KR20140054901A

KR20140054901A - 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치

Info

Publication number: KR20140054901A
Application number: KR1020120120962A
Authority: KR
Inventors: 정붕익; 김정식; 김민용; 신현수
Original assignee: (주) 테크윈
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2012-10-30
Publication date: 2014-05-09
Anticipated expiration: 2032-10-30
Also published as: KR101453754B1

Abstract

본 발명은 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치에 관한 것으로, 그 목적은 격막식 전기분해장치에 감압증발농축기를 구비하여 양극수저장조에서 양극실로 공급되는 소금물을 과포화소금물 또는 포화소금물로 감압농축하여 공급함으로써 복잡한 구조의 양극수 재생공정이 필요없는 소금물 전기분해장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 구성은 격막을 사이에 두고 양극실과 음극실로 나뉘어져 공급된 소금물과 연수를 전기분해하는 격막식 전해조와; 상기 전해조의 양극실에 공급되는 포화소금물을 저장하고 있는 양극수저장조와; 소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물을 감압증발농축시켜 과포화소금물을 만들거나, 소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물 및 전해조 양극실에서 반응된 저농도의 소금물을 감압증발농축시켜 포화소금물로 만들어 양극수저장조에 공급하는 감압증발농축기와; 감압증발농축
기, 양극수저장조 중 어느 하나 이상에 포화소금물을 공급하는 소금물공급수단;으로 구성된다.

Description

소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치{Electrolysis apparatus with salt water concentrating process}

본 발명은 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치에 관한 것으로, 자세하게는 격막식 전해조의 양극실에 공급되는 양극수를 저장하고 있는 양극수저장조에 저장되는 소금물을 과포화소금물 또는 포화소금물로 만드는 감압증발농축기를 포함하는 전기분해장치에 관한 것이다.

일반적으로 격막식 전해조를 이용한 전기분해장치의 경우 양극과 음극전극이 위치한 양극실과 음극실, 이 두 극실을 구획하는 격막으로 구성된 유격막전해조에서 전기분해반응이 수행된다. 이때 격막은 일반적으로 양이온교환막을 사용하게 된다.

격막식 전해조를 이용한 소금물의 전기분해반응은 양극실로는 고농도의 소금물이 음극실로는 연수가 공급되어 각 양극과 음극에 직류전원을 공급되면, 양극실에서는 소금물(NaCl) 중 염소이온(Cl^-)이 양극 전극반응을 통해 염소가스(Cl₂)로 전환되고 나트륨이온(Na⁺)은 격막을 통해 음극실로 이동하게 된다. 음극실에서는 연수(H₂O)가 음극의 전극반응을 통해 수소가스(H₂)와 수산화이온(OH^-)으로 전환되어 수산화이온(OH^-)은 양극실에서 넘어온 나트륨이온(Na⁺)과 평형을 이루어 가성소다(NaOH)를 형성하게 된다.

(양극실) 양극반응 2Cl^- → Cl₂ + 2e^-

(음극실) 양극실에서의 물질이동 (+) Na⁺ + H₂O (-)

음극반응 2H₂O + 2e^- → H₂ + 2OH^-

2Na⁺ + 2OH^- → 2NaOH

이때 양극실의 배출구로 배출되는 양극액의 소금물은 양극에서의 전극반응과 격막을 통한 물질이동으로 소금물의 농도가 낮아지게 된다. 즉, 격막을 통한 나트륨이온의 이동시에는 일부 물도 같이 음극실로 이동되고, 양극 반응을 통해 일부의 물분해가 이루어지지만 전체적인 반응에서 염화나트륨의 소모량에 비해서 물소모량이 낮아 소금물의 농도는 떨어지게 된다.

격막식 전해조를 이용한 소금물 전기분해공정에 있어서 양극실에서 제조된 염소가스(Cl₂)와 음극실에서 제조되는 가성소다(NaOH) 및 이를 외부 기액접촉반응을 통해 제조하는 차아염소산나트륨(NaOCl), 음극실의 수소와 양극실의 염소가스를 반응하여 제조하는 염산(HCl)의 형태로 각각 필요에 따라 생산하여 사용한다.

이때 도 8과 같이 일반적으로 양극수와 음극수는 각각 별도의 양극수저장조와 음극수저장조를 두어 순환방식으로 양극수와 음극수를 생산한다.

이때 양극수저장조에는 반응 후 소금물 농도를 유지하기 위해 포화소금물을 유입시키며, 음극수저장조로는 연수를 공급하게 된다.

양극수저장조는 상기의 설명과 같이 물질 밸런스상 소금물 중 염화나트륨의 사용량이 더욱 많아 양극수저장조의 소금물의 농도가 계속적으로 희석되게 되고, 이에 따라 양극실의 이온전도도를 떨어뜨림과 동시에 소비전력을 상승시키고, 양극의 수명을 떨어뜨리게 된다는 구조적 문제점이 있다.

이에 따라 일부 양극수는 양극수 재생공정을 통해 재생하여 포화소금물 공급유닛을 통해 양극수저장조로 재사용되도록 구성되는 것이 일반적이다.

하지만 이러한 양극수 재생공정은 1단계로 염산(HCl)을 투입하여 pH 2 이하로 유지하여 양극수에 잔존하는 염소를 가스화시켜 회수하는 단계와, 2단계로 중화제를 투입하여 잔존 염소(Cl₂)를 염소이온(Cl^-)으로 환원하는 단계와, 3단계로 가성소다(NaOH)를 주입하여 pH를 7 내지 10으로 다시 중성 내지는 약알카리성으로 유지하는 단계의 공정으로 이루어진다. 이때 사용되는 중화제는 NaHSO₃와 같은 염소환원제를 사용하게 된다.

하지만 상기와 같은 양극수 재생공정을 가지는 종래의 구성은 장치가 복잡해진다는 문제점 즉, 3단계로 3가지 약품을 사용함에 따라 각각의 약품탱크와 주입펌프 및 반응조가 필요하고 그 외 센서 및 배관 등이 구성되어야 함으로 장치의 구성이 복잡하다는 점과, 별도의 약품인 염산(HCl)과 중화제 및 가성소다(NaOH)를 사용하게 되어 화학약품 사용으로 인한 위험성과 유지관리의 어려움 및 유지관리비용 증가의 문제점과, 중화제 등의 사용에 따른 포화소금물 공급에 대한 약품농축에 따른 문제점 등을 내포하고 있다.

국내특허등록공보 등록번호 10-1079470(2011.10.27)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 격막식 전기분해 장치에 감압증발농축기를 구비하여 양극수저장조로 공급되는 소금물을 감압증발농축하여 과포화소금물로 공급함으로써 복잡한 구조의 양극수 재생공정이 필요없는 소금물 전기분해장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 격막식 전기분해장치에 감압증발농축기를 구비하여 전해조에서 전해반응을 거친 후 농도가 묽어진 양극수가 순환하는 양극수저장조의 양극수를 감압증발농축시켜 포화소금물을 공급함으로써 복잡한 구조의 양극수 재생공정이 필요없는 소금물 전기분해장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 격막식 전기분해장치에 감압증발농축기와 양극수저장조가 일체형으로 구비되어 전해조에서 전해반응을 거친 후 농도가 묽어진 양극수가 순환하는 양극수저장조의 양극수를 감압증발농축시켜 포화소금물을 공급함으로써 복잡한 구조의 양극수 재생공정이 필요없는 소금물 전기분해장치를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 소금물과 연수를 전기분해하는 격막식 전해조와;

상기 전해조의 양극실에 공급되는 포화소금물을 저장하고 있는 양극수저장조와;

소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물을 감압증발농축시켜 과포화소금물 상태로 양극수저장조에 공급하는 감압증발농축기와;

감압증발농축기, 양극수저장조 중 어느 하나 이상에 포화소금물을 공급하는 소금물공급수단;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치를 제공함으로써 달성된다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 감압증발농축기는,

소금물 공급수단으로부터 포화소금물을 공급받아 저장하고, 농축된 과포화소금물을 양극수저장조에 공급하는 농축조와;

상기 농축조의 소금물을 감압증발농축시키고, 증발된 수증기는 수증기 배출배관을 통해 소금공급수단의 소금저장조로 공급하는 진공펌프와;

상기 농축조 내부의 소금물을 포화소금물 순환배관을 통해 농축조 내 스프레이노즐로 공급하여 순환시키는 소금물 순환펌프와;

소금물 순환펌프로부터 공급받은 소금물을 수위 상부에서 분사함으로써 소금물의 비표면적을 높여 증발량을 높이는 스프레이노즐과;

상기 진공펌프 내로 수분이 유입되지 않도록, 농축조 내에 설치된 상기 스프레이노즐의 상부에 설치된 데미스터;를 포함하여 구성할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 농축조는 양극수저장조의 상부에 위치하여 중력에 의해 저장된 과포화소금물이 하부에 위치한 배출배관 상의 과포화소금물 배출밸브의 개폐를 통해 양극수저장조에 공급하도록 구성하거나 측면에 설치하여 펌프를 통해 과포화 소금물을 양극수저장조에 공급하도록 구성할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 농축조의 하부는 콘 형상으로 이루어질 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 포화 소금물 순환배관의 일 지점에는 분지 순환배관이 분지되어 포화소금물 순환밸브의 개방에 따라 직접 농축조로 순환 공급하게 구성할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 포화 소금물 순환배관의 일 지점에는 양극수 열교환기가 설치되어 전해조의 양극실에서 저농도 소금물 순환배관을 통해 양극수저장조로 순환하는 고온의 양극수와 열교환하도록 구성할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 수증기 배출배관은 진공펌프 전단 또는 후단에서 응축하는 수증기의 열이 농축조 내 포화소금물과 열교환하도록 일 구간 배관이 농축조 내부를 관통한 후 소금물공급수단의 소금저장조로 공급하도록 구성할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 감압증발 농축기는,

소금물공급수단으로부터 포화소금물을 공급받아 저장하고, 농축된 과포화소금물을 양극수저장조에 공급하되, 하부가 콘 형상의 이중자켓 형태로 구성하여 내부는 포화소금물이 저장되고, 외부는 진공펌프 전단 또는 후단의 수증기 배출배관을 통해 공급된 응축수가 저장되는 열교환되는 응축수 열교환조가 형성된 농축조와;

상기 농축조내부의 소금물을 포화소금물 순환배관을 통해 농축조 내 스프레이노즐로 공급하여 순환시키는 소금물 순환펌프와;

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 농축조에 저장된 과포화소금물은 양극수저장조와 연결된 과포화소금물 배출배관 상에 설치된 소금물 공급펌프가 과포화소금물 배출밸브의 개방에 따라 공급하도록 구성할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 포화 소금물 순환배관의 일 지점에는 분지 순환배관이 분지되어 스프레이노즐에 과포화소금물을 공급 시 함께 콘 형상의 내부 농축조 부분에 과포화소금물을 공급하게 하고, 타 지점에는 포화소금물 분지배관이 분지되어 포화소금물 분지밸브의 개방에 따라 포화소금물을 양극수저장조에 공급하게 구성할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 분지 순환배관이 분지되어 콘 형상의 내부 농축조 부분에 과포화소금물을 공급함에 있어서 농축조의 접선방향으로 유입시켜 석출되는 결정소금이 선회유동하여 중앙부로 쉽게 모일 수 있도록 구성할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 수증기 배출배관은 진공펌프 전단 또는 후단에서 응축하는 수증기의 열이 농축조 내 포화소금물과 열교환하도록 농축조 하부에 이중자켓 형태로 구성된 외부 응축수 열교환조에 저장하여 열교환시킨 후 온도가 내려간 응축수를 소금물공급수단의 소금저장조로 공급하도록 구성할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 포화소금물 순환배관의 일 지점에는 양극수 열교환기가 설치되어 전해조의 양극실에서 저농도 소금물 순환배관을 통해 양극수저장조로 순환하는 고온의 양극수와 열교환시켜 스프레이노즐로 공급되는 과포화소금물의 온도를 높이도록 구성할 수 있다..

또한 본 발명은 다른 실시 양태로,

소금물과 연수를 전기분해하는 격막식 전해조와;

상기 전해조의 양극실에 공급되는 양극수를 저장하고 있는 양극수저장조와;

소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물 및 전해조 양극실에서 반응된 저농도의 소금물을 감압증발 농축시켜 포화소금물로 만들어 양극수저장조에 공급하는 감압증발농축기와;

감압증발농축기에 포화소금물을 공급하는 소금물공급수단;을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치를 제공함으로써 달성된다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 감압증발농축기는,

소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물 및 전해조 양극실에서 반응된 저농도의 소금물을 저장하고, 농축된 포화소금물을 소금물 순환펌프를 통해 양극수저장조에 공급하는 농축조와;

상기 농축조의 소금물을 감압증발농축시키고, 증발된 수증기는 수증기 배출배관을 통해 배출하는 진공펌프와;

상기 농축조 내부의 소금물을 포화소금물 순환배관을 통해 농축조 내로 공급하여 순환시킴과 동시에 포화소금물 분지배관을 통해 양극수저장조로 포화소금물을 공급하는 소금물 순환펌프와;

양극수저장조에 저장된 저농도의 소금물을 양극수 순환배관을 통해 농축조의 스프레이노즐로 공급하는 양극수 이송펌프와;

양극수 이송펌프에 의해 이송된 저농도의 소금물을 농축조 내부 소금물 수위 상부에서 분사함으로써 소금물의 비표면적을 높여 증발량을 높이는 스프레이노즐과;

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 수증기 배출배관을 통해 배출되는 응축수는 수분 분리기를 통해 외부로 배출하거나 소금물공급수단의 소금저장조로 공급할 수 있고, 건공기는 대기로 방출하거나 또는 별도의 처리장치로 이송되도록 구성할 수 있다.

또한 본 발명은 다른 실시양태로, 격막을 사이에 두고 양극실과 음극실로 나뉘어져 공급된 소금물과 연수를 전기분해하는 격막식 전해조와;

소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물 및 전해조 양극실에서 반응된 저농도의 소금물을 감압증발농축시켜 포화소금물로 만들어 하부에 일체로 형성된 양극수저장조에 공급하도록 상기 양극수저장조 상부에 일체로 결합된 감압증발농축기와;

감압증발농축기에 포화소금물을 공급하는 소금물공급수단;을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치를 제공함으로써 달성된다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 양극수저장조 상부와 일체로 결합된 감압증발농축기는, 소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물 및 전해조 양극실에서 반응된 저농도의 소금물이 저장되는 상부의 농축조와;

상기 농축조의 소금물을 감압증발시켜 농축시키고, 증발된 수증기는 수증기 배출배관을 통해 배출하는 진공펌프와;

전해조의 양극실에서 공급된 저농도의 소금물을 상부 농축조 내부 소금물 수위 상부에서 분사함으로써 소금물의 비표면적을 높여 증발량을 높이는 스프레이노즐과;

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 수증기 배출배관은 진공펌프 전단 또는 후단에서 응축하는 수증기의 열이 농축조 하부에 일체로 결합된 양극수저장조 내 포화소금물과 열교환하도록 일 구간 배관이 하부 양극수저장조 내부를 관통토록 구성할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 수증기 배출배관을 통해 배출되는 수증기는 응축 후 수분 분리기를 통해 외부로 배출하거나 소금물공급수단의 소금저장조로 공급하고, Cl₂ 가스를 포함한 건공기는 기액 접촉 반응조와 같이 생산하고자 하는 화학제품에 따른 별도의 처리장치로 공급하도록 구성할 수 있다.

본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 농축조의 상단에는 진공해제 밸브가 구성되어 필요에 따라 농축조의 진공감압 상태를 조절도록 구성할 수 있다.

상기와 같이 본 발명은 격막식 전기분해장치에 감압증발농축기를 구비하여 양극수저장조로 공급되는 소금물을 감압증발농축하여 과포화소금물 상태로 공급하도록 구성함으로써 전해조의 양극실에 안정적으로 포화소금물을 공급할 수 있다는 장점과,

또한 격막식 전기분해장치에 감압증발농축기를 구비하여 전해조에서 전해반응을 거친 후 농도가 묽어진 양극수가 순환하는 양극수저장조의 양극수를 감압증발농축시켜 포화소금물 상태로 공급하도록 구성함으로써 항시 전해반응에서의 염화나트륨과 물의 물질 밸런스(Balance)를 맞추어 줄 수 있다는 장점과,

또한 격막식 전기분해장치에 감압증발농축기와 양극수전해조를 일체형으로 구비하여 장치를 간소화하고, 전해조에서 전해반응을 거친 후 농도가 묽어진 양극수가 순환하는 양극수저장조의 양극수를 감압증발농축시켜 포화소금물 상태로 공급하도록 구성함으로써 항시 전해반응에서의 염화나트륨과 물의 물질 밸런스(Balance)를 맞추어 줄 수 있다는 장점과,

또한 상기와 같이 과포화소금물 또는 포화소금물 공급에 따라 양극실에서 전해반응 후 양극수저장조로 순환하여 저장된 양극수의 소금물 농도를 높이기 위해 종래와 같은 HCl 주입장치, NaHSO₃ 주입장치, NaOH 주입장치, 중화 및 pH 조절조, 탈염조를 구비하여 복잡한 양극수 재생공정이 필요없어 그 장치구성이 간단하고 위험한 약품을 사용하지 않아 안전하고, 유지관리가 간단하여 비용이 저감된다는 장점과,

또한 감압증발농축 공정에서 발생된 폐열을 열교환시켜 감압증발 효율을 높이고, 에너지소비를 줄였다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따라 과포화소금물을 제조하는 감압증발농축기를 구비한 전기분해장치를 보인 개략도이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 포화소금물을 제조하는 감압증발농축기를 구비한 전기분해장치를 보인 개략도이고,
도 3a은 본 발명의 과포화소금물을 제조하는 제 1 실시예에 따른 감압증발농축기를 구비한 전기분해장치를 보인 전체 구성도이고,
도 3b은 도 3a의 주요부 확대 구성도이고,
도 4a는 본 발명의 과포화소금물을 제조하는 제 2 실시예에 따른 감압증발농축기를 구비한 전기분해장치를 보인 전체 구성도이고,
도 4b은 도 4a의 주요부 확대 구성도이고,
도 5a는 본 발명의 과포화소금물을 제조하는 제 3 실시예에 따른 감압증발농축기를 구비한 전기분해장치를 보인 전체 구성도이고,
도 5b은 도 5a의 주요부 확대 구성도이고,
도 6a은 본 발명의 포화소금물을 제조하는 제 4 실시예에 따른 감압증발농축기를 구비한 전기분해장치를 보인 전체 구성도이고,
도 6b은 도 6a의 주요부 확대 구성도이고,
도 7a은 본 발명의 포화소금물을 제조하는 제 5 실시예에 따른 감압증발농축기를 구비한 전기분해장치를 보인 전체 구성도이고,
도 7b은 도 7a의 주요부 확대 구성도이고,
도 8은 종래의 약품에 의한 양극수 재생 공정을 구비한 전기분해장치를 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 따라 과포화소금물을 제조하는 감압증발농축기를 구비한 전기분해장치를 보인 개략도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 포화소금물을 제조하는 감압증발농축기를 구비한 전기분해장치를 보인 개략도이다.

본 발명의 구성은 크게 격막을 사이에 두고 양극실과 음극실로 나뉘어져 공급된 소금물과 연수를 전기분해하는 격막식 전해조와; 상기 전해조의 양극실에 공급되는 포화소금물을 저장하고 있는 양극수저장조와; 소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물을 감압증발 농축시켜 과포화소금물을 만들거나, 소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물 및 전해조 양극실에서 반응된 저농도의 소금물을 감압증발농축시켜 포화소금물로 만들어 양극수저장조에 공급하는 감압증발농축기와; 감압증발농축기, 양극수저장조 중 어느 하나 이상에 포화소금물을 공급하는 소금물 공급수단;을 포함하여 구성된다.

상기에서 감압증발농축기를 구성한 이유는 격막식 전해조에서 지속적인 전해반응이 일어날 경우 양극실에 공급되는 양극수 즉, 소금물의 농도가 낮아지게 되는데, 묽어진 소금물의 농도를 과포화농도 또는 포화농도의 소금물을 공급하여 보충하기 위한 구성이다. 이와 같은 구성은 수증기를 증발시켜 간단히 소금의 농도를 높이는 장치로 종래와 같이 양극수저장조에서 배출된 염소를 탈염, 중화, pH 조정단계가 필요치 않고 여기에 투입되는 여러 약품투입장치 등이 필요없게 되어 간단하고 안전하게 전기분해장치를 구성할 수 있게 된다.

또한 도면에 예시한 바와 같이 상기 격막식 전해조의 음극실에는 음극수인 연수를 공급하는 음극수저장조가 연결되고, 상기 양극실에서 발생된 염소와 상기 음극실에서 발생된 가성소다(NaOH)를 공급받아 기액접촉반응에 의해 차아염소산나트륨(NaOCl)을 제조하는 기액접촉반응조가 구비되게 구성할 수 있다.

그 외 전기분해장치에서 생산되는 화학제품인 염소(Cl₂)와 가성소다(NaOH) 또는 염산(HCl)을 생산하고자하는 목적에 따라 전기분해조 후단의 설비는 별도로 구성될 수 있다.

상기에서 포화소금물은 약 25 ~ 30 wt%의 소금물이고 과포화소금물은 40 ~ 65 wt%의 소금물을 말한다.

상기 진공증발 농축기의 원리는 일반적인 열역학 법칙에 따르면 1기압 상태에서 1kg, 100℃의 순수한 물에 540kcal의 열량을 가하면 1.67m³이 수증기상으로 변하지만, 0.05기압의 감압상태에서 1kg, 32℃의 순수한 물에 580kcal의 열량을 가하면 28.7m³이 수증기상으로 변하게 되어 더욱 낮은 온도의 낮은 열량으로도 더욱 많은 수증기로 전환될 수 있다는 원리를 이용한 장치로 포화소금물이나 양극수를 감압상태 하에서 증발농축하여 소금물 농도를 높이는 장치를 말한다.

또한 감압증발농축기는 증발농축의 양을 증가시키기 위해 용액의 표면적을 높이기 위한 수단을 포함하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 본 발명은 감압증발농축기가 과포화소금물을 만들거나 포화소금물을 만드느냐에 따라 2가지 형태의 실시형태로 나누어지는데 이에 따른 기본적인 구성을 이하 설명한다.

먼저, 도 1을 참조하면 본 발명은 격막을 사이에 두고 양극실과 음극실로 나뉘어져 공급된 소금물과 연수를 전기분해하는 격막식 전해조(1)와; 상기 전해조의 양극실에 공급되는 포화소금물을 저장하고 있는 양극수저장조(2)와; 소금물 공급수단으로부터 공급받은 포화소금물을 감압증발농축시켜 과포화소금물 상태로 양극수 저장조에 공급하는 감압증발농축기(3)와; 감압증발농축기, 양극수저장조 중 어느 하나 이상에 포화소금물을 공급하는 소금물공급수단(4);을 포함하여 구성된다.

상기에서 포화소금물은 약 25 ~ 30wt%의 소금물이고 과포화소금물은 40 ~ 65wt%의 소금물을 말한다.

상기 소금물공급수단(4)은 저장된 소금에 원수가 공급되어 저장된 소금저장조(41)와, 소금저장조에 저장된 물을 공급하는 제 1 소금물공급펌프(43)에 의해 공급받아 소금물 내의 불순물을 제거한 후 양극수저장조(2)에 공급하는 소금물정제기(42)로 구성된다.

한편, 도 2를 참조하면, 본 발명은 격막을 사이에 두고 양극실과 음극실로 나뉘어져 공급된 소금물과 연수를 전기분해하는 격막식 전해조(1)와; 상기 전해조의 양극실에 공급되는 양극수를 저장하고 있는 양극수저장조(2)와; 소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물 및 전해조 양극실에서 반응된 저농도의 소금물을 감압증발농축시켜 포화소금물로 만들어 양극수저장조에 공급하는 감압증발농축기(3)와; 감압증발농축기에 포화소금물을 공급하는 소금물공급수단(4);을 포함하여 구성된다.

또한 도면에 예시한 바와 같이 상기 격막식 전해조의 음극실에는 음극수인 연수를 공급하는 음극수저장조(5)가 연결되고, 상기 양극실에서 발생된 염소와 상기 음극실에서 발생된 가성소다(NaOH)를 공급받아 기액접촉반응에 의해 차아염소산나트륨(NaOCl)을 제조하는 기액접촉반응조(6)가 구비되게 구성할 수 있다.

상기 감압증발농축기(3)는 양극수저장조(2) 내부 또는 외부에 설치되어 저 농도 양극수에서 수증기를 증발시켜 양극수저장조(2)로 재주입 되어 전해조로 공급하는 소금물 농도인 포화소금물로 유지토록 구성된다.

상기에서 순환되는 저농도의 양극수는 전해 후 소금물의 농도가 25% 보다 낮아진 소금물을 말한다.

또한 양극실에서 소모된 소금물은 소금물공급수단을 통해 추가적으로 공급할 수 있도록 구성된다.

이때 증발된 수증기는 별도로 드레인 시키거나, 소금물공급수단에서 포화소금물 제조에 재사용될 수 있게 구성된다.

상기에서 설명한 본 발명의 2가지 실시 형태에 대한 구체적인 구성을 이하 각 실시예별로 설명한다.

도 3a은 본 발명의 과포화소금물을 제조하는 제 1 실시예에 따른 감압증발농축기를 구비한 전기분해장치를 보인 전체 구성도이고, 도 3b은 도 3a의 주요부 확대 구성도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 제 1 실시예에 따른 전체 구성은 기본적으로 도 1에 도시된 것과 같이 격막을 사이에 두고 양극실과 음극실로 나뉘어져 공급된 소금물과 연수를 전기분해하는 격막식 전해조(1)와; 상기 전해조의 양극실에 공급되는 포화소금물을 저장하고 있는 양극수저장조(2)와; 소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물을 감압증발농축시켜 과포화소금물 상태로 양극수저장조에 공급하는 감압증발농축기(3)와; 감압증발농축기, 양극수저장조 중 어느 하나 이상에 포화소금물을 공급하는 소금물공급수단(4);으로 구성된 전기분해장치이다.

참고로 도면에 예시한 바와 같이 상기 격막식 전해조의 음극실에는 음극수를 공급하는 음극수저장조(5)가 구비되고, 상기 양극실에서 발생된 염소와 상기 음극실에서 발생된 가성소다(NaOH)를 공급받아 기액접촉반응에 의해 차아염소산나트륨(NaOCl)을 제조하는 기액접촉반응조(6)가 구비되도록 구성할 수 있다.

이하 전해조의 양극실에 공급되는 소금물을 농축하는 감압증발농축기(3)를 중심으로 본 실시예를 구체적으로 설명한다.

상기 감압증발농축기(3)는, 소금물공급수단(4)으로부터 포화소금물을 공급받아 저장하고, 농축된 과포화소금물을 과포화소금물 배출배관(P8)상의 과포화소금물 배출밸브(V1)의 개폐를 통해 양극수저장조(2)에 공급하는 농축조(31)와;

상기 농축조의 소금물을 감압증발농축시키고, 증발된 수증기는 수증기 배출배관(P1)을 통해 소금공급수단(4)의 소금저장조(41)로 공급하는 진공펌프(32)와;

상기 농축조(31) 내부의 소금물을 포화소금물 순환배관(P2)을 통해 농축조 내 스프레이노즐로 공급하여 순환시키는 소금물 순환펌프(33)와;

소금물 순환펌프로부터 공급받은 소금물을 수위 상부에서 분사함으로써 소금물의 비표면적을 높여 증발량을 높이는 스프레이노즐(35)과;

상기 진공펌프(32) 내로 수분이 유입되지 않도록, 농축조 내에 설치된 상기 스프레이노즐(35)의 상부에 설치된 데미스터(36);가 설치되어 구성된다.

상기 농축조(31)는 양극수저장조의 상부에 위치하여 중력에 의해 저장된 과포화소금물이 하부에 위치한 과포화소금물 배출배관(P8)상의 과포화소금물 배출밸브(V1)의 개폐를 통해 양극수저장조(2)에 공급하도록 구성된다.

상기 농축조(31)의 상단에는 진공해제 밸브(V4)가 구성되어 필요에 따라 농축조의 진공감압 상태를 해제하게 된다.

상기 농축조의 하부는 콘 형상으로 이루어져 포화소금물 배출밸브(V1)을 통해 양극수저장조(2)로의 배출이 원활하게 구성되고, 소금이 하부쪽으로 잘 쌓이게 구성하였다.

상기 포화소금물 순환배관(P2)의 일지점에는 분지 순환배관(P3)이 분지되어 구성된다. 이 분지 순환배관(P3)은 그 배관 상에 설치된 포화소금물 순환밸브(V2)의 개방에 따라 스프레이노즐(35)을 거치지 않고 직접 농축조(31)로 순환 공급하게 구성된다.

또한 상기 포화소금물 순환배관(P2)의 일지점에는 양극수 열교환기(37)가 설치되어 전해조의 양극실에서 저농도 소금물 순환배관(P4)을 통해 양극수저장조(2)로 순환하는 고온(50 ~ 80℃ 정도의)의 양극수(18wt% 정도의 저농도 소금물)와 열교환하도록 구성된다. 이로 인해 스프레이노즐로 공급되는 과포화소금물의 온도가 높아져 수증기의 증발량을 높일 수 있다.

또한 상기 수증기 배출배관(P1)은 진공펌프(32) 전단 또는 후단에서 응축하는 수증기의 열이 농축조 내 포화소금물과 열교환하도록 일 구간 배관이 농축조(31) 내부로 배관을 통과토록 설치한 후, 온도가 내려간 응축수를 소금물공급수단(4)의 소금저장조(41)로 공급하여 고체결정의 소금(NaCl)을 녹이는데 재사용되도록 구성될 수 있다.

상기 양극수저장조(2)와 농축조(31)에 공급되는 포화소금물은 소금물 공급수단(4)의 소금물정제기(42)에서 공급된 포화소금물을 포화소금물 공급배관(P5)을 통해 공급한다. 이를 위해 포화소금물 공급배관(P5)의 일 지점에서 분지되어 각각 공급되는데, 양극수저장조(2)에 공급되는 배관상에는 포화소금물 공급밸브(V3)가 설치되어 공급을 조절할 수 있다.

상기 양극수저장조(2)에 저장된 포화소금물은 양극수 공급배관(P6)을 통해 격막식 전해조(1)의 양극실(11)에 공급된다.

상기와 같이 구성된 실시예에 따른 작동을 이하 설명한다.

상기 양극수저장조(2)의 수위는 L~H로 한다. 수위가 L로 떨어지면 포화소금물 공급밸브(V3)를 열어 수위가 H 위치가 될 때까지 포화소금물이 유입된다.

격막식 전해조(1)의 양극실(11) 유입액의 소금물 농도가 하한 설정치 이하로 떨어지면 과포화소금물 배출밸브(V1) 및 과포화소금물 순환밸브(V2)가 열려 농축된 과포화소금물이 양극수저장조(2)로 유입되며 농도가 상한 설정치가 되면 과포화소금물 배출밸브(V1) 및 과포화소금물 순환밸브(V2)가 닫힌다. 참고로 농도의 하한과 상한은 전해조 양극실로 유입되기 전 이온전도도센서(도면에서 CON으로 표시된 센서)를 사용한다.

과포화소금물 배출밸브(V1) 및 과포화소금물 순환밸브(V2)가 열릴 경우 진공펌프(32)가 정지되고, 진공해제 밸브(V4)가 열려 농축조(31) 내의 진공을 해제하여 양극수저장조(2)의 희석 소금물의 역류를 방지 한다.

과포화소금물 배출밸브(V1) 및 과포화소금물 순환밸브(V2)가 닫히면 반대로 진공해제 밸브(V4)가 닫힘과 동시에 진공펌프(32)가 가동하여 농축조(31) 내에서 소금물 농축을 설정한 목표의 일정한 과포화 상태에 도달할 때까지 농축공정을 계속 한다.

농축조(31)의 수위는 일정하게 제어 할 수 있는 정수위 밸브 혹은 자동 밸브를 사용하여 수위를 조절 한다.

상기 농축조(31) 내부의 소금물은 소금물 순환펌프(33)를 사용하여 순환하며 수위 상부에서 스프레이노즐(35)을 사용해 액(소금물)의 비표면적을 높여 증발량을 높인다. 이때 데미스터(36)는 농축조(31) 상부를 통해 진공펌프(32) 내로 수분이 유입되지 않도록 한다.

한편, 온도가 높을수록 수증기의 증발량이 많으므로 소금물 순환펌프(33)가 설치된 포화소금물 순환배관(P2)에 양극수 열교환기(37)를 설치하여 격막식 전해조(1)의 양극실(11)에서 양극수저장조(2)로 들어가는 저농도 소금물인 양극수로부터 고온의 열을 회수한다.

또한 진공펌프(32) 전단 또는 후단에서는 수증기가 응축하면서 열을 배출하는데 이 열을 농축조(31)로 회수하기 위해 진공펌프(32) 전단 또는 후단 수증기 배출배관(P1)은 농축조(31) 내부에서 열교환을 한 뒤 온도가 내려간 응축수는 소금물공급수단(4)의 소금(NaCl)저장조(41)로 들어가 고체결정의 소금(NaCl)을 녹이는데 재사용하도록 구성한다.

도 4a는 본 발명의 과포화소금물을 제조하는 제 2 실시예에 따른 감압증발농축기를 구비한 전기분해장치를 보인 전체 구성도이고, 도 4b은 도 4a의 주요부 확대 구성도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 제 2 실시예에 따른 전체 구성은 기본적으로 도 1에 도시된 것과 같이 격막을 사이에 두고 양극실과 음극실로 나뉘어져 공급된 소금물과 연수를 전기분해하는 격막식 전해조(1)와; 상기 전해조의 양극실에 공급되는 포화소금물을 저장하고 있는 양극수저장조(2)와; 소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물을 감압증발농축시켜 과포화소금물 상태로 양극수저장조에 공급하는 감압증발농축기(3)와; 감압증발농축기, 양극수저장조 중 어느 하나 이상에 포화소금물을 공급하는 소금물공급수단(4);으로 구성된 전기분해장치이다.

상기 감압증발농축기(3)는, 소금물공급수단(4)으로부터 포화소금물을 공급받아 저장하고, 농축된 과포화소금물을 과포화소금물 배출배관(P8) 및 과포화소금물 배출밸브(V1)를 통해 양극수저장조(2)에 공급하되, 하부가 이중자켓 형태로 구성하여 콘형상의 이중자켓의 내부는 포화소금물의 농축 작용이 일어나고, 이중자켓의 외부 응축수 열교환조(38)는 진공펌프(32) 전단 또는 후단의 수증기 배출배관(P1)이 연결되어 응축열을 회수한 후 다시 배출용 수증기 배출배관(P1)을 통해 배출되도록 구성된 농축조(31)와;

상기 진공펌프(32) 내로 수분이 유입되지 않도록, 농축조 내에 설치된 상기 스프레이노즐(35)의 상부에 설치된 데미스터(36)와;

상기 과포화소금물 배출배관(P8) 및 과포화소금물 배출밸브(V1) 사이에 설치되어 과포화소금물을 양극수저장조에 공급토록 하는 소금물 공급펌프(34)가 설치되어 구성된다.

상기 포화소금물 순환배관(P2)의 일 지점에는 분지 순환배관(P3)이 분지되어 스프레이노즐에 과포화소금물을 공급 시 함께 농축조의 하부에 형성된 콘 형상의 내부 농축조 부분에 과포화소금물을 공급하게 하고, 타 지점에는 포화소금물 분지배관(P7)이 분지되어 양극수저장조 수위가 낮을 경우 포화소금물을 양극수저장조(2)에 공급하게 구성된다.

또한 상기 수증기 배출배관(P1)은 진공펌프(32) 전단 또는 후단에서 응축하는 수증기의 열이 농축조 내 포화소금물과 열교환하도록 농축조(31) 하부에 이중 자켓 형태로 구성된 외부 응축수 열교환조(38)에 저장하여 열교환 시킨 후 온도가 내려간 응축수를 소금물공급수단(4)의 소금저장조(41)로 공급하여 고체결정의 소금(NaCl)을 녹이는데 재사용되도록 구성한다.

상기 농축조(31)에 공급되는 포화소금물은 소금물공급수단(4)의 소금물정제기(42)에서 공급된 포화소금물을 포화소금물 공급배관(P5)을 통해 공급한다.

상기와 같이 구성된 실시예에 따른 작동을 이하 설명한다.

양극수저장조(2)의 수위는 L~H로 한다. 수위가 L로 떨어지면 포화소금물 분지밸브(V5)를 열어 H가 될 때까지 포화소금물이 유입된다.

격막식 전해조(1)의 양극실(11) 유입액의 소금물 농도가 하한 설정치 이하로 떨어지면 과포화소금물 배출밸브(V1)가 열리고 소금물 공급펌프(34)가 가동하여 농축된 과포화소금물이 양극수저장조(2)로 유입되며 상한 설정치가 되면 소금물 공급펌프(34)가 멈추고 과포화소금물 배출밸브(V1)가 닫힌다.

하부가 콘 형상이고 응축수 열교환조(38)가 구비된 이중자켓 형상의 하부구조를 가지는 농축조(31)는 진공펌프(32), 소금물 순환펌프(33) 및 소금물 공급펌프(34)가 부착되는데, 소금물 공급펌프(34)는 위와 같이 양극수저장조(2)로 과포화된 소금물을 공급하는데 사용되며 소금물 순환펌프(33)는 양극수저장조(2)의 수위 조절과 농축조(31)의 소금물의 순환에 의해 상부에서 스프레이노즐을 통해 분사하는데 사용된다.

스프레이노즐을 통해 분사하는 이유는 액의 비표면적을 넓혀 증발 효율을 높이기 위함이고, 농축액의 순환(P3)은 농축조(31)의 접선 방향으로 유입시켜 소금물이 내부에서 선회유동하여 과포화상태에서 석출되는 결정의 소금(NaCl)이 비중차에 의해 중앙으로 모이게 하는 역할을 한다. 중앙으로 모인 소금(NaCl)은 격막식 전해조(1)의 양극실(11)로 유입되는 유입액의 소금물 농도가 떨어질 경우 과포화 상태로 소금물 공급펌프(34)를 통해 양극수저장조(2)로 이송된다.

진공펌프(32) 전단 또는 후단에서 응축되는 수증기의 응축열을 회수하기 위해 농축조(31)를 이중자켓 형태로 제작하는 이유는 내부는 농축 작용이 일어나고, 외부는 진공펌프(32) 전단 또는 후단에 연결되어 응축열을 회수할 열교환기 역할을 하기 때문이다. 농축조(31)를 이중자켓으로 하지 않을 경우 열교환기를 농축조(31) 내부에 삽입할 수도 있다.

응축된 물은 소금물공급수단(4)의 소금저장조(41)로 들어가 고체 결정의 소금(NaCl)을 녹이는데 재사용된다.

도 5a는 본 발명의 과포화소금물을 제조하는 제 3 실시예에 따른 감압증발농축기를 구비한 전기분해장치를 보인 전체 구성도이고, 도 5b은 도 5a의 주요부 확대 구성도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 제 3 실시예에 따른 전체 구성은 기본적으로 도 1에 도시된 것과 같이 격막을 사이에 두고 양극실과 음극실로 나뉘어져 공급된 소금물과 연수를 전기분해하는 격막식 전해조(1)와; 상기 전해조의 양극실에 공급되는 포화소금물을 저장하고 있는 양극수저장조(2)와; 소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물을 감압증발농축시켜 과포화소금물 상태로 양극수저장조에 공급하는 감압증발농축기(3)와; 감압증발농축기, 양극수저장조 중 어느 하나 이상에 포화소금물을 공급하는 소금물공급수단(4);으로 구성된 전기분해장치이다.

상기 과포화소금물 배출배관(P8) 및 과포화소금물 배출밸브(V1) 사이에 설치되어 과포화소금물 또는 포화소금물을 양극수저장조에 공급토록 하는 소금물 공급펌프(34)가 설치되어 구성된다.

상기 포화소금물 순환배관(P2)의 일 지점에는 분지 순환배관(P3)이 분지되어 스프레이노즐에 과포화소금물을 공급 시 함께 농축조의 하부에 형성된 콘 형상의 내부 농축조 부분에 과포화소금물을 공급하게 하고, 타 지점에는 포화소금물 분지배관(P7)이 분지되어 양극수저장조(2)의 수위 조절을 위해 포화소금물을 양극수저장조(2)에 공급하게 구성된다.

또한 포화 소금물 순환배관(P2)의 일지점에는 양극수 열교환기(37)가 설치되어 전해조의 양극실에서 저농도 소금물 순환배관(P4)을 통해 양극수저장조(2)로 순환하는 고온(50 ~ 80℃ 정도)의 양극수(18wt% 정도의 저농도 소금물)와 열교환하도록 구성된다. 이로 인해 스프레이노즐로 공급되는 과포화소금물의 온도가 높아져 수증기의 증발량을 높일 수 있다.

상기와 같이 구성된 실시예에 따른 작동을 이하 설명한다.

스프레이노즐을 통해 분사하는 이유는 액의 비표면적을 넓혀 증발 효율을 높이기 위함이고, 농축액의 순환은 농축조(31)의 접선 방향으로 유입시켜 소금물이 내부에서 선회유동하여 과포화상태에서 석출되는 결정의 소금(NaCl)이 비중차에 의해 중앙으로 모이게 하는 역할을 한다. 중앙으로 모인 소금(NaCl)은 격막식 전해조(1)의 양극실(11)로 유입되는 유입액의 소금물 농도가 떨어질 경우 과포화 상태로 소금물 공급펌프(34)를 통해 양극수저장조(2)로 이송된다.

진공펌프(32) 전단 또는 후단에서 응축되는 수증기의 응축열을 회수하기 위해 농축조(31)를 이중자켓 형태로 제작하는 이유는 내부는 농축 작용이 일어나고, 외부는 진공펌프(32) 후단에 연결되어 응축열을 회수할 열교환기 역할을 하기 때문이다. 농축조(31)를 이중자켓으로 하지 않을 경우 열교환기를 농축조(31) 내부에 삽입할 수도 있다.

또한 소금물 순환펌프(33)의 후단 포화 소금물 순환배관(P2)의 일 지점에 양극수 열교환기(37)가 설치하여 격막식 전해조(1)의 양극실(11)에서 양극수저장조(2)로 들어가기 전의 고온의 열을 회수 한다.

도 6a은 본 발명의 포화소금물을 제조하는 제 4 실시예에 따른 감압증발농축기를 구비한 전기분해장치를 보인 전체 구성도이고, 도 6b은 도 6a의 주요부 확대 구성도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 제 4 실시예에 따른 전체 구성은 기본적으로 도 2에 도시된 것과 같이 격막을 사이에 두고 양극실(11)과 음극실로 나뉘어져 공급된 소금물과 연수를 전기분해하는 격막식 전해조(1)와; 상기 전해조의 양극실에 공급되는 포화소금물을 저장하고 있는 양극수저장조(2)와; 소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물 및 전해조 양극실에서 반응된 저농도의 소금물을 감압증발농축시켜 포화소금물로 만들어 양극수저장조에 공급하는 감압증발농축기(3)와; 감압증발농축기에 포화소금물을 공급하는 소금물공급수단(4);으로 구성된다.

상기 감압증발농축기(3)는, 소금물공급수단(4)으로부터 공급받은 포화소금물 및 전해조 양극실에서 반응된 저농도의 소금물을 저장하고, 농축된 포화소금물을 소금물 순환펌프(33)를 통해 양극수저장조에 공급하는 농축조(31)와;

상기 농축조의 소금물을 감압증발농축시키고, 증발된 수증기는 수증기 배출배관(P1)을 통해 배출하는 진공펌프(32)와;

상기 농축조(31) 내부의 소금물을 포화소금물 순환배관(P2)을 통해 농축조 내로 공급하여 순환시킴과 동시에 체크밸브(V6)가 설치된 포화소금물 분지배관(P7)을 통해 양극수저장조로 포화소금물을 공급하는 소금물 순환펌프(33)와;

양극수저장조(2)에 저장된 저농도의 소금물을 양극수 순환배관(P9)을 통해 농축조의 스프레이노즐(35)로 공급하는 양극수 이송펌프(39)와;

양극수 이송펌프(39)에 의해 이송된 저농도의 소금물을 농축조 내부 소금물 수위 상부에서 분사함으로써 소금물의 비표면적을 높여 증발량을 높이는 스프레이노즐(35)과;

또한 상기 수증기 배출배관(P1)은 진공펌프(32) 전단 또는 후단에서 응축하는 수증기의 열이 농축조 내 포화소금물과 열교환하도록 농축조(31) 내부로 배관을 설치한 후 온도가 내려간 응축수를 소금물공급수단(4)의 소금저장조(41)로 공급하여 고체결정의 소금(NaCl)을 녹이는데 재사용되도록 구성한다.

상기 수증기 배출배관(P1)을 통해 배출되는 응축수는 수분 분리기(7)를 통해 외부로 배출하거나 소금물공급수단의 소금저장조로 공급할 수 있고, 건공기는 대기로 방출하거나 또는 별도의 처리장치로 이송되도록 구성할 수 있다.

상기와 같이 구성된 실시예에 따른 작동을 이하 설명한다.

소금물 순환펌프(33)를 통해 양극수저장조(2)로는 포화소금물이 계속 수위를 유지하며 유입되고, 또한 일정량이 농축조(31)로 재순환하도록 구성될 수 있다.

그리고 양극수 이송펌프(39)에 의해 양극수저장조(2)에 저장된 소금물은 양극수 순환배관(P9)을 통해 농축조의 상부에서 스프레이노즐(35)을 통해 스프레이 된다.

농축조(31) 상부는 진공펌프(32)로 수분이 유입되지 않도록 데미스터(36)를 부착하고 진공펌프(32)는 농축조(31) 최상부에서 과포화된 습공기를 흡입하여 진공펌프(32) 전단 또는 후단에서 농축액과 열교환 시키게 된다. 열교환이 끝난 응축된 액은 수분 분리기(7)를 통해 외부로 배출하거나 소금물공급수단의 소금저장조로 공급할 수 있고, 건공기는 대기로 방출하거나 또는 별도의 처리장치로 이송되도록 구성할 수 있다.

농축조(31)의 수위는 정수위 밸브나 자동 밸브를 사용하여 일정 수위로 제어하고, 소금물정제기(42)를 통해 정제된 포화소금물이 농축조(31)로 유입된다.

도 7a은 본 발명의 포화소금물을 제조하는 제 5 실시예에 따른 감압증발농축기를 구비한 전기분해장치를 보인 전체 구성도이고, 도 7b은 도 7a의 주요부 확대 구성도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 제 5 실시예에 따른 전체 구성은 상기 도 2의 변형 실시예로, 격막을 사이에 두고 양극실(11)과 음극실로 나뉘어져 공급된 소금물과 연수를 전기분해하는 격막식 전해조(1)와; 상기 전해조의 양극실에 공급되는 포화소금물을 저장하고 있는 양극수저장조(2)와; 소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물 및 전해조 양극실에서 반응된 저농도의 소금물을 감압증발농축시켜 포화소금물로 만들어 하부에 일체로 형성된 양극수저장조에 공급하도록 상기 양극수저장조(2) 상부에 일체로 결합된 감압증발농축기(3)와; 감압증발농축기에 포화소금물을 공급하는 소금물공급수단(4);으로 구성된다.

상기 양극수저장조(2) 상부와 일체로 결합된 감압증발농축기(3)는, 소금물공급수단(4)으로부터 공급받은 포화소금물 및 전해조 양극실에서 반응된 저농도의 소금물이 저장되는 상부의 농축조(31)와;

상기 농축조의 소금물을 감압증발시켜 농축시키고, 증발된 수증기는 수증기 배출배관(P1)에 설치된 수분 분리기(7)를 통해 외부로 배출하거나 소금물공급수단의 소금저장조로 공급하고, Cl₂ 가스를 포함한 건공기는 도면에 예시된 기액접촉반응조(6)와 같이 생산하고자 하는 화학제품에 따른 별도의 처리장치로 공급하는 진공펌프(32)와;

전해조의 양극실에서 공급된 저농도의 소금물을 상부 농축조 내부 소금물 수위 상부에서 분사함으로써 소금물의 비표면적을 높여 증발량을 높이는 스프레이노즐(35)과;

또한 상기 수증기 배출배관(P1)은 진공펌프(32) 전단 또는 후단에서 응축하는 수증기의 열이 농축조(31) 하부에 일체로 결합된 양극수저장조(2) 내 포화소금물과 열교환하도록 양극수저장조(2) 내부로 배관을 설치한다.

상기와 같이 구성된 실시예에 따른 작동을 이하 설명한다.

증발 농축조(31)와 양극수저장조(2)를 일체화 한다. 양극수저장조(2) 상부에는 진공펌프(32)로 수분이 유입되지 않도록 데미스터(36)를 부착하고 진공펌프(32)는 농축조(31) 최상부에서 과포화된 습공기와 Cl₂가스를 흡입하여 진공펌프(32)와 연결된 수증기 배출배관(P1)을 통해 전공펌프(32) 전단 또는 후단에서 농축조(31) 하부에 일체로 결합된 양극수저장조(2)의 포화소금물과 열교환 시키게 된다.

열교환이 끝난 응축수는 수분 분리기(7)를 통해 외부로 배출하거나 소금물공급수단의 소금저장조로 공급하고, Cl₂가스를 포함한 건공기는 도면에 예시된 기액 접촉반응조(6)와 같이 생산하고자 하는 화학제품에 따른 별도의 처리장치로 공급된다.

일체화된 양극수저장조(2)의 수위는 정수위 밸브나 자동 밸브를 사용하여 일정 수위로 제어하고 소금물정제기(42)를 통해 정제된 포화소금물이 일체화된 양극수저장조(2)로 유입된다.

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.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(1) : 격막식 전해조 (2) : 양극수저장조
(3) : 감압증발농축기 (4) : 소금물공급수단
(5) : 음극수저장조 (6) : 기액접촉반응조
(7) : 수분 분리기 (11) : 양극실
(31) : 농축조 (32) : 진공펌프
(33) : 소금물 순환펌프 (34) : 소금물 공급펌프
(35) : 스프레이노즐 (36) : 데미스터
(37) : 양극수 열교환기 (38) : 응축수 열교환조
(39) : 양극수 이송펌프 (41) : 소금저장조
(42) : 소금물정제기 (43) : 제 1 소금물 공급펌프
(P1) : 수증기 배출배관 (P2) : 포화소금물 순환배관
(P3) : 분지 순환배관 (P4) : 저농도 소금물 순환배관
(P5) : 포화소금물 공급배관 (P6) : 양극수 공급배관
(P7) : 포화소금물 분지배관 (P8) : 과포화소금물 배출배관
(P9) : 양극수 순환배관 (V1) : 과포화소금물 배출밸브
(V2) : 과포화소금물 순환밸브 (V3) : 포화소금물 공급밸브
(V4) : 진공해제 밸브 (V5) : 포화소금물 분지밸브
(V6) : 체크밸브

Claims

소금물과 연수를 전기분해하는 격막식 전해조(1)와;
상기 전해조의 양극실에 공급되는 포화소금물을 저장하고 있는 양극수저장조(2)와;
소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물을 감압증발농축시켜 과포화소금물 상태로 양극수저장조에 공급하는 감압증발농축기(3)와;
감압증발농축기, 양극수저장조 중 어느 하나 이상에 포화소금물을 공급하는 소금물공급수단(4);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 1에 있어서,
상기 감압증발농축기(3)는,
소금물 공급수단(4)으로부터 포화소금물을 공급받아 저장하고, 농축된 과포화소금물을 양극수저장조(2)에 공급하는 농축조(31)와;
상기 농축조의 소금물을 감압증발농축시키고, 증발된 수증기는 수증기 배출배관(P1)을 통해 소금공급수단(4)의 소금저장조(41)로 공급하는 진공펌프(32)와;
상기 농축조(31) 내부의 소금물을 포화소금물 순환배관(P2)을 통해 농축조 내 스프레이노즐로 공급하여 순환시키는 소금물 순환펌프(33)와;
소금물 순환펌프로부터 공급받은 소금물을 수위 상부에서 분사함으로써 소금물의 비표면적을 높여 증발량을 높이는 스프레이노즐(35)과;
상기 진공펌프(32) 내로 수분이 유입되지 않도록, 농축조 내에 설치된 상기 스프레이노즐(35)의 상부에 설치된 데미스터(36);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 2에 있어서,
상기 농축조(31)는 양극수저장조의 상부에 위치하여 중력에 의해 저장된 과포화소금물이 하부에 위치한 배출배관(P8)상의 과포화소금물 배출밸브(V1)의 개폐를 통해 양극수저장조(2)에 공급하도록 구성하거나 측면에 설치하여 펌프를 통해 과포화 소금물을 양극수저장조(2)에 공급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 2에 있어서,
상기 농축조의 하부는 콘 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 2에 있어서,
상기 포화 소금물 순환배관(P2)의 일 지점에는 분지 순환배관(P3)이 분지되어 포화소금물 순환밸브(V2)의 개방에 따라 직접 농축조(31)로 순환 공급하게 구성된 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 2에 있어서,
상기 포화 소금물 순환배관(P2)의 일 지점에는 양극수 열교환기(37)가 설치되어 전해조의 양극실에서 저농도 소금물 순환배관(P4)을 통해 양극수저장조(2)로 순환하는 고온의 양극수와 열교환하도록 구성된 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 2에 있어서,
상기 수증기 배출배관(P1)은 진공펌프(32) 전단 또는 후단에서 응축하는 수증기의 열이 농축조 내 포화소금물과 열교환하도록 일 구간 배관이 농축조(31) 내부를 관통한 후 소금물공급수단(4)의 소금저장조(41)로 공급하도록 구성한 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 1에 있어서,
상기 감압증발 농축기(3)는,
소금물공급수단(4)으로부터 포화소금물을 공급받아 저장하고, 농축된 과포화소금물을 양극수저장조(2)에 공급하되, 하부가 콘 형상의 이중자켓 형태로 구성하여 내부는 포화소금물이 저장되고, 외부는 진공펌프(32) 전단 또는 후단의 수증기 배출배관(P1)을 통해 공급된 응축수가 저장되는 열교환되는 응축수 열교환조(38)가 형성된 농축조(31)와;
상기 농축조의 소금물을 감압증발농축시키고, 증발된 수증기는 수증기 배출배관(P1)을 통해 소금공급수단(4)의 소금저장조(41)로 공급하는 진공펌프(32)와;
상기 농축조(31) 내부의 소금물을 포화소금물 순환배관(P2)을 통해 농축조 내 스프레이노즐로 공급하여 순환시키는 소금물 순환펌프(33)와;
소금물 순환펌프로부터 공급받은 소금물을 수위 상부에서 분사함으로써 소금물의 비표면적을 높여 증발량을 높이는 스프레이노즐(35)과;
상기 진공펌프(32) 내로 수분이 유입되지 않도록, 농축조 내에 설치된 상기 스프레이노즐(35)의 상부에 설치된 데미스터(36);를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 8에 있어서,
상기 농축조에 저장된 과포화소금물은 양극수저장조와 연결된 과포화소금물 배출배관(P8) 상에 설치된 소금물 공급펌프(34)가 과포화소금물 배출밸브(V1)의 개방에 따라 공급하도록 구성한 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 8에 있어서,
상기 포화 소금물 순환배관(P2)의 일 지점에는 분지 순환배관(P3)이 분지되어 스프레이노즐에 과포화소금물을 공급 시 함께 콘 형상의 내부 농축조 부분에 과포화소금물을 공급하게 하고, 타 지점에는 포화소금물 분지배관(P7)이 분지되어 포화소금물 분지밸브(V5)의 개방에 따라 포화소금물을 양극수저장조(2)에 공급하게 구성한 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 10항에 있어서
상기 분지 순환배관(P3)이 분지되어 콘 형상의 내부 농축조 부분에 과포화소금물을 공급함에 있어서 농축조(31)의 접선방향으로 유입시켜 석출되는 결정소금이 선회유동하여 중앙부로 쉽게 모일 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 8에 있어서,
상기 수증기 배출배관(P1)은 진공펌프(32) 전단 또는 후단에서 응축하는 수증기의 열이 농축조 내 포화소금물과 열교환하도록 농축조(31) 하부에 이중자켓 형태로 구성된 외부 응축수 열교환조(38)에 저장하여 열교환시킨 후 온도가 내려간 응축수를 소금물공급수단(4)의 소금저장조(41)로 공급하도록 구성한 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 8에 있어서,
상기 포화소금물 순환배관(P2)의 일 지점에는 양극수 열교환기(37)가 설치되어 전해조의 양극실에서 저농도 소금물 순환배관(P4)을 통해 양극수저장조(2)로 순환하는 고온의 양극수와 열교환시켜 스프레이노즐로 공급되는 과포화소금물의 온도를 높이도록 구성한 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
소금물과 연수를 전기분해하는 격막식 전해조(1)와;
상기 전해조의 양극실에 공급되는 양극수를 저장하고 있는 양극수저장조(2)와;
소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물 및 전해조 양극실에서 반응된 저농도의 소금물을 감압증발 농축시켜 포화소금물로 만들어 양극수저장조에 공급하는 감압증발농축기(3)와;
감압증발농축기에 포화소금물을 공급하는 소금물공급수단(4);을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 14에 있어서,
상기 감압증발농축기(3)는,
소금물공급수단(4)으로부터 공급받은 포화소금물 및 전해조 양극실에서 반응된 저농도의 소금물을 저장하고, 농축된 포화소금물을 소금물 순환펌프(33)를 통해 양극수저장조에 공급하는 농축조(31)와;
상기 농축조의 소금물을 감압증발농축시키고, 증발된 수증기는 수증기 배출배관(P1)을 통해 배출하는 진공펌프(32)와;
상기 농축조(31) 내부의 소금물을 포화소금물 순환배관(P2)을 통해 농축조 내로 공급하여 순환시킴과 동시에 포화소금물 분지배관(P7)을 통해 양극수저장조로 포화소금물을 공급하는 소금물 순환펌프(33)와;
양극수저장조(2)에 저장된 저농도의 소금물을 양극수 순환배관(P9)을 통해 농축조의 스프레이노즐(35)로 공급하는 양극수 이송펌프(39)와;
양극수 이송펌프(39)에 의해 이송된 저농도의 소금물을 농축조 내부 소금물 수위 상부에서 분사함으로써 소금물의 비표면적을 높여 증발량을 높이는 스프레이노즐(35)과;
상기 진공펌프(32) 내로 수분이 유입되지 않도록, 농축조 내에 설치된 상기 스프레이노즐(35)의 상부에 설치된 데미스터(36);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 15에 있어서,
상기 수증기 배출배관(P1)은 진공펌프(32) 전단 또는 후단에서 응축하는 수증기의 열이 농축조 내 포화소금물과 열교환하도록 일 구간 배관이 농축조(31) 내부를 관통한 후 소금물공급수단(4)의 소금저장조(41)로 공급하도록 구성한 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 15에 있어서,
상기 수증기 배출배관(P1)을 통해 배출되는 응축수는 수분 분리기(7)를 통해 외부로 배출하거나 소금물공급수단의 소금저장조로 공급할 수 있고, 건공기는 대기로 방출하거나 또는 별도의 처리장치로 이송되도록 구성한 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
격막을 사이에 두고 양극실(11)과 음극실로 나뉘어져 공급된 소금물과 연수를 전기분해하는 격막식 전해조(1)와;
상기 전해조의 양극실에 공급되는 포화소금물을 저장하고 있는 양극수저장조(2)와;
소금물공급수단으로부터 공급받은 포화소금물 및 전해조 양극실에서 반응된 저농도의 소금물을 감압증발농축시켜 포화소금물로 만들어 하부에 일체로 형성된 양극수저장조에 공급하도록 상기 양극수저장조(2) 상부에 일체로 결합된 감압증발농축기(3)와;
감압증발농축기에 포화소금물을 공급하는 소금물공급수단(4);을 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 18에 있어서,
상기 양극수저장조(2) 상부와 일체로 결합된 감압증발농축기(3)는, 소금물공급수단(4)으로부터 공급받은 포화소금물 및 전해조 양극실에서 반응된 저농도의 소금물이 저장되는 상부의 농축조(31)와;
상기 농축조의 소금물을 감압증발시켜 농축시키고, 증발된 수증기는 수증기 배출배관(P1)을 통해 배출하는 진공펌프(32)와;
전해조의 양극실에서 공급된 저농도의 소금물을 상부 농축조 내부 소금물 수위 상부에서 분사함으로써 소금물의 비표면적을 높여 증발량을 높이는 스프레이노즐(35)과;
상기 진공펌프(32) 내로 수분이 유입되지 않도록, 농축조 내에 설치된 상기 스프레이노즐(35)의 상부에 설치된 데미스터(36);를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 19에 있어서,
상기 수증기 배출배관(P1)은 진공펌프(32) 전단 또는 후단에서 응축하는 수증기의 열이 농축조(31) 하부에 일체로 결합된 양극수저장조(2) 내 포화소금물과 열교환하도록 일 구간 배관이 하부 양극수저장조(2) 내부를 관통토록 구성한 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 19에 있어서,
상기 수증기 배출배관(P1)을 통해 배출되는 수증기는 응축 후 수분 분리기(7)를 통해 외부로 배출하거나 소금물공급수단의 소금저장조로 공급하고, Cl₂ 가스를 포함한 건공기는 기액 접촉 반응조(6)와 같이 생산하고자 하는 화학제품에 따른 별도의 처리장치로 공급하도록 구성한 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해장치.
청구항 2항, 8항, 15항, 19항 중 어느 한항에 있어서,
상기 농축조(31)의 상단에는 진공해제 밸브(V4)가 구성되어 필요에 따라 농축조의 진공감압 상태를 조절도록 구성한 것을 특징으로 하는 소금물 농축공정을 구비한 전기분해 장치.