KR20110116131A - 액체를 통하여 전하를 인가하여 살균 특성을 증가시키는 방법 및 장치 - Google Patents

액체를 통하여 전하를 인가하여 살균 특성을 증가시키는 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

전기천공 전극(35, 1614, 1714, 1828)이 장치로부터 처리될 공간 및 표면(252, 304, 1506)에 분사된 액체(250, 302, 306, 308, 1414, 1504, 1917)를 통하여 교류 전기장(E)을 인가하도록 구성되어, 액체와 접촉하는 미생물(256)의 전기천공을 발생시키는 장치(10, 50, 80, 300, 500, 1200, 1300, 1400, 1500, 1700, 1810) 및 방법이 제공된다. 액체는 대전된 나노버블 및/또는 다른 메커니즘에 의하여 표면으로부터 현탁되어 전기장(E)의 미생물에 대한 인가를 향상시킬 수도 있다.

Description

액체를 통하여 전하를 인가하여 살균 특성을 증가시키는 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR APPLYING ELECTRICAL CHARGE THROUGH A LIQUID TO ENHANCE SANITIZING PROPERTIES}
본 발명은 전기천공(electroporation) 및/또는 전기유압 충격(electro-hydraulic shock)과 같은 메커니즘에 의하여 미생물을 불활성화하거나 파괴하는 것에 관한 것이다. 특정한 일 실시예에서, 본 발명은 예를 들어, 전기분해 전지로 전기화학적으로 활성화된 액체를 생산하는 장치에 의하여 전달되는 액체를 통하여 미생물에 전위(electrical potential)를 인가하는 것에 관한 것이다.
전기분해 전지는 다양하고 상이한 응용분야에서 유체의 하나 이상의 특성을 변화시키는데 사용된다. 예를 들어, 전기분해 전지는 세척/살균 응용분야, 의료 산업 및 반도체 제조 프로세스에서 사용되고 있다. 전기분해 전지는 또한 다양한 다른 응용분야에도 사용되고 있으며, 상이한 구성을 갖는다.
세척/살균 응용분야의 경우, 전기분해 전지는 양극 전해활성(electro chemically activated; EA) 액과 음극 전해활성(EA) 액을 생성하는데 사용된다. 양극 EA 액은 살균 특성을 갖는 것으로 알려져 있고, 음극 EA 액은 세척 특성을 갖는 것으로 알려져 있다. 세척 및/또는 살균 시스템의 실시예는 필드(Field) 등에 의하여 2007년 8월 16일에 공개된 미국 특허공개공보(U.S. Publication) 제2007/0186368 A1호에 개시되어 있다.
다만, 양극 EA 액의 살균 성능은 일부 응용분야에서 제한될 수 있다. 특히, 본 발명의 일 양태는 액체의 살균 특성을 향상시키는 개선된 방법, 시스템 및/또는 장치에 대한 것이다.
본 발명은 액체를 통하여 전하를 인가하여 살균 특성을 증가시키는 방법 및 장치를 제공한다. 또한, 본 발명은 전기천공 및/또는 전기유압 충격과 같은 메커니즘에 의하여 미생물을 불활성화하거나 파괴하는 것에 관한 것이다.
본 발명의 일 양태는, 예를 들어 액체 유동 경로(liquid flow path) 및 액체 유동 경로에 결합된 액체 분사기를 포함하는 장치에 관한 것이며, 액체 분사기는 공간 또는 그 표면에 액체를 분사한다. 전기 전도체, 예를 들어 전극은 액체 유동 경로에 전기적으로 결합될 수 있으며, 제어 회로는 대응하는 리턴 전극(return electrode) 없이 분사 액체를 통하여 전극과 공간 또는 그 표면 사이에 교류 전기장이 생성되게 한다.
본 발명의 다른 양태는, 예를 들어 액체 유동 경로 및 액체 유동 경로에 존재하며 양극액과 음극액을 생산하는 전기분해 전지를 포함하는 장치에 관한 것이다. 액체 유동 경로는 양극액과 음극액을 결합하여 결합 액체를 형성한다. 액체 분사기는 액체 유동 경로에 결합되며, 예를 들어, 공간 또는 그 표면에 결합 액체를 분사한다. 예를 들어, 추가 전극이 액체 유동 경로에 전기적으로 결합되며, 전지 전극과 구별된다. 제1 제어 회로는 전지 전극 사이에 전기장을 인가하며, 제2 제어 회로는, 예를 들어 분사 액체를 통하여 추가 전극과 공간 또는 그 표면 사이에 교류 전기장을 생성한다.
본 발명의 다른 양태는, 예를 들어 액체 유동 경로 및 액체 유동 경로에 있고 처리될 공간 또는 그 표면에 액체를 분사하는 액체 분사기를 포함하는 장치에 관한 것이다. 전기 전도체, 예를 들어 전극은 액체 유동 경로와 전기적으로 결합되어 있다. 전기 회로는 약 20 킬로헤르쯔 내지 약 100 킬로헤르쯔 범위의 주파수 및 약 50 볼트 rms 내지 약 100 볼트 rms의 전압을 갖는 교류 전류를 전극에 인가하도록 되어 있고, 여기서 처리될 공간 또는 그 표면은 전극과 공간 또는 그 표면 사이에 형성되는 전기장을 위한 회로 접지로서 기능한다.
본 발명의 다른 양태는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법은 장치로부터 공간 또는 그 표면에 분사된 액체에 의하여 전기 전도 경로를 생성하기 위하여, 예를 들어 장치로부터 공간 또는 그 표면으로 액체를 분사하는 단계; 및 분사 단계 중에, 예를 들어 전도 경로를 따라 액체를 통하여 장치로부터 공간 또는 그 표면으로 교류 전기장을 생성하는 단계를 포함하며, 상기 전기장은 공간 또는 그 표면상에서 적어도 하나의 미생물을 파괴하기에 충분하며, 대응하는 리턴 전극이 없는 장치상에서 전극에 의하여 액체에 인가된다.
본 발명의 다른 양태는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 액체 경로를 따라 장치로부터 분사된 액체에 의하여 표면으로 전달되는 적어도 하나의 음 또는 양으로 대전된 나노버블에 의하여 표면으로부터 적어도 하나의 미생물을 현탁시키는(suspending) 단계; 및 장치와 표면 사이에 형성된 액체 경로를 통하여, 현탁된 미생물에 교류 전기장을 인가하는 단계를 포함하며, 상기 인가된 전기장은 미생물을 파괴하기에 충분한 크기를 갖는다.
본 발명의 다른 양태는, 예를 들어 액체를 통하여 전기 전도 경로를 생성하는 방법으로 장치와 표면 사이에 연장되는 액체 출력; 및 액체 출력의 전기 전도 경로를 통하여 생성되는 교류 전기장을 포함하는 항균 매질(medium)에 관한 것으로서, 상기 전기장은 ASTM E1153-03 및 Log 5 환원 카운트(reduction count)에 따라 적어도 약 99.99%의 항균 효능을 제공하기에 충분하다.
본 발명의 추가적인 양태는 (a) 하나 이상의 유체 보관용기; (b) 제어 회로; (c) 공간 또는 그 표면에 유체를 분사하는 분사기; (d) 유체가 하나 이상의 유체 보관용기로부터 분사기를 통하여 공간 또는 그 표면으로 흐르게 할 수 있는 하나 이상의 도관(conduits), (e) 제어 회로와 결합된 하나 이상의 전기 전도체(conductors)를 포함하는 세척 및/또는 살균 장치에 관한 것으로서, 상기 하나 이상의 전기 전도체는 분사기를 통하여 분사된 유체에 전하를 부여하도록 동작할 수 있고, 상기 제어 회로는 하나 이상의 전기 전도체가 분사기를 통하여 분사된 유체로 전하를 부여하도록 하고, 또한 교류 전기장은 장치와 공간 또는 그 표면 사이에 분사된 유체에 의하여 형성되는 유체 경로를 통하여 공간 또는 그 표면에 인가되기 위하여 생성된다.
본 발명은 전기천공(electroporation) 및/또는 전기유압 충격(electro-hydraulic shock)과 같은 메커니즘에 의하여 미생물을 불활성화하거나 파괴한다.
본 발명에 의하면, 휴대용 분무기 또는 분무 장치, 이동식 바닥 세척기, 손 살균 스테이션(station) 또는 장치, 음식 살균기, 직물 또는 식기 세척기 및/또는 공간 또는 그 표면에 액체 및/또는 기체/액체 혼합물을 생성하거나 인가하기 위한 다른 장치와 같은 고정 또는 이동식 장치에 수반되는 전기분해 전지에 의하여 생산되는 전해액의 살균 특성을 향상시키기 위한 방법 및 장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 양태에 따른 휴대 분무기의 일 실시예의 간략화된 구성도이다.
도 2는 이온-선택막을 갖는 전기분해 전지의 일 실시예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 이온-선택막을 갖지 않는 전기분해 전지를 나타낸다.
도 4A 내지 도 4D는 본 발명의 일 양태에 따라 전기화학적으로 활성화된 액체에 의하여 수행되는 먼지 세척 메커니즘의 일례를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따라 튜브 형상을 갖는 전기분해 전지의 일 실시예를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 전기천공 전극의 분해 사시도이다.
도 7A는 전기적으로 대전된 출력 스프레이에 의하여 분무 헤드와 표면 사이에 형성되는 전도 경로의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7B는 전기천공 메커니즘의 일례를 나타내는 도면이며, 여기서 매질에 현탁된 세포는 전기장에 종속된다.
도 7C는 전기천공에 의하여 확장되는 세공(pore)을 갖는 세포막의 일례를 나타낸 도면이다.
도 8은 전기적으로 대전된 액체를 표면에 분무하는 분무기의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9는 전기적으로 대전된 액체가 분무되어 젖은 표면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10A는 본 발명의 일 실시예에 따른 휴대 분무기의 사시도이다.
도 10B는 본 발명의 일 실시형태에 따른 휴대 분무기의 노출된 좌반면(left-half)의 사시도이다.
도 10C는 본 발명의 일 실시형태에 따른 휴대 분무기의 노출된 분무 헤드의 측면도이다.
도 11은 본 발명의 예시적인 양태에 따라 분무기 내의 전기분해 전지의 양극과 음극에 인가되는 전압 패턴의 일례를 나타내는 파형도를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 예시적인 일 양태에 따라 분무기 상에서 전기분해 전지를 제어하는 제어 회로의 일례의 블록도이다.
도 13A는 본 발명의 예시적인 일 양태에 따라 분무기의 전기천공 전극에 인가되는 전압 패턴을 나타내는 파형도의 일례이다.
도 13B는 본 발명의 예시적인 일 양태에 따라 분무기의 전기천공 전극에 인가되는 주파수 패턴을 나타내는 파형도의 일례이다.
도 13C는 본 발명의 예시적인 일 양태에 따라 분무기의 전기천공 전극에 인가되는 주파수 패턴을 나타내는 파형도의 일례이다.
도 14는 본 발명의 예시적인 일 양태에 따라 분무기 상에서 전기천공 전극을 제어하는 제어 회로의 일례의 블록도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동식 바닥 세척 기계의 일례의 사시도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 전체-표면 세척기의 일례의 사시도이다.
도 17은 본 발명에서 설명한 것과 같이, 적어도 하나의 전기분해 전지 및/또는 적어도 하나의 전기천공 전극을 포함하는 납작 자루걸레(mop) 실시형태의 일례를 나타낸 도면이다.
도 18은 표면에 대해 고정식이거나, 이동식인 예시 장치를 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명에 개시되어 있는 임의의 실시형태에 통합될 수 있는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 20A 및 도 20B는, 도 5-6 및 도 10-14에 도시된 실시형태에 관하여, 노즐로부터의 거리의 함수로서 각각 전기장 및 포텐셜장(potential field)을 예시하는 그래프이다.
도 21은 장치로부터 분사된 액체에 현탁 첨가제가 부가되어 분사된 액체의 현탁 특성을 향상시키는, 본 발명의 실시형태에 따른 시스템을 나타내는 도면이다.
도 22는 분무기에 의하여 분사되고 보유되는 액체의 산화-환원 전위(oxidation-reduction potential: ORP)를 변경시키기 위한 하나 이상의 액체-활성화 물질을 보유하도록 구성된 분무기의 개략적인 예시도이다.
도 23은, 유동-통로(flow-through) 시스템의 유체 라인에 설치될 수도 있는 액체-활성화 물질을 보관하는 카트리지의 개략적인 예시도이다.
이하, 본 발명의 하나 이상의 양태의 예시에 대한 추가적인 설명이 제공된다. 이하의 상세한 설명 및 도면은 본 발명에 청구된 특허청구범위의 발명의 범위를 제한하거나 감축하는 것으로 해석되지 않아야 한다. 예를 들어, 하나 이상의 청구항에 의하여 커버되는 본 발명의 다른 실시형태는 하나 이상의 양태에서 여기에 개시된 도면 및 예시와 다른 구조 및 기능을 가질 수도 있고, 특허청구범위에서 청구되는 발명을 제조 또는 사용하는 다른 구조, 방법 및/또는 이들의 조합을 구체화할 수도 있다.
또한, 다음의 설명은 하나 이상의 섹션 표제를 사용하여 섹션들로 구분하였다. 이들 섹션 및 표제는 단지 설명의 편의를 위하여 제공되는 것이며, 예를 들어 다른 섹션 및/또는 섹션 표제에서 설명하는 다른 특정 실시예 및/또는 실시형태와 결합, 적용 및/또는 활용되는 것으로부터, 특정 실시예 및/또는 실시형태에 관한 특성 섹션 및/또는 섹션 표제에서 논의되는 발명의 하나 이상의 양태를 제한하는 것은 아니다. 하나 이상의 예시의 구성요소, 특징 및 그 밖의 양태는 여기에서 설명되는 하나 이상의 다른 예시의 구성요소, 특징 및 그 밖의 양태와 결합되거나 상호 교환될 수도 있다.
예를 들어, 본 발명의 일 양태는 장치로부터 분사되는 액체 스트림 및/또는 기체/액체 혼합물, 수증기, 기화 액체, 미스트(mist), 스프레이 또는 에어로졸 혼합물을 포함하는 출력 유체의 살균 특성 향상에 관한 것이다. 일 실시예에서, 본 발명은 예를 들어, 액체 스트림 및/또는 기체/액체 혼합물, 기화 액체, 미스트, 스프레이 또는 에어로졸 혼합물을 포함하는 출력 유체의 살균 특성 향상에 관한 것이다. 본 발명의 하나 이상의 실시예에서 살균을 위한 예시적인 원리에는 처리될 표면상의 미생물의 세포에 교류 전기장과 같은 전기장을 인가하는 것을 포함하고, 여기서 상기 전기장은 예를 들어 비가역 전기천공이라고 알려진 프로세스에 의하여 세포들이 영구적으로 손상되도록 임계치를 충족시키거나 능가한다. 전기장이 임계치에 도달되거나 이를 넘어선 경우, 전기천공은 세포의 생존력을 떨어뜨려서, 비가역적 전기천공을 유발할 것이다.
본 발명은 하나 이상의 실시예에서, 미생물은 전기장이 인가되는 장치로부터 분사되는 액체에 의하여 표면으로부터 현탁된다. 이러한 현탁은 예를 들어 액체의 산화-환원 전위를 약 +/- 50 밀리볼트를 초과하게 변경함으로써 향상될 수 있다. 미생물의 현탁은 미생물의 세포에 대한 전기장 인가를 향상시킬 수도 있다.
본 발명의 특정 실시예에서, 본 발명의 일 양태는 휴대용 분무기 또는 분무 장치, 이동식 바닥 세척기, 손 살균 스테이션(station) 또는 장치, 음식 살균기, 직물 또는 식기 세척기 및/또는 공간 또는 그 표면에 액체 및/또는 기체/액체 혼합물을 생성하거나 인가하기 위한 다른 장치와 같은 고정 또는 이동식 장치에 수반되는 전기분해 전지에 의하여 생산되는 전해액의 살균 특성을 향상시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다. 예를 들어, 전기분해 전지는 액체의 ORP를 증가시켜서 대전된 나노버블의 작용을 통하여 미생물의 현탁을 돕는다. 다른 메커니즘 또한 액체의 ORP를 변경시키고 표면으로부터의 입자 및 미생물의 현탁을 증가시키기 위하여 사용될 수 있다.
본 발명의 실시형태는 다양하고 상이한 응용분야에서 사용되거나, 다양하고 상이한 타입의 장치에 수납될 수 있으며, 휴대하거나, 이동식이거나, 고정식이거나, 벽걸이식이거나, 전동식 또는 비전동식이거나, 바퀴가 있거나 없는 등의 장치를 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 다음의 실시예에서, 전기분해 전지 및 전기천공 전극은 휴대 분무기에 통합되어 있다.
본 발명에서 논의되는 하나 이상의 실시예 중의 하나 이상의 다양한 양태들은 선택적 실시형태에서의 다른 양태들과 적절하게 결합되거나 이들로 대체될 수도 있다. 여기에 개시된 표제는 편의를 위하여 사용되는 것이며, 예를 들어 이하 논의되는 일 실시형태 또는 특정 실시형태 또는 실시예를 제한하는 것이 아니다. 또한, 예를 들어, “전기천공 전극”이라는 용어는 전극을 지칭하는 설명에서 사용되는데, 이 용어는 단지 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로서 미생물에 대한 작용 또는 효과를 전기천공 프로세스로 제한하려는 것이 아니다.
본 발명의 하나 이상의 실시예에서, 예를 들어 인가된 전기장을 전달하는 종래의 전기 프로브(probes)를 사용하는 것 대신에, 장치는 이러한 인가된 전기장을 대전된 출력 액체를 통하여 전달하도록 구성될 수도 있다.
1. 휴대 분무기 예시
도 1은 본 발명의 예시적인 일 양태에 따른 휴대 분무기(10)의 형태로서 나타낸 휴대 분무장치의 일 실시예의 간략화된 구성도이다. 다른 실시예에서는 분무장치는 더 큰 장치 또는 시스템의 일부를 형성할 수 있다. 도 1에 나타낸 실시예에서는, 분무기(10)는 처리되어 노즐(14)을 통하여 분사될 액체를 보관하는 저장실(12)을 포함한다. 일 실시예에서, 처리될 액체는 보통의 수돗물과 같은 수성 조성물(aqueous composition)을 포함한다.
분무기(10)는 유입구 필터(16), 하나 이상의 전기분해 전지(18), 튜브(20 및 22), 펌프(24), 작동기(26), 스위치(28), 회로 기판과 제어 전자장치(30) 및 배터리(32)를 더 포함한다. 도 1에 도시되어 있지는 않지만, 튜브(20 및 22)가 예를 들어 분무기(10)의 목부(neck) 및 배럴부(barrel) 안에 개별적으로 수납되어 있을 수도 있다. 뚜껑은 분무기(10)의 목부 주의를 따라 저장실(12)을 밀봉한다. 배터리(32)는, 예를 들어 일회용 배터리 및/또는 재충전용 배터리, 또는 배터리 외에 또는 배터리 대신에 다른 적합한 휴대용 또는 코드가 있는(corded) 전원(electrical sources)을 포함할 수 있고, 회로 기판과 제어 전자장치(30)에 의하여 가동되는 경우, 전기분해 전지(18) 및 펌프(24)에 전력을 제공할 수 있다.
도 1에 도시되어 있는 실시예에서, 작동기(26)는 개방 상태와 폐쇄 상태 사이의 순간 스위치(28)를 작동시키는 트리거-스타일의 작동기이다. 예를 들어, 사용자가 핸드 트리거를 잡는 경우, 트리거는 스위치를 개방 상태에서 폐쇄 상태로 작동시킨다. 사용자가 핸드 트리거를 푸는 경우, 트리거는 스위치를 개방 상태로 작동시킨다. 그러나, 작동기(26)는 다른 실시형태에서 다른 형태 또는 구조를 가질 수도 있으며, 추가적인 실시형태에서 제거될 수도 있다. 별도의 작동기가 결여된 실시형태에서, 예를 들어 스위치(28)는 사용자에 의하여 직접 작동될 수 있다. 스위치(28)가 개방되어 비-전도(non-conducting) 상태에 있는 경우, 제어 전자장치(30)는 전기분해 전지(18) 및 펌프(24)를 가동시키지 않는다. 스위치(28)가 폐쇄되어 전도 상태에 있는 경우, 제어 전자장치(30)는 전기분해 전지(18) 및 펌프(24)를 가동시킨다. 펌프(24)는 저장실(12)로부터 필터(16), 전기분해 전지(18) 및 튜브(20)를 통하여 액체를 끌어당기며, 튜브(22) 및 노즐(14) 밖으로 액체를 내보낸다. 분무기에 따라, 예를 들어, 물 스트림을 분사하는 것, 안개처럼 연무화하는 것, 스프레이를 분사하는 것 사이에서 선택할 수 있도록 노즐(14)이 조정될 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다.
스위치(28) 자체는 도 1에 도시되어 있는 푸시-버튼 스위치, 토글(toggle), 로커(rocker), 임의의 기계적 링크(linkage) 및/또는 예를 들어 용량성(capacitive), 저항성 플라스틱, 열성(thermal), 유도성(inductive), 기계적, 비-기계적, 전기-기계적 또는 다른 센서 등을 포함하는 입력을 감지하는 임의의 센서와 같은 임의의 적절한 작동기 타입을 가질 수 있다. 스위치(28)는 순간 단극단투(SPST; single pole single throw) 등과 같은 임의의 적절한 접촉 구성(contact arrangement)을 가질 수 있다.
다른 실시형태에서, 펌프(24)는 핸드-트리거 용적식(hand-trigged positive displacement) 펌프와 같은 기계적인 펌프로 대체되며, 여기서 작동기 트리거(26)는 기계적인 작동에 의하여 펌프에서 직접 작용한다. 이러한 실시형태에서, 스위치(28)는 전기분해 전지(18)를 가동시키기 위하여, 파워 스위치와 같이 펌프(24)로부터 개별적으로 작동될 수 있다. 추가적인 실시형태에서, 배터리(32)는 제거되고, 전력은 예를 들어 회전 발전(dynamo), 진동(shaker) 또는 태양 전원 등의 다른 휴대용 전원을 통하여 또는 전력 코드, 플러그 및/또는 접촉 단자를 통하여 외부 전원으로부터 분무기(10)로 전달된다. 예를 들어, 대체적인 실시형태에서, 사용자는 전력을 생성하기 위하여 트리거를 잡아서 내부 발전기를 작동시킬 수도 있다. 분무기는, 분무기에 수반되는 휴대용 전원 또는 외부 전원에 연결하기 위하여 분무기에 수반되는 단자들 같은 임의의 적절한 전원을 포함할 수 있다.
도 1에 도시되어 있는 구성배치는 단순히 본 발명을 제한하지 않는 실시예로서 제공되는 것이다. 분무기(10)는 임의의 다른 구조적 및/또는 기능적 구성배치를 가질 수 있다. 예를 들어, 펌프(24)는 저장실(12)로부터 노즐(14)까지의 유체 유동(fluid flow)의 방향과 관련하여, 도 1에 도시된 바와 같이 전지(18)의 하류에 위치하거나, 전지(18)의 상류에 위치할 수 있다. 분무기(10)는 예를 들어, 임의의 다른 적절한 휴대 장치일 수도 있으며, 병 또는 분무용기의 형상일 필요는 없다. 다른 실시형태에서는, 예를 들어 다른 형태 인자 또는 인체공학적 형상이 활용될 수도 있다. 예를 들어, 분무 장치는 지팡이(wand) 형태를 가질 수도 있는데, 이는 자루걸레 버킷(mop bucket), 전동식 또는 무전동식 다목적 세척기, 별도의 세척 헤드를 갖거나 갖지 않는 이동식 세척 장치, 차량 등과 같은 세척 장치에 연결되거나 연결되지 않을 수 있다.
이하 더 상세히 설명하는 바와 같이, 분무기는 세척 및/또는 살균될 공간 또는 그 표면상에 분무될 액체를 포함한다. 제한 없는 일 실시예에서, 전기분해 전지(18)는 액체가 출력 스프레이(또는 스트림)로서 노즐(14)로부터 분사되기 전에, 액체를 양극 EA액 및 음극 EA액으로 변환시킨다. 양극 EA액 및 음극 EA액은 결합된 혼합물 또는 별도의 튜브 및/또는 노즐을 통하는 것과 같은 별도의 스프레이 출력으로서 분사될 수 있다. 도 1에 도시되어 있는 실시형태에서, 양극 EA액 및 음극 EA액은 결합된 혼합물로서 분사된다. 작고 간헐적인 출력 유량(flow rate)이 제공되는 분무기의 경우, 전기분해 전지(18)는 작은 패키지를 가질 수 있고, 예를 들어 패키지 또는 분무기에 수반되는 배터리에 의하여 전력을 공급받을 수 있다.
분무기(10)는 별도의 전기 전도체, 리드, 또는 예를 들어 액체 또는 액체 경로에 위치하여 액체 출력 스프레이에서의 대지 접지(Earth ground)에 관련하는 전위를 부여, 유도, 또는 발생하는 고전압 전극(35)과 같은 다른 전기 및/또는 전자기 구성요소를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 액체 출력 스프레이를 형성하는 액체가 이미 전하를 수반하는 경우, 이러한 전위는 액체 출력 스프레이에서 별도의 또는 추가적인 전위일 수 있다. 도 1에 도시된 예시에서, 전극(35)은 튜브(22)를 따라 위치하며, 튜브를 따라 흐르는 액체와 전기적 접촉을 하도록 구성되어 있다. 그러나, 예를 들어 전극(35)은 저장실(12)로부터 노즐(14)까지의 액체의 유동 경로를 따라 임의의 위치에 (또는 분무기(10)의 외부에도) 위치할 수 있다. 제어 회로(30)는 트리거(26)가 스위치(28)를 폐쇄 상태로 작동시키면 전극(35)을 가동하고, 트리거(26)가 스위치(28)를 개방 상태로 작동시키면 전극(35)을 가동하지 않는다. 예를 들어, 트리거(26)가 동작되거나 액체가 분사되는 시간의 일부 동안에도 전극(35)을 가동시키지 않는 것과 같은, 다른 가동, 비가동 상태 또는 패턴들이 다른 실시형태에서 사용될 수 있다는 것을 이해해야 할 것이다. 이 예시에서, 전극(35)은 반대 극성의 대응하는 리턴 전극(return electrode)을 갖지 않는다. 또한, 다른 실시형태에서, 하나 이상의 전기 전도체, 리드, 또는 다른 전기적 구성요소 또는 이들의 조합이 전위를 부여하거나, 유도하거나 또는 발생시키는데 활용될 수 있다.
전극(35)에 의하여 생성되거나 보충되는 전위는 액체 분사를 통하여 세척되어야 하는 표면상의 미생물에 인가되며, 충분한 크기의 전하 전달이 이루어진 경우, 이러한 전하는 이하 더 상세한 예시에서 설명되는 바와 같이, 전기천공 및/또는 전기유압 충격과 같은 메커니즘을 통하여 미생물에 비가역적 손상, 파괴를 일으키거나, 이들을 제거할 수 있다. 이는 사용 중 액체 출력 스프레이의 살균 특성을 향상시킨다.
2. 전기분해 전지 예시
전기분해 전지는 적어도 하나의 양극과 적어도 하나의 음극 사이의 유체를 통하여 전기장을 인가하는 임의의 유체 처리 전지를 포함한다. 전기분해 전지는 임의의 적절한 개수의 전극, 유체를 보관하는 임의의 적절한 개수의 챔버 및 임의의 적절한 개수의 유체 입력 및 유체 출력을 갖는다. 전지는 액체 또는 기체-액체 결합과 같은 임의의 유체를 처리하는데 적용될 수 있다. 전지는 양극과 음극 사이에 하나 이상의 이온-선택막을 포함하거나, 어떠한 이온-선택막도 없이 구성될 수도 있다. 이 실시예에서, 이온-선택막을 갖는 전기분해 전지는 "기능 생성기(functional generator)" 라고 지칭한다. 이 용어는 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니고, 다른 적합한 장치 및/또는 구조가 기능 생성기로서 적합할 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다.
전기분해 전지는 다양하고 상이한 응용분야에 사용될 수 있으며, 도 1과 관련하여 설명한 분무기 및/또는 필드(Field) 등에 의하여 2007년 8월 16일에 공개된 미국 특허공개공보 제2007/0186368호에 개시되어 있는 구조로 제한되지 않는 다양하고 상이한 구조를 가질 수 있다. 따라서, 여기에서는 분무기의 경우에 대해서만 전기분해와 관련하여 다양한 구성요소 및 프로세스를 설명하고 있지만, 이러한 구성요소 및 프로세스는 분무기가 아닌 다른 응용분야에 적용되고 통합될 수 있다.
2.1 막을 갖는 전기분해 전지 예시
도 2는 예를 들어 도 1에 도시되어 있는 분무기에 사용될 수 있는 전기분해 전지(50)의 일 실시예를 나타내는 구성도이다. 전기분해 전지(50)는 액체 공급원(52)으로부터 처리될 액체를 받는다. 액체 공급원(52)은 탱크 또는 도 1에서의 저장실(12)과 같은 다른 용액 저장실을 포함하거나, 외부 공급원으로부터 액체를 받는 피팅(fitting) 또는 다른 유입구를 포함할 수 있다.
전지(50)는 반응 챔버로 알려진 하나 이상의 양극 챔버(54) 및 하나 이상의 음극 챔버(56)를 가지며, 이들은 양이온 교환막(예를 들어 양성자 교환막) 또는 음이온 교환막(exchange membrane)과 같은 이온 교환막(58)에 의하여 분리되어 있다. 하나 이상의 양극(60) 및 음극(62)(각각의 전극 중 하나씩만 도시하였음)은 각각의 양극 챔버(54) 및 음극 챔버(56)에 각각 배치되어 있다. 양극(60) 및 음극(62)은 예를 들어 스테인리스강, 전도성 폴리머, 티타늄 및/또는 백금과 같은 귀금속으로 코팅된 티타늄, 또는 임의의 다른 적절한 전극 소재와 같은 임의의 적절한 소재로 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 양극 또는 음극은 전적으로 또는 적어도 부분적으로 전도성 폴리머로 만들어질 수 있다. 전극 및 각각의 챔버는 임의의 적절한 형상과 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 전극은 평판, 동축형(coaxial) 판, 막대(rod) 또는 이들의 조합 형태일 수 있다. 각각의 전극은, 예를 들어 솔리드형 구조를 갖거나, 하나 이상의 개구를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 전극은 메쉬(mesh)로 형성된다. 또한, 다수의 전지(50)는 예를 들어 다른 전지와 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다. 전극(60 및 62)은 통상적인 전원의 반대 단자(미도시)에 전기적으로 연결되어 있다.
이온 교환막(58)은 전극(60)과 전극(62) 사이에 위치한다. 이온 교환막(58)은 양이온 교환막(예를 들어, 양성자 교환막) 또는 음이온 교환막을 포함할 수 있다. 이온 교환막(58)에 관한 적절한 양이온 교환막은 부분적 또는 전체적 플루오르화 이오노머(ionomer), 폴리방향족(polyaromatic) 이오노머 및 이들의 조합을 포함한다. 이온 교환막(58)에 관해 적절히 상업적으로 구입할 수 있는 이오노머의 예시는, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 이.아이.듀퐁(E.I. du Pont de Nemours and Company) 사로부터 구입할 수 있는, 상표가 "NAFION"인 술포네이티드 테트라플루오로에틸렌 코폴리머; 일본 아사히 글라스(Asahi Glass Co., Ltd.) 사로부터 구입할 수 있는, 상표가 "FLEMION"인 퍼플루오리네이티드 카복실산 이오노머; 일본 아사히 케미칼(Asahi Chemical Industries Co. Ltd.) 사로부터 구입할 수 있는, 상표가 "ACIPLEX"인 퍼플루오리네이티드 술폰산 이오노머; 및 이들의 조합을 포함한다. 적절한 막들의 다른 예시는, 예를 들어, CMI-7000S 양이온 교환막 및 AMI-7001S 음이온 교환막과 같은, 미국 뉴저지주 글렌 록 소재의 멤브레인 인터내쇼날(Membranes International Inc.) 사로부터 구입할 수 있는 것들을 포함한다. 그러나, 다른 실시예에서는 어떠한 이온 교환막도 사용될 수 있다.
전원은 일정한 DC 출력 전압, 펄스화되거나 변조된 DC 출력 전압 및/또는 펄스화되거나 변조된 AC 출력 전압을 양극 및 음극에 제공할 수 있다. 전원은 임의의 적절한 전압 레벨, 전류 레벨, 듀티-사이클(duty-cycle) 또는 파형 등을 가질 수 있다.
예를 들어, 일 실시형태에서, 전원은 상대적 정상 상태에서 공급 전압을 판에 인가한다. 전원(및/또는 제어 전자장치)은 전압 및 전류 출력을 제어하기 위하여 펄스-폭 변조(pulse-width modulation; PWM) 제어 방식을 사용하는 DC/DC 변환기를 포함한다. 다른 타입의 전원 또한 사용될 수 있으며, 이들은 다른 전압 및 전력 범위에서 펄스화되어 있거나 그렇지 않을 수 있다. 변수들은 특정 응용 및/또는 실시형태에 따라 변할 수 있다.
동작하는 동안, 원료 물(또는 처리될 다른 액체)은 공급원(52)으로부터 양극 챔버(54)와 음극 챔버(56) 모두로 공급된다. 양이온 교환막의 경우에, 약 5 볼트 내지 약 28 볼트까지, 또는 5 볼트 내지 약 38 볼트까지 범위의 전압과 같은, 양극(60)과 음극(62) 사이의 DC 전압 포텐셜의 인가에 따라, 양극 챔버(54)에 원래 존재하는 양이온은 이온 교환막(58)을 통하여 음극(62)으로 이동하며, 양극 챔버(54)에 존재하는 음이온은 양극(60)으로 이동한다. 그러나, 음극 챔버(56)에 존재하는 음이온은 양이온 교환막을 통과할 수 없으므로, 음극 챔버(56) 내에 계속 남게 된다.
그 결과로서, 전지(50)는 전기분해를 적어도 부분적으로 활용함으로써 원료 물을 전기화학적으로 활성화하고, 산성의 양극액 성분(70) 및 염기성의 음극액 성분(72)의 형태로 전기화학적으로 활성화된 물을 생산한다. 일 실시예에서, 양극액 성분(70)은 적어도 약 +50 mV(예를 들어 +50 mV 내지 +1200 mV 범위)의 산화-환원 전위(oxidation-reduction potential: ORP)를 갖고, 음극액 성분(72)은 적어도 약 -50 mV(예를 들어 -50 mV 내지 -1000 mV 범위)의 산화-환원 전위를 갖는다.
필요에 따라 양극액 및 음극액은, 예를 들어 전기분해 전지의 구조에 대한 변형을 통하여 상이한 비율로 생성될 수 있다. 예를 들어 EA 물의 가장 중요한 기능이 세척이라면, 전지는 양극액보다 음극액을 더 생산하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 예를 들어 EA 물의 중요한 기능이 살균이라면, 전지는 음극액보다 양극액을 더 생산하도록 구성될 수 있다. 또한, 각각의 경우에서 반응종(reactive species)의 농도는 변할 수 있다.
예를 들어, 전지는 양극액보다 음극액을 더 생산하기 위하여 음극판 대 양극판의 비율을 3:2로 할 수 있다. 각각의 음극판은 각각의 이온 교환막에 의하여 각각의 양극판과 분리된다. 따라서, 이 실시예에서 2 개의 양극 챔버에 관해 3 개의 음극 챔버가 존재한다. 이러한 구성은 대략 60%의 음극액 대 40%의 양극액을 생산한다. 다른 비율 또한 사용될 수 있다.
또한, 인가된 전압의 듀티 사이클 및 다른 전지 특성은 전지에 의하여 제조된 양극액 및 음극액의 상대적 양을 변경하기 위하여 변경될 수 있다.
2.2 이온 선택막(ion-selective membrane)이 없는 전기분해 전지 예시
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 이온 선택막이 없는 전기분해 전지(80)를 나타낸다. 전지(80)는 반응 챔버(82), 양극(84) 및 음극(86)을 포함한다. 챔버(82)는 예를 들어 전지(80)의 외벽, 전극(84 및 86)이 위치하는 보관용기 또는 도관의 외벽, 또는 전극 자체에 의하여 구분될 수 있다. 양극(84) 및 음극(86)은 예를 들어 스테인리스강, 전도성 폴리머, 티타늄 및/또는 백금과 같은 귀금속으로 코팅된 티타늄과 같은 임의의 적절한 소재 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있다. 양극(84) 및 음극(86)은 도 1에 도시되어 있는 배터리(32)와 같은 통상적인 전원에 연결되어 있다. 일 실시형태에서, 전기분해 전지(80)는 휴대 분무기 또는 이동식 바닥 세척 장치의 유동 경로(flow path) 내와 같이 처리될 액체의 유동 경로에 위치하고 챔버(82)를 구분하는 자체 용기를 포함한다.
동작하는 동안, 예를 들어 액체는 공급원(88)에 의하여 공급되며 전기분해 전기(80)의 반응 챔버(82)로 도입된다. 도 3에 도시되어 있는 실시형태에서, 전기분해 전지(80)는 양극(84)에서의 반응 생산물과 음극(86)에서의 반응 생산물을 분리하는 이온 교환막을 포함하지 않는다. 세척용으로 처리될 액체로서 수돗물이 사용되는 실시예에서, 물이 챔버(82)로 도입되고 양극(84)과 음극(86) 사이에 전압 포텐셜을 인가한 후에, 양극(84)에 접촉하거나 그 부근의 물 분자는 산소(O2) 및 수소 이온(H+)으로 전기화학적으로 산화되며, 음극(86)에 접촉하거나 그 부근의 물 분자는 수소 기체(H2) 및 수산화 이온(OH-)으로 전기화학적으로 환원된다. 다른 반응 또한 발생할 수 있으며, 특정 반응은 액체의 성분에 따라 다르다. 반응 생산물을 서로 분리시키는 물리적인 장벽이 존재하지 않기 때문에, 양 전극으로부터의 반응 생산물은 혼합되어, 예를 들어 산소화 유체(oxygenated fluid; 89)를 형성할 수 있다. 다른 방법으로, 예를 들어, 양극과 음극 사이에 배치된 불투과막 또는 다른 막(미도시)과 같은 유전체 장벽을 사용함으로써, 양극(84)은 음극(84)과 분리될 수 있다.
2.3. 분사기 예시
도 2로부터의 양극 EA액 및 음극 EA액 출력 또는 도 3의 산소화 유체(89)는 분사기(74)에 연결될 수 있으며, 분사기는 예를 들어 유출구, 피팅(fitting), 삽입구(spigot), 분무 헤드, 세척/살균 장치 또는 헤드, 또는 이들의 조합을 포함하는 임의의 타입의 분사기 또는 분사기들을 포함할 수 있다. 도 1에 도시되어 있는 실시예에서, 분사기(74)는 분무 노즐(14)을 포함한다. 도 2와 같이 각각의 출력(70 및 72)에 대한 분사기 또는 출력 모두를 위한 결합형 분사기가 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 도 2의 양극액 및 음극액 출력은 공통 출력 스트림(76)으로 혼합되어 분사기(74)로 공급된다. 필드(Field) 등의 미국 특허공개공보 제2007/0186368호에 개시되어 있는 바와 같이, 양극액과 음극액은 세척 장치의 분배 시스템 내에 및/또는 세척될 표면 또는 대상 상에서 함께 혼합될 수 있으며, 적어도 유리한 세척 및/또는 살균 특성을 일시적으로 보유한다. 이 실시예에서 양극액과 음극액이 혼합되는 경우라도, 이들은 초기에는 평형 상태에 있지 않으므로 향상된 세척 및/또는 살균 특성을 일시적으로 보유할 수 있다.
예를 들어, 일 실시형태에서, 2 개의 액체가 함께 혼합된 경우라도, 음극 EA 물 및 양극 EA 물은 적어도 30 초 동안 다른 전기화학적으로 활성화된 특성을 유지한다. 이 시간 동안, 2 개의 타입의 액체의 다른 전기화학적으로 활성화된 특성은 즉시 중화시키는 것은 아니다. 이는 통상의 세척 동작 동안에 각각의 액체의 유익한 특성이 활용될 수 있게 한다. 상대적으로 짧은 기간의 시간 후에, 세척되어야 하는 표면상의 혼합된 양극 EA액과 음극 EA액은 공급 액체(예를 들어, 수돗물)의 원래 pH 및 ORP로 상당히 빠르게 중화될 수 있다. 일 실시예에서, 혼합된 양극 EA액과 음극 EA액은, 양극 EA액과 음극 EA액 출력이 전기분해 전지에 의하여 생산된 시간으로부터 1분 미만 또는 다른 조합의 시간 내에 ±50 mV 사이의 ORP 및 pH 6과 pH 8 사이의 pH로 상당히 중화된다. 다른 적합한 pH 범위가 생길 수도 있다. 그 후에, 원래대로 돌아온 액체는 임의의 적절한 방법으로 처리될 수 있다.
다른 실시형태에서, 혼합된 양극 EA액과 음극 EA액은 실시형태 및 액체의 특성에 따라, 30 초 넘게 ±50 mV의 범위 밖의 ORP 및 pH 6과 pH 8 사이의 범위 밖의 pH를 유지할 수 있거나, 1 분이 넘은 시간 범위 후에 중화될 수 있다.
3. 먼지 및 전해수(electrolyzed water)를 이용한 세척 예시
다음의 논의는 본 발명에서의 다른 실시예의 논의에서와 같이 단지 예시로서 제공되는 것이며, 본 발명, 여기에서 설명되는 실시예의 동작 및/또는 여기에 첨부된 임의의 청구항의 범위를 제한하는 것은 아니다.
3.1 기본 개념의 예시
먼지는 예를 들어, 건조된 예비-용해가능성(previously-soluble) 물질, 유성(oily) 물질 및/또는 불용성 입자의 혼합물로 구성된다. 일반적으로, 먼지는 물보다는 다른 먼지 입자에 대해 더 큰 친화성을 갖는다.
먼지를 제거하기 위하여, 먼지 입자와 다른 먼지 입자 간의 친화성 및 먼지 입자와 세척될 표면 사이의 친화성은 감소돼야 하며, 물에 대한 먼지 입자의 친화성은 증가해야 한다.
일반적으로, 비누 및 세제들은 유성 먼지에 사용되어 미셀(micelle)을 형성하고, 폴리 음이온(polyanion)은 먼지 입자를 현탁하는데 사용된다. 본 발명의 일 예시적인 실시형태에서, 노즐(14)로부터 분사되는 전해수에는 이들 중 어느 것도 존재하지 않는다.
다만, 도 4A에 도시된 바와 같이, 전기분해 프로세스 동안에, 일부 나노버블이 전극 표면에 생성된 다음, 전기분해 전지에 의하여 생성된 양극 EA액 및 음극 EA액 내에서 천천히 소멸된다. 다른 나노버블은 분무기로부터 분사되는 과포화 EA 수용액으로부터 먼지 표면에 생성된다. 이들 나노버블은 수용액과 물에 가라앉은 고체/액체 표면 모두에서 상당한 시간 기간 동안 존재할 수 있다.
도 4B에 도시된 바와 같이, 나노버블은 통상적인 먼지 입자상에서 발견되는 것과 같이 소수성 표면에 형성되고 부착되는 경향이 있다. 기체 버블의 부착이 호의적인 음의 자유 에너지(free energy) 변화로 높은 에너지의 물/소수성 경계 표면으로부터 물 분자들을 방출시키기 때문에, 이 프로세스는 에너지적으로 선호된다.
또한, 버블은 표면에 접촉하므로, 버블은 확산되거나 평평하게 펴져 버블의 곡률을 감소시키고, 추가적인 호의적 자유 에너지 방출을 제공한다.
또한, 도 4C에 도시된 바와 같이, 먼지 입자의 표면상의 나노버블의 존재는, 일반적으로 기계적인 세척/와이핑(wiping) 작용 및/또는 사전 전해질 살포 프로세스(prior electrolytic sparging process)에 의하여 도입되는 더 큰 마이크론-플러스(micron-plus) 사이즈의 기체 버블에 의하여 입자의 픽업을 증가시킨다. 표면의 나노버블의 존재는 또한 이러한 작용에 의하여 픽업될 수 있는 먼지 입자의 크기를 감소시킨다.
도 4D에 도시된 바와 같이, 이러한 픽업은 세척될 표면으로부터 먼지 입자를 멀리 띄우는 것을 돕고, 재-침착(re-deposition)을 방지한다.
나노버블의 추가적인 특성은 이들의 부피에 비해 방대한 기체/액체 표면 영역이다. 물의 높은 표면 장력에 의하여 인식되는 바와 같이, 물 분자는 이 경계면에서 더 적은 수소 결합에 의하여 유지된다. 다른 물 분자에 대한 수소 결합의 감소로 인하여, 경계면의 물은 보통 물보다 더 반응적이고, 다른 분자들과 더 빠르게 수소결합을 할 것이며, 이로써 더 빠른 수화(hydration)를 나타낼 것이다.
적어도 일부의 이들 예시적인 특성으로 인하여, 특정 실시형태에서 도 1에 도시된 분무기로부터 생성되고 분사되는 결합 양극 및 음극 EA액은 비-전해수와 비교할 때 세척 특성이 향상된다.
3.2 반응 예시
도 2에 도시한 전기분해 전지(50)에서, 양극(60)에 접촉한 물 분자는 양극 챔버(54)에서 산소(O2)와 수소 이온(H+)으로 전기화학적으로 산화되며, 음극(62)에 접촉한 물 분자는 음극 챔버(56)에서 수소 기체(H2)와 수산화 이온(OH-)으로 전기화학적으로 환원된다. 양극 챔버(54)에 있는 수소 이온은 양이온-교환막(58)을 통과하여 음극 챔버(56)로 이동하도록 허용되고, 여기서 수소 이온은 수소 기체로 환원되며, 양극 챔버(54)에 있는 산소 기체는 원료 물을 산화시켜 양극액(70)을 형성한다. 보통의 수돗물은 통상적으로 염화나트륨 및/또는 다른 염화물을 포함하기 때문에, 양극(60)은 존재하는 염화물을 산화시켜 염소 기체를 형성한다. 그 결과로서, 상당한 양의 염소가 생산되며, 양극액 성분(70)의 pH가 시간이 지남에 따라 점차 산성화된다.
상기 언급한 바와 같이, 음극(62)에 접촉한 물 분자는 수소 기체와 수산화 이온(OH-)으로 전기화학적으로 환원되며, 전압 포텐셜이 인가되는 경우, 양극 챔버(54)에 있는 양이온은 양이온-교환막(58)을 통하여 음극 챔버(56)로 이동한다. 이들 양이온은 음극(62)에서 생성된 수산화 이온과 이온적으로 결합하는데 이용될 수 있으며, 수소 기체 버블이 액체에서 형성된다. 시간이 지남에 따라 상당한 양의 수산화 이온이 음극 챔버(56)에서 축적되며, 양이온과 반응하여 염기성 수산화물을 형성한다. 또한, 양이온-교환막이 음으로 대전된 수산화 이온이 양이온-교환막을 통과하도록 허용하지 않기 때문에, 수산화물은 음극 챔버(56)에 계속 남게 된다. 결과적으로 상당한 양의 수산화물이 음극 챔버(56)에서 생산되며, 음극액 성분(72)의 pH는 시간이 지남에 따라 점차 염기성화된다.
기능 생성기(50)에서 전기분해 프로세스는 양극 챔버(54)와 음극 챔버(56)에서 준안정성(metastable) 이온과 라디칼의 형성 및 반응종의 농축을 허용한다.
전기화학적 활성화 프로세스는 통상적으로 예를 들어 양극(60)에서의 전자 회수 또는 음극(62)에서의 전자 도입에 의하여 발생하며, 이는 원료 물의 구조적, 에너지적, 촉매적인 것을 포함하여 물리화학적 특성의 변화를 일으킨다. 원료 물(양극액 또는 음극액)이 전극 표면 근처에서 활성화되며, 여기서 전기장 강도는 매우 높은 레벨에 도달할 수 있다. 이 영역은 전기이중층(electric double layer; ELD)라고 지칭될 수 있다.
전기화학적 활성화 프로세스가 계속되는 동안, 일반적으로 물 쌍극자(water dipoles)는 전기장에 정렬되며, 결과적으로 물 분자의 수소 결합 중 일부가 파괴된다. 또한, 단일-연결된 수소 원자는 음극(62)에서 금속 원자(예를 들어, 백금 원자)에 결합되며, 단일-연결된 산소 원자는 양극(60)에서 금속 원자(예를 들어, 백금 원자)에 결합된다. 이들 결합된 원자는 이들이 추가적인 반응에 참가할 때까지 각각의 전극의 표면에 2차원적으로 분산된다. 다른 원자 및 다원자 그룹 또한 양극(60)과 음극(62)의 표면에 유사하게 결합될 수도 있으며, 또한 그 후에 반응을 받을 수도 있다. 산소(O2) 및 수소(H2)와 같은 표면에서 생산되는 분자는 기체로서 액체 상태의 물에서 작은 캐비티(cavity)(즉, 버블)로 들어가거나, 또는 액체 상태의 물에 의하여 용매화될 수도 있다. 이들 기체 상태의 버블은 분산되거나 또는 액체 상태의 원료 물에 현탁된다.
기체 상태의 버블의 크기는 원료 물에 인가된 압력, 원료 물 내의 염 및 다른 성분의 구성 및 전기화학적 활성화의 정도와 같은 다양한 변수에 따라 변할 수도 있다. 따라서, 기체 상태의 버블은 다양하고 상이한 크기를 가질 수도 있으며, 매크로(macro)버블, 마이크로버블, 나노버블 및 이들의 혼합물을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아니다. 매크로버블을 포함하는 실시형태에서, 생성된 버블에 관한 적절한 평균 버블 직경의 예는 약 500 마이크로미터에서 약 1 밀리미터의 범위의 직경을 포함한다. 마이크로버블을 포함하는 실시형태에서, 생성된 버블에 관한 적절한 평균 버블 직경의 예는 약 1 마이크로미터에서 약 500 마이크로미터 미만의 범위의 직경을 포함한다. 나노버블을 포함하는 실시형태에서, 생성된 버블에 관한 적절한 평균 버블 직경의 예는 약 1 마이크로미터 미만의 직경을 포함하며, 구체적으로 적절한 평균 버블 직경은 약 500 나노미터 미만의 직경을 포함하고, 더 구체적으로 적절한 평균 버블 직경은 약 100 나노미터 미만의 직경을 포함한다.
표면에 있는 분자는 전극 표면에 있는 기체 분자보다 물 내에 있는 분자로 더 끌어 당겨지기 때문에, 기체-액체 경계면에서의 표면 장력은 양극(60)과 음극(62)의 표면으로부터 멀어지는 분자 사이의 인력(attraction)에 의하여 생긴다. 반대로, 대량의 물 분자는 모든 방향으로 동일하게 끌어당겨 진다. 따라서, 가능한 상호작용 에너지를 증가시키기 위하여, 표면 장력은 전극 표면에 있는 분자가 대량의 액체로 들어가게 한다.
기체 상태의 나노버블이 생성되는 실시형태에서, 나노버블(즉, 약 1 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 버블) 안에 있는 기체는 나노버블의 작은 직경에도 불구하고, 상당한 지속기간 동안 원료 물에서 안정한 상태에 있다. 이론에 구속되는 것은 아니지만, 기체/액체 경계면에서의 표면 장력은, 기체 버블의 곡선 표면이 분자 차원에 접근하는 경우 떨어진다. 이는 소멸하게 되는 나노버블의 자연적인 경향을 감소시킨다.
또한, 나노버블 기체/액체 경계면은 막(58)을 통하여 인가되는 전압 포텐셜로 인하여 대전된다. 전하는 표면 장력에 대해 대항하는 힘을 생기게 하며, 나노버블의 소멸을 느리게 하거나 방지한다. 경계면에서 유사한 전하의 존재는 명백한 표면 장력을 감소시키며, 전하 반발은 표면 장력으로 인한 표면 최소화에 대해 반대 방향으로 작용한다. 기체/액체 경계면에 호의적인 추가 대전 소재의 존재에 의하여 임의의 영향이 증가할 수도 있다.
기체/액체 경계면의 자연 상태는 음전기를 나타낸다. Cl-, ClO-, HO2 - 및 O2 - 와 같은 높은 극성 및/또는 낮은 표면 전하 밀도를 갖는 다른 이온 또한 수화된 전자와 같이 기체/액체 경계면에 호의적이다. 수용성 라디칼 또한 이러한 경계면에 잔류하는 것을 선호한다. 따라서, 음극액(즉, 음극 챔버(56)을 통하여 흐르는 물)에 존재하는 나노버블은 음으로 대전되지만, 양극액(즉, 양극 챔버(54)을 통하여 흐르는 물)은 전하(자연적인 음전하를 상쇄시키고 남은 양전하)를 거의 소유하고 있지 않다. 따라서, 음극액 나노버블은 양극액과 혼합되는 경우에도 그들의 전하를 잃지 않을 것이다.
또한, 음극에서의 과도한 포텐셜로 인하여, O2와 같은 기체 분자가 나노버블 내에서 대전되어, 나노버블의 전체 전하를 증가시킬 수도 있다. 대전된 나노버블의 기체/액체 경계면에서의 표면 장력은, 대전되지 않은 나노버블 및 그 크기가 안정화된 경우에 비해 감소할 수 있다. 이는 표면 장력이 표면을 최소화하는 반면에, 대전된 표면은 유사한 전하 사이의 반발을 최소화하는 것을 확대시키려는 경향이 있다는 것으로부터 정성적으로 인식될 수 있다. 전기분해에 요구되는 과도한 전력 손실로 인한, 전극 표면에서의 온도 상승은 국소(local) 기체 용해도의 감소에 의하여 나노버블 형성을 증가시킬 수도 있다.
유사한 전하 사이의 반발력이 이들의 거리의 제곱에 반비례하여 증가하기 때문에, 버블 직경이 감소함에 따라 외부로의 압력은 증가한다. 전하의 영향은 표면 장력의 영향을 감소시킨다는 것이고, 표면 장력은 표면을 감소시키는 반면에 표면 전하는 이를 확대시키는 경향이 있다. 따라서, 이들 반대되는 힘이 동일한 경우에 평형 상태에 도달한다. 예를 들어, 기체 버블(반경 r)의 내부 표면에서의 표면 전하 밀도가 Φ(e-/㎡)라고 가정하면, 외부로의 압력("Pout")은 나비어 스트로크(NavierStokes) 식을 풀어서 얻어질 수 있으며,
Pout = Φ2/2Dε0 (식 1)
여기서, D는 기체 버블의 상대유전상수이고 (1 이라고 가정함), "ε0"는 진공 투과도(즉, 8.854 pF/m)이다. 기체에서 표면 장력으로 인한 내부로의 압력("Pin")은,
Pin = 2g/rPout 이다. (식 2)
여기서, "g"는 표면 장력(25℃에서 0.07198 J/㎡)이다. 따라서, 이들 압력이 동일하다면, 기체 버블의 반직경은,
r = 0.28792ε0 /Φ2 이다. (식 3)
따라서, 나노버블의 직경이 5 나노미터, 10 나노미터, 20 나노미터, 50 나노미터 및 100 나노미터인 경우, 초과 내부 압력이 0인 경우 계산된 전하 밀도는 각각 0.20, 0.14, 0.10, 0.06 및 0.04 e-/n㎡ 버블 표면 영역이다. 이러한 전하 밀도는 전기분해 전지(예를 들어, 전기분해 전지(18))의 사용으로 인하여 용이하게 획득할 수 있다. 버블 상의 전체 전하가 전력의 2/3로 증가함에 따라 나노버블 반경은 증가한다. 평형 상태의 이러한 조건 하에서, 나노버블 표면에서 액체의 유효 표면 장력은 0 이고, 버블 내의 대전된 기체의 존재는 안정한 나노버블의 크기를 증가시킨다. 버블 크기의 추가적인 감소는, 내부 압력의 감소가 대기압 이하로 떨어질 것이라는 것을 나타내지는 않을 것이다.
전기분해 전지(예를 들어, 전기분해 전지(18)) 내의 다양한 상황에서, 나노버블은 표면 전하로 인하여 훨씬 더 작은 버블로 분할될 수도 있다. 예를 들어, 반경이 "r"이고, 총 전하가 "q"인 버블이 체적과 전하를 공유하는 2 개의 버블로 분할되었다고 가정하고(반직경 r1 /2=r/21/3, 전하 q1 /2=q/2), 버블 간의 쿨롱(Coulomb) 상호작용을 무시하면, 표면 장력으로 인한 에너지 변화(△EST) 및 표면 전하 변화(△Eq)의 계산은,
△EST = +2(4πγr1 /2 2) - 4πγr2 = 4πγr2(21/3 - 1) (식 3) 및
Figure pct00001
(식 4)
로 주어진다.
△EST + △Eq 가 음인 경우에 발생하는 총 에너지 변화가 음인 경우 버블은 준안정 상태에 있으며, 이로써 (식 5)가 제공되며,
Figure pct00002
(식 5)
여기서 반경과 전하 밀도(Φ) 사이의 관계가 제공된다.
Figure pct00003
(식 6)
따라서, 나노버블의 직경이 5 나노미터, 10 나노미터, 20 나노미터, 50 나노미터 및 100 나노미터인 경우, 분할된 버블에 관하여 계산된 전하 밀도는 각각 0.12, 0.08, 0.06, 0.04 및 0.03 e-/n㎡ 버블 표면 영역이다. 표면 전하 밀도가 동일한 경우, 통상적으로 외견상 표면 장력을 0으로 감소시키는 경우의 버블의 직경은 버블을 2 개로 분할하는 경우보다 약 3배 더 크다. 따라서, 추가적인 에너지 입력이 없다면, 나노버블은 일반적으로 분할되지 않을 것이다.
상술한 기체-상태 나노버블은 예를 들어 먼지 입자에 부착되는데 이용될 수 있으며, 이로써 이온 전하를 전달한다. 나노버블은 통상적으로 먼지 입자상에서 발견되는 소수성 표면에 부착되며, 이는 호의적인 음의 자유 에너지 변화로 높은 에너지의 물/소수성 표면의 경계면으로부터 물 분자를 방출시킨다. 추가적으로, 나노버블은 소수성 표면에 접촉하여 평평해지고 분산되며, 표면 장력에 의하여 발생하는 내부 압력의 결과적 하강으로 인하여 나노버블의 곡률을 감소시킨다. 이는 추가적인 호의적 자유 에너지 방출을 제공한다. 대전되고 코팅된 먼지 입자는 유사한 전하 사이의 반발로 인하여 더 쉽게 서로 분리되고, 먼지 입자는 콜로이드 입자로 용액으로 들어간다.
또한, 입자 표면상의 나노버블의 존재는 마이크로-크기의 기체 상태의 버블에 의한 입자의 픽업(pickup)을 증가시키고, 전기화학적 활성화 프로세스 동안에 생성될 수도 있다. 표면의 나노버블의 존재는 또한 이러한 작용에 의하여 픽업될 수 있는 먼지 입자의 크기를 감소시킨다. 이러한 픽업은 바닥(floor) 표면으로부터의 먼지 입자 제거에 도움이 되며, 재-증착을 방지한다. 또한, 물의 높은 표면 장력에 의하여 알 수 있는 바와 같이, 기체 상태의 나노버블로 획득되는 기체/액체 표면 영역 대 체적의 큰 비율로 인하여, 이러한 경계면에 위치하는 물 분자는 더 적은 수소 결합에 의하여 유지된다. 다른 물 분자에 대한 수소 결합의 이러한 감소로 인하여, 이러한 경계면의 물은 보통 물보다 더 반응적이고, 다른 분자와 더 빠르게 수소결합을 할 것이며, 더 빠른 수화를 나타낼 것이다.
예를 들어, 100 %의 효율에서, 1 암페어의 전류는 초당 0.5/96,485.3 몰의 수소(H2) 분자를 생산하는데 충분하며, 이는 초당 5.18 마이크로몰의 수소와 동일하고, 0℃의 온도와 1 기압의 압력에서 초당 5.18*22.429 마이크로리터의 기체 상태의 수소와 동일하다. 이는 또한 20℃의 온도와 1 기압의 압력에서 초당 125 마이크로리터의 기체 상태의 수소와 동일하다. 대기에서 수소의 부분 압력이 실질적으로 0 이기 때문에, 전기 분해된 용액에서 평형 상태의 수소 용해도 또한 실질적으로 0 이고, 수소는 기체 캐비티(예를 들어, 매크로버블, 마이크로버블 및/또는 나노버블) 내에 유지된다.
전기분해된 용액의 유량이 분당 0.12 U.S. 갤런이라고 가정하면, 초당 전기분해 전지를 통하여 흐르는 7.571 밀리리터의 물이 존재한다. 따라서, 20℃의 온도와 1 기압의 압력에서 1 리터의 전기분해된 용액마다 포함되어 있는 버블 내에 0.125/7.571 리터의 기체 상태의 수소가 존재한다. 이는 용액 1 리터당 0.0165 리터의 기체 상태의 수소와 동일하며, 용액이 과포화되도록 용해되고 액체 표면으로부터 탈출하는 임의의 기체 상태의 수소보다 적다.
10 나노미터-직경의 나노버블의 체적은 5.24*10-22 리터이고, 이는 소수성 표면에 결합하는 경우, 약 1.25*10-16 제곱미터를 커버한다. 따라서, 용액 1리터에는 20℃의 온도와 1 기압의 압력에서 최대 3*10-19개의 버블이 존재할 것이며, 결합된 표면이 약 4000 제곱미터의 포텐셜을 커버한다. 표면층이 단지 하나의 분자 두께라고 가정하면, 50 밀리몰 이상의 활성 표면 물 분자의 농축을 제공한다. 이러한 농축은 예시적인 최대량을 나타내며, 나노버블이 더 큰 체적과 더 큰 내부 압력을 갖는 경우에도, 표면을 커버하는 포텐셜은 크게 유지된다. 또한, 단지 먼지 입자가 있는 표면의 작은 비율(percentage)만이 나노버블에 의하여 커버되어 나노버블이 세척효과를 갖게 할 필요가 있다.
따라서, 전기화학적 활성화 프로세스 동안에 생성되는 기체 상태의 나노버블은 먼지 입자에 부착되어 이들의 전하를 전달하는데 유리하다. 최종 대전되고 코팅된 먼지 입자는, 그들의 유사한 전하 사이의 반발로 인하여 더 용이하게 서로 분리된다. 이들은 용액으로 들어가 콜로이드 현탁액(colloidal suspension)을 형성한다. 또한, 기체/물 경계면에 있는 전하는 표면 장력에 대항하며, 그 영향 및 그 결과 일어나는 접촉 각도를 감소시킨다. 또한, 먼지 입자의 나노버블 코팅은 도입되는 더 큰 부력을 갖는 기체 상태의 매크로버블 및 마이크로버블의 픽업을 증진시킨다. 또한, 나노버블의 큰 표면 영역은 상당한 양의 반응성이 더 큰 물을 제공하며, 이는 적절한 분자의 더 빠른 수화를 가능하게 한다.
4. 튜브형 전극 예시
상기 기술한 바와 같이, 도 1의 전기분해 전지(18)는 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이 임의의 형상 도는 구조를 가질 수 있다. 전극 자체는 평판, 동축형 판, 실린더형 막대 또는 이들의 조합 형태와 같은 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다.
도 5는 예시적인 일 실시예에 따라 튜브 형상을 갖는 전기분해 전지(200)의 일 예를 나타낸다. 예를 들어, 전지(200)는 본 출원의 출원인의 실시권자인 미국 미네소타주 세인트 조셉 소재의 액티브이온 클리닝 솔루숀스(ActiveIon Cleaning Solutions, LLC) 사에 의하여 유통되고, 그로부터 구입가능한 명칭이 “Activeion™ Pro”인 휴대용 분무기에 포함된 전기분해 전지를 포함할 수 있다.
전기분해 전지(200)는 예를 들어, 여기에 개시된 임의의 실시형태에 사용될 수 있다. 전지(200)의 방사 단면(radial cross-section)은 도 5에 도시된 원형과 같은 임의의 형상, 또는 하나 이상의 굽은 모서리를 갖는 곡선 형상 및/또는 직선 형상과 같이 다른 형상들을 가질 수 있다. 특정 실시예들은 타원형, 또는 직사각형과 같은 다각형 등을 포함한다.
전지(200)의 일부는 설명의 목적으로 절단되어 있다. 이 실시예에서, 전지(200)는 튜브형 하우징(202), 튜브형 외부 전극(204) 및 0.040 인치와 같은 적절한 간격만큼 외부 전극과 분리되어 있는 튜브형 내부 전극(206)을 갖는 전기분해 전지이다. 0.020 인치 내지 0.080 인치의 범위의 간격과 같이, 다른 간격 크기 또한 사용될 수 있지만 이들로 제한되는 것은 아니다. 내부 전극 또는 외부 전극 중 어느 하나는 인가된 전압의 상대적 극성에 따라 양극/음극으로서 작용할 수 있다.
이온 선택막(208)은 외부 전극(204)과 내부 전극(206) 사이에 위치한다. 일 실시예에서, 외부 전극(204) 및 내부 전극(206)은 개구를 갖는 전도성 폴리머 구조를 갖는다. 그러나, 또 다른 실시예에서 하나 또는 양 전극이 솔리드형 구조일 수 있다.
전극(204 및 206)은 예를 들어 전도성 폴리머, 티타늄 및/또는 백금과 같은 귀금속으로 코팅된 티타늄, 또는 다른 전극 소재와 같은 임의의 적절한 소재로 만들어질 수 있다. 또한, 예를 들어, 다수의 전지(200)가 서로 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다.
특정 실시예에서, 양극 또는 음극 중 적어도 하나는 그리드 형상으로 규칙적인 크기의 직사각형 개구부(opening)를 갖는 금속 메쉬로 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, 메쉬는 제곱 인치당 20*20 개의 그리드 개구부의 그리드 패턴을 갖는 0.023 인치 직경의 T316(또는 예를 들어 304) 스테인리스강으로 형성된다. 그러나, 다른 실시예에서 다른 치수, 배열 및 소재가 사용될 수 있다.
이온 선택막(208)은 외부 전극(204)과 내부 전극(206) 사이에 위치한다. 하나의 특정 실시예에서, 이온 선택막은 이.아이.듀퐁(E.I. du Pont de Nemours and company) 사의 "NAFION"을 포함하며, 이는 2.55 인치×2.55 인치로 절단된 다음, 내부 튜브형 전극(206) 주위를 둘러싸고, 예를 들어, 쓰리엠 컴파니(3M Company)의 #1357 접착제와 같은 접촉식 접착제(contact adhesive)로 이음매 겹침 부분을 고정시킨다. 또한, 다른 실시예에서는 다른 치수 및 소재가 사용될 수 있다. 적절한 막들의 다른 예시들은 여기에서 설명한 다른 막들 및 , 예를 들어, CMI-7000S 양이온 교환막 및 AMI-7001S 음이온 교환막과 같이 미국 뉴저지주 글렌 록 소재의 멤브레인스 인터내쇼날(Membranes International Inc.) 사로부터 구입할 수 있는 것을 포함한다.
이 실시예에서, 튜브형 전극(206) 내부의 공간의 적어도 일부는 솔리드형 내부 코어(209)에 의하여 차단되어 있어, 전극(204 및 206) 및 이온 선택막(208) 사이의 액체 흐름을 하우징(202)의 세로축을 따르는 방향으로 촉진한다. 이러한 액체 흐름은 전도성을 가지며, 2 개의 전극 사이의 전기 회로를 완성시킨다. 전기분해 전지(200)는 임의의 적절한 치수를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 전지(200)는 길이가 약 4 인치이고, 외부 직경이 약 3/4 인치일 수 있다. 길이와 직경은 액체의 체적당 생성되는 버블, 예를 들어 나노버블 및/또는 마이크로버블의 양 및 처리 시간을 제어하기 위하여 선택될 수 있다.
전지(200)는 전지의 한쪽 또는 양쪽 끝단에 적절한 피팅을 포함할 수 있다. 플라스틱 빠른-연결 피팅과 같은 임의의 부착 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 피팅은 도 1에 도시되어 있는 출력 튜브(20)에 연결되도록 구성될 수 있다. 또 다른 피팅은 예를 들어 유입구 필터(16) 또는 유입구 튜브에 연결되도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전지(200)의 한쪽 끝단은 도 1에서의 저장실(12)로부터 직접 액체를 끌어당기기 위하여 열린 채로 남겨진다.
도 5에 도시되어 있는 실시예에서, 전지(200)는 전극(204 또는 206) 중 하나와 이온 선택막(208) 사이에 있는 양극 챔버에서 양극 EA액을 생산하고, 전극(204 또는 206) 중 다른 하나와 이온 선택막(208) 사이에 있는 음극 챔버에서 음극 EA액을 생산한다. 양극 EA액과 음극 EA액은 튜브(20)로 들어가기 때문에, 양극 EA액과 음극 EA액의 유동경로는 전지(200)의 유출구에서 합쳐진다(도 1에 도시되어 있는 실시예에서). 그 결과로서, 분무기(10)는 노즐(14)을 통하여 혼합된 양극 EA액과 음극 EA액을 분사한다.
일 실시예에서, 일단 펌프(24) 및 전기분해 전지(18)(예를 들어, 도 5에 도시되어 있는 전지(200))가 가동되면, 튜브(20 및 22)가 전기화학적으로 활성화된 액체로 빠르게 넣어지도록 튜브(20 및 22)의 직경은 작게 유지된다. 튜브 및 펌프에 있는 임의의 비-활성화된 액체는 작은 부피로 유지된다. 따라서, 제어 전자장치(30)가 스위치(28)의 작동에 응답하여 펌프 및 전기분해 전지를 활성화하는 실시형태에서, 분무기(10)는 "온 디멘드(on demand)" 방식으로 노즐(14)에서 혼합된 EA액을 생산하고, 양극 EA액과 음극 EA액을 저장하는 중간 단계 없이, 튜브(20 및 22) 및 펌프(24)에 남아 있는 것을 제외하고, 혼합된 양극 EA액과 음극 EA액의 전부를 분무기로부터 실질적으로 분사한다. 스위치(28)가 작동되지 않은 경우, 펌프(24)는 "오프" 상태에 있으며, 전기분해 전지(18)는 가동되지 않는다. 스위치가 폐쇄 상태로 작동되는 경우, 제어 전자장치(30)는 펌프(24)를 "온" 상태로 스위칭하고, 전기분해 전지(18)를 가동한다. "온" 상태에서, 펌프(24)는 전지(18)를 통하여 저장실(12)로부터 물을 펌핑하여 노즐(14) 밖으로 내보낸다.
다른 활성화 배열순서, 구조 및 배열 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(30)는 원료 물이 분사 전에 더 전기화학적으로 활성화되도록 하기 위하여, 펌프(24)를 가동시키기 전에 일정 시간 동안 전기분해 전지(18)를 가동시키도록 구성될 수 있다.
전지(18)부터 노즐(14)까지의 주행시간은 매우 짧게 만들 수 있다. 일 실시예에서, 분무기(10)는 양극액과 음극액이 전기분해 전지(18)에 의하여 생산되는 매우 짧은 기간의 시간 내에 혼합된 양극액과 음극액을 분사한다. 예를 들어, 혼합액은 양극액 및 음극액이 생산되는 1 초, 3 초 및 5 초의 시간 내에 분사될 수 있다.
바람직하다면, 튜브형 전기분해 전지(200)의 하나 이상의 구체적인 비-제한적 예시들의 추가적인 구조들은 필드(Field)의 2009년 6월 19일에 출원된 미국 특허 출원 제12/488,360호에 도시되고 개시되어 있다. 이들 구조들은 여기에 개시된 임의의 실시형태 및 그 변형예에 사용될 수 있다.
5. 전해 출력의 살균 특성을 향상시킨 추가적인 고-전압 전극 예시
전기분해 전지에 의하여 생산되는 전해액은 향상된 세척 특성을 가질 수도 있는 반면에, 전지에 의하여 생산되는 양극액, 음극액 및/또는 결합된 양극/음극액의 살균특성을 더 향상시키는 것을 바랄 수도 있다.
예를 들어, 전기분해 전지에 인가되는 전압의 특성 및 전지에 공급되는 액체(예를 들어, 수돗물)의 특성에 따라, 전기분해 전지에 의하여 생산되는 액체의 화학적 특성은 일정한 살균 특성을 생성하기에 충분하지 않을 수도 있다. 전기분해 프로세스는 살균 특성을 가질 수 있는 특정 양의 염산을 생산하지만, 통상적인 전기분해 프로세스는 “염 도핑(salt doping)”에 의하여 액체를 통한 전하 전달에 영향을 미치는고, 수돗물에는 일정하지 않은 “염"들이 존재할 수 있다. 이는 염산의 농도 및 살균 특성을 예측할 수 없게 할 수 있다.
본 발명의 하나 이상의 실시형태에서는 전기분해 전지의 전극이, 예를 들어 액체 내에서 작은 전하를 생성한다는 것이 밝혀졌다. 전기분해 전지로부터 출력 스프레이에 의하여 처리될 공간 또는 그 표면으로의 액체 경로가, 예를 들어 대지 접지에 비해 전기 전도성을 가질 수 있다는 것 또한 밝혀졌다. 하나 이상의 전지 전극과 대지 접지 사이의 전위는 액체가 접촉하는 공간 내의 또는 표면상의 미생물의 살균을 향상시킬 수 있다.
전위가, 예를 들어 액체 및/또는 액체/기체 혼합물을 통하여 미생물에 인가되고, 미생물의 세포들 사이에 인가되는 최종 전기장이 충분한 크기인 경우, 전기장은 이하 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 전기천공 및/또는 전기유압 충격과 같은 메커니즘을 통하여 미생물에 비가역적 손상, 파괴를 일으킬 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시형태에서, 도 1에 도시된 휴대용 장치에 의하여 분사되는 액체를 통하여 전달되는 전하는 별도의 전기 전도체, 리드, 또는 예를 들어 전극, 즉 상대적으로 고전압의 전극(35)과 같은 다른 전기 및/또는 전자기 구성요소에 의하여 더 향상될 수 있어, 액체 출력 스프레이 및/또는 스트림에 전위를 부여, 인가, 유도 또는 발생시킨다. 도 1에 도시된 예시에서, 전극(35)은 액체 경로에 위치하여, 예를 들어 전기분해 전지(18)에 의하여 생성되는 전위에 비하여 대지 접지를 기준으로 별도의 더 큰 전위를 발생시킨다. 또한, 도 1에 도시된 예시에서, 전극(35)은 튜브(22)를 따라 위치한다. 그러나, 전극(35)은 저장실(12)로부터 노즐(14)까지의 액체의 유동 경로를 따라 임의의 위치 또는 다른 적절한 위치에 또는 분무기(10)의 외부에도 위치될 수 있어, 전하를 전도시켜서 휴대용 장치에 의하여 분사되는 액체를 대전시키거나 또는 추가적으로 대전시킨다.
일 실시예에서, 전극(35)은 전기 전도성 스파이크 또는 “바브(barb)”에 의하여 형성되고, 튜브(22)의 측벽을 통하여 삽입되어, 전극의 일부가 튜브(22)를 통하여 흐르는 액체와 물리적으로 접촉하게 된다. 다른 실시예에서, 튜브(22)는 금속 및/또는 전도성 폴리머와 같은 전기 전도성 물질에 의하여 적어도 부분적으로 형성된다. 예를 들어, 튜브(22)는 구리로 형성된 섹션을 포함할 수 있으며, 제어 전자장치(30)로부터 연장되는 전기 리드에 전기적으로 연결된다. 예시적인 실시형태에서, 추가 전극(35)은 전기분해 전지(18)와 이격되어 그 외부에 있으며, 대응하는 리턴 전극(예를 들어, 반대 극성의 전극 및/또는 전기천공 전극을 위한 회로 접지를 나타내는 전극)을 갖지 않는다. 다른 실시형태에서 다른 배열들도 활용될 수 있다는 것을 이해해야 할 것이다.
제어 전자장치(30)에 대한 전원은 AC 전압 및/또는 양의 전압과 같은 DC 전압을 리드(35)를 통하여 튜브 내의 액체(22)로 전달하도록 구성될 수 있다. 튜브(22)는 리드(35)로부터 튜브를 통하여 전달되는 액체로 전기를 전도하여, 전위 및/또는 추가적인 전위를 노즐(14)로 들어가는 액체에 인가하도록 구성된다. 예를 들어, 이 추가 전위는 미생물에 가해지는 전기천공/전기유압 충격을 증가시킨다.
또 다른 실시형태에서 다양한 전압 및 전압 패턴들이 사용될 수 있다. 대지 접지는 전극(35), 노즐(14)에 의하여 전달되는 액체 스트림 및 스트림이 인가되는 표면 또는 체적에 의하여 형성되는 전기 회로를 완성하도록 기능한다.
예를 들어, 추가 전압(및/또는 전류)은 저장실(12)로부터 노즐(14)의 출력(또는 분무기(10)의 외부)까지의 분무기(10)의 유동 경로를 따라 임의의 위치에 인가될 수 있다. 예를 들어, 노즐(14)이 적어도 부분적으로 전도성을 갖는 경우, 리드(35)는 노즐(14)에 결합될 수 있다. 다른 실시예에서, 리드(35)는 유동 경로를 따라 임의의 위치에 액체와 접촉하는 프로브 팁(probe tip)과 전기적으로 결합된다. 다른 실시예에서, 리드(35)는 펌프(24)의 하우징과 전기적으로 연결되고, 만약 전도성을 갖는 경우, 펌프를 통과하는 액체로 전하를 전달한다. 다른 실시예에서, 리드(35)는 전기분해 전지(18) 내에 포함된 액체로 추가 전하를 전달할 수 있다. 다른 실시예에서, 전기분해 전지(18)는 분무기(18)로부터 제거되고, 여기서 노즐(14)로부터 분무되는 액체는 전기화학적으로 활성화되지는 않지만, 전기천공/전기유압 충격을 발생시키는 리드(35)와 같은 전도체로 인해 전하를 여전히 운반할 수 있다.
5.1 고-전압의 전기천공 전극 예시
도 6은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따른 고-전압 전기천공 전극(35)의 분해도이다. 전극(35)은 어댑터(240), 워셔(washer)(242), 단자(244) 및 너트(246)를 포함한다. 어댑터(240)는, 예를 들어 도 1에 도시된 튜브(22)의 2개의 섹션 사이를 연결하는 수형 커넥터(male connector; 예를 들어, 바브)를 갖는 2개의 대향하는 말단을 갖는다. 어댑터(240)는 장치의 액체 유동 경로를 따라 하나의 말단으로부터 다른 하나로 통과하기 위한 내부 루멘(lumen)을 갖는다. 어댑터(240)는 구리, 황동 및/또는 은과 같은 전기-전도성 소재와 같은 임의의 적절한 물질로 형성될 수 있다. 특정 실시형태에서, 어댑터(240)의 적어도 일부는 은으로 형성되거나 코팅된다. 예를 들어, 어댑터(240)는 황동으로 형성될 수 있으며, 액체와 접촉하는 표면의 적어도 일부는 은으로 코팅된다. 예를 들어, 내부 및 외부 직경 표면은 은으로 코팅된다.
너트(246)는 어댑터(240)의 하나의 말단 상에 스레드되어(thread), 단자(244) 및 워셔(244)를 어댑터와 전기적으로 밀착 접촉된 상태로 유지되게 한다. 전기 리드(미도시)가 도 1에 도시된 제어 전자장치(30)와 단자(244)를 전기적으로 연결하기 위하여 단자에 부착될 수 있다. 어댑터(24)는 전기 전도성을 갖기 때문에, 단자(244)를 통하여 어댑터(240)로 인가되는 전위는 분무될 표면에 비하여 어댑터를 통하여 흐르는 액체에 인가된다.
다른 실시형태에서, 전극(35)은 전기 전도성 스파이크에 의하여 형성되고, 스파이크가 튜브를 통하여 흐르는 액체와 전기적으로 접촉하도록 튜브(22)의 측벽을 통하여 연장된다. 다른 구성 또한 사용될 수 있다.
다른 실시형태에서, 전극은 전기 전도성 노즐에 의하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 1의 노즐(14) 또는 도 10A의 노즐(508)은 은이 코팅된 황동과 같은 적어도 부분적 전도성 물질로 형성되지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.
은 도금은 또한 살균 작용을 향상시킬 수도 있다. 은은 유동 경로를 통하여 흐르는 액체에 우수한 전기 전도성을 제공할 수도 있다. 전위가 전극(35)에 인가되어 전류가 전극(35)으로부터 액체 출력 스프레이를 통하여 표면으로 흐르는 경우, 은 이온들은 전극으로부터 액체 흐름 속으로 이동할 수 있다. 은 이온들은 일부 세균, 바이러스, 조류 및 균류에 독성 효과를 갖는 것으로 알려져 있다. 따라서, 은 전극의 사용은 분사된 액체 및/또는 액체/기체 혼합물의 살균 특성을 더 향상시킬 수 있다.
5.2 전기천공 메커니즘 예시
다음의 논의는 단지 일례로서 제공되는 것이며, 본 발명, 여기에서 설명되는 실시예의 동작 및/또는 여기에 첨부된 임의의 청구항의 범위를 제한하는 것은 아니다.
도 7A는 분무 노즐(14)로부터의 스프레이 출력(250)을 나타내는 도면이며, 여기서 각각의 액적(droplets)은 상이한 경로, 예를 들어, 노즐로부터 처리될 표면으로의 경로 “a" 및 “b"를 취할 수도 있다. 표면(252)은 대지 접지와 같은 접지(254)로의 전기 전도 경로를 갖거나 갖지 않을 수도 있다.
도 7B는 도 1에 도시된 분무기(10)로부터의 출력 스프레이(250)를 도 7A에서의 표면(252)에 분무함으로써 이루어지는 전기천공 메커니즘의 일례를 나타낸 도면이다. 표면(252)으로 분사된 출력 스프레이(250)는 전도성 현탁 매질(conducting suspension medium)을 형성하는 것으로 알려져 있다. 도 7B는 출력 스프레이(250)로부터 분사된 액체에 의하여 표면(252)으로부터 현탁되는 미생물의 세포막(256)에 인가된 최종 전기장 “E”를 도시한 것이다. 예를 들어, 표면(250)에 분사된 액체 및 출력 스프레이(250)는 함께 전극(35)으로부터 표면(252)까지 전도 경로를 함께 형성한다. 전극(35)으로부터 인가되는 교류 전위를 전해수 스프레이에 추가하는 것은 출력 스프레이(250)에 상당히 향상된 살균 작용을 부여하는 것처럼 보인다. 이러한 현상은 비가역적 전기천공과 연관되어 있다. 특정 실시형태에서, 교류 전위는 상이한 유기체에 대해 600 V, 28 kHz에서 특히 효과적으로 다양한 효과를 갖는 것으로 보인다. 다만, 다른 실시예에서는 다른 전압 및 주파수들이 사용될 수 있다.
세포사(cell death)로 이어지는 전기천공은 적어도 0.5 V의 막전위(transmembrane potential)로 달성될 수 있는 것으로 알려져 있다(여기서, 막의 두께는 통상적으로 ~3 nm 임). 구성에 따라, 이러한 전위는 약 10 kV/cm 또는 그 이상의 펄스를 요구할 수도 있다. 더 낮은 전위는, 예를 들어 일반적으로 가역적으로-형성된 구멍(holes)이 재밀폐되는 것을 방지하기 위한 추가적인 메커니즘이 이용가능하거나, 세포 독소가 존재하는 경우에, 효과적일 수도 있다. 낮은 전위에서 전기천공이 ‘가역적’인 도구로서 공통적으로 사용됨에도 불구하고, 이러한 조건에서도 단지 작은 퍼센트의 세포가 회복되는 것을 주목해야 한다.
세포들은 상당 양의 막이 없어진 채로 상당히 오랜 기간 동안 생존할 수 있다고 알려졌으므로, 일반적으로 세포막에 구멍(hole)을 형성하는 것은 그 자체로 세포사를 일으키기에는 불충분하다.
세포사는 세포의 대사 상태(metabolic state)의 붕괴로 인해 발생하고, 세포사는 물질의 세포 내부 또는 외부로의 전기영동 및 전기침투(모세관 전기영동) 움직임에 의하여 발생할 수 있다. 자체적인 확산은 일반적으로 매우 느리다. 전기영동 및 전기침투를 하기 위하여서는, 도 7C의 도면에 도시된 바와 같이, 충분한 전력이 표면 내부에서 소비되어야 한다.
상이한 미생물들은 전체 표면 전하 및 전하 분포가 상이하며, 이로 인해 세포사와 관련하여 서로 상이하게 반응할 것이다. 미생물은 또한 진동 포텐셜장(oscillating potential field)에서 상이하게 행동하고, 최대 흡수(및 수용액에 대해 최대 움직임, 이로써 이들의 대사에 최대 카오스(chaos)를 발생시킴)를 위한 상이한 공진 주파수를 가질 것이다. 내외부로의 이동은 주로 전위 기울기(potential gradient)에 따라 다르다. 시스템이 공진 상태에 있는 경우 증가된 효과가 발생한다.
분무될 표면으로 소비되는 전력 및 세포로 전달되는 전위 기울기를 고려할 때, 특정 실시예에서, 분무 디바이스는 부분적으로 진정한 에어로졸(~1 μ 액적)일 수도 있지만 대개 10μ 보다 큰 액적 사이즈를 갖는 미스트(mist)일 수도 있는 양호한 스프레이를 전달한다. 액적 사이즈 및 속도 프로파일은 상이한 실시형태에 사이에서 다를 수 있다.
노즐에 존재하는 액체의 속도는 출구 영역에 의하여 분할되는 액체 분무율로부터 간단히 계산된다. 다만, 이어지는 액적 속도의 감소는 액적 사이즈(표면적에 대한 질량비)에 따라 다르다. 10 μ및 50 μ 액적의 최종 속도(terminal velocity)는 각각단지 약 10-3 m/s 및 10-1 m/s 이다.
분무된 물 액적은 상이한 속력으로 하강하며, 급속 교류 전위(예를 들어, 28 kHz)와 관련된 경우, 시간 차이는 상당히 중요할 것이다. 예를 들어, 도 7A에서, 경로(b)가 경로(a)보다 1 cm 만큼 더 길 것이다. 방울(drop) 사이즈, 유량 및 노즐 직경에 따라 하강 속도는 방울 도착 사이의 시간차를 결정할 것이지만, 이는 36 μs의 전위 사이클링 시간의 몇 배에서 수십 배일 가능성이 있다.
전위가 하강 시간에 의하여 결정되는 경우, 상당한 전위 기울기가 분무된 필드 주변을 향해 더 큰 필드 경사를 갖는 2차원 표면 내에 존재할 것이다. 중심으로부터 단지 1 cm 벗어난 액적은 추가적으로 약 0.3 cm 여전히 이동하며, 10 m/s로 이동하는 경우에도, 이는 전위의 일 사이클과 동등하다. 이들 전위 기울기는 방울들이 분무기 전극과 효과적으로 계속적으로 접촉하고 있지 않은 경우에 존재할 수도 있다. 액적들이 취한 상이한 루트(및 최종 하강 시간)에도 불구하고, 모든 스프레이가 표면에 부딛히는 동일한 전위를 갖는다면, 전위 기울기들은 표면 내가 아니라 표면과 ‘대지’사이에 있고, 전위 기울기는 표면이 대지 접지되지 않는 경우 전기 영동을 발생시키기에 충분하지 않을 수도 있다.
개방 세공을 갖는 세포들은, 진입 장벽을 갖지 않기 때문에 수용액 내의 세포 독소에 훨씬 더 영향을 받기 쉽다. 교류 전위에 함께 전달된 전위 세포 독소는 과산화물(peroxide), 염소 산화물(chlorine oxides), 구리 이온 및/또는 은 이온과 같은 중금속 이온 및 슈퍼옥사이드, 오존 및 단일항 산소(singlet oxygen)와 같은 다른 산화-환원제이다.
대전된 나노버블들은 전기장 내를 이동하고, 표면으로부터 물질을 픽업할 수 있을 것이다. 이들은 표면-활성이기 때문에, 예를 들어 도 7C에 도시된 바와 같이, 세공의 재밀폐를 추가적으로 저해하고, 세공 사이트로 세포독성 표면 활성 분자를 우선적으로 전달할 수도 있다.
상기 관점에서, 예를 들어, 도 1에 도시된 분무기(10)에 의하여 생산되는 전해수는 매우 작은 전기-대전된 버블의 생산으로 인해 세척제로서 작용한다. 이들은 먼지 입자/미생물에 부착되어 이들의 전하를 이동시킨다. 대전되고 코팅된 먼지 입자들은 유사한 전하 사이의 반발로 인해 서로 분리되어, 현탁 상태로 용액으로 된다. 작은 버블에 의하여 먼지를 코팅하는 것은 세척 동안에 도입되는 더 큰 부양성(buoyant) 버블에 의하여 먼지의 픽업을 촉진하고, 세척 프로세스를 돕는다. 동시에, 미생물은 추가 전극(35)에 의하여 생성되는 전위에 의하여 전기천공되어 사멸되거나 제거될 수 있고, 예를 들어 표면상의 미생물의 수를 감소시킬 수 있다.
따라서, 살균 특성을 향상시키기 위하여, 예를 들어 전기 천공은 수용액을 통하여 접지(대지 접지)에 고-전압을 방전시킴으로써 미생물 작용을 더 일관적이고 효과적으로 파괴하는데 사용될 수 있다.
전기분해 전지에 의하여 생산되는 전기화학적-활성 액체 및 전기천공 전극에 의하여 인가되는 전기장의 조합은 시너지 효과를 갖는다는 것 또한 알려져 있다. 전기화학적-활성 액체에서 생산된 대전 나노버블이 전기장 내에서 이동함에 따라, 이들은 미생물을 픽업하여 표면으로부터 분리시키는 것으로 믿고 있다. 미생물을 표면상에서 액체에 현탁시켜 표면으로부터 분리시킴으로써, 전기천공 전극에 의하여 표면을 따라 생성되는 전기장은 미생물 세포에 더 용이하게 인가된다. 반면, 미생물이 표면과 접촉하고 있는 경우, 전기장은 표면 접지로 더 용이하게 방전되어 유기체 세포의 비가역적 전기천공을 생성하는데 덜 효과적일 수도 있다. 세포가 현탁된 경우, 인가되는 교류 장은 앞뒤로 진동하여 세포에 손상을 일으킨다.
본 발명의 선택적인 실시형태에서, 미생물 현탁은 전기분해 전지에 의하여 생산되는 전기화학적-활성 액체 이외의 메커니즘을 통하여 달성될 수 있다. 예를 들어, 미생물은 세제 및/또는 기계적 작용 또는 그 조합을 사용하여 현탁될 수 있다. 예를 들어, 다른 현탁 메커니즘의 특정 예시들은 분사된 액체(즉, 양의 ORP, 음의 ORP 또는 그 조합을 갖는 분사 액체를 생산)의 ORP를 변경시키는 임의의 메커니즘을 포함한다. 예를 들어, 일반적인 수돗물은 세척 효과를 향상시키기 위하여 음의 ORP(이들로 제한되는 것은 아니지만, -50 밀리볼트 내지 -600 밀리볼트와 같은)를 갖도록 변경될 수도 있다는 것이 밝혀 졌다. 예를 들어, 이들 향상된 세척 효과는 분사된 액체 내에 미생물을 표면 위에 현탁시키는 기능을 할 수 있다. 비록 음의(및/또는 양의) ORP가 여기에서 설명한 전기분해 전지를 통하여 얻어질 수 있지만, 계면활성제(및/또는 계면활성제를 수반하는 세제)의 사용 및/또는 필터를 통하여 분사되는 액체를 통과시키는 것과 같은 다른 메커니즘 및 액체의 ORP를 변경시키는 제올라이트(zeolite)와 같은 물질을 포함하는 다른 메커니즘에 의하여 또한 이루어질 수 있다.
이하 상세히 설명하는 바와 같이, 제올라이트는 그 타입에 따라 음의 ORP(및/또는 양의 ORP)를 이온 교환에 의하여 일반 수돗물과 같은 액체에 부여할 수 있다. 따라서, 여기에 개시된 하나 이상의 실시형태에서, 예를 들어 전기분해 전지는 제올라이트 필터에 의하여 대체되거나, 제올라이트 필터가 전기분해 전지와 결합하여 사용된다. 예를 들어, 이러한 필터는 원료 액체 보관용기 내에 및/또는 액체 흐름을 따라 임의의 장소에 위치할 수 있다. 수지 또는 다른 매트릭스와 같은 이온 교환에 적합한 다른 물질 또는 메커니즘은 변경된 ORP를 부여하는 능력에 따라 다른 실시형태에서 활용될 수도 있다.
전기천공 전극은, 여기에 개시된 다양한 실시형태와 같이, 전기분해 전지를 사용하거나 사용하지 않고, 미생물을 불활성화하는 분사 액체 내의 화학 물질을 사용하는 화학-기반 시스템과 같은 다른 습식 세척 기술과 결합되어 사용될 수도 있다. 이들 화학 기반 습식 세척 기술은 더 긴 체류 시간(residence time)을 제공하여, 예를 들어 다공성 표면과 같은 일부 표면에 더 큰 살균 효과를 제공할 수도 있다.
5.3 휴대 분무기에 의한 전기천공 예시
도 8에 도시된 예시에서, 본 발명의 일 양태는, 휴대용 분무 장치(300)에 의하여 수반되는 전기분해 전지에 의하여 생성되는 원자화 스프레이와 같은 대전된 매질 내에서 미생물에 전위 또는 전기화학적 압력을 인가함으로써 미생물을 불활성화하거나 파괴하는 프로세스에 관한 것이다. 다만, 분무기(300)는 여기에 설명된 고-전압 전기천공 전극 및 전기분해 전지를 갖는 임의의 다른 장치 또는 시스템으로 대체될 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 휴대용 분무기(300)의 분무 노즐은 전기화학적-활성 액체를 대전된 출력 스프레이(302)로서 분사하고, 이는 스프레이의 전기적-결합 도관(conduit)을 형성한다. 출력 스프레이(302)는 표면(304)과 접촉하는 경우, 스프레이(302)의 전도관은 전기적으로 표면과 연결되어, 전지 전극 및 고-전압 전기천공 전극으로부터 표면까지의 전기 전도 경로를 완성한다. 이 경로를 통하여 전하가 표면상에 존재하는 미생물에게 전달된다.
또한, 표면이 출력 스프레이에 의하여 수반되는 액체로 젖게 됨에 따라, 출력 스프레이와 출력 스프레이에 의하여 직접 접촉되는 부분으로부터 멀리 떨어진 표면상의 다양한 영역 사이에 액체의 전도 경로가 존재는 한, 전하는 젖은 표면을 따라 그리고 이를 통하여 전도된다. 표면이 측정되는 원거리 영역과 직접 접촉 영역 사이에 액체의 연속 경로를 갖는 경우, 전하는 출력 스프레이에 의하여 직접 접촉되는 부분으로부터 떨어진 영역에서 측정될 수 있다.
예를 들어, 도 9는 부분적으로 젖은 표면(304)의 평면도를 도시한 것이다. 스프레이(302)가 표면(304)과 접촉함에 따라, 스프레이(302)에 의하여 수반되는 액체는 전도 경로(306)를 형성하며, 출력 스프레이로부터 출력 스프레이와 직접 접촉하지 않는 떨어진 영역(308)으로 전하를 운반한다. 이 전도 경로는 출력 스프레이가 표면을 따라 나아감에 따라 전하에 의하여 다양한 영역의 표면이 처리될 시간 길이를 증가시키는 기능을 할 수 있다.
본 발명의 일 양태에서, 분무기(300)(또는 다른 액체 전달 장치)는, 처리될 표면상의 하나 이상의 미생물이 보유하는 세포 내 및 세포 외 정전 용량의 한계를 초과하는 전달 전하 크기를 초래하도록, 출력 액체를 통하여 전하를 전달하도록 구성되고 동작된다. 일 예시에서, 장치는 그 장치로부터 분사되는 액체와 접촉하는 표면상의 하나 이상의 미생물의 세포 상에 적어도 0.5 볼트의 막전위를 달성하도록 구성되고 작동된다.
6. 특정 분무기 예시
6.1 용기 구조 예시
도 10A는 도 1에 개략적으로 도시되어 있는 분무기의 상업적인 실시형태의 특정 예를 나타낸다. 도면에 도시되어 있는 특정 분무기 용기 구성 및 구조는 단지 제한되지 않는 예시로서 제공된다.
바람직하게는, 분무 용기(500)의 하나 이상의 구체적인 비-제한적 예시의 추가적인 구조는 필드(Filed)의 2009년 6월 19일에 출원된 미국 특허출원 제12/488,368호에 도시되고 개시되어 있다. 이들 구조들은 여기에 개시된 임의의 실시형태 및 그 변형예에 사용될 수 있다.
상업적 실시형태는 휴대용 분무기 형태로 현재 구입할 수 있고, 미국 미네소타주 세인트 조셉 소재의 액티브이온 클리닝 숄루숀스(ActiveIon Cleaning Solutions, LLC) 사로부터 “Activeion™ Pro”의 명칭으로 구입가능하다. 도 10A 내지 도 10C에 도시된 실시형태는 앞의 분무기와 유사하며, 전기천공 전극 및 관련 제어 회로 등을 추가하는 변형을 갖는다.
도 10A에서, 분무기(500)는 베이스부(base; 502), 목부(504) 및 배럴부 또는 헤드부(506)를 형성하는 하우징(501)을 포함한다. 배럴부(506)의 끝은 노즐(508) 및 드립/스플래쉬 가드(drip/splash guard; 509)를 포함한다. 일 실시예에서, 노즐(508)은 브라스(brass)로 형성되어 있다. 예를 들어, 드립/스플래쉬 가드(509)는 또한 유틸리티 카트(utility cart)에 분무기(500)를 걸기 위한 편리한 걸이로 작용한다. 하우징(501)은 스크류(screw)에 의하여 함께 부착되는 실제적으로 대칭적인 좌면 및 우면을 갖는 클렘셀(clamshell) 타입의 구조를 갖는다. 베이스부(502)는 처리되어 노즐(508)을 통하여 분사될 액체를 위한 저장실로 작용하는 보관용기(510)를 수용한다. 보관용기(510)는 보관용기(510)가 액체로 채워지도록 베이스부(502)를 통하여 연장되고 스크류 캡(screw cap)을 갖는 나사 유입구(threaded inlet; 512) 및 목부를 갖는다. 유입구(512)는 캡 밀봉을 받아들이기 위하여 나삿니가 있다.
이 실시예에서 하우징의 전체 또는 일부는 반투명하다. 마찬가지로, 보관용기(510)는 적어도 반투명인 소재로 형성된다. 예를 들어, 보관용기(510)는 투명한 폴리에스테르 소재의 블로우 금형(blow mold)으로 제조될 수 있다. 이하 상세하게 설명하는 바와 같이, 하우징(501)은 또한 복수의 LED 지시등(594 및 596)을 수반하는 회로 기판을 포함한다. 이 실시예에서, 분무기의 각 코너에 쌍으로 배열된 점선으로 도시된 4 개의 적색 LED(594) 및 4 개의 녹색 LED(596)가 있다. 등은 보관용기(510)의 베이스부 아래 위치하며, 보관용기(510)의 베이스부 외벽을 통하여 보관용기 내에 있는 임의의 액체로 빛을 투과시킨다. 액체는 빛의 적어도 일부를 분산시켜서, 조명되는 액체의 외관을 나타낸다. 제어 전자장치에 의하여 제어되는 빛의 색상 및/또는 온/오프 조절, 강도 등과 같은 다른 조명 특성은 분무기 용기의 외부로부터 관측할 수 있고, 사용자에게 분무기의 기능적 상태의 지시를 부여한다.
예를 들어, 액체는 전기분해 전지 및/또는 펌프가 적절하게 기능하는 것을 지시하기 위하여 녹색 LED로 조명될 수 있다. 따라서, 사용자는 노즐(508)로부터 분사되는 처리 액체가 보관용기(510)에 보관된 원료 액체와 비교했을 때 향상된 세척 및/또는 살균 특성을 갖는 것을 확인할 수 있다. 또한, 보관용기(510) 내의 원료 액체의 조명은 비록 처리되기 전이라도, 액체가 "특별하고" 향상된 특성을 갖는 인상을 준다.
유사하게, 전기분해 전지 및/또는 펌프가 적절히 기능하지 않으면, 제어 전자장치는 적색 LED를 조명하여, 원료 액체에 적색 외관을 부여한다. 이는 사용자에게 문제가 존재하고 분사된 액체가 향상된 세척 및/또는 살균 특성을 갖지 못할 수도 있다는 인상을 준다.
도 10B은 하우징(501)의 좌면(501a)에 설치되어 있는 다양한 구성요소를 나타낸다. 보관용기(510)는 격실(531)에 설치되어 있고, 회로 기판(540)은 격실(532)에 설치되어 있으며, 배터리(542)는 격실(533)에 설치되어 있고, 펌프/전지 조립체는 격실(534)에 설치되어 있다. 보관용기(510), 펌프/전지 조립체 및 노즐(508)을 연결하는 다양한 튜브는 도 10B에 도시되어 있지 않다.
분무기(500)의 배럴부(또는 헤드부)의 후단(506)은 배터리 충전기(미도시)의 코드로 연결되는 전력 잭(523)을 포함한다. 분무기(500)가 재충전 가능 배터리를 수반하는 실시예에서, 이들 배터리들은 잭(523)을 통하여 재충전될 수 있다.
도 10C는 하우징 절반부(501A)의 배럴부(506)에 설치되어 있는 펌프/전지 조립체의 확대된 부분도이다. 펌프/전지 조립체(544)는 브래킷(554)에 장착된 전기분해 전지(552) 및 펌프(550)를 포함한다. 전기분해 전지(552)는 튜브(미도시)에 유체적으로 결합되고 보관용기(510)의 유출구로부터 연장되는 유입구(556) 및 다른 튜브(미도시)를 통하여 펌프(550)의 유입구(555)로 유체적으로 결합되는 유출구(557)를 갖는다. 펌프(550)는 노즐(508)의 유입구(558)로 유체적으로 결합되는 유출구를 갖는다. 일 예시에서, 전기분해 전지(552)는 도 5를 참조하여 논의한 튜브형 전기분해 전지(200)에 대응한다. 다만, 발명자가 필드 등의 미국 특허공보 제2007/0186368 A1호에 개시된 것들과 같이, 여기에 개시된 이 실시형태 및 다른 실시형태에서 임의의 적합한 전기 분해 전지로 제한되는 것은 아니지만 도 8A 및 도 8B에 개시된 전기 분해 전지(예를 들어, 기능 생성기)를 포함한다. 0-형 링(560)은 하우징을 위하여 노즐(508) 둘레를 밀폐시킨다. 또한, 펌프(550)는 전지(552)의 상류 또는 하류에 위치할 수 있다.
도 6을 참조하여 상술한 바와 같이, 이 예시에서 고전압 전기천공 전극(35)은 전지(552)의 유출구(557)과 노즐(508)의 유입구(558) 사이에서 유동적으로 결합된다. 전극 어댑터(350; 도 6에 도시됨)는 유출구(557)와 유입구(558)를 연결시키는 튜브 내에서 스플라이싱되어(spliced), 노즐(508)로 흐르는 유체에 대한 전기적 연결을 제공한다. 다만, 전극(35)은 분무기(500)의 유체 유동 경로를 따라 다른 위치에 위치할 수 있다.
분무기(500)는 순간 푸쉬-버튼 온/오프 스위치(572)를 작동시키는 트리거(570)를 더 포함한다. 트리거(570)는 사용자에 의하여 눌려지는 경우 피봇(pivot) 식으로 작동한다. 도 10C에서 보이지 않는 스프링(576)은 일반적인 눌림 해제 상태에서 트리거(570)를 바이어스하여(bias), 스위치(572)가 오프 상태에 있게 한다. 스위치(572)는 도 10A에 도시되어 있는 회로 기판(540) 상의 제어 전자장치에 연결되는 전기 리드를 갖는다.
트리거(570)가 눌려진 경우, 스위치(572)는 "온" 상태로 작동하며, 이로써 제어 전자장치에 전력을 공급하고, 펌프(550) 및 전기분해 전지(552)를 가동시킨다. 가동된 경우, 펌프(550)는 보관용기(510)로부터 액체를 끌어당기고, 전기분해 전지(552) 및 전기천공 전극 어댑터(240)(도 6)를 통하여 액체를 펌핑하며, 결합된 양극 EA액과 음극 EA액을 노즐(508)로 전달한다. 펌프(550) 및/또는 전기분해 전지(552)가 적절하게 기능하는 경우, 제어 전자장치는 또한 회로 기판 또는 분무기(500)의 내부 또는 또 다른 위치에 설치되어 있는 녹색 LED를 조명한다.
예시적인 실시형태에서, 노즐(508)은 사용 중에 전기천공 전극(35)에 의하여 인가된 전기장이 처리 공간의 표면 또는 체적으로 분사된 액체를 통하여 전도하기에 충분한 유체 스트림을 유지한다. 일부 노즐의 경우, 출력 스트림을 따라 전기 전도성을 방해할 수도 있는 액체 스트림의 공동화(cavitation)을 발생시켜서, 처리 표면에 인가되는 전기장을 잠재적으로 감소시킬 수도 있다. 황동, 다른 금속 및/또는 전도성 플라스틱과 같은 전기 전도성 노즐을 사용하는 것은, 액체의 일부 공동화가 노즐 내부에서 발생하는 경우에도, 적절한 또는 원하는 액체 경로를 따라, 예를 들어 전기천공 전극(35)으로부터 노즐을 통하여 표면에 전달되는 출력 스프레이까지의 전기 전도 경로를 유지하는데 도움이 될 수 있다. 적합한 노즐의 예시적인 예는 미국 일리노이주 휘턴 P.O. Box 7900 소재의 스프레잉 시스템즈(Spraying Systems Co.)사의 #TT276-1/8M-2 유압식 원자화 노즐이다. 또한, 예를 들어 이 노즐은 25-40 psi 압력으로 사용된다. 다른 실시예에서는 다른 타입의 노즐 및 압력 범위가 사용될 수 있다.
황동 노즐과 같은 전도성 노즐을 사용하는 경우, 예를 들어 스프레이 출력용 어퍼처(aperture)를 갖는 노즐 위에 플라스틱 뚜껑을 사용하는 것처럼, 유전체로 노즐의 외부 표면을 절연시키는 것이 또한 유용할 수도 있다. 플라스틱 뚜껑은, 예를 들어 노즐이 전도성 표면 또는 사람의 피부와 접촉하게 된 경우, 전기 방전을 제한할 수도 있다.
6.2 제어 회로 예시
6.2.1 전기분해 전지 구동 전압 예시
도 11은 본 발명의 예시적인 일 양태에 따라 전기분해 전지(552)(도 10A 내지 도10C에 도시한 분무기 용기에서)의 양극 및 음극에 인가된 전압 패턴을 나타내는 파형도이다. 실제적으로 일정하고 상대적으로 양의 전압이 양극에 인가되고, 실제적으로 안정하고 상대적으로 음의 전압이 음극에 인가된다. 그러나, 주기적으로 각각의 전압이 상대적 반대 극성으로 잠시 펄스화되어 스케일 침전물을 제거한다. 일부 실시예에서는 전극 표면에서의 스케일 침전물을 제한할 필요가 있다. 이러한 실시예에서, 시간 t0-t1, t2-t3, t4-t5 및 t6-t7 동안에 상대적으로 양의 전압이 양극에 인가되고, 상대적으로 음의 전압이 음극에 인가된다. 시간 t1-t2, t3-t4, t5-t6 및 t7-t8 동안, 각각의 전극에 인가된 전압은 반전된다. 반전된 전압 레벨은 비반전된 전압 레벨과 동일한 크기를 가지거나, 필요에 따라 상이한 크기를 가질 수도 있다.
각각의 순간 극성 스위칭 빈도는 원하는 대로 선택될 수 있다. 반전 빈도가 증가할수록, 스케일링 양은 감소한다. 그러나, 백금 코팅 전극의 경우에, 전극은 작은 양의 백금을 방출할 수도 있다. 반전 빈도가 감소할수록, 스케일링은 증가할 수도 있다. 일 실시예에서, 반전 사이의 시간 주기는 화살표(300)에 의하여 도시된 바와 같이, 약 1 초 내지 약 600 초의 범위에 있다. 이 범위 밖의 다른 주기 또한 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 시간 t2와 t3 사이와 같은 정상 극성(303)의 시간 주기는 적어도 900 밀리초이다.
전압이 반전되는 시간 주기 또한 원하는 대로 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 화살표(302)로 표현되는 반전 시간 주기는 약 50 밀리초 내지 100 밀리초의 범위에 있다. 이 범위 밖의 다른 주기 또한 사용될 수 있다.
이러한 범위에서, 밸빙의 필요 없이, 예를 들어 각각의 양극 챔버는 상당히 일정한 양극 EA액 출력을 생산하고, 각각의 음극 챔버는 상당히 일정한 음극 EA액 출력을 생산한다. 종래 기술의 전기분해 시스템에서, 복잡하고 값비싼 밸빙은 각각의 유출구를 통하여 고정적인 양극액 및 음극액이 유지되도록 하기 위하여 사용되고, 여전히 스케일링을 최소화하기 위하여 극성이 반전되도록 하고 있다.
양극의 개수가 음극의 개수와 상이하면, 예를 들어 비율이 3:2이거나, 또는 양극의 표면 영역이 음극의 표면 영역과 상이하면, 인가된 전압 패턴은 생산된 액체에서 양극액 또는 음극액 중 어느 하나의 양을 더 많이 생산하기 위하여 상기 방법으로 사용될 수 있다. 도 5에 도시된 전지(200)와 같은 튜브형 전기분해 전기(552)의 경우, 실린더형 외부 전극(204)은 실린더형 내부 전극(206)보다 더 큰 직경과 이에 따른 더 큰 표면 영역을 갖는다. 향상된 세척 특성을 강조하기 위하여, 예를 들어, 제어 회로는 구동 전압 패턴의 구간의 대부분 동안 외부 전극(204)(또는 동일하지 않은 개수의 양극과 음극을 갖는 실시형태에서 더 많은 수의 전극)은 음극으로 기능하며, 내부 전극(206)(또는 동일하지 않은 개수의 양극과 음극을 갖는 실시형태에서 더 적은 수의 전극)은 양극으로 기능하도록 전지(200)를 구동시키도록 구성될 수 있다. 음극이 양극보다 더 큰 표면 영역(또는 더 많은 전극 개수)을 가지기 때문에, 예를 들어 전지(200)는 전지의 결합된 유출구를 통하여 단위 시간당 양극액보다 더 많은 음극액을 생성할 것이다.
살균이 강조되어야 하면, 외부 전극(204)(또는 더 많은 개수의 전극)이 더 많은 양극액을 생산하기 위하여 상대적으로 양의 극성으로 구동될 수 있고, 내부 전극(또는 더 적은 개수의 전극)이 더 적은 음극액을 생산하기 위하여 상대적으로 음의 극성으로 구동될 수 있다.
도 11을 참조하면, 이 실시예에서, 제어 회로는 시간 t0-t1, t2-t3, t4-t5 및 t6-t7 동안에 상대적으로 양의 전압을 양극(206)으로 인가하고, 상대적으로 음의 전압을 음극(204)으로 인가한다. 시간 t1-t2, t3-t4, t5-t6 및 t7-t8 동안, 각각의 전극에 인가된 전압은 잠시 반전된다.
전극을 디-스케일링하기 위한 빈번하고 잠시 동안의 극성 반전은, 전극 표면으로부터 백금과 같은 전극을 도금하는데 종종 사용되는 소재가 떨어지게 하는 경향을 가질 수도 있다. 따라서, 일 실시형태에서, 전극(204 및 206)은 금속 전극 또는 전도성 플라스틱 전극과 같은 도금되지 않은 전극을 포함한다. 예를 들어, 전극은 도금되지 않은 금속 메쉬 전극일 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 분무기(또는 다른 장치)는 도 11에 도시된 파형(또는 전기분해 전지에 인가되는 다른 임의의 파형)을 선택적으로 반전시키는데 사용될 수 있는 스위치를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 스위치는 음극액보다 양극액을 더 많이 생성하기 위하여 하나의 포지션으로 설정되고, 양극액보다 음극액을 더 많이 생성하기 위하여 다른 포지션으로 설정될 수 있다. 제어 회로는 스위치 포지션을 모니터링하고, 스위치 포지션에 따라 전기분해 전지로 인가되는 전압을 조정한다.
다만, 전기분해 전지의 전극은, 전지의 특정 응용형태에 따라 다양하고 상이한 전압 및 전류 패턴으로 구동될 수 있다.
다른 실시예에서, 전극들은 특정 시간 구간(예를 들어, 약 5 초) 동안 하나의 극성에서 구동된 다음, 대략 같은 시간 구간 동안 반대 극성에서 구동된다. 양극 EA액과 음극 EA액은 전지의 유출구에서 혼합되기 때문에, 이러한 프로세스는 일부는 양극 EA액이고 일부는 음극 EA액인 것을 필수적으로 생산한다.
다른 실시예에서, 전지 전극은 펄스화된 DC 전압 파형으로 구동되며, 여기서 전극에 인가된 극성은 반전되지 않는다. “온/오프” 시간 주기 및 인가된 전압 레벨은 원하는 대로 설정될 수 있다.
6.2.2 전기분해 전지의 제어 회로 예시
전기분해 전지에 인가된 파형은 도 1에 도시된 제어 회로(30)에 의하여 제어되는데, 예를 들어 이는 도 10B에 도시된 회로 기판(540) 상에 존재한다. 제어 회로(30)는 임의의 적절한 제어 회로를 포함할 수 있으며, 예를 들어 하드웨어, 소프트웨어, 또는 양자의 조합으로 구현될 수 있다.
제어 회로(30)는 펌프(24) 및 전기분해 전지(18)의 동작에 전력을 공급하고, 제어하는 전자 디바이스를 포함하는 인쇄 회로 기판을 포함한다. 일 실시예에서, 제어 회로(30)는 펌프(24) 및 전기분해 전지(18)에 연결되는 출력을 갖는 전원을 포함하며, 이는 2 개의 디바이스에 전달되는 전력을 제어한다. 제어 회로(30)는 또한, 예를 들어 제어 회로에 의하여 생성되는 제어 신호의 함수로서 전기분해 전지(18)에 인가되는 전압의 극성을 선택적으로 반전시킬 수 있는 H-브릿지(H-bridge)를 포함한다. 예를 들어, 제어 회로(30)는 50 % 듀티 사이클을 갖는 매 5 초와 같이 소정의 패턴으로 극성을 변경하도록 구성될 수 있다. 앞에 기술한 다른 실시예에서, 제어 회로(30)는 우선 제1 극성을 갖도록 전지에 전압을 인가하고, 단지 아주 잠시 동안 주기적으로 극성을 반전시키도록 구성된다.
휴대 분무기의 경우, 커다란 배터리를 수반하는 것은 불편하다. 따라서, 펌프 및 전지에 이용가능한 전력은 다소 제한된다. 일 실시예에서, 전지에 관한 구동 전력은 약 8 볼트 내지 약 28 볼트의 범위에 있다. 그러나, 분무기와 전기분해 전지를 통하는 통상적인 유량이 상당히 낮기 때문에, 전지를 통과하는 액체를 효과적으로 활성화하는데, 단지 상대적으로 작은 전류만이 필요하다. 낮은 유량의 경우, 전지 내의 잔류 시간이 상대적으로 크다. 전지가 가동되는 동안 액체가 전지에 오래 잔류할수록, 실제적인 제한 내에서 전기화학적 활성화는 더 커진다. 이는 분무기가 예를 들어 더 작은 용량의 배터리 및 DC-DC 변환기를 채택할 수 있게 하며, 낮은 전류에서 원하는 출력 전압까지 전압을 단계적으로 상승시킨다.
하나의 특정 실시예에서, 분무기는 4 개의 AA 배터리를 수반하고, 배터리들은 약 3 볼트 내지 9 볼트 범위의 출력 전압을 가질 수 있다. 예를 들어, 각 AA 배터리는 500 밀리암페어-시간 내지 약 3 암페어-시간에서 1.5 볼트의 명목(nominal) 출력 전압을 갖는다. 배터리가 직렬 연결되어 있다면, 명목 출력 전압은 약 500 밀리암페어-시간 내지 3 암페어-시간의 용량을 갖는 6 볼트의 명목 출력 전압을 갖는다. 이러한 전압은, 예를 들어 DC-DC 변환기를 통하여 18 볼트 내지 28 볼트, 또는 18 볼트 내지 38 볼트 범위로 단계적으로 상승될 수 있다. 따라서, 충분한 전류에서 원하는 전극 전압이 획득될 수 있다.
또 다른 특정 실시예에서, 분무기는 10 개의 니켈-금속 수소 배터리(hydride batteries)를 수반할 수 있으며, 각각은 약 1.2 볼트의 명목 출력 전압을 갖는다. 배터리가 직렬 연결되어 있으면, 명목 출력 전압은 약 1800 밀리암페어-시간의 용량을 갖는 약 10 볼트 내지 13.8 볼트이다. 이러한 전압은, 예를 들어 DC-DC 변환기를 통하여 8 볼트 내지 적어도 28 볼트, 또는 약 8 볼트 내지 38 볼트의 범위로 단계적으로 상승시키거나 하강시킬 수 있다. 따라서, 충분한 전류에서 원하는 전극 전압이 획득될 수 있다. 배터리들의 사이즈가 감소함에 따라, 훨씬 더 작은 배터리 사이즈, 개수, 조합, 또는 용량의 배터리 또는 변환기 등과 같은 다른 관련 전기 디바이스들이 택일적인 실시형태에서 활용될 수도 있다.
전지를 통하여 큰 전압 및 적절한 전류를 생산하는 능력은, 보통의 수돗물이 전지로 공급되어 향상된 세척 및/또는 살균 특성을 갖는 액체로 변환되는 응용분야에 이익이 될 수 있다. 보통의 수돗물은 전지의 전극 사이에 상대적으로 낮은 전기 전도성을 갖는다.
적절한 DC-DC 변환기의 예시는 미국 뉴욕주 필햄 소재의 피코 일렉트로닉스(PICO Electronics, Inc.) 사의 시리즈 A/SM 표면 장착 변환기 및 미국 애리조나주 피닉스 소재의 온 세미컨덕터(ON Semiconductor) 사의 부스트(boost)에 관련한 NCP3064 1.5A Step-Up/Down/Inverting Switching 조절기를 포함한다.
일 실시예로서, 제어 회로는 전기분해 전지로부터 끌어 당겨진 감지 전류에 기초하여 DC-DC 변환기를 제어하며, DC-DC 변환기는 전지를 통하여 소정의 전류 범위 내에 있는 전류 끌어당김(current draw)을 얻도록 제어되는 전압을 출력한다. 특정 실시예에서, 예를 들어 목표 전류 끌어당김은 약 400 밀리암페어이다. 다른 실시예에서, 목표 전류는 350 밀리암페어이다. 또 다른 실시형태에서 다른 전류 및 범위가 사용될 수 있다. 원하는 전류 끌어당김은 전기분해 전지의 구조, 처리될 액체의 특성 및 최종 전기화학적 반응의 원하는 특성에 따라 달라질 수도 있다.
제어 회로(30)의 특정 실시예를 나타내는 블록도는 도 12에 나타내었다. 도 12에 도시된 제어 회로는, 비록 도 10A 내지 도 10C에 도시된 바와 같은 분무기의 다양한 구성요소를 제어하도록 구성되어 있지만, 본 발명의 택일적인 실시형태에 따른 임의의 다른 장치상의 유사 구성요소를 제어하기 위하여 그대로 사용되거나 원하는 대로 변형될 수 있다.
제어 회로(30)의 주요 구성요소는 마이크로제어기(1000), DC-DC 변환기(1004) 및 출력 구동기 회로(1006)를 포함한다.
다양한 구성요소에 대한 전력은, 예를 들어 도 10B에 도시된 바와 같이 분무기에 의하여 수반되는 배터리 팩(542)에 의하여 공급된다. 특정 실시예에서, 배터리 팩(542)은 10 개의 니켈-금속 수소 배터리를 포함하며, 각각은 약 1.2 볼트의 명목 출력 전압을 갖는다. 배터리가 직렬 연결되어 있으면, 명목 출력 전압은 10 볼트 내지 12.5 볼트이며, 용량은 약 1800 밀리암페어-시간이다. 예를 들어, 도 10A 내지 도 10C에 도시되어 있는 핸드 트리거(570, 572)는 배터리 팩(542)으로부터 전압 조절기(1003) 및 DC-DC 변환기(1004)로 12 볼트 출력 전압을 선택적으로 인가한다. 페어차일드 세미컨덕터 코포레이션(Fairchild Semiconductor Corporation) 사의 LM7805 조절기와 같은 임의의 적절한 전압 조절기가 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 전압 조절기(1003)는 제어 회로 내의 다양한 전기 구성요소에 전력을 공급하기 위하여 5 볼트 출력 전압을 제공한다.
DC-DC 변환기(1004)는 전기분해 전지(552)의 전극을 통하여 인가되는 출력 전압을 생성한다. 변환기는 마이크로제어기(1000)에 의하여 제어되어, 전기분해 전지를 통하여 원하는 전류를 끌어당기기 위하여 구동 전압을 단계적으로 상승시키거나 하강시킨다. 특정 실시예에서, 변환기(1004)는 8 볼트 내지 28 볼트 (또는 그 이상)의 범위에서 전압을 단계적으로 상승시키거나 하강시켜서, 약 400 밀리암페어의 전류 끌어당김을 전기분해 전지(552)를 통하여 이룰 수 있으며, 펌프(550)는 보관용기(510)로부터 전지(552)를 통하여 노즐(508) 밖으로 물을 펌핑한다(도 10A 내지 도 10C). 요구되는 전압은 전지의 전극들 간의 물의 전도성에 따라 부분적으로 다르다.
특정 실시예에서, DC-DC 변환기(1004)는 미국 뉴욕주 필햄 소재의 피코 일렉트로닉스 인코포레이티드(PICO Electronics, Inc.) 사의 Series A/SM 표면 탑재 변환기를 포함한다. 다른 실시예에서, 승압 응용분야와 연관하여, 미국 애리조나주 피닉스 소재의 온 세미컨닥터(ON Semiconductor) 사의 NCP3064 1.5A Step-Up/Down/Inverting Switching 조절기를 포함한다. 다른 실시형태에서는 다른 회로 및/또는 배열이 사용될 수 있다.
출력 구동기 회로(1006)는 마이크로제어기(1000)에 의하여 생성되는 제어 신호의 함수로서 전기분해 전지(552)로 인가된 구동 전압의 극성을 선택적으로 반전시킨다. 예를 들어, 마이크로제어기(1000)는 도 11과 관련하여 설명 및/또는 도시되어 있는 것과 같은 소정의 패턴으로 극성을 변경하도록 구성될 수 있다. 출력 구동기(1006)는 또한 펌프(550)에 출력 전압을 제공할 수 있다. 선택적으로, 펌프(550)는 트리거 스위치(570, 572)의 출력으로부터 직접 출력 전압을 수신할 수 있다.
특정 실시예에서, 출력 구동기 회로(1006)는 미국 텍사스주 달라스 소재의 텍사스 인스트루먼트 코포레이션(Texas Instruments Corporation) 사로부터 구입할 수 있는 DRV 8800 풀 브릿지 모터 구동기 회로를 포함한다. 다른 실시형태에서는 다른 회로 및/또는 배열이 사용될 수 있다. 구동기 회로(1006)는 마이크로제어기에 의하여 제어되는 전압 패턴에 따라 전기분해 전지(552)에 출력 전압을 구동시키는 H-스위치 반전기를 갖는다. H-스위치 또한 전지(552)에 의하여 끌어 당겨진 전류를 감지하기 위하여 마이크로제어기에 의하여 사용될 수 있는 전류 감지 출력을 갖는다. 감지 저항(RSENSE)은 감지 전류를 나타내는 전압을 전개하고, 피드백 전압으로서 마이크로제어기(1000)에 인가되는 전압을 발생시킨다. 마이크로제어기(1000)는 피드백 전압을 모니터링하고 변환기(1004)를 제어하여, 원하는 전류 끌어당김을 유지하기 위하여 적합한 구동 전압을 출력한다.
마이크로제어기(1000)는 또한 피드백 전압을 모니터링하여, 전기분해 전지(552) 및/또는 펌프(550)가 적절하게 동작하고 있는지를 확인한다. 상술한 바와 같이, 마이크로제어기(1000)는 출력 구동기 회로(1006)에 의하여 감지된 전류 레벨의 함수로서 LED(594 및 596)를 동작시킬 수 있다. 예를 들어, 마이크로제어기(1000)는 감지된 전류 레벨이 임계 레벨 이상 또는 이하 또는 일정 범위 내인지의 함수로서 LED(594 및 596)의 세트들 중 하나 또는 양자 모두를 턴오프(또는, 택일적으로 턴온)할 수 있다.
출력 구동기 회로(1006)는 또한 마이크로제어기(1000)의 제어 하에서 펌프(550)과 구동 전압을 전달할 수 있으며, 사용자 트리거 스위치(570, 572)의 작동시에 펌프를 턴온 및 턴오프한다. 예를 들어, 출력 구동기 회로(1006)는 12-볼트 배터리 전압 및/또는 리턴 전압(return voltage)을 전력 MOSFET과 같은 스위치를 통하여 펌프(550)로 선택적으로 인가할 수 있다. 특정 실시예에서, 리턴 전압은 미국 캘리포니아주 엘세건도 소재의 인터내쇼날 렉티파이어(International Rectifier) 사로부터 구입할 수 있는 IRF7603pbF 전력 MOSFET을 사용하여 선택적으로 게이팅된다(gated).
마이크로제어기(1000)는 적합한 임의의 제어기, 프로세서 및/또는 회로를 포함할 수 있다. 특정 실시형태에서, 미국 미네소타주 시프 리버 폴 소재의 디지-키 코포레이션(Digi-Key Corporation) 사로부터 구입할 수 있는 MC9S08SH4CTG-ND Microcontroller를 포함한다.
도 12에 도시되어 있는 실시예에서, 회로의 조명 제어부는 출력 저항(R1 및 R2)과, 풀-업 저항(R3), 적색 LED 다이오드(D1 내지 D4) 및 풀-다운 트랜지스터(Q1)에 의하여 형성되는 제1 "적색" LED 제어 레그(leg)를 포함한다. 마이크로제어기(1000)는 제1 제어 출력을 갖고, 트랜지스터(Q1)를 턴온 및 턴오프 시킴으로써 적색 LED(D1 내지 D4)을 선택적으로 턴온 및 턴오프 한다. 회로의 조명 제어부는 풀-업 저항(R4), 녹색 LED 다이오드(D5 내지 D8) 및 풀-다운 트랜지스터(Q2)에 의하여 형성되는 제2 "녹색" LED 제어 레그를 더 포함한다. 마이크로제어기(1000)는 제2 제어 출력을 갖고, 트랜지스터(Q2)를 턴온 및 턴오프 함으로써 녹색 LED(D5 내지 D8)을 선택적으로 턴온 및 턴오프 한다.
제어 회로는 마이크로제어기(1000)를 재프로그래밍하기 위한 입력을 제공하는 제어 헤더(header)(1002)를 더 포함한다.
특정 실시예에서, 도 10B에 도시된 바와 같이, 구성요소(1000, 1002, 1003, 1004, 1006, R1-R4, D1-D8 및 Q1-Q2)가 회로 기판(540) 상에 존재한다.
또한, 도 12에 도시되어 있는 제어 회로는 도 10B 및 도 10C에 도시되어 있는 전력 잭(523)을 통하여 수신된 에너지로 배터리 팩(542) 내의 배터리를 충전하는 충전 회로(미도시)를 포함할 수 있다.
여기에 개시되어 있는 하나 이상의 제어 기능은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 등 또는 이들의 조합에 의하여 구현될 수 있다. 이러한 소프트웨어, 펌웨어 등은 메모리 디바이스와 같은 컴퓨터-판독가능 매질에 저장된다. 디스크 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브, CD-ROM, DVD, 플래시 메모리, RAM, ROM, 집적 회로 상의 한 세트의 레지스터와 같은 임의의 컴퓨터-판독가능 메모리 디바이스가 사용될 수 있다.
6.2.3 전기천공 전극용 전압 구동 예시
도 6의 어댑터(240)와 같은 전기천공 전극(35)은 적합한 임의의 구동 전압 패턴으로 구동되어 원하는 미생물 비활성 레벨을 획득할 수 있다. 구동 전압 패턴의 전기적 특성은 액체를 미생물에 인가하는 방법 및 장치의 설계에 기반할 것이다.
여기에 개시된 분무기의 일례에서, 전극에 인가되는 구동 전압은 25 킬로헤르쯔 내지 800 킬로헤르쯔의 범위의 주파수를 가지며, 50 볼트(rms) 내지 1000 볼트 rms의 전압을 갖는다. 다만, 인가 전류는 제한되는 것은 아니지만 0.15 밀리암페어와 같이 매우 낮을 수 있다. 전압 패턴은 DC 패턴, AC 패턴, 또는 양자 조합일 수 있다. 전압 파형은 사각, 사인곡선(sinusoidal), 삼각, 톱니 및/또는 임의의 패턴 생성기로부터의 임의의 패턴과 같은 임의의 적합한 타입일 수 있다. 일 실시예에서, 파형은 다양한 파형 사이에서 순차적으로 변한다. 예를 들어, 양의 전압(또는 택일적으로 음의 전압)이 전극에 인가되고, 처리될 표면 또는 공간의 전위는 대지 접지와 같은 회로 접지로서 기능한다. 또한, 파형 및 전압 레벨은 상이한 미생물에 상이하게 영향을 미칠 수도 있다. 따라서, 이들 파라미터는 특정 미생물들을 더 잘 사멸시키도록 변형되거나, 다양하고 상이한 유기체를 효과적으로 처리하기 위하여 인가되는 동안 변화될 수 있다.
전기천공 전극에 인가되는 적합한 전압의 예시는 제한되는 것은 아니지만, 500 Vrms 내지 1000 Vrms 범위, 500 Vrms 내지 700 Vrms 범위, 또는 550 Vrms 내지 650 Vrms 범위의 AC 전압을 포함한다. 특정 실시형태는 약 600 Vrms의 전압을 전기천공 전극에 인가한다.
전기천공 전극에 인가되는 전압을 위한 주파수의 예는 이들로 제한되는 것은 아니지만 20 KHz 내지 100 KHz의 범위, 25 KHz 내지 50 KHz의 범위, 30 KHz 내지 60 KHz의 범위, 또는 약 28 KHz 내지 약 40 KHz 범위 내의 주파수를 포함한다. 특정 실시형태는 약 30 KHz 에서 전압을 전기천공 전극에 인가한다.
도 13A는 특정 실시예에서 전기천공 전극(35)에 인가된 전압 패턴을 도시한 파형도이다. 이 예시에서, 파형의 형상은 사인파(sine wave) 및 구형파(square wave)의 조합이다. 다만, 파형은 사인파, 구형파, 또는 다른 파형과 같이, 다른 형상을 가질 수 있다. 액체가 전극의 어댑터(240)를 통하여 흐르고 약 30 kHz의 주파수를 갖는 경우, 인가된 전압은 600 볼트 rms(약 1000V 내지 1200V 피크-투-피크)의 AC 전압을 갖는다. 이 예시에서, 장치(예를 들어, 분무기)가 처리될 표면으로 전기-화학적 활성 액체를 분사하는 동안, 주파수는 실질적으로 동일하게 유지된다. 다른 실시예에서, 주파수는 약 41 KHz 내지 46 KHz의 범위로 유지된다.
다른 실시예에서, 장치(예를 들어, 분무기)가 처리될 표면으로 전기-화학적 활성 액체를 분사하는 동안, 주파수는 소정의 범위에서 변한다. 예를 들어, 전기천공 전극(35)을 구동시키는 제어 회로는 20 KHz 내지 100 KHz 사이, 25 KHz 내지 50 KHz 사이 및 30 KHz 내지 60 KHz 사이와 같은 하한 주파수 및 상한 주파수 사이의 범위에서 주파수를 스윕(sweep)한다.
도 13B는 다른 특정 실시예에서 전기천공 전극(35)에 인가된 전압의 시간에 대한 주파수를 도시한 파형도이다. 이 실시예에서, 주파수는 삼각 파형의 파형으로, 예를 들어, 약 1초의 주기 동안 하한 주파수로부터 상한 주파수로, 그리고 다시 하한 주파수로 기울기가 변한다. 다른 실시예에서, 제어 회로는 0.1초 내지 10초의 시간 주기 동안 주파수의 기울기를 하한 주파수로부터 상한 주파수로(및/또는 상한 주파수로부터 하한 주파수로) 변화시킨다. 다른 기울기의 주파수 범위 또한 사용될 수 있으며, 각각의 기울기 상승 및 기울기 하강 주기가 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 상이한 미생물은 상이한 주파수에서의 비가역적 전기천공에 영향을 받기 쉬울 수도 있기 때문에, 인가 전압의 사멸 효과는 상이한 주파수 사이에서 스윕되어 상이한 미생물에 대한 효과를 잠재적으로 증가시킨다. 예를 들어, 주파수를 스윕하는 것은 상이한 미생물의 상이한 공진 주파수의 전위를 인가하는 경우에 효과적일 수 있다.
도 13C에 도시된 실시예에서, 주파수는 30 KHz와 60 KHz 사이에서 톱니 파형으로 스윕된다. 다른 파형 또한 사용될 수 있다.
6.2.4 전기천공 전극용 제어 회로 예시
도 14는 전기천공 전극(35)에 전위를 제공하기 위한 제어 회로(1100)의 예시를 도시한 블록도이다. 제어 회로(1100)는 전압 입력 커넥터(1102), 전압 조절기(1104), 3색 LED(1106), 마이크로제어기(1108), 스위칭 전력 제어기(1110), H-브릿지 회로(1112 및 1114), 변압기(1116), 전압 분재기(1118), 감지 저항(1120) 및 출력 커넥터(1122)를 포함한다.
입력 커넥터(1102)는 예를 들어, 도 12에 도시된 주 회로 기판으로부터 12-볼트 배터리 공급 전압을 수신하고, 이 전압을 전압 조절기(1104), 스위칭 전력 제어기(1110), 및 H-브릿지 회로(1112 및 1114)에 공급한다. 특정 실시예에서, 전압 조절기(1104)는 제어 회로(1100) 내의 마이크로제어기(1108), LED(1106) 및 스위칭 전력 제어기(1110)와 같은 다양한 전기 구성요소에 전력을 공급하기 위하여 5 볼트 출력 전압을 제공한다. 페어차일드 세미컨덕터 코포레이션 사의 LM7805 조절기와 같은 임의의 적절한 전압 조절기가 사용될 수 있다.
이 실시예에서, 마이크로제어기(1108)는 3가지 주요 기능을 갖는다; 클럭 신호(SYNC) 및 허가 신호(enable signal)(ENABLE)를 스위칭 전력 조절기(1110)에 제공하는 기능, 고장 상태를 모니터링하는 기능 및 LED(1106)를 통하여 고장 상태의 표시를 사용자에게 제공하는 기능이다. 일 실시예에서, 마이크로제어기(1108)는 ATMEL 코포레이션 사로부터 구입가능한 ATtiny24 QPN 마이크로제어기를 포함한다. 택일적인 실시형태에서 다른 회로가 사용될 수 있다.
클럭 신호(SYNC)는 전력 제어기(1110)를 스위칭하는 기준 주파수를 제공한다. 허가 신호(ENABLE)가 활성인 경우, 스위칭 전력 제어기(1110)를 사용가능하게(또는 턴온) 한다. 일반적으로, 마이크로제어기(1108)는 허가 신호(ENABLE)를 활성 상태로 설정하고, 고장 상태를 위한 FAULT 신호를 모니터링 한다. 고장이 없는 상태인 경우, 마이크로제어기(1108)는 3색 LED(1106)의 하나 이상의 색상을 선택적으로 턴온 한다. 일 실시예에서, LED(1106)는 3색의 적색, 녹색, 청색 LED이다. 다만, 택일적인 실시형태에서 다수의 별도 LED가 사용될 수 있다. 또한, LED(1106)를 대체하거나 이에 추가하여, 임의의 시각적, 청각적, 또는 촉각적 지시기와 같은 다른 타입의 지시기들이 사용될 수 있다. 본 실시예에서, 마이크로제어기(1108)는 무고장 상태인 경우, 각각의 음극을 아래로 당김으로써 청색 LED를 조명한다.
제어기(1110)가 FAULT 신호를 활성화함으로써 고장 상태를 지시하는 경우, 마이크로제어기(1108)는 ENABLE 신호를 비활성 상태로 선택적으로 펄스화한 다음, 이를 활성 상태로 되돌려서 스위칭 전력 제어기(1110)를 리셋시킨다. 고장 상태가 해소된 경우, 마이크로제어기는 계속 청색 LED를 조명한다. 고장 조건이 활성으로 유지되는 경우, 마이크로제어기는 청색 LED를 턴오프하고, 적색 LED를 조명한다. 녹색 LED는 사용되지 않지만, 택일적인 실시형태에서 사용될 수 있다. 택일적인 실시형태에서 다른 사용자 지시 패턴이 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 스위칭 전력 제어기(1110)는 텍사스 인스트루먼츠 사로부터 구입할 수 있는 TPS68000 CCFL Phase Shift Full Bridge CCFL 제어기를 포함한다. 다만, 택일적인 실시형태에서 다른 타입의 제어기들이 사용될 수 있다.
SYNC 신호에 기초하여, 스위칭 전력 제어기(1110)는 H-브릿지 회로(1112 및 1114) 내의 스위칭 트랜지스터의 게이트에 게이트 제어 신호를 제공한다. 일 실시예에서, H-브릿지 회로(1112 및 1114) 각각은, 비록 다른 회로들이 사용될 수 있지만, FDC6561AN Dual N-Channel Logic Level MOSFET 을 포함하고, 이들은 서로 연결되어 도 13에 도시된 바와 같은 원하는 전압 패턴으로 변압기(1116)의 제1측을 구동시키는 H-브릿지 반전기를 형성한다. 변압기(1116)는 1:100의 권선비(turn ratio)를 가지며, 예를 들어 액체가 장치로부터 분사되는 경우, 약 10V 내지 13V 피크-투-피크로부터 약 1000V 내지 1300V 피크-투-피크(약 600 V rms)까지 구동 전압을 단계적으로 상승시킨다. 출력 구동 전압은 출력 커넥터(1122)를 통하여 전기천공 전극(35)에 인가된다.
전압 분배기(1118)는 변압기의 제1측과 접지 사이에 직렬로 연결되어, 스위칭 전력 제어기(1110)로 피드백되며 변압기의 제2측에서 발생된 전압을 나타내는 전압을 발생시키는 한 쌍의 커패시터를 포함한다. 이 전압 레벨은 초과-전압 상태를 탐지하는데 사용된다. 피드백 전압이 소정의 임계치를 초과하는 경우, 스위칭 전력 제어기(1110)는 고장 신호(FAULT)를 활성화할 것이다.
감지 저항(1120)은 변압기의 제1측과 접지 사이에 연결되어, 스위칭 전력 제어기(1110)로 피드백되며 변압기의 제2측을 통하여 흐르는 전류를 나타내는 추가적인 피드백 전압을 발생시킨다. 이 전압 레벨은 초과-전류 상태를 탐지하는데 사용된다. 피드백 전압이 소정의 임계치를 초과하는 경우, 스위칭 전력 제어기(1110)는 고장 신호(FAULT)를 활성화하여, 변압기 내의 고장을 나타낸다.
또한, H-브릿지의 하나의 레그에 있는 하부 트랜지스터의 신호원(source)은 화살표(1124)에 의하여 도시되는 바와 같이 스위칭 전력 제어기(1110)로 피드백된다. 이러한 피드백 라인은 변압기의 1차측에서 전류를 측정하기 위하여 모니터링 될 수 있으며, 전기천공 전극(35)을 통하여 부하(load)로 전달되는 전류를 나타낼 수 있다. 또한, 이 전류는 상한 임계 레벨 및/또는 하한 임계 레벨과 비교될 수 있다. 비교 결과는 고장 신호(FAULT)의 상태를 설정하는데 사용될 수 있다.
7. 출력 액체를 통하여 전하를 전달하는 다른 예시적인 장치
전기분해 전지 및/또는 전기천공 전극의 경우와 같은, 여기에서 설명하는 특징 및 방법은, 예를 들어 분무기, 이동식 표면 세척기 및/또는 독립형 또는 벽걸이형 플랫폼과 같은 다양하고 상이한 장치에 사용될 수 있다.
예를 들어, 이들은 이동식 하드 바닥 표면 세척기, 이동식 소프트 바닥 표면 세척기, 또는 하드 바닥 및 소프트 바닥 모두 또는 다른 표면에 적용될 수 있는 이동식 표면 세척기와 같은 내장 또는 비내장형 이동식 표면 세척기, 전-표면 세척기, 트럭-탑재 분무기, 고압 화장실 분무기, 변기 및 소변기에 구현될 수 있다.
7.1 이동식 표면 세척기 예시
도 15는 상술한 특징 및/또는 방법 중 하나 이상이 구현될 수 있고, 필드(Field) 등의 미국 공개공보 제2007/0186368호에 개시되어 있는 이동식 하드 및/또는 소프트 표면 세척기(1200)의 일 실시예를 나타낸다. 도 15는 개방 위치에서 뚜껑을 갖는 세척기(1200)의 사시도이다.
이 실시예에서, 세척기(1200)는 콘크리트, 타일, 비닐, 테라초(terrazzo) 등과 같은 하드 바닥 표면에 사용되는 후방-보행식(walk-behind) 세척기이고, 다른 실시예에서, 세척기(1200)는 여기에서 설명한 바와 같은 세척 및/또는 살균 동작을 수행하는 탑승식(ride-on), 부착식(attachable), 견인식(towed-behind) 세척기로서 구성될 수 있다. 추가적인 실시예에서, 세척기(1200)는 카펫과 같은 소프트 바닥, 또는 추가적인 실시형태에서 하드 바닥과 소프트 바닥 모두를 세척하는데 적용될 수 있다. 세척기(1200)는 배터리와 같은 내장(on-board) 전원 또는 전기 코드를 통하여 전력을 공급받는 전기 모터를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 다른 방법으로 내부 연소 기관 시스템이 독립적으로 또는 전기 모터와 결합하여 사용될 수 있다.
세척기(1200)는 일반적으로 베이스부(1202) 및 뚜껑(1204)을 포함하며, 뚜껑(1204)은 힌지(미도시)에 의하여 베이스부(1202)의 일면을 따라 부착되어 있으며, 베이스(1202)의 내부로의 접근을 제공하기 위하여 위로 열린다. 베이스부(1202)는 세척/살균 동작 동안에 처리되어 바닥 표면에 인가되는 보통의 수돗물과 같은 주요한 세척 및/또는 살균 액체 성분 또는 액체를 포함하는 탱크(1206)를 포함한다. 예를 들어, 다른 방법으로, 액체는 탱크(1206)에 보관되기 전에 세척기에 내장 또는 외장 처리될 수 있다. 또한, 세척기(1200)는 액체가 세척될 바닥에 인가되기 전에 액체를 처리하는 전기분해 전지(1208)를 포함한다.
전기분해 전지(1208)는, 예를 들어, 도 5를 참조하여 상술하고 도시한 것과 유사한, 서로 병렬 또는 직렬로 연결된 하나 이상의 전기 분해 전지, 필드 등의 미국 공개공보 제2007/0186368 A1호에 개시되어 있는 하나 이상의 전기분해 전지, 또는 이들로 제한되는 것은 아니지만 도 8A 및 도 8B에 개시된 전기분해 전지(예를 들어, 기능 생성기)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8A 및 도 8B에 도시된 전기분해 전지는 대한민국 경기도 고양시 엽동 소재의 엠코 테크(Emco Tech Co., LTD) 사로부터 구입할 수 있는 JP2000 ALKABLUE LX 내의 변형되지 않거나 변형된 Emco Tech “JP102” 전지를 포함할 수 있다. 이 특정 전지는 27 볼트의 DC 범위, 약 10 내지 약 5.0 pH 범위, 62 mm x 109mm x 0.5mm의 전지 사이즈 및 5개의 전극 판을 갖는다. 예시적인 변형 버전에서, JP102 전지는, 생산된 양극액 및 음극액이 서로 혼합되어, 전지의 유출구로 향하는 혼합 양극 및 음극 EA 물을 형성하기 위하여, JP102 전지로 공급되는 (양극액 및 음극액을 각각의 별도의 유출구로 선택적으로 보내는) 밸브 메커니즘을 제거하도록 변형된다. 다양하고 상이한 사양을 가질 수 있는 다른 타입의 전기분해 전지가 사용될 수 있다.
처리 액체는 직접 및/또는 세척 헤드(1210)를 통하여 바닥으로 인가될 수 있다. 바닥으로 인가되는 처리 액체는 도 2에 관련하여 앞에 기술한 바와 같이, 양극 EA액 스트림, 음극 EA액 스트림, 양극 EA액 스트림과 음극 EA액 스트림 모두 및/또는 결합 양극 및 음극 EA액 스트림을 포함할 수 있다. 전지(1208)는 이온 교환막을 포함할 수 있으며, 이온 교환막 없이 구성될 수 있다.
일 실시형태에서, 출력 액체의 전기천공/전기유압 충격 특성을 향상시키기 위하여, 액체 유동 경로가 직접 바닥에 인가되어, 액체 유동 경로에 의하여 형성된 바닥 및 전기분해 전지 사이의 전기 전도 경로의 붕괴를 피한다. 액체는 스트림, 에어로졸화 미스트 및/또는 스프레이와 같은 임의의 형태로 인가될 수 있다.
전기분해 전지(1208)가 있거나 없는 경우의 일 실시예에서, 세척기(1200)는 추가적인 전도체 또는 리드, 예를 들어 액체 유동 경로를 따르거나, 또는 적절히 관련된 임의의 위치에 전기천공 전극(도 1 및 도 6에 도시된 전극(35)과 같은)을 포함하도록 더 변형된다. 이 전극은 유동 경로를 흐르는 액체를 통하여 처리될 바닥에 전기적으로 연결될 수 있게 된다. 일 실시예에서, 전극은 세척 헤드(1210) 근처의 분사 튜브(1212)를 따르는 것과 같이, 액체가 세척기로부터 출력되는 지점 근처에 위치한다. 택일적으로 또는 추가적으로, 전극은 예를 들어, 세척기(1200)의 이동 방향과 관련하여 세척 헤드(1210)의 앞쪽으로, 세척 헤드 상에, 또는 세척 헤드의 뒤쪽으로, 출력 스프레이 또는 스트림을 분사하는 분무 노즐 근처에 위치할 수 있다. 예를 들어, 전극은 임의의 적절한 구성, 형상, 또는 물질을 가질 수 있다.
원한다면, 이동식 세척기(1200)의 하나 이상의 구체적인 비-제한적 예시의 추가적인 구조는, 필드 등의 미국 공개공보 제2007/018368호에 상세히 도시되고 개시되어 있다. 이들 구조는 여기에 개시된 임의의 실시형태 및 그 변형예에 사용될 수 있다. 적어도 하나의 특정 예시의 상세는, 예를 들어 미국 공개공보 제2007/018368호의 도 10A 내지 도 10C 및 도 11에 설명되어 있다.
필드(Field) 등의 미국 공개공보 제2007/0186368호는 또한 여기에 개시되어 있는 다양한 구성요소 및 프로세스가 별도로 또는 함께 활용될 수 있는 다른 구조를 개시하고 있다. 예를 들어, 양극 및 음극 EA액을 생성하는 벽걸이형 플랫폼이 개시되어 있다. 이들 장치는 표면이 세척 및/또는 살균되는 동안 처리되는 표면으로 전기장을 제공하기 위하여 본 발명에 따라 구성될 수 있다.
다른 실시형태에서, 이동식 세척기(1200)는 전기분해 전지를 포함하지는 않지만, 예를 들어, 추가적으로 또는 그 대신에 원료 액체가 있는 세제를 세척될 표면으로 분사하는 세제 분사기를 포함한다. 세제는 세척 헤드의 기계적 작용과 결합하여 표면 상의 미생물을 액체 내에 현탁시켜서, 여기에 개시된 전기천공 전극에 의하여 인가되는 전기장에 의하여 미생물이 더 용이하게 전기천공될 수도 있다.
7.2 전 표면 세척기 예시
도 16는 미국 특허 제6,425,958호에 상세하게 설명되어 있는 전 표면 세척 조립체(1300)의 일례의 사시도이다. 세척 조립체(1300)는 예를 들어, 도 1-3 및 도 5-6과 관련하여 설명하거나 도시한 것 또는 여기에 개시되어 있는 제한되지 않는 임의의 다른 실시형태와 같이, 여기에 개시되어 있는 하나 이상의 전기분해 전지 및/또는 하나 이상의 전기천공 전극을 갖는 액체 분배 경로를 포함하도록 변형된다.
세척 조립체(1300)는 예를 들어, 하나 이상의 다음의 액체 즉, 양극 EA 물, 음극 EA 물, 혼합된 양극 및 음극 EA 물 또는 다른 전기적으로 대전된 액체를 세척될 바닥으로 전달하거나 세척된 바닥으로부터 선택적으로 회수하도록 구성된다. 예를 들어, 물에 추가하는 액체 또는 물 이외의 액체가 사용될 수 있다.
예를 들어, 세척 조립체(1300)는 화장실 또는 적어도 하나의 하드 표면을 갖는 임의의 다른 공간의 하드 표면을 세척하는데 사용될 수 있다. 세척 조립체(1300)는 미국 특허공보 제6,425,958호에 개시되어 있는 바와 같은, 세척 디바이스 및 표면을 세척하는 세척 디바이스와 함께 사용되는 부대용품을 포함한다. 세척 조립체(1300)는 하우징(1301), 핸들(1302), 휠(1303), 배관 호스(1304) 및 다양한 부대용품을 포함한다. 부대용품은 끼워진 연장 핸들(1306)을 갖는 바닥 브러쉬(1305), 2 피스(piece) 더블 밴드 막대의 제1 피스(1308A) 및 제2 피스(1308B), 분무 총(1310) 및 도 16에 도시되어 있지 않은 다양한 추가 부대용품을 포함하며, 여기에는 진공 호스, 블로워(blower) 호스, 분무기 호스, 블로워 호스 노즐, 스퀴지(squeegee) 바닥 도구 부착물, 굴퍼(gulper) 도구 및 탱크 필(tank fill) 호스(조립체(1300) 상의 포트에 연결될 수 있음)가 포함된다. 조립체는 탱크 또는 착탈식 액체 보관용기 및 회수 탱크 또는 착탈식 회수 액체 보관용기를 수반하는 하우징을 갖는다. 세척 조립체(1300)는 분무기 호스를 통하여 표면상에 세척액을 분사함으로써 표면을 세척하는데 사용된다. 블로워 호스는 표면을 건조시키고, 소정의 방향으로 표면상의 액체를 증발시키는데 사용된다. 진공 호스는 액체를 표면으로부터 흡입하고 세척 디바이스(1300) 내의 회수 탱크로 흡입하여 표면을 세척하는데 사용된다. 진공 호스, 블로워 호스, 분무기 호스 및 세척 조립체(1300)와 함께 사용되는 다른 부대용품은 용이한 이동을 위하여 세척 디바이스(1300)와 함께 수반된다. 분무 총(1310)은 호스(1314)를 통하여 세척기(1300)의 액체 출구(1312)에 연결된다.
전기천공 전극은 액체 유동 경로를 따르거나 이와 관련된 적절한 임의의 위치에 위치할 수 있고, 예를 들어 유동 경로를 흐르는 액체를 통하여 처리될 표면에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 전극은 스프레이 호스를 따라 분무 총(1310)의 분무 헤드에 위치하거나, 유출구(1303) 근처와 같이 조립체 상의 임의의 적합한 위치에 위치할 수 있다. 세척 디바이스는 또한 전기천공 전극 및 전기분해 전지를 위한 제어 회로들을 수반한다.
다른 실시예에서, 벽걸이형 플랫폼은 플랫폼의 유입구로부터 플랫폼의 유출구까지의 액체 유동 경로를 따라 전기천공 전극 및/또는 전기분해 전지를 지원한다. 이 실시형태에서, 이 실시예에서 호스 또는 다른 액체 분사기는 처리될 표면에 인가되는 지점까지 액체를 운반할 것이다.
10. 납작 자루걸레 예시
도 17은 납작 자루걸레 실시형태의 예시를 도시한 도면이고, 본 발명에서 설명한 것과 같이, 적어도 하나의 전기분해 전지 및/또는 적어도 하나의 전도체, 리드 및/또는 액체 출력 스프레이에 전위를 부여, 유도 또는 발생시키는 전자기 구성요소, 예를 들어 전기천공 전극을 포함한다.
이 실시예에서, 납작 자루걸레(1400)는 딱딱한 뒷판(1402)을 포함하고, 이는 미세-섬유 패드 또는 직물과 같은 세척 패드(1404)와 끼워 맞출 수 있다. 핸들(1405)은 뒷판(1402)으로부터 연장되고, 저장실(1406) 및 격실(1408)을 수반한다. 저장실(1406)은 주입 포트(fill port; 1410)를 통하여 채워질 수 있는 일반 수돗물과 같은 원료 액체를 보관한다. 저장실(1406)은 격실(1408)로 원료 액체를 공급하고, 격실은 예를 들어 펌프, 적어도 하나의 전기분해 전지 및/또는 적어도 하나의 전기천공 전극, 개별 및/또는 결합 제어 전자장치를 포함할 수 있다.
특정 실시예에서, 격실(1408)은 도 5, 도 6, 도 10A 내지 도 10c, 및 도 11 내지 도 14(또는 예를 들어, 여기에 설명한 임의의 다른 실시예 또는 실시형태)를 참조하여 설명하고 도시한 휴대용 분무 디바이스의 구성요소 부분을 포함한다. 격실(1408)은 도 10A 내지 도 10C의 분무 노즐(508)과 유사한 분무 노즐(1412)을 포함한다. 전기천공 전극은 저장실(1406)로부터 노즐(1412)까지의 액체 유동 경로에서 노즐 근처의 위치와 같은 임의의 적합한 위치에 결합된다. 노즐은 세척 및/또는 살균될 표면을 향해 출력 스프레이 또는 스트림(1414)을 분무하거나 분사하는데, 예를 들어 분사된 액체는 여기에 설명한 바와 같이 전기화학적으로 활성화될 수 있다. 추가적으로 또는 택일적으로, 전기천공 전극은 예를 들어, 표면상의 미생물의 비가역적 전기천공을 발생시기기에 충분한 전기장을 출력 스프레이(1414)를 통하여 표면으로 인가한다.
핸들(1405)은 스위치(1416)를 포함하고, 스위치는 도 10A 내지 도 10C의 트리거(570)와 유사하게 사용자에 의하여 동작가능하여, 펌프, 전기분해 전지 및 전기천공 전극을 선택적으로 가동시킨다. 예를 들어, 스위치(1416)는 순간 또는 비-순간 푸쉬 버튼 또는 트리거를 포함할 수 있다.
11. 고정식(또는 휴대용) 디바이스 예시
도 18은 표면(1506)에 대해 고정식이거나, 이동식인 예시 디바이스(1500)를 나타내는 도면이다. 일 실시예에서, 디바이스(1500)는 도 5, 도 6, 도 10A 내지 도 10C 및 도 11 내지 도 14(또는 예를 들어, 여기에 설명한 임의의 다른 실시예 또는 실시형태)를 참조하여 설명하고 도시한 휴대용 분무 디바이스의 구성요소 부분을 포함하고, 예를 들어 이는 펌프, 적어도 하나의 전기분해 전지 및/또는 적어도 하나의 전기천공 전극 및 개별 및/또는 결합 제어 전자장치를 포함할 수 있다. 디바이스(1500)는 세척 및/또는 살균될 및/또는 표면(1506) 및/또는 대상에 출력 스프레이 또는 스트림(1504)을 분무하거나 분사하는 유출구(1502)를 포함한다. 표면(1506)은 디바이스(1500)에 대해 고정식 및/또는 이동식일 수 있다. 이러한 배열은 표면(1506) 자체 및/또는 표면에 의하여 수반되는 하나 이상의 대상을 세척 및/또는 살균할 수 있다. 예를 들어, 표면은 테이블 표면 또는 제품 운반 컨베이어를 포함할 수 있다. 분사 액체(1504)는 여기에 설명한 바와 같이 전기화학적으로 활성화될 수 있다. 추가적으로 또는 택일적으로, 전기천공 전극은 유출구(1502) 근처의 위치와 같이, 액체 유동 경로의 적합한 위치에 연결될 수 있고, 여기에서 전기천공 전극은 전기장을 분사 액체(1504)를 통하여 표면 또는 대상으로 인가하고, 예를 들어 이는 표면 또는 대상 상의 미생물의 비가역적 전기천공을 일으키기에 충분하다.
12. 다른 시스템 예시
도 19는 본 발명의 일 실시형태에 따른 시스템(400)의 도면이며, 예를 들어 여기에 개시되어 있는 임의의 실시형태에 통합될 수 있다. 시스템(1600)은 배터리와 같은 전원(1602), 제어 전자장치(1604), 전기분해 전지(1606), 펌프(1608), 전류 감지기(1610 및 1612), 전기천공 전극(1614), 스위치(1618) 및 트리거(1620)를 포함한다. 간략화를 위하여, 전기분해 전지(1604)의 액체 입력 및 출력은 도 19에 도시되어 있지 않다. 예를 들어, 시스템(1600)의 모든 구성요소는 동일한 전원(1602) 또는 2 개 이상의 별도의 전원에 의하여 전력을 공급받을 수 있다.
제어 전자장치(1604)는 시스템(1600)의 현재 동작 모드에 기초하는 전기분해 전지(1606), 펌프(1608) 및 전극의 동작 상태 및 트리거(1620)와 같은 사용자 제어 입력을 제어하기 위하여 연결되어 있다. 이 실시예에서, 스위치(1618)는 전원(1602)과 제어 전자장치(1604) 사이에 직렬 연결되어 있으며, 트리거(1620)의 상태에 따라 제어 전자장치(1604)의 전력 입력으로 및 전력 입력으로부터 전원(1602)을 연결시키고 분리시키는데 제공된다. 일 실시형태에서, 스위치(1618)는 트리거(1620)가 눌린 경우에 폐쇄시키고, 트리거(1620)가 눌리지 않은 경우에 개방시키는 순간 일반-개방 스위치를 포함한다.
또 다른 실시형태에서, 스위치(1618)는, 예를 들어 트리거(1620)와 별도로 작동되는 온/오프 토글(toggle) 스위치로 구성된다. 트리거(1620)는 제어 전자장치(1604)의 가능한 유입구에 연결되어 있는 제2 스위치를 작동시킨다. 동일한 스위치(1618)가 다양한 디바이스(1606, 1608 및 1614)에 대한 전력을 제어하기 위하여 사용되거나, 별도의 스위치들이 사용될 수 있다. 또한, 동일하거나 별도의 전력 공급기 및/또는 전원들이 다양한 디바이스(1606, 1608 및 1614)에 전력을 공급하기 위하여 사용될 수 있다. 추가적으로, 동일하거나 별도의 제어 회로가 전기분해 전지(1606), 펌프(1608) 및 전극(1614)에 인가되는 전압을 제어하기 위하여 사용될 수 있다. 다른 구성 또한 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 트리거(1620)가 눌린 경우, 제어 전자장치(1604)는 사용 가능하게 되어 전기분해 전지(1606), 펌프(1608) 및 전극(1614)을 구동하는 적절한 전압 출력을 생성한다. 예를 들어, 제어 전자장치(1604)는, 여기에 기술한 전기분해 전지(1606)를 구동하는 제1 전압 패턴, 펌프(1608)를 구동하는 제2 전압 패턴 및 전극(1614)용 제 3 전압 패턴을 생산할 수 있다. 트리거(1620)가 눌려지지 않은 경우, 제어 전자장치는 전력공급이 차단되거나, 전지(1606) 및 펌프(1608)로의 출력 전압을 생산하는 것이 가능하지 않게 된다.
전류 감지기(1610 및 1612)는 전기분해 전지(1606) 및 펌프(1608)와 각각 전기적으로 직렬 연결되어 있으며, 각각은 전지(1606)와 펌프(1608)를 통하여 끌어 당겨진 각각의 전기 전류를 표시하는 신호를 제어 전자장치(1604)에 제공한다. 예를 들어, 이러한 신호는 아날로그 신호일 수도 있고, 디지털 신호일 수도 있다. 제어 전자장치(1604)는 소정의 임계값(threshold) 전류 레벨 또는 범위와 감지기 출력을 비교한 다음, 비교 중 하나 또는 양자 모두의 함수로서 지시기(1614 및 1616)를 동작시킨다. 예를 들어, 임계값 전류 레벨 또는 범위는 소정의 전력 소비 레벨을 나타내도록 선택될 수 있다. 분무기는 또한 하나 이상의 LED(1622 및 1624)과 같은 시각적으로 인식가능한 지시기(들)가 제공될 수 있고, 예를 들어 상이한 색상 또는 조명 패턴으로 조명하여 상이한 동작 상태를 지시할 수 있다.
추가적으로, 스위치는 전극(1614)과 직렬로 배치되어(또는 제어 전자장치(404)로의 제어 입력으로서), 향상된 살균 특성이 필요없는 경우, 전극(1614)을 선택적으로 사용불능하게 할 수 있다. 전극(1614)을 사용불능하게 하는 것은 작은 전력 공급기가 사용되는 경우 배터리의 수명 및 전원(1602)의 충전 상태를 연장시킬 수 있다.
13. 테스트 결과-예시
본 발명의 범위 내에서 수많은 변형예 및 변화가 당업자에게 명백할 것이기 때문에, 본 발명은 단지 예시로서 의도되는 다음의 실시예에서 더 상세하게 설명된다. 만약 다른 표시가 없다면, 다음의 실시예에서 기록된 모든 부분, 퍼센트 및 비는 중량에 기초한 것이고, 사용된 임의의 보강 매트릭스를 제외하고 구성요소 중량 퍼센트는 막의 전체 무게에 기초한다. 실시예에서 사용되는 모든 시약(reagents)은 이하 설명하는 화학물질 공급업체인 미국 미주리주 세인트 루이스 소재의 시그마-알드리치 컴퍼니(Sigma-Aldrich Company)사와 같은 일반 화학약품 공급업체로부터 획득되거나 구입할 수 있으며, 종래의 기술에 의하여 합성될 수도 있다.
13.1 실시예 1: 전기장 측정
전기장 측정은 도 5, 도 6, 도 10A 내지 도 10C 및 도 11 내지 도 14를 참조하여 설명하고 도시한 실시형태에 기초한 실시예 1의 분무기에 대하여 행해졌다. 분무 축을 따라 실시예 1의 분무 노즐로부터 각각의 선형(linear) 위치에서 5회 측정되었다. 평균 결과가 도 20에 그려져 있다. 물 스프레이 결과와의 비교를 위하여, 고무 호스의 길이는 분무기의 유출구에 부착되고, 접지에 대한 전위는 이 물 스트림의 끝단에서 1 메가옴의 부하에서 측정되었다. 이어서 고무 호스를 짧게 하여, 측정 위치가 분무기 노즐 근처가 될 때까지 측정을 반복하였다. 물 스트림은 진정한 전기 전도 경로를 형성하며, 각각의 위치에서 4번 측정되었다.
도 20A는 노즐로부터의 거리(인치)의 함수로서 포텐셜장(Vpeak-peak)을 그린 것이다. 도 20B는 노즐로부터의 거리(인치)의 함수로서 전기장(Vpeak-peak/cm)을 선형적으로 그린 것이고, 이는 2-지점 수치 미분을 사용하여 포텐셜장 데이터로부터 계산되었다.
도 20A 및 도 20B에서 알 수 있는 바와 같이, 표면(및 표면상의 미생물 또는 표면 근처에 현탁된 미생물)으로 전달되는 전위 및/또는 전기장의 크기는 노즐 팁과 표면 사이의 거리에 따라 부분적으로 다르다. 표면에 소정의 전기장을 인가하기 위한 최대 거리는 제어 회로의, 인가된 전압 및 파형 등의 전기적 파라미터 및 전달될 원하는 필드의 크기에 기초하여 변할 것이다. 도 5 내지 도 6 및 도 10 내지 도 14에 도시된 휴대용 분무 디바이스의 일 실시예에서는, 적절한 전기장이 0 내지 약 8인치까지의 거리에 전달되었다. 다른 실시형태에서, 적절한 전기장은 6인치까지의 거리에 전달되었다. 또한, 이들 거리는 일 실시형태로부터 다음 실시형태로, 처리될 미생물의 타입에 따라 변할 수 있다. 표면상의 하나 이상의 미생물의 비가역적 전기천공을 초래하기 위한 노즐과 표면 사이의 거리에 관한 적당한 범위는, 예를 들어 0 내지 10 인치, 0 내지 8인치, 0 내지 6인치, 0 내지 4인치 및 0 내지 3인치를 포함한다. 일 실시예에서, 원하는 거리는 3 내지 4인치이다.
실험 테스트 결과는 또한 미생물(예를 들어, 박테리아)을 제거하고 사멸시키기 위한 분무 지속시간 및 노즐/표면 거리 사이의 상관관계를 보여준다. 일반적으로, 노즐이 수신 표면에 가까울수록, 분무 지속시간은 더 짧다. 예를 들어, 노즐과 수신 표면 사이의 3 내지 4인치 범위의 거리에서 2초의 분무 지속시간에서, 대장균(E. coli) 및 바실러스균에 대한 실질적인 사멸 결과를 획득하였다. 이는 감소된 노즐/표면 거리로 인해 표면으로 전달된 전위 및/또는 전기장의 크기가 더 커진 것에서 기인한 것으로 믿어진다.
13.2 실시예 2: 항균 효능
실시예 2의 분무기의 박테리아의 농도를 감소시키는 효능 또한 측정되었다. 실험은 ASTM 인터네셔날에 의하여 설립되고, 미국 펜실베니아주 콘쇼혹캔 소재의 미국 재료시험학회(American Society for Testing and Materials; ASTM) E1153-03에 따라 수행되고, 이는 무생물, 무공성(non-porous), 비식품 접촉 표면상에 살균기의 항균 효능을 평가하는데 사용되는 테스트 방법이다. 처리 캐리어(carriers)의 별도 샘플에는 포도상구균(Staphylococcus aureus; ATCC # 6538) 및 대장균(E.coli; ATCC # 11229)이 포함된다.
실시예 2의 분무기는 상술한 실시예 1의 분무기와 동일한 것이고, 여기서 실시예 2의 분무기는 실험을 위하여 수돗물로 채워진다. 테스트 방법은 주변 온도가 20°C이고, 처리 캐리어로부터 3 내지 4 인치의 범위의 거리에서 실시예 2의 분무기로 처리 캐리어를 4초 동안 분무하는 것으로 변형되었다. 분사된 후에 이어서 처리된 캐리어의 1/3이 와이프(wipe)로 와이핑되어 와이핑 작용을 촉진시키고, 사용된 와이프는 미국 위스콘신주 니나 소재의 킴벌리-클라크 코포레이션(Kimberly-Clark Corporation) 사로부터“WYPALL” 다목적 와이프 상품명으로 상업적으로 구입가능하다. 분무기 자체의 항균 효능을 측정하기 위하여 처리 캐리어의 다른 1/3은 와이핑되지 않고 남는다. 처리 캐리어의 나머지 1/3은 과분무되고, 미스트를 공기 중에서 분무하는 것을 포함하고, 이어서 처리 캐리어 상에 증착된다. 각각의 테스트는 2회 수행되었으며, 시행 1 및 시행 2로 지칭된다.
표 1 및 표 2는 포도상구균 및 대장균에 대하여 개별적으로 실시예 2의 분무기의 항균 효능을 나타낸 것이다. “CFU”는 “군락 형성 단위(colony forming unit)”를 나타내고, “평균 퍼센트 감소율” 및 “평균 log10 감소율”은 시행 1 및 시행 2의 평균에 기초하여 계산되었다.
표 1
포도상구균
실시예 테스트 Log10
CFU/캐리어		 평균 %
감소율		 평균 Log10
감소율
실시예 2 캐리어-시행 1 < 1.6 > 99.999% > 5.2
실시예 2 캐리어-시행 2 < 1.6
실시예 2 와이프-시행 1 < 1.6 > 99.999% > 5.2
실시예 2 와이프-시행 2 < 1.6
실시예 2 과분무-시행 1 < 1.6 > 99.999% > 5.2
실시예 2 과분무-시행 2 < 1.6
표 2
대장균
실시예 테스트 Log10
CFU/캐리어		 평균 %
감소율		 평균 Log10
감소율
실시예 2 캐리어-시행 1 < 1.6 > 99.999% > 5.2
실시예 2 캐리어-시행 2 < 1.6
실시예 2 와이프-시행 1 < 1.6 > 99.999% > 5.2
실시예 2 와이프-시행 2 < 1.6
실시예 2 과분무-시행 1 < 1.6 > 99.999% > 5.2
실시예 2 과분무-시행 2 < 1.6
표 1 및 표 2에 도시된 결과는 다양한 미생물을 제거하고 사멸시키는 본 발명의 분무기의 효능을 나타낸다. 와이핑 없이 분무된 캐리어, 와이핑된 캐리어, 과분무된 캐리어 각각은 테스트받은 미생물들 각각에 대하여 99.999% 이상의 항균 효능을 나타내었다.
13.3 실시예 3 및 실시예 4: 항균 효능
실시예 3 및 실시예 4의 분무기의 세균의 농도를 감소시키는 항균 효능 또한 측정되었다. 실험은 실시예 2에 관해 상술한 것과 같은 방법으로 수행되었고, 처리 캐리어의 각각의 샘플에는 대장균 O157:H7(ATCC # 35150), 살모넬라균(Salmonella enterica)(ATCC # 10708), 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)(ATCC # 15442), 반코마이신내성 장내구균(Vancomycin-resistant Enterococcus)(VRE; ATCC # 51575) 및 메티실린 내성 황색 포도 구균(Methicillin-resistant Staphylococcus aereus)(MRSA; ATCC # 33592)이 포함된다.
실시예 3 및 실시예 4의 분무기는 상술한 실시예 1의 분무기와 동일한 것이고, 실시예 3 및 실시예 4의 분무기는 실험을 위하여 수돗물로 채워진다. 테스트 방법은 주변 온도가 21°C이고, 처리 캐리어로부터 3 내지 4 인치의 범위의 거리에서 실시예 3 및 실시예 4의 분무기로 처리 캐리어를 6초 동안 분무하는 것으로 변형되었다. 분사된 후에 이어서 처리된 캐리어의 1/3이 와이프(wipe)로 와이핑되어 와이핑 작용을 촉진시키고, 사용된 와이프는 미국 위스콘신주 니나 소재의 킴벌리-클라크 코포레이션(Kimberly-Clark Corporation) 사로부터“WYPALL” 다목적 와이프 상품명으로 상업적으로 구입가능하다. 분무기 자체의 항균 효능을 측정하기 위하여 처리 캐리어의 다른 1/3은 와이핑되지 않고 남는다. 처리 캐리어의 나머지 1/3은 과분무되고, 미스트를 공기 중에서 분무하는 것을 포함하고, 이어서 처리 캐리어 상에 증착된다. 각각의 테스트는 2회 수행되었으며, 시행 1 및 시행 2로 지칭된다.
표 3 내지 표 7은 테스트 받은 미생물에 대한 실시예 3 및 실시예 4의 분무기의 항균 효능을 나타내고, “평균 퍼센트 감소율” 및 “평균 log10 감소율”은 시행 1 및 시행 2의 평균에 기초하여 계산되었다.
표 3
대장균 O157:H7
실시예 테스트 Log10
CFU/캐리어		 평균 %
감소율		 평균 Log10
감소율
실시예 3 캐리어-시행 1 < 0.0 > 99.9999% > 6.7
실시예 3 캐리어-시행 2 < 0.0
실시예 3 와이프-시행 1 < 1.6 > 99.999% > 5.1
실시예 3 와이프-시행 2 < 1.6
실시예 3 과분무-시행 1 < 1.7 > 99.999% > 5.0
실시예 3 과분무-시행 2 < 1.7
실시예 4 캐리어-시행 1 < 0.0 > 99.9999% > 6.7
실시예 4 캐리어-시행 2 < 0.0
실시예 4 와이프-시행 1 < 1.6 > 99.999% > 5.1
실시예 4 와이프-시행 2 < 1.6
실시예 4 과분무-시행 1 < 1.7 > 99.999% > 5.0
실시예 4 과분무-시행 2 < 1.7
표 4
살모넬라균
실시예 테스트 Log10
CFU/캐리어		 평균 %
감소율		 평균 Log10
감소율
실시예 3 캐리어-시행 1 0.8 > 99.9999% > 6.2
실시예 3 캐리어-시행 2 < 0.0
실시예 3 와이프-시행 1 < 1.6 > 99.99% > 4.9
실시예 3 와이프-시행 2 < 1.6
실시예 3 과분무-시행 1 < 1.7 > 99.99% > 4.9
실시예 3 과분무-시행 2 < 1.7
실시예 4 캐리어-시행 1 < 0.0 > 99.9999% > 6.6
실시예 4 캐리어-시행 2 < 0.0
실시예 4 와이프-시행 1 < 1.6 > 99.99% > 4.9
실시예 4 와이프-시행 2 < 1.6
실시예 4 과분무-시행 1 < 1.7 > 99.99% > 4.9
실시예 4 과분무-시행 2 < 1.7
표 5
녹농균
실시예 테스트 Log10
CFU/캐리어		 평균 %
감소율		 평균 Log10
감소율
실시예 3 캐리어-시행 1 0.3 > 99.9999% > 6.9
실시예 3 캐리어-시행 2 < 0.0
실시예 3 와이프-시행 1 < 1.6 > 99.999% > 5.6
실시예 3 와이프-시행 2 1.6
실시예 3 과분무-시행 1 2 > 99.999% 5.3
실시예 3 과분무-시행 2 1.7
실시예 4 캐리어-시행 1 < 0.0 > 99.9999% > 6.9
실시예 4 캐리어-시행 2 0.6
실시예 4 와이프-시행 1 < 1.6 > 99.999% > 5.6
실시예 4 와이프-시행 2 < 1.6
실시예 4 과분무-시행 1 2.3 > 99.99% 4.7
실시예 4 과분무-시행 2 2.6
표 6
VRE
실시예 테스트 Log10 CFU/캐리어 평균 %
감소율		 평균 Log10
감소율
실시예 3 캐리어-시행 1 1.51 > 99.9999% > 5.9
실시예 3 캐리어-시행 2 < 0.0
실시예 3 와이프-시행 1 < 1.6 > 99.999% > 5.1
실시예 3 와이프-시행 2 < 1.6
실시예 3 과분무-시행 1 < 1.7 > 99.99% > 4.9
실시예 3 과분무-시행 2 < 1.7
실시예 4 캐리어-시행 1 0.3 > 99.9999% > 6.5
실시예 4 캐리어-시행 2 < 0.0
실시예 4 와이프-시행 1 < 1.6 > 99.999% > 5.1
실시예 4 와이프-시행 2 < 1.6
실시예 4 과분무-시행 1 < 1.7 > 99.99% > 4.9
실시예 4 과분무-시행 2 < 1.7
표 7
MRSA
실시예 테스트 Log10
CFU/캐리어		 평균 %
감소율		 평균 Log10
감소율
실시예 3 캐리어-시행 1 0.9 > 99.9999% > 6.2
실시예 3 캐리어-시행 2 < 0.0
실시예 3 와이프-시행 1 < 1.6 > 99.999% > 5.1
실시예 3 와이프-시행 2 < 1.6
실시예 3 과분무-시행 1 4.7 > 99.9% > 3.5
실시예 3 과분무-시행 2 < 1.7
실시예 4 캐리어-시행 1 1.58 > 99.999% 5.2
실시예 4 캐리어-시행 2 1.38
실시예 4 와이프-시행 1 < 1.6 > 99.999% > 5.1
실시예 4 와이프-시행 2 < 1.6
실시예 4 과분무-시행 1 6.6 > 99.7% > 2.5
실시예 4 과분무-시행 2 < 1.7
표 3 내지 표 7에 도시된 결과는 다양한 미생물을 제거하고 사멸시키기 위한 본 발명의 분무기의 효능을 나타낸다. 대다수의 결과의 경우, 와이핑 없이 분무된 캐리어, 와이핑된 캐리어, 과분무된 캐리어 각각은 테스트받은 미생물 각각에 대해 99.999% 이상의 항균 효능을 나타내었다. 표 7의 과분무 시행과 같이, 과분무 시행 중 일부는 시행 1 과 시행 2 사이에서 높은 레벨의 가변성을 보였다. 더 높은 CFU/캐리어는 처리 캐리어를 분무하기 전에 분무기의 부적절한 프라이밍(priming)으로 인한 것이라고 믿어진다.
13.4 실시예 5 및 실시예 6: 항균 효능
실시예 5 및 실시예 6의 분무기의 인플루엔자A(H1N1)의 농도를 감소시키는 경우의 항균 효능 또한 측정되었다. 실험은 ASTM E1053-02 및 ASTM E1482-04에 따라 수행되고, 처리 캐리어의 샘플에는 인플루엔자A(H1N1) 바이러스(ATCC #VR-1469)가 포함된다. 처리 캐리어는 또한 유기 토양 부하로서 기능하기 위하여 5% 우태혈청(fetal bovine serum )을 함유하였다.
실시예 5 및 실시예 6의 분무기는 상술한 실시예 1의 분무기와 동일하고, 여기서, 실시예 5 및 실시예 6의 분무기는 실험용으로 수돗물로 채워진다. 테스트 방법은 주변 온도가 24°C이고, 처리 캐리어로부터 3 내지 4 인치의 범위의 거리에서 실시예 5 및 실시예 6의 분무기로 처리 캐리어를 6초 동안 분무하는 것으로 변형되었다.
노출 시간 후에는, 셀 스크래퍼(cell scraper)로 플레이트를 각각 문질러서 내용물을 재현탁시킨다. 10.6 밀리리터 분액(aliquot)의 바이러스-테스트 성분 혼합물이 실시예 5의 분무기로 분무된 플레이트로부터 회수되고, 11.5 밀리리터 분액의 바이러스-테스트 성분 혼합물이 실시예 6의 분무기로 분무된 플레이트로부터 회수되었다. 회수된 혼합물은 절반으로 분리되고, 혼합물의 독성을 제거하기 위하여 주사기 플런저(syringe plungers)를 이용하여 유닛 당 2개의 세파덱스(Sephadex) 겔 여과 컬럼으로 즉시 통과시킨다. 각 테스트 유닛의 여과액은 합쳐지고, 10배 단계 희석에 의하여 적정화되어, 감염도 및/또는 세포 독성에 관해 분석되었다.
모든 세포 제어는 바이러스 감염도 테스트에 음성이었다. 입력 바이러스 제어의 역가(titer)는 7.5 log10 이었다. 건조된 바이러스 제어의 역가는 6.5 log10 이었다. 실시예 5 및 실시예 6의 분무기로부터의 스프레이에 노출된 다음, 테스트된 임의의 희석액(실시예 5 경우 ≤ 1.2 log10 및 실시예 6 경우 ≤ 1.3 log10)에서 어느 하나의 롯트(lot)에 대한 바이러스-테스트 성분 혼합물에서도, 테스트 바이러스 감염이 검출되지 않았다. 테스트 성분 세포 독성 또한 테스트된 임의의 희석액(실시예 5 경우 ≤ 1.2 log10 및 실시예 6 경우 ≤ 1.3 log10)에서 어느 하나의 롯트(lot)에서도 관찰되지 않았다.
중화 제어(테스트 성분의 바이러스 비-사멸 레벨)는 테스트 성분이 실시예 5의 경우 ≤ 1.2 log10 및 실시예 6의 경우 ≤ 1.3 log10 에서 중화된다는 것을 나타내었다. 노출 시간 후의 회수된 테스트 성분의 부피뿐 아니라 세포 독성 및 중화 제어 결과를 고려하면, 바이러스 역가의 감소는 실시예 5의 경우 ≥ 5.3 log10 이고, 실시예 6의 경우 ≥ 5.2 log10 이다. 따라서, 테스트 조건 하에서, 그리고 5%의 우태혈청 토양 부하가 존재하는 경우, 실시예 5 및 실시예 6의 분무기는 인플루엔자A(H1N1) 바이러스의 완전한 불활성화를 나타내었다.
13.5 실시예 7 및 실시예 8: 항균 효능
실시예 7 및 실시예 8의 분무기의 세균의 농도를 감소시키는 경우의 항균 효능 또한 측정되었다. 실험은 미국 환경보호청(EPA) AOAC 살균제 분무 방법에 따라 수행되었다. 처리 캐리어의 별도 샘플에는 MRSA, 대장균, 리스테리아(Listeria), 슈도모나스, 살모넬라, 대장균 O157:H7 및 VRE가 포함된다.
실시예 7 및 실시예 8의 분무기는 상술한 실시예 1의 분무기와 동일하고, 여기서, 실시예 7 및 실시예 8의 분무기는 실험용 수돗물로 채워진다. 실시예 7 및 실시예 8에 관한 각각의 테스트 시행의 경우, 테스트 방법은 처리 캐리어로부터 3 내지 4 인치의 범위의 거리에서 분무기로 처리 캐리어를 6초 동안 분무하는 것으로 변형되었다. 처리 캐리어의 1/3은 분사된 후에 와이프(wipe)로 와이핑되어 작용을 촉진시키고, 사용된 와이프는 미국 위스콘신주 니나 소재의 킴벌리-클라크 코포레이션(Kimberly-Clark Corporation) 사로부터 상업적으로 구입가능한, “WYPALL” 상품명의 다목적 와이프이었다. 처리 캐리어의 다른 1/3은 와이핑되지 않고 남아 있어 분무기의 항균 효능을 측정한다. 분무 캐리어의 나머지 1/3은 과분무된 것이고, 미세 미스트를 공기 중에서 분무하는 것을 포함하고, 처리 캐리어 상에 증착된다.
실시예 7 및 실시예 8의 각각의 분무기 테스트는 2회 수행되었다. 즉, 실시예 7의 분무기는 2번의 시행에서 테스트되고, 실시예 8의 분무기도 2번의 시행에서 테스트되었다. 표 8 및 표 9는 각각 실시예 7의 분무기의 시행 1 및 시행 2의 세균에 대한 항균 효능을 나타낸 것이다. 이에 상응하여, 표 10 및 표 11는 실시예 8의 분무기의 각각 시행 1 및 시행 2의 세균에 대한 항균 효능을 나타낸 것이다.
표 8
실시예 7-시행 1
미생물 캐리어 와이프 과분무
MRSA 100.00% 100.00% 나쁨
대장균 100.00% 100.00% 100.00%
리스테리아균 99.99% 99.99% 나쁨
녹농균 100.00% 100.00% 100.00%
살모넬라균 100.00% 99.99% 99.99%
대장균 O157:H7 100.00% 100.00% 100.00%
VRE 100.00% 100.00% 나쁨
표 9
실시예 7-시행 2
미생물 캐리어 와이프 과분무
MRSA 100.00% 100.00% 100.00%
대장균 100.00% 100.00% 100.00%
리스테리아균 99.99% 99.99% 99.99%
녹농균 100.00% 100.00% 100.00%
살모넬라균 100.00% 99.99% 99.99%
대장균 O157:H7 100.00% 100.00% 100.00%
VRE 100.00% 100.00% 100.00%
표 10
실시예 8-시행 1
미생물 캐리어 와이프 과분무
MRSA 100.00% 100.00% 100.00%
대장균 100.00% 100.00% 100.00%
리스테리아균 100.00% 99.99% 99.99%
녹농균 100.00% 100.00% 100.00%
살모넬라균 100.00% 99.99% 99.99%
대장균 O157:H7 100.00% 100.00% 100.00%
VRE 100.00% 100.00% 100.00%
표 11
실시예 8-시행 2
미생물 캐리어 와이프 과분무
MRSA 100.00% 100.00% 나쁨
대장균 100.00% 100.00% 100.00%
리스테리아균 100.00% 99.99% 99.99%
녹농균 100.00% 100.00% 나쁨
살모넬라균 100.00% 99.99% 99.99%
대장균 O157:H7 100.00% 100.00% 100.00%
VRE 100.00% 100.00% 나쁨
표 8 내지 표 11에 도시된 결과는 다양하고 상이한 세균을 제거하고 사멸시키기 위한 본 발명의 분무기의 효능을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 분무 캐리어 및 분무/와이핑 조합 각각은 테스트된 세균 각각에 대해 99.999%의 항균 효능을 제공하였다. 또한, 과분무의 결과는 테스트된 세균의 대부분에 대해 99.99%의 항균 효능을 제공하였다. 나쁜 항균 효능을 제공하는 샘플은 전도 도관을 효과적으로 제거하는 과분무로 인한 전도성의 부족으로 인한 것으로 믿어지고 있다. 이는 전기분해 전지로부터 생산되는 물이나 용액보다, 분무기로부터 생성되는 전도성이 항균 활성을 제공하고 있다는 것을 보여준다.
13.6 실시예 9 내지 실시예 11: 항균 효능
실시예 9 내지 실시예 11의 분무기의 세균 농도를 감소시키는 경우의 효능 또한, 분무 샘플이 와이핑되지 않는 경우를 제외하고, 실시예 2에서 설명한 것과 동일한 절차를 따라 측정되었다. 처리 캐리어의 별도 샘플에는 대장균 O157:H7, 살모넬라균, 및 리스테리아균이 포함된다. 수돗물로 채워진 실시예 2의 분무기에 비하여, 실시예 9 내지 실시예 11의 분무기는 상이한 광물 농도를 갖는 물로 채워진다. 표 12 내지 표 14는 실시예 9 내지 실시예 11의 분무기 및 비교 실시예 A의 분무기를 사용한 여러 시행 동안에 공급되는 물의 타입을 리스트화 한 것이다. 비교 실시예 A의 분무기에는 물을 전기화학적으로 활성화시키는 전기분해 전지를 포함하고 있지만, 분무된 물을 통하여 전기장을 생성하는 전기천공 전극을 포함하고 있지는 않다.
“병입 수염(bottled water with salt)”는 미국 캘리포니아주 로스앤젤레스 소재의 피지 워터 컴퍼니(FIJI Water Company) 사로부터 “FIJI” 천연 지하광천수라는 상품명으로 구입가능하고, 물 내에 0.25 부피%의 염화나트륨이 있는 혼합물이다. “수돗물”은 미국 미네소타주 미네아폴리스에서 얻은 표준 수돗물이었다. “수돗물염(tap water with salt)”은 수돗물에 0.25 부피%의 염화나트륨의 혼합물이다. “증류수”는 표준 증류수이다. 표 12 내지 표 14는 대장균 O157:H7, 살모넬라균, 리스테리아균에 대해 각각 실시예 9 내지 실시예 11의 분무기의 항균 효능을 나타낸 것이다.
표 12
대장균 O157:H7
실시예 병입 수염 수돗물 수돗물염 증류수
비교 실시예 A 99% 0% 99.9% 0%
실시예 9 99.999% 99.999% 99.999% 99.9%
실시예 10 99.999% 99.999% 99.999% 99.9%
실시예 11 99.9999% 99.999% 99.999% 99.9%
표 13
살모넬라균
실시예 병입 수염 수돗물 수돗물염 증류수
비교 실시예 A 99.9% 99.9% 99.9% 0%
실시예 9 99.999% 99.99% 99.99% 99.99%
실시예 10 99.999% 99.99% 99.999% 99.99%
실시예 11 99.999% 99.99% 99.999% 99.99%
표 14
리스테리아균
실시예 병입 수염 수돗물 수돗물염 증류수
비교 실시예 A 99.99% 99% 99.99% 0%
실시예 9 99.9999% 99.999% 99.9999% 99.99%
실시예 10 99.9999% 99.999% 99.9999% 99.99%
실시예 11 99.9999% 99.999% 99.9999% 99.99%
실시예 9 내지 실시예 11의 테스트 샘플 각각은 병임 수염, 수돗물, 수돗물염로 테스트된 세균 각각에 대해 99.99% 이상의 감소를 달성했고, 비교 실시예 A의 결과에 비해 더 큰 살균 효능을 보였다. 이는 특히, 증류수의 경우에 사실이고, 비교 실시예 A의 테스트 샘플은 세균을 감소시키는데 효과가 없었다. 따라서, 본 발명의 분무기로 달성가능한 전기천공은, 분무기에 사용된 물의 광물 함량과 상관없이 표면으로부터 다양한 세균을 효과적으로 제거하고 사멸시킬 수 있다.
13.7 실시예 12: 물 분석
실시예 1의 분무기에 사용된 물은 또한 그 pH, 전도도 및 물 샘플 내의 나트륨, 칼슘 및 마그네슘 이온 농도를 식별하기 위하여 측정되었다. 물의 pH는 눈금 조정된(calibrated) pH 프로브(probe) 및 계측기를 사용하여 측정되었다. 물의 전도도는 눈금 조정된(calibrated) 1-센티미터 전도성 프로브 및 계측기를 사용하여 측정되었다. 물 내의 나트륨, 칼슘 및 마그네슘 이온 농도는 EPA 방법 200.7에 따른 유도 결합된 플라스마- 원자방출분광기(Inductively Coupled Plasma- Atomic Emission Spectrometer)를 사용하여 결정되었다. 추가적으로, 물의 전체 경도(hardness)는 방정식 7에 따라 결정된 칼슘 및 마그네슘 농도로부터 계산되었다.
전체 경도 = 2.497*[칼슘] + 4.116*[마그네슘] (방정식 7)
여기서, 물의 전체 경도는 CaCO3의 밀리그램/리터(mg/L)이고, [칼슘]은 물 내의 칼슘의 농도를 mg/L로 나타낸 것이며, [마그네슘]은 물 내의 마그네슘의 농도를 mg/L로 나타낸 것이다. 표 15는 측정된 pH, 마이크로지멘스(μS) 단위의 전도도, 백만분율(ppm) 단위의 나트륨, 칼슘 및 마그네슘 이온 농도 및 ppm 단위의 전체 경도를 나타낸 것이다.
표 15
특성 결과
pH 7
전도도 1280 μS
나트륨 농도 167 ppm
칼슘 농도 19 ppm
마그네슘 농도 6 ppm
전체 경도 73 ppm CaCO3
14. 다양한 산업에서의 사용예
본 발명에 설명된 실시예 및 실시형태 중 하나 이상 및 그 변형예는 다음의 산업 및/또는 응용분야에서 구현될 수 있으며, 여기에 비제한적인 예시로서 제공된다.
A. 산업용 세척 & 소독(또는 살균):
표면 세척 & 소독
생물막(Bio-Film) & 조류(Algae)의 제거
효과적 살생제(Biocide)
현장세척(Clean-in-Place[CIP]) 살균 & 소독
B. 건강 & 의료:
의료기기의 저온 멸균
표면 세척 & 소독
멸균수 생산
세탁시 린넨(linen) 소독
공기의 포깅(fogging) 소독 & 클린 룸
C. 수의학 응용분야:
증가된 생명력 및 질병 저항성
잔류물 없는(residue-free) 감염 치료 및 상처 관리
음식의 증가된 영양 이익
D. 가금(Poultry) 산업
일반 소독
호기성 세균용 표면 세척 & 포그 미스팅 매질(Fog Misting Medium)
음료수 내의 병원균 제거
조류(feathers) 상의 이(Lice) & 다른 해충 제어
호기성 & 혐기성 세균을 파괴하기 위한 포그 미스팅
추가적인 첨가물 없이 세척하는 장치
E. 원예업/농업
식물의 병원체 균류(Fungi) 억제
농작물 살포용 관개 용수 소독 & 해충 관리
대수층(Water aquifers)으로 유출된 여과물의 독성 감소
채소, 과일 & 절화(cut flowers)의 저장수명 연장
씨앗 소독, 생산량이 증가되도록 식물 생장 자극 및 촉진
저장 곡물 소독
F. 물, 폐수 & 하수 처리
도시 하수 소독
물 중화
생물막 & 조류의 제거
악취 화합물 중화
독성 부산물 형성 감소
15. 추가적인 현탁 메커니즘
본 발명의 다른 양태는, 택일 및/또는 추가적인 현탁 메커니즘을 사용하여 미생물을 현탁시킬 수 있는 매질에서, 미생물에 전위 또는 전기화학적 압력을 인가함으로써 미생물을 불활성화하거나 파괴하는 방법에 관한 것이다. 상술한 바와 같이, 본 발명에서 설명한 분무기(100, 300, 500) 및/또는 임의의 다른 장치(1200, 1300, 1400, 1500)의 경우와 같이, 미생물 현탁은 하나 이상의 전기분해 전지에 의하여 생산된 전기화학적 활성 액체로 달성될 수 있다. 또한, 미생물은 현탁 첨가물(예를 들어, 계면활성제 세제), 액체-활성화 물질(예를 들어, 제올라이트) 등과 같은 화합물을 사용하는 매질(예를 들어, 액체)에서 현탁될 수 있다. 이하 설명하는 바와 같이, 이들 물질은 액체를 처리하여 현탁 특성을 증가시키도록 구성된다. 예를 들어, 현탁 첨가물(들)은 장치로부터 살포된 액체에서의 미생물 현탁의 증가를 촉진하기 위하여, 전기분해 전지에 추가되거나 이를 대체하여 사용될 수 있다.
15.1 현탁 첨가물
도 21은, 예를 들어 본 발명에 개시되어 있는 임의의 실시형태에 통합될 수 있는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 시스템(1700)을 나타내는 도면이다. 시스템(1700)은 전기 서브시스템(1700a) 및 유체 서브시스템(1700b)을 포함하며, 전기 서브시스템(1700a)은, 예를 들어 도 19에 도시된 시스템(1600)과 동일한 방법으로 작동할 수 있고, 대응하는 도면 부호는 “100”씩 증가되어 있다. 다만, 도 20에 도시된 실시형태에서, 전기분해 전지(1606)에 대응하는 구성요소는 저장실(1728)로부터 혼합 챔버(1730)로 현탁 첨가물을 공급하기 위한 펌프(1726)로 대체되어 있다. 이러한 배열로 인해 펌프(1708)는 액체(예를 들어, 수돗물)를 저장실(1732)로부터 혼합 챔버(1730)로 공급하여 액체 내에 현탁 첨가물을 혼합시킬 수 있다. LED(1622 및 1624)에 대응하는 구성요소는 설명의 편의를 위하여 도 20에서는 생략되어 있다. 현탁 첨가물은 저장실(1732)에서 직접, 액체 유동 경로를 따라 임의의 다른 위치에서 액체에 추가될 수도 있으며, 예를 들어, 펌프가 있거나 없는 임의의 적합한 방법으로 혼합되거나, 저장실(1732)로 주입되는 액체의 일부로 공급될 수도 있다.
바람직하게는, 저장실(1728)에 있는 것과 같은 현탁 첨가물은 저장실(1732)로부터 분사된 액체 내에 입자 및 미생물을 현탁하는 것을 돕도록 구성되는 하나 이상의 화합물을 포함한다. 상술한 바와 같이, 현탁 메커니즘은 분사된 액체의 ORP를 변경시킬 수도 있다(즉, 양의 ORP, 음의 ORP 또는 양자 조합을 갖는 분사 액체를 생산). 예를 들어, 이들 향상된 세척 효과는 분사된 액체 내에 표면상의 입자 및 미생물을 현탁시키는 기능을 할 수 있다. 현탁 첨가물로 사용하기에 적합한 화합물로는, 예를 들어 계면활성제(예를 들어, 계면활성제 세제)와 같은, 액체의 표면장력을 감소시키도록 구성되는 화합물이 포함된다.
현탁 첨가물로 사용하기 적합한 계면활성제의 예시로는, 음이온성 계면활성제, 비이온성 계면활성제 및 양이온성 계면활성제를 포함한다. 음이온성 계면활성제의 예시로는 알킬 설페이트, 알킬 설포네이트, 설포숙시네이트 및 이들의 조합을 포함한다. 적합한 알킬 설페이트의 예시는 1차 및 2차 알킬 설페이트, 알킬 에테르 설페이트, 지방(fatty) 알코올 설페이트 및 이들의 조합을 포함한다. 알킬 설페이트에 관한 적합한 알킬 사슬 길이의 예시는 C8 내지 C15 까지의 범위에 있다(예를 들어, C8 내지 C15 1차 알킬 설페이트). 적합한 알킬 술포네이트의 예시는 알킬 벤젠 설포네이트(예를 들어, C8 내지 C15 알킬 사슬 길이를 갖는 선형 알킬 벤젠 설포네이트), 알킬 크실렌 설포네이트, 지방산 에스테르 설포네이트 및 이들의 조합을 포함한다. 적합한 설포숙시네이트의 예시는 디알킬 설포숙시네이트를 포함한다.
비이온성 및 양이온성 계면활성제의 예시는 알코올 에톡실레이트(예를 들어, 알킬 페녹시 폴리에톡시 에탄올), 알킬 폴리글리코시드, 폴리히드록시아미드, 모노에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에탄올아민, 글리세롤 모노에테르, 알킬 암모늄 클로라이드, 알킬 글루코시드, 폴리옥시에틸렌 및 이들의 조합을 포함한다.
현탁 첨가물은 또한 현탁 및 세척 특성을 돕는 하나 이상의 추가 물질을 포함할 수도 있다. 적합한 추가 물질의 예시는 산화제, 효소, 소포제(defoaming agents), 착색제, 광학 광택제(optical brighteners), 부식 억제제, 향수, 항미생물제, 항균제, 항진균제, pH 조절제, 용제 및 이들의 조합을 포함한다. 추가 물질은 더 긴 체류 시간을 제공하여, 다공성 표면과 같이 일부 표면상에서 더 큰 살균 효과를 제공할 수도 있다. 예를 들어, 추가 물질은 전기천공 전극(1714)으로부터 전기장이 제거된 후에 표면상에 존재할 수도 있다.
현탁 첨가물은 예를 들어, 유체, 용액, 펠릿(pellets), 블록(blocks), 분말 등 다양한 매질로 저장실(1728)(및/또는 저장실(1732))에 제공될 수도 있다. 도시된 실시형태에서, 현탁 첨가물은 바람직하게는 캐리어 매질(예를 들어, 물)에 용해되거나 현탁되는 추가 물질과 계면활성제의 용액이다.
동작하는 동안, 트리거(1720)가 눌리지 않은 경우, 제어 전자장치(1704)는 사용가능하게 되어, 펌프(1708 및 1726) 및 전기천공 전극(1714)을 구동시키기 위하여 적절한 전압 출력을 생성한다. 펌프(1708 및 1726)의 상대적 공급율은 액체 내의 현탁 첨가물의 원하는 농도에 따라 다를 수도 있다. 펌프 각각은, 예를 들어, 제어 신호를 통하여 펌프의 동작을 제어하는 제어기를 포함할 수도 있다. 예시적인 일 실시형태에 따르면, 제어 신호는 접지에 대해 전력을 제공하고, 펌프가 혼합 챔버(1730)를 통하여 현탁 첨가물을 밀어내는 지속시간을 제어하는 펄스형 신호를 포함할 수 있다. 다른 타입의 제어 신호 및 제어 루프(개방형 또는 폐쇄형)가 사용될 수 있다. 또한, 펌프(1726 및 1708) 중 어느 하나 또는 양자 모두가 제거될 수 있으며, 액체 및/또는 현탁 첨가물은 중력과 같은 다른 메커니즘에 의하여 공급될 수 있다. 또한, 펌프들의 동작은, 예를 들어 전류 센서(1710 및 1712)에 의하여 모니터링될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 현탁 첨가물 및 액체는 예를 들어, 혼합 챔버(1730) 내에서 결합되어 용액을 형성한다. 혼합 챔버(1730)는 혼합 프로세스를 돕도록 구성된 다양한 기하학적 배열 및 디자인(예를 들어, 배플형 벽(baffled wall))을 포함할 수도 있다. 적합한 혼합 디바이스의 다른 예시는 벤투리 튜브(Venturi tube) 및 통합 유동 경로(merging flow path)를 포함한다. 예를 들어, 저장실(1728)로부터의 현탁 첨가물 내의 계면활성제(들) 및 저장실(1732)로부터의 액체의 상대 농도는 현탁 첨가물 내의 계면활성제의 농도 및 상대적인 공급율에 따라 다를 수 있다. 따라서, 혼합 챔버(1730)에서 배출될 때(및/또는 저장실(1732)로부터의 미리-혼합된 용액으로부터), 용액은 바람직하게는 분사 용액 내에 입자 및/또는 미생물을 현탁시키기에 충분히 큰 계면활성제 농도를 포함한다. 혼합 챔버(1730)(및/또는 저장실(1732))에서 배출시 용액 내의 적합한 계면활성제 농도의 예시는 약 0.1 부피% 내지 약 15 부피%까지의 범위이며, 구체적으로 약 0.5 부피% 내지 약 10 부피% 까지의 범위가 적합하다.
최종 용액은 혼합 챔버(1730)(및/또는 예를 들어 저장실(1732))에서 배출되고, 표면 또는 공간상으로 분사되기 전에 및/또는 분사되자마자 전기천공 전극(1714)과 접촉할 수도 있다. 현탁 첨가물은 분사된 용액 내에 표면상의 입자 및 미생물을 현탁시키는 기능을 할 수 있다. 특히, 친수성 분자 사슬 말단 및 소수성 분자 사슬 말단을 포함하는 현탁 첨가물의 계면활성제(들)의 적어도 일부는 액체/표면/기체 경계면에 존재할 수 있다. 이와 같이, 친수성 사슬 말단이 액체 내에 존재하고, 소수성 사슬 말단이 액체 밖으로 연장됨으로써, 액체의 표면 장력을 감소시킬 수 있다. 소수성 사슬 말단은 표면상의 입자 및 미생물과 접촉하는 경우, 분사 용액 내의 표면 위에 입자/미생물을 포섭하여 현탁시킬 수 있다. 또한, 일부 실시형태에서, 계면활성제는 액체의 잠재력을 증가시키고, 미생물들의 구조를 관통하는 것을 도울 수 있다.
상술한 바와 같이, 전기천공 전극(1714)은 용액을 통하여 표면으로 전기장을 인가할 수 있고, 이는 현탁 미생물의 비가역적 전기천공을 발생시키기에(또는 불활성화시키거나 손상시키기에) 충분할 수 있다. 용액 내의 현탁 첨가물은, 미생물이 예를 들어 전기분해 전지로 얻어지는 변경된 ORP와 동일하거나 유사한 방법으로 표면상에 현탁되게 할 수 있다. 예를 들어 미생물이 용액에서 표면 위에 현탁하도록 표면으로부터 분리시킴으로써, 전기천공 전극(1714)에 의하여 표면을 따라 생성되는 전기장은 미생물 세포에 더 용이하게 인가된다. 반면, 미생물들이 표면과 접촉하고 있는 경우, 전기장은 표면 접지로 더 용이하게 방전되어, 유기체 세포의 비가역적 전기천공을 생성하는데 덜 효과적일 수도 있다. 세포가 현탁된 경우, 예를 들어 인가되는 교류 전기장은 앞뒤로 진동하여 세포에 손상을 일으킨다.
시스템(1700) 사용의 예시에서, 현탁 첨가물은 본 발명의 임의의 실시형태와 함께 사용될 수도 있다. 예를 들어, 현탁 첨가물은 저장실(12)을 액체로 채울 때 일괄방식으로 분무기(10)(도 1에 도시)의 저장실(12) 및 분무기(500)의 보관용기(510)(도 10A 내지 도 10C에 도시)로 주입될 수도 있다(및/또는 장치에 수반되는 별도의 저장실로부터 공급될 수도 있음). 또한, 시스템(1700)은 세척기(1200)(도 15에 도시), 표면 세척 조립체(1300)(도 16에 도시), 납작 자루걸레(1400)(도 17에 도시), 디바이스(1500)(도 18에 도시), 시스템(1600)(도 19에 도시) 등에 사용될 수도 있다. 이들 실시형태에서는, 전기분해 전지(예를 들어, 전기분해 전지(18, 552, 1208 및 1606)이 생략될 수도 있다. 택일적으로, 전기분해 전지는 현탁 첨가물과 협력하여 사용되어, 분사 용액 내의 입자 및 미생물의 현탁을 더 증가시킬 수도 있다.
15.2 액체-활성화 물질
도 22는 분무기(1810)의 개략적인 예시이고, 이는 분무기에 의하여 분사되고 보유되는 액체의 ORP를 변경하기 위한 하나 이상의 액체-활성화 물질(예를 들어, 제올라이트)을 보유하도록 구성된 휴대용 분무 디바이스의 일례이다. 다른 실시예에서, 분무 디바이스는 더 큰 디바이스 또는 시스템의 일부를 형성할 수도 있다. 도 22에 도시된 실시형태에서, 분무기(1810)는 분무기(1810)의 베이스 하우징(base housing)에 의하여 정의되는 저장실(1812)을 포함하며, 처리되어 노즐(1814)로부터 분사될 액체를 보관하도록 구성된다. 또한, 저장실(1812)은 필터(1816) 및 매질(media; 1818)을 포함할 수 있고, 여기서 매질(1818)은 하나 이상의 액체-활성화 물질을 포함한다. 필터(1816)는 액체가 통과하도록 구성된 매질 필터이지만, 바람직하게는 매질(1818)의 거대 사이즈의 입자가 통과되는 것을 방지한다. 저장실은, 예를 들어, 뚜겅 하우징(1820)으로 탈부착가능한 대체가능 카트리지로 구성될 수도 있다.
매질(1818)에 사용하는데 적합한 액체-활성화 물질의 예시는 다공성 알루미노실리케이트 광물(예를 들어, 제올라이트)과 같은 다공성 광물을 포함한다. 매질(1818)에 사용하는데 적합한 제올라이트의 예시는 알루미노실리케이트 광물의 수화 구조 및 무수 구조를 포함하며, 이는 하나 이상의 나트륨(Na), 칼륨(K), 세륨(Ce), 칼슘(Ca), 바륨(Ba), 스트론튬(Sr), 리튬(Li) 및 마그네슘(Mg) 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 매질(1818)에 사용하는 적합한 제올라이트의 예시는 아날심(analcime), 아미사이트(amicite), 바레라이트(barrerite), 벨버가이트(bellbergite), 비키타이트(bikitaite), 보그사이트(boggsite), 브류스터라이트(brewsterite), 차바자이트(chabazite), 클리노프틸로라이트(clinoptilolite), 카우레사이트, 다치아다이트, 에딩토나이트, 에피스틸바이트, 에리오나이트, 포우저사이트, 페리어라이트, 가로나이트, 기스몬다인, 고빈사이트, 그멜리나이트, 고나다이트, 구세크리카이트, 하모톰, 휼란다이트, 로몬타이트, 리빈, 마자이트, 멀리노이트, 몬테소마이트, 모데나이트, 메소라이트, 나트로라이트, 오프레타이트, 파라나트로라이트, 폴링가이트(paulingite), 펄리아라이트, 필립사이트, 폴루사이트, 스콜레사이트, 스텔러라이트, 스틸바이트, 톰소나이트, 체르니사이트, 와이라카이트, 웰사이트, 윌핸더소나이트, 유가와라라이트(yugawaralite), 이들의 무수물(anhydrous form) 및 이들의 조합을 포함한다. 매질(1818)에 사용하는 상업적으로 구입가능한 제올라이트의 예시는 미국 네바다주 샌디 밸리 소재의 케이엠아이 제올라이트(KMI Zeolite, Inc.) 사의 클리노프틸로라이트를 포함하고, 이는 약 2.3 g/㎤의 평균 밀도와 +40 메쉬의 명목 입자 사이즈를 갖는다.
비-제올라이트 물질 또는 메커니즘이 활용될 수도 있다. 매질(1818)에 사용하는데 적합한 비-제올라이트 광물의 예시는 수지, 아포필라이트, 자이롤라이트, 쉬앙후아라이트(hsianghualite), 케호에이트, 로브다라이트, 마리코파이트, 오케나이트, 파하사파이트, 파테이트, 프레흐나이트, 로기아나이트, 타차라나이트, 피프토파이트, 토버모라이트, 비세이트 및 이들의 조합을 포함한다. 적합한 수지의 예시는, 활성기(예를 들어, 술폰산기, 아미노기, 카복실산기 등)를 포함하는 가교성 방향족 구조(예를 들어, 가교성 폴리스티렌)를 갖는 것들과 같은 이온-교환 수지를 포함한다. 이온-교환 수지는, 예를 들어 수지 비즈(resin beads)와 같은 다양한 매질에 제공될 수도 있다. 이들 비-제올라이트 광물들은 매질(1818)에서 제올라이트에 대한 대체물로서 또는 이와 결합하여 사용될 수 있다.
매질(1818)는 세라믹 볼, 펠릿, 분말 등과 같은 다양한 매질 형상으로 제공될 수도 있다. 저장실(1812)에 보유되는 동안, 매질(1818)은 보유 액체를 처리하여, 예를 들어, 이온 교환에 의하여 보유되는 액체 상에 음의 ORP(및/또는 양의 ORP)를 부여한다. 바람직하게는, 매질(1818)은 액체에 적어도 약 -50mV의 음의 ORP 및/또는 적어도 약 +50mV의 양의 ORP를 부여한다. 다른 실시예에서, 매질(1818)은 액체에 적어도 약 -100 mV의 음의 ORP 및/또는 적어도 약 +100 mV의 양의 ORP를 부여한다. 상술한 바와 같이, ORP를 변경함으로써 분사된 처리 액체가 입자 및 미생물을 현탁시킬 수 있다.
분무기(1810)는 또한 뚜껑 하우징(1820), 튜브(1822), 펌프(1824), 작동기(1826), 전기천공 전극(1828), 회로 기판 및 제어 전자장치(1830) 및 배터리(1832)를 포함한다. 바람직하게는, 뚜껑 하우징(1820)은 폐쇄시 저장실(1812)을 밀폐시키며, 사용자에 의하여 화살표(1834)의 방향으로 눌려져서, 작동기(1826)를 동작시킨다. 배터리(32)는, 예를 들어 일회용 배터리 및/또는 재충전용 배터리, 또는 배터리에 추가하거나 이를 대체하여 다른 적절한 휴대용 또는 코드 달린 전원을 포함할 수 있고, 회로 기판과 제어 전자장치(30)에 의하여 가동되는 경우, 전기천공 전극(1828)에 전력을 제공할 수 있다. 일 실시형태에서, 펌프(1824)는 전기적으로 전력을 공급받을 수도 있다.
펌프(1824)는 저장실(1812)로부터 필터(1816) 및 튜브(1822)를 통하여 액체를 끌어당기며, 노즐(14) 밖으로 액체를 내보낸다. 노즐(1814)을 통과하는 동안, 액체는 전기천공 전극(1828)과 접촉한다. 상술한 바와 같이, 전기천공 전극(1828)은 분사 용액에 전압(예를 들어, 교류 전압)을 인가하여, 분사 용액을 통하여 표면으로 전기장을 생성하고, 이는 비가역적 전기천공과 같이, 현탁 미생물에 손상을 발생시키기에 충분할 수 있다. 분사 용액 내의 변경된 ORP는, 미생물을 예를 들어 전기분해 전지로 얻어지는 변경된 ORP와 동일하거나 유사한 방법으로 표면 위에 현탁될 수 있게 한다. 예를 들어 미생물이 용액에서 표면 위에 현탁하도록 표면으로부터 현탁시킴으로써, 전기천공 전극(1828)에 의하여 표면을 따라 생성되는 전기장은 미생물 세포에 더 용이하게 인가된다. 상술한 바와 같이, 세포가 현탁된 경우, 인가되는 교류 전기장은 앞뒤로 진동하여 세포에 손상을 일으킨다.
시스템(1810) 사용 예시에서, 매질(1818)은 본 발명의 임의의 실시형태와 함께 사용될 수도 있다. 예를 들어, 현탁 첨가물은, 저장실(12)을 액체로 채울 때 일괄방식으로 분무기(10)(도 1에 도시)의 저장실(12) 및 분무기(500)(도 10A 내지 도 10C에 도시)의 보관용기(510) 로 주입될 수도 있다. 이들 실시형태에서는, 전기분해 전지(예를 들어, 전기분해 전지(18 및 552))이 생략될 수도 있다. 택일적으로, 전기분해 전지는 매질(1818)과 협력하여 사용되어, 분사 용액 내의 입자 및 미생물의 현탁을 더 증가시킬 수도 있다.
추가적인 실시예에서, 저장실(1812)은 저장실을 액체 및/또는 매질(1818)로 채우는데(및/또는 다시 채우는데) 사용될 수도 있는 주입 포트 또는 개구(opening)를 포함할 수도 있다. 추가적인 실시예에서, 분무기(1810)는 외부 공급원으로부터, 예를 들어 호스를 통하여 액체를 수신하는 피팅(fitting)을 포함할 수도 있고, 여기서 액체는 매질(1818)을 통하여 흐른다.
또한, 매질(1818)은 세척기(1200)(도 15에 도시), 표면 세척 조립체(1300)(도 16에 도시), 납작 자루걸레(1400)(도 17에 도시), 디바이스(1500)(도 18에 도시), 시스템(1600)(도 19에 도시) 등에 사용될 수도 있다.
도 23은 유체 라인(fluid line) 세그먼트(1902 및 1904) 사이와 같은 유동-통로 시스템의 유체 라인에 설치될 수 있는 카트리지(1900)의 개략도이다. 카트리지(1900)는 세척기(1200)(도 15에 도시), 표면 세척 조립체(1300)(도 16에 도시), 납작 자루걸레(1400)(도 17에 도시), 디바이스(1500)(도 18에 도시), 시스템(1600)(도 19에 도시), 분무기(10)(도 1에 도시), 분무기(300)(도 8에 도시), 분무기(500)(도 10A 내지 도 10C에 도시) 및 분무기(1810)(도 22에 도시)와 같이, 여기에 개시된 임의의 장치상의 유동 경로를 따라 임의의 적합한 위치에 위치할 수도 있다.
도 23에 도시된 실시형태에서, 카트리지(1900)는 하우징(1906)을 포함하고, 이는 내부 챔버(1908) 및 경계면(1910 및 1912)을 정의한다. 바람직하게, 경계면(1910 및 1912)은 잠금식 또는 착탈식 방법으로 개별적으로 카트리지(1900)가 유체 라인 세그먼트(1902 및 1904)과 접속하게 한다. 이러한 배열은 다수의 카트리지가 유체 라인 세그먼트(1902 및 1904)와 상호교환적으로 접속되게 한다. 예를 들어, 카트리지(1900)가 여러 회 사용으로 인해 결국 전부 사용된 경우, 다 쓴 카트리지(1900)는 유체 라인 세그먼트(1902 및 1904)로부터 제거되고, 새로운 카트리지(1900)로 대체될 수도 있다. 경계면(1910 및 1912)은 또한 암형 피팅 및/또는 수형 피팅을 포함할 수 있다.
내부 챔버(1908)는 매질 필터(1916)의 사용에 의하여 카트리지(1900)를 통과하는 액체를 처리하는 매질(1914)을 보유하고, 여기서 카트리지를 통한 액체의 유동은 화살표(1917)로 표현하고 있다. 매질(1914)에 적합한 물질은, 예를 들어 매질(1818) (도 22에 도시)에 관해 상술한 것을 포함한다. 따라서, 매질(1914)은 내부 챔버(1908)를 통하여 흐르는 액체를 처리하여, 이온 교환에 의하여 흐르는 액체 상에 음의 ORP(및/또는 양의 ORP)를 부여한다. 내부 챔버(1908)의 부피 및 내부 챔버(1908) 내의 매질(1914)의 양은 ORP를 충분히 변경할 유동 액체의 적합한 잔류 시간을 제공하도록 선택된다. 이들 파라미터는 유체 라인 세그먼트(1902 및 1904)를 통하는 액체의 체적 유동율에 따라 다를 수도 있다. 추가적인 실시예에서, 매질(1914)은 세척기(1200)(도 15에 도시), 표면 세척 조립체(1300)(도 16에 도시), 납작 자루걸레(1400)(도 17에 도시), 디바이스(1500)(도 18에 도시), 시스템(1600)(도 19에 도시) 등과 같이, 여기에서 설명한 다양한 장치에 수반되는 액체 저장실/탱크 중 하나 이상에 보관된다.
바람직하게는, 매질(1914)은 액체에 적어도 약 -50mV의 음의 ORP 및/또는 적어도 약 +50mV의 양의 ORP를 부여하고, 다른 실시형태에서는 적어도 -100mV의 음의 ORP 및/또는 적어도 약 +100mV의 양의 ORP를 부여한다. 상술한 바와 같이, ORP를 변경함으로써 분사된 처리 액체가 입자 및 미생물을 현탁시킬 수 있다. 처리 액체는 내부 챔버(1908)에서 유체 라인 세그먼트(1904)로 배출되어 세척기(1200), 표면 세척 조립체(1300), 납작 자루걸레(1400), 디바이스(1500), 시스템(1600) 등과 같은 시스템으로부터 분사된다.
교환가능한 카트리지 또는 매질(1818 및/또는 1914)의 다른 공급 보관용기는, 사용되는 특정 장치로부터 탈부착이 가능하도록 여러 가지 상이한 방법으로 구성될 수 있다. 예를 들어 본 발명의 분무기 실시형태의 경우, 개별적으로 저장실(12), 보관용기(510) 및 저장실(1812)을 포함하는 분무기(10, 500 및 1810)의 베이스 하우징은 각각의 분무기 헤드부(및/또는 임의의 다른 부분)과 탈부착 가능할 수 있고, 이로써 다수의 카트리지 베이스부가 단일 헤드부와 상호 교환 가능하게 접속될 수 있다. 다른 실시예에서, 베이스부 또는 헤드부와 같은 분무기의 임의의 부분은 매질(1818 및/또는 1914)의 카트리지와 탈부착되도록 구성될 수도 있다. 추가적인 실시예에서, 도 10A 내지 도 10C에 도시된 분무기(500)의 헤드부 내의 전기분해 전지(552)의 위치 및/또는 베이스(502)와 같이, 분무기는 분무기의 베이스 내에 또는 분무기의 헤드에 카트리지를 장착하도록 구성될 수 있다. 교체가능 카트리지는, 예를 들어 다수의 상호 교환 가능 카트리지가 분무기의 유체 라인으로부터 탈착 가능하고, 또한 이들과 용이하게 접속되도록 구성될 수도 있다.
특정한 일 실시예에서, 분무기의 베이스는 매질(1818, 1914)을 포함하는 실린더형 카트리지를 수신하도록 구성된다. 예를 들어, 도 1를 참조하면, 분무기(10)(도 1에 도시)의 저장부(12)는 전기분해 전지(18)를 제거하고, 실린더형 카트리지를 받아들이는 저장실 베이스 내에 원형 개구를 포함하도록 변형될 수 있다. 실린더형 카트리지의 일단은 세로축을 따라 개구로 삽입될 수 있다. 타단은 적절한 랫치(latch) 및 밀폐 메커니즘을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 실린더형 카트리지의 베이스 둘레로 저장실의 내부를 밀폐시키기 위하여 실린더형 카트리지가 저장실로 완전히 삽입되는 경우, 카트리지의 하단은, 개구 주변에 저장실(12)의 바닥을 밀폐시키는 O형 링이 있는 환상 숄더부(annular shoulder)를 가질 수도 있다. 카트리지의 길이는, 제한되는 것은 아니지만 저장실의 높이의 절반 또는 1/3과 같은 임의의 적합한 거리만큼 저장실로 연장될 수도 있다. 카트리지는 예를 들어, 삽입시 축 둘레로 카트리지를 회전시킴으로써 카트리지를 위치에 고정시키는 임의의 적합한 메커니즘을 가질 수 있다. 실시예는 접속 스레드(threads) 및 다른 고정 메커니즘을 포함한다.
실린더의 벽은 저장실에 보관되는 액체와 카트리지 내에 보관되는 매질(1818, 1914) 사이의 상호작용을 허용하는 임의의 적합한 구성을 가질 수 있다. 예를 들어, 실린더는 액체가 실린더형 카드리지의 내부 캐비티(cavity)로 충분히 통과하도록 하는 하나 이상의 어퍼처(apertures)를 포함할 수도 있다. 특정 실시예에서, 측벽은 예를 들어 그물형(mesh), 스크린 및/또는 천공성(perforated) 측벽에서 개구에 의하여 형성되는 복수의 어퍼처를 갖는다.
어퍼처는, 예를 들어 삽입 전과 같이 사용하지 않는 경우에는 폐쇄되어, 카트리지 내에 보관되는 매질의 잠재적 오염을 감소시킬 수도 있다. 일 실시예에서, 카트리지는 저장 중에 어퍼처를 커버하는 탈착가능 필름 또는 슬리브(sleeve)로 공급될 수도 있다. 이 필름 또는 슬리브는 분무기의 베이스로 카트리지가 삽입되기 전(또는 후)에 제거될 수 있다. 다른 실시예에서, 카트리지는 분무기로 삽입되거나 부착되지 않는 경우, 하나 이상의 어퍼처를 자동으로 밀폐시키는 밀폐 메커니즘으로 구성된다. 예를 들어, 카트리지는 내부 실린더형 측벽과, 내부 실린더형 측벽에 대해 이동가능하고, 동축 상에 있는 외부 실린더형 슬리브를 포함할 수 있다. 내부 실린더형 측벽은 매질(1818, 1914)을 보관하며, 상술한 하나 이상의 어퍼처를 갖는다. 외부 실린더형 슬리브는 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 원주 방향 또는 축 방향으로 이동가능하다. 폐쇄 위치에서, 실린더형 슬리브는 예를 들어 오염으로부터 카트리지의 내부 캐비티를 밀폐시키기 위하여 내부 실린더형 측벽의 어퍼처들 중 하나 이상을 덮는다. 개방 위치에서, 외부 실린더형 슬리브는 내부 실린더형 측벽 내의 어퍼처들 중 하나 이상을 노출시킨다. 예를 들어, 외부 실린더형 슬리브는 오염으로부터 카트리지의 내부 캐비티를 밀폐시키기 위하여 내부 실린더형 측벽의 어퍼처들 중 하나 이상을 덮는다. 일 실시형태에서, 실리더형 외부 슬리브는 개방 위치에 있는 경우, 내부 실린더형 측벽 내의 어퍼처와 정렬되어 있는 복수의 어퍼처를 포함한다. 폐쇄 위치에서, 외부 실린더 슬리브 내의 어퍼처는 내부 실린더형 측벽의 어퍼처와 정렬되어 있지 않아, 하나의 실린더의 물질이 다른 실린더 내의 어퍼처를 덮거나 밀폐시킨다. 카트리지를 저장실에 부착하는 여러 다른 배열 및 구조가 본 발명에서 허용되고 고려될 수 있다.
개방 및 폐쇄 위치 사이의 이동은 수동식이거나 자동식일 수도 있다. 일 실시형태에서, 스프링 작용과 같은 메커니즘에 의하여 외부 슬리브가 폐쇄 위치로 기울어진다. 저장실로 삽입되는 경우, 외부 슬리브는 예를 들어 저장실 또는 다른 구성요소와의 표면 부착 또는 레버에 의하여 개방 위치로 기울어진다.
유사하게, 세척기(1200)(도 15에 도시), 표면 세척 조립체(1300)(도 16에 도시), 납작 자루걸레(1400)(도 17에 도시), 디바이스(1500)(도 18에 도시), 시스템(1600)(도 19에 도시) 등과 같은 장치에서 매질(1818)이 사용되는 실시형태에서, 매질은 교체가능한 카트리지에 보관될 수도 있다. 이들 카트리지는, 다수의 상호 교환 가능 카트리지가 장치의 유체 라인으로부터 탈착 가능하고, 또한 이들과 용이하게 접속되도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 카트리지는 장치의 내부로부터 또는 장치의 외부로부터 접속되거나 삽입될 수 있다. 일 실시형태에서, 카트리지는 장치의 측벽을 통하여 접속되거나 삽입될 수 있다.
매질(1818) 및/또는 매질(1914)를 통합한 실시형태에서는, 예를 들어 전기분해 전지(예를 들어, 전기분해 전지(18, 552, 1208 및 1606)이 생략될 수도 있다. 택일적으로, 전기분해 전지는 다른 현탁 메카니즘과 협력하여 사용되어, 분사 용액 내의 입자 및 미생물의 현탁을 더 증가시킬 수도 있다. 현탁 첨가물(예를 들어, 세제 계면활성제) 및 액체-활성화 물질(예를 들어, 제올라이트)과 같은 추가적인(또는 택일적인) 현탁 메커니즘의 사용은, 예를 들어 전기천공과 같은 살균 프로세스와 함께 사용하기 위한 분사 액체 내의 입자 및 미생물을 현탁하는 여기에서 설명한 시스템의 다양성을 증가시킨다.
본 발명의 일 양태는, 액체의 현탁 특성을 증가시켜 처리 액체를 제공하도록 구성되는 액체와 적어도 하나의 화합물을 갖도록 구성되는 보관용기; 보관용기에 결합된 액체 유동 경로; 액체 유동 경로에 결합되고, 공간 또는 표면으로 처리 액체를 분사하는 액체 분사기; 액체 유동 경로에 전기적으로 결합된 전극; 대응하는 리턴 전극 없이, 분사된 처리 액체를 통하여 전극과 공간 또는 표면 사이에 교류 전기장을 생성하는 제어 회로를 포함하는 장치에 관한 것이다.
보관용기는 제한되는 것은 아니지만, 예를 들어 보관용기, 저장실, 탱크, 챔버, 카트리지, 격실 등과 같은 본 발명에 설명한 다양한 구성요소와 같은 임의의 적합한 보관용기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 보관용기는 액체 공급원 보관용기(예를 들어, 보관용기(12, 510, 1206, 1406, 1732, 1812), 추가 보관용기(예를 들어, 보관용기(1728)), 혼합 챔버(1730), 카트리지(1900; 예를 들어, 유동 통로 및/또는 공급원), 격실(1408), 통합 유체 라인(merging fluid line) 등을 포함할 수 있다.
보관용기는 임의의 적합한 방법으로 액체를 적어도 하나의 화합물과 연결지을 수 있고, 능동형 및/또는 수동형 혼합, 배합, 결합 등; 보관; 및/또는 상호작용, 접촉 및/또는 상호반응의 허가를 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 이러한 연결 행위에는 보관용기에 보관 중인 화합물과 액체의 사전-혼합액이 포함될 수 있다. 다른 실시예에서, 보관용기는 액체를 예를 들어 혼합 챔버와 같은 별도의 공급원으로부터 공급되는 적어도 하나의 화합물과 연결할 수도 있다. 다른 실시예에서, 보관용기는 유동-통로 및/또는 공급원 카트리지 내의 적어도 하나의 화합물과 액체 사이의 상호작용이 가능하게 할 수도 있다. 다른 구성 또한 가능하다.
적어도 하나의 화합물은 적어도 하나의 계면활성제, 적어도 하나의 액체-활성화 물질을 포함할 수 있고, 이들로 제한되는 것은 아니다. 적어도 하나의 액체-활성화 물질은 제올라이트, 이온-교환 수지 및 이들의 조합을 포함하는 그룹에서 선택된 물질을 포함할 수 있고, 이들로 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 하나 이상의 실시형태와 관련하여 설명되어 있지만, 당업자는 본 발명의 범위 및/또는 청구항에서 벗어나지 않고 형태 및 상세부분을 변경할 수도 있다는 것을 인식할 것이다. 또한, 특정 실시형태 및/또는 실시예가 본 발명에 설명되고 있지만, 본 발명의 범위는 이러한 실시형태 및/또는 실시예로 제한되지 않는다. 당업자는 여기에 첨부된 하나 이상의 제출 청구항에 의하여 보호될 이들 실시형태 및/또는 실시예의 변형예를 구현할 수도 있다.

Claims (65)

  1. 액체 유동 경로;
    상기 액체 유동 경로에 결합되고, 공간 또는 표면으로 액체를 분사하는 액체 분사기;
    상기 액체 유동 경로에 전기적으로 결합된 전극; 및
    대응하는 리턴 전극 없이, 분사된 액체를 통하여 상기 전극과 공간 또는 표면 사이에 교류 전기장을 생성하는 제어 회로를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는 처리될 공간 또는 표면이 전극에 대해서 교류 전기장을 위한 회로 접지로서 기능하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어 회로는 약 20 킬로헤르쯔 내지 약 800 킬로헤르쯔 범위의 주파수 및 약 50 볼트 rms 내지 약 1000 볼트 rms의 전압을 갖는 교류 전위를 전극에 인가하는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 주파수는 20 KHz 내지 100 KHz 사이, 25 KHz 내지 50 KHz 사이, 30 KHz 내지 60 KHz 사이, 28 KHz 내지 40 KHz 사이 및 약 30 KHz 를 포함하는 그룹으로부터 선택된 범위에 있고;
    상기 전압은 50 볼트 rms 내지 1000 볼트 rms 사이, 500 볼트 rms 내지 700 볼트 rms 사이, 550 볼트 rms 내지 650 볼트 rms 사이 및 약 600 볼트 rms 를 포함하는 그룹으로부터 선택된 범위에 있는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제어 회로는 시간이 지남에 따라 하한 주파수와 상한 주파수 사이에서 주파수를 스윕(sweep)하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 하한 주파수와 상한 주파수는 20 KHz 내지 100 KHz 사이, 25 KHz 내지 50 KHz사이 및 30 KHz 내지 60 KHz 사이를 포함하는 그룹으로부터 선택된 범위 내인 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 제어 회로는 0.1 초 내지 10 초 사이의 시간 주기에 걸쳐 하한으로부터 상한으로 주파수를 스윕하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제5항에 있어서, 상기 제어 회로는 삼각 파형 또는 톱니 파형 중 적어도 하나로 시간이 지남에 하한과 상한 사이에서 주파수를 스윕하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 전극은 액체 유동 경로를 연장하는 내부 루멘(internal lumen)을 갖고, 상기 내부 루멘을 형성하는, 전극의 내경 표면의 적어도 일부는 전기 전도성을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 전극은 액체 유동 경로에 따라 배관의 각 섹션을 연결하는, 수형 커넥터가 있고 서로 맞은 편에 위치하는 2개의 말단을 갖는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 전극은 은을 적어도 부분적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 전극은 은층으로 적어도 부분적으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 액체 유동 경로에 존재하며, 이온 교환막에 의하여 분리되는 전기분해 전지 전극을 포함하는 전기분해 전지를 더 포함하고, 상기 전기분해 전지 전극은 제1항에서 인용되는 전극과 구별되는 것을 특징으로 하는 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전기분해 전지는 양극액과 음극액을 생산하며, 상기 전극은 액체 분사기로부터 분사되는 양극액; 음극액; 및 양극액과 음극액의 조합물 중 적어도 하나에 교류 전위를 인가하도록 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 전기분해 전지에 전기적으로 결합된 제2 제어 회로를 더 포함하며, 상기 제2 제어 회로는 제1항에서 인용되는 전극에 전기적으로 결합되는 제어 회로와 구별되는 것을 특징으로 하는 장치.
  16. 제13항에 있어서, 상기 전기분해 전지에 전기적으로 결합되고, 전기분해 전지 전극에 DC 전압을 인가하도록 구성되는 제2 제어 회로를 더 포함하며, 제1항에서 인용되는 전극에 전기적으로 결합되는 제어 회로는, 전기분해 전지 전극에 인가되는 DC 전압의 크기보다 큰 실효값(root-mean-square; rms)을 갖는 전압을 전극에 인가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  17. 제16항에 있어서, 제1항에서 인용되는 제어 회로는 제1항에서 인용되는 전극에 50 볼트 rms 내지 800 볼트 rms 범위의 AC 전압을 인가하도록 구성되며, 제2 제어 회로는 5 볼트 내지 38 볼트 범위의 DC 전압을 전기분해 전지 전극에 인가하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  18. 제13항에 있어서, 제1항에서 인용되는 전극은 전기분해 전지보다 액체 유동 경로를 따라 액체 분사기에 더 가까이 위치하는 것을 특징으로 하는 장치.
  19. 제1항에 있어서, 상기 장치는 휴대용 분무 디바이스를 포함하고, 액체 분사기는 분무 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 휴대용 분무 디바이스는 휴대용 분무기를 포함하고,
    상기 휴대용 분무기는 액체 유동 경로, 노즐, 전극 및 제어 회로;
    상기 액체 유동 경로에 결합된 펌프;
    상기 노즐에 의하여 분사되는 액체를 보관하기 위한 액체 유동 경로 내의 보관용기; 및
    전원을 수반하는 것을 특징으로 하는 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 휴대용 분무기는 액체 유동 경로에 결합된 전기분해 전지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  22. 제1항에 있어서, 상기 장치는 이동식 바닥 표면 세척기를 포함하고,
    상기 이동식 바닥 표면 세척기는 액체 유동 경로, 액체 분사기, 전극 및 제어 회로;
    표면 위로 세척기를 이동시키도록 구성되는 적어도 하나의 바퀴;
    상기 액체 유동 경로에 결합되는 펌프;
    상기 액체 유동 경로에 존재하고 액체 분사기에 의하여 분사되는 액체를 보관하는 보관용기; 및
    상기 적어도 하나의 바퀴를 구동시키도록 결합되는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  23. 액체 유동 경로;
    상기 액체 유동 경로에 존재하고, 양극액 및 음극액을 생산하고는 전기분해 전지, 여기서 상기 액체 유동 경로에서는 상기 양극액과 음극액을 결합하여 결합 액체를 형성하고;
    상기 액체 유동 경로에 결합되고, 공간 또는 표면으로 결합 액체를 분사하는 액체 분사기;
    상기 액체 유동 경로에 전기적으로 결합되고 전지 전극과 구별되는 추가 전극;
    상기 전지 전극 사이에 전기장을 인가하는 제1 제어 회로; 및
    상기 추가 전극과 공간 또는 표면 사이에 분사 액체를 통하여 교류 전기장을 생성하는 제2 제어 회로를 포함하는 장치.
  24. 제23항에 있어서, 상기 제1 제어 회로는 전지 전극에 DC 전위를 인가하고, 제2 제어 회로는 추가 전극에 AC 전위를 인가하는 것을 특징으로 하는 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 AC 전위의 실효값(rms)은 DC 전압의 크기보다 큰 것을 특징으로 하는 장치.
  26. 장치로부터 공간 또는 표면으로 액체에 의하여 전기 전도 경로를 생성하기 위하여, 장치로부터 공간 또는 표면으로 액체를 분사하는 단계; 및
    상기 분사 단계 중에, 전도 경로를 따르는 액체를 통하여 장치로부터 공간 또는 표면으로 교류 전기장을 생성하는 단계를 포함하고,
    상기 전기장은 공간 또는 표면으로부터 적어도 하나의 미생물을 파괴하기에 충분하며, 대응하는 리턴 전극이 없는 장치상의 전극에 의하여 액체에 인가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  27. 제26항에 있어서, 상기 분사 단계 전에, 공급 액체를 전기분해하여 이온 교환막에 의하여 분리되는 양극액과 음극액을 생산하는 단계를 더 포함하고,
    상기 분사 단계는 양극액, 음극액 또는 양극액과 음극액의 조합물 중 적어도 하나를 장치로부터 분사하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  28. 제26항에 있어서, 상기 액체에 의하여 표면으로 전달되는 대전된 나노버블로 표면으로부터 적어도 하나의 미생물을 현탁시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  29. 제26항에 있어서, 상기 액체에 의하여 표면으로 전달되는 대전된 나노버블, 세제, 또는 표면상의 기계 작용을 포함하는 그룹으로부터 적어도 하나에 의하여, 표면으로부터 적어도 하나의 미생물을 현탁시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  30. 제26항에 있어서, 상기 전기장은 미생물의 비가역적 전기천공을 발생시키기에 충분한 것을 특징으로 하는 방법.
  31. 제26항에 있어서, 유출구를 통하여 액체를 분사하는 단계; 및 상기 유출구로부터 공간 또는 표면까지의 거리를 0 내지 10 인치로 유지하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 거리는 3 인치 내지 4 인치 사이인 것을 특징으로 하는 방법.
  33. 제26항에 있어서, 상기 장치는 휴대용 분무 디바이스 또는 바퀴 달린 이동식 표면 세척기를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  34. 제26항에 있어서, 상기 교류 전기장의 생성 단계는, 장치로부터 분사되는 액체와 전기적으로 접촉하는 장치상의 제1 전극에 교류 전위를 인가하는 단계를 포함하고, 상기 제1 전극은 처리될 공간 또는 표면이 제1 전극에 대하여 교류 전기장을 위한 회로 접지로서 기능하도록, 대응하는 리턴 전극을 갖지 않는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제34항에 있어서, 상기 교류 전위는 20 KHz 내지 800 KHz, 20 KHz 내지 100 KHz, 25 KHz 내지 50 KHz, 30 KHz 내지 60 KHz, 28 KHz 내지 40 KHz 및 약 30 KHz 를 포함하는 그룹으로부터 선택된 범위의 주파수를 갖고,
    상기 전위는 50 볼트 rms 내지 1000 볼트 rms, 500 볼트 rms 내지 700 볼트 rms, 550 볼트 rms 내지 650 볼트 rms 및 약 600 볼트 rms 를 포함하는 그룹으로부터 선택된 범위에 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  36. 제34항에 있어서, 시간이 지남에 따라 하한 주파수와 상한 주파수 사이에서 주파수를 스윕하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  37. 제36항에 있어서, 상기 하한 주파수와 상한 주파수는 20 KHz 내지 100 KHz, 25 KHz 내지 50 KHz 및 30 KHz 내지 60 KHz 를 포함하는 그룹으로부터 선택된 범위 내인 것을 특징으로 하는 방법.
  38. 제36항에 있어서, 상기 주파수를 0.1 초 내지 10 초 사이의 시간 주기에 걸쳐 하한으로부터 상한으로 스윕하는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제36항에 있어서, 상기 주파수를 삼각 파형 또는 톱니 파형 중 적어도 하나로 시간이 지남에 따라 하한과 상한 사이에서 스윕하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  40. 제34항에 있어서, 상기 제1 전극은 액체 유동 경로를 연장하는 내부 루멘(internal lumen)을 갖고, 상기 내부 루멘을 형성하는 제1 전극의 내경 표면의 적어도 일부는 전기 전도성을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제40항에 있어서, 상기 제1 전극은, 장치상의 액체 유동 경로에 따른 배관의 각 섹션을 연결하는, 수형 커넥터를 갖고 서로 맞은 편에 위치하는 2개의 말단을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제34항에 있어서, 상기 제1 전극은 은을 적어도 부분적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  43. 제34항에 있어서, 상기 제1 전극은 은층에 의하여 적어도 부분적으로 코팅되는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제26항에 있어서, 상기 분사 단계 전에, 전기분해 전지에 DC전압을 인가하여 공급 액체를 전기분해하여 이온 교환막에 의하여 분리되는 양극액과 음극액을 생산하는 단계; 및
    교류 전기장을 생성하기 위하여 양극액, 음극액, 또는 양극액과 음극액의 조합물 중 적어도 하나와 전기적으로 접촉하는 상기 제1 전극에 AC 전위를 인가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제26항에 있어서, 상기 장치는 휴대용 분무 디바이스를 포함하고, 상기 휴대용 분무 디바이스는,
    액체 유동 경로;
    상기 액체 유동 경로에 결합되고, 공간 또는 표면으로 액체를 분사하는 액체 분사기;
    상기 액체 유동 경로에 전기적으로 결합된 제1 전극;
    대응하는 리턴 전극 없이, 분사된 액체를 통하여 전극과 공간 또는 표면 사이에 교류 전기장을 생성하는 제1 제어 회로;
    상기 액체 유동 경로에 결합된 펌프;
    상기 액체 유동 경로에 존재하며, 노즐에 의하여 분사되는 액체를 보관하는 보관 용기; 및
    전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제26항에 있어서, 상기 장치는 이동식 바닥 표면 세척기를 포함하고, 상기 이동식 바닥 표면 세척기는,
    액체 유동 경로;
    상기 액체 유동 경로에 결합되고, 공간 또는 표면으로 액체를 분사하는 액체 분사기;
    상기 액체 유동 경로에 전기적으로 결합된 제1 전극;
    대응하는 리턴 전극 없이, 분사된 액체를 통하여 전극과 공간 또는 표면 사이에 교류 전기장을 생성하는 제1 제어 회로;
    상기 액체 유동 경로에 결합된 펌프;
    상기 액체 유동 경로에 존재하며, 액체 분사기에 의하여 분사되는 액체를 보관하는 보관 용기;
    표면 상에서 세척기가 이동할 수 있도록 구성된 적어도 하나의 바퀴; 및
    상기 적어도 하나의 바퀴를 구동시키기 위하여 결합된 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 액체 경로를 따라 장치로부터 분사된 액체에 의하여 표면으로 전달되는, 적어도 하나의 음으로 또는 양으로 대전된 나노버블에 의하여 표면으로부터 적어도 하나의 미생물을 현탁시키는 단계; 및
    상기 장치와 표면 사이에 형성된 액체 경로를 통하여 현탁된 미생물에 교류 전기장을 인가하는 단계를 포함하며, 인가된 전기장은 미생물을 파괴하기에 충분한 크기를 갖는 방법.
  48. 제47항에 있어서, 상기 액체 경로는 분무 노즐로부터의 분무 출력을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  49. 제47항에 있어서, 상기 장치와 표면 사이의 전기 전도 경로를 통하여 전기장을 생성하는 단계를 포함하며, 전기장은 ASTM E1153-03 및 Log 5 환원 카운트(reduction count)에 따라 적어도 약 99.99%의 항균 효능을 제공하는데 충분한 것을 특징으로 하는 방법.
  50. 제49항에 있어서, 상기 항균 효능은 적어도 약 99.999%인 것을 특징으로 하는 방법.
  51. 제47항에 있어서, 상기 장치로부터 액체를 분사하는 단계는 적어도 약 6초간 전기 전도 경로를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  52. 제47항에 있어서, 상기 전기장을 인가하는 단계는, 대응하는 리턴 전극이 없는 장치의 전극에 교류 전위를 인가하여 분사 액체를 통하여 교류 전류를 유도하는 단계를 포함하며, 상기 전위는 약 25 킬로헤르쯔 내지 약 800 킬로헤르쯔 범위의 주파수 및 약 50 볼트 rms 내지 약 1000 볼트 rms의 전압을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  53. 제47항에 있어서, 상기 분사 단계 전에, 공급 액체를 전기분해하여 이온 교환막에 의하여 분리되는 양극액과 음극액을 생산하는 단계; 및
    상기 장치로부터 양극액, 음극액 또는 양극액과 음극액의 조합물 중 적어도 하나를 분사하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  54. 제47항에 있어서, 상기 액체는 약 6 내지 8의 pH 범위를 갖는 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  55. 제54항에 있어서, 상기 물은 액체의 적어도 약 99.0 중량%를 구성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  56. 제55항에 있어서, 상기 물은 액체의 적어도 약 99.9 중량%를 구성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  57. 액체를 통하여 전기 전도 경로를 생성하는 방법으로 장치와 표면 사이에서 연장되는 액체 출력; 및
    상기 액체 출력의 전기 전도 경로를 통하여 생성되는 교류 전기장을 포함하며,
    상기 전기장은 ASTM E1153-03 및 Log 5 환원 카운트에 따라 적어도 약 99.99%의 항균 효능을 제공하는 항균 매질.
  58. 제57항에 있어서, 상기 항균 효능은 적어도 약 99.999%인 것을 특징으로 하는 항균 매질.
  59. 제57항에 있어서, 상기 액체 출력은 양극액과 음극액의 결합 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 매질.
  60. 제57항에 있어서, 상기 액체 출력은 적어도 50 밀리볼트의 크기를 갖는 산화-환원 전위를 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 매질.
  61. 제57항에 있어서, 복수의 나노버블을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 매질.
  62. 제57항에 있어서, 상기 액체는 약 6 내지 8의 pH 범위를 갖는 물을 포함하는 것을 특징으로 하는 항균 매질.
  63. 제62항에 있어서, 상기 물은 액체의 적어도 약 99.0 중량%를 구성하는 것을 특징으로 하는 항균 매질.
  64. 제62항에 있어서, 상기 물은 액체의 적어도 약 99.9 중량%를 구성하는 것을 특징으로 하는 항균 매질.
  65. (a) 하나 이상의 유체 보관용기;
    (b) 제어 회로;
    (c) 공간 또는 표면에 유체를 분사하는 분사기;
    (d) 유체가 하나 이상의 유체 보관용기로부터 분사기를 통하여 공간 또는 표면으로 흐르게 할 수 있는 하나 이상의 도관; 및
    (e) 상기 제어 회로와 결합되고, 분사기를 통하여 분사된 유체에 전하를 부여하도록 동작하는 하나 이상의 전기 전도체를 포함하며,
    상기 제어 회로는 하나 이상의 전기 전도체가 전하를 분사기를 통하여 분사된 유체로 부여하며, 또한 교류 전기장이 장치와 공간 또는 표면 사이에 분사된 유체에 의하여 형성되는 유체 경로를 통하여 공간 또는 표면에 인가하기 위하여 생성되는, 세척 및/또는 세척 장치.
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