KR101694380B1 - 전해환원수 생성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기분해를 이용하여 수소 풍부수와 산소 풍부수를 분리 및 포집하는 파이프 대롱형 전극 및 전극에 이온의 유동이 가능한 통공이 형성된 봉을 가진 농축이 가능한 전해환원수 생성 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일면에 따른 전해환원수 생성 장치는 양단부가 관통된 파이프형 구조체 및 상기 파이프형 구조체의 내부에 배치되고, 전원을 인가 받아 극성을 가지고, 액체 속에 일부가 침지되어 상기 액체를 전기분해하는 복수의 전극을 포함한다.

Description

전해환원수 생성 장치{APPARATUS FOR GENERATING ELECTROLYSIS REDUCTION WATER}

본 발명은 전기분해를 이용하여 수소 풍부수와 산소 풍부수를 분리 및 농축 포집하는 전해환원수 생성 장치에 관한 것이다.

물은 지구상의 모든 생명체가 생명을 이어가기 위한 절대적인 요소이다. 인간의 신체는 약 70%가 물로 구성되고, 유아의 신체는 약 80%가 물로 구성되어 있으며, 이 중 혈액은 약 83%가, 폐와 간은 약 86%가 물로 이루어져 있다. 따라서 수분이 부족해지면 노폐물과 독소가 신체 내에 쌓여 각종 질병을 유발하게 되며, 물은 인체 내 노폐물 배출과 세포 영양분 섭취에 절대적인 도움을 주는 역할을 한다.

사람은 하루에 섭취하는 물의 양은 평균 약 2.5 리터이고, 이중 약 0.4리터는 호흡으로, 약 1.4리터는 소변으로, 약 0.1리터는 대변으로, 나머지 약 0.6리터는 땀으로 배출된다. 따라서 사람에게는 매일 약 2.5리터의 물이 보급되어야 하는데, 식사 중 약 1리터를, 체내 합성 시 영양소가 에너지로 변환되며 발생하는 부산물로서 약 0.3리터를, 물로서 약 1.2리터가 보급된다.

이처럼 인간이 섭취하는 물은 각종 오염 및 노폐물의 발생을 방지하기 위하여 반드시 오염되지 않고 깨끗한 물이어야 한다. 또한 물은 다른 노폐물을 걸러내는 역할을 하게 되므로, 인간이 섭취한 깨끗하지 못한 물은 체내 노폐물을 걸러내는 역할을 제대로 수행할 수 없다. 따라서 오염되지 않고 깨끗한 물을 마시는 것은 건강을 유지하기 위해서도 반드시 꼭 필요하다.

실외에서의 인간의 생활은 레저 산업의 발달 등으로 인하여 그 영역이 확대되고 있다. 실외 활동 즉 여행, 바캉스, 등산, 캠핑, 오지 탐험 및 촬영, 해외 선교활동, 오지 공사현장 근무, 야외 스포츠, 레저, 군 작전, 전투, 테러진압 등을 하는 경우, 사고를 당하여 고립되거나 부상을 당할 수 있다. 또한, 지구온난화 등에 의한 가뭄, 대홍수, 지진, 태풍, 화산폭발, 쓰나미, 해일, 폭풍, 허리케인, 토네이도 등 각종 천재지변의 빈도와 강도가 세지는 추세에 따라, 각종 자연 재해로 인한 비상 상황 및 사고 환경에 고립되거나, 불가피한 인명 피해를 받게 된다.

구급약품 및 재난 대비장비조차 구비하지 못한 상황으로서 구조를 기다려야 하거나, 위기상황을 탈출하여야만 할 때, 정전, 단수 등 각종 생활 시설조차 무력해진 상황에서 인간은 생명 유지를 위하여 최소한의 물을 음용 하여야 하고, 2차 감염 등의 피해를 예방하기 위하여 개인 위생을 스스로 유지하여야만 구조 또는 탈출을 기대할 수 있다. 그러나 이러한 극한 위기 상황에 처해지는 경우, 어쩔 수 없이 인간은 안전하지 못한 음식과 물을 먹고, 마셔야 하는 영화 속의 한 장면 같은 경우가 발생할 수 밖에 없는 것이 현실이다.

즉, 각종 재난 상황 속에서도 여러 종류의 물이 존재할 수 있는데, 시각적으로는 안전하게 보인다 하더라도 음용수에 대한 위험인자를 제거하여야만 할 필요성이 있다. 물 속에 존재하는 각종 바이러스, 박테리아, 원충(Protozoa), 각종 기생충 알, 수인성 전염 병원균 등을 제거하고 마셔야만 인간은 여러 가지 질병을 예방하고 생명을 유지하는 것이 가능하다. 그러나 인간은 생존하기 위하여 상황에 따라 위험을 감수하며 음용수로 적절치 못한 불결한 물을 마시기도 한다. 하지만 저항력이 약한 현대인들, 영유아, 어린이, 임산부, 고령자, 환자 등에게는 이러한 오염된 물을 음용하는 것은 매우 치명적인 결과를 가져올 가능성이 크다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제안된 종래의 기술은 자외선을 이용하여 물속의 박테리아, 바이러스 등을 파괴하는 가정용, 업소용, 개인 등산용 장치가 소개되어 왔다.

그러나, 이러한 종래 기술과 대비하여 볼 때, 물을 전기분해 하여 획득한 수산화 이온(OH-)은 UVC 자외선의 180배, 오존(O3)의 2000배, 염소(Cl2)의 약 2배, 옥도정기 소독제인 과산화수소(H2O2)보다는 약 1.57배 이상의 강력한 살균력을 가진다. 또한, 수산화 이온은 우리의 인체에는 전혀 무해한 천연 물질이므로 안전하다.

물의 전기분해에 대하여는 지속적으로 연구가 이루어져 왔으며, 수소 풍부수(전해환원수)는 항산화 작용을 하는 효과가 있는 것으로 알려져 있고, 산소 풍부수(산성 이온수)는 살균 작용이 뛰어난 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 비타민 C 아스코르빈산은 항산화 작용을 하는 것으로 알려져 있으나, 산화 환원이 동시에 일어나고, 연쇄적으로 지속되는 반응이기 때문에, 아스코르빈산이 활성 산소를 환원시키는 도중에 아스코르빈산은 활성 산소에 의해 산화되어 새로운 아스코르빈산이 생성되어, 유전자에 손상을 주는 문제점이 있다.

이와 같이 항산화 물질은 일련의 산화 및 환원 연쇄 반응을 하므로, 일종의 부작용을 일으킬 수 있는 위험성을 가지는 문제점이 있다.

그러나 수소 풍부수(전해 환원수)의 수소는 활성 산소와 결합하여 이러한 활성 산소를 환원 제거하여, 최종적으로 물로 변하게 되므로 인체에 안전한 것으로 학계에 보고되고 있다.

예를 들어, 인체의 장기 중 하나인 신장은 하루에 약 180리터의 물을 여과하는데, 여과된 물의 대부분은 다시 흡수되고 소변으로 일부가 배출된다. 신장이 다량의 물을 여과할 수 있는 이유는 신장세포의 세포막에 물을 선택적으로 재빨리 투과시킬 수 있는 물 채널(aquaporin)이라고 불리는 통로가 있기 때문이다. 이러한 물 채널 통로의 크기는 직경 0.3 내지 1.3나노미터(1나노미터는 10억 분의 1미터) 정도로 매우 작기 때문에, 직경 0.3나노미터의 물은 물 채널을 통과할 수 있지만 물 채널의 직경보다 큰 직경을 가지는 물질은 통과할 수 없다. 활성수소(수소원자)의 크기는 0.1나노미터이고, 활성수소를 운반하는 금속 나노콜로이드(미네랄)의 크기는 1나노미터 또는 그 이하이므로 물 채널을 통과하는 것이 가능한데 비하여, 비타민C나 베타카로틴은 분자량이 물보다 10~30배 정도 크기 때문에 물 채널을 통과할 수 없다. 즉, 비타민이나 카로틴 등의 환원작용을 가진 항산화물질이 침입할 수 없는 세포라고 해도 수소 풍부 수는 채널을 용이하게 통과하여 세포에 달라붙은 활성산소를 안전한 물로 바꾸어 배출시켜 제거하는 것이 가능하다.

혈액뇌관문(blood brain barrier)은 뇌세포의 기능을 파괴하는 약물, 독소, 신경전달물질 등이 혈액에서 뇌로 이행되는 것을 제한하는 기구로서, 포도당, 아미노산, 핵산 성분 등의 영양소는 선택적으로 투과시킨다. 이러한 현상은 주로 뇌혈관 내피세포의 활동에 의해 이루어지는데, 기름에 녹기 쉬운 지용성 물질이나 크기가 작은 물질일수록 이 혈액뇌관문을 통과하기가 쉽다. 따라서 비타민C처럼 물에 녹기 쉬운 항산화물질을 뇌에 공급하여 뇌세포를 보호하고자 하는 경우에는 항산화물질의 입자가 너무 크기 때문에 혈액뇌관문을 통과할 수 없는 문제점이 있다. 그러나 모든 물질은 수용된 상태로 인체를 순환하며, 물은 모세혈관을 통해 뇌 또는 뼈 등에도 이행될 수 있다. 즉 물에 항산화성을 부여할 수 있다면, 온몸의 산화상태를 개선하는 데에 매우 효과적인 결과를 얻을 수 있다.

물을 전기분해 하면 물 속에 수소가 풍부한 수소 풍부수 와 산소가 풍부한 산소 풍부수를 얻을 수 있으며, 수소 풍부수는 전자를 얻고, 산소를 잃은 전해환원수라 하고, 산소 풍부수는 전자를 잃고 산소를 얻은 산화 산성 수라 할 수 있다. 호흡으로 체내에서 에너지를 만들 때 사용되는 산소의 2 %가 활성 산소가 된다고 하며, 모든 질병의 원인의 90 %는 활성 산소라고 한다. 활성 수소는 "H"로 표시 하며 원자 상태의 수소를 말한다. 일반적으로 우리가 말하는 수소라고 하는 것은 "H2"를 말하는 것으로 분자 수소이다. 또한 활성 수소는 활성 산소와 쉽게 결합되어 각종 질병의 원인이 되는 활성 산소를 무해화 시키는 것으로 알려져 있다. 활성 수소 수를 마시면 몸 상태가 좋아지는 것으로 연구되어 여러 논문을 통하여 발표되고 있고, 체내에서 양적으로 충분한 활성 산소를 제거할 수 있다는 것이 입증되고, 활성 산소의 해독에 현실성있는 메커니즘이 이화학적으로 해명됨에 따라서 선진국, 대기업 등에서 집중적으로 연구를 진행하고 있다. 언론 보도에 의하면 인체에 모든 질병을 유발하는 활성 산소를 활성수소가 무해화하여, 인간의 건강을 지키고 나아가 수명을 크게 연장할 수 있다는 연구 발표가 이어지고 있다.

일본의대 오타시게오 교수팀은 의학전문지 "Nature Medicine"에 수소 분자 (H2)가 항산화제로서 각종 병질환의 예방과 치료에 응용할 수 있음을 과학적으로 증명한 최초의 논문을 발표하였고, 그 내용은 수소 분자는 활성 산소 종류 중 가장 반응성이 높은 하이록시 라디칼(Hydroxyl Radical, .OH)을 선택적으로 환원하여 우리 인체의 세포를 산화 스트레스로부터 보호한다는 것이다. 산화스트레스(Oxidation Stress)란 우리 몸 안밖에서 발생한 활성산소와 같은 산화부하가 우리 몸 안에 항 산화효소(SOD, 글루타치온 퍼옥시타제, 카탈라제등)와 비타민 C, 폴라보노이드, 카로테노이드 등의 항산화 물질들에 의해 제거가 되고 남은 것을 말한다. 산화스트레스(유해성 활성산소)는 인체 내에서 DNA나 세포에 상해를 입히고 단백질 변성, 과산화지질, 혈액유동의 저하 등을 야기하여 각종 암, 아토피, 기미, 주근깨, 비만, 심근경색, 당뇨, 동맥경화, 백내장, 노화 등 많은 질병들을 유발한다.

차아염소산수의 차아염소산의 살균 작용은 차아염소산수에 존재하는 차아염소산 HOCI 과 과산화수소에 의하여 생성되는 하이드록실래디칼(Hydroxyl radical)의 생체 내 DNA, 효소(enzyme)에 대한 산화적 손상에 기인하는 것으로 추정되고 있다. 생체 내에서 백혈구 중의 하나인 호중구(好中球, Neutrophil)의 NADPH 등 산화효소(Oxidase)에 의하여 산화제로 작용하는 활성산소를 생성하여 살균하는 살균작용기구와 유사하다. 예를 들어, 식중독을 일으키는 노로바이러스는 차아염소산수에 의하여 즉시 살균된다. 대장균, 칸디다에 대한 차아염소산수 처리에 의하여 세포막, 세포핵의 파괴와 세포질이 응고된 모양을 관찰할 수 있으며, 차아염소산수는 대장균, 황색포도상구듄, 녹농균, 비브리오, 겜프로박타, 곰팡이, 황색포도상구균, 살모넬라, 칸디다, 리스테리아, 에르시니아, 효모 등의 균들에 대하여 뛰어난 살균효과를 보이고 있다. 이러한 차아염소산수는 타 살균제에 비하여 강한 살균력을 나타내고 있으며, 차아염소산나트륨(락스)에 비하여 실험적으로는 살균력이 80배 강하다. 유효염소 0.1ppm의 차아염소산수와 차아염소산나트륨수를 이용하여 대장균을 99% 살균하는 데에 소요되는 시간을 비교하면 차아염소산수(산소풍부수, 산화산성수)는1.5분 이내 이나, 차아염소산나트륨(락스) 은 120분이 소요되므로 차아염소산수가 차아염소산나트륨(락스)수에 비하여 시험적으로는 80배 강한 것으로 평가된다.

또한 차아염소산수(산소풍부수, 산화산성수)는 일반적인 독성 시험 또는 변이 원성 시험 결과 높은 안정성을 나타내며, 상용 살균소독제에 비하여 생체독성이 낮고 (1/50 ~ 1/100), 피부에 대한 영향이 매우 적으므로, 사용 시 잘못 음용하더도 특별한 위해성이 나타나지 않는다.

차아염소산수(산소풍부수, 산화산성수)는 사용하는 염소농도가 일반 염소계 소독제에 비하여 1/5 내지 1/10 정도로 낮고, 분해가 용이하여 잔류성이 없기 때문에 환경부하가 매우 적다. 이는 유기물과 접촉하면 신속히 반응하여 염소농도가 현저히 감소되므로 폐수처리장으로 유입되는 도중에 활성을 잃게 된다.

또한, 차아염소산수(산소풍부수, 산화산성수)는 소독부생물(消毒副生物)의 생성 관점에서 볼 때 일반 염소계 살균제로 식품 살균 시 발생하는 클로로포름과 같은 독성물질의 생성이 매우 적다. 차아염소산나트륨으로 야채, 육류 등을 소독처리하는 경우에 그의 유효염소농도에 비례하여 클로로포름의 생성이 증가하나, 실험 결과 차아염소산수(산소풍부수, 산화산성수, pH 2.7 유효염소농도 31ppm,pH5.5, 유효염소농도 25ppm) 500ml에 2cm각으로 세절한 양배추 및 닭고기 50g을 20분간 침지 처리한 경우 클로로포름이 검출되지 않는다.

강산성차아염소산수(강산화산성수, pH 2.5 ~ 2.6, 유효염소농도 27 ~ 40ppm) 2L에 세절된 오이, 양배추, 소고기, 돼지고기 등 각 200g을 10분간 교반 처리하고, 처리 후 시료 중의 유효 염소농도를 측정한 결과 각 시료 중 유효염소는 검출되지 않아 차아염소산수(산소풍부수, 산화산성수)는 식품 중에 잔류할 가능성이 매우 낮은 것으로 확인되었다.

시금치를 강산성차아염소산수(강산화산성수)로 처리하고 그의 주요한 영양성분인 아스코르빈산에 대한 영향을 수세(水洗) 전의 경우와 비교한 결과 총 아스코르빈산의 양이나 환원형 아스코르빈산의 산화에 대한 영향은 주지 않는 것으로 확인되었다.

차아염소산수(산소풍부수, 산화산성수)는 미생물의 세포벽 DNA, 효소 등 다면적인 생육필수인자에 작용하기 때문에 이론적으로도 내성화는 일어나기 어려운 것으로 확인되었다.

뇌는 혈액뇌관문을 이용해 물질의 이동을 엄격하게 제한하고 있는 장기이며 활성산소에 매우 약하다. 사회가 점차 고령화되면서 알츠하이머병이나 파킨슨병은 사회적인 문제로 대두되었다. 알츠하이머병은 기억의 출입구로서 매우 중요한 역할을 담당하는 해마나 편도핵 등의 신경세포가 죽어서 치매증상이 나타나는 질병이고, 파킨슨병은 신경전달물질인 도파민을 방출하는 중뇌 흑질의 신경세포가 죽기 때문에 운동장애가 발생하는 질병이다. 알츠하이머병과 파킨슨병은 모두 신경변성질환이라고 불리는 질병으로 주로 중년 이후에 발병해 진행되는데, 이러한 신경세포의 죽음에 활성산소가 관여한다는 사실은 잘 알려져 있다. 동맥경화증이 진행되면서 혈관이 일시적으로 막히고 그 후에 다시 허혈이 재관류될 때에 활성산소가 대량으로 발생하여, 신경세포가 죽는 것이다. 신경세포에 과산화수소를 작용시키면 신경세포가 스스로를 파괴하는 아포토시스(Apotosis)를 일으켜 사멸되지만 전해환원수(수소 풍부수)는 활성산소를 제거해 신경세포의 죽음을 억제하는 실험 결과를 획득하였으며, 래트대뇌피질 세포의 글루타민산 독성에 의한 죽음도 억제되는 결과가 발표되었다. 전해환원수(수소 풍부수)는 세포 내 과산화 활성산소를 제거했지만 일산화질소에는 영향을 끼치지 못했다. 그러나 일산화질소 발생에 따르는 세포사를 억제했다는 점에서 일산화질소와 슈퍼옥사이드 래디컬이 반응을 일으켜 생성하는 퍼옥시나이트라이트나 하이드록시 래디컬 등에 의한 세포 독성을 경감시켰기 때문이다. 활성산소 소거기능을 가지는 전해환원수(수소 풍부수)는 뇌의 다양한 질병 개선에 대한 효과를 기대할 수 있다.

이렇듯, 알츠하이머병이나 파킨슨병을 개선하는 데에 전해환원수(수소풍부수, 수소함유수)가 도움이 되는 이유는 바로 이러한 뇌 질환도 바로 활성산소가 원인이며 이를 효과적으로 개선할 수 있는 것이 바로 수소이기 때문이다. 물은 아주 빠르게 흡수되어 뇌까지 빠르게 전달되는 물질로서, 이를 통해 가장 강력한 항 산화제인 수소가 뇌 질환을 일으키는 활성산소를 제거하고, 산화된 세포를 회복시킴으로써 파킨슨병 등의 뇌 질환 개선에 효과를 기대할 수 있다. 이와 마찬가지로 뇌경색, 뇌출혈과 같은 뇌 질환 개선에도 도움이 될 것으로 기대되고 있다.

2009년, 암세포의 무한증식 비밀이 텔로미어라는 세포의 DNA 끝부분에 있다는 것이 밝혀졌으며, 일반적인 세포는 분열을 거듭하면서 텔로미어가 짧아지고 텔로미어가 다 없어지면 분열을 못하게 되어 죽게 되지만, 이와 달리 암세포는 텔로머라아제라는 효소를 통해 텔로미어를 회복시켜서 죽지 않고 무한히 증식해 나간다. 이 때 “수소는 텔로머라제와 텔로미어의 결합을 방해해 암세포가 정상적으로 죽을 수 있는 세포로 바꿔지게 하는 것으로 보인다”고 발표되었다(텔로미어: 염색체의 끝에 붙어서 세포가 분열할 때마다 짧아지며 세포의 노화상태를 나타내는 유전자, 텔로머라제: 텔로미어가 계속 만들어지도록 해 세포 분열이 진행되더라도 텔로미어가 어느 정도의 길이를 유지하도록 도움). 수소는 독성활성산소 제거를 통해 암의 증식을 막는데 도움을 준다. 또한, 인간의 암세포를 배양하는 실험을 통해 체내의 활성산소가 다양한 질병의 발병에 영향을 미치게 되는 것에 주목하여 전해환원수(수소풍부수, 수소함유수)의 수소가 활성산소를 없애면서 세포 상태가 개선되는지 여부를 조사한 결과, “인간의 폐암, 자궁암 세포를 전해환원수(수소풍부수, 수소함유수)를 사용해 1년간 배양, 그 결과 세포 내의 활성산소가 감소하고 암 세포의 증식이 늦어졌다.”는 결과가 발표된 바 있다.

암 세포는 미량의 활성산소가 증식을 일으키는데 수소 풍부수는 이 활성산소를 제거하는 작용을 하며 활성산소의 제거로 인해 암 세포는 증식의 계기를 잃게 된다. 한번 증식을 멈추면 사멸하기 쉬워지는 것이 암세포의 특징인데 이로 인해 암의 증식을 막을 수 있게 되는 것이다. 이러한 발표에 따르면, 사람의 설 암 세포가 수소 함유 수에 닿으면 세포증식이 6할 전후로 억제되었던 것으로 나타났으며, 이때 암세포 증식 덩어리의 사이즈는 약 3분의 2로 축소, 증식 덩어리의 형성률도 54 내지 72%로 감소한 것으로 나타났다. 그러나 정상 혀 세포에는 수소 함유 수에 닿아도 세포 증식에 거의 변화가 없어서 정상세포에는 거의 무해하다는 것으로 밝혀졌다. 즉, 수소는 정상세포에 대해 거의 무해하나 구강 암이나 구내 염, 설 염의 예방 효과가 있는 것으로 보인다.

일본에서는 수소 풍부수를 이용해 각종 기능성 제품을 출시하고 있고 이와 관련해 화장품, 노화방지, 피부회생제, 피부보습제, 피부 미백제, 피부유연제, 스트레스 회복제 등에 활용되고 있으며 신제품 개발이 활발히 이루어지고 있다. 온천, 아토피 치료, 옴이나 가려움 등 각종 피부염증 치료, 햇볕에 지나치게 노출됨으로 인한 탄 피부치료 등에 수소 풍부수를 응용하고 있다. 수소 풍부수가 갖는 가장 큰 특징 및 장점은 인간의 몸 속을 수소가 자유롭게 돌아 다니며, 인체 내에 발생된 활성산소를 안전하게 제거하여 준다는 데에 있다. 많은 질병이 활성산소에 의해 발생되고 있다는 사실만 보더라도 활성산소 제거가 수명을 연장시키고 피부를 젊게 하며 노화도 방지할 뿐 아니라 구강악취 제거 등 여러 가지 건강 증진 및 미용 증진 효과를 기대할 수 있다는 것이 입증 되고 있다. 특히, 수소 풍부수는 세척력이 뛰어나 과일을 수돗물 등으로 씻었을 경우와 수소 풍부수로 씻었을 경우, 수소 풍부수로 씻은 과일의 수명이 훨씬 더 오래간다는 사실이 실험에 의하여 확인되었으며, 탈모 증상의 개선에도 효과가 있는 것으로 확인되었다.

전해환원수(수소풍부수, 수소함유수)란 물을 전기분해 했을 때 전극의 음극 쪽에 생기는 물을 말한다. 이 때, 전극의 양극 쪽에 생기는 것이 산성산화수(산소풍부수)이다.

전해환원수와 산성산화수를 생성하는 장치가 전해수 생성기 (한국식품의약품안정청: 의료물질생성기)이고, 전해환원수는 알칼리성을 나타내는 이유로 해서 전에는 알칼리 이온수 라고도 잘못 불리었다.

전해환원수는 활성수소를 풍부하게 함유하고 있어 환원작용을 갖는 기능수이다. 전해환원수를 일반적으로 알칼리이온수라고 잘못 알려지고 있으나, 알칼리이온수와 전해환원수는 전혀 다른 개념이다.

특히, 전해환원수는 환원력을 갖는 활성수소를 풍부하게 포함한 물로 그 결과 여러 활성산소를 제거하는 기능이 있는 기능수(수소풍부수, 수소함유수)라는 의미로 알칼리이온수와는 구별하여 사용하여야 한다.

즉, 알칼리 이온수란 단순히 이온을 함유한 알칼리성 물이라는 뜻으로, 기존의 알칼리 이온정수기는 수소가 용존되어 있지 않은, 수산이온이 함유된 알칼리성 물을 만드는 정수장치이다.

정수기는 그 명칭에서도 알 수 있듯이, 물 속 불순물을 제거하여 정화하는 기능만을 가진다. 즉, 수돗물의 곰팡이 냄새를 없애거나, 발암성 물질인 트리할로메탄과 유해물질을 제거하여 안전하고 마시기 좋은 물을 만드는 것이 정수기의 역할이다. 가장 간단한 구성의 정수기는 활성탄을 이용하여 염소와 불순물을 제거한다.

지속적으로 연구되어 온 물의 전기분해에 대한 이론 및 수소 풍부수와 산소 풍부수가 가지는 효과에 비추어 봤을 때, 산화환원전위(ORP-Oxidation Reduction Potential)가 마이너스이고, 전기분해를 통해 수소가 용해된 활성 수소 풍부수, 전해 환원수(수소풍부수, 수소함유수)의 생성이 가능한 휴대 장치에 대한 필요성은 여전히 그대로 존재한다.

선박평형수의 처리 장치는 외국 항만에서 적재한 선박평형수(Ballast Water, 선박의 균형을 잡기 위해 선박에 싣는 물)에 포함된 외래 수중생물을 전기와 약품 등으로 처리하여 입항 항만에서 선박평형수가 배출돼도 생태계에 피해를 주지 않도록 하는 장치를 뜻한다. 유조선이나 대형 화물선이 기름, 화물을 적재하지 않았을 때에는 선체가 물에 깊이 잠기지 않아 균형을 유지하기가 어렵다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 선체에 채워 넣는 물이 바로 선박평형수이며, 배가 가벼워 선체의 일정부분 이상이 물에 잠기지 않게 되면 균형유지가 어렵고 프로펠러도 물 밖으로 나오게 되어 운항이 어렵게 되는데, 이러한 선박평형수를 이용하여 선체에 무게를 실어주고 균형을 잡아줄 수 있다.

그러나, 선박평형수를 싣고 간 선박은 목적지에 도착하여 화물을 싣게 되면 선박평형수는 다시 배출된다. 이런 방식으로 전 세계에서 연간 100억 톤의 물이 선박평형수로서 옮겨지고 있으며 7천여 종 이상의 생물이 선박평형수를 따라 이동하는 것으로 조사되었다. 이들 대부분은 새로운 환경에서 죽게 되지만 살아남은 종들은 강한 생존력과 번식력으로 생태계를 교란시키고 파괴하는 문제점이 있다.

이런 이유로 국제해사기구(IMO)에서는 2012년 인도되는 배는 선박평형수에 포함된 미생물과 오염물질을 제거하는 처리시스템 장착하도록 의무화했고, 2017년부터는 해상을 운항하는 모든 기존 선박까지 그 범위를 넓힐 계획이다. 단, 선박평형수 안에 해양생물만 완벽히 죽인다고 문제가 해결되는 것은 아니며, 해양생물을 죽이면서 생기는 2차오염을 방지하여야 한다. 왜냐하면 외래생물을 죽인다고 뿌려놓은 살균제에 의하여 토종생물도 함께 죽을 수 있기 때문이다. 즉, 바닷물의 미생물을 살균한 뒤 2차 오염 없이 바다로 배출하는 기술이 필요하며, 밸러스트 수에 포함되어 있는 각종 수중 생물과 미생물, 병원균이 타 지역으로 유입되는 것을 막기 위하여 제안된 종래의 기술은 자외선과 오존을 이용한 살균법을 비롯, 전기분해, 탈산소, 약품주입 등이 꼽힌다.

그러나, 자외선 방식은 장치와 운전이 간단한 반면 에너지 소모량이 큰 문제점이 있고, 오존은 살균 효과는 높지만 중화설비 등 부대설비가 커지는 문제점이 있다.

기존의 전기분해 방식은 살균지속력은 강하지만, 주변기기를 부식시키고, 전기분해를 위하여 추가 설비가 설치되어야 하므로 설치를 위한 추가 공간이 필요한 문제점이 있다. 또한, 이러한 전기분해 방식은 겨울철 바닷물의 표면(혼합층)의 온도 하강 및 위도 차이에 따른 해수의 온도 변화에 따라서, 극 지방(남극, 북극 지방) 및 추운 나라의 차가운 해수를 전기 분해하는 경우에는 전기 분해의 효율이 극히 저하되는 문제점이 있다.

전기분해 방식의 효과 측면만으로 검토하여 본다면, 물 분자가 전리 (電離, 이온화(ionization))된 수산화 이온(OH-)은 강력한 산화력을 가지고 있으며, 전리된 수소 양이온(H+)은 강력한 환원력을 가지고 있다.

수산화 이온(OH-)은 오존(O3)보다는 약2000배, UVC 자외선보다는 약180배 빠른 살균 속도를 가지고 있으며, 수도물속에 흔히 사용하는 살균 소독제인 염소(Cl2)보다는 약 2배, 옥도정기 소독제인 과산화수소(H2O2)보다는 약 1.57배 이상 강력한 살균력을 가지고 있다. 또한 수산화 이온은 우리의 인체에는 전혀 무해한 천연 물질이기 때문에 여러 큰 장점이 있으며, 제거성능이 매우 좋다.

또한, 탈산소 방식은 설치비용은 저렴하지만 제거성능이 약한 문제점이 있다.

즉, 보다 용이하게 구현이 가능하고 성능이 뛰어난 선박평형수 전기분해 처리 장치에 대한 필요성은 여전히 존재한다.

또한, 종래의 전기 보일러(전기 온수히터)는 니크롬선 등의 전열체를 사용하여 전기 에너지 효율(1Kwh=860kcal)이 낮은 문제점이 있고, 단순히 온수만을 제공할 수 있을 뿐 수소 풍부수 또는 산소 풍부수는 제공하지 못한다.

본 발명의 목적은 전기 분해를 이용한 전해환원수 생성에 있어서, 전극의 특정 구성 및 배치를 통하여 기능수의 고농축이 가능하고, 전기분해 시간 단축으로 효율을 높이며, 에너지를 절약하는 전해환원수 생성 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

수소 풍부수와 산소 풍부수를 용이하게 분리 및 포집 하여 농축이 가능한 전해환원수(중성살균수) 생성 장치로서 산화환원전위(ORP-Oxidation Reduction Potential)가 마이너스이고, 수소가 용해된 활성 수소 풍부수(수소 풍부수, 수소함유수)및 산소풍부수를 용이하게 제조하는 것이 가능한 개인 휴대용 전기분해 정수장치를 제공하는 데 목적이 있다.

보일러 가동 여부에 따라 냉, 온수의 선택이 가능한 전극이온 보일러에 전극 구성을 결합한 미산성 전해수 생성 장치를 통하여 다용도의 살균온수, 소독온수의 대량 생산이 가능한 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 겨울철 바닷물 표면(혼합층) 온도 하강 및 위도 차이에 따른 온도변화에 따라서, 극지방 또는 추운 나라의 차가운 해수를 전기 분해하는 경우에는 전기 분해의 효율이 극히 떨어지는 문제점을 해결하기 위하여, 선박의 배관 내부에 설치하여 별도의 큰 추가 설치 공간을 필요로 하지 않고, 선택적으로 해수 자체를 발열체로 이용하는 에너지 절감형 고효율 전극 이온 보일러(전기 온수 히터) 장치를 결합하여, 1차적으로 선박평형수 펌프를 통해 밸러스트 탱크 내로 유입되는 차가운 해수를 전기 분해를 위한 최적의 온도로 상승시키고, 2차적으로 온도가 상승된 해수를 전기분해 함으로써, 계절 또는 위도차에 의하여 온도가 하강된 해수라 하더라도 일정하고 높은 효율로 전기 분해가 이루어지도록 하는 기능을 추가하는 것을 목적으로 한다.

전기 분해를 이용한 전해환원수 생성에 있어서, 전극 배치를 통하여 수소 풍부수와 산소 풍부수를 용이하게 분리 및 포집하는 전해환원수(중성살균수) 생성 장치를 제공하고, 이러한 전극 배치를 통한 미산성 전해수 생성 장치를 선박의 배관 내부에 설치하여 별도의 추가 설치 공간을 필요로 하지 않고, 선박평형수의 살균 처리가 가능한 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 니크롬선 등의 전열체를 사용하지 않고 물을 전열체로 사용하여, 배관 내에 전극 구조를 배치하여 추가적인 설치 공간을 요하지 않는 새로운 구조의 전극이온 보일러를 제공하는 데 목적이 있다.

본 발명의 일면에 따른 전해환원수 생성 장치는 양단부가 관통된 파이프형 구조체 및 파이프형 구조체의 내, 외부에 양극이 배치되고, 전원을 인가 받아 극성을 가지고, 액체 속에 일부 또는 전체가 배관 내부에 침지되어 액체를 전기분해하는 복수의 파이프형 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 면에 따른 선박용 전기분해 장치는 선박 평형수 탱크 및 선박 평형수 탱크 해수 유입 펌프 및 선박평형수 탱크로 연결된 배관 내부의 양단부가 관통된 파이프형 구조체 내부에 배치되고, 전원을 인가 받아 극성을 가지고, 양단부가 관통되며, 선박 평형수 탱크로 유입되는 해수를 1차적으로는 가열하여 온수로 만들고, 2차적으로는 온수 상태가 되어 이온이 활성화된 온수를 전기분해하여 일정한 전기분해 효율을 유지하도록 하는 복수의 파이프형 전극 구조체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 면에 따른 전극 이온 온수 히터 장치는 복수의 전극을 이용하여 배관 속에 흐르는 유체를 전기분해하고, 복수의 전극은 배관 내부에 설치되어 별도의 추가 공간을 차지하지 않으며, 물을 전열체로 이용하는 전극 이온 보일러(온수 히터)장치인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전기분해 기능수 제조 장치는 건전지(충전용, 태양광 충전기 포함) 및 기타 직류 어댑터에 의해 전원을 공급받아 전원 공급이 자유로우며, 개인 휴대가 가능하도록 소형화가 가능한 효과가 있다.

시간과 장소에 관계없이 개인용 컵, 병에 담긴 소량의 물을 전기분해함으로써 농축이 가능하여 포집 및 분리 시간이 단축되고, 산화환원전위(ORP-Oxidation Reduction Potential)가 마이너스이고, 농축된 수소 풍부수(수소용해수, 수소함유수)의 제조 및 음용이 용이한 효과가 있다.

사용자는 소량의 물도 눈으로 기포를 보면서 저어가며 전기분해할 수 있으므로, 산화환원전위(ORP-Oxidation Reduction Potential)가 마이너스이고, 수소가 용해된 활성 수소 풍부수는 피부 침투력이 높으므로 여성들의 피부 미용 수, 얼굴 팩, 주름 개선용으로 사용 가능하여, 활용이 용이한 효과가 있다.

물에 서식하는 각종 바이러스, 박테리아, 수인성 전염병균 등을 제거하는 휴대용 위생 정수장치로 사용 가능하며, 우물, 수돗물에 함유된 유기물과 소독약제로 인한 발암성 물질의 생성을 억제하여 사용자의 건강에 기여하는 효과가 있다.

전기분해 시 물의 클러스터가 작게 분해되어 인체 내에 흡수가 잘 되는 유익한 기능수로 만들 수 있어 건강에 기여하는 효과가 있다.

체내 활성산소를 제거하는 환원 능력이 높은 항산화 환원 수(기능수)를 언제 어디서라도 손쉽게 만들어 마시거나 피부에 바를 수 있으므로, 개개인 남녀노소의 건강, 미용 증진 및 각종 운동 선수의 피로회복에 도움을 주어 경기력 향상, 환자의 활성산소를 제거하여 면역력 증진 및 회복에 도움을 주며, 개인에게 재난 시 수인성 전염병을 예방 할 수 있는 간편한 생존 수단을 제공하는 효과가 있다.

군부대, 경찰, 소방대원 등이 개인 휴대하여 개개인의 생환대비, 재난 대처, 각종 구조 작전, 군사작전, 군사훈련 등에 다양하게 이용 가능하여, 전투력 및 작전능력을 높이고, 수인성 전염병을 예방하여 개개인의 위기대처 능력을 크게 향상 시키는 방재, 방위 산업 개인 휴대 용품에 적용할 수 있는 효과가 있다.

(＋) 극에서 발생하는 산소 풍부수(산성산화수)는 살균력이 높아 여행, 바캉스, 등산, 캠핑, 오지 탐험 및 촬영, 해외 선교활동, 오지 공사현장 및 기타 야외 스포츠, 레저, 군사활동, 전쟁, 테러 진압 등 예상치 못한 재난, 태풍, 대 홍수, 지진, 가뭄, 쓰나미, 화산폭발, 허리케인, 토네이도 등의 자연재해 및 각종 사고 및 조난 환경에서 당장 구급약품 없이 구조 될 때까지 생존을 위하여 상처, 기구, 젖병 등 소독, 탈취 및 야채, 과일 등의 식품을 소독 및 살균 하는 살균 수 생산이 가능하여 물을 끓여서 음용하지 않고도 수인성 전염병을 예방하여, 일반인에게도 각종 자연재해 및 재난의 비상구급, 구난 개인휴대 장비의 역할을 할 수 있는 효과가 있다.

부상자 몸 속에 더욱 많이 발생되는 활성산소 제거 및 상처 소독을 통하여 응급환자의 생명을 유지하는 효과가 있으며 식기 및 기구, 아기 젖병, 장난감 등을 소독하기 위하여 끓이거나 삶을 필요가 없다.

용도에 따라 자연 수(수도물), 냉온 커피, 각종 차, 음료수 등을 전기분해 하여 수소가 풍부하게 녹아있는 항산화 수소 풍부수(전해환원수), 수소가 풍부하게 녹아있는 뜨거운 커피, 뜨거운 각종 차, 차가운 각종 음료수로 때와 장소를 가리지 않고 손쉽게 직접 개개인이 휴대하고 다니면서 만들어 마시거나 몸(상처)에 바를 수 있어(목욕), 개인 및 다중의 건강증진 및 미용 증진에 기여하는 효과가 있다.

또한, 전해환원수(수소함유수, 용존수소수) 생성장치를 교회, 성당, 불사 등에 형성되는 십자가, 불상의 내부에 배치시킴으로써, 식수 탱크에 부가적인 기능을 도모하는 효과가 있다.

미래의 식품 기술 트랜드는 잔류농약, 식품오염 등에 대한 소비자들의 점점 확산되어가는 우려를 해소 시키는 것이므로, 살균 효과를 하는 산소풍부수(미산성 전해수, 미산성 차아염소산수 또는 강산성 차아염소산수)를 선택에 따라 온, 냉수로 용이하게 포집 및 분리하여 직접 사용할 수 있는 효과가 있어, 식품 살균장치, 식품가공 및 농축산 시설 소독, 살균장치, 병원의 각종 수술도구에 적용하여 살균 효과를 얻을 수 있으며, 계절에 관계없이 살균수를 이용한 실내외 물청소 소독으로 위생적인 방역 상태를 상시 유지할 수 있다.

한국과학기술원 기획평가원 기술 예측실 자료에 따르면 기온이 1℃증가 할 때마다 전염병은 4%씩 증가하는 것으로 발표된 바, 예상치 못한 재난 시 해당 지역의 전염병(공기, 수인성) 증가에 대한 대비수단으로 활용되는 효과가 있다.

고령자 사회가 가속화됨에 따라, 항산화 기능, 뇌기능, 저작기능의 저하를 막아 건강한 고령화 사회를 건강뿐 아니라 편리함까지 제공하는 효과가 있다.

유아, 노인, 환자, 반려 동물 및 동물원 포유동물, 식물 등은 본 발명의 전해환원수 생성 장치를 이용하여 수소 풍부수(수소용존수, 수소함유수)를 음용할 수 있고, 수소 풍부수를 분무하거나 목욕을 통하여 면역력 증진 및 질병 예방의 효과, 각종 작물의 성장 촉진 및 병충해 예방 등을 기대할 수 있다.

선택적으로, 전극이온 히터와 전극 배치를 결합한 미산성 전해수 생성 장치를 통하여 다용도의 살균온수, 소독온수 대량 생산 장치를 제공하여 겨울철 식품 가공 및 농어촌 생산 시설에 적용하는 것이 가능하고, 각종 축사의 조류독감, 광우병, 구제역 등에 대한 방역 소독을 위한 따듯한 살균수를 축사 및 가축에게 직접 분무할 수 있어 위생적인 상태를 항시 유지시킬 수 있으며, 고효율 전극이온 보일러를 이용한 난방을 통하여 축사 및 작물재배 시설의 보온 유지에 소요되는 비용을 대폭 절감하여 농어촌 경쟁력을 높일 수 있다.

또한, 공간이 협소한 선박의 내부에서 별도의 설치 공간을 요하지 않으며, 기존의 선박평형수 배관 내부에 설치하여, 유체의 흐름에 영향을 주지 않으며, 최소한의 공간을 차지하며 선박 평형수의 살균 처리의 효율이 높으므로, 설치 및 유지 보수 비용을 대폭 절감하는 효과가 있다.

또한, 겨울철 차가운 바닷물의 표면 온도(혼합층) 및 위도 차이에 따른 온도의 변화로 인한 차가운 해수를 전기 분해하는 경우에 있어서도 높은 전기분해 효율을 일정하게 유지할 수 있으므로, 에너지를 절감하고 해양 오염을 방지하고, 살균수를 이용한 선내 청소 및 소독으로 위생적인 상태를 유지할 수 있는 효과가 있다.

특정 전극 배치 구조를 통하여 별도의 설치공간을 요하지 아니하고 배관 중간(내부)에 설치하여 추가적인 공간을 차지하지 않으며, 물을 전열체로 이용하는 고효율 전극 이온 보일러(온수 히터)장치를 제공하여, 에너지 비용을 대폭 절감하고 설치 및 유지 보수비용을 절감하여 응용범위가 넓은 효과가 있다.

2중 볼텍스(Vortex) 유도체는 유체의 내부와 외부 흐름에 있어서 2중으로 회전 시켜 Vortex현상을 유도함으로써, 전극과 유체의 접촉 시간을 증가시켜 전기분해를 활성화 시키고, 에너지 절약의 효과를 기대할 수 있으며, 배관 속에 모래나 이물질이 침전되어 배관이 적체되는 현상을 방지하고, 스케일의 생성을 방지하는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 파이프형 전해환원수(기능수) 생성 장치의 상단면도 및 측단면도를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 파이프형 전해환원수(기능수) 생성 장치의 측단면도 및 구성 예시도를 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 파이프형 전해환원수(기능수) 생성 장치의 전극 배치를 나타내는 단면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 파이프형 전해환원수(기능수) 생성 장치의 전극으로 인가되는 전원을 제공하는 전원부 및 전극을 스위칭하는 극 전환 스위치를 나타내는 구성도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 파이프형 전해환원수(기능수) 생성 장치의 전극 커넥터의 구성을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 전원부와 전극의 연결 구성을 나타낸 개념도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 전원부, 스위치, 극전환 스위치 및 전극의 연결 구성을 나타낸 개념도.
도 8 및 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 파이프형 전해환원수(기능수) 생성 장치의 전원부와의 결합 관계의 예시를 나타낸 예시도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 전극 커넥터 및 전극의 배치를 나타내는 구성도.
도 11 및 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 스프링 형식 또는 파이프형 전극을 도시하는 예시도.
도 13a 및 도 13b는 본 발명의 실시예에 따른 전해환원수(기능수) 생성 장치의 일단에 배치되는 필터를 나타내는 도면.
도 13c 및 13d 는 본 발명의 실시예에 따른 전해환원수(기능수) 생성 장치의 일단에 대롱을 추가 배치하여 사용자에게 수소 풍부수, 산소 풍부수를 공급하는 구성을 나타내는 예시도.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 전해환원수(기능수) 생성 장치의 일단에 튜브를 배치하여 사용자(환자)에게 수소 기체를 공급하는 구성을 나타내는 예시도.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 전해환원수(기능수) 생성 장치가 대형 구조물(십자가상)에 적용된 예를 나타내는 예시도.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 전해환원수(기능수) 생성 장치에 부착된 스프레이 헤드를 도시하는 도면.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 전해환원수(기능수) 생성 장치를 이용하여 포집 및 분리된 수소 풍부수 및 산소 풍부수를 혼합하는 과정을 나타낸 예시도.
도 18은 본 발명의 실시예에 따른 수소 풍부수 및 산소 풍부수의 대량 생산을 위하여 파이프 형 전극 배치를 나타낸 예시도.
도 19a는 본 발명의 실시예에 따른 2개의 파이프형으로 구성되는 전극을 이용한 수소 풍부수 및 산소 풍부수 분리 과정을 나타낸 개념도.
도 19b는 본 발명의 실시예에 따른 수소 풍부수, 산소 풍부수 농축 과정을 나타낸 예시도.
도 20은 도 17에서 도시한 수소 풍부수 및 산소 풍부수 혼합에 있어서 대량 생신이 가능하도록 파이프형 전극을 배치한 실시예를 나타내는 예시도.
도 21은 본 발명의 다른 면에 따른 선박에 적용되는 전해환원수(기능수) 생성 장치의 선박 평형수 처리 과정을 나타낸 개념도.
도 22는 본 발명의 다른 면에 따른 선박에 적용되는 전해환원수(기능수) 생성 장치를 구성하는 전극의 배치를 나타낸 측단면도.
도 23은 본 발명의 실시예에 따른 따른 전해환원수(기능수) 분리 과정을 나타낸 예시도.
도 24는 본 발명의 실시예에 따른 선박의 배관 라인에 부착되는 전해환원수(기능수) 생성 장치의 전극 구성도.
도 25는 본 발명의 실시예에 따른 선박에 적용되는 전해환원수(기능수) 생성 장치의 전극, 2중 볼텍스 유도부 및 선박평형수의 유동 방향을 도시하는 개념도.
도 26은 본 발명의 실시예에 따른 선박용 전기분해 장치의 2중 볼텍스 유도부 및 볼텍스 유도체에 의한 유체의 볼텍스 현상을 나타낸 예시도.
도 27은 본 발명의 실시예에 따른 선박용 전기분해 장치의 2중 볼텍스 유도부를 파이프형 구조체의 양단에 결합하여 배치한 실시예를 도시하는 예시도.
도 28은 도 27에 도시한 파이프형 구조체 및 2중 볼텍스 유도부의 분리 사시도.
도 29는 본 발명의 실시예에 따른 선박용 전기분해 장치의 2중 볼텍스 유도부 및 파이프형 구조체에 대한 결합 예시도.
도 30은 본 발명의 실시예에 따른 유체를 담은 수조 자체가 볼텍스 현상을 유도하는 실시예 및 볼텍스 수조에서 대량 생산이 가능하도록 복수의 파이프형 전극을 결합 배치한 실시예를 나타내는 예시도.
도 31은 도 30에 도시한 유체를 담은 수조 자체가 싸이클론 방식으로 볼텍스 현상을 유도하는 실시예를 설명하기 위한 도면.
도 32는 본 발명의 또 다른 면에 따른 전극 이온 보일러(온수 히터)와 배관 스트레이너가 결합된 장치의 구성도.
도 33은 본 발명의 실시예에 따른 2중 볼텍스 유도체로 인한 2중 볼텍스 현상으로 유체가 소용돌이 치는 현상을 나타낸 개념도.
도 34는 본 발명의 실시예에 따른 전극 이온 보일러 장치의 배관 내에 배치되는 단상 파이프형 전극봉을 나타내는 측단면도.
도 35는 본 발명의 실시예에 따른 전극 이온 보일러 장치의 배관 내에 배치되는 파이프형 삼상 전극봉을 나타내는 측단면도.
도 36은 본 발명의 실시예에 따른 전극 이온 보일러 장치의 배관 내에 배치되는 파이프형 삼상 전극봉에 이온 통과를 위한 통공이 형성된 구성을 나타내는 측단면도.
도 37은 본 발명의 실시예에 따른 삼상 4선식, 삼상 3선식으로 배치되는 파이프형 전극봉을 도시하는 도면.

이하에서는 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시예들을 구체적으로 설명한다.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 파이프형 전해환원수(기능수) 생성 장치의 전극 배치 구성을 나타내는 도면이다.

본 발명의 일면에 따른 전해환원수 생성 장치는 양단부가 관통된 파이프형 구조체(10) 및 파이프형 구조체(10)의 내부에 배치되고, 전원을 인가받아 극성을 가지고, 액체 속에 일부가 침지되어 액체를 전기분해하는 복수의 전극(100, 200)을 포함한다. 복수의 전극(100, 200)은 제1전극(100) 및 제2전극(200)을 포함하되, 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)은 파이프형 구조체(10) 내부의 가상의 기설정된 구역을 기준으로 구역의 내부 및 외부에 배치되거나, 파이프형 구조체 내부(10)에 상호 이격되어 배치된다.

도 1은 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)이 파이프형 구조체(10) 내부의 가상의 기설정된 구역을 기준으로 구역의 내부 및 외부에 배치되는 구성을 도시하고, 도 2는 파이프형 구조체 내부(10)에 상호 이격되어 배치되는 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)을 도시한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 제1전극(100) 및 제2전극(200) 사이에는 절연 또는 이온만을 통과시키는 격막(400)이 형성되고, 도 2에 도시된 바와 같이, 파이프형의 제1전극(100) 및 제2전극(200)의 외주면에는 절연 또는 이온만을 통과시키는 격막(400)이 형성된다.

제1 전극(100) 및 제2전극(200)은 양극성 및 음극성을 가지고, 각 내부에 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)으로 둘러싸인 내부 공간을 포함하는 파이프형 전극이다.

제1전극(100) 및 제2전극(200)이 전기분해하는 액체가 물인 경우, 물을 전기분해 하면 제1전극(100), 즉 (＋) 양극 전극에서는 2H₂O→4 H ⁺ + 2 O + 4eH ⁺의 증가 및 OH - 의 감소로 산화성 이온이 많이 발생하여, 제1전극(100) 내부에서 전기분해된 물은 산소 풍부수가 된다. 2O는 결국 O₂가 되어 일부는 물에 용해되어, 마이너스 전하를 띤 산소가 제1전극(100)에 모이므로 산소가 많은 물이 되며, 음이온은 제1전극(100)으로 모여 전자(e)를 제1전극(100)에 빼앗기는 반응이 일어난다. 따라서, 2 Cl ^- + 2 e → Cl₂, Cl₂ + 2 H₂O → 2 HClO + 2 H ⁺ + 2 e의 반응식에 따라서 염소가스(Cl2)와 차아염소산(HClO)이 발생한다.

제2전극(200), 즉 (－) 음극 전극에서는 4 H₂O + 4 e → 4 OH ^- + 2 H₂의 반응식에 의하여 OH- 가 증가하고, H+의 감소로 수소 풍부수가 된다. 이 때 수소(H2) 가스가 발생하며, 일부는 물에 용해되어 플러스 전하를 띤 수소이온이 제2전극(200)에 모여 수소가 많은 항산화 수소 풍부수가 된다. 제2전극(200)에는 양이온이 모여들며, 제2전극(200)으로부터 전자(e)를 받는 반응이 일어난다. 이 때 물속의 칼슘, 마그네슘, 나트륨, 칼륨 등 미네랄의 일부가 함께 이온화 되며, 전자(e)의 증가, 산화환원전위(ORP)가 마이너스로 감소함에 따라 환원성 이온이 발생한다

본 발명의 일면에 따른 전해환원수 생성장치는 개개인 용도에 따라 냉-온 식수, 커피, 각종 차, 각종 음료수 등을 수소가 풍부하게 녹아있는 항산화 수소 풍부수(전해 환원수)로 음용할 수 있으며, 본 발명에 따른 전해환원수 생성 장치를 개인휴대용 전해환원수 생성기에 적용함으로써, 사용자는 때와 장소를 가리지 않고, 개개인이 휴대하고 다니며 손쉽게 사용할 수 있어 건강증진 및 미용 증진 효과를 기대할 수 있다.

효과가 널리 알려진 수소 풍부수를 용이하게 획득할 수 있으므로, 자연재해 및 각종 사고 등의 위기 시 안전하지 못한 오염된 물을 살충, 살균 및 정수하는 다목적 전해환원수(기능수) 생성(정수 및 활성 수소수, 소독 살균수 생산)이 가능하다.

본 발명의 실시예에 따른 파이프형 전극의 구성 및 배치를 통하여 양극수와 음극수의 분리가 가능하므로, 전해환원수(기능수) 및 산화수(산소 풍부수)의 농축이 용이한 효과가 있다.

이러한 농축이 가능한 전해환원수(기능수) 생성 장치의 크기는 소형, 중형, 대형으로 용도에 맞추어 제작이 가능하며, 전해환원수(전기분해 하였을 때 음극 쪽에 생기는 활성수소를 풍부하게 함유하고, 환원작용을 갖는 용존수소수)의 생성이 용이한 효과가 있다.

기존의 식약청 허가를 받은 알칼리 이온정수기는 수산이온이 함유된 용존 수소가 없는 알칼리 이온수(이온을 함유한 알칼리성 물)로서 위산과다, 위염 치료에 부분적으로 효과를 보이고 있다.

본 발명에 따르면, 산화환원전위(ORP-Oxidation Reduction Potential)가 마이너스이고, 수소가 용해된 활성 수소 풍부수 및 정수, 살균, 소독이 가능한 산화성 이온이 많은 산소 풍부수 등 기능수를 선택적으로 구분하여 제조할 수 있고, 이러한 기능수의 농축이 가능하다.

또한, 본 발명의 일면에 따른 전해환원수(기능수) 생성 장치의 제1전극(100)측에서 생기는 산성 산화수(산소 풍부수) 속에는 차아염소산을 함유하기 때문에 살균력이 있어, 야생 및 사고 환경에 존재하는 물 속의 각종 바이러스, 박테리아, 미생물 및 각종 기생충 알, 수인성 전염 병원균을 제거하는 것이 가능하므로, 본 발명의 일면에 따른 전해환원수 생성 장치는 의료기기, 생존에 필요한 각종 도구들을 살균 소독하고, 야채나 과일 등 각종 식품 종류에 대한 살균 및 소독기에 적용이 가능하다. 또한 비상약품이 전혀 준비되지 않은 상황에서 발생된 부상자의 상처 소독 및 살균 등을 할 수 있어 소독약품을 대신 할 수 있다. 비상 상황 및 사고 환경이 아니더라도 제2전극(200)을 통하여 획득되는 전해환원수(기능수)는 노화 및 각종 질병의 원인이 되는 활성산소를 제거하는 효과가 있다.

본 발명의 일면에 따른 전해환원수 생성 장치가 적용된 소형 전해환원수 생성기는 누구나 간편하게 휴대하고 다니면서, 각종 물, 식당의 물, 뜨거운 커피 및 차, 음료수 등의 전기분해를 일으켜 체내에 생성되는 활성산소를 제거하여, 일반인, 환자의 건강 및 미용을 증진 시키는 기능을 할 수 있고, 전해환원수(수소 풍부수)를 마시거나 흡입 할 수 있고, 몸(상처)에 바를 수 있도록 포집 및 분리한다.

자연의 1급수는 가재나 옆 새우류가 살고 있는 것으로 간단한 정수를 통해 먹을 수는 있다. 하루살이 유충이 살고 있는 2급수부터는 침전, 여과 처리해야 식수로 이용할 수 있다. 그러나 1급수, 2급수 물 속의 각종 바이러스, 박테리아, 이름 모를 미생물 및 각종 기생충 알, 수인성 전염 병원균을 제거하고 정수하여 마셔야만 여러 가지 질병을 예방하여 생존이 가능해 질 수 있다. 그 외 다슬기, 거머리, 물 달팽이가 사는 3급수, 실 잠자리 나방, 파리의 유충이 사는 4급수, 장구벌레, 실 지렁이가 사는 5급수는 화학적인 철저한 정수 처리과정을 거쳐야만 음용하기에 적합한 물이 된다. 물의 전기분해 시 수소(H+)와 수산기(OH-)가 생성되고, 수산기(OH-)가 세균의 세포막 구성요소인 수소(H+)와 결합한다. 보통 산화-환원 반응은 전자의 교환을 동반하는데 이 같은 전자교환 작용이 대장균을 비롯 살모넬라, 리스테리아의 신진대사 및 생존에 필요한 세포막으로부터 전자를 뺏어가기 때문에 세균세포막의 수소(H+)와 수산기(OH-)가 결합하고 물로 환원되어, 자연 속의 물에 서식하는 각종 바이러스, 박테리아 등은 수소(H+)를 빼앗겨 세포막 및 세포 핵이 파괴되어 짧은 시간 내에 멸균 및 사멸하게 된다.

도 3, 도 4 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일면에 따른 전해환원수(기능수) 생성 장치는 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)에 전원을 인가하는 전원부(600)를 더 포함하고, 전원부(600)는 제1전극(100) 및 제2전극(200)으로 전원을 인가하는 파워소스(610)와, 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)의 극성을 스위칭하는 극 전환 스위치(620)를 포함한다. 극 전환 스위치(620)를 이용하여 제1전극(100) 및 제2전극(200)의 극성을 교체할 수 있으므로, 스케일의 발생을 억제하는 효과가 있다. 전원부(600)는 전기분해를 위하여 제1전극(100) 및 제2전극(200)에 인가되는 전원을 제공하는 파워소스(10)로서, 일반 전기, 태양광, 충전 배터리, 건전지 등이 적용될 수 있다.

도 8 및 도 9에 따르면 본 발명의 전원부(600)는 제1전극(100) 및 제2전극(200)을 포함하는 파이프형 구조체(10)와 일체로 형성되거나, 전원공급선을 통하여 탈부착 형태로 파이프형 구조체(10)와 연결되는 것이 가능하다.

도 5 및 도 10에 도시된 전극 커넥터(700)는 파이프형 구조체(10)로 형성되는 제1 및 제2 전극(100, 200)의 외주면을 둘러싸는 형상의 커넥터인 것이 바람직하다.

도 11 및 도 12는 파이프형 전극의 예시도를 나타낸 도면으로서, 전기분해의 대상이 되는 액체(예: 물)과의 접촉면적을 가능한 늘이기 위하여, 스프링 형태의 전극이거나, 내부가 통공된 삼각원뿔 형태의 전극인 것이 바람직하며, 도 12에 도시된 바와 같이 평판을 말아놓은 파이프 형태인 것이 기본적인 구조이다.

제1전극(100)은 전극의 면적을 넓히기 위하여 평판을 말아넣은 파이프 형상이고, 제2전극(200)은 제1전극(100)의 면적과 비례하여 길이와 넓이를 계산하여 기설정된 면적으로 구성되어 제1전극(100)과 제2전극(200)의 면적을 조정하는 것이 가능하다.

도 13a에 도시된 바와 같이, 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)은 일부가 액체에 침지되는 일단의 반대에 형성되는 타단에 배치되는 필터부(900)과 연결된다. 필터부(900)는 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)에 의하여 전기분해된 액체 내의 잔류 염소를 포함하는 불순물을 필터링하는 환원성 블록 필터(910) 또는 양전하 자기장 필터(920) 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 또한, 생성되는 산성 산화수(산소 풍부수)는 스프레이헤드(140)를 통하여 분사되는 것이 가능하다.

환원성 블록 필터(910)는 도 13b에 도시된 바와 같이, 자갈, 모래, 활성탄, 솜 등의 퇴적층으로 구성되어 잔류 염소 등의 불순물을 필터링한다. 양전하 자기장 필터(920)는 자석의 자기장을 상호 마주보게 구성하여, 자력선 밀집 중심부로 전해환원수(기능수)를 통과시켜 자기장 필터를 음용 직전의 대롱 부분에 장착하여 음용 시 체내 활성 산소 제거 효과를 극대화 할 수 있다. 수소 풍부수 내 잔류염소 및 차아염소산 이온과 총트리할로메탄 등 및 불순물 제거를 위한 여러 종류의 필터부(900)는 분리하고자 하는 물질이나 성상, 분리효과 등에 따라 금속(스테인레스, 주철, 알루미늄, 티탄, 합금 등), 플라스틱(PE, PP, 테프론 등), 고무 등 다양하게 여과포를 적용 시킬 수 있으며, 참나무, 코코넛 등을 고열 처리하여 만든 숯의 흡착 성질을 이용하여 염소, 나쁜 냄새, 화학물질 등을 제거하는 필터를 연결하거나, 선택적으로 연결 가능하므로, 용도에 따라 소형 필터 및 자석에 의한 자기처리기를 별개로 자유롭게 탈부착할 수 있다.

또한 도 13c, 도 13d 및 도 19에 도시된 바와 같이, 파이프 형태의 대롱(120)은 물(수소 풍부수)을 마실 때 음용수의 대롱으로 사용이 가능하며, 파이프형 구조체(10)의 내부에 이격되어 배치되는 제1전극(100) 및 제2전극(200)으로부터 분리 및 포집된 산소풍부수 및 수소 풍부수를 분기하여 사용하도록 별개의 대롱(110, 120)으로 구성할 수 있다. 대롱(110)을 통하여 획득 가능한 산소 풍부수는 살균수로 사용 가능하며, 대롱(120)을 통하여 획득 가능한 수소 풍부수는 활성산소의 제거를 위하여 음용할 수 있다.

또한, 본 발명의 일면에 따른 전해환원수 생성 장치는 도 14에 도시된 바와 같이, 일단이 대롱(120)에 연결되는 필터부(900)의 타단은 수소 기체를 운반하는 튜브(130)에 연결되어, 사용자는 튜브를 코에 삽입하여 수소 기체를 흡입하여 활성산소를 제거하는 것이 가능하다. 자의에 의하여 수소 풍부수를 음용하지 못하는 응급환자의 경우, 이러한 튜브(130)을 이용하여 수소 기체를 흡입하도록 유도하여 체내 활성산소를 제거하도록 하는 것이 가능하다. 또한, 대롱(110)을 통하여 포집되는 산소 풍부수는 스프레이 헤드(140)를 통하여 분사되어 살균수로 사용되는 것이 가능하다.

도 15에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일면에 따른 전해환원수(기능수) 생성 장치는 다중 이용 시설의 식수를 살균하여 사용자의 건강을 증진하는 교회, 성당의 십자가, 절의 불상 내부에 배치하여 수소 풍부수를 제공하는 것이 가능하다. 루르드의 성모와 같은 곳에서 소위 “기적의 물”이라고 불리는 물 역시 수소함량이 높은 것으로 분석된 바, 본 발명의 일면에 따른 전해환원수 생성 장치를 이러한 공용 시설에 적용하여 신도의 건강을 증대하는 추가적 효과를 기대할 수 있다. 또한, 본 발명의 일면에 따른 전해환원수(기능수) 생성 장치를 복수 개 구성하여 용도에 따라 발생되는 산소 및 수소 기체를 수월하게 분리 수집 할 수 있으며, 파이프 대롱형 전극을 다수 설치하여 대량의 수소 풍부수 및 산소 풍부수 제조 생산이 선택적으로 가능하므로, 수경 및 각종 작물 재배, 각종 수족관, 양식장, 우사, 돈사, 계사 등 축산 산업에도 이용이 가능하다.

도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일면에 따른 전해환원수(기능수) 생성 장치는 일부가 액체에 침지되는 제1 전극(100)의 일단의 반대에 형성되는 타단에 배치되는 스프레이헤드(140)를 더 포함한다. 즉 제1전극(100)의 파이프 내부에서 발생되는 산소 풍부수는 스프레이헤드(140)를 통하여 직접 분사되거나, 타단을 막아 간단히 별도 용기로 분리하여 수집함으로써 부상자의 상처를 소독할 수 있는 살균수로 사용한다. 또한, 각종 기구 및 야채, 과일 등의 식품에 대하여 살균수를 이용하는 것 역시 가능하다.

도 17 에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일면에 따른 전해환원수(기능수) 생성 장치는 제1전극(100) 및 제2 전극(200)이 전기분해한 액체를 유입받고, 유입받은 액체를 기설정된 비율에 따라 혼합하는 혼합부(850)를 더 포함한다. 이 때, 산소 풍부수와 수소 풍부수가 배출되는 유로에 밸브를 배치하여, 산소 풍부수와 수소 풍부수를 선택적으로 농축하는 것이 가능하다. 혼합부(850)를 이용하면, 경우에 따라 수소 풍부수와 산소 풍부수를 적절히 혼합하여 Ph를 중성 수로 만들 수 있어 용도에 따라 선택적으로 수소 풍부수 및 산소 풍부수의 제조가 가능하다.

또한, 도 18 및 도 20에 도시된 바와 같이, 대량 생산을 위하여 본 발명의 일면에 따른 전해환원수(기능수) 생성 장치를 복수개 구비하거나, 전해환원수 생성 장치 내의 제1전극(100) 및 제2전극(200)을 복수 개 배치하는 것이 가능하다.

도 19a는 본 발명의 실시예에 따른 2개의 파이프형으로 구성되는 전극을 이용한 수소 풍부수 및 산소 풍부수 분리 과정을 나타낸 개념도이고, 도 19b 는 본 발명의 실시예에 따른 수소 풍부수, 산소 풍부수 농축 과정을 나타낸 예시도이다.

도 19a 및 도 19b에 도시된 바와 같이, 전기분해로 인하여 생성된 수소 풍부수 및 산소 풍부수가 배출되는 유로에는 밸브가 배치된다. 도 19b를 참조하면, 제1전극(100) 측에 배치되는 밸브가 ON상태가 되고, 제2전극(200)측에 배치되는 밸브는 OFF 상태가 되면, 수소 풍부수를 농축할 수 있다. 반면, 제1전극(100) 측에 배치되는 밸브가 OFF상태가 되고, 제2전극(200)측에 배치되는 밸브가 ON 상태가 되면, 산소 풍부수를 농축할 수 있다.

도 21 및 도 22에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 면에 따른 선박용 전기분해 장치는 선박 평형수 탱크(12) 및 양단부가 관통된 파이프형 구조체(10)의 내부에 배치되고, 전원을 인가 받아 극성을 가지고, 선박 평형수 탱크(12)로 유입되는 해수를 전기분해하는 복수의 전극(100, 200)을 포함한다. 복수의 전극(100, 200)은 제1전극(100) 및 제2전극(200)을 포함하되, 제1 전극(100) 및 제2 전극(200)은 파이프형 구조체(10) 내부의 가상의 기설정된 구역을 기준으로 구역의 내부 및 외부에 배치되거나, 파이프형 구조체(10) 내부에 상호 이격되어 배치된다. 이러한 제1전극(100) 및 제2전극(200)은 수평으로 배관 중간에 설치하여, 별도의 설치 공간을 요하지 아니하고, 보수 유지가 용이한 장점이 있다.

도 21에 도시한 바와 같이, 선박용 전기분해 장치의 파이프형 구조체(10)의 내부로 해수를 유입함에 있어서, 전단에 전극이온히터부(30)가 배치된다.

추운 계절이거나, 위도에 따라 극지방 등 추운 나라인 경우, 해수는 그 온도가 다른 지방에 비하여 상대적으로 매우 낮을 것이고, 이러한 차가운 해수를 선박평형수로 이용함에 있어 전기분해를 하게 되면, 전기분해 효율이 매우 저하되는 문제점이 있다.

따라서, 전극이온히터부(30)는 차가운 해수를 전기분해하여 해수의 온도를 충분히 상승시킨다. 소금(NaCl)이 물에 녹으면 나트륨 양이온(Na+)과 염소 음이온(Cl-)으로 해리되어 전해질 용액이 된다. 해수(바닷물)은 전해질로서 (+) 전하를 띤 입자와 (-)전하를 띤 입자로 나뉘는 물질이기 때문에, 해수 속에 전기가 흐르면 양이온들은 음극으로, 음이온들은 양극으로 이동하며 극성을 가진 분자들은 이온들의 이동 방향에 따라 진동하게 되고, 분자들이 진동에 따른 마찰로 열 에너지(전환열: Convertive Heat)가 발생된다.

본 발명에 적용되는 전극이온히터부(30)는 전기저항이 높은 바닷물에 전기를 인가하여 양이온은 음극으로 음이온은 양극으로 1초마다 각 60회씩 이동하면서 열을 발생시키도록, 복수의 전극을 이용하여 배관 속에 흐르는 유체를 전기를 인가하고, 복수의 전극은 배관 내부에 파이프형 전극 구조체가 설치되어 별도의 추가 공간을 차지하지 않으며, 바닷물 자체를 발열체로 이용하는 에너지 절감형 고효율 온수 히터이다.

이러한 전극이온히터부(30)에 의하여 온도가 상승된 해수가 파이프형 구조체(10) 내부로 유입되면, 파이프형 구조체(10) 내부의 제1전극(100) 및 제2전극(200)에 의한 전기분해 효율이 보다 높아지는 효과가 있다.

도 22에 도시된 바와 같이, 제1전극(100) 및 제2전극(200)의 전기 분해 작용에 의하여 전기분해된 선박 평형수는 각 배출 유로에 밸브를 설치하여, 용도에 따라 농축하여 포집하는 것이 가능하다.

도 23에 도시된 바와 같이, 제1전극(100) 및 제2전극(200)의 전기 분해 작용에 의하여 전기분해된 선박평형수는 각각 분리되거나, 분리된 후 혼합되는 것이 가능하다. 즉, 용도에 따라 수소 풍부수와 산소 풍부수를 각각 분리하거나, 원수를 수소 풍부수와 산소 풍부수로 분리한 후 혼합할 수 있다. 선박의 밸러스트수를 해양에 배출하기 전 혼합장치를 통과하게 하여, 과잉으로 생산된 잔류염소의 중화 효율을 높일 수 있으며, 미산성 전해수(미산성차아염소산수: Ph 5~6.5, 유효염소농도 20~60 ppm)로 만들어, 비교적 낮은 유효염소 농도로 단시간에 강한 살균력을 가지며, 친환경적으로 유기물과 접촉 하여도 클로로포름이 생성되지 않아 환경을 보호하고 해양 오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

해수에서는 해수 중에 약 3% 정도 포함되어 있는 염화나트륨으로부터 차아염소산나트륨(NaOCl)을 생성하여, 차아염소산나트륨의 강한 살균력에 의한 담수 및 해양생물의 부착 및 번식을 방지하는데 활용하고 있다.

해수의 전기분해장치를 운전함에 있어 이물질의 부착을 줄여 전해 효율을 향상시킬 수 있는 방안 및 과다 생성된 전해처리수에 의한 인근 해양오염을 최소화 할 수 있는 기술이 요구됨에 따라, 본 발명의 다른 면에 따른 선박용 전기분해 장치는 1차적으로 필터형태로 제작된 처리관을 설치하여 밸러스트수의 흐름 형태를 변형하여 50마이크로 이상의 수중생물에 물리적으로 생물체를 제거하고, 2차로 전극을 파이프 대롱형을 사용한 고효율 전기분해 장치를 설치하여 잔류염소를 발생시켜 잔류하는 수중생물 및 미생물들을 완전하게 제거하며, 해양 생물을 완전하게 제거하기 위하여 과잉 생산된 잔류염소 성분을 처리하여 자연 해수와 유사하게 복원하여 배출이 가능하도록 구비된 중화처리장치를 포함하는 고효율 전기분해장치를 이용한 선박용 전기분해 장치이다.

선박용 전기분해 장치는 선박의 밸러스트수 전기분해 소독, 살균 처리에 있어서, 1차 필터형 수처리관를 활용하여 50마이크로 이상의 미생물을 물리적으로 제거한다. 2차 처리장치인 전기분해 전극의 구조를 도 21 내지 도 25에 도시된 바와 같이 파이프 대롱형으로 구성하여 유체의 흐름을 방해하지 않고 유체의 흐름 속에서 전기 분해가 일어나고 해양생물의 소독, 살균 처리가 이루어지므로, 효율의 향상을 기대할 수 있다. 또한 전기분해조의 내부에 전해수 흐름 진행방향으로 다수의 양전극인 제1전극(100)과 음전극인 제2전극(200)으로 이루어진 전극의 배치가 가능하고, 정류기를 통하여 직류전원을 각각 공급할 수 있도록 하되 제1전극(100) 과 대응하는 제2전극(200)의 파이프형 대롱은 단수 또는 복수로 배치 될 수 있다. 어느 하나의 전기분해 장치는 운전을 지속하고 또 다른 나머지 전기분해 장치는 부착된 이물질을 제거시키는 작업이 이루어질 수 있도록 도 24에 도시된 바와 같이 밸브(Valve, 150)를 통하여 유체의 흐름을 전환할 수 있다. 따라서 유체의 흐름을 방해하지 않음으로 인하여 효율을 극대화시킬 수 있어 에너지 절약을 극대화 시킬 수 있으며, 배관의 구조에 맞게 설계하여 내부에 설치할 수 있는 장점이 있다.

도 25 내지 도 31에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 면에 따른 선박용 전기분해 장치는 복수의 전극(100, 200)으로 유입되는 선박 평형수에 볼텍스 현상을 유도하여 소용돌이를 발생시키는 2중 볼텍스 유도부(20)를 더 포함한다. 2중 볼텍스 유도부(20)는 파이프형 구조체(10)의 양단에 결합되는 플랜지형 2중 볼텍스 유도부(20)이고, 2중 볼텍스 유도부(20)는 내부에 볼텍스 유도체(21)를 포함한다. 플랜지 구조의 2중 볼텍스 유도부(20)는 파이프형 전극에 장착되어, 내부의 제1전극(100) 및 외부의 제2전극(200)으로 유입되는 유체에 2중 볼텍스 현상을 유도한다. 도 26에 도시된 바와 같이, 제2전극(200) 및 제1전극(100) 사이의 공간을 지나 유동하는 유체의 볼텍스 현상은 선풍기 날개형의 2중 볼텍스 유도체(22)에 의하여 유도되고, 제1전극(100)의 내부를 지나는 유체에 대한 볼텍스 현상은 2중 볼텍스 유도체(21)에 의하여 회전된다. 2중 볼텍스 유도체(21)는 삼각형 형상의 유도체를 구성하는 하나의 변 상의 가상의 점을 기준으로 접혀진 형상의 유체 회전 유도체인 것이 바람직하다. 즉, 삼각형 형상의 철판의 한 변 상의 가상의 점을 기준으로 삼각형 형상의 철판이 접히도록 가공하여, 유체를 회전시킬 수 있는 2중 볼텍스 유도체(21)를 포함한다. 볼텍스 현상을 유도하여 배관 내부 및 파이프 대롱형 전극의 이물질 부착을 방지하고, 볼텍스 현상으로 유체가 소용돌이 치며 제1 및 제2전극(100, 200)과 접촉하여 전기분해 효율을 증가시키고, 배관 속 유체의 흐름에 있어서, 내부와 외부의 유체에 대하여 2중 볼텍스 현상을 유도하여 회전시킴으로써 더욱 활성화 시키고, 유체의 유속을 증가 시켜 에너지 절약의 효과를 기대할 수 있으며, 배관 속에 모래나 이물질이 침전되어 배관이 적체되는 현상을 방지하고, 스케일의 생성을 방지한다.

도 26 의 2중 볼텍스(Vortex) 유도체(21, 22)는 일반 배관 중간 중간에 적용 설치하여 2중 볼텍스 현상으로 유체의 내부와 외부 흐름을 2중으로 회전 시켜 배관 속에 모래나 이물질이 침전되어 배관이 적체 되는 현상을 방지하고, 스케일의 생성을 방지 할 수 있다.

도 26에 도시된 볼텍스 유도체(21)는 배관의 중심에서 바깥쪽 방향으로 유체가 회전하도록 볼텍스 현상을 유도하고, 선풍기 날개 형상의 볼텍스 유도체(22)는 배관의 외면에서 배관의 중심 방향으로 유체가 소용돌이치며 회전하도록 볼텍스 현상을 유도하여, 유체의 흐름을 가속화 시키고, 배관 내부에 모래 등의 이물질이 침전되어 배관이 적체되는 현상을 방지하며, 스케일의 생성을 방지하는 효과가 있다.

도 27은 2중 볼텍스 유도부(20)가 파이프형 구조체(10)의 양단에 결합되어, 파이프형 구조체를 지지하는 구성을 도시하고, 도 28은 도 27에 도시한 구성을 나타낸 분리 사시도이다. 도 28에 도시된 바와 같이, 볼텍스 유도부(20)는 플랜지형으로 구성되어 파이프형 구조체(10)의 양단에 끼워져서 결합되며, 파이프형 구조체(10) 내면에 제1전극(100)이 배치되고, 파이프형 구조체의 외면에 제2전극(200)이 배치되는 경우, 2중 볼텍스 유도체(21)는 제1전극(100)의 전기분해 작용을 통하여 생성되는 산소 풍부수에 볼텍스 현상을 유도하고, 선풍기 날개형의 2중 볼텍스 유도체(22)는 제2전극(200)의 전기분해 작용을 통하여 생성되는 수소 풍부수에 볼텍스 현상을 각각 유도한다. 제1전극(100), 제2전극(200)은 배관 내부에 선택적으로 복수 개 구비되는 것이 가능하며, 보다 많은 산소 풍부수를 생성하기 위한 목적을 달성하고자 하는 경우에는 제2전극(200)의 수보다 제1전극(100)의 수가 많도록 배치한다.

도 29에 도시된 바와 같이, 2중 볼텍스 유도부(20)는 플랜지 형으로 구성되어, 제1전극(100) 및 제2전극(200)을 포함하는 파이프형 구조체(10)는 플랜지(Flange) 사이에 삽입되어 2중 볼텍스 유도부(20)와 결합되고, 2중 볼텍스 유도부(20)는 양전극인 제1전극(100)의 전기 분해 작용에 의하여 생성되는 산소풍부수에 볼텍스 현상을 유도하기 위한 볼텍스 유도체(21)를 포함하고, 이러한 볼텍스 유도체(21)는 삼각형이 접힌 형상으로, 제1전극(100)으로 유체가 유입되는 위치에 복수 개 배치된다.

도 30 및 도 31은 수조 자체가 볼텍스 현상을 유도하는 실시예를 도시한 도면으로, 볼텍스 현상에 의하여 파이프형 구조체(10)의 내부와 외부를 유체가 소용돌이치며 유동하게 된다. 수조 자체의 볼텍스 유도에 의하여 수조 내의 유체는 소용돌이 치며 수조의 상부를 향해 유동하게 되고, 파이프형 구조체(10)의 내부에 배치되는 양전극에 의하여 원수가 전기분해된 산소풍부수가 분리 포집되고, 유체는 소용돌이 치며 파이프형 구조체(10)의 외부에 배치되는 음전극에 의하여 원수가 전기분해된 수소 풍부수가 분리 포집된다. 또한, 도 30 하단에 도시한 바와 같이, 파이프형 구조체(10)를 수조 내에 복수 개 결합 배치함으로써, 산소 풍부수와 수소 풍부수를 대량 생산하는 것이 가능하다.

도 32는 본 발명의 또 다른 면에 따른 전극 이온 보일러(온수 히터) 장치의 배관용 스트레이너(950)가 결합된 플랜지형 구성도로서, 전극 이온 보일러 장치는 배관의 내부에 제1전극(100)과 제2전극(200)이 배치되어, 양전극인 제1전극(100)은 보일러 배관의 내부로 유입되는 물을 전기분해 하여 산소 풍부수를 생성하고, 음전극인 제2전극(200)은 보일러 배관의 내부로 유입되는 물을 전기분해 하여 수소 풍부수를 생성한다. 이러한 제1전극(100) 및 제2전극(200)은 별도의 설치 공간을 필요로 하지 아니하고, 기존의 보일러 배관 내부에 배치되어, 물을 전기분해 하여 온수 및 용도에 따라 뜨거운 수소 풍부수, 뜨거운 산소 풍부수를 분리하여 포집하는 것이 가능할 뿐 아니라, 생성된 수소 풍부수 및 산소 풍부수를 원하는 비율로 배합하여 사용자에게 제공하는 것 역시 가능하다. 즉, 별도의 추가 설치 공간을 요하지 아니하고 기존의 보일러 배관 내부에 설치되어 물을 전기분해 함으로써, 전극 배치를 위한 추가적인 비용이 저렴할 뿐 아니라 보일러(온수 히터)의 유지 보수 비용이 크게 절감되는 효과를 기대할 수 있다. 스트레이너(950)는 제1전극(100) 및 제2전극(200)이 전기분해하는 유체 내의 이물질을 걸러낸다.

도 33은 2중 볼텍스 유도부(20)가 제1전극(100) 및 제2전극(200)으로 유입되는 유체에 대하여 볼텍스 현상을 유도하여, 유체가 제1전극(100)의 내부 사이 공간과, 제1전극(100)의 외부 및 제2전극(200)의 내부 사이의 공간을 소용돌치며 진행하는 과정을 나타낸 개념도로서, 본 발명의 바람직한 실시예로서는 산소 풍부수 생성을 위하여 제1전극(100)의 외부를 향하여 회전하며 유입되는 유체와, 수소 풍부수 생성을 위하여 제2전극(200)의 내부 방향으로 회전하며 유입되는 유체 모두에 도 26에 도시한 바와 같은 구조체(2중 볼텍스 유도체)에 의한 볼텍스 현상을 유도하여 유체를 회전시키는 것이 바람직하다.

도 34내지 도 36은 이러한 전극 이온 보일러(온수 히터)의 배관 내부에 배치되는 전극 구성의 실시예를 도시하는 도면으로서, 도 34는 단상의 파이프형 봉 형태의 전극을 도시하고, 도 35는 삼상의 파이프형 봉 형태의 전극을 도시하며, 도 36은 삼상의 파이프형 봉 형태의 전극에 이온의 유동이 가능한 통공이 형성된 구조를 도시한다.

즉, 도 34에 따르면 보일러 배관의 내부에는, 내부에 공간이 있는 파이프 타입과는 상이한 봉 타입(type)의 전극이 배치된다. 도 34는 단상의 전극이 배치된 구성을 나타낸 도면으로, 단상의 전극봉은 양전극 또는 음전극의 극성을 가진다. 또한, 도 35는 보일러 배관의 내부에 배치되는 삼상의 전극봉 타입의 전극이 배치되는 구성을 나타내는 도면이다. 보일러 배관의 내부로 유입되는 유체 속에 전기가 흐르면 양이온들은 음극으로, 음이온들은 양극으로 이동하며 극성을 가진 분자들은 이온들의 이동 방향에 따라 진동하게 되고, 분자들이 진동에 따른 마찰로 열 에너지(전환열: Convertive Heat)가 발생된다. 도 36은 도 35에 도시한 삼상 전극봉 타입의 전극에 통공이 형성된 구조를 나타내는 도면으로서, 이는 당업자의 이해를 돕기 위하여 삼상 전극봉 타입 전극에 통공이 형성된 실시예를 나타낸 것으로, 단상 전극봉 타입 전극에 통공이 형성될 수 있음은 물론이다. 도 36에 따르면, 전극봉 타입의 전극에 통공이 형성되어, 전기 분해 중 이온의 이동은 보다 자유로워 지게 되고, 분자의 진동에 따른 마찰로 인하여 발생하는 전환열이 보다 많이 발생하므로, 가열의 효과가 증대하게 된다. 도 34 내지 도 36을 통하여 도시한 실시예에 해당하는 봉 타입의 전극은 본 발명의 실시예 중 도 21에 도시한 전극이온히터부(30)에 적용될 수 있다.

도 37은 본 발명의 실시예에 따른 삼상 4선식, 삼상 3선식의 파이프형 전극봉을 도시하는 도면이다.

도 37에 도시한 바와 같이, 배관의 내부에 배치되는 삼상 전극봉 타입의 전극은 볼텍스 현상을 일으키며 유동되는 유체를 전기분해함에 있어서, 유동 방향에 따라 유입되는 유체 속에 전기를 흐르게 한다.

이 때, 도 37에 도시한 본 발명의 실시예에 따르면, 삼상 4선식(three-phase four-line system) 또는 삼상 3선식(three-phase three-line system) 방식에 따라 전기가 흐르게 되며, R, S, T는 교류에 있어 상(phase)를 표시하는 약속된 문자이다. 또한, 삼상 4선식에서 N은 Neurtral로서 중성선을 의미한다. 각 단자간의 전압을 측정해보면 R-S간, S-T간, T-R간에는 380V이고, R-N간, S-N간, T-N간에는 220V이다.

삼상 4선식은 스타형으로서, 고전압 저전류 용도로 사용되며, N을 접지할 수 있어 각종 기기의 접지가 수월한 특징이 있고, 삼상 3선식은 델타형으로서, 저전압 고전류 용도로 사용되며, 통신기기에 악영향을 주지 않는 특징이 있다.

이제까지 본 발명의 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

10: 파이프형 구조체 12: 선박 평형수 탱크
20: 2중 볼텍스 유도부 21, 22: 2중 볼텍스 유도체
30: 전극이온히터부 100: 제1전극
110, 120: 대롱 130: 튜브
140: 스프레이 헤드 150: 밸브
200: 제2전극 300: 절연체
400: 격막 500: 전극부
600: 전원부 620: 극전환 스위치
700: 전극커넥터부 800: 캡
850: 혼합부 860: 유도로
900: 필터부 910: 환원성 블록 필터
920: 양전하 자기장 필터 950: 스트레이너

Claims (19)

1. 양단부가 관통된 파이프형 구조체; 및
   상기 파이프형 구조체의 내부에 배치되고, 액체 속에 일단이 침지되며, 상기 파이프형 구조체 내부의 가상의 기설정된 구역을 기준으로 상기 구역의 내부 및 외부에 배치되거나, 상기 파이프형 구조체 내부에 상호 이격되어 배치되어 상기 액체를 전기분해하는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하고,
   상기 제1 전극 및 제2 전극은 전원을 인가받아 극성을 가지며 각각 내부 공간을 포함하는 양극 및 음극의 파이프형 전극이고,
   상기 제1 전극의 타단은 제1대롱과 연결되어 산소 풍부수를 전달하고,
   상기 제2 전극의 타단은 제2대롱에 연결되고, 상기 제2대롱은 잔류 염소를 포함하는 불순물을 필터링하는 환원성 블록 필터 및 양전하 자기장 필터 중 적어도 어느 하나를 포함하는 필터부와 연결되고, 상기 필터부의 타단은 수소 기체를 운반하는 통로인 튜브와 연결되는 것
   인 농축이 가능한 기능수, 수소가 용해된 활성 수소 풍부수, 산소풍부수 생성 및 전기 분해를 이용한 개인 휴대용 살균, 소독 정수 장치.
   
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4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 전극 및 제2 전극에 전원을 인가하는 전원부를 더 포함하고, 상기 전원부는 상기 제1 전극 및 제2 전극의 극성을 스위칭하는 극 전환 스위치를 포함하는 것
   인 농축이 가능한 기능수, 수소가 용해된 활성 수소 풍부수, 산소풍부수 생성 및 전기 분해를 이용한 개인 휴대용 살균, 소독 정수 장치.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극은
   스프링 형상 및 중심부가 관통된 삼각원뿔 형태 중 어느 하나의 형상으로 형성되는 것
   인 농축이 가능한 기능수, 수소가 용해된 활성 수소 풍부수, 산소풍부수 생성 및 전기 분해를 이용한 개인 휴대용 살균, 소독 정수 장치.
   
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9. 제1항에 있어서,
   일부가 액체에 침지되는 상기 제1 전극의 타단에 배치되는 스프레이헤드를 더 포함하는 것
   인 농축이 가능한 기능수, 수소가 용해된 활성 수소 풍부수, 산소풍부수 생성 및 전기 분해를 이용한 개인 휴대용 살균, 소독 정수 장치.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극 및 제2 전극이 각각 전기분해한 액체를 유입 받고, 상기 유입 받은 액체를 기설정된 비율에 따라 혼합하는 혼합부를 더 포함하는 것
    인 농축이 가능한 기능수, 수소가 용해된 활성 수소 풍부수, 산소풍부수 생성 및 전기 분해를 이용한 개인 휴대용 살균, 소독 정수 장치.
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