KR100229584B1 - 불균질 이온교환막과 이온교환 수지를 이용한 산성수 및 알카리수 제조방법 및 장치 - Google Patents

불균질 이온교환막과 이온교환 수지를 이용한 산성수 및 알카리수 제조방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 일반 수도물이나 지하수룰 음극과 양극으로 전기분해하여 알카리수와 산성수를 생성할 수 있게 하는 전해수 생성기에 관한 것으로, 소금물중 이온물질들을 선택적으로 통과시키는 두장의 이온교환막을 설치하고, 소금물을 전기분해하는 플러스 마이너스 전극을 설치하고, 상기 이온교환막과 전극의 전기분해에 의해 각각 산성수 및 알카리수를 생성하는 산성수 생성부 및 알카리수 생성부를 설치하되, 상기 두장의 이온교환막은 불균질이온교환막을 사용하고, 상기 두장의 불균질 이온교환막사이에 전류효율을 높이는 이온교환수지부가 설치함으로써 전류효율과 내구성을 증대시킨 것을 특징으로 한다.

Description

불균질 이온교환막과 이온교환 수지를 이용한 산성수 및 알카리수 제조방법 및 장치{An apparatus and method for making Acid and Alkali water using heterogeneous ionexchange membranes and ionexchang resins}
본 발명은 일반 수도물이나 지하수룰 음극과 양극으로 전기분해하여 알카리수와 산성수를 생성할 수 있게 하는 전해수 생성기에 관한 것으로, 양극과 음극사이를 두장의 불균질 이온교환막과 이온교환수지를 사용하여 알카리수와 산성수를 얻는 방법과 그 장치에 관한 것이다.
상기 전해수 생성장치란 전기를 이용하여 물을 분해해서 전해수를 생성시키는 전기 물분해장치를 말하는 것으로 이러한 장치는 음극쪽에서는 알카리수를 생성하고 양극쪽에서는 산성수를 생성하므로 음극과 양극이 엄격히 분리, 구성 되어야 하며 대부분의 경우 이의 분리 구성을 위하여 단일격막이나 이중격막을 이용하여 분리하고 있다.
그러나 이러한 종래의 분리 방법으로는 생성된 일부의 알카리수와 산성수가 혼합되는 경우가 있으며, 이중격막 사용할 때 전류의 효율이 저하되는 단점을 가지고 있다.
이온 교환막에는 양이온 교환막과 음이온 교환막이 있는데 양이온 교환막은 양이온만을 통과시킬 수 있는 막이며 음이온 교환막은 음이온만을 통과시킬 수 있는 막이다.
또한 이온교환막에는 균질막과 불균질막으로 구분되는데 균질막은 이온을 통과시키는 능력이 뛰어난 반면 두께가 얇으며 건조되는 경우 그 물리적인 특성이 매우 약해지는 경향이 있다. 반면에 불균질막은 이온의 통과 능력은 균질막보다 다소 떨어지는 반면 그 물리 특성면에서는 균질막에 비하여 훨씬 강하다.
또한 이온 교환수지는 양이온 교환수지와 음이온 교환수지가 있으며 양이온 교환수지는 양이온 성분만을 교환하고 음이온 교환수지는 음이온 성분만을 교환한다.
따라서 본 발명은 상기 불균질 이온교환막과 이온교환수지를 이용하여 전류의 효율을 높이고 산성수와 알카리수의 혼합을 방지하게 하는 방법 및 그 장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 의한 강산성수 제조원리를 보여주는 수직단면도.
도 2는 본 발명에 의한 강알카리수 제조원리를 보여주는 수직단면도.
도 3은 본 발명에 의한 모듈의 전개 사시도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
100 : 몸체 110 : 양극
120 : 음극 130 : 불균질 이온교환막
140 : 이온교환수지 150 : 산성수 생성부
160 : 알카리수 생성부 161 : 알카리수 배출로
170 : 이온교환수지부 171 : 소금물 인입로
172 : 산성수쪽 이동로 173 : 알카리수쪽 이동로
상기 목적을 달성하는 본 발명은 두장의 불균질 이온교환막을 사용하고 이 두장의 불균질 이온 교환막 사이를 이온교환수지로 충진하여 전류의 효율을 높이고 산성수와 알카리수의 혼합을 방지하게 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 격막으로 불균질 이온교환막을 사용하여 수압에 의한 격막의 누수현상을 막을 뿐만 아니라 장기간 사용할 수 있도록 하고 있다.
본 발명에서는 수압에 대한 내구성과 장치의 내구성을 불균질이온 교환막을 사용하여 향상시켰으며, 두장의 불균질 이온 교환막을 이중으로 사용하고 그 두장의 불균질 이온교환막사이에 이온교환수지를 충진하여 전류의 효율을 증가시켰다.
이와 같은 이온 교환수지를 두 장의 이온교환막 사이에 넣고 양쪽에 직류전원을 연결하면 이 이온교환수지는 이온을 이동시키는 다리역할을 하게 되어 물 속의 이온 성분들이 쉽게 이동할 수 있도록 도와주기 때문에 두장의 격막사이에 이온교환수지를 충진하지 않은 것과 비교하여 훨씬 더 전류의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에서는 이와 같은 특성을 이용하여 불균질 이온교환막 사이에 이온 교환수지를 충진하여 산성수와 알카리수를 보다 효율적으로 생성하게 한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 원리를 상세히 설명하도록 한다.
도 1 은 본 발명에 의한 불균질 음이온교환막을 사용하여 강산성수를 제조하는 모듈의 개략적인 구조도이다. 본 발명에 의한 강산성수를 제조하는 모듈은 도시된 바와 같이 두장의 불균질 음이온교환막(130)사이에 음이온교환수지(140)을 충진하고, 불균질 음이온교환막의 외측으로 각각 산성수 생성부(150)와 알카리수 생성부(160)를 형성하고 그 산성수 생성부(150)의 외측에 양극을 연결하고 상기 알카리수 생성부(160)의 외측에는 음극을 연결하여 직류전원을 인가할 수 있게 할 수 있는 구조로 되어 있다.
상기와 같은 구조를 가진 강산성수 제조모듈에서 이온교환수지부(170)에 묽은 소금물(NaCl용액)을 유입시킨다. 상기 이온교환수지부(170)에 유입된 묽은 소금물(NaCl용액)중에서 염소이온(Cl-)은 전기적인 힘에 의해 양극(110)쪽 불균질 음이온교환막을 통과하여 산성수 생성부(150)로 이동하고, 알카리 생성부(160)의 염소이온(Cl-) 역시 음극쪽으로 불균질 음이온 교환막과 양극쪽 불균질 음이온교환막을 통과하여 양극쪽으로 이동한다. 또한 도시된 바와 같이 물(H2O)도 전기분해 되어 OH-이온도 양극쪽으로 이동한다. 따라서 산성수생성부(150)에는 염소이온(Cl-)이 많아지게 되어 강산성수를 생성한다. 이때 충진된 음이온교환수지는 음이온인 염소이온(Cl-)이 양극쪽으로 쉽게 이동될 수 있도록 도와 주는 역할을 한다.
도 2에서는 도 1의 불균질 음이온교환막(130) 대신 불균질 양이온 교환막을 사용하고, 이 사이에 충진되는 이온교환수지(140)를 도 1의 음이온 교환수지 대신 양이온 교환 수지를 충진하고 직류전원을 인가하는 경우 이온교환수지부(170)에 유입된 묽은 소금물 (NaCl용액)중 나트륨이온(Na+)은 음금쪽 불균질 양이온 교환막을 통과하여 알카리수 생성부(160)로 이동하고 산성수 생성부(150)의 나트륨이온(Na+) 역시 양극쪽 불균질 양이온 교환막과 음극쪽 불균질 양이온 교환막을 통과하여 음극쪽으로 이동한다. 또한 도시된 바와 같이 물(H2O)도 전기분해 되어 H+이온도 음극쪽으로 이동한다. 따라서 알카리수 생성부(160)에는 나트륨이온(Na+)이 많아지게 되어 강알카리수를 생성한다. 이때 충진된 양이온교환 수지는 양이온인 나트륨이온(Na+)이 쉽게 이동될 수 있도록 도와주는 역할을 한다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 소금물 인입로(171)를 통해 묽은 소금물 (NaCl용액)이 이온교환수지부(170)의 상부로 유입되면 나트륨이온(Na+)과 염소이온(Cl-)들은 이온교환수지(140) 표면을 따라 이동하여 이온교환막(130)을 통과하게 되며, 이온교환수지부(170)의 상부로 유입된 소금물은 이온교환수지(170)를 통과하여 이온교환수지(170)의 아래부분에서 나누어져 산성수 생성부(150)와 알칼리수 생성부(160)로 각각 유입되어 양극(110)쪽에서는 산성수가 생성되고, 음극(120)쪽에서는 알카리수가 생성된다.
이와 같은 원리로 산성수와 알카리수가 생성되며 산성수와 알카리수 생성장치 모듈은 도 3과 같이 구성되어진다.
도 3은 본 발명에 의한 산성수 및 알카리수 제조장치모듈의 전개사시도로서 도시된 바와 같이 유입되는 묽은 소금물을 통과시키며 상기 묽은 소금물중 Cl-이온이나 Na+이온의 전기분해를 돕는 이온교환수지가 채워져 있는 이온교환수지부(170)가 설치되고, 상기 이온교환수지부(170)를 통과하는 묽은 소금물중에서 Cl-이온이나 Na+이온을 선택적으로 통과시키는 불균질 이온교환막(130)이 상기 이온교환수지부(170)의 양측에 위치하고, 상기 일측 불균질 이온교환막의 외측에 한쌍의 산성수 생성부모듈(150)이 설치되고, 역시 타측 불균질 이온교환막(130)의 외측에 한쌍의 알카리수 생성부모듈(160)이 설치된다. 상기 각각의 산성수 생성모듈(150)의 사이에 양극전원(110)을 설치하고, 상기 각각의 알카리수 생성모듈(160)의 사이에 음극전원(120)을 설치한다. 상기 산성수 생성부모듈(150)의 외측과 상기 알카리수 생성부모듈(160)의 외측에 각각 몸체(100)를 설치하여 상기 각 모듈들을 고정시키고 한 블록으로 보호하게 한다. 상기 각 모듈들은 소금물의 인입이나 산성수와 알카리수의 이동을 위한 소금물인입로(171)와 산성수 배출로(151)와 알카리수 배출로(161)가 각각의 모듈에 도시된 바와 같이 형성되어 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 산성수 및 알카리수 제조장치모듈에서 공정이 이루어지는 것을 보면 소금물이 상기 각부의 상부를 관통하여 형성된 소금물 인입로(171)를 통해 이온교환수지부(170)의 상부에 유입되어, 상기 이온교환수지(140)를 지나 이온교환수지부(170)의 하부에서 좌우로 분리된다. 좌측으로 형성된 이동로(172)를 따라 이동한 소금물은 상기 산성수 생성부(150)로 흘러들어가며, 우측으로 형성된 이동로(173)를 따라 이동한 소금물은 상기 알카리수 생성부(160)로 흘러들어간다. 이때 산성수 생성부(150) 사이의 전극에는 플러스 전원을 인가하고 알카리수 생성부모듈(160)에는 마이너스 전극이 인가되어 있으므로, 상기 이온교환수지 (140)를 통과하는 소금물중에 Cl-이온이 플러스 전극쪽으로 이동하거나, Na+이온이 마이너스 전극쪽으로 이동함으로써 플러스전극쪽의 산성수 생성부(150)에는 산성수가 형성되고, 마이너스 전극쪽의 알카리수 생성부(160)에는 알카리수가 생성된다.
상기 실시예에서 사용되는 불균질 이온교환막은 음이온 교환막을 사용할 경우와 양이온 교환막을 사용할 경우가 있을 수 있는데 실험한 결과에 의하면 양이온교환막을 사용했 경우보다 음이온 교환막을 사용했을 경우에 산성수와 알카리수생성률이 더 높았다.
또한 상기 실시예에서는 좌측에 플러스 전극을 인가하고 우측에 마이너스 전극을 인가함으로써 좌측의 플러스 전극쪽에는 산성수가 생성되고, 우측의 마이너스전극쪽에는 알카리수가 생성되었다. 하지만 인가하는 전극이 고정되어 오래되면 전극 주위에서는 산화,환원작용이 일어나게 되어 오래 사용할 경우 전기분해로 인한 생성물질이 전극표면에 형성되어 전류의 효율이 감소된다. 이를 방지하기 위해서는 일정기간 사용후에는 인가하는 전극의 방향을 바꾸어줌으로써 전극에 형성된 전기분해 생성물질을 제거할 수 있게 된다.
또한 전해수의 처리용량을 증가시키기 위해서는 도 3에 도시된 하나의 모듈들을 병렬로 설치할 수 있다. 즉, 도 3에서 보면 도 3에 도시된 블록의 전후에 동일한 블록들이 배열되게하여 병렬로 설치할 수 있다.
본 발명에 의하면, 종래의 기술에 비해 다음과 같은 장점을 갖는다.
첫째, 기존의 제품들이 사용하는 격막과 다른 불균질 이온교환막을 사용하여 수압에 대한 저항력과 내구성을 증가시켰다.
둘째, 양극과 음극사이에 이중으로 이온교환막을 두고 그 사이에 이온교환수지를 충진시켜 전류효율을 향상시켰다.
셋째. 이온교환막과 이온교환수지를 이용하여 강산성수를 제조하기 위한 경우, 음이온을 산성수 생성부에 농축되도록 구성하였으며, 강알카리수를 위한 경우 양이온을 알카리수 생성부에 농축되도록하여 그 효율을 증가시켰다.
넷째, 양쪽 몸체(100)사이에 양극(110), 음극(120), 산성수생성부(150), 알카리수 생성부(160), 이온교환막(130), 이온교환수지부(170)을 적층하여 사용하기 때문에 처리용량 증가를 쉽게 할 수 있다.

Claims (3)

  1. 이온교환막을 사용하고 직류전원을 인가하여 물을 전기분해함으로써 산성수 및 알카리수를 제조하는 방법에 있어서,
    두장의 불균질 이온교환막을 설치하고, 그 사이에 이온교환수지를 채우고, 그 이온교환수지에 소금물을 유입시킨다음 양측에 직류전원을 인가하여, 전류효율을 높이고, 내구성을 증대시키는 것을 특징으로 하는 불균질 이온교환막과 이온교환 수지를 이용한 산성수 및 알카리수 제조방법.
  2. 이온교환막을 사용하고 직류전원을 인가하여 물을 전기분해함으로써 산성수 및 알카리수를 제조하는 장치에 있어서,
    소금물중 이온물질들을 선택적으로 통과시키는 두장의 이온교환막을 설치하고, 소금물을 전기분해하는 플러스 마이너스 전극을 설치하고, 상기 이온교환막과 전극의 전기분해에 의해 각각 산성수 및 알카리수를 생성하는 산성수 생성부 및 알카리수 생성부를 설치하되,
    상기 두장의 이온교환막은 불균질이온교환막을 사용하고,
    상기 두장의 불균질 이온교환막사이에 전류효율을 높이는 이온교환수지부가 설치된 것을 특징으로 하는 불균질 이온교환막과 이온교환 수지를 이용한 산성수 및 알카리수 제조장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전극은 플러스와 마이너스 극성을 바꿀 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 불균질 이온교환막과 이온교환 수지를 이용한 산성수 및 알카리수 제조장치.
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