KR20120021688A - A porosity electrode and an electrolytic cell having the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 다공성 전극 및 다공성 전극을 이용하여 다양한 전기분해수를 제조할 수 있는 전기분해조에 관한 것이다.The present invention relates to an electrolysis tank capable of producing a variety of electrolytic water using a porous electrode and a porous electrode.
일반적으로 염화나트륨 수용액을 이용한 전기분해 기술은 Chlor-Alkali 공정기술을 기초로 하여 발전된 기술로 양극에서는 염소가스가 음극에서는 가성소다와 수소를 생성하여 다양한 산업에 응용하고 있다. 양극에서 발생되는 염소(Cl2)와 양극수와 음극수를 혼합하여 생성되는 차아염소산이온(OCl-)이나 차아염소산(HOCl)이 살균소독제로 주로 사용되고 있으며, 음극수로 생성되는 약알카리수는 음용수로 강알카리수는 세정수 등으로 활용되며, 최근에는 물의 전기분해를 통한 음극에서 생성되는 수소를 활용한 에너지원 생성용으로 사용되기도 한다.In general, electrolysis technology using an aqueous sodium chloride solution is an advanced technology based on the Chlor-Alkali process technology. Chlorine gas is produced at the anode and caustic soda and hydrogen at the cathode. Chlorine is produced at the anode (Cl 2) and hypochlorite ions generated by mixing a number of the number of anode cathode (OCl -) or and hypochlorous acid (HOCl) is mainly used as a disinfectant, about alkaline water produced by the number of the negative electrode is drinking water Low-alkaline water is used as washing water, and recently, it is also used to generate energy sources using hydrogen generated at the cathode through electrolysis of water.
이러한 수용액의 전기분해는 양극과 음극으로 구성된 전해조내의 전기화학적 반응에 의해 목적하는 성분을 제조하여 사용하게 된다. 이러한 전해조는 구조에 따라 크게 하나의 실에 양극과 음극을 동시에 설치되어 있는 무격막 방식과 양극실과 음극실을 구분하는 격벽을 설치하는 유격막 방식으로 구분할 수 있다. Electrolysis of such an aqueous solution is to produce and use the desired components by the electrochemical reaction in the electrolytic cell consisting of a positive electrode and a negative electrode. According to the structure, the electrolytic cell can be classified into a membrane-free method in which a cathode and a cathode are simultaneously installed in one chamber and a membrane-type method in which a partition wall separating the anode chamber and the cathode chamber is installed.
무격막 방식은 대체적으로 염화나트륨 수용액을 전기분해하여 차아염소산나트륨을 생성하는 공정으로 주로 사용되며, 그 외 수전해를 통해 알카리수의 생성이나, 수소제조에 사용되게 된다. The non-diaphragm method is generally used as a process for producing sodium hypochlorite by electrolyzing an aqueous sodium chloride solution, and is also used for the production of alkaline water or hydrogen production through hydrolysis.
유격막 방식의 경우에는 양극수나 음극수 또는 두 생성수의 일정 비율로의 혼합을 통해 다양한 형태의 전해수를 생성하여 사용하게 된다. 특히 무격막 방식에서 생산되는 차아염소산나트륨보다 살균소독력이 우수한 pH 영역을 가진 강산성이나 미산성 영역의 차아염소산수를 제조하거나, 더욱 순도가 우수한 수소제조 및 세척력이 우수한 강알카리수를 제조하는데 사용되고 있다. 또한 Chlor-Alkali 산업에 적용되어 염소(Cl2), 염산(HCl), 가성소다(NaOH) 등의 생산을 통해 여러 화학공업 산업에 적용되고 있다. In the case of the diaphragm type, various types of electrolyzed water are generated and used by mixing the positive water, the negative water, or a predetermined ratio of the two generated water. In particular, it is used to prepare strong acidic or non-acidic hypochlorite water having a pH range excellent in sterilization and disinfection than sodium hypochlorite produced by a non-membrane method, or more powerful hydrogen production and strong alkaline water having excellent washing power. In addition, it is applied to the Chlor-Alkali industry and is applied to various chemical industries through the production of chlorine (Cl 2 ), hydrochloric acid (HCl) and caustic soda (NaOH).
이러한 유격막 방식의 전해조는 그 적용용도와 다양한 생성수 제조, 높은 질의 생성수 제조의 가능 및 고 효율의 실현으로 점차 그 사용빈도가 높아가고 있다. 그러나 이러한 유격막 방식은 양극실과 음극실을 구분하기 위해 양극과 음극사이에 이온교환막이나 유리섬유 격막 등의 격벽을 설치하게 되는데 이러한 격벽으로 인해 전해조 구조가 복잡해지고, 운전 전압이 상승하게 되며, 격벽의 짧은 수명으로 인해 전해조의 교체주기가 짧아지는 문제점을 내포하고 있다.The use of such a diaphragm type electrolyzer is increasing its frequency of use due to its application, production of various generated water, production of high quality generated water, and realization of high efficiency. However, such a diaphragm method is to install a partition such as an ion exchange membrane or a glass fiber diaphragm between the anode and the cathode in order to distinguish between the anode chamber and the cathode chamber, which makes the electrolytic cell structure complicated and the operating voltage rises. Due to the short life of the cell, the replacement cycle of the electrolyzer is shortened.
이에 본 발명은 이러한 유격막 방식의 문제점을 해결하고자 격벽을 설치하지 않고 다공성 전극을 사용함으로 유격막 방식의 효과를 발휘할 수 있는 다공성 전극과 그를 이용한 전해조를 제공하는데 있다.Accordingly, the present invention is to provide a porous electrode and an electrolytic cell using the same by using a porous electrode without installing a partition wall to solve the problems of the membrane method.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 전기분해용 다공성 전극 및 이 다공성 전극을 이용하여 격벽을 설치하지 않고도 유격막 전해조의 전해특성을 가질 수 있는 전해조의 구성을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention was conceived in view of the above, and an object of the present invention is to provide an electrolytic porous electrode and an electrolytic cell that can have electrolytic properties of a diaphragm electrolyzer without installing a partition wall using the porous electrode. have.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기분해조는, 전기분해조 본체와; 상기 전기분해조 본체 내부에 설치되며, 다공성으로 구성되며 각각이 격막의 역할을 동시에 수행하는 양극 및 음극;을 포함하며,Electrolysis tank of the present invention for achieving the above object, the electrolysis tank body; It is installed in the electrolysis tank body, and composed of a porous and each of which performs a role of a diaphragm at the same time; and a cathode;
상기 전기분해조 본체는, 상기 양극과 음극사이에 전해하고자 하는 원수를 유입하여 전기분해를 수행하는 격실과; 상기 양극의 다른 일측으로 양극 전해수가 투과되어 양극 전해수를 생성하는 양극 전해수 투과 격실; 및 상기 음극의 다른 일측으로 음극 전해수가 투과되어 음극 전해수를 생성하는 음극 전해수 투과 격실;로 이루어진 3개의 격실로 구분된 것을 특징으로 한다.The electrolysis tank body includes: a compartment for performing electrolysis by introducing raw water to be electrolyzed between the anode and the cathode; An anode electrolytic water permeation compartment for transmitting cathode electrolytic water to the other side of the anode to produce anode electrolytic water; And a cathode electrolytic water permeation compartment through which cathode electrolytic water is transmitted to the other side of the cathode to generate cathode electrolytic water.
여기서, 상기 양극과 음극은 원통형 형상을 가지며, 상기 양극과 음극 중의 하나가 큰 원주를 가진 전극으로 구성되고, 또 다른 하나의 전극은 작은 원주를 가진 전극으로 큰 원주의 전극 내부에 다수 개 배치된 것으로 구성되어질 수 있다.Here, the positive electrode and the negative electrode has a cylindrical shape, one of the positive electrode and the negative electrode is composed of an electrode having a large circumference, another electrode is a electrode having a small circumference is arranged in a plurality of electrodes inside the large columnar electrode It can be configured as.
또한, 상기 양극과 음극은 원통형 형상을 가지고, 상기 양극과 음극 중 하나가 큰 원주를 가진 전극으로 형성되고, 또 다른 하나의 전극이 큰 원주를 가진 전극의 내부에 동심원상으로 작은 원주를 가진 하나의 전극으로 형성되고, 상기 동심원상으로 배치된 양극 및 음극이 한 쌍을 이루며, 상기 전해조 내부에 복수의 양극 및 음극이 다수 개의 쌍으로 구비되어 설치될 수 있다.In addition, the anode and the cathode has a cylindrical shape, one of the anode and the cathode is formed of an electrode having a large circumference, the other electrode is one having a small circumference in a concentric circle inside the electrode having a large circumference And a pair of positive and negative electrodes disposed in the concentric shape, and a plurality of positive and negative electrodes may be provided in the electrolytic cell.
또한, 상기 양극과 음극은 원통형 형상을 가지며, 상기 양극과 음극이 각각 전기분해조 내부에 다수 개가 설치되며, 용액의 이송방향에 교차하는 방향으로 교번되게 배치될 수 있다.In addition, the positive electrode and the negative electrode has a cylindrical shape, a plurality of the positive electrode and the negative electrode are respectively installed in the electrolysis tank, it may be arranged alternately in the direction crossing the transfer direction of the solution.
또한, 상기 음극과 양극 각각은 동일한 면적을 가지도록 설치될 수 있다.In addition, each of the cathode and the anode may be installed to have the same area.
또한, 상기 음극과 양극 각각은 일단에서 타단으로 관통 형성되는 중공을 가지는 관 형상을 가질 수 있다.In addition, each of the cathode and the anode may have a tubular shape having a hollow formed penetrating from one end to the other end.
또한, 상기 음극 및 양극 중 적어도 어느 하나는 표면에 다수의 기공을 형성하고 있으며, 전기 통전이 가능한 재질로 형성된 다공성 전극인 것이 바람직하다.In addition, at least one of the cathode and the anode forms a plurality of pores on a surface thereof, and is preferably a porous electrode formed of a material capable of conducting electricity.
또한, 상기 양극은, 티타늄 다공성 소재에 백금계 촉매가 코팅 형성된 불용성 양극일 수 있다.In addition, the anode may be an insoluble anode formed by coating a platinum-based catalyst on a titanium porous material.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전기분해용 전극은, 전기분해용 전극에 있어서, 표면에 다수의 기공을 형성하고 있으며, 전기 통전이 가능한 재질로 형성되는 것을 특징으로 한다.In addition, the electrode for electrolysis of the present invention for achieving the above object, in the electrode for electrolysis, is formed with a plurality of pores on the surface, it is characterized in that it is formed of a material capable of electric conduction.
여기서, 상기 다공성 전극의 기공크기는 0.001㎛ ? 50㎛ 인 것이 바람직하다.Here, the pore size of the porous electrode is 0.001㎛? It is preferable that it is 50 micrometers.
또한, 상기 다공성 전극은 양극을 포함하며, 상기 양극은 티타늄 다공성 소재에 백금계 촉매가 코팅 형성된 불용성 양극인 것이 좋다.The porous electrode may include an anode, and the anode may be an insoluble anode formed by coating a platinum-based catalyst on a titanium porous material.
또한, 상기 다공성 전극은 평판형, 관형, 중공형의 형태를 가질 수 있으며, 이러한 전극을 이용하여 구성되는 전해조는 평판이 적층된 구조, 얇은 평판형 전극을 나선형으로 구성한 구조, 관형 또는 중공형 전극을 원통형에 배열한 구조를 가질 수 있다.In addition, the porous electrode may have a plate-like, tubular, or hollow form, and the electrolytic cell configured using such an electrode has a structure in which a flat plate is stacked, a thin plate-like electrode is formed in a spiral shape, and a tubular or hollow electrode is formed. It may have a structure arranged in a cylindrical shape.
여기서, 전해하고자 하는 유입원수는 양극과 음극의 사이의 유입통로로 유입되게 되고, 양극과 음극의 양 전극에 직류전류가 공급되어 전해반응을 수행하여 목적하는 전해수를 생산하게 된다. 이때 다공성 전극의 일측면으로 감압수단을 통해 생성된 전해수를 투과하여 양극수 또는 음극수의 목적하는 전해수를 생산하게 된다.Here, the inflow source to be electrolyzed is introduced into the inflow passage between the positive electrode and the negative electrode, and a direct current is supplied to both electrodes of the positive electrode and the negative electrode to perform the electrolytic reaction to produce the desired electrolytic water. At this time, through the electrolytic water generated through the pressure-reducing means to one side of the porous electrode to produce the desired electrolytic water of the positive or negative water.
여기서, 평판형 다공성 전극으로 구성되며 양극과 음극의 양 전극사이로 전해하고자 하는 유입원수가 유입되고 다공성 전극의 다른 일측면에 별도의 격실을 마련하여 감압수단을 통해 전해수를 투과시켜 목적하는 전해수를 생성하도록 하는 것이 바람직하다.Here, it is composed of a plate-type porous electrode and the incoming source water to be delivered between the positive electrode and the negative electrode of the positive electrode flows in and provides a separate compartment on the other side of the porous electrode to pass the electrolytic water through the decompression means to generate the desired electrolytic water. It is desirable to.
또한, 상기한 양극과 음극은 통전이 가능한 재질이면 가능하고 바람직하게는 티타늄(Ti), 니켈(Li), 탄소(C) 등의 재질로 구성된 다공성 전극으로 구성된다.
In addition, the positive electrode and the negative electrode can be made of a material that can be energized, preferably composed of a porous electrode made of a material such as titanium (Ti), nickel (Li), carbon (C).
본 발명은 다공성 전극을 이용한 전기분해조에 관한 것으로 다공성 전극이 격벽의 역할을 동시에 수행함으로 별도의 격막의 설치 없이도 유격막 방식의 전해방법을 수행할 수 있어 사용목적에 따라 양극전해수와 음극전해수를 생성할 수 있다.The present invention relates to an electrolysis tank using a porous electrode, the porous electrode performs the role of the partition wall at the same time can perform the electrolyte method of the diaphragm without the installation of a separate diaphragm to produce a positive and negative electrolytic water according to the purpose of use can do.
또한, 별도의 격막을 설치하지 않음으로 인해 전해조의 구조가 간단하게 구성되어지고, 격막으로 인한 전압상승을 낮출 수 있다.In addition, the structure of the electrolytic cell is simply configured by not installing a separate diaphragm, and the voltage rise due to the diaphragm can be reduced.
또한, 전극에 비해 그 수명이 짧은 격막을 사용하지 않음으로 인해 전해조의 내구수명을 늘릴 수 있고, 전해조 교체 비용을 절감할 수 있다.In addition, by not using a diaphragm having a shorter lifetime than the electrode, it is possible to increase the durability life of the electrolytic cell and to reduce the cost of replacing the electrolytic cell.
또한, 양극과 음극 중의 어느 하나만을 다공성 전극으로 사용하여 양극 전해수 및 음극 전해수를 선택적으로 생성할 수 있는 전기분해 장치를 제공할 수 있으며, 양극 및 음극의 수량이나 구조를 달리하여 전해조를 구성함으로 목적하는 전해수를 선택적으로 생성할 수 있다.In addition, by using only one of the positive electrode and the negative electrode as a porous electrode can provide an electrolysis device that can selectively generate a positive electrode electrolytic water and a negative electrode electrolytic water, the purpose of configuring the electrolytic cell by varying the quantity or structure of the positive electrode and the negative electrode Electrolyzed water can be selectively generated.
또한, 다공성 소재의 전극을 음극 및 양극으로 사용함으로써 전해하고자하는 용액과의 접촉면적 즉, 전기분해 면적으로 넓힐 수 있기 때문에 전기분해 효율을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
In addition, by using the electrode of the porous material as a cathode and an anode, since the contact area with the solution to be electrolyzed, that is, the electrolysis area can be widened, there is an advantage of improving the electrolysis efficiency.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전기분해조의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예에 따른 전기분해조를 나타내 보인 부분 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제3실시예에 따른 전기분해조를 나타내 보인 부분 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제4실시예에 따른 전기분해조를 나타내 보인 부분 단면도이다.1 is a schematic configuration diagram of an electrolysis tank according to a first embodiment of the present invention.
2 is a partial cross-sectional view showing an electrolysis tank according to a second embodiment of the present invention.
3 is a partial cross-sectional view showing an electrolysis tank according to a third embodiment of the present invention.
4 is a partial cross-sectional view showing an electrolysis tank according to a fourth embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 전기분해 장치를 자세히 설명하기로 한다.Hereinafter, an electrolysis apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 전기분해조(1)를 설명하면, 전기분해조 본체(10) 내부에 양극(21)과 음극(22)이 다공성 전극으로 구성되어 설치되어 있으며, 각각의 전극(21,22)이 격막의 역할을 동시에 수행하여 전기분해조 본체(10) 내부를 원수 전기분해부(11)와 양극 전해수 투과부(13)와 음극 전해수 투과부(12)로 구획하게 된다. Referring to FIG. 1, the
염화나트륨수용액을 전기분해 하기 위한 목적으로 전해조(1)를 사용한다고 할 때, 도 1의 원수 전기분해부(11)로 유입원수인 염화나트륨수용액이 유입구(11a)를 통해 유입되게 되고, 유입된 염화나트륨수용액을 양극(21)과 음극(22)에 직류전류를 공급하여 전기분해를 수행하여 양극(21)에서는 강산성의 염소(Cl2)와 염산(HCl) 및 산소(O2)가 발생되며, 음극(22)에서는 강알카리성의 가성소다(NaOH)와 수소(H2) 등이 생성된다. 이때 양극 전해수 투과부(13)와 음극 전해수 투과부(12)에서 각각 감압수단을 이용하여 감압하면 양극 전해수 투과부(13)로는 다공성 양극(21)의 공극을 통해 양극반응으로 생성된 염소(Cl2)와 염산(HCl) 및 산소(O2) 등의 양극 전해수가 투과되고, 음극 전해수 투과부(12)로는 다공성 음극(22)의 공극을 통해 음극반응으로 생성된 가성소다(NaOH)와 수소(H2) 등의 음극 전해수가 투과되어 각각 강산성수와 강알카리수를 생성하게 된다. 전해반응이 수행되고 남은 염화나트륨 수용액은 원수 전기분해부(11)의 다른 일측에 형성된 유출구(11b)를 통해 외부로 배출되어 유입원수로 재순환되거나 버려지게 된다.When the
이와 같이 생성된 강산성수와 강알카리수는 사용 용도에 따라 두 용액을 합하여 차아염소산나트륨수를 제조할 수도 있고, 양극(21)과 음극(22)의 수량이나 구조를 달리하거나, 감압의 정도를 달리하여 생성수를 혼합하여 원하는 pH의 차아염소산수나 알카리세정수를 얻을 수도 있다. 이러한 용도에 따른 전해수 제조는 그 사용목적에 따라 전해조의 구조의 변경 및 운전방법의 조절 등의 방법으로 다양하게 제조가 가능하며 본 특허에서는 그 전해수에 대하여 한정하지는 않는다.The strong acidic water and the strong alkaline water generated as described above may be combined with the two solutions to prepare sodium hypochlorite water, by varying the quantity or structure of the
도 2를 참조하여 본 발명의 제2실시예에 따른 전기분해조(100)에 대하여 설명하면, 상기 전기분해조(100)는 통상적으로 원통 형상을 가지며 전해관(110; 이하 '전해관'이라 함)과, 전해관(110) 내부에 전해관과 동심을 가진 큰 원주의 다공성 전극(120)과 큰 원주의 다공성 전극(120) 내부에 작은 원주의 관형 또는 중공형의 다수의 전극(130)을 구비한다. 이때 큰 원주의 다공성 전극(120)과 내부의 작은 원주를 갖는 다수의 전극(130)이 각각 어느 하나가 양극이면 다른 하나를 음극으로 사용하게 된다. 즉 큰 원주의 다공성 전극(120)을 양극으로 사용할 경우 내부의 작은 원주를 갖는 다수의 전극(130)은 음극이 되고, 큰 원주의 다공성 전극(120)을 음극으로 사용할 경우 내부의 작은 원주를 갖는 다수의 전극(130)은 양극이 된다. 이러한 전극의 극성은 목표하는 생성수의 특성에 따라 전극의 극성을 달리할 수 있다.Referring to the
또한, 상기 전해관(110)과 큰 원주의 다공성 전극(120) 및 작은 원주의 다수의 전극(130)은 원통 형상인 것을 예로 들어 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 다양한 형태의 비원형 관구조로 형성될 수 있음은 당연하다.In addition, the
이러한 도 2의 전기분해조(100)를 이용한 염화나트륨 수용액 전기분해에 대하여 실시예를 들어 설명하면 다음과 같다. 우선 전기분해조에서 큰 원주의 다공성 전극(120)을 음극으로 하고 작은 원주의 다수의 전극(130)을 양극으로 하여 전기분해조를 구성한다. 그리고 두 전극 사이의 공간으로 염화나트륨 수용액을 유입시키고 양 전극에 직류전류를 공급하여 전기분해를 수행한다. 전기분해의 수행과 동시에 큰 원주의 음극과 전해관(110) 사이의 공간이 음극 전해수 투과부로 감압하여 큰 원주의 다공성 음극의 기공을 통해 가성소다(NaOH)와 수소(H2) 등을 포함하는 음극 전해수를 생성할 수 있다. 또한, 작은 원주의 다수의 양극 내부 공간이 양극 전해수 투과부로 구성되어 감압하여 다공성 양극의 기공을 통해 염소(Cl2)와 염산(HCl) 및 산소(O2) 등의 양극 전해수를 생성하게 된다.An example of the electrolysis of an aqueous sodium chloride solution using the
또한, 큰 원주의 전극(120)을 비다공성 전극으로 사용하고 큰 원주의 전극(120) 내부에 작은 원주의 전극(130)을 다공성 전극으로 사용할 수도 있다. 이때 큰 원주의 비다공성 전극(120)을 음극으로 하고 작은 원주의 다공성 전극(130)을 양극으로 하여 염화나트륨 수용액을 전해할 경우 작은 원주의 다공성 전극(130)의 내부로 감압하면 염소(Cl2)를 포함하는 강산성 전해수를 생성할 수 있다. In addition, the large
또한 큰 원주의 비다공성 전극(120)을 양극으로 하고 작은 원주의 다공성 전극(130)을 음극으로 하여 염화나트륨 수용액을 전해할 경우 작은 원주의 다공성 전극(130)의 내부로 감압하면 가성소다(NaOH)을 포함하는 강알카리성 전해수를 생성할 수 있다.In addition, in the case of electrolytic sodium chloride solution using the large columnar
이때 생성하고자 하는 전해수의 특성에 따라 양극과 음극을 변경할 수 있으며, 전극의 수량이나 구조의 변경이나 감압의 정도를 달리하여 다양한 생성수를 얻을 수 있으며 그 방법에 대해서는 본 특허에서는 한정하지 않는다.In this case, the positive electrode and the negative electrode may be changed according to the characteristics of the electrolyzed water to be produced, and various generated water may be obtained by changing the quantity of the electrode, the structure, or the degree of reduced pressure, and the method of the present invention is not limited thereto.
여기서, 상기 음극(120)과 양극(130) 중 적어도 어느 하나 이상은 다공성 소재로 형성되는 것이 바람직하다. 일예로서, 다공성 소재로는 티타늄(Ti), 니켈(Ni), 탄소(C) 등의 소재가 사용될 수 있다.Here, at least one or more of the
또한, 양극(130)을 다공성 전극으로 형성할 경우, 다공성 양극(130)은 티타늄 소재에 백금계 촉매가 코팅 형성된 불용성 양극을 사용하는 것이 바람직하다.In addition, when the
또한, 다공성 전극의 기공 크기는 50㎛ 이내가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0.001㎛ ? 1㎛ 범위의 기공을 갖는 다공성 소재로 형성되는 것이 좋다. In addition, the pore size of the porous electrode is preferably within 50 μm, more preferably 0.001 μm? It is preferably formed of a porous material having pores in the range of 1 μm.
도 3a 및 도 3b를 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 전기분해조(200)는, 전해조의 외벽을 형성하는 전해관(210; 이하 '전해관'이라 함)과, 상기 전해관(210) 내부에 큰 원주를 가진 전극(220)과, 큰 원주의 전극(220) 내부에 동심원을 형성하는 작은 원주의 전극(230)으로 구성되어 있다. 이러한 동심원 상에 설치된 두 전극(220,230)이 전해관(210) 내부에 다수개가 배치되어 전기분해조(200)를 구성하게 된다.3A and 3B, an
이때 두 동심원상의 전극(220,230)이 어느 하나가 양극이면 다른 하나가 음극으로 구성된다. 즉 큰 원주를 가진 전극(220)이 양극이면 내부의 작은 원주의 전극(230)이 음극으로 구성되며, 외부의 큰 원주의 전극(220)이 음극이면 내부의 작은 원주의 전극(230)이 양극으로 구성되게 된다.At this time, if one of the two
도 3a 및 도 3b와 같이 구성된 전기분해조(200)에 의한 염화나트륨 수용액의 전기분해는 다음과 같이 이루어진다. 우선 동심원상의 전극 중 외부 큰 원주를 가진 전극(220)을 음극으로 하고 내부 작은 원주를 가진 전극(230)을 양극으로 하여 염화나트륨 수용액을 전기분해할 경우, 염화나트륨 수용액은 두 동심원상의 전극 사이의 원수 전기분해부(202)로 유통되고, 이때 양극과 음극에 직류전류를 공급하여 전기분해를 수행하게 된다. 전기분해의 수행과 동시에 동심원상의 내부 작은 원주를 가진 양극(230)의 내부로 감압하여 내부의 양극 전해수 투과부(203)로 염소(Cl2)를 포함하는 강산성 전해수를 생성하게 된다. 또한 동심원상의 외부 큰 원주를 가진 음극(220)의 외부를 감압수단으로 감압하여 외부의 음극 전해수 투과부(201)로 가성소다(NaOH)를 포함한 강알카리성 전해수를 생성할 수 있다. Electrolysis of the aqueous sodium chloride solution by the
또한 전해조의 구성에 있어 외부 큰 원주를 가진 전극(220)을 비다공성 전극으로 사용하고 내부의 작은 원주를 가진 전극(230)을 다공성 전극을 사용하여 그 용도에 따라 목적하는 전해수를 얻을 수 있도록 구성할 수 있다.In addition, in the configuration of the electrolytic cell, the
도 4는 본 발명의 제4실시예에 의해 구성된 전기분해조(300)이다. 전기분해조는 전해조의 외벽을 형성하는 전해관(310; 이하 '전해관'이라 함)과 상기 전해관(310) 내부에 각각 복수 개씩 설치되는 음극(320) 및 양극(330)을 구비한다.4 is an
상기 전해관(310)은 본 발명의 실시예에서는 원통형인 것으로 도시하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 비원통형상으로 다양한 관의 형상이 모두 가능하다.Although the
상기 전해관(310)의 내부에는 음극(320)과 양극(330)이 수용액의 이송 방향과 나란하게 즉, 전해관과 나란하게 설치되며, 각각은 복수 개가 설치된다. 바람직하게는 음극(320)과 양극(330)은 동일한 수로 설치된다.In the interior of the
또한, 음극(320)과 양극(330)은 다공성 소재로 형성된 전극인 것이 바람직하며, 경우에 따라서는 음극(320)과 양극(330) 중 어느 하나만 다공성 소재로 제작될 수도 있다.In addition, the
여기서 상기 음극(320) 및 양극(330)은 서로 동일한 원주를 가지는 중공형상으로 형성된다. 이 경우 음극(320)과 양극(330)은 도 4에 도시된 바와 같이, 수용액이 이송되는 방향(A)에 교차하는 방향으로 복수 개씩 교번되게 배치되는 것이 바람직하다. 따라서 전해관(310) 내부를 흐르는 수용액은 전해관(310) 내부에서 전체적으로 균일하게 전기 분해 될 수 있게 되어, 양극(330) 측에서는 산성영역의 염소를 생성하고, 음극(320) 측에서는 알칼리영역의 가성소다를 생성할 수 있게 된다.The
또한, 상기 음극(320)과 양극(330)은 중공형의 관 형상인 것을 예로 들어 설명하였으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 비원형의 중공형상 또는 비원형의 봉형상으로 형성될 수도 있다.
In addition, the
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 전기분해조(100,200,300)는 전해하고자하는 용액을 전해관(110,210,310) 내부로 흘려보내면서 음극과 양극에 각각 직류전류를 공급함으로써 양극전해수와 음극전해수를 별도의 격막을 설치하지 않고도 용이하게 생성할 수 있게 된다.As described above, the electrolysis tank (100, 200, 300) according to an embodiment of the present invention by supplying a direct current to the negative electrode and the positive electrode while flowing the solution to be electrolyzed into the electrolytic tubes (110, 210, 310) to the positive and negative electrolytic water It can be easily generated without installing a separate diaphragm.
특히, 격막을 설치하지 않고 전기분해를 수행함으로 장치의 구성이 간단해지고, 격막으로 인한 전압상승을 낮출 수 있게 된다.In particular, by performing electrolysis without installing a diaphragm, the configuration of the device is simplified, and the voltage rise due to the diaphragm can be reduced.
또한, 전극에 비해 그 수명이 짧은 격막을 사용하지 않음으로 인해 전해조의 내구수명을 늘릴 수 있고, 전해조 교체 비용을 절감할 수 있다.In addition, by not using a diaphragm having a shorter lifetime than the electrode, it is possible to increase the durability life of the electrolytic cell and to reduce the cost of replacing the electrolytic cell.
또한, 양극과 음극의 수나 구조의 변경 또는 다공성 소재의 선택적인 채택, 감압의 정도를 달리하는 방법 등을 통해서 양극 전해수와 음극 전해수를 선택적으로 목적하는 바에 따라 생성할 수 있다.In addition, it is possible to selectively generate the cathode electrolytic water and the cathode electrolytic water through a method of changing the number or structure of the positive electrode and the negative electrode or the selective adoption of the porous material, the degree of decompression.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. Rather, those skilled in the art will appreciate that many modifications and variations of the present invention are possible without departing from the spirit and scope of the appended claims.
1,100,200,300..전기분해조
21,320..음극 22,330..양극
110,210,310..전해관 120,220..큰 원주의 전극
130,230..작은 원주의 전극 1,100,200,300 .. Electrolysis tank
21,320..cathode 22,330..anode
110,210,310 .. Electrodes 120,220 .. Large columnar electrodes
130,230 ... small columnar electrodes
Claims (11)
상기 전기분해조 본체 내부에 설치되며, 다공성으로 구성되며 각각이 격막의 역할을 동시에 수행하는 양극 및 음극;을 포함하며,
상기 전기분해조 본체는,
상기 양극과 음극사이에 전해하고자 하는 원수를 유입하여 전기분해를 수행하는 격실과;
상기 양극의 다른 일측으로 양극 전해수가 투과되어 양극 전해수를 생성하는 양극 전해수 투과 격실; 및
상기 음극의 다른 일측으로 음극 전해수가 투과되어 음극 전해수를 생성하는 음극 전해수 투과 격실;로 이루어진 3개의 격실로 구분된 것을 특징으로 하는 전기분해조.
An electrolysis tank body;
It is installed in the electrolysis tank body, and composed of a porous and each of which performs a role of a diaphragm at the same time; and a cathode;
The electrolysis tank body,
A compartment for performing electrolysis by introducing raw water to be electrolyzed between the anode and the cathode;
An anode electrolytic water permeation compartment for transmitting cathode electrolytic water to the other side of the anode to produce anode electrolytic water; And
Electrolytic bath, characterized in that divided into three compartments consisting of; a cathode electrolytic water permeation compartment through which the cathode electrolytic water is transmitted to the other side of the cathode to produce a cathode electrolytic water.
상기 양극과 음극은 원통형 형상을 가지며,
상기 양극과 음극 중의 하나가 큰 원주를 가진 전극으로 구성되고,
또 다른 하나의 전극은 작은 원주를 가진 전극으로 큰 원주의 전극 내부에 다수 개 배치된 것을 특징으로 하는 전기분해조.The method of claim 1,
The anode and the cathode has a cylindrical shape,
One of the anode and the cathode consists of an electrode having a large circumference,
Another electrode is an electrode having a small circumference, the electrolytic bath, characterized in that a plurality of arranged inside the electrode of a large column.
상기 양극과 음극은 원통형 형상을 가지고,
상기 양극과 음극 중 하나가 큰 원주를 가진 전극으로 형성되고,
또 다른 하나의 전극이 큰 원주를 가진 전극의 내부에 동심원상으로 작은 원주를 가진 하나의 전극으로 형성되고,
상기 동심원상으로 배치된 양극 및 음극이 한 쌍을 이루며, 상기 전해조 내부에 복수의 양극 및 음극이 다수 개의 쌍으로 구비되어 설치되는 것을 특징으로 하는 전기분해조.
The method of claim 1,
The anode and the cathode has a cylindrical shape,
One of the anode and the cathode is formed of an electrode having a large circumference,
Another one electrode is formed of one electrode having a small circumference concentrically inside the electrode having a large circumference,
And a pair of positive and negative electrodes arranged concentrically, and a plurality of pairs of positive and negative electrodes are provided in the electrolytic cell.
상기 양극과 음극은 원통형 형상을 가지며,
상기 양극과 음극이 각각 전기분해조 내부에 다수 개가 설치되며, 용액의 이송방향에 교차하는 방향으로 교번되게 배치되는 것을 특징으로 하는 전기분해조.
The method of claim 1,
The anode and the cathode has a cylindrical shape,
A plurality of the positive electrode and the negative electrode are respectively installed in the electrolysis tank, the electrolysis tank, characterized in that arranged alternately in the direction crossing the transport direction of the solution.
The electrolytic bath according to claim 1, wherein each of the cathode and the anode is installed to have the same area.
The electrolytic bath according to any one of claims 2 to 4, wherein each of the cathode and the anode has a tubular shape having a hollow formed penetrating from one end to the other end.
상기 음극 및 양극 중 적어도 어느 하나는 표면에 다수의 기공을 형성하고 있으며, 전기 통전이 가능한 재질로 형성된 다공성 전극인 것을 특징으로 하는 전기분해조.
The method according to any one of claims 1 to 5,
At least one of the cathode and the anode is formed with a plurality of pores on the surface, the electrolytic bath, characterized in that the porous electrode formed of a material that is electrically conductive.
티타늄 다공성 소재에 백금계 촉매가 코팅 형성된 불용성 양극인 것을 특징으로 하는 전기분해조.
The method of claim 7, wherein the anode,
Electrolytic bath characterized in that the insoluble anode formed by coating a platinum-based catalyst on a titanium porous material.
표면에 다수의 기공을 형성하고 있으며, 전기 통전이 가능한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기분해용 다공성 전극.In the electrode for electrolysis
Forming a plurality of pores on the surface, the porous electrode for electrolysis, characterized in that formed of a material capable of electrical conduction.
상기 양극은 티타늄 다공성 소재에 백금계 촉매가 코팅 형성된 불용성 양극인 것을 특징으로 하는 전기분해용 다공성 전극.The method of claim 9, wherein the porous electrode comprises an anode,
The anode is a porous electrode for electrolysis, characterized in that the insoluble anode formed by coating a platinum-based catalyst on a titanium porous material.
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