KR20130037593A - 알칼리 환원수 생성장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 알칼리 환원수 생성 장치에 관한 것으로, 상부공간 및 상기 상부공간과 이격하는 하부공간을 갖는 원통형 필터, 상기 상부공간에 구비된 세라믹볼, 상기 하부공간에 구비된 금속볼, 상기 상부공간이 형성된 상기 원통형 필터의 외측으로 돌출된 입수구로부터 상기 원통형 필터의 내측으로 신장되고, 상기 금속볼에 분사하는 유체의 속도를 향상시키도록 끝단의 직경이 좁아지는 노즐을 구비하는 입수관, 상기 입수구의 인근 영역에서 돌출하여 상기 상부공간을 통과한 알칼리 환원수를 배출하는 출수구 및 상기 하부공간이 형성된 상기 원통형 필터의 외측으로 돌출하여 상기 원통형 필터 내부의 유체를 외부로 배출할 수 있는 배수구를 구비한다.
본 발명에 따르면 노즐을 통과하여 수압이 상승한 물이 금속볼에 충격을 가하여 금속볼 표면의 산화피막을 제거함으로써 산화피막으로 인한 금속볼의 환원력 저하 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따르면 노즐을 통과하여 수압이 상승한 물이 금속볼에 충격을 가하여 금속볼 표면의 산화피막을 제거함으로써 산화피막으로 인한 금속볼의 환원력 저하 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.
Description
본 발명은 알칼리 환원수 생성장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 원통형 필터 내부로 입수된 물이 노즐을 통과함으로써 물의 수압이 증가하여 금속볼의 표면에 형성된 산화피막이 제거되고 이를 통해 금속볼의 환원력을 유지할 수 있는 알칼리 환원수 생성장치에 관한 것이다.
일반적으로, 알칼리 환원수는 높은 pH와 낮은 산화환원전위(Oxidation Reduction Potential:ORP)를 갖도록 처리된 물을 일컫는다. 높은 pH를 나타내는 알칼리성 물은 산성화된 체액을 알칼리성으로 되돌려 혈액순환을 원활하게 할 수 있다. 또한, 물의 낮은 ORP는 만병의 근원이며 노화의 주요원인으로 알려져 있는 활성산소를 제거할 수 있는 것으로 보고되고 있다.
한편, 세라믹볼은 미네랄이 풍부한 세라믹에 특수 가공된 각종 기능성 원료를 혼합 가공하여 볼 형태로 제작한 수처리용 담체로써 물을 알칼리화 시킨다. 원료의 성분에 따라 항균 및 탈취, 무기미네랄 및 이온미네랄 용출, 탈염소, 원적외선 방사, 음이온 방출, 산도조절, 환원력 저장 등의 다양한 기능성을 부여할 수 있다.
이와 같이 일반물의 알칼리수로의 치환 및 기능성 부여 효과를 고려하면, 알칼리 환원수 제작용 필터는 마그네슘(Mg) 등의 알칼리화 금속성 재료와 함께 항균, 탈취, 탈염소, 미네랄 성분이 있는 기능성 세라믹볼들을 함께 사용하여 복합 기능형으로 제작할 수 있음을 알 수 있다.
이러한 화학적 알칼리 환원수 제조 방법은 전기분해방식에 비하여 쉽고 저렴하게 알칼리 환원수를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 특별한 기계 설비 없이도 손쉽게 이용할 수 있는 장점을 갖는다.
(반응식 1)
Mg(s) + 2H20(l) → Mg2 + ( aq ) + 2OH- ( aq ) + H2 (g) (↑)
알칼리 환원수는 상기 반응식 1로부터 생성될 수 있다. 상기 반응식 1의 반응은 마그네슘의 표면에 산소가 결합하여 산화마그네슘 피막을 형성하거나, 수산화마그네슘의 피막이 형성됨으로써 중지될 수 있다는 단점을 갖는다. 또한 상기 형성된 수산화마그네슘 또는 산화마그네슘은 물의 산도(pH)를 급격히 올려 강알칼리수를 생성한다.
한편, 마그네슘은 물과의 반응속도가 느리기 때문에 필터 내부의 유속이 빠른 경우에는 환원력을 충분히 발생시키지 못한다는 문제점을 갖는다. 이 경우, 필터에 마그네슘의 양을 증가시키면 환원력이 향상된다.
그러나, 상기 증가된 마그네슘은 필터를 사용하지 않을 경우에도 지속적으로 반응하여 물을 강알칼리수로 만들기 때문에 이온화 되었던 마그네슘은 산화되어 산화마그네슘 및 수산화마그네슘을 형성한다.
따라서, 산화마그네슘 및 수산화마그네슘은 물에 침전되어 배출되거나 배관의 내벽에 부착되어 물의 흐름을 방해한다. 또한, 상기 산화마그네슘 및 수산화마그네슘은 마그네슘볼 표면에 붙어 피막을 형성하거나 침전되어 백탁이 되며 물을 강알칼리성으로 변화시키기 때문에 물의 맛을 비리게 하거나, 음용자의 건강에 악영향을 끼친다는 문제점을 갖는다.
본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 끝단의 직경이 좁아지는 노즐을 통해 물을 강하게 분사하여 금속과 충돌을 일으킴으로써 반응속도를 높여 짧은 시간에 환원력을 상승시킬 수 있는 알칼리 환원수 생성장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 상기 노즐을 통해 물을 강하게 분사함으로써 환원력 저하의 원인인 금속볼의 표면에 형성된 산화물을 벗겨내어 금속볼의 환원력을 유지할 수 있는 알칼리 환원수 생성장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 물을 사용할수록 금속볼의 표면이 더 깨끗해져 금속볼의 환원력이 증가되고, 반대로 물을 사용하지 않으면 금속볼의 표면에 산화피막이 형성되어 금속볼의 환원력이 감소됨으로써 강알칼리수 생성을 방지할 수 있는 알칼리 환원수 생성장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 알칼리 환원수 생성 장치는 상부공간 및 상기 상부공간과 이격하는 하부공간을 갖는 원통형 필터, 상기 상부공간에 구비된 세라믹볼, 상기 하부공간에 구비된 금속볼, 상기 상부공간이 형성된 상기 원통형 필터의 외측으로 돌출된 입수구로부터 상기 원통형 필터의 내측으로 신장되고, 상기 금속볼에 분사하는 유체의 속도를 향상시키도록 끝단의 직경이 좁아지는 노즐을 구비하는 입수관, 상기 입수구의 인근 영역에서 돌출하여 상기 상부공간을 통과한 알칼리 환원수를 배출하는 출수구 및 상기 하부공간이 형성된 상기 원통형 필터의 외측으로 돌출하여 상기 원통형 필터 내부의 유체를 외부로 배출할 수 있는 배수구를 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 알칼리 환원수 생성장치에 의하면, 상기 세라믹볼은 알루미나(Al2O3), 산화규소(SiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 산화칼슘(CaO), 산화은(AgO), 산화마그네슘(MgO), 산화게르마늄(GeO2), 활성탄, 산호, 유황, 셀레늄 및 산화철(Fe2O3)중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 구비하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 알칼리 환원수 생성장치에 의하면, 상기 금속볼은 마그네슘, 아연, 구리, 백금, 타이타늄, 몰리브덴, 바나듐, 스트론튬, 망간, 철, 금, 셀레늄, 황, 크롬 및 은으로부터 선택된 적어도 하나의 금속인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 알칼리 환원수 생성장치에 의하면, 상기 노즐은 물의 수압을 상승시켜 상기 금속볼 표면의 산화피막을 제거하여 금속의 이온화 반응속도를 높이는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 알칼리 환원수 생성 장치에 의하면, 끝단의 직경이 좁아지는 노즐을 사용하여 고압의 물을 금속볼에 분사함으로써 물과 금속볼의 반응속도가 높아지는 한편 금속볼의 표면에 형성된 산화피막을 제거 할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 알칼리 환원수 생성 장치에 의하면, 고압의 물을 분사하여 금속볼의 표면에 형성된 산화피막을 제거함으로써 금속볼의 환원력을 유지할 수 있다는 효과도 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 알칼리 환원수 생성 장치에 의하면, 상기 금속볼과 물의 반응속도가 높아지고 상기 금속볼의 환원력이 유지됨에 따라 적은 양의 금속볼로도 충분한 환원력을 얻을 수 있다. 따라서 금속산화물에 의한 강알칼리수의 생성을 억제할 수 있다는 효과도 얻어진다.
또한, 본 발명에 따른 알칼리 환원수 생성 장치에 의하면, 알칼리 환원수 생성 장치를 장기간 사용하지 않을 경우 배수구를 통하여 물을 배출시킴으로써 물과 금속볼의 반응을 억제하여 금속볼의 수명을 향상시키고, 인접한 금속볼들 사이의 응집현상을 방지할 수 있다는 효과도 얻어진다.
도 1은 본 발명에 따른 알칼리 환원수 생성 장치를 나타내는 사시도이다.
도 2은 본 발명에 따른 알칼리 환원수 생성 장치를 나타내는 횡단면도이다.
도 2은 본 발명에 따른 알칼리 환원수 생성 장치를 나타내는 횡단면도이다.
본 발명의 상기 및 그 밖의 목적과 새로운 특징은 본 명세서의 기술 및 첨부 도면에 의해 더욱 명확하게 될 것이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 알칼리 환원수 생성 장치의 구성을 상세하게 설명하기로 한다. 도 1 및 도 2는 각각 본 발명의 실시 예에 따른 알칼리 환원수 생성장치를 도시한 사시도 및 횡단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 알칼리 환원수 생성 장치는 원통형 필터(11) 내부에 공간(13)을 구비한다. 상기 원통형 필터(11)는 내부 공간(13)에 저장된 물이 강알칼리성으로 환원되지 않도록 1리터 이상의 물로 채워진 것이 바람직하다.
상기 내부 공간(13)의 상부에는 물을 자유롭게 출입시키기 위하여 부직포 등으로 형성된 상부 차단막(15)이 설치되어 있다. 상기 상부 차단막(15)은 내부 공간(13)의 상부에 형성된 상부 공간(17)을 한정한다. 상기 상부 공간(17)에는 알칼리 환원수에 기능성을 부여하고, 인체에서 필요한 미네랄을 생성하기 위한 세라믹볼(19)이 구비된다.
상기 세라믹볼(19)은 알루미나(Al2O3), 산화규소(SiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 산화칼슘(CaO), 산화은(AgO), 산화마그네슘(MgO), 산화게르마늄(GeO2), 활성탄, 산호, 유황, 셀레늄 및 산화철(Fe2O3) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질로 구비될 수 있다.
상기 세라믹볼(19)은 그 성분에 따라 미네랄, 음이온, 활성촉매 등을 방출하고 수돗물의 차아염소산을 제거할 수 있다. 또한, 환원력을 저장하고 물의 산도를 높이거나 낮출 수 있다.
한편, 상기 내부 공간(13)의 하부에는 부직포 등으로 설치된 하부 차단막(21)이 설치되어 있다. 상기 하부 차단막(21)은 내부 공간(13)의 하부에 형성된 하부 공간(23)을 한정하고, 상기 하부 공간(23)에 구비된 금속볼(25) 및 이물질의 유출을 방지한다.
상기 금속볼(25)은 마그네슘, 아연, 구리, 백금, 타이타늄, 몰리브덴, 바나듐, 스트론튬, 망간, 철, 금, 셀레늄, 황, 크롬 및 은으로부터 선택된 적어도 하나의 금속물질로 구비된다. 상기 금속볼(25)은 하부공간(23)으로 유입된 물을 환원수로 변환시키는 역할을 수행한다.
그러나, 상기 환원수를 안정적으로 생성하기 위해서는 몇 가지 조건이 필요하다. 예를 들어 금속볼(25)로서 마그네슘을 사용할 경우, 하기의 문제들을 고려해야 한다.
우선적으로, 물을 사용할 때는 반응속도를 높여 충분한 환원력이 발생하도록 만들어야 하고, 물을 사용하지 않을 때는 반응속도를 낮추어 물이 강알칼리수가 되지 않도록 해야 한다.
또한, 마그네슘의 양에 비해 물의 양이 충분히 많아 적어도 2일간 물을 전혀 사용하지 않아도 강알칼리수가 되지 않아야 하고, 마그네슘 표면에 지속적으로 생성되는 산화피막을 제거할 수 있는 방법이 있어야 한다.
이를 해결하기 위해 물을 자주 사용할수록 산화피막이 많이 벗겨져 반응속도가 빨라지도록 해야 하며, 물을 자주 사용하지 않을 경우에는 산화피막이 적절히 생기도록 만들어야한다. 상기 산화피막이 생성됨으로써, 물과 금속볼(25)의 반응속도가 늦어지고, 물이 pH9.5를 넘는 강알칼리수가 되는 것이 방지된다.
상기 산화피막의 제거를 위하여, 입수구(27)로부터 신장된 입수관(29)이 구비되고 상기 입수관(29)의 하부에 구비된 노즐(31)이 이용된다. 상기 입수구(27)는 원통형 필터(11)의 상부공간(17) 외측에 돌출되어 있다. 상기 입수관(29)은 상기 입수구(27)로부터 신장되어 원통형 필터(11) 내측으로 신장된다.
상기 노즐(31)은 금속볼(25)에 분사하는 유체의 속도를 향상시키도록 끝단의 직경이 좁아지는 것이 바람직하다.
상기 노즐(31)을 통과하여 수압이 높아진 물은 마그네슘 금속과의 반응 속도를 높이는 결과를 야기시킨다. 먼저, 상기 수압이 높아진 물은 마그네슘 금속에 충격을 가하여 마그네슘금속의 산화피막을 유효 적절히 떨어뜨린다.
상기 산화피막은 물에 의해 직접적으로 벗겨지기도 하고 마그네슘 볼 간의 충돌에 의해 떨어져 나가기도 한다. 이에 따라 물과 마그네슘 볼 간의 접촉 면적이 넓어져 반응속도가 빨라지게 된다.
또한 높은 수압의 물은 마그네슘에 압력을 가하여 보다 좋은 이온화 반응조건을 조성하고 마그네슘 금속 내 전자 방출을 촉진하는 압전효과를 야기하여 반응속도가 월등히 증가할 수 있게 한다.
뿐만 아니라 물에 잘 녹지 않는 금속의 경우에도 노즐(31)을 통한 고압의 물을 분사함으로써 물의 기화 또는 공동 현상을 발생시켜 금속의 이온화를 촉진하여 반응 속도를 증가시킬 수 있다. 이를 위해 순환펌프를 설치하여 수압을 높여 사용할 수 있다.
반면, 물의 사용을 중지하면 반응속도는 다시 원래대로 돌아오게 된다.
이처럼 물을 사용할 때만 반응속도가 높아지게 됨으로써 적은 양으로도 충분한 환원력을 발생시킬 수 있고, 물을 사용하지 않을 때는 반응속도가 낮아져 물의 산도가 급격히 상승하는 것을 막을 수 있다.
나아가 물을 장기간(2일 이내) 사용하지 않을 경우에는 마그네슘 표면에 산화피막이 생겨 반응속도를 현저히 낮춤으로써 물이 pH9.5를 넘는 강알칼리성으로 변하는 것을 막을 수 있다.
또한, 상기 노즐(31)을 사용하게 되면 적은 양의 마그네슘으로도 충분한 환원력을 얻을 수 있고 수돗물의 차아염소산 제거 효율이 높아지며, 약한 알칼리 상태의 물에서도 충분한 환원력을 갖춘 물을 마실 수 있게 된다.
따라서 끝단의 직경이 좁아지는 노즐(31)을 사용하게 됨으로써 기존의 금속볼 표면의 산화피막으로 인한 환원력 저하 문제 및 강알칼리수 생성 문제를 해결할 수 있게 된다.
한편, 상기 노즐(31) 통과한 물은 8 ~ 200kgf/cm2정도의 수압이 발생하는데 상기 범위 미만인 경우에는 반응 속도 증가 효과가 낮고 상기 범위를 초과한 경우에는 알칼리 환원수 생성장치가 파손될 우려가 있으므로 바람직한 수압 범위는 20 ~ 100kgf/cm2 범위이다.
따라서, 수압 형성에 영향을 미치는 상기 노즐(31) 끝단의 직경은 0.01mm ~ 5mm 범위로 하며 수량과 유속이 적은 가정용 정수기의 경우에는 0.1mm ~ 0.5mm의 범위인 것이 바람직하다.
다만, 마그네슘을 제외한 다른 금속들은 이온화 반응이 잘 이루어지지 않는데 이때에는 더 높은 수압의 물을 금속볼에 가하여 공동현상(케비테이션)을 더 일으켜야하므로 순환펌프와 0.1 ~ 2mm 사이의 노즐(31)을 구비해야 한다.
한편, 상기 상부공간(19)을 통과하여 상기 입수구(27)의 인근 영역에서 돌출된 알칼리 환원수를 배출하는 출수구(33)는 알칼리 환원수 생성 장치를 통해 생성된 환원수가 나갈 수 있도록 한다. 반면에 하부공간(23)을 통과하여 돌출된 배수구(35)는 알칼리 환원수 생성 장치를 3일 이상 장기간 사용하지 않을 때 원통형 필터(11) 내 모든 물을 배출할 수 있게 한다.
이를 통하여 장기간 사용하지 않아 금속볼(25)과 물이 계속 반응하여 금속볼의 수명을 단축시키는 것을 방지하고 금속볼(25) 끼리 서로 달라붙는 응집화 현상도 방지할 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하여 알칼리 환원수 생성장치에서 물의 이동경로를 살펴보면, 입수구(27)로 유입된 물은 입수관(29)을 따라 노즐(31)로 이동한다. 상기 노즐(31)로 이동한 물은 고압의 물줄기가 되어 금속볼(25)에 분사된다. 상기 분사된 물은 금속볼(25)과 충돌한 후에 상승하여 상부공간(17)의 세라믹볼(19)과 접촉한 후에 출수구(33)를 통해 필터의 외부로 배출된다.
따라서, 본 발명은 세라믹볼(19) 및 금속볼(25)을 통해 미네랄을 다량 함유하고, 차아염소산이 제거된 알칼리 환원수를 음용자에게 제공한다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
11: 원통형 필터 25: 금속볼
13: 원통형 필터 내 공간 27: 입수구
15: 상부 차단막 29: 입수관
17: 상부 공간 31: 노즐
19: 세라믹볼 33: 출수구
21: 하부 차단막 35: 배수구
23: 하부 공간
13: 원통형 필터 내 공간 27: 입수구
15: 상부 차단막 29: 입수관
17: 상부 공간 31: 노즐
19: 세라믹볼 33: 출수구
21: 하부 차단막 35: 배수구
23: 하부 공간
Claims (4)
- 상부공간 및 상기 상부공간과 이격하는 하부공간을 갖는 원통형 필터;
상기 상부공간에 구비된 세라믹볼;
상기 하부공간에 구비된 금속볼;
상기 상부공간이 형성된 상기 원통형 필터의 외측으로 돌출된 입수구로부터 상기 원통형 필터의 내측으로 신장되고, 상기 금속볼에 분사하는 유체의 속도를 향상시키도록 끝단의 직경이 좁아지는 노즐을 구비하는 입수관;
상기 입수구의 인근 영역에서 돌출하여 상기 상부공간을 통과한 알칼리 환원수를 배출하는 출수구; 및
상기 하부공간이 형성된 상기 원통형 필터의 외측으로 돌출하여 상기 원통형 필터 내부의 유체를 외부로 배출할 수 있는 배수구를 구비하는 알칼리 환원수 생성장치. - 제1항에 있어서, 상기 세라믹볼은
알루미나(Al2O3), 산화규소(SiO2), 산화지르코늄(ZrO2), 산화칼슘(CaO), 산화은(AgO), 산화마그네슘(MgO), 산화게르마늄(GeO2), 활성탄, 산호, 유황, 셀레늄 및 산화철(Fe2O3) 중에서 선택된 적어도 하나의 물질을 구비하는 것을 특징으로 하는 알칼리 환원수 생성장치. - 제1항에 있어서, 상기 금속볼은
마그네슘, 아연, 구리, 백금, 타이타늄, 몰리브덴, 바나듐, 스트론튬, 망간, 철, 금, 셀레늄, 황, 크롬 및 은으로부터 선택된 적어도 하나의 금속인 것을 특징으로 하는 알칼리 환원수 생성장치. - 제1항에 있어서, 상기 노즐은
물의 수압을 상승시켜 상기 금속볼 표면의 산화피막을 제거하여 금속의 이온화 반응속도를 높이는 것을 특징으로 하는 알칼리 환원수 생성 장치.
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