KR102661284B1 - 전기분해 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용매투입부 및 전해조의 내부 구조를 개선하여 전해산물과 용매와의 접촉이 원활하게 이루어지도록 하여 전해 효율을 향상시킬 수 있도록 고안된 전기분해 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전기분해장치는, 몸체와 상판 및 하판을 구비하며 용매가 통과하면서 전해산물과 반응하는 공간을 형성하는 하우징 및 외부로부터 투입되는 전해질을 전기분해하여 상기 전해산물을 생성하는 전해조;를 포함하되, 상기 하우징은 외부로부터 상기 하우징의 상판을 통해 상기 하우징의 내부로 용매를 공급하도록 형성된 용매 투입부; 및 상기 반응공간으로부터 상기 하우징 내부로 빠져나온 상기 최종산물이 상기 하우징의 외부로 배출될 수 있도록 형성된 최종산물 배출부를 더 포함하며, 상기 몸체의 측면에는 상기 전해조에 전해질을 투입하기 위한 전해질 투입부가 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

전기분해 장치{ELECTROLYSIS APPARATUS}

본 발명은 전기분해장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 용매투입부 및 전해조의 내부 구조를 개선하여 전해산물과 용매와의 접촉이 원활하게 이루어지도록 하여 전해 효율을 향상시킬 수 있도록 고안된 전기분해 장치에 관한 것이다.

전기분해(electrolysis) 장치란 수용액 상태에서 자연적으로 음이온과 양이온으로 분리되지 않는 물질을 전기적인 힘을 이용하여 강제적으로 음이온과 양이온으로 분리시키는 장치를 의미한다. 전기분해 장치는 각종 화학 제품의 생산이나 분해 또는 석출 및 도금 등의 공정에 널리 적용되고 있다. 대표적인 예로써, 물을 전기분해하여 산소와 수소를 발생한 후 이들을 각각 활용할 수 있도록 하거나, 다시 환원하여 정제된 물을 얻을 수 있도록 한다. 이와 같은 전기분해 장치의 응용 예로써, 양전극과 음전극이 설치된 전해조에 HCl, NaCl 등의 전해질을 투입하고 전기분해하여 기체를 발생시킨 후 발생된 기체를 물, 유기용매, 무기용매 등의 용매에 용해시켜 추출한 후 다양한 용도로 활용할 수 있도록 한다. 전기분해 장치의 다른 응용 예로써, 전해조에 염소(HCl)를 투입하고 이를 전기분해하여 활성 염소를 갖는 차아염소산(HOCl)을 얻을 수 있도록 한다.

도 1은 종래 기술에 의한 전기분해 장치의 측면 단면도이고, 도 2는 도 1의 평면 투시도이다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 종래 기술에 의한 전기분해 장치는 용매 투입구(11)와 최종산물 배출구(12)가 구비된 하우징(10), 상기 하우징(10)의 내부에 형성되어 투입된 전해질의 전기분해가 일어나는 전해 공간을 구비한 전해조(20) 및 전기분해 장치의 냉각을 위해 전해조(20)와 하우징(10)의 일측 외벽에 각기 설치된 열전소자(30a,30b)를 포함한다.

하우징(10)의 내부에서 투입된 용매가 지나가는 용매공간과 투입된 전해질의 전기분해가 일어나는 전해공간인 전해조(20)는 물리적으로 분리된다. 전해조(20)는 양(+)전극(21)과 음(-)전극(22)으로 구획된 상자 형태의 전해 공간을 구비하며, 이 양전극(21)과 음전극(22)은 서로 접촉되지 않는 구조를 갖는다. 전해질이 투입되는 전해질 투입구(23)도 하우징(10)과 분리된다. 전해조(20)의 상부에는 내부의 전해작용에 의한 전해산물이 방출되는 전해산물 방출구(24)가 형성된다. 하우징(10)과 전해조(20)는 전해산물 방출구(24)를 통해 교통할 뿐 그 이외의 부분은 서로 물리적으로 분리된다. 하우징(10)은 전해조(20)를 완전히 덮는 형태로 설치된다.

전해조(20)에서 전기분해가 완료되어 방출된 전해산물은 용매 투입구(11)를 통해 하우징(10)의 내부에 투입된 용매와 전해조(20)의 밖에서 만나게 되므로, 구조적으로 전해조(20)의 내부에서 전해질의 농도 저하가 일어나지 않게 된다.

하우징(10)의 일측에 펌프 등에 의해 용매가 투입되는 용매 투입구(11)가 설치되고, 이의 반대측에는 전해조(20)에서 방출된 전해산물과 용매가 혼합된 후 외부로 배출되는 최종산물 배출구(12)가 형성되어 있다. 열전소자(30a,30b)는 전기분해 장치의 냉각을 위한 것으로, 이들 중 하나는 전해조(20)의 일측 외벽에 설치되고, 다른 하나는 하우징(10)의 일측 외벽에 설치되어 있다.

또한, 종래 기술에 의한 전기분해 장치는 하우징의 하부에서 공급되어 전해산물을 향해 진행하는 용매가 활성화되지 않은 상태로 전해산물과 반응하게 되어공급되어 전해조에서 전기분해된 전해산물을 원활하게 용해시키지 못하게 되는 문제점이 있다.

또한, 종래 기술에 의한 전기분해 장치는 정전 등의 비상 상황에서 전해조의 동작이 정지된 경우 하우징의 내부에 투입된 용매가 전해산물 배출구를 통해 전해조의 내부로 유입되어 전해조 내부에서 전해질의 농도 저하가 일어나는 문제가 있다.

특허문헌 1 : 국내 등록특허 제10-1706124호

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 하우징 내부에 구비된 용매투입관의 하단부가 전기분해장치의 하부에 위치하도록 하고, 전해조에서 배출된 전해산물이 용매투입관의 하단부에 공급되어 용매와 잘 혼합되도록 함으로써 전해산물을 원활하게 용해시킬 수 있는 전기분해장치를 제공하는데 있다.

본 발명에 따른 전기분해장치는, 몸체와 상판 및 하판을 구비하며 용매가 통과하면서 전해산물과 반응하는 공간을 형성하는 하우징 및 외부로부터 투입되는 전해질을 전기분해하여 상기 전해산물을 생성하는 전해조;를 포함하되, 상기 하우징은 외부로부터 상기 하우징의 상판을 통해 상기 하우징의 내부로 용매를 공급하도록 형성된 용매 투입부; 및 상기 반응공간으로부터 상기 하우징 내부로 빠져나온 상기 최종산물이 상기 하우징의 외부로 배출될 수 있도록 형성된 최종산물 배출부를 더 포함하며, 상기 몸체의 측면에는 상기 전해조에 전해질을 투입하기 위한 전해질 투입부가 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 용매투입부는, 상기 용매가 투입되는 용매 투입구; 및 상기 용매 투입구에 투입된 용매가 통과하면서 외주면에 구비된 다수의 제1통공을 통해 상기 하우징 내부의 공간으로 전달되도록 형성된 용매 투입관;을 포함한다.

이때, 상기 용매 투입관은 하부 외주면에 다수의 제2 통공을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 제2 통공은 상기 제1 통공보다 아래쪽에 위치하는 것이 바람직하다.

상기 최종산물 배출부는, 하부 외주면에 형성된 다수의 제3 통공을 통해 상기 최종산물이 내부로 전달되도록 형성된 최종산물 배출관; 및 상기 최종산물 배출관으로부터 전달된 최종산물이 상기 하우징의 외부로 전달되도록 형성된 최종산물 배출구;를 포함한다.

상기 전해조는 상기 전해물질이 전기분해되는 전해공간; 상기 전해공간에 양의 전압을 인가하는 제1 전극; 및 상기 전해공간에 음의 전압을 인가하는 제2 전극;을 포함한다. 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 몸체의 상부 측면부에 형성된 것이 바람직하다.

상기 전해조는, 일단이 상기 전해공간에 연결되고, 다른 일단이 상기 용매 투입관에 연결되며, 상기 전해공간에서 형성된 전해산물을 상기 용매 투입관의 내부로 공급하는 전해산물 공급관;을 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 전해산물 공급관은 상기 전해공간의 상부에서 상기 용매 투입관의 하부로 경사지게 연결된 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전기분해장치에 의하면, 하우징 내부에 구비된 용매투입관의 하단부가 전기분해장치의 하부에 위치하도록 하고, 전해조에서 배출된 전해산물이 전해산물 공급관을 통해 용매투입관의 하단부에 공급되어 용매와 잘 혼합되도록 함으로써 전해산물을 원활하게 용해시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 전기분해 장치의 측면 단면도이다.
도 2는 도 1의 평면 투시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해 장치의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A 단면도이다.
도 5는 도 3의 B-B 단면도이다.
도 6은 도 3의 C-C 단면도이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기분해 장치의 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A 단면도이고, 도 5는 도 3의 B-B 단면도이며 도 6은 도 3의 C-C 단면도이다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전기분해 장치(1000)는 하우징(100) 및 전해조(200)를 포함한다.

하우징(100)은 원통형의 몸체(110), 상판(120), 하판(130), 용매투입부(140) 및 최종산물 배출부(150)를 포함하며, 전기분해를 위한 밀폐된 공간을 형성한다. 본 실시예에서 하우징(100)은 원통형으로 구현한 것을 예로 하였으나, 이에 한정되는 것이 아니라 다양한 형상으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 하우징(100)은 다각형의 형상으로 구현될 수 있다.

몸체(110)는 전기분해를 위한 공간을 형성한다. 상판(120)은 몸체(110)의 상부와 결합되어 그 상부를 외부와 격리시키고 그 상태로 고정하는 역할을 한다. 마찬가지로 하판(130)은 몸체(110)의 하부와 결합되어 그 하부를 외부와 격리시키고 그 상태로 고정하는 역할을 한다.

하우징(100)의 내부에는 용매(예: H₂O)를 투입하기 위한 용매 투입부(140)가 형성된다. 용매 투입부(140)는 용매 투입구(141) 및 용매 투입관(142)을 포함하여 구성된다.

용매는 상판(120)에 형성된 용매 투입구(141)를 통해 투입된다.

용매 투입관(142)은 상기 용매 투입구(141)에 투입된 용매가 하우징 내부의 공간으로 전달되도록 한다. 이때 용매 투입관(142)의 외주면에는 용매가 하우징 내부로 전달될 수 있도록 다수의 제1 통공(142a)이 형성되어 있다. 한편, 용매 투입관(142)의 하부에는 다수의 제2 통공(142b)이 형성되어 있다.

다수의 제2 통공(142b)을 통해 전해산물이 용매 투입관(142)의 내부로 유입될 수 있고 용매 투입관(142)의 내부에서 용매와 혼합된 후 다시 제2 통공(142b)을 통해 하우징(100)의 하부로 배출될 수 있다.

용매와 전해산물이 혼합되어 하우징(100)의 하부로 이동된 최종산물은 상부로 이동한 후 최종산물 배출관(152)의 내부로 유입되고, 하우징의 상부로 이동한 후 최종산물 배출구(151)를 통해 하우징(100)의 외부로 배출된다.

이때, 최종산물 배출관(152)의 하단부에는 다수의 제3 통공(152a)이 형성되어 있다. 따라서 용매 투입관(142)의 제2 통공(142b)을 통해 하우징(100)의 하부로 배출된 후 하우징의 상부로 이동된 최종산물이 용이하게 제3 통공(152a)을 통해 최종산물 배출관(152)으로 유입된 후 최종산물 배출구(151)를 통해 하우징(100)의 외부로 배출될 수 있다.

전해조(200)는 상기 하우징(100)의 내부에 설치되어 외부로부터 투입되는 전해질을 전기분해하는 역할을 한다. 전해조(200)는 외부에서 투입되는 전해질이 전기분해되는 공간인 전해공간(210)과, 상기 전해공간(210)에 양(+)의 전압을 인가하는 제1 전극(220), 상기 전해공간(210)에 음(-)의 전압을 인가하는 제2 전극(230) 및 상기 전해공간(210)에서 전기분해된 전해산물을 용매투입부(140)로 전달하는 전해산물 공급관(240)을 포함하여 이루어진다.

여기서, 상기 제1 전극(220)은 전해조(200)의 내부에 형성된 전해공간(210)을 통과하는 전해질에 양의 전압을 인가하는 고유 기능을 수행함과 아울러, 전해공간(210)에서 전해 작용에 의해 발생되는 열을 용매를 이용하여 방열하는 기능을 갖는다. 마찬가지로, 제2 전극(230)은 전해조(200)의 내부에 형성된 전해공간(210)을 통과하는 전해질에 음의 전압을 인가하는 고유 기능을 수행함과 아울러, 전해공간(210)에서 전해 작용에 의해 발생되는 열을 용매를 이용하여 방열하는 기능을 갖는다.

한편, 상기 제1 전극(220)과 제2 전극(230)은 판 형상으로 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 전극(220)과 제2 전극(230)은 전기전도율과 열전도율이 우수한 재질(예: 구리, 알루미늄)로 제조되는 것이 바람직하다.

전해질 투입구(160)는 전해조(200)의 내부에 전해질을 투입하기 위한 것으로, 하우징(100)의 몸체(110)의 하부 측면을 관통하여 전해공간(210)에 연결되는 구조로 설치될 수 있다.

전해산물 공급관(240)은 일단이 전해공간(210)의 상부에 연결되고, 다른 일단이 용매 투입관(142)의 하부에 연결되며, 전해공간(210) 내부에서 발생되는 전해산물을 용매 투입관(142)의 하부에 전달하는 역할을 수행한다. 상기 전해산물 공급관(240)은 상기 전해공간(210)의 상부에서 상기 용매 투입관(142)의 하부로 경사지게 연결될 수 있다. 이와 같이 전해산물 공급관(240)을 경사지게 형성함으로써 상기 전해산물이 상기 용매 투입관(142)으로 더 용이하게 유입될 수 있다.

한편, 상기와 같이 구성된 전기분해 장치(1000)의 작용을 설명하면 다음과 같다.

용매 투입구(141)를 통해 하우징(100)의 내부에 용매(예: H₂O)가 투입되고, 전해질 투입부(160)를 통해서는 전해조(200)에 전해질, 예를 들어 2 내지 6%의 전해질(HCl)이 투입된다. 이와 같은 상태에서, 제1 전극(220)에 양의 전압이 인가되고, 제2 전극(230)에 음의 전압이 인가된다.

따라서, 상기 전해질(HCl)이 전해공간(210)을 통과하면서 전해산물(Cl)이 분해되고, 전해산물 공급관(240)을 통해 용매 투입관(142)의 하부로 전달된다. 그리고, 용매 투입구(141)를 통해 투입된 용매(H₂O)와 전해산물 공급관(240)을 통해 용매 투입관(142)의 하부로 전달된 전해산물(Cl)이 화학반응하여 최종산물(HOCl)이 생성되고, 이렇게 생성된 최종산물(HOCl)이 하우징의 상부로 이동하여 최종산물 배출관(152)에 유입된 후 최종산물 배출구(151)를 통해 외부로 배출된다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

1000 : 전기분해 장치 100 : 하우징
110 : 몸체 120 : 상판
130 : 하판 140 : 용매 투입부
150 : 최종산물 배출부 160 : 전해질 투입부
200 : 전해조 210 : 전해공간
220 : 제1 전극 230 : 제2 전극
240 : 전해산물 공급관

Claims (9)

1. 몸체와 상판 및 하판을 구비하며 용매가 통과하면서 전해산물과 반응하는 반응공간을 형성하는 하우징 및 외부로부터 투입되는 전해질을 전기분해하여 상기 전해산물을 생성하는 전해조;를 포함하되,
   상기 하우징은
   용매가 투입되는 용매 투입구 및 상기 용매 투입구에 투입된 용매가 통과하면서 외주면에 구비된 다수의 제1 통공을 통해 상기 하우징 내부의 공간으로 전달되도록 하고 하부 외주면에 다수의 제2 통공이 형성된 용매 투입관;을 포함하며, 외부로부터 상기 하우징의 상판을 통해 상기 하우징의 내부로 용매를 공급하도록 형성된 용매 투입부; 및
   상기 반응공간으로부터 상기 하우징 내부로 빠져나온 최종산물이 하부 외주면에 형성된 다수의 제3 통공을 통해 내부로 전달된 후 상기 하우징의 외부로 배출될 수 있도록 형성된 최종산물 배출부를 더 포함하며,
   상기 몸체의 측면에는 상기 전해조에 전해질을 투입하기 위한 전해질 투입부가 형성되며,
   상기 전해조는
   상기 전해질이 전기분해되는 전해공간; 및
   일단이 상기 전해공간에 연결되고, 다른 일단이 상기 용매 투입관에 연결되며, 상기 전해공간에서 형성된 전해산물을 상기 용매 투입관의 내부로 공급하는 전해산물 공급관;을 더 포함하며,
   상기 전해산물 공급관은
   상기 전해공간의 상부에서 상기 용매 투입관의 하부로 경사지게 연결되며,
   상기 전해질은 상기 제 2 통공을 통해 상기 용매 투입관의 내부로 유입되어 용매와 혼합된 후 다시 상기 제2 통공을 통해 하우징의 하부로 배출되며, 다시 하우징의 상부로 이동하여 상기 제3 통공을 통해 상기 최종산물 배출부로 전달되어 혼합된 후 상기 하우징의 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 전기분해 장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서, 상기 최종산물 배출부는
   하부 외주면에 형성된 다수의 제3 통공을 통해 상기 최종산물이 내부로 전달되도록 형성된 최종산물 배출관; 및
   상기 최종산물 배출관으로부터 전달된 최종산물이 상기 하우징의 외부로 전달되도록 형성된 최종산물 배출구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기분해 장치.
5. 제 4항에 있어서, 상기 전해조는
   상기 전해공간에 양의 전압을 인가하는 제1 전극; 및
   상기 전해공간에 음의 전압을 인가하는 제2 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기분해 장치.
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 제2 통공은 상기 제1 통공보다 아래쪽에 위치하는 것을 특징으로 하는 전기분해 장치.
8. 제 5항에 있어서,
   상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 상기 몸체의 상부 측면부에 형성된 것을 특징으로 하는 전기분해 장치.
9. 삭제

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