KR940010103B1 - 복극식 전해조 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

복극식 전해조

제 1 도는 본 발명에 따른 복극식 전해조를 형성하는 단위 전해조의 사시도.

제 2 도는 본 발명에 따른 단위 전해조의 구성을 개략적으로 나타낸 도면.

제 3 도는 본 발명에 따른 복극식 전해조에 사용되는 금속판의 구조를 나타낸 정면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 양극실 격판 2 : 음극실 격판

3, 4 : 전기전도판 5 : 양극

6 : 음극 7 : 금속판

8 : 양이온 교환막 9, 10 : 공급노즐

11, 12 : 방출노즐 13 : 양극실

14 : 음극실 15 : 니켈판

16, 16' : 구리판 17 : 단위 전해조

본 발명은 단수의 단위 전해조로 이루어진 복극식 전해조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 염화알칼리 금속수용액으로부터 염소와 수산화 알칼리 금속의 전기분해 생산에 적합하도록 각 단위 전해조가 폭발용접 결합된 다수의 금속판에 의해서 전기적으로 연결되도록 한 복극식 전해조에 관한 것이다.

일반적으로, 양극이 구비된 양극실과 음극을 갖는 음극실 및 이들 사이에 개재되는 양이온 교환막으로 형성된 다수의 단위 전해조로 이루어지는 복극식 전해조에 있어서, 상기 단위 전해조에서 일측 끝 단위 전해조의 양극측과 타측 끝 단위 전해조의 음극에는 저전류 고전압의 전원이 연결되어지며, 상기 양이온 교환막을 이용하여 염소 및 가성 칼리와 같은 알칼리 금속물을 생성하는 전해조에 대해서 많은 선행특허가 출원되어 있다.

특히, 복극식 전해조를 이루는 단위 전해조와 단위 전해조의 전기적 연결에 대한 선행특허는, 일측 단위 전해조의 재질이 티타늄으로된 격벽과 이와 대향하는 타측 단위 전해조의 철로된 격벽 전체를 폭발용접 결합시켜 된 전해조(미합중국 특허 4111779)와, 옹이가 형성된 판을 격판사이에 삽입시켜 전기적으로 연결되도록 한 전해조(유럽특허 0172495)와, 플라스틱재질로 형성된 각 단위 전해조를 볼트와 너트의 고정수단에 의해서 전기적으로 연결되도록 한 전해조(독일특허 2551234)에 각각 기재되어 있다.

그러나, 상기에서 단위 전해조를 플라스틱 재질로 제작하는 경우, 전해조의 기계적인 강도를 고려하여 전해조의 격벽을 두껍게 제작해야 되므로서 두께가 얇고 크기가 작은 전해조를 제작할 수 없게 됨에 따라 크기가 큰 전해조에 제한되는 문제점을 가진 것이었다. 그리고, 각 단위 전해조의 격벽과 격벽전체를 폭발용접 결합에 의해서 도통되도록 연결시키는 경우 폭발용접 결합에 소요되는 많은 작업 시간과 이에 따른 인건비로 인하여 비경제적이고 전해조를 원하는 형상대로 제작하는데 제한을 받게 되며, 또한 다수의 단위 전해조가 연속적으로 연결된 전해조의 가동중에 어느 하나의 단위 전해조에 문제점이 발생할때에는 이와 직접 연결되는 모든 단위 전해조의 작동을 중지시킨 후, 문제점이 노출된 단위 전해조를 해체시켜야 하므로 작업성이 저하되는 문제점을 가진 것이었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 복극식 전해조를 형성하는 각 단위 전해조의 양극실 격벽과 음극실 격벽을 각각 티타늄과 니켈의 재질로 형성함에 따라 충분한 기계적 강도가 구비되므로 소정의 작업 조건에 따라 크기와 형상을 자유자재로 정하여 제작할 수 있도록 한 복극식 전해조를 제공하는데에 있는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 복극식 전해조를 이루는 각 단위 전해조를 폭발용접 결합된 구리와 니켈의 재질로 된 다수의 금속판을 이용하여 도통되도록 연결시킴으로서 모든 단위 전해조의 운전중에도 문제점이 노출된 단위 전해조를 교체할 수 있게 되므로 작업성을 향상시킬 수 있도록 한 복극식 단위 전해조를 제공하는데에 있는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징은 하부에 전해질 공급노즐과 상부에 생성물 유출노즐이 각각 형성된 팬형의 양극실 격판과 음극실 격판으로 형성된 각 단위 전해조로 이루어지는 복극식 전해조에 있어서, 상기 단위 전해조는 양극실 격판과 양극 및 음극실 격판과 음극에 전류가 도통되도록 전기전도판이 다층으로 형성된 양극실과 음극실으로 이루어지며, 상기 양극실 격판과 음극실 격판은 이들 사이에 개재되는 폭발용접 결합된 다수의 금속판에 의해서 통전되도록 한 복극식 전해조인 것이다.

이하, 본 발명의 복극식 전해조를 첨부도면을 참조하여 더욱 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명에 따른 복극식 전해조를 이루는 단위 전해조의 사시도로서, 단위 전해조(17)를 형성하는 티타늄 재질로 된 팬형태의 양극실 격판(1)과 니켈 재질로 이루어진 팬형태의 음극실 격판(2)의 상부와 하부 소정 위치에는 염수 공급 노즐(9)(10)과 방출노즐(11)(12)이 대각선 방향으로 각각 양극실(13)과 음극실(14)에 연통되도록 형성된다.

제2도는 본 발명에 따른 단위 전해조의 구성을 개략적으로 나타낸 도면으로서, 상기 단위 전해조(17)의 양극실(13)을 형성하는 양극실 격판(1)과, 음극실(14)을 형성하는 음극실 격판(2)은 압연가공에 의하여 2mm 두께를 가지는 팬형으로 형성되며, 폭발용접 결합된 구리-니켈의 다층으로 형성된 다수의 금속판(7)에 의해서 전기적으로 연결된다.

양극(5)은 개구도가 40%인 팽창된 다공성 판으로 두께가 1mm인 티타늄판에 이리듐, 루테늄과 티타늄으로 이루어진 산을 포함하는 용액에서 도금된 것이 사용되며, 음극(6)은 개구도가 40%인 팽창된 다공성판으로 두께가 1mm인 니켈판이 사용되며, 상기와 같은 양극(5)과 음극(6)은 내구성을 가지며 염소가스의 발생시 과전압을 낮추게 하며, 양극(5)과 양이온 교환막(8) 사이에 발생되는 기체상태의 거품을 제거하는데 효과적이다.

한편, 양이온 교환막(8)은 양극(5)과 음극(6) 사이에 개재되며 황산형 카르복실산형등의 양이온 교환기를 가지며 염소나 가성소다 등에도 저항력을 가지도록 불소섬유를 보강한 불소함유 수지가 사용된다.

상기 팬형태의 양극실 격판(1)은 다층으로 형성되는 다수의 전기전도판(3)을 통하여 양극(5)에 도통되도록 수직으로 용접되고, 상기 다수의 전기전도판(3)은 티타늄 재질로 형성되며 양극(5)에 수직으로 용접되며, 음극실 격판(2)은 상기 양극실 격판(1)과 동일하게 다수의 전기전도판(4)을 통하여 음극(6)에 도통되도록 수직으로 용접되고, 상기 다수의 전기전도판(4)은 니켈재이며 음극(6)에 수직으로 용접되며, 상기 양극실(13)과 음극실(14)에 형성된 다수의 전기전도판(3)(4) 사이로 전해질 및 기체상태의 거품이 유동하게 된다.

제3a, b, c, d도는 본 발명에 따른 각 단위 전해조를 전기적으로 연결해주는 폭발용접 결합된 금속판의 구조를 나타낸 것으로서, 상기 금속판(7)은 니켈판(15)과 구리판(16)으로서 형성되며, 이는 소정의 크기와 형상을 갖는 구조로서 폭발용접 결합된 구리판(16)위의 일측끝 및 중앙 또는 양측 끝에 소정의 형상을 가지는 구리판(16')이 연결된 것이다. 상기 단위 전해조(17)를 전기적으로 연결할때에 상기 금속판(7)을 이웃하는 단위 전해조(17)의 격판사이에 위치시킨 다음, 상기 금속판(7)의 니켈판(15)을 단위 전해조(17)의 음극실 격판(2)에 용접한 후, 소정의 외력으로 단위 전해조(17)를 압축시키면 금속판(7)에 용접된 구부러진 구리판(16')은 인접한 단위 전해조(17)의 니켈판(15)과 폭발용접 결합된 구리판(16')에 밀착되어 전기적으로 연결되는 것이다.

한편, 상기와 같은 폭발용접 결합된 금속판(7)은 제3a도에 도시된 바와 같이, 가로길이 100mm, 세로길이 28.5mm, 두께 1mm를 가지는 구리판(16)과 가로길이 100mm, 세로길이 28.5mm, 두께 2mm를 가지는 니켈판(15)이 폭발용접 결합된 것이고, 상기 구리판(16)의 일측에 가로길이 100mm, 세로길이 240mm, 두께 1mm인 구리판(16')이 1mm가 결합되도록 용접시킨 후 세로 120mm 지점인 중앙에서 V자형으로 구부린 것이고, (b)도는 상기와 같은 폭발용접 결합된 금속판(7)의 구리판(16)의 양측에 구리판(16')이 용접되어 소정 위치에서 구부린 것이고, (c)도는 폭발용접 결합된 금속판(7)의 구리판(16)의 중앙지점에 구부러져 마름모꼴로 되는 복수개의 구리판(16')이 용접되며, (d)는 폭발용접 결합된 금속판(7)의 구리판(16)의 일측에 평판형의 구리판(16')이 용접된 것이다.

상기와 같은 본 발명의 복극식 전해조의 실시예는 다음과 같으며 이는 본 발명의 범위를 한정시키는 것은 결코 아니다.

[실시예 1]

제1도와 같은 구조로 형성되는 본 발명의 복극식 전해조의 일부인 단위 전해조는 다음과 같은 수치를 갖는다.

전해조의 가로길이, 1,500mm, 세로길이, 1,000mm, 두께, 67mm

전극과 격벽은 가로길이가 30mm, 세로길이가 28.5mm, 두께가 5mm인 판에 의해서 용접되며, 팬형으로된 양극실 격판(1)와 양극(5)을 전기적으로 연결시켜 주는 것은 티타늄 재질의 전기전도판(3)이고 팬형의 음극실 격판(2)과 음극(6)을 연결시키는 것은 니켈재질의 전기전도판(4)이며, 상기 양극실 및 음극실 격판(1)(2)은 압연가공에 의해서 2mm 두께로서 제작된다.

상기와 같은 구조의 각 단위 전해조(17)는 폭발용접 결합된 니켈-구리판의 용접과 접촉에 의하여 전기적으로 연결된다.

상기의 폭발용접 결합된 구리판(16)와 니켈판(15)의 금속판(7)은 가로길이 100mm, 세로길이 28.5mm, 두께 1mm를 가지는 구리판(16)과 가로길이 100mm, 세로길이 28.5mm, 두께 2mm인 니켈판(15)으로 형성되며, 상기와 같은 금속판(7)의 구리판(16)의 이면 일측에 가로길이 100mm, 세로길이 240mm, 두께 1mm인 구리판(16')의 일단부가 1mm가 결합되도록 용접시킨 후 세로 120mm 지점인 중앙에서 V자형으로 구부린다.

상기와 같은 폭발용접 결합된 금속판(7)을 각 단위 전해조(17)의 격판사이에 위치시킨 후, 상기 금속판(7)의 니켈판(15)을 팬형의 음극실(14)을 형성하고 있는 음극실 격판(2)에 용접한 다음 소정의 압력을 가하여 양극실 격판(1)측으로 압축시키면 폭발용접 결합된 금속판(7)에 용접된 구리판(16')의 넓은면이 양극실 격판(1)의 티타늄 격벽에 밀착됨으로써 전기적으로 연결된다.

양극(5)은 개구도가 40%인 다공성판형으로 두께가 1mm인 티타늄판에 이리듐, 루테늄과 티타늄으로 이루어진 산을 포함하는 용액에서 도금된 것을 사용하며, 음극(6)은 양극(5)과 동일하게 개구도가 40%인 다공성판형으로 두께가 1mm인 니켈판이 사용되어지며, 음극(6)과 양극(5) 사이의 간격은 이들사이에 개재된 두께가 2mm인 에틸렌 프로필렌 고무에 의해서 소정의 간격이 유지된다.

양이온 교환막(8)은 불소섬유가 보강된 불소수지로 만들어진 황산형 및 카복실산형이 혼합된 수지가 사용된다.

농도가 310g/1인 염수용액은 염수공급노즐(9)을 통하여 양극실(13)로 유입되며 그 속도는 방출노즐(11)을 통해서 유출되는 양극액의 농도가 200∼210g/1이 되도록 조절되며, 음극실(14)에 공급되는 묽은 농도의 수산화나트륨 용액의 공급속도는 음극액 방출노즐(12)을 통하여 방출되는 수산화나트륨 용액의 농도가 30%가 되도록 조절한다.

전해조의 운전온도는 90℃이며 전류밀도는 40A/dm²이다.

상기와 같은 본 발명의 복극식 전해조는 염수를 전기분해하여 염소가스, 수소가스, 가성소다 등을 생산하는 공정에 적합하며, 복극식 전해조를 이루는 단위 전해조와 단위 전해조의 전기적 연결은 폭발용접 결합된 구리-니켈의 다수의 금속판을 통하여 도통되게 함으로서 전해조의 성능이 향상되고 전해조의 운전중에도 문제점이 발생되는 단위 전해조만을 용이하게 교체할 수 있으므로 작업성이 뛰어나게 되는 것이다.

Claims (10)

1. 하부에 전해질 공급노즐과 상부에 생성물 유출노즐이 각각 형성된 팬형의 양극실 격판과 음극실 격판으로 형성된 각 단위 전해조로 이루어지는 복극식 전해조에 있어서, 상기 단위 전해조(17)는 양극실 격판(1)과 양극(5) 및 음극실 격판(2)과 음극(6)에 전류가 도통되도록 전기전도판(3)(4)이 다층으로 형성된 양극실(13)과 음극실(14)으로 이루어지며, 상기 양극실 격판(1)과 음극실 격판(2)은 이들 사이에 개재되는 폭발용접 결합된 다수의 금속판(7)에 의해서 통전됨을 특징으로 하는 복극식 전해조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 양극실(13)에 형성되는 전기전도판(3)의 재질은 티타늄 재질인 것을 특징으로 하는 복극식 전해조.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 전기전도판(3)은 양극실 격판(1)과 양극(5)에 대하여 수직으로 용접된 것을 특징으로 하는 복극식 전해조.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 음극실(14)에 형성되는 전기전도판(4)의 재질은 니켈재질인 것을 특징으로 하는 복극식 전해조.
5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서, 상기 전기전도판(4)은 음극실 격판(2)과 음극(6)에 대하여 수직으로 용접된 것을 특징으로 하는 복극식 전해조.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 금속판(7)은 구리-니켈 재질로서 이루어진 것을 특징으로 하는 복극식 전해조.
7. 제 1 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 금속판(7)은 폭발용접 결합된 구리-니켈판의 구리판(16)일측에 V자형인 구리판(16')이 용접된 것을 특징으로 하는 복극식 전해조.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 금속판(7)은 구리-니켈판의 구리판(16)양측에 V자형인 복수개의 구리판(16')이 용접된 것을 특징으로 하는 복극식 전해조.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 금속판(7)은 구리-니켈판의 구리판(16)일측에 평평한 구리판(16')이 용접된 것을 특징으로 하는 복극식 전해조.
10. 제 7 항에 있어서, 상기 금속판(7)은 구리-니켈판의 구리판(16)중앙에 마름모꼴인 구리판(16')이 용접된 것을 특징으로 하는 복극식 전해조.