KR20080088010A - 이온수기 전해조용 전극 및 도금방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온수기 전해조용 전극장치에 있어서, 특히 식음료수에 이용되는 이온수기용 전극으로 기타 다른 소재의 전극에 대비 인체에 무해한 Pt와 Ti 소재를 채택하고, 또한 전극을 메쉬 타입으로 구성하여 물의 전기분해시 물 흐름의 와류를 형성시켜 발생하는 가스의 배출을 용이하게 하고, 전극의 전기 분해 효율을 높여 알칼리 이온수 및 산성수의 생산 효율을 극대화 시킨 것을 특징으로 하는 이온수기 전해조용 전극장치에 관한 것으로,

통상의 전해조와, 상기 전해조 내에 상호 이격되도록 설치되는 적어도 한쌍의 전극판인 양극판 및 음극판과, 양극판 및 음극판에 전원을 공급하기 위한 전원공급원을 갖는 전기분해장치에 있어서, 상기 양극판 및 음극판은 티타늄 소재의 메쉬형 전극판에 백금을 도금하여 이루어진 것이 특징이며;

본 발명은 전극판을 메쉬형으로 형성하고, 백금을 도금하여 전기분해장치의 전해능력을 상승시키고, 아울러 살균 및 탈취성능을 향상시킬 수 있고, 알카리 이온수와 산성 이온수의 생산능력 증대에 따라 건강 및 미용효과를 향상시킬 수 있다.

이온수기, 전해조, 전극장치, 도금

Description

이온수기 전해조용 전극 및 도금방법{ELECTRODE PLATE OF ELECTROLYZER AND COATING METHOD}

도 1은 격막식 전기분해장치의 간단한 구성도.

도 2는 본 발명에 적용되는 티타늄 메쉬망 구성도.

도 3은 본 발명의 전극장치 도금방법 순서도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10: 양극실

11: 양극판

20: 음극실

21: 음극판

100: 전원공급원

본 발명은 이온수기 전해조용 전극장치에 관한 것으로, 특히 식음료수에 이용되는 이온수기용 전극으로 기타 다른 소재의 전극에 대비 인체에 무해한 Pt와 Ti 소재를 채택하고, 또한 전극을 메쉬 타입으로 구성하여 물의 전기분해시 물 흐름의 와류를 형성시켜 발생하는 가스의 배출을 용이하게 하고, 전극의 전기 분해 효율을 높여 알칼리 이온수 및 산성수의 생산 효율을 극대화 시킨 것을 특징으로 하는 이온수기 전해조용 전극장치에 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 정수효율을 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 된다. 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 제거되어 단지 H₂O만을 섭취하도록 하는 것이었다.

이러한 문제점으로 인해 멤브레인 필터를 통과한 물이 UV램프를 거치게 하여 살균하는 방식이 사용되고 있으나, 정수 저장탱크에서 장시간 있을 경우, 멤브레인 에 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 없어 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 제시되었다. 그러나, 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.

본 발명은 상기와 같은 문제를 해결코자 하는 것으로, 티타늄 메쉬 소재를 압연하여 전극과 전극사이의 간격을 균일화시켜 일정한 데이터 값을 얻을 수 있게 하고, 기계적 표면처리를 샌딩하여 백금 도금시 발생하는 밀착력 및 내구성을 높여 전극의 수명을 최대화시키도록 하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 수단으로,

본 발명은 통상의 전해조와, 상기 전해조 내에 상호 이격되도록 설치되는 적어도 한쌍의 전극판인 양극판 및 음극판과, 양극판 및 음극판에 전원을 공급하기 위한 전원공급원을 갖는 전기분해장치에 있어서, 상기 양극판 및 음극판은 티타늄 소재의 메쉬형 전극판에 백금을 도금하여 이루어진 것이 특징이다.

또한, 상기 백금의 두께는 0.2 - 0.3㎛인 것이 특징이다.

또한, 티타늄 원판을 절단하여 메쉬화 하는 단계와; 메쉬화된 티타늄 원판을 압연하는 압연 단계와; 티타늄 메쉬를 샌딩하는 샌딩단계; 50 - 60도(℃) 온 도에서 탈지하는 탈지단계; 상온에서 산처리 하는 산처리단계; 65 - 75도(℃)에서 8g/ℓ의 백금을 티타늄 메쉬망에 도금하는 도금단계; 450 - 550도(℃) 사이에서 열처리하는 열처리단계로 이루어지는 것이 특징이다.

본 발명의 그 밖의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 분명해질 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

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 있다. 또한, 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.

본 발명은 이온수기에 관한 발명으로 이온수기는, 정수기와 전해조를 가지며 전해조에 전원을 공급하기 위한 전원공급원(100)이 연결되어 있다.

정수기에서는 유입된 물을 정수하고, 전해조에서는 전기분해를 통해 산성이온수와 알칼리이온수를 생성한다. 전해조는 전기적 성질을 가진 이온만 통과할 수 있는 격벽에 의해 양극실(10)과 음극실(20)로 구분되어 있으며, 여기에 설치된 양극판(11)과 음극판(21)을 통해 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 전극판(11, 21)으로부터 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 양극 판과 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 있었으며, 본 발명의 전극판(11, 21)은 티타늄 메쉬망을 구비하고, 상기 티타늄 메쉬망에 백금을 도금하여 표면적을 높이면서도 전류 효율도 향상시키도록 구성한다.

즉, 본 발명의 전극판(11, 21)은 티타늄의 원판을 절단하고, 금형작업을 하여 메쉬화한 다음 압연과정을 통해 티타늄 메쉬망을 형성하고, 상기 메쉬망을 샌딩처리하고, 탈지처리후, 산처리과정을 거치고 마지막으로 백금으로 도금하여 모든 과정을 완료한다.

메쉬규격은 도 2에 도시한 바와 같이 가로(b)가 55 - 80mm, 그리고, 세로(a)가 100 - 150mm인 것이 바람직하고, 망의 규격은 너비(w)가 4 - 9mm 그리고, 높이(h)가 2 - 5mm 인 것이 바람직하다.

아울러, 본 발명은 다음과 같은 단계를 통해 전극판을 완성한다.

즉, 티타늄 원판을 절단하여 메쉬화 하는 단계(S10)와; 메쉬화된 티타늄 원판을 압연하는 압연 단계(S20)와; 티타늄 메쉬를 샌딩하는 샌딩단계(S30)와; 50 - 60도(℃) 온도에서 탈지하는 탈지단계(S40)와; 상온에서 산처리 하는 산처리단계(S50)와; 65 - 75도(℃)에서 8g/ℓ의 백금을 티타늄 메쉬망에 도금하는 도금단계(S60)와; 450 - 550도(℃) 사이에서 열처리하는 열처리단계(S70)로 이루어진다.

참고로, 본 발명에 적용되는 백금은 원자번호 78, 원자량 195.7, 비중 (20℃) 21.45g/㎤, 융점 1773℃이다. 기타 백금의 기계적, 물리적 성질로는 경도 40 - 42Hv, 표준에너지 565kJ/mol, 전기저항 10.42(10Ω-cm), 열전도율 73W/mK이다. 백금의 화학적 성질을 살펴보면, 백금은 산화수가 2가, 4가로 이루어지며 보통 4가로 화학적 결합시 안정적이다. 보통 산, 알칼리에는 녹지않고 왕수 상태에서 용해된다. 백금의 경도는 낮지만 열처리시 배 이상의 경도를 가지게 된다. 백금은 화학적으로 안정된 금속으로 공업적으로 널리 활용되어지고 있으며 촉매 공업에서도 널리 이용되어지고 있다. 또한, 인체에 무해하여 의료용 기기(특히 치과용기기)에 널리 사용된다.

도금액의 백금상태는 Pt(NH₃)₂(NO₂)₂로 존재하며 산성 도금액이다. 보통 가장 널리 이용되는 백금 도금은 불용성 전극이다. 백금의 전기화학적 안정성으로 전기분해 장치에 가장 널리 이용되며 주로 티타늄위에 백금도금 전극을 많이 사용한다.

한편, 본 발명에 적용되는 티타늄의 비중은 4.51로서 동이나 니켈의 약 50%에 해당하고, 스테인레스의 약 60%로 대단히 가볍기 때문에 구조물의 중량을 경량화할 수 있다. 티타늄의 내부식성은 분해하기 어려운 산화물의 보호피막을 형성함으로서 생기게된다.

티타늄의 부식은 균일하며 움푹 파여진 증거 또는 국부화된 그 밖의 심한 발생 현상은 거의 없다. 정상적으로 응력부식, 피로부식, 입간부식 혹은 전기부식을 받지 않는다.

티타늄의 부식저항은 스테인레스 강이나 동합금과 비교해서 여러 사용조건에서도 우수하며 특히 해수에는 백금에 필적할만한 내식성을 가지고 있다. 따라서, 티타늄은 고온, 고압, 강부식성 환경에서는 불가결의 재료로서 사용되고 있다.

티타늄은 심장밸브, 인공뼈등, 신체조직의 이식에 사용될 만큼 인체에 무해 한 금속으로 최근에 의료 및 장신구 분야에 널리 쓰이고 있다.

본 발명은 식음료수에 이용되는 이온수기용 전극으로 기타 다른 소재의 전극에 대비 인체에 무해한 Pt와 Ti소재를 채택하였고, 또한 메쉬타입으로 이루어져 물의 전기분해시 물 흐름의 와류를 형성시켜 발생하는 가스의 배출을 용이하게 하고, 전기분해 효율을 극대화시켜 알칼리 이온수 및 산성수의 생산효율을 높일 수 있다.

본 발명의 전극은 Ti 메쉬 소재를 압연하여 전극과 전극 사이의 간격을 균일화시켜 일정한 데이터 값을 얻을 수 있게 하고, 기계적 표면처리(샌딩)를 하여 백금 도금시 발생하는 밀착력 및 내구성을 높여 전극의 수명을 극대화시켰다.

아울러 표면적을 높이는 효과가 있어 전류 효율도 향상시킨다.

본 전극은 습식도금 장식에 의해 백금도금으로 99.95%의 고순도의 백금을 사용하여 백금의 특성을 충분히 살릴 수 있고 불순물의 유입을 방지하였다.

현재 가정용 이온수기의 수명을 고려하여 백금도금 두께를 0.2 - 0.3㎛로 최소화하여 백금 소모량을 낮춰 원가를 최소화하였다.

상술한 바와 같이 본 발명은 전극판을 메쉬형으로 형성하고, 백금을 도금하여 전기분해장치의 전해능력을 상승시키고, 아울러 살균 및 탈취성능을 향상시킬 수 있고, 알카리 이온수와 산성 이온수의 생산능력 증대에 따라 건강 및 미용효과를 향상시킬 수 있다.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지 만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 첨부된 청구의 범위는 본 발명의 진정한 범위내에 속하는 그러한 수정 및 변형을 포함할 것이라고 여겨진다.

Claims (3)

1. 통상의 전해조와, 상기 전해조 내에 상호 이격되도록 설치되는 적어도 한쌍의 전극판인 양극판 및 음극판과, 양극판 및 음극판에 전원을 공급하기 위한 전원공급원을 갖는 전기분해장치에 있어서,

   상기 양극판 및 음극판은 티타늄 소재의 메쉬형 전극판에 백금을 도금하여 이루어진 것을 특징으로 하는 이온수기 전해조용 전극장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 백금의 두께는 0.2 - 0.3㎛인 것을 특징으로 하는 이온수기 전해조용 전극장치.
3. 티타늄 원판을 절단하여 메쉬화 하는 단계와;

   메쉬화된 티타늄 원판을 압연하는 압연 단계와;

   티타늄 메쉬를 샌딩하는 샌딩단계;

   50 - 60도(℃) 온도에서 탈지하는 탈지단계;

   상온에서 산처리 하는 산처리단계;

   65 - 75도(℃)에서 8g/ℓ의 백금을 티타늄 메쉬망에 도금하는 도금단계;

   450 - 550도(℃) 사이에서 열처리하는 열처리단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 이온수기 전해조용 전극 도금방법.

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