WO2018038430A1 - 수직형 전해장치 - Google Patents

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WO2018038430A1
WO2018038430A1 PCT/KR2017/008646 KR2017008646W WO2018038430A1 WO 2018038430 A1 WO2018038430 A1 WO 2018038430A1 KR 2017008646 W KR2017008646 W KR 2017008646W WO 2018038430 A1 WO2018038430 A1 WO 2018038430A1
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strip
electrolyte
electrode
chamber
vertical
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PCT/KR2017/008646
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English (en)
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정원철
김종희
김광민
서보성
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주식회사 포스코
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Publication date
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    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells for electrolytic removal of material from objects; Servicing or operating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25F—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC REMOVAL OF MATERIALS FROM OBJECTS; APPARATUS THEREFOR
    • C25F1/00—Electrolytic cleaning, degreasing, pickling or descaling
    • C25F1/02—Pickling; Descaling
    • C25F1/04—Pickling; Descaling in solution
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25F1/02—Pickling; Descaling
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a vertical electrolytic apparatus used in surface modification processes, such as separator plates for fuel cells.
  • a fuel cell is an eco-friendly power generation system that produces electricity and thermal energy directly by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and has a stack structure in which several tens to hundreds of fuel cell unit cells generate a voltage of about 1 [V]. Is provided.
  • Such a fuel cell may be utilized in various fields, and recently, a technology used as a fuel for automobiles has been developed and used.
  • the fuel cell unit cell is an assembly of an electrode and an electrolyte.
  • the fuel cell unit is an electrolyte for exchanging hydrogen charges between a fuel electrode supplying hydrogen ions (ie, an anode; ANODE), an oxygen supplying electrode (i.e., a cathode; CATHOD), and a fuel electrode and an anode. It consists of (ELECTROLYTE).
  • separator plates are installed between unit cells, which are used for the purpose of separating hydrogen and oxygen, electrical connection between unit cells, and maintaining stack rigidity.
  • Separator plates must be electrically conductive and highly corrosion resistant. Therefore, a stainless steel plate is used, and a gold plated steel plate was used to give conductivity to the STS316 material.
  • the cost of the conventional separation plate is increased due to the gold plating treatment, and recently, a passive film control surface modification technology for securing high conductivity has been developed, and such a technology has excellent price competitiveness by omitting the gold plating process.
  • the passivation film control surface modification is a process of removing the oxide layer on the stainless steel surface through sulfuric acid electrolysis and passing the nitric acid and hydrofluoric acid solution (mixed acid) to regenerate the conductive film, thereby securing conductivity corresponding to gold plating.
  • the surface reforming apparatus 1 includes a strip S forming a body of the separator plate to produce a fuel cell separator plate requiring conductivity. Supplying continuously, for this purpose is provided with a winding (POR: Pay Off Roll, TR; Tension Reel) (2, 5) for unwinding the strip (S).
  • a winding POR: Pay Off Roll, TR; Tension Reel
  • the surface reforming apparatus 1 passes the strip S continuously supplied through the electrolytic apparatus 10, the cleaning apparatus 30, the mixed acid immersion apparatus 50, and the final cleaning apparatus 70. Conductivity may be given to the strip S during the process.
  • FIG. 2 is a block diagram of an electrolytic device according to the prior art.
  • the surface modification electrolytic apparatus 10 includes an electrolytic cell 12 in which an electrolytic solution, such as sulfuric acid, is stored, and an electrode part 14 formed of an order of a cathode, an anode, and a cathode therein is an electrolytic solution. It is provided soaked in.
  • Each electrode portion 14 is disposed up and down on the basis of the strip (S).
  • the electrolytic cell 12 is provided with an immersion roll 18 for the movement of the strip (S).
  • hydrogen gas is generated in the cathode electrodes 15 and 17 while the strip S passes through the electrode portion 14, and the strips are affected by the cathode electrodes 15 and 17.
  • Oxygen gas is generated at site (S).
  • oxygen gas is generated at the surface of the anode electrode 16, and hydrophobic gas is generated at a portion of the strip S affected by the anode electrode 15.
  • each gas G generated in the electrode portion 14 and the strip S portion affected by the gas portion 14 may adhere to the electrode portion 14 and the strip S portion in the form of bubbles.
  • These bubbles (G) are a factor that inhibits the electrolytic reaction.
  • the bubble (G) formed on the upper portion of the strip (S) is easily lifted up and dropped, but the bubble (G) formed on the lower portion of the strip (S) is easily dropped in a state that is stuck to the lower surface of the strip (S). I do not lose.
  • the conventional electrolytic apparatus 10 is provided with a nozzle unit 20 for removing bubbles G stuck to the lower surface of the strip S in the electrolytic cell 12, and the nozzle unit 20
  • the nozzle unit 20 By removing the bubble (G) by spraying the electrolyte at a high pressure using, there is a technical limitation in removing the bubble (G) attached to the lower strip (S) as the strip (S) moves horizontally.
  • One embodiment of the present invention is to provide a vertical electrolytic apparatus that can be easily discharged bubbles generated during the electrolysis process, so that the strip used as a separator plate of the fuel cell moves vertically and undergoes an electrolysis process. The purpose.
  • the electrolyte is stored therein, and upper and lower openings are formed to move the strip vertically, and the opening of the lower portion is connected to the strip to prevent discharge of the electrolyte stored therein.
  • An electrolytic cell correspondingly formed; And at least one pair of electrode parts disposed in the electrolytic cell so as to face both sides of the strip.
  • a plurality of pairs of the electrode parts may be disposed along an up and down direction, and the electrode part may alternately include a cathode electrode and an anode electrode in a direction in which the strip proceeds.
  • the electrolytic cell may further include at least a pair of nozzles for injecting an electrolyte solution onto the surface of the electrode part or the strip.
  • the nozzle unit may be provided below the electrode unit.
  • the apparatus may further include a main tank provided below the electrolytic cell and storing the electrolyte solution discharged from the electrolytic cell, and circulation means for supplying the electrolyte solution stored in the main tank to the electrolytic cell or the nozzle unit.
  • the electrolyzer includes at least one independent chamber in which a pair of electrode parts and a pair of nozzle parts are independently received, and an independent chamber located at an upper portion of the electrolytic cell is provided at an independent chamber in which an electrolyte discharged from an open portion of the lower portion is disposed. It may be provided to be connected with the stored electrolyte.
  • the independent chamber may have a lower surface inclined downward toward the opening portion of the lower portion.
  • a passage through which bubbles are discharged may be formed between the independent chamber positioned at the upper portion and the independent chamber positioned at the lower portion.
  • each independent chamber may further include an auxiliary tank for storing the electrolyte solution overflowed or separated from the upper portion, and auxiliary circulation means for supplying the electrolyte solution stored in the auxiliary tank to each independent chamber or the nozzle unit.
  • the electrolytic process since the electrolytic process is performed while the strip moves vertically, bubbles generated during the electrolytic process may be minimized to adhere to the strip, thereby generating surface defects of the strip due to air bubbles. Can be prevented and contribute to quality improvement.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a surface modification process of a separator plate for a general fuel cell.
  • FIG. 2 is a block diagram of an electrolytic apparatus according to the prior art.
  • FIG. 3 is a block diagram of a vertical electrolytic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of a vertical electrolytic apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a block diagram of a vertical electrolytic apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram of a vertical electrolytic apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram of a vertical electrolytic apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the vertical electrolytic apparatus 110 is a device used in a surface reforming process used when manufacturing a separator plate of a fuel cell, and the like so as to vertically pass through a strip used for surface reforming.
  • One device is a device used in a surface reforming process used when manufacturing a separator plate of a fuel cell, and the like so as to vertically pass through a strip used for surface reforming.
  • the vertical electrolytic apparatus 110 may be supplied with a vertical strip (S), it may include an electrolytic cell 112 for maintaining the state immersed in the electrolyte in the process of moving the strip (S). In addition, an opening may be formed in the upper and lower portions of the electrolytic cell 112 to move the strip vertically.
  • the strip S may be supplied from the top to the bottom, but the supply direction of the strip S is not limited and may be supplied from the bottom to the top.
  • the strip S is disclosed to be supplied from the top to the bottom, and this structure moves even if bubbles are generated on the surface during the electrolysis of the strip S, as the bubbles move upwards. There is an advantage that it does not easily stick to the strip (S) as it is in the opposite direction.
  • the opening of the upper part of the electrolytic cell 112 may be an inlet, and the opening of the lower part may be an outlet.
  • the electrolytic cell 112 may be open at the top, and is equipped with a cover (not shown) having an inlet through which the strip S is inserted to block inflow of foreign material and a gas discharge hole for gas discharge. It is also possible.
  • the electrolytic cell 112 may be discharged to the bottom of the strip (S) vertically supplied, for this purpose may be formed with a discharge port 116 through which the strip (S) is discharged.
  • the outlet 116 formed on the lower surface 113 of the electrolytic cell 112 may be formed to a minimum size through which the strip S is discharged to adjust the level of the electrolyte, for example, the width of the strip S. It may be formed in the form of a slot long in the direction.
  • the inside of the electrolytic cell 112 may include at least a pair of electrode portions 114 disposed opposite to both sides with respect to the vertically moving strip (S).
  • the electrode portion 114 may be arranged in a plurality of pairs along the vertical direction, the electrode portion may be disposed alternately between the cathode electrode and the anode electrode in the direction in which the strip (S) proceed.
  • the cathode 114, the anode 116, and the cathode 117 may be sequentially disposed in the direction in which the strip S travels.
  • hydrogen gas is generated in the cathode electrodes 115 and 117 while the strip S passes through the electrode portions 114, and the influence of the cathode electrodes 115 and 117 is increased.
  • Oxygen gas is generated in the strip (S) area receiving.
  • oxygen gas is generated at the surface of the anode electrode 116, and hydrophobic gas is generated at a portion of the strip S affected by the anode electrode 116.
  • each bubble G generated by the electrode unit 114 may be discharged and moved upward by buoyancy as the strip S moves vertically.
  • bubbles G generated during the electrolysis process are easily detached from the electrode part 114 or the strip S, and the electrode part 114 or the strip S is more smoothly connected with the electrolyte solution.
  • At least one pair of nozzle parts 120 for injecting an electrolyte solution onto the surface of the electrode part 114 or the strip S may be further installed to allow contact.
  • the electrolytic cell 112 may be supplied with an electrolyte through a separate electrolyte supply means, in addition to the electrolyte may be supplied through the nozzle.
  • the electrolytic cell 112 is formed as one chamber, and a plurality of electrode parts 114 and nozzle parts 120 may be installed therein, and may be modified in various forms to improve performance. Of course it is possible.
  • the electrolytic cell 112 may include at least one independent chamber 112a in which a pair of electrode portions 114 and a pair of nozzle portions 120 are independently received.
  • the electrolytic cell 112 may be provided such that an independent chamber 112a disposed at an upper portion thereof may be connected to electrolyte stored in another independent chamber 112a disposed at a lower portion thereof.
  • each of the independent chambers 112a is provided with a pair of electrode portions 114 and a pair of nozzle portions 120, respectively, and the other independent type as the electrolyte discharged from the discharge port 116 is continuously discharged.
  • the electrolyte may be electrically connected to the electrolyte stored in the chamber 112a.
  • three independent chambers 112a may be provided, and the pair of electrode portions 114 provided in the three independent chambers 112a may have cathode electrodes in a direction in which the strip S travels.
  • the 115, the anode 116, and the cathode 117 may be sequentially disposed.
  • independent chamber 112a may have a lower surface 113 inclined downward toward the outlet 116.
  • the lower surface 113 may block the introduction of bubbles G generated during the electrolytic process from the other standalone chamber 112a positioned below.
  • bubbles (G) generated during the electrolytic process in the other independent chamber 112a located at the lower side may be discharged to the outside along the lower surface 113 of the independent stand-alone chamber 112a at the upper side, and stand-alone chamber 112a located at the upper side. ) And the bubble G may be discharged through a passage formed between the independent chamber 112a positioned below.
  • the lower surface 113 may be positioned lower than the level of the electrolyte stored in the other independent chamber 112a positioned below, and thus the electrolyte discharged from the upper independent chamber 112a. It is possible to maintain a state connected with the electrolyte of the independent chamber (112a) located in the lower portion.
  • each of the independent chambers 112a may serve as a passage formed by a lower inclined surface in a vertically disposed state, and thus bubbles G generated in the independent chambers 112a located below may be formed. After being raised, it can be discharged through this gap.
  • FIG. 4 is a block diagram of a vertical electrolytic apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the vertical electrolytic apparatus 110 of the present embodiment may be provided to continuously supply the circulating electrolyte again discharged from the electrolytic cell 112.
  • a main tank 130 for storing the electrolyte discharged from the electrolytic cell 112 may be installed in the lower part of the electrolytic cell 112, and the electrolyte stored in the main tank 130 is returned to the electrolytic cell 112 or the nozzle unit.
  • the circulation means for supply may be further provided.
  • the circulation means may include a pipe connecting the main tank 130 and the electrolytic cell 112 or the nozzle unit, and a pump and a valve for supplying the electrolyte solution to the pipe.
  • the main tank 130 may include a plurality of immersion rolls 132 immersed in the electrolyte to switch the supply direction of the strip (S).
  • each stand-alone chamber 112a may overflow through the open top, and in addition, overflow electrolyte may flow down from another stand-alone chamber 112a located above.
  • the electrolyte flowing down from each of the independent chambers 112a may be recovered through the independent tank 112a or the nozzle unit 120 by the circulation means and then recycled to the main tank 130. .
  • the circulation means may include a pipe P connecting the independent chamber 112a or the nozzle unit 120, and a pump and a valve (not shown) for supplying an electrolyte solution to the pipe P.
  • each independent chamber 112a may be provided with an auxiliary tank 134 for storing the electrolyte solution overflowed or separated from the top.
  • the auxiliary tank 134 may be formed around the upper part of the independent chamber 112a, and thus, the electrolyte stored in the auxiliary tank 134 may be supplied to another independent chamber 112a or the nozzle unit 120 located below. have.
  • the auxiliary tank 134 may be provided with auxiliary circulation means for supplying the stored electrolyte solution to each independent chamber 112a or the nozzle unit 120.
  • the auxiliary circulation means may be provided in the same structure as the circulation means, for example, a pipe (P) connecting the auxiliary tank 134 and the electrolytic cell 112 or the nozzle unit 120, and the electrolyte (P) to the pipe (P). It may include a pump and a valve for supplying.
  • the circulation means provided in the main tank 130 may be provided to supply the independent chamber 112a located at the top and the nozzle unit 120 installed thereon, and the circulation provided in the auxiliary tank 134.
  • the means may be provided to supply the other independent chamber 112a provided in the lower portion of the independent chamber 112a positioned at the top and the nozzle unit 120 installed therein.
  • FIG. 5 is a schematic diagram of a vertical electrolytic apparatus 210 according to another embodiment of the present invention
  • the electrolytic cell 212 that is, each independent chamber 212a is vertically disposed.
  • each independent chamber 212a is vertically disposed.
  • the shape and arrangement of the independent chamber 212a is not limited thereto.
  • the independent chamber 212a may have a lower surface 213 provided in a plane.
  • the independent chamber 212a may be formed to have an outlet 213a at the lower surface 213. That is, the discharge port 213a is provided in a form extending from the lower surface 213 to a lower side, the outlet 213a is to block the independent discharge of the independent air bubbles (G) located in the lower portion of the upper stand. Can be.
  • the lower stand-alone chamber 212a may be formed wider than the lower width of the stand-alone chamber 212a positioned above. That is, the upper circumference of the independent chamber 212a positioned at the lower portion may be formed with a larger circumference than the lower circumference of the independent chamber 212a positioned at the upper portion of the independent chamber 212a. When the electrolyte overflows, it may be recovered to the independent chamber 212a located below.
  • the electrolytic apparatus 210 includes a pair of electrode portions 214 provided in each of the independent chambers 212a, and a nozzle portion for injecting an electrolyte solution onto the surface of these electrode portions 214 or the strip S. 220).
  • the electrolytic apparatus 210 configured as described above can deliver the strip S in each independent chamber 212a, and in this process, as the strip S proceeds vertically, the electrode portion 214 and the strip S Can be prevented from adhering the bubble G to the surface, and even if the bubble G is attached to the surface, adheres to the surface of the electrode part 214 and the strip S by the electrolyte injected by the nozzle part 220. It is possible to effectively eliminate the bubble (G).
  • the bubbles G which are raised and discharged from the independent stand-alone chamber 212a located at the bottom protrude around the outlet 116 of the lower face 213 and the lower face 213 of the stand-alone chamber 212a located above.
  • the jaw 214a does not flow into the upper stand-alone chamber 212a.
  • the bubble G may be discharged to the outside through an open passage that is generated as the circumference of the lower stand-alone chamber 212a is larger than the circumference of the upper stand-alone chamber 212a.
  • FIG. 6 is a block diagram of a vertical electrolytic apparatus 310 according to another embodiment of the present invention.
  • the electrolytic cell 312, that is, the lower surface 313 of each independent chamber 312a is It may be formed to be inclined downward toward the outlet 313a, the lower stand-alone chamber 312a may be formed wider than the lower width of the stand-alone chamber 312a located above.
  • This structure is recovered when the electrolyte overflows from the stand-alone chamber 312a located above the stand-alone chamber 312a even though a separate auxiliary tank 334 is not installed around the stand-alone chamber 312a. Can be.
  • the electrolytic apparatus 310 includes a pair of electrode portions 314 provided in each of the independent chambers 312a, and a nozzle portion for injecting an electrolyte solution onto the surface of these electrode portions 314 or strips S. 320).
  • the electrolytic apparatus 310 configured as described above may deliver the strip S in each of the independent chambers 312a.
  • the electrode portion 314 and the strip S The adhesion of the bubbles G to the surface can be suppressed, and even if some bubbles G are attached, they are attached to the surface of the electrode portion 314 and the strip S by the electrolyte injected by the nozzle part 320. It is possible to effectively eliminate the bubble (G).
  • the bubbles G which are raised and discharged from the independent stand-alone chamber 312a located at the lower side are raised along the inclination of the lower surface 313 of the stand-alone chamber 312a positioned at the upper side and are moved outward to the upper stand-alone chamber 312a. ) Does not flow into.
  • the bubble G may be discharged to the outside through an open passage generated as the circumference of the lower stand-alone chamber 312a is larger than the circumference of the upper stand-alone chamber 312a.

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 연료전지의 분리판 등의 표면개질에 사용되는 전해과정 중 발생된 기포가 용이하게 배출되도록 구조를 개선한 수직형 전해장치에 관한 것으로, 본 발명의 일 측면에 따른 수직형 전해장치는 내부에 전해액이 저장되며, 스트립이 수직으로 이동하도록 상, 하부에 개방부가 형성되되, 하부의 개방부는 내부에 저장된 전해액의 배출방지를 위해 상기 스트립과 대응되게 형성되는 전해조; 및 상기 전해조의 내부에 상기 스트립을 기준으로 양측으로 대향되게 배치되는 적어도 한 쌍의 전극부;를 포함한다.

Description

수직형 전해장치
본 발명은 연료전지용 분리판 등의 표면 개질 공정에 사용되는 수직형 전해장치에 관한 것이다.
일반적으로 연료전지는 수소와 산소의 전기화학반응에 의해 전기와 열에너지를 직접 생산하는 친환경 발전시스템으로, 약 1[V]내외의 전압을 발생시키는 연료전지 단위셀을 수십 내지 수백장 적층한 스택 구조로 제공된다.
이러한 연료전지는 다양한 분야에서 활용될 수 있으며, 최근에는 자동차용 연료로 사용하는 기술이 개발되어 사용되고 있다.
연료전지 단위셀은 전극과 전해질의 집합체로서, 수소이온을 공급하는 연료극(즉, 양극; ANODE)과 산소를 공급하는 공기극(즉, 음극; CATHOD) 및 연료극과 공기극 사이에서 수소전하 교환을 하는 전해질(ELECTROLYTE)로 구성된다.
연료전지 단위셀을 적층하기 위해서는 단위셀 사이에 분리판이 설치되며 이 분리판은 수소와 산소의 분리, 단위셀간 전기적 연결 및 스택의 강성을 유지하는 목적으로 사용된다.
분리판은 전기적으로 전도도가 높아야 하며 내부식성이 강해야 한다. 따라서 스테인리스 재질의 금속 분리판이 사용되며 주로 STS316재질에 전도도를 부여하기 위하여 금도금된 강판이 사용되고 있었다.
한편, 종래의 분리판은 금도금처리에 따른 비용이 증가하고 있으며, 이에 최근에는 고전도성 확보를 위한 부동태 피막제어 표면개질 기술이 개발되었으며, 이러한 기술은 금도금 공정을 생략함에 따라 가격경쟁력이 우수하다.
여기서, 부동태 피막제어 표면개질이란 스테인리스 표면에 산화층을 황산전해를 통해 제거한 후 질산과 불산 용액(혼산)에 통과시켜 전도성 피막을 재생하는 공정으로 금도금에 상응하는 전도도를 확보할 수 있다.
도 1은 일반적인 연료전지용 분리판의 표면개질 공정을 도시한 구성도로서, 표면 개질 장치(1)는 전도성이 요구되는 연료전지 분리판을 생산하기 위해 분리판의 몸체를 형성하는 스트립(S)을 연속적으로 공급하게 되며, 이를 위해 스트립(S)을 풀고, 감기 위한 권취기(POR: Pay Off Roll, TR; Tension Reel)(2, 5)이 구비된다.
또한, 표면 개질 장치(1)는 연속적으로 공급되는 스트립(S)을 전해장치(10)와, 세정장치(30), 혼산침지장치(50) 및 최종 세정장치(70)를 통과하게 되며, 각 과정을 거치는 과정에서 스트립(S)에 전도도를 부여할 수 있다.
한편, 도 2는 종래 기술에 따른 전해장치의 구성도이다. 도 2를 참고하면, 표면개질용 전해장치(10)는 황산 등의 전해액 등이 저장되는 전해조(12)를 포함하고, 내부에는 캐소드, 아노드, 캐소드의 순서로 이루어진 전극부(14)가 전해액에 침지되어 제공된다. 각각의 전극부(14)는 스트립(S)을 기준으로 상, 하로 배치된다. 또한, 전해조(12)에는 스트립(S)의 이동을 위한 침지롤(18)이 제공된다.
이러한 전해장치(10)는, 스트립(S)이 전극부(14)를 통과하는 과정에서, 캐소드 전극(15, 17)에는 수소기체가 발생하고, 캐소드 전극(15, 17)의 영향을 받는 스트립(S) 부위에서는 산소기체가 발생한다. 또한, 아노드 전극(16)의 표면에서는 산소기체가 발생하고, 아노드 전극(15)의 영향을 받는 스트립(S) 부위에서는 소수기체가 발생한다.
이와 같이, 전극부(14) 및 이에 영향을 받는 스트립(S) 부위에 발생하는 각 기체(G)는 전극부(14) 및 스트립(S) 부위에 기포(버블;buble)의 형태로 달라붙게 되며, 이러한 기포(G)는 전해반응을 저해하는 요인이 되고 있다.
특히, 스트립(S)의 상부에 형성되는 기포(G)는 쉽게 상승되어 탈락되나, 스트립(S) 하부에 형성되는 기포(G)는 스트립(S) 하부 표면에 달라붙은 상태에서 쉽게 탈락이 이루어지지 않는다.
이에 따라 종래의 전해장치(10)는 전해조(12)의 내부에 스트립(S) 하부 표면에 달라붙은 기포(G)를 제거하기 위한 노즐부(20)를 설치하고, 이 노즐부(20)를 이용하여 전해액을 고압으로 분사하여 기포(G)를 제거하고 있으나, 스트립(S)이 수평으로 이동함에 따라 스트립(S) 하부에 부착되는 기포(G)를 제거하는데 기술적인 한계가 있다.
본 발명의 일 실시예는 연료전지의 분리판 등으로 사용되는 스트립이 수직으로 이동하며 전해과정을 거치도록 하여, 전해과정에서 발생한 기포를 용이하게 배출할 수 있도록 한 수직형 전해장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 수직형 전해장치는 내부에 전해액이 저장되며, 스트립이 수직으로 이동하도록 상, 하부에 개방부가 형성되되, 하부의 개방부는 내부에 저장된 전해액의 배출방지를 위해 상기 스트립과 대응되게 형성되는 전해조; 및 상기 전해조의 내부에 상기 스트립을 기준으로 양측으로 대향되게 배치되는 적어도 한 쌍의 전극부;를 포함한다.
또한, 상기 전극부는 상하 방향을 따라서 복수 쌍이 배치되며, 상기 전극부는 상기 스트립이 진행하는 방향으로 캐소드전극 및 아노드 전극이 번갈아 배치될 수 있다.
또한, 상기 전해조는 상기 전극부 또는 상기 스트립의 표면으로 전해액을 분사하는 적어도 한 쌍의 노즐부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 노즐부는 상기 전극부의 하부에 제공될 수 있다.
또한, 상기 전해조의 하부에 제공되어, 상기 전해조로부터 배출되는 전해액이 저장되는 메인탱크와, 상기 메인탱크에 저장된 전해액을 상기 전해조 또는 상기 노즐부로 공급하는 순환수단을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 전해조는 한 쌍의 전극부 및 한 쌍의 노즐부가 독립적으로 수용되는 적어도 하나의 독립형 챔버를 포함하고, 상부에 위치한 독립형 챔버는 하부의 개방부에서 배출되는 전해액이 하부에 위치한 독립형 챔버에 저장된 전해액과 연결되도록 제공될 수 있다.
또한, 상기 독립형 챔버는 하부면이 하부의 개방부 방향으로 하향 경사지게 형성될 수 있다.
또한, 상기 상부에 위치한 독립형 챔버와 상기 하부에 위치한 독립형 챔버 사이에는 기포가 배출되는 통로가 형성될 수 있다.
또한, 각각의 독립형 챔버는 넘치거나 상부로부터 떨어진 전해액을 저장하는 보조탱크와, 상기 보조탱크에 저장되는 전해액을 각각의 독립형 챔버 또는 상기 노즐부로 공급하는 보조 순환수단을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스트립이 수직으로 이동하면서 전해공정이 이루어지므로, 전해공정 중 발생하는 기포가 스트립에 부착되는 것을 최소화할 수 있고, 이에 따라 기포에 의한 스트립의 표면 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있어 품질 향상에 기여할 수 있다.
도 1은 일반적인 연료전지용 분리판의 표면개질 공정을 도시한 구성도.
도 2는 종래 기술에 따른 전해장치의 구성도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 전해장치의 구성도.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 전해장치의 구성도.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수직형 전해장치의 구성도.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수직형 전해장치의 구성도.
이하, 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시형태는 여러 가지의 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로만 한정되는 것은 아니다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수직형 전해장치의 구성도이다.
도 3을 참고하면, 본 실시예의 수직형 전해장치(110)는 연료전지의 분리판 등을 제조시 사용되는 표면 개질 공정에 활용되는 장치로, 표면 개질에 사용되는 스트립을 수직하게 통과하면서 전해하도록 한 장치이다.
이러한 수직형 전해장치(110)는 스트립(S)이 수직하게 공급될 수 있으며, 스트립(S)이 이동하는 과정에서 전해액에 침지된 상태를 유지하기 위한 전해조(112)를 포함할 수 있다. 또한, 전해조(112)에는 스트립이 수직으로 이동할 수 있도록 상, 하부에 개방부가 형성될 수 있다.
본 실시예에서 스트립(S)은 상부에서 하부로 공급될 수 있나, 스트립(S)의 공급방향은 한정되지 않으며 하부에서 상부로 공급되는 것도 가능하다.
본 실시예에서는 스트립(S)은 상부에서 하부로 공급되는 것으로 개시되어 있고, 이러한 구조는 스트립(S)의 전해과정에서 표면에서 기포가 발생하더라도, 기포가 상승이동함에 따라 스트립(S)의 이동방향과 역방향으로 됨에 따라 스트립(S)에 쉽게 달라붙지 않게 되는 장점이 있다.
또한, 본 실시예에서 스트립(S)은 상부에서 하부로 공급됨에 따라 전해조(112) 상부의 개방부는 투입구가 될 수 있고, 하부의 개방부는 배출구가 될 수 있다.
바람직하게는, 전해조(112)는 상부는 개방될 수 있으며, 외부 물질의 유입을 차단하기 위해 스트립(S)이 투입되는 투입구 및 가스 배출을 위한 가스배출홀을 갖는 (도시되지 않은) 커버가 장착되는 것도 가능하다.
또한, 전해조(112)는 수직으로 공급되는 스트립(S)이 하부로 배출될 수 있으며, 이를 위해 하부면(113)에는 스트립(S)이 배출되는 배출구(116)가 형성될 수 있다. 바람직하게는 전해조(112)의 하부면(113)에 형성되는 배출구(116)는 전해액의 수위 조절을 위해 스트립(S)이 배출되는 최소한의 크기로 형성될 수 있으며, 예컨대 스트립(S)의 폭방향으로 긴 슬롯 형태로 형성될 수 있다.
또한, 전해조(112)의 내부에는 수직으로 이동하는 스트립(S)을 기준으로 양측으로 대향되게 배치되는 적어도 한 쌍의 전극부(114)를 포함할 수 있다.
한편, 전극부(114)는 상하 방향을 따라서 복수 쌍이 배치될 수 있고, 전극부는 스트립(S)이 진행하는 방향으로 캐소드전극 및 아노드 전극이 번갈아 배치될 수 있다.
바람직하게는 본 실시예에서 전극부(114)는 스트립(S)이 진행하는 방향으로 캐소드 전극(115), 아노드 전극(116) 및 캐소드 전극(117)이 순차적으로 배치될 수 있다.
이러한 수직형 전해장치(110)는, 스트립(S)이 각 전극부(114)를 통과하는 과정에서, 캐소드 전극(115, 117)에는 수소기체가 발생하고, 캐소드 전극(115, 117)의 영향을 받는 스트립(S) 부위에서는 산소기체가 발생한다. 또한, 아노드 전극(116)의 표면에서는 산소기체가 발생하고, 아노드 전극(116)의 영향을 받는 스트립(S) 부위에서는 소수기체가 발생한다.
본 실시예에서 전극부(114)에 의해 발생되는 각 기포(G)는 스트립(S)이 수직하게 이동함에 따라 부력 등에 의해 상부로 이동되며 배출될 수 있다.
바람직하게는, 전해조(112)에는 전해과정에서 발생된 기포(G)가 전극부(114) 또는 스트립(S)으로부터 쉽게 탈락되고, 전극부(114) 또는 스트립(S)이 전해액과 더욱 원활하게 접촉할 수 있도록 전극부(114) 또는 스트립(S)의 표면으로 전해액을 분사하는 적어도 한 쌍의 노즐부(120)가 더 설치될 수 있다.
전해조(112)는 별도의 전해액 공급수단을 통해 전해액이 공급될 수 있으며, 이외에도 노즐을 통해 전해액이 공급되는 것도 가능하다.
한편, 본 실시예에서 전해조(112)는 하나의 챔버로 형성되고, 그 내부에 다수의 전극부(114) 및 노즐부(120)가 설치될 수 있으며, 성능 향상을 위해 다양한 형태로 변형되는 것도 물론 가능하다.
일례로, 전해조(112)는 한 쌍의 전극부(114) 및 한 쌍의 노즐부(120)가 독립적으로 수용되는 적어도 하나의 독립형 챔버(112a)를 포함할 수 있다.
이러한 전해조(112)는 상부에 위치한 독립형 챔버(112a)는 하부의 배출구(116)에서 배출되는 전해액이 하부에 위치한 다른 독립형 챔버(112a)에 저장된 전해액과 연결되도록 제공될 수 있다.
즉, 각각의 독립형 챔버(112a)에는 각각 한 쌍의 전극부(114) 및 한 쌍의 노즐부(120)가 독립적으로 제공되며, 배출구(116)에서 배출되는 전해액이 연속적으로 배출됨에 따라 다른 독립형 챔버(112a)에 저장된 전해액과 전기적으로 연결될 수 있다.
바람직하게는 본 실시예에서 독립형 챔버(112a)는 3개로 제공될 수 있고, 3개의 독립형 챔버(112a)에 제공되는 한 쌍의 전극부(114)는 스트립(S)이 진행하는 방향으로 캐소드 전극(115), 아노드 전극(116), 캐소드 전극(117)이 순차적으로 배치될 수 있다.
또한, 독립형 챔버(112a)는 하부면(113)이 배출구(116) 방향으로 하향 경사지게 형성될 수 있다.
이러한 독립형 챔버(112a)에서 하부면(113)은 하부에 위치한 다른 독립형 챔버(112a)에서 전해과정중 발생된 기포(G)가 유입되는 것을 차단할 수 있다.
또한, 하부에 위치한 다른 독립형 챔버(112a)에서 전해과정중 발생된 기포(G)는 상부의 독립형 챔버(112a) 하부면(113)을 따라 외측으로 배출될 수 있으며, 상부에 위치한 독립형 챔버(112a)와 하부에 위치한 독립형 챔버(112a) 사이에 형성되는 통로를 통해 기포(G)가 배출될 수 있다.
바람직하게는 독립형 챔버(112a)에서 하부면(113)은 하부에 위치되는 다른 독립형 챔버(112a)에 저장된 전해액의 수위보다 낮게 위치될 수 있으며, 이에 따라 상부의 독립형 챔버(112a)에서 배출되는 전해액이 하부에 위치한 독립형 챔버(112a)의 전해액과 연결된 상태를 유지할 수 있다.
또한, 각각의 독립형 챔버(112a)는 수직하게 배치된 상태에서 하부의 경사면에 의해 형성되는 틈이 통로의 역할을 할 수 있으며, 이에 하부에 위치한 독립형 챔버(112a)에서 발생된 기포(G)가 상승된 후 이 틈을 통해 배출될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수직형 전해장치의 구성도이다.
도 4를 참고하면, 본 실시예의 수직형 전해장치(110)는 전해조(112)에서 배출되는 전해액을 다시 순환하여 연속적으로 공급하도록 제공될 수 있다.
이를 위해, 전해조(112)의 하부에는 전해조(112)로부터 배출되는 전해액이 저장되는 메인탱크(130)가 설치될 수 있고, 이 메인탱크(130)에 저장된 전해액을 다시 전해조(112) 또는 노즐부로 공급하는 순환수단이 더 구비될 수 있다.
여기서, 순환수단은 메인탱크(130)와 전해조(112) 또는 노즐부를 연결하는 배관과, 이 배관으로 전해액을 공급하는 펌프 및 밸브를 포함할 수 있다.
또한, 메인탱크(130)에는 전해액에 침지되어 스트립(S)의 공급방향을 전환하는 다수의 침지롤(132)을 포함할 수 있다.
또한, 각각의 독립형 챔버(112a)는 개방된 상부를 통해 넘칠 수 있고, 이 외에도 상부에 위치한 다른 독립형 챔버(112a)에서 넘침 전해액이 흘러내릴 수 있다.
이와 같이, 각각의 독립형 챔버(112a)에서 흘러내린 전해액은 메인탱크(130)로 회수된 후 순환수단에 의해 다시 각각의 독립형 챔버(112a) 또는 노즐부(120)를 통해 분사되며 재순환될 수 있다.
순환수단은 독립형 챔버(112a) 또는 노즐부(120)를 연결하는 배관(P)과, 이 배관(P)으로 전해액을 공급하는 (도시되지 않은) 펌프 및 밸브를 포함할 수 있다.
바람직하게는 각각의 독립형 챔버(112a)에는 넘치거나 상부로부터 떨어진 전해 액을 저장하는 보조탱크(134)가 제공될 수 있다. 이러한 보조탱크(134)는 독립형 챔버(112a)의 상부 둘레에 형성될 수 있고, 이와 같이 보조탱크(134)에 저장된 전해액을 하부에 위치한 다른 독립형 챔버(112a) 또는 노즐부(120)호 공급할 수 있다.
이를 위해, 보조탱크(134)에는 저장된 전해액을 각각의 독립형 챔버(112a) 또는 노즐부(120)호 공급하는 보조 순환수단이 제공될 수 있다. 보조 순환수단은 순환수단과 동일한 구조로 제공될 수 있으며, 일례로 보조탱크(134)와 전해조(112) 또는 노즐부(120)를 연결하는 배관(P)과, 이 배관(P)으로 전해액을 공급하는 펌프 및 밸브를 포함할 수 있다.
바람직하게는 메인탱크(130)에 제공되는 순환수단은 최상부에 위치하는 독립형 챔버(112a) 및 그에 설치된 노즐부(120)호 전해액을 공급하도록 제공될 수 있고, 보조탱크(134)에 제공되는 순환수단은 최상부에 위치하는 독립형 챔버(112a)의 하부에 제공되는 다른 독립형 챔버(112a) 및 그에 설치되는 노즐부(120)호 전해액을 공급하도록 제공될 수 있다.
한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수직형 전해장치(210)의 구성도인 도 5를 참고하면, 본 실시예에서 전해조(212), 즉 각각의 독립형 챔버(212a)는 수직으로 배치되되 하향으로 경사진 하부 면을 갖는 것으로 설명하고 있으나, 독립형 챔버(212a)의 형태 및 배열구조는 이에 한정되지 않는다.
일례로, 본 실시예에서 독립형 챔버(212a)는 하부면(213)이 평면으로 제공되는 것도 가능하다.
또한, 독립형 챔버(212a)는 하부 면(213)에서 배출구(213a)가 갖도록 형성될 수 있다. 즉, 배출구(213a)는 하부 면(213)에서 하측으로 소정의 높이로 연장된 형태로 제공된 것으로, 이러한 배출구(213a)는 하부에 위치한 독립형 배출된 기포(G)가 상부의 독립형 유입되는 것을 차단할 수 있다.
또한, 하부에 위치하는 독립형 챔버(212a)는 상부에 위치하는 독립형 챔버(212a)의 하부 넓이 비해 더 넓게 형성될 수 있다. 즉, 하부에 위치하는 독립형 챔버(212a)의 상부 둘레는 상부에 위치하는 독립형 챔버(212a)의 하부 둘레보다 큰 둘레로 형성될 수 있으며, 이러한 구조에 따라 상부에 위치하는 독립형 챔버(212a)에서 전해액이 넘쳐 흘러내릴 경우, 하부에 위치한 독립형 챔버(212a)로 회수될 수 있다.
또한, 전해장치(210)는 각각의 독립형 챔버(212a)는 각각에 마련되는 한 쌍의 전극부(214) 및 이들 전극부(214) 또는 스트립(S)의 표면으로 전해액을 분사하는 노즐부(220)를 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 전해장치(210)는, 각각의 독립형 챔버(212a)에서 스트립(S)을 전해할 수 있고, 이 과정에서 스트립(S)이 수직으로 진행함에 따라 전극부(214) 및 스트립(S) 표면에 기포(G)가 부착되는 것을 억제할 수 있고, 다소간의 기포(G)가 부착되더라도 노즐부(220)에 의해 분사된 전해액에 의해 전극부(214) 및 스트립(S) 표면에 부착된 기포(G)를 효과적으로 탈락시킬 수 있다.
또한, 하부에 위치한 독립형 챔버(212a)에서 상승되며 배출된 기포(G)는 상부에 위치한 독립형 챔버(212a)의 하부면(213) 및 하부면(213)의 배출구(116) 주변에 돌출된 단턱부(214a)에 의해 상부의 독립형 챔버(212a)로 유입되지 않는다. 또한, 이러한 기포(G)는 하부의 독립형 챔버(212a)의 둘레가 상부의 독립형 챔버(212a)의 둘레 보다 크게 형성됨에 따라 발생하는 개방된 통로를 통해 외부로 배출될 수 있다.
또한, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 수직형 전해장치(310)의 구성도로서, 본 실시예에서 전해조(312), 즉 각각의 독립형 챔버(312a)의 하부면(313)은 배출구(313a)를 향하여 하향 경사지게 형성될 수 있고, 하부에 위치하는 독립형 챔버(312a)는 상부에 위치하는 독립형 챔버(312a)의 하부 넓이에 비해 더 넓게 형성되는 것도 가능하다.
이러한 구조는 독립형 챔버(312a)의 둘레에 별도의 보조탱크(334)가 설치되지 않더라도 상부에 위치하는 독립형 챔버(312a)에서 전해액이 넘쳐 흘러내릴 경우, 하부에 위치한 독립형 챔버(312a)로 회수될 수 있다.
또한, 전해장치(310)는 각각의 독립형 챔버(312a)는 각각에 마련되는 한 쌍의 전극부(314) 및 이들 전극부(314) 또는 스트립(S)의 표면으로 전해액을 분사하는 노즐부(320)를 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 전해장치(310)는, 각각의 독립형 챔버(312a)에서 스트립(S)을 전해할 수 있고, 이 과정에서 스트립(S)이 수직으로 진행함에 따라 전극부(314) 및 스트립(S) 표면에 기포(G)가 부착되는 것을 억제할 수 있고, 다소간의 기포(G)가 부착되더라도 노즐부(320)에 의해 분사된 전해액에 의해 전극부(314) 및 스트립(S) 표면에 부착된 기포(G)를 효과적으로 탈락시킬 수 있다.
또한, 하부에 위치한 독립형 챔버(312a)에서 상승되며 배출된 기포(G)는 상부에 위치한 독립형 챔버(312a)의 하부면(313)의 경사를 따라 상승되며 외곽으로 이동되어 상부의 독립형 챔버(312a)로 유입되지 않는다. 또한, 이러한 기포(G)는 하부의 독립형 챔버(312a)의 둘레가 상부의 독립형 챔버(312a)의 둘레 보다 크게 형성됨에 따라 발생하는 개방된 통로를 통해 외부로 배출될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되지 아니하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

Claims (9)

  1. 내부에 전해액이 저장되며, 스트립이 수직으로 이동하도록 상, 하부에 개방부가 형성되되, 하부의 개방부는 내부에 저장된 전해액의 배출방지를 위해 상기 스트립과 대응되게 형성되는 전해조; 및
    상기 전해조의 내부에 상기 스트립을 기준으로 양측으로 대향되게 배치되는 적어도 한 쌍의 전극부;
    를 포함하는 수직형 전해장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전극부는 상하 방향을 따라서 복수 쌍이 배치되며, 상기 전극부는 상기 스트립이 진행하는 방향으로 캐소드전극 및 아노드 전극이 번갈아 배치되는 수직형 전해장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 전해조는 상기 전극부 또는 상기 스트립의 표면으로 전해액을 분사하는 적어도 한 쌍의 노즐부를 더 포함하는 수직형 전해장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 노즐부는 상기 전극부의 하부에 제공되는 수직형 전해장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 전해조의 하부에 제공되어, 상기 전해조로부터 배출되는 전해액이 저장되는 메인탱크와,
    상기 메인탱크에 저장된 전해액을 상기 전해조 또는 상기 노즐부로 공급하는 순환수단을 더 포함하는 수직형 전해장치.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전해조는 한 쌍의 전극부 및 한 쌍의 노즐부가 독립적으로 수용되는 적어도 하나의 독립형 챔버를 포함하고,
    상부에 위치한 독립형 챔버는 하부의 개방부에서 배출되는 전해액이 하부에 위치한 독립형 챔버에 저장된 전해액과 연결되도록 제공되는 수직형 전해장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 독립형 챔버는 하부면이 하부의 개방부 방향으로 하향 경사지게 형성되는 수직형 전해장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 상부에 위치한 독립형 챔버와 상기 하부에 위치한 독립형 챔버 사이에는 기포가 배출되는 통로가 형성되는 수직형 전해장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    각각의 독립형 챔버는 넘치거나 상부로부터 떨어진 전해액을 저장하는 보조탱크와,
    상기 보조탱크에 저장되는 전해액을 각각의 독립형 챔버 또는 상기 노즐부로 공급하는 보조 순환수단을 더 포함하는 수직형 전해장치.
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