KR20210120078A - 전해조 및 그 제어 방법과 프로그램 - Google Patents
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Abstract
복수의 전해 셀이 적층되어 이루어지는 적층체를 격납한 전해조에 있어서, 안전 장치의 로크 기구의 위치를 자동적으로 조정함으로써, 적층체에 가하는 압박력을 유지한다. 전해조(1)는, 전해 셀(10)이 격막(20)을 통해 복수 적층되어 이루어지는 적층체(30)와, 적층체(30)의 적층 방향에 있어서의 일단측에 배치된 압박판(40)과, 압박판(40)을 이동시킴으로써 적층 방향을 따른 압박력을 발생시키는 액츄에이터(50)와, 액츄에이터(50)가 작동하지 않을 때에 로크 기구(63)가 접촉판(61)에 접촉하여 압박판(40)의 후퇴를 저지함으로써 압박력을 유지하도록 구성된 안전 장치(60)와, 적층체(30)에 작용하는 압박력을 유지하도록 로크 기구(63)와 접촉판(61) 사이의 거리를 특정한 범위 내로 조정하는 제어 장치(80)를 구비한다.
Description
본 발명은 전해조 및 그 제어 방법과 프로그램에 관한 것이다.
종래부터, 식염수 등의 알칼리 금속 염화물 수용액이나 물의 전기 분해(이하, 「전해」라고 칭한다)를 행하기 위해, 복수의 전해 셀이 적층되어 이루어지는 적층체를 격납한 전해조가 사용되고 있다. 현재에 있어서는, 전해조 내의 적층체를 가압기에 의해 소정의 압력으로 적층 방향으로 가압함으로써, 전해 셀 내에 충전된 내용물(전해액 등)의 누설을 억제하는 기술이 제안되어 있다(예컨대, 특허문헌 1 참조).
그런데, 특허문헌 1에 기재된 것과 같은 가압기에서는, 유압 액츄에이터 등에 의해 압박판을 이동시킴으로써 적층체에 압박력을 가하고 있는데, 유압 액츄에이터가 작동하지 않고 압박력이 해제되었을 때는, 온도 변화 등에 의해 전해 셀이 팽창하는 것 등에 기인하여 압박판이 후퇴한다고 하는 사태가 발생한다. 최근에 있어서는, 이러한 사태에 대비하여, 소정의 위치에 고정되는 접촉판과, 압박판과 함께 이동하는 로드에 부착된(예컨대 로크 너트를 포함한다) 로크 기구를 갖는 안전 장치를 마련해 두고, 압박판이 어느 정도 후퇴한 경우에 로크 기구가 접촉판에 접촉하도록 하여 압박판의 그 이상의 후퇴를 저지함으로써, 압박력을 유지하는 기술이 채용되고 있다.
그러나, 상기와 같은 종래의 안전 장치에 있어서는, 로크 기구의 위치 조정을 자동으로 행할 수 없기 때문에, 압박력을 유지하기 위해 로크 기구를 수동으로 정기적으로 체결하는 작업을 행할 필요가 있어, 그 작업이 번잡하게 되어 있었다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 복수의 전해 셀이 적층되어 이루어지는 적층체를 격납한 전해조에 있어서, 안전 장치의 로크 기구의 위치를 자동적으로 조정함으로써, 적층체에 가하는 압박력을 유지하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전해조는, 양극실 및 음극실을 갖는 전해 셀이 격막을 통해 복수 적층되어 이루어지는 적층체와, 적층체의 적층 방향에 있어서의 적어도 일단측에 배치된 압박판과, 압박판을 이동시킴으로써 적층 방향을 따른 압박력을 발생시키는 액츄에이터와, 소정의 위치에 배치되는 접촉판과, 적층 방향으로 연장되도록 압박판에 부착되어 압박판과 함께 접촉판에 대하여 상대적으로 이동하는 로드와, 로드에 부착된 로크 기구를 가지고, 액츄에이터가 작동하지 않을 때에 로크 기구가 접촉판에 접촉하여 로드 및 압박판의 후퇴를 저지함으로써 압박력을 유지하도록 구성된 안전 장치와, 적층체에 작용하는 압박력을 유지하도록 로크 기구와 접촉판 사이의 거리를 특정한 범위 내로 조정하는 제어 장치를 구비하는 것이다. 또한, 본 발명에 따른 전해 생성물의 제조 방법은, 본 전해조에 원료를 공급하여, 전해를 행함으로써, 전해 생성물을 제조하는 방법이다.
또한, 본 발명에 따른 제어 방법은, 양극실 및 음극실을 갖는 전해 셀이 격막을 통해 복수 적층되어 이루어지는 적층체와, 적층체의 적층 방향에 있어서의 적어도 일단측에 배치된 압박판과, 압박판을 이동시킴으로써 적층 방향을 따른 압박력을 발생시키는 액츄에이터와, 소정의 위치에 배치되는 접촉판과, 적층 방향으로 연장되도록 압박판에 부착되어 압박판과 함께 접촉판에 대하여 상대적으로 이동하는 로드와, 로드에 부착된 로크 기구를 가지고, 액츄에이터가 작동하지 않을 때에 로크 기구가 접촉판에 접촉하여 로드 및 압박판의 후퇴를 저지함으로써 압박력을 유지하도록 구성된 안전 장치를 구비하는 전해조의 제어 방법으로서, 적층체에 작용하는 압박력을 유지하도록 제어 장치가 로크 기구와 접촉판 사이의 거리를 특정한 범위 내로 조정하는 제어 공정을 포함하는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 프로그램은, 양극실 및 음극실을 갖는 전해 셀이 격막을 통해 복수 적층되어 이루어지는 적층체와, 적층체의 적층 방향에 있어서의 적어도 일단측에 배치된 압박판과, 압박판을 이동시킴으로써 적층 방향을 따른 압박력을 발생시키는 액츄에이터와, 소정의 위치에 배치되는 접촉판과, 적층 방향으로 연장되도록 압박판에 부착되어 압박판과 함께 접촉판에 대하여 상대적으로 이동하는 로드와, 로드에 부착된 로크 기구를 가지고, 액츄에이터가 작동하지 않을 때에 로크 기구가 접촉판에 접촉하여 로드 및 압박판의 후퇴를 저지함으로써 압박력을 유지하도록 구성된 안전 장치를 구비하는 전해조를 제어하는 공정군을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램으로서, 공정군은, 적층체에 작용하는 압박력을 유지하도록 제어 장치가 로크 기구와 접촉판 사이의 거리를 특정한 범위 내로 조정하는 제어 공정을 포함하는 것이다.
이러한 구성 및 방법을 채용하면, 액츄에이터가 작동하지 않을 때에, 안전 장치의 로크 기구가 접촉판에 접촉하여 로드 및 압박판의 후퇴를 저지함으로써 압박력을 유지할 수 있다. 이때, 온도 변화 등에 기인하여 전해 셀이 팽창 수축한 경우에 있어서도, 제어 장치가 로크 기구와 접촉판 사이의 거리를 특정한 범위 내로 자동적으로 조정함으로써, 적층체에 작용하는 압박력을 소정의 값(예컨대 10 ㎏/㎠) 이상으로 유지할 수 있다. 따라서, 액츄에이터가 작동하지 않는 상태에 있어서도, 사람의 손을 빌리는 일없이 적절한 압박력을 유지할 수 있어, 전해 셀의 내부에 충전된 액체의 누설을 막는 것이 가능해진다. 또한, 로크 기구는, 로크 너트를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전해조에 있어서, 제어 장치는, 적층체에 작용하는 압박력을 10 ㎏/㎠ 이상으로 유지하도록 로크 기구 및/또는 접촉판의 위치를 조정할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전해조의 제어 방법(프로그램)에 있어서, 제어 공정에 있어서는, 적층체에 작용하는 압박력을 10 ㎏/㎠ 이상으로 유지하도록 제어 장치가 로크 기구 및/또는 접촉판의 위치를 조정할 수 있다.
본 발명에 따른 전해조에 있어서, 제어 장치는, 로크 기구와 접촉판 사이의 거리를, 이하의 식 (1):
CMAX(㎜/셀(cell))=전해 시의 시일 면압(㎏/㎠)×0.011-0.108 … (1)
로 산출되는 1셀당의 최대 클리어런스(CMAX) 이하로 유지하도록, 로크 기구 및/또는 접촉판의 위치를 조정할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전해조의 제어 방법(프로그램)에 있어서, 제어 공정에서는, 로크 기구와 접촉판 사이의 거리를 상기 식 (1)로 산출되는 1셀당의 최대 클리어런스(CMAX) 이하로 유지하도록, 제어 장치가 로크 기구 및/또는 접촉판의 위치를 조정할 수 있다.
본 발명에 따른 전해조에 있어서, 제어 장치는, 로크 기구와 접촉판 사이의 거리를 7 ㎜ 이하로 유지하도록 로크 기구 및/또는 접촉판의 위치를 조정할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전해조의 제어 방법(프로그램)에 있어서, 제어 공정에서는, 로크 기구와 접촉판 사이의 거리를 7 ㎜ 이하로 유지하도록 제어 장치가 로크 기구 및/또는 접촉판의 위치를 조정할 수 있다.
본 발명에 따른 전해조에 있어서, 제어 장치는, 로크 기구 및/또는 접촉판을 4.5 ㎜/h 이상의 속도로 이동시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전해조의 제어 방법(프로그램)에 있어서, 제어 공정에서는, 제어 장치가 로크 기구 및/또는 접촉판을 4.5 ㎜/h 이상의 속도로 이동시킬 수 있다.
본 발명에 따른 전해조에 있어서, 압박판의 이동에 따른 로크 기구의 위치 변화를 검출하는 센서를 더 구비할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 제어 장치는, 센서로 검출한 로크 기구의 위치 변화에 기초하여, 적층체에 작용하는 압박력을 유지하도록 로크 기구와 접촉판 사이의 거리를 특정한 범위 내로 조정할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 전해조의 제어 방법(프로그램)에 있어서, 압박판의 이동에 따른 로크 기구의 위치 변화를 센서로 검출하는 검출 공정을 더 포함할 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 제어 공정에서는, 검출 공정에서 검출한 로크 기구의 위치 변화에 기초하여, 적층체에 작용하는 압박력을 유지하도록 제어 장치가 로크 기구와 접촉판 사이의 거리를 특정한 범위 내로 조정할 수 있다.
본 발명에 따르면, 복수의 전해 셀이 적층되어 이루어지는 적층체를 격납한 전해조에 있어서, 안전 장치의 로크 기구의 위치를 자동적으로 조정함으로써, 적층체에 가하는 압박력을 유지하는 것이 가능해진다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 전해조의 구성을 설명하기 위한 간략화한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 전해조의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 전해조의 전해 셀의 단면도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 전해 셀이 2개 직렬로 접속된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 2개의 전해 셀 사이에 배치되는 개스킷을 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 전해조의 안전 장치의 구성을 설명하기 위한 설명도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 전해조의 제어 장치 등의 구성을 설명하기 위한 설명도이다.
도 8은 전해 시의 시일 면압과 1셀당의 최대 클리어런스의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 전해조의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 전해조의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 전해조의 전해 셀의 단면도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 전해 셀이 2개 직렬로 접속된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 4에 나타내는 2개의 전해 셀 사이에 배치되는 개스킷을 설명하기 위한 설명도이다.
도 6은 본 발명의 실시형태에 따른 전해조의 안전 장치의 구성을 설명하기 위한 설명도이다.
도 7은 본 발명의 실시형태에 따른 전해조의 제어 장치 등의 구성을 설명하기 위한 설명도이다.
도 8은 전해 시의 시일 면압과 1셀당의 최대 클리어런스의 상관 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시형태에 따른 전해조의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해서 설명한다. 또한, 이하의 실시형태는 어디까지나 적합한 적용예로서, 본 발명의 적용 범위가 이들에 한정되는 것이 아니다.
먼저, 도 1∼도 8을 이용하여, 본 발명의 실시형태에 따른 전해조(1)의 구성에 대해서 설명한다. 본 실시형태에 따른 전해조(1)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 복수의 전해 셀(10)이 격막(20)을 통해 적층되어 이루어지는 적층체(30)를 구비하고 있다.
적층체(30)를 구성하는 전해 셀(10)은, 도 3에 나타내는 바와 같이, 양극실(11)과, 음극실(12)과, 양극실(11) 및 음극실(12) 사이에 설치된 격벽(13)과, 양극실(11)에 설치된 양극(11a)과, 음극실(12)에 설치된 음극(12a)을 가지고 있다. 음극실(12)은, 집전체(12b)와, 집전체(12b)를 지지하는 지지체(12c)와, 금속 탄성체(12d)를 더 갖는다. 금속 탄성체(12d)는, 집전체(12b) 및 음극(12a) 사이에 설치되어 있다. 지지체(12c)는, 집전체(12b) 및 격벽(13) 사이에 설치되어 있다. 집전체(12b)는, 금속 탄성체(12d)를 통해, 음극(12a)과 전기적으로 접속되어 있다. 격벽(13)은, 지지체(12c)를 통해, 집전체(12b)와 전기적으로 접속되어 있다. 따라서, 격벽(13), 지지체(12c), 집전체(12b), 금속 탄성체(12d) 및 음극(12a)은 전기적으로 접속되어 있다. 음극(12a)의 표면 전체는 환원 반응을 위한 촉매층으로 피복되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 전기적 접속의 형태는, 격벽(13)과 지지체(12c), 지지체(12c)와 집전체(12b), 집전체(12b)와 금속 탄성체(12d)가 각각 직접 부착되고, 금속 탄성체(12d) 상에 음극(12a)이 적층되는 형태여도 좋다. 이들 각 구성 부재를 서로 직접 부착하는 방법으로서, 용접 등을 들 수 있다.
도 4는 전해조(1) 내에 있어서 인접하는 2개의 전해 셀(10)의 단면도이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 전해 셀(10), 격막(이온 교환막)(20), 전해 셀(10)이 이 순서로 직렬로 배열되어 있다. 전해조(1) 내에 있어서 인접하는 2개의 전해 셀(10) 중 한쪽의 전해 셀(10)의 양극실(11)과 다른쪽의 전해 셀(10)의 음극실(12) 사이에 격막(20)이 배치되어 있다. 즉, 전해 셀(10)의 양극실(11)과, 이에 인접하는 전해 셀(10)의 음극실(12)은 격막(20)으로 이격된다.
도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 전해조(1)는, 격막(20)을 통해 직렬로 접속된 복수의 전해 셀(10)을 전해조 프레임(2)으로 지지하는 형태로 구성된다. 즉, 본 실시형태에 있어서의 전해조(1)는, 직렬로 배치된 복수의 전해 셀(10)과, 인접하는 전해 셀(10) 사이에 배치된 격막(20)과, 이들을 지지하는 전해조 프레임(2)을 구비하는 복극식 전해조이다. 도 2에 나타내는 바와 같이, 전해조(1)는, 격막(20)을 통해 복수의 전해 셀(10)을 직렬로 배치하고, 가압기의 압박판(40)(후술)에 의해 가압되어 연결됨으로써 조립된다. 전해조 프레임(2)의 구성은, 각 부재를 지지할 수 있으며 연결할 수 있는 것인 한 특별히 한정되지 않고, 여러 가지의 양태를 채용할 수 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 전해조(1)는, 전원에 접속되는 양극 단자(3)와 음극 단자(4)를 구비하고 있다. 전해조(1) 내에서 직렬로 연결된 복수의 전해 셀(10) 중 가장 끝에 위치하는 전해 셀(10)의 양극(11a)은, 양극 단자(3)에 전기적으로 접속된다. 전해조(1) 내에서 직렬로 연결된 복수의 전해 셀(10) 중 양극 단자(3)의 반대측의 끝에 위치하는 전해 셀(10)의 음극(12a)은, 음극 단자(4)에 전기적으로 접속된다. 전해 시의 전류는, 양극 단자(3)측으로부터, 각 전해 셀(10)의 양극 및 음극을 경유하여, 음극 단자(4)를 향하여 흐른다. 또한, 연결한 전해 셀(10)의 양 끝에는, 양극실만을 갖는 전해 셀(양극 터미널 셀)과, 음극실만을 갖는 전해 셀(음극 터미널 셀)을 각각 배치하여도 좋다. 이 경우, 그 한 끝에 배치된 양극 터미널 셀에 양극 단자(3)가 접속되고, 다른 끝에 배치된 음극 터미널 셀에 음극 단자(4)가 접속된다.
염수의 전해를 행하는 경우, 각 양극실(11)에는 염수(원료)가 공급되고, 음극실(12)에는 순수 또는 저농도의 수산화나트륨 수용액(원료)이 공급된다. 각 액체는, 도시하지 않는 전해액 공급관으로부터, 도시하지 않는 전해액 공급 호스를 경유하여, 각 전해 셀(10)에 공급된다. 또한, 전해액 및 전해에 의한 생성물은, 도시하지 않는 전해액 회수관으로부터 회수된다. 전해에 있어서, 염수 중의 나트륨 이온은, 한쪽의 전해 셀(10)의 양극실(11)로부터, 격막(20)을 통과하여, 옆의 전해 셀(10)의 음극실(12)로 이동한다. 따라서, 전해 중의 전류는, 전해 셀(10)이 직렬로 연결된 방향(적층 방향)을 따라 흐르게 된다. 즉, 전류는, 격막(20)을 통해 양극실(11)로부터 음극실(12)을 향하여 흐른다. 염수의 전해에 따라, 양극(11a)측에서 염소 가스가 생성되고, 음극(12a)측에서 수산화나트륨(용질)과 수소 가스가 생성된다. 생성된 염소 가스, 수산화나트륨 및 수소 가스는, 본 발명에 있어서의 전해 생성물에 상당하는 것이다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 양극실(11)을 구성하는 프레임체 표면에 양극측 개스킷(14)을 배치하고, 음극실(12)을 구성하는 프레임체 표면에 음극측 개스킷(15)을 배치하고 있다. 하나의 전해 셀(10)이 구비하는 양극측 개스킷(14)과, 이에 인접하는 전해 셀(10)의 음극측 개스킷(15)이 격막(20)을 협지하도록, 전해 셀(10)끼리가 접속된다. 이들 개스킷에 의해, 격막(20)을 통해 복수의 전해 셀(10)을 직렬로 접속할 때에, 접속 개소에 기밀성을 부여할 수 있다.
개스킷(14,15)은, 전해 셀(10)과 격막(20) 사이를 시일하도록 기능하는 것이다. 개스킷(14,15)의 구체예로서는, 중앙에 개구부가 형성된 액자형의 고무제 시트 등을 들 수 있다. 개스킷(14,15)에는, 부식성의 전해액이나 생성하는 가스 등에 대하여 내성을 가지고, 장기간 사용할 수 있는 것이 요구된다. 그래서, 내약품성이나 경도의 점에서, 통상, 에틸렌·프로필렌·디엔 고무(EPDM 고무), 에틸렌·프로필렌 고무(EPM 고무)의 가류품이나 과산화물 가교품 등이 개스킷(14,15)으로서 이용된다. 또한, 필요에 따라 액체에 접하는 영역(접액부)을 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)이나 테트라플루오로에틸렌·퍼플루오로알킬비닐에테르 공중합체(PFA) 등의 불소계 수지로 피복한 개스킷을 이용할 수도 있다. 이들 개스킷(14,15)은, 전해액의 흐름을 방해하지 않도록, 각각 개구부를 가지고 있으면 좋고, 그 형상은 특별히 한정되지 않는다. 예컨대, 양극실(11)을 구성하는 양극실 프레임 또는 음극실(12)을 구성하는 음극실 프레임의 각 개구부의 둘레 가장자리를 따라, 액자형의 개스킷(14,15)이 접착제 등으로 첩부된다. 그리고, 예컨대 격막(20)을 통해 2체의 전해 셀(10)을 접속하는 경우(도 4 참조), 격막(20)을 통해 개스킷(14,15)을 첩부한 각 전해 셀(10)을 체결하면 좋다. 이에 의해, 전해액이나, 전해에 의해 생성된 알칼리 금속 수산화물, 염소 가스, 수소 가스 등의 전해 생성물이 전해 셀(10)의 외부에 누설되는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 전해조(1)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 적층체(30)에 압박력을 가하는 압박판(40)과, 압박판(40)을 이동시킴으로써 적층 방향을 따른 압박력을 발생시키는 액츄에이터(50)를 구비하고 있다. 압박판(40)은, 가압기의 일부이며, 도 1 및 도 2에 나타내는 바와 같이, 적층체(30)의 적층 방향에 있어서의 양극 단자(3)측에 배치되어, 적층체(30)를 음극 단자(4)측으로 압박한다고 하는 기능을 달성하는 것이다. 액츄에이터(50)는, 압박판(40)을 이동시킴으로써 적층 방향을 따른 압박력을 발생시키도록 기능한다. 본 실시형태에 있어서는, 액츄에이터(50)로서, 유압에 의해 작동하는 유압식 실린더를 채용하고 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 전해조(1)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 액츄에이터(50)가 작동하지 않을 때에 적층체(30)에 작용하는 압박력을 유지하도록 구성된 안전 장치(60)를 구비하고 있다. 안전 장치(60)는, 소정의 위치에 배치(고정)되는 접촉판(61)과, 적층체(30)의 적층 방향으로 연장되도록 압박판(40)에 부착되어 압박판(40)과 함께 접촉판(61)에 대하여 상대적으로 이동하는 로드(62)와, 로드(62)에 부착된 로크 기구(63)를 가지고 있다. 전해조(1)의 통상 운전 시에 있어서는, 액츄에이터(50)가 작동함으로써, 압박판(40)에 의해 적층체(30)에 대하여 소정의 압박력을 가할 수 있다. 한편, 액츄에이터(50)에 동력원이 공급되지 않는 것 등에 기인하여 액츄에이터(50)가 작동하지 않는 경우에는, 온도 변화 등에 의해 전해 셀(10)이 팽창하는 것 등에 기인하여 압박판(40)이 후퇴한다고 하는 사태가 발생할 수 있지만, 그와 같은 사태가 발생하더라도, 도 6에 나타내는 바와 같이 안전 장치(60)의 로크 기구(63)가 접촉판(61)에 접촉하여, 로드(62) 및 압박판(40)의 후퇴를 저지함으로써, 적층체(30)에 작용하는 압박력을 유지하는 것이 가능해진다. 로크 기구(63)는, 로크 너트 등을 가지고 있다.
여기서, 온도 변화 등에 의해 전해 셀(10)이 수축한 경우에는, 압박판(40)과 로드(62)와 로크 기구(63)가 접촉판(61)과는 반대 방향으로 이동하여, 로크 기구(63)와 접촉판(61) 사이에 간극이 생기는 경우가 있다. 이러한 상황에 있어서는, 액츄에이터(50)의 비작동 시에 적층체(30)에 작용하는 압박력이 저하하여, 전해액이나 전해 생성물의 누설이 발생하는 경우가 있다. 이러한 사태를 막기 위해, 종래는, 작업자가 로크 기구(63)를 체결하여 접촉판(61)측으로 이동시키는 작업을 정기적으로 행하고 있었다. 그러나, 이러한 작업은 번잡하기 때문에, 로크 기구(63)를 자동적으로 체결하는(로크 기구(63)의 위치를 자동 조정하는) 기술이 대망되고 있었다.
그래서, 본 실시형태에 따른 전해조(1)는, 안전 장치(60)의 로크 기구(63)의 위치를 자동 조정하는 기구를 마련하고 있다. 즉, 전해조(1)는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 압박판(40)의 이동에 따른 로크 기구(63)의 위치 변화를 검출하는 센서(70)와, 센서(70)로 검출한 로크 기구(63)의 위치 변화에 기초하여, 적층체(30)에 작용하는 압박력을 유지하도록 로크 기구(63)의 위치를 조정하는 제어 장치(80)를 구비하고 있다. 이때, 적층체(30)에 작용하는 압박력을 유지하기 위해서는, 로크 기구(63)와 접촉판(61) 사이의 거리를 특정한 범위 내로 조정하는 것이 필요하다. 또한, 로크 기구(63)의 위치 조정뿐만 아니라, 압박판(40)이나 특정한 셀이나 액츄에이터의 스트로크의 위치 변화에 기초하여, 로크 기구(63)와 접촉판(61) 사이의 거리를 조정하여도 좋다.
센서(70)로서는, 예컨대, 로크 기구(63)를 사이에 두도록 배치된 한쌍의 발광 소자 및 수광 소자를 가지고, 발광 소자로부터 로크 기구(63)를 향하여 조사한 광을 수광 소자로 수광함으로써, 로크 기구(63)의 위치 변화를 검출하는 구성을 채용할 수 있는데, 특별히 그와 같은 구성에 한정되는 것이 아니며, 로크 기구(63)의 위치 변화를 검출할 수 있는 것이면 좋다.
제어 장치(80)는, 각종 프로그램 및 각종 데이터를 기록하는 메모리나 CPU 등을 갖는 컴퓨터를 구비하고 있다. 본 실시형태에 있어서의 제어 장치(80)는, 센서(70)로부터 보내온 로크 기구(63)의 위치 변화에 관한 정보를 수신하고, 수신한 정보에 기초하여 제어 신호를 생성하여 모터(90)에 출력하고, 모터(90)를 구동하여 체인(91)을 통해 로크 너트(63)를 로드(62)에 대하여 이동시켜 로크 기구(63)의 위치를 조정함으로써, 적층체(30)에 작용하는 압박력을 유지하도록 기능하는 것이다.
본 실시형태에 있어서의 제어 장치(80)는, 적층체(30)에 작용하는 압박력을 10 ㎏/㎠ 이상으로 유지하도록, 로크 기구(63)의 위치를 조정한다. 또한 본 실시형태에 따른 제어 장치(80)는, 로크 기구(63)와 접촉판(61) 사이의 거리를, 이하의 식 (1):
CMAX(㎜/셀)=전해 시의 시일 면압(㎏/㎠)×0.011-0.108 … (1)
로 산출되는 CMAX(1셀당의 최대 클리어런스) 이하로 유지하도록 로크 기구(63)의 위치를 조정한다. 도 8의 그래프는, 전해 시의 시일 면압(㎏/㎠)과, 1셀당의 최대 클리어런스(리크하는 클리어런스)(㎜/셀)의 상관 관계를 나타내는 그래프이며, 전해 시의 시일 면압을 횡축(x축)에, 1셀당의 최대 클리어런스를 종축(y축)에, 각각 채용한 경우에 있어서의 측정 결과를 플롯한 것이다. 식 (1)은, 도 8의 그래프에 기초하여 산출한 근사식에 상당한다.
또한, 제어 장치(80)는, 센서(70)로 검출한 로크 기구(63)의 위치 변화에 기초하여, 로크 기구(63)와 접촉판(61) 사이의 거리를 7 ㎜ 이하로 유지하도록 로크 기구(63)의 위치를 조정하는 것이 바람직하다. 로크 기구(63)와 접촉판(61) 사이의 거리가 커질수록, 액츄에이터의 비작동 시에 있어서의 개스킷(14,15)(도 5 참조)의 두께가 증대하고, 시일압이 저하하여, 전해 셀(10)의 내부에 충전된 액체가 누설될 가능성이 생기지만, 본원의 발명자의 실험에 따르면, 로크 기구(63)와 접촉판(61) 사이의 거리를 7 ㎜ 이하로 유지함으로써, 적층체(30)에 작용하는 압박력을 10 ㎏/㎠ 이상으로 유지할 수 있어, 전해 셀(10)의 내부에 충전된 액체의 누설을 방지할 수 있는 것이 분명해져 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서는, 적층체(30)에 작용하는 압박력의 최저값을 「10 ㎏/㎠」로 설정하였지만, 적층체(30)에 작용하는 압박력의 최대값은, 전해조(1)의 규모나 사양, 개스킷(14,15)의 사양이나 사용 기간 등을 고려하여 적절하게 (예컨대 70 ㎏/㎠ 정도로) 설정할 수 있다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 제어 장치(80)는, 개스킷(14,15)의 크리프(압박력에 의해 서서히 두께가 감소하는 것)의 속도 등을 고려하여, 로크 기구(63)를 4.5 ㎜/h 이상의 속도로 이동시키도록 기능한다.
다음에, 도 9의 흐름도를 이용하여, 본 실시형태에 따른 전해조(1)의 제어 방법에 대해서 설명한다.
작업자는, 전해조(1)의 액츄에이터(50)의 작동을 정지시킨 경우에 있어서도, 안전 장치(60), 센서(70) 및 제어 장치(80)의 작동 상태를 유지한다. 그리고, 온도 변화 등에 기인한 압박판(40)의 이동에 따른 로크 기구(63)의 위치 변화를 센서(70)로 검출한다(검출 공정: S1). 계속해서, 검출 공정(S1)에서 검출한 로크 기구(63)의 위치 변화에 기초하여, 적층체(30)에 작용하는 압박력을 유지하도록 제어 장치(80)가 로크 기구(63)의 위치를 조정한다(제어 공정: S2). 제어 공정(S2)에서는, 제어 장치(80)가 로크 기구(63)를 4.5 ㎜/h 이상의 속도로 이동시키도록 하고 있다.
예컨대, 액츄에이터(50)의 작동을 정지시킨 시점에 있어서의 로크 기구(63)와 접촉판(61) 사이의 거리가 10 ㎜였던 데 대하여, 전해 셀(10)의 팽창에 의해 로크 기구(63)가 접촉판(61)측으로 4 ㎜ 이동한 결과, 로크 기구(63)와 접촉판(61) 사이의 거리가 6 ㎜가 된 것을 센서(70)로 검출한 경우에는, 제어 장치(80)는, 로크 기구(63)와 접촉판(61) 사이의 거리가 식 (1)에 나타내는 최대 클리어런스(CMAX) 이하인 경우는 로크 기구(63)의 이동은 불필요하다고 판단하여, 로크 기구(63)의 위치 조정을 행하지 않는다. 한편, 그 후, 전해 셀(10)의 수축에 의해 로크 기구(63)가 접촉판(61)과는 반대 방향으로 3 ㎜ 이동한 결과, 로크 기구(63)와 접촉판(61) 사이의 거리가 최대 클리어런스(CMAX) 이상이 된 것을 센서(70)로 검출한 경우에는, 제어 장치(80)는, 로크 기구(63)와 접촉판(61) 사이의 거리가 최대 클리어런스(CMAX) 이하가 될 때까지 로크 기구(63)를 접촉판(61)측으로 이동시켜 적층체(30)에 작용하는 압박력을 10 ㎏/㎠ 이상으로 유지한다.
또한, 제어 장치(80)는, 로크 기구(63)와 접촉판(61) 사이의 거리가 최대 클리어런스(CMAX) 이하인 경우에 있어서도, 적층체(30)에 작용하는 압박력을 10 ㎏/㎠ 이상으로 유지하도록 로크 기구(63)의 위치 조정을 행할 수도 있다. 즉, 0∼CMAX의 범위 내에서 로크 기구(63)와 접촉판(61) 사이의 거리의 목표값(목표 거리)을 설정해 두고, 실제의 거리가 그 목표 거리가 되도록 제어 장치(80)가 로크 기구(63)의 위치를 조정할 수 있다. 예컨대, 로크 기구(63)와 접촉판(61) 사이의 거리의 목표값(목표 거리)을 4 ㎜로 설정해 두고, 센서(70)로 검출한 거리가 3.5 ㎜인 경우에, 제어 장치(80)가 로크 너트(63)와 접촉판(61) 사이의 거리를 0.5 ㎜만큼 증가시키는 것 같은 제어 신호를 모터(90)에 출력하여, 로크 기구(63)를 이동시킬 수 있다.
이상 설명한 실시형태에 따른 전해조(1)에 있어서는, 액츄에이터(50)가 작동하지 않을 때에, 안전 장치(60)의 로크 기구(63)가 접촉판(61)에 접촉하여 로드(62) 및 압박판(40)의 후퇴를 저지함으로써 압박력을 유지할 수 있다. 이때, 온도 변화 등에 기인하여 전해 셀(10)이 팽창 수축한 경우에 있어서도, 제어 장치(80)가 로크 기구(63)의 위치를 자동적으로 조정함으로써, 적층체(30)에 작용하는 압박력을 소정의 값(10 ㎏/㎠) 이상으로 유지할 수 있다. 따라서, 액츄에이터(50)가 작동하지 않는 상태에 있어서도, 사람의 손을 빌리는 일없이 적절한 압박력을 유지할 수 있어, 전해 셀(10)의 내부에 충전된 액체의 누설을 막는 것이 가능해진다.
또한, 이상의 실시형태에 있어서는, 안전 장치(60)의 접촉판(61)을 소정의 위치에 고정하는 한편, 「로크 기구(63)」를 이동시킴으로써 적층체(30)에 작용하는 압박력을 유지하도록 한 예를 나타내었지만, 「접촉판(61)」을 이동 가능하게 구성하여, 로크 기구(63)를 이동시키는 것 대신에 (또는 로크 기구(63)를 이동시키는 것에 더하여) 「접촉판(61)」의 위치를 조정함으로써 적층체(30)에 작용하는 압박력을 유지할 수도 있다.
본 발명은 이상의 실시형태에 한정되는 것이 아니며, 이러한 실시형태에 당업자가 적절하게 설계 변경을 가한 것도, 본 발명의 특징을 구비하고 있는 한, 본 발명의 범위에 포함된다. 즉, 상기 실시형태가 구비하는 각 요소 및 그 배치, 재료, 조건, 형상, 사이즈 등은, 예시한 것에 한정되는 것이 아니며 적절하게 변경할 수 있다. 또한, 상기 실시형태가 구비하는 각 요소는, 기술적으로 가능한 한에 있어서 조합할 수 있어, 이들을 조합한 것도 본 발명의 특징을 포함하는 한 본 발명의 범위에 포함된다.
1…전해조
10…전해 셀
11…양극실
12…음극실
20…격막
30…적층체
40…압박판
50…액츄에이터
60…안전 장치
61…접촉판
62…로드
63…로크 기구
70…센서
80…제어 장치
S1…검출 공정
S2…제어 공정
10…전해 셀
11…양극실
12…음극실
20…격막
30…적층체
40…압박판
50…액츄에이터
60…안전 장치
61…접촉판
62…로드
63…로크 기구
70…센서
80…제어 장치
S1…검출 공정
S2…제어 공정
Claims (22)
- 양극실 및 음극실을 갖는 전해 셀이 격막을 통해 복수 적층되어 이루어지는 적층체와,
상기 적층체의 적층 방향에 있어서의 적어도 일단측에 배치된 압박판과,
상기 압박판을 이동시킴으로써 상기 적층 방향을 따른 압박력을 발생시키는 액츄에이터와,
소정의 위치에 배치되는 접촉판과, 상기 적층 방향으로 연장되도록 상기 압박판에 부착되어 상기 압박판과 함께 상기 접촉판에 대하여 상대적으로 이동하는 로드와, 상기 로드에 부착된 로크 기구를 가지고, 상기 액츄에이터가 작동하지 않을 때에 상기 로크 기구가 상기 접촉판에 접촉하여 상기 로드 및 상기 압박판의 후퇴를 저지함으로써 상기 압박력을 유지하도록 구성된 안전 장치와,
상기 적층체에 작용하는 압박력을 유지하도록 상기 로크 기구와 상기 접촉판 사이의 거리를 특정한 범위 내로 조정하는 제어 장치
를 구비하는, 전해조. - 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 적층체에 작용하는 압박력을 10 ㎏/㎠ 이상으로 유지하도록 상기 로크 기구 및/또는 상기 접촉판의 위치를 조정하는, 전해조.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 로크 기구와 상기 접촉판 사이의 거리를, 이하의 식 (1):
CMAX(㎜/셀)=전해 시의 시일 면압(㎏/㎠)×0.011-0.108 … (1)
로 산출되는 1셀당의 최대 클리어런스(CMAX) 이하로 유지하도록, 상기 로크 기구 및/또는 상기 접촉판의 위치를 조정하는, 전해조. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 로크 기구와 상기 접촉판 사이의 거리를 7 ㎜ 이하로 유지하도록 상기 로크 기구 및/또는 상기 접촉판의 위치를 조정하는, 전해조.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 장치는, 상기 로크 기구 및/또는 상기 접촉판을 4.5 ㎜/h 이상의 속도로 이동시키는, 전해조.
- 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로크 기구는 로크 너트를 포함하는, 전해조.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압박판의 이동에 따른 상기 로크 기구의 위치 변화를 검출하는 센서를 구비하고,
상기 제어 장치는, 상기 센서로 검출한 상기 로크 기구의 위치 변화에 기초하여, 상기 적층체에 작용하는 압박력을 유지하도록 상기 로크 기구와 상기 접촉판 사이의 거리를 특정한 범위 내로 조정하는, 전해조. - 양극실 및 음극실을 갖는 전해 셀이 격막을 통해 복수 적층되어 이루어지는 적층체와,
상기 적층체의 적층 방향에 있어서의 적어도 일단측에 배치된 압박판과,
상기 압박판을 이동시킴으로써 상기 적층 방향을 따른 압박력을 발생시키는 액츄에이터와,
소정의 위치에 배치되는 접촉판과, 상기 적층 방향으로 연장되도록 상기 압박판에 부착되어 상기 압박판과 함께 상기 접촉판에 대하여 상대적으로 이동하는 로드와, 상기 로드에 부착된 로크 기구를 가지고, 상기 액츄에이터가 작동하지 않을 때에 상기 로크 기구가 상기 접촉판에 접촉하여 상기 로드 및 상기 압박판의 후퇴를 저지함으로써 상기 압박력을 유지하도록 구성된 안전 장치
를 구비하는 전해조의 제어 방법으로서,
상기 적층체에 작용하는 압박력을 유지하도록 제어 장치가 상기 로크 기구와 상기 접촉판 사이의 거리를 특정한 범위 내로 조정하는 제어 공정
을 포함하는, 전해조의 제어 방법. - 제8항에 있어서, 상기 제어 공정에서는, 상기 적층체에 작용하는 압박력을 10 ㎏/㎠ 이상으로 유지하도록 상기 제어 장치가 상기 로크 기구 및/또는 상기 접촉판의 위치를 조정하는, 전해조의 제어 방법.
- 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제어 공정에서는, 상기 로크 기구와 상기 접촉판 사이의 거리를, 이하의 식 (1):
CMAX(㎜/셀)=전해 시의 시일 면압(㎏/㎠)×0.011-0.108 … (1)
로 산출되는 1셀당의 최대 클리어런스(CMAX) 이하로 유지하도록, 상기 제어 장치가 상기 로크 기구 및/또는 상기 접촉판의 위치를 조정하는, 전해조의 제어 방법. - 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 공정에서는, 상기 로크 기구와 상기 접촉판 사이의 거리를 7 ㎜ 이하로 유지하도록 상기 제어 장치가 상기 로크 기구 및/또는 상기 접촉판의 위치를 조정하는, 전해조의 제어 방법.
- 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 공정에서는, 상기 제어 장치가 상기 로크 기구 및/또는 상기 접촉판을 4.5 ㎜/h 이상의 속도로 이동시키는, 전해조의 제어 방법.
- 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로크 기구는 로크 너트를 포함하는, 전해조의 제어 방법.
- 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압박판의 이동에 따른 상기 로크 기구의 위치 변화를 센서로 검출하는 검출 공정을 더 포함하고,
상기 제어 공정에서는, 상기 검출 공정에서 검출한 상기 로크 기구의 위치 변화에 기초하여, 상기 적층체에 작용하는 압박력을 유지하도록 상기 제어 장치가 상기 로크 기구와 상기 접촉판 사이의 거리를 특정한 범위 내로 조정하는, 전해조의 제어 방법. - 양극실 및 음극실을 갖는 전해 셀이 격막을 통해 복수 적층되어 이루어지는 적층체와,
상기 적층체의 적층 방향에 있어서의 적어도 일단측에 배치된 압박판과,
상기 압박판을 이동시킴으로써 상기 적층 방향을 따른 압박력을 발생시키는 액츄에이터와,
소정의 위치에 배치되는 접촉판과, 상기 적층 방향으로 연장되도록 상기 압박판에 부착되어 상기 압박판과 함께 상기 접촉판에 대하여 상대적으로 이동하는 로드와, 상기 로드에 부착된 로크 기구를 가지고, 상기 액츄에이터가 작동하지 않을 때에 상기 로크 기구가 상기 접촉판에 접촉하여 상기 로드 및 상기 압박판의 후퇴를 저지함으로써 상기 압박력을 유지하도록 구성된 안전 장치
를 구비하는 전해조를 제어하는 공정군을 컴퓨터에 실행시키는 프로그램으로서,
상기 공정군은,
상기 적층체에 작용하는 압박력을 유지하도록 제어 장치가 상기 로크 기구와 상기 접촉판 사이의 거리를 특정한 범위 내로 조정하는 제어 공정
을 포함하는, 프로그램. - 제15항에 있어서, 상기 제어 공정에서는, 상기 적층체에 작용하는 압박력을 10 ㎏/㎠ 이상으로 유지하도록 상기 제어 장치가 상기 로크 기구 및/또는 상기 접촉판의 위치를 조정하는, 프로그램.
- 제15항 또는 제16항에 있어서, 상기 제어 공정에서는, 상기 로크 기구와 상기 접촉판 사이의 거리를, 이하의 식 (1):
CMAX(㎜/셀)=전해 시의 시일 면압(㎏/㎠)×0.011-0.108 … (1)
로 산출되는 1셀당의 최대 클리어런스(CMAX) 이하로 유지하도록, 상기 제어 장치가 상기 로크 기구 및/또는 상기 접촉판의 위치를 조정하는, 프로그램. - 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 공정에서는, 상기 로크 기구와 상기 접촉판 사이의 거리를 7 ㎜ 이하로 유지하도록 상기 제어 장치가 상기 로크 기구 및/또는 상기 접촉판의 위치를 조정하는, 프로그램.
- 제15항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제어 공정에서는, 상기 제어 장치가 상기 로크 기구 및/또는 상기 접촉판을 4.5 ㎜/h 이상의 속도로 이동시키는, 프로그램.
- 제15항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 로크 기구는 로크 너트를 포함하는, 프로그램.
- 제15항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공정군은, 상기 압박판의 이동에 따른 상기 로크 기구의 위치 변화를 센서로 검출하는 검출 공정을 더 포함하고,
상기 제어 공정에서는, 상기 검출 공정에서 검출한 상기 로크 기구의 위치 변화에 기초하여, 상기 적층체에 작용하는 압박력을 유지하도록 상기 제어 장치가 상기 로크 기구와 상기 접촉판 사이의 거리를 특정한 범위 내로 조정하는, 프로그램. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 기재된 전해조에 원료를 공급하여, 전해를 행함으로써, 전해 생성물을 제조하는 방법.
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