를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 중간 챔버로 물을 공급하고 상기 양이온 교환수지를 거쳐 배출된 물을 다시 상기 중간 챔버로 공급하는 순환장치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 순환장치는 상기 중간 챔버로 공급되는 물을 저장하는 저수조; 상기 저수조의 물이 상기 중간 챔버와 상기 저수조 사이를 순환할 수 있도록 통로를 형성하는 채널; 및 상기 저수조의 물을 상기 중간 챔버와 상기 저수조 사이에서 순환시키는 펌프;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 저수조는 상기 저수조에 저장된 물의 수위를 감지하는 수위센서를 포함할 수 있다.

또한, 상기 저수조는 상기 저수조에 저장된 물을 외부로 배출하기 위한 배출구를 포함할 수 있다.

또한, 상기 순환장치에 의해 상기 중간 챔버로 공급되는 물을 냉각시키기 위한 냉각장치를 포함할 수 있다.

또한, 상기 냉각장치는 팬 및, 열전 반도체 또는 냉매가스를 이용하는 냉각기를 포함할 수 있다.

또한, 상기 순환장치는, 상기 중간 챔버를 통과한 물이 다시 중간 챔버로 유입될 수 있도록 물이 이동할 수 있는 통로를 형성하는 채널; 상기 중간 챔버로 공급되는 물을 상기 채널을 따라 순환시키는 펌프; 및 상기 중간 챔버로 공급되는 물의 흐름을 조절하는 밸브를 포함할 수 있다.

또한, 상기 전해조 또는 상기 순환장치로 공급되는 물을 정수하는 RO(Reverse Osmosis) 필터를 더 포함할 수 있다.

또한, RO 필터로부터 공급된 물이 상기 캐소드 챔버 또는 상기 순환장치로 공급되도록 상기 물의 흐름을 조절하는 밸브를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 애노드 챔버와 상기 중간 챔버 사이에 마련되는 양이온 교환막을 포함할 수 있다.

또한, 상기 캐소드, 상기 캐소드 챔버와 상기 중간 챔버 사이에 마련되는 양이온 교환막과 양이온교환수지, 및 상기 양이온 교환수지, 상기 중간 챔버와 상기 애노드 챔버 사이에 마련되는 양이온 교환막과 애노드는 서로 밀착되어 있을 수 있다.

또한, 상기 캐소드 및 상기 애노드에는 물이 통과할 수 있는 구멍이 형성되어 있을 수 있다.

또한, 상기 캐소드 및 애노드는 메쉬형 구조일 수 있다.　

또한, 상기 양이온 교환수지는 상기 캐소드 및 애노드를 반전함으로써 재생될 수 있다.

또한, 상기 전해조에 전압을 인가하는 전원부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 중간 챔버로 공급되는 물이 통과하는 양이온 교환수지 필터를 포함할 수 있다.

또한, 상기 양이온 교환수지 필터는 물과 반응하면 수소이온이 해리되는 양이온 교환수지를 포함할 수 있다.

또한, 상기 양이온 교환수지 필터 또는 상기 캐소드 챔버로 공급되는 물을 정수하는 RO(Reverse Osmosis) 필터를 더 포함하는 환원수 제조장치.

또한, 상기 RO 필터를 거쳐 정수된 물을 상기 양이온 교환수지 필터 및 상기 전해조의 캐소드 챔버로 공급하기 위한 분기 채널을 포함할 수 있다.

또한, 상기 양이온 교환수지 필터는 상기 RO 필터로부터 공급된 물이 유입되는 유입구와 상기 중간 챔버로 공급되는 물이 배출되는 배출구를 포함할 수 있다.

또한, 상기 양이온 교환수지 필터는 상기 중간 챔버로 공급되는 물이 상기 중간 챔버에 공급되기 전에 상기 양이온 교환수지 필터를 먼저 통과할 수 있도록 상기 RO 필터와 상기 전해조 사이에 배치될 수 있다.

또한, 상기 양이온 교환수지 필터는 상기 환원수 제조장치에 착탈 가능하도록 설치될 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 환원수 제조장치는 캐소드를 포함하는 캐소드 챔버, 애노드를 포함하는 애노드 챔버 및 상기 캐소드 챔버와 상기 애노도 챔버 사이에 위치하는 중간 챔버를 포함하는 전해조; 및 상기 중간 챔버로 공급되는 물이 통과하는 양이온 교환수지 필터;를 포함하고, 상기 캐소드 챔버, 상기 애노드 챔버 및 상기 중간 챔버에는 물이 유입되는 유입구와 물이 배출되는 배출구가 마련되고, 상기 캐소드 챔버와 상기 중간 챔버 사이에는 양이온 교환막이 마련되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 양이온 교환수지 필터 또는 상기 캐소드 챔버로 공급되는 물을 정수하는 RO(Reverse Osmosis) 필터를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 캐소드 및 상기 애노드에는 물이 통과할 수 있는 구멍이 형성될 수 있다.

또한, 상기 캐소드 및 애노드는 메쉬형 구조일 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따르면, pH가 중성이면서도 환원력이 우수한 환원수를 얻을 수 있다.

또한, 양이온 교환수지 필터를 사용함으로써, 중간챔버의 양이온 교환수지에 세균이 증식하는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 종래의 알칼리 이온수기의 구동 원리를 나타내는 개략도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 제1 실시예 따른 환원수 제조장치의 구동원리를 나타내는 개략도이다.
도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 환원수 제조장치의 양이온 교환수지 필터를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예의 변형 예에 따른 환원수 제조장치의 구동원리를 나타내는 개략도이다
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 환원수 제조장치의 구동원리를 나타내는 개략도이다.
도 7은 도 6의 중간 챔버에 채워진 양이온 교환수지의 기능을 설명한 도면이다
도 8은 종래의 알칼리 이온수기와 본 발명의 제1 실시예 또는 제 2실시예에 따른 환원수 제조 장치로 전기 분해한 결과 캐소드에서 생성된 환원수의 pH 및 ORP 특성을 나타낸 그래프이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시예의 변형 예에 따른 순환장치를 포함하는 환원수 제조장치의 구동원리를 나타내는 개략도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 환원수 제조장치에 냉각장치가 포함된 경우의 구동원리를 나타내는 개략도이다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른　환원수 제조 장치에서 전극 반전 전후의 캐소드에서 생성된 환원수의 pH 및 ORP 특성을 나타낸 그래프이다.
도 12는　본 발명에 따른　환원수 제조 장치에　사용되는 전극의 형상을 나타낸 도면이다.
도 13은　본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 환원수 제조 장치에서　양이온 교환 수지, 양이온 교환막 및 전극의 구성을 나타낸 도면이다.

이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

그에 앞서 종래의 알칼리 이온수기에 대해 우선 설명한다.

도 1은 종래의 알칼리 이온수기의 구동 원리를 나타내는 개략도이다.

알칼리 이온수기는 UF 필터(11)와 전기분해조(이하 전해조)(12)로 이루어지고, 상기 전해조(12)는 캐소드(13), 애노드(14) 및 상기 캐소드(13)와 애노드(14) 사이에 위치하는 이온교환막(16)을 포함한다.

물은 UF 필터(11)를 통과하며 눈에는 보이지 않는 0.01㎛ 크기 이상의 바이러스, 미립자 세균 및 조류포자와 같은 미생물은 제거되고, 이보다 크기가 작은 이온과 미세성분은 통과하게 된다. 이와 같이 정수된 물을 전해조(12)에 입수시켜 일정한 전기에너지를 가하여 물을 분해한다.양 전극(13, 14)에서 일어나는 물의 전기 분해는 하기 반응식 1로 나타낼 수 있다:

[반응식 1]

캐소드 (-극): 　2H2O + 2e^-　-> H2+ 2OH^-,E⁰=-0.828V

애노드 (+극): 　　4H⁺+O2+4e^-　-> 2H2O,E⁰=+1.229V

이 때 캐소드(13)에서 생성된 물의 산화환원전위(ORP; 기준 수소 전극에 대한 상대 전위)는 물 속에 이상적으로 OH^-와 H2만 존재한다는 가정 하에 표준수소 전극에 대한 기전력을 하기 수학식 1로 정리할 수 있다:

[수학식 1]

상기 식에서　n은 반응 전자수를 나타내고,　H2-기준수소전극 및 H2-cathode는 각각 기준수소전극 및 캐소드에서의 H2의 농도(mol/L)를 나타내고, OH^-는 OH^-의 농도(mol/L)를 나타낸다.

　상기 수학식 1에서 E = E⁺　- E^-가 양의 ㎷ 값에서 0㎷가 될 때까지 자발적인 반응이 일어나며, 전자가 지시전극으로부터 표준 수소 전극으로 이동하기 때문에 수소환원전위차의 값은 -로 표시되며, 이 경우 지시 전극이 담겨　있는 물은 환원력을 나타낸다. 만약 전자가 표준 수소 전극으로부터 지시전극으로 이동한다면 수소환원전위차의 값은 +로 표시되며 지시용액은 산화력을 나타낸다.

상기 반응식 1에서 보듯이, E = E⁺-E^-=1.229-(-0.828)=2.057V의 전압을 양 전극에 인가하게 되면 입수된 물은 캐소드에서는 수소 기체(H2)와 히드록시기(OH^-)를 발생시켜 알칼리성을 나타내게 되고, 상기 수학식 1에 의해 ORP의 값이 작아지고 -값을 가질 수도 있다. 애노드에서는 산소 기체(O2)와 수소이온(H⁺)를 발생시켜 산성을 나타내고, 상기 수학식 1에 의해 ORP가 +값을 가지게 된다.

종래의 알칼리 이온수기의 경우 인가되는 전압이 커질수록 알칼리성 정도가 높아지면서 환원수의 pH와 환원력이 커진다. 예를 들어, 식약청에서 인정하는 알칼리 이온수기는 2등급 의료기기로서　pH 범위가 8.5 ~ 10로 한정되어 있기 때문에, pH 10에서 ORP가 -85㎷이다. 만약 환원력을 더 높이기 위해서 인가되는 전압을 높이게 되면 상기 반응식 1에서와 같이 H2　기체 발생량과 비례하여 OH^-　발생량이 많아지기 때문에 pH 값은 높아지게 되고 결국 사람이 마시기 어려운 물이 생성된다. 따라서 알칼리 이온수기를 이용하여 제조할 수 있는 환원수의 환원력은pH 증가에 따른 제한이 있기 때문에 그 값을 극대화하기에는 제약이 있다.

또한 시판되고 있는 RO 필터 타입의 정수기는 기본정수성능인 물 속의 유리잔류염소, 색도, 탁도, 클로로포름, 미생물, 세균의 제거뿐만 고니라 특수정수성능인 유기 화합물, 농약류, 중금속 및 무기 이온 성분까지 제거되는 순수한 물이 출수되기 때문에, 정수된 물의 전도도 값이 평균 5 ~ 15㎲/㎝이다. 일반 수도물의 평균 전도도는 200 ~ 220 ㎲/㎝이므로 이와 비교하여 1/15 ~ 1/40 이하의 전도도를 나타낸다.

UF 필터를 통과한 이온수와 동등하게 순수한 물을 전기분해하기 위해서는 400 ~ 500V 이상의 에너지를 투입해야 한다. 다시 말하면 전기 분해 효율이 급격하게 떨어지기 때문에, RO 필터를 통과한 순수한 물의 전기 분해 시스템을 구성하는 것은 매우 비현실적이다.

본 발명의 실시예에　따른 환원수 제조 장치는 상기한 정수기 및 알칼리 이온수기의 문제점을 해결하여 환원력이 우수하고 pH가 중성인 물을 제조할 수 있다.

도 2 및 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 환원수 제조장치의 구동원리를 나타내는 도면이고, 도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 환원수 제조장치의 양이온 교환수지 필터(40)를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 환원수 제조장치는 캐소드(23)를 포함하는 캐소드 챔버(41), 애노드(24)를 포함하는 애노드 챔버(42) 및 캐소드 챔버(41)와 애노드 챔버(42) 사이에 위치하는 중간 챔버(43)를 포함하는 전해조(22)와, 전해조(22)로 공급되는 물을 정수하는 RO 필터(21)와, 전해조(22)의 중간 챔버(43)로 공급되는 물이 통과하는 양이온 교환수지 필터(40)를 포함한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른　환원수 제조 장치는, 중금속, 유기물, 무기이온까지 모두 제거된 깨끗한 물이지만 환원성이 없는 물을 제공하는 정수기와, 환원성을 나타내나 pH가 8.5이상으로 알칼리성이며, 유리잔류염소, 색도, 탁도, 클로로포름이 제거되어 기본 정수항목 수준만을 만족하는 물을 제공하는 알칼리 이온수기의 장단점에서 각각의 장점만을 취합하여 pH가 중성(pH 5.8 ~ 8.5)이고 미생물, 세균, 잔류염소, 중금속, 유기화합물, 농약류 등까지 제거된 깨끗하고 안전한 물에 더욱 높은 환원력까지 나타내는 물을 제조할 수 있다.

전해조(22)는　물의 전기분해를 위한　캐소드(23)가 구비된 캐소드 챔버(41)와 애노드(24)가 구비된　애노드 챔버(42)를 포함하고, 캐소드 챔버(41)와 애노드 챔버(42) 사이에 위치하고 양이온 교환수지(26)가 충진된 중간 챔버(43)를 포함한다.

그리고 캐소드(23)와 양이온 교환수지(26), 및 양이온 교환수지(26)와 애노드(24) 사이에 양이온 교환막(25, 25’)이 형성되는데 캐소드(23), 양이온 교환막(25) 및 양이온 교환수지(26)는 서로 밀착되고, 양이온 교환수지(26), 양이온 교환막(25') 및 애노드(24) 또한 서로 밀착될 수 있다.　　

양이온 교환막(25, 25’)과 전극(23, 24) 사이에 일정 간격이 존재하면 애노드(24)에서 발생한 H⁺이온이　양이온 교환막(25’)을 통과하여 양이온 교환수지(26)로 이동하는 효율이 떨어질 수 있고, 이로 인해 캐소드(23)에서 생성되는 환원수의 pH가 중화되는 효율이 떨어질 수도 있으므로, 양이온 교환수지(26), 양이온 교환막(25, 25’) 및 전극(23, 24)은 서로 밀착되는 것이 바람직하다.

한편, 전해조(22)로 RO 필터(21)를 통과한 물이 유입되는데, 캐소드 챔버(41)로는 RO 필터(21)를 통과한　물이 바로 유입되고, 양이온 교환수지(26)가 충진된 중간 챔버(43)로는 RO 필터(21)를 통과한　물이 바로 유입되지 않고 양이온 교환수지 필터(40)를 한번 더 통과한 물이 유입된다. 양이온 교환막(25, 25')은 양이온만 통과시키므로 캐소드 챔버(41)로 유입된 물은 양이온 교환막(25)을 통과하여 중간 챔버(43)로 이동하지 못하고, 마찬가지로 중간 챔버(43)로 유입된 물은 양이온 교환막(25)을 통과하여 캐소드 챔버(41)로 이동하지 못한다.

RO 필터(21)의 전단에는 세디먼트 필터(sediment filter) 및 카본 필터(carbon filter)가 더 형성될 수 있다.

반응식 1과 같이 2.057V 이상의 전압을 인가하면 애노드(24)와 물에 젖은 인접한 양이온 교환막(25’) 사이에서 전기분해에 의해 발생한 H⁺　이온이 양이온 교환수지(26)의 촉매 역할에 의해 캐소드(23)로 전달되고, 전달된 H⁺　이온은 하기 반응식 2에 나타낸 것처럼 OH^-와 중화반응을 일으켜 캐소드(23)에서 생성된 환원수의 pH가 증가하지 않도록 한다.

[반응식 2]

OH^-(캐소드에서 발생) + H⁺　(애노드 및 양이온 교환수지로부터 전달) →　H2O (중성의 물)

따라서, 캐소드(23)에서 발생되는 H2에 의해 물은 pH 중성(5.8 ~ 8.5) 영역에서 ORP가 마이너스 값을 가져 환원력을 나타내게 된다.

보다 구체적으로는, 후술할 도 7에 나타낸 바와 같이, 전해조(22)의 캐소드 챔버(41)에 RO 필터(21)를 통과한 물을 공급하고, 중간 챔버(43)에 양이온 교환수지 필터(40)를 통과한 물을 공급하면 중간 챔버(43)의 양이온 교환수지(26) 내로 들어온 물은 애노드(24)에 밀착되어있는 양이온 교환막(25’)을 물에 젖게 한다.

전해조(22)에 일정 전류가 흐를 수 있도록 전압을 인가하면, 　양이온 교환막(25’) 표면과 애노드(24) 표면 사이에서 물이 전기분해 되어 H⁺와 O2가 생성된다.

애노드(24)에서 생성된 O2는 크기가 약 3.4Å이므로 양이온 교환막(25)을 통과하여 캐소드(23)로 진행하지 않고, 양이온 교환수지(26)에 입수된 물을 통해서 밖으로 배출된다.

만일 양이온 교환수지(26)로 입수되는 물이 흐르지 않고 정지되어 있다면, 용존 O2의 농도가 증가하여 양이온 교환수지(26)를 산화시키게 되고 그로 인해 양이온 교환수지(26)의 수명이 줄게 된다. 또한, 전기분해 시 발생되는 열(Q ∝ W=I²R)을 배출시키지 못해 양이온 교환막(25, 25')과 양이온 교환수지(26)의 수명이 줄게 된다.

그리고, 애노드(24)에서 생성된 H⁺는 캐소드(23)에서 생성되는 OH^-와 결합하여, H2의 증가로 캐소드 챔버(41)에서 출수되는 환원수의 환원력이 증가해도 OH^-의 증가로 인한 pH의 증가를 방지한다.

상기 전해조(22)는 전압을 인가하는 전원부(미도시)를 더 포함할 수 있다.

중간 챔버(43)에 채워지는 양이온 교환수지(26)는 H⁺형 양이온 교환수지일 수 있다.　　예를 들어 폴리머 모체 표면에SO3H 교환기가 붙어 있는 수지일 수 있고 이 경우, 물 속에 집어넣게 되면 물속의 H⁺이온과 평형이 이루어질 때까지 수지 표면에서 H⁺　이온이 해리된다.

양이온 교환수지(26)는 전술한 것처럼, 캐소드 챔버(41)와 애노드 챔버(42) 사이에 위치하는, 'ㅁ'형의 가공물로 형성된 중간 챔버(43) 안에 채워진다. 순수한 물에서는 전압차로 발생되는 에너지로는 애노드(24)에서 발생되는 H⁺이온이 캐소드(23)로 이동할 수 없지만 양이온 교환수지(26)에서 해리되어 나온 H⁺　이온을 매개로 하여 애노드(24)로부터 캐소드(23)로 H⁺　이온의 전달이 이루어질 수 있으므로 양이온 교환수지(26)의 수명 한도 내에서는 작은 전압에도 전류가 흐를 수 있는 폐루프 구성을 형성하게 된다.

일반적으로 RO 필터를 통과한 물에는 세균이 발견되지 않는다. 그러나 RO 필터 내부는 항상 물에 젖어있기 때문에 시간이 지나면 외부 유입 등 다양한 이유로 세균이 증식할 가능성이 있다.

그러나 세균이 증식한다고 해도 RO 필터를 통과한 물에 존재하는 세균의 양은 인체에 무해한 정도이므로 캐소드 챔버(41)에서 생성되어 배출되는 환원수의 경우에는 사람의 음용수로 문제가 없다.

문제는 RO 필터를 통과하여 양이온 교환수지(26)로 채워진 중간 챔버(43)로 공급되는 물에 세균이 있을 경우, 양이온 교환수지(26)는 미세한 다공성 구조를 가지는 폴리스티렌과 같은 폴리머 소재로 이루어져 있기 때문에 물에 존재하는 세균이 양이온 교환수지(26)에 쉽게 흡착할 수 있다는 것이다.

양이온 교환수지(26)에 흡착된 세균은 양이온 교환수지(26)에서 잘 떨어지지 않고 시간이 지날수록 세균의 증식 등으로 인해 그 양이 증가하게 되고, 이는 양이온 교환수지(26)의 변색으로 나타나게 된다.

이렇게 세균 증식으로 세균의 양이 늘어나면 양이온 교환수지(26)의 성능이 떨어지고 수명도 줄어들게 되어 결국 환원수 제조장치의 성능이 저하되는 문제가 발생한다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 환원수 제조장치는 이러한 문제를 해결하기 위해 RO 필터(21)와 중간 챔버(43) 사이에 양이온 교환수지 필터(40)를 설치한다.

RO 필터(21)를 통과한 물이 양이온 교환수지(26)가 충진된 중간 챔버(43)로 공급되기 전에 중간 챔버(43)에 충진된 양이온 교환수지(26)와 동일한 양이온 교환수지(49)가 충진된 양이온 교환수지 필터(40)를 통과하도록 하여 RO 필터(21)에서 출수된 물에 존재할 수 있는 세균을 양이온 교환수지 필터(40)에서 사전에 흡착하고자 하는 것이다.

이렇게 되면, 양이온 교환수지 필터(40)를 통과함으로써 세균이 제거된 상태의 물이 중간 챔버(43)로 유입되게 되어 중간 챔버(43)의 양이온 교환수지(26)가 세균흡착에 의해 성능이 저하되거나 수명이 단축되는 것을 방지할 수 있다.

양이온 교환수지 필터(40)는 도 2에 도시된 것처럼, RO 필터(21)로부터 정수된 물을 공급받고, 필터링된 물을 중간 챔버(43)로 공급한다.

도 4에 도시된 것처럼, 양이온 교환수지 필터(40)는 그 내부에 양이온 교환수지(49)가 채워지는 빈 공간이 마련된 하우징(48)을 포함한다.

그리고 상기 하우징(48)에는 RO 필터(21)를 통과한 물이 공급되는 유입구(46)와 중간 챔버(43)로 공급되는 물이 배출되는 배출구(47)가 하우징(48)의 양 쪽 끝에 마련된다.

상기 빈 공간에 채워지는 양이온 교환수지(49)는 전해조(22)의 중간 챔버(43)에 채워지는 양이온 교환수지(26)와 같은 종류의 양이온 교환수지로 H⁺형 양이온 교환수지이다.

　예를 들어 미세한 다공성 구조를 가지는 폴리스티렌과 같은 폴리머 모체 표면에 SO3H 교환기가 붙어 있는 수지로, 물 속에 집어넣게 되면 물 속의 H⁺이온과 평형이 이루어질 때까지 수지 표면에서 H⁺　이온이 해리된다.

양이온 교환수지 필터(40)로 유입되는 물은 RO 필터(21)를 통과하여 정수된 물로 pH가 6.2~6.5 인데, 양이온 교환수지 필터(40)를 통과한 물은 양이온 교환수지(49) 표면에서 해리된 H⁺　이온을 포함하므로 pH가 4.2~4.5로 낮아진다.

한편, 전해조(22)의 중간 챔버(43)의 경우 지속적으로 양이온 교환수지(26)를 통해 물이 지나가면 양이온 교환수지(26)의 표면에서는 계속 H⁺　이온 해리되어 소모된다.　따라서, 양이온 교환수지(26)의 성능 저하 및 수명단축이 불가피한데, 양이온 교환수지 필터(40)를 통과한 물은 전술한 것처럼　4.2~4.5의 낮은 pH를 가지므로 양이온 교환수지(26) 표면에서 해리되는 H⁺　이온의 농도와 같거나 비슷한 수소 이온의 농도를 가진다. 따라서 이런 물이 중간 챔버(43)로 공급됨으로써 양이온 교환수지(26)의 표면에서　해리되어 소모되는　H⁺　이온의 양을 줄일 수 있으므로 양이온 교환수지(26)의 수명을 상대적으로 연장시킬 수 있다.

RO 필터(21)를 통과한 물은 분기채널(44)을 통해 양이온 교환수지 필터(40)와 전해조(22)의 캐소드 챔버(41)로 나뉘어 공급된다. 양이온 교환수지 필터(40)와 연결되는 분기채널(44)은 양이온 교환수지 필터(40)의 유입구(46)와 연결된다.

양이온 교환수지 필터(40)를 통과한 물은 전술한 캐소드 챔버(41)로 연결되는 채널과 다른 별도의 채널(45)을 통해 중간 챔버(43)로 연결된다.

전술한 것처럼 양이온 교환수지 필터(40)의 양이온 교환수지(49)에는 세균이 흡착되므로, 주기적으로 교체해주어야 한다. 따라서 양이온 교환수지 필터(40)는 환원수 제조장치에 착탈 가능하도록 설치된다.

전술한 양이온 교환수지 필터(40)와 함께 전기분해에 의해 발생하는 H⁺이온을　이용하여 양이온 교환수지(26)를 재생함으로써 양이온 교환수지(26)의 수명을 연장시킬 수도 있다.

도 2에 도시된 바와　같이 전기 분해에 의해 애노드(24)에서 생성되는 H⁺　이온은 양이온 교환막(25’)과 양이온 교환수지(26)로 이동하며, 애노드(24) 및 양이온 교환막(25’)과 인접되어 있는 양이온 교환수지(26) 부분은 H⁺의 농도가 평형상태보다 높기 때문에 일부 재생이 이루어진다.　따라서 도 3에 도시된 바와 같이 일정 유량을 전기 분해한 후 좌우 대칭으로 구성되어 있는 도 2의 전해조(22)의 애노드(24), 캐소드(23)의 극성 및 전해조(22)에 입수되는 물을 교대로 바꿔 준다면, 양이온 교환수지(26)의 H⁺이온 전달 촉매작용과 재생작용이 동시에 이루어지면서, 연속적으로 중성의 환원수를 만들 수 있다. 또한 물이 한쪽 방향으로 흐르기 때문에 발생할 수 있는 물의 흐름을 반전함에 따라 이온 교환막의 오염을 방지할 수 있다.

즉, 전극 반전에 의해 도 2에서의 캐소드(23)가 도 3에서는 애노드(24)로 되고, 도 2에서의 애노드(24)가 도 3에서는 캐소드(23)로 된다.

따라서 도 3에서 RO 필터(21)를 통과한 물은 오른쪽의 바뀐 캐소드 챔버(41)로 공급된다. 이는 중간 챔버(43)를 중심으로 좌우가 대칭되는 구조이기 때문에, 전극의 극성을 어느 쪽에 주느냐에 따라 캐소드(23)와 애노드(24)가 바뀔 수 있는 것이다.

도 5는　상기 제1실시예의 변형예에 따른 환원수 제조장치의 구동원리를 나타내는 도면이다.

도 5에 도시된 환원수 제조장치는 캐소드(23)를 포함하는 캐소드 챔버(41), 애노드(24)를 포함하는 애노드 챔버(42) 및 캐소드 챔버(41)와 애노드 챔버(42) 사이에 위치하는 중간 챔버(43)를 포함하는 전해조(22)와, 전해조(22)로 공급되는 물을 정수하는 RO 필터(21)와, 전해조(22)의 중간 챔버(43)로 공급되는 물이 통과하는 양이온 교환수지 필터(40)를 포함한다.

전해조(22)의 중간 챔버(43)에 양이온 교환수지가 채워지지 않는 점 외에는 도 2에서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 환원수 제조장치와 그 구성이 동일하다.

중간 챔버(43)에 양이온 교환수지가 채워지지 않지만, 양이온 교환수지 필터(40)를 통과한 물은 전술한 것처럼 pH가 4.2~4.5로 양이온 교환수지(49) 표면에서 해리된 H⁺　이온을 포함하고 있으므로, 중간 챔버(43)를 통과하는 물에 포함된 H⁺　이온을 매개로 하여 애노드(24)로부터 캐소드(23)로 H⁺　이온의 전달이 이루어질 수 있고, 따라서 전압을 인가하면 전류가 흐를 수 있는 폐루프 구성을 형성하게 된다.

본 변형 실시예의 경우, 중간 챔버(43)에 양이온 교환수지가 없기 때문에, 정전류 제어 시, 전압이 15~25V로 높게 걸릴 수 있고 이로 인해 열이 발생할 수 있다. 따라서 전해조(22)의 방열을 위한 방열부(미도시)가 별도로 마련될 수 있다.

본 변형 실시예에서 전해조(22)의 캐소드 챔버(41)로 입수되는 물의 특성이 pH는 6.2~6.6, ORP는 +300mV, 유량은 100ml/m이고, 물의 전기 분해를 위해 전해조(22)에 인가되는 전류는 3A, 전압은 15~25V 일 때, 전해조(22)에서 생성되는 환원수의 pH는 9~10이고, ORP는 -400~-550mV를 나타낸다.

중간 챔버(43)에 양이온 교환수지가 없기 때문에, 캐소드 챔버(41)로 이동하는 수소 이온의 이동 효율이 저하되어, 캐소드 챔버(41)에서 생성된 환원수의 pH는 9~10으로 알칼리성을 나타낸다.

즉, 본 변형 실시예를 통해 생성된 환원수는 기존의 알칼리 이온수기에서 생성되는 환원수와 비슷한 pH를 나타내지만 높은 환원력을 나타내는 특징을 갖는다. 　따라서, 이러한 특징의 환원수를 필요로 하는 시스템에서 본 변형 실시예가 응용될 수 있다.

도 6은 본 발명의 제2일 실시예에 의한 환원수 제조장치의 구동원리를 나타내는 개략도이고, 도 7은 중간 챔버(43)에 채워진 양이온 교환수지의 기능을 설명한 도면이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 환원수 제조 장치는 캐소드를 포함하는 캐소드 챔버, 애노드를 포함하는 애노드 챔버(42) 및 캐소드 챔버와 애노드 챔버(42) 사이에 위치하는 중간 챔버(43)를 포함하는 전해조와, 전해조로 공급되는 물을 정수하는 RO 필터(21)와, 전해조의 중간 챔버(43)로 공급되는 물을 순환시키는 순환장치를 포함한다.

전해조(22)는　물의 전기분해를 위한　캐소드(23) 및 애노드(24)가 각각 마련된 캐소드 챔버(41) 및 애노드 챔버(42)를 포함하고, 상기 캐소드 챔버(41)와 애노드 챔버(42) 사이에 위치하는 양이온 교환수지(26)가 채워진 중간 챔버(43)를 포함한다.　그리고 상기 캐소드(23)와 양이온 교환수지(26), 및 상기 양이온 교환수지(26)과 애노드(24) 사이에 양이온 교환막(25, 25’)이 형성된다.

전해조(22)로 RO 필터(21)를 통과한 물이 유입되는데, 캐소드 챔버(41)로는 RO 필터(21)를 통과한　물이 바로 유입되고, 양이온 교환수지(26)가 채워진 중간 챔버(43)로는 RO 필터(21)를 통과한　물이 바로 유입되지 않고 RO 필터(21)를 통과한 물을 저장하고 있는 순환장치에 마련된 별도의 저수조(27)로부터 물이 유입된다. 양이온 교환막(25, 25')은 양이온만 통과시키므로 캐소드 챔버(41)로 유입된 물은 양이온 교환막(25)을 통과하여 중간 챔버(43)로 이동하지 못하고, 마찬가지로 중간 챔버(43)로 유입된 물은 양이온 교환막(25)을 통과하여 캐소드 챔버(41)로 이동하지 못한다.

[반응식 2]

보다 구체적으로는, 도 7에 나타낸 바와 같이, 전해조(22)의 캐소드 챔버(41)와 양이온 교환수지가 채워져 있는 중간 챔버(43)에 RO 필터(21)를 통과한 물이 공급되면, 중간 챔버(43)로 유입된 물은 애노드(24)에 밀착되어있는 양이온 교환막(25’)을 물에 젖게 한다.

만일 양이온 교환수지(26)로 입수되는 물이 흐르지 않고 정지되어 있다면, 용존 O2의 농도가 증가하여 양이온 교환수지(26)를 산화시키게 되고 그로 인해 양이온 교환수지의 수명이 줄게된다. 또한, 전기분해 시 발생되는 열(Q ∝ W=I²R)을 배출시키지 못해 양이온 교환막과 양이온 교환수지(26)의 수명이 줄게 된다.

중간 챔버(43)에 채워지는 양이온 교환수지는 H⁺형 양이온 교환수지일 수 있다.　　예를 들어 폴리머 모체 표면에SO3H 교환기가 붙어 있는 수지일 수 있고 이 경우, 물 속에 집어넣게 되면 물속의 H⁺이온과 평형이 이루어질 때까지 수지 표면에서 H⁺　이온이 해리된다.

양이온 교환수지(26)는 전술한 것처럼, 캐소드 챔버(41)와 애노드 챔버(42) 사이에 위치하는, 'ㅁ'형의 가공물로 형성된 중간 챔버(43) 안에 채워진다. 순수한 물에서는 전압차로 발생되는 에너지로는 애노드에서 발생되는 H⁺이온이 캐소드로 이동할 수 없지만 양이온 교환수지(26)에서 해리되어 나온 H⁺　이온을 매개로 하여 애노드로부터 캐소드로 H⁺　이온의 전달이 이루어질 수 있으므로 양이온 교환수지(26)의 수명 한도 내에서는 작은 전압에도 전류가 흐를 수 있는 폐루프 구성을 형성하게 된다.

도 8은 종래의 알칼리 이온수기와 본 발명의 제1실시예 또는 제2실시예에 따른 환원수 제조 장치로 전기 분해한 결과 캐소드 챔버(41)에서 생성된 환원수의 pH 및 ORP 특성을 나타낸 그래프이다. 원수는 각각 UF 필터와 RO 필터(21)를 통과한 물이고, 전압 인가 증가량에 따라 알칼리 이온수기는 ORP -150㎷에서 큰 증가없이 pH만 8.5에서 9.5이상으로 증가함을 볼 수 있으나, 본 발명의 환원수 제조 장치는 전압이 증가함에 따라 지속적으로 ORP는 -500㎷까지 증가하나 pH는 7 ~ 7.5 사이에서 변동없이 안정적인 값을 나타내었다.

　한편, 지속적으로 양이온 교환수지(26)를 통해 물이 지나가면 양이온 교환수지(26)의 표면에서는 계속 H⁺　이온이 소모된다.　따라서, 전기 분해없이 물을 통과시키거나, 전기 분해를 하더라도 저전류에서 발생되는 H⁺이온으로는 양이온　교환수지(26)의 재생이 충분하지 않아 양이온 교환수지(26)의 성능 저하가 불가피하다.　

기존의 H⁺형 양이온교환수지를 재생하기 위한 방법으로는, 수지를 HCl 용액에 일정시간 담가 놓고, 물 속에 존재하는 과량의 H⁺　이온을 이용하여 수지 표면을 -SO3H 형태로 복원시키는 방법이 있다.

그러나 본 발명의 환원수 제조 장치의 전해조의 구조적 특성상 내부에 들어있는 양이온 교환수지를 HCl 용액을 이용한 화학적인 방법으로 재생할 수 없다.　

이에 본 발명은 양이온 교환 수지(26)로 물을 공급하고, 양이온 교환수지(26)를 거쳐 출수된 물을 회수한 다음 다시 양이온 교환수지(26)로 공급하는 순환장치를 통해 양이온 교환수지(26)의 수명을 연장시킨다.

순환장치는 양이온 교환수지(26)로 공급되는 물을 저장하는 저수조(27)와 저수조(27)의 물이 양이온 교환수지(26)와 저수조(27) 사이를 순환할 수 있도록 물의 이동통로를 제공해주는 채널(29)과 저수조(27)의 물이 양이온 교환수지(26)와 저수조(27) 사이를 순환할 수 있도록 구동압력을 제공해주는 펌프(28)를 포함한다.

RO 필터(21)로부터 공급되는 물은 밸브(30, 31)의 조절에 의해 캐소드 챔버(41) 또는 순환장치의 저수조(27)로 유입된다.

RO 필터(21)로부터 저수조(27)로 물이 유입되어 저수조(27)에 미리 정해진 양 만큼의 물이 차게 되면 펌프(28)가 가동되어 저수조(27)에 저장된 물이 전해조(22)의 중간 챔버(43)로로 공급되고, 중간 챔버(43)의 양이온 교환수지(26)를 통과한 물은 버려지지 않고 다시 저수조(27)로 회수된다.

이렇게 저수조(27)로 회수된 물은 다시 양이온 교환수지(26)로 공급된다.

이와 같은 과정이 주기적으로 반복되면서 물이 중간 챔버(43)의 양이온 교환수지(26)와 저수조(27) 사이를 순환하게 되고 그 과정에서 양이온 교환수지(26)로 물이 공급된다.

양이온 교환수지(26)로 유입되는 물은 RO 필터(21)를 통과하여 정수된 물로 pH가 6.2~6.5이다. 양이온 교환수지(26)를 통과한 물은 양이온 교환수지(26) 표면에서 해리되어 반응식 2와 같이 pH를 중성으로 만드는데 사용된 H⁺　이온　외의 남은 H⁺　이온을 포함하므로 pH가 4.2~4.5로 낮아진다.

이렇게 양이온 교환수지(26)를 통과하여 pH가 낮아진 물을 버리지 않고 저수조(27)로 회수하여 다시 중간 챔버(43)의 양이온 교환수지(26)로 공급하면 양이온 교환수지(26)로 유입되는 물의 pH는 이미 4.2~4.5로 낮아졌으므로 양이온 교환수지(26) 표면에서 해리되는 H⁺　이온의 농도와 같거나 비슷하다. 따라서 양이온 교환수지(26)의 표면에서　해리되어 소모되는　H⁺　이온의 양을 줄일 수 있으므로 양이온 교환수지(26)의 수명을 상대적으로 연장시킬 수 있는 것이다. 　

저수조(27)에 저장되는 물의 양은 시간이 지나면 증발로 인해 줄어들 수 있다. 따라서 저수조(27)는 수위센서를 장착하여 저수조(27)에 저장되는 물의 수위를 감지하고 수위가 일정 수준 이상으로 내려가면 다시 저수조(27)로 물을 공급하여 저수조(27)에 저장되는 물의 양을 일정량 이상으로 유지할 수 있다.

또한 저수조(27)에 저장되는 물의 사용시간이 길어지면 물이 오염될 수 있으므로 일정 시간이 경과하면 저수조(27)의 물을 외부로 배출하고 다시 저수조(27)를 채울 수 있다. 이를 위해 저수조(27)에는 물을 외부로 배출하기 위한 배출구를 포함할 수 있다.

도 9는 본 발명의 제2실시예의 변형 예에 따른 순환장치를 포함하는 환원수 제조장치의 구동원리를 나타내는 개략도이다.

도 9에 나타낸 바와 같이 순환장치는 중간 챔버(43)의 양이온 교환수지(26)로 공급된 물이 양이온 교환수지(26)를 거쳐 출수된 후 다시 양이온 교환수지(26)로 공급될 수 있도록 물이 순환할 수 있는 이동통로를 제공해주는 채널(29)과 양이온 교환수지(26)로 공급되는 물이 채널(29)을 따라 순환할 수 있도록 구동압력을 제공해주는 펌프(32)를 포함한다.

RO 필터(21)로부터 공급되는 물은 밸브(30, 31)의 조절에 의해 캐소드 챔버(41) 또는 순환장치로 유입된다. RO 필터(21)로부터 순환장치로 물이 유입되면 순환장치의 채널(29)을 따라 물이 순환하면서 중간 챔버(43)의 양이온 교환수지(26)로 물이 공급된다.

밸브(30)의 온오프 제어를 통해 일정 주기로 순환장치에서 순환하는 물을 새로운 물로 교체할 수 있다. 새로운 물로 교체가 이루어지면 기존의 물은 밸브(34)의 개방에 의해 외부로 배출된다.

순환장치에서 순환하는 물은 양이온 교환수지(26)를 계속 거치게 되므로 전기 분해 장치의 특성상 저항으로 인해 발생하는 열을 흡수하여 온도가 상승하게 된다.

양이온 교환수지(26)로 공급되는 물의 온도 상승은 양이온 교환수지(26)의 내구성을 약화시킬 수 있으므로 순환장치에서 순환하는 물의 온도를 낮추기 위해 냉각장치(35)를 구비할 수 있다(도 10 참조). 이러한 냉각장치(35)는 팬을 사용하거나 냉매 또는 열전 반도체를 이용하는 냉각기를 사용할 수도 있다.

전술한 순환장치와 함께 전기분해에 의해 발생하는 H⁺이온을　이용하여 양이온 교환수지를 재생함으로써 양이온 교환수지의 수명을 연장시킬 수도 있다.

도 6a에 도시된 바와　같이 전기 분해에 의해 애노드(24)에서 생성되는 H⁺　이온은 양이온 교환막(25’)과 양이온 교환수지(26)로 이동하며, 애노드(24) 및 양이온 교환막(25’)과 인접되어 있는 양이온 교환수지(26) 부분은 H⁺의 농도가 평형상태보다 높기 때문에 일부 재생이 이루어진다.　

따라서 도 6b에 도시된 바와 같이 일정 유량을 전기 분해한 후 좌우 대칭으로 구성되어 있는 도 6a의 전해조(22)의 애노드(24), 캐소드(23)의 극성 및 전해조에 입수되는 물을 교대로 바꿔 준다면, 양이온 교환수지에서 H⁺이온 전달 촉매작용과 재생작용이 동시에 일어나면서, 연속적으로 중성의 환원수를 만들 수 있다. 또한 물이 한쪽 방향으로 흐르기 때문에 발생할 수 있는 물의 흐름을 반전함에 따라 이온 교환막의 오염을 방지할 수 있다.

즉, 전극 반전에 의해 도 6a에서의 캐소드(23)가 도 6b에서는 애노드(53)로 되고, 도 6a에서의 애노드(24)가 도 6b에서는 캐소드(54)로 되며, 따라서 도 6b에서 RO 필터(51)를 통과한 물은 캐소드(54)　및 양이온 교환수지(56)로 입수된다. 이는 양이온 교환수지(56)를 중심으로 좌우가 대칭되는 구조이기 때문에, 전극의 극성을 어느 쪽에 주느냐에 따라 캐소드(23)와 애노드(24)가 바뀔 수 있는 것이다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른　환원수 제조 장치에서 전극 반전 전후의 캐소드에서 생성된 환원수의 pH 및 ORP 특성을 나타낸 그래프이다.

도 11(a)는 일정 유량의 물이 흐르는 동안 양이온 교환수지의 성능저하에 따른 환원수의 pH의 변동을 보여 주고 있다.　캐소드에서 나오는 물은 시간이 지나감에 따라 양이온 교환수지 성능의 저하로 pH가 증가함을 확인할 수 있다.

도 11(b)와 같이 전극 및 유로 반전을 하였을 때, 다시 pH 값은 중성으로 복귀하고 ORP는 -500㎷ 이상 유지되고 있음을 알 수 있다.

본 발명의 전해조에 사용되는 캐소드 및 애노드는 도 12에 나타낸 것처럼 물이 통과할 수 있는 구멍이 일정한 간격으로 형성되어 있거나(도 12a), 아니면 표면적을 더욱 늘리기위해 제작된 메쉬(망)형 구조를 가질 수 있다(도 12b).

이러한 형태를 가짐으로써 전기 분해 효율이 향상될 수 있다. 전극의 재질은 생체학적으로 안전성이 있는 티타늄 전극에 인가 전압에 의해 이온화 반응이 일어나지 않고, 전기 전도도가 좋으며, 역시 생체학적으로 안전성이 있는 백금을 코팅을 한 것일 수 있다.

본 발명의 환원수 제조 장치에서 캐소드, 양이온 교환막과 양이온 교환수지, 및 양이온 교환수지, 양이온 교환막과 애노드는 서로 밀착되어 있을 수 있다.　　

도 13은　본 발명의 환원수 제조 장치에서 양이온 교환 수지, 양이온 교환막 및 전극의 구성을 나타낸 도면이다.

양이온 교환막(85, 85’)과 전극(83, 84) 사이에 일정 간격이 존재하면 애노드(84)에서 발생한 H⁺이온이　양이온 교환막(85’)과 양이온 교환수지(86)로 이동하는 효율이 떨어질 수 있어 캐소드(83)에서 물의 pH를 중화시키는 효율이 떨어질 수도 있다.

따라서, 도 13에 도시한 것처럼, 양이온 교환수지(86), 양이온 교환막(85, 85’) 및 전극(83, 84)은 서로 밀착되는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 양이온 교환막(85, 85')은 양이온만 통과시키므로 양이온 교환막을 통해 물은 이동할 수 없다. 따라서, 양이온 교환막을 경계로 물이 수용되는 공간을 구분지을 수 있다.

본 발명의 일 측면에 따른 환원수 제조 장치는 중성(pH 5.8 ~ 8.5)의 환원수를 제조할 수 있기 때문에 정수기와 알칼리 이온수기의 장점만을 통합한 것으로 정수기나 의료기 시장에 진출할 수 있다.　

뿐만 아니라 가정용 및 기업용 냉장고의 디스펜서나 실내 가습기에도 응용할 수 있다.　또한 이를 통하여 제조된 환원수는 상온에서 H2 용존 값이 극대화되고 물 분자가 잘게 쪼개진 고활성 환원수로, 건강, 미용, 및 작물 분야 등에 다양하게 응용될 수 있다.

11: UF 필터　　　　　　　　　　　　　　
21, 51: RO 필터
12, 22, 52: 전해조　　　　　　　　
13, 23, 53, 83: 캐소드
14, 24, 54, 84: 애노드　　　　
16: 이온교환막
26, 49, 56, 86: 양이온 교환수지
25, 25', 55,　55'　85, 85': 양이온 교환막
27: 저수조
29: 채널
30, 31, 33, 34: 밸브
28, 32: 펌프
35: 냉각장치
40: 양이온 교환수지 필터

Claims

RO(Reverse Osmosis) 필터;
캐소드를 포함하는 캐소드 챔버, 애노드를 포함하는 애노드 챔버 및 상기 캐소드 챔버와 상기 애노드 챔버 사이에 위치하는 중간 챔버를 포함하는 전해조; 및
물과 반응하면 수소이온이 해리되는 양이온 교환수지를 포함하고, 상기 중간 챔버로 공급되는 물이 통과하는 양이온 교환수지 필터;를 포함하고,
상기 캐소드 챔버 및 상기 중간 챔버에는 물이 유입되는 유입구와 물이 배출되는 배출구가 마련되고,
상기 캐소드 챔버와 상기 중간 챔버 사이에는 양이온 교환막이 마련되고,
상기 중간 챔버는 물과 반응하면 수소이온이 해리되는 양이온 교환수지를 포함하고,
상기 RO 필터는 물을 정수하여 상기 양이온 교환수지 필터 또는 상기 캐소드 챔버로 물을 공급하고,
상기 양이온 교환수지 필터는 상기 중간 챔버로 공급되는 물이 상기 중간챔버에 공급되기 전에 상기 양이온 교환수지 필터를 먼저 통과할 수 있도록 상기 RO 필터와 상기 전해조 사이에 배치되는 환원수 제조장치.
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제1항에 있어서,
상기 RO 필터를 거쳐 정수된 물을 상기 양이온 교환수지 필터 및 상기 전해조의 캐소드 챔버로 공급하기 위한 분기 채널을 포함하는 환원수 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 양이온 교환수지 필터는 상기 RO 필터로부터 공급된 물이 유입되는 유입구와 상기 중간 챔버로 공급되는 물이 배출되는 배출구를 포함하는 환원수 제조장치.
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제1항에 있어서,
상기 양이온 교환수지 필터는 상기 환원수 제조장치에 착탈 가능하도록 설치되는 환원수 제조장치.
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