KR20130079569A - Seawater electrolysis system and seawater electrolysis method - Google Patents
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Abstract
이 해수 전해 장치는, 산화이리듐을 함유하는 코팅재가 피복된 티탄으로 이루어지는 양극 (A) 과, 음극 (C) 을 함유하는 전극 (30) 과, 양극 (A) 및 음극 (C) 을 수납하는 전해조 본체 (20) 와, 양극 (A) 및 음극 (C) 사이에 양극 표면의 전류 밀도가 20 A/d㎡ 이상이 되도록 통전하는 전원 장치 (40) 를 구비하고, 전해조 본체 (20) 내의 해수를 전기 분해한다.This seawater electrolysis device is an electrolytic cell containing an anode (A) made of titanium coated with a coating material containing iridium oxide, an electrode (30) containing a cathode (C), and an anode (A) and a cathode (C). A power supply device 40 is provided between the main body 20 and the positive electrode A and the negative electrode C so that the current density of the surface of the positive electrode is 20 A / dm 2 or more, and the seawater in the electrolytic cell main body 20 is provided. Electrolysis.
Description
본 발명은, 해수에 전기 분해를 실시함으로써 차아염소산을 발생시키는 해수 전해 장치를 구비한 해수 전해 시스템, 및 해수 전해 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the seawater electrolysis system provided with the seawater electrolysis apparatus which produces hypochlorous acid by electrolyzing seawater, and a seawater electrolysis method.
종래, 해수를 다량으로 사용하는 화력 발전소, 원자력 발전소, 해수담수화 플랜트, 화학 플랜트 등에 있어서는, 그 취수구나 배관, 복수기, 각종 냉각기 등의 해수와 접촉하는 부분의 조류 (藻類) 나 패류의 부착 번식이 큰 문제로 되고 있다.Conventionally, in a thermal power plant, a nuclear power plant, a seawater desalination plant, a chemical plant, etc., which use a large amount of seawater, the propagation of algae or shellfish in the parts in contact with the seawater, such as water intake, piping, condensers, and various coolers, etc. It becomes a big problem.
이 문제를 해결하기 위해서, 천연의 해수에 전기 분해를 실시함으로써 차아염소산을 생성하고, 당해 차아염소산을 취수구 중에 주입함으로써 해양 생물의 부착을 억제하는 해수 전해 장치가 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 참조).In order to solve this problem, seawater electrolysis apparatuses which produce hypochlorous acid by electrolyzing natural seawater and injecting the hypochlorous acid into the intake port to suppress adhesion of marine organisms have been proposed (for example, a patent) See Document 1).
즉, 이 해수 전해 장치는, 케이스상을 이루는 전해조 본체 내에 전극으로서의 양극·음극이 배치된 구조를 이루고 있으며, 당해 전해조 본체 내에 해수가 유통된다. 해수 중에는 염화물 이온 및 수산화 이온이 존재하기 때문에, 양극·음극 사이에 전류를 통전하면, 양극에서는 염소가 생성되고, 음극에서는 수산화나트륨이 생성된다. 그리고, 염소와 수산화나트륨이 반응함으로써, 해양 생물의 부착 억제 효과를 갖는 차아염소산이 생성된다.That is, this seawater electrolytic apparatus has the structure in which the anode and the cathode as electrodes were arrange | positioned in the electrolytic cell main body which forms a case shape, and seawater is distribute | circulated in the said electrolytic cell main body. Since chloride ions and hydroxide ions are present in seawater, chlorine is produced at the anode and sodium hydroxide is produced at the cathode when an electric current flows between the anode and the cathode. And chlorine and sodium hydroxide react, and the hypochlorous acid which has the effect of inhibiting adhesion of marine organisms is produced | generated.
여기서, 상기 해수 전해 장치의 전해조 내에 배치되는 전극, 특히 양극으로는, 일반적으로 티탄 기판에 백금을 주체로 한 복합 금속, 즉, 백금 주체 코팅재를 코팅한 것이 사용되고 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 참조).Here, as an electrode disposed in the electrolytic cell of the seawater electrolytic apparatus, in particular an anode, a coating of a composite metal mainly composed of platinum on a titanium substrate, that is, a platinum main coating material is generally used (for example, Patent Document 2 Reference).
또, 아직 해수 전해 장치로서 실용화된 사례는 없지만, 전기 분해의 양극의 코팅재로서 산화이리듐을 주체로 한 복합 금속, 즉, 산화이리듐 주체 코팅재를 적용하는 것이 제안되어 있다 (예를 들어, 특허문헌 3 참조).Moreover, although there is no example of practical use as a seawater electrolytic apparatus, it is proposed to apply a composite metal mainly composed of iridium oxide, that is, an iridium oxide main coating material, as a coating material for an anode of electrolysis (for example, Patent Document 3). Reference).
또, 해수담수화 장치 등의 해수 농축 장치로부터 배출되는 염분 농도가 높은 농축수를 처리수로서 사용하는 해수 전해 장치도 알려져 있다. 이 해수 전해 장치는, 농축수를 전기 분해함으로써 생성되는 전해 처리수 중의 차아염소산의 농도를 높임으로써 소비 전력을 저감시키고, 해수 전해 장치의 효율화, 소형화를 도모한 것이다 (예를 들어, 특허문헌 4 참조).Moreover, the seawater electrolysis apparatus which uses concentrated water with a high salt concentration discharged from seawater concentration apparatuses, such as a seawater desalination apparatus, as a treated water is also known. This seawater electrolytic apparatus reduces the power consumption by increasing the concentration of hypochlorous acid in the electrolytically treated water produced by electrolyzing concentrated water, and aims at making the seawater electrolytic apparatus more efficient and smaller (for example, Patent Document 4). Reference).
그런데, 백금 주체 코팅재를 사용한 전극에 있어서는, 전기 분해시에 양극 근방에서 발생하는 산소나, 음극 근방에서 발생하는 스케일 (칼슘, 마그네슘 등) 의 영향에 의해, 전극의 소모가 빠르게 진행되어 버린다. 그 때문에, 전극 세정이나 전극 교환을 빈번하게 실시할 필요가 있어, 메인터넌스 비용이 많이 소요되어 버린다.By the way, in the electrode using a platinum main body coating material, consumption of an electrode advances rapidly by the influence of the oxygen generate | occur | produced in the vicinity of a positive electrode at the time of electrolysis, and the scale (calcium, magnesium, etc.) which generate | occur | produces in the vicinity of a negative electrode. For this reason, it is necessary to frequently perform electrode cleaning or electrode exchange, and maintenance costs are high.
또, 전극 표면에서의 전류 밀도가 높을수록 염소 발생 효율이 높아진다고 생각된다. 이 경향은 해수 전해 장치에 해수 농축수를 도입하여 차아염소산을 발생시키는 경우에도 동일하게 나타난다.In addition, it is considered that the higher the current density at the electrode surface, the higher the chlorine generation efficiency. This tendency also appears in the case of introducing hypochlorous acid by introducing concentrated seawater into the seawater electrolyzer.
그러나, 전류 밀도가 증대되면, 양극 근방에서 발생하는 산소나 음극 근방에서 발생하는 스케일의 양도 증가하기 때문에, 오히려 전극의 소모가 빠르게 진행되어 버린다. 그 때문에, 백금 주체 코팅재를 사용한 전극에서는, 전극 표면에서의 전류 밀도를 높게 하지는 못하고, 예를 들어 전류 밀도의 최대치를 15 A/d㎡ 정도로 억제하는 것이 기술 상식으로 되어 있었다.However, when the current density is increased, the amount of oxygen generated near the anode and the scale generated near the cathode also increases, so that electrode consumption is rapidly advanced. Therefore, in the electrode using a platinum-based coating material, the current density at the surface of the electrode cannot be increased. For example, it is common knowledge that the maximum value of the current density is reduced to about 15 A / dm 2.
이와 같이 전기 분해의 전류 밀도를 억제할 필요가 있기 때문에, 해수로부터 충분한 차아염소산을 발생시키기 위해서는 수많은 전극을 배치할 필요가 있어, 장치의 제조 비용 증대, 장치의 대형화를 초래해 버린다.Since it is necessary to suppress the current density of electrolysis in this way, in order to generate | occur | produce sufficient hypochlorous acid from seawater, many electrodes need to be arrange | positioned, resulting in the increase of manufacturing cost of an apparatus, and enlargement of an apparatus.
본 발명은 이와 같은 과제를 감안하여 이루어진 것으로서, 전극의 내구성의 향상을 도모할 수 있음과 함께, 염소 발생 효율의 저하를 억제하는 것이 가능한 해수 전해 장치, 해수 전해 시스템 및 해수 전해 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and provides a seawater electrolysis apparatus, a seawater electrolysis system, and a seawater electrolysis method capable of improving the durability of the electrode and suppressing a decrease in chlorine generation efficiency. The purpose.
여기서, 발명자들이 상기 해수 전해 장치의 전극에 대해 예의 연구를 거듭한 결과, 산화이리듐 주체 코팅재를 피복한 양극에서는, 백금 주체 코팅재를 피복한 종래의 전극의 기술 상식에 반하여, 15 A/d㎡ 를 초과하는 전류 밀도를 통전하는 것이 전극의 내구성의 향상 및 염소 발생 효율의 저하의 억제에 유효하다는 지견을 얻었다.Here, as a result of the inventors earnestly researching the electrode of the seawater electrolytic apparatus, the anode coated with the iridium oxide main coating material is 15 A / dm 2 as opposed to the common knowledge of the conventional electrode coated with the platinum main coating material. It has been found that energizing excess current density is effective for improving the durability of the electrode and reducing the decrease in the chlorine generation efficiency.
즉, 본 발명에 관련된 해수 전해 장치는, 산화이리듐을 함유하는 코팅재가 피복된 티탄으로 이루어지는 양극과, 음극을 포함하는 전극과, 상기 양극 및 상기 음극을 수납하는 전해조 본체와, 상기 양극 및 상기 음극 사이에 양극 (兩極) 표면의 전류 밀도가 20 A/d㎡ 이상이 되도록 통전하는 전원 장치를 구비한다.That is, the seawater electrolytic apparatus according to the present invention includes an anode made of titanium coated with a coating material containing iridium oxide, an electrode including a cathode, an electrolytic cell body accommodating the anode and the cathode, the anode and the cathode It is provided with a power supply device which energizes so that current density of an anode surface may be 20 A / dm <2> or more in between.
본 발명에 관련된 해수 전해 방법은, 상기 전해조 본체 내에 해수를 유통시키고, 상기 양극 및 상기 음극 사이에 양극 표면의 전류 밀도가 20 A/d㎡ 이상이 되도록 통전하여, 상기 전해조 본체 내의 해수를 전기 분해한다.According to the seawater electrolytic method according to the present invention, seawater is circulated in the electrolytic cell body, and electricity is supplied between the positive electrode and the negative electrode so that the current density on the surface of the positive electrode is 20 A / dm 2 or more, and the seawater in the electrolytic cell body is electrolyzed. do.
본 발명에 있어서는, 전극 표면에서의 전류 밀도가 종래의 15 A/d㎡ 보다 큰 20 A/d㎡ 이상으로 되어 있기 때문에, 전기 분해에 수반하여 음극에서 발생하는 수소 가스의 양이 종래에 비해 증대된다. 이 다량의 수소 가스에 의해, 전극의 세정 효과가 발현되기 때문에, 양극에 대한 망간 스케일의 부착, 및 음극에서의 칼슘, 마그네슘 등의 스케일의 부착을 방지할 수 있다. 또, 양극 부근에서 발생하는 산소의 양도 증대되지만, 산화이리듐은 산소에 대한 충분한 내구성을 구비하고 있기 때문에, 당해 산소에 의해 전극이 소모되는 것을 방지할 수 있다.In the present invention, since the current density at the electrode surface is 20 A / dm 2 or more, which is larger than the conventional 15 A / dm 2, the amount of hydrogen gas generated at the cathode along with electrolysis increases as compared with the conventional one. do. Since the washing effect of an electrode is expressed by this large amount of hydrogen gas, adhesion of manganese scale to an anode and adhesion of scales, such as calcium and magnesium, at a cathode can be prevented. In addition, although the amount of oxygen generated near the anode is also increased, since iridium oxide has sufficient durability against oxygen, it is possible to prevent the electrode from being consumed by the oxygen.
본 발명에 있어서, 상기 전원 장치에 의해 통전되는 상기 양극 및 상기 음극 표면의 전류 밀도는, 20 A/d㎡ 이상 40 A/d㎡ 이하의 범위에 포함되어도 된다. 바람직하게는 20 A/d㎡ 이상 30 A/d㎡ 이하의 범위에 포함되어도 된다.In this invention, the current density of the surface of the said positive electrode and the said negative electrode which are energized by the said power supply apparatus may be contained in 20 A / dm <2> or more and 40 A / dm <2> or less. Preferably, you may be included in the range of 20 A / dm <2> or more and 30 A / dm <2> or less.
전류 밀도가 지나치게 큰 경우, 예를 들어 40 A/d㎡ 를 초과하는 경우에는, 양극 및 음극에서의 스케일 발생량이 수소의 세정 효과의 유효한 범위를 초과해 버린다. 이에 대하여 본 발명에서는, 전류 밀도의 상한치를 40 A/d㎡ 로 하고, 바람직하게는 30 A/d㎡ 로 하고 있기 때문에, 수소에 의해 세정 효과를 유효하게 발현시킬 수 있어, 양극 및 음극에서의 스케일 부착을 효과적으로 방지하는 것이 가능해진다.When the current density is too large, for example, when it exceeds 40 A / dm 2, the amount of scale generated at the anode and the cathode exceeds the effective range of the washing effect of hydrogen. In contrast, in the present invention, since the upper limit of the current density is 40 A / dm 2 and preferably 30 A / dm 2, the cleaning effect can be effectively expressed by hydrogen, and the It is possible to effectively prevent scale attachment.
본 발명에 관련된 해수 전해 장치는, 복수의 상기 전해조 본체와, 이들 전해조 본체끼리에 있어서의 상기 해수의 유출구와 유입구를 접속하는 접속관과, 상기 접속관 내의 가스를 제거하는 가스 제거 수단을 추가로 구비해도 된다.The seawater electrolytic apparatus according to the present invention further includes a plurality of the electrolyzer main bodies, a connecting tube connecting the outlet and the inlet of the seawater in the electrolyzer main bodies, and gas removing means for removing gas in the connecting tube. You may provide it.
전류 밀도를 높게 할수록 음극에서의 수소 발생에 의해 액가스비가 저하되기 때문에, 염소 발생 효율이 저하되어 버린다. 이에 대하여, 접속관에 형성된 가스 제거 수단에 의해 특히 수소 가스를 제거함으로써, 전해조 내를 소정의 액가스비 이하로 억제하여 효율 저하를 방지할 수 있다.As the current density is increased, the liquid gas ratio decreases due to hydrogen generation at the cathode, so that the chlorine generation efficiency is lowered. On the other hand, by removing especially hydrogen gas by the gas removal means formed in the connection pipe, the inside of an electrolytic cell can be suppressed below predetermined liquid gas ratio, and the efficiency fall can be prevented.
본 발명에 관련된 해수 전해 시스템은, 상기한 본 발명에 관련된 해수 전해 장치와, 상기 전해조 본체에 도입되어야 할 해수 중에 함유되는 염화물 이온의 농도를 높이는 농축 수단을 구비한다.The seawater electrolytic system according to the present invention includes the seawater electrolytic apparatus according to the present invention described above, and a concentrating means for increasing the concentration of chloride ions contained in the seawater to be introduced into the electrolytic cell body.
본 발명에 관련된 해수 전해 방법은, 전기 분해해야 할 해수 중에 함유되는 염화물 이온의 농도를 높이고, 염화물 이온 농도를 높인 해수를 상기 전해조 본체 내에 유통시키며, 상기 양극 및 상기 음극 사이에 통전하여 상기 전해조 본체 내의 해수를 전기 분해한다.The seawater electrolytic method according to the present invention increases the concentration of chloride ions contained in seawater to be electrolyzed, distributes seawater having a high chloride ion concentration in the electrolyzer body, and energizes the electrolyzer body through the anode and the cathode. Electrolyze seawater inside.
본 발명에 있어서는, 해수 전해 장치에 염화물 이온 농도, 전기 전도도를 높인 농축수를 도입한다. 또한, 양극의 코팅재에 산화이리듐이 함유되기 때문에, 전극 표면에서의 전류 밀도를 높게 설정할 수 있고, 생성되는 전해 처리수에 함유되는 차아염소산의 농도를 높일 수 있다. 즉, 전극의 단위 면적당 차아염소산의 발생량을 증가시킴으로써, 전극 면적을 저감시킬 수 있고, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.In this invention, the concentrated water which raised chloride ion concentration and electrical conductivity is introduce | transduced into a seawater electrolysis apparatus. Moreover, since iridium oxide is contained in the coating material of a positive electrode, the current density in an electrode surface can be set high, and the density | concentration of the hypochlorous acid contained in the electrolytically-processed water produced can be raised. That is, by increasing the generation amount of hypochlorous acid per unit area of the electrode, the electrode area can be reduced, and the device can be miniaturized.
본 발명에 있어서, 상기 전원 장치에 의해 통전되는 상기 양극 및 상기 음극 표면의 전류 밀도는, 20 A/d㎡ 이상 60 A/d㎡ 이하의 범위에 포함되어도 된다. 바람직하게는 20 A/d㎡ 이상 50 A/d㎡ 이하의 범위에 포함되어도 된다.In this invention, the current density of the surface of the said positive electrode and the said negative electrode which are energized by the said power supply apparatus may be contained in 20 A / dm <2> or more and 60 A / dm <2> or less. Preferably, you may be included in the range of 20 A / dm <2> or more and 50 A / dm <2> or less.
전류 밀도가 지나치게 큰 경우, 예를 들어 60 A/d㎡ 를 초과하는 경우에는, 양극 및 음극에서의 스케일 발생량이 수소의 세정 효과의 유효한 범위를 초과해 버린다. 이에 대하여 본 발명에서는, 전류 밀도의 상한치를 60 A/d㎡ 로 하고, 바람직하게는 50 A/d㎡ 로 하고 있기 때문에, 수소에 의해 세정 효과를 유효하게 발현시킬 수 있어, 양극 및 음극에서의 스케일 부착을 효과적으로 방지하는 것이 가능해진다.When the current density is too large, for example, when it exceeds 60 A / dm 2, the amount of scale generated at the anode and the cathode exceeds the effective range of the washing effect of hydrogen. In contrast, in the present invention, since the upper limit of the current density is set to 60 A / dm 2, preferably 50 A / dm 2, the cleaning effect can be effectively expressed by hydrogen, and the It is possible to effectively prevent scale attachment.
본 발명에 관련된 해수 전해 시스템은, 상기 전기 분해 후의 해수로부터 상기 음극에 있어서 생성된 수소 가스를 분리하는 수소 분리 수단을 추가로 구비해도 된다. 이로써, 수소 가스에 의한 세정 효과를 더욱 효과적으로 발현시킬 수 있어, 양극 및 음극에서의 스케일 부착을 유효하게 방지할 수 있다.The seawater electrolysis system according to the present invention may further include hydrogen separation means for separating the hydrogen gas generated in the cathode from the seawater after the electrolysis. Thereby, the washing | cleaning effect by hydrogen gas can be expressed more effectively, and scale adhesion at an anode and a cathode can be effectively prevented.
본 발명에 관련된 해수 전해 장치에 있어서, 상기 코팅재에는 탄탈의 산화물이 첨가되어도 된다.In the seawater electrolytic apparatus according to the present invention, an oxide of tantalum may be added to the coating material.
산소에 대한 내구성이 높은 탄탈을 상기 코팅재에 첨가함으로써, 양극에서 발생하는 산소에 대한 내구성을 향상시키고, 전극의 이상 소모를 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.By adding tantalum, which is highly resistant to oxygen, to the coating material, it is possible to improve durability against oxygen generated at the anode and to prevent abnormal consumption of the electrode more effectively.
본 발명에 관련된 해수 전해 장치에 있어서, 상기 전극은, 상기 해수의 유통 방향 일방측 부분이 상기 양극으로 됨과 함께 타방측 부분이 상기 음극으로 된 복수의 이극 (二極) 전극판을 포함하고, 이들 이극 전극판을 상기 유통 방향으로 간격을 두고 배열하여 이루어지는 전극군이 서로 평행을 이루도록 복수 배치되고, 서로 평행하게 이웃하는 상기 전극군끼리의 상기 이극 전극판이 상기 양극과 상기 음극을 대향시켜 배치되어도 된다.In the seawater electrolysis apparatus according to the present invention, the electrode includes a plurality of bipolar electrode plates in which one side portion of the seawater flow direction becomes the positive electrode and the other side portion becomes the negative electrode. A plurality of electrode groups formed by arranging the bipolar electrode plates at intervals in the flow direction may be arranged in parallel to each other, and the bipolar electrode plates of the electrode groups adjacent to each other in parallel to each other may be disposed to face the positive electrode and the negative electrode. .
이와 같이, 양극 및 음극을 갖는 이극 전극판을 집약적으로 배치함으로써, 장치 자체의 소형화를 도모할 수 있다. In this way, by intensively disposing the positive electrode plate having the positive electrode and the negative electrode, the device itself can be miniaturized.
또, 각 이극 전극판은 해수의 유통 방향을 따라 배치되어 있기 때문에, 해수의 유통이 방해되지 않는다. 이로써, 해수의 유속을 높게 유지할 수 있기 때문에, 당해 해수에 의한 전극에 대한 스케일 부착의 방지 효과를 유효하게 얻을 수 있다.Moreover, since each bipolar electrode plate is arrange | positioned along the distribution direction of seawater, distribution of seawater is not obstructed. Thereby, since the flow velocity of seawater can be kept high, the effect of preventing scale adhesion to the electrode by the seawater can be obtained effectively.
또한, 서로 평행하게 이웃하는 전극군끼리의 양극 및 음극이 대향하고 있기 때문에, 이들 양극 및 음극 사이에 통전함으로써, 전극 사이를 유통하는 해수에 대해 효율적으로 전기 분해를 실시하는 것이 가능해진다.In addition, since the anode and the cathode of the electrode groups adjacent to each other in parallel to each other face each other, it is possible to conduct electrolysis to the seawater flowing through the electrodes efficiently by energizing the anode and the cathode.
본 발명에 관련된 해수 전해 장치에 있어서, 각 상기 전극군에 있어서의 상기 유통 방향으로 이웃하는 상기 이극 전극판끼리의 간격은, 서로 평행하게 이웃하는 상기 전극군끼리의 간격의 8 배 이상이어도 된다.In the seawater electrolytic apparatus according to the present invention, the distance between the bipolar electrode plates adjacent in the flow direction in each of the electrode groups may be 8 times or more than the distance between the electrode groups adjacent to each other in parallel.
유통 방향으로 이웃하는 이극 전극판끼리의 간격이 작은 경우에는, 이들 이극 전극판끼리의 사이를 유통하는 전류, 즉, 전기 분해에 대한 기여가 작은 미주 전류가 발생한다. 이 미주 전류는 전극 표면에서의 전류 밀도가 높아질수록 현저해진다. 이에 대하여, 상기와 같이 유통 방향으로 이웃하는 이극 전극판끼리의 간격의 적정화를 도모함으로써, 당해 미주 전류의 발생을 억제하고, 해수 전해 효율의 저하를 방지할 수 있다.When the distance between the two pole electrode plates which adjoin in a flow direction is small, the electric current which distributes between these two pole electrode plates, ie, an endnote electric current with small contribution to electrolysis, generate | occur | produces. This endnote current becomes remarkable as the current density at the electrode surface increases. On the other hand, by adequacy of the space | interval of the adjacent bipolar electrode plates in a flow direction as mentioned above, generation | occurrence | production of the said vagus current can be suppressed and the fall of seawater electrolysis efficiency can be prevented.
본 발명에 있어서, 상기 해수 전해 장치는, 상기 전해조 본체의 유출구로부터 유출되는 전기 분해 후의 상기 해수를, 상기 전해조 본체의 유입구로부터 유입되기 전의 상기 해수에 혼합시키는 순환 유로를 구비해도 된다.In the present invention, the seawater electrolytic apparatus may include a circulation passage for mixing the seawater after electrolysis flowing out of the outlet of the electrolyzer body to the seawater before inflow from the inlet of the electrolyzer body.
전류 밀도를 높게 하면 할수록 전극 표면에 대한 스케일의 부착이 염려된다. 그러나, 전기 분해 후의 해수를 순환 유로를 통해 전기 분해 전의 해수에 혼합함으로써, 해수 전해 장치의 전해조를 통과한 해수 중에 함유되는 스케일 성분에 의한 종정 (種晶) 효과가 얻어지기 때문에, 전극 표면에 스케일 부착을 방지할 수 있다.The higher the current density, the more concerned the adhesion of the scale to the electrode surface. However, by mixing the seawater after electrolysis with the seawater before electrolysis through the circulation flow path, a seeding effect due to the scale component contained in the seawater passing through the electrolytic cell of the seawater electrolysis device is obtained, so that the scale is formed on the electrode surface. The adhesion can be prevented.
본 발명에 의하면, 전극에 대한 스케일의 부착을 방지하여, 전극의 내구성의 향상 및 염소 발생 효율의 저하의 억제를 도모할 수 있다.According to the present invention, adhesion of the scale to the electrode can be prevented, thereby improving the durability of the electrode and suppressing the decrease in the chlorine generation efficiency.
도 1 은 본 발명에 관련된 해수 전해 시스템의 제 1 실시형태를 나타내는 모식도이다.
도 2 는 제 1 실시형태에 있어서의 해수 전해 장치를 나타내는 종단면도이다.
도 3 은 해수 전해 장치의 주요부를 확대하여 본 도이다.
도 4 는 전원 장치에 있어서의 정전류 제어 회로의 정전류 제어 커브를 설명하는 그래프이다.
도 5 는 본 발명에 관련된 해수 전해 시스템의 제 2 실시형태를 나타내는 모식도이다.
도 6 은 제 2 실시형태의 변형예를 나타내는 모식도이다.
도 7 는 본 발명에 관련된 해수 전해 시스템의 제 3 실시형태를 나타내는 모식도이다.
도 8 은 제 3 실시형태에 있어서의 수소 분리 장치를 나타내는 개략도이다.
도 9 는 염소 발생 효율 측정 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.
도 10 은 전극 소모량 측정 시험의 결과를 나타내는 그래프이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic diagram which shows 1st Embodiment of the seawater electrolysis system concerning this invention.
It is a longitudinal cross-sectional view which shows the seawater electrolysis apparatus in 1st Embodiment.
3 is an enlarged view of a main part of the seawater electrolytic apparatus.
4 is a graph illustrating a constant current control curve of the constant current control circuit in the power supply device.
It is a schematic diagram which shows 2nd Embodiment of the seawater electrolysis system which concerns on this invention.
It is a schematic diagram which shows the modification of 2nd Embodiment.
It is a schematic diagram which shows 3rd Embodiment of the seawater electrolysis system which concerns on this invention.
8 is a schematic view showing a hydrogen separation device according to a third embodiment.
9 is a graph showing the results of a chlorine generation efficiency measurement test.
10 is a graph showing the results of an electrode consumption measurement test.
이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 대해 도 1 로부터 도 4 를 참조하여 설명한다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, 1st Embodiment of this invention is described with reference to FIG.
제 1 실시형태의 해수 전해 시스템 (100A) 은, 해수가 유통하는 취수용 수로 (1) 로부터 해수를 취수하고, 해수 전해 장치 (10) 로 해수를 전기 분해한 후, 처리된 해수를 취수용 수로 (1) 에 주입하는 시스템이다.The
이 해수 전해 시스템 (100A) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 해수 전해 장치 (10) 와, 저류 탱크 (50) 와, 취수부 (60) 와, 주수부 (70) 를 구비하고 있다. 저류 탱크 (50) 는, 해수 전해 장치 (10) 로 전기 분해된 해수 (W) 가 저류된다. 취수부 (60) 는, 해수 전해 장치 (10) 에 취수용 수로 (1) 로부터 해수 (W) 를 도입한다. 주수부 (70) 는, 저류 탱크 (50) 의 해수 (W) 를 취수용 수로 (1) 에 주입한다.As shown in FIG. 1, this
해수 전해 장치 (10) 는, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 전해조 본체 (20), 전극 지지 상자 (26), 단자판 (28, 29) 및 복수의 전극 (30) 을 포함하고 있다.As shown in FIG. 2, the seawater
전해조 본체 (20) 는, 양단이 개구하는 대략 통상의 외통 (21) 을 구비하고 있고, 외통 (21) 의 일단에는 그 일단측의 개구를 폐색하는 상류측 뚜껑부 (22) 가 형성되어 있다. 또한, 외통 (21) 의 타단에는 그 타단측의 개구를 폐색하는 하류측 뚜껑부 (24) 가 형성되어 있다. 전해조 본체 (20) 는, 이들 외통 (21), 상류측 뚜껑부 (22) 및 하류측 뚜껑부 (24) 에 의해 소정의 내압 강도가 확보되어 있다.The electrolyzer
또, 상류측 뚜껑부 (22) 에는, 전해조 본체 (20) 내외를 연통하는 유입구 (23) 가 형성되어 있고, 하류측 뚜껑부 (24) 에는 전해조 본체 (20) 내외를 연통하는 유출구 (25) 가 형성되어 있다. 즉, 전해조 본체 (20) 에 있어서는, 상류측 뚜껑부 (22) 의 유입구 (23) 로부터 해수 (W) 가 도입되고, 그 해수 (W) 가 외통 (21) 내를 유입구 (23) 측으로부터 유출구 (25) 측을 향해 일방향으로 유통한 후, 그 유출구 (25) 로부터 전해조 본체 (20) 밖으로 유출된다. 이하에서는 전해조 본체 (20) 내의 유입구 (23) 측을 상류측, 유출구 (25) 측을 하류측이라고 칭한다.Moreover, the
전극 지지 상자 (26) 는, 예를 들어 플라스틱 등의 전기 절연재로 구성된 통상을 이루는 부재로서, 해수 (W) 의 유통 방향으로 연재 (延在) 하도록 전해조 본체 (20) 내에 수납되어 있다. 이 전극 지지 상자 (26) 는, 복수의 고정 부재 (27) 를 개재하여 상류측 뚜껑부 (22) 및 하류측 뚜껑부 (24) 에 고정되어 있다. 또, 전극 지지 상자 (26) 의 내부에는, 전극 (30) 을 지지하기 위한 지지 바 (26a) 가 복수 형성되어 있다.The
단자판 (28, 29) 은, 전극 지지 상자 (26) 내에 지지되는 전극 (30) 에 대해 전해조 본체 (20) 외부로부터의 전류를 공급하는 역할을 갖고 있으며, 상기 전극 지지 상자 (26) 의 양단에 1 쌍이 배치되어 있다.The
전극 (30) 은 판상을 이루고 있으며, 상기 전극 지지 상자 (26) 의 지지 바 (26a) 에 복수가 배열 상태로 고정 지지되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 이 전극 (30) 으로서, 이극 전극판 (31), 양극판 (32) 및 음극판 (33) 의 3 종류가 사용되고 있다.The
이극 전극판 (31) 은, 전극 기판으로서의 티탄 기판을 2 개의 부분으로 나누고, 그 일방을 양극 (A), 타방을 음극 (K) 으로 한 구조를 갖고 있다. 즉, 이극 전극판 (31) 은, 그 일단측 반의 영역이 산화이리듐을 함유하는 코팅재 (산화이리듐 주체 코팅재) 가 표면에 피복된 양극 (A) 으로 되어 있고, 타단측 반의 영역은 상기 산화이리듐 주체 코팅재가 표면에 피복되지 않은 음극 (K) 으로 되어 있다.The
또, 양극판 (32) 은, 상기 티탄 기판의 표면 전체에 산화이리듐 주체 코팅재가 피복된 구조를 이루고 있고, 그 양극판 (32) 전체가 전기 분해시의 양극 (A) 으로서 기능한다. 한편, 음극판 (33) 으로는, 코팅이 실시되지 않은 티탄 기판이 채용되어 있고, 그 음극판 (33) 전체가 전기 분해시의 음극 (K) 으로서 기능한다.In addition, the
또한, 상기 산화이리듐 주체 코팅재는, 산화이리듐의 함유량이 질량비로 50 % 이상으로 설정되어 있고, 바람직하게는 60 % ∼ 70 % 의 범위로 설정되어 있다. 이로써, 산화이리듐에 의한 피복 효과를 양호하게 얻을 수 있다.Moreover, as for the said iridium oxide main coating material, content of iridium oxide is set to 50% or more by mass ratio, Preferably it is set to 60%-70% of range. Thereby, the coating effect by iridium oxide can be acquired favorably.
또, 산화이리듐 주체 코팅재에는 탄탈이 첨가되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 이 산화이리듐 주체 코팅재에는 백금이 함유되어 있지 않은 것이 바람직하다.Moreover, it is preferable that tantalum is added to the iridium oxide main coating material. Moreover, it is preferable that this iridium oxide main coating material does not contain platinum.
여기서, 전극 지지 상자 (26) 내에 있어서의 3 종류의 전극 (30) 의 배열 구조에 대해 설명한다. 이극 전극판 (31), 양극판 (32) 및 음극판 (33) 은 각각 전극 지지 상자 (26) 내의 지지 바 (26a) 에 고정 지지되어 있다.Here, the arrangement structure of the three types of
상기 전극 (30) 중 이극 전극판 (31) 은, 도 2 및 도 3 에 나타내는 바와 같이, 양극 (A) 을 액입구측을 향함과 함께, 음극 (K) 을 액출구측을 향하고, 그 연재 방향이 해수 (W) 의 유통 방향을 따르도록 복수 배열되어 있다. 또, 이들 이극 전극판 (31) 은, 상기 유통 방향으로 간격을 두고 직렬적으로 배열됨으로써 전극군 (M) 을 구성하고 있다. 그리고, 이와 같은 전극군 (M) 은, 서로 평행을 이루도록 간격을 두고 복수 형성되어 있으며, 즉, 서로 병렬적으로 복수 형성되어 있다.As shown in FIGS. 2 and 3, the
여기서, 서로 평행하게 이웃하는 전극군 (M) 끼리는 상대적으로 상기 유통 방향으로 이극 전극판 (31) 의 2 분의 1 피치분만큼 어긋난 상태로 배치되어 있다. 이로써, 서로 평행하게 이웃하는 전극군 (M) 끼리의 이극 전극판 (31) 은, 양극 (A) 과 음극 (K) 이 대향 상태가 된다. 또, 본 실시형태에 있어서는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 각 전극군 (M) 에 있어서의 상기 유통 방향으로 이웃하는 이극 전극판 (31) 끼리의 간격 (d1) 은, 서로 평행하게 이웃하는 전극군 (M) 끼리의 간격, 즉, 서로 평행하게 이웃하는 이극 전극판 (31) 끼리의 간격 (d2) 의 8 배 이상으로 설정되어 있는 것이 바람직하다.Here, the electrode groups M adjacent to each other in parallel to each other are arranged in a state in which they are shifted by a half pitch of the
한편, 이극 전극판 (31) 의 하류측에는 복수의 양극판 (32) 이 해수 (W) 의 유통 방향을 따라 서로 평행하게 배열되고, 이극 전극판 (31) 의 상류측에는 복수의 음극판 (33) 이 해수 (W) 의 유통 방향을 따라 서로 평행하게 배열되어 있다.On the other hand, a plurality of
양극판 (32) 은, 그 하류측 단부가 1 쌍의 단자판 (28, 29) 중 하류측에 있는 단자판 (29) 에 접속되어 있고, 이들 양극판 (32) 의 상류측 단부는 각각 상기 이극 전극판 (31) 의 음극 (K) 과 유통 방향으로 직교하는 방향으로 대향하고 있다. 요컨대, 양극판 (32) 의 상류측 단부와 이극 전극판 (31) 의 음극 (K) 은, 유통 방향으로 직교하는 방향에서 봐서 중첩되도록 서로 어긋나게 배치되어 있다. 또한, 음극판 (33) 은, 그 상류측 단부가 1 쌍의 단자판 (28, 29) 중 상류측에 있는 단자판 (28) 에 접속되어 있고, 이들 음극판 (33) 의 하류측 단부는 각각 상기 이극 전극판 (31) 의 양극 (A) 과 유통 방향으로 직교하는 방향으로 대향하고 있다. 요컨대, 음극판 (33) 의 하류측 단부와 이극 전극판 (31) 의 양극 (A) 은, 유통 방향으로 직교하는 방향에서 봐서 중첩되도록 서로 어긋나게 배치되어 있다.The
전원 장치 (40) 는, 해수 (W) 의 전기 분해에 제공되는 전류를 공급하는 장치로서, 직류 전원 (41) 과, 정전류 제어 회로 (42) 를 구비하고 있다. 직류 전원 (41) 은, 직류 전력을 출력하는 전원으로서, 예를 들어 교류 전원으로부터 출력되는 교류 전력을 직류로 정류하여 출력해도 된다.The
정전류 제어 회로 (42) 는, 직류 전원 (41) 으로부터 공급되는 직류 전력을 정전류로서 출력하는 회로로서, 전류 통전 구간의 전기 저항의 변화에 관계없이 당해 전류 통전구에 소정의 정전류를 출력 가능하게 되어 있다. 즉, 이 정전류 제어 회로 (42) 는, 직류 전원 (41) 으로부터 직류 전력이 입력되었을 때, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 당해 직류 전력의 전압치를 진폭 ΔV 의 범위에서 제어함으로써, 정전류 제어 커브 상의 원하는 전류치를 정전류로서 출력한다.The constant
이와 같은 정전류 제어 회로 (42) 에서는, 1 쌍의 리드선 (43, 44) 을 개재하여 양극 (A) 이 하류측의 단자판 (29) 에 접속됨과 함께, 음극 (K) 이 상류측의 단자판 (28) 에 접속되어 있다. 이로써, 정전류 제어 회로 (42) 에서 생성되는 정전류가 단자판 (28, 29) 을 개재하여 전극 (30) 에 통전된다.In such a constant
여기서, 본 실시형태의 전원 장치 (40) 에 있어서는, 전극 (30) 표면에서의 전류 밀도가 20 A/d㎡ ∼ 40 A/d㎡, 바람직하게는 20 A/d㎡ ∼ 30 A/d㎡ 의 범위가 되도록 정전류 제어 회로 (42) 가 정전류를 생성한다. 즉, 전해조 본체 (20) 내에서의 전극 (30) 의 표면적에 따른 정전류를 생성하여 당해 정전류를 전극 (30) 에 공급함으로써, 전극 (30) 표면에서의 전류 밀도를 20 A/d㎡ ∼ 40 A/d㎡, 바람직하게는 20 A/d㎡ ∼ 30 A/d㎡ 의 범위로 하고 있다.Here, in the
또한, 종래부터 사용되고 있는 백금을 주체로 한 복합 금속 (백금 주체 코팅재) 을 코팅한 전극에 있어서는, 전류 밀도의 증가에 수반하여 전극의 소모를 진행시키는 산소나 스케일의 양도 증가하기 때문에, 그 전류 밀도의 최대치를 15 A/d㎡ 정도로 설정하고 있다. 이에 대하여, 본 실시형태에 있어서는, 종래보다 전류 밀도가 높은 20 A/d㎡ ∼ 40 A/d㎡, 바람직하게는 20 A/d㎡ ∼ 30 A/d㎡ 의 범위에서 전기 분해를 실시하는 것으로 하고 있다.In addition, in the electrode coated with a composite metal (platinum main coating material) mainly composed of platinum, which has been used conventionally, the current density increases because the amount of oxygen and scale for advancing the electrode increases with increasing current density. The maximum value of is set to about 15 A / dm 2. In contrast, in the present embodiment, electrolysis is performed in a range of 20 A / dm 2 to 40 A / dm 2, preferably 20 A / dm 2 to 30 A / dm 2, which has a higher current density than conventionally. Doing.
저류 탱크 (50) 는, 상기 해수 전해 장치 (10) 에 있어서의 전해조 본체 (20) 의 유출구 (25) 로부터 유출되는 해수 (W) 가 일시적으로 저류되는 탱크로서, 전해조 본체 (20) 의 유출구 (25) 에 접속되는 중간 유로 (51) 를 통해서 내부에 해수 (W) 가 도입된다.The
취수부 (60) 는, 취수 유로 (61), 제 1 펌프 (62), 제 1 유량계 (64) 및 제 1 개폐 제어 밸브 (63) 를 포함하고 있다.The
취수 유로 (61) 는 일단이 취수용 수로 (1) 에 접속됨과 함께, 타단이 해수 전해 장치 (10) 에 있어서의 전해조 본체 (20) 의 유입구 (23) 에 접속된 유로이다.The
제 1 펌프 (62) 는, 이 취수 유로 (61) 의 중도에 형성되어 있으며, 당해 제 1 펌프 (62) 가 취수용 수로 (1) 의 해수 (W) 를 일정한 출력으로 퍼올림으로써, 이 해수 (W) 가 상기 유입구 (23) 에 도입된다.The
제 1 유량계 (64) 는, 취수 유로 (61) 의 하류측에 형성되어 있으며, 당해 취수 유로 (61) 를 통과하는 해수 (W) 의 유량 (Q1) 을 검출한다.The
또, 제 1 개폐 제어 밸브 (63) 는, 취수 유로 (61) 에 있어서의 제 1 유량계 (64) 의 상류측에 형성된 밸브로서, 제 1 유량계 (64) 가 검출하는 해수 (W) 의 유량 (Q1) 에 기초하여 개폐 제어된다. 이로써, 취수 유로 (61) 및 전해조 본체 (20) 의 해수 유통 영역의 면적비에 따라 취수로를 유통하는 해수 (W) 의 유량을 조정함으로써, 전해조 본체 (20) 내를 유통하는 해수 (W) 의 유속을 임의로 조정할 수 있다.Moreover, the 1st opening /
본 실시형태의 해수 전해 장치 (10) 에 있어서는, 전해조 본체 (20) 내를 유통하는 해수 (W) 의 유속이 적어도 0.7 m/s 이상이 되도록 제 1 개폐 제어 밸브 (63) 가 제어되는 것이 바람직하다.In the
또한, 제 1 개폐 제어 밸브 (63) 의 개폐 제어에 의해 전해조 본체 (20) 내에서의 해수 (W) 의 유속을 조정할 뿐만 아니라, 예를 들어 제 1 펌프 (62) 의 출력을 제어함으로써 전해조 본체 (20) 내에서의 해수 (W) 의 유속을 조정해도 된다.Moreover, not only the flow rate of the seawater W in the electrolytic cell
주수부 (70) 는, 주수 유로 (71), 제 2 펌프 (72), 제 2 개폐 제어 밸브 (73) 및 제 2 유량계 (74) 를 포함하고 있다.The
주수 유로 (71) 는 일단이 저류 탱크 (50) 에 접속됨과 함께 타단이 취수용 수로 (1) 에 접속된 유로이다.The main
제 2 펌프 (72) 는, 이 주수 유로 (71) 의 중도에 형성되어 있으며, 당해 제 2 펌프 (72) 가 저류 탱크 (50) 내의 해수 (W) 를 일정한 출력으로 보냄으로써, 이 해수 (W) 가 취수용 수로 (1) 에 도입된다.The
제 2 유량계 (74) 는, 주수 유로 (71) 에 있어서의 유로의 하류측에 형성되어 있으며, 당해 주수 유로 (71) 를 통과하는 해수 (W) 의 유량 (Q2) 을 검출한다.A
또, 제 2 개폐 제어 밸브 (73) 는, 주수 유로 (71) 에 있어서의 제 2 유량계 (74) 의 상류측에 형성된 밸브로서, 제 2 유량계 (74) 가 검출하는 해수 (W) 의 유량 (Q2) 에 기초하여 개폐 제어된다. 이로써, 취수용 수로 (1) 에 주입되는 해수 (W) 의 유량이 조정된다. 또한, 제 2 개폐 제어 밸브 (73) 의 개폐 제어에 의해 취수용 수로 (1) 에 대한 해수 (W) 의 주입량을 조정할 뿐만 아니라, 예를 들어 제 2 펌프 (72) 의 출력을 제어함으로써 취수용 수로 (1) 에 대한 해수 (W) 의 주입량을 조정해도 된다.Moreover, the 2nd opening-closing
다음으로, 본 실시형태의 해수 전해 장치 (10) 의 작용, 및 해수 전해 장치 (10) 를 사용한 해수 (W) 의 전해 방법에 대해 설명한다.Next, the action of the
취수용 수로 (1) 를 유통하는 해수 (W) 중 일부는, 취수부 (60) 에 의해 해수 전해 장치 (10) 의 전해조 본체 (20) 의 유입구 (23) 로부터 전해조 본체 (20) 내에 도입된다. 즉, 취수용 수로 (1) 의 해수 (W) 가 제 1 펌프 (62) 에 의해 취수 유로 (61) 내로 퍼올려짐으로써, 당해 취수 유로 (61) 를 통해 전해조 본체 (20) 내로 해수 (W) 가 도입된다. 이로써, 전해조 본체 (20) 내의 전극 (30) 이 해수 (W) 에 침지된다. 이 때, 제 1 개폐 제어 밸브 (63) 가 제 1 유량계 (64) 가 검출하는 유량에 따라 개폐됨으로써, 전해조 본체 (20) 내에 있어서 유통 방향으로 유통하는 해수 (W) 의 유속이 원하는 값으로 조정된다.Some of the seawater W circulating through the
이와 같이 전해조 본체 (20) 내를 유통하는 해수 (W) 에는, 전극 (30) 에 의해 전기 분해가 실시된다. 즉, 전원 장치 (40) 에 있어서의 직류 전원 (41) 의 직류 전력에 기초하여 정전류 제어 회로 (42) 에서 원하는 정전류가 생성되고, 당해 정전류가 리드선 (43, 44) 을 통해 단자판 (28, 29) 에 공급된다. 이들 단자판 (28, 29) 을 통해 공급되는 전류는, 전해조 본체 (20) 내를 양극판 (32), 이극 전극판 (31), 음극판 (33) 으로 순차 직렬로 유통해간다.Thus, the electrolysis is performed by the
구체적으로는, 정전류 제어 회로 (42) 로부터 양극판 (32) 으로 유통된 전류가 해수 (W) 를 통해 이극 전극판 (31) 의 음극 (K) 에 도달하면, 이 이극 전극판 (31) 내를 유통함으로써 당해 이극 전극판 (31) 의 양극 (A) 에 도달하고, 그 후, 이 양극 (A) 에 대향하는 다른 이극 전극판 (31) 의 음극 (K) 에 해수 (W) 내를 유통하여 도달한다. 이와 같이, 전류가 양극판 (32) 으로부터 복수의 이극 전극판 (31) 을 순차 유통하고, 최종적으로는 음극판 (33) 까지 유통한다. 또한, 이 때의 전류의 각 전극 (30) 표면에 있어서의 전류 밀도는, 정전류 제어 회로 (42) 에 의해, 20 A/d㎡ ∼ 40 A/d㎡, 바람직하게는 20 A/d㎡ ∼ 30 A/d㎡ 의 범위로 제어된다.Specifically, when the current circulated from the constant
이와 같이 해수 (W) 에 통전되는 전류는, 상기 정전류 제어 회로 (42) 의 작용에 의해, 해수 (W) 의 전기 저항의 변화에 관계없이 전극 (30) 표면에서의 전류 밀도가 일정해진다. 즉, 전해조 본체 (20) 내를 유통하는 해수 (W) 는 그 전기 저항의 값이 시시각각 변화하지만, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 정전류 제어 회로 (42) 가 전압을 소정의 진폭 ΔV 로 제어함으로써, 전극 (30) 표면에서의 전류 밀도를 일정하게 유지한다.As described above, the current flowing through the seawater W is constant by the action of the constant
상기와 같이 전극 (30) 사이의 해수 (W) 내를 전류가 유통함으로써 해수 (W) 에 대해 전기 분해가 실시된다.As above, electric current flows through the seawater W between the
즉, 양극 (A) 에 있어서는, 하기 (1) 식에 나타내는 바와 같이, 해수 (W) 중의 염소 이온으로부터 전자 e 가 빼앗겨 산화가 일어나 염소가 생성된다.That is, in the anode A, as shown by the following formula (1), electrons e are taken away from chlorine ions in the seawater W, oxidation occurs, and chlorine is generated.
[수학식 1][Equation 1]
2Cl- → Cl2 + 2e … (1)2Cl - → Cl 2 + 2e ... (One)
한편, 음극 (K) 에 있어서는, 하기 (2) 식에 나타내는 바와 같이, 해수 (W) 중의 물에 전자가 부여되어 환원이 일어나 수산화 이온과 수소 가스가 생성된다.On the other hand, in the cathode K, as shown in following (2) Formula, an electron is provided to the water in seawater W, reduction produces | generates, and hydroxide ion and hydrogen gas are produced | generated.
[수학식 2]&Quot; (2) "
2H2O + 2e → 2OH- + H2 ↑ … (2) 2H 2 O + 2e → 2OH - + H 2 ↑ ... (2)
또, 하기 (3) 식에 나타내는 바와 같이, 음극 (K) 에서 생성된 수산화 이온은 해수 (W) 중의 나트륨 이온과 반응하여 수산화나트륨이 생성된다.Moreover, as shown in following formula (3), the hydroxide ion produced | generated by the cathode K reacts with the sodium ion in seawater W, and sodium hydroxide is produced | generated.
[수학식 3]&Quot; (3) "
2Na+ + 2OH- → 2NaOH … (3)2Na + + 2OH - → 2NaOH ... (3)
또한, (4) 식에 나타내는 바와 같이, 수산화나트륨과 염소가 반응함으로써, 차아염소산, 염화나트륨 및 물이 생성된다.In addition, as shown in Formula (4), when sodium hydroxide and chlorine react, hypochlorous acid, sodium chloride, and water are produced | generated.
[수학식 4]&Quot; (4) "
Cl2 + 2NaOH → NaClO + NaCl + H2O … (4)Cl 2 + 2NaOH → NaClO + NaCl + H 2 O... (4)
이와 같이, 해수 (W) 의 전기 분해에 기초하여 해양 생성물의 부착에 대해 억제 효과를 갖는 차아염소산이 생성된다.In this way, hypochlorous acid is produced which has an inhibitory effect on the adhesion of marine products based on the electrolysis of seawater W.
그리고, 전기 분해가 실시된 해수 (W) 는, 전해조 본체 (20) 의 유출구 (25) 로부터 유출되고, 중간 유로 (51) 를 통과하여 저류 탱크 (50) 에 일시적으로 저류된다. 그 후, 저류 탱크 (50) 내의 해수 (W) 는, 주수부 (70) 를 통해 취수용 수로 (1) 에 주입된다. 즉, 저류 탱크 (50) 내의 차아염소산을 함유한 해수 (W) 가 제 2 펌프 (72) 가 가동됨으로써, 주수 유로 (71) 를 통해 취수용 수로 (1) 에 주입된다. 이 때, 제 2 개폐 제어 밸브 (73) 가 제 2 유량계 (74) 가 검출하는 유량에 따라 개폐됨으로써, 취수용 수로 (1) 에 대한 차아염소산을 함유하는 해수 (W) 의 유량이 조정된다.And the seawater W by which electrolysis was carried out flows out from the
여기서, 일반적으로 산화이리듐 주체 코팅재를 피복한 양극 (A) 에는, 전기 분해시에 해수 (W) 중에 함유되는 망간 이온에서 기인한 망간 스케일이 부착된다. 이 망간 스케일의 부착에 의해 양극 (A) 의 소모가 진행되어 버리고, 또한 전극 (30) 표면의 촉매 활성이 저하되기 때문에, 염소 발생 효율이 저하되어 버린다는 문제가 생긴다. 또, 음극 (K) 은, 해수 (W) 중에 함유되는 마그네슘이나 칼슘에서 기인한 스케일이 부착되고, 이 스케일에 의해 역시 전극 (30) 의 소모가 진행되어 버린다.Here, the manganese scale resulting from the manganese ion contained in the seawater W at the time of electrolysis is affixed to the anode A which coat | covered the iridium oxide main coating material generally. The adhesion of the manganese scale causes the consumption of the anode A to proceed, and the catalytic activity on the surface of the
이에 대하여, 상기 실시형태에 의하면, 전극 (30) 표면에서의 전류 밀도가 종래의 15 A/d㎡ 보다 큰 20 A/d㎡ 이상으로 설정되어 있기 때문에, 전기 분해에 수반하여 음극 (K) 에서 발생하는 수소 가스의 양이 종래에 비해 증대된다. 이 다량의 수소 가스에 의해, 전극 (30) 의 세정 효과가 발현되기 때문에, 양극 (A) 에 대한 망간 스케일의 부착, 및 음극 (K) 에서의 칼슘, 마그네슘 등의 스케일의 부착을 방지할 수 있다.On the other hand, according to the said embodiment, since the current density in the
또한, 전극 (30) 표면에서의 전류 밀도의 증가에 의해, 양극 (A) 부근에서 발생하는 산소의 양도 증대되지만, 산화이리듐은 산소에 대한 충분한 내구성을 구비하고 있기 때문에, 당해 산화이리듐을 함유하는 코팅재로 피복된 양극 (A) 이 산소에 의해 소모되어 버리는 것을 방지할 수 있다.In addition, the amount of oxygen generated in the vicinity of the anode A is also increased by increasing the current density on the surface of the
또한, 전극 (30) 표면에서의 전류 밀도가 지나치게 큰 경우, 예를 들어 40 A/d㎡ 를 초과하는 경우에는, 양극 (A) 및 음극 (K) 에서의 스케일 발생량이 수소의 세정 효과의 유효한 범위를 초과해 버린다. 이에 대하여, 본 실시형태에서는 전류 밀도의 상한을 40 A/d㎡ 로 하고 있기 때문에, 수소에 의해 세정 효과를 유효하게 발현시켜, 양극 (A) 및 음극 (K) 에서의 스케일의 부착을 효과적으로 방지할 수 있다. 또, 전류 밀도의 상한을 30 A/d㎡ 로 했을 때에는, 수소에 의한 세정 효과를 보다 유효하게 발현시킬 수 있어, 스케일의 부착을 효과적으로 방지할 수 있다.In addition, when the current density on the surface of the
이와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 양극 (A) 의 코팅재에 산화이리듐이 함유되고, 또한 전극 (30) 표면에서의 전류 밀도가 20 A/d㎡ ∼ 40 A/d㎡ 의 범위, 바람직하게는 20 A/d㎡ ∼ 30 A/d㎡ 로 설정되어 있기 때문에, 수소 가스에 의한 세정 효과를 유효하게 얻을 수 있다. 이로써, 전극 (30) 에 대한 스케일의 부착을 방지할 수 있기 때문에, 전극 (30) 의 내구성의 향상 및 염소 발생 효율의 저하의 억제를 도모하는 것이 가능해진다.As described above, in the present embodiment, iridium oxide is contained in the coating material of the anode A, and the current density on the surface of the
따라서, 해수 전해 장치 (10) 의 메인터넌스성을 향상시킬 수 있는 것 외에, 높은 염소 발생 효율에 의해 전극 (30) 의 수를 줄일 수 있어, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.Therefore, the maintenance property of the seawater
또, 양극 (A) 을 피복하는 산화이리듐 주체 코팅재에 탄탈의 산화물을 첨가한 경우에는, 당해 탄탈이 산소에 대해 높은 내구성을 발휘하기 때문에, 양극 (A) 근방에서 발생하는 산소에 의한 전극 (30) 의 이상 소모를 더욱 효과적으로 방지할 수 있다.In addition, when tantalum oxide is added to the iridium oxide main coating material covering the anode A, since the tantalum exhibits high durability against oxygen, the
또한, 이 산화이리듐 주체 코팅재에 백금을 함유시키지 않음으로써, 비용의 저감을 도모할 수 있다.Moreover, cost can be aimed at by not containing platinum in this iridium-oxide main coating material.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 이극 전극판 (31) 을 직렬적으로 배치하여 전극군 (M) 을 구성하는 것과 함께 이 전극군 (M) 을 서로 평행하게 배열함으로써, 다수의 이극 전극판 (31) 을 집약적으로 배치하고 있기 때문에, 염소의 총발생량을 크게 담보하면서 장치 자체의 소형화를 도모할 수 있다.In addition, in this embodiment, the electrode group M is arrange | positioned in series and the electrode group M is arrange | positioned in parallel, and
또, 각 이극 전극판 (31) 은 해수 (W) 의 유통 방향을 따라 배치되어 있기 때문에, 해수 (W) 의 유통이 방해되지 않는다. 이로써, 해수 (W) 의 유속을 높게 유지할 수 있어, 전극 (30) 에 대한 스케일 부착의 방지 효과를 유효하게 얻을 수 있다.Moreover, since each
그리고, 서로 평행하게 이웃하는 전극군 (M) 끼리의 양극 (A) 및 음극 (K) 이 대향하고 있는 점에서, 이들 양극 (A) 및 음극 (K) 사이에 통전함으로써, 전극 (30) 사이를 유통하는 해수 (W) 에 대해 효율적으로 전기 분해를 실시할 수 있다.And since the positive electrode A and the negative electrode K of the electrode groups M which are adjacent to each other in parallel to each other face each other, the current flows between the positive electrode A and the negative electrode K, thereby between the
여기서, 해수 (W) 의 유통 방향으로 이웃하는 이극 전극판 (31) 끼리의 간격이 작은 경우에는, 이들 이극 전극판 (31) 끼리의 사이를 유통하는 전류, 즉, 전기 분해에 대한 기여가 작은 미주 전류가 발생한다. 이 미주 전류는 전극 (30) 표면에서의 전류 밀도가 높아질수록 현저해져, 해수 전해 효율의 저하를 초래해 버린다.Here, when the distance between the two
이에 대하여, 본 실시형태에 있어서는, 각 전극군 (M) 에 있어서의 유통 방향으로 이웃하는 이극 전극판 (31) 끼리의 간격 (d1) 이, 서로 평행하게 이웃하는 전극군 (M) 끼리의 간격 (d2) 의 8 배 이상으로 설정되어 있고, 즉, 유통 방향으로 이웃하는 이극 전극판 (31) 끼리의 간격의 적정화가 도모되고 있기 때문에, 상기 미주 전류의 발생을 억제하여, 해수 전해 효율의 저하를 방지할 수 있다.On the other hand, in this embodiment, the space | interval d1 of the
다음으로, 본 발명에 관련된 제 2 실시형태의 해수 전해 시스템 (100B) 에 대해 도 5 를 참조하여 설명한다. 또한, 제 2 실시형태에 있어서는, 제 1 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다.Next, the
도 5 에 나타내는 바와 같이, 제 2 실시형태의 해수 전해 시스템 (100B) 은, 취수부 (60) 의 취수 유로 (61) 와 주수부 (70) 의 주수 유로 (71) 사이에, 주수 유로 (71) 의 해수 (W) 를 취수 유로 (61) 에 혼합시키는 순환부 (80) 를 구비하고 있다. 이 순환부 (80) 는, 순환 유로 (81) 와, 제 3 유량계 (84) 와, 제 3 개폐 제어 밸브 (83) 를 포함하고 있다.As shown in FIG. 5, in the
순환 유로 (81) 는 일단이 주수 유로 (71) 에 접속됨과 함께 타단이 취수 유로 (61) 에 접속된 유로이다. 본 실시형태에 있어서는, 순환 유로 (81) 의 일단은 주수 유로 (71) 에 있어서의 제 2 펌프 (72) 와 제 2 개폐 제어 밸브 (73) 사이에 접속되어 있고, 그 순환 유로 (81) 의 타단은 취수 유로 (61) 에 있어서의 제 1 펌프 (62) 와 제 1 개폐 제어 밸브 (63) 사이에 접속되어 있다.The
제 3 유량계 (84) 는, 순환 유로 (81) 의 중도에 형성되어 있고, 당해 순환 유로 (81) 를 통과하는 해수 (W) 의 유량 (Q3) 을 검출한다.The
또, 제 3 개폐 제어 밸브 (83) 는, 순환 유로 (81) 에 있어서의 제 3 유량계 (84) 의 하류측에 형성된 밸브로서, 제 3 유량계 (84) 가 검출하는 해수 (W) 의 유량 (Q3) 에 기초하여 개폐 제어된다. 이로써, 주수 유로 (71) 로부터 순환 유로 (81) 를 통해 취수 유로 (61) 로 순환되는 해수 (W) 의 유량을 임의로 제어할 수 있다.Moreover, the 3rd opening-closing
이와 같은 해수 전해 시스템 (100B) 에 있어서는, 저류 탱크 (50) 에 저류된 전기 분해 후의 해수 (W) 가 제 2 펌프 (72) 에 의해 주수 유로 (71) 내에 도입되면, 당해 해수 (W) 는 순환 유로 (81) 의 일단이 접속된 주수 유로 (71) 의 분기부에 있어서, 주수 유로 (71) 를 유통하는 해수 (W) 와 순환 유로 (81) 를 유통하는 해수 (W) 로 분류 (分流) 된다.In such
순환 유로 (81) 를 통과한 해수 (W) 는, 당해 순환 유로 (81) 의 타단에서 취수 유로 (61) 내로 도입된다. 즉, 순환 유로 (81) 를 통과한 전기 분해 후의 해수 (W) 가 취수 유로 (61) 를 통과하는 전기 분해 전의 해수 (W) 에 합류하여, 다시 전해조 본체 (20) 내에 도입된다. 이 때, 제 3 개폐 제어 밸브 (83) 가 제 3 유량계 (84) 가 검출하는 유량에 따라 개폐됨으로써, 취수 유로 (61) 를 유통하는 해수 (W) 에 합류하는 전기 분해 후의 해수 (W) 의 유량을 조정할 수 있다.The seawater W passing through the
이와 같이, 전해조 본체 (20) 의 유출구 (25) 로부터 유출된 전기 분해 후의 해수 (W) 가 순환 유로 (81) 를 유통함으로써, 전해조 본체 (20) 의 유입구 (23) 로부터 재유입된다.Thus, the seawater W after electrolysis which flowed out from the
여기서, 전기 분해 후의 해수 (W) 내에는, 전기 분해시에 발생한 망간, 마그네슘, 칼슘 등의 스케일 성분이 존재하고 있다. 이와 같은 해수 (W) 가 다시 전해조 본체 (20) 내에 도입됨으로써, 상기 스케일 성분에 의한 종정 효과에 의해, 전극 (30) 표면에 대한 스케일 부착을 방지할 수 있다. 즉, 스케일 성분이 종정이 되어, 새롭게 생성되는 스케일은 당해 종정에 부착되어 가기 때문에, 전극 (30) 표면에 대한 스케일의 석출을 회피할 수 있다. 이로써, 전극 (30) 의 내구성의 향상 및 염소 발생 효율의 저하의 억제를 도모하는 것이 가능해진다.Here, scale components, such as manganese, magnesium, and calcium which existed at the time of electrolysis, exist in the seawater W after electrolysis. By introducing such seawater W into the electrolyzer
이상, 본 발명의 실시형태에 대해 상세하게 설명했지만, 본 발명의 기술적 사상을 일탈하지 않는 한, 이들에 한정되지 않고, 다소의 설계 변경 등도 가능하다.As mentioned above, although embodiment of this invention was described in detail, it is not limited to these and a some design change etc. are possible, unless it deviates from the technical idea of this invention.
예를 들어, 해수 전해 시스템 (100B) 에 있어서는, 주수부 (70) 로부터 취수용 수로 (1) 에 주입되는 해수 (W) 의 차아염소산 농도가 대체로 2500 ppm 정도로 되어 있는 것이 바람직하다.For example, in the
여기서, 생성되는 차아염소산의 총량은, 전원 장치 (40) 로부터 전극 (30) 에 공급되는 전류의 총량에 대체로 비례한다. 따라서, 전극 (30) 에 공급한 전류량을 기록함으로써, 발생한 차아염소산의 총량을 파악할 수 있다. 또, 취수용 수로 (1) 에 주입되는 해수 (W) 의 차아염소산 농도는, 발생한 차아염소산의 총량을 취수용 수로 (1) 에 주입되는 해수 (W) 의 유량 (Q2) 으로 나눔으로써 산출할 수 있다. 따라서, 차아염소산의 총량에 따라, 제 2 개폐 제어 밸브 (73) 를 제어하여 취수용 수로 (1) 에 주입되는 해수 (W) 의 유량 (Q2) 을 결정함으로써, 당해 해수 (W) 내의 차아염소산 농도를 상기 2500 ppm 으로 용이하게 조정할 수 있다.Here, the total amount of hypochlorous acid generated is generally proportional to the total amount of current supplied from the
또, 예를 들어 변형예로서 도 6 에 나타내는 바와 같이, 해수 전해 장치 (10) 가 복수의 전해조 본체 (20) 를 갖고 있고, 이들 전해조 본체 (20) 끼리의 유출구 (25) 와 상기 유입구 (23) 를 접속하는 접속관 (85) 과, 접속관 (85) 내의 가스를 제거하는 가스 제거 수단으로서의 가스 제거 밸브 (86) 가 형성되어 있어도 된다. 또한, 가스 제거 밸브 (86) 는, 개폐 제어 가능하게 된 밸브로서, 전해조 본체 (20) 내의 압력이 소정의 고압으로 상승했을 경우에 당해 가스 제거 밸브 (86) 가 개방되어 해수 (W) 중의 가스가 방출된다.For example, as a modified example, as shown in FIG. 6, the seawater
전류 밀도를 높게 할수록 음극 (K) 에서의 수소 발생에 의해 액가스비가 저하되기 때문에, 염소 발생 효율이 저하되어 버리지만, 상기 접속관 (85) 에 형성된 가스 제거 밸브 (86) 에 의해 특히 수소 가스를 제거함으로써, 전해조 본체 (20) 내를 소정의 액가스비 이하로 억제하여 효율 저하를 방지할 수 있다.The higher the current density, the lower the liquid gas ratio due to hydrogen generation at the cathode K. Thus, the chlorine generation efficiency is lowered. However, the
또한, 상기 실시형태에 있어서는, 전극 (30) 으로서 이극 전극판 (31) 을 사용한 예에 대해 설명했지만, 예를 들어, 이극 전극판 (31) 을 사용하지 않고 양극판 (32) 과 음극판 (33) 을 대향 배치하고, 이들 양극판 (32) 과 음극판 (33) 사이의 해수 (W) 에 전류를 통전해도 된다. 또, 이들 양극판 (32) 과 음극판 (33) 을 교대로 배치하고, 서로 이웃하여 대향하는 양극판 (32) 과 음극판 (33) 사이의 해수 (W) 에 전류를 통전해도 된다.In addition, in the said embodiment, although the example which used the
또, 상기 실시형태에 있어서 이극 전극판 (31) 은, 양극 (A) 을 액입구측을 향함과 함께 음극 (K) 을 액출구측을 향하여 배치되어 있지만, 양극 (A) 을 액출구측을 향함과 함께 음극 (K) 을 액입구측을 향하여 배치해도 된다.Moreover, in the said embodiment, although the positive electrode A is arrange | positioned toward the liquid inlet side and the negative electrode K is toward the liquid outlet side, the positive electrode A has the liquid outlet side. In addition, the cathode K may be disposed toward the liquid inlet side.
다음으로, 본 발명에 관련된 제 3 실시형태의 해수 전해 시스템 (100C) 에 대해 도 7 및 도 8 을 참조하여 설명한다. 또한, 제 3 실시형태에 있어서도, 제 1 실시형태와 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 상세한 설명을 생략한다.Next, the seawater electrolysis system 100C of 3rd Embodiment which concerns on this invention is demonstrated with reference to FIG. In addition, also in 3rd Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected about the component same as 1st Embodiment, and detailed description is abbreviate | omitted.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 제 3 실시형태의 해수 전해 시스템 (100C) 은, 해수 전해 장치 (10) 와, 취수부 (60) 와, 수소 분리 장치 (90) 와, 저류 탱크 (50) 와, 주수부 (70) 와, 순환부 (80) 를 구비하고 있다. 취수부 (60) 는, 해수 전해 장치 (10) 에 취수용 수로 (1) 로부터 해수 (W) 를 도입한다. 수소 분리 장치 (90) 는, 해수 전해 장치 (10) 로부터 배출된 전해 처리수 (E) 중의 수소를 분리한다. 저류 탱크 (50) 는 해수 전해 장치 (10) 로 전기 분해된 전해 처리수 (E) 가 저류된다. 주수부 (70) 는 저류 탱크 (50) 의 전해 처리수 (E) 를 취수용 수로 (1) 에 주입한다. 순환부 (80) 는 전해 처리수 (E) 를 해수 전해 장치 (10) 에 순환시킨다. 취수부 (60) 에는 담수화 장치 (65) 가 형성되어 있다.As shown in FIG. 7, the seawater electrolysis system 100C of the third embodiment includes a
여기서, 본 실시형태의 전원 장치 (40) 에 있어서는, 전극 (30) 표면에서의 전류 밀도가 20 A/d㎡ ∼ 60 A/d㎡, 바람직하게는 20 A/d㎡ ∼ 50 A/d㎡ 의 범위가 되도록 정전류 제어 회로 (42) 가 정전류를 생성한다. 즉, 전해조 본체 (20) 내에서의 전극 (30) 의 표면적에 따른 정전류를 생성하여 당해 정전류를 전극 (30) 에 공급함으로써, 전극 (30) 표면에서의 전류 밀도를 20 A/d㎡ ∼ 60 A/d㎡, 바람직하게는 20 A/d㎡ ∼ 50 A/d㎡ 의 범위로 하고 있다.Here, in the
또한, 종래부터 사용되고 있는 백금을 주체로 한 복합 금속 (백금 주체 코팅재) 을 코팅한 전극에 있어서는, 전류 밀도의 증가에 수반하여 전극의 소모를 진행시키는 산소나 스케일의 양도 증가하기 때문에, 그 전류 밀도의 최대치를 15 A/d㎡ 정도로 설정하고 있다. 이에 대하여, 본 실시형태에 있어서는, 종래보다 전류 밀도가 높은 20 A/d㎡ ∼ 60 A/d㎡, 바람직하게는 20 A/d㎡ ∼ 50 A/d㎡ 의 범위에서 전기 분해를 실시하는 것으로 하고 있다.In addition, in the electrode coated with a composite metal (platinum main coating material) mainly composed of platinum, which has been used conventionally, the current density increases because the amount of oxygen and scale for advancing the electrode increases with increasing current density. The maximum value of is set to about 15 A / dm 2. In contrast, in the present embodiment, electrolysis is performed in the range of 20 A / dm 2 to 60 A / dm 2, preferably 20 A / dm 2 to 50 A / dm 2, which has a higher current density than conventionally. Doing.
취수부 (60) 는, 취수 유로 (61), 제 1 펌프 (62), 담수화 장치 (65), 제 1 유량계 (64), 및 제 1 개폐 제어 밸브 (63) 를 포함하고 있다.The
담수화 장치 (65) 는, 역침투막 (RO 막) 을 이용하여 해수를 담수 (탈염수) 와 농축수 (C) 로 분리하는 장치이다. 담수화 장치 (65) 에 의해 분리된 담수는, 담수 라인 (66) 을 통해 담수 탱크 (도시 생략) 에 보내지고, 농축수 (C) 는 취수 유로 (61) 의 제 1 개폐 제어 밸브 (63) 를 통해 해수 전해 장치 (10) 에 도입된다.The
본 실시형태의 해수 전해 장치 (10) 에 있어서는, 전해조 본체 (20) 내를 유통하는 농축수 (C) 의 유속이 적어도 0.7 m/s 이상이 되도록 제 1 개폐 제어 밸브 (63) 가 제어되는 것이 바람직하다.In the
또한, 제 1 개폐 제어 밸브 (63) 의 개폐 제어에 의해 전해조 본체 (20) 내에서의 농축수 (C) 의 유속을 조정할 뿐만 아니라, 예를 들어 제 1 펌프 (62) 의 출력을 제어함으로써 전해조 본체 (20) 내에서의 농축수 (C) 의 유속을 조정해도 된다.Moreover, not only the flow rate of the concentrated water C in the electrolytic cell
수소 분리 장치 (90) 는, 상기 해수 전해 장치 (10) 에 있어서의 전해조 본체 (20) 의 유출구 (25) 로부터 유출되는 전해 처리수 (E) 에 함유되는 수소 가스를 분리하는 장치이다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 수소 분리 장치 (90) 는, 상부에 배기통 (91) 이 형성된 수액조 (受液槽) (92) 와, 중간 유로 (8) 를 통해 전해조 본체 (20) 의 유출구 (25) 와 접속되고, 수액조 (92) 의 내부 상방의 기상부 (92a) 에 전해 처리수를 끌어들이는 도입관 (93) 과, 도입관 (93) 의 도중에 형성된 스프레이 노즐 (94) 과, 수액조 (92) 의 내부 하방의 액상부 (92b) 에 형성된 교반기 (95) 를 구비하고 있다.The
스프레이 노즐 (94) 은, 도입관 (93) 에 도입된 전해 처리수 (E) 를 수액조 (92) 의 내부 상방의 기상부 (92a) 에 분사한다. 교반기 (95) 는, 스크루 (96) 와, 이 스크루 (96) 를 회전시키는 모터 (97) 로 이루어지고, 수액조 (92) 의 액상부 (92b) 에 모인 액체를 교반한다. 또, 수액조 (92) 의 하부에는 전해 처리수가 배출되는 배출구 (98) 가 형성되어 있다.The
저류 탱크 (50) 는, 수소 분리 장치 (90) 에 있어서의 배출구 (98) 로부터 배출되는 전해 처리수 (E) 가 일시적으로 저류되는 탱크이다.The
순환부 (80) 는, 주수 유로 (71) 를 흐르는 전해 처리수 (E) 를 취수부 (60) 의 취수 유로 (61) 에 순환시키는 부위이다. 이 순환부 (80) 는, 순환 유로 (81) 와, 제 3 유량계 (82) 와, 제 3 개폐 제어 밸브 (83) 를 포함하고 있다.The
순환 유로 (81) 는 일단이 주수 유로 (71) 에 접속됨과 함께 타단이 취수 유로 (61) 에 접속된 유로이다. 본 실시형태에 있어서는, 순환 유로 (81) 의 일단은 주수 유로 (71) 에 있어서의 제 2 펌프 (72) 와 제 2 개폐 제어 밸브 (73) 사이에 접속되어 있고, 그 순환 유로 (81) 의 타단은 취수 유로 (61) 에 있어서의 제 1 개폐 제어 밸브 (63) 와 제 1 유량계 (64) 사이에 접속되어 있다.The
제 3 유량계 (82) 는, 순환 유로 (81) 의 중도에 형성되어 있고, 당해 순환 유로 (81) 를 통과하는 전해 처리수 (E) 의 유량 (Q3) 을 검출한다.A
또, 제 3 개폐 제어 밸브 (83) 는, 순환 유로 (81) 에 있어서의 제 3 유량계 (82) 의 하류측에 형성된 밸브로서, 제 3 유량계 (82) 가 검출하는 전해 처리수 (E) 의 유량 (Q3) 에 기초하여 개폐 제어된다. 이로써, 주수 유로 (71) 로부터 순환 유로 (81) 를 통해 취수 유로 (61) 로 순환되는 전해 처리수 (E) 의 유량을 임의로 제어할 수 있다.Moreover, the 3rd opening-closing
다음으로, 본 실시형태의 해수 전해 시스템 (100C) 의 작용, 및 해수 전해 시스템 (100C) 을 사용한 해수 (W) 의 전해 방법에 대해 설명한다.Next, the action of the seawater electrolysis system 100C of the present embodiment and the electrolytic method of the seawater W using the seawater electrolysis system 100C will be described.
취수용 수로 (1) 를 유통하는 해수 (W) 중 일부는 취수부 (60) 에 의해 담수화 장치 (65) 에 도입된다. 즉, 취수용 수로 (1) 의 해수 (W) 가 제 1 펌프 (62) 에 의해 취수 유로 (61) 내로 퍼올려짐으로써, 당해 취수 유로 (61) 를 통해 담수화 장치 (65) 내에 해수 (W) 가 도입된다. 이로써, 해수 (W) 는 담수와 농축수 (C) 로 분리된다.Some of the seawater W which distributes the
담수화 장치 (65) 는, 해수 (W) 에 압력을 가하여 RO 막에 통과시켜, 해수 (W) 의 염분을 농축하고 담수를 여과한다. 이로써, 해수 (W) 의 염화물 이온 농도는, 예를 들어 20,000 ㎎/ℓ 로부터 30,000 ∼ 40,000 ㎎/ℓ 까지 농축되어 농축수 (C) 가 생성된다. 담수는 담수 라인 (66) 을 통해 담수를 저류하는 담수 탱크 (도시 생략) 에 보내지고, 농축수 (C) 는 취수 유로 (61) 를 통해 전해조 본체 (20) 내에 도입된다.The
이로써, 전해조 본체 (20) 내의 전극 (30) 이 농축수 (C) 에 침지된다. 이 때, 제 1 개폐 제어 밸브 (63) 가 제 1 유량계 (64) 가 검출하는 유량에 따라 개폐됨으로써, 전해조 본체 (20) 내에 있어서 유통 방향으로 유통하는 농축수 (C) 의 유속이 원하는 값으로 조정된다.Thereby, the
이와 같이 전해조 본체 (20) 내를 유통하는 농축수 (C) 에는, 전극 (30) 에 의해 전기 분해가 실시된다. 즉, 전원 장치 (40) 에 있어서의 직류 전원 (41) 의 직류 전력에 기초하여 정전류 제어 회로 (42) 에서 원하는 정전류가 생성되고, 당해 정전류가 리드선 (43, 44) 을 통해 단자판 (28, 29) 에 공급된다. 이들 단자판 (28, 29) 을 통해 공급되는 전류는, 전해조 본체 (20) 내를 양극판 (32), 이극 전극판 (31), 음극판 (33) 으로 순차 직렬로 유통해간다.Thus, the electrolysis is performed by the
구체적으로는, 정전류 제어 회로 (42) 로부터 양극판 (32) 으로 유통된 전류가 농축수 (C) 를 통해 이극 전극판 (31) 의 음극 (K) 에 도달하면, 이 이극 전극판 (31) 내를 유통함으로써, 당해 이극 전극판 (31) 의 양극 (A) 에 도달하고, 그 후, 이 양극 (A) 에 대향하는 다른 이극 전극판 (31) 의 음극 (K) 에 농축수 내를 유통하여 도달한다. 이와 같이, 전류가 양극판 (32) 으로부터 복수의 이극 전극판 (31) 을 순차 유통하고, 최종적으로는 음극판 (33) 까지 유통한다. 또한, 이 때의 전류의 각 전극 (30) 표면에 있어서의 전류 밀도는, 정전류 제어 회로 (42) 에 의해, 20 A/d㎡ ∼ 60 A/d㎡, 바람직하게는 20 A/d㎡ ∼ 50 A/d㎡ 의 범위로 제어된다.Specifically, when the current circulated from the constant
이와 같이 농축수 (C) 에 통전되는 전류는, 상기 정전류 제어 회로 (42) 의 작용에 의해, 농축수 (C) 의 전기 저항의 변화에 관계없이 전극 (30) 표면에서의 전류 밀도가 일정해진다. 즉, 전해조 본체 (20) 내를 유통하는 농축수 (C) 는, 그 전기 저항의 값이 시시각각 변화하지만, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 정전류 제어 회로 (42) 가 전압을 소정의 진폭 ΔV 로 제어함으로써, 전극 (30) 표면에서의 전류 밀도를 일정하게 유지한다.As described above, the current flowing through the concentrated water C causes the current density on the surface of the
상기와 같이, 전극 (30) 사이의 농축수 내를 전류가 유통함으로써 농축수 (C) 에 대해 전기 분해가 실시된다.As mentioned above, electrolysis is performed with respect to the concentrated water C by an electric current distribute | circulating in the concentrated water between the
즉, 양극 (A) 에 있어서는, 제 1 실시형태에 있어서의 (1) 식에 나타내는 바와 같이, 농축수 (C) 중의 염화물 이온으로부터 전자 e 가 빼앗겨 산화가 일어나 염소가 생성된다.That is, in the positive electrode (A), as shown in formula (1) in the first embodiment, the electron e is desorbed from chloride ions in the concentrated water (C) to oxidize to generate chlorine.
한편, 음극 (K) 에 있어서는, 제 1 실시형태에 있어서의 (2) 식에 나타내는 바와 같이, 농축수 (C) 중의 물에 전자가 부여되어 환원이 일어나 수산화 이온과 수소 가스가 생성된다.On the other hand, in the cathode K, as shown to (2) Formula in 1st Embodiment, an electron is provided to the water in the concentrated water C, and reduction produces | generates, and hydroxide ion and hydrogen gas are produced | generated.
또, 제 1 실시형태에 있어서의 (3) 식에 나타내는 바와 같이, 음극 (K) 에서 생성된 수산화 이온은 농축수 중의 나트륨 이온과 반응하여 수산화나트륨이 생성된다.Moreover, as shown by Formula (3) in 1st Embodiment, the hydroxide hydroxide produced | generated by the cathode K reacts with the sodium ion in concentrated water, and sodium hydroxide is produced | generated.
또한, 제 1 실시형태에 있어서의 (4) 식에 나타내는 바와 같이, 수산화나트륨과 염소가 반응함으로써, 차아염소산, 염화나트륨 및 물이 생성된다.In addition, as shown in Formula (4) in 1st Embodiment, hypochlorite, sodium chloride, and water are produced | generated by reaction of sodium hydroxide and chlorine.
이와 같이, 농축수 (C) 의 전기 분해에 기초하여, 해양 생성물의 부착에 대해 억제 효과를 갖는 차아염소산이 생성된다.Thus, based on the electrolysis of the concentrated water (C), hypochlorous acid having an inhibitory effect on the adhesion of marine products is produced.
차아염소산의 농도는, 농축수 (C) 의 염화물 이온 농도가 30,000 ∼ 40,000 ㎎/ℓ 까지 높여져 있는 점에서, 2,500 ∼ 5,000 ppm 으로 되는 것이 바람직하다.The concentration of hypochlorous acid is preferably 2,500 to 5,000 ppm because the chloride ion concentration of the concentrated water (C) is increased to 30,000 to 40,000 mg / L.
그리고, 전기 분해가 실시된 농축수 (C) 는, 수소 가스와 함께 전해 처리수 (E) 로서 전해조 본체 (20) 의 유출구 (25) 로부터 유출되어, 중간 유로 (8) 를 통과하여 수소 분리 장치 (90) 에 유입된다.The concentrated water C subjected to electrolysis is discharged from the
수소 가스 및 전해 처리수 (E) 로 이루어지는 기액 혼합 유체는, 수소 분리 장치 (90) 의 도입관 (93) 에 도입되고, 스프레이 노즐 (94) 에 의해 수액조 (92) 의 기상부 (92a) 에 분사된다. 이로써 기포로서 전해 처리수 (E) 에 혼입된 수소 가스가 탈기 처리되어, 배기통 (91) 으로부터 배기된다.The gas-liquid mixed fluid consisting of hydrogen gas and electrolytically treated water (E) is introduced into the
한편, 전해 처리수 (E) 는, 수액조 (92) 의 액상부 (92b) 에 저류된다. 저류된 전해 처리수 (E) 는, 교반기 (95) 에 의해 교반된다. 즉, 전해 처리수 (E) 는, 모터 (97) 에 의해 회전하는 스크루 (96) 에 의해 생긴 선회류에 의해 강제적으로 교반된다. 이로써, 전기 분해에 수반하여 발생하는 스케일이 수액조 (92) 의 저부에 퇴적되는 것이 방지된다. 수액조 (92) 에 일단 저류된 전해 처리수 (E) 는, 수액조 (92) 의 저부에 형성된 배출구 (98) 로부터 배출되어, 저류 탱크 (50) 에 도입된다.On the other hand, the electrolytically treated water E is stored in the
저류 탱크 (50) 에 일시적으로 저류된 전해 처리수 (E) 가 제 2 펌프 (72) 에 의해 주수 유로 (71) 내에 도입되면, 전해 처리수 (E) 는 순환 유로 (81) 의 일단이 접속된 주수 유로 (71) 의 분기부에 있어서, 주수 유로 (71) 를 유통하는 전해 처리수 (E) 와 순환 유로 (81) 를 유통하는 전해 처리수 (E) 로 분류된다.When the electrolytically treated water E temporarily stored in the
주수 유로 (71) 를 유통하는 전해 처리수 (E) 는, 취수용 수로 (1) 에 주입된다. 즉, 저류 탱크 (50) 내의 차아염소산을 함유한 전해 처리수 (E) 가 제 2 펌프 (72) 가 가동됨으로써, 주수 유로 (71) 를 통해 취수용 수로 (1) 에 주입된다. 이 때, 제 2 개폐 제어 밸브 (73) 가 제 2 유량계 (74) 가 검출하는 유량에 따라 개폐됨으로써, 취수용 수로 (1) 에 대한 차아염소산을 함유하는 전해 처리수 (E) 의 유량이 조정된다.The electrolytic treatment water E which distributes the main
여기서, 생성되는 차아염소산의 총량은, 전원 장치 (40) 로부터 전극 (30) 에 공급되는 전류의 총량에 대체로 비례한다. 따라서, 전극 (30) 에 공급한 전류량을 기록함으로써, 발생한 차아염소산의 총량을 파악할 수 있다. 또, 취수용 수로 (1) 에 주입되는 전해 처리수 (E) 의 차아염소산 농도는, 발생한 차아염소산의 총량을 취수용 수로 (1) 에 주입되는 해수 (W) 의 유량 (Q2) 으로 나눔으로써 산출할 수 있다. 따라서, 차아염소산의 총량에 따라, 제 2 개폐 제어 밸브 (73) 를 제어하여 취수용 수로 (1) 에 주입되는 전해 처리수 (E) 의 유량 (Q2) 을 결정함으로써, 당해 전해 처리수 (E) 내의 차아염소산 농도를 조정할 수 있다.Here, the total amount of hypochlorous acid generated is generally proportional to the total amount of current supplied from the
한편, 순환 유로 (81) 를 유통하는 전해 처리수 (E) 는, 당해 순환 유로 (81) 의 타단에서 취수 유로 (61) 내로 도입된다. 즉, 순환 유로 (81) 를 통과한 전해 처리수 (E) 가 취수 유로 (61) 를 통과하는 해수 (W) 에 합류하여, 다시 전해조 본체 (20) 내에 도입된다. 이 때, 제 3 개폐 제어 밸브 (83) 가 제 3 유량계 (82) 가 검출하는 유량에 따라 개폐됨으로써, 취수 유로 (61) 를 유통하는 해수 (W) 에 합류하는 전해 처리수 (E) 의 유량을 조정할 수 있다.On the other hand, the electrolytic treatment water E for circulating the
이와 같이, 전해조 본체 (20) 의 유출구 (25) 로부터 유출된 전해 처리수 (E) 가 순환 유로 (81) 를 유통함으로써, 전해조 본체 (20) 의 유입구 (23) 로부터 재유입된다.In this way, the electrolytically treated water E flowing out of the
상기 실시형태에 의하면, 해수 전해 장치 (10) 에 염화물 이온 농도, 전기 전도도를 높인 농축수 (C) 를 도입한다. 또한, 양극 (A) 의 코팅재에 산화이리듐이 함유되기 때문에, 전극 (30) 표면에서의 전류 밀도를 20 A/d㎡ ∼ 60 A/d㎡ 의 범위, 바람직하게는 20 A/d㎡ ∼ 50 A/d㎡ 로 설정할 수 있고, 생성되는 전해 처리수 (E) 에 함유되는 차아염소산의 농도를 높일 수 있다. 즉, 전극의 단위 면적당 차아염소산의 발생량을 증가시킴으로써, 전극 면적을 저감시킬 수 있고, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.According to the said embodiment, the concentrated water C which raised the chloride ion concentration and electrical conductivity is introduce | transduced into the
또, 하구 부근, 만내의 해수는 염화물 이온 농도가 통상적인 해수보다 연하고, 전기 전도도도 낮기 때문에, 전극의 이상 소모 등에 의해, 운전의 안정성이 문제가 되는 경우가 있었지만, 농축수 (C) 를 해수 전해 장치 (10) 에 통과시킴으로써, 염소 이온 농도, 전기 전도도를 높일 수 있기 때문에, 처리 성능의 안정화를 도모할 수 있다.In addition, since the chloride ion concentration of the seawater in the bay and the bay is softer than that of ordinary seawater, and the electrical conductivity is also low, the stability of the operation may be a problem due to abnormal consumption of the electrode. By passing through the
또, 상기 증대한 수소 가스는, 수소 분리 장치 (90) 에 의해 탈기되기 때문에, 수소 가스가 저류 탱크 (50) 를 경유하여 후단 (後段) 의 제 2 펌프 (72) 나 배관을 손상시키지 않는다.In addition, since the increased hydrogen gas is degassed by the
또, 순환부 (80) 를 형성함으로써, 전기 분해시에 발생한 망간, 마그네슘, 칼슘 등의 스케일 성분이 전해 처리수 (E) 와 함께 전해조 본체 (20) 내에 도입된다. 이와 같이 스케일 성분을 함유한 전해 처리수 (E) 가 다시 전해조 본체 (20) 내에 도입됨으로써, 상기 스케일 성분에 의한 종정 효과에 의해, 전극 (30) 표면에 대한 스케일 부착을 방지할 수 있다. 즉, 스케일 성분이 종정이 되어, 새롭게 생성되는 스케일은 당해 종정에 부착되어 가기 때문에, 전극 (30) 표면에 대한 스케일의 석출을 회피할 수 있다. 이로써, 전극 (30) 의 내구성의 향상 및 염소 발생 효율의 저하의 억제를 도모하는 것이 가능해진다.Moreover, by forming the
또한, 전극 (30) 표면에서의 전류 밀도가 지나치게 큰 경우, 예를 들어 60 A/d㎡ 를 초과하는 경우에는, 양극 (A) 및 음극 (K) 에서의 스케일 발생량이 수소의 세정 효과의 유효한 범위를 초과해 버린다. 이에 대하여, 본 실시형태에서는 전류 밀도의 상한을 60 A/d㎡ 로 하고 있기 때문에, 수소에 의해 세정 효과를 유효하게 발현시켜, 양극 (A) 및 음극 (K) 에서의 스케일의 부착을 효과적으로 방지할 수 있다. 또, 전류 밀도의 상한을 50 A/d㎡ 로 했을 때에는 수소에 의한 세정 효과를 보다 유효하게 발현시킬 수 있어, 스케일의 부착을 효과적으로 방지할 수 있다.In addition, when the current density on the surface of the
이와 같이, 본 실시형태에 있어서는, 양극 (A) 의 코팅재에 산화이리듐이 함유되고, 또한 전극 (30) 표면에서의 전류 밀도가 20 A/d㎡ ∼ 60 A/d㎡ 의 범위, 바람직하게는 20 A/d㎡ ∼ 50 A/d㎡ 로 설정되어 있기 때문에, 수소 가스에 의한 세정 효과를 유효하게 얻을 수 있다. 이로써, 전극 (30) 에 대한 스케일의 부착을 방지할 수 있기 때문에, 전극 (30) 의 내구성의 향상 및 염소 발생 효율의 저하의 억제를 도모하는 것이 가능해진다.As described above, in the present embodiment, iridium oxide is contained in the coating material of the anode A, and the current density on the surface of the
따라서, 해수 전해 장치 (10) 의 메인터넌스성을 향상시킬 수 있는 것 외에, 높은 염소 발생 효율에 의해 전극 (30) 의 수를 줄일 수 있어, 장치의 소형화를 도모할 수 있다.Therefore, the maintenance property of the seawater
또한, 상기 실시형태에 있어서는, 전극 (30) 으로서 이극 전극판 (31) 을 사용한 예에 대해 설명했지만, 예를 들어, 이극 전극판 (31) 을 사용하지 않고 양극판 (32) 과 음극판 (33) 을 대향 배치하고, 이들 양극판 (32) 과 음극판 (33) 사이의 해수 (W) 에 전류를 통전해도 된다. 또, 이들 양극판 (32) 과 음극판 (33) 을 교대로 배치하고, 서로 이웃하여 대향하는 양극판 (32) 과 음극판 (33) 사이의 해수 (W) 에 전류를 통전해도 된다.In addition, in the said embodiment, although the example which used the
또, 상기 실시형태에 있어서 이극 전극판 (31) 은, 양극 (A) 을 액입구측을 향함과 함께 음극 (K) 을 액출구측을 향하여 배치되어 있지만, 양극 (A) 을 액출구측을 향함과 함께 음극 (K) 을 액입구측을 향하여 배치해도 된다.Moreover, in the said embodiment, although the positive electrode A is arrange | positioned toward the liquid inlet side and the negative electrode K is toward the liquid outlet side, the positive electrode A has the liquid outlet side. In addition, the cathode K may be disposed toward the liquid inlet side.
또, 본 실시형태에 있어서는, 해수 (W) 를 농축하여 농축수 (C) 를 생성하는 수단으로서 RO 막을 사용한 담수화 장치 (65) 를 채용했지만, 농축수 (C) 를 생성하는 수단은 이것에 한정되지 않고, 예를 들어 증류법을 사용하여 해수 (W) 를 농축하는 방법을 채용해도 된다.Moreover, in this embodiment, although the
또, 수소 가스가 혼입된 전해 처리수 (E) 로부터 수소 가스를 분리하는 방법으로는, 본 실시형태에 기재한 바와 같은 스프레이 노즐 (94) 을 사용한 수소 분리 장치 (90) 에 한정되지 않고, 기액 혼합 유체를 기체와 액체로 분리할 수 있으면, 예를 들어 원심 분리기 등을 이용한 기액 분리 장치를 채용할 수도 있다.In addition, as a method of separating hydrogen gas from electrolytically treated water E in which hydrogen gas is mixed, it is not limited to the
또한, 기액 분리 장치로서의 수소 분리 장치 (90) 를 별도로 형성하지 않고, 저류 탱크 (50) 에, 예를 들어 저류 탱크 (50) 의 액상 중에 공기를 공급함으로써 수소 가스를 희석하는 기액 분리 기능을 부가함으로써 수소를 분리해도 된다.Moreover, the gas-liquid separation function which dilutes hydrogen gas is supplied to the
또, 전극 (30) 표면에 대한 스케일 부착이 문제가 되지 않으면, 순환부 (80) 를 형성하지 않고, 모든 전해 처리수 (E) 를 취수용 수로 (1) 에 공급해도 된다.Moreover, if scale adhesion to the surface of the
실시예Example
이하, 실시예에 대해 설명한다.Hereinafter, an embodiment will be described.
(염소 발생 효율 측정 시험)(Chlorine generation efficiency measurement test)
해수 (W) 및 농축수 (C) 를 전기 분해할 때에 있어서의 전극 표면의 전류 밀도와 염소 발생 효율의 관계를 조사하는 시험을 실시하였다.When electrolysis of seawater (W) and concentrated water (C), the test which examines the relationship between the current density of the electrode surface and chlorine generation efficiency was performed.
전극 면적이 50 × 50 ㎜ 의 판상을 이루는 양극판 및 음극판을 준비하고, 5 ㎜ 의 간격을 두고 대향 배치시켰다. 양극판으로는, 산화이리듐 (IrO2) 을 질량비로 50 % 이상 함유하는 코팅재를 티탄 기판에 피복한 것을 사용하였다. 또, 음극판으로는 코팅재를 피복하지 않은 티탄 기판을 사용하였다.A positive electrode plate and a negative electrode plate having an electrode area of 50 x 50 mm in the form of a plate were prepared, and were disposed to face each other with a gap of 5 mm. The positive electrode plate as is, used was coated with coating material containing at least 50% iridium oxide (IrO 2) in a mass ratio to the titanium substrate. As the negative electrode plate, a titanium substrate not coated with a coating material was used.
해수 (W) 의 염화물 이온 농도는 20,000 ㎎/ℓ 로 하고, 농축수 (C) 의 염화물 이온 농도는 30,000 ∼ 40,000 ㎎/ℓ 로 하였다.The chloride ion concentration of the seawater W was 20,000 mg / L, and the chloride ion concentration of the concentrated water C was 30,000-40,000 mg / L.
이들 양극판 및 음극판을 해수 (W) 및 농축수 (C) 중에 침지하고, 당해 해수 (W) 및 농축수 (C) 를 250 ㎖/min 의 유량으로 유통시켜, 양극판 및 음극판 사이에 통전함으로써 전기 분해를 실시하였다. 그리고, 각 전류 밀도에 있어서의 염소 발생 효율을 측정하였다.These positive electrode plates and negative electrode plates were immersed in seawater (W) and concentrated water (C), and the seawater (W) and concentrated water (C) were passed through at a flow rate of 250 ml / min, and electrolytically passed between the positive and negative plates. Was carried out. And the chlorine generation efficiency in each current density was measured.
또한, 염소 발생 효율이란, 유통시키는 전류의 전류 밀도에 기초하여 이론상 발생할 수 있는 염소량에 대한 실제로 발생하는 염소량의 비율을 의미하고 있다.In addition, the chlorine generation efficiency means the ratio of the amount of chlorine actually generated with respect to the amount of chlorine which can be theoretically generated based on the current density of the electric current to distribute | circulate.
이 염소 발생 효율의 측정 결과를 도 9 에 나타낸다.The measurement result of this chlorine generation efficiency is shown in FIG.
도 9 에 나타내는 바와 같이, 해수 (W), 농축수 (C) 모두 전류 밀도가 20 A/d㎡ 미만인 경우에는, 전류 밀도가 커짐에 따라 염소 발생 효율이 상승한다.As shown in FIG. 9, when the current density of both seawater W and concentrated water C is less than 20 A / dm 2, the chlorine generation efficiency increases as the current density increases.
농축 없음의 해수 (W) 의 경우, 전류 밀도가 20 A/d㎡ ∼ 30 A/d㎡ 시에는 염소 발생 효율은 일정해지고, 전류 밀도가 30 A/d㎡ 를 초과하면 염소 발생 효율이 서서히 저하되어 간다. 또, 전류 밀도가 20 A/d㎡, 30 A/d㎡ 시의 염소 효율은 96 % 로 가장 높은 값이 얻어졌다.In the case of unconcentrated seawater (W), the chlorine generation efficiency becomes constant when the current density is 20 A / dm 2 to 30 A / dm 2, and when the current density exceeds 30 A / dm 2, the chlorine generation efficiency gradually decreases. Going. Moreover, the highest value was obtained for the chlorine efficiency in case of 20A / dm <2> and 30A / dm <2> of current density as 96%.
또한, 백금을 함유하는 코팅재를 사용한 전극에 있어서 기술 상식으로 되어 있던 전류 밀도가 15 A/d㎡ 인 경우에는, 염소 발생 효율은 93 % 였다.In addition, when the current density which became technical common sense in the electrode using the coating material containing platinum is 15 A / dm <2>, the chlorine generation efficiency was 93%.
이 점에서, 해수 (W) 의 경우에 있어서도, 산화이리듐을 함유하는 코팅재를 사용한 전극에 있어서는, 전류 밀도를 20 A/d㎡ ∼ 30 A/d㎡ 의 범위로 설정함으로써, 높은 염소 발생 효율을 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다. 이것은, 발생하는 수소 가스의 양이 증대되었기 때문에, 당해 수소 가스에 의한 양극판 및 음극판의 스케일 세정 효과가 얻어진 것에서 기인한다고 생각된다.In this regard, also in the case of seawater (W), in the electrode using the coating material containing iridium oxide, by setting the current density in the range of 20 A / dm 2 to 30 A / dm 2, high chlorine generation efficiency I could see what I could get. This is considered to be attributable to the fact that the scale cleaning effect of the positive electrode plate and the negative electrode plate by the hydrogen gas was obtained because the amount of generated hydrogen gas was increased.
여기서, 전류 밀도가 클수록 이론상 발생할 수 있는 염소의 양은 증대되어 간다. 따라서, 염소 발생 효율이 동일한 값을 나타내는 경우라도 전류 밀도가 큰 것이 보다 많은 염소가 발생하게 된다.Here, the larger the current density, the greater the amount of chlorine that can occur in theory. Therefore, even if the chlorine generation efficiency shows the same value, the larger the current density, the more chlorine is generated.
따라서, 전류 밀도를 40 A/d㎡ 로 했을 때에는, 염소 발생 효율은 93 % 로 전류 밀도 15 A/d㎡ 시와 동등한 효율을 나타내지만, 염소 발생량은 전류 밀도 40 A/d㎡ 인 경우 쪽이 전류 밀도 15 A/d㎡ 인 경우에 비해 큰 것이 된다. 따라서, 전류 밀도를 40 A/d㎡ 로 하는 것은, 염소 발생량의 관점에서 유효하다고 할 수 있다. 한편, 전류 밀도가 40 A/d㎡ 를 초과하면, 수소 가스의 세정 효과가 유효하게 작용하는 범위를 초과해버려, 염소 발생 효율이 15 A/d㎡ 인 경우보다 저하되어 버린다. 따라서, 전류 밀도의 상한은 40 A/d㎡ 로 하는 것이 바람직하고, 이로써, 염소 발생 효율을 높게 유지하면서, 발생하는 염소의 양을 많이 확보할 수 있는 것을 알 수 있었다.Therefore, when the current density is 40 A / dm 2, the chlorine generation efficiency is 93%, which is equivalent to the current density of 15 A / dm 2, but the chlorine generation amount is 40 A / dm 2 when the current density is 40 A / dm 2. It becomes large compared with the case where current density is 15 A / dm <2>. Therefore, it can be said that setting the current density to 40 A / dm 2 is effective in view of the amount of chlorine generated. On the other hand, when current density exceeds 40 A / dm <2>, it will exceed the range which the washing | cleaning effect of hydrogen gas acts effectively, and will fall compared with the case where chlorine generation efficiency is 15 A / dm <2>. Therefore, it is preferable that the upper limit of current density shall be 40 A / dm <2>, and by this, it was found that the quantity of chlorine which generate | occur | produces can be ensured, keeping the chlorine generation efficiency high.
농축수 (C) 의 경우, 전류 밀도가 20 A/d㎡ ∼ 50 A/d㎡ 시에 염소 발생 효율은 일정하고, 전류 밀도가 60 A/d㎡ 시에도 염소 발생 효율은 93 % 로 높은 효율을 유지하고 있었다.In the case of the concentrated water (C), the chlorine generation efficiency is constant when the current density is 20 A / dm 2 to 50 A / dm 2, and the chlorine generation efficiency is 93% even when the current density is 60 A / dm 2. Was keeping it.
이 점에서, 농축수 (C) 의 경우에는, 전류 밀도를 20 A/d㎡ ∼ 60 A/d㎡ 의 범위로 설정함으로써, 높은 염소 발생 효율을 얻을 수 있는 것을 알 수 있고, 농축 없음의 경우와 비교하여 전류 밀도를 높게 할 수 있는 것을 알 수 있었다.In this regard, in the case of concentrated water (C), it can be seen that by setting the current density in the range of 20 A / dm 2 to 60 A / dm 2, high chlorine generation efficiency can be obtained. It was found that the current density can be made higher than that of.
이상과 같이, 염소 발생 효율 측정 시험에 의해, 해수 전해 장치 (10) 에 농축수 (C) 를 도입함으로써 전기 분해시의 전극 표면에서의 전류 밀도를 20 A/d㎡ ∼ 60 A/d㎡, 바람직하게는 20 A/d㎡ ∼ 50 A/d㎡ 의 범위로 설정함으로써 높은 염소 발생 효율을 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다.As described above, by introducing the concentrated water C into the seawater
또한, 전기 분해를 장시간 계속하면 전극이 서서히 소모되어 가기 때문에, 측정 결과를 나타내는 도 9 의 커브는 보다 가파르게 된다고 생각된다. 따라서, 특히 전극이 소모된 후에는, 전류 밀도를 상기 범위로 설정하는 것이 더욱 유효하다는 것을 추인할 수 있다.In addition, since the electrode is gradually consumed when the electrolysis is continued for a long time, the curve in FIG. 9 showing the measurement result is considered to be steeper. Therefore, it can be estimated that it is more effective to set the current density in the above range, especially after the electrode is consumed.
(전해 수명 시험 결과)(Electrolytic life test results)
해수 (W) 의 전기 분해시의 전류 밀도와 촉매 유지량의 관계를 조사하는 시험을 실시하였다.The test which examines the relationship between the current density and the catalyst holding amount at the time of the electrolysis of seawater W was performed.
염소 발생 효율 측정 시험과 마찬가지로, 전극 면적이 50 × 50 ㎜ 의 판상을 이루는 양극판 및 음극판을 준비하고, 5 ㎜ 의 간격을 두고 대향 배치시켰다. 양극판으로는, 산화이리듐 (IrO2) 을 질량비로 50 % 이상 함유하는 코팅재를 티탄 기판에 피복한 것과, 백금 (Pt) 을 함유하는 코팅재를 티탄 기판에 피복한 것의 2 종류를 사용하였다. 또, 음극판으로는 코팅재를 피복하지 않은 티탄 기판을 사용하였다.Similarly to the chlorine generation efficiency measurement test, a positive electrode plate and a negative electrode plate having an electrode area of 50 × 50 mm in the form of a plate were prepared, and were disposed to face each other with a gap of 5 mm. As the positive electrode plate, two types of a coating material containing 50% or more of iridium oxide (IrO 2 ) by mass ratio were coated on the titanium substrate, and a coating material containing platinum (Pt) on the titanium substrate was used. As the negative electrode plate, a titanium substrate not coated with a coating material was used.
이들 양극판 및 음극판을 각각 해수 (W) 중에 침지하고, 당해 해수 (W) 를 250 ㎖/min 의 유량으로 유통시키며, 양극판 및 음극판 사이에 통전함으로써 전기 분해를 실시하였다. 그리고, 각 전류 밀도에 있어서의 촉매 유지량을 시간과 함께 측정하였다.These positive electrode plates and negative electrode plates were respectively immersed in seawater W, flowed through the seawater W at a flow rate of 250 ml / min, and electrolysis was performed by energizing between the positive electrode plate and the negative electrode plate. And the catalyst holding amount in each current density was measured with time.
또한, 촉매 유지량이란, 전기 분해 후에 유지되는 전극의 촉매량을 의미하고 있고, 시간과 함께 촉매 유지량이 작아지면 그만큼 전극이 소모된 것이 된다. 이 촉매 유지량의 측정 결과를 도 10 에 나타낸다.In addition, the catalyst holding amount means the catalyst amount of the electrode hold | maintained after electrolysis, and when a catalyst holding amount becomes small with time, an electrode will be consumed by that much. The measurement result of this catalyst holding amount is shown in FIG.
도 10 에 나타내는 바와 같이, 양극판으로서 백금을 함유하는 코팅재를 사용했을 경우 (Pt/Ti) 에는, 촉매 유지량은 시간과 함께 서서히 저하되어 가고, 특히, 전류 밀도가 클수록 촉매 유지량의 저하가 현저해지는 것을 알 수 있었다.As shown in FIG. 10, when a coating material containing platinum is used as the positive electrode plate (Pt / Ti), the catalyst holding amount gradually decreases with time, and in particular, as the current density increases, the decrease of the catalyst holding amount is remarkable. I could see it lost.
한편, 양극판으로서 산화이리듐을 함유하는 코팅재를 사용했을 경우 (IrO2) 에는, 시간이 경과해도 촉매 유지량이 저하되지 않는다. On the other hand, when a coating material containing iridium oxide is used as the positive electrode plate (IrO 2 ), the amount of catalyst retention does not decrease even if time passes.
이로써, 산화이리듐을 함유하는 코팅재를 사용한 양극판은, 백금을 함유하는 코팅재를 사용한 양극판에 비해, 전극의 내구성이 높은 것을 알 수 있었다.Thereby, it turned out that the positive electrode plate using the coating material containing iridium oxide has higher durability of an electrode compared with the positive electrode plate using the coating material containing platinum.
산업상의 이용 가능성Industrial availability
본 발명은, 해수에 전기 분해를 실시함으로써 차아염소산을 발생시키는 해수 전해 장치를 구비한 해수 전해 시스템, 및 해수 전해 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD This invention relates to the seawater electrolysis system provided with the seawater electrolysis apparatus which produces hypochlorous acid by electrolyzing seawater, and a seawater electrolysis method.
본 발명에 의하면, 전극에 대한 스케일의 부착을 방지하여, 전극의 내구성의 향상 및 염소 발생 효율의 저하의 억제를 도모할 수 있다.According to the present invention, adhesion of the scale to the electrode can be prevented, thereby improving the durability of the electrode and suppressing the decrease in the chlorine generation efficiency.
A … 양극
K … 음극
M … 전극군
W … 해수
C … 농축수
10 … 해수 전해 장치
20 … 전해조 본체
30 … 전극
31 … 이극 전극판
32 … 양극판
33 … 음극판
40 … 전원 장치
60 … 취수부
65 … 담수화 장치 (농축 수단)
70 … 주수부
80 … 순환부
81 … 순환 유로
90 … 수소 분리 장치 (수소 분리 수단)
100A, 100B, 100C … 해수 전해 시스템A… anode
K ... cathode
M… Electrode group
W ... sea water
C ... Concentrated water
10 ... Seawater electrolysis equipment
20 ... Electrolyzer body
30 ... electrode
31 ... Bipolar electrode plate
32 ... Positive electrode plate
33 ... Cathode plate
40 ... Power unit
60 ... Water intake
65. Desalination unit (concentration means)
70 ... Housewife
80... Circulation
81 ... Circulation euro
90... Hydrogen Separator (Hydrogen Separator)
100A, 100B, 100C... Seawater electrolysis system
Claims (18)
상기 양극 및 상기 음극 사이에 양극 (兩極) 표면의 전류 밀도가 20 A/d㎡ 이상 40 A/d㎡ 이하의 범위에 포함되도록 통전하여, 상기 전해조 본체 내의 해수를 전기 분해하는, 해수 전해 장치.A seawater electrolytic apparatus comprising a positive electrode made of titanium coated with a coating material containing iridium oxide, a negative electrode, an electrolytic cell body for accommodating the positive electrode and the negative electrode, and a power supply unit for supplying electricity to the positive electrode and the negative electrode,
A seawater electrolysis device, wherein the current density of the surface of the anode is between 20 A / dm 2 and 40 A / dm 2, between the anode and the cathode, so as to electrolyze seawater in the electrolytic cell body.
상기 전원 장치에 의해 통전되는 상기 양극 및 상기 음극 표면의 전류 밀도가 20 A/d㎡ 이상 30 A/d㎡ 이하의 범위에 포함되는, 해수 전해 장치.The method of claim 1,
A seawater electrolytic apparatus, wherein the current density of the surface of the positive electrode and the negative electrode that is energized by the power supply device is in a range of 20 A / dm 2 or more and 30 A / dm 2 or less.
상기 코팅재에 탄탈의 산화물이 첨가되어 있는, 해수 전해 장치.The method of claim 1,
A seawater electrolytic apparatus, wherein an oxide of tantalum is added to the coating material.
상기 전극은, 상기 해수의 유통 방향 일방측 부분이 상기 양극으로 됨과 함께 타방측 부분이 상기 음극으로 된 복수의 이극 전극판을 포함하고,
이들 이극 전극판을 상기 유통 방향으로 간격을 두고 배열하여 이루어지는 전극군이 서로 평행을 이루도록 복수 배치되며,
서로 평행하게 이웃하는 상기 전극군끼리의 상기 이극 전극판이 상기 양극과 상기 음극을 대향시켜 배치되어 있는, 해수 전해 장치.The method of claim 1,
The electrode includes a plurality of bipolar electrode plates in which one side portion of the seawater flow direction becomes the positive electrode and the other side portion becomes the negative electrode,
A plurality of electrode groups formed by arranging these bipolar electrode plates at intervals in the flow direction are arranged in parallel with each other,
The bipolar electrode plate of the electrode groups adjacent to each other in parallel with each other is disposed so that the positive electrode and the negative electrode face each other.
각 상기 전극군에 있어서의 상기 유통 방향으로 이웃하는 상기 이극 전극판끼리의 간격이, 서로 평행하게 이웃하는 상기 전극군끼리의 간격의 8 배 이상으로 설정되어 있는, 해수 전해 장치.The method of claim 4, wherein
The seawater electrolysis apparatus in which the space | interval of the said bipolar electrode plates adjacent to the said flow direction in each said electrode group is set to 8 times or more of the space | interval of the adjacent electrode groups parallel to each other.
복수의 상기 전해조 본체와,
이들 전해조 본체끼리에 있어서의 상기 해수의 유출구와 유입구를 접속하는 접속관과,
상기 접속관 내의 가스를 제거하는 가스 제거 수단을 추가로 구비하는, 해수 전해 장치.The method of claim 1,
A plurality of said electrolyzer body,
A connecting pipe connecting the outlet and the inlet of the sea water in these electrolytic cell bodies,
The seawater electrolysis apparatus further provided with gas removal means which removes the gas in the said connection pipe.
상기 전해조 본체의 유출구로부터 유출되는 전기 분해 후의 상기 해수를, 상기 전해조 본체의 유입구로부터 유입되기 전의 상기 해수에 혼합시키는 순환 유로를 구비하는, 해수 전해 시스템.The seawater electrolytic apparatus according to any one of claims 1 to 6,
And a circulation flow path for mixing the seawater after electrolysis flowing out of the outlet of the electrolyzer body with the seawater before inflow from the inlet of the electrolyzer body.
상기 전해조 본체에 해수를 도입하고,
상기 양극 및 상기 음극 사이에 양극 (兩極) 표면의 전류 밀도가 20 A/d㎡ 이상 40 A/d㎡ 이하의 범위에 포함되도록 통전하여, 상기 전해조 본체 내의 해수를 전기 분해하는, 해수 전해 방법.As a seawater electrolysis method using the seawater electrolysis apparatus of any one of Claims 1-6,
Sea water is introduced into the electrolytic cell body,
A seawater electrolytic method, wherein the current density on the surface of the anode is between 20 A / dm 2 and 40 A / dm 2, between the anode and the cathode, so as to electrolyze seawater in the electrolytic cell body.
상기 양극 및 상기 음극에 통전하는 전원 장치를 갖는 해수 전해 장치와,
상기 전해조 본체에 도입되어야 할 해수 중에 함유되는 염화물 이온의 농도를 높이는 농축 수단을 구비하는 해수 전해 시스템으로서,
상기 양극 및 상기 음극 사이에 통전하여, 상기 전해조 본체 내의 해수를 전기 분해하는, 해수 전해 시스템.An anode made of titanium coated with a coating material containing iridium oxide, a cathode, an electrolytic cell body for accommodating the anode and the cathode,
A seawater electrolytic apparatus having a power supply unit configured to supply electricity to the anode and the cathode;
A seawater electrolytic system comprising concentration means for increasing the concentration of chloride ions contained in seawater to be introduced into the electrolytic cell body,
The seawater electrolysis system which energizes between the said anode and the said cathode, and electrolyses the seawater in the said electrolyzer main body.
상기 전원 장치에 의해 통전되는 상기 양극 및 상기 음극 표면의 전류 밀도가 20 A/d㎡ 이상 60 A/d㎡ 이하의 범위에 포함되는, 해수 전해 시스템.The method of claim 9,
The seawater electrolysis system of which the electric current density of the said positive electrode and the said negative electrode surface which are energized by the said power supply apparatus is contained in the range of 20 A / dm <2> or more and 60 A / dm <2> or less.
상기 전원 장치에 의해 통전되는 상기 양극 및 상기 음극 표면의 전류 밀도가 20 A/d㎡ 이상 50 A/d㎡ 이하의 범위에 포함되는, 해수 전해 시스템.The method of claim 9,
The seawater electrolysis system of which the current density of the surface of the said positive electrode and said negative electrode which are energized by the said power supply device is contained in the range of 20 A / dm <2> or more and 50 A / dm <2> or less.
상기 전기 분해 후의 해수로부터 상기 음극에 있어서 생성된 수소 가스를 분리하는 수소 분리 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 해수 전해 시스템.The method of claim 9,
And a hydrogen separation means for separating the hydrogen gas generated at the cathode from the seawater after the electrolysis.
상기 전해조 본체로부터 배출된 전기 분해 후의 해수를, 상기 전해조 본체에 도입되어야 할 해수에 혼합시키는 순환 유로를 구비하는, 해수 전해 시스템.The method of claim 9,
And a circulation flow path for mixing the seawater after electrolysis discharged from the electrolyzer body with seawater to be introduced into the electrolyzer body.
상기 코팅재에 탄탈의 산화물이 첨가되어 있는, 해수 전해 시스템.The method of claim 9,
A seawater electrolytic system in which an oxide of tantalum is added to the coating material.
상기 전극은, 상기 해수의 유통 방향 일방측 부분이 상기 양극으로 됨과 함께 타방측 부분이 상기 음극으로 된 복수의 이극 전극판을 포함하고,
이들 이극 전극판을 상기 유통 방향으로 간격을 두고 배열하여 이루어지는 전극군이 서로 평행을 이루도록 복수 배치되며,
서로 평행하게 이웃하는 상기 전극군끼리의 상기 이극 전극판이, 상기 양극과 상기 음극을 대향시켜 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 해수 전해 시스템.The method of claim 9,
The electrode includes a plurality of bipolar electrode plates in which one side portion of the seawater flow direction becomes the positive electrode and the other side portion becomes the negative electrode,
A plurality of electrode groups formed by arranging these bipolar electrode plates at intervals in the flow direction are arranged in parallel with each other,
The bipolar electrode plate of the electrode groups adjacent to each other in parallel with each other is disposed so that the positive electrode and the negative electrode face each other.
각 상기 전극군에 있어서의 상기 유통 방향으로 이웃하는 상기 이극 전극판끼리의 간격이, 서로 평행하게 이웃하는 상기 전극군끼리의 간격의 8 배 이상으로 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 해수 전해 시스템.The method of claim 15,
A seawater electrolytic system, wherein the distance between the bipolar electrode plates adjacent to each other in the flow direction in each of the electrode groups is set to at least eight times the distance between the electrode groups adjacent to each other in parallel.
전기 분해해야 할 해수 중에 함유되는 염화물 이온의 농도를 높이고,
염화물 이온 농도를 높인 해수를 상기 전해조 본체에 도입하며,
상기 양극 및 상기 음극 사이에 통전하여, 상기 전해조 본체 내의 해수를 전기 분해하는, 해수 전해 방법.As a seawater electrolysis method using the seawater electrolysis apparatus according to any one of claims 9 to 16,
Increase the concentration of chloride ions in the seawater to be electrolyzed,
Seawater having a high chloride ion concentration is introduced into the electrolytic cell body,
The seawater electrolysis method which energizes between the said anode and the said cathode, and electrolyzes the seawater in the said electrolytic cell main body.
상기 전원 장치에 의해 통전되는 상기 양극 및 상기 음극 표면의 전류 밀도가 20 A/d㎡ 이상 60 A/d㎡ 이하의 범위에 포함되는, 해수 전해 방법.The method of claim 18,
The seawater electrolytic method of which the current density of the surface of the said positive electrode and said negative electrode which are energized by the said power supply apparatus is contained in the range of 20 A / dm <2> or more and 60 A / dm <2> or less.
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