KR101284366B1 - 알칼리수 생성장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 알칼리수 생성하는 장치는, 용수(用水)가 저수(貯水)되고 입수구와 출수구를 통해 상기 용수가 입수 및 출수될 수 있는 원통형 수조와, 상기 수조외부를 감은 코일에 의해 상기 수조내의 공간에 변성(變性)의 자기(磁氣)에너지를 유도하기 위한 자속부와, 상기 변성의 자기에너지의 생성을 위해 필요한 전기에너지를 공급하기 위한 전력부와, 상기 용수와 접촉하도록 상기 수조내에 상호 분리된 개체로서 포함되는 2가지 유형의 반응체를 포함하여 구성된다. 상기 반응체중 일 유형은, 수소보다 이온화경향이 높은 제 1금속( 예를 들어, 아연 )과 수소보다 이온화경향이 낮은 제 2금속( 예를 들어, 구리 )의 합금( 예를 들어, 비율이 Cu:Zn=8:2 )인 미립자들이고, 상기 반응체중 다른 유형은 상기 제 1금속보다 이온화경향이 더 높은 제 3금속( 예를 들어, 마그네슘 ) 성분의 볼(ball)들이다.

Description

알칼리수 생성장치 { apparatus for producing alkalized water}

본 발명은 pH가 높은 알칼리수를 생성하는 장치에 관한 것이다.

pH가 7이상의 알칼리수는 물의 구조가 치밀하게 강화되어(6각수) 생체를 외부의 자극이나 교란으로부터 안정되게 유지시키는 한편 산성화된 체액을 알칼리성으로 되돌릴 수 있으며, 신체에 유해한 활성산소를 없애는 기능을 하는 것으로 보편적으로 인식되고 있다. 특히, pH 9이상의 알칼리수는 위장내 이상발효, 만성설사, 소화불량, 위산과다, 변비에 특효가 있는 점이 공인되어, 강알칼리수를 만들어내는 이온수기는 의료용으로도 취급되기도 한다.

이러한 알칼리수를 생성하는 방법으로는 물을 전기분해하는 방법과 천연 광물을 이용하는 방법이 알려져 있다.

전기분해를 이용하는 방법은, pH의 정확한 제어가 가능하지만, 그 구조가 복잡하고 또한, 물의 낭비가 심하다는 단점이 있다. 공급되는 물의 대략 40%만이 알칼리수로서 음용(飮用)될 수 있고 나머지는 버리게 된다. 이는 전기분해를 위한 양(+)전극 주변의 수산화이온기(OH^-)들이 서로 반응하여 발생기산소(O)를 만들어 내고 금속전극이 이온화되어 녹아 나오기 때문에 음용 할 수 없으며, 또한 음(-)전극 주변에 점착되는 칼슘이온(Ca⁺⁺)을 제거하기 위해 간헐적으로 전극을 반전시킨 뒤, 공급되는 물을 세정수로 사용하기 때문이다.

천연 광물을 이용하는 방법은 천연 광물과 물을 접촉시키기만 하면 되므로 그 구조가 간단하고 가격도 저렴한 특징은 있지만, 천연 광물과의 자연적 접촉을 통한 화학반응을 통해서는 원하는 pH의 강알칼리수를 얻기가 어려우며, 다소 pH가 높은 알칼리수를 얻기 위해서는 천연광물의 접촉면적을 넓히거나 접촉시간을 늘리기 위해 큰 부피의 수조를 두거나 또는 물의 관로를 길게 하는 등의 점유공간이 커지는 단점이 있다.

본 발명은, 공급되는 물을 낭비없이 pH가 높은 강알칼리성의 음용수로서 공급할 수 있는 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 포함한다.

본 발명은, 알칼리수를 생성하기 위한 물질의 화학반응력을 높임으로써, 점유공간을 크기 줄이면서 강알칼리성의 음용수를 공급할 수 있는 장치를 제공하는 것에 다른 목적이 있다.

본 발명은, 알칼리수 생성을 위해 발생되는 극소량의 불순물을 제거할 수 있는 강알칼리성 음용수 공급장치를 제공하는 것에 또 다른 목적이 있다.

본 발명의 목적은 상기 서술된 명시적인 목적에 국한되는 것은 아니며, 본 발명에 대한 구체적이고 예시적인 하기의 설명에서 도출될 수 있는 효과를 달성하는 것을 그 목적에 당연히 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따른 알칼리수 생성장치는, 용수가 저수(貯水)되고 입수구와 출수구를 통해 상기 용수가 입수 및 출수될 수 있는 수조와, 상기 수조내의 공간에 변성(變性)의 자기(磁氣)에너지를 유도하기 위한 자속부와, 상기 변성의 자기에너지의 생성을 위해 필요한 전기에너지를 공급하기 위한 전력부와, 상기 용수와 접촉하도록 상기 수조내에 상호 분리된 개체로서 포함되는 2가지 유형의 반응체를 포함하여 구성된다. 그리고, 상기 반응체중 일 유형은, 수소보다 이온화경향이 높은 제 1금속과 수소보다 이온화경향이 낮은 제 2금속의 합금 개체들의 집합이고, 상기 반응체중 다른 유형은 상기 제 1금속보다 이온화경향이 더 높은 제 3금속 개체들의 집합이다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 제 1금속은 구리(Cu), 상기 제 2금속은 아연(Zn), 상기 제 3금속은 마그네슘(Mg)이고, 상기 합금내에는 상기 제 1금속이 상기 제 2금속보다 높은 중량 비율로 포함되며, 상기 반응체 각각은 볼(ball) 또는 그래뉼(granular) 형태이고, 상기 일 유형의 반응체는 상기 다른 유형의 반응체보다 공극율(孔隙率)이 더 낮도록 작은 크기로 제작된다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 전력부는 전류를 단속적으로 출력함으로써 상기 전기에너지를 제공한다.

본 발명에 따른 다른 일 실시예에서는, 상기 전력부는 전류의 극성을 반전시키면서 출력함으로써 상기 전기에너지를 제공한다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 수조는 연결관에 의해 상호 연결된 복수개로 구성되고 각 수조에는 상기 자속부가 구비되며, 상기 각 자속부는 상기 전력부에 대해 전기적으로 상호 병렬연결된다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 수조의 출수구에 연결된 유출관에 설치된, 상기 수조로부터 출수되는 용수에 침전된 물질을 걸러내는 필터를 더 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 일 실시예에서는, 상기 수조는 원통형으로 구성되며, 상기 자속부는 상기 수조의 외부를 나선형으로 감싸고 있는 코일로써 구성된 솔레노이드(solenoid)를 포함한다.

상기에서 설명된 본 발명과 하기에서 상세히 설명되는 본 발명에 대한 적어도 하나의 실시예는, 전기분해를 이용하지 않음으로써 물의 낭비없이 강알칼리성의 이온수를 공급할 수가 있어 경제적이며 또한 본 발명에 의한 장치는 작은 공간에도 설치가 가능한 장점이 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 알칼리수 생성장치의 구성을 개념적으로 도시한 것이고,
도 2a는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 변성(變性)의 자기(磁氣) 에너지를 생성하기 위해 공급되는 전기에너지 파형의 일 예이고,
도 2b는, 본 발명의 다른 일 실시예에 따른, 변성(變性)의 자기(磁氣) 에너지를 생성하기 위해 공급되는 전기에너지 파형의 일 예이고,
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 공급되는 전기 에너지에 의해 수조내에 자속(磁束)이 유도되는 것을 도시한 것이고,
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 1의 전력공급부의 구성을 예시한 것이다.

본 발명에 따른 알칼리수 생성장치의 실시예에 대해 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 알칼리수 생성장치의 구성을 개념적으로 도시한 것으로서, 크게는, 2개의 원통형 수조(10a,10b)와, 상기 수조(10a,10b)를 나선형으로 감고 있는 솔레노이드(solenoid)(11a,11b)와, 상기 솔레노이드(11a,11b)와 전기적으로 결선되어 전기 에너지, 예를 들어 구형파 전류를 공급하기 위한 전력공급부(20)를 포함하여 구성된다. 상기 각 솔레노이드(11a,11b)는 상기 전력공급부(20)에 대해 전기적으로 상호 병렬 연결된다.

상기 각 수조(10a,10b)에는, 저수된 물과 화학반응을 일으키기 위한 금속물질의 반응체(反應體)( 이하, ‘미디어’라고 한다. )이 부분적으로 채워진다. 상기 미디어는 접촉면적이 넓도록 볼 형태로 각기 제작된 두 종류의 개체(個體)들로서 구성되며, 제 1미디어는 이온화경향이 매우 높은 금속으로 제작되고, 제 2미디어는 상기 제 1미디어보다는 이온화경향이 낮은 2가지의 금속의 합금으로 제작된다. 이 때, 2가지 중, 하나는 수소보다 이온화경향이 높은 금속으로 다른 하나는 수소보다 이온화경향이 낮은 금속으로 구성된다. 예를 들어, 상기 제 1미디어는 높은 순도의 마그네슘(Mg) 볼(ball)(31)이며, 상기 제 2미디어는, 수소보다 이온화경향이 낮은 구리(Cu)와 수소보다 이온화경향이 높은 아연(Zn)이 대략 8:2의 비율인 구리합금 볼(32)이다. 도면상의 미디어(31,32)는 본 발명의 원리와 개념을 구체적으로 보여주기 위해 실척(實尺)을 무시하고 도시한 것으로서, 바람직하게는, 상기 제 1미디어는 1~5mm의 직경을 갖는 볼 형태이며 마그네슘의 순도는 가능한 높은 수준( 99.95%이상 )을 가지며, 상기 제 2미디어는 상기 제 1미디어보다 상기 수조(10a,10b)내에서의 공극(孔隙)율이 훨씬 더 낮도록( 즉, 단위부피당 물과의 접촉면적이 상기 제 1미디어보다는 더 넓도록 ) 미립자 또는 분말형태로 제작되어 상기 각 수조(10a,10b)에 채워진다. 본 명세서에서 제시한 수치나 중량 비율 등은 본 발명의 실시를 위해 예시한 한가지 예일 뿐, 본 발명의 개념과 원리를 달성하기 위해서 제시한 수치나 중량 비율 등에 반드시 구속되는 것은 아니다. 따라서, 상기 예시한 수치나 중량 비율 등과 다른 값으로써 본 발명의 개념과 원리를 벗어나지 않는 범위내에서 실시하는 발명은, 청구범위에서 배척하지 않는 한 본 발명의 범위에 속한다고 보아야 한다. 이하의 설명이나 도면에서 제시하는 구체적인 수치, 한정, 중량 비율, 구조 등의 경우에도 또한 동일하다.

상기 각 수조(10a,10b)는 용수(用水)가 유통되는 연결관(14)을 통해 상호 연결되며, 공급되는 용수가 1차로 저수(貯水)되는 상기 수조(10a)에는 유입관(13)이, 2차로 저수되는 상기 수조(10b)에는 유출관(15)이 결합되며, 상기 각 수조(10a,10b)는 상기 유입관(13), 연결관(14), 유출관(15)이 결합된 부분에 유통공이 형성되어 용수의 진행방향으로 용수가 자유로이 유통되며, 상기 유통공과 알칼리수 생성을 위해 기화되는 가스를 배출하는 배출공을 제외한 부분은 당연히 밀폐 또는 패킹되어 물이 누수되지 않게 된다. 특정의 목적, 예를 들어 수조의 청소 등을 위해, 마개 등을 제거함으로써 물을 필요시에 배출할 수 있는 배출구가 상기 각 수조(10a,10b)에 포함될 수도 있다.

상기 유출관(15)의 임의 부분에는 그 내부에 필터가 착탈식으로 부착될 수 있는 필터단(16)이 형성되어 있으며, 상기 필터단(16)의 다음에는 용수의 흐름을 차단할 수 있는 밸브(17a)를 갖는 용수전(17)이 결합된다. 상기 용수전(17)의 개폐스위치(17b)를 사용하여 상기 밸브(17a)를 개방시키면, 상기 유입관(13)으로 공급되는 수압에 의해 상기 수조(10a,10b)내의 용수가 상기 연결관(14)과 유출관(15), 그리고 상기 필터단(16)을 거쳐 상기 용수전(17)의 취출구(17c)로부터 출수(出水)된다.

이 때, 상기 취출구(17c)로부터 배수되는 물은, 앞서 언급한 바와 같이 강알칼리성의 이온수( 이하에서 설명하는 방식에 따라 약알칼리성의 이온수일 수도 있다. )인 데, 이하에서는, 알칼리성의 이온수가 생성되는 방식에 대해 자세히 설명한다.

상기 각 수조(10a,10b)내의 용수는 평형상태에서 다음의 반응식에 따라 물분자와 수산화이온기 그리고 수소이온으로서 존재하게 된다.

H₂0 ↔ H⁺ + OH^- 반응식 (1)

상기 각 수조(10a,10b)내의, 마그네슘 물질의 상기 제 1미디어(31)는 그 접촉면이, 용수내의 수소이온(H⁺)과 반응함으로써 다음의 반응식에 따라 수소기체(H₂)를 생성한다. 이 반응은 마그네슘의 이온화경향이 수소보다 높기 때문에 마그네슘이 전자를 수소에 제공함으로써 이루어진다.

Mg + 2H⁺ → Mg⁺⁺ + H₂↑ 반응식 (2)

수소이온들이 수소가스로 기화됨으로써 상기 수조(10a,10b)내의 용수에는, 수소이온(H⁺)의 농도가 수산화이온기(OH^-)의 농도보다 상대적으로 낮아지고 따라서 상기 수조(10a,10b)내의 용수는 알칼리성을 띠게 된다.

전술한 반응식 (1)과 (2)가 자연적으로 이루어지는 상태에서, 상기 전력공급부(20)에서는 도 2a에 예시된 바와 같은 구형파의 전류를 상기 각 솔레노이드(11a,11b)에 인가한다. 본 발명에 따른 일 실시예에서는, 전압과 전류는 각각 5V와 6A( 각 분해조당 3A )인, 듀티비(duty ratio)(=D/W)가 30%이고, 주파수(1/T)는 15kHz인 구형파를 사용한다. 상기 전력공급부(20)에서 공급하는 전기적 에너지는 상기 각 솔레노이드(11a,11b)에서 변성(變性)의 자기(磁氣)에너지로 변환되는 데, 이 자기에너지는 상기 수조(10a,10b)내의 용수의 알칼리도를 높이는 쪽으로 작용한다. 따라서, 용수의 알카리도를 원하는 pH 값을 갖도록 하기 위해 상기 제시된 구형파의 정격을 다양한 방법으로 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 듀티비와, 주파수를 높이거나 낮출 수 있으며, 전류 및 전압도 변화시킬 수도 있다.

본 발명에 따른 다른 일 실시예에서는, 도 2b에 예시된 바와 같이, 극성이 반전되는 구형파를 상기 솔레노이드(11a,11b)에 인가할 수도 있다.

도 2a 또는 2b의 구형파가 상기 솔레노이드(11a,11b)에 인가되면, 상기 각 수조(10a,10b)에는, 도 3에 예시된 바와 같이 변성(變性)의 자속(310)이 유도된다. 즉, 자속이 단속적으로, 또는 방향이 상하로 반전되면서 유도된다. 이와 같이 유도되는 자속에 의한 변성의 자기에너지는, 마그네슘 물질의 상기 제 1미디어(31)의 전자의 에너지레벨을 교란하면서 여기(勵起:excite)시킨다. 이에 따라, 마그네슘의 최외곽 전자는 보다 쉽게 반대 극성의 이온들과 반응할 수 있게 되므로 반응식 (2)에 의한 반응이 보다 더 활발하게 이루어진다. 이는 곧 용수내의 알칼리성을, 마그네슘의 자연적 용수 접촉때보다 훨씬 더 높이게 되어, 원하는 정도의 강알칼리성( pH 9~10 )의 용수가 분해조내에서 만들어지게 한다.

한편, 전자를 잃은 상기 제 1미디어(31)의 마그네슘(Mg⁺⁺)은 용수 속에 녹아 있는 염소이온(Cl^-) 등으로부터 전자를 제공받아 마그네슘으로 환원된다. 또한, 구리와 아연의 합금인 상기 제 2미디어(32)내의 아연 물질이 이온화(Zn⁺⁺)되면서 방출되는 전자들을 수용함으로써도 마그네슘으로 환원된다. 한편, 상기 솔레노이드(11a,11b)로부터 단속적으로 또는 방향이 반전되면서 공급되는 자기에너지(310)가 상기 제 2미디어(32)의 아연금속에 대해서도 최외곽 전자의 에너지 레벨을 교란하면서 여기(excite)시키므로, 아연은 용수속에 자연상태로 존재할 때보다 상대적으로 높은 중량 비율로 이온화된다, 즉 더 많은 전자이온을 용수속으로 방출하게 된다. 그리고, 전자를 잃은 합금 속의 아연(Zn⁺⁺)은 구리가 이온화(Cu^N+, N은 합금에 몇가의 구리를 사용하는가에 따라 결정된다.)하면서 방출한 전자를 수용하여 아연금속(Zn)으로 환원되기도 한다. 이온화된 구리는 용수 속에 녹아 있는 염소이온(Cl^-) 등으로부터 전자를 제공받아 본래의 구리 금속으로 환원된다.

상기 제 1미디어(31)내의 마그네슘은 이온화하면서 수소이온(H⁺)에 공급하는 전자를, 전술한 바와 같이 다시 보충하여 금속으로 환원되므로 손실되지 않고 그 질량이 거의 그대로 보존된다. 따라서 반 영구적으로 사용할 수가 있다.

상기 제 1미디어(31)는 순수 마그네슘 물질로만 제조되는 것이 바람직하나, 공정상 100%의 순도로 제조하는 것은 거의 불가능하다. 따라서, 상기 제 1미디어(31)는 최적 공정으로 제조하여도 필연적으로 통상 0.05% 내외의 불순물이 함유된다. 이러한 불순물에는 중금속이 포함될 수도 있는 데, 이러한 중금속 성분이 용수에 녹아 이온상태로 존재할 수도 있다. 이와 같이 이온화된 중금속은, 용수속으로 방출된 전자, 예를 들어 상기 제 2미디어(32)의 아연으로부터 방출되는 전자를 포획하여 금속물질로 침전된다. 이와 같이 침전된 중금속 물질은, 상기 용수전(17)의 밸브(17a)가 개방되어 용수가 상기 취출구(17c)로 출수될 때 그 흐름에 따라 상기 유출관(15)에 설치된 필터단(16)의 필터에 의해 고체로서 석출된다.

상기 각 솔레노이드(11a,11b)에 전기적 에너지를 공급하는 상기 전력공급부(20)는, 도 4에 예시된 바와 같이, 용수의 pH 등의 설정을 입력받는 설정부(410)와, 설정된 조건에 따른 전기파형(electric waveform)을 출력하는 파형 생성부(430)와, 상기 출력되는 전기파형에 따라 지정된 세기의 전류를 공급하는 전력구동부(440)와, 상기 설정부(410)에서 설정된 값 또는 모드 등에 맞는 전기적 에너지 조건( 예를 들어, 구동파형의 종류, 듀티비, 주파수 등 )을 결정하여 그 조건을 상기 파형 생성부(430)에 지정하는 제어부(420)를 포함하여 구성된다.

상기 설정부(410)는, 사용자가 자신이 음용할 또는 사용할 용도에 맞는 pH값을 설정할 수 있는 키(key) 또는 음용 모드( 예를 들어, 건강수, 치료수 등 )를 지정할 수 있는 키 등을 구비하고, 사용자가 해당 키를 누르면 그에 따른 신호를 상기 제어부(420)에 전송한다. 상기 제어부(420)는 전달된 신호로부터 사용자가 원하는 용수의 pH값을 파악 또는 결정하고, 그 pH값의 용수를 생성하는 데 필요한 전기적 변수, 예를 들어, 듀티비 및/또는 주파수를, 기 설정된 초기환경변수( 예를 들어, 전기적 에너지의 자기에너지 전환율, 수조의 치수에 대한 자기에너지에 따른 용수의 알칼리도 등 )을 고려하여 결정한다. 본 발명에 따른 일 실시예에서는, 적절한 파형( 예를 들어, 구형파의 포락선(包絡線:envelope)이 삼각파, 정현파 등 )을 선택할 수도 있다.

상기 파형 생성부(430)는 상기 제어부(420)가 설정한 조건에 맞는 전기파형을 생성하고, 상기 전력구동부(440)는 그 파형에 따른 정격의 전류를 출력함으로써, 상기 각 솔레노이드(11a,11b)에 전기적 에너지를 공급하게 된다. 이에 따라, 자기에너지가 상기 각 수조(10a,10b)에 단속적으로 또는 교번적으로 제공됨으로써 용수가 알칼리화가 된다.

전술한 과정에 따라, 상기 각 수조(10a,10b)내의 용수는 원하는 대로의 알칼리성을 유지할 수 있게 되므로, 사용자는 언제던지, 상기 용수전(17)의 밸브(17a)를 개방함으로써, 상기 취출구(17c)로부터 출수되는 개인이 용도에 맞게 설정한 약알칼리성 또는 강알칼리성의 이온수를 음용 또는 사용할 수 있게 된다.

한편, 본 발명은 전술한 전형적인 바람직한 실시예들에만 한정되는 것이 아니라 본 발명의 주제와 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지로 개량, 변경, 대체 또는 부가하여 실시할 수 있는 것임은 당해 기술분야에 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체 또는 부가에 의한 실시가 이하의 첨부된 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것으로 보아야 한다.

10a, 10b: 수조 11a, 11b: 솔레노이드
16: 필터단 17: 용수전
20: 전력공급부 31, 32: 금속 반응체
410: 설정부 420: 제어부
430: 파형 생성부 440: 전력구동부

Claims (6)

1. 알칼리수를 생성하는 장치에 있어서,
   용수가 저수(貯水)되고 입수구와 출수구를 통해 상기 용수가 입수 및 출수될 수 있는 수조와,
   상기 수조내의 공간에 변성(變性)의 자기(磁氣)에너지를 유도하기 위하여, 상기 수조의 외부를 나선형으로 감싸고 있는 코일로써 구성된 솔레노이드를 포함하는 자속부와,
   상기 변성의 자기에너지의 생성을 위해 필요한 전기에너지를 공급하기 위한 전력부와,
   상기 용수와 접촉하도록 상기 수조내에 상호 분리된 개체로서 포함되는 2가지 유형의 반응체를 포함하여 구성되며,
   상기 반응체중 일 유형은, 수소보다 이온화경향이 높은 구리(Cu)와 수소보다 이온화경향이 낮은 아연(Zn)의 합금이고, 상기 반응체중 다른 유형은 상기 구리(Cu)보다 이온화경향이 더 높은 마그네슘(Mg)이며,
   상기 합금 내에는, 상기 구리(Cu)와 아연(Zn)이 8:2의 중량 비율을 갖으며,
   상기 반응체 각각은 볼 또는 그래뉼 형태로서, 상기 일 유형의 반응체는 상기 다른 유형의 반응체보다 공극율이 더 낮도록 작은 크기로 제작되고,
   상기 수조는 연결관에 의해 상호 연결된 복수개로 구성되며, 각 수조에는 상기 자속부가 구비되고, 상기 각 자속부는 상기 전력부에 대해 전기적으로 상호 병렬연결되어 있는 것인 장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 전력부는 전류를 단속적으로 또는 극성을 반전시키면서 출력함으로써 상기 전기에너지를 제공하는 것인 장치.
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서,
   상기 수조의 출수구에 연결된 유출관에 설치된, 상기 수조로부터 출수되는 용수에 침전된 물질을 걸러내는 필터를 더 포함하여 구성된 것인 장치.
6. 삭제

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