KR100654321B1

KR100654321B1 - 물 전기분해용 전해조

Info

Publication number: KR100654321B1
Application number: KR1020050054527A
Authority: KR
Inventors: 이기원
Original assignee: 주식회사 유니버셜에너지
Priority date: 2005-06-23
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2006-12-11

Abstract

본 발명에 따른 물 전기분해용 전해조는, 산소가스 토출구(2)와 수소가스 토출구(3)가 상부에 형성되면서 하부에 전해액 투입구(4)가 형성되어 이루어지고, - 전극으로서 기능하는 마감판(5)과; 이 마감판(5)과 대향하게 위치하면서 + 전극으로서 기능하는 마감판(8); 전극판(6) 내에 수소포집방(9)의 일부가 삽입되어 장착되고, 이 수소포집방(9) 내에 격막(10)이 삽입 장착되면서 산소포집방(11)이 차례로 장착되어, 상기 수소포집방(9)과 상기 산소포집방(11)이 상기 격막(10)에 의해 격리되어 이루어진 다수의 셀(13); 상기 마감판(5,8)과 상기 셀(13) 사이에 각각 장착되는 마감고무판(7)을 구비하여 구성되되; 상기 수소포집방(9)은, 그 내부에 행렬형상으로 형성되어 상기 격막(10)이 상기 수소포집방(9)으로 밀려들어오지 않도록 하는 고무로 이루어진 돌기부를 포함함과 더불어, 상부에 형성된 수소가스 토출구 및 산소가스 토출경로구멍과, 하부에 형성된 전해액 투입구를 갖추고, 상기 산소포집방(11)은, 그 내부에 행렬형상으로 형성되어 상기 격막(10)이 상기 산소포집방(11)으로 밀려들어오지 않도록 하는 고무로 이루어진 돌기부를 포함함과 더불어, 상부에 형성된 산소가스 토출구 및 수소가스 토출경로구멍과, 하부에 형성된 전해액 투입구를 갖추며, 상기 수소포집방(9)의 상기 수소가스 토출구와 상기 산소포집방(11)의 수소가스 토출경로구멍이 서로 맞다아 수소가스 토출경로를 형성하고, 상기 산소포집방(11)의 산소가스 토출구와 상기 수소포집방(9)의 산소가스 토출경로구멍이 서로 맞다아 산소가스 토출경로를 형성함으로써, 생성된 수소가스와 산소가스의 섞임현상을 방지할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

Description

물 전기분해용 전해조{A ELECTROLYZER FOR ELECTROLYSISING THE WATER}

도 1은 본 발명에 따른 물 전기분해용 전해조의 분해도,

도 2는 본 발명에 따른 물 전기분해용 전해조의 좌측면도,

도 3은 본 발명에 따른 물 전기분해용 전해조의 우측면도,

도 4a는 본 발명에 따른 전해조 내에 설치되는 다수의 셀(13) 중 n번째 셀에 설치된 수소포집방(9n)의 구조를 나타낸 도면,

도 4b는 도 4a의 B-B선에 따른 단면도,

도 5a는 본 발명에 따른 전해조 내에 설치되는 다수의 셀(13) 중 n번째 셀에 설치된 산소포집방(11n)의 구조를 나타낸 도면,

도 5b는 도 5a의 C-C선에 따른 단면도이다.

1 --- 전해조 고정나사 2 --- 산소가스 토출구

2n --- n번째 셀의 산소가스 토출구

2n' --- n번째 셀의 수소가스 포집방에 형성된 산소가스 토출경로구멍

3 --- 수소가스 토출구 3n --- n번째 셀의 스소가스 토출구

3n' --- n번째 셀의 산소가스 포집방에 형성된 수소가스 토출경로구멍

4 --- 전해액 투입구 4n --- n번째 셀의 전해액 투입구

5 --- 마감판(- 전극) 6 --- 전극판

7 --- 마감고무판 8 --- 마감판(+ 전극)

9 --- 수소포집방 9n --- n번째 셀의 수소포집방

10 --- 격막 11 -- 산소포집방

11n --- n번째 셀의 산소포집방 12 --- 퇴적물 퇴출구

13 --- 셀 21n --- n번째 셀의 돌기부

41,51 --- 전해액 경로 42 --- 생성된 수소가스 경로

50 --- 전해조 52 --- 생성된 산소가스 경로

본 발명은, 물을 전기분해해서 수소와 산소의 분자를 가스로 분해할 때 발생되는 수소가스와 산소가스의 섞임현상을 구조적으로 완벽하게 방지할 수 있을 뿐만 아니라 일반적인 물을 사용할 수 있는 특정 격막을 채용함으로써, 저비용이면서 견고한 내구성을 갖도록 된 물 전기분해용 전해조에 관한 것이다.

현재, 물을 전기분해하는 전해조에서는 산소포집방과 수소포집방을 격리시키기 위해 SPE(불소산화) 격막을 사용하고 있다. 그러나, 이러한 SPE(불소산화) 격막은 가격이 상당히 고가이기 때문에, 대량 생산시에 원가비중이 매우 높아지게 된다. 또한, SPE(불소산화) 격막을 사용하고 있는 전해조에서는, 일반적인 물을 사용할 경우에는 격막의 수명이 현저히 단축된다는 문제가 있기 때문에, 전해액도 일반적인 물을 사용하는 것이 아니라 순수한 증류수만을 사용할 수 있도록 되어 있 다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 발명된 것으로, 물을 전기분해해서 수소와 산소의 분자를 가스로 분해할 때 발생되는 수소가스와 산소가스의 섞임현상을 완벽하게 방지할 수 있을 뿐만 아니라 일반적인 물을 사용할 수 있는 특정 격막을 채용함으로써, 저비용이면서 견고한 내구성을 갖는 물 전기분해용 전해조를 제공함에 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 물 전기분해용 전해조는, 산소가스 토출구(2)와 수소가스 토출구(3)가 상부에 형성되면서 하부에 전해액 투입구(4)가 형성되어 이루어지고, - 전극으로서 기능하는 마감판(5)과; 이 마감판(5)과 대향하게 위치하면서 + 전극으로서 기능하는 마감판(8); 전극판(6) 내에 수소포집방(9)의 일부가 삽입되어 장착되고, 이 수소포집방(9) 내에 격막(10)이 삽입 장착되면서 산소포집방(11)이 차례로 장착되어, 상기 수소포집방(9)과 상기 산소포집방(11)이 상기 격막(10)에 의해 격리되어 이루어진 다수의 셀(13); 상기 마감판(5,8)과 상기 셀(13) 사이에 각각 장착되는 마감고무판(7)을 구비하여 구성되되; 상기 수소포집방(9)은, 그 내부에 행렬형상으로 형성되어 상기 격막(10)이 상기 수소포집방(9)으로 밀려들어오지 않도록 하는 고무로 이루어진 돌기부를 포함함과 더불어, 상부에 형성된 수소가스 토출구 및 산소가스 토출경로구멍과, 하부에 형성된 전해액 투입구를 갖추고, 상기 산소포집방(11)은, 그 내부에 행렬형상으로 형성되 어 상기 격막(10)이 상기 산소포집방(11)으로 밀려들어오지 않도록 하는 고무로 이루어진 돌기부를 포함함과 더불어, 상부에 형성된 산소가스 토출구 및 수소가스 토출경로구멍과, 하부에 형성된 전해액 투입구를 갖추며, 상기 수소포집방(9)의 상기 수소가스 토출구와 상기 산소포집방(11)의 수소가스 토출경로구멍이 서로 맞다아 수소가스 토출경로를 형성하고, 상기 산소포집방(11)의 산소가스 토출구와 상기 수소포집방(9)의 산소가스 토출경로구멍이 서로 맞다아 산소가스 토출경로를 형성함으로써, 생성된 수소가스와 산소가스의 섞임현상을 방지할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 격막(10)이, 일반적인 물에 수산화나트륨을 희석한 전해액을 사용할 수 있도록 된 것을 특징으로 한다.

또한, - 전극으로서 기능하는 상기 마감판(5)과 + 전극으로서 기능하는 상기 마감판(8)에 각각 약 32KHz 펄스의 - 전압과 + 전압을 인가하도록 된 것을 특징으로 한다.

(실시예)

이하, 예시도면을 참조하면서 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 물 전기분해용 전해조의 분해도, 도 2는 본 발명에 따른 물 전기분해용 전해조의 좌측면도, 도 3은 본 발명에 따른 물 전기분해용 전해조의 우측면도이다.

도 1에 있어서, A-A선을 중심으로 좌측은 셀(13)을 구성하는 전극판(6)과, 수소포집방(9), 격막(10) 및, 산소포집방(11)이 조립되어 있지 않은 상태를 나타내 고 있고, A-A선을 중심으로 우측은 전극판(6)과, 수소포집방(9), 격막(10) 및, 산소포집방(11)이 조립되어 하나의 셀(13)을 이루면서 이러한 셀(13)이 다수개 횡으로 병렬 조립되어 있는 상태를 나타내고 있다.

즉, 상기 셀(13)은, 전극판(6) 내에 상기 수소포집방(9)의 일부가 삽입되어 장착되고, 상기 수소포집방(9) 내에는 이 수소포집방(9)과 산소포집방(11)을 격리시키는 상기 격막(10)이 삽입되어 장착되며, 이 격막(10)에는 상기 산소포집방(11)이 차례로 장착되면서 상기 수소포집방(9) 내에 삽입되어 이루어진다.

한편, 도 1에 있어서, 도면참조부호 5는 마감판으로서, - 전기를 인가할 수 있는 - 전극으로서 기능하고, 도면참조부호 8은 마감판으로서, + 전기를 인가할 수 있는 + 전극으로서 기능하며, 도면참조부호 7은 상기 셀(13)과 각 마감판(5,8) 사이에 위치하여 셀(13)을 기밀하게 밀봉하도록 기능하는 마감고무판이다.

도 2에 있어서, 도면참조부호 1은 전해조(50)를 고정시키는 전해조 고정나사이고, 도면참조부호 2는 전해조(50)에서 발생된 산소가스가 토출되는 산소가스 토출구이며, 도면참조부호 3은 전해조(50)에서 발생된 수소가스가 토출되는 수소가스 토출구이고, 도면참조부호 4는 전해조(50)에다 전해액을 투입하는 전해액 투입구이다.

도 3에 있어서, 도면참조부호 12는 전해조 내의 각종 찌꺼기가 추출되는 퇴적물 퇴출구이다.

도 1에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 전해조(50)는 전극판(6)과, 수소포집방(9), 격막(10) 및, 산소포집방(11)이 조립되어 하나의 셀(13)을 이루면 서 이러한 셀(13)이 다수개 횡으로 병렬 조립되어 구성된다. 이와 같이 조립되어 완성된 전해조에 전해액을 채우게 되는데, 전해액은 일반적으로 사용하고 있는 물에다 수산화나트륨을 20∼30% 정도 희석하여 만들고, 이와 같이 만들어진 전해액을 전해조(50)의 내부 공간에 가득 채운다. 상기와 같이 물에 수산화나트륨을 희석하여 사용함으로써 전기 흐름을 양호하게 해주는 역활을 하게 된다.

전해액으로 가득 채워진 전해조(50)의 양쪽 마감판(5,8; - 전극, + 전극)에 각각 - 전기 및 + 전기를 인가하면, 각각의 셀(13)에서 생성된 수소는 수소가스 토출구(3)로 토출되고, 산소가스는 산소가스 토출구(2)로 토출되게 된다.

토출시의 각 압력은 생성된 가스가 전해액 보다 가벼우므로 외부공간으로 밀고 나오려는 힘에 의해 자연적으로 압력이 발생하여 각 토출구(2,3)로 토출될 수 있도록 된다.

이 때, 약 32KHz 펄스의 전압을 인가하면, 생성된 가스의 방출이 원활해지게 될 뿐만 아니라 초음파 세정기 역활을 하게 됨으로써, 기존의 SPE격막 보다 수명이 더 길어지게 되고, 더욱이 격막에 각종 불순물이 흡착되는 것을 방지함으로써 전해액의 투입 또한 원활해지게 된다.

특히, 펄스로 구동시키게 되면, 전해조 내의 각종 찌꺼기가 자연스럽게 퇴적물 퇴출구(12)로 몰리게 됨으로써, 모여진 퇴적물은 퇴적물 퇴출구(12)에 설치된 밸브(도시되지 않았음)를 열어 제거할 수 있도록 된다.

이어, 도 4a,b 및 도 5a,b를 참조하여 수소가스 및 산소가스가 생성되는 과정에 대해 설명한다.

도 4a는 본 발명에 따른 전해조 내에 설치되는 다수의 셀(13) 중 n번째 셀에 설치된 수소포집방(9n)의 구조를 나타낸 도면이고, 도 4b는 도 4a의 B-B선에 따른 단면도이다.

도 4a,b에 있어서, 도면참조부호 21n은 행렬형상으로 형성되면서 고무로 이루어진 n번째 수소포집방 돌기부이다. 이 돌기부(21)는 셀(13)을 형성하기 위해 전극판(6)과, 수소포집방(9), 격막(10) 및, 산소포집방(11)이 조립될 경우, 상기 격막(10)이 상기 수소포집방(9n)으로 밀려들어오지 않도록 기능함으로써, 상기 수소포집방(9)과 상기 산소포집방(11)을 격리시키는 상기 격막(10)이 항상 평탄한 상태를 항상 유지할 수 있도록 된다.

또한, 도면참조부호 3n은 n번째 셀의 수소가스 토출구를 나타내며, 2n'는 n번째 산소가스 토출구(2n)와 서로 일치되어 맞다아 산소가스 토출경로를 형성하는 n번째 산소가스 토출경로구멍이다.

도 5a는 본 발명에 따른 전해조 내에 설치되는 다수의 셀(13) 중 n번째 셀에 설치된 산소포집방(11n)의 구조를 나타낸 도면이고, 도 5b는 도 5a의 C-C선에 따른 단면도이다.

도 5a,b에 있어서, 도면참조부호 31은 행렬형상으로 형성되면서 고무로 이루어진 n번째 산소포집방 돌기부이다. 이 돌기부(31)는 셀(13)을 형성하기 위해 전극판(6)과, 수소포집방(9), 격막(10) 및, 산소포집방(11)이 조립될 경우, 상기 격막(10)이 상기 산소포집방(11n)으로 밀려들어오지 않도록 기능함으로써, 상기 수소포집방(9)과 상기 산소포집방(11)을 격리시키는 상기 격막(10)이 항상 평탄한 상태 를 항상 유지할 수 있도록 된다.

또한, 도면참조부호 2n은 n번째 셀의 산소가스 토출구를 나타내며, 3n'는 n번째 수소가스 토출구(3n)와 서로 일치되어 맞다아 수소가스 토출경로를 형성하는 n번째 수소가스 토출경로구멍이다.

한편, 도 4 및 도 5에 있어서 도면참조부호 4n은 n번째 셀(13)의 전해액투입구를 각각 나타낸다.

이하의 설명에서는 설명의 간단화를 위해, n째 셀의 수소포집방(9n) 및 산소포집방(11n)에서 야기되는 전기분해의 동작에 대해서만 설명하는바, 실제 동작에 있어서는 다수의 모든 셀(13)에 대해 동일하게 작용하게 된다.

먼저, 전해액 투입구(4)를 통해 전해액이 n번째 셀의 수소포집방(9n) 및 산소포집방(11n)의 각 전해액 투입구(4n)로 주입되어, 전극의 접촉면을 제외한 빈공간으로 충진된다. 도 4a 및 도 5a에서 전해액이 주입되어 충진되는 경로가 화살표(41) 및 화살표(51)로 각각 도시되어 있다. 충진이 완료된 다음, 전극에 전기를 인가하게 되면, + 전극에서는 산소가 발생되고, - 전극에서는 수소가 발생된다.

이와 같이 생성된 수소가스 및 산소가스는 기체로서, 전해액을 통과하여 최상부의 수소가스 토출구(3n) 및 산소가스 토출구(2n)로 자연스럽게 방출된다. 도 4a 및 도 5a에서 수소가스 및 산소가스가 토출되는 경로가 화살표(42) 및 화살표(52)로 각각 도시되어 있다.

상기와 같이 생성된 수소가스는 n번째 셀의 수소포집방(9n)의 수소가스 토출구(3n)와 n번째 산소가스 포집방(11n)에 형성되어 있는 수소가스 토출경로구멍 (3n')을 거쳐 수소가스 토출경로를 형성하면서 수소가스 토출부(3)로 토출된다.

한편, 상기와 같이 생성된 산소가스는 n번째 셀(13)의 산소포집방(11n)의 산소가스 토출구(2n)와 수소가스 포집방(9n)에 형성되어 있는 산소가스 토출경로구멍(2n')을 거쳐 산소가스 토출경로를 형성하면서 산소가스 토출부(2)로 토출된다.

이와 같이 수소가스와 산소가스가 토출될 경우, 수소가스 토출구(3n)와 수소가스 토출경로구멍(3n')가 서로 맞닫고, 산소가스 토출구(2n)와 산소가스 토출경로구멍(2n')가 서로 맞다음으로써, 생성된 수소가스와 산소가스가 구조적으로 서로 섞이지 않고 토출될 수 있도록 된다.

상기 전기분해는 전해액 중에서 물만을 분해하게 됨으로써, 희석된 수산화나트륨은 전해조 내에서 농도가 점점 진해지게 된다. 따라서, 일정량의 전기분해가 이루어진 후에는 전기분해로 소모된 양 만큼 일반적인 가정의 수도물을 보충하여 주면 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전기분해시 발생하는 수소가스와 산소가스의 섞임현상을 완벽하게 방지할 수 있을 뿐만 아니라 특정 격막의 채용에 의해 일반적인 물을 사용할 수 있게 됨으로써, 저비용이면서 견고한 내구성을 갖출 수 있게 된다.

Claims

산소가스 토출구(2)와 수소가스 토출구(3)가 상부에 형성되면서 하부에 전해액 투입구(4)가 형성되어 이루어지고, - 전극으로서 기능하는 마감판(5)과;

이 마감판(5)과 대향하게 위치하면서 + 전극으로서 기능하는 마감판(8);

전극판(6) 내에 수소포집방(9)의 일부가 삽입되어 장착되고, 이 수소포집방(9) 내에 격막(10)이 삽입 장착되면서 산소포집방(11)이 차례로 장착되어, 상기 수소포집방(9)과 상기 산소포집방(11)이 상기 격막(10)에 의해 격리되어 이루어진 다수의 셀(13);

상기 마감판(5,8)과 상기 셀(13) 사이에 각각 장착되는 마감고무판(7)을 구비하여 구성되되;

상기 수소포집방(9)은, 그 내부에 행렬형상으로 형성되어 상기 격막(10)이 상기 수소포집방(9)으로 밀려들어오지 않도록 하는 고무로 이루어진 돌기부를 포함함과 더불어, 상부에 형성된 수소가스 토출구 및 산소가스 토출경로구멍과, 하부에 형성된 전해액 투입구를 갖추고,

상기 산소포집방(11)은, 그 내부에 행렬형상으로 형성되어 상기 격막(10)이 상기 산소포집방(11)으로 밀려들어오지 않도록 하는 고무로 이루어진 돌기부를 포함함과 더불어, 상부에 형성된 산소가스 토출구 및 수소가스 토출경로구멍과, 하부에 형성된 전해액 투입구를 갖추며,

상기 수소포집방(9)의 상기 수소가스 토출구와 상기 산소포집방(11)의 수소 가스 토출경로구멍이 서로 맞다아 수소가스 토출경로를 형성하고, 상기 산소포집방(11)의 산소가스 토출구와 상기 수소포집방(9)의 산소가스 토출경로구멍이 서로 맞다아 산소가스 토출경로를 형성함으로써, 생성된 수소가스와 산소가스의 섞임현상을 방지할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 물 전기분해용 전해조.
제1항에 있어서, 상기 격막(10)이, 일반적인 물에 수산화나트륨을 희석한 전해액을 사용할 수 있도록 된 것을 특징으로 하는 물 전기분해용 전해조.
제1항에 있어서, - 전극으로서 기능하는 상기 마감판(5)과 + 전극으로서 기능하는 상기 마감판(8)에 각각 약 32KHz 펄스의 - 전압과 + 전압을 인가하도록 된 것을 특징으로 하는 물 전기분해용 전해조.