KR20170004025U

KR20170004025U - 산성수 전해조

Info

Publication number: KR20170004025U
Application number: KR2020160002736U
Authority: KR
Inventors: 임신교
Original assignee: 임신교
Priority date: 2016-05-19
Filing date: 2016-05-19
Publication date: 2017-11-29
Also published as: WO2017200168A1

Abstract

본 고안은 산성수 전해조에 관한 것으로, 음극과 이온 막 사이를 통과하는 원수(原水)가 충전실에 구성한 격벽을 지나면서 유체의 흐름 방향이 급격하게 바뀌게 하면서 반응 체류 시간을 늘려 고농도의 산성수를 얻을 수 있고, 특히 산성수가 모이는 충전실에 이온교환 수지를 충전하여 전원이나 유속 그리고 온도 등의 주변 상황의 변화에 상관없이 고농도의 산성수를 얻을 수 있게 한 것이다.

Description

산성수 전해조{ELECTROLYTIC BATH FOR MANUFACTURING ACID WATER}

본 고안은 산성수 전해조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 음극과 이온 막 사이를 통과하는 원수(原水)가 충전실에 구성한 격벽을 지나면서 유체의 흐름 방향이 급격하게 바뀌게 하면서 반응 체류 시간을 늘려 고농도의 산성수를 얻을 수 있고, 특히 산성수가 모이는 충전실에 이온교환 수지를 충전하여 전원이나 유속 그리고 온도 등의 주변 상황의 변화에 상관없이 고농도의 산성수를 얻을 수 있게 한 것이다.

본 출원인은 아래의 특허문헌 1과 같은 전해조에 관해 특허출원하여 등록받은 바 있다.

특허문헌 1은 정수기 등의 처리 용량에 따라서 달라지는 전해조의 전해 용량에 맞게 블록 형태로 제작한 확장 셋을 적층하여 전해조를 모듈 형태로 조립할 수 있게 함으로써, 정수기의 정수 용량에 따라 달라지는 전해조를 별도로 제작하지 않고도 필요한 만큼 확장 셋을 적층 조립하여 원하는 처리 용량을 얻을 수 있도록 한 확장성이 용이한 수소수 전해조 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다. 또한, 인가되는 전원의 극성에 따라 산화수나 환원수를 얻을 수 있도록 한 확장성이 용이한 수소수 전해조 모듈을 제공하는데 다른 목적이 있다.

하지만, 본 출원인이 출원하였던 전해조는 다음과 같은 문제가 발생하였다.

(1) 음극이나 양극에 공급한 원수(原水)가 한 방향으로만 지나가면서 전기 분해 반응을 하므로 원수가 실제 전기분해 반응하는데 전극에 노출되는 반응시간에 한계가 있다.

(2) 이런 노출 시간의 한계로 산성수의 산화환원전위(ORP)와 용존 수소농도(DH)를 올리는 데 한계가 있다.

(3) 원수의 공급 유량이나 유속 그리고 전극에 공급하는 전원의 세기에 따라 산화환원전위(ORP)와 용존 수소농도(DH) 등이 급격한 변화로 안정적인 산성수를 얻는 데 한계가 있다.

(4) 기존 산성수 전해조로 산성수의 산화환원전위(ORP)와 용존 수소농도(DH)를 높이려면 같은 구성의 산성수 전해조를 직렬이나 병렬로 연결하여 구성해야 하므로 산성수 전해조의 크기가 커진다.

(5) 또한, 이처럼 산성수 전해조가 커지는 만큼 전해조를 설치해야 하는 공간이 커질 뿐만 아니라 유지 보수를 하는 데에도 많은 시간과 비용이 요구된다.

한국등록특허 제1447642호 (등록일 : 2014.09.29)

본 고안은 이러한 점을 고려하여 고안한 것으로, 미리 정한 크기의 충전실에 적어도 하나의 격벽을 설치하여 충전실에 공급한 원수(原水)가 격벽을 지나면서 유동 방향이 급격하게 바뀌면서 체류 시간을 늘림과 동시에 산성수를 생성하는 제1 충전실에서 이온 막(110)과 음극(300) 사이에 이온교환 수지를 충전하여 구성함으로써, 기존의 산성수 전해조와 비교하여 전극에 공급하는 전원 조건이나 온도 변화 그리고 유속 변화와 상관이 없이 산화환원전위(ORP)와 용존 수소농도(DH)의 변위를 최소화하면서도 고농도의 산성수를 얻을 수 있게 한 산성수 전해조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

특히, 본 고안은 n×m 행렬(n과 m은 자연수) 형태로 서브 충전실을 구성하고, 이웃한 서브 충전실을 통과하면서 유체의 흐름 방향이 서로 교차하게 이루어지도록 격벽을 서브 충전실에 형성하므로, 충전실에 머무는 체류 시간을 늘려 결과적으로 전극과의 접촉 시간을 늘리면서 유체의 흐름 방향이 바뀜에 따라 발생하는 와류 현상을 통해 고농도의 산성수를 얻을 수 있게 한 산성수 전해조를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

본 고안의 [실시예 1]에 따른 산성수 전해조는, 내부에 이온 막(110)을 통해 제1 및 제2 충전실(120a, 120b)로 나눠지며, 제1 및 제2 충전실(120a, 120b)에는 각각 입수구(121a, 122a)와 출수구(121b, 122b)를 갖춘 본체(100); 상기 제2 충전실(120b)에 상기 이온 막(110)과 밀착하게 장착한 양극(200); 상기 제1 충전실(120a)에 상기 이온 막(110)과 미리 정한 간격(W)만큼 떨어지게 설치한 음극(300); 및 상기 제1 충전실(120a)에 설치한 하나의 격벽(123);을 포함하되;, 상기 격벽(123)은 양쪽 테두리가 각각 이온 막(110)과 음극(300)에 밀착하게 설치하고, 한쪽이 본체(100)에 밀착하며 다른 한쪽이 본체(100)에서 미리 정한 간격만큼 떨어지게 설치하며;, 상기 입수구(121a)와 출수구(121b)는 상기 격벽(123)이 접한 본체(100) 부분에 이 격벽(123)을 중심으로 양쪽에 위치하도록 구성하고;, 상기 제1 충전실(120a)에는 이온 막(110)과 음극(300) 사이에 이온교환 수지(124)로 충전한 것을 특징으로 한다.

본 고안의 [실시예 2]에 따른 산성수 전해조는, 내부에 이온 막(110)을 통해 제1 및 제2 충전실(120a, 120b)로 나눠지며, 제1 및 제2 충전실(120a, 120b)에는 각각 입수구(121a, 122a)와 출수구(121b, 122b)를 갖춘 본체(100); 상기 제2 충전실(120b)에 상기 이온 막(110)과 밀착하게 장착한 양극(200); 상기 제1 충전실(120a)에 상기 이온 막(110)과 미리 정한 간격(W)만큼 떨어지게 설치한 음극(300); 및 상기 제1 충전실(120a)에 나란하게 설치한 적어도 두 개의 격벽(123a, 123b);을 포함하되;, 상기 격벽(123a, 123b)은 각각 미리 정한 간격만큼 떨어져서 양쪽 테두리가 각각 이온 막(110)과 음극(300)에 밀착하게 구성하되, 서로 이웃한 두 개의 격벽(123a, 123b)은 일부 구간이 서로 중첩하고 한쪽 끝이 본체(100)에서 미리 정한 간격만큼 떨어져서 개방하며 다른 한쪽 끝이 본체(100)에 밀착하게 배치하고, 이때 격벽(123a, 123b)의 개방된 부분은 서로 반대쪽에 위치하여 중첩하지 않게 배치하고;, 상기 제1 충전실(120a)에는 이온 막(110)과 음극(300) 사이에 이온교환 수지(124)로 충전한 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 양극(200)과 음극(300)은, 서로 나란하게 배치한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 간격(W)은, 0.5~5.0㎜인 것을 특징으로 한다.

본 고안의 [실시예 3]에 따른 산성수 전해조는, 상술한 [실시예 2]의 전해조에서, 상기 제1 충전실(120a)은 그 내부를 적어도 두 개의 서브 충전실(120', 120")로 나눠서 차례로 통하도록 구성하고, 각 서브 충전실(120', 120")에 각각 적어도 2개의 격벽(123a, 123b)을 설치한 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 제1 충전실(120a)은, n×m(n과 m은 자연수) 행렬 형태의 격자 모양으로 서브 충전실로 나눠서 유체 흐름이 이루어질 수 있게 구성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 서브 충전실(120', 120")에 설치한 격벽(123a, 123b)은 서브 충전실(120', 120")마다 설치한 격벽(123a, 123b)의 방향을 다르게 배치하여 유체의 흐름이 급격하게 바뀌게 구성한 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 격벽(123a, 123b)은, 적어도 하나가 서로 나란하지 않게 장착한 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 격벽(123a, 123b)은, 모두 길이가 같거나, 적어도 하나가 길이가 다르게 제작한 것을 특징으로 한다.

마지막으로, 상기 이온교환 수지(124)는, 불소 양이온 교환수지인 것을 특징으로 한다.

본 고안에 따른 산성수 전해조는 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 구조가 간단하면서도 기존 산성수 전해조에서 얻은 산성수보다 산화환원전위(ORP)와 용존 수소농도(DH)가 높은 고품질의 산성수를 얻을 수 있다.

(2) 특히, 기존의 산성수 전해조 구조에서 격벽을 추가하는 간단한 설계 변경을 통해 유체의 유동 흐름이 급격하게 변하게 함과 동시에 체류 시간을 늘려 고품질의 산성수를 얻을 수 있다. 게다가, 음극을 설치하는 충전실에 이온교환 수지를 이온 막과 음극 사이에 충전하여 이온교환을 통해 수소 이온농도를 높일 수 있어 고농도의 산성수를 얻을 수 있다.

(3) 그리고, 이처럼 간단한 추가 구성과 비교하여 고농도의 산성수를 얻을 수 있으므로 기존 산성수 전해조와 비교하여 유지 보수 비용도 거의 같게 들이면서 그 결과물로서 고농도의 산성수를 얻을 수 있다.

(4) 또한, 본 고안에 따른 산성수 전해조로 얻은 산성수는 온도 변화나 전원 조건 그리고 물의 유속 등의 영향을 덜 받으면서도 기존 산성수보다 고농도의 산성수를 얻을 수 있다.

(5) 한편, 충전실을 격자 형태로 서브 충전실을 구획하여 서로 연결되게 구성하고, 각 서브 충전실에는 격자를 추가 구성하여 서브 충전실을 통과할 때마다 유체의 유동 흐름을 바꾸면서 체류시간을 늘려 전기분해 효과를 높여 기존 산성수보다 고농도의 산성수를 얻을 수 있다.

[도 1]은 본 고안의 [실시예 1]에 따른 산성수 전해조의 구성을 보여주기 위해 분해한 개략도이다.
[도 2]는 본 고안의 [실시예 1]에 따른 산성수 전해조의 구성을 보여주기 위한 단면도이다.
[도 3]은 본 고안의 [실시예 1]에 따른 산성수 전해조에서 유체 흐름을 보여주기 위한 개략도로, (a)는 정면도이고 (b)는 측면도이다.
[도 4]는 본 고안의 [실시예 2]에 따른 산성수 전해조의 구성을 보여주기 위한 분해한 사시도이다.
[도 5]는 본 고안의 [실시예 2]에 따른 산성수 전해조에서 유체 흐름을 보여주기 위한 개략도로, (a)는 정면도이고 (b)는 측면도이다.
[도 10]은 본 고안의 [실시예 3]에 따른 산성수 전해조에서 유체 흐름을 보여주기 위한 개략도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 고안자는 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 고안의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 고안의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 고안의 [실시예 1]에 따른 산성수 전해조는, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 본체(100), 양극(200), 음극(300), 하나의 격벽(123), 그리고 본체(100)를 구성하는 제1 충전실(120a)에 충전한 이온교환 수지(124)를 포함하여 구성한다.

이때, 상기 격벽(123)은 원수(原水)가 이 격벽을 타고 유동하다가 그 흐름이 급격하게 바뀌면서 유동하게 하여 체류 시간을 늘리면서 전기분해 반응이 이루어질 수 있게 구성함으로써, 원수가 본체(100) 내에 머무는 반응시간을 늘리면서 원수의 흐름 방향이 급격하게 바뀌게 하여 고농도의 산성수를 얻을 수 있게 한 것이다.

특히, 상기 이온교환 수지(124)는 제1 충전실(120a)에 장착한 이온 막(110)과 음극(300) 사이에 충전하여 이온 교환이 이루어지게 하여 산성수의 농도를 더욱 높일 수 있게 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 관해 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도면에서, 화살표는 유체의 흐름을 나타낸다.

본체(100)는, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 내부가 이온 막(110)을 통해 제1 및 제2 충전실(120a, 120b)로 나눈다. 여기서, 이온 막(110)은 원수를 전기분해함에 따라 생긴 수소 이온과 수산기를 분리할 수 있는 막이라면 어떠한 것이라도 이용할 수 있다.

또한, 상기 제1 및 제2 충전실(120a, 120b)에는 각각 입수구(121a, 122a)와 출수구(121b, 122b)를 갖춰 공급한 원수를 전기분해한 다음 분리한 산성수와 알칼리수를 본체(100) 외부로 배출할 수 있게 구성한다.

본 고안의 바람직한 실시예서, 상기 제1 충전실(120a)에는, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 이온교환 수지(124)를 충전하는 것이 바람직하다. 이온교환 수지(124)는 이온교환을 할 수 있는 이온을 지닌 불용성 합성수지로, 양이온 교환 수지나 음이온 교환 수지 또는 이들을 혼합한 교환 수지를 이용할 수 있다. 이때, 이온교환 수지(124)는 상술한 이온 막(110)과 후술할 음극(300) 사이에 충전하여 산성수의 이온 농도를 높일 수 있게 하는 것이 바람직하다.

특히, 본 고안의 바람직한 실시예에서, 상기 이온교환 수지(124)로는 불소 고분자 이온교환 수지를 이용하는 것이 바람직하며, 예시적으로 (주)듀퐁사의 NR50(상품명)를 이용할 수 있다.

양극(200)은, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 상술한 이온 막(110)과 접하도록 제2 충전실(120b)에 장착한다. 이때, 양극(200)은 이처럼 이온 막(110)과 접하지 않게 제2 충전실(120b)에 장착할 수도 있으나, 후술할 음극(300)과 너무 떨어지지 않고 가능한 한 가장 가까운 거리를 유지하게 하여 전기분해 효과를 높이기 위함이다.

음극(300)은, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 상술한 제1 충전실(120a)에 장착한다. 이때, 음극(300)은 이온 막(110)과 미리 정한 간격(W)만큼 떨어지게 제1 충전실(120a)에 장착함으로써, 서로 마주하는 양극(200)과 음극(300) 사이에서 전기분해 효과를 높일 수 있게 구성한다.

본 고안의 바람직한 실시예에서, 상기 간격(W)은 0.5~5.0㎜, 가장 바람직하게는 0.5~1.0㎜로 유지하게 구성함으로써, 양극(200)과 음극(300) 사이에 전기분해한 수소 이온이 쉽게 이동할 수 있게 하여 충전 공간으로 활용하면서 좁은 간격(W)만큼 전기분해 효과도 높일 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 본 고안의 바람직한 실시예에서, 상기 음극(300)은 양극(200)과 나란하지 않게 장착할 수도 있으나, 바람직하게는 양극(200)과 음극(300)이 서로 나란하게 위치하도록 배치하는 것이 좋다. 이는, 양극(200)과 음극(300) 사이의 간격이 일정하게 하여 그 사이에서 안정적으로 전기분해 작용과 이온 교환 작용이 이루어질 수 있게 하기 위함이다.

본 고안의 바람직한 실시예에서, 상기 음극(300)은 상술한 양극(200)과 다른 극성을 인가하여 원수를 전기분해할 수 있게 구성한다. 예를 들어, [도 2]에서와 같이 양극(200)에 (+)극을 인가하고 음극(300)에 (-)극을 인가하는 경우, 출수구(121b)를 통해 산성수인 수소수를 얻을 수 있다. 하지만, 이와 반대로 양극(200)에 (-)극을 인가하고 음극(300)에 (+)극을 인가하는 경우, 출수구(121b)를 통해 알카리수를 얻을 수 있다.

격벽(123)은, [도 1] 내지 [도 3]과 같이, 상술한 제1 충전실(120a)을 두 개의 공간으로 나누면서 어느 한쪽을 통해 서로 통하도록 구성함으로써 원수의 흐름이 "U"자 형태나 이와 유사하게 이루어지게 구성한다.

이를 위하여, 상기 격벽(123)은, [도 3(a)]와 같이 양쪽 테두리가 각각 음극(300)과 이온 막(110)에 각각 밀착하게 장착한다. 그리고, 격벽(123)의 한쪽(도면에서는 아래쪽)은 [도 3(b)]와 같이 본체(100)에 밀착하게 장착하고 다른 한쪽(도면에서 위쪽)은 본체(100)에서 미리 정한 간격만큼 떨어지게 하여 유체가 서로 통할 수 있게 구성한다.

이때, 본 고안의 바람직한 실시예에서, 상술한 입수구(121a)와 출수구(121b)는, [도 3(b)]와 같이, 본체(100)와 맞닿은 격벽(123)을 중심으로 양쪽에 위치하도록 구성함으로써, 입수구(121a)를 통해 들어온 물이 격벽(123)을 타고 유동한 다음 자연스럽게 출수구(121b)로 빠져나갈 수 있게 구성하는 바람직하다.

이상과 같이 이루어진 [실시예 1]은 기존 산성수 전해조와 비교하여 온도, 유속, 그리고 전원의 변화에 따른 물성을 후술할 [실시예 2]와 비교한 결과와 같이, 본 고안이 비교예와 비교할 때 더 우수하다. 이에 관한 결과는 [실시예 2]에서 함께 비교 설명한다.

본 고안의 [실시예 2]에 따른 산성수 전해조는, [도 4] 및 [도 5]와 같이, [실시예 1]과 비교할 때, 격벽(123a, 123b)의 개수에서 차이가 있다. 즉, [실시예 1]에서는 하나의 격벽(123)을 설치하나, [실시예 2]에서는 적어도 두 개의 격벽(123a, 123b)을 설치한 것이다. 이에, 여기서는 [실시예 1]과 같은 구성에 관해서는 같은 도면부호를 사용하면서 그 상세한 설명을 생략하고, 다른 구성인 격벽(123a, 123b)에 관해서만 설명한다.

[실시예 2]는, [도 4] 및 [도 5]와 같이, 두 개의 격벽(123a, 123b)을 설치한 예를 보여준다. 우선, 첫 번째 격벽(123a)은 [실시예 1]에서 설명한 격벽(123)과 같은 방법으로 설치한다. 즉, 첫 번째 격벽(123a)은 [도 5]와 같이 양쪽 테두리가 각각 이온 막(110)과 음극(300)에 각각 밀착하게 장착하고, 한쪽이 본체(100) 하부(도면에서 아래쪽)에 맞닿고 다른 한쪽이 본체(100) 상부(도면에서 위쪽)와 닿지 않게 설치한다.

그리고, 두 번째 격벽(123b)은, [도 5]와 같이, 양쪽 테두리가 각각 이온 막(110)과 음극(300)에 서로 밀착하게 장착하고, 한쪽이 본체(100) 상부(도면에서 위쪽)에 맞닿고 다른 한쪽이 본체(100) 하부(도면에서 아래쪽)와 닿지 않게 설치한다.

이때, 입수구(121a)는 첫 번째 격벽(123a) 및 이와 가까운 본체(100) 내부 사이에 설치하고, 출수구(121b)는 두 번째 격벽(123b) 및 이와 가까운 본체(100) 내부 사이에 설치하여 유체의 체류 시간을 늘리면서 흐름이 원활하게 이루어지게 구성하는 것이 바람직하다.

따라서, [실시예 2]에 따른 산성수 전해조는, [도 5(b)]와 같이, 입수구(121a)로 들어온 유체가 첫 번째 격벽(123a)을 따라간 다음 이 격벽(123a)을 넘음에 따라 유동 방향이 바뀌면서 두 개의 격벽(123a, 123b) 사이로 유동하고, 이어 두 번째 격벽(123b)을 넘으면서 다시 유동 방향이 바뀌면서 두 번째 격벽(123b)을 따라 유동한 다음 출수구(121b)를 통해 배출된다.

본 고안의 바람직한 실시예에서, 상기 두 개의 격벽(123a, 123b)은 미리 정한 간격을 두고 서로 나란하게 설치할 수도 있고, 미리 정한 간격을 두고 나란하지 않게 설치할 수도 있다. 특히, 나란하게 설치하지 않으면 두 개의 격벽(123a, 123b) 사이에 면적 변화가 생김에 따라 그사이를 통과하는 유속이 달라지게 조절할 수 있다.

또한, 본 고안의 바람직한 실시예에서, 상기 두 개의 격벽(123a, 123b)은 각각 그 길이를 같게 하거나 다르게 제작할 수 있다. 이는, 격벽(123a, 123b)과 본체(100) 내부 사이의 유체가 통과하는 면적의 크기가 달라짐에 따라 유속 변화와 더불어 방향 전환이 이루어지는 유량 변화가 이루어지기 때문이다.

그리고, 본 고안의 바람직한 실시예에서, [실시예 2]는 두 개의 격벽(123a, 123b)을 갖춘 것으로 설명하고 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 즉, 여러 개의 격벽을 설치하는 구성도 가능하며, 이때는 홀수 번째 격벽은 첫 번째 격벽(123a)과 같이 장착하고 짝수 번째 격벽은 두 번째 격벽(123b)과 같이 장착함에 따라 같은 효과를 기대할 수 있다.

한편, 이처럼 이루어진 [실시예 2]에 따른 산성조 전해조, 상술한 [실시예 1] 그리고 비교예의 전원, 온도, 유속 그리고 시간 변화에 따른 물성값으로 전해환원 전위(ORP)와 용존수소 농도(DH)를 측정하였다. 여기서, [실시예 1]은 하나의 격벽을 구성하고 이온교환 수지를 충전하였고, [실시예 2]는 두 개의 격벽을 구성하고 이온교환수지를 충전하였으며, 비교예는 격벽 없이 이온교환 수지를 충전하지 않은 기존 특허문헌의 산성수 전해조로 시험한 결과이다.

1. 전원 조건에 따른 물성변화

[실시예 1]과 [실시예 2] 그리고 비교예에 따른 산성수 전해조로 전원을 달리하여 물성을 측정한 결과는 다음과 같은 조건에서 측정하였으며, 그 결과는 [표 1] 및 [도 6]과 같다.

시험조건

원수 : 수돗물(pH7.0, ORP+500mV, 입수온도 20℃, 전도도 50uS/cm 이하)

전원 : DC24V

유속 : 0.35L/min

측정기:TOA사의 계측기로, pH는TOA-21P, ORP는 TOA-21P, DH는 TOA DH-35A

전류(A)	전해환원 전위(㎷)			DH(ppm)
전류(A)	비교예	실시예 1	실시예 2	비교예	실시예 1	비교예 2
1	-480	-520	-540	0.54	0.82	0.93
2	-490	-530	-552	0.56	0.92	1.1
3	-500	-558	-570	0.65	1.09	1.22
4	-520	-560	-578	0.68	1.15	1.28
5	-525	-565	-579	0.75	1.25	1.4

[표 1]과 같이, 전해환원 전위는 전류의 세기가 세질수록 비교예와 [실시예 1] 그리고 [실시예 2]가 모두 낮아지는 것을 알 수 있다. 하지만, [표 1]을 그래프로 도시한 [도 6(a)]와 같이, 전해환원 전위는 비교예가 -525(㎷) ~ -480(㎷)이고 [실시예 1]이 -565(㎷) ~ -520(㎷)이고 [실시예 2]가 -579(㎷) ~ -540(㎷)로, 비교예보다 [실시예 1]과 [실시예 2]가 산화환원 전위가 더 낮은 것을 알 수 있다. 특히 전류가 약할수록 비교예와 실시예의 전해환원 전위의 차이의 비가 더 커진 것을 알 수 있다.

또한, [표 1]과 같이, 용존수소 농도(DH)는 비교예가 0.54~0.75(ppm), [실시예 1]이 0.82~1.25(ppm) 그리고 [실시예 2]가 0.93~1.4(ppm)로 전류의 세기가 강할수록 DH도 높아지는 것을 알 수 있다. 이때, DH는 [표 1]을 그래프로 표시한 [도 6(b)]와 같이, 전류의 세기가 강할수록 DH 차이의 비가 더 커지는 것을 알 수 있다.

따라서, [표 1] 및 [도 6]과 같이, 본 고안에 따른 실시예의 경우가 비교예와 비교하여 전류 변화에 비례하여 전해환원 전위와 DH가 변하나, 본 고안의 실시예의 경우가 기존 비교예보다 더 우수한 결과가 나온 것을 알 수 있다. 이는, 전원이 변하더라도 비교예보다 실시예의 경우가 안정적으로 고농도의 산성수인 수소수를 얻을 수 있다고 할 것이다.

2. 유량 변화에 따른 물성변화

[실시예 1]과 [실시예 2] 그리고 비교예에 따른 산성수 전해조로 유량 변화에 따른 물성을 측정한 결과는 다음과 같은 조건에서 측정하였으며, 그 결과는 [표 2] 및 [도 7]과 같다.

시험조건

전원 : DC24V3A

유량(L/m)	전해환원 전위(㎷)			DH(ppm)
유량(L/m)	비교예	실시예 1	실시예 2	비교예	실시예 1	비교예 2
0.2	-530	-570	-585	0.82	1.24	1.41
0.4	-516	-567	-582	0.76	1.21	1.36
0.6	-500	-558	-570	0.7	1.14	1.28
0.8	-495	-540	-578	0.63	1.09	1.23
1	-480	-520	-550	0.54	0.9	1.15

[표 2]와 같이, 전해환원 전위는 유량이 많아질수록 비교예와 [실시예 1] 그리고 [실시예 2]가 모두 낮아지는 것을 알 수 있다. 하지만, [표 2]를 그래프로 도시한 [도 7(a)]와 같이, 전해환원 전위는 비교예가 -530(㎷) ~ -480(㎷)이고 [실시예 1]이 -570(㎷) ~ -520(㎷)이고 [실시예 2]가 -585(㎷) ~ -550(㎷)로, 비교예보다 [실시예 1]과 [실시예 2]가 산화환원 전위가 더 낮은 것을 알 수 있다. 특히 유량이 많아질수록 비교예와 실시예의 전해환원 전위의 차이의 비가 더 커지는 것을 알 수 있다.

또한, [표 2]와 같이, 용존수소 농도(DH)는 비교예가 0.54~0.82(ppm), [실시예 1]이 0.9~1.24(ppm) 그리고 [실시예 2]가 1.15~1.41(ppm)로 유량이 많아질수록 DH가 낮아지는 것을 알 수 있다. 이때, DH는 [표 2]을 그래프로 표시한 [도 7(b)]와 같이, 유량이 많아질수록 비교예가 실시예보다 낮아지는 비율이 더 커지는 것을 알 수 있다.

3. 온도 변화에 따른 물성변화

[실시예 1]과 [실시예 2] 그리고 비교예에 따른 산성수 전해조로 온도 변화에 따른 물성을 측정한 결과는 다음과 같은 조건에서 측정하였으며, 그 결과는 [표 3] 및 [도 8]과 같다.

시험조건

전원 : DC24V3A

온도(℃)	전해환원 전위(㎷)			DH(ppm)
온도(℃)	비교예	실시예 1	실시예 2	비교예	실시예 1	비교예 2
4	-525	-570	-585	0.83	1.24	1.38
20	-500	-564	-582	0.82	1.21	1.36
50	-496	-558	-570	0.74	1.14	1.28
60	-490	-540	-569	0.7	1.09	1.23
80	-320	-430	-435	0.41	0.47	0.46
90	-200	-320	-325	0.3	0.32	0.3

[표 3]과 같이, 전해환원 전위는 온도가 높을수록 비교예와 [실시예 1] 그리고 [실시예 2]가 모두 낮아지는 것을 알 수 있다. 특히, 80~90℃ 이상에서는 전해환원 전위가 현저하게 낮아짐을 알 수 있다. 그리고, [표 3]을 그래프로 도시한 [도 8(a)]와 같이, 전해환원 전위는 비교예가 -525(㎷) ~ -200(㎷)이고 [실시예 1]이 -570(㎷) ~ -320(㎷)이고 [실시예 2]가 -585(㎷) ~ -325㎷)로, 비교예보다 [실시예 1]과 [실시예 2]가 산화환원 전위가 더 낮은 것을 알 수 있다. 이는 온도가 높아지더라도 실시예 경우 비교예와 비교하여 전해환원 전위 차이가 크지 않으며, 비교예보다 실시예의 전위가 낮음을 알 수 있다.

또한, [표 3]과 같이, 용존수소 농도(DH)는 비교예가 0.3~0.83(ppm), [실시예 1]이 0.32~1.24(ppm) 그리고 [실시예 2]가 0.3~1.38(ppm)로 온도가 높아질수록 DH가 낮아지는 것을 알 수 있다. 이때, DH는 [표 3]을 그래프로 표시한 [도 8(b)]와 같이, 온도가 높아짐에 따라 용존수소 농도가 낮아지다가 50℃ 이상에서 더 급격하게 낮아지나, 실시예가 비교예보다 높은 용존수소 농도 상태를 유지하는 것을 알 수 있다.

4. 시간 조건에 따른 물성변화

[실시예 1]과 [실시예 2] 그리고 비교예에 따른 산성수 전해조로 시간에 따른 물성을 측정한 결과는 다음과 같은 조건에서 측정하였으며, 그 결과는 [표 4] 및 [도 9]와 같다. 여기서, 시간은 산성수 전해조로 산성수를 생성한 다음 방치한 시간을 말한다.

시험조건

전원 : DC24V

시간(분)	전해환원 전위(㎷)			DH(ppm)
시간(분)	비교예	실시예 1	실시예 2	비교예	실시예 1	비교예 2
생성시	-500	-558	-572	0.65	1.09	1.22
30	-498	-556	-570	0.65	1.07	1.21
60	-496	-555	-570	0.64	1.07	1.2
90	-494	-554	-569	0.62	1.06	1.18
120	-490	-540	-569	0.62	0.98	1.1
150	-320	-530	-561	0.5	0.93	1.02
180	-200	-510	-525	0.3	0.9	0.96

[표 4]와 같이, 전해환원 전위는 산성수를 얻은 다음 시간이 지날수록 낮아지는 것을 확인할 수 있다. 그리고, [표 4]을 그래프로 도시한 [도 9(a)]와 같이, 전해환원 전위는 비교예가 -500(㎷) ~ -200(㎷)이고 [실시예 1]이 -558(㎷) ~ -510(㎷)이고 [실시예 2]가 -572(㎷) ~ -525㎷)로, 비교예보다 [실시예 1]과 [실시예 2]가 산화환원 전위가 더 낮은 것을 알 수 있다. 이는 시간이 지나더라도 실시예가 비교예와 비교하여 전해환원 전위 차이가 크지 않음을 나타낸다.

또한, [표 4]과 같이, 용존수소 농도(DH)는 비교예가 0.3~0.65(ppm), [실시예 1]이 0.9~1.09(ppm) 그리고 [실시예 2]가 0.96~1.22(ppm)로 시간이 지날수록 DH가 낮아지는 것을 알 수 있다. 그러나, [표 4]를 그래프로 나타낸 [도 9(b)]와 같이, DH가 낮아짐에도 불구하고 실시예가 비교예보다 높은 용존수소 농도 상태를 유지하는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 고안에 따른 [실시예 1]과 [실시예 2]는 비교예와 비교하여 온도, 유량, 시간 그리고 유속 변화에 따른 전해환원 전위가 낮고 용존수소 농도가 높다고 할 수 있다.

본 고안의 [실시예 3]에 따른 산성수 전해조는, [도 10]과 같이, [실시예 2]와 같은 구성이나, 제1 충전실(120a)을 두 개의 서브 충전실(120', 120")로 나눠서 각각 적어도 2개의 격벽(123a, 123b)을 설치한 점에서 차이가 있다. 이에, 여기서는 [실시예 2]와 같은 구성에 관해서는 같은 도면부호를 그대로 사용하며 그 상세한 설명을 생략하고 차이 구성에 관해서만 설명한다.

[실시예 3]은, [도 10]과 같이, 제1 충전실(120a)을 적어도 두 개의 서브 충전실(120', 120")로 나누고 각 서브 충전실(120', 120")에 상술한 것과 같은 구성으로 적어도 두 개의 격벽(123a, 123b)을 장착한 것이다. 이때, 서브 충전실(120', 120")은 인접한 서브 충전실과 통하게 하여 유체가 이웃한 서브 충전실로 유동하여 모든 서브 충전실을 통과할 수 있게 구성한다.

본 고안의 바람직한 실시예에서, 상기 각 서브 충전실(120', 120")에는 각각 [실시예 2]에서 설명한 바와 같이 적어도 두 개의 격벽(123a, 123b)을 장착한다. 이때, 각 서브 충전실(120', 120")에 장착한 격벽(123a, 123b)은, [도 10]과 같이, 이웃한 서브 충전실(120', 120")로 유동하는 유체의 흐름 방향이 바뀌도록 배치하는 것이 바람직하다. 물론, 이들 격벽(123a, 123b)을 각 서브 충전실(120', 120")에 나란하게 배치하는 구성도 가능하나 유체의 흐름 방향을 급격하게 바꿔주기 위해서는 도면과 같이 배치하는 것이 좋다.

또한, 본 고안의 바람직한 실시예에서, 상기 제1 충전실(120a)을 두 개의 서브 충전실(120', 120")로 나눠서 구성한 예를 보여주고 있으나, 이에 한정하지 않고 제1 충전실(120a)을 n×m(n과 m은 자연수) 행렬 형태의 격자 모양으로 서브 충전실로 나눠서 각 서브 충전실마다 상술한 바와 같은 형태로 격자를 설치할 수 있음을 당업자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

100 : 본체
110 : 이온 막
120a, 120b : 제1, 제2 충전실
121a, 122a : 입수구
121b, 122b : 출수구
123 : 격벽
124 : 이온교환 수지
200 : 양극
300 : 음극

Claims

내부에 이온 막(110)을 통해 제1 및 제2 충전실(120a, 120b)로 나눠지며, 제1 및 제2 충전실(120a, 120b)에는 각각 입수구(121a, 122a)와 출수구(121b, 122b)를 갖춘 본체(100); 상기 제2 충전실(120b)에 상기 이온 막(110)과 밀착하게 장착한 양극(200); 상기 제1 충전실(120a)에 상기 이온 막(110)과 미리 정한 간격(W)만큼 떨어지게 설치한 음극(300); 및 상기 제1 충전실(120a)에 설치한 하나의 격벽(123);을 포함하되,
상기 격벽(123)은 양쪽 테두리가 각각 이온 막(110)과 음극(300)에 밀착하게 설치하고, 한쪽이 본체(100)에 밀착하며 다른 한쪽이 본체(100)에서 미리 정한 간격만큼 떨어지게 설치하여 상기 입수구(121a)와 출수구(121b)는 상기 격벽(123)이 접한 본체(100) 부분에 이 격벽(123)을 중심으로 양쪽에 위치하도록 구성하고,
상기 제1 충전실(120a)에는 이온 막(110)과 음극(300) 사이에 이온교환 수지(124)로 충전한 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
내부에 이온 막(110)을 통해 제1 및 제2 충전실(120a, 120b)로 나눠지며, 제1 및 제2 충전실(120a, 120b)에는 각각 입수구(121a, 122a)와 출수구(121b, 122b)를 갖춘 본체(100); 상기 제2 충전실(120b)에 상기 이온 막(110)과 밀착하게 장착한 양극(200); 상기 제1 충전실(120a)에 상기 이온 막(110)과 미리 정한 간격(W)만큼 떨어지게 설치한 음극(300); 및 상기 제1 충전실(120a)에 나란하게 설치한 적어도 두 개의 격벽(123a, 123b);을 포함하되,
상기 격벽(123a, 123b)은 각각 미리 정한 간격만큼 떨어져서 양쪽 테두리가 각각 이온 막(110)과 음극(300)에 밀착하게 구성하되, 서로 이웃한 두 개의 격벽(123a, 123b)은 일부 구간이 서로 중첩하고 한쪽 끝이 본체(100)에서 미리 정한 간격만큼 떨어져서 개방하며 다른 한쪽 끝이 본체(100)에 밀착하게 배치하고, 이때 격벽(123a, 123b)의 개방된 부분은 서로 반대쪽에 위치하여 중첩하지 않게 배치하고,
상기 제1 충전실(120a)에는 이온 막(110)과 음극(300) 사이에 이온교환 수지(124)로 충전한 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 양극(200)과 음극(300)은,
서로 나란하게 배치한 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 간격(W)은,
0.5~5.0㎜인 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
제2항에 있어서,
상기 제1 충전실(120a)은 그 내부를 적어도 두 개의 서브 충전실(120', 120")로 나눠서 차례로 통하도록 구성하고,
각 서브 충전실(120', 120")에 각각 적어도 2개의 격벽(123a, 123b)을 설치한 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
제5항에 있어서,
상기 제1 충전실(120a)은,
n×m(n과 m은 자연수) 행렬 형태의 격자 모양으로 서브 충전실로 나눠서 유체 흐름이 이루어질 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
제5항 또는 제6에 있어서,
상기 각 서브 충전실(120', 120")에 설치한 격벽(123a, 123b)은 서브 충전실(120', 120")마다 설치한 격벽(123a, 123b)의 방향을 다르게 배치하여 유체의 흐름이 급격하게 바뀌게 구성한 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
제2항에 있어서,
상기 격벽(123a, 123b)은,
적어도 하나가 서로 나란하지 않게 장착한 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
제2항 또는 제5항에 있어서,
상기 격벽(123a, 123b)은,
모두 길이가 같거나, 적어도 하나가 길이가 다르게 제작한 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 이온교환 수지(124)는,
불소 양이온 교환수지인 것을 특징으로 하는 산성수 전해조.