KR101387836B1 - 전기 분해용 전극 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 전기 분해용 전극은 적층되는 단위 전극의 수를 조절하여 수산기 발생량 또는 차아염소산의 생성량을 용이하게 변경할 수 있으며, 기존의 전기 분해용 전극과는 달리 방수를 위한 별도의 몰딩, 실링 작업을 요구하지 않으므로 생산성 및 작업성을 향상시키고, 기존의 볼트-너트 체결 방식을 이용하지 않고도 양전극부와 음전극부를 체결할 수 있으므로, 조립성 및 생산성이 향상될 수 있다. 이에 더하여, 본 발명은 전기 분해용 전극에서 마이크로 버블(Micro Bubble)을 함께 생성할 수 있으며, 마이크로 버블을 통해 수처리 효율을 더욱 향상시킬 수도 있다.

Description

전기 분해용 전극{Electrode for electrolysis}
본 발명은 전기 분해용 전극에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 수중에서의 전기분해를 통해 수산기(OH Radical) 또는 차아염소산(HClO)을 생성하여 수처리 효율을 향상시키는 전기 분해용 전극에 관한 것이다.
일반적으로, 가습기, 공기청정기 등의 물속에 수산기 발생장치를 설치하며, 설치된 수산기발생장치는 비교적 안정된 저전압 DC전원을 입력받아 음전극과 양전극 사이에서 방전을 유도하여 전기적 에너지를 띤 저온 플라즈마를 발생시킨다.
즉, 수산기는 고체, 액체, 기체에 이은 제4의 물질이라고 일컬어지는 플라즈마 상태에서 만들어지는 일종의 산소 음이온계 물질로서, 물(H2O) 분자가 전기적 에너지에 의해 분리되는 과정에서 수소 원자(H+)가 떨어진 형태로 생성되는 것으로 알려져 있다. 수산기(OH-)는 미생물의 표면에 위치하는 수소 원자(H+)와 결합하여 물(H2O)을 생성하므로, 병원성 미생물의 세포가 파괴되도록 함으로써 강력한 살균 효과를 구현한다. 또한, 수산기는 대부분의 오염물질과 결합하여 오염물질을 물(H2O)과 이산화탄소(CO2)로 분해하는 특징을 가지며, 오존 대비 2000배 및 자외선 대비 180배의 산화속도를 가지는 장점이 있다. 이러한 산화속도에 의해 수산기는 빠른 속도로 오염원이나 병원성 미생물을 분해할 수 있다.
이러한 수산기를 이용하여 오염원이나 병원성 미생물을 제거하기 위해 다양한 형태의 수산기 발생장치가 제안된 바 있다.
한편, 일반 물에 미량 존재하는 염화 이온(Cl-)을 전기분해 시, 생성되는 염소 가스와 수소 및 산소가 결합하여 소량의 차아염소산이나 차아염소산 나트륨이 생성되는데, 정화대상 물에 염화나트륨이나 염산을 소량 혼합 후 전기분해를 하면, 전기분해를 통해 차아염소산(HOCl)을 생성할 수 있다. 만일 정화대상 물 속에 나트륨 이온이 존재하는 경우 차아염소산 나트륨이 생성될 수도 있다. 이렇게 생성된 차아염소산이나 차아염소산 나트륨은 생성된 정화대상의 살균 및 탈취에 이용될 수 있다.
이처럼 전기분해를 통해 생성되는 수산기나 차아염소산은 정화 대상을 살균, 소독, 탈취 및 오염물질 분해에 이용될 수 있으나, 현재의 전기 분해용 전극은 정화 대상 내에서 전극 간 거리가 멀어 효율이 낮고, 한번 정해진 크기와 용량이 고정되므로 가용성이 좋지 못한 단점이 있다.
한국 공개특허 10-2010-0060494에서는 하우징 내에 수납되며, 원통형의 제1전극, 제1전극과 같은 형태이면서, 제1전극과는 일정한 간극을 형성하는 제2전극이 마주보도록 하우징 내에 배치하고, 제1전극과 제2전극이 플라즈마 방전을 일으키도록 하며, 제1전극과 제2전극 사이에 물을 공급하여 물속에 수산기 이온을 방출하는 수산기 라디칼 수(水)와 수소산소 가스 발생장치를 제안한 바 있다.
공개특허 10-2010-0060494에서 제안한 수산기 라디칼 수와 수소산소 가스 발생장치의 제1전극과 제2전극은 원통형 하우징 내에서 일정 간격 이격 상태를 유지하면서 상호 마주보는 구조를 가진다. 즉, 공개특허 10-2010-0060494에 제시된 제1전극과 제2전극은 하우징의 크기와 형태에 따라 그 형태가 결정되며, 만일 수산기의 발생 농도를 증가시켜야 하거나, 반대로 감소시켜야 하는 경우, 제1전극과 제2전극의 크기와 형태는 재 설계되어야 한다. 즉, 공개특허 10-2010-0060494에서 제안된 수산기 라디칼 수와 수소산소 가스 발생장치는 전극(제1전극, 제2전극)의 형태와 수산기 발생 용량이 고정된 형태임을 나타내고 있다.
본 발명의 목적은 복수 개의 전극을 적층하는 구조에 의해 방전효율이 향상됨은 물론, 부피를 축소할 수 있으며, 적층 구조에 대한 조립성을 향상시키는 전기 분해용 전극을 제공함에 있다.
본 발명의 다른 목적은 수산기 발생량, 차아염소산 발생량 및 차아염소산 나트륨 발생량을 변경하여야 할 경우, 전기 분해용 전극에 대한 최소한의 수정만으로도 수산기(및 차아염소산 또는 차아염소산 나트륨) 발생량을 용이하게 변경할 수 있도록 적층 구조의 전극을 제안하며, 이를 통해 활용성, 생산성 및 조립성을 향상시키는 전기 분해용 전극을 제공함에 있다. 이때, 전기 분해용 전극은 적층되는 단위 전극의 수에 따라 수산기 발생량(또는 차아염소산이나 차아염소산 나트륨의 발생량)을 변경할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 전기 분해용 전극과 마이크로 버블을 결합하여 수처리 효율을 더욱 향상시키는 전기 분해용 전극을 제공함에 있다.
상기한 목적은 본 발명에 따라, 둘레면 일 측에 형성되는 비접지 홀과 둘레면 내 측에 형성되는 접지 홀을 구비하며, 판상의 형태를 갖는 복수의 양전극부 및 음전극부 및 상기 양전극부 끼리 전기적으로 연결하고, 상기 음전극부 끼리 전기적으로 연결하는 전극 가이드부를 포함하며, 상기 전극 가이드부는, 한 쌍의 전극봉, 상기 비접지 홀에 끼움 결합되며, 상기 교대로 적층되는 상기 양전극부와 상기 음전극부 사이를 이격하는 절연 부재 및 상기 비접지 홀에 삽입되며, 중심부에 상기 전극봉 삽입을 위한 천공 홈을 구비하고 일 측면과 타 측면은 각각 상기 양전극부 및 상기 음전극부 중 어느 하나와 면 접촉을 이루는 링 형상의 연결 부재에 의해 달성된다.
상기한 목적은 본 발명에 따라, 둘레면 일 측에 형성되는 비접지 홀과 둘레면 내 측에 형성되는 접지 홀을 구비하며, 판상의 형태를 갖는 복수의 양전극부 및 음전극부 및 상기 양전극부 끼리 전기적으로 연결하고, 상기 음전극부 끼리 전기적으로 연결하는 전극 가이드부를 포함하며, 상기 전극 가이드부는, 상기 비접지 홀에 위치하여 상기 교대로 적층되는 상기 양전극부와 상기 음전극부 사이를 이격하는 절연 부재 및 상기 비접지 홀에 삽입되며, 일 면과 타 면에는 각각 돌기부와 함몰부를 구비하는 복수의 연결 부재, 상기 연결 부재 중 일 측 종단에 위치하는 연결 부재와 억지 끼움 결합하는 전극봉을 포함하며, 상기 연결 부재는, 이웃하는 연결 부재 중 어느 하나의 돌기부와 다른 하나의 함몰부가 억지 끼움 결합되고, 상기 이웃하는 연결 부재 사이에는 상기 양전극부 및 상기 음전극부 중 어느 하나가 위치하는 전기 분해용 전극에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 전기 분해용 전극은 적층되는 단위 전극의 수를 조절하여 수산기 발생량(또는 차아염소산 및 차아염소산 나트륨)의 발생량을 용이하게 변경할 수 있으며, 기존의 전기 분해용 전극과는 달리 방수를 위한 별도의 몰딩, 실링 작업을 요구하지 않으므로 생산성 및 작업성이 향상된다.
본 발명에 따르면, 양전극부와 음전극부가 교대로 적층되도록 하여 방전 효율을 증가시키는 것은 물론 각 양전극부와 음전극부에 돌기, 홈 또는 전극 홈을 형성함으로써, 양전극부와 음전극부의 면적을 증가시키지 않으면서도 방전효율을 증가시킬 수 있다. 이처럼 양전극부와 음전극부가 교대로 적층되도록 함으로써 방전효율을 증가시키면서도 전기 분해용 전극의 부피는 감소시킬 수 있으며, 양전극부와 음전극부의 적층 횟수에 따라 수산기(또는 차아염소산이나 차아염소산 나트륨) 발생량이 변경될 수 있으므로 수산기(또는 차아염소산이나 차아염소산 나트륨) 발생량에 따라 전기 분해용 전극을 재 설계할 필요 없이 적층 횟수를 조절하는 것으로 이러한 문제를 해결할 수 있다.
본 발명에 따르면, 기존의 볼트-너트 체결 방식을 이용하지 않고도 양전극부와 음전극부를 체결할 수 있으므로, 조립성 및 생산성이 향상될 수 있다.
이에 더하여, 본 발명은 전기 분해용 전극과 마이크로 버블(Micro Bubble)을 함께 사용하여 수처리 효율을 더욱 향상시킬 수도 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 분해용 전극의 분해 사시도,
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 전기 분해용 전극에 대한 단면도,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기 분해용 전극의 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 전기 분해용 전극에 대한 단면도,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 분해용 전극의 전극부에 대한 사시도,
도 6은 도 5의 전극부를 구비하는 전기 분해용 전극의 분해 사시도,
도 7은 도 6에 도시된 전기 분해용 전극에 대한 단면도,
도 8은 양전극부와 음전극부 사이를 이격시키는 방법의 일 예에 대한 참조도면,
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 전기 분해용 전극의 전극부에 대한 사시도,
도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전기 분해용 전극의 분해 사시도,
도 11은 본 발명의 제5실시예에 따른 전기 분해용 전극의 사시도,
도 12은 본 발명에 따른 전기 분해용 전극을 내장하는 수처리 장치의 외형도,
도 13은 도 12에 도시된 수처리 장치의 단면도,
도 14는 수처리 장치에 대한 전기 분해용 전극의 수납 구조에 대한 참조도면, 그리고
도 15는 전극부에 사선으로 형성되는 전극 홈의 일 예에 대한 참조도면을 도시한다.
본 명세서에서 기재되는 전극부는 양전극부와 음전극부를 함께 지칭하여야할 때 기재될 수 있다.
본 명세서에서 동일한 역할을 하는 부재에 대해서는 각 도면별로 동일한 참조부호를 부여할 수 있다. 본 명세서에서 양전극부와 음전극부는 모든 실시예에 걸쳐 동일한 참조부호를 부여받을 수 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른전기 분해용 전극 및 그를 수처리 장치의 실시예들을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 분해용 전극의 사시도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 전기 분해용 전극에 대한 단면도를 도시하며, 도 1과 도 2를 함께 참조하여 설명하도록 한다.
실시예에 따른 전기 분해용 전극(130)은, 전기적으로 연결되는 복수 개의 양전극부(140)와, 전기적으로 연결되는 복수 개의 음전극부(150) 및 복수 개의 음전극부(150)와 복수 개의 양전극부(140)가 상호 이격되어 교대로 적층되고, 복수 개의 음전극부(150)끼리 전기적으로 연결되고, 복수 개의 양전극부(140)끼리 전기적으로 연결되도록 하는 전극가이드부(170)를 포함한다.
양전극부(140)와 음전극부(150)는 전도체의 금속재질로 이루어지는데, SUS304 판재로 형성되거나, 티타늄에 백금족 계열의 금속을 진공 증착하여 형성되거나, 또는 도금 또는 고전기 전도성 물질을 배합한 컴파운드를 사출 성형하여 형성할 수 있다.
그리고, 전극가이드부(170)는 도 1 또는 도 2에서 도시된 바와 같이 복수 개의 양전극부(140)와 복수 개의 음전극부(150)가 각각 전원부와 전기적으로 연결되도록 나란하게 배치되는 한 쌍의 전극봉(172)과, 전극봉(172)에 연결되어 양전극부(140)는 양전극부(140)끼리, 음전극부(150)는 음전극부(150)끼리 통전되도록 접지되는 연결 부재(174)와, 연결 부재(174)의 둘레면에 구비되어 양전극부(140)와 음전극부(150)가 통전되는 것을 방지하고, 양전극부(140)와 음전극부(150)가 상호 이격되게 하는 절연 부재(176)를 포함한다.
이때, 연결 부재(174)는 동일 전극부가 통전되게 하는 것으로, 티타늄 또는 전도성 금속에 백금족 계열의 금속을 도금 또는 진공 증착하여 형성된다.
그리고, 절연 부재(176)는 통전을 막는 것으로 PVC, ABS, PC, GPPS, PP 등 절연이 가능한 재질로 이루어진다.
그리고, 연결 부재(174)의 일면과 타면에는 각각 상호 대응되는 돌기부(174a)와 함몰부(174b)가 형성되고, 돌기부(174a)와 함몰부(174b)에 의해 적층되어 연결된다. 즉, 최선단에 위치한 연결 부재(174)의 함몰부(174b)에는 전극봉(172)이 삽입되어 전기적으로 연결되며, 돌기부(174a)와 함몰부(174b)의 연결에 의해 통전될 수 있는 것이다.
이때, 돌기부(174a)와 함몰부(174b)는 억지끼움되어 적층상태를 유지할 수도 있고, 각각의 외내경에 대응되는 마찰돌기(미도시)와 마찰홈(미도시)에 의해 이탈되는 것을 방지할 수도 있다.
그리고, 절연 부재(176)는 링(Ring) 형상으로 이루어지고, 절연 부재(176)의 내경은 연결 부재(174)의 외경과 일치되어 연결 부재(174)가 절연 부재(176)의 내부에 수용된다.
또한, 각각의 양전극부(140)와 음전극부(150)는 상호 이격되게 배치되는 접지 홀(160)과 비접지 홀(162)이 구비된다. 접지 홀(160)은 연결 부재(174)의 크기보다 작은 직경으로 형성되고, 비접지 홀(162)은 절연 부재(176)의 크기와 같거나 큰 직경으로 형성된다. 즉, 접지 홀(160)의 주변 상하면은 연결 부재(174)와 면 접촉되어 통전되고, 비접촉홀(162)에는 절연 부재(176)가 수용되며, 연결 부재(174)와의 접촉이 이루어지지 않도록 하여 통전되지 않는다.
이를 자세히 설명하면, 각 전극부에는 양측으로 접지 홀(160)과 비접지 홀(162)이 이격되게 각각 형성되며, 일 측은 양전극부(140)의 접지 홀(160)과 음전극부(150)의 비접지 홀(162)이 동일선상에 위치되고, 타 측은 양전극부(140)의 비접지 홀(162)과 음전극부(150)의 접지 홀(160)이 동일선상에 위치된다. 그리고, 연결 부재(174)와 절연 부재(176)가 끼워진다.
상기한 상태로 각각의 전극부에 압력을 가하여 밀착시키면, 직경이 큰 절연 부재(176)에 의해 교대로 적층되는 양전극부(140)와 음전극부(150)의 사이에 개재되어 양전극부(140)와 음전극부(150)를 일정간격 이격되게 하고, 연결 부재(174)는 비접지 홀(162)과 접촉되지 않고, 접지 홀(160)에만 접지되어 동일 전극끼리만 통전되게 한다.
이처럼 동일전극부끼리만 통전되게 하고, 양전극부(140)와 음전극부(150)가 전극봉(172)에 의해 교대로 적층되는 구조에 의해 전기 분해용 전극(130)를 카트리지 형식으로 형성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 전기 분해용 전극의 분해사시도를 도시하며, 도 4는 도 3에 대한 단면도를 도시한다.
도 3과 도 4에서 도시된 바와 같이 전극봉(172)은 양전극부(140)와 음전극부(150)를 관통하도록 길게 형성될 수 있다. 이때, 각각의 연결 부재(174)와 절연 부재(176)는 링 형상으로 이루어지고, 연결 부재(174)의 중심으로는 전극봉(172)이 관통되어 연장될 수 있으며, 접지 홀(160)과 비접지 홀(162)에 연결 부재(174)가 접지 또는 비 접지되어 동일 전극부끼리 통전시키는 것이다.
양전극부(140)와 음전극부(150)는 판 형상으로 이루어지고, 양전극부(140)와 음전극부(150)의 대향하는 면에는 각각 전극돌기(165)가 형성된다. 전극 돌기(165)가 돌출 형성됨에 따라 단위면적당 방전효율이 향상되므로 양전극부(140)와 음전극부(150)의 작은 면적에서도 많은 방전을 유도할 수 있다.
또한, 판 형상인 양전극부(140)과 음전극부(150)는 그물 형태의 메쉬 구조 형태로 대체할 수 있다.
상기한 구조를 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기 분해용 전극구조의 작용을 설명하면 다음과 같다.
전기 분해용 전극(130)은 복수 개의 양전극부(140)와 복수 개의 음전극부(150)가 상호 이격되며 교대로 적층되는 구조를 이루어 형성되므로 제품을 소형화할 수 있으며, 양전극부(140)와 음전극부(150)의 적층 높이에 제한이 없으므로 용량별로 제작이 용이하다.
전기 분해용 전극(130)은 도 1와 도 2에서 도시된 바와 같이 복수 개의 양전극부(140)와 복수 개의 음전극부(150)로 이루어지고, 전극가이드부(170)에 각 전극부는 일정간격 이격되며 동일 전극부끼리 통전된다. 이를 자세히 설명하면, 각 전극부에는 접지 홀(160)과 비접지 홀(162)이 형성되며, 접지 홀(160)은 연결 부재(174)에 의해 통전되고, 비접지 홀(162)은 절연 부재(176)에 의해 통전되지 않는 구조에 의해 동일 전극부끼리는 통전되며, 다른 전극부끼리는 통전되지 않는 구조를 지닌다.
상기와 같은 작용은 동일전극부의 접지 홀(160)과 비접지 홀(162)은 동일선상에 위치되고, 다른 전극부의 접지 홀(160)과 비접지 홀(162)은 서로 반대방향에 위치되므로 가능하다.
이는 일반적인 전기 분해용 전극의 조립 형태에서 볼 수 있는 납땜, 스포트용접(Spot Welding), 볼트와 나사 등의 방법을 사용하여 연결한 후 방수 구조를 갖도록 에폭시, 우레탄, 고무 등으로 몰딩하는 작업을 제거할 수 있어 조립성이 향상되고, 방수 구조가 제거된 전극부는 수산기, 차아염소산 및 차아염소산 나트륨의 발생량을 극대화하여 전극부의 가용성을 높이며, 제품의 크기가 커지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 방수 불량이 발생되어 납땜한 부위 또는 스포트 용접 부위가 부식되거나 오염물질(납, 녹등)이 외부로 유출되는 단점을 방지할 수 있다.
또한, 연결 부재(174)의 돌기부(174a)와 함몰부(174b)에 의해 억지끼움 되어 적층될 수 있어 조립성이 향상되며, 필요한 용량에 따라 전극부의 적층수를 가감할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 전기 분해용 전극의 전극부에 대한 사시도를 나타내고, 도 6은 도 5의 전극부를 구비하는 전기 분해용 전극의 분해 사시도를 나타내고, 도 7은 도 6에 도시된 전기 분해용 전극에 대한 단면도를 나타낸다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 제3실시예에 따른 전기 분해용 전극은 양전극부(140), 음전극부(150)가 교대로 적층되고, 양전극부(140)는 서로 다른 지름의 공극을 가지는 제1양전극(141), 제2양전극(142), 제3양전극(143)이 서로 다른 지름의 공극을 가지는 음전극부(150)의 제1음전극(151), 제2음전극(152) 및 제3음전극(153)과 교대로 적층될 수 있다.
여기서, 전기 분해용 전극의 양 측단부에 마련되는 제1양전극(141)의 공극(141a)의 크기가 가장 크고, 이어서, 제1음전극(151)의 공극(151a), 제2음전극(152)의 공극(152a), 제3음전극(153)의 공극(153a)이 동일하거나 유사한 크기의 공극을 형성하며, 제2양전극(142)의 공극(142a)과 제3양전극(143)의 공극(143a)이 가장 작은 크기로 형성된다.
이에 따라 전기 분해용 전극(130)으로 물이 입수되고 출수되는 양측 종단 방향의 공극은 크고 중심부는 공극의 크기가 작은 공극 구조를 가지는데, 도 6에 도시된 바와 같이, 물의 입수와 출수부가 통수성이 좋고 중심부가 좁은 형태를 가질 때, 물의 수압에 의해 전기 분해용 전극(130)의 좁은 중심부를 지나 넓은 종단으로 확산되면서 마이크로 버블이 생성되도록 유도한다. 도 5에 도시된 공극(141a, 142a, 143a, 151a, 152a 및 153a)의 형태는 다양할 수 있으며, 그에 따른 실시예는 도 7의 (a)와 도 7의 (b)에 도시되어 있다. 도 7의 (a)와 도 7의 (b)에 도시된 공극은 각각 네모 및 별(Star) 모양을 예시하고 있는데, 이 외에도 삼각형, 오각형, 육각형 및 기타 다양한 다각형의 형태로 공극의 형태가 구현될 수 있다. 또한, 공극은 이웃하는 공극과 일정한 간격을 유지하면서 형성되거나 또는 불규칙하게 분포될 수 있다. 다만 한정하지는 않는다.
도 8은 양전극부와 음전극부 사이를 이격시키는 방법의 일 예에 대한 참조도면을 도시한다.
도 8에 도시된 전기 분해용 전극(130)은 전극봉(172), 연결 부재(174) 및 절연 부재(174)로 구성되는 전극가이드부(170) 및 양전극부(140) 및 음전극부(150)가 교대로 적층되는 전기 분해용 전극(130)을 도시한다. 여기서, 전극 가이드부(170)와 접지 홀(160) 및 비접지 홀(162)에 대한 설명은 전술한 도 1의 설명을 준용하도록 하며, 중복되는 설명은 생략하도록 한다.
양전극부(140)와 음전극부(150)에는 마이크로 버블 생성을 위한 공극(180)을 구비할 수 있는데, 공극(180)의 크기는 양전극부(140)와 음전극부(150)의 것이 동일하거나 상이할 수 있다.
양전극부(140)와 음전극부(150)의 중심부에는 부도체인 이격 부재(177)를 끼워 설치할 수 있다. 이격 부재(177)는 절연 부재(176)와 동등의 재질로 이루어지며, 양전극부(140)와 음전극부(150)의 크기에 따라 복수 개가 사용될 수 있다. 예컨대, 이격 부재(177)는 음전극부(150)의 중심부, 테두리 또는 중심부와 테두리 사이에 배치될 수 있는 것이다.
도 9는 본 발명의 제4실시예에 따른 전기 분해용 전극의 전극부에 대한 사시도를 도시하고, 도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 전기 분해용 전극의 분해 사시도를 도시한다.
도 9와 도 10을 함께 참조하면, 제4실시예에 따른 전기 분해용 전극은, 전기적으로 연결되는 복수 개의 양전극부(140), 전기적으로 연결되는 복수 개의 음전극부(150) 및 복수 개의 음전극부(150)와 복수 개의 양전극부(140)가 상호 이격되어 교대로 적층되고, 복수 개의 음전극부(150) 끼리 전기적으로 연결되고, 복수 개의 양전극부(140)끼리 전기적으로 연결되도록 하는 전극가이드부(170)를 포함한다.
양전극부(140)와 음전극부(150)는 전도체의 금속재질로 이루어지는데, SUS304 판재로 형성되거나, 티타늄에 백금족 계열의 금속을 진공 증착하여 형성되거나, 또는 도금 또는 고전기 전도성 물질을 배합한 컴파운드를 사출 성형하여 형성할 수 있다.
그리고, 전극가이드부(170)는 도 1 또는 도 2에서 도시된 바와 같이 복수 개의 양전극부(140)와 복수 개의 음전극부(150)가 각각 전원부와 전기적으로 연결되도록 나란하게 배치되는 한 쌍의 전극봉(172)과, 전극봉(172)에 연결되어 양전극부(140)는 양전극부(140)끼리, 음전극부(150)는 음전극부(150)끼리 통전되도록 접지되는 연결 부재(174)와, 연결 부재(174)의 둘레면에 구비되어 양전극부(140)와 음전극부(150)가 통전되는 것을 방지하고, 양전극부(140)와 음전극부(150)가 상호 이격되게 하는 절연 부재(176)를 포함한다.
이때, 연결 부재(174)는 동일 전극부가 통전되게 하는 것으로, 티타늄 또는 전도성 금속에 백금족 계열의 금속을 도금 또는 진공 증착하여 형성된다.
그리고, 절연 부재(176)는 통전을 막는 것으로 PVC, ABS, PC, GPPS, PP 등 절연이 가능한 재질로 이루어진다.
연결 부재(174)는 중심부에 천공 홈(174a)을 구비하고, 둘레면은 원형인 도너츠 형상으로 형성될 수 있다. 연결 부재(174)가 중심부에 천공 홈(174a)을 구비함에 따라 전극봉(172)은 접지 홀(160)과 천공 홈(174a)을 지나 양전극부(140)와 음전극부(150)를 관통 결합할 수 있다. 이 경우, 도 1과 도 2를 통해 설명된 억지끼움 결합을 하지 않고도 양전극부(140)는 양전극부끼리 연결되고, 음전극부(150)는 음전극부끼리 연결될 수 있으며, 전기 분해용 전극의 가공성과 조립성이 향상될 수 있다. 연결 부재(174)는 금속 또는 도전성 재질로 구성되며, 양전극부(140)또는 음전극부(150)와 접촉할 때, 전기적으로 통전될 수 있다.
그리고, 절연 부재(176)는 "ㄷ"자 형상으로 이루어지고, 비접지 홀(162)의 양측단에서 서로 마주보는 위치에 배치될 수 있다.
절연 부재(176)는 제1절연 부재(176a) 및 제2절연 부재(176b)로 구성될 수 있는데, 제1절연 부재(176a)와 제2절연 부재(176b)는 상호 완곡면(176c)이 마주보는 형태로 비접지 홀(162)에 끼움 결합될 수 있다.
제1절연 부재(176a)와 제2절연 부재(176b)의 완곡면(176c)이 상호 마주보는 형태를 가짐에 따라 원형의 연결 부재(174)가 한 쌍의 완곡면(176c) 내에 안착되도록 한다. 완곡면(176c)은 연결 부재(174)의 테두리 둘레면의 곡률에 맞도록 그 형상과 곡률이 정해짐이 바람직하다. 이에 따라, 연결 부재(174)가 완곡면(176c)을 이탈하여 양전극부(140)에 접촉하거나, 음전극부(150)에 접촉하지 않도록 할 수 있다. 제1절연 부재(176a)와 제2절연 부재(176b)는 전극부(140 또는 150)와 견고히 고정되도록 하기 위해 전극부와 접촉하는 위치에 접착제나 에폭시를 도포하여 접착할 수 있다.
절연 부재(176)는 전술한 PVC, ABS, PC, GPPS, PP 재질 이외에 절연성이 우수하면서도 탄성이 있는 고무, 우레탄, NBR:(acrylo Nitrile-Butadiene Rubber) 및 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer)와 같은 재질로 형성될 수도 있다.
EVA 재질은 통상 발포수지 플라스틱이라 하며, 재질이 질기고 탄성이 우수하며, NBR 고무는 아크릴로 니트릴(acrylo Nitrile)의 함량이 증가할수록 저온 유연성이 증가하고 반대의 경우 방향족 물질에 대한 저항성이 높아지는 특징이 있다.
절연 부재(176)를 상기 언급된 탄성 재질로 형성하는 경우 양전극부(140)와 음전극부(150)가 교대로 적층될 때, 양전극부(140)와 음전극부(150)가 경질의 절연 부재(176)에 의한 접촉 파손이 발생하지 않도록 방지할 수 있으며, 양전극부(140)와 음전극부(150)가 압착되더라도 접촉 파손이 방지될 수 있다. 또한, 본 실시예는 방수 구조가 최소화된 전극부 구조에 의해 수산기 발생량을 극대화하여 전극의 가용성을 높이며, 밀착된 양전극부(140)와 음전극부(150)에 의해 수산기 발생량이 확보되므로 전극부의 크기가 커지는 것을 최소화할 수 있다. 또한, 수산기를 발생하면서 공극을 이용하여 마이크로 버블을 생성하므로 수산기와 마이크로 버블을 이용하여 오염원을 더욱 효과적으로 처리할 수 있다.
도 11은 본 발명의 제5실시예에 따른 전기 분해용 전극의 사시도를 도시한다.
도 11을 참조하면, 제5실시예에 따른 전기 분해용 전극은 전기적으로 연결되는 복수 개의 양전극부(140)와 음전극부(150)를 구비하며, 양전극부(140)와 음전극부(150)는 상호 이격된 상태로 교대로 적층되고, 복수 개의 양전극부(140) 끼리 전기적으로 연결되고, 복수 개의 음전극부(150) 끼리 전기적으로 연결된다. 이를 위해, 복수의 양전극부(140) 끼리 연결하고 복수의 음전극부(150) 끼리 연결하는 전극 가이드부(170)를 포함한다.
복수의 양전극부(140)와 음전극부(150)는 전도성의 금속재질, 예컨대, SUS304와 같은 재질로 형성되거나, 플라스틱과 같은 합성수지의 둘레면에 금속을 도금하거나 둘레면에 금속이 입혀진 형태로 형성되거나 또는 티타늄에 백금족 계열의 금속을 진공 증착하여 형성하거나 또는 고전기 전도성 물질을 배합한 컴파운드를 사출 성형하여 형성할 수 있다.
전극 가이드부(170)는 도 1 또는 도 2를 통해 설명한 바와 같이, 전극봉(172), 복수 개의 양전극부(140)와 복수 개의 음전극부(150) 끼리 통전되도록 접지하는 연결 부재(174)와, 연결 부재(174)의 둘레면에 구비되어 양전극부(140)와 음전극부(150)가 상호 이격되게 하는 절연 부재(176)를 포함한다.
연결 부재(174)는 도 1 또는 도 2를 통해 설명한 바와 같이, 동일 전극부(양전극부 또는 음전극부) 끼리 통전되게 하는 것으로, 연결 부재(174)는 양전극부(140) 또는 음전극부(150)와 마주하는 면을 통해 면 접촉을 이룬다. 연결 부재(174)의 일면과 타면에는 각각 상호 대응되는 돌기부(174a)와 함몰부(174b)가 형성되고, 돌기부(174a)와 함몰부(174b)에 의해 적층되어 연결된다.
예컨대, 도 11에서, 연결 부재(174-1)의 돌기부(174a)가 연결 부재(174-2)측 함몰부(174b)에 억지끼움결합 함으로써 연결 부재(174-1)와 연결 부재(174-2)가 적층될 수 있다.
그리고, 절연 부재(176)는 "ㄷ"자 형상으로 이루어지고, 비접지 홀(162)의 양측단에서 서로 마주보는 위치에 배치될 수 있다.
절연 부재(176)는 제1절연 부재(176a) 및 제2절연 부재(176b)로 구성될 수 있는데, 제1절연 부재(176a)와 제2절연 부재(176b)는 상호 완곡면(176c)이 마주보는 형태로 비접지 홀(162)에 끼움 결합될 수 있다.
제1절연 부재(176a)와 제2절연 부재(176b)의 완곡면(176c)이 상호 마주보는 형태를 가짐에 따라 원형의 연결 부재(174)가 한 쌍의 완곡면(176c) 내에 안착되도록 한다. 완곡면(176c)은 연결 부재(174)의 테두리 둘레면의 곡률에 맞도록 그 형상과 곡률이 정해짐이 바람직하다. 이에 따라, 연결 부재(174)가 완곡면(176c)을 이탈하여 양전극부(140)에 접촉하거나, 음전극부(150)에 접촉하지 않도록 할 수 있다. 제1절연 부재(176a)와 제2절연 부재(176b)는 전극부(140 또는 150)와 견고히 고정되도록 하기 위해 전극부와 접촉하는 위치에 접착제나 에폭시를 도포하여 접착할 수 있다.
절연 부재(176)는 전술한 PVC, ABS, PC, GPPS, PP 재질 이외에 절연성이 우수하면서도 탄성이 있는 고무, 우레탄, NBR:(acrylo Nitrile-Butadiene Rubber) 및 EVA(Ethylene-Vinyl Acetate copolymer)와 같은 재질로 형성될 수도 있다.
EVA 재질은 통상 발포수지 플라스틱이라 하며, 재질이 질기고 탄성이 우수하며, NBR 고무는 아크릴로 니트릴(acrylo Nitrile)의 함량이 증가할수록 저온 유연성이 증가하고 반대의 경우 방향족 물질에 대한 저항성이 높아지는 특징이 있다.
절연 부재(176)를 상기 언급된 탄성 재질로 형성하는 경우 양전극부(140)와 음전극부(150)가 교대로 적층될 때, 양전극부(140)와 음전극부(150)가 경질의 절연 부재(176)에 의한 접촉 파손이 발생하지 않도록 방지할 수 있으며, 양전극부(140)와 음전극부(150)가 압착되더라도 접촉 파손이 방지될 수 있다.
복수의 양전극부(140)와 음전극부(150)는 일 측에 접지 홀(160)을 구비하고, 접지 홀(160)과 대향되는 측에 형성되는 비 접지홀(162)을 구비한다. 접지 홀(162)과 비접지 홀(162)은 상호 대향되는 측에 이격되게 형성되고, 접지 홀(160)은 양전극부(140) 또는 음전극부(150) 내측에 마련되며, 비접지 홀(162)은 양전극부(140) 또는 음전극부(150)의 둘레면 일 측에서 함몰 형성된다. 이에 따라, 양전극부(140)와 음전극부(150)는 완전한 원형이 되지 않고 반달 형태에 가깝게 형성된다.
상기한 상태로 각각의 전극부(양전극부(140) 또는 음전극부(150))에 압력을 가하여 밀착시키면 직경이 큰 절연 부재(176)에 의해 교대로 적층되는 양전극부(140)와 음전극부(150) 사이가 절연 부재(176)의 두께만큼 이격되고, 연결 부재(174)는 비접지 홀(162)과 접촉되지 않고, 접지 홀(160)에만 접지되어 동일 전극끼리만 통전시킨다.
상기한 전기 분해용 전극(130)은 전극부(양전극부(140) 및 음전극부(150), 이하, 생략함)의 최선단 또는 최종단 측 전극부의 것이 크고, 중심부 쪽은 작게 형성하거나,
- 공극(165)의 크기는 각 전극부마다 상이하게 형성하거나,
- 공극(165)의 크기는 랜덤하게 형성하거나,
- 공극(165)의 크기는 최선단에서 최종단을 향할수록 그 크기를 감소시켜 형성할 수 있다. 다만 한정하지는 않는다.
여기서, 최선단은 본 실시예에 따른 전기 분해용 전극으로 물(또는 액체)가 출수되는 측을 의미하고, 최종단은 물(또는 액체)가 입수되는 측을 의미할 수 있다. 그러나, 최선단과 최종단의 의미는 상호 치환적일 수 있다.
본 실시예는 방수 구조가 최소화된 전극부 구조에 의해 수산기 발생량을 극대화하여 전극의 가용성을 높이며, 밀착된 양전극부(140)와 음전극부(150)에 의해 수산기 발생량이 확보되므로 전극부의 크기가 커지는 것을 최소화할 수 있다. 또한, 수산기를 발생하면서 공극을 이용하여 마이크로 버블을 생성하므로 수산기와 마이크로 버블을 이용하여 오염원을 더욱 효과적으로 처리할 수 있다.
도 12은 본 발명에 따른 전기 분해용 전극을 내장하는 수처리 장치의 외형도를 나타내고, 도 13은 도 12에 도시된 수처리 장치의 단면도를 도시하며, 도 14는 수처리 장치에 대한 전기 분해용 전극의 수납 구조에 대한 참조도면을 도시한다. 도 12 내지 도 14를 함께 참조하여 설명하도록 한다.
먼저, 도 12에서, 수처리 장치의 외형은 입수구(190)와 출수구(191)만이 외부로 노출되며, 전기 분해용 전극(130)은 내부에 수납되어 외부로 노출되지 않는다. 전기 분해용 전극(130)은 케이스(120) 내측에 마련되는 전극 수납홈(121)에 안착되며, 입수구(190) 측에 형성되는 전극봉 가이드홈(192, 193)에 전극봉(172)이 배치되고, 전극부(130)는 출수구(191) 측에 배치될 수 있다. 전극봉 가이드홈(192, 193)은 전극봉(172)의 둘레면 형상에 따라 케이스(120) 내측면에 형성되어 전극봉(172)이 출납할 수 있도록 하며, 전극봉(172)은 길게 연장되어 케이스(120) 외부로 돌출되고 케이스(120) 외부에서 전원을 입력할 수 있는 것이다.
입수구(190)를 통해 유입된 물은 적층된 전기 분해용 전극(130)을 지나 출수구로 토출된다. 이때, 유입된 물은 수압이 작용되므로, 공극을 구비하는 전기 분해용 전극(130)을 지나면서 넓은 영역에서 좁은 공극을 통과할 때, 케이스(120) 내부 유체속에 흐름이 빠른 부분을 형성하고, 형성된 부위에서 공동현상을 유발하여 마이크로버블을 생성할 수 있다.
이러한 구조에 따라, 본 발명에 따른 전기 분해용 전극은 일반적인 전기 분해용 전극의 조립 형태에서 볼 수 있는 납땜, 스포트(Spot) 용접, 볼트와 나사 등의 방법을 사용하여 연결한 후 방수 구조를 갖도록 에폭시, 우레탄, 고무 등으로 몰딩하는 작업을 제거할 수 있어 조립성이 향상되고, 방수 구조가 제거된 전극부는 수산기, 차아염소산 및 차아염소산 나트륨의 발생량을 극대화하여 전극부의 가용성을 높이며, 제품의 크기가 커지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 방수 불량이 발생되어 납땜한 부위 또는 스포트용접 부위가 부식되거나 오염물질(납, 녹등)이 외부로 유출되는 단점을 방지할수 있다.
또한, 연결부재(174)의 돌기부(174a)와 함몰부(174b)에 의해 억지끼움되어 적층될수 있어 조립성이 향상되며, 필요한 용량에 따라 전극부의 적층수를 가감할 수도 있다.
도 15는 전극부에 사선으로 형성되는 전극 홈의 일 예에 대한 참조도면을 도시한다.
도 15를 참조하면, 전극부(양전극부 또는 음전극부)에 형성되는 전극 홈(166)은 전극부의 표면에 음각 형성되며, 전극부 내측으로 음각되는 만큼 전극부의 표면적을 증가시킬 수 있다. 이 경우, 마이크로 버블은 생성되지 않으나, 표면적이 늘어나는 만큼 수산기 발생량, 차아염소산 또는 차아염소산 나트륨의 생성량을 증가시킬 수 있다. 도 15에 도시된 전극 홈(166)의 구조는 전술한 제1실시예, 제2실시예, 제3실시예, 제4실시예 및 제5실시예에 도시된 양전극부(140)와 음전극부(150)에 동일하게 적용될 수 있다. 제1실시예 내지 제5실시예에 예시된 양전극부(140)와 음전극부(150)에 전극 홈(166)이 형성되는 경우 각 실시예에 따른 전기 분해용 전극은 마이크로 버블은 생성하지 못하나, 수산기, 차아염소산 및 차아염소산 나트륨은 생성할 수 있다.
130 : 전기 분해용 전극 140 : 양전극부
150 : 음전극부 160 : 접지 홀
162 : 비접지 홀 165 : 공극
170 : 전극 가이드부 172 : 전극봉
174 : 연결 부재 176 : 절연 부재
176a : 제1절연 부재 176b : 제2절연 부재

Claims (12)

  1. 외주연 일 측에 형성되는 비 접지 홀 및 접지 홀을 구비하며, 판상의 형태를 갖는 복수의 양전극부 및 음전극부; 및
    상기 양전극부 끼리 전기적으로 연결하고, 상기 음전극부 끼리 전기적으로 연결하는 전극 가이드부;를 포함하며,
    상기 전극 가이드부는,
    상기 비 접지 홀에 위치하며, 일 면과 타 면에는 각각 돌기부와 함몰부를 구비하는 복수의 연결 부재;
    상기 연결 부재 중 일 측 종단에 위치하는 연결 부재와 억지 끼움 결합하는 전극봉; 및
    상기 비 접지 홀에 끼움 결합되어 상기 양전극부와 상기 음전극부를 상호 이격시키는 절연 부재;를 포함하며, 상기 연결 부재는,
    이웃하는 연결 부재 중 어느 하나의 돌기부와 다른 하나의 함몰부가 억지 끼움 결합되고, 상기 이웃하는 연결 부재 사이에는 상기 양전극부 및 상기 음전극부 중 어느 하나가 위치하는 것을 특징으로 하는 전기 분해용 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 양전극부의 접지홀과 비 접지홀은 각각 상기 음전극부의 비 접지홀과 접지홀을 마주보게 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 분해용 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연결부재는 이웃하는 타 연결부재와 상기 돌기부와 상기 함몰부에 의해 적층 결합되는 것을 특징으로 하는 전기 분해용 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 양전극부와 상기 복수의 음전극부는,
    표면에 홈, 전극 돌기, 통수를 위한 복수의 공극, 및 표면을 음각하여 형성하는 전극 홈 중 적어도 하나가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 분해용 전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 비 접지 홀은,
    상기 비 접지 홀의 내측면에서 상호 대향되게 설치되는 제1절연 부재 및 제2절연 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 분해용 전극.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 연결 부재는,
    상기 제1절연 부재와 상기 제2절연 부재 사이에 결합되는 것을 특징으로 하는 전기 분해용 전극.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제1절연 부재와 상기 제2절연 부재는,
    상기 연결 부재와의 접촉면에 상기 연결 부재의 외주연을 따라 형성되는 완곡면을 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 분해용 전극.
  8. 둘레면 일 측에 형성되는 비 접지 홀과 둘레면 내 측에 형성되는 접지 홀을 구비하며, 판상의 형태를 갖는 복수의 양전극부 및 음전극부; 및
    상기 양전극부 끼리 전기적으로 연결하고, 상기 음전극부 끼리 전기적으로 연결하는 전극 가이드부;를 포함하며,
    상기 전극 가이드부는,
    한 쌍의 전극봉;
    상기 비 접지 홀에 끼움 결합되며, 상기 양전극부와 상기 음전극부 사이를 이격하는 절연 부재; 및
    상기 비 접지 홀에 삽입되며, 중심부에 상기 전극봉 삽입을 위한 천공 홈을 구비하고 일 측면과 타 측면은 각각 상기 양전극부 및 상기 음전극부 중 어느 하나와 접촉을 이루는 링 형상의 연결 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 분해용 전극.
  9. 둘레면 일 측에 형성되는 비 접지 홀과 둘레면 내 측에 형성되는 접지 홀을 구비하며, 판상의 형태를 갖는 복수의 양전극부 및 음전극부; 및
    상기 양전극부 끼리 전기적으로 연결하고, 상기 음전극부 끼리 전기적으로 연결하는 전극 가이드부;를 포함하며,
    상기 전극 가이드부는,
    상기 비 접지 홀에 삽입되며, 일 면과 타 면에는 각각 돌기부와 함몰부를 구비하는 복수의 연결 부재;
    상기 연결 부재 중 일 측 종단에 위치하는 연결 부재와 억지 끼움 결합하는 전극봉; 및
    중심부는 천공된 링 형상을 가지며, 링 형상의 테두리 면은 상기 연결 부재의 둘레면과 접촉하여 상기 양전극부와 상기 음전극부의 통전을 방지하는 절연 부재;를 포함하며,
    상기 연결 부재는,
    이웃하는 연결 부재 중 어느 하나의 돌기부와 다른 하나의 함몰부가 억지 끼움 결합되고, 상기 이웃하는 연결 부재 사이에는 상기 양전극부 및 상기 음전극부 중 어느 하나가 위치하는 것을 특징으로 하는 전기 분해용 전극.
  10. 둘레면 일 측에 형성되는 비 접지 홀과 둘레면 내 측에 형성되는 접지 홀을 구비하며, 판상의 형태를 갖는 복수의 양전극부 및 음전극부; 및
    상기 양전극부 끼리 전기적으로 연결하고, 상기 음전극부 끼리 전기적으로 연결하는 전극 가이드부;를 포함하며,
    상기 전극 가이드부는,
    한 쌍의 전극봉;
    상기 비 접지 홀에 삽입되며, 중심부에 상기 전극봉 삽입을 위한 천공 홈을 구비하고 일 측면과 타 측면은 각각 상기 양전극부 및 상기 음전극부 중 어느 하나와 전기적인 접촉을 이루는 링 형상의 연결 부재; 및
    중심부는 상기 전극봉 삽입을 위한 천공 홈을 구비하며, 상기 연결 부재와 동일 직경으로 형성되어 상기 양전극부와 상기 음전극부를 절연하는 절연 부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 분해용 전극.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 양전극부의 접지홀과 비 접지홀은,
    각각 상기 음전극부의 비 접지홀과 접지홀을 마주보게 배치되는 것을 특징으로 하는 전기 분해용 전극.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 양전극부와 상기 복수의 음전극부는,
    표면에 홈, 전극 돌기, 통수를 위한 복수의 공극, 및 표면을 음각하여 형성하는 전극 홈 중 적어도 하나가 형성되는 것을 특징으로 하는 전기 분해용 전극.
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