KR101071636B1

KR101071636B1 - 전해조 및 전해수 생성장치

Info

Publication number: KR101071636B1
Application number: KR1020067008207A
Authority: KR
Inventors: 고이치 미야시타
Original assignee: 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2003-11-11
Filing date: 2004-10-26
Publication date: 2011-10-10
Also published as: WO2005044738A8; KR20060113676A; EP1688395A4; WO2005044738A1; EP1688395A1

Abstract

소형이며 전해 효율이 우수하고, 산성 전해수중의 음이온 농도를 줄일 수 있는 전해조와 전해수 생성장치를 제공한다. 이온 투과성의 격막(2)을 사이에 두고 대향 배치된 전해실(10a, 10b)과, 원수 공급수단(11a, 11b)과, 격막(2)을 끼우고 설치된 전극(3a, 3b)과, 전해수 취출수단(12a, 12b)을 구비한다. 격막(2)은 음이온 투과막이며, 전극(3a, 3b)은 음이온 투과막(2)의 양 표면에 밀착하여, 또는 음이온 투과막(2)의 일부를 노출시켜 형성되어 있고, 음극측 전해실(10b)에 공급되는 원수만이 전해질을 포함한다. 전극(3a, 3b)은 다공질체이며, TiC, TiN 등의 분말의 티탄 화합물로 이루어지는 전극 기재와, 백금흑, 이리듐흑 등의 촉매와, PVA 등의 결착제를 포함한다. 전극(3a, 3b)은 메시 형상 또는 빗 형상으로 형성되어 있어도 된다. 전극(3a, 3b)은 도전성의 분체를 포함하는 도전성 페이스트를 음이온 투과막(2)의 표면에 도포하고, 가열 또는 가압함으로써 형성된다.

이온 투과성의 격막, 원수 공급수단, 전극, 전해수 취출수단, 전해조, 음이온 교환막, 막-전극 구조체, 전해실, 전해조, 전해수 생성장치

Description

전해조 및 전해수 생성장치{ELECTROLYSIS VESSEL AND APPARATUS FOR GENERATING ELECTROLYZED WATER}

본 발명은 이온 투과성의 격막을 사이에 두고 대향 배치된 1쌍의 전해실에 공급되는 원수(原水)를, 이 격막을 끼우고 각 전해실에 설치된 1쌍의 전극에 전압을 인가하여 전해하는 전해조 및 이 전해조를 사용하여 전해수를 생성시키는 전해수 생성장치에 관한 것이다.

이온 투과성의 격막을 사이에 두고 대향 배치된 1쌍의 전해실과, 이 격막을 끼우고 각 전해실에 설치된 1쌍의 전극을 구비하는 전해조를 사용하여 전해수를 생성시키는 전해수 생성장치가 알려져 있다. 상기 전해수 생성장치에서는, 상기 각 전해실에 전해질을 포함하는 원수를 공급하고, 상기 1쌍의 전극에 전압을 인가하여 이 원수를 전해함으로써, 양극측의 전해실에 산성의 전해수, 음극측의 전해실에 알칼리성의 전해수를 생성시킬 수 있다.

상기 전해수 생성장치의 전해조에서는, 통상, 상기 전극은 상기 격막으로부터 떨어져서 설치되어 있다. 그러나, 상기 구성에서는, 상기 격막을 끼우고 배열 설치되는 양 전극의 간격이 넓기 때문에 전극간의 전기저항이 커, 인가되는 전력에 대한 전해 효율이 낮다고 하는 문제가 있다.

상기 문제를 해결하기 위해서, 예를 들면, 평직 금속망으로 이루어지는 다공질 전극소재와 펀치드 메탈을 포갠 전극을 격막에 맞닿게 함으로써 양 전극의 간격을 좁히는 동시에, 이 다공질 전극소재의 내부에 원수를 유통시킴으로써 이 원수와 전극의 접촉면적을 크게 한 전해조가 제안되어 있다(예를 들면 일본 공개 특허공보 2001-73177호 참조). 상기 전해조에 의하면, 인가되는 전력에 대한 전해 효율은 어느 정도 향상시킬 수 있다. 그러나, 상기 전해조에서는, 상기 원수가 상기 다공질 전극소재의 내부에 유통되기 때문에 유통 저항이 커, 단위시간당의 전해수의 생성량을 많게 하려고 하면 장치의 대형화를 피할 수 없다. 또, 상기 전해조에서는, 상기 전극에서의 평균 전해 전류밀도가 20~30mA/cm²으로, 인가되는 전압에 대한 전해 효율을 충분히 향상시킬 수 없다.

또, 상기 전해수 생성장치에서는, 상기 전해질로서 염화나트륨, 염화칼륨 등의 염화물을 사용하고, 적어도 상기 양극측의 전해실에 이 염화물을 포함하는 원수를 공급함으로써, 이 양극측의 전해실에 차아염소산(HClO)을 포함하는 산성 전해수를 생성시킬 수 있다. 상기 산성 전해수는 강한 살균성, 산화성을 가지므로, 살균, 소독, 소취 등의 용도에 사용된다.

그렇지만, 상기 격막으로서 양이온교환막을 사용하면, 상기 차아염소산을 생성시키기 위해서 상기 양극측의 전해실에 염화물을 포함하는 원수를 공급할 필요가 있고, 이렇게 하면 상기 산성 전해수에 다량의 염소 이온이 잔류한다는 문제가 있다. 염소 이온은 금속표면에 형성된 피막을 파괴하여 부식을 촉진하는 성질을 가 지고 있다. 이 때문에, 상기 다량의 염소 이온이 잔류하고 있는 산성 전해수를 장기에 걸쳐서 사용하면, 전해수 생성장치의 배관계, 살포 대상의 금속부품 등이 부식될 우려가 있다.

특허문헌 1: 일본 특개2001-73177호 공보

(발명이 이루고자 하는 기술적 과제)

본 발명은, 이러한 문제를 해소하여, 소형이며 전해 효율이 우수하고, 양극측의 전해실로부터 살균, 소독, 소취 등에 유효한 양의 차아염소산을 포함하는 상기 산성 전해수를 얻을 수 있는 전해조 및 이 전해조를 사용하여 전해수를 생성시키는 전해수 생성장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(발명을 해결하기 위한 수단)

이러한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 전해조는 이온 투과성의 격막을 사이에 두고 대향 배치된 1쌍의 전해실과, 각 전해실에 원수를 공급하는 원수 공급수단과, 이 격막을 끼우고 각 전해실에 설치된 1쌍의 전극과, 양 전극에 전압을 인가하여 이 원수 공급수단에 의해 각 전해실에 공급된 원수를 전해함으로써 얻어진 전해수를 각 전해실로부터 취출하는 전해수 취출수단을 구비하는 전해조에 있어서, 이 격막은 음이온 교환막이며, 이 전극은 이 음이온 교환막의 양 표면에 밀착하여 음이온을 투과할 수 있는 막-전극 구조체를 형성하고 있고, 적어도 음극측의 이 전해실에 공급되는 이 원수가 전해질로서 염화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 전해조에서는, 상기 원수 공급수단에 의해 각 전해실에 원수를 공급할 때에, 적어도 음극측의 상기 전해실에 공급되는 이 원수가 전해질로서 염화물을 포함하도록 한다. 이렇게 하여, 상기 음이온 교환막 양 표면에 형성된 전극에 전압을 인가하여 상기 원수의 전해를 행하면, 음극측의 전해실에서는, 물의 환원에 의해 수소 가스와, 수산 이온(OH^-)이 생성되고, 이 수산이온에 의해 알칼리성을 보이는 전해수(이하, 알칼리성 전해수라고 약기함)가 얻어진다.

한편, 양극측의 전해실에서는, 물의 산화에 의해 산소 가스와, 수소 이온(H⁺)이 생성되고, 또 염소 이온(Cl^-)이 산화되어 염소(Cl₂)를 생성한다. 상기 염소는 물과 반응하여 차아염소산을 생성한다. 이 결과, 상기 수소 이온에 의해 산성을 보이는 전해수(이하, 산성 전해수라고 약기함)가 얻어진다.

상기 알칼리성 전해수, 산성 전해수는 각각 전해수 취출수단에 의해 전해조로부터 취출된다.

이때, 본 발명의 전해조에 의하면, 상기 양 전극이 상기 음이온 교환막의 양 표면에 밀착하여 이 음이온 교환막과 일체로 형성되어 있으므로, 양 전극간의 전기저항이 작아, 인가되는 전력에 대해 우수한 전해 효율을 얻을 수 있다. 또, 본 발명의 전해조에 의하면, 상기 전극이 상기 음이온 교환막과 일체로 형성되어 있으므로, 부품수가 적고, 원수의 유통 구조도 간단해진다.

이 결과, 원수의 유통 저항이 낮아지므로, 단위시간당의 전해수의 생성량이 많아져, 장치의 소형화가 가능하게 된다. 또한, 본 발명의 전해조에 의하면, 상기한 바와 같이 양 전극간의 전기저항이 작아, 우수한 전해 효율을 얻을 수 있으므로, 전원에 대한 부하가 작아, 이 전원을 소용량화 할 수 있다.

또한, 본 발명의 전해조에서는, 상기 격막이 음이온 교환막으로 이루어진다. 그래서, 상기 전해시에 음극측의 상기 전해실에서 생성하는 염소 이온이 이 음이온 교환막을 통하여 양극측의 상기 전해실로 이동하고, 이 음이온 교환막의 양극측의 표면 근방에서 상기 전극에 전자를 주고 염소분자가 된다. 그리고, 상기 염소분자는 상기 막-전극 구조체중 및 그 근방의 물과 반응하여 차아염소산을 생성한다.

따라서, 본 발명의 전해조에 의하면, 적어도 음극측의 상기 전해실에 공급되는 상기 원수가 전해질로서 염화물을 포함함으로써, 양극측의 상기 전해실로부터 살균, 소독, 소취 등에 유효한 양의 차아염소산을 포함하는 상기 산성 전해수를 얻을 수 있다.

본 발명의 전해조는, 상기한 바와 같이, 적어도 음극측의 상기 전해실에 공급되는 상기 원수가 전해질로서 염화물을 포함하고 있으면 되지만, 음극측·양극측의 양 전해실에 공급되는 이 원수가 전해질로서 염화물을 포함하고 있어도 된다. 이 경우에는, 상기 전해시에, 양극측의 전해실에서는 상기 산소 가스, 수소 이온 이외에, 염소(Cl₂)가 생성되고, 이 염소가 물과 반응함으로써도 차아염소산(HClO)이 생성된다. 따라서, 상기 음극측의 전해실에서 양극측으로 이동하는 염소 이온으로부터 생성되는 분량과 합쳐, 다량의 차아염소산을 포함하는 상기 산성 전해수를 얻을 수 있다.

또, 본 발명의 전해조는 상기 음극측의 전해실에 공급되는 상기 원수만이 상기 전해질을 포함하는 것이어도 된다. 이 경우, 본 발명의 전해조에서는, 상기한 바와 같이 상기 원수의 전해를 행하면, 상기 양극측의 전해실에 공급되는 원수에는 상기 염화물이 포함되어 있지 않으므로, 양극측의 전해실에서는, 물의 산화와 음이온 교환막을 투과해 온 염소 이온(Cl)의 산화가 일어난다. 투과해 온 염소 이온의 대부분은 전극 근방에서 반응해버리기 때문에, 원수에 유래하는 염소 이온은 거의 존재하지 않는다.

따라서, 상기 양극측의 전해실에서 생성하는 차아염소산은 상기 음극측의 전해실로부터 이동해 오는 염소 이온에 근거한 것뿐으로 되고, 상기 산성 전해수로 방출되는 염소 이온은 차아염소산의 생성에 유래하는 것뿐이다. 이 결과, 살균, 소독, 소취 등에 유효한 차아염소산을 다량으로 포함하는 한편, 염소 이온 농도를 저감하여 이 염소 이온에 의한 금속의 부식 등의 억제가 가능한 산성 전해수를 얻을 수 있다.

본 발명의 전해조에서, 상기 전극은 도전성 분체로부터 형성된 다공질체인 것을 특징으로 한다. 상기 다공질체는 예를 들면 직경 수 ㎛의 미세구멍을 가지므로, 예를 들면 음이온 교환막의 전체면을 상기 전극으로 피복했다고 해도, 상기 음이온 교환막은 이 미세구멍에 면한 부분을 노출부분으로 할 수 있다.

이 결과, 상기 전극은 상기 음극측의 전해실에서는 생성한 상기 전해질 유래의 음이온을 상기 노출부분에서 상기 음이온 교환막에 접촉시켜 이 음이온을 투과시킬 수 있다. 한편, 상기 전극은 상기 양극측의 전해실에서는 상기 음이온 교환막의 표면 근방에서 생성한 분자를 이 미세구멍을 통하여 상기 산성 전해수중에 방출할 수 있다.

상기 전극은, 분말의 티탄 화합물로 이루어지는 전극 기재와, 이 전극 기재중에 분산되어 있는 촉매와, 이 전극 기재와 이 촉매를 결착하는 결착제를 포함하고, 상기 격막과 일체로 형성되어 있는 다공질체인 것이 바람직하다. 상기 전극은 탄소질이어도 되는데, 상기 분말의 티탄 화합물로 이루어지는 전극 기재와, 이 전극 기재중에 분산되어 있는 촉매가 상기 결착제에 의해 결착되어 있음으로써, 전기화학적으로 우수한 안정성을 얻을 수 있다.

상기 티탄 화합물로서는, 예를 들면, 탄화 티탄 또는 질화 티탄을 들 수 있다. 또, 상기 촉매로서는, 예를 들면 백금흑(黑) 또는 이리듐흑을 들 수 있다. 상기 촉매는 상기 백금흑과 이리듐흑을 각각 단독으로 사용해도 되고, 상기 백금흑과 이리듐흑을 소정의 비율로 혼합하여 사용해도 된다.

또, 본 발명의 전해조에서, 상기 전극은 메시 형상 또는 빗 형상으로 형성되어 있어도 된다. 이 경우에는, 상기 음이온 교환막은 상기 메시 형상 또는 빗 형상의 간극을 노출부분으로 할 수 있고, 상기 메시 형상 또는 빗 형상의 전극은 이 노출부분에 관하여, 상기 다공질체로 이루어지는 전극과 동일한 작용이 얻어진다.

또, 일반적으로 에지 효과로서 알려지는 바와 같이, 전극에서는 단부에 전류가 집중하여 전하의 주고받음이 일어나기 쉽지만, 상기 메시 형상 또는 빗 형상의 전극은 상기 단부가 되는 부분이 많으므로, 전하의 주고받음에 유리하여, 더욱 우수한 전해 효율을 얻을 수 있다.

상기 메시 형상 또는 빗 형상의 전극은 그 형상으로부터 메시 형상 또는 빗 형상의 간극에 상기 음이온 교환막을 노출시킬 수 있으므로, 실질적으로 상기 미세구멍을 갖지 않은 치밀한 고체이어도 되지만, 상기 도전성의 분체로 형성된 다공질체이어도 된다.

상기 도전성의 분체로 형성된 다공질체로 이루어지는 전극은 도전성의 분체를 포함하는 도전성 페이스트를 상기 음이온 교환막의 표면에 도포하고, 가열 또는 가압함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 상기 전극은 상기 도전성 페이스트를 인쇄 등의 수단을 사용하여 상기 음이온 교환막의 표면에 도포함으로써 용이하게 임의의 형상으로 형성할 수 있어, 양산화에 매우 적합하다. 상기 전극은 상기 도전성 페이스트를 음이온 교환막의 표면에 도포한 뒤, 가열할지 가압할지 어느 한쪽의 수단에 의해 형성해도 되고, 가열한 후 더욱 가압하도록 양쪽 수단을 병용하여 형성해도 된다.

그리고, 본 발명의 전해수 생성장치는 상기 전해조를 사용하여 전해수를 생성시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 전해수 생성장치에 의하면, 상기 전해조를 구비함으로써 장치구성 전체를 소형화, 경량화를 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전해조의 1구성예를 도시하는 조립도,

도 2는 도 1에 도시하는 전해조의 막-전극 구조체의 설명적 단면도,

도 3은 막-전극 구조체의 다른 예를 도시하는 평면도,

도 4는 막-전극 구조체의 다른 예를 도시하는 평면도,

도 5는 도 1에 도시하는 전해조에서 얻어진 산성 전해수에 염화 은의 백침을 생성시켜 백탁시켰을 때의 투과광량의 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.

(부호의 설명)

1 전해조 2 음이온 교환막

3a, 3b 전극 10a, 10b 전해실

11a, 11b 원수 공급수단 12a, 12b 전해수 취출수단

(발명을 실시하기 위한 최량의 형태)

다음에 첨부의 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태에 대해 더욱 상세하게 설명한다. 도 1은 본 실시형태의 전해조의 조립도, 도 2는 도 1에 도시하는 전해조의 막-전극 구조체의 설명적 단면도, 도 3, 도 4는 막-전극 구조체의 다른 예를 도시하는 평면도, 도 5는 도 1에 도시하는 전해조에서 얻어진 산성 전해수에 염화 은의 백침(白沈)을 생성시켜 백탁시켰을 때의 투과광량의 스펙트럼을 도시하는 그래프이다.

도 1에 도시하는 바와 같이 본 실시형태의 전해조(1)는 음이온 교환막(2)의 양 표면에 막 형상의 전극(3a, 3b)이 형성된 막-전극 구조체(4)의 양측에 집전판(5a, 5b), 스페이서(6a, 6b), 외판(7a, 7b)이 겹쳐진 구성으로 되어 있다. 막-전극 구조체(4), 집전판(5a, 5b), 스페이서(6a, 6b), 외판(7a, 7b)은 도시하지 않은 관통구멍에 삽입되는 볼트와 이 볼트에 나사식 결합 되는 너트에 의해 체결된다.

집전판(5a, 5b)은 알루미늄 등의 금속박으로 이루어지고, 중앙부에 전극(3a, 3b)을 노출시키는 윈도우부(8a, 8b)를 구비함과 동시에 윈도우부(8a, 8b)의 외주부 에서 전극(3a, 3b)에 접촉하고 있다. 집전판(5a, 5b)의 상단부에는 단자부(9a, 9b)가 설치되어 있다.

스페이서(6a, 6b)는 중앙부에 집전판(5a, 5b)의 윈도우부(8a, 8b)에 연통하는 공동부를 구비하고, 이 공동부가 전해실(10a, 10b)로 되어 있다. 스페이서(6a, 6b)는 전해실(10a, 10b)에 원수를 공급하는 급수구멍(11a, 11b)을 구비하고, 급수구멍(11a, 11b)은 도시하지 않은 원수 탱크 등의 원수 공급수단에 접속되어 있다. 또, 스페이서(6a, 6b)는 전해실(10a, 10b)에서 생성한 전해수를 취출하는 배수구멍(12a, 12b)을 구비하고, 배수구멍(12a, 12b)은 도시하지 않은 저수 탱크 등에 접속되어 있다.

외판(7a, 7b)은 엔드 플레이트가 되는 맹판으로, 스페이서(6a, 6b)의 공동부를 덮어 막아서 전해실(10a, 10b)을 형성하게 되어 있다.

단자부(9a, 9b)는 집전판(5a, 5b)의 상단부로부터, 서로 상이한 방향으로 인출되어 있고, 도선(13)에 의해 전원장치(14)에 접속되어 있다.

상기 전해조(1)에서, 막-전극 구조체(4)는, 도 2에 도시하는 바와 같이, 음이온 교환막(2)의 양 표면에 직사각형 형상으로 형성된 막 형상의 전극(3a, 3b)을 구비하고 있다. 음이온 교환막(2)으로서는, 예를 들면, 아사히카세고교 주식회사제 아시플렉스(등록상표), 아사히가라스 주식회사제 세레미온(등록상표) 등의 탄화수소계 폴리머로 이루어지는 음이온 교환막을 사용할 수 있다.

전극(3a, 3b)은 전극 기재와, 촉매와, 결착제를 포함하는 다공질체이다.

상기 전극 기재로서는, 예를 들면 탄화티탄(TiC), 질화 티탄(TiN) 등의 티탄 화합물을 사용할 수 있다. 상기 전극 기재는 카본블랙 등의 탄소질 재료이어도 되지만, 이 탄소질 재료는 전해중에 원수에 용출되어, 전극의 수명이 짧아지는 경우가 있다. 이에 반해, 상기 티탄 화합물은 전기전도성이 양호한데다, 탄소에 비해 전기화학적으로 안정하여, 전해중에 원수에 잘 용해되지 않는다. 따라서, 상기 티탄 화합물은 전극(3a, 3b)으로 했을 때에 충분한 수명을 얻을 수 있다.

상기 촉매로서는, 예를 들면 백금흑 또는 이리듐흑을 들 수 있다. 상기 촉매는 상기 백금흑과 이리듐흑을 각각 단독으로 사용해도 되고, 상기 백금흑과 이리듐흑을 소정 비율로 혼합하여 사용해도 된다.

상기 결착제는 상기 전극 기재와 상기 촉매를 서로 결착하는 것이다. 이러한 결착제로서, 예를 들면, 폴리비닐알콜(PVA), 폴리염화비닐(PVC), 폴리메타크릴산메틸(PMMA), 폴리스티렌(PS), 아세트산 셀룰로오스(CA) 등을 들 수 있다.

또, 전극(3a, 3b)은 상기 전극 기재, 상기 촉매 이외에, 부성분으로서 활성탄, 도전성 카본, 금속 등의 분체를 함유하고 있어도 된다.

전극(3a, 3b)은 상기 전극 기재에 상기 촉매를 분산시키고, 또한 상기 결착제와 혼합하여 얻어진 페이스트 형상체를 이온 투과막(2)의 양 표면에 소정의 형상으로 도포하고, 가열 및/또는 가압함으로써, 이온 투과막(2)에 밀착하여, 이온 투과막(2)과 일체로 형성되어 있다. 상기 도포는, 예를 들면 인쇄, 묘화 등의 방법에 의해 행할 수 있다. 또한, 상기 페이스트 형상체에 있어서, 폴리비닐알콜은 결착제와 용제를 겸하고 있다.

전극(3a, 3b)은 상기 전극 기재, 상기 촉매 등의 분체에 의해 형성되므로, 직경 수 ㎛의 미세구멍을 갖는 다공질체로 되어 있고, 음이온 교환막(2)은 이 미세구멍에 면하는 부분이 노출되어 있다.

막-전극 구조체(4)에서는, 음이온 교환막(2)은 50~200㎛의 막두께를 구비하고 있다. 또, 전극(3a, 3b)은 전술의 방법에 의해 건조 막두께가 30~200㎛가 되도록 형성되어 있다.

본 실시형태의 전해조(1)에서는, 예를 들면 전극 3a를 양극, 전극 3b를 음극으로 하는 경우, 급수구멍(11a)을 통하여 전해실(10a)에 전해질을 포함하지 않은 원수로서 증류수를 공급하고, 급수구멍(11b)을 통하여 전해실(10b)에 전해질을 포함하는 원수로서 식염수(염화나트륨 수용액)를 공급하면서, 전원장치(14)에 의해 전극(3a, 3b)에 도통한다. 이 결과, 전해실(10a)에는 차아염소산을 포함하는 산성 전해수가 얻어지고, 이 산성 전해수는 배수구멍(12a)을 통하여 취출된다. 한편, 전해실(10b)에는 알칼리성 전해수가 얻어지고, 이 알칼리성 전해수는 배수구멍(12b)을 통하여 취출된다.

이때, 전극(3a, 3b)은, 음이온 교환막(2)의 양 표면에 밀착하여 음이온 교환막(2)과 일체로 형성되어 있고 양 전극간의 간격이 대단히 좁으므로, 전극간 저항이 작아, 저전압으로 효율적으로 전해를 행할 수 있다. 또, 전해실(10a, 10b)은 음이온 교환막(2)에 의해 갈라져 있고, 전해실(10a)에는 증류수, 전해실(10b)에는 식염수가 공급되므로, 전해실(10a)에 얻어지는 차아염소산을 포함하는 산성 전해수는 잔류 염소 이온 농도를 대단히 낮게, 수돗물 정도로 할 수 있다.

또한, 상기 실시형태에서는, 음이온 교환막(2)의 양 표면에, 다공질체로 이 루어지는 막 형상의 전극(3a, 3b)을 직사각형 형상으로 설치하고 있는데, 전극(3a, 3b)은 상기 형상에 한정되는 것은 아니고, 도 3에 도시하는 바와 같이 메시 형상이어도 되고, 도 4에 도시하는 바와 같이 빗 형상이어도 된다. 전극(3a, 3b)을 빗 형상으로 하는 경우에는, 도 4에 도시하는 바와 같이 전극(3a)과 전극(3b)(도 4에 은선으로 나타냄)은 서로 겹치지 않는 위치에 설치하도록 해도 된다.

전극(3a, 3b)은 상기 메시 형상 또는 빗 형상으로 형성되는 경우, 메시 형상 또는 빗 형상의 간극으로부터 음이온 교환막(2)이 노출되므로, 다공질체가 아니라, 미세구멍을 구비하지 않은 치밀한 고체이어도 된다. 단, 도 1에 도시하는 전극(3a, 3b)과 동일한 다공질체일 경우에는, 상기 페이스트 형상체를 스크린인쇄 등의 방법에 의해 음이온 교환막(2)에 도포함으로써, 상기 메시 형상 또는 빗 형상의 형상을 용이하게 형성할 수 있으므로 유리하다.

또, 상기 실시형태의 전해조(1)는 전극(3a, 3b)에 전력을 공급하는 전원장치(14)나 상기 원수 공급수단 등의 작동을 제어하는 제어장치 등의 주변장치를 구비함으로써, 전해수 생성장치를 구성할 수 있다.

다음에, 본 발명 실시예 및 비교예를 나타낸다.

(실시예 1)

본 실시예에서는, 도 1에 도시하는 전해조(1)에서, 전해실(10a, 10b)에 면하는 전극(3a, 3b)의 면적을 16cm²으로 함과 동시에, 양극측의 전해실(10a)에 증류수를, 음극측의 전해실(10b)에 0.8g/L의 농도의 식염수(염화나트륨 수용액)를 각각 16mL/분의 유량으로 공급하고, 전극(3a, 3b)에 0.5A의 정전류를 공급하여 전해를 행했다.

이때, 전압은 약 7V, 전해실(10a)에 얻어진 산성 전해수는 pH1.94, 유효 염소농도 50ppm이었다. 결과를 표 1에 나타낸다.

상기 유효 염소농도는 상기 산성 전기분해액 5mL에 0.1몰/L의 질산은 용액 0.5mL를 적하하여 염화 은의 백침을 생성시키고, 백탁(白濁)된 용액의 투과광량을 측정함으로써 구했다. 상기 투과광량의 스펙트럼을 도 5에 도시한다. 또, 상기 산성 전해수 대신, 순수, 수돗물을 사용한 이외는, 상기와 완전히 동일하게 하여 측정한 상기 투과광량의 스펙트럼을 도 5에 함께 나타낸다.

[비교예 1]

본 비교예에서는, 도 1에 도시하는 전해조(1)에서, 양 표면에 전극(3a, 3b)이 형성되지 않은 음이온 교환막(2)을 사용하고, 전해실(10a, 10b)의 외판(7a, 7b)측에 백금전극을 설치하고, 이 백금전극을 집전판(5a, 5b)에 접속한 이외는, 실시예 1과 완전히 동일하게 하여 전해를 행했다. 상기 백금전극은 음이온 교환막(2)에 접촉하지 않도록 되어 있다.

이때, 전압은 약 17V, 전해실(10a)에 얻어진 산성 전해수는 pH1.91, 유효 염소농도 55ppm이었다. 결과를 표 1에 나타낸다.

상기 유효 염소농도는 실시예 1과 완전히 동일하게 하고, 상기 산성 전기분해액에 염화 은의 백침을 생성시켜, 백탁된 용액의 투과광량을 측정함으로써 구했다. 상기 스펙트럼을 도 5에 도시한다.

[비교예 2]

본 비교예에서는, 전해실(10a, 10b)의 양쪽에 상기 식염수를 공급하도록 한 이외는, 비교예 1과 완전히 동일하게 하여 전해를 행했다.

이때, 전압은 약 11V, 전해실(10a)에 얻어진 산성 전해수는 pH2.22, 유효 염소농도 120ppm이었다. 결과를 표 1에 나타낸다.

상기 유효 염소농도는 실시예 1과 완전히 동일하게 하고, 상기 산성 전기분해액에 염화 은의 백침을 생성시키고, 백탁된 용액의 투과광량을 측정함으로써 구했다. 상기 스펙트럼을 도 5에 도시한다.

	전해전압(V)	pH	유효 염소농도(ppm)
실시예 1	약 7	1.94	50
비교예 1	약 17	1.91	55
비교예 2	약 11	2.22	120

표 1로부터, 음이온 교환막(2)의 양 표면에 밀착하고, 음이온 교환막(2)과 일체로 형성된 전극(3a, 3b)을 구비하는 본 발명의 전해조(1)(실시예 1)에 의하면, 음이온 교환막(2)에 접촉하지 않는 전극을 구비하는 경우(비교예 1,2)보다도 낮은 전압으로 전해를 행할 수 있어, 전해 효율이 우수한 것이 명확하다.

또, 표 1, 도 5로부터, 음이온 교환막(2)을 사용하여 음극측의 전해실(10b)에만 전해질을 포함하는 원수(식염수)를 유통하는 본 발명의 전해조(1)(실시예 1)에 의하면, 염소 이온 농도는 수돗물과 동일한 정도로, 전해실(10a, 10b)의 양쪽에 전해질을 포함하는 원수(식염수)를 공급하는 경우(비교예 2)보다도 상당히 낮은 것이 명확하다.

(실시예 2)

본 실시예에서는, 우선, 전극 기재와 촉매와 결착제를 100:5:7의 중량비로 혼합하여 페이스트 형상 혼합물을 작성했다. 상기 전극 기재는 325메시 이하의 탄화티탄(TiC)을 사용하고, 상기 촉매는 백금흑과 이리듐흑을 3:7의 중량비로 혼합한 것을 사용했다. 또, 상기 결착제로서는, 비누화율 100%의 폴리비닐알콜을 2중량%의 농도로 물/에탄올 혼합용매(용적비, 1:1)에 용해한 용액을 사용하고, 상기 페이스트 형상 혼합물의 점도는 15~25cps이었다.

다음에 상기 페이스트 형상 혼합물을 이온 투과막(2)로서의 두께 약 100㎛의 음이온 교환막(아사히가라스 주식회사제 세레미온(등록상표)AMV)상에 도포하고, 건조시킨 후, 80℃, 10MPa로 30분간 가열, 가압하여, 막-전극 구조체(4)를 형성했다. 본 실시예에서 얻어진 막-전극 구조체(4)에서의 전해수 생성용 전극(3a, 3b)의 표면저항을 2침법으로 측정한 바, 20Ωcm 이하였다.

다음에 본 실시예에서 얻어진 막-전극 구조체(4)를 도 1에 도시하는 전해조(1)에 적용하고, 음극측에 0.01M의 KCl 용액, 양극측에 순수를 공급하고, 전해수 생성용 전극(3a, 3b)간에 4V의 전압을 인가하고, 뱃치식으로 전해를 행했다. 이 결과, 양극측으로부터 유효 염소농도 80ppm, pH4.0의 살균력이 있는 산성수가 얻어졌다. 이때, 평균 전해 전류밀도는 111mA/cm²이고, 종래의 전극을 사용하는 전해조에서의 평균 전해 전류밀도가 20~30mA/cm²인 것에 비해, 현저하게 우수한 전해 효율이 얻어졌다.

Claims

이온 투과성의 격막을 사이에 두고 대향 배치된 1쌍의 전해실과, 각 전해실에 원수를 공급하는 원수 공급수단과, 이 격막을 끼우고 각 전해실에 설치된 1쌍의 전극과, 양 전극에 전압을 인가하여 이 원수 공급수단에 의해 각 전해실에 공급된 원수를 전해함으로써 얻어진 전해수를 각 전해실로부터 취출하는 전해수 취출수단을 구비하는 전해조에 있어서,

이 격막은 음이온 교환막이며,

이 전극은 이 음이온 교환막의 양 표면에 밀착하여 음이온을 투과할 수 있는 막-전극 구조체를 형성하고 있고, 탄화 티탄 또는 질화 티탄의 분말로 이루어지는 전극 기재와, 이 전극 기재중에 분산되어 있는 백금흑 또는 이리듐흑 촉매와, 이 전극 기재와 이 촉매를 결착하는 결착제를 포함하며, 상기 격막과 일체로 형성되어 있는 메시 형상 또는 빗형상의 다공질체이며,

적어도 음극측의 이 전해실에 공급되는 이 원수가 전해질로서 염화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해조.
제 1 항에 있어서, 상기 양 전해실에 공급되는 상기 원수가 상기 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해조.
제 1 항에 있어서, 상기 음극측의 전해실에 공급되는 상기 원수만이 상기 전해질을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해조.
제 1 항에 있어서, 상기 전극은 도전성의 분체로부터 형성된 다공질체인 것을 특징으로 하는 전해조.
제 4 항에 있어서, 상기 전극은 도전성의 분체를 포함하는 도전성 페이스트를 상기 음이온 교환막의 표면에 도포하고, 가열 또는 가압함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 전해조.
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제 1 항에 있어서, 상기 전극은 도전성의 분체를 포함하는 도전성 페이스트를 상기 음이온 교환막의 표면에 도포하고, 가열 또는 가압함으로써 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전해조.
이온 투과성의 격막을 사이에 두고 대향 배치된 1쌍의 전해실과, 각 전해실에 원수를 공급하는 원수 공급수단과, 이 격막을 끼우고 각 전해실에 설치된 1쌍의 전극과, 양 전극에 전압을 인가하여 이 원수 공급수단에 의해 각 전해실에 공급된 원수를 전해함으로써 얻어진 전해수를 각 전해실로부터 취출하는 전해수 취출수단을 구비하고,

이 격막은 음이온 교환막이며,

이 전극은 이 음이온 교환막의 양 표면에 밀착하여 이 음이온이 투과할 수 있는 막-전극 구조체를 형성하고 있고, 탄화 티탄 또는 질화 티탄의 분말로 이루어지는 전극 기재와, 이 전극 기재중에 분산되어 있는 백금흑 또는 이리듐흑 촉매와, 이 전극 기재와 이 촉매를 결착하는 결착제를 포함하며, 상기 격막과 일체로 형성되어 있는 메시 형상 또는 빗형상의 다공질체이며,

적어도 음극측의 이 전해실에 공급되는 이 원수가 전해질로서 염화물을 포함하는 전해조를 사용하여 전해수를 생성시키는 것을 특징으로 하는 전해수 생성장치.