KR890002061B1 - 모노폴라 전기 화학조 및 상기 조에서 전기분해를 행하기 위한 공정 - Google Patents

Abstract

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Description

모노폴라 전기 화학조 및 상기 조에서 전기분해를 행하기 위한 공정

본 발명은 개량된 모노폴라 전기 화학 조 설계에 관한 것으로 특히 조 유니트의 전극 부품에 전류를 공급하기 위해 저렴하고 간단하며 효율적인 전류 전달 소자를 갖자는 모노폴라 조 유니트에 관한 것이다. 많은 화학 제품을 제조하는데 필요한 기본 화학물질인 염소 및 부식제는 필수적이며 큰 부피를 갖는 물질이다.

이들은 격막형 전해셀로 부터 나오는 대부분의 산물을 갖는 염소성 알칼리 금속의 수용액으로 전기 분해로부터 얻어진다. 격막 전해질 셀 공정에서, 소금물(염화 소듐용액)이 양극실에 연속적으로 공급이 되어 반투막으로 만들어진 격막을 통해 흘러서 음극으로 되돌아간다. 수소 이온이 다시 돌아 오는 것을 최소화 하기 위해 흐름율은 항상 변환율보다 많은 상태로 유지되어 전체 음극성 용액은 제공된 염화 알칼리 금속이 충분히 사용되지 않는다. 수소이온은 수소 개스의 형태로 용액으로부터 음극에서 부식성 소자(염화수소), 비반응성 염화 소듐 및 다른 불순물을 포함하는 음극 용액은 더 많은 수산화나트륨 발생을 위해 염소 및 부식성 전해조에서 재사용될 수 있는 상당한 수산화나트륨 및 염화나트륨을 얻기 위해 농축시키거나 정제시켜야 한다.

전극 사이에 좁은 갭을 허용하는 인정한 양극 및 여러가지 피복 조성물과 같이 기술적 진보성의 출현으로 전해조는 전류 효율이 이러한 전극의 사용에 의해 증대되는 효율성을 갖게 된다.

또한 유체학적으로 필수적인 박막의 출현은 생성물로부터 오염을 방지하여 비용이 많이 드는 정제 및 농축 공정 단계를 제거하기 위해, 박막을 통해 여러가지 이온이 선택적으로 이동하는 점에서 볼때 전해조의 사용에 많은 중요성을 가져왔다. 형태가 안정한 애노드는 오늘날 대량의 염소 및 부식성 공정에 사용되고 있지만, 유체학적으로 필수적인 박막의 광범위한 상업적 이용이 아직 실현되지 않았다.

이것은 평면형 박막대 3차원형 격막을 사용하기 위한 양호하고 경제적인 전해조가 아직 제공되고 있지 않고 있기 때문이다. 격막을 이용하는 전해조 유니트의 기하학적 형태는 전극 사이에 평면형 박막을 이용하는 것을 어렵게 한다.

그래서 필터 프레스 전해조 유니트가 염소, 수산화 알칼리 금속 및 수소의 제조에 박막을 사용하기 위한 대체조 유니트로 제안되었다. 염소 및 부식제를 만들기 위해 소금물을 전기분해 하는 데 통상 사용되는 2개의 기본 형태의 전기 화학조가 있다.

즉, 모노폴리 및 바이폴라 조이다. 바이폴라조는 비록 본 발명의 요지는 아니지만, 종래 기술을 완전히 이해하기 위해 바이폴라조의 작동을 이해하는데 도움이 된다.

쌍극, 필터 프레스형 전해조는 필터 프레스로서 직력로 된 여러개의 전기 화학 유니트로 구성이 되고, 상기에서 2개의 단부 유니트를 제외한 각 유니트는 한쪽에서 애노드로 작용하고, 다른쪽에서 캐소드로 작용하며 바이폴라 유니트 사이의 공간은 박막에 의해 애노드실과 캐소드실로 나뉘어진다.

통상적인 작동에서 알칼리 금속 할로겐 용액은 애노드에서 할로겐 기체가 발생되는 애노드실내로 공급이된다. 알칼리 금속 이온은 박막을 통해 캐소드실내로 선택적으로 이동이 되며, 수소 이온이 유리될때 수산화 알칼리 금속을 형성하기 위해 수소이온과 연관이 된다.

상기 형태의 조에서, 결과적인 수산화 알칼리 금속은 순도가 충분하며, 더욱 농축될 수 있어서 부가적인 비용 발생을 최소화하며, 소금 분리 공정을 최소화시킨다. 바이폴라 전극과 박막이 샌드위치형으로 되어 필터 프레스형 구조로 되는 조는 어떤 종류의 공통부재를 통해 인접 조의 캐소드에 연결된 한조의 애노드와 직렬로 연결이 된다. 모노폴라, 필터 프레스형 전해조 유니트는 일반적으로 미합중국 특허 제4,341,604호에 공지되어 있으며, 단자 또는 단부조 유니트 및 단막주조 유니트 사이에 위치된 다수의 중간조 유니트를 구비한다.

격막 또는 이온 교환막 일수도 있는 분리기는 인접한 애노드와 캐소드 사이에 위치되어 조 시리즈를 다수의 애노드 및 캐소드 조 유니트로 분리한다.

애노드 조 유니트 각각은 전해액이 유니트에 공급되는 입구와 액체와 기체가 유니트로부터 빠져나가는 출구가 구비된다. 각 캐소드 조 유니트는 출구가 유사한 형태로 구비되고, 필요에 따라 액체 예를들어 물이 유니트에 공급될 수도 있는 출구가 구비된다.

조 유니트에서 애노드 각각은 전류가 조유니트에 제공될 수 있게 하는 연결부가 구비되며 각 캐소드는 전류가 조 유니트로부터 흘러 나갈 수 있게 하는 연결부가 구비되며 각 캐소드가 조 유니트로부터 흘러 나갈수 있게 하는 연결부가 구비된다. 모노폴라 조에서 전류는 하나의 조 유니트에 공급되어 인접하며, 반대극성으로 충전된 조 유니트로부터 흘러 나간다.

전류는 바이폴라 조에서와 마찬가지로 일련의 조 한쪽끝에서 일련의 조 다른쪽 끝으로 일련의 전극을 통해 흐르지 않는다. 모노폴라 셀에서 거의 완전한 전극 표면의 효율적인 이용을 위해, 과도한 저항 손실이 없이 비교적 균일하게 전극에 제공하는 것이 바람직하다.

그 이와같이 하기 위해 종래 기술에서 연구자는 전류를 효율적으로 전극에 전달하기 위해 여러가지 장치 및 고안을 하였다. 모노폴라조에 전류를 제공하기 위해 첫째로 그리고 가장 분명한 수단은 도선 케이블, 로드등을 사용하여 전극에 전원 공급부를 직접 연결하는 것이다.

이러한 형태는 전기 배전 시스템에서 저항 손실을 가장 최소화하지만, 어떤 전극은 전체 전극체를 통해 비교적 균일하게 전류를 공급하는데 전기적으로 충분한 도전체가 아니기 때문에 양호하게 작동하지 않는다.

이러한 것은 특히 티타늄 전극일때 더욱 그러하다. 전극은 염소-알칼리 조에 자주 사용된다. 그래서, 적당한 전류 공급을 위해, 전극에 다수의 연결부를 제공하는 것을 자주 필요하다.

예를 들어 여러가지 전극 연결부가 미합중국 특허 제 4,464,242:4,464,243호:4,056,458호에 공지되어 있다.

본 발명의 목적은 가장 작은 수의 부품, 가장 작은 수의 전극 연결부를 가지며, 저렴하고 손쉽게 얻을 수 있는 재질을 이용하며, 실제로 가장 합리적인 적극의 길이 및 폭으로 된 전극의 사용을 허용하는 모노폴라 전기 화학조를 위한 전기 공급 수단을 제공하는 것이다.

특히, 본 발명은 2개의 단부 조 유니트를 가지며, 최소 하나의 중간 조 유니트가 상기 단부 유니트 사이에 배치되며, 상기 유니트는 실제 유체학상 필수적인 이온 교환막 및 격막으로부터 선택되는 분리기에 의해 분리되는 형태의 모노폴라조에 관한 것으로 상기 중간조는, 서로 간격을 두고 평행하며 거의 평면형인 전극부품과; 상기 전극부품 사이에 배치된 단단한 전류 전달 소자를 구비하여:상기 전달 소자는 한쌍의 마주보는 평면형 표면과 상기 표면의 양쪽에 배치되며 전달소자로부터 전달 소자에 인접한 전해실내까지 외방으로 소정의 거리를 두고 돌출된 다수 보스(boss)로 가지며, 상기 보스의 최소한 일부는 전기적으로 또는 기계적으로 전극부품에 직접 또는 간접적으로 연결되며, 최소한 하나의 전기적 연결 부재는 상기 전극 부품에 전기적 에너지를 공급하기 위해 상기 전류 전달 소자로 또는 소자로부터 전기적 전류를 대전시키기 위해 소자에 부착된다.

본 발명은 전해조용 모노폴라 유니트에 관한 것으로 상기 전해조는 마주보는 표면으로부터 연장된 다수의 보스를 갖는 거의 평면형 몸체 및 다수의 돌출부를 갖는 측면 라인어(liner)과 상기 몸체에 거의 맞는 형태를 갖는 형태의 전류 전달소자를 구비하며, 상기 측면 라인어는 내식성 금속으로 만들어지며 상기 몸체의 대향 표면상에 배치되며 상기 돌출부와 접촉 상태로 상기 측면 라인어에 대해 배치된 다공성 전극 부품을 구비하며, 상기 전극 부품, 상기 측면 라인어 및 상기 전류 전달 소자는 상기 몇개의 보스에서 서로 전기적으로 연결이 되고, 상기 전극 부품의 각각에 전기 에너지를 공급하기 위해 상기 몸체의 연부중의 최소한 하나에 전류 전원 공급부의 양극 또는 음극을 연결시키기 위해 전기적 연결 부재를 구비한다.

본 발명은 2개의 단부조 유니트원 상기 단부 유니트 사이에 배치된 중간조 유니트를 갖는 형태의 일련의 모노폴라 전기 화학조에서 전기 분해를 수행하기 위한 공정에 관한 것으로 상기 중간 유니트는 최소한 2개의 평행하고 평면이며 서로 간격을 두고있는 전극 부품과, 전기 에너지를 상기 전극 부품 각각에 공급하기 위한 수단을 가지며, 상기 공급 수단은 상기 전극 부품 사이의 공간에 배치된 전기적 도전성 강체이며 평면인 전류 전달 소자를 구비하며, 상기 전달 소자는 상기 소자로부터 또는 소자로 전류를 대전시키기 위해 부착된 전기적 연결 수단을 가지며, 상기 전달 소자는 상기 전기 부품의 각각의 표면상에 공간을 둔 다수의 지점에서 상기 전극 부품 각각에 전기적으로 기계적으로 연결되어 있고, 상기 전달 소자는 서로 마주 보는 표면의 양측상에 배치되어 있으며, 전달 소자의 반대측상에서 전달 소자로부터 전해실내로 바깥쪽으로 소정의 거리만큼 돌출된 다수의 보수를 구비하는 본 발명의 공정은:

(1) 전원 공급부로부터 중간조 유니트의 전달 소자에 전류를 흘리는 단계와:

(2) 상기 대향 측면상의 상기 전달 소자에 전기적으로 부착된 전극 부품에 전달 소자로부터 전류를 흘리는 단계와:

(3) 전해액과 분리기를 통해 각 전극 부품으로 부터 단부 조유니트에 전류를 흘리는 단계를 구비하며 상기 전류는 전해질의 전기 분해가 발생될 수 있을 정도로 충분하며:

(4) 일련의 조로부터 전기 분해 산물을 제거하는 단계와:

(5) 상기 조로부터 전해질을 방출하는 단계를 구비한다.

본 발명은 본 발명을 도시한 도면을 참고로 하여 보다 잘 이해될 수 있을 것이며, 유사한 부품은 유사한 참고번호를 부여한다.

제1도는 전류 전달 소자(이하 ECTE라함) 본 발명의 모노폴라 조 유니트에 이용되었을대 ECTE의 부분 단면 투시도.

제2도는 모노폴라조 유니트의 분해된 측단면도.

제3도는 라인너와 상기 라인너를 이용한 모노폴라 유니트가 없는 모노폴라 조 유니트의 단면도.

본 발명은 모노폴라 조의 전극 부품에 효율적으로 그리고 균일하게 전류를 제공하는 ECTE를 갖는 모노폴라 전기 화학조 조립체 또는 조 시리즈이다.

본 발명은 특히 염소-알칼리 전기 화학조로 사용하기 위해 적당한 것이다.

특히 간단하고, 저렴하며, 쉽게 제조되는 조이다.

저항의 개념과 전기 에너지를 전달하기 위해 재질의 능력이 어떻게 영향을 미치는 가를 알기 위해 저항이 라용어는 단위 길이 및 단위 단면적을 갖는 금속의 마주보는 평행면 사이의 직류 저항이다.금속의 저항은 금속에 의해 주어지는 전기 저항을 결정한다.

저항은 다음 공식에 의해 계산된다.

, 여기서 R은 저항, 마이크로 오옴 C은 저항율 마이크로 오옴-센티미터 L은 길이 센티미터 A는 단면적, 평방 센티미터.

맥그로우 힐 출판에서 펴낸 테오도르 바우에 시스테르저의 기계 공학도용 표시 및 표준 핸드북 "제7판에는 여러가지 금속의 저항율이 나타나 있다.

금속 저항율(마이크로 오옴-센티미터)

알루미늄 2.655

구리 1.673

전해질이온 10.1

주조철 75-98

납 20.65

마그네슘 4.46

니켈 6.84

강철 11-45

1974년 뉴욕주 소재의 맥그로힐 출판사에서 알 에이취. 페리, 씨. 에이취. 칠턴 및 에스. 디. 커트패트릭이 편집한 죤 에이취 페디의 "화공학도용 핸드북 제4판"은 여러가지 금속의 저항율을 제공한다.

금속 저항율(마이크로 오옴-센티미터)

탄소강 10

주조퇴색철 67

연철 60

주조모넬 53

201 스테인레스 스틸 69

301 스테인레스 스틸 73

알루미늄 1100 3

납 21

마그네슘 합금 AZ 91B 14

주조니켈 20.8

또한 여러가지 주조철 합금은 상기 참조에 나열된 범위보다 다소 낮거나 높은 저항율을 갖는다.

다른 강자성 금속 또는 합금은 일정한 범위의 저항율을 갖는다.

ECTE에서 전압 강하는 다른 방정식을 이용하여 계산될 수 있다.

V=iPL²/t 여기서 i=전류밀도, 암페어/평방센티미터 L=길이, 센티미터 t=두께, 센티미터 p=저항율, 마이크로 오옴 센티미터 V=전압강하, 밀리볼트

주조 강철이 약 μΩ-em를 갖고, 0.31A/cm²(24A/im²), 길이 1, 두께 1.27cm(1/2인치)라고 가정하면 다음가 계산된다.

특정 재질에 대한 저항율은 이용된 특정 참고서에 따라 약간씩 변한다.

그러나 숫자는 아주 비슷한다. 아는 바와같다. ECTE에서 전압 강하는 선택된 재질에 따라 상당히 변한다.

본 발명은 비교적 값비싼 낮은 저항율을 갖는 재질을 사용할 필요없이 아주 낮은 전압 강하를 갖는 ECTE용에 비교적 높은 저항율을 갖는 재질의 사용을 허용한다.

저항율이 높으면 높을수록 낮은 저항율 재직보다 더 큰 전기적 저항을 나타낸다.

예를 들면 구리는 1.673μ-2-cm의 저항율을 가지며, 주철은 평균 약 86μΩ-cm를 갖는다.

그래서 주철은 같은 크기의 구리보다 약 50배 큰 전기 저항을 나타낸다.

종래 기술이 전류를 전국에 전달하기 위해 구리와 같은 낮은 저항율의 금속을 사용하는 가를 쉽게 알 수 있다.

예를들어 미합중국 특허 제4,464,242호에 공지된 전해조에서 전류를 공급하기 위해 높은 저항율의 재질을 사용하는 종래기술의 경우, 조는 전류 공급 금속의 높은 저항율로 인해 생기는 높은 저항 손실 때문에 그 크기가 제한된다.

미합중국 특허 제4,464,242호는 정교한 전류 전달 소자 사용을 피하기 위해 길이가 15 내지 60cm로 조의 크기를 제한하도록 하고 있다.

아는 바와같이 본체의 전기적 저항은 (1) 전류 통로의 길이 감소, (2) 전류가 지니는 단면적의 증가에 의해 최소화 될 수 있다.

본 발명은 후자 방법을 이용하는 반면, 종래 기술은 전자 방법에 주의를 기울이고 있다.

본 발명의 ECTE를 가지고, 작은 크기로 제한됨이 없이 정교한 전류 운반 소자를 사용하지 않고 전류를 공급하기 위해 높은 저항율, 저렴한 금속이 만족스럽게 사용될 수 있다.

본원에서 사용된 "조"는 서로 반대로 대전되는 최소한 2개의 전극과 예를들어 박막인 분리기를 구비하는 소자의 조합체를 의미한다.

역시 본원의 "모노폴라 조 유니트"는 같은 전하 즉, 정 또는 부인 최소한 2개의 전극과 ECTE를 구비하는 소자의 결합체를 의미한다.

"전극 부품"은 전극 또는 전류공급기 또는 전류 집속기와 같은 전극과 연관된 소자를 의미한다.

상기 부품은 도선 메쉬, 꼬인 도선 구멍난 판, 금속 스폰지, 확장된 금속, 다공질 또는 비다공질 금속판, 평면 또는 파상형 격자판, 공간을 두고 있는 스트립 또는 본 기술에 숙련된 사람에게 공지된 다른 형태의 것일 수 있다.

본 발명의 ECTE는 (1) 조 유니트의 전극 부품에 전류를 도전시키는 수단과, (2) 소정의 위치에 전극 부품을 지지하기 위한 지지 수단의 역활을 한다.

ECTE는 다양한 조 설계 및 형태에 이용될 수 있다.

그러나 도시 목적을 의해 몇가지의 설계 및 형태를 기술하기로 한다.

본 발명은 모노폴라 조 유니트의 전극 부품에 ECTE를 통해 전류를 도전시키는 금속으로 된 ECTE를 이용한다.

본 발명의 ECTE는 종래 기술의 전극 부품에 비해 큰 질량을 가지며, 낮은 저항을 가지며, 모든 전극 부품에 거의 균일하게 전기 에너지의 공급을 위해 통로를 제공한다.

큰 질량과 낮은 저항 때문에 본 발명의 ECTE를 이용하는 모노폴라 조 유니트의 칫수는 종래 기술에서와 같이 크기가 제안되지 않는다.

종래 기술에서 전극 자체는 자주 1차적 도전 수단으로 된느 반면, 본 발명에서는 ECTE는 1차적 전기 도전 수단이 된다.

그래서 전극 전체표면을 통한 1차적 전류 도전 및 공급은 전극 부품과 동시에 연장되고 전극 부품의 재질과 다른 재질로 편리하게 만들어 질 수 있는 낮은 저항의 ECTE 본체를 통해 이루어진다.

ECTE는 거의 강체이다. 본원에서 사용된 바와같이, "거의 강체"란 것은 자체 지지력이 있고 통상 조건하에서 자체 중량에 의해 휘어지지 않는 것을 의미한다.

또한, 연과된 전극 부품보다는 보다 더 단단하고 보다 큰 크기를 갖는다.

ECTE의 금속은 철, 강철, 스테인레스 스틸과 같은 철금속과 니켈, 알루미늄, 구리, 마그네슘, 납, 이들의 합금과 같은 다른 금속으로부터 선택되는 것이 바람직하다.

특히 ECTE의 금속은 일차 조정물이 철 특히 연철인 철금속으로부터 선택되는 것이 더욱 바람직하다.

본 발명의 ECTE는 도전성, 평면형 지지부분과 지지부분의 주변 연부를 따라 연장된 프레임형 플랜지 부분을 구비한다.

프랜지 부분은 다수의 모노폴라 조 유니트는 서로 인접하여 조립이 될때 전극을 포함하는 각 조를 위해 주변밀폐 표면을 형성한다.

플랜지 부분은 조의 내부 부분으로 부터 누출을 위해 포텐셜 사이트의 수를 제한한다. 필요에 따라 플랜지 부분은 특히 플랜지로서 보다 개스킷으로 역활을 한다.

플랜지 부분은 ECTE의 평면형 지지 부분과 동시에 일체형으로 형성될 수 있다. 필요에 따라 플랜지 부분은 ECTE의 지지부분과 동시에 일체형으로 형성될 수 있으며, 플랜지의 별개 부분은 플랜지 부분을 완성하기 위해 나중에 부착될 수 있다.

필요하다면, 플랜지 부분은 다수의 부품으로 부터 조립되어 지지 부분에 부착된다.

플랜지 부분은 금속 또는 플래스틱 재질로 만들어질 수 있다. 예를들어, 탄성압축 가능한 재질로 만들어진 또는 거의 비탄성 재질로 만들어진 별도의 플랜지 부부은 ECTE의 지지부분의 주변연부상에 배치될 수 있다.

프레임 부분은 지지부분에 주변연부상에 배치될 수 있다. 프레임 부분은 지지부분에 고정될 수 있으며 또는 필터 프레스 조립체를 닫는 위치에 클램플 될 수 있다.

플랜지 부분용으로 거의 비압축성 재질을 이용할때, 적당한 탄성 개스킷은 통상적인 규정에 따라 유압 밀폐를 하는데 사용될 수 있다.

특히 플랜지 부분은 지지 부분과 일체로, 즉 얇은 지지부분과 같은 재질로 만들어지며, ECTE를 형성하는 금속에서 불균일성이 없이 전기적으로 단일 도전체를 형성한다.

플랜지 부분이 일체형의 플랜지 부분으로 형성되었을때도, 플랜지의 일부는 유출 또는 전기가 누출되게 하며 다른 연결부는 조 유니트의 내부 및 외부 사이에서 만들어지게 한다. 누출되는 부분의 크기에 따라 개스킷 또는 컴파스먼트 라인어가 제공될 수 있다.

또한, 필요에 따라 플랜지 부분은 전류가 전달될 수 있는 큰 질량의 재질을 제공한다. 플랜지 부분의 두께는 지지부분의 두께보다 최소한 약 2 내지 3배가 크다.

또한 플랜지 부분은 60밀리 내지 70밀리의 두께를 가지며, 반면 지지 부분은 20 내지 25밀리의 두께를 갖는다.

ECTE는 전기적 저항을 최소화하기 위해 충분히 큰 단면적을 갖는다. ECTE가 큰 단면적을 갖는다는 것을 종래 기술의 형태에서 사용될 수 있는 것보다 높은 저항율을 갖는 금속을 사용할 수 있게 한다. 철, 강철, 연철 및 주철과같은 금속은 본 발명용으로 아주 적당하다. 특히, 구리보다 는 저항율을 갖는 금속은 ECTE를 형성하는 데 경제적으로 이용될 수 있다.

약 10μΩ보다 휠씬 큰 저항율을 갖는 금속이 경제적으로 이용될 수 있다. 약 50μΩ보다 큰 저항율을 갖는 금속이 가장 경제적으로 사용될 수 있다.

ECTE의 전체 크기는 종래 기술의 모노폴라 조 보다 훨씬 클 수 있다.

왜냐하면 독특한 전기 공급 수단이 본 발명의 ECTE에 의해 제공되기 때문이다. 또한, 종래 기술이 티타늄 코팅이 제공되기 때문이다.

또한, 종래 기술이 티타늄 코팅 구리 막대와 같은 값비싼 금속의 사용을 필요로 하지만, 본 발명은 철 또는 강철과 같은 값싼 금속을 사용할 수 있다. 그래서, 본 발명의 조의 전체 크기는 실제로 한정되지 않는다. 그러나, 실제로 0.25에서 4평방 미터 정도의 크기가 양호하게 사용된다.

본 발명의 ECTE는 서로 반대측으로 연결하는 하나 이상의 통로를 가질 수 있다. 이 통로는 전해액 또는 개스가 ECTE의 한쪽으로부터 다른쪽으로 흐르게 한다. 통로의 ECTE의 전체 표면의 영역의 약 60체적%를 점유하여 금속이 많이 사용되지 않게 하며 그래서 조가 더욱 경제적으로 된다. 또한, 상기 통로는 소정의 방법으로 전류를 조의 어떤 부분에 향하게 할 수 있다.

ECTE는 전극 부품을 지지하는 것과 마찬가지로 전해질로 채워지는 반면, 인접한 전해질을 물리적으로 지지하기 위해 필요한 일체적 구조를 제공한다. ECTE는 지지 부분으로부터 외방으로 일정한 거리로 돌출되어 ECTE에 인접한 전해실내로 들어가는 다수의 보스를 갖는다.

이들 보스는 전극부품과 보스의 각각 사이에 위치한 쿠폰(coupon)과 같이 최소한 하나의 호환성 금속매개체를 통해 직접적으로 전극 또는 간접적으로 전극 부품에 연결될 수 있다.

보스는 동일한 가하학적 평면에 놓이게 되며, 단단한 형태이다. 그러나, 이들은 주조등으로 인해 기포등을 포함할 수 있다. 전극 부품은 보스에 용접되는 것이 바람직하다. 2가지의 경우, 전극 부품과 지지부분으로부터 돌출될 보스 사이의 여러개 전류 통로의 길이는 실제로 무시할 수 있다.

그래서, 저항은 전극 부품이 보스에 간접적으로 연결이 될때 훨씬 낮아진다. 보스는 ECTE이가 주조될때, 지지부분과 일체를 형성된다. 그래서 이들은 지지부분과 같은 재질로 구성이 된다. 어떤 은 용접을 하기 어렵기 때문에, 보스는 지지부분과 다른 금속으로 구성될 수도 있다.

ECTE를 형성하기위해 로드 보스가 위치되는 곳에 위치될 수 있다. 그리고 주조 가능한 제질이 로드 둘레에 주조될 수 있다.

보스는 전극 부품을 단단하게 지지하기 위해 간격을 두고 배치되는 것이 바람직하다. 단면이 장방형 또는 립형태 또는 원형이던 간에 연관된 평면 전극의 면적당 보스의 간격이 넓은 범위내에서 변할 수 있다. 인접 보스 사이의 간격은 일반적으로 사용된 전극 부품의 평면에 대해, 보스의 간격은 적어질 것이다.

그래서 다중 접점 또는 전기 접점을 제공하며, 반면 두껍고 낮은 저항 전극에 대해서는 보스의 간격은 커질 수 있다. 통상적으로 보스 사이의 간격은 약 5 내지 30cm이내이다. 그러나 보다 작은 또는 큰 간격이 전체 설계 형태를 고려하여 사용할 수 있다.

본 발명은 필요에 따라 포함되는 다른 소자는 금속시트로 만들어진 측면 라이너이며, 전해실에서 전해질의 부식성 조건에 노출이 될 수 있는 ECTE의 표면상에 덮히게 된다.

라인너는 전해질의 부식에 견딜 수 있는 전기적 도전 재질이며 보스위에 끼워져 형성되고 또한 지지부분으로 부터 보스 돌출부의 단부까지 끼워진다.

특히 라인너는 라인너와 박막 또는 인접한 전해실 사이에서 전해질의 자유로운 순환을 위해 보스 사이에 공간내로 지지부분을 향해 간격을 두고 있는 보스내로 충분히 압착된다.

또한 라이너는 유체 방향 설정을 위해 보스의 형태를 가질 수 있다.

이러한 부가적 보스 형태는 지지부분에 연결이 된다.

지지부분의 평면 표면에 접촉하기 위해 간격을 둔 보스 둘레에 라인너가 압착될 필요는 없다.

라인너는 보스의 상부 표면과 ECTE의 플랜지의 표면상에 독자적으로 놓이는 것이 바람직하다.

ECTE의 금속과 측면 라인너가 상호 용접될 수 없는 경우, 라인너를 ECTE에 용접할 수 있도록 하기 위해 매개체가 보스 및 라인너 사이의 어뷰트 형태로 위치될 수 있다. 각 보스가 어뷰트되는 매개체의 금속은 보스의 금속과 용접이 가능하며 따라서 보스에 용접이 된다.

라인너의 어뷰트시키는 매개체의 측면의 금속은 라인너의 금속과 용접이 가능해지며, 따라서 라인너에 용접이 되어 라인너는 매개체를 통해 보스에 용접이 된다. 대부분의 경우 단일 금속 또는 금속 합금으로 만들어진 매개체 중간 쿠폰 또는 웨이퍼가 같이 양호하게 작용을 한다. 어떤 경우 쿠폰은 보스와 라인너 사이에 호환성을 만들기 위해 2개의 층으로 될 필요도 있다.

라인너가 티타늄으로 만들어지고, 보스가 철금속으로 만들어진 경우, 보스와 인접한 라인너 사이에 삽입된 용접 호환성 금속으로 작용하는 바와같이 바나듐 쿠폰이 작용을 하여 티타늄 라인너가 바나듐 금속을 통해 철금속 보스에 용접될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

바나듐 및 니켈은 티타늄과 철금속과 모두 용접 호환성이 있는 금속의 본보기이다.

라인너를 ECTE에 연결시키는 제2방법은 2개 또는 단일 금속 쿠폰을 이용하여 이루어질 수 있다.

예를 들어, 바나듐 쿠폰은 티타늄과 같이 제2쿠폰을 갖는 철 금속 보스 다음에 또는 바나듐 웨이퍼와 티타늄 라인너 사이에 배치될 수 있다.

ECTE에 라인너를 접속시키는 또 다른 방법은 이들 금속이 용접 호환성이 없을대, 그리고 폭발 접착을 사용하는 것이다.

상기 방법은 예를들어 미합중국 특허 제 4,111,779호에 공지되어 있다. 많을 경우, 전기 화학조를 만들기 위해 유니트가 서로 결합될때 분리기를 위한 밀폐면을 형성하도록 라인너가 ECTE의 후면상으로 연장되는 것이 아주 바람직한다. 염소-알칼리조에서, 라인너는 애노드 모노폴라 유니트에 가장 통상적으로 사용이 되며, 라인 캐소스 유니트로 자주 사용한다.

그러나, 전기 화학조가 22중량 퍼센트 부식성 용액보다 큰 부식성 농축물을 만드는데 사용된 경우 음극 전해질 라인너는 상당히 많이 사용된다. 음극액 라인너는 음극액실 조건으로 안한 부식이 견딜 수 있는 전기적 도전 재질로 만들어진다. 장치가 플래스틱을 통해 캐소스 보스에 전기적으로 연결되도록 만들어진 장치의 경우에는 플래스틱 라인너가 사용될 수 있다.

또한 금속 및 플래스틱의 결합체로 만들어질 수도 있다. 양극액 라인너에 대해서도 마찬가지다. 음극액 유니트용 라인너는 철금속, 니켈, 스테인레스, 스틸, 크로뮴, 모넬 및 이들의 합금으로 만들어지는 것이 바람직하다.

본 발명이 소금물 수용액의 전기분해에 의해 염소 및 부식물을 만드는데 사용된 경우, 양극액 모노폴라 유니트는 티타늄 합금과 철금속으로된 ECTE와 연결되는 것이 바람직하다.

본 발명은 또한 단부 부재의 사용을 포함한다. 단부부재는 캐소드 반조(half-cell)또는 애노드 반조 일수도 있다. "반조"란 ECTE 및 단지 하나의 전극만을 갖는 조부재를 의미한다. 전극은 전체 조구조의 설계에 따라 캐소드 또는 애노드일 수도 있다. 애노드 또는 캐소드인 단부 조는 활성 영역(즉, 산물이 생기는 곳) 및 비활성 영역(산물이 생기지 않는 곳)으로 구성이 된다.

애노드 또는 캐소드 이든간에 활성 영역의 정의는 앞서 논의된 바와같다. 비활성 영역은 모노폴라 전해조 조립체를 구성한다. 조의 상기 부분은 우압 압착기에서와 같이 서로 조립체를 유지하는데 사용될 수 있다.

그러나 단부 부재는 캐소드인 것이 바람직하다. 단부 부재는 중간 전극 유니트용으로 사용되는 것과 유사한 ECTE를 갖는다. 그러나, 이들의 외부면은 강화립이 구비되거나 또는 평면일 수 있다. 만약 음극액측상의 라인너가 사용되는 경우, 단부부재는 또한 보스의 내부 표면 및 둘레에 배치된 비슷한 라인너를 가질 수 있다.

각 단부부재 및 각 모노폴라 유니트는 전원 공급부를 ECTE에 연결하는 전기적 연력 부재를 갖는다. 연결부재는 플랜지 부분에 부착되거나 또는 플랜지와 일체로 될 수 있으며, 또는 플랜지 부분에 있는 개구를 관통할 수도 있으며, 지지부분에 연결된다. 전기적 연결부는 ECTE내로 전류 전달을 개선하기 위해 플랜지 부분둘레 다수 위치에 구비될 수 있다. 전기적 연결 부재는 전원 공급부가 부착될 수 있도록 ECTE에 또는 프레임 부분에 개구가 있을 수 있다.

특히 전기적 연결 부재는 ECTE의 일체부가 된다. 즉, 전기적 연결 부재는 ECTE의 재질과 같은 재질로 만들어지며, ECTE를 형성하는데 있어서 불균일성이 없이 단일체를 형성한다.

실제적인 관점에서 볼때 연결부재는 ECTE의 지지부의 연장부이며, 이는 버스 바에 연결이 용이하도록 충분한 길이를 위해 최소한 하나의 측면상에서 플랜지 부분의 프리미터 외부로 돌출되어 있다. 플랜지 부분이 ECTE의 일체부의 한 부분인 경우, 전기적 연결 부재는 플랜지 부분 자체의 연부에 의해 제공이 될 수 있다. 즉, 유연한 구리 케이블 또는 버스바가 플랜지 부분의 연부 표면상에 직접 볼트될 수도 있다.

전기적 접촉 표면은 예를 들어 구리 또는 은과 같이 전기적 접척부를 위해 적당한 재질로 코팅될 수 있다.

제1도 및 제2도를 참고로 하면, 모노폴라 유니트(10)는 지지부분으로부터 돌출된 다수의 보스(18) 및 지지부분(17)을 갖는 ECTE(14)를 포함한다. 지지부분(19)은 지지부분 보다 큰 두께를 갖는 플랜지 부분(16)에 의해 연부에서 둘러싸인다. 개수(50,52,56,58)은 생성물을 제거하고 유니트로부터 전해액을 배출하기 위해 유니트 내로 반응제의 삽입하는 통로를 제공하기 위해 플랜지 부분(16)을 통과한다.

전극(36)은 보스(18)와 반대쪽에 위치되어 플랜지(16)의 표면(16B)와 동일 평면에 있게 된다. 전극(36A)은 ECTE(14)의 반대쪽에 비슷하게 위치된다. 전기적 연결 부재(21)는 플랜지 부분(16)의 외부에 배치되어 일체를 형성한다. 연결부분(21)는 연결부분(21)에 제공된 구멍(20)을 통해 전원 공급부(도시되지 않았음)에 연결된다. 전류는 연결 부재(21)로 부터 플랜지 부분(16), 지지부(17)를 통해 통스(18)로 흐른다. 그다음 전류는 보스(18), 라인너(만약 있다면)를 통해 전극(36 또는 36A)로 흐른다.

제2도는 지지부의 반대쪽으로부터 연장된 다수의 일체형 보스(18,18A)와 ECTE(14)를 갖는 모노폴라 유니트(11)를 명백히 도시한다. 지지부분은 다수의 모노폴라 유니트가 서로 인접하여 적층되었을때 지지부분(17)보다 두꺼워 22와 22A에서 전해실이 제공되는 플랜지 부분(16)에 의해 주변 연부가 둘러싸인다.

라인너(26,26A)는 ECTE(14)를 덮기 위해 제공된다. 라인너는 예를들어 애노드조를 위해 티타늄의 단일시트로 만들어질 수 있으며, 상기와 같은 형태인 프레스 순식간에 만들어질 수 있어서, ECTE(14) 부근 또는 접하는 어뷰트먼트 상태로 반대측에서 끼이게 된다.

라인너(26,26A)는 필요에 따라 밀폐표면(16A,16C)을 덮을 수도 있다. 이는 ECTE(14)를 조의 부식성 조건으로부터 보호를 한다. ECTE(14)는 플랜지(16)부분이 전해실의 주변 경계로의 역활뿐만 아니라 인접유니트에 대해 밀폐를 하여 전해실(22,22A)을 형성하는 형태로 구성하는 것이 바람직하다.

라인너(26,26A)는 덮는 것을 최소화하기 위해 최소한 응력으로 형성되는 것이 바람직하다. 라인너에서 응력을 없애는 것은 섭씨 480도에서 700의 고온에서 프레스로 라인너를 형성하여 이루어질 수 있다. 라인너 금속 및 프레스는 라인너를 원하는 형태로 프레스하기 전에 상기 고온으로 가열된다. 라인너는 가열된 프레스에 놓이며, 예정된 주기하에서 냉각되어 실온으로 냉각될때 응력 형성을 방지한다.

만약 라인너(26,26A)가 티타늄으로 되어 있고 ECTE(14)가 철 재질로 되어 있다면, 이들은 저항 용접 또는 캐패시터 방전 용접으로 연결될 수 있다. 저항 또는 캐패시터 용접은 바나듐 쿠폰(30 또는 30A)를 통해 보스(18,18A)의 평면 단부(28,28A)에 라인너(26,26A)를 용접하여 간접적으로 이루어진다. 티타늄 및 철 금속은 통상적으로 용접 호환성이 없지만, 바나듐으로 용접 호환성이 있게 된다.

그래서 바나듐 쿠폰(30,30A)은 철금속 보스(18,18A)와 티타늄 라인너(26,26A) 사이에서 중간 매개금속으로 사용되어 라인너(26,26A)를 지지하기 위해 ECTE용 기계적 지지부를 형성하는 것과 마찬가지로 라인너(26,26A)사이에서 전기적 연결을 형성하기 위해 서로 용접이 된다. ECTE(14)에 대한 라인너(26,26A)의 일반적인 핏트는 제2도에서 볼 수 있다.

라인너(26,26A)는 의도적인 공동 캡(32)이 구비되며 보스(18,18A)는 외부 윤곽에 반경상에 맞는 내부 윤각을 갖는다.

상기 캡(32,32A)은 보스(18,18A)위 및 둘레에 맞도록 크기와 공간을 갖는다. 캡(32,32A)은 쿠폰이 평면단부(28,28A)을 어뷰팅하고 소자들이 서로 용접될 때 내부 단부가 바나듐 쿠폰(30,30A)을 이뷰트하도록 하는 크기를 갖는다.

상기 보스와 캡의 형태로 꼭 한정되는 것은 아니다. 이들은 중심 부분에 평행 또는수직으로 취한 단면을 볼때 사각형, 원추형, 원통형, 또는 다른 편리한 형태로 될 수 있다.

상기 보스는 지지부분의 표면상에서 분포된 일련의 간격을 둔 립을 형성하기 위해 장방형 형태로 될 수 있다.

또한 보스의 형태와 캡의 형태는 서로 다를 수 있다. 그러나 보스의 단부는 평평한 것이 바람직하고, 동일한 상상적인 기하 평면에 놓인다. 실제로 보스와 캡은 필요하다면 전해액의 유도 및 개스순환을 위한 형태로 되어 배치될 수 있다. 라인너(26,26A)는 용접 가능하도록 삽입된 바나듐 쿠폰(30,30A)을 통해 보스(18,18A)의 단부(28,28A)와 캡(32,32A)의 내부 단부(34,34A)에 저항 용접될 수 있다. 주변 연부 표면(42,42A)은 표면(16A,16C)을 밀폐하는데 적당하게 하기 위해 라인너상에 제공된다. 이들은 필요에 다라 이들 지점에서 용접될 수 있다.

개스킷(44)은 다수의 모노폴라 유니트가 서로 인접하여 배치되었을때 누출을 최소화하기 위해 라인너(26A)와 이온 교환막(27A)사이에 배치될 수 있다. 개스킷(44)은 필요에 따라 ECTE의 각 측면상에 배치될 수 있다. 전기 접촉기(19)는 ECTE(14)에 전류를 도전시키기 위해 플랜지 부분(16)에 연결된다. 접속기(19)는 다른 형태를 취할 수 있으며 유니트의 다른 위치에 배치될 수 있다. 그리고 하나 이상의 접속기가 사용될 수 있다.

전극 부품(제1도에서 36,36A 및 제2도에서 46,46A)는 확장된 금속 시트로 만들어지며 거의 평면인 기포성 구조, 다공성판, 구멍난 판 또는 도선 직조 금속으로 만들어질 수 있다. 필요에 따라 전극 부품은 전극을 접촉시키는 전류 접속기일 수도 있으며, 전극일 수도 있다.

전극은 표면상에 정화성 활성 코팅을 가질수도 있다. 제2도에서 전극 부품(46,46A)는 라인너(26,26A)의 캡(32,32A)의 평면단부(38,38A)의 외부에 직접 용접될 수 있다. 상기 용접은 전극 부품(46,46A)를 위해 전기적 접속을 형성하며, 기계적 지지부를 형성한다.

또한, 다른 소자가 제로 캡 조 형태 또는 고형 폴리며 전해액(SPE)박막을 위한 특수 소자 또는 조립체와 같은 전극 부품(46,46A)과 연관하여 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 모노폴라 유니트는 개스 소비 전극, 때로는 무극성 전극이라 불리는 전극과 연관하여 사용되기 위해 구비되어 있다. 상기 개스실은 액체전해실에 부가하여 필요로 한다.

물론, 예를들어 각 박막과 각각 인접한 필터 프레스 모노폴라 유니트 사이의 각 박막의 반대편상에 형성된 실과 같이 이들 사이에 방을 만들기 위해 서로 간격을 두고 있는 2개의 박막을 갖는 3개의 조와 같이 하나 이상의 박막을 이용하는 다중실 전기분해가 되도록 2개의 모노폴라 유니트 사이에 형성된 전기분해 조에 대해서도 본 발명의 범위내에 있다.

제3도는 본 발명의 모노폴라 유니트(10,11)의 조립체를 도시한다. 상기 유니트는 서로 결합 작동 가능한 상태로 배치된다. 모노폴라 유니트(10)는 라인너를 갖지 않는 반면 측면상에서 라인너(26,26A)를 갖는다. 각 유니트는 인접하는 유니트의 전하와 반대 방향으로 전기적 전하를 이동시키도록 설계되어 있다. 예를들면, 유니트(10)는 전기 연결부(21)를 통해 전원 공급부의 음극에 연결되어 음극성으로 대전되게 하며 캐소드로 작용한다.

비슷하게 유니트(11)는 전기 연결부(19)를 통해 전원 공급부의 양극에 연결되어 야으로 대전되게 하며 애노드로 작용을 한다. 각 유니트는 이온 교환막(27)에 의해 인접 유니트로부터 분리된다.

모노폴라 유니트는 많은 공동을 만들도록 서로 인접하게 배치되어 전해실로 작용하게 한다. 음극실(24)과 양극실(22)이 형성된다.

음극실(22)은 조의 외부에 실을 연결하도록 2개의 통로를 갖는 것으로 도시되어 있다. 이들 통로는 예를들어 통로(56)를 통해 조에 반응물을 삽입하는데 사용되어 통로(50)를 통해 조로부터 생성물을 제거한다. 마찬가지로, 양전해액실(22)은 주입 통로(58)와 출구 통로(52)를 갖는다.

각 유니트는 2개의 전극 부품이 구비되어 있다. 도시된 실시예에서 애노드 유니트(11)는 2개의 애노드(46,46A)를 가지며, 각 캐소드 유니트(10)는 2개의 캐소드(36,36A)를 갖는다.

박막(27)과 라인형 ECTE에 대해 양 전해액 실(22)내의 전극(46,46A)의 위치는 지지부(17)로부터의 플랜지 부분(16)의 측면 연정부, 지지부로부터의 보스(18)의 연장부, 쿠폰(30,30A)의 두께, 라인너(26,26A)의 두께, 개스킷, 전해액 압력차 등과 같은 관계에 의해 결정이 된다. 전극(46.46A)은 박막(27)은 어뷰트하는 위치로부터 상기의 관계 변화, 즉, 지지부(17)로부터의 보스(18)의 연장부를 변화에 의한 박막(27)과 전극(46,46A)사이의 약간 갭을 갖는 위치까지 제거될 수 있다는 것을 알 수 있다.

그러나, 지지부로부터 보스(18)가 연장되는 것과 같은 거리로 플랜지 부분(16)이 연장되는 것이 바람직하다. 이는 ECTE의 구조에 간단성을 부여한다. 왜냐하면, 금속 평면은 표면(16A,16C)을 밀폐함과 동시에 보스(18)의 단부 표면(28)을 평평하게 하여 상기 표면이 동일한 기하학적 평면에 놓이게 하기 때문이다. 박막(27) 사이와 밀폐 표면(16A)사이의 유체 밀폐를 위해 라인너(26)는 주변 연부에서 연장된 업셋 립(42)을 갖는 팬(pan)형태로 형성되는 것이 바람직하다.

립(42)은 플랜지 부분(16)의 밀폐 표면(16C)에 대해 꼭 들어 맞는다. 박막(27)의 주변은 라인너 립(42)에 대해 꼭 들어 맞고 주변 개스킷(44)은 박막(27)의 주변의 다른 측면에서 꼭 들어 맞는다. 제3도에 도시된 바와같이 일련의 조에서 개스킷(44)은 플랜지 부분(16)의 밀폐표면(16C)에 대해 꼭 들어 맞고 라인너가 없을때 박막(27)에 대해 꼭 들어 맞는다.

단지 하나의 개스킷(44)만 도시되어 있지만, 본 발명은 박막의 양쪽에 개스킷을 사용하는 것을 포함한다. 또한 립(42)이 사용되지 않았을 때도 포함한다.

전해조 시리즈에서, 예를들어 약 22퍼센트 부식성 농도와 약 85도 이하의 조 작동 온도로 가장 적당한 작도온도 및 부식성 농도에서 염화나트륨 수용액이 전해 분해되면 음극실에서 부식성 및/또는 수소 개스가 형성되고 양극실에서는 강철과 같은 철 금속이 형성된다.

그래서 만약 부식성 물질이 약 22퍼센트 보다 낮은 농도로 생성되고 조가 약 섭씨 85도 이하에서 작동된다면, 보호 라인너가 필요없지만 부식으로부터 ECTE를 보호하기 위해 음전해질 유니트와 함께 사용될 수도 있다.

평면 표면 전극(36,36A,46,46A)는 박막(27)으로부터 떨어져 ECTE(14)를 향해 내부로 주변 연부가 구부려져 있는 것을 알 수 있다. 이는 전극의 재그(jag)형 연부가 박막(27)으로부터 접촉하여 찢어지는 것을 방지한다. 염기성-알칼리 조로서 본 전극 화학 조를 작동시킬때 염화나트륨 소금물 용액은 음극 전해액 실(22)로 공급되고 물은 음극 전해액 실(24)로 공급이 된다.

전원 공급부(도시되지 않았음)로부터 전류는 애노(46,46A) 및 캐소드(36,36A) 사이에 흐른다. 전류는 전기분해 반응이 소금물 용액에서 발생되도록 충분한 전압이다. 염소는 애노드(46,46A)에 발생되며 반면 부식성 물질 및 수소는 캐소드(36,36A)에서 발생이 된다.

필요에 산소 함유 개스는 캐소드의 한쪽에 공급이 되며, 캐소드는 산소 분극 캐소드로서 작용한다.

마찬가지로, 수소는 애노드의 한쪽에 공급되며, 애노드는 분극 애노드로서 작용한다. 이들은 작동시키는 전극의 형태 및 공정은 종래 기술에서 잘 공지되어 있다. 분극 캐소드에 대한 수용액 및 액체 반응제의 분리 작용을 위한 종래 캐소드에 대한 수용액 및 액체 반응제의 분리 작용을 위한 종래 수단이 사용될 수 있다.

염소와 부식성 물질을 만들기 위해 NACL소금물의 전기분해를 위해 조 시리조의 작동에서, 어떤 작동 조건이 일반적으로 이용된다. 양극 전해액에서 0.5 내지 5.0정도의 PH는 상당한 정도로 유지된다.

공급되는 소금물은 단지 소량의 다가 양이온을 포함한다(칼슘으로 표면되었때 약 0.05mg/l이하). 보다 많은 다가 양이온 농도는 만약 공급 소금물의 PH가 약 3.5이하일때 공급 소금물이 약 70ppm이하의 농도인 이산화탄소를 포함하는 경우 같은 유리한 결과를 가져오므로 허용이 된다.

작동 온도는 섭씨 0도에서 부터 250도까지 될 수 있지만, 약 60도가 바람직하다. 종래의 소금물 처리를 시킨 다음 이온 교환 수지의 의해 다가 양이온부터 정화된 소금물은 박막의 수명을 연장시키는데 도움이 된다.

공급 소금물에 있는 낮은 이온 농도는 박막의 수명을 연장시키는데 필요하다. 공급 소금물의 PH는 염화 수소산 첨가에 의해 4.0이하의 PH로 유지된다.

본 발명의 조에서 노즐(도시되지 않았음)이 사용되며 여러가지 형태를 가질 수 있다. 상기 노즐은 조의 외부 또는 내부로 개스가 통과할때 개스 또는 액체에 의한 압력 강화를 최소화한다.

노즐의 유용한 형태 및 설치를 위한 방법은 다음과 같다. 다수의 니켈 또는 티타늄 노즐이 예를 들어 투입주조에 의해 형성이 된다.

노즐 구조는 원하는 크기에 따라 가공이 된다. 짧은 길이의 금속 튜브(약 7cm)가 노즐에 용접된다. 상기 튜브는 조로부터 또는 조에 개스를 제거 또는 주입하며, 전해액을 주입 또는 제거하는 역활을 한다. 노즐을 수용하기 위해 다수의 소정 위치에 있는 각 ECTE에 다수의 슬롯이 가공된다. 슬롯은 조의 소자가 최종 조립되었을때 밀폐를 할 수 있고 슬롯내로 노즐이 삽입될 수 있는 두께로 대응하게 된다.

만약 라인너가 사용되었을때, 라인너에 택크(tack)용접되는 것이 바람직하다. 라인너 조즐 조립체는 조에 배치된다. 라인너 캡은 조의 보스에 용접이 된다.

전해질의 압력은 양극 전해액실에서 압력보다 약간 큰 압력으로 유지되는 것이 바람직하지만 약 30cm물의 첨두 압력보다 크지 않는 압력이 바람직하다. 조의 작동 압력은 7대기압 이하로 유지되는 것이 바람직하다. 실입구 닥트(56,58)과 실 출구 닥트(50,52)는 각 실(22,24)과 접촉하는 플랜지 부분(16)에서 필요에 따라 제공된다.

상기 실에서 라인너(26,26A)가 있을때, 대응 개구는 라인너에 제공된다. 이러한 개구 예는 실 출구(50)가 도시된 제1도에서 볼 수 있다. 보스(18)는 지부(17)를 통해 연장된 배면대 배면 관계로 도시되어 있지만, 이들은 필요가 없다는 사실에 유의하여야 한다. 라인너는 대응 보스가 없는 캡을 가질 수도 있다.

본 발명의 ECTE는 전극이 이온 교환막속에 들어 있거나 또는 부착 또는 프레스되어 있는 고형 폴리머전해조와 연관하여 사용될 수 있다. 이경우, 보스와 전극 사이에 전류 집속기를 사용하는 것이 바람직하다. 전류 집속기는 전극에 전류를 공급한다. 고형 폴리머 전극은 미합중국 특허 제 4,343,690호, 제 4,468,311호, 제 4,340,452호, 제 4,224,121호 및 제 4,191,618호에 공지되어 있다.

음극액실에서의 압력은 2개의 실은 분리시키는 사전 선택된 이온 교환 박막을 평면형으로 배치된 박막에 대해 평행하게 배치된 발포성 애노드에 대해 부드럽게 밀어 넣기 위해 양극액 실의 압력보다 약간 큰 압력으로 편리하게 유지될 수 있다. 상기 애노드는 전기적으로 기계적으로 ECTE의 애노드 보스에 연결된다. 양 전해액 또는 음 전해액은 종래 기술에서 공지된 바와같이 각 실을 통해 순환될 수 있다. 상기 순환은 개스가 생기는 전극으로 부터 생기는 개스에 의해 강제 순환 또는 개스 상승 순환일 수도 있다.

본 발명은 종래 기술에서 공지되고 미합중국 특허 제 4,457,815호 및 제 4,457,823호에 공지된 전극과 같이 전기적 도전 재질이 삽입되거나 부착된 도전 재질을 이온교환막이 갖는 새로 개발된 고형 폴리머 전해 전극과 더불어 사용하면 적합하다.

또한, 본 발명은 최소한 하나의 전극이 이온 교환막과 물리적 접촉 상태로 된 제로 캡 조로 사용된 적합하다. 필요에 따라 2개의 전극은 이온 교환막과 접촉 상태로 될 수 있다. 상기와 같은 조는 미합중국 특허 제 4,444,639호, 제 4,457,822호에 및 제 4,448,662호에 공지되어 있다.

또한 다른 조 부품이 본 발명의 조에 사용될 수 있다. 예를들어, 미합중국 특허 제 4,444,632호에 공지된 매트레스 수조가 조의 전극중 하나와 물리적 접촉 상태로 이온 교환막을 유지하기 위해 사용될 수 있다. 미합중국 특허 제 4,340,452호에 있는 다양한 매트릭스 구조가 고형 폴리 전해조 및 제로 캡 조와 함께 사용될 수 있다.

4개의 ECTE는 통칭 61×61cm모노폴라 전기 분해기를 위한 주조된다.

모든 ECTE는 ASTM A536, GRD65-45-12 연철로 이루어지며, 주조 칫수는 동일하다. 가공된 주조물은 구조가 양호한가 그리고 표면 결함이 없는 가를 알기 위해 검사를 한다. 1차 칫수는 통칭 외형 칫수가 61×61cm이고, 2cm의 지지부 두께와 지지부의 각 측면상에 그리고 서로 대향하여 위치된 직경 2.5cm의 보스와 2.5cm폭과 6.4cm의 두께인 플랜지 밀폐 표면을 갖는 지지부분의 주변 둘레에 연장된 플랜지 부분을 포함한다.

가공된 부분은 플랜지 부분의 각 측면과 각 보스 부분의 상부에 있는 플랜지 밀폐 표면을 포함한다(단일 평면으로 각 측벽이 가공되며 반대 측면과는 평행하다).

캐소드 조는 ECTE의 각 측면상에 0.9mm 두께의 보호 니켈 라인너를 포함한다. 입구 및 출구 노즐은 역시 니켈로 구성되며 ECTE에 라인너를 스포트 용접하기 전에 예비 용접을 한다. 조립체는 니켈 코팅된 전극을 각 보스의 위치에서 라인너에 스포트 용접을 한다.

캐소드 단자는 동반되는 니켈 전극의 부족와 같이 한 측면상에 보호성 니켈 라인너가 필요치 않다는 것을 제외하고는 유사하다. 애노드 조는 ECTE의 각 측면사에 0.9mm두께의 보호성 티타늄 라인너를 포함한다. 출구 및 입구 노즐은 티타늄으로 구성이 되며, ECTE에 라인너를 용접하기 전에 라인너에 예비 용접된다.

조립체는 바나듐 및 티타늄 쿠폰 매체를 통해 각 보스의 위치에서 라인너에 티타늄을 스포트 용접한다. 애노드는 루테늄 및 티타늄의 혼합 산화물의 촉매층으로 코팅이 된다. 애노드 단자 조는 동반되는 티타늄 전극의 부족과 같이 한쪽 측면상에 보호성 티타늄 라인너가 필요없다는 것을 제외하고는 유사하다.

[실시예 2]

실시예 1에서 마련된 바와같이 2개의 모노폴라 유니트 및 2개의 단자조를 사용하여 하나의 전해조 조립체를 형성한다. 3개의 전해조는 애노드 단부부재, 모노폴라 캐소드 유니트 모노폴라 애노드 유니트 및 이 아이.듀퐁드네모아 회사의 제품인 NAFIONP이 박막 3장으로 된 캐소드 단자 부재로 형성이 된다. 박막은 적극대 전극 갭이 1.8mm, 캐소드 대 박막의 갭이 1.2mm가 되도록 캐소드측상에서만 개스킷이 된다. 음전해액의 작동 압력은 애노드 대해 박막을 유지하기 위한 양극액 압력보다 높은 140몰mm이다.

상술된 모노폴라 갭 전기 화학조는 전해질의 강제 순환으로 작동된다. 평행하게 작동하는 3개의 애노드실에 대한 전체흐름은 약 분당 4.9리터이다. 재순환 양극을 소금물로 부층율은 25.2중량 퍼센트 NACL 및 PH11에서 신선한 소금물을 분당 약 800리터이다. 재순환 양극액은 약 19.2중량 퍼센트 NACL을 포함하며, 약 PH4.5를 갖는다.

양극액 루프의 압력은 약 1.05kg/cm²이다. 3개의 캐소드실에 병렬로 공급되고 상기 흐름에서 약 5.7ℓ/min농도를 보상하려면 약 75ml/min이 된다. 조의 작동 온도는 섭씨 약 90이다. 전해율은 약 0.3amp/cm²로 행하여진다.

상기와 같은 조건하에서 전기 화학조 조립체는 약 33중량 퍼센트 NaOH와 약 98.1제적 퍼센트의 순도를 갖는 염소 기체를 생산한다. 평균 조 전압은 약 3.3볼트이며 전류 효율은 약 95%이다. 조전압은 안정하며 전해액 누수가 작동중에 없었다.

[실시예 3]

통칭 61×122cm모노폴라 전기 분해기를 위해 6개의 ECTE를 주조한다. 상기 소자는 3개의 캐소드 모노폴라 전해조와 3개의 애노드 모노폴라 전해조를 구성하기 위해 나중에 사용된다.

모든 조 구조물은 ASTMA536 GRA65-45-12 연철로 주조되며 상기 주조된 칫수와 동일하다. 일치 칫수는 통칭 58×128cm의 외형 칫수, 2.2cm 두께의 지지부, 2.5cm폭의 플랜지 부분 밀폐 표면을 포함한다.

플랜지 부분은 지지부분의 주변 둘레에 연장된 6.4cm 두께를 갖는다. 28개의 보스 각각은 지지부분의 한 측면에서 2.5cm 직경을 갖는다. 각각 2.5cm직경을 갖는 30개의 보스는 지지부분의 반대측면상에 제공된다.

상기 보스는 지지부분에 대해 서로 옵셋 되지만, 필요하다면 서로 대향하여 직접 주조될 수 있다. 가공된 영역은 플랜지 밀폐 표면(양측) 및 각 보스의 상부를 포함한다(각 측면은 단일 평면으로 가공되고 반대측면에 대해 평행하다). 노즐 노치(각 측면상의 입구 및 출구)는 미무리된 칫수로 가공된다.

캐소드 조 ECTE의 각 측면상에서 0.9mm두께의 보호성 니켈 라인너를 포함하며 , ECTE에 라인너를 스포트 용접하기 전에 라인너에 예비 용접되며 니켈로 구성이 된다. 최종 조립체는 각 보스의 위치에서 라인너에 니켈 전극을 스포트 용접하는 것을 포함한다.

애노드 조는 ECTE의 각 측면상에서 0.9mm두께의 보호성 티타늄 라인너를 포함하며, 입구 및 출구 노즐은 역기 티타늄으로 구성되고 ECTE에 라인너를 스포트 용접하기전에 라인너에 예비 용접된다. 최종 조립체는 각 보스 위치에서 라인너(양쪽)에 전극을 티타늄 스포트 용접하는 것을 포함한다.

다공성 티타늄 전극은 약 155%의 장방형으로 확장된 1.5mm 두께의 티타늄 시트를 구비하며, 시트에 8×4mm의 다이어몬드형 구멍을 형성하고 루테늄 및 니타늄의 혼합 산화물의 촉매측으로 코팅한다. 상술된 바와같이 코팅된 티타늄 시트는 각 보스의 위치에서 라인너에 스포트 용접된다. 약 140%의 장방형으로 확장되고 4×2mm의 다이아몬드형 구멍을 형성하고 루테늄 및 티타늄의 혼합 산화물의 촉매층으로 코팅이 0.5mm두께의 티타늄 시트가 두꺼운 시트상에 스포트 용접된다.

다공성 니켈 캐소드는 각 보스의 위치에서 니켈 라인너에 용접된 8×4mm의 개구를 형성하기 위해 확장된 2mm 두께의 니켈 시트를 구비한다. 탄성 압축성 매트를 형성하는 0.15mm 직경의 파상형으로 짜인 니켈 섬유의 층이 거친 니켈 시트상에 놓이게 된다. 니켈 및 루테늄 산화물의 혼합물로 된 촉매 침전제로 코팅이 되어 0.15mm 직경의 니켈을 갖는 플라이 그룹형 니켈 스크린은 탄성 압축성 매트상에 놓이게 된다.

완전한 필터 프레스 조 조립체는 인접한 다공성 캐소드와 다공성 애노드 소자 사이에 이.아이.듀퐁 디네모아사의 NAFION 901 박막을 삽입하여 폐쇄된다.

박막은 코팅된 티타늄 시트(애노드)의 반대표면 플라이 그물형태의 코팅된 니켈 스크린(캐소드) 사이에 탄성적으로 압축된다.

염화나트륨 용액의 전기분해는 다음 작동조건으로 조내에서 수행이 된다. 양극액 농도:200/ℓ의 Nacl 양극액의 PH:4-4:1 음극액 농도:35중량%Nacl 양극액의 온도 90℃ 전류밀도 300A/m²

상기 관찰된 평균 조 전압은 약 3.6볼트 이하로, 3.23볼트이다. 음극 효율은 약 95%이며 염소 개스 순도는 약 98.6%이다.

Claims (19)

1. 2개의 단부조 유니트를 가지며, 상기 단부 유니트 사이에서 최소한 하나의 중간 유니트가 배치되며, 상기 조유니트는 유체학상으로 불투과성 이온교환막과 유체학상으로 투과성인 격막으로부터 선택된 분리기에 의해 분리되는 형태의 모폴라 전해조에서, 상기 중간 조 유니트; 거의 평행하고 서로부터 간격을 두고 분리된 판형 전극과, 상기 전극 부분 사이의 공간에 배치되며, 단단한 전류 전달 소자를 구비하며; 사상 전류 전달 소자는, 서로 마주보는 한쌍의 판표면과 상기 표면상에 분포되며, 상기 전류 전달 소자로부터 상기 전달 소자에 인접한 전해실내로 바깥쪽을 향하여 소정의 거리로 돌출된 보스를 가지며, 상기 보스의 최소한 일부분은 전기적으로 그리고 기계적으로 전극 부품에 직접 또는 간접적으로 연결되며, 최소한 하나의 전기적 연결 부재는 전류 전달 소자에 부착되어 각 전극 부품에 전기 에너지를 공급하기 위해 상기 전달소자 내로 또는 외부로 전류를 대전시키는 것을 특징으로 하는 모노폴라 전해조.
2. 제1항에 있어서, 상기 중간 조 유니트의 상기 전류 전달 소자는 일반적으로 판 형태의 지지 부분과 지지 부분의 주변에 연장된 플랜지 부분을 구비하며, 상기 플지 부분은 상기 지지 부분의 두께보다 최소한 약 2배 정도인 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 모노폴라 전해조.
3. 제2항에 있어서, 상기 중간 유니트의 플랜지 부분은 약 10센티미터 이하의 두께를 가지며, 상기 지지 부분은 최소한 약 0.5cm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 모노폴라 전해조.
4. 제1 또는 제2항에 있어서, 상기 중간 조 유니트의 전달 소자는 전달 소자의 반대편을 연결하는 개구를 갖는 것을 특징으로 하는 모노폴라 전해조.
5. 제4항에 있어서, 상기 개구는 소자의 지지 부분의 전체 표면적의 약 60% 이하를 점유하는 것을 특징으로 하는 모노폴라 전해조.
6. 제1 또는 2항에 있어서, 상기 중간 조 유니트의 상기 전달 소자는 유체학적으로 불투과성인 것을 특징으로 하는 모노폴라 전해조.
7. 제1 또는 2항에 있어서, 상기 중간 조 유니트의 전달 소자는, 철금속, 니켈 알루미늄, 구리, 마그네슘, 납, 이들 각각의 합금 및 전체의 합금으로부터 선택된 주조 가능한 금속으로 구성되는 것을 특징으로 하는 모노폴라 전해조.
8. 제1 또는 2항에 있어서, 상기 중간 조 유니트 각각은 지지 부분의 반대측면상의 보스의 최소한 일부의 단부 표면에 접속시키는 한쌍의 상기 라인너를 포함하며, 상기 라인너는 전기적 도전성 및 내식성 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 모노폴라 전해조.
9. 제8항에 있어서, 상기 중간 조 유니트의 라인너는 상기 보조 둘레에 끼워지도록 형성이 되며 라인형 전달 소자와 전극 부품 사이에서 전해질의 순환을 위해 보스 사이의 공간에서 전달 소자를 향하는 공간을 둔 보스 둘레에서 충분히 압력이 가해지는 것을 특징으로 하는 모노폴라 전해조.
10. 제8항에 있어서, 상기 중간 조 유니트의 라인너는 보스와 라인너 사이에 배치된 금속 매개체를 통해 용접하여 보스에 연결이 되고 상기 매개체의 금속은 보스와 라인너 모두와 용접이 가능한 것을 특징으로 하는 모노폴라 전해조.
11. 제8항에 있어서, 상기 중간 조 유니트의 라인너 니켈, 스테인레스스틸, 크로늄, 모넬, 티티늄, 바나듐, 탄탈륨, 콜룸브늄, 하프늄, 지르코늄, 및 이들의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 모노폴라 전해조.
12. 제1항에 있어서, 상기 유니트상의 라인너는 플랜지와 공통 평면상에 연장되는 것을 특징으로 하는 모노폴라 전해조.
13. 제1항에 있어서, 상기 유니트 플랜지 부분은 개스킷인 것을 특징으로 하는 모노폴라 전해조.
14. 전해조용 모노폴라 유니트 있어서, 상기 유니트의 반대표면으로부터 연장된 다수의 보스를 갖는 거의 평면체의 형태로 된 전류 전달 소자를 구비하며, 상기 라인너는 다수의 돌출된 부분과 상기 본체에 거의 맞는 측면 형태를 가지며, 상기 라인너는 내식성 금속으로 만들어져, 상기 본체의 반대 표면상에 배치되며; 상기 돌출된 부분과 접촉 관계로 상기 라인너에 대해 배치된 다공성 전극 부품을 구비하며, 상기 돌출부, 상기 전극 부품, 상기 라인너, 상기 본체는 상기 돌출부, 상기 전극 부품, 상기 라인너, 상기 본체는 상기 보스의 최소한 몇몇의 위치에서 서로 전기적으로 접속되고; 상기 전극 부품의 각각에 전기적 에너지를 공급하기 위해 상기 본체의 연부중 최소한 하나에 양극 또는 음극을 접속시키기 위한 전기적 접속부를 구비하는 것을 특징으로 하는 모노폴라 유니트.
15. 제14항에 있어서, 상기 전류 전달 소자는 일반적으로 판형 지지 부분과 상기 지지 부분의 주변 둘레에 연장된 플랜지 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 모노폴라 유니트.
16. 제15항에 있어서, 플랜지 부분은 지지 부분과 일체로 형성되고, 플랜지 부분은 별도의 소자인 것을 특징으로 하는 모노폴라 유니트.
17. 제15항에 있어서, 플랜지 부분은 다수의 조립된 부분을 구비하는 것을 특징으로 하는 모노폴라 유니트.
18. 2개의 단부 조 유니트를 가지며 상기 단부 유니트 사이에 배치된 최소한 하나의 중간 조 유니트를 가지며, 상기 중간 유니트를 서로 간격을 두고 평행한 판형의 전극 부품과 상기 전극 부품 각각에 전기 에너지를 공급하는 수단을 가지며, 상기 공급 수단은 상기 부품 사이에 공간을 배치된 전기적 도전성 강체 및 판형 전류 전달 소자를 구비하며, 상기 전달 소자 각각은 상기 전달 소자로 또는 소자로부터 전류를 도전시키기 위해 부착된 전기적 연결 수단을 가지며, 상기 전달 소자는 상기 전극 각각의 전체 표면상에 간격을 둔 다수의 지점에서 상기 전극 부품 각각에 전기적 및 기계적으로 연결이 되고, 상기 전달 소자는 상기 전달 소자로부터 전달 소자의 반대편상의 전해실내로 외부 방향의 소정 거리를 두고 돌출되고 상기 반대표면의 양측상에 분포된 고형인 다수의 보스를 가지는 형태의 모노폴라 전기 화학조 시리즈에서 전기분해를 행하기 위한 공정에서, (1) 전원 공급부로부터 중간 조 유니트의 전달 소자로 전류를 흘리는 단계와; (2) 전달소자로부터 반대편상의 상기 전달 소자에 전기적으로 부착된 전극 부품에 전류를 흘리는 단계와; (3) 상기 전극 부품으로부터 전해질, 단부 조 유니트에 대한 분리기를 통해 전류를 흘리는 단계를 구비하며, 상기 전류는 전해질의 전기 분해를 일으킬 수 있는 충분한 전압이며; (4) 상기 조 시리즈로부터 전기 분해의 생성물을 제거하는 단계와; (5) 상기 조로부터 배출되는 전해질을 제거하는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 분해 공정.
19. 제18항에 있어서, 상기 단부 조 유니트 사이에 배치된 다수의 중간 조 유니트를 포함하며, 전극 부품 각각으로부터 전해질과 인접한 조 유니트에 대한 분리기를 통해 전류를 흘리는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 전기 분해 공정.

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