KR20200080230A - 전기분해 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체의 전해 처리를 위한 전기분해 디바이스에 관한 것으로, 상기 디바이스는 이온 교환 멤브레인을 통해 서로 이격되어 있는 애노드 챔버 및 캐소드 챔버를 구비하고, 상기 챔버들에는 유동 전해질을 위한 적어도 하나의 입구 개구 및 하나의 출구 개구가 제공되고, 또한 전극이 각각 제공되고, 상기 애노드 챔버 및/또는 상기 캐소드 챔버의 내부 공간은 전극들에 대해 횡방향으로 연장되는 웨브들 (20) 또는 리브들에 의해 세분화되고, 상기 웨브들 또는 리브들에는 적어도 특정 구역에서 구멍들 (24) 또는 컷아웃들이 제공되고, 본 발명에 따라 상기 웨브들 (20) 또는 리브들은 구멍들 (24) 또는 컷아웃들이 제공되지 않는 적어도 하나의 하부 구역 (22) 을 포함한다. 본 발명에 따른 전기분해 디바이스는, 한편으로는, 상부에서 발포체 상의 종방향으로의 충분한 혼합이 존재하고, 동시에, 하부 구역에서, 헹굼 가스 버블들에 의해 얻어진 에어리프트 펌프 효과가 유지된다는 이점을 갖는다.

Description

전기분해 디바이스

본 발명은 액체들의 전해 처리를 위한 전기분해 디바이스에 관한 것으로, 상기 전기분해 디바이스는 이온 교환 멤브레인을 통해 서로 분리되어 있는 애노드 챔버 및 캐소드 챔버를 포함하고, 챔버들에는 유동 전해질을 위한 입구 개구 및 출구 개구가 제공되고, 또한 각각의 경우에 하나의 전극이 제공되고, 상기 애노드 챔버 및/또는 상기 캐소드 챔버의 내부 공간은 전극들에 대해 횡방향으로 연장되는 웨브들 또는 리브들에 의해 세분화되고, 상기 웨브들 또는 리브들에는 적어도 국지적으로 구멍들 또는 컷아웃들이 제공된다.

전극 챔버의 내부에서 전기분해 프로세스의 올바른 기능을 위해, 전체 챔버 높이 및 챔버 폭에 걸쳐 전해질의 가장 균일한 가능한 분포가 요구되고, 또한 이러한 이유로 두 개의 전기분해 챔버에서의 양호한 액체 혼합이 추구된다. 클로르-알칼리 (chlor-alkali) 셀의 경우에, 이온 교환 멤브레인이 비교적 좁은 범위의 클로라이드 농도, 온도 및 pH 에서만 최적으로 작용하기 때문에, 상기 액체 혼합은 특히 애노드액 챔버 (애노드 챔버) 에서 중요하다. 유동 측면에서 바람직하지 않은 애노드 챔버의 구역에서, 클로라이드의 고갈은 애노드액의 정체로 인해 발생하고, 이는 국부적인 멤브레인 손상으로 이어질 수 있다는 것을 배제할 수 없다.

애노드액 챔버에서, 염소 가스의 부력 효과로 인해 수직 방향으로 특정 자연 혼합이 발생한다. 수평 방향으로의 액노드액 챔버에서의 평균 유동 속도는 낮고, 따라서 수평 방향으로의 자연 혼합 정도는 매우 낮다. 게다가, 전해질에서 상승하는 가스 버블은 상부 구역에서 폐쇄 발포체 층을 형성하기 위해 결합하는 경향이 있다. 상기 발포체 형성이 많아질수록, 셀 로드 (cell load) 가 더 커지고 또한 셀이 더 많아진다. 발포체 내의 전기 저항이 나머지 전해질보다 높기 때문에, 멤브레인 표면에 걸친 전류 분포, 따라서 멤브레인 로드가 그에 따라 불균일해진다.

DE 42 24 492 C1 는, 두 개의 전기분해 챔버에서 더 양호한 액체 혼합이 추구되는 도입부에서 언급된 특징을 갖는 전기분해 디바이스를 개시한다. 주위에서 유동이 국지적으로 통과하는, 유동 안내 웨브가 제공되는 분할 플레이트 형태의 적어도 하나의 분할 요소는 각 애노드 챔버 및/또는 캐소드 챔버에서 규정된 혼합 유동을 형성하기 위해 제공되어야 한다. 전극에서 형성되는 가스 버블은, 사실상, 전체 챔버 공간에 걸쳐 가스 버블의 분포가 방지되는 운반 보조제로서 사용된다. 전극 구역에서 분할 플레이트의 일 측면에만 형성되는 가스 버블로 인해, 상방으로 배향된 유동이 발생된다. 분할 요소가 주위에서 세척될 수 있도록 형성되므로, 챔버 내의 자연 수직 순환이 초래된다.

직렬로 배열된 다중 양극 (bipolar) 유닛 셀을 포함하는 양극 유형의 전기분해 디바이스가 EP 0 220 659 B1 에 개시되어 있고, 여기에서 각 셀은 애노드측 트로프-형상의 보디 및 캐소드측 트로프-형상의 보디로부터 구성되고, 이 각각은 후크-형상의 플랜지, 프레임 벽 및 분할 벽을 포함하고, 애노드 및 캐소드는 전기 전도성 리브 (웨브) 를 통해 분할 벽에 각각 용접된다. 상기 전도성 리브 각각에는 리브를 통해 전기분해 생성물 및 전해질의 통과를 허용하기 위하여 서로 이격되어 배열되는 구멍이 전체 높이에 걸쳐 제공된다.

전술한 유형의 전기분해 디바이스에서, 멤브레인은 일반적으로 각각의 경우에 전극에 매우 근접하게 위치된다. 전극 사이에서 횡방향으로 연장되는 리브 또는 웨브는 전기분해 디바이스의 내부 공간을 다중 구획들로 세분화시킨다. 중실 리브 또는 웨브의 사용은 멤브레인에 대한 염수의 불충분한 공급을 초래할 수 있고, 이는 평면 애노드가 사용될 때 멤브레인에서 블리스터 형성으로 이어진다.

하지만, 다른 한편으로, 전술한 EP 0 220 659 B1 에서 제안된 바와 같이, 전체 셀 챔버 내에서 향상된 종방향 혼합을 달성하기 위해, 웨브의 전체 높이에 걸쳐 컷아웃 또는 구멍을 갖는 웨브의 제공은, 셀 챔버의 개별 구획에서 원하는 에어리프트 펌프 효과가 더 이상 제공되지 않는다는 단점을 갖는다. 용어 "에어리프트 펌프 효과" 는, 액체 레벨 이하에서 액체로 도입되는 가스 버블에 의해, 액체 레벨이 일정 양만큼 상승될 수 있다는 Carl Immanuel Loescher 에 의해 개시된 현상을 의미하는 것으로 이해된다. 이러한 효과는 액체를 운반하기 위한 이른바 에어리프트 펌프에서 사용된다. 가스 버블은 전기분해 동안 전해질 내에 형성되고, 그런 다음 액체에서 상방으로 상승하기 때문에, 에어리프트 펌프 효과가 여기에서 발생하고, 그 결과 전해질의 수직 혼합이 실현되고, 이는 본 발명에 따른 전기분해 디바이스에서 일정 정도까지 바람직하다.

DE 696 07 197 T2 는 필터 프레스 유형의 전해조를 위한 전극 배열을 개시하고, 여기에서 지면 (areal) 전극에 대하여 횡방향으로 연장되는 애노드 스페이서 및 캐소드 스페이서가 사용된다. 또한 Z-형상의 스페이서가 상부 스페이서라고도 하고, U-형상의 또는 C-형상의 스페이서가 그 아래에 위치된다. 하지만, 상기 Z-형상의 또는 U-형상의 스페이서는 전해셀에서 수평으로 배열되고, 다시 말해서 전해셀의 높이 방향에 대하여 횡방향으로 연장된다. 스페이서는 상이한 크기의 원형 또는 그렇지 않으면 타원형 천공부를 갖는다. 상기 천공부는 전해질의 수직 혼합을 위해 제공되고, 비교적 큰 천공부의 결과로서, 전해질에서 상승하는 가스의 가스 유동은 개선되어야 한다. 종방향으로, 다시 말해서 스페이서의 종방향 크기의 방향으로 전해셀의 세분화는 여기에서 제공되지 않는다.

가스 확산 전극을 갖는 전해셀은 DE 199 54 247 A1 에 개시되어 있고, 여기에서 셀은 겹겹이 위치된 다중 스페이스로 수평으로 연장되는 웨브에 의해 세분화되어, 가스는 저부로부터 상방으로 곡류 방식 (meandering manner) 으로 가스 스페이스를 통해 유동하고, 프로세스에서, 각각의 경우에 수평으로 개별 스페이스 내에서 유동한다. 높이 방향으로 수직으로 연장되는 웨브에 의해 전해셀의 추가 세분화는 여기에서 제공되지 않는다.

US 5,693,202 A 는 마찬가지로 이온 교환 멤브레인을 가지는 전기화학 셀을 개시하고, 여기에서 하부 입구 개구 및 상부 출구 개구가 제공된다. 횡방향으로 연장되고, 겹겹이 위치된 다중 챔버로 셀을 세분화하고, 또한 다수의 규칙적으로 배열된 개구가 제공되는 연결 요소가 전극에 대하여 횡방향으로 셀 내에서 연장하고, 상기 개구는 전해셀의 높이 방향으로의 가스 통과를 허용하는 역할을 한다. 전해질의 수직 혼합이 제공되는 반면에, 수직으로 연장되는 웨브에 의한 셀의 추가 세분화는 명백하지 않다.

본 발명의 목적은, 종방향으로의 충분한 혼합이 제공될 뿐만 아니라, 동시에 에어리프트 펌프 효과가 유지되는, 도입부에서 언급된 일반적인 유형의 특징들을 가지는 전기분해 디바이스를 제공하는 것이다.

전술한 목적의 해결책은 청구항 1 의 특징들을 가지는 도입부에서 언급된 유형의 전기분해 디바이스에 의해 제공된다.

본 발명을 보다 양호하게 이해하기 위해, 본 발명에 따른 유형의 전해셀에서 기하학적 조건들은 이러한 시점에서 규정된다. 전해셀은, 각각 서로 직교하는 세 개의 공간 차원들에서 연장된다. 전해셀이 일반적으로 그의 최대 연장부를 가지는 공간 방향은 "종방향" 으로 정의된다. 상기 종방향으로 그리고 높이 방향으로 지면으로 (areally) 형성된 전극들이 연장된다. 전극들의 표면에 대한 법선 방향은 "횡방향" 으로서 본원에서 지칭된다. 가스 버블들은 중력에 반대로 저부로부터 상방으로 전해셀 내에서 상승된다. 저부로부터 상방으로의 이러한 방향은 "높이 방향" 으로서 본원에서 지칭된다.

종래 기술에서 또한 제공되는, 높이 방향으로의 전해질의 통상적인 혼합은, 본 발명에서 "수직 혼합" 으로서 지칭된다. 전해셀의 종방향으로 전해질의 혼합은 이로부터 차별화되어야 하고, 이러한 목적을 위해, 본 발명에 따라 제공된 수직 웨브들은 전해질이 유동할 수 있는 구멍들 또는 컷아웃들을 구비한다. 따라서, 상기 웨브들은 상기 정의에 따라 전해셀의 높이 방향으로 또는 실질적으로 수직 방향으로 연장되고, 이들은 또한 전해셀의 횡방향으로, 다시 말해서 지면 전극들에 대하여 횡방향으로 연장된다. 따라서, 상기 웨브들의 결과로서, 다중 구획들로의 종방향으로의 전해셀의 세분화가 제공된다. 따라서 이러한 웨브들 내의 구멍들 또는 컷아웃부들을 통한 전해질의 유동은 실질적으로 전해셀의 종방향으로의 유동이고, 또한 "종방향 혼합" 으로서 본원에서 지칭된다.

본원에서 사용된 용어들 "저부" 및 "상부" 는 높이 방향으로의 전해셀의 크기를 나타낸다. 따라서, 본 발명의 맥락 내에서, "상부" 구역은, 전해셀의 높이 방향으로 보았을 때, "하부" 구역보다 더 높게 위치된다.

본 발명에 따라, 웨브들 또는 리브들은 전기분해 디바이스의 높이 방향으로 연장하고 또한 높이 방향으로 보았을 때 웨브들 또는 리브들에는 구멍들 또는 컷아웃들이 없고, 다시 말해서 구멍들 또는 컷아웃들이 상기 구역 내에 제공되지 않는 적어도 하나의 하부 구역을 포함한다는 것이 제공된다. 하부 구역에서, 웨브들 또는 리브들이 중실이고 또한 구멍들 또는 컷아웃들을 포함하지 않는 다는 사실 덕분에, 방해받지 않는 에어리프트 펌프 효과가 상기 구역에서 보장된다. 따라서, 하부 구역에서, 전기분해 동안 형성되는 가스 버블들이 전해셀의, 웨브에 의해 분리되는, 구획의 방해 없이 상방으로 상승할 수 있다. 이러한 하부 구역에서 수직 유동이 지배적이고, 여기에서 전기분해 매체의 종방향 혼합은 상당하지 않다. 대조적으로, 구멍들 또는 컷아웃들은, 본 발명에 따라, 웨브들 또는 리브들의 상부 구역 내에 존재한다. 이러한 상부 구역에서, 전기분해 매체의 발포체 상이 상승하는 가스 버블들에 의해 형성되고, 따라서 종방향 혼합이 여기에서 바람직하다. 상기 종방향 혼합은 웨브들 또는 리브들 내 구멍들 또는 컷아웃들에 의해 달성되고, 상기 구멍들 또는 컷아웃들은 전해셀의 인접한 구획 내로의 전기분해 매체의 관류 (throughflow) 를 허용한다.

전극들이 연장되는 방향은 본 출원에서 전기분해 디바이스의 "종방향" 으로서 이해되어야 한다. 따라서, 웨브들 또는 리브들이 전극들에 대하여 횡방향으로 연장된다는 것이 본원에서 제시된다면, 그 후 이는 웨브들 또는 리브들이 실질적으로 전기분해 디바이스의 횡방향으로, 바람직하게는 전극들에 대해 거의 직각으로 연장된다는 것을 의미하도록 의도된다. 두 개의 전기분해 챔버들은 일반적으로 전해질을 수용하는 대략 입방정 내부 공간을 각각 포함한다. 따라서, 상기 정의들의 의미 내에서, 웨브들 또는 리브들은 실질적으로 수직 방향으로 그리고 횡방향으로 전해질 내에서 연장된다. 또한 종래의 전해셀들 내에 제공되는 수직 혼합은 웨브들 또는 리브들에 실질적으로 평행한 전해질의 유동에 해당하고, 다시 말해서 각각의 경우에 두 개의 웨브들 또는 리브들 사이의 개별 구획들 사이에서 전해셀의 높이 방향으로의 유동에 해당한다. 대조적으로, 본 출원에서 개시된 종방향 혼합으로, 전해질은 실질적으로 수평 방향으로 웨브의 구멍들을 통해 유동하고, 따라서 전해질은 웨브의 구멍들을 통해 일 구획으로부터 인접한 구획 내로 유동한다. 따라서 종방향 혼합은 실질적으로 수평 유동 방향으로 실현되고, 이는 기본적으로 높이 방향으로의 수직 혼합에 직교하게, 다시 말해서 전해질에서 상승하는 가스 버블들에 직교하게 또는 적어도 횡방향으로 배향된다.

본원에서 사용된 용어 "구멍들" 은 특정 윤곽 형상에 대한 어떠한 제한도 포함하지 않는다. 예를 들어, 구멍들은 원형, 타원형, 세장형 또는 다각형 윤곽을 가질 수도 있다. 본원에서 사용된 용어 "컷아웃들" 은 우선 임의의 원하는 윤곽 형상을 가지고 또한 모든 측면에서 웨브의 재료에 의해 둘러싸여 있는 연속 구멍들을 포함하고, 또한 웨브의 재료에 의해 모든 측면에서 둘러싸여 있지 않는 전기분해 매체의 통과를 허용하는 재료의 천공부들을 포함하고, 다시 말해서 이들은 적절한 경우 그들의 주변에 하나 이상의 지점들에서 또한 개방될 수도 있다.

웨브들 또는 리브들의 본 발명에 따른 구성의 결과로서, 두 개의 효과들이 따라서 서로 유리하게는 결합된다. 첫째로, 에어리프트 펌프 효과는 (횡방향 혼합으로 이어지는) 웨브들의 하부 구역에서 얻어지고, 둘째로 종방향 혼합은 웨브들의 상부 구역에서 여전히 실현된다. 결과적으로, 에어리프트 펌프 효과에 의해 애노드에서 유입 및 수송된 염수의 최적의 혼합이 전체 셀 높이에 걸쳐 보장되고, 동시에 애노드에서 최적의 염수 수송은 상부 발포체 상에서 웨브들 내의 구멍들 또는 컷아웃들에 의해 셀 폭에 걸쳐 달성된다. 이러한 방식으로, 예를 들어, 클로르-알칼리 전기분해가 전해셀에서 수행되는 경우 NaCl 의 불충분한 공급의 결과로서 다르게 발생하는 격막에 대한 손상이 방지된다. 멤브레인에 대한 이러한 염수의 불충분한 공급은 멤브레인에서의 블리스터들의 형성이 촉진되고, 이는 특히 영구적으로 높은 전류 밀도에 의한 작동 동안 관찰될 수 있다.

본 발명에 따른 목적에 대한 해결책의 일 바람직한 개선은, 웨브들 또는 리브들이, 전해셀의 높이 방향으로 보았을 때, 구멍들 또는 컷아웃들을 갖는 적어도 하나의 상부 구역을 포함한다는 것을 제공한다. 웨브들 또는 리브들의 상부 구역에서 이러한 구멍들 또는 컷아웃들의 결과로서, 종방향 혼합이 여기에서 가능하다. 상기 구역에서, 발포체 상은 상승하는 가스 버블들에 의해 형성되고, 상기 상의 구역에서 전해질의 종방향 혼합이 유리하다.

바람직하게는, 웨브들 또는 리브들이 구멍들 또는 컷아웃들을 포함하지 않는 하부 구역은 적어도 대략 웨브들 또는 리브들의 전체 높이의 하부 절반부에 걸쳐, 특히 적어도 웨브들 또는 리브들의 전체 높이의 하부 절반부에 걸쳐 연장된다. 하부 구역의 단부는 물론 각각의 전해셀에서 각각의 조건들에 의존한다. 예를 들어, 이는 에어리프트 펌프 효과가 바람직하고 종방향 혼합이 방지되어야 하는 웨브들의 높이까지 경험적으로 결정될 수 있고, 상기 높이에서 각각의 경우에 발포체 상이 시작된다. 실험들은, 적어도 대략 웨브들 또는 리브들의 하부 절반부, 특히 적어도 웨브들 또는 리브들의 하부 절반부가 중실 형태를 가지는 것, 다시 말해서 구멍들 또는 컷아웃들 없이 형성되는 것이 일반적으로 유리하다는 것을 밝혔다. 구멍들이 시작하는 구역은 그러므로 특정 경우에 예를 들어 전해셀의 파라미터들, 각 경우에 사용된 전해질의 유형, 및 온도, pH, 전류 밀도 등과 같은 전기 분해가 일어나는 조건에 따라 변할 수 있다.

본 발명의 일 바람직한 개선은, 웨브들 또는 리브들이 구멍들 또는 컷아웃들을 포함하지 않는 하부 구역이 웨브들 또는 리브들의 전체 높이의 적어도 대략 하부 2/3 에 걸쳐, 특히 하부 2/3 에 걸쳐 연장된다는 것을 제공한다. 이러한 가능한 변형예에서, 웨브들 또는 리브들이 중실 형태인 구역은 따라서 웨브들 또는 리브들의 중간을 넘어서 상방으로 연장하는 반면에, 구멍들 또는 컷아웃들은, 발포체 상이 형성되는 위치에서 단지 대략 상부 1/3 에서, 특히 상부 1/3 에서 제공된다.

본 발명의 일 바람직한 개선에 따라, 웨브들 또는 리브들이 구멍들 또는 컷아웃들을 포함하는 상부 구역은 웨브들 또는 리브들의 전체 높이의 적어도 대략 상부 1/4 에 걸쳐, 특히 상부 1/4 에 걸쳐 연장한다는 것이 제공된다. 이러한 가능한 변형예에서, 웨브들 또는 리브들이 중실 형태를 가지는 구역은 상방으로 추가로 연장되는 반면에, 구멍들 또는 컷아웃들은 발포체 상이 형성되는 위치에서 적어도 대략 상부 1/4 에서, 특히 상부 1/4 에서 제공된다.

특히 바람직하게는, 웨브들 또는 리브들이 구멍들 또는 컷아웃들을 포함하는 상부 구역이 웨브들 또는 리브들의 전체 높이의 적어도 대략 상부 1/3 에 걸쳐, 특히 웨브들 또는 리브들의 전체 높이의 적어도 상부 1/3 에 걸쳐 연장된다.

본 발명의 일 바람직한 개선은, 웨브들 또는 리브들이 적어도 하나의 상부 구역에서 웨브들 또는 리브들의 높이 방향으로 중실 구역들에 의해 서로 이격되어 있는 다수의 구멍들 또는 컷아웃들을 포함한다는 것을 제공한다.

본 발명에 따른 디바이스의 추가의 바람직한 개선은, 웨브들 또는 리브들은 적어도 하나의 상부 구역에서 적어도 부분적으로 거의 원형 윤곽을 가지는 구멍들을 포함한다는 것을 제공한다. 이러한 시점에서, 단지 예시에 의해, 열쇠구멍이 언급된다. 하지만, 구멍들 또는 컷아웃들에 대한 임의의 다른 원하는 윤곽 형상들은 원칙적으로 또한 상정가능하다. 예를 들어, 종방향 혼합 효과의 원하는 강도 및 각각의 경우에 구멍들 또는 컷아웃들을 통해 단위 시간 당 인접한 구획 내로 유동해야 하는 전해질의 부피에 따라, 예를 들어 상이한 윤곽 형상들을 갖는 또는 상이한 크기의 구멍들 또는 컷아웃들을 제공하는 것이 가능하다.

본 발명의 추가의 바람직한 개선은, 웨브들 또는 리브들이 적어도 하나의 상부 구역에서 웨브들 또는 리브들의 높이 방향으로 보았을 때 서로 상이한 간격들을 가지는 다수의 구멍들 또는 컷아웃들을 포함한다는 것을 제공한다. 이는 각각의 경우에 거의 동일한 크기의 구멍들 또는 컷아웃들이 사용될지라도, 서로간의 간격들이 웨브들 또는 리브들의 높이에 걸쳐 달라지므로, 서로 근접하게 배열된 구멍들 또는 컷아웃들의 경우, 웨브들의 단위 면적 당 구멍들의 더 큰 총 면적들이 제공된다는 점에서 종방향으로의 혼합 효과를 변화시킬 수 있는 추가의 가능성을 제공한다. 유사한 효과는 물론 상이한 크기의 구멍들 또는 컷아웃들이 사용되는 경우에 또한 실현될 수도 있다. 하지만, 웨브들 또는 리브들의 폭으로 인해, 구멍들 또는 컷아웃들의 직경 또는 폭에 대한 상한이 웨브들 만의 기계적인 안정성의 이유로 존재하므로, 이러한 경우에, 종방향 혼합을 위한 더 큰 구멍 영역들은 함께 더 가까워진 구멍들의 배열을 통해 실현될 수 있다.

예를 들어, 상부 구역의 제 1 하부 섹션에서, 웨브들 또는 리브들 내의 구멍들 또는 컷아웃들은 상부를 향해 인접한 상부 구역의 제 2 섹션에서보다 서로 더 작은 간격들로 배열될 수도 있다.

본 발명의 프레임워크 내에서, 구멍들 또는 컷아웃들이 원하는 혼합 효과를 달성하기 위해 특정 최소 크기를 가지는 것이 유리하다. 따라서, 적어도 하나의 구멍 또는 컷아웃의 자유 단면은 바람직하게는 적어도 대략 10 ㎟, 특히 바람직하게는 적어도 대략 15 ㎟ 에 이른다. 바람직하게는, 모든 구멍들 또는 컷아웃들의 자유 단면은 전체로서 적어도 대략 300 ㎟ 에 달하고, 각각의 구멍들은 전술한 최소 단면적을 가지고, 이는 또한 각각의 경우에 전체로서 제공된 다수의 구멍들 또는 컷아웃들 및 서로의 간격에 의존한다.

본 발명의 추가의 주제는 청구항 1 내지 청구항 10 중 어느 하나의 특징들을 가지는 전기분해 디바이스에서 유동가능한 매체의 전해 처리 방법이다.

바람직하게는, 본 발명에 따른 방법은 클로르-알칼리 전기분해를 포함한다. 본원에서 개시한 유형의 전기분해 디바이스들은 특정 방식으로 클로르-알칼리 전기분해에 적합하다. 하지만, 본 발명에 따른 전기분해 디바이스들은 다른 전기분해 프로세스들에 대해 또한 사용될 수도 있다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시형태에 근거하여 이하에서 더 상세하게 설명된다.

도 1 은 제 1 실시형태 변형에 따라 본 발명에 따른 예시적인 전기분해 디바이스를 통한 단면의 개략적으로 단순화된 도면을 도시하고;
도 2 는 본 발명에 따른 예시적인 전기분해 디바이스의 도면을 도시하고;
도 3 은 도 2 에 도시된 전기분해 디바이스의 종방향으로의 단면도를 도시하고;
도 4 는 도 2 에 도시된 전기분해 디바이스의 횡방향으로의 단면도를 도시하고;
도 5 는 전해질의 종방향 혼합을 위해 구멍들을 갖는 각각의 웨브의 상세도를 도시한다.

이하에서, 상기 유형의 전기분해 디바이스의 기본 구조체가 도 1 을 참조하여 보다 상세하게 설명된다. 일반적으로, 전해셀 (10) 은 두 개의 하프-셸들, 즉 캐소드 하프-셸 (11) 및 애노드 하프-셸 (12) 을 구비하는 일 하우징을 각각의 경우에 포함하고, 상기 하프-셸들에는 플랜지형 엣지들이 상부 및 저부에 각각 제공되고, 상기 플랜지형 엣지들 사이에서 각각의 경우에 일 멤브레인 (13) 이 시일들에 의해 클램핑된다. 상기 멤브레인 (13) 은 (캐소드 챔버 또는 캐소드액 (catholyte) 챔버에 대응하는) 캐소드 하프-셸 (11) 과 (애노드 챔버 또는 애노드액 (anolyte) 챔버에 대응하는) 애노드 하프-셸 (12) 사이에 분할 벽을 형성한다. 캐소드 하프-셸 (11) 및 애노드 하프-셸은 전해셀 (10) 을 형성하기 위하여 상부 및 저부에서, 각각의 경우에 그들의 플랜지형 엣지들의 구역에서 스크류들 (14) 을 통해 서로 연결되고, 상기 스크류들 (14) 은 횡방향으로 배향된다. 하부 구역에서, 두 개의 하프-셸들 (11, 12) 의 각각에서, 각각의 경우에 전해질 용액을 위한 일 입구 분배 튜브 (15, 16) 가 전해셀의 종방향으로 연장되고, 소비된 전해질은 출구 튜브 (17) 를 통해 전해셀로부터 배출된다. 애노드 및 캐소드는 각각의 하프-셸에서 멤브레인에 근접하여 수직 방향으로 평면 방식으로 각각 연장된다.

도 1 에서 볼 수 있는 바와 같이, 비스듬하게 배향된 가이드 플레이트 (18) 가 상부 구역에서 애노드 하프-셸 내에 제공되어, 애노드를 향하는 상기 가이드 플레이트 (18) 의 측에서, 가스 함유 (gas-laden) 액체는 화살표의 방향으로 상승하고, 또한 가스 플레이트의 후방 측에서, 더 적은 정도로 가스를 함유하거나 전혀 가스를 함유하지 않는 액체가 하강한다. 이는 하부 구역에서 애노드액의 순환을 초래하고, 이는 수직 혼합으로 이어진다. 상기 순환은 셀 내 액체와 유입부 사이의 전해질 (예를 들어 NaCl) 에서의 농도 차이를 보상한다.

도 2 에 따른 전해셀의 도면에서, 두 개의 하프-셸들을 위한 두 개의 입구 분배 튜브들 (15, 16), 및 일 하프-셸에 각각 할당된 출구 튜브들 (17) 을 볼 수 있다. 주변 프레임 (19) 도 또한 도 2 에서 볼 수 있고, 상기 주변 프레임 (19) 의 구역에서, 두 개의 하프-셸들의 플랜지형 엣지들이 서로 나사 연결된다.

도 2 에 도시된 전해셀은 도 3 에서 종방향으로 절단된 상태로 도시된다. 여기에서, 이러한 유형의 전해셀들의 경우에, 양자의 하프-셸들에서 두 개의 전극들의 후방 공간이 각각의 경우에 대략 수직 방향으로 그리고 횡방향으로 연장되는 웨브들 (20) 에 의해 별개의 구획들로 세분화된다. 상기 웨브들은 또한 캐소드 및 애노드를 강화 및 지지하는 역할을 한다. 도 4 에 따른 단면도에서, 상기 웨브들 (20) 중 하나를 도면의 좌측에서 명확하게 볼 수 있다. 웨브 (20) 에는 상부 구역에서 구멍들 (24) 이 제공되고, 상기 구멍들 (24) 을 통해 전해질의 종방향 혼합이 실현된다는 것을 볼 수 있다. 상기 웨브들 (20) 의 형성 및 기능에 관한 추가의 세부 사항들은 도 5 에 따른 별개 부품 도면들에 근거하여 이하에서 더 상세하게 설명될 것이다.

도 5 에 따른 도면은, 그의 하부 단부 구역 (21) 에서 베벨형이고, 따라서 그의 폭에 있어서 하부 단부를 향해 연속적으로 테이퍼링되는 별개의 웨브 (20) 를 도시한다. 높이 방향으로 보았을 때, 상기 웨브는 두 개의 상이하게 형성된 구역들, 즉 하부 구역 (22) 및 상부 구역 (23) 을 원칙적으로 구비한다. 하부 구역 (22) 은 중실이고, 구멍들 또는 컷아웃들이 그 안에 제공되지 않는다. 도 5 에 따른 예시적인 실시형태에서, 상기 하부 구역 (22) 은 웨브 (20) 의 전체 높이의 하부 2/3 보다 약간 더 많이 초과하여 연장된다. 웨브 (20) 의 상부 구역 (23) 은 상부를 향하여 하부 구역 (22) 에 인접하고, 웨브 (20) 에는 상구 부역 (23) 에서 구멍들 (24) 이 제공되고, 상기 구멍들 (24) 을 통해 전해질이 전해셀의 종방향으로 통과할 수 있어서, 전해질의 종방향 혼합이 상기 상부 구역 (23) 에서 실현된다. 여기에서, 전해질의 발포체 상은 상승하는 가스 버블들의 결과로서 위치된다.

도 5 에서 볼 수 있는 바와 같이, 서로 이격되어 있는 다수의 다중 구멍들 (24) 이 제공된다. 예시적인 실시형태에서, 다섯 개의 이러한 구멍들 (24) 이 한 예로서 도시되어 있다. 더욱이, 웨브 (20) 의 높이 방향으로 보았을 때 두 개의 하부 구멍들 (24) 이 상부 구멍들보다 더 작은 서로로부터의 간격을 갖는다는 것을 볼 수 있다. 구멍들 (24) 의 개수와 그들 각각의 서로로부터의 간격은 본 발명의 범위 내에서 임의의 원하는 방식으로 다소 변경될 수도 있다.

10 전해셀
11 캐소드 하프-셸
12 애노드 하프-셸
13 멤브레인
14 스크류들
15 입구 분배 튜브
16 입구 분배 튜브
17 출구 튜브
18 가이드 플레이트
19 주변 프레임
20 웨브들
21 베벨형 하부 단부 구역
22 중실의 하부 구역
23 구멍들을 갖는 상부 구역
24 구멍들
24a 간격이 비교적 작은 하부 구멍들

Claims (13)

1. 액체의 전해 처리를 위한 전기분해 디바이스로서,
   상기 디바이스는 이온 교환 멤브레인을 통해 서로 이격되어 있는 애노드 챔버 및 캐소드 챔버를 구비하고, 챔버들에는 유동 전해질을 위한 적어도 하나의 입구 개구 및 하나의 출구 개구가 제공되고, 또한 적어도 각각의 경우에 하나의 전극이 제공되고, 상기 애노드 챔버 및/또는 상기 캐소드 챔버의 내부 공간은 전극들에 대해 횡방향으로 연장되는 웨브들 (20) 또는 리브들에 의해 세분화되고, 상기 웨브들 또는 리브들에는 적어도 국지적으로 구멍들 (24) 또는 컷아웃들이 제공되고,
   상기 웨브들 (20) 또는 리브들은 상기 전기분해 디바이스의 높이 방향으로 연장되고, 또한 높이 방향으로 보았을 때, 상기 웨브들 (20) 또는 리브들에 구멍들 (24) 또는 컷아웃들이 없는 적어도 하나의 하부 구역 (22) 을 포함하는, 전기분해 디바이스.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 웨브들 (20) 또는 리브들은, 전해셀의 높이 방향으로 보았을 때, 구멍들 (24) 또는 컷아웃들을 갖는 적어도 하나의 상부 구역 (23) 을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기분해 디바이스.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 웨브들 (20) 또는 리브들에 구멍들 (24) 또는 컷아웃들이 없는 상기 하부 구역 (22) 은 적어도 대략 상기 웨브들 (20) 또는 리브들의 전체 높이의 하부 절반부에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는, 전기분해 디바이스.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 웨브들 (20) 또는 리브들이 구멍들 (24) 또는 컷아웃들을 포함하지 않는 상기 하부 구역 (22) 은 적어도 대략 상기 웨브들 (20) 또는 리브들의 전체 높이의 하부 2/3 에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는, 전기분해 디바이스.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 웨브들 (20) 또는 리브들이 구멍들 (24) 또는 컷아웃들을 포함하는 상부 구역 (23) 은 적어도 대략 상기 웨브들 (20) 또는 리브들의 전체 높이의 상부 1/4 에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는, 전기분해 디바이스.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 웨브들 (20) 또는 리브들이 구멍들 (24) 또는 컷아웃들을 포함하는 상부 구역 (23) 은 적어도 대략 상기 웨브들 (20) 또는 리브들의 전체 높이의 상부 1/3 에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는, 전기분해 디바이스.
7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 웨브들 (20) 또는 리브들은, 적어도 하나의 상부 구역 (23) 에서, 상기 웨브들 (20) 또는 리브들의 높이 방향으로 중실 구역들에 의해 서로 이격되어 있는 다수의 구멍들 (24) 또는 컷아웃들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 전기분해 디바이스.
8. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 웨브들 (20) 또는 리브들은, 적어도 하나의 상부 구역 (23) 에서, 대략 원형의 윤곽을 가지는 구멍들 (24) 을 적어도 부분적으로 구비하는 것을 특징으로 하는, 전기분해 디바이스.
9. 제 2 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 웨브들 (20) 또는 리브들은, 적어도 하나의 상부 구역 (23) 에서, 다수의 구멍들 (24, 24a) 또는 컷아웃들을 포함하고, 상기 다수의 구멍들 (24, 24a) 또는 컷아웃들은, 상기 웨브들 (20) 또는 리브들의 높이 방향으로 보았을 때, 서로 상이한 간격들을 가지는 것을 특징으로 하는, 전기분해 디바이스.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 상부 구역 (23) 의 제 1 하부 섹션에서, 상기 웨브들 (20) 또는 리브들 내의 상기 구멍들 (24a) 또는 컷아웃들은, 상부를 향해 접하는 상부 구역 (23) 의 제 2 섹션에서 보다 서로 더 작은 간격들로 배열되는 것을 특징으로 하는, 전기분해 디바이스.
11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    적어도 하나의 구멍 (24) 또는 하나의 컷아웃의 자유 단면은 적어도 대략 10 ㎟, 특히 바람직하게는 적어도 대략 15 ㎟ 에 이르는 것을 특징으로 하는, 전기분해 디바이스.
12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항의 특징들을 가지는 전기분해 디바이스에서의 유동성 매체의 전해 처리 방법.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 방법은 클로르-알칼리 (chlor-alkali) 전기분해를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전해 처리 방법.

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