KR20090030232A - 전해수 생성 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공급되는 원수의 수질 등에 의존하지 않고, 전해용 전원의 용량을 억제하여 장치의 소형ㆍ경량화나 비용 저감을 가능하게 하면서, 필요로 하는 성질의 전해수를 생성할 수 있는 전해수 공급 방법 및 장치를 제공한다. 전해수 생성 방법은, 이온 투과성 격막(2)을 개재시켜 대향 배치된 한 쌍의 전해실(3a, 3b)의 제1 전해실(3a)에 전해질 수용액을 순환시키는 동시에, 제2 전해실(3b)에 원수를 공급하고, 격막(2)을 사이에 두고 각 전해실(3a, 3b)에 설치된 한 쌍의 전극(7a, 7b)에 전압을 인가하여 원수 및 전해질 수용액을 전기 분해함으로써, 제2 전해실(3b)에서 전해수를 생성한다. 전기 분해의 개시 후, 전해질 수용액에 전해질을 공급하는 동시에, 제1 소정 시간을 경과했을 때에, 전기 분해에 의해 발생하는 전해 전류가 소정 전류값보다 작은 경우에, 제1 소정 시간 경과 후, 전해 전류가 소정 전류값 이상으로 될 때까지, 전극(7a, 7b)에 인가되는 전압을 소정 전압값으로 유지하면서, 전해질의 공급량을 증가시킨다.
Figure P1020080091495
이온 투과성 격막, 전해실, 전해조, 전극, 수용액 순환계

Description

전해수 생성 방법 및 장치 {ELECTROLYZED WATER PRODUCING METHOD AND APPARATUS}
본 발명은 산성 또는 알카리성의 전해수를 생성하는 방법 및 그것에 사용하는 전해수 생성 장치에 관한 것이다.
종래 음이온 투과막 등의 이온 투과성 격막을 통해 대향 배치된 한 쌍의 전해실에 각각 전극을 배치하고, 각 전해실에 각각 원수를 공급하는 동시에, 양 전극 사이에 전압을 인가하여, 각 전해실에 공급된 원수를 전해하는 전해수 생성 방법이 알려져 있다. 이 방법에 따르면, 상기 원수에 염화나트륨 등의 염화물을 전해질로서 첨가해 둠으로써, 양극측의 전해실로부터는 차아염소산을 포함하는 산성의 전해수를 얻을 수 있고, 음극측의 전해실로부터는 알카리성의 전해수를 얻을 수 있다.
상기 산성의 전해수는, 상기 차아염소산의 산화력 등에 의해 우수한 살균성을 나타내고, 의료 기관 등에 있어서의 소독 등의 용도로 사용된다. 또한, 상기 알카리성의 전해수는 세정 등의 용도로 사용된다. 그런데, 상기 산성의 전해수와 상기 알카리성의 전해수를 동시에 필요로 하는 용도는 적고, 일반적으로는 산성 또는 알카리성 한쪽의 전해수만이 사용되고, 다른 쪽의 전해수는 폐수로 된다. 이 경우, 원수의 절반 양이 폐수로 되므로 자원 절약의 면에서 문제가 있다.
상기 문제를 해결하기 위해, 한쪽의 전해실에만 원수를 공급하고, 다른 쪽의 전해실에는 전해질을 포함하는 수용액(이하, 전해질 수용액이라 약칭함)을 순환시켜, 원수 및 전해질 수용액의 전기 분해(전해)를 행하고, 원수가 공급되는 쪽의 전해실에서 생성하는 전해수를 취출하는 전해수 생성 방법이 제안되어 있다(예를 들어, 일본 특허 출원 공개 평9-220572호 공보 참조).
이 전해수 생성 방법에서는, 예를 들어 산성의 전해수를 필요로 할 때에는, 상기 원수가 공급되는 쪽의 전해실에 배치된 전극을 양극으로 하고, 상기 전해질 수용액이 순환되는 쪽의 전해실에 배치된 전극을 음극으로 하여 전기 분해를 행한다. 이 결과, 상기 원수가 공급되는 쪽(양극측)의 전해실에서는, 산성의 전해수가 생성되고, 상기 전해수가 상기 전해실로부터 취출된다. 이때, 다른 쪽의 전해실에서는 알카리성의 전해수가 생성되나, 상기 전해수는 상기 전해질 수용액과 함께 순환되므로, 폐수로 되지 않고 자원을 유효하게 이용할 수 있다.
그러나, 특허 문헌 1에 기재된 방법에서는, 한쪽의 전해실에만 원수를 공급하고, 다른 쪽의 전해실에는 전기 분해시에 생성되는 전해질 수용액을 순환시키므로, 공급되는 원수의 전기 전도도에 따라, 전해 전류의 발생의 정도가 변화된다. 게다가, 원수의 수질은 지역에 따라 크게 다르다. 예를 들어, 원수로 되는 물의 전기 전도도가, 10 [mS/m] 이하로 매우 낮은 부분도 있으면, 40 내지 50 [mS/m]로 높은 값을 나타내는 부분도 있다. 이로 인해, 전해 전류가 발생하기 어려운 경우, 특허 문헌 1에 기재된 방법에서는, 전기 분해에 의해 필요로 하는 특성을 갖는 전 해수를 얻기 위해, 한 쌍의 전극에 인가하는 전압(전해 전압)을 높게 하는 것이 필요하다. 그리고, 다양한 지역에 대응하기 위해서는, 대용량의 전해용 전원을 사용할 필요가 있어, 전해수 생성 장치의 소형ㆍ경량화나 비용 저감이 어렵다는 문제점이 있다.
[특허 문헌 1] 일본 특허 출원 공개 평9-220572호 공보
본 발명의 목적은 상기 사정에 비추어, 원수의 수질 등에 의존하지 않고, 전해용 전원의 용량을 억제하여 장치의 소형ㆍ경량화나 비용 저감을 가능하게 하면서, 필요로 하는 성질의 전해수를 생성할 수 있는 전해수 생성 방법 및 장치를 제공하는 것에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 전해수 생성 방법은, 이온 투과성의 격막을 개재시켜 대향 배치된 한 쌍의 전해실의 제1 전해실에 전해질을 함유하는 전해질 수용액을 순환시키는 동시에, 제2 전해실에 원수를 공급하고, 상기 격막을 사이에 두고 각 전해실에 설치된 한 쌍의 전극에 전압을 인가하여 상기 원수 및 전해질 수용액을 전기 분해함으로써, 상기 제2 전해실에서 전해수를 생성하는 방법에 있어서, 상기 전기 분해의 개시 후, 상기 전해질 수용액에 전해질을 공급하는 동시에, 제1 소정 시간을 경과했을 때, 상기 전기 분해에 의해 발생하는 전해 전류가 소정 전류값보다도 작은 경우에는, 상기 제1 소정 시간의 경과 후, 전해 전류가 소정 전류값 이상으로 될 때까지, 상기 한 쌍의 전극에 인가되는 전압을 소정 전압값으로 유지하면서, 상기 전해질의 공급량을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전해수 생성 방법에서는, 상기 한 쌍의 전해실 중, 제2 전해실에 배치된 전극의 극성에 대응하여, 제2 전해실에 산성 또는 알카리성의 전해수가 생성된다. 따라서, 제2 전해실로부터 상기 전해수를 취출하고, 상기 전해수의 액성 에 대응하는 용도로 이용된다.
한편, 제1 전해실에서는, 제2 전해실과 반대의 액성의 전해수가 생성되나, 상기 전해수는 상기 전해질 수용액과 함께 상기 제1 전해실에 순환되므로, 폐수로 되지 않고 자원을 유효하게 이용할 수 있다.
여기서, 전기 분해에 의해 필요로 하는 특성을 갖는 전해수를 얻기 위해서는, 필요로 하는 전해수에 따른 전해 전류가 얻어지도록 한 쌍의 전극에 인가하는 전압(전해 전압)을 제어할 필요가 있다. 이때, 제2 전해실에 공급되는 원수의 전기 전도도에 의해서는, 전해 전류가 발생하기 어렵고, 전해 전압을 높게 올리지 않으면, 필요로 하는 전해 전류(필요로 하는 성질을 갖는 전해수)가 얻어지지 않는다. 즉, 필요로 하는 전해 전류가 얻어지도록 전해 전압을 제어하고 있을 때에, 원수의 전기 전도도가 낮은 등의 이유에 의해 전해 전류가 발생하기 어렵고, 전기 분해의 개시 후, 제1 소정 시간을 경과했을 때에, 전해 전류가 소정 전류값보다도 작은 경우가 상정된다.
이 경우에, 본 발명에 따르면, 제1 소정 시간의 경과 후, 상기 전해질 수용액에 전해질을 공급하는 동시에, 전해 전류가 소정 전류값 이상으로 될 때까지, 한 쌍의 전극에 인가되는 전압을 소정 전압값으로 유지하면서 전해질의 공급량을 증가시킨다. 이에 의해, 전해 전류가 발생하기 쉽도록(제2 전해실로부터 제1 전해실로 이온을 투과시켜 전기 분해가 행해지도록) 전해질 수용액의 농도를 조정할 수 있다. 이때, 전해 전압은 소정 전압값으로 유지되기 때문에 전해 전압을 높게 하지 않아도 되므로, 전해용 전원의 용량을 억제할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 전해 전류가 발생하기 어려운 경우라도, 전해질의 공급을 증가시켜, 전해 전류가 발생하기 쉽도록 전해질 수용액의 농도를 조정함으로써, 전해 전압이 과대해지는 것을 방지하는 동시에, 전해용 전원의 용량을 억제하여 장치의 소형ㆍ경량화나 비용 저감을 가능하게 하면서 필요로 하는 성질의 전해수를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 전해수 생성 방법에 있어서, 상기 전기 분해의 개시 후, 상기 제1 소정 시간을 경과할 때까지는 상기 전해질을 간헐적으로 공급하고, 상기 제1 소정 시간의 경과 후에는 상기 전해질을 연속적으로 공급하는 것이 바람직하다.
이 경우, 전기 분해의 개시 후, 제1 소정 시간을 경과할 때까지는, 전해질의 공급은, 예를 들어 전해질 수용액의 농도를 소정의 범위로 유지하는 것을 목적으로 해서 행해지므로, 시간에 비교적 여유가 있고, 전해질을 간헐적으로 공급하면 충분하다. 이에 반해, 제1 소정 시간의 경과 후에는, 전해질의 공급은 전해 전류를 소정 전류값까지 올리는 것을 목적으로 하여 행해진다. 이 경우, 전해 전류를 신속하게 소정 전류값에 도달시키기 위해, 전해질을 연속적으로 공급하여 전해질의 공급을 더 신속하게 행하는 것이 필요하다. 따라서, 전기 분해의 개시 후, 제1 소정 시간을 경과할 때까지는, 전해질을 간헐적으로 공급하고, 제1 소정 시간의 경과 후에는 전해질을 연속적인 공급함으로써, 전해질의 공급에 필요한 펌프 등을 효율적으로 구동시켜 전해질의 공급에 필요한 부하를 저감하면서, 필요로 하는 성질의 전해수를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 전해수 생성 방법에 있어서, 상기 제1 소정 시간의 경과 후, 상기 전해 전류가 상기 소정 전류값 이상이 되었을 때에는, 다시 상기 전해질을 간헐적으로 공급하는 것이 바람직하다.
이 경우, 제1 소정 시간의 경과 후, 전해 전류가 소정 전류값 이상으로 되었을 때에는, 전해 전류는 소정 전류값에 도달하고 있으므로, 전해질의 공급을 신속히 행할 필요가 없어진다. 따라서, 이 경우, 전해질을 다시 간헐적으로 공급하도록 절환함으로써, 전해질의 공급에 필요한 펌프 등을 효율적으로 구동시켜 전해질의 공급에 필요로 하는 부하를 저감하면서, 필요로 하는 성질의 전해수를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 전해수 생성 방법에 있어서, 상기 제1 소정 시간의 경과 후, 제2 소정 시간을 경과해도, 상기 전해 전류가 상기 소정 전류값 미만인 경우, 상기 전기 분해를 정지하는 것이 바람직하다.
즉, 제1 소정 시간을 경과 후, 제2 소정 시간을 경과해도, 전해 전류가 소정 전류값 이상으로 되지 않는 경우에는, 전해질의 공급이 과잉으로 되어, 전해질 수용액이 강알카리성 또는 강산성으로 될 가능성이나, 원수의 전기 전도도가 극단적으로 낮고, 또한 전해질을 공급하여 전기 분해를 계속해도, 필요로 하는 성질의 전해수가 얻어지지 않을 가능성이 있다. 이와 같은 경우에는, 전기 분해를 정지함으로써, 전해질 수용액이 강알카리성 또는 강산성으로 되는 상태나, 불필요한 전기 분해가 계속되는 상태를 방지할 수 있다.
또한, 상기 전기 분해의 정지에 앞서, 사용자에게 경보를 내보내는 것이 바람직하다. 이 경우, 제2 소정 시간이 경과하여 전기 분해를 정지하기 전에, 전기 분해가 정지될 가능성이 있는 취지를 사용자에게 통지하여 인식시킬 수 있다.
다음에, 본 발명의 전해수 생성 장치는, 예를 들어 이온 투과성의 격막을 개재시켜 대향 배치된 한 쌍의 전해실과, 제1 전해실에 전해질을 함유하는 전해질 수용액을 순환시키는 전해질 수용액 순환 수단과, 제2 전해실에 원수를 공급하는 원수 공급 수단과, 상기 격막을 사이에 두고 각 전해실에 설치된 한 쌍의 전극과, 양 전극에 전압을 인가하여 상기 원수 및 전해질 수용액을 전기 분해함으로써, 제2 전해실에서 전해수를 생성하는 전해수 생성 수단을 구비하는 전해수 생성 장치에 있어서, 상기 전해질 수용액에 전해질을 공급하는 전해질 공급 수단과, 상기 전기 분해의 개시 후, 제1 소정 시간을 경과했을 때에, 상기 전기 분해에 의해 발생하는 전해 전류가 소정 전류값보다도 작은 경우에, 상기 제1 소정 시간의 경과 후, 상기 전해 전류가 상기 소정 전류값 이상으로 될 때까지, 상기 한 쌍의 전극에 인가되는 전압을 소정 전압값으로 유지하면서, 상기 전해질 공급 수단에 의한 상기 전해질의 공급량을 증가시키는 전해 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 전해수 생성 장치에는, 예를 들어 상기 전해질 공급 수단은 간헐 구동과 연속 구동을 절환 가능하고, 상기 전해 제어 수단은, 전기 분해의 개시 후, 상기 제1 소정 시간을 경과할 때까지는 상기 전해질 공급 수단의 작동을 간헐 구동으로 하고, 상기 제1 소정 시간의 경과 후에는 상기 전해질 공급 수단의 작동을 연속 구동으로 하는 것을 사용할 수 있다.
또한, 상기 전해 제어 수단은, 상기 제1 소정 시간의 경과 후, 상기 전해 전류가 상기 소정 전류값 이상이 되었을 때에는, 다시 상기 전해질 공급 수단의 작동 을 간헐 구동으로 절환하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 제1 소정 시간의 경과 후, 제2 소정 시간을 경과해도, 상기 전해 전류가 상기 소정 전류값 미만인 경우, 상기 전기 분해를 정지하는 전해 정지 수단을 구비하는 것이 바람직하다. 이 경우, 상기 전해 정지 수단에 의한 전기 분해의 정지에 앞서, 사용자에게 경보를 내보내는 경보 출력 수단을 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 원수의 수질 등에 의존하지 않고, 전해용 전원의 용량을 억제하여 장치의 소형ㆍ경량화나 비용 저감을 가능하게 하면서, 필요로 하는 성질의 전해수를 생성할 수 있는 전해수 생성 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
다음에, 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 더 상세하게 설명한다.
도1에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태의 전해수 생성 장치(1)는, 이온 투과성의 격막(2)을 개재하여 대향 배치된 한 쌍의 전해실(3a, 3b)을 구비하는 전해조(4)와, 전해실(3a)에 전해질을 함유하는 전해질 수용액을 순환시키는 전해질 수용액 순환계(5)와, 전해실(3b)에 원수(原水)를 공급하는 원수 공급계(6)를 구비하고 있다. 한 쌍의 전해실(3a, 3b)에는 격막(2)을 사이에 두고 한 쌍의 전극(7a, 7b)이 배치되어 있고, 전극(7a, 7b)은 각각 도선(8a, 8b)을 통해 후술하는 전해용 전원(52) 및 전해 제어 유닛(54)에 접속되어 있다. 양 전극(7a, 7b)의 근방에는 전극(7a, 7b)의 온도를 각각 측정하는 전극 온도 센서(32a, 32b)가 장착되어 있다.
또한, 전해실(3b)에는 양 전극(7a, 7b)에 전압을 인가하여, 원수 및 전해질 수용액을 전기 분해함으로써 전해실(3b) 내에서 생성한 전해수를 취출하는 전해수 취출 도관(9)이 설치되어 있다. 전해수 취출 도관(9)은 전해실(3b)의 상부에 접속되어 있고, 전해수 취출 도관(9)의 도중에는 상류측으로부터 차례로 아웃렛 조인트(26), 삼방 밸브(27)가 구비되어 있다. 그리고, 전해수 취출 도관(9)은 생성된 전해수를 저류하는 저수 탱크(30)의 상부에 접속되어 있다. 저수 탱크(30)에는, 안에 저류되어 있는 전해수의 만수(滿水) 상태를 검지하는 만수 레벨 스위치(28)와, 갈수(渴水) 상태를 검지하는 갈수 레벨 스위치(29)가 장착되어 있다. 만수 레벨 스위치(28)는, 전해수가 소정의 만수 레벨 이상 저류되어 있는 상태에서 검지 상태로 되고, 만수 레벨에 도달하지 않은 상태에서 비검지 상태로 된다. 갈수 레벨 스위치(29)는, 전해수가 소정의 갈수 레벨 이상 저류되어 있는 상태에서 검지 상태로 되고, 갈수 레벨에 도달하지 않은 상태에서 비검지 상태로 된다.
전해질 수용액 순환계(5)는 전해질 수용액 탱크(10)와, 전해질 수용액 탱크(10)에 저류되어 있는 전해질 수용액을 전해질 수용액 탱크(10)로부터 취출하여 전해실(3a)의 저부에 공급하는 전해질 수용액 공급 도관(11)과, 전해실(3a) 내의 전해질 수용액을 전해실(3a)의 상부로부터 취출하여 전해질 수용액 탱크(10)의 상부에 환류하는 전해질 수용액 환류 도관(12)을 구비하고 있다. 전해질 수용액 공급 도관(11)은 도중에 펌프(13)가 개재 장착되어 있는 동시에, 펌프(13)의 하류측에 유량 센서(14a)를 구비하고, 또한 유량 조정 밸브(15a)를 통해 전해실(3a)의 저 부에 접속되어 있다.
전해질 수용액 탱크(10)에는, 전해실(3a)에 순환되는 전해질 수용액에 공급하는 전해질이 저류된 전해질 탱크(16)가, 전해질 공급 도관(17)을 통해 접속되어 있다. 전해질 탱크(16)에는, 안에 저류되어 있는 전해질의 레벨을 검지하는 전해질 탱크 레벨 스위치(31)가 장착되어 있다. 전해질 탱크 레벨 스위치(31)는, 전해질이 소정 레벨 이상 저류되어 있는 상태에서 검지 상태로 되고, 소정 레벨에 도달하지 않은 상태에서 비검지 상태로 된다. 전해질 공급 도관(17)의 도중에는, 전해질 탱크(16) 내에 저류되어 있는 전해질을 전해실(3a)에 공급하는 전해질 공급 펌프(18)가 개재 장착되어 있다. 전해질 공급 펌프(18)는, 그 작동이 간헐 구동과 연속 구동을 절환 가능하게 되어 있다. 본 실시 형태에서는, 전해질 탱크(20)로부터 전해질 수용액 탱크(10) 중으로 전해질(수용액)을 공급함으로써, 전해질 공급 펌프(18)로서, 튜브 펌프 등의 간단하고 저렴한 펌프를 사용하여 전해질 수용액 순환계(5)에 전해질을 공급할 수 있다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 일반적으로 이러한 종류의 장치에 사용되고 있는 역류 방지 밸브 부착 메탈린 펌프를 사용할 필요가 없다.
또한, 탱크(10, 16)는 각각의 상부에 공기 뽑기 밸브(19, 20)를 구비하고 있다.
원수 공급계(6)는, 도시하지 않은 수도꼭지 등의 원수 공급원으로부터 공급되는 원수를 전해실(3b)의 저부에 공급하는 원수 공급 도관(21)을 구비하고, 원수 공급 도관(21)의 도중에는 상류측으로부터 차례로 인렛 조인트(25), 수온 센 서(24), 감압 밸브(22), 셧 밸브(23), 유량 센서(14b)가 구비되어 있다. 그리고, 원수 공급 도관(21)은 유량 조정 밸브(15b)를 통해 전해실(3b)의 저부에 접속되어 있다.
또한, 본 실시 형태에서는, 전해질 공급 도관(17)의 도중에 전해질 공급 펌프(18)를 설치하도록 하고 있으나, 전해질 공급 펌프(18) 대신에 개폐 밸브를 설치하도록 해도 좋다. 이 경우, 탱크(10, 16)의 위치 관계는 탱크(16)가 탱크(10)의 상부에 설치될 필요가 있다.
도2에 나타낸 바와 같이, 전해수 생성 장치(1)는, 각종 연산 처리를 행하는 컴퓨터(CPU 메모리, 입출력 회로 등으로 이루어지는 연산 처리 회로, 혹은 이들 기능을 집약한 마이크로 컴퓨터) 등에 의해 구성된 전자 유닛인 전해 제어 유닛(54)을 구비하고 있다.
그리고, 전해 제어 유닛(54)은 센서나 스위치에 의한 입력을 기초로 하여 펌프나 밸브를 제어하여, 전해수를 생성하는 처리 등을 실행한다. 이들 처리는 전해 제어 유닛(54)의 메모리에 미리 실장된 프로그램을 전해 제어 유닛(54)에 의해 실행함으로써 실현된다.
전해 제어 유닛(54)에는 상술한 수온 센서(24), 전극 온도 센서(32a, 32b), 수도 유량 센서(14b), 순환 유량 센서(14a), 저수 탱크 만수 레벨 스위치(28), 저수 탱크 갈수 레벨 스위치(29), 전해질 탱크 레벨 스위치(31)가 접속되어 있고, 이들 센서에 의한 검지 데이터가 전해 제어 유닛(54)에 입력된다. 또한, 전해 제어 유닛(54)에는 상술한 삼방 밸브(27), 순환 펌프(13), 전해질 공급 펌프(18), 차단 밸브(23)가 접속되어 있고, 전해 제어 유닛(54)에 의해 이들 밸브ㆍ펌프의 작동이 제어된다.
또한, 전해 제어 유닛(54)에는, 사용자의 조작에 따라서 전해수를 생성하는 처리의 개시와 정지를 지시하는 전해 개시 정지 스위치(45)와, 사용자의 조작에 따라서 전해수를 생성하는 처리의 실행 시간을 설정하는 전해 정지 타이머 스위치(44)가 접속되어 있다.
또한, 전해 제어 유닛(54)에는, 전원 투입시나 경보시에 울리는 버저(46), 전원 상태 표시 LED(47), 전해 동작 표시 LED(48), 전해질 탱크 공(空) 표시 LED(49), 저수 탱크 표시 LED(50), 고장 표시 LED(51)가 접속되어 있다. 전원 상태 표시 LED(47)는 전해용 전원(52)이 온(on) 상태(전해 개시 가능한 스탠바이 상태)일 때에 점등되고, 오프(off) 상태에서 소등된다. 전해 동작 표시 LED(48)는 전해 개시 상태에서 점등되고, 전해 정지 상태에서 소등된다. 전해질 탱크 공 표시 LED(49)는 전해질 탱크 레벨 스위치(31)가 검지 상태에서 점등되고, 비검지 상태에서 소등된다. 저수 탱크 표시 LED(50)는 저수 탱크 만수 레벨 스위치(28)가 검지 상태에 있는 경우, 또는 저수 탱크 갈수 레벨 스위치(29)가 비검지 상태에 있는 경우에 점등되고, 그 이외에는 소등된다. 고장 표시 LED(51)는 고장시에 점등되고, 정상시에 소등된다.
또한, 전해 제어 유닛(54)에는 도선(8a, 8b)을 통해 전극(7a, 7b)에 전압을 인가하는 전해용 전원(52)과, 전해용 전원(52)으로부터 공급되는 전류ㆍ전압값을 측정하는 전류ㆍ전압 센서(53)가 접속되어 있다.
또한, 전해 제어 유닛(54)에는 전해 제어 유닛(54), 순환 펌프(13), 전해질 공급 펌프(18), 삼방 밸브(27), 차단 밸브(23)를 동작시키는 전압을 공급하는 시스템용 전원(43)이 접속되어 있다. 그리고, 전해용 전원(52) 및 시스템용 전원(43)에는, 전원 메인 스위치(42)를 통해, 가정용 전원(AC100V)으로부터 전압이 공급된다.
더 상세하게는, 전해 제어 유닛(54)은, 그 기능으로서 전해 제어 수단(55)과 전해 정지 수단(56)을 구비한다. 전해 제어 수단(55)은, 전기 분해의 개시 후, 제1 소정 시간(T1)을 경과했을 때, 전기 분해에 의해 발생하는 전해 전류가 소정 전류값(IA)보다도 작은 경우에는, 제1 소정 시간(T1)의 경과 후, 전해 전류가 소정 전류값(IA) 이상으로 될 때까지, 전해용 전원(52)으로부터 한 쌍의 전극(7a, 7b)에 인가되는 전압을 소정 전압값(VA)으로 유지하면서, 전해질 공급 펌프(18)를 제어하여 전해질의 공급량을 증가시킨다. 또한, 전해 정지 수단(56)은, 제1 소정 시간(T1)의 경과 후, 제2 소정 시간(T2)을 경과해도, 전해 전류가 소정 전류값(IA) 이상으로 되지 않는 경우, 전해용 전원(52), 삼방 밸브(27), 전해질 공급 펌프(18), 순환 펌프(13), 차단 밸브(23)를 제어하여 전기 분해를 정지한다.
다음에, 본 실시 형태의 전해수 생성 장치(1)의 전체적인 작동(전해수 생성 처리)을, 도3의 흐름도에 따라서 설명한다.
도3에 나타낸 바와 같이, 스텝 1에서, 전해 개시 정지 스위치(45)가 눌러졌는지 여부가 판단된다. 스텝 1의 판단 결과가 아니오인 경우에는, 스텝 1의 판단 결과가 예로 될 때까지, 스텝 1이 반복된다.
스텝 1의 판단 결과가 예인 경우에는 스텝 2로 진행하고, 펌프ㆍ밸브 기동시 작동 처리가 실행된다. 펌프ㆍ밸브 기동시 작동 처리는 도4에 나타낸 바와 같이 행해진다. 펌프ㆍ밸브 기동시 작동 처리에 있어서, 우선 스텝 21에서 차단 밸브(23)가 개방된다. 다음에, 스텝 22에서 순환 펌프(13)의 작동이 개시된다. 다음에, 스텝 23에서, 전해질 펌프 작동 타이머가 기동되고, 전해질 펌프(10)의 작동이 간헐 구동으로 개시된다. 간헐 구동은, 예를 들어 동작 시간(Ton)을 10 [초], 인터벌 시간(Tint)을 50 [초]로 하여 행해진다. 이에 의해 펌프ㆍ밸브 기동시 작동 처리가 종료된다.
도3으로 복귀하여, 다음에 스텝 3에서 소프트 스타트 전원 처리가 실행된다. 소프트 스타트 전원 처리는 도5에 나타낸 바와 같이 행해진다. 소프트 스타트 전원 처리에 있어서, 우선 스텝 31에서 전해용 전원(52)으로부터 전극(7a, 7b)에 인가되는 전해 전압이 소정의 전압 증가율(K)로 상승된다. 전압 증가율(K)로서는, 예를 들어 0.5 [V/초]가 사용된다. 다음에, 스텝 32에서 전해 전압이, 미리 설정된 소정의 목표 전압(V0) 이상인지 여부가 판단된다. 목표 전압(V0)으로서는, 예를 들어 20 [V]가 사용된다. 스텝 32의 판단 결과가 아니오인 경우에는, 스텝 31로 복귀하여, 스텝 32의 판단 결과가 예로 될 때까지 스텝 31 내지 32의 처리가 반복된다. 즉, 제1 소정 시간(T1)을 경과할 때까지, 스텝 31 내지 32의 처리가 행해진다. 제1 소정 시간(T1)은 전압 증가율(K)과 목표 전압(V0)으로부터 정해지는 소정값이다(T1 = V0/K). 스텝 32의 판단 결과가 예인 경우 스텝 33으로 진행하고, 전해 전압의 상승이 정지된다. 이에 의해 소프트 스타트 전원 처리가 종료된다.
도3으로 복귀하여, 다음에 스텝 4에서 전기 분해에 의해 발생하는 전해 전류가, 미리 정해진 소정 전류값(IA) 이상인지 여부가 판단된다. 스텝 4의 판단 결과가 아니오인 경우 스텝 5로 진행하고, 저전기 전도도수(低電氣 傳導度水) 대응 처리가 실행되고, 스텝 4로 복귀된다.
저전기 전도도수 대응 처리는 도6에 나타낸 바와 같이 행해진다. 저전기 전도도수 대응 처리에 있어서, 우선 스텝 41에서 전해질 공급 펌프(18)가 연속 구동으로 절환된다. 다음에, 스텝 42에서 전해 전압이 소정 전압값(VA)으로 되도록 제어된다. 전압값(VA)으로서는, 예를 들어 20 [V]가 사용된다. 다음에, 스텝 43에서 전해 개시 후 제2 소정 시간(T2)이 경과했는지 여부가 판단된다. 제2 소정 시간(T2)으로서는, 예를 들어 180 [초]가 사용된다. 스텝 43의 판단 결과가 아니오인 경우, 저전기 전도도수 대응 처리가 종료되고, 도3의 스텝 4로 복귀된다. 스텝 43의 판단 결과가 예인 경우 스텝 44로 진행하고, 경보 출력이 행해진다. 다음에, 스텝 45에서 전해 정지 처리가 행해지고, 전기 분해가 정지되어, 저전기 전도도수 대응 처리가 종료된다.
전해 정지 처리는 도7에 나타낸 바와 같이 행해진다. 전해 정지 처리에 있어서, 우선 스텝 51에서 삼방 밸브(27)의 배수측이 개방되고, 저수측이 차단된다. 다음에, 스텝 52에서 전해 전압 및 전해 전류가 차단된다. 다음에, 스텝 53에서 전해질 공급 펌프(18)가 정지된다. 다음에, 스텝 54에서 순환 펌프(13)가 정지된다. 다음에, 스텝 55에서 차단 밸브(23)가 폐쇄된다. 이에 의해 전해 정지 처리가 종료된다.
도3으로 복귀하여, 스텝 4의 판단 결과가 예인 경우 스텝 6으로 진행하여, 전해질 공급 펌프(18)가 간헐 구동 중인지 여부가 판단된다. 스텝 6의 판단 결과가 아니오인 경우에는 스텝 7로 진행하여, 전해질 공급 펌프(18)의 간헐 구동의 작동 타이머가 재기동되고, 스텝 8로 진행한다. 스텝 6의 판단 결과가 예인 경우에는, 그대로 스텝 8로 진행한다.
다음에, 스텝 8에서, 삼방 밸브(27)의 저수 탱크측이 개방된다. 다음에, 스텝 9에서 전해 전류 일정 제어 처리가 실행된다. 전해 전류 일정 제어 처리는 도8에 도시한 바와 같이 행해진다.
전해 전류 일정 제어 처리에 있어서, 우선 스텝 61에서, 전해 전류가 미리 설정된 소정의 목표 전류(IB)로 되도록 제어된다. 목표 전류(IB)로서는, 예를 들어 10 [A]가 사용된다. 다음에, 스텝 62에서 전해 전압이 미리 설정된 소정의 목표 전압(V1) 이상인지 여부가 판단된다. 목표 전압(V1)으로서는, 예를 들어 20 [V]가 사용된다. 스텝 62의 판단 결과가 예인 경우, 스텝 63으로 진행하여, 전해질 공급 펌프(18)의 작동이 간헐 구동으로 절환되고, 스텝 65로 진행한다. 스텝 62의 판단 결과가 아니오인 경우 스텝 64로 진행하여, 전해질 공급 펌프(18)의 작동이 연속 구동으로 절환되고, 스텝 65로 진행한다.
다음에, 스텝 65에서 전해 전압이 소정의 목표 전압(V2) 이상인지 여부가 판단된다. 목표 전압(V2)으로서는, 예를 들어 22 [V]가 사용된다. 스텝 65의 판단 결과가 예인 경우, 전해 전류 일정 제어 처리가 종료되고, 도3의 스텝 9로 복귀된다.
스텝 65의 판단 결과가 아니오인 경우 스텝 66으로 진행하여, 경보 출력[버저(46)를 울리는 등]이 행해진다. 다음에, 스텝 67로 진행하여, 상술한 도7에서 나타낸 전해 정지 처리가 행해진다. 그리고, 전기 분해가 정지되어 전해 전류 일정 제어 처리 및 전해수 생성 처리가 종료된다.
도3으로 복귀하여, 다음에 스텝 10에서 전해 개시 정지 스위치(45)가 눌러졌는지 여부가 판단된다. 스텝 10의 판단 결과가 아니오인 경우 스텝 4로 복귀되어, 스텝 4 내지 9의 처리가 반복된다.
스텝 10의 판단 결과가 예인 경우 스텝 11로 진행하고, 상술한 도7에서 도시한 전해 정지 처리가 행해진다. 그리고, 전기 분해가 정지되고 전해수 생성 처리가 종료된다.
이상이, 전해수 생성 장치(1)에 있어서의 전해수 생성 처리이다.
다음에, 상술한 전해수 생성 처리에 대해, 도9a 및 도9b의 그래프를 사용하여 구체적으로 설명한다.
이하에서는, 도1의 격막(2)은 음이온 교환막이며, 전해실(3a)에 배치된 전극(7a)은 음극으로 되고, 전해실(3b)에 배치된 전극(7b)은 양극으로 되는 경우를 예로 하여 설명한다. 이 결과, 전해실(3a)이 음극측 전해실, 전해실(3b)이 양극측 전해실로 된다.
이 경우에 있어서, 우선 전해질 수용액의 순환 및 전해수의 생성의 개요에 대해 설명한다. 예를 들어, 전해질 수용액 순환계(5)에 의해 상기 전해질 수용액으로서 염화나트륨 수용액(예를 들어 0.085 몰/리터)을 전해실(3a)에 순환시키는 한편, 원수 공급 도관(21)에 의해 원수로서 수돗물을 전해실(3b)에 공급한다. 그리고, 전해용 전원(52)에 의해, 전극(7a, 7b) 사이에 소정의 전압을 인가함으로써, 상기 염화나트륨 수용액 및 수돗물의 전기 분해를 행한다.
이와 같이 하면, 음극측 전해실(3a)에서는, 다음 식으로 나타낸 바와 같이 염화나트륨의 이온화에 의해 나트륨 이온(Na+)과 염소 이온(Cl-)이 생성되는 한편, 물의 전해에 의해 수소(H2)와 수산 이온(OH-)이 생성되고, 알카리성의 전해수가 얻어진다.
NaCl → Na+ + Cl-
2H2O + 2e- → H2 + 2OH-
전해실(3a, 3b) 사이에는 음이온 교환막이 격막(2)으로서 배치되어 있으므로, 상기 나트륨 이온은 상기 음이온 교환막에 저지되어 양극측 전해실(3b)로 이동할 수 없고, 염소 이온만이 양극측 전해실(3b)로 이동한다. 이 결과, 양극측 전해실(3b)에서는, 다음 식으로 나타낸 바와 같이, 염소 이온으로부터 생성한 염소(Cl2)가 또한 물과 반응하여 차아염소산(HClO)을 생성하는 한편, 물의 전해에 의해 산소(O2)와 수소 이온(H+)이 생성하고, 산성의 전해수가 얻어진다.
2Cl- → Cl2 + 2e-
Cl2 + 2H2O → 2HClO + 2H+
H2O → 1/2O2 + 2H+ + 2e-
따라서, 전해수 취출 도관(9)에 의해, 양극측 전해실(3b)의 상부로부터, 차아염소산을 포함하는 산성의 전해수를 취출할 수 있다. 이때, 전술한 바와 같이 나트륨 이온은 양극측 전해실(3b)로 이동할 수 없으므로, 상기 산성의 전해수는 실질적으로 염화나트륨을 포함하고 있지 않아, 금속의 부식 촉진을 방지할 수 있다. 또한, 음극측 전해실(3a)에서는, 상기 염화나트륨 수용액이 전해질 수용액 순환계(5)에 의해 순환되어 있으므로, 생성한 알카리성의 전해수는 상기 염화나트륨 수용액에 유입하여 순환되게 되어, 폐수로 되는 일이 없다.
다음에, 도9a 및 도9b의 그래프를 참조하여, 상술한 경우에 있어서의 전해질의 공급 및 전해 전압ㆍ전해 전류의 제어에 대해 설명한다.
도9a, 도9b는 전해수 생성 처리에 있어서의 전해 전류의 시간 경과에 따른 변화를 나타내는 그래프이다. 도9a, 도9b에 있어서, 횡축은 경과 시간 [초]를 나타내고, 종축은 전해 전류 [A]를 나타낸다. 도9a는 전해실(3b)에 공급되는 원수(수돗물)가 저전기 전도도수인 경우(예를 들어, 전기 전도도 7 내지 15 [mS/m])이고, 도9b는 전해실(3b)에 공급되는 원수(수돗물)가 통상의 전기 전도도수인 경우(예를 들어, 전기 전도도 20 내지 30 [mS/m])를 나타낸다.
우선, 도9b의 통상의 전기 전도도수의 경우에 대해 설명한다. 이 경우, 시 각(t1)에 전해 개시 정지 스위치(45)가 눌러지면, 펌프ㆍ밸브 기동시 작동 처리가 행해지고, 계속해서 제1 소정 시간(T1)을 경과할 때까지 소프트 스타트 전원 처리가 행해진다. 제1 소정 시간(T1)이 경과한 시각(t2)에 있어서, 전해 전류가 소정 전류값(IA)에 도달하고 있으므로, 시각(t2) 이후에는 전해 전류 일정 제어 처리가 행해진다. 또한, 전해 전류 일정 제어 처리에서는, 실제로는 목표 전류까지 서서히 전류값을 증가시킨다.
이때, 시각(t1)의 전해 개시 후, 상기 염화나트륨 수용액을 전술한 바와 같이 순환시키고 있으면, 시간 경과에 따라 수산 이온 농도가 상승하고, 상기 염화나트륨 수용액이 강알카리성을 나타내도록 된다. 따라서, 본 실시 형태에서는, 전해질 탱크(16)에 염산을 저류해 두고, 상기 염화나트륨 수용액에 상기 염산을 첨가함으로써, 상기 염화나트륨 수용액의 농도가 소정의 범위로 유지되는 동시에, pH가 소정의 영역으로 유지되도록 한다. 이로 인해, 상기 염산의 농도는 2 몰/l 이하, 예를 들어 1 몰/l로 된다.
또한, 전해질 공급 펌프(18)는 간헐 구동으로 된다. 구체적으로는, 소정 시간(예를 들어 1분) 동안에 1회, 동작 시간(Ton)(예를 들어 10초)으로 동작한다. 간헐 구동에 있어서의 동작 시간(Ton)은, 소정 시간에 있어서의 알칼리의 생성량과 대략 동등해지는 산량을 첨가할 수 있는 시간으로서 정해진다.
이에 의해, 순환을 반복해도, 상기 염화나트륨 수용액이 강알카리성으로 되는 것을 방지할 수 있다.
다음에, 도9a의 저전기 전도도수의 경우에 대해 설명한다. 이 경우, 시 각(t1)에, 도9b의 경우와 마찬가지로, 전해 개시 정지 스위치(45)가 눌러지면, 펌프ㆍ밸브 기동시 작동 처리가 행해지고, 계속해서, 제1 소정 시간(T1)을 경과할 때까지 소프트 스타트 전원 처리가 행해진다. 제1 소정 시간(T1)을 경과할 때까지는, 도9b의 경우와 마찬가지로, 전해질 공급 펌프(18)는 간헐 구동으로 되고, 전해질 탱크(16)에 저류되어 있는 염산을, 상기 염화나트륨 수용액에 첨가함으로써, 상기 염화나트륨 수용액의 농도가 소정의 범위로 유지되는 동시에, pH가 소정의 영역으로 유지되도록 한다.
제1 소정 시간(T1)이 경과한 시각(t2)에 있어서, 도9a의 예에서는, 저전기 전도도수가 공급되기 때문에, 전해 전류가 발생하기 어렵고, 전해 전류가 소정 전류값(IA)에 도달하지 않는다. 따라서, 저전기 전도도수 대응 처리가 행해진다. 즉, 전해질 공급 펌프(18)가 연속 구동으로 절환되고, 전해 전류가 소정 전류값(IA) 이상으로 될 때까지, 전해 전압을 소정 전압값(VA)으로 유지하면서, 전해질의 공급량을 증가시킨다. 전해질의 공급을 증가시켜, 전해 전류가 발생하기 쉽도록 전해질 수용액의 농도를 조정함으로써, 전해 전압을 올리지 않고, 필요로 하는 성질의 전해수를 얻을 수 있는 전해 전류로 할 수 있다.
그리고, 시각(t3)에 있어서, 전해 전류가 소정 전류값(IA) 이상으로 되면, 전해 전류 일정 제어 처리가 행해진다. 이때, 전해 전류 일정 제어 처리에 있어서, 전해 전압이 목표 전압(V1)보다 작은 경우에는, 도9b의 경우와 마찬가지로, 전해질 공급 펌프(18)는 간헐 구동으로 되고, 전해질 탱크(16)에 저류되어 있는 염산을, 상기 염화나트륨 수용액에 첨가함으로써, 상기 염화나트륨 수용액의 농도가 소 정의 범위로 유지되는 동시에, pH가 소정의 영역으로 유지되도록 한다.
한편, 전해 전압이 목표 전압(V1) 이상인 경우에는, 전해질 공급 펌프(18)는 연속 구동으로 된다. 즉, 공급되는 원수의 전기 전도도가 낮으므로, 음극측(순환 탱크측)으로부터 양극측으로 이온을 투과시켜 전기 분해를 행할 필요가 발생하는 것이 상정된다. 이때, 전해질 공급 펌프(18)의 작동을 연속 구동으로 함으로써, 전해질 수용액 탱크(10) 내로의 전해질의 공급을 늘리고 있다.
또한, 또한 전해 전압이 V2를 초과한 경우에는, 안전을 고려하여 전해 정지 처리가 행해진다.
이상과 같이, 실시 형태의 전해수 생성 방법과, 그것을 실시하는 전해수 생성 장치에 따르면, 공급되는 원수가 저전기 전도도수에서 전해 전류가 발생하기 어려운 경우라도, 전해질의 공급을 증가시켜, 전해 전류가 발생하기 쉽도록 전해질 수용액의 농도를 조정함으로써, 전해 전압이 과대해지는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 공급되는 원수의 수질 등에 의존하지 않고, 전해용 전원의 용량을 억제하여 장치의 소형ㆍ경량화나 비용 저감을 가능하게 하면서, 필요로 하는 성질의 전해수를 생성할 수 있다.
도1은 본 실시 형태의 전해수 생성 방법에 사용하는 전해수 생성 장치를 도시하는 모식도.
도2는 도1의 전해수 생성 장치의 제어 시스템을 나타내는 블록도.
도3 내지 도8은 도1의 전해수 생성 장치의 전해수 생성 처리를 나타내는 흐름도.
도9a 및 도9b는 도3의 전해수 생성 처리에 있어서의 전해 전류의 시간 경과에 따른 변화를 나타내는 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 전해수 생성 장치
2 : 이온 투과성 격막
3a, 3b : 전해실
4 : 전해조
5 : 전해질 수용액 순환계
6 : 원수 공급계
7a, 7b : 전극
8a, 8b : 도선
32a, 32b : 전극 온도 센서
52 : 전해용 전원
54 : 전해 제어 유닛

Claims (8)

  1. 이온 투과성 격막을 개재시켜 대향 배치된 한 쌍의 전해실의 제1 전해실에 전해질을 함유하는 전해질 수용액을 순환시키는 동시에, 제2 전해실에 원수를 공급하고, 상기 격막을 사이에 두고 각 전해실에 설치된 한 쌍의 전극에 전압을 인가하여 상기 원수 및 전해질 수용액을 전기 분해함으로써, 상기 제2 전해실에서 전해수를 생성하는 방법에 있어서,
    상기 전기 분해의 개시 후, 상기 전해질 수용액에 전해질을 공급하는 동시에, 제1 소정 시간을 경과했을 때에, 상기 전기 분해에 의해 발생하는 전해 전류가 소정 전류값보다도 작은 경우에는, 상기 제1 소정 시간의 경과 후, 상기 전해 전류가 상기 소정 전류값 이상으로 될 때까지, 상기 한 쌍의 전극에 인가되는 전압을 소정 전압값으로 유지하면서, 상기 전해질의 공급량을 증가시키는 것을 특징으로 하는 전해수 생성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전기 분해의 개시 후, 상기 제1 소정 시간을 경과할 때까지는 상기 전해질을 간헐적으로 공급하고, 상기 제1 소정 시간의 경과 후에는 상기 전해질을 연속적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 전해수 생성 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 소정 시간의 경과 후, 상기 전해 전류가 상기 소정 전류값 이상이 되었을 때에는, 다시 상기 전해질을 간헐적으로 공급하는 것을 특징으로 하는 전해수 생성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 소정 시간의 경과 후, 제2 소정 시간을 경과해도, 상기 전해 전류가 상기 소정 전류값 미만인 경우, 상기 전기 분해를 정지하는 것을 특징으로 하는 전해수 생성 방법.
  5. 이온 투과성 격막을 개재시켜 대향 배치된 한 쌍의 전해실과, 제1 전해실에 전해질을 함유하는 전해질 수용액을 순환시키는 전해질 수용액 순환 수단과, 제2 전해실에 원수를 공급하는 원수 공급 수단과, 상기 격막을 사이에 두고 각 전해실에 설치된 한 쌍의 전극과, 양 전극에 전압을 인가하여 상기 원수 및 전해질 수용액을 전기 분해함으로써, 제2 전해실에서 전해수를 생성하는 전해수 생성 수단을 구비하는 전해수 생성 장치에 있어서,
    상기 전해질 수용액에 전해질을 공급하는 전해질 공급 수단과, 상기 전기 분해의 개시 후, 제1 소정 시간을 경과했을 때, 상기 전기 분해에 의해 발생하는 전해 전류가 소정 전류값보다도 작은 경우에는, 상기 제1 소정 시간의 경과 후, 상기 전해 전류가 상기 소정 전류값 이상으로 될 때까지, 상기 한 쌍의 전극에 인가되는 전압을 소정 전압값으로 유지하면서, 상기 전해질 공급 수단에 의한 전해질의 공급량을 증가시키는 전해 제어 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전해수 생성 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 전해질 공급 수단은, 간헐 구동과 연속 구동을 절환 가능하고,
    상기 전해 제어 수단은, 상기 전기 분해의 개시 후, 상기 제1 소정 시간을 경과할 때까지는 상기 전해질 공급 수단의 작동을 간헐 구동으로 하고, 상기 제1 소정 시간의 경과 후에는 상기 전해질 공급 수단의 작동을 연속 구동으로 하는 것을 특징으로 하는 전해수 생성 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 전해 제어 수단은, 상기 제1 소정 시간의 경과 후, 상기 전해 전류가 상기 소정 전류값 이상이 되었을 때에는, 다시 상기 전해질 공급 수단의 작동을 간헐 구동으로 절환하는 것을 특징으로 하는 전해수 생성 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 제1 소정 시간의 경과 후, 제2 소정 시간을 경과해도, 상기 전해 전류가 상기 소정 전류값 미만인 경우, 상기 전기 분해를 정지하는 전해 정지 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 전해수 생성 장치.
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