KR890002064B1 - 단극성 또는 양극성 필터 프레스형 전지 유니트용 단일 전류 전송 소자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

단극성 또는 양극성 필터 프레스형 전지 유니트용 단일 전류 전송 소자의 제조방법

본 발명은 통상 필터 프레스형 셀열로 불리우는 구성으로 배열된 전해셀의 "양극성"전극형열의 반복 유니트중 하나에 대한 셀 유니트를 제조하는 방법에 관한것이다. 특히, 본 발명은 "단극성"전해셀의 반복 유니트중 하나에 대한 동일 셀 유니트를 실질적으로 이용하는 방법에 관한 것이다. 필터 프레스형 구성으로 배열된 단극성 셀은 당업자에게 잘 알려져 있다. 잘 알려져 있지 않은것은 불투유성 구조체 소자 즉 전류 전송소자를 양극성 또는 단극성 셀 구성으로 사용하는 방법이다. 이것은 단극성 또는 양극성 셀 구성으로 사용된 전극에 본질적으로 필요한 다른 전류 전송 특성 때문에 놀라운 것이다.

양극성 셀의 구조는 전기 전극이 물리적으로 인접전해셀을 분리하는 불투유성 구조체로 부터의 거리에서 장착될때 편평한 표면의 실질적으로 평행한 소공의 전극 즉금속 양극과 음극 사이에 놓인 실질적으로 불투수성의 평면이온 교환막을 이용하는 셀에 관계된다. 이러한 셀은 알칼리 금속 염화물의 수요액의 전기분해, 특히 염화나트륨의 수용액의 전기분해에 유용하다. 그 셀 구조는 또한 수산화칼륨, 요오드, 브롬, 브롬산, 퍼설퍼릭산, 염소산, 아리포니트릴 및 전기분해에 의해 만들어진 다른 유기화합물과 같은 생성물을 만들도록 다른 용액을 전기분해하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 전류 전송 소자의 이용은 셀 유니트의 제조 비용을 감소시켜주고, 그것을 조립하는데 필요한 수고를 덜어주고, 그것의 제조를 간단화시키고 셀 유니트 소자의 비틀림을 감소 시켜주며 종래의 양극성 필터 프레스형 셀보다 훨씬 더 견고한 셀 구조체를 제공해준다.

셀 유니트의 소자의 비틀림을 감소시키는 것은 셀이 보다 효율적으로 동작되게 한다. 즉, 단위 전하당 더 많은 단위의 전위 분해 생성물을 생성되게 한다. 비틀림을 감소시키는 것은 각 전해셀의 전극들간의 갭폭의 설계에 있어서 편차를 줄여준다. 이상적으로 이 갭 폭은 전극면들간의 균일한 전류 밀도 분포를 위해서 양극과 음극 사이에서 동일하게 된다. 구조적 비틀림은 이갭의 편차를 일으키어 결과적으로 양극과 음극의 어떤 부분이 다른것보다 더 근접되게 한다. 이러한 위치에서, 전기 저항은 더 작으며, 전류의 흐름은 더 높아지므로, 전기적 가열의 더 크게된다. 이 전기적 가열은 여러가지 경우에 이러한 위치에서 막에 손상을 일으키기에 충분하다. 이러한 받아들일수 없을 정도의 고전류의 집중 및 고가열이 있는 위치를 이하에서는 "하트스폿"(hot spot)로 불리운다.

이러한 하트 스폿을 피라기 위해서, 종래에는 각 전해셀의 양극과 음극 사이의 소정의 갭 폭보다 크게 그것의 셀 구조체를 설계하여야했다. 이것은 물론 셀 동작 전압을 증가시키고 셀 동작 효율을 감소시킨다. 설계 및 제조의 복잡성은 그 셀의 또 다른 결정이다.

양극성 셀 열의 단자셀에 사용된 구조체를 제외하고서는 열로된 중간셀에 대한 구조체는 함께 압착되는 동일한 셀 구조 유니트이다. 셀열로 동작되는 그 셀의 예는 미합중국 특허 제 4,111,779호, 제 4,017,375호, 제 4,364,815호, 제 4,111,779호, 제 4,111,236호, 제4, 017,375호, 제 3,960,698호, 제 3,859,197호, 제 3,752,757호, 제 4,194,670호, 제 3,788,966호, 제 3,884,781호, 제 4, 137,144호 및 제 3,960,699호에 기재되어 있다.

단극성 셀은 직열로된 셀의 각 양극과 각 음극은 각각 병렬로 전기적으로 접속되고 양극성 셀의 경우처럼 직렬로 접속되지 않다는 점에서 양극성 셀과는 다르다. 즉, 전형적 단극성 셀열에서, 각셀의 양극은 각 양극이 실질적으로 동일한 절대값 전위가 되도록 직렬로된 셀의 각각의 다른 양극처럼 그것의 셀의 주변 구조체를 통해 동일 양전기 에너지 공급원에 전기적으로 접속된다. 이와 마찬가지고, 각 단극성셀의 음극은 단극성 셀 열의 각 음극이 실질적으로 동일한 절대값 전위가 되도록 직렬로 각각이 다른 셀 음극의 경우처럼 그것의 셀의 주변 구조체를 통해 동일 음전기 에너지 공급원에 접속된다. 따라서, 단극성 구성의 셀은 서로 대면하고 있는 열 구성으로 물리적으로 배열되지만, 그럼에도 불구하고 전기적으로 병렬 구성으로 접속된 동일 전극을 갖는다. 단극성 셀 조립체는 스택 또는 열로 불리울수도 있다. 둘 또는 그 이상의 단극성 셀 조립체는 전기적으로 직렬로 접속될 수도 있다. 그와는 반대로, 양극성 셀 열이 전극은 병열 전기 구성대신에 직렬 전기 구성을 접속된다. 양극성 셀 열에서는 양전류 운반 도체는 양극성 열의 두개의 단자 셀중 하나의 양극에만 접속되고 음전류 운반 도체는 양극성 셀 열의 대향 단부에 위치한 다른 단자셀이 음극에 인가된다. 전류가 셀로부터 셀로 양극성 셀 열에서 흐르게끔 대량이 D.C. 전위가 소스로부터 도체로 인가된다. 둘 또는 그 이상의 양극성 셀은 병렬로 전기 접속될 수도 있다.

이러한 다른 전기 접속 구성은 단극성 셀열이 양극성 셀열이 양극성 셀열로부터 다른 방법으로 다르게 되게 한다. 예를들어, 단극성 셀열의내부에 위치한 단극성 양극 유니트는 그것의 두 인접셀에 대한 양극으로 작용한다. 이와 마찬가지로, 내부셀 든극성 음극 유니트는 그거에 인접한 두개의 셀에대한 음극으로 작용한다.

전해셀의 필터 프레스형 열에 사용된 단극성 전극에 대한 추가 설명은 미합중국 특허 제 4,056,458호 및 제 4,315,810호에 나와있다. 이 양 특허는 단극성 셀 유니트를 지지하는데 하나의 구조 형태를 사용하고 셀외부에 놓인 전원으로 부터 셀내에 놓인 단락성 전극 소자에 전기를 분포시키는데 다른 구조체(복수개의 도체봉 또는 막대)를 사용하는 것에 관해 가르쳐주고 있다. 여러개의 부품과 여러가지 접점으로 불리우는 단극성 셀 열의 다른 복잡성은 이 두 특허의 연구로부터 고찰된다.

본 발명은 훨씬 더 간단하고 훨씬더 견고한 단극성 셀열의 구성을 가능케 하지만, 제조 및 동작에 있어 경제적이다.

본 발명은 필터 프레스형 셀 열에서 반복 유니트로서 사용된 전해셀 유니트를 제조 및 조립하는 것에 관계된다. 그 셀 유니트는 일반적으로 평면평인지지부, 지지부의 반대면으로 부터 연장하는 복수개의 보스 및 상기 지지부의 주변 연부 주의에서 연장된 프레임형 플랜지부를 구비한 전류 전송소자(이하에서는 ECTE로 약칭함)를 결합한다. ECTE는 단극성 및 양극성 셀 유니트에 유용한다. 그것은 염수 전기분해 및 다른 전기화학 공정에 유용하다. 단극성 또는 양극성 셀 유니트에서 기본적인 구성 블록으로 일체적으로 형성된 전류 전송 소자를 이용하는 것은 본 발명의 1차적 목적이다.

본 발명은 필터 프레스형 열로된 전지의 두 단자셀들 사이에 놓인 복수개의 반복 셀 유니트중 하나의 주요 소자로서 유용한 전류 전송 소자를 만드는 방법에 관한 것으로서, 모울드에서 도전성 금속으로 부터 전류 전송 소자를 형성하는 단계를 포함하는데, 상기 모울드는 전송 소자가 평면 지지부, 평면 지지부의 대향측상에 놓인 전극 구획의 주변 경계부를 형성하는 평면 지지부의 주변부 주이에서 연장된 프레임형 플랜지부 및 평면 지지부의 대향측으로 부터 바깥쪽으로 돌출한 복수개의 보스를 가지며, 상기 전류 전송소자는 일체적으로 형성된 한 조각의 구조적 요소를 포함하며, 본 발명이 특징은 상기 전류 전송 소자가 단극성 또는 양극성 셀 유니트에 사용하기 적합하며, 평면 지지부 또는 상기 전류 전송소자의 플렌지부상에 제공된 적어도 하나의 전류 이송 도체용부착 수단을 구비하는데, 상기 부착 수단이 양극성 셀열의 단자로서 단독으로 이용되거나, 혹은 단극성 셀열이 모든 셀로서 이용된다는 것이다.

단일 ECTE를 일체로 형성하는 양호한 방법은 용융금속, 바람직하기로는 제1철 금속을 모래주조(sand casting)하는 것이다. 단일 ECTE를 일체로 형성하는 다른 방법으로는 다이 캐스팅, 분말 금속 처리 및 소결, 고온 이소스타틱 프레싱(hot isostatic pressing), 냉간단조, 열간단조를 들수 있다.

또한, 인서트(inserts), 칠(chills) 및 코어(cores)를 이용함으로써 단일의 또는 한조각의 ECTE를 일체로 형성하는 것은 본 발명의 범위내이다. 실제로, 특정 금속의 칠에 대한 특정 위치는 보다 균일한 주조부를 만들뿐만 아니라 보다 나은 도전성을 가진 ECTE를 생산하는 놀라운 결과를 낳게한다. 이와같이 함에 있어서, 칠은 물론 인서트로 된다.

정의의 명확화를 위하여, 금속 구조 형성에 있어 칠, 인서트, 코어의 의미는 본 기술 분야에서 일반적으로 사용되는 용어로서 주어질 것이다. 칠이란 모울드내에 위치되어 부품을 주조하는데 보조물로서 작용하는 물건이다. 그것의 1차적 목적은 모울드내의 특정 위치에서 용융 금속의 냉각비를 조절하는 것이다. 용융금속의 냉각을 조절함으로써, 금속의 수축이 보다 정확히 제어되어 감소된 불완전성과 결함을 통하여 부품의 품질을 향상시킬 수 있다. 칠은 주조부의 일체부가 되거나 되지 않을 수도 있으며, 어떤 경우에는 물론 인서트로서 작용할 수도 있다.

인서트는 모울드 내에 위치되어 모울드의 기능을 돕고, 부품의 형성을 돕거나, 완료된 물품의 기능부가 될 물건을 의미한다. 그것은 형성이 완료된후 변화하는 정도의 동일성을 유지한다. 그것은 어떤 다른 적당한 재료로 사용할 수도 있지만 보통 금속을 사용한다. 인서트는 어떤 경우에는 물론 칠로서 작용한다.

코어는 모울드내에 위치되어 주조부의 원하지 않은 영역내에 있는 금속을 제거하는 역할을 하는 물건이다. 코어는 원치않은 금속을 제거하게끔 모울드를 형성하는 것이 불가능하거나 실제적으로 어려운 경우 모울드에 사용된다. 전형적인 예로는 주조 금속 본체의 내부 공동을 생성하는데 사용되는 코어를 들수 있다. 코어는 어떤 경우에는 물론 칠로서 작용한다.

ECTE의 전기 전도도를 증가시키기 위하여 인서트로 되는 특히 유용한 칠은 평면 지지부에 횡방향으로 놓여 보스로 이동하다. 적합한 인서트 또는 칠은 그 주위에 형성된 ECTE금속의 부피를 갖는 고체 금속으로 만들어진다. 그 주위에서 형성된 금속은 샌드 모울드의 용융 상태에서 주조함으로써 형성된다.

코어는 또한 순환을 개선시키도록 단극성 셀 유니트내의 ECTE의 평면 지지부를 통해 모든 방향으로 통과하는 개구를 형성하는데 사용될 수도 있다. 이 코어는 ECTE가 인접 양극성 구획으로 부터 이 양극액 또는 음극액이 혼합되는 것을 방지하기 위하여 그것의 일측상에 적어도 하나의 라이너 또는 팬을 갖는 한 양극성 셀 유니트에 별반 단점을 보이지 않는다.

셀 유니트를 조립하는 방법은 사용된 것으로 예상되는 전해액에 의한 부식으로 부터 ECTE의 금속을 보호하기 위하여 ECTE의 일측 또는 양측에 적당한 라이너를 끼우는 것을 아울러 포함할 수 있다.

셀 유니트를 조립하는 방법은 중간 금속 웨이퍼 또는 쿠폰을 통해서 ECTE에 직접 또는 간접으로 용접된 라이너에 전극 소자를 용접함으로써 평면식으로 놓인 전극 소자를 ECTE의 각 측에 간접적으로 전기적, 기계적으로 부착시키는 것을 포함하는 것이 좋다. 이 전극 소자들은 그 자체로 전극일 수 있거나 혹은 실제의 전극에 전기를 전도시키기 위한 도전성 막일 수도 있다. 보통 전극은 그 위에 촉매 활성 재료가 놓이게 된다.

셀 유니트가 개별적으로 제조된후, 이들은 유암 프레스, 볼트, 타이로드 등으로써 압착함으로써 필터 프레스형셀 열로 형성된다.

본 발명은 새로 개발된 고체 종합체 전해질 전극에 사용하기 적합하다. 고체 종합체 전해질 전극이란 이온 교환막에 도전성 재료가 내장되거나 접합된 이온결합막이다. 이러한 전극은 당 분야에서 잘 알려져 있으며, 예를들어 미합중국 특허 제 4,457,815호 및 제 4,457,823호에 기재되어 있다.

아울러, 본 발명은 제로 갭 셀로서 사용하기 적합하다. 재로 갭 셀이란 적어도 하나의 전극이 이온 교환막과 접촉되어 있는 셀이다. 이와는 달리, 양전극이 이온 교환막과 물리적으로 접촉되어 있을 수도 있다. 이러한 셀들은 미합중국 특허 제 4,444,639호, 제 4,457,822호 및 제 4,448,662호에 기재되어 있다.

이용될 수 있는 전극 소자는 실질적으로 편평한 소공구조가 바람직하며 신장된 금속 투공판, 천공판, 또는 짜여진 금속선의 시이트로 만들어질수 있다. 이와는 달리, 전극 소자는 전극과 접촉하는 집전기일 수도 있다. 그밖에, 전극은 그 표면상에 촉매 활성 코팅을 가질 수도 있다. 전극 소자는 보스 또는 가이너가 사용되는 경우 라이너에 용접될 수 있다. 전극 소자는 전기 접촉이 더 낫기 때문에 용접되는 것이 바람직하다.

본 발명과 관련하여 사용될 수 있는 다른 전극소자로는 집전기, 스페이서, 매트릭스 또는 당업자에게 공지된 다른 소자를 들수 있다. 제로 갭 구성 및 고체 종합체 전해질 막을 위한 특수 소자 또는 조립체가 사용될 수도 있다. 또한, 본 발명의 전해 유니트는 종종 무극화 전극이라 불리우는 가스 소모 전극과 관련하여 사용하기 위한 가스실에 적용될 수도 있다. 가스실은 액체 전해질 구획에 부가하여 필요하다. 본 발명에 사용될 여러 전극소자들은 당업자에게 잘 알려져 있으며, 예를들어 미합중국 특허 제 4,444,623호, 제 4,350,452호 및 제 4,444,641호에 기재되어 있다.

본 발명은 다음과 같이 별도로 양극성 특성과 음극성 특성에 관해 설명함으로써 보다 잘 이해할 수 있을 것이다.

양극성 셀을 형성하는데 사용된 개선된 셀 유니트를 제조 및 조립함에 있어서, 셀 유니트는 염화 나트륨과 같은 알칼리 금속 염화물(염수)가 각각의 알칼리 금속 염소산, 예컨대 염소산 나트륨을 생성하도록 전기 분해될 경우에 아무런 분리기도 사용되지 않은 염소산 셀에서는 제외하고, 실질적으로 불투수성인 이온 교환막 또는 투수성 다공 석면막과 같은 분리기에 의해 인접 셀 유니트로 부터 분리된다. 본 발명은 양극과 음극 사이에 아무런 분리기도 이용하지 않은 셀 유니트에도 적용되지만, 주로 막이 어떻게 될 것인지 보이기 위하여 선택성 이온 교환 투과막을 이용한 셀 유니트에 대하여 설명하기로 한다. 그 막은 복수의 셀을 형성하기 위하여 각 셀 유니트 사이에서 밀폐 가능하게 놓이게 된다. 상기 각 셀 유니트는 양극액 구획을 정의하고 그것을 각 셀의 구획으로 부터 분리시키는 최소한 하나의 평면형으로 배치된 막을 갖는 것이 바람직하지만 꼭 필요한 것은 아니다. ECTE의 일측상에 놓인 셀 유니트의 양극액 구획을 ECTE의 대향측 상에 놓인 인접 셀 유니트의 음극액 구획으로 부터 물리적으로 분리시키는 ECTE를 갖는다. ECTE는 인접 양극액 구획을 위치한 평면형으로 배치된 소공 "평판"양극 소자와 인접 음극액 구획에 위치한 평면형으로 배치된 소공 "평판"음극소자를 갖는다. 양전극 소자면은 그들 사이에 평면식으로 놓인막과 ECTE에 실질적으로 평행하다. ECTE는 인접 음극액 구획의 음극 소자에 전기적으로 접속된 인접 양극액 구획의 양극 소자를 갖는다.

ECTE에 인접한 양극액 및 음극액 구획은 그들의 물리적 형성을 완성하도록 그 주변부에 구조체를 갖는다. 이 셀 유니트는 또한 ECTE를 통해 인접 음극액 구획으로 부터 인접 양극액 구획으로 전류 통로를 제공하도록 그것과 관련된 도전체를 갖는다. 이 셀 유니트는 ECTE로 부터의 소정의 거리에 ECTE에 인접한 두 셀의 양극 및 음극을 유지시키기 위한 소자 이격 수단을 갖는다.

본 발명은 주조 가능한 금속을 ECTE를 통해서 음극액 구획으로 부터 인접 양극액 구획으로 전하를 전달하는 ECTE의 부품으로 이용한다. 이 금속으로는 아연성철이 좋다.

ECTE는 전해질로써 채워진 인접 전해액 구획을 물리적으로 지지할 뿐만 아니라 관련 셀 부속물을 지지하는데 필요한 구조적 일체성을 제공하게끔 형성된다.

양극 소자 이격 수단 및 ECTE의 양극액 측상에서 ECTE에 놓인 도전체의 부분은 ECTE의 지지부로부터 그 지지부에 인접한 양극액 구획으로 바깥쪽을 향해 소정의 거리만큼 다수의 양극 보스로 조합된다. 이 양극 보스는 양극 소자와 음극 소자 사이를 인접시키는 방식으로 위치한 최소한 하나의 병용 금속 중간물을 통해 상기 양극 소자에 직접 또는 간접으로 기계적, 전기적으로 접속될수 있다. 양극 보스는 동일한 기하하적 평면에 놓인 편평한 단부 표면을 갖는 것이 바람직하다.

음극 소자 이격 수단 및 평면 지지부의 음극액 측상에 놓인 전도체의 부분은 지지부로 부터 지지부에 인접한 음극액 구획으로 바깥쪽을 향해 소정의 거리만큼 돌출한 다수의 음극 보스로 조합된다. 이 음극 보스는 음극 소자와 음극 보스 사이를 인접시키는 방식으로 위치한 적어도 하나의 용접가능한 병용 금속 중간물을 통해 음극 소자에 직접 또는 간접으로 기계적, 전기적으로 접속될 수 있다. 음극 보스는 동일한 기하학적 평면에 놓인 편평한 단부 표면을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에서는 양극 보스는 이렇게 하지 않으면 채워지지 않을 인접 양극액 구획 전체를 통해 양극액이 자유롭게 순환할 수 있게끔 서로 이격되고, 마찬가지로 상기 음극 보스도 이렇게 하지 않으면 채워지지 않을 인접 음극액 구획 전체를 통해 음극액이 자유롭게 순환할 수 있게끔 서로 이격되는 것이 좋다.

단일 ECTE의 재료는 철, 강철, 스테인레스 스틸과 같은 제1철금속, 또는 니켈, 알루미늄, 구리, 크롬, 마그네슘, 탄탈륨, 카드뮴, 몰리브덴, 지르코놈, 납, 아연, 바나둠, 텅스텐, 이리둠, 로디움, 코발트, 각각의 합금 및 그들의 합금으로 선택하는 것이 좋다. ECTE의 금속은 주요성분인 철인 제1철 금속이 보다 바람직하다.

본 발명은 양극액이 부식 환경에 노출될 ECTE의 양극액 구획의 표면위에 맞추어지는 금속 시이트로 만들어진 양극액 측 라이너를 포함하는 것이 바람직하다.

양극액 측 라이너의 금속은 양극액의 부식에 저항성을 가지며 라인너가 ECTE이 양극 보스의 편평한 단부에 접속되어 있는 양극 보스 위와 주위에서 맞추어지도록 하는 캡으로 형성된다.

본 발명에서는 또한 인접 양극액 실의 막과 정렬된 ECTE사이의 양극액의 자유로운 순환을 가능케하도록 라이너가 보스들간의 간격에서 평면 지지부를 향해 이격된 양극 보스 주위에서 충분히 눌려지는 것이 좋다. 라이너는 양극액 실에 인접한 ECTE의 표면을 양극액과 접촉하는 하나의 경계부로서 대치된다.

금속 라이너는 보스와 라이너 사이에 배치된 금속 중간물을 통해 용접, 납땜, 브레이징 또는 필름 형성에 의해 양극 보스에 접속되는 것이 좋은데, 금속 중간물의 금속은 양극액 측 라이너의 금속 및 ECTE가 만들어지는 금속과 용접가능하게 병용될수 있다. 즉, 그것의 용접시 그들의 용접부에서 고체 용액을 형성할 수 있는 지점까지 양금속과 용접가능하게 병용될 수 있다.

양극액 측 라이너는 티탄, 타탈륨, 비오붐, 하프늄, 지르코늄, 각각의 합금 및 그들의 합금으로 부터 선택된 금속으로 만들어진다.

이 금속들이 용접가능하게 병용될 수 없는 경우 양극액 측 라이너를 ECTE에 접속하는 또 다른 방법은 아무런 금속 중간물도 사용되지 않은 경우 양극액측 라이너가 팽창 접합 또는 확산 접합에 의해 양극 보스에 직접 접합하는 것이다.

대부분의 경우에 양극액측 라이너는 셀 세그먼트가 셀 열을 형성하도록 함께 압착될때 막에 대한 밀폐면을 형성하도록 ECTE의 양극액 구획 주변 프레임형 플랜지 부의 측면위로 연장되는 것이 바람직하다.

대부분의 경우에 양극액 측 라이너는 양극 보스의 단부에서 ECTE에 접속되는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 라이너를 이 보스들의 각 측에 접속하는 것 뿐만 아니라 라이너를 보스들간의 평면 지지부에 접속하는 것을 포함한다. 그렇지만, 양극액 측 라이너는 중간 금속 웨이퍼 또는 쿠폰을 통해 양극 보스의 단부에 용접되는 것이 바람직하다.

음극액 측 라이너는 양극액 측 라이너보다 필요로 하는 빈도가 덜하다. 그러나, 음극액 측 라이너가 필요한 고농도의 부식성 음극액 구획에서와 같은 경우가 있다. 따라서, 본 발명은 또한 ECTE의 표면위에 맞추어진 금속시이트로 만들어진 음극액 측 라이너를 포함하는데, 그렇지 않으면 인접셀의 음극액에 노출될 것이다. 음극액 측 라이너는 니켈로 만들어지는 것이 좋다.

플라스틱 라이너는 플라스틱을 통해서 음극 소자를 음극 보스에 전기적으로 접속하기 위한 설비가 만들어지는 경우에 사용될 수 있다. 또한, 플라스틱과 금속 라이너의 조합이 사용될 수 있다. 양극액 측 라이너의 경우에도 상기와 같다.

음극액측 라이너는 정렬된 ECTE와 인접 음극액실의 막 사이에서 음극액이 자유롭게 순환할 수 있도록 보스들 사이의 간격에서 평면 지지부를 향해 이격된 음극 보스주위에서 충분히 늘려진다. 라이너는 음극액에 인접한 ECTE 표면을 음극액에 인접한 한 경계부로서 대치한다.

양극액 측 라이너와 달리, 음극액 측 라이너는 금속 중간물을 통해 음극 보스에 접속되는 것이 반드시 필요한 것은아니다. 따라서, 음극액 측 라이너는 금속 중간물을 보스와 라이너 사이에서 배치하지 않고 음극 보스에 직접 접속하는 것이 좋다. 그러나, 금속 중간물이 직접 사용될 수도 있다. 그와같이 하는 경우, 금속중간물은 음극액 측 라이너의 금속 및 ECTE가 만들어지는 금속과 용접 가능하게 병용될 수 있어야 한다.

음극액 측 라이너용 금속은 제1철 금속, 니켈, 크롬, 마그네슘, 탄탈륨, 카드뮴, 지르코늄, 납, 아연, 바나둠, 텅스텐, 이리둠, 모리브덴, 코발트, 각각의 합금 또는 그들의 합금으로부터 선택된다.

대부분의 경우에, ECTE의 금속, 음극액 측 라이너의 금속 및 인접셀의 음극 소자의 금속은 모두 제1철금속으로 부터 선택하는 것이 바람직하다.

어떤 경우에는, 금속 중간물을 음극 보스와 인접음극액 측 라이너 사이에 위치시키는 것이 좋다. 그 금속 중간물은 양극액 측 라이너를 부착시키는데에는 설명한 것과 유사하다. 그러나, 대부분의 경우 음극액 측라이너의 금속이 금속 중간물을 필요로 하지 않고 평면 지지부에 직저 용접될 수 있다.

음극액 측 라이너는 음극 보스의 단부 위와 주위에 맞추어지도록 형성하고 ECTE와 음극 구획 사이에 접점을 제공하게끔 라이너의 일측상에서 보스에 직접 용접된다. 음극 소자 자체는 음극 측 라이너의 대향측에 직접 용접된다.

양극액 측 라이너의 경우처럼, 음극액 측 라이너 역시 셀 세그먼트가 셀 열을 형성하도록 함께 압착될때 막에 대한 밀폐면을 형성하게끔 음극액 구획 주변 플랜지부의 측면위로 연장되는 것이 바람직하다.

대부분의 경우, 음극액 측 라이너는 음극 보스의 단부에서 ECTE에 접속하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명은 라이너를 보스 사이의 지지부에 접속하는 것을 포함한다.

본 발명은 또한 필터 프레스 구성으로 조립된 단극성 셀용 셀 유니트를 제조 및 조립하는 방법이다.

단극성 셀 유니트용 ECTE는 각 단극성 ECTE역시 그것을 외부 전원에 전기 접속하기 위한 수단을 갖는 다는 점을 제외하고는 양극성 셀 유니트에 대하여 앞서 기술한 것과 동일하다. 이러한 수단은 ECTE에 별도의 소자로서 부가되거나 그것과 일체로 형성될 수 있다. 그렇지 않으면, 단극성 ECTE는 양극성 ECTE의 경우와 동일한 물리적 형상을 가지며 동일한 금속으로 만들어진다. 그것은 지지부, 주변플랜지 및 지지부의 대향측상의 전극 소자 보스의 일체적 유니트를 만드는데에 있어서 동일한 방법, 예컨대 단일 주조에 의해서 만들어진다.

물론, 양극성 셀 유니트와는 반대로, 단극성 셀 유니트에서는 지지부의 대향측상의 보스가 동일한 종류이다. 즉, 대향측상의 보스는 모두 양극보스이거나 음극 보스이다. 그들은 양극성 셀 유니트의 경우처럼 어느한 측상의 양극보스와 다른 측사의 음극 보스가 되는 것이 아니다. 단극성 셀 열에 대한 단자셀을 전극 소자를 필요로 하는 단자 하나의 측을 가진 단부 셀 유니트이다.

단극성 셀 유니트의 단일 전기 극성은 또한 ECTE의 양측상에 위치한 전해질 구획이 동일한 종류가 되게 한다. 즉, 이러한 인접 구획은 둘다 양극액 구획이 되거나 음극액 구획이 될 것이다.

ECTE는 셀 무게를 지지하도록 구조적 일체성을 제공하게끔 형성된다. 그것은 또한 양극으로 전기 접속되는 경우 그것의 대향측상에 전기 접속된 두개의 전극 소자에 전류 통로를 제공하는 반면 음극으로 전기 접속되는 경우에는 상기와 반대로 제공한다.

양극성 전극 셀 유니트에 대하여 기술한 라이너는 단극성 전국 셀 유니트에 대한것과 거의 동일하다. 그 라이너는 형상이 유사하며 ECTE를 전기 화학적 침투로부터 보호하는 동일한 기능을 한다.

물론, 각 ECTE가 그것의 일측상에서 양극액 측 라이너를 갖고 그것의 다른 측상에서 음극액 측 라이너를 갖는 상술한 바의 양극성 양극액 및 음극액 측 라이너와는 달리, 단극성 ECTE는 그것이 양극 또는 음극으로 사용될 것인지의 여부에 따라 그것의 양극상에서 양극액측 라이너 또는 음극액 측 라이너를 갖는다. 음극액 농도가 약 85℃이하의 온도에서 약 22%이하라면, 음극액 측 라이너를 갖는 것이 필요치 않다. 이 단극성 양극액 및 음극액 측 라이너는 양극성 셀 유니트에 대하여 상술한 것과 동일한 방법에 위해 동일재료로 만들어진다. 단극성 양극액 및 음극액 측 라이너는 또한 그것의 상대적 양극성 양극액 및 음극액 축라이너에 대하여 상술한 것과 동일하며 동일한 방법으로 부착된다. 양극성 전극 소자처럼, 단극성 전극소자는 전기화학 반응이 개시되는 장소로서 한정된 전극 자체이어야할 필요는 없다. 그 전극 소자는 양극에 전기를 전도시키고 음극으로 부터 전기를 전도시키는 부재일 수도 있다.

노즐은 주변 프레임형 플랜지부내의 채널 또는 노치에 맞추기 위한 형상의 티탄 또느 니켈의 주조물이다.

양극성 셀은 음극액 및 양극액 노즐을 이용하는 반면 단극성 셀은 하나 또는 다른 하나를 이용한다.

본 발명은 본 발명의 방법에 의한 양호한 실시예를 예시한 도면을 참조로 하여 보다 잘 이해할 수 있으며, 모든 도면에서 동일 부품에 대하여 동일 참조번호로 표시하고 있다.

제1도는 하나의 양극성 전극형태의 필터 프레스형셀 유니트를 형성하는 부속 부품과 함께 도시한 양극성 전류 소자에 대하여 절결한 상태는 나타낸 확대 사시도이다.

제2도는 전류 전송 소자를 이용한 세개의 양극성 필터 프레스형 셀 유니트에 대한 측단면도이다. 그 셀 유니트는 필터 프레스 셀 열로 나타낸 바와같이 도시되어 있다.

제3도는 셀 유니트의 확대 측단면도이다.

제4도는 단극성 단일 전류 전송 소자와 셀 열의 하나의 단극성 양극 형태의 필터 프레스 셀 유니트를 형성하는 부속 소자를 절결한 상태로 확대 도시한 사시도이다.

제5도는 제2의 세개의 양극성 셀 유니트를 취한 경우와 동일한 방법으로 도시한 세개의 단극성 셀 유니트에 대한 측단면도로서, 그 셀 유니트는 두개의 동일한 단극성 음극 셀 유니트 사이에 끼워진 단극성 양극성 셀 유니트를 도시한 필터 프레스 구성으로 도시된다.

제6도는 본 발명의 방법에 따른 단극성 양 셀 유니트를 형성하는데 사용된 셀 유니트에 대한 확대 측단면도이다. 상기 측단면도는 제8도의 선8-8을 따라 절취하여 도시한 것으로서, 가상의 단면도 절단평면뒤에 있고 정상적으로 단면도로서 도시한 다른 부품을 도시함으로써 이 소자들을 명확히 표시하기 위하여 실제로 제8도의 선 8-8을 따라 절취한 가상의 단면 절단 평면과 접촉하는 부품들만을 도시하고 있다.

제7도는 본 발명의 방법에 따라 소자들을 이용한 단극성 음극 셀 유니트에 대하여 부분적으로 절결하여 도시한 입면도이다.

제8도는 본 발명의 방법에 따라 소자들을 이용한 단극성 양극 셀 유니트에 대하여 부분적으로 절결하여 도시한 입면도이다.

제9도는 본 발명의 따른 단극성 음극 셀 유니트를 형성함에 있어 사용된 셀 구조체의 확대 단면도이다. 상기 단면도는 제7도의 선 Ⅱ-Ⅱ을 따라 절취하여 도시한 것으로서, 가상의 단면도 절단 평면 뒤에 있고 정상적으로 단면도로서 도시된 다른 부품을 도시함으로써 이 소자들을 명확히 나타내기 위하여 실제로 제7도의 선 Ⅱ-Ⅱ을 따라 절취한 가상의 단면 절단 평면과 접촉하는 부품들만을 도시하고 있다.

제1, 2 및 3도를 참조하면, "평판"양극성 전극 형태의 필터 프레스형 전해 셀 유니트(10)가 본 발명의 방법에 따라 만들어진 전류 전송 소자(ECTE)(12)의 양호한 실시예를 이용하여 도시되어 있다.

양호한 실시예에 있어서, ECTE(12)는 주조 연성철로 만들어진다. 그것은 고체 평면 지지부(14), 지지부(14)의 주변 연부의 대향측으로 부터 측방향으로 연장된 주변 프레임형 플랜지부(16), 돌출되어 이격된 양극 보수(18) 및 돌출되어 이격된 음극 보스(19)를 가진다.

이들 부품이 모두 단일 소자로 주조되게 함으로써, 여러가지 문제점이 도시에 해소되거나 크게 감소된다. 예를들어, 비틀림 문제, 액체 누설 문제, 전류의 오분포 문제, 대량 생산에 있어 셀 구조의 복잡성에 대한 문제의 대부분이 크게 경감된다. 이와같은 셀 설계의 간소화는 ECTE가 훨씬 더 신뢰성있고 경제적으로 구성될 수 있게 한다.

인접셀의 양극액 구획(22)은 ECTE(12)의 우측상에 도시된다. ECTE(12)의 좌측상에는 인접 셀 유니트의 음극액 구획(24)이 도시된다. 따라서, ECTE(12)는 한 셀을 다른 셀로 부터 분리시킨다. 이러한 형태의 셀에서 한가지 매우 중요한 특징은 가능한한 값싸게 한 셀로부터 다른 셀로 전기를 전도시키는 것이다.

ECTE(12)의 양극액 구획 측 상에는 둘 또는 그 이상의 시이트로 만들어질 수도 있지만 단일 시이트의 티탄으로 만들어지는 것이 바람직한 불투유성 양극액 측라이너(26)가 있다. 이 라이너(26)는 그것의 양극액 측구획상에 ECTE(12)의 표면위에 맞추기 위한 방식으로 프레스에 의해 고온 형성된다. 이것은 양극액 구획(22)의 부식성 환경으로부터 ECTE(12)의 연성철을 보호하기 위하여 행하여진다. 라이너(26)는 또한 양극액 구획(22)의 좌측 경계부를 형성하고 이온 교환막(27)은 우측 경계부를 형성한다(제3도에 도시됨). ECTE(12)는 그것의 주변 구조체가 양극액 구획(22)의 주변 경게부에 대한 지지부 뿐만 아니라 음극액 구획(24)의 주변 경계부에 대한 지지부로부터 작용하는 프레임형 플랜지부(16)를 형성하도록 주조된다. 티탄 라이너(26)는 원자 수소가 메징성 비도전성 티탄 수화물을 형성하도록 신속히 침투할 수 없는 라이너를 제공하기 위하여 그것내에 아무런 응력을 주지 않고 형성된다. 원자 수소는 응력 받은 티탄을 보다 신속하게 침투하는 것으로 알려져 있다. 라이너에서 이러한 응력을 피하는 것은 482℃ 내지 704℃(900℉ 내지 1300℉)의 상승된 온도에서 프레스에서 라이너를 고온 형성함으로써 이루어진다. 라이너 금속 및 프레스는 라이너를 소정의 형태로 프레스하기 전에 이 상승된 온도로 가열된다. 라이너는 그것이 냉각함에 따라 그것내에 응력이 형성되는 것을 막기 위하여 약 15분 동안 가열된 프레스에 유지될 수도 있다. 라이너를 형성하도록 사용될 수 있는 다른 방법으로는 진공, 유압, 팽창 냉각 형성법과 기타 당분야에서 공지된 방법이 있다.

티탄 양극액 측 라이너(26)는 저항 용접 또는 캐퍼시터 방전 용접에 의해 연성철 ECTE(12)에 접속된다. 이러한 용접은 바나듐 웨이퍼(30) 및 그 바나듐 웨이퍼(30)에 용접되는 티탄 웨이퍼(31)를 통해서 원통형의 고체 양극 보스(18)의 편평한 단부(28)에 라이너(26)를 용접함으로써 간접적으로 이루어진다. 바나듐은 그 자체가 용접가능하고 티탄 및 철과 용접가능하게 병용될 수 있는 금속이다. 용접 가능하게 병용될 수 있다는 것은 충분한 기계적 강도 및 전기 전도도를 갖는 접합부가 형성된다는 것을 의미한다. 이것은 흔히 연성고체 용액을 형성하게끔 둘 또는 그 이상의 금속을 용접함으로써 이루어진다. 티탄 및 철은 서로 용접가능하게 병용될 수 없지만 바나듐과 용접 가능하게 병용될 수 있다. 따라서, 바나듐 웨이퍼(30)는 라이너(26)와 ECTE(12) 사이에 전기 접점을 형성하고 또한 양극액 측 라이너(26)를 지지하도록 ECTE(12)에 대한 기계적 지지수단을 형성하기 위하여 그것의 용접을 함께 행하도록 철 양극 보스(18)과 티탄 라이너(26)사이의 중간 금속으로 사용된다. 얇은 티탄 라이너(26)의 철 양극 보스(18)에 대한 보다 나은 용접을 위하여 티탄으로 만들어진 제2웨이퍼(31)는 라이너(26)를 ECTE(12)의 양극 보스(18)에 용접하기 전에 바나듐 웨이퍼(30)의 외측에 용접된다.

ECTE(12)에 대하여 양극액 측 라이너(26)를 양호하게 맞추는 것은 도면(제2도)에 나타나 있다. 그 라이너(26)는 그것에 프레스된 오목한 공동캡(32)을 갖는다. 이 캡(32)은 절두원추형이지만, 양극 보스(18)처럼 고체인 대신공동으로 되어 있다. 캡(32)은 양극 보스(18)위와 주위를 맞출 수 있을 만한 크기를 갖고 이격되어 있다. 캡(32)은 티탄 웨이퍼(31) 및 바나듐 웨이퍼(30)가 양극 보스(18)의 편평한 단부(28)에 용접된 후 그 내부 단부(34)가 티탄 웨이퍼(31)와 인접하도록 함몰의 깊이로 크기가 정해진다. 이 보스와 캡의 특별한 형태는 중요하지 않다. 그것은 4각 형상이거나 어떤 다른 편리한 형상일 수도 있다. 그러나, 그것의 단부(28)는 모두 편평하고 동일한 가상의 기하학적 평면에 놓여 있다. 실제로 양극 보스(18) 및 캡(32)은 양극액 구획(22)에서 양극액 및 가스 순환을 안내할 수 있을 정도의 형상으로 위치될 수 있다.

양극액 라이너(26)는 개입된 용접가능하게 병용될 수 있는 바나듐 웨이퍼(30) 및 티탄 웨이퍼(31)를 통해서 양극 보스(18)의 편평한 단부(28)에 오목한 캡(32)의 내부단부(34)에서 저항 용접 또는 캐퍼시터 방전용접된다.

양극 구획(36)은 실질적으로 편평한 시이트 형의 신장된 금속, 천공판, 금속 스트립 도는 티탄으로 만들어진 짜여진 선으로 이루어진다. 이 양호한 실시예에 있어서, 양극 구획(36)은 루데늄 산화물을 포함한 촉매 코팅을 갖는다. 그것은 측방 라이너(26)의 오목한 캡(32)의 편평한 단부(38)의 외측에 간접적으로 용접된다. 이 용접부는 양극 구획(36)에 대한 전기 접점 및 기계적 지지수단을 형성한다. 다른 촉매 코팅이 사용될 수도 있다.

또한 양극 구획(36)은 양극 자체를 필요로 하지는 않지만 매트리스 또는 다른 전극 소자를 통해 직접 또는 간접으로 전기를 전도시키는 전류 분포용 평면을 포함할 수도 있다.

제2도에서 막(27)은 각각의 두 인접 ECTE(12)의 평면 지지부(14) 사이에놓인 셀의 양극액 및 음극액 구획을 정의하기 위하여 한 셀 유니트(10)의 양극 소자(36)와 다음 인접 셀 유니트(10)의 음극소자(46) 사이의 편평한 평면에 배치된 것으로 도시되어 있다.

본 발명에 따라 만들어진 구조체에 사용하기 위한 선택 투과성의 이온 교환막의 대표적인 예로는 미합중국 특허 제3,909,378호, 제4,329,435호, 제4,065,366호, 제4,116,888호, 제4,126,588호, 제4,209,635호, 제4,212,713호, 제4,251,333호, 제4,270,916호, 제4,123,336호, 제4,151,053호, 제4,176,215호, 제4,178,218호, 제4,340,680호, 제4,357,218호, 제4,025,405호, 제4,192,725호, 제4,330,654호, 제4,337,137호, 제4,337,211호, 제4,358,412호, 및 제4,358,545호에 기재된 것을 들수 있다.

물론, 그 사이에 구획을 형성하기 위하여 서로 이격된 두개의 막 및 각 막과 그것의 각 인접 셀 유니트(10) 사이의 각 막의 대향측상에 형성된 구획을 하나 이상의 막을 사용한 복수개의 셀 예컨대 3구획 셀에 제공하는 것은 양극액 구획(22) 내에 양극(36)을 위치 설정하는 것은 지지부(14)로 부터의 플랜지부(16)의 측방향 연장거리, 지지부(14)로부터의 양극 보스(18)의 영장거리, 바나듐 웨이퍼(30)의 두게, 양극액 측라이너(26)의 두께등의 상호 관계에 의해 결정된다. 양극 구획(31)이 지지부(14)로부터의 양극 보스(18)의 연장거리를 변경함으로써 이동될 수 있다는 것을 쉽게 알수 있다. 그러나, 지지부(14)의 양극액 측상의 플랜지부(16)는 지지부(14)로부터 양극 보스(18)의 경우처럼 동일한 거리만크 연장되는 것이 바람직하다. 이것은 표면들이 모두 동일한 기하적 평면 내에 놓이게끔 동시에 양극 보스(18)의 양단부면(28)과 플랜지부(16)의 측면(16a)을 평면화할 수 있기 때문에 ECTE의 구조적 간소화를 돕는다. 이러한 동일한 잇점은 ECTE(12)의 음극액 측상의 동일 평면(16C)에 대해서도 그러하다. 이러한 잇점으로부터 이탈하는 것은 예를들어, 매트리스를 수용하거나 전해갭을 생성하도록 전극 소자와 막 사이에 상당한 거리가 생기게 하는데 사용될 수 있다.

막(27)과 플랜지 표면(16a) 사이의 유체 밀폐 목적상, 양극액 측 라이너(26)는 그것의 주변부 주위로 연장된 오프셋 립(42)을 가진 팬의 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 립(42)은 플랜지부(16)의 측면(16a)을 꼭 맞춘다. 막(27)의 주변부는 라이너 립(42)을 맞추는 제1주변 가스켓(44)을 꼭 맞춘다. 제2주변 가스켓(45)은 막(27)의 주변부의 다른측을 꼭 맞춘다. 제2도에 도시한 바의 셀 열에서는, 가스켓(45)은 촉매측 라이너상의 오프셋 립(72)를 꼭 맞추거나 다음 인접 ECTE(12)의 촉매측상의 플랜지부(16)의 측면(16C)을 꼭 맞추며, 아무런 측 라이너(48)도 없을때 막(27)을 꼭 맞춘다. 임의로 매트릭스를 수용하거나 전해갭을 생성하도록 여러가지의 가스켓 선택이 이루어질 수 있다.

막(27)은 그것의 주변부 주위의 각 측 상에서 두개의 가스켓(44),(45)을 가지는 것으로 도시되어 있지만, 이러한 셀 설계는 막의 양측상에서 하나의 가스켓만의 사용을 가능케한다.

때때로 측 라이너(48)가 존재하는 것이 바람직한 경우도 있으나 반드시 필요한 것으 아니다. 예를들어, 약 85℃ 이하의 음극액 온도내에서 약 22% 이하의 농도로 음극액 구획내의 부식물을 생성하는 염화나트륨 염수의 전기분해에 있어서, 제1철 금속 ECTE(12)는 보통 음극액을 보호하는데 니켈 라이너(48)을 필요로 하지 않는다. 약 85℃이상의 음극액 온도와 약 22% 이상의 부식물 농도에서의 이러한 염수 전기분해의 경우, 니켈 라이너(48)는 보통 음극액에 의한 부식으로 부터 ECTE(12)의 금속을 보호하는데 필요하다.

제2 및 3도를 참조하면, ECTE(12)의 음극액측(좌측)은 이 가장 양호한 실시예에서 그것의 양극액 측과 미러 화상으로 나타나 있다. 플랜지부(16)는 음극액 구획(24)의 주변 경계부를 형성하지만, 음극액 측 라이너(48) 및 막(27)은 그것의 나머지 경계부를 형성한다. 이격된 음극 보스(20)는 주변부(14)로부터 음극액구획(24)으로 바깥쪽으로 향해 연장된 고체의 원통형 또는 절두원추형의 돌출부일 수도 있다. 바람직한 원추의 절단부는 우측 원통에 매우 근접하게 될 것이다. 이러한 음극 보스(20)의 형태는 엄밀한 것은 아니다. 그것은 단부(40)상에서 편평한 것이 바람직하고 이 단부(40)는 모두 동일한 기하학적 평면에 놓이는 것이 바람직하다. 이것은 또한 이하에서 설명될 음극액측 라이너(48)의 오목한 캡(70)에 인가한다. 이 음극 보스(20) 및 측 라이너 캡(70)은 음극액 및 가스의 순환을 안내하기 위한 형태로 놓일 수 있다.

측 라이너는 ECTE(12)의 음극액 구획측 상에 있는 것을 원할때, 양극액 구획측 라이너(26)의 동일한 방식으로 쉽게 제공될 수 있다. 음극액 측 라이너(48)는 음극액 구획(24)의 음극액으로부터의 부식성 침투에 큰 저항성을 갖는 금속으로 이루어진다. 금속은 또한 단일 시이트형 금속으로부터 비평면 형태로 프레스되도록 충분히 연성이고 작업가능하여야 한다. 이것은 시이트로 프레스된 절두원추형 캡(70)을 가질수도 있다. 물론 이 캡(70)은 이격된 음극 보스(20) 뿐만아니라 구획(24)내의 음극액에 노출된 ECTE(12)측의 다른 부분 위와 주위에서 맞추도록 이격되어야 한다. 이 측 라이너(48)는 음극액 구획(24)에 인접한 ECTE(12)의 축 상의 플랜지부(16)의 측면(16C)와 인접하도록 하는 방식으로 그것의 주변부 주위에서 연장되는 오목한 립(72)을 가진다. 측 라이너(48)는 내부 단부(74)를 음극 보스(20)의 편평한 단부(40)에 인접하는 방식으로 직접 저항 용접 또는 캐퍼시터 방전 용접함으로써 ECTE(12)에 접속되는 것이 바람직하다. 즉, 이것은 ECTE(12)의 라이너(48)의 금속이 서로 용접가능하게 병용되는 경우에 바람직하다. 이러한 금속이 용접 가능하게 병용될 수 없다면, ECTE(12)의 라이너(48)의 금속과 용접 가능하게 병용될 수 있는 금속 중간물 또는 금속 중간물의 조합이 사용되어야 한다. 이러한 중간물(도시안됨)은 편평한 단부(40)와 내부단부(74)사이에 놓이게 된다. 그러나, 라이너(48)는 니켈로 만들어지고 ECTE는 연성철로 만들어지는 경우에는 이와같은 중간물이 필요치 않다.

양극 소자(36) 및 음극 소자(46)는 그것의 주변부가 ECTE(12)를 향해 안쪽으로 그리고 막으로 부터 멀리 둥글게 말려있다는 것을 알아야 한다. 이것은 때때로 이 전극 소자의 들쭉 날쭉하게된 단부가 막(27)과 접촉하여 그것을 찢게되는 것을 방지하기 위한 것이다.

음극 소자는 실질적으로 평면형인 소공의 니켈 시이트로서 음극(46)을 측 라이너(48)에 형성된 캡(70)의 외측 표면(76)에 용접함으로써 니켈 측 라이너(48)에 부착된다. 이 양호한 실시예에 있어서, 니켈 음극 소자(46)는 그것상에 촉매 코팅을 가지므로 음극 자체로서 작용한다. 그것은 막과 그것의 인접 전극사이에 실질적으로 아무런 갭도 존재않도록 막에 대하여 프레스된 인접 티탄 양극 구획(36)처럼 막(27)에 대하여 프레스될 수도 있다.

니켈 음극 소자(46)에 대한 양호한 촉매 코팅은 니켈 산화물 및 루데늄 산화물의 이종 혼합물이다. 이 코팅을 부착시키는 양호한 방법은 미합중국 특허출원 제499,626호에 기재되어 있다. 물론, 니켈 음극 소자(46)는 촉매 코팅 없이 제공될 수 있고 음극 소자는 막에 내장되거나 막에 대하여 프레스된 다른 소자(도시생략)에 의해 형성된 음극으로부터 들어온 전기의 전달제 일수도 있다.

양극액 및 음극액 구획(22),(24)는 천염물질을 넣어 생성가스 및 액체를 제거하기 위한 입구 및 출구 수단을 갖고 있다. 이 입구 및 수단은 ECTE(12)의 플랜지스(16)를 통과한다. 양호한 입구 및 출구 수단은 수개의 부품(제1도의 (80-85) 및 제4도의 (180-185))이 도시된 양극액 구획 출구 수단으로 가장 잘 예시되어 있다. 개방측 채널(80)은 양극액 측상의 플랜지부(16)에 형성되고, 개구(81)는 티탄 측 라이너(26)에서 절단된다. 측 라이너(26)의 개구(81)는 채널(80)의 경계부와 일치한다. 이어서 노즐(82)는 노즐(82)의 바닥이 양극액 구획(22)에 도달하도록 측 라이너(26)의 플랜지 내의 개구(81)에 밀폐가능하게 용접되고, 노즐(82)의 최상부는 양극액 생성물이 플랜지 채널(80)과 접촉할 수 있도록 플랜지 채널(80)의 최상부로 연장된다. 볼트 키 맞춤부(83)는 플랜지부(16)에 형성된 나사식 구멍에 고정된 볼트(84)에 의해 플랜지부(16)에 고착된다.

상술한 양극액 구획 출구처럼 양극액 구획 입구(도시생략)는 플랜지부(16)의 바닥 양극액 측상에 형성된다. 음극액 구획 입구 및 출구 수단(도시생략)은 입구 및 출구 수단이 ECTE(12)의 음극액측상의 플랜지부에 형성되고 음극액 노즐이 티탄 대신 니켈로 만들어진다는 것을 제외하고는 양극액 구획 출구와 동일한 방식으로 형성된다.

양극액 셀은 다음과 같이 동작한다. 염수가 양극액 구획 입구를 거쳐 양극액 구획(22)로 공급되는 반면연성 부식 용액은 음극액 구획 입구를 거쳐 음극액 구획(24)로 공급된다. D.C.전력은 각 셀의 양극(36)이 그 셀의 음극(46)에 대하여 양이되게끔 셀 열을 가로질러 인가된다. 즉, 전원의 정전기 리이드는 셀열의 한단부에서 단자 셀 유니트의 양극에 전기 접속되고, 전원의 부전기 리이드는 셀 열의 다른 단부에서 단자 셀 유니트의 음극에 전기 접속된다. 무극화 음극 또는 양극을 제외하고, 전기분해는 다음과 같이 진행된다. 염소가스가 계속 양극(36)에서 생성되고, 나트륨 양이온은 막(27)을 통해 음극액 구획으로 운반된다. 음극액 구획(24)에서 수소 가스 및 나트륨 수화물의 수용액이 계속 형성된다. 염소가스 및 감손된 염수는 양극액 실출구를 통해 양극액 실(22)로부터 계속 흐르는 반면 수소가스 및 나트륨 수화물은 음극액 실 입구를 거쳐 음극액 구획(24)을 나간다. 무극화 전극은 원한다면 수소 또는 염소의 생성을 억제하는데 사용될 수 있다.

촉 라이너(26),(48)는 불투명성 단일 시이트를 형성하도록 함께 밀폐가능하게 용접하는 수개의 시이트로부터 형성될 수 있다. 이것은 절두원추형으로된 캡(32),(70)을 갖도록 프레스되는 능력이 있다. 본 발명은 절두원추형의 캡(32),(70)으로 제한되지 않고 또한 또한 원통형이나 절두 원추형의 양극 및 음극 보스로 제한하지 않는다. 보스(18),(20)의 단부(28),(40)는 전기 접점이 충분히 낮은 전기 저항을 가진 전기 경로를 제공하도록 그것의 갖 전극에 만들어질 수 있는 충분한 표면 영역을 가져야 한다. 보스(18),(20)는 그들이 부착된 전극면 양단에 꽤 균일하고 낮은 전위 구배를 제공하도록 이격되어야 한다. 이것은 각 전해액 구획내의 비점유 지점으로부터 그 구획내의 점유지점내의 어떤 다른 비점유 지점으로의 자유로운 전해액 순환을 가능케하도록 이격되어야 한다. 따라서, 보스는 그들의 각 구획에서 서로 꽤 일정하게 이격되어야 한다. 양극 및 음극 보스(18),(20)는 지지부(14)에 대하여 반대로 대향하는 관계로 도시되어 있지만 그들이 필요치는 않다. 그들은 서로 오프셋될 수 있다.

양극 및 음극 보스(18),(20)의 재료는 본 발명의 부품이 그 셀 소자의 일체적 부품으로 될 것이므로 ECTE(12)와 동일한 것이 바람직하다.

양극액 및 음극액 측 라이너(26),(48)가 만들어지는 재료는 보통 다른 전해액 부식과 그들이 노출될 전해액 부식 조건 때문에 다르다. 이것은 염화 알칼리 셀에서 뿐만 아니라 다른 전해액에서도 그러하다. 그러나, 몇가지 재료가 양 전해액에서 사용될 수 있다. 따라서, 선택된 금속은 그들이 노출되어질 조건에 알맞도록 선택된다. 전형적으로 티탄은 양극액 구획 라이너(26)에 대한 적합한 금속이다.

본 발명의 방법에 의해 만들어진 단극성 셀 유니트의 양호한 실시예는 제4도에 예시되어 있다. 이러한 셀 소자의 구성과 위치 설정을 제외하고는 본질적으로 그들과 양극성 셀 간의 주요한 차이는 그들의 전기접속 수단이다. 부가적인 차이점은 양극성 셀 유니트가 수평 방향으로 배향된 그것의 가장 긴 차원을 가지는 반면 단극성 셀 유니트가 수직 방향으로 가장 긴 차원을 갖는다. 이 가장 긴 차원의 차이는 본 발명에 의해 만들어진 셀에 대하여 바람직하지만 꼭 필요한 것은 아니다.

따라서 본 발명의 방법은 측 라이너 및 전극소자를 단순히 재배열하고 필요한 전기 접점에 대한 설비를 제공함으로써 양극성 셀 유니트로서 사용될 수 있는 단극성 셀 유니트를 조립하기 위한 셀 유니트의 구조적 부품을 생산한다는 것을 알 수 있다. 지지부는 단극성 또는 양극성 셀 유니트의 무게를 지지할만한 두께를 제공할 뿐만 아니라 단극성 셀 유니트에 대한 매우 낮은 저항의 전기 경로를 제공할 만한 두께(적어도 약 1cm)이다. 이러한 특징의 조합으로 제조하는데 있어서 경제적이고 단극성 또는 양극성 셀 유니트를 만들도록 다른 셀 유니트와 조립함에 있어 경제적이고, 동작에 있어 경제적이고 매우 길고 유용한 수명을 가진 신규의 간단한 호환성의 ECTE를 얻을 수 있다.

제4도에 예시된 단극성 셀 유니트에서, 제1-3도의 양극성 유니트(10)의 동일 부품에 대하여는 동일 참조 번호가 사용된다.

제4도에 예시된 단극성 양극 셀 유니트에서, 단일 ECTE(12)에는 그것의 대향측 상에 양극측 라이너(26)가 제공되어 지지부(14)의 대향측 상에 양극액 실을 형성하게 된다. 그 셀 유니트에는 또한 양극 셀 유니트의 구조적 소자를 완성하도록 양극소자(36) 및 막(27)이 제공된다. 만일 셀 유니트가 음극 셀 유니트라면, 전기 접속 수단은 ECTE(12)가 음극으로 되고 ECTE(12)의 대향측 상의 전극이 지지부(14)의 대향측상의 음극액 실을 형성하기 위하여 음극이 되도록 하고 있다.

물론, 단극성 양극 및 음극 ECTE는 각각 양극 또는 음극 버스 단자(190)와 같은 전기 접속 수단을 갖는다. 이 접속 수단은 플랜지부(16)에 부착된다. 그렇지 않으면, 단극성 및 양극성 셀 유니트 사이의 주요한 구조적 차이는 양극성 셀 유니트에서 일측이 양극액 환경에 사용하기에 적합한 부품을 가지는 반면 대향측은 음극액 환경에 사용하기 적합한 부품을 가지지만, 단극성 셀 유니트에서는 양측이 동일 전해액에 적합하다는 것이다. 그러나, 만일 부품들이 단극성 및 양극성 셀 유니트간에 호환성이 있도록 만들어진다면, 이 부품들을 조립하기 전에 해야할 모든 것은 본 발명의 방법 및 본 발명을 조립하는 방법에 따라 만들어진 부품의 그룹으로 부터 취해진 부품을 조립하기 전에 특별한 셀 열 중에서 어떤 형태의 셀 유니트를 원하는 것인지 결정하여야 하는 것이다.

따라서 본 발명에 대한 단극성 양극 셀 유니트를 원할 경우, 티탄측 라이너(26)은 ECTE(12)의 각 측에 부착된 다음 양극(36)이 각각의 측 라이너에 부착된다. 이 셀열용의 음극셀 유니트 경우 니켈 측 라이너(48)은 ECTE(12)의 각 측에 접속된 다음 음극구획(46)이 각각의 상기 라인(48)에 부착된다.

따라서 단극성 및 양극성 필터프레스형의 전지 열의 필터프레스 셀열에 대한 셀 유니트를 제조 및 조립하는 부차적 방법을 설명하였다.

어떤 필터프레스 셀 열의 조립을 완성하는데 있어서 필요한 단계는 전력을 셀 열에 인가하는 방식이다. 양극성 셀 열은 정전력원 리이드 또는 도선을 셀열의 한 단부에 그리고 부전력원 리이드 또는 도선을 셀열의 다른 단부에 접속함으로써 이루어지는데 이 두 리이드 사이의 전위차는 그 열의 개입 셀 유니트 양단에 인가된다. 단극성 필터프레스형의 전지는 그 열의 교번 셀 유니트가 정 및 부 전력원에 접속될때 완전히 성형성된다. 즉, 상극성 셀 열의 모든 다른 셀 유니트는 정전력원에 접속되고 다른 셀 유니트는 부전력원에 접속된다.

전원을 단극성 양극셀 유니트 또는 단극성 음극셀 유니트에 접속하는데 사용된 양극 또는 음극 버스 단자(190)는 각 ECTE(12)와 일체로 주조되는 것이 바람직하지만 꼭 필요한 것은 아니다.

예 1

4개의 전류 전송 소자를 공칭 61cm×61cm의 단극성 전기분해기로서 주조하였다. 모든 전류 전송 소자는 ASTM A536, GRD 65-45-12 연성철로 주조되었고 통일차원의 주조에 대하여 동일하다. 완료된 주조부를 검사한후 구조적으로 양호하고 표면 결함이 없다는 것을 알게 되었다. 주요 규격은 공칭 61cm×61cm의 외측크기, 2cm 두께의 지지부, 지지부의 각 측상에 놓인 16개의 2.5cm 직경의 보스 및 셀 주조부 주변의 주위에 있는 2.5cm 폭과 6.4cm 두께의 밀폐 수단 영역을 포함하였다. 가공된 영역은 밀폐용 수단 표면(평행한 양측)과 각 보스 최상부(단일 평면에 가공되고 대향측에 평행한 각측)을 포함하였다. 각 측상에는 16개의 보스가 있다.

음극셀은 셀 유니트의 각 측 상에 0.9mm 두께의 보호용 니켈 측 라이너를 결합하였다. 역시 니켈로 구성된 입구 및 출구 노즐을 라이너를 셀 유니트에 스폿 용접하기 전에 미리 용접하였다. 최종 조립체는 각 보스 위치에서 촉매적으로 모팅된 니켈 전극을 라이너에 스폿 용접하는 것을 포함하엿다.

보스의 단부의 평면들 사이의 거리는 단극성 음극셀의 경우 58.2mm였는데 그것은 ECTE 두께에 대응한 것이다. 한 니켈 전극 소자의 외측으로 부터 다른 니켈 전극 소자의 외측까지의 전체 셀 두께는 69.2mm였다. 따라서, ECTE 두께는 전체 두께의 92%였다.

음극 단자 셀은 보호용 니켈 라이너가 일측상에서 필요치 않고 부속 니켈 전극이 없다는 점을 제외하고는 음극셀과 동일하였다.

양극 셀은 ECTE의 각 측상에 0.9mm 두께의 보호용 티탄 라이너를 결합하였다. 티탄으로 구성된 입구 및 출구 노즐은 라이너를 ECTE에 용접하기 전에 라이너에 미리 용접되었다. 최종 조립체는 중간 바나듐 및 티탄 웨이퍼를 통해서 각 보스에서 티탄 전극을 라이너에 스폿 용접하는 것을 포함하엿다. 양극은 루테늄과 티탄의 혼합 산화물의 촉매층으로 코팅하였다.

양극 단자 셀은 보호용 티탄 라이너가 일측상에서 필요치 않고 또한 부속 티탄 전극이 없다는 점을 제외하고는 양극 셀과 동일하였다.

Claims (7)

1. 필터 프레스형 열의 전지 셀의 두개의 단자 셀 사이에 놓인 복수개의 반복 셀 유니트중 하나의 주요소자로서 유용하며, 모울드에서 도전성 금속으로 전류 전송 소자를 형성하는 단계를 포함하는데, 상기 모울드는 평면 지지부, 전류 전송 소자가 지지부의 대향측상에 놓인 전극 구획의 주변 경계부를 형성하는 지지부의 주변 연부 주위에서 연장되는 프레임형 플랜지부 및 지지부의 대향측으로부터 바깥쪽으로 돌출한 복수개의 보스를 가지며, 상기 전송 소자는 일체로 형성된 한 조각의 구조적 요소를 포함하도록 되어 있는 전류 전송 소자를 제조하는 방법에 있어서, 상기 전송 소자는 단극성 또는 음극성 셀 유니트에 사용하기 적합한 것으로 지지부 또는 상기 전송 소자의 플랜지부상에 제공된 적어도 하나의 전류 운반 도체용 부착 수단을 구비하는데, 상기 부착 수단으로 오로지 양극성 셀 열의 단자 셀 유니트에 대하여 이용되거나 단극성 열의 각 셀 유니트에 대하여 이용되는 것을 특징으로 하는 전류 전송 소자 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 노출되어진 전액에 대하여 불투과성이고, 화학적으로 반응하지 않은 적어도 하나의 금속 시트로 전류 전송 소자의 대향측의 적어도 일측에 대한 라이너를 형성하는 단계를 포함하는데 상기 측 라이너는 그 측을 덮고 그 라이너가 용접에 의해 전류 전송 소자의 그 측상에서 보스에 전기적, 기계적으로 부착될 수 있게끔 측 라이너로 프레스된 캡을 가진 상기 전류 전송 소자의 형상에 실질적으로 따르도록 하기 위하여 형성되며, 아울러 상기 라이너의 적어도 복수개의 상기 캡을 상기 보스에 용접하는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 방법.
3. 제1 또는 2항에 있어서, 보스와 측 라이너 사이에 놓인 금속 중간물을 통해 상기 전류 전송 소자의 보스에 상기 라이너를 용접하는 단계를 포함하는데, 상기 금속 중간물은 전류 전송 소자 및 측 라이너의 금속과 용접 가능하게 병용될 수 있는 금속으로된 것을 특징으로하는 방법.
4. 제1 또는 2항에 있어서, 전류 전송 소자는 제1철 금속으로 만들어지고 측 라이너는 티탄 및 니켈로부터 선택된 금속으로 만들어진 것을 특징으로하는 방법.
5. 필터 프레스형 전해 셀 열의 두개의 단자 셀 사이에 놓일 수 잇는 셀 유니트를 제조 및 조립하는 방법에 있어서, (가) 용융 금속을 모울드내에 넣음으로써 도전성 금속으로 상기 셀 유니트에 대한 전류 전송 소자의 일체적 고체 주조부를 형성하는 단계로서, 상기 모울드는 전류 전송 소자가 (1) 평면 지지부, (2) 평면 지지부의 대향측상에 놓인 전극 구획의 외측 경계부를 형성하도록 하는 주조부 주변의 프레임형 플랜지부, (3) 평면 지지부의 대향측으로부터 바깥쪽으로 돌출한 고체 보스를 가지도록 그것의 내부가 형성되어 있는 단계; (나) 상기 전류 전송 소자를 상기 모울드로부터 제거하는 단계; (다) 실질적으로 평면형으로 배치된 전극 소자를 보스의 단부에 용접하는 단계로서, 상기 셀 유니트는 평면 지지부 또는 상기 전류 전송 수단의 플랜지부상에 제공된 적어도 하나의 전류 운반용 도체에 대한 부착 수단을 구비하며, 단극성 셀 열에 사용하기 적합한 것이 특징인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 유니트의 제조 및 조립 방법.
6. 제5항에 있어서, 측 라이너가 전송 소자와 전급 소자 사이의 상기 전류 전송 소자의 적어도 일측에 부착됨으로써, 전극 소자가 전극 소자 대신에 측 라이너에 부착된 것을 특징으로하는 방법.
7. 필터 프레스 전열 셀 열의 두개의 단자 셀 사이에 놓일 수 있는 셀 유니트의 제조 및 조립 방법에 있어서, (가) 용융된 도전성 금속을 모울드로부터 그것에 전사된 형사을 유지하도록 충분히 단단하게 될때까지 금속을 냉각함으로써 상기 셀 유니트에 대한 전류 전송 소자의 일체적 고체 주조부를 형성하는 단계로서, 상기 모울드는 전송 소자가 (1) 평면 지지부, (2) 지지부의 대향측상에 놓인 전극 소자의 외측 경계부를 형성하도록 하는 지지부의 주변 연부 주위의 프레임형 플랜지부, (3) 지지부의 대향측으로부터 바깥쪽으로 돌출한 고체 보스를 가지도록 그것의 내부가 형성되어 있는 단계; (나) 상기 모울드로부터 상기 전송소자를 제거하는 단계; (다) 측 라이너를 상기 전송 소자의 각 측에 부착하는 단계로서, 상기 측 라이너는 노출되어질 전해액에 대하여 불투과성 화학적으로 반응하지 않는 적어도 하나의 금속 시이트로 앞서 형성되고, 상기 전송 소자의 각 측을 덮고 전송 소자의 측의 형상에 실질적으로 따르도록 형상이 이루어지고, 함몰부가 보스 위에서 맞추어지도록 시이트내에 함몰부를 가지며, 상기 측 라이너를 전송 소자의 각 측에 부착시키는 것은 상기 전송 소자의 각 측상에 놓인 보스에의 적어도 함몰부의 절반을 용접함으로써 이루어지는 단계; (가) 실질적으로 평면형으로 놓인 전극 소자를 두 측 라이너의 함몰부의 단부에 용접하는 단계로서, 상기 셀 유니트가 평면 지지부 또는 상기 전류 전송 소자의 플랜지부상에 제공된 적어도 하나의 전류운반 도체에 대한 부착 수단을 구비하며 단극성 셀 열에 사용하기 적합한 것을 특징인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 셀 유니트의 제조 및 조립방법.

Images