KR20070108406A - Electrical circuit of an electrolyzer and method for reducing the electromagnetic fields in the vicinity of the electrolyzer - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전해조에 관한 것이며, 특히 그러한 전해조들의 전기 공급에 관한 것이다.The present invention relates to electrolysers, and more particularly to the electrical supply of such electrolysers.
본 발명은 보다 상세하게는 바이폴라 전극들을 가진 전해조에 정류된 전류를 공급하는 전기 회로에 관한 것이다.The present invention more particularly relates to an electrical circuit for supplying a rectified current to an electrolyzer with bipolar electrodes.
직류가 공급되는 전해조, 특히, 바이폴라 전극들을 가진 전해조들이 전기 화학 공업에서 통상적으로 사용된다. 그러한 전해조들은 염소, 수산화나트륨 수용액 또는 염소산나트륨 수용액을 생산할 의도로 염화나트륨 수용액을 전기 분해하기 위해서 통상적으로 사용된다.Electrolyzers supplied with direct current, in particular electrolyzers with bipolar electrodes, are commonly used in the electrochemical industry. Such electrolysers are commonly used to electrolyze aqueous sodium chloride solutions with the intention of producing chlorine, aqueous sodium hydroxide or aqueous sodium chlorate solutions.
바이폴라 전극들을 가진 전해조에서 사용되는 높은 전류 밀도를 고려하여, 정류된 교류가 일반적으로 직류를 대신한다. 정류된 교류는 보통 주파수 및 진폭이 사용된 정류기에 의존하는 위상을 가진다.Given the high current density used in electrolytic cells with bipolar electrodes, rectified alternating current generally replaces direct current. Rectified alternating current usually has a phase that depends on the rectifier used for frequency and amplitude.
높은 전자계, 특히 정류된 교류에 의해서 생성된 전자계는, 그 전자계가 몸에서 발생할 때 생기는 유도 전류들 때문에, 과도한 상태에서 인간 신체에 해로운 결과를 가져오는 것으로 또한 공지되어 있다. 따라서 공업 장치들 주변의 인력들을 보호하기 위한 또는 그곳에서 전자계의 세기를 감소시키기 위한 수단을 취하는 것이 중요하다. 이 점에 대해서, 산업적 전제로 전자계의 세기가 감소될 것을 요구하는, 표준이 발행되었다. 이러한 표준들 중에서, 유럽 표준 89/391/EEC 가 특히 엄격하다.It is also known that electromagnetic fields generated by high electromagnetic fields, in particular rectified alternating currents, are harmful to the human body in excessive conditions because of the induced currents that occur in the body. It is therefore important to take measures to protect the attraction around industrial devices or to reduce the strength of the electromagnetic field there. In this regard, standards have been issued which require, on an industrial premise, to reduce the strength of the electromagnetic field. Among these standards, the European standard 89/391 / EEC is particularly strict.
본 발명의 목적은 공업용 전해조에 높은 전류를 제공하는 신규한 설계의 전기 회로를 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an electrical circuit of a novel design that provides a high current in an industrial electrolyzer.
특히 본 발명의 목적은 전해조 주변의 전자계가 상술한 유럽 표준을 따르도록 충분히 작은 값으로 감소된 전기 회로를 제공하는 것이다.In particular, it is an object of the present invention to provide an electrical circuit in which the electromagnetic field around the electrolytic cell has been reduced to a value small enough to comply with the aforementioned European standards.
보다 상세하게는, 본 발명의 목적은 바이폴라 전극들을 가진 전해조들의 측면 벽들을 따라가는 통로 상의 전자계의 세기를 감소시키는 것이다.More specifically, it is an object of the present invention to reduce the intensity of the electromagnetic field on the passage along the side walls of electrolysers with bipolar electrodes.
따라서 본 발명은 전해조 주변의 전자계를 감소시키기 위한 전기 회로로서, 전해조 및 그 전해조에 흐르는 전류를 리턴시키기 위한 하나 이상의 버스바 (busbar) 를 포함하는 전기 라인을 포함하는, 1 차 전기 회로, 및 그 1 차 회로에 의해 발생된 전자계를 상쇄시키기 위해서 주 회로에 흐르는 전류와 반대 방향으로 전류가 흐르도록, 1 차 회로의 주변에 적어도 부분적으로 배치되는 2 차 전기 회로를 포함하는, 전기 회로에 관한 것이다.Accordingly, the present invention relates to an electrical circuit for reducing an electromagnetic field around an electrolytic cell, comprising an electrical line comprising an electrolytic cell and one or more busbars for returning a current flowing in the electrolytic cell, and And a secondary electrical circuit disposed at least partially around the primary circuit such that the current flows in a direction opposite to the current flowing in the main circuit to cancel the electromagnetic field generated by the primary circuit. .
본 발명에 따라서, 2 차 전기 회로는 1 차 회로 부근에 배치된다. 2 차 회로의 반대 방향으로의 전류 흐름은 1 차 회로에서의 전류 흐름에 의해 생성된 전자계를 적어도 부분적으로 상쇄시키는 자기장을 유도시키도록 의도된다. 2 차 회로는 따라서 목적한 상쇄를 획득할 충분한 세기의 전류를 전달할 수 있어야 한다. 양호한 전자계 상쇄를 획득하기 위해서, 2 차 회로는 1 차 회로 주변에 가능한 많이 배치되어야 한다. 일정 위치에 2 개의 회로들을 분리시키는 것이 필요한 구조적 필요성을 고려하면서, 최적의 전자계 상쇄를 획득하기 위해서, 2 차 회로의 일 부분이 전해조에 부착되어야 하고, 다른 부분은 바람직하게는 버스바 또는 버스바들에 부착되어야 하는 것으로 추천된다. 상쇄를 최적화하기 위해서, 2 차 회로의 일정 단편들은 병렬로 연결된 복수의 도전체들 상으로 일반적으로 분배된다. 제어 저항기를 통하여, 1 차 회로의 전원 공급기를 사용해서 2 차 회로에 전원 공급하는 것이 가능하다. 하지만, 리턴 라인의 주변에 놓인 2 차 회로의 적어도 일부분이 분리되어 전원 공급되어야하는 것이 추천된다. 분리된 전원 공급은 2 차 전류의 주파수가 전해조에 의해서 생성된 자계의 일정한 특히 문제있는 주파수를 우선적으로 제거하기 위해서 적응될 수 있는 장점을 또한 가진다. 일반적으로, 버스바 또는 버스바들의 주변에 놓인 2 차 회로의 부분은 전해조에 부착된 부분에 흐르는 전류보다 강한 (바람직하게는 5 배 이상 강한) 전류를 전달할 수 있는 것이 추천되며, 여기에서 전류 비율은 버스바와 전해조 사이의 거리의 함수이다.According to the invention, the secondary electrical circuit is arranged near the primary circuit. The current flow in the opposite direction of the secondary circuit is intended to induce a magnetic field that at least partially cancels the electromagnetic field generated by the current flow in the primary circuit. The secondary circuit must therefore be able to deliver a current of sufficient strength to achieve the desired cancellation. In order to obtain good electromagnetic cancellation, secondary circuits should be arranged as much around the primary circuit as possible. In order to obtain the optimum electromagnetic offset, taking into account the structural necessity of separating the two circuits at a certain position, one part of the secondary circuit should be attached to the electrolyzer and the other part is preferably a busbar or busbars. Recommended to be attached to In order to optimize the offset, certain pieces of the secondary circuit are generally distributed over a plurality of conductors connected in parallel. Through the control resistor, it is possible to power the secondary circuit using the power supply of the primary circuit. However, it is recommended that at least a portion of the secondary circuit lying around the return line be powered separately. The separate power supply also has the advantage that the frequency of the secondary current can be adapted to preferentially eliminate certain constant problem frequencies of the magnetic field produced by the electrolyzer. In general, it is recommended that the busbar or part of the secondary circuit placed around the busbars can carry a current (preferably five times stronger) than the current flowing in the part attached to the electrolyzer, where the current ratio Is a function of the distance between the busbar and the electrolyzer.
정류기들과 전기 분해 장치들 사이에 놓인 회로의 부분이 양호한 전자계 상쇄를 획득하기 위해서 구성되는 것으로 또한 추천된다. 따라서, 전류 공급 및 리턴 도전체들이 서로 가까이 있도록 주의가 요구될 것이다. 이 때문에, 이러한 도전체들은 병렬로 연결된 복수의 소자들로 브랜칭되어, 이러한 도전체들이, 예를 들어 각각의 도전체의 소자들의 교대로 되어 스택화된 레이어로, 서로 인터리빙되는 것으로 추천된다.It is also recommended that the part of the circuit lying between the rectifiers and the electrolysis devices be configured to obtain good field cancellation. Therefore, care will be required to keep the current supply and return conductors close to each other. For this reason, it is recommended that such conductors are branched into a plurality of elements connected in parallel so that these conductors are interleaved with one another, for example in alternating and stacked layers of elements of each conductor.
본 발명은 모노폴라 또는 바이폴라 수은, 격막 (diaphragm) 또는 멤브레인 (membrane) 전해조와 같은 임의의 타입의 전해조에 적용된다. 하지만, 본 발명은 보다 상세하게는 실질적으로 수직인 바이폴라 전극들을 가진 전해조들에 적용된다. 그러한 전해조들은, 금속 할로겐, 특히 염화나트륨 수용액을 전기 분해하기 위해서 통상적으로 사용되는, 공업에서 잘 공지되어 있다. 이러한 전극들은 일반적으로 금속 프레임들의 연속으로 형성되며, 각각의 전극은 바이폴라 전극을 포함하며, 이러한 프레임들은 필터 프레스의 방식으로 나란히 놓여진다 (Modern Chlor-alkali technology, 제 3 권, SCI, 1986, 제 13 장 "Operating experience gained with the bipolar Hoechst-Uhde membrane cell"; Modern Chlor-alkali technology, 제 4 권, SCI, 1990, 제 20 장 "Hoechst-Uhde single element membrane electrolyzer: concept-experiences-applications"). 프레임들은 관례적으로 정사각형 또는 직사각형 윤곽을 가져서, 프레임들이 필터 프레스의 방식으로 나란히 놓여질 때, 프레임들은 전해조의 상부 벽, 하부 또는 기저 벽 및 2 개의 측면 벽들을 형성시킬 수 있었다. 전해조는 보통 직류 또는, 보다 일반적으로는 정류된 교류가 제공된다. 직류 또는 정류된 전류는 직류 전원 또는 정류기의 일 단자로부터 전극을 통하여 흐르고, 그 후 전해조 외부에 놓인 전류 라인을 통하여 직류 전원 또는 정류기의 다른 단자로 리턴된다.The present invention applies to any type of electrolyzer, such as monopolar or bipolar mercury, diaphragm or membrane electrolyzers. However, the present invention is more particularly applied to electrolysers with substantially vertical bipolar electrodes. Such electrolysers are well known in the industry, which are commonly used to electrolyze metal halides, especially aqueous sodium chloride solutions. These electrodes are generally formed as a series of metal frames, each electrode comprising bipolar electrodes, which are placed side by side in the manner of a filter press (Modern Chlor-alkali technology, Vol. 3, SCI, 1986,
본 발명에 따른 전기 회로에는 바람직하게는 정류된 교류가 공급된다. 3 상 교류 정류는 전류 진동이 3 상 전류의 기본 주파수보다 6 배 높은 기저 주파수 (예를 들면, 6 x 50 Hz) 및 완벽한 고조파 스펙트럼을 가지는 전류를 제공한다.The electrical circuit according to the invention is preferably supplied with rectified alternating current. Three-phase alternating rectification provides a current with a base frequency (e.g., 6 x 50 Hz) that is six times higher than the fundamental frequency of three-phase current and a perfect harmonic spectrum.
본 발명의 추천되는 일 실시형태에서 회로는, 전류 파형이 서로에 대해서 위상 이동된 전류를 주기 위해서 2 개 이상의 정류기들을 사용하는 전원 공급기를 포함한다. 전기 분해 전기 회로에는 바람직하게는 3 상 교류 전류가 공급된다.In one recommended embodiment of the invention, the circuit comprises a power supply that uses two or more rectifiers to give currents whose current waveforms are phase shifted with respect to each other. The electrolysis electrical circuit is preferably supplied with a three phase alternating current.
본 실시형태에 따른 2 개 이상의 상호 위상 이동된 정류기들의 사용이 전해조 또는 전해조들에 공급하는 정류된 전류의 진동의 주파수를 증가시키는 것을 가능하게 한다. 전해조에 포함된 전류들의 세기 및 특정 배열이 주어지면, 본 발명에 따른 회로는 장치 주변에서 발생되는 전자계를 실질적으로 감소시키는 것이 가능하다.The use of two or more mutually phase shifted rectifiers according to the present embodiment makes it possible to increase the frequency of vibration of the rectified current supplying the electrolyzer or electrolyzers. Given the strength and specific arrangement of the currents contained in the electrolyzer, the circuit according to the invention makes it possible to substantially reduce the electromagnetic field generated around the device.
본 실시형태의 바람직한 변형형태에서, 회로는 위상 이동이 29°와 31°사이, 바람직하게는 30°에 가까운 2 개의 정류기들을 포함한다. 이러한 변형형태에서, 전류 파형이 정류되지 않은 3 상 전류의 기저 주파수보다 12 배 높은 기저 주파수를 가진 전류가 획득된다.In a preferred variant of this embodiment, the circuit comprises two rectifiers whose phase shift is close to 29 ° and 31 °, preferably close to 30 °. In this variant, a current with a base frequency of 12 times higher than the base frequency of the three phase current in which the current waveform is not rectified is obtained.
전기 회로의 이런 실시형태의 다른 바람직한 변형형태에서, 회로는 또한 2 개 이상의 정류기들의 출력들을 결합시키는 하나 이상의 드레인 코일을 포함한다. 드레인 코일은 정류기들의 출력들 사이의 비병렬 리액턴스를 달성하는 것으로 의도된다. 코일은, 가열 손실들을 제한하기 위해서, 바람직하게는 철 판들 및 시트들을 조합하여 만드는 것에 의해서 형성된다. 정류기들의 출력들은 반대 방향으로 들어가서, 출력들 중의 하나에 존재하는 전류 섭동이 다른 출력으로부터 오는 전류에서의 인버스 섭동을 리액턴스에 의해서 유도하게 한다. 2 개의 출력들이 병렬 연결로 겹쳐질 때, 그것에 의해서 전체적으로 더 적게 교란된 전류가 획득된다.In another preferred variant of this embodiment of the electrical circuit, the circuit also includes one or more drain coils coupling the outputs of the two or more rectifiers. The drain coil is intended to achieve non-parallel reactance between the outputs of the rectifiers. The coil is preferably formed by combining iron plates and sheets, in order to limit heating losses. The outputs of the rectifiers enter in the opposite direction, causing current perturbation in one of the outputs to induce perverse perturbation in the current coming from the other output by reactance. When the two outputs overlap in parallel connection, less overall disturbed current is thereby obtained.
본 발명에 따른 전기 회로의 바람직한 변형형태에서, 리턴 전류 라인은 전해조 위에 또는 밑에 배치된 하나 이상의 버스바들을 포함한다. 버스바를 전해조 위에 또는 밑에 배치할지에 대한 선택은 바이폴라 판들의 어셈블리 모드 및 전해조의 구성에 대한 고려에 의해서 결정된다. 변형형태로서, 상술한 전류 라인은 전해조 밑에 배치된 일 버스바 및 전해조 위에 배치된 다른 버스바를 포함할 수도 있다. 다른 변형형태에 따라서, 전해조는 전해조 밑의 복수의 버스바들 및/또는 전해조 위의 복수의 버스바들을 포함할 수도 있다. 실제로, 전해조의 유지 및 어셈블리에 대한 고려를 할 때, 상술한 전류 라인은 전해조 위의 버스바를 포함하지 않는 것이 바람직하다.In a preferred variant of the electrical circuit according to the invention, the return current line comprises one or more busbars arranged above or below the electrolyzer. The choice of placing the busbar above or below the electrolyzer is determined by the assembly mode of the bipolar plates and the consideration of the configuration of the electrolyzer. As a variant, the above-described current line may include one busbar disposed under the electrolyzer and another busbar disposed above the electrolyzer. According to another variant, the electrolyzer may comprise a plurality of busbars under the electrolyzer and / or a plurality of busbars above the electrolyzer. In fact, when considering the maintenance and assembly of the electrolyzer, it is preferable that the above-described current line does not include a busbar on the electrolyzer.
다른 것들과 비슷하게, 본 발명에 따른 전기 회로는, 기본적으로는 전해조의 측면 벽들을 따라서, 특히 이 측면 벽들을 따라 보통 존재하며 운영 및 유지 인력에 의해서 사용되는 통로 상에서, 바이폴라 전극들을 가진 전해조 주변의 전자계를 감소시키는 것으로 알려진다.Similar to others, the electrical circuit according to the invention is basically located along the side walls of the electrolyzer, especially along the side walls, on the passage normally present and used by operating and maintenance personnel, around the electrolyzer with bipolar electrodes. It is known to reduce the electromagnetic field.
본 발명에 따른 전기 회로에서, 버스바의 재료는 본 발명의 정의에 결정적인 것은 아니다. 버스바는 일반적으로 구리, 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 만들어진다.In the electrical circuit according to the invention, the material of the busbars is not critical to the definition of the invention. Busbars are generally made of copper, aluminum or aluminum alloys.
본 발명에 따른 전기 회로에서, 버스바의 단면의 윤곽은 본 발명의 정의에 결정적인 것은 아니다. 버스바는, 예를 들면, 정사각형, 직사각형, 원형 또는 다각형일 수 있다.In the electrical circuit according to the invention, the contour of the cross section of the busbar is not critical to the definition of the invention. The busbars may be, for example, square, rectangular, circular or polygonal.
본 발명에 따른 전기 회로의 제 1 특정 실시형태에서, 버스바는 직사각형 윤곽을 가지며 넓은 면들이 실질적으로 수평이 되도록 맞추어진다. 다른 것들과 비슷하게, 전해조 위에 및/또는 밑에 수평적으로 배치된 직사각형 부분의 버스바를 선택하는 것이 전해조 주변의 전자계의 크기를 감소시키는 것으로 관찰된다. 버스바의 두께 및 폭 사이의 비율이 작을 때 전해조 주변의 전자계의 감소가 비례적으로 더 크다는 것이 또한 관찰된다. 실제로, 버스바에 대해서 금속판을 사용하는 것이 따라서 바람직하다. 변형형태로서, 전해조 밑에 및/또는 위에 나란히 배치된 복수의 금속판들이 사용될 수도 있다.In a first particular embodiment of the electrical circuit according to the invention, the busbar has a rectangular contour and is adapted such that the wide sides are substantially horizontal. Similar to others, it has been observed that selecting the busbars of rectangular portions arranged horizontally above and / or under the electrolyzer reduces the size of the electromagnetic field around the electrolyzer. It is also observed that when the ratio between the thickness and width of the busbars is small, the decrease in the electromagnetic field around the electrolytic cell is proportionally greater. In practice, it is therefore preferred to use metal plates for busbars. As a variant, a plurality of metal plates arranged side by side under and / or over an electrolytic cell may be used.
다른 것들과 비슷하게, 버스바가 전해조의 벽에 가까이 배치될 때 전해조 주변의 전자계의 크기가 감소되는 것이 또한 관찰된다.Similar to others, it is also observed that the size of the electromagnetic field around the cell is reduced when the busbar is placed close to the wall of the cell.
본 발명에 따른 전기 회로의 제 2 실시형태에서, 따라서 버스바가 전해조의 벽 바로 부근에 배치된다. 본 발명의 이런 실시형태에서, 전해조의 상기 벽은, 버스바가 전해조 밑에 또는 위에 위치되는 지에 따라, 전해조의 하부 또는 기저 벽 또는 그 상부 벽이다. 본 발명의 본 실시형태에서, 표현 "전해조의 벽 바로 부근에" 는 이 벽과 버스바 사이의 거리가 버스바의 두께의 5 배 (바람직하게는 3 배) 와 거의 동등하다는 것을 의미한다. 바람직하게는, 이 거리는 버스바의 두께를 초과하지는 않는다.In a second embodiment of the electrical circuit according to the invention, the busbars are thus arranged immediately near the wall of the electrolytic cell. In this embodiment of the invention, the wall of the electrolytic cell is a lower or base wall or upper wall of the electrolytic cell, depending on whether the busbar is located under or above the electrolytic cell. In this embodiment of the present invention, the expression "near the wall of the electrolytic cell" means that the distance between this wall and the busbar is approximately equal to five times (preferably three times) the thickness of the busbar. Preferably, this distance does not exceed the thickness of the busbars.
본 발명의 상술한 제 2 실시형태의 바람직한 변형형태에서, 버스바는 전해조의 상기 벽에 부착된다. 본 발명의 이러한 바람직한 실시형태에서, 버스바는 금속판인 것이 유리하고, 이 금속판의 넓은 면들 중 한 면이 상기 벽에 부착되며, 필요한 두께의 전기적 절연체들만이 벽으로부터 바를 분리시킨다. 금속판은 상기 벽의 표면 영역의 일부분에 부착될 수도 있다. 금속판은 상기 벽의 표면 영역의 실질적으로 전부에 부착되어야 하는 것이 바람직하다.In a preferred variant of the aforementioned second embodiment of the invention, a busbar is attached to said wall of the electrolytic cell. In this preferred embodiment of the invention, the busbar is advantageously a metal plate, with one of the wide sides of the metal plate attached to the wall, and only electrical insulators of the required thickness separating the bar from the wall. The metal plate may be attached to a portion of the surface area of the wall. Preferably, the metal plate should be attached to substantially all of the surface area of the wall.
본 발명의 제 3 특정 실시형태에서, 상술한 전기 라인은 전해조의 2 측면 벽들 바로 부근에 각각 배치된 2 개의 추가적 버스바들을 또한 포함한다. 본 발명의 본 실시형태에서, 표현 "바로 부근에"는 상기 설명된 제 2 실시형태에서의 이러한 표현에 대해 주어진 정의와 상응한다.In a third specific embodiment of the invention, the above-mentioned electrical line also includes two additional busbars, each arranged immediately near the two side walls of the electrolyzer. In this embodiment of the invention, the expression “near immediately” corresponds to the definition given for this expression in the second embodiment described above.
다른 것들과 비슷하게, 추가적인 버스바들의 존재는 전해조의 주변의 전자계의 크기를 감소시킨다.Similar to others, the presence of additional busbars reduces the size of the electromagnetic field around the electrolyzer.
본 발명에 따른 제 3 실시형태에서, 추가적 버스바들은 전해조의 구성과 호환가능한 임의의 형상을 가질 수도 있다. 버스바들은, 예를 들면 정사각형, 직사각형, 다각형, 타원형 또는 원형 윤곽을 가질 수도 있다. 추가적인 버스바들은 또한 동일한 윤곽 또는 다른 윤곽들을 가질 수도 있고, 동일한 치수 또는 다른 치수들을 가질 수도 있다. 실제로, 하지만, 추가적인 버스바들은 동일한 윤곽 및 동일한 치수들을 가지는 것이 바람직하다. 또한 추가적인 버스바들이 직사각형 윤곽을 가지는 것 및 추가적 버스바들이 각각 전해조의 2 개의 측면 벽들에 그 넓은 면을 통하여 부착되는 것이 또한 바람직하다.In a third embodiment according to the invention, the additional busbars may have any shape compatible with the configuration of the electrolyzer. Busbars may have, for example, square, rectangular, polygonal, oval or circular contours. Additional busbars may also have the same contour or different contours, and may have the same dimension or different dimensions. In practice, however, additional busbars preferably have the same contour and the same dimensions. It is also preferred that further busbars have a rectangular contour and additional busbars are each attached to the two side walls of the electrolyzer through their wide sides.
설명된 본 발명의 제 3 실시형태에서, 전해조의 밑에 및/또는 위에 배치된, 추가적 버스바들의 각각의 치수들 및 각각의 버스바의 치수들은, 전류가 이들 버스바들 사이에서 분배되도록 의도되는 방식의 함수로 결정된다.In the third embodiment of the invention described, the respective dimensions of the additional busbars and the dimensions of the respective busbars, arranged under and / or above the electrolyzer, are in such a way that current is intended to be distributed between these busbars. Is determined as a function of.
특히 바람직한, 본 발명의 제 4 실시형태에서, 전기 회로의 리턴 전류 라인이 전해조의 수직 중앙면에 대해서 실질적으로 대칭인 전자계를 발생시키기 위해서 위치된다. (전해조의 수직 중앙면에 대해서 실질적으로 대칭인 전자계를 발생시키는) 본 실시형태의 목적은 각각의 버스바의 대략적인 치수화 및 배치에 의해서 달성된다. 최적의 치수 및 최적의 위치의 선택은, 특히 전해조의 치수 및 형상의 함수로서, 당업자에 의해 결정된다. 실제로, 이 결과는 일반적으로 전해조의 수직 중앙면에 대해서 대칭적으로 버스바 또는 버스바들을 배치하는 것에 의해서 획득될 수도 있다.In a particularly preferred, fourth embodiment of the invention, the return current line of the electrical circuit is positioned to generate an electromagnetic field that is substantially symmetrical with respect to the vertical center plane of the electrolyzer. The object of this embodiment (generating an electromagnetic field substantially symmetrical with respect to the vertical center plane of the electrolytic bath) is achieved by the approximate dimensioning and placement of each busbar. The choice of the optimal dimension and the optimal position is determined by one skilled in the art, in particular as a function of the dimensions and shape of the electrolyzer. In practice, this result may generally be obtained by placing the busbar or busbars symmetrically with respect to the vertical center plane of the electrolyzer.
본 발명에 따른 전기 회로는 바이폴라 전극들을 가진 전해조 주변에 전자계를 실질적으로 감소시킨다.The electrical circuit according to the invention substantially reduces the electromagnetic field around the electrolyzer with bipolar electrodes.
본 발명은 또한 1 차 전기 회로를 포함하는 전해조의 전기 회로 주변의 전자계를 감소시키기 위한 방법으로서, 상기 전기 회로는, 전해조 및 그 전해조에 흐르는 전류를 리턴시키기 위한 하나 이상의 버스바를 포함하는 전기 라인을 그 자체로 포함하는 1 차 전기 회로를 포함하고, 상기 방법은 전류를 상기 1 차 전기 회로를 흐르는 전류와 반대 방향으로, 상기 1 차 전기 회로의 주변에 배치된 2 차 전기 회로를 통과시키는 것을 포함한다.The invention also provides a method for reducing an electromagnetic field around an electrical circuit of an electrolyzer comprising a primary electrical circuit, the electrical circuit comprising an electrical line comprising an electrolyzer and one or more busbars for returning current flowing through the electrolyzer. And a primary electrical circuit comprising by itself, the method comprising passing a current through a secondary electrical circuit disposed around the primary electrical circuit in a direction opposite to the current flowing through the primary electrical circuit. do.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 변형형태에 따라서, 1 차 회로는 전류 파형이 서로에 대해서 30°만큼 위상 이동된 전류를 주기 위해서 2 개의 정류기들을 사용하는 전원 공급기를 포함한다.According to a preferred variant of the method according to the invention, the primary circuit comprises a power supply that uses two rectifiers to give a current whose phase is phase shifted by 30 ° with respect to each other.
이러한 변형형태의 바람직한 형태에서, 1 차 회로는 또한 2 개의 정류기들의 출력들을 결합시키는 드레인 코일을 포함한다.In a preferred form of this variant, the primary circuit also comprises a drain coil coupling the outputs of the two rectifiers.
본 발명에 따른 전기 회로는, 알칼리 금속 할로겐, 특히 염화나트륨 수용액과 같은, 수용액 또는 물의 계속적 전기 분해를 위한 전해조들에 특히 적용된다. 본 발명의 바람직한 실시형태에서, 전해조는 따라서 수용액 전해질의 계속적 흡입을 위한 도관 및 수용액 전해질의 지속적 방출을 위한 도관을 포함한다.The electric circuit according to the invention applies in particular to electrolyzers for the continuous electrolysis of aqueous solutions or water, such as alkali metal halogens, in particular aqueous sodium chloride solutions. In a preferred embodiment of the invention, the electrolytic cell thus comprises a conduit for the continuous suction of the aqueous solution electrolyte and a conduit for the continuous release of the aqueous solution electrolyte.
본 발명은 염화나트륨 수용액을 전기 분해하는 것에 의해서 염소산나트륨을 제조하는 전해조에 특히 적용된다. 본 발명은 염화나트륨 수용액을 전기 분해하는 것에 의해서 수산화나트륨 수용액 및 염소를 제조하기 위한 전해조들에 특히 적용되며, 이러한 전해조들은 바이폴라 전극들 사이에 끼워진, 양이온 선택투과 멤브레인들을 포함한다.The present invention is particularly applied to an electrolytic cell for producing sodium chlorate by electrolyzing an aqueous sodium chloride solution. The present invention is particularly applicable to electrolysers for producing aqueous sodium hydroxide solution and chlorine by electrolysis of aqueous sodium chloride solution, which include cationic selective permeation membranes sandwiched between bipolar electrodes.
본 발명에 따른 전기 회로는 수직 바이폴라 전극들을 가진 하나 이상의 전해조를 결합시키는 전기 분해 장치에 적용된다.The electrical circuit according to the invention is applied to an electrolysis device which combines one or more electrolysers with vertical bipolar electrodes.
따라서, 본 발명은, 본 발명에 따른 전기 회로에 연결되는, 바이폴라 전극들을 가진 하나 이상의 전해조를 포함하는 전기 분해 장치에 또한 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치는 단일 전해조, 또는 전기적으로 직렬 또는 병렬로 연결되는 복수의 전해조들을 포함할 수도 있다.The invention therefore also relates to an electrolysis device comprising at least one electrolytic cell with bipolar electrodes, which is connected to an electrical circuit according to the invention. The device according to the invention may comprise a single electrolyzer or a plurality of electrolyzers which are electrically connected in series or in parallel.
본 발명은 특히 수산화나트륨 수용액 및 염소를 생산하기 위한 본 장치의 사용에 관한 것이다.The invention relates in particular to the use of the present apparatus for producing aqueous sodium hydroxide solution and chlorine.
본 발명의 특징 및 상세한 설명은 본 발명의 특정 실시형태를 나타내는, 수반된 도면들에 대한 다음의 설명을 통하여 명확해질 것이다.The features and details of the invention will become apparent from the following description of the accompanying drawings which illustrate certain embodiments of the invention.
도 1 은 본 발명의 특정 실시형태에 따른 전기 분해 장치의 일반적 레이아웃을 평면적으로 도시한 도면이다.1 is a plan view showing a general layout of an electrolysis device according to a particular embodiment of the invention.
도 2 는 본 발명에 따른 전기 분해 장치의 다른 특정 실시 형태의 종단면의 개략적 도면이다.2 is a schematic drawing of a longitudinal section of another particular embodiment of an electrolysis device according to the invention.
도 3 은 도 2 의 평면 Ⅲ-Ⅲ 상의 수직 단면을 도시한 도면이다.FIG. 3 is a view showing a vertical section on plane III-III of FIG. 2.
도 4 는 본 발명에 따른 장치의 다른 실시형태의, 도 3 과 유사한, 도면이다.4 is a view, similar to FIG. 3, of another embodiment of the apparatus according to the invention.
도 5 는 도 4 의 장치의 바람직한 변형형태이다.5 is a preferred variant of the device of FIG. 4.
도 6 및 7 은, 도 4 및 5 와 유사하지만, 2 차 회로를 또한 나타내는 도면이다.6 and 7 are similar to FIGS. 4 and 5, but also showing a secondary circuit.
이러한 도면에서, 동일한 소자들은 동일한 인용 부호로 부여된다.In these figures, the same elements are given the same reference numerals.
도 1 에서 개략화된 전기 분해 장치는 염화나트륨 수용액을 전기 분해하는 것에 의해서 염소, 수소 및 수산화나트륨의 생산을 위해서 계획된 전해조들 (1, 2 및 3) 을 포함한다. 전해조들 (1, 2 및 3) 은 수직 바이폴라 전극들을 가진 타입이다. 전해조들은 수직 직사각형 프레임들 (4) 을 나란히 놓는 것에 의해서 형성되고, 각각의 수직 직사각형 프레임 (4) 은 수직 바이폴라 전극 (미도시) 을 포함한다. 프레임들 (4) 은 필터 프레스의 방식으로 나란히 놓여진다. 양이온 선택투과 멤브레인들이 교대로 애노드 및 캐소드 챔버의 범위를 정하기 위해서 프레임들 (4) 사이에 끼워진다. 전해조들 (1, 2 및 3) 의 애노드 챔버들이 염화나트륨 수용액의 계속적 흡입을 위한 도관 (미도시) 과 연결된다. 챔버들은 염소의 계속적 방출을 위한 다양체 (manifold)(미도시) 와 연결된다. 전해조들 (1, 2 및 3) 의 캐소드 챔버들은 각각 한편으로는 수소의 계속적 방출을 위해서, 다른 한편으로는 수산화나트륨 수용액의 계속적 방출을 위해서 사용되는 2 개의 다양체 (미도시) 와 연결된다.The electrolysis device outlined in FIG. 1 comprises
전해조들 (1, 2 및 3) 은, 한편으로는 전해조들 (1, 2 및 3) 사이에 끼워진 도전성 바들 (6) 및 다른 한편으로는 전해조들 (1, 2 및 3) 외부에 배치된 리턴 전류 라인 (7) 을 포함하는 전기 회로에 의해서 2 개의 정류기들 (5a 및 5b) 에 드레인 코일 (19) 을 경유하여 전기적으로 직렬로 결합된다. 정류기들 (5a 및 5b) 은 교류 전원 (18) 에 의해서 30°위상 이동이 공급된다.The
도 1 에서 개략화된 전기 분해 장치에서, 3 개의 전해조들 (1, 2 및 3) 의 각각은 예를 들면 30 내지 40 개의 기본 전기 분해 셀들을 포함하며, 전기 전원 공급기는 예를 들면 8 내지 20 kA 의 전류를 줄 수 있는 520V 직류 정류기를 포함한다. 전극들의 표면 영역의 함수로서, 이것은 애노드 영역의 2.5 내지 6 kA/㎡의 애노드 전류 밀도를 초래할 수도 있다. 이러한 숫자 값들은, 하지만, 단순히 표시적 의미일 뿐이며, 본 발명 및 다음의 청구항들의 범위를 제한하지는 않는 다.In the electrolysis device outlined in FIG. 1, each of the three
바이폴라 스위치를 닫을 때, 정류된 전류는 리턴 라인 (7) 으로 및 그 바이폴라 전극들을 통하여, 전해조들 (1, 2 및 3) 에서 연속적으로 흐른다. 이러한 전류는 장치의 주위에 전자계를 발생시킨다.When closing the bipolar switch, the rectified current flows continuously in the
본 발명에 따라서, 단편들 (17a 및 17b) 을 포함하는 2 차 회로는 전해조들 및 리턴 라인 부근에 배치된다.According to the invention, the secondary circuit comprising the
도 2 및 3 에서 개략화된 전기 분해 장치는 본 발명의 특정 실시형태를 도시한다. 2 차 회로는 도면들에 나타나지 않는다. 오직 전해조 (3) 가 이 도면들에 나타난다. 도 2 및 3 의 장치에서, 리턴 전류 라인 (7) 은 전해조 (3) 의 하부 벽 (11) 밑에 배치된 2 개의 버스바 (9 및 10) 들을 포함한다. 버스바 (9 및 10) 는 좋은 전기 도전체 (바람직하게는 구리 또는 알루미늄) 인 금속의 프리즘 바이다. 이러한 바들은 전해조의 수직 중앙면 X-X 의 한쪽 면에 대칭적으로 배치된다. 바들 (9 및 10) 은 또한 전해조 (3) 의 하부 벽 (11) 부근에 배치된다. 도 3 에 개략적으로 표시된 방법으로 버스바 (9 및 10) 를 배치하는 효과는 전해조 (3) 의 측면 벽들 (13) 에 따라가며 전해조의 운용 인력을 위해서 의도되는 통로 (12) 상의 전자계의 크기를 감소시키는 것이다.The electrolysis device outlined in FIGS. 2 and 3 shows a particular embodiment of the invention. The secondary circuit does not appear in the figures. Only the
다른 것들과 비슷하게, 통로 (12) 상의 전자계의 세기는 바들 (9 및 10) 이 하부 벽 (11) 과 중앙면 X-X 에 가까울 때 비례적으로 작아지는 것이 관찰된다. 통로 (12) 상의 전자계의 세기가 바들 (9 및 10) 의 폭 및 두께 사이의 비율을 줄이는 것에 의해서 감소되는 것으로 또한 관찰된다. 따라서 버스바들 (9 및 10) 에 대해서 수평 판들 또는 시트들을 사용하는 것이 바람직하다.Similar to others, it is observed that the strength of the electromagnetic field on the
2 차 회로가 역시 나타나지 않는, 도 4 에서 개략화된 실시형태에서, 리턴 전류 라인 (7) 은 전해조의 하부 벽 (11) 에 부착되며 실질적으로 상기 벽 전부를 덮는 금속판 또는 시트 (14) 를 포함한다.In the embodiment outlined in FIG. 4, where the secondary circuit also does not appear, the return
도 5 의 장치에서, 전류 라인 (7) 은 전해조 (3) 의 하부 벽 (11) 에 대해서 적용되는 금속판 (14) 및 각각 전해조 (3) 의 2 개의 측면 벽들 (13) 을 따라가는 2 개의 추가적 버스바들 (15 및 16) 을 포함한다. 2 개의 추가적 버스바들 (15 및 16) 은 바람직하게는 측면 벽들 (13) 에 부착된 금속판들 또는 시트이다.In the arrangement of FIG. 5, the
도 4 및 5 에 유사한, 도 6 및 7 의 장치에서, 회로 (17a, 17b) 가 나타난다. 전류는 판 (14) 에 흐르는 방향과 반대 방향으로 도전체 (17b) 에서 흐른다. 같은 원리가 도전체 (17a) 및 판들 (15 및 16) 에 적용된다.In the apparatus of FIGS. 6 and 7, similar to FIGS. 4 and 5,
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