KR101261211B1 - 전해용 양극 일체 셀 및 이것을 포함하는 전해조 - Google Patents

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박형규
조성욱
최인혁
김대웅
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한국지질자원연구원
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Abstract

전해용 양극 일체 셀의 구성이 개시된다.
상기 전해용 양극 일체 셀은, ∪ 형상으로 이루어지는 셀 본체; 셀 본체의 벽체에 수직으로 형성한 양극 삽입 홀; 상기 양극 삽입 홀에 삽입되는 양극; 및 셀 본체를 덮는 셀 커버를 포함한다.
여기에서, 셀 본체의 소재는, 글래시 탄소 또는 글래시 흑연으로 이루어질 수 있으며, 양극 삽입 홀은, 셀 본체의 벽체에 네 개가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 전해용 양극 일체 셀의 구성을 특징으로 하는 전해용 양극 일체 셀을 포함하는 전해조가 개시된다.
이때, 전해용 양극 일체 셀의 하부 또는 측면에는 히터(heater)가 더 설치될 수 있다.

Description

전해용 양극 일체 셀 및 이것을 포함하는 전해조{ANODE INTEGRATED CELL, AND ELECTROLYTIC BATH CONTAINING THE SAME}
본 발명은 전해용 양극 일체 셀 및 이것을 포함하는 전해조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 셀(cell)에 전해용 양극을 일체화하고, 이 전해용 양극이 일체화된 셀을 포함하는 전해조에 관한 것이다.
전해는, 전기 분해의 준말이며, 전기 화학 분야에서 널리 사용되는 기술이다.
종래의 전해 장치는 전해조에 단일 음극과 단일 양극이 분리된 채로 사용되고 있었다.
예를 들어서, 도 1에 나타낸 바와 같이, 금속 염화물이나 금속 불화물 등을 포함하는 전해액(20)을 적당량 채운 전해조(10) 내부에, 적당한 간격을 두고 금속 재질의 음극(30)과 탄소 재질의 양극(40)을 배치한 다음, 전원(50)으로부터의 전원 공급에 의해서, 전해액(20)을 전해하는 구성이 일반적이었다.
이와 같이 배치하는 경우, 전류의 흐름은 양극(40)에서 음극(30)으로 진행되고, 금속 재질의 음극(30)에는 상기 금속 염화물이나 금속 불화물의 금속 성분이 금속으로서 석출되며, 탄소 재질의 양극(40)으로부터는 상기 금속 염화물이나 금속 불화물의 가스(Cl2 가스 또는 F2 가스)가 발생한다.
이와 같은 경우, 양극(40)에서 음극(30)으로의 전류 흐름의 밀도가 높지 않기 때문에, 전해 반응 전체가 신속하게 이루어지지 않는다는 단점이 있었다.
본 발명과 관련된 종래 기술로는, 대한민국 등록특허 제10-0767053호(2007.10.08. 공고)가 있다.
따라서, 본 발명은, 종래 기술의 전해조의 구성에 비해서, 획기적으로 높은 전류 밀도를 나타낼 수 있는 전해용 양극 일체 셀 및 이것을 포함하는 전해조의 구성을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)는 이하의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 전해용 양극 일체 셀은, ∪ 형상으로 이루어지는 셀 본체; 셀 본체의 벽체에 수직으로 형성한 양극 삽입 홀; 상기 양극 삽입 홀에 삽입되는 양극; 및 셀 본체를 덮는 셀 커버를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기에서, 상기 셀 본체의 소재는, 글래시 탄소 또는 글래시 흑연으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 양극 삽입 홀은, 상기 셀 본체의 벽체에 네 개가 형성될 수 있다.
또한, 상기 전해용 양극 일체 셀은, 상기 셀 커버의 중앙에 삽입되고 상기 셀 본체 내부로 연장되는 음극; 및 전해용 전력을 공급하는 전원 공급 장치를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 셀 커버에는, 외장 부속품이 더 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 외장 부속품은, 가스 배출 파이프 삽입 홀에 삽입되는 가스 배출 파이프, 열전대 삽입 홀에 삽입되는 열전대, 및 전해액(염화물 및 불화물) 공급 홀에 삽입되는 전해액(염화물 및 불화물) 공급 플러그 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 음극 및 양극의 소재는, 철제(steel)인 것이 바람직하다.
다르게는, 상기 음극의 소재는, Mo, Ta, W 중 어느 하나로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 외장 부속품의 소재는, 알루미나인 것이 특히 바람직하다.
한편, 본 발명에 따르면, 상술한 특징들 중 적어도 하나 이상을 갖는 전해용 양극 일체 셀을 포함하는 전해조가 제공된다.
여기에서, 상기 전해용 양극 일체 셀의 하부 또는 측면에 히터(heater)가 더 설치되는 것이 바람직하다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.
그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 발명을 구성하는 각 구성 요소의 크기, 위치, 결합 관계 등은 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술되어 있을 수 있음을 알아야 한다.
이상과 같은 본 발명의 전해용 양극 일체 셀 및 이것을 포함하는 전해조의 구성에 따르면, 종래 기술에 비해서 전류 밀도가 획기적으로 높아지는 효과가 있다.
도 1은, 종래의 전해조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2의 (a) 및 (b)는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 조립하기 직전의 양극, 음극, 및 셀을 나타낸 개략적인 사시도로, 도 2의 (a)는 전해용 양극 일체 셀 본체를, 도 2의 (b)는 양극 및 음극을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 3은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 양극 및 셀을 조립한 상태를 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 4는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전해용 양극 일체 셀의 커버 및 상기 커버에 조립되는 부속품들을 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 5는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전해용 양극 일체 셀에 셀 커버 및 기타 부속품들을 결합한 상태를 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 6은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전해용 양극 일체 셀을 전해로에 결합시킨 개략적인 사시도이다.
도 7의 (a)는, 종래 기술의 전해조의 시뮬레이션 개념도이고, 도 7의 (b)는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전해용 양극 일체 셀의 시뮬레이션 개념도이다.
도 8은, 종래 기술에 따른 전해조의 시뮬레이션 결과 최대 전기장(Emax) 분포를 나타낸 도면으로, 측면 및 평면도이다.
도 9는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전해용 양극 일체 셀의 시뮬레이션 결과 최대 전기장(Emax) 분포를 나타낸 도면으로, 측면 및 평면도이다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 본 발명에서의 '전해용 양극 일체 셀' 및 '전해조'의 개념에 대해서 설명하기로 한다.
본 발명의 '전해용 양극 일체 셀'은 전해가 이루어지는 셀 자체를 전극으로 형성한 것으로, 종래의 전해조(10, 도 1 참조)의 구성과는 상이하며, 또한, 본 발명의 '전해조'는, 종래 기술의 전해조(10)와는 달리, 상기 '전해용 양극 일체 셀'을 포함하고 있는 '전해조'를 가리킨다는 점을 알아야 한다.
도 2의 (a) 및 (b)는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 조립하기 직전의 양극, 음극, 및 셀을 나타낸 개략적인 사시도로, 도 2의 (a)는 전해용 양극 일체 셀 본체를, 도 2의 (b)는 양극 및 음극을 개략적으로 나타낸 사시도이다.
도 2의 (a)에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 전해용 양극 일체 셀 본체는 실린더 형상으로 이루어지고 속이 비어있는 셀 본체(200)와, 상기 셀 본체(200)의 상단 테두리의 벽체 내에 수직 방향으로 형성한 네 군데의 양극 삽입 홀(220)을 포함하고 있다.
상기 셀 본체(200)는 凹 형상으로 형성되어 있으며, 하부의 바닥은 셀 본체(200)의 벽체의 두께와 동일한 두께로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
셀 본체(200)의 바닥 형상은 U 형태로 형성할 수도 있으나, 최종적으로 전해조에 조립할 때의 작업의 편의성을 위해서, 凹 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 셀 본체(200)의 측면 벽체 부분에 형성한 양극 삽입 홀(220)은 네 군데 형성되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라서, 적당히 조절하여, 2 군데 혹은 6 군데 혹은 8 군데 형성할 수도 있다.
상기 셀 본체(200)의 소재는, 흑연 소재인 것이 바람직하며, 글래시 탄소(glassy carbon) 또는 글래시 흑연(glassy graphite)인 것이 더욱 바람직하다.
종래 사용되고 있었던 흑연 소재의 경우 강도가 부족하여 셀 본체(200)의 테두리를 이루는 벽체 내에 삽입된 양극(240)으로부터의 전류 흐름이 높아지면 벽체 부분이 파괴되는 현상이 발생하기 때문이다.
이와는 달리, 상기 글래시 탄소 또는 글래시 흑연 소재는 내고온성과 고강도, 저밀도, 저전기 저항, 저마찰 계수, 화학 물질에 대한 안정성 등의 측면에서 기존의 흑연 소재를 능가하는 소재로 인정받고 있다.
도 2의 (b)에 따르면, 본 발명의 전해용 양극 일체 셀에 사용되는 양극(240)과, 이에 대응되는 음극(300)의 대략적인 구조를 알 수 있다.
양극(240)은 가늘고 긴 실린더 형상이며, 셀 본체(200)에 형성한 양극 삽입 홀(220)에 삽입되며, 상부에는 양극(240)의 양극 나사 구멍(245)이 형성되어 있다.
상기 양극 나사 구멍(245)은 전해 반응 중에 공급되는 전원 공급 장치(미도시)의 양극(+)부로부터 전류를 공급하는 전력선(미도시)이 결합되는 부분이다.
상기 양극(240)은, 도면에는 하나만 도시되어 있으나, 실제로는, 셀 본체(200)에 형성한 양극 삽입 홀(220)의 갯수와 동일한 갯수의 양극(240)을 형성해 두는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 양극(240)의 일단부에 양극 나사 구멍(245)을 형성하여 두었으나, 이와 같은 연결 방식 이외에도, 용접에 의해서 직결하는 방식, 클램프를 통한 고정 방식, 양극(240)의 중심부에 양극 나사 구멍(245)을 형성하는 것이 아니라, 양극(240)의 일단부의 측면에 양극 나사 구멍(미도시)을 형성하고, 여기에 전력선을 연결하는 구성도 가능하다.
또한, 상기 양극 삽입 홀(220)의 길이는 셀 본체(200)에 형성한 양극 삽입 홀(220)의 깊이보다 조금 길게 형성해 두는 것이 바람직하다.
여기에서, 상기 양극 삽입 홀(220)의 깊이는 양극(240)의 길이와 같도록 형성될 수도 있으며, 양극 삽입 홀(220)의 깊이가 양극(240)의 길이 보다 깊어서, 양극(240)의 상단 단부가 셀 본체(200)의 벽체로부터 노출되지 않도록 구성할 수도 있다.
한편, 전해용 양극 일체 셀 본체(200)에 바로 삽입되지는 않지만, 본 발명에 따른 음극(300)은, 양극(240) 보다 약간 더 길게 형성하는 것이 바람직하며, 길이의 1/2 내지 2/3 지점에 별도로 형성한 높이 조정 링(330)이 결합되어 있다.
상기 높이 조정 링(330)의 직경은 음극(300)의 직경과 사실상 동일한 것이 바람직하며, 음극(300)의 높이 조정을 더욱 용이하게 하기 위해서, 상기 높이 조정 링(330)에는 링 고정 나사(335)가 더 형성되어 있는 것이 더욱 바람직하다.
상기 음극(300)에도, 양극(240)에서와 마찬가지로, 상부에 음극 나사 구멍(340)이 형성되어 있으며, 이 음극 나사 구멍(340)은 전해 반응 중에 공급되는 전원 공급 장치(미도시)의 음극(-)부로부터 전류를 공급하는 전력선이 결합되는 부분이다.
상기 양극(240)의 일단부에 형성한 양극 나사 구멍(245)의 경우에서와 마찬가지로, 음극(300)의 일단부에도 음극 나사 구멍(340)을 형성할 때, 상기한 바와 같은 연결 방식 이외에도, 용접에 의해서 직결하는 방식, 클램프를 통한 고정 방식, 음극(300)의 중심부에 음극 나사 구멍(340)을 형성하는 것이 아니라, 음극(300)의 일단부의 측면에 음극 나사 구멍(미도시)을 형성하고, 여기에 전력선을 연결하는 구성도 가능하다.
여기에서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 양극(204) 및 음극(300)의 소재는 철제(steel)인 것이 바람직하며, 상기 음극(300)은 철제 이외의 Mo, Ta, W 중 어느 하나의 소재로 형성될 수도 있다.
도 3은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 양극 및 셀을 조립한 상태를 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 3을 통해서 알 수 있는 바와 같이, 셀 본체(200)의 테부리 부분 상부에 네 개의 양극(240)이 삽입되어 있으며, 네 개의 양극(240)은 셀 본체(200)의 테두리를 이루는 벽체의 상부로부터 일부 돌출하여 설치되어 있다.
도 4는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전해용 양극 일체 셀의 커버 및 상기 커버에 조립되는 부속품들을 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 4로부터 알 수 있는 바와 같이, 전해용 양극 일체 셀 커버(700)는 凸 형상으로 형성되어 있으나, 평평한 원반 형상으로 형성될 수도 있다.
상기 셀 커버(700)는 셀 본체(200)의 중공부를 덮을 수 있는 크기로 형성되어 있으며, 고온에서의 열충격에 강하며 전해액이나 전해 생성물인 가스의 영향을 받지 않는 소재, 예를 들면, 알루미나로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
상기 전해액으로는, 염화물 및 불화물 전해액을 예로 들 수 있다.
상기 셀 커버(700)에는, 음극(300)이 삽입되는 음극 삽입 홀(320), 전해 반응 중에 발생하는 가스(대표적으로 염화물의 경우 Cl2 가스가 발생함)를 배출하기 위한 가스 배출 파이프(400)가 삽입되는 가스 배출 파이프 삽입 홀(420), 열전대(미도시, 도 5 참조)가 삽입되는 열전대 삽입 홀(520), 전해액 공급 플러그(600)가 삽입되는 전해액 공급 홀(620) 등이 형성되어 있다.
이들 각종 홀(320, 420, 520, 620)의 위치는 도시한 것에 한정되지 않으며, 그 위치나 크기 등은 실제 구현시에는 도면과 상이할 수도 있다.
상기 가스 배출 파이프(400)는 염화물이나 불화물의 전해 반응에서 발생하는 각종 가스를 외부로 배출시키기 위한 것으로, 상기 가스로부터의 부식을 방지할 수 있는, 예를 들면, 알루미나 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 전해액 공급 플러그(600)는, 평평한 원반 형상으로 도시되어 있으나, 바람직하게는, 凸 형상으로 형성될 수 있다.
전해액 공급 플러그(600)를 凸 형상으로 형성하는 경우, 전해액 공급 홀(620)을 더욱 확실하게 밀폐할 수 있게 된다.
상기 전해액 공급 플러그(600)는, 도시하지 않은, 전해액 수위 측정 장치에 의 검출값에 따라서, 전해액의 부족(소모)분을 보충해 줄 때 사용하는 것으로, 상기 전해액 수위 측정 장치의 측정값에 따라서 부족한 전해액을 단속적으로 충전할 수 있도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 전해액 공급 플러그(600)의 소재는, 상술한 셀 커버(700)나 가스 배출 파이프(400)에서와 마찬가지로 내부식성의 측면에서 알루미나로 형성되는 것이 바람직하다.
도 5는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전해용 양극 일체 셀에 셀 커버 및 기타 부속품들을 결합한 상태를 나타낸 개략적인 사시도이다.
도 5에 따르면, 셀 본체(200)와, 상기 셀 본체(200)의 테두리의 벽체에 동일한 간격을 두고 형성된 네 개의 양극 삽입 홀(220, 미도시)에 삽입된 양극(240), 상기 셀 본체(200)의 중공부 상부를 덮고 있는 셀 커버(700), 및 상기 셀 커버(700)의 음극 삽입 홀(320)에 삽입된 음극(300), 가스 배출 파이프 삽입 홀(420)에 삽입된 가스 배출 파이프(400), 열전대 삽입 홀(520)에 삽입된 열전대(500), 및 전해액 공급 홀(620)에 삽입된 전해액 공급 플러그(600) 등의 설치 위치와 결합 관계를 한눈에 알 수 있다.
여기에서, 상기 음극(300)은 셀 커버(700)의 가운데에 설치되며, 그 삽입 깊이의 조절은 음극(300)에 형성한 높이 조정 링(330)에 의해서 적당한 삽입 깊이로 조절될 수 있다.
도 5로부터, 셀 본체(200)에 전원이 공급되면, 셀 본체(200)의 가운데에 설치되는 음극(300)으로부터 셀 본체(200)의 테두리 벽체의 네 군데에 설치된 양극(240)으로 전자의 이동이 시작되면서, 전해가 진행된다.
이때, 전자의 흐름은 셀 본체(200)의 벽체에 삽입된 네 개의 양극(240)으로만 집중하는 것이 아니라, 셀 본체(200)를 글래시 탄소 또는 글래시 흑연으로 형성해 두었기 때문에, 셀 본체(200)의 벽체의 양극(240)이 삽입되지 않은 벽체 부분으로도 전자가 이동하게 되면서, 음극(300)과 셀 본체(200)의 전체 벽체에서도 전해가 이루어진다.
따라서, 종래 기술의 전해조(10)의 구성과 비교하여 전해시 전류 밀도가 현격히 높다는 장점이 있다.
이에 대해서는, 도 8 및 도 9를 참조하여 후술한다.
도 6은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전해용 양극 일체 셀을 전해로에 결합시킨 개략적인 사시도이다.
도 6으로부터, 본 발명에 따른 전해조(100)는, 도 5에 도시한 바와 같이, 셀 커버(700)가 부착된 전해용 양극 일체 셀을 전해조(100)에 설치한 전체적인 모습을 알 수 있다.
전해조(100)는 셀 본체(200)의 외측에 형성한 히터(미도시)에 의해서 소정의 온도로 가열될 수 있다.
이때, 히터(미도시)는 셀 본체(200)의 하부 또는 측면 벽체 외부에 설치될 수 있으며, 셀 본체(200)의 하부 및 측면 벽체 외부 모두에 설치되는 것이 가장 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 전해용 양극 일체 셀 및 이것을 포함하는 전해조(100)를 이용하여 염화물을 전해하는 경우에 대해서 설명한다.
여기에서 사용한 염화물은 NdCl3이며, 이 NdCl3를 전해하기 위해서는 온도로는 500 ~ 800 ℃의 온도가 가장 바람직하다.
상기 온도 범위를 벗어나게 되면, 본 발명에서 얻고자 하는 효과를 쉽게 달성할 수 없게 되므로, 전해조(100) 내의 온도는 500 ~ 800 ℃의 온도로 유지하는 것이 가장 바람직하다.
따라서, 상기 셀 본체(200)를 둘러싸고 있는 전해조(100) 역시 500 ~ 800 ℃의 온도를 견딜 수 있는 소재로 형성되어 있는 것이 바람직하다.
먼저, 셀 본체(200)에 충분한 양의 전해액을 충전하는데, 이때, 셀 본체(200)의 1/2 내지 2/3 정도만 충전하는 것이 바람직하다.
다음으로, 셀 본체(200)의 벽체에 형성한 각각의 양극 삽입 홀(220)에 적절한 숫자의 양극(240)을 삽입한 다음, 셀 커버(700)를 덮고, 셀 커버(700)에 형성한 음극 삽입 홀(320)에는 음극(300)을 삽입하고, 가스 배출 파이프 삽입 홀(420)에는 가스 배출 파이프(400)를 삽입하고, 열전대 삽입 홀(520)에는 셀 본체(200) 내의 전해액의 온도를 읽어내기 위한 열전대(500)를 삽입하고, 전해액 공급 홀(620)에는 전해액 공급 플러그(600)를 삽입한다.
이때, 상술한 바와 같이, 링 고정 나사(335)를 이용하여 음극(300)에 형성하여 둔 높이 조정 링(330)을 조정함으로써 음극(300)의 삽입 깊이를 조절하는 것이 바람직하다.
이어, 전원 공급 장치(미도시)로부터 소정의 전력을 공급하여 전해를 시작할 수 있다.
마지막으로 도 7 내지 도 9를 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전해용 양극 일체 셀의 전류 밀도가 종래 기술의 전해조에 대해서 획기적으로 높아졌음을 보이기로 한다.
도 7의 (a)는, 종래 기술의 전해조의 시뮬레이션 개념도이고, 도 7의 (b)는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전해용 양극 일체 셀의 시뮬레이션 개념도이다.
도 7의 (a) 및 (b)에서, 모든 조건은 동일하게 설정하였다.
도면에서, 거리(a)는 전해조 또는 전해용 양극 일체 셀의 벽 두께를 나타낸 것이고, 거리(b)는 상기 전해조 벽과 음극과 양극 간의 거리, 전해조 또는 전해용 양극 일체 셀의 하부에서 음극과 양극 간의 거리, 및 상기 음극과 양극 간의 거리를 나타낸 것이고, 거리(c)는 음극과 양극의 두께를 나타낸 것이다.
여기에서, 거리(a), 거리(b), 및 거리(c)는, 모두, 각각, 동일한 값을 나타낸다.
구체적으로는, a = 20 mm, b = 32.5 mm, 및 c = 15 mm이다. 참고로 전해조 또는 양극 일체 셀의 높이는 190 mm, 전극의 길이는 200 mm로 하였다.
또한, 음극과 양극에는, 각각, ±3.5 볼트의 전압을 가하였다.
도 8은, 종래 기술에 따른 전해조의 시뮬레이션 결과 최대 전기장(Emax) 분포를 나타낸 도면으로, 단면 및 평면도이다.
도 8은, 상기 도 7의 (a) 모델에 따른 전해조에서의 최대 전기장(Emax) 분포를 나타낸 도면이다.
도 8로부터 알 수 있는 바와 같이, 측면도에서의 최대 전기장(Emax)은 621 V/m의 값을 나타내었고, 전해조 셀의 하부 평면에서의 최대 전기장(Emax)은 777 V/m의 값을, 전해조 셀의 상부 평면에서의 최대 전기장(Emax)은 358 V/m의 값을 나타내고 있다.
도 9는, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른, 전해용 양극 일체 셀의 시뮬레이션 결과 최대 전기장(Emax) 분포를 나타낸 도면으로, 단면 및 평면도이다.
도 9는, 상기 도 7의 (b) 모델에 따른 전해용 양극 일체 셀에서의 최대 전기장(Emax) 분포를 나타낸 도면이다.
도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 측면도에서의 최대 전기장(Emax)은 1048 V/m의 값을 나타내었고, 전해용 양극 일체 셀의 하부 평면에서의 최대 전기장(Emax)은 1474 V/m의 값을, 전해조 셀의 상부 평면에서의 최대 전기장(Emax)은 594 V/m의 값을 나타내고 있다.
여기에서, 전류 밀도(J) = σE이며, 전류 밀도는 전기장(E)에 비례한다는 점에 주목해야 한다. 따라서, 전기장(E)의 값이 높으면 전류 밀도도 높다는 것은 당연한 것이다.
또한, 도 8 및 도 9에서, 상기 최대 전기장(Emax) 값은 각 평면 상에서 전기장 값이 가장 높은 곳의 전기장 값을 의미한다(각각, 측면 및 평면).
이와 관련하여 도 8 및 도 9에서 가장 우측에 전기장의 강도를 나타내었다. 상기 전기장의 강도와 관련하여, 붉은 색이 가장 강도가 높은 값이라는 것을 알 수 있다.
이때, 도 8에서는 붉은 색을 전혀 발견할 수 없었고, 반면에, 도 9에서는, 특히 하부 평면에서 적색 표시를 발견할 수 있고, 그 다음으로 강도가 높은 값에 속하는 노란색 표시도 발견할 수 있다.
따라서, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전해용 양극 일체형의 전해조에서는, 시뮬레이션 결과, 대략 2 배 정도로 전류 밀도가 강하게 형성됨을 알 수 있다.
또한, 도 8에서는 전기장의 퍼짐 정도가 전극 주위에 한정되어 있는 반면에, 도 9에서는 전해용 양극 일체 셀 내의 음극으로부터 양극이 설치된 벽에까지 도달하는 강력한 전기장의 흐름을 발견할 수 있다.
즉, 도 9에서는, 도 8과 비교하여, 전기장의 세기도 훨씬 더 셀 뿐만 아니라, 전기장의 공간적 분포 또한 훨씬 더 넓다는 것을 알 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10 : 전해조
20 : 전해액
30 : 음극
40 : 양극
50 : 전원
100 : 전해조
200 : 셀 본체
220 : 양극 삽입 홀
240 : 양극
245 : 양극 나사 구멍
300 : 음극
320 : 음극 삽입 홀
330 : 높이 조정 링
335 : 링 고정 나사
340 : 음극 나사 구멍
400 : 가스 배출 파이프
420 : 가스 배출 파이프 삽입 홀
500 : 열전대
520 : 열전대 삽입 홀
600 : 전해액 공급 플러그
620 : 전해액 공급 홀
700 : 셀 커버

Claims (11)

  1. ∪ 형상으로 이루어지는 셀 본체;
    셀 본체의 벽체에 수직으로 형성한 양극 삽입 홀;
    상기 양극 삽입 홀에 삽입되는 양극; 및
    셀 본체를 덮는 셀 커버를 포함하며,
    상기 셀 본체의 소재는, 글래시 탄소 또는 글래시 흑연으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    전해용 양극 일체 셀.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 양극 삽입 홀은,
    상기 셀 본체의 벽체에 네 개가 형성되는 것을 특징으로 하는,
    전해용 양극 일체 셀.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 셀 커버의 중앙에 삽입되고 상기 셀 본체 내부로 연장되는 음극; 및
    전해용 전력을 공급하는 전원 공급 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전해용 양극 일체 셀.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 셀 커버에는,
    가스 배출 파이프 삽입 홀에 삽입되는 가스 배출 파이프, 열전대 삽입 홀에 삽입되는 열전대, 및 전해액 공급 홀에 삽입되는 전해액 공급 플러그 중 하나 이상을 포함하는 외장 부속품이 더 설치되는 것을 특징으로 하는,
    전해용 양극 일체 셀.
  6. 삭제
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 음극 및 양극의 소재는,
    철제(steel)인 것을 특징으로 하는,
    전해용 양극 일체 셀.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 음극의 소재는,
    Mo, Ta, W 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    전해용 양극 일체 셀.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 외장 부속품의 소재는,
    알루미나인 것을 특징으로 하는,
    전해용 양극 일체 셀.
  10. 제 1 항, 제 3 항 내지 제 5 항, 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 전해용 양극 일체 셀을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    전해조.
  11. 제 10 항에 있어서,
    전해용 양극 일체 셀의 하부 또는 측면에 히터(heater)가 더 설치되는 것을 특징으로 하는,
    전해조.
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