KR102567676B1

KR102567676B1 - 전해조 및 전해수 생성 장치

Info

Publication number: KR102567676B1
Application number: KR1020177030815A
Authority: KR
Inventors: 다카히토 다치바나
Original assignee: 가부시키가이샤니혼트림
Priority date: 2015-07-08
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2023-08-16
Also published as: CN107531519A; CN107531519B; JP2017018866A; JP6154859B2; KR20180027408A; WO2017006913A1

Abstract

전해수 생성 장치는, 전해실(40)이 형성되는 전해조(4)와, 전해실(40) 내에 서로 대향하여 배치되는 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)와, 양극 급전체(41)와 음극 급전체(42) 사이에 끼워져 지지되고, 전해실(40)을 양극 급전체(41) 측의 양극실(40A)과 음극 급전체(42) 측의 음극실(40B)로 구분하는, 격막(43)을 구비한다. 양극 급전체(41), 음극 급전체(42) 및 격막(43)은, 전해실(40) 내에서의 수류에 직교하는 단면에서 파형으로 형성된다. 전해조(4)의 전해실(40) 측을 향하는 내면은, 양극 급전체(41) 측에서 양극 급전체(41)로부터 전해조(4)의 외측으로 떨어져 설치되고, 양극 급전체(41)를 따라서 파형으로 형성되는 제1 내면부(51)와, 음극 급전체(42) 측에서 음극 급전체(42)로부터 전해조(4)의 외측으로 떨어져 설치되고, 음극 급전체(42)를 따라서 파형으로 형성되는 제2 내면부(61)를 갖는다.

Description

전해조 및 전해수 생성 장치

본 발명은, 물을 전기 분해하여 전해 수소수를 생성하는 전해조 및 그것을 구비한 전해수 생성 장치에 관한 것이다.

종래부터, 격막으로 구획된 양극실과 음극실을 갖는 전해조를 구비하고, 전해조 내에 도입되는 수도물 등의 원수를 전기 분해하여 전해 수소수를 생성하는 전해수 생성 장치가 알려져 있다(예컨대 특허문헌 1 참조).

전해수 생성 장치의 음극실에서 생성되는 환원성의 전해 수소수는, 위장 증상의 개선에 우수한 효과를 발휘하는 것이 기대되고 있다. 또한, 최근 상기 전기 분해에 의해 음극실에서 생성되는 수소 가스를 녹여 넣은 전해 수소수는, 활성 산소의 제거에 적합하다고 하여 주목받고 있다.

그런데, 전해 수소수의 용존 수소 농도를 높이기 위해서는, 전해조에서의 수소 가스의 발생량을 많게 하는 것, 및 발생한 수소 가스를 효율적으로 전해수에 녹여 넣는 것이 필요하다. 수소 가스를 효율적으로 전해수에 녹여 넣기 위해서는, 전해조 내에서의 물의 유속 분포를 균일화하는 것이 중요하다.

특허문헌 1 : 일본 특허 제5639724호 공보 도 8은, 특허문헌 1에 개시되는 전해조와 동등한 구성의 전해조(104)를 물의 흐름에 직교하는 단면으로 절단하여, 확대하여 나타내고 있다. 전해조(104)에서는, 양극 급전체(41), 격막(43) 및 음극 급전체(42)의 적층체(45)는, 전해실 내에서의 물의 흐름에 직교하는 단면에서 파형으로 형성되어 있다. 이것에 대하여, 전해조(104)의 내면(151, 161)은, 적층체(45)를 사이에 끼우고 서로 평행하게 대향하는 한 쌍의 평면(P1, P2) 상에 형성되어 있다. 이 때문에, 양극 급전체(41)로부터 내면(151)까지의 거리(D11, D12, D13)는, 제2 볼록형부(63)로부터의 거리에 따라서 변동하고, 음극 급전체(42)로부터 내면(161)까지의 거리(D21, D22, D23)도, 제1 볼록형부(53)로부터의 거리에 따라서 변동한다. 그 결과, 양극 급전체(41)로부터 내면(151)까지의 거리 및 음극 급전체(42)로부터 내면(161)까지의 거리가 불균일해지고, 각 급전체(41, 42)와 내면(151, 161) 사이를 흐르는 물의 유속이 불균일해진다. 보다 구체적으로는, 제1 볼록형부(53)의 근방에서는, 음극 급전체(42)로부터 내면(161)까지의 거리(D21)가 작기 때문에, 음극 급전체(42)의 표면에서의 물의 흐름이 느려져, 국소적으로 충분한 양의 물이 공급되기 어려워진다. 그 결과, 예컨대 각 급전체(41, 42)에 공급하는 전해 전류를 크게 하여, 음극 급전체(42)의 표면에서 대량의 수소 가스를 발생시키는 경우에 있어서는, 제1 볼록형부(53)의 근방에서, 음극실(40B)의 전해 수소수의 용존 수소 농도가 국소적으로 포화치에 근접할 우려가 있다. 이러한 경우, 음극 급전체(42)의 표면에서 발생하는 수소 가스를 물에 녹여 넣기 어렵고, 전해 수소수와 함께 기포형의 수소 가스가 음극실(40B)로부터 유출되는 경우가 있어, 음극실(40B) 전체에서의 용존 수소 농도의 향상을 방해할 우려가 있었다.

본 발명은, 이상과 같은 실상을 감안하여 안출된 것으로, 각 급전체와 전해조의 내면 사이를 흐르는 물의 유속을 균일화함으로써, 용존 수소 농도를 용이하게 높일 수 있는 전해조 및 전해수 생성 장치를 제공하는 것을 주요 목적으로 하고 있다.

본 발명의 제1 발명은, 전기 분해되는 물이 공급되는 전해실이 형성되고, 상기 전해실 내에 서로 대향하여 배치되는 양극 급전체 및 음극 급전체와, 상기 양극 급전체와 상기 음극 급전체 사이에 끼워져 지지되고, 또한 상기 전해실을 상기 양극 급전체측의 양극실과 상기 음극 급전체측의 음극실로 구분하는, 격막이 장착되는 전해조로서, 상기 양극 급전체, 상기 음극 급전체 및 상기 격막은, 상기 전해실 내에서의 물의 흐름에 직교하는 단면에서 파형으로 형성되고, 상기 전해조의 상기 전해실측을 향하는 내면은, 상기 양극 급전체측에서 상기 양극 급전체로부터 상기 전해조의 외측으로 떨어져 설치되고, 상기 양극 급전체를 따라서 파형으로 형성되는 제1 내면부와, 상기 음극 급전체측에서 상기 음극 급전체로부터 상기 전해조의 외측으로 떨어져 설치되고, 상기 음극 급전체를 따라서 파형으로 형성되는 제2 내면부를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 관한 상기 전해조에 있어서, 상기 내면에는, 상기 제1 내면부로부터 상기 양극 급전체측으로 돌출되고, 상기 양극 급전체와 접촉하는 제1 볼록형부와, 상기 제2 내면부로부터 상기 음극 급전체측으로 돌출되고, 상기 음극 급전체와 접촉하는 제2 볼록형부가 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 상기 전해조에 있어서, 상기 제1 볼록형부는 상기 제2 내면부와 대향하고, 상기 제2 볼록형부는 상기 제1 내면부와 대향하는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 상기 전해조에 있어서, 상기 제1 볼록형부는 상기 양극실 내에서의 물의 흐름을 따라서 신장되고, 상기 제2 볼록형부는 상기 음극실 내에서의 물의 흐름을 따라서 신장되는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 상기 전해조에 있어서, 상기 제1 볼록형부는 상기 양극실의 일단부로부터 타단부에 걸쳐 연속하여 형성되고, 상기 제2 볼록형부는 상기 음극실의 일단부로부터 타단부에 걸쳐 연속하여 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 관한 상기 전해조에 있어서, 상기 제1 내면부는, 상기 격막의 두께 방향에서 상기 양극 급전체로부터 일정한 거리에 형성되고, 상기 제2 내면부는, 상기 격막의 두께 방향에서 상기 음극 급전체로부터 일정한 거리에 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명의 제2 발명은, 청구항 1 내지 6 중 어느 한 항에 기재된 상기 전해조를 구비하는 것을 특징으로 하는 전해수 생성 장치이다.

본 발명의 제1 발명의 전해조는, 격막이 양극 급전체와 음극 급전체 사이에 끼워져 지지되고, 양극 급전체, 음극 급전체 및 격막은, 전해실 내에서의 물의 흐름에 직교하는 단면에서 파형으로 형성된다. 그리고, 전해조의 전해실측을 향하는 내면은, 양극 급전체측에서 양극 급전체로부터 전해조의 외측으로 떨어져 설치되는 제1 내면부와, 음극 급전체측에서 상기 음극 급전체로부터 상기 전해조의 외측으로 떨어져 설치되는 제2 내면부를 갖는다. 제1 내면부는 양극 급전체를 따라서 파형으로 형성되고, 제2 내면부는 음극 급전체를 따라서 파형으로 형성된다. 따라서, 양극 급전체로부터 제1 내면까지의 거리 및 음극 급전체로부터 제2 내면부까지의 거리가 균일해지고, 각 급전체와 각 내면부 사이를 흐르는 물의 유속이 균일해진다. 이에 따라, 전해실에서 발생하는 가스를 전해실의 전체에서 전해수에 녹여 넣기 쉬워져, 용존 수소 농도를 용이하게 높이는 것이 가능해진다.

본 발명의 제2 발명의 전해수 생성 장치에 의하면, 상기 제1 발명과 마찬가지로, 전해실에서 발생하는 가스를 전해실의 전체에서 전해수에 녹여 넣기 쉬워져, 용존 수소 농도를 용이하게 높이는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 전해수 생성 장치의 일실시형태의 개략 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2는 도 1의 전해조의 조립전의 사시도이다.
도 3은 도 2의 제1 케이스편 및 제2 케이스편을 나타내는 사시도이다.
도 4는 도 2의 전해조를 물의 흐름에 직교하는 단면으로 절단한 단면도이다.
도 5는 도 4의 전해조를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 2의 전해조를 물의 흐름에 직교하는 단면으로 절단한 단면도이다.
도 7은 도 2의 전해조의 변형예를 확대하여 나타내는 단면도이다.
도 8은 종래의 전해조의 주요부를 물의 흐름에 직교하는 단면으로 절단한 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시의 일형태를 도면에 기초하여 설명한다.

도 1은, 본 실시형태의 전해수 생성 장치(1)의 개략 구성을 나타낸다. 전해수 생성 장치(1)는, 가정의 음료용 및 요리용의 물의 생성이나 혈액 투석의 투석액의 생성에 이용되어도 좋다.

전해수 생성 장치(1)는, 전기 분해되는 물이 공급되는 전해실(40)이 형성되는 전해조(4)와, 전해실(40) 내에 서로 대향하여 배치되는 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)와, 양극 급전체(41)와 음극 급전체(42) 사이에 배치되는 격막(43)을 구비한다. 전해조(4)의 상류측 또는 하류측에 별도의 전해조가 설치되어도 좋다. 또한, 전해조(4)와 병렬로 별도의 전해조가 설치되어도 좋다. 별도로 설치되는 전해조에 관해서도, 전해조(4)와 동등한 구성이 적용될 수 있다.

격막(43)은, 전해실(40)을 양극 급전체(41) 측의 양극실(40A)과, 음극 급전체(42) 측의 음극실(40B)로 구분한다. 전해실(40)의 양극실(40A) 및 음극실(40B) 양쪽에 물이 공급되고, 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)에 직류 전압이 인가되는 것에 의해, 전해실(40) 내에서 물이 전기 분해된다.

격막(43)은, 전기 분해로 생긴 이온을 통과시키고, 격막(43)을 통해 양극 급전체(41)와 음극 급전체(42)가 전기적으로 접속된다. 격막(43)에는, 예컨대 술폰산기를 갖는 불소계 수지로 이루어진 고체 고분자 재료 등이 이용된다.

전해수 생성 장치(1)는, 전해조(4)를 제어하는 제어 수단(6)과, 전해조(4)의 상류측에 설치되는 입수부(7)와, 전해조(4)의 하류측에 설치되는 출수부(8)를 더 구비한다.

제어 수단(6)은, 예컨대 각종 연산 처리, 정보 처리 등을 실행하는 CPU(Central Processing Unit) 및 CPU의 동작을 담당하는 프로그램 및 각종 정보를 기억하는 메모리 등을 갖는다.

양극 급전체(41)와 제어 수단(6) 사이의 전류 공급 라인에는, 전류 검출 수단(44)이 설치된다. 전류 검출 수단(44)은, 음극 급전체(42)와 제어 수단(6) 사이의 전류 공급 라인에 설치되어도 좋다. 전류 검출 수단(44)은, 급전체(41, 42)에 공급하는 전해 전류(I)를 검출하고, 그 값에 해당하는 신호를 제어 수단(6)으로 출력한다.

제어 수단(6)은, 전류 검출 수단(44)으로부터 입력되는 신호에 기초하여, 양극 급전체(41)와 음극 급전체(42) 사이에 인가하는 전압을 피드백 제어한다. 예컨대, 전해 전류가 과도하게 큰 경우, 제어 수단(6)은 상기 전압을 감소시키고, 전해 전류가 과도하게 작은 경우, 제어 수단(6)은 상기 전압을 증가시킨다. 이에 따라, 급전체(41, 42)에 공급하는 전해 전류(I)가 적절히 제어될 수 있다.

입수부(7)는, 급수관(71)과, 유량 센서(72)와, 분기부(73)와, 유량 조정 밸브(74) 등을 갖는다. 급수관(71)은, 예컨대 정수 카트리지(도시하지 않음)에 접속되어, 정수 카트리지에 의해 정화된 물이 공급되는 물을 전해실(40)로 유도한다. 유량 센서(72)는 급수관(71)에 설치된다. 유량 센서(72)는, 전해실(40)에 공급되는 물의 단위시간당 유량(이하, 단순히 「유량」이라고 기재하는 경우도 있음)(F)을 정기적으로 검출하고, 그 값에 해당하는 신호를 제어 수단(6)으로 출력한다.

분기부(73)는, 급수관(71)을 급수관(71a, 71b)의 양쪽으로 분기한다. 유량 조정 밸브(74)는, 급수관(71a, 71b)을 양극실(40A) 또는 음극실(40B)에 접속한다. 양극실(40A) 및 음극실(40B)에 공급되는 물의 유량은, 제어 수단(6)의 관리 하에 유량 조정 밸브(74)에 의해 조정된다. 유량 조정 밸브(74)는, 물의 이용 효율을 높이기 위해, 양극실(40A) 및 음극실(40B)에 공급되는 물의 유량을 조정한다. 이에 따라, 양극실(40A)과 음극실(40B) 사이에서 압력차가 생기는 경우가 있다.

본 실시형태에서는, 유량 센서(72)는 분기부(73)의 상류측에 설치되기 때문에, 양극실(40A)에 공급되는 물의 유량과 음극실(40B)에 공급되는 물의 유량의 총합, 즉 전해실(40)에 공급되는 물의 유량(F)을 검출한다.

출수부(8)는, 유로 전환 밸브(81)와, 토수관(82)과, 배수관(83) 등을 갖는다. 유로 전환 밸브(81)는, 양극실(40A), 음극실(40B)을 토수관(82) 또는 배수관(83)에 선택적으로 접속한다. 전해수 생성 장치(1)가 혈액 투석의 투석액의 생성에 이용되는 경우, 음극실(40B)에서 생성되는 전해 수소수가 토수관(82)을 통해, 여과 처리용의 역침투막 모듈 및 투석 원액을 희석하는 희석 장치 등에 공급된다.

제어 수단(6)은, 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)에 인가하는 직류 전압의 극성을 제어한다. 예컨대, 제어 수단(6)은, 유량 센서(72)로부터 입력되는 신호에 기초하여, 전해실(40)에 공급되는 물의 유량(F)을 적산하고, 소정의 적산치에 도달하면 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)에 인가하는 직류 전압의 극성을 전환한다. 이에 따라, 양극실(40A)과 음극실(40B)이 서로 교체된다. 직류 전압의 극성의 전환에 있어서는, 제어 수단(6)은, 유량 조정 밸브(74) 및 유로 전환 밸브(81)를 동기식으로 동작시킨다. 이에 따라, 음극실(40B)과 토수관(82)이 항상 접속되고, 음극실(40B)에서 생성되는 전해 수소수가 토수관(82)으로부터 토출된다.

도 2는, 전해조(4)의 조립전의 주요 부품을 배치한 조립전의 사시도이다. 전해조(4)는, 양극 급전체(41) 측의 제1 케이스편(50)과, 음극 급전체(42) 측의 제2 케이스편(60)을 갖는다. 서로 대향하여 배치되는 제1 케이스편(50)과 제2 케이스편(60)이 고착되는 것에 의해, 그 내부에 전해실(40)(도 1 참조)이 형성된다.

전해조(4)는, 전해실(40) 내에, 양극 급전체(41), 격막(43) 및 음극 급전체(42)가 중첩되어 이루어지는 적층체(45)를 수용한다.

양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)는 각각 시트형으로 형성된다. 이러한 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)에 의해, 큰 면적에서 물을 전기 분해할 수 있어, 수소 가스의 발생 효율이 높아진다.

양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)는 각각 그 두께 방향으로 물이 왕래할 수 있게 구성된다. 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)에는, 예컨대 익스팬드 메탈 등의 메쉬형 금속이 적용될 수 있다. 이와 같은 메쉬형의 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)는, 격막(43)을 사이에 끼워서 지지하면서, 격막(43)의 표면에 물을 골고루 퍼지게 할 수 있어, 전해실(40) 내에서의 전기 분해를 촉진한다. 또한, 메쉬형의 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)는, 격막(43)과 함께 유연하게 변형되는 것에 의해 격막(43)의 손상을 억제한다. 이 때문에, 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)는, 두께 및 스트랜드폭이 작은 메쉬형 금속으로 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서는, 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)로서, 티타늄제의 익스팬드 메탈의 표면에 백금의 도금층이 형성된 것이 적용된다. 백금의 도금층은 티타늄의 산화를 방지한다.

양극 급전체(41)에는, 제1 케이스편(50)을 관통하여 전해조(4)의 외부로 돌출되는 급전 단자(41a)가 설치된다. 급전 단자(41a)에는, 예컨대 밀봉 부재(41b), 부시(41c), 너트(41d, 41e)를 통해 단자(41f)가 장착된다. 마찬가지로, 음극 급전체(42)에도, 제2 케이스편(60)을 관통하여 전해조(4)의 외부로 돌출되는 급전 단자(42a)가 설치된다. 급전 단자(42a)에는, 예컨대 밀봉 부재(42b), 부시(42c), 너트(42d, 42e)를 통해 단자(42f)가 장착된다. 단자(41f, 42f)는, 도 1에 도시되는 제어 수단(6)에 접속된다. 급전 단자(41a, 42a) 및 단자(41f, 42f)를 통해, 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)에 직류 전압이 인가된다.

고체 고분자 재료를 이용한 격막(43)을 갖는 전해조(4)에서는, 중성의 전해수가 생성된다. 전해실(40) 내에서 물이 전기 분해되는 것에 의해, 음극실(40B)에서는 수소 가스를 녹여 넣은 전해 수소수를 얻을 수 있고, 양극실(40A)에서는 산소 가스를 녹여 넣은 전해 산소수를 얻을 수 있다. 격막(43)의 양면에는 백금으로 이루어진 도금층(43a)이 형성된다. 도금층(43a)과 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)는 접촉하여, 전기적으로 접속된다.

격막(43)은, 전해실(40) 내에서 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42) 사이에 끼워져 지지된다. 따라서, 격막(43)의 형상은 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)에 의해 유지된다. 이와 같은 격막(43)의 유지 구조에 의하면, 양극실(40A)과 음극실(40B) 사이에 생기는 압력차에 기인하는 응력의 대부분은, 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)에 의해 부담되고, 격막(43)에 가해지는 응력은 감소한다. 이에 따라, 양극실(40A)과 음극실(40B) 사이에서 큰 압력차가 생기는 상태로 전해수 생성 장치(1)를 동작시켜도, 격막(43)에는 큰 응력이 생기지 않는다. 따라서, 격막(43)의 손상을 억제하고, 물의 이용 효율을 용이하게 높이는 것이 가능해진다.

또한, 격막(43)이 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42) 사이에 끼워져 지지되기 때문에, 격막(43)의 도금층(43a)과 양극 급전체(41) 사이 및 도금층(43a)과 음극 급전체(42) 사이에서의 접촉 저항이 감소하고, 전압 강하가 억제된다. 이에 따라, 충분한 전해 전류(I)에 의해 전해실(40) 내에서의 전기 분해가 촉진되어, 높은 용존 수소 농도의 전해 수소수를 생성할 수 있게 된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)의 외주 가장자리의 외측에는, 제1 케이스편(50)과 제2 케이스편(60)의 맞춤면으로부터의 누수를 방지하기 위한 밀봉 부재(46)가 설치된다. 격막(43)의 외주부는, 밀봉 부재(46) 사이에 끼워져 지지된다.

각 케이스편(50 및 60)은, 예컨대 합성 수지에 의해 형성된다. 각 케이스편(50 및 60)은, 전해실(40) 내에서의 물의 흐름을 따르는 세로 방향(V)으로 긴 직사각형으로 형성된다. 이에 따라, 전해실(40)은 세로 방향(V)으로 긴 직사각형으로 형성된다. 이러한 세로로 긴 형상의 전해실(40)에 의해, 전해조(4) 내에서의 유로가 길어진다. 그 결과, 음극실(40B)에서 발생하는 수소 가스를, 음극실(40B) 내의 물에 녹여 넣기 쉬워져, 용존 수소 농도를 높일 수 있다.

도 3의 (a)는, 전해실(40) 측을 향하는 내면측에서 본 제1 케이스편(50)의 사시도이며, 도 3의 (b)는, 전해실(40) 측을 향하는 내면측에서 본 제2 케이스편(60)의 사시도이다.

제1 케이스편(50)은 제1 내면부(51)를 갖는다. 제1 내면부(51)는, 양극 급전체(41)로부터 전해조(4)의 외측으로 떨어져 설치된다. 양극 급전체(41)와 제1 내면부(51) 사이의 공간이 양극실(40A)을 구성한다. 마찬가지로, 제2 케이스편(60)은 제2 내면부(61)를 갖는다. 제2 내면부(61)는, 음극 급전체(42)로부터 전해조(4)의 외측으로 떨어져 설치된다. 음극 급전체(42)와 제2 내면부(61) 사이의 공간이 음극실(40B)을 구성한다.

제1 내면부(51)의 외측 가장자리에는 맞춤면(51A)이, 제2 내면부(61)의 외측 가장자리에는 맞춤면(61A)이 각각 형성된다. 맞춤면(51A 및 61A)을 서로 맞대어 밀착시킴으로써, 제1 케이스편(50)과 제2 케이스편(60)이 고착된다. 맞춤면(51A)의 내측에는 전해부(52)가 설치된다. 전해부(52)는, 제1 내면부(51)가 맞춤면(51A)으로부터 제1 케이스편(50)의 두께 방향으로 함몰되어 형성된다. 마찬가지로, 맞춤면(61A)의 내측에는 전해부(62)가 설치된다. 전해부(62)는, 제2 내면부(61)가 맞춤면(61A)으로부터 제2 케이스편(60)의 두께 방향으로 함몰되어 형성된다. 전해부(52)는 양극실(40A)을 구성하고, 전해부(62)는 음극실(40B)을 구성한다.

도 4는, 전해실(40) 내에서의 물의 흐름을 따르는 세로 방향(V)에 직교하는 가로 방향(H)에서, 전해조(4)를 절단한 단면을 나타낸다. 도 5는, 도 4의 단면에서, 적층체(45), 제1 내면부(51) 및 제2 내면부(61)를 확대하여 나타낸다.

도 4 및 5에 도시된 바와 같이 양극 급전체(41), 음극 급전체(42) 및 격막(43)은, 전해실(40) 내에서의 물의 흐름에 직교하는 가로 방향(H)의 단면에서 파형으로 형성된다.

제1 내면부(51)는, 양극 급전체(41)를 따라서 파형으로 형성된다. 즉, 파형의 제1 내면부(51)의 위상과 파형의 양극 급전체(41)의 위상이 일치하도록, 제1 내면부(51)와 양극 급전체(41)가 평행하게 배치된다. 따라서, 양극 급전체(41)로부터 제1 내면부(51)까지의 거리가 균일해지고, 양극 급전체(41)와 제1 내면부(51) 사이를 흐르는 물의 유속이 균일해진다. 이에 따라, 양극실(40A)에서 발생하는 산소 가스를 양극실(40A) 전체에서 전해수에 녹여 넣기 쉬워져, 용존 산소 농도를 용이하게 높이는 것이 가능해진다.

마찬가지로, 제2 내면부(61)는, 음극 급전체(42)를 따라서 파형으로 형성된다. 따라서, 음극 급전체(42)로부터 제2 내면부(61)까지의 거리가 균일해지고, 음극 급전체(42)와 제2 내면부(61) 사이를 흐르는 물의 유속이 균일해진다. 이에 따라, 음극실(40B)에서 발생하는 수소 가스를 음극실(40B) 전체에서 전해수에 녹여 넣기 쉬워져, 용존 수소 농도를 용이하게 높이는 것이 가능해진다.

도 3 내지 5에 도시된 바와 같이, 제1 케이스편(50)의 내면에는 복수의 제1 볼록형부(53)가 배치된다. 각 제1 볼록형부(53)는, 제1 내면부(51)로부터 양극 급전체(41) 측으로 돌출되어 전해부(52)를 세로 방향(V)으로 신장하고, 세로 방향(V)에 수직인 가로 방향(H)으로 나열되어 배치된다. 한편, 제2 케이스편(60)의 내면에는 복수의 제2 볼록형부(63)가 배치된다. 각 제2 볼록형부(63)도, 제2 내면부(61)로부터 음극 급전체(42) 측으로 돌출되어 전해부(62)를 세로 방향(V)으로 신장하고, 세로 방향(V)에 수직인 가로 방향(H)으로 나열되어 배치된다.

각 제1 볼록형부(53)의 선단부는, 양극실(40A)에서 양극 급전체(41)와 접촉하여, 양극 급전체(41)를 제2 케이스편(60) 측으로 압박한다. 한편, 각 제2 볼록형부(63)의 선단부는, 음극실(40B)에서 음극 급전체(42)와 접촉하여, 음극 급전체(42)를 제1 케이스편(50) 측으로 압박한다. 따라서, 각 제1 볼록형부(53) 및 각 제2 볼록형부(63)에 의해, 적층체(45)는 그 양면 사이에 끼워져 지지된다.

제1 볼록형부(53)와 제2 볼록형부(63)는, 상호 전해조(4)의 가로 방향(H)으로 교대로 또한 등간격으로 설치된다. 이에 따라, 제1 케이스편(50)과 제2 케이스편(60)이 고착될 때, 제1 볼록형부(53) 및 제2 볼록형부(63)에 의해, 적층체(45), 즉, 양극 급전체(41), 음극 급전체(42) 및 격막(43)이 대략 동일 파장의 파형으로 교정되어 지지될 수 있다.

제1 볼록형부(53) 및 제2 볼록형부(63)의 형상 및 배치는 임의이다. 예컨대, 각 제1 볼록형부(53)는, 양극실(40A) 내에서의 물이 흐르는 세로 방향(V)을 따라서 신장된다. 그리고, 각 제1 볼록형부(53)는 가로 방향(H)으로 나열되어 배치된다. 이러한 제1 볼록형부(53)는, 양극실(40A) 내를 세로 방향(V)으로 흐르는 물의 이동을 저해하지 않는다.

마찬가지로, 각 제2 볼록형부(63)는, 음극실(40B) 내에서 물이 흐르는 세로 방향(V)을 따라서 신장된다. 그리고, 각 제2 볼록형부(63)는 가로 방향(H)으로 나열되어 배치된다. 이러한 제2 볼록형부(63)는, 음극실(40B) 내를 세로 방향(V)으로 흐르는 물의 이동을 저해하지 않는다.

또한, 제1 볼록형부(53)는, 양극실(40A)의 일단부(도 3 중 전해부(52)의 상단부, 즉 제1 집수로(56)의 근방 영역)로부터 타단부(도 3 중 전해부(52)의 하단부, 즉 제1 분수로(54)의 근방 영역)에 걸쳐 연속되는 리브형으로 형성된다. 한편, 제2 볼록형부(63)도, 음극실(40B)의 일단부(도 3 중 전해부(62)의 상단부, 즉 제2 집수로(66)의 근방 영역)로부터 타단부(도 3 중 전해부(62)의 하단부, 즉 제2 분수로(64)의 근방 영역)에 걸쳐 연속되는 리브형으로 형성된다. 이러한 제1 볼록형부(53) 및 제2 볼록형부(63)에 의해, 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)가 세로 방향(V)에서 광범위에 걸쳐서 균등하게 압박될 수 있다. 이에 따라, 격막(43)과 각 급전체(41, 42)의 접촉 압력이 충분히 확보되고, 격막(43)과 각 급전체(41, 42) 사이의 접촉 저항이 저감된다. 또한, 격막(43)과 각 급전체(41, 42)의 접촉 압력의 분포가 균일해지기 때문에, 전해 전압이 균일해지고, 발생하는 수소 가스의 분포가 균일해진다. 따라서, 각 급전체(41, 42)에 인가하는 전해 전압을 과도하게 크게 하지 않고 충분한 전해 전류(I)를 얻기 쉬워져, 수소 가스의 발생 효율을 용이하게 높이는 것이 가능해진다.

제1 볼록형부(53) 및 제2 볼록형부(63)는, 전술한 리브형으로 형성되는 것이 바람직하지만, 상기 특허문헌 1의 도 9 또는 도 10에 도시된 바와 같이, 세로 방향으로 이산적으로 설치되는 형태이어도 좋다.

도 5에 도시된 바와 같이, 이 제1 케이스편(50) 및 제2 케이스편(60)에서는, 제1 볼록형부(53)는 적층체(45)를 통해 제2 내면부(61)와 대향하고, 제2 볼록형부(63)는 적층체(45)를 통해 제1 내면부(51)와 대향한다. 제1 볼록형부(53)에 의해 적층체(45)가 제2 케이스편(60) 측으로 압박되어 돌출되기 때문에, 음극 급전체(42)는 음극실(40B) 측으로 돌출된다. 또한, 본 발명에서는, 제2 내면부(61)는, 음극 급전체(42)를 따라서 파형으로 형성되기 때문에, 제2 내면부(61)는, 제1 볼록형부(53)와 대향하는 개소에서 제2 케이스편(60)의 두께 방향으로 함몰된다. 한편, 제2 볼록형부(63)에 의해 적층체(45)가 제1 케이스편(50)의 측으로 압박되어 돌출되기 때문에, 양극 급전체(41)는 양극실(40A) 측으로 돌출된다. 또한, 본 발명에서는, 제1 내면부(51)는 양극 급전체(41)를 따라서 파형으로 형성되기 때문에, 제1 내면부(51)는 제2 볼록형부(63)와 대향하는 개소에서 제1 케이스편(50)의 두께 방향으로 함몰된다.

본 실시형태에서는, 인접하는 제1 볼록형부(53)에 끼워진 전체 영역에 제1 내면부(51)가 형성되지만, 인접하는 제1 볼록형부(53)에 끼워진 일부 영역에 제1 내면부(51)가 형성되어도 좋다. 제2 내면부(61)에 관해서도 제1 내면부(51)와 동일하다.

도 5에 도시된 바와 같이, 제1 내면부(51)는, 격막(43)의 두께 방향에서 양극 급전체(41)로부터 일정한 거리(D1)가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 제1 내면부(51)에 의하면, 양극실(40A)에서 가로 방향(H)의 단위길이당 유로 단면적의 분포가 균일해지고, 양극 급전체(41)와 제1 내면부(51) 사이를 흐르는 물의 유속이 한층 더 균일해진다. 이에 따라, 양극실(40A)에서 발생하는 산소 가스를 양극실(40A) 전체에서 전해수에 녹여 넣기 쉬워져, 용존 산소 농도를 용이하게 높이는 것이 가능해진다.

마찬가지로, 제2 내면부(61)는, 격막(43)의 두께 방향에서 음극 급전체(42)로부터 일정한 거리(D2)가 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 제2 내면부(61)에 의하면, 음극실(40B)에서 가로 방향(H)의 단위길이당 유로 단면적의 분포가 균일해지고, 음극 급전체(42)와 제2 내면부(61) 사이를 흐르는 물의 유속이 한층 더 균일해진다. 이에 따라, 음극실(40B)에서 발생하는 수소 가스를 음극실(40B) 전체에서 전해수에 녹여 넣기 쉬워져, 용존 수소 농도를 용이하게 높이는 것이 가능해진다.

본 실시형태에서는, 전해실(40)에 공급되는 물의 유량(F)의 적산치 등에 기초하여 급전체(41, 42)의 극성이 전환되기 때문에, 거리(D1)와 거리(D2)가 서로 같게 설정되는 것이 바람직하다.

도 6은, 전해실(40) 내에서의 물의 흐름을 따르는 세로 방향(V)에서, 전해조(4)를 절단한 단면을 나타내고 있다. 제1 케이스편(50)은, 전해부(52)의 상류측에 제1 분수로(54) 및 제1 사면부(55)를, 전해부(52)의 하류측에 제1 집수로(56) 및 제1 사면부(57)를 각각 갖는다. 제1 분수로(54)는, 이음새(91)로부터 유입되는 물을 분기하여 전해부(52)에 공급한다. 제1 사면부(55)는, 제1 분수로(54)와 전해부(52) 사이에 설치된다. 제1 사면부(55)에 의해, 제1 분수로(54)로부터 전해부(52)로 유입되는 물의 흐름이 원활해진다. 제1 집수로(56)는, 전해부(52)로부터 유출되는 물을 모아 이음새(93)에 공급한다. 제1 사면부(57)는, 제1 집수로(56)와 전해부(52) 사이에 설치된다. 제1 사면부(57)에 의해, 전해부(52)로부터 제1 집수로(56)로 유출되는 물의 흐름이 원활해진다.

마찬가지로, 제2 케이스편(60)은, 전해부(62)의 상류측에 제2 분수로(64) 및 제2 사면부(65)를, 전해부(62)의 하류측에 제2 집수로(66) 및 제2 사면부(67)를 각각 갖는다. 제2 분수로(64), 제2 사면부(65), 제2 집수로(66) 및 제2 사면부(67)에 관해서는, 제1 분수로(54), 제1 사면부(55), 제1 집수로(56) 및 제1 사면부(57)와 동등하기 때문에, 그 설명을 생략한다.

도 7은, 전해조(4)의 변형예인 전해조(4A)를 나타낸다. 도 7에 도시되는 변형예 중, 이하에 설명되지 않은 부분에 관해서는, 전술한 전해조(4)의 구성이 채용될 수 있다. 전해조(4A)는, 적층체(45)를 통해 제2 볼록형부(63)와 대향하는 위치에 제1 볼록형부(53)가, 적층체(45)를 통해 제1 볼록형부(53)와 대향하는 위치에 제2 볼록형부(63)가 각각 추가되는 점에서, 도 4에 도시되는 전해조(4)와는 상이하다.

전해조(4A)에서는, 적층체(45)를 통해 서로 대향하는 위치에 배치되는 제1 볼록형부(53)와 제2 볼록형부(63)에 의해 적층체(45)가 양면으로부터 사이에 끼워져 지지된다. 이에 따라, 격막(43)과 각 급전체(41, 42)의 접촉 압력이 충분히 확보되고, 격막(43)과 각 급전체(41, 42) 사이의 접촉 저항이 저감된다. 따라서, 각 급전체(41, 42)에 인가하는 전해 전압을 과도하게 크게 하지 않고 충분한 전해 전류(I)를 얻기 쉬워져, 수소 가스의 발생 효율을 용이하게 높이는 것이 가능해진다.

이상, 본 실시형태의 전해수 생성 장치(1)가 상세히 설명되었지만, 본 발명은 상기 구체적인 실시형태에 한정되지 않고 여러가지 양태로 변경하여 실시된다. 즉, 전해수 생성 장치(1)는, 적어도 전기 분해되는 물이 공급되는 전해실(40)이 형성되는 전해조(4)와, 전해실(40) 내에서 서로 대향하여 배치되는 양극 급전체(41) 및 음극 급전체(42)와, 양극 급전체(41)와 음극 급전체(42) 사이에 끼워져 지지되고, 전해실(40)을 양극 급전체(41) 측의 양극실(40A)과 음극 급전체(42) 측의 음극실(40B)로 구분하는, 격막(43)을 구비하고, 양극 급전체(41), 음극 급전체(42) 및 격막(43)은, 전해실(40) 내에서의 물의 흐름에 직교하는 단면에서 파형으로 형성되고, 전해조(4)의 전해실(40) 측을 향하는 내면은, 양극 급전체(41) 측에서 양극 급전체(41)로부터 전해조(4)의 외측으로 떨어져 설치되고, 양극 급전체(41)를 따라서 파형으로 형성되는 제1 내면부(51)와, 음극 급전체(42) 측에서 음극 급전체(42)로부터 전해조(4)의 외측으로 떨어져 설치되고, 음극 급전체(42)를 따라서 파형으로 형성되는 제2 내면부(61)를 갖고 있으면 된다.

1 : 전해수 생성 장치 4 : 전해조
40 : 전해실 40A : 양극실
40B : 음극실 41 : 양극 급전체
42 : 음극 급전체 43 : 격막
51 : 제1 내면부 53 : 제1 볼록형부
62 : 제2 내면부 63 : 제2 볼록형부

Claims

전기 분해되는 물이 공급되는 전해실이 형성되고,
상기 전해실 내에 서로 대향하여 배치되는 양극 급전체 및 음극 급전체와,
상기 양극 급전체와 상기 음극 급전체 사이에 끼워져 지지되고, 또한 상기 전해실을 상기 양극 급전체측의 양극실과 상기 음극 급전체측의 음극실로 구분하는, 격막이 장착되는 전해조로서,
상기 양극 급전체, 상기 음극 급전체 및 상기 격막은, 상기 전해실 내에서의 물의 흐름에 직교하는 단면에서 파형으로 형성되고,
상기 전해조의 상기 전해실측을 향하는 내면은,
상기 양극 급전체측에서 상기 양극 급전체로부터 상기 전해조의 외측으로 떨어져 설치되고, 상기 양극 급전체를 따라서 파형으로 형성되는 제1 내면부와,
상기 음극 급전체측에서 상기 음극 급전체로부터 상기 전해조의 외측으로 떨어져 설치되고, 상기 음극 급전체를 따라서 파형으로 형성되는 제2 내면부를 갖는 것을 특징으로 하는 전해조.
제 1항에 있어서,
상기 내면에는,
상기 제1 내면부로부터 상기 양극 급전체측으로 돌출되고, 상기 양극 급전체와 접촉하는 제1 볼록형부와,
상기 제2 내면부로부터 상기 음극 급전체측으로 돌출되고, 상기 음극 급전체와 접촉하는 제2 볼록형부가 형성되는 것인, 전해조.
제 2항에 있어서,
상기 제1 볼록형부는 상기 제2 내면부와 대향하고, 상기 제2 볼록형부는 상기 제1 내면부와 대향하는 것인, 전해조.
제 2항 또는 제 3항에 있어서,
상기 제1 볼록형부는 상기 양극실 내에서의 물의 흐름을 따라서 신장되고,
상기 제2 볼록형부는 상기 음극실 내에서의 물의 흐름을 따라서 신장되는 것인, 전해조.
제 4항에 있어서,
상기 제1 볼록형부는 상기 양극실의 일단부로부터 타단부에 걸쳐 연속하여 형성되고,
상기 제2 볼록형부는 상기 음극실의 일단부로부터 타단부에 걸쳐 연속하여 형성되는 것인, 전해조.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 내면부는, 상기 격막의 두께 방향에서 상기 양극 급전체로부터 일정한 거리에 형성되고,
상기 제2 내면부는, 상기 격막의 두께 방향에서 상기 음극 급전체로부터 일정한 거리에 형성되는 것인, 전해조.
전해수 생성 장치로서,
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 기재된 상기 전해조를 구비하는 것을 특징으로 하는 전해수 생성 장치.