KR20180029649A

KR20180029649A - 수소수 전해조

Info

Publication number: KR20180029649A
Application number: KR1020160117994A
Authority: KR
Inventors: 임신교
Original assignee: 임신교
Priority date: 2016-09-13
Filing date: 2016-09-13
Publication date: 2018-03-21

Abstract

본 발명은 하나의 애노드를 기준으로 양쪽에 각각 캐소드를 배치하여 전기분해가 이루어지게 구성하고, 특히 어느 하나의 캐소드가 있는 격실에서 전기분해한 물을 나머지 캐소드가 있는 격실로 보내서 다시 전기분해가 이루어지게 구성하므로, 온도나 유속 변화에 상관없이 고농도의 수소수를 얻을 수 있게 한 수소수 전해조를 제공하는 데 그 목적이 있다. 특히, 본 발명은 애노드를 기준으로 양쪽에 배치하는 두 개의 캐소드가 각각 같은 간격만큼 떨어지게 배치하므로, 같은 전해 능력을 갖춘 두 개의 격실을 사용하여 한 번에 2회의 전기분해 효과를 얻을 수 있고, 게다가 이들 두 개의 격실이 직렬로 연결한 것과 같은 효과를 통해 수소수의 농도를 더욱 높일 수 있게 한 수소수 전해조를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

Description

수소수 전해조{ELECTROLYTIC BATH FOR GENERATING HYDROGEN WATER}

본 발명은 수소수 전해조에 관한 것으로, 특히 애노드를 중심으로 양쪽에 각각 캐소드를 구성하여 두 개의 격실에서 전기분해가 이루어지고, 이때 어느 하나의 격실에서 전기분해한 유체를 나머지 격실로 보내 전기분해가 이루어지게 구성하므로, 온도나 유속 등의 변화에 상관없이 고농도의 전해수를 얻을 수 있게 한 것이다.

일반적으로 순수(RO)나 초순수(DI)를 환원수나 산성수로 치환하는 방법으로는 전기분해와 세라믹과 같은 광물질을 이용하는 방법이 있다. 그 중에서, 전기분해는 순수나 전해조를 전해조에 공급하고 전원에 전기를 공급하여 환원수나 산성수를 얻는다. 아래의 특허문헌 1 밑 특허문헌 2에는 이러한 전해조에 관한 기술이 개시되어 있다.

(특허문헌 1) 한국등록특허 제1408502호

순수나 초순수에서도 별도의 촉매제나 이온교환수지를 이용하지 않고서도 충분한 전도성을 확보하여 수도물 뿐만 아니라 순수나 초순수도 전기분해할 수 있는 산성수 전해조 및 그 산성 환원수의 이용방법을 제공한다. 특히, 기존의 전해조가 촉매제를 사용하여 전기분해를 하면 양극측에서는 산성이면서 산화력을 음극 측에서는 알칼리성이면서 환원력의 물성을 얻을 수 있는데 반하여, 촉매제를 사용하지 않고 캐소드측의 물성을 산성이면서 환원력을 갖는 물(산성환원수)과 양극 측에서는 산성이면서 산화력을 갖는 물(산성 산화수)을 얻을 수 있는 산성수 전해조 및 그 산성 환원수의 이용방법을 제공한다. 이러한 목적을 달성하기 위한 산성수 전해조는, 적어도 하나의 이온교환막을 중심으로 분리된 적어도 2개의 충진실이 구비되고, 각 충진실에는 각각 입수구 및 출수구가 형성된 하우징; 상기 충진실에 설치되는 제1전극; 나머지 충진실 내에 이온교환막과 근접하게 설치되며 제1전극과 다른 극성을 갖는 제2전극; 및 상기 각 충진실에, 제2전극과 동일 극성을 가지면서 이 제2전극과 미리 정해진 간격만큼 이격되게 설치되는 제3전극;을 포함한다.

(특허문헌 2) 한국등록특허 제1610045호

순수나 초순수에서도 별도의 촉매제나 이온교환수지를 이용하지 않고서도 충분한 전도성을 확보하여 수돗물뿐만 아니라 순수나 초순수도 전기분해할 수 있고, 특히 한 번의 전기분해를 통해 탈기 효과와 더불어 전기분해 효과를 통해 이온과 기체 사이의 반응을 최소화함으로써, 산성수의 전도성을 높이고 환원 전위와 용존 능력 시간을 향상하여 안정된 산성 환원수인 산성수(수소수)를 얻을 수 있는 산성수 전해조 및 그 산성수의 이용방법을 제공한다. 또한, 이처럼 얻은 산성수 일부를 순환시켜 다시 탈기 효과와 전기분해 효과를 얻게 하거나, 원수가 전기분해를 위한 격실 내에 가능한 한 오랫동안 머무를 수 있게 구성함으로써, 탈기 효과와 더불어 전기분해한 다음 이온 교환이 충분하게 이루어지게 하여 산성수의 전도도와 수소 농도를 더욱 높일 수 있게 한 산성수 전해조 및 그 산성수의 이용방법을 제공한다. 그리고, 탈기와 이온교환으로 수소 이온이 분리된 산성 산화수를, 이온 교환으로 얻은 수소수인 상기 산성 환원수에 혼합할 수 있게 구성함으로써, 전기분해로 얻을 수 있는 이온 및 분자와 더불어 과산화 수소와 오존과 같은 성분이 산성 환원수에 함유시켜 음료수뿐만 아니라 세정 용수 등으로도 활용할 수 있게 한 산성수 전해조 및 그 산성수의 이용방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.

하지만, 기존 산성수(수소수) 전해조는 다음과 같은 문제가 있다.

(1) 전기분해한 유체를 이온교환 수지로 이온을 분리하므로, 어느 정도 이상 이온교환 수지를 사용하면 열화로 이온교환 능력이 현저하게 떨어지고, 여러 단으로 구성하여 고농도의 수소수를 얻는 데 제조비용과 유지 보수에 큰 비용이 필요하다.

(2) 특히, 특허문헌 1은, 애노드와 캐소드를 연접하여 구성하고, 애노드와 캐소드 사이에 이온교환막을 삽입하며, 캐소드 전극 양측 사이로 유체를 공급하여 양극표면반응으로 환원수를 생성한다. 이 구성은 전극 사이를 통과하는 유체(원수)의 압력과 유량 편차 등에 따라 전해 효율이 일정하지 않아 결과적으로 수소수의 농도가 일정하지 않고 가변하는 단점이 있다.

(3) 또한, 특허문헌 2는, 애노드실을 중간에 두고 애노드 전극 양옆에 이온교환막을 삽입하여 캐소드 전극과 접촉하게 해서 전해 효율을 높이도록 두 개의 캐소드실을 구성하여 전기분해한 물을 재순환하는 병렬접속 형태로 고농도 수소수를 생성하는 구조이나, 구성이 복잡하고 전극의 수량이 많아짐에 따른 전해조의 크기가 커질 뿐만 아니라 제조비용이 높아지는 단점이 있다

한국등록특허 제1408502호 (등록일 : 2014.06.10) 한국등록특허 제1610045호 (등록일 : 2016.04.01)

본 발명은 이러한 점을 고려한 것으로, 하나의 애노드를 기준으로 양쪽에 각각 캐소드를 배치하여 전기분해가 이루어지게 구성하고, 특히 어느 하나의 캐소드가 있는 격실에서 전기분해한 물을 나머지 캐소드가 있는 격실로 보내서 다시 전기분해가 이루어지게 구성하므로, 온도나 유속 변화에 상관없이 고농도의 수소수를 얻을 수 있게 한 수소수 전해조를 제공하는 데 그 목적이 있다.

특히, 본 발명은 애노드를 기준으로 양쪽에 배치하는 두 개의 캐소드가 각각 같은 간격만큼 떨어지게 배치하므로, 같은 전해 능력을 갖춘 두 개의 격실을 사용하여 한 번에 2회의 전기분해 효과를 얻을 수 있고, 게다가 이들 두 개의 격실이 직렬로 연결한 것과 같은 효과를 통해 수소수의 농도를 더욱 높일 수 있게 한 수소수 전해조를 제공하는 데 다른 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 [실시예 1]에 따른 수소수 전해조는, 제1 및 제2이온 막(130a, 130b)으로 내부에 제1 입수구(110a)와 제1 출수구(120a)를 가진 제1 반응실(100a), 제2 입수구(110b)와 제2 출수구(120b)를 가진 제2 반응실(100b), 그리고 제3 입수구(110c)와 제3 출수구(120c)를 가진 제3 반응실(100c)을 차례로 갖춘 갖춘 본체(100); 상기 제2 반응실(100b)에 장착한 애노드(200); 상기 제1이온 막(130a)과 미리 정한 간격(W)만큼 떨어지게 설치한 제1 캐소드(300a); 상기 제2이온 막(130b)과 미리 정한 간격(W)만큼 떨어지게 설치한 제2 캐소드(300b); 상기 애노드(200)와 두 개의 제1 및 제2이온 막(130a, 130b) 사이에 각각 설치하며, 제1 입수구(110a)로 들어온 유체가 적어도 한 번 흐름 방향을 바꿔가면서 유동하게 하는 변환 유로(410)를 가진 두 개의 제1유로 판(400a); 상기 제1이온 막(130a)과 제1 캐소드(300a) 사이에 설치하며, 제2 입수구(110b)로 들어온 유체가 적어도 한 번 흐름 방향을 바꿔가면서 유동하게 하는 변환 유로(410)를 가진 제2유로 판(400b); 상기 제2이온 막(130b)과 제2 캐소드(300b) 사이에 설치하며, 제3 입수구(110c)로 들어온 유체가 적어도 한 번 흐름 방향을 바꿔가면서 유동하게 하는 변환 유로(410)를 가진 제3유로 판(400c); 및 상기 제2 출수구(120b)와 제3 입수구(110c)를 연결하는 연결관(121);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 [실시예 2]에 따른 수소수 전해조는, 제1 및 제2이온 막(130a, 130b)으로 내부에 제1 입수구(110a)와 제1 출수구(120a)를 가진 제1 반응실(100a), 제2 입수구(110b)와 제2 출수구(120b)를 가진 제2 반응실(100b), 그리고 제3 입수구(110c)와 제3 출수구(120c)를 가진 제3 반응실(100c)을 차례로 갖춘 갖춘 본체(100); 상기 제2 반응실(100b)에 장착한 애노드(200); 상기 제1 반응실(100a)에 제1이온 막(130a)과 밀착하게 설치하는 제1 캐소드(300a); 상기 제3 반응실(100c)에 제2이온 막(130b)과 밀착하게 설치하는 제2 캐소드(300b); 상기 애노드(200)와 두 개의 제1 및 제2이온 막(130a, 130b) 사이에 각각 밀착하게 설치하며, 제1 입수구(110a)로 들어온 유체가 적어도 한 번 흐름 방향을 바꿔가면서 유동하게 하는 변환 유로(410)를 가진 두 개의 제1유로 판(400a); 상기 본체(100) 내면과 제1 캐소드(300a) 사이에 설치하며, 제2 입수구(110b)로 들어온 유체가 적어도 한 번 흐름 방향을 바꿔가면서 유동하게 하는 변환 유로(410)를 가진 제2유로 판(400b); 상기 본체(100) 내면과 제2 캐소드(300b) 사이에 설치하며, 제3 입수구(110c)로 들어온 유체가 적어도 한 번 흐름 방향을 바꿔가면서 유동하게 하는 변환 유로(410)를 가진 제3유로 판(400c); 및 상기 제2 출수구(120b)와 제3 입수구(110c)를 연결하는 연결관(121);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 수소수 전해조는 다음과 같은 효과가 있다.

(1) 중앙에 애노드를 배치하고 그 양쪽에 각각 캐소드를 배치하여 두 개의 전해조가 하나로 이루어지게 구성하므로, 애노드를 공유할 수 있어 전체 전해조의 크기를 줄일 수 있다.

(2) 특히, 어느 하나의 격실에서 전기분해한 유체를 다른 격실에서 전기분해할 수 있도록 구성하므로, 두 개의 전해조를 직렬로 연결한 것과 같은 효과를 얻을 수 있게 하여 수소수의 농도를 높일 수 있다.

(3) 게다가, 이처럼 얻은 수소수는 온도나 유속 변화에 상관없이 용존 수소 농도와 산화환원 전위가 높은 상태를 유지할 수 있어 안정적인 고농도 수소수를 얻을 수 있다.

(4) 한편, 본 발명에 따른 수소수 전해조에 공급한 물은 유동 방향이 바뀌도록 변환 유로를 통해 유동하면서 전기분해가 이루어지므로, 전기분해하는 시간과 체류 시간을 늘려 고농도의 수소수를 얻을 수 있다.

(5) 특히, 애노드와 이온 막, 이온 막과 캐소드 사이의 간격을 미리 정한 간격을 유지하게 하여 OH^- 이온이 충분히 해리될 수 있게 하여 고농도의 수소수를 얻을 수 있다.

[도 1]은 본 발명의 [실시예 1]에 따른 수소수 전해조의 구성을 보여주기 위한 단면도이다.
[도 2]는 본 발명의 [실시예 2]에 따른 제1유로 판의 형상을 보여주기 위한 정면도이다.
[도 3]은 본 발명의 [실시예 2]에 따른 수소수 전해조의 구성을 보여주기 위한 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최고의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 따라 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

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

본 발명의 [실시예 1]에 따른 수소수 전해조는, [도 1] 및 [도 2]와 같이, 본체(100), 애노드(200), 제1 캐소드(300a), 제2 캐소드(300b), 제1 내지 제3유로 판(400a~400c), 그리고 연결관(121)을 포함한다.

특히, 본 발명은 상기 애노드(200)을 기준으로 양쪽에 각각 제1 캐소드(300a)와 제2 캐소드(300b)를 배치하면서 두 개의 전해조를 직렬 형태로 연결하여 두 번에 걸쳐 전기분해가 이루어질 수 있게 구성하므로, 온도나 유속 변화에 상관이 없이 농도 변화가 거의 없고 고농도의 수소수를 얻을 수 있게 한 것이다.

이하, 이러한 구성에 관해 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다. 도면에서, 화살표는 유체 흐름을 보여준다.

본체(100)는, [도 1]과 같이, 내부를 중공으로 구성하며 중공 안에는 후술할 각 구성을 배치하여 전해조를 구성한다. 특히, 상기 본체(100)는 중공 내부에 제1 및 제2이온 막(130a, 130b)을 이용하여 세 개의 제1 내지 제3 반응실(100a, 100b, 100c)을 구성한다. 여기서, 이온 막은 전하를 가진 반투막으로 전기장을 걸면 막을 통해 이온의 전기 이동이 일어나면서 이온을 분리하는 데 이용하는 통상의 기술로 제작한 것을 사용한다. 예시적으로, 이러한 이온 막은 불소 양이온 교환막을 사용할 수 있다.

그리고, 상기 제1 반응실(100a)에는 제1 입수구(110a)와 제1 출수구(120a)를, 제2 반응실(100b)에는 제2 입수구(110b)와 제2 출수구(120b)를, 그리고 제3 반응실(100c)에는 제3 입수구(110c)와 제3 출수구(120c)를 각각 형성한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제1 내지 제3 입수구(110a, 110b, 110c)와 제1 내지 제3 출수구(120a, 120b, 120c)는, [도 1]에서, 서로 마주하도록 형성한 것으로 설명하고 있으나, 이는 유체 흐름이 한 방향으로 쉽게 흐를 수 있게 하기 위한 것으로, 유체 흐름에 따라 본체(100)의 한쪽에 쏠리게 구성하거나 각 면에 따로따로 도 구성할 수 있음을 해당 업계 종사자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제1 및 제2이온 막(130a, 130b)은, [도 1]과 같이, 후술할 애노드(200), 또는 제1 입수구(110a)와 제1 출수구(120a)를 잇는 가상의 선을 기준으로 양쪽에 같은 간격으로 나란하게 배치하는 것이 바람직하다. 이는, 제1 입수구(110a)로 들어온 유체가 제1 출수구(120a)로 빠져나갈 때까지 두 개의 이온 막에 체류하는 시간과 체류 면적이 일정하게 이루어지게 하여 같은 농도의 수소수를 얻을 수 있게 하기 위함이다.

또한, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제1 및 제2이온 막(130a, 130b)은, [도 1]과 같이, 후술할 애노드(200)를 기준으로 같은 간격(W')만큼 떨어지게 설치하여 반응 거리와 이온 교환 거리가 같게 하여 일정 농도의 수소수를 얻을 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

애노드(200)는, [도 1]과 같이, 상술한 제2 반응실(100b)에 장착한다. 이때, 애노드(200)는 제1 입수구(110a)를 통해 들어온 물이 양쪽으로 갈라지게 하여 후술할 제1 캐소드(300a)와 제2 캐소드(300b)로 전기분해가 이루어질 수 있게 배치한다.

특히, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 애노드(200)는, [도 1]과 같이, 제1 입수구(110a)와 제1 출수구(120a)를 연결하는 가상의 선, 더욱 바람직하게는 상술한 두 개의 상기 제1 및 제2이온 막(130a, 130b) 사이의 중간 부분에 설치함으로써, 제1 입수구(110a)에서 들어온 유체를 양분하여 전기분해가 이루어지고 이온이 각 제1 및 제2이온 막(130a, 130b)을 통해 이온 교환이 이루어질 수 있게 구성하여 용존 수소 농도를 높일 수 있게 구성하는 것이 바람직하다.

이때, 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 애노드(200)는, [도 1]과 같이, 각 제1 및 제2이온 막(130a, 130b)과의 간격(W')을 0.5~5㎜로 제작하는 것이 바람직하다. 이는, 애노드와 이온 막 사이에 OH^-이 원활하게 생성될 수 있게 하기 위함이다.

제1 캐소드(300a)는, [도 1]과 같이, 상술한 제1 반응실(100a)에 장착한다. 특히, 상기 제1 캐소드(300a)는 상술한 제1이온 막(130a)과 미리 정한 간격(W)만큼 떨어지게 설치하고, 특히 이 간격(W)을 통해 제2 입수구(110b)로 들어온 유체가 제2 출수구(120b)로 빠져나가게 구성한다. 이때, 제2 출수구(120b)로 나간 유체는 연결관(121)을 통해 상술한 제3 입수구(110c)로 들어가게 하여 직렬로 연결한 것과 같은 효과를 얻게 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 간격(W)은, [도 1]과 같이, 0.1~50㎜로 형성하는 것이 바람직하다. 이는, 제1이온 막(130a)과 제1 캐소드(300a) 사이에서 H⁺이 쉽게 생성하여 이온 교환이 이루어질 수 있게 하기 위함이다.

도면에서, 상기 제1 캐소드(300a)는 속이 꽉 찬 솔리드 형태로 제작한 것으로 도시하고 있으나, 바람직하게는 망사 구조와 같이 유체와의 접촉과 투과할 수 있는 구조로 제작할 수 있음을 해당 업계 종사자라면 쉽게 알 수 있을 것이다.

제2 캐소드(300b)는, [도 1]과 같이, 상술한 제1 캐소드(300a)와 같은 구성이나, 그 배치에서 애노드(200)를 기준으로 대칭되게 구성한 것이다. 즉, 상기 제2 캐소드(300b)는 제3 반응실(100c)에 장착하며, 제2이온 막(130b)과 미리 정한 간격(W)만큼 떨어지게 설치한다. 이때, 상기 제2 캐소드(300b)와 제2이온 막(130b) 사이로는 제3 입수구(110c)를 통해 제3 출수구(120c)로 유체가 흐를 수 있게 구성한다.

한편, 이러한 제2 캐소드(300b)의 배치에서 제1 캐소드(300a)과 다른 점은, 상기 제3 입수구(110c)를 상술한 제2 출수구(120b)에 연결한다는 점이다. 이는, 애노드(200)와 제1 캐소드(300a) 사이에서 전기분해한 유체를 다시 제3 입수구(110c)로 공급하여 직렬 형태로 전기분해가 이루어지게 하면서 이온 농도를 높이고, 특히 균일한 이온 농도를 유지할 수 있게 한 것이다.

제1유로 판(400a)은, [도 1] 및 [도 2]와 같이, 상술한 에노드(200) 및 제1이온 막(130a)과 제2이온 막(130b) 사이에 각각 하나씩 두 개를 장착한다. 특히, 상기 제1유로 판(400a)은, [도 2]와 같이, 유체의 흐름 방향이 바뀌도록 변환 유로(410)를 관통 형성하여, 제1 입수구(110a)로 들어온 유체가 이 변환 유로(410)를 따라 흐르면서 유체의 흐름 방향이 바뀌면서 전기분해가 잘 이루어지게 하고, 또한 유체가 제1이온 막(130a)과 애노드(200) 사이에 체류하는 시간을 늘려 전기분해 효율을 높일 수 있게 한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 변환 유로(410)는, [도 2]와 같이, 대략 "S"자 형태로 이루어진 것을 여러 번 반복한 형태로 제작한 것을 예로 보여주고 있으나, 이에 한정하지 않는다. 즉, 하나의 유로 판에 적어도 하나의 직선과 곡선을 포함하는 하나의 유로로서 그 형태는 다양하게 제작할 수 있고, 특히 방향 전환이 이루어지게 미리 정한 패턴을 따라 반복하여 형성하는 것이 바람직하다.

[도 1]에서, 상기 제1유로 판(400a)은 이온 막과 애노드(200)에 양쪽 면이 밀착된 상태로 설치한 것으로 도시하고 있으나, 이에 한정하지 않고 소정의 간격을 두고 떨어지게 설치할 수도 있다.

제2유로 판(400b)과 제3유로 판(400c)은, [도 1]과 같이, 상술한 제1유로 판(400a)과 그 구성에서는 같다. 다만, 그 장착 위치에서만 차이가 있으므로, 여기서는 그 장착 위치에 관해서만 설명하고 상세한 설명은 생략한다.

[도 1]과 같이, 제2유로 판(400b)은 상술한 제1이온 막(130a)과 제1 캐소드(300a) 사이에 설치하고, 상기 제3유로 판(400c)은 상술한 제2이온 막(130b)과 제2 캐소드(300b) 사이에 설치한다.

이러한 제2유로 판(400b)과 제3유로 판(400c)은 그 구성과 작용이 상술한 제1유로 판(400a)과 같으므로 여기서는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 제2유로 판(400b)과 제3유로 판(400c)도 제1유로 판(400a)과 마찬가지로 이온 막과 캐소드 사이에 밀착하게 구성할 수도 있고, 어느 한쪽 또는 양쪽 면이 모두 떨어지게 장착할 수도 있다.

연결관(121)은, [도 1]과 같이, 상술한 제2 출수구(120b)와 제3 입수구(110c)를 연결한다. 이에, 제1 반응실(100a)의 유체를 제3 반응실(100b)에 공급하여 다시 전기분해가 이루어지게 하여 두 번에 걸쳐 전기분해가 이루어지게 하여 용존 수소의 농도가 높으면서도 일정한 농도를 갖게 한다.

이상과 같이 이루어진 본 발명은 애노드를 기준으로 양쪽에 배치한 두 개의 캐소드를 통해 마치 두 개의 전해조를 구성한 효과를 볼 수 있고, 특히 한쪽에서 전기분해한 유체를 다른 쪽에 공급하여 다시 한 번 전기분해가 이루어질 수 있게 구성하므로 직렬로 연결한 효과를 볼 수 있어, 본 발명에 따른 수소수는 농도가 높으면서도 주변 상황에 상관이 없이 균일한 농도를 유지할 수 있다.

한편, 이처럼 이루어진 본 발명에 따른 전해조에는, 상술한 제1 입수구(110a)에 전도도가 60㎲/㎝ 이하인 물을 공급했을 때, 상기 제3 출수구(120c)를 통해 출수하는 물은 pH가 3~7.5이고, 산화환원 전위(ORP)가 +800 ~ +1,400㎷이고, 상기 제1 출수구(120a)를 통해 출수하는 물은 pH가 3~7.5이고, 산화환원 전위(ORP)가 -300 ~ -750㎷인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 출수구(120a)를 통해 출수하는 수소수는, 용존 수소 농도가 100~2,000ppm인 것을 특징으로 한다.

<유속과 온도 그리고 전원 조건에 따른 물성값 비교>

본 발명에 따른 전해조와 종래 기술로 설명했던 전해조(특허 제1610045호)를 통해 얻은 수소수로 온도 변화와 유속 변화 그리고 전원 조건 변화에 따른 물성(pH, ORP, DH)을 측정한 결과는 다음과 같다.

1. 온도 변화에 따른 물성 측정 결과

전해조에 공급한 원수는 수돗물로, pH가 7.0, 산화환원 전위(ORP) +450㎷, 온도가 25℃, 전도도가 5㎲/㎝ 이하였다. 그리고, 애노드와 캐소드를 통해 공급한 전원은 DC 24V 3A였고, 이때의 유속은 0.3ℓ/m였다. 마지막으로, 물성 측정은 TOA사의 계측기로, pH는 TOA-21P로, 산화환원 전위(ORP)는 TOA-21P로, 용존 수소 농도(DH)는 TOA DH-35A로 각각 측정했으며, 그 결과는 본 발명에 따른 전해조로 얻은 수소수의 시험 결과가 다음의 [표 1]과 같고, 기존 전해조로 얻은 수소수의 시험 결과가 [표 2]와 같다.

온도(℃)	3	20	50	60	80	90	98
pH	6.8	6.8	6.8	6.8	6.79	6.77	6.7
ORP(㎷)	-582	-585	-588	-581	-571	-560	-554
DH(ppm)	1.3	1.34	1.35	1.32	1.2	1	0.85

온도(℃)	3	20	50	60	80	90	98
pH	6.81	6.81	6.79	6.69	6.68	6.87	6.85
ORP(㎷)	-568	-571	-578	-554	-540	-320	-80
DH(ppm)	1	1.2	1.2	0.8	0.77	0.31	0.27

본 발명에 따른 전해조로 얻은 수소수는, [표 1]과 같이, 온도 변화에 따라 pH 변화는 거의 없고, 산화환원 전위(ORP)와 용존 수소 농도(DH)는 60℃ 이하에서는 거의 변화가 없으나 그 이상의 온도에서는 조금 줄어든 것을 알 수 있다.

종래 전해조로 얻은 수소수는, [표 2]와 같이, 온도 변화에 따라 pH 변화는 거의 없고, 산화환원 전위(ORP)와 용존 수소 농도(DH)는 온도가 올라갈수록 점차 낮아질 뿐만 아니라 60℃ 이상에서는 급격하게 떨어지는 것을 알 수 있다.

이처럼 본 발명은 종래와 비교할 때 온도 변화에 따라 물성 변화가 거의 없음을 알 수 있고, 특히 산화환원 전위(ORP)와 용존 수소 농도(DH)는 종래보다 높으면서도 온도 변화에 영향을 받지 않고 거의 균일하게 유지하는 것을 알 수 있다.

2. 유속 변화에 따른 물성 측정 결과

전해조에 공급한 원수는 수돗물로, pH가 7.0, 산화환원 전위(ORP) +450㎷, 온도가 25℃, 전도도가 5㎲/㎝ 이하였다. 그리고, 애노드와 캐소드를 통해 공급한 전원은 DC 24V 3A였다. 마지막으로, 물성 측정은 TOA사의 계측기로, pH는 TOA-21P로, 산화환원 전위(ORP)는 TOA-21P로, 용존 수소 농도(DH)는 TOA DH-35A로 각각 측정했으며, 그 결과는 본 발명에 따른 수소수의 시험 결과가 다음의 [표 3]과 같고, 기존 전해조로 얻은 수소수의 시험 결과가 [표 4]와 같다.

유속(ℓ/m)	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8
pH	6.79	6.77	6.81	6.82	6.79	6.77	6.81
ORP(㎷)	-589	-585	-585	-579	-570	-570	-569
DH(ppm)	1.4	1.36	1.28	1.21	1.2	1.18	1.15

유속(ℓ/m)	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6	0.7	0.8
pH	6.77	6.83	6.72	6.74	6.79	6.81	6.75
ORP(㎷)	-571	-577	-560	-540	-537	-510	-500
DH(ppm)	1.1	1.1	0.81	0.7	0.68	0.6	0.52

[표 3] 및 [표 4]와 같이, 본 발명에 따른 수소수는 유속에 상관없이 pH는 거의 같으나 종래 수소수보다는 약간 높은 것을 알 수 있고, 산화환원 전위(ORP)는 기존 수소수보다 본 발명의 수소수가 더 높고 특히 유속이 빨라지더라도 그 줄어드는 정도가 본 발명이 종래 수소수보다 적은 것을 알 수 있다. 또한, 용존 수소 농도(DH)는 본 발명의 수소수가 종래 수소수수보다 높을 뿐만 아니라 유속 변화에 따라 종래가 본 발명보다 더 낮아지는 것을 알 수 있다.

3. 전원 변화에 따른 물성 측정 결과

전해조에 공급한 원수는 수돗물로, pH가 7.0, 산화환원 전위(ORP) +450㎷, 온도가 25℃, 전도도가 5㎲/㎝ 이하였다. 그리고, 애노드와 캐소드를 통해 공급한 전원은 DC 24V였다. 그리고, 전류를 2~5A까지 1A씩 올리면서 물성을 측정하였다. 이때, 물성 측정은 TOA사의 계측기로, pH는 TOA-21P로, 산화환원 전위(ORP)는 TOA-21P로, 용존 수소 농도(DH)는 TOA DH-35A로 각각 측정했으며, 그 결과는 본 발명에 따른 수소수의 시험 결과가 다음의 [표 5]와 같고, 기존 전해조로 얻은 수소수의 시험 결과가 [표 6]과 같다.

전원조건		pH	ORP(㎷)	DH(ppm)
6.5V	2A	6.8	-580	1.2
8.3V	3A	6.8	-582	1.3
10.5V	4A	6.8	-585	1.45
12V	5A	6.9	-590	1.6

전원조건		pH	ORP(㎷)	DH(ppm)
9.3V	2A	6.81	-565	1.08
10.5V	3A	6.8	-568	1.22
11.3V	4A	6.75	-568	1.33
12.1V	5A	6.71	-580	1.36

[표 5]와 같이 본 발명에 다른 수소수는 전압과 전류가 높아짐에 따라 pH나 산화환원 전위(ORP) 그리고 용존 수소 농도(DH)가 약간 올라갔으나 거의 비슷한 것을 알 수 있으나, [표 6]과 같이, 기존 수소수 전해조로 얻은 수소수는 전압과 전류가 높아짐에 따라 본 발명과 같이 pH나 산화환원 전위(ORP) 그리고 용존 수소 농도(DH)가 약간 올라간 것을 알 수 있다. 하지만, 본 발명에 따른 수소수는 이들 물성 변화가 그 변화 폭이 거의 없이 균일하나, 기존의 경우 이러한 변화 폭이 넓은 것을 알 수 있다.

이상과 같이 본 발명은 기존 전해조로 생성한 수소수와 비교할 때 pH가 높을 뿐만 아니라 특히 산화환원 전위(ORP)가나 용존 수소 농도가 온도나 유속 변화에 큰 영향을 받지 않는 고농도의 수소수를 얻을 수 있다.

본 발명의 [실시예 2]에 따른 수소수 전해조는, [도 3]과 같이, 본체(100), 애노드(200), 캐소드(300), 제1 내지 제3유로 판(400a~400c), 그리고 연결관(121)을 포함한다.

특히, [실시예 2]는 상술한 [실시예 1]과 같은 구성이나, 그 배치에서 차이가 있다. 이에, 여기서는 각 구성에 관한 상세한 설명은 생략하고 그 배치를 기준으로 설명한다.

[실시예 2]는, [도 3]과 같이, 제2 반응실(100b)에는 애노드(200)를 설치하고, 애노드(200) 및 제1, 제2이온 막(130a, 130b) 사이에는 각각 제1유로 판(400a)을 장착한다. 그리고, 제1 반응실(100a)에는 제1 캐소드(300a)를 배치하고, 이 제1 캐소드(300a)와 본체(100) 내벽 사이에 제2유로 판(400b)를 설치한 것이다. 또한고, 제3 반응실(100c)에는 제2 캐소드(300b)를 배치하고, 이 제2 캐소드(300b)와 본체(100) 내벽 사이에 제3유로 판(400c)를 설치한 것이다. [도 3]에서, 캐소드와 이온 막은 서로 밀착하게 배치한 것을 보여주고 있으나, 이에 한정하지 않고 소정의 간격만큼 떨어지게 배치할 수도 있다.

이상과 같이 이루어진 본 발명은, 제1이온 막과 제1 캐소드가 떨어지고 그 사이에 유로 판을 삽입 장착한 [실시예 1]과 비교할 때, [실시예 2]는 제1이온 막과 제1 캐소드를 밀착하고 이 제1 캐소드와 본체 내부 사이에 유로 판을 장착한 것으로, 특히 캐소드와 애노드의 간격이 좁아져서 전기분해 효과를 높일 수 있다.

100 : 본체
110a, 110b, 110c : 제1 내지 제3 입수구
120a, 120b, 120c : 제1 내지 제3 출수구
130a, 130b : 제1, 제2이온 막
200 ; 애노드
300a, 300b : 제1, 제2 캐소드
400a, 400b, 400c : 제1, 제2, 제3유로 판
410 : 변환 유로

Claims

제1 및 제2이온 막(130a, 130b)으로 내부에 제1 입수구(110a)와 제1 출수구(120a)를 가진 제1 반응실(100a), 제2 입수구(110b)와 제2 출수구(120b)를 가진 제2 반응실(100b), 그리고 제3 입수구(110c)와 제3 출수구(120c)를 가진 제3 반응실(100c)을 차례로 갖춘 갖춘 본체(100);
상기 제2 반응실(100b)에 장착한 애노드(200);
상기 제1이온 막(130a)과 미리 정한 간격(W)만큼 떨어지게 설치한 제1 캐소드(300a);
상기 제2이온 막(130b)과 미리 정한 간격(W)만큼 떨어지게 설치한 제2 캐소드(300b);
상기 애노드(200)와 두 개의 제1 및 제2이온 막(130a, 130b) 사이에 각각 설치하며, 제1 입수구(110a)로 들어온 유체가 적어도 한 번 흐름 방향을 바꿔가면서 유동하게 하는 변환 유로(410)를 가진 두 개의 제1유로 판(400a);
상기 제1이온 막(130a)과 제1 캐소드(300a) 사이에 설치하며, 제2 입수구(110b)로 들어온 유체가 적어도 한 번 흐름 방향을 바꿔가면서 유동하게 하는 변환 유로(410)를 가진 제2유로 판(400b);
상기 제2이온 막(130b)과 제2 캐소드(300b) 사이에 설치하며, 제3 입수구(110c)로 들어온 유체가 적어도 한 번 흐름 방향을 바꿔가면서 유동하게 하는 변환 유로(410)를 가진 제3유로 판(400c); 및
상기 제2 출수구(120b)와 제3 입수구(110c)를 연결하는 연결관(121);을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소수 전해조.
제1 및 제2이온 막(130a, 130b)으로 내부에 제1 입수구(110a)와 제1 출수구(120a)를 가진 제1 반응실(100a), 제2 입수구(110b)와 제2 출수구(120b)를 가진 제2 반응실(100b), 그리고 제3 입수구(110c)와 제3 출수구(120c)를 가진 제3 반응실(100c)을 차례로 갖춘 갖춘 본체(100);
상기 제2 반응실(100b)에 장착한 애노드(200);
상기 제1 반응실(100a)에 제1이온 막(130a)과 밀착하게 설치하는 제1 캐소드(300a);
상기 제3 반응실(100c)에 제2이온 막(130b)과 밀착하게 설치하는 제2 캐소드(300b);
상기 애노드(200)와 두 개의 제1 및 제2이온 막(130a, 130b) 사이에 각각 밀착하게 설치하며, 제1 입수구(110a)로 들어온 유체가 적어도 한 번 흐름 방향을 바꿔가면서 유동하게 하는 변환 유로(410)를 가진 두 개의 제1유로 판(400a);
상기 본체(100) 내면과 제1 캐소드(300a) 사이에 설치하며, 제2 입수구(110b)로 들어온 유체가 적어도 한 번 흐름 방향을 바꿔가면서 유동하게 하는 변환 유로(410)를 가진 제2유로 판(400b);
상기 본체(100) 내면과 제2 캐소드(300b) 사이에 설치하며, 제3 입수구(110c)로 들어온 유체가 적어도 한 번 흐름 방향을 바꿔가면서 유동하게 하는 변환 유로(410)를 가진 제3유로 판(400c); 및
상기 제2 출수구(120b)와 제3 입수구(110c)를 연결하는 연결관(121);을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소수 전해조.
제1 항 또는 제2 항에서,
상기 제1 및 제2이온 막(130a, 130b))은,
제1 입수구(110a)와 제1 출수구(120a)를 잇는 가상 선을 기준으로 양쪽에 대칭으로 배치한 것을 특징으로 하는 수소수 전해조.
제1 항 또는 제2 항에서,
상기 애노드(200)는,
제1 입수구(110a)와 제1 출수구(120a)를 잇는 가상 선에 놓이도록 배치한 것을 특징으로 하는 수소수 전해조.
제1 항 또는 제2 항에서,
상기 애노드(200)와 각 제1 및 제2이온 막(130a, 130b) 사이는,
간격(W')이 0.5~5㎜인 것을 특징으로 하는 수소수 전해조.
제1 항에서,
제1 및 제2이온 막(130a, 130b)과 제1 및 제2 캐소드(300a,300b) 사이의 간격(W)은,
0.1~50㎜인 것을 특징으로 하는 수소수 전해조.
제1 항 또는 제2 항에서,
상기 제1 입수구(110a)로 공급하는 원수는 전도도가 60㎲/㎝ 이하인 물이고,
상기 제3 출수구(120c)를 통해 출수하는 물은 pH가 3~7.5이고, 산화환원 전위(ORP)가 +800 ~ +1,400㎷이고,
상기 제1 출수구(120a)를 통해 출수하는 물은 pH가 3~7.5이고, 산화환원 전위(ORP)가 -300 ~ -750㎷인 것을 특징으로 하는 수소수 전해조.
제1 항 또는 제2 항에서,
상기 제1 출수구(120a)를 통해 출수하는 수소수는,
용존 수소 농도가 100~2,000ppm인 것을 특징으로 하는 수소수 전해조.