(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
原水供給部から供給される原水を電気分解して電解水と副生ガスである水素ガスとを生成する電気分解槽と、
前記電気分解槽で生成された水素ガスの伝達を受け、触媒反応により前記水素ガスを除去する疎水性触媒が内蔵された触媒反応槽と、
を含み、
前記触媒反応槽は、
反応槽本体と、前記反応槽本体内に収容され、水素ガスとの触媒反応によって水を生成する疎水性触媒とを含み、
前記反応槽本体には、前記電気分解過程で生産された電解水と副生ガスである水素とが混合された気液混合物が流入する気液混合物流入口と、電解水が排出される電解水排出口と、酸素または空気を含む外気が流入する外気流入口と、触媒反応に使用されて残ったガスが排出されるガス排出口とが設けられ、
前記気液混合物流入口と前記電解水排出口は、前記疎水性触媒を挟んで互いに対応するように設置され、
前記外気流入口と前記ガス排出口は、前記疎水性触媒を挟んで互いに対応するように設置されることを特徴とする、電気分解装置。
【請求項２】
原水供給部から供給される原水を電気分解して電解水と副生ガスである水素ガスとを生成する電気分解槽と、
前記電気分解槽で生成された水素ガスの伝達を受け、触媒反応により前記水素ガスを除去する疎水性触媒が内蔵された触媒反応槽と、
を含み、
前記触媒反応槽は、
反応槽本体と、前記反応槽本体の内部に収容され、水素ガスとの触媒反応によって水を生成する疎水性触媒とを含み、
前記反応槽本体には、前記副生ガスが流入する副生ガス流入口と、前記副生ガスのうち触媒反応によって除去された処理ガスが排出される処理ガス排出口と、酸素または空気を含む外気が流入する外気流入口と、触媒反応中に発生する熱を制御するために冷却水が流入する冷却水流入口と、使用された冷却水を排出する冷却水排出口とが設けられることを特徴とする、電気分解装置。
【請求項３】
前記副生ガス流入口と前記処理ガス排出口は、前記疎水性触媒を挟んで互いに対応するように設置され、
前記外気流入口は、前記副生ガス流入口と同じ側面に設置され、前記冷却水流入口と前記冷却水排出口は、前記疎水性触媒を挟んで互いに対応するように設置され、前記冷却水流入口は、前記処理ガス排出口側から前記疎水性触媒に向かって噴射されるように設置されることを特徴とする、請求項２に記載の電気分解装置。
【請求項４】
前記外気流入口は、副生ガス流入口のライン上に設置され、前記触媒反応槽に外気を流入させることができることを特徴とする、請求項２に記載の電気分解装置。
【請求項５】
原水供給部から供給される原水を電気分解して電解水と副生ガスである水素ガスとを生成する電気分解槽と、
前記電気分解槽で生成された水素ガスの伝達を受け、触媒反応により前記水素ガスを除去する疎水性触媒が内蔵された触媒反応槽と、
を含み、
前記触媒反応槽は、
反応槽本体と、
前記反応槽本体の内部を一側の触媒剤収容部と他側の電解物収容部に区分する疎水性分離板と、
前記触媒剤収容部に収容され、水素ガスとの触媒反応によって水を生成する疎水性触媒と、
を含むことを特徴とする、電気分解装置。
【請求項６】
前記反応槽本体の前記電解物収容部の一側には、副生水素ガスの含まれている電解物が流入する電解物流入口が設置され、前記電解物収容部の他側には、副生水素ガスの除去された電解物を排出する電解物排出口が設置され、
前記反応槽本体の前記触媒剤収容部の一側には、酸素または空気を含む外気が流入する外気流入口が設置され、前記触媒剤収容部の他側には、触媒反応に使用されて残ったガスが排出されるガス排出口が設置されることを特徴とする、請求項５に記載の電気分解装置。
【請求項７】
前記電解物は、電気分解過程で生成された電解水と副生ガスとが混合された気液混合物、または電解水が分離された後の副生ガスであることを特徴とする、請求項６に記載の電気分解装置。
【請求項８】
前記触媒剤収容部側の外気流入口に冷却水を供給するように冷却水流入口がさらに設置されることを特徴とする、請求項６に記載の電気分解装置。
【請求項９】
原水供給部から供給される原水を電気分解して電解水と副生ガスである水素ガスとを生成する電気分解槽と、
前記電気分解槽で生成された水素ガスの伝達を受け、触媒反応により前記水素ガスを除去する疎水性触媒が内蔵された触媒反応槽と、
を含み、
前記疎水性触媒は、多孔質疎水性支持体上に、水素を酸化させる触媒が担持された形態で構成され、
前記疎水性支持体は、多孔質疎水性高分子材質、又は表面が疎水性に処理された無機若しくは金属材質から構成され、
前記疎水性触媒は、疎水性分離板の一側面または両側面に担持され、前記疎水性分離板と一体型に多孔質平板状膜構造、管状または中空糸状膜構造で形成されることを特徴とする、電気分解装置。
【請求項１０】
原水供給部から供給される原水を電気分解して電解水と副生ガスである水素ガスとを生成する電気分解槽と、
前記電気分解槽で生成された水素ガスの伝達を受け、触媒反応により前記水素ガスを除去する疎水性触媒が内蔵された触媒反応槽と、
を含み、
前記疎水性触媒は、多孔質疎水性支持体上に、水素を酸化させる触媒が担持された形態で構成され、
前記疎水性支持体は、多孔質疎水性高分子材質、又は表面が疎水性に処理された無機若しくは金属材質から構成され、
疎水性分離板が管状に形成され、前記疎水性触媒は管状に形成されて前記疎水性分離板の内部に少なくとも一つが設置されることで、前記疎水性触媒と前記疎水性分離板は管状または中空糸膜構造で形成されることを特徴とする、電気分解装置。
【請求項１１】
前記冷却水は、電気分解によって生成された電解水または電気分解槽に流入する原水を使用することを特徴とする、請求項２〜４及び８のいずれか一項に記載の電気分解装置。
【請求項１２】
前記疎水性触媒は、多孔質疎水性支持体上に、水素を酸化させる触媒が担持された形態で構成され、
前記疎水性支持体は、多孔質疎水性高分子材質、又は表面が疎水性に処理された無機若しくは金属材質から構成されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載の電気分解装置。
【請求項１３】
前記触媒は、白金系（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈなど）または遷移金属系（Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅなど）の中から選択された一つ以上の元素からなることを特徴とする、請求項９〜１０及び１２のいずれか一項に記載の電気分解装置。
【請求項１４】
前記疎水性支持体は、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＰ及びＳＤＢＣよりなる群から選択された一つ以上の多孔質疎水性高分子材質で構成されたことを特徴とする、請求項９〜１０及び１２〜１３のいずれか一項に記載の電気分解装置。
【請求項１５】
前記疎水性支持体は、ビーズ状、蜂の巣状、シート状、メッシュ状、管状及び中空糸状構造の中から選択されたいずれか一つの形態で形成されることを特徴とする、請求項９〜１０及び１２〜１４のいずれか一項に記載の電気分解装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気分解装置に係り、より詳しくは、電気分解工程において陰極反応を介して副産物として生成される水素を除去することができる電気分解装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電気分解工程は、様々な化学製品の生産、分解または析出及びメッキなどの工程に多様に適用されている。このような電気分解工程では、必要とされる電気化学的反応以外に、ほとんど陰極から水の分解による水素ガス（Ｈ２）が生産される反応を伴う。このような水素は、新再生エネルギーの燃料源であって、別の用途で生産しない限り、副産物として生産される。ところが、このような水素は、爆発範囲が非常に広く、常に爆発の危険性を有している。
【０００３】
このような爆発の危険性を排除するために、水素が非常に軽いガスであることを勘案して、外気で希釈して大気中に放出する方法が主に使われており、一部では爆発範囲の上限以上の純度に精製して再利用する工程が適用されている。
【０００４】
電気分解工程の一例として、最近の殺菌及び消毒技術として浮上している技術の一つとして、塩水または海水を電気分解して電気分解水である次亜塩素酸ナトリウム水溶液を発生させる電気分解装置がある。
【０００５】
つまり、塩水または海水を電気分解して次亜塩素酸ナトリウム（Ｓｏｄｉｕｍ  Ｈｙｐｏｃｈｌｏｒｉｔｅ；ＮａＯＣｌ）を発生させる装置であって、その際に発生する次亜塩素酸ナトリウムは、浄水場、下水処理場及びプールの殺菌処理や、発電所の冷却水または船舶のバラスト水の処理などに使用できる。
【０００６】
次亜塩素酸ナトリウム発生装置の稼働の際に、電解モジュールで海水または塩水を電気分解させると、塩素、水素及び酸素ガスが発生し、塩素ガスは、直ちに水（Ｈ２Ｏ）に溶解されるか、或いはＯＨ−と反応して次亜塩素酸に転換される。そして、溶解されない水素と酸素ガスは、気液分離器を介して大気中に放出される。このとき、水素ガスの場合は、濃度が４％以上になると、爆発の危険性があるため、排出の際に、送風機で空気を強制的に供給するか或いはサイクロンなどの気液分離器を介して分離した後、水素ガスの濃度が４％以上とならないように希釈して排出させる。
【０００７】
このように、次亜塩素酸ナトリウム発生装置は、水素ガスの発生により常に危険性が存在するので、根本的な危険性を防ぐために、発生する水素ガスを除去することにより、次亜塩素酸ナトリウム発生装置の水素ガス発生による危険性を減少させる必要性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】韓国登録特許第１０−０９８７２２０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、上述したような点を勘案して創案されたものであって、その目的は、触媒反応を介して、電気分解時に発生した水素ガスを除去することができる電気分解装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記の目的を達成するための本発明の電気分解装置は、原水供給部から供給される原水を電気分解して電解水と副生ガスである水素ガスを生成する電気分解槽と、前記電気分解槽で生成された水素ガスの伝達を受け、触媒反応により前記水素ガスを除去する疎水性触媒が内蔵された触媒反応槽とを含んでなることを特徴とする。
【００１１】
ここで、前記触媒反応槽は、反応槽本体と、前記反応槽本体内に収容され、水素ガスと触媒反応によって水を生成する疎水性触媒とを含み、前記反応槽本体には、前記電気分解過程で生産された電解水と副生ガスである水素とが混合された気液混合物が流入する気液混合物流入口と、電解水が排出される電解水排出口と、酸素または空気を含む外気が流入する外気流入口と、及び触媒反応に使用されて残ったガスが排出されるガス排出口とが設けられることが好ましい。
【００１２】
また、前記気液混合物流入口と前記電解水排出口は、前記疎水性触媒を挟んで互いに対応するように設置され、前記外気流入口と前記ガス排出口は、前記疎水性触媒を挟んで互いに対応するように設置されることが好ましい。
【００１３】
また、前記触媒反応槽は、反応槽本体と、前記反応槽本体の内部に収容され、水素ガスとの触媒反応によって水を生成する疎水性触媒とを含み、前記反応槽本体には、前記副生ガスが流入する副生ガス流入口と、前記副生ガスのうち触媒反応によって除去された処理ガスが排出される処理ガス排出口と、酸素または空気を含む外気が流入する外気流入口と、触媒反応中に発生する熱を制御するために冷却水が流入する冷却水流入口と、及び使用された冷却水を排出する冷却水排出口とが設けられることが好ましい。
【００１４】
また、前記副生ガス流入口と前記処理ガス排出口は、前記疎水性触媒を挟んで互いに対応するように設置され、前記外気流入口は、前記副生ガス流入口と同じ側面に設置され、前記冷却水流入口と前記冷却水排出口は、前記疎水性触媒を挟んで互いに対応するように設置され、前記冷却水流入口は、前記処理ガス排出口側から前記疎水性触媒に向かって噴射されるように設置されることが好ましい。
【００１５】
また、前記外気流入口は、副生ガス流入口のライン上に設置され、前記触媒反応槽に外気を流入させることができることが好ましい。
【００１６】
また、前記触媒反応槽は、反応槽本体と、前記反応槽本体の内部を一側の触媒剤収容部と他側の電解物収容部に区分する疎水性分離板と、前記触媒剤収容部に収容され、水素ガスとの触媒反応によって水を生成する疎水性触媒とを含むことが好ましい。
【００１７】
また、前記反応槽本体の前記電解物収容部の一側には、副生水素ガスの含まれている電解物が流入する電解物流入口が設置され、前記電解物収容部の他側には、副生水素ガスの除去された電解物が排出される電解物排出口が設置され、前記反応槽本体の前記触媒剤収容部の一側には、酸素または空気を含む外気が流入する外気流入口が設置され、前記触媒剤収容部の他側には、触媒反応に使用されて残ったガスが排出されるガス排出口が設置されることが好ましい。
【００１８】
また、前記電解物は、電気分解過程で生成された電解水と副生ガスとが混合された気液混合物、または電解水が分離された後の副生ガスであることが好ましい。
【００１９】
また、前記触媒剤収容部の外気流入口に冷却水を供給するように冷却水流入口がさらに設置されることが好ましい。
【００２０】
また、前記冷却水は、電気分解によって生成された電解水、または電気分解に流入する原水を使用することが好ましい。
【００２１】
また、前記疎水性触媒は、多孔質疎水性支持体上に、水素を酸化させる触媒が担持された形で構成され、前記疎水性支持体は、多孔質疎水性高分子材質、または表面が疎水性に処理された無機若しくは金属材質で構成されることが好ましい。
【００２２】
また、前記触媒は、白金系（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈなど）または遷移金属系（Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅなど）の中から選択された一つ以上の元素からなってもよい。
【００２３】
また、前記疎水性支持体は、ＰＴＦＥ、ＰＶＤＦ、ＰＰ及びＳＤＢＣよりなる群の中から選択された一つ以上の多孔質疎水性高分子材質で構成されてもよい。
【００２４】
また、前記疎水性支持体は、ビーズ状、蜂の巣状、シート状、メッシュ状、管状及び中空糸状構造の中から選択されたいずれか一つの構造で形成されてもよい。
【００２５】
また、前記疎水性触媒は、前記疎水性分離板の一側面または両側面に担持され、前記疎水性分離板と一体型に多孔質平板状膜構造、管状または中空糸膜構造で形成されてもよい。
【００２６】
また、前記疎水性分離板は管状に形成され、前記疎水性触媒は管状に形成されて前記疎水性分離板の内部に少なくとも一つが設置されることで、前記疎水性触媒と前記疎水性分離板は管状または中空糸膜構造で形成されてもよい。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の電気分解装置によれば、電気分解工程で発生する副生水素を別個の水素排出工程またはラインを必要とすることなく触媒反応を介して除去することにより爆発に対する安全性を確保し、水素の分離及び排出のための構成要素の設置空間と費用及び時間を減らし、メンテナンスの利便性及び安全性を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施例に係る電気分解装置を示す概略構成図である。
【図２】図１に示した触媒反応槽を示す図である。
【図３】本発明の他の実施例に係る触媒反応槽を示す図である。
【図４】本発明の別の実施例に係る触媒反応槽を示す図である。
【図５】図４の疎水性触媒において、他の例を説明するための図である。
【図６】図４の疎水性触媒において、もう一つの他の例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例に係る電気分解装置を詳細に説明する。
【００３０】
図１及び図２を参照すると、本発明の実施例に係る電気分解装置１００は、原水供給部１１０から伝達される原水を電気分解する電気分解槽１２０と、電気分解槽１２０で生成された電解水と副生ガスである水素ガスとが混合された気液混合物の供給を受け、水素は触媒反応を介して除去し、電解水のみを排出する触媒反応槽１３０とを備える。
【００３１】
一方、本発明では、前記原水が塩水または海水であることを例として挙げて説明するとともに、海水または塩水を電気分解して、殺菌剤として使用される次亜塩素酸を発生する電気分解装置を例として挙げて説明する。しかし、本発明は、海水または塩水の電気分解装置に限定されず、様々な分野の電気分解装置に適用できる。
【００３２】
前記原水供給部１１０は、原水を電気分解槽１２０に供給するためのものであって、原水供給ライン１１１に設置される原水供給ポンプ１１３と、原水供給ライン１１１に設置される前処理フィルター１１２とを備える。原水は、海水を直接ポンピングして供給することもでき、塩水タンク（図示せず）から供給することもできる。前処理フィルター１１２は、原水に含まれている不純物をフィルタリングする役割を果たす。
【００３３】
前記電気分解槽１２０は、整流器１２２から電源の供給を受け、電解槽の内部に流入した原水、すなわち塩水または海水を電気分解するように、内部に陰極と陽極が設置される。つまり、電気分解槽１２０は、公知の電気分解方法によって、流入した塩水または海水を電気分解して次亜塩素酸ナトリウム水溶液を生成し、電気分解時に発生する副生ガスである水素ガスを一緒に生成する。このように副生ガスである水素ガスと電解水とが混合された気液混合物は、電解水排出ライン１２１を介して触媒反応槽１３０に供給される。
【００３４】
前記触媒反応槽１３０は、前記気液混合物の供給を受け、水素は触媒反応を介して除去し、目的とする電解水（次亜塩素酸ナトリウム水溶液）のみを排出する。
【００３５】
具体的には、図２に示すように、触媒反応槽１３０は、反応槽本体１３１と、反応槽本体１３１の内部に設置される疎水性触媒１３３とを備える。反応槽本体１３１には、気液混合物が流入する気液混合物流入口１３１ａと、電解水が排出される電解水排出口１３１ｂと、外気が流入する外気流入口１３１ｃと、処理されたガスが排出されるガス排出口１３１ｄとを備える。気液混合物流入口１３１ａと電解水排出口１３１ｂは、前記疎水性触媒１３３を挟んで互いに反対側に対応するように設置される。電解水排出口１３１ｂが電解水貯蔵タンク１４０に連結され、触媒反応槽１３０に流入した気液混合物のうち、水素ガスは除去され、残った電解水は電解水貯蔵タンク１４０に供給されて貯蔵されるか或いは必要な使用先に供給される。
【００３６】
前記外気流入口１３１ｃは、気液混合物流入口１３１ａに隣接して設置され、触媒反応槽の内部に外気、すなわち外部空気（Ａｉｒ）または酸素（Ｏ２）を供給する。このように外気流入口１３１ｃを介して流入した外気は、触媒反応がより円滑に行われ、触媒反応時に足りない酸素を供給する。前記外気流入口１３１ｃには、外気を供給するための送風機やコンプレッサー、酸素発生器などの外気供給手段１３２が連結できる。ガス排出口１３１ｄは、電解水排出口１３１ｂ側に設置され、触媒反応に使用されて残った酸素または空気が外部へ排出されるようにする。
【００３７】
また、本発明の他の実施例に係る触媒反応槽１３０’を図３に示した。一部の電気分解工程では、副生ガスである水素が電解水と分離されて触媒反応槽１３０’へ供給されるように構成できる。図３に示すように、触媒反応槽１３０’は、図２と同様に、反応槽本体１３１と、反応槽本体１３１の内部に設置される疎水性触媒１３３とを備える。
【００３８】
また、触媒反応槽１３０’の下部の副生ガス流入口１３１ａ’を介して水素の含まれている副生ガスが流入するように構成され、外気流入口１３１ｃ’が隣接して設置される。この際、外気流入口１３１ｃ’は、図３に示すように、副生ガス流入口１３１ａ’のライン上に連結されるように設置できるが、その構成に限定せず、別個のラインを介して反応槽本体１３１に供給してもよい。供給される副生ガスと外気は疎水性触媒１３３を通過しながら触媒反応により水素を除去し、処理された副生ガスは処理ガス排出口１３１ｄ’を介して外部に排出される。この際、触媒反応により発生した熱を下げるために、反応槽本体１３１における疎水性触媒１３３の上方には冷却水を噴射することが可能な冷却流入口１３４を、反応槽本体１３１の下端部には冷却水排出口１３５をそれぞれ含んで構成される。
【００３９】
前記疎水性触媒１３３は、反応槽本体１３１の内部に備えられるものであって、好ましくは、多孔質疎水性支持体上に、水素を酸化させる触媒が担持されて構成できる。疎水性支持体は、多孔質疎水性高分子材質、または表面が疎水性に処理された無機若しくは金属材質から構成でき、特に疎水性高分子材質の場合、ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）、ＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ  ｄｉｆｌｕｏｒｉｄｅ）、ＰＰ（ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）、ＳＤＢＣ（Ｓｔｙｒｅｎｅ  Ｄｉｖｉｎｙｌｂｅｎｚｅｎｅ  Ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）などで構成できる。また、このような疎水性支持体（疎水性触媒）は、ビーズ状、蜂の巣状、平膜状または中空糸膜状などの多様な形態で構成できる。
【００４０】
前記触媒剤は、水素と酸素とを反応させて水に転換させる触媒であって、白金系（Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｉｒ、Ｒｈなど）または遷移金属系（Ｎｉ、Ｃｕ、Ｆｅなど）の中から選択された一つ以上の元素で構成できる。
【００４１】
次に、前記構成を有する電気分解装置１００によって原水（本実施例では塩水または海水として説明する）を電気分解する過程について説明する。
【００４２】
原水供給部１１０から原水が電気分解槽１２０に供給され、電気分解槽１２０に設置された陽極及び陰極の電極に整流器１２２から直流電源が供給されて電気分解が行われる。電気分解の際に、陽極では塩素イオン（Ｃｌ−）が電解反応により塩素ガス（Ｃｌ２）に転換され、陰極では水（Ｈ２Ｏ）の電解反応により水酸化イオン（ＯＨ−）と水素ガス（Ｈ２）を生成する。このように生成された塩素ガスと水酸化イオンは化学反応により次亜塩素酸（ＯＣｌ−）の形で電解水が生成される。このように生成された電解水と副生水素とが混合された気液混合物は触媒反応槽１３０に移送される。
【００４３】
触媒反応槽１３０に移送された気液混合物中の水素（Ｈ２）は、酸素（Ｏ２）と出会って触媒反応により水（Ｈ２Ｏ）に転換されることで除去される。このとき、副生水素の触媒反応に必要な酸素は、電気分解槽１２０の陽極電解反応時に副反応（水（Ｈ２Ｏ）から陽極反応によって酸素（Ｏ２）と水素イオン（Ｈ＋）を生成する反応）によって生成される。
【００４４】
その際、陽極で生成される酸素は副反応によって生成されたもので、陰極で生成された水素の量に比べて足りないため、反応できない水素が存在する。よって、外部、すなわち前記外気流入口１３１ｃを介して空気または酸素を供給することにより、足りない酸素を補充して副生ガスの水素ガスを十分に除去させる。
【００４５】
また、図３に示した触媒反応槽１３０’の作動原理は次の通りである。まず、電気分解により発生した副生水素ガスは、触媒反応槽１３０’の反応槽本体１３１に設けられた副生ガス流入口１３１ａ’を介して流入される。このとき、外気流入口１３１ｃ’を介して空気または酸素を別途供給することにより、副生水素の触媒反応に追加で必要な酸素源を供給する。副生水素ガスと外気とが混合され、反応槽本体に設けられた疎水性触媒を通過しながら、水素は酸素と触媒反応して、水と熱の生成が行われることで、副生ガス中の水素が処理されて除去される。水素の除去された処理ガスは、触媒反応槽１３０’の上端に位置した処理ガス排出口１３１ｄ’を介して外部に排出する。この際、疎水性触媒１３３の上方に位置した冷却水流入口１３４を介して冷却水を供給して疎水性触媒層へ噴射することにより、疎水性触媒層で触媒反応により生成される熱を、熱交換により、冷却させる。よって、爆発の危険性を避けることができ、安全性を提供する。熱交換の行われた冷却水は、触媒反応槽１３０’の下端に位置した冷却水排出口１３５を介して外部へ排出される。このとき、冷却水は、電気分解により生成された電解水、または電気分解に流入される原水を使用できる。
【００４６】
一方、本発明の実施例では、触媒剤として疎水性触媒を使用するので、触媒反応により生成される水によって触媒の濡れ現象を遮断することができるだけでなく、液体が一緒に供給されることにより反応熱を、熱交換より、下げられる。よって、反応熱による爆発の危険性を排除できる。つまり、従来技術として広く用いられる触媒としての水素反応触媒は、親水性担体に担持されて水素濃度が高く、水素量が高い場合には水に転換される量が増加し、生成された水が触媒を濡らして触媒の反応性を急激に低下させるという問題点があった。また、反応時に生成される反応熱によってむしろ爆発の危険性が増加するという問題点があった。これに対し、本発明は、触媒剤として疎水性触媒を用いることにより、触媒の濡れ現象を排除して反応性の低下を防止し、液体、すなわち電解水を一緒に供給することにより、熱交換により反応熱を下げることができるという利点がある。
【００４７】
また、図４にはもう一つの実施例に係る触媒反応槽２３０が示されている。図４に示した触媒反応槽２３０は、反応槽本体２３１と、反応槽本体２３１の内部を触媒剤収容部２３０ａと電解物収容部２３０ｂに区分する疎水性分離板２３３と、触媒剤収容部２３０ａに収容される疎水性触媒２３５とを備える。
【００４８】
触媒反応槽２３０の内部は、疎水性分離板２３３によって、一側に位置する触媒剤収容部２３０ａと他側に位置する電解物収容部２３０ｂに区分される。前記触媒剤収容部２３０ａに疎水性触媒２３５が収容される。このような反応槽本体２３１の電解物収容部２３０ｂは、一側には副生水素ガスの含まれている電解物を流入させるための電解物流入口２３１ａが設置され、他側には副生水素ガスの除去された電解物を排出するための電解物排出口２３１ｂが設置される。
【００４９】
反応槽本体２３１の触媒剤収容部２３０ａの一側には外気流入口２３１ｃが設置され、触媒剤収容部２３０ａ内に外気（酸素または空気）を供給できる。反応槽本体２３１の触媒剤収容部２３０ａの他側にはガス排出口２３１ｄが設置され、触媒剤収容部２３０ａ内で反応して残ったガス（酸素、窒素）及び反応後に生成された水分が排出されるようにする。
【００５０】
前記疎水性分離板２３３は、電解物収容部２３０ｂに流入した電解物のうち、水素は他側の触媒剤収容部２３０ａへ移動するようにし、副生水素ガスを除いた電解物はそのまま電解物収容部２３０ｂを経由して電解物排出口２３１ｂへ排出されるようにする。このため、疎水性分離板２３３は、液状の電解水は通過させないが、ガス状の水素ガスは通過させることができる多孔質構造の疎水性材質で構成される。
【００５１】
この際、電解物は、電気分解過程で生成された電解水と副生ガスとが混合された気液混合物であるか、或いは電解水が分離された後の副生ガスである。
【００５２】
また、前記触媒剤収容部側の外気流入口２３１ｃに冷却水流入口２３４ｅを介して冷却水を供給するように構成できる。
【００５３】
前記疎水性触媒２３５は、図２及び図３においてすでに説明した疎水性触媒１３３と同様の構成及び作用をするものであり、詳細な説明は省略する。但し、図４の疎水性触媒２３５は円形のビーズとして図示したが、これは例示的なものに過ぎない。疎水性触媒は、ビーズ（ｂｅａｄ）状、蜂の巣（ｈｏｎｅｙｃｏｍｂ）状、シート（ｓｈｅｅｔ）状、メッシュ（ｍｅｓｈ）状、管状または中空糸状などの様々な形態で構成できる。また、疎水性分離板２３３と同様の形態で構成され、積層する構造からなってもよい。
【００５４】
また、図５に示すように、疎水性分離板２３３’の一側面または両側面に疎水性触媒２３５が担持された一体型の多孔質平板状膜構造、管状または中空糸状膜の構造で構成されてもよい。
【００５５】
また、図６に示すように、管状の疎水性触媒２３５’の内側に外気が通過するようにし、その一つまたは複数の疎水性触媒２３５’を管状の疎水性分離板２３３”の内側に設置して、疎水性分離板２３３”の外側に電解物が通過するようにする構成を適用することもできる。
【００５６】
図４〜図６では単層の平板型または単一中空型の構成に限定して説明したが、触媒反応槽２３０の形態は、疎水性分離板と前記疎水性触媒が多段に積層された方式の平膜型モジュール形態、または積層された平膜形態を円筒状に巻いた渦巻き型モジュール形態、または管状または中空糸状膜の束を充填した円筒型モジュール形態などの多様な形態のモジュールで構成することができる。
【００５７】
上述したように、本発明は、電気分解反応で副生ガスとして生産される水素を、触媒反応により除去して、電気分解反応工程で常に内包している水素爆発の危険性を源泉的に遮断することにより、安全性が確保された工程技術といえる。また、本願にかかる発明によると、従来のように別個の気液分離手段、及び水素ガスを排出するための配管構成などが不要であるので、設置空間を減らし、費用及び時間を節減でき、さらにメンテナンスの利便性及び安全性を確保できる。
【００５８】
また、本願にかかる発明によると、疎水性触媒を用いて水素ガスを除去するので触媒の濡れを防止できる。さらに、電解水を一緒に供給して熱交換させることにより、反応熱を下げて、反応熱による爆発の危険も防止することができる。
【００５９】
以上、本発明を、本発明の原理を例示するための好適な実施例に関連して図示及び説明したが、本発明は、そのように図示及び説明されたままの構成及び作用に限定されるものではない。むしろ、添付された特許請求の範囲の思想及び範囲を逸脱することなく、本発明に対する多数の変更及び修正が可能であることを、当業者であれば理解することができるだろう。
【符号の説明】
【００６０】
１００    電気分解装置
１１０    原水供給部
１２０    電気分解槽
１３０、１３０’、２３０    触媒反応槽
１３１、２３１    反応槽本体
１３３、２３５、２３５’    疎水性触媒
２３３    疎水性分離板
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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