KR20030093171A - 메쉬형 전극판을 갖는 전기분해장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 통상의 전해조와, 상기 전해조 내에 상호 이격되도록 설치되는 적어도 한 쌍의 전극판인 양극판 및 음극판과, 상기 양극판 및 음극판에 전원을 공급하기 위한 전원공급원을 갖는 전기분해장치에 관한 것으로서, 상기 양극판과 음극판 중 적어도 하나는 다수의 공을 갖는 메쉬형 전극판으로 형성된 것을 특징으로 한다.

이에 의해, 전극판의 활성 전극 표면적이 증대됨으로써, 전기분해장치의 전해능력을 상승시킬 수 있다. 즉, 무격막식 전기분해장치의 경우에는 살균 및 탈취성능을 향상시킬 수 있고, 격막식 전기분해장치의 경우에는 알카리이온수와 산성이온수의 생성능력의 증대에 따라 건강 및 미용효과를 향상시킬 수 있다.

Description

메쉬형 전극판을 갖는 전기분해장치{ELECTROLYSIS HAVING A MESH TYPE ELECTRODE}

본 발명은, 메쉬형 전극판을 갖는 전기분해장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전극판의 활성 전극 표면적을 증대시킴으로써, 전해효율을 향상시킬 수 있도록 하는 메쉬형 전극판을 갖는 전기분해장치에 관한 것이다.

산업이 발달함에 따라 생활하수나 대형공장의 오폐수로 인해 하천이나 호수 등의 수질이 점차 오염되고 있으며, 이러한 수질오염에 따라 물고기가 살 수 없게 되고 복잡한 정화단계를 거쳐 수돗물을 생성해야 하는 등의 폐해가 생겨나고 있다.

이에 따라, 대형공장에서는 오폐수의 배출시 오염된 물을 정화시켜 배수하기 위해 다양한 정수방법이 사용되고 있으며, 가정에서는 수돗물을 바로 음용하지 아니하고 정수기 등을 사용해 한 번 더 정수하여 음용하고 있다. 이렇게 오폐수를 정화하고, 음용수를 정수하기 위한 방법으로 최근 각광받고 있는 것이 전기분해장치이다.

일반적으로 전기분해장치는, 통상의 전해조내에 음극과 양극을 형성하는 적어도 한 쌍의 전극판을 설치하고, 각 전극판에 전기를 공급하여 전해조내의 물속에 들어있는 물질을 전기분해하게 된다. 이러한 전기분해장치는 격막의 유무에 따라, 음극과 양극 사이에 격막을 갖는 격막식과, 격막을 갖지 않는 무격막식으로 분류할 수 있고, 전극의 배치형식에 따라, 한 쌍의 전극을 수직으로 나열한 직립식 또는 단극식과, 복수의 전극쌍을 수평으로 배열한 수평식 또는 복극식으로 분류할 수 있다. 여기서, 격막식으로 대표되는 것은 이온수기를 들 수 있고, 비격막식으로 대표되는 것으로는 차아염소산나트륨을 발생시켜 소독 및 탈취에 사용되는 차아염소산나트륨 발생장치를 들 수 있다.

비격막식 차아염소산나트륨 발생장치는 희석염수를 격막(이온교환막)이 없는 일련의 전극(양극, 음극)을 통과하는 과정에서 전극 양측에 부가된 직류 전극을 이용하여 염수 중의 소금을 전기분해 한다. 전기분해장치 내로 유입된 염수는 소듐이온(Sodium ion, Na+)과 염소이온(Chloride, Cl-)으로 해리되어 염소이온은 양극에서 산화되어 염소로 되고, 소듐이온은 음극에서 환원되어 소듐이 생성되고, 생성된 소듐은 물과 반응하여 수산화나트륨(NaOH, 가성소다)과 수소로 된 후, 양극에서 생성된 염소와 상기 수산화나트륨이 반응하여 차아염소산나트륨(NaOCl)이 생성된다.

일반적으로 차아염소산나트륨은 정수장, 하수처리장의 살균장치, 일반화학 공장의 냉각용수 보일러, 담수화 공정 처리수, 발전소의 냉각수 처리, 음용수 처리, 식물 및 채소, 육류가공, 수영장외 세탁 및 제지, 가정용 표백제로 사용된다.

한편, 이온수기는, 정수기와 전해조를 가지며, 정수기에서는 유입된 물을 정수하고, 전해조에서는 전기분해를 통해 산성이온수와 알칼리이온수를 생성한다. 전해조는 전기적 성질을 가진 이온만 통과할 수 있는 격벽에 의해 양극실과 음극실로 구분되어 있으며, 여기에 전압을 인가하게 되면 물이 전기분해되면서 이온수가 생성되는 것이다. 이렇게 생성된 알칼리이온수는 음료용으로 사용되고, 산성이온수는 피부미용이나 소독수로 사용되며, 특히 음료용으로서의 알카리이온수는 전기분해에 의한 6각 고리구조를 갖춰 건강유지에 탁월한 효과를 얻을 수 있는 것이다.

그런데, 이러한 전기분해장치는, 양극과 음극을 형성하는 전극판으로부터 거리가 먼 경우 전기력이 약해져 전기분해가 제대로 이루어지지 아니한다. 이에 따라, 전극판 간의 거리와 전극판의 표면적이 전기분해의 효율을 결정하는데 중요한 요소로 작용하게 된다. 그러나 종래의 전기분해장치는 전해조의 크기에 따라 양극판과 음극판을 크기가 결정되므로, 전해조의 크기에 따라 전기분해 효율이 결정된다는 맹점이 있었다.

이에 따라, 전해조의 크기에 무관하게 전기분해 효율을 향상시킬 수 있도록 전극판의 형상을 변형하여 표면적을 증대시켜야할 필요성이 대두되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 전극판의 활성 표면적을 증대시킴으로써, 전기분해 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 메쉬형 전극판을 갖는 전기분해장치를 제공하는 것이다.

도 1은 비격막식 전기분해장치의 구성도,

도 2는 도 1의 전해조의 간단한 구성도,

도 3은 격막식 전기분해장치의 간단한 구성도,

도 4는 본 발명에 따른 메쉬형 전극판의 사시도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

7, 10 : 전해조 20 : 전원공급원

21 : 음극판 22 : 양극판

23 : 음극실 24 : 양극실

100: 본 발명의 메쉬형 전극판

상기 목적은, 본 발명에 따라, 통상의 전해조와, 상기 전해조 내에 상호 이격되도록 설치되는 적어도 한 쌍의 전극판인 양극판 및 음극판과, 상기 양극판 및 음극판에 전원을 공급하기 위한 전원공급원을 갖는 전기분해장치에 있어서, 상기 양극판과 음극판 중 적어도 하나는 다수의 공을 갖는 메쉬형 전극판으로 형성된 것을 특징으로 하는 메쉬형 전극판을 갖는 전기분해장치에 의해 달성된다.

상기 양극판과 음극판은, 전극판에 다수의 절개선 또는 타원형 공을 형성하고 상하로 인장시켜 형성될 수도 있고, 와이어를 직조하여 제작될 수도 있다.

상기 메쉬형 전극판의 두께는 0.1 ∼ 2.0mm까지로 되고, 메쉬공의 수평 인접하는 간격(LW)은 2.0 ∼ 7.5㎜까지, 수직 인접하는 간격(SW)은 1.0 ∼ 4.5㎜까지로 형성됨이 바람직하다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

본 전기분해장치는, 전극판을 다수의 공을 갖는 메쉬형 전극판으로 제작함으로써, 판상으로 형성된 전극판에 비해 활성 전극 표면적이 증대된다. 이에 따라, 전기분해 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 통상의 비격막식 전기분해장치의 구성도이고, 도 2는 도 1의 전해조의 구성도이다.

비격막식 전기분해장치를 사용하는 공장 폐수 처리용 전해처리장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, pH 조정조(5), 전해조(7), 정류기(6) 및 고액 분리 장치(9) 등을 갖는다.

pH조정조(5)는, 전해처리후 상승하는 pH를 조절하기 위한 것으로서, pH가 상승하면 양극판에 스케일이 부착되기 쉽고 폐수는 약산성이 바람직하기 때문에, pH 조정조(5)에서는 전해 처리용 폐수를 약산성의 pH로 조정하여 전해 종료 후 pH 7-8이 되도록 한다.

전해조(7)는, 철근 콘크리트 또는 내면에 고무라이닝을 부착한 강판으로 제작하며, 도 2에 도시된 바와 같이, 그 상부와 하부에 각각 물의 유입 및 유출을 위한 유입로(8a)와 유출로(8b)가 형성되어 있다. 그리고 전해조(7)내에는 가로로 배치된 복수 쌍의 양극판(22)과 음극판(21)이 세로방향을 따라 교번적으로 설치되어 있고, 각 전극판(21,22)은 외부의 전원공급원으로부터 전원을 공급받는다. 여기서, 양극판(22)에는 주로 철, 알루미늄이 이용되고, 음극판(21)으로는 스테인레스, 철이 이용된다. 전극판(21,22)의 필요면적은 처리 실험 등으로 결정된 필요 전류, 전류 밀도로 구할 수 있으나, 일반적으로 전극판(21,22) 중 음극판(21)은 용출되지않기 때문에 통상 그 두께는 1mm정도이지만, 가용성금속을 이용하는 양극은 수명 및 교환작업의 어려움을 생각하여, 그 두께를 정하는 것이 일반적이다. 그러나 너무나 양극판(22)을 두껍게 하면, 용출이 진행됨에 따라서 양극과 음극의 극간 거리가 커지기 때문에 사용 전압도 증가한다. 이 때문에 통상 그 두께를 6 - 12mm로 하고 있다.

정류기(6)는 교류를 정현파(正玹波)로 정류하여 전극판(21,22)에 보내는 역할을 하며, 고액 분리 장치(9)는 전해에 의해 생긴 금속 수산화물을 주체로 한 고형물을 분리시키기 위해 사용된다.

이러한 비격막식 전기분해장치를 구비한 전해처리장치를 통해 폐수는 살균이 되고 악취가 제거되어 외부로 배출된다.

한편, 격막식 전기분해장치를 구비한 이온수기는, 정수기와, 전해조를 가지며, 도 3에 도시된 바와 같이, 전해조에 전원을 공급하기 위한 전원공급원(20)이 연결되어 있다. 정수기에서는 유입된 물을 정수하고, 전해조(10)에서는 전기분해를 통해 산성이온수와 알칼리이온수를 생성한다. 전해조(10)는 격벽에 의해 양극실(24)과 음극실(23)로 구분되어 있으며, 여기에 전압을 인가하게 되면 물이 전기분해되면서 양극실(24)에서는 산성이온수가 음극실(23)에서는 알카리이온수가 생성된다. 이러한 양극실(24)과 음극실(23)에는 약간의 전해질이 함유된 물이 유입되는 유입구(25,26)와, 양극실(24)과 음극실(23)에서 생성된 산성이온수와 알카리이온수의 배출을 위한 유출구(27,28)가 형성되어 있다.

즉, 양극실(24)과 음극실(23)의 양극판(22)과 음극판(21)에 전압을 인가시키면 양극실(24)의 양극판(22)에서는 수산이온이 환원되어 산소가스가 발생되므로 물속의 수산이온이 소비되고, 이때 수산이온 이외의 염소, 인, 유황 등의 음이온은 산을 형성하여 양극실(24)의 물은 산성을 띠게 된다. 음극실(23)의 음극판(21)에서는 수소이온이 환원되어 수소가스가 발생되므로 물속의 수소이온이 소비되고, 이때 수소이온 이외의 나트륨, 마그네슘, 칼슘 등의 양이온은 수소 이온쌍을 형성하여 음극실(23)의 용액은 알칼리성을 띠게 된다.

이러한 과정에 의해 생성된 알카리이온수는 음용수로 사용되고, 산성이온수는 세안 등 미용수로 사용된다.

이러한 전해처리장치와 이온수기에 설치된 전해조(7,10)에 사용되는 본 발명에 따른 전극판은, 도 4에 그 일면이 도시된 바와 같이, 다수의 공을 갖는 메쉬형 전극판(100)으로 형성된다.

전극판에 다수의 절개선을 지그재그로 형성하고 상하로 인장시키면 도 4에 도시된 바와 같은, 다이아몬드형 또는 부채꼴형이라고 표현될 수 있는 구멍과 돌출부가 형성되는 매쉬형 전극판(100)을 얻을 수 있다.

상기 메쉬형 전극판(100)은, 전극판에 다수의 타원형 공을 형성하고 상하로 인장시켜 형성될 수도 있으며, 와이어를 직조하여 제작되어도 무방하다. 상기 메쉬형 전극판(100)은, 전극판에 다수의 타원형 공을 형성하고 상하로 인장시켜 형성될 수도 있고

상기 메쉬형 전극판(100)의 두께는 0.1 ∼ 2.0mm까지로 되고, 메쉬공의 수평 인접하는 간격(LW)은 2.0 ∼ 7.5㎜까지, 수직 인접하는 간격(SW)은 1.0 ∼ 4.5㎜까지로 형성됨이 바람직하다.

이렇게 전극판을 메쉬형으로 형성할 경우, 기존의 전극판으로 형성할 때보다 30%정도 활성 전극 표면적이 확대된다. 따라서 전해조(7,10)내에서 더 많은 양의 물이 전극판에 접촉할 수 있게 되므로, 동일한 시간에 더 많은 양의 물이 전기분해된다. 즉, 전기분해 속도가 상승되므로, 전기분해 효율이 향상된다.

이와 같이, 전극판을 메쉬형으로 형성하여 전기분해 효율이 향상되면, 무격막식 전기분해장치와 격막식 전기분해장치는 각각 다음과 같은 필연적 효과를 갖게 된다. 즉, 무격막식의 전기분해장치의 경우에는, 살균 및 탈취성능이 향상된다. 그리고 격막식의 전기분해장치의 경우, 알카리이온수와 산성이온수의 생성능력이 향상되므로, 좀 더 정확한 pH의 알카리이온수와 산성이온수를 더 많이 얻을 수 있으며, 이로 인해, 알카리이온수의 음용으로 인한 건강유지의 탁월한 효과와, 산성이온수의 사용으로 인한 미용효과를 향상시킬 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 전극판을 메쉬형으로 형성하여 전기분해장치의 전해능력을 상승시킴으로써, 무격막식 전기분해장치의 경우에는 살균 및 탈취성능을 향상시킬 수 있고, 격막식 전기분해장치의 경우에는 알카리이온수와 산성이온수의 생성능력의 증대에 따라 건강 및 미용효과를 향상시킬 수 있다.

Claims (5)

1. 통상의 전해조(7,10)와, 상기 전해조(7,10) 내에 상호 이격되도록 설치되는 적어도 한 쌍의 전극판(21,22)인 양극판(22) 및 음극판(21)과, 상기 양극판(22) 및 음극판(21)에 전원을 공급하기 위한 전원공급원을 갖는 전기분해장치에 있어서,

   상기 양극판(22)과 음극판(21) 중 적어도 하나는 다수의 공을 갖는 메쉬형 전극판(100)으로 형성된 것을 특징으로 하는 메쉬형 전극판을 갖는 전기분해장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 메쉬형 전극판(100)은, 전극판에 다수의 절개선을 형성하고 상하로 인장시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 메쉬형 전극판을 갖는 전기분해장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 메쉬형 전극판(100)은, 전극판에 다수의 타원형 공을 형성하고 상하로 인장시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 메쉬형 전극판을 갖는 전기분해장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 메쉬형 전극판(100)은, 와이어를 직조하여 제작되는 것을 특징으로 하는 메쉬형 전극판을 갖는 전기분해장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 메쉬형 전극판(100)의 두께는 0.1 ∼ 2.0mm까지로 되고, 메쉬공의 수평 인접하는 간격(LW)은 2.0 ∼ 7.5㎜까지, 수직 인접하는 간격(SW)은 1.0 ∼ 4.5㎜까지로 형성되는 것을 특징으로 하는 메쉬형 전극판을 갖는 전기분해장치.