KR840002296B1 - Method of electrolyzing halides - Google Patents

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KR840002296B1
KR840002296B1 KR1019830003320A KR830003320A KR840002296B1 KR 840002296 B1 KR840002296 B1 KR 840002296B1 KR 1019830003320 A KR1019830003320 A KR 1019830003320A KR 830003320 A KR830003320 A KR 830003320A KR 840002296 B1 KR840002296 B1 KR 840002296B1
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데노라 오론지오
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오론지오 데 노라 임피안티 엘레트로키미신 에스, 피, 에이
닉코로 데노라
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Abstract

An electrolytic cell, partic. for chlorine prodn. includes a flexible ion-permeable draphragm with a compliant electrode layer on one or both side and a current distributor bearing against the layer. The distributor or a counter-electrode on the other side of the diaphragm is a resiliently compressible mat coextensive with the electrode. The mat applies pressure at multiple points so that equalising pressure is made by transferring excess from one point to adjacent points. The mat is open to permit electrolyte flow.

Description

전해조에서의 할로겐화물의 전기분해방법Electrolysis of Halides in Electrolyzers

제1도는 본 발명의 방법에 의해 사용된 대표적인 탄력성있는 압축매트의 1예를 나타낸 사진.1 is a photograph showing one example of a representative elastic compression mat used by the method of the present invention.

제2도는 본 발명의 방법에 의해 사용된 탄력성있는 압축매트의 다른 예를 나타낸 사진.Figure 2 is a photograph showing another example of the elastic compression mat used by the method of the present invention.

제3도는 본 발명의 방법에 의해 사용된 탄력성있는 압축매트의 또 다른 예를 나타낸 사진.Figure 3 is a photograph showing another example of the elastic compression mat used by the method of the present invention.

제4도는 본 발명의 방법에 의해 사용된 전해조에서 압축부가 나사선 와이어로 구성된 대표적인 압축성전극을 가진 고체전해질 전해조의 분해수평단면도.4 is an exploded horizontal sectional view of a solid electrolyte electrolyzer having a representative compressible electrode in which the compression section is composed of a screw wire in the electrolytic cell used by the method of the present invention.

제5도는 제4도의 전해조를 조립한 수평단면도.5 is a horizontal cross-sectional view of the electrolytic cell of FIG.

제6도는 제4도의 전해조의 전류콜렉터를 나타낸 다른 하나의 실예의 분해사시도.6 is an exploded perspective view of another example showing the current collector of the electrolytic cell of FIG.

제7도는 제4도의 전해조의 전류콜렉터를 나타낸 또다른 하나의 실예의 분해사시도.7 is an exploded perspective view of another example showing the current collector of the electrolytic cell of FIG.

제8도는 본 발명의 방법에 의해 사용된 전해조의 다른 하나의 실예를 나타낸 분해 단면도.8 is an exploded cross-sectional view showing another example of an electrolytic cell used by the method of the present invention.

제9도는 제8도의 전해조를 조립한 수평단면도.9 is a horizontal cross-sectional view of the electrolytic cell of FIG.

제10도는 본 발명의 방법에 의해 사용된 전해조의 또다른 하나의 실예를 나타낸 수평단면도.Figure 10 is a horizontal sectional view showing another example of an electrolytic cell used by the method of the present invention.

제11도는 제10도의 전해조의 일부 수직 단면도.FIG. 11 is a partial vertical sectional view of the electrolytic cell of FIG. 10. FIG.

제12도는 본 발명의 방법에 의한 전해조로 사용한 전해액 순환계통을 나타낸 개략도.Figure 12 is a schematic diagram showing the electrolyte circulation system used in the electrolytic cell according to the method of the present invention.

제13도는 전극및 격막에 대한 압력이 증가할때 얻어지는 전압저하를 나타낸 그라프이다.13 is a graph showing the voltage drop obtained when the pressure on the electrode and the diaphragm increases.

본 발명은 전해조에서 할라이드(halide)이온 함유수용액, 예로서 염산및 / 또는 알칼리 금속 염화물 또는 그 대응하는 다른 전해할수 있는 할로겐 화합물의 전해에 의해 염소또는 다른 할로겐을 발생시키는 할로겐화물의 전기분해방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for the electrolysis of halides to generate chlorine or other halogens by electrolysis of halide ion-containing aqueous solutions, such as hydrochloric acid and / or alkali metal chlorides or their corresponding other electrolytic halogen compounds in an electrolytic cell. It is about.

특히, 전해조에서 할라이드 이온함유 수용액의 전해에 의해 염소또는 할로겐을 발생시키는 할로겐화물의 전기분해 방법에 있어서 할로겐화합물 함유전해질(halide containing electrolyte)을 반대로 하전하여(oppositely charged) 이온투과 성격막(ion-parmeable membrane)과 접촉시켜 그 양측(opposite sides)에 따라 형성된 한쌍의 전극사이에서 전기분해시키고,In particular, in the electrolysis method of a halide that generates chlorine or halogen by electrolysis of an aqueous halide ion-containing solution in an electrolytic cell, an ion-permeable membrane is formed by positively charged a halogen-containing electrolyte. contact with a parmeable membrane and electrolyze between a pair of electrodes formed along its opposite sides,

적어도 하나의 전극이 격막과 직접 접촉하는 표면을 가지며 또 격막을 지지하는 도전성표면을 가진 비교적 미세하고 가요성있는 가스및 전해질 투과성 스크린, 그 가요성 스크린을 지지하여 전해질및 가스흐름에 개구된(being opne)후부에 있는 거친 도전성 압축매트(coarser electro conductive compre ssible mat)및 그 매트후부에서보다 경질인부분으로 구성시켜, 그 매트및 더 경질인부분이 그 가요성 스크린의 주요부(major area)와 실질상으로 동일한 공간에 있게하여 그 가요성스크린은 보다 경질인 부분에 가한압력에 의해 격막에 대하여 지지시켜 전해질을 그 가요성스크린에 공급하여 전극의 적어도 하나가 할로겐 화물전해질과 접촉시킴으로써 할로겐화물 함유전해질 수용액을 전기분해시켜 할로겐을 발생시킴을 특징으로 하는 전해조에서의 할로겐화물의 전기분해방법에 관한 것이다.A relatively fine and flexible gas and electrolyte permeable screen having a surface in which at least one electrode has a direct contact with the diaphragm and a conductive surface supporting the diaphragm, supporting the flexible screen and being opened in the electrolyte and gas flow. opne) consisting of a coarser electro conductive compre ssible mat at the back and a harder part than the back of the mat, so that the mat and the harder part are made up of the major area and the substantial of the flexible screen. The flexible screen is held in the same space and supported against the diaphragm by the pressure applied to the harder part to supply the electrolyte to the flexible screen so that at least one of the electrodes is in contact with the halide electrolyte so as to contact the halide electrolyte. Electrolysis of halides in an electrolytic cell characterized by electrolysis of aqueous solution to generate halogen It relates how decomposition.

특히 종래에는 양극(anode)과 음극(cathode)이 이온 투과성 격막에 의해 분리되어 있는 단일전해조와 액체투과성 격막을 가진 전해조에서 알칼리 금속 염화물또는 다른 할로겐 화물을 양극액실(anolyte chamber)을 통하여 순환시키고 그 일부가 격막을 통하여 음극액(catholyte)으로 흐르게하여 전기분해를 함으로써 염소가 장기간 발생되었다. 알칼리금속 염화물용액을 전해할때 염소는 양극에서 발생하고 알칼리, 즉 알칼리금속 탄산염또는 중탄산염이나 일반적으로는 알칼리금속 히드록시드의 용액이 음극에서 형성된다.In particular, in a single electrolytic cell in which an anode and a cathode are separated by an ion permeable diaphragm and an electrolytic cell having a liquid permeable diaphragm, alkali metal chlorides or other halides are circulated through the anolyte chamber. Chlorine was generated for a long time by allowing some to flow through the diaphragm to catholyte and undergo electrolysis. In electrolysing an alkali metal chloride solution, chlorine is generated at the anode, and a solution of alkali, ie alkali metal carbonate or bicarbonate or generally alkali metal hydroxide, is formed at the cathode.

이와같은 알칼리액은 또 알칼리금속 염화물을 함유하고 있어 이 염화물은 다음의 조작공정에서 그 알칼리에서 분리시켜야하며, 이 용액은 비교적 희석되어 있어 알칼리 12-15wt% 이상일때가 드물다.Such alkaline liquids also contain alkali metal chlorides, which must be separated from the alkali in the following operation, which is relatively diluted and rarely exceeds 12-15 wt% of alkali.

일반적으로 상업적인 소듐히드록시드의 농도는 약 15wt% 또는 그 이상이므로 희석용액중의 물은 증발되어 이농도를 달성하여야 한다.Generally, the concentration of commercial sodium hydroxide is about 15 wt% or more, so the water in the dilute solution must be evaporated to achieve this concentration.

더우기 최근에는 이온투과성 격막으로 얇은 시이트 또는 막의 형태인 이온교환수지 또는 폴리머의 사용에 대하여 상당한 연구가 진행되었다.Furthermore, considerable research has recently been made on the use of ion exchange resins or polymers in the form of thin sheets or membranes as ion permeable diaphragms.

일반적으로 이들의 이온투과성 격막은 구멍이 없으므로 양극액(anolyte)이 음극실(cathode chamber)로 흐르지 않으나 이와같은 격막이 약간의 구멍을 갖고있어 양극액이 격막을 통하여 흐르도록 한다.In general, these ion permeable diaphragms do not have a hole, so the anolyte does not flow into the cathode chamber, but such a diaphragm has a few holes so that the anolyte flows through the diaphragm.

그러나 연구의 대부분은 구멍없는 격막에 대해서 연구를 하였다.Most of the research, however, has been done on diaphragms without holes.

이와같은 목적에 사용될수 있는 대표적인 폴리머로는 불포화 플루오로카본 등의 플루오로 카본폴리머가 있다.Representative polymers that can be used for this purpose include fluorocarbon polymers such as unsaturated fluorocarbons.

예로서, 이온교환기를 포함하는 트리플루오로 에틸렌 또는 테트라플루오로 에틸렌폴리머 또는 그 공중합체가 이 목적에서 사용된다.By way of example, trifluoro ethylene or tetrafluoro ethylene polymers or copolymers thereof comprising ion exchange groups are used for this purpose.

일반적으로 이온교환기는 술폰산, 술폰아미드, 카르본산, 인산등 음이온기이며, 탄소에 플루오로 카본폴리머가 결합되어 음이온을 교환시킨다.In general, ion exchange groups are anionic groups such as sulfonic acid, sulfonamide, carboxylic acid, and phosphoric acid, and a fluorocarbon polymer is bonded to carbon to exchange anions.

그러나, 이들의 기는 또 양이온 교환기를 포함한다.However, their groups also include cation exchange groups.

따라서 이들기의 일반식은 다음과 같다.Therefore, the general formula of these groups is as follows.

Figure kpo00001
Figure kpo00001

이와같은 격막은 주로 상품명 "Nafion"으로서 두퐁, 사가, 또 상품명 "Flemion"으로 일본국 아사히 글라스회사가 제조하고 있으며, 이들의 격막에 관한 특허는 영국특허 제1184321호및 미국특허 제3282875호및 제4075405호가 있다.Such diaphragms are mainly manufactured by DuPont, Saga, and Asahi Glass Co., Ltd. under the trade name " Nafion, " under the trade name " Flemion. &Quot; There is 4075405.

이들의 격막은 이온투과성이나, 양극액은 이 격막을 통과하여 흐를수 없으므로 염화알칼리 전해조에서 이들 재료의 격막을 통하여 할라이드이온은 거의 이동되지 않으며, 따라서 얻어진 알칼리는 거의 클로리드 이온을 포함하지 않는다.These diaphragms are ion permeable, but since the anolyte cannot flow through this diaphragm, halide ions are hardly transported through the diaphragm of these materials in the alkali chloride electrolytic cell, and thus the alkali obtained contains almost no chloride ions.

더 나아가서, 더 진한 알칼리 금속히드록시드를 생성할 수 있으며 생성된 음극액은 NaOH 15-45wt% 또는 이 이상의 농도를 포함한다.Furthermore, it is possible to produce thicker alkali metal hydroxides and the resulting catholyte comprises a concentration of 15-45 wt% or higher NaOH.

이와같은 처리방법에 관한 특허로는 미국특허 제4111779호 및 제4100050호와 기타 다수가 있다.Patents for such treatments include US Pat. Nos. 4,1117,79 and 4100050 and many others.

이온투과성 격막으로서 이온교환격막의 응용은 다른용도, 예로서 물의 전기분해에 대해서 제안되었다.The application of ion exchange membranes as ion permeable membranes has been proposed for other uses, such as electrolysis of water.

이와같은 전기분해를 격막, 특히 이온교환격막으로 분리된 양극과 음극사이에서 실시하여 이경우 양극또는 음극또는 양자가 전기화학적 공격에 저항성있는 도전성 물질의 다공박층의 형태로 되어있거나 또는 격막의 표면에 결합되어 있는 공지이다.Such electrolysis is carried out between the anode and the cathode, separated by a membrane, in particular an ion exchange membrane, in which case the anode or cathode or both are in the form of a porous foil layer of a conductive material resistant to electrochemical attack or bonded to the surface of the membrane. It is a notice.

이와 유사한 전극-격막조립체가 "고체폴리머전해질"전지라고 부르는 연료전지에 오래전부터 사용되었다.Similar electrode-diaphragm assemblies have long been used in fuel cells called "solid polymer electrolyte" cells.

이와같은 전지는 가스연료전지로서 오래전부터 사용되었으며, 최근에는 염산또는 알칼리금속 염화물염소에서 염소의 전해 제조용으로 사용하는데 성공하였다.Such a battery has been used for a long time as a gas fuel cell, and has recently been used for the electrolytic production of chlorine in hydrochloric acid or alkali metal chlorine.

고체폴리머 전해조에서 염소를 제조할때 그 전극은 플로오린화 폴리머, 예로서 폴리테트라 플루오로 에틸렌(PTEE)으로된 바인더(binder)로 이온교환막 표면에 영구적으로 결합된 도전성인 전기촉매물질의 다공성박층으로 구성되어 있는 것이 일반적이다.When producing chlorine in a solid polymer electrolyzer, the electrode is a porous thin layer of conductive electrocatalyst material permanently bonded to the surface of the ion exchange membrane with a binder made of fluoroin polymer, eg polytetrafluoroethylene (PTEE). It is generally composed of.

미국특허 제3297484호에서와 같이 가스투과성 전극을 제조하는데 바람직한 처리방법에 의하면, 도전성인 전기촉매제로 분말을 폴리테트라 플루오로 에틸렌분말의 수성분산물(aqueous dispersion)과 혼합하여 폴리테트라 플루오로 에틸렌 1g당분말 2-20g을 함유한 반죽혼합물(doughy mixture)을 얻는다.According to a preferred treatment method for producing a gas permeable electrode as in US Patent No. 3297484, 1 g of polytetrafluoroethylene is mixed by mixing the powder with an aqueous dispersion of polytetrafluoroethylene powder with a conductive electrocatalyst. Obtain a doughy mixture containing 2-20 g of sugar powder.

이와같이 처리된 혼합물은 필요에 따라 희석하여 지지금속시이트에 분포시켜 건조한 다음 분말층을 알루미늄박으로 커어버하고 폴리테트라 플루오로 에틸렌 입자를 소결(燒結)하는데 충분한 온도로 가압하여 엷은 밀착필름을 얻는다.The mixture thus treated is diluted, if necessary, distributed over a supporting metal sheet, dried, and then the powder layer is covered with aluminum foil and pressed to a temperature sufficient to sinter the polytetrafluoroethylene particles to obtain a thin adhesive film.

NaOH 침출(leaching)에 의해 알루미늄박을 제거한후 구멍이 있는 전극을 그 격막표면에 부착하여 폴리테트라 플루오로 에틸렌 매트릭스(matrix)가 그격막에 소결하는데 충분한 온도로 가압한다. 급냉(急冷)후 지지금속시이티를 제거하고 전극을 그 격막에 결합시켜 놓는다.After the aluminum foil is removed by NaOH leaching, a perforated electrode is attached to the diaphragm surface and pressed to a temperature sufficient to sinter the polytetrafluoroethylene matrix to the diaphragm. After quenching, the support metal sheet is removed and the electrode is bonded to the diaphragm.

전해조의 전극은 양극실과 음극실을 분리하는 격막의 양표면에 밀착되고 또 금속구조물에 의해 각각 지지되지 않으므로 전극으로 전류를 전달, 분배시키는 가장 능률적인 방법은 그 전해조를 조립할때 균일하게 분포된 다수의 점에서 그 전극표면과 접촉하는 일연의 돌기부또는 리브(rib)를 구성한 전류전달 구조물에 의해 그 전극표면전체에 걸쳐 균일하게 분포된 다수의 점접촉에 의한 것이다.Since the electrodes of the electrolytic cell are in close contact with both surfaces of the diaphragm separating the anode and cathode chambers and are not supported by the metal structure, respectively, the most efficient method of transmitting and distributing the current to the electrode is the uniform distribution of the electrolyzer. This is due to a plurality of point contacts uniformly distributed over the entire surface of the electrode by a current-carrying structure that constitutes a series of protrusions or ribs in contact with the surface of the electrode.

그 양표면에 결합전극을 가진 격막은 각각 양극및 음극인 두전류 전달구조물사이에서 압압(press)되어야 한다. 반응물질이 가스상태이고 전류밀도가 적으며, 전극에서의 부반응이 일어나지 않는 연료전지에서 발생하는 것과는 달리 용액, 특히 소듐클로리드 염수의 전기분해에 사용되는 고체 전해조에서는 해결이 어려운 문제를 발생시킨다.A diaphragm having coupling electrodes on both surfaces thereof must be pressed between two current carrying structures, an anode and a cathode, respectively. Unlike those that occur in fuel cells where the reactants are gaseous, have low current densities, and do not cause side reactions at the electrodes, solutions, particularly solid electrolytes used for the electrolysis of sodium chloride brine, are difficult to solve.

소듐클로리드 염수의 전기분해용 전해조에서는 그조의 각부분에서 다음과같은 반응이 일어난다.In the electrolytic cell for electrolysis of sodium chloride brine, the following reaction takes place in each part of the tank.

양극의 주반응 : 2Cl-→Cl2+2e- State of the anode reaction: 2Cl - → Cl 2 + 2e -

격막을 통한 이동 : 2Na++H2 Movement through the diaphragm: 2Na + + H 2

음극반응 : 2H2O+2e→2OH-+H2 Cathode reaction: 2H 2 O + 2e → 2OH - + H 2

양극의 부반응 : 2OH-→O2+2H2O+4e- Of the anode side reaction: 2OH - → O 2 + 2H 2 O + 4e -

전체의 주반응 : 2NaCl+2H2O→2HaOH+Cl2+H2 Total main reaction: 2NaCl + 2H 2 O → 2HaOH + Cl 2 + H 2

따라서, 염소방전의 주반응 이외에양극에서는 어느정도 물의 산화도 일어나 그결과 가급적 낮게 유지되나 산소가 발생한다.Therefore, in addition to the main reaction of chlorine discharge, the oxidation of water occurs in the anode to some extent, and as a result, it is kept as low as possible, but oxygen is generated.

이와같이 산호가 발생하는 경향은 격막과 접촉하는 촉매 입자로된 양극의 활성축(active side)에서 알칼리성 환경에 의해 특히 높아진다.This tendency for corals to be generated is particularly high by the alkaline environment at the active side of the anode, which is made of catalytic particles in contact with the diaphragm.

사실, 알칼리금속 할로겐화합물의 전기분해에 적합한 양이온 교환격막은 1개막마다 다른 이동율(transfer number)을 가지며, 음극액에 존재하는 높은 알칼리성 상태하에서 이들 격막의 일부는 그 격막을 통하여 음극액에서 양극액으로 히드록시기의 음이온이 어느정도 이동이 있다.In fact, cation exchange diaphragms suitable for the electrolysis of alkali metal halides have different transfer numbers per membrane, and under high alkaline conditions present in the catholyte, some of these diaphragms are anolyte in the catholyte through the diaphragm. As a result, there are some shifts in the anion of the hydroxyl group.

더우기, 액체전해질의 전극활성표면에 대한 효율적 이동과 가스발생에 필요한 조건은 전해질및 가스에 대한 흐름부분이 연료전지용보다 상대적으로 더큰 것에 특징이 있는 양극과 음극의 격막이 필요하다.Furthermore, the conditions necessary for efficient movement and gas generation of the liquid electrolyte on the electrode active surface require a diaphragm of the anode and cathode characterized by the flow portion for the electrolyte and the gas being relatively larger than for the fuel cell.

그 전극은 역으로 최소두께, 즉 통상적으로 40-150μ의 범위를 가지며, 다량의 액체전해질의 효율적인 물질교환이 되어야 한다.The electrodes, on the contrary, have a minimum thickness, typically in the range of 40-150 μ, and should be an efficient mass exchange of large amounts of liquid electrolyte.

이와같은 요구이외에 전극, 특히 양극을 구성하는 전기 촉매적인 도전성 물질이 자주 거의 도전성을 갖고 있지 않은 바인더에 의해 결합된 백금족금속 산화물(platinum group metal oxide) 또는 분말금속을 가진 혼합산화물이므로 그 전극은 주크기 방향으로 약간 도전성이 있다.In addition to these requirements, the electrode, in particular the electrocatalytic conductive material constituting the anode, is often a mixed oxide having a platinum group metal oxide or powder metal bonded by a binder which is rarely conductive. It is slightly conductive in the size direction.

따라서, 콜렉터(collector)와의 고밀도 접촉이외도 균일한 접촉압이 전해조에서 항저하를 제한하고 또 그 전해조의 전활성표면에 걸쳐 균일한 전류밀도로할 필요가 있다.Therefore, in addition to high-density contact with the collector, a uniform contact pressure should limit the anti-lowering in the electrolytic cell and have a uniform current density over the entire active surface of the electrolytic cell.

이와같은 요구를 만족시키는데 특히 큰표면적, 예로서 염소 100t/일 이상의 능력을 가진 염소제조공장에서 공업적으로 사용되는 표면적에 특징있는 전해조에서는 대단히 어렵다.It is extremely difficult to meet these demands, especially in electrolyzers characterized by large surface areas, e.

경제적 이유때문에 공업적 전해조는 최소한 0.5m2, 바람직하게는 1-3m2또는 그 이상의 전극표면을 필요로 하며, 직열로 전기접속하여 필터프레스(filter press)형 배치로 결합로드(tie rod), 액체 또는 기체잭(Jack)에 의해 조립한 수십개까지의 양극(bipolar) 전해조로된 전해장치를 구성한다.For economic reasons, industrial electrolysers require at least 0.5 m 2 , preferably 1-3 m 2 or more of electrode surface, and tie rods in a filter press arrangement with electrical connections in series. The electrolytic device comprises up to several dozen bipolar electrolytic cells assembled by a liquid or gas jack.

이와같은 크기의 전해조는 전류전달구조를, 즉 접촉평면상에 대한 극히 낮은 오차를 가진 전류콜렉터의 제조와 전해조의 조립후 전극표면에 균일한 접촉압을 주는 것에 대하여 기술적으로 큰문제가 있다.Electrolyzers of this size have a major technical problem in providing a current-carrying structure, that is, producing a current collector with an extremely low error on the contact plane and giving a uniform contact pressure to the electrode surface after assembly of the electrolyzer.

더우기, 이와같은 전해조에 사용되는 격막은 대단히 엷어 전해조중의 고체전해질을 통과하는 저항저하를 제한시켜야하며, 그 두께는 0.2mm이하가 대부분이며 2mm 이상이 극소하고 그 격막은 전해조를 폐쇄할 때 높은전압이 가하여지면 다수의 점에서 용이하게 파손되거나 지나키게 엷어진다.Moreover, the diaphragm used in such an electrolyzer should be very thin to limit the resistance drop through the solid electrolyte in the electrolyzer. The thickness of the diaphragm is less than 0.2 mm, most not less than 2 mm, and the diaphragm is high when the electrolyzer is closed. When voltage is applied, it easily breaks or becomes excessively thin at many points.

따라서, 두 음양극 콜렉터가 거의 완전하게 평면으로되는 이외에 거의 정확하게 평행으로 되어야한다.Thus, the two negative anode collectors must be nearly exactly parallel, in addition to being almost completely planar.

크기가 작은 전해조에서는 어느 정도의 콜렉터의 가요성을 주어 정확한 평면성과 평행성에서 약간 치우치는 것을 보상하면서 고도의 평면성과 평행성을 유지시킬 수 있다.Smaller electrolyzers provide some degree of collector flexibility to maintain a high degree of planarity and parallelism while compensating for slight bias in accurate planarity and parallelism.

1979년 7월 12일자 출원된 미국특허출원 제57255호에서는 소듐 클로리이드의 전해용 고체전해질 단극형 전해조(monopolar type cell)에 대해서 기재되어 있는바, 이 단극형 전해조에서 두 음양전류 콜렉터가 서로 오프세트(off set)된 각각의 일연의 수직금속 피트에 용접한 스크린(screen) 또는 신축시이트로 구성되어 전해조를 조립할 때 스크린을 어느정도 굽힘으로서 격막표면상에 더 균일한 압력을 가하도록 구성되어 있다.U.S. Patent Application No. 57255, filed July 12, 1979, describes a solid electrolyte monopolar electrolyzer for sodium chloride, in which the two negative current collectors are turned off. It consists of a screen or telescopic sheet welded to each set of vertical metal pits, which is turned off, and is configured to apply more even pressure on the diaphragm surface by bending the screen to some degree when assembling the electrolyzer.

또 1978년 10월 16일자 출원한 미국특허출원 제951984호의 고체전해질 쌍극(Bipolar)형 전해조에서는 소듐클로리드의 전기분해에 대하여 기술되어있는바, 이 전기분해에 있어서 쌍극분리기(Bipolar separators)를 그 양측에 그리고 일연의 리브와 돌출부를 가진 전극에 대응하는 부분에 설치하였다.In addition, in the solid electrolyte bipolar electrolyzer of US Patent Application No. 951984, filed October 16, 1978, electrolysis of sodium chloride is described. In this electrolysis, bipolar separators are described. On both sides and at portions corresponding to the electrodes having a series of ribs and protrusions.

평면성과 평행성에서의 약간의 치우침을 보상하기 위하여 비수동성재료(non-passivatable)로 피복한 2개 또는 그 이상의 밸브금속의 스크린또는 신축 시이트로된 탄성수단의 삽입을 고려하여 그 탄성수단은 양극측 리브(anode-side rib)와 격막의 양극측에 결합한 양극사이에서 압축된다.In order to compensate for slight deviations in planarity and parallelism, the resilient means is considered positive, taking into account the insertion of resilient means of screens or stretch sheets of two or more valve metals coated with a non-passivatable material. It is compressed between the anode-side rib and the anode bonded to the anode side of the diaphragm.

그러나, 위하서 예시된 두 특허출원의 해결방법은 큰 전극표면에 특징이 있는 전해조에서 중대한 결점과 제한을 내포하고 있다.However, the two patent application solutions exemplified above have significant drawbacks and limitations in electrolytic cells which are characterized by large electrode surfaces.

그 첫째로, 필요로 하는 접촉압력의 균일성이 결여되어 접촉압력이 더큰 다수의 점에서 전류의 집중이 발생하므로 그결과 분극형상, 격막과 촉매전극의 불활성화, 격막의 국부적파손, 촉매물질의 국부적인 기계적 손상이 전해조를 조립할때 자주 일어난다.First, there is a lack of uniformity of contact pressure that is required, resulting in concentration of current at many points where contact pressure is larger, resulting in polarization, inactivation of the diaphragm and catalyst electrode, local breakage of the diaphragm, Local mechanical damage often occurs when assembling an electrolyzer.

그 둘째로, 쌍극분리기표면에 가장높은 평면성과 평행성을 제공하여야 하나, 이것을 리브와 쌍극분리기의 시일표면(seal surface)에 정밀하고 코스트가 높은 기계가공을 필요로 하였다.Second, the highest planarity and parallelism should be provided on the dipole separator surface, but this requires precise and costly machining on the seal surface of the rib and dipole separator.

더우기, 각 구성부재의 강성(rigidity)이 높아 직열에 따라 축적되는 경향이있는 가압집중이 뒤따르게됨으로 단일 필터프레스배치에 있어서 조립가능한 각부재의 수를 제한시켰다.Moreover, the rigidity of each component is followed by a pressurization which tends to accumulate along the heat, limiting the number of components that can be assembled in a single filter press batch.

이와같은 기술적 곤란성으로 인하여 전류분배 스크린은 전극에 대하여 가압할때 일부 전극부분이 접촉되지 않거나 또는 본래효과가 없는 정도로 접촉되어 있다.Due to this technical difficulty, the current distribution screen is not in contact with some of the electrode portions when pressed against the electrode or is in contact with the degree of inherent effect.

그 분배스크린을 그 스크리에 대응하는 가시인상(Visible impression)을 나타낼 수 있는 감압지(感壓紙)에 대하여 압압하는 비교시험으로 약 10% 내지 최고 30-40%의 스크린면적에서는 그 감광지상에 표시(marking)가 나타나지 않으며 이것은 이들의 큰표면적이 접촉되지 않았음을 나타낸다.A comparative test in which the dispensing screen was pressed against a pressure-sensitive paper that could give a visible impression corresponding to the screen. Markings do not appear, indicating that their large surface area is not in contact.

이 관찰을 전극에 적용하면 실제의 전극표면적은 작동하지 않으며, 또 실제로 이와같이 된다는 것은 명백하다.It is clear that when this observation is applied to the electrode, the actual electrode surface area does not work, and in fact it is.

따라서 본 발명은 전해조에서 할라이드이온 함유수용액의 전해에 의해 염소또는 다른 할로겐을 발생시키는 할로겐 화물의 전기분해방법에 있어서 할로겐화물 함유전해질(halide containing electrolyte)을 반대로 하전하여(oppositely charged) 이온투과 성격막(ion-permeable membrane)과 접촉시켜 그 양측(opposite sides)에 따라 형성된 한쌍의 전극사이에서 전기분해시키고, 적어도 하나의 전극이 격막과 직접접촉하는 표면을 가지며 또 격막을 지지하는 도전성 표면을 가진 비교적 이세하고 가요성있는 가스및 전해질 투과성 스크린, 그 가요성 스크린을 지지하여 전해질및 가스트롬에 개구된(being open)후부에 있는 거친 도전성압축매트(coarser electro conductive compressible mat)및 그 매트후부에서보다 경질인 부분으로 구성시켜, 그 매트및 더경질인 부분이 그 가요성 스크린의 주요부(major area)와 실질상으로 동일한 공간에 있게하여 그 가요성 스크린은 보다 경질인 부분에 가한압력에 의해 격막에 대하여 지지시켜 전해질을 그 가요성스크린에 공급하여 전극의 적어도 하나가 할로겐화물 전해질과 접촉시킴으로써 할로겐화물 함유전해질 수용액을 전기분해시켜 할로겐을 발생시킴을 특징으로 하는 전해조에서의 할로겐화물의 전기분해방법을 제공한다.Accordingly, the present invention provides an ion permeable membrane in which the halide containing electrolyte is positively charged in the electrolysis method of a halide that generates chlorine or other halogen by electrolysis of a halide ion-containing aqueous solution in an electrolytic cell. (electrode) between a pair of electrodes formed in contact with an ion-permeable membrane and formed along the opposite sides thereof, the at least one electrode having a surface in direct contact with the diaphragm and having a conductive surface supporting the diaphragm. This flexible gas and electrolyte permeable screen, a coarser electro conductive compressible mat in the back that is open to the electrolyte and the gas rod supporting the flexible screen and harder than the back of the mat The mat and the harder part are the main parts of the flexible screen. The flexible screen is supported against the diaphragm by the pressure applied to the harder part so that the flexible screen is substantially in the same space as the major area so that the electrolyte is supplied to the flexible screen so that at least one of the electrodes is a halide electrolyte. It provides a method for the electrolysis of halides in an electrolytic cell, characterized in that to generate a halogen by electrolysis of an aqueous solution of a halide containing electrolyte by contact with.

또, 본 발명의 목적은 격막과 직접 접촉하고 있는 전극을 가지며 전극또는 그 일부가 용이하게 압축될 수 있고 높은 탄력성을 가지며 전해조의 조임압력(clamping pressure)을 실제로 균일하게 전극표면 전체에 효과적으로 분배할 수 있는 전해조로 알칼리 금속염화물을 전기분해시키는데 있다.It is also an object of the present invention to have an electrode in direct contact with the diaphragm, the electrode or part of which can be easily compressed, has high elasticity and effectively distributes the clamping pressure of the electrolytic cell to the entire electrode surface effectively and uniformly. Electrolyzing alkali metal chlorides with an electrolytic cell.

본 발명 방법에 의한 탄력성 전류 콜렉터 또는 전극에 대한 바람직한 1실시예는 개구망상을 가지며 전해질과 전해생성물에 저항성있는 와이어직물(wire fabric)로된 개구메쉬, 평면상 도전성 금속와이어제품 또는 스크린으로 구성되고, 또 그 와이어의 일부또는 전부가 일연의 코일, 물결(wave) 또는 크림프(crimp)또는 다른 파동외형을 형성하여 그 직경 또는 진폭이 와이어두께보다 크고 바람직하게는 적어도 그 제품의 평면에 평행한 적어도 하나의 준선(準線, directrix)에 따라 그 제품의 두께에 대응하도록 하는데 그특징이 있다.One preferred embodiment of a flexible current collector or electrode according to the method of the present invention consists of an opening mesh, a planar conductive metal wire product or a screen made of a wire fabric having an opening mesh and resistant to electrolyte and electrolytic products. And part or all of the wire forms a series of coils, waves or crimps or other wave contours, the diameter or amplitude of which is greater than the wire thickness and preferably at least parallel to the plane of the product. One feature is to match the thickness of the product with a directrix.

물론, 이와같은 크림프나 주름(wrinkle)은 스크린의 두께를 통과하는 방향으로 설치되어 있다.Of course, such a crimp or wrinkle is provided in the direction of passing through the thickness of the screen.

이들의 크림프, 코일, 물결, 기타형태의 주름은 주름있는 직물의 두께와 수직인축에 대하여 경사지거나 커브가진 측부를 가지며, 콜렉터를 압축할때 약간 변위와 압력이 횡방향으로 전달되어 압력을 전극부분에 더 균일하게 분포시킨다.Their crimps, coils, ripples, and other forms of wrinkles have sides that are inclined or curved with respect to the axis perpendicular to the thickness of the corrugated fabric, and when the collector is compressed, some displacement and pressure are transmitted transversely to force the electrode portion. To distribute more evenly.

그 직물을 압축하는 표면의 평면성과 평행성이 불규칙하기 때문에 인접부분에 작용하는 것보다 더큰 압축력을 가하는 약간의 코일또는 와이어루우프(wire loop)는 더 변형하여 인접코일이나 와이어루우프에 힘을 전달함으로써 과잉의 힘을 방출한다.Since the flatness and parallelism of the surface compressing the fabric are irregular, some coils or wire loops that exert more compressive force than acting on the adjacent part deform further to transfer forces to the adjacent coil or wire loop. Releases excess power.

따라서, 이 직물은 실제적인 범위까지 압력균등화물(pressure equalizer)로서 작용하며, 또 한도를 초과한 단일 접촉점에 작용하는 탄성반동력을 방지하는데 효과적이다. 이때문에 그 격막은 지나치게 조여지거나(pinch)관통된다.Thus, the fabric acts as a pressure equalizer to its practical extent and is effective in preventing elastic recoil forces acting on a single point of contact exceeding the limit. Because of this, the diaphragm is too pinched or penetrated.

물론, 이와같이 탄력성 콜렉터의 자기조절능력은 전국의 전표면에 걸쳐 양호하며, 균일한 접촉 분포를 얻는데 도움이 된다.Of course, the self-regulating ability of the resilient collector is good across the entire surface of the country and helps to obtain a uniform contact distribution.

가장 바람직하고 효과적인 하나의 실예는 일연의 나선형이며 원통형의 권선 와이어로 구성되고, 이코일이 인접한 권선과 서로 연결되어 서로간에 감겨져 있다.One of the most preferred and effective examples is a series of spiral and cylindrical winding wires, with coils connected to adjacent windings and wound around each other.

이 권선(spiral)은 전극실의 높이 또는 폭과 실제로 대응되는 길이이며 또 적어도 10cm 또는 그 이상의 길이이고, 서로 연결된 권선의 수는 그 전체폭을 결합하는데 충분하며 권선의 직경은 권선의 와이어 직경의 5 내지 10배 또는 그 이상이다.This spiral is of a length that actually corresponds to the height or width of the electrode chamber and is at least 10 cm or more in length, and the number of interconnected windings is sufficient to join the full width and the diameter of the winding is equal to the wire diameter of the winding. 5 to 10 times or more.

더 바람직한 배치에 따라 와이어 권선 그 자체는 권선에 의해 포위된 전극실단면의 극히 적은 부분을 차지하며 따라서 권선은 전측부가 개방되어 있으므로 전해질이 순환될 수 있는 내부차넬(channel)과 그 전극실을 따라 가스기포의 상승로를 제공한다.According to a more preferred arrangement the wire winding itself occupies a very small part of the cross section of the electrode chamber enclosed by the winding, so that the winding is open at its front and thus the channel and the electrode chamber through which the electrolyte can circulate. This provides a riser for gas bubbles.

그러나, 이와같이 나선상의 원통형 권선은 위에서와 같이 인접권선과 서로 연결시켜 감을 필요가 없다.However, this spiral cylindrical winding does not need to be wound together with adjacent windings as above.

또 이들 권선은 인접한 단일금속와이어 권선으로 구성할 수도 있다. 이경우, 권선은 서로 단순하게 결합되어 있는 각각의 코일과 서로 병열되어 있다.These windings may also consist of adjacent single metal wire windings. In this case, the windings are parallel to each other with each of the coils simply joined together.

이와같이함으로써 높은 접촉점 밀도가 달성되고, 반대적극 또는 반대전류 콜렉터와 전해조 단판(端板)에 의해 나타내는 공동판을 갖고 있다.By doing in this way, high contact point density is achieved and it has a cavity board represented by the counter positive or counter current collector and the electrolytic cell single plate.

또다른 실시예에 의하면 전류콜렉터 또는 분배기(distributor)는 크림프(crimp)한 편직된 메쉬또는 금속와이어 직물로 구성되어 각각 1개의 와이어는 편직메쉬 또는 직물의 크림프의 최고높이에 상당하는 크기의 일연의 물결을 형성한다.In another embodiment, the current collector or distributor consists of crimped knitted mesh or metal wire fabric, each wire having a size corresponding to the highest height of the crimp of the knitted mesh or fabric. Form a wave;

따라서, 각 금속와이어는 교대로 압력을 가하는 판으로서 작용하는 전해조단판과 격막표면에 결합된 다공성전극판, 전극층 또는 격막과 압축성층사이에 간삽된 중간 가요성 스크린과 접촉한다.Thus, each metal wire is in contact with an electrolytic monolayer that acts as an alternating pressure plate and a porous electrode plate bonded to the diaphragm surface, an electrode layer or an intermediate flexible screen interposed between the diaphragm and the compressive layer.

적어도 메쉬의 일부가 직물의 두께를 통하여 연장되고 또 단부방향으로 흐르는 전해질에 대하여 개방되어 있다.At least a portion of the mesh extends through the thickness of the fabric and is open to the electrolyte flowing in the end direction.

다른 방법으로, 각각 형성에 의해 크림프된후 2개 또는 그 이상의 편직메쉬 또는 직물을 중첩시켜 요구하는 두께의 콜렉터를 얻을 수 있다.Alternatively, two or more knitted meshes or fabrics may be superimposed after each being crimped by forming to obtain a collector of the required thickness.

금속메쉬 또는 직물의 크림핑(crimping)은 콜렉터에 부하적용면, 즉 뒤벽(back) 또는 단판 1cm2당 적어도 50-200g의 부하로 큰 압축성과 우수한 탄력성을 준다.Crimping of the metal mesh or fabric gives the collector a high compressibility and good elasticity with a load application surface, i.e. at least 50-200 g load per cm 2 of back or veneer.

본 발명의 방법에 의한 전극은 전해조를 조립한후 전극실의 길이에 상다하는 두께를 갖는 것이 바람직하나 전극실의 길이는 더 큰 것이 통상적이다.It is preferable that the electrode according to the method of the present invention has a thickness that is different from the length of the electrode chamber after assembling the electrolytic cell, but the length of the electrode chamber is usually larger.

이경우 전극실의 후벽표면에서 간격을둔 다공성(多孔性)이고 실제로 경질인 스크린 또는 판은 압축성 탄력콜렉터매트에대한 압축표면으로 작용한다.In this case, a porous and substantially hard screen or plate spaced from the rear wall surface of the electrode chamber serves as a compression surface for the compressible elastic collector mat.

이경우 적어도 상대적이며 경질인스크린 앞의 공간은 열려있고 발생가스와 전해질이 흐르는 채널을 제공한다. 이 매트는 극히 낮은 두께와 용량으로 압축할 수 있다.In this case, the space in front of the screen, at least relative and rigid, is open and provides a channel through which the gases and electrolytes flow. The mat can be compressed to extremely low thickness and capacity.

예로서, 이 매트는 최초용량및 / 또는 두께의 약 50-90% 또는 그 이하로 압축할 수 있으므로 격막과 전해조의 도전성 후판을 조임으로써 그격막과 그 후판사이를 압압하거나 압축한다. 압축시이트는 이동할 수 있다.As an example, the mat can compress to about 50-90% or less of its initial capacity and / or thickness, thereby compressing or compressing between the diaphragm and the thick plate by tightening the conductive thick plate of the diaphragm and electrolyzer. The compression sheet can move.

즉, 전해조 단판또는 삽입한 스크린에 용접또는 결합되어 있지않으며, 이들과 기계적 접촉에 의해 실제로 전류를 적당히 접속한 전원과 전극에 이동시킨다.In other words, they are not welded or coupled to the electrolyzer single plate or the inserted screen, and are moved to the power source and the electrode to which the current is actually connected by the mechanical contact therewith.

매트와 접촉되어 있는 이들요소의 인접표면에 대해서 매트는 이동할수 있고, 또 활동(slidable)할수 있다.The mat can move and slide about the adjacent surface of these elements in contact with the mat.

조임압력을 가할때, 탄력성매트를 구성하는 와이어루우프 또는 코일은 변형하여 횡방향으로 활동하며(slide), 이것과 접촉하는 전표면에 균일하게 압력을 분포한다.When applying tightening pressure, the wire loops or coils that make up the resilient mat deform and slide transversely, evenly distributing pressure across the entire surface in contact with it.

이와같이하여, 스프링이 고정되어 있는 그 지지표면의 불규측성을 보상하도록한 압력점간의 상호작용이 없기때문에 매트는 전극표면전체에 분포되어 있는 개개의 스프링보다 더 우수한 기능을 발휘한다.In this way, the mat performs better than the individual springs distributed throughout the electrode surface because there is no interaction between pressure points to compensate for the indeterminateness of the support surface on which the spring is fixed.

전해조의 조임압력의 대부분은 전류콜렉터를 형성하는 금속제와이어의 단일파형이나, 코일에 의해 탄력적으로 기억된다.Most of the tightening pressure of the electrolytic cell is stored elastically by a single waveform of the metal wire forming the current collector or by the coil.

실제로 큰 기계적변형(strain)으로 인접한 코일이나 크림프에 대하여 하나또는 그 이상의 코일이나 크림프에 탄성변형이 발생하므로 본 발명의 탄력성 콜렉터는 전해조를 조립할 때 더 큰 변형이 큰 점또는 분에서 그 격막이 관통되거나 또는 지나치게 엷어지는 것을 효율적으로 방지또는 피할 수 있다.In practice, the elastic collector of the present invention has a large mechanical strain that causes elastic deformation in one or more coils or crimps, so that the elastic collector of the present invention penetrates the diaphragm at a larger point or minute when the electrolytic cell is assembled. Can be effectively prevented or avoided from becoming thin or excessively thin.

따라서, 대량전극의 전류전달 구조물의 평면성에서의 높은 치우침(deviations)이외에 그 구조물과 전해조후판 또는 후부가압판 사이의 평행성에서의 치우침도 허용할 수 있다.Thus, in addition to the high deviations in the planarity of the current carrying structure of the mass electrode, the deviation in parallelism between the structure and the electrolytic cell plate or the back pressure plate may be allowed.

본 발명의 방법에 의한 탄력성 전극은 음극이 더 유리하며, 더 경질형태의 양극과 같이 되어 있거나 또는 그 양극과 대향하여 있고, 이것은 양극(+)측의 전극이 다소 더 경질로 지지되어 있다는 것을 의미한다.The flexible electrode according to the method of the present invention is more advantageous in that the negative electrode is made of or is like the harder type of positive electrode or faces the positive electrode, which means that the electrode on the positive side (+) side is somewhat harder supported. do.

소듐 클로리드염수의 전기분해용 전해조에서는 음극매트또는 압축성시이트가 NaOH 및 수소환경에 의한 위성화(危性化, embrittlement)에 대하여 높은 저항성때문에 니켈또는 니켈합금와이어 또는 스테인레스 스틸와이어로 구성되는 것이 바람직하다.In the electrolytic cell for the electrolysis of sodium chloride salt solution, it is preferable that the negative electrode mat or the compressive sheet be composed of nickel or nickel alloy wire or stainless steel wire because of its high resistance to satellite embrittlement by NaOH and hydrogen environment. Do.

이 매트는 백금족금속 또는 그 금속산화물, 코발트 또는 그 산화물, 또는 다른 전기촉매로 피복하여 수소과전압을 저하시킨다.The mat is coated with a platinum group metal or a metal oxide thereof, cobalt or an oxide thereof, or another electrocatalyst to reduce hydrogen overvoltage.

사용중 그 탄력성을 보유할 수 있는 다른 임의의 금속, 예로서 백금족금속또는 그 산화물과 같은 비수동태화 피복(non-passivating coating)을 임으로 하는 티탄을 사용한다.Any other metal that can retain its elasticity in use, such as titanium, which is a non-passivating coating such as platinum group metals or oxides thereof, is used.

후자는 산성양극액과 접촉하여 사용될때 특히 유용하다.The latter is particularly useful when used in contact with acidic anolyte.

위와같이, 백금족금속 또는 그 산화물또는 다른 저항성 전극재료의 전극입자로 된 전극층은 그 격막에 결합되어 이층은 최소한 약 40-150μ의 두께가 통상적이며, 미국특허 제3,297,484호에 기재되어 있는 바와같이 실제로 생산할수 있고, 필요하다면 이층은 격막의 양측에 적용할 수 있다.As above, the electrode layer of electrode group of platinum group metal or its oxide or other resistive electrode material is bonded to the diaphragm so that this layer is usually at least about 40-150μ thick, in fact as described in US Pat. No. 3,297,484. It can be produced and, if necessary, two layers can be applied to both sides of the diaphragm.

이층은 실제로 연속되어 있으므로 같스및 전해질 투과성이나 압축성매트를 보호하며, 따라서 대부분의 전기분해는 이층에서 발생하며 만일 있다하여도 전기분해, 즉 가스발생은 그층의 후측에 결합하는 압축매트에서 극히 조금밖에 발생하지 않는다.Since this layer is actually continuous, it protects the dorsal and electrolyte permeability or compressible mat, so that most of the electrolysis takes place in the second layer and, if any, electrolysis, i. Does not occur.

특히, 이층의 입자가 매트표면보다 낮은 수소(또는 염소)과전압을 가질때 위와같은 현상이 일어난다.In particular, this phenomenon occurs when the particles in the bilayer have a lower hydrogen (or chlorine) overvoltage than the matte surface.

이경우, 매트는 전류분배구(current distributor) 또는 전류를 저돈전성층에 분배하는 콜렉터로서 작용한다. 이에 대하여 압축성매트가 직접 격막과 결합하거나 또는 매트와 격막사이에 다성공이며 전도성인 스크린또는 다른 다공성도전체가 간삽될때 개구메쉬 구조는 전부, 내부및 그 압축성직물의 후부를 포함하여 격막에서 떨어진 후부로 전해질의 장해가 없는 통로를 확보한다.In this case, the mat acts as a current distributor or as a collector for distributing the current to the low-poison layer. On the other hand, when the compressible mat is directly bonded to the diaphragm or when a multi-porous, conductive screen or other porous conductor is interposed between the mat and the diaphragm, the opening mesh structure is entirely internal, including the rear of the compressive fabric, and the rear end away from the diaphragm. This ensures a passage free of electrolyte disturbances.

따라서, 개방되어 있으나 완전하게 폐쇄되어 있지 않은 압축매트는 그 자체격막과 직접 접촉하는 전돌출표면의 2배-4배 또는 그 이상의 활성전극표면을 제공할수 있다.Thus, an open but not completely closed compression mat may provide an active electrode surface two to four times or more than the total protruding surface in direct contact with its diaphragm.

영국특허 제1,267,182호에서는 다층전극의 표면적 증가에 대하여 기재되어 있는바, 다층음극은 엑스팬디드 금속(expanded metal)의 외층과 편직매쉬의 가늘과 작은 메쉬의 내층으로 구성되어 양이온교환격막과 전극을 접촉하는 음극이 그음극을 통하여 단부방향으로 흐른다.British Patent No. 1,267,182 describes an increase in the surface area of a multilayer electrode. The multilayer cathode consists of an outer layer of expanded metal, a thin layer of a knitted mesh and an inner layer of a small mesh to form a cation exchange diaphragm and an electrode. The contacting cathode flows in the end direction through the cathode.

본 발명의 방법에 의하여, 크림프(crimp), 주름(wrinkling), 커링(curling) 또는 다른 설계구성에 의해 매트두께의 적어도 일부 거리두께를 통과하여 형성된 와이어또는 도전체 부분을 가진 압축성매트에 의해 낮은전압이 달성할수 있다는 것을 확인하였다.According to the method of the present invention, it is possible to obtain low pressure by compressible mats having wire or conductor portions formed through at least some distance thickness of the mat thickness by crimping, wrinkling, curling or other design configuration. It was confirmed that the voltage could be achieved.

일반적으로 이들의 와이어는 굴곡(curve)되어있어 매트를 압축시킬때 탄력으로 구부러져 압력을 분산시키며 이들의 횡단와이어는 격막에 접촉하는 와이어에 있는 것과 실제로 동일한 포텐셜을 그 후부의 와이어에 가한다.In general, their wires are curved to flex elastically when compressing the mat to disperse the pressure, and their transverse wires exert the same potential on their rear wires as they actually are on the wire in contact with the diaphragm.

이와같은 매트를 사이에 넣은 스크린을 포함한 또는 포함하지 않은 격막에 대하여 압축할때, 그 매트또는 사이에 넣은 스크린을 단순하게 격막에 접촉할 경우에 달성되는 것과 동일한 전류량으로 5-150mV만큼 전압강하가 달성될수 있다.When compressing such a mat with or without a sandwiched screen, the voltage drop is reduced by 5-150 mV with the same amount of current as would be achieved by simply contacting the septum with the mat or sandwiched screen. Can be achieved.

이것은 발생염소 1톤당 1Kw-hr소비전력의 실질적인 절약을 나타낸다.This represents a substantial saving of 1Kw-hr power consumption per tonne of generated chlorine.

그 매트를 압축할때 그 격막에서 떨어진 부분이 근접되나 격막에서 떨어진 그대로 있어 전기분해의 영역은 증대되고, 표면적증가로 과도한 전압상승없이 다량의 전기분해를 할수있다.When compressing the mat, the area away from the diaphragm is close, but stays away from the diaphragm, increasing the area of electrolysis and increasing the surface area to allow a large amount of electrolysis without excessive voltage rise.

그 매트의 후부분에서는 실제로 전기분해가 거의 일어나지 않을 때에도 그 매트가 부식에 대하여 더좋게 분극되므로 더 유리한 잇점을 가진다.The latter part of the mat has the advantage that the mat is better polarized against corrosion even when practically no electrolysis takes place.

예로서, 니켈제 압축성매트를 격막에 결합한 높은 전도성 전극입자의 연속층에 합칠때 전기적차폐(shield)가 그매트상에서 전기분해가 거의 일어나지 않을 정도로 크다.As an example, when a nickel compressible mat is combined with a continuous layer of highly conductive electrode particles bonded to a diaphragm, the electrical shield is so large that electrolysis hardly occurs on the mat.

이와같은 경우, 니켈제매트가 부식되는 경향을 나타내어, 특히 알칼리금속 히드록시가 15wt%를 초과하고 약간의 염소가 있을 때에 현저하다.In such a case, the nickel mat tends to corrode, especially when the alkali metal hydroxy exceeds 15 wt% and there is some chlorine.

그 공간부분과 그 매트의 후측에 충분하게 개방된 통로가 그 격막과 직접 접촉되어있는 다공성 개구 구조로 구성되어있어 그 노출표면이 음(-)으로 분극되거나 또는 부식에 대하여 음극부호가 된다.The space part and a sufficiently open passage on the rear side of the mat consist of a porous opening structure in direct contact with the diaphragm so that the exposed surface is negatively polarized or cathodic for corrosion.

이것은 가스발생또는 다른 전기분해가 일어나는 일이 없는 표면에서도 적용된다.This also applies to surfaces where gas evolution or other electrolysis does not occur.

이와같은 잇점은 특히 전극단부로 포위된 전면적으로 하여 측정된 전극표면의 전류밀도 약 1000A/m2에서 특히 현저하다. 탄력성매트는 돌출면적 50-2000g/cm2사이의 압축압력에서 압축하지 않은 원두께 약 80-30%로 압축시키는 것이 바람직하다.This advantage is particularly pronounced at a current density of about 1000 A / m 2 of the electrode surface, measured in full surface surrounded by the electrode end. The elastic mat is preferably compressed to an uncompressed thickness of about 80-30% at a compression pressure between 50-2000 g / cm 2 of projecting area.

이 압축된 상태에서도 탄력성매트는 공간용적과 압축매트의 겉보기 용적간의 비(%)로서, 적어도 75%(희소하게는 50%이하), 바람직하게는 85-96%와 같이 높은 다공성이어야 한다. 이것(%)은 필요로하는 정도까지 압축된 매트가 차지한 용적 측정과 매트의 중량측정으로 구할수 있다.Even in this compressed state, the resilient mat should be a high porosity, such as the ratio (%) of the space volume to the apparent volume of the compressed mat, at least 75% (rarely 50% or less), preferably 85-96%. This (%) can be obtained by measuring the volume of the compressed mat to the extent necessary and by weighing the mat.

매트의 금속비중을 알면 그 고체영역은 그 용적을 그 비중으로 나누어 고체매트 구조물의 용적을 얻고 전용적에서 이 숯치를 빼어 공간용적을 얻게 계산할 수 있다.Knowing the metal specific gravity of the mat, the solid area can be calculated by dividing the volume by its specific gravity to obtain the volume of the solid mat structure and subtracting this char from the dedicated volume to obtain the spatial volume.

이 비(比가 과도하게 저하되어 예로서 탄력성 매트를 압축되지 않은두께의 30%이하로 과도하게 압축시킬 때 전해조 전압은 상승하기 시작하며, 이것은 그 일부가 전극활성표면에의 물질 전달속도및 / 또는 발생가스와 적당히 도산(escape)하도록 하는 전극계(electrode ststem) 능력의 저하에 기인한다는 것을 알수있다.When this ratio is excessively reduced and, for example, the elastic mat is overcompressed to less than 30% of the uncompressed thickness, the electrolytic cell voltage begins to rise, which is partly due to the rate of mass transfer to the electrode active surface and /. Or due to a decrease in the ability of the electrode system to properly escape with the generated gas.

압축도의 함수로서, 그리고 압축성매트의 공극비의 함수로서 전해조전압의 대표적 특성은 다음 실시에서 표시한다.Representative characteristics of the electrolytic cell voltage as a function of the degree of compression and as a function of the pore ratio of the compressible mat are shown in the following examples.

사용된 와이어의 직경은 형성된 타입또는 직조된 타입에 따라 광범위하게 변화되나 어떠한 경우에도 충분히 작게되어 전해조조립압력으로 필요로하는 탄력성과 변형특성을 얻을수 있다.The diameter of the wire used varies widely depending on the type formed or the woven type, but in any case is sufficiently small to obtain the elasticity and deformation characteristics required by the electrolytic assembly pressure.

전극표면에 50-500g/cm2의 부하에 대응하는 조립압력은 전극결합격막과 각각의 전류전달 구조물또는 콜렉터사이에 양호한 전기접촉을 얻을 필요가 있으나, 일반적으로 2000g/cm2까지 더높은 압력을 사용할 수도 있다.Assembly pressure on the electrode surface corresponding to the load of 50-500g / cm 2 is it is necessary to obtain good electrical contact between the electrode and the diaphragm coupling each of the current-carrying structure or collector, a higher pressure generally up to 2000g / cm 2 Can also be used.

돌출면에 약 400g/cm2의 압력으로 비압축제품두께의 약 60%이하의 압축에 대응하는 본 발명의 탄력성 전극의 약 15 내지 3mm의 변형을 줌으로서 전극과의 접촉압력을 높은 표면적 및 2mm/m까지의 평면성에서 변위를 가진 전해조에 있어서는 위 제한범위내에서 얻을수 있다.The contact surface with the electrode has a high surface area and 2 mm by giving a deformation of about 15 to 3 mm of the flexible electrode of the present invention corresponding to a compression of about 60% or less of the uncompressed product thickness at a pressure of about 400 g / cm 2 on the projecting surface. For electrolyzers with displacements in planarity up to / m, these limits can be obtained.

금속제와이어의 직경은 0.1 또는 그 이하내지 0.7mm 사이가 바람직하나 비압축제품의 두께, 즉 코일의 직경또는 크림핑의 크기는 그 와이어직경의 5배또는 그 이상으로 4내지 20mm의 범위가 바람직하다.The diameter of the metal wire is preferably 0.1 or less to 0.7 mm, but the thickness of the uncompressed product, i.e., the diameter of the coil or the size of the crimp, is preferably 5 times or more to 4 to 20 mm of the wire diameter. .

따라서, 압축성 단면은 큰유리용적, 즉 전해질및 가스의 흐름이 자유롭게 개방된 점유용적의 비를 포함하고 있다.Thus, the compressible cross section contains a large glass volume, that is, a proportion of the occupied volume in which the flow of electrolyte and gas is freely open.

압축성 와이어 권선을 포함한 위의 물결직물(wrinkled fabrics)에 있어서 그 유리용적의 백분비(%)는 그 직물이 점유하는 전용적의 약 75%이상이다.In the above wrinkled fabrics, including compressive wire windings, the percentage of glass volume is about 75% or more of the dedicated portion of the fabric.

직물을 통과하는 가스와 전해질의 흐름의 압력저하가 무시될 경우 그 유리용적의 백분비는 희소하게는 25%이하이고 바람직하게는 50%이하로 되어서는 아니된다.If the pressure drop in the flow of gas and electrolyte through the fabric is neglected, the percentage of glass volume is rarely 25% or less, preferably 50% or less.

격막표면에 직접 결합된 입자전극 또는 다른 다공성 전극층사용을 고려하지 않을때 탄력성매트 또는 직물은 직접 그 격막과 결합하여 전극으로서 작동한다.When considering the use of a particle electrode or other porous electrode layer directly bonded to the diaphragm surface, the elastic mat or fabric acts directly as its electrode in combination with the diaphragm.

전극표면과 격막사이에 탄력적 접촉점의 만족할만한 밀도를 줌으로서 결합된 다공성 전극층사용에 대하여 실제로 무시할 수있는 전해조전압의 손실만을 초래한다.Giving a satisfactory density of resilient contact points between the electrode surface and the diaphragm results in a negligible loss of electrolytic cell voltage for the use of the combined porous electrode layer.

그 접촉점의 밀도는 격막표면에 있어서 적어도 약 30접촉점/cm2이고 더 바람직하게는 약 50접촉점/cm2또는 그 이상이다. 역오로, 단일 접촉점의 접촉면적은 가급적 적어야 하며, 간접접촉면적에 대응하는 결합 격막면적의 비는 0.6이하이고 바람직하게는 0.4이하이다.The density of the contact points is at least about 30 contact points / cm 2 and more preferably about 50 contact points / cm 2 or more at the diaphragm surface. Conversely, the contact area of a single contact point should be as small as possible, and the ratio of the combined diaphragm area corresponding to the indirect contact area is 0.6 or less and preferably 0.4 or less.

실제적오로, 메쉬수가 적어도 10, 바람직하게는 20이상, 일반적으로는 20-200 또는 바람직하게는보다 미세한 메쉬의 엑스팬디드메탈로서 탄력성의 압축매트와 격막사이에 간삽된 것과 유사한 특성을 가진 금속제 스크린의 사용이 간편하다. 메취수는 인치당실(thread)또는 와이어의 수를 나타낸다.In practice, metal screens with properties similar to those interleaved between the elastic compression mat and the diaphragm as expanded metals of at least 10, preferably 20 or more, generally 20-200 or preferably finer mesh numbers Easy to use Mesh numbers represent the number of threads or wires per inch.

이와같은 전극스크린과 격막표면사이의 탄력적이며 미세하고 치밀한 접촉상태하에서 그 주요한 전극반응은 전극과 격막재료에 포함한 이온교환기사이의 접촉경계면에서 발생하고 대부분, 이온전도는 그 격막중에 또는 그 격막을 통하여 일어나며 전극과 접촉하는 액체전해질 중에, 는 거의 일어나지 않는다.Under such a flexible, fine and dense contact between the electrode screen and the diaphragm surface, the main electrode reaction occurs at the contact boundary between the electrode and the ion exchanger contained in the diaphragm material, and most of the ion conduction occurs in or through the diaphragm. Rarely occurs in the liquid electrolyte in contact with the electrode.

예로서, 약 2,000,000cm 이상의 비저항을 가진 2회 증류한 순수한물의 전기분해를 의외로 낮은 전해조전압에서 양이온교환격막을 설치한 이와같은 타입의 전해조에서 실시하여 성공하었다.As an example, the electrolysis of two distilled pure waters with a resistivity of about 2,000,000 cm or more has been successful in an electrolytic cell of this type with a cation exchange diaphragm at surprisingly low electrolytic cell voltages.

또, 알칼리 금속염수의 전기분해를 동일한 전해조에서 실시할때 전해조의 방향을 수평에서 수직으로 변화시켜도 전해 전압을 알수있는 정도의 변화는 없으며, 이른바 "기포영향"에 기인되는 전해조전압 저하에 대한 영향은 무시할수 있다는 것을 나타낸다.Also, when electrolysis of alkali metal salt solution is carried out in the same electrolytic cell, there is no change in the degree of knowing the electrolytic voltage even if the direction of the electrolytic cell is changed from horizontal to vertical. Indicates that it can be ignored.

이와같은 행동(behavior)은 격막에 결합한 입자전극을 가진 고체전해질의 행동과 잘 일치하며, 이 전해조는 종래의 격막과 접촉하거나 또는 약간 간격을둔 거친 다공성전극, 장치하여 그 "기포의 영향"이 그 전해조전압에 크게기여하고 가스분리속도의 저하및 가스기포의 축적에 의한 전극의 높이에 따르는 그 가스기포의 계수를 증대시키므로 전해조전압은 가스 발생 다공성전극이 전해질의 헤드(head) 하측으로 수평지게 유지할때 저하되고 또 그전극이 수직일때 최대로되는 종래의 격막전해조의 행동과는 역으로 된다.This behavior coincides well with the behavior of solid electrolytes with particle electrodes bound to the diaphragm, and the electrolyser is a coarse porous electrode that is in contact with or slightly spaced from a conventional diaphragm, so that its "effect of bubbles" The electrolytic cell voltage causes the gas-generating porous electrode to be horizontally below the head of the electrolyte because it contributes greatly to the electrolytic cell voltage and increases the coefficient of the gas bubble depending on the height of the electrode due to the decrease in gas separation rate and the accumulation of gas bubbles. Contrary to the behavior of conventional diaphragm electrolysers, which are degraded when held and maximized when their electrodes are vertical.

이와같이 예측하지 못한 예상밖의 행동설명은 주요한 이온전도가 격막중에서 일어나며, 또 미세한 메쉬스크린 전극층과 격막사이에 극히 적은 각각의 접촉부분의 탄력적 접촉은 접촉경계면에서 생성한 미소량의 가스를 용이하게 방출하여 그 가스압이 일단 안정되면 즉시 다시 접촉을 하기때문에 그 전해조는 실제로 고체전해질조와 같이 행동한다는 사실에 일부가 기인된다.This unexpected behavior explanation is due to the major ionic conduction in the diaphragm, and the very small elastic contact between the tiny mesh screen electrode layer and the diaphragm easily releases the small amount of gas generated at the contact boundary. This is partly due to the fact that the electrolytic cell actually behaves like a solid electrolyte tank because the gas pressure is once again in contact with it immediately.

탄력적 압축 전극매트는 실제로 균일한 접촉압력을 가지며, 또 전극표면과 그 격막사이에 고밀도의 미세한 접촉점이 균일하여 완전한 실제상의 적용범위를 가진다.The elastic compression electrode mat has a substantially uniform contact pressure, and a high density of fine contact points between the electrode surface and the diaphragm is uniform and thus has a complete practical application range.

그리고 이 압축전극매트는 가스방출 스프링으로서 작동하는데 효과적이며, 전극표면과 전해조의 전해질로서작용하는 격막표면상의 기능성 이온교환기 사이에서 실제로 일정한 접촉을 유지한다.This compressed electrode mat is effective for acting as a gas release spring and maintains a substantially constant contact between the electrode surface and the functional ion exchanger on the diaphragm surface, which serves as the electrolyte of the electrolytic cell.

전해조의 두전극을 각각 양극액과 음극액에 저항 재료로된 탄력적인 압축성매트와 적어도 30접촉점/cm2이상의 많은 접촉을 주는 미세한 메쉬스크린으로 되어있다.The two electrodes of the electrolyzer consist of a resilient compressible mat made of a resistive material to the anolyte and the catholyte, respectively, and a fine mesh screen giving a large number of contacts of at least 30 contact points / cm 2 .

더 바람직하게는 그 전해조의 한쪽전극만은 미세한 메쉬 전극스크린을 가진 본 발명의 방법에 의해 탄력성인 압축성매트로 되어있으며, 그 다른 전극은 실제로 경질의 다공성구조물로서 바람직하게는 거친 경질구조와 경막사이에 간삽한 미세한 메쉬스크린을 갖고 있다.More preferably, only one electrode of the electrolytic cell is made of elastic compressible mat by the method of the present invention with a fine mesh electrode screen, and the other electrode is actually a rigid porous structure, preferably between the rough hard structure and the dura mater. It has a fine mesh screen interpolated.

이하 본 발명의 방법을 실시하기 위한 도면에 따라 구체적으로 설명한다.It will be described below in detail according to the drawings for carrying out the method of the present invention.

제1도는 압축성전극 또는 그 단면을 나타낸 것으로 직경 0.6mm(또는 그이하)의 니켈와이어로된 일련의 서로 얽어진 나선상의 원통상 권선(spiral)이며, 이들의 코일은 서로 인접한 코일의 내측으로 감겨져 코일 직경 15mm를 가진다.1 is a series of intertwined spiral spirals of 0.6 mm (or less) nickel wire with a compressive electrode or a cross section thereof, the coils of which are wound into the adjacent coils The coil has a diameter of 15 mm.

제2도 구조의 대표적인예는 직경 0.5mm의 니켈와이어로 된 평편하다 타원형인 단면을 가진 실제로 나선상 권선 2를 구성하며 이들의 코일은 서로 인접한 코일의 내측에 감겨져 그 권선의 단축은 8mm이다.A representative example of the construction of FIG. 2 constitutes actually a spiral winding 2 having a flat, elliptical cross section of 0.5 mm diameter nickel wire, whose coils are wound inside the coils adjacent to each other so that the short axis of the winding is 8 mm.

제3도 구조의 대표적예는 직경 0.15mm의 니켈와이어의 편직메쉬로 되어있으며 형성에 의해 크림프되고 크림프의 크기 또는 높이는 5mm 물결사이의 피치(pitch)가 5mm이다. 클림프는 제3도에서와 같이 오늬무늬모양(herring bone pattern) 형태의 교차된 평행클림프 열로 되어있다.A representative example of the structure of FIG. 3 consists of a knitted mesh of nickel wire with a diameter of 0.15 mm, which is crimped by formation, and the size or height of the crimp is 5 mm between 5 mm waves. The crimp is composed of crossed parallel crimp rows in the form of a herring bone pattern as shown in FIG.

제4도는 소듐클로비드 염수의 전기분해에 특히 유형한 고형전해질 전해조로서 본 발명의 방법에 의해 사용된 전류콜렉터를 구체화한 실시예를 나타낸 것이다.4 shows an embodiment incorporating the current collector used by the method of the present invention as a solid electrolyte electrolyzer, a particular type of electrolysis of sodium chloride brine.

이 전해조는 그 전체주변에 따라 시일표면(seal surface) 4를 가진 수평형 양극단판(anodic end-plate) 3을 주로 구성하여 그 시일표면 4는 격막 5의 주변단과 밀봉할수 있게 접촉하여 필요에 따라 액체투과성 절연가스킷(도시생략)의 삽입물을 갖고 있다.The electrolyzer consists mainly of a horizontal anodized end-plate 3 with a seal surface 4 along its entire periphery, with the seal surface 4 sealingly contacting the periphery of the diaphragm 5 as necessary. It has an insert of a liquid-permeable insulating gasket (not shown).

또, 그 양극단판 3은 중앙요홈부 6을 갖고 있으며, 이것은 격막표면에 결합된 양극 7의 면적에 대응하는 표면을 가진 시일표면에 대향하고 있다.The anode end plate 3 also has a central recess 6, which faces the seal surface having a surface corresponding to the area of the anode 7 coupled to the diaphragm surface.

이 양극단판 3은 철제로서, 양극액과 접촉하는 촉부와 티탄또는 다른 비수동태성 밸브메탈로 피복되어 있으며, 또 흑연이나, 흑연과 화학저항성 수지 바인더의 성형성 혼합물로 되어있다.The positive electrode plate 3 is made of iron, and is covered with a tip contacting with the anolyte and titanium or other non-passive valve metal, and is made of graphite, or a moldable mixture of graphite and a chemically resistant resin binder.

양극 전류콜렉터는 귀금속및 / 또는 그 산화물및 백금족 금속의 혼합산화물과 같은 비수동태성 전기분해 저항재료로 피복한 티탄, 니오듐또는 다른 밸브메탈 스크린또는 엑스팬디드 시이트 8로 구성되는 것이 바람직하다.The anode current collector is preferably composed of titanium, nidium or other valve metal screens or expanded sheets 8 coated with a non-passive electrolytic resistance material such as a noble metal and / or a mixed oxide of its oxide and platinum group metal.

스크린또는 엑스팬디드 시이트 8은 전해조 단판의 중앙요홈부 6에 용접한 티탄또는 다른 밸브메탈로된 일연의 리브 또는 돌기 9에 용접하거나 또는 더 단순하게 설치시켜 그 스크린 평판을 그 단판의 시일표면 4의 평면과 평행하게하며 바람직하게는 공통평면으로 한다.The screen or expanded sheet 8 may be welded to, or more simply installed on, a series of ribs or projections 9 made of titanium or other valve metal welded to the central recess 6 of the electrolytic cell end plate, or simply mounted to the seal surface 4 of the end plate. It is parallel to the plane of, and preferably to the common plane.

수직형 음극단판 10은 그 내측에 주변시일표면 12에 대하여 중앙요홈부 11를 갖고 있으며, 이 요홈부 11은 실제로 평면, 즉리브가 없고 그 시일표면 12평면에 평행하다.The vertical negative electrode plate 10 has a central recess 11 in its inner side with respect to the peripheral seal surface 12, which is actually flat, i.e. free of ribs and parallel to the seal surface 12 plane.

그 음극단판의 그 요홈부 내측에는 본 발명의 방법에서 바람직하게는 니켈합금으로된 탄력적인 압축성 전류콜렉터(또는 압축성전극) 13을 위치시킨다.Inside the recess of the negative electrode plate is placed a resilient compressible current collector (or compressive electrode) 13, preferably of nickel alloy, in the method of the present invention.

압축되지 않은 탄력성 콜렉터의 두께는 시일표면에 대하여 중앙요홈부 11의 길이보다 10내지 60%더 크게 하는 것이 바람직하며, 전해조를 조립할때 이 콜렉터는 원두께의 10 내지 60% 압축시켜 바람직하게는 돌출표면에 있어서 80내지 600g/cm2의 탄성 반동력을 가한다.The thickness of the uncompressed elastic collector is preferably 10 to 60% larger than the length of the center recess 11 with respect to the seal surface. When assembling the electrolytic cell, the collector compresses 10 to 60% of the thickness and preferably protrudes. Apply an elastic reaction force of 80 to 600 g / cm 2 at the surface.

그 음극단판 10은 철 또는 NaOH와 수소에 저항성있는 다른 전기재료로 만들수 있다.The anode plate 10 can be made of iron or other electrical material resistant to NaOH and hydrogen.

격막 5는 유체불투과성이며 양이온 투과성인 이온교환막, 예로서 테트라플루오로 에틸렌과 술폰산기, 카르본산기 또는 술폰아미드기등 이온교환기를 가진 퍼플루오로술포닐에톡시 비닐에테르의 공중합체인 두께 0.3mm의 폴리머필름으로 구성되는 것이 바람직하다.Diaphragm 5 is a fluid impermeable, cation-permeable ion exchange membrane, for example 0.3 mm thick copolymer of perfluorosulfonylethoxy vinyl ether having an ion exchange group such as tetrafluoro ethylene and sulfonic acid group, carboxylic acid group or sulfonamide group. It is preferable that it is comprised from the polymer film of.

이 막이 얇으므로 격막은 비교적 가요성이며 지지하지 않으면 아래로 처지며 크리프(creep)또는 변형되기 쉽다.Because this membrane is thin, the diaphragm is relatively flexible and liable to creep down and not creep or deform if not supported.

이와같은 격막은 E.I듀퐁사에 의해 Nafion상표로 제조되고 있다. 이 격. 의 양극측(anodic side)에는 도전성인 전기촉매적인 물질, 바람직하게는 적어도 1종의 백금족금속의 산화물 또는 혼합산화물로된 입자의 두께 20-150μ의 다공성층으로된 양극 7을 결합하고 있다.Such diaphragms are manufactured under the Nafion trademark by E.I Dupont. This price. On the anode side of the anode is bonded a conductive electrocatalyst, preferably an anode 7 consisting of a porous layer having a thickness of 20-150μ of particles of oxides or mixed oxides of at least one platinum group metal.

이 격막의 음극측(cathodic side)에는 낮은 수소과전압을 가진 도전성물질, 바람직하게는 중량비 1 : 1-5 : 1의 흑연과 백금흑(platinum-black)으로된 입자의 두께 20-150μ의 다공성층으로된 음극 14를 결합하고 있다.On the cathodic side of the diaphragm is a porous layer of 20-150μ thick of conductive material with low hydrogen overvoltage, preferably of graphite and platinum-black particles in a weight ratio of 1: 1-5: 1. The negative electrode 14 is bonded.

격막표면에 입자를 결합시키는데 사용되는 바인더는 플리테트라 플루오로에틸렌(PTEE)이 바람직하며 전극은 PTEE와 도전성 촉매물질의 혼합물을 소결시키고 다공성 필름을 만들고 이 필름을 결합시키는데 충분한 높은 온도에서 격막으로 프레스하여 만든다.The binder used to bond the particles to the diaphragm surface is preferably pletetrafluoroethylene (PTEE) and the electrode is pressed into the diaphragm at a high temperature sufficient to sinter the mixture of PTEE and the conductive catalyst and to form a porous film and bond the film. Make it.

이 결합이 이 격막을 전극 물질사이에서 샌드위치 형상으로 조립하고 그 조립물을 같이 프레스시킴으로써 이루어져 그 전극입자들을 그 격막으로 매립된다.This bond is made by assembling the diaphragm into a sandwich form between the electrode materials and pressing the granules together to embed the electrode particles into the diaphragm.

일반적으로, 그 격막은 전해질수용액 예로서 염용액, 산또는 알칼리 금속히드록시드 용액중에서 보일링(boiling)하여 수화(水和)시키며, 따라서 고도로 수화시켜 10-20wt% 또는 그 이상의 수화수 또는 단순한 흡착수로서 다량의 결합수를 포함하고 있다.In general, the diaphragm is hydrated by boiling in an electrolyte solution such as a salt solution, an acid or an alkali metal hydroxide solution, and thus highly hydrated to 10-20 wt% or more of hydrated water or simple It contains a large amount of bonded water as the adsorbed water.

이경우, 적층처리(lamination process)중에 과도한량의 수분손실을 방지하는데 주의를 필요로 한다.In this case, care must be taken to prevent excessive loss of moisture during the lamination process.

이 적층은 적층물에 열이외에 압력을 가하여 달성됨으로 물은 증발되는 경향이 있으며, 이것은 다음사항중 하나또는 그 이상의 수단에 의해 최소화시킨다.This lamination is accomplished by applying a pressure other than heat to the laminate, so that water tends to evaporate, which is minimized by one or more of the following means.

즉, (1)은 적층물을 불투과성 포위체로 포위시킨다. 즉, 그 주선(edges)을 프레스또는 시일(seal)한 금속박사이에서 적층물 주위에 물로 포화시킨 분위기를 유지한다.That is, (1) surrounds the stack with an impermeable enclosure. That is, the edges are kept in an atmosphere saturated with water around the laminate between the pressed or sealed metal foils.

(2) 적당한 성형설계로 물을 신속하게 그 적층물로 되돌아가게 된다.(2) With a suitable molding design, water is quickly returned to the laminate.

(3) 수증기분위기 중에서 성형한다.(3) Molded in a steam atmosphere.

그 격막표면에 결합된 전극은 실제로 두 단판의 중앙요홈부 6및 11에 대응하는 돌출부를 갖고 있다.The electrode coupled to the diaphragm surface actually has protrusions corresponding to the central recesses 6 and 11 of the two end plates.

제5도는 조립상태에 있는 제4도의 전해조를 나타내며, 두 도면에서 대응하는 각각의 부재는 각각 동일한 부호이다.FIG. 5 shows the electrolyzer of FIG. 4 in an assembled state, in which the respective corresponding elements in each of the two figures have the same reference numerals.

제5도에서와 같이, 그 양극 단판 3과 그 음극단판 10이 동시에 조여져(clamp)나선상 코일시이트 또는 매트로된 압축성 전류콜렉터 13을 음극 14에 대하여 압축한다.As in FIG. 5, the positive end plate 3 and the negative end plate 10 are simultaneously clamped to compress the compressive current collector 13 made of spiral coil sheets or mats against the negative electrode 14.

전해조가 작동하는동안, 예로서 포화소듐 클로리드 염수로된 양극액이 양극실을 통하여 순환되고, 더 바람직하게는 새로운 양극액을 그실 저부부근의 입구파이프(도시생략)을 통하여 공급하며, 다 사용된 양극액을 발생염소와 함께 그 실의 상부(top)주변애 있는 출구파이프(도시생략)를 통하여 배출된다.During operation of the electrolyzer, for example, anolyte with saturated sodium chloride salt is circulated through the anode chamber, and more preferably fresh anolyte is supplied through the inlet pipe (not shown) near the bottom of the chamber, The anolyte is discharged together with the generated chlorine through an outlet pipe (not shown) around the top of the chamber.

음극실에는 그실 저면에 있는 입구파이프(도시생략)을 통하여 물또는 NaOH를 공급하여 얻어진 NaOH를 그 음극실의 상부단에 있는 출구파이프(도시생략)를 통하여 농축용액으로서 회수한다.NaOH obtained by supplying water or NaOH through an inlet pipe (not shown) at the bottom of the chamber is recovered as a concentrated solution through an outlet pipe (not shown) at the upper end of the cathode chamber.

그 음극에서 발생된 수소는 NaOH 농축용액과 함께 그 음극실상부에 있는 다른 출구파이프를 통하여 회수한다.Hydrogen generated at the cathode is recovered along with NaOH concentrated solution through another outlet pipe in the upper portion of the cathode chamber.

탄력성인 압축성 전류 콜렉터의 메쉬는 개방되어 있으므로 압축된 콜렉터를 통과하는 가스나 또는 전해질 흐름에 대하여 거의 저항은 없다.Since the mesh of the elastic compressible current collector is open, there is little resistance to gas or electrolyte flow through the compressed collector.

양극과 음극의 단판은 양자가 외부전원에 적당히 접속되어 전류는 일연의 리브 9에서 양극전류 콜렉터 8로 흐른다.Both ends of the anode and cathode plates are properly connected to an external power source, and current flows from the rib 9 to the anode current collector 8.

여기서 전류는 엑스팬디드 시이트, 즉 양극 전류콜렉터 7과 양극 7사이의 다수 접촉점을 통하여 양극 5로 전달된다.Here, current is delivered to anode 5 through a number of contacts between the expanded sheet, i.e., anode current collector 7 and anode 7.

이온전달은 양이온 교환막인 격막 5를 통하여 주로 일어나며, 전류는 전해조의 양극 7에서 음극 14로 양이온 교환막인 격막 5를 통하여 이동하는 소듐이온에 의해 전달된다.Ion transfer occurs mainly through the diaphragm 5, the cation exchange membrane, and current is transmitted by sodium ions moving through the diaphragm 5, the cation exchange membrane from the anode 7 to the cathode 14 of the electrolytic cell.

그 전류콜렉터 13은 전류를 음극 14에서 니켈와이어와 음극 사이에 있는 다수접촉점을 통하여 모아지므로 다수 접촉점을 통하여 그 음극단판 10으로 전달된다.The current collector 13 collects current through the multiple contact points between the nickel wire and the cathode at the cathode 14 and is thus transferred to the negative electrode plate 10 through the multiple contact points.

전해조를 조립한 다음 압축상태에 있는 그 전류콜렉터 13은 제품의 원두께, 즉 단일코일또는 그 크림프의 10-60%사이에서 변형하여 음극 14표면에 대하여, 즉 실제로 비변형성인 양극전류콜렉터 8로 나타내는 억제표면에 대하여 탄성 반동력을 가한다.After assembling the electrolytic cell, the current collector 13, which is in a compressed state, deforms between the product thickness, ie between 10-60% of a single coil or its crimp, to the cathode 14 surface, i.e., a positive current collector 8 that is actually unmodified An elastic reaction force is applied to the suppressed surface.

이와같은 반동력으로 음극 14와 양극 7을 가진 각각의 양극전류 콜렉터 8과 음극콜렉터 즉 압축성 전류콜렉터 13사이에 있는 접촉점에서 필요로 하는 압력을 유지한다.This reaction force maintains the required pressure at the point of contact between each anode current collector 8 with cathode 14 and anode 7 and cathode collector ie compressible current collector 13.

탄력성인 그 전류콜렉터의 인접 권선또는 인접크림프(crimps)간의 탄성변형치에 대한 기계적 억제구(restraints)가 없어도 양극전류콜렉터 8과 음극실의 중앙요홀부 표면 11로 표시되는 공동평면사이의 평면성 또는 평행성에서 불가피하게 발생하는 근소한 변위를 동일하게 조절한다.Planarity between the positive current collector 8 and the cavity plane represented by the surface of the central recessed hole 11 of the cathode chamber, without the need for mechanical restraints on the elastic deformation between adjacent windings or adjacent crimps of the current collector that is elastic. Equally control the slight displacement that inevitably occurs in parallelism.

따라서, 기준조립 공정에서 일반적으로 일어나는 이와같은 근소한 변위는 상당한 정도로 충분히 보상할수 있다.Thus, this slight displacement, which typically occurs in the reference assembly process, can be sufficiently compensated to a considerable extent.

제6도및 제7도는 제4도및 제5도에 나타낸 전해조의 탄력성이며 압축성있는 전류콜렉터 13(매트)의 바람직한 두 실시예의 일부 확대사시도를 개략적으로 나타낸 것이다.6 and 7 schematically show some enlarged perspective views of two preferred embodiments of the flexible and compressible current collector 13 (mat) of the electrolytic cell shown in FIGS. 4 and 5.

간단하것 하기위하여, 관련되는 부품만을 도시하였으며 제4도및 제5도에서와같이 동일부품은 동일한 부호를 나타낸다.For simplicity, only relevant parts are shown and the same parts have the same reference numerals as in FIGS. 4 and 5.

제6도의 탄력성있고 압축성인 매트는 직경 0.6mm의 니켈 와이어로된 일연의 나선형 원통상의 권선으로 그 코일은 제1도의 사진에서와 같이 서로 다른 내측으로 감으며, 그 코일의 지경이 10mm로 되는 것이 바람직하다.The elastic and compressible mat of FIG. 6 is a series of spiral cylindrical windings of nickel wire with a diameter of 0.6 mm, the coils of which are wound inside each other as shown in the picture of FIG. 1, and the diameter of the coil is 10 mm. It is preferable.

탄력성 직물또는 시이트 13a와 표면에 음극 14(층)를 갖고있는 격막 5사이에는 두께 0.3mm의 니켈의 엑스팬디드 시, 트인 엷은 박막의 다공성시이트 13b를 설치한다.Between the flexible fabric or sheet 13a and the diaphragm 5 having the negative electrode 14 (layer) on the surface, a thin thin porous sheet 13b was formed when expanded with a thickness of 0.3 mm.

그 다공성시이트 13b는 유연성이며 가요성으로, 격막 5에 대하여 압축할때 그 시이트 13a의 와이어루우프(loop)에 의해 가한 탄성 반동력으로 인한 굽힘(bending and flexing)에 대하여 거의 무시할수 있는 저항을 준다. 따라서 거의 저항이 없다.The porous sheet 13b is flexible and flexible, giving almost negligible resistance to bending and flexing due to the elastic reaction force exerted by the wire loop of the sheet 13a when compressed against the diaphragm 5. Thus there is little resistance.

제7도는 제6도와 유사한 실시예를 도시한 것이나, 여기서 탄력성있고 압축성인 직물또는 층 13a는 제3도의 사진에서와 같이 0.15mm직경의 니켈와이어의 크림프 편직직물이다.FIG. 7 illustrates an embodiment similar to FIG. 6, wherein the elastic and compressible fabric or layer 13a is a crimp knitted fabric of nickel wire of 0.15 mm diameter, as in the photograph of FIG.

제8도는 본 발명의 방법에 의한 다른 하나의 실시예를 나타낸 것으로, 본 발명의 방법에 의한 전해조의 압축성 전극또는 전류콜렉터를 구체화하여 특히 소듐클로리드염수 전기분해에 유용한 전해조는 임의로 액체불투과성, 절연주변가스킷(도시생략)을 삽입한 격막 5의 주변과 시일링(sealing)할 수 있게 그 전주변에 따라 접촉하는 시일표면 4를 구비한 수직형 양극단판 3을 갖고 있다.8 shows another embodiment according to the method of the present invention, in which the electrolytic cell of the electrolytic cell according to the method of the present invention is embodied, and the electrolyzer which is particularly useful for sodium chloride salt electrolysis is optionally liquid impermeable, It has a vertical positive electrode end plate 3 having a sealing surface 4 which is contacted along its entire circumference so as to seal the periphery of the diaphragm 5 into which an insulating peripheral gasket (not shown) is inserted.

그 양극단판 3은 염수를 도입하는 하부에서 다 사용한 염수또는 발생염소를 배출하는 상부(top area)로 형성된 표면을 가진 그 시일표면에 대하여 중앙요홈부 6을 구성하며 그 상부와 저부는 일반적으로 용이하게 연통되어 있다.The bipolar plate 3 constitutes a central recess 6 with respect to its seal surface having a surface formed of a top area for exhausting used brine or chlorine from the bottom into which the brine is introduced. Communicate with each other.

이 단판은 철제로 되어 있고 양극액과 접촉하는 그 측부는 티탄또는 다른 수동태 밸브메탈로 피복되거나 흑연또는 흑연과 화학저항성 수지바인더 또는 다른 양극저항성 물질의 성형성 혼합물로 피복된다.The end plates are of iron and their sides in contact with the anolyte are covered with titanium or other passive valve metals or with a formable mixture of graphite or graphite with a chemically resistant resin binder or other anodically resistant material.

이 양극은 귀금속및 / 또는 그 산화물및 백금족 금속의 혼합산화물등 비수동태성 전기분해 저항성 물질로 피복되거나 또는 도전성 기재상에 침착시킬때 양극표면으로 작용하는 다른 전기촉매피복을 하는 가스및 전해질 투과성 티탄, 니오륨또는 다른 밸브 메탈스크린또는 엑스팬디드시이트 즉 양극전류콜렉터 8로 구성되어있는 것이 바람직하다.The anode is a gas and electrolyte permeable titanium which is coated with a non-passive electrolysis resistant material such as a noble metal and / or a mixed oxide of its oxide and platinum group metal or with other electrocatalyst coating acting as the anode surface when deposited on a conductive substrate, It is preferred that it consists of a niobium or other valve metal screen or expanded sheet, i.e., an anodic current collector 8.

이 양극은 실제로 경질이며, 그 스크린은 과도한 저항손실없이 리브 9에서 전기분해용 전류를 이동시키는 데 충분한 두께로 되어있다.The anode is actually rigid and the screen is thick enough to move the electrolytic current in rib 9 without excessive resistive losses.

더 바람직하게는 거친 스크린 즉 양극전류콜렉터 8과 동일한 재료로된 유연한 메쉬스크린을 그 거친 스크린의 양극전류콜렉터 8표면에 설치시켜 격막표면에 30또는 그이상, 바람직하게는 60-100접촉점/cm2의 밀도로 그 격막과 미세한 접촉을 한다.More preferably, a coarse screen, ie, a flexible mesh screen made of the same material as the anode current collector 8, is installed on the surface of the anode current collector 8 of the coarse screen so that the surface of the diaphragm is 30 or more, preferably 60-100 contact points / cm 2. Make a fine contact with the diaphragm at a density of.

그 미세한 메쉬스크린은 그 거친스크린에 스폿용접을 하거나 또는 그 스크린의 양극 전류콜렉터 8과 격막 사이에서 샌드위치 형상으로 한다.The fine mesh screen is spot welded to the coarse screen or sandwiched between the anode current collector 8 and the diaphragm of the screen.

그 미세한 메쉬스크린은 귀금속 또는 양극액에 저항성있는 도전성 산화물로 피복한다.The fine mesh screen is coated with a conductive oxide that is resistant to precious metal or anolyte.

수직형 음극단판 10은 그 내측에 주변시일표면 12에 대하여 중앙요홈부 11를 가지며, 그 요홈부 11은 실제로 리브가 없는 평면상이며 그 시일표면 평면과 평행하다.The vertical negative electrode plate 10 has a central recess 11 in its inner side with respect to the peripheral seal surface 12, which recess 11 is actually on a plane without ribs and is parallel to the seal surface plane.

본 발명의 방법에 의한 바람직한 니켈합금제인 탄력성및 압축성 전극인 전류콜렉터 13은 그 음극단판 10의 중앙요홈부 11내측에 위치한다.The current collector 13, which is a flexible and compressible electrode, which is a preferred nickel alloy agent according to the method of the present invention, is located inside the central recess 11 of the negative electrode plate 10.

제8도의 실시예에서는 전극이 와이어로된 권선 또는 다수의 서로 얽혀있는 권선이며, 이들의 권선은 직접 격막 5와 서로 결합할 수도 있다.In the embodiment of FIG. 8, the electrode is a wire winding or a plurality of intertwined windings, the windings of which may be directly coupled with the diaphragm 5.

그러나, 스크린인 음극 14를 와이어 권선과 격막사이에 도시한 바와같이 삽설시키는 것이 바람직하며, 권선과 스크린을 서로 또 격막과 활동할수 있게(slidably) 결합시키는 것도 바람직하다.However, it is preferable to insert the cathode 14, which is a screen, as shown between the wire winding and the diaphragm, and it is also desirable to slidably couple the winding and the screen to each other and to the diaphragm.

권선의 인접간격은 권선사이, 예로서 권선에 의해 포위된 중앙부의 안과 밖으로 가스와 전해질의 흐름 또는 이동이용이하게 충분히 커야한다.Adjacent spacing of the windings should be large enough to facilitate the flow or movement of gas and electrolyte between and between the windings, for example in and out of the central portion surrounded by the windings.

이들의 공간은 일반적으로 와이어의 직경보다 3-4배 또는 그 이상으로 충분히 크다.Their space is generally sufficiently large, 3-4 times or more than the diameter of the wire.

압축하지 않은 권선 와이어코일의 두께는 시일표면 평면에 대한 중앙요홈부 11의 길이보다 10-60%더 큰것이 바람직하다.The thickness of the uncompressed winding wire coil is preferably 10-60% larger than the length of the center recess 11 with respect to the seal surface plane.

전해조를 조립할때 코일은 원두께의 10-60%범위로 압축시켜 탄성반동력을 80 내지 100g/cm2의 범위로 돌출표면에 가하는 것이 바람직하다.When assembling the electrolytic cell, the coil is preferably compressed in the range of 10-60% of the thickness to apply the elastic reaction force to the protruding surface in the range of 80 to 100 g / cm 2 .

그 음극단판 10은 철제또는 NaOH와 수소에 저항성 있는 다른 도전성 물질로 만들어진다.The negative electrode plate 10 is made of iron or other conductive material resistant to NaOH and hydrogen.

격막 5는 앞서 설명한바와 같이 유체 불투과성이며, 양이온 선택투과성인 이온교환막이 바람직하다.Diaphragm 5, as described above, is preferably an ion exchange membrane that is fluid impermeable and cation selective permeable.

스크린인음극 14는 일반적으로 니켈와이어 또는 음극상태에서 부식에 저항성있는 다른 재료로 만들어진다.Screen-cathode 14 is usually made of nickel wire or other material resistant to corrosion in the cathode state.

위 음극(스크린)은 강성을 가지나 바람직하게는 유연성이며, 비강성이다.The cathode (screen) is rigid but preferably flexible and non-rigid.

따라서 쉽게 구부릴 수 있어 격막의 음극표면의 불규측성을 수용, 합치시킬 수 있다.Therefore, it can be easily bent to accommodate and match the indeterminateness of the cathode surface of the diaphragm.

이들의 불규측성은 격막표면 그 자체에 있으나 더 일반적으로는 격막을 지지하는 강성양극에서 불규측성이다.Their non-determination is on the diaphragm surface itself, but more generally it is non-deterministic in the rigid anode supporting the diaphragm.

일반적으로 그 스크린은 권선보다 더 가요성이 있다.In general, the screen is more flexible than the winding.

위와같은 목적에서 그 스크린의 메쉬크기는 나사선의 권선(spiral) 사이의 구멍(opening) 크기보다 작아야하며, 폭과 길이가 0.5 내지 3mm인 구멍크기를 가진 스크린이 적당하나 보다 미세한 메쉬스크린이 본 발명의 실시예에서는 특히 바람직하다.For this purpose, the mesh size of the screen should be smaller than the size of the opening between the spirals of the thread, and screens with a hole size of 0.5 to 3 mm in width and length are suitable but finer mesh screens can be used. Particularly preferred in the examples.

간삽한 스크린은 여러가지의 기능을 나타낸다.The intermittent screen shows various functions.

첫째, 이 스크린은 전도성이므로 활성전극 표면을 가진다.First, the screen is conductive and has an active electrode surface.

둘째, 이 스크린은 권선또는 다른 압축성전극 부재가 그 격막을 국부적으로 마멸시키거나 침입시키거나 혹은 엷게 하는 것을 방지하며, 또 압축된 전극은 국부영역에서 그 스크린에 대하여 압압할 때 그 스크린은 인접하는 압력점 사이의 격막표면에 따라 압력을 분산하는 것을 돕고 또 변형된 권선부분이 격막을 침입하거나 또는 마멸(abrading)시키는 것을 방지한다.Secondly, the screen prevents the winding or other compressive electrode member from abrasion, invading, or thinning the diaphragm locally, and when the compressed electrode is pressed against the screen in the local area, the screen is adjacent to the screen. It helps to distribute the pressure along the diaphragm surface between the pressure points and prevents the deformed winding portion from invading or abrading the diaphragm.

전기분해 과정에서, 수소와 알카릴 금속히드록시드를 스크린상에서 또 일반적으로 나선일부분과 나선전체에 걸쳐 발생한다.In the process of electrolysis, hydrogen and alkali metal hydroxides are generated on the screen and generally throughout the helix and throughout the helix.

권선을 압축할 경우 그 이면표면, 즉 격막표면에서 떨어져 있거나 또는 간격이 있는 표면은 스크린과 격막에 근접하고, 물론 압축정도가 더 클수록 격막에서 권선까지의 평균간격이 더 작아지며 권선표면의 음극분극 또는 전기분해의 정도가 더 커진다.When the winding is compressed, its back surface, ie the surface separated or spaced from the diaphragm surface, is closer to the screen and the diaphragm. Of course, the greater the compression, the smaller the average distance from the diaphragm to the winding and the negative polarization of the winding surface. Or the degree of electrolysis is greater.

따라서, 압축효과는 음극의 전유효표면적을 증가시킨다.Therefore, the compression effect increases the total effective surface area of the cathode.

전극의 압축은 활성격막표면 1000A/m2또는 그 이상의 전류유량을 지탱하는데 필요로 하는 전전압을 효과적으로 저하시킬수 있다는 것을 확인하였다.It was confirmed that the compression of the electrode can effectively lower the total voltage required to support the current flow rate of 1000 A / m 2 or more of the active diaphragm surface.

동시에, 압축은 압축성전극이 전해질과 가스의 흐름에 개방되게 제한할 수 있다.At the same time, compression may limit the compressive electrode to open to the flow of electrolyte and gas.

따라서, 제9도에서와 같이 권선은 전해질과 가스가 상승할수 있는 중앙수직통로를 갖도록 개방되어 있다.Thus, as in FIG. 9, the winding is open to have a central vertical passage through which electrolyte and gas can rise.

더 나아가서, 권선사이의 공간은 음극액이 격막과 권선의 양측에 접근할수 있는 공간을 남겨 놓는다.Furthermore, the space between the windings leaves room for the catholyte to access both sides of the diaphragm and the windings.

권선의 와이어는 일반적으로 작아 직경 0.05 내지 0.5mm의 범위에 있다.The wire of the winding is generally small and in the range of 0.05 to 0.5 mm in diameter.

더큰 와이어도 사용될수 있으나, 더 강성이며 압축성이 적으므로 직경 1.5mm 이상을 초과하는 와이어의 사용은 드물다.Larger wires can also be used, but the use of wires larger than 1.5 mm in diameter is rare, as they are more rigid and less compressible.

제9도는 조립상태에 있는 제4도의 전해조를 나타낸 것으로 두 도면에서 대응하는 부분은 동일부호를 나타낸다.FIG. 9 shows the electrolyzer of FIG. 4 in an assembled state, in which the corresponding parts in the two figures have the same reference numerals.

이 도면에서와 같이, 그 양극 단판 3과 그 음극 단판 10을 동시에 조임으로써 음극 14에 대하여 나사선코일 시이트또는 매트인 전류콜렉터 13을 압축시킨다.As shown in this figure, the positive electrode end plate 3 and the negative electrode end plate 10 are simultaneously tightened to compress the current collector 13, which is a threaded coil sheet or mat, with respect to the negative electrode 14.

전해조가 작동하는 동안, 예로서 포화소듐클로리드 염수로된 양극액은 양극실을 통하여 순환되고, 더 바람직하게는 새로운 양극액이 실저부 부근의 유입파이프(도시생략)를 통하여 공급되며 다사용된 양극액은 발생염소와 같이 실의 상부주면에 있는 유출파이프(도시생략)을 통하여 배출된다.During operation of the electrolyzer, the anolyte, for example saturated sodium chloride brine, is circulated through the anode chamber, and more preferably fresh anolyte is supplied through an inlet pipe (not shown) near the bottom of the chamber and used up. Anolyte is discharged through an outflow pipe (not shown) on the upper circumferential surface of the seal, such as chlorine generated.

음극실에는 물또는 묽은 알칼리수용액을 실의 저부의 유입파이프(도시생략)에서 공급하여 얻어진 알칼리는 음극실의 상부단의 유출파이프(도시생략)을 통하여 진한 용액으로 회수된다.In the cathode chamber, alkali obtained by supplying water or diluted alkaline aqueous solution from the inlet pipe (not shown) at the bottom of the chamber is recovered as a thick solution through the outlet pipe (not shown) at the upper end of the cathode chamber.

음극에서 발생한 수소는 진한 NaOH용액과 같이 또는 실의 상부의 다른 유출파이프를 통하여 음극실에서 회수된다.Hydrogen generated at the cathode is recovered in the cathode chamber together with concentrated NaOH solution or through another outflow pipe at the top of the chamber.

양극과 음극의 단판은 다같이 외부전원에 적당히 접속되어 전류는 일련의 리브 9를 통하여 양극 8로 흐른다.Both ends of the anode and cathode are properly connected to an external power source, and current flows through the series of ribs 9 to the anode 8.

이온 전달은 주로 이온교환막인 격막 5를 통하여 일어난 전류는 전해조의 양극 8에서 음극 14로 그 양이 온성인 격막 5를 통하여 실제로 전달된다.The ion transfer is mainly through the diaphragm 5, which is the ion exchange membrane, and the current is actually transferred through the diaphragm 5, the amount of which is positive from the anode 8 to the cathode 14.

두 전극은 다수의 접촉점을 그 격막에 주어 전류는 결국 다수의 접촉점을 통하여 그 음극단판 10으로 흐른다.The two electrodes give a plurality of contact points to the diaphragm so that a current eventually flows through the plurality of contact points to the cathode plate 10.

전해조를 조립한 다음, 제품의 원두께, 즉 단일코일 또는 그 크림프의 10-60%변형을 수반하는 압축상태의 전류콜렉터 13은 음극 14에 대하여 비교적 더 강성이며 실제로 비변형성인 양극 또는 양극전류 콜렉터 8에 의해 나타낸 억제표면에 대하여 탄성반동력을 가한다.After assembling the electrolytic cell, the current collector 13 in its compressed state with 10-60% deformation of the raw material's thickness, ie single coil or its crimp, is a relatively stiff and actually unmodified positive or positive current collector for the negative electrode 14. An elastic reaction force is applied to the suppression surface indicated by 8.

이와같은 반동력은 그 음극과 그 격막사이외에 스크린 부분과 음극 14의 권선부분사이의 접촉점에 필요로 하는 압력을 유지한다.This reaction force maintains the required pressure at the point of contact between the screen portion and the winding portion of the cathode 14, in addition to the cathode and the diaphragm.

나사선권선과 스크린이 서로간에 그리고 격막이외에 후보지지벽에 대해서 활동(slideable)할수 있게 되므로 탄력성 전극의 인접권선또는 인접크림프 사이의 탄성변형차에 대한 기계적 억제가 없어도 각각, 그 양극 8과 음극실의 중앙요홈부 11지지면에 의해 나타내는 공동작동 평면사이의 평행성 또는 평면성에서 불가피하게 일어나는 근소한 편차(변위)를 횡방향으로 동일하게 조절할 수 있다.Since the thread winding and the screen can slide against each other and the candidate support wall besides the diaphragm, the center of the anode 8 and cathode chamber, respectively, without mechanical suppression of the elastic strain difference between the adjacent winding of the flexible electrode or the adjacent crimp, respectively. A slight deviation (displacement) inevitably occurring in parallelism or planarity between the co-operation planes represented by the groove 11 ground can be equally adjusted in the transverse direction.

따라서, 표준 조립과정에서 일반적으로 발생하는 이와같은 근소한 편차는 상당한 정도로 보상이 된다.Thus, such small deviations that typically occur in standard assembly processes are compensated to a considerable extent.

본 발명의 방법에 의한 탄력성전극의 잇점은 직열배치로 다수의 단위 전해조를 조여(clamp)높은 생산능력의 모콜(module)을 형성한 공업적 필터프레스타입의 전해장치에 의해 완전히 실현시킬수 있다.The advantage of the flexible electrode according to the method of the present invention can be fully realized by an industrial filter press type electrolytic apparatus in which a module of high production capacity is formed by clamping a plurality of unit electrolyzers in a direct heat arrangement.

이경우, 중간전해조의 단판은 각각의 표면상에서 양극과 음극의 전류콜렉터를 가진 쌍극분리기(bipolar seperator)의 표면으로 표시된다.In this case, the end plates of the intermediate electrolyzer are marked on the surfaces of bipolar seperators with current collectors of anode and cathode on their respective surfaces.

따라서, 이 쌍극분리기는 각 전극실의 벽을 형성하도록 작동하는 이외에 하나의 전해차의 양극을 직열로 된 인접전해실의 음극에 전기접속한다.Therefore, the dipole separator electrically connects the positive electrode of one electrolytic vehicle to the negative electrode of the adjacent electrolytic chamber in series in addition to operating to form the wall of each electrode chamber.

이들 전극의 변형성이 높아지기 때문에 본 발명의 탄력성이며 압축성인 전극은 그 필터프레스타입 모듈의 조임압력을 각 단일전해조에 보다 균일한 분포를 준다.Since the deformability of these electrodes is increased, the flexible and compressible electrode of the present invention gives more uniform distribution of the tightening pressure of the filter press type module to each single electrolytic bath.

이와같은 사실은 특히 각 격막의 반대측이 비교적 강성인 양극 8에 의해 견고하게 지지될때 나타난다.This is especially true when the opposite side of each diaphragm is firmly supported by a relatively rigid anode 8.

이와같은 직열전해조에서는 단일 전해조의 시일표면상에서의 탄력성 가스킷의 사용이 압축필터 프테스타입모듈의 탄력성을 그 격막탄력성으로 제한시키는 것을 피하기 위하여 바람직하다.In such direct heat baths, the use of a flexible gasket on the seal surface of a single electrolyzer is desirable to avoid limiting the elasticity of the compression filter ptest type module to its diaphragm elasticity.

따라서, 직열로된 각 전해조 내부의 탄성콜렉터의 탄성변형성을 얻을수 있어 큰 잇점을 가진다.Therefore, the elastic deformation of the elastic collector inside each electrolytic cell in series can be obtained, which has a great advantage.

제10도는 또다른 하나의 실시예를 나타낸 것으로, 전극의 압축성부재로서 나사선 권선대신 서로 엔혀있는 와이어의 크림프직물을 사용하고, 또 추가한 전해질 통로가 전해질 순환을 위하여 구성되어 있다.FIG. 10 shows yet another embodiment, in which a crimp fabric of wires wound together instead of a screw winding is used as the compressible member of the electrode, and an additional electrolyte passage is configured for electrolyte circulation.

도시에서와 같이, 전해조는 양극단판 103과 음극단판 110으로 구성되어 양자는 수직평면으로 양극공간 106과 음극공간 111을 포위하는 측벽을 가진 차넬(channel) 형태로 수직평목에 설치되어 있다.As shown in the figure, the electrolytic cell is composed of a positive electrode plate 103 and a negative electrode plate 110, both of which are installed in a vertical plane in the form of a channel (channel) having side walls surrounding the anode space 106 and the cathode space 111 in a vertical plane.

각 단판은 또 각단판의 평면에서 돌출되는 측벽에 주변시일 표면을 가지며, 단판 104는 양극시일 표면이며 단판 112는 음극시일표면이다.Each end plate also has a peripheral seal surface on the side wall protruding from the plane of each end plate, the end plate 104 is the anode seal surface, and the end plate 112 is the cathode seal surface.

이들의 시일표면은 측벽사이의 포위공간을 통하여 형성된 격막 105를 지지하고 있다.These seal surfaces support the diaphragm 105 formed through the enclosing space between the side walls.

양극 108은 티탄의 엑스팬디드 메탈또는 다른 다공성양극의 저항성 기재 된 비교적 강성인 비압축성 시이트로 구성되어 있으며, 바람직하게는 그위에 비수동태화 피복 예로서 백금족금속, 그 산화물 또는 혼합산화물 피복으로 되어있다.Anode 108 consists of a relatively rigid, incompressible sheet that is resistive based on expanded metals of titanium or other porous anodes, preferably with a non-passivated coating such as platinum group metal, oxides or mixed oxide coatings thereon.

이 시이트는 양극판의 측벽내부에 적합한 크기로되어 있으며, 또 양극단판 103의 기체 또는 웨브(web)에 고착되고 돌출되는 간격이 있는 전도성금속 또는 흑연리브 109에 의해 견고하게 지지되어있다.The sheet is sized to fit inside the side wall of the anode plate and is firmly supported by a spaced conductive metal or graphite rib 109 that sticks and protrudes into the substrate or web of the anode plate 103.

리브간의 공간은 그 공간의 저부에서 공급하여 그 공간의 상부에서 배출하는 양극액의 흐름을 용이하게 한다.The space between the ribs facilitates the flow of the anolyte supplied from the bottom of the space and discharged from the top of the space.

단판과 리브의 전체는 흑연또는 티탄을 피복한 철또는 다른 적당한 재료로 되어있다.The whole of the plate and ribs is of iron or other suitable material coated with graphite or titanium.

양국으로서의 시이트 108를 지지하고 있는 리브단부는 예로서 백금으로 피복하여 전기접촉을 개량하며, 또 피복하지 않을 수 있고 그 양극의 시이트 108을 리브 109에 용접할 수도 있다.The rib end portion supporting the sheet 108 as both countries may be coated with, for example, platinum to improve electrical contact, and may not be coated, and the sheet 108 of the anode may be welded to the rib 109.

강성이며 다공질인 양극의 시이트 108은 직립위치로 단단히 지지되어 있다.The rigid, porous anode sheet 108 is firmly supported in an upright position.

이 시이트는 격막에서 떨어져 상방향으로 경사진 구멍이 있는 엑스팬디드 메탈로 되어 상승하는 가스기포를 격막 105의 공간쪽으로 향하게한다(제11도 참조).The sheet is made of expanded metal with a hole inclined upwardly away from the diaphragm to direct the rising gas bubbles toward the space of the diaphragm 105 (see FIG. 11).

더 바람직하게는 양극반응, 즉 염소발생에 대하여 낮은 과전압을 가진 귀금속 또는 도전성 산화물인 비수동태성층으로 피복시킨 티탄또는 다른 밸브메탈로된 시세한 메쉬의 유연성인 스크린 108a가 강성이며 다공성인 시이트 108과 격막 105사이에 설치되어 있다.More preferably, screen 108a, which is a flexible mesh of titanium or other valve metals coated with a non-passive layer of noble metals or conductive oxides having a low overvoltage for chlorine evolution, ie chlorination, is characterized by a rigid and porous sheet 108; It is installed between the diaphragms 105.

미세한 메쉬의 스크린 108a는 적어도 30접촉점/cm2이상의 격막을 가진 극히 적은 면적의 면촉밀도를 가지며, 거치른 스크린 108a에 스폿용접을 할수도 있고 하지 않을 수도 있다.The fine mesh screen 108a has a very small surface area density with a diaphragm of at least 30 contact points / cm 2 and may or may not be spot welded on the screen 108a.

음극측에서는 리브 120이 음극단판 110의 기체(base)에서 바깥쪽으로 음극공간 111의 전길이에 걸쳐 형성되어 있다.On the cathode side, ribs 120 are formed over the entire length of the cathode space 111 outward from the base of the anode plate 110.

이들의 리브는 전해조를 통하여 간격을 두어 전해질 흐름에 대하여 평행한 공간을 제공한다.These ribs are spaced through the electrolyzer to provide space parallel to the electrolyte flow.

앞서 설명한 실시예에서와 같이 음극단판과 리브는 철제또는 니켈철 합금또는 다른 음극저항성 물질로 되어있다.As in the above-described embodiment, the negative electrode plate and the rib are made of iron or nickel iron alloy or other negative electrode resistant material.

도전성의 리브 120에는 다공성이며 일축에서 다른축으로 전해질이 순환될 수 있는 비교적 강성인 압력판 122를 용접한다.The conductive rib 120 is welded to a relatively rigid pressure plate 122 that is porous and allows the electrolyte to circulate from one axis to the other.

일반적으로, 이들의 구멍(opening)은 상방향으로 또 격막이나 압축성전극에서 공간 111(제11도 참조)쪽으로 경사져 있다.In general, these openings are inclined upward and toward the space 111 (see FIG. 11) at the diaphragm or the compressive electrode.

그 압력판 122는 도전성으로, 전극에 극성을 주고 여기에 압력을 가하도록 작용하며, 철, 니켈, 구리또는 그 합금으로된 엑스팬디드 메탈이나 두터운 스크린으로 구성되어 있다.The pressure plate 122 is electrically conductive, and acts to apply polarity to and pressure on the electrode, and is composed of an expanded metal or a thick screen made of iron, nickel, copper, or an alloy thereof.

비교적 미세하고 가요성있는 스크린 114는 격막 105의 활성표면의 음극측을 지지하고 있으며, 가요성있고 비교적 엷기 때문에 격막의 외형, 따라서 양극 108의 외형(스크린)으로 된다.The relatively fine and flexible screen 114 supports the cathode side of the active surface of the diaphragm 105, and is flexible and relatively thin, resulting in the outer appearance of the diaphragm and thus the outer appearance (screen) of the anode 108.

이 스크린은 실제로 음극으로 작용하므로 전도성, 즉 니켈 와이어또는 다른 음극저항성 와이어의 스크린이며, 낮은 수소과전압표면을 갖는다.This screen actually acts as a cathode and therefore is a screen of conductive, ie nickel or other cathodic wire, and has a low hydrogen overvoltage surface.

이 스크린은 적어도 30접촉점/cm2이상의 격막을 가진 극히 적은 면적의 접촉밀도를 갖는 것이 바람직하다.The screen preferably has a very small area of contact density with a diaphragm of at least 30 contact points / cm 2 or more.

압축성매트 113은 음극스크린 114와 음극으로서의 압력판 122사이에 설치되어 있다.The compressible mat 113 is provided between the negative electrode screen 114 and the pressure plate 122 as the negative electrode.

제10도에서와 같이 그 매트는 그림프 또는 주름와이어-메쉬직물(crimped or wrinkled wire-mesh fabric)로서, 그 직물은 제3도에서와 같은 타입의 개방메쉬 편직와이어가 바람직하며, 와이어 스트랜드(wire strand)는 서로 얽혀있는 루우프를 가진 비교적 평편한 직물로 짝여져 있다.As in FIG. 10, the mat is a crimped or wrinkled wire-mesh fabric, and the fabric is preferably an open mesh knitted wire of the same type as in FIG. The wire strands are paired with a relatively flat fabric with intertwined loops.

이때 이 직물은 예로서 0.3 내지 2cm간격으로 떨어지도록 근접시켜 압축성 직물자체의 두께가 5-10mm의 물결(wave)형상으로 크림프되게 하거나 주름잡히 게한다.At this time, the fabric is brought close to each other by 0.3 to 2 cm intervals so that the thickness of the compressible fabric itself is crimped or wrinkled into a wave shape of 5-10 mm.

이 크림프는 제3도에서와 같이 지그재그 또는 오늬무늬 모양으로 이 직물의 메쉬는 더 거칠게 된다.The crimp is zigzag or unil patterned, as in Figure 3, making the fabric mesh coarser.

즉, 그 스크린 114보다 더 큰 구멍크기를 갖는다.That is, it has a larger hole size than the screen 114.

제10도에서와 같이, 이 물결형상의 직물 113은 더 미세한 메쉬스크린 114와 더 강성인 엑스팬디드 메탈의 압력판 122사이의 공간에 설치되어 있다.As in FIG. 10, this wavy fabric 113 is provided in the space between the finer mesh screen 114 and the pressure plate 122 of the more rigid expanded metal.

이 물결형상은 그 공간을 통하여 형성되고 압축성직물의 공간비는 그 직물에 의해 점유된 겉보기 용적의 57%이상, 바람직하게는 85 내지 96%이다.This wavy shape is formed through the space and the space ratio of the compressive fabric is at least 57%, preferably 85 to 96% of the apparent volume occupied by the fabric.

도시되어 있는 바와같이, 물결형상은 수직 또는 경사방향으로 형성되어 있어 가스와 전해질의 상방향 자유흐름통로를 구성하여 그 통로는 직물의 와이어에 의해 실제로 방해를 받지 않는다.As shown, the wave shape is formed in a vertical or oblique direction to constitute an upward free flow path of gas and electrolyte so that the passage is not actually obstructed by the wire of the fabric.

이와같은 사실은 그 물결의 양측의 메쉬구멍이 유체의 흐름을 자유롭게 통과할수 있게하므로 한쪽에서 다른쪽으로 전해 를 통하여 그 물결이 형성되어 있을때 나타난다.This fact occurs when the mesh holes on both sides of the wave are free to pass through the flow of fluid so that the wave forms through electrolysis from one side to the other.

다른 실시예에서 설명한 바와같이 그 음극단판 110과 그 양극단판 103은 서로 꼭조여(clamp), 격막 105 또는 단벽사이에 설치된 외부의 대기에서 그 격막을 차단하는 가스킷을 지지한다.As described in another embodiment, the negative electrode plate 110 and the positive electrode plate 103 are clamped together to support a gasket that blocks the diaphragm from the outside atmosphere provided between the diaphragm 105 or the single wall.

그 조임압력은 물결형상의 직물인 압축성매트 113을 미세한 스크린 114에 압축하고 그다음 그 격막을 반대측 양극 108a에 가압하여 이 압축력은 전압체를 낮게 한다.The tightening pressure compresses the compressible mat 113, which is a wavy fabric, into a fine screen 114, and then presses the diaphragm to the opposite anode 108a, which forces the voltage body low.

비압축직물로서의 압축성매트 113의 전체두께를 6mm로 한 실험에서 돌출전극면적에 있어서 3000A/m2의 전류밀도로 압축성 시이트를 두께 4.0mm 및 2.0mm로 압축할때 0압축에서 동일한 전류밀도일때와 비교하여 약 150mV의 전압저하가 되었음을 확인하였다.In the experiment where the total thickness of the compressible mat 113 as an uncompressed fabric was 6 mm, when compressing the compressible sheet to a thickness of 4.0 mm and 2.0 mm at a current density of 3000 A / m 2 in the protruding electrode area, the same current density at 0 compression was obtained. In comparison, it was confirmed that the voltage drop of about 150mV.

0압축에서 4mm 사이에서는 5-150mV의 대비할수 있는 전압강하가 관찰되었다.A comparable voltage drop of 5-150 mV was observed between 0 and 4 mm at zero compression.

전해조전압은 실제로 약 2mm의 압축까지는 일정하게 유지되어 압축이 2.0mm이하로, 즉 직물의 원두께의 약 30%이하로 될때 약간 상승하기 시작하였다.The electrolytic cell voltage actually remained constant up to a compression of about 2 mm and started to rise slightly when the compression was less than 2.0 mm, i.e., less than about 30% of the fabric thickness.

이와같은 사실은 염수 전기분해처리에서 5%또는 그 이상 실질적인 에너지절약을 나타낸다.This fact represents substantial energy savings of 5% or more in saline electrolysis.

본 실시예를 작동할때 실제로 포호소듐클로리드 수용액을 전해조 저부에 공급하여 리브 109사이의 통로또는 격막 105의 공간을 통하여 상방향으로 흐르며, 소모된 염수와 발생염소는 전해조의 상부에서 유출된다.When operating this embodiment, the aqueous phhosodium chloride solution is actually supplied to the bottom of the electrolyzer to flow upward through the passage between the ribs 109 or the space of the diaphragm 105, and the consumed brine and the generated chlorine flow out of the top of the electrolyzer.

물또는 묽은 소듐히드록시드는 음극실 저부에 공급하여 통로(음극공간) 111과 압축된 메쉬의 시이트 113의 공간을 통하여 상승하고 발생수소와 알칼리를 전해조의 상부에서 취출한다.Water or dilute sodium hydroxide is fed to the bottom of the cathode chamber to ascend through the passageway (cathode space) 111 and the space of the compressed mesh sheet 113 and withdraw hydrogen and alkali from the top of the electrolyzer.

전기분해는 양극과 음극의 단판사이에 직류전압을 인가하여 실시한다.Electrolysis is carried out by applying a DC voltage between the anode and cathode plates.

제11도는 전해조의 흐름패턴을 나타내는 수직단멸도로서, 가압판 122의 상부구멍이 루우버(louber)구조로 되어 압축직물인 압축성매트 113에서 상방향의 경사출구를 형성하며 발생수소 또는 전해질의 일부분이 후부전해질실인 통로 111(제10도)로 유출된다.11 is a vertical cross-sectional view showing the flow pattern of the electrolytic cell, wherein the upper hole of the pressure plate 122 is a louver structure to form an upward inclined outlet on the compressible mat 113, which is a compressed fabric, and a part of hydrogen or electrolyte generated It flows out into the passage 111 (FIG. 10) which is a posterior electrolyte chamber.

따라서, 압력탄 122의 배면의 수직공간과 압축성 메쉬시이트인 압축성매트 113에 의해 차지한 공간은 상방향전해질과 가스의 흐름을 제공한다.Thus, the vertical space on the back side of the pressure coal 122 and the space occupied by the compressible mat 113 which is the compressible mesh sheet provide the flow of the upward electrolyte and gas.

이와같은 두 음양극실에 의하여, 압력판 122와 격막사이의 간극을 감소시켜 그 압축성매트 113의 압축을 증가시키면서 유체의 흐름에 대하여 그 압축성매트를 개방하여 음극의 활성부분의 전체유효 표면적을 증가시킨다.These two anode chambers reduce the gap between the pressure plate 122 and the diaphragm, increasing the compression of the compressible mat 113 and opening the compressive mat with respect to the flow of fluid to increase the total effective surface area of the active part of the cathode. .

제12도는 전해조의 작동방식을 표시한 것이다.12 shows how the electrolyzer works.

도시한 바와같이, 제5, 9도 또는 10도의 단면도에 나타낸 타입의 수직형 전해조 20은 그 전해조의 양극액실(양금부) 저부로 들어오는 양극액 유입라인(line) 22와 양극부의 상부에서 나오는 양극액 유출라인 24로 구성되어 있다.As shown, the vertical electrolytic cell 20 of the type shown in the cross-sectional view of the fifth, nineth or tenth degree has an anolyte inflow line 22 which enters the bottom of the anolyte chamber (positive part) of the electrolyzer and an anode from the top of the anode part. It consists of liquid outlet line 24.

이와 동일하게 음극액 유입라인 26은 전해조 20의 음극액실 저부로 유입되고, 음극부는 그 음극부의 상부에 위치한 유출라인 28을 가진다.Similarly, the catholyte inflow line 26 flows into the bottom of the catholyte chamber of the electrolytic cell 20, and the cathode portion has an outflow line 28 located above the cathode portion.

그 양극부는 양극측에서 압압된 양극 8과 음극측에서 압압된 음극 14를 가, 격막 5에 의해 음극부에서 분리되었다.The anode portion was separated from the cathode portion by a diaphragm 5 with the anode 8 pressed on the anode side and the cathode 14 pressed on the cathode side.

격막-전극은 상방향으로 형성되어 있고, 일반적으로 그 높이는 약 0.4 내지 1m 또는 그 이상이다.The diaphragm-electrode is formed in an upward direction, and generally its height is about 0.4 to 1 m or more.

양극실 또는 양극부는 격막및 일측면상의 양극과 다른 측면상의 양극단벽 6(제 5, 9 또는 105)에 의해 포위되고, 음극실 또는 음극부는 격막및 일측면상의 음극과 다른측면상의 직립음극단벽에 의해 포위되어 있다.The anode chamber or anode portion is surrounded by a diaphragm and an anode end wall 6 (fifth, ninth or 105) on the other side and the anode on one side, and the cathode chamber or cathode portion is placed on an upright cathode end wall on the other side of the membrane and the cathode on one side. Surrounded by

이와같은 장치를 조작할때 염수(brine)를 공급탱크 30에서 밸브라인 32를 통하여 양극액 유입라인 22로 공급하며, 순환탱크 34를 설치하여 그탱크의 하부에서 라인 5'를 통하여 염수를 배출시킨다.When operating such a device, brine is supplied from the supply tank 30 to the anolyte inlet line 22 through the valve line 32, and a circulation tank 34 is installed to discharge the brine through the line 5 'from the bottom of the tank. .

양극부 저부로 들어오는 용액중 염수농도는 그라인 32를 통과하는 상대적흐름비의 량을 조절하여 포화에 가깝도록 하고 그 양극부 저부에 들어오는 염수는 상방향으로 흘러 양극과 접촉한다.The brine concentration in the solution entering the bottom of the anode adjusts the relative flow rate through line 32 to be close to saturation, and the brine entering the bottom of the anode flows upward and contacts the anode.

그결과 염소는 발생하고 양극액과 함께 상승하여 양자는 라인 24를 통해서 탱크 34로 배출된다.As a result, chlorine is generated and rises with the anolyte, which is discharged to tank 34 via line 24.

그다음 염소는 분리되어 도시한 바와같의 출구 36을 통하여 배출되고 그 염수는 탱크 34에 모아져 재순환된다.The chlorine is then separated off and discharged through outlet 36 as shown and the brine is collected in tank 34 and recycled.

이염수의 일부분은 소모염수(depleted brins)로서 오우버플로우라인(over flow line) 40을 통하여 취출되어 재포화및 정체를 시키기 위하여 고체알칼리 금속할로겐화물원(source)으로 보낸다.A portion of this brine is depleted brins and is taken out through the over flow line 40 and sent to a solid alkali metal halide source for resaturation and stagnation.

할로겐 화합물또는 다른 화합물의 형태로서의 알칼리 토류금속은 낮은 농도로 유지되어 알칼리 금속할로겐 화합물의 1ppm이하이며, 알칼리할로겐 화합물 10억 중량부당 알칼리토류 금속 50 내지 100중량부 정도의 낮은 농도로 유지될 때가 많다.Alkaline earth metals in the form of halogen compounds or other compounds are kept at a low concentration, less than 1 ppm of alkali metal halogen compounds, and are often maintained at a low concentration of 50 to 100 parts by weight of alkaline earth metal per billion parts by weight of alkali halogen compounds. .

음극측에서는 물을 탱크또는 다른 공급원 42에서 라인 44를 통하여 라인 26으로 공급되고 라인 44는 순환라인 26으로 배출하여 여기서 순환탱크에서 라인 26을 통하여 나오는 순환알칼리금속 히드록시드(NaOH)와 혼합된다.On the cathode side, water is fed from tank or other source 42 to line 26 via line 44 and line 44 exits to circulation line 26 where it is mixed with circulating alkali metal hydroxide (NaOH) exiting line 26 from the circulation tank.

물-알카리금속 히드록시드 혼합물이 음극부 또는 음극실의 저부로 유입되어 압축된 가스투과성의 압축성 매트(제 5, 9 또는 10, ) 또는 전류콜렉터 13을 통하여 그음극실 상부로 상승한다.The water-alkali metal hydroxide mixture enters the cathode section or the bottom of the cathode chamber and ascends above the cathode chamber through a compressed gas-permeable compressive mat (5, 9 or 10,) or current collector 13.

흐르는 동안, 그 효합물은 음극과 접촉하여 수소가스 이외에 알칼리 금속히드록시드가 발생한다.While flowing, the compound contacts the cathode to generate alkali metal hydroxides in addition to hydrogen gas.

음극액은 라인 28을 통하여 탱크 46으로 배출되며 여기서 수소가 출구 48을 통하여 분리된다.Catholyte is discharged to tank 46 via line 28 where hydrogen is separated through outlet 48.

알칼리금속 히드록시드용액은 라인 50을 통하여 취출되고, 라인 44를 통하여 공급되는 물을 조절하여 NaOH 또는 다른 알칼리등의 농도를 필요한 농도로 유지시킨다.The alkali metal hydroxide solution is withdrawn via line 50 and the water supplied through line 44 is adjusted to maintain the concentration of NaOH or other alkalis at the required concentration.

이와같은 농도는 알칼리금속 히드록시드 5또는 10wt%이나 일반적으로 약 15wt%이상이며, 15wt% 내지 40wt%가 더 바람직하다.Such concentrations are 5 or 10 wt% of alkali metal hydroxide, but are generally at least about 15 wt%, more preferably 15 wt% to 40 wt%.

가스가 두 전극에서 발행되므로 발생가스의 가스상승 특성의 잇점을 이용할수 있고, 이것은 전해조를 액이 흐르는 상태로 조작하여 양극실및 음극실을 비교적 좁게, 예로서 0.5-8cm로 유지시켜 달성할수 있다.Since the gas is emitted from two electrodes, it is possible to take advantage of the gas rise characteristics of the generated gas, which can be achieved by operating the electrolyzer in the state of liquid flow and keeping the anode chamber and the cathode chamber relatively narrow, for example, 0.5-8 cm. .

이와같은 조건에서 발생가스는 전해질과 전해질의 슬러지(sluge)를 동반하면서 급속하게 상승한다.Under these conditions, the generated gas rises rapidly, accompanied by sludge of the electrolyte and the electrolyte.

또 가스는 배출파이프를 통하여 순환탱크로 배출되고 이 순환은 필요에 따라 펌프에 의해 순한시킨다.In addition, the gas is discharged into the circulation tank through the discharge pipe and this circulation is smoothed by a pump as necessary.

본 발명의 전류콜렉터로서 사용에 적합한 직조금속 직물은 영국의 서리(surrey), 소우드크로이돈(south croydon)의 니트메쉬 리미리드(knitmesh limited)에서 제작되고 있으며, 그 직조직물의 칫수와 와이어의 굵기는 여러 종류가 있다.Woven metal fabrics suitable for use as the current collector of the present invention are manufactured in knit mesh limited of Surrey, South Croydon, England, and the dimensions and wires of the fabric There are several kinds of thickness.

일반적으로 사용되는 와이어는 0.1-0.7mm이나 보다 굵고, 가는 와이어도 사용되며 이들의 와이어를 편직하여 약 1-4stitches/cm, 바람직하게는 약 2-4stitches/cm로 한다.Commonly used wires are 0.1-0.7 mm thicker and thinner, although thinner wires are used to knit them to about 1-4 stitches / cm, preferably about 2-4 stitches / cm.

물, 광범위하게 변환시킬수 있으며 5-100메쉬의 물결형상의 와이어 스크린으로 할수있다.Water can be converted to a wide range, and can be done with a 5-100 mesh wavy wire screen.

혼직, 교직또는 편직 금속시이트를 크림프하여 반복되는 물결형상의 접형을 성형시키거나, 흐슨하게 편직 또는 다른 방법으로 배열시켜 와이어직경의 5-10배 또는 그 이상의 두께의 직물을 형성하여 시이트를 압축성으로 한다.Crimping a blended, cross-woven or knitted metal sheet to form a repeating wavy splinter, or loosely knitting or otherwise arranged to form a fabric 5-10 times the wire diameter or more, making the sheet compressible do.

그러나, 그 구조는 서로 얽혀 그 운동을 조하시키므로 그 직물의 탄성은 유지된다.However, the structure is entangled with each other to assist the movement so that the elasticity of the fabric is maintained.

이와같은 사실은 규칙 정연한 간격의 물결형상으로 크림프할때 예로서 오니무늬 형상으로 할때 특히 더 나타난다. 요구에 따라 이 편직직물을 수개의 층으로 겹칠수도 있다.This is especially true when crimping into regular squarely spaced wavy shapes, for example when forming sludge patterns. If desired, the knit fabric may be stacked in several layers.

제3도에서와 같은 권선구조를 사용할때 와이어 권선은 탄성적으로 압축할수 있게 되어야 한다.When using the winding structure as in FIG. 3, the wire winding should be elastically compressible.

와이어의 직경과 권선의 직경은 다같이 필요로한 압축성과 탄력성을 주도록 구성된 것이다.The diameter of the wire and the diameter of the winding are both configured to give the necessary compressibility and elasticity.

권선의 직경은 압축하지 않은 상태에서 일반적으로 와이어직경의 10배또는 그 이상이다.The diameter of the winding is usually 10 times or more of the wire diameter without compression.

예로서, 직경 10mm의 니켈와이어를 직경 약 10mm의 권선에 감아 사용하면 족하다.For example, a nickel wire having a diameter of 10 mm may be wound around a winding having a diameter of about 10 mm.

위에서와같이 와이어가 음극일때 니켈와이어가 적당하다.As above, nickel wire is suitable when the wire is negative.

그러나 전해질 또는 수소위성화(危性化)에 의한 음극반응 공격또는 부식에 저항할수 있는 다른 금속을 사용할수 있으며, 이들 금속으로는 스테인레스강, 구리, 은으로 피복한 구리등이 있다.However, other metals that can resist cathodic reaction attack or corrosion by electrolyte or hydrogen satellite may be used. These metals include stainless steel, copper and copper coated with silver.

위의 실시예에서 압축성 콜렉터를 음극측으로 표시하였으나 이 전해조의 극성을 역으로 하여 압축성콜렉터를 양극측으로 할수 있다.In the above embodiment, the compressible collector is indicated as the cathode side, but the compressive collector can be made to the anode side by reversing the polarity of the electrolytic cell.

물론, 이경우에 전극와이어는 염소와 양극반응 공격에 저항성이 있어야하며 그 와이어는 밸브메탈, 즉 티탄또는 니보늄, 바람직하게는 백금족금속 또는 그 산화물, 2금속스피넬(bimettallic spinel), 회티탄석(peroskite)등 양극공격에 저항성있는 도전성, 비수동태화층으로 피복된 것이다. 경우에 따라서, 압축성부재를 양극측에 사용하는 것은 할로겐 화합물의 전해질을 전극-격막의 경계면에 공급시키는 것을 제한시키므로 문제가 발생할 수도 있다.Of course, in this case the electrode wire must be resistant to chlorine and anodic reactions and the wire is a valve metal, i.e. titanium or nibonium, preferably platinum group metals or oxides thereof, bimettallic spinel, gray titanium ( It is coated with a conductive, non-passive passivation layer that resists anode attack such as peroskite. In some cases, the use of the compressive member on the anode side may cause problems since it restricts the supply of the electrolyte of the halogen compound to the electrode-diaphragm interface.

양극부가 전해조를 통하여 흐르는 양극액과 충분히 접근하지 못할경우 할로겐화합물의 농도는 전기분해로 인하여 국부에서 저하되고, 또 할로겐화합물의 농도가 상당히 지나치게 저하될때 물의 전기분해 결과로 할로겐보다 오히려 산소가 발생한다.If the anode part does not have sufficient access to the anolyte flowing through the electrolytic cell, the concentration of the halogen compound decreases locally due to electrolysis, and when the concentration of the halogen compound decreases too much, oxygen is generated rather than halogen as a result of the electrolysis of water. .

이와같은 현상은 전극-격막의 접촉점의 면적을 작게유지함으로써, 즉 희소하게는 1.0mm이상, 일반적으로, 폭 1/2mm이하로하여 피할수 있고, 또 압축성매트와 격막표면 사이에 비교적 미세한 메쉬, 즉 10메쉬 또는 그 이상의 스크린을 유지시켜 효과적으로 피할수 있다.This phenomenon can be avoided by keeping the area of the contact point of the electrode-diaphragm small, i.e., rarely 1.0 mm or more, generally 1/2 mm or less in width, and a relatively fine mesh between the compressive mat and the diaphragm surface, This can be avoided effectively by keeping 10 mesh or more screens.

이와같은 문제는 또한 음극에서도 중요하나 음극반응은 수소를 발생하며 접촉점이 비교적 클때라도 물과 알칼리 금속이온이 그격막을 통하여 이동되므로 생성물이 발생될때 부반응은 일어나지 않아 기술적으로 어려움이 없다.This problem is also important in the cathode, but the cathode reaction generates hydrogen and even when the contact point is relatively large, water and alkali metal ions are moved through the diaphragm so that no side reaction occurs when the product is generated, so there is no technical difficulty.

따라서, 그 음극이 어떤 제한을 주더라도 부반응 생성물의 량은 적다.Therefore, the amount of side reaction products is small, no matter what the negative electrode gives.

따라서, 압축성매트를 음극측에 사용하는 것은 유리하다.Therefore, it is advantageous to use a compressive mat on the cathode side.

다음에 본 발명의 방법에 의한 실시예를 설명하나 여기에 한정되어 있는 것은 아니다.Next, examples according to the method of the present invention will be described, but the present invention is not limited thereto.

[실시예 1]Example 1

제1의 시험전해조(A)를 제10도및 제11도에 따라 구성시켰다.The first test bath A was constructed according to FIGS. 10 and 11.

전극의 칫수는 폭 500mm, 높이 500mm이며, 음극단판 110, 음극리브 120및 음극의 다공성압력판 122, 니켈도금층으로 피복한 철제로 만들었다.The dimensions of the electrode were 500 mm wide and 500 mm high, and were made of iron coated with a negative electrode plate 110, a negative electrode rib 120, a porous pressure plate 122 of the negative electrode, and a nickel plated layer.

그 다공성 압력판은 두께 1.5mm의 강판을 절단(slit)하여 칫수 12mm및 6mm를 가진 다이어몬드형 개구를 형성하였다.The porous pressure plate slit a 1.5 mm thick steel sheet to form a diamond shaped opening with dimensions 12 mm and 6 mm.

양극단판 103은 티탄을 피복한 강으로 양극리브 109는 티탄으로 만들었다.The anode plate 103 is made of titanium coated steel, and the anode rib 109 is made of titanium.

그 양극은 두께 1.5mm의 티탄판을 절단하여 칫수 10mm과 5mm의 다이아몬드형 개구를 형성시켜 얻어진 강성이며 티탄의 엑스펜디드메탈(expanded metal)의 거친 스크린의 양극 108과, 두께 0.20mm의 티탄시이트를 절단하여 칫수 1.75와 3.00mm의 다이아몬드형 개구를 형성하여 얻어진 거친 스크린의 내부, 면에 스폿용접을한 티탄의 미세한 메쉬스크린 108a로 되어있다.The anode was formed by cutting a titanium plate of 1.5 mm thickness to form a diamond-shaped opening having dimensions of 10 mm and 5 mm, the anode 108 of a rough screen of expanded metal of titanium, and a titanium sheet of 0.20 mm thickness. Titanium is a fine mesh screen 108a of spot welded on the inside and the surface of the coarse screen obtained by cutting the diamond openings of 1.75 and 3.00 mm.

두 스크린을 돌출표면으로서 루테늄(ruthenium)(금속으로서) 12g/m2의 하중에 상당하는 루테늄과 티탄의 혼합 산화물층으로 피복하였다.Both screens were covered with a mixed oxide layer of ruthenium and titanium corresponding to a load of ruthenium (as metal) 12 g / m 2 as the protruding surface.

음극은 탄력성인 압축성 매트 113을 구성하는 3층의 크림프된 편직니켈직물로 되어, 그 직물은 직경 0.15mm의 니켈와이어로 편직하였다.The cathode consisted of three layers of crimped knitted nickel fabric constituting the resilient compressible mat 113, which was knitted with nickel wire 0.15 mm in diameter.

크림프는 오늬무늬형상을 가지며, 그 물결의 크기는 4.5mm이고, 물결의 인접마루(crest)사이의 피치(pitch)는 5mm이었다.The crimp had a pattern of slits, the size of the wave was 4.5 mm, and the pitch between adjacent crests was 5 mm.

그 크림프직물의 3층을 겹쳐 100-200g/cm2의 중간 정도의 압력을 가하여 예비패킹(pre-packing)을 한다음 그 매트가 약 5.6mm의 압축하지 않은 두께를 갖도록 하였다.Three layers of the crimp fabric were overlaid and pre-packed with a medium pressure of 100-200 g / cm 2 to give the mat an uncompressed thickness of about 5.6 mm.

즉, 압력을 풀어놓은 다음 매트는 두께 약 5.6mm로서 탄력적으로 회복되었다.That is, after releasing the pressure, the mat was elastically recovered to a thickness of about 5.6 mm.

음극역시 직경 0.15mm의 니켈와이어로 형성된 20메쉬의 니켈제스크린 114를 포함하고 있어 이 스크린은 감압지 시이트 상에서 압압하고 격막 105표면과 접촉하여 입증된 약 64접촉점/cm2을 얻었다.The cathode also contained a 20 mesh nickel screen 114 formed of nickel wire with a diameter of 0.15 mm, which was pressed on the pressure sensitive paper sheet and contacted the 105 surface of the diaphragm to obtain about 64 contact points / cm 2 proved.

이 격막은 두퐁사제품인 퍼플루오로카본 술폰산타입의 격막으로 두께 0.6mm의 Nafion 315양이온 교환막의 수화필름이었다.The diaphragm was a perfluorocarbon sulfonic acid type diaphragm manufactured by DuPont, which was a hydrate film of a Nafion 315 cation exchange membrane having a thickness of 0.6 mm.

동일한 칫수의 대조시험 전해조(B)를 구성하고 그전극은 일반적으로 시판되는 제품의 전극으로 형성하였다.A control test electrolyzer (B) of the same dimensions was constructed and the electrode was formed from the electrode of a commercially available product.

즉, 앞서 선명한 강성인 두 거친스크린으로서 양극 108과 음극 122를 직접 격막 105의 양표면에 압압하여 미세한 메쉬스크린 108(와 114를 사용하지 않고 또 격막에 대하여 균일하게 탄력적으로 압축하지도 않았다(, , 압축성매트 113의 사용).In other words, as the two rough screens, which are sharp stiffnesses, the anode 108 and the cathode 122 were directly pressed on both surfaces of the diaphragm 105 without using the fine mesh screen 108 (and 114) and uniformly elastically compressed against the diaphragm (,, The use of mat 113).

실험회로는 제12도에서의 회로와 동일하게 하였다.The experimental circuit was the same as the circuit in FIG.

조작조건은 다음과 같다.The operating conditions are as follows.

Figure kpo00002
Figure kpo00002

실험전지(A)를 작동하여 탄력성인 매트를 전해조의 조작특에, 즉 전해조전압및 전류효율과 압축정도를 관련시켜 점차로 압축시켰다.By operating the test cell (A), the elastic mat was gradually compressed in relation to the operation characteristics of the electrolytic cell, that is, the electrolytic cell voltage, the current efficiency, and the degree of compression.

제13도에서 커어브 1은 전해조전압과 압축정도 또는 가해진 압력과의 관계를 나타낸다.In Fig. 13, curve 1 represents the relationship between the electrolytic cell voltage and the degree of compression or the applied pressure.

탄력성매트의 압축되지 않은 원두께의 약 30%에 해당하는 두께로 탄성매트의 압축을 증가시켜 전해조 전압이 저하되었음을 확인하였다.It was confirmed that the electrolytic cell voltage was decreased by increasing the compression of the elastic mat to a thickness corresponding to about 30% of the uncompressed raw thickness of the elastic mat.

이와같은 압축정도를 초과하면 전해조전압은 약간 상승하였다.When the compression degree was exceeded, the electrolytic cell voltage slightly increased.

매트의 두께를 3mm로 압축정도를 저하시켜 전해조(A)의 조작과 병행해서 실시한 대조전해조(B)의 조작을 비교하면 다음과 같다.When the thickness of the mat is reduced to 3 mm, the operation of the control electrolytic bath B performed in parallel with the operation of the electrolytic bath A is compared as follows.

Figure kpo00003
Figure kpo00003

전해조전압의 기포효과에 대한 기여를 평가하기 위하여 전해조를 양극에 대해서 먼저 45°로 최종적으로 90°로 후전시켜 격막의 상부에서 수평으로 유지시켰다.In order to evaluate the contribution to the bubble effect of the electrolyzer voltage, the electrolyzer was first reversed to 45 ° and finally 90 ° to the anode and held horizontally at the top of the diaphragm.

전해조의 조작특성을 다음에 나타낸다.The operation characteristics of the electrolytic cell are shown below.

Figure kpo00004
Figure kpo00004

비고(X) : 전해조전압은 서서히 상승하기 시작하여 약 3.6V에서 안정화 되었다.Remarks (X): Electrolyte voltage started to rise slowly and stabilized at about 3.6V.

(XX) : 전해조전압은 12V 이상으로 급상승하여 전기분해는 중단되었다.(XX): Electrolyte voltage soared above 12V, electrolysis stopped.

이와같은 결과는 다음과같이 설명할수 있다.This result can be explained as follows.

(가) 전해조를 수직으로 수평방향으로 회전시킴으로써 전해조전압에 대한 기포효과는 전해조 B에서 감소하면, 반면에 전해조 A의 비교적 비감수성은 실제로 무시할수 있는 기포효과에 기인되어 이 효과는 전해조 B에 대하여 전해조 A가 더 낮은 전해조전압을 갖고 있다는 것을 부분적으로 설명하고 있다.(A) By rotating the cell vertically and horizontally, the bubble effect on the cell voltage decreases in the cell B, while the relatively insensitive nature of the cell A is due to the bubble effect, which is actually negligible. Partly explains that electrolyzer A has a lower electrolyzer voltage.

(나) 수평위치에 도달될때 대조전해조 B에서는 수소가스가 격막의 하측에 채류하기 시작하며, 또 음극액을 통과하는 이온전류전달로 음극스크린의 활성표면을 더욱 절연하고, 반면에 전해조 A에서는 그방향이 현저하게 낮다.(B) When the horizontal position is reached, hydrogen gas begins to collect in the lower side of the diaphragm in the control electrolytic cell B, and further insulates the active surface of the negative electrode screen by ion current transfer through the catholyte, while in electrolytic cell A The direction is markedly low.

이와같은 현상은 이온전달의 대부분이 격막두께 내부에 제한되어 음극은 격막표면의 이온교환기와 충분한 접촉점을 주어 전해용전류를 다만 효과적으로 유지함으로써 설명할수 있다.This phenomenon can be explained by the fact that most of the ion transfer is limited inside the diaphragm thickness so that the cathode provides sufficient contact point with the ion exchanger on the surface of the diaphragm to effectively maintain the electrolytic current.

미세한 메쉬스크린 108a와 114를 더 거치른 스크린으로 대치하고 전극과 격막사이의 접촉점의 밀도를 서서히 저하시켜 실험전지 A의 행동은 서서히 대조전지 B의 행동에 접근된다는 것을 확인하였다.Substituting the finer mesh screens 108a and 114 with a screen further passed through, the density of the contact point between the electrode and the diaphragm was gradually decreased, and it was confirmed that the behavior of the experimental cell A gradually approached the behavior of the control cell B.

또, 탄력적이며 압축성매트인 음극 113은 압축판 또는 스크린 108과 122의 평면성과 평행성의 실제적인 치우침(변위)이 있어도 전표면의 90%이상 일반적으로 98%이상 조밀하게 분포된 미세한 접촉점을 가진 격막표면의 커버를 안전하게 보호한다.In addition, the cathode 113, a flexible and compressible mat, is a diaphragm having a fine contact point that is densely distributed by more than 90% of the total surface and generally by 98% even though the plane and parallelism of the compression plates or screens 108 and 122 are practically displaced. Secure the cover on the surface.

[실시예 2]Example 2

대비하기 위하여 실험전지 A를 개방시켜 격막 105를 결합한 음극과 결합한 양극을 가진 유사한 격막으로 대치하였다.To prepare, the test cell A was opened and replaced with a similar diaphragm having a positive electrode combined with a negative electrode combined with the diaphragm 105.

양극은 격막표면에 폴리테트라플루오로 에틸렌으로 결합한 Ru/Ti의 비가 45/55인 루테늄과 투탄의 혼합산화물 입자로된 두께 80μ을 가진 다공성 층이었다.The anode was a porous layer having a thickness of 80 μm of mixed oxide particles of ruthenium and tutan having a ratio of 45/55 Ru / Ti bonded to polytetrafluoroethylene on the diaphragm surface.

음극은 격막의 반대측에 폴리테트라 플루오로 에틸렌으로 결합한 중량비 1/1의 백금흑과 흑연의 입자로된 두께 50μ의 다공성층이다.The negative electrode is a porous layer having a thickness of 50 mu of particles of platinum black and graphite having a weight ratio of 1/1 bonded to polytetrafluoroethylene on the opposite side of the diaphragm.

전해조를 실시예 1과 정확하게 동일한 조건하에서 조작시켜 전해조전압과 탄력성 전류콜렉터층인 음극 113의 압축정도와의 단계를 제13도의 커브 2로 나타내었다.The electrolytic cell was operated under exactly the same conditions as in Example 1, and the step between the electrolytic cell voltage and the degree of compression of the negative electrode 113, which is the flexible current collector layer, is shown by curve 2 in FIG.

이 대조전해질 전해조의 전해조전압은 동일한 조작조건에서 실험 전해조 A의 조전압보다 약 100-200mV 낮을뿐이다.The electrolyzer voltage of this control electrolyte electrolyzer is only about 100-200mV lower than that of the experimental electrolyzer A under the same operating conditions.

[실시예 3]Example 3

비예측적인 결과를 입증하기 위하여 티탄늄으로된 양극구조물 전부를 니켈로 피복한강(양극단판 103과 양극리브 109와 순수니켈(거치른 스크린 108과 미세한 메쉬스크린 108a)로된 대비구조물로 대치시켰다.To demonstrate unpredictable results, all of the titanium anode structure was replaced with a contrast structure of nickel-coated steel (anode 103 and anode rib 109 and pure nickel (rough screen 108 and fine mesh screen 108a).

사용한 격막은 듀퐁사제품으로 두께 0.3mm의 양이온 교환격막 Nafion 120이다.The membrane used was Dupont's 0.3mm thick cation exchange membrane Nafion 120.

비저항 200,000Ωcm 이상의 2회 증류시킨 순수한 물과 양극실과 음극실로 순환시켰다.It was circulated through the pure water, the anode chamber and the cathode chamber distilled twice with a specific resistance of 200,000 Ωcm or more.

서서히 상승하는 전위차를 전해조의 두 단판에 가하여 산소가 니켈스크린의 양극 108a에, 또 수소가 니켈 스크린의 음극 114에 각각 발생할때 전기분해용 전류를 통과하기 시작하였다.A slowly rising potential difference was applied to the two end plates of the electrolytic cell and oxygen began to pass through the electrolysis current when oxygen was generated at the anode 108a of the nickel screen and hydrogen at the cathode 114 of the nickel screen, respectively.

수시간 조작한 다음 다음과 같은 전압-전류특성을 얻었다.After several hours of operation, the following voltage-current characteristics were obtained.

Figure kpo00005
Figure kpo00005

전해질의 도전성은 현저하며 전해조는 참고체 전해질계(ture solid electropyte system)로서 작동한다는 것을 입증하였다.The conductivity of the electrolyte was remarkable and the electrolyzer proved to operate as a ture solid electropyte system.

미세한 메쉬 스크린의 양극 108a와 음극 114를 거친스크린으로 대치하여 전극과 격막표면 사이의 접촉밀도를 100접촉점/cm2-16접촉점/cm2로 저하시켰다.The anode 108a and the cathode 114 of the fine mesh screen were replaced with a rough screen to reduce the contact density between the electrode and the diaphragm surface to 100 contact points / cm 2 -16 contact points / cm 2 .

전해조전압의 현저한 상승이 다음과 같이 확인되었다.A marked rise in electrolytic cell voltage was confirmed as follows.

Figure kpo00006
Figure kpo00006

이분야의 기술자에 의해 명백한바와 같이, 전극과 격막사이의 접촉점 밀도를 여러가지의 간편한 방법으로 증가시킬 수 있다.As will be apparent to those skilled in the art, the contact point density between the electrode and the diaphragm can be increased in a variety of convenient ways.

예로서, 미세한 전극의 메쉬스크린은 플라즈마제트 침착(plasma jet deposition)에 의해 금속입자를 분무시키거나 격막과 접촉하는 표면을 형성하는 금속와이어를 조절한 화합반응공격에 의해 더 거칠게하여 접촉점밀도를 증가시킨다.For example, fine electrode mesh screens can be made more coarse by chemical reactions that spray metal particles by plasma jet deposition or control metal wires forming surfaces in contact with the diaphragm to increase contact point density. Let's do it.

물론 이 구조물은 그 격막의 전표면에 걸쳐 접촉이 균일한 분포를 주도록 충분히 유연하며, 탄력성매트에 의해 전극에 가한 탄성반동압력은 접촉점 전체에 균일하게 분포되도록 한다.The structure is, of course, flexible enough to give a uniform distribution across the entire surface of the diaphragm, and the elastic recoil pressure exerted on the electrode by the elastic mat is evenly distributed throughout the contact point.

따라서, 전극과 격막사이의 경계면의 전기접촉은 기능성, 이온교환기의 밀도를 증가시키거나, 탄력성매트, 간삽한 중간스크린또는 입자전극과 접촉하는 격막표면에 공증합체의 당량중량을 감소시켜 개량할 수 있다.Thus, the electrical contact of the interface between the electrode and the diaphragm can be improved by increasing the functionality, the density of the ion exchanger, or by reducing the equivalent weight of the copolymer on the elastic mat, the intermittent intermediate screen, or the diaphragm surface in contact with the particle electrode. have.

이와같은 방법으로 하여 격막매트릭스(matrix)의 이온 교환성은 불변하며, 격막으로의 이온이동을 하는 위치(site)와 전극의 접촉점 밀도를 증가시킬수 있다.In this way, the ion exchangeability of the matrix is invariable, and the contact point density of the electrode and the site of ion migration to the membrane can be increased.

예로서, 두께 0.05-0.15mm의 저당량중량을 나타내는 공중합체의 엷은필름 1매또는 2매를 고당량중량 또는 격막의 저항저하와 선택성을 최적화하는 중량을 가진 공중합체의 두께 0.15-0.6mm의 더 두꺼운 필름일면 또는 양표면에 적층시켜 격막을 형성한다.As an example, one or two thin films of a copolymer having a low equivalent weight of 0.05-0.15 mm may be used for the high equivalent weight or the thickness of the copolymer having a weight that optimizes the resistance reduction and selectivity of the diaphragm of 0.15-0.6 mm. The thick film is laminated on one or both surfaces to form a septum.

Claims (1)

이온투과성 격막(ion permeable diaphragm)에 의해 분리된 적어도 하나의 양극(anode)과 음극(cathode)으로 구성한 전해조(cell)내에서 할라이드 전해질(halide electrolyte)을 전기분해시키는 방법에 있어서,In the method of electrolyzing a halide electrolyte in an electrolytic cell composed of at least one anode and a cathode separated by an ion permeable diaphragm, 상기 두 양극과 음극을 다수의 접촉점(points)에서 그 격막의 표면과 접촉을 유지시켜 접촉점의 밀도가 적어도 30접촉점/cm2, 전 접촉면적과 그 돌출면적(projected area)의 비가 0.75이하로 되게하고 그 격막에 대한 상기 양극과 음극중 적어도 하나를 탄력적으로 압압하여 그 격막의 전표면에 걸쳐 거의 균일하게 탄력압력 50-2000g/cm2를 가하여 상기 양극또는 음극중 다른 하나에는 상기격막을 단단히 지지시켜 격막의 이동(diaphragm displacement)을 방지하여 그격막 표면과의 접촉점에서 할라이드 수용액(agueous halide solution)을 상기 양극에, 또 물(water)을 상기 음극에 공급하여 전기분해시킴을 특징으로 하는 전해조에서의 할로겐 화합물의 전기분해방법.The two anodes and the cathodes are kept in contact with the surface of the diaphragm at a number of contact points such that the density of the contact points is at least 30 contact points / cm 2 and the ratio of the total contact area and the projected area is less than 0.75. Elastically pressing at least one of the positive electrode and the negative electrode to the diaphragm and applying a resilient pressure of 50-2000 g / cm 2 almost uniformly over the entire surface of the diaphragm to firmly support the diaphragm on the other of the positive electrode or the negative electrode. In the electrolytic cell characterized by preventing diaphragm displacement and supplying an aqueous halide solution to the positive electrode and water to the negative electrode at the point of contact with the diaphragm surface. Electrolysis method of halogen compound of.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20100053535A (en) * 2007-07-10 2010-05-20 유데노라 에스.피.에이. Elastic current collector for electrochemical cells

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