KR20060009537A - 세라믹 촉매 코팅 전극판을 갖는 전해 이온수 제조용무격막 전해조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세라믹 촉매 코팅 전극판을 갖는 전해 이온수 제조용 무격막 전해조에 관한 것이며, 그 목적은 높은 산화력과 살균력을 갖는 활성 수산기를 발생시키는 세라믹 촉매 코팅 전극판을 사용하여 기존 백금전극의 백금성분 용출 가능성을 없애고, 구조적인 기능만으로 알칼리수와 산성수가 분리되는 유로가 생기도록 하여 격막 사용에 의한 추가 비용지출을 방지하며, 잔류 살균력을 가져 경제적이고 안전한 세라믹 촉매 코팅 전극판을 갖는 전해 이온수 제조용 무격막 전해조를 제공함에 있다.

본 발명은 전면이 개방된 박스형상으로서 저면에 수도물 유입구가 구비되고, 양측면에 알칼리수 배출구와 산성수 배출구가 각각 구비된 본체블록과, 상기 본체블록의 내부에 삽입되어 수도물 유입구를 통해 유입된 수도물을 저면으로부터 유입하여 전해처리 하고, 전해처리된 알칼리수와 산성수가 분리배출되도록 다수의 스페이서와 메쉬형의 세라믹 전극판과 티타늄 전극판이 순차적으로 번갈아가며 겹쳐져 이루어진 처리블록과, 상기 본체블록의 전면에서 다수의 볼트에 의해 본체블록에 체결되는 덮개블록과, 상기 본체블록과 덮개블록의 사이에서 삽입되는 패킹재와, 상기 본체블록과 덮개블록을 통해 메쉬형 전극판에 연결되어 전원을 공급하는 전원공급부로 구성된 무격막 전해조에 관한 것을 그 기술적 요지로 한다.

전해수기, 이온수기, 무격막, 스페이서, 정수기, 세라믹 촉매 전극

Description

세라믹 촉매 코팅 전극판을 갖는 전해 이온수 제조용 무격막 전해조 {Undivided cell with catalytic ceramic coated electrode for electro-analysised water production}

도 1 은 본 발명에 따른 전해조의 구성을 나타낸 분해 사시도

도 2 는 본 발명에 따른 처리블록의 구조를 타낸 측면도

도 3 은 본 발명의 본체블록의 구성을 나타낸 정면도

도 4 는 본 발명의 제 1 스페이서의 구조를 나타낸 정면도

도 5 는 본 발명의 제 2 스페이서의 구조를 나타낸 정면도

도 6 은 본 발명의 제 3 스페이서의 구조를 나타낸 정면도

도 7 은 본 발명의 분산판의 구조를 나타낸 사시도

도 8 은 본 발명의 본체블록과 처리블록의 결합상태를 나타낸 정면도

도 9 는 본 발명에 따른 전해조의 조립상태를 나타낸 사시도

도 10 은 본 발명에 따른 전극판의 또 다른 구성을 나타낸 정면도

도 11 은 본 발명에 따른 세라믹 코팅 전극판과 기존 전극판의 전류밀도를 비교한 그래프

도 12 는 본 발명에 따른 전해조를 이용한 원수의 처리결과를 나타낸 사진

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(10) : 본체블록 (11) : 수도물 유입구

(12) : 알칼리수 배출구 (13) : 산성수 배출구

(14) : 내부공간 (15) : 삽입홈

(16) : 체결공 (17) : 설치공

(18) : 돌기 (20) : 처리블록

(30) : 패킹재 (40) : 덮개블록

(41) : 체결공 (42) : 설치공

(50) : 양극판 (51) : 구멍

(60) : 음극판 (61) : 구멍

(70) : 제 1 스페이서 (71) : 제 1 평판부

(72) : 제 1 측변 (73) : 제 1 중앙변

(80) : 제 2 스페이서 (81) : 제 2 상변

(82) : 제 2 좌측변 (83) : 제 2 우측변

(84) : 제 2 저변 (85) : 제 2 중앙벽

(90) : 제 3 스페이서 (91) : 제 3 상변

(92) : 제 3 좌측변 (93) : 제 3 우측변

(94) : 제 3 저변 (95) : 제 3 중앙벽

(100) : 분산판 (110) : 전원공급부

(101) : 하판 (102) : 상판

(103) : 유로 형성홈 (111) : 나사식 터미널

(112) : 너트 (113) : 구리판

(114) : 터미널 (120) : 볼트

(130) : 너트

본 발명은 전해수기 또는 이온수기에 사용되는 메쉬형 세라믹 촉매 코팅 전극판을 갖는 무격막 전해조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메쉬형 세라믹 촉매 코팅 전극판을 양극으로 하고 티타늄 혹은 동일 세라믹 전극판을 음극으로 하여 양극과 음극 사이에 격막 또는 이온교환막 등의 강제적 분리수단을 사용하지 않고, 양극과 음극의 형상과 스페이서 및 전해조의 구조를 통하여 자연적인 물 흐름을 유도하여 알칼리수와 산성수를 분리 제조할 수 있는 세라믹 촉매 코팅 전극판을 갖는 전해 이온수 제조용 무격막 전해조 에 관한 것이다.

정수기는 일반적으로 필터를 이용해 물을 걸러낸다는 원리에 입각해 제작되고 있으며, 이러한 필터가 주요부로 생각되어지고 있어 소비자는 정수방식에 따른 필터의 종류, 특성, 장단점을 고려하여 정수기를 선택하고 있다.

이러한 필터식 정수기는 초기 필터가 오염되지 않았을 경우에는 적당한 정수 효율을 기대할 수 있으나, 장시간 사용으로 필터 수명이 다한 경우, 또는 필터 내부 또는 정수된 물이 저장탱크에 장시간 고여있게 되면, 미생물이 자라게 되어 음용수로의 기능을 기대할 수 없게 되며, 이때 새로운 필터로 교환하거나, 정수 저장탱크를 자주 세척해 주어야 하나, 이러한 방법은 사용자가 불편할 뿐만 아니라 교환이나 세척을 잊어버릴 경우 미생물을 그대로 음용하게 되는 문제점이 있었다.

한편, 미생물까지 제거되는 역삼투 멤브레인 방식의 정수기는 물속의 모든 물질을 걸러내 증류수에 가까운 물을 만들어 마시는 것으로, 몸체 해로운 물질은 확실하게 제거할 수 있으나, 몸에 이로운 물질들 또한 완전히 제어되어 단지 H₂O만을 섭취하도록 하는 것이었다.

이러한 문제점으로 인해 멤브레인 필터를 통과한 물이 UV램프를 거치게 하여 살균하는 방식이 사용되고 있으나, 정수 저장탱크에서 장시간 있을 경우, 멤브레인에 의해 항균성 미네랄의 대부분이 제거됨으로서, 탱크 내부에 저장된 물의 초기상태는 양호하나 시간이 지남에 따라 대부분 대기중에 있는 미생물이 탱크내로 유입되어 서식할 가능이 있는 문제점이 있었다.

또한, 한국공개특허공보 2002-0046259호는 오존가스를 정수 저장탱크로 주입하여 살균하는 방법으로 정수의 음용시 오존냄새(비릿한 냄새 등)를 남기는 문제와 오존 가스를 탱크내로 불어넣기 위한 브로워(컴프레셔)가 대기중의 오염물질을 함께 주입하게 되므로 또 다른 문제를 야기하게 되었다.

한편, 상기 UV램프나 오존을 이용한 살균 두 방법이 모두 잔류 살균력이 없 어 정수된 물이 오랜 기간 저장된 후에는 미생물 발생 위험이 높은 문제점이 있었다.

또한, 한국공개특허공보 1997-0020966에서는 페라이트 전극을 사용한 살균처리조를 두었고, 일본실개소50-60854호는 철이나 스테인레스로 이루어진 원형 파이프내에 페라이트 봉을 설치하고 페라이트 봉과 파이프 사이에서 이루어지는 전해작용에 의해 물을 살균하도록 하였는데, 이러한 방법들은 페라이트의 재질 특성상 녹과 응축물질이 발생하는 문제점이 있어 먹는물에 적용하기는 어려운 문제점이 있었다.

또한, 한국등록실용공보 0317827호에서는 음극을 백금전극으로, 양극을 은전극으로 사용하여 전기분해시 은성분이 용해되어 백금전극측으로 이동하여 그 표면에 달라붙는 과정에서 물속에 존재하는 미생물의 살균을 유도하는 방법이 제시되었으나, 이때 물속에 은이 방출되어 물과 함께 흡수되면 다른 중금속과 같이 건강을 해칠 우려가 있어, 은을 필터나 기타 방법으로 물에 사용하는 경우는 반드시 EPA(미국 공중위생성)의 승인을 받도록 되어 있다.

한국공개특허공보 2003-0093171호에서는 전극 효율을 높이기 위한 방법으로 전극 표면적을 늘리기 위해 메쉬형을 사용하여 살균 및 탈취성능을 향상시켰으나 알칼리수와 산성수 구분하기 위한 격막이 사용되었으므로, 막에 대한 추가적인 비용지출이 요구되는 문제점이 있었다.

한편, 백금전극을 이용하는 전해수기는 다음과 같은 여러 가지 문제점이 있다.

첫째로, 전해수 생성 효율과 살균효과를 얻기 위해서는 일정 전류 이상이 통전되어야 하며 이를 위해 적정 전압을 인가해주어야 한다. 하지만 양극판이 용해되지 않는 낮은 전압(10V 이하)을 인가하여야 하기 때문에 양극판과 음극판 사이의 간격을 좁게 유지해주어야 하지만, 양극판과 음극판을 밀착시키는데 한계가 있어 20V 이상의 전압을 인가 할 수밖에 없으며, 이때 백금으로 이루어진 양극판이 용해되는 치명적인 결함이 있다.

둘째로, 양극과 음극이 판형으로 이루어져 있어 전기분해시 발생된 수소 및 산소 가스가 쉽게 빠져 나가지 못하고 양극과 음극 사이에 큰 기포를 발생시키게 되므로 추가적인 셀 전압의 상승과 전기분해에 의해 만들어진 알칼리수 또는 산성수가 원활히 배출되지 못하는 단점이 있다.

셋째로, 칼슘을 보조제로 투입하고 있는 경우가 있지만 경도가 높은 지역에서의 칼슘 투입은 오히려 전해조 내부의 전극에 스케일을 과도하게 발생하여 전해조 수명을 단축시키는 문제점이 있다. 특히 전해조 내부의 물에 칼슘이 공존하게 되어 미생물이나 박테리아, 세균 등에 영양분을 공급하게 되기 때문에 일반 세균의 증식에 적당한 환경을 제공하게 되고, 특히 전해조 내에 일반 세균이 성장할 경우 격막의 성능을 저하시키는 또 다른 문제점이 있다.

또한 격막을 가진 전해수기의 경우 산성수 제조 부분은 완벽한 살균이 이루어 질수 있으나 알카리 제조 부분은 잔류염소가 존재하지 않게 되어 잔류력이 없으므로 2차오염에 치명적이며 직접 전해가 일어나는 전해조 내에서도 전처리 필터가 미생물로 오염된 경우 강알카리수 제조시 문제가 없으나 약한 전류를 흘리게 되는 약알칼리수 제조시 살균 효과가 현저히 감소하여 미생물 오염에 대응할 수 없는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 안출되는 것으로, 그 목적은 백금 도금 전극과 비교하여 낮은 과전압 운전 조건에서 높은 산화력을 갖는 활성 수산기를 발생시키며 인체에 무해한 세라믹 촉매제가 코팅된 전극판을 사용하여 기존 백금전극의 용출 위험성을 없애고, 격막 혹은 이온 교환막 등의 강제적인 수단을 사용하지 않고 전극판의 형상과 스패이서를 적절히 배치하여 구조적인 기능만으로 알카리수와 산성수를 분리할 수 있도록 하여 알카리수에도 적절한 잔류 살균력을 부여하고 격막 사용에 따른 추가비용 및 오염 파손 등을 차단한 경제적이면서 안전하고 반영구적인 내구성을 가지는 세라믹 촉매 코팅 전극판을 갖는 전해 이온수 제조용 무격막 전해조를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 기존 백금 도금 티타늄 전극판을 대체하여 티타늄에 백금족 귀금속을 고온 산화 처리에 의해 코팅 처리된 세라믹 촉매 코팅 티타늄 전극판을 양극으로 하고 동일 전극 혹은 티타늄, 니켈, 탄탈늄을 음극으로 사용하고, 구조적으로 산성수와 알카리수를 자연적으로 분리 생산할수 있도록 하기 위해 전면이 개방된 박스형상으로서 저면에 수도물 유입구가 구비되고, 양측면에 알칼리수 배출구와 산성수 배출구가 각각 구비된 본체블록과, 상기 본체블록의 내부에 삽입되어 수도물 유입구를 통해 유입된 수도물을 저면으로부터 유입하여 전해처리 하고, 전해처리된 알칼리수와 산성수가 분리배출되도록 메쉬형 전극판의 사이 및 전후에서 각기 다른 방향의 유로를 형성하는 다수의 스페이서가 메쉬형 전극판과 순차적으로 번갈아가며 겹쳐져 이루어진 처리블록과, 상기 본체블록의 전면에서 다수의 볼트에 의해 본체블록에 체결되는 덮개블록과, 상기 본체블록과 덮개블록의 사이에서 삽입되는 패킹재와, 상기 본체블록과 덮개블록을 통해 메쉬형 전극판에 연결되어 전원을 공급하는 전원공급부로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 메쉬형 전극판은 티타늄에 루테늄(Ru),로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt)으로 이루어진 백금족 귀금속 중 선택된 하나의 귀금속을 고온 열분해에 의한 산화처리하여 세라믹 촉매가 코팅되어 이루어진 티타늄 전극판을 양극판으로 하고, 상기 양극판과 동일한 세라믹 촉매가 코팅된 티타늄 전극판 또는 티타늄 또는 니켈 또는 탄탈늄 중 선택된 하나의 금속으로 이루어진 전극판을 음극판으로 하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 처리블록은 다수의 구멍을 갖도록 형성된 음극판과 양극판의 사이에 제 1 스페이서가 설치되며, 상기 음극판의 배면에 제 2 스페이서가 설치되고, 상기 양극판의 전면에 제 3 스페이서가 설치되어 구성되며, 상기 제 1 스페이서는 수도물 유입구를 통해 유입된 수도물이 상향유입되도록 전극판의 상단부에 밀착되는 제 1 평판부의 저면 양측 및 중앙부로부터 하향 연장되는 제 1 측변 및 제 1 중 앙변이 일체형으로 형성되고, 상기 제 2 스페이서는 제 1 스페이서의 저면으로부터 유입되어 음극판에 의해 전해처리된 알칼리수가 알칼리수 배출구로 배출되도록 음극판의 배면 둘레를 따라 제 2 상변/제 2 좌,우측변/제 2 저변이 연결되어 형성된 구조로서 상기 알칼리수 배출구가 설치된 쪽의 측변 상부 일부분이 개방된 형상으로 형성되며, 상기 제 3 스페이서는 제 1 스페이서의 저면으로부터 유입되어 양극판에 의해 전해처리된 산성수가 산성수 배출구로 배출되도록 양극판의 배면 둘레를 따라 제 3 상변/제 3 좌,우측변/제 3 저변이 연결되어 형성된 구조로서 상기 산성수 배출구가 설치된 쪽의 측변 상부 일부분이 개방된 형상으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본체블록은 내부공간으로 삽입된 처리블록의 흔들림을 방지하기 위해 처리블록의 모서리를 지지하는 다수의 돌기가 내부공간에 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 본체블록의 내부공간에서 처리블록의 하부에 위치하도록 설치되어 수도물 유입구를 통해 유입된 수도물을 고르게 분산시키는 분산판을 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부도면과 연계하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 전해조의 구성을 나타낸 분해 사시도를, 도 2 는 본 발명에 따른 처리블록의 구조를 타낸 측면도를, 도 3 은 본 발명의 본체블록의 구 성을 나타낸 정면도를, 도 4 는 본 발명의 제 1 스페이서의 구조를 나타낸 정면도를, 도 5 는 본 발명의 제 2 스페이서의 구조를 나타낸 정면도를, 도 6 은 본 발명의 제 3 스페이서의 구조를 나타낸 정면도를, 도 7 은 본 발명의 분산판의 구조를 나타낸 사시도를, 도 8 은 본 발명의 본체블록과 처리블록의 결합상태를 나타낸 정면도를, 도 9 는 본 발명에 따른 전해조의 조립상태를 나타낸 사시도를, 도 10 은 본 발명에 따른 전극판의 또 다른 구성을 나타낸 정면도를 도시한 것으로, 본 발명의 무격막 전해조는 수도물 유입구(11)/ 알칼리수 배출구(12)/산성수 배출구(13)가 구비된 본체블록(10)과, 상기 본체블록(10)의 내부공간(14)에 수도물의 전해처리를 위해 설치된 처리블록(20)과, 상기 본체블록(10)과 결합되어 수도물의 전해처리를 위한 밀폐된 공간을 형성하는 덮개블록(40)과, 상기 처리블록(20)으로 전원을 공급하는 전원공급부(110)로 구성되어 있다.

상기 본체블록(10)은 도 1 및 도 3과 같이 전면이 개방되며 내부에 빈공간이 형성된 박스형상으로서, 저면에 수도물 유입구(11)가 구비되고, 좌측면에는 알칼리수 배출구(12)가 구비되며, 우측면에는 산성수 배출구(13)가 구비되어 있다. 여기서 상기 알칼리수 배출구(12)와 산성수 배출구(13)는 그 위치를 서로 바뀌어 좌측면에 산성수 배출구(13)가, 우측면에 알칼리수 배출구(12)가 설치될 수 있음은 물론이다.

한편, 상기 본체블록(10)에는 전후면을 관통하는 다수의 체결공(16)이 형성되어 덮개블록(40)과 본체블록(10)을 결합하기 위한 볼트(120)가 관통하여 너트(130)와 체결될 수 있도록 구성되어 있다.

상기 처리블록(20)은 도 2와 같이 별도의 격막없이 전해처리된 알칼리수와 산성수를 분리배출 할 수 있도록 하는 것으로, 제 1,2,3 스페이서(70,80,90)와 음극판(60) 및 양극판(50)이 순차적으로 번갈아가며 적층된 구조로 구성되어 있다. 여기서 상기 음극판(60)과 양극판(50)은 메쉬형 전극판으로서 다수의 구멍(51,61)이 구비된 구조로 형성되어 있다.

한편, 상기 양극판(50)은 기존 페라이트, 백금 티타늄, 기타 금속류 전극판을 대체하여 티타늄에 루테늄(Ru),로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt) 등의 백금족 귀금속을 600℃ 이상의 고온 열분해를 통한 산화처리하여 세라믹 촉매가 코팅된 티타늄 전극판을 양극판으로 하고, 음극판으로는 세라믹 촉매가 코팅된 티타늄 또는 티타늄 또는 니켈 또는 탄탈늄 중 선택된 하나의 금속으로 이루어진 전극판이 사용된다.

이와 같은 본 발명의 세라믹 촉매 코팅 전극판과 기존 전극판은 동일 조건에서 도 11과 같이 전류밀도차이를 나타내는 것을 볼 수 있다.

상기 제 1 스페이서(70)는 음극판(60)과 양극판(50)의 사이에 설치되어 수도물이 유입되는 유로를 형성하는 것으로, 도 4와 같이 음극판(60)과 양극판(50)의 상단부에 밀착되도록 평판형으로 형성된 제 1 평판부(71)의 저면 양측 및 중앙부로부터 하향 연장된 제 1 측변(72) 및 제 1 중앙변(73)이 일체형으로 형성된 것으로 구성되어 있어, 수도물 유입구(11)를 통해 내부공간(14)으로 유입된 수도물이 처리블록(20)의 저면으로부터 상향유입되도록 구성되어 있다.

상기 제 2 스페이서(80)는 음극판(60)의 배면에 위치하도록 설치되어 음극판 (60)에 의해 전해처리된 알칼리수의 흐름을 본체블록(10)의 좌측에 구비된 알칼리수 배출구(12)로 유도하는 것으로, 도 5와 같이 음극판(60)의 배면 둘레를 따라 제 2 상변(81), 제 2 우측변(83), 제 2 저변(84), 제 2 좌측변(82)이 순차적으로 연장되어 제 2 상변(81)/제 2 우측변(83)/제 2 저변(84)/제 2 좌측변(82)에 의해 둘러싸인 공간을 형성하도록 형성되고, 상기 알칼리수 배출구(12)가 구비된 쪽에 위치한 제 2 좌측변(82)은 제 2 상변(81)과 연결되지 않고 일부분이 개방된 구조로 형성되어 있다.

한편, 상기 제 2 좌측변(82)의 끝단은 제 1 스페이서(70)의 제 1 평판부(71) 하단까지 연장되는 길이로서 형성됨이 바람직하며, 제 2 저변(84)의 중앙부에는 상방향으로 연장된 제 2 중앙변(85)이 형성되어 있다.

상기 제 3 스페이서(90)는 양극판(50)의 전면에 위치하도록 설치되어 양극판(50)에 의해 전해처리된 산성수의 흐름을 본체블록(10)의 우측에 구비된 산성수 배출구(13)로 유도하는 것으로, 도 6과 같이 양극판(50)의 전면 둘레를 따라 제 3 상변(91), 제 3 좌측변(92), 제 3 저면, 제 3 우측변(93)이 순차적으로 연장되어 제 3 상변(91)/제 3 좌측변(92)/제 3 저면/제 3 우측변(93)에 의해 둘러싸인 공간을 형성하도록 형성되고, 상기 산성수 배출구(13)가 구비된 쪽에 위치한 제 3 우측변(93)은 제 3 상변(91)과 연결되지 않고 일부분이 개방된 구조로 형성되어 있다.

한편, 상기 제 3 우측변(93)의 끝단은 제 1 스페이서(70)의 제 1 평판부(71) 하단까지 연장되는 길이로서 형성됨이 바람직하며, 제 3 저변(94)의 중앙부에는 상방향으로 연장된 제 3 중앙변(95)이 형성되어 있다.

상기와 같은 제 2,3 스페이서는 동일한 형상으로서, 설치시 배출방향이 서로 다르도록 대칭구조로 설치되어 알칼리수와 산성수를 분리배출하도록 구성되어 있다.

상기와 같이 제 2 스페이서(80)의 전면에 음극판(60) - 제 1 스페이서(70) - 양극판(50) - 제 3 스페이서(90)가 순차적으로 설치되어 구성된 처리블록(20)은 본체블록(10)의 내부공간(14)에 삽입되어 설치되며, 이때 처리블록(20)을 흔들림 없이 고정하고, 용이하게 조립할 수 있도록 처리블록(20)의 4모서리를 지지하는 돌기(18)가 내부공간(14)에 형성되어 있다.

한편, 수도물 유입구(11)를 통해 본체블록(10)의 내부공간(14)으로 유입된 수도물이 고르게 분포되면서 처리블록(20)으로 유입될 수 있도록 하기 위한 분산판(100)이 처리블록(20)의 하부에 위치하도록 내부공간(14)에 설치되며, 이때 분산판(100)은 내부공간(14)에 형성된 삽입홈(15)에 삽입되어 고정되도록 구성되어 있다.

한편, 상기 분산판(100)은 수돗물 유입구(11)를 통해 유입된 수돗물이 양극판(50)과 음극판(60) 사이에 형성된 공간의 중앙부에 집중하지 않고 좌우 대칭 방향으로 균일한 흐름이 형성되도록 하며, 본 실시예보다 많은 수의 전극판과 스페이서가 스택(stack)형으로 조합되는 경우, 각각의 처리블록마다 유입된 수돗물이 균일하게 분산될 수 있도록 수돗물이 유입되는 방향으로부터 20~60도의 각도를 가지는 일련의 유로형성홈(103)이 형성되어 있다.

또한, 상기 분산판(100)은 도 7과 같이 하판(101)과 상판(102)으로 분리되어 구성됨과 동시에 하판(101)과 상판(102)에 형성된 유로형성홈(103)은 서로 대칭구 조로서 서로 엇갈리도록 형성되어 유입되는 수돗물을 균일하게 분산시킬 수 있도록 구성되어 있다.

상기 덮개블록(40)은 본체블록(10)에 고정된 처리블록(20)을 포함한 내부공간(14)을 밀폐된 상태로 유지토록 하는 것으로, 도 9와 같이 상기 본체블록(10)에 형성된 체결공(16)과 연통되는 또 다른 다수의 체결공(41)이 형성되어 있어 볼트(120) 및 너트(130)에 의해 본체블록(10)에 결합되도록 구성되어 있다.

한편, 상기 본체블록(10)과 덮개블록(40)의 사이에는 누수를 방지하기 위한 패킹재(30)가 설치되어 있다.

상기 전원공급부(110)는 3개의 설치공(42)이 형성된 덮개블록(40)과 본체블록(10)에 설치되어 양극판(50) 및 음극판(60)에 각각 연결되는 구조로서, 도 9와 같이 덮개블록(40)에 형성된 설치공(42)에 나사식 터미널(111)이 설치되고, 이 나사식 터미널(111)을 상호 전기적으로 연결하기 위한 구리판(113)이 덮개블록(40)의 전면에 위치하도록 나사식 터미널(111)에 체결되는 너트(112)에 의해 고정되어 나사식 터미널(111)을 통해 인가되는 전기를 양극판(50)에 공급할 수 있도록 구성되어 있다.

한편, 음극판과 전원공급부의 연결구조는 양극판과 전원공급부의 연결구조와 동일하므로 상세한 설명은 생략토록 한다.

한편, 상기 처리블록(20)은 전해 수량에 비례하여 전극판 및 스페이서의 개수가 조정되며, 상기 실시예 보다 많은 개수의 전극판 및 스페이서로 조합될 경우, 상기 전극판에 도 10과 같이 직접 터미널(114)을 형성하여 본체블록(10)의 상부로 돌출시킴으로서 전원공급을 가능하게 구성하게 된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 작용에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제 2 스페이서(80) - 음극판(60) - 제 1 스페이서(70) - 양극판(50) - 제 3 스페이서(90)로 이루어진 처리블록(20)을 본체블록(10)의 내부공간(14)에 삽입하여 설치하고, 내부공간(14)에 형성된 삽입홈(15)에 분산판(100)을 삽입시킴으로서 처리블록(20)의 하부에 분산판(100)을 위치시키게 된다.

이처럼 처리블록(20)과 분산판(100)의 설치가 완료되면, 본체블록(10)과 덮개블록(40)을 결합시키게 되며, 이때 본체블록(10)과 덮개블록(40)의 사이에 패킹재(30)를 위치시키게 된다.

이와 같이 조립이 완료상태에서 본체블록(10)에 구비된 수도물 유입구(11)와 알칼리수 배출구(12) 및 산성수 배출구(13)에 각각의 호스를 커넥터로 결합시키게 된다.

한편, 수도물 유입구(11)를 통해 유입되는 수도물은 1차로 카본(Carbon)필터를 통하여 부유물질이나 맛, 색도, 잔류염소 등이 제거된 후 유입되며, 유입된 수도물은 분산판(100)을 거치면서 고르게 분산되어 제 1 스페이서(70) 유입되게 된다.

상기와 같이 제 1 스페이서(70)로 수도물이 유입되면, 양극판(50)에서는 아래와 같이 산소 발생이 일어나게 되고, 이 과정에서 전극 표면으로부터 활성수산기를 발생하게 된다.

2H₂O → 4H⁺ + O₂ + 4e^- (1)

4OH → 2O₂ + 4H⁺ + 4e^- (2)

한편, 음극판(60)에서는 아래와 같은 수소가스와 수산이온 등이 발생하게 된다.

2H₂O + 2e^- → H₂ + 2OH^- (3)

2H⁺ + 2e^- → H₂ (4)

일반적으로 용액이 거의 중성에 가까운 경우, 양극에서는 반응식(1)이, 음극에서는 반응식(3)이 일어나 두 전극에서 같은 전류가 흐르며 전해반응기 내에 격막이없는 경우에는 물은 알칼리수로 변화된다. 한편, 본 발명은 전해수의 흐름을 한방향으로만 하지 않고 제 2,3 스페이서를 이용해 양방향 흐름, 즉, 양극판(50)에서는 산성수가, 음극판(60)에서는 알칼리수가 토출되도록 하는 것이다.

한편, 양극판(50)과 음극판(60)으로 흘러 들러간 물은 위의 4가지 반응식에 의하여 H⁺와 OH^-가 생기게 되고, 발생 초기에 H⁺는 양극판(50) 표면에, OH^-는 음극판(60) 표면에 몰리게 된다.

상기와 같은 상태를 그대로 두게 되면, 양극판(50)과 음극판(60) 사이의 물은 확산을 통하여 섞이게 되고, H⁺와 OH^-는 서로 중화되어 중성상태로 되게 된다. 그러나 본 발명은 처리된 알칼리수와 산성수의 흐름방향을 제 2,3 스페이서를 통해 반대 반향으로 유도함으로써, H⁺와 OH^-가 물 흐름에 의해 전극의 메쉬 사이를 통과하여 본체블록(10)의 벽측으로 이동되어 서로 만나 중화되거나 서로 다른 극으로 끌림을 자연스럽게 차단하여 격막이 없이도 알칼리수는 제 2 스페이서(80)를 통해 알칼리수 배출구(12)로, 산성수는 제 3 스페이서(90)를 통해 산성수 배출구(13)로 분리가 가능해지게 된다. 또한, 미네랄 성분인 Ca²⁺나 Mg²⁺ 등도 음극에 끌려 알칼리수 쪽으로 배출되게 된다.

아래의 표는 기존 백금 티타늄 전극과 세라믹 코팅 전극의 산성수와 알카리수 내 잔류염소농도를 비교한 것으로, 세라믹 코팅 전극의 경우 알칼리수 내 잔류염소의 증가로 잔류 살균력이 증가하게 됨을 알 수 있다.

	원수 (ppm)	산성수 (ppm)	알카리수 (ppm)
Pt // Ti	0.54	0.43	0.01
Ceramic		0.27	0.08

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명은 백금 도금 전극과 비교하여 낮은 과전압 운전 조건에서 높은 산화력을 갖는 활성 수산기를 발생시키며 인체에 무해한 세라믹 촉매제가 코팅된 전극판을 양극으로 사용하여 기존 백금전극의 단점인 용출 위험성을 없애고, 격막 혹은 이온 교환막 등의 강제적인 수단을 사용하지 않고 전극판의 형상과 별도로 제작된 스패이서를 적절히 배치하여 구조적인 기능만으로 알카리수와 산성수를 분리제조 할 수 있도록 하여 막에 대한 추가적인 비용 및 오염 파손 등의 지출을 줄여 경제적인 효과를 기대할 수 있으며, 무격막 방법으로 생산되기 때문에 산성수 부분은 물론이거니와 알카리수 부분에서도 적절한 잔류 살균력을 부여한 것으로 오랫동안 전해수기를 사용하지 않을 경우 격막 자체에 미생물이 서식하게 되어 격막을 성능을 떨어뜨리고 물을 오염시키게 되는 문제를 미연에 방지할 수 있으며 이런 잔류 살균 효과에 의해 알카리수를 일정시간 저장할 수 있는 효과와 배출관에서의 2차 미생물 오염을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

1. 전면이 개방된 박스형상으로서 저면에 수도물 유입구(11)가 구비되고, 양측면에 알칼리수 배출구(12)와 산성수 배출구(13)가 각각 구비된 본체블록(10)과,

   상기 본체블록(10)의 내부에 삽입되어 수도물 유입구(11)를 통해 유입된 수도물을 저면으로부터 유입하여 전해처리 하고, 전해처리된 알칼리수와 산성수가 분리배출되도록 메쉬형 전극판(50,60)의 사이 및 전후에서 각기 다른 방향의 유로를 형성하는 다수의 스페이서(70,80,90)가 메쉬형 전극판(50,60)과 순차적으로 번갈아가며 겹쳐져 이루어진 처리블록(20)과,

   상기 본체블록(10)의 전면에서 다수의 볼트(120)에 의해 본체블록(10)에 체결되는 덮개블록(40)과,

   상기 본체블록(10)과 덮개블록(40)의 사이에서 삽입되는 패킹재(30)와,

   상기 본체블록(10)과 덮개블록(40)을 통해 메쉬형 전극판에 연결되어 전원을 공급하는 전원공급부(110)로 구성된 것을 특징으로 하는 세라믹 촉매 코팅 전극판을 갖는 전해 이온수 제조용 무격막 전해조.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 메쉬형 전극판은 티타늄에 루테늄(Ru),로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 오스뮴(Os), 이리듐(Ir), 백금(Pt)으로 이루어진 백금족 귀금속 중 선택된 하나의 귀금속 을 고온 열분해에 의한 산화처리하여 세라믹 촉매가 코팅되어 이루어진 티타늄 전극판을 양극판으로 하고, 상기 양극판과 동일한 세라믹 촉매가 코팅된 티타늄 전극판 또는 티타늄 또는 니켈 또는 탄탈늄 중 선택된 하나의 금속으로 이루어진 전극판을 음극판으로 하는 것을 특징으로 하는 세라믹 촉매 코팅 전극판을 갖는 전해 이온수 제조용 무격막 전해조.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 처리블록(20)은 다수의 구멍(51,61)을 갖도록 형성된 음극판(60)과 양극판(50)의 사이에 제 1 스페이서(70)가 설치되며, 상기 음극판(60)의 배면에 제 2 스페이서(80)가 설치되고, 상기 양극판(50)의 전면에 제 3 스페이서(90)가 설치되어 구성되며,

   상기 제 1 스페이서(70)는 수도물 유입구(11)를 통해 유입된 수도물가 상향유입되도록 전극판의 상단부에 밀착되는 제 1 평판부(71)의 저면 양측 및 중앙부로부터 하향 연장되는 제 1 측변(72) 및 제 1 중앙변(73)이 일체형으로 형성되고, 상기 제 2 스페이서(80)는 제 1 스페이서(70)의 저면으로부터 유입되어 음극판(60)에 의해 전해처리된 알칼리수가 알칼리수 배출구(12)로 배출되도록 음극판(60)의 배면 둘레를 따라 제 2 상변(81)/제 2 좌,우측변/제 2 저변(84)이 연결되어 형성된 구조로서 상기 알칼리수 배출구(12)가 설치된 쪽의 측변 상부 일부분이 개방된 형상으로 형성되며, 상기 제 3 스페이서(90)는 제 1 스페이서(70)의 저면으로부터 유입되 어 양극판(50)에 의해 전해처리된 산성수가 산성수 배출구(13)로 배출되도록 양극판(50)의 배면 둘레를 따라 제 3 상변(91)/제 3 좌,우측변/제 3 저변(94)이 연결되어 형성된 구조로서 상기 산성수 배출구(13)가 설치된 쪽의 측변 상부 일부분이 개방된 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 세라믹 촉매 코팅 전극판을 갖는 전해 이온수 제조용 무격막 전해조.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 본체블록(10)은 내부공간(14)으로 삽입된 처리블록(20)의 흔들림을 방지하기 위해 처리블록(20)의 모서리를 지지하는 다수의 돌기(18)가 내부공간(14)에 형성된 것을 특징으로 하는 세라믹 촉매 코팅 전극판을 갖는 전해 이온수 제조용 무격막 전해조.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 본체블록(10)의 내부공간(14)에서 처리블록(20)의 하부에 위치하도록 설치되어 수도물 유입구(11)를 통해 유입된 수도물을 고르게 분산시키는 분산판(100)을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 세라믹 촉매 코팅 전극판을 갖는 전해 이온수 제조용 무격막 전해조.

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