KR100790680B1 - 수소발생장치 - Google Patents

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KR100790680B1
KR100790680B1 KR1020070004663A KR20070004663A KR100790680B1 KR 100790680 B1 KR100790680 B1 KR 100790680B1 KR 1020070004663 A KR1020070004663 A KR 1020070004663A KR 20070004663 A KR20070004663 A KR 20070004663A KR 100790680 B1 KR100790680 B1 KR 100790680B1
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hydrogen
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길재형
정창렬
장재혁
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Abstract

수소발생장치를 제공한다.
본 발명은 일정크기의 내부공간을 갖는 전해조 ; 상기 전해조의 개방된 상부를 덮어 밀폐하고 적어도 하나의 수소배출구를 구비하는 덮개 ; 상기 전해조내에 배치되어 일정량의 전해액이 채워지는 신축주머니 ; 상기 덮개에 고정되고 상기 신축주머니에 채워진 전해액에 침지되어 전원인가시 전해액을 전기분해시키는 전극부 ; 및 상기 전극부에 전류를 인가하는 전원부 ; 를 포함한다.
본 발명에 의하면, 전극과 전해액간의 접촉면적을 항상 일정하게 유지하여 수소를 일정하고 안정적으로 발생시킬 수 있다.
전극판, 신축, 연료전지, 수소, 전해조, 덮개, 기액분리, 마그네슘

Description

수소발생장치{Hydrogen Generator}
도 1은 종래기술에 따른 수소발생장치를 도시한 단면도이다.
도 2은 본 발명에 따른 수소발생장치의 제1실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 3(a)는 본 발명에 따른 수소발생장치의 제1실시예에 채용되는 신축주머니가 팽창된 상태를 도시한 단면도이다.
도 3(b)는 본 발명에 따른 수소발생장치의 제1실시예에 채용되는 신축주머니가 수축된 상태를 도시한 단면도이다.
도 4은 본 발명에 따른 수소발생장치의 제2실시예를 도시한 분해 사시도이다.
도 5(a)는 본 발명에 따른 수소발생장치의 제2실시예에 채용되는 신축주머니가 팽창된 상태를 도시한 단면도이다.
도 3(b)는 본 발명에 따른 수소발생장치의 제2실시예에 채용되는 신축주머니가 수축된 상태를 도시한 단면도이다.
* 도면의 주요 부분의 부호의 설명 *
110 : 전해조 115 : 실링부재
120 : 덮개 122 : 고정공
124 : 수소배출구 130 : 신축주머니
131 : 고정부 132 : 신축부
140 : 전극부 141 : 양극전극판
142 : 음극전극판 150 : 전원부
본 발명은 수소를 발생시키는 장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 전극과 전해액간의 접촉면적을 항상 일정하게 유지하여 전해액의 전기분해시 발생되는 수소를 시간대비 안정적으로 얻을 수 있는 수소발생장치에 관한 것이다.
최근 휴대폰, PDA, 디지털 카메라, 노트북 PC 등 휴대용 소형 전자기기의 사용이 증가하고 있으며, 특히 휴대폰용 DMB 방송이 시작되면서 휴대용 소형 단말기에서 전원 성능의 향상이 요구되고 있는 실정이다.
현재 일반적으로 사용되고 있는 리튬 이온 2차전지는 그 용량이 DMB 방송을 2시간정도 시청할 수 있는 수준이며, 성능 향상이 진행되고 있기는 하지만, 보다 근본적인 해결방안으로서 보다 소형화되고 고용량의 전원공급이 가능한 마이크로 연료전지에 대한 기대가 커지고 있다.
일반적으로 마이크로 연료전지는 높은 성능을 구현하기 위해서는 수소가 가 장 적합한 연료이므로, 상기 마이크로 연료전지에 공급되는 수소를 발생시키는 장치에 대한 필요성이 요구되고 있다.
이러한 연료전지를 구현할 수 있는 방식으로서는 연료극에 메탄올과 같은 탄화수소계 연료을 직접 공급하는 직접 메탄올(Direct Methanol)방식과, 메탄올로부터 수소를 추출하여 연료극에 주입하는 RHFC(Reformed Hydrogen Fuel Cell) 방식이 알려져 있다.
상기 RHFC 방식은 PEM(Polymer Electrode Membrane) 방식과 같이 수소를 연료로 사용하므로 고출력화, 단위 체적당 구현 가능한 전력용량, 그리고 물 이외의 반응물이 없는 점에서 장점이 있으나 시스템에 별도의 개질기(Reformer)가 추가되어야 하므로 소형화에 불리한 단점을 가지고 있다.
또한, 이러한 개질기는 탄화수소계 액체연료를 기체상태로 기화시키는 증발부와, 250℃ 내지 350℃ 의 온도에서 촉매반응을 통하여 연료인 메탄올을 수소로 전환시키는 개질부, 그리고 개질반응시 부가적으로 발생되는 부산물인 CO가스(또는 CO2가스)를 제거하는 CO 제거부(또는 CO2 제거부)를 추가로 포함하여 구성된다.
그러나, 상기 개질부에서의 개질반응은 반응온도를 250℃ 내지 350℃ 사이로 유지시키면서 이루어지는 흡열반응이며, 상기 CO 제거부에서는 170℃ 내지 200℃ 정도의 온도를 일정하게 유지시키는 발열반응으로 이루어지기 때문에, 양호한 반응효율을 얻기 위해서는 구조가 복잡한 고온 시스템을 요구하게 되고, 이로 인하여 전체적인 연료전지의 장치구조가 복잡해지고 이를 제조하는데 소요되는 비용을 절 감하는데 한계가 있었다.
또한, 개질반응시 발생되는 부산물인 CO 가스 또는 CO2가스를 제거하기 위한 별도의 제거구조를 필수적으로 구비해야만 하기 때문에 장치의 전체부피를 줄이고 제조비용을 절감하는데 한계가 있었다.
한편, 전기분해에 의해서 수소를 발생시키는 방식으로는 도 1에 도시한 바와 같이, 일정크기의 전해조(1)내에 바닷물과 같은 전해액을 채우고, 상기 전해조에는 수소보다 이온화 경향이 큰 마그네슘(Mg)을 소재로 하는 애노드 전극(2)과 철(Fe)을 소재로 하여 캐소드 전극(3)을 침지하고, 상기 전해조(1)에는 상기 애노드 전극(2)과 캐소드 전극(3)을 고정하고 수소배출구(5)를 갖는 덮개(4)를 구비한다.
이러한 상태에서 상기 애노드 전극(2)과 캐소드 전극(3)에 전류를 인가하게 되면, 하기 반응식1, 2 및 3 에 의해서 마그네슘이 물과 반응하게 되면, 전해조(1)에서는 하기 반응식 4과 같이 수산화 마그네슘이 생기고, 수소를 발생시킨다.
Mg → Mg+2 + 2e-
2H2O → 2OH- + 2H+
2H+ + 2e- → H2
Mg + 2H2O → Mg(OH)2 + H2
그리고, 상기와 같은 반응식에 의해서 얻어지는 수산화 마그네슘은 전해조(1)내부에 그대로 잔류하게 되는 반면에, 상기 수소는 덮개(4)의 수소배출구(5)를 통하여 외부로 배출되어 연료로 사용할 수 있게 되는 것이다.
그러나, 상기 전해조(1)의 전해액에 침지된 애노드 전극(2)과 캐소드 전극(3)에 전류를 공급하여 수소를 발생시키는 동안 물이 지속적으로 소모되기 때문에, 전해조(1)내의 전해액의 수위는 점차 내려가게 되고, 이로 인하여 전해액과 전극간의 접촉면적은 작아지게 된다.
이러한 경우, 상기 전해조(1)에서 발생되는 수소의 발생량은 전해액과 전극간의 접촉면적에 비례하기 때문에, 상기 전해조에 채워진 전해액의 수위가 내려가면서 수소가 발생량도 감소하게 되는 것이다.
이를 위해서, 상기 전해조내에서 소모되는 전해액의 수위를 수시로 측정하는 감지수단(미도시(과 상기 전해조(1)내로 소모되는 전해액만큼 전해액을 재충전하는 펌프수단(6)을 별도로 구비해야만 하고, 이로 인하여 장치의 부피를 줄여 소형화하는데 문제가 있을 뿐만 아니라 제조원가를 상승시키는 요인으로 작용하였다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로써, 그 목적은 전극과 전해액간의 접촉면적을 항상 일정하게 유지하여 수소를 일정하고 안정적으로 발생시킬 수 있는 수소발생장치를 제공하고자 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 일정크기의 내부공간을 갖는 전해조 ; 상기 전해조의 개방된 상부를 덮어 밀폐하고 적어도 하나의 수소배출구를 구비하는 덮개 ; 상기 전해조내에 배치되어 일정량의 전해액이 채워지는 신축주머니 ; 상기 덮개에 고정되고 상기 신축주머니에 채워진 전해액에 침지되어 전원인가시 전해액을 전기분해시키는 전극부 ; 및 상기 전극부에 전류를 인가하는 전원부 ; 를 포함하는 수소발생장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 신축주머니는 상기 전극부를 구성하는 양극 전극판과 음극 전극판이 삽입되고 상기 덮개의 고정공에 고정되는 복수개의 고정부와, 상기 덮개에 형성된 수소배출구와 연결되는 출구부 및 상기 양극 전극판과 음극 전극판이 배치되는 내부에 채워진 전해액의 용량변화에 따라 팽창하거나 수축되어 부피가 가변되는 신축부로 구성된다.
더욱 바람직하게, 상기 출구부에는 기액분리용 멤브레인을 추가 구비한다.
더욱 바람직하게, 상기 신축부는 상기 양극, 음극 전극판과 동일한 형상으로 구비된다.
바람직하게, 상기 신축주머니는 상기 전극부를 구성하는 양극 전극판과 음극 전극판이 각각 삽입되고 상기 덮개의 고정공에 고정되는 복수개의 고정부와, 상기 양극 전극판과 음극판이 배치되는 내부에 채워진 전해액의 용량변화에 따라 팽창하거나 수축되어 부피가 가변되는 탄성력을 가지며, 상기 전해액의 전기분해시 발생되는 수소는 외부로 배출하고 전해액은 내부에 잔류시키는 신축부로 구성된다.
더욱 바람직하게, 상기 신축부는 상기 양극, 음극 전극판과 동일한 형상으로 구비된다.
바람직하게, 상기 신축주머니는 상기 전해액의 전기분해시 소모되는 비율과 동일한 자기수축비율로 수축되는 탄성력을 구비한다.
바람직하게, 상기 전해조와 덮개사이에는 실링부재를 구비한다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다.
도 2은 본 발명에 따른 수소발생장치의 제1실시예를 도시한 분해 사시도이고, 도 3(a)은 본 발명에 따른 수소발생장치의 제1실시예에 채용되는 신축주머니가 팽창된 상태를 도시한 단면도이고, 도 3(b)는 본 발명에 따른 수소발생장치의 제1 실시예에 채용되는 신축주머니가 수축된 상태를 도시한 단면도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 수소발생장치(100)는 도 2 와 도 3(a)(b)에 도시한 바와같이, 전해조(110), 덮개(120), 신축주머니(130), 전극부(140) 및 전원부(150)를 포함하여 구성된다.
상기 전해조(110)는 일정크기의 내부공간을 갖는 직육면체상의 박스 구조물로 구비되며, 상기 덮개(120)는 상기 전해조(110)의 개방된 상부를 덮어 밀폐하도 록 상기 전해조(110)의 상부에 결합되는 판상의 구조물이다.
이러한 덮개(120)의 외부면에는 상기 전극부(140)를 구성하는 양극 전극판(141)과 음극 전극판(142)과 더불어 신축주머니(130)를 고정할 수 있도록 복수개의 고정공(122)을 구비한다.
또한, 상기 덮개(120)의 외부면에는 상기 신축주머니(130)의 내부에서 발생된 수소를 외부로 배출할 수 있도록 적어도 하나의 수소배출구(124)를 구비한다.
여기서, 상기 수소배출구(124)는 상기 신축주머니(130)에 형성되는 출구부(134)와 연결되어 상기 신축주머니(130)의 내부에서 발생된 수소를 상기 수소배출구(124)를 통해 외부배출하도록 한다.
상기 전해조(110)의 상부단과 상기 덮개(120)사이에는 러버재와 같은 실링부재(115)를 갖추어 상기 전해조(110)의 내부를 외부환경과 차단한다.
상기 신축주머니(130)는 상기 덮개(120)에 상기 전극부(140)와 더불어 고정되고, 내부에 일정량의 전해액이 채워져서 상기 전해조(110)의 내부공간에 배치된다.
이러한 신축주머니(130)는 고정부(131), 출구부(134) 및 신축부(132)를 포함하여 구성되는바, 상기 고정부(131)는 상기 전극부(140)를 구성하는 양극 전극판(141)과 음극 전극판(142)이 각각 삽입되고 상기 덮개(120)의 고정공(122)에 고정된다.
상기 출구부(134)는 상기 덮개(120)에 형성된 수소배출구(124)와 연결되어 수소가 배출되는 통로이며, 상기 신축부(132)는 상기 고정부(131)를 통해 삽입된 양극 전극판(141)과 음극 전극판(142)이 배치되는 내부공간에 채워지는 전해액의 용량변화에 따라 팽창하거나 수축되어 부피가 가변된다.
상기 신축부(132)를 포함하는 신축주머니(130)는 내부에 채워지는 전해액의 용량변화에 따라 팽창하거나 수축되어 부피가 가변되는 탄성력을 갖도록 고무와 같은 소재로 이루어지는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 신축주머니(130)내부에 채워진 전해액의 감소시 상기 신축주머니(130)의 부피가 줄어들면서 상기 전극부(140)가 침지되는 전해액의 수위가 낮아지는 것을 방지하면서 전해액의 수위를 초기상태 그대로 일정하게 유지하게 된다.
이러한 경우, 상기 전극부(140)를 구성하는 양극, 음극 전극판(141)(142)과 상기 신축주머니(130)내에 채워진 전해액이 서로 접촉하는 면적이 수위감소에 의하여 감소되지 않고 초기상태 그대로 일정하게 유지할 수 있는 것이다.
또한, 상기 신축주머니(130)에서 발생된 수소가 배출되는 출구부(134)에는 상기 신축주머니(130)의 내부에서 발생되는 수증기를 신축주머니(130)내에 잔류하고 수소만을 외부로 배출하도록 기액분리용 멤브레인(134)을 구비하는 것이 바람직하다.
이러한 기액분리용 멤브레인으로는 고효율의 여과 기능을 제공할 수 있도록 독특한 미세구조의 구멍을 갖추어 미세 구멍을 통해 수소가스는 통과하고 입자는 걸러지는 PTFE (폴리테트라플루오르에틸렌) 멤브레인과 같은 수단으로 구비하는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 양극, 음극 전극판(141)(142)이 복수개로 구비되는 경우, 상기 신축부(132)와 이에 인접하는 다른 신축부는 서로 일체로 연결되어야 하며, 상기 양극, 음극 전극판(141)(142)이 각각 삽입배치되는 각 신축부(132)는 상기 양극, 음극 전극판(141)(142)과 대략적으로 동일한 형상으로 구비되는 것이 바람직하다.
상기 전극부(140)는 상기 덮개(120)의 고정공(122)에 상기 신축주머니(130)의 고정부(131)와 더불어 고정되고, 상기 신축주머니(130)의 내부에 채워진 전해액에 몸체대부분이 침지된다.
이러한 전극부(140)는 상기 전원부(150)의 양극단자와 전기적으로 연결되는 양극 전극판(141)과, 상기 전원부(150)의 음극단자와 전기적으로 연결되는 음극 전극판(142)으로 구성된다.
상기 전원부(150)는 상기 전극부(140)를 구성하는 양극 전극판(141)과 음극 전극판(142)과 전기적으로 연결되어 상기 양극, 음극 전극판(141)(142)에 일정세기의 전류를 인가하는 것이다.
본 발명의 제2실시예에 따른 수소발생장치(100a)는 도 4 와 도 5(a)(b)에 도시한 바와 같이, 제1실시예와 마찬가지로 전해조(110), 덮개(120), 신축주머니(130), 전극부(140) 및 전원부(150)를 포함하여 구성되는바, 동일한 부재에 대해서는 동일부호를 부여한다.
상기 전해조(110)는 일정크기의 내부공간을 갖는 박스형 구조물이며, 상기 덮개(120)는 상기 전해조(110)의 개방된 상부를 덮어 밀폐하며, 복수개의 고정공(122)을 구비한다.
또한, 상기 덮개(120)의 외부면에는 상기 신축주머니(130)의 내부에서 발생된 후 상기 신축주머니(130)를 통과한 수소를 외부로 배출할 수 있도록 적어도 하나의 수소배출구(124)를 구비한다.
상기 신축주머니(130)는 상기 덮개(120)에 상기 전극부(140)와 더불어 고정되고, 내부에 일정량의 전해액이 채워져서 상기 전해조(110)의 내부공간에 배치된다.
이러한 신축주머니(130)는 내부에 채워지는 전해액의 용량변화에 따라 팽창하거나 수축되어 부피가 가변되는 탄성력을 가지며, 상기 전해액의 전기분해시 발생되는 수소만을 외부로 배출하고 전해액은 내부에 잔류시키는 기액분리막으로 구비된다.
이러한 기액분리막은 고효율의 여과 기능을 제공할 수 있도록 독특한 미세구조의 구멍을 갖추어 미세 구멍을 통해 수소가스는 통과하고 입자는 걸러지는 PTFE (폴리테트라플루오르에틸렌) 멤브레인과 같은 수단으로 구비하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 상기 신축주머니(130)내부에 채워진 전해액의 감소시 상기 신축주머니(130)의 부피가 줄어들면서 상기 전극부(140)가 침지되는 전해액의 수위가 낮아지는 것을 방지하면서 전해액의 수위를 초기상태 그대로 일정하게 유지하게 된다.
이러한 경우, 상기 전극부(140)를 구성하는 양극, 음극 전극판(141)(142)과 상기 신축주머니(130)내에 채워진 전해액이 서로 접촉하는 면적이 수위감소에 의하여 감소되지 않고 초기상태 그대로 일정하게 유지할 수 있는 것이다.
여기서, 상기 신축주머니(130)는 상기 전극부(140)를 구성하는 양극 전극판(141)과 음극 전극판(142)이 각각 삽입되고 상기 덮개(120)의 고정공(122)에 고정되는 고정부(131)와, 상기 고정부(131)를 통해 삽입된 양극 전극판(141)과 음극전극판(142)이 각각 배치되는 신축부(132)로 구성된다.
또한, 상기 전해조(110)의 상부단과 상기 덮개(120)사이에는 러버재와 같은 실링부재(115)를 갖추어 상기 전해조(110)내의 수소가 상기 수소배출구(124)를 통하여 배출되지 않고 외부로 유출되는 것을 방지하도록 한다.
상기 전극부(140)는 상기 신축주머니(130)의 내부에 채워진 전해액에 몸체대부분이 침지되고, 상기 전원부(150)의 양극단자와 전기적으로 연결되는 양극 전극판(141)과, 상기 전원부(150)의 음극단자와 전기적으로 연결되는 음극 전극판(142)으로 구성된다.
상기 전원부(150)는 상기 전극부(140)를 구성하는 양극 전극판(141)과 음극 전극판(142)과 전기적으로 연결되어 상기 양극, 음극 전극판(141)(142)에 전류를 인가하는 것이다.
상기한 구성을 갖는 수소발생장치(100)(100a)는 전해조(110)와 조립된 덮개(120)의 고정공(122)에 전극부(140)의 양극, 음극 전극판(141)(142)을 각각 삽입배치한 신축주머니(130)가 전극부(140)와 더불어 고정된다.
그리고, 도 3(a)(b)와 도 5(a)(b)에 도시한 바와 같이, 상기 신축주머니(130)의 고정부(131)가 상기 덮개(120)의 고정공(122)에 고정된 상태에서, 상기 신축주머니(130)의 신축부(132)는 내부에 채워지는 바닷물과 같은 전해액에 의해서 팽창되고, 팽창된 신축부(132)의 외부면은 전해조(110)의 내부면에 접하게 된다.
또한, 상기 전극부(130)의 양극 전극판(141)과 음극 전극판(142)은 상기 신축주머니(130)내에 채워진 전해액에 침지된다.
이러한 상태에서, 상기 전극부(140)와 전기적으로 연결된 전원부(150)의 스위치(미도시)를 "온(on)" 시키면, 상기 전극부(140)의 양극전극판(141)과 음극전극판(142)에는 일정세기의 전류가 공급되면서 상기 신축주머니(130)내의 전해액을 전기분해시키면서 수소를 발생시키게 된다.
여기서, 도 2와 도 3(a)(b)에 도시한 바와 같이, 상기 신축주머니(130)가 상기 덮개(120)의 수소배출구(124)에 연결되는 출구부(134)를 갖추어 전해액의 용량변화에 따라 부피가 가변되는 탄성소재로 이루어지는 경우, 상기 신축주머니(130)의 내부에서 발생된 수소는 상기 출구부(134)를 통하여 외부로 배출된다.
이때, 상기 출구부(134)는 기액분리용 멤브레인을 구비하는바, 상기 출구부를 통해 외부배출되는 수소에 포함된 이물을 제거하도록 한다.
또한, 도 4와 도 5(a)(b)에 도시한 바와 같이, 상기 신축주머니가 전해액의 용량변화에 따라 부피가 가변되는 탄성력을 가짐과 동시에 기액분리막으로 이루어지는 경우, 상기 신축주머니(130)에 채워진 전해액에서 발생된 수소는 신축주머니(130)를 통하여 전해조(110)의 내부로 배출되는 반면에, 액체상의 전해액은 상기 신축주머니(130)내부에 그대로 전류하게 된다.
이때, 상기 전해조(110)의 개방된 상부는 덮개(120)에 의해서 밀폐되고, 상기 전해조(110)의 상부단과 상기 덮개(120)사이에 실링부재(115)를 구비함으로서, 상기 전해액의 전기분해시 기액분리막으로 이루어진 신축주머니(130)를 통해 배출된 기체상의 수소가 수소배출구(124)를 거치지 않고 외부로 유출되는 것을 근본적으로 방지한다.
즉, 상기 양극 전극판(141)이 수소보다 이온화 경향이 큰 마그네슘(Mg)을 소재로 하여 구성되고, 상기 음극 전극판(142)이 철(Fe)을 소재로 하여 구성되는 경우, 양극 전극판(141)과 음극 전극판(142)에 전류를 인가하게 되면, 상기 반응식1, 2 및 3에 의해서 양극 전극판(141)의 마그네슘이 전해액의 물과 반응하게 되면, 신축주머니(130)에서는 상기 반응식 4와 같이 수산화 마그네슘이 생기고, 수소를 발생시킨다.
연속하여, 상기 신축주머니(130)내에 채워진 전해액에 대한 전기분해가 연속하여 이루어지면서 상기 전해액이 점차 소모되면서 전해액의 전체량은 축소시키지만, 도 3(a)(b)와 도 5(a)(b)에 도시한 바와 같이, 상기 전해액의 전체량이 소모되어 감소되는 만큼 탄성소재로 이루어진 신축주머니(130)도 자연스럽게 자기수축되어 부피가 축소되면서 상기 신축주머니(130)내에 채워진 전해액의 수위를 저하시키지 않고 초기상태의 수위를 그대로 유지하도록 한다.
여기서, 상기 신축주머니(130)에 채워진 전해액이 전기분해에 의해서 소모되는 비율이 상기 신축주머니(130)가 수축되는 자기수축비율과 동일하게 되면, 상기 상기 신축주머니(130)내에 채워진 전해액의 수위는 초기상태를 유지할 수 있는 것이다. 이에 따라, 상기 신축주머니(130)는 상기 전해액의 전기분해시 소모되는 비율과 동일한 자기수축비율로 수축되는 탄성력을 구비하는 소재로 구성되는 것이 바 람직하다.
이러한 경우, 상기 전극부(140)의 양극 전극판(141)과 음극 전극판(142)과 상기 신축주머니(130)내에 채워진 전해액이 서로 접촉되어 반응하는 면적은 전해액의 전기분해가 이루어지는 동안 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 전해액의 수위변화를 수시로 감지하면서 별도의 펌프수단을 이용하여 전해조(110)내부로 전해액을 충전하지 않고도 수소를 시간대비 안정적으로 일정하게 발생시킬 수 있는 것이다.
연속하여, 상기 신축주머니(130)로부터 배출된 수소는 상기 덮개(120)에 구비된 수소 배출구(124)를 통하여 외부로 배출되고, 외부로 배출되는 수소는 연료전지의 발전부측으로 공급되어 전기를 발생시킬 수 있는 것이다.
즉, 수소는 상기 발전부에 구비된 양극 분리판을 통하여 양극으로 공급되고, 산소를 포함하는 공기는 상기 발전부에 구비된 음극 분리판을 통하여 음극으로 공급되도록 한다.
상기와 같이 발전부내로 공급되는 수소와 공기는 고분자전해질막을 사이에 두고 흐르며 양극에서는 하기 반응식 5와 같이 수소의 전기화학적 산화가 진행되고, 음극에서는 하기 반응식 6과 같이, 산소의 전기화학적 환원이 일어나게 된다.
이때 생성되는 전자의 이동으로 인해 전기가 발생되며, 발생된 전기는 양극, 음극용 집전판에서 집전하여 에너지원으로 사용하게 된다.
양(Anode) 전극 반응 : H2 -> 2H+ + 2e-
음(Cathode) 전극 반응 : (1/2)O2 + 2H+ + 2e- --> H2O
본 발명은 특정한 실시예와 관련하여 도시되고 설명되었지만, 이하의 특허청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변화될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진자는 용이하게 알 수 있음을 밝혀두고자 한다.
상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 전해액에 침지되는 양극 전극판과 음극전극판을 전해액이 채워지는 신축주머니의 내부에 배치함으로서 전해액의 전기분해시 소모되는 소비량만큼 신축주머니가 자기수축되면서 전해액의 수위를 초기상태 그대로 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 외부로부터 전해액을 별도의 펌프수단으로서 충전하여 보충하지 않고도 전해액과 전극판이 서로 접촉되는 반응면적을 일정하게 유지하여 시간대비 수소발생량을 지속적으로 일정하게 유지할 수 있는 효과가 얻어진다.
또한, 장치의 부피를 줄여 소형화를 도모하고, 취급 및 사용이 편리하여 휴대단말기, 전자수첩, PDA, PMP,MP3 플레이어, 네비게이션 등의 연료전지에 채용하 여 사용할 수 있는 것이다.

Claims (8)

  1. 일정크기의 내부공간을 갖는 전해조 ;
    상기 전해조의 개방된 상부를 덮어 밀폐하고 적어도 하나의 수소배출구를 구비하는 덮개 ;
    상기 전해조내에 배치되어 일정량의 전해액이 채워지는 신축주머니 ;
    상기 덮개에 고정되고 상기 신축주머니에 채워진 전해액에 침지되어 전원인가시 전해액을 전기분해시키는 전극부 ; 및
    상기 전극부에 전류를 인가하는 전원부 ; 를 포함하는 수소발생장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 신축주머니는 상기 전극부를 구성하는 양극 전극판과 음극 전극판이 삽입되고 상기 덮개의 고정공에 고정되는 복수개의 고정부와, 상기 덮개에 형성된 수소배출구와 연결되는 출구부 및 상기 양극 전극판과 음극 전극판이 배치되는 내부에 채워진 전해액의 용량변화에 따라 팽창하거나 수축되어 부피가 가변되는 신축부로 구성됨을 특징으로 하는 수소발생장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 출구부에는 기액분리용 멤브레인을 추가 구비함을 특징으로 하는 수소발생장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 신축부는 상기 양극, 음극 전극판과 동일한 형상으로 구비됨을 특징으로 하는 수소발생장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 신축주머니는 상기 전극부를 구성하는 양극 전극판과 음극 전극판이 각각 삽입되고 상기 덮개의 고정공에 고정되는 복수개의 고정부와, 상기 양극 전극판과 음극판이 배치되는 내부에 채워진 전해액의 용량변화에 따라 팽창하거나 수축되어 부피가 가변되는 탄성력을 가지며, 상기 전해액의 전기분해시 발생되는 수소는 외부로 배출하고 전해액은 내부에 잔류시키는 신축부로 구성됨을 특징으로 하는 수소발생장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 신축부는 상기 양극, 음극 전극판과 동일한 형상으로 구비됨을 특징으로 하는 수소발생장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신축주머니는 상기 전해액의 전기분해시 소모되는 비율과 동일한 자기수축비율로 수축되는 탄성력을 구비함을 특징으로 하는 수소발생장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전해조와 덮개사이에는 실링부재를 구비함을 특징으로 하는 수소발생장치.
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