KR20040085450A - 전기분해수 제조장치 및 방법 - Google Patents

전기분해수 제조장치 및 방법 Download PDF

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KR20040085450A
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    • C02F2201/46115—Electrolytic cell with membranes or diaphragms

Abstract

살균력이 향상된 전기분해수(강산성 및 약알칼리성)를 제조하는 장치 및 방법이 개시된다. 그러한 전기분해수 제조장치는 원수와 전해액을 혼합조에서 혼합하여 공급하는 혼합수 공급부와, 상기 혼합조로부터 혼합수를 공급받아 1차적으로 전기분해처리하는 제1 격막식 전기분해조와, 상기 제1 격막식 전기분해조로부터 처리된 전해수를 공급받아 2차적으로 전기분해처리하는 제2 격막식 전기분해조를 포함하며, 상기 제1 및 제2 격막식 전기분해조는 혼합수가 유입되는 유입구 및 유출구가 형성되는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 구비되는 양극 및 음극과, 상기 양극 및 음극의 사이에 배치되는 격막으로 각각 이루어지는 적어도 2개 이상의 격막식 전기분해부를 포함한다.

Description

전기분해수 제조장치 및 방법{APPARATUS FOR MANUFACTURING ELECTROLYZED OXIDIZING WATER AND METHOD OF THE SAME}
본 발명은 전기분해수 제조장치 및 그 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 2차례의 전기 분해공정을 이용하여 살균력이 향상된 전기분해수를 제조함으로써 과채류를 효율적으로 세정하기 위한 전기분해수 제조장치 및 그 방법에 관한 것이다.
과채류에 부착된 이물질, 즉, 흙, 먼지, 유충, 농약 등의 오염물질을 제거하는 경우 수처리에 의해서 처리하게 된다. 이 경우, 일반적인 이물질은 처리할 수 있으나 미생물을 제거하는 것은 그다지 쉬운 일은 아니다.
따라서, 이러한 이물질 및 미생물을 제거하기 위하여 전기분해를 이용한 처리법이 적용되고 있다. 즉, 양극과 음극의 사이에 전해액이 첨가된 원수를 통과시키고 전원을 인가함으로써 산화, 환원 반응을 이용하여 원수를 전기분해하여 전기분해수를 제조한다. 이러한 방법으로 얻어진 전기분해수를 이용하여 과채류를 세정하는 경우 미생물 및 이물질을 손쉽게 처리할 수 있다.
그러나, 일반적으로 이러한 공정에 의하여 얻어진 전기분해수를 이용하여 과채류를 세정하는 경우 살균력이 그다지 크지 않음으로 세정효과가 기대이상 발휘되지 않는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출 된 것으로서, 본 발명의 목적은 2차례의 전기 분해공정에 의하여 살균력이 향상된 전기분해수를 제조함으로써 과채류를 세정효율이 향상된 전기분해수 제조장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 전기분해장치에 있어서 전극간의 거리를 적절하게 조절함으로써 물성이 월등한 효과를 갖는 전기분해수를 생성할 수 있는 전기분해수 제조장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
도1 은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기분해수 제조장치의 구조를 개략적으로 도시하는 블록도.
도2 는 도1 에 도시된 전기분해수 제조장치의 구조를 개략적으로 도시하는 구조도.
도3 은 도2 에 도시된 전기분해조를 확대하여 도시하는 부분 확대사시도.
도4 는 도2 에 도시된 격막식 전기분해조의 내부구조를 개략적으로 도시하는 구조도.
도5 는 도2 에 도시된 무격막식 전기분해조의 내부구조를 개략적으로 도시하는 구조도.
상기 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 본 발명의 바람직한 일 실시예는 원수와 전해액을 혼합조에서 혼합하여 공급하는 혼합수 공급부와; 그리고 상기 혼합조로부터 혼합수를 공급받아 1차적으로 전기분해처리하는 제1 격막식 전기분해조와, 상기 제1 격막식 전기분해조로부터 처리된 전해수를 공급받아 2차적으로 전기분해처리하는 제2 격막식 전기분해조를 포함하며, 상기 제1 및 제2 격막식 전기분해조는 혼합수가 유입되는 유입구 및 유출구가 형성되는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 구비되는 양극 및 음극과, 상기 양극 및 음극의 사이에 배치되는 격막으로 각각 이루어지는 적어도 2개 이상의 격막식 전기분해부를 포함하는 전기분해수 제조장치를 제공한다.
또한, 본 발명의 바람직한 다른 실시예는 원수와 전해액을 혼합조에서 혼합하여 공급하는 혼합수 공급부와; 그리고 상기 혼합조로부터 혼합수를 공급받아 1차적으로 전기분해처리하는 제1 무격막식 전기분해조와, 상기 제1 무격막식 전기분해조로부터 처리된 전해수를 공급받아 2차적으로 전기분해처리하는 제2 무격막식 전기분해조를 포함하며, 상기 제1 및 제2 무격막식 전기분해조는 혼합수가 유입되는 유입구 및 유출구가 형성되는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 구비되는 양극 및 음극과, 상기 양극 및 음극의 사이에 배치되는 격막으로 각각 이루어지는 적어도 2개 이상의 무격막식 전기분해부를 포함하는 전기분해수 제조장치를 제공한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기분해수 장치 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다.
도1 및 도2 에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 전기분해수 장치는 원수와 전해액을 혼합하여 공급하는 혼합수 공급부(1)와, 상기 혼합수 공급부(1)로부터 공급된 혼합수를 전기분해하여 처리하는 격막식 전기분해부(3)를 포함하며, 그리고 상기 혼합수 공급부(1)로부터 공급된 혼합수를 전기분해하는 무격막식 전기분해부(5)를 포함할 수 있다.
이러한 구조를 갖는 전기분해수 장치에 있어서, 상기 혼합수 공급부(1)는 원수를 여과하는 여과기(7)를 구비한다. 그리고, 여과기(7)를 통과한 원수는 혼합조(9)로 공급되어 첨가액과 혼합된다. 또한, 상기 첨가액은 첨가액 탱크(11)에 저장되며 필요시 첨가액 펌프(13)에 의하여 펌핑됨으로써 상기 혼합조(9)에 공급되어 원수와 혼합된다.
이때, 상기 첨가액은 전해성을 갖는 화합물, 즉 바람직하게는 염화나트륨(NaCl), 염화칼슘(CaCl2), 염화칼륨(KCl)을 포함한다. 이와 같이 상기 혼합조(9)에서 원수와 전해액이 혼합된다.
상기 격막식 전기분해부(3)는 상기 혼합조(9)로부터 공급된 전해액을 전기분해처리하는 제1 격막식 전기분해조(15)와, 제2 격막식 전기분해조(17)로 이루어진다.
그리고, 전해액은 이러한 제1 및 제2 격막식 전기분해조(15,17)를 통과하면서 2차례에 걸쳐 전기분해처리 됨으로써 강산성 전해 산화수로 제조된다.
이러한 제1 및 제2 격막식 전기분해조(15,17)를 보다 상세하게 설명하면, 상기 격막식 전기분해조는 통상적인 구조의 전기 분해조이며 도3 및 도4 에는 이러한격막식 전기분해조가 보다 상세하게 도시되어 있다. 그리고, 상기 제1 및 제2 격막식 전기분해조(15,17)는 동일한 형상을 갖음으로 제1 격막식 전기분해조(이하, 격막식 전기분해조)에 의해서만 설명한다.
도시된 바와 같이, 격막식 전기분해조(15)는 외관을 형성하는 케이스(Case;40)와, 상기 케이스(40)의 일측면에 배치되는 제1 유입구(23) 및 제1 유출구(25)와, 상기 케이스(40)의 내부에 장착되는 양극(42) 및 음극(41)과, 그리고, 상기 양극(42) 및 음극(41)의 사이에 배치되어 상기 케이스(40)의 내부를 구획하는 격막(43)을 포함한다.
이러한 구조를 갖는 격막식 전기분해조에 있어서, 상기 케이스(40)는 그 내부에 공간이 형성되어 전해액이 유입 및 유출가능하다. 그리고, 이러한 케이스(40)의 일측에는 혼합수가 유입/유출되는 제1 유입구(23) 및 제1 유출구(25)가 형성된다.
그리고, 제1 유입구(23)는 배관(22)에 의하여 상기 혼합조(9)와 일체로 연결된다. 따라서, 혼합조(9)에 저장된 혼합수가 이 배관(22)을 통하여 제1 유입구(23)로 유입된다. 제1 유입구(23)는 바람직하게는 2개가 형성된다.
또한, 제1 유출구(25)도 배관에 의하여 제2 격막식 전기분해조(17)의 제2 유입구(27)에 연결된다. 따라서, 상기 제1 유출구(25)로부터 배출된 전해수는 제2 격막식 전기 분해조(17)의 제2 유입구(27)로 공급된다.
한편, 상기 양극(42) 및 음극(41)은 상기 케이스(40)의 내측면에 각각 부착되며, 그 사이에 상기 격막(43)이 배치된다. 그리고, 전극의 재질에 있어서는 통상적으로 양극(42)으로는 티타늄(Titanium)을 사용하며 음극(41)으로는 스테인레스 스틸(Stainless Steel)을 사용한다. 물론, 이러한 전극의 재질은 이에 한정되는 것은 아니고 적절하게 변경될 수 있다.
또한, 상기 격막(43)은 일반적으로 석면으로 만든 종이, 헝겊, 섬유 등으로 제조된다. 그리고, 이러한 격막(43)은 양극(42) 및 음극(41)에서 전기분해가 진행되는 경우 발생하는 분극현상을 방지하게 된다.
이와 같은 격막식 전기분해조에 있어서, 각 전극에서 진행되는 전기분해 과정을 화학식으로 표현하면 다음과 같다.
(양극측) 2Cl-→ Cl2+2e +1,000 mV 이상
Cl2+ H2O ⇔ HCl + HClO
H2O → 1/2 O2↑ + 2H++ 2e
(음극측) 2H2O + 2e → H2↑ + 2OH--700 mV 이하
Na++ e → Na
Na + H2O → NaOH + 1/2H2
즉, 전해액으로써 염화나트륨을 사용한 경우, 전기분해가 진행됨에 따라 양극(42)에서는 산화반응이 일어남으로써 염소가스가 발생하게 되며, 음극(41)에서는 수소가스(H2↑)가 수산기(2OH-)와 함께 발생한다. 이때, 염소가스와 수산기가 화학반응을 일으켜 산화력이 강한 차아염소산이온(HClO)을 생성시킨다.
따라서, 이와 같은 격막식 전기분해조를 통하여 얻어진 전해산화수에는 산화력이 강한 차아염소산이 다량 함유되어 있음으로, 과채류 등을 효율적으로 세정할 수 있다.
상기한 바와 같이, 제1 및 제2 격막식 전기분해조(15,17)에 의하여 전기분해과정을 2차례에 걸쳐 실시하게 되므로 차아염소산이 다량 함유된 전해산화수를 보다 효율적으로 생성할 수 있다.
그리고, 상기 제2 격막식 전기분해조(17)에서 생성된 전해산화수는 제2 유출구(25)를 통하여 저수탱크로 공급되어 저장된다.
한편, 상기 혼합조(9)에서 선택적으로 무격막식 전기분해부(5)로 전해액이 공급되어 전기분해 될 수도 있다.
이러한 무격막식 전기분해부(5)는 상기한 격막식 전기분해부(3)와 동일하게 제1 및 제2 무격막식 전기분해조(19,21)로 구성된다. 그리고, 그 형상은 격막식 전기분해부(3)와 유사하지만 격막이 구비되지 않는 차이점이 있다.
즉, 도5 에 도시된 바와 같이, 케이스(50)의 내측면에 양극(52) 및 음극(51)이 서로 일정 간격 떨어져서 배치되는 구조를 갖는다. 따라서, 상기 격막식 전기분해부와 동일하게 양극 및 음극에서 전기분해가 진행된다.
하지만, 격막이 없는 경우에는 작은 수소방울이 전극에 달라붙어 전압을 떨어뜨리는 분극현상이 발생할 수 있다.
따라서, 이러한 분극현상을 방지하고자 무격막식 전기분해부의 경우에는 케이스(50)로 유입되는 전해액의 유속을 조절함으로써 전극(52,51)에서 발생하는 수소기포를 떨어뜨리게 된다. 결과적으로, 수소기포는 전극(52,51)에 달라붙지 못하고 전해액에 용해되어 케이스(50)의 외부로 유출된다.
한편, 상기 격막식 전기분해부 및 무격막식 전기분해부에 있어서, 전기분해조의 수량, 또는 양극 및 음극의 사이간격에 의하여 생성되는 전기분해수의 물성에 차이가 발생하게 된다.
즉, 전기분해수의 pH, ORP, 차아염소산 함량, 전류 및 생성수량 등에 차이가 발생하게 되며, 이러한 차이는 과채류의 세정에 직접적으로 영향을 미치게 된다.
이러한 전기분해조의 수량, 또는 전극의 간극에 따른 물성실험 결과는 아래와 같다.
상기한 실험결과에서 알 수 있듯이, 격막 방식의 전기분해수 제조장치는 전극간 간극이 1.0 mm, 20% NaCl 첨가량이 6 mL/min 일 때 제조된 전해산화수의 물성치가 ORP 1,170 mV 수준, HClO 함량 100 ppm 수준, pH 2.5 수준으로 가장 우수하게 나타났으며, 그 다음 0.8 mm의 간극이 양호한 것으로 나타났다.
그러나, 2단 격막 방식에서는 1단의 격막 간극에는 관계없이 2단의 격막 간격이 1.0 mm이면 최적의 조건으로 물성치가 나타나므로써 기존의 1단 전기분해 시스템 보다 2단 전기분해 시스템으로 운전하는 것이 우수함을 알 수 있었다.
한편, 무격막 방식으로 전해시킨 전기분해수는 차아염소산 함량은 132∼266 ppm 수준, 산화환원전위는 750∼830 mV 수준, pH는 9 수준으로 격막 방식과는 크게 달라지는 것을 알 수 있었다.
그 중에서, 무격막 방식의 최적조건은 간극이 1mm, 20% NaCl 첨가량이 4 mL/min 일 때 제조된 전기분해수의 물성치가 격막 방식의 최적조건과 가장 근접하게 나타났다.
특히, 2단의 무격막 방식에서 NaCl 첨가량이 6 mL/min의 경우에서는 HClO 함량이 높은 것이외는 ORP 및 pH 측면에서 볼 때 1단의 방식과 별 차이가 없는 것으로 판단된다.
따라서, 2단의 무격막 방식, 20% NaCl 첨가량이 4 mL/min의 경우가 가장 최적인 것으로 판단된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전기분해수 생성과정을 더욱 상세하게 설명한다.
도시된 바와 같이, 전기분해수를 제조하는 공정은 먼저, 원수 공급단계가 진행된다. 즉, 수돗물 등의 원수를 여과기(7)를 통과시킴으로써 불순물을 1차적으로 걸러낸다. 그리고, 여과기(7)를 통과한 원수는 혼합조(9)로 공급되어 전해액과 혼합된다. 상기 전해액은 첨가액 탱크(11)에 저장되며, 필요시 첨가액 펌프(13)의 구동에 의하여 펌핑되어 상기 혼합조(9)로 공급된다.
이때, 상기 전해액은 바람직하게는 염화나트륨(NaCl)이 사용되며,염화칼슘(CaCl2), 염화칼륨(KCl) 등이 사용될 수도 있다.
이와 같이 혼합조(9)에서 전해액과 혼합된 원수는 선택적으로 격막식 분해처리공정 혹은 무격막식 분해처리공정을 통하여 전기분해된다.
상기 격막식 분해처리공정은 제1 차 격막식 분해처리공정 및 제2 차 격막식 분해처리공정으로 이루어짐으로서 전기분해수를 2차에 걸쳐 전기분해하게 된다.
제1 차 격막식 분해처리공정에 있어서는, 상기 혼합조(9)로부터 배관을 통하여 전해액(염화나트륨)이 제1 격막식 전기분해조(15)의 제1 유입구로 유입된다.
그리고, 제1 격막식 전기분해조(15)로 유입된 전해액은 양극(42)과 음극(41)의 사이로 공급된다. 이때, 상기 양극(42) 및 음극(41)에는 전원이 공급됨으로써 전기분해과정이 진행된다.
전기분해과정이 진행됨에 따라, 양극(42)에서는 산화반응이 일어남으로써 염소가스가 발생하게 되며, 음극(41)에서는 수소가스(H2↑)가 수산기(2OH-)와 함께 발생한다. 이때, 염소가스와 수산기가 화학반응을 일으켜 산화력이 강한 차아염소산이온(HClO)을 생성시킨다.
따라서, 이와 같은 격막식 전기분해조를 통하여 얻어진 전해산화수에는 산화력이 강한 차아염소산이 다량 함유되어 있음으로, 과채류 등을 효율적으로 세정할 수 있다.
이와 같이, 제1 격막식 전기분해조(15)에서 1차적으로 처리된 전해산화수는 제1 유출구(25)를 통하여 제2 격막식 전기분해조(17)의 제2 유입구(27)로 공급됨으로써 제2 차 격막식 분해처리공정이 진행된다. 제2 차 격막식 분해처리공정에 있어서는 상기 제1 격막식 분해처리공정과 동일한 전기분해과정을 거치게 됨으로 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이, 제2 격막식 전기분해조(17)의 내부에서 처리된 강산성 전기분해수는 제2 유출구(29)를 통하여 배출되며, 저장탱크에 공급된다.
따라서, 과채류를 세정하는 경우에는 저장탱크에 저장된 전해산화수에 의하여 적절하게 세정할 수 있다.
한편, 사용자는 상기 혼합조(9)의 레버(31)를 조작함으로써 선택적으로 무격막식 분해처리공정을 진행시킬 수도 있다.
이와 같은 무격막식 분해처리공정은 격막식 분해처리공정과 유사하게 제1 및 제2 차 무격막식 분해처리공정으로 이루어진다.
제1 차 무격막식 분해처리공정에 있어서는, 제1 무격막식 전기분해조(19)의 제3 유입구(33)를 통하여 전해액이 공급된다. 그리고, 공급된 전해액은 제1 무격막식 전기분해조(19)의 내부에 구비된 양극(52) 및 음극(51)의 사이에서 전기분해 된다.
이때, 음극(51)에서 발생한 수소기체로 인하여 전극에는 작은 수소방울이 전극에 달라붙어 전압을 떨어뜨리는 분극현상이 발생하게 된다.
따라서, 이러한 분극현상을 방지하고자 전해액의 유속을 조절함으로써 전극(52,51)에서 발생하는 수소기포를 떨어뜨리게 된다. 결과적으로, 수소기포는 전극(52,51)에 달라붙지 못하고 전해액에 용해되어 케이스(50)의 외부로 유출된다.
이와 같이 제1 무격막식 전기분해조(19)에서 처리된 전해액은 제3 유출구(35)를 통하여 배출되며, 제2 무격막식 전기분해조(21)로 공급되어 제2 차 무격막식 분해처리공정이 진행된다.
즉, 제1 무격막식 전기분해조(19)에서 유출된 전해액은 제2 무격막식 전기분해조(21)의 제4 유입구(37)를 통하여 유입된다. 그리고, 제1 무격막식 전기분해조(19)와 동일한 과정을 통하여 전기분해됨으로써 전기분해수가 생성된다.
최종적으로 제2 무격막식 전기분해조(21)에서 생성된 약알칼리성 전기분해수는 제4 유출구(39)를 통하여 배출되어 저장탱크에 저장된다.
결국, 사용자는 필요시 저장탱크에 저장된 전기분해수를 이용하여 과채류를 세정할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전기분해수 제조장치 및 방법은 다음과 같은 장점이 있다.
첫째, 원수에 전해액을 첨가하고 2회에 걸쳐 전기분해를 함으로써 전기분해수의 생성효율을 증가시킬 수 있는 장점이 있다.
둘째, 전기분해조의 전극 간격을 적절하게 조절함으로써 pH, ORP, 차아염소산 함량, 전류 및 생성수량 등에 있어서 월등한 효과를 갖는 전기분해수를 생성할 수 있는 장점이 있다.
셋째, 2차례의 전기분해를 통하여 얻어진 살균력이 강해진 전기분해수에 의하여 과채류의 세정 및 저장효율을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고 특허청구의 범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims (5)

  1. 원수와 전해액을 혼합조에서 혼합하여 공급하는 혼합수 공급부와; 그리고
    상기 혼합조로부터 혼합수를 공급받아 1차적으로 전기분해처리하는 제1 격막식 전기분해조와, 상기 제1 격막식 전기분해조로부터 처리된 전해수를 공급받아 2차적으로 전기분해처리하는 제2 격막식 전기분해조를 포함하며, 상기 제1 및 제2 격막식 전기분해조는 혼합수가 유입되는 유입구 및 유출구가 형성되는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 구비되는 양극 및 음극과, 상기 양극 및 음극의 사이에 배치되는 격막으로 각각 이루어지는 적어도 2개 이상의 격막식 전기분해부를 포함하는 전기분해수 제조장치.
  2. 원수와 전해액을 혼합조에서 혼합하여 공급하는 혼합수 공급부와; 그리고
    상기 혼합조로부터 혼합수를 공급받아 1차적으로 전기분해처리하는 제1 무격막식 전기분해조와, 상기 제1 무격막식 전기분해조로부터 처리된 전해수를 공급받아 2차적으로 전기분해처리하는 제2 무격막식 전기분해조를 포함하며, 상기 제1 및 제2 무격막식 전기분해조는 혼합수가 유입되는 유입구 및 유출구가 형성되는 케이스와, 상기 케이스의 내부에 구비되는 양극 및 음극과, 상기 양극 및 음극의 사이에 배치되는 격막으로 각각 이루어지는 적어도 2개 이상의 무격막식 전기분해부를 포함하는 전기분해수 제조장치.
  3. 원수와 전해액을 혼합조에서 혼합하여 공급하는 혼합수 공급단계와;
    상기 혼합수 공급단계로부터 공급된 혼합수를 격막식 전기분해조를 이용하여 1차적으로 전기분해하여 처리하는 제1 격막식 분해처리단계와; 그리고
    상기 제1 격막식 분해처리단계에서 처리된 전기분해수가 유입되어 격막식 전기분해조를 이용하여 2차적으로 전기분해처리되는 제2 격막식 분해처리단계를 포함하는 전기분해수 제조방법.
  4. 원수와 전해액을 혼합조에서 혼합하여 공급하는 혼합수 공급단계와;
    상기 혼합수 공급단계로부터 공급된 혼합수를 무격막식 전기분해조를 이용하여 1차적으로 전기분해하여 처리하는 제1 무격막식 분해처리단계와; 그리고
    상기 제1 무격막식 분해처리단계에서 처리된 전기분해수가 유입되어 무격막식 전기분해조를 이용하여 2차적으로 전기분해처리되어 알칼리성 전기분해수를 생성하는 제2 무격막식 분해처리단계를 포함하는 전기분해수 제조방법.
  5. 제3항 또는 제4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 격막식 분해처리단계에 있어서 격막식 전기분해조의 전극간의 거리를 1.0㎜를 유지하는 경우 가장 최적의 강산성 전기분해수를 생성할 수 있으며, 상기 제2 무격막식 분해처리단계에 있어서 무격막식 전기분해조의 전극간의 거리를 1.0㎜를 유지하여 약알칼리성 전기분해수를 생성할 수 있는 전기분해수 제조방법.
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