KR20220132605A - 전해 시스템 및 그 사용 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 전해 시스템은, 전극을 포함하고, 상기 전극으로부터 가스를 발생시키는 전해조, 및 상기 가스의 압력에 따라서 상기 전해조의 체결 하중을 제어하는 체결 수단을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
Description
본 발명은 전해 시스템 및 그 사용 방법에 관한 것이다.
종래, 전해의 일례로서, 음극으로부터 수소 가스, 양극으로부터 산소 가스가 발생하는 알칼리 수전해가 알려져 있다. 알칼리 수전해로는, 예컨대, 연속 운전에 있어서, 발생하는 가스의 조성을 제어하면서 순도가 높은 가스를 얻는 개량이 이루어지고 있다(특허문헌 1).
최근, 이산화탄소 등의 온실 효과 가스에 의한 지구 온난화, 화석 연료의 매장량의 감소 등의 문제를 해결하기 위해, 재생 가능 에너지를 이용한 풍력 발전이나 태양광 발전 등의 기술이 주목받고 있다.
전해 장치에 있어서도, 전력 공급원으로서, 재생 가능 에너지로부터 발전된 전력을 이용하는 것이 검토되고 있다. 그러나, 재생 가능 에너지는, 출력이 기후 조건에 따라 그 변동이 매우 크기 때문에, 전해 장치는, 공급되는 전력의 급격한 변동이나, 고빈도의 발진·정지 운전에 대해서도, 안정적인 가동이 요구되고 있다.
특히, 공급 전력이 변동하면, 전해조의 전극으로부터 발생하는 가스량이 변동하고, 전해조 내의 가스압이 변동하기 쉬워진다. 전해조 내의 내부 가스 압력이 변동하면, 전해조의 체결 하중과의 차분인 체결 면압의 변동을 초래한다. 그 결과, 체결 면압의 과잉에 의해 시일 구조나 내부 구조가 손상되거나, 체결 면압의 이완에 의한 각종 누설이 발생하거나 하는 문제가 생기는 경우가 있었다.
또한, 연속 운전 조건의 경우에도, 정전이나 기기 고장 등에 의해 상정하지 않은 면압 변동이 발생하여, 동일한 문제가 발생할 가능성이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은, 전해조의 체결 면압을 일정 범위로 유지함으로써, 신뢰성이 높은 운전을 실현할 수 있는 전해 시스템을 제공하는 것에 있다.
즉, 본 발명은 이하와 같다.
[1] 전극을 포함하고, 상기 전극으로부터 가스를 발생시키는 전해조, 및
상기 가스의 압력에 따라서 상기 전해조의 체결 하중을 제어하는 체결 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 시스템.
[2] 상기 체결 하중이 상기 가스의 압력에 비례하여 변화하는, [1]에 기재된 전해 시스템.
[3] 상기 가스의 압력이 소정 범위에 있을 때 상기 체결 하중을 일정한 값으로 유지하는, [1] 또는 [2]에 기재된 전해 시스템.
[4] 전해 전류값을 참조하는 것에 의해 상기 체결 하중을 보정 제어하는, [1]∼[3] 중 어느 하나에 기재된 전해 시스템.
[5] 상기 체결 수단에 어큐뮬레이터가 포함되는, [1]∼[4] 중 어느 하나에 기재된 전해 시스템.
[6] 상기 어큐뮬레이터의 용적이 0.1 L 이상 100 L 이하인, [5]에 기재된 전해 시스템.
[7] 상기 체결 수단이 유압식의 체결 수단인, [1]∼[6] 중 어느 하나에 기재된 전해 시스템.
[8] 상기 전해조가, 적어도 하나의 전해 셀과, 상기 적어도 하나의 전해 셀을 사이에 끼우고 상기 전해조의 양끝에 배치된 2개의 프레스판을 구비하고,
상기 2개의 프레스판의 한쪽과, 상기 유압식의 체결 수단이 연결되어 있고,
상기 적어도 하나의 전해 셀과 상기 2개의 프레스판의 사이 중, 적어도, 상기 유압식의 체결 수단과 연결되어 있는 프레스판과 상기 적어도 하나의 전해 셀의 사이에 단열 부재를 구비하는, [7]에 기재된 전해 시스템.
[9] 알칼리 수전해용인, [1]∼[8] 중 어느 하나에 기재된 전해 시스템.
[10] [1]∼[9] 중 어느 하나에 기재된 전해 시스템의 사용 방법.
본 발명의 전해 시스템은, 상기 구성을 갖기 때문에, 전해조의 체결 면압을 거의 일정하게 유지하여, 신뢰성이 높은 운전을 실현할 수 있다.
도 1은 본 실시형태의 전해 시스템의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 2는 본 실시형태의 전해 시스템의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 3은 복극식 전해조의 일례의 전체를 도시하는 개략도이다.
도 4는 도 3의 점선 사각 프레임 부분의 전해 셀 내부의 제로갭 구조 부분의 단면을 도시하는 개략도이다.
도 5는 본 실시형태의 전해 시스템의 체결 수단의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 6은 체결 수단에서의, 내부 가스 압력(수소 가스 압력)에 따른 전해조 체결 유압 제어에 관해 두 가지 예를 도시한 개략도이다.
도 7은 실시예에서 취급하는 수소 가스 압력의 시계열 변동 그래프이다.
도 8은 유압 제어 1로 한 경우의 유압 및 체결 면압의 변동예이다.
도 9는 유압 제어 2로 한 경우의 유압 및 체결 면압의 변동예이다.
도 10a는 어큐뮬레이터가 없는 유압식 체결 수단을 구비한 수전해 시스템의 일례를 운전중에 정전이 일어난 경우의 유압, 체결 면압 및 전해조의 온도의 변동을 시뮬레이션한 결과이다.
도 10b는 어큐뮬레이터를 갖는 유압식 체결 수단을 구비한 수전해 시스템의 일례를 운전중에 정전이 일어난 경우의 유압, 체결 면압 및 전해조의 온도의 변동을 시뮬레이션한 결과이다.
도 10c는 어큐뮬레이터를 갖는 유압식 체결 수단을 구비한 수전해 시스템의 일례를 운전중에 정전이 일어난 경우의 유압, 체결 면압 및 전해조의 온도의 변동을 시뮬레이션한 결과이다.
도 2는 본 실시형태의 전해 시스템의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 3은 복극식 전해조의 일례의 전체를 도시하는 개략도이다.
도 4는 도 3의 점선 사각 프레임 부분의 전해 셀 내부의 제로갭 구조 부분의 단면을 도시하는 개략도이다.
도 5는 본 실시형태의 전해 시스템의 체결 수단의 일례를 도시하는 개략도이다.
도 6은 체결 수단에서의, 내부 가스 압력(수소 가스 압력)에 따른 전해조 체결 유압 제어에 관해 두 가지 예를 도시한 개략도이다.
도 7은 실시예에서 취급하는 수소 가스 압력의 시계열 변동 그래프이다.
도 8은 유압 제어 1로 한 경우의 유압 및 체결 면압의 변동예이다.
도 9는 유압 제어 2로 한 경우의 유압 및 체결 면압의 변동예이다.
도 10a는 어큐뮬레이터가 없는 유압식 체결 수단을 구비한 수전해 시스템의 일례를 운전중에 정전이 일어난 경우의 유압, 체결 면압 및 전해조의 온도의 변동을 시뮬레이션한 결과이다.
도 10b는 어큐뮬레이터를 갖는 유압식 체결 수단을 구비한 수전해 시스템의 일례를 운전중에 정전이 일어난 경우의 유압, 체결 면압 및 전해조의 온도의 변동을 시뮬레이션한 결과이다.
도 10c는 어큐뮬레이터를 갖는 유압식 체결 수단을 구비한 수전해 시스템의 일례를 운전중에 정전이 일어난 경우의 유압, 체결 면압 및 전해조의 온도의 변동을 시뮬레이션한 결과이다.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태(이하, 「본 실시형태」라고 함)에 관해 상세히 설명한다. 한편, 본 발명은, 이하의 실시형태에 한정되지 않고, 그 요지의 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
[전해 시스템]
본 실시형태의 전해 시스템은, 전극을 포함하고, 상기 전극으로부터 가스를 발생시키는 전해조, 및 상기 가스의 압력에 따라서 상기 전해조의 체결 하중을 제어하는 체결 수단을 포함한다. 상기 전해 시스템은, 상기 전해조과 체결 수단을 포함하고, 전원, 정류기, 검지기, 어큐뮬레이터, 보조 전원 제어기, 전해액 순환 펌프, 기액 분리 탱크, 전류 측정기, 전해액 제어기, 가스 정제 장치 등을 더 포함하고 있어도 좋다.
도 1에, 본 실시형태의 전해 시스템의 일례를 도시한다. 도 1은, 전해조의 체결 하중을 제어하는 체결 수단을 설명하는 도면이다.
전해 시스템(70)은, 전해조(50)와, 전해조(50)의 체결 하중을 제어하는 체결 수단(90)을 구비한다. 전해 시스템(70)은, 전해조로부터 배출되는 전해액과 가스의 혼합물로부터 전해액과 가스를 분리하는 기액 분리 탱크(72), 전해조의 전극으로부터 발생한 가스의 압력을 측정하는 압력계(78)를 더 구비할 수 있다.
여기서, 알칼리 전해조(50)를 예로서, 전해조에 작용하는 하중, 압력에 관해, 도 5를 이용하여 설명한다.
전해 운전중인 전해조(50)는 체결 하중 Fc로 체결되어 있다. 그리고, 전해조의 외측 프레임 둘레에 설치되는 개스킷(7)은 체결 면압 Pg로 체결되어 있다. 전해조 내부에는, 전해액에 의한 평균 수두압력 Pl과, 전극으로부터 발생한 가스에 기인하는 내부 가스 압력 Po가 작용한다. Fc, Pg, Pl, Po는 이하의 관계에 있다.
Fc=Pg×Sg-(Po+Pl)×So
(식 중, Sg는 개스킷의 시일 면적을 나타내고, So는 가스의 수압(受壓) 면적을 나타낸다. 이들 면적은 전해조 운전·정지에 상관없이 일정하다고 간주할 수 있다.)
또한, 전기 저항을 낮춰 전해 효율을 높이고, 과잉열을 제거하기 위해, 통상, 전해액은 일정 레벨을 유지하도록 제어된다. 따라서, 전해액의 레벨에 직접 비례하는 평균 수두압력 Pl은 일정하다고 간주할 수 있다. 이상의 결과로부터, 내부 가스 압력 Po의 변동이 발생한 경우, 체결 하중 Fc가 일정한 상태 그대로이면, 개스킷의 체결 면압 Pg가 변동하여, 전해조의 체결 부족이나 체결 과잉이 발생해 버린다.
이것에 대하여, 본 실시형태의 전해 시스템에 의하면, 내부 가스 압력 Po를 실시간으로 측정하고, 측정한 가스 압력값 Po에 따라서 전해조의 체결 하중 Fc를 제어하는 것을 특징으로 하고 있다. 그 결과, 개스킷 체결 면압 Pg를 거의 일정한 범위로 유지할 수 있어, 전해 운전의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
한편, 상기에서는 알칼리 전해조를 예로 설명했지만, 고체 고분자형이나 고체 산화물형 등, 내압이 변화하고, 시일 구조를 가진 전해조라면 적용처는 상관없다.
(체결 수단)
체결 수단(90)으로는, 유압식(도 1), 공기압식, 수압식 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 응답성이 빠르고, 온도 변화에 영향받기 어려운 유압식의 체결 수단이 바람직하다.
체결 수단(90)은, 실린더(91)(예컨대 유압 실린더), 차단 밸브(92), 릴리프 밸브(93)(예컨대, 유압 릴리프 밸브), 탱크(94)(예컨대 오일 탱크), 펌프(95)(예컨대 유압 펌프) 등으로 형성되어 있어도 좋다. 예컨대, 압력계(78)의 압력값에 따라서 릴리프 밸브(93)를 제어하여, 실린더(91)에 가하는 힘을 제어할 수 있다.
체결 수단(90)은, 정전 등으로 압력을 유지할 수 없게 되는 경우에 대비하여 어큐뮬레이터(축압기)(96)를 구비하고 있어도 좋다.
어큐뮬레이터(96)로는, 특별히 한정되지 않고, 종래 공지의 어큐뮬레이터를 이용할 수 있다.
어큐뮬레이터는, 일반적으로, 강철제 용기와, 상기 용기 내에 수납된 블래더(고무제 격막)로 구성되어 있다. 용기에는 작동 유체의 접속구와 기체의 급기구가 구비되어 있고, 블래더를 통해 작동 유체와 기체가 격리되는 구조로 되어 있다. 작동 유체는 전술한 바와 같이, 오일이나 물 등에서 선정되고, 기체는 일반적으로 질소 가스 등의 불활성 가스가 선정된다.
기체의 압축률(일정한 압력을 받은 경우의 체적 변화율)은, 물이나 오일 등보다 훨씬 크다. 이 때문에, 작동 유체의 압력 변화에 맞춰 블래더의 체적이 유연하게 변화하여, 압력 변동을 완화할 수 있다.
예컨대, 정전시에는 펌프(95)가 정지해 버리기 때문에, 차단 밸브(92)를 완전히 폐쇄하더라도, 전해조(50)의 온도 저하에 의해 실린더(91)가 서서히 신장되어 간다. 그 결과, 체결 압력을 유지할 수 없게 되고, 최종적으로 전해조(50)로부터의 액 누설, 가스 누설에 이를 가능성이 있다.
이것에 대하여, 어큐뮬레이터(96)를 구비함으로써, 실린더(91)의 신장에 따라서 기체를 충전한 블래더가 팽창해 가고, 체결 압력을 장시간 유지할 수 있다.
어큐뮬레이터(96)의 용적은, 전해조(50)나 체결 수단(90)의 설계에 따라 다르지만, 0.1 L 이상 100 L 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 L 이상 50 L 이하이며, 더욱 바람직하게는 2 L 이상 20 L 이하이다.
상기 체결 하중은, 전극으로부터 발생한 가스의 압력(예컨대, 내부 가스 압력)에 비례하여 변화하는 것이 바람직하다.
전해조(50)의 내부 가스 압력은 압력계(78)와 동일하다고 간주할 수 있다. 즉, 압력계(78)의 계측값의 상승을 검지한 경우, 체결 수단(90)은 릴리프 밸브(93)의 개방도 제어를 행하여 실린더(91)에 작용하는 유압을 증가시킴으로써, 전해조(50)의 체결 면압을 일정하게 유지할 수 있다.
내부 가스 압력의 증가에 대하여 유압이 증가하는 비율로는, 예컨대, 내부 가스 압력의 증가에 대하여, 체결 하중을 직선적으로 증가시켜도 좋고(도 6의 유압 제어 1), 곡선적으로 증가시켜도 좋다.
한편, 내부 가스 압력이 저하되었을 때에는, 실린더(91)의 유압을 저하시킴으로써 전해조(50)의 체결 면압을 일정하게 유지할 수 있다.
상기 체결 면압은, 0.5 MPa∼4.0 MPa의 범위가 되도록 제어하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1.0 MPa∼3.0 MPa, 더욱 바람직하게는 1.5 MPa∼2.5 MPa이다. 면압이 이 범위보다 낮으면, 가스나 전해액의 누설이 발생하기 쉬워지고, 이 범위보다 높으면, 개스킷의 크리프가 진행되어, 개스킷 자신이나 전해조 내부 구조의 손상을 초래하기 쉬워진다.
가스 압력에 따라서 전해조의 체결 하중을 제어하는 수단으로는, 예컨대, 가스 압력→유압 환산표를 제어 컴퓨터 내에 입력하고, 가스 압력의 변화에 따라서 실시간으로 릴리프 밸브 개방도를 세밀하게 제어하여, 유압을 환산값에 근접하게 하는 피드백 제어가 고려된다.
상기 체결 수단은, 전해 전류값을 참조하는 것에 의해, 상기 체결 하중을 보정 제어할 수 있다. 보다 고도의 제어로서, 전해 전류값을 이용한 피드 포워드 제어도 적용할 수 있다. 즉, 전해 전류값과 발생 가스량이 비례 관계에 있는 것을 이용한 예측 제어이다. 피드 포워드 제어는, 출력 변동 속도가 매우 커서, 가스 압력에 의한 피드 포워드 제어에서는 지연이 생겨 버리는 전해 시스템에 바람직하다.
재생 가능 에너지와 같이 출력 변동을 예측하기 어려운 전원과 전해조를 접속한 경우, 가스 압력의 변동에 전해조의 체결 하중을 추종시키고자 하면, 제어의 지연에 의해, 오버슈트·언더슈트가 발생하여, 적절한 체결을 할 수 없는 경우가 있다. 이것에 대하여, 소정의 범위 내의 가스 압력 변동에 관해서는 체결 하중을 일정하게(불감대를 설정) 함으로써, 약간의 체결 면압 변동을 허용하는 제어가 유효하다(도 6의 유압 제어 2). 즉, 상기 체결 수단은, 상기 가스의 압력이 소정 범위에 있을 때, 상기 체결 하중을 일정한 값으로 유지하는 것이 바람직하다. 도 6의 예에서는, 내부 가스 압력이 60∼80 kPaG일 때, 유압을 일정한 값 8.3 MPaG로 유지하는 불감대를 설정하고 있다.
또한, 가스 압력을 대기 개방한 경우도, 액 누설 등을 일으키지 않는 최소한의 면압을 유지하기 위해, 저압측에 불감대를 설정하는 방법도 취할 수 있다. 도 6의 예에서는, 가스 압력이 낮은 경우에 유압을 5.6 MPaG의 일정한 값으로 하는 불감대를 설정하고 있다.
불감대의 내부 가스 압력의 범위는, 전해조의 구조, 전력원의 종류나 규모, 발생하는 가스의 종류 등에 따라서 결정할 수 있다.
불감대의 설정폭으로서, 설계 면압에 대하여 ±20% 정도로 하는 것이 바람직하고, 설계 면압에 대하여 ±10%로 하는 것이 보다 바람직하다.
상기 불감대로 가하는 체결 하중으로는, 특별히 한정되지 않고, 예컨대, 불감대를 설정하는 가스압의 범위에서, 전해액이나 가스의 누설이나 전해조의 체결 과잉이 발생하지 않는 범위의 하중을 가할 수 있다. 불감대로 가하는 체결 하중은, 예컨대, 동일한 전해조를 이용하고, 전술한 Fc, Pg, Pl 및 Po의 관계를 구하여 결정할 수 있다.
가스 압력의 증감에 따라서 체결 하중도 변동시키지만, 가스의 압력이 대기압 이하인 경우에도, 최저라도 수두압을 고려한 체결 하중을 유지해야 한다. 예컨대, 가스의 압력이 대기압 부근인 경우, 수두압을 고려한 체결 압력이 0.5∼3 MPa의 범위가 되도록 체결 하중을 일정한 값으로 할 수 있다.
체결 수단(90)은, 전극 주위의 개스킷에 균일하게 힘이 가해지도록 체결하는 것이 바람직하다.
체결 수단(90)은, 전해조의 한쪽 끝(예컨대, 루즈 헤드측의 끝)으로부터 체결 하중을 가해도 좋고(도 1, 2, 5), 전해조의 양끝으로부터 가해도 좋다. 전해조의 양극 및 음극으로부터 동시에 가스가 발생하는 경우는, 어느 높은 쪽의 가스 압력에 따라서 체결 하중을 제어하는 것이 바람직하다. 다만, 양극과 음극의 차압이 극단적으로 크지 않으면, 한쪽의 가스 압력을 대표값으로 하여 체결 하중을 제어해도 좋다.
(전해조)
도 2에, 본 실시형태의 전해 시스템의 일례를 도시한다.
전해 시스템(70)은, 전해조(50), 전해조(50)의 체결 하중을 제어하는 체결 수단(90)을 포함하고, 공급 전원(74), 전해액 순환 펌프(71), 기액 분리 탱크(72)(72h, 72o), 농도계(75, 76), 유량계(77), 압력계(78), 열교환기(79), 배관(81), 압력 제어 밸브(80) 등을 더 포함할 수 있다.
한편, 도 1 중의 화살표는, 전해액 또는 기체가 흐르는 방향이다.
이하, 본 실시형태의 전해 시스템의 구성 요소에 관해 상세히 설명한다.
상기 전해조는, 적어도 하나의 전극 엘리먼트가 병렬로 접속된 단극식이어도 좋고, 다수의 전극 엘리먼트로 이루어진 복극식이어도 좋다.
예컨대, 복극식은, 다수의 전극 엘리먼트를 전원에 접속하는 방법 중 하나이며, 한면이 양극(2a), 한면이 음극(2c)이 되는 복수의 복극식 엘리먼트(60)를, 격막(4)을 사이에 두고 동일한 방향으로 나란히 직렬로 접속하고, 양끝만을 전원에 접속하는 방법이다(도 3). 상기 전해조로는, 예컨대, 인접하는 2개의 엘리먼트(예컨대, 양극 터미널 엘리먼트(51a), 복극식 엘리먼트(60) 및 음극 터미널 엘리먼트(51c) 중의 인접하는 2개의 엘리먼트 등)에 있어서, 격막(4)을 사이에 두고 한쪽의 엘리먼트의 양극(2a)과 다른 쪽의 엘리먼트의 음극(2c)을 나열하는 구조를 적어도 하나 갖는 전해조를 들 수 있다. 격막(4)은, 전해조 내의 모든 인접하는 2개의 엘리먼트 사이에 설치되어 있는 것이 바람직하다.
복극식 전해조는, 전원의 전류를 작게 할 수 있는 특징을 가지며, 전해에 의해 화합물이나 소정의 물질 등을 단시간에 대량으로 제조할 수 있다. 전원 설비는 출력이 동일하다면, 저전류, 고전압쪽이 저렴하고 컴팩트해지므로, 공업적으로는 단극식보다 복극식이 바람직하다.
도 3에 전해조(50)의 일례를 도시한다.
도 3에 도시하는 전해조(50)는 복극식 전해조이다. 전해조(50)는, 일단으로부터 패스트 헤드(51h), 절연판(51i), 양극 터미널 엘리먼트(51a)가 순서대로 나열되고, 또한, 양극측 개스킷 부분(7), 격막(4), 음극측 개스킷 부분(7), 복극식 엘리먼트(60)가 이 순서로 나란히 배치된다. 이 때, 복극식 엘리먼트(60)는 양극 터미널 엘리먼트(51a)측에 음극(2c)을 향하도록 배치한다. 양극측 개스킷 부분(7)으로부터 복극식 엘리먼트(60)까지는, 설계 생산량에 필요한 수만큼 반복하여 배치된다. 양극측 개스킷 부분(7)으로부터 복극식 엘리먼트(60)까지를 필요수만큼 반복하여 배치한 후, 다시 양극측 개스킷 부분(7), 격막(4), 음극측 개스킷 부분(7)을 나란히 배치하고, 마지막으로 음극 터미널 엘리먼트(51c), 절연판(51i), 루즈 헤드(51g)를 이 순서로 배치한다.
복극식 전해조는, 전체를 타이 로드(51r) 방식(도 3 참조)이나 유압 실린더 방식 등의 체결 수단에 의해 체결함으로써 일체화되어 복극식 전해조가 된다.
복극식 엘리먼트(60)는, 양극(2a)과, 음극(2c)과, 양극(2a)과 음극(2c)을 격리하는 격벽(1)과, 격벽(1)의 둘레를 형성하는 외측 프레임(3)을 구비하고 있다. 각 복극식 엘리먼트(60)는 격막(4)을 사이에 두고 중합되어 있다.
복극식 전해조를 구성하는 배치는, 양극(2a)측으로부터나 음극(2c)측으로부터 임의로 선택할 수 있고, 전술한 순서에 한정되는 것은 아니다.
상기 전해조(50)에 있어서, 격벽(1)과 외측 프레임(3)과 격막(4)에 의해, 전해액이 통과하는 전극실(5)이 구획되어 있다(도 4).
본 실시형태에서는, 특히, 복극식 전해조(50)에서의, 인접하는 2개의 복극식 엘리먼트(60) 사이의 서로의 격벽(1) 사이에서의 부분, 및, 인접하는 복극식 엘리먼트(60)와 터미널 엘리먼트 사이의 서로의 격벽(1) 사이에서의 부분을 전해 셀(65)로 칭한다(도 4). 전해 셀(65)은, 한쪽의 복극식 엘리먼트의 격벽(1), 양극실(5a), 양극(2a) 및 격막(4), 및, 다른 쪽의 복극식 엘리먼트의 음극(2c), 음극실(5c), 격벽(1)을 포함한다.
한편, 양극과 음극의 강성을 높이고, 2개의 전극을 압박해도 변형이 적은 구조로 하여, 전극실 내에 흐르는 전해액의 방향을 제어하는 관점에서, 전극은, 정류판(6)(리브)을 설치해도 좋다(도 4). 또한, 동일한 이유로, 정류판(6)(리브)의 선단에 집전체(2r)를 부착하고, 그 집전체(2r)의 상면측, 즉, 격벽(1)측과는 반대가 되는 측에 도전성 탄성체(2e)를 부착하고, 그 상면측, 즉, 도전성 탄성체(2e)에 인접하여 격막(4)측이 되는 부분에 전극(2)을 더 중첩한 적어도 3층 구조로 해도 좋다.
전해조(50)는, 전기 저항을 낮추고 전해 효율을 향상시키기 위해, 격막(4)이 양극(2a) 및 음극(2c)에 접촉하여 끼워지는 제로갭 구조를 형성해도 좋다(도 4).
상기 전해조에 있어서, 전해 셀(65)의 수로는, 10∼400조인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 50∼250조이다.
전해조에 전해액 및 가스를 유통시키기 위한 헤더의 배치 양태로서, 대표적으로는, 내부 헤더형과 외부 헤더형이 있지만, 어느 형태를 채용해도 좋다.
내부 헤더형이란, 전해조(50)와 헤더(전해액을 배액(配液) 또는 집액(集液)하는 관)가 일체화되어 있는 형식을 말한다. 예컨대, 내부 헤더형 전해조에서는, 양극 입구 헤더 및 음극 입구 헤더가, 격벽(1) 내 및/또는 외측 프레임(3) 내의 하부에 설치되며 격벽(1)에 수직인 방향으로 연장되도록 설치되고, 또한, 양극 출구 헤더 및 음극 출구 헤더가, 격벽(1) 내 및/또는 외측 프레임(3) 내의 상부에 설치되고 격벽(1)에 수직인 방향으로 연장되도록 설치된다.
외부 헤더형이란, 전해조(50)와 헤더(전해액을 배액 또는 집액하는 관)가 독립되어 있는 형식을 말한다. 예컨대, 외부 헤더형 전해조는, 양극 입구 헤더 및 음극 입구 헤더, 양극 출구 헤더 및 음극 출구 헤더가, 전해조의 통전면에 대하여, 수직 방향으로 전해조와 병주(竝走)하는 형태로, 독립적으로 설치된다. 이러한 헤더와 각 복극식 엘리먼트가 호스로 접속된다.
-전극-
상기 전극의 종류로는, 전해 반응의 종류에 따라서 적절하게 선택할 수 있다. 예컨대, 수전해 장치인 경우는, 양극에서 산소 가스, 음극에서 수소 가스가 발생하는 전극을 선택할 수 있다. 또한, 식염 전해 장치인 경우는, 양극에서 염소 가스, 음극에서 수소 가스가 발생하는 전극을 선택할 수 있다.
전극으로는, 표면적을 증가시키기 위해, 또한, 전해에 의해 발생하는 가스를 효율적으로 전극 표면으로부터 제거하기 위한 등의 목적으로, 전극 기재가 다공체인 것이 바람직하다. 다공체의 예로는, 평직 메쉬, 펀칭 메탈, 익스팬드 메탈, 금속 발포체 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 담체로서 비표면적을 확보하는 것 및 탈포성을 양립하는 관점에서, 메쉬 구조가 바람직하다.
상기 전극은, 기재 그 자체로 해도 좋고, 기재의 표면에 반응 활성이 높은 촉매층을 갖는 것으로 해도 좋지만, 기재의 표면에 반응 활성이 높은 촉매층을 갖는 것이 바람직하다.
기재의 재료는, 사용 환경에 대한 내성으로부터, 강철, 스테인레스, 니켈, 니켈기 합금이 바람직하고, 니켈을 포함하는 기재가 보다 바람직하다.
기재 상에 촉매층을 형성시키는 방법으로는, 도금법, 플라즈마 용사법 등의 용사법, 기재 상에 전구체층 용액을 도포한 후에 열을 가하는 열분해법, 촉매 물질을 바인더 성분과 혼합하여 기재에 고정화하는 방법, 및, 스퍼터링법 등의 진공 성막법과 같은 수법을 들 수 있다.
알칼리 수전해의 경우, 양극의 촉매층은, 산소 발생능이 높은 것이 바람직하고, 니켈, 코발트, 철, 또는 백금족 원소를 이용할 수 있고, 원하는 활성이나 내구성을 실현하기 위해, 금속 단체, 산화물 등의 화합물, 복수의 금속 원소를 포함하는 복합 산화물이나 합금, 또는 이들의 혼합물을 이용하여 형성되는 촉매층이 바람직하다.
또한, 음극의 촉매층은, 수소 발생능이 높은 것이 바람직하고, 니켈, 코발트, 철 또는 백금족 원소 등을 이용할 수 있다.
-격벽-
격벽(1)의 재료로는, 전력의 균일한 공급을 실현하는 관점에서, 도전성을 갖는 재료가 바람직하고, 내알칼리성이나 내열성과 같은 면에서, 니켈, 스테인레스, 니켈 합금, 강철이나 니켈 합금 상에 니켈 도금을 한 것이 바람직하다.
-격막-
상기 격막(4)으로는, 이온을 도통하면서, 발생하는 가스(예컨대, 알칼리 수전해의 경우는 수소 가스와 산소 가스)를 격리하기 위해, 이온 투과성의 격막(4)을 사용하는 것이 바람직하다. 이 이온 투과성의 격막(4)으로는, 이온 교환능을 갖는 이온 교환막, 전해액을 침투할 수 있는 다공막 등을 이용할 수 있다. 이 이온 투과성의 격막(4)은, 가스 투과성이 낮고, 이온 전도율이 높고, 강도가 강한 것이 바람직하다.
-개스킷-
전해조(50)에서는, 도 3, 4에 도시하는 바와 같이, 격벽(1)의 둘레를 형성하는 외측 프레임(3)끼리의 사이에, 격막(4)과 함께 개스킷(7)이 끼워지는 것이 바람직하다. 개스킷은, 복극식 엘리먼트(60)와 격막(4)의 사이, 복극식 엘리먼트(60) 사이를 전해액과 발생 가스에 대하여 시일하기 위해 사용되며, 전해액이나 발생 가스의 전해조 밖으로의 누설이나 양극실 사이에서의 가스 혼합을 방지할 수 있다.
개스킷의 재질로는, 예컨대, EPDM 고무 등의 고무를 들 수 있다.
여기서, 특히, 어큐뮬레이터(96)를 갖춘 유압식의 체결 수단(90)을 구비하는 전해 시스템(70)(도 1 참조)에 있어서는, 전해 셀의 온도 변화에 의해 이하와 같이 체결 수단(90)의 유압이 변화하고, 나아가서는 개스킷(7)의 시일성(도 5 참조)이 상실될 우려가 있다.
(1) 전해에 의해 전해 셀의 온도가 상승하면, 열전도에 의해 체결 수단(90)의 유온(油溫)도 상승하고, 어큐뮬레이터(96)에 봉입된 가스의 온도도 상승한다.
(2) 어큐뮬레이터(96)에 봉입된 가스가 온도 상승에 의해 팽창하면, 유압이 상승하고, 전해조(50)의 체결 면압이 상승한다. 그 결과, 개스킷(7)이 체결 방향으로 압축되고, 개스킷(7)이 체결면 밖으로 빠지게(비어져 나오게) 된다.
(3) 전해가 종료되고 전해 셀의 온도가 저하되면, 체결 수단(90)의 유온이 저하되고, 어큐뮬레이터(96)에 봉입된 가스의 온도도 저하된다.
(4) 어큐뮬레이터(96)에 봉입된 가스가 온도 저하에 의해 수축되면, 유압이 저하되고, 전해조(50)의 체결 면압도 저하된다. 그러나, 일단 밖으로 비어져 나온 개스킷(7)은, 저항이 크기 때문에 원래의 전해 전의 상태로 되돌아갈 수 없고, 밖으로 비어져 나온 상태인 채가 된다.
(5) (1)∼(4)의 반복에 의해, 개스킷(7)이 비어져 나오는 것이 진행된다. 개스킷(7)이 비어져 나오는 것이 진행되면, 시일성이 상실되고, 전해액이나 발생 가스의 누설이 생길 우려가 있다. 그에 더해, 개스킷(7)이 비어져 나오는 것이 진행되는 것에 의해 체결 하중을 받는 개스킷(7)의 수압 면적이 축소되고, 개스킷(7)의 체결 면압이 과잉이 될 우려가 있다. 과잉의 체결 면압은 개스킷(7)의 균열을 일으키고, 이 균열도 또한 시일성을 상실하는 요인이 된다.
상기와 같은 유압의 변화, 나아가서는 개스킷(7)의 시일성 상실을 방지하기 위해, 전해조(50)가, 적어도 하나의 전해 셀과, 상기 적어도 하나의 전해 셀을 사이에 끼우고 전해조(50)의 양끝에 배치된 2개의 프레스판을 구비하고, 2개의 프레스판의 한쪽과 유압식 체결 수단(90)이 연결되어 있고, 상기 적어도 하나의 전해 셀과 2개의 프레스판의 사이 중, 적어도, 유압식 체결 수단(90)과 연결되어 있는 프레스판과 상기 적어도 하나의 전해 셀의 사이에 단열 부재를 구비하고 있어도 좋다.
적어도, 전해 셀과, 유압식 체결 수단(90)에 연결하는 프레스판의 사이에 단열 부재를 구비하는 것에 의해, 전해중에 전해 셀이 고온이 되었을 때에, 전해조로부터 유압식 체결 수단(90)으로의 열전도를 저감할 수 있다. 이것에 의해, 상기 (1)∼(4)에 기재된 바와 같은 유압의 변화를 저감할 수 있기 때문에, 특히 유압 자동 제어 기구가 없는 유압식 체결 수단(90)을 이용한 전해 시스템에 있어서 유효하다. 또한, 유압 자동 제어 기구를 갖는 유압식 체결 수단(90)을 구비한 전해조 시스템에 있어서도, 정전시 등, 어큐뮬레이터(96)에 의해서만 유압을 유지하는 상태가 된 경우에 유효하다. 또한, 유압의 변화를 저감하는 것에 의해, 개스킷(7)이 압축되어 밖으로 비어져 나오는 것을 방지할 수 있기 때문에, 개스킷(7)의 시일성 상실을 저감할 수 있다.
-프레스판-
프레스판은, 전해 셀을 사이에 끼우고 전해조(50)의 양끝에 배치되고, 유압식 체결 수단(90)으로부터의 체결 하중에 의해 전해조(50)에 체결 면압을 부여한다.
프레스판으로는, 예컨대, 도 3의 전해조(50)에서의 패스트 헤드(51h) 및 루즈 헤드(51g)(단, 전해조(50)의 체결 수단은 타이 로드식으로부터 유압식으로 변경)가 이것에 상당하고, 또한, 예컨대, 도 5의 루즈 헤드(51g)가, 유압식 체결 수단(90)에 연결하는 프레스판에 상당한다.
프레스판의 재질로는, 특별히 제한되지 않고 종래 공지의 것을 사용할 수 있다. 구체적으로는, 스테인레스강, 기계 구조용 탄소강, 니켈 등을 들 수 있다.
-단열 부재-
단열 부재는, 전해 셀(복수의 전해 셀이 연결되어 있는 경우는, 연결한 전해 셀 스택)과 프레스판의 사이에 배치되고, 전해중인 전해 셀로부터 프레스판으로의 열전도를 저감한다. 이것에 의해, 전해중에 전해 셀이 고온이 되었을 때에, 프레스판을 통한 전해 셀로부터 유압식 체결 수단(90)으로의 열전도를 저감할 수 있고, 유온의 상승을 억제할 수 있다.
단열 부재는, 적어도, 유압식 체결 수단(90)과 연결되어 있는 쪽의 프레스판과 전해 셀(복수의 경우는 전해 셀 스택)의 사이에 배치되어 있으면 되지만, 양쪽의 프레스판과 전해 셀(복수의 경우는 전해 셀 스택)의 사이에 배치되어 있는 쪽이보다 바람직하다.
단열 부재의 재질로는, 열전도율이 작은 것이 바람직하고, 예컨대, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 폴리염화비닐, 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리옥시메틸렌(POM) 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 열전도율이 낮고, 전기 절연성도 기대할 수 있는 PTFE, 폴리염화비닐이 바람직하다.
단열 부재는, 100℃에서의 열전도율이, 10 W/m·K 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 W/m·K 이하이며, 더욱 바람직하게는 0.5 W/m·K 이하이며, 보다 더 바람직하게는 0.3 W/m·K 이하이며, 특히 바람직하게는 0.1 W/m·K 이하이다.
또한, 단열 부재의 전해 온도에서의 열전도율 A는, 프레스판의 전해 온도에서의 열전도율 B보다 작은 것이 바람직하다. 열전도율 A가 열전도율 B보다 작은 것에 의해, 프레스판에 접속되어 있는 유압식 체결 수단(90)으로의 열전도가 저감되고, 유온의 상승을 저감할 수 있기 때문에, 어큐뮬레이터(96)에 봉입된 가스의 온도 상승 및 팽창을 저감할 수 있고, 유압의 상승을 방지할 수 있다.
한편, 상기 열전도율은, 보호열판법 등의 정상법에 의해 측정되는 값이다.
또한, 단열 부재는 전기 절연성인 것이 바람직하다. 그 때문에, 전해 온도에서의 단열 부재의 체적 저항률은, 1 kΩ·cm 이상인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 MΩ·cm 이상이며, 더욱 바람직하게는 1 GΩ·cm 이상이다.
한편, 상기 체적 저항률은, 정전압 인가/누설 전류 측정 방식에 의해 측정되는 값이다.
단열 부재는, 전기 절연성도 갖는 경우, 절연판(예컨대, 도 3의 전해조(50)에서의 절연판(51i), 단, 전해조(50)의 체결 수단은 타이 로드식으로부터 유압식으로 변경)을 겸해도 좋다. 또한, 단열 부재와 절연판을 모두 구비하는 경우, 단열 부재, 절연판, 프레스판의 순으로 배치되어 있어도 좋고, 절연판, 단열 부재, 프레스판의 순으로 배치되어 있어도 좋다.
(압력계)
압력계(78)는, 전해조 내에 설치해도 좋고, 전해조 밖에 설치해도 좋다. 다만, 전해조 본체는 전압이 인가되기 때문에, 전송식의 압력계의 설치가 적합하지 않은 경우가 있다는 점에서, 전해조 밖에 압력계를 설치하는 것이 일반적이다. 출구 배관에 큰 압력 손실이 발생하는 것과 같은 시스템이 아닌 한, 전해조 내의 가스 압력과 전해조 하류의 가스 압력은 거의 같다고 간주할 수 있다.
(전해액 순환 펌프)
상기 전해액 순환 펌프(71)로는, 특별히 한정되지 않고, 적절하게 정해질 수 있다.
상기 전해액 순환 펌프(71)에 의해, 전해조(50) 중 및 배관(81)을 흐르는 전해액을 순환시킬 수 있다.
(기액 분리 탱크)
상기 기액 분리 탱크(72)는, 전해액과 전해조에서 발생하는 기체를 분리하는 탱크인 것이 바람직하고, 전해조의 양극에서 발생하는 기체와 전해액을 분리하는 양극측 기액 분리 탱크(72o) 및 전해조의 음극에서 발생하는 기체와 전해액을 분리하는 음극측 기액 분리 탱크(72h)인 것이 바람직하다.
예컨대, 알칼리 수전해의 경우, 양극에서 산소, 음극에서 수소가 발생한다. 이 경우, 상기 양극측 기액 분리 탱크(72o)는 산소 분리 탱크이고, 상기 음극측 기액 분리 탱크(72h)는 수소 분리 탱크이다.
(배관)
상기 배관(81)으로는, 특별히 한정되지 않고, 적절하게 정해질 수 있다.
상기 배관(81)은, 전해액을 전해조(50) 밖으로 흘리는 배관이다. 예컨대, 도 1에 도시하는 바와 같이, 전해조(50)와 기액 분리 탱크(72), 기액 분리 탱크(72)와 전해액 순환 펌프(71), 전해액 순환 펌프(71)와 전해조(50)를 연결할 수 있다.
한편, 기액 분리 탱크(72)로 분리한 기체와 압력계(78), 압력 제어 밸브(80), 농도계(75, 76)는, 기체용의 관으로 연결되어 있는 것이 바람직하다.
(공급 전원)
상기 공급 전원은 직류 전원인 것이 바람직하다.
상기 공급 전원은, 재생 에너지 등의 출력이 변동하는 에너지원에 의한 발전으로 얻어진 전력을 이용한 전원(변동 전원)이어도 좋고, 출력이 거의 일정한 전원(일정 전원)이어도 좋고, 이들의 조합이어도 좋다. 그 중에서도, 온실 효과 가스의 발생 등을 억제하여, 본 발명의 효과가 얻어지기 쉽다고 하는 관점에서, 풍력, 태양광, 수력, 조력, 파력, 해류 및 지열로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 재생 가능 에너지 출력 유래의 변동 전원 혹은 일정 전원인 것이 보다 바람직하고, 태양광 출력 유래의 전원 또는 풍력 출력 유래의 변동 전원인 것이 더욱 바람직하다.
한편, 정전시나 전원 정지시 등의 공급 전원으로부터의 전력의 공급이 멈추었을 때 등에도 전해조의 체결의 변동이 발생하는 경우가 있기 때문에, 일정 전원을 이용하는 경우라도 본 발명은 유효하다. 상기 일정 전원으로는, 그리드를 통해서 공급되는 전력의 전력원, 축전지 전원 등을 들 수 있다. 그리드를 통해 공급되는 전력원은, 화력, 원자력 등의 안정된 전력원 유래의 전원이어도 좋고, 재생 가능 에너지 출력 유래 등의 변동 전원과 안정된 전원 유래의 전원의 조합이어도 좋다.
상기 전원으로부터 공급되는 전력은, 전해조에 공급되기 전에, 정류기로 직류로 변환해도 좋다. 상기 정류기는, 전해조의 직전에 하나 설치되어 있어도 좋고, 각 전원과 전해조의 사이에 설치되어 있어도 좋다.
상기 전해로는, 수전해, 식염 전해, 무기 전해, 유기 전해 등을 들 수 있다. 그 중에서도, 변동 전원에 대한 응답성의 점에서, 알칼리 수전해 장치, 고체 고분자 수전해 장치, 이온 교환막법 식염 전해 장치가 바람직하다.
[전해 시스템의 사용 방법]
본 실시형태의 사용 방법은, 전술한 본 실시형태의 전해 시스템을 이용한다.
예컨대, 전해조에 전력을 공급하여 전해조에서 전해 반응을 생기게 하고, 전극으로부터 발생하는 가스 압력에 따라서 전해조의 체결 하중을 제어시켜 이용한다.
상기 전해 시스템으로는, 예컨대, 알칼리 수전해, 고체 고분자 수전해, 식염 전해에 이용할 수 있다.
알칼리 수전해인 경우, 전해액으로서, 알칼리염이 용해된 알칼리성의 수용액을 이용할 수 있고, NaOH 수용액, KOH 수용액 등을 사용하여, 음극에서 발생하는 수소 가스의 제조, 및/또는 양극에서 발생하는 산소 가스의 제조에 이용할 수 있다.
고체 고분자 수전해인 경우, 양극 상에서의 물의 전기 분해와 이온 교환막을 통한 프로톤 이동에 의해, 음극에서 발생하는 수소 가스의 제조, 및/또는 양극에서 발생하는 산소 가스의 제조에 이용할 수 있다.
식염 전해인 경우, 전해액으로서, 염수 및 NaOH를 사용하여, 음극에서 발생하는 수소 가스의 제조, 및/또는 양극에서 발생하는 염소 가스의 제조에 이용할 수 있다.
실시예
도 7에 수전해 장치의 시동 및 변동 운전에 따르는 수소 가스 압력의 경시 변화 그래프예를 도시한다. 대략 대기압(약 2 kPaG)으로부터 수분간 운전 압력인 약 70 kPaG까지 상승한다. 그 후, 출력 변동에 따라서 ±10 kPa의 범위에서 압력이 오르고 내린다.
이 가스 압력 변동에 대하여, 도 6의 2종류의 유압 제어 방법을 적용한 시뮬레이션 결과를 도 8, 9에 각각 도시한다. 수소 가스 압력에 따라서 체결 장치의 유압을 직선적으로 증가시키는 유압 제어 1을 적용한 실시예(도 8)에서는, 가스 압력의 변동에 따라서 유압도 미세하게 오르고 내리지만, 체결 면압은 2 MPa로 변동은 거의 일어나지 않는다.
한편, 불감대를 설정한 유압 제어 2를 적용한 실시예(도 9)에서는, 큰 가스 압력 변동에 대해서는 유압이 응답하고 있지만, 가스 압력의 미세한 변동에 대하여, 유압은 반응하지 않는다는 것을 알 수 있다. 그 결과, 체결 면압에 가스 압력 변동이 반영되지만, 2 MPa±0.2 MPa의 범위의 변동에 그치기 때문에, 기밀성이나 부재 손상 등의 악영향은 없는 것으로 간주할 수 있다.
도 10a∼10c에, 유압식의 체결 수단(90)을 구비한 수전해 시스템(70)(도 1 참조)을 외기 5℃에서 운전중에 정전이 일어난 경우를 상정한 시뮬레이션 결과를 도시한다. 한편, 전해조는 단열 수단을 구비하지 않는 것으로 했다.
정전이 일어나면 유압 펌프(95)가 정지하지만, 자동적으로 차단 밸브(92)도 폐쇄되어, 유압 실린더(91) 내의 유압을 유지하도록 작용한다. 계속해서, 전해조(50) 내의 수소 가스, 산소 가스가 안전을 위해 자동적으로 대기중으로 개방된다. 그 결과, 유압은 개스킷(7)이 단독으로 받게 되어, 개스킷(7)의 체결 면압이 상승한다.
시간이 더 경과하면, 발열원이 없기 때문에 전해조(50)의 온도는 서서히 저하되고, 열수축에 의해 전해조(50)의 길이가 짧아진다. 그 결과, 유압 실린더(91)가 서서히 신장되지만(예컨대, 도 1의 경우는, 유압 실린더(91)의 피스톤이 서서히 우측으로 이동하지만), 유압 공급원이 없기 때문에 유압은 급격히 저하된다. 이 때문에, 어큐뮬레이터(96)가 없는 유압식 체결 수단(90)을 이용한 경우의 시뮬레이션 결과(도 10a)에서는, 대략 30시간 후에 개스킷(7)의 체결 면압이 하한값 1.5 MPa에 이르고, 또한 정전이 장시간에 걸친 경우, 전해액 누설 등의 사태 발생이 우려되는 면압에 이를 수 있다.
한편, 어큐뮬레이터(96)를 구비하는 유압식 체결 수단(90)을 이용한 경우, 유압 실린더(91)가 신장한 만큼, 어큐뮬레이터(96) 내에 봉입된 가스(가스백)가 팽창함으로써, 유압은 높은 레벨을 유지할 수 있다. 그 때문에, 어큐뮬레이터(96)를 구비하는 경우의 시뮬레이션 결과(도 10b 및 도 10c)에서는, 100시간 경과 후에도 충분한 체결 면압을 유지하는 것이 확인되었다. 한편, 도 10b는 용적이 5 L인 어큐뮬레이터(96)를 이용한 경우, 도 10c는 용적이 10 L인 어큐뮬레이터(96)를 이용한 경우의 시뮬레이션 결과이다.
1: 격벽
2: 전극
2a: 양극
2c: 음극
2e: 도전성 탄성체
2r: 집전체
3: 외측 프레임
4: 격막
5: 전극실
6: 리브
7: 개스킷
50: 전해조
51h: 패스트 헤드
51g: 루즈 헤드
51i: 절연판
51a: 양극 터미널 엘리먼트
51c: 음극 터미널 엘리먼트
51r: 타이 로드
60: 복극식 엘리먼트
65: 전해 셀
70: 전해 시스템
71: 전해액 순환 펌프
72: 기액 분리 탱크
72h: 음극측 기액 분리 탱크
72o: 양극측 기액 분리 탱크
74: 공급 전원
75: 농도계
76: 농도계
77: 유량계
78: 압력계
79: 열교환기
80: 압력 제어 밸브
81: 배관
90: 체결 수단
91: 실린더
92: 차단 밸브
93: 릴리프 밸브
94: 탱크
95: 펌프
96: 어큐뮬레이터
Z: 제로갭 구조
2: 전극
2a: 양극
2c: 음극
2e: 도전성 탄성체
2r: 집전체
3: 외측 프레임
4: 격막
5: 전극실
6: 리브
7: 개스킷
50: 전해조
51h: 패스트 헤드
51g: 루즈 헤드
51i: 절연판
51a: 양극 터미널 엘리먼트
51c: 음극 터미널 엘리먼트
51r: 타이 로드
60: 복극식 엘리먼트
65: 전해 셀
70: 전해 시스템
71: 전해액 순환 펌프
72: 기액 분리 탱크
72h: 음극측 기액 분리 탱크
72o: 양극측 기액 분리 탱크
74: 공급 전원
75: 농도계
76: 농도계
77: 유량계
78: 압력계
79: 열교환기
80: 압력 제어 밸브
81: 배관
90: 체결 수단
91: 실린더
92: 차단 밸브
93: 릴리프 밸브
94: 탱크
95: 펌프
96: 어큐뮬레이터
Z: 제로갭 구조
Claims (10)
- 전극을 포함하고, 상기 전극으로부터 가스를 발생시키는 전해조, 및
상기 가스의 압력에 따라서 상기 전해조의 체결 하중을 제어하는 체결 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 시스템. - 제1항에 있어서, 상기 체결 하중이 상기 가스의 압력에 비례하여 변화하는 전해 시스템.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 가스의 압력이 소정 범위에 있을 때 상기 체결 하중을 일정한 값으로 유지하는 전해 시스템.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 전해 전류값을 참조하는 것에 의해 상기 체결 하중을 보정 제어하는 전해 시스템.
- 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 체결 수단에 어큐뮬레이터가 포함되는 전해 시스템.
- 제5항에 있어서, 상기 어큐뮬레이터의 용적이 0.1 L 이상 100 L 이하인 전해 시스템.
- 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 체결 수단이 유압식의 체결 수단인 전해 시스템.
- 제7항에 있어서,
상기 전해조가, 적어도 하나의 전해 셀과, 상기 적어도 하나의 전해 셀을 사이에 끼우고 상기 전해조의 양끝에 배치된 2개의 프레스판을 구비하고,
상기 2개의 프레스판의 한쪽과 상기 유압식의 체결 수단이 연결되어 있고,
상기 적어도 하나의 전해 셀과 상기 2개의 프레스판의 사이 중, 적어도, 상기 유압식의 체결 수단과 연결되어 있는 프레스판과 상기 적어도 하나의 전해 셀의 사이에 단열 부재를 구비하는 전해 시스템. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 알칼리 수전해용인 전해 시스템.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 전해 시스템의 사용 방법.
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |