KR101949304B1 - 희생 전극의 장착 구조, 및 이것을 포함한 전해 장치 - Google Patents

희생 전극의 장착 구조, 및 이것을 포함한 전해 장치 Download PDF

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Abstract

희생 전극의 장착 구조는 전해액이 유통하는 제1 배관과, 절연 재료로 형성되고, 전해액이 유통하는 제2 배관과, 전해액이 유통하도록, 제1 배관과 제2 배관 사이에 배치되고, 전해액에 접촉하는 희생 전극이 설치된 통형의 희생 전극 유닛과, 제1 배관과 희생 전극 유닛을 액밀하게 또한 착탈 가능하게 연결하는 제1 관 조인트와, 제2 배관과 희생 전극 유닛을 액밀하게 또한 착탈 가능하게 연결하는 제2 관 조인트를 포함한다.

Description

희생 전극의 장착 구조, 및 이것을 포함한 전해 장치
본 발명은, 희생 전극(sacrificial electrode)의 장착 구조, 및 이것을 포함한 전해 장치에 관한 것이다.
각종 화학 제품의 제조 장치나 수처리 설비에 사용되는 금속제 전해조에 있어서는, 전극에 유입된 직류 전류의 일부가, 전해조의 일부나 전해조의 부속 기기(機器)를 거쳐 전극으로 돌아간다고 하는 전류 회로가 형성되는 경우가 있다. 이 경우, 전해조 또는 부속 기기가 부식되는 경우가 있다.
상기 부식을 억제하는 방법으로서, 전해액의 공급 유로나 배출 유로에 희생 전극을 장착하는 것이 알려져 있다.
전해조의 용도에 따라서는, 희생 전극이 단기간에 감소할 수가 있다. 이 때문에, 희생 전극은 교환을 필요로 하는 경우가 있다. 특허문헌 1은, 교환을 가능하게 한 희생 전극의 장착 구조를 개시한다. 그 장착 구조에 있어서는, 전해액의 유로를 구성하는 주관의 내부에 암나사가 형성되고, 희생 전극의 단부에 형성된 수나사가 이 암나사에 나사결합되어 있다.
중국실용신안 제202519349호 공보
특허문헌 1에 개시되어 있는 상기의 희생 전극의 장착 구조에 있어서는, 희생 전극의 수나사와 주관의 암나사로 이루어지는 나사결합부가 전해액 중에 노출되어 있다. 이 때문에, 수나사와 암나사의 계면에 전해액이 침입하고, 이들 나사 및 그 근방이 부식될 가능성이 있다. 부식 생성물에 의해 수나사와 암나사가 서로 고착된 경우, 또는 수나사나 암나사가 침식되어 원형(原形)을 남기지 않게 된 경우에는, 희생 전극의 교환이 용이하지 않다. 또한, 특허문헌 1에 개시되어 있는 상기의 희생 전극의 장착 구조에 있어서는, 희생 전극이 전해액의 유로를 구성하는 주관에 내장되어 있으므로, 희생 전극의 상태를 외측에서 시인(視認)할 수 없다.
본 발명은, 육안으로 용이하게 희생 전극의 감소 상황을 확인할 수 있고, 또한 희생 전극의 교환이 용이한 희생 전극의 장착 구조, 및 이것을 포함한 전해 장치를 제공한다.
본 발명에 관한 희생 전극의 장착 구조는, 전해액에 접촉하는 희생 전극의 장착 구조로서, 전해액이 유통하는 제1 배관과, 절연 재료로 형성되고, 상기 전해액이 유통하는 제2 배관과, 상기 전해액이 유통하도록 상기 제1 배관과 상기 제2 배관 사이에 배치되고, 상기 전해액에 접촉하는 희생 전극이 설치된 통형(筒形)의 희생 전극 유닛과, 상기 제1 배관과 상기 희생 전극 유닛을 액밀(液密)하게 또한 착탈 가능하게 연결하는 제1 관 조인트와, 상기 제2 배관과 상기 희생 전극 유닛을 액밀하게 또한 착탈 가능하게 연결하는 제2 관 조인트를 포함한다.
상기의 구성에 있어서는, 통형의 희생 전극 유닛에 전해액에 접촉하는 희생 전극이 형성되어 있고, 전해조에 연결된 제1 배관에 희생 전극 유닛이 제1 관 조인트에 의해 착탈 가능하게 연결되어 있다. 또한, 제2 배관에 희생 전극 유닛이 제2 관 조인트에 의해 착탈 가능하게 연결되어 있다. 따라서, 희생 전극을 교환하는 경우에는, 이들 관 조인트를 떼어내고, 사용이 끝난 희생 전극 유닛을 제1 배관과 제2 배관으로부터 분리하여 떼어낸 후에, 새로운 희생 전극 유닛을 제1 배관과 제2 배관 사이에 설치하고, 관 조인트에 의해 고정하면 된다. 이와 같이 하여, 희생 전극의 교환이 용이하다. 제2 배관은 절연 재료로 형성되어 있고, 전해액에 의해 부식되지 않아, 희생 전극의 교환이 더욱 용이하다.
바람직하게는, 상기 제2 배관은, 상기 희생 전극을 외부로부터 시인 가능한 재료로 구성되어 있다. 본 구성에 의하면, 제2 배관에 삽입된 희생 전극 유닛의 상태를, 배관의 외측에서 시인할 수 있다. 즉, 육안으로 용이하게 희생 전극의 감소 상황을 확인할 수 있기 때문에, 희생 전극의 교환 계획의 입안이 용이해지고, 또한 희생 전극의 상정(想定) 이상의 감소에 의한 전해 장치의 부식이나 파손을 억제할 수 있다.
본 발명의 다른 태양(態樣)에 있어서는, 상기 희생 전극 유닛의 전체가 상기 희생 전극이다. 본 구성에 의하면, 희생 전극 유닛의 전체가 희생 전극 재료로 구성되어 있으므로, 희생 전극 유닛의 희생 전극으로서 작용 가능한 기간을 길게 할 수 있다. 이와 같이 하여, 희생 전극 유닛의 교환 스팬(span)을 장기로 할 수 있다.
본 발명에 일 태양에 있어서는, 상기 제1 배관은 도전성 재료로 형성되어 있어도 되고, 상기 희생 전극 유닛이 상기 제1 배관으로부터 이격되어 있어도 된다. 희생 전극 유닛이 제1 배관으로부터 이격되어 있는 것에 의해, 부식에 의해 희생 전극 유닛에 변형이 생겨도 제1 배관으로부터의 분리가 용이해진다.
이 경우에는, 장착 구조는, 상기 제1 관 조인트에 의해 포위되고, 상기 희생 전극 유닛과 상기 제1 배관 사이에 개재하는 절연 재료로 형성된 스페이서를 더 포함하면 바람직하다. 스페이서에 의해, 희생 전극 유닛과 제1 배관의 간격이 확보된다.
상기 제1 배관이 도전성 재료로 형성되고, 상기 희생 전극 유닛이 상기 제1 배관으로부터 이격되어 있는 경우에는, 상기 희생 전극 유닛과 상기 제1 배관은, 도전 재료로 형성된 와이어에 의해 전기적으로 접속되어 있어도 된다. 본 구성에 의하면, 희생 전극 유닛과 제1 배관은 도전 재료로 형성된 와이어에 의해 전기적으로 접속되어 있으므로, 희생 전극 유닛과 제1 배관의 사이를 흐르는 누설 전류는 와이어를 통과한다. 이 때문에, 누설 전류를 측정할 때는, 상기 와이어 부분을 흐르는 전류를 측정하면 된다. 따라서, 누설 전류의 측정을 용이하게 행할 수 있다.
상기 제1 배관은, 티탄 또는 티탄 합금에 의해 형성되어 있으면 바람직하다. 티탄 또는 티탄 합금은 내식성이 높기 때문에, 희생 전극의 교환이 더욱 용이하다.
바람직하게는, 상기 희생 전극 유닛은 축부(軸部)와, 상기 축부의 단부에 형성된 반경 방향 외측으로 넓어지는 플랜지부를 구비하고, 상기 제1 관 조인트는 통형의 주벽부와, 상기 주벽부의 단부에 있고 반경 방향 내측으로 돌출하는 단벽부(端壁部)를 구비하고, 상기 주벽부의 내주면(內周面)에는 암나사가 형성되고, 상기 제1 배관의 단부에 수나사가 형성되고, 상기 단벽부에는 관통공이 형성되고, 상기 희생 전극 유닛의 상기 축부는 상기 단벽부의 관통공에 삽입되어 있고, 상기 희생 전극 유닛의 상기 플랜지부는 상기 주벽부의 내부에 배치되어 있고, 상기 제1 배관의 단부(端部)의 수나사가, 상기 주벽부의 상기 암나사에 나사결합되어 있다. 이 경우에는, 제1 배관의 단부와 주벽부의 나사결합을 해제함으로써, 희생 전극을 용이하게 제1 배관으로부터 떼어낼 수 있다.
본 발명의 다른 태양에 있어서는, 상기 제1 관 조인트는 가요성을 가지고, 또한 절연 재료로 형성되고, 상기 제1 배관 및 상기 희생 전극 유닛이 서로 간격을 둔 상태에서 삽입되는 접속관과, 상기 접속관의 주위에 배치되어, 상기 접속관을 반경 방향으로 축소시켜 상기 제1 배관 및 상기 희생 전극 유닛에 고정하는 체결구(fastening tool)를 구비해도 된다. 이 경우에는, 체결구의 조작에 의해, 희생 전극을 용이하게 제1 배관으로부터 떼어낼 수 있다.
바람직하게는, 상기 제2 배관은 가소성 재료에 의해 형성되어 있고, 상기 제2 배관에는 상기 희생 전극 유닛이 삽입되어 있다. 이 경우에는, 희생 전극 유닛을 제2 배관에서 뽑아내는 것에 의해, 희생 전극을 용이하게 제2 배관으로부터 떼어낼 수 있다.
상기 제2 관 조인트는, 상기 제2 배관의 주위에 배치되어, 상기 제2 배관을 반경 방향으로 축소시켜 상기 희생 전극 유닛에 고정하는 체결구를 구비해도 된다. 이 경우에는, 체결구의 조작에 의해, 희생 전극을 용이하게 제2 배관으로부터 떼어낼 수 있다.
본 발명의 일 태양에 관한 전해 장치는, 상기 전해액에 대한 전기분해가 행해지는 전해조를 포함하고, 상기 희생 전극의 장착 구조에 있어서의 상기 제1 배관이 상기 전해조에 연결되어 있거나 일체로 설치되어 있다. 상기 구성에 의하면, 희생 전극의 교환이 용이한 전해 장치가 실현 가능하다.
본 발명의 일 태양에 관한 전해 장치는, 상기 전해액에 대한 전기분해가 행해지는 전해조와, 상기 전해조에 접속되어 있는 복수의 전해액 경로를 포함하고, 상기 전해액 경로에는, 하나 이상의 상기 희생 전극의 장착 구조가 형성되어 있다. 전해액 경로에, 하나 이상의 상기 희생 전극의 장착 구조가 형성되는 것에 의해, 전해조가 적절하게 보호되고, 또한 후술하는 바와 같이, 매니폴드와 전해조를 복수의 전해액 경로로 연결하는 경우에는, 전해조와 매니폴드가 적절하게 보호된다. 그리고, 본 발명에 관한 희생 전극의 장착 구조가 이 희생 전극 유닛에 적용되는 것에 의해, 희생 전극을 용이하게 교환할 수 있다.
본 발명에 의하면, 육안으로 용이하게 희생 전극의 감소 상황을 확인할 수 있고, 또한 교환이 용이한 희생 전극의 장착 구조 및 이것을 포함한 전해 장치를 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 희생 전극의 장착 구조를 포함한 전해 장치의 사시도다.
도 2는, 상기 전해 장치의 전해액 공급로의 사시도다.
도 3은, 상기 전해 장치의 전해액 공급로에 설치된 희생 전극의 장착 구조의 단면도다.
도 4는, 상기 전해 장치의 전해액 배출로의 사시도다.
도 5는, 상기 전해 장치의 전해액 배출로에 설치된 희생 전극의 장착 구조의 단면도다.
도 6은, 본 발명의 변형예에 관한 희생 전극의 장착 구조를 포함한 전해 장치의 사시도다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 실시형태에 있어서의 희생 전극의 장착 구조를 포함한 전해 장치(1)의 사시도다. 전해 장치(1)는 본체 프레임(2)과, 본체 프레임(2)에 지지된 전해조(3)를 포함한다. 전해조(3)에는 전해액이 축적되어 있다. 전해조(3)는, 내부에 양극이 설치된 복수의 양극 유닛(3A)과, 내부에 음극이 설치된 복수의 음극 유닛(3B)을 갖는다. 양극 유닛(3A)과 음극 유닛(3B)은 교호(交互)로 배열되어 있고, 이들의 내부 공간은 서로 연통하고, 전해액이 이들 유닛을 유통할 수 있도록 되어 있다.
본체 프레임(2)의 외측에는, 전해액 공급 매니폴드(4)와 전해액 배출 매니폴드(5)가 설치되어 있다. 전해액 공급 매니폴드(4)는 복수의 전해액 공급로(도 1에서는 도시하지 않음)를 통하여, 전해조(3)의 유닛(3A, 3B)의 각각에 접속되어 있다. 전해액 배출 매니폴드(5)는 복수의 전해액 배출로(도 1에서는 도시하지 않음)를 통하여, 전해조(3)의 유닛(3A, 3B)의 각각에 접속되어 있다.
전해액 공급 매니폴드(4)에는, 전해액이 외부로부터 공급되고 있다. 전해액 공급 매니폴드(4)에 공급된 전해액은, 전해액 공급로를 통하여 전해조(3)의 유닛(3A, 3B)의 각각에 공급된다. 전해조(3)에 있어서는, 전해액에 인가된 전압에 의해 전기분해가 행해진다. 전기분해에 사용된 전해액은, 유닛(3A, 3B)의 각각으로부터 전해액 배출로를 통하여 전해액 배출 매니폴드(5)에 배출된다. 전해액 배출 매니폴드(5)에 배출된 전해액은, 전기분해에 의한 생성물의 분리, 냉각, 전기분해에 의해 소비된 물질의 보충 등의 여러 가지 처리를 거친 후에, 다시 전해액 공급 매니폴드(4)로 공급된다. 전해조(3) 내의 전해액뿐만 아니라, 전해액 공급 매니폴드(4) 및 전해액 배출 매니폴드(5) 내의 전해액도, 전기분해에 의해 발생한 이온을 포함한다.
도 2는, 전해액 공급 매니폴드(4)와 전해조(3)를 연결하는 전해액 공급로(10)의 사시도다. 도 2는 간략화를 위해서 하나의 전해액 공급로(10)만을 나타내지만, 실제로는 복수의 유닛(3A, 3B)에 대하여 각각 복수의 전해액 공급로(10)가 형성되어 있고, 각 전해액 공급로(10)는 동일한 구조를 갖는다.
각 전해액 공급로(10)에는, 2개의 희생 전극 유닛(22)이 설치되어 있다. 보다 구체적으로는, 전해액 공급로(10)의 전해조(3) 측의 단부에 하나의 희생 전극 유닛(22)이 설치되고, 전해액 공급로(10)의 전해액 공급 매니폴드(4) 측의 단부에 다른 하나의 희생 전극 유닛(22)이 설치되어 있다. 전해액 공급 매니폴드(4)와 전해조(3)를 복수의 전해액 공급로(10)로 연결하는 경우에는, 전위가 높은 부재로부터 전위가 낮은 부재를 향하여 전류가 흐른다. 예를 들면, 공급되는 전해액에 의해, 전해조(3) 내의 양극으로부터, 전해액 공급로(10)나 전해액 공급 매니폴드(4)를 향하여 전류가 흐른다. 이 때문에, 전해조뿐만 아니라 전해액 공급 매니폴드(4)의 부식을 고려해야 한다. 전해액 공급로(10)의 각각에 있어서, 2개의 희생 전극 유닛(22)이 전해조(3) 측과 전해액 공급 매니폴드(4) 측에 설치되는 것에 의해, 전해조(3)와 전해액 공급 매니폴드(4)가 적절하게 보호된다.
전해액 공급로(10)의 구성을 보다 구체적으로 설명한다. 전해액 공급 매니폴드(4)의 전해액 공급구에는, 너트(11)에 의해 노즐(제1 배관)(14)이 연결되어 있다. 본 실시형태에서는, 전해액 공급 매니폴드(4)에 연결된 배관이 노즐(14)이다.
노즐(14)은, 제1 관 조인트(23)에 의해 희생 전극 유닛(22)에 연결되어 있다. 희생 전극 유닛(22)은, 제2 관 조인트(24)에 의해 배관(제2 배관)(13)에 연결되어 있다. 배관(13)은, 투명 또는 반투명의 가요성을 가지는 절연 재료, 예를 들면 퍼플루오로알콕시 불소 수지(PFA) 등에 의해 형성되어 있다.
또한, 배관(13)은 다른 제2 관 조인트(24)에 의해 다른 희생 전극 유닛(22)에 연결되어 있다. 상기 희생 전극 유닛(22)은, 다른 제1 관 조인트(23)에 의해 노즐(제1 배관)(15)에 연결되어 있다. 노즐(15)은 전해조(3)에 연결되어 있거나 일체로 설치된 배관이다.
이와 같이 하여, 전해액 공급로(10)는, 전해액 공급 매니폴드(4) 측으로부터 순서대로, 노즐(14), 제1 관 조인트(23), 희생 전극 유닛(22), 제2 관 조인트(24), 배관(13), 제2 관 조인트(24), 희생 전극 유닛(22), 제1 관 조인트(23) 및 전해조(3) 측의 노즐(15)을 구비한다. 전해액 공급로(10)에 있어서는, 2개의 희생 전극 유닛(22)에 대하여, 2개의 희생 전극의 장착 구조(20)가 전해액 공급로(10)에 형성되어 있다. 배관(13)은, 2개의 희생 전극의 장착 구조(20)에 의해 공유되고 있다고 간주할 수 있다.
도 3은 도 2의 A-A선에 따른 단면도이고, 전해조(3)의 전해액 공급로(10)에 형성된 희생 전극의 장착 구조(20)를 나타낸다. 도 3의 희생 전극의 장착 구조(20)는, 도 2의 전해조(3) 측의 장착 구조이며, 노즐(15)을 포함한다. 도 2의 전해액 공급 매니폴드(4) 측의 장착 구조(20)도 이와 기본적으로 동일하며, 노즐(15)이 노즐(14)로 치환되는 것이 상이할 뿐이다.
희생 전극의 장착 구조(20)는 노즐(15)과, 배관(13)과, 통형의 희생 전극 유닛(22)과, 제1 관 조인트(23)와, 제2 관 조인트(24)를 포함한다. 제1 관 조인트(23)는, 노즐(15)과 희생 전극 유닛(22)을 액밀하게 또한 착탈 가능하게 연결한다. 제2 관 조인트(24)는, 배관(13)과 희생 전극 유닛(22)을 액밀하게 또한 착탈 가능하게 연결한다.
노즐(15)은, 전해조(3)의 유닛(3A, 3B)의 각각에 설치되어 있다. 노즐(15)은, 예를 들면 금속, 보다 상세하게는 티탄 또는 티탄 합금 등의 내식성이 높은 도전성 재료에 의해 형성되어 있다. 노즐(15)은, 축부(15a)와 헤드부(15b)를 구비하고 있고, 축부(15a)와 헤드부(15b)는 일체로 형성되어 있다. 축부(15a)는 원통형으로 형성되어 있고, 전해조(3)에 접속되어 있다. 즉, 전해조(3)의 내부와 축부(15a)의 내부가 통하고 있다.
헤드부(15b)는 대략 원통으로서, 축부(15a)에 있어서의 전해조(3)와는 반대 측의 단부에 설치되고, 축부(15a)의 외경(外徑)보다 큰 외경을 갖는다. 헤드부(15b)의 외주면에는 수나사가 형성되어 있다.
희생 전극 유닛(22)은 축부(22a), 플랜지부(22b) 및 희생 전극(22c)을 갖는다. 축부(22a)는 원통형으로 형성되어 있고, 노즐(15)과 동축으로 배치되어 있다. 축부(22a)의 외경 및 내경(內徑)은, 배관(13)의 외경 및 내경과 대략 동등하다.
플랜지부(22b)는, 축부(22a)에 있어서의 노즐(15) 측의 단부로부터 반경 방향 외측으로 넓어진다. 축부(22a)와 플랜지부(22b)는 도전 재료, 예를 들면 금속으로 일체로 형성되어 있다. 플랜지부(22b)의 외경은, 노즐(15)의 외경보다 약간 작다.
도 3에 있어서, 희생 전극(22c)은, 축부(22a)에 있어서의 배관(13) 측의 단부에 동축으로 삽입된 원통형의 부재다. 희생 전극(22c)은, 전해 시에 높은 내구성을 나타내는 물질로 형성된다. 예를 들면, (1) 백금족 금속(백금, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 오스뮴, 이리듐) 단체(單體), (2) 2종 이상의 백금족 금속 합금, (3) 백금족 금속과 다른 금속의 합금, (4) 백금족 금속과 티탄·탄탈 등의 밸브 금속을 구성 원소로 하는 혼합 산화물 또는 복합 산화물, (5) 금속 스트론튬, (6) 금속 철, 금속 니켈, (7) 금속 납, 이산화납, (8) 실리콘, (9) 다이아몬드 또는 그래파이트(graphite), (10) 알루미나, 뮬라이트, 지르코니아 등의 산화물, (11) SiC 등의 탄화물, (12) AlN 등의 질화물, (13) 티탄, 탄탈, 지르코늄 등의 밸브 금속 단체다. 또는, 희생 전극(22c)은, 기판 상에 촉매층이 형성된 것이어도 된다. 이 경우, 기판으로서 티탄, 지르코늄, 알루미늄, 탄탈, 니오븀, 철, 니켈, 납의 단체 또는 합금이나, 탄소, 실리콘, 세라믹스 등을 적용할 수 있다. 촉매로서는, 전술한 (1)∼(12)에 예시되는 촉매 기능을 가지는 물질을 적용할 수 있다. 희생 전극(22c)은, 전술한 재질로 이루어지는 판형 부재를 원통형으로 가공한 것이어도 되고, 제조 시부터 원통형으로 형성되는 것이어도 된다. 이 경우, 도 3에 나타낸 바와 같이 희생 전극(22c) 자체가 전해액의 유통로로 된다.
또는, 희생 전극은 메쉬형, 펀칭 메탈 등의 구멍(孔)을 가지는 판형 부재를 원통형으로 가공한 것이어도 된다. 구멍을 가지는 부재를 희생 전극으로서 이용할 경우에는, 구멍을 갖지 않는 원통형의 지지 부재(예를 들면, 티탄 등의 금속제 통이나 튜브형 수지)에 희생 전극(22c)을 삽입한 후에, 축부(22a)에 삽입된다. 희생 전극은 반드시 원통형으로 가공할 필요는 없고, 예를 들면, 판형 부재를 C자형 단면으로 되도록 둥글게 한 상태나 평판인 채로 지지 부재 내에 삽입하면 된다. 희생 전극이 금속인 경우에는, 희생 전극 탈락 방지를 위해, 지지 부재와 희생 전극이 용접 등에 의해 결합되어 있어도 된다. 삽입했을 때, 희생 전극의 단부가 지지 부재의 단부로부터 밀려나와 있으면, 후술하는 바와 같이 배관(13)의 외측으로부터 희생 전극의 상태를 시인할 수 있다.
희생 전극이 금속제인 경우에는, 축부(22a)의 배관(13) 측의 선단에 희생 전극을 용접 등에 의해 직접 장착한 것을 사용할 수도 있다. 이 경우도, 희생 전극은 반드시 원통형으로 가공할 필요는 없고, 판형 부재를 둥글게 한 상태나 평판인 채로 축부(22a)에 장착된다.
희생 전극(22c)의 재료는, 축부(22a)와 플랜지부(22b)의 재료와 동일해도 된다. 즉, 희생 전극 유닛(22)의 전체가 희생 전극으로서 사용될 수 있다. 이 경우, 희생 전극 유닛(22)의 전체가 희생 전극 재료로 구성되어 있으므로, 희생 전극 유닛(22)의 희생 전극으로서 작용 가능한 기간을 길게 할 수 있다.
희생 전극(22c)은 배관(13)의 단부 내에도 삽입되어 있다. 이와 같이 하여, 노즐(15)과 배관(13) 사이에 희생 전극 유닛(22)이 개재한다. 배관(13)에 삽입되었을 때, 희생 전극(22c)의 축부(22a)와는 반대 측의 단부는, 제2 관 조인트(24)의 장착 위치보다 안쪽[배관(13)의 단부와는 반대 측]에 위치한다. 배관(13)이 투명 또는 반투명의 절연 재료에 의해 구성되어 있으므로, 사람들이 배관(13)의 외측으로부터 희생 전극(22c)의 상태를 시인하는 것이 가능해진다.
노즐(15)의 내부, 희생 전극 유닛(22)의 축부(22a)의 내부, 희생 전극(22c)의 내부 및 배관(13)의 내부가 전해액(L)의 유로로서 사용된다.
노즐(15)과 희생 전극 유닛(22)은, 제1 관 조인트(23)에 의해 액밀하게 또한 착탈 가능하게 연결되어 있다. 제1 관 조인트(23)는 외부로부터 조작할 수 있다. 제1 관 조인트(23)의 상세는 한정되지 않지만, 하기의 예이면 바람직하다. 제1 관 조인트(23)의 예는 통형의 주벽부(23a)와, 주벽부(23a)의 단부에 있고 반경 방향 내측으로 돌출하는 단벽부(23b)를 구비한다. 주벽부(23a)의 내주면에는 암나사가 형성되어 있다. 예를 들면, 제1 관 조인트(23)는 금속제의 캡 너트다.
통상의 캡 너트와 상이하게, 단벽부(23b)에는 관통공(23c)이 형성되어 있다. 희생 전극 유닛(22)의 축부(22a)는 관통공(23c)에 삽입되고, 희생 전극 유닛(22)의 플랜지부(22b)는 주벽부(23a)의 내부에 배치되어 있다.
주벽부(23a)의 내주면의 암나사에는, 노즐(15)의 헤드부(15b)에 형성된 수나사가 나사결합되어 있다. 이와 같이 하여 제1 관 조인트(23)는 노즐(15)에 연결되어 있다.
노즐(15)의 헤드부(15b)와 희생 전극 유닛(22)의 플랜지부(22b) 사이에는, 절연 재료(예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌)로 형성된 환형의 스페이서(21a)가 개재한다. 또한, 희생 전극 유닛(22)의 플랜지부(22b)와 제1 관 조인트(23)의 단벽부(23b) 사이에도, 절연 재료(예를 들면, 폴리테트라플루오로에틸렌)로 형성된 환형의 스페이서(21b)가 개재한다. 이들 스페이서(21a, 21b)는 제1 관 조인트(23)의 주벽부(23a)의 내부에 배치되어 있다. 스페이서(21b)의 관통공에는, 희생 전극 유닛(22)의 축부(22a)가 삽입되어 있다.
제1 관 조인트(23)가 노즐(15)에 연결되면, 노즐(15)의 헤드부(15b)에 의해, 스페이서(21a), 희생 전극 유닛(22)의 플랜지부(22b) 및 스페이서(21b)가 제1 관 조인트(23)의 단벽부(23b)를 향하여 가압된다. 이와 같이 하여, 제1 관 조인트(23)에 의해, 노즐(15)이 희생 전극 유닛(22)에 액밀하게 연결되어 있다.
절연 재료로 형성된 스페이서(21a)는, 도전성 재료에 의해 형성된 노즐(15)과, 도전성 재료에 의해 형성된 희생 전극 유닛(22) 사이의 간격을 확보하기 위해 설치되어 있다. 희생 전극 유닛(22)이 노즐(15)로부터 이격시켜져 있는 것에 의해, 부식에 의해 희생 전극 유닛(22)에 변형이 생겨도 노즐(15)로부터의 분리가 용이해진다.
상기의 이유에 의해, 제1 관 조인트(23)가 도전 재료로 형성되어 있는 경우에는, 희생 전극 유닛(22)의 플랜지부(22b)가 제1 관 조인트(23)의 주벽부(23a)의 내주면에 접촉하지 않도록, 플랜지부(22b)의 외경은 주벽부(23a)의 내경보다 작게 설계되어 있다.
절연 재료로 형성된 스페이서(21b)는, 제1 관 조인트(23)가 도전 재료로 형성되어 있는 경우에, 제1 관 조인트(23)의 단벽부(23b)와 도전 재료에 의해 형성된 희생 전극 유닛(22) 사이의 간격을 확보하기 위해 설치되어 있다. 희생 전극 유닛(22)이 제1 관 조인트(23)의 단벽부(23b)로부터 이격시켜져 있는 것에 의해, 노즐(15)로부터 제1 관 조인트(23)를 거쳐 희생 전극 유닛(22)에 전류가 흐르는 것이 방지되고, 부식에 의해 희생 전극 유닛(22)에 변형이 생겨도 관 조인트(23)로부터의 분리가 용이해진다.
다만, 제1 관 조인트(23)가 절연 재료로 형성되어 있는 경우에는, 스페이서(21b)는 불가결하지 않다. 이 경우에는, 희생 전극 유닛(22)은 제1 관 조인트(23)에 접촉해도 되고, 희생 전극 유닛(22)의 플랜지부(22b)는 제1 관 조인트(23)의 단벽부(23b)에 접촉하도록 가압되어도 된다.
희생 전극 유닛(22)과 배관(13)은, 제2 관 조인트(24)에 의해 액밀하게 또한 착탈 가능하게 연결되어 있다. 제2 관 조인트(24)는 외부로부터 조작할 수 있다. 제2 관 조인트(24)의 상세는 한정되지 않지만, 하기의 예이면 바람직하다. 상기와 같이, 희생 전극 유닛(22)의 희생 전극(22c)은, 가소성 재료에 의해 형성된 배관(13)의 단부에 삽입되어 있다. 제2 관 조인트(24)의 예는, 가소성 재료에 의해 형성된 배관(13)의 주위에 배치되고, 배관(13)의 단부를 반경 방향으로 축소시켜 희생 전극(22c)에 고정하는 체결구를 구비한다.
제2 관 조인트(24)의 예는, 접속관(24a)와, 접속관(24a)의 양단(兩端)의 내측에 배치된 2개의 페룰(24b, 24c)과, 접속관(24a)의 양단의 외측에 배치된 2개의 너트(24d, 24e)를 갖는다. 접속관(24a) 및 페룰(24b, 24c)은 절연 재료, 예를 들면 폴리테트라플루오로에틸렌으로 형성되어 있다. 너트(24d, 24e)는 절연 재료, 예를 들면 퍼플루오로알콕시 불소 수지(PFA)로 형성되어 있다.
접속관(24a)의 내주면에 있어서, 양단은 다른 부분보다 큰 내경을 가지고, 양단에는 관인 페룰(24b, 24c)이 각각 삽입되어 있다. 또한, 접속관(24a)의 양단에는 수나사가 형성되고, 2개의 너트(24d, 24e)가 각각 나사결합되어 있다.
페룰(24b)과 너트(24d)는, 희생 전극 유닛(22)의 축부(22a)의 주위에 배치되어 있다. 너트(24d)를 접속관(24a)의 단부에 체결함으로써, 그 내측의 페룰(24b)이 반경 방향으로 축소되어 축부(22a)에 고정된다.
페룰(24c)과 너트(24e)는, 희생 전극(22c)과 배관(13)의 중첩 부분의 주위에 배치되어 있다. 너트(24e)를 접속관(24a)의 단부에 체결함으로써, 그 내측의 페룰(24c)이 반경 방향으로 축소되어 배관(13)에 고정된다. 동시에, 배관(13)의 단부가 반경 방향으로 축소되어 희생 전극(22c)에 고정된다. 이와 같이 하여, 제2 관 조인트(24)에 의해, 배관(13)이 희생 전극 유닛(22)에 액밀하게 연결되어 있다. 접속관(24a), 페룰(24c) 및 너트(24e)는, 배관(13)의 단부를 희생 전극(22c)에 고정하는 체결구로 간주할 수 있다.
상기 희생 전극의 장착 구조(20)에는, 희생 전극 유닛(22)과 노즐(14) 및 노즐(15)의 사이를 전기적으로 접속하기 위한 기구(機構)가 설치되어 있다. 이하의 설명에서는, 노즐(15)을 포함하는 희생 전극의 장착 구조(20)를 예로 들지만, 노즐(14)을 포함하는 희생 전극의 장착 구조(20)도 동일하며, 필요에 따라 노즐(15)을 노즐(14)로 대체하고자 한다. 구체적으로는, 노즐(15)의 축부(15a)의 외주면에는, 금속판으로 이루어지는 와이어 장착부(25)가 접합되어 있다. 희생 전극 유닛(22)의 축부(22a)의 외주면에도, 마찬가지로 와이어 장착부(26)가 접합되어 있다. 상기 와이어 장착부(25, 26)에는, 도전 재료에 의해 형성된 와이어(27)의 양단이 접합되어 있다.
희생 전극 유닛(22)과 노즐(15) 사이를 흐르는 누설 전류는 와이어(27)를 통과한다. 이 때문에, 누설 전류를 측정할 때는, 상기 와이어(27)를 흐르는 전류를 측정하면 된다. 따라서, 누설 전류의 측정을 용이하게 행할 수 있다.
도 4는, 전해액 배출 매니폴드(5)와 전해조(3)를 연결하는 전해액 배출로(30)의 사시도다. 도 4는 간략화를 위해 하나의 전해액 배출로(30)만을 나타내지만, 실제로는 전해조(3)의 복수의 유닛(3A, 3B)을 위해 복수의 전해액 배출로(30)가 형성되어 있고, 각 전해액 배출로(30)는 동일한 구조를 갖는다.
각 전해액 배출로(30)에는, 2개의 희생 전극 유닛(42)이 설치되어 있다. 보다 구체적으로는, 전해액 배출로(30)의 전해조(3) 측의 단부에 하나의 희생 전극 유닛(42)이 설치되고, 전해액 배출로(30)의 전해액 배출 매니폴드(5) 측의 단부에 다른 하나의 희생 전극 유닛(42)이 설치되어 있다. 전해액 배출 매니폴드(5)와 전해조(3)를 복수의 전해액 배출로(30)로 연결하는 경우에는, 전위가 높은 부재로부터 전위가 낮은 부재를 향하여 전류가 흐른다. 예를 들면, 배출되는 전해액에 의해, 전해조(3) 내의 양극으로부터, 전해액 배출로(30)나 전해액 배출 매니폴드(5)를 통과하는 전류로가 발생한다. 이 때문에, 전해조뿐만 아니라 전해액 배출 매니폴드(5)의 부식을 고려해야 한다. 전해액 배출로(30)의 각각에 있어서, 2개의 희생 전극 유닛(42)이 전해조(3)의 측과 전해액 배출 매니폴드(5) 측에 설치되는 것에 의해, 전해조(3)와 전해액 배출 매니폴드(5)가 적절하게 보호된다.
전해액 배출로(30)의 구성을 보다 구체적으로 설명한다. 전해액 배출 매니폴드(5)의 전해액 배출구에는, 너트(31)에 의해 노즐(제1 배관)(34)이 연결되어 있다. 본 실시형태에서는, 전해액 배출 매니폴드(5)에 연결된 배관이 노즐(34)이다.
노즐(34)은, 제1 관 조인트(43)에 의해 희생 전극 유닛(42)에 연결되어 있다. 희생 전극 유닛(42)은, 제2 관 조인트(44)에 의해 배관(제2 배관)(33)에 연결되어 있다. 배관(33)은, 투명 또는 반투명의 가요성을 가지는 절연 재료, 예를 들면 퍼플루오로알콕시 불소 수지(PFA) 등에 의해 형성되어 있다.
또한, 배관(33)은 다른 제2 관 조인트(44)에 의해 다른 희생 전극 유닛(42)에 연결되어 있다. 상기 희생 전극 유닛(42)은, 다른 제1 관 조인트(43)에 의해 노즐(제1 배관)(35)에 연결되어 있다. 노즐(35)은 전해조(3)에 연결되어 있거나 일체로 설치된 배관이다.
이와 같이 하여, 전해액 배출로(30)는 전해액 배출 매니폴드(5) 측으로부터 순서대로, 노즐(34), 제1 관 조인트(43), 희생 전극 유닛(42), 제2 관 조인트(44), 배관(33), 제2 관 조인트(44), 희생 전극 유닛(42), 제1 관 조인트(43) 및 전해조(3) 측의 노즐(35)을 구비한다. 전해액 배출로(30)에 있어서는, 2개의 희생 전극 유닛(42)에 대하여 2개의 희생 전극의 장착 구조(40)가 전해액 배출로(30)에 형성되어 있다. 배관(33)은, 2개의 희생 전극의 장착 구조(40)에 의해 공유되어 있다고 간주할 수 있다.
도 5는, 도 4의 B-B선에 따른 단면도이고, 전해조(3)의 전해액 배출로에 형성된 희생 전극의 장착 구조(40)를 나타낸다. 도 5의 희생 전극의 장착 구조(40)는, 도 4의 전해조(3) 측의 장착 구조이며, 노즐(35)을 포함한다. 도 4의 전해액 배출 매니폴드(5) 측의 장착 구조(40)도, 이것과 기본적으로 동일하고, 노즐(35)이 노즐(34)로 치환되는 것이 상이할 뿐이다.
희생 전극의 장착 구조(40)는 노즐(35)과, 배관(33)과, 통형의 희생 전극 유닛(42)과, 제1 관 조인트(43)과, 제2 관 조인트(44)를 포함한다. 제1 관 조인트(43)는, 노즐(35)과 희생 전극 유닛(42)을 액밀하게 또한 착탈 가능하게 연결한다. 제2 관 조인트(44)는, 배관(33)과 희생 전극 유닛(42)을 액밀하게 또한 착탈 가능하게 연결한다.
노즐(35)은, 전해조(3)의 유닛(3A, 3B)의 각각에 설치되어 있다. 노즐(35)은, 예를 들면 금속, 더욱 상세하게는 티탄 또는 티탄 합금 등의 내식성이 높은 도전성 재료에 의해 형성되어 있다. 노즐(35)은 원통형으로 형성되어 있고, 전해조(3)에 접속되어 있다. 즉, 전해조(3)의 내부와 노즐(35)의 내부가 통하고 있다.
희생 전극 유닛(42)은, 축부 본체(42a) 및 희생 전극(42c)을 포함한다. 축부 본체(42a)는 원통형으로 형성되어 있고, 노즐(35)과 동축으로 배치되어 있다. 축부 본체(42a)의 외경 및 내경은, 노즐(35)의 외경 및 내경과 대략 동등하다. 축부 본체(42a)의 외경은, 배관(33)의 내경과 대략 동등하다. 축부 본체(42a)는, 예를 들면 티탄 등의 금속제 통이나 튜브형 수지로 제작된다. 축부 본체(42a)는 배관(33) 내에 삽입된다.
희생 전극(42c)은, 축부 본체(42a)에 있어서의 배관(33) 측의 단부에 동축으로 삽입된 부재다. 희생 전극(42c)은, 전해 시에 높은 내구성을 나타내는 물질로 형성된다. 구체적으로, 희생 전극(22c)과 동일한 재료[전술한 (1)∼(13)의 재료]가 채용된다. 또는, 희생 전극(42c)은 희생 전극(22c)과 마찬가지로, 기판 상에 촉매층이 형성된 것이어도 된다.
희생 전극(42c)은, 전술한 재질로 이루어지는 판형 부재를 원통형으로 가공한 것이어도 되고, 제조 시부터 원통형으로 형성되는 것이어도 된다. 또는, 희생 전극(42c)은 메쉬형, 펀칭 메탈 등의 구멍을 가지는 판형 부재를 원통형이나 C자형으로 둥글게 하여 가공한 것이어도 된다. 또한, 희생 전극(42c)은 평평해도 된다. 희생 전극(42c)이 금속인 경우에는, 희생 전극 탈락 방지를 위해 지지 부재와 희생 전극이 용접 등에 의해 결합되어 있어도 된다. 삽입했을 때, 희생 전극(42c)의 단부가 축부 본체(42a)의 단부로부터 밀려나와 있으면, 후술하는 바와 같이 배관(33)의 외측에서 희생 전극의 상태를 시인할 수 있다.
희생 전극이 금속제인 경우에는, 축부 본체(42a)의 배관(33) 측의 선단에 희생 전극을 용접 등에 의해 직접 장착한 것을 희생 전극 유닛(42)으로서 사용할 수도 있다. 이 경우도, 희생 전극은 반드시 원통형으로 가공할 필요는 없고, 판형 부재를 둥글게 한 상태나 평판인 채로 축부 본체(42a)에 장착된다.
또는, 축부 본체(42a)를 생략하고, 희생 전극(42c) 자체가 희생 전극 유닛(42)을 구성하도록 해도 된다. 이 경우, 희생 전극(42c)을 원통형으로 가공하면, 액밀하게 할 수 있고, 또한 전해액의 유로로서도 기능한다.
희생 전극(42c)의 재료는 축부 본체(42a)의 재료와 상이하다. 즉, 희생 전극 유닛(42) 중, 배관(33) 측의 단부가 희생 전극(42c)이며, 그 외의 부분이 희생 전극(42c)의 재료와는 다른 금속으로 형성되어 있다.
다만, 희생 전극(42c)의 재료는 축부 본체(42a)의 재료와 동일해도 된다. 즉, 희생 전극 유닛(42)의 전체가 희생 전극으로서 사용될 수 있다. 이 경우, 희생 전극 유닛(42)의 전체가 희생 전극 재료로 구성되어 있으므로, 희생 전극 유닛(42)의 희생 전극으로서 작용 가능한 기간을 길게 할 수 있다.
희생 전극(42c)은 배관(33)의 단부 내에 삽입되어 있다. 이와 같이 하여, 노즐(35)과 배관(33) 사이에 희생 전극 유닛(42)이 개재된다. 배관(33)에 삽입되었을 때, 희생 전극(42c)의 단부는, 제2 관 조인트(44)의 장착 위치보다 안쪽[배관(33)의 단부와는 반대 측]에 위치한다. 배관(33)이 투명 또는 반투명의 절연 재료에 의해 구성되어 있으므로, 사람들이 배관(33)의 외측으로부터 희생 전극(42c)의 상태를 시인하는 것이 가능해진다.
노즐(35)의 내부, 희생 전극 유닛(42)의 축부 본체(42a)의 내부, 희생 전극(42c)의 내부 및 배관(33)의 내부가 전해액(L)의 유로로서 사용된다.
노즐(35)과 희생 전극 유닛(42)은, 제1 관 조인트(43)에 의해 액밀하게 또한 착탈 가능하게 연결되어 있다. 제1 관 조인트(43)는 외부로부터 조작할 수 있다. 제1 관 조인트(43)의 상세는 한정되지 않지만, 하기의 예이면 바람직하다. 제1 관 조인트(43)의 예는, 접속관(41)과 체결구(48)를 구비한다. 접속관(41)은 가요성을 가지고, 또한 절연 재료로 형성되어 있다. 접속관(41)의 내부에는, 노즐(35)의 단부 및 희생 전극 유닛(42)의 축부 본체(42a)의 단부가 서로 간격을 둔 상태로 삽입되어 있다. 체결구(48)는 접속관(41)의 주위에 배치되고, 접속관(41)을 반경 방향으로 축소시켜 노즐(35) 및 축부 본체(42a)에 고정한다.
접속관(41)이 유연한 재료에 의해 형성되어 있고, 또한 접속관(41)에 노즐(35)의 단부가 삽입된 상태에서 충분히 견고하게 고정되는 경우에는, 체결구(48)는 반드시 필요하지 않다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 체결구(48)는, 접속관(41)을 전체 주위에 걸쳐 포위하는 환형 부재(48a)와, 환형 부재(48a)의 접속관(41) 주위의 길이가 수축된 상태를 유지하는 잠금(lock) 기구(48b)를 갖는다. 잠금 기구(48b)는, 예를 들면 나사 또는 기타의 파스너(fastener)를 사용한 기구이면 된다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 접속관(41)과 노즐(35)의 중첩 부분의 주위에, 체결구(48)가 배치되어 있다. 접속관(41)과 희생 전극 유닛(42)의 중첩 부분의 주위에도, 체결구(48)가 배치되어 있다. 도 4에 나타내는 환형 부재(48a)의 접속관(41) 주위의 길이가 수축시켜지는 것에 의해, 접속관(41)이 반경 방향으로 축소되어, 노즐(35) 및 축부 본체(42a)에 고정된다. 이와 같이 하여, 제1 관 조인트(43)에 의해, 희생 전극 유닛(42)이 노즐(35)에 액밀하게 연결되어 있다.
희생 전극 유닛(42)과 배관(33)은, 제2 관 조인트(44)에 의해 액밀하게 또한 착탈 가능하게 연결되어 있다. 제2 관 조인트(44)는 외부로부터 조작할 수 있다. 제2 관 조인트(44)의 상세는 한정되지 않지만, 하기의 예이면 바람직하다. 상기한 바와 같이, 희생 전극 유닛(42)은, 가소성 재료에 의해 형성된 배관(33)의 단부에 삽입되어 있다. 제2 관 조인트(44)의 예는 체결구(49A)를 구비한다. 제2 관 조인트(44)는, 가소성 재료에 의해 형성된 배관(33)의 주위에 배치되고, 배관(33)의 단부를 반경 방향으로 축소시켜 희생 전극 유닛(42)에 고정한다.
배관(33)이 유연한 재료에 의해 형성되어 있고, 또한 배관(33)에 희생 전극 유닛(42)의 단부가 삽입된 상태에서 충분히 견고하게 고정되는 경우에는, 체결구(49A)는 반드시 필요하지 않다.
체결구(49A)는 제1 관 조인트(43)의 체결구(48)와 마찬가지로, 도 4에 나타낸 바와 같은 잠금 기구(49b)와 환형 부재(49a)를 구비한다. 환형 부재(49a)는, 배관(33)을 전체 주위에 걸쳐 포위한다. 잠금 기구(49b)는, 환형 부재(49a)의 배관(33)의 주위 길이가 수축된 상태를 갖는다. 잠금 기구(49b)는, 예를 들면 나사 또는 그 외의 파스너를 사용한 기구이면 된다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 배관(33)과 희생 전극 유닛(42)의 중첩 부분의 주위에, 체결구(48)가 배치되어 있다. 도 4에 나타내는 환형 부재(49a)의 배관(33) 주위의 길이가 수축시켜지는 것에 의해, 배관(33)이 반경 방향으로 축소되어, 희생 전극 유닛(42)에 고정된다. 이와 같이 하여, 제2 관 조인트(44)에 의해, 희생 전극 유닛(42)이 배관(33)에 액밀하게 연결되어 있다.
상기 희생 전극의 장착 구조(40)에는, 희생 전극 유닛(42)과, 노즐(34) 및 노즐(35)과의 사이를 전기적으로 접속하기 위한 기구가 설치되어 있다. 이하의 설명에서는, 노즐(35)을 포함하는 희생 전극의 장착 구조(40)를 예로 들지만, 노즐(34)을 포함하는 희생 전극의 장착 구조(40)도 동일하며, 필요에 따라 노즐(35)을 노즐(34)로 대체하고자 한다. 구체적으로는, 노즐(35)의 외주면에는, 금속판으로 이루어지는 와이어 장착부(45)가 접합되어 있다. 희생 전극 유닛(42)의 축부 본체(42a)의 외주면에도, 마찬가지로 와이어 장착부(46)가 접합되어 있다. 이들 와이어 장착부(45, 46)에는, 도전 재료에 의해 형성된 와이어(47)의 양단이 접합되어 있다.
희생 전극 유닛(42)과 노즐(35) 사이를 흐르는 누설 전류는 와이어(47)를 통과한다. 이 때문에, 누설 전류를 측정할 때는, 상기 와이어(47)를 흐르는 전류를 측정하면 된다. 따라서, 누설 전류의 측정을 용이하게 행할 수 있다.
그리고, 본 발명에 있어서는, 전해액 공급로에 있어서의 희생 전극의 장착 구조로서, 도 2, 도 3의 구성을 대신하여 도 4, 도 5의 구성을 적용할 수도 있다. 마찬가지로, 전해액 배출로에 있어서의 희생 전극의 장착 구조로서, 도 4, 도 5의 구성을 대신하여 도 2, 도 3의 구성을 적용할 수도 있다.
다음에, 도 2 및 도 3을 이용하여, 전해조(3)의 전해액 공급 측의 희생 전극의 장착 구조(20)에 있어서의 희생 전극(22c)의 교환 방법에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 노즐(15)을 포함하는 희생 전극의 장착 구조(20)를 예로 들지만, 노즐(14)을 포함하는 희생 전극의 장착 구조(20)의 희생 전극(22c)의 교환 방법도 동일하며, 필요에 따라 노즐(15)을 노즐(14)로 대체하고자 한다.
배관(13)은, 희생 전극을 외부에서 시인 가능한 재료에 의해 구성되어 있으므로, 배관(13) 내부에 설치되어 있는 희생 전극(22c)의 감소 상황을 육안으로 확인 가능하다. 예를 들면, 사람들에 의한 육안 확인에 있어서 희생 전극(22c)의 교환이 필요하다고 판단되었을 경우에는, 전해 장치(1)의 가동을 정지한 후에, 다음과 같이 희생 전극 유닛(22)을 교환한다.
먼저, 사람들이 제2 관 조인트(24)의 너트(24d, 24e)를 체결을 느슨하게 하는 방향으로, 접속관(24a)에 대하여 회전시켜, 페룰(24b, 24c)에 의한 잠금을 해제한다. 그리고, 배관(13)으로부터 희생 전극 유닛(22)을 분리시킨다. 접속관(24a), 페룰(24c) 및 너트(24e)로 구성되는 체결구의 조작에 의해, 희생 전극 유닛(22)을 용이하게 배관(13)으로부터 떼어내는 것이 가능하다.
다음에, 사람들이 와이어 장착부(26)로부터 와이어(27)를 잘라낸다. 또한, 제1 관 조인트(23)를 회전시켜, 주벽부(23a)의 내주면의 암나사와 노즐(15)의 헤드부(15b)의 외주면의 수나사에 의한 나사결합을 해제한다. 그리고, 노즐(15)로부터 희생 전극 유닛(22)을 분리시킨다. 노즐(15)의 단부에 있는 헤드부(15b)와 주벽부(23a)의 나사결합을 해제함으로써, 희생 전극 유닛(22)을 용이하게 노즐(15)로부터 떼어낼 수 있다. 이와 같이 하여, 사용이 끝난 희생 전극 유닛(22), 제1 관 조인트(23), 제2 관 조인트(24) 및 와이어 장착부(26)가, 배관(13)과 노즐(15)로부터 분리된다.
그 후, 새로운 희생 전극 유닛(22)의 축부(22a)를 스페이서(21b)의 관통공 및 제1 관 조인트(23)의 관통공(23c)에 삽입하고, 축부(22a)에 와이어 장착부(26)를 장착한다. 또한, 축부(22a)에 제2 관 조인트(24)의 페룰(24b) 및 너트(24d)를 장착한다.
그 후, 스페이서(21a)가 노즐(15)의 헤드부(15b)와 희생 전극 유닛(22)의 플랜지부(22b) 사이에 있도록 하여, 제1 관 조인트(23)를 회전시킨다. 즉, 주벽부(23a)의 내주면의 암나사에 노즐(15)의 헤드부(15b)의 외주면의 수나사를 맞물리게 하고, 헤드부(15b)와 단벽부(23b) 사이에 스페이서(21a), 플랜지부(22b) 및 스페이서(21b)를 강고하게 협지(sandwich)시킨다. 이와 같이 하여, 제1 관이음새(23)에 의해 노즐(15)과 희생 전극 유닛(22)을 연결한다.
또한, 배관(13)의 단부에 제2 관 조인트(24)의 페룰(24c) 및 너트(24e)를 장착한다. 그리고, 제2 관 조인트(24)의 접속관(24a)의 일단부에 너트(24d)를 나사결합시키고, 너트(24d)의 회전에 의해 페룰(24b)을 희생 전극 유닛(22)에 고정한다. 또한, 제2 관 조인트(24)의 접속관(24a)의 타단부에 너트(24e)를 나사결합시키고, 너트(24e)의 회전에 의해 페룰(24c)을 배관(13)에 고정한다. 이와 같이 하여, 제2 관 조인트(24)에 의해 배관(13)과 희생 전극 유닛(22)을 연결한다. 마지막으로, 와이어 장착부(26)에 와이어(27)를 접속한다.
다음에, 도 4 및 도 5를 이용하여, 전해조(3)의 전해액 배출 측의 희생 전극의 장착 구조(40)에 있어서의 희생 전극(42c)의 교환 방법에 대하여 설명한다. 이하의 설명에서는, 노즐(35)을 포함하는 희생 전극의 장착 구조(40)를 예로 들지만, 노즐(34)을 포함하는 희생 전극의 장착 구조(20)의 희생 전극(22c)의 교환 방법도 동일하며, 필요에 따라 노즐(35)을 노즐(34)로 대체하고자 한다.
배관(33)은, 희생 전극을 외부로부터 시인 가능한 재료에 의해 구성되어 있으므로, 배관(33) 내부에 설치되어 있는 희생 전극(42c)의 감소 상황을 육안으로 확인 가능하다. 예를 들면, 상기 육안 확인에 있어서 희생 전극(42c)의 교환이 필요하다고 판단되었을 경우에는, 전해 장치(1)의 가동을 정지한 후에, 다음과 같이 희생 전극 유닛(42)을 교환한다.
희생 전극 유닛(42)과 노즐(35) 사이의 와이어(47)를 흐르는 누설 전류를 측정하는 경우에는, 누설 전류와 희생 전극의 유효 전해 면적으로부터 전류 밀도를 얻을 수 있다. 전류 밀도에 따른 희생 전극(42c)의 소모 속도에 관한 데이터를 사전에 취득해 두면, 계측한 누설 전류로부터 희생 전극의 소모도를 판정할 수 있다.
먼저, 사람들이, 제1 관 조인트(43)의 체결구(48) 중, 접속관(41)과 희생 전극 유닛(42)의 중첩 부분에 설치되어 있는 체결구(48A)의 잠금 기구(48b)를 조작하고, 체결구(48A)의 체결을 해제한다. 또한, 제2 관 조인트(44)의 체결구(49A)의 잠금 기구(49b)를 조작하고, 체결구(49A)의 체결을 해제한다.
다음에, 사람들이 와이어 장착부(46)로부터 와이어(47)를 잘라낸다. 또한, 노즐(35)으로부터 희생 전극 유닛(42)을 분리시키고, 배관(33)으로부터도 희생 전극 유닛(42)을 분리시킨다. 제1 관 조인트(43)의 체결구(48)의 조작에 의해, 희생 전극 유닛(42)을 용이하게 노즐(35)로부터 떼어낼 수 있다. 또한, 제2 관 조인트(44)의 체결구(49A)의 조작에 의해, 희생 전극 유닛(42)을 용이하게 배관(33)으로부터 떼어낼 수 있다. 이와 같이 하여, 사용이 끝난 희생 전극 유닛(42) 및 와이어 장착부(46)가, 배관(33)과 접속관(41)으로부터 분리된다.
그 후, 새로운 희생 전극 유닛(42)의 일단부를 접속관(41)에 삽입하고, 새로운 희생 전극 유닛(42)의 타단부를 배관(33)에 삽입한다. 그리고, 접속관(41)과 희생 전극 유닛(42)의 중첩 부분에 설치되어 있는 체결구(48A)와 체결구(49A)의 각각의 잠금 기구(49b, 48b)를 조작한다. 이로써, 체결구(48A)로 희생 전극 유닛(42)을 노즐(35)에 연결하고, 체결구(49A)로 희생 전극 유닛(42)을 배관(33)에 연결한다. 마지막으로, 와이어 장착부(46)에 와이어(47)를 접속한다.
이상의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 배관과 희생 전극 유닛(22, 42)을 착탈 가능하게 연결하는 제1 관 조인트(23, 43) 및 제2 관 조인트(24, 44)를 사용하는 것에 의해, 희생 전극 유닛(22, 42), 나아가 희생 전극(22c, 42c)의 교환이 용이하다. 배관(13, 33)은 절연 재료로 형성되어 있고, 전해액에 의해 부식되지 않고, 희생 전극 유닛(22, 42)의 교환이 더욱 용이하다.
본 실시형태에 의하면, 제1 관 조인트(23) 또는 제1 관 조인트(43)은, 외부로부터의 조작에 의해, 노즐(15)(또는 14) 또는 노즐(35)(또는 34)과 희생 전극 유닛(22) 또는 유닛(42)을 연결하고, 외부로부터의 조작에 의해 그 연결을 해제한다. 제2 관 조인트(24) 또는 제2 관 조인트(44)는, 외부로부터의 조작에 의해, 배관(13)또는 배관(33)과 희생 전극 유닛(22) 또는 유닛(42)을 연결하고, 외부로부터의 조작에 의해 그 연결을 해제한다. 따라서, 전해액(L)에 의한 관 조인트(23, 24, 43, 44)의 부식에 의한 열화와, 이에 수반하는 관 조인트(23, 24, 43, 44)의 조작성 저하를 억제 가능하고, 이로써, 희생 전극(22c, 42c)의 교환이 용이하다.
본 실시형태에 의하면, 배관(13, 33)은 투명 또는 반투명의 재료에 의해 형성되어 있으므로, 배관(13, 33)에 삽입된 희생 전극(22c, 42c)의 상태를, 배관(13, 33)의 외측에서 시인할 수 있다. 즉, 육안으로 용이하게 희생 전극(22c, 42c)의 감소 상황을 확인할 수 있기 때문에, 희생 전극(22c, 42c)의 교환 계획의 입안이 용이해진다. 또한, 희생 전극(22c, 42c)의 상정 이상의 감소에 의한 전해 장치(1)의 부식이나 파손을 억제할 수 있다.
도 6은, 본 발명의 변형예에 관한 희생 전극의 장착 구조(60)를 나타낸다. 희생 전극의 장착 구조(60)는, 전해액 공급로(10)에 형성되는 희생 전극의 장착 구조(20)의 변형이다.
상기 희생 전극의 장착 구조(60)에 있어서는, 와이어 장착부(25, 26) 및 와이어(27)가 설치되어 있지 않다. 또한, 스페이서(21a, 21b)가 설치되지 않고, 노즐(15)의 헤드부(15b)의 단면에 희생 전극 유닛(22)의 플랜지부(22b)의 단면이 직접 접촉하고, 플랜지부(22b)는 제1 관 조인트(23)의 단벽부(23b)에 직접 접촉한다.
본 변형예에서는, 도전 재료로 형성된 노즐(15)에 희생 전극 유닛(22)이 접촉한다. 그러나, 접촉 계면은 평면이므로, 가령 계면 및 그 부근이 부식되어도 희생 전극 유닛(22)을 노즐(15)로부터 떼어내는 것이 용이하다.
본 변형예에서는, 제1 관 조인트(23)는 절연 재료로 형성되어 있으면 바람직하다. 제1 관 조인트(23)가 절연 재료로 형성되므로, 가령 희생 전극 유닛(22)이 부식되어도 희생 전극 유닛(22)을 노즐(15)로부터 떼어내는 것이 용이하다.
본 변형예와 마찬가지로, 도 5에 나타내는 희생 전극의 장착 구조(40)에 있어서, 와이어 장착부(45, 46) 및 와이어(47)를 설치하지 않고, 희생 전극 유닛(42)의 단면과 노즐(35)의 단면이 직접 접촉하고 있어도 된다. 이 경우도 접촉 계면은 평면이므로, 가령 계면 및 그 부근이 부식되어도 희생 전극 유닛(42)을 노즐(35)로부터 떼어내는 것이 용이하다.
도 6에 나타내는 변형예에서는, 희생 전극(22c)은, 축부(22a)에 있어서의 배관(13) 측의 단부에 동축으로 접합된 원통형의 부재다. 희생 전극(22c)의 외경 및 내경은, 축부(22a)의 외경 및 내경과 대략 동등하다. 희생 전극(22c)의 길이는 축부(22a)의 길이보다 작다.
본 변형예에서는, 제2 관 조인트(24) 대신 제2 관 조인트(64)가 설치되어 있다. 제2 관 조인트(64)는, 내주면에 암나사가 형성된 너트다. 배관(13)의 단부의 외주면에는, 제2 관 조인트(64)의 암나사에 맞물리는 수나사가 형성되어 있다.
희생 전극(22c)을 포함하는 희생 전극 유닛(22)의 단부는, 배관(13)의 단부에 삽입되어 있다. 제2 관 조인트(64)는, 배관(13)의 단부의 주위에 배치되고, 제2 관 조인트(64)의 암나사가 배관(13)의 수나사에 맞물리는 것에 의해, 배관(13)의 단부를 반경 방향으로 축소시켜 희생 전극 유닛(22)에 고정한다. 즉, 제2 관 조인트(64)는 체결구로서 기능한다.
이상, 본 발명의 실시형태 및 변형예를 설명하였으나, 상기의 설명은 본 발명을 한정하는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 범위에 있어서, 구성 요소의 삭제, 추가, 치환을 포함하는 다양한 변형예를 고려할 수 있다.
예를 들면, 상기의 실시형태 및 변형예에 있어서는, 도 3 또는 도 6에 나타내는 희생 전극의 장착 구조(20 또는 60)가 전해액 공급 측에 형성되고, 도 5에 나타내지는 희생 전극의 장착 구조(40)가 전해액 배출 측에 형성되어 있다. 그러나, 전해액 공급 측에 희생 전극의 장착 구조(40)가 형성되어 있어도 되고, 전해액 배출 측에 희생 전극의 장착 구조(20 또는 60)가 형성되어 있어도 된다.
상기의 실시형태에 있어서는, 전해액 공급 측과 배출 측의 양쪽에 희생 전극의 장착 구조가 형성되어 있지만, 전해액 공급 측 또는 전해액 배출 측에만 희생 전극의 장착 구조가 형성되어 있어도 된다.
상기의 실시형태 및 변형예에 있어서는, 전해액 경로의 각각에는 2개의 희생 전극의 장착 구조(20, 40 또는 60)가 형성되어 있다. 구체적으로는, 각 전해액 경로에 있어서의 하나의 희생 전극의 장착 구조(20, 40 또는 60)의 제1 배관(15) 또는 제1 배관(35)이 전해조(3)에 연결되어 있거나 일체로 설치되고, 각 전해액 경로에 있어서의 다른 하나의 희생 전극의 장착 구조(20, 40 또는 60)의 제1 배관(14) 또는 제1 배관(34)이 매니폴드(4) 또는 매니폴드(5)에 연결되어 있거나 일체로 설치되어 있다. 그러나, 각 전해액 경로에 있어서, 하나의 희생 전극의 장착 구조(20, 40 또는 60)를 전해조(3)의 측 또는 매니폴드(4) 또는 매니폴드(5)의 측에만 설치해도 된다.
상기의 실시형태 및 변형예에 있어서는, 도 3 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 노즐(15), 희생 전극 유닛(22) 및 배관(13)이 직선형이며 서로 동축이다. 또한, 도 5에 나타낸 바와 같이, 노즐(35), 희생 전극 유닛(42) 및 배관(33)이 직선형이며 서로 동축이다. 그러나, 상기 부재 중 어느 하나 또는 전부가 부분적으로 만곡되어 있어도 되고, 상기 부재 중 어느 하나가 다른 부재에 대하여 편심되어 있어도 된다. 특히, 상기의 실시형태 및 변형예에서는, 배관(13, 33), 접속관(41)은 가소성 재료에 의해 형성되어 있으므로, 실제로는 부분적으로 만곡되어 있어도 된다.
각 부재의 재료는, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한, 상기 재료 이외의 재료에 의해 형성되어 있어도 된다.
L : 전해액
1 : 전해 장치
3 : 전해조
4 : 전해액 공급 매니폴드
5 : 전해액 배출 매니폴드
10 : 전해액 공급로
13, 33 : 배관(제2 배관)
14, 15, 34, 35 : 노즐(제1 배관)
15a : 축부
15b : 헤드부
20, 40, 60: 희생 전극의 장착 구조
21a, 21b : 스페이서
22, 42 : 희생 전극 유닛
22a : 축부
22b : 플랜지부
22c, 42c : 희생 전극
23, 43 : 제1 관 조인트
23a : 주벽부
23b : 단벽부
23c : 관통공
24, 44, 64 : 제2 관 조인트
24a : 접속관
24b, 24c : 페룰
24d, 24e : 너트
25, 26, 45, 46 : 와이어 장착부
27, 47 : 와이어
30 : 전해액 배출로
41 : 접속관
42a : 축부 본체
48, 49A : 체결구
48a, 49a : 환형 부재
48b, 49b : 잠금 기구

Claims (13)

  1. 전해액에 접촉하는 희생 전극의 장착 구조로서,
    전해액이 유통하는 제1 배관;
    절연 재료로 형성되고, 상기 전해액이 유통하는 제2 배관;
    상기 전해액이 유통하도록, 상기 제1 배관과 상기 제2 배관 사이에 배치되고, 상기 전해액에 접촉하는 희생 전극이 설치된 통형의 희생 전극 유닛;
    상기 제1 배관과 상기 희생 전극 유닛을 액밀(液密)하게 또한 착탈 가능하게 연결하는 제1 관 조인트; 및
    상기 제2 배관과 상기 희생 전극 유닛을 액밀하게 또한 착탈 가능하게 연결하는 제2 관 조인트
    를 포함하는 희생 전극의 장착 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 배관은, 상기 희생 전극을 외부로부터 시인(視認) 가능한 재료로 구성되어 있는, 희생 전극의 장착 구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 희생 전극 유닛의 전체가 상기 희생 전극인, 희생 전극의 장착 구조.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 배관은 도전성 재료로 형성되고, 상기 희생 전극 유닛은 상기 제1 배관으로부터 이격되어 있는, 희생 전극의 장착 구조.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 관 조인트에 의해 포위되고, 상기 희생 전극 유닛과 상기 제1 배관 사이에 개재하는 절연 재료로 형성된 스페이서를 더 포함하는 희생 전극의 장착 구조.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 희생 전극 유닛과 상기 제1 배관은, 도전 재료로 형성된 와이어에 의해 전기적으로 접속되어 있는, 희생 전극의 장착 구조.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 배관은 티탄 또는 티탄 합금에 의해 형성되어 있는, 희생 전극의 장착 구조.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 희생 전극 유닛은, 축부와 상기 축부의 단부(端部)에 형성된 반경 방향 외측으로 넓어지는 플랜지부를 구비하고,
    상기 제1 관 조인트는, 통형의 주벽부와 상기 주벽부의 단부에 있고 반경 방향 내측으로 돌출하는 단벽부(端壁部)를 구비하고,
    상기 주벽부의 내주면에는 암나사가 형성되고,
    상기 제1 배관의 단부에 수나사가 형성되고,
    상기 단벽부에는 관통공이 형성되고,
    상기 희생 전극 유닛의 상기 축부는, 상기 단벽부의 관통공에 삽입되어 있고,
    상기 희생 전극 유닛의 상기 플랜지부는, 상기 주벽부의 내부에 배치되어 있고,
    상기 제1 배관의 단부의 수나사가, 상기 주벽부의 상기 암나사에 나사결합되어 있는, 희생 전극의 장착 구조.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 관 조인트는,
    가요성을 가지고, 또한 절연 재료로 형성되고, 상기 제1 배관 및 상기 희생 전극 유닛이 서로 간격을 둔 상태로 삽입되는 접속관;
    상기 접속관의 주위에 배치되고, 상기 접속관을 반경 방향으로 축소시켜 상기 제1 배관 및 상기 희생 전극 유닛에 고정하는 체결구(fastening tool)를 구비하는, 희생 전극의 장착 구조.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제2 배관은 가소성 재료에 의해 형성되어 있고,
    상기 제2 배관에는, 상기 희생 전극 유닛의 일부가 삽입되는, 희생 전극의 장착 구조.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제2 관 조인트는, 상기 제2 배관의 주위에 배치되고, 상기 제2 배관을 반경 방향으로 축소시켜 상기 희생 전극 유닛에 고정하는 체결구를 구비하는, 희생 전극의 장착 구조.
  12. 전해액에 대한 전기분해가 행해지는 전해조를 포함하고,
    제1항 또는 제2항에 기재된 희생 전극의 장착 구조에 있어서의 상기 제1 배관이 상기 전해조에 연결되어 있거나 일체로 설치되어 있는,
    전해 장치.
  13. 전해액에 대한 전기분해가 행해지는 전해조; 및
    상기 전해조에 접속되어 있는 복수의 전해액 경로를 포함하고,
    상기 전해액 경로에는, 하나 이상의 제1항 또는 제2항에 기재된 희생 전극의 장착 구조가 형성되어 있는,
    전해 장치.
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