(19) 대한민국특허청(KR) (12) 등록특허공보(B1) (51) 국제특허분류(Int. Cl.) C02F 1/461 (2006.01) C02F 1/68 (2006.01) B01D 35/00 (2006.01) (21) 출원번호 10-2011-0078459 (22) 출원일자 2011년08월08일 심사청구일자 (56) 선행기술조사문헌 KR100985918 B1* KR1020050067021 A* KR1020090096326 A KR101049014 B1 2011년08월08일 *는 심사관에 의하여 인용된 문헌 (45) 공고일자 2012년03월13일 (11) 등록번호 10-1120942 (24) 등록일자 2012년02월21일 (73) 특허권자 주식회사 선도 경기도 광주시 곤지암읍 열미리 510-6, 542-77 (72) 발명자 지은상 경기도 광주시 실촌읍 열미리 510-6 지세영 서울특별시 강동구 성내동 419-1 둔촌역청구아파 트 102-806 (74) 대리인 조철현 전체 청구항 수 : 총 4 항 심사관 : 이경열 (54) 발명의 명칭 기능성을 가진 수소수 제조장치 (57) 요 약 본 발명은 언제 어디서나 자연수, 수돗물이나 지하수를 정수과정을 거치거나 직접 전기분해를 실시하여 수인성 전염균을 포함한 각종 미생물을 제거는 물론 원수에 용해된 염소 이온등이 전기분해에 의해 잔류염소나 차아염 소산이온 그리고 총트리할로메탄 등 생성을 제거 더 나아가서는 종전의 전기분해시 전극 판이나 봉 표면 스케일 피막문제로 일정한 전도성에 지장이 있었으나 이를 해결하고 용존수소가 풍부한 물을 공급이 가능하도록 휴대가 가능한 수소수 제조장치이다. 대 표 도 - 도1-1 -
특허청구의 범위 청구항 1 기능성을 가진 수소수 제조장치에 있어서, 원수를 보관하는 냉 온수 저장용기; 상기 냉 온수 저장용기의 내부 바닥에 설치하고 전류가 흐르는 동일한 면적을 가진 한 쌍의 전극으로 구성된 전기분해기; 상기 두 개의 전극봉이나 전극판에 연결하여 전극봉이나 전극판에 스케일 물질이 발생하지 않는 시간 내를 주기 로 양극과 음극의 교류전류가 교차하여 공급하는 전원공급기; 및 상기 전기분해기에 의해 수소가 발생한 수소수 내 잔류염소 및 차아염소산이온과 총트리할로메탄등의 제거를 위 한 환원성블록필터; 및 환원성블록필터는 비타민C, 아스콜빈산나트륨, 활성백토, 장석, 제오라이트, 아파타이트 및 벤토나이트를 혼합 하여 200~700 로 가열 소성판을 형성하는 것으로 하고, 상기 냉 온수 저장용기에 공급되는 전원 용기하부 내부에 충전이 가능한 밧데리를 삽입하여 이동성이 자유롭게 하여 야외 생활 등 어느 곳에서도 사용이 가능토록하고, 용기의 재질은 플라스틱이나 유리 원통형으로 이루어지 는 것을 특징으로 하는 수소수 제조장치. 청구항 2 제 1 항에 있어서, 상기 냉 온수 저장용기의 외부 또는 냉 온수 저장용기의 내부 상측에 설치되어 원수에 함유된 부유성 물질을 제거 및 탈착시키기 위한 스크린; 상기 스크린의 하측에 설치되어 상기 스크린을 통과한 원수에 함유된 이취, 탁도, 부유물질, 잔류염소 및 휘발 성물질을 흡착 제거하기 위한 섬유상활성탄여과기; 및 상기 섬유상활성탄여과기 하측에 설치되어 상기 섬유상활성탄여과기를 거친 원수에 함유된 미생물, 미립자, 콜 로이드 및 유기성물질을 제거하여 상기 전기분해기로 원수를 전송하기 위하여 공경이 0.1μm이상인 역세가 가능 한 정밀여과기 또는 공경이 0.01μm 이상인 한외여과기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소수 제조장치. 청구항 3 제 1 항에 있어서, 상기 전기분해기에서 한 쌍의 전극의 형태는 판, 봉, 사각, 원형, 삼각, 육각 또는 에이치(H)로 이루어지는 것 을 특징으로 하는 수소수 제조장치. 청구항 4 제 2 항에 있어서, 상기 섬유상활성탄여과기와 상기 정밀여과기 또는 한외여과기사이에 원수내에 함유된 음이온을 제거하는 음이온 교환제거장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소수 제조장치. 청구항 5 삭제 명 세 서 기 술 분 야 - 2 -
[0001] [0002] 본 발명은 기능성을 가진 수소수 제조 장치에 관한 것으로서, 상세하게는 원수를 직접 또는 전처리 과정을 통과한 물을 냉 온 저장용기에 흘러 보낸 다음 냉 온 저장용기 내부 바닥에 전기분해를 위한 두 개의 전극을 설치한 후 상기 두 전극에 대하여 교류전원을 공급하여 설치한 전 극에 스케일이 발생하지 않고, 잔류염소 및 차아염소산이온 그리고 총트리할로메탄의 생성을 제거하는 전기분해 를 통한 수소수를 간단하게 생성하는 제조 장치에 관한 것이다. [0003] [0004] [0005] [0006] [0007] [0008] [0009] [0010] [0011] [0012] [0013] [0014] [0015] 배 경 기 술 인류는 인간의 풍요로운 물자의 확보를 위해 농업이나 축산업 등에 있어서 많은 화학성분인 비료와 대량의 축 산을 위한 여러 소독약 등의 사용과 끊임없는 산업의 고도화 발전으로 자연훼손, 지구의 온난화로 자연환경의 역습과 재앙으로 불안감이 증폭되어 가고 있고, 환경오염에 따른 아토피 등의 생활습관병 등이 증가되고 있는 실정이다. 그러한 산업화의 결과로 사람에게 기본적으로 필요한 물에 대한 오염도 점점 증가하여 최근에는 삶의 질 향상과 건강수명연장을 위하여 보다 안전한 물, 깨끗한 물의 요구에서 건강을 살리는 물의 요구에 이르고 있다. 우리가 마시는 물이 각종 미생물로부터 안전성확보와 수돗물에 함유된 유기물과 소독약제로 인한 발암성 물질 생성억제가 가장 시급한 당면문제이며, 안전한 우리 식탁의 농산물은 이제 노지재배에서 수경재배 방식으로 의 료용 물 또한 기능성을 요구하고 있다. 활성 수소는 "H"로 표시 하며 원자 상태의 수소를 말한다. 일반적으로 우리가 말하는 수소라고 하는 것은 "H 2 "를 말하는 것으로 분자의 수소이다 활성 수소는 활성 산소와 쉽게 결합되어 각종 질병의 원인이 되는 활성 산소를 무해 화 시키는 것으로 알려 지 고 있다 체내에서 에너지를 만들 때 사용되는 산소의 2 %가 활성 산소 된다고 하지만, 만약 활성 산소 화하는 현장에 활 성 수소가 항상 존재하면 활성 산소가 원인이 되는 질병 (모든 질병의 원인 의 90 %가 활성 산소라고 한다)이 원칙적으로 발생하지 않을 것이다. 활성 수소수로 말하는 것들은 사실 활성 수소가 포함되어 있지 않지만, 활성 수소수를 마시면 몸 상태가 좋아 진다고 알려져 있으며, 세계적으로 유명하다고 하는 기적의 물로 알려진 루르드 샘물, 노르데나우, 트라코테의 물은 몸에 좋다고 알려져 있는 것은 사실이다. 원자 상태의 수소가 체내에 존재하기 위해서는 어떠한 방법으로 수소가 단일 원자화 하지 않으면 안된다. 다른 설명으로 체내에 존재한다고 말하는 수소 분해 효소이다. 그러나 분명한 존재에 대한 설명에 많은 현실성 거의 없이 부정적인 정보가 대부분이다 만약 체내에서 양적으로 충분한 활성 수소를 만들 수 있다는 것이 입증되고 활성 산소의 해독에 현실성이 있는 메커니즘이 이화학적으로 해명되어 선진국 대기업 등에서 집중적으로 연구를 시작하였다고 한다. 언론 보도에 의하면 활성수소가 인간의 건강, 나아가 수명을 크게 연장의 가능성이 있다는 연구발표가 있다 [0016] [0017] [0018] [0019] [0020] 1) 지구 생명체의 숙명 - 산화 장애 지구 생명체의 생존권인 대기의 약 21 %는 산소에 의해 점유 되고 있다. 따라서 지구상의 생물은 항상 산화 장 해에 노출되어있다. 인간의 표면적인 것에 대해서는 안면 주름과, 머리카락의 탈모와 백발 등 피부 조직의 노화. 체내에서는 섭취하는 음식물을 호흡으로 들이마신 산소로 산화하여 생명 유지에 필요한 대사를 함으로서 불가 피하게 활성 산소의 생산을 초래하게 된다. 이 활성 산소가 체내에서 몸을 구성하고 있는 물질을 산화 변성하는 것으로, 세포가 죽어 버리는 단백질이 변성, DNA가 손상 등의 장애가 일어나, 결과적으로 다양한 질병이 발생하게 한다는 것이다 - 3 -
[0021] [0022] [0023] [0024] 2) 생명체 탄생의 장 "물"의 실태 (1) 지구상의 물의 특징 지구상의 물에는 세계 공통의 가장 큰 특징이 있다. 그것은 지구상에 존재하는 물은 모두 녹아 수소 량이 매우 부족한 물이라는 사실이다. 그 이유는 수소 원자 분 자는 우주에서 가장 작고 가벼운 원소이기 때문에 항상 물속에서 분산, 소실되어 있기 때문이다 [0025] [0026] [0027] (2) 수소 부족 물의 불모 생물 탄생의 원초적에서 "수소 부족 물"에 의존하지 않을 수 없었다. 지구상의 생물은 자기 종족의 보전을 도모하기위한 방안으로 "항산화 효소"개발 필요성이 대두되게 된 것이라 고 할 수 있다. [0028] 표현을 바꾸면, 항산화 효소의 개발에 성공 없었다면 생물종은 멸종 위기에 처할 수밖에 없었다고 추정되기 때 문이다. [0029] [0030] [0031] [0032] (3) 수소 분해 효소 "NATURE"잡지 1997 년 제 385 권 제 126 페이지에 게재한 논문에 다음과 같은 재미있는 설명이 보인다. <Ni/Fe 수소분해효소> 가장 오래된 효소 (38 억 년 전)의 동료이며, 분자 수소를 가역적으로 분해하여 원자 수 소를 만들 수 있는 것부터, 원시 생명체는 분자 수소를 효율적으로 활성화 (원자 수소를 만드는) 방법을 발달시 키고 있다는 것을 알 수 있다. 이 논문에서 원시 수소 분해 효소는 현재 고등 생물이 가지는 "항산화 효소"의 선구 체로서의 의미를 가지고 있 다고 추측하고 있다. [0033] [0034] [0035] 3) 수소 풍부 물의 개념 (1) 전해수 - 임시 수소 증가 가수 우리나라는 전기 분해에 의해 물을 개량하기 흔히 알칼리 이온 생성기라고하는 장치이다, 그러나 사실 음극 물 에 일시적으로나마 전해 이전 물에 비교하여 용존 수소가 우위에 증가 있다는 것을 확인했다. [0036] [0037] [0038] [0039] [0040] (2) 항상 수소 풍부 수 그 후 2001 년 3 월에 이르러 전기 분해에 의한 환원 물의 용존 수소 량은 일시적인 것임이 밝혀졌다. 즉, 생성 된 원자 수소는 초, 분자 수소도 분 단위로 분산, 소실되어 버리는 것이 판명된 것이다. 그래서 그 결함을 보충하고 항상 "수소를 풍부하게 포함한 상태의 물"을 생성하는 방법으로 2001 년 9 월 새롭 게 "수소 발생 미네랄 스틱"을 개발이 되도록 하였다. 이것은 다음 화학식 "금속 마그네슘과 물이 반응하면 수산화 마그네슘과 수소가 생성된다"는 원리를 이용한 것 이다. Mg + 2H 2 O Mg(OH)2 + H 2 [0041] 즉, 물을 넣은 용기에 마그네슘을 주성분으로 하는 스틱을 투입하여 10 ~ 20 분이 지난 물속에 수소 가스는 이 미 포화 상태가 된다. - 4 -
[0042] [0043] [0044] [0045] [0046] [0047] [0048] [0049] [0050] [0051] [0052] [0053] [0054] [0055] [0056] 또한 이 장비의 특징은 항상 새롭게 발생하는 수소가 보충되는 결과 "항상 수소의 풍부한 물"을 음용할 수 있다 는 점이다. 지난 20 년 동안 임시 수소 증가 (음극 물)된 물을 상시 수소 풍부수를 음용을 하면 임상결과 증상의 개선 효과가 있음을 관찰하여 왔다. 당뇨병 환자의 혈당 조기 하강 간기능 장애의 조기 개선 통풍 환자의 요산 수치의 조기 하강 높은 콜레스테롤 -혈증의 조기 개선 위 십이지장의 조기 치료와 재발 방지 고혈압 저혈압 증 협심증 심근 경색 등 혈관 질환 개선 두드러기 천식 아토피 - 피부염 등 과민성 질환의 조기 개선 자율 신경 실조증, 우울증 등 정신 신경 질환 개선 생리 불순 월경 곤란 증 갱년기 장애 등의 조기 개선 류마치스성 관절염 교원병 난치성 질환 개선 이상과 같은 다양한 질환의 조기 개선 효과가 관찰되었다. 따라서 "수소가 풍부한 물은 분명 활성 산소 제거 효과가 있다"고 가정하면 위의 각종 질환의 개선 치료가 가능 하다고 하는 생각이 무리는 아니다. [0057] [0058] 4) 활성 산소 종의 소거 (1) 물 제어 학설 [0059] 그런데 위의 "수소가 풍부하게 포함한 물을 음용하면 각종 질병의 개선, 조기 치료 효과를 얻을 것이다"라는 사 실의 해석이다, 그 작용은 분자 수소가 체내의 수소 분해 효소에 의해 원자 수소 (활성 수소)로 분해되고, 이 활성 수소가 활성 산소 종류들과 차례차례 결합, 이것을 제거하여 최종적으로 물로 만든다는 것이다 [0060] (1) O 2 + e - O 2 - [0061] [0062] (2) O 2 - + H + H + H 2 O 2 (3) H 2 O 2 + e - ㆍHO + HO - [0063] (4) HO - + H + H 2 O [0064] (5) HO - + H + H 2 O [0065] [0066] (2) 항산화 물질의 실태 아스코르빈산 (비타민 C)은 항산화 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 그런데 산화 환원이 동시에 일어나고, 연 쇄적으로 지속하는 반응이므로, 아스코르빈산이 활성 산소를 환원 시킬때, 아스코르빈산은 활성 산소에 의해 산 - 5 -
화되고 새로운 아스코르빈산이 생성되어 이것이 유전자에 손상을 주는 것으로 알려져 있다. [0067] [0068] 이와 같이 일반적으로 항산화 물질은 일련의 환원 및 산화 연쇄 반응 결과, 일종의 부작용을 일으키게 될 위험 성을 안고 있는 것은 부정할 수 없다. 이러한 점에서, 활성 수소는 활성 산소와 결합해서 후자를 환원 제거하여 최종적인 결과로 물만을 생기기 때문 에 안전하다. [0069] 인간은 나날이 물질적인 풍요로움과 삶의 질 향상으로 행복을 만끽하고 추구하여 오고 있다. 그러나 지구의 온난화와 각종 자연으로 부터의 공격(대기오염, 수질오염등)으로 암과 같은 각종 생활습관병들은 증가하는 추세 이다. [0070] [0071] [0072] [0073] [0074] [0075] [0076] [0077] [0078] [0079] [0080] [0081] [0082] [0083] [0084] 농업측면에서 보면 기상이변으로 수확량 급감등으로 폭등세가 지속되어 소위 식물공장이라는 수경재배기술이 대 안으로 각광을 받으나 이는 일반적인 물로는 기대한 수확량이 보장되지 않고 심지어 농약에 의존하기도 한다. IT와 같은 산업에서는 초순수(ultra pure water)와 같은 깨끗한 물로 세정을 하여도 제품에 각종 이물질들이 제거가 되지 않아 수소수로 세정을 하면 이물질 제거는 물론 화공약품 저감과 페수 및 대기오염도 줄일 수 있다. 생활환경측면에서는 만병의 근원인 활성산소의 제거에는 SOD(활성산소 제거 효소) 관련 식품과 비타민 C와 같은 것을 많이 섭취하는 것이 좋다고 알려 지고 있으나 활성산소의 가장 항산화력이 잇는 것이 수소이고 이것 을 물에 용해하는 기술의 개발로 수소수가 각광을 받고 있다. 수소는 자동차와 미래에너지로 무한한 자원으로 전세계가 이 분야의 연구개발에 박차를 가하고 있기도 하다. 이렇듯 21 세기는 수소수의 시대가 도래 하였다고 하여도 과언이 아닐 것이다. 수소가 가지는 지상에서 최강인 것은 항산화 능력 즉 환원력이 우리 몸으로 누릴 수 있기 때문이다. 수소수는 마시는 것 뿐 만 아니라 대도시 인구집중으로 실내공기와 먹거리의 안전성 등으로 신생아는 물론 어린 이에서 성인까지 아토피와 같은 피부염증에 시달리고 있다. 수소수로 목욕을 하면 가려움이 완화되고 피부염증이 치료개선된다는 것은 이미 선진국에서 발표된 내용이다. 즉, 인간은 산화 에너지를 사용 생명을 유지하고 있기 때문에 당연히 부산물로서 활성 산소의 발생에 따른 피 해를 피할 수 없다. 그래서 우리 몸은 시시각각으로 노화하고 있으며, 그 노화를 조금이라도 지연(안티 에이징)을 위해서는 수소수 가 가장 가능성이 있다. 1970년대만 하여도 알레르기는 주사를 맞고 쇼크에 빠지거나 음식을 먹고 두드러기가 나타나는 신체면역반응의 한 부분으로 생각하였고 알레르기의 대표적인 질환인 아토피피부염, 천식, 알레르기비염은 흔하지도 않았고 또 그냥 대수롭지 않게 생각했다. 그러나 1980년을 기점으로 폭발적으로 증가하여 이제는 알레르기 질환은 상식이 되었으며, 1995년부터 조사가 시작된 국제알레르기역학조사(International Study of Asthma, Allergies in Children; ISAAC)에 의하면 지난 1년간 진단을 받은 병력을 근거로 우리나라의 천식과 아토피피부염 유병률을 산출하면 6-7세에서 각각 8%와 4.5% 정도로 보고하였다. 아토피가 급증은 급변한 산업 개발로 인한 환경오염이 원인과 식품개발도 원인이다. 그 다음으로는 냉난방시설과 각종 실내마감재 등으로 인한 오염물질들, 미세먼지를 양산하는 자동차 매연, 담배 그리고 황사 등이 주요 아토피발생 요인이며 모유수유 형태를 포함한 식품문화의 변화도 아토피질환의 발생에 영향을 주고 있다. 정부(환경부외)와 각 지방자치단체들도 매년 막대한 예산을 지출하면서 다양한 조사, 감시 및 관리를 강화하지 만 점차적으로 늘어나는 아토피가 이제는 사회적 문제화 되고 있는 실정이다. 세계적으로 기적의 물 (프랑스 루르드, 독일 노루데나우, 멕시코 트라코테등)로 불리우는 곳에서 나오는 물로 씻거나 마시면 피부병을 포함한 난치병들이 치유된다는 것은 이미 보도된 사실인데 이러한 물의 공통점은 물에 - 6 -
수소가 함유되어 있다는 것이 밝혀졌다. [0085] [0086] [0087] [0088] [0089] [0090] [0091] [0092] [0093] [0094] [0095] [0096] [0097] 환절기에 더 많은 아토피환자가 발생하는데 신체내외부의 기온차와 습도 등에 의해서 피부의 모공이 닫히면서 신체내부의 열에너지가 발산이 안되고, 각종 스트레스가 동반되어 신체 가장자리로 돌출된다는 보고가 있다. 흥 미있는 것은 동남아시아인 들이나 운동선수들은 아토피가 눈에 띄게 없다고 하는 데 그 이유는 많은 땀을 흘F림 으로서 피부의 모공이 열리기 때문에 피부가 항상 보습효과도 있다는 이야기도 있다. 사람은 매일 산소를 들이마시면서 살아가는 데 호흡하는 데 사용된 산소의 2%는 인체에 유해한 활성산소로서 모 든 질병의 근원이라는데 이의가 없다. 이러한 활성산소를 제거하기 위해서 비타민 C가 함유된 식품이나 상품으로 섭취를 하게 된다 그러나 비타민 C보 다 항산화력이 수백배 높은 것이 수소이다 이러한 수소는 인체에서 생활습관병(당뇨, 암, 비만, 치매, 고지혈증, 류마티스등)과 노화는 물론 아토피성 피 부염등에 효과가 있음이 보고되고 있다 (Treatment of atopy dermatitis with hydrogen containing water; shoto-kai medical corporation, M.D Yoshikazu Irie). 이러한 수소수를 생성하기 위한 제조장치로써, 등록특허 제10-0274106호에서는 수소 용존수 제조장치가 개시되 어0.1 ppm 이상의 농도의 용존 수소를 포함하는 순수이며, 상기 물은 인산나트륨 또는 양극에서 얻어진 양극수 에 의해, ph 7.2 내지 7.3 으로 조정되어 있고, 또한, 상기 물의 산화 환원 전위는 +100mV 이하로 되어 있는 전 해수소 용존수에 있어서, 하기 가)~바)의 군에서 선택된 용도에 사용하는 것을 특징으로 하는 전해수소 용존수 에 관한 것으로써, 통상적인 전기분해방법에 의한 전해수조 용존수 생성한다. 가) 수액제제(transfusion formulation), 인공 투석액제, 복막 관류액제 또는 약제 나) 화장수 다) 항산하 식품(antioxidation edibles) 라) 가공 음료수 마) 야채?과실 등의 출하전 세정제 바) 식품 첨가물 이에 반해 격막없는 전기분해를 이용한 출원발명 제 10-2011-0017307호에서는 원수를 정수한 후 전기분해를 하 여 수소를 발생시키거나 마그네슘과 같은 금속염을 물에 녹여 수소를 발생시키거나 봄베(압력용기)에 충진된 수 소를 정수된 물에 용해시켜 먹는 물, 음료, 의료, 농업 및 산업용으로 사용될 수 있는 수소수를 제조하는 수소 수 제조장치에 관한 것이다. 상기의 발명에서는 전기분해를 수행함에 있어 양극판 또는 음극판으로 구분하여 동일한 전극을 계속 공급함에 따라 음극판에 스케일이 발생하는 문제점이 있으며, 생성된 수소수에 잔류염소 및 차아염소산이온을 제거함에 있어 한계가 있고, 총트리할로메탄의 생성을 억제하지 못하는 문제점이 있다. 발명의 내용 [0098] [0099] 해결하려는 과제 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하고자 하는 것으로, 본 발명은 수돗물, 지하수 등의 원수를 직접 또는 전처리 과정을 통과한 물을 냉 온 저수용기에 흘러 보낸 다 음 냉 온 저수용기 내부 바닥에서의 격막 없는 전기분해를 통하여 수소를 발생시키도록 양극과 음극으로 구성 된 한 쌍의 전극에 교류전압 전원를 교대로 공급함에 있어, 각 전극에 대하여 음(-)의 전압을 인가하는 시간의 길이는 전극표면에서 물과의 도전성에 지장을 초래하지 않을 정도의 스케일막이 형성되는 정도로 설정하고, 양 (+)의 전압을 인가하는 시간의 길이는 이미 형성된 스케일 막을 용해시켜 물에 용출이 없는 상태에서 전기분해 가 종료하도록 설정하여 기존의 전기분해방식 음극의 전극판 또는 전극봉에서 스케일 발생을 방지하고, 잔류염 소, 차아염소산이온과 총트리할로메탄을 제거하기 위하여 환원성블록필터를 이용한 수소수 제조장치를 제공함에 그 목적이 있다. 과제의 해결 수단 - 7 -
[0100] [0101] [0102] [0103] [0104] [0105] [0106] [0107] 상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기능성을 가진 수소수 제조장치는, 원수를 보관하는 냉 온수 저장용기; 상기 냉 온수 저장용기는 원수에 함유된 부유성 물질을 제거 및 탈착시키기 위한 스크린; 상기 스크린을 통과한 원수에 함유된 이취, 탁도, 부유물질, 잔류염소 및 휘발성물질을 흡착 제거하기 위한 섬 유상활성탄여과기; 상기 섬유상활성탄여과기를 거친 원수에 함유된 미생물, 미립자, 콜로이드 및 유기성물질을 제거하여 상기 전기 분해기로 원수를 전송하기 위하여 공경이 0.1μm이상인 역세가 가능한 정밀여과기 또는 공경이 0.01μm 이상인 한 외여과기; 상기 냉 온수 저장용기의 내부바닥에 전류가 흐르는 동일한 면적을 가진 두 개의 전극봉이나 전극판으로 구성 된 전기분해기; 상기 한 쌍의 전극에 연결하여 스케일 물질이 발생하지 않는 시간 내를 주기로 양극과 음극의 교류전류가 교차 하여 공급하는 전기공급기; 및 상기 전기분해기에 의해 수소가 발생한 수소수의 잔류염소, 차아염소산이온과 총트리할로메탄등을 제거하기 위 한 환원성블록필터;로 이루어진다. [0108] [0109] 발명의 효과 수소수는 2007년 5월 8일 미국 네이처 메디신 의학지에 암, 뇌경환 과 동맥경화등 치료효과가 발표되면서 세상 에 이목을 받은 미래 신기술의 개척분야로서 수소가 함유된 수소수를 음용하므로 아토피와 같은 피부염, 피부미 백, 노화, 생활습관병등에도 효과가 있으며 반도체와 디스플레이 같은 IT분야에서 초순수보다 세정력 탁월성, 농업(수경재배포함)분야에선 성장가속 및 병충해 예방효과, 식품류 장기 원형보존성 우수와 노화방지와 보습효 과로 화장품에도 효과가 있다. 본 발명은 상기의 효과를 가진 수소수를 전기분해에 의하여 제조함에 있어 동일한 극성의 전류를 각 전극판 또 는 전극봉에 공급함으로써 발생하는 음극의 전극판 또는 전극봉에서의 스케일로 인한 수소수 생산의 지장이 발 생하는 문제를 해결하고, 물의 전기분해를 통해 발생하는 잔류염소 및 차아염소산이온을 제거하여 냄새의 발생 을 억제하며 총트리할로메탄의 생성을 억제하는 효과가 있다. [0110] 도면의 간단한 설명 도 1은 본 발명에 따른 수소수 제조장치의 구성도, 도 2는 본 발명에 따른 수소수 제조장치에서의 원수의 진행도, 도 3은 본 발명에 따른 수소수 제조장치의 전원공급기에서의 전류공급 형태도. [0111] [0112] [0113] 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용 본 발명에 의한 기능성을 가진 수소수 제조장치는 원수를 보관하는 냉 온수 저장용기(101)와 상기 냉 온수 저 장용기(101)는 원수에 함유된 부유성 물질을 제거 및 탈착하는 스크린(102)과 상기 스크린(102)을 통과한 원수 에 함유된 이취, 탁도, 부유물질, 잔류염소 및 휘발성물질을 흡착 제거하기 위한 섬유상활성탄여과기(103)와 상 기 섬유상활성탄여과기(103)를 거친 원수내에 함유된 음이온을 제거하는 음이온교환제거장치(104)와 상기 음이 온교환제거장치(104)를 거친 원수에 함유된 미생물, 미립자, 콜로이드 및 유기성물질을 제거하는 정밀여과기 또 는 한외여과기(105)와 상기 냉 온수 저장용기(101)의 내부바닥에 전류가 흐르는 동일한 면적을 가진 두 개의 전극봉이나 전극판(107, 108)으로 구성된 전기분해기(106)와 상기 전기분해조(106)와 접촉하여 두 개의 전극봉 이나 전극판에 연결하여 전극봉이나 전극판(107, 108)에 전류를 공급하는 전원공급기(109); 및 상기 전기분해기 (106)에 의해 생성된 수소수의 잔류염소 및 차아염소산이온을 제거 및 총트리할로메탄를 억제하기 위한 환원성 블록필터(110);로 이루어진다. 도 1은 본 발명에 따른 수소수 제조장치의 구성도이며, 도 2는 본 발명에 따른 수소수 제조장치에서의 원수의 진행도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 냉 온수 저장용기(101)는 수돗물이나 지하수, 바닷물 등의 원수를 정 - 8 -
화하고, 수소수로 생성한 후 냉수 또는 온수로 만들어 저장하는 저장공간이다. [0114] [0115] [0116] [0117] [0118] [0119] [0120] 상기 스크린(102)은 상기 냉 온수 저장용기(101)로 공급되는 원수에 대하여 1차적으로 원수에 함유된 부유성 물질을 제거하거나 탈착시키도록 스테인레스 스틸이나 강화플라스틱 재질을 그물망 모양의 크기를 1~200 마이크 론(μm)의 원통형으로 제작하여 압력용기에 넣어서 원수속에 함유된 부유성 물질의 제거 및 탈착을 자동으로 이 루어지게 한다. 상기 섬유상활성탄여과기(103)는 상기 스크린(102)을 통과한 원수에 함유된 이취, 탁도, 부유물질, 잔류염소 및 휘발성물질을 흡착 제거하기 위한 장치이다. 상기 음이온교환제거장치(104)는 상기 섬유상활성탄여과기(103)를 거친 원수 내에 함유된 음이온을 제거한다. 상기 정밀여과기 또는 한외여과기(105)는 상기 섬유상활성탄여과기(103)를 거친 원수에 함유된 미생물, 미립자, 콜로이드 및 유기성물질을 제거하여 상기 전기분해기로 원수를 전송한다. 상기 정밀여과기는 공경이 0.1μm이상인 역세가 가능하며, 상기 한외여과기는 공경이 0.01μm 이상으로써 이루어 진다. 상기 전기분해기(106)는 상기 냉 온수 저장용기(101)의 내부바닥에 전류가 흐르는 동일한 면적을 가진 두 개의 전극봉이나 전극판(107, 108)으로 구성된다. 상기 전기분해기(106)는 상기 정밀여과기 또는 한외여과기(104)를 거쳐 정화된 원수 또는 상기 정화과정을 수행 하지 않고 공급된 원수에 대하여 상기 전원공급기(109)로부터 전류가 공급되면 상기 전기분해기(106)내의 일측 의 전극봉이나 전극판(107)은 양극이 연결되고, 다른 일측의 전극봉이나 전극판(108)에 음극이 연결되어 전류가 흐르면 양극(107)에서는 H 2 O 1/2O 2 + 2H + + 2e - 의 반응이 일어나고, 한편 음극(108)에서는 2H 2 O + 2e - H 2 + 2OH - 의 반응이 일어나게 된다. [0121] 따라서 양극이 연결된 전극봉이나 전극판(107)에서는 산소(O 2 )가 발생하고, 음극이 연결된 전극봉이나 전극판 (108)에서는 수소(H 2 )가 발생하여 0.1PPM 이상의 용존수소가 함유된 수소수를 얻을 수 있고, 부가적으로 양극에 서는 수소이온(H+)이 음극에서는 수산화이온(OH - )이 발생한다. [0122] [0123] 상기 수소이온(H + )은 물을 산성으로, 상기 수산화이온(OH - )은 물을 알카리성으로 변화시키지만 이들은 동일한 양 으로 존재하므로 물의 수소이온농도(pH)는 전체적으로 변화하지 않는다. 상기의 전기분해과정에서 일정한 시간이 경과되면 음극이 연결된 전극봉이나 전극판(108)의 표면에 생성된 수산 화이온(OH - )과 Mg 2+ 성분이 결합한 Mg(OH) 2 성분의 스케일이 급속하게 발생함으로써 저항값이 증가되어 전기분해 의 효율이 급속히 감소한다. [0124] [0125] [0126] [0127] [0128] 따라서 상기 전원공급기(109)로부터 일측의 전극봉이나 전극판(107)에 양극이, 다른 일측의 전극봉이나 전극판 (108)에 음극이 공급될 때 스케일이 발생되지 않는 최대시간의 범위내에서 반복적으로 교차하여 공급하여 상기 스케일의 발생을 예방한다. 상기 전원공급기(109)는 상용의 전원을 공급받아 전기분해에 필요한 전류로 다운시켜 일측의 전극봉이나 전극판 (107)에 양극이, 다른 일측의 전극봉이나 전극판(108)에 음극이 공급한다. 도 3은 본 발명에 따른 수소수 제조장치의 전류공급 형태도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 전원공급기(109)는 상기 전류를 공급함에 있어 스케일이 발생되지 않는 최대시 간의 범위내에서 전극봉이나 전극판(107, 108)에 극성을 반복적으로 교차하여 공급하여 상기 스케일의 발생을 예방한다. 상기 환원성블록필터(110)는 상기 전기분해과정을 통해 얻어진 수소수에 용해된 염소이온(Cl - )이 산화되어 잔류 염소(Cl 2 ), 차아염소산(OCl - ), 총트리할로메탄 등의 생성을 제거와, 상기 섬유상활성탄여과기(103)에서 미처리된 잔류염소를 제거하여 염소이온의 농도에 따라 냄새의 강도에 차이가 있으나 발생된 염소 소독 냄새를 제거한다. [0129] 상기 환원성블록필터(110)는 종래 카본블록필터의 한계를 극복하기 위하여 원수 속에 함유된 염소이온이나 분말 - 9 -
활성탄, 비타민C, 아스콜빈산나트륨, 활성백토, 장석, 제오라이트, 아파타이트 및 벤토나이트 등을 혼합 조합하 여 200~700 로 가열 소성한 판 또는 원형으로 형성한다. [0130] 예를 들어 차아염소산나트륨(NaOCl)의 경우 상기 환원성블록필터(110)내 비타민C(C 6 H 8 O 6 )와 결합하여 염화나트륨 (NaCl), 포도당(C 6 H 6 0 6 )과 물(H 2 O)로 변환하도록 하여 염소냄새를 제거한다. [0131] 표 1은 서울시에서 공급하는 수돗물 약 1리터에 20cm2의 면적을 가진 백금 전극을 이용하여 m 2 당 전류밀도를 달리 하여 잔류염소와 용존수소를 실험한 결과이다. [0132] 시간 (분) 전류밀도 (0.6A/m 2 ) 잔류 용존 전류밀도 (0.8A/m 2 ) 잔류 용존 표 1 전류밀도 (1.0A/m 2 ) 잔류 전류밀도 (1.2A/m 2 ) 잔류 전류밀도 (2.0A/m 2 ) 잔류 염소 수소 염소 수소 염소 수소 염소 수소 염소 수소 최초 0.12 0.0 0.06 0.00 0.2 0.00 0.2 0.00 0.06 0.00 5 0.16 0.1 0.26 0.1 0.8 0.2 0.7 0.18 0.27 0.11 10 0.25 0.22 0.3 0.23 1.37 0.38 1.38 0.35 0.32 0.16 15 0.40 0.39 0.78 0.44 1.9 0.6 1.88 0.5 0.76 0.35 25 0.73 0.42 1.2 0.52 2.5 0.63 2.9 0.54 1.3 0.58 35 0.86 0.54 1.6 0.61 3.2 0.69 3.6 0.65 1.6 0.64 총트리할로메탄 0.025 0.08 0.1 0.22 0.35 (/l) 용존 용존 용존 [0133] [0134] 표 1에 도시된 바와 같이 전기분해과정에서 시간이 경과함에 따라 용존수소가 많이 발생하여 보다 높은 수소수 를 얻을 수 있었지만 잔류염소나 총트리할로메탄 생성도 높아짐으로 상기 환원성블록필터(110)에 대한 필요성이 높아진다. 본 명세서에는 본 발명에 따른 기능성을 가진 수소수 제조장치의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명은 특허청구범위 및 첨부도면의 범위 내에서 다양하게 변형되어 실시될 수 있으며, 이것 또한 본 발명의 권리범위에 속한다. [0135] 부호의 설명 101 냉 온수 저장용기 102 스크린 103 섬유상활성탄여과기 104 음이온교환제거장치 105 정밀여과기 또는 한외여과기 106 전기분해기 107, 108 전극 109 전원공급기 110 환원성블록필터 - 10 -
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