KR102365667B1 - 전기 분해 모듈을 포함하는 전해수 제조 장치 - Google Patents

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Abstract

전해수 제조 장치가 개시된다. 상기 전해수 제조 장치는, 전해수가 수용되도록 구성되는 전해조; 및 상기 전해조 내부에 배치되고, 전압이 인가되어 상기 전해수가 전기분해되도록 구성되는 전극 모듈을 포함하고, 상기 전극 모듈은, 상기 전해수가 유입될 수 있는 제1 유입 슬릿과, 상기 제1 유입 슬릿으로부터 이격되어 배치되며 상기 전해수가 유출될 수 있는 제1 유출 슬릿을 구비하는 제1 전극과, 상기 전해수가 유입될 수 있는 제2 유입 슬릿과, 상기 제2 유입 슬릿으로부터 이격되어 배치되며 상기 전해수가 유출될 수 있는 제2 유출 슬릿을 구비하는 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 상기 제1 전극의 가장자리와 상기 제2 전극의 가장자리와 맞닿아 내부에 전해 공간을 정의하는 격막 고정 프레임과, 상기 격막 고정 프레임에 결합되어 상기 전해 공간을 제1 전해 공간과 제2 전해 공간으로 구획하는 격막(membrane)으로서, 상기 격막은 상기 제1 전해 공간 내의 전해수와 상기 제2 전해 공간 내의 전해수 사이의 물질 이동을 제한하도록 구성되는, 격막을 포함하고, 상기 전해수가 전기분해되어 상기 제1 전해 공간에서 차아염소산수가 제조되는 동안 상기 제2 전해 공간에서 알칼리이온수가 제조되도록 구성된다.

Description

전기 분해 모듈을 포함하는 전해수 제조 장치{Electrolyzed water forming device including an electrolysis module}
본 발명의 기술적 사상은 전기 분해 모듈을 포함하는 전해수 제조 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 차아염소산수와 알칼리수를 동시에 제조할 수 있는 전기 분해 모듈을 포함하는 전해수 제조 장치에 관한 것이다.
염소계 살균제인 차아염소산과 차아염소산나트륨은 모두 효과적인 살균제 성분이나, 차아염소산은 차아염소산나트륨에 비해 살균력과 인체 안전성에 있어 차아염소산나트륨 보다 훨씬 우수한 것으로 알려져 있다. 환경 오염이 심화되고 다양한 세균과 바이러스에 의한 질병이 인류의 생존을 위협하고 있는 현재 상황에서 더욱 효율적이고 경제성 측면에서 우수한 살균제인 차아염소산 제조 기술 개발에 대한 요구가 증대되고 있다.
차아염소산과 차아염소산나트륨과 같은 염소계 살균제는 물속에 포함되어 있는 염화이온이 전기적인 에너지에 의해 염소가스로 산화된 후 물분자에 의해 가수분해되어 생성된다. 이러한 두가지 물질 중 어떠한 형태로 물 속에 존재하게 될지는 pH에 따라 결정되며, pH가 낮은 영역, 즉 산성 영역에서 차아염소산 형태로 존재하고, pH가 높은 영역, 즉 염기성 영역에서 차아염소산나트륨 형태로 존재하게 된다.
물속의 염화이온을 전기분해하여 차아염소산을 제조하는 방법은 크게 두 가지로 분류된다. 첫 번째 방법은 물의 pH를 염산과 같은 산도 조절제의 추가 주입으로 인위적으로 낮추어, 전기분해에 의해 생성되는 염소계 살균제가 차아염소산의 형태로 물속에 존재하도록 하는 것이다. 두 번째 방법은 격막을 이용하는 방식으로 양전극과 음전극에서 생성되는 물질을 분리하는 것이다. 이때 격막의 역할은 양전극과 음전극 사이의 전기의 흐름은 방해하지 않으면서도 양전극과 음전극에서 생성되는 물질들의 상호 이동은 차단하는 것이다. 이를 통해 물의 전기분해에 의해 양전극이 위치하는 양극실에서는 H+ 생성으로 pH가 감소하고 반대로 음전극이 위치하는 음극실에서는 OH- 생성으로 pH가 증가하게 된다. 결과적으로 양극실에는 차아염소산수가 제조되며 음극실에서는 강알칼리성 전해수가 생성되게 된다.
격막을 사용하지 않는 무격막식 전기분해장치를 이용하여 순수한 물을 전기분해할 때 이론적으로는 생성되는 H+와 OH-의 양이 동일하기 때문에 pH의 변화는 발생하지 않아야 한다. 하지만 실질적인 무격막식 전기분해장치를 이용한 물의 전기분해에 있어서는 pH의 상승이 일어난다. 이는 다시 말해 무격막식의 전기분해 장치를 통해 산도 조절제를 주입하지 않고서는 pH를 중성보다 낮게 하여 차아염소산수를 제조하기 어렵다는 것을 의미한다.
현재 주로 사용되는 산도 조절제는 무기산인 염산이나, 이러한 희석된 액체 상태의 염산은 그 자체가 가지는 강한 부식성 때문에 취급 시 주의를 필요로 하며 첨가제의 제조와 유통도 어려운 문제점을 가진다.
격막을 사용하는 격막식 전기분해장치의 경우에도 산도 조절제의 주입 없이 안전한 소금을 첨가제로 해서만으로도 pH가 낮은 전해수를 제조할 수 있지만 격막의 높은 비용과 이의 사용에 의해 발생하는 낮은 전기분해 효율 등이 문제가 된다.
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 현재 격막식 전기분해 장치에서 사용하고 있는 막에 비해 현저히 낮은 가격의 막을 사용하면서도 효율적으로 차아염소산수를 제조할 수 있는 격막식 전기분해 모듈을 제공하는 것으로 좀더 상세하게는 마이크로 크기의 비교적 큰 크기의 메쉬망을 격막으로 가지는 전기분해 모듈을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 전해수 제조 장치는, 전해수가 수용되도록 구성되는 전해조; 및 상기 전해조 내부에 배치되고, 전압이 인가되어 상기 전해수가 전기분해되도록 구성되는 전극 모듈을 포함하고, 상기 전극 모듈은, 상기 전해수가 유입될 수 있는 제1 유입 슬릿과, 상기 제1 유입 슬릿으로부터 이격되어 배치되며 상기 전해수가 유출될 수 있는 제1 유출 슬릿을 구비하는 제1 전극과, 상기 전해수가 유입될 수 있는 제2 유입 슬릿과, 상기 제2 유입 슬릿으로부터 이격되어 배치되며 상기 전해수가 유출될 수 있는 제2 유출 슬릿을 구비하는 제2 전극과, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 상기 제1 전극의 가장자리와 상기 제2 전극의 가장자리와 맞닿아 내부에 전해 공간을 정의하는 격막 고정 프레임과, 상기 격막 고정 프레임에 결합되어 상기 전해 공간을 제1 전해 공간과 제2 전해 공간으로 구획하는 격막(membrane)으로서, 상기 격막은 상기 제1 전해 공간 내의 전해수와 상기 제2 전해 공간 내의 전해수 사이의 물질 이동을 제한하도록 구성되는, 격막을 포함하고, 상기 전해수가 전기분해되어 상기 제1 전해 공간에서 차아염소산수가 제조되는 동안 상기 제2 전해 공간에서 알칼리이온수가 제조되도록 구성된다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전해조는 제1 수용 구역, 제2 수용 구역, 및 상기 제1 수용 구역과 상기 제2 수용 구역 사이의 분리벽을 포함하고, 상기 분리벽에 형성된 개구부 내에 상기 전극 모듈이 밀봉 부착될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 수용 구역 내에 배치되는 상기 전해수가 상기 제1 유입 슬릿을 통해 상기 제1 전해 공간으로 유입되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 인가된 전해 전압에 의해 전기분해되어 상기 제1 유출 슬릿을 통해 상기 제1 전해 공간을 나와 상기 제1 수용 구역 내로 유출되도록 구성되고, 상기 제2 수용 구역 내에 배치되는 상기 전해수가 상기 제2 유입 슬릿을 통해 상기 제2 전해 공간으로 유입되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 인가된 전해 전압에 의해 전기분해되어 상기 제2 유출 슬릿을 통해 상기 제2 전해 공간을 나와 상기 제2 수용 구역 내로 유출되도록 구성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 수용 구역 내에서 상기 전해수의 흐름은 무동력식으로 작동하고, 상기 제2 수용 구역 내에서 상기 전해수의 흐름은 무동력식으로 작동할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 전해 공간 내에서 상기 전해수가 전기분해되어 수소 양이온과 유효 염소 성분들이 발생되고, 상기 제2 전해 공간 내에서 상기 전해수가 전기분해되어 알칼리 이온수가 발생될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 격막 고정 프레임은 상기 제1 전극의 가장자리와 접촉하는 제1 면, 상기 제2 전극의 가장자리와 접촉하는 제2 면, 및 상기 제1 면과 상기 제2 면을 연결하며 상기 전해 공간을 둘러싸는 내측면을 포함하고, 상기 격막이 상기 격막 고정 프레임의 상기 내측면에 밀봉 고정될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 제1 전해 공간은 상기 제1 유입 슬릿과 상기 제1 유출 슬릿에 의해 상기 제1 수용 구역과 연통되며, 상기 제2 전해 공간은 상기 제2 유입 슬릿과 상기 제2 유출 슬릿에 의해 상기 제2 수용 구역과 연통될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 전극 모듈은, 서로 이격되어 배치되는 제1 노치, 제2 노치, 및 제3 노치를 구비하는 전극 모듈 하우징을 더 포함하고, 상기 제1 노치에 상기 제1 전극이 고정되고, 상기 제2 노치에 상기 격막 고정 프레임이 고정되고, 상기 제3 노치에 상기 제2 전극이 고정되며, 상기 제1 전극, 상기 격막 고정 프레임, 및 상기 제2 전극이 서로로부터 이격 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 격막은 0.1 마이크로미터 내지 500 마이크로미터 크기의 기공을 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 상기 격막은 PE(polyethylene), PP(polypropylene), PEs(polyester), PET(polyethylene terephthalate), PVC(polyvinylchloride), PTFE(polytetrafluoroethylene), PC(polycarbonate), CEs(celluloseester), AC(acethyl cellulose), PA(polyamide), PS(poly Sulfonate), CTA(cellulose triacetate), PAN 코폴리머(polyacrilonitrile copolymer), PBI(polybenzimidiazole), PI(polyimide), PVDF(polyvinylidenefluoride) 중 적어도 하나 또는 이들의 조합으로 형성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상에 따른 무동력식 전기분해 장치는 전기분해 모듈을 포함하고, 차아염소산수와 알칼리이온수를 동시에 제조할 수 있다. 상기 전기분해 모듈은, 양극 전극; 음극 전극; 상기 양극 전극과 상기 음극 전극 사이에서 상기 양극 전극과 상기 음극 전극으로부터 이격되어 배치되고, 상기 양극 전극과 상기 음극 전극에서 생성되는 물질의 이동을 제한하며 전기분해가 가능한 격막; 상기 양극 전극과 상기 음극 전극을 소정의 거리로 이격시키며, 상기 격막의 가장자리를 고정하는 격막 고정 프레임을 포함하고, 상기 전기분해 모듈이 장착되어 양전극실과 음전극실의 구획이 완성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 현재 격막식 전기분해 장치에서 사용하고 있는 막에 비해 현저히 낮은 가격의 막을 사용하여 전기분해 모듈을 형성할 수 있다. 또한 상기 전기분해 모듈을 사용한 전해수 제조 장치는 무동력 방식으로 구동할 수 있어 제조비용을 절감할 수 있고, 콤팩트한 사이즈로 형성될 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 전해수 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도 2a는 예시적인 실시예들에 따른 전극 모듈(150)의 개략적인 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 전극 모듈의 분해도이다.
도 2c는 도 2a의 전극 모듈이 전해조 내에 설치된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3a는 다른 예시적인 실시예들에 따른 전극 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 3b는 도 3a의 전극 모듈의 상면도이다.
도 4a는 다른 예시적인 실시예들에 따른 전극 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 4b는 도 4a의 전극 모듈의 분해도이다.
도 5a는 다른 예시적인 실시예들에 따른 전극 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 5b는 도 5a의 전극 모듈의 분해도이다.
도 6a는 다른 예시적인 실시예들에 따른 전극 모듈의 개략적인 사시도이다.
도 6b는 도 6a의 전극 모듈이 전해조 내에 설치한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 전해수 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "접하여" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 위에" 있다거나 "직접 접하여" 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "～사이에"와 "직접 ～사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예를 설명한다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 전해수 제조 장치를 나타내는 개략도이다.
도 1을 참조하면, 전해수 제조 장치(100)는 전해조(110) 및 전극 모듈(150)을 포함할 수 있다.
전해조(110)는 제1 전해수(12)와 제2 전해수(14)가 전기분해되어 각각 차아염소산수와 알칼리이온수가 제조되는 전기분해 반응이 일어날 수 있는 용기일 수 있다. 전극 모듈(150)은 제1 전해수(12)와 제2 전해수(14)로부터 차아염소산수와 알칼리이온수를 형성하기 위한 전기분해 반응을 일으키는 전기분해 전극 모듈(150)일 수 있다.
도시되지는 않았지만, 전해수 제조 장치(100)는 구동부(도시 생략)를 더 포함할 수 있고, 구동부는 전극 모듈(150)에 전압을 인가하기 위한 구동 회로 등이 형성되는 부분이다. 상기 구동부는 전해조(110)의 몸체 상에 장착될 수 있거나, 다른 실시예들에서, 상기 구동부는 전해조(110)와 이격되어 배치되고, 구동부와 전해조(110) 사이에 이들 사이의 전기적 연결을 제공하는 연결 배선이 더 배치될 수도 있다.
전해조(110)는 내부에 전해수(12, 14)가 수용될 수 있는 다양한 형상의 수조로 형성될 수 있다. 전해조(110)는 원형 실린더 형상의 수조, 직사각형 실린더 형상의 수조, 타원형 실린더 형상의 수조 등 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 전해조(110)는 유리, 세라믹스, 또는 플라스틱 등으로 형성되어 전기분해에 의해 발생된 성분, 예를 들어 수소 이온 또는 차아염소산 이온 등과 반응하지 않을 수 있다. 전해조(110)는 투명한 재질로 이루어질 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
전해조(110)는 제1 전해수(12)가 수용될 수 있는 제1 수용 구역(122) 및 제2 전해수(14)가 수용될 수 있는 제2 수용 구역(124)을 포함할 수 있고, 제1 수용 구역(122) 및 제2 수용 구역(124) 사이의 분리벽(130)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 전해조(110)는 제1 수용 구역(122)과 제2 수용 구역(124)이 분리벽(130)을 사이에 두고 배치되도록 플라스틱 재질 등으로 구성되어 사출된 일체형 몸체로 구성될 수 있다. 다른 예에서, 전해조(110)는 분리벽(130)이 착탈 가능하도록 결합될 수 있는 수조일 수 있고, 분리벽(130)은 전해조(110) 몸체에 결합될 때 분리벽(130)에 의해 제1 수용 구역(122)과 제2 수용 구역(124) 사이의 액체 교환이 불가능하도록 밀봉 결합될 수 있다.
분리벽(130)은 개구부(130H)를 구비하고, 개구부(130H) 내에 전극 모듈(150)이 밀봉 부착될 수 있다. 예를 들어, 분리벽(130)의 개구부(130H) 내에 전극 모듈(150)이 밀봉 부착됨에 따라 제1 수용 구역(122) 내의 제1 전해수(12)가 전극 모듈(150)의 일 측면과 접촉하여 물질 교환할 수 있고, 제2 수용 구역(124) 내의 제2 전해수(14)가 전극 모듈(150)의 다른 측면과 접촉하여 물질 교환할 수 있으며, 제1 전해수(12) 및 제2 전해수(14) 사이의 혼합 또는 제1 전해수(12) 및 제2 전해수(14)의 직접적 접촉이 방지될 수 있다.
도시된 것과 같이, 개구부(130H)는 분리벽(130)의 최하단에 배치되어 전극 모듈(150)이 전해조(110)의 바닥에 닿도록 부착되도록 설치될 수 있다. 다른 실시예들에서, 개구부(130H)가 분리벽(130)의 하부에 배치되되 전극 모듈(150)이 전해조(110)의 바닥으로부터 소정의 간격만큼 이격되어 설치될 수도 있다. 전극 모듈(150)이 전해조(110)의 하부에 배치됨에 따라 전해수 제조 장치(100)의 구동 시 제1 전해수(12) 및 제2 전해수(14)에 의해 전극 모듈(150)이 완전히 잠기고, 무동력 방식으로 제1 전해수(12) 및 제2 전해수(14)의 순환을 통한 물질 이동을 가능하게 할 수 있다.
도 2a는 예시적인 실시예들에 따른 전극 모듈(150)의 개략적인 사시도이고, 도 2b는 전극 모듈(150)의 분해도이다. 도 2c는 전극 모듈(150)이 전해조(110) 내에 설치된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 전극 모듈(150)은 제1 전극(162), 제2 전극(164), 격막 고정 프레임(166), 및 격막(168)을 포함할 수 있다.
제1 전극(162)은 제1 유입 슬릿(162I) 및 제1 유출 슬릿(162O)을 구비하는 평판 타입의 도전 물질로 구성될 수 있다. 제2 전극(164)은 제2 유입 슬릿(164I) 및 제2 유출 슬릿(164O)을 구비하는 평판 타입의 도전 물질로 구성될 수 있다. 제1 전극(162) 및 제2 전극(164)에 예를 들어 직류 전압이 인가되어 각각 제1 수용 구역(122) 내의 제1 전해수(12)와 제2 수용 구역(124) 내의 제2 전해수(14)에 전기분해 반응이 유발될 수 있다.
제1 유입 슬릿(162I)은 제1 전해수(12)가 제1 수용 구역(122)으로부터 전극 모듈(150) 내의 전해 공간으로 유입될 수 있도록 하는 입구이며, 제1 유출 슬릿(162O)은 전극 모듈(150) 내의 전해 공간에서, 즉 전극 대향면에서 형성된 기포가 부력에 의해 상승하여 제1 수용 구역(122)으로 유출될 수 있도록 하는 출구이다. 예를 들어 제1 전극(162)의 일 단부에 인접하게 제1 유입 슬릿(162I)이 배치되고, 제1 전극(162)의 다른 단부에 인접하게, 제1 유입 슬릿(162I)과 이격되도록 제1 유출 슬릿(162O)이 배치될 수 있다.
제2 유입 슬릿(164I)은 제2 전해수(14)가 제2 수용 구역(124)으로부터 전극 모듈(150) 내의 전해 공간으로 유입될 수 있도록 하는 입구이며, 제2 유출 슬릿(164O)은 전극 모듈(150) 내의 전해 공간에서, 즉 전극 대향면에서 형성된 기포가 부력에 의해 상승하여 제2 수용 구역(124)으로 유출될 수 있도록 하는 출구이다. 예를 들어 제2 전극(164)의 일 단부에 인접하게 제2 유입 슬릿(164I)이 배치되고, 제2 전극(164)의 다른 단부에 인접하게, 제2 유입 슬릿(164I)과 이격되도록 제2 유출 슬릿(164O)이 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 제1 전극(162)과 제2 전극(164) 각각은 전기 분해에 의해 형성되는 수소 이온, 반응성 또는 산화력이 높은 염소계 산화제(염소가스, 차아염소산 등) 및 산소계 산화제(하이드록시 라디칼, 오존 등) 등에 대한 낮은 반응성을 갖는 금속 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(162)과 제2 전극(164)은 귀금속 전극, 귀금속 코팅된 금속 전극, 귀금속 산화물 코팅된 금속 전극 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(162)과 제2 전극(164)은 백금 전극, 탄소 전극, 루테늄 전극, 백금 코팅된 티타늄 전극, 루테늄 코팅된 티타늄 전극, 이리듐산화물 코팅된 티타늄 전극, 탄소 코팅된 티타늄 전극 등으로 구성될 수 있다.
일부 예시들에서, 제1 전극(162)은 이리듐산화물 코팅된 티타늄 전극을 사용하고, 제2 전극(164)은 티타늄 전극을 사용할 수 있다. 다른 예시들에서, 제1 전극(162)은 탄소 코팅된 티타늄 전극을 사용하고, 제2 전극(164)은 티타늄 전극을 사용할 수 있다. 그러나 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니고 제1 전극(162)과 제2 전극(164)은 내식성이 우수한 한편 금속 석출에 의해 스케일이 형성되는 현상을 방지할 수 있는 적절한 물질로 선택될 수 있다.
격막 고정 프레임(166)은 제1 전극(162)과 제2 전극(164) 사이에 배치되어 제1 전극(162)과 제2 전극(164)이 일정한 간격으로 이격되도록 제1 전극(162)과 제2 전극(164) 사이의 간격을 유지할 수 있다. 격막 고정 프레임(166)은 제1 전극(162)의 가장자리 및 제2 전극(164)의 가장자리와 맞닿고, 내부에 전해 공간을 정의할 수 있다. 격막 고정 프레임(166)은 제1 전극(162)의 가장자리와 접촉하는 제1 면(US1)과, 제2 전극(164)의 가장자리와 접촉하는 제2 면(US2)과, 제1 면과 제2 면을 연결하며 전해 공간을 둘러싸는 내측면(IS)을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 격막 고정 프레임(166)은 일체형 몸체로 구성될 수 있거나, 체결부에 의해 착탈 가능하도록 서로에 결합되는 한 쌍의 프레임부를 포함하도록 구성될 수 있다. 예를 들어 격막 고정 프레임(166)은 약 0.5 mm 내지 10 mm의 두께로 형성될 수 있고, 절연 재질로 구성될 수 있다.
격막 고정 프레임(166)의 내측면(IS)에는 격막(168)이 고정될 수 있다. 격막(168)은 전해 공간을 제1 전해 공간(ES1)과 제2 전해 공간(ES2)으로 구획할 수 있으며, 격막(168)의 전체 가장자리가 격막 고정 프레임(166)에 부착되어 제1 전해 공간(ES1)과 제2 전해 공간(ES2)은 격막(168)에 의해 밀봉 분리되는 구조를 가질 수 있다. 격막(168)은 제1 수용 구역(122)으로부터 제1 전해 공간(ES1) 내로 유입되는 제1 전해수(12)와 제2 수용 구역(124)으로부터 제2 전해 공간(ES2) 내로 유입되는 제2 전해수(14) 사이의 물질 이동을 제한할 수 있다.
격막(168)은 제1 면과 제2 면을 포함하며, 격막(168)의 제1 면이 제1 수용 구역(122)으로부터 제1 전해 공간(ES1) 내로 유입되는 제1 전해수(12)와 접촉하고, 격막(168)의 제2 면이 제2 수용 구역(124)으로부터 제2 전해 공간(ES2) 내로 유입되는 제2 전해수(14)와 접촉할 수 있다. 이에 따라 제1 전해 공간(ES1) 내에서 제1 전해수(12)로부터 형성되는 차아염소산수가 제2 전해 공간(ES2)으로 혼입되지 않고 제1 유출 슬릿(162O)을 통해 제1 수용 구역(122)으로 배출되고, 제2 전해 공간(ES2) 내에서 제2 전해수(14)로부터 형성되는 알칼리이온수가 제1 전해 공간(ES1)으로 혼입되지 않고, 제2 유출 슬릿(164O)을 통해 제2 수용 구역(124)으로 배출될 수 있다.
격막(168)은 내부에 복수의 기공(168P)이 형성된 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어 기공(168P)은 약 0.1 내지 500 마이크로미터 사이즈를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 기공(168P)은 약 10 내지 100 마이크로미터의 평균 사이즈를 가질 수 있다. 다른 실시예들에서, 기공(168P)은 약 50 내지 200 마이크로미터의 평균 사이즈를 가질 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 기공(168P)은 약 100 내지 500 마이크로미터의 평균 사이즈를 가질 수 있다. 격막(168)은 상대적으로 큰 마이크로미터 사이즈의 기공(168P)을 포함하는 다공성 멤브레인일 수 있다. 격막(168)은 전기분해에서 제1 전극(162)(또는 양극)에서 발생하는 수소 양이온과 유효염소 성분들의 제2 전극(164)(또는 음극)으로의 확산을 방지할 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 격막(168)은 PE(polyethylene), PP(polypropylene), PEs(polyester), PET(polyethylene terephthalate), PVC(polyvinylchloride), PTFE(polytetrafluoroethylene), PC(polycarbonate), CEs(celluloseester), AC(acethyl cellulose), PA(polyamide), PS(poly Sulfonate), CTA(cellulose triacetate), PAN 코폴리머(polyacrilonitrile copolymer), PBI(polybenzimidiazole), PI(polyimide), PVDF(polyvinylidenefluoride) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 격막(168)은 원사를 직조하는 방식으로 형성된 메쉬 타입의 물질막일 수 있다. 이러한 경우 격막(168)의 제조 비용이 상대적으로 저렴할 수 있다. 다른 실시예들에서, 양이온 교환막, 또는 중성막 또한 격막(168)으로서 사용될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 격막(168)은 일정한 두께의 필름에 인위적 또는 화학적으로 마이크로미터 사이즈의 구멍을 뚫어서 제조될 수도 있다. 또는 메쉬 형태로 가공되어 판매되는 플라스틱 메쉬망이 격막(168)으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 격막(168)은 상대적으로 큰 사이즈의 기공(168P)을 갖는 다공성 물질일 수 있으므로, 종래에 전기분해 제조 장치에서 사용되는 고가의 양이온 교환막 또는 중성막보다 제조 비용이 감소될 수 있는 장점을 갖는다.
격막(168)은 물분자가 자유롭게 통과할 수 있는 큰 사이즈의 기공(168P)을 포함하나, 전해 공간 내에서 형성된 반응 산물이 제1 전해 공간(ES1)과 제2 전해 공간(ES2) 내로 효율적으로 분리될 수 있고, 격막(168)에 의한 분리 효능은 아래에서 실험예를 참조로 하여 다시 설명하도록 한다.
제1 전극(162)에는 제1 접속부(162EX)가 더 구비되고 제2 전극(164)에는 제2 접속부(164EX)가 더 구비되어 전극 모듈(150)과 상기 구동부 사이의 전기적 연결을 제공할 수 있다. 상기 구동부로부터 제1 전극(162) 및 제2 전극(164)에 소정의 기간 동안 전압이 인가되어 제1 전해수(12)와 제2 전해수(14)가 전기분해될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따른 전해수 제조 장치(100)는 무동력식 전기분해 장치일 수 있다. 예를 들어, 제1 수용 구역(122) 내에 배치되는 제1 전해수(12)와 제2 수용 구역(124) 내에 배치되는 제2 전해수(14)의 순환을 위한 별도의 구동 모터가 설치될 필요가 없다.
도 2c에는 전해 장치의 구동 시에 제1 전해수(12)의 이동 방향(DR1)과 제2 전해수(14)의 이동 방향(DR2)이 개략적으로 도시된다. 도 2c의 제1 방향(DR1)에 의해 표시된 바와 같이, 제1 수용 구역(122) 내에 수용되는 제1 전해수(12)가 제1 유입 슬릿(162I)을 통해 제1 전해 공간(ES1)으로 유입되고, 전극 모듈(150)에 인가된 전해 전압에 기초하여 제1 전해 공간(ES1) 내에서 전해 반응이 발생한다. 이에 의해 형성된 차아염소산수는 격막(168)에 의해 분리된 제2 전해 공간(ES2)으로 혼입되지 않으며, 제1 유출 슬릿(162O)을 통해 제1 수용 구역(122)으로 다시 배출될 수 있다. 이 때 전해 반응에 의해 발생한 기포(예를 들어 산소)의 부력에 의해 제1 수용 구역(122) 내에서 제1 전해수(12)가 순환될 수 있고, 아직 전해 반응이 일어나지 않은 제1 전해수(12)가 제1 전해 공간(ES1) 내로 지속적으로 유입될 수 있다.
마찬가지로, 도 2c의 제2 방향(DR2)에 의해 표시된 바와 같이, 제2 수용 구역(124) 내에 수용되는 제2 전해수(14)가 제2 유입 슬릿(164I)을 통해 제2 전해 공간(ES2)으로 유입되고, 전극 모듈(150)에 인가된 전해 전압에 기초하여 제2 전해 공간(ES2) 내에서 전해 반응이 발생한다. 이에 의해 형성된 알칼리이온수는 격막(168)에 의해 분리된 제1 전해 공간(ES1)으로 혼입되지 않으며, 제2 유출 슬릿(164O)을 통해 제2 수용 구역(124)으로 다시 배출될 수 있다. 이 때 전해 반응에 의해 발생한 기포(예를 들어 수소)의 부력에 의해 제2 수용 구역(124) 내에서 제2 전해수(14)가 순환될 수 있고, 아직 전해 반응이 일어나지 않은 제2 전해수(14)가 제2 전해 공간(ES2) 내로 지속적으로 유입될 수 있다.
이와 같이, 전해수 제조 장치(100)는 기포(예를 들어 수소와 산소)의 부력에 의해 제1 및 제2 전해수(12, 14)가 제1 및 제2 수용 구역(122, 124) 내에서 순환할 수 있는 구조를 가지며, 전해수 제조 장치(100)는 물의 순환을 위한 별도의 구동 모터가 불필요한 무동력식 전해수 제조 장치일 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 전해 공간에서 발생하는 전해 반응은 다음과 같다.
H2O
Figure 112021040412626-pat00001
H+ + OH-
격막(168)은 제1 전해 공간(ES1)과 제2 전해 공간(ES2)에서 형성되는 물질이 서로 분리되게 할 수 있고, 제1 전극(162)과 제2 전극(164) 사이의 전기 흐름은 방해하지 않으면서도 제1 전극(162)에서 형성되는 물질과 제2 전극(164)에서 형성되는 물질 사이의 상호 이동을 차단할 수 있다. 예를 들어, 전해 반응이 일어남에 따라 제1 수용 구역(122)에서는 H+ 이온의 생성량이 점진적으로 증가하며, 제1 전해수(12)의 pH가 감소할 수 있다. 또한 제2 수용 구역(124)에서는 OH- 이온의 생성량이 점진적으로 증가하며, 제2 전해수(14)의 pH가 증가할 수 있다. 이에 의해 제1 수용 구역(122)에서는 차아염소산수가 생성될 수 있고, 제2 수용 구역(124)에서는 강알칼리성 전해수가 생성될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 전해수 제조 장치는 전해수 내에 NaCl이 추가되지 않아도 수돗물에 포함되어 있는 염소음이온을 이용하여 차아염소산수와 알칼리이온수를 동시에 제조하여 분리하는 것이 가능하다. 그러나 차아염소산의 농도를 높이기 위하여 전해수 내에 소량의 NaCl이 추가되어도 무방하다.
예를 들어, 전해수 내에 소량의 NaCl이 추가될 때 전해조(110) 내에서 발생하는 차아염소산수의 형성 반응은 다음과 같이 표현될 수 있다.
[표 1]
양극 음극
2Cl- ↔ Cl2 + 2e-Cl2 + H2O ↔ HOCl + H + Cl-
HOCl ↔ OCl- + H +
2H2O ↔ 4H+ + O2 + 4e- 		Na+ + OCl- ↔ NaOCl
2H2O + 2e- ↔ H2 + 2OH -
2H+ + 2e- ↔ H2
예시적인 실시예들에서, 전극 모듈(150)은 전해조(110)의 바닥면에 수직하게 배치될 수 있고, 제1 전극(162)의 제1 유입 슬릿(162I)이 제1 유출 슬릿(162O)보다 전해조(110)의 바닥면에 더 가깝게 배치되고 제2 전극(164)의 제2 유입 슬릿(164I)이 제2 유출 슬릿(164O)보다 전해조(110)의 바닥면에 더 가깝게 배치되도록 분리벽 내에 장착될 수 있다. 즉, 제1 수용 구역(122) 내에서 제1 유출 슬릿(162O)이 제1 유입 슬릿(162I)보다 높은 수직 레벨에 배치되고, 제2 수용 구역(124) 내에서 제2 유출 슬릿(164O)이 제2 유입 슬릿(164I)보다 높은 수직 레벨에 배치될 수 있다. 이에 따라 전해 장치의 동작시에, 전해 반응으로부터 생성되는 기포(수소 및 산소)가 전해 공간(ES1, ES2) 내에서 부력에 의해 위쪽 방향으로 상승하면서 제1 및 제2 유출 슬릿(162O, 164O)을 통해 전해조(110) 내로 방출될 수 있다. 기포(수소 및 산소)의 방출에 의해 전해 공간(ES1, ES2) 내에 빈 공간이 형성되고, 이를 채우기 위하여 전해조(110)의 바닥면에서 제1 전해수(12)와 제2 전해수(14)가 제1 및 제2 유입 슬릿(162I, 164I)을 통해 전극 모듈(150) 내부로 지속적으로 유입/공급될 수 있다.
반면에 비교예에 따른 실시예들에서 전극 모듈(150)이 수평 방향으로 설치되는 경우를 가정한다면, 전극 모듈(150)에서 생성되는 기포가 수평 방향으로 하부에 배치된 전극과 전해수 사이에 잔류하여 전극모듈 표면의 일부분을 커버할 수 있고, 전극에 전해수가 지속적으로 유입되는 것을 차단할 수 있고, 전기분해 성능이 크게 저하될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 전해수 내로 배출되는 기포의 부력에 의해 전해수가 순환하는 방식을 구현할 수 있으므로, 무동력 방식으로 전해수 제조 장치(100)가 구동할 수 있고, 전해수 제조 장치(100)는 콤팩트한 사이즈를 가지거나 제조 비용이 절감될 수 있다.
도 3a는 다른 예시적인 실시예들에 따른 전극 모듈(150A)을 나타내는 개략적인 사시도이고, 도 3b는 전극 모듈(150A)의 상면도이다.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 전극 모듈(150A)은 전극 모듈 하우징(170)과, 전극 모듈 하우징(170) 내에 끼워지는 제1 전극(162), 제2 전극(164), 격막 고정 프레임(166), 및 격막(168)을 포함할 수 있다.
전극 모듈 하우징(170)은 서로 이격되어 배치되는 제1 노치(NT1), 제2 노치(NT2), 및 제3 노치(NT3)를 구비하는 일체형 플라스틱 하우징을 포함할 수 있다. 제1 노치(NT1)는 전극 모듈 하우징(170)의 내측면으로부터 소정의 깊이만큼 리세스된 영역일 수 있고, 제1 노치(NT1)에 제1 전극(162)이 고정될 수 있다. 제1 노치(NT1)는 제1 전극(162)의 가장자리에 대응되는 위치에 전극 모듈 하우징(170)의 내측면 및 바닥부에 형성될 수 있다.
마찬가지로, 제2 노치(NT2) 및 제3 노치(NT3) 각각은 전극 모듈 하우징(170)의 내측면으로부터 소정의 깊이만큼 리세스된 영역일 수 있고 제2 노치(NT2)에 격막 고정 프레임(166)이 고정될 수 있고, 제3 노치(NT3)에 제2 전극(164)이 고정될 수 있다. 격막 고정 프레임(166)의 내측면에는 격막(168)이 밀착 고정될 수 있다.
제1 전극(162), 격막 고정 프레임(166), 및 제2 전극(164)은 서로로부터 소정의 간격으로 이격되어 배치될 수 있다. 제1 전극(162) 및 제2 전극(164) 사이의 이격 거리는 0.01 mm 내지 5 cm 범위 내에서 적절하게 선택될 수 있다.
도 4a는 다른 예시적인 실시예들에 따른 전극 모듈(150B)의 개략적인 사시도이고, 도 4b는 전극 모듈(150B)의 분해도이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 제1 전극(162)은 제1 유입 슬릿(162I) 대신 복수의 제1 유입구(162IB)를 포함하고, 제1 유출 슬릿(162O) 대신 복수의 제1 유출구(162OB)를 포함한다. 제2 전극(164)은 제2 유입 슬릿(164I) 대신 복수의 제2 유입구(164IB)를 포함하고, 제2 유출 슬릿(164O) 대신 복수의 제2 유출구(164OB)를 포함한다. 예시적인 실시예들에서, 평판 형태의 제1 전극(162)의 일 에지에 인접하게 복수의 제1 유입구(162IB)가 나란히 배치되고, 제1 전극(162)의 다른 에지에 인접하게 복수의 제1 유출구(162OB)가 나란히 배치될 수 있다.
예시적인 실시예들에서, 복수의 제1 유입구(162IB)와 복수의 제1 유출구(162OB) 사이의 이격 거리는 제1 전극(162)과 제2 전극(164) 사이의 간격, 격막(168)의 두께, 제1 전극(162) 및 제2 전극(164)의 크기, 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다. 예를 들어 복수의 제1 유입구(162IB)와 복수의 제1 유출구(162OB) 사이의 이격 거리는 제1 전극(162)에서 생성되는 전기분해 산물과 제2 전극(164)에서 생성되는 전기분해 산물의 분리 효과를 최적화하도록 적절하게 선택될 수 있다.
다른 실시예들에서, 복수의 제1 유출구(162OB)와 복수의 제2 유출구(164OB)는 복수의 제1 유입구(162IB)와 복수의 제2 유입구(164IB)보다 더 큰 개수로 형성될 수 있다. 복수의 제1 유출구(162OB)와 복수의 제2 유출구(164OB)의 개수 및 사이즈는 전해 공간 내에서 형성되는 기포가 전해조(110) 내로 막힘 없이 배출될 수 있도록 적절하게 선택될 수 있다.
도 5a는 다른 예시적인 실시예들에 따른 전극 모듈(150C)의 개략적인 사시도이고, 도 5b는 전극 모듈(150C)의 분해도이다.
제1 전극(162C)과 제2 전극(164C)은 메쉬형 전극일 수 있고, 예를 들어 메쉬 구조를 갖는 금속 물질을 포함할 수 있다. 제1 전극(162C)의 에지를 고정하는 제1 전극 프레임(172)과 제2 전극(164C)의 에지를 고정하는 제2 전극 프레임(174)이 더 제공되어, 제1 전극 프레임(172)과 격막 고정 프레임(166) 사이에서 제1 전해 공간(ES1)이 정의되고, 제2 전극 프레임(174)과 격막 고정 프레임(166) 사이에서 제2 전해 공간(ES2)이 정의될 수 있다.
제1 전극(162C)과 제2 전극(164C)이 메쉬 구조를 가짐에 따라, 전해수의 전기분해에 필요한 전해 전압이 인가될 수 있는 한편, 전해수의 전기분해에 의해 발생하는 기포가 전극 표면에 잔류하지 않고 전극 표면으로부터 용이하게 제거될 수 있다.
구체적으로, 판형 전극으로 이루어지는 다른 기술적 실시예와는 다르게 망형 전극으로 이루어지는 도 5와 같은 실시예에 있어서는 전해수의 유입/유출과 전기분해로 생성되는 기체의 제거가 정해진 유입슬릿(또는 유입구)과 유출슬릿(또는 유출구)에서만 일어나는 것이 망형 전극 전체에서 이루어질 수 있다는 기술적 차별성을 가진다.
이러한 특징으로 인해 제1 전해 공간(ES1)과 제2 전해 공간(ES2)이 거의 존재하지 않고 격막과 망형 전극이 붙어 있다고 하더라도 효율적으로 전기분해가 이루어진다. 전해수의 유입/유출과 기체(산소와 수소)의 배출이 원활하기 때문이다. 특히 양극와 음극전극의 거리가 가까울수록 전극 사이의 저항이 크게 줄어 전기분해 효율이 향상되기 때문에 판형 전극을 사용하는 것에 비해 소금의 사용량을 줄일 수 있고 낮은 전압에서 운용될 수 있는 등의 장점을 가진다.
도 6a는 다른 예시적인 실시예들에 따른 전극 모듈(150D)의 개략적인 사시도이고, 도 6b는 전극 모듈(150D)이 전해조(110) 내에 설치한 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 제1 전극(162D) 및 제2 전극(164D)은 유입 슬릿 또는 유출 슬릿을 구비하지 않는 평판 형태를 가질 수 있다. 대신 격막 고정 프레임(166)의 길이보다 제1 전극(162D)의 길이가 더 작을 수 있고, 제1 전극(162D)과 분리벽(130) 사이에 유입구와 유출구가 형성될 수 있다. 마찬가지로, 격막 고정 프레임(166)의 길이보다 제2 전극(164D)의 길이가 더 작을 수 있고, 제2 전극(164D)과 분리벽(130) 사이에 유입구와 유출구가 형성될 수 있다.
전극 모듈(150D)은 전극 모듈(150D)의 최외곽에서 제1 전극(162D) 및 제2 전극(164D)을 커버하는 제1 전극 프레임(172D) 및 제2 전극 프레임(172D)을 더 포함할 수 있다. 제1 전극 프레임(172D) 및 제2 전극 프레임(172D)은 H 형상을 가질 수 있고, 체결부(176)가 제1 전극 프레임(172D) 및 제2 전극 프레임(172D)을 격막 고정 프레임(166)에 고정시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 분리벽(130)과 제1 전극(162D) 사이, 분리벽(130)과 제2 전극(164D) 사이에 상대적으로 큰 면적의 유입구 및 유출구가 제공되기 때문에, 제1 전극(162D)과 제2 전극(164D)은 전해수의 전기분해에 필요한 전해 전압이 인가될 수 있는 한편, 전해수의 전기분해에 의해 발생하는 기포가 전극 표면에 잔류하지 않고 전극 표면으로부터 용이하게 제거될 수 있다.
도 7은 예시적인 실시예들에 따른 전해수 제조 장치(100A)를 나타내는 개략도이다.
도 7을 참조하면, 전해수 제조 장치(100A)는 유수식 전해 장치일 수 있다. 전해수 제조 장치(100A)는 전해조(110) 외부에 설치된 전극 모듈(150)을 포함할 수 있다.
전해수 제조 장치(100A)는 전해조(110)의 제1 수용 구역(122)으로부터 전극 모듈(150)까지 제1 전해수(12)가 공급되는 제1 공급 라인(182)과, 전해조(110)의 제2 수용 구역(124)으로부터 전극 모듈(150)까지 제2 전해수(14)가 공급되는 제2 공급 라인(184)을 더 포함할 수 있다. 또한 전해수 제조 장치(100A)는 제1 공급 라인(182)을 통해 제1 전해수(12)를 공급하도록 구동되고, 제2 공급 라인(184)을 통해 제2 전해수(14)를 공급하도록 구동되는 구동 모터(186)를 더 포함할 수 있다.
실험예
예시적인 실시예들에 따른 전해수 제조 장치를 사용한 전해수를 제조하였다.
1. 실험 방법
도 6a 및 도 6b에 설명한 것과 동일한 전해수 제조 장치를 제작하여 실험한 결과를 아래에 나타내었다. 격막으로서 상용 입수 가능한 약 20 ㎛와 0.9 ㎛의 공극을 갖는 다공성 막을 사용하여 그 특성을 확인하였다.
수돗물 1L에 1.25g의 소금을 녹여 9V의 전압을 인가하였으며 시간에 따른 pH와 유효 염소 농도를 측정하였다.
2. 전해수의 pH와 유효 염소 농도
[표 2] 20 ㎛의 공극을 가지는 막을 이용한 전기분해 모듈의 실험결과
전기분해 시간(분) 제1 전극(양극) 제2 전극(음극)
pH 유효 염소 농도 pH 유효 염소 농도
0 7.8 0 7.8 0
1 6.9 6 9.9 3
3 6.4 16 10.1 9
5 4.7 35 11.1 14
7 3.8 55 11.3 22
10 3.2 84 11.6 30
[표 3] 0.9 ㎛ 공극을 가지는 막을 이용한 전기분해 모듈의 실험결과
전기분해 시간(분) 제1 전극(양극) 제2 전극(음극)
pH 유효 염소 농도 pH 유효 염소 농도
0 7.9 0 - 0
1 6.8 23 - 3
3 3.8 35 - 4
5 3.1 56 - 5
7 2.9 66 - 8
10 2.8 81 11.96 14
* 음극 pH는 마지막만 측정함
예시적인 실시예들에 따른 전해수 제조 장치를 사용하여 제1 수용 공간과 제2 수용 공간에 각각 차아염소산수와 알칼리 전해수가 형성되었음을 확인할 수 있다. 특히 전기분해 직후 양극실 내의 전해수의 pH가 4로 측정되는 반면, 음극실 내의 전해수의 pH가 11 이상으로 측정되어 pH와 관련된 H+와 OH-이온의 물질 분리가 0.9~20 ㎛의 다공성 막에 의해 효율적으로 일어남을 확인할 수 있다. 이러한 pH 차이는 실험결과 500 ㎛의 큰 공극을 가지는 막에 의해서도 가능하다는 것이 확인되었다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
100: 전해수 제조 장치 110: 전해조
130: 분리벽 150: 전극 모듈
162: 제1 전극 164: 제2 전극
166: 격막 고정 프레임 168: 격막

Claims (11)

  1. 전해수가 수용되도록 구성되는 전해조; 및
    상기 전해조 내부에 배치되고, 전압이 인가되어 상기 전해수가 전기분해되도록 구성되는 전극 모듈을 포함하고,
    상기 전극 모듈은,
    상기 전해수가 유입될 수 있는 제1 유입 슬릿과, 상기 제1 유입 슬릿으로부터 이격되어 배치되며 상기 전해수가 유출될 수 있는 제1 유출 슬릿을 구비하는 제1 전극과,
    상기 전해수가 유입될 수 있는 제2 유입 슬릿과, 상기 제2 유입 슬릿으로부터 이격되어 배치되며 상기 전해수가 유출될 수 있는 제2 유출 슬릿을 구비하는 제2 전극과,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고, 상기 제1 전극의 가장자리와 상기 제2 전극의 가장자리와 맞닿아 내부에 전해 공간을 정의하는 격막 고정 프레임과,
    상기 격막 고정 프레임에 결합되어 상기 전해 공간을 제1 전해 공간과 제2 전해 공간으로 구획하는 격막(membrane)으로서, 상기 격막은 상기 제1 전해 공간 내의 전해수와 상기 제2 전해 공간 내의 전해수 사이의 물질 이동을 제한하도록 구성되는, 격막을 포함하고,
    상기 전해수가 전기분해되어 상기 제1 전해 공간에서 차아염소산수가 제조되는 동안 상기 제2 전해 공간에서 알칼리이온수가 제조되도록 구성되며,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상기 전해조의 바닥면에 수직하게 배치되고,
    상기 제1 전극의 상기 제1 유입 슬릿은 상기 제1 유출 슬릿보다 상기 전해조의 바닥면에 더 가깝게 배치되고,
    상기 제2 전극의 상기 제2 유입 슬릿은 상기 제2 유출 슬릿보다 상기 전해조의 바닥면에 더 가깝게 배치되는 것을 특징으로 하는 전해수 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전해조는 제1 수용 구역, 제2 수용 구역, 및 상기 제1 수용 구역과 상기 제2 수용 구역 사이의 분리벽을 포함하고,
    상기 분리벽에 형성된 개구부 내에 상기 전극 모듈이 밀봉 부착되는 것을 특징으로 하는 전해수 제조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 수용 구역 내에 배치되는 상기 전해수가 상기 제1 유입 슬릿을 통해 상기 제1 전해 공간으로 유입되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 인가된 전해 전압에 의해 전기분해되어 상기 제1 유출 슬릿을 통해 상기 제1 전해 공간을 나와 상기 제1 수용 구역 내로 유출되도록 구성되고,
    상기 제2 수용 구역 내에 배치되는 상기 전해수가 상기 제2 유입 슬릿을 통해 상기 제2 전해 공간으로 유입되고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극에 인가된 전해 전압에 의해 전기분해되어 상기 제2 유출 슬릿을 통해 상기 제2 전해 공간을 나와 상기 제2 수용 구역 내로 유출되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 전해수 제조 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 수용 구역 내에서 상기 전해수의 흐름은 무동력식으로 작동하고,
    상기 제2 수용 구역 내에서 상기 전해수의 흐름은 무동력식으로 작동하는 것을 특징으로 하는 전해수 제조 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 전해 공간 내에서 상기 전해수가 전기분해되어 수소 양이온과 유효 염소 성분들이 발생되고,
    상기 제2 전해 공간 내에서 상기 전해수가 전기분해되어 알칼리 이온수가 발생되는 것을 특징으로 하는 전해수 제조 장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 격막 고정 프레임은
    상기 제1 전극의 가장자리와 접촉하는 제1 면,
    상기 제2 전극의 가장자리와 접촉하는 제2 면, 및
    상기 제1 면과 상기 제2 면을 연결하며 상기 전해 공간을 둘러싸는 내측면을 포함하고,
    상기 격막이 상기 격막 고정 프레임의 상기 내측면에 밀봉 고정되는 것을 특징으로 하는 전해수 제조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 전해 공간은 상기 제1 유입 슬릿과 상기 제1 유출 슬릿에 의해 상기 제1 수용 구역과 연통되며,
    상기 제2 전해 공간은 상기 제2 유입 슬릿과 상기 제2 유출 슬릿에 의해 상기 제2 수용 구역과 연통되는 것을 특징으로 하는 전해수 제조 장치.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 전극 모듈은,
    서로 이격되어 배치되는 제1 노치, 제2 노치, 및 제3 노치를 구비하는 전극 모듈 하우징을 더 포함하고,
    상기 제1 노치에 상기 제1 전극이 고정되고,
    상기 제2 노치에 상기 격막 고정 프레임이 고정되고,
    상기 제3 노치에 상기 제2 전극이 고정되며,
    상기 제1 전극, 상기 격막 고정 프레임, 및 상기 제2 전극이 서로로부터 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 전해수 제조 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 격막은 0.1 마이크로미터 내지 500 마이크로미터 크기의 기공을 갖는 것을 특징으로 하는 전해수 제조 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 격막은 PE(polyethylene), PP(polypropylene), PEs(polyester), PET(polyethylene terephthalate), PVC(polyvinylchloride), PTFE(polytetrafluoroethylene), PC(polycarbonate), CEs(celluloseester), AC(acethyl cellulose), PA(polyamide), PS(poly Sulfonate), CTA(cellulose triacetate), PAN 코폴리머(polyacrilonitrile copolymer), PBI(polybenzimidiazole), PI(polyimide), PVDF(polyvinylidenefluoride) 중 적어도 하나 또는 이들의 조합으로 형성된 것을 특징으로 하는 전해수 제조 장치.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 제1 수용 구역 내에서 상기 제1 유출 슬릿이 상기 제1 유입 슬릿보다 높은 수직 레벨에 배치되고, 상기 제2 수용 구역 내에서 상기 제2 유출 슬릿이 상기 제2 유입 슬릿보다 높은 수직 레벨에 배치되는 것을 특징으로 하는 전해수 제조 장치.
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