KR20130023154A - 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치 - Google Patents
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Abstract
연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치는 한쪽 면에 물 주입구 및 반대 면에 다수의 물 배출구들을 가지는 내산성, 내알칼리성 및 내압성 박스 형태의 전기절연 하우징, 전기절연 하우징에 평행하게 설치되고 양이온 교환막에 의해 동일한 간격을 두고 배치된 양극 및 음극, 및 유입수를 전해 산화수/환원수로 산화시키기 위해 양극 및 음극을 가로지르는 고압 DC를 제공하기 위한 컨트롤 박스를 포함한다. 다수의 생성 단위들은 연속으로 연결될 수 있으며 민간 및 산업 사용에 실용적인 조합형 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치를 형성한다.
Description
본 발명은 수처리 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 물을 전해 산화수/환원수로 효율적으로 전기분해하기 위한 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치에 관한 것이다.
전해수 또는 전해 산화수는 용해된 염화나트륨을 포함하는 일반적인 수돗물의 전기분해에 의해 제조된다. 전기분해는 음극 및 양극 용액의 분리를 가능하게 하는 특별하게 설계된 반응기에서 일어난다. 이 방법에서 전해 환원수는 음극 쪽에서 생산되며 전해 산화수는 양극 쪽에서 생산된다. 전기분해 동안 양이온 교환막이 양극 및 음극 사이에 제공되어 이온들이 교환막을 통해 통과하여 전류를 형성하고 음극 및 양극 사이 전해 분자들의 중화를 방지한다. 따라서 이러한 설계의 반응기는 전해 산화수/환원수 생성기이다.
전해 환원수는 [H+]보다 더 높은 다량의 수산화 이온들[OH-] 및 다량의 활성 수소를 포함하며 환원 효과를 제공하기 위하여 약 -800mV의 전위 수준을 가진다.
전해 산화수는 [OH-]보다 더 높은 다량의 산성 라디칼 이온들[H+] 및 의료 및 식품 적용을 위한 산화 효과를 제공하기 위해 다량의 산소 유래 자유 라디칼들을 포함한다.
전해 환원수의 생성 동안 일련의 복잡한 전기 화학적 반응들이 수행된다. 전해 환원수는 산화-환원 전위, 산 알칼리 수준, 물 입자크기, 이온 조성 및 존재 상태 및 전도성에서의 현저한 변화를 나타낸다. 전해 환원수는 다량의 활성 수소를 포함하기 때문에 인체에서 과도한 자유 라디칼을 제거할 수 있다. 실험적 연구들은 췌장암 및 종양혈관형성의 억제 및 당뇨병성 신장 질환 치료에서 전해 환원수의 효과를 보여준다.
하지만, 종래의 전해 산화수/환원수 생성 장치들은 일반적으로 제한된 전해조 용량 및 전극 영역, 전극들의 빠른 손상, 물때 생성의 용이성, 세척의 어려움 및 짧은 사용수명의 결점들을 가진다. 또한 상업용 전해 산화수/환원수 생성 장치들은 전해수 환원 전위를 설정 및 표시하기 위한 어떠한 기능도 가지고 있지 않다. 전해수 환원 전위는 측정 장치에 의해 단지 수동적으로 측정될 수 있다. 하지만 측정 장치에서의 물의 통과는 불순물들 또는 누적된 칼슘에 의해 측정 동안 쉽게 막히거나 부분적으로 막힐 수 있으며 측정 오류를 유도한다. 따라서 소비자는 전해 환원/산화수가 기준을 만족하는지 그렇지 않은지를 정확하게 알 수 없다. 또한 대부분의 소비자들은 인체에서의 전해 환원수/산화수의 효과를 의심한다.
본 발명은 이러한 상황을 염두에 두고 달성되었다. 따라서 본 발명의 주요 목적은 전해 산화수를 연속적으로 생성할 수 있는 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치를 제공하는 것이다.
기술적 해법은 양극 및 음극을 내산성 및 내알칼리성 수송관(pipeline) 내부에 평행하게 배열하는 것이다. 수송관 및 양극 및 음극은 수 미터에 이를 수 있는 원하는 길이로 형성된다. 전해조 설계들과 비교하였을 때 본 발명은 방전 영역을 현저하게 증가시킨다.
본 발명의 일 실시예에서, 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치는 양극, 음극, 양이온 교환막, 전기절연 하우징, 및 전기 컨트롤 박스를 포함한다. 양극 및 음극은 전기절연 하우징 내부에 전기절연 하우징의 길이를 따라 평행하게 배열된다. 전기절연 하우징은 물 주입을 위해 이의 한쪽 면에서 물 주입구, 및 물 배출을 위해 이의 반대 면에서 하나 또는 다수의 물 배출구를 제공한다. 전기 컨트롤 박스는 양극 및 음극과 전기적으로 연결되며 유입수를 전해 산화수/전해 환원수로 산화시키기 위해 양극 및 음극을 가로지르는 고압 DC를 제공하는데 적합하다.
연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 제조 동안, 전기절연 하우징이 직사각형 단면을 가진 박스 부재 형태의 내산성, 내알칼리성 및 내압성 엔지니어링 플라스틱에 의해 제조되며 한쪽 면에서 물 주입구 및 반대 면에서 복수 개의 물 배출구를 가진다. 양극 및 음극은 평행하게 전기절연 하우징 내부에 길이 방향으로 설치되며 전기절연 하우징의 두 개의 마주보는 측벽들 사이에 동일한 간격을 두고 배치된다. 또한 양이온 교환막이 전기절연 하우징 내부에 양극 및 음극에 대해 평행하게 설치되며 양극 및 음극 사이에 동일한 간격을 두고 배치된다. 양극 및 음극 사이의 거리는 2mm~80mm, 또는 바람직하게 50mm 범위이다.
또한 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 사용 동안, 물 배출구들을 막은 다음 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 내부 공간을 채우기 위하여 물 주입구로 물을 채우고, 그런 다음 소정 길이의 시간 동안 양극 및 음극을 가로지르는 5V~5000V DC, 예를 들어, 3000V DC를 인가한다. 그 후 물을 배출하기 위한 세 개의 물 배출구들을 개방하며 물 유입 비율 및 물 배출 비율의 균형을 유지한다. 따라서 전해 산화수가 연속적으로 제공된다. 또한 양극이 전기적으로 전도되는 경우 유입수를 800mV~1500mV 사이의 전위 수준 및 산성 pH값을 갖는 전해 산화수로 전기분해하며; 음극이 전기적으로 전도되는 경우 유입수를 -800mV~-1200mV 사이의 전위 수준 및 알칼리성 pH값을 갖는 전해 환원수로 전기분해한다.
또한 본 발명의 다른 형태에서, 다수의 생성 단위들은 조합형 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치를 구성하기 위하여 굽은 튜브들(bent tubes)을 이용해 연속적으로 연결되며, 다수의 생성 단위들의 양극들 및 음극들은 다수의 생성 단위들의 양극들 및 음극들을 가로지르는 고압 DC를 제공하기에 적합한 전기 컨트롤 박스에 전기적으로 연결된다.
또한 다수의 생성 단위들을 연속적으로 연결하기 위한 굽은 튜브들의 사용으로 인해 생성 단위들의 연속들에서 정의된 물 통로는 수 미터 이상으로 길어질 수 있다. 종래 전해조 설계 전해 산화수/환원수 생성기들과 비교할 때 본 발명은 총 방전 전극 표면 영역인 방전 영역을 현저하게 증가시킨다. 방전 영역을 증가시키는 것은 물 전기분해능을 상대적으로 증가시킨다. 따라서 조합형 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치는 유입수를 전해 산화수/전해 환원수로 빠르고 효율적으로 전기분해할 수 있다.
또한 양으로 하전된 이온들이 양이온 교환막을 통과해 지나가도록 하기 위하여 양이온 교환막이 전기절연 하우징 내부에 양극 및 음극에 대해 평행하게 설치되며 양극 및 음극 사이에 동일한 간격을 두고 배치되고 양극 및 음극 사이의 전하 균형을 유지한다. 양이온 교환막의 사용은 선택적이다. 만약 산성 전해 산화수 및 알칼리성 전해 산화수가 모두 요구되는 경우 양이온 교환막은 양극 및 음극 사이에서 전기절연 하우징 내부에 설치되어야 한다.
또한 양극은 흑연판, 백금 도금된 금속, 루테늄 이리듐 코팅된 티타늄판, 또는 티타늄판일 수 있다.
또한 전해 산화수에서 차아염소산염을 얻기 위해 염화칼륨, 염화나트륨 또는 염산이 유입수에 첨가될 수 있으며 소독능(disinfection capabilities)을 향상시킨다.
종래 설계들과 비교할 때 본 발명은 전극들의 표면적을 원하는 대로 크게 확장시킬 수 있으면서 전해 산화수를 연속적으로 공급하기 위한 물 전기분해능을 증가시킨다. 본 발명에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 단위 전극 영역의 전류 밀도는 종래 전해조 형태 설계들보다 훨씬 낮다. 또한 본 발명에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치를 위한 양극 재료는 덜 부식성이다. 본 발명은 유입수를 동시에 살균하고, 유입수로부터 악취를 제거하며, 위험한 TVOC들을 분해하여 유입수를 정화할 수 있다. 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치에서 유입수가 계속 흐르기 때문에 하우징의 내부벽은 물때가 끼지 않을 것이며 복잡한 청소 작업을 피할 수 있고 장치 수명을 늘린다. 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치는 음용, 청소, 관개 및 산업 용수 사용을 위한 다른 장소들에서 사용될 수 있다.
일반적으로, 본 발명은 사용을 민간 및 산업 사용을 위한 전해 산화수를 연속적으로 공급할 수 있다.
본 발명의 내용 중에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시태양에 따른 열려 있는 상태에서의 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 비스듬한 상부 정면도이다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 또 다른 비스듬한 상부 정면도이며 하우징에서 전기 컨트롤 박스의 배열을 도시한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 비스듬한 상부 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 비스듬한 상부 정면도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치 일부의 개방도이며 각각의 개별 생성 단위의 내부 구조를 도시한다.
도 2는 본 발명의 제 1 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 또 다른 비스듬한 상부 정면도이며 하우징에서 전기 컨트롤 박스의 배열을 도시한다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 비스듬한 상부 정면도이다.
도 5는 본 발명의 제 3 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 비스듬한 상부 정면도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치 일부의 개방도이며 각각의 개별 생성 단위의 내부 구조를 도시한다.
도 1, 2 및 3을 참조하여 본 발명의 제 1 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치가 도시된다. 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치는 양극(7), 음극(5), 양이온 교환막(6), 전기절연 하우징(8), 및 전기 컨트롤 박스(9)를 포함한다.
전기절연 하우징(8)은 직사각형 단면을 가진 박스 부재이며 내산성, 내알칼리성 및 내압성 엔지니어링 플라스틱으로 만들어지고, 한쪽 면에서 물 주입구(4)를 가지며 반대 면에서 세 개의 물 배출구들(1;2;3)을 가진다. 전기절연 하우징(8)의 상부 패널은 분리될 수 있지만 사용 중에는 단단히 밀봉되어야 한다. 양극(7) 및 음극(5)은 전기절연 하우징(8) 내부에 평행하게 길이 방향으로 설치되며 전기절연 하우징(8)의 두 개의 마주보는 측벽들 사이에서 동일한 간격을 두고 배치된다. 양극(7) 및 음극(5)은 전기절연 하우징(8)의 두 개의 마주보는 측벽들로부터 각각 5mm의 간격을 두고 배치된다. 양극(7) 및 음극(5) 사이의 거리는 2mm~80mm, 또는 바람직하게 50mm이다. 양이온 교환막(6)은 전기절연 하우징(8) 내부에 양극(7) 및 음극(5)에 대해 평행하게 설치되며 양극(7) 및 음극(5) 사이에 동일한 간격을 두고 배치된다. 또한 양극(7)은 흑연판, 백금 도금된 금속, 루테늄 이리듐 코팅된 티타늄판, 또는 티타늄판일 수 있다.
연속식 전해 산화/환원 생성 장치를 사용하는 경우, 먼저 세 개의 물 배출구들(1;2;3)을 막은 다음 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 내부 공간을 채우기 위하여 물 주입구(4)로 물을 채우고, 그런 다음 소정 길이의 시간 동안 양극(7) 및 음극(5)을 가로지르는 5V~5000V, 예를 들어, 3000V DC를 인가한다. 그 후 물을 배출하기 위한 세 개의 물 배출구들(1;2;3)을 개방하며 물 유입 비율 및 물 배출 비율의 균형을 유지한다. 따라서 전해 산화수가 연속적으로 제공된다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치를 도시한다. 이러한 제 2 실시태양에 따르면, 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치는 결합형 설계이며 연속적으로 연결되고 각각 전술한 제 1 실시태양과 실질적으로 유사하게 구성되는 복수 개의 생성 단위들을 포함한다. 또한 다수의 생성 단위들의 양극들(7) 및 음극들(5)은 전기 컨트롤 박스(9)에 전기적으로 연결된다. 또한 물을 내부로 유도하기 위한 물 주입구(4)가 제 1 생성 단위 상에 위치하며, 전해 산화수를 밖으로 유도하기 위한 세 개의 물 배출구들(1;2;3)이 마지막(제 3) 생성 단위 상에 위치한다.
도 5 및 6은 본 발명의 제 3 실시태양에 따른 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치를 도시한다. 이러한 제 3 실시태양은 다수의 생성 단위들의 각각의 전기절연 하우징(8)이 서로 다른 높이들에서 다수의 전기적으로 절연된 챔버들로 나누어진다는 것을 제외하고 전술한 제 2 실시태양과 실질적으로 유사하며; 도 6에 도시된 바대로 하나의 양극(7) 및 하나의 음극(5)은 다수의 전기적으로 절연된 챔버들의 각각에서 우회된 물 통로(10)가 각각의 생성 단위에서 정의되는 방식으로 배열된다. 이러한 제 3 실시태양에 따라 다수의 생성 단위들의 각각은 전술한 양이온 교환막(6)을 제거한다.
연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치의 원형(prototype)이 도 1~6의 특징들과 함께 구성되었다. 본 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치는 원활하게 작동하여 앞서 개시된 특징들 모두를 제공한다.
비록 설명의 목적을 위하여 본 발명의 특정 실시태양들이 상세하게 기술되었으나 다양한 변형 및 개선들이 본 발명의 취지 및 범위를 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 따라서 본 발명은 첨부된 청구항에 의하는 것 말고는 제한되지 않는다.
Claims (7)
- 양극, 음극, 양이온 교환막, 전기절연 하우징, 및 상기 양극 및 상기 음극을 가로지르는 고압 DC를 제공하는 전기 컨트롤 박스, 상기 전기절연 하우징의 한쪽 면 상에 위치한 물 주입구, 및 상기 전기절연 하우징의 반대 면 상에 위치한 적어도 하나의 물 배출구를 포함하며, 상기 전기절연 하우징은 직사각형 단면을 가지며 이의 한쪽 면에서 물 주입구 및 이의 반대 면에서 적어도 하나의 물 배출구를 가지는 내산성, 내알칼리성 및 내압성 박스 부재이며; 상기 양극 및 상기 음극은 상기 전기절연 하우징 내부에 평행하게 길이 방향으로 설치되며 상기 전기절연 하우징의 두 개의 마주보는 측벽들 사이에 동일한 간격을 두고 배치되며 상기 전기 컨트롤 박스에 전기적으로 연결되고; 상기 양이온 교환막은 상기 양극 및 상기 음극 사이에서 상기 전기절연 하우징 내부에 설치되는 것인 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 양극 및 상기 음극 사이의 거리는 2mm~80mm이며; 상기 양이온 교환막은 상기 전기절연 하우징 내부에 상기 양극 및 상기 음극에 대해 평행하게 설치되며 상기 양극 및 상기 음극 사이에 동일한 간격을 두고 배치되는 것인 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 전기 컨트롤 박스는 상기 양극 및 상기 음극을 가로지르는 5V~5000V DC를 제공하는 것인 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치. - 제 1 항에 있어서,
전기적으로 전도된 경우 상기 양극은 유입수(intake water)를 800mV~1500mV 사이의 전위 수준 및 산성 pH값을 가진 전해 산화수로 산화시킬 수 있으며; 전기적으로 전도된 경우 상기 음극은 유입수를 -800mV~-1200mV 사이의 전위 수준 및 알칼리성 pH값을 가진 전해 환원수로 산화시킬 수 있는 것인 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치. - 물의 유입 흐름이 생성 단위들을 통해서 지나가도록 하기 위해 연속적으로 연결된 복수 개의 생성 단위들로, 각각의 상기 생성 단위는 전기절연 하우징, 상기 전기절연 하우징 내부에 평행하게 설치된 양극 및 음극을 포함하는 것인 복수 개의 생성 단위들;
상기 생성 단위들의 양극들 및 음극들과 전기적으로 연결되고 상기 생성 단위들의 양극들 및 음극들을 가로지르는 고압 DC를 제공하는 전기 컨트롤 박스;
상기 생성 단위들의 연속들의 한쪽 말단 상에 위치한 물 주입구; 및
상기 생성 단위들의 연속들의 반대쪽 말단 상에 위치한 적어도 하나의 물 배출구를 포함하는 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치. - 제 5 항에 있어서,
각각의 상기 생성 단위는 생성 단위의 전기절연 하우징 내부에 해당 양극 및 음극에 대해 평행하게 설치되며 해당 양극 및 음극 사이에 동일한 간격을 두고 배치되는 양이온 교환막을 추가로 포함하는 것인 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치. - 제 5 항에 있어서,
상기 양극은 흑연판, 백금 도금된 금속, 루테늄 이리듐 코팅된 티타늄판 및 티타늄판의 재료군으로부터 선택되는 것인 연속식 전해 산화수/환원수 생성 장치.
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