KR20120129080A

KR20120129080A - 차아염소산나트륨 제조용 전해조의 전극판 지지부재

Info

Publication number: KR20120129080A
Application number: KR1020110047127A
Authority: KR
Inventors: 신기하; 서일경; 신윤석
Original assignee: 유니테크 주식회사
Priority date: 2011-05-19
Filing date: 2011-05-19
Publication date: 2012-11-28

Abstract

본 발명은 소금물이나 바닷물 등 염수를 전기분해하여 차아염소산나트륨을 제조하는 전해조(電解槽)의 전극판 지지부재에 관한 것으로, 좀더 상세히 설명하면 상기 전해조의 하우징 내부에 일정한 간격으로 나란히 배치되는 전극판을 양극과 음극이 교대로 배치되도록 견고하게 고정시켜 주는 전극판 지지부재에 관한 것이다.

Description

차아염소산나트륨 제조용 전해조의 전극판 지지부재{Supporting element of electrode plates in electrolytic cell for preparing sodium hypochlorite}

차아염소산나트륨(NaOCl; Sodium Hypochlorite)은 무색 혹은 엷은 녹황색의 액체로서 강력한 소독, 방취 및 표백작용과 높은 안전성을 갖추고 있어서 채소나 과일 등 음식물이나 식기나 조리용구 등 생활용품 세척용은 물론, 폐수 및 하수 처리용, 보일러나 발전소의 냉각수 소독용 등으로도 널리 사용되고 있다.

이러한 차아염소산나트륨은 주로 소금물이나 바닷물 또는 염화나트륨을 포함하는 천연 또는 합성용액(이하, '염수'로 통칭한다)을 전기분해하여 생산된다. 즉, 전기분해장치를 이용하여 염수(鹽水)를 전기분해 하면, 양극(Anode)에서는 산화반응에 의하여 염소(Cl₂)가 발생하고 음극(Cathode)에서는 환원반응에 의하여 수산화나트륨(NaOH)과 수소(H₂) 가스가 발생하며, 상기 수산화나트륨(NaOH)과 염소(Cl₂)가 다시 반응하여 차아염소산나트륨(NaOCl)을 생성한다.

상기와 같은 전해반응을 이용하여 산업적으로 차아염소산나트륨을 생산하는 장치들은 대체로 염수공급장치와 상기 염수를 전기분해하는 전해조(電解槽)로 이루어지는데, 그동안 전해반응의 효율을 보다 향상시키기 위하여 여러가지 형태의 전해조가 개발되어 있다.

예컨대, 국내특허 제999586호(등록일자; 2010.12.02.)에는 첨부 도 1과 같은 구조의 바이폴라형 고효율 전해반응기가 소개되어 있다. 상기 전해반응기는 전해반응기의 외형을 형성하는 케이스(10)와, 상기 케이스 내부에 축 방향을 따라 일정 간격 유격되도록 다수 열로 배열된 양극판(12)과, 상기 양극판 사이에 교차하도록 다수 열로 평행하게 배열된 음극판(14)과, 상기 양극판과 음극판을 일정한 간격으로 서로 엇갈리게 지지해 주는 메인배플(20) 및 제1,2 서버배플(30,40)과, 상기 배플들을 일정한 간격으로 케이스 내벽에 고정시켜 주는 고정빔(50)으로 이루어진다.

이때, 상기 메인배플(20) 및 제1,2 서버배플(30,40)에는 도 2와 같이 각각 상기 양극판(12) 및 음극판(14)이 관통하는 삽입홀(22,32,42)이 형성되어 있고, 상기 삽입홀(22,32,42)의 내부 상측과 하측에는 상기 양극판(12) 및 음극판(14)이 삽입되는 간격유지홈부(24,34,44)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 제1,2 서버배플(30,40)에 형성된 간격유지홈부(34,44)의 간격은 상기 메인배플(20)에 형성된 간격유지홈부(24) 간격의 2배이고, 상기 간격유지홈부(34,44)서로 엇갈리게 배치되어 있다.

그래서 상기 메인배플(20)은 상기 제1,2 서버배플(30,40) 중 어느 하나와 서로 짝을 이루어 한 쌍씩 일정한 간격으로 배치된다. 이렇게 하면, 상기 제1,2 서버배플(30,40)의 간격유지홈부(34,44)는 하나씩 교대로 상기 메인배플(20)의 간격유지홈부(24)와 일치한다. 그래서, 상기 메인배플(20)과 서버배플(30,40)의 간격유지홈부가 서로 일치하는 곳에서는 상기 양극판(12) 또는 음극판(14)이 그대로 통과하여 그 중간부가 지지되고, 두 간격유지홈부가 서로 일치하지 않는 곳에서는 상기 메인배플(20)의 간격유지홈부(24)에 상기 양극판(12) 또는 음극판(14)의 단부가 삽입 지지된다.

상기 도 1 내지 도 3에서 기타 미설명 도면부호에 대한 설명은 생략한다.

상기와 같은 구조로 이루어진 종래의 차아염소산나트륨 제조용 전해조에서는 하나의 셀(Cell)을 형성하는데 두쌍의 배플, 즉 4개의 배플이 배치되어야 하고, 한쌍의 배플과 다른 한쌍의 배플 사이에는 양극판과 음극판이 서로 교차되는 않는 소위 데드 스페이스(Dead space)가 발생하며, 또한 상기 배플들의 위치가 서로 뒤틀리지 않도록 이들을 케이스 내벽에 고정시켜 주는 고정빔을 설치해야 하는 등의 문제점이 있었다.

이에 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 상기 전해조의 셀과 셀 사이에 배치되는 4개의 배플을 하나의 구조로 통합함으로써, 케이스 내부에 데드 스페이스(Dead space)가 거의 없어서 공간 효율이 우수하고, 나아가 상기 고정빔과 같은 구조물을 설치할 필요가 없어서 내부 구조가 간결하며 염수의 흐름이 원활하여 전해 효율이 매우 우수하게 되는 전극판 지지부재를 제공하는 것이다.

이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 상기 선행 특허문헌에 소개된 도 1 내지 도 3과 상관없이 본 발명에서는 각 구성요소에 대하여 새로운 명칭과 도면부호를 부여하고, 특히 상기 메인배플 및 서버배플에 대응하는 구성을 '전극판 지지부재'라 명명한다.

본 발명은 차아염소산나트륨 제조용 전해조의 하우징의 내부공간을 다수개의 셀(Cell)로 분할하면서 상기 내부공간에 나란히 배치되는 전극판을 나란히 교대로 지지해 주는 전극판 지지부재에 있어서,

상기 전극판 지지부재는 테두리 부위가 상기 하우징의 내벽에 밀착되면서 상부에는 수소배출통로(P)를 형성하도록 절삭부가 구비되어 있고, 그 중앙에는 전극판이 통과하는 사각형 구조의 공간부(S)가 형성되어 있으며, 상기 공간부(S)의 상변과 하변에는 서로 대응하는 다수개의 전극판 지지홈이 일정한 간격으로 형성되어 있되,

상기 전극판 지지홈은 상기 전극판의 중간부위를 지지할 수 있도록 상기 전극판 지지부재의 전면에서 후면으로 관통된 중간지지홈과, 상기 전극판의 양극 단부와 음극 단부를 서로 이격되게 지지할 수 있도록 간격턱(G)을 사이에 두고 상기 전극판 지지부재의 전면과 후면을 향하여 각각 개방되어 있는 한쌍의 단부지지홈이 하나씩 번갈아 배치된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전극판 지지부재를 사용하면, 차아염소산나트륨 제조용 전해조 내부의 전극판을 훨씬 간편하게 조립할 수 있기 때문에 분해 및 조립이 용이하고, 고장 발생율이 적으며, 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 따른 전극판 지지부재를 사용하면, 차아염소산나트륨 제조용 전해조 내부에 데드 스페이스가 거의 없어서 공간 효율이 놓고, 염수의 흐름이 원활하여 결과적으로 전해효율이 우수한 효과가 있다.

도 1은 종래 바이폴라형 고효율 전해반응기의 구조를 예시한 도면,
도 2은 상기 도 1에서 메인배플(20) 및 제1,2 서버배플(30,40)의 구조를 나타낸 도면,
도 3은 도 1에서 양극판(12)과 음극판(14)의 배열구조를 나타낸 도면,
도 4는 본 발명에 따른 전극판 지지부재(30)의 사용상태를 나타낸 횡단면도,
도 5는 본 발명에 따른 전극판 지지부재(30)의 사시도,
도 6은 본 발명에 따른 전극판 지지부재(30)의 사시도의 평면도.
도 7는 본 발명에 따른 전극판 지지부재(30)의 사용상태를 나타낸 종단면도이다,

이하, 상기 도면들을 이용하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 본 발명에 꼭 필요한 구성이라 하더라도 통상적인 기술에 속하거나, 종래 기술과 동일한 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다. 그리고, 편의상 각 도면을 중심으로 전면과 후면 및 상부와 하부를 구분하여 설명하였으나, 이러한 위치는 상대적인 것이므로 보는 위치에 따라 서로 바뀔 수도 있다.

본 발명에 따른 전극판 지지부재는 차아염소산 나트륨 제조용 전해조에 사용되는 것으로 상기 전해조는 도 4 및 7과 같이, 중공형 하우징(10)과, 상기 하우징(10) 내부에 나란히 배열된 다수개의 전극판(20)과, 상기 전극판(20)을 지지하는 전극판 지지부재(30)로 이루어지고, 이러한 구성요소들 중에서 하우징(10)과 전극판(20)의 구조와 기능은 종래의 전해조와 동일하다.

먼저, 상기 하우징(10)의 구조는 통상적인 전해조와 동일한 중공체로서, 길이방향으로 확장된 내부공간을 가지며, 일측 하단에는 염수공급구(11)가 설치되어 있고, 타측 상단에는 염수배출구(12)가 설치되어 있는 구조로 이루어진다. 그리고, 상기 하우징(10)의 일측에는 양극단자(13)가, 타측에는 음극단자(14)가 각각 설치되어 있다. 상기 염수공급구(11)와 염수배출구(12)의 위치는 필요에 따라 적절히 변경할 수 있고, 또한 필요에 따라 그 숫자를 늘릴 수도 있다.

그리고, 상기 전극판(20)은 직사각형 판체 형상으로써, 그 재질은 통상적으로 티타늄, 탄탈륨, 주석, 지르코늄, 스테인레스, 니켈 등으로 이루어지며, 하나의 전극판(20)이 양극이나 음극 중 어느 하나의 기능을 갖는 단극전극(Unipolar electrode)일 수도 있고, 하나의 전극판(20)이 양극과 음극의 기능을 동시에 갖는 복극전극(Bipolar electrode) 일 수도 있다. 이때, 상기 전극판(20)에서 양극 부위에는 루테늄, 이리듐, 백금, 로듐, 팔라듐 등과 같은 양극활성물질이 코팅된다. 즉, 상기 전극판(20)이 단극전극일 경우에는 양극 기능을 갖는 전극판(20) 전체에 양극활성물질이 코팅되고, 복극전극일 경우에는 전극판(20)을 좌우로 양분하여 그 일측에만 양극활성물질이 코팅된다.

본 발명의 특징인 상기 전극판 지지부재(30)은 도 4 및 도 7와 같이 상기 하우징(10)의 내벽에 밀착되어 그 내부공간을 다수개의 셀(C)로 분할하는 것으로서, 그 상단에는 하우징(10) 내벽과의 사이에 수소배출통로(P)를 형성하는 절삭부(31)가 구비되어 있다. 상기 수소배출통로(P)는 염수를 전기분해 하는 과정에서 발생하는 수소가스를 위로 상승시켜 염수배출구(12)로 배출시키는 기능을 한다. 참고로 상기 수소가스가 원활하게 배출되지 못하면, 상기 하우징(10)이 폭발할 수도 있어서 매우 위험하다.

상기 전극판 지지부재(30)의 중앙에는 도 5 및 도 6과 같이 사각형 구조의 공간부(S)가 관통되어 있으며, 상기 공간부(S)의 상변과 하변에는 각각 서로 대응하는 다수개의 전극판 지지홈(32)이 일정한 간격으로 나란히 형성되어 있다. 이때, 상기 전극판 지지홈(32)은 전극판(20)의 중간부위를 지지하는 중간지지홈(32a)과, 전극판(20)의 양극 단부와 음극 단부를 각각 지지하는 한쌍의 단부지지홈(32b)이 한줄씩 교대로 번갈아 배치된다. 상기 중간지지홈(32a)은 전극판 지지부재(30)의 전면에서 후면까지 일정한 깊이로 관통되어 있어서 여기에 상기 전극판(20)의 상변 및 하변 중간부위가 각각 삽입된다.

그리고, 상기 단부지지홈(32b)은 간격턱(G)을 사이에 두고 한쌍이 서로 대향하도록 형성된 것으로, 전극판 지지부재(30)의 전면과 후면을 향해 각각 개방되어 있다. 그래서 상기 단부지지홈(32b)의 일측에는 어느 한 전극판(20)의 양극 단부가 삽입되고, 타측에는 다른 한 전극판(20)의 음극 단부가 삽입된다. 이때, 상기 간격턱(G)은 상기 양극 단부와 음극 단부를 일정간격 이격시켜서 양쪽 단부가 대전(electrification) 상태를 유지하도록 하는 기능을 한다.

이러한 방법으로 본 발명의 전극판 지지부재(30)에 전극판(20)을 차례로 설치하면, 도 7과 같이 양극과 음극이 서로 교대로 배치되며, 상기 지지부재(30)와 인접한 다른 지지부재(30) 사이에는 각각 하나의 셀(C)이 형성된다.

상기 전극판 지지홈(32)의 폭은 당연히 상기 전극판(20)의 두께와 동일하게 하고, 상기 전극판 지지홈(32)의 깊이는 각 전극판(20)을 충분히 지지할 수 있도록 2~3mm 인 것이 적당하다.

상기 전극판 지지홈(32)들 사이의 간격은 장차 서로 면접하는 전극판(20)과 전극판(20) 사이의 간격을 결정하는 요인이 되며, 통상적으로 상기 염수가 소금물인 경우에는 0.5 ~ 6 mm의 간격을 갖는 것이 바람직하고, 상기 염수가 바닷물인 경우에는 0.5 ~ 8 mm의 간격을 유지하는 것이 바람직하다. 상기 전극판(30)들이 이러한 간격을 유지할 때, 각 전극판(20)의 전류밀도는 0.05 ~ 0.5 A/cm²의 범위를 가지게 되며, 이때 소요되는 전력은 3.0 ~ 9.0 Kw/KgCl₂의 범위를 가지게 된다.

상기 전극판 지지부재(30)의 두께는 몇 mm 인 것이 바람직하고, 양쪽 단부지지홈(32b) 사이의 간격턱(G)은 mm 인 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 전극판 지지부재(30)는 도 5 및 도 6과 같이, 중간지지홈(32a)와 단부지지홈(32b)의 배치 순서에 따라 A형 지지부재(30a)와 B형 지지부재(30b)로 구분된다. 상기 A형 지지부재(30a)는 중간지지홈(32a)이 양쪽 가장자리에 배치되고, B형 지지부재(30b)는 단부지지홈(32b)이 양쪽 가장자리에 배치된다. 그래서 전극판(20)을 조립하여 셀(C)을 구성할 때는 도 7와 같이 상기 A형 지지부재(30a)와 B형 지지부재(30b)가 교대로 배치된다.

하나의 전해조 내부에 설치되는 전극판 지지부재(30)의 수량은 셀(C)의 수량에 따라 달라지는데, 통상 하나의 하우징(10) 내에는 필요에 따라 3 ~ 20개의 셀(C)을 형성할 수 있으며, 셀(C)과 셀(C) 사이에는 각각 상기 A형 지지부재(30a)와 B형 지지부재(30b)가 교대로 배치된다. 그리고, 상기 전극판 지지부재(40)는 비전도성 재질, 바람직하기로는 사출성형이 가능한 폴리염화비닐(PVC)이나 유리섬유강화 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지, 테프론 수지 등으로 이루어진 것이 바람직하다.

10; 하우징 11; 염수공급구
12; 염수배출구 13; 양극단자
14; 음극단자 20; 전극판
30,30a,30b; 전극판 지지부재 31; 절삭부
32; 전극판 지지홈 32a; 중간지지홈
32b; 단부지지홈 C; 셀(Cell)
G ; 간격턱 P; 수소배출통로
S ; 공간부

Claims

차아염소산나트륨 제조용 전해조의 하우징(10)의 내부공간을 다수개의 셀(Cell)로 분할하면서 상기 내부공간에 나란히 배치되는 전극판(20)을 나란히 교대로 지지해 주는 전극판 지지부재(30)에 있어서,
상기 전극판 지지부재(30)는 테두리 부위가 상기 하우징(10)의 내벽에 밀착되면서 상부에는 수소배출통로(P)를 형성하도록 절삭부(31)가 구비되어 있고, 그 중앙에는 전극판(20)이 통과하는 사각형 구조의 공간부(S)가 형성되어 있으며, 상기 공간부(S)의 상변과 하변에는 서로 대응하는 다수개의 전극판 지지홈(32)이 일정한 간격으로 형성되어 있되,
상기 전극판 지지홈(32)은 상기 전극판(20)의 중간부위를 지지할 수 있도록 상기 전극판 지지부재(30)의 전면에서 후면으로 관통된 중간지지홈(32a)과, 상기 전극판(20)의 양극 단부와 음극 단부를 서로 이격되게 지지할 수 있도록 간격턱(G)을 사이에 두고 상기 전극판 지지부재(30)의 전면과 후면을 향하여 각각 개방되어 있는 한쌍의 단부지지홈(32b)이 하나씩 번갈아 배치된 것을 특징으로 하는 차아염소산나트륨 제조용 전해조의 전극 지지부재.
제1항에 있어서, 상기 전극판 지지부재(30)는 상기 중간지지홈(32a)이 양쪽 가장자리에 배치된 A형 지지부재(30a)와, 상기 단부지지홈(32b)이 양쪽 가장자리에 배치된 B형 지지부재(30b)로 이루어진 것을 특징으로 하는 차아염소산나트륨 제조용 전해조의 전극 지지부재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극판 지지부재(30)는 폴리염화비닐(PVC)이나 유리섬유강화 폴리프로필렌, 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌(ABS) 수지, 테프론 수지 중 어느 하나로 사출 성형된 것을 특징으로 하는 차아염소산나트륨 제조용 전해조의 전극 지지부재.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 전극판 지지홈(32) 사이의 간격은 0.5 ~ 8 mm인 것을 특징으로 하는 차아염소산나트륨 제조용 전해조 의 전극 지지부재.