KR20100095272A - 인체에 무해한 의료 기기의 살균이나 곡물 야채의 살균 세척에 사용되는 살균소독액의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 의료 기기의 살균이나 곡물 야채의 살균 세척에 사용되는 인체에 무해한 살균소독액의 제조 방법에 관한 것으로, pH 4.0 내지 pH 7.5의 생리식염수 내에 대향면이 평판인 전극을 1mm 내지 3mm만큼 이격되도록 배치하는 단계와; 상기 전극에 2.4V 내지 3.3V의 직류 전원을 인가하여 상기 전극에 30mA 내지 200mA의 직류 전류가 인가되도록 하는 단계를; 포함하여 구성되어, 감염의 원인이 되는 인체 내의 병원균이나 곰팡이, 박테리아 등을 효과적으로 멸균시킬 수 있으면서 폐, 눈, 코, 피부 등에 자극이 없는 0.17ppm 내지 6ppm의 범위를 갖는 낮은 농도로 조절된 차아염소산을 포함하는 잔류 염소를 안정적으로 얻을 수 있는 의료 기기의 살균 소독이나 곡물의 재배 중에 병충을 예방하고 곡물이나 야채를 세척하는 데 적합할 뿐만 아니라 인체에 무해한 살균소독액의 제조 방법을 제공한다.

세척, 곡물, 야채, 과일, 살균, 소독, 병충, 의료기기, 차아염소산, 전기분해, 잔류 염소

Description

인체에 무해한 의료 기기의 살균이나 곡물 야채의 살균 세척에 사용되는 살균소독액의 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF NON-HARMFUL STERILIZANT TO HUMAN FOR MEDICAL DEVICE OR GRAIN OR VEGETABLES}

본 발명은 의료 기기 및 곡물 야채 살균용 생리식염수를 제조하는 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 감염을 유발할 수 있는 다양한 병원균이나 야채나 곡물, 과일 등을 제배하는 데 발생될 수 있는 병충을 제거할 수 있으면서, 의료 기기가 인체에 접촉하거나 인체 내부에 삽입되거나 야채, 곡물 등이 인체에 섭취되더라도 인체에 무해한 살균소독액을 전기분해를 통하여 낮은 농도로 신뢰성있게 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 대기나 토양의 오염이 심해짐에 따라 알러지나 아토피와 같은 환경성 질환이 늘어나고 있으며, 이에 발맞추어 웰빙의 대한 관심이 높아짐에 따라 건강에 대한 관심도가 나날이 증가하고 있다. 따라서, 인체의 장기에 삽입하여 진찰하는 내시경 장치나 혈액에 삽입하는 카테터(catheter), 투관침(trocar), 수술 기구 등 재사용되는 의료 기기의 세척에도 보다 인체에 무해하면서 병원균을 효과적으로 살균시킬 수 있는 방안이 모색되어 왔다.

일반적으로 재사용되는 의료 기기나 환자를 돌보는 설비는 매번 사용하기 이전에 살균 소독되고, 그 이후에 인체 조직이나 혈관에 삽입되는 형태로 사용된다. 종래에는, 병원에서 행하는 살균 소독 방법으로서, 뜨거운 증기를 쐬게 하여 살균 소독하는 방법과, 에틸렌 산화물 가스를 쐬게하거나, 열건조시키는 방법이 있었다. 그러나, 이 방법은 열에 민감한 의료 기기를 살균소독하는 데에는 적용하기 곤란한 한계가 있었다. 이에 따라, 열에 민감한 의료 기기에 대해서는 화학 약품을 직접 또는 희석하여 살균소독하는 방법이 행해졌지만, 화학 약품에 의하여 병원균을 살균할수는 있지만 인체에 악영향을 미칠 수 있을 뿐만 아니라 살균 상태가 충분하지 않은 한계가 있었다.

또한, 야채나 과일을 씻어 내는 데 있어서도 그 표면에 잔류하는 살아있는 미생물과 박테리아 포낭을 죽이는 과정이 필요하다. 이와 관련하여, 종래에는 야채나 과일의 표면에 묻어 있는 입자를 제거하고, 세제로 세척한 이후에 깨끗한 물로 헹구는 것에 의해 야채나 과일을 세척해왔다. 즉, 일반적으로 지방, 단백질, 탄수화물과 같은 유기질의 세척에는 알칼리 세제를 사용하며, 미네랄 등의 무기질의 세척에는 알칼리 세제가 사용되어 왔다. 그러나, 일부 미생물은 다당류를 숨기고 있는 데, 이 다당류가 경수의 염과 결합하여 도1의 바이오필름을 만들게 되는데, 종래의 세제 형태의 야채 세척액으로는 도1의 바이오필름이 잘 제거되지 않는 문제가 있었다. 한편, 화학적인 방법을 사용하지 않고 고온의 온도에서 살균하는 방법도 모색되고 있으나, 이 방법은 야채나 과일의 신선도가 저하되는 문제를 넘어서지 못하는 한계도 있다.

한편, 곡류를 재배하는 데 있어서 병충해를 예방하기 위하여 살포하는 농약은 인체에 대단히 악영향을 미친다는 사실이 널리 알려져 왔다. 이에 대한 일환으로서, 최근 친환경적인 농작물이 큰 인기를 끌고 있다. 그러나, 농약을 전혀 사용하지 않는 경우에는 병충해에 그대로 노출되어 농작물의 수확량이 줄어드는 문제점이 있다. 이에 따라, 인체에 그대로 흡수되더라도 인체에 무해하지만, 병충을 죽일 수 있는 방법의 필요성이 높게 대두되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 재사용이 가능한 의료 기기의 사용 이전에 의료 기기에 잔류하여 2차 감염의 원인이 되는 병원균를 짧은 시간에 효과적으로 멸균시켜, 내시경이나 혈액에 삽입하는 카테터(catheter), 투관침(trocar), 수술 기구 등의 의료 기기의 재사용을 위한 살균 소독 시간을 최소화하고 동시에 2차 감염을 예방할 수 있는 의료기기의 살균 소독액을 제조하는 방법을 제공한는 것을 그 목적으로 한다.

이와 동시에, 본 발명은 의료 기기의 살균 소독을 함에 있어서 살균소독액이 완전히 제거되지 않고 곧바로 의료 기기를 사용하더라도, 환자의 폐, 눈, 코의 점막, 피부 등에 자극이 없도록 함으로써, 의료 기기의 살균 소독에 따른 부작용을 근본적으로 제거하는 것을 그 목적으로 한다.

이를 위해, 본 발명은 폐, 눈, 코, 피부 등의 점막과 같이 민감한 부분에도 자극이 없을 정도로 잔류 염소의 농도를 낮게 조절함으로써, 인체에 그대로 접촉하거나 섭취, 흡수되어도 염소 성분에 따른 악취에 의한 부작용이나 그 자체의 살균력에 의한 부작용이 없도록 하는 것이다.

그리고, 본 발명은 야채나 과일을 세척함에 있어서 그 표면에 잔류하는 미생물을 짧은 시간에 효과적으로 살균시키고, 과당류와 경수의 염이 결합되어 생성되어 제거가 잘 이루어지지 않는 바이오 필름에 대해서도 손쉽게 제거할 수 있는 살균소독액을 제조하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 곡식이나 야채를 재배하는 데 사용되는 농약의 대체제로서, 인체에 그대로 흡수되어도 무방한 인체에 무해한 살균소독액을 병충을 제거하는 약제로 사용할 수 있도록 하는 살균소독액의 제조 방법을 제공한다.

이를 위하여, 본 발명은 0.17ppm 내지 6ppm의 범위를 갖는 낮은 농도로 조절된 차아염소산을 포함하는 잔류 염소를 안정적으로 얻을 수 있는 살균소독액의 제조 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 낮은 농도임에도 불구하고 높은 살균 소독 능력을 갖는 살균소독액을 제조하는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 인체에 무해하면서 높은 살균력을 갖도록 제조된 살균소독액을 이용하여, 재사용되는 의료 기기의 살균 소독 뿐만 아니라, 야채 및 과일을 세척하고 재배중인 농작물의 병충을 제거하는 용도로 사용할 수 있도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 저전압 저전류를 인가하여 전기 분해에 의하여 차아염소산을 함유한 살균소독액을 제조함에 따라, 낮은 전력 소모에 의해서도 다량의 살균소독액을 제조할 수 있으므로, 농작물에 살포하는 용도로 사용하는 경우에는 배터리의 수명을 길게 확보하여 휴대용 살균소독액 공급 장치로서의 효용을 확보하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 차아염소산 이온(OCl^-)에 비하여 약 80배나 살균력이 높은 차아염소산(HOCl)의 발생량을 높이기 위하여 pH 4.0 내지 pH 7.5의 중성 내지 약산성의 물을 이용하여 전기 분해시킴으로써, 짧은 시간 동안의 전기 분해에 의하여 차아염소산의 생성량을 극대화하는 살균소독액을 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 의료 기기의 살균소독, 곡물 야채의 살균 세척, 농작물의 병충 제거에 사용되는 저농도의 잔류염소를 함유한 살균소독액의 제조 방법으로서, pH 4.0 내지 pH 7.5의 염수 내에 대향면이 평판인 전극을 1mm 내지 3mm만큼 이격되도록 배치하는 단계와; 상기 전극에 2.4V 내지 3.3V의 직류 전원을 인가하여 상기 전극에 30mA 내지 200mA의 직류 전류가 인가되도록 하는 단계를; 포함하여, 상기 전극에서의 전기 분해에 의하여 상기 염수 내에 0.17ppm 내지 6ppm의 잔류 염소(free chlorine)를 생성시켜 살균소독액으로 활용할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 저농도의 살균소독액의 제조 방법을 제공한다.

여기서, pH 4.0 내지 pH 7.5의 약산성 내지 중성인 생리식염수로 살균소독액을 제조함으로써 도11에 도시된 바와 같이 전기 분해에 의하여 생성되는 잔류 염소 중 살균력이 높은 차아염소산(HOCl)의 성분비를 적어도 50%이상으로부터 거의 전체에 이르기까지 극대화시켜 적은 양의 잔류 염소로도 높은 치료 효능을 가질 수 있으며, 동시에 제조된 살균소독액의 산도(acid degree)가 인체의 눈, 코안 등의 점막에 삽입되더라도 자극을 주지 않을 정도이므로, 의료 기기 세척에 상기 살균소독액이 잔류하고 있더라도 의료기기가 사용되는 환자에게 자극이 없을 뿐만 아니라, 상기 살균소독액이 유기물 등 뿐만 아니라 바이오필름을 제거하는 데 효과적이어서 야채, 과일 등의 살균 세척에도 유용하게 적용될 수 있으며, 농작물의 재배 중에 농작물의 병충을 제거하는 데에도 유용하게 사용될 수 있다.

특히, 일반적으로 쉽게 구할 수 있는 수돗물, 지하수 등의 산도가 약산성 내지 중성이므로, 손쉽게 구할 수 있는 수돗물 등과 적당량의 소금을 섞어 생리식염수를 제조할 수 있다. 따라서, 저렴한 수돗물, 지하수 등으로 본 발명에 따른 살균소독액을 저렴하게 제조하여, 농작물의 병충을 제거하거나 가정이나 공장에서 과일이나 야채를 세척하는 데 경제적으로 활용될 수 있다.

더욱이, 미국환경보호국의 1994년 1월에 간행된 자료에 따르면 인체에 섭취되는 잔류 염소의 농도는 70kg의 성인을 기준으로 6ppm을 초과하지 않는 것이 좋다고 권장하고 있으므로, 상기와 같이 6ppm보다 낮은 농도를 유지하면서 높은 살균력을 갖는 살균소독액을 제조할 수 있다면, 사용 후 다소 잔류한다고 하더라도 인체에 무해하기 때문에, 이 살균소독액을 이용하여 종래에 인체에 접촉하거나 섭취 또는 삽입되는 대상을 살균 소독할 수 있게 된다.

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이 때, 인체에 공급하는 부위에 따라 약 0.7% 내지 1.5%인 등장액 수준의 생리식염수의 소금 농도와 달리 0.3% 내지 3%정도까지의 소금 농도를 갖는 염수로도 적용하는 것이 가능하다. 이는, 인체에 접촉하는 의료기기를 살균 소독 과정에서 잔류하는 살균소독액이 인체 내부에 흡수되더라도, 인체 내부의 염도와 유사한 살균소독액으로 의료 기기를 살균 소독함으로써, 인체가 느낄수 있는 거부감을 최소화할 수 있다.

상기 전극 사이의 간격이 1mm 보다 크게 배열하는 것은 이들 간격이 1mm보다 작은 경우에는 전극 사이에 통전되는 전류의 크기가 과도하게 높아지고 전기 분해에 의해 생성되는 가스의 유동이 원활하지 않아 갑자기 많은 양의 잔류 염소가 생성되기도 하고 이보다 훨씬 적은 양의 잔류 염소가 생성되기도 하여 잔류 염소를 일관성 있게 생성하는 것이 어려워지기 때문이다. 그리고, 전극 사이의 간격이 3mm 보다 크게 배열하면 전극 사이에 통전시키기 위해서는 높은 전압이 인가되어야 하는데, 이 경우에는 전극의 과전위에 따라 전류가 급격히 증가할 수 밖에 없기 때문에(도12참조) 저전류로 전극 사이를 통전시키는 것이 곤란해질 뿐만 아니라, 전압의 소모량이 매우 커지므로 휴대용으로 사용하는 것에는 한계가 있기 때문이다. 즉, 전극 사이에는 전류, 용액 내에서의 전자이동량을 일정하게 유지하는 것이 일정한 농도의 잔류 염소를 생성하는 것이 가능해진다.

이와 같은 전극 사이의 간격을 유지한 상태에서 2.4V 내지 3.3V의 직류 전원을 인가하면 30mA 내지 200mA의 저전류가 전극 사이에 통전된다. 이와 같이 저전류로 통전시키는 것을 지속시키면 전기 분해에 의하여 생성되어 원하는 0.17ppm 내지 6.0ppm 사이의 낮은 농도의 잔류 염소가 일정하게 제어되면서 생성되는 것을 구현할 수 있게 된다. 한편, 이 때, 전극에 2.4V보다 작은 전압을 인가하는 경우에는 전극 사이의 생리식염수의 저항을 극복할 정도의 전압차가 발생되지 않으므로 전류가 통전되지 않으며, 3.3V보다 큰 직류 전원을 인가하는 경우에는 급격히 높아진 전류가 전극 사이에 통전되어 전류값을 일정하게 유지하는 것이 어렵고 잔류 염소 의 농도 증가가 급격히 일어나므로 일정한 저농도의 잔류 염소를 생성하는 것이 곤란해진다.

이와 관련하여 관련 이론을 살펴보면, 하나의 전극을 통하여 외부 회로를 흐르는 순전류(i)는 산화전류(ia)와 환원 전류(ic) 두 성분 전류 사이의 차이(ia-ic)가 된다. 보다 상세하게는, Butler-Volmer식에 의하여 순전류는 과전위의 크기가 아주 작은 경우에는 과전압에 대하여 전류가 정비례하지만, 과전위의 크기가 일정치보다 커지는 경우에는 지수함수적으로 급격히 증가하는 경향을 갖는다.(도14참조) 즉, 약 0.9%의 생리식염수를 포함하는 0.3% 내지 3%의 낮은 소금물 농도를 갖는 식염수에 흐르는 전류는 인가되는 전압과 그 저항에 의하여 크게 좌우된다. 따라서, 상기와 같이 전극이 배치되고 대향면이 평판인 전극 사이에 염수가 저항체 역할을 하는 경우에는 2.4V보다 작은 전압에 대해서는 통전되지 않으며 3.3V보다 큰 전압에 대해서는 급격히 높은 전류가 통전되어 급격히 많은 양의 잔류 염소가 생성되어 저농도로 제어하기가 곤란해진다.

이와 같은 구성을 통해 염소를 함유한 물을 전기 분해하는 것에 의하여 낮은 농도의 잔류 염소를 갖는 살균소독액을 안정적이고 신뢰성있게 제조할 수 있게 됨에 따라, 짧은 시간에 병원균이나 야채 등의 병충, 미생물을 살균시키는 높은 살균력을 가질 뿐만 아니라 자극이나 악취등이 제거되어 인체에 섭취, 흡수되더라도 거부감이 없게되어 의료 기기의 살균소독, 곡물 야채의 살균 세척, 농작물의 병충 제거 등의 용도에 효과적으로 사용될 수 있다.

이 때, 제조된 살균소독액은 약산성 내지 중성이므로 생성된 잔류 염소의 대 부분은 살균력이 높은 차아염소산으로 생성된다.

염소를 함유한 물을 전기 분해에 의하여 살균소독액으로 제조하는 것은 전기 분해를 통하여 오존(O₃), 과산화수소(H₂O₂), OH라디칼, 차아염소산(HOCl)과 같은 잔류 염소 등의 산화체(oxidants)의 생성 반응은 다음의 (1) 내지 (5)의 공정에 의하여 이루어진다.

(1) 오존이 생성되는 경로는 물(H₂O)을 전기 분해함으로써 시작되어 최종적으로 O와 O₂가 결합되는 다음의 공정을 거쳐 오존이 형성된다.

*H₂O --> H⁺ + (OH)_ads + e^-

(OH)_ads --> (O)_ads + H⁺ + e^-

2(OH)_ads --> O₂ + 2H⁺ + 2e^-

2(O)_ads --> O₂

(O)_ads + O₂ --> O₃

(2) 과산화수소는 산소의 전기 분해에 의한 직접적인 경로와, 오존 분해에 의하여 생성된 중간 산물인 OH라디칼의 결합으로 생성되는 간접적인 경로에 의하여 생성된다. 즉,

O₂ + e^- --> O₂ ^·-

O₂ + 2H⁺ + 2e^- --> H₂O₂

와 같은 직접적인 경로와,

OH·+ OH· --> H₂O₂

와 같은 간접적인 경로에 의하여 생성된다.

(3) HOCl은 수중에 존재하는 Cl^- 이온이 Cl₂로 결합한 후에 H₂O와 반응하여 HOCl을 생성하게 된다. 즉,

2Cl^- --> Cl₂ + 2e^-

2H₂O + 2e^- --> H₂ + 2OH^-

Cl₂ + H₂O --> HOCl + H⁺ + Cl^-

(4) OH라디칼은 순간적으로 생성되었다가 사라지기 때문에 직접적으로 측정은 불가능하지만, 오존이 수중에 존재하는 경우에 OH^- 또는 과산화수소의 짝염기인 HO₂ ^-와 반응하여 라디칼 체인 사이클을 형성하며 최종적으로는 OH라디칼을 생성한다.

O₃ + OH --> 라디칼 체인 반응(Radical Chain Reaction) --> OH·

O₃ + HO^{2 -} (H₂O₂의 짝염기) --> 라디칼 체인 반응 --> OH·

(5) 수중에 존재하는 미생물(microorganism, microorganics)은 생성된 산화체(oxidants)에 의하여 불활성화되거나 제거되며, 다음의 microorganism은 전기적 흡착(electrosorption)에 의하여 제거되며, 다음의 microorganics는 e-과의 반응으로 직접적인 전기 분해 반응에 의하여 제거된다.

즉, Microorgainsm에 대해서는,

M(Microorganism) --> Electrosorption --> Inactivation

또한,

M(Microorganism) + O₃ --> Inactivation

M + OH· --> Inactivation

M + HOCl --> Inactivation.

그리고, Microorganics에 대해서는,

M(Microorganics) + e- --> M-

또한,

M(Microorganics) + O₃ --> Product

M + OH· --> Product

M + HOCl --> Product

즉, 전기 분해가 이루어지는 동안에 상기 (1) 내지 (5)의 공정에서 생성된 잔류염소(HOCl, OCl-)를 포함하는 산화체(O3, H2O2, HOCl, OCl-, OH라디칼 등)에 의하여 산화 및 살균 작용이 원활하게 이루어지며, 전기 분해가 이루어진 후에는 잔류 염소 중 많은 양을 차지하는 차아염소산(HOCl)의 살균력에 의하여 병원균을 멸균시킬 수 있게 된다.

또한, 전기 분해가 일어나는 중에 생성되는 과산화수소(H₂O₂)는 자유기(free radical, HO·+ O·)을 생성하는 능력이 있는데, 이 자유기들은 단백질을 낮은 분자 무게의 펩타이드, 아미노산으로 분해하여 수용성 물질로 만들며, 이중결합 부위로 몰려들어 에폭사이드(epoxide)를 생성한다. (예컨대, C=C-R 구조는 C-C-R 구조가 된다) 보다 구체적으로는, 과산화수소에서 생성된 자유기는 매우 반응성이 큰 데, 자체의 안정을 이루기 위하여 단백질로 이루어진 원인 물질을 공격함으로써, 과산화수소의 산화 작용으로 단백질을 아미노산으로 분해하여 수용성 물질로 만들게 되어, 알러지, 아토피를 유발하는 원인 물질인 단백질을 효과적으로 제거하게 된다.

즉, 상기 방법에 의하여 생성되는 잔류 염소 등의 산화체는 병원균, 곰팡이, 박테리아 등을 죽이는 효과를 가질 뿐만 아니라 단백질을 구성하는 아미노산의 탄소와 질소 원자 사이의 이중 결합을 파괴하는 특징을 이용하여 의료 기기의 세척 뿐만 아니라 과일, 야채 등에 잔류하는 미생물을 제거할 수도 있다.

한편, 본 발명자는 전극에 직류 전원을 인가하는 중에 전극에 인가하는 전류의 방향을 바꾸어주는 것에 의하여 생성되는 잔류 염소의 농도를 보다 정밀하게 제어할 수 있게 된다는 것을 발견하였다. 즉, 전극에 직류 전원의 인가 방향을 변경하지 않고 인가하는 경우에는 동일한 조건에서도 잔류 염소의 생성이 보다 빨리 이루어지며, 이에 따라 잔류 염소의 농도 편차도 크게 나타났다. 특히, 전극에 직류 전원을 인가하여 잔류 염소를 함유한 살균소독액을 제조하는 과정은 100ml이하의 소용량의 경우에는 20~60초 정도 가동되며, 전류 방향의 교체 주기 20초를 넘기는 경우에는 이에 따른 제어 효과가 크게 두드러지지 않으므로, 전류 방향의 교체 주기는 1초 내지 20초인 것이 바람직하다.

상기와 같은 살균소독액의 제조 방법은, 생리식염수를 수용하는 용기와, 용기 내에 배열된 전극과, 이들 전극에 직류 전류를 공급하는 전원만 구비하면 구현할 수 있게 되므로, 이를 구현하는 장치의 구성 부품의 수와 장치의 무게가 현저히 작아지게 된다. 이에 따라, 상기 살균소독액의 제조 방법은 전문 제조 업체나 의료 기관에서만 행해질 수 있는 것이 아니라 휴대용 장치로 구성하여 환자나 소비자 레벨에서도 직접 활용할 수 있게 된다.

특히, 제조된 살균소독액 내의 차아염소산은 산성 내지 중성 영역에서는 화학적으로 불안정하여 약 3분의 반감기로 그 함량이 절반씩으로 감소하게 된다. 따라서, 생리식염수 내에 차아염소산을 포함하는 잔류 염소를 생성한 후 바로 의료 기기나 과일 또는 농작물에게 공급되는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 과일이나 농작물의 경우에는 휴대용 장치로 상기 제조 방법을 구현함으로써, 생산자 레벨 뿐 만 아니라 소비자 레벨에서 차아염소산을 포함하는 잔류 염소를 함유한 살균소독액을 제조한 직후 곧바로 살균력이 가장 높을 때에 과일 등을 살균 세척하거나, 농작물에 공급할 수 있다. 다만, 의료기기를 살균 소독하거나 과일 등을 세척하는 용도로 사용하는 경우에는 휴대용이 아니더라도 미리 구비된 장치를 이용하여, 전기분해에 의해 본 발명에 따른 저농도의 살균 소독액을 제조한 직후에 사용될 수도 있다.

한편, 본 발명은, 의료 기기의 살균소독, 곡물 야채의 살균 세척, 농작물의 병충 제거에 사용되는 저농도의 살균소독액을 제조하는 방법으로서, pH 4.0 내지 pH 7.5의 생리식염수 내에 서로 마주보는 대향면에 대하여 서로 마주보는 이격된 다수의 대향 지점이 형성된 전극을 1mm 내지 3mm만큼 이격되도록 배치하는 단계와; 상기 전극에 2.2V 내지 3.2V의 직류 전원을 인가하여 상기 전극에 30mA 내지 180mA의 직류 전류가 인가되도록 하는 단계와; 상기 전극에 직류 전원을 인가하는 중에 상기 전극에 인가하는 전류의 방향은 1회 이상 변환시키는 단계를; 포함하되, 상기 전극은 상기 다수의 대향 지점이 상기 전극의 면적의 4% 내지 25%를 차지하고, 상기 전극에서의 전기 분해에 의하여 상기 생리식염수 내에 0.17ppm 내지 6ppm의 잔류 염소(free chlorine)를 생성시키는 것을 특징으로 하는 저농도의 살균소독액의 제조 방법을 제공한다.

이는, 상기 전극의 대향면에 서로 마주보는 이격된 다수의 대향 지점이 형성되어 대향 지점 사이에 전류가 통전되는 경로가 다수로 만들어짐에 따라, 대향면이 평면으로 형성되는 경우에 비하여 일정하고 약한 전기 분해가 여러 군데의 대향 지점에서 이루어짐에 따라, 생성되는 화학 성분들 사이의 화학 반응이 골고루 균일하게 이루어져 생리식염수 내에 생성되는 잔류 염소의 농도를 낮게 조절하는 것이 훨씬 용이해진다.

마찬가지로, 인체에 접촉하는 의료기기인지 여부에 따라 약 0.7% 내지 1.5%인 등장액 수준의 생리식염수의 소금 농도와 달리 0.3% 내지 3%정도까지의 소금 농도를 갖는 염수로도 적용하는 것이 가능하다.

즉, 다수의 대향 지점이 형성되어 전류의 통전 경로가 작은 크기로 다수 형성된 전극으로 전기분해를 행하는 경우에는, 대향면이 단순한 평면으로 형성된 전극으로 전기분해를 행하는 것에 비하여, 전극 주위에서 발생되는 기포의 크기가 훨씬 작고 많이 형성되며 이들이 균일하게 분포되는 것이 확인되었다.

특히, 전극의 대향 지점 사이에 전하가 집중되어 통전되므로, 대향면이 단순한 평면으로 형성된 전극으로 전기분해를 행하는 것에 비하여, 보다 작은 전압(2.2V)이 상기 전극에 인가되더라도 전극 사이가 통전되며, 이에 따라 보다 작은 전류로 생리식염수를 통전하는 상태를 구현할 수 있게 된다. 따라서, 이와 같이 다수의 대향 지점이 형성된 전극으로 전기분해를 행하는 경우에는 보다 작은 전압에 의하여 보다 작은 전류로 전기 분해를 가능하게 하므로, 전력 소모를 줄여 휴대용 배터리의 수명을 보다 길게 할 수 있을 뿐만 아니라 보다 작은 전류로 통전시킬 수 있게 된다. 무엇보다도, 다수의 대향 지점에서 한꺼번에 많은 전하가 공급되는 것이 아니라 지속적으로 일정하게 전하(전류)가 공급되어 전기분해가 이루어짐에 따 라, 차아염소산을 생성하기 위한 반응 물질 사이의 화학 반응이 균일하게 이루어진다. 이에 따라, 다수의 대향 지점이 형성된 전극을 이용하여 동일한 조건으로 전기 분해를 하는 경우에는 잔류 염소의 양이 보다 일정하게 생성되며, 그 생성되는 속도를 제어하는 것도 용이하므로, 원하는 잔류 염소를 낮은 농도로 정밀하게 제어하면서 생성하는 것이 가능해진다.

마찬가지로, 상기 전극에 직류 전원을 인가하는 중에 상기 전극에 인가하는 전류의 방향은 1회 이상 변환시키는 단계를 포함함으로써 보다 정밀하면서도 6ppm이하의 낮은 농도를 정밀하게 제어할 수 있다.

이 때, 상기 전극은, 실질적으로 평행하게 일측 방향으로 형성된 다수의 양극 슬롯에 의하여 분할된 다수의 양극 막대를 포함하는 평판 형상의 양전극과; 실질적으로 평행하게 일측 방향으로 형성된 다수의 음극 슬롯에 의하여 분할된 다수의 음극 막대를 포함하는 평판 형상의 음전극을; 포함하되, 상기 양극 막대와 상기 음극 막대는 서로 엇갈리도록 상기 음전극과 상기 양전극이 배열되어, 상기 양전극과 상기 음전극이 투영된 상태에서 상기 양극 막대와 상기 음극 막대에 의하여 투영되지 아니하는 부분으로 상기 대향 지점이 형성된다.

이를 통해, 상기 양극 막대와 음극 막대가 서로 겹쳐지는 다수의 대향 지점에 작은 전류가 통전되므로, 균일하게 분포된 다수의 위치에서 균일하게 전기분해가 이루어짐에 따라, 생리식염수 내에서 생성되는 잔류 염소의 농도를 미세하게 조절하는 것이 가능해진다.

여기서, 상기 양극 막대와 상기 음극 막대는 서로 직각이 되도록 배열하는 것이 대향 지점 사이의 간격과 크기를 일정하게 유지하는 것이 용이해진다는 측면에서 바람직하다. 이 때, 상기 양극 막대의 폭은 상기 양극 슬롯의 폭보다 작게 형성되고, 상기 음극 막대의 폭은 상기 음극 슬롯의 폭보다 작게 형성된다. 이를 통해, 상기 대향 지점은 그 크기보다 인접한 대향 지점과의 간격이 더 멀어지게 됨으로써, 차아염소산의 생성에 필요한 반응 물질이 생리식염수 내에서 균일하게 분포되어 다수의 대향 지점에서 발생되는 효과가 극대화된다.

한편, 상기 전극은, 상기 양전극에 돌출 형성된 다수의 양극 돌기와; 상기 양극 돌기와 마주보도록 상기 음전극에 돌출 형성된 다수의 음극돌기를 구비하되, 상기 양극 돌기와 상기 음극 돌기의 마주보는 면에 의하여 상기 대향 지점이 형성되도록 구성될 수도 있다. 상기 돌기는 원뿔 형태나 원기둥 형태등 다양하게 형성될 수 있다. 이와 같이 대향 지점이 돌기 형상으로 형성되는 경우에도 전술한 것과 동일 또는 유사한 효과를 얻을 수 있다.

이 때, 상기 전극에 인가하는 전류의 방향의 변환은 1초 내지 20초의 주기로 변환되는 것이 좋다. 그리고, 상기 생리식염수는 10㎖ 내지 100㎖이고, 상기 저농도의 살균소독액의 제조 방법은 소비자 레벨에서 휴대용 장치에 의하여 이루어질 수 있다. 이 경우에 상기 직류 전원을 상기 전극에 대하여 10초 내지 60초 동안 인가하면 0.17ppm 내지 6ppm의 잔류 염소의 농도를 갖는 살균소독액을 얻을 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 의료 기기의 살균소독, 곡물 야채의 살균 세척, 농작물의 병충 제거에 사용되는 저농도의 살균소독액을 제조하는 방법으로서, pH 4.0 내지 pH 7.5의 생리식염수 내에 대향면이 평판인 전극을 1mm 내지 3mm만큼 이격되도록 배치하는 단계와; 상기 전극에 2.4V 내지 3.3V의 직류 전원을 인가하여 상기 전극에 30mA 내지 200mA의 직류 전류가 인가되도록 하는 단계를; 포함하여 구성되어, 감염의 원인이 되는 인체 내의 병원균이나 곰팡이, 박테리아 등을 효과적으로 멸균시킬 수 있으면서 폐, 눈, 코, 피부 등에 자극이 없는 0.17ppm 내지 6ppm의 범위를 갖는 낮은 농도로 조절된 차아염소산을 포함하는 잔류 염소를 안정적으로 얻을 수 있는 의료 기기의 살균 소독이나 곡물의 재배 중에 병충을 예방하고 곡물이나 야채를 세척하는 데 적합할 뿐만 아니라 인체에 무해한 살균소독액의 제조 방법을 제공한다.

그리고, 본 발명은 잔류 염소의 농도를 일정한 낮은 범위로 조절하여 살균소독액을 생성함으로써, 이를 사용하여 살균 소독한 야채 등을 인체에 곧바로 섭취한다고 하더라도, 염소 성분에 따른 악취가 나지 않아 거부감이 적고 인체에 어떠한 부작용을 야기하지 않게 된다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 차아염소산 이온(OCl^-)에 비하여 약 80배나 살균력이 높은 차아염소산(HOCl)의 발생량을 높이기 위하여 pH 4.0 내지 pH 7.5의 중성 내지 약산성의 물을 이용하여 전기 분해시킴으로써, 짧은 시간 동안의 전기 분해에 의하여 차아염소산의 생성량을 극대화하여 살균력이 높은 살균소독액을 제공한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 살균소독액을 제조할 수 있는 살균소독액 제조 장치의 개략도가 도2에 도시되어 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 용기(110) 내에 전극(140)이 도2 내지 도6에 도시된 바와 같이 설치된다. 상기 전극(140)은, 배터리(160)로부터 음극 전원을 공급받도록 연결된 음전극판(141)과, 전원 공급부(160)로부터 양극 전원을 공급받도록 연결되고 음전극판(141)과 약 2mm만큼 이격되어 마주보게 배열된 양전극판(142)과, 이들 전극판(141,142)이 설치된 지지대(143)와, 지지대(143)의 측면에서 음전극판(141)과 양전극판(142)을 지지하고 상호간의 간극을 일정하게 유지하는 측벽 지지대(144)와, 지지대(143)가 고정된 저판(145)과, 지지대(143)를 저판(145)에 고정하는 고정 볼트(146)와, 전극(140)을 용기(110)의 바닥면에 형성된 고무 패킹판(147)으로 이루어진다.

그리고, 지지대(143)는, 도5에 도시된 바와 같이, 음전극판(141)을 끼워 고정하도록 요입 형성된 음전극판 접속 슬롯(1431)과, 양전극판(142)을 끼워 고정하도록 요입 형성된 양전극판 접속 슬롯(1432)이 형성된다. 그리고, 도3에 도시된 바와 같이, 지지대(143)의 내부에는 음극 전원선(161)이 음전극판 접속 슬롯(1431)과 연결되고, 양극 전원선(162)이 양전극판 접속 슬롯(1432)과 연결되도록 구성되어, 지지대(143)의 슬롯(1431, 1432)에 전극판(141,142)을 끼우기만 하면, 해당 전원이 전극판(141,142)에 공급되도록 구성된다. 따라서, 전극판(141,142)의 백금이 소모되면, 소모된 전극판(141,142)을 슬롯(1431,1432)으로부터 빼내고 새로운 전극판(141,142)을 슬롯에 끼우기만 하면 교체가 완료된다. 따라서, 상기와 같이 구성된 휴대용 살균소독액 제조장치(100)는 반영구적으로 사용할 수 있게 된다.

그리고, 고무 패킹판(147)은 용기(110의 바닥면(139)에 안착되며, 저판(145)과 바닥면(139) 사이에 고무패킹판(147)이 삽입됨으로써, 용기(110)내의 생리식염수가 용기(110)의 외부로 새는 것을 방지한다. 이 때, 고무 패킹판(147)은 판(板)형상 대신 링형상으로 저판(145)의 모서리면을 둘러싸도록 형성될 수도 있다. 그리고, 전원공급선(161,162)은 도6에 도시된 바와 같이 저판(145)을 관통하여 본체 케이스(131)의 내부로 연결되어, 본체 케이스(131) 내의 배터리(160)로부터 직류 전류를 공급받는다.

다만, 도2 내지 도5에는 한 쌍의 전극판(141,142)이 형성된 것을 예로들어 설명하였지만, 낮은 전류로 제어하기 위하여 다수의 쌍의 전극판(141,142)을 상호 병렬 연결하여 구성될 수도 있다.

상기와 같이 구성에서, 상수(111)와 소금을 혼합하여 소금의 농도가 약 0.9%인 생리식염수를 용기(110) 내에 만들 수 있다. 인체에 접촉하는 의료 기기의 세척이 아니라면 생리식염수의 농도로 반드시 조절해야 하는 것은 아니다. 이 때, 용기(110) 내의 생리식염수(111)의 산도가 pH 4.0 내지 pH 7.5의 범위를 가짐에 따라 생성되는 잔류 염소(free chlorine)의 대부분은 살균력이 높은 차아염소산으로 생 리식염수(111)내에 잔류하게 된다.

이를 위해, 생리식염수(111)를 곧바로 넣는 대신에 용기(110)내에 수돗물을 넣은 후에, 그 물의 소금물 농도를 약 0.9%로 만들 수 있는 양의 소금을 넣어 혼합하는 것에 의해 생리식염수(111)를 용기(110) 내에 넣을 수도 있다.

한편, 상기 전극(140)은, 도7a 내지 도9에 도시된 바와 같이, 종방향 슬롯(241b) 사이에 다수의 음극 막대(241a)가 다수 형성된 음전극(241)과, 횡방향 슬롯(242b) 사이에 다수의 양극 막대(242a)가 다수 형성된 양전극(242)으로 형성될 수 있다. 이 때, 음극 막대(241a)와 양극 막대(242)는 서로 직각이 되도록 배열되며, 도11에 도시된 바와 같이 음극 막대(241a)와 양극 막대(242a)가 서로 교차하는 대향 지점(2412)을 연결하는 지점에서 다수의 통전 경로가 형성된다. 이를 통해, 균일하게 분포된 다수의 대향 지점(2412)에 작은 전압을 인가되더라도 통전되므로 전력 소모를 줄여 휴대용 배터리(160)의 수명을 보다 길게 할 수 있으며, 다수의 대향 지점(2412)에 지속적으로 일정한 작은 전류가 공급되어 생리식염수(111)를 통전하여 전기 분해를 행함에 따라, 차아염소산(HOCl)을 생성하기 위한 반응 물질 사이의 화학 반응이 균등하게 분포되어 일어난다. 따라서, 평판으로 형성되는 전극(140)에 비하여 생성되는 차아염소산 등의 잔류 염소의 양이 일정해지므로, 잔류 염소의 생성 농도를 보다 정교하게 조절할 수 있게 된다.

이 때, 대향 지점(2412)이외의 지점의 테두리(241c,242c)영역에서 전기 분해가 오히려 더 많이 일어나는 것을 방지하기 위하여, x, y로 표시된 격자 부분을 제 외한 테두리 영역(241c,242c)에서는 전류의 통전을 방지하는 코팅층이 그 표면에 형성된다. 그리고, 음극 막대(241a)와 양극 막대(242a)의 폭(d1)은 음극 슬롯(241b)와 양극 슬롯(242b)의 폭(d2)에 비하여 작게 형성된다. 이로써, 대향 지점(2412)의 크기는 인접한 대향 지점(2412)사이의 간격보다 더 작게 되어, 차아염소산의 생성에 필요한 반응 물질이 대향 지점(2412)사이의 통전 경로 주변에 효과적으로 분포하는 것이 가능해져 차아염소산의 생성 농도를 정밀하게 제어하는 것이 더욱 용이해진다.

한편, 대향 지점을 구비한 전극은 도12에 도시된 바와 같이 형성될 수도 있다. 즉, 도10에 도시된 전극은 복수의 음극 돌기(341a)가 표면에 형성된 음전극판(341)과, 복수의 양극 돌기(342a)가 표면에 형성된 양전극판(342)으로 형성되어, 서로 마주보는 돌기(341a,342a)의 선단면(A)이 대향 지점(A)을 형성하게 된다. 마찬가지로, 음전극판(341)과 양전극판(342)은 소정의 간격(d4)만큼 이격되어 지지대(142)에 고정되고, 소정의 간격(d3)만큼 이격되고 서로 마주보도록 서로 마주보는 면(B)으로부터 돌출 형성된 원추형의 음극 돌기(341a)와 양극 돌기(342a)를 구비하여, 전극판(341,342)에 인가된 전하가 돌기(341a,342a)의 선단부(B)에 집중되어, 보다 작은 전원이 인가되더라도 작은 전류로 전극(341,342)사이가 통전된다.

상기 전극(140,241,242,341,342)에는 백금 도금되어 활발한 전기 분해가 일어나도록 한다.

전극에 전류를 공급하는 것을 제어하는 제어 회로는, 스위치의 입력에 따라 사전에 설정된 시간동안 전극(140,241,242,341,342)에 전원을 공급하고, 표시 기(133a,134,134a)에 작동 상태가 표시되도록 제어하며, 3초 내지 7초 간격으로 전극(140)에 공급하는 전원의 방향을 뒤바꾸도록 하여 전기 분해에 의하여 생성되는 잔류 염소의 양을 정밀하게 제어하는 것을 보조한다. 그리고, 상기 제어 회로에는 일정한 전압이 전극(140,241,242,341,342)에 인가되도록 조절하는 회로가 장착된다. 따라서, 배터리의 최초 전압이 3.3V이더라도 제어 회로에 의하여 전극(140,241,242,341,342)에 2.2V 내지 2.5V가 인가되도록 조절하여, 전극(140,241,242,341,342) 사이에 통전되는 전류의 세기를 가능한 낮춘다. 이 때, 평판 전극(140)의 경우에는 보다 높은 전압이 인가되어야 통전되므로 2.4V를 인가하고, 다수의 대향 지점(2412,A)가 형성된 전극(241,242,341,342)의 경우에는 상대적으로 낮은 전압이 인가되어도 통전되므로 2.2V를 인가하는 것이 바람직하다.

전원 공급부는 배터리(160)로 형성될 수 있다. 전원공급부(160)의 전원은 전원 공급선(161,162)을 통해 미리 설정된 시간 동안 제어 회로에 의해 전극(140,241,242,341,342)에 30mA 내지 200mA의 전류를 인가하게 된다. 또한, 사용자의 조작이 없더라도 주기적으로 3초 내지 7초마다 전극(140)에 인가하는 전류의 방향이 반대로 흐르도록 작동된다. 이를 통해, 전기 분해를 통해 전극(140,241,242,341,342)의 양전극판(142)와 음전극판(141)에 고용물이 부착되는 것을 자동적으로 억제하고 전극(140,241,242,341,342) 주변에 생성되는 차아염소산 등의 잔류 염소의 생성량을 정교하게 제어할 수 있게 된다.

상기와 같이 구성된 살균소독액의 제조 장치(100)는, 생리식염수(111) 내의 전극(140,241,242,341,342)에 전원 공급부(160)로부터 전원을 공급하면, 각 전극 판(141,142) 사이에 전술한 (1) 내지 (5) 공정을 거쳐 살균력이 높은 차아염소산의 성분비가 높으면서도 0.17ppm 내지 6ppm 의 저농도의 잔류 염소를 함유한 살균소독액을 제조할 수 있게 된다. 동시에, pH4.0 내지 pH7.5의 생리식염수에 대하여 잔류 염소를 생성하므로, 그 대부분은 높은 살균 소독력을 갖는 차아염소산(HOCl)으로 되어, 병원균 등을 효과적으로 멸균시키는 살균력을 갖게 된다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 저농도의 살균소독액의 제조예를 상술한다.

제1실시예

전극(140)은 백금으로 그 표면이 도금된 1225mm² 넓이의 평판 형상으로 pH6.45±0.2의 생리식염수 100㎖ 내에 잠기도록 2mm 간격(d)으로 이격 배열되며, 20초 동안 전원을 인가하면서 5초 간격으로 음전극판(141)과 양전극판(142)에 인가되는 전류의 방향을 바꾸어가면서 5회씩 인가 전압을 변동하면서 측정한 잔류 염소의 농도는 다음과 같았다.

시료 번호	인가 전압(VDC)	통전 전류치(mA)	잔류염소 평균농도 (ppm)	잔류염소 농도의 표준편차
1-1	2.2	흐르지 않음	-	-
1-2	2.4	80	1.20	0.45
1-3	2.7	160	2.10	0.71
1-4	3.3	200	3.04	0.81
1-5	3.5	350	5.81	1.24
1-6	4.5	520	7.14	1.72

위 실험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 직류 전원 2.2V에서는 전류가 통전되지 않으며 직류 전원 2.4V에서 80mA의 전류가 통전되어 평균 1.2ppm의 저농도의 잔류 염소가 생성되었다. 직류 전원 3.3V에서는 200mA의 전류가 통전되어 평균 3.04ppm의 잔류 염소가 생성되지만, 직류 전원이 3.3V보다 조금 높은 3.5V에서는 통전 전류치가 급격히 상승하여 350mA가 통전되어 잔류염소의 평균 생성량이 5.81ppm으로 급등하는 것을 알 수 있다. 즉, 3.3V보다 조금 큰 3.5V의 전압이 인가되는 경우에는 Butler-Volmer식에 의하여 통전 전류가 급등하게 되며, 이 경우의 평균 잔류 염소의 농도는 5.81ppm으로 6ppm보다는 작지만 상대적으로 높은 1.24의 표준 편차를 가짐에 따라 신뢰성있게 6ppm이하로 잔류 염소를 안정적으로 제어하는 것이 곤란해진다는 것을 알 수 있다.

제2실시예

음극 막대(241a)와 양극 막대(242a)의 폭(d1)이 0.7mm이고, 음극 슬롯(241b)와 양극 슬롯(242b)의 폭(d2)이 1.3mm로 형성되어 이들 막대(241a,242a)가 직각으로 놓여지도록 배열되고, 격자 부분(x,y로 둘러싸인 부분, 이 면적은 841mm²)에는 백금으로 그 표면이 도금되고 그 밖의 테두리(241c,242c)에는 통전되지 않도록 절연 코팅이 된 전극(241,242)을 pH6.37±0.2의 생리식염수 50㎖ 내에 잠기도록 2mm 간격(d)으로 이격 배열시켜 20초 동안 전원을 인가하면서 5초 간격으로 음전극(241)과 양전극(242)에 인가되는 전류의 방향을 바꾸어가면서 5회씩 인가 전압을 변동하면서 측정한 잔류 염소의 농도는 다음과 같았다.

시료 번호	인가 전압(VDC)	통전 전류치(mA)	잔류염소 평균농 도 (ppm)	잔류염소 농도의 표준편차
2-1	2.1	흐르지 않음	-	-
2-2	2.2	40	1.01	0.21
2-3	2.4	50	1.62	0.31
2-4	2.6	65	2.83	0.25
2-5	2.7	75	3.04	0.33
2-6	2.9	85	3.20	0.30
2-7	3.0	100	3.57	0.66
2-8	3.2	120	4.30	0.78
2-9	3.4	160	5.57	1.51

위 실험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 직류 전원 2.1V에서는 전류가 통전되지 않으며 직류 전원 2.2V에서 40mA의 전류가 통전되어 평균 1.01ppm의 저농도의 잔류 염소가 생성되었다. 직류 전원 3.2V에서는 120mA의 전류가 통전되어 평균 4.3ppm의 잔류 염소가 생성되지만, 직류 전원이 3.2V보다 조금 높은 3.3V에서는 통전 전류치가 급격히 상승하여 160mA가 통전되어 잔류염소의 평균 생성량이 5.57ppm으로 급등하는 것을 알 수 있다. 즉, 3.2V보다 조금 큰 3.4V의 전압이 인가되는 경우에는 Butler-Volmer식에 의하여 통전 전류가 급등하게 되며, 이 경우의 평균 잔류 염소의 농도는 5.57ppm으로 6ppm보다는 작지만 상대적으로 높은 1.51의 표준 편차를 가짐에 따라 신뢰성있게 6ppm이하로 잔류 염소를 안정적으로 제어하는 것이 곤란해진다는 것을 알 수 있다.

이와 관련하여, 위 실험 결과에는 표시되지 않았지만 생리식염수의 양에 따라 150㎖이하의 소량에 대해서는 동일한 조건에 대하여 작동 시간이 오래 경과할수록 잔류 염소의 평균 생성량이 비례하여 증가하는 경향이 있음을 확인하였다.

제3실시예

음극 막대(241a)와 양극 막대(242a)의 폭(d1)이 0.3mm이고, 음극 슬롯(241b)와 양극 슬롯(242b)의 폭(d2)이 0.8mm로 형성되어 이들 막대(241a,242a)가 직각으로 놓여지도록 배열되고, 격자 부분(x,y로 둘러싸인 부분, 이 면적은 841mm²)에는 백금으로 그 표면이 도금되고 그 밖의 테두리(241c,242c)에는 통전되지 않도록 절연 코팅이 된 전극(241,242)을 pH6.45±0.2의 생리식염수 50㎖ 내에 잠기도록 2mm 간격(d)으로 이격 배열시켜 20초 동안 2.7V의 직류 전원을 인가하면서 음전극(241)과 양전극(242)에 인가되는 전류의 방향을 바꾸는 주기를 변화하면서 5회씩 인가 전압을 변동하면서 측정한 잔류 염소의 농도는 다음과 같았다.

시료 번호	전류변환주기(초)	통전 전류치(mA)	잔류염소 평균농 도 (ppm)	잔류염소 농도의 표준편차
3-1	1	측정곤란	1.61	0.47
3-2	2	측정곤란	2.16	0.51
3-3	5	70	2.97	0.40
3-4	7	70	3.40	0.89
3-5	12	70	3.73	0.51
3-6	15	70	4.11	0.61
3-7	18	70	4.63	0.66
3-8	19	70	4.80	0.78
3-9	x	70	5.53	0.95

위 실험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 전극(241,242)에 인가하는 전류의 방향을 바꿔주는 주기를 짧게 할 수록 잔류 염소의 평균 농도값은 작아지는 경향을 갖았다. 이에 반하여, 20초 동안의 전원 인가 중에 전류를 한번도 변환시키지 않은 경우에는 잔류 염소의 평균 농도가 6.0ppm을 초과할 가능성이 있는 것으로 드러났 다. 그러나, 전극에 인가하는 전류의 방향을 바꿔주는 주기를 너무 짧게 할 경우에는 통전 전류의 방향 전환에 의하여 전극에 인가되는 전류치의 측정이 곤란하였으며, 잔류 염소의 농도값의 편차도 어느정도 크게 나타났다. 따라서, 잔류 염소의 평균 농도값을 6.0ppm보다 낮은 수준으로 유지하면서 잔류 염소 농도값의 편차가 가장 적은 경우는 전류 변환 주기가 약 5초인 경우가 가장 효과적인 것으로 드러났다.

한편, 평판 전극(140)에 대해서도 동일한 조건에서 전류인가 주기를 5초로 한 경우와 전혀 주지 않은 경우에 대해서는, 위 실험 결과에 표시되지는 않았지만 약 2배의 잔류염소의 농도값을 가지면서 그 편차도 약 2배로 크게 나타나는 동일한 경향성을 보였다.

제4실시예

음극 막대(241a)와 양극 막대(242a)의 폭(d1)과 음극 슬롯(241b)와 양극 슬롯(242b)의 폭(d2)이 변화함에 따라 잔류염소의 생성량의 차이가 어떻게 달라지는 지 실험을 행하였다. 제2실시예와 마찬가지로 이들 막대(241a,242a)가 직각으로 놓여지도록 배열되고, 격자 부분(x,y로 둘러싸인 부분)에는 백금으로 그 표면이 도금되고 그 밖의 테두리(241c,242c)에는 통전되지 않도록 절연 코팅이 된 전극(241,242)을 pH6.45±0.2의 생리식염수 50㎖ 내에 잠기도록 2mm 간격(d)으로 이격 배열시켜 20초 동안 3.0V의 직류 전원을 인가하면서 음전극(241)과 양전극(242)에 인가되는 전류의 방향을 바꾸는 주기를 변화하면서 5회씩 인가 전압을 변동하면 서 측정한 잔류 염소의 농도는 다음과 같았다.

시료번호	막대폭 (d1,mm)	슬롯폭 (d2,mm)	통전전류치 (mA)	잔류염소 평균농도(ppm)	잔류염소 농도의 표준편차
4-1	0.7	1.3	100	3.57	0.66
4-2	0.3	0.8	80	3.01	0.49
4-3	0.5	1.0	85	3.24	0.61
4-4	1.0	1.0	110	4.07	1.11

위 실험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 전극(241,242)의 단위 면적당 막대(241a,241b)가 교차하는 대향 지점(2412)의 면적이 작고 분포도가 클수록 통전 전류값이 작아지고, 이에 따라 잔류 염소의 평균 농도값은 작아지는 경향을 가짐을 보였다. 따라서, 대향 지점(2412)을 갖는 전극의 경우에는 생산성이 허용하는 만큼 보다 작은 면적으로 많이 분포시키는 것이 잔류 염소의 생성량을 정밀하게 제어하는 데 효과적인 것이 드러났다.

제조된 살균소독액의 멸균 효과

(1) 0.85%의 소금 농도를 갖는 생리식염수 35㎖를 20초동안 전기분해하여 Staphylococcus aureus MRSA라는 병원균에 대하여 21℃에서 30초간 접촉하도록 하는 멸균실험(Time Kill test)을 미국 Polymer Solutions Incorporated에서 행한 결과, 다음과 같은 결과를 얻었다.

초기 CFU/mL	항목	제1차실험	제2차실험
2.8 x 106	살아남은 CFL	5개 미만	5개 미만
2.8 x 106	멸균 확률	99.9998%	99.9998%
2.8 x 106	Log10감소율	5.75	5.75

여기서 CFU은 병원균의 생존 개체수를 의미한다. 즉, 정교하게 제어되어 제 조된 살균소독액에 의하여 Staphylococcus aureus MRSA라는 병원균이 30초간 노출되는 경우에는 99.9998%가 멸균되었음을 보여준다.

또한, 0.80%의 소금 농도를 갖는 생리식염수 50㎖를 20초동안 전기분해하여 3ppm 내지 4ppm의 잔류염소를 함유한 살균소독액을 제조하여 아래의 병원균에 대하여 접촉하도록 하는 멸균실험(Time Kill test)을 행하여 다음과 같은 결과가 얻어졌다.

위 대상물 중 A,B,G항목은 곰팡이류 병원균이며, C,D,E,F,H는 박테리아류 병원균이다. 위 멸균실험 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 3ppm 내지 4ppm으로 제어된 살균소독액에 30초간 노출되는 것에 의하여 95.5% 내지 99.99%의 멸균 효과를 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다.

(2) 0.92%의 소금 농도를 갖는 pH 7의 소금물 100㎖를 시간을 달리하여 전기분해하여 식중독을 야기하거나 질병을 야기하는 다음의 균들에 대하여 30초간 접촉하도록 하는 멸균실험(Time Kill test)을 행한 결과, 다음과 같은 log 감소율 결과를 얻었다.

	Salmonella typhimurium	Escherichia coli	Staphylococcus aureus	Listeria monocytogenes
5ppm / 23.4℃	3.6	3.30	3.18	2.30
4.6ppm / 15℃	2.3	3.00	3.19	2.00
4.3ppm / 35℃	2.48	3.41	3.30	2.50
3.7ppm / 50℃	3.08	3.33	2.77	2.00

여기서 각 수치는 log 감소율로서, 2.0은 생존 개체수가 1%를 의미하며, 3.0은 생존 개체수가 0.1%를 의미한다. 위 실험 결과로부터 알 수 있는 바와 같이, 병원균 뿐만 아니라 식중독 등을 야기하는 균들도 30초간 노출되는 경우에는 대부분 멸균되었음을 보여준다.

(3) 그 밖에, 야채나 과일, 채소의 표면에 서식하는 미생물과 바이오필름의 제거에 대하여 실험을 수행한 결과 양호한 세척 살균율을 얻을 수 있었으며, 진드기, 곰팡이 등에도 높은 살균력이 있음을 확인하였다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따라 제조된 저농도의 잔류염소를 갖는 살균소독액은 그 자체로 인체에 무해한 6ppm이하의 농도로 유지되면서, 높은 살균력을 갖기 때문에, 의료 기기의 살균 소독이나, 야채 과일 등의 살균 세척 및 농작물의 병충 제거 용도로 효과적으로 사용될 수 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명 의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

도1은 과일이나 야채의 표면에 생성되는 바이오필름의 확대 사진

도2는 본 발명의 일 실시예에 따른 살균소독액의 제조 방법을 구현하는 구성을 도시한 개략도

도3은 도2의 전원 공급 회로도

도4는 도1의 전극의 구성을 도시한 사시도

도5는 도4의 분해 사시도

도6은 도4의 절단선 VI-VI에 따른 단면도

도7a 및 도7b는 도4의 전극에 적용 가능한 다른 형태의 전극의 구성을 도시한 정면도

도8은 도7b의 일부 확대도

도9는 도7a 및 도7b를 겹친 상태에서의 도안화된 투영도

도10은 도4의 전극에 적용 가능한 또 다른 형태의 전극의 구성을 도시한 정면도

도11은 20℃, 용존물질 100mg/ℓ에서의 수중 유리 염소의 형태와 pH의 관계를 도시한 그래프

도12는 전극의 과전위와 전류 세기와의 관계에 관한 Butler-Volmer식을 도시한 그래프

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

140: 전극 141: 음전극판

142: 양전극판 143: 지지대

1431: 음전극판 접속 슬롯 1432: 양전극판 접속 슬롯

144: 측벽 지지대 145: 저판

146: 고정 나사 160: 전원 공급부

161: 음극전원선 162: 양극전원선

241: 음전극판 241a: 음극 막대

241b: 음극 슬롯 241c: 테두리

241: 양전극판 241a: 양극 막대

241b: 양극 슬롯 241c: 테두리

2412: 대향 지점 341: 음전극판

341a: 음극 돌기 342: 양전극판

342a: 양극 돌기 A: 대향 지점

Claims (17)

1. 의료 기기의 살균소독, 곡물 야채의 살균 세척, 농작물의 병충 제거에 사용되는 저농도의 잔류염소를 함유한 살균소독액의 제조 방법으로서,

   pH 4.0 내지 pH 7.5의 염수 내에 대향면이 평판인 전극을 1mm 내지 3mm만큼 이격되도록 배치하는 단계와;

   상기 전극에 2.4V 내지 3.3V의 직류 전원을 인가하여 상기 전극에 30mA 내지 200mA의 직류 전류가 인가되도록 하는 단계를;

   포함하여, 상기 전극에서의 전기 분해에 의하여 상기 염수 내에 0.17ppm 내지 6ppm의 잔류 염소(free chlorine)를 생성시키는 것을 특징으로 하는 의료용 살균염수의 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 염수는 생리식염수인 것을 특징으로 하는 의료용 살균염수의 제조 방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 전극에 직류 전원을 인가하는 중에 상기 전극에 인가하는 전류의 방향은 1회 이상 변환되는 것을 특징으로 하는 의료용 살균염수의 제조 방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 전극에 인가하는 전류의 방향의 변환은 1초 내지 20초의 주기로 변환되는 것을 특징으로 하는 살균소독액의 제조 방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 살균소독액은 휴대용 장치에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 살균소독액의 제조 방법.
6. 의료 기기의 살균소독, 곡물 야채의 살균 세척, 농작물의 병충 제거에 사용되는 저농도의 잔류염소를 함유한 살균소독액의 제조 방법으로서,

   pH 4.0 내지 pH 7.5의 염수 내에 서로 마주보는 대향면에 대하여 서로 마주보는 이격된 다수의 대향 지점이 형성된 전극을 1mm 내지 3mm만큼 이격되도록 배치하는 단계와;

   상기 전극에 2.2V 내지 3.2V의 직류 전원을 인가하여 상기 전극에 30mA 내지 180mA의 직류 전류가 인가되도록 하는 단계를;

   포함하되, 상기 전극은 상기 다수의 대향 지점이 상기 전극의 면적의 4% 내지 25%를 차지하고, 상기 전극에서의 전기 분해에 의하여 상기 염수 내에 0.17ppm 내지 6ppm의 잔류 염소(free chlorine)를 생성시키는 것을 특징으로 하는 의료용 살균 염수의 제조 방법.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 염수는 생리식염수인 것을 특징으로 하는 의료용 살균 염수의 제조 방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 전극에 직류 전원을 인가하는 중에 상기 전극에 인가하는 전류의 방향은 1회 이상 변환시키는 단계를;

   추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 살균소독액의 제조 방법.
9. 제 6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은,

   상호 평행하게 일측 방향으로 형성된 다수의 양극 슬롯에 의하여 분할된 다수의 양극 막대를 포함하는 평판 형상의 양전극과;

   상호 평행하게 일측 방향으로 형성된 다수의 음극 슬롯에 의하여 분할된 다수의 음극 막대를 포함하는 평판 형상의 음전극을;

   포함하되, 상기 양극 막대와 상기 음극 막대는 서로 엇갈리도록 상기 음전극과 상기 양전극이 배열되어, 상기 양전극과 상기 음전극이 투영된 상태에서 상기 양극 막대와 상기 음극 막대에 의하여 투영되지 아니하는 부분으로 상기 대향 지점이 형성되는 것을 특징으로 하는 살균소독액의 제조 방법.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 양극 막대와 상기 음극 막대는 서로 직각이 되도록 배열된 것을 특징으로 하는 살균소독액의 제조 방법.
11. 제 9항에 있어서,

    상기 양극 막대의 폭은 상기 양극 슬롯의 폭보다 작게 형성되고, 상기 음극 막대의 폭은 상기 음극 슬롯의 폭보다 작게 형성된 것을 특징으로 하는 생리식염수의 제조 방법.
12. 제 6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전극은,

    상기 양전극에 돌출 형성된 다수의 양극 돌기와;

    상기 양극 돌기와 마주보도록 상기 음전극에 돌출 형성된 다수의 음극돌기를

    구비하되, 상기 양극 돌기와 상기 음극 돌기의 마주보는 면에 의하여 상기 대향 지점이 형성되는 것을 특징으로 하는 살균소독액의 제조 방법.
13. 제 6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 전극에 인가하는 전류의 방향의 변환은 1초 내지 20초의 주기로 변환되는 것을 특징으로 하는 살균소독액의 제조 방법.
14. 제 6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

    상기 살균소독액은 휴대용 장치에 의하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 살 균소독액의 제조 방법.
15. 제 6항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,

    10㎖ 내지 100㎖의 상기 살균소독액에 대하여, 상기 직류 전원은 상기 전극에 대하여 10초 내지 60초 동안 인가되는 것을 특징으로 하는 살균소독액의 제조 방법.
16. 의료 기기의 살균소독, 곡물 야채의 살균 세척, 농작물의 병충 제거에 사용되는 저농도의 잔류염소를 함유한 살균소독액의 제조 방법으로서,

    pH 4.0 내지 pH 7.5의 염수 내에 서로 마주보는 대향면에 대하여 서로 마주보는 이격된 다수의 대향 지점이 형성되고, 상기 다수의 대향 지점이 상기 전극의 면적의 4% 내지 25%를 차지는 전극을 이격 배치하는 단계와;

    상기 전극에 직류 전원을 인가하여 전기 분해를 유도하는 단계와;

    포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 의료용 살균 염수의 제조 방법.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 전극에 직류 전원을 인가하는 중에 상기 전극에 인가하는 전류의 방향은 1회 이상 변환시키는 단계를;

    추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 살균소독액의 제조 방법.

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