KR101802398B1 - 차아염소산나트륨 발생용 전해장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 염수를 전기분해하는 전해장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 전해질의 유로 제어를 통하여 전해효율을 증대시키고 수산화물 침적을 최소화하는 차아염소산나트륨 발생장치에 관한 것이다.

Description

차아염소산나트륨 발생용 전해장치{Electrolysis device for generating sodium hypochlorite}

본 발명은 염수를 전기분해하는 전해장치에 관한 것으로써, 더욱 상세하게는 전해질의 유로 제어를 통하여 전해효율을 증대시키고 수산화물 침적을 최소화하는 차아염소산나트륨 발생장치에 관한 것이다.

종래 전해장치의 경우, 하부에서 유입된 전해질이 전극 사이의 간극을 통해 수평으로 이동되면서 전해반응이 일어나 차아염소산나트륨이 생산되고, 생산된 약품은 상부의 노즐을 통해 배출된다(도 1 참조).

이 전해반응의 경우, 부산물로 음극판에서 수소기체와 수산화칼슘, 수산화마그네슘과 같은 수산화물 등이 발생하며, 이 수산화물은 생산된 차아염소산나트륨과 함께 배출 노즐을 통해 전해장치 외부로 배출된다.

이때, 수산화물은 전해 장치 내 유속이 느린 부분에서 침적되고, 이는 추후 고착화(고형화)되어 전극 손상 및 전해장치 고장의 주요 원인이 된다.

특히, 종래 전해장치에서 전극 조립체 하부와 하우징 사이의 공간은 전해반응이 활발하지 않은 데드 스페이스(Dead Space)로서, 전해장치 운전시 상부 전극 조립체에 비하여 이곳의 전해질 유속이 느려져서, 상부 전극 조립체에서 발생한 비중이 높은 수산화물이 이 유속저하공간에 침적 및 고착화되는 현상이 빈번히 발생한다.

또한, 종래의 전해장치 대부분에서 하우징 일측 하부에 유입노즐이 위치하고, 다른 일측 상부에 배출노즐이 위치함으로써, 배출노즐 하단부에 유량 정체공간이 형성되어, 상기 수산화물 침적 문제가 더 가중되는 현상이 발생한다(도 1 참조).

대부분 전해장치의 경우, 장치 내의 침적 및 고착화된 수산화물을 제거하기 위해 주기적으로 산(Acid)을 이용한 세정을 실시하며, 이 경우 일정 이상의 유속으로 산과 수산화물을 접촉시켜야 수산화물의 제거가 활발히 이루어진다.

그러나, 산세액의 유로와 운전시 전해질의 유로가 동일하여, 유속 저하공간과 유량 정체공간에서 산세액의 유속이 느려지므로, 산세정의 효과가 저하되어 수산화물의 고착화 가능성을 증대시킨다.

또한, 전해장치 내에서 실질적인 전해반응은 전극 조립체의 양극판과 음극판 사이에서 이루어지는데, 종래 전해장치에서는 전극 조립체와 하우징 내벽 사이의 상하좌우에 전해반응이 활발하지 않은 데드 스페이스가 형성되고, 이는 전체 전해효율 감소 및 생산 약품 농도를 저하시키는 원인이 된다.

본 발명의 목적은 전해질의 유로 제어를 통하여 전해효율을 증대시키고 수산화물 침적을 최소화하는 전해장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위해, 전해질의 유입노즐과 배출노즐을 구비하는 하우징; 하우징 내부에 하우징의 축방향을 따라 설치되는 복수의 전극을 구비하는 전극 조립체; 복수의 전극 사이에 각각 설치되어 전극들 사이의 공간을 밀폐시키는 복수의 스페이서; 축방향과 수직방향으로 정렬되어 배치되는 스페이서들의 조합에 의해 형성되고, 축방향을 따라 일정 간격으로 배치되는 복수의 격벽; 격벽 위치에서 축방향과 수직방향으로 전극 조립체의 둘레를 따라 부분적으로 설치됨으로써, 전극 조립체와 하우징 사이의 공간을 부분적으로 밀폐시키면서 유로용 개방영역을 형성하는 복수의 배플; 및 복수의 격벽과 배플에 의해 구획되는 복수의 전극실을 포함하는 전해장치를 제공한다.

본 발명에서는 전해질이 인접하는 두 전극실을 다른 방향으로 통과하도록, 인접하는 두 격벽에서 배플의 개방영역의 위치가 다르게 배치될 수 있다.

본 발명에서는 홀수 번째 격벽에서 전극 조립체의 상부가 개방되도록 배플이 설치되고 짝수 번째 격벽에서 전극 조립체의 하부가 개방되도록 배플이 설치됨으로써, 전해질이 각 전극실을 상하방향으로 교차하면서 통과할 수 있다.

본 발명에서 전해질은 염수 또는 해수이고, 염수 또는 해수의 전기분해에 의해 차아염소산나트륨을 발생시킬 수 있다.

본 발명에서 하우징은 수평방향으로 설치되고 원통형으로 구성되며, 유입노즐은 음극측의 하우징 하부에 설치되고, 배출노즐은 양극측의 하우징 상부에 설치될 수 있다.

본 발명에서 전극은 사각형의 평판으로 구성되고, 하우징의 일측에는 음극이 배치되며, 하우징의 다른 일측에는 양극이 배치되고, 하우징의 나머지 부위에는 복극이 배치될 수 있다.

본 발명에서 스페이서는 사각 기둥 형상으로 구성되고, 복수의 관통홀을 구비할 수 있다.

본 발명에서 배플은 하우징의 내주면과 밀착되는 원호 영역을 포함하는 판상으로 구성되고, 배플은 전극 조립체의 상부, 하부, 좌측부, 우측부를 밀폐시키는 4개의 배플로 구분되되, 각 격벽에서 상부와 하부 배플 중 하나를 제외하고 3개의 배플이 설치될 수 있다.

본 발명에서 상부 배플에는 홈 또는 홀 형태의 기체 배출구가 형성되고, 좌측부 배플과 우측부 배플에는 축방향으로 형성되는 지지대가 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 전해장치는 전극 조립체의 양측면에 각각 전극과 평행하게 배치되는 가이드 플레이트; 및 각 격벽에서 복수의 전극과 복수의 스페이서를 관통하여 가이드 플레이트에 고정시키는 결속바를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에서 좌측부 배플과 우측부 배플은 양측 가이드 플레이트에 각각 설치되고, 상부 배플과 하부 배플은 양측 가이드 플레이트와 결합하는 고정용 홈을 구비할 수 있다.

본 발명에서 하우징은 폴리염화비닐로 이루어지고, 하우징의 외면에는 보강재가 랩핑될 수 있다.

본 발명에 따른 전해장치는 하우징에 설치되는 투명한 재질의 내부 감시창; 양극측 하우징 하부에 형성되는 침적물 배출노즐; 및 하우징의 양측면에 조립되고 스냅링 조립구조를 갖는 커버 중에서 하나 이상을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 전해장치는 전해질의 유로 제어를 통하여 전해효율을 증대시킬 수 있고, 수산화물 침적을 최소화할 수 있으며, 설비를 간소화할 수 있다.

도 1은 종래 전해장치에서 수산화물 침적을 예시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 전해장치의 하우징을 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전해장치의 내부구조를 나타낸 정면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전해장치의 내부구조를 나타낸 상면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 전해장치의 스페이서 및 배플의 상세도이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 2 내지 5를 참조하면, 본 발명에 따른 전해장치는 하우징(10), 유입노즐(11), 배출노즐(12), 내부 감시창(13), 침적물 배출노즐(14), 커버(15, 16), 버스(17, 18), 전극 조립체(20), 음극(21), 양극(22), 복극(23), 스페이서(30), 관통홀(31), 격벽(40, 41, 42, 43), 배플(50, 51, 52, 53), 지지대(54), 기체 배출구(55), 고정용 홈(56), 전극실(60, 61, 62, 63, 64), 가이드 플레이트(70, 71) 등을 구비할 수 있다.

하우징 (10)

하우징(10)은 수평방향 또는 수직방향으로 설치될 수 있고, 바람직하게는 수평방향으로 설치될 수 있다. 하우징(10)은 원통형, 타원형, 다면체 등으로 구성될 수 있고, 바람직하게는 원통형으로 구성될 수 있다.

하우징(10)의 재질은 플라스틱 등일 수 있고, 바람직하게는 폴리염화비닐(PVC)일 수 있다. 하우징(10)이 PVC 관으로 구성될 경우, 하우징(10)의 외면에는 보강재(미도시)가 랩핑(wrapping)될 수 있다. 보강재로는 유리섬유 강화 플라스틱(FRP) 등을 사용할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 하우징(10)은 보강재를 감싸기(wrapping)하여 견고성을 증대시킨 2중 구조 재질의 하우징일 수 있다.

전해장치는 크게 티타늄 전극, 금속 및 비금속성 내부 결속 부품, 하우징, 전기를 공급하는 버스(BUS)로 구성되며, 대부분의 구성 부품들이 고중량인 것을 특징으로 한다.

내부의 전극 조립체 구성의 대부분은 다수의 고중량 티타늄 전극이며, 전극 조립체와 버스의 하중을 견디면서 전극 조립체를 안전하게 보호하기 위해서는, 견고한 하우징을 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 전해장치 내에 스케일 침적을 최소화하기 위해서는, 전해질의 유속을 증가시키는 것이 바람직하며, 이 경우 높은 유속과 압력에 견딜 수 있는 고강도 하우징이 요구된다.

그러나, 종래의 전해장치 대부분은 PVC 재질 등의 하우징을 사용함으로써, 구성부품의 하중 및 내외부 충격으로부터 고중량의 전해장치 구성 부품을 안전하게 보호하는데 한계가 있다.

본 발명에서는 하우징(10)으로서 PVC 배관 외면에 FRP 등과 같은 보강재를 감싸기한 2중 재질의 하우징을 사용함으로써, PVC의 물성을 보완하고 하우징의 견고성을 증강시켜 내외부 충격 및 구성부품의 하중으로부터 안전하게 전극 조립체를 보호할 수 있다.

또한, 대부분 전해장치의 구성을 볼 때, 하우징의 중앙에 비하여 양측 끝, 즉 양극과 음극 버스 측에 구성부품의 하중이 집중되어 취약하게 되며, 이 경우 중앙에 비하여 양측 끝의 FPR 보강재를 더욱 두껍게 감싸기하여 이를 보완할 수 있다.

노즐(11, 12)

유입노즐(11)은 전해질이 하우징(10)으로 유입되는 노즐로서, 바람직하게는 음극측의 하우징(10) 하부에 설치될 수 있다. 배출노즐(12)은 전해질이 하우징(10)으로부터 배출되는 노즐로서, 바람직하게는 양극측의 하우징(10) 상부에 설치될 수 있다. 전해질은 유입노즐(11)로부터 하우징(10) 내부로 유입되고, 하우징(10) 내부에서 전기분해반응을 거친 후, 배출노즐(12)에서 배출된다. 전해질은 염수 또는 해수일 수 있다. 염수 또는 해수의 전기분해에 의해 차아염소산나트륨(NaOCl)을 발생시킬 수 있다. 구체적으로, 해수 또는 염수를 전기 분해하면, 양극에서는 산화반응에 의해 염소가 발생하고, 음극에서는 환원반응에 의해 수산화나트륨과 수소 기체가 발생하며, 수산화나트륨과 염소가 다시 반응하여 차아염소산나트륨을 생성한다. 즉, 본 발명의 전해장치는 차아염소산나트륨 발생용 전해장치일 수 있다.

내부 감시창(13)

내부 감시창(13)은 하우징(10) 내부의 전극 및 부산물을 관찰하기 위한 것으로, 하우징(10) 내부를 관찰할 수 있도록 투명한 재질의 내부 감시창(Sight Glass)을 설치할 수 있다. 내부 감시창(13)은 하우징(10)의 상부, 하부 및/또는 측면에 설치될 수 있고, 바람직하게는 하우징(10)의 배출노즐(12) 부근에서 상부 및 하부에 각각 설치될 수 있다.

전해장치 내에서 일어나는 전해반응의 부산물로 수산화칼슘 및 수산화마그네슘과 같은 수산화물이 다량 발생하게 되며, 이 수산화물이 전해장치 내에서 침적 및 고착화되면, 전극의 손상 등과 같은 전해장치 고장의 주요 원인이 되므로, 전해장치 내의 수산화물 침적을 적절하게 감시하는 것이 요구된다.

그러나, 종래 전해장치에서는 하우징 내부의 수산화물 침적을 감시할 수 있는 장치가 없어 많은 문제점을 야기한다. 특히, 원통형 하우징을 구비한 전해장치의 구조상 좁은 공간 안에 다수의 전극이 집약 배치되어 있어 다량의 수산화물이 발생하게 되므로, 이 수산화물이 원활히 배출되도록 내부구조를 설계해야 하며, 또한 전해장치 내에 침적되는 것을 적절히 감시하여 유효한 시기에 산세정 등의 후속조치를 행해야 한다.

본 발명에서는 하우징의 외면에 투명한 재질의 내부 감시창(13)을 설치함으로써, 내부 전극 및 구성품의 상태와 부산물의 침적 등을 감시하도록 개선할 수 있다.

내부 감시창(13)의 설치 위치는 수산화물 침적 가능성 등을 고려하여 선정할 수 있으며, 배출노즐(12) 측의 상부 및 하부에 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 전극 조립체 하단과 하우징 사이의 수산화물 침적을 감시할 수 있도록 해당위치의 측면에 내부 감시창을 설치할 수도 있다.

침적물 배출노즐(14)

침적물 배출노즐(14)은 전해반응의 부산물인 수산화물과 같은 침적물을 배출하기 위한 노즐로서, 하우징(10) 상부의 배출노즐(12)과 대향하는 양극측 하우징(10) 하부에 설치될 수 있다. 이와 같이, 수산화물 침적 취약성이 큰 상기 위치에 수산화물 침적물 배출노즐(14)을 만들어 주기적인 수산화물 침적물의 배출을 실시할 수 있다.

전해장치 내에서 수산화물 침적이 가장 빈번하게 발생하는 위치는 배출노즐(12) 측의 전극 조립체 하단부이며, 이는 전기가 공급되는 버스에 인접하여 있기 때문에, 이곳에 수산화물이 침적 및 고착화되면 전해장치 운전에 심각한 문제가 발생하게 되므로, 해당위치의 수산화물 침적을 최소화할 필요가 있다.

수산화물 침적 취약성이 큰 상기 위치에 배출노즐(14)을 설치하여 정기적으로 수산화물을 배출하고, 전해장치 정비시 내부의 전해질을 배수할 수 있도록 함으로써, 수산화물에 의한 장치 고장을 개선하고 정비 편리성을 도모할 수 있다.

커버(15, 16)

커버(15, 16)는 하우징(10)의 양측면을 마감하기 위한 것으로, 하우징(10)의 양측면에 조립되고 스냅링 조립구조를 가질 수 있다. 이와 같이, 전해장치의 양극과 음극측 측면에 스냅링 조립구조를 가진 커버(15, 16)가 조립됨으로써, 전해장치 분해 점검시 편리성을 도모하고 전해장치를 간결화할 수 있다.

종래 전해장치는 플랜지 형태의 하우징의 커버를 적용하고 있는데, 이러한 플랜지 형태의 커버는 전해장치의 부피를 증가시켜 설치면적을 증가시키고, 버스 연결시 복잡한 구조를 이루게 한다.

또한, 플랜지 형태의 커버를 채택할 경우, 내부장치 점검을 위한 하우징 및 버스의 분해 또는 조립시, 다수의 볼트/너트의 체결로 인해 정비공정이 복잡하고 부속품들의 상호 간섭으로 인하여 정비가 어려운 측면이 있다.

본 발명에서는 하우징 커버(15, 16)로서 플랜지 형태가 아닌 플레이트 커버와 스냅링 연결 형태를 적용함으로써, 하우징과 커버의 연결 구조를 간소화할 수 있다.

본 발명의 커버(15, 16)는 전해장치의 전체 부피 및 설치면적을 감소시킬 수 있으며, 내부점검을 위한 하우징과 커버 및 버스 등의 분해 및 조립시 각 부속품들의 상호 간섭을 줄이고 정비공정을 간소화함으로써, 정비의 시간적 및 공간적 제약을 개선하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명의 다른 실시형태에 따르면, 스냅링 조립구조의 커버 대신에, 종래 장치와 같이 플랜지 형태의 하우징 커버를 적용할 수도 있다.

전극 조립체(20)

전극 조립체(20)는 하우징(10) 내부에 설치되고, 복수의 전극들(21, 22, 23)로 구성될 수 있다.

전극(21, 22, 23)은 사각형의 평판으로 구성될 수 있고, 하우징(10) 내부에 하우징(10)의 축방향(길이방향)을 따라 설치될 수 있다. 전극(21, 22, 23)은 수직으로 세워서 일정 간격을 유지하면서 배치될 수 있고, 이에 따라 도 4에서는 전극(21, 22, 23)의 두께에 해당하는 상단면만을 볼 수 있다. 또한, 전극 조립체(20)를 측면에서 또는 단면으로 보면, 최외곽이 사각형으로 보일 수 있다.

하우징(10)의 일측(도면에서 좌측)에는 음극(21)이 배치되고, 하우징의 다른 일측(도면에서 우측)에는 양극(22)이 배치되며, 하우징(10)의 나머지 부위에는 복극(23)이 배치될 수 있다.

전극판을 형성하는 모재의 재질은 티타늄, 탄탈륨, 주석, 지르코늄, 스테인리스스틸, 니켈 등으로 구성될 수 있으며, 모재의 일부 또는 전부에 양극활성물질을 코팅하면 양극의 기능을 갖게 되고, 아무것도 코팅하지 않으면 음극의 기능을 갖게 된다. 양극활성물질로는 루테늄, 이리듐, 백금, 로듐, 팔라듐 등을 사용할 수 있다. 복극은 하나의 전극이 양극과 음극의 기능을 동시에 갖는 전극으로서, 일정한 길이로 절단된 모재를 좌우로 양분하여 그 일측에만 양극활성물질을 코팅한 것일 수 있다.

한편, 버스(17, 18)(BUS)는 전극(21, 22, 23)에 전기를 공급하기 위한 것으로, 하우징(10)의 양측면에 각각 설치될 수 있다.

스페이서 (30)

스페이서(30)는 전극(21, 22, 23)의 간격 유지와 전해조(하우징) 내부를 구획하는 기능을 동시에 수행할 수 있다. 스페이서(30)는 복수의 전극들(21, 22, 23) 사이에 각각 설치되고, 또한 전극들(21, 22, 23) 사이의 공간을 밀폐시켜 축방향으로의 유로를 차단시킴으로써, 격벽(40, 41, 42, 43)을 형성할 수 있다.

스페이서(30)의 두께는 전극들(21, 22, 23) 사이의 공간을 밀폐시키도록 각 전극들(21, 22, 23) 사이의 간격과 일치할 수 있다. 전극들(21, 22, 23) 사이의 간격이 전체적으로 또는 부분적으로 다를 경우, 스페이서(30)의 두께도 전극들(21, 22, 23)간의 간격에 맞게 설정될 수 있다.

도 5를 참고하면, 스페이서(30)는 얇고 길며 단면이 사각인 사각기둥 형상으로 구성될 수 있고, 즉 얇고 긴 육면체 막대 형상으로 구성될 수 있다. 또한, 스페이서(30)는 결속바와의 체결을 위한 복수의 관통홀(31)을 구비할 수 있다.

전극 조립시에 스페이서(30)는 전극들(21, 22, 23)과 마찬가지로 수직으로 세워서 배치될 수 있고, 이에 따라 도 4에서는 스페이서(30)의 두께에 해당하는 상단면만을 볼 수 있다.

이와 같이, 2개 복극의 양극과 음극이 교차하는 지점에 설치되는 사각기둥형 스페이서(30)는 겹겹이 쌓인 전극 사이에서 상하부 전극과의 간격을 유지하여 전기적 단락을 방지하는 역할을 할 수 있다.

종래에는 하우징 등에 전극 고정용 홀이나 홈을 형성시키고 상기 홀이나 홈에 전극들을 끼워서 전극들간의 간격을 유지하고 전극들을 고정시켰는데, 이럴 경우 조립작업이 매우 힘들고 까다로웠다.

본 발명에서는 낱개 형태의 유로 차단형 스페이서(30)를 사용함으로써, 조립작업이 훨씬 수월해질 수 있다. 즉, 전극(21, 22, 23)과 스페이서(30)를 교대로 하나씩 설치하면 되므로, 조립작업이 한결 편해질 수 있다.

격벽(40 내지 43)

격벽(40, 41, 42, 43)은 각 전극(21, 22, 23)의 간격을 유지하고, 전해조(하우징) 내부를 구획하여 다수 개(바람직하게는 홀수 개)의 전극실(60, 61, 62, 63, 64)을 형성하는 역할을 한다.

격벽(40, 41, 42, 43)은 축방향과 수직방향으로 정렬되어 배치되는 스페이서(30)들의 조합에 의해 형성되고, 축방향을 따라 일정 간격으로 배치될 수 있다.

도 4를 참고하면, 스페이서(30)들이 일렬로 나란히 배치되고, 축방향으로 일정 간격을 두면서 다시 스페이서(30)들이 일렬로 나란히 배치됨으로써, 복수의 격벽(40, 41, 42, 43)이 형성될 수 있다.

배플 (50 내지 53)

배플(50, 51, 52, 53)은 유로를 차단 및 제어하는 기능을 가진 것으로, 격벽(40, 41, 42, 43) 위치에서 축방향과 수직방향으로 전극 조립체(20)의 둘레를 따라 부분적으로 설치됨으로써, 전극 조립체(20)와 하우징(10) 사이의 공간을 부분적으로 밀폐시키면서 유로용 개방영역을 형성할 수 있다.

도 5를 참고하면, 배플(50, 51, 52, 53)은 하우징(10)의 내주면과 밀착되는 원호 영역을 포함하는 판상으로 구성될 수 있고, 즉 반원의 판을 절개한 형상으로 구성될 수 있다.

바람직하게는, 배플(50, 51, 52, 53)은 하나의 격벽 위치에서 복수 개로 구성될 수 있는데, 예를 들어 배플(50, 51, 52, 53)은 전극 조립체(20)의 상부, 하부, 좌측부, 우측부를 밀폐시키는 4개의 배플로 구분될 수 있으며, 즉 도 5의 우측에 도시된 우측부 배플(50) 및 좌측부 배플(51) 그리고 도 5의 좌측에 도시된 상부 배플(52) 및 하부 배플(53)로 구성될 수 있다. 도 3에서는 좌측부 배플(51)이 보이지 않고, 도 4에서는 하부 배플(53)이 보이지 않는다.

유로를 차단 또는 제어하기 위해, 각 격벽(40, 41, 42, 43)에서 상부와 하부 배플(52, 53) 중 하나를 제외하고 3개의 배플이 설치될 수 있다. 즉, 단면을 기준으로, 전극 조립체(20)의 각 전극실(60 내지 64)의 4면 중 3면에 설치될 수 있다.

도 3에서 잘 나타나듯이, 제1전극실(60)과 제2전극실(61) 사이 그리고 제3전극실(62)과 제4전극실(63) 사이에는 상부 배플(52)이 없어서 상부가 개방된 유로를 형성하며, 제2전극실(61)과 제3전극실(62) 사이 그리고 제4전극실(63)과 제5전극실(64) 사이에는 하부 배플(53)이 없어서 하부가 개방된 유로를 형성할 수 있다.

이러한 유로 차단형 배플의 배치 구성에 따라, 전해질은 화살표로 표시한 방향으로 흐를 수 있는데, 즉 제1전극실(60)에서는 위쪽으로 흐르다가 제1전극실(60)과 제2전극실(61) 사이에서는 수평으로 흐르고, 제2전극실(61)에서는 아래쪽으로 흐르다가 제2전극실(61)과 제3전극실(62)에서는 다시 수평으로 흐르며, 이와 같은 흐름이 계속 반복된다. 즉, 전해질은 지그재그 형태로 상하방향을 교차하면서 흐를 수 있다.

지지대(54)

우측부 배플(50)과 좌측부 배플(51)은 양측 가이드 플레이트(70, 71)에 각각 설치될 수 있고, 우측부 배플(50)과 좌측부 배플(51)에는 축방향으로 형성되는 지지대(54)가 구비될 수 있다. 즉, 좌우 측면의 가이드 플레이트(70, 71)에 설치되는 배플(50, 51)에는 지지대(54)가 구비될 수 있다. 지지대(54)는 삼각형 판재로 구성될 수 있으며, 도 3에서는 측면을 볼 수 있고, 도 4에서는 상면을 볼 수 있다.

지지대(54)는 전해질 흐름에 대항하여 측부 배플(50, 51)을 지지하는 역할을 하며, 따라서 각 전극실 사이에서의 전해질 흐름방향(수평방향)과 평행하게, 흐름방향의 뒤쪽에, 즉 도 3과 4에서 우측인 측부 배플(50, 51)의 후면 쪽에 설치될 수 있다. 지지대(54)와 측부 배플(50, 51)은 일체형으로 제작될 수 있다.

이와 같이, 전극 조립체(20) 좌우측면의 가이드 플레이트(70, 71)에 부착되는 측부 배플(50, 51)에는, 높은 압력과 유속을 견디기 위하여, 전해질 흐름 방향의 후면으로 지지대(54)를 설치하여 부착성과 견고함을 개선할 수 있다.

기체 배출구(55)

도 5를 참고하면, 전극 조립체(20) 상부에 설치되는 상부 배플(52)에는 기체 배출구(55)가 형성될 수 있다. 기체 배출구(55)는 전해반응의 부산물인 수소와 같은 기체를 통과시켜 배출하기 위한 것이다. 기체는 주로 위쪽에 존재하므로, 기체 배출구(55)는 상부 배플(52)의 상단부에 형성되는 것이 바람직하다. 도 4에서도 기체 배출구(55)를 볼 수 있다. 기체의 특성상, 하부 배플(53)에는 기체 배출구를 형성하지 않아도 된다. 기체 배출구(55)는 도면에 예시된 바와 같이, 홈 형태로 형성될 수 있고, 이와 달리 홀 형태로 형성될 수도 있다.

전해장치 내 전해반응시 음극판에서 발생하는 수소기체는 전극 표면에 포켓을 형성시켜 전압을 상승시키고 전해효율을 감소시키며, 전해질의 흐름을 방해하여 운전에 지장을 초래하므로, 원활하게 전해장치 외로 배출시키는 것이 바람직하다.

전해반응시 음극판에서 발생한 수소는 전해질의 빠른 유속에 의해 원활하게 전극 표면에서 떨어져 나와 각 전극실의 상부로 모이게 되며, 전극 조립체 상부에 설치된 배플(52)의 상단부에 위치한 홈 형태의 기체 배출구(55)를 통하여 배출노즐(12)로 이송되어 전해장치 밖으로 원활히 배출될 수 있다.

기체 배출구(55)의 크기가 너무 클 경우, 전해질이 통과하게 되어 생산약품의 농도가 감소하고 전해효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다. 반대로, 기체 배출구(55)의 크기가 너무 작을 경우, 수소기체가 원활히 통과하지 못해서 전해장치 내에 포켓을 형성하여 전해질의 흐름을 방해하는 등 운전에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서, 적정한 크기의 기체 배출구(55)를 구비해야 하며, 이 기체 배출구(55)의 크기는 전해장치의 최대 수소발생량에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 기체 배출구(55)의 면적은 상부 배플(52)의 면적을 기준으로 1 내지 20%일 수 있다.

고정용 홈(56)

상부 배플(52)과 하부 배플(53)은 양측 가이드 플레이트(70, 71)와 결합하는 고정용 홈(56)을 구비할 수 있다. 고정용 홈(56)은 상하부 배플(52, 53)의 하부 양쪽 코너에 각각 형성될 수 있다.

상하부 배플(52, 53)과 가이드 플레이트(70, 71)는 서로 수직방향으로 배치되므로, 상하부 배플(52, 53)을 양측 가이드 플레이트(70, 71)에 걸치도록 배치한 후, 고정용 홈(56)을 양측 가이드 플레이트(70, 71)에 끼움으로써, 상하부 배플(52, 53)을 용이하게 조립할 수 있다.

한편, 측부 배플(50, 51)은 용접, 접착, 나사결합 등을 통해 가이드 플레이트(70, 71)에 설치될 수 있다.

전극실 (60 내지 64)

전극실(60 내지 64)은 복수의 격벽(40 내지 43)과 배플(50 내지 53)에 의해 구획되는 하우징(10)의 내부공간이다. 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 복수의 격벽(40 내지 43)과 배플(50 내지 53)에 의해 복수의 전극실(60 내지 64)이 형성될 수 있다.

도 3에서는 가이드 플레이트(70)에 가려서 전극실(60 내지 64)이 실제로 보이지 않으나, 편의상 가이드 플레이트(70)의 안쪽을 전극실(60 내지 64)로 표시하였다. 도 4에서는 각 전극실이 명확하게 보이나, 별도로 표시하지는 않았다.

전극실(60 내지 64)은 홀수 개로 설치되는 것이 바람직하고, 이에 따라 유입노즐(11)과 배출노즐(12)이 상하로 엇갈려서 배치될 수 있다. 전해질은 각 전극실(60 내지 64)에서 전극(21 내지 23) 사이의 공간을 통해 위쪽 또는 아래쪽으로 흐르고, 전극실의 경계인 격벽(40 내지 43)에서는 수평으로 흐를 수 있다.

가이드 플레이트(70, 71)

가이드 플레이트(70, 71)는 전극 조립체(20)의 보호, 전극(21, 22, 23)과 스페이서(30)의 조립, 배플(50 내지 53)의 설치 등을 위한 것으로, 전극 조립체(20)의 양측면에, 즉 좌우측의 최외곽 전극과 밀착되거나 최외곽 전극과 인접하도록 그리고 전극과 평행하게 설치될 수 있다. 가이드 플레이트(70, 71)는 평판 형태로 구성될 수 있고, 전극과 마찬가지로 수직으로 세워서 배치될 수 있다. 가이드 플레이트(70, 71)는 플라스틱, 예를 들어 PVC 플레이트로 구성될 수 있다.

상하부 배플(52, 53)과의 결합을 위해, 가이드 플레이트(70, 71)의 배플 설치 위치에도 고정용 홈(미도시)이 형성될 수 있다. 가이드 플레이트(70, 71)의 홈은 전극 쪽을 향하는 안쪽 면에 형성될 수 있다.

결속바

도면에는 도시되어 있지 않지만, 전극(20, 21, 23)과 스페이서(30)를 결합시키기 위해, 각 격벽(40 내지 43) 위치에서 전극(20, 21, 23)과 스페이서(30)를 관통하여 이들을 가이드 플레이트(70, 71)에 고정시키기 위한 결속바가 구비될 수 있다.

결속바는 예를 들어 나사 또는 막대 형태로 구성될 수 있다. 전극(20, 21, 23)과 스페이서(30) 및 가이드 플레이트(70, 71)를 결속바로 체결한 후, 용접이나 접착 또는 볼트로 고정할 수 있다. 결속바와의 체결을 위해, 전극(20, 21, 23)과 스페이서(30) 및 가이드 플레이트(70, 71) 각각에는 관통홀이 형성될 수 있고, 관통홀에는 나사산이 형성될 수도 있다.

이와 같이, 결속바에 의해 전극(20, 21, 23)과 스페이서(30) 및 가이드 플레이트(70, 71)가 일체로 조립됨으로써, 높은 유속과 압력에도 견딜수 있도록 견고한 전극 조립체를 형성할 수 있다.

교차유로

본 발명에서는 전해질이 인접하는 두 전극실, 예를 들어 제1전극실(60)과 제2전극실(61) 그리고 제2전극실(61)과 제3전극실(62)을 다른 방향으로 통과하도록, 인접하는 두 격벽, 예를 들어 제1격벽(40)과 제2격벽(41)에서 배플(52, 53)의 개방영역의 위치가 다르게 배치될 수 있다.

바람직하게는, 각 전극실(60 내지 64) 별로 전극 조립체(20)의 3면에 배플(50 내지 53)을 설치하되, 좌우면에는 모든 전극실에 배플(50, 51)을 설치하고, 상하면에는 배플(52, 53)을 교대로 설치함으로써, 상하로 교차하는 유로를 형성할 수 있다.

구체적으로, 홀수 번째 격벽(40, 42)에서는 전극 조립체(20)의 상부가 개방되도록 상부 배플(52)이 없고 하부 배플(53)이 설치되며, 짝수 번째 격벽(41, 43)에서는 전극 조립체(20)의 하부가 개방되도록 하부 배플(53)이 없고 상부 배플(52)이 설치됨으로써, 전해질이 각 전극실(60 내지 64)을 상하방향으로 교차하면서 통과할 수 있다.

전극 조립체(20)의 내부(전극들간의 사이 공간)는 스페이서(30)에 의해 밀폐되고, 하우징(10)과 전극 조립체(20) 사이의 공간은 배플(50 내지 53)에 의해 밀페되므로, 각 전극실(60 내지 64)에서는 전해질의 상향류 또는 하향류만이 존재한다.

이와 같이, 본 발명에서는 전극(21 내지 23)의 간격을 유지하는 사각기둥형의 유로 차단형 스페이서(30)를 사용함으로써, 전해조 내부를 다수개의 전극실(60 내지 64)로 구획하고, 각 전극실(60 내지 64)에서의 전해질의 흐름을 수평류가 아닌 상향류와 하향류가 교차하도록 유도할 수 있다.

또한, 유로 차단형 배플(50 내지 53)을 사용한 유로 제어를 통해, 전해장치 내에 상향류와 하향류가 교차하면서 각 전극실(60 내지 64)을 순차적으로 통과하도록 일련의 유로를 형성할 수 있다.

전극 조립체(20)의 양극(22)과 음극(21) 사이에 전해질이 통과할 때 전해반응이 일어나게 되며, 전해반응 효율을 증대시키기 위해서는 전해질과 전극(21 내지 23)의 접촉면적 및 접촉시간을 증가시키는 것이 바람직하다.

본 발명과 같이 상향 및 하향의 교차유로를 형성할 경우, 전해질과 전극(21 내지 23)의 접촉면적 및 접촉시간이 증가하게 됨으로써, 종래 전해장치의 수평 유로와 비교하였을 경우 전해효율을 증대시킬 수 있다.

종래 전해장치에서 전극조립체 하부와 하우징 사이에 형성되었던 유속 저하공간과 배출노즐 하단부의 유량 정체공간이 본 발명에서는 형성되지 않기 때문에, 전해장치 내에 전해반응시 생성된 수산화물의 침적을 최소화하는 효과를 얻을 수 있다.

본 발명과 같이 전해장치 내부를 다수개의 전극실(60 내지 64)로 구획하여 전해질이 각 전극실(60 내지 64)을 순차적으로 통과하도록 함으로써 유속 감소를 최소화할 수 있으며, 이는 수산화물의 원활한 배출에도 바람직하다.

또한, 산세정시에도 전해장치 내 모든 공간에 적정한 유속으로 세정액을 접촉시킬 수 있어서, 산세정 효율을 증대시킬 수 있다.

하우징(10) 상부의 배출노즐(12)이 위치한 맨 끝 전극실(64)의 유로를 상향류로 유도함으로써, 수산화물이 배출노즐(12)을 통해 전해장치 밖으로 원활히 배출될 수 있다.

전해장치 밖으로의 수산화물 배출 측면에서 보면, 전해장치 내에 형성된 유로에서의 유속을 증가시키고, 유속 저하공간이나 유량 정체공간을 형성하지 않는 것이 바람직하다.

10: 하우징
11: 유입노즐
12: 배출노즐
13: 내부 감시창
14: 침적물 배출노즐
15, 16: 커버
17, 18: 버스
20: 전극 조립체
21: 음극
22: 양극
23: 복극
30: 스페이서
31: 관통홀
40, 41, 42, 43: 격벽
50, 51, 52, 53: 배플
54: 지지대
55: 기체 배출구
56: 고정용 홈
60, 61, 62, 63, 64: 전극실
70, 71: 가이드 플레이트

Claims (9)

1. 전해질의 유입노즐과 배출노즐을 구비하는 하우징;
   하우징 내부에 하우징의 축방향을 따라 설치되는 복수의 전극을 구비하는 전극 조립체;
   복수의 전극 사이에 각각 설치되어 전극들 사이의 공간을 밀폐시키는 복수의 스페이서;
   축방향과 수직방향으로 정렬되어 배치되는 스페이서들의 조합에 의해 형성되고, 축방향을 따라 일정 간격으로 배치되는 복수의 격벽;
   격벽 위치에서 축방향과 수직방향으로 전극 조립체의 둘레를 따라 부분적으로 설치됨으로써, 전극 조립체와 하우징 사이의 공간을 부분적으로 밀폐시키면서 유로용 개방영역을 형성하는 복수의 배플; 및
   복수의 격벽과 배플에 의해 구획되는 복수의 전극실을 포함하며,
   배플은 전극 조립체의 상부, 하부, 좌측부, 우측부를 밀폐시키는 4개의 배플로 구분되되, 홀수 번째 격벽에서는 전극 조립체의 상부가 개방되도록 상부 배플을 제외한 3개의 배플이 설치되고, 짝수 번째 격벽에서는 전극 조립체의 하부가 개방되도록 하부 배플을 제외한 3개의 배플이 설치됨으로써, 전해질이 각 전극실을 상하방향으로 교차하면서 통과하도록 교차 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는 전해장치.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   스페이서는 사각 기둥 형상으로 구성되고, 복수의 관통홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 전해장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상부 배플에는 홈 또는 홀 형태의 기체 배출구가 형성되는 것을 특징으로 하는 전해장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   좌측부 배플과 우측부 배플에는 축방향으로 형성되는 지지대가 구비되는 것을 특징으로 하는 전해장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   좌측부 배플과 우측부 배플은 전극 조립체의 양측면에 각각 전극과 평행하게 배치되는 가이드 플레이트에 설치되고, 상부 배플과 하부 배플은 양측 가이드 플레이트와 결합하는 고정용 홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 전해장치.
   
7. 제1항에 있어서,
   양극측 하우징 하부에 형성되는 침적물 배출노즐을 추가로 포함하는 전해장치.
   
8. 제1항에 있어서,
   하우징에 설치되는 투명한 재질의 내부 감시창을 추가로 포함하는 전해장치.
   
9. 제1항에 있어서,
   하우징의 양측면에 조립되고 스냅링 조립구조를 갖는 커버를 추가로 포함하는 전해장치.

Images