KR101911158B1 - 세척용수 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세척용수 제조장치에 관한 것으로서, 전기화학과 막여과 수처리 기술분야에 속한다. 상기 장치는 각각 급수구와 출수구가 설치되는 물저장용기를 포함하고, 상기 물저장용기 내에 적어도 한 쌍의 캐소드와 애노드가 설치되며, 쌍을 이룬 캐소드와 애노드 사이는 투수성 다공막이 간극 없이 협지되고, 상기 투수성 다공막이 상기 캐소드 또는 애노드와 마주보는 측면의 면적은 상기 캐소드 또는 애노드가 투수성 다공막과 마주보는 측면의 면적보다 작다. 상기 장치는 다량의 초미세 기포와 강산화 인자를 함유하고 대단히 우수한 환원성을 구비한 세척용수를 생성할 수 있다.

Description

세척용수 제조장치{DEVICE FOR PREPARING WASHING WATER}

본 발명은 세척용수 제조장치에 관한 것으로서, 전기화학과 막여과 수처리 기술분야에 속한다.

생활 및 농공업 생산 과정에서, 세탁, 과채 세척, 목욕, 설거지, 공업부품 세척 등과 같이 물을 이용하여 물품을 세척하는 경우가 비일비재하다. 세척의 목적은 물품에 부착된 각종 오염물질을 제거하는 것이다.

세척을 강화하고 세척 품질을 높이기 위하여, 종종 물에 세제나 계면활성제 등과 같은 각종 세척 보조제를 첨가하기도 한다. 세척수에 상당량의 기포가 발생되면 물품의 오염물질을 세정하여 제거하기에 유리하다. 수중에 기포가 많고 미세하며 지속시간이 길수록, 세척 물품의 내부에 깊게 침투되기에 유리하여 세척효과가 더욱 우수해진다. 세제의 작용 중 하나는 기포를 발생시키는 것이다. 그러나 일반적인 세제가 발생시키는 기포는 너무 클 뿐만 아니라, 다량의 거품은 깨끗이 헹궈내기가 어렵다. 세척에 도움이 되는 기포 발생 기술, 예를 들어 세탁기에 응용되는 기계 고압 기포 발생기술, 초음파 기술 등등이 이미 공시되었으나, 기포의 크기가 여전히 크고, 또한 장치가 비교적 복잡하며, 효율이 높지 않다.

알려진 바와 같이, 세제의 다량 사용은 심각한 환경오염을 초래할 뿐만 아니라, 세제가 종종 피세척 대상에 잔류하여 새로운 오염을 형성한다. 예를 들어, 세제가 잔류하는 의복은 피부 알레르기를 일으키기 쉬워 피부병을 유발할 수 있으며, 설거지 시 여러 번 헹구어도 잔류하는 세제를 깨끗이 씻어낼 수 없는 경우가 종종 있다. 세제의 환경오염을 줄이고 세척물품을 표백, 살균, 소독하기 위해 현재 이미 세제에 표백제를 첨가하거나, 또는 세척용수의 살균능력을 향상시키는 오존 기술, 가염(염화나트륨) 전기분해로 하이포염소산 이온, 산소원자를 발생시키는 기술 개발, 및 산성수를 이용한 살균 소독 등등과 같은 각종 특수한 기술이 발전하였다. 그러나 상기 기술들의 단점은 일회성 살균 소독 작용이거나, 또는 가성비가 높지 않아 아직까지 보편적으로 응용되기 어렵다는 것이다. 종래의 격막 전해를 이용한 무세제 세탁기의 원리는 물을 약알칼리수(PH값이 9-11 사이로서 세제 분말이 물에 용해된 후의 약알칼리수에 해당)로 전기분해하여, 의류의 때와 비누화 반응을 일으키고, 세탁수에 활성산소와 염산을 발생시키는 것이다. 그러나 이는 알칼리성 비누화 반응으로 때를 제거하는 단일한 기능만 지니기 때문에 세척 효과가 좋지 않다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술문제는 다량의 초미세 기포와 강산화 인자를 함유하며 대단히 우수한 환원성을 구비한 세척용수를 생성할 수 있는 장치를 제공하고자 하는데 있다.

상기 기술문제를 해결하기 위하여, 본 발명이 제시하는 기술방안은 다음과 같다.

세척용수 제조장치는 각각 급수구와 출수구가 설치되는 물저장용기를 포함하며, 상기 물저장용기 내에 적어도 한 쌍의 캐소드와 애노드가 설치되고, 쌍을 이룬 캐소드와 애노드 사이는 투수성 다공막이 간극 없이 협지되며, 상기 투수성 다공막이 상기 캐소드 또는 애노드와 마주보는 측면의 면적은 상기 캐소드 또는 애노드가 투수성 다공막과 마주보는 측면의 면적보다 작다.

상기 기술 방안 중 상기 투수성 다공막은 투수막 또는 투수성 격막이라고도 칭하며, 이는 물분자를 투과시킬 수 있는 격막으로서, 그 투수 공경은 밀리미터급에서 나노급까지이고, 일상 수처리에 사용되는 각종 여과막, 예를 들어 한외여과막(UF), 나노여과막(NF), 미세여과막(MF) 등을 포함한다.

상기 본 발명의 기술방안의 개선으로, 상기 투수성 다공막의 투수 공경은 2밀리미터보다 작거나 같고, 1나노미터보다 크거나 같다.

상기 본 발명의 기술방안의 개선은 또한, 상기 캐소드와 애노드 중의 일 표면이 개구된다.

상기 본 발명의 기술방안의 또 다른 개선으로, 상기 투수성 다공막과 상기 캐소드와 애노드 중의 최소 면적의 비는 4:5~3:5이다.

상기 본 발명의 기술방안의 또 다른 개선으로, 상기 캐소드, 애노드는 비대칭 교번 펄스 전원을 이용하여 전기를 공급하고; 상기 전원의 순방향 및 역방향 펄스 피크값 레벨은 5~36볼트이며, 그 펄스 주파수는 10~20헤르츠이다.

상기 본 발명의 기술방안의 또 다른 개선으로, 상기 캐소드, 애노드는 원형 티타늄 베이스에 백금 산화물을 코팅하여 제조된 불활성 전극이고, 상기 투수성 다공막은 평균 소수성 공경이 0.01~0.05미크론인 원형 평면 한외여과막이며, 상기 투수성 다공막의 두께는 0.2~1mm이다.

상기 본 발명의 기술방안의 또 다른 개선으로, 상기 투수성 다공막은 단층 또는 다층이다.

본 발명의 세척용수 제조장치의 유익한 효과는 다음과 같다.

1. 수중에 다량의 수소를 위주로 하는 초미세기포가 형성된다.

2. 대단히 우수한 환원성을 구비하며, 그 산화 환원 전위는 음의 값이다.

3. 전해 애노드 재질이 비탄소 재료일 경우, 수중에 상당량의 과산화수소(H₂O₂), 오존 O₃, 수산기 래디컬ㆍOH 등과 같은 강산화 인자가 더 함유되며, 거시적으로 일정 정도의 살균 소독 능력을 갖는 것을 나타낸다.

상기 유익한 효과의 원인 메커니즘 설명은 아래의 구체적인 실시예 중의 관련 제조 메커니즘 분석을 참조한다.

이하 첨부도면을 결합하여 본 발명의 세척용수 제조장치에 대해 더 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예의 세척용수 제조장치의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 세척용수 제조장치의 변형 구조도이다.

실시예 1

본 실시예의 세척용수 제조장치는 도 1을 참조하면, 각각 급수구(5)와 출수구(6)가 설치된 물저장용기(1)를 포함하며, 물저장용기(1)는 개방형 용기이다. 물저장용기(1) 내에 한 쌍의 캐소드(2), 애노드(3)가 설치되며, 이러한 한 쌍의 캐소드(2)와 애노드(3) 사이에 투수성 다공막(4)이 간극 없이 협지되고, 투수성 다공막(4)이 상기 캐소드(2) 또는 애노드(3)와 마주보는 측면의 면적은 캐소드(2) 또는 애노드(3)가 투수성 다공막(4)과 마주보는 측면의 면적보다 작다. 투수성 다공막(4)의 투수 공경은 2밀리미터보다 작거나 같고, 1나노미터보다 크거나 같다.

본 실시예의 캐소드(2)와 애노드(3)에 사용된 것은 동일한 면적의 원형 티타늄 베이스에 백금 산화물을 코팅하여 제조된 불활성 전극이며, 투수성 다공막(4)에 사용된 것은 평균 소수성 공경이 0.01~0.05 미크론인 단층 원형 평면 한외여과막이며, 한외여과막의 두께는 0.2~1mm이다. 한외여과막과 최소전극의 면적 비율은 4:5(3:5도 가능하다)이다.

본 실시예의 캐소드(2), 애노드(3)는 비대칭 교번 펄스 전원으로 전기를 공급하고; 전원의 순방향과 역방향 펄스 피크값 평균은 5~36볼트이며, 그 펄스 주파수는 10~20헤르츠이다.

본 실시예의 세척용수 제조장치의 제조 메커니즘 분석은 다음과 같다.

1. 투수성 다공막(4)의 외연측에서, 캐소드(2), 애노드(3) 두 전극 사이는 무격막 전해 방식으로 나타나며, 캐소드는 수소를 석출하고, 애노드는 산소를 석출한다. 그러나 전극 간의 간격이 매우 좁기 때문에, 전해 반응은 일반적인 경우보다 격렬하며, 매우 작은 전해 전압만으로도 매우 큰 전해 전류를 발생시킬 수 있다.

2. 무간극(영간격)으로 비개구 캐소드, 애노드 두 전극 내에 협지되는 투수성 다공막(4)은 무수한 미세 공극으로 구성되는 박형 저수 입체 공간을 형성하며, 물분자는 각각의 미세공 공간 내에 한정되어 전기분해된다. 영간격 전기 분해이기 때문에, 캐소드(2)가 수소를 석출하고 애노드(3)가 산소를 석출하는 과정이 진행되기 어려우며, 이온 형태로 미세공 공간에 동적으로 존재하거나, 또는 물로 결합 환원된 후, 다시 수소이온과 수산화 이온으로 전기분해될 수밖에 없다. 이와 같이 반복한 결과, 투수성 다공막 내부에 격렬하게 반응하는 플라즈마 유사 형태(기체상태, 원자상태, 이온상태가 공존)의 환경이 형성되어 국부적으로 압력과 온도가 상승하며, 투수성 다공막(4)의 외연측과 캐소드, 애노드 두 전극 사이의 공간을 비교해보면 일정 정도의 압력차와 온도차가 존재하게 된다. 따라서, 미세공 공간 내에 제한되어 다양한 형태로 공존하는 수소 산소이온 등은 투수성 다공막(4)의 방사상 외측을 따라 확산되고, 투수성 다공막(4) 외연과 두 전극 사이 공간의 무격막 전해 반응에 투입된다.

3. 투수성 다공막(4) 중 확산 이온이 투입되므로, 투수성 다공막(4)의 외연과 캐소드, 애노드 전극 사이 공간의 무격막 전해 반응이 더욱 격렬해진다. 수소는 분자량이 작기 때문에, 이 격렬한 반응 중 음극 전자를 더욱 쉽게 획득하여 수소기체로 상변이 되어 흘러나오게 되며, 수중에는 통상적인 전해 방법보다 훨씬 많은 수소기체(기포)가 생성되거나, 또는 수소원자 내지 음수소 이온의 형식으로 수중에 유입되어, 물의 산화 환원 전위를 신속하게 하강시킨다. 수소기체는 침투력이 매우 강하므로, 다량의 수소 기포가 고농도로 함유된 물을 세척에 이용하면 물품 내부로 깊이 침투할 수 있어, 효과가 기타 기포보다 훨씬 우수하다. 물은 산화 환원 전위가 낮기 때문에 수중의 중금속, 농약, 유기물 등 오염물을 환원시켜 제거하기에 매우 유리하다.

4. 투수성 다공막(4) 외연과 캐소드, 애노드 두 전극 사이의 공간에 놓인 산소 원자 또는 OH화 이온이 산소기체를 더욱 많이 생성하기 전, 한 번 더 수소와 결합 반응하여 H₂O₂로 전환되고; OH와 이온은 즉 전자를 상실하여 ㆍOH가 되며; 일부 O₂는 O와 결합하여 O₃를 형성하고, 최종적으로 수용액 중 종합적인 강산화 인자의 수량이 증가하게 된다.

이상의 분석으로 알 수 있듯이, 본 실시예의 세척용수 제조장치는 1. 수중에 다량의 수소를 위주로 하는 초미세 기포가 형성되고; 2. 대단히 우수한 환원성을 구비하고, 그 산화 환원 전위는 음의 값이며; 3. 전해 애노드 재질이 비탄소 재료일 경우, 수중에 상당량의 과산화수소(H₂O₂), 오존 O₃, 수산기 래디컬ㆍOH 등과 같은 강산화 인자가 더 함유되며, 거시적으로 일정 정도의 살균 소독 능력을 갖는 것을 나타낸다.

실시예 2

도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 세척용수 제조장치와 실시예 1의 변화는 1) 캐소드(2)와 애노드 중 하나의 표면이 개구되고; 2) 물저장용기(1)는 밀폐형 용기라는데 있다.

본 발명의 세척용수 제조장치는 상기 실시예의 구체적인 기술방안에 국한되지 않으며, 예를 들어 1) 캐소드(2)와 애노드(3)는 두 쌍 이상일 수 있고; 2) 투수성 다공막(4)은 이층 또는 다층 한외여과막이 적층되어 이루어진 것일 수도 있으며; 3) 한외여과막의 형상은 사각형일 수도 있다. 동등한 교체로 형성되는 기술방안은 모두 본 발명이 요구하는 보호범위에 속한다.

Claims (7)

1. 각각 급수구와 출수구가 설치되는 물저장용기를 포함하고,
   상기 물저장용기 내에 적어도 한 쌍의 캐소드와 애노드가 설치되는 세척용수 제조장치에 있어서,
   쌍을 이룬 캐소드와 애노드 사이는 투수성 다공막이 간극 없이 협지되고,
   상기 투수성 다공막이 상기 캐소드 또는 애노드와 마주보는 측면의 면적은 상기 캐소드 또는 애노드가 투수성 다공막과 마주보는 측면의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 세척용수 제조장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 투수성 다공막의 투수 공경이 2밀리미터보다 작거나 같고, 1나노미터보다는 크거나 같은 것을 특징으로 하는 세척용수 제조장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 캐소드와 애노드 중의 일 표면이 개구되는 것을 특징으로 하는 세척용수 제조장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 투수성 다공막과 상기 캐소드와 애노드 중의 최소 면적의 비는 4:5~3:5인 것을 특징으로 하는 세척용수 제조장치.
   
5. 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 캐소드, 애노드는 비대칭 교번 펄스 전원을 이용하여 전기를 공급하고; 상기 전원의 순방향 및 역방향 펄스 피크값 레벨은 5~36볼트이고, 그 펄스 주파수는 10~20헤르츠인 것을 특징으로 하는 세척용수 제조장치.
   
6. 제 1항 내지 제 4항 중의 어느 한 항에 있어서,
   상기 캐소드, 애노드는 원형 티타늄 베이스에 백금 산화물을 코팅하여 제조된 불활성 전극이고, 상기 투수성 다공막은 평균 소수성 공경이 0.01~0.05미크론인 원형 평면 한외여과막이며, 상기 투수성 다공막의 두께는 0.2~1mm인 것을 특징으로 하는 세척용수 제조장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 투수성 다공막은 단층 또는 다층인 것을 특징으로 하는 세척용수 제조장치.
   

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