KR20010099406A

KR20010099406A - 1셀이 3실로 이루어진 멀티 셀(Multi-Cell) 전해수기

Info

Publication number: KR20010099406A
Application number: KR1020010059470A
Authority: KR
Inventors: 강봉규
Original assignee: 강봉규
Priority date: 2001-09-25
Filing date: 2001-09-25
Publication date: 2001-11-09

Abstract

본 발명은 1셀이 3실로 이루어진 멀티 셀(Multi-Cell) 전해수기에 관한 것으로 양질의 전해수를 대량으로 생산하기 위함이다.

종래의 1셀이 2실로 구성된 멀티 셀 전해수기는 장치 내에 다수의 셀을 장착할 수 있도록 유로를 독립적으로 형성시킬 수 있었으나 그 생성되는 전해수의 부식유발 및 인체유해 논란으로 1셀 구성을 3실 구조로 하는 전해수기가 개발되었다. 그러나 이는 장치 내에 1셀 밖에는 장착할 수 없어 양질의 전해수를 대량으로 생산할 수 없었다.

본 발명은 이러한 종래의 전해수기의 단점을 개선하기 위하여 장치를 이루는 음극(1), 양극(2), 양이온교환막(3), 음이온교환막(4), 음극실스페이서(Spacer)(5), 전해질공급실스페이서(Spacer)(6), 양극실스페이서(Spacer)(7)를 적절히 조합해 각각의 유로를 독립적으로 형성시키므로 한 개의 전해수기 안에 다수의 셀을 장착할 수 있어 양질의 전해수를 대량으로 생산할 수 있는 1셀이 3실로 이루어진 멀티 셀 전해수기이다.

Description

1셀이 3실로 이루어진 멀티 셀(Multi-Cell) 전해수기{The multi-cell electrolysis system whose one cell is composed of three compartment}

전해수란 도 1에서 보는 바와같이 전해질을 포함하고 있는 물의 전기분해시 발생하는 환원수(알칼리수)(34) 및 산화수(산성수)(35)를 말하며 식염수(33) 등에 직류전압을 인가하면 전기분해가 일어나 격막(29)을 사이에 두고 음극(1)에서는 산화환원전위가 -800mV이하 이며 pH 가 10 이상인 환원수(알칼리수)(34)가 양극(2)에서는 산화환원전위 (Oxidation Reduction Potential, ORP)가 +1000mV 이상이며 pH 가 2.7 이하인 산화수(산성수)(35)형성된다. 이와같이 생성된 산화수는 살균효과를 가지고 있어 농약대용 및 식품산업: 의료용구 등의 살균, 소독등에 사용되며 환원수는 세정효과가 뛰어나 반도체, PCB 등의 세정에 사용되고 있다.

한편 종래의 전해수기는 1셀이 2실 구조를 갖는 멀티 셀 전해수기 이거나 1셀이 3실 구조를 갖는 1셀 전해수기이다.

도 2에 도시된 바와 같이 1셀이 2실 구조를 갖는 멀티 셀 전해수기의 구성은 음극(1)과 양극(2)사이에 격막(29)이 존재하며 이 격막(29)과 음극(1) 사이에는 음극실스페이서(Spacer)(5)가 격막(29)과 양극(2)사이에는 양극실스페이서(Spacer)(7)가 있어 공급되는 음극실 인입수 및 양극실 인입수가 독립적으로 각각의 스페이서 인입구(13, 25) 및 출구(14, 26) 흐를 수 있도록 유로를형성해 주며 각각 음극실(30)과 양극실(32)을 형성해 2실을 기본구조로 하여 1셀을 형성한다. 이러한 기본구조인 셀을 여러개 조합하여 장착하므로 음극실 인입통로(12), 환원수 출구통로(15), 양극실 인입통로(24) 및 산화수 출구통로(27)를 형성해 각각의 독립된 유로를 형성하므로 멀티 셀을 형성하여 많은 양의 전해수를 생산한다. 그러나 이러한 2실구조에서 생성된 전해수는 다량의 전해질을 소모하고 염소가스의 발생으로 인한 부식 및 인체 유해성 논란으로 인해 3실 구조 1셀형이 개발되었다.

한편 도 3에 도시된 바와 같이 3실구조 1셀 전해수기는 음극(1), 양극(2), 양이온교환막(3), 음이온교환막(4)과 음극(1) 좌측에 음극실(30)과 양극(2) 우측에 양극실(32) 이 있으며 이외에 양이온교환막(3)과 음이온교환막(4) 사이에 전해질을 공급하는 전해질 공급실(31)을 두었으며 각각의 음극(1)과 양극(2)은 스페이서없이 이온교환막(3, 4)과 함께 직접 밀착되어 있다. 이러한 3실구조 1셀 전해수기의 유로의 형성은 단순히 전해질공급실 인입구(17)로 들어간 전해질 공급수가 1 개의 전해질공급실(31)로 공급되고 양이음교환막(3)과 음이온교환막(4) 사이의 막면을 따라 통과한 후 전해질공급수 출구(22)로 나온다. 한편 전해질공급실에서 물속의 양이온은 양이온교환막(3)을 통과하여 음극실(30)로 이동하여 전기분해되 환원수(34)를 생성시키고, 반대로 양이온는 음이온교환막(4)을 통과하여 양극실로 이동하여 산화수(35)를 생성시킨다. 음극실 및 양극실 인입수도 마찬가지로 각각의 인입구(11, 23)로 들어가 각각 1개의 음극실(30) 및 양극실(32)을 따라 각각 환원, 산화되어 각각의 출구(16,28)로 나온다. 이는 1개의 전해 셀만이 전해수기에 존재해 전해수 생성량의 한계를 가져올수 밖에 없다.

본 발명은 이러한 종래의 전해수기의 단점을 개선하기 위하여 도 4에 도시한 바와같이 전해셀를 이루는 음극(1), 양극,(2) 양이온 교환막(3), 음이온교환막(4), 음극실스페이서(Spacer)(5), 전해질공급실스페이서(Spacer)(6), 양극실스페이서(Spacer)(7) 를 적절히 조합하여 각각의 유로를 독립적으로 형성시키므로 멀티 셀을 구성하게해 전해수기의 전해수 생산양을 증가시키는데 있다.

따라서 본 발명은 전해수기 내에 단순히 셀만을 추가하므로 손쉽게 전해수 생산량을 조절할 수 있으며 유가자원의 낭비를 없애고 효율적으로 많은 양의 전해수를 생산하는 방법이다.

도 1은 전해수기 원리도

도 2는 1셀이 2실 구조를 갖는 멀티 셀 전해수기

도 3은 1셀이 3실 구조를 갖는 1셀 전해수기

도 4는 1셀이 3실로 이루어진 상향식 멀티 셀(Multi-Cell) 전해수기

도 5는 1셀이 3실로 이루어진 하향식 멀티 셀(Multi-Cell) 전해수기

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1: 음극, 2: 양극, 3: 양이온교환막, 4: 음이온교환막, 5: 음극실스페이서 6: 전해질공급실스페이서 7: 양극실스페이서, 8: 음극엔드블럭, 9: 양극엔드블럭 10: 볼트구멍, 11: 음극실 인입구, 12: 음극실 인입통로, 13:음극실스페이서 인입구, 14: 음극실스페이서 출구, 15: 환원수 통로, 16: 환원수 출구, 17: 전해질공급실 인입구, 18: 전해질공급실 인입통로, 19: 전해질공급실스페이서 인입구, 20: 전해질공급실 스페이서 출구, 21: 전해질공급수 출구통로, 22: 전해질공급수 출구, 23: 양극실 인입구, 24: 양극실 인입통로, 25: 양극실스페이서 인입구, 26: 양극실스페이서 출구, 27:산화수 통로, 28: 산화수 출구, 29: 격막, 30: 음극실, 31: 전해질공급실, 32: 양극실, 33: 식염수, 34: 환원수, 35: 산화수

본 발명은 전해수기를 구성하는 음극(1), 양극,(2) 양이온교환막(3), 음이온교환막(4), 음극실스페이서(Spacer)(5), 전해질공급실스페이서(Spacer)(6), 양극실 스페이서(Spacer)(7), 음극엔드블럭(End Block)(8), 양극엔드블럭(End Block)(9)을 적절히 조합하여 각각의 유로를 독립적으로 형성시키므로 대량으로 전해수를 생성하고자 하였으며 도 4, 5에 그 조합 및 유로의 형성을 도시하였다.

도 4, 5에서 보는 바와 같이 셀 1개의 구성은 음극(1), 양극(2), 양이온교환막(3), 음이온교환막(4), 음극실스페이서(5), 전해질공급실스페이서(6), 양극실스페이서(7)와 음극(1)과 양이온교환막(3) 사이의 음극실 스페이서(5)에 의해 음극실(30)이, 양이온교환막(3)과 음이온교환막(4) 사이의 전해질공급실스페이서(6)에 의해 전해질공급실(31)이, 양극(2)과 음이온교환막(4) 사이의 양극실 스페이서(7)에 의해 양극실(32)로 구성된다. 이러한 셀을 기본단위로 하여 여러 셀을 한 전해수기 내에 장착할 수 있다. 도 4에서 보는 바와 같이 상향식의 경우 유로 구성에 있어서는 음극 엔드블럭(8) 하단에 음극실 인입구(11), 전해질공급실 인입구(17), 양극실 인입구(23)가 있으며 이를 통해 각 실로 각각의 유체가 인입된다. 구체적인 유로의 형성을 보면 음극실 인입구(11)로 들어간 음극실 인입수는 음극실 인입통로(12)를 따라 이동하며 각 셀의 음극실스페이서 인입구(13)로 들어간다. 그 후 음극(1)과 양이온교환막(3)면 사이 음극실를 따라 상향하며 전기분해되어 환원수를 형성한 후 음극실스페이서 인입구(17) 대각선 방향의 상단에 위치한 음극실스페이서 출구(14)로 빠져나와 환원수 통로(15)를 통해 양극엔드블럭(9) 상단에 위치한 환원수 출구(16)로 빠져 나온다. 또한 전해질공급실(31)로 공급되는 식염수등의 유로를 보면 전해질공급실 인입구(17)로 들어간 식염수등은 전해질 공급실 인입통로(18)를 따라 이동하며 각 셀의 전해질공급실스페이서 인입구(19)를 통해 양이온교환막(3)과 음이온교환막(4)면 사이 전해질공급실을 따라 상향하며 수용액 속의 양이온 및 음이온을 각각 양이온교환막(3) 및 음이온교환막(4)을 통해 음극실(30) 및 양극실(32)로 이동시키며 상단에 위치한 전해질공급실 스페이서 출구(20)로 빠져나와 전해질공급수 출구통로(21)를 따라 양극엔드블럭(9) 상단에 있는 전해질공급수 출구(22)로 빠져나온다. 한편 양극실 인입구(23)로 들어간 양극실 인입수는 양극실 인입통로(24)를 따라 이동하며 각 셀의 양극실스페이서 인입구(25)를 통해 양극(2)과 음이온교환막(4)면 사이 양극실을 따라 상향하며 전기분해되어 산화수를 형성한 후 양극실스페이서 인입구(25) 대각선 방향의 상단에 위치한 양극실스페이서 출구(26)로 빠져나와 산화수 통로(27)를 통해 양극엔드블럭(9) 상단에 위치한 산화수 출구(28)로 빠져나온다.

한편 음극엔드블럭(17) 상단에서 각 실에 유체를 공급하는 하향식 경우에는 도 5에 도시한 바와 같이 각각의 인입구(11, 17, 23)는 음극 엔드블럭(8) 상단에 위치하고 그 출구는 양극엔드블럭(9) 하단에 위치한다. 그 구체적인 유로의 형성을 보면 음극실 인입구(11)로 들어간 음극실 인입수는 음극실 인입통로(12)를 따라 이동하며 각 셀의 음극실스페이서 인입구(13)로 들어간다. 그 후 음극(1)과 양이온교환막(3) 면을 사이 음극실(30)을 따라 하향하며 전기분해되어 환원수를 형성한 후 음극실스페이서 인입구(17) 대각선 방향의 하단에 위치한 음극실스페이서 출구(14)로 빠져나와 환원수 통로(15)를 통해 양극엔드블럭(9) 하단에 위치한 환원수 출구(16)로 빠져 나온다. 또한 전해질공급실(31)로 공급되는 전해질 공급수의 유로를 보면 전해질공급실 인입구(17)로 들어간 전해질 공급수는 전해질 공급실 인입통로(18)를 따라 이동하며 각 셀의 전해질공급실스페이서 인입구(19)를 통해 양이온교환막(3)과 음이온교환막(4)면 사이 전해질공급실(31)을 따라 하향하며 수용액 속의 양이온 및 음이온을 각각 양이온교환막(3) 및 음이온교환막(4)을 통해 음극실(30) 및 양극실(32)로 이동시키며 하단에 위치한 전해질공급실 스페이서 출구(20)로 빠져나와 전해질공급수 출구통로(21)를 따라 양극엔드블럭(9) 하단에 위치한 전해질공급수출구(22)로 빠져나온다. 한편 양극실 인입구(23)로 들어간 양극실 인입수는 양극실 인입통로(24)를 따라 이동하며 각 셀의 양극실스페이서인입구(25)를 통해 양극(2)과 음이온교환막(4) 사이 양극실(32)를 따라 하향하며 전기분해되어 산화수를 형성한 후 양극실스페이서 인입구(25) 대각선 방향의 하단에 위치한 양극실스페이서 출구(26)로 빠져나와 산화수 통로(27)를 통해 양극엔드블럭(9)에 위치한 산화수 출구(28)로 빠져나온다.

결론적으로 각각의 인입구 통로(12, 18, 24)를 따라 들어간 유체는 독립적으로 각각의 스페이서 인입구(13, 19, 25)로만 들어갈 수 있으며 상향 또는 하향하며 각각의 기능을 수행한 후 각각의 스페이서 출구(14, 20, 26)를 통해 빠져나와 각각의 출구통로(5, 21, 27)를 통해 독립적으로 양극엔드블럭(9) 상단 또는 하단의 각각의 출구(16, 22. 28)로 빠져 나온다.

즉, 전해 셀를 구성하는 음극(1), 양극(2), 양이온교환막(3), 음이온교환막(4), 음극실스페이서(5), 전해질공급실스페이서(6), 양극실 스페이서(7)를 적절히 조합하므로 각각 유체의 인입통로(12, 18, 24) 및 출구통로(15, 21, 27)를 형성하며 각각의 스페이서(5, 6, 7) 조합에 의해 독립적으로 음극실(30), 전해질공급실(31), 양극실(32)을 형성해 3실 구조의 멀티 셀 전해수기를 구성하였으며 음극엔드블럭(8)과 양극엔드블록(9)에 위치한 볼트 구멍을 이용하여 볼트와 너트(미도시)로 체결해 유체의 누출을 방지하므로 완성하였다.

본 발명은 기존의 3실 구조 1셀 전해수기를 개선한 3실 구조의 멀티 셀 전해수기로 고품질의 전해수를 대량으로 생산할 수 있으며 단순히 기본단위인 셀을 추가하므로 전해수 생산량을 증가시킬 수 있어 유가자원의 낭비를 없애고 효율적으로다량의 전해수를 생산할 수 있다.

Claims

1 셀이 3실로 이루어진 멀티 셀 전해수기

1 항에 있어서 1셀의 구성이 음극(1), 양극(2), 양이온교환막(3), 음이온교환막(4), 음극실스페이서(5), 전해질공급실스페이서(6), 양극실스페이서(7)와 음극(1)과 양이온교환막(3) 사이의 음극실스페이서(5)에 의해 형성된 음극실(30), 양이온교환막(3)과 음이온교환막(4) 사이의 전해질공급실스페이서(6)에 의해 형성된 전해질공급실(31), 양극(2)과 음이온교환막(4) 사이의 양극실스페이서(7)에 의해 형성된 양극실(32)을 특징으로하는 구성

1 항에 있어서 유로의 구성이 음극실 인입수에 있어서는 음극실 인입구(11), 음극실인입통로(12), 음극실스페이서 인입구(13), 음극실(30), 음극실스페이서 출구(14), 환원수 통로(15),환원수출구16), 전해질공급수에 있어서는 전해질공급실 인입구(17), 전해질공급실 인입통로(18), 전해질공급실스페이서 인입구(19), 전해질공급실(31), 전해질공급실스페이서 출구(20), 전해질공급실 출구통로(21), 전해질공급실 출구(22), 양극실 인입수에 있어서는 양극실 인입구(23), 양극실 인입통로(24), 양극실스페이서 인입구(25), 양극실(31), 양극실스페이서 출구(26), 산화수 통로(27), 산화수 출구28)를 특징으로 하는 유로 구성