KR20070007979A - 알카리환원수를 제공하는 수소환원수기 필터구조 - Google Patents

Abstract

본원은 일반 가정용 정수기나 업소용 정수기에 용이하게 장착하여 알카리환원수를 제공하는 필터구조에 관한 것으로, 더욱 구체적으로, 본원의 수소환원필터는 음이온 알칼리볼과 수소환원촉매와 및 pH 조절볼을 포함하여 이루어지고, 이 수소환원필터를 일반 정수기 시스템에 추가 부착시켜 알카리환원수를 만들어 냉, 온수를 제공하는 정수기시스템으로 공급하거나 또는 별도의 파우셋이나 파우셋저류조로 보낼 수 있는 알카리환원수 제공 필터구조에 관한 것이다.

또한 본원의 알카리환원수 제공 필터구조는 강, 약 두개의 수소환원필터를 사용하여, 약 수소환원필터는 먹는 물 수질 기준에 적합한 알카리환원수를 상시적으로 공급하는 구조를 이루고, 다른 하나의 강 수소환원필터는 수소환원촉매와 음이온 알칼리볼 및 pH 조절볼을 충진하되 상기 약 수소환원필터와 소재의 구성비를 달리하여 수소환원농도가 높은 알카리환원수를 제공하는 구조를 이루어서 용출하는 알카리환원수의 농도를 선택적으로 사용 할 수 있도록 구성하는 수소환원수기에 관한 것이다.

수소환원필터, 음이온 알칼리볼, 수소환원촉매, pH 조절볼

Description

알카리환원수를 제공하는 수소환원수기 필터구조{ Filter Structure of generating dissolved Hydrogen}

도 1 : 본 발명에 따른 수소환원수를 제공하기 위한 정수시스템 블록도.

도 2 : 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수소환원수를 제공하기 위한 정수시스템 블록도.

도 3 : 본원의 수소환원필터 예시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100 : 제1정수시스템 110 : 세디먼트(침전)필터

120 : 은첨가 카본필터 130 : 세라믹 필터

140 : (약)수소환원필터 150 : 제1 항균/카본필터

160 : (강)수소환원필터 170 : 제2 항균/카본필터

200 : 제2정수시스템 210 : 부직포필터

220 : 활성탄(카본)필터 230 : 2층구조의 수소환원필터

240 : 3층구조의 수소환원필터 250 : UF멤브렌 필터

310 : 분기전 1 320 : 분기전 2

330 : 분기전 3 340 : 솔레노이드밸브

350 : n크밸브 360 : (약)수소환원수 출수 밸브

370 : (강)수소환원수 출수 밸브 380 : 파우셋

400 : 수소환원필터층 410 : 음이온 알칼리볼층

420 : 수소환원촉매층 430 : pH 조절볼층

500 : 수소환원수 냉수소 510 : 수소환원수 온수조

520 : 냉수 출수콕크 530 : 온수 출수콕크

본원은 일반 가정용 정수기나 업소용 정수기에 용이하게 장착할 수 있는 구조의 수소환원필터를 제공하여 알카리환원수를 제공하고자 하는 것으로, 더욱 구체적으로, 본원의 수소환원필터는 음이온 알칼리볼과 수소환원촉매와 및 pH 조절볼을 포함하여 이루어지는 수소환원필터를 일반 정수기에 추가시켜 수소환원필터에 의해 생성되는 알카리환원수를 냉수와 온수로서 사용이 가능하도록 하는 알카리환원수 제공 필터구조에 관한 것이다.

산업발달과 인구증가로 인한 하천 및 상수원의 오염, 정수장에서의 염소처리 등의 원인으로 수도수에는 화학물질, 유기염소계 용제, 발암성 화합물이 다량 혼합되어 있고, 더욱이 노후화된 수도관 문제까지 대두되면서 가정에서는 마음놓고 물을 음용할 수 없는 실정이다.

이러한 이유로 수도수에 포함된 세균, 이물질, 중금속 등을 제거할 수 있는 다양한 종류의 정수기가 개발되어 제공되고 있으나 종래의 정수기는 수도수로부터 단지 건강에 해롭지 않도록 유해물질을 제거하는 효과만을 제공하고 있을 뿐, 물 자체로써 사람의 건강을 증진시켜 주는 효과는 제공하지는 못하고 있다.

생체의 신진대사 과정에서 발생된 활성산소는 산화력이 매우 강하여 생체를 구성하고 있는 유전자나 세포를 산화시켜 질병을 유발하는 것으로 알려져 있다. 그런데 이러한 활성산소를 효과적으로 환원시킬 수 있는 방안으로서 산화환원전위가 낮은 물 즉, 알카리환원수 또는 수소풍부수를 음용하는 방법이 알려져 있다. 즉, 알카리환원수 또는 수소풍부수에 포함되어 있는 활성수소가 체내의 활성산소와 반응하여 순수한 물로서 환원시키므로 활성산소에 의해 세포가 산화되는 것을 방지하고자 하는 것이다.

따라서 이러한 활성수소를 풍부하게 함유하고 음이온이 풍부한 알카리환원수 또는 수소풍부수를 제조하기 위한 알카리환원수 제공장치가 최근 많이 연구되고 있고, 이러한 물의 기능성을 높여 질병을 치료하거나 건강을 증진시키기 위한 여러 종류의 정수기가 개발되고 있다

최근 사람들의 소득이 높아지고 그에 따라 생활수준이 향상되면서 음용수 뿐만 아니라 세정수 등 일반 생활용수에 대해서도 더 깨끗하게 정수된 것을 요구하게 되고, 이온수, 환원수(알카리수), 연수 등 기능성을 가진 고품질 용수를 사용하고자 하는 욕구가 커지고 있는 실정이며, 이러한 욕구 증가에 부응하여 최근 연수기, 이온수기, 환원수기(알칼리수기), 비데 등 통상의 필터구조에 기능성이 부여된 기능상품 개발이 한창이다.

특히, 알카리수를 제조하는 환원수기(또는 알카리수기)로는 음극 전극을 이용하여 정수 원수에 원래 포함되어 있던 OH - 또는 Ca 2+ , Mg 2+ , K + , Na + 등의 알카리성 금속이온을 포집시킴으로써 물을 알카리화하는 방식을 주로 많이 사용하는데, 이렇게 하여 물을 알카리화하면 혈액순환을 활성화하고 노폐물을 제거하는 기능이 있어서 위장병, 변비, 당뇨병 등을 포함한 여러 가지 질환에 효과가 있는 것으로 알려지면서 현재 고가의 수입제품이 인기리에 판매되고 있는 실정이다.

이와 같은 환원수기(알카리수기)상품을 대체하고자 국내에서도 많은 연구가 진행되고 있고 그 관련 기술로서 대한민국 특허공개 제2004-0013037호에는, 티타늄, 은도금 동, 아연판을 1조 이상 구비하여 갈바니전지로 구성하고 여기에 한 개 이상의 천연금속촉매를 구비한 후 원적외선 방사용 천연광물을 충진한 수소환원촉매 카트리지를 사용하여 알카리환원수를 제공하고자 한 기술사상이 개시되어 있고, 대한민국 특허공개 제2004-0030760호에는 온도보상회로부를 통해 물의 온도에 따라 전류를 제어하여 pH 농도를 일정하게 유지함은 물론 직류전압을 PWM 방식에 따라 펄스 폭을 변화시켜 평균전류와 주파수를 제어함으로써 환원전위(ORP)를 낮게 생성함으로써 알카리성 환원수 함량를 제고할 수 있도록 하고자 한 시도가 개시된 바 있다.

현재 대부분의 알카리수를 얻기 위한 공정이 전해조 내에 격막에 의해 분리된 양극실과 음극실을 설치하고 양극판과 음극판에 직류전압을 인가하여 양극실과 음극실에서 각각 산성수와 알칼리수를 생성하는 알칼리수 제공방법이 실시되고 있으나 이러한 전기분해방식은 산성수와 알칼리수가 동시에 생성되기 때문에 알칼리 수 만 이용하고자 하는 경우 산성수를 별도로 처리해야 하는 문제점을 갖고 있다.

또한 상기의 전기분해방식으로 제공되는 알칼리수는 pH가 9 내지 10정도로 높아서 알칼리수에 대한 과민증 질환이 있는 경우 사용할 수 없으며 광물질 용해도가 낮아 인체에 유용한 미네랄 성분을 음용하기 어려운 단점을 갖는다.

또 다른 방법으로 알카리환원수를 제공하기 위해 카트리지형 알카리환원수 생성장치를 장착하여 사용하고자 하는 시도가 있으나, 이 방법에서는 수소이온농도 및 산화환원전위의 수치를 조절할 수 없어 기존의 정수기에 설치하여 사용하거나 또는 기존의 정수기 생산라인에 적용할 경우, 먹는 물 수질 기준에 부적합한 수소이온농도가 높은 알카리환원수가 생성되어 폭넓은 사용 범위를 가지지 못하고 제한적으로 사용될 수밖에 없는 문제점을 갖고 있었다.

따라서 기존의 정수기와 별도로 알카리환원수 제공장치를 구입할 필요 없이 기존의 정수기에 쉽게 설치할 수 있거나 또는 기존의 정수기 생산라인에 쉽게 적용할 수 있는 알카리환원수 제공장치 개발이 필요하고 또한 제조되는 알카리환원수를 원하는 용도에 적합하도록 pH 이온 농도를 임의대로 조절할 수 있는 기능을 갖는 알카리환원수 필터구조가 요청되고 있다.

본원은 상기의 제반 문제점을 감안하여 안출된 것으로 기존의 정수기와 별도로 알카리환원수 제공장치를 구입할 필요 없이 기존의 정수기에 쉽게 장착 및 설치할 수 있는 구조의 수소환원필터를 추가 적용시켜 알카리환원수를 제공하기 위한 정수방법과 필터구조를 제공하기 위한 것으로, 일반 정수기능을 갖는 필터시스템 구조에 수소환원촉매를 추가하여 알카리환원수를 제공하는 기술구성을 갖고, 수소환원촉매구조는 음이온을 방출하는 알카리볼과 천연광물질로 이루어진 수소환원촉매와 pH 조절기능을 갖는 pH 조절볼을 포함하는 구조를 이루어서 알카리환원수를 제공하며, 상기의 수소환원촉매의 음이온방출 알카리볼과 수소환원촉매와 pH 조절볼의 사용량을 서로 달리하여 알카리환원수의 수소이온농도(pH)를 조절하는 기술사상을 구체화 하는 정수방법과 필터구조를 제공하는 목적을 갖는다.

본원은 기존 정수기 시스템에 사용되는 세디먼트(침전)필터, 은첨가카본필터, 세라믹필터, 항균/카본 필터류 중에서 선택적으로 사용되는 필터류를 이용하는 일반 정수기 구조에 수소환원필터를 추가 적용시켜 알카리환원수를 제공하는 알카리환원수기 필터구조와 상기 시스템을 이용하는 정수방법에 관한 것으로, 수소환원촉매 구조가 음이온을 방출하는 알카리볼과 천연광물질로 이루어진 수소환원촉매와 pH 조절기능을 갖는 pH 조절볼을 포함하는 구조를 이루어서 알카리환원수를 제공하고, 음이온방출 알카리볼과 수소환원촉매와 pH 조절볼의 사용량을 달리하여 수소이온농도를 조절하는 구성을 이루는 정수기 구조를 제공한다.

또한, 본원의 알카리환원수기 시스템은 강,약 두개의 수소환원필터를 제공하여 약 수소환원필터는 먹는 물 수질 기준에 적합하도록 8.0 ~ 8.5 범위의 수소이온농도를 유지하는 알카리환원수를 상시 공급하는 구조를 이루고, 강 수소환원필터를 통과시에는 8.5 ~ 10.0 범위의 수소이온농도를 유지하는 알카리환원수를 제공하여 사용자가 알카리환원수의 농도를 선택적으로 사용 가능하게 구성하는 알카리환원수 기 정수시스템을 제공하게 된다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 이하에서는 음이온을 방출하는 알카리볼과 천연광물질로 이루어진 수소환원촉매와 pH 조절기능을 갖는 pH 조절볼에 대하여 상술한다.

본원에서 사용하는 음이온을 방출하는 알카리볼을 얻기 위하여 사용하는 재료는 전라남도 초도에서 다량으로 산출되고 있는 해저 퇴적광물질로 용암분, 어패류, 해초, 석염 등이 퇴적물을 이루는 블루맥반석과 토리말린과 제오라이트 게르마늄 복합물로 이루어진 알카리볼을 만들어 이용하게 되는바, 상기 블루맥반석 광물질의 화학적 성분은 산화규소(SIO2) 68.64%, 산화알루미늄(Al2O3) 16.00%, 산화철(Fe2O3) 3.40%, 산화칼슘(CaO) 2.92%, 산화마그네슘(MgO) 0.94%, 산화카리움(K2O)2.17, 산화나트륨(Na2O) 4.41%, 잔량 1.6% 로 조성되어 있으며, 상기 블루맥반석은 1C㎥ 당 약 30000개의 기공이 분표되어 있고 이로 인하여 흡수율이 3,890% - 4,362%정도로 흡수율이 대단히 큰 특성이 있으며, 압축강도는 1,207 - 1,368 kg/㎠로 비중은 2.33 - 2.34 정도이며, 상기 맥반석은 약 40℃로 가열하였을 때 5-20㎛ 파장의 원적외선 방사율이 94% 이고 방사에너지량은 3.79x 102(W/m1 ㎛)이다. (이상의 데이터는 대한광업진흥공사 및 한국건자재시험연구원 시험결과임)

또한 본원에서 사용하는 토르말린 세라믹은 산화규소 20~60%, 산화알루미늄 20~40%, 산화철 2~10%, 산화나트륨 1~5%, 산화칼슘 1~5%, 산화칼륨 0.1~2%, 산화마그네슘 1~3% 및 산화티타늄 0.1~ 2%을 포함하는 구성을 이루는바, 상기 규산염 광물들은 영구전극을 갖는 특이성이 있어 물에 접촉하여 전기(약 0.06mA)를 통하게 되어 알칼리환원수를 생성하게 되며. 여기에 칼슘과 마그네슘이 물과 반응하여 미네랄 활성수를 만들게 된다.

또한 본원에서 사용하는 게르마늄은 산소공급을 촉진시켜 인티페론 유도체로서 작용하며 체액을 정화시켜 병원이 될 수 있는 물질을 정화시킴은 물론 노폐물을 알카리화시켜 대사활동을 촉진시키는 작용을 갖고 있고 원적외선을 다량으로 방출시키고 항균, 방균, 항곰팡이 및 유해가스 흡착작용을 하며 다량의 음이온을 방출시키는 기능을 갖고 있는 게르마늄 성분이 사용된다.

또한, 제오라이트는 나트륨, 칼륨의 알칼리 금속과 칼슘 등의 알칼리토 금속을 함유하고 또한 결정수를 함유한 알루미늄의 규산염 광물이며 그 종류가 매우 넓으나 보편적으로 분포하는 것은 클리놉틸롤라이트와 모우더나이트의 2종류가 주이며 천연적으로 암석이나 점토로 산출되는 제오라이트는 응회암이 변질된 것이어서 강력한 흡착, 흡습, 양이온 교환성을 갖고 있다

본원에서는 상기 맥반석 및 토르말린 세라믹, 제오라이트 분말, 게르마늄 분말을 10 ~ 50 메쉬 정도의 굵은 입자로 얻고 맥반석 : 토르말린 : 제오라이트 : 게르마늄을 4 : 4 : 1.9 : 0.1 비율로 배합하여 5 ~ 10 mm 의 볼로 가공하여 가열로에서 1000~ 1200℃에서 12 ~ 24 시간 소성시켜 음이온방출 알카리볼을 얻었다.

상기의 음이온방출 알카리볼의 구성요소 속에 포함되어 있는 마그네슘과 칼슘은 알칼리환원수를 발생하는데 반응성이 높은 성분이며 물과 다음과 같은 반응에 의해 알칼리환원수가 생성되게 되는 것이다.

Mg + 2H 2 O → Mg(OH) 2 + H 2 (=2H+2e - )↑ → Mg +2 +2OH - +H 2 ↑

마그네슘(Mg)은 원소기호 Mg, 원자번호 12, 전자수가 12인 알칼리토금속에 속하는 금속으로 원자구조에서 전자의 배열은 K전자껍질에 2개, L전자껍질에 8개, M전자껍질에 2개의 전자를 보유하고 있으며, 이 전자 중 최외각 전자 2개는 불안정 한 상태로 전자가 쉽게 방출될 수 있다. 즉 전자를 방출할 수 있다는 것은 산화될 수 있다는 것을 의미하며, 이 전자는 다른 물질을 환원시키게 된다.

마그네슘이 물과 반응할 경우, 마그네슘 한 분자와 물 2분자가 반응을 하게 되며, 이때 마그네슘은 유리되지 않고 수산화마그네슘이 형성되며, 이 과정에서 마그네슘에서 나온 전자의 일부는 수소기체형성에 사용되고 나머지 전자는 물속에 남아있게 된다. 수산화마그네슘은 이온화되어 수산화기(OH - )가 형성되며, 즉 마그네슘은 산화되고 대신 물은 환원되어 환원수가 되게 된다. 칼슘의 반응은 마그네슘의 반응과 유사하며 다음과 같은 반응을 따르게 된다.

Ca + 2H 2 O → Ca(OH) 2 + H 2 (=2H+2e - )↑ → Ca +2 +2OH - +H 2 ↑

칼슘(Ca)은 원자번호 20, 전자수가 20인 알칼리토금속에 속하는 금속으로 물 속에서 +2가 이온을 띠게 된다. 칼슘 한 분자와 물 2분자가 반응을 하게 되며, 이때 수산화칼슘이 형성되며, 이 과정에서 칼슘에서 나온 전자의 일부는 수소기체형성에 사용되고 나머지 전자는 물속에 남아있게 된다. 동시에 수산화기가 형성된다.

상기와 같이 마그네슘과 칼슘의 물과의 반응에서 형성된 수산화기(OH - )의 증가는 pH 값 상승을 유발시키며 이에 의해 알칼리수가 형성된다. 환원수라는 증거는 전자를 간접적으로 측정하는 환원전위(ORP)측정기로 확인이 가능하며, 알칼리수는 pH측정기를 이용하여 확인할 수 있다.

또한 본원에서는 상기의 음이온방출 알카리볼만을 사용하는 경우 반응속도가 너무 느린 사실을 확인하고 반응속도를 단축하기 위하여 촉매를 사용하고자 하였는바, 본원에서 사용하는 수소환원촉매는 상기의 전라남도 초도에서 퇴적물로부터 얻는 맥반석과 활성탄을 10 ~ 50 메쉬 정도의 굵은 입자로 얻고 맥반석 : 활성탄을 약 5 : 5 로 배합하고 배합물 전체 중량의 약 1~0.5% 정도로 팔라듐 촉매를 첨가하여 5 ~ 10 mm 의 볼로 가공하여 가열로에서 1000~ 1200℃에서 12 ~ 24 시간 소성시켜 수소환원촉매를 얻었다.

상기의 팔라듐 촉매는 팔라듐-탄소, 팔라듐-알루미나, 팔라듐-마그네시아 등과 같은 팔라듐-담체 촉매들이 사용 가능하다.

이상과 같은 원리로 정제수가 천연광물소재를 통과하면서 고품질의 알칼리환원수가 형성되고, 동시에 물의 항균작용, 원적외선 방출효과, 음이온방출효과, 산화환원 효과 뿐 만 아니라 물의 맛이 향상되게 할 수 있음을 확인하였다.

또한 본원에서는 상기의 음이온방출 알카리볼과 소환원촉매 이외에도 생성된 알카리환원수의 수소이온 농도를 조절하기 위해 pH조절볼을 사용하게 됨으로 본원의 정수시스템으로 얻는 알카리환원수의 pH를 조절할 수 있음을 확인하였는바, 본원의 pH조절볼은 불밀 기계에서 분말상태로 조성된 소재로 이산화규소(Sio2) : 화산재(Shirasu) : 키토산( Chitin Chitosan)을 6 : 1.5 : 2.5 비율로 배합하여 직경 5 ~ 10 mm의 볼로 가공 후 1000~ 1200℃에서 12 ~ 24 시간 소성시켜 pH 조절볼을 만들어 사용하고자 하였다.

상기의 방법에 의해 만들어진 음이온 알칼리볼과 수소환원촉매를 통해 생성 된 알카리환원수의 경우 pH 9.5에서 10.5정도, 환원전위(ORP) -400에서 -100 정도로 알카리환원수가 생성됨을 확인하고, 또한 이를 식음 가능한 수준으로 낮추기 위해 상기와 같이 제조된 pH 조절볼을 사용하는 경우 pH 를 8.0 내지 8.5로 pH를 낮춰 조절하여 줄 수 있으며, pH 조절볼 및 수소환원촉매의 사용 비율에 따라 필터 자체적으로 알카리환원수의 pH 및 환원전위(ORP) 수치를 조절 가능함을 확인하고 발명을 완성하였다.

상기의 시스템 구조로 알카리환원수기를 구성하여 제공되는 경우 음이온 알칼리볼과 수소환원촉매, pH 조절볼을 다양한 배합 비율로 변경하며 샘플테스트 실험 결과 사용자의 필요에 따라 알카리환원수기의 수소이온농도를 조절할 수 있음을 확인하고, 현행 정수기 시스템에 수소환원필터구조가 하부로부터 음이온방출 알카리볼이 적층되고 그 상부로 수소환원촉매가 적층되며 그 상부로 pH 조절볼이 적층되는 구조, 또는 음이온방출 알카리볼이 적층되고 그 상부로 수소환원촉매가 적층된 구조의 수소환원필터 만을 부착하여 적용하기 위해 최적의 조건으로 적용할 수 있는 사용범위를 찾고자 연구하던 중, 본원에서는 음이온 알칼리볼과 수소환원촉매, pH 조절볼로 구성된 수소환원필터의 구성에 있어, 그 구성 비율을 조절하여 수소환원필터를 통과한 후 생성된 알카리환원수의 수소환원농도가 서로 다르게 조절하기 위해, 약 수소환원필터는 음이온방출 알카리볼 20±5 중량부, 수소환원촉매 30±5 중량부와 pH 조절볼 50±10 중량부의 배합비를 이루어 구성되는 구조를 이룰 때 수소이온농도가 8.0 내지 8.5, 수소환원전위(ORP)가 -150 내지 0 mV 정도의 약한 알카리환원수를 얻을 수 있으며, 강 수소환원필터는 음이온방출 알카리볼 20±5 중량부, 수소환원촉매 50±5 중량부와 pH 조절볼 30±10 중량부의 배합비를 이룰 때 수소이온농도가 8.5 내지 10.0, 수소환원전위(ORP)가 -400 내지 -100mV 정도의 강한 알카리환원수를 얻을 수 있음을 확인하고 발명을 완성하였다.

이하 본원의 수소환원필터가 구체적으로 가정용 정수기에 적용되어 사용시키는 경우를 제시하기 위하여 하나의 실시예를 겸하여 제시된 도면을 참조하여 설명하고자 한다.

도 1에서는 상수도원에서 공급되는 수도물을 예비필터로서 세디먼트필터(110)를 경유하여 침전물을 분리하고, 은첨가 카본필터(120)를 경유하여 물 속의 색소, 세균번식을 억제하는 기능을 수행하고, 세라믹필터(130)를 경유하여 제공되는 일반 정수시스템(100)의 물을 수소환원촉매층에 경유시킴으로 인하여 수소환원수로 전환시켜 공급하고자 하는 것인바, 이때 세라믹필터(130)를 경유한 물은 분기전1(310)을 이용하여 두 개의 관로로 나뉘어 각각의 수소환원필터에 공급되는 구조를 이루며, 이 두 개의 수소환원필터 중 하나의 약 수소환원필터(140)는 수소이온농도가 8.0 내지 8.5, 수소환원전위 (ORP)가 -150 내지 0mV 정도의 약한 수소환원수를 생성하며, 또 다른 하나의 강 수소환원필터(160)는 수소이온농도가 8.5 내지 10.0, 수소환원전위(ORP)가 -400 내지 -100mV 정도의 강한 수소환원수를 생성한 후 각각 제1, 제2항균/카본 필터(150,170)를 거치게 되며, 약 수소환원필터(140)에서 생성된 수소환원수는 분기전2(320)을 이용하여 다시 두 개의 관로로 나뉘어 하나의 관로는 수소환원수 가열/냉각조와 다른 하나의 관로는 파우셋(380)으로 공급되며, 강 수소환원필터 (160)에서 생성된 수소환원수는 파우셋으로 공급되고, 이때 파우 셋(380)은 하나의 몸체에 두 개의 밸브가 연결되어 있어 약수소환원수는 (약)수소환원수 출수 밸브(360)의 개폐에 의해 출수되고 강수소환원수는 (강)수소환원수 출수 밸브(370)의 개폐에 의해 출수되어 각각의 수소환원농도가 다른 수소환원수를 선택적으로 사용가능케 되는 구조의 수소환원수기 시스템 구조를 나타내 보여주고 있다.

본원의 기술사상을 바탕으로 또 다른 변형실시예의 정수시스템(200)을 도 2를 통하여 설명할 수 있다.

상수도관 등으로부터 공급되는 물을 정수하기 위해 여과대상과 여가 능력이 다른 봉형태의 부직포 필터(210)나 색 및 냄새를 제거하기 위한 활성탄 카본필터 (220) 등의 전처리 필터류를 경유하여 정수처리 되고, 카트리지형 수소환원 필터부에 이송되는 시스템을 나타내고 있는바, 수소환원 필터부가 수소환원 촉매와 음이온 알칼리볼 만이 삽입되는 1차수소환원필터 (230)와 수소환원 촉매와 음이온 알칼리볼 및 pH 조절볼이 삽입되는 2차수소환원필터(240)가 연계되는 구조를 이루고, 1차수소환원필터(230)의 입수구에 솔레노이드 밸브(340)가 설치되고, 1차 수소환원필터의 출수구에 역류방지 밸브(350)를 설치하여 처리대상수를 1차수소환원필터 (230)와 2차수소환원필터(240)를 모두 경유시키든지 또는 1차수소환원필터 (230)는 생략하고 2차수소환원필터 (240)만을 경유하여 수소환원수를 생성하고 생성된 수소환원수의 미생물 번식을 억제하는 항균필터(250)를 경유하고 분기전3(330)을 통하여 두 개의 관로로 나뉘어 하나의 관로는 수소환원수 냉각조(500)로 보내지고 냉수출수 콕크(520)에 연결되고, 또한 수소환원수 가열조(510)로 보내진 것은 온수출수 콕크(530)에 연결되며 다른 하나의 관로는 별도로 설치된 파우셋(380)에 수소환원수를 공급하는 구조를 나타내고 있다.

이와 같이 구성된 수소환원수기의 pH 농도 조절기능에 관하여 더 자세하게 설명하면 정수부를 통해 정수된 물은 솔레노이드 밸브(340)가 닫혀있는 상태에서 2차수소환원필터(240)로 공급되어 수소환원수를 생성하며, 이때 정수된 물은 1차 수소환원필터(230)의 출수구에 설치된 역류방지 밸브(350)에 의하여 2차수소환원필터(240)로만 공급되고 1차 수소환원필터로의 유입을 방지하며, 장치 전면에 설치된 단계 설정 버튼을 조작하여 1차수소환원필터(230)의 입수구에 설치된 솔레노이드 밸브(340)를 개방시에는 정수된 물이 1차수소환원필터(230)에 전달되어지며, 1차 수소환원필터(230)에서 생성된 수소환원수가 다시 2차수소환원필터(240)를 통과하면서 2차수소환원필터(240) 하나만을 거쳐 생성된 수소환원수의 농도보다 더 높은 수소환원수를 생성할 수 있는 시스템을 구성하여 pH 농도 조절이 가능하다.

도 2의 공정에 의해 생성된 수소환원수는 2차 수소환원필터(240)만을 통과시에는 8.0내지 9.0 정도의 수소이온농도와 -150 내지 0mV 정도의 산화환원전위를 가지며, 1차 수소환원필터(230) 및 2차 수소환원필터(240)를 동시에 통과시에는 8.5 내지 10.0 정도의 수소이온농도와 -300 내지 -50mV 정도의 산화환원전위를 갖는다.

이상과 같이 본 발명은 상수도 물의 직수를 일반 정수기시스템을 그대로 이용하면서 필터 사이의 구조에 본원의 수소환원필터를 추가하여 적용시킴으로 인하여 수소환원수를 제공하게 되는 기술사상의 정수시스템 구조이다.

도 3은 본원에서 사용될 수 있는 필터구조의 내부를 적층구조를 보여주시 위 한 수소환원필터층(400)이 음이온 알칼리볼층(410), 수소환원촉매층(420), pH 조절 볼층(430)을 보여주는 절개도 인바, 도 3a 에서는 필터구조가 음이온 알칼리볼층(410)과 수소환원촉매층(420) 2층구조로 이루어지는 경우를 나타내고 있고, 도 3b에서는 필터구조가 음이온 알칼리볼층(410)과 수소환원촉매층(420), pH 조절볼층(430) 3층구조로 이루어지는 경우를 나타내고 있는바, 도 1, 에서 수소환원필터 140 및 160, 도 2에서 240은 도 3b 타입의 필터구조이고, 도 2 에서의 수소환원필터 230은 도 3a 타입의 필터구조이나 이들은 하나의 실시예를 제시하는 것일 뿐 본원에서는 필터구조를 음이온 알칼리볼과 수소환원촉매, pH 조절볼 3층구조로 이루고 이들의 사용량을 조절하여 원하는 수소이온농도로 수소환원수를 얻고자 하는 것이다.

아래의 표는 본원의 유용성을 확인하기 위하여 본원의 음이온 알칼리볼과 수소환원촉매, pH 조절볼의 조성 및 배합성분비를 달리하여 수소이온농도(pH)와 산화환원전위를 확인하기 위하여 약 수소환원필터는 음이온방출 알카리볼 20 중량%, 수소환원촉매 30 중량%, pH 조절볼 50 중량%의 배합비를 이루어 구성하고, 강 수소환원필터는 음이온방출 알카리볼 20 중량%, 수소환원촉매 50 중량%와 pH 조절볼 30 중량%의 배합비를 이루어 제시되는 도 1, 2 시스템을 이루는 수소환원필터의 분기점을 통해 출수되는 산화환원수를 측정한 일 실시예 결과로 아래의 분석자료를 얻었다.

측정시 온도조건은 25.5 ~ 28 ℃ 범위였고, 측정장비는 미국 오리온사제품 520A+를 사용하였으며, 수소이온농도를 측정하기 위한 전극은 ThermoOrion(9157BN, USA)을, 산화환원전위를 측정하기 위한 전극은 Sure-Flow Combo Redox/ORP(9678BN, USA)를 사용하였다.

<약 수소환원필터>

샘플 시간(hrs)	수소이온농도(pH)	산화환원전위(mV)
초기	8.02	-45
1 hrs	8.35	-53
3 hrs	8.42	-76
5 hrs	8.43	-83
7 hrs	8.44	-85
9 hrs	8.44	-86

<강 수소환원필터>

샘플 시간(hrs)	수소이온농도(pH)	산화환원전위(mV)
초기	9.05	-212
1 hrs	9.37	-247
3 hrs	9.53	-285
5 hrs	9.68	-338
7 hrs	9.72	-346
9 hrs	9.73	-350

초기에는 수소이온농도(pH)가 낮은 값에서 시간이 경과함에 따라 pH가 알칼리성으로, 산화환원전위는 환원수로 급격히 변화하였으나 5시간 이후부터는 안정적인 값을 유지하는 것을 확인할 수 있다.

이상과 같이 본 발명이 완성됨으로써, 필터(110,120,130)를 이용 상수관 등으로부터 공급되는 물을 정수하고 이를 통해 정수된 물을 수소환원필터를 이용하여 알카리환원수로 생성하며, 수소환원필터 두 개 중 (약)수소환원필터(140)는 먹는 물 수질 기준에 적합한 알카리환원수를 상시적으로 공급하고, (강)수소환원필터 (160)는 8.5 내지 10.0 정도의 수소이온농도와 -400 내지 -100mV 정도의 산화환원전위를 가진 알카리환원수를 생성하게 되어 각각 수소환원농도가 다른 알카리환원수를 생성하는 알카리환원수기를 제공할 수 있는 효과를 갖는다.

본원의 알카리환원수기 시스템은 고가의 산화/환원 정수기를 별도로 구입하지않고 기존의 필터구조에 본원의 수소환원필터 1, 2개를 부착시키는 간단한 구성으로 실제 활용도를 높일 수 있고, 설치 및 운영에 특별한 기술을 요하지 않으며, 고장의 염려가 없는 냉수와 온수 상온에서의 알카리환원수를 동시에 제공 할 수 있게 되는 효과를 갖는다.

Claims (5)

1. 일반 정수기능을 갖는 필터시스템을 이용하여 알카리환원수를 제공하기 위한 정수방법에 있어서,

   일반 정수기능을 갖는 필터시스템 구조에 수소환원촉매를 포함하는 필터구조를 추가시켜 알카리환원수를 제공하는 기술구성을 이루되, 수소환원촉매구조가 음이온을 방출하는 알카리볼과 천연광물질로 이루어진 수소환원촉매와 pH 조절기능을 갖는 pH 조절볼을 포함하는 구조를 이루어서 알카리환원수를 제공하는 것을 특징으로 하는 알카리환원수 제공방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기의 수소환원촉매의 음이온방출 알카리볼과 수소환원촉매와 pH 조절볼의 사용량을 서로 달리하여 알카리환원수의 수소이온농도(pH)를 조절하는 것을 특징으로 하는 알카리환원수 제공방법.
3. 제1항에 있어서,

   pH 조절기능을 갖는 pH 조절볼은 이산화규소(SiO2) 60±10 중량부, 화산재 (Shirasu) 15±5 중량부, 키토산(Chitin Chitosan) 25±5 중량부 비율로 배합하여 직경 8~10mm의 볼로 가공 후 가열로에서 1100℃로 약 7시간 소성시켜 이루어진 pH 조절볼을 이용하여 알카리환원수의 수소이온농도(pH)를 조절하는 것을 특징으로 하 는 알카리환원수 제공방법.
4. 알카리환원수를 제공하기 위한 알카리환원수기의 필터구조에 있어서,

   일반 정수기능을 갖는 필터시스템에 수소환원촉매를 추가하여 알카리환원수를 제공하는 기술구성을 이루되, 수소환원촉매구조가 음이온을 방출하는 알카리볼과 천연광물질로 이루어진 수소환원촉매와 pH 조절기능을 갖는 pH 조절볼을 포함하는 구조를 이루어서 알카리환원수를 제공하며, 음이온방출 알카리볼과 수소환원촉매와 pH 조절볼의 사용량을 달리하여 수소이온농도(pH)를 조절하는 것을 특징으로 하는 알카리환원수기 필터구조.
5. 제4항에 있어서,

   알카리환원수기의 필터구조가 하부로부터 음이온방출 알카리볼이 적층되고 그 상부로 수소환원촉매가 적층되며 그 상부로 pH 조절볼이 적층되는 구조를 이루는 것을 특징으로 하는 알카리환원수기 필터구조.

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