WO2018147614A1 - 전해질의 전기분해장치 - Google Patents

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김헌암
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정진호
김헌암
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Definitions

  • the present disclosure relates to an electrolysis device of an electrolyte, and more particularly, to an electrolysis device of an electrolyte capable of decomposing an electrolyte to generate a gas and preventing corrosion of a reactor.
  • Electrolysis devices are used in a variety of applications. As a representative example, water and electrolysis are used to generate oxygen and hydrogen to utilize oxygen and hydrogen, or to reduce them to obtain purified water.
  • an electrolyte such as HCl or NaCl is introduced into an electrolytic cell in which a positive electrode and a negative electrode are installed to generate gas by electrolysis, and the generated gas is converted into water, an organic solvent, an inorganic solvent, or the like. It is dissolved in a solvent, extracted from an electrolytic cell, and used for various purposes.
  • a solvent is supplied through the inlet of one side and stored therein and then discharged through the outlet of the other side, and a tank into which the electrolyte is introduced through the inlet formed on the other side;
  • the electrolytic unit is spaced apart at predetermined intervals and formed in parallel to the inside of the tank, the anode electrode panel and the cathode electrode panel to which the anode electrode and the cathode electrode are respectively applied;
  • the mesh electrode part includes an anode mesh electrode having one end connected to the anode electrode panel of the electrolytic part and horizontally formed, and a cathode mesh electrode connected at one end to the cathode electrode panel of the electrolytic part and formed in parallel with the anode mesh electrode.
  • the diaphragm part may include a diaphragm part including a first diaphragm having one end connected to the anode electrode panel of the electrolytic part and horizontally formed, and a second diaphragm having one end connected to the cathode electrode panel of the electrolytic part and formed in parallel with the first diaphragm; It is configured to include.
  • the mesh electrode part includes a first flow path formed between the other end of the anode mesh electrode and the cathode electrode panel, and a second flow path formed between the other end of the cathode mesh electrode and the anode electrode panel.
  • the anode mesh electrode and the cathode mesh electrode are formed of a conductor through which a plurality of through holes are formed to allow an electrolyte to pass therethrough and to which electricity is applied.
  • the diaphragm portion has a third flow path formed by the other end of the first membrane spaced apart from the cathode electrode panel, and a fourth flow path formed by the other end of the second membrane spaced apart from the cathode electrode panel.
  • the discharge portion is formed in the upper diaphragm constituting the upper diaphragm inclined upward toward the discharge port, the solvent flows to the outside of the discharge port to increase the flow rate of the discharged gas.
  • the electrode array structure can be simplified to reduce costs, increase electrolysis efficiency, and improve yield of decomposed hydrogen gas.
  • FIG. 1 is a front sectional view showing an electrolysis device of an electrolyte according to the first embodiment
  • FIG. 2 is a front sectional view showing an electrolysis device of an electrolyte according to a second embodiment
  • FIG. 3 is a front sectional view showing an electrolysis device of an electrolyte according to a third embodiment
  • FIG. 4 is a plan sectional view showing an electrolysis apparatus of an electrolyte according to a fourth embodiment.
  • Figure 1 is a front sectional view showing an electrolysis device of the electrolyte according to the first embodiment
  • Figure 2 is a front sectional view showing an electrolysis device of the electrolyte according to the second embodiment
  • Figure 3 is a third embodiment 4 is a plan sectional view showing an electrolysis device of an electrolyte according to a fourth embodiment of the present invention.
  • the electrolysis device of the electrolyte the solvent is supplied through the inlet 120 of one side and stored therein and discharged through the outlet 140 of the other side, the inlet 250 formed on another side Tank 100 through which the electrolyte is introduced;
  • the electrolytic unit 200 is spaced at predetermined intervals and formed parallel to the inside of the tank 100, the anode electrode panel 220 and the cathode electrode panel 240 to which the anode electrode and the cathode electrode are respectively applied; do.
  • the mesh electrode unit 300 is connected to the anode electrode panel 220 of the electrolytic unit 200 and has a cathode mesh electrode 310 that is horizontally formed and a cathode electrode panel 240 of the electrolytic unit 200. One end is connected and is configured to include a cathode mesh electrode 330 formed in parallel with the anode mesh electrode (310).
  • the mesh electrode 300 has a first flow path U1 formed between the other end of the anode mesh electrode 310 and the cathode electrode panel 240, and the other end of the cathode mesh electrode 330 and the cathode electrode panel 220.
  • the second flow path U2 is formed therebetween.
  • the cathode mesh electrode 310 and the cathode mesh electrode 330 are formed of a conductor through which a plurality of through holes are formed to allow an electrolyte to pass therethrough and to which electricity is applied.
  • the anode mesh electrode 310 and the cathode mesh electrode 330 pass through a plurality of through holes, and electricity is applied to cause a decomposition reaction.
  • the electrolyte which is not decomposed is moved to the diaphragm 400 after passing through the first flow path U1 and passing through the second flow path U2.
  • the diaphragm 400 has one end connected to the anode electrode panel 220 of the electrolytic unit 200 and is formed horizontally, and one end of the cathode electrode panel 240 of the electrolytic unit 200.
  • the second diaphragm 440 is connected to and formed in parallel with the first diaphragm 420.
  • the other end of the first diaphragm 420 is spaced apart from the cathode electrode panel 240 to form a third flow path U3.
  • the other end of the second diaphragm 440 is spaced apart from the anode electrode panel 220 to form a fourth flow path U4.
  • the undecomposed electrolyte passes through the third passage U3 and the fourth passage U4. During the passage of the electrolyte, the electrolyte contacting the surfaces of the first diaphragm 420 and the second diaphragm 440 causes a decomposition reaction by electric application.
  • the electrolyte applied in the example is HCl and the solvent is water (H 2 0).
  • the scheme is as follows.
  • the upper diaphragm 490 constituting the upper diaphragm 400 is inclined upwardly toward the discharge hole 520.
  • the upper diaphragm 490 is inclined upward toward the left side.
  • the discharge port 520 is formed to have a small diameter, so that the solvent flows to the outside of the discharge port 520 to increase the flow rate of the discharged gas.
  • the upper end portion 225 of the anode electrode panel 220 is formed to protrude more than one end portion of the upper diaphragm 490, that is, the discharge port 520, so that the gap with the inner wall of the tank 100 is narrowed, thereby allowing the first passage t1 to be formed. Is formed, and the flow velocity becomes faster in the course of passing through the narrow first flow path t1.
  • the upper end of the cathode electrode panel 240 is formed at the same height as the upper diaphragm, so that a second flow path t2 having a large distance from the inner wall of the tank 100 is formed, so that the flow rate is increased when passing through the second flow path t2. Will slow down.
  • HCl is electrolyzed to actively generate H 2 and Cl 2 .
  • the gas H 2 discharged from the discharge port 520 of the discharge part 500 exits the electrolytic part 200 and is mixed with water, which is a solvent.
  • the gas may be discharged together by the pressure difference between the inside and the outside of the electrolytic unit 200 and the flow of the external solvent.
  • the flow rate in the first flow path t1 becomes very fast, and the suction flow is generated in the discharge port 520 at this faster flow rate, thereby attracting the gas, thereby facilitating the discharge of the gas through the discharge port 520.
  • the coating film W1 is formed on the inner surfaces of the anode electrode panel 220 and the cathode electrode panel 240 and the surfaces of the anode mesh electrode 310 and the cathode mesh electrode 330.
  • the coating W1 may be formed of a material capable of transferring cooling heat to the electrolytic unit 200 but preventing corrosion.
  • the coating W1 is formed by coating a conductive insoluble material.
  • ruthenium (Ru), iridium (Ir), platinum (Pt), and the like are applied as the conductive insoluble material.
  • the anode electrode panel 220 and the cathode electrode panel 240 are titanium (Ti).
  • the non-conductive oxide film W2 is formed on the outer surfaces of the anode electrode panel 220, the cathode electrode panel 240, and the upper diaphragm 490 to protect a portion where the solvent (cold water) meets.
  • the non-conductive oxide film (W2) is selected from titanium oxide (TiO2), teflon, polypropylene (PP), and polyethylene (PE) groups.
  • the non-conductive oxide film (W2) is coated with a polymer film using this to transfer heat, but prevents corrosion and performs additional electrical reactions. Block it.
  • the electrolytic device of the electrolyte as shown in Figure 2, the solvent is supplied through the inlet 120 on one side and stored therein and discharged through the outlet 140 on the other side And the tank 100 to the electrolyte is introduced through the inlet 250 formed on one side;
  • the electrolytic unit 200 is spaced at predetermined intervals and formed parallel to the inside of the tank 100, the anode electrode panel 220 and the cathode electrode panel 240 to which the anode electrode and the cathode electrode are respectively applied; do.
  • the mesh electrode part 300 ′ includes an anode mesh electrode 310 having one end connected to the anode electrode panel 220 of the electrolytic part 200 and formed horizontally, and a cathode electrode panel 240 of the electrolytic part 200. One end is connected to the cathode mesh electrode 310 is formed in parallel with the anode mesh electrode 310 is configured to include.
  • the mesh electrode part 300 ′ has a first flow path U1 formed between the other end of the anode mesh electrode 310 and the cathode electrode panel 240, and the other end of the cathode mesh electrode 330 and the cathode electrode panel 220.
  • a second flow path U2 is formed between the two sides.
  • the cathode mesh electrode 310 and the cathode mesh electrode 330 are formed of a conductor through which a plurality of through holes are formed to allow an electrolyte to pass therethrough and to which electricity is applied.
  • the anode mesh electrode 310 and the cathode mesh electrode 330 pass through a plurality of through holes, and electricity is applied to cause a decomposition reaction.
  • the undecomposed electrolyte passes through the first flow path U1 and then passes through the second flow path U2 to the diaphragm 400 '.
  • the diaphragm 400 ′ is connected to the first diaphragm 420 and horizontally connected to one end of the anode electrode panel 220 of the electrolytic unit 200, and to the cathode electrode panel 240 of the electrolytic unit 200. One end is connected and is configured to include a second diaphragm 440 formed in parallel with the first diaphragm 420.
  • the other end of the first diaphragm 420 is spaced apart from the cathode electrode panel 240 to form a third flow path U3.
  • the other end of the second diaphragm 440 is spaced apart from the anode electrode panel 220 to form a fourth flow path U4.
  • the undecomposed electrolyte passes through the third passage U3 and the fourth passage U4. During the passage of the electrolyte, the electrolyte contacting the surfaces of the first diaphragm 420 and the second diaphragm 440 causes a decomposition reaction by electric application.
  • the mesh electrode 300 ′ and the diaphragm 400 ′ are alternately formed, and the gap between the mesh electrode 300 ′ and the diaphragm 400 ′ is increased from the inlet 250 to the upper discharge port 520. It is narrowly formed to form an optimal current density according to the concentration of the electrolyte.
  • the electrolyte may have a rapid reaction at the lower portion of the electrolyte portion 200 having a high concentration of electrolyte, and in the region where the gap of the upper portion of the electrolyte portion 200 is narrow, the electrode density may increase as the electrolyte density decreases due to the reaction, and thus, And the decomposition efficiency may be increased by increasing the rate at which the electrolyte contacts the diaphragm.
  • the electrolyte applied in the example is HCl and the solvent is water (H 2 0).
  • the scheme is as follows.
  • the upper diaphragm 490 constituting the upper diaphragm 400 ′ is inclined upwardly toward the discharge hole 520.
  • the upper diaphragm 490 is inclined upward toward the left side.
  • the discharge port 520 is formed to have a small diameter, so that the solvent flows to the outside of the discharge port 520 to increase the flow rate of the discharged gas.
  • the upper end portion 225 of the anode electrode panel 220 is formed to protrude more than one end portion of the upper diaphragm 490, that is, the discharge port 520, so that the gap with the inner wall of the tank 100 is narrowed, thereby allowing the first passage t1 to be formed. Is formed, and the flow velocity becomes faster in the course of passing through the narrow first flow path t1.
  • the upper end of the cathode electrode panel 240 is formed at the same height as the upper diaphragm, so that a second flow path t2 having a large distance from the inner wall of the tank 100 is formed, so that the flow rate is increased when passing through the second flow path t2. Will slow down.
  • the gas H 2 discharged from the discharge port 520 of the discharge part 500 exits the electrolytic part 200 and is mixed with water, which is a solvent.
  • the gas may be discharged together by the pressure difference between the inside and the outside of the electrolytic unit 200 and the flow of the external solvent.
  • the flow rate in the first flow path t1 becomes very fast, and the suction flow is generated in the discharge port 520 at this faster flow rate, thereby attracting the gas, thereby facilitating the discharge of the gas through the discharge port 520.
  • the coating film W1 is formed on the inner surfaces of the anode electrode panel 220 and the cathode electrode panel 240 and the surfaces of the anode mesh electrode 310 and the cathode mesh electrode 330.
  • the coating W1 may be formed of a material capable of transferring cooling heat to the electrolytic unit 200 but preventing corrosion.
  • the coating W1 is formed by coating a conductive insoluble material.
  • ruthenium (Ru), iridium (Ir), platinum (Pt), and the like are applied as the conductive insoluble material.
  • the anode electrode panel 220 and the cathode electrode panel 240 are titanium (Ti).
  • the non-conductive oxide film W2 is formed on the outer surfaces of the anode electrode panel 220, the cathode electrode panel 240, and the upper diaphragm 490 to protect a portion where the solvent (cold water) meets.
  • the non-conductive oxide film (W2) is selected from titanium oxide (TiO2), teflon, polypropylene (PP), and polyethylene (PE) groups.
  • the non-conductive oxide film (W2) is coated with a polymer film using this to transfer heat, but prevents corrosion and performs additional electrical reactions. Block it.
  • the solvent is supplied through the inlet 120 of one side and stored therein is discharged through the outlet 140 of the other side, formed on the other side
  • a tank 100 through which an electrolyte is introduced through the inlet 250;
  • the electrolytic unit 200 ′ is formed in a cylinder spaced apart from the inside of the tank 100.
  • the electrolytic unit 200 ′ is formed with an inlet tube 280 communicating with the inlet 250 at the bottom thereof so that the mesh electrode unit 300 and the diaphragm unit 400 are vertically arranged to move the electrolyte from the lower side to the upper side. Can be.
  • the mesh electrode part 300 includes an anode mesh electrode 310 having one end connected to the anode electrode panel 220 of the electrolytic part 200 and formed horizontally, and a cathode electrode panel 240 of the electrolytic part 200. One end is connected to the cathode mesh electrode 310 is formed in parallel with the anode mesh electrode 310 is configured to include.
  • the mesh electrode 300 has a first flow path U1 formed between the other end of the anode mesh electrode 310 and the cathode electrode panel 330, and the other end of the cathode mesh electrode 330 and the anode electrode panel 220.
  • a second flow path U2 is formed between the two sides.
  • the anode mesh electrode 310 and the cathode mesh electrode 330 are formed of a conductor through which a plurality of through holes are formed to allow electrolyte to pass therethrough and to which electricity is applied.
  • the anode mesh electrode 310 and the cathode mesh electrode 330 pass through a plurality of through holes, and electricity is applied to cause a decomposition reaction.
  • the electrolyte which is not decomposed is moved to the diaphragm 400 after passing through the first flow path U1 and passing through the second flow path U2.
  • the diaphragm 400 includes a first diaphragm 420 having one end connected to the anode electrode panel 220 of the electrolytic unit 200 and formed horizontally, and a cathode electrode panel 240 of the electrolytic unit 200 '. One end is connected and is configured to include a second diaphragm 440 formed in parallel with the first diaphragm 420.
  • the other end of the first diaphragm 420 is spaced apart from the cathode electrode panel 240 to form a third flow path U3.
  • the other end of the second diaphragm 440 is spaced apart from the anode electrode panel 220 to form a fourth flow path U4.
  • the undecomposed electrolyte passes through the third passage U3 and the fourth passage U4. During the passage of the electrolyte, the electrolyte contacting the surfaces of the first diaphragm 420 and the second diaphragm 440 causes a decomposition reaction by electric application.
  • the electrolyte applied in the example is HCl and the solvent is water (H 2 0).
  • the scheme is as follows.
  • the upper diaphragm 490 constituting the upper diaphragm 400 is inclined upwardly toward the discharge hole 520.
  • the upper diaphragm 490 is inclined upward toward the left side.
  • the discharge port 520 is formed to have a small diameter, so that the solvent flows to the outside of the discharge port 520 to increase the flow rate of the discharged gas.
  • the upper end portion 225 of the anode electrode panel 220 is formed to protrude more than one end portion of the upper diaphragm 490, that is, the discharge port 520, so that the gap with the inner wall of the tank 100 is narrowed, thereby allowing the first passage t1 to be formed. Is formed, and the flow velocity becomes faster in the course of passing through the narrow first flow path t1.
  • the upper end of the cathode electrode panel 240 is formed at the same height as the upper diaphragm, so that a second flow path t2 having a large distance from the inner wall of the tank 100 is formed, so that the flow rate is increased when passing through the second flow path t2. Will slow down.
  • HCl is electrolyzed to actively generate H 2 and Cl 2 .
  • the gas H 2 discharged from the discharge port 520 of the discharge part 500 exits the electrolytic part 200 and is mixed with water, which is a solvent.
  • the gas may be discharged together by the pressure difference between the inside and the outside of the electrolytic unit 200 and the flow of the external solvent.
  • the flow rate in the first flow path t1 becomes very fast, and the suction flow is generated in the discharge port 520 at this faster flow rate, thereby attracting the gas, thereby facilitating the discharge of the gas through the discharge port 520.
  • the coating film W1 is formed on the inner surfaces of the anode electrode panel 220 and the cathode electrode panel 240 and the surfaces of the anode mesh electrode 310 and the cathode mesh electrode 330.
  • the coating W1 may be formed of a material capable of transferring cooling heat to the electrolytic unit 200 but preventing corrosion.
  • the coating W1 is formed by coating a conductive insoluble material.
  • ruthenium (Ru), iridium (Ir), platinum (Pt), and the like are applied as the conductive insoluble material.
  • the anode electrode panel 220 and the cathode electrode panel 240 are titanium (Ti).
  • the non-conductive oxide film W2 is formed on the outer surfaces of the anode electrode panel 220, the cathode electrode panel 240, and the upper diaphragm 490 to protect a portion where the solvent (cold water) meets.
  • the non-conductive oxide film (W2) is selected from titanium oxide (TiO2), teflon, polypropylene (PP) and polyethylene (PE) groups.
  • the non-conductive oxide film (W2) is coated with a polymer film using this, and heat transfer is possible, but it prevents corrosion and further electric reaction. Block it.
  • the solvent is supplied through the inlet 120 of one side and stored therein is discharged through the outlet 140 of the other side, formed on another side
  • a tank 100 through which an electrolyte is introduced through the inlet 250;
  • An electrolytic part 200 ′′ formed in the tank 100 and having a plurality of mesh electrode parts 300 and a diaphragm part 400 alternately formed so as to sequentially pass through the electrolyte;
  • a discharge part 500 in which a discharge port 520 is formed to discharge the gas electrolyzed on the upper portion of the electrolytic part 200 ′′.
  • the electrolytic part 200 ′′ is formed inside the tank 100, and the mesh electrode part 300 and the diaphragm part 400 are vertically formed and arranged in the horizontal direction so that the electrolyte moves in the horizontal direction.
  • the mesh electrode part 300 includes an anode mesh electrode 310 having one end connected to the anode electrode panel 220 of the electrolytic part 200 and formed horizontally, and a cathode electrode panel 240 of the electrolytic part 200. One end is connected to the cathode mesh electrode 310 is formed in parallel with the anode mesh electrode 310 is configured to include.
  • the mesh electrode 300 has a first flow path U1 formed between the other end of the anode mesh electrode 310 and the cathode electrode panel 240, and the other end of the cathode mesh electrode 330 and the cathode electrode panel 220.
  • a second flow path U2 is formed between the two sides.
  • the anode mesh electrode 310 and the cathode mesh electrode 330 are formed of a conductor through which a plurality of through holes are formed to allow electrolyte to pass therethrough and to which electricity is applied.
  • the anode mesh electrode 310 and the cathode mesh electrode 330 pass through a plurality of through holes, and electricity is applied to cause a decomposition reaction.
  • the electrolyte which is not decomposed is moved to the diaphragm 400 after passing through the first flow path U1 and passing through the second flow path U2.
  • the diaphragm 400 has one end connected to the anode electrode panel 220 of the electrolytic unit 200 and is formed horizontally, and one end of the cathode electrode panel 240 of the electrolytic unit 200.
  • the second diaphragm 440 is connected to and formed in parallel with the first diaphragm 420.
  • the other end of the first diaphragm 420 is spaced apart from the cathode electrode panel 240 to form a third flow path U3.
  • the other end of the second diaphragm 440 is spaced apart from the anode electrode panel 220 to form a fourth flow path U4.
  • the undecomposed electrolyte passes through the third passage U3 and the fourth passage U4. During the passage of the electrolyte, the electrolyte contacting the surfaces of the first diaphragm 420 and the second diaphragm 440 causes a decomposition reaction by electric application.
  • the electrolyte applied in the example is HCl and the solvent is water (H 2 0).
  • the scheme is as follows.
  • the upper diaphragm 490 constituting the upper diaphragm 400 is inclined upwardly toward the discharge hole 520.
  • the upper diaphragm 490 is inclined upward toward the left side.
  • the discharge port 520 is formed to have a small diameter, so that the solvent flows to the outside of the discharge port 520 to increase the flow rate of the discharged gas.
  • the upper end portion 225 of the anode electrode panel 220 is formed to protrude more than one end portion of the upper diaphragm 490, that is, the discharge port 520, so that the gap with the inner wall of the tank 100 is narrowed, thereby allowing the first passage t1 to be formed. Is formed, and the flow velocity becomes faster in the course of passing through the narrow first flow path t1.
  • the upper end of the cathode electrode panel 240 is formed at the same height as the upper diaphragm, so that a second flow path t2 having a large distance from the inner wall of the tank 100 is formed, so that the flow rate is increased when passing through the second flow path t2. Will slow down.
  • HCl is electrolyzed to actively generate H 2 and Cl 2 .
  • the gas H 2 discharged from the discharge port 520 of the discharge part 500 exits the electrolytic part 200 and is mixed with water, which is a solvent.
  • the gas may be discharged together by the pressure difference between the inside and the outside of the electrolytic unit 200 and the flow of the external solvent.
  • the flow rate in the first flow path t1 becomes very fast, and the suction flow is generated in the discharge port 520 at this faster flow rate, thereby attracting the gas, thereby facilitating the discharge of the gas through the discharge port 520.
  • the coating film W1 is formed on the inner surfaces of the anode electrode panel 220 and the cathode electrode panel 240 and the surfaces of the anode mesh electrode 310 and the cathode mesh electrode 330.
  • the coating W1 may be formed of a material capable of transferring cooling heat to the electrolytic unit 200 but preventing corrosion.
  • the coating W1 is formed by coating a conductive insoluble material.
  • ruthenium (Ru), iridium (Ir), platinum (Pt), and the like are applied as the conductive insoluble material.
  • the anode electrode panel 220 and the cathode electrode panel 240 are titanium (Ti).
  • the non-conductive oxide film W2 is formed on the outer surfaces of the anode electrode panel 220, the cathode electrode panel 240, and the upper diaphragm 490 to protect a portion where the solvent (cold water) meets.
  • the non-conductive oxide film (W2) is selected from titanium oxide (TiO2), teflon, polypropylene (PP), and polyethylene (PE) groups.
  • the non-conductive oxide film (W2) is coated with a polymer film using this to transfer heat, but prevents corrosion and performs additional electrical reactions. Block it.
  • cathode electrode panel 310 anode mesh
  • cathode mesh electrode 400 diaphragm portion

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Abstract

전해질의 전기분해장치가 개시된다. 실시예에 따르면, 일측의 인입구를 통해 용매가 공급되고 내부에 저장된 후 타측의 인출구를 통해 배출되며, 또다른 일측에 형성된 투입구를 통해 전해질이 투입되도록 한 탱크; 상기 탱크의 내부에 형성되며, 전해질이 순차적으로 통과하도록 메쉬전극부와 격막부가 다수개로 교호 형성되어 다층으로 이루어진 전해부; 상기 전해부의 상부에 전해된 가스가 배출되도록 토출구가 형성된 배출부;를 포함하여 구성된다.

Description

전해질의 전기분해장치
개시되는 내용은 전해질의 전기분해장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전해질을 분해하여 가스를 생성할 수있고, 반응조의 부식을 방지할 수 있도록 한 전해질의 전기분해장치에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
전기분해 장치가 다양한 응용에서 활용되고 있다. 대표적인 것으로, 물을 전기분해하여 산소와 수소를 발생하여 산소와 수소를 각각 활용하거나, 이들을 다시 환원하여 정제된 물을 얻고 있다.
이러한 전기분해 장치의 한 가지 응용 예로서, 양 전극과 음 전극이 설치된 전해조에 HCl, NaCl 등의 전해질을 투입하여 전기분해하여 기체를 발생시킨 후 발생된 기체를 물, 유기용매, 무기용매 등의 용매에 용해시켜서 전해조로부터 추출해서 다양한 용도로 활용한다.
개시되는 내용은 전극 배열 구조를 간결화하여 비용을 절감할 수 있고, 전기 분해 효율을 증대시킬 수 있으며, 분해된 수소가스의 수율을 향상시킬 수 있도록 한 전해질의 전기분해장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
일측의 인입구를 통해 용매가 공급되고 내부에 저장된 후 타측의 인출구를 통해 배출되며, 또다른 일측에 형성된 투입구를 통해 전해질이 투입되도록 한 탱크; 상기 탱크의 내부에 형성되며, 전해질이 순차적으로 통과하도록 메쉬전극부와 격막부가 다수개로 교호 형성되어 다층으로 이루어진 전해부; 상기 전해부의 상부에 전해된 가스가 배출되도록 토출구가 형성된 배출부;를 포함하는 전해질의 전기분해장치에 의해 달성될 수 있다.
상기 전해부는 소정 간격으로 이격 배치되어 탱크의 내부에 평행하게 형성되며 양극 전극과 음극 전극이 각기 인가되는 양극전극패널 및 음극전극패널;을 포함하여 구성된다.
상기 메쉬전극부는, 전해부의 양극전극패널에 일단이 연결되며 수평하게 형성되는 양극메쉬전극과, 전해부의 음극전극패널에 일단이 연결되며 양극메쉬전극과 평행하게 형성되는 음극메쉬전극을 포함하여 구성된다.
상기 격막부는, 전해부의 양극전극패널에 일단이 연결되며 수평하게 형성되는 제1격막과, 전해부의 음극전극패널에 일단이 연결되며 제1격막과 평행하게 형성되는 제2격막으로 구성되는 격막부;를 포함하여 구성된다.
상기 메쉬전극부는 양극메쉬전극의 타단과 음극전극패널 사이에 제1유로가 형성되고, 음극메쉬전극의 타단과 양극전극패널 사이에 제2유로가 형성되어 이루어진다.
상기 양극메쉬전극 및 음극메쉬전극은 다수의 통공이 형성되어 전해질이 통과될 수 있고, 전기가 인가되는 도체로 이루어진다.
상기 격막부는 제1격막의 타단이 음극전극패널과 이격되어 제3유로가 형성되고, 제2격막의 타단이 양극전극패널과 이격되어 제4유로가 형성되어 이루어진다.
상기 배출부는 상부의 격막부를 구성하는 상부 격막이 토출구를 향해 상향 경사지게 형성되고, 토출구의 외측으로 용매가 흐르도록 하여 토출되는 가스의 유속이 증가되도록 한다.
개시된 실시예에 따르면, 전극 배열 구조를 간결화하여 비용을 절감할 수 있고, 전기 분해 효율을 증대시킬 수 있으며, 분해된 수소가스의 수율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 제1실시예에 따른 전해질의 전기분해장치를 나타낸 정단면도,
도 2는 제2실시예에 따른 전해질의 전기분해장치를 나타낸 정단면도,
도 3은 제3실시예에 따른 전해질의 전기분해장치를 나타낸 정단면도,
도 4는 제4실시예에 따른 전해질의 전기분해장치를 나타낸 평단면도.
이하 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
하기에서 설명될 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이며, 이로 인해 본 발명의 기술적인 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.
또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있으며, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있고, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 함을 밝혀둔다.
첨부된 도면 중에서, 도 1은 제1실시예에 따른 전해질의 전기분해장치를 나타낸 정단면도, 도 2는 제2실시예에 따른 전해질의 전기분해장치를 나타낸 정단면도, 도 3은 제3실시예에 따른 전해질의 전기분해장치를 나타낸 정단면도, 도 4는 제4실시예에 따른 전해질의 전기분해장치를 나타낸 평단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전해질의 전기분해장치는, 일측의 인입구(120)를 통해 용매가 공급되고 내부에 저장된 후 타측의 인출구(140)를 통해 배출되며, 또다른 일측에 형성된 투입구(250)를 통해 전해질이 투입되도록 한 탱크(100); 탱크(100)의 내부에 형성되며, 전해질이 순차적으로 통과하도록 메쉬전극부(300)와 격막부(400)가 다수개로 교호 형성되어 다층으로 이루어진 전해부(200); 전해부(200)의 상부에 전해된 가스가 배출되도록 토출구(520)가 형성된 배출부(500);를 포함하여 구성된다.
전해부(200)는 소정 간격으로 이격 배치되어 탱크(100)의 내부에 평행하게 형성되며 양극 전극과 음극 전극이 각기 인가되는 양극전극패널(220) 및 음극전극패널(240);을 포함하여 구성된다.
메쉬전극부(300)는, 전해부(200)의 양극전극패널(220)에 일단이 연결되며 수평하게 형성되는 양극메쉬전극(310)과, 전해부(200)의 음극전극패널(240)에 일단이 연결되며 양극메쉬전극(310)과 평행하게 형성되는 음극메쉬전극(330)을 포함하여 구성된다.
메쉬전극부(300)는 양극메쉬전극(310)의 타단과 음극전극패널(240) 사이에 제1유로(U1)가 형성되고, 상기 음극메쉬전극(330)의 타단과 양극전극패널(220) 사이에 제2유로(U2)가 형성되어 이루어진다.
양극메쉬전극(310) 및 음극메쉬전극(330)은 다수의 통공이 형성되어 전해질이 통과될 수 있고, 전기가 인가되는 도체로 이루어진다.
전해질은 양극메쉬전극(310) 및 음극메쉬전극(330)은 다수의 통공을 통과하면서 전기가 인가되어 분해반응을 일으키게 된다.
분해되지 않은 전해질은 제1유로(U1)를 경유한 후 제2유로(U2)를 통과하여 격막부(400)로 이동하게 된다.
격막부(400)는, 전해부(200)의 양극전극패널(220)에 일단이 연결되며 수평하게 형성되는 제1격막(420)과, 전해부(200)의 음극전극패널(240)에 일단이 연결되며 제1격막(420)과 평행하게 형성되는 제2격막(440)을 포함하여 구성된다.
제1격막(420)의 타단이 음극전극패널(240)과 이격되어 제3유로(U3)가 형성된다.
제2격막(440)의 타단이 양극전극패널(220)과 이격되어 제4유로(U4)가 형성된다.
제3유로(U3)와 제4유로(U4)를 분해되지 않은 전해질이 통과하게 된다. 전해질이 통과하는 동안 제1격막(420) 및 제2격막(440)의 표면에 접촉되는 전해질은 전기 인가에 의해 분해반응을 일으키게 된다.
실시예에 적용되는 전해질은 HCl이고, 용매는 물(H20)이다.
반응식은 다음과 같다.
HCl---> H+ + Cl-
2Cl- --> Cl2 + 2e-
2H+ + 2e- --> H2 ↑
Cl2 + H2O --> HOCl + HCl
상기 배출부(500)는 상부의 격막부(400)를 구성하는 상부 격막(490)이 토출구(520)를 향해 상향 경사지게 형성된다.
도 1을 참조하면, 상부 격막(490)이 좌측으로 갈수록 상향 경사지게 형성됨을 알 수 있다.
토출구(520)는 직경이 작게 형성되고, 토출구(520)의 외측으로는 용매가 흐르도록 하여 토출되는 가스의 유속이 증가되도록 한 것이다.
양극전극패널(220)의 상단부(225)는 상부 격막(490)의 일단부, 즉 토출구(520) 보다 돌출되어 형성됨으로써 탱크(100)의 내벽과의 간격이 좁혀지게 되어 제1유로(t1)가 형성되고, 이 좁은 제1유로(t1)를 통과하는 과정에서 유속은 빨라지게 된다.
음극전극패널(240)의 상단은 상부 격막과 동일한 높이로 형성되도록 하여 탱크(100)의 내벽과의 간격이 넓은 제2유로(t2)가 형성됨으로써 이 제2유로(t2)를 지나갈때는 유속이 느려지게 된다.
격막부(400)에서는 전기분해가 진행되고, 발생한 기체가 격막에 의해 바로 빠져나가지 못하고 용액에 재용해된다.
메쉬전극부(300)에서는 HCl이 전기분해되서 H2, Cl2 가 활발히 발생된다.
한편 베르누이 원리에 의해 배출부(500)의 토출구(520)로부터 배출되는 기체(H2)가 전해부(200)를 빠져나와 용매인 물에 혼합된다.
즉, 전해부(200) 내,외부의 압력차이와, 외부 용매의 흐름에 의해 기체가 동반 배출될 수 있는 것이다.
제1유로(t1)에서의 유속은 매우 빠르게 되고, 이 빨라진 유속에 토출구(520)에 흡입력이 생성되어 기체를 끌어당기게 되므로 토출구(520)를 통한 기체의 배출이 촉진될 수 있다.
양극전극패널(220) 및 음극전극패널(240)의 내면과, 양극메쉬전극(310)과 음극메쉬전극(330)의 표면에 피막(W1)이 형성된다.
피막(W1)은 냉각열을 전해부(200)에 전달할 수 있되 부식은 방지하는 소재로 형성된다.
또한 피막(W1)은 전도성 불용성 물질이 코팅되어 형성된다.
전도성 불용성 물질은 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 백금(Pt) 등이 적용된다.
양극전극패널(220) 및 음극전극패널(240)은 티타늄(Ti)이다.
한편 양극전극패널(220) 및 음극전극패널(240), 상부 격막(490)의 외면에는 용매(찬물)와 만나는 부분을 보호하도록 비전도성 산화피막(W2)이 형성된다.
비전도성 산화피막(W2)은 산화티타늄(TiO2), 테프론, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 그룹에서 택일되며, 이를 이용한 폴리머 피막으로 코팅하여 열전달은 가능하나 부식을 막고 추가의 전기반응을 차단하도록 한다.
한편 다른 실시예(A2)에 따르면, 전해질의 전기분해장치는, 도 2에 도시된 바와 같이, 일측의 인입구(120)를 통해 용매가 공급되고 내부에 저장된 후 타측의 인출구(140)를 통해 배출되며, 또다른 일측에 형성된 투입구(250)를 통해 전해질이 투입되도록 한 탱크(100); 탱크(100)의 내부에 형성되며, 전해질이 순차적으로 통과하도록 메쉬전극부(300')와 격막부(400')가 다수개로 교호 형성되어 다층으로 이루어진 전해부(200); 전해부(200)의 상부에 전해된 가스가 배출되도록 토출구(520)가 형성된 배출부(500);를 포함하여 구성된다.
전해부(200)는 소정 간격으로 이격 배치되어 탱크(100)의 내부에 평행하게 형성되며 양극 전극과 음극 전극이 각기 인가되는 양극전극패널(220) 및 음극전극패널(240);을 포함하여 구성된다.
메쉬전극부(300')는, 전해부(200)의 양극전극패널(220)에 일단이 연결되며 수평하게 형성되는 양극메쉬전극(310)과, 전해부(200)의 음극전극패널(240)에 일단이 연결되며 양극메쉬전극(310)과 평행하게 형성되는 음극메쉬전극(330)을 포함하여 구성된다.
메쉬전극부(300')는 양극메쉬전극(310)의 타단과 음극전극패널(240) 사이에 제1유로(U1)가 형성되고, 상기 음극메쉬전극(330)의 타단과 양극전극패널(220) 사이에 제2유로(U2)가 형성되어 이루어진다.
양극메쉬전극(310) 및 음극메쉬전극(330)은 다수의 통공이 형성되어 전해질이 통과될 수 있고, 전기가 인가되는 도체로 이루어진다.
전해질은 양극메쉬전극(310) 및 음극메쉬전극(330)은 다수의 통공을 통과하면서 전기가 인가되어 분해반응을 일으키게 된다.
분해되지 않은 전해질은 제1유로(U1)를 경유한 후 제2유로(U2)를 통과하여 격막부(400')로 이동하게 된다.
격막부(400')는, 전해부(200)의 양극전극패널(220)에 일단이 연결되며 수평하게 형성되는 제1격막(420)과, 전해부(200)의 음극전극패널(240)에 일단이 연결되며 제1격막(420)과 평행하게 형성되는 제2격막(440)을 포함하여 구성된다.
제1격막(420)의 타단이 음극전극패널(240)과 이격되어 제3유로(U3)가 형성된다.
제2격막(440)의 타단이 양극전극패널(220)과 이격되어 제4유로(U4)가 형성된다.
제3유로(U3)와 제4유로(U4)를 분해되지 않은 전해질이 통과하게 된다. 전해질이 통과하는 동안 제1격막(420) 및 제2격막(440)의 표면에 접촉되는 전해질은 전기 인가에 의해 분해반응을 일으키게 된다.
전해부(200)는 메쉬전극(300')과 격막(400')이 교호 형성되며, 투입구(250)로부터 상부 토출구(520)로 갈수록 메쉬전극(300')과 격막(400') 간의 간격이 좁게 형성되어 전해질의 농도에 따라 최적의 전류밀도를 구성하게 된다.
따라서 전해질 농도가 짙은 전해부(200) 하부에서는 신속하게 지나가면서도 충분한 반응을 일으킬 수 있고, 전해부(200) 상부의 간격이 좁은 영역에서는 반응에 의해 전해질 농도가 낮아짐에 비해 전극 밀도가 높아지면서 가스 및 전해질이 격막에 접촉하는 비율이 증가됨으로써 분해효율이 증대될 수 있다.
실시예에 적용되는 전해질은 HCl이고, 용매는 물(H20)이다.
반응식은 다음과 같다.
HCl---> H+ + Cl-
2Cl- --> Cl2 + 2e-
2H+ + 2e- --> H2 ↑
Cl2 + H2O --> HOCl + HCl
상기 배출부(500)는 상부의 격막부(400')를 구성하는 상부 격막(490)이 토출구(520)를 향해 상향 경사지게 형성된다.
도 1을 참조하면, 상부 격막(490)이 좌측으로 갈수록 상향 경사지게 형성됨을 알 수 있다.
토출구(520)는 직경이 작게 형성되고, 토출구(520)의 외측으로는 용매가 흐르도록 하여 토출되는 가스의 유속이 증가되도록 한 것이다.
양극전극패널(220)의 상단부(225)는 상부 격막(490)의 일단부, 즉 토출구(520) 보다 돌출되어 형성됨으로써 탱크(100)의 내벽과의 간격이 좁혀지게 되어 제1유로(t1)가 형성되고, 이 좁은 제1유로(t1)를 통과하는 과정에서 유속은 빨라지게 된다.
음극전극패널(240)의 상단은 상부 격막과 동일한 높이로 형성되도록 하여 탱크(100)의 내벽과의 간격이 넓은 제2유로(t2)가 형성됨으로써 이 제2유로(t2)를 지나갈때는 유속이 느려지게 된다.
격막부(400')에서는 전기분해가 진행되고, 발생한 기체가 격막에 의해 바로 빠져나가지 못하고 용액에 재용해된다.
메쉬전극부(300')에서는 HCl이 전기분해되서 H2, Cl2 가 활발히 발생된다.
한편 베르누이 원리에 의해 배출부(500)의 토출구(520)로부터 배출되는 기체(H2)가 전해부(200)를 빠져나와 용매인 물에 혼합된다.
즉, 전해부(200) 내,외부의 압력차이와, 외부 용매의 흐름에 의해 기체가 동반 배출될 수 있는 것이다.
제1유로(t1)에서의 유속은 매우 빠르게 되고, 이 빨라진 유속에 토출구(520)에 흡입력이 생성되어 기체를 끌어당기게 되므로 토출구(520)를 통한 기체의 배출이 촉진될 수 있다.
양극전극패널(220) 및 음극전극패널(240)의 내면과, 양극메쉬전극(310)과 음극메쉬전극(330)의 표면에 피막(W1)이 형성된다.
피막(W1)은 냉각열을 전해부(200)에 전달할 수 있되 부식은 방지하는 소재로 형성된다.
또한 피막(W1)은 전도성 불용성 물질이 코팅되어 형성된다.
전도성 불용성 물질은 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 백금(Pt) 등이 적용된다.
양극전극패널(220) 및 음극전극패널(240)은 티타늄(Ti)이다.
한편 양극전극패널(220) 및 음극전극패널(240), 상부 격막(490)의 외면에는 용매(찬물)와 만나는 부분을 보호하도록 비전도성 산화피막(W2)이 형성된다.
비전도성 산화피막(W2)은 산화티타늄(TiO2), 테프론, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 그룹에서 택일되며, 이를 이용한 폴리머 피막으로 코팅하여 열전달은 가능하나 부식을 막고 추가의 전기반응을 차단하도록 한다.
한편 다른 실시예(A3)에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이, 일측의 인입구(120)를 통해 용매가 공급되고 내부에 저장된 후 타측의 인출구(140)를 통해 배출되며, 또다른 일측에 형성된 투입구(250)를 통해 전해질이 투입되도록 한 탱크(100); 탱크(100)의 내부에 형성되며, 전해질이 순차적으로 통과하도록 메쉬전극부(300)와 격막부(400)가 다수개로 교호 형성되어 다층으로 이루어진 전해부(200'); 전해부(200')의 상부에 전해된 가스가 배출되도록 토출구(520)가 형성된 배출부(500);를 포함하여 구성된다.
전해부(200')는 탱크(100)의 내부에 이격되어 통체로 이루어진다.
전해부(200')는 하부에는 투입구(250)와 통하는 유입관(280)이 형성되어 전해질이 하부에서 상부로 이동되도록 메쉬전극부(300)와 격막부(400)가 종방향으로 배열되어 형성될 수 있다.
상기 메쉬전극부(300)는, 전해부(200)의 양극전극패널(220)에 일단이 연결되며 수평하게 형성되는 양극메쉬전극(310)과, 전해부(200)의 음극전극패널(240)에 일단이 연결되며 양극메쉬전극(310)과 평행하게 형성되는 음극메쉬전극(330)을 포함하여 구성된다.
상기 메쉬전극부(300)는 양극메쉬전극(310)의 타단과 음극전극패널(330) 사이에 제1유로(U1)가 형성되고, 상기 음극메쉬전극(330)의 타단과 양극전극패널(220) 사이에 제2유로(U2)가 형성되어 이루어진다.
상기 양극메쉬전극(310) 및 음극메쉬전극(330)은 다수의 통공이 형성되어 전해질이 통과될 수 있고, 전기가 인가되는 도체로 이루어진다.
전해질은 양극메쉬전극(310) 및 음극메쉬전극(330)은 다수의 통공을 통과하면서 전기가 인가되어 분해반응을 일으키게 된다.
분해되지 않은 전해질은 제1유로(U1)를 경유한 후 제2유로(U2)를 통과하여 격막부(400)로 이동하게 된다.
격막부(400)는, 전해부(200)의 양극전극패널(220)에 일단이 연결되며 수평하게 형성되는 제1격막(420)과, 전해부(200')의 음극전극패널(240)에 일단이 연결되며 제1격막(420)과 평행하게 형성되는 제2격막(440)을 포함하여 구성된다.
제1격막(420)의 타단이 음극전극패널(240)과 이격되어 제3유로(U3)가 형성된다.
제2격막(440)의 타단이 양극전극패널(220)과 이격되어 제4유로(U4)가 형성된다.
제3유로(U3)와 제4유로(U4)를 분해되지 않은 전해질이 통과하게 된다. 전해질이 통과하는 동안 제1격막(420) 및 제2격막(440)의 표면에 접촉되는 전해질은 전기 인가에 의해 분해반응을 일으키게 된다.
실시예에 적용되는 전해질은 HCl이고, 용매는 물(H20)이다.
반응식은 다음과 같다.
HCl---> H+ + Cl-
2Cl- --> Cl2 + 2e-
2H+ + 2e- --> H2 ↑
Cl2 + H2O --> HOCl + HCl
상기 배출부(500)는 상부의 격막부(400)를 구성하는 상부 격막(490)이 토출구(520)를 향해 상향 경사지게 형성된다.
도 3을 참조하면, 상부 격막(490)이 좌측으로 갈수록 상향 경사지게 형성됨을 알 수 있다.
토출구(520)는 직경이 작게 형성되고, 토출구(520)의 외측으로는 용매가 흐르도록 하여 토출되는 가스의 유속이 증가되도록 한 것이다.
양극전극패널(220)의 상단부(225)는 상부 격막(490)의 일단부, 즉 토출구(520) 보다 돌출되어 형성됨으로써 탱크(100)의 내벽과의 간격이 좁혀지게 되어 제1유로(t1)가 형성되고, 이 좁은 제1유로(t1)를 통과하는 과정에서 유속은 빨라지게 된다.
음극전극패널(240)의 상단은 상부 격막과 동일한 높이로 형성되도록 하여 탱크(100)의 내벽과의 간격이 넓은 제2유로(t2)가 형성됨으로써 이 제2유로(t2)를 지나갈때는 유속이 느려지게 된다.
격막부(400)에서는 전기분해가 진행되고, 발생한 기체가 격막에 의해 바로 빠져나가지 못하고 용액에 재용해된다.
메쉬전극부(300)에서는 HCl이 전기분해되서 H2, Cl2 가 활발히 발생된다.
한편 베르누이 원리에 의해 배출부(500)의 토출구(520)로부터 배출되는 기체(H2)가 전해부(200)를 빠져나와 용매인 물에 혼합된다.
즉, 전해부(200) 내,외부의 압력차이와, 외부 용매의 흐름에 의해 기체가 동반 배출될 수 있는 것이다.
제1유로(t1)에서의 유속은 매우 빠르게 되고, 이 빨라진 유속에 토출구(520)에 흡입력이 생성되어 기체를 끌어당기게 되므로 토출구(520)를 통한 기체의 배출이 촉진될 수 있다.
양극전극패널(220) 및 음극전극패널(240)의 내면과, 양극메쉬전극(310)과 음극메쉬전극(330)의 표면에 피막(W1)이 형성된다.
피막(W1)은 냉각열을 전해부(200)에 전달할 수 있되 부식은 방지하는 소재로 형성된다.
또한 피막(W1)은 전도성 불용성 물질이 코팅되어 형성된다.
전도성 불용성 물질은 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 백금(Pt) 등이 적용된다.
양극전극패널(220) 및 음극전극패널(240)은 티타늄(Ti)이다.
한편 양극전극패널(220) 및 음극전극패널(240), 상부 격막(490)의 외면에는 용매(찬물)와 만나는 부분을 보호하도록 비전도성 산화피막(W2)이 형성된다.
비전도성 산화피막(W2)은 산화티타늄(TiO2), 테프론, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 그룹에서 택일되며, 이를 이용한 폴리머 피막으로 코팅하여 열전달은 가능하나 부식을 막고 추가의 전기반응을 차단하도록 한다.
한편 다른 실시예(A4)에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이, 일측의 인입구(120)를 통해 용매가 공급되고 내부에 저장된 후 타측의 인출구(140)를 통해 배출되며, 또다른 일측에 형성된 투입구(250)를 통해 전해질이 투입되도록 한 탱크(100); 탱크(100)의 내부에 형성되며, 전해질이 순차적으로 통과하도록 메쉬전극부(300)와 격막부(400)가 다수개로 교호 형성되어 다층으로 이루어진 전해부(200''); 전해부(200'')의 상부에 전해된 가스가 배출되도록 토출구(520)가 형성된 배출부(500);를 포함하여 구성된다.
전해부(200'')는 탱크(100)의 내부에 형성되며, 전해질이 횡방향으로 이동되도록 메쉬전극부(300)와 격막부(400)가 수직하게 형성되며 횡방향으로 배열되어 이루어진다.
상기 메쉬전극부(300)는, 전해부(200)의 양극전극패널(220)에 일단이 연결되며 수평하게 형성되는 양극메쉬전극(310)과, 전해부(200)의 음극전극패널(240)에 일단이 연결되며 양극메쉬전극(310)과 평행하게 형성되는 음극메쉬전극(330)을 포함하여 구성된다.
상기 메쉬전극부(300)는 양극메쉬전극(310)의 타단과 음극전극패널(240) 사이에 제1유로(U1)가 형성되고, 상기 음극메쉬전극(330)의 타단과 양극전극패널(220) 사이에 제2유로(U2)가 형성되어 이루어진다.
상기 양극메쉬전극(310) 및 음극메쉬전극(330)은 다수의 통공이 형성되어 전해질이 통과될 수 있고, 전기가 인가되는 도체로 이루어진다.
전해질은 양극메쉬전극(310) 및 음극메쉬전극(330)은 다수의 통공을 통과하면서 전기가 인가되어 분해반응을 일으키게 된다.
분해되지 않은 전해질은 제1유로(U1)를 경유한 후 제2유로(U2)를 통과하여 격막부(400)로 이동하게 된다.
격막부(400)는, 전해부(200)의 양극전극패널(220)에 일단이 연결되며 수평하게 형성되는 제1격막(420)과, 전해부(200)의 음극전극패널(240)에 일단이 연결되며 제1격막(420)과 평행하게 형성되는 제2격막(440)을 포함하여 구성된다.
제1격막(420)의 타단이 음극전극패널(240)과 이격되어 제3유로(U3)가 형성된다.
제2격막(440)의 타단이 양극전극패널(220)과 이격되어 제4유로(U4)가 형성된다.
제3유로(U3)와 제4유로(U4)를 분해되지 않은 전해질이 통과하게 된다. 전해질이 통과하는 동안 제1격막(420) 및 제2격막(440)의 표면에 접촉되는 전해질은 전기 인가에 의해 분해반응을 일으키게 된다.
실시예에 적용되는 전해질은 HCl이고, 용매는 물(H20)이다.
반응식은 다음과 같다.
HCl---> H+ + Cl-
2Cl- --> Cl2 + 2e-
2H+ + 2e- --> H2 ↑
Cl2 + H2O --> HOCl + HCl
상기 배출부(500)는 상부의 격막부(400)를 구성하는 상부 격막(490)이 토출구(520)를 향해 상향 경사지게 형성된다.
도 4를 참조하면, 상부 격막(490)이 좌측으로 갈수록 상향 경사지게 형성됨을 알 수 있다.
토출구(520)는 직경이 작게 형성되고, 토출구(520)의 외측으로는 용매가 흐르도록 하여 토출되는 가스의 유속이 증가되도록 한 것이다.
양극전극패널(220)의 상단부(225)는 상부 격막(490)의 일단부, 즉 토출구(520) 보다 돌출되어 형성됨으로써 탱크(100)의 내벽과의 간격이 좁혀지게 되어 제1유로(t1)가 형성되고, 이 좁은 제1유로(t1)를 통과하는 과정에서 유속은 빨라지게 된다.
음극전극패널(240)의 상단은 상부 격막과 동일한 높이로 형성되도록 하여 탱크(100)의 내벽과의 간격이 넓은 제2유로(t2)가 형성됨으로써 이 제2유로(t2)를 지나갈때는 유속이 느려지게 된다.
격막부(400)에서는 전기분해가 진행되고, 발생한 기체가 격막에 의해 바로 빠져나가지 못하고 용액에 재용해된다.
메쉬전극부(300)에서는 HCl이 전기분해되서 H2, Cl2 가 활발히 발생된다.
한편 베르누이 원리에 의해 배출부(500)의 토출구(520)로부터 배출되는 기체(H2)가 전해부(200)를 빠져나와 용매인 물에 혼합된다.
즉, 전해부(200) 내,외부의 압력차이와, 외부 용매의 흐름에 의해 기체가 동반 배출될 수 있는 것이다.
제1유로(t1)에서의 유속은 매우 빠르게 되고, 이 빨라진 유속에 토출구(520)에 흡입력이 생성되어 기체를 끌어당기게 되므로 토출구(520)를 통한 기체의 배출이 촉진될 수 있다.
양극전극패널(220) 및 음극전극패널(240)의 내면과, 양극메쉬전극(310)과 음극메쉬전극(330)의 표면에 피막(W1)이 형성된다.
피막(W1)은 냉각열을 전해부(200)에 전달할 수 있되 부식은 방지하는 소재로 형성된다.
또한 피막(W1)은 전도성 불용성 물질이 코팅되어 형성된다.
전도성 불용성 물질은 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 백금(Pt) 등이 적용된다.
양극전극패널(220) 및 음극전극패널(240)은 티타늄(Ti)이다.
한편 양극전극패널(220) 및 음극전극패널(240), 상부 격막(490)의 외면에는 용매(찬물)와 만나는 부분을 보호하도록 비전도성 산화피막(W2)이 형성된다.
비전도성 산화피막(W2)은 산화티타늄(TiO2), 테프론, 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE) 그룹에서 택일되며, 이를 이용한 폴리머 피막으로 코팅하여 열전달은 가능하나 부식을 막고 추가의 전기반응을 차단하도록 한다.
비록 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 청구의 범위에 속함은 자명하다.
[부호의 설명]
100 : 탱크 200 : 전해부
300 : 메쉬전극부 220 : 양극전극패널
240 : 음극전극패널 310 : 양극메쉬전그
330 : 음극메쉬전극 400 : 격막부
420 : 제1격막 440 : 제2격막
500 : 배출부

Claims (17)

  1. 일측의 인입구를 통해 용매가 공급되고 내부에 저장된 후 타측의 인출구를 통해 배출되며, 또다른 일측에 형성된 투입구를 통해 전해질이 투입되도록 한 탱크;
    상기 탱크의 내부에 형성되며, 전해질이 순차적으로 통과하도록 메쉬전극부와 격막부가 다수개로 교호 형성되어 다층으로 이루어진 전해부;
    상기 전해부의 상부에 전해된 가스가 배출되도록 토출구가 형성된 배출부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해질의 전기분해장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전해부는
    소정 간격으로 이격 배치되어 탱크의 내부에 평행하게 형성되며 양극 전극과 음극 전극이 각기 인가되는 양극전극패널 및 음극전극패널;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해질의 전기분해장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 메쉬전극부는, 전해부의 양극전극패널에 일단이 연결되며 수평하게 형성되는 양극메쉬전극과, 전해부의 음극전극패널에 일단이 연결되며 양극메쉬전극과 평행하게 형성되는 음극메쉬전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해질의 전기분해장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 격막부는,
    상기 전해부의 양극전극패널에 일단이 연결되며 수평하게 형성되는 제1격막;
    상기 전해부의 음극전극패널에 일단이 연결되며 제1격막과 평행하게 형성되는 제2격막;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해질의 전기분해장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 메쉬전극부는
    양극메쉬전극의 타단과 음극전극패널 사이에 제1유로가 형성되고,
    상기 음극메쉬전극의 타단과 양극전극패널 사이에 제2유로가 형성되어 이루어진 것을 특징으로 하는 전해질의 전기분해장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 양극메쉬전극 및 음극메쉬전극은 다수의 통공이 형성되어 전해질이 통과될 수 있고, 전기가 인가되는 도체로 이루어진 것을 특징으로 하는 전해질의 전기분해장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 제1격막의 타단이 음극전극패널과 이격되어 형성되는 제3유로;
    상기 제2격막의 타단이 양극전극패널과 이격되어 형성되는 제4유로;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해질의 전기분해장치.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 배출부는
    상부의 격막부를 구성하는 상부 격막이 토출구를 향해 상향 경사지게 형성되고,
    상기 토출구의 외측으로 용매가 흐르도록 하여 토출되는 가스의 유속이 증가되도록 한 것을 특징으로 하는 전해질의 전기분해장치.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 전해부의 메쉬전극부 및 격막부는 투입구로부터 상부 토출구로 갈수록 간격이 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 전해질의 전기분해장치.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 전해부는 상기 탱크의 내부에 이격되어 통체로 이루어지며, 하부에는 투입구와 통하는 유입관이 형성되어 전해질이 하부에서 상부로 이동되도록 메쉬전극부와 격막부가 종방향으로 배열되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전해질의 전기분해장치.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 전해부는
    상기 탱크의 내부에 형성되며, 전해질이 횡방향으로 이동되도록 메쉬전극부와 격막부가 횡방향으로 배열되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전해질의 전기분해장치.
  12. 제 3항에 있어서,
    상기 양극전극패널 및 음극전극패널의 내면과, 양극메쉬전극과 음극메쉬전극의 표면에 피막이 형성되고, 상기 피막은 전도성 불용성 물질이 코팅되어 형성되는 것을 특징으로 하는 전해질의 전기분해장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 전도성 불용성 물질은 루테늄, 이리듐, 백금 중 택일되는 것을 특징으로 하는 전해질의 전기분해장치.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 상부 격막의 외면에는 비전도성 산화피막이 형성된 것을 특징으로 하는 전해질의 전기분해장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 비전도성 산화피막은 산화티타늄, 테프론, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 그룹에서 택일되는 것을 특징으로 하는 전해질의 전기분해장치.
  16. 제 3항에 있어서,
    상기 양극전극패널 및 음극전극패널의 외면에는 비전도성 산화피막이 형성된 것을 특징으로 하는 전해질의 전기분해장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 비전도성 산화피막은 산화티타늄, 테프론, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 그룹에서 택일되는 것을 특징으로 하는 전해질의 전기분해장치.
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