KR100898014B1 - 메쉬 전극을 갖는 이온수기 전해조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이온수기 전해조에 관한 것이다.

상기 이온수기 전해조는 중공형 하우징; 상기 하우징의 내부 공간에 설치되며 상기 내부 공간을 캐소드 구역과 애노드 구역으로 구획하는 격막; 및 상기 캐소드 구역과 상기 애노드 구역에 각각 배치된 캐소드 및 애노드를 포함한다. 상기 캐소드는 메쉬로 구성되고, 상기 캐소드 구역은 물이 유입되는 입구와 물이 배출되는 출구가 상기 캐소드를 중심으로 서로 반대편에 배치되어, 상기 캐소드에 의해 입구측 구역과 출구측 구역으로 구분되며, 상기 캐소드 구역의 출구측 구역은 물 흐름 방향으로 상기 입구측 구역에 비해 짧고, 상기 출구측 구역의 시작 지점이 상기 입구측 구역의 시작 지점보다 상기 출구에 가깝도록 상기 출구측 구역 중 상기 입구에 가까운 구역에는 상기 입구로 유입된 물이 상기 캐소드 구역의 출구측 구역으로 유입되는 것을 차단하는 삽입부재가 설치된 것을 특징으로 한다.

이러한 이온수기 전해조에 의하면 메쉬 타입 캐소드에 의해 물과 캐소드와의 접촉시간이 증가하여 버려지는 산성수의 양을 최소화할 수 있게 된다.

이온수기, 메쉬, 전해조, 캐소드, 애노드, 알칼리수, 산성수

Description

메쉬 전극을 갖는 이온수기 전해조{ELECTROLYTIC CELL OF IONIZER HAVING MESH ELECTRODE}

본 발명은 이온수기의 전해조에 관한 것이며, 더 구체적으로는 메쉬 타입 캐소드에 의해 물과 캐소드와의 접촉시간이 증가한 이온수기 전해조에 관한 것이다.

생활의 윤택과 더불어 경제적인 여유가 생기면서 사람들의 관심이 의식주의 기본적인 충족보다는 삶의 질과 건강에 쏠리고 있다.

이러한 추세에 따라 음식의 기본이 되고 생명활동에 가장 중요한 물에 대한 질적 향상이 요구되었고, 특히, 공공기관으로부터 제공되는 상수에 대한 불신과 환경오염 등으로 인해, 사람들은 가정에서 직접 정수한 물이나, 신뢰할 수 있는 식수회사에서 물을 구매해 음용하기에 이르렀다.

한편, 정수한 물에 있어서, 단순히 깨끗한 물이라는데 만족하지 않고, 건강에 보다 좋은 물을 공급하는데 관심이 집중되면서 알칼리성분의 이온수가 소개되었다.

학계에 따르면, 이온수, 특히 알칼리수는 체내 활성산소를 제거하고, 장내 발효개선, 체내 독소와 노폐물 발생을 억제하며, 살균 및 세균증식을 억제하는 효 과가 있다고 알려지고 있다.

이러한 효과로 인해 일반 가정에서 상수로부터 알칼리수를 분리할 수 있도록 하는 이온수기가 개발되었다.

이온수기는 외부에서 유입된 물을 전해조에 통과시켜 알칼리수와 산성수로 분리하는 것으로, 종래 이온수기는 도 1에 단면으로 도시한 것과 같은 구조의 전해조(10)를 구비한다.

도 1에 도시한 것과 같이, 종래의 이온수기 전해조(10)는 중공형 하우징(12)의 일단에 한 쌍의 입구(14, 16)가 형성되고 타단에 한 쌍의 출구(18, 20)가 형성되며, 하우징(12)의 내부 공간을 격막(22)이 2 개의 구역, 즉, 캐소드 구역(C)과 애노드 구역(A)으로 분리하고 있다.

하우징(12) 내의 한 쪽 구역에는 플레이트로 이루어진 캐소드(24)가 설치되고 다른 구역에는 플레이트로 이루어진 애노드(26)가 설치된다.

이와 같은 구성의 이온수기 전해조(10)에 물(40)을 공급하면, 이 물(40)은 다음과 같은 과정을 거쳐 알칼리수(44)와 산성수(48)로 전환된다.

수관(30)을 통해 공급되는 물(40)은 한 쌍의 분기관(32, 34)을 통해 각각 캐소드측 물(42)과 애노드측 물(46)로 분기되어 하우징(12)의 내부 구역으로 흘러간다.

캐소드측 물(42)은 캐소드(24)가 위치한 하우징(12)의 내부 구역인 캐소드 구역(C)을 통해 흐르면서 캐소드(24)와 반응하여 알칼리수(44)로 전환된다. 알칼리수(44)는 출구(18)로 배출되어 음용수로 이용된다.

애노드측 물(46)은 애노드(26)가 위치한 하우징(12)의 내부 구역인 애노드 구역(A)을 통해 흐르면서 애노드(26)와 반응하여 산성수(48)로 전환된다. 산성수(48)는 출구(20)로 배출되어 하수처리되거나 별도로 수집하여 활용할 수 있다.

이와 같은 구성의 전해조(10)에서, 캐소드 구역(C)에는 캐소드(24) 뒤쪽에 물이 유입되지 않는 사공간(dead space)이 존재하므로 전류 효율이 떨어지는 단점이 있다.

아울러, 캐소드 구역(C)을 통해 흐르는 물(42)이 캐소드(24)의 단지 한쪽 면과 접촉하여 분해되므로 전기분해 효율이 낮아진다는 문제점이 있다.

이로 인해, 적정 pH의 알칼리수를 공급하기 위해서는 버려지는 산성수의 양이 많다는 문제점이 발생하게 된다.

따라서 본 발명은 전술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 메쉬 타입 캐소드에 의해 캐소드 구역으로 흐르는 물이 캐소드를 통과하도록 구성함으로써 캐소드와의 접촉시간을 증가시킬 수 있고 버려지는 산성수의 양을 최소화할 수 있는 이온수기 전해조를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 캐소드 구역으로 흐르는 물이 캐소드를 통과하는 경로를 더욱 길게 함으로써 캐소드와의 접촉시간을 더욱 증가시킬 있는 이온수기 전해조를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 캐소드 구역을 복수로 구성함으로써 캐소드와 접촉하는 물의 양을 더욱 증가시킬 수 있는 이온수기 전해조를 제공하는 것이다.

전술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 이온수기 전해조는 중공형 하우징; 상기 하우징의 내부 공간에 설치되며 상기 내부 공간을 캐소드 구역과 애노드 구역으로 구획하는 격막; 및 상기 캐소드 구역과 상기 애노드 구역에 각각 배치된 캐소드 및 애노드를 포함하며, 상기 캐소드는 메쉬로 구성되고, 상기 캐소드 구역은 물이 유입되는 입구와 물이 배출되는 출구가 상기 캐소드를 중심으로 서로 반대편에 배치되어, 상기 캐소드에 의해 입구측 구역과 출구측 구역으로 구분되며, 상기 캐소드 구역의 출구측 구역은 물 흐름 방향으로 상기 입구측 구역에 비해 짧고, 상기 출구측 구역의 시작 지점이 상기 입구측 구역의 시작 지점보다 상기 출구에 가깝도록 상기 출구측 구역 중 상기 입구에 가까운 구역에는 상기 입구로 유입된 물이 상기 캐소드 구역의 출구측 구역으로 유입되는 것을 차단하는 삽입부재가 설치된 것을 특징으로 한다.

삭제

여기서, 상기 출구측 구역의 시작 지점은 상기 입구측 구역의 길이의 1/2 지점으로부터 상기 출구 쪽에 가까운 쪽에 위치할 수 있다.

한편, 상기 애노드는 메쉬로 구성되고, 상기 애노드 구역은 물이 유입되는 입구와 물이 배출되는 출구가 상기 애노드를 중심으로 서로 반대편에 배치되어, 상기 애노드에 의해 입구측 구역과 출구측 구역으로 구분될 수 있다.

본 발명의 이온수기 전해조에 있어서, 상기 격막은 복수이며, 상기 캐소드 구역은 상기 격막과 동일한 수일 수 있다.

이때, 상기 캐소드 구역은 상기 애노드 구역의 양쪽에 배치될 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 일 측면에 의한 이온수기 전해조에 따르면, 메쉬 타입 캐소드에 의해 캐소드 구역으로 흐르는 물이 캐소드를 통과하도록 하여 캐소드를 통과하는 경로를 길게 함으로써 캐소드와의 접촉시간을 증가시킬 수 있고, 이로 인해 버려지는 산성수의 양을 최소화하여도 적정 pH의 알칼리수를 추출할 수 있다는 효과가 있게 된다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의하면, 캐소드 구역의 출구측 구역에 장벽을 설치함으로서 캐소드 구역으로 흐르는 물이 캐소드와 접촉하는 시간을 더욱 증가시킬 수 있게 되고, 버려지는 산성수의 양을 최소화할 수 있다는 효과가 있게 된다.

그리고, 본 발명의 일 측면에 의하면, 캐소드 구역을 복수로 구성함으로써 캐소드와 접촉하는 물의 양을 더욱 증가시켜 알칼리수의 생성을 증가시킬 수 있다는 효과가 있게 된다..

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 더 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온수기 전해조를 나타내는 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 이온수기 전해조(100)는 중공형 하우징(102)의 일단에 한 쌍의 입구(104, 106)가 형성되고 타단에 한 쌍의 출구(108, 110)가 형성되며, 하우징(102)의 내부 공간을 격막(112)이 2 개의 구역, 즉, 캐소드 구역[C(120, 122)]과 애노드 구역(A)으로 분리하고 있다.

또, 메쉬 타입 캐소드(114)가 하우징(102) 내부의 캐소드 구역(C)에 설치되고, 애노드(116)가 하우징(102) 내부의 애노드 구역(A)에 설치된다.

메쉬 타입 캐소드(114)는 입구(104)로부터 출구(108) 쪽으로 물 흐름 방향을 따라 연장되어, 캐소드 구역(C)을 입구측 구역(120)과 출구측 구역(122)으로 구분하고 있는데, 이는 입구(104)와 출구(108)가 캐소드(114)를 기준으로 도면의 좌우에 배치된 것을 나타낸다.

이와 같은 구성의 이온수기 전해조(100)에 물(40)을 공급하면, 이 물(40)은 다음과 같은 과정을 거쳐 알칼리수(44)와 산성수(48)로 전환된다.

수관(30)을 통해 공급되는 물(40)은 한 쌍의 분기관(32, 34)을 통해 각각 캐 소드측 물(42)과 애노드측 물(44)로 분기되어 하우징(102)의 내부 구역(C, A)으로 흘러간다. 캐소드측 물(42)은 캐소드(114)가 위치한 하우징(102)의 내부 구역인 캐소드 구역(C)의 입구측 구역(120)으로 들어간 다음 캐소드(114)를 통과하면서 알칼리수(44)로 전환된다. 알칼리수(44)는 캐소드 구역(C)의 출구측 구역(122)을 통해 출구(108)로 배출되어 음용수로 이용된다. 애노드측 물(46)은 애노드(116)가 위치한 하우징(12)의 내부 구역인 애노드 구역(A)을 통해 흐르면서 애노드(116)와 반응하여 산성수(48)로 전환된다. 산성수(48)는 출구(110)로 배출되어 하수처리되거나 별도로 수집하여 활용할 수 있다.

본 발명에서 캐소드(114)는 메쉬(mesh)로 구성되고 입구(104)와 출구(108)가 캐소드(114)를 기준으로 양쪽에 존재하므로, 물(42)은 캐소드(114)의 메쉬(공극)를 통과하게 된다. 따라서, 종래에 비해 캐소드(114)와 반응하는 시간이 증가하고 그에 따라 더 많은 수산화이온을 포함하게 된다. 따라서, 종래에 비해 적은 양의 물(40)을 사용하더라도 동일한 양의 수산화이온을 형성할 수 있으므로, 산성수의 양을 줄일 수 있다.

아울러, 종래의 전해조와 달리 캐소드 뒤쪽의 사공간이 존재하지 않게 되어 전류 효율도 역시 개선된다.

한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 애노드(116)를 캐소드(114)와 같이 메쉬 타입으로 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 애노드 구역(A)도 역시 캐소드 구역(C)과 마찬가지로 애노드에 의해 입구측 구역과 출구측 구역의 2개의 구역으로 구분하고, 입구(106)와 출구(110)의 배치도 캐소드측 입구(104) 및 출구(108)와 동 일한 형식으로 구성할 수 있다.

도 3은 도 2의 이온수기 전해조(100)의 변형례에 따른 이온수기 전해조(100-1)를 나타내는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 본 변형례에 따른 이온수기 전해조(100-1)는 하우징(102) 내부의 캐소드(114) 뒤쪽의 출구측 구역(122-1)에 삽입 부재(130)를 장입하여 출구측 구역(122-1)의 용적을 도 2의 출구측 구역(122)에 비해 줄인 것을 제외하고는 도 2의 이온수기 전해조(100)와 동일한 구성을 갖는다. 따라서 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 부여하고 반복 설명은 생략한다.

삽입 부재(130)는 캐소드(114)의 일 측면, 구체적으로, 도면에서는 우측면과 접하도록 출구측 구역(122-1)에 배치된다.

이와 같이 삽입 부재(130)를 출구측 구역(122-1)의 하부에 장입하면, 물(42)의 일부는 캐소드(114)의 메쉬를 통해 위로 흐르다가 삽입 부재(130)의 상단에서 출구측 구역(122-1)으로 넘어가게 된다. 따라서, 도 2의 경우에 비해 물(42)이 캐소드(114)와 접촉하는 경로와 시간이 증가하게 되어 반응효율이 개선되고 발생하는 수산화이온의 양이 증가한다. 즉, 출구측 구역(122-1)이 삽입부재(130)에 의해 막혀 있더라도 캐소드(114)가 메쉬로 형성되므로 물이 메쉬을 통해 흐르거나 메쉬 가까이를 흐르게 되므로 전기분해 효율이 상승하게 된다.

한편, 삽입 부재(130)를 장입하는 대신 하우징(102)의 내벽 일부를 안쪽으로 연장시켜 도 3의 형상으로 캐소드(114)의 우측면과 접촉하게 하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또, 삽입 부재(130)의 높이는 클수록 좋으며 바람직하게는 전체 하우징(102) 내부 높이의 1/2 이상이다.

도 4는 도 2의 이온수기 전해조(100)의 다른 변형례에 따른 이온수기 전해조(100-2)를 나타내는 단면도이다.

도 4를 참조하면, 본 변형례에 따른 이온수기 전해조(100-2)는 삽입 부재(130-2)의 높이가 도 3의 이온수기 전해조(100-1)의 삽입 부재(130)보다 더 증가하여 출구측 구역(122-2)의 대부분을 차지하는 것을 제외하고는 도 3의 이온수기 전해조(100-1)와 동일한 구성을 갖는다. 따라서 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 부여하고 반복 설명은 생략한다.

이와 같이 하면, 도 2와 3의 경우에 비해 물(42)이 캐소드(114)와 접촉하는 경로와 시간이 증가하게 되어 반응효율이 개선되고 발생하는 수산화이온의 양이 증가한다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온수기 전해조를 나타내는 단면도이다.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 이온수기 전해조(200)는 중공형 하우징(202)의 일단에 세 개의 입구(204a, 204b, 206)가 형성되고 타단에 이에 대응하는 세 개의 출구(208a, 208b, 210)가 형성되며, 하우징(202)의 내부 공간을 한 쌍 의 격막(212)이 3 개의 구역, 즉, 한 쌍의 캐소드 구역(C1, C2)과 애노드 구역(A)으로 분리하고 있다.

또, 메쉬 타입 캐소드(214a, 214b)가 하우징(202) 내부의 캐소드 구역(C1, C2)에 각각 설치되고, 애노드(216)가 하우징(202) 내부의 애노드 구역(A)에 설치된다.

메쉬 타입 캐소드(214a)는 입구(104a)로부터 출구(108a) 쪽으로 물 흐름 방향으로 연장되어 캐소드 구역(C1)을 입구측 구역(220a)과 출구측 구역(222a)으로 구분하고 있는데, 이는 입구(204a)와 출구(208a)가 캐소드(214a)를 기준으로 도면의 좌우에 배치된 것을 나타낸다. 또, 메쉬 타입 캐소드(214b)도 역시 입구(204b)로부터 출구(208b) 쪽으로 물 흐름 방향으로 연장되어 캐소드 구역(C2)을 입구측 구역(220b)과 출구측 구역(222b)으로 구분하고 있는데, 이 경우도 역시 입구(204b)와 출구(208b)가 캐소드(214b)를 기준으로 도면의 좌우에 배치된 것을 나타낸다.

그리고, 애노드 전극(216)이 플레이트 이루어지는 경우 도 5에 도시된 바와 같이, 애노드 전극(216)과 양측의 격막(212) 사이의 공간, 즉 애노드 전극(216)의 좌우측에 유로가 형성되도록 애노드 전극(216)의 상하부는 전체적으로 또는 부분적으로 개방된 형상을 가질 수 있다. 이와는 달리, 애노드 구역(A)의 입구(206) 및 출구(210)를 애노드 전극(216)의 좌우측 상부와 하부에 각각 형성하는 구성도 가능하다.

수관(30)은 세 개의 분기관(32a, 32b, 34)으로 분기되어 각각의 입구(204a, 204b, 206)에 연결된다. 이때, 각각의 분기관(32a, 32b, 34)에는 동일한 양의 물(42a, 42b, 44)이 흐르도록 구성되는 것이 바람직하다.

한편, 전술한 점을 제외하고는 제2 실시예의 이온수기 전해조(200)는 도 2의 이온수기 전해조(100)와 그 구성이 동일하므로, 동일한 구성요소에는 100씩 증가한 참조부호를 부여하고 반복 설명은 생략한다.

이와 같이 한 쌍의 메쉬 타입 캐소드(214a, 214b)를 각각 독립적인 캐소드 구역(C1, C2)에 배치하면 물(42a, 42b)이 캐소드(214a, 214b)와 접촉하는 양이 증가하므로 알칼리수 전환 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

아울러, 도 5의 실시예에서는 애노드(216)가 플레이트 형상을 갖지만, 이와는 달리 애노드(216)를 캐소드(214a, 214b)와 마찬가지로 메쉬 타입으로 형성하는 것도 가능하다. 이 경우, 애노드 구역(A)도 역시 캐소드 구역(C)과 마찬가지로 애노드에 의해 입구측 구역과 출구측 구역의 2개의 구역으로 구분하고, 입구(206)와 출구(210)의 배치도 캐소드측 입구(204a) 및 출구(208a)와 동일한 형식으로 구성할 수 있다.

도 6은 도 5의 이온수기 전해조(200)의 변형례에 따른 이온수기 전해조(200-1)를 나타내는 단면도이다.

도 6을 참조하면, 본 변형례에 따른 이온수기 전해조(200-1)는 하우징(202) 내부의 캐소드(214a, 214b) 뒤쪽에 삽입 부재(230a, 230b)를 각각 장입하여 출구측 구역(222-1)의 크기를 도 5의 출구측 구역(222)에 비해 줄인 것을 제외하고는 도 5의 이온수기 전해조(200)와 동일한 구성을 갖는다. 따라서 동일한 구성요소에는 동일한 도면부호를 부여하고 반복 설명은 생략한다.

이와 같이 삽입 부재(230a, 230b)를 각각의 출구측 구역(222-1)의 하부에 장입하면, 물(42a, 42b)의 일부는 캐소드(214a, 214b)의 메쉬를 통해 위로 흐르다가 삽입 부재(230a, 230b)의 상단에서 출구측 구역(222-1)으로 넘어가게 된다. 따라서, 도 5의 경우에 비해 물(42a, 42b)이 캐소드(214a, 214b)와 접촉하는 경로와 시간이 증가하게 되어 반응효율이 개선되고 발생하는 수산화이온의 양이 증가한다.

한편, 삽입 부재(230a, 230b)를 장입하는 대신 하우징(202)의 내벽 일부를 안쪽으로 연장시켜 도 6의 형상으로 캐소드(214a, 214b)와 접촉하게 하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

또, 삽입 부재(230a, 230b)의 높이는 클수록 좋으며 바람직하게는 전체 하우징(202) 내부 높이의 1/2 이상이다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경할 수 있음을 이해할 것이다.

도 1은 종래기술에 따른 이온수기 전해조를 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이온수기 전해조를 나타내는 단면도이다.

도 3은 도 2의 이온수기 전해조의 변형례를 나타내는 단면도이다.

도 4는 도 2의 이온수기 전해조의 다른 변형례를 나타내는 단면도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이온수기 전해조를 나타내는 단면도이다.

도 6은 도 2의 이온수기 전해조의 변형례를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요 부분의 부호의 설명>

100, 200: 전해조 102, 202: 전해조 하우징

104, 106, 204, 206: 입구 108, 110, 208, 210: 출구

112, 212: 격막 114, 214: 캐소드 전극

116, 216: 애노드 전극

Claims (6)

1. 중공형 하우징;

   상기 하우징의 내부 공간에 설치되며 상기 내부 공간을 캐소드 구역과 애노드 구역으로 구획하는 격막; 및

   상기 중공형 하우징의 내부에 각각 배치된 캐소드 및 애노드;

   를 포함하며,

   상기 캐소드는 메쉬로 구성되고,

   상기 캐소드 구역은 물이 유입되는 입구와 물이 배출되는 출구가 상기 캐소드를 중심으로 서로 반대편에 배치되어, 상기 캐소드에 의해 입구측 구역과 출구측 구역으로 구분되며,

   상기 캐소드 구역의 출구측 구역은 물 흐름 방향으로 상기 입구측 구역에 비해 짧고, 상기 출구측 구역의 시작 지점이 상기 입구측 구역의 시작 지점보다 상기 출구에 가깝도록 상기 출구측 구역 중 상기 입구에 가까운 구역에는 상기 입구로 유입된 물이 상기 캐소드 구역의 출구측 구역으로 유입되는 것을 차단하는 삽입부재가 설치된 것을 특징으로 하는 이온수기 전해조.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,

   상기 출구측 구역의 시작 지점은 상기 입구측 구역의 길이의 1/2 지점으로부터 상기 출구 쪽에 가까운 지점에 위치한 것을 특징으로 하는 이온수기 전해조.
4. 제1항에 있어서,

   상기 애노드는 메쉬로 구성되고,

   상기 애노드 구역은 물이 유입되는 입구와 물이 배출되는 출구가 상기 애노드를 중심으로 서로 반대편에 배치되어, 상기 애노드에 의해 입구측 구역과 출구측 구역으로 구분되는 것을 특징으로 하는 이온수기 전해조.
5. 제1항, 제3항, 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 격막은 복수이며, 상기 캐소드 구역은 상기 격막과 동일한 수인 것을 특징으로 하는 이온수기 전해조.
6. 제5항에 있어서,

   상기 캐소드 구역은 상기 애노드 구역의 양쪽에 배치된 것을 특징으로 하는 이온수기 전해조.

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