KR100825217B1 - 교체 가능한 전극 구조체를 갖는 전해 전지 및 그 교체 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 리브(3; ribs)에 의해 후방벽(1)으로부터 이격된 전극을 포함하는 전해 전지(electrolytic cell)에 관한 것으로서, 상기 전극(2)과 상기 리브(3) 사이의 접촉 표면의 일부분은 원래의 접촉 표면의 단지 부분적인 제거에 의해 교체되어야 할 전극의 완전한 제거를 허용하기 위해 구속되지 않으며, 그에 따라 잔여부에서의 상기 교체 전극의 위치결정이 가능해진다. 변화없는 상기 후방벽과 상기 전극 표면 사이에 공간을 형성하는 상기 전지의 전극 교체 방법이 또한 개시된다.
리브, 후방벽, 전극, 전해 전지, 접촉 표면.

Description

교체 가능한 전극 구조체를 갖는 전해 전지 및 그 교체 방법 {Electrolytic cells with renewable electrode structures and method for substituting the same}
본 발명은 교체 가능한 전극 구조체를 갖는 전해 전지 및 그 교체 방법에 관한 것이다.
대부분의 경우에, 하나 이상의 전기촉매 물질(electrocatalytic materials)로 코팅되는 다공질(foraminous) 기판으로 형성되는 평면 전극(planar electrodes)의 용도에 대해서는 전기화학 분야에 공지되어 있다. 특히, 산업용 전기화학 분야에서 확인되는 바와 같이, 하기의 설명은 주로 멤브레인(membrane) 전해 전지에 사용되는 형태의 전극 구조체, 즉 양극(anodic) 및 음극(cathodic) 모두에 대해 주로 기술하겠지만, 당업자라면 본 발명이 일반적으로 유사한 구조적 요소가 장착되는 다른 형태의 전해조(electrolysers) 및 전기화학 전지에도 적용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
전기촉매 코팅을 구비한 평면 전극을 사용하는 멤브레인 전해 전지의 일예가 미국 특허 제4,767,519호에 개시되어 있다. 상기 특허에 개시된 전극 구조체는, 돌출 지지 구조체로 양면 상에서 제공되고 주변 밀봉 플랜지를 구비하며 냉간 프레싱된 시트(cold-pressed sheet)의 수단에 의하여 부식에 대해 보호되는 전도성 코어를 포함하고, 표면이 실질적으로 동일 평면상에 놓이는 상기 지지 구조체의 돌출에 대응하는 영역에서, 시트는 전기촉매 코팅이 제공되는 전극 메시에 결합된다. 상기 돌출 지지 구조체는 상기 코어를 형성하는 상기 시트를 가압하는 것에 의하여, 또는 종래의 실시예에 따라 상기 코어 자체에 결합된 전도성 스페이서를 예를 들어 용접에 의하여 고정하는 것에 의하여 얻어질 수 있다. 상기와 동일한 형태의 구조는 전기촉매 코팅을 갖는 하나의 단일 전극을 지지하는 돌출부가 금속 코어의 단지 한쪽 측부에만 제공될 수 있다는 것이 공지되어 있다. 이는, 예를 들어 영국 특허출원 GB 2,010,908호에 개시된 방법에 따라 염산(hydrochloric acid)의 소극 전해법(depolarised electrolysis)에서와 같은 가스 확산 전극이 마주하는 측부 상에 제공되는 전해조의 경우이다. 이러한 형태의 전기화학 처리의 경우에 특히 유리한 구조는 독일 특허출원 DE 198 50 071호에 개시되고, 이 경우에, 리브는 유체의 교번적인 상향 및 하향 순환을 위한 채널을 형성하도록 배열된 파형(undulated) 시트로 만들어진다. 하프-전지(half-cell)로서 DE 198 50 071호에 개시된 구조는 또한 명백하게 완전한 양면 구조를 형성하도록 마주하는 측부에 제공될 수도 있으며, 이는 가스 전극을 포함하지 않는 전해 공정에서 사용될 수 있다. 물론, 대응하는 전기화학 전지에 관한 다양한 용도에 따라 상기 실시예들의 다양한 변경이 가능하지만, 하프-전지, 즉 단일, 양극 또는 음극 전해 격실로 언급하는 모든 경우에 있어서, 공통 요소는 후방벽, 돌출 요소로 만들어진 지지 구조체를 포함하여서, 각각의 돌출부의 말단 부분의 적어도 일부분은 동일 평면상에 놓이고, 전극 또는 전극의 배열은 예를 들어 용접에 의하여 동일 평면상에 놓인 상기 말단 표면에 고정된다. 통상적으로, 상기 전극은 구멍(holes)으로 이루어진 틈부 또는 또는 개구를 구비하며, 예를 들어 전극은 메시(meshes), 천공 시트(perforated sheets), 팽창 시트(expanded sheets) 또는 2개 이상의 상기 요소의 중첩체 또는 조합체로 이루어질 수 있지만, 대안적으로 상기 전극은 전체적으로 예를 들어, 소위 "루버(louver)" 또는 "베니션 블라인드(venetian blind)" 구성에서와 같이 전혀 중첩되지 않거나 부분적으로만 중첩되는 평면 또는 공통 평면에 대해 경사진 평행으로 배열되는 시트 또는 평행 스트립으로 만들어질 수도 있다. 본 발명은 다음에 기술되는 바와 같이 상기 전극이 촉매 코팅, 예를 들어 전기촉매 코팅을 적어도 부분적으로 구비하는 경우에 특히 유용하지만, 상기 전극의 적어도 일부분을 교체하기 위하여 비주기적 또는 주기적인 필요성이 존재하는 어떠한 경우에도 적용될 수 있다.
전술된 종래의 해법에 있어서, 전극 교체에 관련된 문제점은 더욱 중요하다. 예를 들어, 전기촉매 코팅을 구비한 전도성 비-촉매 기판으로 만들어진 전극의 경우에, 상기 코팅은 소모, 기판으로부터의 분리, 상기 전기촉매 코팅에 접촉하는 영역에서의 기판 자체의 패시베이션, 또는 다른 이유로 인해 시간에 따라 비활성화될 수 있다. 예를 들어, 염화 나트륨 전해법의 경우에, 전극, 즉 음극 및 양극은 바람직하게는 귀금속을 함유하는 전기촉매 막으로 코팅된 비귀금속 및 비촉매 전도성 금속으로 구성된다. 예를 들어, 양극의 경우에, 상기 기판은 밸브 금속, 예를 들어 티타늄으로 만들어질 수 있으며, 상기 코팅은 통상적으로 귀금속 및 그 산화물 등의 염소 전개를 위한 전기촉매 막으로 만들어진다. 상기 코팅의 수명은 통상적으로 수년 정도의 범위이므로, 그 이후에는 상기 전극을 교체하거나 상기 기판을 재생할 필요가 있다. 이러한 경우에는, 상기 전지 구조체로부터 전극을 분리할 필요가 있으며, 재생 절차는 기판의 완전 세정, 촉매 선구물질의 분사, 및 고온 열처리 단계로 예측할 수 있으며, 이는 제 위치에서 수행될 수 없다. 일부의 경우에, 산화 니켈 및 산화 루테늄으로 코팅된 니켈 음극으로 이러한 것이 발생함으로써, 재생은 갈바닉(galvanic) 공정에 의해 수행될 수 있으며, 또한, 이러한 경우에, 명백한 것으로서, 상기 전지 구조체로부터의 전극의 분리는 필수적이다. 상기 분리 절차는 다양한 방식으로, 예를 들어 박형의 메시 형태의 전극의 경우에, 상기 메시가 미리 용접되어 있는 지지 구조체로부터 벗겨질 수 있는 방식으로 수행될 수 있다. 그러나, 이러한 형태의 해법은 상기 지지 구조체의 일부분을 제거하거나 그 외형을 변형시키는 것으로 지지 구조체의 돌출부를 심각하게 손상시킬 위험을 포함함으로써 바람직하지 않다. 또한, 전극이 분리될 때 전극 기판 또는 용접 재료의 일부분이 상기 돌출부에 부착된 상태를 유지하는 것이 필수적이기 때문에, 상기 전지 구조체를 세정 및 재생하기 위한 고가의 비실용적인 작업이 수행되지 않으면, 교체 전극 구조체의 후속 적용에 필요한 몇 가지 심각한 문제를 야기하는 2차원 손실이 초래된다.
특히, 무거운 구조체의 경우에 더욱 일반적인 기술은 상기 지지 구조체의 각각의 돌출부에 인접한 영역에 대응하여 상기 전극을 절단하는 단계로 이루어진다. 이러한 방식으로, 통상적으로 스트립 형태의 비활성화된 전극의 부분은 용접 또는 다른 방식으로 돌출부에 용접 또는 고정 유지된다. 교체 전극 구조체는 리브 상에 직접적으로 적용되기보다는 상기 전극의 잔여부에 적용된다. 이러한 방식으로, 각각의 후속 재생시에, 상기 전극의 활성 표면과 후방벽 사이의 거리는 상기 전극의 두께에 일치하는 두께만큼 계속하여 증가되는 것이 명백하다. 논리적인 결과로서, 각각의 후속 재생시에, 각각의 주변 밀봉 개스킷을 교체를 준비하는 것이 필요하고, 최상의 성능을 보장하기 위하여, 상기 전지 설계는 상기 전극의 외부 평면을 상기 주변 개스킷의 평면으로 잘 한정된 수준에 있도록 하는 것을 요구한다. 상기 개스킷 교체는 재료 자체의 비용에 더하여 몇 가지 단점, 즉 각각 상당한 가격이 소요되는 상이한 두께의 몰드를 가져야 한다는 단점을 수반한다. 또한, 개스킷의 두께가 두꺼워지면 압축하에서 보다 많은 크리프(creep)가 발생하고, 이는 예를 들어, 크리프가 증가되면 상기 개스킷 사이에 끼워진 멤브레인에 보다 큰 응력이 발생하고, 그에 따라 파손의 위험이 더욱 커지기 때문에, 폴리머 멤브레인 전해조의 경우에 특히 부적합하다.
리브와 같은 돌출부를 구비한 멤브레인 전해조에서 메시 전극을 교체하기 위한 종래기술에 따라 적용된 다양한 절차가 미국 특허 제5,454,925호에 개시되어 있다. 상기 특허에 개시 및 도 1에 도시된 실시예에 따라서, 비활성화된 메시는 다양한 방식으로 절단되고, 새롭게 활성화된 메시가 용접되는 잔여 스트립이 남는다. 즉, 이는 각각의 후속 재생을 위해 전지 후방벽과 전극 평면 사이의 거리에서의 증가에 의해 부정적인 영향을 받는 상술한 바와 같은 종래기술의 특정 실시예이다. 멤브레인 전해조의 경우에, 상기 후방벽과 상기 전극 평면 사이의 거리 및 그에 따른 각각의 주변 개스킷의 두께의 관련 변경과 함께, 다양한 재생 사이클이 상기 전지 수명 동안 영향을 받는다는 점에 유의해야 한다. 대안적인 실시예에 따라서, 상기 메시는 고정되는 돌출부의 일부분과 함께 완전히 절단되고, 이어서, 상기 특허의 도 2, 도 3 및 도 4에 차례로 도시된 바와 같이, 직각으로 용접된 메시, 또는 직각으로 굽혀진 메시형 시트 또는 천공 시트를 갖는 예비 조립된 금속 스트립으로 만들어진 각도 부재가 적용된다. 이어서, 교체 전극이 상기 각도 부재에 용접된다. 이러한 형태의 실시예가 상기 후방벽과 상기 전극 평면 사이의 거리의 증가의 문제점을 해결하지 못하거나 또는 메시의 절단에 관한 문제점도 해결하지 못한다는 것은 아주 분명하다. 또한, 도면에 도시된 바에 따르면, 상기 각도 부재가 상기 전극을 지지하는 표면과 상기 돌출부에 접촉해야만 하는 표면 사이의 90°각도에서 필요한 공차를 얻기 어렵다는 추가의 단점을 나타내고, 금속 스트립 상에 메시를 용접하는 것에 의하여 얻어지는 예비 조립된 요소의 경우에, 필요한 공차를 갖는 용접 절차는 분명히 매우 까다롭다. 메시 또는 굴곡 시트의 경우에, 최종 부재는 완전한 수직 굴곡이 유지되는 것을 보장하도록 충분한 강도를 갖지 않는다. 또한, 보다 중요한 양태는 돌출부의 잔여부에 상기 각도 부재를 결합하기 위해 만들어질 용접의 복잡성이며, 이는 충분한 전기 전도성을 보장하기 위하여 돌출부의 표면 전체를 따라 실질적으로 연속해야만 한다.
보다 심각한 단점 및 문제점은 각도 부재가 돌출부 상의 사전 존재 각도를 가이드로서 사용하지 않는 방식으로 조립되는 상기 특허의 도 5에 도시된 실시예를 나타내는 것이며, 가이드는 비활성화된 전극이 분리될 때 완전히 제거된다. 이러한 방식으로, 상기 돌출부에 대한 상기 각도 부재의 용접은, 상술된 문제점에 더불어, 매우 엄격한 공차를 유지해야 하는 더욱 곤란한 문제점이 되고, 상기 돌출부의 메인 축선과 상기 각도 부재들의 메인 축선 사이의 평행 관계가 고려되어야만 한다. 즉, 상기 전극 평면상의 상기 돌출부의 나머지로 이루어진 억제부의 제거는, 상기 각도 부재의 두 메인 평면의 직교 관계가 제공되지 않을 때, 상기 전지 후방벽과 상기 전극 평면 사이의 평행 관계가, 2개의 방향으로, 즉 상술된 바와 같이 돌출부의 메인 축선을 따르는 방향과 상기 축선에 대해 직각인 방향으로 편향될 수 있다는 것을 의미한다. 두 가지 경우에, 상기 편향에 따른 가장 분명한 결과는 일단부에서 가능한 천공까지의 상기 멤브레인의 압축 및 타단부에서의 과도한 멤브레인 전극 갭(gap)의 위험이다.
마지막으로, 상기 지지 구조체의 상기 돌출부는 서로 분리된 스페이서로 구성될 때에만 상기 미국 특허 제5,454,925호에 개시된 전극 교체 방법이 적용될 수 있는 한편, 예를 들어 독일특허 DE 198 50 071호에 개시된 바와 같은 파형 시트로 형성된 채널 또는 전도성 코어의 직접적인 성형에 의해 얻어진 돌출부가 연속하는 외형으로 제조되는 전지 설계에 대해서 특별한 지시가 없다는 것을 유의해야만 한다.
본 발명의 목적은 종래기술의 결점을 극복하는 교체 가능한 전극 구조체를 갖는 전기화학적 전지 설계를 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은 돌출부의 단자 표면의 적어도 일부분이 동일 평면상에 위치하는 일련의 돌출부가 제공되는 후방벽과, 직접적으로 또는 중간 부재에 의해 상기 동일 평면상에 위치하는 상기 단자 표면과 접촉하는 전극 또는 일련의 전극으로 구성되는 적어도 하나의 교체 가능한 전극 구조체를 포함하는 전해 전지를 제공하는 것으로서, 상기 전극 또는 상기 일련의 전극의 적어도 일부는 상기 후방벽으로부터의 원래의 거리를 유지하면서 실질적으로 동등한 전극으로 1회 이상 제거 및 교체될 수 있는 것을 특징으로 한다.
다른 양태에 있어서, 본 발명의 목적은 소모된 전극을 완전히 제거하는 단계와 새로운 전극을 적용하는 단계를 포함하는 전해 전지 내부의 전극을 교체하는 방법을 제공하는 것으로서, 구조체의 간단한 절단에 의해 소모 전극이 제거되고, 원래의 접촉 표면에 새로운 전극이 용접되는 것을 특징으로 한다.
추가의 양태에 따르면, 본 발명의 목적은 상기 후방벽과 상기 전극 사이에 일정한 거리를 유지하기에 적합한 돌출부가 제공된 임의의 전지 디자인에 적용될 수 있는, 상기 소모된 전극을 전체적으로 제거하는 단계와 새로운 전극을 설치하는 단계를 포함하는 전해 전지의 전극을 교체하는 방법을 제공하는 것으로서, 상기 돌출부는 서로 분리된 부품으로 이루어지거나, 적절한 형상의 연속하는 외형으로 이루어진다.
추가의 양태에 따르면, 본 발명의 목적은 임의의 주변 개스킷을 교체할 필요 없이 또는 상기 주변 개스킷을 그 두께를 변경하지 않고 교체함으로써 전해 전지의 전극을 교체하는 방법을 제공하는 것이다.
특정 실시예에 따르면, 본 발명의 목적은 상기 전극을 절단하거나 손상시킬 필요없이 전해 전지의 전극을 교체하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 동일 평면상에 위치하는 단자 표면에 의해 후방벽의 마주하는 측부 상에서 범위가 정해지는 적어도 하나의 일련의 돌출부가 제공된 후방벽과, 상기 동일 평면상에 위치하는 상기 단자 표면과 접촉하여 다수의 접촉 표면을 한정하는 하나의 전극 또는 일련의 전극으로 구성되는 적어도 하나의 교체 가능한 전극 구조체를 포함하는 전해 전지에 관한 것으로서, 상기 각각의 접촉 표면의 대부분은 구속되지 않으며, 상기 전극 또는 일련의 전극은 상기 단자 표면의 적어도 하나의 주변 구역에서만, 예를 들어 용접에 의해 상기 돌출부의 각각의 상기 단자 표면에 고정되는 것을 특징으로 한다.
다른 양태에 있어서, 본 발명은 동일 평면상에 위치하는 단자 표면에 의해 후방벽에 마주하는 측부 상에서 범위가 정해지는 적어도 하나의 돌출부가 제공된 후방벽으로 구성되는 적어도 하나의 격실을 포함하는 전해 전지 내에서 전극 또는 일련의 전극을 교체 전극 또는 일련의 교체 전극으로 교체하는 방법으로 구성되고, 상기 교체해야 할 전극은 동일 평면상에 위치하여 접촉 표면을 한정하는 상기 단자 표면과 접촉되고, 각각의 상기 접촉 표면의 적어도 일부분은 구속되지 않으며, 교체해야 할 상기 전극은 상기 단자 표면의 주변 구역에서만 상기 돌출부의 상기 단자 표면에 예를 들어, 용접에 의해 고정되고, 상기 방법은 하기의 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다:
ㆍ 구속되지 않는 상기 단자 표면의 대부분을 제거하지 않으면서, 교체해야 할 상기 전극에 고정된 부분들을 제거하기 위해 상기 돌출부의 상기 단자 표면의 일부분을 절단하는 단계,
ㆍ 이전의 절단 단계 동안 제거되지 않은 상기 돌출부의 단자 표면의 부분에 상기 교체 전극을 배치하고, 바람직하게는 상기 잔여 단자 표면의 주변부에서 상기 잔여 단자 표면에 상기 교체 전극을 고정하는 단계.
본 발명의 이들 및 다른 양태는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 한정되는 범위를 임의로 제한하고자 하는 것이 아닌 하기의 실시예에 도시된다.
도 1은 본 발명의 전해 전지의 제 1 실시예의 측면도.
도 2 및 도 3은 상기 제 1 실시예에 따른 본 발명의 전해 전지의 전극을 교체하는 방법의 후속 단계를 도시하고, 특히, 도 2는 소모된 전극 구조체의 분리를 도시하며, 도 3은 본 발명에 따른 교체 전극의 배치를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 전해 전지의 제 2 실시예의 측면도.
도 5 및 도 6은 상기 제 2 실시예에 따른 본 발며으이 전해 전지의 전극을 교체하는 방법의 후속 단계를 도시하고, 특히, 도 5는 소모된 전극 구조체의 분리를 도시하며, 도 6은 본 발명에 따른 교체 전극의 배치를 도시하는 도면.
제 1 실시예
본 발명의 전해 전지의 제 1 실시예는 도 1에 도시된다. 상기 전해 전지의 후방벽(1)에 의해 범위가 정해지는 교체 가능한 전극 구조체에서, 평면 전극(2)은 후방벽에 고정된 스페이서로 이루어져 반복형 지지 부재를 구성하는 적어도 하나의 돌출부(3)를 통해 일정 거리에서 고정된다. 상기 전극은 용접부와 같은 구속부(4)에 의해 상기 스페이서에 고정되고, 구속부는 후방벽에 마주하는 상기 스페이서의 표면인 상기 스페이서의 단자 표면과 상기 전극 사이의 접촉 표면을 교차한다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 구속부는 상기 단자 표면의 주변 구역에 위치되고, 상기 전극과 접촉하는 상기 스페이서의 단자 표면의 잔여부는 상기 전극에 고정되는 것이 아니라 단지 접촉하는 것이다. 도 1은 주변 개스킷(6)을 구비한 전지 부재의 주변 플랜지(5)를 도시한다. 일반적인 경우에, 상기 플랜지 및 상기 후방벽은 팬(pan)과 같은 형상의 단일의 구조 부재의 일부분이고, 다른 실시예에서는, 상기 플랜지 및 상기 후방벽이 단일 부재로 합체되지 않을 수 있으며 다른 중간 부재가 개재될 수 있다. 상기 스페이서와 접촉하지 않는 표면인 상기 전극의 외부면은 바람직하게 상기 주변 개스킷의 외부면으로 한정된 소정 높이에 위치된다. 부가의 바람직한 실시예에서, 상기 전극의 외부면은 상술한 바에 따라 상기 캐스킷의 두께를 한정하기 위해 상기 플랜지로 한정된 높이에 위치된다. 전극을 교체하기 위한 본 발명의 방법에 따라서, 예를 들어 그 촉매 코팅은 비활성화되기 때문에 또는 교체가 필요하게 되는 몇가지 다른 이유로 인해 전극(2)이 교체되어야만 할 때, 상기 스페이서(3)는 라인(7)을 따라 절단되어서, 전극이 제거될 수 있게 된다. 상기 절단은 예를 들어 레이저 빔에 의해, 라인(7)의 연장선을 따라 상기 전극을 동시에 절단함으로써 외부로부터 이루어질 수 있다. 상기 전극의 제거 이후에 발생하는 상황은 도 2에 도시된다.
도 3은 바람직하게는 상기 스페이서의 상기 단자 표면의 주변 구역에서 수행되는 예를 들어 용접부인 구속부(4')를 통해 상기 스페이서의 단자 표면의 잔여부에 상기 교체 전극(2')을 고정하여, 상기 스페이서와 상기 전극 사이의 접촉 표면의 실질적인 부분이 구속되지 않은 채로 남아 있는 것을 도시하고, 이러한 방식으로, 상기 스페이서의 단자 표면의 작은 부분만을 점차 제거함으로써 상기 방법에 따른 후속 교체 작업이 가능하게 된다. 분명하게, 상기 스페이서의 단자 표면이 커질수록, 교체 회수가 많아질 수 있다.
도 1, 도 2 및 도 3은 특정한 형상, 즉 Z와 유사한 외형을 갖는 스페이서를 도시하고, 이러한 형상은 본 발명의 특정 실시예를 실시할 수 있는 형상 중 하나이고, T, C 또는 반전된 H 등과 유사한 외형이 사용될 수도 있다.
몇가지 경우에서와 같이, 상기 스페이서의 단자 표면이 더욱 클 수 있으며, 특히, 예를 들어, 메시, 천공 시트, 팽창 금속 시트 형태로 상기 전극이 천공될 때, 구멍 또는 채널과 같은 틈부 또는 개구를 갖는 스페이서를 제공하는 것이 유리하다. 이러한 방식에서, 상기 스페이서와 상기 전극 사이의 큰 접촉 면적은 상기 전해 전지의 유체역학에 부정적인 영향을 주는 것을 방지하고, 멤브레인 전지의 경우에는, 주로 상기 멤브레인의 국부적인 오류의 원인이 되는 상기 멤브레인의 국부적인 막힘(blinding), 그러므로 농도 및 전류의 위험한 변화의 만들어짐을 방지한다.
제 2 실시예
본 발명의 전해 전지의 제 2 실시예는 도 4에 도시된다. 상기 전해 전지의 후방벽(1)에 의해 범위가 정해지는 교체 가능한 전극 구조체에서, 평면 전극(2)은 반복형 지지 부재를 구성하는 돌출부(3)를 통해 소정의 거리에 고정된다. 상기 돌출부(3)는 2개의 개별 부재로 제조된다. 상기 후방벽에 고정되는 제 1 부재는 독일 특허공개 DE 198 50 071호에 따른 유체의 순환을 위한 채널을 형성할 수 있는 파형 시트와 같은 인발 부품(8)으로 제조된다. 선택적으로, 상기 인발 부품(8)은 예를 들어, 시트의 냉간 프레싱에 의해 종래 기술의 다양한 방법에 따라 다양한 형상으로 얻어질 수 있다. 예를 들어 용접에 의해 상기 인발 부품(8)의 돌출 부위에 고정되는 제 2 부재는 상기 돌출부의 접촉 표면을 구성하는 평면 접촉 부재(9)이다. 상기 평면 접촉 부재(9)에는 바람직하게 멤브레인 전지의 경우에 막힘 현상이나 이전의 설명에 따른 전지 유체역학의 비정상적인 움직임을 방지하기 위해 예를 들어, 천공된 또는 홈이 형성된 구멍 또는 개구를 구비한다.
상기 전극은, 상기 평면 접촉 부재(9)와 상기 전극 사이의 접촉 표면인, 상기 돌출부의 단자 표면과 상기 전극 사이의 접촉 표면을 교차하는 예를 들어, 용접부인 구속부(4)에 의해 각각의 돌출부에 고정된다. 도면에 도시된 바와 같이, 상기 구속부는 상기 단자 표면의 주변 구역에 위치되고, 상기 전극과 접촉하는 상기 평면 접촉 부재(9)의 잔여부는 상기 전극에 고정되는 것이 아니라 단지 접촉하는 것이다. 도 4는 주변 개스킷(6)을 구비한 전지 부재의 주변 플랜지(5)를 도시한다. 일반적인 경우에, 상기 플랜지 및 상기 후방벽은 팬과 같은 형상의 고유의 구조부재의 일부분이고, 다른 실시예에서는, 상기 플랜지 및 상기 후방벽은 단일 부재로 합체되지 않을 수 있으며 다른 중간 부재가 개재될 수 있다. 상기 돌출부와 접촉하지 않는 상기 전극의 외부면은 바람직하게 상기 주변 개스킷의 외부면에 대해 고정되어 소정의 높이에 위치된다. 바람직한 실시예에서, 상기 전극의 외부면은 상술한 바에 따라 상기 캐스킷의 두께를 한정하기 위해 상기 플랜지에 대해 한정된 높이에 위치된다. 전극을 교체하기 위한 본 발명의 방법에 따라서, 본 제 2 실시예의 경우에도, 예를 들어 그 촉매 코팅은 비활성화되기 때문에 또는 교체가 강제되거나 필요해지는 몇 가지 다른 이유로 인해 전극(2)이 교체되어야만 할 때, 상기 돌출부(3)는 라인(7)을 따라 절단되고, 그에 따라 전극이 제거될 수 있게 된다. 상기 절단은 예를 들어 레이저 빔에 의해 라인(7)의 연장선을 따라 상기 전극을 동시에 절단함으로써 외부로부터 이루어질 수 있다. 상기 전극의 제거 이후에 취해지는 상황은 도 5에 도시된다.
도 6은 바람직하게 상기 스페이서의 상기 단자 표면의 주변 구역에서, 상기 스페이서와 상기 전극 사이의 접촉 표면의 실질적인 부분이 해제되어 구속되지 않은 채로 수행되는 예를 들어, 용접부인 구속부(4')를 통해 상기 돌출부의 단자 표면과 합치하는 상기 평면 접촉 부재(9)의 잔여부에 상기 교체 전극(2')을 고정하는 것을 도시하고, 이러한 방식으로, 상기 스페이서의 단자 표면의 작은 부분만을 점진적으로 제거함으로써 상기 방법에 따른 후속 교체 작업이 가능해진다. 분명하게는, 상기 스페이서의 단자 표면이 커질 수록, 교체 회수가 많아질 수 있다.

Claims (41)

  1. 동일 평면상에 위치하는 돌출부의 단자 표면에 의해 후방벽에 마주하는 측부 상에서 범위가 정해지는 상기 돌출부로 만들어진 지지 부재를 구비한 하나 이상의 상기 후방벽과,
    상기 돌출부의 상기 단자 표면과 접촉하여 접촉 표면을 형성하는 하나 이상의 전극을 포함하는,
    하나 이상의 교체 가능한 전극 구조체를 포함하는 전해 전지에 있어서,
    상기 접촉 표면의 실질적인(substantial) 부분은 구속되지 않으며, 상기 하나 이상의 전극은 상기 단자 표면의 하나 이상의 주변 구역에서만 상기 돌출부 각각의 상기 단자 표면에 고정되는 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극은 용접에 의해 상기 돌출부의 상기 단자 표면에 고정되는 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극은 구멍 또는 개구를 구비하는 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극은 메시, 팽창 시트 및 천공 시트를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 부재의 중첩체 또는 조합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극은 평행한 스트립의 조합체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극은 전기촉매 코팅을 구비하는 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극은 양극인 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 양극은 귀금속 및 상기 귀금속의 산화물을 포함하는 막으로 코팅된 티타늄 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 하나 이상의 전극은 음극인 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 음극은 니켈 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  11. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 돌출부는 서로 분리되어 상기 후방벽에 고정되는 스페이서인 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 스페이서의 상기 단자 표면은 구멍, 채널, 또는 임의의 다른 종류의 개구를 구비하는 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 스페이서는 Z, C, T 또는 반전된 H 형상의 외형을 가지는 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  14. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지지 부재는 하나 이상의 인발 부품과 상기 후방벽에 마주하는 상기 인발 부품의 표면에 고정되는 평면 접촉 부재를 포함하는 일련의 돌출부로 만들어지는 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  15. 제 14 항에 있어서, 상기 인발 부품은 파형 시트인 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  16. 제 15 항에 있어서, 상기 파형 시트는 유체의 순환을 위한 채널을 형성하는 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  17. 제 14 항에 있어서, 상기 평면 접촉 부재는 천공되거나 또는 홈이 형성된 부재, 또는 틈부 또는 개구를 구비한 부재인 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  18. 제 17 항에 있어서, 상기 평면 접촉 부재는 메시, 팽창 시트 및 천공 시트를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  19. 제 14 항에 있어서, 상기 평면 접촉 부재는 용접에 의해 상기 인발 부품의 상기 표면에 고정되는 것을 특징으로 하는 전해 전지.
  20. 돌출부의 단자 표면의 일부분을 절단함으로써 교체해야 할 전극을 제거하는 단계를 포함하는 제 1 항 내지 제 5 항에 기재된 전해 전지의 전극을 교체 전극으로 교체하는 방법에 있어서,
    절단 단계는, 구속되지 않은 상기 단자 표면의 잔여부의 제거를 방지하면서, 상기 전극에 고정된 상기 돌출부의 상기 단자 표면의 주변 구역을 제거하는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  21. 제 20 항에 있어서, 상기 돌출부의 상기 단자 표면의 상기 절단 단계는 교체해야 할 상기 전극의 절단으로 수행되는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  22. 제 20 항에 있어서, 상기 절단 단계는 레이저 빔에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  23. 제 20 항에 있어서, 교체해야 할 상기 전극의 제거에 이어서, 상기 돌출부의 상기 단자 표면의 상기 잔여부 상에 교체 전극을 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  24. 제 23 항에 있어서, 상기 후방벽으로부터 상기 교체 전극의 거리는 상기 후방벽으로부터 제거된 상기 전극의 원래의 거리에 대해서 변경되지 않는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  25. 제 23 항에 있어서, 상기 교체 전극의 상기 부착 단계는 상기 단자 표면의 하나 이상의 주변 구역에서만 상기 하나 이상의 돌출부의 상기 잔여 단자 표면에 상기 교체 전극을 고정하는 것에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  26. 제 25 항에 있어서, 상기 잔여 단자 표면에 대한 상기 교체 전극의 상기 고정은 용접을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  27. 스페이서의 단자 표면의 일부분을 절단함으로써 교체해야 할 전극을 제거하는 단계를 포함하는 제 11 항에 기재된 전해 전지의 전극을 교체 전극으로 교체하는 방법에 있어서,
    절단 단계는, 상기 단자 표면의 구속되지 않은 부분의 잔여부의 제거를 방지하면서, 상기 스페이서의 상기 단자 표면의 상기 주변 구역을 제거하는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  28. 제 27 항에 있어서, 상기 스페이서의 상기 단자 표면의 일부분의 절단 단계는 교체해야 할 상기 전극의 절단으로 수행되는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  29. 제 27 항에 있어서, 상기 절단 단계는 레이저 빔에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  30. 제 27 항에 있어서, 교체해야 할 상기 전극의 제거에 이어서, 상기 스페이서의 상기 단자 표면의 상기 잔여부 상에 교체 전극을 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  31. 제 30 항에 있어서, 상기 후방벽으로부터 상기 교체 전극의 거리는 상기 후방벽으로부터 제거된 상기 전극의 원래의 거리에 대해서 변경되지 않는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  32. 제 30 항에 있어서, 상기 교체 전극의 상기 부착 단계는 상기 잔여부의 하나 이상의 주변 구역에서만 상기 돌출부의 상기 잔여 단자 표면에 상기 교체 전극을 고정하는 것에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  33. 제 32 항에 있어서, 상기 잔여 단자 표면에 대한 상기 교체 전극의 고정은 용접을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  34. 평면 접촉 부재의 부분을 절단하는 것에 의하여 전극을 제거하는 단계를 포함하는 제 15 항에 기재된 전해 전지의 전극을 교체 전극으로 교체하는 방법에 있어서,
    절단 단계는, 상기 평면 접촉 부재의 구속되지 않은 부분의 잔여부의 제거를 방지하면서, 상기 평면 접촉 부재의 상기 부분을 제거하는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  35. 제 34 항에 있어서, 스페이서의 단자 표면의 일부분의 절단 단계는 교체해야 할 상기 전극의 절단으로 수행되는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  36. 제 34 항에 있어서, 상기 절단 단계는 레이저 빔에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  37. 제 34 항에 있어서, 교체해야 할 상기 전극의 상기 제거에 이어서, 상기 평면 접촉 부재의 상기 잔여부 상에 교체 전극을 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  38. 제 37 항에 있어서, 상기 후방벽으로부터 상기 교체 전극의 거리는 상기 후방벽으로부터 제거된 상기 전극의 원래의 거리에 대해서 변경되지 않는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  39. 제 37 항에 있어서, 상기 교체 전극의 상기 부착 단계는 상기 잔여부의 하나 이상의 주변 구역에서만 상기 평면 접촉 부재의 상기 잔여부에 상기 교체 전극을 고정하는 것에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  40. 제 39 항에 있어서, 상기 평면 접촉 부재의 상기 잔여부에 대한 상기 교체 전극의 고정은 용접을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 교체 방법.
  41. 삭제
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