KR20100062983A - 정수용 산소발생기 및 이를 구비한 고농도 산소수 정수장치 - Google Patents

정수용 산소발생기 및 이를 구비한 고농도 산소수 정수장치 Download PDF

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Abstract

이 발명은 순수를 전기분해하여 산소가스를 생산하고, 이 산소가스를 미세입자화하여 물에 용존시켜, 음용수 속에 50ppm ~ 200ppm까지의 고농도 산소수를 생성하는 장치에 관한 것이다.

Description

정수용 산소발생기 및 이를 구비한 고농도 산소수 정수장치{Highly concentrated oxygen water purifier with electrolytic oxygen generator}
이 발명은 고농도 산소수를 생성하는 장치에 관한 것이며, 더욱 상세하게는 산소를 고효율로 제조하는 산소발생기와, 산소발생기에서 제조한 산소를 과포화 농도 상태로 만드는 산소용해기, 및 이들을 구비한 고농도 산소수 정수장치에 관한 것이다.
이 발명은 이 발명자들이 기 출원한 대한민국 특허출원 제2005-0016642호(다공성 전극 촉매층을 갖는 막전극접합체의 제조방법), 제2005-0016639호(막전극접합체의 제조방법) 및 2005-0016637호(막전극접합체의 제조방법) 등의 발명에 이은 연구결과이다.
산소를 발생시키는 방법 중의 하나인 압력변동흡착(PSA ; Pressure Swing Adsorption)방식은 공급되는 가스의 압력을 변화시켜 흡착과 탈착을 반복함으로써, 원하는 가스를 분리 정제하는 방법이다. 이 같은 PSA 방식과 관련된 기술로는 대한민국 특허출원 제2003-0048802호(발명의 명칭: 산소수 제조기, 출원인: 박문수)가 있다. 이 기술의 경우에는 공기 중의 산소를 분리할 수는 있지만 산소가 약 30% 순도의 저농도로 생산되기 때문에, 장치의 상대적 크기와 공기의 압력을 올릴 때 컴프레서의 소음으로 인해 실내에서 사용하는 정수기에 적용하는데 많은 문제점이 있다.
산소를 발생시킬 수 있는 다른 방법으로는 전기화학적 방법을 통해 물을 전기분해하여 산소를 발생시키는 방법이 있다. 전기화학적 산소발생 방법은 산소발생기를 가동할 때에 소음이 없는 장점이 있다. 이와 관련된 기술로는 대한민국 특허출원 제2004-0027381호(발명의 명칭: 산소수 제조기, 출원인: 배금주), 특허출원 제2004-0025213호(발명의 명칭: 산소수 정수기, 출원인: 배금주), 특허출원 제2005-0031092호(발명의 명칭: 산소의 급속 용해가 가능한 산소수 제조기, 출원인: 배금주) 등이 있다. 그런데, 이 기술들은 전해질로 KOH를 사용하기 때문에, 음용수로 사용되는 정수기에 적용하는데 현실적인 어려움이 있다.
그리고, 발생된 산소를 용해하는 구조와 관련된 선행기술들도 여러 건이 있다. 예를 들면, 대한민국 특허출원 제2003-0001950호(발명의 명칭: 산소수 제조기, 출원인: 주식회사 오투플러스), 특허출원 제2005-0063057호(발명의 명칭: 산소수 제조장치 및 그 방법, 출원인: 바이오텔), 특허출원 제2005-0038073호(발명의 명칭: 산소용해장치 및 이를 이용한 과포화 산소수 제조장치, 출원인: (주)옥시라이프), 특허출원 제2005-0038071호(발명의 명칭: 과포화 산소수 제조장치, 출원인: (주)옥시라이프), 특허출원 제2005-0038072호(발명의 명칭: 과포화 산소수 제조장치, 출원인: (주)옥시라이프), 특허출원 제2005-0031092호(발명의 명칭: 산소의 급속 용해가 가능한 산소수 제조기, 출원인: 배금주) 등이 있다. 그런데, 상기 기술들은 산소를 용해하기 위한 많은 구성요소를 갖고 있으며, 또한 부직포와 같은 인체에 유해한 소재를 사용하고 있어 실제 정수기에는 적용이 불가능하다.
따라서, 이 발명은 앞서 설명한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 산소를 생산하기 위하여 순수만을 전기분해하고, 전기분해시에는 고전류 밀도 운전(소형화, 경량화)이 가능하며, 낮은 에너지 사용량을 가지는 산소발생기를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 이 발명은 산소발생기에서 제조한 산소를 과포화 농도 상태로 손쉽게 포화시키는 산소용해기를 제공하는 데 다른 목적이 있다.
또한, 이 발명은 상기의 산소발생기 및 산소용해기를 구비함으로써 고농도 산소수를 효율적으로 생산하는 고농도 산소수 정수장치를 제공하는데 또다른 목적이 있다.
이 발명의 정수용 산소발생기는, 전기분해를 위한 물을 공급받아 저장 가능하며 상부에 전기분해시에 생성된 가스를 배출하는 배출라인이 형성된 물 저장수단과, 물 저장수단에 결합되어 공급되는 물을 전기분해하여 산소가스 및 수소가스를 생성하며 생성된 가스를 배출하는 배출라인이 형성된 전기분해수단을 포함하며, 전기분해수단은 물을 전기분해하여 산소가스 및 수소가스를 생성하는 전기분해셀을 구비하며, 전기분해셀은 수소이온 교환막과, 수소이온 교환막의 양측에 각각 형성되어 어느 한쪽의 극성을 각각 가지는 전극기능과 전류공급 기능을 갖는 전극 촉매층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명의 정수용 산소발생기는, 전기분해를 위한 물을 공급받아 저장 가능하며 상부에 전기분해시에 생성된 가스를 배출하는 배출라인이 형성된 물 저장수단과, 물 저장수단에 결합되어 공급되는 물을 전기분해하여 산소가스 및 수소가스를 생성하며 생성된 가스를 배출하는 배출라인이 형성된 전기분해수단을 포함하며, 전기분해수단은 물을 전기분해하여 산소가스 및 수소가스를 생성하도록 수소이온 교환막과 수소이온 교환막의 양측에 전극 촉매층을 각각 갖는 전기분해셀과, 전극분해셀의 일측면에 결합되어 어느 한쪽의 극성을 갖는 전류공급 기능을 하는 제1 전류 공급판, 및 전극분해셀의 타측면에 결합되어 다른 한쪽의 극성을 갖는 전류공급 기능을 하는 제2 전류 공급판을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따른 정수용 산소용해기는, 물에 산소가스가 혼합된 산소혼합수를 유입시키는 유입부와, 유입부를 통과한 산소혼합수를 감압시키고 유속을 증가시켜 유동시키는 감압부, 및 감압부를 통과한 산소혼합수를 원래의 압력 및 유속으로 복귀시켜 배출하는 배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 이 발명에 따른 고농도 산소수 정수장치는, 유입되는 원수를 침전필터, 카본 필터, 멤브레인 필터를 거쳐 정수된 물을 정수 저장 수조에 저장하였다가 음용수로 이용하는 것으로서, 정수 저장 수조에서 유동하여 냉수탱크에 저장된 물을 공급받아 전기분해하여 산소를 생성하는 산소발생기와, 냉수탱크에서 분기된 다른 물에 산소를 혼합하여 산소혼합수를 만드는 혼합기와, 산소혼합수를 유동시키는 순환펌프와, 순환펌프를 거쳐 공급되는 산소혼합수에 포함된 오존을 제거하는 카본필터, 및 산소혼합수를 감압시키고 유속을 증가시켜 유동시킨 후 다시 원래의 압력 및 유속으로 복귀시킴으로써 물에 산소가 과포화된 과포화 산소수를 만들어 냉수탱크로 배출하는 산소용해기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 발명의 산소발생기는 금속-막으로 구성한 전기분해셀을 통해 산소를 생산하기 위한 순수만을 전기분해 하되 그 성능 및 내구성이 우수하다.
이 발명의 산소용해기는 유입부에서 배출부로 이동하는 산소혼합수(물+산소가스)의 경로 압력을 급격히 감압시킨 후 다시 회복시키는 구조를 통해 별도의 동력 없이 산소를 과포화 농도 상태로 손쉽게 포화시킬 수 있다.
이 발명의 고농도 산소수 정수장치는 상기의 산소발생기 및 산소용해기를 구비함으로써, 지금까지 산소발생 기술과 용해기술의 한계로 산소가 풍부한 정수기의 사용이 어려웠던 문제점을 극복하고, 소형화가 가능할 뿐만 아니라 저비용으로 고농도 산소수의 효율적인 생산이 가능하다.
도 1a는 이 발명의 한 실시예에 따른 고농도 산소수 정수장치의 구성관계를 도시한 블록도이고,
도 1b는 이 발명의 다른 실시예에 따른 고농도 산소수 정수장치의 구성관계를 도시한 블록도이고,
도 2a는 도 1a에 도시된 산소발생기를 구성하는 전기분해셀의 원리도이고,
도 2b는 도 2a에 도시된 전기분해셀의 다른 원리도이고,
도 3은 도 1a에 도시된 산소발생기의 구성관계를 도시한 분해도이고,
도 4는 도 3에 도시된 산소발생기의 결합도이고,
도 5는 도 1a에 도시된 산소용해기의 구성관계를 도시한 개략도이고,
도 6은 도 1a에 도시된 산소용해기의 다른 구성관계를 도시한 개략도이며,
도 7은 이 발명에 따른 발명예 및 비교예를 통해 실험한 실험결과인 미세기포의 크기를 도식화한 도면이다.
아래에서, 이 발명에 따른 정수용 산소발생기 및 산소용해기와 이들을 구비한 고농도 산소수 정수장치의 양호한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
참고로, 도면에서 사용하는 구조도는 이해를 쉽게 하기 위한 것으로, 각 요소의 상대적인 크기나 위치관계가 반드시 정확하지는 않다.
도 1a는 이 발명의 한 실시예에 따른 고농도 산소수 정수장치의 구성관계를 도시한 블록도이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 고농도 산소수 정수장치(10)는 원수가 원수유입라인(S1)을 통해 유입되어 침전필터(100), 제1 카본 필터(200), 멤브레인 필터(300) 및 제2 카본 필터(400) 등을 거쳐 정수된 후, 정수투입라인(S2)에 의해 정수 저장수조(500)에 저장된다. 정수 저장수조(500)의 물은 자연적인 흐름(중력)에 따라 냉수유입라인(S3)을 경유하여 냉수탱크(600)로 유입된다. 즉, 이 실시예의 정수장치(10)는 상기와 같은 일반적인 정수기의 구성관계를 포함한다.
이 실시예의 정수장치(10)는 냉수탱크(600)에서 분기된 냉수라인(S4)을 통해 냉수가 혼합기(M)로 공급되고, 동시에 전기화학적 산소발생기(700)에서 발생한 산소가 배출라인(S5)을 따라 혼합기(M)로 공급되어, 산소와 냉수가 혼합된 산소 혼합수가 되어 산소 혼합수라인(S6)을 따라 순환펌프(P)에 흡입된다. 순환펌프(P)를 거친 물은 물 전기분해시 발생할 수 있는 오존을 제거하는 제3 카본필터(800)를 거친 후 산소용해기(900)에서 물에 산소가 과포화된 과포화 산소수가 되어 과포화 산소수라인(S7)을 따라 냉수탱크(600)로 공급되며 반복 순환된다. 이때, 산소발생을 위해 전기분해에 필요한 물은 냉수탱크(600)에서 분기된 다른 냉수라인(S8)을 통해 산소발생기(700)에 공급된다.
도 1b는 이 발명의 다른 실시예에 따른 고농도 산소수 정수장치의 구성관계를 도시한 블록도이다. 도 1b에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 정수장치(10A)는 도 1a에서 오존을 제거할 목적으로 설치되는 제3 카본 필터(800)를 생략하고, 그 대신에 일반적인 정수라인에 설치되어 있는 제2 카본 필터(400)를 이용하고, 또한 산소용해기(900)를 냉수탱크(600) 내에 삽입하여 구성한 것을 제외하고는 제1 실시예의 정수장치(10)와 동일하게 구성된다. 따라서, 동일 구성요소들에 대해서는 동일 도면부호를 부여하고 그에 대한 설명은 생략한다.
도 2a는 도 1a에 도시된 산소발생기를 구성하는 전기분해셀의 원리도이다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 전기분해셀(721)은 물을 전기화학적으로 분해하여 산소 가스를 생산하는 것으로서, 전해액으로 가성카리(KOH)와 같은 독극물을 사용하지 않으며, 양극 촉매층(721a), 수소이온 교환막(721b) 및 음극 촉매층(721c)을 갖는다.
도 2a에서와 같이, 물은 양극 촉매층(721a)에서 산소, 전자, 수소이온(H+)(프로톤)으로 분해되고, 수소이온은 수화되어 수소이온 교환막(721b)을 통해 음극 전극층(721c)으로 이동하며, 전자는 외부회로(721d)를 따라 양극 촉매층(721a)에서 음극 촉매층(721c)으로 이동한다. 수소이온 교환막(721b)을 통해 음극 촉매층(721c)으로 이동한 수소이온(H+)은 외부회로(721d)를 따라 이동한 전자(e-)와 반응하여 수소가스(H2)가 된다. 이때, 전극(양극, 음극) 촉매층(721a, 721c)에서 각각 일어나는 전기화학적 반응을 표현하면 반응식 1, 2와 같다.
[반응식 1]
Figure pat00001
[반응식 2]
Figure pat00002
수소이온 교환막(721b)은 고체 고분자 전해질로서 그 두께가 50 ~ 200㎛이다. 그리고 수소이온 교환막(721b)은 음이온(anions)은 그 내부를 따라 이동이 불가능한 반면에, 양이온(cation), 즉 수소이온은 이동 가능해야 하며, 온도에 대한 내열성과 전기화학적 산화환원 분위기에서 내구성을 가져야 한다.
따라서, 수소이온 교환막(721b)은 이와 같은 기능 및 요구사항을 만족시킬 수 있도록, 탄화수소(hydrocarbon)계 재질 또는 탄화불소(fluorocarbon)계 재질의 고분자에 양이온(cation)이 선택적으로 이동가능 하도록 이온 전달그룹인 설폰닉(sulfonic), 카복실릭(carboxylic) 및 포스포릭(phosphoric)계 산성그룹(acidic groups)을 가지는 고분자 구조체로 구성하는 것이 바람직하다. 더 바람직하게는 내열성과 내산화성이 우수한 탄화수소(hydrocarbon)계 재질 또는 탄화불소(fluorocarbon)계 재질의 고분자에에 ~SO3 형태의 강산성을 그룹을 가지는 막 구조를 갖는 것이다. 이와 같은 계열의 대표적인 수소이온 교환막(721b)은 듀폰사(E. I. du Pont de Nemours and Company, Wilmington, Del.)의 "상품명 NAFION"이다.
이 실시예에 따른 전기분해셀(721)의 전극 촉매층(721a, 721c)은 촉매를 각각 가지거나, 촉매 이외에 고분자를 포함하는 것이 바람직하다. 여기서, 이온교환 수지는 촉매층의 바인더 기능을 가질 수 있다. 이때, 촉매층에 포함되는 이온교환 수지는 수소이온 교환막(721b)을 구성하는 이온교환 수지와 같아도 좋고 달라도 좋다. 또한, 촉매층의 두께를 두껍게 할 경우에는 소정의 막 두께가 될 때까지 코팅을 반복해도 좋다.
이 실시예의 전극 촉매층(721a, 721c)에 각각 포함되는 촉매는 동일하거나 달라도 좋지만, 백금족 또는 백금족 합금으로 이루어지는 금속촉매가 바람직하다. 여기서, 금속촉매로는 백금족의 금속(백금, 루테늄, 로듐, 파라듐, 오스뮴, 이리듐), 금, 은, 크롬, 철, 티타늄, 망간, 코발트, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄, 규소, 아연 및 주석으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 1종 이상의 금속과의 합금이 바람직하다.
그리고, 이 실시예의 전극 촉매층(721a, 721c)과 수소이온 교환막(721b)은 그 두께가 각각 한정되는 것은 아니지만, 수소이온 교환막(721b)은 그 두께가 50㎛ 이하로 지나치게 얇으면 단락(short)을 일으킬 우려가 있고, 그 두께가 200㎛ 이상이면 저항이 커져 전압이 급상승하게 되므로, 50㎛ ~ 200㎛인 것이 바람직하다. 전극 촉매층(721a, 721c)은 그 두께가 두꺼워짐에 따라 물과 수소 또는 산소의 확산을 쉽게 하여 전기분해셀(721)의 특성을 향상시킨다. 그런데, 전극 촉매층(721a, 721c)의 두께가 20㎛이상일 경우에는 과다한 촉매사용으로 촉매 손실의 문제점이 있고, 그 두께가 1㎛이하로 얇을 경우에는 단위면적당 존재하는 촉매량이 적어져 반응활성이 낮아질 수 있기 때문에, 촉매층의 두께는 1 ∼ 15㎛인 것이 바람직하다.
이 실시예의 전기분해셀(721)은 산소가스 발생에 적합하도록 구성해야 하는 바, 양극 촉매층(721a), 수소이온 교환막(721b) 및 음극 촉매층(721c) 간의 간격을 유지하는 방법에 따라 제로갭형(Zero-gap), 유한거리형(Finite Gap), 또는 전극과 고분자 일체형(Electrode Membrane Composite, 이하 "EMC"로 기술함)으로 제작할 수 있다.
제로갭형은 수소이온 교환막(721b)과 전극 촉매층(721a, 721c) 사이의 간격이 제로(0mm)로 밀착된 구조이고, 유한거리형은 수소이온 교환막(721b)과 전극 촉매층(721a, 721c) 사이의 간격이 일정한 거리를 갖는 구조이며, EMC형은 수소이온 교환막(721b)과 전극 촉매층(721a, 721c)이 일체화된 구조이다.
그런데, 순수한 물은 전도도가 낮기 때문에(저항이 매우 크기 때문에) 많은 에너지를 공급해야만 일정량의 산소를 얻을 수 있다. 이러한 관점에서 에너지 소비량을 줄일 수 있는 제로갭형 또는 EMC형이 바람직하다.
EMC형 전기분해셀을 제작하기 위해, 수소이온 교환막에 촉매층을 형성시키는 방법이 특정방법으로 국한되는 것은 아니지만, 구체적으로 예를 들면, 수소이온 교환막 위에 촉매를 직접 석출시키는 방법과, 촉매층을 수소이온 교환막 위에 형성한 2조의 하프셀을 각각 제작한 후 각각의 수소이온 교환막의 면을 대향시켜 압착하는 방법 등이 있다.
도 2b는 도 2a에 도시된 전기분해셀의 다른 원리도로서, 전기분해셀(721)의 음극 촉매층(721c)으로 물이 공급되는 것을 나타낸 것이다. 도 2b에 나타낸 바와 같이, 음극 촉매층(721c)으로 공급된 물은 확산에 의해 양극 촉매층(721a)으로 이동한다(도 2b에서 H2Oa로 표시). 양극 촉매층(721a)으로 이동한 물은 반응식 1에 의해 산소, 전자, 수소이온으로 분해되고, 수소이온은 수화되어 수소이온 교환막(721b)을 통해 음극 촉매층(721c)으로 이동한다(도 2c에서 H2Oc로 도시). 즉, 양극 촉매층(721a)으로 이동한 물의 일부가 음극 촉매층(721c)으로 다시 이동한다. 이때, 음극 촉매층(721c)에서 양극 촉매층(721a)으로 이동하는 물(H2Oa)의 양은 수소이온 교환막(721b)내에서 물과 관련한 농도구배(Concentration Gradient)에 의해 결정되며, 양극 촉매층(721a)에서 음극 촉매층(721c)으로 이동하는 물(H2Oc) 및 수소이온의 양은 전기분해셀(721)에 공급되는 전류에 의해 결정된다. 이러한 전기분해셀(721)을 이용할 경우에는 배출되는 산소에 수분이 없는 것이 장점이다.
도 3은 도 1a에 도시된 산소발생기의 구성관계를 도시한 분해도이고, 도 4는 도 3에 도시된 산소발생기의 결합도이다. 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 산소발생기(700)는 물을 저장하는 물 저장수단(710)과, 물을 전기분해하는 전기분해수단(720)으로 구성된다.
물 저장수단(710)은 물을 저장하는 물 저장부(711)와, 물 저장부(711)의 상부를 덮는 커버(712), 및 물 저장부(711)의 하부를 전기분해수단(720)의 상부와 연결하여 일체화하기 위한 연결부(713)로 구성된다. 여기서, 커버(712)에는 도 1a에 도시된 냉수탱크(600)로부터 냉수가 공급되는 냉수라인(S8)과, 산소발생기(700)에서 발생한 산소가스가 이동하는 배출라인(S5)이 각각 형성된다. 이때, 냉수라인(S8)의 끝단에는 물 저장수단(710)의 수위를 조절하기 위한 레벨센서 또는 플로터 등의 수위조절부(714)를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 물 저장수단(710)은 물 저장부(711) 내에 양이온 교환수지가 충진된 양이온교환 수지층(715)을 갖는다. 여기서, 양이온교환 수지층(715)은 냉수라인(S8)을 통해 공급되는 물에 존재하는 하드니스 성분(양이온으로 특히 칼슘과 마그네슘 성분)을 제거하는 역할을 한다. 만약, 하드니스 성분들이 제거되지 않으면, 이 성분들이 전기분해수단(720)내 전기분해셀(721)의 수소이온 교환막(721b)에 축적되어 수명을 단축시킬 수 있다. 그리고, 양이온교환 수지층(715)의 하단에는 양이온교환 수지를 지지해주는 지지층(716)이 형성된다.
전기분해수단(720)은 전기분해셀(721) 및 그 관련 구성요소들과, 상부 모듈(722), 및 하부 모듈(723) 등으로 구성된다.
상부 모듈(722)은 물 저장수단(710)의 연결부(713)와 연결을 위한 연결부(724)와, 하부 모듈(723)과 연결 고정하기 위한 고정 핀(725) 등을 갖는다. 따라서, 상하부 모듈(722, 723)과 전기분해셀(721) 및 그 관련 구성요소들에는 고정 핀(725)이 삽입될 수 있는 홀이 각각 형성된다. 그리고, 하부 모듈(723)에는 전기분해시에 발생하는 가스를 배출하는 배출라인(S9)이 형성된다.
그리고, 전기분해수단(720)은 전기분해셀(721) 및 그 관련 구성요소들을 구비하는 데, 전기분해셀(721)의 상하부에 각각 배치되는 제1, 제2 전류 공급판(726, 727)과 한 쌍의 가스켓(728)을 갖는다. 이때, 제1, 제2 전류 공급판(726, 727)에는 연결 단자(729)가 각각 형성되어 있어, 연결 단자(729)를 통해 외부전원(도시안됨)으로부터 전류를 공급 받는다.
이 실시예에 따른 전기분해셀(721)은 도 2a를 통해 상술한 바와 같이 EMC형으로 제작하였으나, 제로갭형(Zero-gap)으로 구성할 수도 있다.
즉, 도 3과 같이 EMC형으로 전기분해셀을 구성할 경우에는, EMC형 전기분해셀(721)과, 일측의 극성을 가지는 제1 전류 공급판(726), 및 다른 반대측의 극성을 가지는 제2 전류 공급판(727)을 갖는다. 여기서, 제1, 제2 전류 공급판(726, 727)은 각각의 연결 단자(729)로부터 외부전원의 전류를 공급 받는다.
이때, 전류(전자 흐름)의 이동경로는 다음과 같다. 외부전원으로부터 일측의 극성을 가지는 제1 전류 공급판(726)의 연결단자(729)로 전류가 인가되면, 제1 전류 공급판(726), EMC형 전기분해셀(721), 반대 극성의 제2 전류 공급판(727), 및 제2 전류 공급판(727)의 연결단자(729)를 거쳐 외부전원으로 이동한다. 여기서, 제1, 제2 전류 공급판(726, 727)의 외측에는 가스켓(728)이 각각 설치되어 물과 생성된 가스의 누설(leak)을 방지한다. 또한, 제1, 제2 전류 공급판(726, 727)은 물과 발생되는 가스의 유입과 유출이 쉽도록 다공성 구조를 갖는 것이 바람직하다.
그런데, 제로갭(Zero-gap)형으로 전기분해셀을 구성할 경우에는, 도 2a와 같이 수소이온 교환막(721b)과, 양극의 극성을 가지는 전극과 전류공급 기능을 가지는 양극 촉매층(721a)(제1 전류 공급판), 및 음극의 극성을 가지는 전극과 전류공급 기능을 가지는 음극 촉매층(721c)(제2 전류 공급판)을 갖는다. 이때, 전류(전자 흐름)의 이동경로 및 제1, 제2 전류 공급판의 구조, 재질 및 조립 방법은 앞서 기술한 EMC형 전기분해셀과 동일하다.
산소발생기(700)를 구성하는 재질은 아크릴수지, 아세탈수지, PVC(polyvinylchloride)수지, CPVC(chlorinated PVC)수지, PVDF(polyvinylidene difluoride)수지, Teflon(또는 PTFE, polytetrafluoroethylene)수지, 불소계(fluoropolymer)수지, 또는 ABS(acrylonitrile-butadiene-styrene)수지 등의 고분자재질의 성형품이 가능하며, 인체 무독성 및 가격 등을 고려할 때 ABS가 적합하다.
양이온교환 수지층(715)에 충진되는 양이온 교환수지로는 산성형(strong acid types), 약산성형(weak acid types), 킬레이트형(chelating type)의 폴리스타일렌 디비닐벤젠 가교형 수지가 있다. 바람직한 양이온 교환수지는 산성형(strong acid types) 폴리스타일렌 디비닐벤젠 가교형 교환수지이다.
전류 공급판(726)에 적합한 재질로는 티타늄(titanium), 탄탈륨(tantalum) 등이며, 전도성을 부여하기 위해 백금(platinum)을 열분해 방법이나 전기도금 등의 방법으로 코팅하는 것이 바람직하다.
아래에서는 상기와 같이 구성된 산소발생기(700)의 운전과정을 설명하면 다음과 같다.
도 1a 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 이 실시예의 산소발생기(700)의 내부에 냉수탱크(600)의 냉수라인(S8)을 따라 냉수가 공급되면, 산소발생기(700)에 설치된 양이온교환 수지층(715)에서 냉수 중에 존재하는 하드니스를 제거한다. 하드니스가 제거된 탈이온수는 전기분해수단(720)내의 전기분해셀(721)에서 전기화학 반응이 일어난다.
산소발생기(700)를 운영하는 방법으로는, 첫째, 제1 전류 공급판(726)에 전류공급원의 (+)극을 연결하고 다른 일측의 제2 전류 공급판(727)에 전류공급원의 (-)극을 연결하는 방법과, 둘째, 제1 전류 공급판(726)에 전류공급원의 (-)극을 연결하고 다른 일측의 제2 전류 공급판(727)에 전류공급원의 (+)극을 연결하는 방법, 2가지가 있다.
첫째 방법과 같이, 제1 전류 공급판(726)에 전류공급원의 (+)극을 연결하고 다른 일측의 제2 전류 공급판(727)에 전류공급원의 (-)극을 연결할 경우에는, 물 저장수단(710)의 커버(712)에 형성된 배출라인(S5)을 따라 산소가 배출되고, 전기분해수단(720)의 하부 모듈(723)에 형성된 배출라인(S9)을 따라 수소와 물이 배출된다.
그런데, 둘째 방법과 같이, 제1 전류 공급판(726)에 전류공급원의 (-)극을 연결하고 다른 일측의 제2 전류 공급판(727)에 전류공급원의 (+)극을 연결할 경우에는, 물 저장수단(710)의 커버(712)에 형성된 배출라인(S5)을 따라 수소가 배출되고, 전기분해수단(720)의 하부 모듈(723)에 형성된 배출라인(S9)을 따라 산소가 배출된다.
전기분해셀의 운전 전류밀도는 0.01 ~ 2.0 A/cm2에서 직류전압 2 ~ 5Volt의 운전이 바람직하다. 전류밀도가 0.01A/cm2 이하에서는 단위면적당 공급되는 전류량이 작아서 장치가 커지게 되며, 전류밀도가 2.0A/cm2 이상에서는 5V 이상으로 전압이 상승하게 되어 산소 외에 오존 발생량이 커지게 되어 음용수로의 적합성이 떨어진다. 더 바람직하기로는 전류밀도가 0.1 ~ 1.0 A/cm2이고, 직류전압이 2 ~ 4Volt이다.
도 5는 도 1a에 도시된 산소용해기의 구성관계를 도시한 개략도이다. 도 5에 도시된 산소용해기(900)는 100ppm까지의 산소수 농도 발생이 가능한 구조로서, 유입부(910)와 테이퍼부(920) 및 배출부(930)로 구성된다. 여기서, 테이퍼부(920)는 배출부(930) 쪽을 향해 그 직경이 점점 작아지게 테이퍼진 형태를 갖는다. 따라서, 혼합 산소와 물은 유입부(910)로 유입되어, 테이퍼부(920)를 지나면서 압력이 감소됨과 더불어 산소의 기포가 커지면서 속도가 빨라진 후, 배출부(930)를 지나면서 압력이 원래상태로 커진다. 기포가 포함된 상태의 흐름에서는 음속이 감소하기 때문에, 버블이 혼합된 흐름 유속은 음속보다 빠르게 되어 배출부(930)에서는 충격파가 발생하고 기포는 미세화 된다.
유입부(910)와 배출부(930)는 그 직경(D)이 0.5mm ~ 16mm인 관이 적합하며, 정수기 등에서 설치공간을 고려할 때 1mm ~ 10mm관이 가장 바람직하다.
미세 기포(Micro bubble)에 가장 영향을 주는 요소는 유입부(910)와 배출부(930)의 직경(D)과 테이퍼부(920)의 직경(Dt)의 비율(Dt/D)로서, 그 비율이 0.01 ~ 0.8인 것이 바람직하다. 유입부(910)와 배출부(930)의 직경(D)과 테이퍼부(920) 직경(Dt)의 비율(Dt/D)이 0.01이하에서는 펌프의 운전 동력이 급격히 증가되며, 0.8이상에서는 생성된 기포의 크기가 1mm까지 커지게 되어 용해능력이 급격히 감소한다.
또한, 기포 미세화는 테이퍼부(920)와 배출부(930) 사이의 거리(L)에 영향을 받는다. 바람직한 거리(L)는 100mm내로, 100mm이상에서는 다시 기포가 합체되는 현상이 발생한다.
또한, 산소 용해와 관련이 있는 기포의 크기와 개수는 크게 물의 공급수량과 산소의 유량에 의해 결정된다. 물의 공급수량 단위(ml/min)와 산소의 공급량 단위 ml/min)의 비를 보이드율(void fraction = 산소 공급량(ml/min) / 물 공급량(ml/min) * 100)이라고 하면, 보이드율은 0.01 ~ 10인 것이 바람직하다. 여기서, 보이드율이 0.01이하에서는 기포의 크기가 0.35mm로 큰 기포가 생성되어 용해능력이 급격히 감소하게 되며, 10이상에서는 펌프 용량 증가에 따른 비용 및 동력비가 증가되는 단점이 있다.
그리고, 산소용해기는 유입부, 밸브부 및 배출부로 구성할 수도 있다. 즉, 테이퍼부 대신에 밸브(vlave)를 이용하여 미세 기포화가 가능하다. 밸브(vlave)를 이용하는 경우, 유입부와 배출부는 그 직경이 0.5mm ~ 16mm인 관이 적합하며, 보이드율은 0.01 ~ 30인 것이 바람직하다. 여기서, 보이드율이 0.01이하에서는 기포의 크기가 0.4mm로 큰 기포가 생성되어 용해능력이 급격히 감소하게 되며, 30이상에서는 펌프 용량 증가에 따른 비용 및 동력비가 증가되는 단점이 있다. 미세 기포의 크기는 밸브의 개폐율을 조절하여 쉽게 조절 가능하다.
도 6은 도 1a에 도시된 산소용해기의 다른 구성관계를 도시한 개략도이다. 도 6에 도시된 산소용해기(900a)는 유입부(910a)와 오리피스부(920a) 및 배출부(930a)로 구성된 것으로서, 산소를 미세 기포(Micro bubble)로 만드는 원리는 도 5와 같이 압력의 감압 및 가압의 과정을 통해 기포를 미세화 한다. 유입부(910a)와 배출부(930a)는 그 직경(D)이 0.5mm ~ 16mm인 관이 적합하며, 정수기 등에서 설치공간을 고려할 때 1mm ~ 10mm관이 가장 바람직하다.
유입부(910a)와 배출부(930a)의 직경(D)과 오리피스부(920a)의 직경(Do)의 비율(Do/D)은 0.01 ~ 0.8이 바람직하다. 비율(Do/D)이 0.01이하에서는 펌프의 운전 동력이 급격히 증가하며, 0.8이상에서는 생성된 기포의 크기가 1mm까지 커져 용해능력이 급격히 감소한다. 산소 용해와 관련이 있는 버블의 크기와 개수는 크게 물의 공급수량과 산소의 유량에 의해 결정되며, 보이드율이 0.01 ~ 20인 것이 바람직하다. 여기서, 보이드율이 20이상에서는 펌프 용량 증가에 따른 비용 및 동력비가 증가 되며, 0.01이하에서는 기포의 크기가 1mm로 큰 기포가 생성되어 용해능력이 급격히 감소하게 된다.
[ 발명예 1]
발명예 1은 촉매층을 수소이온 교환막 위에 형성한 하프셀 2조를 제작하고, 각각의 수소이온 교환막 측의 면을 대향시켜 압착하는 방법을 통해 EMC형 전기분해셀을 제작하여 평가한 것이다.
가. 실험 장치의 구성 및 운전
(1) 전기분해셀
(가) EMC 제작
음극촉매로 Pt black, 양극촉매로 Pt black, IrO2를 사용하였다. 전극층은 전극촉매, Nafion ionomer(Aldrich, USA), 그리고 PTFE binder(Aldrich, USA)를 iso-propyl-alcohol 용액 속에서 혼합하여 만들었다. 혼합된 슬러리는 ultrasonic 조건에서 30분간 균일하게 혼합시켰고, 그 다음 5 X 5cm의 몰드에 부은 후 forced convective 오븐에서 30℃에서 4시간 동안 건조시켜 양극과 음극의 전극 촉매층을 형성하였다.
수소이온 교환막으로 Nafion 117(Dupont, USA)을 사용하였다. 수소이온 교환막을 3wt.% H2O2 용액에서 1시간 끓였고, 바로 0.5M H2SO4용액에서 1시간 끓였다. 그런 다음 끓는 순수에 1시간 보관하였으며, 이것을 2번 정도 반복하여 H2SO4을 완전히 제거하였다.
EMC를 제조하기 위하여 양극전극 촉매층, 고체고분자 전해질, 그리고 음극전극 촉매층을 함께 7분간 100kgfcm-2의 압력 하에서 120℃로 핫프레스(hot-press) 하였다. 전기화학 측정 전에 MEA는 24시간 D.I. 물에 팽윤시켜 측정하였다.
(나) 제1, 제2 전류 공급판
다공성 티타늄에 백금도금을 한 후, 제1 전류 공급판에는 전류공급원의 (+)극을 연결하고, 다른 제2 전류 공급판에는 전류공급원의 (-)극을 연결한다.
(2) 전극활성면적: 7cm2
(3) 인가전류: 3A(전류밀도 0.45A/cm2)
나. 성능측정
전류량에 따른 조전압(CV, Cell Voltage, 단위는 Voltage)과 산소의 발생 유량을 유량계로 측정한다.
다. 실험결과
표 1은 실험시스템을 통해 얻은 실험 결과로서, 전류에 따른 전압과 산소 발생량을 측정한 결과이다. 실험 결과를 발명예 1의 데이터로 표시하였다.
[ 발명예 2]
발명예 2는 수소이온 교환막 위에 직접 촉매를 석출시키는 방법을 통해 EMC형 전기분해셀을 제작하여 평가한 것이다.
가. 실험 장치의 구성 및 운전
(1) 전기분해셀
(가) EMC 제작
음극촉매로 Pt, 양극촉매로 Pt-Ir을 사용되었다. 먼저 발명예 1에서와 같이 수소이온 교환막을 전처리 하였다.
전처리한 수소이온 교환막을 5mM의 pt(NH3)4Cl2(tetra-amineplatinum chloride hydrate, 98%)를 함유한 메탄올(Methanol)과 물이 1:3의 부피비로 혼합된 혼합용액 내에 40분간 넣어 백금이온이 막의 내부로 확산 흡착되도록 한다. 그런 다음, 50℃로 예열된 PH13의 용액에 NaBH4를 넣어 1mM 환원 용액을 만든 후, 흡착과정의 백금용액을 제거한 후 60ml의 환원용액을 대신 채운다. 이런 과정을 통해 2시간의 환원과정이 끝나면 수소이온 교환막을 0.5M의 H2SO4에 2시간, 초순수에 1시간 정도 함침한 후 보관한다. 환원과정이 끝나면 Pt 전극촉매층을 가지는 EMC형 전기분해셀(이하, Pt-M-Pt로 서술함)이 제조된다.
다시 Pt-M-Pt는 일측을 Masking한 후 다시 다른 반대측에 Ir 또는 Ru을 코팅한다. 5mM IrCl4(Iridium chloride) 또는 5mM RuCl4(Ruthenium chloride)을 함유한 메탄올(Methanol)과 물이 1:3의 부피비로 혼합된 혼합용액을 만든 후, 이 혼합용액 내에 세정한 막을 40분간 넣어 이리듐이 막의 내부로 확산 흡착되도록 한다. 그런 다음, 50℃로 예열된 PH13의 용액에 NaBH4를 넣어 1mM 환원 용액을 만든 후 흡착과정의 백금용액을 제거한 후 60ml의 환원용액을 대신 채운다. 이런 과정을 통해 2시간의 환원과정이 끝나면 막을 0.5M의 H2SO4에 2시간, 초순수에 1시간 정도 함침한 후 보관한다.
(나) 제1, 제2 전류 공급판
다공성 티타늄에 백금도금을 한 후, 제1 전류 공급판에는 전류공급원의 (+)극을 연결하고, 다른측 제2 전류 공급판에는 전류공급원의 (-)극을 연결한다.
(3) 전극활성면적: 7cm2
(4) 인가전류: 3A(전류밀도 0.45A/cm2)
나. 성능측정
전류량에 따른 조전압(CV, Cell Voltage, 단위는 Voltage)과 산소의 발생 유량을 유량계로 측정한다.
다. 실험결과
표 1은 실험시스템을 통해 얻은 실험 결과로서, 전류에 따른 전압과 산소 발생량을 측정한 결과이다. 실험 결과를 발명예 2의 데이터로 표시하였다.
[ 발명예 3]
발명예 3은 제로갭형 전기분해셀의 실험예이다.
가. 실험 장치의 구성 및 운전
(1) 전기분해셀형: 제로갭형(Zero-gap)
(가) 전극: 티타늄에 백금을 도금한 전극으로, 제1 전류 공급판에는 전류공급원의 (+)극을 연결하고, 다른 제2 전류 공급판에는 전류공급원의 (-)극을 연결한다.
(나) 이온교환막: 미 듀폰사 Nafion 117
(다) 전극간의 간격: 물리적인 제로갭
(2) 전극활성면적: 7cm2
(3) 인가전류: 3A(전류밀도 0.45A/cm2)
나. 성능측정
전류량에 따른 조전압(CV, Cell Voltage, 단위는 Voltage)과 산소의 발생 유량을 유량계로 측정한다.
다. 실험결과
표 1에 전류에 따른 전압과 산소 발생량을 측정한 결과를 발명예 3의 데이터로 표시하였다.
[ 발명예 4]
발명예 4는 발명예 2의 구성과 동일하나, 제1 전류 공급판에는 전류공급원의 (-)극을 연결하고, 다른 제2 전류 공급판에는 전류공급원의 (+)극을 연결하여, 전류량에 따른 조전압(CV, Cell Voltage, 단위는 Voltage)과 산소의 발생 유량을 유량계로 측정하였다. 표 1에 전류에 따른 전압과 산소 발생량을 측정한 결과를 발명예 4의 데이터로 표시하였다.
[ 비교예 1]
비교예 1은 유한거리형(Finite Gap) 전해셀을 구성하여 비교하였다.
가. 실험 장치의 구성 및 운전
(1) 전기분해셀형: 유한거리형
(가) 전극: 티타늄에 백금을 도금한 전극으로, 제1 전류 공급판에 전류공급원의 (+)극을 연결하고, 다른 제2 전류 공급판에 전류공급원의 (-)극을 연결한다.
(나) 이온교환막: 미 듀폰사 Nafion 117
(다) 전극간의 간격: 2mm
(2) 전극활성면적: 7cm2
(3) 인가전류: 3A(전류밀도 0.45A/cm2)
나. 성능측정
전류량에 따른 조전압(CV, Cell Voltage, 단위는 Voltage)과 산소의 발생 유량을 유량계로 측정한다.
다. 실험결과
표 1에 전류에 따른 전압과 산소 발생량을 측정한 결과를 비교예 1의 데이터로 표시하였다.
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[ 발명예 5]
발명예 5는 이 발명의 산소용해기에 관한 것이다.
가. 실험 장치의 구성 및 운전
실험 장치는 도 5에서와 같이 산소용해기를 구성한다. 산소용해기의 후단에 DO(용존산소) 측정기를 설치한다. 이때, 산소용해기의 주요 사양은 다음과 같다.
(1) 유입부 직경: 6mm(0.25inch)
(2) 테이퍼부 직경: 0.5mm
(3) 배출부 직경: 6mm(0.25 inch)
(4) 비율(Dt/D): 0.08
(5) 보이드율(void fraction): 0.2(산소공급량: 2ml/min, 물 공급량: 1000ml/min)
(6) 테이퍼부와 배출부 사이의 거리(L): 50mm
나. 성능측정
미세 기포의 크기는 산소용해기의 후단에 카메라를 설치하여 측정을 하며, 산소용해도는 용존 산소농도 측정기를 이용하여 측정하였다.
다. 실험결과
표 2에 실험시스템을 통해 측정한 미세기포의 크기 및 용존 산소율(%)을 나타내었고, 도 7에 미세기포의 크기를 도식화 하였다. 실험결과는 발명예 5로 표시하였다.
[ 발명예 6]
발명예 6은 이 발명의 산소용해기에 관한 것이다.
가. 실험 장치의 구성 및 운전
실험장치는 도 5와 유사한 구조로 산소용해기를 구성한다. 산소용해기의 후단에 DO(용존산소) 측정기를 설치한다. 이때, 용해기의 주요 사양은 다음과 같다.
(1) 유입부 및 배출부 직경: 6mm(0.25inch)
(2) 밸브부 직경: 6mm
(3) 비율(Dt/D): 0.08
(4) 보이드율(void fraction): 0.2(산소공급량: 2ml/min, 물 공급량: 1000ml/min)
(5) 밸브부와 배출부 사이의 거리(L): 50mm
나. 성능측정
밸브의 개폐율을 조정하여 미세기포의 크기 및 용존산소를 측정하였다. 미세 기포의 크기는 용해기 후단에 카메라를 설치하여 측정을 하며, 산소용해도는 용존 산소농도 측정기를 이용하여 측정하였다.
다. 실험결과
표 2에 실험시스템을 통해 측정한 미세기포의 크기 및 용존 산소율(%)을 나내었고, 도 7에 미세기포의 크기를 도식화 하였다. 실험결과는 발명예 6으로 표시하였다.
[ 발명예 7]
발명예 7은 이 발명의 산소용해기에 관한 것이다.
가. 실험 장치의 구성 및 운전
실험장치는 도 6에서와 같은 산소용해기를 구성한다. 산소용해기의 후단에 DO(용존산소) 측정기를 설치한다. 이때, 용해기의 주요 사양은 다음과 같다.
(1) 유입부 직경: 6mm(0.25inch)
(2) 오리피스(orifice)부 직경: 0.5mm
(3) 배출부 직경: 6mm(0.25inch)
(4) 비율(Do/D): 0.08
(5) 보이드율(void fraction): 0.2(산소공급량: 2ml/min, 물 공급량: 1000ml/min)
나. 성능측정
미세 기포의 크기는 산소용해기의 후단에 카메라를 설치하여 측정을 하며, 산소용해도는 용존 산소농도 측정기를 이용하여 측정하였다.
다. 실험결과
표 2에 실험시스템을 통해 측정한 미세기포의 크기 및 용존 산소율(%)을 나내었고, 도 7에 미세기포의 크기를 도식화 하였다. 실험결과는 발명예 7로 표시하였다.
[ 비교예 2] 스트레이트관(직선관)
1. 실험방법
가. 실험 장치의 구성 및 운전
실험장치는 스트레이트관으로 산소용해기를 구성한다. 산소용해기의 후단에 DO(용존산소) 측정기를 설치한다. 이때, 용해기의 주요 사양은 다음과 같다.
(1) 스트레이트관 직경: 6mm(0.25inch)
(2) 보이드율(void fraction): 0.2 (산소공급량: 2ml/min, 물 공급량: 1000ml/min)
나. 성능측정
미세 기포의 크기는 산소용해기의 후단에 카메라를 설치하여 측정을 하며, 산소용해도는 용존 산소농도 측정기를 이용하여 측정하였다.
다. 실험결과
표 2에 실험시스템을 통해 측정한 미세기포의 크기 및 용존 산소율(%)을 나타내었고, 도 7에 미세기포의 크기를 도식화 하였다. 실험결과는 비교예 2로 표시하였다.
Figure pat00004
상기 실험결과로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 이 발명의 산소 발생기는 금속-막으로 구성한 전기분해셀의 성능이 비교예인 일반적인 전기분해셀인 양극, 막, 음극으로 구성하는 것보다 전기분해 성능 및 내구성이 우수함을 알 수 있다. 또한, 이 발명의 산소 용존기는 상류 유입관에서 하부 유입관으로 유체가 이동하는 경로의 압력을 급격히 감압시킨 후 다시 회복시키는 구조를 통해 일반적인 형태의 직선관 또는 미세 홀(hole)을 통과하는 구조에 비해 손쉬우면서 별도의 동력 없이 기포의 미세화가 가능함을 할 수 있다.
따라서, 이 발명은 지금까지 산소발생 기술과 용해기술의 한계로 산소가 풍부한 정수기의 사용이 어려웠던 문제점을 극복하고, 소형화가 가능할 뿐만 아니라 저비용으로 고농도 산소수의 효율적인 생산이 가능하다.
이상에서 이 발명의 정수용 산소발생기 및 산소용해기와 이들을 구비한 고농도 산소수 정수장치에 대한 기술사항을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 이 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 이 발명을 한정하는 것은 아니다.
또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 이 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않고 첨부한 특허청구범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.
10 : 산소수 정수장치 100 : 침전필터
200 : 제1 카본 필터 300 : 멤브레인 필터
400 : 제2 카본 필터 500 : 정수 저장 수조
600 : 냉수탱크 700 : 산소발생기
800 : 제3 카본 필터 900 : 산소용해기

Claims (10)

  1. 전기분해를 위한 물을 공급받아 저장 가능하며 상부에 전기분해시에 생성된 가스를 배출하는 배출라인이 형성된 물 저장수단과, 상기 물 저장수단에 결합되어 공급되는 물을 전기분해하여 산소가스 및 수소가스를 생성하며 생성된 가스를 배출하는 배출라인이 형성된 전기분해수단을 포함하며,
    상기 전기분해수단은 물을 전기분해하여 산소가스 및 수소가스를 생성하는 전기분해셀을 구비하며,
    상기 전기분해셀은 수소이온 교환막과, 상기 수소이온 교환막의 양측에 각각 형성되어 어느 한쪽의 극성을 각각 가지는 전극기능과 전류공급 기능을 갖는 전극 촉매층을 포함하는 것을 특징으로 하는 정수용 산소발생기.
  2. 전기분해를 위한 물을 공급받아 저장 가능하며 상부에 전기분해시에 생성된 가스를 배출하는 배출라인이 형성된 물 저장수단과, 상기 물 저장수단에 결합되어 공급되는 물을 전기분해하여 산소가스 및 수소가스를 생성하며 생성된 가스를 배출하는 배출라인이 형성된 전기분해수단을 포함하며,
    상기 전기분해수단은 물을 전기분해하여 산소가스 및 수소가스를 생성하도록 수소이온 교환막과 상기 수소이온 교환막의 양측에 전극 촉매층을 각각 갖는 전기분해셀과, 상기 전극분해셀의 일측면에 결합되어 어느 한쪽의 극성을 갖는 전류공급 기능을 하는 제1 전류 공급판, 및 상기 전극분해셀의 타측면에 결합되어 다른 한쪽의 극성을 갖는 전류공급 기능을 하는 제2 전류 공급판을 포함하는 것을 특징으로 하는 정수용 산소발생기.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 수소이온 교환막은 50 ~ 200㎛의 두께를 가지며 탄화수소(hydrocarbon)계 재질 또는 탄화불소(fluorocarbon)계 재질의 고분자에 ~SO3 형태의 강산성 그룹을 갖는 것을 특징으로 하는 정수용 산소발생기.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전극 촉매층은 1 ∼ 15㎛의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 정수용 산소발생기.
  5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전극 촉매층은 백금족의 금속(백금, 루테늄, 로듐, 파라듐, 오스뮴, 이리듐), 금, 은, 크롬, 철, 티타늄, 망간, 코발트, 니켈, 몰리브덴, 텅스텐, 알루미늄, 규소, 아연 및 주석으로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 또는 1종 이상의 금속과의 합금으로 구성된 것을 특징으로 하는 정수용 산소발생기.
  6. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 물 저장수단은 공급되는 물에 존재하는 하드니스 성분을 제거하는 양이온교환 수지층을 더 갖는 특징으로 하는 정수용 산소발생기.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 양이온교환 수지층은 산성형(strong acid types), 약산성형(weak acid types) 또는 킬레이트형(chelating type)의 폴리스타일렌 디비닐벤젠 가교형 수지가 충진되어 형성되는 것을 특징으로 하는 정수용 산소발생기.
  8. 청구항 2에 있어서,
    상기 전기분해셀은 상기 수소이온 교환막과 상기 전극 촉매층이 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 정수용 산소발생기.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기분해셀은 상기 수소이온 교환막과 상기 전극 촉매층이 제로갭 형태로 밀착되는 것을 특징으로 하는 정수용 산소발생기.
  10. 유입되는 원수를 침전필터, 카본 필터, 멤브레인 필터를 거쳐 정수된 물을 정수 저장 수조에 저장하였다가 음용수로 이용하는 정수장치에 있어서,
    상기 정수 저장 수조에서 유동하여 냉수탱크에 저장된 물을 공급받아 전기분해하여 산소를 생성하는 산소발생기와, 상기 냉수탱크에서 분기된 다른 물에 상기 산소를 혼합하여 산소혼합수를 만드는 혼합기와, 상기 산소혼합수를 유동시키는 순환펌프와, 상기 순환펌프를 거쳐 공급되는 상기 산소혼합수에 포함된 오존을 제거하는 카본필터, 및 상기 산소혼합수를 감압시키고 유속을 증가시켜 유동시킨 후 다시 원래의 압력 및 유속으로 복귀시킴으로써 물에 산소가 과포화된 과포화 산소수를 만들어 상기 냉수탱크로 배출하는 산소용해기를 포함하며,
    상기 산소발생기는 청구항 1 또는 청구항 2에 기재된 바와 같이 구성되는 것을 특징으로 하는 고농도 산소수 정수장치.
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