KR100677668B1 - 수소-산소 혼합가스 발생기용 전극판 및 전해조 - Google Patents

수소-산소 혼합가스 발생기용 전극판 및 전해조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 물을 전기분해하여 수소-산소 혼합가스를 발생시키는 수소-산소 혼합가스 발생기에 사용되는 전극판 및 이를 이용한 전해조에 관한 것이다. 본 발명에 의한 수소-산소 혼합가스 발생기용 전극판은 물을 전기분해하여 수소-산소 혼합가스를 발생시키는 수소-산소 혼합가스 발생기의 전해조를 구성하며, 다수가 적층되어 있고, 적층된 각각의 사이에 다수의 절연판이 개재되어 있으며, 상부에 가스 유통공이 형성되어 있고 하부에 전해액 유통공이 형성되어 있는 전극판에 있어서, 상기 전해액 유통공이 상기 가스 유통공의 직하방으로부터 좌측이나 우측으로 소정 거리 이격되어 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 전극판을 이용한 수소-산소 혼합가스 발생기는 전해액의 전류통로를 길게 함으로써, 누설전류를 줄이고 전해조의 발열을 줄여서 수소-산소 혼합가스 발생의 효율을 증대시킨다.
물, 전기분해, 수소-산소 혼합가스, 전해조, 전극판, 전해액 유통공

Description

수소-산소 혼합가스 발생기용 전극판 및 전해조{ELECTRODE PLATE FOR A HYDROGEN-OXYGEN MIXED GAS GENERATOR AND ELECTROLYTIC BATH USING THE SAME}
도 1은 종래기술에 의한 수소-산소 혼합가스 발생기의 개략 정면도
도 2는 도 1의 전해조의 확대 부분절개 정면도
도 3은 도 2의 전극판, 절연판, 및 O-링의 사시도
도 4는 도 3의 전극판의 평면도
도 5는 본 발명의 일실시 예에 의한 수소-산소 혼합가스 발생기용 전극판의 평면도
도 6은 도 5의 전극판을 하나 걸러 하나씩 세로 중심축을 기준으로 180°회전시켜 적층한 것을 나타내는 도면
도 7의 도 5의 전극판, 절연판, 및 O-링의 사시도
도 8은 도 7에 도시한 전극판, 절연판, 및 O-링을 포함하는, 본 발명의 일실시 예에 의한 수소-산소 혼합가스 발생기용 전해조의 부분절개 정면도
도 9는 도 8의 전해조를 이용한 수소-산소 혼합가스 발생기의 개략 정면도
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 의한 수소-산소 혼합가스 발생기용 전극판의 평면도
도 11은 본 발명의 일실시 예에 의한, 전해조에 방열통이 부착되어 있는 수 소-산소 혼합가스 발생기의 개략 정면도
도 12는 도 11의 좌측 부분에 대한 확대 종단면도
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 2, 4: 수소-산소 혼합가스 발생기
10, 20, 40: 전해조
11, 21, 31, 41: 전극판
11b, 21b, 31b, 41b: 가스 유통공
11c, 21c, 31c: 전해액 유통공
본 발명은 물을 전기분해하여 수소-산소 혼합가스를 발생시키는 수소-산소 혼합가스 발생기에 사용되는 전극판 및 이를 이용한 전해조에 관한 것이다.
도 1은 종래기술에 의한 수소-산소 혼합가스 발생기의 개략도이다.
이를 참조하면, 수소-산소 혼합가스 발생기(1)는 전해조(10)에 전해액을 주입하고, 전해조(10) 양단에 직류 전원(30)을 인가하여 수소와 산소를 발생시키는 장치이다. 전해조(10)의 음극에서는 수소가 발생하고 양극에서는 산소가 발생하며, 이들이 혼합되어 몰비 2:1의 수소-산소 혼합가스를 발생시키게 된다. 한편, 가스 발생시 전해조(10)에서는 열이 발생하므로 이를 냉각시키기 위해 전해조(10) 상부에 팬(fan)(도시하지 않음)이 설치된다.
도 2는 전해조를 도시한 것으로, 전해조(10)는 다수의 적층된 전극판(11), 적층된 각각의 전극판(11) 사이에 개재되는 중공(中空)의 절연판(12), 및 절연판(12) 안쪽에 끼워지는 O-링(13)(도 3 참조)을 반복적으로 적층하고, 양단을 마감판(14a, 1bb)으로 마감하며, 전체를 여러 개의 스테이(stay) 볼트-너트(17)로 체결한 것이다. 마감판(14a, 14b)에는 전해액 유입 니플(nipple)(15a, 15b), 가스 배출 니플(16a, 16b), 및 전원단자(18a, 18b)가 형성되어 있다.
이와 같이 구성된 전해조에 전해액 유입 니플(15a, 15b)과 전해액 유통공(11c)을 통하여 전해액이 유입되고 직류전원이 인가되면, 전해액 충전실(充塡室)(19)에서 물이 전기분해되고, 가스 유통공(11b)을 통하여 음극의 가스 배출 니플(16a)에서는 수소가, 양극의 가스 배출 니플(16b)에서는 산소가 발생되며, 이들이 합쳐져서 몰비 2:1의 수소-산소 혼합가스를 발생시키게 된다(도 1 참조). 한편, 미설명 번호 50은 밸브를 나타낸다.
도 4에서 보는 바와 같이, 전극판(11)의 하부에 형성되어 있는 전해액 유통공(11c)은 가스 유통공(11b)의 직하방에 위치하기 때문에, 전극판(11)의 적층시 전해액 유통공(11b)이 일직선상으로 배열된다(도 2 참조). 이렇게 되면, 전원 인가시 전해액 유통공(11b)을 따라서 직류 전류가 일직선상으로 많이 흐르게 되어 열이 많이 발생하게 되고, 이에 따라 수소-산소 혼합가스 발생의 효율이 저하하게 된다는 문제가 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전해조의 열 발생을 줄 여서 수소-산소 혼합가스 발생의 효율을 증가시키는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 수소-산소 혼합가스 발생기용 전극판은 물을 전기분해하여 수소-산소 혼합가스를 발생시키는 수소-산소 혼합가스 발생기의 전해조를 구성하며, 다수가 적층되어 있고, 적층된 각각의 사이에 다수의 절연판이 개재되어 있으며, 상부에 가스 유통공이 형성되어 있고 하부에 전해액 유통공이 형성되어 있는 전극판에 있어서, 상기 전해액 유통공이 상기 가스 유통공의 직하방으로부터 좌측이나 우측으로 소정 거리 이격되어 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 수소-산소 혼합가스 발생기용 전해조는 상기 수소-산소 혼합가스 발생기용 전극판을 상기 가스 유통공이 일렬로 배열되도록 다수 적층하되, 상기 전극판의 하나 이상을 세로 중심축을 기준으로 180°회전시켜 적층하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 의한 수소-산소 혼합가스 발생기용 전극판의 평면도이다.
이를 참조하면, 본 발명의 전극판(21)은 전해액 유통공(21c)이 가스 유통공(21b)의 직하방으로부터 좌측이나 우측으로 소정 거리 이격되도록 형성되어 있다. 바람직하게는, 전해액 유통공(21c)이 전극판(21)의 중심으로부터 좌측이나 우측으로 5 ~ 15°기울어져 형성된다.
본 발명의 수소-산소 혼합가스 발생기용 전해조(20)는 이러한 전극판(21)을 가스 유통공(21b)이 일렬로 배열되도록 다수 적층하되, 상기 전극판(21)의 하나 이상을 세로 중심축을 기준으로 180°회전시켜 적층한 것이다(도 6 참조). 도 6은 편의상 전해조(20)에서 전극판(21)의 배열만을 도시한 것이다.
이와 같이 전극판(21)을 적층하면, 종래의 전해액 유통공(11c)이 일렬로 배열된 구조에 비해, 전원 인가시 전해액의 전류통로(current path)가 길어져서 상대적으로 누설전류가 작아지고, 이에 따라 발열도 작아져서 수소-산소 혼합가스 발생의 효율이 커지게 된다.
동일한 개수의 전극판(21)을 사용한다고 할 때, 상기 전류통로가 가장 길어지는 배열은 전극판(21)을 하나 걸러 하나씩 세로 중심축을 기준으로 180°회전시켜 적층하는 배열이다(도 6 참조). 이러한 배열을 취하면 전해액 유통공(21c)이 지그재그로 배열되어 전류통로가 가장 길어져서 수소-산소 혼합가스 발생의 효율이 가장 커지게 된다. 이 경우의 혼합가스 발생 효율은 종래의 전해액 유통공(11c)이 일렬로 배열된 경우에 비해 10 ~ 30% 정도 증가된다. 도 6에서 이점쇄선은 가스 유통공(21b)이 일렬로 배열되어 있는 것과, 전해액 유통공(21c)이 지그재그로 배열되어 있는 것을 나타내고 있다.
본 발명의 다수의 전극판(21) 사이에 절연체(22)와 O-링(23)을 개재하여 전해조(20)를 구성하고, 이 전해조(20)를 이용하여 수소-산소 혼합가스 발생기를 구성하게 된다(도 7 내지 도 9 참조). 본 발명의 전극판(21)을 이용한 전해조(20) 및 수소-산소 혼합가스 발생기(2)의 구성은 전극판(21)과 그 배열방법을 제외하고는 종래기술과 유사하다. 한편, 미설명 번호 21a, 22a는 스테이(stay) 볼트 체결공, 24a, 24b는 마감판, 25a, 25b는 전해액 유입 니플(nipple), 27은 스테이(stay) 볼트-너트, 28a, 28b는 전원단자, 29는 전해액 충전실(充塡室)을 나타낸다.
본 발명에서 전해조(20) 제작에 사용되는 전극판(21)의 재질은 스테인레스강이 적당하고 그 개수는 70 ~ 120개 정도가 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니고, 전해액으로는 통상 20 ~ 30% 수산화나트륨(NaOH)이나 수산화칼륨(KOH) 등의 수용액이 사용되나 이에 한정되는 것은 아니며, O-링(23)은 전해액 누설을 방지하기 위한 것으로서 알칼리성 고무재질이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다.
전해조에서 발생되는 수소 및 산소를 원활히 배출시키기 위해서 가스 유통공을 도 10에 도시한 바와 같이 세로 중심축에 대칭으로 2개 형성할 수도 있다. 전극판(31)의 중심과 2개의 가스 유통공(31b)이 이루는 각은 5 ~ 15°정도가 적당하다. 가스 유통공(31b)을 2개 형성시 세로 중심축에 대칭으로 하는 것은, 전극판(31)의 일부를 세로 중심축에 대하여 180°회전시켜 적층해도 가스 유통공(31b)이 일렬로 배열되어 가스 유통이 원활하게 되도록 하기 위해서이다. 그러나, 가스 유통공(31b)의 개수나 배치가 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 미설명 번호 31a는 스테이 볼트 체결공, 31c는 전해액 유통공을 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일실시 예에 의한, 전해조에 방열통이 부착되어 있는 수소-산소 혼합가스 발생기의 개략 정면도이고, 도 12는 도 11의 좌측 부분에 대한 확대 종단면도이다.
이들을 참조하면, 본 발명에 일실시 예에 의한 수소-산소 혼합가스 발생기용 전해조(40)는 냉각매체가 유입, 유출되어 전해조(40)를 냉각시키는 방열통(63)이 전해조(40)의 양단에 설치되어 있다. 전해조(40)에는 물의 전기분해에 의해서 열이 발생하므로, 통상 전해조(40)의 상부에 팬(fan)(도시하지 않음)을 설치하여 전해조(40)를 냉각시키게 된다. 이러한 냉각작용을 더욱 강화하기 위해서, 전해조(40)의 마감판(44a)에 방열통(63)을 부착하고 물이나 기름 등의 냉각매체를 방열통(63)에 유입, 유출시켜서 마감판(44a)으로 전달된 열을 방출하게 된다.
상기 전해조(40)는 도 8의 전해조(20)와 유사하나, 마감판(44a)에 방열통(63)이 부착되므로, 전해액 유입 니플(45a)과 가스 배출 니플(46a)이 각각 전해액 유입 배관(45b)과 가스 배출 배관(46b)에 의해 연장되어 있다는 점, 그리고 도 8의 전해조(20)의 마감판(24a)에 있던 전원단자(28a, 28b)가 생략되고 마감판(44a) 하단에 직접 직류 전원(30)이 연결된다는 점에서 차이가 있다.
한편, 상기 방열통(63)의 외주면에 다수의 방열판(heat-radiating plate)(61)을 설치하면 냉각효율을 더 높일 수 있다. 미설명 번호 41은 전극판, 41b는 가스 유통공, 42는 절연판, 43은 O-링, 47은 스테이 볼트-너트, 65a는 냉각매체 유입 니플, 66a는 냉각매체 유출 니플을 나타낸다.
본 발명의 전극판을 이용한 수소-산소 혼합가스 발생기는 전해액의 전류통로를 길게 함으로써, 누설전류를 줄이고 전해조의 발열을 줄여서 수소-산소 혼합가스 발생의 효율을 증대시킨다.
이상에서 살펴본 본 발명은 기재된 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었 지만, 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허 청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (6)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 물을 전기분해하여 수소-산소 혼합가스를 발생시키는 수소-산소 혼합가스 발생기의 전해조를 구성하며, 다수가 적층되어 있고, 적층된 각각의 사이에 다수의 절연판이 개재되어 있으며, 상부에 가스 유통공이 형성되어 있고 하부에 전해액 유통공이 형성되어 있으며, 상기 전해액 유통공이 상기 가스 유통공의 직하방으로부터 상기 전극판의 중심을 기준으로 좌측이나 우측으로 5 ~ 15°기울어져 형성되어 있는 전극판을, 상기 가스 유통공이 일렬로 배열되도록 다수 적층하되, 상기 전극판의 하나 이상을 세로 중심축을 기준으로 180°회전시켜 적층하여 이루어지며, 상기 전해조의 양단에, 냉각매체가 유입, 유출되어 상기 전해조를 냉각시키는 방열통이 설치되어 있는 수소-산소 혼합가스 발생기용 전해조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전극판을 하나 걸러 하나씩 세로 중심축을 기준으로 180°회전시켜 적 층하여, 상기 전해액 유통공이 지그재그로 배열되도록 한 것을 특징으로 하는 수소-산소 혼합가스 발생기용 전해조.
  5. 삭제
  6. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    상기 냉각통의 외주면에 다수의 방열판이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 수소-산소 혼합가스 발생기용 전해조.
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