KR20110079672A - 오존얼음 제조방법 및 오존얼음 제조장치 - Google Patents

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Abstract

오존얼음의 저장 안정성을 향상시킨 오존얼음의 제조방법을 제공한다. 산소가스(g2)를 기포(b)로서 포함하는 얼음(11)을 제작하고, 제작한 얼음(11)에 자외선을 조사하여, 얼음(11) 중의 산소가스(g2)를 오존화하여 오존얼음(1)을 제조하는 방법이다.

Description

오존얼음 제조방법 및 오존얼음 제조장치{Method for Producing Ozone Ice and Apparatus for Producing Ozone Ice}
본 발명은, 얼음 중에 오존가스를 기포로서 포함하는 오존얼음의 제조방법 및 오존얼음 제조장치에 관한 것이다.
최근, 생선, 야채 등의 신선한 식료품을 비롯한 생물을 저장함과 동시에, 살균, 소독, 탈취하기 위해, 얼음 중에 오존가스를 기포로서 포함하는 오존얼음이 사용되고 있다. 여기에서 오존가스는, 자기분해하여 산소가 되어 2차 오염의 우려가 없기 때문에, 염소계 살균제 등 다른 살균제의 대체로서 주목을 받고 있다.
이제까지 제안된 오존얼음의 제조방법은, 크게 2가지로 분류된다. 하나는 오존가스를 기포로서 포함하는 물을 냉각 동결하는 방법이고(예를 들어 특허문헌 1 참조), 또 하나는 얼음 분체(粉體)에 오존가스를 공급하면서 압축하는 방법이다(예를 들어 특허문헌 2 참조).
특허문헌 1에는, 오존을 용해시킨 오존수를 가압상태에서 냉각 동결하여 오존얼음을 제작하는 방법이 기재되어 있다. 특허문헌 2에는, 내리는 눈을 수용체에 넣어 내부의 공기를 배출한 후에, 오존가스를 보내어 넣으면서 압축하여 오존얼음을 제작하는 방법이 기재되어 있다.
한편, 특허문헌 3에는, 전해법으로 생성한 오존수를 냉각 동결함으로써, 오존얼음을 제작하는 방법이 기재되어 있다. 또한, 특허문헌 4나 비특허문헌 1에는, 전해법에서 이용하는 전해 셀의 전극이나 원료수의 성분을 고안함으로써, 양극에서 고농도의 오존수를 생성하는 방법이 기재되어 있다.
특허문헌 1: 일본 특개평2005-77040호 공보(특허 제4052465호 공보) 특허문헌 2: 일본 특개평3-186174호 공보 특허문헌 3: 일본 특개2006-145141호 공보 특허문헌 4: 일본특허 제3375904호 공보
비특허문헌 1: "귀금속 피복 티탄 전극을 이용한 차아염소산 및 오존의 생성과 그 살균효과", 콘도 야스히토, 코이즈미 유리카, 이세키 마사히로, 야마다 아쯔시, 타카오카 다이조, 타키자와 키쿠오, 야스다 마사시, 이마이 하치로, 표면기술 Vol. 56, No. 2, 34-40, 2005
그러나, 종래의 오존가스를 기포로서 포함하는 물을 냉각 동결하는 방법이나, 얼음 분체에 오존가스를 공급하면서 압축하는 방법은, 오존가스가 보다 안정한 산소가스로 단시간에 분해하기 때문에, 오존얼음을 그 융점보다도 충분히 낮은 온도로 보관할 필요가 있어, 제작한 오존얼음의 저장 안정성에 문제가 있었다. 따라서 종래의 방법에서는 오존얼음의 살균작용을 장기간에 걸쳐 유지하기가 곤란하였다.
그래서, 본 발명의 목적은, 오존얼음의 저장 안정성을 향상시킨 오존얼음의 제조방법 및 오존얼음 제조장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 창안된 본 발명은, 산소가스를 기포로서 포함하는 얼음을 제작하고, 제작한 얼음에 자외선을 조사하여, 얼음 중의 산소가스를 오존화하여 오존얼음을 제조하는 오존얼음 제조방법이다.
여기에서는 제작한 얼음에, 파장이 130∼242 nm인 자외선을 조사하여, 얼음 중의 산소가스를 오존화하면 된다.
물의 전기분해에 의해 양극에서 발생한 산소가스를 기포로서 포함하는 물을 냉각 동결하여 산소가스를 기포로서 포함하는 얼음을 제작하고, 제작한 얼음에 자외선을 조사함으로써, 얼음 중의 산소가스를 오존화하여 오존얼음을 제조해도 좋다.
마이크로버블로 한 산소가스와 물을 혼합하여 산소가스를 기포로서 포함하는 물로 하고, 그 산소가스를 함유하는 물을 냉각 동결하여 산소가스를 기포로서 포함하는 얼음을 제작하고, 제작한 얼음에 자외선을 조사함으로써, 얼음 중의 산소가스를 오존화하여 오존얼음을 제조해도 좋다.
얼음 분체에 산소가스를 공급하고, 이것을 가압 소결하여 산소가스를 기포로서 포함하는 얼음을 제작하고, 제작한 얼음에 자외선을 조사함으로써, 얼음 중의 산소가스를 오존화하여 오존얼음을 제조해도 좋다.
상기 가압 소결은 압력 20 MPa로, 3 시간에 걸쳐 행하도록 해도 좋다.
해빙, 빙하 등의 천연얼음을 채취하고, 산소가스를 기포 중의 가스성분으로서 포함하는 얼음을 제작하고, 제작한 얼음에 자외선을 조사하여 오존얼음을 제조해도 좋다.
또 본 발명은, 물을 전기분해하여, 산소가스를 기포로서 포함하는 물을 생성하기 위한 전해 셀과, 산소가스를 기포로서 포함하는 물을 수용하고, 이것을 냉각 동결하여 산소가스를 기포로서 포함하는 얼음을 제작하는 냉각용기와, 그 냉각용기에 수용한 산소가스를 기포로서 포함하는 얼음에 자외선을 조사하여, 얼음 중의 산소가스를 오존화하여 오존얼음으로 하기 위한 자외선 조사기를 갖춘 오존얼음 제조장치이다.
본 발명에 의하면, 오존얼음의 저장 안정성을 향상할 수 있다.
도1은 본 발명의 적절한 실시형태를 나타내는 오존얼음 제조방법을 설명하는 개략도이다.
도2는 산소가스를 기포로서 포함하는 얼음 중의 기포의 한 예를 나타낸 사진이다.
도3은 오존과 산소의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도4는 얼음의 흡수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도5는 얼음의 흡수에 의한 입사광 강도의 감쇠를 나타낸 도면이다.
도6은 본 실시형태에 따른 오존얼음 제조방법의 다양한 예를 나타내는 플로우차트이다.
도7은 전해 셀의 개념도이다.
도8은 본 실시형태에 따른 오존얼음 제조방법의 원리 실증시험을 나타내는 개략도이다.
도9는 본 실시형태에 따른 오존얼음 제조방법에 이용하는 오존얼음 제조장치의 한 예를 나타낸 개략도이다.
도10은 도9에 나타낸 오존얼음 제조장치를 이용한 경우의 오존얼음 제조방법을 설명하는 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 적절한 실시형태를 첨부도면에 따라 설명한다. 도1은 본 발명의 적절한 제1 실시형태를 나타내는 오존얼음 제조방법을 설명하는 개략도이다.
도1에 나타낸 바와 같이, 제1 실시형태에 따른 오존얼음 제조방법은, 산소가스(g2)를 기포(b)로서 포함하는 얼음(산소기포 함유 얼음)(11)을 제작하고, 제작한 얼음(11)에 자외선을 조사하고, 얼음(11) 중의 산소가스(g2)를 오존화하여 오존얼음(오존기포 함유 얼음)(1)을 제조하는 방법이다.
산소가스(g2)를 기포(b)로서 포함하는 얼음(11)의 밀도(ρ)는, 기포(b)가 얼음(11) 중에 포함되도록(얼음(11) 중에 산소가스가 기포(b)로서 가두어지도록), 550∼910 ㎏/㎥, 바람직하게는 830∼870 ㎏/㎥로 하면 좋다. 550 ㎏/㎥ 이상이 되는 얼음입자가 최밀(最密) 충진에 가까운 상태가 되기 때문에 기포(b)가 존재하게 되지만, 공극 외부와 이어진 상태인 열린 구멍(open pore)이 아직 많이 존재한다. 그러나 830 ㎏/㎥ 이상이 되면 거의 기포만으로 된다. 한편, 870 ㎏/㎥를 넘으면 기포가 너무 적어, 얼음 중의 산소가스가 적어진다. 여기에서 ρ=830 ㎏/㎥의 얼음(11)은 얼음(11)의 전체 체적에 대하여, 물이 동결한 순수한 얼음 부분의 체적이 90 %, 기포(b)의 체적이 10 %이다.
산소가스(g2)를 기포(b)로서 포함하는 얼음(11)의 밀도(ρ)는, 예를 들어 냉각 동결하기 전의 물에 혼합하는 산소가스의 마이크로버블의 양이나 동결 속도, 또 가압 소결에 의해 얼음을 제작하는 경우에는 얼음 분체의 결정 입경, 가압 시의 온도, 가압 압력을 조정함으로써 제어한다.
도2에는, 가압 소결법에 의해 제작한, 산소가스(g2)를 기포(b)로서 포함하는 얼음(11)의 기포의 한 예를 나타내었다. 도2 중의 얼음(11)의 밀도(ρ)는 870 ㎏/㎥이고, 기포(b)의 크기는 약 0.1∼0.2 mm이다. 여기에서, 기포를 포함하지 않는 얼음의 밀도는 917 ㎏/㎥이기 때문에, 얼음(11)의 전체 체적에 대하여, 기포(b)는 5 %를 차지한다.
제작한 얼음(11)에는, 파장이 130∼242 nm, 바람직하게는 180∼220 nm인 자외선을 조사하면 좋다.
오존얼음(1) 중의 오존가스(g3)의 농도는 자외선의 조사 시간에도 영향을 받지만, 기본적으로는 산소가스(g2)를 기포(b)로서 포함하는 얼음(11)의 밀도(ρ)와, 조사하는 자외선의 파장, 그리고 온도로 결정된다. 본 실시형태에서는, 오존얼음(1) 중의 오존가스(g3)의 농도를 1∼30 ppm으로 하였다.
제작한 얼음(11)에 조사하는 자외선의 파장은, 보다 상세하게는, 1) 산소분자가 산소원자로 해리하는 것, 2) 생성한 오존가스가 산소가스로 분해하기 어려운 것, 그리고 3) 얼음에 의한 흡수의 영향이 작은 것의 주로 세가지 점을 고려하여 결정한다.
1)에 대해서는, 242 nm보다도 짧은 파장의 자외선이 산소분자에 조사되면, 산소원자로 해리한다.
2)에 대해서는, 도3(출전: 스기미쯔 히데토시, "오존의 기초와 응용" 주식회사 코린출판, 평성8년)에 나타낸 바와 같이, 오존가스(O3)는 파장 220∼300 nm에서 하틀리(Hartley) 흡수대라는 강한 흡수대를 갖기 때문에, 이 파장범위의 빛이 오존가스에 조사되면, 오존가스의 분해가 탁월하게 일어난다. 결국, 자외선 조사에 의한 오존가스의 생성은 오존가스의 분해와의 경합반응이다. 또한, 파장 200 nm 이하에서는 산소분자의 흡수계수가 급격히 증대하고, 특히 140∼170 nm의 파장영역에서는 산소분자에 의한 자외선 흡수가 오존가스에 의한 자외선 흡수를 웃돈다.
3)에 대해서는, 도4(출전: V. F. Petrenko and R. W. Whitworth, "Physics of Ice", Oxford Uni. Press, 1999)에 나타낸 바와 같이, 얼음은 파장 200 nm 부근에서 흡수단(端)이 있고, 180 nm에서 흡수계수는 100 m-1 정도가 된다. 이보다도 긴 파장에서 흡수계수가 작기 때문에 얼음에 의한 빛의 흡수의 영향이 작다.
1)∼3)을 고려하면, 산소분자를 산소원자로 해리하고, 생성한 오존가스의 분해를 억제하는 파장영역, 그리고 얼음에 의한 자외선의 흡수가 작은 파장인 180∼220 nm의 자외선을 제작한 얼음(11)에 조사하는 것이 실용상 바람직하다. 후술하는 원리 실증실험에서는, 수은램프가 방사하는 자외선 중, 파장이 193 nm인 자외선을 이용하였다.
도4에 나타낸 바와 같이, 파장 193 nm인 자외선의 흡수계수는 1∼2 m-1이다. 여기에서 얼음의 흡수에 의한 입사광 강도의 감쇠율 I(x)/I0은, 입사광이 얼음시료 표면에 대하여 연직으로 입사한 때의 반사율을 하기 식(1)로 나타내어지는 R로 하고, 얼음의 흡수계수를 α(m-1)로 하면, 하기 식(2)
Figure pct00001
공기의 굴절률 na=1.00
얼음의 굴절률 ni=1.32
Figure pct00002
Ⅰ(x): 거리 x에서의 빛의 강도
Ⅰ0: 입사광 강도
R: 입사광이 얼음시료 표면에 대하여 연직으로 입사한 때의 반사율
α: 얼음의 흡수계수(m-1)
로 구해지고, 지수함수적으로 작아진다. 도5에, α=1, 10, 100인 경우의 계산 결과를 나타낸다. 제작한 얼음(11)의 두께를 0.5 m로 하고, 또 α=1이라 하면, 감쇠율 I(x)/I0은 0.6이 되고, 40 %의 광 에너지가 얼음에 흡수되게 된다.
여기에서, 도6을 이용하여, 제1 실시형태에 따른 오존얼음 제조방법을 보다 상세하게 설명한다. 도6에 나타낸 바와 같이, 도1에서 설명한 산소가스(g2)를 기포(b)로서 포함하는 얼음(11)을 제조하는 방법으로는, 3가지 방법, 즉
방법 1) 마이크로버블 발생기(마이크로버블 발생장치)를 이용하여 제조하는 방법
방법 2) 전해 셀을 이용하여 제조하는 방법
방법 3) 가압 소결 용기를 이용하여 제조하는 방법
이 있다.
방법 1)
우선, 마이크로버블 발생기(62)를 준비한다. 준비한 마이크로버블 발생기(62)에, 산소가스 봄베(bombe)로부터 원료의 하나인 산소가스(g2)를 공급하여, 산소가스(g2)를 기포의 직경이 100 ㎛ 이하인 마이크로버블로 한다. 마이크로버블로 한 산소가스(g2)와 또 하나의 원료인 물(w)을 혼합하여, 산소가스를 기포로서 포함하는 물(산소기포 함유 물)(bw1)로 한다. 산소기포 함유 물(bw1)을 냉각용기(63)에 수용하고, 그 냉각용기(63)에서 산소기포 함유 물(bw1)을 냉각 동결하여, 도1의 산소가스(g2)를 기포(b)로서 함유하는 얼음(11)을 제작한다. 그리고, 제작한 얼음(11)에, 자외선 조사기(자외선 조사장치)(64)로부터 자외선을 조사하여, 얼음(11) 중의 산소가스(g2)를 오존화하면, 오존얼음(1)이 얻어진다.
방법 2) (도6 중의 점선 M2로 둘러싸인 플로우차트)
우선, 물을 전기분해하기 위한 전해 셀(71)을 준비한다. 전해 셀(71)은, 도7에 나타낸 바와 같이, 고체 전해질 막(양이온 교환막)(72)을 양극(73)과 음극(74)으로 양쪽에서 끼우고, 이들 양극(73)과 음극(74)에 직류전원(75)을 접속하고, 양극 쪽에 물 공급구(76)와 물 배출구(77)를 설치하여 구성된다. 전해 셀(71)에서는, 물 공급구(76)에 물(w)을 공급하여 양 극(73, 74)에 직류 전압을 인가한 경우, 양극(73)에서 산소가스가 발생하고, 발생한 산소가스가 물 배출구(77)로부터 전기 분해되지 않은 물(w)과 함께 배출된다. 한편, 음극(74)에서는, 수소가스가 발생한다.
도6으로 되돌아가, 준비한 전해 셀(71)에 원료가 되는 물(w)을 공급하고, 그 물(w)을 전해 셀(71)에서 전기분해하여, 산소가스를 기포로서 포함하는 물(물+산소가스(기포의 직경이 수10 ㎛인 마이크로버블)(산소기포 함유 물))(bw2)과 수소가스(gh)를 생성한다. 본 실시형태에서는, 수소가스(gh)는 폐기한다. 산소기포 함유 물(bw2)을 냉각용기(63)에 수용하고, 그 냉각용기(63)에서 산소기포 함유 물(bw2)을 냉각 동결하여, 도1의 산소가스(g2)를 기포(b)로서 포함하는 얼음(11)을 제작한다. 그리고, 제작한 얼음(11)에, 자외선 조사기(64)로부터 자외선을 조사하여, 얼음(11) 중의 산소가스(g2)를 오존화하면, 오존얼음(1)이 얻어진다.
방법 3)
우선, 밀폐용기 내에 수용한 얼음 분체를 0 ℃ 이하에서 가압하여 소결하기 위한 용기(가압 소결 용기)(65)를 준비한다. 준비한 용기(65)에, 원료의 하나인 얼음 분체(ip)를 수용하여 밀폐한다. 얼음 분체(ip)는, 블록형상의 얼음을 파쇄하여 얼음 분체로 만드는 얼음 분체 제조기(빙수 제조기 등이어도 좋다)로 제작한다. 이어서, 밀폐한 용기(65)를 감압하여, 용기 내부의 공기를 제거한다. 그리고, 산소가스 봄베로부터 또 하나의 원료인 산소가스(g2)를 공급하고, 이 상태로 얼음 분체(ip)에, 예를 들어 유압 잭을 이용하여 20 MPa의 압력을 3 시간 가함으로써 가압 소결하여, 도1의 산소가스(g2)를 기포(b)로서 포함하는 얼음(11)을 제작한다. 제작한 얼음(11)에, 자외선 조사기(64)로부터 자외선을 조사함으로써, 오존얼음(1)이 얻어진다.
방법 1이나 방법 2에서 이용하는 냉각용기(63)나, 방법 3에서 이용하는 용기(65)에는, 산소기포 함유 물(bw1, bw2), 또는 얼음 분체(ip)를 냉각하기 위해, 냉매를 이용한다. 이 냉매를 냉각하기 위한 냉열에는, 예를 들어 LNG(액화 천연 가스) 플랜트로부터 배출되는 저온 폐열을 이용한다. 이에 의해, LNG 탱크, 및 그 부대설비의 부가가치도 향상할 수 있다.
본 발명자들은, 이제까지 후술하는 원리 실증실험을 가장 간편한 방법 1로 실시하였다. 방법 2의 이점은, 다른 방법에서 필요한 산소가스 봄베를 준비할 필요가 없는 것, 또 전해 셀(71)의 양극 표면에서 발생하는 산소가스의 기포 직경이 수10 ㎛(10∼50 ㎛)로 작은 것에 있다. 기포의 직경이 작으면, 산소기포 함유 물(bw2)을 냉각 동결할 때, 산소기포 함유 물(bw2) 중에서 기포의 대류시간이 길어지기 때문에, 기포의 직경이 큰 경우에 비해 보다 다수의 기포(b)를 포함하는 얼음(11)을 제작할 수 있다. 방법 3의 이점은, 다른 방법보다도 얼음 중에 포함되는 기포의 내압(산소가스의 농도)을 높일 수 있는 것, 즉 방법 1이나 방법 2와 비교하여 고농도의 오존얼음(1)을 제조할 수 있는 것에 있다. 한편, 방법 1이나 방법 2의 이점은, 산소기포 함유 물(bw1, bw2)을 냉각 동결하기 때문에, 방법 3과 같이 가압 소결하는 경우에 비하면, 오존얼음(1)을 단시간에 제조할 수 있음으로써, 대량생산에 적합하다.
본 실시형태의 작용을 설명한다.
본 실시형태에 따른 오존얼음 제조방법은, 종래와 같이 오존수를 냉각 동결하여 오존얼음을 제조하는 방법이나, 얼음 분체에 오존가스를 공급하면서 압축하여 오존얼음을 제조하는 방법과는 달라, 미리 오존가스를 포함하는 오존얼음을 제조하는 방법이 아니다.
본 실시형태에 따른 오존얼음 제조방법에서는, 우선, 산소가스(g2)를 기포(b)로서 가둔 얼음(11)을 제작하고 있다. 본 실시형태에 따른 오존얼음 제조방법에서는, 예를 들어 오존얼음(1)의 사용 시에, 제작한 얼음(11)에 자외선을 조사함으로써, 얼음(11) 중의 산소가스(g2)를 오존화하여 간단하게 오존얼음(1)이 얻어진다.
이에 의해, 본 실시형태에 따른 오존얼음 제조방법에 의하면, 종래의 오존얼음 제조방법의 문제였던 오존얼음의 저장 안정성을 개선할 수 있고, 오존얼음(1)의 적용 범위를 확대할 수 있다. 즉, 종래는 오존수로부터 오존얼음을 제조하고 있어, 오존가스의 분해를 억제하기 위해, 오존얼음을 제조한 후에는 그 융점보다도 충분히 낮은 온도에서 보관할 필요가 있었다. 하지만, 본 발명은, 기포함유 얼음에 자외선을 조사하여 오존얼음으로 하기 때문에, 구체적인 효과로는, 하기의 세가지 점을 들 수 있다.
(1) 오존얼음(1)뿐만 아니라, 오존얼음(1)의 전단계인 얼음(산소기포 함유 얼음)(11)도 상품으로서 이용할 수 있고, 얼음의 융점 근방에서 얼음(11)을 상품으로서 보관할 수 있게 되어, 종래와 같이 오존가스의 분해를 억제하기 위해, 충분히 낮은 온도에서 보관할 필요가 없다.
(2) 사용 시에 얼음(11)에 자외선을 조사함으로써, 오존얼음(1)이 얻어지기 때문에, 얼음(11)을 상품으로서 장거리 운송하는 것이 가능해진다.
(3) 오존얼음(1)을 상품으로서 장거리 운송한 경우에는, 기포(b) 중의 오존가스(g3)가 분해하지만, 오존얼음(1)의 사용 시에, 장거리 운송 후의 오존얼음(1)에 다시 자외선을 조사하면, 산소가스와 분해한 오존가스를 재생하는 것이 가능해진다.
또, 제1 실시형태에 따른 오존얼음 제조방법에서는, 산소가스(g2)를 기포(b)로서 포함하는 얼음(11)의 밀도(ρ)를, 기포(b)가 얼음(11) 중에 포함되도록 830∼870 ㎏/㎥로 하면, 신선한 식료품 보존 시에 필요한 3 ppm 이상의 오존가스(g3)를 가둔 오존얼음(1)을 제조할 수 있다.
상기 실시형태에서는, 산소가스(g2)를 기포(b)로서 포함하는 얼음(11)을 인공적으로 제작하는 방법으로 설명하였으나, 얼음(11)은, 남극이나 그린랜드를 비롯한 빙하·빙상 등, 자연계에도 천연얼음(자연얼음)으로서 존재한다. 따라서, 해빙, 유빙, 빙하, 빙상 등의 천연얼음을 채취하고, 채취한 천연얼음의 구조(얼음의 밀도, 기포의 성분 등)를 조사한 후, 채취한 천연얼음(산소가스를 기포 중의 가스성분으로서 포함하는 얼음)을 원하는 크기로 가공하여 제작한 것을, 얼음(11)으로서 이용해도 좋다.
본 발명자들은, 본 실시형태에 따른 오존얼음 제조방법의 원리 실증실험도 행하였다.
도1에서 설명한 산소가스(g2)를 기포(b)로서 포함하는 얼음(11)을, 마이크로버블을 포함하는 이온 교환수를 액체 질소 분위기에서 급속 냉각함으로써 제작하였다.
도8에 나타낸 바와 같이, 제작한 얼음(11)을 자외선 투과하는 케이스(81) 내에 수용하여 작은 트레이(82) 위에 놓고, 그 작은 트레이(82)를, 냉매로서 액체 질소(n)를 채운 큰 트레이(83) 내에 담갔다. 큰 트레이(83)의 한쪽 옆에, 자외선 조사기로서 수은램프(84)를 설치하고, 게다가 케이스(81)의 위쪽에, 수은램프(84)의 자외선 중 파장이 193 nm뿐인 자외선을 반사하여 얼음(11)에 조사하는 반사 거울(85)을 설치하였다. 또한, 큰 트레이(83)의 한쪽 옆 내면에는, 수은램프(84)로부터의 빛이 얼음(11)에 직접 조사되는 것을 방지하기 위해, 알루미늄 호일(86)을 세웠다. 얼음(11)에 193 nm의 자외선을 15분간 조사한 후, 상온에서 얼음(11)을 융해하고, 요오드화 칼륨을 첨가하였다. 그 결과, 요소에 의한 착색이 인정되어, 도1에서 설명한 오존얼음(1)을 제작할 수 있음을 확인하였다.
다음에, 도9를 이용하여, 본 실시형태에 따른 오존얼음 제조방법에 이용하는 오존얼음 제조장치의 한 예를 설명한다.
도9에 나타낸 바와 같이, 본 실시형태에 따른 오존얼음 제조장치(90)는, 상술한 방법 2에 이용하는 오존얼음 제조장치이다. 이 오존얼음 제조장치(90)는, 산소가스를 기포로서 포함하는 물(산소기포 함유 물)(bw2)을 생성하기 위한 전해 셀(71)과, 산소기포 함유 물(bw2)을 수용하고, 이것을 냉각 동결하여 산소가스(g2)를 기포로서 포함하는 얼음(산소기포 함유 얼음)(11)을 제작하는 냉각용기(63)와, 그 냉각용기(63)에 수용한 산소기포 함유 얼음(11)에 자외선을 조사하여, 산소기포 함유 얼음(11) 중의 산소가스를 오존화하여 오존얼음(오존기포 함유 얼음)(1)으로 하기 위한 자외선 조사기(64)를 갖추어 주로 구성된다.
전해 셀(71)의 물 공급구(76)에는, 원료가 되는 물(w)을 전해 셀(71)에 공급하기 위한 물 공급관(97)이 접속된다. 전해 셀(71)의 물 배출구(77)에는, 후술하는 냉매실(92)의 한 측면의 상부를 관통하고, 후술하는 냉각실(91)에 산소기포 함유 물(bw2)을 공급하기 위한 산소기포 함유 물 공급관(98)이 접속된다.
냉각용기(63)는, 그 중심부에, 위쪽과 아래쪽이 관통된 각통 또는 원통형상의 냉각실(91)이 형성됨과 동시에, 그 냉각실(91)의 주위에, 부동액 등의 냉매(c)를 순환시켜 냉각실(91) 내를 0 ℃ 미만으로 유지하기 위한 냉매실(92)이 형성되어 이루어진다.
냉각실(91)의 안쪽 둘레 벽에는, 냉각실(91)로부터 오존얼음(1)을 얼음의 압력 융해를 이용하여 꺼내는 방법, 즉 위쪽에서 밀어 아래쪽에서 꺼내기 위한 요철 가공을 실시한 요철부(93)가 형성되어 있다. 또, 냉각실(91)의 하부에는, 자외선을 투과하는 석영유리 등의 투과부재로 이루어지는 아래 뚜껑(94)이 설치되어 있다.
냉매실(92)의 한 측면의 하부에는, 냉매실(92) 내에 냉매(c)를 공급하는 냉매 공급관(95)이 접속되고, 냉매실(92)의 다른 측면의 상부에는, 냉매실(92) 내의 냉매(c)를 냉매실(92) 밖으로 배출하는 냉매 배출관(96)이 접속된다. 냉매 공급관(95)과 냉매 배출관(96)은, 냉열원의 근방에서 접속되어 냉매 순환라인을 구성하고 있고, 냉매(c)를 냉열원으로부터의 냉열로 열교환하면서 순환시킨다. 냉열원으로는, 상술한 바와 같이, 예를 들어 LNG 플랜트로부터 배출되는 저온 폐열을 이용한다.
또, 냉매실(92)의 측면에는, 냉매(c)의 온도를 측정하기 위해 열전대(thermocouple) 등의 온도 센서(T)가 설치되고, 이 온도 센서(T)로부터의 센서 신호에 기초하여, 도시하지 않은 컨트롤러 등의 제어수단에 의해, 냉각용기(63) 내에 공급된 산소기포 함유 물(bw2)의 냉각 동결 시간과 냉매(c)의 순환량이 제어된다.
냉각실(91)의 아래쪽에는, 제빙 시에 냉각실(91)의 아래 뚜껑(94)에 대향하도록 진출하고, 얼음을 꺼낼 때에 후퇴하는 수은램프 등의 자외선 조사기(64)가 진퇴가 자유롭게 설치된다.
냉각실(91)의 위쪽에는, 얼음을 꺼내기 위한 부압 피스톤(p1)이 유압식 구동기구(d1)에 의해 승강이 자유롭게 설치된다. 이 부압 피스톤(p1)은, 냉각실(91)의 상부 덮개로서의 역할과, 산소기포 함유 얼음(11)에 위쪽에서 압력을 가하는 역할을 한다.
냉각실(91)의 자외선 조사기(64)보다도 아래쪽에는, 얼음을 받기 위한 피스톤(p2)이 유압식 또는 공기압식 구동기구(d2)에 의해 승강이 자유롭게 설치된다. 얼음을 받기 위한 피스톤(p2)에는, 아래 뚜껑(94)에 달라붙은 오존얼음(1)의 저면을 녹이기 위한 히터가 갖추어진다. 얼음을 받기 위한 피스톤(p2)의 한쪽에는, 얼음 압출용 피스톤(p3)이 유압식 또는 공기압식 구동기구(d3)에 의해 진퇴가 자유롭게 설치된다. 얼음을 받기 위한 피스톤(p2)의 다른쪽에는, 오존얼음(1)을 외부로 반출하기 위한 벨트 컨베이어 등의 반출수단(99)이 설치된다.
물(w)의 공급량, 전해 셀(71)의 ON/OFF, 자외선 조사기(64), 각 피스톤(p1∼p3), p2에 갖추어진 히터, 반출수단(99)의 동작은, 상술한 제어수단으로 일괄하여 제어된다.
오존얼음 제조장치(1)에서는, 오존얼음(1)의 제조에 앞서, 냉각실(91)의 하부에 아래 뚜껑(94)을 설치하고, 냉각실(91)의 상부 부근까지 부압 피스톤(p1)을 하강시키고, 자외선 조사기(64), 피스톤(p2, p3)을 후퇴한 상태로 둔다.
이 상태로 도9 및 도10에 나타낸 바와 같이, 냉매실(92)에 냉매(c)를 순환시키고, 전해 셀(71)에 원료가 되는 물(w)을 공급하고(F1), 그 물(w)을 전해 셀(71)에서 전기분해하여 산소기포 함유 물(bw2)을 생성한다(F2, F3).
생성한 산소기포 함유 물(bw2)을 냉각용기(63) 내에 공급하여 수용하고, 그 냉각용기(63) 내에서 산소기포 함유 물(bw2)을 냉각 동결하여, 산소기포 함유 얼음(11)을 제작한다(F4). 그리고 냉각실(91)의 아래 뚜껑(94)에 대향하도록 자외선 조사기(64)를 진출시키고, 산소기포 함유 얼음(11)에, 그 아래쪽부터 아래 뚜껑(94)을 사이에 두고 자외선을 조사하여(F5), 산소기포 함유 얼음(11) 중의 산소가스를 오존화하면, 오존얼음(1)이 얻어진다(F6).
그 후, 자외선 조사기(64)를 후퇴시키고, 피스톤(p2)을 상승시킨다. 피스톤(p2) 위에 갖추어진 히터를 이용하여 아래 뚜껑(94)을 가열하고, 아래 뚜껑(94)에 달라붙은 오존얼음(1)의 저면을 녹인 후에 아래 뚜껑(94)을 떼어내고, 부압 피스톤(p1)을 더 하강시켜 오존얼음(1)의 윗면에 압력을 가하고, 오존얼음(1)을 아래쪽으로 밀어내어 냉각용기(63)로부터 꺼낸다(F7).
꺼낸 오존얼음(1)을 피스톤(p2)으로 받으면 피스톤(p2)을 하강시키고, 피스톤(p2) 위의 오존얼음(1)을 피스톤(p3)으로 옆쪽에서 밀어내어 반출수단(99)으로 보내고, 반출수단(99)으로 오존얼음(1)을 외부로 반출한다.
이와 같이, 오존얼음 제조장치(1)에 의하면, 냉각용기(63) 내에서 산소기포 함유 물(bw2)을 냉각 동결하는 점이 배치식인 것을 제외하면, 원료인 물(w)로부터 오존얼음(1)을 거의 연속하여 제조할 수 있다. 또, 오존얼음 제조장치(1)에서는, 상술한 방법 2를 간단하게 실시하여 실현할 수 있다.
1: 오존얼음 g2: 산소가스
b: 기포 11: 산소가스를 기포로서 포함하는 얼음

Claims (8)

  1. 산소가스를 기포로서 포함하는 얼음을 제작하고, 제작한 얼음에 자외선을 조사하여, 얼음 중의 산소가스를 오존화하여 오존얼음을 제조하는 것을 특징으로 하는 오존얼음 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 제작한 얼음에, 파장이 130∼242 nm인 자외선을 조사하여, 얼음 중의 산소가스를 오존화하는 것을 특징으로 하는 오존얼음 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 물의 전기분해에 의해 양극에서 발생한 산소가스를 기포로서 포함하는 물을 냉각 동결하여 산소가스를 기포로서 포함하는 얼음을 제작하고, 제작한 얼음에 자외선을 조사하여, 얼음 중의 산소가스를 오존화하여 오존얼음을 제조하는 것을 특징으로 하는 오존얼음 제조방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 마이크로버블로 한 산소가스와 물을 혼합하여 산소가스를 기포로서 포함하는 물로 하고, 그 산소가스를 함유하는 물을 냉각 동결하여 산소가스를 기포로서 포함하는 얼음을 제작하고, 제작한 얼음에 자외선을 조사하여, 얼음 중의 산소가스를 오존화하여 오존얼음을 제조하는 것을 특징으로 하는 오존얼음 제조방법.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 얼음 분체에 산소가스를 공급하고, 이것을 가압 소결하여 산소가스를 기포로서 포함하는 얼음을 제작하고, 제작한 얼음에 자외선을 조사하여, 얼음 중의 산소가스를 오존화하여 오존얼음을 제조하는 것을 특징으로 하는 오존얼음 제조방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 가압 소결은 압력 20 MPa에서 3 시간에 걸쳐 행하는 것을 특징으로 하는 오존얼음 제조방법.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 해빙, 빙하 등의 천연얼음을 채취하여, 산소가스를 기포 중의 가스 성분으로서 포함하는 얼음을 제작하는 것을 특징으로 하는 오존얼음 제조방법.
  8. 물을 전기분해하고, 산소가스를 기포로서 포함하는 물을 생성하기 위한 전해 셀과, 산소가스를 기포로서 포함하는 물을 수용하고, 이것을 냉각 동결하여 산소가스를 기포로서 포함하는 얼음을 제작하는 냉각용기와, 그 냉각용기에 수용한 산소가스를 기포로서 포함하는 얼음에 자외선을 조사하여, 얼음 중의 산소가스를 오존화하여 오존얼음으로 하기 위한 자외선 조사기를 갖춘 것을 특징으로 하는 오존얼음 제조장치.
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