KR20120114900A - 전해 환원수 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
종래의 정수기와 알칼리 이온수기의 장점만을 구비하여, 중성이면서 환원력이 우수한 전해 환원수 제조 장치가 제공된다.
Description
전해 환원수 제조 장치가 개시된다. 더욱 상세하게는 중성을 유지하면서 환원력이 우수한 전해 환원수를 제공하는 장치가 개시된다.
경제적 성장과 더불어 물 시장이 점차 확대되면서 사람들은 점차 다양한 방법으로 물을 취수하여 음용하고 있다. 예를 들어 기존에는 약수터에서 물을 받거나 수도물을 끓여 마셨으나, 최근에는 정수기를 이용하거나, 더 나아가 몸의 불편한 부분을 개선하기 위해서 알칼리 이온수기 등을 집에 구비하여 이용하고 있다.
기본적으로 RO(Reverse Osmosis) 필터 타입의 정수기의 성능은 물 속에 존재하는 탁도, 세균, 바이러스, 유기화합물, 농약류, 중금속, 소독부산물, 무기 이온 등을 70~90% 이상 제거하며, pH는 중성으로(pH 5.8 ~ 8.5) 음용하기에 문제가 없는 깨끗한 물이 나오도록 하는 것이다. 이를 위해 보통 3~5개의 필터를 정수기 내부에 설치하고, 정수된 물을 저수조에 보관 후 취향에 맞게 냉수와 온수 등으로 취수할 수 있는 기능을 구비하고 있다. 그러나 정수기 물의 기능은 생명을 유지하기 위한 인체의 신진대사와 갈증을 해소하는 기본적인 성능을 만족하는 것일 뿐 물의 산화환원전위(이하 ORP, Oxidation Reduction Potential)로 대변되는 건강지수 측면에서는 수도물 이상의 산화력을 나타낸다.
이러한 정수기의 단점을 보완하고 기능성을 부과하기 위해 개발된 제품이 알칼리 이온수기다. 이는 pH 8.5 이상의 물을 제조하는 의료용 기기로서 식약청에서 4가지 위장증상(만성설사, 소화불량, 위장 내 이상발효, 위산과다)의 개선 효과를 인정받았으며, 의학계에서도 장내질환, 혈관계 질환, 당뇨병, 아토피성 피부염 등 여러 질환에 그 효과가 있음을 임상실험을 통해 인정하고 있다. 최근에 학회와 논문에서 이러한 주요 효과의 원인은 물 속에 존재하는 환원력에 있음을 발표하고 있다. 그러나, 알칼리 이온수기는 물 속에 녹아 있는 이온들이 전해질 역할을 하여 원활한 전기분해를 통해 알칼리 이온수가 생성되기 때문에 물 속에 이온들이 충분히 있어야 하며 이러한 이온 양을 유지시키기 위해서 필터의 성능은 RO 필터의 수준이 아닌 일반 정수 항목을 만족시키는 UF(Ultrafiltration) 필터 수준의 성능으로 제약이 있다. 또한 알칼리 이온수의 환원력을 높이기 위해서 전기분해시 전압, 전류를 강하게 인가할수록 물의 pH가 올라가는 현상이 발생하기 때문에 환원력을 높이는데는 식음수로서 한계가 있다.
본 발명의 일 측면은 pH를 중성으로 유지하면서 환원력이 우수한 물을 제공할 수 있는 전해환원수 제조 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면,
RO 필터; 및
상기 RO 필터로부터 공급된 물을 전기분해하여 환원수를 얻기 위한 전해조를 포함하는 전해환원수 제조 장치로서,
상기 전해조는 캐소드; 애노드; 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 위치하는 양이온 교환수지를 포함하고, 상기 캐소드와 양이온 교환수지 및 상기 양이온 교환수지와 상기 애노드 사이에 각각 양이온 교환막이 형성되어 있는 전해 환원수 제조 장치가 제공된다.
본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치를 사용하면 pH가 중성이면서도 환원력이 우수한 환원수를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 알칼리 이온수기의 구동 원리를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치의 구동 원리를 나타내는 개략도이다.
도 3은 종래의 알칼리 이온수기와 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치의 캐소드에서 생성된 환원수의 pH 및 ORP 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치에서 물을 3시간 통과시킨 후 캐소드에서 생성된 환원수의 pH 및 ORP 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치에서 양이온 교환 수지의 재생 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치에서 전극 반전 전후의 캐소드에서 생성된 환원수의 pH 및 ORP 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치에 사용되는 전극의 형상을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치에서 양이온 교환 수지, 양이온 교환막 및 전극의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치의 작동 원리를나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치의 구동 원리를 나타내는 개략도이다.
도 3은 종래의 알칼리 이온수기와 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치의 캐소드에서 생성된 환원수의 pH 및 ORP 특성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치에서 물을 3시간 통과시킨 후 캐소드에서 생성된 환원수의 pH 및 ORP 특성을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치에서 양이온 교환 수지의 재생 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치에서 전극 반전 전후의 캐소드에서 생성된 환원수의 pH 및 ORP 특성을 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치에 사용되는 전극의 형상을 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치에서 양이온 교환 수지, 양이온 교환막 및 전극의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치의 작동 원리를나타낸 개략도이다.
이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 전해 환원수 제조 장치는 RO 필터; 및 상기 RO 필터로부터 공급된 물을 전기분해하여 환원수를 얻기 위한 전해조를 포함하는 전해환원수 제조 장치로서, 상기 전해조는 캐소드; 애노드; 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 위치하는 양이온 교환수지를 포함하고, 상기 캐소드와 양이온 교환수지 및 상기 양이온 교환수지와 상기 애노드 사이에 각각 형성된 양이온 교환막을 포함한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치는, 중금속, 유기물, 무기이온까지 모두 제거된 깨끗한 물이지만 환원성이 없는 물을 제공하는 정수기와, 환원성을 나타내나 pH가 8.5이상으로 알칼리성이며, 유리잔류염소, 색도, 탁도, 클로로포름이 제거되어 기본 정수항목 수준만을 만족하는 물을 제공하는 알칼리 이온수기의 장단점에서 각각의 장점만을 취합하여 pH가 중성(pH 5.8 ~ 8.5)이고 미생물, 세균, 잔류염소, 중금속, 유기화합물, 농약류 등까지 제거된 깨끗하고 안전한 물에 더욱 높은 환원력까지 나타내는 물을 제조할 수 있다.
도 1은 종래의 알칼리 이온수기의 구동 원리를 나타내는 개략도이다.
알칼리 이온수기(1)는 UF 필터(11)와 전기분해조(이하 전해조)(12)로 이루어지고, 상기 전해조(12)는 캐소드(13), 애노드(14) 및 상기 캐소드(13)와 애노드(14) 사이에 위치하는 이온교환막(15)을 포함한다.
물은 UF 필터(11)를 통과하며 눈에는 보이지 않는 0.01㎛ 크기 이상의 바이러스, 미립자 세균 및 조류포자와 같은 미생물은 제거되고, 이보다 크기가 작은 이온과 미세성분은 통과하게 된다. 이와 같이 정수된 물을 전해조(12)에 입수시켜 일정한 전기에너지를 가하여 물을 분해한다. 양 전극(13, 14)에서 일어나는 물의 전기 분해는 하기 반응식 1로 나타낼 수 있다:
[반응식 1]
캐소드 (-극): 2H2O + 2e- -> H2 + 2OH-, E0=-0.828V
애노드 (+극): 4H++O2+4e- -> 2H2O, E0=+1.229V
이 때 캐소드(13)에서 생성된 물의 산화환원전위(ORP; 기준 수소 전극에 대한 상대 전위)는 물 속에 이상적으로 OH-와 H2만 존재한다는 가정 하에 표준수소 전극에 대한 기전력을 하기 수학식 1로 정리할 수 있다:
[수학식 1]
상기 식에서
n은 반응 전자수를 나타내고,
H2-기준수소전극 및 H2-cathode는 각각 기준수소전극 및 캐소드에서의 H2의 농도(mol/L)를 나타내고, OH-는 OH-의 농도(mol/L)를 나타낸다.
상기 수학식 1에서 E = E+ - E-가 양의 ㎷ 값에서 0㎷가 될 때까지 자발적인 반응이 일어나며, 전자가 지시전극으로부터 표준 수소 전극으로 이동하기 때문에 수소환원전위차의 값은 -로 표시되며, 이 경우 지시 전극이 담겨있는 물은 환원력을 나타낸다. 만약 전자가 표준 수소 전극으로부터 지시전극으로 이동한다면 수소환원전위차의 값은 +로 표시되며 지시용액은 산화력을 나타낸다.
상기 반응식 1에서 보듯이, E = E+-E-=1.229-(-0.828)=2.057V의 전압을 양 전극에 인가하게 되면 입수된 물은 캐소드에서는 수소 기체(H2)와 히드록시기(OH-)를 발생시켜 알칼리성을 나타내게 되고, 상기 수학식 1에 의해 ORP의 값이 작아지고 -값을 가질 수도 있다. 애노드에서는 산소 기체(O2)와 수소이온(H+)를 발생시켜 산성을 나타내고, 상기 수학식 1에 의해 ORP가 +값을 가지게 된다.
종래의 알칼리 이온수기의 경우 인가되는 전압이 커질수록 알칼리성 정도가 높아지면서 전해 환원수의 pH와 환원력이 커진다. 예를 들어, 식약청에서 인정하는 알칼리 이온수기는 2등급 의료기기로서 pH 범위가 8.5 ~ 10로 한정되어 있기 때문에, pH 10에서 ORP가 -85㎷이다. 만약 환원력을 더 높이기 위해서 인가되는 전압을 높이게 되면 상기 반응식 1에서와 같이 H2 기체 발생량과 비례하여 OH- 발생량이 많아지기 때문에 pH 값은 높아지게 되고 결국 사람이 마시기 어려운 물이 생성된다. 따라서 알칼리 이온수기를 이용하여 제조할 수 있는 전해 환원수의 환원력은 pH 증가에 따른 제한이 있기 때문에 그 값을 극대화하기에는 제약이 있다.
또한 시판되고 있는 RO 필터 타입의 정수기는 기본정수성능인 물 속의 유리잔류염소, 색도, 탁도, 클로로포름, 미생물, 세균의 제거뿐만 아니라 특수정수성능인 유기 화합물, 농약류, 중금속 및 무기 이온 성분까지 제거되는 순수한 물이 출수되기 때문에, 정수된 물의 전도도 값이 평균 5 ~ 15㎲/㎝이다. 일반 수도물의 평균 전도도는 200 ~ 220 ㎲/㎝이므로 이와 비교하여 1/15 ~ 1/40 이하의 전도도를 나타낸다.
UF 필터를 통과한 이온수와 동등하게 순수한 물을 전기분해하기 위해서는 400 ~ 500V 이상의 에너지를 투입해야 한다. 다시 말하면 전기 분해 효율이 급격하게 떨어지기 때문에, RO 필터를 통과한 순수한 물의 전기 분해 시스템을 구성하는 것은 매우 비현실적이다.
본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치는 상기한 정수기 및 알칼리 이온수기의 문제점을 해결하여 환원력이 우수하고 pH가 중성인 물을 제조할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치의 구동 원리를 나타내는 개략도이다.
도 2(a)에 나타난 전해 환원수 제조 장치(2)를 구성하는 기본적인 전해조(22)의 구조는 전기분해를 위해 캐소드(23) 및 애노드(24)가 위치하고 있으며, 상기 캐소드(23)과 애노드(24) 사이에 양이온 교환수지(26)가 위치한다. 상기 캐소드(23)와 양이온 교환수지(26), 및 상기 양이온 교환수지(26)과 애노드(24) 사이에 양이온 교환막(25, 25')이 형성된다. 이 전해조(22)로 RO 필터(21)를 통과한 순수한 물이 캐소드(23)와 양이온 교환수지(26)로 들어가도록 구성되어 있다. 반응식 1과 같이 2.057V 이상의 전압을 인가하면 애노드(24)와 물에 젖은 인접한 양이온 교환막(25') 사이에서 전기분해에 의해 발생한 H+ 이온이 양이온 교환수지(26)의 촉매 역할에 의해 캐소드(23)로 전달되고, 전달된 H+ 이온은 하기 반응식 2에 나타낸 것처럼 OH-와 중화반응을 일으켜 캐소드(23)에서 생성된 환원수의 pH가 증가하지 않도록 한다.
[반응식 2]
OH-(캐소드에서 발생) + H+ (애노드 및 양이온 교환수지로부터 전달) ( H2O (중성의 물)
따라서, 캐소드(23)에서 발생되는 H2에 의해 물은 pH 중성(5.8 ~ 8.5) 영역에서 ORP가 - 값을 가져 환원력을 나타내게 된다.
보다 구체적으로는, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 전해조(22)에 RO 필터(21)를 통과한 물을 입수시키고 일정 전류가 흐를 수 있도록 전압을 인가하면, 양이온 교환수지(26) 내로 들어온 물은 애노드(24)에 밀착되어있는 양이온 교환막(25')을 물에 젖게 하여 양이온 교환막(25') 표면과 애노드(24) 표면 사이에서 물을 분해하여 H+와 O2를 생성시킨다. 애노드(24)에서 생성된 O2는 크기가 약 3.4Å이므로 양이온 교환막(25)을 통과하여 캐소드(23)로 가지 않고, 양이온 교환수지(26)에 입수된 물을 통해서 밖으로 배출된다. 만일 양이온 교환수지로 입수되는 물이 흐르지 않고 정지되어 있다면, 용존 O2의 농도가 높아서 수지를 산화시켜 수명을 줄이고, 전기분해 시 발생되는 열(Q ∝ W=I2R)을 배출시키지 못해 양이온 교환막과 양이온 교환수지의 수명을 감소시킨다. 애노드(24)에서 생성된 H+는 캐소드(23)에서 생성되는 OH-와 결합하여 물 분자가 생성되며, 전류량을 증가시켜 H2의 발생량에 의해 환원수의 환원력이 커지더라도 pH는 증가하지 않을 수 있게 된다.
상기 전해조(22)는 전압을 인가하는 전원부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 사용되는 양이온 교환수지는 H+형 양이온 교환수지일 수 있다. 예를 들어 폴리머 모체 표면에 SO3H 교환기가 붙어 있는 수지인 경우, 물 속에 집어넣게 되면 자연스럽게 H+ 이온이 해리되어 물속의 H+ 이온과 평형이 이루어질 때까지 물을 산성화시키면서 수지 표면에서 떨어져 나온다.
양이온 교환수지(26)는 예를 들어 'ㅁ'형의 가공물 안에 채워 넣고 캐소드(23)와 애노드(24) 사이에 위치시킬 수 있다. 순수한 물에서는 전압차로 발생되는 에너지로는 애노드에서 발생되는 H+ 이온이 캐소드로 이동할 수 없지만 양이온 교환수지에서 해리되어 나온 H+ 이온을 매개로 하여 애노드로부터 캐소드로 H+ 이온의 전달이 가능하므로 양이온 교환수지의 수명 한도 내에서는 작은 전압에도 전류가 흐를 수 있는 폐루프 구성을 형성하게 된다.
도 3은 종래의 알칼리 이온수기와 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치로 전기 분해한 결과 캐소드에서 생성된 환원수의 pH 및 ORP 특성을 나타낸 그래프이다. 원수는 각각 UF 필터와 RO 필터를 통과한 물이고, 전압 인가 증가량에 따라 알칼리 이온수기는 ORP -150㎷에서 큰 증가없이 pH만 8.5에서 9.5이상으로 증가함을 볼 수 있으나, 본 발명의 전해 환원수 제조 장치는 전압이 증가함에 따라 지속적으로 ORP는 -500㎷까지 증가하나 pH는 7 ~ 7.5 사이에서 변동없이 안정적인 값을 나타내었다.
한편, 지속적으로 양이온 교환수지를 통해 물이 지나가면 양이온 교환수지의 표면에서는 계속 H+ 이온이 소모된다. 따라서, 전기 분해없이 물을 통과시키거나, 전기 분해를 하더라도 저전류에서 발생되는 H+ 이온으로는 이온교환수지의 재생이 충분하지 않아 양이온 교환수지의 성능 저하가 불가피하다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따라 전해 환원수 제조 장치에서 전압 인가 없이 물을 3시간 통과시킨 후 캐소드에서 생성된 환원수의 인가 전압 증가에 따른 pH 및 ORP 특성을 나타낸 그래프이다. 도 4에서 보듯이, ORP 값이 -500㎷ 이상의 값을 가질 때, 전해조 내 이온교환수지 표면에 부착된 작용기인 -SO3H가 충분할 때는 pH가 중성을 유지하지만, 물을 3시간 통과시킨 후에는 양이온 교환수지의 H+ 해리 효율이 감소하여, 캐소드에서 생성되는 OH-를 중화시키는 반응이 줄어들며 결과적으로 pH가 8.7 이상으로 증가하였다.
기존의 H+형 양이온교환수지를 재생하기 위한 방법으로는, 수지를 HCl 용액에 일정시간 담가 놓고, 물속에 존재하는 과량의 H+ 이온을 이용하여 수지 표면을 -SO3H 형태로 복원시키는 방법이 있다. 그러나 본 발명의 전해 환원수 제조 장치의 전해조의 구조적 특성상 내부에 들어있는 양이온 교환수지를 HCl 용액을 이용한 화학적인 방법으로 재생할 수 없다. 따라서, 전기분해에 의해 발생하는 H+를 이용하여 수지를 재생하는 방법을 이용할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치에서 양이온 교환수지의 재생 방법을 나타낸다.
도 5와 같이 전기 분해에 의해 애노드(54)에서 생성되는 H+ 이온은 양이온 교환막(55')과 양이온 교환수지(56)로 이동하며, 상기 애노드(54) 및 양이온 교환막(55')과 인접되어 있는 양이온 교환수지(56) 부분은 H+의 농도가 이온화된 평형상태보다 높기 때문에 일부 재생이 이루어지고 있다. 따라서 일정 유량을 전기 분해한 후 좌우 대칭으로 구성되어 있는 전해조(52)의 애노드(53), 캐소드(54)의 극성 및 전해조에 입수되는 물을 교대로 바꿔 준다면, 양이온 교환수지의 H+ 전달 촉매작용과 재생작용을 동시에 행하면서, 연속적으로 중성의 환원수를 만들 수 있다. 또한 물이 한쪽 방향으로 흐르기 때문에 발생할 수 있는 물의 흐름을 반전함에 따라 이온 교환막의 오염을 방지할 수 있다.
즉, 전극 반전에 의해 도 5(a)에서의 캐소드(53)가 도 5(b)에서는 애노드(53')로 되고, 도 5(a)에서의 애노드(54)가 도 5(b)에서는 캐소드(54')로 되며, 따라서 도 5(b)에서 RO 필터(51)를 통과한 물은 캐소드실(58') 및 양이온 교환수지(56)로 입수된다. 이는 양이온 교환수지(56)를 중심으로 좌우가 대칭되는 구조이기 때문에, 전극의 극성을 어느 쪽에 주느냐에 따라 캐소드(53)와 애노드(54)가 바뀔 수 있는 것이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치에서 전극 반전 전후의 캐소드에서 생성된 환원수의 pH 및 ORP 특성을 나타낸 그래프이다.
도 6(a)는 일정 유량의 물이 흐르는 동안 양이온 교환수지의 성능저하에 따른 환원수의 pH의 변동을 보여 주고 있다. 캐소드에서 나오는 물은 시간이 지나감에 따라 양이온 교환수지 성능의 저하로 pH가 증가함을 확인할 수 있다. 도 6(b)와 같이 전극 및 유로 반전을 하였을 때, 다시 pH 값은 중성으로 복귀하고 ORP는 -500㎷ 이상 유지되고 있음을 알 수 있다.
본 발명의 전해조에 사용되는 캐소드 및 애노드는 도 7에 나타낸 것처럼 물이 통과할 수 있는 구멍이 일정한 간격으로 형성되어 있거나(도 7a), 아니면 표면적을 더욱 늘리기위해 제작된 메쉬(망)형 구조를 가질 수 있다(도 7b). 이러한 형태를 가짐으로써 전기 분해 효율이 향상될 수 있다. 전극의 재질은 생체학적으로 안전성이 있는 티타늄 전극에 인가 전압에 의해 이온화 반응이 일어나지 않고, 전기 전도도가 좋으며, 역시 생체학적으로 안전성이 있는 백금 코팅을 한 것일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치에서 캐소드, 양이온 교환막과 양이온 교환수지, 및 양이온 교환수지, 양이온 교환막과 애노드는 서로 밀착되어 있을 수 있다. 도 8은 본 발명의 일 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치에서 양이온 교환 수지, 양이온 교환막 및 전극의 구성을 나타낸 도면이다. 도 8 (a)에서 보듯이, 양이온 교환막(85, 85')과 전극(83, 84) 사이에 일정 간격이 존재하면 애노드(84)에서 발생한 H+이 양이온 교환막(85')과 양이온 교환수지(86)로 이동하는 효율이 떨어질 수 있어 캐소드(83)에서 물의 pH를 중화시키는 효율이 떨어질 수도 있다. 따라서, 도 8 (b)에 도시한 것처럼, 양이온 교환수지(86), 양이온 교환막(85, 85') 및 전극(83, 84)은 서로 밀착되는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명에 따른 전해 환원수 제조 장치에 포함되는 전해조에 유입되는 물은 도 2에서 보듯이, 캐소드(23) 및 양이온 교환수지(26)로 공급될 수 있다.
상기 캐소드(23)에 유입되는 물은 물의 환원 반응을 통하여 수소 기체 및 OH- 이온을 생성하여 환원수를 제조하는데 사용된다. 한편, 양이온 교환수지(26)로 공급되는 물은 애노드(24)에서 생성된 산소 기체가 양이온 교환막(25')을 통과하여 캐소드(23)로 침투하는 것을 방지할 뿐 아니라 전해조 작동에 따른 발열을 방지하여 양이온 교환수지와 양이온 교환막의 열화를 방지할 수 있다.
한 구현예에서, RO 필터를 통과한 물의 유량은 최대 3kgf/㎠에서 0.1L/m, 7.5kgf/㎠에서 0.29L/m 정도이다. 평균 5kgf/㎠의 압력에서 사용한다고 가정하면 유량은 약 0.2L/m 정도이므로, 물의 양이 많은 것은 아니다. 따라서 양이온 교환수지로 유입되는 물을 최소화하고 나머지는 환원수 생성을 위해 캐소드에 유입할 수 있다.
도 9는 본 발명의 다른 구현예에 따른 전해 환원수 제조 장치의 작동 원리를 나타낸 개략도이다.
도 9에서 보듯이, 캐소드(93)와 양이온 교환수지(96)뿐만 아니라 애노드(94)에도 물을 유입할 수 있다. 그러나 양이온 교환수지(96)와 애노드(94)에서 배출되는 물은 사람이 마시는 물이 아닌 버려야 하는 물이므로 비효율적이고, 애노드(94)에도 물이 유입되도록 하기 위해서는 RO 필터(91)에 인가되는 압력을 더욱 올려 유량을 늘려야 하기 때문에 RO 필터(91)의 수명에 영향을 줄 수가 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 전해 환원수 제조 장치는 중성(pH 5.8 ~ 8.5)의 환원수를 제조할 수 있기 때문에 정수기와 알칼리 이온수기의 장점만을 통합한 것으로 정수기나 의료기 시장에 진출할 수 있다. 뿐만 아니라 가정용 및 기업용 냉장고의 디스펜서나 실내 가습기에도 응용할 수 있다. 또한 이를 통하여 제조된 환원수는 상온에서 H2 용존 값이 극대화되고 물 분자가 잘게 쪼개진 고활성 환원수로, 건강, 미용, 및 작물 분야 등에 다양하게 응용될 수 있다.
1: 정수기 2: 전해 환원수 제조 장치
11: UF 필터
21, 51, 91: RO 필터
12, 22, 52, 92: 전해조
13, 23, 53, 54', 83, 93: 캐소드
14, 24, 54, 53', 84, 94: 애노드
16: 이온교환막
25, 25', 55, 55', 85, 85', 95, 95': 양이온 교환수지
26, 56, 86, 96: 양이온 교환막
11: UF 필터
21, 51, 91: RO 필터
12, 22, 52, 92: 전해조
13, 23, 53, 54', 83, 93: 캐소드
14, 24, 54, 53', 84, 94: 애노드
16: 이온교환막
25, 25', 55, 55', 85, 85', 95, 95': 양이온 교환수지
26, 56, 86, 96: 양이온 교환막
Claims (8)
- RO(Reverse Osmosis) 필터; 및
상기 RO 필터로부터 공급된 물을 전기분해하여 환원수를 얻기 위한 전해조를 포함하는 전해환원수 제조 장치로서,
상기 전해조는 캐소드; 애노드; 및 상기 캐소드와 상기 애노드 사이에 위치하는 양이온 교환수지를 포함하고, 상기 캐소드와 상기 양이온 교환수지, 및 상기 양이온 교환수지와 상기 애노드 사이에 각각 양이온 교환막이 형성되어 있는 전해 환원수 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 양이온 교환 수지는 H+형 양이온 교환 수지인 전해 환원수 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 캐소드, 양이온 교환막과 양이온교환수지, 및 상기 양이온 교환수지, 양이온 교환막과 애노드는 서로 밀착되어 있는 전해 환원수 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 캐소드 및 애노드에는 물이 통과할 수 있는 구멍이 형성되어 있는 전해 환원수 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 캐소드 및 애노드는 메쉬형 구조인 전해 환원수 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전해조에 유입되는 물은 상기 캐소드 및 양이온 교환수지로 공급되는 전해 환원수 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 양이온 교환수지는 상기 캐소드 및 애노드를 반전함으로써 재생되는 전해 환원수 제조 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전해조에 전압을 인가하는 전원부를 더 포함하는 전해 환원수 제조 장치.
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