WO2016104934A1 - 전해모듈 - Google Patents

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WO2016104934A1
WO2016104934A1 PCT/KR2015/011465 KR2015011465W WO2016104934A1 WO 2016104934 A1 WO2016104934 A1 WO 2016104934A1 KR 2015011465 W KR2015011465 W KR 2015011465W WO 2016104934 A1 WO2016104934 A1 WO 2016104934A1
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electrolytic
module
electrode
pipe
unit module
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정붕익
김정식
신현수
김민용
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(주)테크윈
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Definitions

  • the present invention relates to an electrolytic module, and more particularly, to take advantage of the tube-type electrolytic cell to the maximum while reducing the size to overcome the constraints of the installation space and to reduce the production cost of the unit module in series connected to the pipe-type electrolytic cell It relates to an electrolytic module configured by connecting in parallel.
  • an electrolysis tank for electrolyzing seawater and fresh water there is a pipe-type electrolytic cell.
  • Such an electrolytic cell has a pipe-shaped electrode, and is usually composed of an outer and an inner pipe.
  • the inner pipe it is an integral bipolar tube electrode, one of which is an anode, the other of which is a cathode, and, in the case of an outer pipe, an individual pipe electrode, which is the anode and cathode of the opposite polarity of the inner electrode, based on the insulating spacer in the center of the cell.
  • the inner and outer pipes may be composed of monopolar electrodes each composed of a single electrode.
  • the seawater passes through the external and internal pipes, and when the direct current power is supplied to each terminal of the positive electrode and the negative electrode to perform electrolysis, it is possible to generate the desired sodium hypochlorite.
  • the main chemical reaction for the generation of sodium hypochlorite by the electrolysis is as follows.
  • chlorine ions (Cl 2 ) are generated through oxidation of chlorine ions (Cl ⁇ ) at the anode, and hydrogen gas (H 2 ) and hydroxide ions (OH ⁇ ) are produced through water decomposition at the cathode.
  • the hydroxide ions generated at the cathode (OH -) are bulk sodium ion (Na +) and produced caustic soda (NaOH) by meeting and produced in such a caustic soda the anode chlorine (Cl 2) reacts on the bulk sodium hypochlorite Will produce (NaOCl).
  • Sodium hypochlorite thus produced will be used in various applications for the purpose of lowering biological activity, sterilization and cleaning.
  • the hardness material (Ca, Mg), etc. contained in the seawater is accumulated and scaled at the cathode by the following chemical reaction during the electrolytic reaction, thereby reducing the electrolytic efficiency, increasing the cell voltage, and impeding the flow of fluid.
  • severe damage may result in physical damage caused by short-circuit.
  • an anode bar is provided as an anode inside a pipe through which a fluid flows.
  • a technique has been proposed in which a housing surrounding a bar is used as a cathode and an electric field is applied to an anode bar to form an electromagnetic field in the flow path to prevent generation of scale. That is, when the fluid flows along the flow path in which the electromagnetic field is formed, the inorganic material in the fluid is sufficiently contained by the electromagnetic field, thereby changing to a stable structure to prevent scale generation.
  • the density of the electromagnetic field should be uniformly formed.
  • the density of the electromagnetic field is uniform.
  • the method of preventing the generation of scale by the electric method as in the prior art requires a high level of technology that must precisely control the strength of the applied current according to the flow rate, it is easy to fundamentally prevent the generation of scale substantially Therefore, there is a need to forcibly remove the generated scale by a mechanical method.
  • Korean Patent Application No. 10-2012-0032399 (pipe type electrolytic cell) is disclosed.
  • the conventional 'pipe type electrolytic cell' has been applied to implement the shape of the electrolytic cell without the edge portion of the electrode in the fluid flow region in order to block the scale generation of the negative electrode portion generated during the operation of the electrolytic cell, a more specific configuration is shown in Figure 1 To FIG. 11.
  • the conventional pipe type electrolytic cell 10 has a structure in which a positive electrode outer pipe 12 and a negative electrode outer pipe 13 are connected with a central insulating portion 11 interposed therebetween.
  • a cathode inner pipe (not shown) is provided inside the anode outer pipe 12, and an anode inner pipe 13 ′ is installed inside the cathode outer pipe 13.
  • the insulating bush 14, the spiral block 15, the fixing bush 16, and the inlet / outlet connecting nipple 17 are coupled to each other by the outer coupling member 18 at the end of the electrolytic cell 10.
  • the pipe-type electrolytic cell 10 of the configuration described above as a unit electrolytic cell, a plurality of electrolytic cells 10 are connected in series as shown in FIG.
  • the unit modules 20 may be further connected in parallel to increase installation capacity as shown in FIG. 6.
  • each electrolytic cell 10 is fixed to the frame 22 by using 'U' bolts or saddles 23, and each electrolytic cell 10 is interconnected by using a ring-shaped busbar 24. .
  • a plurality of electrolytic cells 10 can be connected to produce a unit module 20, and the unit modules 20 are installed in parallel as shown in FIG. Can be used.
  • the electrolytic module using the pipe type electrolytic cell has better pressure resistance, simpler structure, and minimizes the smooth discharge and scale of hydrogen generated according to the smooth flow rate distribution, compared to the square casing type electrolytic module using the flat plate type electrode. It has the advantages to do it.
  • Patent Document 1 Published Patent 10-2006-0098445 (Electromagnetic Field Water Treatment System and Control Method thereof)
  • the present invention was conceived in view of the above, and reduces the number of assembly parts and simplifies the assembly process to reduce the manufacturing cost, while producing the advantages of the existing unit of the same capacity while ensuring the safety of the existing maximum capacity of the module module
  • the purpose is to provide an improved electrolytic module to overcome the space constraints by reducing the installation space.
  • the purpose is to achieve uniformity and efficiency of the reaction by making the current distribution uniform in the multistage pipe type electrolyzer.
  • the present invention was devised in view of the above-mentioned point, and an object thereof is to provide an improved electrolytic module which can reduce installation space and reduce cost by maintaining the electrolysis performance while reducing the size. .
  • Electrolytic module of the present invention for achieving the above object is provided with a plurality of pipe-type electrolytic cell and the electrolytic unit module connected in series; A molding case which wraps and protects the circumference of the electrolytic unit module; A cell guide member installed at the molding case to support the electrolytic unit module; A power cable having one end connected to the electrolytic unit module and the other end extending through the molding case to the outside; And a resin filling layer formed by filling a resin material in the molding case so as to cover the outer side of the electrolytic unit module mounted on the molding case.
  • an electrolytic module for achieving the above object, an electrolytic unit module made by connecting a plurality of pipe-type electrolytic cells in series; A power cable having one end connected to the electrolytic unit module; A cell guide member supporting the electrolytic module so that the electrolytic unit module is assembled in a series state; And a molding case positioned so as to surround the circumference of the electrolytic unit module in a state in which the electrolytic unit module, the power cable, and the cell guide member are assembled, and covering the outer side of the electrolytic unit module mounted on the molding case. It is made by filling a resin material inside the case, the resin filling layer exposed to the outside by removing the molding case after curing; characterized in that it comprises a.
  • the pipe-type electrolytic cell may include a pair of terminal electrodes each having a pipe-type external electrode and an inner electrode, one end of which is electrically connected to the other, and the other end of which is separated from each other; And a pipe-shaped bipolar electrode installed inside the pair of terminal electrodes and insulated from the terminal electrode.
  • the pipe-type electrolytic cell the insulating portion for supporting and connecting the other ends of the pair of terminal electrodes separated from each other;
  • the spiral block is coupled to correspond to one end of the pair of terminal electrodes connected to each other, and has a spiral guide hole through which the fluid passes.
  • the terminal electrode, the end of the inner electrode and the external electrode is connected to each other, it is preferable to include a connecting plate having a fluid through-hole communicating with the internal electrode and the external electrode to guide the fluid movement.
  • end insulation spacers provided at each of both ends of the bipolar electrode to insulate the connecting plate from the internal electrodes and the external electrodes.
  • the other side of the electrode on which the electrolytic reaction is not performed ie, at least one of the outside of the pipe of the external electrode or the inside of the pipe of the internal electrode, is plated with metal having good electrical conductivity.
  • connection plate having the fluid through hole is preferably welded to the external electrode.
  • the plurality of fluid through-holes formed in the connecting plate is preferably formed to pass through to match the spiral guide of the spiral block.
  • the unit module is configured to expand the capacity by connecting in parallel.
  • the electrolytic module of the present invention by plating the inner surface of the inner electrode with a metal having good electrical conductivity while having all the advantages of the conventional pipe type electrolytic module, the electrical flow is smooth and the electrolysis efficiency can be improved as well as the resin material.
  • the electrolytic module of the present invention By molding process, it is possible to fundamentally prevent the risk of explosion due to leakage and leakage of hydrogen gas, and it is possible to supply an electrolytic module with safety that prevents electric shocks and shorts in operation of workers or operators.
  • the assembly point can be reduced compared to the conventional technology, the assembly process is simple, the manufacturing cost can be significantly reduced by reducing the number of parts, and the installation space can be reduced to overcome the space constraints.
  • the current distribution of the electrode can be uniformed to achieve uniformity and efficiency of the electrolytic reaction.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a conventional unit electrolytic module.
  • FIG. 2 is an enlarged partial view of the main portion of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a front view of the unit electrolytic module shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a plan view of the unit electrolytic module shown in FIG.
  • FIG. 5 is a side view of the unit electrolytic module shown in FIG. 1.
  • FIG. 6 is a perspective view showing a conventional large capacity electrolytic module.
  • FIG. 7 is a side view illustrating the large capacity electrolytic module shown in FIG. 6.
  • FIG. 8 is a perspective view showing a conventional pipe-type electrolytic cell.
  • FIG. 9 is an enlarged view of a portion A of FIG. 9.
  • FIG. 10 is an enlarged view of a portion B of FIG. 9.
  • FIG. 11 is a perspective view illustrating the spiral block shown in FIG. 10.
  • FIG. 12A is an exploded perspective view illustrating a process of assembling an electrolytic module according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12B is a perspective view illustrating another example of the molding case illustrated in FIG. 12A.
  • 12C is a perspective view illustrating an electrolytic module according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a perspective view showing a state in which the electrolytic module according to the embodiment of the present invention is assembled.
  • FIG. 14 is a perspective view showing a state in which the electrolytic modules according to an embodiment of the present invention arranged in parallel to a large capacity.
  • FIG. 15 is a side view of the electrolytic module shown in FIG. 14.
  • FIG. 16 is a plan view of the electrolytic module shown in FIG. 13.
  • 17 is an enlarged view of a portion 'A' of FIG. 14.
  • FIG. 18 is an enlarged view of a portion B ′ of FIG. 16.
  • FIG. 19 is a perspective view illustrating the pipe type electrolytic cell shown in FIG. 12.
  • FIG. 20 is an enlarged view of a portion D1 of FIG. 19.
  • FIG. 21 is an enlarged view of a portion D2 of FIG. 19.
  • FIG. 22 is an enlarged view of a portion D3 of FIG. 19.
  • FIG. 23A is a perspective view illustrating an intermediate electrode shown in FIG. 19.
  • FIG. 23A is a perspective view illustrating an intermediate electrode shown in FIG. 19.
  • FIG. 23B is a cross-sectional view of an essential part of FIG. 23A;
  • 24 is a view showing an extract of the connection between the external electrode and the internal electrode.
  • FIG. 25 is a view illustrating an outer insulation space of FIG. 19.
  • Fig. 26 is a view showing an inside insulating space of the tank 19.
  • FIG. 27 is a view showing an extract of the spiral block of FIG.
  • connection pipe It is a figure for demonstrating another example of a connection pipe.
  • 28B is a diagram for explaining another example of the connecting nipple.
  • an electrolytic module 50 includes an electrolytic unit module 100, a molding case 200, a cell guide member 300, and a power cable 400. ) And a resin filling layer 500.
  • the electrolytic unit module 100 includes a pipe-type electrolytic cell 110, a connection pipe 120, and an entrance and exit connection nipple 130.
  • the pipe type electrolytic cell 110 includes a pair of terminal electrodes, a bipolar electrode, an insulating portion, and a spiral block 118.
  • each of the pair of terminal electrodes has one end of the internal electrodes 115a and 115b and the external electrodes 114a and 114b connected to each other, and one end of the internal electrodes 115a and 115b and the external electrodes 114a and 114b to each other.
  • the connecting plate 116 is electrically connected.
  • the bipolar electrode includes a pipe-shaped intermediate electrode 111 provided between the internal electrodes 115a and 115b and the external electrodes 114a and 114b.
  • the intermediate electrode 111 is a bipolar electrode having opposite polarities at each end, and as shown in FIGS. 23A and 23B, end insulation spacers 117 are coupled to each end.
  • end insulation spacers 117 may be provided at each end of the intermediate electrode 111, and each of the end insulation spacers 117 may be provided at intervals of 120 degrees, but the quantity and spacing are not limited thereto.
  • the end insulating spacer 117 may protrude from the end of the intermediate electrode 111 and may be configured to protrude toward the outer circumferential side.
  • the end insulating spacer 117 is formed with a coupling pin 117a coupled to the spacer coupling hole 111b formed at the end of the intermediate electrode 111.
  • the intermediate electrode 111 is spaced apart from the external electrodes 114a and 114b at regular intervals, and the insulating state is maintained while maintaining the constant interval with the connecting plate 116.
  • the end insulation space 117 is spaced apart from the above-described shape as well as the intermediate electrode 111 and the external electrodes 114a and 114b at regular intervals, and also separated from the connector tube 116 at regular intervals to maintain an insulating state.
  • the seawater flowing into the fluid through-hole of the connection pipe 116 should be a structure that can move the fluid between the electrodes.
  • the insulating part includes an outer insulating spacer 112 provided outside the center of the intermediate electrode 111 and an inner insulating spacer 113 installed inside the center of the intermediate electrode 111. It will be described later.
  • the external electrodes 114a and 114b have a pipe shape, one of which is a cathode and the other of which is supplied with a positive power source.
  • An outer insulating spacer 112 is provided between the pair of external electrodes 114a and 114b to insulate the external electrodes 114a and 114b from each other and to maintain the intermediate electrodes 111 at regular intervals. That is, as shown in FIG. 26, the outer insulating spacer 112 includes a protrusion 112a formed to protrude from the center portion of the inner circumferential side so that the outer insulating spacer 112 is spaced apart from the outer circumference of the intermediate electrode 111 at a predetermined interval to maintain the posture. can do.
  • a plurality of protrusions 112a are disposed at regular intervals in the circumferential direction and are in contact with the outer circumference of the intermediate electrode 111.
  • the electrode coupling portions 112b into which the respective external electrodes 114a and 114b are inserted and coupled to each of both ends of the outer insulating spacer 112, are formed to be terminally struck (extended inside diameter) from the inner circumferential surface 112c.
  • 114a and 114b may be coupled to the outer insulating spacer 112 in a state insulated from each other.
  • one end adjacent to each other of the external electrodes 114a and 114b is coupled to the outer insulating spacer 112, and the other end of the external electrodes 114a and 114b is fitted into the connector 120 or the inlet / outlet connecting nipple 130.
  • connection tube 116 is formed of a metal material and is coupled in a fastening method capable of maintaining conductivity by lowering electrical resistance through methods such as welding and welding the other ends of the internal electrodes 115a and 115b and the external electrodes 114a and 114b. Therefore, the internal electrodes 115a and 115b and the external electrodes 114a and 114b connected to each other by the connecting plate 116 have opposite electrodes connected to each other while the one electrode 114a and 115a connected to each other have the same pole (cathode). 114b and 115b have the same pole (anode).
  • An inner insulating spacer 113 is provided between the internal electrodes 115a and 115b so that the internal electrodes 115a and 115b are insulated from each other, and the internal electrodes 115a and 115b and the intermediate electrode 111 are spaced apart from each other. To maintain the status.
  • the inner insulating spacer 113 is installed at the central portion of the inside of the intermediate electrode 111 and has a plurality of protrusions 113a protruding outward.
  • the protrusion 113a protrudes from the outer circumferential surface 113c of the inner insulation spacer 113 and is formed at regular intervals in the circumferential direction to contact the inner circumference of the intermediate electrode 111.
  • both ends of the inner insulating spacer 113 are stepped to have an outer diameter smaller than that of the outer circumferential surface 113c, and coupling portions 113b having one end adjacent to each other of the inner electrodes 115a and 115b are fitted symmetrically with each other.
  • the inner insulation spacers 113 support the internal electrodes 115a and 115b while insulating each other, and maintain the insulated state while being spaced apart from the intermediate electrode 111.
  • the outer insulating spacer 112 and the inner insulating spacer 113 are not only supported as described above, but also supported while insulating the external electrodes 114a and 114b or the internal electrodes 115a and 115b, respectively, and the intermediate electrode 111. If the structure can maintain an insulated state spaced at regular intervals and may be configured to have any shape and structure. However, at this time, the protrusion 112a of the outer insulating spacer 112 and the protrusion 113a of the inner insulating spacer 113 configured to maintain the insulated state spaced apart from the intermediate electrode 111 are seawater circulated between the inner and outer electrodes and the intermediate electrode. It is desirable to have a structure that does not disturb the flow of the maximum.
  • the intermediate electrode 111 ie, the bipolar electrode, which is provided at intervals in a pipe shape between the external electrodes 114a and 114b and the internal electrodes 115a and 115b, is an external electrode 114a and 114b and an internal electrode. Power sources of the opposite poles corresponding to the ones 115a and 115b are applied. Therefore, the electrolysis reaction is performed while the fluid passes between each of the outer circumferential side and the inner circumferential side of the intermediate electrode 111. At this time, the fluid flows to each of the inner and outer sides of the intermediate electrode 111, so that the electrolysis can be performed, and thus, the electrolytic capacity is more than twice that of the conventional pipe type electrolytic cell.
  • the connecting plate 116 is formed with a plurality of fluid through-holes (116a) to pass the fluid between the internal electrodes (115a, 115b) and the external electrodes (114a, 114b) in a constant size and at regular intervals along the circumferential direction. do.
  • the positioning guide pin 116b is formed to protrude outward from the connecting plate 116 so that the coupling posture may be configured to be precisely aligned when combined with the spiral block 118.
  • the connecting plate 116 may be composed of two or more intimate multi-stage. When connected in multiple stages, it is preferable to form a spiral structure by combing and stacking the fluid through-holes, or to configure the fluid through-hole itself to form a spiral to serve as a spiral guide.
  • the spiral block 118 is coupled to the outside of the connecting plate 116, a plurality of spiral guide hole 118a is formed along the circumferential direction. As the fluid passes through the helical guide hole 118a, the fluid is guided so as to have a spiral (spiral) shape when the fluid flows in and out, so that the velocity distribution can be uniform. In addition, the spiral block 118 in the coupling position so that the guide hole 118a and the fluid passage hole 116a of the connecting plate 116 coincide with each other in contact with each other when the coupling plate 116 is coupled to each other.
  • the positioning hole 118b for determining the shape is formed.
  • the spiral block 118 is coupled to the connector 120 or the inlet and outlet nipple 130.
  • both of the inner surface and the outer surface can be used for electrolysis, thereby doubling the electrolysis capacity. do.
  • the terminal electrode that is, the cathode-side external electrode 114a and the internal electrode 115a may be formed of titanium, stainless steel, or nickel alloy.
  • the cathode external electrode 114a and the internal electrode 115a are coupled in a fastening method to maintain electrical conductivity by lowering the electrical resistance through a method such as welding with the connecting plate 116.
  • One or more of the other side of the electrode i.e., the outer circumferential surface of the external electrode 114a or the inner circumferential surface of the inner electrode 115a, is plated with a metal having good electrical conductivity, so that the current is extended in the longitudinal direction of the electrode during the electrolytic reaction. It can make it possible to distribute uniformly. As a result, the uniformity and efficiency of the electrolytic reaction and the calorific value control that can not be solved in the conventional multistage electrolyzer can be configured.
  • the anode-side external electrode 114b and the internal electrode 115b are formed using titanium, and the external electrode 114a is formed of an insoluble electrode coated with platinum group oxide on the inner surface of the inner electrode 115b.
  • the same method as the cathode terminal electrode described above is manufactured to maintain electrical conductivity through plating and welding.
  • the plurality of pipe-type electrolytic cells 110 having the above configuration are adjacent to each other in the state arranged in series to be interconnected by the connecting pipe 120 so that the fluid can move.
  • the connecting pipe 120 has a 'U' shape.
  • a power cable 400 is connected to the pipe type electrolytic cell 110 located at the outermost side of the electrolytic unit module 100.
  • connection nipples 130 are connected to the electrolytic cells 110 positioned at the outermost sides of the plurality of pipe-type electrolytic cells 110, respectively.
  • the connection nipple 130 may also have a structure in which a fluid connection pipe 120 or a connection nipple 130 is connected to both sides of the pipe-type electrolytic cell 110, and one side of the connection pipe 120 is connected to the other side.
  • the connection nipple 130 is also connected to the structure.
  • the connecting pipe 120 and the connecting nipple 130 are to be introduced into or discharged from the fluid inside the pipe-type electrolytic cell 110, is coupled to the end of the spiral block 118, the molding case 200 12 may pass through the formed nipple through hole 230 (see FIGS. 12A and 12B) to extend outside the molding case 200.
  • connection pipe 120 and the connection nipple 130 may have a bottom portion (as shown in FIGS. 28A and 28B) such that the shape of the internal fluid movement port, that is, the fluid movement passage, facilitates the movement of the fluid and separation of hydrogen.
  • Surface) 121 and 131 may be configured to be gradually inclined upwardly.
  • the electrolytic unit module 100 has a plurality of pipe-type electrolytic cells 110 connected in parallel to each other in series and assembled as shown in FIG. 12, and the pipe-shaped electrolysis cells 110 adjacent to each other in an assembled state. ) Are electrically connected to each other by a ring-shaped connecting terminal 140.
  • a terminal terminal 150 is connected to each of the connection terminals 140 connected to the outermost pipe-type electrolytic cell 110, and the power cable 400 is connected to the terminal terminal 150 by a fastening member 160 such as a bolt. (See FIG. 18).
  • the molding case 200 has a rectangular frame shape, and the electrolytic unit module 100 in the assembled state is disposed therein and molded.
  • the molding case 200 has a pair of long side frames 210 and a pair of short side frames 220 connecting both ends of the long side frame 210.
  • the inner side of the long side frame 210 is formed with a guide member coupling hole 240 to which the end of the cell guide member 300 is fitted.
  • the short side frame 220 has a cable through hole 250 through which the power cable 400 passes, and a nipple through hole 230 through which the entrance and exit connection nipple 130 passes.
  • the cell guide member 300 is provided in plural, and both ends of the electrolytic unit module 100 are fitted into the guide member coupling hole 240 formed in the long side frame 210 of the molding case 200 to be coupled and assembled. It supports to be positioned inside the molding case 200. To this end, the cell guide member 300 is installed to cross the molding case 200 and is formed of an insulating material or an insulating structure that can be deformed. In addition, the cell guide member 300 has an arc-shaped seating portion 310 corresponding to the outer circumference of the pipe-type electrolytic cell 110 so as to surround and support the outer circumference of the plurality of pipe-type electrolysis cells 110 connected in series. It has a structure formed continuously in the longitudinal direction.
  • the molding case 200 ′ may bend the resin filling part (parts D1 and D2) or give roughness to the inner surface to increase the binding force with the resin.
  • the molding case 200 may be configured to remove the molding case 200 after filling and finally curing the resin (see FIG. 12C), and the filled resin itself may serve as a molding case.
  • the electrolytic unit module 100 assembled inside the molding case 200 is positioned by seating the electrolytic unit module 100 assembled thereon. You can.
  • the molding case is formed of a resin material to cover the entire outer side of the electrolytic unit module 100.
  • the resin filling layer 400 is formed by filling the open both sides of the 200.
  • the resin filling layer 400 is preferably filled with a transparent epoxy resin.
  • the resin filling layer 400 may be made of a flame retardant resin material. Therefore, it is possible to check the state of the molded electrolytic unit module 100 from the outside.
  • the electrolytic cell 110 can fundamentally block leakage and leakage of hydrogen, as well as reduce the assembly point due to the molding process.
  • the molded electrolytic module 50 may be closely connected to each other to be used to vary the capacity.
  • the molded electrolytic module 50 is prevented from leaking and leaking hydrogen, it is safely blocked from an electric shock accident, and thus, there is no need to perform a casing process for preventing electric shock, and a sensor for detecting leakage. There is no need to install a hydrogen sensor, thus reducing manufacturing costs.
  • the molding process is made of a transparent resin material is easy to observe and check has the advantage of convenient maintenance.
  • the pipe-type electrolytic cell 110 is provided with a pipe-type bipolar electrode (intermediate electrode) between a terminal electrode made of an external electrode and an internal electrode to perform an electrolysis reaction on each of the inner and outer surfaces of the bipolar electrode.
  • a pipe-type bipolar electrode intermediate electrode
  • the electrolytic capacity corresponding to two sets of existing modules can be treated as one set module.
  • the electrolytic capacity can be obtained in the same way.
  • only 65% of the electrode material needs to be used, and about 50% of the epoxy molding amount, and the corresponding frame amount. It can also be reduced by approximately 50%.
  • it is possible to reduce the size while reducing the cost while maintaining the capacity it is very economical, there is an advantage that can be installed to minimize the installation space in the existing vessels as well as newly built vessels.

Abstract

파이프형 전해셀이 복수 구비되어 직렬로 연결된 전해 단위모듈과, 전해 단위모듈의 둘레를 감싸서 보호하는 몰딩 케이스와, 몰딩케이스에 설치되어 전해 단위모듈을 지지하는 셀 가이드부재와, 일단이 전해 단위모듈에 연결되고 타단은 몰딩 케이스를 통과하여 외부로 연장되는 전원케이블 및, 몰딩케이스에 거치된 전해 단위모듈의 외측을 덮도록 몰딩케이스에 수지재질을 충진하여 이루어진 수지 충진층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해모듈이 게시된다.

Description

전해모듈
본 발명은 전해모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 튜브형 전해셀의 장점을 최대한 살리면서 사이즈를 줄여 설치공간의 제약을 극복하고 제작원가를 낮출 수 있는 파이프형 전해셀을 직렬로 연결한 단위모듈을 병렬로 연결하여 구성된 전해모듈에 관한 것이다.
일반적으로 해수, 담수 등을 전기분해하기 위한 전기분해조의 일예로서, 파이프형 전해셀이 있다.
이러한 전해셀은 파이프형의 전극을 갖게 되며, 통상적으로 외부 및 내부파이프로 구성된다. 내부 파이프의 경우에는 한쪽은 양극, 다른 한쪽은 음극인 일체형 바이폴라 튜브 전극으로, 그리고 외부 파이프의 경우에는, 셀 중앙의 절연 스페이서를 기준으로 하여 내부전극의 반대 극성의 양극 및 음극인 개별 파이프 전극으로 구성될 수 있다. 또한, 내부 및 외부파이프가 각각 단일 전극으로 구성된 모노폴라형 전극으로 구성될 수 있다.
파이프형 전해조에 있어서 상기 외부 및 내부 파이프 상으로 해수가 통과하면서 양극과 음극의 각 단자에 직류전원을 공급하여 전기분해를 수행하면 목적하는 차아염소산나트륨을 생성할 수 있게 된다.
이러한 전기분해에 의한 차아염소산나트륨 발생에 대한 주요 화학반응식을 표현하면 다음과 같다.
양극반응) 2Cl- → Cl2 + 2e-
음극반응) 2H2O + 2e- → 2OH- + H2↑
벌크반응) Cl2 + 2NaOH → NaOCl + NaCl + H2O
이와 같이 양극에서는 염소이온(Cl-)의 산화반응을 통해 염소(Cl2)가 생성되고 음극에서는 물분해반응을 통해 수소가스(H2)와 수산화이온(OH-)이 생성된다. 음극에서 생성된 수산화이온(OH-)은 벌크상 나트륨이온(Na+)과 만나면서 가성소다(NaOH)를 생성하고 이러한 가성소다와 양극에서 생성된 염소(Cl2)가 벌크 상에서 반응하여 차아염소산나트륨(NaOCl)을 생성하게 된다. 이렇게 생성된 차아염소산나트륨은 생물의 활성을 낮추거나, 살균소독 및 세정을 목적으로 다양한 사용처에서 사용되게 된다.
그러나 이때 해수 내에 포함된 경도물질(Ca, Mg) 등이 전해반응 중 아래의 화학반응에 의해 음극에 스케일을 형성하여 축척됨으로 전해효율을 낮추고, 셀전압의 상승을 가져오며, 유체의 흐름을 방해할 뿐만 아니라 심할 경우 극간 단락에 의한 물리적 손상을 초래하게 된다.
스케일 생성반응) HCO3 - + NaOH → CO3 2- + H2O + Na+
Ca2 + or Mg2 + + CO3 2- → CaCO3 or MgCO3
Ca2 + or Mg2 + + 2OH- → Ca(OH)2 or Mg(OH)2
이와 같은 스케일의 축척을 방지하기 위한 종래기술로서, 공개특허 10-2006-0098445(전자장 수처리 시스템 및 그 제어방법)에도 개시된 바와 같이, 유체가 흐르는 배관 내부에 양극으로서 어노드바를 설치하고, 어노드바를 둘러싼 하우징을 음극으로 하고, 어노드바에 전류를 인가함으로써 유로에 전자장을 형성시켜서 스케일의 생성을 방지하는 기술이 제안된 바 있다. 즉, 유체가 전자장이 형성된 유로를 따라 흐를 때, 유체 내의 무기물은 전자장에 의해 충분히 자유전자가 함유됨으로써 안정적인 구조로 변화되어 스케일 생성을 방지할 수 있게 된다.
그런데 상기와 같은 종래의 기술에 의하면, 전자장을 형성시켜 스케일 발생을 억제하기 위해서는 전자장의 밀도가 균일하게 형성되도록 하여야 하는데, 유로를 따라 흐르는 유체의 유량이 일정하지 않고 변동될 경우, 전자장의 밀도를 균일하게 유지하는 것이 어렵게 되어 스케일의 발생을 효과적으로 억제하지 못하는 문제점이 있다. 즉, 종래와 같이 전기적인 방법에 의해 스케일의 발생을 방지하는 방법은 유량에 따라서 인가되는 전류의 세기를 정밀하게 제어해야 하는 고도의 기술이 요구되므로, 실질적으로 스케일 발생을 근본적으로 방지하는 것이 쉽지 않으며, 따라서 생성되는 스케일을 기구적인 방법에 의해 강제로 제거해 줄 필요성이 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해서 대한민국 특허출원 제10-2012-0032399호(파이프형 전해셀)가 개시되어 있다. 출원된 종래의 '파이프형 전해셀'은 전해조의 운전시 발생하는 음극부의 스케일 생성을 차단하기 위하여 유체 유동 영역에서 전극의 모서리 부분이 없이 전해조의 형상을 구현한 것으로서, 보다 구체화된 구성이 도 1 내지 도 11에 도시되어 있다.
도 1 내지 도 11을 참조하면, 종래의 파이프형 전해셀(10)은 중앙의 절연부(11)를 사이에 두고 양극 외부파이프(12)와, 음극 외부파이프(13)가 연결된 구조를 가진다. 양극 외부파이프(12)의 내측에는 음극 내부파이프(미도시)가 설치되고, 음극 외부파이프(13)의 내측에는 양극 내부파이프(13')가 설치된다. 그리고 전해셀(10)의 단부에는 절연부시(14), 스파이럴 블록(15), 고정부시(16) 및 입출구 연결니플(17)이 서로 외측의 결합부재(18)에 의해 결합되어 설치된다. 상기 스파이럴 블록(15)을 사용함으로써 스파이럴 블록(15)의 나선홀(15a)을 통해 유체가 전해셀(10) 내외로 유입 및 유출시 스파이럴(나선) 형상으로 구성하여 속도 분포를 균일하게 유지함으로써, 전해 반응시 생성되는 가스(H2, O2)들이 특정구간에서 밀집되어 유동하게 하는 원인을 제거하여 가스로 인한 전극 표면 반응 방해 요인이 제거되어 전극 표면의 균일한 반응이 수반됨으로써 전해 반응 효율 및 수명향상의 효과를 얻을 수 있었다.
한편, 상기와 같은 구성의 파이프형 전해셀(10)을 단위 전해셀로 하여 복수의 전해셀(10)을 도 1과 같이 직렬 연결하여 단위 모듈(20)을 제작하여 사용자가 원하는 용량으로 사용할 수 있으며, 단위 모듈(20)을 병렬로 더 연결하여 도 6과 같이 용량을 늘려서 설치 사용할 수 있다.
한편, 단위 모듈(20)을 제작하기 위해서는 전해셀(10) 간의 유체의 유동경로의 연결은 'U'자형 엘보 또는 금형으로 제작된 연결부재(21)를 이용하여 연결한다. 그리고 프레임(22)에 각 전해셀(10)을 'U' 볼트 또는 새들(23)을 이용하여 고정하고, 각각의 전해셀(10)들은 링 형상의 부스바(24)를 이용하여 상호 연결한다. 이와 같이 복수의 전해셀(10)을 연결하여 단위 모듈(20)을 제작할 수 있고, 단위 모듈(20)을 도 6과 같이 병렬로 설치함으로써 사용자가 원하는 대용량의 전해모듈(30)을 현장에 설치하여 사용할 수 있다.
이러한 파이프형 전해셀을 이용한 전해모듈은 기존 평판형 전극을 이용한 사각케이싱 방식의 전해모듈에 비해 내압성이 우수하고, 구조가 간단하며, 원활한 유속분포에 따라 생성된 수소의 원활한 배출과 스케일 축척을 최소화할 수 있는 장점을 갖추고 있다.
그러나, 이러한 파이프형 전해셀의 경우, 전극의 일면만을 사용함으로 인해 소재의 낭비가 크고, 설치공간이 협소한 곳에 사용하는 것에 한계를 가진다. 더불어 전극을 구성하는 구성품의 소요가 많고, 조립이 복잡한 등 제작비용이 증가하는 요인이 된다.
또한, 기존 파이프형 전해셀의 경우 전극에서의 전류분포가 불균일하여 다단으로 구성하기가 어려우며, 다단으로 구성하더라도 균일한 반응성을 확보하기가 어렵고, 전극의 수명이 단축 및 발열량 과다 등의 문제점을 내포하고 있다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 1) 공개특허 10-2006-0098445(전자장 수처리 시스템 및 그 제어방법)
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 조립부품 수를 줄이고 조립공정을 단순화하여 제작원가를 낮추고, 안전성이 확보된 기존의 장점들을 최대한 가지면서도 동일 용량의 단위 모듈 크기의 반으로 제작함으로써 설치공간을 줄여 공간 제약을 극복하도록 개선된 전해모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 다단 파이프형 전해조에서 전류분포를 균일하게 하여 반응의 균일성과 효율증가를 이루는데 그 목적이 있다.
즉, 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 창안된 것으로서, 사이즈를 줄이면서 전기분해성능은 그대로 유지시킬 수 있도록 함으로써 설치공간을 줄이고 비용을 줄일 수 있도록 개선된 전해모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 전해모듈은, 파이프형 전해셀이 복수 구비되어 직렬로 연결된 전해 단위모듈과; 상기 전해 단위모듈의 둘레를 감싸서 보호하는 몰딩 케이스와; 상기 몰딩케이스에 설치되어 상기 전해 단위모듈을 지지하는 셀 가이드부재와; 일단이 상기 전해 단위모듈에 연결되고 타단은 상기 몰딩 케이스를 통과하여 외부로 연장되는 전원케이블; 및 상기 몰딩케이스에 거치된 전해 단위모듈의 외측을 덮도록 상기 몰딩케이스에 수지재질을 충진하여 이루어진 수지 충진층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 전해모듈은, 파이프형 전해셀을 복수 직렬로 연결하여 이루어진 전해 단위모듈과; 일단이 상기 전해 단위모듈에 연결되는 전원케이블; 상기 전해 단위모듈이 직렬상태로 조립된 상태를 유지하도록 상기 전해모듈을 가로질러 지지하는 셀 가이드부재; 및 상기 전해 단위모듈과 전원케이블 및 셀가이드부재가 조립된 상태에서 상기 전해 단위모듈의 둘레를 감싸도록 몰딩 케이스를 위치시킨 상태에서, 상기 몰딩케이스에 거치된 전해 단위모듈의 외측을 덮도록 상기 몰딩케이스 내측에 수지재질을 충진하여 이루어지며, 경화 후 상기 몰딩케이스를 제거하여 외부로 노출되는 수지 충진층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 파이프형 전해셀은, 일단은 서로 전기적으로 연결되고 타단은 서로 분리되는 파이프형의 외부전극 및 내부전극으로 이루어진 한 쌍의 터미널전극과; 상기 한 쌍의 터미널 전극 내부에 설치되며, 상기 터미널전극과 절연된 상태의 파이프형의 바이폴라 전극;을 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 파이프형 전해셀은, 상기 한 쌍의 터미널 전극의 서로 분리된 타단을 지지하여 연결하는 절연부와; 상기 한 쌍의 터미널전극의 서로 연결된 일단에 대응되게 결합되며, 유체가 통과하는 나선형 가이드공을 가지는 스파이럴 블록;을 더 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 터미널전극은, 상기 내부전극과 외부전극의 단부를 연결지지하며, 상기 내부전극과 외부전극 사이와 연통되어 유체이동을 가이드 하는 유체통과공을 가지는 연결판을 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 바이폴라 전극의 양단 각각에 설치되어 상기 연결판과 상기 내부전극 및 외부전극과 이격되어 절연시키는 단부 절연스페이서를 더 포함하는 것이 좋다.
또한, 상기 전해반응이 수행되지 않는 전극의 타측면, 즉 외부전극의 파이프 외부 또는 내부전극의 파이프 내부 중 어느 하나 이상의 측면에 전기전도성이 좋은 금속으로 도금되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 유체통과공을 갖는 연결판은 상기 외부 전극과 용접되는 것이 좋다.
또한, 상기 연결판에 형성되는 다수의 유체통과공은 상기 스파이럴 블록의 나선형 가이드와 일치하도록 관통 형성되는 것이 좋다.
또한, 상기 단위모듈을 병렬로 연결하여 용량을 확장 가능하도록 구성된 것이 좋다.
본 발명의 전해모듈에 따르면, 기존 파이프형 전해 모듈의 장점을 모두 가지면서 내부 전극의 내면을 전기전도성이 좋은 금속으로 도금함으로써 전기적 흐름이 원활하여 전기분해 효율을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 수지재질로 몰딩 처리함으로써 누수와 수소가스의 누출에 따른 폭발의 위험성을 근본적으로 방지할 수 있으며, 작업자나 운영자의 작업상 감전 및 쇼트를 방지하는 안전성이 확보된 전해모듈을 공급할 수 있다.
또한, 종래의 기술에 비해 조립포인트를 줄일 수 있어 조립공정이 간단하고 부품 수를 줄임에 따라 제조비용을 대폭적으로 절감할 수 있으며, 설치공간을 줄여줌으로 공간적 제약을 극복할 수 있다.
또한, 외부 진동에 의한 연결부 풀림 현상이 없고, 투명 재질로 몰딩 처리함에 따라 관찰 및 점검이 용이하여 유지관리 비용을 절감하고 편리하게 할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 파이프형 전해셀에 의하면, 바이폴라전극의 내면과 외면 모두를 전기분해에 이용할 수 있는 구조를 가짐으로써 동일한 부피용량으로 기존보다 2배의 전기분해를 할 수 있다. 따라서 전체적인 전해모듈의 원가를 낮추면서도 크기를 줄여서 선박에 설치할 때 공간상의 제약을 받지 않는 이점이 있다.
또한, 다단전해조를 구성함에 있어서 전해반응을 수행하지 않는 전극의 타측면에 전기전도성이 우수한 금속을 도금처리함으로 전극의 전류분포를 균일하게 하여 전해반응의 균일성과 효율증가를 이룰 수 있다.
도 1은 종래의 단위 전해모듈을 나타내 보인 사시도이다.
도 2는 도 1의 요부를 발췌하여 보인 부분 확대도이다.
도 3은 도 1에 도시된 단위 전해모듈의 정면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 단위 전해모듈의 평면도이다.
도 5는 도 1에 도시된 단위 전해모듈의 측면도이다.
도 6은 종래의 대용량 전해모듈을 나타내 보인 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 대용량 전해모듈을 나타내 보인 측면도이다.
도 8은 종래의 파이프형 전해셀을 나타내 보인 사시도이다.
도 9는 도 9의 A 부분을 확대하여 보인 도면이다.
도 10은 도 9의 B 부분을 확대하여 보인 도면이다.
도 11은 도 10에 도시된 스파이럴 블록을 발췌하여 보인 사시도이다.
도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 전해모듈을 조립하는 과정을 설명하기 위한 분리 사시도이다.
도 12b는 도 12a에 도시된 몰딩케이스의 다른 예를 나타내 보인 사시도이다.
도 12c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 전해모듈을 나타내 보인 사시도이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 전해모듈을 가조립한 상태를 나타내 보인 사시도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 전해모듈을 병렬로 배치하여 대용량화한 상태를 보인 사시도이다.
도 15는 도 14에 도시된 전해모듈의 측면도이다.
도 16은 도 13에 도시된 전해모듈의 평면도이다.
도 17은 도 14의 A' 부분을 확대하여 보인 도면이다.
도 18은 도 16의 B' 부분을 확대하여 보인 도면이다.
도 19는 도 12에 도시된 파이프형 전해셀을 나타내 보인 사시도이다.
도 20은 도 19의 D1 부분을 확대하여 보인 도면이다.
도 21은 도 19의 D2 부분을 확대하여 보인 도면이다.
도 22는 도 19의 D3 부분을 확대하여 보인 도면이다.
도 23a는 도 19에 도시된 중간전극을 발췌하여 보인 사시도이다.
도 23b는 도 23a는 의 요부를 발췌하여 보인 단면도이다.
도 24는 외부전극와 내부전극의 연결부분을 발췌하여 보인 도면이다.
도 25는 도 19의 외측 절연스페이스를 발췌하여 보인 도면이다.
도 26은 조 19의 내측 절연스페이스를 발췌하여 보인 도면이다.
도 27은 도 19의 스파이럴블록을 발췌하여 보인 도면이다.
도 28a는 연결관의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 28b는 연결니플의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 파이프형 전해셀 및 이를 구비하는 전해모듈을 자세히 설명하기로 한다.
도 12 내지 도 21을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 전해모듈(50)은, 전해 단위모듈(100)과, 몰딩 케이스(200)와, 셀 가이드부재(300)와, 전원케이블(400) 및 수지 충진층(500)을 구비한다.
도 19 내지 도 27을 참조하면, 상기 전해 단위모듈(100)은 파이프형 전해셀(110)과, 연결관(120)과, 입출구 연결니플(130)을 구비한다.
여기서 파이프형 전해셀(110)은, 한 쌍의 터미널전극과, 바이폴라 전극, 절연부 및 스파이럴블록(118)을 구비한다.
여기서, 한 쌍의 터미널 전극 각각은 일단이 서로 연결되는 내부전극(115a,115b)과 외부전극(114a,114b)과, 내부전극(115a,115b)과 외부전극(114a,114b)의 일단을 서로 전기적으로 연결하는 연결판(116)을 구비한다.
그리고 바이폴라 전극은 내부전극(115a,115b)과 외부전극(114a,114b) 사이에 설치되는 파이프형의 중간전극(111)을 구비하다.
즉, 중간전극(111)은 양단 각각에서 서로 반대의 극성을 띠게 되는 바이폴라 전극이며, 도 23a 및 도 23b에 도시된 바와 같이, 양단 각각에는 단부 절연스페이서(117)가 결합된다. 구체적인 예로, 단부 절연스페이서(117)는 중간전극(111)의 양단 각각에 3개씩 설치되며, 각각은 120도 간격을 두고 설치되도록 구성될 수 있으나 그 수량과 간격을 한정하지는 않는다. 보다 구체적으로 보면, 단부 절연스페이서(117)는 중간전극(111)의 단부에서 돌출되며, 외주측으로도 돌출되게 설치되도록 구성될 수 있다. 이를 위해 단부 절연스페이서(117)에는 중간전극(111)의 단부에 형성된 스페이서 결합공(111b)에 결합되는 결합핀(117a)이 형성된다. 이러한 단부 절연스페이서(117)에 의해 중간전극(111)은 외부전극(114a,114b)과 일정한 간격으로 이격되며, 상기 연결판(116)과도 일정한 간격을 유지하면서 절연상태가 가능하게 된다. 이러한 단부 절연스페이스(117)는 상기와 같은 형태뿐만 아니라 중간전극(111)과 외부전극(114a,114b)을 일정한 간격으로 이격시키고, 상기 연결관(116)과도 일정한 간격으로 이격시켜 절연상태를 유지할 수 있는 구조라면 어떠한 형태와 구조를 가질 수 있다. 단 이때 연결관(116)의 유체통과공으로 유입되는 해수가 전극사이로 유체가 이동될 수 있는 구조이어야 한다.
그리고, 상기 절연부는 중간전극(111)의 중심부 외측에 설치되는 외측 절연스페이서(112)와, 중간전극(111)의 중심부의 내측에 설치되는 내측 절연스페이서(113)를 구비하며, 보다 자세한 설명은 후술한다.
상기 외부전극(114a,114b)은 파이프 형상으로서 하나는 음극이고 다른 하나는 양극 전원이 인가된다. 한 쌍의 외부전극(114a,114b) 사이에는 외측 절연스페이서(112)가 설치되어 외부전극(114a,114b)을 서로 절연시키면서 중간전극(111)과 일정한 간격을 두고 유지하도록 지지한다. 즉, 외측 절연스페이서(112)는 도 26에 도시된 바와 같이, 내주측의 중앙부분에서 돌출되게 형성되는 돌출부(112a)를 구비함으로써 중간전극(111)의 외주와 일정간격으로 이격되어 자세유지되도록 할 수 있다. 돌출부(112a)는 복수가 원주 방향으로 일정 간격으로 배치되어 중간전극(111)의 외주에 접촉지지된다. 그리고 외측 절연스페이서(112)의 양단부 각각으로 각 외부전극(114a,114b)이 끼워져 결합되는 전극 결합부(112b)가 내주면(112c)으로부터 단자치게(내경이 확장되게)게 형성되어 있어서 외부전극(114a,114b)이 서로 절연된 상태로 외측 절연스페이서(112)에 지지결합될 수 있다.
이와 같이, 외부전극(114a,114b)의 서로 인접한 일단은 외측 절연스페이서(112)에 결합되고, 반대측 타단은 연결관(120) 또는 입출구 연결니플(130)에 끼워져 결합된다.
또한, 외부전극(114a,114b)의 타단은 연결판(116)에 의해 내부전극(115a,115b)의 타단과 연결된다. 연결관(116)은 금속재질로 형성되어 내부전극(115a,115b)과 외부전극(114a,114b)의 타단과 용접과 같은 방법을 통해 전기적 저항을 낮추어 전도성을 유지할 수 있은 체결방식으로 결합한다. 따라서, 서로 연결판(116)에 의해 연결된 내부전극(115a,115b)과 외부전극(114a,114b)은 서로 연결된 어느 한쪽 전극(114a,115a)이 동일한 극(음극)을 띠고, 서로 연결된 반대측 전극(114b,115b)은 동일한 극(양극)을 띠게 게 된다.
그리고 내부전극(115a,115b)들 사이에는 내측 절연스페이서(113)가 설치되어, 내부전극(115a,115b) 서로가 절연되고, 내부전극(115a,115b)과 중간전극(111)이 이격되어 절연된 상태를 유지하도록 지지하게 된다.
여기서, 내측 절연스페이서(113)는 중간전극(111)의 내부의 중앙부분에 설치되며, 외주로 돌출된 복수의 돌출부(113a)를 가진다. 돌출부(113a)는 내측 절연스페이서(113)의 외주면(113c)에서 돌출되고 원주 방향으로 일정한 간격으로 형성되어 중간전극(111)의 내주에 접촉된다. 그리고 내측 절연스페이서(113)의 양단부에는 외주면(113c)보다 작은 외경을 가지도록 단차지게 형성되어 내부전극(115a,115b)의 서로 인접한 일단이 끼워져 결합되는 결합부(113b)가 서로 대칭되게 형성된다. 이러한 내측 절연스페이서(113)는 내부전극(115a,115b)을 서로 절연시키면서 지지하고, 중간전극(111)과도 이격되어 절연된 상태를 유지하도록 한다.
이러한 외측 절연스페이서(112)와 내측 절연스페이서(113)는 상기와 같은 형태뿐만 아니라 각각 외부전극(114a,114b)간에 또는 내부전극(115a,115b)간을 절연시키면서 지지하고, 중간전극(111)과 일정한 간격으로 이격하여 절연된 상태를 유지할 수 있는 구조라면 어떠한 형태와 구조를 가지도록 구성될 수 있다. 단 이때 중간전극(111)을 이격하여 절연된 상태를 유지하도록 구성된 외측 절연스페이서(112)의 돌출부(112a)와 내측 절연스페이서(113)의 돌출부(113a)는 내외부전극 및 중간전극 사이로 유통되는 해수의 흐름을 최대한 방해하지 않는 구조로 이루어지는 것이 바람직하다.
상기 구성에 의하면, 외부전극(114a,114b)과 내부전극(115a,115b) 사이에 파이프형으로 간격으로 두고 설치되는 중간전극(111) 즉, 바이폴라 전극은 외부전극(114a,114b) 및 내부전극(115a,115b)과 서로 대응되는 반대 극의 전원이 인가된다. 따라서, 중간전극(111)의 외주측 및 내주측 각각의 사이로 유체가 통과하면서 전기분해 반응이 이루어지게 된다. 이때, 중간전극(111)의 내측 및 외측 각각으로 유체가 흐르면서 전기분해를 할 수 있게 됨으로써, 종래의 파이프형 전해셀보다 2배 이상의 전기분해능력을 갖게 된다. 즉, 기존 전해모듈과 같은 부피를 가지고 2배 이상의 전기분해능력을 얻을 수 있게 된다. 이러한 파이프형 전해셀의 자세한 설명 및 동작은 종래기술로부터 당업자가 이해할 수 있는 것이므로 더 이상의 자세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 연결판(116)에는 유체를 내부전극(115a,115b)과 외부전극(114a,114b) 사이로 통과하도록 하는 다수의 유체통과공(116a)이 원주방향을 따라 일정한 크기 및 일정한 간격으로 형성된다. 그리고 연결판(116)의 외측으로 위치결정 가이드핀(116b)이 적어도 하나 돌출되게 형성되어 상기 스파이럴블록(118)과의 결합시 결합자세를 정확하게 정렬시켜 결합될 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연결판(116)은 두 개 이상이 밀접된 다단으로 구성될 수도 있다. 이렇게 다단으로 연결될 경우에는 유체통과공을 빗겨서 적층하여 스파이럴의 구조를 형성하거나, 유체통과공 자체를 스파이럴을 형성하여 나선형가이드 역할을 수행하도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 스파이럴블록(118)은 연결판(116)의 외측에 결합되며, 다수의 나선형의 가이드공(118a)이 원주방향으로 따라 형성된다. 유체가 나선형의 가이드공(118a)을 통과하면서 유체의 유출입시 유체를 스파이럴(나선) 형상이 되도록 가이드 하여 속도 분포를 균일하게 할 수 있게 된다. 또한, 스파이럴블록(118)에는 연결판(116)과의 결합시 가이드공(118a)과 연결판(116)의 유체통과공(116a)이 서로 일치하여 맞닿아 연결된 상태로 결합될 수 있도록 결합위치를 결정하기 위한 위치 결정공(118b)이 형성된다. 이 위치결정공(118b)에 연결판(116)의 위치결정 가이드핀(116b)이 삽입되어 결합되도록 연결하면, 유체통과공(116a)과 가이드공(118a)이 일치되어 유체가 저항을 받지 않고 원활하게 이동하도록 할 수 있다. 이러한 스파이럴블록(118)은 연결관(120) 또는 입출구 연결니플(130)에 결합된다.
또한, 상기 중간전극(111)은 외주면과 내주면을 전체 길이 중 절반을 양면전극 코팅 처리함으로써 종래와는 달리 내면과 외면 모두를 전기분해에 사용할 수 있게 되어, 결국 전기분해 용량을 2배 늘릴 수 있게 된다.
또한, 터미널 전극 즉, 음극측 외부전극(114a) 및 내부전극(115a)은 티타늄이나 스테인리스스틸 또는 니켈합금 재질로 형성할 수 있다. 그리고 음극측 외부전극(114a) 및 내부전극(115a)을 연결판(116)과 용접과 같은 방법을 통해 전기적 저항을 낮추어 전기전도성을 유지할 수 있는 체결방식으로 결합하고, 해수가 통과하면서 전해반응을 수행하지 않는 전극의 타 측면, 즉 외부전극(114a)의 외주면 또는 내부전극(115a)의 내주면 중 어느 하나 이상의 측면에 전기전도성이 좋은 금속으로 도금하여 줌으로써, 전해 반응시 전극의 길이 방향으로 전류를 균일하게 배분할 수 있도록 할 수 있다. 이로 인해 기존 방식의 다단전해조에서 해결할 수 없는 전해반응의 균일성과 효율증가 및 발열량제어가 가능하도록 구성될 수 있다.
그리고 터미널 전극 중 양극측 외부전극(114b)과 내부전극(115b)은 티타늄을 사용하여 형성하되, 외부전극(114a)은 내면을 내부전극(115b)은 외면을 백금족 산화물을 코팅한 불용성전극으로 구성하고, 앞서 설명한 음극측 터미널 전극과 동일한 방법으로 도금 및 용접을 통해 전기전도성을 유지하도록 하여 제작한다.
상기 구성을 가지는 복수의 파이프형의 전해셀(110)은 직렬로 배치된 상태에서 서로 이웃한 단부가 상기 연결관(120)에 의해 상호 연결되어 유체가 이동될 수 있도록 한다. 상기 연결관(120)은 'U'자 형상을 가진다. 그리고 전해 단위모듈(100) 중 최외측에 위치한 파이프형 전해셀(110)에는 전원케이블(400)이 각각 연결된다.
또한, 복수의 파이프형 전해셀(110) 중에서 양측의 최외곽에 위치한 전해셀(110)에는 입출구 연결니플(130)이 각각 연결된다. 상기 연결니플(130)은 유체를 파이프형 전해셀(110)의 양측에 연결관(120) 또는 연결니플(130)이 연결된 구조도 가능하고, 일측에는 연결관(120)이 연결되고, 타측에는 연결니플(130)이 연결된 구조도 가능하게 된다. 이러한 연결관(120) 및 연결니플(130)은 유체를 파이프형 전해셀(110)의 내부로 유입하도록 하거나 배출되도록 하는 것으로서, 스파이럴 블록(118)의 단부에 결합되며, 몰딩 케이스(200)에 형성된 니플 통과홀(230; 도 12a, 도 12b 참조)을 통과하여 몰딩케이스(200) 외부로 연장될 수 있다.
이러한 연결관(120)과 연결니플(130) 중 어느 하나 이상은 내부 유체이동구 즉, 유체이동통로의 형태가 유체의 이동과 수소의 분리가 더욱 용이하도록 도 28a 및 도 28b와 같이 그 바닥부(면)(121,131)이 점진적으로 상향 경사지게 형성되게 구성되는 것이 좋다.
상기 구성과 같이 전해 단위모듈(100)은 복수의 파이프형 전해셀(110)이 서로 나란하게 이웃하여 직렬로 연결되어 도 12와 같이 조립되며, 조립된 상태에서 서로 이웃한 파이프형 전해셀(110)은 링 형상의 연결단자(140)에 의해 상호 전기적으로 연결된다. 그리고 최외측의 파이프형 전해셀(110)에 연결된 연결단자(140) 각각에는 터미널 단자(150)가 연결되고, 상기 터미널 단자(150)에는 상기 전원케이블(400)이 볼트 등의 체결부재(160, 도 18 참조)에 의해 서로 접속되도록 연결된다.
상기 몰딩 케이스(200)는 사각 틀 형상을 가지며, 그 내측에 상기 조립된 상태의 전해 단위모듈(100)이 배치되어 몰딩 처리된다. 이러한 몰딩 케이스(200)는 한 쌍의 장변 프레임(210)과, 장변 프레임(210)의 양단 각각을 연결하는 한 쌍의 단변 프레임(220)을 가진다. 장변 프레임(210)의 내측에는 상기 셀 가이드부재(300)의 단부가 끼워져 결합되는 가이드부재 결합공(240)이 형성된다. 그리고 단변 프레임(220)에는 전원케이블(400)이 통과하는 케이블 통과홀(250)과, 상기 입출구 연결니플(130)이 통과하는 니플 통과홀(230)이 형성된다.
상기 셀 가이드부재(300)는 복수 구비되며, 양단이 상기 몰딩 케이스(200)의 장변 프레임(210)에 형성된 가이드부재 결합공(240)에 끼워져 결합되어 조립된 상태의 전해 단위모듈(100)을 몰딩케이스(200) 내측에 위치하도록 지지하는 역할을 한다. 이를 위해 셀 가이드부재(300)는 몰딩 케이스(200)를 가로지르도록 설치되며, 변형할 수 있는 절연 재질 내지 절연 구조로 형성된다. 그리고 셀 가이드부재(300)는 직렬로 연결되는 다수의 파이프형 전해셀(110)의 외주를 감싸서 지지할 수 있도록 파이프형 전해셀(110)의 외주에 대응되는 원호형의 안착부(310)가 길이 방향으로 연속적으로 형성된 구조를 가진다.
이때 도 12b에 도시된 바와 같이, 다른 예에 따른 몰딩케이스(200')는 수지와의 결속력을 높이기 위해 수지 충진부를 절곡(참조부호 D1, D2 부분)하거나 내측면에 거칠기를 부여할 수 있다.
또한, 몰딩케이스(200)는 수지를 충진하고 최종 경화된 이후 몰딩케이스(200)를 제거하고(도 12c 참조), 충진된 수지자체가 몰딩케이스의 역할을 수행하도록 구성될 수 있다.
이러한 셀 가이드부재(300)를 몰딩 케이스(200)에 먼저 조립한 상태에서, 그 위에 조립된 전해 단위모듈(100)을 안착시켜서 몰딩케이스(200) 내측에 조립된 전해 단위모듈(100)을 위치시킬 수 있다. 조립된 전해 단위모듈(100)을 몰딩케이스(200) 내측에 안착시킨 다음에, 상기 전원케이블(400)을 연결한 뒤에는, 전해 단위모듈(100)의 외측 전체를 덮도록 수지재질로 몰딩 케이스(200)의 개방된 양측면을 충진시켜서 수지 충진층(400)을 형성한다. 여기서 상기 수지 충진층(400)은 투명한 에폭시 수지로 충진되는 것이 바람직하다. 또한, 경우에 따라서 수지 충진층(400)은 난연성 수지재질로 된 것을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서 외부에서도 몰딩 처리된 전해 단위모듈(100)의 상태를 확인할 수 있게 된다.
이와 같이, 전해 단위모듈(100)을 조립한 상태에서 몰딩케이스(200) 내부에 위치시킨 상태에서 수지를 충진하여 몰딩 처리하여 몰딩된 전해모듈(50)을 제조함으로써, 전해셀(110)에서의 누수와 수소의 누출을 근본적으로 차단할 수 있음은 물론, 몰딩 처리로 인하여 조립에 따른 조립포인트를 줄일 수 있게 된다.
또한, 몰딩 처리된 전해모듈(50)을 도 14 및 도 15에 도시된 바와 같이, 서로 밀착시켜 연결하여 사용하여 용량을 가변하여 조정할 수 있다. 또한, 몰딩 처리된 전해모듈(50)은 누수 및 수소누출의 방지는 물론, 감전사고로부터 안전하게 차단된 상태이므로 종래와 같이 감전 방지를 위한 케이싱처리를 할 필요가 없게 되며, 누수 감지를 위한 센서 및 수소센서의 설치도 필요 없게 되어 제작비용을 절감할 수 있게 된다.
또한, 투명한 수지재질로 몰딩 처리함으로써 관찰 및 점검이 용이하여 유지관리가 편리한 이점이 있다.
특히, 본 발명의 경우에는 파이프형 전해셀(110)은 외부전극과 내부전극으로 이루어진 터미널전극 사이에 파이프형 바이폴라전극(중간전극)을 설치하여 줌으로써 바이폴라전극의 내면과 외면 각각에서 전기분해반응을 할 수 있게 된다. 따라서 기존모듈 2세트에 해당되는 전기분해용량을 본 발명의 전해모듈 경우에는 1세트모듈로 처리할 수 있게 된다. 결국, 종래보다 전체 사이즈를 50% 줄이면서도 전기분해용량은 동일하게 얻을 수 있게 되며, 이 경우 전극소재의 사용량도 대략 65%만 사용하면 되고, 에폭시 몰딩량의 경우에도 대략 50%, 해당 프레임 사용량도 대략 50% 정도 줄일 수 있게 된다. 이로 인해 용량을 그대로 유지하면서 원가를 낮추면서도 사이즈도 줄일 수 있게 되어, 매우 경제적일 뿐만 아니라, 새로이 건조되는 선박뿐만 아니라, 기존의 선박에도 설치공간을 최소화하여 설치할 수 있는 이점이 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시 예와 관련하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범위를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
[부호의 설명]
50..전해모듈 100..단위 전해모듈
110..파이프형 전해셀 120..연결관
130..연결 니플 200..몰딩 케이스
300..셀 가이드부재 400..전원케이블
500..충진층

Claims (10)

  1. 파이프형 전해셀이 복수 구비되어 직렬로 연결된 전해 단위모듈과;
    상기 전해 단위모듈의 둘레를 감싸서 보호하는 몰딩 케이스와;
    상기 몰딩케이스에 설치되어 상기 전해 단위모듈을 지지하는 셀 가이드부재와;
    일단이 상기 전해 단위모듈에 연결되고 타단은 상기 몰딩 케이스를 통과하여 외부로 연장되는 전원케이블; 및
    상기 몰딩케이스에 거치된 전해 단위모듈의 외측을 덮도록 상기 몰딩케이스에 수지재질을 충진하여 이루어진 수지 충진층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해모듈.
  2. 파이프형 전해셀을 복수 직렬로 연결하여 이루어진 전해 단위모듈과;
    일단이 상기 전해 단위모듈에 연결되는 전원케이블;
    상기 전해 단위모듈이 직렬상태로 조립된 상태를 유지하도록 상기 전해모듈을 가로질러 지지하는 셀 가이드부재; 및
    상기 전해 단위모듈과 전원케이블 및 셀가이드부재가 조립된 상태에서 상기 전해 단위모듈의 둘레를 감싸도록 몰딩 케이스를 위치시킨 상태에서, 상기 몰딩케이스에 거치된 전해 단위모듈의 외측을 덮도록 상기 몰딩케이스 내측에 수지재질을 충진하여 이루어지며, 경화 후 상기 몰딩케이스를 제거하여 외부로 노출되는 수지 충진층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해모듈.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 파이프형 전해셀은,
    일단은 서로 전기적으로 연결되고 타단은 서로 분리되는 파이프형의 외부전극 및 내부전극으로 이루어진 한 쌍의 터미널전극과;
    상기 한 쌍의 터미널 전극 내부에 설치되며, 상기 터미널전극과 절연된 상태의 파이프형의 바이폴라 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해모듈.
  4. 제3항에 있어서, 상기 파이프형 전해셀은,
    상기 한 쌍의 터미널 전극의 서로 분리된 타단을 지지하여 연결하는 절연부와;
    상기 한 쌍의 터미널전극의 서로 연결된 일단에 대응되게 결합되며, 유체가 통과하는 나선형 가이드공을 가지는 스파이럴 블록;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해모듈.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 터미널전극은,
    상기 내부전극과 외부전극의 단부를 연결지지하며, 상기 내부전극과 외부전극 사이와 연통되어 유체이동을 가이드 하는 유체통과공을 가지는 연결판을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해모듈.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 바이폴라 전극의 양단 각각에 설치되어 상기 연결판과 상기 내부전극 및 외부전극과 이격되어 절연시키는 단부 절연스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해모듈.
  7. 제3항에 있어서,
    전해반응이 수행되지 않는 타측면이 상기 외부전극의 파이프 외부 또는 상기 내부전극의 파이프 내부 중 어느 하나 이상의 측면에, 전기전도성이 좋은 금속으로 도금처리되는 것을 특징으로 하는 전해모듈.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 유체통과공을 갖는 연결판은 상기 외부 전극과 용접되는 것을 특징으로 하는 전해모듈.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 연결판에 형성되는 다수의 유체통과공은 상기 스파이럴 블록의 나선형 가이드와 일치하도록 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 전해모듈.
  10. 제5항에 있어서,
    상기 단위모듈을 병렬로 연결하여 용량을 확장 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 전해모듈.
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