KR790000975B1 - 전극 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

전 극

제1도는 본 발명의 전극조립체의 정면도이다.

제2도는 제1도의 단면도(端面圖)이다.

제3도는 본 발명의 전극조립체의 다른 실시예의 정면도이다.

제4도는 제3도를 4-4에 따라 취한 단면도이다.

본 발명은 염수용액의 전기분해용 전해조에 관한 것이다. 특히 본 발명은 알카리금속 염화물의 전기분해용 전해조에 사용되는 전극조립체에 관한 것이다.

전해조는 이를 다양하게 설계함으로서 염소의 전기분해에 의한 염소 및 알카리 화합물 또는 염소산염과 같은 옥시클로라인 화합물 제조에 광범위하게 사용되어 왔다. 이러한 설계상의 문제점중 하나는 전극벽 또는 전극판과 전극표면사이의 만족할만한 전류전도용 장치를 제공하는 것이다.

흑연전극 대신으로 특히 양극으로서의 금속전극 사용은 예를 들면 격막 또는 염소산염 전해조에서의 전극의 개선과 칫수의 증가를 가져왔다. 흑연 양극의 높이는 흑연의 전기적 저항과 전극사이의 간격에서의 최대허용 기체공극율에 의해 약 30인치로 제한받는다. 고전도성 유공(有孔)금속전극의 사용은 최소한 48인치의 높이를 갖는 양극을 사용할 수 있게 한다.

전해조의 바닥이 양극 지주의 역할을 하고 양극 상승관(anode riser)이 그로부터 상방으로 돌출되어 양극 표면에 부착된, 전해조에 사용할 양극조립체가 제안되었었다.

또한 전해조 기부에 부착된 상승관이 두개의 양극면에 공통으로 연결되어 양극면 사이의 거리가 양극면에 전류를 공급하는 동안 조정될 수 있는 팽창가능한 전극(expandable electrode)도 제안되었다.

상기의 양극 조립체들은 수평 기부판을 갖는 전해조에서만 사용되어야 했다. 또한 그들은 양극면사이의 공간을 통한 유체의 제한이 없는 상방 유입을 허용했다.

따라서 전극들이 전해조 측벽에 고착되어, 전극 표면과 전극판 사이에 효과적인 전류전도를 시키고, 전극 표면을 적절히 지탱해 주고, 요구되는 전류를 이동시키는데 필요한 최소길이의 도체를 요구하면서도 증가된 높이의 전극사용을 허용하는 개선된 전극이 요구된다. 또한 이 전극은 깨끗하지만 제한된 일정방향의 유체유동을 전극을 통해 상방으로 제공해야 할 것이다.

염소 및 옥시클로라인 화합물 생성용 전해조에 유용한 새로운 전극을 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

본 발명의 부가적 목적은 금속전극을 사용하는 전해조에 유용한 새로운 전극을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전극판들이 수직으로 배치된 전해조에 유용한 새로운 전극을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 전극 표면사이의 공간을 통해 연속적이나 제한된 일정방향의 액체유동을 허용해주는 새로운 전극을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기한 목적과 그 이외의 목적이 알카리금속 염화물의 전기분해용 전해조에 사용하기 적합한 전극에 의해 수행되는데 이 전극은 평행하게 배치된 두개의 전극표면으로 구성되며 이 전극 표면사이는 간격이 띄어져 있으며, 최소한 하나의 전도성지주가 전극표면 사이의 간격에 배치되어 전극표면들에 부착되어 있고, 이 전도성지주는 수평으로부터 약 2∼30°의 만곡부를 갖고 있다. 만곡부를 갖는 전도성지주의 부분은 전도성지주 길이의 약 5∼95% 정도이고 25∼90% 정도인 것이 바람직하다.

첨부도면은 본 발명의 새로운 전극조립체를 도시하고 있고 모든 도면에서 같은 부분은 같은 번호가 주어져 있다.

제1도의 전극 조립체는 전극(12)가 부착된 전극판(10)을 사용하고 있다. 전극(12)는 사이에 간격을 두고 평행히 배치된 가까운 전극표면(15)와 먼 전극표면(14)로 구성되어 있다. 전도성 지주(16)은 나사홈이 있는 단부(20) 가까이 부착된 플랜지(18)을 가지고 있다. 전도성 지주(16)의 단부(20)은 전극판(10)상의 개구를 통해 삽입되어, 넛트(22)에 의해 고착된다. 전도성 지주(16)은 전극표면(14)와 (15) 사이의 간격내에 배치되어 전극표면의 한측을 따라 부착되어 있다.

전극표면(14)와 (15)에 부착된 각 전도성 지주(16)의 부분(28)은 상방으로 곡선을 그리고 있다.

전도성 지주(16)은 전극표면(14)와 (15)의 전연에 도달하기 전에 끝나 있다. 전도성 지주(16)은 용접 또는 납땜 등에 의해 전극표면(14)와 (15)의 측면에 따라 부착되어 있다. 도체(26)이 전극판(10)에 용접되어 전극조립체에 대한 전류주입용장치 기능을 한다.

제2도에서, 전극판(10)은 전극판(10)에 수직으로 부착된 다수의 전도성지주(16)을 가지고 있다. 전도성 지주(16)은 전극표면(14)와 (15)사이의 간격(31)내에 위치하고 상방으로 곡선을 그리고 있다. 전도성지주(16)은 전극표면(14)와 (15)의 측면을 따라 부착되어 있다.

제3도에 도시된 또 다른 구체예에서 전극조립체는 전극(12)가 부착된 전극판(10)을 사용한다. 전극(12)는 가까운 전극표면(15)와 먼 전극표면(14)로 구성된다. 전극표면(14)와 (15)는 그들 사이에 간격을 두고 평행하게 배치되어 있다.

전도성지주(19)가 전극표면(14)와 (15)사이의 간격내에 배치되어 있고, 각 전극표면의 측면에 용접, 납땜등에 의해 부착되어 있다. 기체 배향소자(32)가 전도성지주 아래에 배치되어 전도성지주(19)와 같은 양식으로 전극표면(14)와 (15)에 부착되어 있다.

전극표면(14)와 (15)의 후연은 전극판(10)으로부터 떨어져서 간격을 두고 있어서 전극판(10)과 전극표면(14) 및 (15)사이에 통로를 형성시킨다.

각 전극표면의 측면을 따라 부착된 전도성지주(19)의 일부는 하향만곡부를 갖는다. 전도성지주(19)는 단부(20) 가까이 플랜지(18)을 가지고 있으며 제1도에 보인 것과 같은 양식으로 전극판(10)에 부착되어 있다.

그림 4에 보인 단면도에서는, 전극(12)는 간격을 두고 평행히 배치된 전극표면(14) 및 (15)와, 상기 전극표면(14) 및 (15)사이의 간격내에 배치되고 각 전극표면(14) 및 (15)에 부착된 전도성지주(19)로 구성되어 있다. 격벽(30)은 전극표면(15)의 한 변과 전극표면(14)의 한 변을 접합시켜서 두 전극표면 사이의 간격(31)을 근접시킨다. 격벽(30)은 전도성지주(19)용 개구를 가지고 있다.

격벽(30)은 또한 전도성지주(19)밑에 위치한 기체배양소자(32)를 가지고 있다. 격벽(30)은 용접, 납땜등에 의해 전극표면(14)와 (15)에 접합되어 있다.

전극은 일단에서 전극판에 실질적으로 수직으로 부착되고 한 부분이 두 전극표면의 측면에 따라 부착된 전도성지주를 최소한 하나를 포함한다. 전도성지주는 전극표면 사이에 배치되어 있고 따라서 인접한 반대극성으로 대전된 전극과 면함이 없이 전극표면의 측면에 따라 부착되어 있다. 전도성지주는 전극표면의 길이나 폭에 평행하게 부착된다. 전극표면의 측면에 따라 부착된 이러한 단면의 한 부분은 전극판에 수직한 축으로부터 곡선을 그리고 있다. 만곡은 수직방향으로 되어 있다. 만곡의 양은 수평에 대해 2∼30°정도이나 5∼20°정도가 바람직하다.

만곡은 연속곡선이어도 좋고 호(弧)나 또는 구부러지거나 도는 것 같은 비연속곡선이어도 좋다. 구부러진 것같은 비연속곡선이 바람직하다.

곡선부분은 전극표면의 측면에 따라 부착된 단면길이의 5∼100% 정도이나, 25∼95%가 좋고 50∼95%가 더 좋다.

만곡부분은 전도성지주의 직선단면과 일체로 되어 있는 것이 바람직하다. 그러나 원한다면 곡선부분은 만곡의 양의 변화를 허용토록 전도성지주의 직선부분에 부착시킬 수 있는 분리된 장치일 수도 있다.

전도성지주는 이를 따라 상승하도록 방향이 정해지는 유체용 간격이나 통로를 제공토록 두 전극표면의 측면에 따라 부착된다. 예를 들어 전도성지주부분의 만곡이 상방으로 향해진 경우에는 전극표면의 전연으로부터 거리를 두고 전도성지주를 종결시키는 것이 바람직하다. 이 거리는 임의로 편의에 따라 택할 수 있고 전극표면의 칫수에 의존한다. 예를 들어 전극표면의 폭이 36인치인 경우 전도성지주의 끝에서부터 전극표면의 전연까지는 6인치이다.

전도성지주의 만곡부분이 하향인 경우에는 전극표면을 전극판으로부터 거리를 두고 전도성지주에 부착시킴으로써 통로가 제공되는데 이 거리는 예를 들어 1∼6인치이나 1.5∼4인치가 바람직하다.

전도성지주의 폭이나 구경은 전극표면이 간격지어지는 거리를 결정한다. 전도성지주의 임의의 편리한 물리적 형태에는 봉이나 스트립이나 바(bar)나 체널등이 있다. 전도성지주의 바람직한 형태는 0.5∼5인치 정도의 구경을 갖는 봉이나 0.75∼2인치가 더욱 바람직하다.

제4도에 도시한 부가적 실시예는 전도성지주가 봉, 바 또는 스트립의 형태인 경우 기체배향소자(32)를 사용하고 있다. 기체배향소자는 전극표면에 부착시킨 전도성지주의 전길이에 따라 전도성지주 바로 밑에 배치되어 있다. 기체배향소자는 축적된 기체가 전극표면의 개구를 통하여 이동하는 것을 방지한다. 이것은 예를 들어 한 스트립이 각 전극표면의 측면에 부착된 한쌍의 스트립일 수도 있고 상변이 전도성지주의 형태와 일치하는 채널의 형태일 수도 있다.

기체배향 소자는 플렉시글라스(Plexiglas) 또는 폴리테트라플로로에틸렌 같은 비전도성물질이나 전도성 지주에 사용된 것과 같은 형태의 전도성물질로 구성된다.

제4도의 부가 실시예와 같이 유공격벽은 전극판에 가장 가까운 전극표면벽들을 접합시킴으로써 전극표면 사이의 간격을 근접시킨다. 격벽은 전도성지주용 개구를 가지고 있고 부가해서 보다 바람직한 예에서는 각 전도성지주용 개구 밑에 위치한 구멍을 가지고 있다. 이 구멍은 정사각형, 직사각형 또는 원과 같은 편리한 형태이다. 이 구멍은 2∼10인치의 길이와 0.5∼5인치의 폭을 가지는 직사각형이 좋으며, 2∼5인치의 길이와 0.75∼3인치의 폭이 더 좋다.

마찬가지로 전극표면은 격벽을 부착시킴으로서 전연에 걸쳐 접합된다. 격벽은 전극표면 물질과 상용(相溶)하는 전기전도성 물질로 구성되어 있다. 어쨌든 격벽은 전극표면에 사용된 것과 동일한 물질로 만드는 것이 좋다.

격벽은 용접, 납땜 등에 의해 부착된다. 원한다면 전극표면은 다른변에 따라 접합될 수도 있다. 이것은 예를 들어 격막전해조에 있어서 전극이 음극의 역할을 하는 경우 요구된다. 전극표면은 변들에 따라 봉입되고 또한 전해액 구분실을 형성토록 전극판에 부착된다. 하나의 격막이 음극의 전극표면상에 부착되거나 융착되고, 음극구분실로부터의 기체 및 액체생성물의 제거를 위해 배출구가 마련되어 있다.

다수의 전도성지주가 사용된 전극에 있어서, 전도성지주의 수는 전극표면의 칫수에 일반적으로 의존한다. 예를 들면 전극표면의 높이가 약 48인치이면 약 2∼10개 바람직하게는 3∼7개의 전도성지주가 필요하다.

전극의 높이가 더 크면 더 많은 수의 전도성지주가 각 전극표면에 부착되고 높이가 낮으면 적은 갯수의 전도성지주가 사용되어도 좋다.

다수개의 전도성지주가 사용될 경우 인접한 지주사이의 간격은 일정할 수도 있고 아닐 수도 있다. 인접 전도성지주 사이의 간격은 6∼15인치 가량이 좋다.

전도성지주의 물리적 형태는 편이에 따라 봉, 스트립 또는 바를 사용할 수 있다. 전도성지주의 바람직한 형태는 0.25∼3인치 정도의 구경을 갖는 봉이 좋으며 0.5∼1.5인치가 더욱 좋다.

본 발명의 전극조립체는 염소 및 가성소다 또는 차아염소산염 또는 염소산염 같은 옥시클로라인 화합물의 생성용에 적합한 전해조에 있어서 양극 또는 음극으로 사용될 수 있다.

본 발명의 전극조립체가 양극이 되느냐 음극이 되느냐에 따라 전도성 지주용 축조물질은 그것이 노출되는 기체 및 액체에 대해 저항성을 지니도록 적절히 선택될 것이다. 예를 들면 양극 역할을 할때는 전도성 지주는 티타늄이나 탄탈륨 같은 염소-저항성물질이 피복된 동, 은, 철, 마그네슘 또는 알미늄 등의 전도성물질이 적합하다. 전극조립체가 음극으로 사용될때는 지주는 철, 니켈, 동 또는 닉켈도금이 된 동같은 도금된 전도성물질이 좋다.

전극표면은 양극으로 사용되는 경우 우수한 전기전도체인 유공성금속이 사용된다. 티타늄 또는 탄탈륨 같은 밸브 메탈(Valve metal) 또는 티타늄 또는 탄탈륨과 같은 밸브 메탈로 피막된 금속 예를 들어 철, 동 또는 알미늄 등을 사용하는 것이 좋다. 밸브 메탈은 플라티늄족 금속, 플라티늄족 금속산화물, 플라티늄족 금속합금 또는 그것의 혼합물로 표면의 최소한 일부가 얇게 피복되어 있다.

플라티늄족 금속 이란말은 루태니움, 로디움, 팔라디움, 오스미움, 이리디움 및 플라티늄 등으로 구성되는 원자단의 원소를 의미한다.

양극표면은 수평, 수직 또는 경사진 슬리트(slit)를 갖는 편평하게 되거나 또는 편평하지 않은 그물망 등의 다양한 형태를 가질 수 있다. 또 다른 적절한 형태로는 편평하게 되거나 또는 편평하지 않은 쇠그물, 예를 들어 수직으로 배열된 바나 철사나 스트립, 그리고 구멍, 슬리트 또는 비늘모양의 개구들을 갖는 판 등이 있다.

더 좋은 양극표면으로는 수직방향의 전기전도성이 좋은 유공성 금속망이 있다.

음극으로서의 전극표면은 금속 스크린 또는 금속망이 적합한데 금속은 예를 들어 철, 강철, 닉켈 또는 탄탈륨 등이 좋다. 원한다면 음극표면의 최소한 일부를, 위에 언급한 바와 같은 플라티늄족 금속 및 그 산화물이나 합금으로 피복할 수 있다.

전극판은 콘크리트나 섬유강화 플라스틱과 같은 비전도성물질 혹은 강철이나 동같은 전도성물질로 만드는 것이 적합하다. 침식을 방지하기 위해, 전도성금속은 예를 들어 딱딱한 고무 또는 폴리테트라플루오로에틸렌이나 섬유강화플라스틱같은 플라스틱으로 피복할 수 있다. 원한다면 티타늄이나 티타늄피복 기저금속이 이 전극조립체가 양극판으로 사용되는 전극판에 사용될 수 있다.

전도성지주의 한끝을 부착시키기 위해 개구가 전극판에 마련되어 있다. 이들 개구는 전도성지주의 단면 또는 구경과 거의 동일한 칫수의 구멍이다. 보다 구체적인 예에서는 이 개구는 양극과 음극사이의 간격의 변화를 허용시키도록 전도성지주의 횡방향운동을 허용한다. 전도성지주의 횡방향운동을 허용하기에 적합한 개구로는 슬로트, 열쇠구멍, 홈 등이 좋다. 전도성지주의 한끝은 볼트로 조이는 것같은 적절한 장치로 전극판에 부착된다.

각 전극표면은 예를 들어 용접, 납땜 등의 방식으로 전도성지주에 부착된다.

실시예에서, 본 발명의 전극조립체는 전극판들이 수직으로 배치된 격막전해조에서 사용된다. 양극판은 다수개의 부착된 양극을 가지며, 양극판에 대해 반대되게 수직으로 배치된 음극판은 부착된 음극을 다수개 가진다. 음극과 양극들은 전해조를 가로질러 수평으로 돌출해 있고, 전해조가 조립되면 음극은 인접한 두개의 양극 사이에 삽입된다.

다수개의 전극이 전극판들에 부착될 경우, 정확한 갯수는 전극판의 칫수에 의존한다. 예를 들면, 본 발명의 전극조립체를 사용하는 전해조에 있어서는 약 5∼50개의 전극이 전극판에 부착된다.

본 발명의 전극조립체는 염수용액 즉 예를 들어 염화나트륨이나 염화칼륨 같은 알카리금속 염화물의 전기분해용 전해조에 사용할 수 있다. 격막 또는 선택성 양이온 교환반투막이 사용되는 경우, 염소와 알카리 금속수산화물이 생성된다. 격막이나 반투막이 생략되면 알카리금속 차아염소산염이나 알카리금속 염소산염과 같은 옥시클로라인 화합물이 얻어진다.

전극과 음극들이 전해조의 반대측벽 상에 장치된 격막전해조가 특히 적합하다.

다음 실시예들은 본 발명을 보다 잘 설명하고 있다. 모든 부분 및 퍼센트는 별다른 지시가 없으면 중량에 의한 것이다.

[실시예 1]

길이가 40인치, 높이가 63인치, 폭이 3인치인 플렉시글라스(Piexiglas)의 밀봉된 용기가 전해조로 사용되었다. 용기의 투명한 벽은 제3도와 같은 전극 내부로의 기체 및 액체 유동을 가시적으로 관찰하게 한다. 전극표면은 적절히 구조적으로 받쳐진 36인치폭과 48인치 높이의 티타늄 망(網)표면이다. 티타늄망 표면과 투명한 측벽사이에는 전극전도성지주 역할을 하도록 구경이 0.84인치인 4개의 폴리비닐클로라이드봉이 배치되는 1.5인치폭의 간격이 있다. 수평으로부터 16°로 경사진 봉들은 티타니움망에 고정되어 있다. 가장 낮은 봉 바로 밑에 폭 1.5인치 두께 0.16인치의 플렉시글라스스트립이 티타늄망에 둘러쳐져 있어 기체 유도소자 역할을 한다. 기체가 염소나 수소의 작용과 유사하게 전해조속으로 기포를 일으킨다.

기체기포를 제공키 위해 0.5인치 간격을 두고 0.0135인치 구경의 구멍들을 갖는 0.54인치 구경의 폴리비닐클로라이드 파이프가, 내부전극 간격내에 전극 표면의 길이에 평행하게 전극표면의 저변 바로 밑의 전해조내에 삽입되었다.

파이프는 로타메타(rotameter)와 공기펌프에 연결되었다. 물을 위한 입수-배수 밸브가 전해조 저면 중심 가까이 배치되었다. 전해조는 전극높이의 약 반수준까지 물로 채워졌고 공기가 다양한 율로 주입되었다. 시각적인 관찰을 해서 전극표면의 망을 통해서 전극표면의 측면상으로 올라가는 공기의 양에 비하여 저면 봉을 따라 전극판과 전극표면의 후연사이의 통로상으로 올라가는 공기양을 측정했다. 결과가 표 1에 나와 있다.

[표 1]

상기 결과는 경사진 봉이 기체를 봉에 따라 전극표면 뒷쪽에 있는 통로를 통해 흐르게 배향시키는데 있어 효과적이라는 것을 보연준다.

[실시예 2]

봉들이 수평에 대해 8°각도로 하방 경사지게 해서 실시예 1의 과정을 반복했다.

결과는 다음 표 2에 나타나 있다.

[표 2]

수평에 대해 8°각도로 하방경사진 봉들을 따라 흐르는 기체(전극판과 전극표면 사이의 통로=1.5인치)

봉을 경사지게 함으로서 기체의 흐름을 효과적으로 일정한 방향을 향하게 할 수 있었는데 특히 기체주입량이 0.2∼0.6ft³/분일 때가 효과적이었다.

제3도와 제4도에서 설명한 방식으로 다수의 전도성지주에 부착된 두개의 전극표면을 갖고, 하나의 격벽이 전극표면의 전연을 접합시키고 구멍들을 가지는 하나의 격벽이 전극표면의 후연을 접합시키는 격막 전해조에 하나의 양극 조립체를 사용하는 경우, 유체(액체 및 기체)의 흐름은 전도성지주를 따라 일정한 방향으로 정해진다. 흐름은 전극판과 전극표면의 후연을 접합시키는 격벽 사이의 "굴뚝" 또는 통로 영역에 대해 우로부터 좌로 향하게 된다. 이러한 "굴뚝" 영역에서 유체는 전도성지주를 따라 흐를 때보다 빠른 속도로 상방으로 흐른다. 이것은 전방격벽을 통해 내부전극표면 간격속으로 전기분해를 시키고 기체를 굴뚝영역쪽으로 쓸어내는 순환효과를 일으킨다. 액체와 기체의 흐름은 이렇게 제한받고 방향이 정해져서 전기분해를 개선시키고 유체의 흐름으로 인한 격벽과의 접촉을 최소로 하면서 전극을 통한 기체 순환을 개선시킨다.

Claims (1)

1. 사이에 간격을 두고 평행하게 배치된 두개의 전극표면에 상기 전극표면 사이의 간격내에 배치되어 상기 전극표면에 부착된, 수평으로부터 약 2∼30°의 만곡 부분을 갖는 하나 이상의 전도성지주 및 상기 전도성 지주의 바로 밑에 위치하고 상기 전극표면의 옆에 부착된 기체방향소자로 구성되는 알카리 금속 염화물용액의 전기분해용 전해조에 사용하기 적합한 전극.

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