KR20110008392A

KR20110008392A - 유체의 전기분해용 전해조

Info

Publication number: KR20110008392A
Application number: KR1020090065731A
Authority: KR
Inventors: 김효식
Original assignee: 김효식
Priority date: 2009-07-20
Filing date: 2009-07-20
Publication date: 2011-01-27

Abstract

본 발명은 유체의 전기분해용 전해조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전해조에 있어서, 일면으로 유체가 유입될 수 있도록 유입구가 마련된 사각형의 반응조;를 포함하며, 상기 반응조는, 전기분해 반응을 위한 음극 및 양극이 교대로 배치된 최소 한쌍 이상의 전극과, 상기 전극을 통과한 유체를 외부로 배출시키기 위한 배출관을 더 포함하며, 상기 전극이 유체가 배출되는 유로 상에 설치되어, 전기분해 반응을 거친 유체의 흐름이 일 방향으로만 진행되는 전해조를 개시한다.

이러한 본 발명은 최소 한쌍 이상의 전극이 유체가 유입되어 배출되는 유로 상에 마련되어 일방향으로만 흐르는 유체를 용이하게 전기분해할 수 있으므로 전력소비가 적고, 전기분해효율이 매우 높으며, 제작비용이 절감되는 효과가 있다.

전해조, 전기분해, 전극

Description

유체의 전기분해용 전해조{ELECTROLYTIC CELL}

본 발명은 유체의 전기분해용 전해조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전해조에 있어서, 일면으로 유체가 유입될 수 있도록 유입구가 마련된 사각형의 반응조;를 포함하며, 상기 반응조는, 전기분해 반응을 위한 음극 및 양극이 교대로 배치된 최소 한쌍 이상의 전극과, 상기 전극을 통과한 유체를 외부로 배출시키기 위한 배출관을 더 포함하며, 상기 전극이 유체가 배출되는 유로 상에 설치되어, 전기분해 반응을 거친 유체의 흐름이 일 방향으로만 진행되는 전해조를 개시하며, 이로써 전기분해 성능을 향상시키며, 전력비용을 절감하며 아울러 제작비용이 절감된다는 장점이 있다.

유체의 전기분해용 전해조는 차아염소산나트륨, 가성소다 등의 생산공정이나, 폐수의 처리, 식수의 살균 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 이러한 전해조는 이온교환막의 사용 여부에 따라 격막방식과 무격막방식으로 구분되는데, 격막방식은 양극과 음극에 전기를 인가할 때, 양이온은 음극방향으로 이동하고 동시에 음이온은 양극방향으로 이동한다는 성질과 이온교환막은 양이온 또는 음이온만을 선택적으로 투과한다는 성질을 이용하는 것이고, 무격막방식은 양극과 음극 에서 환원과 산화반응이 동시에 발생한다는 성질을 이용하는 것이다.

격막방식 전해조는 일본특허 제0081448호, 일본특허 제0088136호, 일본특허 제0014169호, 대한민국특허 제0000718호, 대한민국특허 제0014268호, 대만특허 제0777416호 등이 있고, 무격막식 전해조는 일본특허 제0017250호, 일본특허 제0011525호, 일본특허 제0023561호, 대한민국특허 제0094854호, 대한민국특허 제0491985호, 대한민국특허 제0542895호, 대한민국특허 제0000677호, 대한민국특허 제0037002호, 대한민국특허 제0052990호, 미국특허 제001014호, 노르웨이특허 제7003385호, 캐나다특허 제0002824호 등이 있다.

본 발명에서 제안하는 전해조는 무격막방식 전해조에 관한 것이다.

무격막방식 전해조는 양극과 음극이 각각 한 개씩 구성된 것으로부터 수 개의 전극이 양극, 음극 그리고 다시 양극, 음극의 순서로 구성된 것까지 다양하게 개발되어 있다. 또한 무격막방식 전기분해용 전해조는 물을 전기분해하여 수소가스와 산소가스 등을 발생시켜 해당 가스를 사용할 목적인 전해조가 있고, 염수를 전기분해하여 차아염소산나트륨을 생산하거나 금속이온이 함유된 유체를 전기분해하여 다른 이온과 결합시켜 침전시키거나 부상시키는 목적의 전해조가 있는데 본 발명에서 제안하는 전해조는 후자의 기술 분야에 해당하는 것이다.

본 발명이 속한 분야의 전해조에 설치되는 양극은 대부분이 티타늄 재질에 백금, 이리듐, 루테늄 등 백금족 금속으로 표면처리를 하는데, 이는 유체를 전기분해할 때 양극에서 발생되는 OH 라디칼, 염소가스 등이 매우 부식성이 강하기 때문에 백금족 금속 이외의 것은 모두 산화되어 내구성이 떨어지기 때문이다.

본 발명이 속한 분야의 전해조는 전극간격이 가까울수록 적은 전력으로 운전할 수 있고, 또한 유체가 전극의 표면에 많이 접촉할수록 높은 효율을 얻으며, 높은 유체 압력에 견딜 수 있는 구조일수록 활용도가 많다는 특징이 있다.

본 발명이 속한 종래의 기술은 유체의 유입부와 유출구를 갖춘 케이스를 구비하고, 해당 케이스 안에 전극을 배치하여 케이스 외부로부터 전극으로 전력을 공급할 단자를 설치하는 방식이므로 많은 문제점을 갖고 있다.

보다 상세하게는 전해조 케이스는 플라스틱과 같은 절연체를 사용하고, 전극 및 단자는 티타늄, 구리, 스테인레스 등의 전도체를 사용하는데 이 두 물질은 서로 용접 또는 접합할 수 없기 때문에 유체의 누수를 막기 위해 두 물질 사이에 고무, 실리콘 등의 재질의 오링을 설치하거나 가스켓을 설치하는데 이는 유체의 높은 압력에 견디지 못한다는 단점이 있다.

또한 전해조 케이스를 구비하고 그 내부에 한 개 또는 수 개의 전극쌍에 양극과 음극의 전력을 공급하는 구조는 전극의 간격을 수밀리미터까지 가깝게 할 수가 없다. 왜냐하면 전극의 간격을 수밀리미터까지 가깝게 설치하려면 전해조 케이스에 해당 간격과 같은 구멍가공을 하고 단자를 외부로 연결해야 하는데 전기분해시 발생되는 발열반응으로 인해 유체의 누수가 발생되기 때문이다.

이러한 단점을 보완하기 위해 전극 단자와 접촉하는 케이스 부위를 테프론과 같은 높은 온도에서 견딜 수 있는 재질로 별도 제작하기도 하지만 이는 제조비용이 과다하게 소요된다는 단점과 또한 해당 테프론과 케이스 사이의 누수방지를 위한 수단이 여전히 필요하다는 단점을 갖고 있다.

한편 이와같은 단점을 보완하기 위해 전해조 케이스 내부에서 양극은 양극끼리, 음극은 음극끼리 하나로 체결한 후 전해조 케이스에는 각각 한 개씩의 구멍가공을 한 후 외부로부터 전력을 공급하는 방안도 고안할 수 있는데, 이 때 케이스 내부에서 체결되는 양극의 모든 재질의 표면은 반드시 산화방지를 위해 백금계 금속으로 코팅을 해야하므로 이 또한 비경제적이며 전기분해효율이 낮다는 단점이 있다.

본 발명이 속한 전해조의 또 다른 특징은 전해조 내부에 가스 발생층이 없어야 높은 효율을 기대할 수 있다는 것이다. 즉, 전기분해시 염소가스가 필연적으로 발생되는데, 염소가스는 유체에 작 녹기 때문에 만일 전해조 내부에 가스발생층이 없고 유체로 모두 채워질 수 있는 구조일 경우엔 별도의 염소가스를 처리할 장치가 필요 없으며, 해당 염소가스는 원래의 전기분해 목적에 의해 유체에 녹을 경우 그 효율을 증대시키기 된다.

예컨대 차아염소산나트륨의 생성을 위한 무격막방식 전해조에 있어서 전기분해시 발생된 염소가스는 NaOCl을 만들기 위해 사용되므로 전해조 내부에 가스층이 만들어지는 전해조 구조는 발생된 염소가스를 유체에 녹여 사용할 수 없으므로 효율이 떨어진다.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 보완하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 유체를 전기분해하는 전해조에 있어 전극과 플라스틱 구조물, 그리고 가스켓을 일방향으로 중첩배치하고 각각을 절연체 볼트와 너트로 체결하여 전기분해시 유체의 높은 압력에도 누수가 없고, 양극과 음극 사이로 유체가 넓은 접촉면적을 통과하도록 강제함으로써 전기분해시 전력소비를 최소로 하고, 처리속도를 향상시키도록 하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 전해조 플라스틱 케이스를 제작하지 않고 볼트, 너트 체결만으로 높은 압력에도 누수가 없는 전해조를 제공하여 전해조 내부에 가스층이 발생되지 않으며 또한 케이스 제작에 필요한 금형비, 사출비 등의 제조 단가를 절감하여 제조상 경제성을 제고하도록 하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 전기분해용 전해조에 있어서, 일면으로 유체가 유입될 수 있도록 유입구가 마련된 사각형의 반응조;를 포함하며, 상기 반응조는, 전기분해 반응을 위한 음극 및 양극이 교대로 배치된 최소 한쌍 이상의 전극과, 상기 전극을 통과한 유체를 외부로 배출시키기 위한 배출관을 더 포함하며, 상기 전극이 유체가 배출되는 유로 상에 설치되어, 전기분해 반응을 거친 유체의 흐름이 일 방향으로만 진행되는 전해조를 개시한다.

상기 반응조는 플라스틱 등의 절연체를 이용한 하나의 케이스가 아니라 플라 스틱인서트, 가스켓, 양극, 가스켓, 플라스틱인서트, 가스켓, 음극의 순서로 중첩하여 볼트와 너트로 체결하는 구조의 특징을 갖는다.

상기 반응조에 최소한 한 쌍 이상으로 배치되는 전극에 있어 양극은 전극의 상단에 유체가 통과하는 긴 직사각형 모양의 구멍을 가공하고, 음극은 이와 반대로 전극의 하단에 유체가 통과하는 긴 직사각형 모양의 구멍을 가공하는 것이 바람직하다.

상기 반응조의 전극은 최소 한 쌍 이상의 양극과 음극이 복수로 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

본 발명은 복수의 양극과 음극의 간격을 가깝게 하여 전력비용을 최소화할 수 있다. 즉, 유체의 저항값이 일정할 때 전극 간격이 가까울수록 전기전도도가 향상되기 때문에 전기분해용 전해조에 있어 생산성이 증대되는 효과를 기대할 수 있다.

본 발명은 높은 압력으로 유체를 통과시킬 수 있기 때문에 전해조 내부에 누적되는 침전물을 효과적으로 배출시킬 수 있으므로 중금속 폐수의 응집처리에 적용하는 효과를 기대할 수 있다.

또한 본 발명의 구성에 의하면 전해조 내부에 가스층이 발생되지 않기 때문에 전기분해시 발생된 염소가스를 유체에 용이하게 녹일 수 있는 효과가 있다.

이하 본 발명에 따른 유체의 전기분해용 전해조의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참고하여 상세히 설명하도록 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

대표도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전기분해용 전해조를 설명하기 위해 나타낸 사시도이다.

도시된 전해조는 양극과 음극을 순차로 배치하고 전원을 공급하여 유체를 전기분해하기 위한 것이다.

이에 따른 유체의 전기분해용 전해조는 유체의 유입을 위한 유입부(1)와, 유입부(1)를 통해 유입된 유체를 수용하고, 수용된 유체를 전기분해하기 위한 반응조(5) 및 유입부(1)의 반대편에 마련되어 전기분해된 유체를 배출시키기 위한 배출부(2)와, 반응조(5)에 마련된 양극의 전극에 전원을 공급하기 위한 양극단자(3)와, 또한 반응조(5)에 마련된 음극의 전극에 전원을 공급하기 위한 음극단자(4)로 구성된다.

이에 따른 대표도에 도시된 전기분해용 전해조의 상세한 구성은 각 실시 예를 나타낸 도 1 내지 도 8을 통하여 상세하게 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명에 의한 바람직한 실시 예에 따른 전기분해용 전해조를 설명하기 위한 분리 사시도이다.

도시된 바와 같이 전기분해용 전해조는 유체의 유입부(101)와 유체가 유입되어 전기분해를 실시할 때 반응조의 일면을 폐쇄하는 터미널패널(102)과, 두께를 달리 제작하므로써 양극(103)과 음극(105)의 간격조절을 실시하는 인서트패널(104)과, 터미널패널(102)과 인서트패널(104) 또는 인서트패널(104)과 양극(103), 음극(105) 사이에 위치되어 높은 압력의 유체가 누수되지 않도록 씰링역할을 하는 가스켓(106)이 더 마련된다.

터미널패널(102)는 도 2와 같이 유입부(101)가 부착되는 유입부구멍(201)과 전체 구성품들을 볼트와 너트로 체결하는 볼트구멍(202)과 터미널패널몸체(202)로 구성된다. 이 때 터미널패널(102)과 유입부(101)는 서로 접합이 용이한 동일한 재질로 구성하는 것이 바람직하다.

한편 가스켓(106)은 도 3와 같이 전체 구성품들을 볼트와 너트로 체결하는 볼트구멍(301)과 가스켓몸체(302)로 구성되는데, 가스켓(106)의 재질은 실리콘, 고무, 연질PVC 등 탄력이 있고, 유체에 의해 손상되지 않는 재질로 구성하는 것이 바람직하다.

한편 인서트패널(104)은 도 4와 같이 전체 구성품들을 볼트와 너트로 체결하는 볼트구멍(401)과 인서트패널몸체(402)로 구성되는데, 인서트패널(104)의 재질은 PVC, PP, PE, 테프론 등 경질의 절연체로 구성하는 것이 바람직하다.

한편 양극(103)은 도 5와 같이 외부로부터 전원이 공급되는 양극단자(501)와 전체 구성품들을 볼트와 너트로 체결하는 볼트구멍(503)과 유체가 통과하는 양극유체통로(504)와 양극몸체(502)로 구성된다.

한편 음극(105)은 도 6과 같이 외부로부터 전원이 공급되는 음극단자(603)와 전체 구성품들을 볼트와 너트로 체결하는 볼트구멍(602)과 유체가 통과하는 음극유체통로(604)와 음극몸체(601)로 구성된다.

본 실시 예에서는 본 발명에 따른 전해조의 구성을 설명하기 위한 것이다. 이하 본 발명에 따른 전해조에 유체의 유입과 유출에 따른 기능을 도 1내지 도 6을 참고하여 상세히 설명하겠다.

먼저 유체가 유입부(101)로 유입되면 터미널패널(102)과 양극(103) 사이에는 인서트패널(104)과 가스켓(106)으로 폐쇄부가 형성된다. 이 폐쇄부에 가득찬 유체는 양극유체통로(504)로 넘쳐 흐르게 되고, 다시 이 유체가 양극(103)과 인서트패널(104)과 가스켓(106)과 음극(105)으로 형성된 폐쇄부에 가득 찬 후 음극(105)의 음극유체통로(604)로 다시 넘쳐 흐르게 된다.

이와 같이 양극(103)과 음극(105)에는 서로 반대방향으로 양극유체통로(504)와 음극유체통로(604)가 구비되었기 때문에 본 발명에 따른 전해조에 유입된 유체는 최종 유출될 때까지 일정한 장소에서 수차례 반복 전기분해되는 와류현상이 발생되지 않고, 유입에서 유출까지 유체가 양극과 음극의 모든 표면과 접촉하게 되므로 전기분해효율의 극대화를 실현하게 된다.

본 발명에 따른 일 실시 예에 있어서 양극(103)과 음극(105)의 구성을 도 7내지 도 8을 참고하여 보다 상세하게 살펴보면, 양극(103)은 상단에 양극유체통로(702)를 구비하는데 양극유체통로(702)는 유입부(101)의 단면적보다 작거나 같은 크기로 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 유입부(101)의 유체가 유입된 양이 양극유체통로(702)를 통과할 때 양극유체통로(702)가 유입부(101)의 단면적보다 크다면 유체가 전해조 내부에 일정 압력을 갖고 가득 채워지기가 어렵기 때문이다.

한편 음극(105)은 하단에 음극유체통로(804)를 구비하게 되는데 위와 동일한 원리에 의해 음극유체통로(804)의 크기 또한 유입부(101)의 단면적보다 작거나 같은 크기로 구성하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 전해조에 있어서 인서트패널(104)과 가스켓(106) 중에서 한가지는 양극(103)과 음극(105)의 간격을 보다 가깝게 하기 위해 구비하지 않는 경우도 있다. 이 두 가지의 구성은 전극간의 간격을 일정하게 하고, 유체의 누수를 방지하는 기능을 수행하는 한 그 수량이 증가하거나 감소하는 것은 본 발명의 기술 사상의 범위에 있다고 보아야 할 것이다.

이상에서 실시 예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시 예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해 석되어야 할 것이다.

대표도는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전해조를 설명하기 위한 사시 도,

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전해조를 설명하기 위한 분리사시도,

도 2내지 도 8은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 전해조를 설명하기 위한 부품도.

Claims

유체의 전기분해용 전해조에 있어서,

일면으로 유체가 유입될 수 있는 유입구가 마련되고, 한 쌍 이상의 양극;과 음극;을 포함하며,

상기 양극과 음극은 서로 다른 위치에 유체가 통과하는 유체통로를 구비하

고, 유입된 유체가 누수되지 않도록 볼트와 너트로 체결할 수 있는 볼트구멍을 더 구비하고,

상기 양극과 음극 사이에는 전극 간격을 일정하게 유지시키는 가스켓을 더 포함하고,

상기 전극을 통과한 유체가 전기분해된 후 외부로 배출시기키 위한 배출관을 더 포함한 것을 특징으로 하는 전해조.
제1항에 있어서,

상기 양극과 음극은 0.1mm 내지 10mm의 간격을 두고 서로 다른 위치에 유체통로를 구비하고, 한 쌍 이상이 교대로 설치된 것을 특징으로 하는 전해조.
제2항에 있어서,

양극과 음극은 볼트와 너트로 체결할 수 있는 볼트구멍이 서로 같은 위치에 마련된 것을 특징으로 하는 전해조.
제3항에 있어서,

상기 볼트구멍에 체결되는 볼트의 재질이 테프론, 나이론, PVC, PE, PP, 아세탈 등 절연체인 것을 특징으로 하는 전해조.
제1항에 있어서,

상기 양극과 음극 사이에 배치는 가스켓의 재질이 실리콘, 고무, 합성수지 등 절연체인 것을 특징으로 하는 전해조.
제5항에 있어서,

상기 가스켓과 양극과 음극이 볼트와 너트로 체결할 수 있는 볼트구멍이 서로 같은 위치에 마련된 것을 특징으로 하는 전해조.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

전극 표면에 스케일 발생을 방지하고자 할 경우, 양극과 음극에 인가되는 전원의 극성을 일정 시간마다 변경하여 전원을 공급하는 것을 특징으로 하는 전해조.