KR20230040009A - 카트리지 형식 전해셀, 이를 이용한 전해조 - Google Patents
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Abstract
본 발명은카트리지 형식 전해셀, 이를 이용한 전해조에 관한 것으로, 그 목적은 전해조에 전해셀 설치시 이웃하는 단위 전해셀과 결합되지 않고 독자적으로 전해조에 착탈되어 전해작용을 할 수 있는 구조를 구비한 카트리지 형식 전해셀과 이를 이용하여 용량 증설이나 감축이 용이하고 유지관리가 편한 전해조를 제공하는데 있다.
본 발명의 구성은 전해반응용 반응실(11a)을 구비하여 전해조에 개별적으로 장착되는 카트리지본체(11); 상기 카트리지본체(11)에 삽입되는 전극(12); 및 상기 카트리지본체(11)에 체결되어 이온을 교환시키는 격막(13)을 포함하여 일체화 구성된 카트리지 형식 전해셀과 이를 이용한 전해조를 발명의 특징으로 한다.
본 발명의 구성은 전해반응용 반응실(11a)을 구비하여 전해조에 개별적으로 장착되는 카트리지본체(11); 상기 카트리지본체(11)에 삽입되는 전극(12); 및 상기 카트리지본체(11)에 체결되어 이온을 교환시키는 격막(13)을 포함하여 일체화 구성된 카트리지 형식 전해셀과 이를 이용한 전해조를 발명의 특징으로 한다.
Description
본 발명은 카트리지 형식 전해셀, 이를 이용한 전해조에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이웃하는 단위 전해셀과 체결되지 않고 단독으로 전해조에 착탈될 수 있는 구조를 가진 카트리지 형식 전해셀과, 이를 필요로 하는 용량만큼 증설 또는 감축할 수 있고, 수리가 필요한 경우 해당 카트리지 형식 전해셀만 교체 후 운전이 가능한 전해조에 관한 것이다.
전기분해 공정에 있어서 전해반응이 이루어지는 전기조(또는 전기분해조)는 크게 유격막 방식과 무격막 방식 전해조로 나뉘고, 다시 개방형 셀과 밀폐형 셀 방식 전해조로 나누어진다.
일반적인 유격막 방식의 밀폐형 전해셀(에노드셀과 캐소드셀) 구조를 가지는 전해조는 전해셀을 구성하는 양극과 음극 사이에 격막인 이온교환막(멤브레인)이 설치되어 구획된 구성으로 이루어진다. 양극과 음극의 전극 형태는 보통 메쉬형 또는 타공형 전극을 사용하고, 양극과 음극 사이의 단위 전해셀 간 전압을 낮추기 위해 최대한 이온교환막(멤브레인)에 근접하게 구성된다.
또한, 전기분해시 발생되는 가스상 물질로 전압이 상승되는 것을 막기 위해 양극 또는 음극을 지지하는 전극판 뒤쪽으로 가스가 쉽게 빠져나갈 수 있게 공간을 구성하고 있다.
또한 전해셀을 다단으로 구성한 단위 셀의 구성을 설명하면 양측단에 설치되는 모노폴라 방식의 양극과 음극 그리고 필요한 단 수 만큼 양측단의 양극과 음극 사이에 하나 이상 다단 배열되어 설치되는 바이폴라 전극이 구성된다.
상기 다단 배열된 음극 및 양극 전극 사이에는 격막인 이온교환막이 위치한다. 또한 격막과 각 전극 사이에는 내부 유동장을 포함하여 공간부를 형성하는 스페이서로 구성된다. 이 스페이서는 전해조로 유입되는 전해액이 이동하는 유로를 포함하며, 전극에서 전해반응이 일어나는 격실을 형성한다.
상기 양극과 음극 그리고 바이폴라전극은 용접, 볼팅 또는 본딩 등의 방법으로 전극판에 연결되어 고정된다.
상기와 같은 구조를 가진 전해조는 다양한 산업현장에서 투입되는 전해액, 양극액, 음극액 또는 기타 투입액의 종류에 따라 다양한 전기화학 반응을 통해 필요로 하는 반응생성물 등을 생산하게 된다.
하지만 종래의 전해조는 다단으로 구성되는 여러 개의 단위 전해셀이 하나의 모듈로 일체화된 구조를 가져 일부 단위 셀에 불량이 발생한 경우 또는 운전 중 문제가 발생한 경우에 문제가 발생한 해당 단위 셀을 찾기가 어렵고 만약 해당 단위 전해셀을 찾았다 하더라도 해당 셀만 분리할 수 없는 구조여서 결국 전체 전해셀 모듈을 교체할 수 밖에 없었다. 이로인해 장시간 전해조 작동을 중단해야 한다는 구조적 단점이 있다.
또한 전해조를 구성하는 단위 전해셀 설치 후 용량의 증설이나 감축이 필요할 경우 중간에 이를 조정하기가 어렵기 때문에 처음부터 해당 용량에 맞게 단위 전해셀 개수를 정한 다음 이를 일체화된 하나의 모듈로 만들어야 한다는 단점이 있다.
또한 단위 전해셀을 구성하는 이온교환막은 전해조 운전 중 전해조 챔버에 저장된 전해액, 음극용 전해액, 양극용 전해액와 같은 유체의 흐름에 따라 중앙부위가 일측으로 치우치는 경향이 많은데 이러한 부위를 지지하는 구성요소가 없어서 내구성 또는 반응 공간이 협소해 질 수 있다는 구조적 단점이 있다.
또한 종래의 단위 전해셀 구조상 전해반응을 통해 생성되는 반응생성물을 별도로 포집하는 구조가 없어서 포집 효율이 좋지 못하다는 구조적 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 전해조에 전해셀 설치시 이웃하는 단위 전해셀과 결합되지 않고 독자적으로 전해조에 착탈되어 전해작용을 할 수 있는 구조를 구비한 카트리지 형식 전해셀을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 모노폴라 또는 바이폴라 형태로 구성될 수 있는 카트리지 형식 전해셀을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전해셀에 설치되는 격막의 치우침 없이 안정적인 이온교환작용이 이루어질 수 있는 구조를 가진 카트리지 형식 전해셀을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전해셀에서 전해 반응을 통해 생성된 반응생성물의 포집을 위한 구조를 구비한 카트리지 형식 전해셀을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전해액 보충이 가능한 구조를 가진 카트리지 형식 전해셀을 제공하는데 있다.
또한 본 발명은 카트리지 형식 전해셀이 착탈되는 구조를 구비하여 필요에 따라 용량 증설이나 감축이 용이한 전해조를 제공하는데 있다.
또한 본 발명은 카트리지 형식 전해셀이 착탈되는 구조와 반응생성물 배출 구조를 구비하여 전해반응을 통해 얻어진 반응생성물을 카트리지 형식 전해셀 별로 배출하여 포집할 수 있는 구조를 가진 전해조를 제공하는데 있다.
또한 본 발명은 수리시 고장난 일부 전극 또는 카트리지 형식 전해셀만 교체하여 연속운전할 수 있는 전해조를 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 전해반응용 반응실을 구비하여 전해조에 개별적으로 장착되는 카트리지본체;
상기 카트리지본체에 삽입되는 전극; 및
상기 카트리지본체에 체결되어 이온을 교환시키는 격막을 포함하여 일체화 구성된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀을 제공함으로써 달성된다.
바람직한 실시예로, 상기 카트리지 형식 전해셀은 양극 또는 음극 중 하나의 전극이 삽입된 카트리지본체와;
상기 카트리지본체의 양측단에 각각 위치하는 격막을 포함하여 일체화 시킨 모노폴라 형식으로 구성한 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 카트리지 형식 전해셀은 바이폴라 전극이 일측단에 삽입된 카트리지본체와;
상기 카트리지본체의 타측단에 위치하는 격막을 포함하여 일체화 시킨 바이폴라 형식으로 구성한 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 격막의 전단에 위치하여 전극용 반응실을 제공하도록 상기 카트리지본체와 결합되는 전극고정부와;
상기 전극고정부에 삽입되는 다른 극성의 전극을 더 포함하여 일체화 구성한 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 격막의 후단에 위치하고, 반응실을 제공하는 반응카트리지를 더 포함하여 일체화된 구성을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 격막의 전단에 위치하여 반응실을 제공하고 생성된 반응생성물을 포집하는 호퍼부가 일체로 구성된 반응카트리지와;
상기 반응카트리지에 체결되어 이온을 교환시키는 격막과;
상기 격막의 전단에 위치하여 전극용 반응실을 제공하도록 상기 카트리지본체와 결합되는 전극고정부과;
상기 전극고정부에 삽입되는 다른 극성의 전극을 포함하여 일체화 구성한 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 반응카트리지는 생성된 반응생성물을 포집하는 호퍼부를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 반응카트리지 후단에, 전해반응용 반응실을 구비하여 전해조에 개별적으로 장착되는 카트리지본체; 상기 카트리지본체에 삽입되는 전극; 및 상기 카트리지본체에 체결되어 이온을 교환시키는 격막을 더 중첩하여 일체화된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 카트리지본체와 접하는 격막은 실링구조로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 격막은 이온교환막 또는 다공성막으로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 격막의 치우침을 방지하면서 전해시 유체 이동이 가능하도록 다수의 유체홀이 면상에 가공된 지지판을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 카트리지본체의 반응실은 상부가 개방되고 전방 및 후방 중 어느 일방향 이상이 개방된 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 카트리지본체의 반응실은 상부가 개방되고 전방 및 후방이 개방되되, 후방은 격막으로 막힌 구조로 구성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 전극고정부는 좌우 양측 2개로 이루어져 상부와 하부 및 전방과 후방이 개방된 구조를 가져 격막의 전단부에 반응실을 형성하고, 상기 반응실과 접하는 내측면 양쪽에는 전극 삽입을 위한 삽입구가 각각 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 카트리지본체는 반응실과 접하는 내측면 양쪽에 전극 삽입을 위한 삽입구가 각각 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 카트리지본체는 동일 또는 다른 전해액을 반응실로 공급하거나 전해반응을 마친 반응실의 전해액을 외부로 배출하는 전해액 공급구 및 전해액 배출구가 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 카트리지본체는 전해조에 착탈시 가이드하면서 일정 높이에서 지지되어 스톱퍼 역할을 하는 가이드바가 양측면에 더 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 카트리지본체 하부에 반응실에서 생성된 반응생성물을 포집하여 하부로 배출하는 호퍼부를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 반응카트리지는 동일 또는 다른 전해액을 반응실로 공급하거나 전해반응을 마친 반응실의 전해액을 외부로 배출하는 전해액 공급구 및 전해액 배출구가 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 반응카트리지는 전해조에 착탈시 가이드하면서 일정 높이에서 지지되어 스톱퍼 역할을 하는 가이드바가 양측면에 더 형성된 것을 특징으로 한다.
바람직한 실시예로, 상기 반응카트리지는 반응실의 전방과 후방에 각각 유체 이동용 유체홀이 일체로 형성되어 각각 양측에 위치한 격막의 치우침을 방지하면서 전해시 유체 이동이 가능하도록 구성된 지지판이 더 형성된 것을 특징으로 한다.
본 발명은 다른 실시 양태로 상기 어느 하나의 카트리지 형식 전해셀과;
카트리지 형식 전해셀이 개별적으로 삽입되고, 전원을 공급하는 부스바가 설치되고 내부에는 전해액이 채워지도록 구성된 챔버와;
상기 챔버의 하부와 결합되어 전해액에 버블을 발생시키고, 카트리지 형식 전해셀의 반응카트리지 배출관이 관통되는 버블자켓;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀을 이용한 전해조를 제공함으로써 달성된다.
바람직한 실시예로, 상기 챔버는 카트리지 형식 전해셀이 삽입되는 복수개의 고정홈이 형성되고, 상기 고정홈이 형성되지 않은 양측면에는 지지홈 및 체결홀이 형성된 부스바 고정부가 각각 구성되어 전극 연결용 부스바가 고정되고, 하부는 복수개의 체결홀이 형성되어 버블자켓과 체결되는 체결부가 구성된 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 카트리지 형식 전해셀은 이웃하는 단위 전해셀과 결합되지 않고 독자적으로 전해조에 착탈되어 전해작용을 할 수 있는 효과를 가진다.
또한 본 발명에 따른 카트리지 형식 전해셀은 전극 구성을 모노폴라 또는 바이폴라 형태로 구성될 수 있다는 효과를 가진다.
또한 본 발명에 따른 카트리지 형식 전해셀은 격막을 지지하는 구조가 구비되어 전해 반응 중 유체의 이동 방향에 따라 어느 일측으로 치우치거나 반응공간이 협소해지지 않고 안정적인 이온교환작용이 가능하다는 효과를 가진다.
또한 본 발명에 따른 카트리지 형식 전해셀은 전해 반응을 통해 생성되는 반응생성물은 호퍼부를 통해 포집하고 배출할 수 있다는 효과를 가진다.
또한 본 발명에 따른 카트리지 형식 전해셀이 착탈되는 구조를 구비한 전해조는 필요에 따라 용량 증설이나 감축이 용이하는 효과를 가진다.
또한 본 발명에 따른 카트리지 형식 전해셀이 착탈되는 구조와 반응생성물 배출 구조를 구비한 전해조는 전해반응을 통해 얻어진 반응생성물을 카트리지 형식 전해셀 별로 배출하여 포집할 수 있다는 효과를 가진다.
발명에 따른 카트리지 형식 전해셀이 착탈되는 구조를 구비한 전해조는 수리시 고장난 일부 전극 또는 카트리지 형식 전해셀만 교체하여 연속 운전할 수 있어서 유지관리가 편리하다는 효과를 가진다.
상기와 같이 본 발명은 다양한 효과를 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 카트리지 형식 전해셀의 사시도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 카트리지 형식 전해셀의 분해사시도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카트리지 형식 전해셀을 모노폴라형으로 구성시의 측단면 구성도이고,
도 5는 도 4에 따른 카트리지 형식 전해셀이 다중 설치된 모노폴라형 전해조를 보인 개략도이고,
도 6은 도 4 및 도 5의 구성에 호퍼부를 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 카트리지 형식 전해셀을 바이폴라형으로 구성시의 측단면 구성도이고,
도 8은 도 7에 따른 카트리지 형식 전해셀이 다중 설치된 바이폴라형 전해조를 보인 개략도이고,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 전극을 구비한 카트리지 형식 전해셀의 사시도이고,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 전극을 구비한 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2개의 전극을 구비한 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 12는 도 9 및 도 10의 구성에 호퍼부를 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 사시도이고,
도 13은 도 9 및 도 10의 구성에 호퍼부를 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 14는 도 11의 구성에 호퍼부를 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 1의 구성에 반응실을 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 16은 도 15의 구성에 도 1의 구성을 중첩하여 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 17은 도 15의 구성에 호퍼부를 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 전극과 호퍼부 일체형 반응카트리지를 구비한 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 전극과 호퍼부 일체형 반응카트리지를 구비한 카트리지 형식 전해셀의 사시도이고,
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 전극과 호퍼부 일체형 반응카트리지를 구비한 카트리지 형식 전해셀의 분해사시도이고,
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2개의 전극과 호퍼부 일체형 반응카트리지를 구비한 카트리지 형식 전해셀의 분해사시도이고,
도 22는 본 발명의 한 실시예에 따른 전해조를 보인 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 카트리지 형식 전해셀의 분해사시도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카트리지 형식 전해셀을 모노폴라형으로 구성시의 측단면 구성도이고,
도 5는 도 4에 따른 카트리지 형식 전해셀이 다중 설치된 모노폴라형 전해조를 보인 개략도이고,
도 6은 도 4 및 도 5의 구성에 호퍼부를 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 카트리지 형식 전해셀을 바이폴라형으로 구성시의 측단면 구성도이고,
도 8은 도 7에 따른 카트리지 형식 전해셀이 다중 설치된 바이폴라형 전해조를 보인 개략도이고,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 전극을 구비한 카트리지 형식 전해셀의 사시도이고,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 전극을 구비한 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2개의 전극을 구비한 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 12는 도 9 및 도 10의 구성에 호퍼부를 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 사시도이고,
도 13은 도 9 및 도 10의 구성에 호퍼부를 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 14는 도 11의 구성에 호퍼부를 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 1의 구성에 반응실을 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 16은 도 15의 구성에 도 1의 구성을 중첩하여 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 17은 도 15의 구성에 호퍼부를 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 전극과 호퍼부 일체형 반응카트리지를 구비한 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고,
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 전극과 호퍼부 일체형 반응카트리지를 구비한 카트리지 형식 전해셀의 사시도이고,
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 전극과 호퍼부 일체형 반응카트리지를 구비한 카트리지 형식 전해셀의 분해사시도이고,
도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2개의 전극과 호퍼부 일체형 반응카트리지를 구비한 카트리지 형식 전해셀의 분해사시도이고,
도 22는 본 발명의 한 실시예에 따른 전해조를 보인 분해 사시도이다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 카트리지 형식 전해셀의 사시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 카트리지 형식 전해셀의 분해사시도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 카트리지 형식 전해셀(1)은 반응실을 구비하여 전해조에 개별적으로 장착되는 카트리지본체(11), 상기 카트리지본체(11)에 삽입되는 전극(12), 상기 카트리지본체(11)에 체결되어 이온을 교환시키는 격막(13)을 포함하여 일체화 구성된다.
상기 격막(13)은 이온교환막 또는 다공성막으로 구성될 수 있다.
상기 반응실에서 전해 반응으로 생성되어 하부에 쌓인 반응생성물은 외부 배출관을 연결하여 흡입하는 방식으로 배출할 수 있다.
또한 카트리지 형식 전해셀(1)은 격막(13)의 일측을 지지하여 치우침을 방지하면서 전해시 유체 이동이 가능하도록 다수의 유체홀(14a)이 면상에 가공된 지지판(14)을 더 포함하여 일체화 구성될 수 있다.
또한 카트리지 형식 전해셀(1)은 상기 각 구성을 실링하는 가스켓(15)을 더 포함하여 일체화되게 구성될 수 있다.
상기 카트리지 형식 전해셀(1)의 각 구성을 일체화하는 방법은 체결부재, 압착, 융착, 본딩과 같은 공지의 방법 중 어느 하나 이상의 방법을 사용하여 카트리지 형식 전해셀을 일체형으로 구성할 수 있다. 하지만 이와 같은 방법에 의해 본 발명의 일체화 방법이 한정되지 않고 기타 공지의 일체화 할 수 있는 방법을 사용할 수 있음은 물론이다.
상기 카트리지 형식 전해셀(1)을 구성하는 상기 각 구성은 전극을 제외한 구성들은 전류 인가시 반응에 관여하지 않는 재질로 구성된다. 이를 위해 전해조에 잠긴 상태에서 온도 및 용액의 내구성을 가지는 절연재질(PP, PE PEEEK PVC 등)을 사용하는 것이 바람직하다.
카트리지본체(11)는 상부가 개방되고 전방 및 후방 중 적어도 어느 일방향 이상이 개방된 공간부가 구비된 구조를 가진다. 이와 같은 공간부는 전극이 삽입되면 전해작용을 하는 반응실(11a)로 사용된다.
상기 반응실(11a)은 삽입되는 전극에 따라 양극 또는 음극 반응을 하는 양극실 또는 음극실로 구성될 수 있다. 카트리지본체에 공급되는 전해액은 선택된 전극에 따라 양극용 전해액 또는 음극용 전해액 전해액이 공급될 수 있다.
또한 카트리지본체(11)는 상기 반응실과 접하는 내측면 양쪽에는 전극(12) 삽입을 위한 삽입구(11b)가 각각 형성된다. 삽입구가 구비됨으로써 전극을 상부에서 하부방향으로 간단히 삽입하거나 삽입된 전극을 상부방향으로 제거할 수 있게 된다. 상기 삽입구는 선택적으로 실링제나 오링을 사용하여 실링 구조를 제공하여 삽입되는 전극이 그 사이로 눌리면서 실링되는 구조로 구성할 수 있다.
또한, 상기 실링구조는 적어도 카트리지본체와 접하는 격막 간에는 실링처리되어 구성된다.
또한 상기 삽입구(11b)의 위치는 선택적으로 내측면의 중앙부 또는 일측단 또는 임의의 지점 위치에 형성할 수 있다.
또한 카트리지본체(11)는 전해액 공급구(11c) 및 전해액 배출구(11d)가 형성되어 동일 또는 다른 전해액을 반응실로 공급하고 전해반응을 마친 반응실의 전해액을 외부로 배출하는 구조가 형성된다. 다만 그 위치는 바람직한 실시예로 도시된 것처럼 상부에 형성된 것에 한정되지 않고 임의의 지점에 형성될 수 있다.
또한 카트리지본체(11)는 전해조에 착탈시 수직방향으로 가이드하면서 일정 높이에서 지지되어 하강하지 않고 걸리도록 스톱퍼 역할을 하는 가이드바(11e)가 양측면에 더 형성될 수 있다. 이와 같은 가이드바가 구성되면 전해조에 전해셀(1)을 탈착시 편리하고 특히 탈착구조 및 지지구조를 설계시 편리하게 된다.
전극(12)은 카트리지본체에 착탈되도록 구성됨으로써 단위 전해셀 고장시 전해셀 전체를 탈거하는 방법 뿐만 아니라 전극만 단독으로 제거 할수도 있게 된다. 이때 전극은 삽입구 구조에 의해 하부 삽입 깊이가 제한되거나 상단부에 부스바와 연결되는 부위가 절곡되거나 돌출되게 형성되어 지지되도록 구성할 수 있다.
상기 전극은 플랫(Flat) 전극, 메쉬(mesh) 전극 또는 메탈폼(metal foam) 전극 중 어느 하나로 구성할 수 있다.
또한 메쉬(mesh)전극 또는 메탈폼(metal foam) 전극을 모노폴라 형식에 적용하여 기공을 통해 전해액이 격막(15)까지 공급되도록 구성할 수 있다. 이 때문에 전해반응시 이온의 이동이 가능하게 된다.
격막(13)은 카트리지본체의 어느 일측 이상에 설치되어 챔버에 저장된 전해액 또는 음극용 전해액 또는 양극용 전해액에서 전해반응시 이온을 교환하도록 구성된다.
상기 격막(13)은 카트리지 형식 전해셀 구조에 따라 격막의 개수를 증가시킴으로써 전해셀의 격실 수를 1격실, 2격실, 3격실 이상의 다격실로 다양하게 구성하여 전해반응이 가능하도록 확장 응용할 수 있다.
지지판(14)은 격막(13)을 지지하게 설치된다. 지지판(14)은 면상에 다수의 유체홀(14a)이 가공된 구성으로 전해액의 공급 또는 이동에 따른 격막이 어느 일측으로 치우침을 방지하면서 유체홀을 통해 유동할 수 있게 구성된다.
가스켓(15)은 격막(13)의 어느 일측면 이상에 설치되어 상기 카트리지본체(11)와 격막(13) 사이 그리고 격막(13)과 지지판(14) 사이에 삽입되어 수밀작용을 하도록 설치된다. 가스켓(15) 구조는 전해반응이나 전해액 이동에 방해되지 않도록 중앙부는 개구로 구성되고 둘레면은 수밀 및 체결을 위한 홀이 구성되거나 면상이 직접 압착, 융착, 본딩과 같은 결합방법을 이용하여 이웃하는 구성과 수밀 및 일체화되게 구성할 수 있다. 하지만 이와 같은 방법에 의해 본 발명의 일체화 방법이 한정되지 않고 기타 공지의 일체화 할 수 있는 방법을 사용할 수 있음은 물론이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카트리지 형식 전해셀을 모노폴라형으로 구성시의 측단면 구성도이고, 도 5는 도 4에 따른 카트리지 형식 전해셀이 다중 설치된 모노폴라형 전해조를 보인 개략도이다.
도시된 바와 같이 카트리지 형식 전해셀(1)을 전해조 챔버에 설치시 모노폴라형으로 구성할 경우에는 도 1 내지 3에 도시된 전해셀의 기본 구성을 응용하여, 양극 또는 음극 중 하나의 전극(12)이 삽입된 카트리지본체(11)와; 상기 카트리지본체(11)의 양측단에 각각 위치하는 격막(13)을 포함하여 일체화 시킨 모노폴라 형식으로 구성한다.
이때 각 격막(13)의 치우침을 방지하면서 전해시 유체 이동이 가능하도록 다수의 유체홀(14a)이 면상에 가공된 지지판(14)을 더 포함하여 구성할 수 있다.
또한 카트리지본체(11)는 반응실과 접하는 내측면 양쪽에 전극(12) 삽입을 위한 삽입구(11b)가 각각 형성되는데 삽입구(11b)의 위치는 전해조 내에 전해셀(1)을 개별적으로 설치시 모노폴라 방식일 경우는 반응실과 접하는 내측면의 중앙부에 형성한다.
또한 카트리지본체(11)는 동일 또는 다른 전해액을 반응실로 공급하거나 전해반응을 마친 반응실의 전해액을 외부로 배출하는 전해액 공급구(11c) 및 전해액 배출구(11d)가 형성될 수 있다.
또한 카트리지본체(11)는 전해조에 착탈시 가이드하면서 일정 높이에서 지지되어 스톱퍼 역할을 하는 가이드바(11e)가 양측면에 더 형성될 수 있다.
또한 카트리지 형식 전해셀은 격막(13)의 개수를 증가시켜 다격실로 구성할 수 있다.
이와 같은 구성을 가진 카트리지 형식 전해셀이 전해조에 각각 개별적으로 삽입되면 전해조 챔버에 양극 또는 음극 전극을 전해셀의 최외각에 하나씩 설치하고, 각 전해셀 사이에도 일측에 위치한 전해셀과 다른 극성을 가지는 전극을 설치하면 모노폴라 형태의 전해조를 구성하게 된다.
즉, 도시된 바와 같이 전해조 챔버에 (+) 전극이 제일 왼쪽에 위치하면 카트리지 형식 전해셀의 전극은 (-) 전극이 되고, 그 다음 전해조 (+) 전극이 위치하고, 그 다음 전해셀의 전극은 (-) 전극이 되고, 이와 같이 배열 후 제일 마지막 전해셀의 (-) 전극 다음에는 전해조 챔버에 (+) 전극이 설치된다.
도 6은 도 4 및 도 5의 구성에 호퍼부를 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이다.
도시된 바와 같이 본 발명은 다른 실시예로 상기와 같은 구조를 가지는 각 카트리지본체(11)는 반응실과 연결된 호퍼부(17)를 더 포함하여 반응생성물을 포집하여 하부로 배출하도록 구성할 수 있다.
호퍼부(17)는 상부에서 하부로 갈수록 좁아지는 구조로 구성되고 상부 카트리지본체(11) 반응실에서 생성된 반응생성물이 배출되도록 배출구(17a)가 형성되고, 하부에는 전해조 외부와 연결되는 배출관(17b)을 구비하여 반응생성물만 외부로 배출하게 구성할 수 있다. 이때 배출구는 전해조 외부로 돌출되게 구성하고 미도시된 밸브 등을 설치하면 전해 반응이 종료시 밸브를 개방하여 외부로 배출하여 수거할 수 있게 된다. 이 때문에 반응생성물을 배출하기 위해 카트리지 형식 전해셀을 전해조에서 분리하지 않아도 편리한 수거가 가능해진다.
또한 미도시되었지만 호퍼부(17)는 도 1 내지 3의 구성에도 적용될 수 있음은 물론이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 카트리지 형식 전해셀을 바이폴라형으로 구성시의 측단면 구성도이고, 도 8은 도 7에 따른 카트리지 형식 전해셀이 다중 설치된 바이폴라형 전해조를 보인 개략도이다.
도시된 바와 같이 카트리지 형식 전해셀(1)을 전해조 챔버에 설치시 바이폴라형으로 구성할 경우에는 도 1 내지 3에 도시된 전해셀의 기본 구성을 응용하여, 바이폴라 전극(12)이 삽입된 카트리지본체(11)와; 상기 카트리지본체(11)의 타측단에 위치하는 격막(13)을 포함하여 일체화 시킨 바이폴라 형식으로 구성한다.
이처럼 바이폴라 구성 시 바이폴라 전극의 한쪽 측면은 전해조 챔버의 전해액과 접하고 다른 한쪽 측면은 반응실 전해액과 접하여 반응하게 된다.
이때 일측에 형성된 격막(13)의 치우침을 방지하면서 전해시 유체 이동이 가능하도록 다수의 유체홀(14a)이 면상에 가공된 지지판(14)을 더 포함하여 구성할 수 있다.
또한 카트리지본체(11)는 반응실과 접하는 내측면 양쪽에 전극(12) 삽입을 위한 삽입구(11b)가 각각 형성되는데 삽입구(11b)의 위치는 전해조 내에 전해셀(1)을 개별적으로 설치시 바이폴라 방식일 경우는 적어도 회소한의 반응체적을 가질 수 있게 반응실과 접하는 내측면 임의의 지점에 형성하여 바이폴라 전극면이 전해액과 접하게 구성한다.
또한 카트리지본체(11)는 동일 또는 다른 전해액을 반응실로 공급하거나 전해반응을 마친 반응실의 전해액을 외부로 배출하는 전해액 공급구(11c) 및 전해액 배출구(11d)가 형성될 수 있다.
또한 카트리지본체(11)는 전해조에 착탈시 가이드하면서 일정 높이에서 지지되어 스톱퍼 역할을 하는 가이드바(11e)가 양측면에 더 형성될 수 있다.
또한 카트리지 형식 전해셀은 격막(13)의 개수를 증가시켜 다격실로 구성할 수 있다.
이와 같은 구성을 가진 카트리지 형식 전해셀이 각각 전해셀 챔버에 개별적으로 삽입되면 전해조 챔버에 별도의 전극을 설치 없이 바이폴라 형태의 전해조를 구성하게 된다. 물론 도시된 구성도 챔버 양끝단에 전극을 설치하여 모노폴라 형태로도 구성할 수 있다.
즉, 도시된 바와 같이 전해조에 바이폴라 전극을 가진 카트리지 형식 전해셀을 각각 설치 후 일측 전해셀의 바이폴라 전극에 일측에 (+) 전극을 인가하면 마지막 타측 전해셀의 바이폴라 전극에 타측에 (-) 전극이 형성되게 된다.
또한 미도시되었지만 카트리지 형식 전해셀을 바이폴라형으로 구성시에도 카트리지본체(11) 하부에 호퍼부(17)가 구성될 수 있음은 물론이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 전극을 구비한 카트리지 형식 전해셀의 사시도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 전극을 구비한 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고, 도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2개의 전극을 구비한 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이다.
도 9와 도 10에 도시된 바와 같이 2개의 전극을 구비한 카트리지 형식 전해셀(1)은 도 1 내지 3에 도시된 전해셀의 기본 구성을 응용하여, 하나의 전해셀(1)에 양극과 음극이 모두 설치된 형태의 전해셀이다.
기본 구성은 반응실(11a)을 구비하여 전해조에 개별적으로 장착되는 카트리지본체(11), 상기 카트리지본체(11)에 삽입되는 하나의 극성을 가지는 전극(12), 상기 카트리지본체(11)에 체결되어 이온을 교환시키는 격막(13), 상기 격막(13)의 전단에 위치하여 전극용 반응실(16a)을 제공하도록 상기 카트리지본체(11)와 결합되는 전극고정부(16), 상기 전극고정부(16)에 삽입되는 다른 극성의 전극(12a)을 포함하여 일체화 구성된다.
상기 반응실(11a), 전극용 반응실(16a)에서 전해 반응으로 생성된 반응생성물은 외부 배출관을 연결하여 흡입하는 방식으로 배출할 수 있다.
또한 카트리지 형식 전해셀(1)은 격막(13)의 양측을 지지하여 치우침을 방지하면서 전해시 유체 이동이 가능하도록 하는 지지판(14)을 더 포함하여 일체화 구성될 수 있다.
또한 카트리지 형식 전해셀(1)은 상기 각 구성을 실링하는 가스켓(15)을 더 포함하여 일체화되게 구성될 수 있다.
상기 카트리지본체(11)는 도 9와 도 10에 도시된 바와 같이 상부와 전방은 개방되고 후방은 막힌 구조를 가져 반응실(11a)이 형성된 구조를 가질 수 있다. 이와 같은 반응실을 구비함으로써 전극 삽입시 별도의 실링구조 없이 격실 구조를 제공하면서 반응실로 작용하게 된다. 이와 같은 구조로 카트리지본체(11)를 구성하면 삽입구에 삽입된 전극이 외부에 노출되지 않아 전해조의 챔버에 공급된 전해액과 접하지 않게 된다.
또한 카트리지본체(11)는 도 11에 도시된 바와 같이 상부가 개방되고 전방 은 개방되고 후방은 격막(13a)으로 막힌 구조를 가져 반응실(11a)이 형성된 구조로 구성할 수도 있다. 이와 같은 반응실을 구비함으로써 전극 삽입시 격실 구조를 제공하면서 반응실로 작용하게 된다.
전극고정부(16)는 좌우 양측 2개로 이루어져 상부와 하부 및 전방과 후방이 개방된 구조를 가져 격막(13)의 전단부에 전극용 반응실(16a)을 형성할 수 있는 구조를 가진다. 이와 같은 추가로 반응실을 구비함으로써 또 다른 전극(12a)이 삽입시 격실 구조를 제공하면서 반응실로 작용하게 된다.
따라서 상기 카트리지본체(11)가 제공하는 반응실(11a)과 상기 전극고정부(16)가 제공하는 전극용 반응실(16a)은 삽입되는 전극에 따라 각각 서로 다른 양극 또는 음극 반응을 하는 양극실 또는 음극실로 각각 작용하게 된다.
이에 따라 카트리지본체에 공급되는 전해액은 선택된 전극에 따라 양극용 전해액 또는 음극용 전해액 전해액이 공급될 수 있다. 다만, 전극고정부(16)가 제공하는 전극용 반응실(16a)에는 전해조 챔버에 저장된 전해액을 공유하는 전해액이 공급되어 전해반응을 하게 된다.
또한 카트리지본체(11)는 상기 반응실(11a)과 접하는 내측면 양쪽에는 전극(12) 삽입을 위한 삽입구(11b)가 각각 형성되고, 전극고정부(16)에는 상기 전극용 반응실(16a)과 접하는 내측면 양쪽에는 전극(12a) 삽입을 위한 삽입구(16b)가 각각 형성된다.
삽입구가 구비됨으로써 전극을 상부에서 하부방향으로 간단히 삽입하거나 삽입된 전극을 상부방향으로 제거할 수 있게 된다.
또한 카트리지본체(11)는 전해액 공급구(11c) 및 전해액 배출구(11d)가 형성되어 동일 또는 다른 전해액을 반응실로 공급하고 전해반응을 마친 반응실의 전해액을 외부로 배출하는 구조가 형성된다.
또한 카트리지본체(11)는 전해조에 착탈시 수직방향으로 가이드하면서 일정 높이에서 지지되어 하강하지 않고 걸리도록 스톱퍼 역할을 하는 가이드바(11e)가 양측면에 더 형성될 수 있다. 이와 같은 가이드바가 구성되면 전해조에 전해셀(1)을 탈착시 편리하고 특히 탈착구조 및 지지구조를 설계시 편리하게 된다.
2개의 전극(12, 12a)은 카트리지본체 및 전극고정부에 착탈되도록 구성됨으로써 단위 전해셀 고장시 전해셀 전체를 탈거하는 방법 뿐만 아니라 해당 전극만 단독으로 제거 할수도 있게 된다.
격막(13)은 카트리지본체(11)와 전극고정부(16) 사이에 설치되어 챔버에 저장된 전해액 또는 음극용 전해액 또는 양극용 전해액에서 전해반응시 이온을 교환하도록 구성된다.
상기 격막(13)은 카트리지 형식 전해셀 구조에 따라 격막의 개수를 증가시킴으로써 전해셀의 격실 수를 1격실, 2격실, 3격실 이상의 다격실로 다양하게 구성하여 전해반응이 가능하도록 확장 응용할 수 있다.
지지판(14)은 카트리지본체(11)와 격막(13) 사이 그리고 전극고정부(16)와 격막(13) 사이에 각각 설치되어 격막(13)을 양측에서 지지하여 치우침을 방지하면서 전해시 유체 이동이 가능하도록 설치된다. 즉, 지지판(14)은 면상에 다수의 유체홀(14a)이 가공된 구성으로 전해액의 공급 또는 이동에 따른 격막이 어느 일측으로 치우침을 방지하면서 전해시 유체 이동이 가능하도록 구성된다.
가스켓(15)은 격막(13)과 지지판(14) 사이 그리고 카트리지본체(11)와 지지판(14) 사이 그리고 전극고정부(16)와 지지판(14) 사이에 설치되어 수밀작용을 하도록 설치된다. 가스켓(15) 구조는 전해반응이나 전해액 이동에 방해되지 않도록 중앙부는 개구로 구성되고 둘레면은 수밀 및 체결을 위한 홀이 구성되거나 면상이 직접 압착, 융착, 본딩과 같은 결합방법을 이용하여 이웃하는 구성과 수밀 및 일체화되게 구성할 수 있다. 하지만 이와 같은 방법에 의해 본 발명의 일체화 방법이 한정되지 않고 기타 공지의 일체화 할 수 있는 방법을 사용할 수 있음은 물론이다.
도 12는 도 9 및 도 10의 구성에 호퍼부를 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 사시도이고, 도 13은 도 9 및 도 10의 구성에 호퍼부를 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고, 도 14는 도 11의 구성에 호퍼부를 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이다.
도시된 바와 같이 본 발명은 다른 실시예로 상기와 같은 구조를 가지는 각 카트리지본체(11)는 반응실과 연결된 호퍼부(17)를 더 포함하여 반응생성물을 포집하여 하부로 배출하도록 구성할 수 있다.
호퍼부(17)는 상부에서 하부로 갈수록 좁아지는 구조로 구성되고 상부 카트리지본체(11) 반응실에서 생성된 반응생성물이 배출되도록 하부에 외부와 연결되는 배출관(17b)을 구비하여 반응생성물만 외부로 배출하게 구성할 수 있다. 이를 위해서 호퍼부의 하부에 배출구를 전해조 외부로 돌출되게 구성하고 미도시된 밸브 등을 설치하면 전해 반응이 종료시 밸브를 개방하여 외부로 배출하여 수거할 수 있게 된다. 이 때문에 반응생성물을 배출하기 위해 카트리지 형식 전해셀을 전해조에서 분리하지 않아도 편리한 수거가 가능해진다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따라 도 1의 구성에 반응실을 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고, 도 16은 도 15의 구성에 도 1의 구성을 중첩하여 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고, 도 17은 도 15의 구성에 호퍼부를 더 포함한 구성을 보인 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이다.
도 15에 도시된 구성은 도 1 내지 3에 도시된 전해셀의 기본 구성을 응용한 것으로, 전해반응용 반응실(11a)을 구비하여 전해조에 개별적으로 장착되는 카트리지본체(11); 상기 카트리지본체(11)에 삽입되는 전극(12); 및 상기 카트리지본체(11)에 체결되어 이온을 교환시키는 격막(13)으로 구성을 기본으로 하고, 상기 격막(13)의 후단에 위치하고, 반응실(18a)을 제공하는 반응카트리지(18)를 더 포함하여 일체화된 구성이 하나의 전해셀(1)을 구성할 수 있다.
또한 도 16은 다른 실시예로 상기 반응카트리지(18) 후단에, 전해반응용 반응실(11a)을 구비하여 전해조에 개별적으로 장착되는 카트리지본체(11); 상기 카트리지본체(11)에 삽입되는 전극(12); 및 상기 카트리지본체(11)에 체결되어 이온을 교환시키는 격막(13)을 더 중첩하여 일체화된 구성이 하나의 전해셀(1)을 구성할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해 카트리지본체(11)의 반응실(11a) 및 반응카트리지(18)의 반응실(18a)에서 전해 반응으로 생성된 반응생성물은 외부 배출관을 연결하여 흡입하는 방식으로 배출할 수 있다.
상기 카트리지 형식 전해셀(1)은 상기 각 구성을 실링하는 가스켓(15)을 더 포함하여 일체화되게 구성될 수 있다.
또한 도 17은 상기 도 15에 도시된 반응카트리지(18)가 생성된 반응생성물을 포집하는 호퍼부(17)를 하부에 더 포함하여 구성이 하나의 전해셀(1)을 구성한다.
이와 같은 구성에 의해 반응실(18a)에서 전해 반응으로 생성되어 호퍼부(17) 하부에 쌓인 반응생성물은 전해반응 후 호퍼부(17)의 하부에 설치된 밸브(도시 생략)를 개방하여 전해조 외부로 배출할 수 있다.
상기 카트리지 형식 전해셀(1)은 상기 각 구성을 실링하는 가스켓(15)을 더 포함하여 일체화되게 구성될 수 있다.
상기 도 17에 도시된 반응카트리지(18)는 반응실(18a)에서 생성된 반응생성물을 포집할 수 있도록 하부에 호퍼부(17)가 일체화 되어 반응생성물을 포집하여 하부로 배출하도록 구성할 수 있다. 호퍼부(17)는 상부에서 하부로 갈수록 좁아지는 구조로 구성되고 하부에 외부와 연결되는 배출관(17b)을 구비하여 반응생성물만 외부로 배출하게 구성할 수 있다. 이를 위해서 호퍼부의 하부에 배출구를 전해조 외부로 돌출되게 구성하고 미도시된 밸브 등을 설치하면 전해 반응이 종료시 밸브를 개방하여 외부로 배출하여 수거할 수 있게 된다. 이 때문에 반응생성물을 배출하기 위해 카트리지 형식 전해셀을 전해조에서 분리하지 않아도 편리한 수거가 가능해진다.
또한 도 15 내지 도 17에 도시된 반응카트리지(18)는 동일 또는 다른 전해액을 반응실(18a)로 공급하거나 전해반응을 마친 반응실의 전해액을 외부로 배출하는 전해액 공급구 및 전해액 배출구가 형성될 수 있다. 반응실(18a)로 공급되는 전해액은 반응실 반응생성물을 위한 물질을 포함한 전해액이거나 양극 전해액 또는 음극 전해액 일 수 있다.
또한 반응카트리지(18)의 양단은 전해조에 착탈시 가이드하면서 일정 높이에서 지지되어 스톱퍼 역할을 하는 가이드바가 양측면에 더 형성될 수 있다.
또한 반응카트리지(18)는 상부와 하부 전방과 후방이 개구로 이루어져 반응실(18a)을 구성하거나 이와 다른 실시예로 반응실(18a)의 전방과 후방에 각각 유체 이동용 유체홀(18f)이 일체로 형성되어 각각 양측에 위치한 격막의 치우침을 방지하면서 전해시 유체 이동이 가능하도록 구성된 지지판(18e)이 더 형성할 수 있다.
상기 카트리지본체(11) 및 격막(13)의 상세 구성 설명은 도 1 내지 도 3의 설명과 중복되므로 설명의 편의상 구체설명은 생략한다.
도 18는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 전극과 호퍼부 일체형 반응카트리지를 구비한 카트리지 형식 전해셀의 측단면 구성도이고, 도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 전극과 호퍼부 일체형 반응카트리지를 구비한 카트리지 형식 전해셀의 사시도이고, 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 2개의 전극과 호퍼부 일체형 반응카트리지를 구비한 카트리지 형식 전해셀의 분해사시도이고, 도 21은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 2개의 전극과 호퍼부 일체형 반응카트리지를 구비한 카트리지 형식 전해셀의 분해사시도이다.
도 18 내지 도 20에 도시된 바와 같이 2개의 전극과 호퍼부 일체형 반응카트리지를 구비한 카트리지 형식 전해셀(1)은 도 1 내지 3에 도시된 전해셀의 기본 구성을 응용하여, 하나의 전해셀(1)에 양극과 음극이 모두 설치된 형태의 전해셀이고, 중간에 양극과 음극 반응실 사이에 반응실로 사용되는 호퍼부 일체형 반응카트리지가 더 포함되어 구성된다.
기본 구성은 반응실(11a)을 구비하여 전해조에 개별적으로 장착되는 카트리지본체(11); 상기 카트리지본체(11)에 삽입되는 하나의 극성을 가지는 전극(12); 상기 카트리지본체(11)에 체결되어 이온을 교환시키는 격막(13); 상기 격막(13)의 전단에 위치하여 반응실(18a)을 제공하고 생성된 반응생성물을 포집하는 호퍼부(17)가 일체로 구성된 반응카트리지(18); 상기 반응카트리지(18)에 체결되어 이온을 교환시키는 격막(13b); 상기 격막(13b)의 전단에 위치하여 전극용 반응실(16a)을 제공하도록 상기 카트리지본체(11)와 결합되는 전극고정부(16); 상기 전극고정부(16)에 삽입되는 다른 극성의 전극(12a)을 포함하여 일체화 구성된다.
상기 반응실(11a) 및 전극용 반응실(16a)에서 전해 반응으로 생성되어 하부에 쌓인 반응생성물은 호퍼부(17)의 하부에 설치된 밸브(도시 생략)를 개방하여 전해조 외부로 배출하면 된다.
또한 카트리지 형식 전해셀(1)은 격막(13)의 양측을 지지하여 치우침을 방지하면서 전해시 유체 이동이 가능하도록 하는 지지판(14)을 더 포함하여 일체화 구성될 수 있다.
또한 카트리지 형식 전해셀(1)은 상기 각 구성을 실링하는 가스켓(15)을 더 포함하여 일체화되게 구성될 수 있다.
상기 카트리지본체(11)는 도 18 내지 도 20에 도시된 바와 같이 상부와 전방은 개방되고 후방은 막힌 구조를 가져 반응실(11a)이 형성된 구조를 가진다. 이와 같은 반응실을 구비함으로써 전극 삽입시 격실 구조를 제공하면서 반응실로 작용하게 된다. 이와 같은 구조로 카트리지본체(11)를 구성하면 삽입구에 삽입된 전극이 외부에 노출되지 않아 전해조의 챔버에 공급된 전해액과 접하지 않게 된다.
또한 카트리지본체(11)는 도 21에 도시된 바와 같이 상부가 개방되고 전방 은 개방되고 후방은 격막(13a)으로 막힌 구조를 가져 반응실(11a)이 형성된 구조로 구성할 수도 있다. 이와 같은 반응실을 구비함으로써 전극 삽입시 격실 구조를 제공하면서 반응실로 작용하게 된다.
상기 반응카트리지(18)는 반응실(18a)에서 생성된 반응생성물을 포집할 수 있도록 하부에 호퍼부(17)가 일체화 되어 반응생성물을 포집하여 하부로 배출하도록 구성할 수 있다. 호퍼부(17)는 상부에서 하부로 갈수록 좁아지는 구조로 구성되고 하부에 외부와 연결되는 배출관(17b)을 구비하여 반응생성물만 외부로 배출하게 구성할 수 있다. 이를 위해서 호퍼부의 하부에 배출구를 전해조 외부로 돌출되게 구성하고 미도시된 밸브 등을 설치하면 전해 반응이 종료시 밸브를 개방하여 외부로 배출하여 수거할 수 있게 된다. 이 때문에 반응생성물을 배출하기 위해 카트리지 형식 전해셀을 전해조에서 분리하지 않아도 편리한 수거가 가능해진다.
또한 반응카트리지(18)는 동일 또는 다른 전해액을 반응실(18a)로 공급하거나 전해반응을 마친 반응실의 전해액을 외부로 배출하는 전해액 공급구(18b) 및 전해액 배출구(18c)가 형성될 수 있다. 반응실(18a)로 공급되는 전해액은 반응실 반응생성물을 위한 물질을 포함한 전해액이거나 양극 전해액 또는 음극 전해액 일 수 있다.
또한 반응카트리지(18)의 양단은 전해조에 착탈시 가이드하면서 일정 높이에서 지지되어 스톱퍼 역할을 하는 가이드바(18d)가 양측면에 더 형성될 수 있다.
또한 반응카트리지(18)는 상부와 하부 전방과 후방이 개구로 이루어져 반응실(18a)을 구성하지만, 이와 다른 실시예로 반응실(18a)의 전방과 후방에 각각 유체 이동용 유체홀(18f)이 일체로 형성되어 각각 양측에 위치한 격막의 치우침을 방지하면서 전해시 유체 이동이 가능하도록 구성된 지지판(18e)이 더 형성할 수 있다.
전극고정부(16)는 좌우 양측 2개로 이루어져 상부와 하부 및 전방과 후방이 개방된 구조를 가져 격막(13)의 전단부에 전극용 반응실(16a)을 형성할 수 있는 구조를 가진다. 이와 같은 추가로 반응실을 구비함으로써 또 다른 전극(12a)이 삽입시 격실 구조를 제공하면서 반응실로 작용하게 된다.
따라서 상기 카트리지본체(11)가 제공하는 반응실(11a)과 상기 전극고정부(16)가 제공하는 전극용 반응실(16a)은 삽입되는 전극에 따라 각각 서로 다른 양극 또는 음극 반응을 하는 양극실 또는 음극실로 각각 작용하게 된다. 이에 따라 카트리지본체에 공급되는 전해액은 선택된 전극에 따라 양극용 전해액 또는 음극용 전해액 전해액이 공급될 수 있다. 또한 전극고정부(16)가 제공하는 전극용 반응실(16a)에는 전해조 챔버에 저장된 전해액이 공급되어 전해반응을 하게 된다.
또한 카트리지본체(11)는 상기 반응실(11a)과 접하는 내측면 양쪽에는 전극(12) 삽입을 위한 삽입구(11b)가 각각 형성되고, 전극고정부(16)에는 상기 전극용 반응실(16a)과 접하는 내측면 양쪽에는 전극(12a) 삽입을 위한 삽입구(16b)가 각각 형성된다.
삽입구가 구비됨으로써 전극을 상부에서 하부방향으로 간단히 삽입하거나 삽입된 전극을 상부방향으로 제거할 수 있게 된다. 상기 삽입구는 선택적으로 실링제나 오링을 사용하여 실링구조를 제공하여 삽입되는 전극이 그 사이로 눌리면서 실링되는 구조로 구성할 수 있다. 다만, 전극고정부(16)에 형성된 삽입구(16b)에는 실링구조가 제공되지 않을 수 있다.
또한 카트리지본체(11)는 전해액 공급구(11c) 및 전해액 배출구(11d)가 형성되어 동일 또는 다른 전해액을 반응실로 공급하고 전해반응을 마친 반응실의 전해액을 외부로 배출하는 구조가 형성된다.
2개의 전극(12, 12a)은 카트리지본체 및 전극고정부에 착탈되도록 구성됨으로써 단위 전해셀 고장시 전해셀 전체를 탈거하는 방법 뿐만 아니라 해당 전극만 단독으로 제거 할수도 있게 된다.
격막(13)은 카트리지본체(11)와 반응카트리지(18)와 전극고정부(16) 사이에 설치되어 챔버에 저장된 전해액 또는 음극용 전해액 또는 양극용 전해액 또는 반응실용 전해액에서 전해 반응시 이온을 교환하도록 구성된다.
상기 격막(13)은 카트리지 형식 전해셀 구조에 따라 격막의 개수를 증가시킴으로써 전해셀의 격실 수를 1격실, 2격실, 3격실 이상의 다격실로 다양하게 구성하여 전해반응이 가능하도록 확장 응용할 수 있다.
지지판(14)은 카트리지본체(11)와 격막(13) 사이 그리고 전극고정부(16)와 격막(13) 사이에 각각 설치되어 격막(13)을 양측에서 지지하여 치우침을 방지하면서 전해시 유체 이동이 가능하도록 설치된다. 즉, 지지판(14)은 면상에 다수의 유체홀(14a)이 가공된 구성으로 전해액의 공급 또는 이동에 따른 격막이 어느 일측으로 치우침을 방지하게 구성된다.
가스켓(15)은 격막(13)과 지지판(14) 사이 그리고 카트리지본체(11)와 지지판(14) 사이 그리고 전극고정부(16)와 지지판(14) 사이 그리고 반응카트리지(18)와 양측 격막(13) 사이에 설치되어 수밀작용을 하도록 설치된다. 가스켓(15) 구조는 전해반응이나 전해액 이동에 방해되지 않도록 중앙부는 개구로 구성되고 둘레면은 수밀 및 체결을 위한 홀이 구성되거나 면상이 직접 압착, 융착, 본딩과 같은 결합방법을 이용하여 이웃하는 구성과 수밀 및 일체화되게 구성할 수 있다. 하지만 이와 같은 방법에 의해 본 발명의 일체화 방법이 한정되지 않고 기타 공지의 일체화 할 수 있는 방법을 사용할 수 있음은 물론이다.
상기 도 19 및 20에 도시된 한 실시예에 따른 전극고정부(16) 전단에 구성된체결부재는 공지의 체결부재 중 나사산이 가공된 볼트 형식으로 각 구성을 관통하여 카트리지본체에 체결되도록 구성되었지만 본 발명의 일체화 방법은 전술한 바와 같이 이를 포함하여 압착, 융착, 본딩 방법으로 일체화하면 된다. 하지만 이와 같은 방법에 의해 본 발명의 일체화 방법이 한정되지 않고 기타 공지의 일체화 할 수 있는 방법을 사용할 수 있음은 물론이다.
도 22는 본 발명의 한 실시예에 따른 전해조를 보인 분해 사시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전해조는 도 1 내지 도 21에 예시된 어느 하나의 카트리지 형식 전해셀(1)이 필요로 하는 용량 만큼 착탈식으로 설치되어 전해반응을 통해 반응생성물을 포집하도록 구성된 전해조로 특히 모노폴라 방식으로 전극 구성시의 실시예에 따른 전해조에 관한 것이다.
그 구성은 도 1 내지 도 21에 예시된 어느 하나의 카트리지 형식 전해셀(1), 챔버(2), 버블자켓(3)을 포함한다. 또한 상기 버블자켓 하부에는 지지대(4)가 구성될 수 있다. 또한 상기 챔버 상부에는 상부 커버(5)가 구성될 수 있다.
도시된 한 실시예에서는 3개의 카트리지 형식 전해셀이 장치되어 있지만 이와 같은 개수가 본 발명의 전해조에 설치되는 카트리지 형식 전해셀 개수를 한정하는 것은 아니다. 카트리지 형식 전해셀의 개수는 필요로 하는 용량만큼 전해조를 구성하는 챔버의 착탈 구조를 늘려 임의의 개수로 구성할 수 있음은 물론이다.
또한 도시된 바와 같이 3개의 구성이 항상 같이 전해반응을 일으켜야 하는 것은 아니고, 운전 중 고장이 발생하여 수리가 필요한 것은 분리하여 제거하고, 나머지 카트리지 형식 전해셀에만 전원을 인가하여 전해반응이 일어나도록 구성할 수 있음은 물론이다. 이때 장치된 카트리지 형식 전해셀을 제거시 해당 카트리지가 삽입되었던 부분에 대한 수밀 작업이 이루어짐으로써 전해액의 유출과 같이 전해조의 운전에 영향을 미치는 사고는 발생하지 않게 된다.
챔버(2)는 한 실시예에 따라 4개의 벽체로 이루어진 구조로 이루어져 벽체 내부 반응실에 전해액이 채워진 상태에서 카트리지 형식 전해셀이 설치되면 전해반응을 하는 구성인데, 이를 위해 챔버에는 카트리지 형식 전해셀(1)가 개별적으로 삽입되도록 벽체의 내벽 양측면 길이방향을 따라 복수개의 고정홈(21)이 수직방향으로 형성된다.
즉, 한 개의 카트리지 형식 전해셀 당 마주보는 벽체의 내벽에 2개의 고정홈(21)이 제공된다. 이에 따라 카트리지 형식 전해셀을 챔버에 개별 설치시 고정홈을 따라 카트리지 형식 전해셀(1)의 양측으로 돌출된 가이드바가 가이드되면서 가이드바 하단부가 고정홈의 끝단까지 하강한 후 고정된다.
챔버의 하부는 개방된 구조를 가지는데 이와 같이 개방된 구조를 가지는 이유는 하부에 결합된 버블자켓(3)에서 챔버 내부로 공급되는 전해액을 버블링시켜 반응성을 높이기 위해서이다. 따라서 전해액이 채워지면 하부에서 버블자켓이 채워진 전해액이 누출되지 않게 수밀작용을 하게 된다.
또한 고정홈(21)이 형성되지 않은 양측면에는 지지홈(221) 및 체결홀(222)이 형성된 부스바 고정부(22)가 각각 구성되어 부스바(23) 2개가 삽입 후 체결되어 고정된다.
부스바 고정부(22)에 조립되는 각 부스바(23)는 한 실시예로 적어도 일측단이 절곡되어 체결홀(231a)과 전원연결홀(231b)이 형성된 절곡부(231)가 형성될 수 있다.
상기 체결홀(231a)은 부스바 고정부(22)의 체결홀(222)을 관통한 체결부재를 통해 결합되고, 전원연결홀(231b)은 외부 전원과 연결된다.
이와 같이 모노폴라 방식으로 구성시 2개의 부스바(23)는 각각의 부스바 극성에 맞는 외부 전원이 인가되도록 접촉된다.
이를 위해 부스바는 길이방향을 따라 장공 형태의 전극체결홀(232)이 형성되어 전극 또는 전극에서 돌출되어 절곡된 전극 부스바 체결부 또는 전극 부스바 체결부와 접촉 후 고정될 수 있다. 도시된 한 실시예처럼 3개의 카트리지 형식 전해셀이 구비될 경우 각 부스바 당 적어도 3개의 전극체결홀(232)이 형성된다.
또한 챔버의 하부는 둘레를 따라 바깥 방향으로 돌출된 체결부(24)가 구성되어 체결부에 형성된 복수개의 체결홀(241)을 통해 하부에 위치한 버블자켓(3)과 체결부재를 통해 체결되어 일체화 된다.
버블자켓(3)은 상기 챔버의 하부와 결합되어 정체되어 있는 전해액의 순환 또는 반응성을 높이기 위해 버블을 발생시키고, 카트리지 형식 전해셀(1)의 호퍼부 하부에 형성된 배출관이 하부로 관통되도록 구성된다.
이를 위해 면상체로 구성된 버블자켓에는 챔버의 체결부와 결합하기 위해 복수개의 체결홀(311)이 둘레를 따라 형성되고, 중앙부에는 챔버에 설치된 복수개의 카트리지 형식 전해셀의 반응카트리지 배출관이 삽입되어 지지되는 카트리지 지지홈(312)이 형성되고, 카트리지 지지홈(312) 주변에는 하나 이상의 산기발생부(313)가 형성된다.
산기발생부(313)는 면상체로 이루어진 버블자켓의 상부면에 형성된 홈부(313a)와; 상기 홈부(313a)에 가스를 공급하기 위해 면상체인 버블자켓의 측면을 관통하여 연통되는 가스 유입부(313b)로 구성된다. 이때 공급된 가스를 보다 미세한 버블 형태로 발생시키기 위해 산기발생부의 홈부(313a)에는 미도시된 다공구조체로 채워 버블링을 제공하도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 다공구조체로는 산기석이 바람직하지만 본 발명은 이러한 산기석만 한정하는 것은 아니고 버블을 발생시킬 수 있는 포러스 구조를 가지는 공지의 다공구조체라면 어느 것이라도 상관없다.
상기 산기발생부(313)의 홈의 형태는 사각 형태를 포함한 다각형 홈 또는 원형 홈 형태로 자유롭게 구성할 수 있다.
또한 산기발생부(313)는 도시된 한 실시예에서는 2개로 구성되지만 이와 같은 개수가 본 발명을 한정하지는 않고, 필요에 따라 복수개가 복수지점에 설치될 수 있다.
한편 상기 산기발생부는 경우에 따라 카트리지 형식 전해셀의 반응카트리지 및 카트리지본체에 별도의 산기장치를 설치하거나 순환펌프를 사용하여 유동의 흐름을 주도록 구성할 수도 있는데 바람직하게는 본 발명의 한 실시예처럼 챔버 하부에 설치하는 것이 구성상 간편하고 설계 및 제작하기가 좋다.
지지대(4)는 상기 버블자켓의 하부와 결합하기 위해 복수개의 체결홀(411)이 둘레를 따라 형성되고, 중앙부에는 버블자켓을 관통한 복수개의 카트리지 형식 전해셀의 반응카트리지 배출관이 삽입되어 지지되는 카트리지 지지홈(412)으로 이루어진 상부지지부(41)와; 지지부를 바닥면과 일정 높이로 이격시키는 복수개의 지지대(42)와; 복수개의 지지대가 고정되고 바닥면과 면접하는 하부지지부(43)로 구성된다.
이와 같이 구성된 지지대가 구비됨으로써 카트리지 형식 전해셀(1)의 반응카트리지 배출관은 지지대의 상부지지부(41)에 형성된 카트리지 지지홈(412)을 통해 외부로 돌출되어 지지대(42)가 설치된 반응실에 위치한 별도의 포집용 배관 또는 포집함으로 배출되게 된다. 이때 배출관에서 배출되는 양을 조절하기 위해 이와 연결되는 포집용 배관 또는 포집함에는 개폐 조절용 밸브가 구비되어 배출관을 통해 하부로 낙하하는 반응생성물의 배출을 조절하게 구성될 수 있다. 이때 개폐 조절용 밸브는 다른 실시예로 배출관에 형성되게 구성할 수도 있다.
또한 카트리지 형식 전해셀의 개수가 카트리지 지지홈(412)의 개수보다 적을 경우는 이를 실링처리된 마개 등으로 막아 전해액의 누출을 막는다.
상부 커버(5)는 챔버(2)의 상부를 덮어 전해과정 중 발생되는 가스의 외부 배출을 방지하는 구성인데, 상부 커버에는 챔버에 설치된 카트리지 형식 전해셀이 전해과정에서 발생된 가스의 배출 및 전해액 공급과 배출을 위한 배관 삽입용 가스 배관 홀(51)과 유체 배관 홀(52)이 형성된다. 도시된 한 실시예에서는 2개가 도시되어 있지만 배관의 용도 또는 챔버의 크기에 따라 그 보다 많은 복수개로 형성될 수 있음은 물론이다.
상기에서 설명한 카트리지 형식 전해셀 타입 전해조는 온도 및 용액의 내구성을 가지는 절연재질(PP, PE PEEEK PVC 등)을 사용하여 전류 인가시 반응에 관여하지 않는 재질로 구성된다.
또한 상기한 구조를 가지는 카트리지 타입의 전해조 구성은 1격실, 2격실, 3격실, 그 이상의 다격실 구성에서 전해반응이 일어나도록 구성할 수 있다.
상기와 같이 구성된 한 실시예로 구성된 전해조는 용량에 따라 카트리지 형식 전해셀 수량을 결정해 챔버에 설치하고, 각 카트리지 형식 전해셀의 전극과 전극에 부스바로 연결되어 전류가 인가하여 전해반응을 진행한다.
이때 전해액은 최초 투입한 후 전해반응이 중단되지 않고 연속운전이 진행되도록 상부커버의 벤트홀을 통해 배관을 카트리지본체 및 반응용카트리지와 연결하여 공급 및 배출이 연속적으로 이루어지거나 보충되면서 전해반응이 이루어지도록 한다.
한편, 카트리지 형식 전해셀은 설치 가능한 전체 개수가 아닌 일부 카트리지 형식 전해셀만 장착하여 전해반응을 진행할 수 있음은 물론이다.
또한 운전 중 카트리지 형식 전해셀의 전극이 고장 날 경우 전해운전을 중지하고 카트리지 형식 전해셀을 분해하지 않고 해당 전극만 교체 후 운전을 속행 할 수 있다.
또한 카트리지 형식 전해셀의 구성 중 전극 이외의 구성에 수리가 필요할 경우 해당 카트리지 형식 전해셀을 분리 후 수리하거나 교체하여 운전을 속행할 수 있다.
또한 일부 카트리지 형식 전해셀을 증가하거나 교체하고자 할 경우 운전을 중지하고 카트리지 형식 전해셀을 장착하여 추가하거나 탈거하여 운전을 속행 할 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
(1) : 전해셀 (2) : 챔버
(3) : 버블자켓 (4) : 지지대
(5) : 상부 커버 (11) : 카트리지본체
(11a) : 반응실 (11b) : 삽입구
(11c) : 전해액 공급구 (11d) : 전해액 배출구
(11e) : 가이드바 (12) : 전극
(12a) : 전극 (13) : 격막
(13a) : 격막 (13b) : 격막
(14) : 지지판 (14a) : 유체홀
(15) : 가스켓 (16) : 전극고정부
(16a) : 전극용 반응실 (16b) : 삽입구
(17) : 호퍼부 (17a) : 배출구
(17b) : 배출관 (18) : 반응카트리지
(18a) : 반응실 (18b) : 전해액 공급구
(18c) : 전해액 배출구 (18d) : 가이드바
(18e) : 지지판 (18f) : 유체홀
(3) : 버블자켓 (4) : 지지대
(5) : 상부 커버 (11) : 카트리지본체
(11a) : 반응실 (11b) : 삽입구
(11c) : 전해액 공급구 (11d) : 전해액 배출구
(11e) : 가이드바 (12) : 전극
(12a) : 전극 (13) : 격막
(13a) : 격막 (13b) : 격막
(14) : 지지판 (14a) : 유체홀
(15) : 가스켓 (16) : 전극고정부
(16a) : 전극용 반응실 (16b) : 삽입구
(17) : 호퍼부 (17a) : 배출구
(17b) : 배출관 (18) : 반응카트리지
(18a) : 반응실 (18b) : 전해액 공급구
(18c) : 전해액 배출구 (18d) : 가이드바
(18e) : 지지판 (18f) : 유체홀
Claims (23)
- 전해반응용 반응실(11a)을 구비하여 전해조에 개별적으로 장착되는 카트리지본체(11);
상기 카트리지본체(11)에 삽입되는 전극(12); 및
상기 카트리지본체(11)에 체결되어 이온을 교환시키는 격막(13)을 포함하여 일체화 구성된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 1에 있어서,
상기 카트리지 형식 전해셀은 양극 또는 음극 중 하나의 전극(12)이 삽입된 카트리지본체(11)와;
상기 카트리지본체(11)의 양측단에 각각 위치하는 격막(13)을 포함하여 일체화 시킨 모노폴라 형식으로 구성한 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 1에 있어서,
상기 카트리지 형식 전해셀은 바이폴라 전극(12)이 일측단에 삽입된 카트리지본체(11)와;
상기 카트리지본체(11)의 타측단에 위치하는 격막(13)을 포함하여 일체화 시킨 바이폴라 형식으로 구성한 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 1에 있어서,
상기 격막(13)의 전단에 위치하여 전극용 반응실(16a)을 제공하도록 상기 카트리지본체(11)와 결합되는 전극고정부(16)와;
상기 전극고정부(16)에 삽입되는 다른 극성의 전극(12a)을 더 포함하여 일체화 구성한 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 1에 있어서,
상기 격막(13)의 후단에 위치하고, 반응실(18a)을 제공하는 반응카트리지(18)를 더 포함하여 일체화된 구성을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 1에 있어서,
상기 격막(13)의 전단에 위치하여 반응실(18a)을 제공하고 생성된 반응생성물을 포집하는 호퍼부(17)가 일체로 구성된 반응카트리지(18)와;
상기 반응카트리지(18)에 체결되어 이온을 교환시키는 격막(13b)과;
상기 격막(13b)의 전단에 위치하여 전극용 반응실(16a)을 제공하도록 상기 카트리지본체(11)와 결합되는 전극고정부(16)과;
상기 전극고정부(16)에 삽입되는 다른 극성의 전극(12a)을 포함하여 일체화 구성한 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 5에 있어서,
상기 반응카트리지(18)는 생성된 반응생성물을 포집하는 호퍼부(17)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 5에 있어서,
상기 반응카트리지(18) 후단에, 전해반응용 반응실(11a)을 구비하여 전해조에 개별적으로 장착되는 카트리지본체(11); 상기 카트리지본체(11)에 삽입되는 전극(12); 및 상기 카트리지본체(11)에 체결되어 이온을 교환시키는 격막(13)을 더 중첩하여 일체화된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카트리지본체(11)와 접하는 격막(13)은 실링 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 격막(13)은 이온교환막 또는 다공성막으로 구성된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 격막(13)의 치우침을 방지하면서 전해시 유체 이동이 가능하도록 다수의 유체홀(14a)이 면상에 가공된 지지판(14)을 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카트리지본체(11)의 반응실(11a)은 상부가 개방되고 전방 및 후방 중 어느 일방향 이상이 개방된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 4 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카트리지본체(11)의 반응실(11a)은 상부가 개방되고 전방 및 후방이 개방되되, 후방은 격막(13a)으로 막힌 구조로 구성된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 4 또는 청구항 6에 있어서,
상기 전극고정부(16)는 좌우 양측 2개로 이루어져 상부와 하부 및 전방과 후방이 개방된 구조를 가져 격막(13)의 전단부에 반응실(16a)을 형성하고, 상기 반응실(16a)과 접하는 내측면 양쪽에는 전극(12a) 삽입을 위한 삽입구(16b)가 각각 형성된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카트리지본체(11)는 반응실과 접하는 내측면 양쪽에 전극(12) 삽입을 위한 삽입구(11b)가 각각 형성된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카트리지본체(11)는 동일 또는 다른 전해액을 반응실로 공급하거나 전해반응을 마친 반응실의 전해액을 외부로 배출하는 전해액 공급구(11c) 및 전해액 배출구(11d)가 형성된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카트리지본체(11)는 전해조에 착탈시 가이드하면서 일정 높이에서 지지되어 스톱퍼 역할을 하는 가이드바(11e)가 양측면에 더 형성된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 카트리지본체(11) 하부에 반응실에서 생성된 반응생성물을 포집하여 하부로 배출하는 호퍼부(17)를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
상기 반응카트리지(18)는 동일 또는 다른 전해액을 반응실(18a)로 공급하거나 전해반응을 마친 반응실의 전해액을 외부로 배출하는 전해액 공급구(18b) 및 전해액 배출구(18c)가 형성된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
상기 반응카트리지(18)는 전해조에 착탈시 가이드하면서 일정 높이에서 지지되어 스톱퍼 역할을 하는 가이드바(18d)가 양측면에 더 형성된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
상기 반응카트리지(18)는 반응실(18a)의 전방과 후방에 각각 유체 이동용 유체홀(18f)이 일체로 형성되어 각각 양측에 위치한 격막의 치우침을 방지하면서 전해시 유체 이동이 가능하도록 구성된 지지판(18e)이 더 형성된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀.
- 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 따른 카트리지 형식 전해셀(1)과;
카트리지 형식 전해셀(1)이 개별적으로 삽입되고, 전원을 공급하는 부스바(23)가 설치되고 내부에는 전해액이 채워지도록 구성된 챔버(2)와;
상기 챔버의 하부와 결합되어 전해액에 버블을 발생시키고, 카트리지 형식 전해셀(1)의 반응카트리지 배출관이 관통되는 버블자켓(3);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀을 이용한 전해조.
- 청구항 22에 있어서,
상기 챔버(2)는 카트리지 형식 전해셀(1)이 삽입되는 복수개의 고정홈(21)이 형성되고, 상기 고정홈이 형성되지 않은 양측면에는 지지홈(221) 및 체결홀(222)이 형성된 부스바 고정부(22)가 각각 구성되어 전극 연결용 부스바(23)가 고정되고, 하부는 복수개의 체결홀(241)이 형성되어 버블자켓과 체결되는 체결부(24)가 구성된 것을 특징으로 하는 카트리지 형식 전해셀을 이용한 전해조.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210123059A KR102647107B1 (ko) | 2021-09-15 | 2021-09-15 | 카트리지 형식 전해셀, 이를 이용한 전해조 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210123059A KR102647107B1 (ko) | 2021-09-15 | 2021-09-15 | 카트리지 형식 전해셀, 이를 이용한 전해조 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210123059A KR102647107B1 (ko) | 2021-09-15 | 2021-09-15 | 카트리지 형식 전해셀, 이를 이용한 전해조 |
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2021
- 2021-09-15 KR KR1020210123059A patent/KR102647107B1/ko active IP Right Grant
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| KR102647107B1 (ko) | 2024-03-19 |
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