KR101341036B1 - 이온수기의 전해조용 전극판 및 이를 포함하는 격막 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온수기의 전해조용 전극판 및 이를 포함하는 격막 구조에 관한 것으로, 공급수의 유수방향과 평행한 수직변의 길이가, 직각인 수평변의 길이보다 더 길게 형성된 다수의 전해홀이 형성된 전극판; 전극판이 삽입되는 케이스; 및 케이스의 측면에 부착된 멤브레인;이 포함되어 이루어짐으로써, 전류가 변에 집중되는 특성을 이용하여 전극판의 전면(全面)에 걸쳐 고루 이온 반응이 이루어지고, 케이스가 전해조의 하우징에 간단히 탈,부착됨으로써, 작업의 편의성이 향상하도록 된 것이다.

Description

이온수기의 전해조용 전극판 및 이를 포함하는 격막 구조{Electrode plate for electrolytic cell of water ionzer and structure thereof}

본 발명은 이온수기의 전해조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 전극판에 다수의 전해홀이 형성되고, 전극판이 삽입되는 케이스에 멤브레인이 부착되어 이루어진 이온수기의 전해조용 전극판 및 이를 포함하는 격막 구조에 관한 것이다.

일반적으로 이온수기는 고혈압, 당뇨병 등의 현대 성인병의 중요 원인 중의 하나가 고기류, 생선류 등 산성식품의 과다 섭취로 인한 체질의 산성화이며, 이러한 산성 체질을 약알칼리 체질로 개선하기 위해 개발되어 왔다. 이러한 이온수기는 크게 필터부와 전해조로 구성되고, 수돗물 등의 공급수가 필터부에서 정수된 다음 전해조로 유입되어 산성 이온수와 알칼리 이온수로 배출된다. 여기서, 전해조는 전기적 성질을 가진 이온(ion)이 멤브레인을 통과하여 음극(-) 또는 양극(+)이 인가된 전극판에 각각 정화수의 양이온 또는 음이온이 흡착되어 이온수가 생성되도록 이루어진다.

이러한 일반적인 이온수기의 전해조(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 하우징(20), 공급수가 유입되는 유입구(30) 및 배출구(40) 및, 하우징(20)에 내장된 전극판 및 멤브레인이 포함되어 이루어졌다.

하우징(20)은 멤브레인 및 전극판의 내장을 쉽게 하기 위해 상부 하우징(21)과 하부 하우징(22)으로 이루어져 상호 체결되어 이루어졌다.

유입구(30)는 하우징(20)의 내부에 필터부(미도시)로부터 공급된 정화수를 안내하기 위해 하우징(20)의 상부 또는 하부에 1개 또는 2개가 형성되었다.

배출구(40)는 하우징(20)의 내부에서 이온화된 알칼리 이온수 또는 산성수를 외부로 각각 구분하여 배출하기 위해 하우징(20)의 상부 또는 하부에 2개가 형성되었다.

또한, 하우징(20)의 내부에는 다수의 전극판이 배치되고, 전극판 사이에 멤브레인이 배치되었다.

이와 같이 이루어진 전해조(10)는 유입구(30)를 통해 하우징(20)의 내부로 공급된 공급수가 전극판 및 멤브레인에 의해 이온화되어 산성 이온수 및 알칼리 이온수로 분류되고, 이들 이온수는 각각 별도의 배출구(40)를 통해 외부로 배출되었다.

한편, 전해조(10)에 내장되는 전극판 및 멤브레인의 종래의 실시예를 보면, 도 2에 도시된 바와 같이 종래의 전극판(50) 및 멤브레인(60)은, 다수의 전극판(50)들 사이에 멤브레인(60)이 배치되는 구조를 이루었다. 이러한 전극판(50)과 멤브레인(60)의 배치구조는 극히 일반적이다.

여기서, 전극판(50)은 얇은 패널형상이고, 일단부에 외부 전원으로부터 전기를 인가받기 위한 전극단자(51)가 형성되었다.

멤브레인(60)은 이온(ion)만 통과시키는 얇은 막으로, 4변(邊)이 프레임(61)에 부착되어 팽팽하게 유지된 채 하우징(20,도 1 참조)에 설치되었다.

따라서, 하우징(20)에 유입된 공급수로부터 음이온 또는 양이온이 음극 또는 양극의 전류가 인가되는 전극판(50)에 멤브레인(60)을 통과하여 부착됨으로써, 산성 이온수 또는 알칼리 이온수로 전환된 후 배출되었다.

하지만, 전극판(50)에 인가된 전류는 전류의 특성상 4각형인 전극판(50)의 변(邊)에 집중되기 때문에 이온들 역시 4변에서 집중적으로 이온 반응이 이루어졌다. 이로 인해 넓은 평면을 갖는 전극판(50)의 크기에 비해 이온 반응의 효율이 현저히 낮다는 문제점이 있었다.

상기된 문제점을 해소하기 위해 안출된 본 발명은, 전극판에 다수의 전해홀이 형성되고, 이 전해홀에 의해 전류가 전극판 전면(全面)에 대해 고루 흐르게 됨으로써, 전극판 전체에서 고르게 이온 반응이 이루어지고, 이온수의 농도가 향상되어 양질의 이온수를 생성하도록 된 이온수기의 전해조용 전극판을 제공함에 그 목적이 있다.

또한, 전극판이 삽입되면서 멤브레인이 부착된 케이스가 다수 배치됨으로써, 전극판들 사이에 배치된 최소 2개의 멤브레인에 의해 이온의 필터링이 향상되어 양질의 이온수를 얻을 수 있고, 멤브레인 및 전극판의 설치가 용이하여 작업의 편의성이 향상된 전극판을 포함하는 이온수기의 전해조용 격막 구조를 제공함에 다른 목적이 있다.

상기된 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 이온수기의 전해조용 전극판은 하우징, 하우징에 내장된 전극판을 포함하는 이온수기용 전해조에 있어서, 전극판에는 전면(全面)에 대해 전류가 고루 흐르게 하기 위해 공급수의 유수방향과 평행한 수직변의 길이가, 직각인 수평변의 길이보다 더 길게 형성된 다수의 전해홀이 형성되어 이루어진다.

여기서, 수평변은 일정한 곡률을 이루고, 수직변은 직선으로 형성된다.

또한, 전해홀은 수평변과 평행한 방향에서 보면 동일 선상으로 이웃하여 다수 형성되고, 수직변과 평행한 방향에서 보면 상호 어긋나게 이웃하여 형성된 형상의 행렬을 이룬다.

전해홀은 수직변과 평행한 방향에서 보면 이웃한 상,하측 전해홀들이 겹쳤을 때 상호 일부 중첩되도록 형성된다. 이때, 전극판은 백금재질로 제작된다.

한편, 본 발명에 따른 전극판을 포함하는 이온수기의 전해조용 격막 구조는 전해홀이 형성된 전극판; 전극판이 삽입되도록 제작된 케이스; 및 케이스의 측면에 부착된 멤브레인;이 포함되어 이루어진다.

여기서, 케이스는, 전극판이 삽입되면서 공급수가 유입되도록 상면에 형성된 입수구; 및 전극판을 따라 유동된 공급수가 배출되도록 하부의 형성된 배수구;를 포함하고, 그리고 멤브레인이 부착되는 측면이 개방되어 이루어진다. 여기서, 배수구는 케이스의 하단으로부터 연장된 연장부에 형성된다.

또한, 케이스는 멤브레인이 부착된 측면에 형성된 다수의 리브; 및, 멤브레인이 배치되는 양측면의 말단으로부터 외향 연장되면서 외향 굴절된 안착부;가 더 포함되어 이루어진다.

또한, 케이스는 하우징에 다수 배열되고, 케이스 내의 전극판에 배열 순서에 따라 교번으로 음극(-)과 양극(+)의 전류가 인가된다.

상술된 바와 같이 본 발명에 따르면, 수직변이 수평변보다 더 길게 형성된 대략 직사각형인 다수의 전해홀이 전극판에 상호 일정 패턴을 이루어 형성됨으로써, 전류가 변에 집중되는 특성을 이용하여 전극판의 전면(全面)에 걸쳐 고루 전류가 흐르도록 하고, 이온 반응 역시 전극판의 전면에서 고루 이루어지는 효과가 있다.

또한, 상,하로 흐르는 전류가 수평변보다 길이가 긴 수직변에 집중되고, 이 수직변에서 이온 반응이 이루어짐으로써, 전극판의 보다 더 넓은 부위에서 전류가 흐르도록 하고, 이온 반응 역시 보다 넓은 부위에서 이루어져 양질의 이온수가 생성되는 효과가 있다.

또한, 수평변이 일정 곡률로 이루어져 전류의 상,하 흐름에 대한 방해를 최소화하면서 전류와의 접촉 길이가 직선일 때보다 길어져 전류가 보다 더 넓게 흐르게 되고, 이온 반응의 부위 역시 더 넓어지는 효과가 있다.

또한, 전해홀은 수평변보다 수직변의 길이가 더 길고, 수평변이 곡률 형상으로 형성됨으로써, 원형, 수평의 길이가 더 긴 타원형 또는 다각형 등의 형상에 비해 전류의 흐름 방해가 최소화되고, 전류가 집중되는 변의 길이가 최대화되는 효과가 있다.

또한, 멤브레인이 부착된 케이스에 전극판이 삽입되고, 이 케이스가 전해조의 하우징에 간단히 탈,부착됨으로써, 작업의 편의성이 향상되는 효과가 있다.

또한, 케이스가 연속 배치되고, 전극판과 전극판 사이에 멤브레인이 2장 이상 배치됨으로써, 이온에 대한 필터링이 더 향상되어 양질의 이온수를 얻을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 이온수기용 전해조가 개략적으로 도시된 외부 사시도이다.
도 2는 종래의 멤브레인 및 전극판의 결합구조가 도시된 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 이온수기용 전해조의 전극판이 도시된 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 전극판의 실시예가 도시된 측면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전극판을 포함하는 이온수기용 전해조의 격막 구조가 도시된 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 격막 구조의 분리 사시도이다.
도 7은 도 5의 A-A선 단면도이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이온수기용 전해조의 전극판 및 격막 구조를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

<전극판의 구성>

도 3은 본 발명에 따른 이온수기용 전해조의 전극판이 도시된 사시도이고, 도 4a 및 도 4b는 도 3에 도시된 전극판의 실시예가 도시된 측면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 이온수기용 전해조의 전극판(100)은 대략 두께가 얇은 패널형상이고, 일단부에 전극단자(110)가 돌출 형성되며, 면적이 넓은 측면에 다수의 전해홀(120)이 형성된다. 또한, 전극판(100)은 활발한 이온 반응을 위해 백금재질로 제작된다.

전해홀(120)은 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 입상일 때의 전극판(100)에 대해 하향 유동하는 유수(流水)방향에 대해 평행한 수직변(121)의 길이가, 유수방향에 대해 직각인 수평변(122)의 길이보다 더 길게 형성된다. 이처럼 수직변(121)의 길이가 수평변(122)의 길이보다 긴 이유는 전극판(100)에 흐르는 전류의 흐름 방향이 유수의 방향과 유사하게 상향에서 하향으로, 전극단자(110)에서 반대측 단부로 흐르기 때문이다. 이는 전류의 흐름 방향에 대해 전류의 진행이 원활하면서 변(邊)에 집중되는 전류의 특성상 길이가 긴 수직변(121)에 전류가 집중됨으로써, 전류가 집중되는 부위가 더 넓어지면서 전류의 흐름이 전극판(100)에 고루 흐르게 하기 위함이다. 이로 인해 전극판(100)과 공급수의 이온 반응이 더 많은 부위에서 발생하게 된다. 또한, 수평변(122)은 일정한 곡률을 이루어 형성되고, 이는 전류의 흐름을 원활히 하면서 전류와 접촉되는 변의 길이를 더 길게 하기 위함이다. 물론, 수평변(122)의 길이가 길어질수록 공극수의 이온 반응은 더욱 활발히 이루어진다. 이러한 전해홀(120)의 형상은 원형이나 유수방향에 직각인 지름이 더 넓은 타원형, 사각형 등의 형상보다 더 많은 부위에서 전류가 고루 흐르게 되고, 이온 반응 역시 더 많은 부위에서 발생하게 된다.

이러한 전해홀(120)은 도 4a에서 보듯이, 수평변(122)과 평행한 방향의 복수의 행과 수직변(121)과 평행한 방향의 복수의 열을 갖는 형상을 이루는 행렬의 원소 중 일부에 형성되되, 상기 행렬의 복수의 행 중 서로 이웃하는 두 행에 형성된 상기 전해홀(120)은 서로 다른 열에 형성된다. 이하에서는 편의상 도면에 도시된 바를 참조하여 행 및 열로 설명한다. 다시 설명하자면, 행을 이루는 전해홀(120)은 동일 선상으로 형성되고, 열을 이루는 전해홀(120) 역시 동일 선상으로 형성되며, 최상위 행과 차상위 행의 전해홀(120)은 상호 지그재그형상으로 형성된다. 좀 더 자세히 설명하면, 최상위 행의 전해홀(120)들 사이에 차상위 행의 전해홀(120)들이 위치되고, 차상위 행의 전해홀(120)들의 위치는 최상위 행 전해홀(120)들의 중간에 형성됨이 바람직하다.

또한, 전해홀(120)은 도 4b에서와 같이 변형될 수 있다. 이를 설명하자면, 최상위 행의 전해홀(120)들 사이에 대략 1개 이상 내지 3개 이하 정도의 차상위 행의 전해홀(120)이 형성되고, 최상위 행의 전해홀(120) 하부와 차상위 행의 전해홀(120) 상부를 겹쳤을 때 중첩되도록 형성된다. 따라서, 최상위 행을 이루는 전해홀(120) 간의 간격은 길어지지만, 길어진 간격 사이에 차상위 행의 전해홀(120), 차차상위 행의 전해홀(120) 등이 위치하게 된다. 이러한 변형은 전극판(100)에 더 많은 변(邊)을 형성하여 전류가 집중됨으로써 이온 반응 역시 더욱 더 많은 부위에 발생되도록 하기 위함이다. 여기서, 최상위 행과 차상위 행 및 차차상위 행을 예로 설명하였지만, 기타 행들 역시 동일하게 적용된다.

<격막 구조의 구성>

이하에서는 본 발명에 따라 전극판을 포함하는 이온수기 전해조의 격막 구조에 대해 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 5는 본 발명에 따른 전극판을 포함하는 이온수기용 전해조의 격막 구조가 도시된 사시도이이고, 도 6은 도 5에 도시된 격막 구조의 분리 사시도이며, 도 7은 도 5의 A-A선 단면도이다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 이온수기용 전해조의 격막(200)은 전극판(100)이 삽입되는 케이스(300) 및, 케이스(300의 측면에 부착된 멤브레인(400)이 포함되어 이루어진다.

케이스(300)는 상면이 개방되어 형성된 입수구(310), 하단에 형성된 배수구(320) 및, 개방된 측면에 높이방향으로 다수 형성된 리브(330)가 포함되어 이루어진다. 이 케이스(300)는 입수구(310)를 통해 1개의 전극판(100)이 삽입되는 대략 두께가 얇은 직사각형이고, 하부 중앙부위에 말단(末端)으로부터 하향 연장되면서 외향 굴절된 형상의 안착부(340)가 형성된다.

입수구(310)는 케이스(300)의 상면에 형성되고, 이 입수구(310)를 통해 전극판(100)이 케이스(300)의 내부로 삽입됨과 아울러 전해조에 공급된 공급수가 케이스(300)의 내부로 유동된다.

배수구(320)는 케이스(300)의 하단 일측에 하향 돌출 형성된 연장부(350)에 형성되고, 케이스(300)의 내부에서 유동되면서 이온화된 이온수를 케이스(300)의 외부로 배수하도록 형성된다.

안착부(340)는 케이스(300)가 전해조의 하우징(20,도 1 참조)에 내장되면서 하우징(20)의 내부 바닥면과 케이스(300)의 하부 외면과의 일정한 간격이 형성되도록 위치되도록 하기 위함이다. 이 안착부(340)의 길이는 케이스(300)의 측면 길이보다 더 짧으면서 케이스(300)의 하단 중앙부위에 형성된다.

한편, 멤브레인(400)은 케이스(300)에서 개방되면서 다수의 리브(330)가 형성된 측면에 부착된다. 이때, 멤브레인(400)은 케이스(300) 및 리브(330)의 내면에 부착되어 리브(330)에 의해 외력으로부터 보호되면서 부착력이 조력(助力)된다.

<작용>

이하에서는 멤브레인(400)이 부착된 케이스(300) 및 전극판(100)이 포함되어 이루어진 본 발명에 따른 격막(200)의 작용에 대해 공급수의 유동에 따라 설명한다.

이온수기용 전해조의 하우징(20)으로 공급수가 공급되어 케이스(300)의 내부로 유입되어 케이스(300)의 내부에서 하향으로 전극판(100)을 따라 유동되고, 음극 또는 양극의 전류가 흐르는 전극판(100)에 전류의 극성에 따라 공급수의 음이온 또는 양이온이 반응하여 흡착된다. 이때, 전극판(100)에 다수 형성된 전해홀(120)에 의해 전류가 전면(全面)에 걸쳐 고루 흐르게 된다. 이로 인해, 전해홀(120)의 변(邊)에서 이온 반응이 적극적으로 이루어지고, 이러한 이온 반응의 부위는 종래의 패널일 때보다 현저하게 넓어져 공급수의 이온화 효율이 극대화된다. 또한, 전극단자(110)에서 반대측 단부까지 즉, 상부에서 하부로 흐르는 전류의 진행이 방해되지 않아 전극단자(110)의 반대측 단부의 전해홀(120)까지도 전류는 원활히 흐르게 된다. 만약, 일측 격막(200)에서 양(+)이온화가 진행되면 타측 격막(200)에서는 음(-)이온화가 진행되고, 이때의 이온들은 멤브레인(400)을 통해 유동되어 전극판(100)에 흡착된다.

다음으로, 전극판(100)에 의해 이온화된 공급수는 케이스(300)의 하부에 형성된 배수구(320)를 통해 배출되고, 이때 일측 격막(200)에서 생성된 알칼리 이온수와, 타측 격막(200)에서 생성된 산성 이온수는 각각 별도의 배출구(40,도 1 참조)를 통해 전해조의 하우징(20)의 외부로 배출된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 상술한 실시예들은 모든 면에 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100...전극판 110...전극단자,
120...전해홀 121...수직변,
122...수평변 200...격막,
300...케이스 310...입수구,
320...배수구 330...리브,
340...안착부 350...연장부.

Claims (11)

1. 하우징(20), 상기 하우징(20)에 내장된 전극판(100)을 포함하는 이온수기용 전해조에 있어서,
   상기 전극판(100)에는 전면(全面)에 대해 전류가 고루 흐르게 하기 위해 공급수의 유수방향과 평행한 수직변(121)의 길이가, 직각인 수평변(122)의 길이보다 더 길게 형성된 다수의 전해홀(120)이 형성된 것을 특징으로 하는 이온수기의 전해조용 전극판.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수평변(122)은 일정한 곡률을 이루고, 상기 수직변(121)은 직선인 것을 특징으로 하는 이온수기의 전해조용 전극판.
3. 제1항에 있어서,
   상기 수평변(122)과 평행한 방향의 복수의 행과 상기 수직변(121)과 평행한 방향의 복수의 열을 갖는 형상을 이루는 행렬의 원소 중 일부에 상기 전해홀(120)이 형성되되,
   상기 행렬의 복수의 행 중 서로 이웃하는 두 행에 형성된 상기 전해홀(120)은, 서로 다른 열에 형성되는 것을 특징으로 하는 이온수기의 전해조용 전극판.
4. 제3항에 있어서,
   상기 전해홀(120)은 상기 수직변(121)과 평행한 방향에서 보면 이웃한 상,하측 전해홀(120)들이 겹쳤을 때 상호 일부 중첩되도록 형성된 것을 특징으로 하는 이온수기의 전해조용 전극판.
5. 제1항에 있어서,
   상기 전극판(100)은 백금재질인 것을 특징으로 하는 이온수기의 전해조용 전극판.
6. 제1항의 전극판(100);
   상기 전극판(100)이 삽입되도록 제작된 케이스(300); 및
   상기 케이스(300)의 측면에 부착된 멤브레인(400);이 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 전극판을 포함하는 이온수기의 전해조용 격막 구조.
7. 제6항에 있어서,
   상기 케이스(300)는,
   상기 전극판(100)이 삽입되면서 공급수가 유입되도록 상면에 형성된 입수구(310); 및
   상기 전극판(100)을 따라 유동된 공급수가 배출되도록 하부의 형성된 배수구(320);를 포함하고, 그리고
   상기 멤브레인(400)이 부착되는 측면이 개방되어 이루어진 것을 특징으로 하는 전극판을 포함하는 이온수기의 전해조용 격막 구조.
8. 제7항에 있어서,
   상기 케이스(300)는 상기 멤브레인(400)이 부착된 측면에 형성된 다수의 리브(330);가 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 전극판을 포함하는 이온수기의 전해조용 격막 구조.
9. 제7항에 있어서,
   상기 케이스(300)에는 상기 멤브레인(400)이 배치되는 양측면의 말단으로부터 외향 연장되면서 외향 굴절된 안착부(340);가 더 포함되어 이루어진 것을 특징으로 하는 전극판을 포함하는 이온수기의 전해조용 격막 구조.
10. 제7항에 있어서,
    상기 배수구(320)는 상기 케이스(300)의 하단으로부터 연장된 연장부(350)에 형성된 것을 특징으로 전극판을 포함하는 이온수기의 전해조용 격막 구조.
11. 제7항에 있어서,
    상기 케이스(300)는 상기 하우징(20)에 다수 배열되고, 상기 케이스(300) 내의 상기 전극판(100)에 배열 순서에 따라 교번으로 음극(-)과 양극(+)의 전류가 인가되는 것을 특징으로 하는 전극판을 포함하는 이온수기의 전해조용 격막 구조.

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