KR20110048504A - 휴대 분무기용 전기분해 전지 및 ｄｃ-ｄｃ 변환기 - Google Patents
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Abstract
휴대 분무기(10, 400, 500, 500')가 제공되며, 이 분무기는 액체 저장실(12, 52, 88, 510), 액체 유출구(14, 74, 89, 508), 전기분해 전지(18, 50, 80, 406, 552, 708, 804), 전원(32, 402, 542) 및 DC-DC 변환기(1004)를 포함한다. 전기분해 전지(18, 50, 80, 406, 552, 708, 804)는 분무기(10, 400, 500, 500')에 수반되고, 액체 저장실(12, 52, 88, 510) 및 액체 유출구(14, 74, 89, 508)에 유체적으로 연결되어 있다. 전원(32, 402, 542)은 분무기(10, 400, 500, 500')에 수반되고, 전압 출력을 갖는다. DC-DC 변환기(1004)는 전압 출력과 전기분해 전지(18, 50, 80, 406, 552, 708, 804)에 연결되어 있으며, 전원(32, 402, 542)의 전압 출력보다 더 높은 단계적으로 상승하는 전압을 제공하여, 전기분해 전지(18, 50, 80, 406, 552, 708, 804)를 가동시킨다.
Description
본 발명은 유체의 전기화학적 활성화에 관한 것이며, 더 상세하게는 전기분해 전지 및 이에 대응하는 방법에 관한 것이다.
전기분해 전지는 다양하고 상이한 응용분야에서 유체의 하나 이상의 특성을 변화시키는데 사용된다. 예를 들어, 전기분해 전지는 세척/살균 응용분야, 의료 산업 및 반도체 제조 프로세스에서 사용되고 있다. 전기분해 전지는 또한 다양한 다른 응용분야에도 사용되고 있으며, 상이한 구성을 갖는다.
세척/살균 응용분야의 경우, 전기분해 전지는 양극 전해활성(electro chemically activated; EA) 액과 음극 전해활성(EA) 액을 생성하는데 사용된다. 양극 EA액은 알려져 있는 살균 특성을 갖고, 음극 EA액은 알려져 있는 세척 특성을 갖는다. 세척 및/또는 살균 시스템의 실시예는 필드(Field) 등에 의하여 2007년 8월 16일에 공개된 미국 특허공개공보(U.S. Publication) 제2007/0186368 A1에 개시되어 있다.
본 발명은 유체의 전기화학적 활성화에 관한 것이며, 더 상세하게는 전기분해 전지 및 이에 대응하는 방법을 제공한다.
본 발명의 일 양태는 휴대 분무기(hand-held spray bottle)에 관한 것이다. 분무기는 액체 저장실, 액체 유출구, 전기분해 전지, 전원 및 DC-DC 변환기를 포함한다. 전기분해 전지는 분무기에 수반되며, 저장실과 액체 유출구 사이에 유체적으로 연결되어 있다. 전원은 분무기에 수반되며, 전압 출력을 갖는다. DC-DC 변환기는 전압 출력과 전기분해 전지 사이에 연결되어 있으며, 전원의 출력 전압보다 더 큰 단계적 상승 전압(stepped-up voltage)을 제공하여 전기분해 전지를 가동시킨다.
본 발명의 다른 양태는 방법에 관한 것이다. 이 방법은 휴대 분무기의 저장실에 원료 액체(feed liquid)를 이동시키는 단계; 분무기에 수반되는 전원으로부터 전원 전압을 생산하는 단계; 분무기에 수반되는 DC-DC 변환기를 통하여, 전원 전압보다 더 큰 가동 전압까지 전원 전압을 단계적으로 상승시키는 단계; 분무기에 수반되는 전기분해 전지로 원료 액체를 통과시키는 단계; 전기분해 전지를 통과한 원료 액체를 전기화학적으로 활성화하기 위하여, 전기분해 전지의 전극에 가동 전압을 인가하는 단계; 전기화학적으로 활성화된 원료 액체를 분무기로부터 분사하는 단계를 포함한다.
본 발명의 요약은 발명의 상세한 설명에서 이하 더 설명할 개념을 발췌한 것을 간략화된 형태로 소개하기 위하여 제공되는 것이다. 이 요약은 청구되는 주제의 핵심적인 특징 또는 필수적인 특징을 식별하거나, 청구되는 주제의 범위를 결정하는 것을 돕기 위하여 사용되는 것을 의도하지는 않는다. 본 발명에 청구되는 주제는 배경기술에서 언급한 임의의 또는 모든 단점을 해결하는 구현방법으로 제한되지 않는다.
본 발명의 휴대 분무기는 다양하고 상이한 응용분야에서 사용될 수 있으며, 예를 들어, 휴대하거나, 이동식이거나, 고정식이거나, 벽걸이식이거나, 전동식이거나 비전동식 세척/살균 운송수단(vehicle), 바퀴가 달릴 수도 있는 다양하고 상이한 타입의 장치 등에 수용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 양태에 따른 휴대 분무기의 간략화된 구성도이다.
도 2는 이온-선택막을 갖는 전기분해 전지의 일 실시예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 이온-선택막을 갖지 않는 전기분해 전지를 나타낸다.
도 4a는 본 발명의 일 양태에 따라 규칙적인 그리드(grid) 패턴으로 복수의 직선형 개구(rectilinear apertures)를 갖는 전도성 폴리머 전극의 부분도이다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 규칙적인 그리드 패턴으로 크기가 상이한 복수의 곡선형 개구(curvilinear apertures)를 갖는 전도성 폴리머 전극의 부분도이다.
도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따라 다양하고 상이한 형상과 크기를 갖는 복수의 불규칙적 및 규칙적 형상의 개구를 갖는 전도성 폴리머 전극의 부분도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따라 튜브 형상을 갖는 전기분해 전지의 일 실시예를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 예시적인 양태에 따라 양극과 음극에 인가되는 전압 패턴을 나타내는 파형도를 나타낸다.
도 7은 예를 들어 여기에 개시되어 있는 임의의 실시형태에 통합될 수 있는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 지시기(indicator)를 갖는 시스템의 블록도이다.
도 8a는 분무기에 수반되는 액체를 통하여 조명하는 지시등(indicator light)을 갖는 분무기의 사시도이다.
도 8b는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라, 분무기에 수반되는 액체를 통하여 조명하는 지시등을 갖는 분무기의 사시도이다.
도 8c는 도 8b에 도시되어 있는 분무기의 상부의 사시도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8b에 도시되어 있는 분무기의 좌측 하우징(left-hand side housing)이고, 도 9c 도 8b에 도시되어 있는 분무기의 우측(right-hand side) 하우징의 사시도이다.
도 10은 좌측 하우징에 설치되어 있는 다양한 구성요소를 나타낸다.
도 11a 및 도 11b는 도 8b에 도시되어 있는 분무기에 수반되는 액체 보관용기를 나타낸다.
도 12a는 하우징의 배럴부(barrel)에 설치되어 있는 펌프/전지 조립체의 확대된 부분도이다.
도 12b는 하우징으로부터 제거된 펌프/전지 조립체의 사시도이다.
도 12c는 트리거(trigger) 제거된 펌프/전지 조립체의 하부의 사시도이다.
도 13은 도 12a 내지 도 12c에 도시되어 있는 조립체의 장착 브래킷 (bracket)의 분해도이다.
도 14a 및 도 14b는 도 8b에 도시되어 있는 분무기의 트리거의 사시도이다.
도 15a 및 도 15b는 트리거를 덮는 트리거 부트(boot)의 사시도이다.
도 16a는 하우징 절반부(housing half) 중 하단 격실(compartment)의 상세도이다.
도 16b는 도 16a에 도시되어 있는 격실 내에 장착되어 있는 회로 기판 및 배터리를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따라 전기분해 전지를 구현하는 이동식 세척 기계의 사시도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라 플랫폼(platform)에 장착되어 있는 전기분해 전지의 간략화된 블록도이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 전체-표면 세척기의 사시도이다.
도 20은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 도 8 내지 도 16에 도시되어 있는 휴대 분무기 내의 다양한 구성요소를 제어하는 제어 회로를 나타내는 블록도이다.
도 2는 이온-선택막을 갖는 전기분해 전지의 일 실시예를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 이온-선택막을 갖지 않는 전기분해 전지를 나타낸다.
도 4a는 본 발명의 일 양태에 따라 규칙적인 그리드(grid) 패턴으로 복수의 직선형 개구(rectilinear apertures)를 갖는 전도성 폴리머 전극의 부분도이다.
도 4b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 규칙적인 그리드 패턴으로 크기가 상이한 복수의 곡선형 개구(curvilinear apertures)를 갖는 전도성 폴리머 전극의 부분도이다.
도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따라 다양하고 상이한 형상과 크기를 갖는 복수의 불규칙적 및 규칙적 형상의 개구를 갖는 전도성 폴리머 전극의 부분도이다.
도 5는 본 발명의 예시적인 일 실시예에 따라 튜브 형상을 갖는 전기분해 전지의 일 실시예를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 예시적인 양태에 따라 양극과 음극에 인가되는 전압 패턴을 나타내는 파형도를 나타낸다.
도 7은 예를 들어 여기에 개시되어 있는 임의의 실시형태에 통합될 수 있는, 본 발명의 일 실시형태에 따른 지시기(indicator)를 갖는 시스템의 블록도이다.
도 8a는 분무기에 수반되는 액체를 통하여 조명하는 지시등(indicator light)을 갖는 분무기의 사시도이다.
도 8b는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라, 분무기에 수반되는 액체를 통하여 조명하는 지시등을 갖는 분무기의 사시도이다.
도 8c는 도 8b에 도시되어 있는 분무기의 상부의 사시도이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8b에 도시되어 있는 분무기의 좌측 하우징(left-hand side housing)이고, 도 9c 도 8b에 도시되어 있는 분무기의 우측(right-hand side) 하우징의 사시도이다.
도 10은 좌측 하우징에 설치되어 있는 다양한 구성요소를 나타낸다.
도 11a 및 도 11b는 도 8b에 도시되어 있는 분무기에 수반되는 액체 보관용기를 나타낸다.
도 12a는 하우징의 배럴부(barrel)에 설치되어 있는 펌프/전지 조립체의 확대된 부분도이다.
도 12b는 하우징으로부터 제거된 펌프/전지 조립체의 사시도이다.
도 12c는 트리거(trigger) 제거된 펌프/전지 조립체의 하부의 사시도이다.
도 13은 도 12a 내지 도 12c에 도시되어 있는 조립체의 장착 브래킷 (bracket)의 분해도이다.
도 14a 및 도 14b는 도 8b에 도시되어 있는 분무기의 트리거의 사시도이다.
도 15a 및 도 15b는 트리거를 덮는 트리거 부트(boot)의 사시도이다.
도 16a는 하우징 절반부(housing half) 중 하단 격실(compartment)의 상세도이다.
도 16b는 도 16a에 도시되어 있는 격실 내에 장착되어 있는 회로 기판 및 배터리를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 일 실시예에 따라 전기분해 전지를 구현하는 이동식 세척 기계의 사시도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시형태에 따라 플랫폼(platform)에 장착되어 있는 전기분해 전지의 간략화된 블록도이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 전체-표면 세척기의 사시도이다.
도 20은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 도 8 내지 도 16에 도시되어 있는 휴대 분무기 내의 다양한 구성요소를 제어하는 제어 회로를 나타내는 블록도이다.
본 발명의 일 양태는 액체를 전기분해하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
1. 휴대 분무기
전기분해 전지는 다양하고 상이한 응용분야에서 사용될 수 있으며, 예를 들어, 휴대하거나, 이동식이거나, 고정식이거나, 벽걸이식이거나, 전동식이거나 비전동식 세척/살균 운송수단(vehicle), 바퀴가 달릴 수도 있는 다양하고 상이한 타입의 장치 등에 수용될 수 있다. 이 실시예에서, 전기분해 전지는 휴대 분무기에 통합되어 있다.
도 1은 본 발명의 예시적인 일 양태에 따른 휴대 분무기(10)의 간략화된 구성도이다. 분무기(10)는 처리되어 노즐(14)을 통하여 분사될 액체를 보관하는 저장실(12)를 포함한다. 일 실시예에서, 처리될 액체는 보통의 수도물과 같은 수성 조성물(aqueous composition)을 포함한다.
분무기(10)는 유입구 필터(16), 하나 이상의 전기분해 전지(18), 튜브(20 및 22), 펌프(24), 작동기(26), 스위치(28), 회로 기판과 제어 전자장치(30) 및 배터리(32)를 더 포함한다. 도 1에 도시되어 있지는 않지만, 튜브(20 및 22)가 예를 들어 분무기(10)의 목부(neck) 및 배럴부(barrel) 안에 개별적으로 하우징되어 있을 수도 있다. 뚜껑(34)은 분무기(10)의 목부 주의를 따라 저장실(12)을 밀봉한다. 배터리(32)는, 예를 들어 일회용 배터리 및/또는 재충전용 배터리를 포함할 수 있으며, 예를 들어 회로 기판과 제어 전자장치(30)에 의하여 가동되는 경우, 전기분해 전지(18) 및 펌프(24)에 전력을 제공할 수 있다.
도 1에 도시되어 있는 실시예에서, 작동기(26)는 개방 상태와 폐쇄 상태 사이의 순간 스위치(28)를 작동시키는 트리거-스타일의 작동기이다. 예를 들어, 사용자가 핸드 트리거를 눌림 상태로 잡는 경우, 트리거는 스위치를 폐쇄 상태로 작동시킨다. 사용자가 핸드 트리거를 푸는 경우, 트리거는 스위치를 개방 상태로 작동시킨다. 그러나, 작동기(26)는 다른 실시형태에서 다른 형태를 가질 수도 있으며, 추가적인 실시형태에서 제거될 수도 있다. 별도의 작동기가 결여된 실시형태에서, 스위치(28)는 사용자에 의하여 직접 작동될 수 있다. 스위치(28)가 개방되어 비-전도(non-conducting) 상태에 있는 경우, 제어 전자장치(30)는 전기분해 전지(18) 및 펌프(24)를 가동시키지 않는다. 스위치(28)가 폐쇄되어 전도 상태에 있는 경우, 제어 전자장치(30)는 전기분해 전지(18) 및 펌프(24)를 가동시킨다. 펌프(24)는 저장실(12)로부터 필터(16), 전기분해 전지(18) 및 튜브(20)를 통하여 액체를 끌어당기며, 튜브(22) 및 노즐(14) 밖으로 액체를 내보낸다. 분무기에 따라, 예를 들어 물줄기를 분사하는 것, 안개처럼 연무화하는 것, 스프레이를 분사하는 것 사이에서 선택할 수 있도록 노즐(14)이 조정될 수도 있고, 그렇지 않을 수도 있다.
스위치(28) 자체는 도 1에 도시되어 있는 푸시-버튼 스위치, 토글(toggle), 로커(rocker), 임의의 기계적 링크(linkage) 및/또는 용량성 (capacitive), 저항성 플라스틱, 열성(thermal), 유도성(inductive) 등과 같은 임의의 비-기계적 센서와 같은 임의의 적절한 작동기 타입을 가질 수 있다. 스위치(28)는 순간 단극단투(SPST; single pole single throw) 등과 같은 임의의 적절한 접촉 구성(contact arrangement)을 가질 수 있다.
다른 실시형태에서, 펌프(24)는 핸드-트리거 용적식(hand-trigged positive displacement) 펌프와 같은 기계적인 펌프로 대체되며, 여기서 작동기 트리거(26)는 기계적인 활동에 의하여 펌프에서 직접 작용한다. 이러한 실시형태에서, 스위치(28)는 전기분해 전지(18)를 가동시키기 위하여, 파워 스위치와 같이 펌프(24)로부터 개별적으로 작동될 수 있다. 추가적인 실시형태에서, 배터리(32)는 제거되고, 전력은 전력 코드, 플러그 및/또는 접촉 단자를 통하는 것과 같이 외부 전원으로부터 분무기(10)로 전달된다.
도 1에 도시되어 있는 구성배치는 단순히 본 발명을 제한하지 않는 실시예로서 제공되는 것이다. 분무기(10)는 임의의 다른 구조적 및/또는 기능적 구성배치를 가질 수 있다. 예를 들어, 펌프(24)는 저장실(12)로부터 노즐(14)까지의 유체 유동(fluid flow)의 방향과 관련하여, 도 1에 도시된 바와 같이 전지(18)의 하류에 위치하거나, 전지(18)의 상류에 위치할 수 있다.
이하 더 상세히 설명하는 바와 같이, 분무기는 세척 및/또는 살균될 표면 상에 살포되는 액체를 보관한다. 제한 없는 일 실시예에서, 전기분해 전지(18)는 출력 스프레이로서 분무기로부터 분사되기 전에, 액체를 양극 EA액 및 음극 EA액으로 변환시킨다. 양극 EA액 및 음극 EA액은 결합된 혼합물 또는 별도의 튜브 및/또는 노즐을 통하는 것과 같은 별도의 스프레이 출력으로서 분사될 수 있다. 도 1에 도시되어 있는 실시형태에서, 양극 EA액 및 음극 EA액은 결합된 혼합물로서 분사된다. 작고 간헐적인 출력 유량(flow rate)이 제공되는 분무기의 경우, 전기분해 전지(18)는 작은 패키지를 가질 수 있고, 예를 들어, 패키지 또는 분무기에 수반되는 배터리에 의하여 전력을 공급받을 수 있다.
2. 전기분해 전지
전기분해 전지는 적어도 하나의 양극과 적어도 하나의 음극 사이의 유체를 통하여 전기장을 인가하는데 적용되는 임의의 유체 처리 전지를 포함한다. 전기분해 전지는 임의의 적절한 개수의 전극, 임의의 적절한 개수의 유체를 보관하는 챔버 및 임의의 적절한 개수의 유체 입력 및 유체 출력을 갖는다. 전지는 액체 또는 기체-액체 결합과 같은 임의의 유체를 처리하는데 적용될 수 있다. 전지는 양극과 음극 사이에 하나 이상의 이온-선택막을 포함하거나, 어떠한 이온-선택막도 없이 구성될 수도 있다. 여기에서, 이온-선택막을 갖는 전기분해 전지는 "기능 생성기(functional generator)"라고 지칭한다.
전기분해 전지는 다양하고 상이한 응용분야에 사용될 수 있으며, 도 1과 관련하여 설명한 분무기 및/또는 필드(Field) 등에 의하여 2007년 8월 16일에 공개된 미국 특허공개공보 제2007/0186368호에 개시되어 있는 구조로 제한되지 않는 다양하고 상이한 구조를 가질 수 있다. 따라서, 여기에서는 분무기의 경우에 대해서만 전기분해와 관련하여 다양한 구성요소 및 프로세스를 설명하고 있지만, 이러한 구성요소 및 프로세스는 분무기가 아닌 다른 응용분야에 적용되고 통합될 수 있다.
3. 막을 갖는 전기분해 전지
3.1 전지 구조
도 2는 예를 들어 도 1에 도시되어 있는 분무기에 사용될 수 있는 전기분해 전지(50)의 일 실시예를 나타내는 구성도이다. 전기분해 전지(50)는 액체 공급원(52)으로부터 처리될 액체를 받는다. 액체 공급원(52)은 도 1에서의 저장실(12)과 같은 탱크 또는 다른 용액 저장실을 포함하거나, 외부 공급원으로부터 액체를 받는 피팅(fitting) 또는 다른 유입구를 포함할 수 있다.
전지(50)는 반응 챔버로 알려진 하나 이상의 양극 챔버(54) 및 하나 이상의 음극 챔버(56)를 가지며, 이들은 양이온 또는 음이온 교환막(exchange membrane)과 같은 이온 교환막(58)에 의하여 분리되어 있다. 하나 이상의 양극(60) 및 음극(62)(각각의 전극 중 하나씩만 도시하였음)은 각각의 양극 챔버(54) 및 음극 챔버(56)에 각각 배치되어 있다. 양극(60) 및 음극(62)은 전도성 폴리머, 티타늄 및/또는 백금과 같은 귀금속으로 코팅된 티타늄, 또는 임의의 다른 적절한 전극 소재와 같은 임의의 적절한 소재로 만들어질 수 있다. 일 실시예에서, 적어도 하나의 양극 또는 음극은 전적으로 또는 적어도 부분적으로 전도성 폴리머로 만들어질 수 있다. 전극 및 각각의 챔버는 임의의 적절한 형상과 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 전극은 평판, 동축형(coaxial) 판, 막대(rod) 또는 이들의 조합 형태일 수 있다. 각각의 전극은, 예를 들어 솔리드형 구조를 갖거나, 하나 이상의 개구를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 전극은 메쉬(mesh)로 형성된다. 또한, 다수의 전지(50)는 예를 들어 다른 전지와 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다.
전극(60 및 62)은 통상적인 전원의 반대 단자(미도시)에 전기적으로 연결되어 있다. 이온 교환막(58)은 전극(60)과 전극(62) 사이에 위치한다. 전원은 일정한 DC 출력 전압, 펄스화되거나 변조된 DC 출력 전압 및/또는 펄스화되거나 변조된 AC 출력 전압을 양극 및 음극에 제공할 수 있다. 전원은 임의의 적절한 전압 레벨, 전류 레벨, 듀티-사이클(duty-cycle) 또는 파형을 가질 수 있다.
예를 들어, 일 실시형태에서, 전원은 상대적 정상 상태에서 공급 전압을 판에 인가한다. 전원(및/또는 제어 전자장치)은 전압 및 전류 출력을 제어하기 위하여 펄스-폭 변조(pulse-width modulation; PWM) 제어 방식을 사용하는 DC/DC 변환기를 포함한다. 다른 타입의 전원 또한 사용될 수 있으며, 이들은 다른 전압 및 전력 범위에서 펄스화되어 있거나 그렇지 않을 수 있다. 변수들은 주문형(application-specific)이다.
동작하는 동안, 원료 물(또는 처리될 다른 액체)은 공급원(52)으로부터 양극 챔버(54)와 음극 챔버(56) 모두로 공급된다. 양이온 교환막의 경우에, 약 5 볼트 내지 약 28 볼트까지의 범위에 있는 전압과 같은, 양극(60)과 음극(62) 사이의 DC 전압 포텐셜의 인가에 따라, 양극 챔버(54)에 원래 존재하는 양이온은 이온 교환막(58)을 통하여 음극(62)으로 이동하며, 양극 챔버(54)에 존재하는 음이온은 양극(60)으로 이동한다. 그러나, 음극 챔버(56)에 존재하는 음이온은 양이온 교환막을 통과할 수 없으므로, 음극 챔버(56) 내에 계속 남게 된다.
그 결과로서, 전지(50)는 전기분해를 적어도 부분적으로 활용함으로써 원료 물을 전기화학적으로 활성화하고, 산성의 양극액 성분(70) 및 염기성의 음극액 성분의 형태로 전기화학적으로 활성화된 물을 생산한다.
필요에 따라 양극액 및 음극액은, 예를 들어 전기분해 전지의 구조에 대한 변형을 통하여 상이한 비율로 생성될 수 있다. 예를 들어, EA 물의 가장 중요한 기능이 세척이라면, 전지는 양극액보다 음극액을 더 생산하도록 구성될 수 있다. 선택적으로, 예를 들어, EA 물의 중요한 기능이 살균이라면, 전지는 음극액보다 양극액을 더 생산하도록 구성될 수 있다. 또한, 각각의 경우에서 반응 종류(reactive species)의 농도는 변할 수 있다.
예를 들어, 전지는 양극액보다 음극액을 더 생산하기 위하여 음극판 대 양극판의 비율을 3:2로 할 수 있다. 각각의 음극판은 각각의 이온 교환막에 의하여 각각의 양극판과 분리된다. 따라서, 2 개의 양극 챔버에 관해 3 개의 음극 챔버가 존재한다. 이러한 구성은 대략 60%의 음극액 대 40%의 양극액을 생산한다. 다른 비율 또한 사용될 수 있다.
3.2 반응 실시예
또한, 양극(60)에 접촉한 물 분자는 양극 챔버(54)에서 산소(O2)와 수소 이온(H+)으로 전기화학적으로 산화되며, 음극(62)에 접촉한 물 분자는 음극 챔버(56)에서 수소 기체(H2)와 수산화 이온(OH-)으로 전기화학적으로 환원된다. 양극 챔버(54)에 있는 수소 이온은 양이온-교환막(58)을 통과하여 음극 챔버(56)로 이동하도록 허용되고, 여기서 수소 이온은 수소 기체로 환원되며, 양극 챔버(54)에 있는 산소 기체는 원료 물을 산화시켜 양극액(70)을 형성한다. 보통의 수도물은 통상적으로 염화나트륨 및/또는 다른 염화물을 포함하기 때문에, 양극(60)은 존재하는 염화물을 산화시켜 염소 기체를 형성한다. 그 결과로서, 상당한 양의 염소가 생산되며, 양극액 성분(70)의 pH가 시간이 지남에 따라 점차 산성화된다.
상기 언급한 바와 같이, 음극(62)에 접촉한 물 분자는 수소 기체와 수산화 이온(OH-)으로 전기화학적으로 환원되며, 전압 포텐셜이 인가되는 경우, 양극 챔버(54)에 있는 양이온은 양이온-교환막(58)을 통하여 음극 챔버(56)로 이동한다. 이들 양이온은 음극(62)에서 생성된 수산화 이온과 이온적으로 결합하는데 이용될 수 있으며, 수소 기체 버블이 액체에서 형성된다. 시간이 지남에 따라 상당한 양의 수산화 이온이 음극 챔버(56)에서 축적되며, 양이온과 반응하여 염기성 수산화물을 형성한다. 또한, 양이온-교환막이 음으로 대전된 수산화 이온이 양이온-교환막을 통과하도록 허용하지 않기 때문에, 수산화물은 음극 챔버(56)에 계속 남게 된다. 결과적으로 상당한 양의 수산화물이 음극 챔버(56)에서 생산되며, 음극액 성분(72)의 pH는 시간이 지남에 따라 점차 염기성화된다.
기능 생성기(50)에서 전기분해 프로세스는 양극 챔버(54)와 음극 챔버(56)에서 준안정성(metastable) 이온과 라디칼의 형성 및 반응 종류의 농축을 허용한다.
전기화학적 활성화 프로세스는 통상적으로 양극(60)에서의 전자 회수 또는 음극(62)에서의 전자 도입에 의하여 발생하며, 이는 원료 물의 구조적, 에너지적, 촉매적인 것을 포함하여 물리화학적 특성의 변화를 일으킨다. 원료 물(양극액 또는 음극액)이 전극 표면 근처에서 활성화되며, 여기서 전기장 강도는 매우 높은 레벨에 도달할 수 있다. 이 영역은 전기이중층(electric double layer; ELD)라고 지칭될 수 있다.
전기화학적 활성화 프로세스가 계속되는 동안, 일반적으로 물 쌍극자(water dipoles)는 전기장에 정렬되며, 결과적으로 물 분자의 수소 결합 중 일부가 파괴된다. 또한, 단일-연결된 수소 원자는 음극(62)에서 금속 원자(예를 들어, 백금 원자)에 결합되며, 단일-연결된 산소 원자는 양극(60)에서 금속 원자(예를 들어, 백금 원자)에 결합된다. 이들 결합된 원자는 이들이 추가적인 반응에 참가할 때까지 각각의 전극의 표면에 2차원적으로 분산된다. 다른 원자 및 다원자 그룹 또한 양극(60)과 음극(62)의 표면에 유사하게 결합될 수도 있으며, 또한 그 후에 반응을 받을 수도 있다. 산소(O2) 및 수소(H2)와 같은 표면에서 생산되는 분자는 기체로서 액체 상태의 물에서 작은 캐비티(cavity)(즉, 버블)로 들어가거나, 또는 액체 상태의 물에 의하여 용매화될 수도 있다. 이들 기체 상태의 버블은 분산되거나 또는 액체 상태의 원료 물에 현탁된다.
기체 상태의 버블의 크기는 원료 물에 인가된 압력, 원료 물 내의 염 및 다른 성분의 구성 및 전기화학적 활성화의 정도와 같은 다양한 변수에 따라 변할 수도 있다. 따라서, 기체 상태의 버블은 다양하고 상이한 크기를 가질 수도 있으며, 매크로(macro)버블, 마이크로버블, 나노버블 및 이들의 혼합물을 포함하지만 이들로 제한되는 것은 아니다. 매크로버블을 포함하는 실시형태에서, 생성된 버블에 관한 적절한 평균 버블 직경의 예는 약 500 마이크로미터에서 약 1 밀리미터의 범위의 직경을 포함한다. 마이크로버블을 포함하는 실시형태에서, 생성된 버블에 관한 적절한 평균 버블 직경의 예는 약 1 마이크로미터에서 약 500 마이크로미터 미만의 범위의 직경을 포함한다. 나노버블을 포함하는 실시형태에서, 생성된 버블에 관한 적절한 평균 버블 직경의 예는 약 1 마이크로미터 미만의 직경을 포함하며, 구체적으로 적절한 평균 버블 직경은 약 500 나노미터 미만의 직경을 포함하고, 더 구체적으로 적절한 평균 버블 직경은 약 100 나노미터 미만의 직경을 포함한다.
표면에 있는 분자는 전극 표면에 있는 기체 분자보다 물 내에 있는 분자로 더 끌어당겨지기 때문에, 기체-액체 경계면에서의 표면 장력은 양극(60)과 음극(62)의 표면으로부터 멀어지는 분자 사이의 인력(attraction)에 의하여 생긴다. 반대로, 대량의 물 분자는 모든 방향으로 동일하게 끌어당겨진다. 따라서, 가능한 상호작용 에너지를 증가시키기 위하여, 표면 장력은 전극 표면에 있는 분자가 대량의 액체로 들어가게 한다.
기체 상태의 나노버블이 생성되는 실시형태에서, 나노버블(즉, 약 1 마이크로미터 미만의 직경을 갖는 버블) 안에 있는 기체는 나노버블의 작은 직경에도 불구하고, 상당한 지속기간 동안 원료 물에서 안정한 상태에 있다. 이론에 구속되는 것은 아니지만, 기체/액체 경계면에서의 표면 장력은, 기체 버블의 곡선 표면이 분자 차원에 접근하는 경우 떨어진다. 이는 소멸하게 되는 나노버블의 자연적인 경향을 감소시킨다.
또한, 나노버블 기체/액체 경계면은 막(58)을 통하여 인가되는 전압 포텐셜로 인하여 대전된다. 전하는 표면 장력에 대해 대항하는 힘을 생기게 하며, 나노버블의 소멸을 느리게 하거나 방지한다. 경계면에서 유사한 전하의 존재는 명백한 표면 장력을 감소시키며, 전하 반발은 표면 장력으로 인한 표면 최소화에 대해 반대 방향으로 작용한다. 기체/액체 경계면에 호의적인 추가 대전 물질의 존재에 의하여 임의의 영향이 증가할 수도 있다.
기체/액체 경계면의 자연 상태는 음전기를 나타낸다. Cl-, ClO-, HO2 - 및 O2 - 와 같은 높은 극성 및/또는 낮은 표면 전하 밀도를 갖는 다른 이온 또한 수화된 전자와 같이 기체/액체 경계면에 호의적이다. 수용성 라디칼 또한 이러한 경계면에 잔류하는 것을 선호한다. 따라서, 음극액(즉, 음극 챔버(56)을 통하여 흐르는 물)에 존재하는 나노버블은 음으로 대전되지만, 양극액(즉, 양극 챔버(54)를 통하여 흐르는 물)은 전하(자연적인 음전하를 상쇄시키고 남은 양전하)를 거의 소유하고 있지 않다. 따라서, 음극액 나노버블은 양극액과 혼합되는 경우에도 그들의 전하를 잃지 않을 것이다.
또한, 음극에서의 과도한 포텐셜로 인하여, O2와 같은 기체 분자가 나노버블 내에서 대전되어, 나노버블의 전체 전하를 증가시킬 수도 있다. 대전된 나노버블의 기체/액체 경계면에서의 표면 장력은, 대전되지 않은 나노버블 및 그 크기가 안정화된 경우에 비해 감소할 수 있다. 이는 표면 장력이 표면을 최소화하는 반면에, 대전된 표면은 유사한 전하 사이의 반발을 최소화하는 것을 확대시키려는 경향이 있다는 것으로부터 정성적으로 인식될 수 있다. 전기분해에 요구되는 과도한 전력 손실로 인한, 전극 표면에서의 온도 상승은 국소(local) 기체 용해도의 감소에 의하여 나노버블 형성을 증가시킬 수도 있다.
유사한 전하 사이의 반발력이 이들의 거리의 제곱에 반비례하여 증가하기 때문에, 버블 직경이 감소함에 따라 외부로의 압력은 증가한다. 전하의 영향은 표면 장력의 영향을 감소시킨다는 것이고, 표면 장력은 표면을 감소시키는 반면에 표면 전하는 이를 확대시키는 경향이 있다. 따라서, 이들 반대되는 힘이 동일한 경우에 평형 상태에 도달한다. 예를 들어, 기체 버블(반경 r)의 내부 표면에서의 표면 전하 밀도가 Φ(e-/㎡)라고 가정하면, 외부로의 압력("Pout")은 나비어 스트로크(NavierStokes) 식을 풀어서 얻어질 수 있으며,
Pout = Φ2/2Dε0 (식 1)
여기서, D는 기체 버블의 상대유전상수이고 (1 이라고 가정함), "ε0"는 진공 투과도(즉, 8.854 pF/m)이다.
기체에서 표면 장력으로 인한 내부로의 압력("Pin")은,
Pin = 2g/rPout 이다. (식 2)
여기서, "g"는 표면 장력(25℃에서 0.07198 J/㎡)이다.
따라서, 이들 압력이 동일하다면, 기체 버블의 반직경은,
r = 0.28792ε0 /Φ2 이다. (식 3)
따라서, 나노버블의 직경이 5 나노미터, 10 나노미터, 20 나노미터, 50 나노미터 및 100 나노미터인 경우, 초과 내부 압력이 0인 경우 계산된 전하 밀도는 각각 0.20, 0.14, 0.10, 0.06 및 0.04 e-/n㎡ 버블 표면 영역이다. 이러한 전하 밀도는 전기분해 전지(예를 들어, 전기분해 전지(18))의 사용으로 인하여 용이하게 획득할 수 있다. 버블 상의 전체 전하가 전력의 2/3로 증가함에 따라 나노버블 반경은 증가한다. 평형 상태에서 이러한 조건 하에서, 나노버블 표면에서 연료의 유효 표면 장력은 0이고, 버블 내의 대전된 기체의 존재는 안정한 나노버블의 크기를 증가시킨다. 버블 크기의 추가적인 감소는, 내부 압력의 감소가 대기압 이하로 떨어질 것이라는 것을 나타내지는 않을 것이다.
전기분해 전지(예를 들어, 전기분해 전지(18)) 내의 다양한 상황에서, 나노버블은 표면 전하로 인하여 훨씬 더 작은 버블로 분할될 수도 있다. 예를 들어, 반경이 "r"이고, 총 전하가 "q"인 버블이 부피와 전하를 공유하는 2 개의 버블로 분할되었다고 가정하고(반직경 r1 /2=r/21/3, 전하 q1 /2=q/2), 버블 간의 쿨롱(Coulomb) 상호작용을 무시하면, 표면 장력으로 인한 에너지 변화(△EST) 및 표면 전하 변화(△Eq)의 계산은,
△EST = +2(4πγr1 /2 2) - 4πγr2 = 4πγr2(21/3 - 1) (식 3) 및
△EST + △Eq 가 음인 경우에 발생하는 총 에너지 변화가 음인 경우 버블은 준안정 상태에 있으며, 이로써,
여기서 반경과 전하 밀도(Φ) 사이의 관계가 제공된다.
따라서, 나노버블의 직경이 5 나노미터, 10 나노미터, 20 나노미터, 50 나노미터 및 100 나노미터인 경우, 분할된 버블에 관하여 계산된 전하 밀도는 각각 0.12, 0.08, 0.06, 0.04 및 0.03 e-/n㎡ 버블 표면 영역이다. 표면 전하 밀도가 동일한 경우, 통상적으로 외견상 표면 장력을 0으로 감소시키는 경우의 버블의 직경은 버블을 2 개로 분할하는 경우보다 약 3배 더 크다. 따라서, 추가적인 에너지 입력이 없다면, 나노버블은 일반적으로 분할되지 않을 것이다.
상술한 기체-상태 나노버블은 먼지 입자에 부착되는데 이용될 수 있으며, 이로써 이온 전하를 전달한다. 나노버블은 통상적으로 먼지 입자상에서 발견되는 소수성 표면에 부착되며, 이는 호의적인 음의 자유 에너지 변화로 높은 에너지의 물/소수성 표면의 경계면으로부터 물 분자를 방출시킨다. 추가적으로, 나노 버블은 소수성 표면에 접촉하여 평평해지고 분산되며, 표면 장력에 의하여 발생하는 내부 압력의 결과적 하강으로 인하여 나노버블의 곡률을 감소시킨다. 이는 추가적인 호의적 자유 에너지 방출을 제공한다. 대전되고 코팅된 먼지 입자는 유사한 전하 사이의 반발로 인하여 더 쉽게 서로 분리되고, 먼지 입자는 콜로이드 입자로 용액으로 들어간다.
또한, 입자 표면상의 나노버블의 존재는 마이크로-크기의 기체 상태의 버블에 의한 입자의 픽업(pickup)을 증가시키고, 전기화학적 활성화 프로세스 동안에 생성될 수도 있다. 표면의 나노버블의 존재는 또한 이러한 작용에 의하여 픽업될 수 있는 먼지 입자의 크기를 감소시킨다. 이러한 픽업은 바닥(floor) 표면으로부터의 먼지 입자 제거에 도움이 되며, 재-증착을 방지한다. 또한, 물의 높은 표면 장력에 의하여 알 수 있는 바와 같이, 기체 상태의 나노버블로 획득되는 기체/액체 표면 영역 대 부피의 큰 비율로 인하여, 이러한 접촉면에 위치하는 물 분자는 더 적은 수소 결합에 의하여 유지된다. 다른 물 분자에 대한 수소 결합의 이러한 감소로 인하여, 이러한 경계면의 물은 보통 물보다 더 반응적이고, 다른 분자와 더 빠르게 수소결합을 할 것이며, 더 빠른 수화를 나타낼 것이다.
예를 들어, 100 %의 효율에서, 1 암페어의 전류는 초당 0.5/96,485.3 몰의 수소(H2) 분자를 생산하는데 충분하며, 이는 초당 5.18 마이크로몰의 수소와 동일하고, 0℃의 온도와 1 기압의 압력에서 초당 5.18*22.429 마이크로리터의 기체 상태의 수소와 동일하다. 이는 또한 20℃의 온도와 1 기압의 압력에서 초당 125 마이크로리터의 기체 상태의 수소와 동일하다. 대기에서 수소의 부분 압력이 실질적으로 0 이기 때문에, 전기 분해된 용액에서 평형 상태의 수소 용해도 또한 실질적으로 0 이고, 수소는 기체 캐비티(예를 들어, 매크로버블, 마이크로버블 및/또는 나노버블) 내에 유지된다.
전기분해된 용액의 유량이 분당 0.12 U.S. 갤런이라고 가정하면, 초당 전기분해 전지를 통하여 흐르는 7.571 밀리리터의 물이 존재한다. 따라서, 20℃의 온도와 1 기압의 압력에서 1 리터의 전기분해된 용액마다 포함되어 있는 버블 내에 0.125/7.571 리터의 기체 상태의 수소가 존재한다. 이는 용액 1 리터당 0.0165 리터의 기체 상태의 수소와 동일하며, 용액이 과포화되도록 용해되고 액체 표면으로부터 탈출하는 임의의 기체 상태의 수소보다 적다.
10 나노미터-직경의 나노버블의 부피는 5.24*10-22 리터이고, 이는 소수성 표면에 결합하는 경우, 약 1.25*10-16 제곱미터를 커버한다. 따라서, 용액 1리터에는 20℃의 온도와 1 기압의 압력에서 최대 3*10-19개의 버블이 존재할 것이며, 결합된 표면이 약 4000 제곱미터의 포텐셜을 커버한다. 표면층이 단지 하나의 분자 두께라고 가정하면, 50 밀리몰 이상의 활성 표면 물 분자의 농축을 제공한다. 이러한 농축은 최대량을 나타내며, 나노버블이 더 큰 부피와 더 큰 내부 압력을 갖는 경우에도, 표면을 커버하는 포텐셜은 크게 유지된다. 또한, 단지 먼지 입자가 있는 표면의 작은 비율(percentage)만이 나노버블에 의하여 커버되어 나노버블이 세척효과를 갖게 할 필요가 있다.
따라서, 전기화학적 활성화 프로세스 동안에 생성되는 기체 상태의 나노버블은 먼지 입자에 부착되어 이들의 전하를 전달하는데 유리하다. 최종 대전되고 코팅된 먼지 입자는, 그들의 유사한 전하 사이의 반발로 인하여 더 용이하게 서로 분리된다. 이들은 용액으로 들어가 콜로이드성 현탁액(colloidal suspension)을 형성한다. 또한, 기체/물 경계면에 있는 전하는 표면 장력에 대항하며, 그 영향 및 그 결과 일어나는 접촉 각도를 감소시킨다. 또한, 먼지 입자의 나노버블 코팅은 도입되는 더 큰 부력을 갖는 기체 상태의 매크로버블 및 마이크로버블의 픽업을 증진시킨다. 또한, 나노버블의 큰 표면 영역은 상당한 양의 반응성이 더 큰 물을 제공하며, 이는 적절한 분자의 더 빠른 수화를 가능하게 한다.
4. 이온 교환막
상술한 바와 같이, 이온 교환막(58)은 양이온 교환막(즉, 양성자 교환막) 또는 음이온 교환막을 포함할 수 있다. 막(58)에 관한 적절한 양이온 교환막은 부분적 또는 완전한 플루오르화 이오노머(ionomer), 폴리아로마틱(polyaromatic) 이오노머 및 이들의 조합을 포함한다. 막(58)에 관한 적절히 상업적으로 이용가능한 이오노머의 예시는 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 듀퐁사(E.I. du Pont de Nemours and company)의 "NAFION" 상품명으로 이용가능한 술포네이티드 테트라플루오로에틸렌 코폴리머; 일본 소재의 아사히 그라스사(Asahi Glass Co., Ltd.)의 "FLEMION" 상품명으로 이용가능한 퍼플루오르네이티드 카르복실산 이오노머; 일본 소재의 아사히 케미칼 인더스트리스(Asahi Chemical Industries co. Ltd.)의 "ACIPLEX" 상품명으로 이용가능한 퍼플루오르네이티드 술폰산 이오노머 및 이들의 조합물을 포함한다. 그러나, 다른 실시예에서는 임의의 이온 교환막이 사용될 수 있다.
5. 분사기
양극 EA액 및 음극 EA액 출력은 분사기(74)에 연결될 수 있으며, 분사기는 임의의 타입의 분사기, 또는 유출구, 피팅, 삽입구(spigot), 스프레이 헤드, 세척/살균 장치 또는 헤드 등과 같은 분사기를 포함할 수 있다. 도 1에 도시되어 있는 실시예에서, 분사기(74)는 스프레이 노즐(14)을 포함한다. 각각의 출력(70 및 72)에 대한 분사기 또는 출력 모두를 위한 결합형 분사기가 존재할 수 있다.
일 실시예에서, 양극액 및 음극액 출력은 공통 출력 스트림(76)으로 혼합되어 분사기(74)로 공급된다. 필드(Field) 등의 미국 특허공개공보 제2007/0186368호에 개시되어 있는 바와 같이, 양극액과 음극액은 세척 장치의 분배 시스템 내에 및/또는 세척될 표면 또는 대상 상에서 함께 혼합될 수 있으며, 적어도 유리한 세척 및/또는 살균 특성을 일시적으로 보유한다. 양극액과 음극액이 혼합되는 경우라도, 이들은 초기에는 평형 상태에 있지 않으므로 향상된 세정 및/또는 살균 특성을 일시적으로 보유한다.
예를 들어, 일 실시형태에서, 2 개의 액체가 함께 혼합된 경우라도, 음극 EA 물 및 양극 EA 물은 적어도 30 초 동안 다른 전기화학적으로 활성화된 특성을 유지한다. 이 시간 동안, 2 개의 타입의 액체의 다른 전기화학적으로 활성화된 특성은 즉시 중화시키는 것은 아니다. 이는 통상의 세척 동작 동안에 각각의 액체의 유익한 특성이 활용될 수 있게 한다. 상대적으로 짧은 기간의 시간 후에, 빠르게 세척되고 있는 표면상의 혼합된 양극 EA액과 음극 EA액은 공급 액체(예를 들어, 수도물)의 원래 pH 및 ORP로 상당히 중화된다. 일 실시예에서, 혼합된 양극 EA액과 음극 EA액은, 양극 EA액과 음극 EA액 출력이 전기분해 전지에 의하여 생산된 시간으로부터 1분 미만의 시간 내에 ±50 mV 사이의 ORP 및 pH 6과 pH 8 사이의 pH로 상당히 중화된다. 그 후에, 원래대로 돌아온 액체는 임의의 적절한 방법으로 처리될 수 있다.
그러나, 다른 실시형태에서, 혼합된 양극 EA액과 음극 EA액은 액체의 특성에 따라, 30 초 넘게 ±50 mV의 범위 밖의 ORP 및 pH 6과 pH 8 사이의 범위 밖의 pH를 유지할 수 있거나, 1 분이 넘은 시간 범위 후에 중화될 수 있다.
6. 이온 선택막(ion-selective membrane)이 없는 전기분해 전지
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 이온 선택막이 없는 전기분해 전지(80)를 나타낸다. 전지(80)는 반응 챔버(82), 양극(84) 및 음극(86)을 포함한다. 챔버(82)는 예를 들어, 전지(80)의 외벽, 전극(84 및 86)이 위치하는 보관용기 또는 도관의 외벽, 또는 전극 자체에 의하여 구분될 수 있다. 양극(84) 및 음극(86)은 전도성 폴리머, 티타늄 및/또는 백금과 같은 귀금속으로 코팅된 티타늄과 같은 임의의 적절한 소재 또는 이들의 조합으로 만들어질 수 있다. 양극(84) 및 음극(86)은 도 1에 도시되어 있는 배터리(32)와 같은 통상적인 전원에 연결되어 있다. 일 실시형태에서, 전기분해 전지(80)는 휴대 분무기 또는 이동식 바닥 세척 장치의 유동 경로(flow path) 내와 같이 처리될 액체의 유동 경로에 위치하고 챔버(82)를 구분하는 자체 용기를 포함한다.
동작하는 동안, 액체는 공급원(88)에 의하여 공급되며 전기분해 전기(80)의 반응 챔버(82)로 도입된다. 도 3에 도시되어 있는 실시형태에서, 전기분해 전지(80)는 양극(84)에서의 반응 생산물과 음극(86)에서의 반응 생산물을 분리하는 이온 교환막을 포함하지 않는다. 세척용으로 처리될 액체로서 수도물이 사용되는 실시예에서, 물이 챔버(82)로 도입되고 양극(84)와 음극(86) 사이에 전압 포텐셜을 인가한 후에, 양극(84)에 접촉하거나 그 부근의 물 분자는 산소(O2) 및 수소 이온(H+)으로 전기화학적으로 산화되며, 음극(86)에 접촉하거나 그 부근의 물 분자는 수소 기체(H2) 및 수산화 이온(OH-)으로 전기화학적으로 환원된다. 다른 반응 또한 발생할 수 있으며, 특정 반응은 액체의 성분에 따라 다르다. 반응 생산물을 서로 분리시키는 물리적인 장벽이 존재하지 않기 때문에, 양 전극으로부터의 반응 생산물은 혼합되어, 예를 들어 산화 유체(oxygenated fluid)(89)를 형성할 수 있다. 다른 방법으로, 예를 들어, 양극과 음극 사이에 배치된 불투과막(미도시)과 같은 유전체 장벽을 사용함으로써, 양극(84)은 음극(84)과 분리될 수 있다.
7. 전극 패턴 예
상술한 바와 같이, 양극 또는 음극 중 적어도 하나는 정전하 일소성(static dissipating) 장치에 사용되는 것과 같은 전도성 폴리머로 전적으로 또는 적어도 부분적으로 형성될 수 있다. 적절한 전도성 폴리머의 예시는 미국 미네소타주 위노나 소재의 알티피 컴파니(RTP Company)로부터 상업적으로 이용가능하다. 예를 들어, 전극은 101 내지 106 ohm/sq와 같은 100 내지 1012 ohm/sq의 표면 저항을 갖는 전도성 플라스틱 화합물로 형성될 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서 이들 범위 밖의 표면 저항을 갖는 전극이 사용될 수 있다.
전도성 폴리머의 경우, 전극은 용이하게 성형되거나 또는 임의의 원하는 형상으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 전극은 사출 성형(injection mold)될 수 있다. 상술한 바와 같이, 하나 이상의 전극은 그리드 형상으로 규칙적인 크기의 직사각형 개구부(opening)를 갖는 메쉬를 형성할 수 있다. 그러나, 개구부 또는 개구는 원형, 삼각형, 곡선형, 직선형, 규칙형 및/또는 불규칙형과 같은 임의의 형상을 가질 수 있다. 곡선형 개구는 적어도 하나의 곡선 모서리를 갖는다. 사출 성형된 경우, 예를 들어, 개구의 형상 및 크기는 특정 패턴으로 용이하게 조정될 수 있다. 그러나, 이들 패턴은 또한 본 발명의 다른 실시예에서 금속 전극으로 형성될 수 있다.
개구는 전기분해용 전극의 표면 영역을 증가시키도록 크기가 정해지거나 위치될 수 있으며, 처리될 액체에서의 기체 버블의 발생을 촉진할 수 있다.
도 4a는 본 발명의 일 양태에 따라 규칙적인 그리드 패턴으로 복수의 직선형(예를 들어, 직사각형) 개구(102)를 갖는 전도성 폴리머 전극(100)의 부분도이다.
도 4b는 다른 실시예에 따라 규칙적인 그리드 패턴으로 상이한 크기의 복수의 곡선형(예를 들어, 원형) 개구(106)를 갖는 전도성 폴리머 전극(104)의 부분도이다. 동일한 전극에서 상이한 크기의 개구를 사용하는 것은, 전기분해 동안 개구의 모서리를 따라 상이한 크기의 기체 버블의 생성을 촉진할 수도 있다.
도 4c는 또 다른 실시예에 따라 다양하고 상이한 형상 및 크기를 갖는 복수의 불규칙 및 규칙적으로 형성된 개구(110)를 갖는 전도성 폴리머 전극(108)의 부분도이다. 이 실시예에서, 다양한 개구(110)는 다양한 개방 영역을 정의한다. 하나 이상의 개구(110)는 점(points)(112)과 같은 하나 이상의 내부 점들을 포함할 수 있으며, 이들은 전기분해 동안에 추가적인 기체 버블 및 반응 종류의 생성을 촉진할 것이다. 이들 개구는, 예를 들어 점(112)에서 180 도보다 큰 적어도 하나의 내각을 갖는 다각형을 형성한다. 또 다른 실시형태에서, 개구는 180 도보다 큰 복수의 내각을 가질 수도 있다.
또한, 전극은 전극 표면 영역을 더 증가시키는 스파이크(spike)와 버(bur)와 같은 하나 이상의 다른 비균일 특징으로 형성될 수 있다. 스파이크는 규칙적인 패턴 또는 불규칙적인 패턴으로 배열될 수 있고, 동일한 크기 및 형상을 갖거나, 상이한 크기 및/또는 형상을 가질 수도 있다.
예를 들어, 전기분해 전지는 양극과 음극을 포함하도록 구성될 수 있으며, 양극 또는 음극 중 적어도 하나는 제1 크기(및/또는 형상)를 갖는 복수의 제1 개구와 상이한 제2 크기(및/또는 형상)를 갖는 복수의 제2 개구를 포함한다. 일 실시예에서, 전기분해 전지는 또한 양극과 음극 사이에 배치된 이온 선택막을 포함하며, 이는 양극 챔버와 음극 챔버를 각각 구분한다.
추가적인 실시예에서, 복수의 제1 개구와 제2 개구를 포함하는 세트에서 적어도 2개의 개구가 다른 것과 상이한 형상(및/또는 크기)을 갖는다. 추가적인 실시예에서, 복수의 제1 개구와 제2 개구를 포함하는 세트에서 적어도 3 개의 개구가 다른 것들과 상이한 형상(및/또는 크기)을 갖는다.
복수의 제1 개구와 제2 개구는 적어도 하나의 곡선 모서리로 형성되는 곡선 형상 및/또는 다각 형상을 가질 수 있다. 복수의 제1 개구 또는 제2 개구 중 적어도 하나는 규칙적인 패턴 또는 불규칙적인 패턴으로 배치될 수 있다.
복수의 제1 개구와 제2 개구 중 적어도 하나의 개구는 180 도보다 큰 적어도 하나의 내각을 갖는 다각 형상을 가질 수 있다.
추가적인 실시예에서, 도 4a 내지 도 4c에 도시되어 있는 전극은 전도성 금속 소재로 제조된다. 도 4a에 도시되어 있는 실시예의 경우, 전극(100)은 금속 메쉬로 형성될 수 있으며, 백금과 같은 다른 소재로 도금되거나 도금되지 않을 수도 있다.
8. 튜브형 전극의 예시
전극 자체는 평판, 동축형 판, 실린더형 막대 또는 이들의 조합 형태와 같은 임의의 적절한 형상을 가질 수 있다. 도 5는 예시적인 일 실시예에 따라 튜브 형상을 갖는 전기분해 전지(200)의 일 예를 나타낸다. 전지(200)의 일부는 설명의 목적으로 절단되어 있다. 이 실시예에서, 전지(200)는 튜브형 하우징(202), 튜브형 외부 전극(204) 및 0.040 인치와 같은 적절한 간격만큼 외부 전극과 분리되어 있는 튜브형 내부 전극(206)을 갖는 전기분해 전지이다. 0.020 인치 내지 0.080 인치의 범위의 간격과 같이, 다른 간격 크기 또한 사용될 수 있지만 이들로 제한되는 것은 아니다. 내부 전극 또는 외부 전극 중 어느 하나는 인가된 전압의 상대적 극성에 따라 양극/음극으로서 작용할 수 있다.
일 실시예에서, 외부 전극(204) 및 내부 전극(206)은 예를 들어, 도 4a 내지 도 4c에 도시된 바와 같은 개구를 갖는 전도성 폴리머 구조를 갖는다. 그러나, 또 다른 실시예에서 하나의 또는 양 전극이 솔리드형 구조일 수 있다.
전극(204 및 206)은 전도성 폴리머, 티타늄 및/또는 백금과 같은 귀금속으로 코팅된 티타늄, 또는 다른 전극 소재와 같은 임의의 적절한 소재로 만들어질 수 있다. 또한, 예를 들어, 다수의 전지(200)가 서로 직렬 또는 병렬 연결될 수 있다.
특정 실시예에서, 양극 또는 음극 중 적어도 하나는 그리드 형상으로 규칙적인 크기의 직사각형 개구부(opening)를 갖는 금속 메쉬로 형성될 수 있다. 특정 실시예에서, 메쉬는 제곱 인치당 20*20 개의 그리드 개구부의 그리드 패턴을 갖는 0.023 인치 직경의 T316 스텐레스 스틸로 형성된다. 그러나, 다른 예시에서 다른 치수, 배열 및 소재가 사용될 수 있다.
이온 선택막(208)은 외부 전극(204)과 내부 전극(206) 사이에 위치한다. 하나의 특정 실시예에서, 이온 선택막은 듀퐁사(E.I. du Pont de Nemours and company)의 "NAFION"을 포함하며, 이는 2.55 인치×2.55 인치로 절단된 다음, 내부 튜브형 전극(206) 주위를 둘러싸고, 예를 들어, 쓰리엠 컴파니(3M Company)의 #1357 접착제와 같은 접촉식 접착제(contact adhesive)로 이음매 겹침부분을 고정시킨다. 또한, 다른 실시예에서는 다른 치수 및 소재가 사용될 수 있다.
이 실시예에서, 튜브형 전극(206) 내부의 공간 부피는 솔리드형 내부 코어(209)에 의하여 차단되어 있어, 전극(204 및 206) 및 이온 선택막(208) 사이의 액체 흐름을 촉진한다. 이러한 액체 흐름은 전도성을 가지며, 2 개의 전극 사이의 전기 회로를 완성시킨다. 전기분해 전지(200)는 임의의 적절한 치수를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 전지(200)는 길이가 약 4 인치이고, 외부 직경이 약 3/4 인치일 수 있다. 길이와 직경은 액체의 부피당 생성되는 버블, 예를 들어 나노버블 및/또는 마이크로버블의 양 및 처리 시간을 제어하기 위하여 선택될 수 있다.
전지(200)는 전지의 한쪽 또는 양쪽 끝단에 적절한 피팅(fitting)을 포함할 수 있다. 플라스틱 빠른-연결 피팅과 같은 임의의 부착 방법이 사용될 수 있다. 예를 들어, 하나의 피팅은 도 1에 도시되어 있는 출력 튜브(20)에 연결되도록 구성될 수 있다. 또 다른 피팅은 예를 들어, 유입구 필터(16) 또는 유입구 튜브에 연결되도록 구성될 수 있다. 또 다른 실시예에서, 전지(200)의 한쪽 끝단은 도 1에서의 저장실(12)로부터 직접 액체를 끌어당기기 위하여 열린 채로 남겨진다.
도 5에 도시되어 있는 실시예에서, 전지(200)는 전극(204 또는 206) 중 하나와 이온 선택막(208) 사이에 있는 양극 챔버에서 양극 EA액을 생산하고, 전극(204 또는 206) 중 다른 하나와 이온 선택막(208) 사이에 있는 음극 챔버에서 음극 EA액을 생산한다. 양극 EA액과 음극 EA액은 튜브(20)로 들어가기 때문에, 양극 EA액과 음극 EA액의 유동경로는 전지(200)의 유출구에서 합쳐진다(도 1에 도시되어 있는 실시예에서). 그 결과로서, 분무기(10)는 노즐(14)을 통하여 혼합된 양극 EA액과 음극 EA액을 분사한다.
일 실시예에서, 일단 펌프(24) 및 전기분해 전지(18)(예를 들어, 도 5에 도시되어 있는 전지(200))가 가동되면, 튜브(20 및 22)가 전기화학적으로 활성화된 액체로 빠르게 넣어지도록 튜브(20 및 22)의 직경은 작게 유지된다. 튜브 및 펌프에 있는 임의의 비-활성화된 액체는 작은 부피로 유지된다. 따라서, 제어 전자장치(30)가 스위치(28)의 작동에 응답하여 펌프 및 전기분해 전지를 활성화하는 실시형태에서, 분무기(10)는 "온 디멘드(on demand)" 방식으로 노즐(14)에서 혼합된 EA액을 생산하고, 양극 EA액과 음극 EA액을 저장하는 중간 단계 없이, 튜브(20 및 22) 및 펌프(24)에 남아 있는 것을 제외하고, 혼합된 양극 EA액과 음극 EA액의 전부를 분무기로부터 실질적으로 분사한다. 스위치(28)가 작동되지 않은 경우, 펌프(24)는 "오프" 상태에 있으며, 전기분해 전지(18)는 가동되지 않는다. 스위치가 폐쇄 상태로 작동되는 경우, 제어 전자장치(30)는 펌프(24)를 "온" 상태로 스위칭하고, 전기분해 전지(18)를 가동한다. "온" 상태에서, 펌프(24)는 전지(18)를 통하여 저장실(12)로부터 물을 펌핑하여 노즐(14) 밖으로 내보낸다.
다른 활성화 배열순서 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, 제어 회로(30)는 원료 물이 분사 전에 더 전기화학적으로 활성화되도록 하기 위하여, 펌프(24)를 가동시키기 전에 일정 시간 동안 전기분해 전지(18)를 가동시키도록 구성될 수 있다.
전지(18)부터 노즐(14)까지의 주행시간은 매우 짧게 만들 수 있다. 일 실시예에서, 분무기(10)는 양극액과 음극액이 전기분해 전지(18)에 의하여 생산되는 매우 짧은 기간의 시간 내에 혼합된 양극액과 음극액을 분사한다. 예를 들어, 혼합액은 양극액 및 음극액이 생산되는 1 초, 3 초 및 5 초의 시간 내에 분사될 수 있다.
9. 제어 회로
도 1을 다시 참조하면, 제어 전자장치(30)는 임의의 적절한 제어 회로를 포함할 수 있으며, 예를 들어 하드웨어, 소프트웨어, 또는 양자의 조합으로 구현될 수 있다.
제어 회로(30)는 펌프(24) 및 전기분해 전지(18)의 동작에 전력을 공급하고, 제어하는 전자 디바이스를 포함하는 인쇄 회로 기판을 포함한다. 일 실시예에서, 제어 회로(30)는 펌프(24) 및 전기분해 전지(18)에 연결되는 출력을 갖는 전원을 포함하며, 이는 2 개의 디바이스에 전달되는 전력을 제어한다. 제어 회로(30)는 또한, 예를 들어 제어 회로에 의하여 생성되는 제어 신호의 함수로서 전기분해 전지(18)에 인가되는 전압의 극성을 선택적으로 반전시킬 수 있는 H-브릿지(H-bridge)를 포함한다. 예를 들어, 제어 회로(30)는 50 % 듀티 사이클을 갖는 매 5 초와 같이 소정의 패턴으로 극성을 변경하도록 구성될 수 있다. 이하 더 상세하게 설명하는 다른 실시예에서, 제어 회로(30)는 우선 제1 극성을 갖도록 전지에 전압을 인가하고, 단지 아주 잠시 동안 주기적으로 극성을 반전시키도록 구성된다. 극성의 빈번한 반전은 자체-세척 기능을 전극에 제공하며, 전극 표면상에 침전물의 스케일링 또는 축적을 줄일 수 있고, 전극의 수명을 연장할 수 있다.
휴대 분무기의 경우, 커다란 배터리를 수반하는 것은 불편하다. 따라서, 펌프 및 전지에 이용가능한 전력은 다소 제한된다. 일 실시예에서, 전지에 관한 구동 전력은 약 8 볼트 내지 약 28 볼트의 범위에 있다. 그러나, 분무기와 전기분해 전지를 통하는 통상적인 유량이 상당히 낮기 때문에, 전지를 통과하는 액체를 효과적으로 활성화하는데, 단지 상대적으로 작은 전류만이 필요하다. 낮은 유량의 경우, 전지 내의 잔류 시간이 상대적으로 크다. 전지가 가동되는 동안 액체가 전지에 오래 잔류할수록, 실제적인 제한 내에서 전기화학적 활성화는 더 커진다. 이는 분무기가 더 작은 용량의 배터리 및 DC-DC 변환기를 채택할 수 있게 하며, 낮은 전류에서 원하는 출력 전압까지 전압을 단계적으로 상승시킨다.
예를 들어, 분무기는 약 3 볼트 내지 9 볼트의 출력 전압을 갖는 하나 이상의 배터리를 수반할 수 있다. 특정 실시예에서, 분무기는 4 개의 AA 배터리를 수반할 수 있으며, 각각은 500 밀리암페어-시간 내지 약 3 암페어-시간으로 1.5 볼트의 명목(nominal) 출력 전압을 갖는다. 배터리가 직렬 연결되어 있다면, 명목 출력 전압은 약 500 밀리암페어-시간 내지 3 암페어-시간의 용량을 갖는 6 볼트의 명목 출력 전압을 갖는다. 이러한 전압은, 예를 들어 DC-DC 변환기를 통하여 18 볼트 내지 28 볼트의 범위에서 단계적으로 상승될 수 있다. 따라서, 충분한 전류에서 원하는 전극 전압이 획득될 수 있다.
또 다른 특정 실시예에서, 분무기는 10 개의 니켈-금속 수소 배터리(hydride batteries)를 수반할 수 있으며, 각각은 약 1.2 볼트의 명목 출력 전압을 갖는다. 배터리가 직렬 연결되어 있으면, 명목 출력 전압은 약 1800 밀리암페어-시간의 용량을 갖는 10 볼트 내지 12.5 볼트이다. 이러한 전압은, 예를 들어 DC-DC 변환기를 통하여 8 볼트 내지 적어도 28 볼트의 범위에서 단계적으로 상승시키거나 하강시킬 수 있다. 따라서, 충분한 전류에서 원하는 전극 전압이 획득될 수 있다.
전지를 통하여 큰 전압 및 적절한 전류를 생산하는 능력은, 보통의 수도물이 전지로 공급되어 향상된 세척 및/또는 살균 특성을 갖는 액체로 변환되는 응용분야에 이익이 될 수 있다. 보통의 수도물은 전지의 전극 사이에 상대적으로 낮은 전기 전도성을 갖는다.
적절한 DC-DC 변환기의 예시는 미국 뉴욕주 필햄 소재의 피코 일렉트로닉스사(PICO Electronics, Inc.)의 시리즈 A/SM 표면 장착 변환기 및 미국 애리조나주 피닉스 소재의 온 세미컨덕터사(ON Semiconductor)의 부스트(boost)에 관련한 NCP3064 1.5A Step-Up/Down/Inverting Switching 조절기를 포함한다.
일 실시예로서, 제어 회로는 전기분해 전지로부터 끌어 당겨진 감지 전류에 기초하여 DC-DC 변환기를 제어하며, DC-DC 변환기는 전지를 통하여 소정의 전류 범위 내에 있는 전류 끌어당김(current draw)을 얻도록 제어되는 전압을 출력한다. 특정 실시예에서, 예를 들어 목표 전류 끌어당김은 약 400 밀리암페어이다. 다른 실시예에서, 목표 전류는 350 밀리암페어이다. 또 다른 실시형태에서 다른 전류 및 범위가 사용될 수 있다. 원하는 전류 끌어당김은 전기분해 전지의 구조, 처리될 액체의 특성 및 최종 전기화학적 반응의 원하는 특성에 따라 달라질 수도 있다.
제어 전자장치의 실시예를 나타내는 블록도는 이하 도 7 내지 도 20과 관련하여 더 상세히 설명한다.
10. 전기분해 전지 구동 전압
상술한 바와 같이, 전기분해 전지의 전극은 전지의 특정 응용형태에 따라 다양하고 상이한 전압 및 전류 패턴으로 구동될 수 있다. 전극에 인가되는 전압 극성을 주기적으로 반전시킴으로써 전극에서의 스케일링을 제한하는 것이 바람직하다. 따라서, 발명의 상세한 설명과 특허청구범위에서 사용되고 있는 "양극" 및 "음극"이라는 용어와 "양극액" 및 "음극액"이라는 용어는 각각 서로 교환될 수 있다. 이는 반대로-대전된 스케일링 침전물을 제거하는 경향이 있다.
일 실시예에서, 전극은 특정 시간(예를 들어, 약 5 초) 동안 하나의 극성에서 구동된 다음, 대략 같은 시간 동안 반대 극성에서 구동된다. 양극 EA액과 음극 EA액은 전지의 유출구에서 혼합되기 때문에, 이러한 프로세스는 일부는 양극 EA액이고 일부는 음극 EA액인 것을 필수적으로 생산한다.
다른 실시예에서, 전기분해 전지는 복잡한 밸빙(valving) 없이 각각의 챔버로부터 상당히 일정한 양극 EA액 및 음극 EA액을 생산하도록 제어된다. 종래 기술의 전기분해 시스템에서, 복잡하고 값비싼 밸빙은 각각의 유출구를 통하여 일정한 양극액 및 음극액이 유지되도록 하는데 사용되고, 여전히 스케일링을 최소화하기 위하여 극성을 반전되도록 하고 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 전극에 인가된 전압의 극성이 반전되는 경우, 양극(60)은 음극이 되고, 음극(62)은 양극이 된다. 유출구(70)는 양극액 대신 음극액을 전달할 것이고, 유출구(72)는 음극액 대신 양극액을 전달할 것이다. 따라서, 종래의 기술 접근의 경우 전압이 반전된 경우, 밸빙은 유출구(70)를 음극 챔버(56)와 연결하고, 유출구(72)를 양극 챔버(54)와 연결하는데 사용될 수 있다. 그 결과로 일정한 양극액 또는 음극액이 각각의 출력으로 흐른다. 이렇게 복잡한 밸빙을 사용하는 것 대신에, 본 발명의 일 실시예는 전극에 공급되는 전압 패턴을 통하여 실제적으로 일정한 출력을 획득한다.
도 6은 본 발명의 예시적인 일 양태에 따라 양극 및 음극에 인가된 전압 패턴을 나타내는 파형도이다. 실제적으로 일정하고, 상대적으로 양의 전압이 양극에 인가되고, 실제적으로 안정하고, 상대적으로 음의 전압이 음극에 인가된다. 그러나, 주기적으로, 각각의 전압이 상대적 반대 극성으로 잠시 펄스화되어 스케일 침전물을 제거한다. 이러한 실시예에서, 시간 t0-t1, t2-t3, t4-t5 및 t6-t7 동안에 상대적으로 양의 전압이 양극에 인가되고, 상대적으로 음의 전압이 음극에 인가된다. 시간 t1-t2, t3-t4, t5-t6 및 t7-t8 동안, 각각의 전극에 인가된 전압은 반전된다. 반전된 전압 레벨은 비반전된 전압 레벨과 동일한 크기를 가지거나, 필요에 따라 상이한 크기를 가질 수도 있다.
각각의 순간 극성 스위칭 빈도는 원하는 대로 선택될 수 있다. 반전 빈도가 증가할수록, 스케일링 양은 감소한다. 그러나, 백금 코팅 전극의 경우에, 전극은 작은 양의 백금을 방출할 수도 있다. 반전 빈도가 감소할수록, 스케일링은 증가할 수도 있다. 일 실시예에서, 반전 사이의 시간 주기는, 화살표(300)에 의하여 도시된 바와 같이, 약 1 초 내지 약 600 초의 범위에 있다. 이 범위 밖의 다른 주기 또한 사용될 수 있다.
전압이 반전되는 시간 주기 또한 원하는 대로 선택될 수 있다. 일 실시예에서, 화살표(302)로 표현되는 반전 시간 주기는 약 50 밀리초 내지 100 밀리초의 범위에 있다. 이 범위 밖의 다른 주기 또한 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 시간 t2와 t3 사이와 같은 정상 극성(303)의 시간 주기는 적어도 900 밀리초이다.
또한, 전압은 주기적 또는 비주기적이고 선택적으로 반전될 수 있다. 특정 실시예에서, 반전 사이의 시간 주기(300)는 1 초이고, 파형의 각 주기 동안 전극들 사이의 전압은 900 밀리초 동안 정상 극성으로 인가된 다음, 100 밀리초 동안 반전 극성으로 인가된다.
이러한 범위에서, 밸빙의 필요 없이, 예를 들어 각각의 양극 챔버는 상당히 일정한 양극 EA액 출력을 생산하고, 각각의 음극 챔버는 상당히 일정한 음극 EA액 출력을 생산한다.
양극의 개수가 음극의 개수와 상이하면, 예를 들어 비율이 3:2이거나, 또는 양극의 표면 영역이 음극의 표면 영역과 상이하면, 인가된 전압 패턴은 상기 방법으로 양극액 또는 음극액 중 어느 하나의 양을 더 많이 생산하는데 사용될 수 있으며, 생산된 액체의 세척 또는 살균 특성을 강조할 수 있다. 예를 들어, 세척이 강조되어야 하면, 더 많은 개수의 전극이 더 많은 음극액을 생산하기 위하여 상대적으로 음의 극성으로 구동될 수 있고, 더 적은 개수의 전극이 더 적은 양극액을 생산하기 위하여 상대적으로 양의 극성으로 구동될 수 있다. 살균이 강조되어야 하면, 더 많은 개수의 전극이 더 많은 양극액을 생산하기 위하여 상대적으로 양의 극성으로 구동될 수 있고, 더 적은 개수의 전극이 더 적은 음극액을 생산하기 위하여 상대적으로 음의 극성으로 구동될 수 있다.
양극액 출력과 음극액 출력이 분사 전에 단일 출력 스트림으로 혼합되면, 결합된 양극액 출력과 음극액 출력 액체는 살균에 비해 세척이 강조되거나, 세척에 비해 살균이 강조되도록 조절될 수 있다. 일 실시형태에서, 제어 회로는 사용자가 세척 모드와 살균 모드 사이에서 선택할 수 있도록 하는 추가적인 스위치를 포함한다. 예를 들어, 도 1에 도시되어 있는 실시형태에서, 분무기(10)는 분무기에 장착된 사용자-동작가능 세척/살균 모드 스위치를 포함할 수 있다.
본 발명의 하나의 예시적인 실시형태에서, 도 1 및 도 8에 도시된 것과 같은 휴대 분무기는 도 5에 도시된 것과 같은 튜브형 전기분해 전지를 수반한다. 전기분해 전지는 단위 시간당 양극 EA액보다 더 많은 양의 음극 EA액을 생성함으로써, 향상된 세척 특성을 강조하는 전압으로 구동된다. 전지(200)에서, 외부 실린더형 전극(204)은 더 큰 직경을 가지므로, 내부 실린더형 전극(206)보다 더 큰 표면 영역을 갖는다. 향상된 세척 특성을 강조하기 위하여, 제어 회로는 구동 전압 패턴 주기의 대부분 동안, 외부 전극(204)이 음극으로 작용하고 내부 전극(206)이 양극으로 작용하도록 전지(200)를 구동시킨다. 음극이 양극보다 더 큰 표면 영역을 갖기 때문에, 전지(200)는 전지의 결합된 유출구를 통하여 시간 단위당 양극액보다 더 많은 음극액을 생성할 것이다. 도 6을 참조하면, 이러한 실시예에서, 제어 회로는 시간 t0-t1, t2-t3, t4-t5 및 t6-t7 동안에 상대적으로 양의 전압을 양극(206)으로 인가하고, 상대적으로 음의 전압을 음극(204)으로 인가한다. 시간 t1-t2, t3-t4, t5-t6 및 t7-t8 동안, 각각의 전극에 인가된 전압은 잠시 반전된다.
이러한 실시예에서, 분무기는 보통의 수도물로만 채워져 있다. 따라서, 전지(200)에 의하여 전기화학적으로 활성화되거나, 펌핑되는 액체는 오로지 수도물로만 구성된다. 수도물은 여기에 설명한 바와 같이, 전기화학적으로 활성화되고, 분사 노즐을 통하여 혼합된 양극액 및 음극액 스트림으로서 분사된다. 따라서, 혼합된 스트림에서 음극액의 양이 양극액의 양을 초과하는 경우, 분사 출력은 향상된 세척 특성을 갖는다. 또 다른 실시형태에서, 향상된 살균 특성은, 예를 들어 도 6에 도시되어 있는 파형을 사용하여, 우선 전극(204)을 양극으로 만들고, 전극(206)을 음극으로 만듦으로써 강조될 수 있다.
전극을 디-스케일링하기 위한 빈번하고 잠시 동안의 극성 반전은, 전극 표면으로부터 백금과 같은 전극을 도금하는데 종종 사용되는 소재가 떨어지게 하는 경향을 가질 수도 있다. 따라서, 일 실시형태에서, 전극(204 및 206)은 금속 전극 또는 전도성 플라스틱 전극과 같은 도금되지 않은 전극을 포함한다. 예를 들어, 전극은 도금되지 않은 금속 메쉬 전극일 수 있다.
11. 액체를 통하여 조명하는 상태 지시등
11.1 도 1 및 도 8 내지 도 16에 도시되어 있는 분무기용 제어 회로
본 발명의 또 다른 양태는 인간이 인식할 수 있는 지시기를 제공하는 것에 관한 것이며, 이는 EA액의 산화-환원 포텐셜과 같은, 전기분해 전지의 기능 상태를 지시한다. 여기에 개시되어 있는 분무기 및/또는 다른 디바이스는 출력 액체의 산화-환원 포텐셜의 시각적인 지시기를 포함하는 것으로 변형될 수 있다.
전기분해 전지에 의하여 소비되는 전력 레벨은 전지가 정확하게 동작하는지, 전지에 의하여 생산되는 액체(살포된 물, EA 양극액 및/또는 EA 음극액)가 충분한 레벨로 전기화학적으로 활성화되는지를 결정하는데 사용될 수 있다. 합리적인 레벨 이하의 전력 소비는 일반적으로 낮은 전해액 함량(예를 들어, 낮은 소디움/미네랄 함량)을 갖는 원료 물 또는 초고순도의 원료 물의 사용과 같은 다양한 포텐셜 문제를 반영할 수 있으며, 물은 기능 생성기 내의 충분한 레벨의 전기 전류를 전도하지 못한다. 따라서, 예를 들어, 전류 소비는 또한 높거나 낮은 레벨의 산화-환원 포텐셜을 지시할 수 있다. 또한, 펌프에 의하여 끌어당겨진 전류는, 펌프가 정확하게 동작하는지 또는 펌프가 동작하지 않는 것과 같은 문제가 있는지를 지시하는데 사용될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시형태에 따라 지시기를 갖는 시스템(400)의 블록도이며, 예를 들어 여기에 개시되어 있는 임의의 실시형태에 통합될 수 있다. 시스템(400)은 배터리와 같은 전원(402), 제어 전자장치(404), 전기분해 전지(406), 펌프(408), 전류 감지기(410 및 412), 지시등(414 및 416), 스위치(418) 및 트리거(420)를 포함한다. 간략화를 위하여, 전기분해 전지(404)의 액체 입력 및 출력은 도 7에 도시되어 있지 않다. 예를 들어, 시스템(400)의 모든 구성요소는 동일한 전원(402) 또는 2 개 이상의 별도의 전원에 의하여 전력을 공급받을 수 있다.
제어 전자장치(404)는 시스템(400)의 현재 동작 모드에 기초하는 전기분해 전지(406), 펌프(408) 및 지시등(414 및 416)의 동작 상태 및 트리거(420)와 같은 사용자 제어 입력을 제어하기 위하여 연결되어 있다. 이 실시예에서, 스위치(418)는 전원(402)과 제어 전자장치(404) 사이에 직렬 연결되어 있으며, 트리거(420)의 상태에 따라 제어 전자장치(404)의 전력 입력으로 및 전력 입력으로부터 전원(402)을 연결시키고 분리시키는데 제공된다. 일 실시형태에서, 스위치(418)는 트리거(420)가 눌린 경우에 폐쇄시키고, 트리거(420)가 눌리지 않은 경우에 개방시키는 순간 일반-개방 스위치를 포함한다.
또 다른 실시형태에서, 스위치(418)는, 예를 들어 트리거(420)와 별도로 작동되는 온/오프 토글(toggle) 스위치로 구성된다. 트리거(420)는 제어 전자장치(404)의 가능한 입력에 연결되어 있는 제2 스위치를 작동시킨다. 다른 구성 또한 사용될 수 있다.
양 실시형태에서, 트리거(42)가 눌린 경우, 제어 전자장치(404)는 사용 가능하게 되어 전기분해 전지(406) 및 펌프(408)를 구동하는 적절한 전압 출력을 생성한다. 예를 들어, 제어 전자장치(404)는 여기에서 설명한 패턴과 같이, 전기분해 전지(406)를 구동하는 제1 전압 패턴 및 펌프(408)를 구동하는 제2 전압 패턴을 생산할 수 있다. 트리거(420)가 눌려지지 않은 경우, 제어 전자장치는 전력공급이 차단되거나, 전지(406) 및 펌프(408)로의 출력 전압을 생산하는 것이 가능하지 않게 된다.
전류 감지기(410 및 412)는 전기분해 전지(406) 및 펌프(408)와 각각 전기적으로 직렬 연결되어 있으며, 각각은 전지(406)와 펌프(408)를 통하여 끌어당겨진 각각의 전기 전류를 표시하는 신호를 제어 전자장치(404)에 제공한다. 예를 들어, 이러한 신호는 아날로그 신호일 수도 있고, 디지털 신호일 수도 있다.
특정 실시예에서, 시스템(400)은 전기분해 전지(406)에 의하여 끌어당겨진 전류를 감지하는 감지기(410)를 포함하지만, 펌프(408)에 의하여 끌어당겨진 전류를 감지하는 감지기(412)를 포함하지 않는다. 제어 전자장치(404)는, 미국 미네소타주 시프 리버 펄스 소재의 디지-키 코포레이션(Digi-Key Corporation)으로부터 이용가능한 MC9S08SH4CTG-ND 마이크로제어기(Microcontroller)와 같은 마이크로제어기를 포함하며, 이는 미국 텍사스주 달라스 소재의 텍사스 인스트루먼트 코포레이션(Texas Instruments Corporation)로부터 이용가능한 DRV8800 풀 브릿지 모터 구동기 회로를 제어한다. 구동기 회로는 마이크로제어기에 의하여 제어되는 전압 패턴에 따라 전기분해 전지(406)에 출력 전압을 구동하는 H-스위치를 갖는다. H-스위치는 전지(406)에 의하여 끌어당겨진 전류를 감지하기 위하여 마이크로제어기에 의하여 사용될 수 있는 전류 감지 출력을 갖는다.
제어 전자장치(404)는 소정의 임계값(threshold) 전류 레벨 또는 범위와 감지기 출력을 비교한 다음, 비교 중 하나 또는 양자 모두의 함수로서 지시기(414 및 416)를 동작시킨다. 예를 들어, 임계값 전류 레벨 또는 범위는 소정의 전력 소비 레벨을 나타내도록 선택될 수 있다.
지시기(414 및 416) 각각은 LED와 같은 시각적으로 인식가능한 임의의 지시기를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 지시등(414 및 416)은 상이한 동작 상태를 지시하기 위하여 상이한 색상을 갖는다. 예를 들어, 지시등(414)은 녹색일 수도 있는데, 이는 조명되는 경우 통상적이고 적절하게 기능하고 있는 전기분해 전지 및/또는 펌프를 지시하며, 지시기(416)는 적색일 수도 있는데, 이는 조명되는 경우 전기분해 전지 및/또는 펌프의 동작 상태에서의 문제를 지시한다. 특정 실시예에서, 분무기는 분무기에 있는 액체의 강한 조명을 위하여 4 개의 녹색 LED(414) 및 4 개의 적색 LED(416)를 포함한다.
도 7에 도시되어 있는 실시예에서, 제어 전자장치(404)는 전류 감지기(410 및/또는 412)에 의하여 감지되는 전류 레벨의 함수로서 지시등(414 및 416)을 동작시킨다. 예를 들어, 제어 전자장치(404)는 감지된 전류 레벨이 임계값 레벨 이상 또는 이하, 또는 특정 범위 내인지의 함수로서 지시등 중 하나 또는 양자 모두를 턴오프(또는, 턴온)할 수 있다. 예를 들어, 지시등(414 및 416)은 제어 전자장치(404)에 의하여 제공되는 공통 접지 또는 별도의 전력 신호에 의하여 동작할 수 있다.
일 실시형태에서, 전지(406)의 감지된 전류 레벨이 각각의 임계값 레벨 이상(소정의 범위 이내)인 경우, 제어 전자장치(404)는 정상(steady) "온" 상태에서 녹색 지시등(414)을 조명하고, 적색 지시등(416)을 턴오프한다. 반대로, 전지(406)의 감지된 전류 레벨이 특정 임계값 레벨 이하인 경우, 제어 전자장치(404)는 정상 "온" 상태에서 적색 지시등(416)을 조명하고, 정상 "오프" 상태에서 녹색 지시등(414)을 조명한다.
펌프(408)에 의하여 끌어당겨진 전류가 소정의 범위 밖에 있는 경우, 제어 전자장치(404)는 온 상태와 오프 상태 사이에서 녹색 지시등(414)을 조절한다. 1.5 암페어와 0.1 암페어 사이와 같은 임의의 적절한 범위가 펌프 전류에 사용될 수 있다. 다른 범위 또한 사용될 수 있다. 추가적인 실시예에서, 전지(406) 및 펌프(408) 모두에서 감지된 전류 레벨이 각각 소정의 범위 내에 있는 경우, 제어 전자장치(404)는 정상 "온" 상태에서 녹색 지시등(414)을 조명하고, 적색 지시등(416)을 턴오프하며, 그렇지 않으면, 적색 지시등(416)을 조명하고, 녹색 지시등(414)을 턴오프한다.
또 다른 실시형태에서, 감지된 전류 레벨이 임계값 레벨 이상인 경우, 하나 이상의 지시등이 정상 "온" 상태에서 동작하며, 전기분해 전지(406)의 감지된 전류 레벨이 임계값 레벨 이하인 경우, 문제를 지시하기 위하여 선택된 빈도로 "온" 상태와 "오프" 상태 사이를 순환한다. 다른 실시형태에서 다수의 임계값 레벨 및 빈도가 사용될 수 있다. 또한, 복수의 별도-제어 지시등이 사용될 수 있으며, 각각은 소정의 범위 내에서의 동작을 지시한다. 다른 방법으로 또는 추가적으로, 제어 전자장치는 예를 들어, 하나 이상의 임계값 또는 범위에 대해 감지된 전류 레벨의 함수로서 하나 이상의 지시등의 조명 레벨을 변경하도록 구성될 수 있다. 추가적인 실시예에서, 별도의 지시등이 전기분해 전지 및 펌프의 동작 상태를 별도로 지시하는데 사용될 수 있다. 다른 구성 또한 사용될 수 있다.
11.2 액체를 통한 조명
이하 상세히 설명하는 바와 같이, 지시등(414 및/또는 416)은, 전기분해 전지(404)에 의하여 처리되기 이전 및/또는 처리 이후의 액체 자체를 조명하기 위하여 분무기와 같은 장치에 위치할 수 있다. 예를 들어, 지시등은 조명되는 경우, 장치의 외부에 있는 관점(viewpoint)에서 액체를 통하여 시각적으로 인식가능한 가시광선 파장 범위 내에서 광속(luminous flux)을 생성한다. 예를 들어, 액체는 적어도 빛의 일부를 산란시킬 수도 있으며, 액체 자체가 조명되는 시각적 인상을 부여한다. 일 실시형태에서, 장치는 보관용기, 루멘(lumen) 또는 액체를 보관하는 다른 구성요소를 포함하며, 조명되는 경우, 지시기(414 및/또는 416)에 의하여 생산되는 빛의 적어도 일부를 투과시키도록 위치하며 적어도 반투명인(translucent) 소재 및/또는 그 일부를 포함한다. 이러한 보관용기, 루멘 또는 다른 구성요소는 장치의 외부로부터 적어도 부분적으로 볼 수 있다.
"적어도 반투명" 이라는 용어는 반투명(translucent, semi-transparent), 완전 투명 및 지시기로부터 조명되는 빛의 적어도 일부를 인간이 인식할 수 있다는 것을 의미하는 임의의 용어를 포함한다.
도 8 내지 도 16은 전기분해 전지 및 적어도 하나의 지시등을 갖는 휴대 분무기(500 및 500')의 예시를 나타내며, 지시기로부터 조명되는 빛의 적어도 일부는 분무기 외부의 관점에서 인간이 인식할 수 있다. 도면에 도시되어 있는 특정 분무기 구성 및 구조는 단지 제한되지 않는 예시로서 제공된다. 도 8 내지 도 16에서 동일한 도면 부호는 동일하거나 유사한 구성요소에 대해 사용되었다.
도 8a를 참조하여, 분무기(500)는 베이스부(base; 502), 목부(504) 및 배럴부 또는 헤드부(506)를 형성하는 하우징(501)을 포함한다. 배럴부(506)의 끝은 노즐(508) 및 드립/스플래쉬 가드(drip/splash guard; 509)를 포함한다. 예를 들어, 드립/스플래쉬 가드(509)는 또한 유틸리티 카트(utility cart)에 분무기(500)를 걸기 위한 편리한 걸이로 작용한다. 이하 상세히 설명하는 바와 같이, 하우징(501)은 스크류(screw)에 의하여서와 같은, 함께 부착되는 실제적으로 대칭적인 좌면 및 우면을 갖는 클렘셀(clamshell) 타입의 구조를 갖는다. 베이스부(502)는 처리되어 노즐(508)을 통하여 분사될 액체를 위한 저장실로 작용하는 보관용기(510)를 수용한다. 보관용기(510)는 보관용기(510)가 액체로 채워지도록 베이스부(502)를 통하여 연장되고 스크류 캡(screw cap)을 갖는 나사 유입구(threaded inlet; 512) 및 목부를 갖는다. 유입구(512)는 캡 밀봉을 받아들이기 위하여 나삿니가 있다.
이러한 실시예에서, 하우징 베이스부의 측벽은 보관용기(510)를 볼 수 있도록 주변을 따라 복수의 개구부 또는 창(520)을 갖는다. 이러한 실시예에서, 개구부(520)는 개구부 내에 하우징 소재 없이 형성된다. 다른 실시예에서, 개구부는 적어도 반투명한 소재에 의하여 형성된다. 도 8b에 도시되어 있는 또 다른 실시예에서, 전체 하우징 또는 그 일부가 적어도 반투명이다.
마찬가지로, 보관용기(510)는 적어도 반투명인 소재로 형성된다. 예를 들어, 보관용기(510)는 투명한 폴리에스테르 소재의 블로우 금형(blow mold)으로 제조될 수 있다. 이하 상세하게 설명하는 바와 같이, 하우징(501)은 또한 도 7에 도시되어 있는 등(414 및 416)에 대응하는 복수의 LED 지시등(594 및 596)을 수반하는 회로 기판을 포함한다. 등은 보관용기(510)의 베이스부 아래 위치하며, 보관용기(510)의 베이스부 외벽을 통하여 보관용기 내에 있는 임의의 액체로 빛을 투과시킨다. 액체는 빛의 적어도 일부를 분산시켜서, 조명되는 액체의 외관을 나타낸다. 이러한 조명은 개구부(520)를 통하여 하우징(501)의 외부에 있는 관점에서 볼 수 있다. 제어 전자장치에 의하여 제어되는 빛의 색상 및/또는 온/오프 조절, 강도 등과 같은 다른 조명 특성은 개구부(510)를 통하여 관측할 수 있고, 사용자에게 분무기의 기능적 상태의 지시를 부여한다. 화살표(522)는 보관용기(510) 내에 있는 액체를 통하여 투과되고, 하우징(501)에 있는 개구부(520)를 통하여 분무기의 외부에서 볼 수 있는 지시등으로부터의 조명을 나타낸다.
예를 들어, 액체는 전기분해 전지 및/또는 펌프가 적절하게 기능하는 것을 지시하기 위하여 녹색 LED로 조명될 수 있다. 따라서, 사용자는 노즐(508)로부터 분사되는 처리된 액체가 보관용기(510)에 보관된 원료 액체와 비교했을 때 향상된 세척 및/또는 살균 특성을 갖는다는 것을 확인할 수 있다. 또한, 보관용기(510) 내의 원료 액체의 조명은 비록 처리되기 전이라도, 액체가 "특별하고" 향상된 특성을 갖는다는 인상을 준다.
유사하게, 전기분해 전지 및/또는 펌프가 적절히 기능하지 않으면, 제어 전자장치는 적색 LED를 조명하여, 원료 액체에 적색 외관을 부여한다. 이는 사용자에게 문제가 존재하고 분사된 액체가 향상된 세척 및/또는 살균 특성을 갖지 못할 수도 있다는 인상을 준다.
도 8a에 도시되어 있는 실시예에서 보관용기(510)를 통하여 조명이 보여질 수 있지만, 지시등은 액체 유입구로부터 분무기 및 노즐(508)까지의 유동 경로의 임의의 부분을 조명하기 위하여 위치할 수 있으며, 전기분해 전지의 임의의 구성요소의 상류 및/또는 하류를 포함한다. 하우징은 이러한 조명이 사용자에 의하여 보여질 수 있도록 임의의 방법으로 변형될 수 있다. 예를 들어, 액체는 전기분해 전지의 출력으로부터 노즐(508)로 연장된 전달 튜브에서 조명될 수 있다. 배럴부(506)는 전달 튜브를 노출시키는 개구부를 포함하도록 변형되거나, 튜브의 일부가 배럴부(506)의 외부를 따라 연장될 수 있다.
도 8b는 도 8a에 도시되어 있는 실시형태에서 창(520)이 없는 분무기(500')의 사시도이다. 이 실시형태에서, 전체 하우징(501) 또는 하우징의 일부는 적어도 반투명이다. 예를 들어, 하우징(501)은 폴리카보네이트로 제조될 수 있다. 동일하거나 유사한 구성요소에 대해 도 8a에서 사용된 것과 동일한 도면 부호가 도 8b에 사용된다. 도 8b에 명시적으로 도시되어 있지는 않지만, 반투명한 하우징의 경우, 분무기(500')의 내부 구성요소는 하우징 외부에 있는 관점에서 하우징(501)을 통하여 볼 수 있다. 예를 들어, 점선으로 도시된 보관용기(510) 및 여기에 보관되는 액체는 하우징(501)을 통하여 볼 수 있다. 이 실시예에서, 분무기의 각 코너에 쌍으로 배열된 점선으로 도시된 4 개의 적색 LED(594) 및 4 개의 녹색 LED(596)가 있다. 따라서, LED(594 및/또는 596)가 조명되는 경우, 액체는 빛의 적어도 일부를 분산시키며, 조명되는 액체의 외관을 부여한다. 이 조명은, 조명이 "창(520)"으로 제한되지 않는 것을 제외하고, 도 8a에 도시되어 있는 것과 동일한 방법으로 하우징(501) 외부의 관점에서 보여질 수 있다.
도 8c는 분무기(500')의 배럴부(506)(또는 헤드부)의 후면의 사시도이며, 배터리 충전기(미도시)의 코드로 연결되는 전기 전력 잭(523)을 나타낸다. 분무기(500')가 재충전할 수 있는 배터리를 수반하는 실시예에서, 이들 배터리는 잭(523)을 통하여 재충전될 수 있다.
도 9 내지 도 16은 도 8b에 도시되어 있는 특정 분무기(500')의 더 상세한 부분을 나타낸다.
도 9a 및 도 9b는 하우징(501)의 좌면(501a)의 사시도이고, 도 9c는 하우징(501)의 우면(501b)의 사시도이다.
좌면(501a) 및 우면(501b)은, 서로 붙어 있는 경우, 분무기의 다양한 구성요소가 있는 복수의 격실(compartment)을 형성한다. 예를 들어, 하우징 베이스부(502)는, 도 8a 및 도 8b에 도시되어 있는, 액체 보관용기(510)가 있는 제1 격실(531), 제어 전자장치를 지원하는 회로 기판이 있는 제2 격실(532), 제어 전자장치에 전력을 공급하는 복수의 배터리가 있는 제3 격실(533)을 포함한다. 배럴부(506)는 전기분해 전지 및 펌프가 있는 격실(534)을 포함한다.
도 10은 하우징(501)의 좌면(501a)에 설치되어 있는 다양한 구성요소를 나타낸다. 보관용기(510)는 격실(531)에 설치되어 있고, 회로 기판(540)은 격실(532)에 설치되어 있으며, 배터리(542)는 격실(533)에 설치되어 있고, 펌프/전지 조립체는 격실(534)에 설치되어 있다. 보관용기(510), 펌프/전지 조립체 및 노즐(508)을 연결하는 다양한 튜브는 도 10에 도시되어 있지 않다.
도 11a 및 도 11b는 보관용기(510)를 더 상세하게 나타낸다. 도 11a는 보관용기(510)의 사시도이고, 도 11b는 하우징(501A)에 설치되어 있는 보관용기(510)의 유입구(512)의 단면의 부분도이다. O형 링(548)은 하우징(501A) 내의 유입구(512)의 목부의 외부 직경 표면을 밀봉한다. 유입구(512)의 나삿니는 유입구 개구부를 밀봉하는 캡(미도시)을 받아들인다. 보관용기(510)는 보관용기(510)로부터 액체를 끌어당기는 튜브(미도시)를 받아들이는 유출구(549)를 더 포함한다. 예를 들어, 튜브는 도 1과 관련하여 설명한 바와 같은 유입구 필터를 포함할 수도 있다.
도 12a는 하우징(501A) 절반부의 배럴부(506)에 설치되어 있는 펌프/전지 조립체의 확대된 부분도이다. 도 12b는 하우징으로부터 제거된 펌프/전지 조립체의 사시도이다. 도 12c는 트리거가 제거된 펌프/전지 조립체의 하부의 사시도이다.
펌프/전지 조립체(544)는 브래킷(554)에 장착된 전기분해 전지(552) 및 펌프(550)를 포함한다. 펌프(550)는 보관용기(510)의 유출구(549)로부터 연장된 튜브(미도시)에 유체적으로 연결된 제1 포트(555) 및 또 다른 튜브(미도시)를 통하여 전기분해 전지(552)의 유입구(556)에 유체적으로 연결된 제2 포트(555)를 갖는다.
전기분해 전지(552)는 노즐(508)에 유체적으로 연결된 유출구(557)를 갖는다. 일 실시예에서, 전기분해 전지(552)는 도 5와 관련하여 설명한 튜브형 전기분해 전지(200)에 대응한다. 그러나, 다른 실시형태에서 임의의 적절한 전기분해 전지가 사용될 수 있으며, 전지는 임의의 형상 및/또는 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 전지는 도 5에 도시된 것과 같은 실린더형이거나, 또는 상당한 평탄한, 평행 판의 전극을 가질 수 있다. O형 링(560)은 하우징(501)의 노즐(508)에 대해 밀봉을 제공한다.
분무기(500')는 트리거(570)를 더 포함하며, 이는 순간 푸쉬-버튼 온/오프 스위치(572)를 작동시킨다. 트리거(570)는 사용자에 의하여 눌려지는 경우 피봇(pivot; 574) 식으로 작동한다. 도 12에 도시되어 있는 스프링(576)은 일반적인 눌림해제 상태에서 트리거(570)를 바이어스(bias)하여, 스위치(572)가 오프 상태에 있게 한다. 스위치(572)는 도 10에 도시되어 있는 회로 기판(540) 상의 제어 전자장치에 연결되는 전기 리드(578)를 갖는다.
도 7에 도시되어 있는 블록도와 관련하여 설명한 바와 같이, 트리거(570)가 눌려진 경우, 스위치(572)는 "온" 상태로 작동하며, 이로써 제어 전자장치에 전력을 공급하고, 펌프(550) 및 전기분해 전지(552)를 가동시킨다. 가동된 경우, 펌프(550)는 보관용기(510)로부터 액체를 끌어당기고, 전기분해 전지(552)를 통하여 액체를 펌핑하며, 결합된 양극 EA액과 음극 EA액을 노즐(508)로 전달한다. 펌프(550) 및/또는 전기분해 전지(552)가 적절하게 기능하는 경우, 제어 전자장치는 또한 회로 기판 또는 분무기(500')의 내부 또는 또 다른 위치에 설치되어 있는 LED로 보관용기(510) 내의 액체를 조명한다.
도 13은 브래킷(554)을 더 상세하게 나타낸다.
도 14a 및 도 14b는 트리거(570)의 사시도이다. 트리거(570)는 트리거의 피봇 포인트를 구분하는 하나 또는 복수의 핀을 받아들이는 한 세트의 개구(580)를 갖는다.
도 15a 및 도 15b는 트리거를 덮는 트리거 부트(584)의 사시도이다. 부트(584)는 트리거(570)를 위한 보호층을 제공하고, 트리거에 대해 하우징(501)의 모서리를 밀봉한다.
도 16a는 더 상세하게 하우징(501A) 절반부의 격실(532 및 533)을 더 상세하게 나타낸다. 도 16b는 격실(532)에 장착된 회로 기판(540) 및 격실(533)에 장착된 배터리(542)를 나타낸다.
또한, 회로 기판(540)은 복수의 LED(594 및 596)를 포함한다. 이 실시예에서, LED는 회로 기판(540)의 상부 표면에 위치하며, LED로부터 방출되는 빛은 보관용기의 베이스부를 통하여 보관용기(510) 내의 액체를 조명한다. 다른 구성배치 또한 사용될 수 있다. 예를 들어, LED는 상이한 동작 상태 또는 특징을 지시하기 위하여 상술한 바와 같이 상이한 색상을 가지고 별도로 제어될 수 있다.
12. 다른 장치에서의 액체를 통한 조명
전기분해 전지 또는 지시등(들)의 경우와 같이, 여기에서 설명하는 특징 및 방법은 분무기, 이동식 표면 세척기 및/또는 독립형 또는 벽걸이형 전기분해 플랫폼과 같은 다양하고 상이한 장치에 사용될 수 있다. 예를 들어, 이들은 이동식 하드 바닥 표면 세척기, 이동식 소프트 바닥 표면 세척기, 또는 하드 바닥 및 소프트 바닥 또는 다른 표면에 적용될 수 있는 이동식 표면 세척기와 같은 이동식 표면 세척기상에(또는 외부에(off-board)) 구현될 수 있다.
필드(Field) 등의 미국 공개공보 제2007/0186368호는, 표면을 일주하도록 구성된 이동식 몸체를 갖는 이동식 표면 세척기와 같은 여기에서 설명하는 특징 및 방법이 사용될 수 있는 다양한 장치가 개시되어 있다. 이동식 몸체는 수도물과 같은 세척액을 보관하는 탱크, 액체 분사기 및 탱크로부터 액체 분사기로의 유동 경로를 갖는다. 전기분해 전지는 유동 경로에 연결되어 있다. 전기분해 전지는 이온 교환막에 의하여 분리된 양극 챔버 및 음극 챔버를 가지며, 기능 생성기를 통과한 수도물을 전기화학적으로 활성화한다.
기능 생성기는 수도물을 양극 EA액 및 음극 EA액으로 변환한다. 예를 들어, 양극 EA액 및 음극 EA액은 세척 및/또는 살균될 표면에 별도로 인가되거나, 장치상에서 결합되어 결합된 양극 EA액과 음극 EA액을 형성하여 세척 헤드를 통하여 함께 분사될 수 있다.
필드(Field) 등의 미국 공개공보 제2007/0186368호는 또한 여기에 개시되어 있는 다양한 구조적 구성요소 및 프로세스가 별도로 또는 함께 이용될 수 있는 다른 구조를 개시하고 있다. 예를 들어, 양극 EA액과 음극 EA액을 생성하는 벽걸이형 플랫폼이 개시되어 있다.
임의의 이들 장치는 전기분해 전지의 기능적 동작 상태 또는 동작 특징의 시각적 지시를 제공하도록 구성될 수 있으며, 여기서 지시기의 조명은 장치 외부에 있는 관점에서 액체를 통하여 볼 수 있다. 지시등은 관찰자의 직접 시선(direct line of sight) 상에 있을 필요는 없고, 시선 밖에 있을 수도 있다. 예를 들어, 조명은 액체를 통하는 것과 같은 빛의 분산 및/또는 산란으로 인하여 볼 수 있다.
일 실시예에서, 벽걸이 플랫폼은 전기분해 전지 및 플랫폼의 유입구로부터 전기분해 전지를 통하여 플랫폼의 유출구로의 액체 유동 경로를 지원한다. 유동 경로의 적어도 일부분은 적어도 반투명이고, 플랫폼의 외부에서 볼 수 있다. 플랫폼은, 플랫폼의 저장실 및/또는 튜브를 따르는 것과 같은 유동 경로의 적어도 일부를 따라 액체를 조명하는, 도 7에 도시된 것과 같은 지시등을 더 포함한다.
13. 이동식 표면 세척기
전기분해 전지의 경우와 같이, 여기에서 설명하는 특징 및 방법은 분무기, 이동식 표면 세척기 및/또는 독립형 또는 벽걸이형 전기분해 플랫폼과 같은 다양하고 상이한 응용분야에 사용될 수 있다. 예를 들어, 이들은 이동식 하드 바닥 표면 세척기, 이동식 소프트 바닥 표면 세척기, 또는 하드 바닥 및 소프트 바닥 또는 다른 표면에 적용될 수 있는 이동식 표면 세척기와 같은 이동 세척기상에(또는 외부에) 구현될 수 있다.
필드(Field) 등의 미국 공개공보 제2007/0186368호는, 표면을 일주하도록 구성된 이동식 몸체를 갖는 이동식 표면 세척기와 같은 여기에서 설명하는 특징 및 방법이 사용될 수 있는 다양한 장치가 개시되어 있다. 이동식 몸체는 수도물과 같은 세척액을 보관하는 탱크, 액체 분사기 및 탱크로부터 액체 분사기로의 유동 경로를 갖는다. 전기분해 전지는 유동 경로에 연결되어 있다. 전기분해 전지는 이온 교환막에 의하여 분리된 양극 챔버 및 음극 챔버를 가지며, 기능 생성기를 통과한 수도물을 전기화학적으로 활성화한다.
기능 생성기는 수도물을 양극 EA액 및 음극 EA액으로 변환한다. 예를 들어, 양극 EA액 및 음극 EA액은 세척 및/또는 살균될 표면에 별도로 인가되거나, 장치상에서 결합되어, 결합된 양극 EA액과 음극 EA액을 형성하여 세척 헤드를 통하여 함께 분사될 수 있다.
도 17은 상술한 특징 및/또는 방법 중 하나 이상이 구현될 수 있고, 필드(Field) 등의 미국 공개공보 제2007/0186368호에 개시되어 있는 이동식 하드 및/또는 소프트 표면 세척기(700)의 일 실시예를 나타낸다. 도 17은 개방 위치에서 그 뚜껑을 갖는 세척기(700)의 사시도이다.
이 실시예에서, 세척기(700)는 콘크리트, 타일, 비닐, 테라초(terrazzo) 등과 같은 하드 바닥 표면에 사용되는 후방-보행식(walk-behind) 세척기이고, 다른 실시예에서, 세척기(700)는 여기에서 설명한 바와 같은 세척 및/또는 살균 동작을 수행하는 탑승식(ride-on), 부착식(attachable), 견인식(towed-behind) 세척기로서 구성될 수 있다. 추가적인 실시예에서, 세척기(700)는 카펫과 같은 소프트 바닥, 또는 추가적인 실시형태에서 하드 바닥과 소프트 바닥 모두를 세척하는데 적용될 수 있다. 세척기(700)는 배터리와 같은 내부(on-board) 전원 또는 전기 코드를 통하여 전력을 공급받는 전기 모터를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 다른 방법으로 내부 연소 기관 시스템이 독립적으로 또는 전기 모터와 결합하여 사용될 수 있다.
세척기(700)는 일반적으로 베이스부(702) 및 뚜껑(704)을 포함하며, 뚜껑(704)은 힌지(미도시)에 의하여 베이스부(702)의 일면을 따라 부착되어 있으며, 베이스(702)의 내부로의 접근을 제공하기 위하여 위로 열린다. 베이스부(702)는 세척/살균 동작 동안에 처리되어 바닥 표면에 인가되는 보통의 수도물과 같은 주요한 세척 및/또는 살균 액체 성분 또는 액체를 포함하는 탱크를 포함한다. 예를 들어, 다른 방법으로, 액체는 탱크(706)에 보관되기 전에 세척기 내부 또는 외부에서 처리될 수 있다. 또한, 세척기(700)는 액체가 세척될 바닥에 인가되기 전에 액체를 처리하는 전기분해 전지(708)를 포함한다. 예를 들어, 처리된 액체는 직접 및/또는 세척 헤드를 통하여 바닥으로 인가될 수 있다. 바닥으로 인가되는 처리된 액체는 양극 EA액 스트림, 음극 EA액 스트림, 양극 EA액 스트림과 음극 EA액 스트림 모두 및/또는 결합된 양극 및 음극 EA액 스트림을 포함할 수 있다. 전지(408)는 이온 교환막을 포함할 수 있으며, 이온 교환막 없이 구성될 수 있다.
필드(Field) 등의 미국 공개공보 제2007/0186368호는 또한 여기에 개시되어 있는 다양한 구조적 구성요소 및 프로세스가 별도로 또는 함께 활용될 수 있는 다른 구조를 개시하고 있다. 예를 들어, 양극 및 음극 EA액을 생성하는 벽걸이형 플랫폼이 개시되어 있다. 예를 들어, 이 플랫폼은 여기에서 설명한 바와 같은 제어 전압 패턴으로 제어될 수 있다.
14. 벽걸이형 플랫폼
예를 들어, 도 18은 예시적인 실시형태에 따라 플랫폼(802)에 장착되어 있는 세척액 생성기(800)의 간략화된 블록도를 나타낸다. 플랫폼(802)은 휴대되거나, 작동자 또는 차량에 의하여 이동되거나, 세척 또는 유지 트롤리(trolley), 봉걸레 양동이(mop bucket)와 같은 다른 디바이스에 부착되어 있거나, 인간에 의하여 이동되는, 바닥, 벽, 벤치, 또는 다른 표면상의 시설에 장착되거나 위치하도록 구성될 수 있다. 특정 실시형태에서, 플랫폼(802)은 봉걸레 양동이, 이동식 세척 기계 등과 같은 세척 및/또는 살균액을 갖는 세척 디바이스를 적재한 시설의 벽에 장착된다.
플랫폼(802)은 수도물과 같은 액체를 공급원으로부터 받아들이는 유입구(803)를 포함한다. 예를 들어, 다른 방법으로, 플랫폼(802)은 처리될 액체의 공급을 유지하는 탱크를 포함할 수 있다. 플랫폼(802)은 상술한 바와 같이 하나 이상의 전기분해 전지(804) 및 제어 회로(806)를 포함한다. 전기분해 전지(804)는 여기에서 설명한 임의의 구조 또는 다른 적절한 구조를 가질 수 있다. 플랫폼(802)은 또한 여기에 개시되어 있는 것으로 제한되지 않고 임의의 다른 디바이스 또는 구성요소를 포함할 수 있다.
전기분해 전지(804)의 출력으로부터의 하나 또는 복수의 경로는 양극 EA액과 음극 EA액을 별도로 분사하거나, 혼합된 양극 및 음극 EA액을 유출구(808)를 통하여 분사하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 사용되지 않은 양극액 또는 음극액은 플랫폼(802) 상의 폐기물 탱크 또는 배수구로 향할 수 있다. 양극 EA액과 음극 EA액 모두가 유출구(808)를 통하여 분사되는 실시형태에서, 유출구는 별도의 양극액 포트 및 음극액 포트 및/또는 결합 포트를 가질 수 있으며, 예를 들어, 상술한 바와 같이 양극액과 음극액의 혼합액을 전달한다. 또한, 여기에 있는 임의의 실시형태는 전기분해 전지에 의하여 생산된 양극액 및/또는 음극액을 보관하는 하나 이상의 저장 탱크를 포함할 수 있다.
특정 실시형태에서, 전기분해 전지(804)는 적어도 하나의 이온 선택막에 의하여 분리되는 적어도 하나의 양극 및 적어도 하나의 음극을 포함하며, 하나 이상의 양극 챔버와 음극 챔버를 형성한다. 예를 들어, 유출구(808)는 별도의 양극액 포트와 음극액 포트를 가지며, 임의의 유동 밸빙 없이 양극 챔버 및 음극 챔버에 각각 유체적으로 연결되어 있다. 제어 회로(806)는 도 6과 관련하여 상술한 전압 패턴으로 양극 및 음극을 가동시키며, 각각의 양극액 포트는 상당히 일정한 양극 EA액 출력을 공급하고, 각각의 음극액 포트는 상당히 일정한 음극 EA액 출력을 공급한다. 상당히 일정하고, 상대적으로 양의 전압이 양극에 인가되고, 상당히 일정하고, 상대적으로 음의 전압이 음극에 인가된다. 주기적으로, 각각의 전압이 상대적 반대 극성으로 잠시 펄스화되어 스케일 침전물을 제거한다.
양극의 개수가 음극의 개수와 상이하면, 예를 들어 비율이 3:2이거나, 또는 양극의 표면 영역이 음극의 표면 영역과 상이하면, 인가된 전압 패턴은 상기 방법으로 양극액 또는 음극액 중 어느 하나의 양을 더 많이 생산하는데 사용될 수 있으며, 생산된 액체의 세척 또는 살균 특성을 강조할 수 있다. 다른 비율 또한 사용될 수 있다. 플랫폼(802)은 필요에 따라 스위치 상태에 따라 더 많은 양의 양극액 또는 음극액을 생산하기 위하여, 각각의 전극에 인가된 전압 패턴을 선택적으로 반전시키는 제어 회로를 동작시키는 스위치 또는 다른 사용자 입력 디바이스(810)를 더 포함할 수 있다.
15. 전 표면 세척기
도 19는 미국 특허 제6,425,958호에 상세하게 설명되어 있는 전 표면 세척 조립체(980)의 사시도이다. 세척 조립체(980)는 예를 들어, 도 1과 관련하여 설명하거나 도시한 것 또는 여기에 개시되어 있는 임의의 다른 실시형태로 제한되지 않는 것과 같은, 여기에 개시되어 있는 전극 및 제어 회로를 갖는 하나 이상의 전기분해 전지를 갖는 액체 분배 경로를 포함하도록 변형된다.
세척 조립체(980)는 예를 들어, 하나 이상의 다음의 액체 즉, 양극 EA 물, 음극 EA 물, 혼합된 양극 및 음극 EA 물 또는 다른 전기적으로 대전된 액체를 세척될 바닥으로 전달하거나 세척된 바닥으로부터 선택적으로 회수하도록 구성된다. 예를 들어, 물에 추가하는 액체 또는 물 이외의 액체가 사용될 수 있다.
예를 들어, 세척 조립체(980)는 화장실 또는 적어도 하나의 하드 표면을 갖는 임의의 다른 공간의 하드 표면을 세척하는데 사용될 수 있다. 세척 조립체(980)는 미국 특허공보 제6,425,958호에 개시되어 있는 바와 같은, 세척 디바이스 및 표면을 세척하는 세척 디바이스와 함께 사용되는 부대용품을 포함한다. 세척 조립체(980)는 하우징(981), 핸들(982), 휠(983), 배관 호스(984) 및 다양한 부대용품을 포함한다. 부대용품은 끼워진 연장 핸들(986)을 갖는 바닥 브러쉬(985), 2 피스(piece) 더블 밴드 막대의 제1 피스(987) 및 제2 피스(988) 및 도 19에 도시되어 있지 않은 다양한 추가 부대용품을 포함하며, 여기에는 진공 호스, 블로워(blower) 호스, 스프레이기 호스, 블로워 호스 노즐, 스프레이 건, 스퀴지(squeegee) 바닥 도구 부착물, 굴퍼(gulper) 도구 및 탱크 필(tank fill) 호스(조립체(980) 상의 포트에 연결될 수 있는)가 포함된다. 조립체는 탱크 또는 착탈식 액체 보관용기 및 회수 탱크 또는 착탈식 회수 액체 보관용기를 수반하는 하우징을 갖는다. 세척 조립체(980)는 스프레이기 호스를 통하여 표면상에 세척액을 분사함으로써 표면을 세척하는데 사용된다. 블로워 호스는 표면을 건조시키고, 소정의 방향으로 표면상의 액체를 증발시키는데 사용된다. 진공 호스는 액체를 표면으로부터 흡입하고 세척 디바이스(980) 내의 회수 탱크로 흡입하여 표면을 세척하는데 사용된다. 진공 호스, 블로워 호스, 스프레이기 호스 및 세척 조립체(980)와 함께 사용되는 다른 부대용품은 용이한 이동을 위하여 세척 디바이스(980)와 함께 수반된다.
또한, 도 8 내지 도 16에 도시되어 있는 실시형태와 유사하게, 도 17 내지 도 19에 도시되어 있거나 설명한 임의의 장치는, 전기분해 전지(404)에 의한 처리 전 또는 처리 후의 액체 자체를 조명하기 위하여 장치상에 위치하는 하나 이상의 지시등(414 및/또는 416)(도 7에 도시)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 지시등은 조명되는 경우, 장치 외부에 있는 관점에서 액체를 통하여 시각적으로 인식할 수 있는 가시광선 파장 범위에 있는 광속을 생성한다. 예를 들어, 액체는 빛의 적어도 일부를 분산시키고, 액체 자체가 조명되는 시각적 인상을 준다. 일 실시형태에서, 장치는 보관용기, 루멘 또는 액체를 보관하는 다른 구성요소를 포함하며, 조명되는 경우, 지시기(414 및/또는 416)에 의하여 생산되는 빛의 적어도 일부를 투과시키도록 위치한 적어도 반투명의 소재 및/또는 그 일부를 포함한다. 이 보관용기, 루멘, 또는 다른 구성요소는 장치 외부에서 적어도 부분적으로 볼 수 있다.
16. 도 8 내지 도 16에 도시되어 있는 분무기용 제어 회로
도 20은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 도 8 내지 도 16에 도시되어 있는 휴대 분무기(500 및 500') 내의 다양한 구성요소를 제어하는 제어 회로를 나타내는 블록도이다. 제어 회로의 중요한 구성요소는 마이크로제어기(1000), DC-DC 변환기(1004) 및 출력 구동기 회로(1006)를 포함한다.
다양한 구성요소에 대한 전력은 예를 들어, 도 16b에 도시된 바와 같은 분무기에 수반되는 배터리 팩(542)에 의하여 공급된다. 특정 실시예에서, 배터리 팩(542)은 10 개의 니켈-금속 수소 배터리를 포함하며, 각각은 약 1.2 볼트의 명목 출력 전압을 갖는다. 배터리가 직렬 연결되어 있으므로, 명목 출력 전압은 약 1800 밀리암페어-시간의 용량을 갖는 10 볼트 내지 12.5 볼트이다. 예를 들어, 도 8a 및 도 8b에 도시된 핸드 트리거(570, 572)는 배터리 팩(542)으로부터 전압 조절기(1003) 및 DC-DC 변환기(1004)로 12 볼트 출력 전압을 인가한다. 페어차일드 세미콘덕터 코포레이션(Fairchild Semiconductor Corporation)의 LM7805 조절기와 같은 임의의 적절한 전압 조절기가 사용될 수 있다. 특정 실시예에서, 전압 조절기(1003)는 제어 회로 내의 다양한 전기 구성요소에 전력을 공급하는 5 볼트 출력 전압을 제공한다.
DC-DC 변환기(1004)는 전기분해 전지(552)의 전극을 통하여 인가되는 출력 전압을 생성한다. 변환기는 마이크로제어기에 의하여 제어되며, 전기분해 전지를 통하여 원하는 전류 끌어당김을 얻기 위하여 구동 전압을 단계적으로 상승시키거나 하강시킨다. 특정 실시예에서, 변환기(1004)는 8 볼트 내지 28 볼트 이상의 범위에서 전압을 단계적으로 상승시키거나 하강시켜서, 전기분해 전지(552)를 통하여 약 400 밀리암페어의 전류 끌어당김을 얻을 수 있으며, 펌프(550)는 보관용기(510)로부터 전지(552)를 통하여 노즐(508) 밖으로 물을 펌핑한다(도 8a 및 도 8b). 요구되는 전압은 전지의 전극들 사이의 물의 전도성에 따라 부분적으로 다르다.
특정 실시예에서, DC-DC 변환기(1004)는 미국 뉴욕주 필햄 소재 피코 일렉트로닉스 인코포레이션(PICO Electronics, Inc.)의 A/SM 시리즈 표면 장착 변환기를 포함한다. 다른 실시예에서, 부스트 분야에 관련된, 미국 애리조나주 피닉스 소재 온 세미컨덕터(ON Semiconductor)의 NCP3064 1.5A Step-Up/Down/Inverting Switching 조절기를 포함한다. 다른 실시형태에서 다른 회로가 사용될 수 있다.
출력 구동기 회로(1006)는 마이크로제어기(1000)에 의하여 생성되는 제어 신호의 함수로서 전기분해 전지(552)로 인가된 구동 전압의 극성을 선택적으로 반전시킨다. 예를 들어, 마이크로제어기(1000)는 도 6과 관련하여 설명 및/또는 도시되어 있는 것과 같은 소정의 패턴으로 극성을 변경하도록 구성될 수 있다. 출력 구동기(1006)는 또한 펌프(550)에 출력 전압을 제공할 수 있다. 예를 들어, 다른 방법으로, 펌프(550)는 트리거 스위치(570, 572)의 출력으로부터 직접 출력 전압을 받아들일 수 있다.
특정 실시예에서, 출력 구동기 회로(1006)는 미국 텍사스주 달라스 소재의 텍사스 인스트루먼츠 코포레이션(Texas Instruments corporation)의 이용가능한 DRV 8800 풀 브릿지 모터 구동기 회로를 포함한다. 다른 실시형태에서 다른 회로들이 사용될 수 있다. 구동기 회로(1006)는 마이크로제어기에 의하여 제어되는 전압 패턴에 따라 전기분해 전지(552)에 출력 전압을 구동하는 H-스위치를 갖는다. H-스위치는 전지(552)에 의하여 끌어당겨진 전류를 감지하기 위하여 마이크로제어기에 의하여 사용될 수 있는 전류 감지 출력을 갖는다. 감지 저항( RSENSE)은 감지된 전류를 나타내고 피드백 전압으로서 마이크로제어기(1000)로 인가되는 전압을 발생(develop)한다. 마이크로제어기(1000)는 피드백 전압을 모니터링하고, 원하는 전류 끌어당김을 유지하기 위하여 변환기(1004)를 제어하여 적절한 구동 전압을 출력한다.
마이크로제어기(1000)는 또한 피드백 전압을 모니터링하여, 전기분해 전지(552) 및 펌프(550)가 적절하게 동작하고 있는지를 확인한다. 상술한 바와 같이, 마이크로제어기(1000)는 출력 구동기 회로(1006)에 의하여 감지된 전류 레벨의 함수로서 LED(594 및 596)를 동작시킬 수 있다. 예를 들어, 마이크로제어기(1000)는 감지된 전류 레벨이 임계값 레벨 이상 또는 이하 또는 일정 범위 내인지의 함수로서 LED(594 및 596) 중 한 세트 또는 양 세트 모두를 턴오프(또한, 선택적으로 턴온)할 수 있다.
특정 실시형태에서, 마이크로제어기(1000)는 미국 미네소타주 시프 리버 펄스 소재의 디지-키 코포레이션(Digi-Key Corporation)의 이용가능한 MC9S08SH4CTG-ND Microcontroller와 같은 마이크로제어기를 포함한다.
도 20에 도시되어 있는 실시예에서, 회로의 조명 제어부는 출력 저항(R1 및 R2) 및 풀-업(pull-up) 저항(R3), 적색 LED 다이오드(D1 내지 D4) 및 풀-다운 트랜지스터(Q1)에 의하여 형성되는 제1 "적색" LED 제어 레그(leg)를 포함한다. 마이크로제어기(1000)는 제1 제어 출력을 가지며, 이는 트랜지스터(Q1)를 턴온 및 턴오프함으로써 적색 LED(D1 내지 D4)를 선택적으로 턴온 및 턴오프한다. 회로의 조명 제어부는 풀-업 저항(R4), 녹색 LED 다이오드(D5 내지 D8) 및 풀-다운 트랜지스터(Q2)에 의하여 형성되는 제2 "녹색" LED 제어 레그(leg)를 더 포함한다. 마이크로제어기(1000)는 제2 제어 출력을 가지며, 이는 트랜지스터(Q2)를 턴온 및 턴오프함으로써 녹색 LED(D5 내지 D8)을 선택적으로 턴온 및 턴오프한다.
제어 회로는 제어 헤더(header)(1002)를 더 포함하며, 이는 마이크로제어기(1000)의 재프로그램 가능한 출력을 제공한다.
특정 실시예에서, 구성요소(1000, 1002, 1003, 1004, 1006, R1-R4, D1- D8 및 Q1-Q2)는 도 16에 도시되어 있는 회로 기판(540) 상에 있다.
또한, 도 20에 도시되어 있는 제어 회로는 도 8c에 도시되어 있는 전력 잭(523)을 통하여 수신된 에너지로 배터리 팩(542) 내의 배터리를 충전하는 충전 회로(미도시)를 포함한다.
여기에 도시되어 있는 하나 이상의 제어 기능은 하드웨어, 소프트웨어, 펌웨어 등 또는 이들의 조합에 의하여 구현될 수 있다. 이러한 소프트웨어, 펌웨어 등은 메모리 디바이스와 같은 컴퓨터-판독가능 매체에 저장된다. 디스크 드라이브, 솔리드 스테이트 드라이브, 플래시 메모리, RAM, ROM, 집적 회로 상의 저항 세트와 같은 임의의 컴퓨터-판독가능 메모리 디바이스가 사용될 수 있다.
본 발명은 하나 이상의 실시형태와 관련하여 설명되어 있지만, 당업자는 본 발명의 사상 및 범위 및/또는 첨부한 청구항에서 벗어나지 않고 형태 및 상세부분을 변경할 수도 있다는 것을 인식할 것이다.
Claims (20)
- 액체 저장실;
액체 유출구;
상기 액체 저장실과 액체 유출구 사이에 유체적으로 연결되어 있는 전기분해 전지;
전압 출력을 가지는 전원; 및
상기 전압 출력과 전기분해 전지 사이에 연결되어 있고, 전기분해 전지를 가동시키기 위하여 전원의 전압 출력보다 더 큰 단계적 상승 전압을 제공하는 DC-DC 변환기를 포함하는, 휴대 분무기. - 제1항에 있어서, 상기 전원의 전압 출력이 10 볼트 내지 12.5 볼트의 범위를 갖고, 단계적 상승 전압은 적어도 24 볼트인 휴대 분무기.
- 제1항에 있어서, 상기 전원은 적어도 하나의 배터리를 포함하는 휴대 분무기.
- 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 배터리는 적어도 하나의 재충전용 배터리를 포함하는 휴대 분무기.
- 제1항에 있어서, 제어기를 더 포함하며, 상기 제어기는 단계적 상승 전압이 전기분해 전지를 통하여 끌어당겨진 감지 전류의 함수로서 변하는 레벨을 갖도록 DC-DC 변환기를 제어하는 것을 특징으로 하는 휴대 분무기.
- 제5항에 있어서, 상기 제어기는 전기분해 전지에 의하여 끌어당겨진 전류를 소정의 범위 내로 유지하기 위하여 단계적 상승 전압을 제어하도록 구성되는 휴대 분무기.
- 제1항에 있어서, 펌프를 더 포함하고, 상기 펌프는 액체 저장실로부터 전기분해 전지를 통하여 액체 유출구로 액체를 펌핑하도록 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 휴대 분무기.
- 제1항에 있어서, 상기 전기분해 전지는 양극과 음극 사이에 위치하고 양극 챔버와 음극 챔버 각각을 구분하는 이온 선택막을 포함하는 휴대 분무기.
- 제8항에 있어서, 상기 전기분해 전지로부터 액체 유출구로의 유동 경로를 더 포함하며, 상기 유동 경로는 양극 챔버로부터 생산되는 양극액의 유동과 음극 챔버로부터 생산되는 음극액의 유동을 결합하여, 액체 유출구에 의하여 분사되는 혼합된 양극액과 음극액을 형성하는 것을 특징으로 하는 휴대 분무기.
- 제9항에 있어서, 상기 유동 경로는 양극액과 음극액이 전기분해 전지에 의하여 생산되는 3 초의 시간 내에 액체 유출구로부터 혼합된 양극액과 음극액을 분사하도록 구성되는 휴대 분무기.
- 제8항에 있어서, 상기 전기분해 전지로부터 액체 유출구로의 유동 경로를 더 포함하며, 상기 유동 경로는 스프레이 출력을 통하여 양극 챔버로부터 생산되는 양극액의 유동과 음극 챔버로부터 생산되는 음극액의 유동을 별도로 분사하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대 분무기.
- 휴대 분무기의 저장실 내에 원료 액체를 이동시키는 단계;
분무기에 수반되는 전원으로부터 전원 전압을 생산하는 단계;
분무기에 수반되는 DC-DC 변환기를 통하여, 상기 전원 전압보다 더 큰 가동 전압까지 전원 전압을 단계적으로 상승시키는 단계;
분무기에 수반되는 전기분해 전지를 통하여 원료 액체를 통과시키는 단계;
상기 전기분해 전지를 통과한 원료 액체를 전기화학적으로 활성화하기 위하여, 전기분해 전지의 전극에 상기 가동 전압을 인가하는 단계;
상기 전기화학적으로 활성화된 원료 액체를 분무기로부터 분사하는 단계를 포함하는 방법. - 제12항에 있어서, 상기 전원 전압이 10 볼트 내지 12.5 볼트의 범위를 갖고, 가동 전압은 적어도 24 볼트인 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 전원은 적어도 하나의 배터리를 포함하는 방법.
- 제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 배터리는 적어도 하나의 재충전용 배터리를 포함하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 가동 전압이 전기분해 전지를 통하여 끌어당겨진 감지 전류의 함수로서 변하는 레벨을 갖도록 하는, DC-DC 변환기를 제어기에 의하여 제어하는 단계를 더 포함하는 방법.
- 제16항에 있어서, 상기 제어기는 전기분해 전지에 의하여 끌어당겨진 전류를 소정의 범위 내로 유지하기 위하여 가동 전압을 제어하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 분사하는 단계는, 전원에 의하여 액체 저장실로부터 전기분해 전지를 통하여 노즐 밖으로 원료 액체를 펌핑하는, 분무기에 수반된 펌프를 가동시키는 단계를 포함하는 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 전기분해 전지를 통하여 원료 액체를 통과시키는 단계는, 적어도 하나의 음극과 적어도 하나의 양극 사이에 위치하는 적어도 하나의 이온 교환막으로 원료 액체를 적어도 2 개의 부분으로 분리를 유지하는 단계를 포함하는 방법.
- 제19항에 있어서, 분무기로부터 분사되는 혼합된 양극액과 음극액을 형성하기 위하여 전기분해 전지의 양극 챔버로부터 생산되는 양극액의 유동과 전기분해 전지의 음극 챔버로부터 생산되는 음극액의 유동을 결합하는 단계를 더 포함하는 방법.
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