KR20170110134A

KR20170110134A - 전해 카트리지, 시스템 및 그 사용 방법

Info

Publication number: KR20170110134A
Application number: KR1020177024714A
Authority: KR
Inventors: 제임스 비 스와츠; 제임스 아이 모이어; 존 헤이즐우드; 제임스 디 로썸
Original assignee: 스프레잉 시스템즈 컴파니
Priority date: 2015-02-04
Filing date: 2016-02-04
Publication date: 2017-10-10
Also published as: ZA201705164B; CL2017002008A1; BR112017016833A2; WO2016126940A1; CA2974985A1; SG11201706073VA; BR112017016833B1; CA2974985C; EP3253716A1; EP3253716A4; KR102487748B1; JP2018504270A; CO2017008869A2; US10494276B2; JP6690109B2; AU2016215195B2; CN107406281B; MX2017009999A; NZ734038A; AU2016215195A1

Abstract

산성 전해수 및 알칼리성 전해수를 생성하기 위해 물의 소금물 용액과 알칼리염을 전기 분해하기 위한 전해 카트리지, 시스템 및 방법이 제공된다. 시스템은 소금물 용액을 수용하기 위한 내부 챔버 및 소금물욕 내에 침지된 적어도 2개의 전해 카트리지를 포함한다. 각각의 전해 카트리지는 전극, 전극의 적어도 일부에 인접하여 공간을 형성하기 위해 전극의 측면에 배치된 이온 선택적 멤브레인, 공간에 대향하는 측면에서 이온 선택적 멤브레인을 커버하는 투과성 인서트, 및 이온 선택적 멤브레인에 대면하는 측면에 대향하는 측면에서 투과성 인서트 상에 배치된 접합 플레이트를 포함한다. 방법은 양으로 하전된 전극을 갖는 카트리지의 공급부 내로 알칼리성 전해수의 적어도 일부를 재순환한다.

Description

전해 카트리지, 시스템 및 그 사용 방법

관련 출원의 상호 참조

본 특허 출원은 참조로서 인용되어 있는 2015년 2월 4일 출원된 미국 가특허 출원 제62/111,980호의 이익을 청구한다.

산성 전해수 및 알칼리성 전해수를 생성하기 위해 알칼리염을 함유하는 물을 전기 분해하는 시스템이 공지되어 있다. 통상적으로 약 2.0 내지 약 3.5의 pH를 갖는 산성 전해수는 일반적으로 의료, 농업 및 식품 가공 산업을 포함하는 다양한 살균 용례(sanitizing applications)에 그리고 다른 시설 환경(institutional environments)에 증가적으로 사용되고 있는 소독제(disinfectant)를 포함한다. 알칼리성 또는 염기성 전해수는 또한 소독 뿐만 아니라 세정 효과를 갖고, 오일 및 그리스(grease) 얼룩을 세척하는 데 유용하다. 염화나트륨은 환경 친화적이고, 효능이 있고, 비용이 낮은 산 및 염기를 생성하기 때문에, 물 내에서 용해되는 알칼리염으로서 통상적으로 사용된다.

특정의 상업적으로 입수 가능한 물 전해 시스템은 "건식"으로 조립되는 데, 이는 시스템과 함께 이용되는 이온 선택 멤브레인(들)의 주름형성(wrinkling)을 유도할 수 있다. 존재할 때, 주름형성된 멤브레인(들)은 산성 전해수 및 알칼리성 전해수의 전해 생성에 있어서 증가된 전기 저항을 유발한다. 시스템을 위한 생성 출력을 유지하기 위해, 작업자는 증가된 저항에서 전류를 유지하기 위해 전압을 증가시켜야 한다.

특정의 상업적으로 입수 가능한 물 전해 시스템을 사용하는 다른 문제점은 통상적으로 약 pH 2 내지 약 pH 3.5인, 산성 전해수의 pH로부터 발생한다. 통상적인 pH 범위에서의 산성 전해수는 산성 전해수 내의 소독제의 농도를 제한하는 경향이 있다. 예를 들어, 적당하게 높은 농도의 가용성 칼슘 및/또는 마그네슘을 함유하는, 초기에 상당히 "경성(hard)"이었던 연수(softened water)가 공급되는 특정의 상업적으로 입수 가능한 물 전해 시스템을 동작하는 것은 완충수 공급부(buffered water supply)를 시스템에 제공하는 경향이 있는 데, 이는 때때로 최적의 농도의 소독제를 갖는 산성 전해수를 생성하기 위해 유리한 pH를 제공할 수 있다. 그러나, 물이 초기에 상당히 연성이면, 유리한 결과는 일반적으로 성취되지 않는다.

사용자는 시스템 내로의 최소량의 에너지 입력(즉, 직류 전압)을 필요로 하는 산성 수용액 및 알칼리성 수용액을 생성하는 시스템을 갖는 것을 선호할 것이다. 에너지 입력을 낮추기 위해, 시스템은 원하는 양 또는 농도의 산성 수용액 및/또는 알칼리성 수용액을 생성하기 위해 적절한 전류를 유지하면서 전기 저항을 최소화하려고 시도해야 한다.

전해 카트리지가 제공된다. 전해 카트리지는 전기 공급부에 접속 가능한 전극을 포함한다. 이온 선택적 멤브레인이 전극의 적어도 일부에 인접하여 공간을 형성하기 위해 전극의 측면에 배치된다. 투과성 인서트가 공간에 대향하는 측면에서 이온 선택적 멤브레인을 커버한다. 접합 플레이트가 이온 선택적 멤브레인에 대면하는 측면에 대향하는 측면에서 투과성 인서트 상에 배치된다. 공간은 공간의 입구에서 신선수 공급부와 연통하고 공간의 출구와 연통한다. 공간은, 전해 카트리지가 이온을 포함하는 소금물 용액(brine solution) 내에 잠수될 때, 단지 소금물 용액의 이온이 공간에 진입하게 하기 위한 경로만이 이온 선택적 멤브레인을 통하도록 밀봉된다.

산성 전해수 및 알칼리성 전해수를 생성하기 위해 물의 소금물 용액과 알칼리염의 이온을 전기 분해하기 위한 전해 시스템이 제공된다. 시스템은 양이온 및 음이온을 포함하는 소금물 용액을 수납하기 위한 내부 챔버를 포함하고 소금물욕을 형성하는 수반(basin)을 포함한다. 제1 전해 카트리지가 소금물욕 내에 침지된 상태로 수반의 내부 챔버 내에 배열된다. 제1 전해 카트리지는 제1 전극을 양으로 하전하는 전기 공급부에 접속된 제1 전극을 포함한다. 음이온 선택적 멤브레인이 제1 전극의 적어도 일부에 인접하여 제1 공간을 형성하기 위해 제1 전극의 측면에 배치되고, 이 제1 공간 내로 소금물 용액으로부터의 음이온이 음이온 선택적 멤브레인을 통해 진입할 수 있다. 투과성 인서트가 제1 공간에 대향하는 측면에서 음이온 선택적 멤브레인을 커버한다. 접합 플레이트가 음이온 선택적 멤브레인에 대면하는 측면에 대향하는 측면에서 투과성 인서트 상에 배치된다. 제1 공간은 제1 공간의 입구에서 신선수 공급부와 연통하고 제1 공간의 출구와 연통한다. 제1 공간은, 단지 소금물 용액의 음이온이 제1 공간에 진입하게 하기 위한 경로만이 음이온 선택적 멤브레인을 통하도록 소금물욕으로부터 밀봉된다. 제2 전해 카트리지가 소금물욕 내에 침지된 상태로 수반의 내부 챔버 내에 배열된다. 제2 전해 카트리지는 제2 전극을 음으로 하전하는 전기 공급부에 접속된 제2 전극을 포함한다. 양이온 선택적 멤브레인이 제2 전극의 적어도 일부에 인접하여 제2 공간을 형성하기 위해 제2 전극의 측면에 배치되고, 이 제2 공간 내로 소금물 용액으로부터의 양이온이 양이온 선택적 멤브레인을 통해 진입할 수 있다. 투과성 인서트가 제2 공간에 대향하는 측면에서 양이온 선택적 멤브레인을 커버한다. 접합 플레이트가 양이온 선택적 멤브레인에 대면하는 측면에 대향하는 측면에서 투과성 인서트 상에 배치된다. 제2 공간은 제2 공간의 입구에서 신선수 공급부와 연통하고, 제2 공간의 출구와 연통한다. 제2 공간은, 단지 소금물 용액의 양이온이 제2 공간에 진입하게 하기 위한 경로만이 양이온 선택적 멤브레인을 통하도록 소금물욕으로부터 밀봉된다.

양이온 및 음이온을 포함하는 소금물 용액으로부터 산성 전해수 및 알칼리성 전해수를 생성하는 방법이 제공된다. 방법은 제1 전해 카트리지, 제2 전해 카트리지, 및 캐소드 카트리지를 소금물 용액 내에 침지하는 것을 포함한다. 제1 전해 카트리지는 제1 전극을 양으로 하전하는 전기 공급부에 접속된 제1 전극을 포함한다. 제1 전해 카트리지는 제1 전극의 적어도 일부에 인접하여 제1 공간을 형성하기 위해 제1 전극에 대해 지지되는 음이온 선택적 멤브레인을 더 포함한다. 제1 공간은, 단지 소금물 용액의 음이온이 제1 공간에 진입하게 하기 위한 경로만이 음이온 선택적 멤브레인을 통하도록 소금물 용액으로부터 밀봉된다. 제2 전해 카트리지는 제2 전극을 음으로 하전하는 전기 공급부에 접속된 제2 전극을 포함한다. 제2 전해 카트리지는 제2 전극의 적어도 일부에 인접하여 제2 공간을 형성하기 위해 제2 전극에 대해 지지되는 양이온 선택적 멤브레인을 더 포함한다. 제2 공간은, 단지 소금물 용액의 양이온이 제2 공간에 진입하게 하기 위한 경로만이 양이온 선택적 멤브레인을 통하도록 소금물 용액으로부터 밀봉된다. 또한 전해 카트리지인 캐소드 카트리지는 제3 전극을 음으로 하전하는 전기 공급부에 접속된 제3 전극을 포함한다. 캐소드 카트리지는 제3 전극의 적어도 일부에 인접하여 제3 공간을 형성하기 위해 제3 전극에 대해 지지되는 양이온 선택적 멤브레인을 더 포함한다. 제3 공간은, 단지 소금물 용액의 양이온이 제3 공간에 진입하게 하기 위한 경로만이 양이온 선택적 멤브레인을 통하도록 소금물 용액으로부터 밀봉된다. 신선수는 제1, 제2 및 제3 전극이 하전되는 동안 제1, 제2 및 제3 공간을 통해 유동되어, 이에 의해 각각의 공간으로부터 유동하는 제1 생성물, 제2 생성물, 및 제3 생성물을 생성한다. 제3 생성물의 적어도 일부는 적어도 제1 및 제2 전극이 하전되는 동안 제1 공간을 통해 유동되어, 이에 의해 제1 생성물의 pH를 조정한다.

또 다른 방법이 제공된다. 방법은 소금물 용액 내에 잠수되고 음으로 하전된 전극을 갖는 전해 카트리지를 거쳐 알칼리성 수용액을 생성하는 것을 포함한다. 음으로 하전된 전극을 갖는 전해 카트리지에 의해 생성된 알칼리성 수용액의 적어도 일부는 소금물 용액 내에 잠수되고 양으로 하전된 전극을 갖는 전해 카트리지에 공급된다. 약 4 내지 약 6의 pH를 갖는 하이포아염소산 수용액이 소금물 내에 잠수되고 양으로 하전된 전극을 갖는 전해 카트리지를 거쳐 생성된다.

도 1은 본 발명에 따른 예시적인 전해 시스템의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전해 카트리지의 분해도이다.
도 2a는 본 발명에 따른 조립된 전해 카트리지의 정면도이다.
도 2b는 도 2a의 조립된 전해 카트리지의 측단면도이다.
도 2c는 도 2a 및 도 2b의 조립된 전해 카트리지의 측단면도의 상세도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전해 카트리지의 분해도이다.
도 4는 본 발명에 따른 예시적인 전해 시스템의 개략도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전해 시스템의 더 특정 예시적인 실시예의 개략도이다.
도 6은 도 5의 전해 시스템의 일련의 전해 카트리지의 분해도이다.
도 7은 대안적인 전해 시스템의 일련의 전해 카트리지의 다른 분해도이다.
도 8은 너트 및 볼트를 사용하여 조립된 도 6의 일련의 전해 카트리지의 분해도이다.

일반적인 발명적 개념을 포함하는 실시예는 다양한 형태를 취할 수도 있지만, 본 개시내용이 예시적인 것으로 고려되고 특정 실시예에 한정되도록 의도되는 것은 아니라는 이해를 갖고, 다양한 예시적인 바람직한 실시예가 도면에 도시되어 있고 이하에 설명될 것이다.

도면 중 도 1을 참조하면, 본 발명의 교시에 따라 구성된 전해 시스템(110)의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 예시된 전해 시스템(110)은 산성 전해수 및/또는 알칼리성(즉, 염기성) 전해수를 생성하기 위해 물의 용액과 알칼리염을 전기 분해하도록 동작 가능하다. 산성 전해수(즉, 산 살균제) 및 알칼리성 전해수(즉, 염기성 세척제)의 모두는 의료, 농업, 식품 가공 및 시설을 포함하는 다양한 용례에 이들 전해수를 유용하게 하는 유리한 소독 및 세정 특성을 갖는다. 일 실시예에 따르면, 물 및 염 용액은 물과 염화나트륨을 포함하는 염수(saline) 또는 소금물 용액이다. 프로세스 조건에 따라, 물과 염화나트륨을 포함하는 소금물 용액의 전기 분해는 하이포아염소산 수용액(예를 들어, 산 살균제) 및 수산화나트륨 수용액(예를 들어, 염기 세척제)을 생성하는 데, 이들 수용액은 각각 화학적 수용액이다. 도 1은 유체가 카트리지(14)로 그리고 카트리지로부터 소금물욕(112)의 벽을 통해 그리고 소금물욕의 외부로 유동하는 것을 도시하고 있지만, 이러한 유체는 일반적으로 필요할 때 호스가 소금물욕(112)의 상부 개구를 거쳐 진입 또는 진출할 수 있도록 배열된 가요성 도관(예를 들어, 호스)을 통해 유동할 것이라는 것을 주목하라.

본 발명의 양태에 따르면, 전해 시스템(110)은 소금물욕(112)을 구비하는 데, 이 소금물욕 내에서 양으로 하전된 전극(16)을 갖는 적어도 하나의 전해 카트리지(14) 및 음으로 하전된 전극(16)을 갖는 적어도 하나의 전해 카트리지(14)가 소금물 내에 침지되어 있고, 카트리지(14)의 실질적으로 모든 측면은 소금물에 개방되어 있다. 본 명세서에 사용될 때, 전해셀은 한 쌍의 전해 카트리지(14)로 이루어지는 데, 하나의 전해 카트리지(14)는 양으로 하전된 전극(16)을 갖고, 다른 전해 카트리지(14)는 음으로 하전된 카트리지(16)를 갖는다. 침지된 전해 카트리지(14)를 갖는 개방 소금물욕(112)의 사용은 임의의 방해가 되는 중간 챔버에 대한 요구를 제거하여, 이에 의해 유체가 시스템을 통해 더 자유롭게 유동하게 한다. 이는 또한 유체의 유동을 유도하는 복잡한 가이드에 대한 요구를 제거하여, 이에 의해 디자인을 단순화할 뿐만 아니라 효율을 증가시킨다. 각각의 전극(16)의 각각의 측면에 멤브레인(18)을 배열하는 것은 이온이 각각의 전극(16)의 양 측면으로부터 카트리지(14) 내로 끌어당겨지게 한다.

각각의 전해 카트리지(14)는 멤브레인(18)과 전극(16) 사이에서 카트리지(14) 내의 공간(100)(예를 들어, 도 2) 내로 유도되는 신선수의 공급부에 연결되어 있는 신선수 입구(26)(즉, 공간의 입구)를 갖는다. 카트리지(14) 내에서, 신선수는 카트리지(14)의 공간(100)(예를 들어, 도 2) 내로 끌어당겨진 이온과 혼합하여 산성 수용액[카트리지(14) 내에서, 양으로 하전된 전극(16)에 의한] 또는 알칼리성 수용액[카트리지(14) 내에서, 음으로 하전된 전극(16)에 의한]을 형성한다. 각각의 카트리지(14)는 각각의 화학적 수용액(산성 수용액 또는 알칼리성 수용액)이 카트리지(14)를 나오게 하는 라인에 연결되어 있는 출구(28)를 갖는다. 시스템을 통한 소금물, 신선수 및 화학적 수용액의 유동은 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 공지된 바와 같이 제어될 수 있다.

이제, 도면 중 도 2를 참조하면, 본 발명의 교시에 따라 구성된 전해 카트리지(14)의 분해도의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 도 2의 전해 카트리지(14)는 하우징(40)에 의해 지지된 전극(16)을 포함한다. 특정 실시예에서, 하우징(40)은 실질적인 열화 없이, 연장된 시간, 예를 들어 적어도 1000 시간 동안 소금물 내에 잠수된 상태로 유지하기 위해 적합한 폴리머 재료로 구성된다. 바람직한 실시예에서, 하우징(40)은 이용될 때, 접합 플레이트(38) 및/또는 흑색벽(81)(예를 들어, 도 3) 및/또는 너트(202) 및 볼트(204)(예를 들어, 도 8)와 동일한 재료로 제조된다. 바람직한 실시예에서, 하우징(40)은 지방족 폴리아미드(예를 들어, 나일론)로 구성된다.

도 2는 "양면(two-sided)" 카트리지, 즉 전극(16)의 2개의 주 측면의 각각 상에 배치된 멤브레인을 갖는 카트리지를 도시하고 있다. 본 명세서에 설명되는 바와 같이, 대안적인 카트리지, 예를 들어 도 3의 카트리지(14a)가 개스킷(17), 멤브레인(18), 투과성 인서트(19), 및 접합 플레이트(38)의 일 세트를 대신하여 흑색벽(81)을 가져, 잠수될 때 소금물로부터 전극(16)의 일 측면을 밀봉하도록 구성될 수도 있다. 도 3의 대안적인 실시예가 본 명세서에 더 설명된다. 도 2의 실시예는 균일한 전기장 강도를 제공하는 것을 보조하는 중실형 허니컴형 구성을 갖는 전극(16)을 갖는 카트리지(14)를 도시하고 있다. 전극(16)은 예를 들어, 중실 플레이트 또는 딤플이 있는 구성(dimpled construction)을 가질 수도 있고, 또는 본 명세서에 설명된 전해 반응을 수행하기 위해 필요한 바와 같은 전류를 제공하도록 다른 방식으로 구성될 수도 있다. 중요하게, 용어 "투과성"은 투과성 인서트(19)가 소금물에 투과성인, 즉 소금물이 통과하는 것을 허용하는 정도로, 인서트(19)를 설명하는 데 사용된다. 용어 "투과성"은 투과성 인서트(19)를 설명하는 데 사용될 때, 투과성 인서트(19)가 멤브레인 재료로 구성되는 것을 나타내도록 의도되는 것은 아니다. 투과성 인서트(19)의 다양한 실시예가 본 명세서에 더 설명된다.

전극(16)은 일반적으로 금속인 도전성 물질로 일반적으로 구성된다. 특정 실시예에서, 애노드, 즉 양으로 하전된 전극(16)은 산성 수용액(예를 들어, 산성 전해수)과 호환성이 있는 물질로 구성된다. 바람직한 실시예에서, 애노드는 혼합된 금속 산화물 코팅, 예를 들어 특정 금속의 산화물의 코팅으로 코팅된 티타늄으로 구성된다. 특정 실시예에서, 혼합된 금속 산화물 코팅은 탄탈, 루테늄, 및 이리듐의 산화물을 포함한다.

특정 실시예에서, 캐소드, 즉 음으로 하전된 전극(16)은 알칼리성 수용액과 호환성이 있는 도전성 물질로 구성된다. 바람직한 실시예에서, 캐소드는 티타늄 또는 그 합금으로 구성된다.

각각의 카트리지(14)는 전극(16), 개스킷(17), 멤브레인(18), 투과성 인서트(19), 및 접합 플레이트(38)가 부착될 수 있는 구조체를 제공하는 하우징(40)을 포함한다. 카트리지(14)로의 멤브레인(18)의 밀봉을 용이하게 하기 위해, 하우징(40)은 일반적으로 윈도우형 구성을 갖고, 멤브레인(18)과 전극(16)이 예를 들어, 개스킷(17)을 거쳐 하우징에 연결될 때, 공간(100)이 전극(16)에 접촉하고 그에 인접하여[예를 들어, 전극(16)과 멤브레인(18) 사이에] 위치되도록 제공된다. 도 2a 내지 도 2c는 전극(16), 개스킷(17), 멤브레인(18) 및 투과성 인서트(19)에 의해 둘러싸인 공간(100)을 갖는 조립된 카트리지(14)의 단면도를 도시하고 있다. 도 2a 내지 도 2c에 도시되어 있는 실시예에서, 2쌍의 투과성 인서트(19)가 도시되어 있다[총 4개의 투과성 인서트(19)]. 카트리지(14, 14a)는 도 2 내지 도 3에 도시되어 있는 바와 같이, 공간(100)을 통한 물의 유동을 허용하는 데, 이 공간을 통해 이온이 끌어당겨져서 예를 들어 알칼리성 수용액(예를 들어, 알칼리성 전해수) 또는 산성 수용액(예를 들어, 산성 전해수)을 생성할 수 있다.

중요하게, 공간(100)이 도 2c의 단면도에서 3개의 별개의 섹션으로 도시되어 있지만, 도 2c의 실시예의 3개의 별개의 공간(100)은 실제로 전극(16)에 인접한 하나의 연속적인 공간이다. 중앙 공간(100)은 전극(16)의 허니컴형 구조체 사이의 공간을 표현하고 있고, 전극(16)의 단지 하나의 부분만이 도 2c에 도시되어 있다. 전극(16)이 중실형이면, 중앙 공간(100)은 전극의 부분일 것이고, 측면 공간(100)은 전극(16)에 인접한 공간을 표현할 것이다.

용어 "수용액" 및 화학적 수용액은 본 명세서에 개시된 카트리지, 셀, 시스템 또는 방법에 의해 생성되는(예를 들어, 산성 전해수 및 알칼리성 전해수), 또는 생성될 것인[예를 들어, 공간(100)에 진입하고, 공간 내에 수납되고, 또는 공간(100)을 떠나는 신선수, 임의의 중간 물질] 물 함유 액체를 설명하기 위해 본 명세서에서 사용된다. 소금물은 용어의 일반적인 개념에서 수용액이지만, 소금물은 본 출원에서 언급될 때 "수용액" 또는 "화학적 수용액"은 아니다.

카트리지(14)가 소금물 내에 잠수될 때, 이온은 전극(16)과 연계된 전하에 의해 소금물로부터 카트리지(14)의 공간(100) 내로 끌어당겨진다. 멤브레인(18)은 본 명세서에 설명된 바와 같이 특정 종의 이온에 대해 선택적으로 투과성이다. 공간(100)은 전극(16)의 표면에 접촉하도록 전극(16)에 인접하여 위치되는 데, 즉 멤브레인(18)과 전극(16) 사이에 위치된다. 공간(100)은, 소금물 내에 잠수될 때, 공간(100) 내로의 이온의 유일한 유동 경로가 멤브레인(18)을 거치는 것이고, 따라서 단지 특정 종의 이온(즉, 양으로 하전된 이온 또는 음으로 하전된 이온)만이 특정 카트리지(14)를 위한 공간(100) 내로 통과할 수 있도록 밀봉된다.

도면에 도시되어 있는 바와 같이, 하우징(40)은 하우징(40)과 전극(16) 사이, 또한 하우징(40)과 각각의 멤브레인(18) 사이의 접촉점을 제한하여, 이에 의해 예를 들어 멤브레인(18)과 전극(16) 사이의 영역에서, 또는 카트리지(14a)에 대해서는 멤브레인(18)과 흑색벽(81)(도 3 참조) 사이의 영역에서, 전극(16)에 인접한 공간(100)을 형성하도록 설계된다. 유리하게는, 멤브레인(18)을 향해(그리고 통해) 당겨지는 이온은 하우징(40), 투과성 인서트(들)(19), 및 접합 플레이트(들)(38)에 의해 거의 방해받지 않아, 이온은 멤브레인(18)의 외부의 각각의 구성요소를 통해 또는 주위로 공간(100) 내로, 그리고 전극(16)의 표면으로 즉시 이동하게 되어, 이에 의해 반응하여 각각의 화학적 수용액을 형성한다. 본 명세서에 설명되는 바와 같이, 멤브레인(18)은 동작 중에 전극(16)에 접촉하지 않는다.

전해 카트리지(14, 14a)의 중요한 특징은 밀봉되는 공간(100)에 관련된다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 전극(16) 및 하우징(40)의 각각의 측면에는 한 쌍의 개스킷(17), 이어서 한 쌍의 멤브레인(18), 이어서 한 쌍의 접합 플레이트(38)가 배치되어 있다. 개스킷(17)은 전극(16)과 멤브레인(18) 사이에 밀봉을 제공하여, 이에 의해 공간(100)을 형성한다. 개스킷(17)은 공간(100)을 가로질러 편평한 평활한 방식으로 멤브레인(18)을 밀봉하는 것을 보조하는 데 이용된다. 조립 또는 동작 중에 멤브레인(18)의 주름형성은 카트리지(14)의 효율에 영향을 미치는 것으로 판명되었다. 개스킷(17)은 심지어 "습식" 조립에서도 공간(100)을 밀봉함으로써 카트리지(14)를 조립하는 것을 보조한다. "습식" 조립이라는 것은 멤브레인이 조립에 앞서 물 내에 침수되어 있는 것을 의미한다. 멤브레인을 침수하는 것은 멤브레인이 그 최종 크기를 팽창하게 하는 데, 이는 그 "건식" 크기보다 크다. "건식" 조립은 일단 잠수되면 멤브레인이 팽창하는 것을 유도하는 데, 이는 파형 멤브레인 표면을 유도하여, 이에 의해 본 명세서에 설명된 화학적 수용액의 생성의 비효율을 유발한다. 완전 팽창된 멤브레인을 사용하여 카트리지를 조립하는 것은 조립에 앞서 완전히 팽창되지 않은 멤브레인에 비교할 때 증가된 효율을 허용한다.

특정 실시예에서, 개스킷(17)은 조립에 앞서 약 0.8 ㎜ 내지 약 1.2 ㎜ 두께이다. 동작 중에, 하우징(40), 개스킷(17), 및 멤브레인(18)은 다수의 인자에 따라, 약 0.1 ㎜ 내지 약 0.6 ㎜의 전극(16)으로부터 멤브레인(18)까지의 거리를 갖도록 하는 공간(100)을 제공한다. 일반적으로, 양으로 하전된 전극을 갖는 카트리지는 약 0.1 ㎜ 내지 약 0.3 ㎜의 전극(16)으로부터 멤브레인(18)까지의 거리를 가질 것이고, 음으로 하전된 전극을 갖는 카트리지는 약 0.3 ㎜ 내지 약 0.6 ㎜의 전극(16)으로부터 멤브레인(18)까지의 거리를 가질 것이다. 바람직한 실시예에서, 전극(16)으로부터 멤브레인(18)까지의 거리는 각각의 카트리지(14)에 대해 독립적으로 조정 가능하다.

특정 실시예에서, 개스킷(17)은 소금물, 산성 수용액, 및 알칼리성 수용액과 호환성이 있는 엘라스토머를 포함하고, 본질적으로 이루어지고, 또는 이루어진다. 적합한 엘라스토머의 예시적인 실시예는, 선택된 엘라스토머가 소금물 용액 내에 잠수될 때 이것이 접촉하는 특정 이온종을 실질적인 열화 없이 견딜 수 있는 한, 이소프렌(예를 들어, 천연 고무), 이소부틸렌 이소프렌 코폴리머(예를 들어, 부틸 고무), 에틸렌 프로필렌 디엔 모노머(M-클래스) 고무("EPDM"), 플루오로엘라스토머, 실리콘을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 바람직한 실시예에서, 엘라스토머는 실리콘이다.

특정 바람직한 실시예에서, 개스킷(17)은 특정 실시예에서 접착제로 적어도 부분적으로 코팅되어 있는 측면을 포함하는 데, 이 접착제는 표면을 습윤 물품에 부착하는 것이 가능하다. 이용될 때, 접착제는 일반적으로 공간(100)을 밀봉하도록 기능하지 않고, 카트리지(14)의 습식 조립을 보조하도록 기능한다. 접착제는 침수된 멤브레인이 개스킷에 부착되게 한다. 접착제는 습윤 물품의 서로에 대한 부착을 허용하고, 따라서 개스킷과 멤브레인의 실질적인 슬립 없이 카트리지(14)의 조임을 용이하게 한다. 습윤 물품에 표면을 부착하는 것이 가능한 접착제의 예는 아크릴 접착제 및 폴리우레탄 접착제를 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 특정 바람직한 실시예에서, 접착제는 아크릴 접착제이다.

음으로 하전된 전극(16)을 갖는 카트리지(14)는 양이온 교환 멤브레인(18), 즉 양이온 선택적 멤브레인을 구비한다. 특정 실시예에서, 양이온 선택적 멤브레인은 알칼리 이온이 통과하게 한다. 바람직한 실시예에서, 양이온 선택적 멤브레인(들)은 나트륨 이온이 통과하게 한다. 바람직한 실시예에서, 양이온 선택적 멤브레인(들)은 설폰화 테트라플루오로에틸렌계 플루오로폴리머-코폴리머로 구성된다. 양이온 선택적 멤브레인은 예를 들어, 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 E.I. du Pont de Nemours and Company로부터 얻어질 수 있다.

양으로 하전된 전극(16)을 갖는 카트리지(14)는 음이온 교환 멤브레인(18), 즉 음이온 선택적 멤브레인을 구비한다. 특정 실시예에서, 음이온 선택적 멤브레인은 무엇보다도, 할로겐화물 이온이 통과하게 한다. 바람직한 실시예에서, 음이온 선택적 멤브레인(들)은 무엇보다도, 염화물 및/또는 염소산염 이온이 통과하게 한다. 바람직한 실시예에서, 음이온 선택적 멤브레인(들)은 설폰화 테트라플루오로에틸렌 코팅을 갖는 폴리테트라플루오로에틸렌 천으로 구성된다. 음이온 선택적 멤브레인은 예를 들어, 미국 뉴저지주 링우드 소재의 Membranes International로부터 얻어질 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면, 멤브레인(18)은 강성이면서 다공성 구조체를 갖는다.

전해 카트리지(14, 14a)의 다른 중요한 특징은 멤브레인(18)으로 이동하는 소금물 및 전류의 능력에 관한 것이다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 한 쌍의 멤브레인(18)을 지나, 전극(16)으로부터 외향으로 계속되는 것은 한 쌍의 투과성 인서트(19)이다. 투과성 인서트(19)의 합체는 멤브레인(18)의 외부면이 투과성 인서트(19)의 부재시보다 소금물에 더 많이 노출되게 하는 것을 보조한다.

투과성 인서트(19)의 크기 및/또는 양은 카트리지마다 다양할 수도 있다. 바람직한 실시예에서, 양으로 하전된 전극(16)을 갖는 카트리지(14)는 특히, 멤브레인(18)과 접합 플레이트(38) 사이에 배치된 투과성 인서트(19)를 더 포함하고, 투과성 인서트(19)는 카트리지(14)를 형성하는 구성요소의 조임 전에 대략 2.5 인치×5.5인치×1/16인치(즉, 대략 63.5 ㎜×대략 139.7 ㎜×대략 1.6 ㎜)의 치수를 갖는다.

전해 카트리지의 특정 실시예에서, 투과성 인서트(19)는 투과성 인서트를 통해 각각의 멤브레인의 표면으로의 소금물의 통과를 허용하는 재료로 구성된다. 특정 실시예에서, 투과성 인서트는 개방셀 발포 폴리머로 구성된다. 개방셀 발포 폴리머를 형성하도록 중합되고 이용될 수도 있는 예시적인 모노머는 이소시아네이트, 에틸렌, 프로필렌, 스티렌, 에폭사이드(예를 들어, 프로필렌 산화물, 1,2-부틸렌 산화물, 에포클로로하이드린 등), 및 이들의 조합(예를 들어, 코폴리머, 테르폴리머, 폴리머 블렌드 등)을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 바람직한 실시예에서, 개방셀 발포 폴리머는 폴리우레탄을 포함한다. 단어 "폴리머"는 호모폴리머, 코폴리머, 테르폴리머, 및 적어도 3개의 반복 유닛을 포함하는 임의의 분자 중 임의의 하나 또는 조합을 칭하도록 본 명세서에서 사용된다. 선택된 모노머에 무관하게, 개방셀 발포 폴리머는 소금물이 자체로 멤브레인 표면을 통해 통과해야 한다.

특정 실시예에서, 개방셀 발포 폴리머는 코팅 물질로 코팅된다. 코팅 물질은 예를 들어, 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 공지된 바와 같이, 액체 형태의 코팅 물질 내로 개방셀 발포 폴리머를 침지함으로써 도포될 수도 있다. 투과성 인서트의 특정 실시예는 미코팅 개방셀 폴리머 발포체로 구성될 수도 있지만, 특정 다른 실시예는 코팅 물질을 포함한다. 코팅 물질은 필요에 따라, 소금물에 의해 발생될 수도 있는 열화로부터 개방셀 발포 폴리머를 보호하도록 도포될 수도 있다. 이상적으로, 코팅 물질은 이용될 때, 소금물의 이온성 성질에 의해 유발될 수도 있는 열화로부터 개방셀 발포 폴리머를 보호하면서 욕으로부터 멤브레인으로의 소금물의 운반을 향상시킬 것이다. 예시적인 코팅 물질은 폴리염화비닐("PVC"), 염소화 폴리염화비닐("CPVC"), 폴리비닐디엔 플루오라이드("PVDF"), 폴리테트라플루오로에틸렌("PTFE"), 에틸렌 비닐 아세테이트 코폴리머("EVA"), 에틸 메틸 아크릴레이트 코폴리머("EMA"), 및 이들의 조합을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 바람직한 실시예에서, 코팅 물질은 폴리염화비닐이다.

접합 플레이트(38)는 도 2에 도시되어 있는 바와 같은 각각의 투과성 인서트(19)의 외부면, 또는 다수의 투과성 인서트가 이용되는 경우에 외부 투과성 인서트 상에 배치된다. 본 실시예에서, 카트리지(14)가 함께 직렬로 조립될 때(예를 들어, 도 4 내지 도 8 참조), 접합 플레이트(38)는 인접한 카트리지(예를 들어, 도 5 및 도 6 참조)의 멤브레인(18)과 투과성 인서트(19) 사이에 개방 공간을 형성하도록 각각의 멤브레인(18)의 주계(perimeter) 주위로 연장하는 레그 및 레그 중 2개 사이로 연장하는 크로스 부재를 갖는 윈도우 창유리형 구성을 제공할 수 있다. 멤브레인(18)은 공간(100)이 비어 있을 때, 멤브레인(18)이 본질적으로 전극(16)에 접촉하도록 각각의 하우징(40)에 부착되어야 한다. 멤브레인(18)은 동작시에 본 명세서에 설명된 거리의 범위 내의 거리로 분리되어야 한다.

도 3을 참조하면, 카트리지의 대안 실시예가 카트리지(14a)로서 도시되어 있다. 카트리지(14a)는 도 2에서와 같이 전극 및 하우징을 포함하지만, 흑색벽(81)이 도 2의 카트리지(14)의 개스킷, 멤브레인, 투과성 인서트, 및 접합 플레이트 대신에 전극(16) 및 하우징(40)의 일 측면에 배치된다. 문맥상 명백히 달리 지시되지 않으면, 용어 "카트리지" 및 "전해 카트리지"는 본 명세서에 총칭적으로 사용된다.

카트리지(14)의 공간(100)을 통한 수용액의 유동을 용이하게 하기 위해, 각각의 카트리지(14)는 신선수 분배 채널(62)(도 6 및 도 7)을 포함한다. 신선수 분배 채널(62)은 분배 채널(62)로부터 하우징(40)을 통해 연장하고 전극(16)에 인접하여 위치된 공간(100)과 연통하는 일련의 통로를 거쳐 전극(16)에 인접한 공간(100)과 연통한다. 유사한 통로가 하우징(40)의 대향 단부에 제공되어, 적절한 화학적 수용액이 하우징(40)의 대향 에지를 통해 연장하는 화학물 수집 챔버(64)(도 6 및 도 7) 내로 통과하게 할 수 있다. 이상적으로, 카트리지(14)는 카트리지(14)의 하부 에지에서 신선수 분배 채널(62)을 갖도록 배열될 것이어서, 신선수(또는 특정 실시예, 예를 들어 도 4 및 도 5의 실시예에서, 알칼리성 수용액)의 상향 유동 및 화학물 수집 챔버(64)로부터의 배출을 용이하게 한다.

적어도 음으로 하전된 전극(16)을 갖는 카트리지(14)를 위한 신선수 분배 채널(62)은 신선수 입구(50)(예를 들어, 도 2)와 연통한다. 마찬가지로, 각각의 카트리지(14)를 위한 화학물 수집 챔버(64)는 예를 들어, 도 2에 또한 도시되어 있는 바와 같이, 출구(52)와 연통한다. 각각의 카트리지(14)가 그 자신의 신선수 분배 채널(62) 및 화학물 수집 챔버(64)를 갖기 때문에, 카트리지 중 하나가 양으로 하전된 전극을 갖고 다른 카트리지가 음으로 하전된 전극을 갖는 적어도 2개의 카트리지가 존재하는 한, 단지 소금물욕 내에 침지되고, 적절하게 하전되고, 하나 이상의 신선수 소스 및 화학물 출구에 연결되기만 하면 되는 점에서, 각각의 카트리지는 자급형인 것으로 고려될 수 있다. 그러나, 각각의 다수의 카트리지는 특정 시스템 내에 포함될 수도 있고, 각각의 동일한 수가 존재하지 않을 수도 있다. 본 명세서에 설명될 때, 바람직한 실시예는 양으로 하전된 전극을 갖는 카트리지보다 더 많은 수의 음으로 하전된 전극을 갖는 카트리지를 포함한다. 다른 바람직한 실시예에서, 양으로 하전된 전극(16)을 갖는 카트리지(14)의 신선수 분배 채널(62)은 약 4 내지 약 6의 pH를 갖는 산성 수용액을 반응하여 형성하도록 알칼리성 수용액을 공간(100) 내로 분배한다.

도면은 신선수가 도입되고 화학적 수용액이 카트리지(14)의 대향 단부에서 끌어당겨져 나오는 것을 도시하고 있는 실시예의 예시를 제공하고 있지만, 카트리지는 물이 도입되고 화학적 수용액이 카트리지의 동일한 단부로부터 끌어당겨져 나오도록 구성될 수 있다.

도면의 실시예는 직사각형 구성을 갖는 카트리지를 도시하고 있고, 대응 전극, 하우징, 개스킷, 멤브레인, 투과성 인서트, 및 접합 플레이트는 마찬가지로 직사각형 구성을 갖지만, 당 기술 분야의 숙련자들은 다른 구성이 또한 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 일 바람직한 실시예에 따르면, 전극과 멤브레인의 조합은 대략 20 ㎜ 두께이고, 멤브레인은 대략 0.46 ㎜ 두께이고, 멤브레인을 가로질러 80 psi 압력차를 견디는 것이 가능하다. 소정의 카트리지의 멤브레인(들) 및 전극과 인접한 카트리지의 멤브레인 및 전극 사이의 정확한 거리는 유체 내의 저항 손실로부터 에너지 손실을 감소시키기 위해, 하우징, 투과성 인서트, 접합 플레이트, 및 그 사이의 임의의 스페이서[예를 들어, 도 6 내지 도 8의 스페이서(82)]의 크기 설정을 통해 최적화될 수 있다.

본 명세서의 예에 제시된 실험 결과는 하나 이상의 투과성 인서트(19)를 이용하는 카트리지(14)가 투과성 인서트를 포함하지 않는 카트리지에 비교할 때 생성 효율을 향상시킨다는 것을 제시하고 있다. 특히, 본 명세서에 설명된 바와 같은 투과성 인서트를 이용하는 카트리지를 위한 산성 전해수 및 알칼리성 전해수의 생성률은 상기 생성률을 성취하기 위해 상당히 적은 전력을 필요로 하면서 투과성 인서트를 이용하지 않는 카트리지의 것과 동일한 비율로 유지될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 카트리지(14)를 이용하는 시스템은 1/3 전력(즉, DC 전력, 와트량)이 공급될 때 산성 전해수의 생성률의 2배 증가를 나타내고 있어, 이에 의해 이전의 기술에 비해 대략 600% 향상을 성취한다. 본 명세서의 예에 제공된 결과는 놀랍고 예기치 않은 것이다.

당 기술 분야의 숙련자들에 의해 이해되는 바와 같이, 특히 예를 들어 하이포아염소산 수용액과 같은 산성 전해수의 생성에 관련되는 공간(100) 내의 염의 양을 최소화하는 것은 최종적인 산 살균제 생성물(예를 들어, 산성 전해수)의 저장 수명을 연장하고 부식에 기인하는 장비 손상을 감소시킨다.

도면 중 도 4를 참조하면, 본 발명의 교시에 따라 구성된 전해 시스템(110)의 예시적인 실시예가 도시되어 있다. 예시된 전해 시스템(110)은 산성 전해수 및/또는 알칼리성(즉, 염기성) 전해수를 생성하기 위해 물의 용액과 알칼리염을 전기 분해하도록 동작 가능하다. 산성 전해수(즉, 산 살균제) 및 알칼리성 전해수(즉, 염기성 세척제)의 모두는 의료, 농업, 식품 가공 및 시설을 포함하는 다양한 용례에 이들 전해수를 유용하게 하는 유리한 소독 및 세정 특성을 갖는다. 일 실시예에 따르면, 물 및 염 용액은 물과 염화나트륨을 포함하는 염수(saline) 또는 소금물 용액이다. 프로세스 조건에 따라, 물과 염화나트륨을 포함하는 소금물 용액의 전기 분해는 하이포아염소산 수용액(예를 들어, 산 살균제) 및 수산화나트륨 수용액(예를 들어, 염기 세척제)을 생성한다. 도 4 및 도 5는 유체가 카트리지(14)로 그리고 카트리지로부터 수반(30)/소금물욕(112)의 벽을 통해 그리고 수반/소금물욕의 외부로 유동하는 것을 도시하고 있지만, 이러한 유체는 일반적으로 필요할 때 호스가 수반(30)/소금물욕(112)의 상부 개구를 거쳐 진입 또는 진출할 수 있도록 배열된 가요성 도관(예를 들어, 호스)을 통해 유동할 것이라는 것을 주목하라. 특정 실시예에서, 카트리지(14)의 생성물을 제2 카트리지(들)(14)에 재순환하는 라인[예를 들어, 재순환 라인(150)]이 수반(30) 내에 완전히 수납되고, 소금물욕(112) 내에 완전히 잠수될 수 있다.

본 발명의 양태에 따르면, 전해 시스템(110)은 소금물욕(112)을 구비하는 데, 이 소금물욕 내에서 양으로 하전된 전극(16)을 갖는 적어도 하나의 전해 카트리지(14) 및 음으로 하전된 전극(16)을 갖는 적어도 하나의 전해 카트리지(14)가 소금물 내에 침지되어 있고, 카트리지(14)의 실질적으로 모든 측면은 소금물에 개방되어 있다. 본 명세서에 사용될 때, 전해셀은 한 쌍의 전해 카트리지(14)로 이루어지는 데, 하나의 전해 카트리지(14)는 양으로 하전된 전극(16)을 갖고, 다른 전해 카트리지(14)는 음으로 하전된 카트리지(16)를 갖는다. 침지된 전해 카트리지(14)를 갖는 개방 소금물욕(112)의 사용은 임의의 방해가 되는 중간 챔버에 대한 요구를 제거하여, 이에 의해 유체가 시스템을 통해 더 자유롭게 유동하게 한다. 이는 또한 유체의 유동을 유도하는 복잡한 가이드에 대한 요구를 제거하여, 이에 의해 디자인을 단순화할 뿐만 아니라 효율을 증가시킨다. 도 4의 개략도에서, 소금물욕(112)은 3개의 카트리지(14)를 포함하는 데, 하나는 양으로 하전된 전극(16)을 구비하고, 2개는 음으로 하전된 전극(16)을 구비한다. 카트리지(14)는 욕(112) 내에서 소금물을 전기 분해하고, 이에 의해 양 및 음으로 하전된 이온을 각각의 카트리지(14) 내로 끌어당기도록 구성된다. 도 4의 실시예에서, 이온 투과성 멤브레인(18)은 각각의 카트리지(14) 내의 전극(16)의 각각의 측면에 제공된다. 각각의 전극(16)의 각각의 측면에 멤브레인(18)을 배열하는 것은 이온이 각각의 전극(16)의 양 측면으로부터 카트리지(14) 내로 끌어당겨지게 한다.

도 4의 시스템에서, 소금물 공급 라인(22)을 거쳐 욕(112)에 연결되어 있는 선택적 소금물 공급부(20)가 제공된다. 욕(112)의 외부로 소비된 소금물을 끌어당기고 이를 소금물 공급부(20)로 복귀시키는 선택적 소금물 재순환 라인(24)이 또한 제공된다. 이 배열의 결과로서, 소금물은 욕(112)을 통해 전해 카트리지(14) 주위로 그리고 이를 지나 순환된다. 소금물은 당 기술 분야에 공지되어 있는 임의의 방식을 거쳐 욕(112)에 공급될 수도 있다. 소금물이 전해 카트리지(14)를 통과함에 따라, 소금물은 음으로 하전된 이온이 양으로 하전된 전극(16)에 의해 카트리지(14) 내로 끌어당겨지고 양으로 하전된 이온이 음으로 하전된 전극(16)에 의해 카트리지 내에서 끌어당겨지는 상태로 전해 반응을 받게 된다.

각각의 전해 카트리지(14)는 멤브레인(18)과 전극(16) 사이에서 카트리지(14) 내의 공간(100) 내로 유도되는 신선수의 공급부에 연결되어 있는 신선수 입구(26)(즉, 공간의 입구)를 갖는다. 카트리지(14) 내에서, 신선수는 카트리지(14)의 공간(100) 내로 끌어당겨진 이온과 혼합하여 산성 수용액[카트리지(14) 내에서, 양으로 하전된 전극(16)에 의한] 또는 알칼리성 수용액[카트리지(14) 내에서, 음으로 하전된 전극(16)에 의한]을 형성한다. 각각의 카트리지(14)는 각각의 화학적 수용액(산성 수용액 또는 알칼리성 수용액)이 카트리지(14)를 나오게 하는 라인에 연결되어 있는 출구(28)를 갖는다. 시스템을 통한 소금물, 신선수 및 화학적 수용액의 유동은 당 기술 분야의 숙련자들에 의해 공지된 바와 같이 제어될 수 있다.

도 4에 도시된, 시스템(110)의 중요한 특징은 양으로 하전된 전극(16)을 갖는 전해 카트리지의 입구에 캐소드 카트리지의 생성물을 공급하는 능력이다. 도 4에서, 캐소드 카트리지(14c)의 출구는 양으로 하전된 전극(16)을 갖는 카트리지(14)의 입구에 캐소드 카트리지(14c)에 의해 생성된 생성물을 공급하도록 구성된다. 양으로 하전된 전극(16)을 갖는 카트리지(14)에 이러한 생성물을 공급하는 능력은 시스템(110)에 공급되는 신선수의 염도(또는 그 결여), 또는 그 출력이 시스템(110)에 공급될 수도 있는 연수기에 공급되는 신선수의 경도에 무관하게 양으로 하전된 전극(16)을 갖는 카트리지(14)의 생성물의 pH 제어를 허용한다.

시스템이 산성 수용액 및/또는 알칼리성 수용액의 원하는 생성률로 용이하게 스케일링되는 것을 가능하게 하기 위해, 전해 카트리지(14)는 모듈형 디자인을 가질 수 있는 데, 예를 들어 각각의 카트리지는 다수의 카트리지(14)가 서로 부착될 수 있도록 구성될 수도 있다. 이는 시스템이 부가의 카트리지 및/또는 셀을 추가하거나 제외함으로써 원하는 생성률로 스케일링될 수 있게 한다. 이러한 모듈형 카트리지(14)를 포함하는 시스템의 예시적인 실시예가 도 1 및 도 4 내지 도 8에 도시되어 있다. 예를 들어, 도 5 내지 도 8의 도면은 총 5개의 전해 카트리지(14)(음으로 하전된 3개와 양으로 하전된 2개)를 포함한다.

도 5를 참조하면, 카트리지(14)는 소금물욕[예를 들어, 도 4의 소금물욕(112)]을 형성하는 수반(30) 내에 수용된다. 도 5의 실시예는 5개의 카트리지를 도시하고 있지만, 더 많거나 적은 카트리지가 제공될 수 있다는 것이 이해될 수 있을 것이다. 예를 들어, 2:1 산성 수용액 대 알칼리성 수용액 생성률 또는 2:1 염기 대 산 생성률을 갖는 단지 3개의 카트리지(예를 들어, 도 4)를 갖는 시스템이 제공될 수 있다. 도 5의 실시예에서, 시스템은 특히, 양으로 하전된 전극을 갖는 카트리지의 양보다 하나 더 큰 음으로 하전된 전극을 갖는 카트리지의 양을 포함한다. 도 5의 실시예에서, 시스템은, 음으로 하전된 전극을 갖는 카트리지[예를 들어, 캐소드 카트리지(14c)]가 양으로 하전된 전극을 갖는 카트리지(14) 중 적어도 하나의 신선수 입구(50)(예를 들어, 도 2) 및 신선수 분배 채널(62)(예를 들어, 도 6 및 도 7)과 연통하도록 구성되고 배열된다. 더욱 더 바람직한 실시예에서, 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 신선수는 양으로 하전된 전극을 갖는 카트리지(14)의 공간(100)에 공급되지 않고, 대신에 음으로 하전된 전극을 갖는 적어도 하나의 캐소드 카트리지(14c)의 생성물이 신선수 입구(50) 및 신선수 분배 채널(62)에, 그리고 이에 의해 양으로 하전된 전극을 갖는 카트리지의 공간(100)에, 예를 들어 재순환 라인(150)을 거쳐 공급된다. 통상적으로, 인접한 카트리지(14)는 하나의 양으로 하전된 전극(16) 및 하나의 음으로 하전된 전극(16)을 가져, 동작 중에, 양으로 하전된 이온이 하나의 카트리지(14)의 멤브레인(18)을 통해 음으로 하전된 전극(16)을 향해 유동하게 되고 음으로 하전된 이온은 인접한 카트리지(14)의 멤브레인(18)을 통해 양으로 하전된 전극(16)을 향해 유동하게 될 것이다. 도 5의 실시예에서, 카트리지는 소금물욕 내에 독립적으로 잠수된다.

도 5를 계속 참조하면, 신선수를 유입하는 것이 화살표(53)에 의해 도시되어 있다. 신선수는 음으로 하전된 전극을 갖는 각각의 개별 전해 카트리지(14)의 공간(100) 내로 유도되고, 여기서 신선수가 멤브레인(18)을 통해 끌어당겨진 양으로 하전된 이온과 혼합되어 알칼리성 수용액을 형성한다. 도 5의 실시예에서, 산성 수용액을 유출하는 것은 화살표(56)로 나타내고 있고, 알칼리성 수용액을 유출하는 것은 화살표(54)로 나타내고 있고, 재순환된 알칼리성 수용액은 화살표(150)로 나타내고 있다. 이 경우에, 각각의 화학적 수용액은 각각의 카트리지(14)의 저부로부터 상향으로 유동하여 카트리지(14)의 상부에서 나온다. 카트리지(14)의 공간(100)을 통한 수용액의 유동은 도 5에 화살표로 개략적으로 도시되어 있는 데, 물의 유동은 화살표(53)로 도시되어 있고, 알칼리성 수용액의 유동은 화살표(54, 150)로 도시되어 있고, 산성 수용액의 유동은 화살표(56)로 도시되어 있다. 도 5에서, 중앙 카트리지(14c)는 본 명세서에 설명되는 바와 같이 "캐소드 카트리지"이고, 여기서 각각의 카트리지(14)와 연통하는 그 출구는 양으로 하전된 전극을 갖는다. 특정 실시예에서, 도 5의 중앙 카트리지에 공급된 직류 전기는 조정 가능한 전기 공급부를 거쳐 공급된다.

도면 중 도 6 및 도 7을 참조하면, 일련의 카트리지(14)의 구성을 도시하고 있는 한 쌍의 분해도가 제공되어 있다. 이 경우에, 각각의 카트리지(14)는 양으로 또는 음으로 하전된 전극(16)을 포함한다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이, 각각의 전극(16)은 적합한 전기 공급부에 접속될 수 있는 부속 도선(80)을 갖는다. 도 6으로 복귀하면, 전극(16)의 특정 실시예는 본 명세서에 설명된 바와 같이 편평한 중실형 구성을 갖지만, 전극(16)의 특정 실시예는 복수의 개구를 특징으로 하는 허니컴형 구조를 이용하고, 전극(16)의 특정 다른 실시예는 비편평한, 예를 들어 딤플이 있는 구성을 이용한다. 이러한 구성은 이들 전극이 전극(16)에 인접한, 즉 공간(100) 내의 그리고 전극(16)과 접촉하여 신선수의 유동 내에 난류를 도입할 수도 있는 장점을 가질 수 있다. 이론에 의해 구속되기를 바라는 것은 아니지만, 난류는 시스템의 효율을 증가시킬 수도 있는 것으로 고려된다. 더욱이, 음으로 하전된 전극(16)을 갖는 이들 카트리지(14)에 대한 양으로 하전된 전극(16)을 갖는 카트리지(14)를 통한 물의 더 높은 플럭스 및/또는 유량은 산 살균제를 생성하는 화학 반응에서의 향상된 제어를 용이하게 하는 것으로 고려된다.

도 7은 일련의 카트리지의 에지를 형성하기 위해 각각의 카트리지(14)의 다른 측면에 제공된 흑색벽(81)을 갖는 단지 하나의 멤브레인(18)만을 각각 갖는 2개의 최외측 카트리지(14)를 갖는 대안적인 실시예를 도시하고 있다. 적절한 간격이 인접한 카트리지(14) 사이에 제공되는 것을 보장할 뿐만 아니라 멤브레인(18)을 지지하기 위해, 투과성 인서트(19) 및 접합 플레이트(38)가 각각의 멤브레인(18)(예를 들어, 도 2 참조)의 외부면 상에 제공된다. 접합 플레이트(38)는 일련의 2개 이상의 카트리지를 생성하기 위해 각각의 카트리지(14)가 바로 인접한 유사하게 구성된 카트리지(14)와 함께 배열되는 것을 가능하게 한다. 접합 플레이트(38)는 소금물이 그를 통해 투과성 인서트(19) 및 멤브레인(18)을 통해 액세스될 수 있는 복수의 대형 개구를 갖는 윈도우형 구성을 갖는다. 이들 실시예에서, 스페이서(82)는 일련부 내의 모든 다른 접합 플레이트(38)의 외부면 상에 배열되고, 인접한 카트리지(14) 사이에 공간을 생성하도록 인접한 카트리지(14)의 접합 플레이트(38)의 외부면에 결합하여, 이에 의해 소금물이 카트리지(14) 사이의 공간을 점유하게 한다.

원하는 pH를 포함하여, 카트리지(14) 내의 적절한 화학적 수용액의 형성의 정밀한 제어를 제공하기 위해, 멤브레인(18)과 전극(16) 사이의 공간(100)을 통한 물 유동은 적절한 제어 시스템으로 조절될 수 있는 데, 이러한 조절은 특정 실시예에서 음으로 하전된 전극을 갖는 카트리지에 의해 생성된 알칼리성 수용액을 양으로 하전된 전극을 갖는 카트리지의 공간(100) 내로 재순환하는 것을 포함한다. 예를 들어, 전해 시스템이 염화나트륨과 물의 소금물 용액을 전기 분해하도록 구성되면, 제어 시스템은 원하는 생성률에서 그리고 원하는 pH에서 산성 수용액과 알칼리성 수용액의 형성을 제어하도록 물 유동 및 전류를 조절하는 데 사용될 수 있다. 동일한 또는 상이한 제어 시스템이 동작 중에 욕 내의 소금물의 보충 공급을 제공하는 것을 포함하여, 욕 내의 소금물의 공급을 제어하는 데 사용될 수 있다. 제어 시스템은 물 및 소금물을 위한 펌프, 밸브 및 적합한 전자 제어부를 포함할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 전해 시스템(110)은 대안적인 배열의(즉, 음-양-음-양-음으로 배열됨), 양으로 하전된 전극을 갖는 2개의 전해 카트리지 및 음으로 하전된 전극을 갖는 3개의 전해 카트리지를 포함한다. 본 바람직한 실시예에서, 중앙 카트리지는 본 명세서에 설명된 바와 같이 캐소드 카트리지이다. 캐소드 카트리지는 약 11.5 내지 약 12.5의 pH에서 알칼리성 수용액을 생성하도록 동작이 가능하고, 출구는 양으로 하전된 전극을 갖는 각각의 카트리지의 신선수 입구 및 신선수 분배 채널의 각각과 연통한다.

도 8을 참조하면, 바람직한 실시예에서, 카트리지(14) 또는 일련의 카트리지는 스크류형 체결구, 예를 들어 너트(202) 및 볼트(204)를 사용하여 조립된다. 특정 실시예에서, 너트(202) 및 볼트(204)는 약 0.3 N*m 내지 약 0.5 N*m(즉, 약 3 lb*in 내지 약 4 lb*in)의 토크로 조여진다.

특정 실시예에서, 본 발명의 방법은 본 명세서에 개시된 카트리지 또는 시스템 중 하나 이상을 이용하는 것을 포함한다. 예를 들어, 특정 실시예에서, 방법은 특히, 카트리지당 단일의 이온 선택적 멤브레인(양이온 또는 음이온, 그라나 둘다는 아님), 또는 카트리지당 다수의 이온 선택적 멤브레인(양이온 또는 음이온, 그러나 둘다는 아님), 또는 이들의 조합을 채용하는 카트리지의 이용을 포함한다.

특정 실시예에서, 제3 생성물(즉, 알칼리성 수용액)의 적어도 일부는 각각의 제1 공간(100)[즉, 카트리지(14)의 양으로 하전된 전극(16)에 인접한 공간(100)]을 통해 유동되어, 이에 의해 각각의 제1 생성물(즉, 산성 수용액)의 pH를 조정한다. 특정 실시예에서, 제3 생성물은 약 11.5 내지 약 12.5의 pH를 갖는 데, 바람직한 실시예에서 알칼리 수산화물은 수산화나트륨이다.

특정 실시예에서, 방법은 소금물 용액 내에 침지된 복수의 제1 전해 카트리지, 소금물 용액 내에 침지된 복수의 제2 전해 카트리지, 또는 소금물 용액 내에 침지된 복수의 제1 및 제2 전해 카트리지의 모두를 포함한다.

특정 실시예에서, 소금물 용액은 물 및 알칼리 할로겐화물 염을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 소금물 용액은 물 및 염화나트륨을 포함한다. 바람직한 실시예에서, 소금물 용액은 염화나트륨, 즉 실온에서 수중에서 대략 26 중량 %의 염화나트륨으로 포화된다.

특정 실시예에서, 제2 및 제3 생성물은 특정 바람직한 실시예에서 수산화나트륨 수용액인, 알칼리성 전해수이다. 특정 실시예에서, 제1 생성물은 특정 바람직한 실시예에서 하이포아염소산 수용액인, 산성 전해수이다. 특정 바람직한 실시예에서, 산성 전해수(예를 들어, 하이포아염소산 수용액)는 약 4 내지 약 6의 pH를 갖는다. 제1 생성물이 하이포아염소산인 특정 실시예에서, 하이포아염소산 수용액은 중량당 약 100 ppm 내지 약 300 ppm의 하이포아염소산 농도를 갖는다.

특정 실시예에서, 제1 및 제2 공간은 약 2:1 내지 약 10:1의 체적비의 제1 공간[즉, 카트리지(14)의 양으로 하전된 전극(16)에 인접한 공간(100)]에 대한 제2 공간[즉, 카트리지(14)의 음으로 하전된 전극(16)에 인접한 공간(100)]을 갖도록 배열된다.

특정 실시예에서, 제1 생성물은 약 100 ppm 내지 약 300 ppm의 산 농도를 갖는 산성 전해수이고, DC 전력의 와트당 약 10 mL/min 내지 DC 전력의 와트당 약 40 mL/min의 유량으로 생성된다.

예

본 발명의 바람직한 실시예를 구성하는, 도 5에 도시되어 있는 바와 같은 본 발명의 카트리지의 5-카트리지 시스템("신형 시스템")에 대해 "구형" 구성의 4-카트리지 시스템("구형 시스템")을 이용하여 실험이 수행되었다. 각각의 시스템은 물과 염화나트륨을 포함하는 포화 소금물욕을 이용하였고, 실험은 주위 실온에서 행해졌다.

구형 시스템은 개스킷이 없이 "건식"으로 조립되었던 4개의 카트리지를 포함하였고, 본 명세서에 설명된 바와 같은 투과성 인서트를 포함하지 않았다. 구형 시스템의 카트리지는 교번적인 전극 전하를 갖도록 배열되었고 개방형 측면 플레이트를 포함하였는 데, 즉 단부 카트리지의 외부면의 각각에 크로스 부재가 존재하지 않았다. 20 그레인(grain) 경도를 갖는 물이 연수기 내에 투입되었고, 연수기의 출력은 각각의 카트리지의 전극에 인접한 공간 내에 입력되었다. 연수는 대략 1.5 L/min의 전체 유량에서 양으로 하전된 전극을 갖는 카트리지 내로, 그리고 대략 0.9 L/min의 전체 유량에서 음으로 하전된 전극을 갖는 카트리지 내로 투입되었다. 대략 2.3의 pH 및 대략 85 ppm의 하이포아염소산 농도를 갖는 산성 전해수가, 시스템을 통해 흐르는 7.5 암페어의 전류를 갖고, 소정의 유량에서 양으로 하전된 전극을 갖는 카트리지에 의해 생성되었다. 7.5 암페어의 전류를 성취하기 위해, 26.5 볼트의 직류, 즉 199 와트의 DC 전력이 전극에 공급되었다.

대조적으로, 신형 시스템은 본 명세서에 설명된 실리콘 개스킷, 투과성 인서트, 및 접합 플레이트를 포함하는, "습식"으로 조립되었던 5개의 카트리지를 포함하였다. 신형 시스템의 카트리지는 교번적인 전극 전하를 갖도록 배열되었고, 중앙 카트리지는 음으로 하전된 전극을 가졌다. 중앙 카트리지의 생성물은 양으로 하전된 전극을 갖는 인접한 카트리지(예를 들어, 도 5에 도시되어 있는 구성)에 모든 도입 액체를 공급하였다.

신형 시스템은 연수기 내에 투입된 20 그레인 경도 및 5 그레인 경도의 각각을 갖는 물을 사용하여 시험되었고, 물은 이어서 음으로 하전된 전극을 갖는 카트리지의 전극에 인접한 공간 내에 투입되었다. 연수는 대략 0.9 L/min의 전체 유량에서 음으로 하전된 전극을 갖는 2개의 외부 카트리지 내로, 그리고 대략 1.5 L/min의 유량에서 중앙 카트리지 내로 투입되었고, 중앙 카트리지의 출력은 양으로 하전된 전극을 갖는 2개의 카트리지에 공급되었다. 20 그레인 경도 실험에 있어서, 대략 6.5의 pH 및 대략 145 ppm의 하이포아염소산 농도를 갖는 산성 전해수가, 시스템을 통해 흐르는 7.5 암페어의 전류를 갖고, 소정의 유량에서 양으로 하전된 전극을 갖는 카트리지에 의해 생성되었다. 7.5 암페어의 전류를 성취하기 위해, 단지 11 볼트의 직류, 즉 66 와트의 DC 전력이 전극에 공급되었다. 5 그레인 경도 실험에 있어서, 대략 5의 pH 및 대략 135 ppm의 하이포아염소산 농도를 갖는 산성 전해수가, 시스템을 통해 흐르는 7.5 암페어의 전류를 갖고, 소정의 유량에서 양으로 하전된 전극을 갖는 카트리지에 의해 생성되었다. 7.5 암페어의 전류를 성취하기 위해, 재차 단지 11 볼트의 직류, 즉 66 와트의 DC 전력이 전극에 공급되었다. 신형 시스템에 있어서, 동일한 유량에서 더 높은 농도의 산성 전해수를 발생하는 데(즉, 증가된 생성률) 요구되는 더 낮은 전력이 제공되면, 본 발명의 카트리지, 시스템 및 방법은 본 명세서에 제공된 예에 의해 증명되는 바와 같이, 구형 카트리지, 시스템 및 방법에 비해 상당한(예를 들어, 대략 600%) 향상을 제공한다. 중요하게, 초기에 상당히 경성이었고 이어서 연수기에 의해 연화된 물이 카트리지에(즉, 카트리지의 전극에 인접한 공간 내로) 바람직한 물의 소스를 제공하지만, 원천수 내에 초기에 존재하는 경도의 양에 무관하게 상당한 향상이 성취되었다.

공보, 특허 출원, 및 특허를 포함하여, 본 명세서에 인용된 모든 참조 문헌은 각각의 참조 문헌이 참조에 의해 합체된 것으로 개별적으로 그리고 구체적으로 지시되고 본 명세서에 그대로 설명되어 있는 것과 동일한 정도로 본 명세서에 참조에 의해 합체되어 있다.

본 발명을 설명하는 문맥에서(특히 이하의 청구범위의 문맥에서) 단수 용어 및 유사한 지시 대상의 사용은 본 명세서에서 달리 지시되거나 문맥상 명백히 모순되지 않으면, 단수 및 복수의 모두를 커버하도록 해석되어야 한다. 용어 "포함하는", "갖는", "구비하는", 및 "함유하는"은 달리 주지되지 않으면, 개방형 용어(즉, "포함하지만, 이에 한정되는 것은 아닌"을 의미함)로서 해석되어야 한다. 본 명세서의 값의 범위의 상술은, 본 명세서에서 달리 지시되지 않으면, 단지 범위 내에 있는 각각의 개별 값을 개별적으로 언급하는 속기 방법으로서 기능하도록 의도되고, 각각의 개별 값은 본 명세서에 개별적으로 상술된 것처럼 본 명세서에 합체되어 있다. 본 명세서에 설명된 모든 방법은 본 명세서에 달리 지시되거나 또는 문맥상 명백히 모순되지 않으면, 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본 명세서에 제공된 임의의 그리고 모든 예, 또는 예시적인 언어(예를 들어, "~와 같은")의 사용은 단지 본 발명을 더 양호하게 예시하도록 의도된 것이며, 달리 청구되지 않으면 본 발명의 범주에 대한 제한을 부여하는 것은 아니다. 명세서의 어떠한 언어도 임의의 미청구된 요소를 본 발명의 실시를 위한 본질로서 지시하는 것으로서 해석되어서는 안 된다.

본 발명을 수행하기 위해 본 발명자들에게 공지된 최선의 모드를 포함하여, 본 발명의 바람직한 실시예가 본 명세서에 설명되어 있다. 이들 바람직한 실시예의 변형은 상기 설명의 숙독시에 당 기술 분야의 숙련자들에게 명백해질 수도 있다. 본 발명자들은 당 기술 분야의 숙련자들이 이러한 변형을 적절하게 채용할 것을 기대하고, 본 발명자들은 본 발명이 본 명세서에 구체적으로 설명된 것 이외의 방식으로 실시되는 것을 의도한다. 이에 따라, 본 발명은 적용 가능한 법에 의해 허용되는 바와 같이 여기에 첨부된 청구범위에 상술된 요지의 모든 수정 및 등가물을 포함한다. 더욱이, 그 모든 가능한 변형예에서 전술된 요소의 임의의 조합은 본 명세서에 달리 지시되지 않으면 또는 문맥상 명백히 모순되지 않으면, 본 발명에 의해 포함된다.

14: 카트리지 16: 전극
17: 개스킷 18: 멤브레인
19: 투과성 인서트 28: 출구
38: 접합 플레이트 40: 하우징
62: 분배 채널 64: 화학물 수집 챔버
100: 공간 112: 소금물욕

Claims

전기 공급부에 접속 가능한 전극;
상기 전극의 적어도 일부에 인접하여 공간을 형성하기 위해 상기 전극의 측면에 배치된 이온 선택적 멤브레인;
상기 공간에 대향하는 측면에서 상기 이온 선택적 멤브레인을 커버하는 투과성 인서트; 및
상기 이온 선택적 멤브레인에 대면하는 측면에 대향하는 측면에서 상기 투과성 인서트 상에 배치된 접합 플레이트로서, 상기 공간은 상기 공간의 입구에서 신선수 공급부와 연통하고 상기 공간의 출구와 연통하고, 상기 공간은, 이온을 포함하는 소금물 용액 내에 잠수될 때, 단지 소금물 용액의 이온이 상기 공간에 진입하게 하기 위한 경로만이 상기 이온 선택적 멤브레인을 통하도록 밀봉되는 것인, 투과성 인서트
를 포함하는 전해 카트리지.
제1항에 있어서, 이온을 포함하는 소금물 용액 내에 잠수될 때, 단지 소금물 용액의 이온이 제1 공간에 진입하게 하기 위한 경로만이 상기 이온 선택적 멤브레인을 통하도록 배열되는, 복수의 이온 선택적 멤브레인, 복수의 투과성 인서트, 및 복수의 접합 플레이트를 더 포함하는 전해 카트리지.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극과 각각의 이온 선택적 멤브레인 사이에 배치된 개스킷을 더 포함하는 전해 카트리지.
제3항에 있어서, 각각의 개스킷은 엘라스토머로 구성되는 것인 전해 카트리지.
제4항에 있어서, 상기 엘라스토머는 실리콘인 것인 전해 카트리지.
제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 개스킷은 접착제로 적어도 부분적으로 코팅된 측면을 포함하는 것인 전해 카트리지.
제6항에 있어서, 상기 접착제는 습윤 물품에 표면을 접착하는 것이 가능한 것인 전해 카트리지.
제6항에 있어서, 상기 접착제는 아크릴 접착제인 것인 전해 카트리지.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 투과성 인서트 또는 복수의 투과성 인서트는 개방셀 발포 폴리머를 포함하는 것인 전해 카트리지.
제9항에 있어서, 상기 개방셀 발포 폴리머는 폴리우레탄을 포함하는 것인 전해 카트리지.
제10항 또는 제11항에 있어서, 상기 개방셀 발포 폴리머는 코팅 물질로 코팅되는 것인 전해 카트리지.
제11항에 있어서, 상기 코팅 물질은 폴리염화비닐인 것인 전해 카트리지.
제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은 탄탈, 루테늄 및 이리듐 중 적어도 하나의 산화물을 포함하는 물질로 코팅된 금속 합금으로 구성되는 것인 전해 카트리지.
제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공간은 누설 없이 적어도 10분 동안 적어도 2 psi의 압력에서 신선수를 수납하는 것이 가능한 것인 전해 카트리지.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이온 선택적 멤브레인은 음이온 선택적 멤브레인인 것인 전해 카트리지.
제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이온 선택적 멤브레인은 양이온 선택적 멤브레인인 것인 전해 카트리지.
산성 전해수 및 알칼리성 전해수를 생성하기 위해 물의 소금물 용액과 알칼리염의 이온을 전기 분해하기 위한 전해 시스템으로서,
양이온 및 음이온을 포함하는 소금물 용액을 수납하기 위한 내부 챔버를 포함하고 소금물욕을 형성하는 수반(basin);
제1 전해 카트리지가 상기 소금물욕 내에 침지된 상태에서 상기 수반의 내부 챔버 내에 배열된 제1 전해 카트리지로서, 상기 제1 전해 카트리지는 제1 전극을 양으로 하전하는 전기 공급부에 접속되는 제1 전극, 상기 제1 전극의 적어도 일부에 인접하고 소금물 용액으로부터의 음이온이 음이온 선택적 멤브레인을 통해 그 내로 진입할 수 있는 제1 공간을 형성하기 위해 상기 제1 전극의 측면에 배치된 음이온 선택적 멤브레인, 상기 제1 공간에 대향하는 측면에서 상기 음이온 선택적 멤브레인을 커버하는 투과성 인서트, 및 상기 음이온 선택적 멤브레인에 대면하는 측면에 대향하는 측면에서 상기 투과성 인서트 상에 배치된 접합 플레이트를 포함하고, 상기 제1 공간은 상기 제1 공간의 입구에서 신선수 공급부와 연통하고 상기 제1 공간의 출구와 연통하고, 상기 제1 공간은, 단지 소금물 용액의 음이온이 상기 제1 공간에 진입하게 하기 위한 경로만이 상기 음이온 선택적 멤브레인을 통하도록 상기 소금물욕으로부터 밀봉되는 것인, 제1 전해 카트리지; 및
제2 전해 카트리지가 상기 소금물욕 내에 침지된 상태에서 상기 수반의 내부 챔버 내에 배열된 제2 전해 카트리지로서, 상기 제2 전해 카트리지는 제2 전극을 음으로 하전하는 전기 공급부에 접속되는 제2 전극, 상기 제2 전극의 적어도 일부에 인접하고 소금물 용액으로부터의 양이온이 양이온 선택적 멤브레인을 통해 그 내로 진입할 수 있는 제2 공간을 형성하기 위해 상기 제2 전극의 측면에 배치된 양이온 선택적 멤브레인, 상기 제2 공간에 대향하는 측면에서 상기 양이온 선택적 멤브레인을 커버하는 투과성 인서트, 및 상기 양이온 선택적 멤브레인에 대면하는 측면에 대향하는 측면에서 상기 투과성 인서트 상에 배치된 접합 플레이트를 포함하고, 상기 제2 공간은 상기 제2 공간의 입구에서 신선수 공급부와 연통하고 상기 제2 공간의 출구와 연통하고, 상기 제2 공간은, 단지 소금물 용액의 양이온이 상기 제2 공간에 진입하게 하기 위한 경로만이 상기 양이온 선택적 멤브레인을 통하도록 상기 소금물욕으로부터 밀봉되는 것인, 제2 전해 카트리지
를 포함하는 전해 시스템.
제17항에 있어서, 상기 제1 전해 카트리지는, 단지 소금물 용액의 음이온이 상기 제1 공간에 진입하게 하기 위한 경로만이 상기 음이온 선택적 멤브레인을 통하도록 배열되는, 복수의 음이온 선택적 멤브레인, 복수의 투과성 인서트, 및 복수의 접합 플레이트를 더 포함하는 것인 전해 시스템.
양이온 및 음이온을 포함하는 소금물 용액으로부터 산성 전해수 및 알칼리성 전해수를 생성하는 방법으로서,
제1 전해 카트리지를 소금물 용액 내에 침지하는 것으로서, 상기 제1 전해 카트리지는 제1 전극을 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 제1 전극을 양으로 하전하는 전기 공급부에 접속되고, 상기 제1 전해질 카트리지는 음이온 선택적 멤브레인을 더 포함하고, 상기 음이온 선택적 멤브레인은 상기 제1 전극의 적어도 일부에 인접하여 제1 공간을 형성하기 위해 상기 제1 전극에 대해 지지되고, 상기 제1 공간은 단지 소금물 용액의 음이온이 상기 제1 공간에 진입하게 하는 경로만이 상기 음이온 선택적 멤브레인을 통하도록 소금물 용액으로부터 밀봉되는 것인, 제1 전해 카트리지를 소금물욕 내에 침지하는 것;
제2 전해 카트리지를 소금물 용액 내에 침지하는 것으로서, 상기 제2 전해 카트리지는 제2 전극을 포함하고, 상기 제2 전극은 상기 제2 전극을 음으로 하전하는 전기 공급부에 접속되고, 상기 제2 전해질 카트리지는 양이온 선택적 멤브레인을 더 포함하고, 상기 양이온 선택적 멤브레인은 상기 제2 전극의 적어도 일부에 인접하여 제2 공간을 형성하기 위해 상기 제2 전극에 대해 지지되고, 상기 제2 공간은 단지 소금물 용액의 양이온이 상기 제2 공간에 진입하게 하는 경로만이 상기 양이온 선택적 멤브레인을 통하도록 소금물 용액으로부터 밀봉되는 것인, 제2 전해 카트리지를 소금물욕 내에 침지하는 것;
캐소드 카트리지를 소금물 용액 내에 침지하는 것으로서, 상기 캐소드 카트리지는 제3 전극을 포함하고, 상기 제3 전극은 상기 제3 전극을 음으로 하전하는 전기 공급부에 접속되고, 상기 캐소드 카트리지는 양이온 선택적 멤브레인을 더 포함하고, 상기 양이온 선택적 멤브레인은 상기 제3 전극의 적어도 일부에 인접하여 제3 공간을 형성하기 위해 상기 제3 전극에 대해 지지되고, 상기 제3 공간은 단지 소금물 용액의 양이온이 상기 제3 공간에 진입하게 하는 경로만이 상기 양이온 선택적 멤브레인을 통하도록 소금물 용액으로부터 밀봉되는 것인, 캐소드 카트리지를 소금물욕 내에 침지하는 것;
상기 제1, 제2 및 제3 전극이 하전되는 동안 상기 제1, 제2 및 제3 공간을 통해 신선수를 유동하여, 이에 의해 각각의 공간으로부터 유동하는 제1 생성물, 제2 생성물, 및 제3 생성물을 생성하는 것; 및
적어도 상기 제1 및 제2 전극이 하전되는 동안 상기 제1 공간을 통해 상기 제3 생성물의 적어도 일부를 유동하여, 이에 의해 상기 제1 생성물의 pH를 조정하는 것
을 포함하는 방법.
소금물 용액 내에 잠수되고 음으로 하전된 전극을 갖는 전해 카트리지를 거쳐 알칼리성 수용액을 생성하는 것;
상기 음으로 하전된 전극을 갖는 전해 카트리지에 의해 생성된 알칼리성 수용액의 적어도 일부를 소금물 용액 내에 잠수되고 양으로 하전된 전극을 갖는 전해 카트리지에 공급하는 것; 및
상기 소금물 내에 잠수되고 양으로 하전된 전극을 갖는 전해 카트리지를 거쳐 약 4 내지 약 6의 pH를 갖는 하이포아염소산 수용액을 생성하는 것
을 포함하는 방법.