KR101987348B1

KR101987348B1 - 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체

Info

Publication number: KR101987348B1
Application number: KR1020170100979A
Authority: KR
Inventors: 박규원; 김성태; 이해돈; 김대원; 정일희; 권재형; 유관현; 류채형
Original assignee: (주) 테크로스
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2019-06-11
Also published as: WO2019031640A1; KR20190016708A

Abstract

본 발명은 서로 일정간격 이격되어 나란하게 교번적으로 배치되는 하나 이상의 양극판과 하나 이상의 음극판으로 이루어진 전극판의 양단부에서 상기 전극판을 지지하고 상기 전극판에 전류를 인가시키는 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체로서, 상기 전극판의 양측 단부에서 양극판과 음극판 사이에 구비되어, 양극판과 음극판 사이의 간격을 유지하는 비전도성 소재의 스페이서; 상기 전극판의 양측 단부에서 상기 전극판과 상기 스페이서에 삽입되고, 상기 전극판에 전류가 통전되도록 도전성 소재로 이루어진 체결 볼트; 및 상기 양극판 또는 음극판이 상기 체결 볼트와 통전되지 않도록 상기 전극판 및 체결 볼트의 사이에 설치되는 부도체 링을 포함하는 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체에 관한 것이다.

Description

전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체{Electrode laminated structure for electrolyzed water producing apparatus}

본 발명은 전해질을 포함한 물을 전기분해하여 전해수를 생성하는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전해수 생성 장치에 내장되어 물을 전기분해하는 전극 적층 구조체에 관한 것이다.

일반적으로, 전해수(전해 수소수)는 자화처리, 초음파 처리, 광석 처리, 미네랄 처리, 전기분해 처리 등의 공정에 의해 생성되는 것으로서, 전기분해 처리에 의해 전해수를 생성하는 것이 가장 많이 사용되고 있다.

또한, 이러한 전해수는 알칼리 이온수 또는 수소 풍부수, 수소수 등으로 지칭되며, 이 전해수는 인체 내의 활성산소를 제거하는데 효과가 탁월한 것으로 알려져 있으며, 산성 전해수는 피부 미용이나 소독수로 사용되고, 알칼리 전해수는 음용수로 사용되고 있다.

상기한 전해수를 생성하는 장치의 일 예가 대한민국 특허등록 제0133975호에 개시되어 있다. 이 선행문헌에 개시된 전해수 생성 장치는 이온투과성 격막(50)으로 분할되어 양전극실과 음전극실이 형성된 전해조(51)와, 상기 양전극실과 음전극실에 각각 배치되어 있는 양극 전극(52) 및 음극 전극(53)과, 상기 양전극실과 음전극실에 각각 원수를 공급하는 원수 공급로(54)와, 상기 원수 공급로(54)로 탱크에 저장된 전해질 수용액을 주입할 주입 수단(55)과, 상기 양전극실과 음전극실에서 각각 전해수를 배출시키는 전해수 배출로(56)와, 상기 전해수 배출로의 한쪽에 설치한 배출유량 조절 수단과 전해 배출로(56)에서 유출되는 전해수를 저장하는 저장 탱크(57)를 포함한다.

이러한 격막을 구비한 종래의 전해조는 한 쌍의 전극판을 이용하여 전해질을 분리 여과함으로써, 산/알칼리 전해수를 생성한다. 그런데, 종래의 전해수 생성 장치는 격막을 이용하기 때문에, 전기분해 효율이 떨어지고, 극판의 역전시 침전물 및 스케일이 발생되는 문제가 있다.

이러한 문제를 해소하기 위해, 최근에는 무격막식 전해조가 개발되고 있다. 이러한 무격막식 전해조는 양극측에서 생성된 산성 전해수와 음극측에서 생성된 알칼리성 전해수가 서로 혼합된 상태로 생성된다. 구체적으로, 무격막식 전해조의 경우, 전해수를 전극 간격에 의해 일정 유량으로 공급하지 못하는 경우에는 예기치 못한 지점에서 난류 유동이 발생하게 되고, 산성 전해수와 알칼리성 전해수의 혼합이 발생하게 된다. 여기서, 종래의 격막이 없는 종래의 무격막식 전해조의 전해수 분리 효율을 결정하는 요소는 유체의 층류 유동의 유지 여부이다. 층류 유동은 일정한 유선과 점성을 지닌 상태의 흐름을 갖기 때문에, 유동층 사이에 섞임이 없는 것이 특징이다. 그러므로, 무격막식 전해조의 효과적인 산/알칼리성 전해수의 분리를 위해서는 반응이 발생하는 양극판과 음극판의 표면에서의 유동이 서로 각기 다른 층류 유동을 유지할 수 있어야 한다.

그런데, 종래의 전해조에 설치된 전극판은 전극판들의 간격을 유지하기 위한 스페이서(spacer)와 전극판을 지지하는 서포트(support) 등의 다수의 부품들을 필요로 하기 때문에, 전해수의 유동이 방해를 받을 뿐만 아니라 전해수의 층류 유동을 유지하기가 쉽지 않다는 문제가 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 양극판과 음극판 사이의 유로를 흐르는 유체의 흐름을 방해하지 않도록 형성되어, 유체의 층류 유동을 유지할 수 있도록 함으로써, 전해수의 분리 배출을 용이하게 하는 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 서로 일정간격 이격되어 나란하게 교번적으로 배치되는 하나 이상의 양극판과 하나 이상의 음극판으로 이루어진 전극판의 양단부에서 상기 전극판을 지지하고 상기 전극판에 전류를 인가시키는 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체로서, 상기 전극판의 양측 단부에서 양극판과 음극판 사이에 구비되어, 양극판과 음극판 사이의 간격을 유지하는 비전도성 소재의 스페이서; 상기 전극판의 양측 단부에서 상기 전극판과 상기 스페이서에 삽입되고, 상기 전극판에 전류가 통전되도록 도전성 소재로 이루어진 체결 볼트; 및 상기 양극판 또는 음극판이 상기 체결 볼트와 통전되지 않도록 상기 전극판 및 체결 볼트의 사이에 설치되는 부도체 링을 포함한다.

바람직하게는, 상기 전극판의 전면 및 배면의 일측 단부에 길이방향으로 밀착되어 배치되는 전도성 소재의 부스바를 더 포함하고, 상기 스페이서와 상기 부도체 링은 상기 부스바와 동일 축선상에 배치되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 체결 볼트는 상기 부스바, 상기 전극판, 상기 스페이서 및 상기 부도체 링을 관통하여 상기 부스바, 상기 전극판 및 상기 스페이서를 적층하여 지지하고, 상기 전극판의 양극판과 음극판 사이의 공간은 흐르는 유체의 유동을 방해하지 않도록 유체의 흐름방향을 따라 일정한 면적 및 형태를 갖는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 부도체 링은 상기 전극판에 형성된 삽입공에 배치되어, 상기 체결 볼트와 상기 전극판의 접촉을 방지하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 부스바 중 일측의 부스바에는 (+) 전하를 인가하는 체결 볼트가 삽입되고, 상기 부스바 중 타측의 부스바에는 (-) 전하를 인가하는 체결 볼트가 삽입되며, 상기 부도체 링은 (+) 전하를 인가하는 체결 볼트가 음극판과 통전되지 않도록 그리고 (-) 전하를 인가하는 체결 볼트가 양극판과 통전되지 않도록 하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 전극판, 스페이서 및 부도체가 전극판들 사이의 유로 측으로 돌출된 구조를 갖지 않아, 전극판들 사이의 유로들이 유체의 흐름 방향을 따라 서로 일정한 면적 및 형태를 가지므로, 유체의 층류 유동을 유지할 수 있다. 따라서, 양극판 측에서 생성된 산성 전해수와 음극판 측에서 생성된 알칼리성 전해수가 층류 유동에 의해 서로 섞이지 않고 분리 배출될 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 전극판들 사이의 유로들이 유체의 흐름 방향을 따라 서로 일정한 면적 및 형태를 가지며 유체의 층류 유동이 유지됨으로써, 전극판에 스케일이 생성되는 문제 및 역류 현상을 방지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면, 장치에 별도의 설계 변경을 할 필요없이, 추가의 전극판들 및 스페이스들을 체결 볼트에 끼워 체결함으로써, 전해수 처리 용량을 간단하게 변경할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체의 구성을 도시한 분해 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체를 도시한 측단면도,
도 3은 본 발명에 따른 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체를 또 다른 방향에서 도시한 측단면도,
도 4는 도 1의 평면,
도 5는 도 3의 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체의 다른 예를 도시한 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체의 바람직한 실시예를 설명한다. 참고로, 아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성 요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.

도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명에 따른 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체는 복수의 전극판(100), 즉 하나 이상의 양극판(110)과 하나 이상의 음극판(120)이 서로 일정간격 이격되어 나란하게 배치되고, 전극판(100)에 전류가 인가되면 전해질을 포함한 유체를 전기분해하여 산성 전해수 및 알칼리성 전해수를 생성하는 장치이다.

구체적으로, 본 발명에 따른 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체는 양극판들(110)과 음극판들(120)로 이루어진 전극판(100), 전극판들(100)을 일정간격 이격시키는 스페이서(200), 전극판(100)과 스페이서(200)를 체결하여 지지하는 체결 볼트(300), 및 양극판(110)과 음극판(120)이 서로 통전되지 않도록 하는 부도체 링(400)을 포함한다.

양극판들(110)와 음극판들(120)은 서로 일정간격 이격되어 나란하게 교번적으로 배치된다. 도면에서, 전극판(100)은 하나의 음극판(120) 및 이 음극판(120)의 앞뒤에 각각 배치되는 2개의 양극판(110)으로 이루어진 것을 도시하였지만, 음극판과 양극판이 서로 교번적으로 배치된 구조라면, 전극판(100)은 그 이상의 수의 음극판과 양극판으로 구성될 수 있다(도 5 참조).

스페이서(200)는 전극판(100)의 양극판(110)과 음극판(120) 사이에 구비되어, 양극판(110)과 음극판(120) 사이의 간격을 유지시키는 역할을 한다. 이 스페이서(200)는 전극판(100)의 양측 단부에서 전극판(100)의 길이방향을 따라 연장된 긴 막대형상 부재이다. 또한, 이 스페이서(200)는 전류가 통하지 않는 비도전성 소재로 이루어진다.

체결 볼트(300)는 전극판(100)들과 스페이서들(200)을 체결하여 지지하기 위해, 전극판(100)의 양측 단부에서 전극판(100)과 스페이서(200)를 관통하여 삽입된다. 이를 위해, 전극판(100)의 양측 단부 및 스페이서(200)에는 체결 볼트(300)가 삽입될 수 있는 삽입공(101, 201)이 형성된다. 그리고, 체결 볼트(300)는 전류가 통하는 도전성 소재로 이루어진다. 여기서, 전극판(100)의 일측 단부에 체결되는 체결 볼트(도 1에서 좌측에 도시된 체결 볼트)(310)는 (+) 전하를 인가하도록 구성되고, 전극판(100)의 타측 단부에 체결되는 체결 볼트(도 1에서 우측에 도시된 체결 볼트)(320)는 (-) 전하를 인가하도록 구성된다. 이에 따라, 체결 볼트(300)에 전류가 인가되면, 좌측의 체결 볼트(310)와 접촉하고 있는 양극판(110)에는 (+) 전하가 인가되고, 우측의 체결 볼트(320)와 접촉하고 있는 음극판(120)에는 (-) 전하가 인가되어, 전극판들(100) 사이의 유로(P)를 통과하는 유체를 전기분해 처리할 수 있다.

부도체 링(400)은 (+) 전하를 인가하는 체결 볼트(310)와 음극판(120)이 통전되는 것을 막고, 이와 동시에 (-) 전하를 인가하는 체결 볼트(320)와 양극판(110)이 통전되는 것을 막는 역할을 한다. 이를 위해, 부도체 링(400)은 (+) 전하를 인가하는 체결 볼트(310)와 음극판(120) 사이에 체결되고, (-) 전하를 인가하는 체결 볼트(320)와 양극판(110) 사이에 체결되는 오-링의 형태를 갖는다. 이 부도체 링(400)은 플라스틱 계열과 고무, 실리콘 등의 비도전성 소재로 이루어진다.

이와 같이, 본 발명에 따른 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체는 전극판들(100), 스페이서들(200) 및 부도체(400)가 전극판들(100) 사이의 유로(P) 측으로 돌출된 구조를 갖지 않는다. 즉, 전극판들(100) 사이의 복수의 유로들(P)이 유체의 흐름 방향을 따라 서로 일정한 면적 및 형태를 가지므로, 유체의 층류 유동을 유지할 수 있다. 따라서, 양극판(110) 측에서 생성된 산성 전해수와 음극판(120) 측에서 생성된 알칼리성 전해수가 층류 유동에 의해 서로 섞이지 않고 분리 배출될 수 있다.

또한, 전술한 것처럼, 전극판들(100) 사이의 복수의 유로들(P)이 유체의 흐름 방향을 따라 서로 일정한 면적 및 형태를 가지며 유체의 층류 유동이 유지됨으로써, 전극판에 스케일이 생성되는 문제 및 역류 현상을 방지할 수 있다.

바람직하게는, 전극판(100)의 전면 및 배면, 즉 도 1에서 전방 측의 양극판(110)의 전면 및 후방 측의 양극판(110)의 배면에는 전도성 소재의 부스바(500)가 설치된다. 이 부스바(500)는 전술한 스페이서(200)와 마찬가지로, 긴 막대 형상 부재로서, 전극판(100)의 일측(도 1에서 좌측) 단부에서 길이방향을 따라 전극판(100)에 밀착되어 배치된다. 또한, 부스바(500)는 체결 볼트(300)가 삽입되는 삽입공(501)을 구비하여, 전극판(100), 스페이서(200) 및 부도체 링(400)과 함께 체결 볼트(300)에 의해 체결되어 지지된다. 즉, 전극판(100), 스페이서(200), 부도체 링(400) 및 부스바(500)는 체결 볼트(300)의 길이방향을 따라 동일 축선상에 배치된다. 그리고, 부스바(500)와 대향하는 전극판(100)의 타측 단부에는 부스바(500)와 동일한 형상으로 형성되고, 비도전성 소재로 이루어진 스페이서(200)가 배치된다. 한편, 음극판(120)의 타측 단부에도 음극판(120)에 전류를 통전시키기 위한 부스바(500)가 배치된다.

이러한 부스바(500)는 일면이 전체적으로 전극판(100)에 접촉하기 때문에, 부스바(500) 전체에 전류를 흘려주면 전극판(100)의 전류 밀도값을 균일하게 확보할 수 있다. 그러면, 전극판(100) 측에서 생성되는 전해수가 전극판(100)의 전체 면적에 걸쳐 거의 균일하게 발생될 수 있다. 이에 따라, 전극판들(100) 사이의 유로(P)에서의 유체의 층류 유동이 흐트러지지 않고 유지될 수 있다.

바람직하게는, 체결 볼트(300)는 부스바(500), 전극판(100), 스페이서(200) 및 부도체 링(400)을 관통하여, 부스바(500), 전극판(100) 및 스페이서(200)를 적층하여 지지한다. 여기서, 부스바(500)와 스페이서(200)는 서로 동일한 폭으로 형성되며 전극판(100)을 사이에 두고 서로 중첩(offset)되도록 배치된다. 따라서, 전극판(100)의 양극판(110)과 음극판(120) 사이의 공간, 즉 유체가 흐르는 유로(P)는 흐르는 유체의 유동을 방해하지 않도록 유체의 흐름 방향을 따라 일정한 면적 및 형태를 갖게 된다.

또한, 부도체 링(400)은 전극판(100)에 형성된 삽입공(101) 내에서 이 삽입공(101)에 삽입된 체결 볼트(300)의 외주에 배치되어, 체결 볼트(300)가 다른 극성의 전극판(100)과 접촉하는 것을 방지한다. 이를 위해, 부도체 링(400)은 (+) 전하를 인가하는 체결 볼트(310)가 음극판(120)과 통전되지 않도록 그리고 (-) 전하를 인가하는 체결 볼트(320)가 양극판(110)과 통전되지 않도록 하는 위치에 배치된다. 도 1과 2를 참조하면, 도면의 좌측 체결 볼트, 즉 (+) 전하를 인가하는 체결 볼트(310) 측을 보면, 부도체 링(400)은 음극판(120)의 삽입공에 삽입되어, 인접한 양극판들(110)과 음극판(120)이 통전되는 것을 방지한다. 또한, 도면의 우측 체결 볼트, 즉 (-) 전하를 인가하는 체결 볼트(320) 측을 보면, 부도체 링(400)은 양극판(110)의 삽입공에 삽입되어, 음극판(120)과 양극판들(110)이 통전되는 것을 방지한다.

여기서, 부도체 링(400)은 전극판(100)의 삽입공(101) 내부에 삽입되어 전극판(100)의 외측으로 돌출되지 않끼 때문에, 유로(P)를 흐르는 유체의 유동을 방해하지 않는다.

한편, 도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체는 처리 용량, 즉 전해수 발생량을 변화시키기 위해서 별도의 설계 변경을 필요로 하지 않는다.

즉, 전극판들(100), 부스바(500), 스페이서(200)는 체결 볼트(300)를 통해 적층 지지되는 구조이므로, 처리 용량(전해수 생성 용량)을 증가시키고자 하는 경우, 추가의 전극판들 및 스페이스들을 체결 볼트(300)에 끼워 체결하기만 하면 된다.

이상에서 설명된 본 발명의 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 보여준 것에 불과하며, 본 발명의 보호 범위는 이하 특허청구범위에 의하여 해석되어야 마땅할 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것인 바, 본 발명과 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims

서로 일정간격 이격되어 나란하게 교번적으로 배치되는 하나 이상의 양극판과 하나 이상의 음극판으로 이루어진 전극판의 양단부에서 상기 전극판을 지지하고 상기 전극판에 전류를 인가시키는 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체로서,
상기 전극판의 양측 단부에서 양극판과 음극판 사이에 구비되어, 양극판과 음극판 사이의 간격을 유지하는 비전도성 소재의 스페이서;
상기 전극판의 양측 단부에서 상기 전극판과 상기 스페이서에 삽입되고, 상기 전극판에 전류가 통전되도록 도전성 소재로 이루어진 체결 볼트;
상기 양극판 또는 음극판이 상기 체결 볼트와 통전되지 않도록 상기 전극판 및 체결 볼트의 사이에 설치되는 부도체 링; 및
상기 전극판의 전면 및 배면의 일측 단부에 길이방향으로 밀착되어 배치되는 전도성 소재의 부스바를 포함하고,
상기 스페이서와 상기 부도체 링은 상기 부스바와 동일 축선상에 배치되고,
상기 체결 볼트는 상기 부스바, 상기 전극판, 상기 스페이서 및 상기 부도체 링을 관통하여 상기 부스바, 상기 전극판 및 상기 스페이서를 적층하여 지지하고, 상기 전극판의 양극판과 음극판 사이의 공간은 흐르는 유체의 유동을 방해하지 않도록 유체의 흐름방향을 따라 일정한 면적 및 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체.
제1항에 있어서,
상기 부도체 링은 상기 전극판에 형성된 삽입공에 배치되어, 상기 체결 볼트와 상기 전극판의 접촉을 방지하는 것을 특징으로 하는 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체.
제2항에 있어서,
상기 부스바 중 일측의 부스바에는 (+) 전하를 인가하는 체결 볼트가 삽입되고, 상기 부스바 중 타측의 부스바에는 (-) 전하를 인가하는 체결 볼트가 삽입되며, 상기 부도체 링은 (+) 전하를 인가하는 체결 볼트가 음극판과 통전되지 않도록 그리고 (-) 전하를 인가하는 체결 볼트가 양극판과 통전되지 않도록 하는 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 전해수 생성 장치용 전극 적층 구조체.
삭제
삭제