KR20010061947A

KR20010061947A - 전기분해 판

Info

Publication number: KR20010061947A
Application number: KR1020000070236A
Authority: KR
Inventors: 베른트 브레셀; 한스-요아힘 크라만
Original assignee: 빌프리더 하이더; 바이엘 악티엔게젤샤프트
Priority date: 1999-11-25
Filing date: 2000-11-24
Publication date: 2001-07-07
Also published as: EP1103636A1; DE19956787A1; JP2001181881A; US6395155B1; PL344075A1

Abstract

본 발명은 비전도성 외부 구조물, 특히 섬유-보강 크레졸 수지로 이루어진 구조물, 및 그 구조물 내에 장착된 전도성 이극형 그라파이트 판 (5) (바람직하게는 양 측면에 슬롯이 있음)으로 이루어지며 전해질 공급부 (9, 10)에 전해액의 강제 인도를 위한 플라스틱 스커트 (15, 16)를 갖는 전기분해 판 (4)에 관한 것이다.

Description

전기분해 판 {Electrolysis Plate}

본 발명은 비전도성 외부 구조물, 특히 섬유-보강 크레졸 수지로 이루어진 구조물, 및 그 구조물 내부에 장착된 전도성 이극형 그라파이트 판 (bipolar graphite plate, 바람직하게는 양 측면에 슬롯이 있음)으로 이루어지며 전해질 공급부에 전해액의 강제 인도 (forced direction)를 위한 플라스틱 스커트를 갖는 전기분해 판에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 전기분해 판을 토대로 구성된 전기분해기에 관한 것이다.

공지된 전기분해기, 예를 들면 염산 전기분해기는 애노드/캐소드로서 전도성 이극형 그라파이트 판을 사용하는 구조 부재의 형태인 전기분해 판을 사용한다. 이와 같은 구조는 특허 공개 DT 23 27 883에 개시되어 있다. 통상적으로, 이 구조 부재는 통상 32 또는 38개의 판을 블럭 형태로 배열하고, 최대 4800 A/m²의 전류 세기로 작동하는, 예를 들면 염산을 전기분해하여 염소 가스 및 수소 가스를 얻는 31 또는 37개의 전기분해 전지를 갖는 전기분해기로서 장치를 형성한다. 염산은 구조 부재의 하부에 있는 도관에서 출발하여 각각 애노드액측 면 또는 캐소드액측 면 상에 특수하게 배열된 보링 구멍을 경유하여 바닥으로부터 애노드액 공간 또는 캐소드액 공간으로 각각 이 구조물을 통과하고, 구조 부재의 상부에서는 생성된 가스와 함께 배출 보링 구멍을 경유하여 구조 부재의 상부 도관으로 다시 제거된다.

공지된 전기분해 장치에서는 전류 세기에 따라서 130 l/h 내지 180 l/h의 애노드액 산 및 캐소드액 산을 공급한다. 60 내지 80℃의 염산은 캐소드액 공간과 애노드액 공간을 분리하는 격판과 접하게 되고, 편향된 후, 예를 들면 그라파이트 판에 있는 슬롯을 덮고 있는 격판 또는 구조물과 그라파이트 판 사이의 채널에 무작위적으로 분배된다.

공지된 구조의 전기분해 장치의 경우, 부하 및 격판의 파손으로 인한 작동 오류가 특히 애노드액 공간 또는 캐소드액 공간으로의 전해질 진입부에서 발생한다.

본 발명의 목적은 공지된 구조의 단점이 없으며 비교적 긴 사용 기간을 갖는 전기분해 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 염산 전기분해용 전기분해기의 개략적인 측면도이다.

도 2는 전기분해 판의 기본 구조를 나타내는 측면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 전기분해 판의 개략적인 측면도이다.

도 4는 도 3에 따른 전기분해 판의 변형예를 나타내는 개략적인 측면도이다.

도 5는 도 3에 따른 전기분해 판의 또다른 변형예를 나타내는 개략적인 측면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1: 지지 구조물

2: 집게 볼트

3: 전류 레일

4: 전기분해 판

5: 그라파이트 판

6: 격판

7,8: 도관

9,10: 전해질 공급부

11,12,13,14: 보링 구멍

15,16,19: 플라스틱 스커트

17: 천공된 측면 필름

18: 상부 필름

상기 목적은 앞서 언급한 유형의 전기분해 장치에 있어서, 전기분해 장치에 존재하는 보링 구멍으로부터 발생하는 애노드액 분출 및 캐소드액 분출로 인한 화학, 열 및 기계적 부식으로부터 격판 또는 막을 보호하는 불활성 필름, 특히 폴리비닐 디플루오라이드 또는 폴리플루오로카본으로 제조된 필름을 부착하여 전기분해 장치의 애노드액측 면 및 캐소드액측 면이 보호되는 본 발명의 방법에 의해 달성된다.

본 발명은 비전도성 외부 구조물, 특히 섬유-보강 크레졸 수지로 이루어진 구조물, 및 그 구조물 내부에 장착된 전도성 이극형 그라파이트 판 (바람직하게는 양 측면에 슬롯이 있음)으로 이루어진 전해질 공급부에 전해액의 강제 인도를 위한 플라스틱 스커트를 갖는 전기분해 판에 관한 것이다.

구조 부재의 구조는 바람직하게는 특허 공개 DT 23 27 883에 개시된 것과 상응하며, 개시내용은 본 원에 포함된다.

또한, 본 발명은 상기 전기분해 판을 토대로 구성된 전기분해기에 관한 것이다.

바람직하게는, 염산의 전기분해에 있어 염산의 양측 공급을 위한 산의 강제 인도용으로서 플라스틱 스커트를 갖는 전기분해 판이 사용된다.

전도성 이극형 그라파이트 판은 비전도성 구조물에 장착된다. 판에는 애노드측, 캐소드측, 보링 구멍, 전해질 공급부 및 플라스틱 스커트가 포함된다. 통상적으로, 판은 공지된 판들의 치수를 가지며 목적하는 용도에 따라 변할 수 있다.

플라스틱 스커트는 통상 전해질 공급부에 위치하고, 판이 전기분해기에 사용될 때, 스커트가 통상적인 전도성 이극형 그라파이트 판을 이용하는 전기분해기에서 애노드액 및 캐소드액 분출이 통상적으로 야기하는 화학, 열 및 기계적 부식으로부터 격판 또는 막을 보호하는 방식으로 전해액을 강제적으로 인도하는 크기로 제작된 필름과 같은 플라스틱 구조물이다. 또한, 격판을 통한 애노드액 및 캐소드액의 침투가 현저하게 감소하여, 염산의 전기분해시 제품 품질의 현저한 증가, 예를 들면 현저하게 작은 염소 중 수소 함량 또는 수소 중 염소 함량을 얻는다. 스커트의 치수는 전도성 이극형 그라파이트 판의 치수에 따라 가변적이다.

전해질 공급부의 구조가, 특히 산의 강제 인도가 대략 20 내지 100개월간의 사용후에도, 예를 들면 격판과 같은 관측된 손상 부위에 산이 직접적으로 접촉하는 것을 확실하게 방지할 만큼 효과적이다.

바람직하게는, 삼각형 형태의 귀퉁이 조각을 전기분해 판의 산 주입구 보링 구멍 앞면에 설치한다.

그러나, 본 발명의 특히 바람직한 디자인에 있어서의 개선점은 주입구 보링 구멍 앞면 및 전기분해 구조물과 그라파이트 판 사이의 채널에 수평 및 수직으로 이어져 있는 연속 천공된 스트립을 추가 설치함으로써 달성된다.

설치된 필름은 바람직하게는 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 또는 PVD (폴리비닐리덴 플루오라이드)로부터 제조한다.

본 발명의 산의 강제 인도 수단은 놀랍게도 산의 강제 인도가 없는 전기분해기와 비교하여 계의 용량이 증가하며 전기분해기 당 추가로 3% 내지 8%의 현저한 전압 강하를 나타냈고, 염산 전기분해의 경제적 효율성이 현저하게 증가한다.

격판은 바람직하게는, 예를 들면 촘촘하게 짜이고 열 안정화된 폴리비닐클로라이드 또는 폴리비닐디플루오라이드 또는 PVC와 PVDF의 혼합 구조물로 이루어지거나 구체적으로 술폰화된 플루오로카본으로 제조된 막이다.

본 발명은 실시예에 의해 하기 도면을 들어 보다 상세하게 기술되지만 본 발명을 제한하는 것은 아니다.

<실시예 1>

염산 전기분해기는 원칙적으로 도 1의 측면도에 나타낸 구조를 갖는다. 전기분해기는 중앙부에서 절개한 도면으로 도시하였다.

전기분해기는 집게 볼트 (2)에 의해 함께 압착된 32개의 전기분해 판 (4)으로 이루어진 지지 구조물 (1)상에 조립된다. 전기분해 판 (4)는 바닥의 각각 좌 우측에 전기분해기를 통과하고 새로운 산을 공급하는 캐소드액용 도관 (9) 및 애노드액용 도관 (10)을 갖는다. 중앙부에 그라파이트 애노드 및 그라파이트 캐소드 및 도시하지 않은 전력 공급기에 대한 연결부들 사이를 전기 접촉시키는 전기분해기 전류 레일 (3)이 구비된다.

도 2는 전기분해 판 (4)의 기본 구조를 나타낸다. 보링 구멍 (11)은 캐소드액 산용 도관을 각 캐소드액 공간에 연결하고, 보링 구멍 (12)는 애노드액 산용 도관 (10)을 상응하는 애노드액 공간에 연결한다. 염산은 캐소드액 공간 또는 애노드액 공간을 통해 상향 통과하고, 캐소드액 공간에서는 전기분해 가스와 함께 전기분해 판 (4)의 상부에서 보링 구멍 (13)을 경유하여 도관 (8)로 배출되고, 애노드액 공간에서는 보링 구멍 (14)를 경유하여 도관 (7)로 다시 배출된다.

도 3에 나타낸 전기분해 판 (4)의 디자인에서, 보링 구멍부 (11, 12)에 격판 (6)을 보호하는 주입구측 필름 (15, 16)을 가하였다. 필름은 두께 0.5 mm, 치수 190 x 290 mm의 부등변 삼각형으로 귀퉁이가 둥글고 평활하게 절단된 가장자리를 갖는 형태로 격판 (6)에 고정되어 있거나 원형의 내산성 플라스틱 리벳 (도시되지 않음)에 의해 구조물 중 특수한 보링 구멍의 산 주입 개구 앞면의 막의 귀퉁이에고정된다. 삼각형 필름 (15, 16)을 각각 애노드 전해질 주입구 및 캐소드 전해질 주입구 (도 3)의 앞면에 제공하였다.

애노드 및 캐소드에서 생성되는 가스는 애노드 및 캐소드와 염산의 적절한 혼합 및 공급이 이루어짐을 입증하였다.

<실시예 2>

도 4는 실시에 1에 따른 수평하게 이어진 스커트를 갖는 전기분해 판의 변형예에 대한 개략적인 측면도를 나타낸다.

특히 막의 기계적 보호용으로 사용되는, 설치된 전체 스커트는 길이 1760 mm 및 폭 190 mm의 PTFE 또는 PVDF 스트립으로부터 제조하였다. 필름은 그 전체 길이에 걸쳐 60 mm의 폭을 갖지만, 두 모퉁이는 말단으로부터 220 mm에서 시작하고 외부 가장자리 길이가 190 mm인 부등변 삼각형에서 끝을 형성하였다. 모든 가장자리는 원형으로 귀퉁이를 잘라냈다. 실시예 1에 기술한 바와 같이, 전기분해 구조물 (4)에서 플라스틱 리벳을 사용하여 애노드액측 면 및 캐소드액측 면 (도 4)상에 부착시켰다.

<실시예 3>

도 5는 삼각형 스커트 및 수평 및 수직으로 이어져 있는 천공된 필름을 전기분해 판 (4)의 가장자리부에 장착한 실시예 1에 따른 전기분해 판의 또다른 변형예에 대한 개략적인 측면도를 나타낸다.

격판 (6) 또는 막을 보호하기 위해, 두께 0.25 mm 및 폭 40 mm의 천공된 측면 필름 (17)을 구조물 (4)의 양 측면에 각각 고정하고, 이때 그라파이트는 천공된필름에 의해 10 mm 이상 중첩되어야 한다. 상부 필름 (18)은 높이 100 mm, 두께 0.25 mm의 고도로 천공된 필름으로 이루어지고, 하부 필름의 높이는 대략 60 mm이다. 또한, 애노드액 산 및 캐소드액 산용 주입구 보링 구멍 (11, 12)과 간격을 두고 마주보게 고정된 삼각형 스커트 (15, 16)도 천공된 필름으로부터 제조하였다. 필름은 어떠한 구멍도 막지 않도록 절단하였다. 천공된 필름 커버를 애노드 및 캐소드상에 모두 부착하였다 (도 5).

본 발명은 언급한 유형의 전기분해 장치에서 불활성 필름, 특히 폴리비닐 디플루오라이드 또는 폴리플루오로카본으로 제조된 필름을 부착하여 전기분해 장치에 존재하는 보링 구멍으로부터 발생하는 애노드액 분출 및 캐소드액 분출로 인한 화학, 열 및 기계적 부식으로부터 격판 또는 막을 보호함으로써 전기분해 장치의 애노드액측 면 및 캐소드액측 면을 보호할 수 있고, 공지된 구조의 단점이 없으며 비교적 긴 사용 기간을 갖는 전기분해 장치를 제공할 수 있다.

Claims

비전도성 외부 구조물, 특히 섬유-보강 크레졸 수지로 이루어진 구조물, 및 그 구조물 내부에 장착된 전도성 이극형 그라파이트 판 (5) (바람직하게는 양 측면에 슬롯이 있음)으로 이루어지며 전해질 공급부 (9, 10)에 전해액의 강제 인도를 위한 플라스틱 스커트 (15, 16)을 갖는 전기분해 판 (4).
제1항에 있어서, 염산 전기분해 시에 양측에 염산을 공급하기 위해 산의 인도를 강제하는 기능을 하는 플라스틱 스커트 (15, 16)을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 전기분해 판.
제1항 또는 제2항에 있어서, 플라스틱 스커트 (15, 16)이 폴리테트라플루오로에틸렌 (PTFE) 또는 PVDF로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 전기분해 판.
제3항에 있어서, 개별 플라스틱 스커트 (15, 16)의 평면 형태가 삼각형인 것을 특징으로 하는 전기분해 판.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 구조물 (4)의 가장자리부에 수평 및 수직으로 배열된 이어져 있는 천공된 스트립, 특히 플라스틱 필름으로 제조된 스트립을 주입구의 보링 구멍 앞면 및 전기분해 구조물과 그라파이트 판 사이의 채널에 추가로 배치하는 것을 특징으로 하는 전기분해 판.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 플라스틱 스커트 (19)가 전기분해 판의 하부에서 수평하게 이어져 있는 형태인 것을 특징으로 하는 전기분해 판.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 하나 이상의 전기분해 판을 토대로 구성된 전기분해기.