KR102081305B1 - 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치에 관한 것으로, 그 목적은 양전극 또는 음전극을 절연 스페이서와 일체화시켜 전원이 인가된 전도체가 극성을 띄는 것을 방지하면서 각각의 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로를 통해 가스를 포함하는 서로 다른 유체가 분리 공급되어 필요로 하는 양전극 또는 음전극에 직접 공급될 수 있는 유로 구조를 가진 전기분해장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 구성은 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로가 구비된 절연 재질의 전극 스페이서와, 상기 전극 수납부에 수납되어 볼트로 일체로 체결되고 일측 다중유로에서 공급받은 유체를 전기분해 후 타측 다중유로로 유출하는 양전극으로 구성된 양전극 결합체와; 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로가 구비된 절연 재질의 전극 스페이서와, 상기 전극 수납부에 수납되어 볼트로 일체로 체결되고 일측 다중유로에서 공급받은 유체를 전기분해 후 타측 다중유로로 유출하는 음전극으로 구성된 음전극 결합체와; 상기 양전극과 면접촉하는 GDE(Gas Diffusion Electrode)와; 상기 GDE와 음전극 결합체 사이에 설치되는 이온 이동용 격막;을 포함하여 구성된 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치를 발명의 특징으로 한다
본 발명의 구성은 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로가 구비된 절연 재질의 전극 스페이서와, 상기 전극 수납부에 수납되어 볼트로 일체로 체결되고 일측 다중유로에서 공급받은 유체를 전기분해 후 타측 다중유로로 유출하는 양전극으로 구성된 양전극 결합체와; 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로가 구비된 절연 재질의 전극 스페이서와, 상기 전극 수납부에 수납되어 볼트로 일체로 체결되고 일측 다중유로에서 공급받은 유체를 전기분해 후 타측 다중유로로 유출하는 음전극으로 구성된 음전극 결합체와; 상기 양전극과 면접촉하는 GDE(Gas Diffusion Electrode)와; 상기 GDE와 음전극 결합체 사이에 설치되는 이온 이동용 격막;을 포함하여 구성된 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치를 발명의 특징으로 한다
Description
본 발명은 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치에 관한 것으로, 자세하게는 절연 재질 스페이서와 전극을 일체화하고, 가스를 포함한 유체가 분리 공급되면서 필요로 하는 전극에 직접 공급될 수 있는 유로구조와 전극에 공급된 양극수 또는 음극수가 충분한 압력을 가진 상태에서 흐르도록 한 접촉구조와 유로구조를 가져 전기 분해 반응효율을 증진시킨 전기분해 장치에 관한 것이다.
전기분해공정에 있어서 전해반응이 이루어지는 전기분해장치는 크게 유격막 방식과 무격막 방식으로 나뉘어지고, 다시 개방형 셀과 밀폐형 셀 방식으로 나누어진다.
일반적인 유격막 방식의 밀폐형 반응셀(에노드셀과 캐소드셀) 구조를 가지는 전기분해장치는 반응셀을 구성하는 양극과 음극 사이에 격막(멤브레인)이 설치되어 구획된 구성으로 이루어진다. 양극과 음극의 전극 형태는 보통 메쉬형 또는 타공형 전극을 사용하고, 양극과 음극 사이의 단위셀간 전압을 낮추기 위해 최대한 격막(멤브레인)에 근접하게 구성된다. 또한, 전기분해시에 발생되는 가스상 물질로 전압이 상승되는 것을 막기 위해 양극 또는 음극을 지지하는 전극판 뒤쪽으로 가스가 쉽게 빠져나갈 수 있게 공간을 구성하고 있다.
또한 다단으로 구성된 단위 셀의 구성을 설명하면 양측단에 설치되는 모노폴라 방식의 양극과 음극 그리고 필요한 단 수 만큼 양측단의 양극과 음극 사이에 하나 이상 다단 배열되어 설치되는 바이폴라전극이 구성된다. 다단 배열된 음극 및 양극 전극 사이에는 격막이 위치한다.
또한 격막과 각 전극 사이에는 내부 유동장을 포함하여 공간부를 형성하는 스페이서로 구성된다. 이 스페이서는 전해조로 유입되는 전해액이 이동하는 유로를 포함하며, 전극에서 전해반응이 일어나는 격실을 형성한다. 상기 양극과 음극 그리고 바이폴라전극은 용접, 볼팅 또는 본딩 등의 방법으로 전극판에 연결되어 고정된다.
한편, 상기한 전해액의 이동경로로 사용되는 스페이서 중 스페이서에 직접 유로를 형성하는 타입으로 홀 가공을 통해 직접 스페이서에 유로를 형성하는 기술이 있는데. 이와 같이 스페이서에 직접 유로를 형성하는 구조일 경우 실링 구조가 취약하다는 구조적인 문제점 있다.
또한, 스페이서에 별도 구조물을 삽입하여 다중유로를 구성하는 기술은 다중유로를 통해 전해액을 공급하여 전해 반응 효율을 높일 수 있다는 장점이 있으나 이 역시 별도 구조물의 삽입에 따른 실링 구조가 취약하다는 단점이 있다.
또한 종래 전기분해 장치는 금속에 전원을 공급하고 전해질이 충분할 때 양극과 음극 사이에 놓인 전도체가 극성을 띄게 되어 바이폴라 전극이 되어 반응에 참여한다는 구조적인 단점이 있다. 즉, 개별 결합체로 흘러야하는 유체가 다른 결합체의 전극을 통해 흘렀을 때, 우회되는 전류(BI-PASS)로 인한 불필요한 반응이 발생하기 때문에 전해장치의 반응효율이 저하된다는 구조적인 문제점이 있다.
한편, 종래 전기분해 장치중에 반응가스를 양극수와 혼합하여 공급하여 반응시키는 전기분해 장치가 있는데, 양전극 반응셀과 접하는 스페이서 또는 격막간의 결합구조가 양전극 반응 공간과 밀착되게 설치되지 못해 충분한 압력을 제공하지 못해 반응효율이 저하된다는 구조적인 문제점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 양전극 또는 음전극을 절연 스페이서와 일체화시켜 전원이 인가된 전도체가 극성을 띄는 것을 방지하면서 각각의 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로를 통해 가스를 포함하는 서로 다른 유체가 분리 공급되어 필요로 하는 양전극 또는 음전극에 직접 공급될 수 있는 유로 구조를 가진 전기분해장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 양전극 또는 음전극과 접한 GDE(Gas Diffusion Electrode)가 충분한 압력으로 접촉하여 반응효율을 높일 수 있도록 가압 접촉되도록 구성하면서 전극수 및 가스상의 유체가 통과하는 양전극 또는 음전극의 반응공간도 복잡한 흐름 구조를 가지도록 하여 난류를 발생시킴으로써 유체의 압력을 증가시켜 반응효율이 증대된 전기분해장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 양전극과 음전극 또는 바이폴라전극을 포함한 단위 반응셀에 하나 이상의 유로제공용 중간결합체를 구비하여 2개 또는 3개 이상의 격막을 형성할 수 있는 전기분해장치를 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 가스를 포함한 유체의 유입 및 유출용 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로가 상하부에 분리 형성되고 일측면에 전극 수납부가 형성된 절연 재질의 전극 스페이서와, 상기 전극 수납부에 수납되어 볼트로 일체로 체결되고 일측 다중유로에서 공급받은 유체를 전기분해 후 타측 다중유로로 유출하는 양전극으로 구성된 양전극 결합체와;
가스를 포함한 유체의 유입 및 유출용 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로가 상하부에 분리 형성되고 양전극과 마주보는 일측면에 전극 수납부가 형성된 절연 재질의 전극 스페이서와, 상기 전극 수납부에 수납되어 볼트로 일체로 체결되고 일측 다중유로에서 공급받은 유체를 전기분해 후 타측 다중유로로 유출하는 음전극으로 구성된 음전극 결합체와;
상기 양전극과 면접촉하는 GDE(Gas Diffusion Electrode)와;
상기 GDE와 음전극 결합체 사이에 설치되는 이온 이동용 격막;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치를 제공함으로써 달성된다.
바람직한 실시예로, 상기 양전극 결합체의 외측에 접촉하는 유체 유입구 및 유체 유출구가 상하부에 유체별로 분리 형성된 전면 커버와, 상기 음전극 결합체 외측에 접촉하는 후면커버를 포함하고, 상기 전면 커버와 후면 커버간을 볼트 체결하여 가압 조립한 상태에서 모든 유체는 전면커버의 하부 유입노즐을 통해 하부 다중유로로 공급하고 반응된 유체는 상부 다중유로를 통해 상부 유출노즐로 유출되도록 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 음전극 결합체와 격막 사이에 다중유로가 형성된 절연재질 전극 스페이서에 양전극과 음전극이 결합된 바이폴라 결합체를 포함하여 구성하고, 음전극 결합체와 바이폴라 결합체 사이에는 바이폴라 결합체의 일측면 양전극과 접하는 GDE와 격막을 더 포함하여 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 절연재질 전극 스페이서의 상부와 하부에 형성된 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로는 각각 4개의 개별유로로 구성되어 가스, 양극수, 전해액 및 음극수가 구분되어 흐르도록 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 절연재질 전극 스페이서는 상부와 하부에 형성된 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로 중 선택된 어느 하나의 개별유로만 양전극 또는 음전극에 직접 유체를 공급하도록 분지유로가 각각 형성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 양전극 또는 음전극은 상부와 하부에 위치한 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로에서 분지된 분지유로와 접하는 유체 저장용 챔버가 상부 및 하부에 각각 구비되고, 사선방향으로 위치한 상하 챔버 간을 연결하는 다채널 유로가 형성되어 전기분해 반응이 일어나도록 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 다채널 유로는 경로상에 유체의 흐름을 방해하여 난류를 발생시키는 복수개의 돌기가 일정 간격으로 배열되어 반응효율을 높이도록 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 양전극 또는 음전극은 상부와 하부에 형성된 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로에서 각각 분지된 분지유로와 접하는 상부 및 하부에 각 유체 저장용 챔버가 구비되고, 사선방향으로 위치한 상하 챔버 간을 다공구조 유로로 형성하여 반응효율을 높이도록 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 절연 재질의 전극 스페이서는 비금속재로 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 분지유로는 복수개로 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 격막과 음전극 사이에 유로제공용 중간결합체를 더 포함하여 구성하고, 음전극과 중간결합체 사이에 격막을 더 포함하여 단위 양전극과 음전극 사이에 2격막을 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 2격막을 구성하도록 추가된 격막과 음전극 사이에 유로제공용 중간결합체를 더 포함하여 구성하고, 새로 추가된 음전극과 중간결합체 사이에 격막을 더 포함하여 단위 양전극과 음전극 사이에 3격막을 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 바이폴라 결합체는,
가스를 포함한 유체의 유입 및 유출용 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로가 상하부에 분리 형성되고, 개구가 형성된 양측면에 각각 전극 수납부가 형성된 절연 재질의 전극 스페이서와;
상기 양측 전극 수납부에 각각 수납되어 개구에 삽입된 전도체를 통해 통전되고, 양측면 전극간을 볼트로 체결하고, 일측 다중유로에서 공급받은 각각의 유체를 전기분해 후 타측 다중유로로 유출하는 각 음전극 및 양전극;으로 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 유로제공용 중간결합체는, 가스를 포함한 유체의 유입 및 유출용 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로가 상하부에 분리 형성된 절연재질 스페이서 2개가 겹쳐서 형성되고,
상기 상부와 하부에 형성된 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로 중 선택된 어느 하나의 개별유로는 겹쳐진 절연재질 스페이서 내측면간을 공유하여 직접 유체를 공급하도록 분지유로가 각각 형성되며,
상기 절연재질 스페이서는 상기 분지유로와 접하는 유체 저장용 챔버가 상부 및 하부에 각각 구비되고, 사선방향으로 위치한 상하 챔버 간을 연결하는 다채널 유로가 형성될 수 있다.
상기 상부와 하부에 형성된 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로 중 선택된 어느 하나의 개별유로는 겹쳐진 절연재질 스페이서 내측면간을 공유하여 직접 유체를 공급하도록 분지유로가 각각 형성되며,
상기 절연재질 스페이서는 상기 분지유로와 접하는 유체 저장용 챔버가 상부 및 하부에 각각 구비되고, 사선방향으로 위치한 상하 챔버 간을 연결하는 다채널 유로가 형성될 수 있다.
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바람직한 실시예로, 상기 절연재질 전극 스페이서의 상부와 하부에 형성된 다중유로는 각각 4개로 구성되어 가스, 양극수, 전해액 및 음극수가 구분되어 흐르도록 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 음전극 결합체를 통해 흐르는 음극수와 가스의 혼합물이 반응하도록 음전극과 면접촉하는 GDE를 더 포함하여 구성할 수 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 전기분해장치는 양전극 또는 음전극을 절연 스페이서와 일체화시켜 전원이 인가된 전도체가 극성을 띄는 것을 방지하면서 각각의 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로를 통해 가스를 포함하는 서로 다른 유체가 분리 공급되어 필요로 하는 양전극 또는 음전극에 직접 공급될 수 있는 유로 구조를 가졌다는 장점과,
또한 양전극 또는 음전극과 접한 GDE(Gas Diffusion Electrode)가 충분한 압력으로 접촉하여 반응효율을 높일 수 있도록 가압 접촉되도록 구성하면서 전극수 및 가스상의 유체가 통과하는 양전극 또는 음전극의 반응공간을 다채널 또는 돌기가 형성된 다채널 또는 다공구조의 유로로 형성하여 복잡한 흐름 구조를 가지도록 하여 난류를 발생시킴으로써 유체의 압력을 증가시키고, 양극과 가스의 비표면적을 증가시키고, 편류현상을 억제함으로써 인접한 전극(GDE)의 반응효율을 증대시켰다는 장점과,
또한 양전극과 음전극 또는 바이폴라전극을 포함한 단위 반응셀에 하나 이상의 유로제공용 중간결합체를 구비하여 2개 또는 3개 이상의 격막을 형성할 수 있다는 장점과,
또한 음전극 결합체 및 바이폴라 결합체에 흐르는 음극 및 바이폴라 음극수에 CO2가스를 주입함으로써, 혼합된 다상의 유체가 GDE 전극과 반응하여 pH를 변화시키며, 전압을 감소시킨다는 장점과,
또한 음전극에 GDE를 포함하는 구조를 제공함으로써 음전극을 통해 흐르는 음극수와 가스의 혼합물이 GDE 표면에서 증가된 전기분해 반응이 일어날 수 있다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 각 전극 결합체의 결합 구조를 보인 단면예시도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기분해장치의 사시도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기분해장치의 조립 구성을 보인 예시도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이폴라구조체를 포함한 전기분해장치의 조립 구성을 보인 예시도이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이폴라구조체와 중간결합체를 포함한 전기분해장치의 조립 구성을 보인 예시도이고,
도 6은 도 5의 구성을 가진 결합구조를 단면예시도이고,
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 전극결합체의 사시도이고,
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 바이폴라결합체의 사시도이고,
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 중간결합체의 사시도이고,
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 다중유로에 형성된 분지유로를 보인 예시도이고,
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 다채널 유로를 보인 예시도이고,
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 다공구조의 유로를 보인 예시도이고,
도 13 내지 16은 본 발명의 한 실시예에 따른 유체공급 라인을 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기분해장치의 사시도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기분해장치의 조립 구성을 보인 예시도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이폴라구조체를 포함한 전기분해장치의 조립 구성을 보인 예시도이고,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이폴라구조체와 중간결합체를 포함한 전기분해장치의 조립 구성을 보인 예시도이고,
도 6은 도 5의 구성을 가진 결합구조를 단면예시도이고,
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 전극결합체의 사시도이고,
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 바이폴라결합체의 사시도이고,
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 중간결합체의 사시도이고,
도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 다중유로에 형성된 분지유로를 보인 예시도이고,
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 다채널 유로를 보인 예시도이고,
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 다공구조의 유로를 보인 예시도이고,
도 13 내지 16은 본 발명의 한 실시예에 따른 유체공급 라인을 보인 예시도이다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 각 전극 결합체의 결합 구조를 보인 단면예시도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 전기분해장치의 사시도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기분해장치의 조립 구성을 보인 예시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이폴라구조체를 포함한 전기분해장치의 조립 구성을 보인 예시도이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 바이폴라구조체와 중간결합체를 포함한 전기분해장치의 조립 구성을 보인 예시도이고, 도 6은 도 5의 구성을 가진 결합구조를 단면예시도이고, 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 전극결합체의 사시도이고, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 바이폴라결합체의 사시도이고, 도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 중간결합체의 사시도이고, 도 10은 본 발명의 한 실시예에 따른 다중유로에 형성된 분지유로를 보인 예시도이고, 도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 다채널 유로를 보인 예시도이고, 도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 다공구조의 유로를 보인 예시도이다.
도시된 바와 같이 본 발명의 기본 구성은 양극수를 공급받아 전기분해하여 수소(H2)를 H+와 e-을 생성시키는 산화극(Anode)인 양전극과 절연 재질의 전극 스페이서가 일체로 결합된 양전극 결합체(1)가 구비된다.
또한 음극수를 공급받아 전기분해하여 물을 수소(H2)와 OH- 이온을 생성하는 환원극(Cathode)인 음전극과 절연 재질의 전극 스페이서가 일체로 결합된 음전극 결합체(2)가 구비된다.
또한 양전극과 접촉하여 가압하면서 공급된 가스(H2)에 의해 양전극에서 발생하는 과전압을 낮춰 전압을 강하시킴으로써 전체적인 전기분해 효율을 높여주고, 표면에서 수소를 이온화시키는 GDE(Gas Diffusion Electrode, 3)가 구비된다.
또한 양전극 또는 음전극 사이에 위치하여 선택된 이온을 전달시키도록 격막의 숫자에 따라 양이온막 또는 이온막으로 구성되는 이온 이동용 격막(membrane, 4)이 구비된다.
상기와 같이 구성된 전기분해장치는 양전극 결합체, GDE, 격막, 음전극 결합체 순으로 조립된다. GDE는 양극에 바로 맞닿게 조립되어 전류가 공급되면 전류는 GDE로 전달되며 격막은 GDE와 맞닿게 조립되어 전류 공급 시 이온의 이동을 가능하게 한다.
상기에서 구체적인 양극수, 음극수 및 전해액의 구성을 설명하지 않았지만 필요로 하는 양극수, 음극수 및 전해액 성분이 본 발명을 특정하는 것은 아니고, 필요로 하는 성분을 공급하여 전기분해 반응시키는 전기화학 공정은 공지의 기술이므로 구체적인 설명은 생략한다,.
상기와 같이 양전극 결합체, 음전극 결합체 및 바이폴라 결합체의 양전극 또는 음전극을 절연 재질 스페이서로 체결하여 일체화 구성함으로써 금속에 전원이 공급되고 전해질이 충분할 때 양극과 음극 사이에 놓인 전도체가 불필요하게 극성을 띄게 되어 바이폴라 전극이 되어 반응에 참여하는 것을 방지하게 된다.
또한 개별 결합체로 흘러야하는 유체가 다른 결합체의 전극을 통해 흘렀을 때, 우회되는 전류(BI-PASS)로 인한 불필요한 반응이 발생하지 않게 된다.
이처럼 본 발명의 전기분해장치는 양전극 결합체 및 음전극 결합체, 바이폴라 결합체는 금속의 전극과 비금속의 절연재질 스페이서로 구성하여 절연재질의 스페이를 통해 모든 유체의 이동이 가능하도록 구성하여 반응에 필요한 전류만을 전달하는 구조를 가진 것을 특징으로 한다.
또한 상기와 같이 구성된 전기분해장치는 다른 실시예로 음전극 및 양전극 절연 재질의 전극 스페이서와 양측면에 양전극 및 음전극이 결합되어 통전되는 바이폴라 결합체(5)가 구비된다.
또한 상기와 같이 구성된 전기분해장치는 다른 실시예로 격막을 다중 격막으로 형성하기 위해 유체를 공급하는 2개의 얇은 스페이서가 상부와 하부쪽에 하나의 유체 공급용 유로를 구성하는 유로제공용 중간결합체(6)가 구성된다.
또한 상기와 같이 구성된 전기분해장치는 다른 실시예로 상기 GDE(Gas Diffusion Electrode, 3)가 양전극 뿐만 아니라 음전극 결합체의 음전극과 맞닿아 가압접촉하도록 구성하여 음전극 결합체를 통해 흐르는 음극수와 가스의 혼합물이 GDE 표면에서 반응이 일어날 수 있도록 구비된다.
본 발명은 전원이 인가된 전도체가 극성을 띄는 것을 방지하기 위해 절연재질의 스페이서를 이용하여 양전극 또는 음전극과 일체로 결합시켰다.
또한 스페이서의 상부와 하부에는 각각 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로를 구비하여 각각의 수소, 양극수, 음극수 및 전해액이 각각 분리되어 양전극 또는 음전극에서 공급되어 전기분해 반응을 하도록 하고, 다시 절연재질의 스페이서를 통해 직접 연결된 다중유로를 통해 유출되도록 구성하였다.
구체적으로 각 구성을 설명한다.
상기 양전극 결합체(1)는 가스를 포함한 유체의 유입 및 유출용 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로(111)가 상하부에 분리 형성되고 일측면에 전극 수납부(112)가 형성된 절연 재질의 전극 스페이서(11)와;
상기 전극 수납부에 수납되어 볼트(13)로 일체로 체결되고 일측 다중유로에서 공급받은 유체를 전기분해 후 타측 다중유로로 유출하는 양전극(12)으로 구성된다.
상기와 같이 구성된 양극 결합체의 유체는 하부에서 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로의 좌측 양극수 유입을 위한 개별유로로 유입되어 상부에서 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로의 우측 양극수 유출을 위한 개별유로로 빠져나가게 된다.
상기 음전극 결합체(2)는 가스를 포함한 유체의 유입 및 유출용 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로(211)가 상하부에 분리 형성되고 양전극과 마주보는 일측면에 전극 수납부(212)가 형성된 절연 재질의 전극 스페이서(21)와;
상기 전극 수납부에 수납되어 볼트(23)로 일체로 체결되고 일측 다중유로에서 공급받은 유체를 전기분해 후 타측 다중유로로 유출하는 음전극(22)으로 구성된다.
상기와 같이 구성된 음극 결합체의 유체는 하부에서 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로의 우측 음극수 유입용 개별유로로 유입되어 상부 다중유로의 좌측 음극수 유출용 개별유로로 빠져나가게 된다.
상기 양전극결합체 및 음전극결합체를 구성하는 절연재질 전극 스페이서는 상부와 하부에 형성된 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로 중 선택된 어느 하나의 개별유로만 양전극 또는 음전극에 직접 유체를 공급하도록 분지유로(111a, 211a)가 각각 형성된다. 이때 분지유로는 복수개로 구성될 수 있다. 도면에서는 3개로 구성되지만 이와 같은 숫자가 분지유로의 개수를 한정하는 것은 아니다.
또한 상기 절연재질 전극 스페이서의 상부와 하부에 형성된 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로는 각각 4개로 구성되어 가스, 양극수, 전해액 및 음극수가 구분되어 흐르도록 구성한다.
또한 상기 양전극(12) 또는 음전극(22)은 상부와 하부에 위치한 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로에서 분지된 분지유로와 접하는 유체 저장용 챔버(121, 221)가 상부 및 하부에 각각 구비되고, 사선방향으로 위치한 상하 챔버 간을 연결하는 다채널 유로(122, 222)가 형성되어 전기분해 반응이 일어나도록 구성할 수 있다. 도면에서는 도시의 편의상 1채널로 도시되었지만 실제로는 2채널 또는 3채널과 같이 다채널로 구성된다. 예를 들면 후술되는 유로제공용 중간결합체를 구성하는 다채널과 같은 형상을 가진다.
또한 상기 다채널 유로는 경로상에 유체의 흐름을 방해하여 난류를 발생시키는 복수개의 돌기(123, 223)가 일정 간격으로 배열되어 반응효율을 높이도록 구성할 수 있다.
또한 상기 양전극 또는 음전극은 상부와 하부의 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로에서 각각 분지된 분지유로와 접하는 상부 및 하부에 각 유체 저장용 챔버가 구비되고, 사선방향으로 위치한 상하 챔버 간을 다공 구조 유로(124, 224)로 형성하여 반응효율을 높이도록 구성할 수 있다.
상기 절연 재질의 전극 스페이서는 비금속재로 구성하면 충분하다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 구성은 가스를 투과하여 전기분해시 압력 및 유체의 흐름을 적절히 조절하는 것이 반응효율을 높이게 된다.
즉, 본 발명의 전기분해장치는 가스의 흐름을 포함하고 있기 때문에 가스유로의 난류 형성과 압력이 중요한 변수로 작용하는데 가스 유로의 형상 변경으로 유체의 복잡한 흐름(난류형성)과 압력의 증가를 유도하였다.
또한 3채널의 유로에 돌기를 반복적으로 형성하여 유체의 원활한 흐름을 방해하는 구조를 포함하고 있다. 이로인해 양전극 결합체의 전극에 유입되는 가스는 전극의 3채널 유로를 통해 흐르고 각 유로의 부착된 돌기에 유체가 유입되면 유체는 돌기에 의해 거동이 변화하고 돌기 상부로 흘러가는 유체와 돌기 주변에 맴도는 유체로 구분되어 압력이 증가하며, 난류형성을 통해 인접한 GDE에 많은 양의 가스가 전달하게 된다.
또한 다공구조 유로를 통해 양극과 가스의 비표면적을 증가시키고, 채널구조의 유체흐름보다 많은 난류형성을 일으키고, 편류현상을 억제하여 인접한 전극GDE의 반응효과를 높이게 된다.
상기 양전극 결합체, GDE, 격막, 음전극 결합체 순으로 조립된 전기분해장치는 전체를 가압하여 면접촉되게 결합시키기 위해 양전극 결합체의 외측에 접촉하는 다수의 노즐로 서로 다른 유체를 유입 및 유출시키는 유체 유입구 및 유체 유출구가 상하부에 분리 형성된 전면 커버(7)와; 상기 음전극 결합체 외측에 접촉하는 후면커버(8);를 포함하여 구성된다.
상기 전면커버와 후면커버간은 직접 볼트(71)로 체결되어 조립된다. 이와 같은 체결구조를 가짐으로써 그 내측에 겹치게 위치한 양전극 결합체, GDE, 격막, 음전극 결합체간은 가압되어 조립된다. 따라서 양전극 결합체, GDE, 격막, 음전극 결합체간에는 직접적인 볼트 체결로 결합되지 않아도 된다.
상기 전면 커버(7)는 상부와 하부에 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로가 형성되는데 이하 설명에서 다중유로를 구성하는 각 개별유로를 통해 유입되고 유출되는 유체의 순서는 한 실시예에 따른 전면커버에 형성된 유체 유입구(72) 및 유체 유출구(73) 노즐의 설치 형태로 위치한 상태를 기준으로 설명한다. 이와 같은 유체의 유입 및 유출 순서는 다른 실시예에 따라 전후 순서를 바꿔 구성할 수 있음은 물론이다.
유체의 공급순서는 하부의 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로는 왼쪽부터 가스유입구를 통해 유입되는 가스 유입용 개별유로, 양극수 유입구를 통해 유입되는 양극수 유입용 개별유로, 전해액 유입구를 통해 유입되는 전해액 유입용 개별유로, 음극수 유입구를 통해 유입되는 음극수 유입용 개별유로로 구성되고, 상부의 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로는 왼쪽부터 음극수 유출구를 통해 유출되는 음극수 유출용 개별유로, 전해액 유출구를 통해 유출되는 전해액 유출용 개별유로, 양극수 유출구를 통해 유출되는 양극수 유출용 개별유로, 가스유출구를 통해 유출되는 가스 유출용 개별유로 순으로 구성된다.
상기 바이폴라 결합체(5)는 음전극 결합체와 격막 사이에 바이폴라 결합체를 포함하여 구성하고, 음전극 결합체와 바이폴라 결합체 사이에는 바이폴라 결합체의 일측면 양전극과 접하는 GDE와 격막을 더 포함하여 구성할 수 있다.
바이폴라 결합체는, 가스를 포함한 유체의 유입 및 유출용 개별유로(511)가 복수개로 이루어진 다중유로가 상하부에 분리 형성되고, 개구가 형성된 양측면에 각각 전극 수납부(512)가 형성된 절연 재질의 전극 스페이서(51)와;
상기 양측 전극 수납부에 각각 수납되어 개구에 삽입된 전도체(54)를 통해 통전되고, 양측면 전극간을 볼트로 체결하고, 일측 다중유로에서 공급받은 각각의 유체를 전기분해 후 타측 다중유로로 유출하는 각 양전극(52) 및 음전극(53)으로 구성된다.
이처럼 바이폴라 결합체는 상기한 양전극결합체 및 음전극결합체처럼 절연재질의 스페이서와 양전극 또는 음전극간을 직접 연결하는 구조가 아닌 수납된 양측 양전극 및 음전극간을 볼트(55)로 직접체결한 구조를 가진다.
이러한 볼트를 통해 양전극과 음전극간에도 일부 통전이 이루어져 양전극과 음전극이 형성되지만, 주된 통전은 상기한 스페이서 중앙부의 개구를 금속재 전도체가 삽입되어 양측면 양전극과 음전극간을 면접촉함으로써 통전이 일어나게 된다.
또한 바이폴라 결합체를 구성하는 상기 절연재질 전극 스페이서는 상부와 하부에 형성된 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로 중 선택된 어느 하나의 개별유로만 양전극 또는 음전극에 직접 유체를 공급하도록 분지유로(511a)가 각각 형성된다. 이때 분지유로는 복수개로 구성될 수 있다. 도면에서는 3개로 구성되지만 이와 같은 숫자가 분지유로의 개수를 한정하는 것은 아니다.
또한 상기 절연재질 전극 스페이서의 상부와 하부에 형성된 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로는 각각 4개로 구성되어 가스, 양극수, 전해액 및 음극수가 구분되어 흐르도록 구성한다.
또한 상기 양전극(52) 또는 음전극(53)은 상부와 하부에 위치한 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로에서 분지된 분지유로(511a)와 접하는 유체 저장용 챔버(521, 531)가 상부 및 하부에 각각 구비되고, 사선방향으로 위치한 상하 챔버 간을 연결하는 다채널 유로(522, 532)가 형성되어 전기분해 반응이 일어나도록 구성할 수 있다. 도면에서는 도시의 편의상 1채널로 도시되었지만 실재로는 2채널 또는 3채널과 같이 다채널로 구성된다. 예를 들면 후술되는 유로제공용 중간결합체를 구성하는 다채널과 같은 형상을 가진다.
또한 상기 다채널 유로는 경로상에 유체의 흐름을 방해하여 난류를 발생시키는 복수개의 돌기(533)가 일정 간격으로 배열되어 반응효율을 높이도록 구성할 수 있다.
또한 상기 양전극 또는 음전극은 상부와 하부의 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로에서 각각 분지된 분지유로와 접하는 상부 및 하부에 각 유체 저장용 챔버가 구비되고, 사선방향으로 위치한 상하 챔버 간을 다공 구조 유로(524, 534)로 형성하여 반응효율을 높이도록 구성할 수 있다.
상기 절연 재질의 전극 스페이서는 비금속재로 구성하면 충분하다.
상기 유로제공용 중간결합체(6)는 가스를 포함한 유체의 유입 및 유출용 개별유로(611)가 복수개로 이루어진 다중유로가 상하부에 분리 형성된 절연재질 스페이서(61) 2개가 겹쳐서 형성된다.
이때 상기 상부와 하부에 형성된 개별유로(611)가 복수개로 이루어진 다중유로 중 선택된 어느 하나의 개별유로는 겹쳐진 절연재질 스페이서 내측면간을 공유하여 직접 유체를 공급하도록 분지유로(611a)가 각각 형성된다.
상기 절연재질 스페이서는 상부와 하부에 위치한 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로에서 분지된 분지유로와 접하는 유체 저장용 챔버(612)가 상부 및 하부에 각각 구비되고, 사선방향으로 위치한 상하 챔버 간을 연결하는 다채널 유로(613)가 형성된다.
또한 상기 절연재질 전극 스페이서의 상부와 하부에 형성된 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로는 각각 4개로 구성되어 가스, 양극수, 전해액 및 음극수가 구분되어 흐르도록 구성할 수 있다.
상기 격막과 음전극 사이에 유로제공용 중간결합체를 더 포함하여 구성시, 음전극과 중간결합체 사이에 격막을 더 포함하여 단위 양전극과 음전극 사이에 2격막을 구성할 수 있다.
이와 같은 구성에 의해 세 개의 유로를 갖고, 2격막 구성이 가능하여, 중간결합체로 흐르는 유체는 하부 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로의 중간부로 유입되어 다채널 유로를 지나 상부 다중유로의 중간을 통해 빠져나가는 구조로 되어있다.
이와 같은 구성시 전기분해장치의 조립은 양전극 결합체, GDE, 격막, 중간결합체, 격막, 음극 결합체 순으로 이루어진다. 이때 격막은 양이온 격막과 음이온격막을 사용할 수 있다.
또한 상기 2격막을 구성하도록 추가된 음전극과 중간결합체 사이에 격막과 중간결합체를 더 포함하여 단위 양전극과 음전극 사이에 3격막을 구성할수도 있다.
이와 같은 구성에 의해 3개의 격막 구성이 가능하며, 네 개의 유로로 구성된될수 있다.
한 실시예로 처음 유로제공용 중간결합체로 흐르는 유체는 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로의 하부 우측으로 유입되어 상부 다중유로의 좌측으로 빠져나가며, 두 번째 유로제공용 중간결합체의 유체는 다중유로의 하부 좌측에서 유입되어 상부 다중유로의 우측으로 빠져나가게 구성할 수 있다.
도 13 내지 16은 본 발명의 한 실시예에 따른 유체공급 라인을 보인 예시도로, 바이폴라구조체와 2개의 유로제공용 중간결합체를 포함한 실시예에 따른 구성이다.
도시된 바와 같이 각 유체가 절연재질 스페이서의 하부 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로를 통해 유입되어 상부 다중유로로 유출되는 상태를 보인 것으로, 이하에서 설명하는 각 유체의 유입 및 유출 위치는 전술한 전면커버의 설명에서 보인 것처럼 하부 다중유로는 왼쪽부터 가스유입구를 통해 유입되는 가스 유입 유로, 양극수 유입구를 통해 유입되는 양극수 유입 유로, 전해액 유입구를 통해 유입되는 전해액 유입 유로, 음극수 유입구를 통해 유입되는 음극수 유입 유로로 구성되고, 상부 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로는 왼쪽부터 음극수 유출구를 통해 유출되는 음극수 유출 유로, 전해액 유출구를 통해 유출되는 전해액 유출 유로, 양극수 유출구를 통해 유출되는 양극수 유출 유로, 가스유출구를 통해 유출되는 가스 유출 유로순으로 구성된 것을 기준으로 유입되고 유출되는 것이다.
도 13은 가스가 전면커버의 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로를 통해 이와 접한 다중유로를 통해 GDE로 직접공급되어 반응 후 유출되는 유로흐름을 보이고, 도 14는 음극수가 전면커버의 다중유로를 통해 이와 접한 다중유로를 통해 음전극쪽으로 직접공급되어 반응 후 유출되는 유로흐름을 보이고, 도 15는 양극수가 전면커버의 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로를 통해 이와 접한 다중유로를 통해 격막과 격막사이의 유로제공용 중간유로 결합체 우측면으로 직접공급되는 유로흐름을 보이고, 도 16은 전해액이 전면커버의 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로를 통해 이와 접한 다중유로를 통해 격막과 격막사이의 유로제공용 중간유로 결합체 좌측면으로 직접공급되는 유로흐름을 보인다.
상기와 같은 유체 흐름을 통해 각각 필요로 하는 지점까지 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로 및 분지유로를 통해 직접공급하게 되면 본 발명에 따른 전기분해 장치는 압력이 증대되고, 전압이 낮아진 상태에서 고효율의 전기분해 반응을 하게 된다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
(1) : 양전극 결합체 (2) : 음전극 결합체
(3) : GDE (4) : 격막
(5) : 바이폴라 결합체 (6) : 유로제공용 중간결합체
(7) : 전면 커버 (8) : 후면커버
(11) : 전극 스페이서 (12) : 양전극
(13) : 볼트 (21) : 전극 스페이서
(22) : 음전극 (23) : 볼트
(51) : 전극 스페이서 (52) : 양전극
(53) : 음전극 (54) : 전도체
(55) : 볼트 (61) : 스페이서
(71) : 볼트 (72) : 유체 유입구
(73) : 유체 유출구 (111) : 개별유로
(111a) :분지유로 (112) : 전극 수납부
(121) : 챔버 (122) : 다채널 유로
(123) : 돌기 (124) : 다공구조 유로
(211) : 개별유로 (211a) : 분지유로
(212) : 전극 수납부 (221) : 챔버
(222) : 다채널 유로 (223) : 돌기
(224) : 다공구조 유로 (511) : 개별유로
(511a) : 분지유로 (512) : 전극 수납부
(521) : 챔버 (522) : 다채널 유로
(523) : 돌기 (524) : 다공 구조 유로
(531) : 챔버 (532) : 다채널 유로
(533) : 돌기 (534) : 다공 구조 유로
(611) : 개별유로 (611a) : 분지유로
(612) : 챔버 (613) : 다채널 유로
(3) : GDE (4) : 격막
(5) : 바이폴라 결합체 (6) : 유로제공용 중간결합체
(7) : 전면 커버 (8) : 후면커버
(11) : 전극 스페이서 (12) : 양전극
(13) : 볼트 (21) : 전극 스페이서
(22) : 음전극 (23) : 볼트
(51) : 전극 스페이서 (52) : 양전극
(53) : 음전극 (54) : 전도체
(55) : 볼트 (61) : 스페이서
(71) : 볼트 (72) : 유체 유입구
(73) : 유체 유출구 (111) : 개별유로
(111a) :분지유로 (112) : 전극 수납부
(121) : 챔버 (122) : 다채널 유로
(123) : 돌기 (124) : 다공구조 유로
(211) : 개별유로 (211a) : 분지유로
(212) : 전극 수납부 (221) : 챔버
(222) : 다채널 유로 (223) : 돌기
(224) : 다공구조 유로 (511) : 개별유로
(511a) : 분지유로 (512) : 전극 수납부
(521) : 챔버 (522) : 다채널 유로
(523) : 돌기 (524) : 다공 구조 유로
(531) : 챔버 (532) : 다채널 유로
(533) : 돌기 (534) : 다공 구조 유로
(611) : 개별유로 (611a) : 분지유로
(612) : 챔버 (613) : 다채널 유로
Claims (16)
- 가스를 포함한 유체의 유입 및 유출용 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로가 상하부에 분리 형성되고 일측면에 전극 수납부가 형성된 절연 재질의 전극 스페이서와, 상기 전극 수납부에 수납되어 볼트로 일체로 체결되고 일측 다중유로에서 공급받은 유체를 전기분해 후 타측 다중유로로 유출하는 양전극으로 구성된 양전극 결합체와;
가스를 포함한 유체의 유입 및 유출용 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로가 상하부에 분리 형성되고 양전극과 마주보는 일측면에 전극 수납부가 형성된 절연 재질의 전극 스페이서와, 상기 전극 수납부에 수납되어 볼트로 일체로 체결되고 일측 다중유로에서 공급받은 유체를 전기분해 후 타측 다중유로로 유출하는 음전극으로 구성된 음전극 결합체와;
상기 양전극과 면접촉하는 GDE(Gas Diffusion Electrode)와;
상기 GDE와 음전극 결합체 사이에 설치되는 이온 이동용 격막;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 양전극 결합체의 외측에 접촉하는 유체 유입구 및 유체 유출구가 상하부에 유체별로 분리 형성된 전면 커버와, 상기 음전극 결합체 외측에 접촉하는 후면커버를 포함하고, 상기 전면 커버와 후면 커버간을 볼트 체결하여 가압 조립한 상태에서 모든 유체는 전면커버의 하부 유입노즐을 통해 하부 다중유로로 공급하고 반응된 유체는 상부 다중유로를 통해 상부 유출노즐로 유출되도록 구성한 것을 특징으로 하는 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 음전극 결합체와 격막 사이에 다중유로가 형성된 절연재질 전극 스페이서에 양전극과 음전극이 결합된 바이폴라 결합체를 포함하여 구성하고, 음전극 결합체와 바이폴라 결합체 사이에는 바이폴라 결합체의 일측면 양전극과 접하는 GDE와 격막을 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치.
- 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 절연재질 전극 스페이서의 상부와 하부에 형성된 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로는 각각 4개의 개별유로로 구성되어 가스, 양극수, 전해액 및 음극수가 구분되어 흐르도록 구성한 것을 특징으로 하는 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치.
- 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 절연재질 전극 스페이서는 상부와 하부에 형성된 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로 중 선택된 어느 하나의 개별유로만 양전극 또는 음전극에 직접 유체를 공급하도록 분지유로가 각각 형성된 것을 특징으로 하는 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치.
- 청구항 5에 있어서,
상기 양전극 또는 음전극은 상부와 하부에 위치한 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로에서 분지된 분지유로와 접하는 유체 저장용 챔버가 상부 및 하부에 각각 구비되고, 사선방향으로 위치한 상하 챔버 간을 연결하는 다채널 유로가 형성되어 전기분해 반응이 일어나도록 구성된 것을 특징으로 하는 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치.
- 청구항 6에 있어서,
상기 다채널 유로는 경로상에 유체의 흐름을 방해하여 난류를 발생시키는 복수개의 돌기가 일정 간격으로 배열되어 반응효율을 높이도록 구성된 것을 특징으로 하는 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치.
- 청구항 5에 있어서,
상기 양전극 또는 음전극은 상부와 하부에 형성된 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로에서 각각 분지된 분지유로와 접하는 상부 및 하부에 각 유체 저장용 챔버가 구비되고, 사선방향으로 위치한 상하 챔버 간을 다공구조 유로로 형성하여 반응효율을 높이도록 구성된 것을 특징으로 하는 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 절연 재질의 전극 스페이서는 비금속재로 구성된 것을 특징으로 하는 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치.
- 청구항 5에 있어서,
상기 분지유로는 복수개로 구성된 것을 특징으로 하는 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치.
- 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 격막과 음전극 사이에 유로제공용 중간결합체를 더 포함하여 구성하고, 음전극과 중간결합체 사이에 격막을 더 포함하여 단위 양전극과 음전극 사이에 2격막을 구성한 것을 특징으로 하는 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치.
- 청구항 11에 있어서,
상기 2격막을 구성하도록 추가된 격막과 음전극 사이에 유로제공용 중간결합체를 더 포함하여 구성하고, 새로 추가된 음전극과 중간결합체 사이에 격막을 더 포함하여 단위 양전극과 음전극 사이에 3격막을 구성한 것을 특징으로 하는 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치.
- 청구항 3에 있어서,
상기 바이폴라 결합체는,
가스를 포함한 유체의 유입 및 유출용 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로가 상하부에 분리 형성되고, 개구가 형성된 양측면에 각각 전극 수납부가 형성된 절연 재질의 전극 스페이서와;
상기 양측 전극 수납부에 각각 수납되어 개구에 삽입된 전도체를 통해 통전되고, 양측면 전극간을 볼트로 체결하고, 일측 다중유로에서 공급받은 각각의 유체를 전기분해 후 타측 다중유로로 유출하는 각 음전극 및 양전극;으로 구성된 것을 특징으로 하는 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치.
- 청구항 11에 있어서,
상기 유로제공용 중간결합체는, 가스를 포함한 유체의 유입 및 유출용 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로가 상하부에 분리 형성된 절연재질 스페이서 2개가 겹쳐서 형성되고,
상기 상부와 하부에 형성된 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로 중 선택된 어느 하나의 개별유로는 겹쳐진 절연재질 스페이서 내측면간을 공유하여 직접 유체를 공급하도록 분지유로가 각각 형성되며,
상기 절연재질 스페이서는 상기 분지유로와 접하는 유체 저장용 챔버가 상부 및 하부에 각각 구비되고, 사선방향으로 위치한 상하 챔버 간을 연결하는 다채널 유로가 형성된 것을 특징으로 하는 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치.
- 청구항 14에 있어서,
상기 절연재질 전극 스페이서의 상부와 하부에 형성된 개별유로가 복수개로 이루어진 다중유로는 각각 4개의 개별유로로 구성되어 가스, 양극수, 전해액 및 음극수가 구분되어 흐르도록 구성한 것을 특징으로 하는 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치.
- 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
상기 음전극 결합체를 통해 흐르는 음극수와 가스의 혼합물이 반응하도록 음전극과 면접촉하는 GDE를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 다중유로 구조를 포함하는 전기분해장치.
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