KR970004140B1 - 복극식 전해조 - Google Patents

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Abstract

내용없음.

Description

복극식 전해조
제 1도는 본 발명에 따른 복극식 전해조를 구성하는 단위전해조의 연속배열을 나타내는 단면도이다.
제 2(가), (나)도는 상기 제 1도의 단위전해조를 이루는 전해실의 평면도이다.
제 3도는 상기 제 1도의 단위전해조를 이루는 양극실과 음극실의 측면도이다.
제 4(가), (나), (다)도는 본 발명에 따른 각 단위전해조를 전기적으로 연결해주는 폭발용접결합된 금속판의 구조를 나타내는 도면이다.
제 5도는 본 발명에 따른 복극식 전해조에서 전극과 전기전도판 사이에 설치되는 전류분포를 균일하게 유지시켜 주는 전극전류분포틀의 구조를 나타내는 도면이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 단위 전해조1' : 인접단위 전해조
2 : 양극실틀벽3 : 양극실 격벽
4, 4', 13, 13' : 전기전도판5 : 양극
6, 15 : 유입구7, 16 : 출구
8, 17 : 통로9, 18 : 캐스킷
10 : 양극실11 : 음극실 틀벽
12 : 음극실 격벽14 : 음극
19 : 음극실20 : 금속판
21 : 양이온 교환막22 : 공급헤드
23 : 출구헤드27, 28 : 호오스
30 : 니켈판31, 31' : 구리판
32, 32' : 전극전류분포틀D : 양극과 양극실격벽 사이의 거리
D' : 음극과 음극실격벽 사이의 거리
본 발명은 다수의 단위전해조로 구성되는 복극식 전해조에 관한 것이다. 좀더 상세하는 염화 알칼리 수용액을 전기분해하여 염소와 수산화 알칼리금속으로 전기분해 하는데 적합하도록 폭발용접결합법에 의한 스프링 형태의 금속판을 채택하여 다수의 단위전해조를 연결하고, 연속적으로 연결되는 다수의 단위전해조의 각 전해질 내부에는 전류밀도와 전해질의 농도를 균일하게 유지시키는 다층으로 형성된 전기전도판, 전기전도판과 전극틀사이에 양이온 교환막을 보호하고 전류를 균일하게 해주는 전류분포를, 염소가스의 정체로부터 양이온 교환막을 보호할 수 있도록 경사진 틀벽이 구비된 복극식 전해조에 관한 것이다.
양극실과 음극실 및 이들 사이에 양이온 교환막이 삽입된 단위전해조가 다수 연결되어, 한쪽끝 단위전해조의 양극측과 다른 한쪽끝 단위 전해조의 음극에는 저전류 고전압의 전원이 공급되고 양이온 교환막을 분리막으로 이용한 염소 및 가성칼리와 같은 알칼리 금속물을 생성하는 복극식 전해조에 대해서 많은 선행특허가 출원되어 있다.
특히, 복극식 전해조를 이루는 단위전해조와 단위전해조의 전기적 연결에 대한 선행특허로 일측 단위전해조의 재질이 티타늄으로 된 격벽과 이에 대향되는 타측 전해조의 재질이 철로 된 격벽전체를 폭발용접 결합방법을 이용해서 제조된 전해조(미합중국 특허 제 4,111,779호)가 있으며 용이가 형성된 판을 격판 사이에 삽입시켜 전기적으로 연결되도록 한 전해조(유럽특허 제 0172495호)가 있고, 플라스틱 재질로 형성된 각 단위전해조를 볼트와 너트의 고정수단에 의해서 전기적으로 연결되도록 한 전해조(독일 특허 제 2551234호), 그리고 초음파 용접이나 티탄-구리-스테인레스 스틸로 제작된 연결부를 가지는 전해조(일본국 공개 특허 제 79-90079호)에 관한 특허가 있다.
또한, 전해 내부 특히, 전극과 전해질 사이에 설치되는 전기전도체의 구조에 대한 선행특허로는 다수의 개구가 단일판에 형성된 전기전도체를 가지는 전해조(유럽특허 제 220659호)와, 양측에 빈 공간이 형성된 단일판으로 된 전기전도체를 가지는 전해조(미합중국 특허 제 4389289호) 및 골격형태로 된 전기전도체를 가지는 전해조(미합중국 특허 제 4417960호)에 관한 것이 있다.
한편, 복극식 전해조의 복극벽 형태에 대한 선행특허로는 복극벽이 폭발용접 결합에 의해 제작되어 양극실 및 음극실을 분리할 수 없도록 된 전해조(S, OGAWA, CHEM, AGE, INDIA, 31, 1980, 441, K, MOTANI, ibid, 31, 1980, 457)와, 복극벽이 폭발용접 결합에 의해 제작되어 음극실 및 양극실을 분리할 수 있도록 된 전해조(미합중국 특허 제 4,568,434호) 및 양극실과 음극실을 분리할 수 있으며, 폭발용접 결합되지 않은 복극벽을 가지는 전해조(J. OF ELECTROCHEMISTRY 12, 1982, 631)에 관한 것 있다.
또한, 전해조 조작시 내부압력을 대기압보다 높은 압력으로 조작하므로써 염소가스의 기포 크기를 줄여 전해조 전압을 절감할 수 있도록 한 전해조(미합중국 특허 제 4105515호)가 있다.
전해조는 우수한 성능, 용이한 조작 그리고 제작과 관리에 따른 적은 비용 등의 조건을 만족하여야 하나, 상기와 같은 종래의 전해조는 대부분 상기 조건들을 모두 충조시키지는 못하고 있다. 폭발용접 결합된 격벽을 가지는 성능이 우수한 전해조는 폭발용접 결합에 따른 시간과 인원이 많이 소요되므로 제작비가 상승되는 문제점을 갖고 있으며, 폭발용접 결합을 하지 않은 격벽을 가지는 전해조는 제작과 유지에 비용이 적게 드는 장점은 있으나 전해조의 성능이 저하되는 문제점을 가지고 있다. 단위전해조를 플라스틱 재질로 제작하는 경우, 전해조의 기계적인 강도를 고려하여 전해조의 격벽을 두껍게 제작해야 하므로 두께가 얇고 크기가 작은 전해조를 제작할 수 없게 됨에 따라 크기가 큰 전해조에 제한되며, 다수의 전해조가 연속적으로 연결된 전해조 운전중 어느 하나의 단위전해조에 문제점이 발생할 때에는 이와 직접 연결되는 모든 단위전해조의 작동을 중지시킨 후, 문제점을 점검하여야 하므로 작업성이 저하되는 문제점 등이 있다.
또한, 기존 전해는 전극(1㎜두께)과 전기전도판(두께 2㎜)을 직접 용접하나 이 같은 방법은 용접이 매우 어렵고 용접상태가 매우 불량하게 된다. 이러한 불량한 용접상태를 전극면을 고르지 못하게 하여 전해조내 멤브레인에 전류밀도의 편차를 크게 만들고 전해조내 전류밀도 불균일성은 전해조 전압을 감소시켜 전해조 성능을 감소시킨다.
이러한 전해조 성능감소는 물론 전해조 시스템의 안전성에도 영향을 미친다. 전해조내 압력이 0.5㎏/㎡ 정도만 되어도 전극과 전기전도판이 떨어져 국부적으로 열이 발생되고 이열은 멤브레인에 치명적인 손상을 주며 결과적으로 전해조 시스템의 안전성 문제을 야기시킨다.
종래의 전해조는 멤브레인 보호를 위해 코너마다 경사틀을 제공하여 전해조내에서 염소가스 정체를 최대한 억제하여 염소가 멤브레인으로 확산하여 가성소다와 반응 멤브레인내에서 치명적인 결정이 생성되는 것을 방지하고 있다. 그러나, 이같은 방법은 전해조의 제작비 상승을 유도한다.
따라서, 본 발명의 목적은 복극식 전해조를 형성하는 각 단위전해조의 양극실 격벽과 음극실 격벽을 각각 티타늄과 니켈의 재질로 형성함에 따라 충분한 기계적 강도가 구비되므로 작업조건에 따라 크기와 형상을 자유자재로 제작할 수 있도록 한 복극식 전해조를 제공하는데에 있다.
본 발명의 다른 목적은 복극식 전해조를 이루는 각 단위전해조를 볼트와 너트의 연결방법을 채택하고 폭발용접결합된 구리와 니켈의 재질로 구성된 다수의 스프링형태의 금속판을 이용하여 통전되도록 연결시키므로써 모든 단위전해조의 운전중에도 문제점이 노출된 단위전해조만을 쉽게 교체할 수 있고, 각 전해질 내부에 폭발용접 결합을 하지 않은 복극격벽을 형성하므로써, 전해조의 조립과 분해하는 작업시간을 단축시켜 작업성을 향상시킬 수 있도록 한 복극식 전해조를 제공한다.
또한 단위전해조의 각 전해질 내부에 전류밀도와 전해질 농도를 균일하게 유지시키기 위하여 다층으로 형성된 전기전도판을 구비하고 염소가스의 정체에 의한 양이온 교환막 보호를 위하여 경사진 틀벽을 구비한 성능이 우수한 복극식 전해조를 제공하는데에 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은 전해조내에 염소가 정체되는 코너를 전류분포틀이 커버하게 되어 전해조코너 라운딩이 필요없도록 한 복극식 전해조를 제공하는데에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하고자 본 발명의 복극식 전해조는, 양극실과 양이온 교환막 및 음극실로 형성된 다수의 단위전해조로 이루어지는 복극식 전해조에 있어서, 상기 단위전해조 내부에 연결수단에 의해서 전해질이 유입되고 생성물이 유출되도록 전해질 유입구와 생성물 출구가 상부 및 하부 일측에 설치되고 단위전해조의 내측모서리에 가스의 정체됨을 방지하기 위하여 내측모서리에 경사면이 형성되며, 이의 일측에 격벽이 각각 고정되는 틀벽과, 상기 격벽과 양극 및 음극간에 전기적으로 도통시키고 단위전해조내의 전류밀도와 전해질의 농도분포를 균일하게 유지시키며 소정의 크기로서 다층으로 형성되는 전기전도판을 설치하며 상기 각 단위전해조는 양격벽사이에 위치하는 다수의 전도매개체에 의해서 전기적으로 연결되며, 전기 전도판과 전극틀간에 전극전류분포틀이 존재하여 국부적인 높은 전류밀도를 감소시켜, 결합로드에 의해서 연속적으로 배열되며 양극실 격판과 음극실 격판사이에 폭발용접결합된 다수의 금속판에 의해서 통전되는 구조로 이루어진다.
이하 본 발명의 복극식 전해조를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
제 1도는 양극실(10)과 음극실(19) 및 이들 사이에 개재되는 양이온 교환막(21)으로서 형성되는 단위전해조(1)의 연속배열을 나타내는 본 발명에 따른 단면도로, 상기 양극실(10)은 양극실 틀벽(2)과 이의 일측에 고정되는 양극실 격벽(3) 및 상기 양극실 격벽(3)과 후술하는 전기전도판(4)에 용접된 양극(5)이 서로 도통될 수 있도록 이들 사이에 다층으로 형성된 전기전도판(4)을 포함하고 있으며, 상기 음극실(19)은 상기 양극실(10)과 동일하게 음극실 틀벽(11)과 이의 일측에 고정되는 음극실 격벽(12) 및 상기 음극실 격벽(12)과 전기전도판(13)에 용접된 음극(14)이 서로 도통될 수 있도록 이들 사이에 다층으로 형성된 전기전도판(13)을 포함하고 있으며 상기 다층으로 형성된 전기전도판(4, 13)의 통로(8, 17)에는 전해질과 생성물이 통과하게 된다.
양극실 특벽(2)과 음극식 틀벽(11)은 상기 양이온 교환막(21)을 중심으로 대칭되게 형성되었으며 단위전해조(1)의 하부일측에 상기 단위전해조(1) 내부에 전해질이 유입되도록 전해질 유입구(6, 15)가 연통되도록 연결되며 이의 맞은편 상부일측에는 생성물이 유출되는 출구(7, 16)가 연통되게 연결된다.
상기 전해질 유입구(6, 15)와 생성물 출구(7, 16)는 이들과 연결된 플레시블(FLEXIBLE)한 호오스(27, 28)을 통하여 단위전해조(1)의 하부 및 상부에 위치하는 공급헤드(22)와 출구헤드(23)에 각각 연통되도록 연결된다.
일반적으로, 양극실틀벽(2)과 음극실 틀벽(11)의 내측모서리에 경사면이 없는 경우, 염수의 전기분해시 음극실(19)에서 양극실(110)로 이동하는 수산화 이온과 양극실(10)내에 정체되어 있는 염소가 각각 양이온 교환막(21)으로 확산됨에 따라, 양이온 교환막(21)에서 다음과 같이 반응하여 결정이 생성되므로 양이온 교환막(21)의 성능이 떨어지게 된다.
2NaOH+Cl2→NaCl+NaOCl+H2O
이와 같은 멤브레인의 손상을 방지하기 위하여 상기와 같은 양극실틀벽(2) 및 음극실 틀벽(11)의 내측 모서리에는 전기분해 생성물로부터 발생되는 가스(예를 들어, 염수의 전기분해시 전해조의 내측 모서리부분에 정체되어 있는 염소가스)로부터 상기 양이온 교환막(21)을 보호할 수 있도록 5°이상의 경사각도를 가가는 경사면을 형성하였다.
전해질 유입구(6, 15)와 생성물출구(7, 16)의 설치가 가능하면, 상기 양극실틀벽(2), 음극실 틀벽(11)의 두께는 제한이 없으나 통상 10㎜에서 50㎜의 두께를 사용하며 경제적인 측면에서는 40㎜의 두께가 가장 바람직하다. 또한 양극실틀벽(2)과 음극실 틀벽(11)의 재질로는 전해질과 생성물에 대하여 내화학성을 가지는 철, 니켈, 티타늄등의 금속과, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 염화비닐수지, 불소수지등의 플라스틱류 등이 사용되어지며, 가격과 전해액 누설 및 전해조의 기계적 강도를 고려하여 금속의 사용이 바람직하다(예를 들어, 염수의 전기분해에 있어서 양극실틀벽(2)의 재질은 티타늄, 음극실 틀벽(11)의 재질은 니켈이 가장 바람직하다).
한편, 전기전도판(4, 13)은 격벽(3, 12) 및 활성양극(5), 활성음극(14)에 용접되며, 양극 격벽(3)으로부터 활성양극(5)에 전류를 공급하게 된다. 상기 전기전도판(4, 13)은 전해조의 전류밀도 분포와 전해질 농도분포에 영향을 주게되며 이들은 상호교환(TRADE-OFF)되는 성질이 있다.
본 발명의 전해조는 격벽과 전극 사이에 많은 접촉을 허용하여 전해조내에 활성전극면에서 전류밀도를 균일하게 하는 동시에 전해액 농도가 전해조내에서 균일하도록 통로(8, 17)와 전기전도판(4, 13)이 최적의 크기와 위치에 설치되며, 상기 전기전도판(4, 13)의 재질은 전해질과 생성물에 대하여 내화학성과 전기전도성이 우수한 것이면 족하는 것으로, 염수의 전기분해에 있어서 양극실(10)의 전기전도판(4)은 티타늄, 음극실(19)의 전기전도판(13)은 니켈이 바람직하며 전기전도판(4, 13)에 백금족 산화물을 코팅하면 전기전도도가 더욱 향상된다. 전기전도판(4, 13)과 전극(5, 14)사이에는 전극면에서의전류밀도를 균일하게 하는 전류분포틀(양극실 전류분포틀 : 32, 음극실 전류분포틀 : 32')(4~5㎜)이 존재하여 용접을 용이하게 유도하고 부분적으로 전기전도판(4, 13)을 통해 들어온 전류가 전극면 전체로 균일한 분포를 가지도록 유도해준다.
그러나, 개량기술에 의한 전류분포틀(32, 32')은 전극에서 방출하는 가스의 방출을 방재하지 않은 크기가 적당하며 이는 전해조내 발생가스의 최대크기를 기준으로 설계되어진다. 이때 적당한 크기는 1~10㎜가 가능하나 4㎜가 가장 바람직하다. 간격은 전기전도판 간격와 일치하게 제작하며, 양극실 전류분포틀(32)은 티타늄으로, 음극실 전류분포틀(32')은 니켈로 되어있다.
또한, 양극격벽(3)과 음극격벽(13)사이의 전기접촉 저항을 감소시키기 위하여 설치되는 금속판(20)의 재질은 구리, 니켈, 티타늄과 같은 금속 또는 이들의 합금이 사용되어지며, 특히 염수의 전기분해시, 양극격벽(3)과 음극 격벽(12)은 서로 다른 금속이므로 이들 금속에 전류를 유도하기 위해서 구리-니켈의 이중합금을 사용하도록 한다. 상기 금속판(20)의 구조는 단위전해조를 조립할 때 인접한 단위전해조가 충분하게 밀착되어 각각의 단위전해조에 전류가 잘 전도될 수 있도록 스프링 지지체의 형태로 되어 있다
양극 격벽(3)과 음극 격벽(12)은 저해조의 내부압에 지탱할 수 있고 상기 전기전도판(4, 13)이 용접될 수 있는 정도의 두께가 요구되는데, 전해조의 기계적인 강도와 경제적인 측면에서 1~3㎜의 두께의 사용이 타당하고, 이의 재질은 틀벽(2, 11)의 재질과 동일한 재질을 갖도록 함이 유리하며, 격벽(3, 12)와 틀벽(2, 11)은 용접 및 볼팅에 의해서 결잡되어진다.
양극(5)의 재질은 티타늄 재료와 피복된 백금족 금속산화물로 구성되고, 백금산화물은 이리듐 산화물, 루테늄 산화물, 티타늄 산화물, 지르코늄 산화물등이 사용되며, 성능을 향상시키기 위해서 백금족 화합물의 혼합물을 사용하기도 한다.
양극(5)에서는 염소가스나 산소가스와 같은 가스가 발생하여 양극(5)와 양이온 교환막(21)사이에 존재하는 가스로 인해 전류가 차단되어 전해전압을 상승시키게 되므로, 40%의 개구를 갖는 다공성판과 같은 형상으로 전극구조를 만들어 발생한 가스가 양극(5)의 후면으로 방출되도록 하여 가스에 의한 전해전류 차단을 방지하여 전해전압이 낮아지도록 한다.
상기 다공성판은 구멍을 뚫은 평평한 금속과 팽창된 금속전극이 사용되고 있으며, 염수의 전개분해에서는 팽창된 금속의 사용이 바람직하며 형상은 비용과 금속이 소모되는 측면에서 선택되어진다. 양극(5)과 양극실 격벽(3) 사이의 거리(제 1도의 D)는 양극(4)에서 발생한 가스가 양극(5)의 후면으로 방출되는 것을 촉진하고 전극(5, 14)과 양이온 교환막(21)사이의 가스축적이 완화되어 저전압이 되도록 가능한 큰 치수가 요구된다.
음극(14)의 재질은 철, 니켈 또는 이들의 합금을 사용하며, 성능이 향상되도록 상기 금속을 음극재료로 사용하고 라니니켈, 니켈산화물과 같은 음극활성 물질을 코팅하여 사용한다. 음극(14)의 구조는 상기 양극(5)과 동일한 구조로 하고, 음극(14)과 음극실 격벽(12)사이의 거리(제 1도의 D')는 상기 양극(5)에서와 같은 원인에 의하여 큰 치수가 요구된다. 그러나, 음극실(19)에서는 최소거리 20㎜가 요구되며, 이는 상기 D'의 치수가 최소거리보다 작게 제작되면 음극(14)에서 발생한 가스가 합체되어질 때 그 크기는 20㎜이상이 되어 전해조내에서 가스공간을 형성하여 순간적으로 전해전류를 차단하여 전해전압을 상승시키게 된다.
캐스킷(9, 18)은 단위전해조내의 전해질용액의 누설을 방지하기 위하여 양이온 교환막(21)의 양단부에 설치되므로 가능한한 편평한 표면이 효과적이며, 재질은 전해질과 생성물에 대한 내화학성을 갖는 물질을 사용하고, 염수의 전기분해인 경우 에틸렌-프로필렌 고무, 클로로프렌 고무, 부틸 고무, 불소고무등을 사용하며, 가격과 성능측면에서 캐스킷(9)은 불소고무, 캐스킷(19)은 에틸렌-프로필렌 고무가 바람직하며, 이들의 형상 및 크기는 전해질 틀벽과 동일한 조건으로 설치한다.
양이온 교환막(21)은 양극실(10)의 양극(5)과 음극실(19)의 음극(14)사이에 위치하고 양이온 교환측을 가지는 불소함유 수지가 사용되며, 상기 양이온 교환막(21)의 교환축은 설폰닉산 형태 및 카복실산 형태 또는 이들의 결합된 복합막이 사용되어지며, 상기 복합막이 사용되는 경우 양극(5)과 대향하는 쪽은 설폰닉산이 위치하고 음극(14)과 대면하는 쪽은 카복실산막이 위치하게 된다.
전해조의 조작에 있어서 각 단위전해조(1)의 내부압력은 대기압 이상(0.2-2㎏/㎠)으로 유지하며 단위전해조(1)내 압력변화는 출구헤드(23)에 설치된 조절밸브(도시되지 않음)에 의해서 조절되도록 한다.
제 2(가), (나)도는 단위전해조를 이루는 전해실의 평면도로서, 양극실(10)과 음극실(19)의 전기전도판(4, 13)은 동일한 위치에 설치되어지며, 제 2(가)도에 표시된 I방향에 따른 전기전도판(4)의 위치는 전해조의 전류밀도 분포에 영향을 주게 되므로 좁은 간격으로서 설치됨이 요구되나, 경제성 및 전해질 농도분포의 측면에서 200~500㎜의 간격으로 형성되며 더욱 바람직하게는 300㎜의 간격으로 설치된다.
제 2(나)도는 본 발명의 복극식 전해조의 전해질에 관한 다른 실시예를 나타낸 것으로서, 이웃하는 전기전도판(4', 13')이 서로 엇갈리게(지그재그) 형성되므로 전해질 농도분포는 더욱 더 균일하게 된다.
제 3도는 단위전해조를 이루는 양극실과 음극실의 측면도로서, 제 2(가)도에 표기된 II방향에 따른 전기전도판(4)의 단위크기 B는 100~500㎜의 크기가 사용되어지며 특히 200~400㎜크기가 가장 바람직하다.
또한, 상기 전기전도판(4)의 단위크기 B와 전기전도판(4)의 간격 A의 비를 면적비(A/(A+B)*100)로 표현할 때, 60~80%가 요구되며 바람직하게는 70%이며, 60%이하인 경우는 전류밀도가 불균일하게 되며 80%이상은 전해질 농도가 불균일하게 된다.
제 4(가), (나), (다)도는 본 발명에 따른 각 단위전해조를 전기적으로 연결해 주는 폭발용접결합된 금속판(20)의 구조를 나타낸 것으로서, 상기 금속판(20)은 니켈판(30)과 구리판(31)으로 형성되며, 이는 소정의 크기와 형상을 갖는 구조로서 폭발용접결합된 구리판(31)위이 일측끝 및 중앙 또는 양측끝에 소정의 형상을 가지는 구리판(31')이 연결된 것이다. 상기 단위전해조를 전기적으로 연결할 때에, 상기 금속판(20)을 이웃하는 단위전해조(1')의 격판 사이에 위치시킨 다음, 상기 금속판(20)의 니켈판(30)을 단위전해조(1)의 음극실 격판(12)에 용접한 후, 소정의 외력으로 단위전해조(1)를 압축시켜 금속판(20)에 용접된 구부러진 구리판(31')이 인접한 단위전해조(1')의 니켈판(30)과 폭발용접결합된 구리판(31')에 밀착되도록 전기적으로 연결하는 것이다.
한편, 상기와 같은 폭발용접결합된 금속판(20)은 제 4(가)도에 도시된 바와 같이, 가로길이 100㎜, 세로길이 28.5㎜, 두께 1㎜를 가지는 구리판(31)과 가로길이 100㎜, 세로길이 28.5㎜, 두께 2㎜를 가지는 니켈판(30)이 폭발용접결합된 것이고, 상기 구리판(31)의 일측에 가로길이 100㎜, 세로길이 240㎜, 두께 1㎜인 구리판(31')이 1㎜가 결합되도록 용접시킨 후 세로 120㎜ 지점인 중앙에서 V자형으로 구부린 것이고, 제 4(나)도는 상기와 같은 폭발용접결합된 금속판(20)의 구리판(31)의 양측에 복수개의 구리판(31')을 용접하여 소정위치에서 V자형으로 구부린 것이고, 제 4(다)도는 폭발용접결합된 금속판(20)의 구리판(31)의 중앙 지점에서 구부러져 마름모꼴로 되는 복수개의 구리판(31')을 용접한 것이며, 제 4(라)도는 폭발용접결합된 금속판(20)의 구리판(31)의 일측에 평판형의 구리판(31')을 용접한 것이다.
제 5도는 본 발명에 따른 금속판(20)과 전극사이에 균일한 전류밀도를 전극(5, 14)에 제공하기 위한 전극전류분포틀(32, 32')을 나타낸 것이다. 음극격벽(11)에 유입되는 전류를 전기전도판(13)을 통해 전극(14)에 공급되는데, 이때 전류분포틀(32, 32')은 전류분포를 미리 완화하여 전류분포틀(32, 32')이 없을 때보다 멤브레인에 국부적으로 전류밀도가 분포되는 것을 막아준다. 또한 전해조내부의 일부분을 가림으로써, 전해조에서 발생된 가스가 함께 정체되는 영역과 멤브레인을 격리시켜 블리스터링에 의한 영향으로부터 멤브레인을 보호한다.
[실시예 1]
제 1도와 같은 구조로 형성되는 본 발명의 복극식 전해조는 다음과 같은 수치를 갖는다.
양극실의 폭(D) : 50㎜
음극실의 폭(D') : 35㎜
전해조의 세로길이 : 1000㎜
전해조의 가로길이 : 2000㎜
전해조내 전기전도판 사이의 간격 : 300㎜
전기전도판의 길이(B) (제 3도 참조) : 200㎜
전기전도판 사이의 간격(A) (제 3도 참조) : 50㎜
인접한 전기전도판 사이의 위치 : 제 2도의 (가)형태로 형성됨.
양극 : 수치안정성 전극(재료는 티타늄, 피복물은 루테늄-티타늄 산화물)
음극 : 활성전극(재료는 철, 피복물은 라니니켈)을 갖음.
전류분포틀 간격 : 300㎜
전류분포틀 두께 : 2㎜
전지전도판과 전극사이에는 제 5도의 전류분포틀이 존재하며, 양극 전류분포틀로는 티타늄을 음극 전류분포틀로는 니켈을 사용하였다.
각 단위전해조 사이에는 미국 듀폰사의 나피온 90209의 양이온 교환막이 설치되며, 전해조 사이에 설치되는 캐스킷의 재질은 양극실에서는 1㎜ 두께의 불소고분자 테프론이 사용되고, 음극실에는 2㎜두께의 에틸렌-프로필렌 고무가 사용된다.
전해질의 운전조건은 염수의 농도 300spl을 염산으로 pH4까지 산성화시켜 양극실로 공급되도록 하며, 물론 음극실 하부로 공급되며 운전조건은 다음과 같다.
온도 : 90℃
전류밀도 : 3.0KA/M2
양극실 출구농도 : 200gpl 음극실 가성소다 농도 : 30%
양극실 압력 : 1.5㎏/㎠
음극실 압력 : 1.6㎏/㎠
상기 운전조건에서 조전압은 3.2볼트이며, 전류효율은 97%를 갖게 된다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일한 구조로 형성되며 운전조건도 동일하나, 전해질 내의 이웃하는 전기전도판이 엇갈리게 배치된 제 2(나)도의 전해조인 경우 : 조전압이 3.2볼트이며, 전류효율은 97.5%의 효율을 갖게 된다.
이상에서와 같이 본 발명의 복극식 전해조는 음극실과 양이온 교환막 및 양극실로 형성되어 있으며 체결수단에 의해서 결합된 다수의 단위전해조는 폭발용접결합이 아닌 결합로드에 의해서 연속적으로 배열됨에 따라 전해조의 조립과 분해시간이 단축되어 인건비가 대폭적으로 절감되고, 전해조 내부에 다수의 전기전도판과 내측 모서리에 경사면이 형성되어 있어 전해조의 성능이 향상되며, 전극전류분포틀에 의해 전해조 내에 염소가 정체되는 코너를 커버하게 되어 전해조 코너 라운딩이 필요없도록 한다.
한편, 본 발명의 복극식 전해조는 알칼리 금속염화물을 전기분해하여 염소와 알칼리 금속물의 생성은 물론 물(水)전해와 같은 다른 전해에도 사용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 양극실과 양이온 교환막 및 음극실로 형성된 다수의 단위전해조로 이루어지고, 상기 단위전해조(1) 내부에 연결수단에 의해서 전해질이 유입되고 생성물이 유출되도록 전해질 유입구(6, 15)와 생성물 출구(7, 16)가 상부 및 하부 일측에 설치되고 단위전해조(1)이 내측모서리에 가스의 정체됨을 방지하기 위하여 내측모서리에 경사면이 형성되며, 이의 일측에 격벽(3, 12)이 각각 고정되는 틀벽(2, 11)과, 상기 격벽(3, 12)과 양극(5) 및 음극(14)간에 전기적으로 도통시키고 단위전해조(1)내의 전류밀도와 전해질의 농도분포를 균일하게 유지시키며 소정의 크기로서 다층으로 형성되는 전기전도판(4, 13)을 설치하며 상기 각 단위전해조(1)는 양 격벽(3, 12)사이에 위치하는 다수의 금속판(20)에 의해 전기적으로 연결되며, 양극실 격판(3)과 음극실 격판(12)사이에 폭발용접결합된 다수의 금속판(20)에 의해서 통전되도록 한 복극식 전해조에 있어서, 금속판(20)과 전극(5, 14)간에 전극전류분포틀(32, 32')을 설치하여 국부적인 높은 전류밀도를 감소시키는 것을 특징으로 하는 복극식 전해조.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 전도판(4, 13)을 이웃하는 전기전도체(4', 13')이 엇갈리게(지그재그) 설치됨을 특징으로 하는 복극식 전해조.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 전기전도체(4, 13)의 단위크기가 200㎜인 것을 특징으로 하는 복극식 전해조.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 틀벽(2, 11)의 내측 모서리에 5°각도의 경사면이 형성됨을 특징으로 하는 복극식 전해조.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 음극(14)과 음극실 격벽(12) 사이의 거리 D'는 최소한 20㎜이상으로 형성됨을 특징으로 하는 복극식 전해조.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 단위전해조(1)의 내부압력이 0.2~2㎏/㎠으로 유지됨을 특징으로 하는 복극식 전해조.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 금속판(20)이 폭발용접결합된 구리(31)-니켈판(30)의 구리판(31)일측에 V자형인 구리판(31')이 용접된 것을 특징으로 하는 복극식 전해조.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 금속판(20)이 폭발용접결합된 구리(31)-니켈판(30)의 구리판(31) 양측에 V자형인 복수개의 구리판(31')이 용접된 것을 특징으로 하는 복극식 전해조.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 금속판(20)이 폭발용접결합된 구리(31)-니켈판(30)의 구리판(31) 일측에 판형의 구리판(31')이 용접된 것을 특징으로 하는 복극식 전해조.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 금속판(20)이 폭발용접결합된 구리(31)-니켈판(30)의 구리판(31) 중앙에 마름모꼴인 복수개의 구리판(31')이 용접된 것을 특징으로 하는 복극식 전해조.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 전류분포틀(32, 32')의 크기는 1~10㎜이고 간격은 전기전도판(4, 13) 간격과 일치되게 설치되는 것을 특징으로 하는 복극식 전해조.
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