KR100535434B1 - 수소 및 산소 발생 시스템 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 수소및 산소발생 시스템에 관한 것이다.
보다 상세하게로는, 상부에 투입구가 설치되는 원료저장조;
상기 원료저장조와 연결되면서 다수의 전해조셀이 내장되는 전해조;
상기 전해조에서 방출되는 수소를 여과하도록 여과수단이 구비되는 여과조; 및,
상기 전해조의 전해조셀에 전원을 자동공급하도록 설치되는 전원공급부를 포함하는 구성으로 이루어 진다.
이에 따라서, 고효율 이면서 다양한 용량의 수소발생장치의 구현이 가능토록 되고, 내부 소모를 최소화 하여 전해 효율을 극대화 시키도록 하는 것이다.
Description
본 발명은, 희토입자막과 니켈재질의 전극판을 이용한 전해조셀과 이에 연결되는 여과조를 통하여 고순도를 수소 및 산소를 생산할 수 있도록 하는 수소 및 산소 발생 시스템에 관한 것이다.
보다 상세하게로는, 상부에 투입구가 설치되는 원료저장조와 상기 원료저장조에 연결되면서 다수의 전해조셀이 내장되는 전해조 및 상기 전해조에서 방출되는 수소를 여과하도록 여과수단이 구비되는 여과조, 상기 전해조의 전해조셀에 전원을 자동공급하도록 설치되는 전원공급부를 포함하는 구성으로 이루어 진다.
일반적으로 수소는, 물의 원소나 분자를 전기분해하는 동작에 얻을 수 있으며, 전해질로서 염기성의 전해액을 사용하였다.
또한 수소는, 연소 후 수증기만을 배출시키기 때문에 인체에 무해하며, 환경오염물질의 발생이 없어 차세대 에너지원으로서 각광을 받을 것으로 기대된다.
더하여, 상기 수소는 무독성으로 방출시에도 인체에 무해하고, 물을 보충하는 동작으로 연료원의 공급이 가능토록 되며, 이와같은 수소는 자동차 연료, 각종 열에너지제품, 가정 및 산업용 보일러 등 다양한 분야에서 사용될 수 있다.
이와같은 기술과 관련된 수소및 산소 발생장치가 대한민국등록특허공보 제468541호에 개시되어 있으며 그 구성은 도1a,b에 도시한 바와같이, 이온수가 충진되는 탱크(1)의 내측에 전해셀(2)이 프레임(3)을 통하여 고정되고, 상기 탱크의 일측에 열교환기(7)가 구비되며, 상기 열교환기(7)는 상,하부에 형성되는 입구(7a)및출구(7b)에 탱크(1)의 이온수출구(10)및 이온수입구(11)가 연결되는 관(9a)(9b)이 각각 연결된다.
또한, 상기 탱크(1)의 상부및 하부에 산소및 수소배출용 관(5)(4)이 각각 연결되고, 저부에 이온수를 보충하는 이온수공급관(6)이 연결되고, 상기 열교환기(7)에는 펌프(8)에 의해 냉매가 순환되도록 설치된다.
그리고, 상기 전해셀(2)은, 산소배출용 엘보우(32)및 수소배출용 니플(33)을 갖는 말단판(22a)(22b) 사이에 전해질막(25)이 설치되며, 상기 전해질막(25)의 상하측에 음극챔버및 양극챔버를 형성하는 다공질컨넥터(26b)(26a)가 각각 구비되고, 상기 다공질컨넥터(26b)(26a)의 일측에 산소경로(29)(29a)및 수소경로(30)(30a)를 각각 구비하는 전극판(24)이 배치되며, 상기 전극판(24)과 다공질컨넥터(26a)(26b)사이에는 내주면및 외주면가스켓(31i)(31o)이 구비되고, 전해질막(25)과 다공질컨넥터(26a)(26b)사이에도 내주면및 외주면실시트(28i)(28o)가 구비되며, 전극판(24)과 말단판(22a)(22b)사이에 가스켓(27)이 구비되는 구성으로 이루어 진다.
그러나, 상기와 같은 수소및 산소발생장치는, 전해셀의 음극챔버및 양극챔버를 형성하기 위한 복수의 컨넥터를 필요로 하여 부품수가 증가되며, 관통되는 중앙부를 통하여 전해액이 공급됨으로써 불필요한 소비를 유발하고, 전해셀의 내부소모가 증가되는 등의 단점이 있는 것이다.
또한, 최대부하에 대응토록 되는 전원공급장치에 의해 전력소비가 증가되고, 이온수의 공급이 수동에 의해 제어토록 되어 불필요한 낭비가 발생되는 단점이 있는 것이다.
상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 다양한 재질을 사용할 수 있도록 하고, 조립이 간단하고 편리하게이루어 지도록 하며, 내부 소모를 최소화 하여 전해 효율을 극대화 시키도록 하고, 극화전압과 전압차를 최소화 하도록 하는 수소 및 산소 발생시스템을 제공하는 데 있다.
또한, 생성되는 수소의 압력차에 따라 공급되는 전압을 최적의 상태로 제어토록 하여 전력소비를 최소화 하도록 하고, 이온수의 공급을 자동화에 의해 제어하도록 하는 수소및 산소 발생시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 상부에 투입구가 설치되는 원료저장조;
상기 원료저장조와 연결되면서 다수의 전해조셀이 내장되는 전해조;
상기 전해조에서 방출되는 수소를 여과하도록 여과수단이 구비되는 여과조; 및,
상기 전해조의 전해조셀에 전원을 자동공급하도록 설치되는 전원공급부를 포함하는 구성으로 수소 및 산소 발생 시스템을 제공한다.
이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도2는 본 발명에 따른 수소및 산소 발생시스템을 도시한 사시도 이고, 도3은 본 발명에 따른 수소 및 산소 발생시스템을 도시한 개략도 이며, 도4a,b,c는 각각 본 발명에 따른 수소및 산소 발생시템의 여과기와 전해조및 전원공급부를 도시한 사시도로서 본 발명은 원료저장조(100)와 전해조(200), 여과조(300)및 전원공급부(400)로서 이루어 진다.
상기 원료저장조(100)는, 하우징(500)의 내측에 설치되며, 상기 하우징(500)의 일측에 돌출되는 투입구(510)가 일체로 형성된다.
그리고, 상기 하우징(500)에는, 충진되는 전해질의 량을 표시하는 전해질량표시부(560)가 구비되고, 상기 전원공급부(400)에 연결되는 동작스위치(550)와 전류계(530)및 동작램프(540)등이 구비된다.
더하여, 상기 여과조(300)에 연결되는 수소압력계(520)가 더 연결 설치된다.
상기 전해조(200)는, 상기 원료저장조(100)의 전해액(240)을 공급받도록 공급관(360)이 챔버(210)의 일측에 연결되며, 내측에 충진되는 전해액에 침적토록 다수의 전해조셀(230)이 내장된다.
그리고, 상기 전해조셀(230)은, 유동홈을 갖는 스테인레스 재질인 다공질상의 극판(231), 절연체의 일면에 니켈재질의 전극층이 적층도포되는 원형상의 유로(232a)를 갖는 방수판(232), 절연체의 중앙부에 니켈재의 메시가 형성되는 전극판(233), 희토류입자막(234)으로 구성되며, 상기 희토입자막(234)의 양측에 순차로 전극판(233)과 극판(231)및 방수판(232)이 적층된다.
또한, 상기 방수판(232)의 일측으로 스테인레스 재질의 마감판(235)의 적층구성으로 이루어 진다.
또한, 상기 전해조셀(230)의 간격조절및 유동을 방지하기 위한 가스켓(270)이 구비되어 다수의 볼트(220)로서 결합된다.
더하여, 상기 전해조셀(230)에는 수소및 산소의 유동을 위한 방출홈(260)이 더 구비된다.
상기 여과조(300)는, 공급관(320)을 통하여 챔버(210)와 연결되는 몸체(310)의 내측에 미세 다공질상의 여과체(350)가 구비되고, 상기 여과체의 둘레에 여과재(370)가 충진된다.
그리고, 상기 몸체(310)의 저부에 여과되는 수소를 방출하기 위한 수소방출관(330)과 불순물을 배출하는 불순물배출관(340)이 더 구비된다.
상기 전원공급부(400)는, 제어기(420)에 연결되는 전류변환기(410)와 이를 감지하는 전류검침계(440)및 수소의 압력을 감지하는 수소압력계(430)로서 이루어 진다.
그리고, 상기 전류검침계(440)에는 전류표시부(450)가 더 구비되는 구성으로 이루어 진다.
상기와 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.
도2 내지 도4에서 도시한 바와같이, 본 발명의 전해조(200)는 내부에너지를 최소화 하기 위하여 다공성 극판을 이용하여 표면적을 증가시키고, 희토입자막을 통하여 이온교환의 에너지소모를 취소화 하고, 니켈망에 의해 극판에 생성된 산소, 수소의 체류시간을 최소화 하여 저항을 줄이도록 한다.
발명의 수소는 하기의 반응식에서와 같이 물의 전기분해에 의해 얻어지며,
[반응식]
양극 : H2O 전류 2H+ ↑+ 1/2 O2 ↑+ 2e
음극 : 2H+ + 2e = H2 ↑
역기에서, 수소 이온은 양극을 산소와 수소의 이온은 음극을 띄어 전해조의 양극과 음극사이에서 수소의 이온은 음극을 향해 이동하여 수소를 생성하고, 양극은 산소를 생성한다.
이때, 상기 전해액(240)에 강산성 또는 강알칼리를 첨가하면 전기분해 속도가 가속된다.
상기 챔버(210)의 내측에 전해조셀(230)를 장착한 후 전해액(240)을 공급하고, 상기 전해액(240)은 그 일측에 공급관(360)을 통하여 원료저장조(100)로 부터 공급된다.
그리고, 상기 원료저장조(100)는 외부에 노출토록 되는 표시부(560)를 통하여 그 충진량을 일정하게 유지할 수 있게 된다.
이와같은 상태에서 동작스위치(550)를 온시키면 전원공급부(400)의 동작에 의해 전해조(200)의 다공성 전극판(233)에 전원이 공급된다.
이때, 상기 전해조셀(200)에 공급되는 전해액은 전기분해되어 수소와 산소로 분리되고, 분리되는 수소와 산소중 수소막 희토류입자막(234)을 통과하여 선택분리되고, 챔버(210)에 연결되는 수소방출관(340)을 통하여 배출된다.
그리고, 상기 전해조셀(200)에서 발생되는 산소는 전기분해되지 않는 산소와 함께 원료저장조(100)로 다시공급되고, 상기 원료저장조(100)에 설치되는 별도의 관을 통하여 외부로 방출시킬 때 배출되는 산소에 의해 공기청정기의 역활도 수행하게 된다.
또한, 상기 전해조(200)에 설치되는 전해조셀(230)은, 유동홈을 갖는 스테인레스 재질인 다공질상의 극판(231), 니켈재질의 전극층(232a)을 갖는 방수판(232), 니켈재의 메시로 이루어진 전극판(233), 희토류입자막(234)및 스테인레스 재질의 마감판(235)의 적층구성으로 이루어 져 전해단의 내부 소모를 줄여 전해효율을 높이도록 한다.
그리고, 상기 전해조셀(230)은, 유동홈을 갖는 스테인레스 재질인 다공질상의 극판(231), 절연체의 일면에 니켈재질의 전극층이 적층도포되는 원형상의 유로(232a)를 갖는 방수판(232), 절연체의 중앙부에 니켈재의 메시가 형성되는 전극판(233), 희토류입자막(234)으로 구성될 때, 상기 희토입자막(234)의 양측에 순차로 전극판(233)과 극판(231)및 방수판(232)이 적층되어 고압의 수소및 산소 발생시 극판의 원형상 유로에 의해 판이 파손되는 것을 방지토록 한다.
더하여, 상기 여과조(300)는, 미세 다공질상의 여과체(350) 둘레에 세라믹 실리카겔로 여과재(370)가 충진되는 구성으로 수소가스중의 불순물을 최소화 하여 순도높은 수소가스를 생성하게 됨은 물론 수소가스를 일정압력으로 유지시키게 된다.
또한, 상기 여과조(300)는, 전해조(200)에서 공급되는 수소를 원활하게 여과토록 공급관(320)이 전해조(200)의 최상부면 보다 상부에 위치토록 되어 수소중에 포함되는 수면이 몸체(310)의 내벽에서 자연 낙하되는 것이다.
이상과 같이 본 발명에 의하면, 다양한 재질을 사용할 수 있고, 조립이 간단하고 편리하게 이루어 지며, 내부 소모를 최소화 하여 전해 효율을 극대화 하고, 극화전압과 전압차를 최소화 하는 효과가 있는 것이다.
또한, 생성되는 수소의 압력차에 따라 공급되는 전압을 최적의 상태로 제어토록 하여 전력소비를 최소화 하고, 이온수의 공급을 자동화에 의해 제어하는 효과가 있는 것이다.
본 발명한 실시예에 관련하여 도시하고 설명 하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알수 있음을 밝혀 두고자 한다.
도1a,b는 각각 종래의 수소및 산소 발생장치를 도시한 사시도 및 요부 확대도 이다.
도2는 본 발명에 따른 수소및 산소 발생시스템을 도시한 사시도 이다.
도3은 본 발명에 따른 수소 및 산소 발생시스템을 도시한 개략도 이다.
도4a,b,c는 각각 본 발명에 따른 수소및 산소 발생시템의 여과기와 전해조및 전원공급부를 도시한 사시도 이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
100...원료저장조 200...전해조
300...여과조 400...전원공급부
500...하우징
Claims (6)
- 하우징(500)의 일측에 돌출되는 투입구(510)를 통하여 외부 주입이 가능토록 설치되는 원료저장조(100);상기 원료저장조(100)의 전해액(240)을 공급받도록 공급관(360)이 챔버(210)의 일측에 연결되며, 상기 챔버(210)의 내측에는 전해액이 충진되어 극판(231), 방수판(232), 전극판(233), 희토류입자막(234)의 적층구조로 이루어진 다수의 전해조셀(230)이 내장되는 전해조(200);공급관(320)을 통하여 챔버(210)와 연결되는 몸체(310)의 내측에는 수소방출관과 연결되는 미세 다공질상의 여과체(350)가 구비되고, 상기 여과체의 둘레에 여과재(370)가 충진되는 여과조(300); 및,상기 전극판에 전원을 공급토록 제어기(420)에 연결되는 전류변환기(410)가 구비되는 전원공급부(400)를 포함하는 구성으로 이루어 진 수소 및 산소발생 시스템
- 제1항에 있어서, 상기 전원공급부(400)는, 전류검침계(440)및 수소의 압력을 감지하는 수소압력계(430)가 더 연결되고, 상기 전류검침계(440)에는 전류표시부(450)가 더 구비되는 구성으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수소 및 산소발생 시스템
- 제1항에 있어서, 상기 하우징(500)에는, 충진되는 전해질의 량을 표시하는 전해질량표시부(560)가 구비되고, 상기 전원공급부(400)에 연결되는 동작스위치(550)와 전류계(530)및 동작램프(540)등이 구비되는 것을 특징으로 하는 수소 및 산소발생 시스템
- 제1항에 있어서, 상기 전해조셀(230)은, 유동홈을 갖는 스테인레스 재질인 다공질상의 극판(231), 절연체의 일면에 니켈재질의 전극층이 적층도포되는 원형상의 유로(232a)를 갖는 방수판(232), 절연체의 중앙부에 니켈재의 메시가 형성되는 전극판(233), 희토류입자막(234)으로 구성되며, 상기 희토입자막(234)의 양측에 순차로 전극판(233)과 극판(231)및 방수판(232)이 각각 적층되는 구성으로 이루어 진 것을 특징으로 하는 수소 및 산소발생 시스템
- 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 전해조셀(230)의 간격조절및 유동을 방지하기 위한 스테인레스재질의 마감판(240)이 더 구비되고, 다수의 볼트(220)로서 결합되는 것을 특징으로 하는 수소 및 산소발생 시스템
- 제1항에 있어서, 상기 여과조(300)는, 전해조(200)에서 공급되는 수소를 원활하게 여과토록 공급관(320)이 전해조(200)의 최상부면 보다 상부에 위치토록 되어 수소중에 포함되는 수면이 몸체(310)의 내벽에서 자연 낙하되도록 하는 것을 특징으로 하는 수소 및 산소발생 시스템
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20070092788A (ko) * | 2006-03-09 | 2007-09-14 | 주식회사 에너지마스타 | 폐축전지를 이용한 산소/수소 혼합가스 발생 방법 |
-
2005
- 2005-08-17 KR KR1020050075358A patent/KR100535434B1/ko not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR20070092788A (ko) * | 2006-03-09 | 2007-09-14 | 주식회사 에너지마스타 | 폐축전지를 이용한 산소/수소 혼합가스 발생 방법 |
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