KR20130040492A - 전해 환원수 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 물을 필터링하여 정수를 생성하는 정수부; 서로 다른 극성의 제1전극과 제2전극이 마련되고, 정수부와의 사이에 연결된 제1파이프를 통해 정수를 공급받고, 제1전극과 제2전극을 통해 정수를 전기 분해하여 수소 기체가 용존된 환원수를 생성하는 전해 환원수 생성부; 전해 환원수 생성부와의 사이에 연결된 제2파이프를 통해 환원수를 공급받고 공급된 환원수를 보관하는 저수부; 제1전극과 제2전극에 서로 다른 극성의 전기를 인가하는 전원부; 환원수의 수질을 검출하는 수질 검출부; 수질에 기초하여 제1전극과 제2전극의 극성 전환 시점을 판단하고, 극성 전환 시점이라고 판단되면 제1전극과 제2전극에 인가되는 전기의 극성이 전환되도록 전원부의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 순수한 중성(pH5.8 내지 8.5)이면서 환원력이 우수한 환원수를 제조할 수 있다. 또한 기준 미만의 환원력을 가진 저수부의 환원수를 전해 환원수 생성부로 보내어, 기준 이상의 환원력을 가진 환원수로 다시 생성시킴으로써, 폐수의 양을 줄일 수 있고, 저수부에 보관된 환원수의 환원력을 유지시킬 수 있다.
또한 이온 교환 수지 및 양이온 교환막의 수명을 연장시킬 수 있다.
본 발명은 순수한 중성(pH5.8 내지 8.5)이면서 환원력이 우수한 환원수를 제조할 수 있다. 또한 기준 미만의 환원력을 가진 저수부의 환원수를 전해 환원수 생성부로 보내어, 기준 이상의 환원력을 가진 환원수로 다시 생성시킴으로써, 폐수의 양을 줄일 수 있고, 저수부에 보관된 환원수의 환원력을 유지시킬 수 있다.
또한 이온 교환 수지 및 양이온 교환막의 수명을 연장시킬 수 있다.
Description
중성을 유지하면서 용존 수도 농도가 높아 환원력이 우수한 전해 환원수를 제조하고 그 제조를 제어하는 전해 환원수 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
경제적 성장과 더불어 물 시장이 점차 확대되면서 사람들은 점차 다양한 방법으로 물을 취수하여 음용하고 있다.
예를 들어 음용을 위한 물로는 약수터에서 받아 온 물, 수도물을 끓인 물, 정수기에서 정수된 물 또는 알칼리 이온수기에서 제조된 알칼리 이온수 등이 있다.
여기서 정수기는 기본적으로 RO(Reverse Osmosis) 필터 등 적어도 하나 이상의 필터를 이용하여 물 속에 존재하는 탁도, 세균, 바이러스, 유기화합물, 농약류, 중금속, 소독부산물, 무기 이온 등을 70 내지 90% 이상 제거한 중성(pH 5.8 내지 8.5)의 물을 제조한다.
이러한 정수기의 물은 생명 유지를 위한 인체의 신진대사와 갈증 해소의 기본적인 기능만을 할 뿐, 산화환원전위(이하 ORP, Oxidation Reduction Potential)로 대변되는 건강 증진을 위한 기능을 가지고 있지 않다.
정수기의 단점을 보완하고 기능성을 부과하기 위해 개발된 제품이 알칼리 이온수기다.
알칼리 이온수기는 pH 8.5 이상의 물을 제조하는 의료용 기기로서, 알칼리 이온수기에서 만들어진 알칼리 이온수는 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 인정받았다.
이 효과의 원인은 물 속에 존재하는 미량의 수소 기체에 의한 것으로 알려졌으며, 이는 학회와 논문에서 발표된 바 있다.
이러한 알칼리 이온수기에서 제조된 알칼리 이온수 내의 수소 기체의 농도(환원력)를 높이기 위해서 전기 분해 시 알칼리 이온수기 내 전극에 높은 전압 및 전류를 인가해야 한다.
그러나, 전기 분해 시 알칼리 이온수기의 전극에 높은 전압 및 전류를 인가하면 알칼리 이온수는 환원력 뿐만 아니라 pH(수소 이온 농도 지수)도 함께 높아져 음용에 부적합한 물이 되는 문제가 있다.
일 측면은 환원수의 수질에 기초하여 환원수 제조 시 전기 분해를 수행하는 두 전극의 극성을 전환시켜 환원수 제조에 이용되는 양이온 교환수지의 수명을 연장시키고 페하(pH)를 중성으로 유지하면서 환원력이 우수한 물을 제조하는 전해 환원수 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
다른 측면은 환원수 제조에 사용된 정수의 유량에 기초하여 환원수 제조 시 전기 분해를 수행하는 두 전극의 극성을 전환시켜 환원수 제조에 이용되는 양이온 교환수지의 수명을 연장시키고 페하(pH)를 중성으로 유지하면서 환원력이 우수한 물을 제조하는 전해 환원수 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
또 다른 측면은 저수부에 보관된 환원수의 수질에 기초하여 순환부의 구동을 제어함으로써 저수부의 환원수를 전해 환원수 생성부에 전달하여 수소 이온 농도에 따른 페하(pH)를 중성으로 유지하면서 환원력이 우수한 물을 다시 제조하는 전해 환원수 장치 및 그 제어 방법을 제공한다.
일 측면에 따른 전해 환원수 장치는, 물을 필터링하여 정수를 생성하는 정수부; 서로 다른 극성의 제1전극과 제2전극이 마련되고, 정수부와의 사이에 연결된 제1파이프를 통해 정수를 공급받고, 제1전극과 제2전극을 통해 정수를 전기 분해하여 수소 기체가 용존된 환원수를 생성하는 전해 환원수 생성부; 전해 환원수 생성부와의 사이에 연결된 제2파이프를 통해 환원수를 공급받고 공급된 환원수를 보관하는 저수부; 제1전극과 제2전극에 서로 다른 극성의 전기를 인가하는 전원부; 환원수의 수질을 검출하는 수질 검출부; 수질에 기초하여 제1전극과 제2전극의 극성 전환 시점을 판단하고, 극성 전환 시점이라고 판단되면 제1전극과 제2전극에 인가되는 전기의 극성이 전환되도록 전원부의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.
검출부는, 환원수의 수소 이온 농도를 검출하는 페하(pH) 검출부와, 환원수의 산화환원전위를 검출하는 산화환원전위(ORP) 검출부를 포함하고, 제어부는, 산화환원전위 및 수소 이온 농도 중 적어도 하나의 데이터에 기초하여 제1전극과 제2전극의 극성의 전환을 제어한다.
전해 환원수 생성부는, 제1, 2 전극이 마련되고 제1, 2 전극에 의해 내부 공간이 제1챔버와 제2챔버로 분할된 전해조; 제1, 2 전극 사이에 배치되고 제1챔버와 제2챔버 중 환원수가 생성되는 챔버로 수소 이온을 용출하는 이온 교환 수지; 제1전극과 이온 교환 수지 사이에 배치되고 제2챔버에서 환원수 생성 시 제1챔버에서 생성된 수소 이온을 이온 교환 수지에 전달하는 제1 양이온 교환막; 제2전극과 이온 교환 수지 사이에 배치되고 제1챔버에서 환원수 생성 시 제2챔버에서 생성된 수소 이온을 이온 교환 수지에 전달하는 제2 양이온 교환막을 더 포함한다.
제1파이프는 정수부와 전해 환원수 생성부의 제1챔버, 제2챔버, 이온 교환 수지 사이에 각각 형성된 유로를 포함하고, 제1챔버 및 제2챔버 중 적어도 하나의 챔버에 연결된 유로를 폐쇄하는 제1밸브를 더 포함하고, 제어부는, 수질에 기초하여 제1챔버 및 제2챔버 중 적어도 하나의 챔버에 연결된 유로가 폐쇄되도록 제1밸브의 구동을 제어한다.
전해 환원수 장치는 정수부에서 배출되는 정수의 유량을 검출하는 제1유량 검출부를 더 포함하고, 제어부는, 제1유량 검출부에서 검출된 유량에 기초하여 제1전극과 제2전극의 극성이 전환되도록 상기 전원부의 구동을 제어하고, 폐쇄된 유로가 전환되도록 제1밸브를 제어한다.
전해 환원수 장치는 저수부의 수위를 검출하는 수위 검출부를 더 포함하고, 제어부는, 저수부의 수위에 기초하여 환원수의 생성이 조절되도록 전원부의 구동 및 정지를 제어하고, 상기 전해 환원수 생성부의 제1챔버와 제2챔버에 연결된 유로가 폐쇄되도록 제1밸브를 제어한다.
전해 환원수 장치는 제1전극과 제2전극의 전압을 검출하는 전압 검출부를 더 포함하고, 제어부는 제1전극 및 제2전극에 정전류가 인가되도록 전원부를 제어하고, 검출된 전압에 기초하여 제1전극과 제2전극의 극성이 전환되도록 전원부의 구동을 제어한다.
전해 환원수 장치는, 정수부와 전해 환원수 생성부 사이에 마련된 제2밸브를 더 포함하고, 제어부는, 정수부에서 전해 환원수 생성부로 일정 유량의 정수가 공급되도록 제2밸브의 구동을 제어한다.
전해 환원수 장치는, 제2밸브와 전해 환원수 생성부 사이에 마련되어 제2밸브에서 전해 환원수 생성부로 공급되는 정수의 유량을 검출하는 제2유량 검출부를 더 포함하고, 제어부는 제2유량검출부를 통해 검출된 유량에 기초하여 제2밸브의 구동을 제어한다.
제어부는, 제2유량 검출부에서 검출된 유량에 기초하여 전원부에서 출력되는 전류의 크기를 조절한다.
전해 환원수 장치는, 제1전극과 제2전극 사이에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부를 더 포함하고, 제어부는 제1전극 및 제2전극에 정전압이 인가되도록 전원부를 제어하고, 검출된 전류에 기초하여 정전압의 펄스 폭 변조를 제어한다.
전해 환원수 장치는, 저수부에 연결되고 저수부의 환원수가 외부로 배출되도록 환원수의 흐름을 외부로 안내하는 제3파이프; 제3파이브에 마련된 제3밸브를 더 포함하고, 제어부는 환원수의 수질에 기초하여 제3밸브의 개방을 제어한다.
전해 환원수 장치는, 저수부와 전해 환원수 생성부 사이에 마련된 순환부를 더 포함하고, 제어부는 환원수의 수질에 기초하여 저수부의 환원수가 전해 환원수 생성부에 공급되도록 순환부의 구동을 제어한다.
순환부는, 저수부와 전해 환원수 생성부 사이에 연결된 제4파이프; 제4파이프에 마련되고 제어부의 명령에 기초하여 개방되는 제4밸브; 제4밸브와 저수부 사이에 마련되고, 제어부의 명령에 기초하여 저수부의 환원수를 펌핑하는 펌프를 포함한다.
다른 측면에 따른 전해 환원수 장치는, 물을 필터링하여 정수를 생성하는 정수부; 서로 다른 극성의 제1전극과 제2전극이 마련되고, 제1전극과 제2전극을 통해 정수를 전기 분해하여 수소 기체가 용존된 환원수를 생성하는 전해 환원수 생성부; 환원수를 보관하는 저수부; 제1전극과 제2전극에 서로 다른 극성의 전기를 인가하는 전원부; 정수부에서 배출된 정수의 양을 검출하는 유량 검출부; 유량에 기초하여 제1전극과 제2전극의 극성 전환 시점을 판단하고, 극성 전환 시점이라고 판단되면 제1전극과 제2전극에 인가되는 전기의 극성이 전환되도록 전원부의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.
전해 환원수 장치는, 제1전극과 제2전극의 전압을 검출하는 전압 검출부를 더 포함하고, 제어부는, 제1전극 및 제2전극에 정전류가 인가되도록 전원부를 제어하고, 전압에 기초하여 제1전극과 제2전극의 극성이 전환되도록 전원부의 구동을 제어하고, 유량에 기초하여 전원부에서 출력되는 전류의 크기를 조절한다.
전해 환원수 생성부는, 제1, 2 전극이 마련되고 제1, 2 전극에 의해 내부 공간이 제1챔버와 제2챔버로 분할된 전해조; 제1, 2 전극 사이에 배치되고 제1챔버와 제2챔버 중 환원수가 생성되는 챔버로 수소 이온을 용출하는 이온 교환 수지; 제1전극과 이온 교환 수지 사이에 배치되고 제2챔버에서 환원수 생성 시 제1챔버에서 생성된 수소 이온을 이온 교환 수지에 전달하는 제1 양이온 교환막; 제2전극과 이온 교환 수지 사이에 배치되고 제1챔버에서 환원수 생성 시 제2챔버에서 생성된 수소 이온을 이온 교환 수지에 전달하는 제2 양이온 교환막을 더 포함하한다.
전해 환원수 장치는, 정수부에 연결된 제1유로와, 제1유로와 제1챔버 사이의 제2유로와, 제1유로와 제2챔버 사이의 제3유로와, 제1유로와 이온 교환 수지 사이의 제4유로를 가지는 제1파이프; 제2유로 및 제3유로 중 어느 하나의 유로를 개방시키는 제1밸브를 더 포함하고, 제어부는 유량에 기초하여 개방된 유로가 전환되도록 제1밸브의 구동을 제어한다.
전해 환원수 장치는, 제2유로 및 제3유로 중 적어도 하나의 유로에 마련된 제1유량 조절 밸브; 제4유로에 마련된 제2유량 조절 밸브를 더 포함하고, 제어부는, 유량에 기초하여 제1, 2유량 조절 밸브의 개도를 각각 제어한다.
또 다른 측면에 따른 전해 환원수 장치는, 물을 필터링하여 정수를 생성하는 정수부; 서로 다른 극성의 제1전극과 제2전극이 마련되고, 제1전극과 제2전극을 통해 정수를 전기 분해하여 수소 기체가 용존된 환원수를 생성하는 전해 환원수 생성부; 환원수를 보관하는 저수부; 제1전극과 제2전극에 서로 다른 극성의 전기를 인가하는 전원부; 저수부에 보관된 환원수의 수위를 검출하는 수위 검출부; 환원수의 수질을 검출하는 수질 검출부; 전해 환원수 생성부와 저수부 사이에 마련되어 하는 순환부; 저수부의 수위가 기준 수위 미만이면 전해 환원수 생성부에서 전기 분해가 수행되도록 전원부의 구동을 제어하고, 저수부의 수위가 기준 수위 이상이면 수질에 기초하여 저수부의 환원수가 전해 환원수 생성부로 전달되도록 순환부의 구동을 제어하는 제어부를 포함한다.
순환부는, 저수부와 전해 환원수 생성부 사이에 연결된 순환 파이프; 순환 파이프에 마련된 전환 밸브; 전환 밸브와 저수부 사이에 마련되어 저수조의 환원수가 전해 환원수 생성부에 공급되도록 저수부의 환원수를 펌핑하는 펌프를 포함한다.
수질 검출부는, 환원수의 산화환원전위를 검출하는 산화환원전위(ORP) 검출부를 포함하고, 제어부는, 검출된 산화환원전위가 기준 산화환원 전위 이상이면 저수부의 환원수가 재생성되도록 전환밸브의 개방을 제어하고 펌프의 구동을 제어한다.
또 다른 측면에 따른 전해 환원수 장치의 제어 방법은, 물을 필터링하여 정수를 생성하고, 제1전극과 제2전극에 서로 다른 극성의 전기를 인가하여 정수의 전기분해를 수행하고, 전기 분해에 의해 환원수가 생성되면 생성된 환원수를 저수부에 보관하고, 저수부에 보관된 환원수의 수질을 검출하고, 수질에 기초하여 제1전극과 제2전극에 인가되는 전기의 극성 전환 시점을 판단하고, 극성 전환 시점이라고 판단되면 전원부의 구동을 제어하여 제1전극과 제2전극에 인가되는 전기의 극성을 전환시킨다.
전기 분해를 수행하는 것은, 제1전극이 배치된 제1챔버 및 제2전극이 배치된 제2챔버 중 어느 하나의 챔버에 정수의 일부를 공급하고, 제1전극과 제2전극 사이에 배치된 이온 교환 수지에 정수의 나머지를 공급하는 것을 포함한다.
제1전극이 배치된 제1챔버 및 제2전극이 배치된 제2챔버 중 어느 하나의 챔버에 정수의 일부를 공급하는 것은, 제1챔버와 제2챔버에 연결된 유로를 개폐시키는 제1밸브를 제어하되, 제1챔버 및 제2챔버 중 환원수가 생성될 챔버의 유로를 개방시켜 정수의 일부가 공급되도록 하고, 산소 기체가 생성될 챔버의 유로를 폐쇄시켜 정수의 공급이 차단되도록 하는 것을 포함한다.
전해 환원수 장치의 제어 방법은, 극성 전환 시점이라고 판단되면 제1밸브의 개방 유로를 전환 제어하는 것을 더 포함한다.
전해 환원수 장치의 제어 방법은 정수부에서 배출되는 정수의 유량을 검출하고, 검출된 유량에 기초하여 누적 유량을 산출하고, 누적 유량이 기준 유량 이상이면 제1전극과 제2전극의 극성을 전환 제어하고, 제1밸브의 개방 유로를 전환 제어하는 것을 더 포함한다.
수질을 검출하는 것은, 환원수의 수소 이온 농도 및 산화환원전위 중 적어도 하나의 데이터를 검출하는 것을 포함한다.
수질에 기초하여 제1전극과 제2전극에 인가되는 전기의 극성 전환 시점을 판단하는 것은, 검출된 수소 이온 농도가 기준 수소 이온 농도 이상이면 제1전극과 제2전극의 극성을 전환 제어하는 것을 포함한다.
수질에 기초하여 제1전극과 제2전극에 인가되는 전기의 극성 전환 시점을 판단하는 것은, 검출된 산화환원 전위가 기준 산화환원 전위 이상이면 제1전극과 제2전극의 극성을 전환 제어하는 것을 포함한다.
전해 환원수 장치의 제어 방법은, 저수부에 보관된 환원수의 수위를 검출하고, 검출된 수위가 기준 수위 이상이면 정수의 전기 분해를 정지 제어하는 것을 더 포함한다.
전해 환원수 장치의 제어 방법은, 검출된 수위가 기준 수위 이상이면 환원수의 산화환원 전위를 검출하고, 환원수의 산화환원 전위가 기준 산화환원 전위 이상이면 전해 환원수 생성부와 저수부 사이에 마련된 펌프를 구동시키고, 펌프와 전해 환원수 생성부 사이에 마련된 전환 밸브를 개방시키고, 저수부의 환원수를 공급받아 전기 분해를 재수행하여 환원수를 재생산하는 것을 더 포함한다.
전해 환원수 장치의 제어 방법은, 전기분해를 수행하는 것은, 제1전극 및 제2전극에 정전류를 인가하고, 제1전극과 제2전극의 전압을 검출하는 것을 포함하고, 검출된 전압이 기준 전압 이상이면 제1전극과 제2전극의 극성을 전환 제어하는 것을 더 포함한다.
전해 환원수 장치의 제어 방법은, 정수의 유량을 검출하고, 검출된 유량에 기초하여 제1전극과 제2전극에 인가되는 전류의 크기를 제어하는 것을 더 포함한다.
전기 분해를 수행하는 것은, 제1전극 및 제2전극에 정전압을 인가하고, 제1전극과 제2전극 사이에 흐르는 전류를 검출하고, 검출된 전류가 기준 전류 이하이면 정전압의 펄스 폭 변조를 제어하는 것을 포함한다.
전해 환원수 장치의 제어 방법은, 저수부에 보관된 환원수의 수위를 검출하고, 검출된 수위가 기준 수위 이상이면 환원수의 산화환원 전위를 검출하고, 환원수의 산화환원 전위가 미리 설정된 일정 산화환원 전위 이상이면 저수조에 연결된 밸브를 개방 제어하여 저수조의 환원수를 외부로 배출하는 것을 더 포함한다.
일 측면에 따르면, 순수한 중성(pH5.8 내지 8.5)이면서 환원력이 우수한 환원수를 제조할 수 있다.
즉, 상온에서 수소 기체의 용존 값이 극대화되고 물분자가 잘게 쪼개진 고활성 환원수를 건강, 미용, 작물 등에 다양하게 응용할 수 있고 나아가 정수기나 의료기 시장에 진출할 수 있다.
다른 측면에 따르면 기준 미만의 환원력을 가진 저수부의 환원수를 전해 환원수 생성부로 보내어, 기준 이상의 환원력을 가진 환원수로 다시 생성시킴으로써, 폐수의 양을 줄일 수 있고, 저수부에 보관된 환원수의 환원력을 유지시킬 수 있다.
또한 이온 교환 수지 및 양이온 교환막의 수명을 연장시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치에 마련된 전해 환원수 생성부의 상세 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치에 마련된 전해 환원수 생성부 내 이온 교환 수지의 이온 교환 예시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치에서 생성된 환원수의 용존 수소량에 대응되는 산화환원전위 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치와 종래 알칼리 이온수기에서 생성된 물의 pH 및 ORP 특성 비교 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치에 인가된 전류 및 유량 변화에 따른 산화환원전위 (ORP) 및 전압의 변화 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치의 제어 구성도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치 내에 마련된 이온 교환 수지의 재생 예시도이다.
도 9a는 일 실시에에 따른 전해 환원수 장치 내 전해조의 유량에 따른 전해조의 저항 변화 그래프이고, 도 9b는 일 실시에에 따른 전해 환원수 장치 내 전해조의 저항 변화에 따른 전압의 변화 그래프이다.
도 10는 일 실시에에 따른 전해 환원수 장치의 전극 극성 전환에 따른 저수조 내부의 pH 변화 그래프이다.
도 11은 일 실시에에 따른 전해 환원수 장치 내 저수조에 보관된 환원수의 시간에 따른 환원력 그래프이다.
도 12는 일 실시에에 따른 전해 환원수 장치의 제어 순서도이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 전해 환원수 장치의 구성도이다.
도 14는 다른 실시예에 따른 전해 환원수 장치의 제어 구성도이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 전해 환원수 장치의 제어 순서도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치에 마련된 전해 환원수 생성부의 상세 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치에 마련된 전해 환원수 생성부 내 이온 교환 수지의 이온 교환 예시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치에서 생성된 환원수의 용존 수소량에 대응되는 산화환원전위 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치와 종래 알칼리 이온수기에서 생성된 물의 pH 및 ORP 특성 비교 그래프이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치에 인가된 전류 및 유량 변화에 따른 산화환원전위 (ORP) 및 전압의 변화 그래프이다.
도 7은 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치의 제어 구성도이다.
도 8은 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치 내에 마련된 이온 교환 수지의 재생 예시도이다.
도 9a는 일 실시에에 따른 전해 환원수 장치 내 전해조의 유량에 따른 전해조의 저항 변화 그래프이고, 도 9b는 일 실시에에 따른 전해 환원수 장치 내 전해조의 저항 변화에 따른 전압의 변화 그래프이다.
도 10는 일 실시에에 따른 전해 환원수 장치의 전극 극성 전환에 따른 저수조 내부의 pH 변화 그래프이다.
도 11은 일 실시에에 따른 전해 환원수 장치 내 저수조에 보관된 환원수의 시간에 따른 환원력 그래프이다.
도 12는 일 실시에에 따른 전해 환원수 장치의 제어 순서도이다.
도 13은 다른 실시예에 따른 전해 환원수 장치의 구성도이다.
도 14는 다른 실시예에 따른 전해 환원수 장치의 제어 구성도이다.
도 15는 다른 실시예에 따른 전해 환원수 장치의 제어 순서도이다.
이하에서 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기로 한다.
일 실시예에 의한 전해 환원수 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 장점만을 취합하여 pH가 중성(pH 5.8 내지 8.5)이고 미생물, 세균, 잔류염소, 중금속, 유기화합물, 농약류 등까지 제거된 깨끗하고 안전한 물에 더욱 높은 환원력까지 나타내는 물을 제조하는 장치이다.
도 1은 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치의 구성도로, 정수부(110), 전해 환원수 생성부(120), 저수부(130), 전원부(140)를 포함한다.
정수부(110)는 외부로부터 유입된 물(즉, 원수(源水))을 필터링하여 정수를 생성한다.
이러한 정수부(110)는 정수 공간을 가지는 정수조(111)와, 정수조(111)의 정수 공간에 서로 분리 설치된 복수의 필터(112, 113, 114)를 포함한다.
여기서 복수의 필터는 원수와 최초 접촉하여 0.5미크론 이상의 먼지, 찌꺼기, 오염물질, 기타 입자 등을 제거하는 침전필터(sediment filter, 112), 공열 처리된 카본으로 원수 속에 용해되어 있는 유해화학 물질, 유기화학물질 등을 흡착, 제거하는 프리 카본 필터(Pre carbon filter, 113), 원수 속의 유리잔류염소, 색도, 탁도, 클로로포름, 미생물, 세균의 제거뿐만 아니라 특수정수성능인 유기 화합물, 농약류, 중금속 및 무기 이온 성분을 제거하여 순수 물만을 통과시키는 역삼투 필터(RO filter: Reverse Osmosis filter, 114)를 포함한다.
본 실시예에서 역삼투 필터(114)에서 통과된 순수 물을 정수라고 한다.
정수부(110)의 필터는 하나로 이루어지는 것도 가능하다.
아울러, 정수부(110)의 필터가 복수로 이루어진 경우 복수의 필터는 침전필터, 프리 카본 필터, 역삼투 피터 이외의 다른 필터와의 조합으로 이루어지는 것도 가능하다.
정수부(110)는 역삼투 필터를 통해 필터링된 정수를 배출하는 제1배출구(115)와, 각 필터에서 통과되지 못한 불순물을 가진 폐수를 배출하는 제1폐수구(116)를 더 포함한다.
전해 환원수 생성부(120)는 정수부(110)에서 공급된 정수를 전기 분해하여 환원수를 생성한다. 여기서 환원수는 대략 페하(pH) 5.8 내지 피해(pH) 8.5 사이의 중성의 수소 기체가 존재해 있는 물로, 대략 -500mV의 산화환원전위(ORP: Oxidation Reduction Potential) 값을 갖는다.
이러한 전해 환원수 생성부(120)의 구조를 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전해 환원수 생성부(120)는 전기 분해가 발생되는 전해 공간을 갖는 전해조(121)와, 전해조(121)의 전해 공간에 일정 간격을 두고 배치된 제1전극(122) 및 제2전극(123)과, 제1전극(122)과 제2전극(123) 사이에 배치되되 전해조에 밀착 설치된 이온 교환 수지(124)와, 제1전극(122)과 이온 교환 수지(124) 사이에 배치된 제1양이온 교환막(125)과, 제2전극(123)과 이온 교환 수지(124) 사이에 배치된 제2양이온 교환막(126)을 포함한다.
전해조(121)의 전해 공간은 제1전극(122)과 제2전극(123)에 의해 두 공간으로 분할되는데, 이때 두 공간은 제1전극(122)이 위치되는 제1챔버(121a)와, 제2전극(123)이 위치되는 제2챔버(121b)로 이루어진다.
제1챔버(121a)는 정수가 유입되는 제1유입구(127a)와 환원수가 유출되는 제1유출구(127b)를 포함하고, 제2챔버(121b)는 정수가 유입되는 제2유입구(128a)와 환원수가 유출되는 제2유출구(128b)를 포함한다.
전해조(121)의 벽면 중 이온 교환 수지가 위치된 부분의 벽면은 정수가 유입되는 제3유입구(129a)와, 이온 교환에 이용되고 산소 기체가 용존된 물이 유출되는 제3유출구(129b)를 포함한다.
전해 환원수 생성부(120)의 각 구성에 대해 좀 더 구체적으로 설명한다.
제1전극(122)과 제2전극(123)은 서로 다른 극성의 전기가 인가되고 물을 전기 분해한다.
즉, 제1전극(122)에 음극성, 제2전극(123)에 양극성의 전기를 인가하여 제1전(122)극이 캐소드, 제2전극(123)이 애노드가 되도록 하거나, 제1전극(122)에 양극성, 제2전극(123)에 음극성의 전기를 인가하여 제1전극(122)이 애노드(123), 제2전극이 캐소드가 되도록 한다.
제1전극(122)과 제2전극(123)의 위치는 이온 교환 수지(143)의 중심을 기준으로 좌우 대칭한다.
본 실시예의 이온 교환수지(124)는 수소 이온(H+)형 양이온 교환수지이다. 이러한 양이온 교환 수지의 예를 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3의 (a)에 도시된 바와 같이 양이온 교환수지는 폴리머 모체 표면에 SO3H 교환기가 붙어 있는 수지로서, 침수되면 자연스럽게 수소 이온(H+)이 해리된다. 즉, 양이온 교환수지의 수소 이온은 물 속의 수소 이온과 평형이 이루어 질 때까지 물을 산성화시키며 폴리머 모체 표면에서 떨어져 나온다.
또한 도 3의 (b)에 도시된 바와 같이 양이온 교환 수지는 Na+ 이온이나 Mg+2, Ca+2 이온과 같이 상대적으로 더 큰 전하량을 가지고 있는 경도 이온들이 들어오게 되면 경도 이온과 수소 이온(H+)이 서로 치환되고 이에 의해 폴리머 모체 표면에서 수소 이온(H+)이 떨어져 나온다.
이때 떨어져 나온 수소 이온 중 일부는 캐소드가 마련된 챔버로 이동하고, 이동되지 않은 일부는 외부로 배출된다.
그리고 이온 교환 수지(124) 내에는 애노드의 전기 분해에 의해 생성된 수소 이온(H+)이 애노드 측의 양이온 교환막을 통해 유입되고, 이때 이온 교환 수지(124)는 유입된 수소 이온에 의해 일부 재생이 이루어진다.
아울러 이온 교환 수지 내 애노드에 인접되어 있는 부분의 수소 이온 농도가 평형상태의 수소 이온(H+) 농도보다 높아지는 것을 방지하기 위해, 제1, 2 전극의 극성을 전환시켜 애노드가 되는 전극을 변경함으로써 이온 교환 수지 내 수소 이온이 균일하게 분포되도록 한다.
제1양이온 교환막(125)과 제2양이온 교환막(126)은 양극성의 전극과의 사이에서 수소 이온을 생성하고 생성된 수소 이온을 이온 교환 수지로 전달하는 것으로, 제1양이온 교환막(125)은 제1전극에 양극성의 전기가 인가될 때 양이온 교환막의 기능을 수행하고 제2양이온 교환막(126)은 제2전극에 양극성의 전기가 인가될 때 양이온 교환막의 기능을 수행한다.
전해 환원수 생성부(120)의 전기 분해와, 이에 따른 환원수 생성을 좀 더 구체적으로 설명한다. 아울러 제1전극(122)을 캐소드(-전극), 제2전극(123)을 애노드(+전극)로 가정하여 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 전해조의 제1챔버(121a) 및 전해조의 이온 교환 수지(124)에 정수를 공급하고, 제1전극(122)에 음극성의 전기를 인가하며 제2전극(123)에 양극성의 전기를 인가하여 제1전극(122)과 제2전극(123)에서 전기 분해가 일어나도록 한다.
이온 교환 수지(124) 내에 공급된 정수에 의해 애노드인 제2전극(123)에 밀착 설치된 제2양이온 교환막(126)이 젖고, 이로 인해 제2양이온 교환막(126) 표면과 애노드인 제2전극(123) 표면 사이에서 정수가 전기 분해되어 수소이온(H+)과 산소기체(O2)가 생성된다.
애노드의 전기 분해에 의해 생성된 산소 기체(O2)는 크기가 약 3.4Å이므로 제2양이온 교환막(126)을 통과하여 캐소드가 마련된 제1챔버로 이동하지 않고, 이온 교환수지(124)에 유입된 물을 통해서 외부로 배출된다.
이를 통해 이온 교환수지(124) 내 용존 산소의 농도가 높아지는 것을 방지할 수 있어 이온 교환수지(124)의 산화로 인한 수명 감소를 방지할 수 있고, 또한 전기분해 시 발생되는 열(Q ∝ W=I2R)을 배출시킬 수 있어 제1, 2양이온 교환막(125, 126)과 이온 교환수지(124)의 수명 감소를 방지할 수 있다.
제1, 2 전극(122, 123)에서 일어나는 정수의 전기 분해는 반응식 1과 같다.
[반응식 1]
캐소드 (-전극): 2H2O + 2e- -> H2+ 2OH-, E0=-0.828V
애노드 (+전극): 4H++O2+4e- -> 2H2O, E0=+1.229V
이와 같이 제1챔버(121a) 내에는 캐소드의 전기 분해에 의해 수소 기체(H2)와 히드록시기(OH-)가 발생되고, 제2챔버(121b) 내에는 애노드의 전기 분해에 의해 산소 기체(O2)와 수소이온(H+)이 발생된다. 이때 제1챔버 내의 수소 기체는 물에 녹게 되고 수소 기체가 용존된 물은 환원력을 갖는다.
도 4에 도시된 바와 같이 이론적인 용존 수소 량에 따른 산화환원전위와, 본 실시예에서 생성된 환원수의 용존 수소량에 따른 산화환원전위(ORP)가 거의 일치함을 알 수 있다. 이에 따라 전기분해 시 생성된 수소기체의 양과 산환환원전위의 상관 관계를 알 수 있다.
즉, 수소 기체의 양에 따른 환원수의 산화환원전위(ORP: 표준 수소 전극에 대한 상대 전위)의 기전력은 수학식 1과 같다.
아울러 캐소드의 전기 분해에 의해 OH-와 H2만 발생되었다고 가정한다.
[수학식 1]
수학 식1에서 n은 반응 전자수이고, H2-표준수소전극 및 H2-cathode는 각각 표준수소전극 및 캐소드 전극에서의 H2의 농도(mol/L)이며, OH-는 OH-의 농도(mol/L)이다.
전자가 지시전극인 제1전극으로부터 표준 수소 전극인 제2전극으로 이동되기 때문에 수소환원전위의 값은 -로 표시되고, 이 경우 지시 전극인 제1전극이 담겨 있는 물은 환원력을 나타낸다.
반응식 1에서 보듯이, E = E+-E-=1.229-(-0.828)=2.057V의 전압을 애노드 에 인가하게 되면 제1 챔버 내 정수는 제1챔버 내의 캐소드의 전기 분해에 의해 발생된 수소 기체(H2)와 히드록시기(OH-)에 의해 알칼리성을 나타내게 되고, 수학식 1과 같이 -값의 산화환원전위(ORP)를 가진다.
이때 애노드인 제2전극(123)과 물에 젖은 제2양이온 교환막(126) 사이에서 발생된 수소 이온(H+)이 이온 교환 수지(124)의 촉매 역할에 의해 제1챔버(121a)로 전달되고, 제1챔버(121a)에 전달된 수소 이온(H+)은 반응식 2와 같이 히드록시기(OH-)와 중화반응을 일으켜 캐소드인 제1전극(122)의 전기 분해에 의해 생성된 환원수의 페하(pH)가 증가되지 않도록 한다.
[반응식 2]
OH-(캐소드에서 발생) + H+ (애노드와 양이온 교환수지 사이에서 발생되어 전달) → H2O (중성의 물)
즉, 애노드인 제2전극(123)에서 생성된 수소 이온(H+)은 캐소드인 제1전극(122)에서 생성되는 히드로시기(OH-)와 결합하여 물 분자가 되기 때문에, 전류 증가에 의해 수소 기체(H2)의 발생량이 증가되어 환원수의 환원력이 커지더라도 페하(pH)는 증가하지 않는다.
도 5에 도시된 바와 같이, 알칼리 이온수기의 물은 전류가 증가됨에 따라 산화환원 전위(ORP)가 -150㎷에서 더 이상 증가되지 않고 수소 이온 농도가 pH 8.5에서 9.5이상으로 증가되는 것을 알 수 있다.
반면 본 실시예의 전해 환원수 장치의 환원수는 전압이 증가됨에 따라 지속적으로 산화환원전위(ORP)가 -500㎷까지 증가되고 수소 이온 농도가 pH 6.5 내지 8.5 사이에서 변동없이 안정적임을 알 수 있다.
따라서, 환원수는 페하(pH) 5.8 내지 8.5로 중성이고 ORP가 - 값의 환원력을 가진다.
이와 같이 제1, 2 전극의 극성 전환 및 환원수 생성을 위한 정수가 공급될 챔버를 전환시키면 이온교환수지의 수소 이온의 전달을 위한 촉매작용과 이온 교환 수지 내 수소 이온의 재생작용을 동시에 수행할 수 있고, 또한 연속적으로 중성의 환원수를 만들 수 있다.
저수부(130)는 전해 환원수 생성부(120)에서 공급된 환원수를 보관하고, 보관된 환원수의 수질을 검출하여 제어부(191)에 전송한다.
이러한 저수부(130)는 환원수가 유입되는 제4유입구(131a)와 환원수가 배출되는 제4유출구(131b)를 가지고 환원수를 보관하는 저수조(131)와, 환원수의 수질을 검출하는 수질 검출부(132)와, 저수조(131) 내 환원수의 수위를 검출하는 수위 검출부(133)를 포함한다.
여기서 수질 검출부(132)는 환원수의 수소 이온 농도를 검출하는 페하(pH) 검출부(132a)와, 환원수의 산화환원전위를 검출하는 산화환원전위(ORP) 검출부(132b)를 포함하고, 이 페하(pH) 검출부(132a)와 산화환원전위(ORP) 검출부(132b)는 일체로 형성 가능하다.
전원부(140)는 제1전극(122) 및 제2전극(123)에 서로 다른 극성의 전기를 인가하고, 제어부(191)의 명령에 따라 제1전극(122)과 제2전극(123)에 인가되는 전기의 극성을 전환한다.
전원부(140)는 일정한 환원력을 가진 환원수를 생성하기 위해 제1전극(122)과 제2전극(123)에 정전류를 인가한다. 이를 수학식 2 및 도 6을 참조하여 설명한다.
[수학식 2]
여기서 Θa는 수소기체(H2)의 생성량, w는 전극폭, l은 전극 길이, d는 전극 간격, v는 인가 전압, c는 전도도, N은 셀의 적층 개수, n은 전자수, m은 원자량, F는 패러데이 상수이다.
수학식 2를 통해 시간의 변화에 따른 전하 변화량에 따라 수소 가스의 생성량이 변화됨을 알 수 있다. 이는 전해조에 흐르는 전류에 양에 따라 생성되는 수소 기체의 양이 변화됨을 의미한다.
또한 도 6에 도시된 바와 같이, 전류가 증가됨에 따라 산화환원전위가 증가됨을 알 수 있다.
아울러 전원부(140)는 제1전극(122)과 제2전극(123)에 정전압을 인가하는 것도 가능하다. 이때 전원부(140)는 제어부(191)의 명령에 따라 정전압의 펄스 폭을 변조하여 제1전극(122)과 제2전극(123)에 인가되는 전류가 조절되도록 한다.
정수 공급부(150)는 정수부(110)의 정수를 전해 환원수 생성부(120)에 공급하는 제1파이프(151)와, 정수부(110)에서 배출되는 정수의 유량을 검출하는 제1유량 검출부(152)를 포함한다.
제1파이프(151)는 정수조(111)의 제1 배출구(115)에 연결된 제1유로(151a)와, 제1유로(151a)와 전해조(121)의 제1유입구(127a) 사이에 연결된 제2유로(151b)와, 제1유로(151a)와 전해조(121)의 제2유입구(128a) 사이에 연결된 제3유로(151c)와, 제1유로(151a)와 전해조(121)의 제3유입구(129a) 사이에 연결된 제4유로(151d)를 포함한다.
여기서 제4유로(151d)는 제1유로(151a)에서 분기된 관이고, 제3유로(151c)는 제 2유로(151b)에서 분기된 관이다.
그리고 제3유로(151c)와 제 2유로(151b)가 분기된 부분에는 유로를 전환하는 전환 밸브인 제1밸브(153)가 마련되어 있어, 제1유로(151a)에서 배출된 정수는 제1밸브(153)의 개방 방향에 따라 제1, 2 챔버(121a, 121b) 중 어느 하나의 챔버에 공급된다.
여기서 제1밸브(153)는 삼방 밸브로, 정수의 유동 방향을 전환한다.
이에 따라 정수부(110)에서 배출된 정수는 제1밸브(153)의 구동에 따라 제1, 2 챔버(121a, 121b) 중 어느 하나의 챔버와 이온 교환 수지(124)에 공급된다.
아울러, 제2유로와 제3유로에 개폐 밸브를 각각 설치하는 것도 가능하다.
정수 공급부(150)는 제1, 2 챔버(121a, 121b) 및 이온 교환 수지(124)에 공급되는 정수의 유량을 조절하기 위한 유량 조절 밸브인 제2밸브를 더 포함한다.
여기서 제2밸브는, 제1, 2 챔버(121a, 121b)에 공급되는 정수의 유량을 조절하는 제1유량 조절밸브(154)와, 이온 교환 수지(124)에 공급되는 정수의 유량을 조절하는 제2유량 조절밸브(155)를 포함한다.
정수 공급부(150)는 제1, 2 챔버(121a, 121b)에 공급되는 정수의 유량을 검출하는 제2유량 검출부(156)를 더 포함한다.
정수부(110)에서 배출된 정수의 유량에 따라 제1, 2 유량 조절 밸브(154, 155)의 개도를 조절함으로써 환원수가 생성되는 챔버와 이온 교환 수지에 공급되는 유량을 조절한다.
환원수 공급부(160)는 제1, 2 챔버(121a, 121b)에 각각 연결된 환원수 파이프인 제2파이프(161)를 포함한다.
아울러 환원수 공급부(160)는 밸브를 더 포함하여, 환원수가 생성되는 챔버에 연결된 제2파이프의 유로만을 개방시키는 것도 가능하다.
폐수 배출부(170)는 정수부(110)의 제1폐수구(116), 전해 환원수 생성부의 제3유출구(129b), 저수부(130)의 제4유출구(131b)에 각각 마련된 폐수 파이프인 제3파이프(171)와, 정수부(110)에서 생성된 폐수의 배출을 조절하는 폐수 배출 밸브(172)와, 정수부(110)에서 생성된 폐수의 배출을 조절하는 폐수 배출 밸브(172)와, 환원력을 잃은 저수부(130)의 환원수의 배출을 조절하는 폐수 배출 밸브인 제3밸브(173)를 포함한다.
일 측면에 따른 전해 환원수 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 용존 수소의 값이 극대화되고 물 분자가 잘게 쪼개진 고활성 환원수로, 건강, 미용, 및 작물 분야 등에 다양하게 응용될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치의 제어 구성도이다.
수질 검출부(132)는 저수조(131) 내에 마련되어 저수조(131) 내 환원수의 수질을 검출하고, 검출된 수질 데이터를 제어부(191)에 전송한다.
이러한 수질 검출부(132)는 저수조 내 환원수의 수소 이온 농도를 검출하는 페하(pH) 검출부(132a)와, 저수조 내 환원수의 산화환원전위를 검출하는 산화환원전위(ORP) 검출부(132b) 중 적어도 하나의 검출부를 포함한다.
수위 검출부(133)는 저수조(131) 내에 마련되어 저수조(131) 내 환원수의 수수위를 검출하고 검출된 수위 데이터를 제어부(191)에 전송한다.
제1 유량 검출부(152)는 정수조(111)의 배출구에 연결된 제1파이프(151)에 마련되고, 정수조(111)에서 배출되는 정수의 유량을 검출하고, 검출된 정수의 유량을 제어부(191)에 전송한다.
제어부(191)는 페하(pH) 검출부(132a), 산화환원전위(ORP) 검출부(132b), 수위 검출부(133), 제1 유량 검출부(152) 중 적어도 하나와 전기적으로 연결되어 각 검출부로부터 검출 데이터를 전송받는다.
전해 환원수 장치의 환원수 생성을 제어하기 위한 제어부(191)는, 이온 교환 수지의 재생 성능을 유지시키기 위해 각 검출부에서 검출된 데이터에 기초하여 제1, 2 전극의 극성 전환 시점과 정수가 공급될 유로의 전환 시점을 결정하고, 결정된 시점에 제1, 2 전극의 극성 전환을 제어하고 정수 공급 유로의 전환을 제어한다.
도 8에 도시된 바와 같이, 전해 환원수 장치의 제어부(191)는 제1, 2 전극의 극성 전환을 제어하고 정수가 공급될 유로의 전환을 제어하여 환원수가 생성될 챔버가 교환되도록 하고 이온 교환 수지(124)를 통한 수소 이온의 이동 방향이 변경되도록 한다.
이로써 이온 교환 수지의 재성 성능을 유지시킬 수 있고 환원수의 지속적인 pH 중화 성능 및 환원력을 유지시킬 수 있으며, 연속적으로 중성의 환원수를 만들 수 있다. 또한 물이 한쪽 방향으로 흐르기 때문에 발생할 수 있는 이온 교환막의 오염을 방지할 수 있다.
이러한 제어부(191)는 저수부(130)에 보관된 환원수의 수소 이온 농도, 환원수의 산화환원전위, 정수부(110)에서 배출된 정수의 유량 중 적어도 하나의 데이터에 기초하여 제1, 2 전극(122, 123)의 극성 전환 시점과 정수가 공급될 유로(151b, 151c)의 전환 시점을 결정한다.
전해 환원수 장치는, 제1, 2전극(122, 123)에 인가되는 전압을 검출하는 전압 검출부(193) 및 제1, 2전극(122, 123) 사이의 전류를 검출하는 전류 검출부(194) 중 적어도 하나를 더 포함한다.
이에 따라 제어부(191)는 전원부(140)의 정전류 제어 시 전압 검출부(193)를 통해 검출된 전압에 기초하여 전원부(140) 및 밸브 구동부(192)를 제어한다.
아울러 제어부(191)는 전원부(140)의 정전압 제어 시 전류 검출부(194)를 통해 검출된 전류에 기초하여 전원부(140) 및 밸브 구동부(192)를 제어한다.
이를 도 6, 도 9 내지 도 11을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 9a는 시간이 경과됨에 따라 증가하는 유량에 따른 전해조의 저항 변화 그래프이고, 도 9b는 전해조의 저항 변화에 따른 전압의 변화 그래프로, 전해조(121)에 마련된 제1, 2 전극(122, 123)에 정전류 인가 시 전기 분해가 진행될 수록 전해조 내의 제1, 2 전극, 양 이온 교환막, 이온 교환 수지의 상태가 변화되어 전해조(121)의 누적 유량에 따라 전해조의 저항 및 전압이 비례하여 변화됨을 알 수 있다.
이와 같이 전해조의 저항의 변화와 전압의 변화가 비례한다는 것은, 제1, 2 전극에 인가되는 전압이 변화되면 저항도 변화되어 일정한 환원력을 가진 환원수를 생성할 수 없음을 의미한다.
이에 따라 전해조의 제1, 2 전극에 흐르는 전류를 일정하게 유지시켜 주면서, 제1, 2 전극(122, 123)의 전압 변화에 기초하여 제1, 2 전극에 인가되는 정전류를 조절함로써 전해조 내의 저항도 일정하게 해준다. 이로써 일정한 환원력을 가진 환원수를 생성한다.
이에 따라 제어부(191)는 전원부(140)의 구동을 제어하여 제1 전극 및 제2 전극에 정전류가 인가되도록 하고, 전압 검출부(193)를 통해 검출된 전압에 기초하여 제1, 2 전극에 인가되는 정전류의 크기를 조절 제어한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제1, 2 전극에 정전류를 인가할 때 생성되는 수소 기체의 양이 일정함을 알 수 있다. 즉, 시간이 변화됨에 따라 유량이 증가되면 단위 용량당 용존 수소의 양이 변화되기 때문에 환원력(ORP)이 변화된다.
아울러 동일한 유량에서는 전류의 크기에 따라 용존되는 수소 기체의 양이 증가하게 되므로 환원력이 증가(-값을 띰)됨을 알 수 있다.
따라서 일정한 환원력을 가지는 환원수를 생성하기 위해서는 제1, 2 전극에 정전류를 인가함과 동시에 전해조의 통과 유량을 일정하게 조절해야 함을 알 수 있다.
즉 제어부(191)는 환원력이 일정한 환원수의 생산을 위해 전해 환원수 생성부에 일정한 유량의 정수가 공급되도록 정수조(111)에서 배출된 유량에 기초하여 제1유량 조절밸브(154) 및 제2유량조절밸브(155)의 개도를 제어함으로써 환원수가 생성될 챔버와 이온 교환 수지에 공급될 정수의 유량을 조절한다.
아울러 제어부(191)는 제1, 2 챔버 중 환원수가 생성될 챔버에 공급되는 정수의 유량에 따라 전류 인가 방향 및 크기를 조절 제어한다.
이때 제어부(191)는 제1 유량 검출부(152) 및 제2유량 검출부(156) 중 어느 하나의 유량 검출부를 통해 검출된 유량에 기초하여 제1전극(122)과 제2전극(123)에 인가되는 정전류의 크기를 제어하는 것도 가능하다.
또한 제어부(191)는 제1유량 검출부(152)를 통해 검출된 유량을 누적하고 누적된 유량과 기준 유량을 비교하여 제1전극(122)과 제2전극(123)에 인가되는 전기의 극성이 전환되도록 전원부(140)의 구동을 제어한다.
이와 같이 전해조에 투입되는 유량을 이용하여 전극의 극성 및 유로를 전환함으로써 환원력 및 pH를 유지시킬 수 있다.
도 10은 정전류를 인가하였을 때 정수가 공급될 유로 및 제1, 2전극의 극성 전환에 따른 저수조 내부의 pH 변화 그래프이다.
도 10의 x축은 전해조에서 생성된 환원수의 누적 유량이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 제1, 2 전극의 극성이 유지되고 있는 상태에서 전해조에 유입되는 정수의 유량이 증가될수록 환원수의 pH가 알칼리성으로 변화되어 pH 중화 성능이 저하되는 것을 알 수 있다.
이에 따라 저수조의 pH가 8이상 되었을 때 제1, 2 전극의 극성 및 유로를 전환시키고, 이에 따라 pH 중화 성능이 유지되는 것을 알 수 있다.
이와 같이 페하 검출부(132a)를 통해 검출된 수소 이온 농도에 기초하여 제1, 2전극(122, 123)의 극성 및 정수가 공급될 유로(152b, 153c)를 전환함으로써 이온 교환 수지(124)의 재성성능을 유지시킬 수 있고 환원수의 지속적인 pH 중화 성능 및 환원력을 유지할 수 있다.
즉, 제어부(191)는 페하(pH) 검출부(132a)를 통해 검출된 수소 이온 농도와 기준 수소 농도를 비교하여 제1전극(122)과 제2전극(123)에 인가되는 전기의 극성이 전환되도록 전원부(140)의 구동을 제어하고, 극성 전환 제어와 동시에 제1밸브(153)를 통해 개방될 유로가 전환되도록 밸브 구동부(192)를 제어한다.
또한 제어부(191)는 산화환원전위(ORP) 검출부(132b)를 통해 검출된 산화환원 전위와 기준 산화환원전위를 비교하여 제1전극(122)과 제2전극(123)에 인가되는 전기의 극성이 전환되도록 전원부(140)의 구동을 제어하고, 극성 전환 제어와 동시에 제1밸브(153)의 개방 유로가 전환되도록 밸브 구동부(192)를 제어한다.
이와 같이 산화환원전위 검출부(132b)를 통해 검출된 산화환원전위에 기초하여 제1, 2 전극의 극성 및 제1파이프(151)의 유로를 전환시킴으로써 이온 교환 수지의 재성성능을 유지시킬 수 있고 환원수의 지속적인 pH 중화 성능 및 환원력을 유지시킬 수 있다.
또한 도 10에 도시된 누적 유량에 따른 저수조 내부의 전압 변화 그래프를 보면, 제1, 2 전극(122, 123)에 정전류를 인가한 상태에서 제1, 2 전극(122, 123)의 극성이 유지될 때 누적 유량이 증가될수록 제1, 2 전극의 전압이 증가되는 것을 알 수 있다.
그리고 제1, 2전극의 극성 및 제1파이프의 유로가 변경되었을 때, 전해조의 전압이 낮아짐에 따라 수소 이온 농도인 페하(pH)가 중성이 되는 것을 알 수 있다.
이에 따라 제어부(191)는 전원부(140)를 통해 제1, 2 전극(122, 123)에 정전류가 인가되도록 전원부(140)의 구동을 제어하고, 전압 검출부(193)를 통해 검출된 전압과 기준 전압을 비교하여 제1전극(122)과 제2전극(123)에 인가되는 전기의 극성이 전환되도록 전원부(140)의 구동을 제어하고, 극성 전환 제어와 동시에 제1밸브(153)의 개방 유로가 전환되도록 밸브 구동부(192)를 제어한다.
이와 같이 누적 유량 변화에 따른 전압 변화에 기초하여 전극의 극성 및 유로를 전환시켜 줌으로써 환원수의 페하를 중성으로 유지시킬 수 있다.
또한 제어부(191)는 수위 검출부(133)를 통해 검출된 수위와 기준 수위를 비교하여 계속적으로 환원수를 생성할지 결정하고, 결정된 환원수의 생성 여부에 기초하여 전원부(140)를 구동 또는 정지 제어한다.
도 11은 시간에 따른 환원력 그래프로, 도 11에 도시된 바와 같이 환원수의 보관 방법에 따라 환원력을 잃어 버리는 시간에 차이가 있지만 모든 환원수는 보관 시간이 경과됨에 따라 환원력을 잃어 버리는 것을 알 수 있다.
이에 따라 제어부(191)는 저수조에 보관된 환원수의 수위가 기준 수위 이상인 상태, 즉 환원수 보관 상태에서 환원수의 산화환원전위가 미리 설정된 일정 산화환원전위 미만이면 제3밸브(173)가 개방되도록 밸브 구동부(192)를 제어함으로써 저수조(131) 내의 환원수가 외부로 배출되도록 한다.
아울러, 미리 설정된 시간이 경과되면 제3밸브(173)가 개방되도록 밸브 구동부(192)를 제어함으로써, 저수조(131) 내의 환원수가 외부로 배출되도록 한다.
정전압을 제어하여 환원수를 생성하는 경우, 제어부(191)는 전원부(140)를 통해 제1, 2 전극(122, 123)에 정전압이 인가되도록 전원부(140)의 구동을 제어하고, 전류 검출부(194)를 통해 검출된 전류와 기준 전류를 비교하여 제1전극(122)과 제2전극(123)에 인가되는 전기의 극성이 전환되도록 전원부(140)의 구동을 제어하고, 극성 전환 제어와 동시에 제1밸브(153)의 개방 유로가 전환되도록 밸브 구동부(192)를 제어하는 것도 가능하다.
이때 제어부(191)는 제1, 2 전극(122, 123)에 흐르는 전류에 기초하여 정전압의 펄스 폭 변조를 제어함으로써 제1, 2 전극(121, 123)에 일정한 전류가 흐르도록 한다. 이로써 일정한 환원력을 가진 환원수를 생성할 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 전해 환원수 장치의 제어 순서도로 도 1, 도 2 및 도 7을 참조하여 설명한다.
전해 환원수 장치는 수위 검출부(133)를 통해 저수부(130)의 저수조(131)에 보관된 환원수의 수위를 검출(201)하고, 검출된 수위와 기준 수위를 비교(202)한다.
이때 전해 환원수 장치는 검출된 수위가 기준 수위 이상이면 환원수 생성을 정지하고 대기 모드를 수행(203)한다.
반면, 전해 환원수 장치는 검출된 수위가 기준 수위 미만이면 제1, 2 전극(122, 123)의 극성 및 제1밸브(153)의 개방 유로의 전환을 제어하면서 계속적으로 환원수를 생성한다.
이러한 환원수 생성 과정은 다음과 같다.
전해 환원수 장치의 정수부(110)에 외부의 물(즉, 원수)이 공급되면 정수부는 복수의 필터를 이용하여 원수에 존재하는 불순물을 필터링하고, 불순물이 필터링된 정수를 제1파이프(151)를 통해 전해 환원수 생성부(120)에 공급한다.
이때 전해 환원수 장치의 제1유량 검출부(152)를 통해 정수부(110)에서 배출되는 정수의 유량을 검출하고, 제어부(191)는 검출된 유량을 누적하여 저장한다.
아울러 전해 환원수 장치는 검출된 정수의 유량을 저장하는 저장부(미도시)를 별도로 포함하는 것도 가능하다.
그리고 전해 환원수 장치는 제1밸브(153)의 개방 유로를 제어하여 제1, 2 챔버 중 환원수가 생성될 챔버와 이온 교환 수지 내로 정수를 각각 공급한다.
예를 들어, 제1챔버(121a)를 통해 환원수를 생성하고자 할 경우, 제1밸브(153)를 제어하여 제1 유로(151a)와 제2유로(151b)가 연결되도록 함으로써 정수부(110)에 연결된 제1유로(151a)를 통해 제2유로(152b)로 정수가 공급되도록 한다. 이때 제3유로(151c)는 폐쇄되어 정수부(110)의 정수 공급이 차단된다.
그리고 전해 환원수 장치는 전원부(140)를 통해 제1, 2 전극에 정전류를 인가하되 제1전극(122)에 음극성의 전기를 인가하고 제2전극(123)에 양극성의 전기를 인가하여 전기 분해가 이루어지도록 한다.
그리고, 전기 분해에 의해 제1챔버(121a)에 환원수가 생성되면, 전해조의 제1챔버는 생성된 환원수를 제2파이프(161)를 통해 저수부(130)로 전달한다.
이때 저수부(130)는 환원수를 보관하고, 주기적으로 환원수의 수질을 검출하고 검출된 수질에 기초하여 제1, 2 전극(122, 123)의 극성 전환 시점 및 제1밸브(153)의 개방 유로 전환 시점을 판단한다.
여기서 저수조(131)에 보관된 환원수의 수질을 검출하는 것은, 저수조(131)에 보관된 환원수의 수소 이온 농도와 산화환원전위를 검출(204)하는 것을 포함한다.
우선, 전해 환원수 장치는 검출된 수소 이온 농도와 기준 수소 이온 농도를 비교(205)한다.
이때 검출된 수소 이온 농도가 기준 수소 이온 농도 이상이면 전해 환원수 장치는 제1, 2 전극(122, 123)의 극성 전환 시점 및 제1밸브(153)의 개방 유로 전환 시점이라고 판단하여 제1, 2 전극(122, 123)의 극성 및 제1밸브(153)의 개방 유로를 전환(211)시킨다.
반면 검출된 수소 이온 농도가 기준 수소 이온 농도 미만이면 전해 환원수 장치는 검출된 산화환원전위와 기준 산화환원전위를 비교(206)한다.
이때 검출된 산화환원전위가 기준 산화환원전위 이상이면 전해 환원수 장치는 제1, 2 전극(122, 123)의 극성 전환 시점 및 제1밸브(153)의 개방 유로 전환 시점이라고 판단하여 제1, 2 전극의 극성 및 제1밸브의 개방 유로를 전환(211)시킨다.
반면 검출된 산화환원전위가 기준 산화환원전위 미만이면 전해 환원수 장치는 제1, 2 전극에 인가되는 전압을 검출(207)하고, 검출된 전압과 기준 전압을 비교(208)한다.
이때 검출된 전압이 기준 전압 이상이면 전해 환원수 장치는 제1, 2 전극(122, 123)의 극성 전환 시점 및 제1밸브(153)의 개방 유로 전환 시점이라고 판단하여 제1, 2 전극(122, 123)의 극성 및 제1밸브(153)의 개방 유로를 전환(211)시킨다.
반면 검출된 전압이 기준 전압 미만이면 전해 환원수 장치는 정수부(110)를 통해 배출된 정수의 누적 유량을 확인(209)하고, 확인된 누적 유량과 기준 유량을 비교(210)한다.
이때 확인된 누적 유량이 기준 유량 이상이면 전해 환원수 장치는 제1, 2 전극의 극성 전환 시점 및 제1밸브의 개방 유로 전환 시점이라고 판단하여 제1, 2 전극의 극성 및 제1밸브의 개방 유로를 전환(211)시킨다.
반면 확인된 누적 유량이 기준 유량 미만이면 전해 환원수 장치는 제1, 2 전극의 극성을 유지시킨 상태에서 계속적으로 환원수를 생성한다.
그리고, 전해 환원수 장치는 환원수 생성 대기 상태에서 저수조(131) 내의 환원수의 산화환원전위를 검출하고, 검출된 산화환원전위와 미리 설정된 일정 산화환원 전위를 비교한 후 검출된 산화환원전위가 일정 산화환원 전위 이상이면 제3밸브(173)를 개방시켜 저수조(131) 내의 환원수를 외부로 배출시킨다.
또한, 전해 환원수 장치는 저수조 내 환원수의 수소 이온 농도에 기초하여 저수조(131) 내의 환원수를 외부로 배출시키는 것도 가능하다.
아울러 전해 환원수 장치는 전기 분해 시 제1, 2 전극(122, 123)에 정전압을 인가한 경우, 정전압의 펄스 폭 변조를 제어하여 제1, 2 전극에 일정한 전류가 공급되도록 한다. 이때 전해 환원수 장치는 제1전극(122)과 제2전극(123) 사이에 흐르는 전류를 검출하고, 검출된 전류와 기준 전류를 비교한 후 검출된 전류가 기준 전류 이하이면 제1, 2 전극(122, 123)의 극성 및 제1밸브의 개방 유로를 전환시키는 것도 가능하다.
도 13은 다른 실시예에 따른 전해 환원수 장치의 구성도로, 일 실시예와 달리 순환부(180)를 더 포함한다.
순환부(180)는 저수부(130)와 전해 환원수 생성부(120) 사이에 위치하고, 제어부(191)의 명령에 따라 저수부(130)의 환원수를 전해 환원수 생성부(120)에 공급한다.
이러한 순환부(180)는 저수부(130)와 전해 환원수 생성부(120) 사이에 마련된 제4파이프(181)와, 제4파이프(181)에 마련되고 저수부(130)의 환원수를 펌핑하는 펌프(182)와, 제4파이프(181)와 제1파이프(151)에 연결되어 제4파이프(181) 또는 제1파이프(151)의 유로를 차단함으로써 전해조에 공급될 물의 유로를 전환시키는 전환 밸브인 제4밸브(183)를 포함한다.
여기서 제4밸브(183)는 삼방 밸브로, 제어부(191)의 명령에 따라 개방 유로를 전환시킴으로써 정수부(110)의 정수가 전해 환원수 생성부(120)에 공급되도록 하거나, 저수부(130)의 환원수가 전해 환원수 생성부(120)에 공급되도록 한다.
아울러, 제3밸브(173)를 삼방밸브로 마련하여, 삼방밸브의 입구를 저수조 측에 연결하고, 삼방밸브의 일 출구에 폐수 파이프(171)를 연결하며, 삼방밸브의 다른 출구에 제4파이프(181)를 연결하는 것도 가능하다.
이로써, 저수조(131) 내의 환원수를 선택적으로 외부로 배출시켜 버리거나, 다시 순환시켜 환원력을 가진 환원수로 재생성하는 것도 가능하다.
도 14는 다른 실시예에 따른 전해 환원수 장치의 제어 구성도로, 일 실시예와 달리 펌프 구동부(195)를 더 포함한다.
일 실시예와 동일한 구성에 대해 설명을 생략한다.
제어부(191)는 저수조의 수위가 기준 수위 이상인 상태에서 미리 설정된 기준 시간이 경과되거나 또는 저수조 내 환원수의 산화환원전위가 기준 산화환원전위 이상이면 밸브구동부(192) 및 펌프구동부(195)의 구동을 제어한다.
밸브 구동부(192)는 제3밸브 및 제4밸브의 개방 유로를 전환시키고, 펌프 구동부(195)는 펌프(182)를 구동시켜 저수조(131)의 환원수가 펌핑되도록 한다.
이에 의해 제3밸브를 통해 저수조의 제4유출구와 제4파이프가 연결되고, 제4밸브를 통해 제4파이프와 전해 환원수 생성부가 연결된다.
도 15는 다른 실시예에 따른 전해 환원수 장치의 제어 순서도로, 도 13 및 도14를 참조하여 설명한다.
전해 환원수 장치는 저수부(130)의 저수조(131)에 보관된 환원수의 수위를 검출(301)하고, 검출된 수위와 기준 수위를 비교(302)한다.
이때 검출된 수위가 기준 수위 미만이면 계속적으로 환원수를 생성(303)한다.
반면, 전해 환원수 장치는 검출된 수위가 기준 수위 이상이면 저수조 내 환원수의 산화환원전위를 검출(304)하고, 검출된 산화환원전위와 기준 산화환원전위를 비교(305)한다.
이때 검출된 산화환원전위가 기준 산화환원전위 이상이면 제3밸브(173)와 전환밸브인 제4밸브(183)의 개방 유로를 전환하고 펌프(182)를 구동(306)시킨다.
이에 따라 저수조 내의 환원수가 펌핑되어 저수조(131)의 제4유출구(131b)를 통해 저수조 외부로 유출되고, 이때 유출된 환원수는 제3밸브(173)를 통해 저수조의 제4파이프(181)로 전달되고, 또한 제4파이프(181) 내의 환원수는 제4밸브(183)를 통해 전해 환원수 생성부(120)에 전달된다.
이때 정수부(110)의 정수는 제4밸브로 인해 전해 환원수 생성부(120)에 전달되지 않는다.
전해 환원수 생성부(120)는 저수조(131)로부터 공급된 환원수를 이용하여 기준 산화환원전위 미만의 환원력을 갖는 환원수를 재생성(307)하고 재생성된 환원수를 다시 저수조(131)에 전달한다.
이와 같이 환원수를 저수하는 저수조를 전해조 후단에 두고 저수조에 저수된 환원수의 환원력을 유지하기 위해서, 저수조 내부에 pH 검출부와 ORP 검출부를 두고, 검출부의 출력값에 따라 저수조 내부 환원수를 다시 전해조로 전기분해하여 저수하여 환원력을 유지할 수 있다.
또한 저수부에 저수된 물을 사용하여 다시 환원수를 생성함으로 환원력을 잃은 환원수를 버리는 양도 줄일 수 있다.
110: 정수부 120: 전해 환원수 생성부
130: 저수부 140: 전원부
150: 정수 공급부 160: 환원수 공급부
170: 폐수 배출부 180: 순환부
130: 저수부 140: 전원부
150: 정수 공급부 160: 환원수 공급부
170: 폐수 배출부 180: 순환부
Claims (36)
- 물을 필터링하여 정수를 생성하는 정수부;
서로 다른 극성의 제1전극과 제2전극이 마련되고, 상기 정수부와의 사이에 연결된 제1파이프를 통해 정수를 공급받고, 상기 제1전극과 제2전극을 통해 상기 정수를 전기 분해하여 수소 기체가 용존된 환원수를 생성하는 전해 환원수 생성부;
상기 전해 환원수 생성부와의 사이에 연결된 제2파이프를 통해 환원수를 공급받고 공급된 환원수를 보관하는 저수부;
상기 제1전극과 제2전극에 서로 다른 극성의 전기를 인가하는 전원부;
상기 환원수의 수질을 검출하는 수질 검출부;
상기 수질에 기초하여 상기 제1전극과 제2전극의 극성 전환 시점을 판단하고, 상기 극성 전환 시점이라고 판단되면 상기 제1전극과 제2전극에 인가되는 전기의 극성이 전환되도록 상기 전원부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 전해 환원수 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 검출부는, 상기 환원수의 수소 이온 농도를 검출하는 페하(pH) 검출부와, 상기 환원수의 산화환원전위를 검출하는 산화환원전위(ORP) 검출부를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 산화환원전위 및 수소 이온 농도 중 적어도 하나의 데이터에 기초하여 상기 제1전극과 제2전극의 극성의 전환을 제어하는 전해 환원수 장치. - 제 1 항에 있어서, 상기 전해 환원수 생성부는,
상기 제1, 2 전극이 마련되고 상기 제1, 2 전극에 의해 내부 공간이 제1챔버와 제2챔버로 분할된 전해조;
상기 제1, 2 전극 사이에 배치되고 상기 제1챔버와 제2챔버 중 환원수가 생성되는 챔버로 수소 이온을 용출하는 이온 교환 수지;
상기 제1전극과 상기 이온 교환 수지 사이에 배치되고 상기 제2챔버에서 환원수 생성 시 상기 제1챔버에서 생성된 수소 이온을 상기 이온 교환 수지에 전달하는 제1 양이온 교환막;
상기 제2전극과 상기 이온 교환 수지 사이에 배치되고 상기 제1챔버에서 환원수 생성 시 상기 제2챔버에서 생성된 수소 이온을 상기 이온 교환 수지에 전달하는 제2 양이온 교환막을 더 포함하는 전해 환원수 장치. - 제 3 항에 있어서,
상기 제1파이프는 상기 정수부와 상기 전해 환원수 생성부의 제1챔버, 제2챔버, 이온 교환 수지 사이에 각각 형성된 유로를 포함하고,
상기 제1챔버 및 제2챔버 중 적어도 하나의 챔버에 연결된 유로를 폐쇄하는 제1밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 수질에 기초하여 상기 제1챔버 및 제2챔버 중 적어도 하나의 챔버에 연결된 유로가 폐쇄되도록 상기 제1밸브의 구동을 제어하는 전해 환원수 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 정수부에서 배출되는 정수의 유량을 검출하는 제1유량 검출부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 제1유량 검출부에서 검출된 유량에 기초하여 상기 제1전극과 제2전극의 극성이 전환되도록 상기 전원부의 구동을 제어하고, 폐쇄된 유로가 전환되도록 상기 제1밸브를 제어하는 전해 환원수 장치. - 제 4 항에 있어서,
상기 저수부의 수위를 검출하는 수위 검출부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 저수부의 수위에 기초하여 상기 환원수의 생성이 조절되도록 상기 전원부의 구동 및 정지를 제어하고, 상기 전해 환원수 생성부의 제1챔버와 제2챔버에 연결된 유로가 폐쇄되도록 제1밸브를 제어하는 전해 환원수 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1전극과 제2전극의 전압을 검출하는 전압 검출부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 제1전극 및 제2전극에 정전류가 인가되도록 상기 전원부를 제어하고, 상기 검출된 전압에 기초하여 상기 제1전극과 제2전극의 극성이 전환되도록 상기 전원부의 구동을 제어하는 전해 환원수 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 정수부와 전해 환원수 생성부 사이에 마련된 제2밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 정수부에서 전해 환원수 생성부로 일정 유량의 정수가 공급되도록 상기 제2밸브의 구동을 제어하는 전해 환원수 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 제2밸브와 상기 전해 환원수 생성부 사이에 마련되어 상기 제2밸브에서 상기 전해 환원수 생성부로 공급되는 정수의 유량을 검출하는 제2유량 검출부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 제2유량검출부를 통해 검출된 유량에 기초하여 상기 제2밸브의 구동을 제어하는 전해 환원수 장치. - 제 9 항에 있어서, 상기 제어부는,
상기 제2유량 검출부에서 검출된 유량에 기초하여 상기 전원부에서 출력되는 전류의 크기를 조절하는 전해 환원수 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 제1전극과 제2전극 사이에 흐르는 전류를 검출하는 전류 검출부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 제1전극 및 제2전극에 정전압이 인가되도록 상기 전원부를 제어하고, 상기 검출된 전류에 기초하여 상기 정전압의 펄스 폭 변조를 제어하는 전해 환원수 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 저수부에 연결되고 상기 저수부의 환원수가 외부로 배출되도록 상기 환원수의 흐름을 외부로 안내하는 제3파이프;
상기 제3파이브에 마련된 제3밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 환원수의 수질에 기초하여 상기 제3밸브의 개방을 제어하는 전해 환원수 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 저수부와 전해 환원수 생성부 사이에 마련된 순환부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 환원수의 수질에 기초하여 상기 저수부의 환원수가 상기 전해 환원수 생성부에 공급되도록 상기 순환부의 구동을 제어하는 전해 환원수 장치. - 제 13 항에 있어서, 상기 순환부는,
상기 저수부와 전해 환원수 생성부 사이에 연결된 제4파이프;
상기 제4파이프에 마련되고 상기 제어부의 명령에 기초하여 개방되는 제4밸브;
상기 제4밸브와 저수부 사이에 마련되고, 상기 제어부의 명령에 기초하여 상기 저수부의 환원수를 펌핑하는 펌프를 포함하는 전해 환원수 장치. - 물을 필터링하여 정수를 생성하는 정수부;
서로 다른 극성의 제1전극과 제2전극이 마련되고, 상기 제1전극과 제2전극을 통해 상기 정수를 전기 분해하여 수소 기체가 용존된 환원수를 생성하는 전해 환원수 생성부;
상기 환원수를 보관하는 저수부;
상기 제1전극과 제2전극에 서로 다른 극성의 전기를 인가하는 전원부;
상기 정수부에서 배출된 정수의 양을 검출하는 유량 검출부;
상기 유량에 기초하여 상기 제1전극과 제2전극의 극성 전환 시점을 판단하고, 상기 극성 전환 시점이라고 판단되면 상기 제1전극과 제2전극에 인가되는 전기의 극성이 전환되도록 상기 전원부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 전해 환원수 장치. - 제 15 항에 있어서,
상기 제1전극과 제2전극의 전압을 검출하는 전압 검출부를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 제1전극 및 제2전극에 정전류가 인가되도록 상기 전원부를 제어하고, 상기 전압에 기초하여 상기 제1전극과 제2전극의 극성이 전환되도록 상기 전원부의 구동을 제어하고, 상기 유량에 기초하여 상기 전원부에서 출력되는 전류의 크기를 조절하는 전해 환원수 장치. - 제 15 항에 있어서, 상기 전해 환원수 생성부는,
상기 제1, 2 전극이 마련되고 상기 제1, 2 전극에 의해 내부 공간이 제1챔버와 제2챔버로 분할된 전해조;
상기 제1, 2 전극 사이에 배치되고 상기 제1챔버와 제2챔버 중 환원수가 생성되는 챔버로 수소 이온을 용출하는 이온 교환 수지;
상기 제1전극과 상기 이온 교환 수지 사이에 배치되고 상기 제2챔버에서 환원수 생성 시 상기 제1챔버에서 생성된 수소 이온을 상기 이온 교환 수지에 전달하는 제1 양이온 교환막;
상기 제2전극과 상기 이온 교환 수지 사이에 배치되고 상기 제1챔버에서 환원수 생성 시 상기 제2챔버에서 생성된 수소 이온을 상기 이온 교환 수지에 전달하는 제2 양이온 교환막을 더 포함하는 전해 환원수 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 정수부에 연결된 제1유로와, 상기 제1유로와 제1챔버 사이의 제2유로와, 상기 제1유로와 상기 제2챔버 사이의 제3유로와, 상기 제1유로와 이온 교환 수지 사이의 제4유로를 가지는 제1파이프;
상기 제2유로 및 제3유로 중 어느 하나의 유로를 개방시키는 제1밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 유량에 기초하여 상기 개방된 유로가 전환되도록 상기 제1밸브의 구동을 제어하는 전해 환원수 장치. - 제 17 항에 있어서,
상기 제2유로 및 제3유로 중 적어도 하나의 유로에 마련된 제1유량 조절 밸브;
상기 제4유로에 마련된 제2유량 조절 밸브를 더 포함하고,
상기 제어부는, 상기 유량에 기초하여 상기 제1, 2유량 조절 밸브의 개도를 각각 제어하는 전해 환원수 장치. - 물을 필터링하여 정수를 생성하는 정수부;
서로 다른 극성의 제1전극과 제2전극이 마련되고, 상기 제1전극과 제2전극을 통해 상기 정수를 전기 분해하여 수소 기체가 용존된 환원수를 생성하는 전해 환원수 생성부;
상기 환원수를 보관하는 저수부;
상기 제1전극과 제2전극에 서로 다른 극성의 전기를 인가하는 전원부;
상기 저수부에 보관된 환원수의 수위를 검출하는 수위 검출부;
상기 환원수의 수질을 검출하는 수질 검출부;
상기 전해 환원수 생성부와 저수부 사이에 마련되어 하는 순환부;
상기 저수부의 수위가 기준 수위 미만이면 상기 전해 환원수 생성부에서 전기 분해가 수행되도록 상기 전원부의 구동을 제어하고, 상기 저수부의 수위가 기준 수위 이상이면 상기 수질에 기초하여 상기 저수부의 환원수가 상기 전해 환원수 생성부로 전달되도록 상기 순환부의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 전해 환원수 장치. - 제 20 항에 있어서, 상기 순환부는,
상기 저수부와 전해 환원수 생성부 사이에 연결된 순환 파이프;
상기 순환 파이프에 마련된 전환 밸브;
상기 전환 밸브와 저수부 사이에 마련되어 상기 저수조의 환원수가 상기 전해 환원수 생성부에 공급되도록 상기 저수부의 환원수를 펌핑하는 펌프를 포함하는 전해 환원수 장치. - 제 21 항에 있어서,
상기 수질 검출부는, 상기 환원수의 산화환원전위를 검출하는 산화환원전위(ORP) 검출부를 포함하고,
상기 제어부는, 상기 검출된 산화환원전위가 기준 산화환원 전위 이상이면 상기 저수부의 환원수가 재생성되도록 상기 전환밸브의 개방을 제어하고 상기 펌프의 구동을 제어하는 전해 환원수 장치. - 물을 필터링하여 정수를 생성하고,
제1전극과 제2전극에 서로 다른 극성의 전기를 인가하여 상기 정수의 전기분해를 수행하고,
상기 전기 분해에 의해 환원수가 생성되면 생성된 환원수를 저수부에 보관하고,
상기 저수부에 보관된 환원수의 수질을 검출하고,
상기 수질에 기초하여 상기 제1전극과 제2전극에 인가되는 전기의 극성 전환 시점을 판단하고,
상기 극성 전환 시점이라고 판단되면 상기 전원부의 구동을 제어하여 상기 제1전극과 제2전극에 인가되는 전기의 극성을 전환시키는 전해 환원수 장치의 제어 방법. - 제 23 항에 있어서, 상기 전기 분해를 수행하는 것은,
상기 제1전극이 배치된 제1챔버 및 상기 제2전극이 배치된 제2챔버 중 어느 하나의 챔버에 상기 정수의 일부를 공급하고,
상기 제1전극과 제2전극 사이에 배치된 이온 교환 수지에 상기 정수의 나머지를 공급하는 것을 포함하는 전해 환원수 장치의 제어 방법. - 제 24 항에 있어서, 상기 제1전극이 배치된 제1챔버 및 상기 제2전극이 배치된 제2챔버 중 어느 하나의 챔버에 상기 정수의 일부를 공급하는 것은,
상기 제1챔버와 제2챔버에 연결된 유로를 개폐시키는 제1밸브를 제어하되, 상기 제1챔버 및 제2챔버 중 상기 환원수가 생성될 챔버의 유로를 개방시켜 상기 정수의 일부가 공급되도록 하고, 산소 기체가 생성될 챔버의 유로를 폐쇄시켜 상기 정수의 공급이 차단되도록 하는 것을 포함하는 전해 환원수 장치의 제어 방법. - 제 25 항에 있어서,
상기 극성 전환 시점이라고 판단되면 상기 제1밸브의 개방 유로를 전환 제어하는 것을 더 포함하는 전해 환원수 장치의 제어 방법. - 제 25 항에 있어서,
상기 정수부에서 배출되는 정수의 유량을 검출하고,
상기 검출된 유량에 기초하여 누적 유량을 산출하고,
상기 누적 유량이 기준 유량 이상이면 상기 제1전극과 제2전극의 극성을 전환 제어하고,
상기 제1밸브의 개방 유로를 전환 제어하는 것을 더 포함하는 전해 환원수 장치의 제어 방법. - 제 23 항에 있어서, 상기 수질을 검출하는 것은,
상기 환원수의 수소 이온 농도 및 산화환원전위 중 적어도 하나의 데이터를 검출하는 것을 포함하는 전해 환원수 장치의 제어 방법. - 제 28 항에 있어서, 상기 수질에 기초하여 상기 제1전극과 제2전극에 인가되는 전기의 극성 전환 시점을 판단하는 것은,
상기 검출된 수소 이온 농도가 기준 수소 이온 농도 이상이면 상기 제1전극과 제2전극의 극성을 전환 제어하는 것을 포함하는 전해 환원수 장치의 제어 방법. - 제 28 항에 있어서, 상기 수질에 기초하여 상기 제1전극과 제2전극에 인가되는 전기의 극성 전환 시점을 판단하는 것은,
상기 검출된 산화환원 전위가 기준 산화환원 전위 이상이면 상기 제1전극과 제2전극의 극성을 전환 제어하는 것을 포함하는 전해 환원수 장치의 제어 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 저수부에 보관된 환원수의 수위를 검출하고,
상기 검출된 수위가 기준 수위 이상이면 상기 정수의 전기 분해를 정지 제어하는 것을 더 포함하는 전해 환원수 장치의 제어 방법. - 제 31 항에 있어서,
상기 검출된 수위가 기준 수위 이상이면 상기 환원수의 산화환원 전위를 검출하고,
상기 환원수의 산화환원 전위가 기준 산화환원 전위 이상이면 전해 환원수 생성부와 저수부 사이에 마련된 펌프를 구동시키고,
상기 펌프와 전해 환원수 생성부 사이에 마련된 전환 밸브를 개방시키고,
상기 저수부의 환원수를 공급받아 전기 분해를 재수행하여 환원수를 재생산하는 것을 더 포함하는 전해 환원수 장치의 제어 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 전기분해를 수행하는 것은, 상기 제1전극 및 제2전극에 정전류를 인가하고, 상기 제1전극과 제2전극의 전압을 검출하는 것을 포함하고,
상기 검출된 전압이 기준 전압 이상이면 상기 제1전극과 제2전극의 극성을 전환 제어하는 것을 더 포함하는 전해 환원수 장치의 제어 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 정수의 유량을 검출하고,
상기 검출된 유량에 기초하여 상기 제1전극과 제2전극에 인가되는 전류의 크기를 제어하는 것을 더 포함하는 전해 환원수 장치의 제어 방법. - 제 23 항에 있어서, 상기 전기 분해를 수행하는 것은,
상기 제1전극 및 제2전극에 정전압을 인가하고,
상기 제1전극과 제2전극 사이에 흐르는 전류를 검출하고,
상기 검출된 전류가 기준 전류 이하이면 상기 정전압의 펄스 폭 변조를 제어하는 것을 포함하는 전해 환원수 장치의 제어 방법. - 제 23 항에 있어서,
상기 저수부에 보관된 환원수의 수위를 검출하고,
상기 검출된 수위가 기준 수위 이상이면 상기 환원수의 산화환원 전위를 검출하고,
상기 환원수의 산화환원 전위가 미리 설정된 일정 산화환원 전위 이상이면 상기 저수조에 연결된 밸브를 개방 제어하여 상기 저수조의 환원수를 외부로 배출하는 것을 더 포함하는 전해 환원수 장치의 제어 방법.
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