KR20060015943A - 전해수의 페하값 조정방법 및 이를 이용한 전해수 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 전해수 제조장치는 원수 공급관과 연결되며 내부가 이온분리 격막에 의해 분리된 적어도 두 개의 전극실을 가지는 전해조와, 상기 각 전극실에 설치되는 전극들과, 상기 각 전극실에 연결되는 출수관들과, 상기 출수관들에 설치되어 상기 배출되는 전해수의 pH 값 또는 전해수의 출수량을 검출하는 검출수단과, 상기 검출수단에 의해 검출된 pH 값 또는 전해수의 출수량에 근거하여 상기 각 전극들에 인가되는 전압 또는 전류를 조정하여 전계강도를 가변시켜 출수되는 물의 pH 값을 제어하는 제어수단을 구비한다.

전해수, 제1,2,3전극, 전기분해.

Description

전해수의 페하값 조정방법 및 이를 이용한 전해수 제조장치{pH control method of electrolyzed-reduced and manufacturing apparatus of electrolyzed-reduced water utilizing the same}

도 1은 본 발명에 따른 전해수의 pH의 조정이 가능한 전해수 제조장치를 나타내 보인 단면도,

도 2는 본 발명에 따른 전해수의 pH의 조정이 가능한 전해수 제조장치의 다른 실시예를 나타내 보인 단면도,

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10; 전해수 제조장치 20; 전해조

31; 제1전극 32; 제2전극

40; 전압인가부

50; 원수공급부

71; 측정센서

본 발명은 전해수 제조장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 전해수의 페하(pH; potential of hydrogen, 이하 pH라 약칭함)의 제어가 가능한 전해수의 pH 값조정 방법 및 이를 이용한 전해수 제조장치에 관한 것이다.

일반적으로 전기분해에 의해 형성되는 전해수 중 양극수는 산화성을 갖기 때문에 높은 산화 환원 전위를 나타내고 음극수는 환원성을 갖기 때문에 낮은 산화 환원 전위를 나타낸다.

음료수로 이용 가능한 알카리수와 세정용 또는 소독, 살균용으로 이용 가능한 산성수를 제조하기 위한 전해수 제조장치는 수도 등의 급수설비에 접속되어 흐르는 물 상태에서 전해를 하여 산성수나 알칼리수를 생성하는 유수식(流水式)과, 물이 체류된 상태에서 전해하는 뱃치(batch) 방식이 있다.

상기 유수식 전해수 제조장치는 전해조의 내부를 이온 투과성 격막으로 분할한 음극실과 양극실에 음전극과 양전극이 각각 설치되고, 원수가 전해조의 내부로 지속적으로 공급되고 있는 상태에서 음전극 및 양전극에 소정의 전류가 공급됨으로써 공급된 물이 전기분해 되어 산성수와 알카리수를 제조하게 된다.

대한민국 등록 특허 제 210884호에는 전해수 생성방법 및 이를 위한 장치가 개시되어 있다. 개시된 방법은 전해질을 포함하는 순수를 안에 담고 있는 전해조 내에 배치된 전극들에 전압을 인가하는 단계를 포함하며, 상기 전극들에 전압을 인가함으로써 발생된 전계강도가 가변됨으로써 전해수(electolyzed water)를 생성하는 방법이 개시되어 있다.

한국 공개 특허 제 2003-0064640호, 제2002-0020163호, 한국 실용신안 등록 제20-0250783호에는 전해수 생성장치들이 개시되어 있다.

상기와 같은 특허들에 개시된 전해수 생성장치들은 전기분해의 원리를 이용하여 산성수와 알카리수를 제조할 수 있으나 전해가 원수를 공급하는 수도관 또는 급수수단과 직결되어 있으므로 원수의 공급량이 균일하지 않을 경우 산성수와 알카리수의 pH 값이 불균일하게 되는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 전해수 생성방법과 그 장치가 대한민국 등록특허 제 0133975호에 개시되어 있다.

개시된 전해수 생성방법은 격막으로 분할된 적어도 하나의 양극실과 적어도 하나의 음극실이 있고, 이 음극실에 음극전극을 설치하고 이 양극실에 양극전극을 설치한 전해조에 원수를 연속적으로 공급하고 이 음극전극과 양극전극간에 전류를 인가하고, 이 원수에 전해질 수용액을 첨가하고, 원수 또는 전해수의 전해도를 측정하면서 측정한 수치에 의하여 원수의 취수량, 전해수의 토출량, 전해질 수용액량의 유량의 적어도 하나를 제어하고, 이렇게 하여 양극실의 산성수, 음극실의 알카리수 적어도 어느 한쪽 전해수의 전해도 내지 생성량을 제어한다.

이러한 전해수의 제조장치는 원수의 취출량, 전해수 토출량, 전해질의 수용액량의 적어도 하나를 제어하여 전해도와 산성수 또는 알카리수의 생성량을 제어하게 된다. 이와 같은 방법은 단순히 원수의 공급량과 전해수 토출량, 전해도 및 생산량을 제어하게 되므로 산성수와 알카리수의 pH 값의 제어가 어렵다. 특히 상기 전해수 제조장치는 사용자에 의해 시간당 단위 출수되는 전해수의 양이 가변될 수 있는데, 이 경우 전해조 내에 물이 머무르는 시간이 상대적으로 길어지게 되므로 취출되는 물의 산도가 설정치에 대해 가변 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 물의 취출량에 근거하여 전해수를 제조하기 위한 전극들에 전압 또는 전류 값을 가변시켜 출수되는 물의 pH 값을 균일하게 유지할 수 있는 전해수 제조방법 및 그 장치를 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 출수되는 알카리수의 pH 값을 설정된 값에 근거하여 일정하게 유지함으로써 제품의 신뢰성과 상품적 가치를 높일 수 있는 전해수 제조장치를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전해수 제조방법은,

전해조 유니트를 통하여 배출되는 전해수의 유량 또는 pH의 값을 검출하는 검출단계와,

상기 검출단계에 의해 검출된 검출값과 설정된 유량 또는 pH 값에 근거하여 상기 전해조 유니트에 설치된 각 전극들에 인가되는 전계 강도를 가변시키는 전계가변단계를 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전해수 제조장치는,

원수 공급관과 연결되며 내부가 이온분리 격막에 의해 분리되어 적어도 두 개의 전극실을 가지는 전해조와,

상기 각 전극실에 설치되는 전극들과,

상기 각 전극실에 연결되는 출수관들과, 상기 출수관들의 적어도 일측에 설치되어 상기 배출되는 전해수의 pH 값 또는 전해수의 출수량을 검출하는 검출수단과,

상기 검출수단에 의해 검출된 pH 값 또는 출수량에 근거하여 상기 각 전극들에 인가되는 전계를 가변시켜 출수되는 물의 pH 값을 제어하는 제어수단을 구비하여 된 것을 그 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 제어수단은 전해조의 전극실에 설치되는 각각의 전극들에 인가되는 전압 또는 전류를 가변시켜 전계강도를 가변시킬 수 있도록 함이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전해수 제조방법 및 그 장치의 한 바람직한 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 전해수의 제조방법은 전해수 제조장치로부터 출수되는 물의 양 또는 출수되는 물의 pH 값을 검출하여 전극들에 인가되는 전계의 강도를 조정하여 출수되는 물의 pH 값을 일정하게 유지하는 것이다.

이러한 전해수의 제조방법은 각각 전극들이 설치된 적어도 두 개의 전극실을 통과하여 출수되는 물의 양 또는 pH 값을 검출하는 검출단계와, 상기 검출단계에 의해 검출된 물의 양 또는 pH 값과 설정된 물의 양 또는 pH 값과 비교하는 비교단계와, 상기 비교단계에 의해 검출된 물의 양 또는 pH 값에 따라 상기 각 전극들에 인가되는 전압 또는 전류 값을 조정하여 전계 강도를 가변시키는 제어단계를 포함한다.

상기 제어단계에 있어서, 출수되는 물이 상대적으로 작은 경우 원수로부터 공급된 물이 상기 전극실에 체류하는 시간이 상대적으로 길어지게 됨으로써 pH 값 이 설정된 값에 비하여 상대적으로 높아지게 되는데, 이 과정에서 상기 출수되는 물의 양 또는 pH값을 측정하고 이를 설정된 값과 비교함으로써 상기 전극들에 가하여지는 전계를 조정함으로써 pH 값을 낮춘다. 그리고 상기 취출되는 전해수의 양이 상대적으로 많은 경우 원수로부터 공급되는 물이 이온화 되는 시간이 상대적으로 짧아 출수되는 물의 pH 값이 낮아지게 되는데, 이때에는 상기 전극들에 인가되는 전압 또는 전류값을 높여 전계강도를 강화시킴으로써 pH 값을 높일 수 있다.

상술한 바와 같은 방법에 의해 취출되는 알카리수 또는 산성수의 pH 값을 항상 일정하게 유지할 수 있으며, 나아가서는 상품의 신뢰성을 높일 수 있는 이점을 가진다.

도 1에는 본 발명에 따른 전해수 제조장치의 한 바람지 한 실시예를 나타내 보였다.

도면을 참조하면, 전해수 제조장치(10)는 내부가 하나의 이온분리 격막(11)에 의해 분리되어 적어도 두 개의 제 1,2 전극실(21)(22)을 가지는 전해조(20)와, 상기 제 1,2전극실(21)(22)에 각각 설치되는 제1,2전극(31)(32)들과, 상기 제1,2전극(31)(32)들 중 제1,2전극(31)(32)에 각각 서로 다른 극의 전압 또는 전류를 인가하는 전압인가부(40)와, 상기 전해조(20)의 제1,2전극실에 원수를 공급하는 원수 공급부(50)와, 상기 전해조(20)의 각 전극실(21)(22)로부터 각 전해수를 배출하는 제1,2배출관(25)(26)을 가지는 전해수 제조수단을 구비한다. 그리고 상기 제1,2배출관(25)(26)의 적어도 일측에 설치되어 배출되는 물의 양 또는 전해수 즉, 산성수 또는 알카리수의 pH 값을 측정하는 측정센서(71)(72)를 구비한다. 그리고 상기 측정센서(71)(72)에 의해 측정된 물의 취출량과 설정된 전해수의 취출량 또는 측정센서에 의해 측정된 산성수, 알카리수의 pH 값들과 설정된 pH 값들을 비교하여 상기 제1,2전극실(21)(22)에 설치되는 제1,2전극(31)(32)에 인가되는 전압 또는 전류를 가변시킴으로써 상기 제1, 2전극(31)(32)의 전계강도를 가변시켜 취출되는 전해수의 pH 값을 설정된 값으로 유지하는 제어수단(80)을 포함한다.

상술한 바와 같이 구성된 전해수 제조장치(10)를 구성요소별로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상기 전해조(20)는 내부 공간부가 하나의 이온분리 격막(11)에 의해 인라인상으로 구획된 두 개의 전극실(21)(22)을 가지는 것으로, 원수와 전해질 및 생성되는 전해수에 내성을 가지는 것이면 어느 것이나 가능하다. 예컨데. 폴리염화비닐, 폴리 프로필렌, 아크릴 수지등의 유기 재료와 세라믹, 유리등의 무기재료, 표면이 절연피막이 형성된 금속재로 이루어질 수 있다. 상기 전해조는 상술한 실시예에 의해 한정되지 않고 전극실들을 가지며 전극 및 격막을 지지할 수 있는 구조이면 어느 것이나 가능하다. 예컨데, 후술하는 실시예와 같이 다수개의 분할된 성형플레이트를 이용하여 제작할 수도 있다. 한편, 상기 전해조는 원수로부터 공급되는 물을 살균하거나 항균성을 높이기 위하여 나노실버 코팅하거나 전해조 제조를 위한 합성수지 성형시 은 나노 분말을 포함시켜 성형함이 바람직하다.

그리고 상기 전해조(20)의 내부 공간을 구획하는 이온분리 격막은 셀룰로오즈, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 불소 수지등의 고분자 재료와 세라믹 등의 무기 재료등으로 이루어진 필터 또는 기공이 있는 필름, 이온 교환막 등을 이용할 수 있다.

상기 제1,2전극실(21)(22)의 내부에 설치되는 제1,2전극(31)(32)은 금속, 합금, 금속 산화물 등, 또는 이들 금속 등으로 이루어진 판부재에 도금 또는 코팅한 것과 소결 탄소등의 도전성 재료를 이용할 수 있으며, 이 형상으로는 판 형상, 펀칭 플레이트, 메쉬 등을 이용할 수 있다, 특히 양극이 인가되는 전극 즉, 제1전극(31)의 재질로서는 내산성이 우수하고, 산화되기 어려운 것이 바람직하며, 예를 들면 Pt, Pd, Ir, β-PbO2, NiFe2O4 등을 사용함이 바람직하고, 음극이 인가되는 전극 즉, 제2전극(32)의 재질로서는 내알칼리성이 우수한 것이 바람직하며, 예를들면, Pt, Pd, Au, 탄소강, 스테인레스, Ag, Cu, 그라파이트, 유리질 탄소 등의 사용이 바람직하다. 상기 제1,2전극(31)(32)은 티타늄(Ti)으로 이루어진 판부재에 Pt를 코팅하여 제작할 수도 있다.

상기 전압인가부(40)는 상기 제1,2전극(31)(32)에 각각 직류전압을 인가하기 위한 것으로, 상기 제1전극(31)에는 양극을 직류전압을 인가하고 상기 제2전극에는 직류 음극전압을 인가하기 위한 전원들을 구비한다. 여기에서 상기 제1,2전극(31)(32)에는 필요에 따라 인가되는 극을 바꿀 수도 있다. 상기 제2전극(22)에는 이의 표면에 슬러지 등이 부착되는 것을 방지하기 위하여 주기적( 2 내지 10초간격)으로 극성을 교번시키는 것이 바람직하다. 상기 전압인가부(40)는 토출되는 전해수의 pH 값을 조정하기 위하여 후술하는 제어수단에 의해 제어됨으로써 각 전극들에 인가되는 직류 전압이 조정될 수 있다.

상기 원수 공급부(50)는 전해조(20)의 제1,2전극실(21)(22)에 수돗물, 지 하수, 바닷물 등을 공급하기 위한 것으로, 원수의 공급을 위한 메인관(51)과, 상기 메인관(51)과 연결되며 세 개의 제1,2전극실(21)22)를 각각 연결하는 제1,2분기관(52)(53)들을 포함한다. 상기 메인관(51)에는 필터 유니트(55)가 설치될 수 있다.

상기 제어수단(100)은 각 제 1, 2 배출관(25)(26)을 통하여 배출되는 전해수의 유량 또는 pH 값을 검출하여 상기 제1,2전극(31)(32)에 인가되는 전압 또는 전류를 가변시켜 제1,2전극(31)(32)의 전계 강도를 가변시키는 것으로, 상기 제1,2배출관(25)(26)에 설치되어 배출되는 전해수의 양 또는 pH 값을 특정하기 위한 상기 측정센서(71)(72)와, 상기 측정센서(71)(72)로부터 측정된 값과 미리 설정된 값을 비교하여 상기 제1,2전극(31)(32)의 전계강도를 가변시키는 콘트롤러(81)를 포함한다. 이 콘트롤러(81)는 마이크로 프로세서로 이루어질 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 여기에서 상기 측정센서(71)(72)는 취출되는 물의 양을 측정하는 센서 또는 전해수의 pH 값을 측정하는 센서로 이루어질 수 있다. 상기 취출되는 전해수의 양을 측정하는 측정센서는 통상적인 유량제어센서 즉, 회전하는 임펠러의 단위 체적당 유량을 환산하여 측정하는 유량센서가 이용될 수 있다. 그리고 상기 전해수의 pH 값을 측정하는 측정센서는 유리막형 pH 센서가 이용되거나 폴리염화비닐 주에 트리 도데인 아민을 분산시킨 막을 사용한 센서가 이용될 수 있다. 그리고 이 측정센서는 모스 에프 이티의 게이트 전극 대신에 Si304, Al₂O_3, Ta₂O ₃ 등의 막을 형성시킨 에프이티센서(FET sensor)가 이용될 수 있다. 상기 유리막 센서는 안 정적이고 수명이 길지만 임피던스가 높기 때문에 다소 응답속도가 늦으므로 에프 이 티 센서를 사용함이 바람직하다. 상기 에프 이 티 센서는 초소형화와 고속응답이 가능하다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 전해 장치를 이용하여 전해수를 제조하기 위해서는 먼저 조작패널(미도시)을 이용하여 설정된 전해수의 유량을 설정한다.

이와 같이 하면, 상기 제1, 2전극(31,32)에 양극와 음극의 직류전압이 인가된다. 따라서 상기 제1전극(31)이 설치된 전극실(21)에는 원수에 포함된 염소, 황산, 유황 등의 음이온이 모이게 되고, 수산이온이 제1전극(21)에 의해 전자를 빼앗겨 산화반응이 일어나서 산소분자로 되기 때문에 수소이온 농도가 높아져 산성수가 생성된다. 그리고 상기 제2전극(32)이 설치된 제2전극실(22)에는 원수 내의 칼슘, 마그네슘, 칼륨 등의 미네랄 성분의 양이온이 모이게 되고 수소이온 이 제2전극(33)에 의해 전자를 얻어 활성수소가 생성되고 수소이온의 농도가 낮아져 알카리수가 생성된다.

이 과정에서 원수 공급부(50)를 통하여 공급되는 원수의 공급이 불안정하게 되거나 취출되는 전해수의 양이 급격히 가변되는 경우 각 전극실(21)(22)로부터 생성되는 전해수의 pH 값이 가변되는데, 상기 제어수단에 의해 취출되는 전해수의 양 또는 전해수의 설정된 pH 값에 따라 원수의 공급량을 제어하여 전해수의 pH 값을 균일하게 제어할 수 있다. 즉, 상기 전해조(20)로부터 토출되는 전해수들의 양 또는 취출되는 전해수의 pH 값이 배출관(25)(26)들에 설치된 측정센서(71)(72)에 의해 측정되고 컨트롤러(81)에 의해 이 측정된 값과 설정된 유량 또는 pH 값을 비 교하고, 이에 근거하여 상기 전압인가부(40)에 의해 제1,2전극(31)(32)에 인가되는 전압 또는 전류를 가변시켜 전극에 가하여지는 전계강도를 조정함으로써 전해수의 pH 값을 조정하게 된다.

이와 같은 방법으로 본 발명에 따른 전해수 제조장치는 각 전해수 즉, 산성수, 알카리수의 pH 값을 전해수의 취출 유양에 관계 없이 일정하게 유지할 수 있다.

도 2에는 본 발명에 따른 전해수 제조장치의 다른 실시예를 나타내 보였다. 도면을 참조하면, 전해수 제조장장치(90)은 이온 분리막(11)들에 의해 분리되는 세 개의 제1,2,3전극실(92)(93)(94)을 가지는 전해조(91)와, 상기 각 전해조(20)의 제1,2,3전극실(92)(93)(94)에 각각 설치되는 제1,2,3전극(95)(96)(97)들과, 상기 제1,2,3전극(92)(93)(94)들에 각각 소정의 전압을 인가하는 전압인가부(40)를 포함한다. 그리고 상기 제1,2,3전극실(92)(93)(94)에는 전해수를 제조하기 위한 원수를 공급하기 위한 원수공급부(50)와 연결됨과 아울러 각각 전해수를 배출하기 위한 배출관(101,102,103)을 구비한다.

그리고 상기 배출관(101,102,103)에는 상술한 바와 같이 전해수의 유량 또는 pH 값을 측정하기 위한 측정센서(104,105,106)가 구비되고, 상기 측정센서(104,105,106)에 의해 측정된 값에 따라 상기 제1,2,3전극(95)(96)(97)들에 인가되는 전압 또는 전류를 가변시켜 전계강도를 변화시키는 제어수단(110)을 구비한다. 상기 센서와 제어수단은 상기 실시예와 실질적으로 동일하므로 다시 설명하지 않기로 한다. 한편, 상기 제2전극(32)이 위치되는 제2전극실(22)에 전해질 용액을 공급하는 전해질 용액 공급수단(도시도시 않음)을 포함할 수 있다.

상기와 같이 구성된 전해수 제조장치에 있어서, 출수되는 전해수의 pH 값의 조정은 상술한 방법과 실질적으로 동일하므로 다시 설명하지 않기로 한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 전해수의 pH 값 조정방법 및 그 장치는 토출되는 전해수의 pH 값을 유량에 관계없이 설정된 상태로 일정하게 유지할 있으며, 나아가서는 전해수 제조에 따른 신뢰성을 높일 있는 이점을 가진다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

Claims (4)

1. 전해조 유니트를 통하여 배출되는 전해수의 유량 또는 pH의 값을 검출하는 검출단계와,

   상기 검출단계에 의해 검출된 검출값과 설정된 유량 또는 pH 값에 근거하여 상기 전해조 유니트에 설치된 각 전극들에 인가되는 전압 또는 전류를 조정하여 전계강도를 가변시키는 전계가변단계를 구비하여 된 것을 특징으로 하는 전해수 제조방법.
2. 원수 공급관과 연결되며 내부가 이온분리 격막에 의해 분리된 적어도 두 개의 전극실을 가지는 전해조와,

   상기 각 전극실에 설치되는 전극들과,

   상기 각 전극실에 연결되는 출수관들과, 상기 출수관들에 설치되어 상기 배출되는 전해수의 pH 값 또는 전해수의 출수량을 검출하는 검출수단과,

   상기 검출수단에 의해 검출된 pH 값 또는 전해수의 출수량에 근거하여 상기 각 전극들에 인가되는 전압 또는 전류를 조정하여 전계강도를 가변시켜 출수되는 물의 pH 값을 제어하는 제어수단을 구비하여 된 것을 특징으로 하는 전해수 제조장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 검출수단은 출수관에 설치되어 전해수의 pH 값을 측정하는 측정센서를 구비하며, 이 측정센서는 에프 이 티 센서로 이루어진 것을 특징으로 하는 전해수 제조장치.
4. 유량제어수단을 가지는 원수 공급관과 연결되며 격막에 의해 분리되어 적어도 세 개의 전극실을 가지는 전해조와, 상기 세 개의 전극실에 각각 설치되는 제1,2,3전극들과, 상기 제1,2,3전극들에 소정의 전압을 인가하는 전압 인가부를 가지는 전해수 제조수단과;

   상기 제1, 3전극실로부터 토출되는 산성수 또는 알카리수의 pH 값을 측정하는 측정센서와, 상기 측정센서에 의해 측정된 산성수 또는 알카리수의 pH 값들과 취출량을 검출하고 이 검출값에 근거하여 상기 제1,2,3전극에 인가되는 전압 또는 전류를 제어하여 각 전극의 전계강도를 가변시키는 제어수단을 포함하여 된 것을 특징으로 하는 전해수 제조장치.

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