KR20220009510A

KR20220009510A - 전해조용 개스킷 및 그것을 이용한 전해조

Info

Publication number: KR20220009510A
Application number: KR1020227001231A
Authority: KR
Inventors: 아키요시 마나베
Original assignee: 드 노라 페르멜렉 가부시키가이샤
Priority date: 2019-07-19
Filing date: 2020-07-17
Publication date: 2022-01-24
Also published as: EP4001471A1; CN114144606A; AU2020318538A1; CA3146502A1; AU2020318538B2; CN114144606B; KR102402495B1; JPWO2021015120A1; WO2021015120A1; US20220316079A1; JP7071595B2; US11982007B2; CA3146502C; EP4001471A4

Abstract

간단한 조작으로 격막을 전해조 내부에 수용 보유지지할 수 있어, 전해액이나 전해 생성 가스가 전해조 내부로부터 새는 것을 보다 확실히 막을 수 있고, 게다가, 격막을 한쪽의 전극에 접촉하는, 당해 전극에 따른 위치에 보유지지시킨 상태로 할 수 있기 때문에, 격막의 손상을 억제하여, 격막을 장기간 안정적으로 사용할 수 있는 전해조용 개스킷 및 전해조를 제공한다. 액연 형상의 박판상 틀체로 이루어지고, 양극측 금속 틀체에 접촉하는 제1면과 음극측 금속 틀체에 접촉하는 제2면을 갖고, 제1면 및 제2면 중 어느 한쪽의 면 상에, 양극실측 또는 음극실측의 가장자리를 포함하는 영역이 균일한 두께로 얇게 깍여 내어져 이루어지는, 상기 격막의 두께와 대략 동일한 두께의 단차를 갖는 절결부가 형성되어 있고, 격막의 단부를 상기 절결부에 수용하고, 보유지지시키는 구조의 전해조용 개스킷 및 이를 이용한 전해조.

Description

전해조용 개스킷 및 그것을 이용한 전해조

본 발명은, 전해조용 개스킷 및 그것을 이용한 전해조에 관한 것이다.

알칼리수 전해, 순수 전해, 비정제수의 전해, 식염 전해, 염화물 수용액 전해, 브롬화물 수용액 전해, 염산 수용액 전해, 황산 수용액 전해 등에 이용하는 전해조로서, 양극과 음극의 사이에 격막을 형성하고, 당해 격막에 의해 양극과 음극을 격리한 전해조가 많이 이용되고 있다. 이들 전해조 내에 공급되는 전해액 및, 전해에 의해 생성되는, 수소 가스, 산소 가스, 염소 가스, 할로겐 가스 등의 전해 생성 가스, 그리고, 전해조 내의 전해액은, 격막의 가장자리부로부터 전해조 외부에 누설해서는 안된다. 전해 생성 가스나 전해액 등이 누설하면 플랜트의 연속 운전을 할 수 없게 되고, 또한, 운전 관리자나 환경으로의 문제를 일으킬 수도 있다.

종래, 상기와 같은 전해조에 있어서, 전해조용 격막의 가장자리부로부터 전해액이나 전해 생성 가스 등이 누설하는 것을 막기 위해, 양극과 음극의 사이에, 2매의 박판상의 개스킷, 또는, 4매 혹은 2매의 О-링을 배치하고, 이들의 밀봉용 부재에 의해, 전해 생성 가스나 전해액 등의 누설을 막음과 함께, 격막을 협지시키고 있다.

상기와 같은 전해조에 있어서, 예를 들면, 도 6에 나타낸 4매의 О-링(5)을 사용하는 경우에는, 전해조측의 2매의 О-링(5)으로 격막을 협지하여, 전해조의 외주측의 2매의 О-링(5)으로 전해액이 전해조 외부로 새는 것을 방지하고 있다. 또한, 격막으로서 이온 교환막을 사용하는 경우에는, 이온 교환막은 필름과 같은 것으로, 격막과 같이 액의 스며나옴에 의한 누설이 없는 점에서, 2매의 О-링만으로 밀봉하고 있다.

또한, 상기와 같은 전해조에 있어서, 밀봉용 부재에 박판상의 개스킷을 이용하는 종래 방법을 기재한 특허문헌 1 및 특허문헌 2에는, 도 7(a)에 나타내는 구조가 개시되어 있다. 이 방법에서는, 양극(1)을 장착한 양극측 금속 틀체(2)에 양극측 개스킷(7)을 형성하고, 음극(3)을 장착한 음극측 금속 틀체(4)에 음극측 개스킷(8)을 형성하여, 이 한 쌍(2매)의 개스킷(7, 8)에 의해 격막(6)을 협지하고 있다.

그런데, 본 발명자들의 검토의 결과, 상기와 같은 전해조에 있어서, О-링(5)을 이용하는 구조나, 2매의 개스킷(7, 8)을 사용하는 구조에 의해 격막(6)의 협지를 하면, 특히, 구성하는 격막(6)이 다공질막인 경우에는, 다음과 같은 결함이 있는 것을 알 수 있었다. 상기에 언급한 구조에서는, 어떠한 경우도, 격막(6)의 보유지지를, 복수의 밀봉용 부재를 이용하여, 이들 부재로 격막(6)의 가장자리부를 협지함으로써 행하고, 동시에, 전해조로부터의 전해액이나 전해 생성 가스의 누설을 막아, 전해조 내의 기밀성을 유지하는 것을 행하고 있다. 이 때문에, 복수의 개스킷이나 О-링 등의 밀봉용 부재가 필요해진다. 그리고, 특히, 전해 셀을 몇매나 겹쳐 조립하는 필터 프레스식의 전해조에서는, 개스킷 등의 밀봉용 부재의 수도 많아진다. 밀봉용 부재의 수가 많아지면, 예를 들면, 개스킷의 위치 어긋남에 기인하여 발생하는 비어져 나옴이나, 비어져 나옴 등에 의한 액 누설 등의 트러블도 전혀 없는 것은 아니었다. 도 7(a)에 나타낸 바와 같은, 격막을 2매의 개스킷을 이용하여 협지한 구성으로 하는 경우는, 대형의 전해조를 조립할 때에 막을 개스킷 내에 넣는 것에 수고가 든다. 또한, 격막을, 2매의 개스킷의 사이로부터 전해조의 외부로 인출한 상태에서 보유지지할 수도 있다. 그러나, 이와 같은 2매의 개스킷을 이용한 구성으로 한 경우, 이온 교환막이 아니라 격막을 사용할 때에는, 도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 2매의 개스킷에 의해 형성되는 미소한 극간을 통하여, 전해액이나 전해 생성 가스가 전해조 외부에 누출되는 경우가 있다.

또한, 상기와 같은 전해조에 있어서, 개스킷을 이용하는 다른 종래 방법으로서는, 특허문헌 3에 개시되어 있는 하기의 구조가 있다. 구체적으로는, 도 8에 나타내는 바와 같은, 1매의 개스킷(9)에 의해 구성된 구조가 알려져 있다. 당해 개스킷(9)은, 양극측 금속 틀체(2)에 접하는 제1면(10)과, 음극측 금속 틀체(4)에 접하는 제2면(11)을 가짐과 함께, 환상을 이루고 있고, 전해조 내부를 향하여 개구하는 슬릿부(12)가 형성되어 있다. 보다 상세하게는, 도 8에 나타낸 바와 같이, 개스킷(9)의 세로 방향의 상단(上端)에서 중간 부분까지를 충전부(13)로 하고, 당해 충전부(13)의 하방을 슬릿 형성부(14)로 하고, 당해 슬릿 형성부(14)의 중앙부에, 당해 개스킷(9)의 제1면(10) 및 제2면(11)과 거의 평행하게 연장되고, 전극조 내부를 향하여 개구한 구조의 슬릿부(12)가 형성되어 있다. 그리고, 이 예에서는, 당해 슬릿부(12) 내에 격막(6)의 가장자리부를 수용하고, 격막(6)을, 상기 구조를 갖는 개스킷(9)에 의해 보유지지하고 있다.

상기 구조를 갖는 개스킷(9)에 의하면, 1개의 부재로 이루어지기 때문에, 예를 들면, 도 7(b)에 나타낸 바와 같은, 복수매의 개스킷에 의해 격막을 협지한 경우에 발생하는 개스킷의 가장자리부로부터의 전해액 또는 전해 생성 가스의 누설의 우려가 없어진다. 이 때문에, 도 8에 나타낸 구조의 개스킷을 이용한 경우, 도 7(a)에 나타낸 구조의 개스킷을 이용한 경우와 비교하여, 전해액 또는 전해 생성 가스의 누설률을 저감할 수 있다.

그런데, 본 발명자들의 검토의 결과, 도 8에 나타낸 구조의 개스킷을 이용한 경우에는, 하기의 과제가 있는 것을 알 수 있었다. 도 8에 나타내는 바와 같은 구조의 개스킷에 의해 격막을 보유지지시키는 경우, 박판상(시트상)의 개스킷(9)의 내부에, 슬릿부(12)를, 개스킷(9)의 제1면(10) 및 제2면(11)과 평행하게 연장하도록 형성할 필요가 있다. 이에 대하여, 전해액 또는 전해 생성 가스의 누설율을 보다 저감시키기 위해서는, 형성하는 슬릿부(12)의 길이 및 두께의 정확성이 요구되기 때문에, 제조에 높은 기교가 필요해진다. 또한, 도 8에 나타낸 구조의 개스킷에 격막을 보유지지시키는 경우, 박판상의 격막(6)의 가장자리부를 슬릿부(12) 내의 안쪽까지, 극간이 없도록 확실하게 수용할 필요가 있지만, 용이한 것은 아니다. 이 때문에, 격막의 부착에 수고가 들어, 제조의 곤란성에 더하여, 작업성도 뒤떨어진다는 과제도 있다.

앞서 언급한 특허문헌 3에는, 상기한 문제를 해소하기 위해, 하기의 구조로 하는 것이 기재되어 있다. 개스킷을, 제1면과 제1 부분에 있어서, 슬릿부를 획성하는 면에 연속하여 제1 부분을 분단하는 분단부, 또는, 제2면과 제2 부분에 있어서 슬릿부를 획성하는 면에 연속하여 제2 부분을 분단하는 분단부를 구비한 구조가 개시되어 있다. 그리고, 이 분단부에 의해, 격막을 슬릿부에 수용할 때에, 제1 부분 또는 제2 부분을 젖혀 올려, 격막을 슬릿부에 수용하고 있다. 그러나, 이와 같이 하여 개스킷에 격막을 부착할 수 있도록 하기 위해서는, 슬릿부에 분단부를 형성하지 않으면 안되어, 개스킷의 구조는, 상당히 복잡해진다. 따라서, 상기한 바와 같은 구조로 하는 경우는, 개스킷으로의 격막의 부착의 작업성을 향상시키기 위해서 하는 수단이 제조의 곤란성을 증가시켜, 작업을 더 번잡하게 하고 있고, 또한, 개스킷의 제조 비용이 높아진다. 또한, 상기의 구성에 있어서, 격막의 두께와 슬릿부의 차가 작은 경우는, 격막을 개스킷의 슬릿부의 안쪽까지 강고하게 보유지지시키는 것은 매우 곤란하다.

또한, 앞에서 언급한 특허문헌 2에 기재된 구조의 개스킷에서는, 상기한 바와 같은 문제는 없기는 하지만, 본 발명자들의 검토에 의하면, 하기와 같은 다른 중대한 기술 과제가 있다. 특허문헌 2에 기재된 구조의 개스킷에서는, 도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 개스킷에 부착한 경우에, 격막이, 양극과 음극이 대향하여 형성하는 간격의 중앙부에 배치된다. 이와 같이, 상기의 개스킷을 이용하여 격막을 보유지지한 경우, 구조상, 격막은, 양극 및 음극의 어디에도 접하지 않은 상태로 된다. 이 때문에, 전해 운전 중에, 얇은 시트상의 격막이 단단히 고정되기 어려워 좌우로 절곡되는 불안정한 상태가 계속되고, 격막은, 양극 및 음극과 항상 접촉 스침 현상을 일으켜, 격막의 조기 파손을 막을 수 없다. 즉, 상기한 종래 기술에서는, 앞서 언급한 과제에 더하여, 보유지지시킨 격막의 내구성에 관한 결함이 있다.

일본공개특허공보 2002-332586호 일본공개특허공보 2011-6767호 국제공개 제2014/178317호

본 발명의 목적은, 구조가 심플하고 제조를 용이하게 할 수 있는 전해조용 개스킷으로서, 당해 개스킷을 이용하여, 매우 용이한 조작(동작)으로 간편하게 격막을 장착할 수 있고, 또한, 전해 운전 중에 격막이 절곡되는 일이 없고, 안정적으로 격막을 보유지지할 수 있기 때문에, 전해 운전 중에 있어서의 격막의 내구성이 우수하고, 개스킷의 기본적인 기능인, 전해조로부터 전해액이나 전해 생성 가스가 새는 것을 효과적으로 막을 수 있는, 실용 가치가 높은 전해조용 개스킷 및 그것을 이용한 전해조를 제공하는 것에 있다.

상기의 목적은, 하기의 본 발명에 의해 달성된다.

본 발명은, 제1 해결 수단으로서, 하기의 전해조용 개스킷을 제공한다.

[1] 양극과 음극과, 양극과 음극을 격리하는 시트상의 격막으로 이루어지는 전해조에 조입(incorporate)된, 상기 격막을 보유지지하기 위한 전해조용 개스킷으로서,

상기 전해조는, 중앙부에 양극실을 형성하기 위한 개구부를 갖는 액연 형상(picture-frame shape)으로 형성된 양극측 금속 틀체와, 당해 양극측 금속 틀체와 동일 형상의, 중앙부에 음극실을 형성하기 위한 개구부를 갖는 음극측 금속 틀체를 갖고, 상기 양극측 금속 틀체의 개구부에 양극이 장착되고, 상기 음극측 금속 틀체의 개구부에 음극이 장착되고, 또한, 상기 양극측 금속 틀체와 상기 음극측 금속 틀체의 사이에, 상기 전해조용 개스킷이 긴밀한 상태로 협지되어 있고,

상기 전해조용 개스킷은, 상기 양극측 금속 틀체 및 상기 음극측 금속 틀체와 대략 동일한 형상을 갖는, 1매의, 액연 형상의 박판상 틀체로 이루어지고,

당해 액연 형상의 박판상 틀체는, 상기 양극측 금속 틀체에 밀접하는 제1면과, 상기 음극측 금속 틀체에 밀접하는 제2면을 갖고, 상기 제1면 및 상기 제2면 중 어느 한쪽의 면 상에, 상기 박판상 틀체의, 상기 양극측 또는 상기 음극측의 가장자리를 포함하는 일부의 영역이 균일한 두께로 얇게 깍여 내어져 이루어지는, 상기 격막의 두께와 대략 동일한 두께의 단차를 갖는 절결부가 형성된 구조를 갖고,

상기 격막의 가장자리부가, 상기 절결부와, 상기 양극측 금속 틀체 혹은 상기 음극측 금속 틀체의 사이에 형성되는 극간에 수용되고, 상기 격막이, 상기 양극의 표면 혹은 상기 음극의 표면 중 어느 하나에, 보다 근접한 상태로 보유지지되어 있는 것을 특징으로 하는 전해조용 개스킷.

본 발명은, 상기의 전해조용 개스킷의 바람직한 형태로서 하기의 전해조용 개스킷을 제공한다.

[2] 또한, 상기 전해조용 개스킷의 외주면에 밀어붙여진 상태로, 절연성을 갖는 개스킷 누름판이 장착되어 있는 상기 [1]에 기재된 전해조용 개스킷.

[3] 상기 전해조용 개스킷이, 전해액 및 전해 생성 가스에 대하여 내식성을 갖는 탄성체로 이루어지는 재료로 형성되어 있는 상기 [1] 또는 [2]에 기재된 전해조용 개스킷.

[4] 상기 양극의 격막측에, 양극 촉매 활성 코팅이 실시되어 있거나, 혹은, 양극 촉매 활성 코팅이 실시되어 있는 양극측 파인 메시(fine mesh)가 장착되어 있는, 및/또는, 상기 음극의 격막측에, 음극 촉매 활성 코팅이 실시되어 있거나, 혹은, 음극 촉매 활성 코팅이 실시되어 있는 음극측 파인 메시가 장착되어 있는 상기 [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 전해조용 개스킷.

[5] 상기 양극과 상기 음극의 제로 갭화를 도모하기 위해, 상기 양극측 파인 메시와 상기 양극의 사이에, 및/또는, 상기 음극측 파인 메시와 상기 음극의 사이에, 스프링 재료가 장착되어 있는 상기 [4]에 기재된 전해조용 개스킷.

[6] 상기 양극 및 상기 음극이, 익스팬디드 메시, 펀칭 다공판, 철망 및, 이들에 유사한 형상의, 다수의 구멍을 갖는 도전성 전극 재료로 이루어지는 군으로부터, 독립하여 선택되는 어느 하나의 재료로 이루어지는 상기 [1]∼[5] 중 어느 하나에 기재된 전해조용 개스킷.

[7] 상기 양극측 금속 틀체의 배면에, 상기 양극실을 형성하기 위한 양극실 틀체가 접속되어 있음과 함께, 상기 음극측 금속 틀체의 배면에, 상기 음극실을 형성하기 위한 음극실 틀체가 접속되어 있는 상기 [1]∼[6] 중 어느 하나에 기재된 전해조용 개스킷.

[8] 상기 양극측 금속 틀체가, 상기 양극실 틀체의 일부로서 형성되어 있음과 함께, 상기 음극측 금속 틀체가, 상기 음극실 틀체의 일부로서 형성되어 있는 상기 [7]에 기재된 전해조용 개스킷.

[9] 상기 격막은, 상기 극간에 수용되어 있는 가장자리부를 제외한 격막의 한쪽의 면의 전체면이, 상기 양극 또는 상기 양극에 장착되어 있는 양극측 파인 메시에 접촉하고 있는 상태로, 혹은, 상기 음극 또는 상기 음극에 장착되어 있는 음극측 파인 메시에 접촉하고 있는 상태로, 보유지지되어 있는 상기 [1]∼[8] 중 어느 하나에 기재된 전해조용 개스킷.

[10] 상기 양극, 상기 양극측 금속 틀체, 상기 양극실 틀체, 상기 음극, 상기 음극측 금속 틀체 및, 상기 음극실 틀체가, 각각, 니켈, 스테인리스, 철 및 그들의 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 재료로 이루어지고,

상기 격막이, 수용액 투과성의 다공질 격막으로 이루어지고,

상기 양극실 및 상기 음극실에 도입되는 전해액이, 공통된 조성의 가성 알칼리 금속 수용액이고,

상기 전해조가, 알칼리수 전해조인 상기 [1]∼[9] 중 어느 하나에 기재된 전해조용 개스킷.

[11] 상기 양극, 상기 양극측 금속 틀체 및 상기 양극실 틀체가, 티탄 또는 티탄 합금으로 이루어지고,

상기 음극, 상기 음극측 금속 틀체 및 상기 음극실 틀체가, 니켈, 스테인리스, 철 및 그들의 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 재료로 이루어지고,

상기 격막이, 양이온 교환막으로 이루어지고,

상기 양극실 및 상기 음극실에 도입되는 전해액이, 음극측 전해액과 양극측 전해액으로 이루어지고,

상기 음극측 전해액이, 가성 알칼리 금속 수용액으로 이루어지고,

상기 양극측 전해액이, 할로겐화 알칼리 금속 수용액으로 이루어지고,

상기 전해조가, 식염 전해조인 상기 [1]∼[9] 중 어느 하나에 기재된 전해조용 개스킷.

본 발명은, 다른 실시 형태로서 하기의 전해조를 제공한다.

[12] 상기 [1]∼[11] 중 어느 하나에 기재된 전해조용 개스킷을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해조.

[13] 또한, 전해액을 가압하면서 전해를 행하는 구성의 상기 [12]에 기재된 전해조.

[14] 상기 [1]∼[11] 중 어느 하나에 기재된 전해조용 개스킷을 구비하여 이루어지고, 당해 개스킷을 구성하는, 상기 제1면 또는 상기 제2면이, 각각이 접하는 상기 양극측 틀체 또는 상기 음극측 틀체에 접착제로 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 전해조.

본 발명에 의하면, 구조가 심플하고 제조를 용이하게 할 수 있는 전해조용 개스킷으로서, 당해 개스킷을 이용하여, 매우 용이한 조작(동작)으로 간편하게 격막을 장착할 수 있고, 또한, 전해 운전 중에 격막이 절곡되는 일이 없고, 안정적으로 격막을 보유지지할 수 있기 때문에, 전해 운전 중에 있어서의 격막의 내구성이 우수하고, 개스킷의 기본적인 기능인, 전해조로부터 전해액이나 전해 생성 가스가 새는 것을 효과적으로 막을 수 있는, 실용 가치가 높은 전해조용 개스킷 및 그것을 이용한 전해조의 제공을 실현할 수 있다.

상세하게는, 본 발명에 의하면, 전해조용 개스킷의 구조를, 하기와 같은 특유의 절결부를 갖는 것으로 함으로써, 당해 절결부에 격막의 가장자리부(단부)를 소망하는 상태로 수용하여, 격막을 안정적으로 보유지지시킬 수 있고, 또한, 격막의 보유지지를 위해서 필요로 하는 조작이 용이하고, 간단하게 격막을 장착할 수 있는, 작업성이 우수하고, 제작비가 낮은 전해조용 개스킷의 제공이 가능해진다. 즉, 양극측 금속 틀체 및 음극측 금속 틀체와 대략 동일한 형상을 갖는, 1매의, 액연 형상의 박판상 틀체로 이루어지는 개스킷을, 전해조에 조입되었을 시에, 양극측 금속 틀체 또는 음극측 금속 틀체와 접하는 제1면 또는 제2면 중 어느 한쪽의 면 상에, 상기 박판상 틀체의, 상기 양극측 또는 상기 음극측의 가장자리를 포함하는 일부의 영역이 균일한 두께로 얇게 깍여 내어져 이루어지는, 상기 격막의 두께와 대략 동일한 두께의 단차를 갖는 절결부가 형성된 구조로 함으로써, 상기 효과가 얻어진다.

본 발명에 의하면, 상기 특유의 구조의 절결부를 갖는 전해조용 개스킷을 전해조에 적용함으로써, 격막의 가장자리부가, 상기 절결부와, 상기 양극측 금속 틀체 혹은 상기 음극측 금속 틀체의 사이에 형성되는 극간에 수용되기 때문에, 수용한 격막의 중앙부가, 상기 양극의 표면 혹은 상기 음극의 표면 중 어느 하나에, 보다 근접한 상태로 보유지지되기 때문에, 격막에 휨이나 주름, 뒤틀림이 생기는 일이 적고, 무리한 부하가 걸리는 일도, 격막에 손상을 일으키는 일도 없어, 격막을 장기간 안정적으로 정상적인 상태로 보유지지하는 것이 가능해진다.

또한, 본 발명의 전해조용 개스킷을 전해조에 적용하면, 상기 극간에 수용되어 있는 가장자리부를 제외한 격막의 한쪽의 면의 전체면이, 상기 양극 또는 상기 양극에 장착되어 있는 양극측 파인 메시에 접촉하고 있는 상태로, 혹은, 상기 음극 또는 상기 음극에 장착되어 있는 음극측 파인 메시에 접촉하고 있는 상태로, 보유지지되어, 종래의 개스킷을 이용한 경우와 같이, 양극과 음극의 중간부에 불안정한 상태로 보유지지되는 일은 없다. 이 때문에, 본 발명의 전해조용 개스킷을 전해조에 적용함으로써, 보유지지한 격막에 휨이나 주름, 뒤틀림이 생기는 일이 적고, 무리한 부하가 걸리는 일도, 격막에 손상을 일으키는 일도 없어, 격막을 장기간 안정적으로 정상적인 상태로 보유지지한다는 상기 효과가 조장된다.

도 1은 본 발명의 전해조용 개스킷의 일 예의 구성을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 전해조용 개스킷을 이용한 전해조의 일 예를 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 전해조용 개스킷을 사용하여 격막을 보유지지시키는 것을 설명하기 위한 개략도이다.
도 4는 본 발명의 전해조용 개스킷을 이용한 전해조의 다른 예를 설명하기 위한 개략도이다.
도 5는 본 발명의 전해조용 개스킷에 격막을 보유지지시키는 방법의 일 예를 설명하는 개략도이다.
도 6은 종래의 전해조용 O링의 일 예의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 7(a)는 종래의 전해조용 개스킷의 일 예의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 7(b)는 종래의 전해조용 개스킷의 다른 일 예의 구성과, 전해액이 전해조 외부에 누출되는 상황을 나타내는 개략도이다.
도 8은 종래의 전해조용 개스킷의 다른 일 예의 구성을 나타내는 개략도이다.

(발명을 실시하기 위한 형태)

이하, 본 발명의 바람직한 실시의 형태에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이하의 실시의 형태에 한정되는 것은 아니다. 본 발명을 상세하게 설명하는데에 있어서, 먼저, 본 발명의 전해조용 개스킷을, 그의 구조를 개략적으로 나타낸 일 예의 도 1을 참조하여 설명한다.

본 발명의 전해조용 개스킷(17)은, 도 1에 나타내는 바와 같이, 양극측 금속 틀체(2)에 접하는 제1면(18)과, 음극측 금속 틀체(4)에 접하는 제2면(19)을 갖고 있고, 전해조용 개스킷(17), 양극측 금속 틀체(2), 음극측 금속 틀체(4)는, 어느 것이나, 중앙부에 개구부를 갖고, 액연 형상으로 형성된 각형 또는 원형 등의 형상을 이루고 있다. 도 1에 예시한 본 발명의 전해조용 개스킷은, 액연 형상의 박판상 틀체로 이루어지는 전해조용 개스킷(17)의, 제1면(18)의 면 상에, 상기 박판상 틀체의 중앙 근방으로부터 상기 양극실측의 가장자리에 이르기까지의, 양극측의 가장자리를 포함하는 일부의 영역이 균일한 두께로 얇게 깍여 내어져 있고, 격막(6)의 두께와 대략 동일한 두께의 단차를 갖는 절결부(20)가 형성된 구조를 가지고 이루어진다. 그 결과, 도 1 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 전해조용 개스킷을 전해조에 이용하면, 격막(6)의 가장자리부가, 절결부(20)의 내부(단차 부분)에 용이하게 수용되어, 전해조용 개스킷(17)과 양극측 금속 틀체(2)의 극간에 강고하게 보유지지되는 상태로 된다. 도 1의 예에서는, 양극측 금속 틀체(2)에 접하는 제1면(18) 상에 절결부(20)를 형성하고 있지만, 이에 대신하여, 음극측 금속 틀체(4)에 접하는 제2면(19) 상에 절결부(20)를 형성한 구조로 해도 좋다.

도 1 중의 21은, 격막(6)을 보유지지했을 때에 전해조용 개스킷(17)의 상하 동을 막아, 개스킷이 금속 틀체로부터 비어져 나가는 것을 방지하기 위한 부재의, 절연성의 누름판이다. 당해 누름판은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 전해조용 개스킷(17)의 외주면에 밀착한 상태로 장착시킨다. 누름판(21)의 형상은, 전해 셀의 형상에 준거한 것으로, 원형상 또는 각형상의 틀 구조로 된다. 누름판(21)은, 개스킷의 어긋남을 방지함으로써, 전해조(24)(도 2 등을 참조) 내의 기밀성을 향상시킬 수 있기 때문에, 다수의 셀을 적층시키는 대용량의 전해조나 가압 운전을 행하는 경우에 효과적인 처치이다. 또한, 도 2는, 양극실, 음극실의 한 쌍으로 조립된 예를 기재하고 있지만, 복수 적층되는 전해조에 대해서도 동일한 것이 적용된다.

양극측 금속 틀체(2)의, 중앙부에 형성되는 개구부에는, 익스팬디드 메시, 펀칭 다공판, 철망 및, 이들에 유사한 형상의, 다수의 구멍을 갖는 도전성 전극 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 재료로 이루어지는, 판상 또는 메시상의 양극(1)이 장착되어 있다. 또한, 음극측 금속 틀체(4)의, 중앙부에 형성되는 개구부에는, 익스팬디드 메시, 펀칭 다공판, 철망 및, 이들에 유사한 형상의, 다수의 구멍을 갖는 도전성 전극 재료로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 재료로 이루어지는, 판상 또는 메시상의 음극(3)이 장착되어 있다. 그리고, 격막(6)은, 그의 가장자리 부분(단부)이, 앞서 설명한 전해조용 개스킷(17)의 절결부(20) 내에 보유지지되어 있고, 보유지지되어 있는 부분 이외의 격막(6)의 한쪽의 면이, 전체면에 걸쳐 양극(1)에 접촉하고 있는 상태가 되도록 설치된다.

도 3은, 본 발명의 전해조용 개스킷(17)에, 격막(6)을 보유지지시키는 구성을 설명하기 위한 개략도이다. 도 3에 나타낸 예의 전해장용 개스킷(17)은, 1매의, 액연 형상의 박판상 틀체로 이루어지고, 당해 틀체의 한쪽의 면(양극측의 면) 상에, 틀체의 중앙 근방으로부터, 상기 양극실측의 가장자리를 향하여 당해 가장자리에 이르기까지의 일부의 영역이, 균일한 두께로 얇게 깍여 내어져 이루어지는 상태의, 절결부(20)가 형성되어 있다. 당해 절결부(20)는, 격막(6)의 두께와 대략 동일한 두께(단차)를 갖는 구조를 갖고 있다. 그리고, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 격막(6)의 외주부가, 양극측 금속 틀체(2)와 절결부(20)의 사이에 형성되는 극간에 수용되고, 상기 절결부(20) 내에 수용되는 상태로 된다. 전해조용 개스킷(17)을 구성하는 액연 형상의 시트상의 틀체는, 양극측 금속 틀체 및 상기 음극측 금속 틀체와 대략 동일한 형상을 갖는 것이면 좋고, 그의 외관 형상이, 예를 들면, 각형이나 원형(환)인 것을 들 수 있다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서 설명한다.

〔제1 실시 형태〕

도 2는, 전해조로서 알칼리수 전해조(24)에 이용한, 본 발명의 전해장용 개스킷의 제1 실시 형태를 설명하기 위한, 개략적인 단면도이다. 알칼리수 전해조(24)를 이용하여 행하는 알칼리수 전해에서는, 25질량％∼35질량％의 KOH 수용액 또는 NaOH 수용액이 전해액으로서 이용된다. 이 전해액이, 양극실(15) 및 음극실(16)에 공급되어 전해가 행해지면, 양극실(15)에서 전해액 및 산소 가스를 계 외에 배출하고, 음극실(16)에서 전해액 및 수소 가스를 계 외에 배출한다. 배출된 전해액은, 계 외에 있어서 혼합되고, 양극실(15) 및 음극실(16)에 순환하여, 연속 전해가 행해진다.

본 발명의 알칼리수 전해조(24)는, 도 2에 예시한 바와 같이, 양극측 금속 틀체(2)와, 당해 양극측 금속 틀체(2)에 장착한 양극(1)과, 당해 양극(1)을 포함하는 양극실(15)과, 양극측 금속 틀체(2)와 동일 형상의 음극측 금속 틀체(4)와, 당해 음극측 금속 틀체(4)에 장착한 음극(3)과, 양극(1)과 음극(3)을 격리하기 위한, 양극(1)과 음극(3)의 사이에 형성된 격막(6)을 가지고 이루어진다. 상기 알칼리수 전해조(24)의 특징은, 양극측 금속 틀체(2)와 음극측 금속 틀체(4)의 사이에 협지시킨 특유의 형상을 갖는 전해조용 개스킷(17)에 의해, 격막(6)을, 도 2에 나타낸 상태로 보유지지시키도록 한 점에 있다. 즉, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 절결부(20)를 갖는 전해조용 개스킷(17)을 이용함으로써, 당해 전해조용 개스킷(17)과 양극측 금속 틀체(2)의 사이에 형성되는 극간에, 격막(6)의 가장자리부를, 긴밀한 상태로 용이하게 수용시킬 수 있다. 그 결과, 격막(6)의 양극측의 면이, 대략 전체면에 걸쳐, 양극(1)에, 보다 근접한 상태로 보유지지된 구성으로 된다. 상기의 설명은, 도 2에 나타낸, 양극(1)측에 가까이 붙어 격막(6)을 보유지지시키도록 구성한 예로 행했지만, 상기와 마찬가지로 하여, 음극측(2)에 가까이 붙어 격막(6)을 보유지지하도록 구성할 수도 있고, 이 경우도, 마찬가지로 본 발명의 효과가 얻어진다.

양극측 금속 틀체(2)는, 중앙부에 양극실을 형성하기 위한 개구부를 갖는, 예를 들면, 외관 형상이, 각형 또는 원형(환) 등인, 액연 형상의 형상을 하고 있다. 당해 양극측 금속 틀체(2)의 개구부에는, 양극(1)이 장착된다. 양극(1)은, 익스팬디드 메시, 펀칭 다공판, 철망, 혹은, 이들에 유사한 형상의, 다수의 구멍을 갖는 도전성 전극 재료로 이루어진다. 음극측 금속 틀체(4)는, 상기 양극측 금속 틀체와 동일 형상을 하고 있고, 중앙부에 음극실을 형성하기 위한 개구부를 갖는, 각형 또는 원형 등의 액연 형상의 형상을 하고 있다. 당해 음극측 금속 틀체(4)의 개구부에는, 음극(3)이 장착된다. 음극(3)은, 익스팬디드 메시, 펀칭 다공판, 철망, 혹은, 이들에 유사한 형상의, 다수의 구멍을 갖는 도전성 전극 재료로 이루어진다.

제1 실시 형태의 알칼리수 전해조에서는, 도전성 전극 재료로 이루어지는 양극(1) 및 음극(3)에, 어느 것이나, 니켈 도금한 철판, 니켈 또는 니켈 합금이 사용되고 있다. 양극측 금속 틀체(2)와 음극측 금속 틀체(4)도, 양극(1) 및 음극(3)과 동일한, 니켈 도금한 철판, 니켈 또는 니켈 합금에 의해 형성할 수 있다. 이들을 동일한 재료로 형성한 경우, 양극(1) 및 음극(3)은, 각각, 양극측 금속 틀체(2), 음극측 금속 틀체(4)의, 격막(6)측에 위치하는 면에, 용접 등의 수단에 의해 장착할 수 있다.

본 발명을 특징짓는 전해조용 개스킷(17)은, 상기 양극측 금속 틀체(2) 및 상기 음극측 금속 틀체(4)와 대략 동일한 형상을 갖는, 1매의, 액연 형상의 박판상 틀체로 이루어진다. 그리고, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 양극측 금속 틀체(2)와, 상기 음극측 금속 틀체(3)의 사이에, 긴밀한 상태로 협지된다. 전해조용 개스킷(17)은, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 양극측 금속 틀체(2)에 밀접하는 제1면(18)과, 상기 음극측 금속 틀체(4)에 밀접하는 제2면(19)을 갖는다. 본 발명의 전해조용 개스킷(17)은, 상기 제1면(18) 및 상기 제2면(19) 중 어느 한쪽의 면 상에, 특유의 형상의 절결부(20)가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 도 1∼도 3 및 도 5를 참조하여, 제1면(18) 상에 형성된 절결부(20)의 상세에 대해서 설명한다. 절결부(20)는, 전해조용 개스킷(17)의, 액연 형상의 박판상 틀체의 중앙 근방으로부터, 상기 양극실(15)측의 가장자리에 이르기까지의 가장자리를 포함하는 일부의 영역이, 균일한 두께로 얇게 깍여 내어진 형상을 하고 있고, 절결부(20)에 의해, 상기 제1면(18) 상에, 당해 제1면(18)과 특정의 두께의 단차를 갖는 오목면이 형성된다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 절결부(20)에 의해 형성되는 단차(두께)(W)는, 격막(6)의 두께(M)와 대략 동일한 두께를 갖는다. 본 발명의 전해조용 개스킷은, 상기 특유의 형상의 절결부(20)가 형성된 구조를 갖기 때문에, 도 1에 나타낸 바와 같이, 격막(6)의 가장자리부가, 상기 절결부(20)와, 상기 양극측 금속 틀체(2)의 사이에 형성되는 극간에 용이하게 수용할 수 있음과 함께, 격막(6)이 보유지지된 부분을 긴밀한 상태로 할 수 있다. 그리고, 도 2에 나타낸 바와 같이, 상기 특유의 형상의 절결부(20)를 갖는 본 발명의 전해조용 개스킷(17)을 전해조에 이용함으로써, 격막(6)은, 양극(1)과 대향하는 전체면이, 양극(1)의 표면에, 보다 근접한 상태로 보유지지되게 된다. 즉, 본 발명의 전해조용 개스킷을 이용함으로써, 종래 기술의 개스킷을 이용한 경우와 같이, 격막(6)이, 양극(1)과 음극(3)의 중간부에 보유지지되는 일은 없고, 양극(1)의 표면에 접촉하여, 양극(1)측에 안정된 상태로 보유지지된다.

상기한 바와 같이, 전해조에 있어서, 본 발명의 전해조용 개스킷(17)을 이용하여 격막(6)을 보유지지하면, 도 2에 나타낸 바와 같이, 격막(6)의, 절결부(20) 내에 수용되어 있는 가장자리부를 제외한 격막(6)의 한쪽의 면의 전체면이, 양극(1)의 표면 근방에 고정되어 있는 바와 같은 상태로 안정되게 보유지지되기 때문에, 격막에, 휨이나 주름, 뒤틀림이 생기는 일이 적고, 무리한 부하가 걸리는 것도 억제된다. 이 때문에, 격막에 손상을 일으키는 것이 억제되기 때문에, 전해조 내의 격막을 장기간 안정적으로 정상적인 상태로 보유지지하는 것을 실현할 수 있다. 앞서 서술한 바와 같이, 상기의 설명은, 양극(1)측에 가까이 붙어 격막(6)을 보유지지시키도록 구성한 예로 행했다. 또한, 상기와 마찬가지로 하여, 음극측(2)에 가까이 붙어 격막(6)을 보유지지하는 구성으로 한 경우도 마찬가지로, 상기한 본 발명의 효과가 얻어진다.

상기에 예시한 알칼리수 전해조(24)에 있어서, 사용하는 전해액의 종류나, 발생하는 가스의 성상에도 기인하지만, 양극측 금속 틀체(2) 또는 음극측 금속 틀체(4)와, 긴밀한 상태로 협지시킨 전해조용 개스킷(17)의 사이에서 생기는 극간 부식을 방지하기 위해, 양극측 금속 틀체(2) 또는 음극측 금속 틀체(4)의 표면에 내식성 코팅을 실시해도 좋다.

또한, 전해조용 개스킷(17)의 형성 재료에는, 전해액 및 전해 생성 가스에 대하여 내식성을 갖는 탄성체를 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 다음에 언급하는 바와 같은 탄성체를 적절하게 선택하여 이용할 수 있다. 천연 고무(NR), 스티렌부타디엔 고무(SBR), 클로로프렌 고무(CR), 부타디엔 고무(BR), 아크릴로니트릴-부타디엔 고무(NBR), 실리콘 고무(SR), 에틸렌-프로필렌 고무(EPT), 에틸렌-프로필렌-디엔 고무(EPDM), 불소 고무(FR), 이소부틸렌-이소프렌 고무(IIR), 우레탄 고무(UR), 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무(CSM) 등을 이용할 수 있다.

격막(6)의 형성 재료로서는, 수용액 투과성의 격막이면 좋고, 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 아스베스토 격막, PPS(폴리페닐렌술파이드)의 부직포, PTFE(폴리테트라플루오르에틸렌)나 PSF(폴리술폰) 등의 폴리머를 함침시킨 화학적 내성이 있는 부직포 등이, 적합하게 사용된다. 격막의 두께는, 100㎛∼650㎛ 정도이며, 특별히 한정되지 않는다.

본 발명의 전해조용 개스킷(17)은, 도 3에 나타낸 바와 같이, 절결부가 형성되지 않는 상부(박판상 틀체의 외주측)의 충전부(26)와, 하부(박판상 틀체의 중앙측)의 절결 형성부(27)로 이루어진다. 또한, 전해조에 설치된 경우에, 양극측 금속 틀체(2)에 밀접하는 제1면(18)과, 음극측 금속 틀체(4)에 밀접하는 제2면(19)을 갖고 있다. 그리고, 앞서 설명한 바와 같이, 전해조용 개스킷(17)의 제1면(18) 상에는, 절결 형성부(27)에, 상기한 충전부(26)와의 경계에서, 절결 형성부(27)의 가장자리까지의 영역에, 격막(6)의 두께와 거의 동일한 두께(단차)를 갖도록 설계한 절결부(20)가 형성되어 있다. 전해조용 개스킷(17)을 구성하는 제1면(18)의, 절결 형성부(27)의 영역보다 상방(외주측)의 충전부(26)는, 전해조에 설치된 경우에, 양극측 금속 틀체(2)에 면 접촉한 상태로 된다.

도 3에, 본 발명의 전해조용 개스킷(17)의 각 부에 대한 치수를 나타내기 위한 부호를 나타냈다. 구체적인 치수는, 개개의 전해조의 사이즈에 따라서 적절히 설정된다. 또한, 도 3은, 전해조에, 전해조용 개스킷(17)을 조입하여 설치할 때에 있어서의 설치 전의, 각 구성 요소가 밀착하고 있지 않은 상태로 나타나 있다. 이하, 도 3을 참조하여 설명한다.

절결부(20)의 길이(L)는, 격막(6)을 보유지지할 수 있는 정도의 길이로, 전해조의 사이즈나, 전극 반응 면적에 맞추어 적절히 설계하면 좋고, 예를 들면, 5∼30㎜ 정도, 바람직하게는 10㎜∼20㎜이다. 절결부(20)의 깊이(단차 혹은 두께라고도 부름)(W)는, 격막의 두께에 따라서 적절히 설정하면 좋고, 예를 들면, 0.1∼1.0㎜ 정도이다. 본 실시 형태에서는, 절결부(20)의 깊이(W)는, 격막의 두께(M)와 대략 동등하고, 예를 들면, 0.5㎜ 정도이다. 전해조용 개스킷(17)의 길이(C)(틀체의 폭(C))는, 20㎜∼50㎜ 정도이고, 충전부(26)의 길이(A)는, 10㎜∼40㎜ 정도, 절결 형성부(27)의 길이(B)는, 5㎜∼30㎜ 정도, 격막의 두께(M)는, 100㎛∼650㎛ 정도이다. 본 발명자들의 검토에 의하면, 충전부(26)의 길이(A)와, 절결 형성부(27)의 길이(B)의 비는, A:B＝1:1∼2:1 정도인 것이, 격막(6)을 긴밀한 상태로 협지하여, 보다 액 누설을 발생시키지 않도록 하기 위해서는 바람직하다. 단, 이 관계도, 사용하는 개스킷의 특성(강도, 탄성, 연신성 등)에 영향을 받기 때문에, 이에 한정되지 않는다.

한편, 도 2에 나타낸 전해조용 개스킷(17)의 제2면(19)은, 그의 전체면이 음극측 금속 틀체(4)에 면 접촉하고 있고, 전해조용 개스킷(17)과 양극측 금속 틀체(2) 및 음극측 금속 틀체(4)에 극간은 전혀 없고, 이들의 접촉면으로부터 전해조(24) 내의 전해액 및 전해 생성 가스가, 외부로 누설할 일은 없다.

격막(6)의 상하의 양단의 가장자리부는, 전해조용 개스킷(17)(이하, 간단히 「개스킷」이라고도 부름)의 절결부(20) 내에 삽입한 후, 양극측 금속 틀체(2) 및 음극측 금속 틀체(4)의 양측으로부터 타이로드(25)(도 2, 도 4 참조), 또는 유압 수단(도시하지 않음) 등 그 외의 조임 수단에 의해 조이는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성함으로써, 격막(6)의 외주부는, 개스킷(17)의 절결부(20) 내에 긴밀한 상태로 수용되고, 개스킷(17)의 절결부(20)의 내부의 각 변에 의해 강고하게 보유지지됨과 함께, 개스킷(17)의 제1면(18) 상부 및 제2면(19)의 전체면과, 양극측 금속 틀체(2) 및 음극측 금속 틀체(4)에 의해 긴밀한 상태로 되어, 밀폐된다. 이 때문에, 전해조(24) 내로부터, 전해액 및 전해 생성 가스가 외부로 새는 것을, 보다 확실히 방지할 수 있게 된다.

전해조에 전해조용 개스킷(17)을 이용한 경우, 격막(6)의 한쪽의 면의 전극에 대향하는 전체면이, 양극(1)과 양극측 금속 틀체(2), 혹은, 상기 음극(3)과 상기 음극측 금속 틀체(4)에 접촉하고 있는 상태로 된다. 즉, 도 2에 나타낸 예에서는, 전해조용 개스킷(17)의 절결부(20) 내에, 외주부(가장자리부)가 수용 보유지지된 격막(6)의 양극측의 면은, 그의 전체면이, 양극측 금속 틀체(2) 및 양극(1)에 각각 접촉한 상태로 된다. 이 때문에, 접촉한 부분의 단면 형상이, 도 2에 나타낸 바와 같이, 양극측 금속 틀체(2)와 개스킷(17)의 접촉부와, 전해조용 개스킷(17) 내의 격막(6)의 양극측의 면과 양극측 금속 틀체(2)의 접촉부와, 양극(1)과 격막(6)의 접촉부의, 모두가 일직선상에 배치되어 보유지지된 상태로 된다.

따라서, 격막(6)은, 양극(1)과 음극(3)의 중간부에 불안정하게 보유지지되는 일은 없고, 양극(1)의 표면에 따른 상태(적층되어 있는 바와 같은 상태)로, 고정된 1평면의 상태로 보유지지된다. 이 때문에, 전해 운전 중에 격막(6)에, 휨이나 주름, 뒤틀림이 생기는 일이 없고, 또한, 무리한 부하가 걸리는 일도 없어, 격막(6)에 손상을 일으키는 일이 현격히 억제된다. 그 결과, 격막(6)을 장기간 안정적으로 사용하는 것이 가능해지기 때문에, 자원의 유효 이용 및 경제적인 효과도 기대할 수 있다. 또한, 격막(6)이 보유지지되었을 때의 배치를, 상기에 언급한 복수의 접촉부가 1직선 상에 보유지지된 상태로 함으로써, 격막(6)에 굴곡진 개소의 발생률이 저하하여, 격막 손상률을 저감할 수 있다. 그러나, 양극(1) 또는 음극(3)의 부착 위치에 따라서는, 반드시, 격막(6)의 한쪽의 면의, 보유지지된 부분을 제외한 전체면과, 양극(1) 또는 음극(3)이 접촉한 상태가 아니어도 좋고, 그 간격이 좁으면 좋다.

도 2에 나타낸 바와 같이, 양극측 금속 틀체(2)의 배면에는, 양극실(15)을 형성하는 양극실 틀체(22)가 접속되어 있고, 음극측 금속 틀체(4)의 배면에는, 음극실(16)을 형성하는 음극실 틀체(23)가 접속되어 있다. 양극실 틀체(22) 및 음극실 틀체(23)는, 양극측 금속 틀체(2) 및 음극측 금속 틀체(4)와 동일한 재료로 형성할 수 있다. 또한, 양극(1), 양극측 금속 틀체(2), 양극실 틀체(22), 음극(3), 음극측 금속 틀체(4), 음극측 금속 틀체(23)는, 모두, 니켈 도금한 철판, 니켈 또는 니켈 합금 등의 동일한 재료로 형성할 수도 있다. 또한, 전해조용 개스킷의 제1면(18) 또는 제2면(19)은, 각각이 접하는 양극측 금속 틀체(2) 또는 음극측 금속 틀체(4)에 접착제에 의해 접착해도 좋다. 대형 실기(實機)의 경우, 셀 조립을 현장에서 세운 채로 실시하는 경우가 있기 때문에, 접착제의 이용은 이러한 때에 유효하다. 한편, 소형의 경우는, 가로로 한 채로 조립하는 경우가 많고, 이 경우, 접착제는 사용하지 않는다.

〔제2 실시 형태〕

제1 실시 형태에 있어서는, 양극측 금속 틀체(2)에 접하는 개스킷(17)의 제1면(18)의 절결 형성부(27)에 절결부(20)를 형성한 예에 대해서 설명했다. 제2 실시 형태에서는, 이와는 반대측의, 음극측 금속 틀체(4)에 접하는 개스킷(17)의 제2면(19)에, 절결 형성부(27)를 형성하여, 절결부(20)를 형성했다(도시하지 않음). 이 예에서는, 개스킷(17)의 제2면(19)의 중앙보다 상방의 충전부(26)를, 음극측 금속 틀체(4)에 면 접촉시키고, 한편, 개스킷(17)의 제1면(18)은, 그의 전체면을 양극측 금속 틀체(2)에 면 접촉시킨다. 이 경우, 음극측 금속 틀체(4) 및 음극(3)은, 동일한 평면상(狀)으로 배치된 구성으로 된다. 이 때문에, 개스킷(17)의 음극측에 형성된 절결부(20) 내에, 가장자리부가 수용 보유지지된 격막(6)은, 격막(6)의 전체면이, 음극측 금속 틀체(4) 및 음극(3)에 접촉한 상태로 되고, 격막(6)이, 음극(3)의 표면에 따른 상태(적층되어 있는 바와 같은 상태)로, 고정된 1평면의 상태로 보유지지되게 된다.

따라서, 제2 실시 형태의 경우도 상기 제1 실시 형태와 마찬가지로, 격막(6)의 중앙의 부분은, 도 6∼8에 나타낸 종래의 개스킷을 이용한 경우와 같이, 양극(1)과 음극(3)의 중간부에 불안정한 상태로 보유지지되는 일은 없고, 음극(3)의 표면을 따라서 접촉한 상태로 직선적으로 보유지지된다. 이 때문에, 격막(6)에 뒤틀림이 생기는 일이 없고, 또한, 무리한 부하가 걸리는 일도 없고, 격막(6)에 손상을 일으키는 일도 없어, 격막(6)을 장기간 안정적으로 사용하는 것이 가능해진다.

〔제3 실시 형태〕

제3 실시 형태에서는, 제1 실시 형태 또는 제2 실시 형태의 구성에 더하여, 양극(1)에, 격막(6)측의 표면에 양극 활성화 촉매를 피복한 것을 이용하여, 음극(3)에, 격막(6)측의 표면에 음극 활성화 촉매를 피복한 것을 이용한다. 이와 같이 구성함으로써, 전해조의 고성능화를 도모하는 것이 가능해진다. 또한, 본 발명의 전해조를 고성능화하기 위해서는, 양극(1)의 격막(6)측의 표면에, 양극 촉매 활성 코팅을 실시한 양극측 파인 메시(28)를 장착하고, 및/또는, 음극(3)의 격막(6)측 표면에, 음극 촉매 활성 코팅을 실시한 음극측 파인 메시(29)를 장착하는 것이 바람직하다.

전해조의 한층 더 고성능화를 도모하기 위해서는, 양극측 파인 메시(28)와 양극(1), 및/또는, 음극측 파인 메시(29)와 음극(3)의 사이에, 스프링 재료(30)를 장착하고, 양극(1)과 음극(3)의 제로 갭화를 도모하는 것이 바람직하다. 스프링 재료로서는, 니켈 기재의 쿠션 코일을 적합하게 사용할 수 있다. 도 4에, 음극측 파인 메시(29)와 음극(3)의 사이에, 스프링 재료(30)를 장착한 전해조의 예를 나타냈다. 도 4와 같은 구성으로 함으로써, 양극(1)과 음극(3)의 제로 갭화가 도모되어, 전해조의 한층 더 고성능화가 도모된다.

〔제4 실시 형태〕

본 발명의 전해조용 개스킷은, 알칼리수 전해조에 적합하지만, 식염 전해의 전해조나, 그 외의 전해조, 예를 들면, 순수 전해, 비정제수의 전해, 브롬화물 수용액 전해, 염산 수용액 전해, 황산 수용액 전해 등의 전해조에도 적용할 수 있다. 본 발명을 식염 전해조에 적용하기 위해서는, 격막(6)으로서, 양이온 교환막을 사용하고, 전해조의 양극실(15) 및 음극실(16)을, 상기 양이온 교환막에 의해 격리하고, 양극측 전해액으로서 식염수를 사용하고, 음극측 전해액으로서, 가성 알칼리 금속 수용액으로 한다.

〔제5 실시 형태〕

또한, 본 발명의 전해조용 개스킷 및 전해조는, 가압 시스템에 있어서도 적용할 수 있다. 또한, 가압 시스템의 경우는, 양극실, 음극실이 함께 가압된다. 이 때 양극측보다 음극측의 압력을 조금 높여, 음극 가압의 제어를 함으로써 음극측으로부터 모여지는 수소 순도는 높아지는 경향이 있어, 운전 관리로서는 음극 가압이 바람직하다. 한편, 격막의 종류에도 보다, 전해액이 투과하기 쉬운 격막에서는, 그의 음극 가압도 물기둥 10㎝－H₂O 정도의 작은 것, 또는 동압(同壓)을 채용하게 된다.

〔제6 실시 형태〕

또한, 본 발명의 전해조용 개스킷 및 전해조는, 단극식의 전해조뿐만 아니라 복극식 전해조에도 적용할 수 있다.

(산업상의 이용 가능성)

본 발명에 의하면, 1매의 개스킷에 의해, 간단한 장착 조작에 의해, 격막을 전해조 내부에 수용 보유지지할 수 있고, 게다가, 전해액이나 전해 생성 가스가 전해조의 내부로부터 새는 것을 확실히 막을 수 있다. 또한, 특유의 형태의 절결부를 갖는 구성으로 함으로써, 격막을, 전극에 접촉하는 전극에 따른 위치에 보유지지할 수 있기 때문에, 전해 운전 중에, 격막이 좌우로 굴곡하여, 격막에 손상을 일으키는 일 없이, 격막을 장기간 안정적으로 사용하는 것이 가능해진다. 본 발명의 전해조용 개스킷은, 여러가지 전해조에 적용할 수 있기 때문에, 폭넓은 분야에 있어서의 이용이 기대된다.

1: 양극
2: 양극측 금속 틀체
3: 음극
4: 음극측 금속 틀체
5: О-링
6: 격막
7: 양극측 개스킷
8: 음극측 개스킷
9: 전해조용 개스킷(종래 기술)
10: 제1면(종래 기술)
11: 제2면(종래 기술)
12: 슬릿부
13: 충전부
14: 슬릿 형성부
15: 양극실
16: 음극실
17: 전해조용 개스킷
18: 제1면
19: 제2면
20: 절결부
21: 누름판
22: 양극실 틀체
23: 음극실 틀체
24: 알칼리수 전해조
25: 다이로드
26: 충전부
27: 절결 형성부
28: 양극측 파인 메시
29: 음극측 파인 메시
30: 스프링 재료

Claims

양극과 음극과, 양극과 음극을 격리하는 시트상의 격막으로 이루어지는 전해조에 조입(incorporate)된, 상기 격막을 보유지지하기 위한 전해조용 개스킷으로서,
상기 전해조는, 중앙부에 양극실을 형성하기 위한 개구부를 갖는 액연 형상(picture-frame shape)으로 형성된 양극측 금속 틀체와, 당해 양극측 금속 틀체와 동일 형상의, 중앙부에 음극실을 형성하기 위한 개구부를 갖는 음극측 금속 틀체를 갖고, 상기 양극측 금속 틀체의 개구부에 양극이 장착되고, 상기 음극측 금속 틀체의 개구부에 음극이 장착되고, 또한, 상기 양극측 금속 틀체와 상기 음극측 금속 틀체의 사이에, 상기 전해조용 개스킷이 긴밀한 상태로 협지되어 있고,
상기 전해조용 개스킷은, 상기 양극측 금속 틀체 및 상기 음극측 금속 틀체와 대략 동일한 형상을 갖는, 1매의, 액연 형상의 박판상 틀체로 이루어지고,
당해 액연 형상의 박판상 틀체는, 상기 양극측 금속 틀체에 밀접하는 제1면과, 상기 음극측 금속 틀체에 밀접하는 제2면을 갖고, 상기 제1면 및 상기 제2면 중 어느 한쪽의 면 상에, 상기 박판상 틀체의, 상기 양극측 또는 상기 음극측의 가장자리를 포함하는 일부의 영역이 균일한 두께로 얇게 깍여 내어져 이루어지는, 상기 격막의 두께와 대략 동일한 두께의 단차를 갖는 절결부가 형성된 구조를 갖고,
상기 격막의 가장자리부가, 상기 절결부와, 상기 양극측 금속 틀체 혹은 상기 음극측 금속 틀체의 사이에 형성되는 극간에 수용되고, 상기 격막이, 상기 양극의 표면 혹은 상기 음극의 표면 중 어느 하나에, 보다 근접한 상태로 보유지지되어 있는 것을 특징으로 하는 전해조용 개스킷.
제1항에 있어서,
또한, 상기 전해조용 개스킷의 외주면에 밀어붙여진 상태로, 절연성을 갖는 개스킷 누름판이 장착되어 있는 전해조용 개스킷.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 전해조용 개스킷이, 전해액 및 전해 생성 가스에 대하여 내식성을 갖는 탄성체로 이루어지는 재료로 형성되어 있는 전해조용 개스킷.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양극의 격막측에, 양극 촉매 활성 코팅이 실시되어 있거나, 혹은, 양극 촉매 활성 코팅이 실시되어 있는 양극측 파인 메시(fine mesh)가 장착되어 있는,
및/또는, 상기 음극의 격막측에, 음극 촉매 활성 코팅이 실시되어 있거나, 혹은, 음극 촉매 활성 코팅이 실시되어 있는 음극측 파인 메시가 장착되어 있는 전해조용 개스킷.
제4항에 있어서,
상기 양극과 상기 음극의 제로 갭화를 도모하기 위해, 상기 양극측 파인 메시와 상기 양극의 사이에, 및/또는, 상기 음극측 파인 메시와 상기 음극의 사이에, 스프링 재료가 장착되어 있는 전해조용 개스킷.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양극 및 상기 음극이, 익스팬디드 메시, 펀칭 다공판, 철망 및, 이들에 유사한 형상의, 다수의 구멍을 갖는 도전성 전극 재료로 이루어지는 군으로부터, 독립하여 선택되는 어느 하나의 재료로 이루어지는 전해조용 개스킷.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양극측 금속 틀체의 배면에, 상기 양극실을 형성하기 위한 양극실 틀체가 접속되어 있음과 함께, 상기 음극측 금속 틀체의 배면에, 상기 음극실을 형성하기 위한 음극실 틀체가 접속되어 있는 전해조용 개스킷.
제7항에 있어서,
상기 양극측 금속 틀체가, 상기 양극실 틀체의 일부로서 형성되어 있음과 함께, 상기 음극측 금속 틀체가, 상기 음극실 틀체의 일부로서 형성되어 있는 전해조용 개스킷.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 격막은, 상기 극간에 수용되어 있는 가장자리부를 제외한 격막의 한쪽의 면의 전체면이, 상기 양극 또는 상기 양극에 장착되어 있는 양극측 파인 메시에 접촉하고 있는 상태로, 혹은, 상기 음극 또는 상기 음극에 장착되어 있는 음극측 파인 메시에 접촉하고 있는 상태로, 보유지지되어 있는 전해조용 개스킷.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양극, 상기 양극측 금속 틀체, 상기 양극실 틀체, 상기 음극, 상기 음극측 금속 틀체 및, 상기 음극실 틀체가, 각각, 니켈, 스테인리스, 철 및 그들의 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 재료로 이루어지고,
상기 격막이, 수용액 투과성의 다공질 격막으로 이루어지고,
상기 양극실 및 상기 음극실에 도입되는 전해액이, 공통된 조성의 가성 알칼리 금속 수용액이고,
상기 전해조가, 알칼리수 전해조인 전해조용 개스킷.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 양극, 상기 양극측 금속 틀체 및 상기 양극실 틀체가, 티탄 또는 티탄 합금으로 이루어지고,
상기 음극, 상기 음극측 금속 틀체 및 상기 음극실 틀체가, 니켈, 스테인리스, 철 및 그들의 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택된 적어도 하나를 포함하는 재료로 이루어지고,
상기 격막이, 양이온 교환막으로 이루어지고,
상기 양극실 및 상기 음극실에 도입되는 전해액이, 음극측 전해액과 양극측 전해액으로 이루어지고,
상기 음극측 전해액이, 가성 알칼리 금속 수용액으로 이루어지고,
상기 양극측 전해액이, 할로겐화 알칼리 금속 수용액으로 이루어지고,
상기 전해조가, 식염 전해조인 전해조용 개스킷.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 전해조용 개스킷을 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전해조.
제12항에 있어서,
또한, 전해액을 가압하면서 전해를 행하는 구성의 전해조.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 기재된 전해조용 개스킷을 구비하여 이루어지고, 당해 개스킷을 구성하는, 상기 제1면 또는 상기 제2면이, 각각이 접하는 상기 양극측 틀체 또는 상기 음극측 틀체에 접착제로 접착되어 있는 것을 특징으로 하는 전해조.