KR20140035687A

KR20140035687A - 차아염소산용액 생성용 염수의 전기분해장치

Info

Publication number: KR20140035687A
Application number: KR1020120102260A
Authority: KR
Inventors: 신현수; 김정식; 정붕익
Original assignee: (주) 테크윈
Priority date: 2012-09-14
Filing date: 2012-09-14
Publication date: 2014-03-24
Also published as: KR101436139B1

Abstract

양극실과 음극실을 가지며, 상기 양극실 음극실 각각에는 유입구와 유출구가 형성된 전해조와, 전해조 내부를 양극실과 음극실로 구획하도록 설치되는 격막과, 적어도 일면이 상기 양극실로 노출되도록 설치되는 양극 전극과, 적어도 일면이 음극실로 노출되도록 설치되는 음극 전극을 포함하며, 격막은 양쪽성이온막인 것을 특징으로 하는 전기분해장치가 개시된다.

Description

전기분해장치{A ELECTROLYSIS APPARATUS}

본 발명은 전기분해장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 격막 구조를 가지며 해수를 전기분해하기 위한 전기분해장치에 관한 것이다.

일반적으로 염수의 전해 반응에 사용되는 전기분해장치의 전해조는 무격막식 전해조와, 격막식 전해조로 구분될 수 있다.

무격막식 전해조는 양극과 음극 사이에 별도의 격막이 없이 염수를 전해하여 양극에서 생성되는 염소(Cl2)와 음극에서 생성되는 가성소다(NaOH)가 벌크 상에서 화학반응에 의해 차아염소산 나트륨(NaOCl)을 형성하며, 이때 생성된 전해수의 pH는 약 8~10이 된다.

격막식 전해조는 양극과 음극 사이에 양이온 교환막을 격막으로 하여 양극실과 음극실이 구획되며, 양극에서는 pH가 산성영역(1~4)의 염소(Cl2)가 생성되고, 음극에서는 pH가 알칼리영역(10~13)의 가성소다(NaOH)가 생성되어 사용목적에 따라 각각 개별적 또는 혼합하여 사용된다.

이러한 염소전해의 주요 목적은 차아염소산 형태(Cl2, HOCl, OCl-)에 의한 살균소독에 있으며, 이러한 살균소독은 pH가 중성 내지는 약산성영역(pH 5~7)의 차아염소산 분자(HOCl)가 가장 효과적인 것으로 알려져 있다.

그런데 이러한 전해조의 가장 큰 문제는 음극에서 경도물질(Ca, Mg)이 수산화이온(OH-)과 결합되어 스케일을 형성하여 전극의 수명을 단축시키고, 효율을 감소시키는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 음극에서의 스케일 발생을 방지하면서도 양극수에서는 살균력이 우수한 전해수를 생산할 수 있는 전기분해장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기분해장치는, 양극실과 음극실을 가지며, 상기 양극실 음극실 각각에는 유입구와 유출구가 형성된 전해조와; 상기 전해조 내부를 양극실과 음극실로 구획하도록 설치되는 격막과; 적어도 일면이 상기 양극실로 노출되도록 설치되는 양극 전극과; 적어도 일면이 상기 음극실로 노출되도록 설치되는 음극 전극;을 포함하며, 상기 격막은 양쪽성이온막인 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 격막은, 상기 양극실에 노출되도록 배치되는 음이온교환작용기와, 상기 음극실에 노출되도록 배치되는 양이온교환작용기로 작용하도록 구성된 것이 바람직하다.

본 발명의 전기분해장치에 따르면, 양극 전극과 음극 전극 사이에 양쪽성이온막을 격막으로 설치함으로써 양극실에서 전기분해된 양극수의 pH는 상승시키고, 음극실에서 전기분해된 음극수의 pH는 낮추도록 할 수 있다.

따라서 양극수의 경우 별도의 혼합이나 첨가반응 없이 살균력이 우수한 차아염소산분자상태의 전해수를 제조할 수 있으며, 음극수의 경우 스케일 축척을 원천적으로 차단하여 전극 수명을 향상시키고 효율이 저하되지 않도록 유지시킬 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전기분해장치를 나타내 보인 개략적인 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기분해장치를 자세히 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기분해장치(10)는, 전해조(20)와, 양극 전극(30)과, 음극 전극(40)과, 격막(50)을 구비한다.

상기 전해조(20)는 상기 격막(50)에 의해 상호 격리되는 양극실(21)과, 음극실(22)을 가진다. 양극실(21) 및 음극실(22) 각각에는 염수(해수 포함)가 유입되는 유입구(21a,22a)와, 전기분해된 전해수가 배출되는 배출구(21b,22b)가 설치된다.

상기 양극 전극(30)은 양극실(21)에 설치되며, 구체적으로는 적어도 일면이 양극실(21) 내에 위치(노출)되도록 설치된다. 이러한 양극 전극(30)은 예를 들어 불용성 양극을 포함하며, 양극실(21)로 염수가 공급되는 상태에서 전해반응에 의해서 염소(Cl2)를 생성한다. 그리고 양극 전극(30)에서는 부반응으로 물분해에 의해 산소(O2)와 수소이온(H+)이 생성된다.

상기 음극 전극(40)은 음극실(22)에 설치되며, 적어도 일면이 음극실(22) 내에 위치(노출)되도록 설치된다. 이러한 음극 전극(40)은 예를 들어 수소이온과 반응하여 수소가스(H2)를 생성하는 가스확산 음극을 포함할 수 있다. 따라서 음극 전극(40)은 직류전류의 인가시 물을 분해하여 수소(H2)와 수산화이온(OH-)을 생성한다.

상기 격막(50)은 전해조(20)를 양극실(21)과 음극실(22)로 구획하도록 설치되는 것으로서, 양쪽성이온막인 것이 바람직하다. 따라서 격막(50)은 양극실(21)에 노출되는 일면을 가지는 음이온교환작용기(51)로 작용하며, 음극실(22)로 노출되는 타면을 가지는 양이온교환작용기(52)를 포함한다.

상기 구성에서 양극실(21)과 음극실(22) 각각으로 염수(해수)를 공급하는 상태에서, 양극 전극(30)과 음극 전극(40) 각각에 직류 전류를 공급한다. 그러면, 격막(50)의 내부로 물이 침투되고, 막 내부에서 전해 반응에 의해 수소 이온(H+)과 수산화 이온(OH-)으로 분해된 뒤, 음극쪽으로는 수소이온(H+)이 양이온교환작용기(52)를 통해 투과되고, 양극쪽으로는 수산화 이온(OH-)이 음이온교환작용기(51)를 통해 투과된다.

상기 구성을 가지는 본 발명의 실시예에 따른 전기분해장치(10)의 전해 반응에 대해 자세히 설명하기로 한다.

먼저, 전해조(20)의 양극실(21) 쪽으로는 염수(또는 해수)가 공급되고 ,음극실(22)로는 염수(또는 해수) 또는 일반 담수가 공급될 수 있으며, 바람직하게는 양극실(21)과 음극실(22) 각각으로 염수(또는 해수)가 공급된다.

이러한 전해질(염수)이 공급되고, 양극 전극(30)과 음극 전극(40)에 직류전원이 공급되며, 양극 전극(30)에서는 염소이온(Cl-)이 전해반응을 통해 염소(Cl2)가 생성된다. 그리고 부반응으로 물분해에 의해 산소(O2)와 수소이온(H+)이 생성 된다.

또한, 격막(50)인 양쪽성이온막의 음이온교환작용기(51)에서는 수산화이온(OH-)이 투과되어 양극반응으로 생성된 수소이온(H+)과 반응하여 중성인 물(H2O)을 생성하게 된다. 따라서 기존의 격막식 전해조보다 pH가 높은 영역의 전해수를 생성할 수 있게 되고, 이때 생성된 pH의 영역에 따라 염소가 물에 녹아 살균력이 높은 차아염소산분자(HOCl) 형태로 전환된다.

음극 전극(40)에서는 물이 분해되어 수소(H2)와 수산화이온(OH-)을 생성하고, 격막(50)인 양쪽성이온막의 양이온교환작용기(52)에서는 수소 이온( H+)이 투과 된다. 이와 같이 음극 전극(40)에서 생성된 수산화 이온(OH-)과 격막(50)인 양쪽성이온막을 통과한 수소이온(H+)이 결합하여 물(H2O)을 형성하게 되어 기존 격막식 전해조보다 낮은 pH 영역의 음극 전해수를 생성하게 된다. 이러한 낮은 pH 영역의 음극 전해수는 음극 표면에 형성될 수 있는 스케일의 생성을 원천적으로 방지할 수 있게 된다.

따라서 전극의 수명을 연장시킬 수 있으며, 전극을 이용한 전기분해 효율을 향상시킬 수 있게 된다. 즉, 본 발명의 전기분해장치(10)에 의하면, 양극 전극(30)과 음극 전극(30) 사이에 양쪽성이온막인 격막(50)을 설치함으로써 양극실(21)에서 전기분해된 양극수의 pH는 상승(pH 4 이상)시키고, 음극실(22)에서 전기분해된 음극수의 pH는 낮추도록(Ph 8 이하) 할 수 있다. 따라서 양극수의 경우 별도의 혼합이나 첨가반응 없이 살균력이 우수한 차아염소산분자상태의 전해수를 제조할 수 있으며, 음극수의 경우 스케일 축척을 원천적으로 차단하여 전극 수명을 향상시키고 효율이 저하되지 않도록 유지시킬 수 있게 된다.

이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.

10..전기분해장치 20..전해조
30..양극 전극 40..음극 전극
50..격막

Claims

양극실과 음극실을 가지며, 상기 양극실 음극실 각각에는 유입구와 유출구가 형성된 전해조와;
상기 전해조 내부를 양극실과 음극실로 구획하도록 설치되는 격막과;
적어도 일면이 상기 양극실로 노출되도록 설치되는 양극 전극과;
적어도 일면이 상기 음극실로 노출되도록 설치되는 음극 전극;을 포함하며,
상기 격막은 양쪽성이온막인 것을 특징으로 하는 전기분해장치.
제1항에 있어서,
상기 격막은,
상기 양극실에 노출되도록 배치되는 음이온교환작용기와, 상기 음극실에 노출되도록 배치되는 양이온교환작용기로 작용하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전기분해장치.