KR20180032346A - 기능수 생성모듈 - Google Patents

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주식회사 파이노
김성태
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Abstract

본 발명은, 살균수 또는 수소수를 분리하여 생성할 수 있고, 전극셀을 scale-up하여, 고농도 살균수 또는 수소수를 생산할 수 있는 기능수 생성 모듈을 제공하는 것을 목적으로 하고, 물 또는 수용액이 흐르는 제1유로가 형성되어 있는 하부챔버; 상기 하부챔버의 상측에 위치하고, 물 또는 수용액이 흐르고, 상기 제1유로와 연결되어 있는 제2유로가 형성되어 있는 상부챔버; 상기 제1유로와 상기 제2유로의 물 또는 수용액을 전기분해하는 전극 모듈을 포함하고, 상기 전극 모듈은, 상기 제1유로에 위치하는 제1전극; 상기 제2유로에 위치하는 제2전극; 상기 제1유로와 상기 제2유로의 연결되는 부분에 위치하여 상기 제1유로와 상기 제2유로를 구분하는 분리막을 포함하는 기능수 생성 모듈을 제공한다.

Description

기능수 생성모듈{MODULE FOR MANUFACTURING IONIC WATER}
본 발명은 기능수 생성모듈에 관한 것이다.
물(H2O) 또는 수용액을 전기분해하는 경우, 양극 전극에서는 산소(O2), 오존(O3) 등이 발생하고, 음극전극에서는 수소(H2) 등이 발생하게 된다. 그 결과, 양극전극으로부터 산소 또는 오존 등이 용존된 살균수가 생성되며, 음극전극으로부터 수소 등이 용존된 수소수가 생성된다. 살균수는 세정 또는 살균용으로 사용될 수 있고, 수소수는 음용으로 체내의 활성산소 등을 제거할 수 있다.
물 또는 수용액을 전기분해하여 기능수를 생성하고, 모터 및 펌프 등을 통해 기능수를 공급하는 장치를 기능수 생성장치라고 한다. 또, 기능수 생성장치에서 기능수가 생성되는 모듈을 기능수 생성모듈이라 한다. 일반적으로 물 또는 수용액이 저장된 챔버와 챔버의 내부공간에 수용되는 전극 모듈로 구성된다.
대한민국 등록특허 제10-1120942호(이하, 종래기술)에서는, 기능성을 가지는 수소수를 제조하는 장치를 개시하고 있다.
종래기술에서는 물 또는 수용액을 저장하는 냉온수 저장용기(101)에 서로 이격된 전극(107, 108)으로 이루어진 전기분해기(106, 전극 모듈)가 내장된 형태이다.
그 결과, 저장용기 내에서, 서로 다른 기능을 가진 살균수와 수소수가 동시에 생성되어 혼합되는 문제가 있다. 나아가 종래기술은, 필요에 따라 전극셀을 scale-up하여 기능수의 생성률을 높일 수 있는 수단을 구비하지 않고 있다.
상술한 문제점을 해결하고자, 살균수 또는 수소수를 분리하여 생성할 수 있는 기능수 생성모듈을 제공하고자 한다.
나아가 필요에 따라 전극셀을 scale-up하여, 고농도 살균수 또는 수소수를 생산할 수 있는 기능수 생성 모듈을 제공하고자 한다.
본 제1실시예에 따른 기능수 생성 모듈은, 물 또는 수용액이 공급되고 배출되는 제1유로가 형성되어 있는 상부챔버; 상기 상부챔버와 제2유로에 의해 연결되고, 물 또는 수용액이 공급되고 배출되는 제3유로가 형성되어 있는 하부챔버; 상기 제2유로에 위치하는 전극 모듈을 포함하고, 상기 전극 모듈은, 제1전극; 상기 제1전극의 상측에 위치하는 제2전극을 포함하고, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이에는, 상기 제2유로를 나누는 분리막이 위치할 수 있다.
상기 제1전극과 상기 제2전극은, 외부 전원과 전기적으로 연결되고, 상기 제1전극과 상기 제2전극의 극성은 가변될 수 있다.
제1 및 제2전극에는, 여러 개의 홀이 형성되어 있을 수 있다.
상기 분리막은, 이온분리막 또는 고분자 전해질 막일 수 있다.
본 제2실시예에 따른 기능수 생성 모듈은, 본 제1실시예에 따른 기능수 생성 모듈에서, 상기 제2전극의 상측에 상기 제2전극과 이격되어 위치하는 제3전극을 더 포함할 수 있다.
상기 제1전극과 상기 제2전극과 상기 제3전극은, 외부 전원과 전기적으로 연결되고, 상기 제1전극과 상기 제2전극과 상기 제3전극의 극성은 가변될 수 있다.
상기 제2전극과 상기 제3전극 사이에는, 스페이서가 위치할 수 있다.
본 제1,2실시예에 다른 기능수 생성 모듈은, 상기 상부챔버와 상기 하부챔버 각각에는, 외부로부터 물 또는 수용액을 공급하는 유입포트와 외부로 물 또는 수용액을 배출하는 배출포트가 형성되어 있을 수 있다.
상기 상부챔버에는 제1가스켓이 위치하고, 상기 하부챔버에는 제2가스켓이 위치하고, 상기 제1가스켓과 상기 제2가스켓은 서로 접할 수 있다.
상기 상기 상부챔버와 상기 하부챔버는, 나사결합 또는 리벳이음되는 기능수 생성 모듈.
본 발명에서는, 분리막에 의해 제1전극이 위치하는 상부 챔버와 제2전극이 위치하는 하부챔버로 나누어져 있으므로 살균수와 수소수가 각각 생성될 수 있다.
나아가 제3전극에 의해, 필요에 따라 복합기능수(오존과 수소가 혼합되어 용존된 기능수)를 생성할 수 있고, 전극 모듈을 scale up하여 고농도 살균수 또는 고농도 수소수를 생성할 수 있다.
도 1은, 본 제1실시예의 기능수 생성 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 2는, 본 제1실시예의 기능수 생성 모듈을 나타낸 분해사시도이다.
도 3은, 본 제1실시예의 기능수 생성 모듈을 개략적으로 나타낸 개념 단면도이다.
도 4는, 본 제2실시예의 기능수 생성 모듈을 나타낸 사시도이다.
도 5는, 본 제2실시예의 기능수 생성 모듈을 나타낸 분해사시도이다.
도 6은, 본 제2실시예의 기능수 생성 모듈을 개략적으로 나타낸 개념 단면도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시 예들을 예시적인 도면을 통해 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 기재함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표시한다. 또한, 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시 예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속될 수 있지만, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 제1실시예의 기능수 생성 모듈(1000)의 구조를 설명한다. 도 1은, 본 제1실시예의 기능수 생성 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 2는, 본 제1실시예의 기능수 생성 모듈을 나타낸 분해사시도이고, 도 3은, 본 제1실시예의 기능수 생성 모듈의 단면을 개념적으로 나타낸 개념단면도이다.
본 제1실시예의 기능수 생성 모듈(1000)은, 하부챔버(10)와 상부챔버(70)와 전극모듈(100)을 포함할 수 있고, 전원(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다.
하부챔버(10)는, 상부챔버(70)의 하측에 위치할 수 있다. 하부챔버(10)는, 상부챔버(70)와 결합할 수 있다. 하부챔버(10)는, 상부챔버(70)와 나사결합 또는 리벳이음될 수 있다. 하부챔버(10)의 중앙에는 제1유로(110)가 형성될 수 있다. 제1유로(110)에는, 제1전극(20)이 위치할 수 있다. 제1유로(110)의 측벽 상면에, 제1전극(20)의 아랫면의 가장자리가 지지될 수 있다.
하부챔버(10)는, 블럭형태로 좌우 측면에는 각각 제1유입포트(11)와 제1배출포트(12)가 형성될 수 있다. 제1유입포트(11)와 제1배출포트(12)는 제1유로(110)와 연결될 수 있다. 제1유입포트(11)는 외부(예를 들면, 저장탱크 또는 워터라인)로 부터 물 또는 수용액을 제1유로(110)로 유입하는 포트일 수 있다. 제1유로(110)를 따라 흐른 물 또는 수용액은, 전기분해 된 후, 제1배출포트(12)를 통해 외부(예를 들면, 저장탱크 또는 음용)로 배출될 수 있다. 이러한 물 또는 수용액의 이동 동력을 위해, 제1유입포트(11)는 양압펌프(미도시) 또는 급수모터(미도시) 등의 원동기와 연결될 수 있다. 또, 제1배출포트(12)는 음압펌프(미도시) 또는 배수모터(미도시) 등의 원동기와 연결될 수 있다.
하부챔버(10)에는 제1유로(110)의 외측 둘레를 따라 제1가스켓 수용부(13)가 형성될 수 있다. 제1가스켓 수용부(13)는, 수평 단면이 직사각형의 외곽선을 따르는 홈 형태로, 제1가스켓(80)이 수용될 수 있다. 하부챔버(10)에는 제1가스켓 수용부(13)의 외측 둘레를 따라 여러개의 제1결합홀(14)이 형성될 수 있다. 하부챔버(10)가 상부챔버(70)와 나사결합 또는 리벳이음 되는 경우, 제1결합홀(14)에 나사(미도시)나 핀(미도시)이 수용될 수 있다.
하부챔버(10)의 좌측벽 상부에는 여러개의 단자홀(15)이 형성될 수 있다. 제1전극(2)의 좌측변에서 좌측으로 연장된 제1전극 단자(23)는 여러개의 단자홀(15) 중 하나를 관통하여 외부로 돌출될 수 있다. 따라서 제1전극 단자(23)는, 외부 전원과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1유로(110)는, 하부챔버(10)의 중앙에 형성될 수 있다. 제1유로(110)는, 직육면체의 홈 형태일 수 있다. 제1유로(110)는 유입포트(11)와 배출포트(12)와 연결될 수 있다. 따라서 제1유로(110)에는, 외부로부터 공급받은 물 또는 수용액이 유입된 후 배출된다. 즉, 제1유로(110)에는 물 또는 수용액이 흐른다. 제1유로(110)에는 제1전극(20)이 위치할 수 있다. 제1유로(110)의 상부는 제2유로(120)의 하부와 연결될 수 있다. 제1유로(110)의 상부에서, 제1전극(20)이 제1유로(110)의 측벽 윗면에 의해 지지되, 제1유로(110)와 제2유로(120)를 구분하는, 격벽형태로 위치할 수 있다. 이 경우, 제1전극(20)에는 여러개의 제1홀(21)이 형성되어 있을 수 있다. 그 결과, 제1유로(110)와 제2유로(120)의 연결은 제1전극(20)에 의해 단절되지 않는다. 변형례(미도시)에서는, 제1전극(20)이 격벽형태로 위치하지 않을 수 있다. 이 경우, 제1전극(20)에 여러개의 제1홀이 형성되어 있지 않더라도, 제1전극(20)에 의해 제1유로(110)와 제2유로(120)의 연결이 단절되지 않는다.
상부챔버(70)는, 하부챔버(10)의 상측에 위치할 수 있다. 상부챔버(70)는, 하부챔버(10)와 결합할 수 있다. 상부챔버(70)는, 하부챔버(10)와 나사결합 또는 리벳이음될 수 있다. 상부챔버(70)의 중앙에는 제2유로(120)가 형성될 수 있다. 제2유로(20)에는, 제2전극(40)이 위치할 수 있다. 제2유로(120)의 측벽 하면에는, 제2전극(40)의 상면 가장자리가 접할 수 있다. 즉, 전극모듈(100)은, 제1유로(110)의 측벽 상면과 제2유로(120)의 측벽 하면 사이에 개재될 수 있다. 이 경우, 전극모듈(100)은, 상부챔버(70)와 하부챔버(10)의 결합에 의한 압력(압축력)을 받아 고정될 수 있다.
상부챔버(70)는, 블럭형태로 좌우 측면에는 각각 제2유입포트(71)와 제2배출포트(72)가 형성될 수 있다. 제2유입포트(71)와 제2배출포트(72)는 제2유로(120)와 연결될 수 있다. 제2유입포트(71)는 외부(예를 들면, 저장탱크 또는 워터라인)로 부터 물 또는 수용액을 제2유로(120)로 유입하는 포트일 수 있다. 제2유로(120)를 따라 흐른 물 또는 수용액은, 전기분해된 후, 제2배출포트(72)를 통해 외부(예를 들면, 저장탱크 또는 음용)로 배출될 수 있다. 이러한 물 또는 수용액의 이동 동력을 위해, 제2유입포트(71)는 양압펌프(미도시) 또는 급수모터(미도시) 등의 원동기와 연결될 수 있다. 또, 제2배출포트(72)는 음압펌프(미도시) 또는 배수모터(미도시) 등의 원동기와 연결될 수 있다.
상부챔버(70)에는 제2유로(120)의 외측 둘레를 따라 제2가스켓 수용부(미도시)가 형성될 수 있다. 제2가스켓 수용부는, 제1가스켓 수용부(13)와 대향하여 위치할 수 있다. 제2가스켓 수용부는, 수평 단면이 직사각형인 홈으로, 후술하는 제2가스켓(90)이 수용될 수 있다. 상부챔버(70)와 하부챔버(10)의 결합시, 제1가스켓(80)과 제2가스켓(90)은 서로 접할 수 있다. (도3 참조) 하부챔버(10)에는 제1가스켓 수용부(13)의 외측 둘레를 따라 여러개의 제2결합홀(74)이 형성될 수 있다. 상부챔버(70)가 하부챔버(10)와 나사결합 또는 리벳이음 되는 경우, 제2결합홀(74)에 나사(미도시)나 핀(미도시)이 수용될 수 있다.
제2유로(120)는, 상부챔버(70)의 중앙에 형성될 수 있다. 제2유로(120)는, 직육면체의 홈 형태일 수 있다. 제2유로(120)는 유입포트(71) 및 배출포트(72)와 연결될 수 있다. 따라서 제2유로(120)에는, 외부로부터 공급받은 물 또는 수용액이 유입된 후 배출된다. 즉, 제2유로(120)에는 물 또는 수용액이 흐른다. 제2유로(120)에는 제2전극(40)이 위치할 수 있다. 제2유로(120)의 하부는, 제1유로(110)의 상부와 연결될 수 있다. 제2유로(120)의 하측에, 제2전극(40)이 제2유로(120)의 측벽 하면(미도시)과 접하여, 제1유로(110)와 제2유로(120)를 구분하는 격벽형태로 위치할 수 있다. 이 경우, 제2전극(40)에는 여러개의 제2홀(41)이 형성되어 있을 수 있다. 그 결과, 제2유로(120)와 제1유로(110)의 연결은 제2전극(40)에 의해 단절되지 않는다. 변형례(미도시)에서는, 제2전극(40)이 격벽형태로 위치하지 않을 수 있다. 이 경우, 제2전극(40)에 여러개의 제2홀이 형성되어 있지 않더라도, 제2전극(40)에 의해 제2유로(120)와 제1유로(110)의 연결이 단절되지 않는다.
전극 모듈(100)의 하부는 제1유로(110)에 위치할 수 있고, 전극모듈(100)의 상부는 제2유로(120)에 위치할 수 있다. 즉, 전극 모듈(100)은 제1유로(110)와 제2유로(120)의 경계에 위치할 수 있다. 전극 모듈(100)의 하부에 있는 제1전극(20)은, 하부챔버(10)의 제1유로(110)의 측벽 윗면에 지지되고, 전극 모듈(100)의 상부의 제2전극(40)은, 상부챔버(70)의 제2유로(120)의 측벽 아랫면(미도시)에 접할 수 있다. 따라서 전극 모듈(100)은, 하부챔버(10)와 상부챔버(70)의 결합에 의한 압축력에 의해 고정될 수 있다. 나아가 전극 모듈(100)은, 제1유로(110)와 제2유로(120)를 분리하는 격벽형태로 위치할 수 있다. 이 경우, 제1,2전극(20,40)에는 여러개의 홀(21,41)이 형성되어 있어 제1유로(110)와 제2유로(120)의 연결이 폐쇄되지 않는다. 다만, 분리막(30)에 의해 제1유로(110)와 제2유로(120)로 분리될 뿐이다. 변형례(미도시)에서는, 전극 모듈(100) 중 분리막(30)만이 제1유로(110)와 제2유로(120)의 경계에 격벽형태로 위치할 수 있다. 이 경우, 제1,2전극(20,40)은 격벽형태로 위치하지 않을 수 있다. 그 결과, 제1,2전극(20,40)에 여러개의 홀(21,41)이 형성되어 있지 않아도 제1유로(110)와 제2유로(120)의 경계는 폐쇄되지 않는다. 다만, 분리막(30)에 의해 제1유로(110)와 제2유로(120)로 분리되어 선택적 투과성을 가지 물질이 이동할 뿐이다. 전극 모듈(100)은, 후술하는 전원과 전기적으로 연결되어 물 또는 수용액을 전기분해할 수 있다.
전극 모듈(100)은, 제1전극(20), 분리막(30), 제2전극(40)을 포함할 수 있다.
제1전극(20)은, 전극 모듈(100)의 하측에 위치할 수 있다. 제1전극(20)은, 분리막(30)의 하측에 위치할 수 있다. 제1전극(20)은, 제1유로(110)에 위치할 수 있다. 제1전극(20)은, 밑면의 가장자리가 제1유로(110)의 측벽 윗면에 지지될 수 있다. 제1전극(20)은, 제1유로(110)에 대해 격벽형태로 위치할 수 있다. 제1전극(20)은, 여러개의 홀(21)이 형성되어 있는 평판 플레이트 형태일 수 있다. 제1전극(20)의 여러개의 홀(21)을 통해, 제1유로(110) 내의 물 또는 수용액은 제1유로(110)의 모든 부분에 채워져 있을 수 있다. 제1전극(20)은, 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1전극(20)의 일측 변에는, 제1전극단자(23)가 위치할 수 있다. 제1전극단자(23)는, 좌측으로 연장되어 하부챔버(10)의 여러개의 단자홀(15) 중 하나를 관통할 수 있다. 제1전극단자(23)는, 제1전극(20)과 일체로 형성될 수 있다. 제1전극단자(23)는 전원과 도전라인(미도시), 커넥터(미도시), PCB(Printed circuit board)(미도시) 등에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 그 결과, 제1전극(20)에 전원이 공급될 수 있다.
제1전극(20)에 공급되는 전류의 세기, 방향, 파장은 가변할 수 있다. 특히, 제1전극(20)의 극성은 가변할 수 있다. 즉, 사용자는 제1전극(20)의 극성을 제어할 수 있다. 따라서 상황에 따라 제1전극(20)은 양극(anode) 또는 음극(cathode)일 수 있다. 제1전극(20)이 양극일 때는, 음이온(예를 들면, OH-)이 전자를 잃고 산화될 수 있다. 즉, 제1전극(20)은 전자를 얻고 음이온이 전자를 잃는다. 그 결과, 제1전극(20)에는 산소 또는 오존 등이 발생하여 살균수가 생성될 수 있다. 제1전극(20)이 음극일 때는, 양이온(예를 들면, H+)이 전자를 얻어 환원될 수 있다. 즉, 제1전극(20)은 전자를 잃고, 양이온이 전자를 얻는다. 그 결과, 제1전극(20)에는 수소 등이 발생하여 수소수가 생성될 수 있다.
분리막(30)은, 제1전극(20)과 제2전극(40) 사이에 위치할 수 있다. 즉, 분리막(30)은, 제1전극(20)의 상측과 제2전극(40)의 하측에 위치할 수 있다. 분리막(30)은, 사각형의 막 형태일 수 있다. 경우에 따라 분리막(30)은 절연재질을 포함할 수 있다. 그 결과, 제1전극(20)과 제2전극(40) 간에 전기적 단락이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 분리막(30)은, 제1유로(110)와 제2유로(120)의 경계면에 위치할 수 있다. 즉, 분리막(30)은 제1유로(110)와 제2유로(120)가 연결되는 부분에 위치하여, 제1유로(110)와 제2유로(120)를 분리할 수 있다. 분리막(30)은, 제1유로(110)와 제2유로(120)의 사이에 격벽형태로 위치할 수 있다. 따라서 제1유로(110)와 제2유로(120)는 분리막(30)을 통해서만 연결될 수 있다. 그 결과, 분리막(30)을 투과할 수 있는 물질은 제1유로(110)에서 제2유로(120)로 또는 제2유로(120)에서 제1유로(110)로 이동할 수 있다.
분리막(30)은, 선택적 투과막일 수 있다. 분리막(30)은, 이온교환막일 수 있다. 분리막(30)은, 양이온 교환막일 수 있다. 양이온 교환막은, 막근간(membrane backbone)에 음이온 군이 있어서 양이온(예를 들면, 수소 양이온(H+))을 통과시키게 된다. 분리막(30)은, 음이온 교환막일 수 있다. 음이온 교환막은, 막근간(membrane backbone)에 양이온 군이 있어서 음이온(예를 들면, 수산화 음이온(OH-))을 통과시키게 된다. 분리막(30)은, 고분자 전해질막일 수 있다. 특히, 본 제1실시예에서는, Nafion 분리막이 사용될 수 있다. 고분자 전해질막은 수소 이온을 선택적으로 투과시킨다. 수소 이온은 막 내에서 SO3-이온을 징검다리 삼아 고분자물 사이를 Hopping하며 이동하게 된다. 그 결과, 전기분해 효율을 높일 수 있다.
제2전극(40)은, 전극 모듈(100)의 상측에 위치할 수 있다. 제2전극(40)은, 분리막(30)의 상측에 위치할 수 있다. 제2전극(40)은, 제2유로(120)에 위치할 수 있다. 제2전극(40)은, 윗면의 가장자리가 제2유로(120)의 측벽 하면에 접할 수 있다. 제2전극(40)은, 제2유로(120)에 대해 격벽형태로 위치할 수 있다. 제2전극(40)은, 여러개의 홀(41)이 형성되어 있는 평판 플레이트 형태일 수 있다. 제2전극(40)의 여러개의 홀(41)을 통해 제2유로(120) 내의 물 또는 수용액은 제2유로(120)의 모든 부분에 채워져 있을 수 있다. 제2전극(40)은, 전원과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2전극(40)의 일측 변에는, 제2전극단자(43)가 위치할 수 있다. 제2전극단자(43)는, 좌측으로 연장되어 하부챔버(10)의 여러개의 단자홀(15) 중 하나를 관통할 수 있다. 제2전극단자(43)는, 제2전극(40)과 일체로 형성될 수 있다. 제2전극단자(43)는 전원과 도전라인(미도시), 커넥터(미도시), PCB(Printed circuit board)(미도시) 등에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 그 결과, 제2전극(40)에 전원이 공급될 수 있다.
제2전극(40)에 공급되는 전류의 세기, 방향, 파장은 가변할 수 있다. 특히, 제2전극(40)의 극성은 가변할 수 있다. 즉, 사용자는 제2전극(40)의 극성을 제어할 수 있다. 따라서 상황에 따라 제2전극(40)은 양극(anode) 또는 음극(cathode)일 수 있다. 제2전극(40)이 양극일 때는, 음이온(예를 들면, OH-)이 전자를 잃고 산화될 수 있다. 즉, 제2전극(40)은 전자를 얻고 음이온은 전자를 잃는다. 그 결과, 제2전극(40)에는 산소 또는 오존 등이 발생하여 살균수가 생성될 수 있다. 제2전극(40)이 음극일 때는, 양이온(예를 들면, H+)이 전자를 얻어 환원될 수 있다. 즉, 제2전극(40)은 전자를 잃고, 양이온은 전자를 얻는다. 그 결과, 제2전극(40)에는 수소 등이 발생하여 수소수가 생성될 수 있다.
전원은, 기능수 생성 모듈(1000)의 외부에 위치할 수 있다. 전원은, 제1,2전극(20,40)과 전기적으로 연결될 수 있다. 전원은, 제1,2전극(20,40)에 전원(전압)을 인가하여 전류를 공급할 수 있다. 이 경우, 제1,2전극(20,40)에 공급되는 전류의 세기, 방향, 파장은 제어되어 가변될 수 있다. 특히, 제1,2전극(20,40)의 극성은 제어되어 가변될 수 있다. 전원은, 제1,2전극(20,40)의 제1,2전극단자(23,43)와 전기적으로 연결될 수 있다. 전원은 제1,2전극단자(43)와 도전라인(미도시), 커넥터(미도시), PCB(Printed circuit board)(미도시) 등에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
이하, 본 제1실시예의 기능수 생성 모듈(1000)의 작동, 기능과 효과를 설명한다.
본 제1실시예의 기능수 생성 모듈(1000)은, 제1,2유로(110,120) 내의 물 또는 수용액을 전기분해한다. 일반적으로, 전기분해시, 양극(anode)에서는, 음이온(예를 들면, 수산화 이온)이 전자를 잃고 산화되어 산소 또는 오존 등이 발생한다. 그 결과, 산소 또는 오존 등이 용해된 살균수가 생성된다. 음극(cathode)에서는, 양이온(예를 들면, 수소 이온)이 전자를 얻고 환원되어 수소 등이 발생한다. 그 결과, 수소 등이 용해된 수소수가 생성된다.
본 제1실시예의 기능수 생성 모듈(1000)에서는, 제1,2전극(20,40)이 분리막(30)에 의해 분리되어 있으므로 살균수 또는 수소수가 분리되어 생성될 수 있다.
(1) 제1전극(20)이 음극이고, 제2전극(40)이 양극인 조건
제1,2유로(110,120) 내의 물 또는 수용액 중 선택적 투과성을 가지는 이온은 분리막(30)을 투과하여 제1유로(110)에서 제2유로(120)로 또는 제2유로(120)에서 제1유로(110)로 자유롭게 이동할 수 있다. 즉, 기능수 생성 모듈(1000)은, 분리막(30)을 기준으로, 제1전극(20, 음극)이 위치하는 제1유로(110)와 제2전극(40, 양극)이 위치하는 제2유로(120)로 구분된다.
전원이 인가되면, 제1전극(20, 음극)에서는 수소 이온이 환원되어 수소수가 생성되고, 제2전극(40, 양극)에서는 산소 이온이 산화되어 살균수가 생성된다. 제1전극(20, 음극)에서 생성된 수소와 제2전극(40, 양극)에서 생성된 산소 또는 오존은 분리막(30)을 투과하지 못하므로 제1유로(110)에는 수소수가 제2유로(120)에는 살균수가 각각 생성된다. 그 결과, 제1배출포트(12)에서는 수소수를 얻을 수 있고, 제2배출포트(72)에서는 살균수를 얻을 수 있다.
분리막(30)이 양이온 분리막인 경우, 제2유로(120)에 있는 양이온(예를 들면, 수소 이온)은 제1전극(20, 음극)의 전자기적 인력에 이끌려 분리막(30)을 투과하여 제1유로(110)로 이동할 수 있다. 이 경우, 분리막(30)을 투과한 양이온은, 제1전극(20, 음극)에 의해 수소 등으로 환원될 수 있다. 그러나 제1유로(110)에 있는 음이온(예를 들면, 수산화 이온)은, 제2전극(40, 양극)의 전자기적 인력에 이끌린다고 하더라도 분리막(30)을 투과하지 못한다. 그 결과, 제1유로(110)에 있는 음이온은, 제2유로(120)에서 제2전극(40)에 의해 산화될 수 없다. 나아가 고분자 전해질막(예를 들면, Nafion 분리막)을 사용하는 경우, 수소 이온만이 선택적으로 투과될 수 있다. 상술한 바와 같이 수소 이온은 고분자 전해질막의 SO3-이온을 징검다리 삼아 hopping하며 이동하기 때문에 제1전극(20)(제1유로(110))에서의 수소 발생 효율을 높일 수 있다.
분리막(30)이 음이온 분리막인 경우, 제1유로(110)에 있는 음이온(예를 들면, 수산화 이온)은 제2전극(40, 양극)의 전자기적 인력에 이끌려 분리막(30)을 투과하여 제2유로(120)로 이동할 수 있다. 이 경우, 분리막(30)을 투과한 음이온은, 제2전극(40, 양극)에 의해 산소 또는 오존 등으로 산화될 수 있다. 그러나 제2유로(120)에 있는 양이온(예를 들면, 수소 이온)은 제1전극(20)의 전자기적 인력에 이끌린다고 하더라도 분리막(30)을 투과하지 못한다. 그 결과, 제2유로(120)에 있는 양이온은 제1유로(110)에서 제1전극(20)에 의해 환원될 수 없다.
(2) 제1전극(20)이 양극이고, 제2전극(40)이 음극인 조건
상술한 (1) 조건과 제1,2전극(20,40)의 극성이 반대인 경우이다. (1) 조건과 역으로 작동, 기능 및 효과가 발생한다. 그 결과, 제1유로(110)에서는 살균수가 생산되고, 제2유로(120)에서는 수소수가 생산된다.
(3) 제1,2전극(20,40)의 역전시 발생하는 효과 - scale제거 모드
제1,2전극(20,40)의 극성이 주기적으로 바뀌는 경우, 각각의 전극에서 산화, 환원 반응이 교번하여 나타날 수 있다. 이 경우, 수소, 수산화 이온뿐만 아니라 물 또는 수용액에 포함되어 있는 각종 양이온 또는 음이온 등에 의해 생성된 scale(예를 들면, 석회질)이 제1,2전극(20,40)의 극성이 교번되는 과정에서 제거될 수 있다.
이하, 본 제2실시예의 기능수 생성 모듈(2000)의 구성을 설명한다. 도 4는, 본 제2실시예의 기능수 생성 모듈을 나타낸 사시도이고, 도 5는, 본 제2실시예의 기능수 생성 모듈을 나타낸 분해사시도이고, 도 6은, 본 제2실시예의 기능수 생성 모듈을 개략적으로 나타낸 개념 단면도이다.
본 제2실시예의 기능수 생성 모듈(2000)은 스페이서(50)와 제3전극(60)을 더 포함하는 것 외에 본 제1실시예의 기능수 생성 모듈(2000)과 동일한 기술적 사상을 가진다. 따라서 이하, 본 제1실시예의 기능수 생성 모듈(1000)과 동일한 기술적 사상을 가지는 부분에 대해서는 설명을 생략한다.
스페이서(50)는 절연고무 재질로, 제3전극(60)의 하부 및 제2전극(40)의 상부와 각각 접하여 위치할 수 있다. 스페이서(50)는 제3전극(60) 및 제2전극(40) 플레이트의 4개의 변을 따라 형성된 형태이다. 그 결과, 스페이서(50)에 의해 제2유로(120)가 폐쇄되지 않는다. 또, 스페이서(50)에 의해 제3전극(60)과 제2전극(40) 간의 전기적 단락이 발생하지 않는다.
제3전극(60)은, 전극 모듈(100)의 상측에 위치할 수 있다. 제3전극(60)은, 제2전극(40)의 상측에 위치할 수 있다. 제3전극(60)과 제2전극(40)의 사이에는 스페이서(50)가 위치할 수 있다. 제3전극(60)은, 제2유로(120)에 위치할 수 있다. 제3전극(60)은, 윗면의 가장자리가 제2유로(120)의 측벽 아랫면에 접할 수 있다. 제3전극(60)은, 제2유로(120)에 대해 격벽형태로 위치할 수 있다. 제3전극(60)은, 여러개의 홀(61)이 형성되어 있는 평판 플레이트 형태일 수 있다. 제3전극(60)의 여러개의 홀(61)을 통해 제2유로(120) 내의 물 또는 수용액은 제2유로(120)의 모든 부분에 채워져 있을 수 있다. 제3전극(60)은, 전원과 전기적으로 연결될 수 있다.
제3전극(60)의 일측 변에는, 제3전극단자(63)가 위치할 수 있다. 제3전극단자(63)는, 좌측으로 연장되어 하부챔버(10)의 여러개의 단자홀(15) 중 하나를 관통할 수 있다. 제3전극단자(63)는, 제3전극(60)과 일체로 형성될 수 있다. 제3전극단자(63)는 전원과 도전라인(미도시), 커넥터(미도시), PCB(Printed circuit board)(미도시) 등에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 그 결과, 제3전극(60)에 전원이 공급될 수 있다.
제3전극(60)에 공급되는 전류의 세기, 방향, 파장은 가변할 수 있다. 특히, 제3전극(60)의 극성은 가변할 수 있다. 즉, 사용자는 제3전극(60)의 극성을 제어할 수 있다. 따라서 상황에 따라 제3전극(60)은 양극(anode) 또는 음극(cathode)일 수 있다. 제3전극(60)이 양극일 때는, 음이온(예를 들면, OH-)이 전자를 잃고 산화될 수 있다. 즉, 제3전극(60)은 전자를 얻고 물 또는 수용액의 음이온이 전자를 방출한다. 그 결과, 제3전극(60)에는 산소 또는 오존 등이 발생하여 살균수가 생성될 수 있다. 제3전극(60)이 음극일 때는, 양이온(예를 들면, H+)이 전자를 얻어 환원될 수 있다. 즉, 제3전극(60)은 전자를 방출하고, 물 또는 수용액의 양이온이 전자를 얻는다. 그 결과, 제3전극(60)에는 수소 등이 발생하여 수소수가 생성될 수 있다.
이하, 본 제2실시예의 기능수 생성 모듈(2000)의 작동, 기능과 효과를 설명한다.
본 제2실시예의 기능수 생성 모듈(2000)은, 본 제1실시예의 기능수 생성 모듈(1000)이 수행할 수 있는 기능을 모두 수행할 수 있다. 이러한 기능은, 제3전극셀(60)에 전원을 인가하지 않고, 제1,2전극셀(20,40)에만 전원을 인가하는 방식으로 수행될 수 있다. 따라서 이하, 본 제1실시예와 동일한 작동, 기능과 효과에 대해서는 생략한다.
본 제2실시예의 기능수 생성 모듈(2000)은 사용조건에 따라 살균수와 수소수를 분리하여 제조(본 제1실시예의 기능수 생성 모듈(1000)의 기능)할 수 있을 뿐만 아니라 복합기능수도 생성할 수 있다. 나아가 제2유로(120)에 위치하는 제2,3전극(40,60)이 동일한 극성을 가지는 경우, 고농도 살균수 또는 고농도 수소수를 생성할 수 있다.
(1) 제2전극(40)과 제3전극(60)의 극성이 반대인 조건
제1,2유로(110,120) 내의 물 또는 수용액 중 선택적 투과성을 가지는 이온은 분리막(30)을 투과하여 제1유로(110)에서 제2유로(120)로 또는 제2유로(120)에서 제1유로(110)로 자유롭게 이동할 수 있다. 유로(110)는 분리막(30)을 기준으로, 제1전극(20)이 위치하는 제1유로(110)와 제2전극(40)이 위치하는 제2유로(120)로 분리된다.
제2전극(40)이 양극이고 제3전극(60)이 음극이거나 제2전극(40)이 음극이고 제3전극(60)이 양극인 경우, 즉, 제2전극(40)과 제3전극(60)의 극성이 반대로 되게 전원이 인가된 경우, 양극에서는 산소 또는 오존 등이 발생하여 살균수가 생성되고 음극에서는 수소 등이 발생하여 수소수가 생성된다. 그 결과, 제2유로(120)에서 동시에 발생된 산소 또는 오존 및 수소가 섞여 복합기능수(살균수와 수소수의 혼합수)가 생성된다. 이 경우, 제1전극(20)은, 전원이 인가되지 않는 잉여 전극일 수 있다.
(2) 제1전극(20)이 음극이고, 제2,3전극(40, 60)이 양극인 조건
전원이 인가되면, 제1유로(110)에서는 수소 이온이 환원되어 수소수가 생성되고, 제2유로(120)에서는 수산화 이온이 산화되어 살균수가 생성된다. 제1유로(110)에서 생성된 수소와 제2유로(120)에서 생성된 산소는 분리막(30)을 투과하지 못하므로 제1유로(110)에는 수소수가 제2유로(120)에는 살균수가 각각 생성된다. 나아가 제2유로(120)에는 제1실시예와 비교하여 제3전극(60)이 더 존재하는바, 높아진 전위차 또는 출력량에 의해 고농도 살균수가 제조될 수 있다. 그 결과, 제1배출포트(12)에서는 수소수를 얻을 수 있고, 제2배출포트(72)에서는 고농도 살균수를 얻을 수 있다.
분리막(30)이 음이온 분리막인 경우, 제1유로(110)의 음이온(예를 들면, 수산화 이온)은 제2,3전극(40,60, 양극)의 전자기적 인력에 이끌려 분리막(30)을 투과하여 제2유로(120)로 이동할 수 있다. 이 경우, 분리막(30)을 투과한 음이온은, 제2,3전극(40,60, 양극)에 의해 산소 또는 오존 등으로 산화될 수 있다. 그러나 제2유로(120)에 있는 양이온(예를 들면, 수소 이온)은, 제1전극(20, 음극)의 전자기적 인력에 이끌린다고 하더라도 분리막(30)을 투과하지 못하므로 제1유로(110)에서 제1전극(20)에 의해 환원될 수 없다. 따라서 고농도 살균수를 효율적으로 생성하기 위해서는 음이온 분리막을 사용하는 것이 바람직하다.
(3) 제1전극(20)이 양극이고, 제2,3전극(40, 60)이 음극인 조건
전원이 인가되면, 제1전극(20, 양극)에서는 수산화 이온이 산화되어 살균수가 생성되고, 제2,3전극(40,60, 음극)에서는 수소 이온이 환원되어 수소수가 생성된다. 제1전극(20)에서 생성된 산소 또는 오존과 제2,3전극(40,60)에서 생성된 수소는 분리막(30)을 통과하지 못하므로 제1유로(110)에는 살균수가 제2유로(120)에는 수소수가 각각 생성된다. 나아가 제2유로(120)에는 제1실시예와 비교하여 제3전극(60)이 더 존재하는바, 높아진 전위차 또는 출력량에 의해 고농도 수소수가 제조될 수 있다. 그 결과, 제1배출포트(12)에서는 살균수를 얻을 수 있고, 제2배출포트(72)에서는 고농도 수소수를 얻을 수 있다.
분리막(30)이 양이온 분리막인 경우, 제1유로(110)의 양이온(예를 들면, 수소 이온)은 제2,3전극(40,60, 음극)의 전자기적 인력에 이끌려 분리막(30)을 투과하여 제2유로(120)로 이동할 수 있다. 이 경우, 분리막(30)을 투과한 양이온은, 제2,3전극(20,60, 음극)에 의해 수소 등으로 환원될 수 있다. 그러나 제2유로(120)의 음이온(예를 들면, 수산화 이온)은, 제1전극(20, 양극)의 전자기적 인력에 이끌린다고 하더라도 분리막(30)을 투과하지 못한다. 그 결과, 제2유로(120)에 있는 음이온(예를 들면, 수산화 이온)은, 제1유로(110)에서 제1전극(20, 양극)에 의해 산화될 수 없다. 따라서 고농도 수소수를 생성하기 위해서는 양이온 분리막을 사용하는 것이 바람직하다. 나아가 고분자 전해질막(예를 들면, Nafion 분리막)을 사용하는 경우, 수소 이온이 선택적으로 투과될 수 있다. 상술한 바와 같이 수소 이온은 고분자 전해질막의 SO3-이온을 징검다리 삼아 hopping하며 이동하기 때문에 제2,3전극(40,60)(제2유로(120))에서의 수소 발생 효율을 높일 수 있다.
본 제1,2실시예에 따른 기능수 생성 모듈(1000,2000)은, 여러 기계, 기구, 장치 등에 사용될 수 있다. 예를 들면, 기능수 생성 장치(미도시)에 연결될 수 있다. 좀 더 상세하게 설명하면, 외부의 저장탱크, 워터라인 등과 연결된 유입포트(11,71)로부터 물 또는 수용액이 제1,2유로(110,120)로 공급되어 살균수, 수소수, 고농도 살균수, 고농도 수소수, 복합기능수가 취사선택되어 배출포트(12,72)를 통해 외부로 배출될 수 있다. 배출된 기능성 물은, 예를 들면, 저장탱크 등에 저장되거나 음용될 수 있다.
이상에서, 본 발명의 실시 예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재할 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 하부챔버
11: 제1유입포트 12: 제1배출포트
13: 제1가스켓 수용부 14: 제1결합홈
15: 단자홀
20: 제1전극
21: 제1홀 23: 제1단자
30: 분리막
40: 제2전극
41: 제2홀 43: 제2단자
50: 스페이서
60: 제3전극
61: 제3홀 63: 제3단자
70: 상부챔버
71: 제2유입포트 72: 제2배출포트
74: 제2결합홀
80: 제1가스켓 90: 제2가스켓
100: 전극 모듈
110: 제1유로 120: 제2유로
1000,2000: 기능수 생성 모듈

Claims (10)

  1. 물 또는 수용액이 흐르는 제1유로가 형성되어 있는 하부챔버;
    상기 하부챔버의 상측에 위치하고, 물 또는 수용액이 흐르고, 상기 제1유로와 연결되어 있는 제2유로가 형성되어 있는 상부챔버; 및
    상기 제1유로와 상기 제2유로의 물 또는 수용액을 전기분해하는 전극 모듈을 포함하고,
    상기 전극 모듈은,
    상기 제1유로에 위치하는 제1전극;
    상기 제2유로에 위치하는 제2전극; 및
    상기 제1유로와 상기 제2유로의 연결되는 부분에 위치하여 상기 제1유로와 상기 제2유로를 구분하는 분리막을 포함하는 기능수 생성 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1전극과 상기 제2전극은, 외부 전원과 전기적으로 연결되고, 상기 제1전극과 상기 제2전극의 극성은 가변하는 기능수 생성 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    제1 및 제2전극에는, 여러 개의 홀이 형성되어 있는 기능수 생성 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 분리막은, 이온분리막 또는 고분자 전해질막인 기능수 생성 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극 모듈은,
    상기 제2전극의 상측에 상기 제2전극과 이격되어 위치하는 제3전극을 더 포함하는 기능수 생성 모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1전극과 상기 제2전극과 상기 제3전극은, 외부 전원과 전기적으로 연결되고, 상기 제1전극과 상기 제2전극과 상기 제3전극의 극성은 가변하는 기능수 생성 모듈.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 제2전극과 상기 제3전극 사이에는, 스페이서가 위치하는 기능수 생성모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 상부챔버와 상기 하부챔버 각각에는, 외부로부터 물 또는 수용액을 유입하는 유입포트와 외부로 물 또는 수용액을 배출하는 배출포트가 형성되어 있는 기능수 생성 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하부챔버에는 제1가스켓이 위치하고,
    상기 상부챔버에는 제2가스켓이 위치하고,
    상기 제1가스켓과 상기 제2가스켓은 서로 접하는 기능수 생성 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 상기 상부챔버와 상기 하부챔버는, 나사결합 또는 리벳이음되는 기능수 생성 모듈.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2022072763A1 (en) * 2020-10-01 2022-04-07 Dentsply Sirona Inc. Manifold compatible electrolytic cell (eo cell) with coplanar fluidic and electrical connection scheme

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