KR100884105B1

KR100884105B1 - 전해액 냉각장치

Info

Publication number: KR100884105B1
Application number: KR1020070013723A
Authority: KR
Inventors: 손복수
Original assignee: 손복수
Priority date: 2007-02-09
Filing date: 2007-02-09
Publication date: 2009-02-17
Also published as: KR20080074508A

Abstract

본 발명은 전기분해를 위해 요구되는 전해액을 냉각하기 위한 냉각장치에 관한 것으로서, 양극의 전원을 인가받아 전해액을 전기분해하여 산소와 수소가스를 발생시키는 전해조; 상기 전해조와 전해액을 교환하도록 내부에 전해액을 수용하는 전해액 수조; 상기 전해액 수조내의 전해액을 냉각하도록 구성된 전해액 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 전기분해를 위한 고온의 전해액을 냉각함으로써, 전해액의 전기분해 효율을 향상시킬 수 있다.

전해조, 전해액 수조, 전해액 냉각부, 열교환판, 열교환통

Description

전해액 냉각장치{Apparatus for Cooling Electrolyzed Liquid}

도 1은 본 발명에 따른 전해액 냉각장치의 제1 실시예의 구성을 도시한 도면,

도 2는 본 발명에 따른 전해액 냉각장치의 제1 실시예에 있어서 열교환판을 도시한 도면,

도 3은 본 발명에 따른 전해액 냉각장치의 제2 실시예의 구성을 도시한 도면,

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 따른 전해액 냉각장치의 제2 실시예에 있어서 전해액 냉각부를 도시한 도면,

도 5는 본 발명에 따른 전해액 냉각장치의 제2 실시예에 있어서 열교환통을 도시한 도면.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 전해조

20: 전해액 수조

30: 전해액 순환부

31: 순환 펌프

40: 열교환판

50: 냉객수 순환부

60: 라디에이터

70: 전해액 공급부

80: 수위 센서

90: 열교환통

100: 냉각팬

본 발명은 전기분해를 위해 요구되는 전해액을 냉각하기 위한 냉각장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 전해액 수조내의 전해액을 냉각하도록 구성된 전해액 냉각부를 포함함으로써, 고온의 전해액을 냉각하고 이에 따라 전기분해 효율을 향상시킬 수 있는 전해액 냉각장치에 관한 것이다.

전해액은 전기분해를 위해 사용되는 액체를 말하며, 통상적으로 물이 사용된다. 전해액의 전기분해에 의해 산소와 수소의 혼합가스가 발생하며, 일반적으로 워터가스라고 불린다. 이러한 혼합가스는 산수소 혼성가스, 아쿠아 가스, 물가스 등으로도 불리는데, 물의 전기분해 방식으로 얻은 수소와 산소를 분리하지 않고 당량비 2:1로 섞어 둔 혼합기체이다.

이와 같이 물의 전기분해에 의해 생성되는 워터가스는 무한 자원인 물을 원료로 하고 완전연소 후에 수증기만 발생하므로 근본적으로 환경오염이 없는 청정한 미래 에너지원으로 인식되고 있다. 또한, 워터가스는 연소시 불꽃을 모으는 응폭(implosion) 현상을 유발하기 때문에 에너지 효율이 우수한 장점도 지니고 있다.

그러나, 전기분해에 의해 수소 및 산소가 발생되는 적정 온도는 30도 전후이며, 온도가 적정 온도보다 높을 때에는 수소 및 산소의 발생량이 떨어지게 된다. 즉, 전해조에서 전기분해에 의한 워터가스 생성시 필연적으로 전류에 의한 열이 발생하게 되는데, 발생된 열로 인해 전해조 내의 전해액 온도가 높아지고 이로 인해 수소와 산소의 포집 효율이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 전해조에서 전기분해에 의한 워터가스 생성시 발생하는 열로 인해 증기가 발생되고 소비전력이 증가하는 문제점이 있었다.

상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 전해조에서 전기분해에 의한 워터가스 생성시 필연적으로 발생하는 열을 냉각함으로써 수소와 산소의 포집 효율을 증대하기 위한 되는 전해액 냉각장치장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 전기분해에 이용되는 전해액의 온도를 낮춤으로써 워터가스 생성시 부수적으로 생성되는 증기 발생을 줄이고 소비전력을 낮추는 전해액 냉각장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 전해액 수조에 수위센서를 마련하고, 상기 수위센서의 신호에 의해 전해액을 공급함으로써 전해액의 온도를 일정 온도 이하로 유지하는 전해액 냉각장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 전기분해를 위해 요구되는 전해액을 냉각하기 위한 냉각장치에 있어서, 양극의 전원을 인가받아 전해액을 전기분해하여 산소와 수소가스를 발생시키는 전해조; 상기 전해조와 전해액을 교환하도록 내부에 전해액을 수용하는 전해액 수조; 상기 전해액 수조내의 전해액을 냉각하도록 구성된 전해액 냉각부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 냉각장치를 제공한다.

이때, 상기 전해액 냉각부는, 하나 이상의 금속 판으로 구성되고 내부에 전해액과 냉각수의 순환 통로가 형성되어 있는 열교환판; 상기 열교환판과 연결되어 상기 전해액 수조의 전해액을 상기 열교환판 내부의 순환 통로로 공급하는 펌프를 구비하는 전해액 순환부; 상기 열교환판과 연결되어 냉각수를 상기 열교환판 내부의 순환 통로로 공급하는 냉각수 순환부 및 상기 냉각수 순환부와 연결되어 순환된 냉각수와 열교환하는 라디에이터를 구비하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 전해액 냉각부는, 상기 전해액 수조 외부에 배치되어 상기 전해액 수조 내부의 전해액과 열 교환하는 다수의 냉각핀이 방사상으로 형성된 열교환통; 상기 열교환통 상부에 배치되어 상기 열교환통의 냉각핀을 냉각하도록 구성된 냉각팬을 구비할 수 있다.

이때, 상기 열교환통은 조립 및 분해가 용이하도록 대칭적인 두 부분으로 이루어지는 것이 바람직하다.

또한, 상기 열교환판 및 열교환통은 열 교환이 용이하도록 알루미늄 합금으로 이루어질 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 전해액 냉각장치는 상기 전해액 수조 내부의 전해액의 수위를 감지하는 수위 센서; 상기 수위 센서와 연결되어 전해액을 일정 높이 이상으로 유지하는 전해액 공급부를 더 포함하는 것이 바람직하다.

이하에서는 본 발명 전해액 냉각장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 본 명세서에서는 다양한 실시예에 있어서 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하기로 한다.

(제1 실시예)

우선 도1 및 도2를 참조하여 본 발명에 따른 전해액 냉각장치의 제1 실시예의 구성을 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명에 따른 전해액 냉각장치의 제1 실시예를 도시하고, 도 2는 본 발명에 따른 전해액 냉각장치의 제1 실시예에 있어서 열교환판을 도시한다.

본 발명에 따른 전해액 냉각장치는, 도1에 도시된 바와 같이, 전해조(10), 전해액 수조(20), 전해액 순환부(30), 열교환판(40), 냉각수 순환부(50), 라디에이터(60)를 포함한다.

전해조(10)는 양극과 음극 전원을 인가받아 전해액을 전기분해함으로써 산소와 수소가스를 발생시키는 역할을 한다. 발생된 산소와 수소 가스는 포집 용기에 저장되어 워터 가스로 이용된다. 전해조(10)에는 전해액 수조(20)에서 공급되는 전해액이 순환하며 전기분해 후 남은 전해액은 다시 전해액 수조(20)로 들어가게 된다. 전해조(10)에서 전해액의 전기분해시 열이 발생되기 때문에 전해액 수 조(20)로 다시 들어가는 전해액의 온도는 전해조(10)로 들어오는 전해액의 온도보다 높은 상태가 된다.

전해액 수조(20)는 전해조(10)에 전해액을 공급하고 남은 전해액을 전해조(10)로부터 공급받는다. 전기분해시에는 전해액이 소모되기 때문에, 소모된 전해액은 후술하는 전해액 공급부(70)로부터 보충된다.

이와 같이, 전해액 수조(20)는 전해액으로 인해 온도가 계속 상승하기 때문에, 전해액 수조(20) 내의 전해액 온도를 낮추기 위한 전해액 냉각부가 요구된다. 전해액 냉각부는 전해액 순환부(30), 열교환판(40), 냉각수 순환부(50), 라디에이터(60)로 구성될 수 있다.

전해액 순환부(30)는 전해액을 유출하고 유입하기 위한 파이프 형태의 관으로 형성되어 있으며, 파이프 내부를 통해 전해액이 일 방향으로 유동한다. 전해액 순환부(30)는, 전해액 수조(20) 내부의 전해액을 강제 순환하기 위해, 순환 펌프(31)를 구비한다. 이와 같이, 전해액 순환부(30)는 순환 펌프(31)를 통해 전해액을 열교환판(40)의 내부 통로에 공급한다. 열교환판(40)의 내부에서 열교환을 통해 고온의 전해액은 저온의 전해액으로 바뀌게 되며, 전해액은 다시 전해액 수조(20)로 유입된다.

열교환판(40)은 하나 이상의 금속 판으로 구성되어 있으며, 내부에는 전해액 및 냉각수가 각각 통과하도록 두 개의 순환 통로가 형성되어 있다. 열교환판(40)은 열교환을 용이하게 수행하도록 알루미늄 또는 이와 유사한 금속으로 형성될 수 있으며, 열교환판(40)을 여러 개 겹침으로써 열교환 효과를 높일 수 있다.

도2에 도시된 것처럼, 열교환판(40)은 전해액과 냉각수가 각각 순환하는 통로(40a, 40b)가 형성되어 있으며 순환 통로(40a, 40b)를 지나가면서 고온의 전해액(a)과 저온의 냉각수(b)의 열교환이 일어나게 된다.

열교환판(40)의 순환 통로(40a, 40b) 출구 측에서 전해액(a)의 온도는 순환 통로(40a, 40b) 입구 측에서의 전해액의 온도보다 낮아지며, 열교환판(40)의 순환 통로(40a, 40b) 출구 측에서 냉각수(b)의 온도는 순환 통로(40a, 40b) 입구 측에서의 냉각수의 온도보다 높아지게 된다.

온도가 높아진 냉각수(b)는 냉각수 순환부(50)를 통해 라디에이터(60)로 들어가게 된다. 라디에이터(60)로 들어온 고온의 냉각수(b)는 라디에이터(60)와의 열교환을 통해 다시 저온의 냉각수로 바뀌게 된다. 열교환에 의해 저온이 된 냉각수(a)는 다시 열교환판(40)으로 들어가게 된다.

이와 같이, 전해액와 냉각수의 열교환에 의해 전해액 수조(20) 내부의 전해액의 온도를 낮출 수 있으며, 이를 통해 전해액의 전기분해 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

한편, 본 발명에 따른 전해액 냉각장치는 전해액 공급부(70), 수위센서(80)를 더 포함할 수 있다.

전해액 공급부(70)는 전해액 수조(20) 내부에 전해액을 공급하여 전해액의 수위를 일정 높이 이상으로 유지하는 역할을 한다.

수위센서(80)는 전해액 수조(20) 내부의 전해액의 수위를 감지하며 일정 수위 아래로 내려가는 경우에는 전해액 공급부(70)에 전해액을 공급하도록 제어할 수 있다.

전해액 공급부(70)와 수위센서(80)에 의해 전기분해를 통해 감소되는 전해액을 일정 수준 이상으로 유지함으로써 안정적으로 전기분해를 행할 수 있다.

(제2 실시예)

도3 내지 도5를 참조하여 본 발명에 따른 전해액 냉각장치의 제2 실시예를 설명하기로 한다. 도 3은 본 발명에 따른 전해액 냉각장치의 제2 실시예를 도시하고, 도 4는 본 발명에 따른 전해액 냉각장치의 제2 실시예에 있어서 전해액 냉각부를 도시하고, 도 5는 본 발명에 따른 전해액 냉각장치의 제2 실시예에 있어서 열교환통을 도시한다.

도3에 도시된 것처럼, 본 발명에 따른 전해액 냉각장치는, 전해조(10), 전해액 수조(20), 열교환통(90), 냉각팬(100)을 포함한다.

앞에서 설명한 것처럼, 전해조(10)에서 전해액의 전기분해시 열이 발생되기 때문에 전해액 수조(20)로 다시 들어오는 전해액의 온도를 낮출 필요가 있다. 이를 위해, 제1 실시예와는 달리 열교환통(90)과 냉각팬(100)을 사용할 수 있다. 좁은 공간이나 큰 냉각 효과가 필요없는 소형 장치에서는 열교환통(90)과 냉각팬(100)을 사용하는 것이 비용면에서 더욱 효율적일 수 있다.

도3에 도시된 것처럼, 열교환통(90)은 전해액 수조(20) 외부에서 전해액 수조(20)를 둘러싸는 형태로 배치되어 있다. 또한, 열교환통(90)은 전해액 수조(20) 내부의 전해액과 열 교환하기 용이하도록 다수의 냉각핀이 형성되어 있으며, 열교 환통(90)은 알루미늄이나 이와 유사한 금속으로 이루어질 수 있다.

냉각팬(100)은 열교환통(100) 상부 또는 하부에 배치되어 있으며, 회전에 의한 공기 순환으로 전해액 수조(20) 내부의 전해액으로부터 전달된 열을 외부로 방출시킨다.

열교환통(90)은, 도4a 및 도4b에 도시된 것처럼, 조립 및 분해가 용이하도록 두 부분(91, 92)으로 형성되는 것이 바람직하다. 열교환통(90)의 두 부분(91, 92)은 도5에 도시된 것처럼 단면 형상이 반원 형상인 대칭으로 구성되는 것이 전해액 수조(20) 외부에서 열교환통(90)을 조립하고 분해하는데 용이하다는 점이 이해될 것이다. 물론, 이와 달리 열교환통(90)을 두 부분이 아닌 세 부분 이상으로 만드는 것도 가능하다.

열교환통(90)의 대칭적인 두 부분(91, 92)은 볼트(93)와 너트(94)로 간편하게 체결하고 분해할 수 있다.

한편, 도5에 도시된 것처럼, 열교환통(90)의 냉각핀(91a, 92a)은 냉각팬(100)의 회전에 의한 공기 흐름에 의해 효율적인 열 교환이 일어나도록 방사상으로 형성되는 것이 바람직하다. 만약, 냉각팬(100)의 위치가 달라진다면 열교환통(90)의 냉각핀(91, 92) 위치 및 형상도 달라진다는 점이 이해될 것이다.

이와 같이 구성된 전해액 냉각장치에 의하면, 냉각수단을 통해 전해조의 전기분해 과정에서 발생되는 열을 효율적으로 냉각시켜 전해액이 적정온도를 유지하도록 함으로써 전기분해효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 권리범위는 상기 실시예에 한정되는 것은 아니며 허여된 특허청구 범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 변형할 수 있는 범위까지 본 발명의 청구 범위 내에 있다는 것이 이해될 것이다.

이와 같이 구성된 전해액 냉각장치에 의하면, 종래와 달리 전해조에서 전기분해에 의한 워터가스 생성시 필연적으로 발생하는 열을 냉각함으로써 수소와 산소의 포집 효율을 증대시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 전기분해에 이용되는 전해액의 온도를 낮춤으로써 워터가스 생성시 부수적으로 생성되는 증기 발생을 줄이고 소비전력을 낮출 수 있다.

아울러, 본 발명은 전해액 수조에 수위센서를 마련하고 상기 수위센서의 신호에 의해 전해액을 공급함으로써 전해액의 온도를 일정 온도 이하로 유지할 수 있다.

Claims

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전기분해를 위해 요구되는 전해액을 냉각하기 위한 냉각장치에 있어서,

양극의 전원을 인가받아 전해액을 전기분해하여 산소와 수소가스를 발생시키는 전해조;

상기 전해조와 전해액을 교환하도록 내부에 전해액을 수용하는 전해액 수조; 및,

상기 전해액 수조 외부에 배치되어 상기 전해액 수조 내부의 전해액과 열 교환하는 다수의 냉각핀이 방사상으로 형성된 열교환통과, 상기 열교환통 상부에 배치되어 상기 열교환통의 냉각핀을 냉각하도록 구성된 냉각팬이 형성되어 상기 전해액 수조내의 전해액을 냉각하는 전해액 냉각부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 냉각장치.
제3항에 있어서,

상기 열교환통은 조립 및 분해가 용이하도록 대칭적인 두 부분으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전해액 냉각장치.
제3항 또는 제4항에 있어서,

상기 열교환통은 열 교환이 용이하도록 알루미늄 합금으로 이루어진 것을 특징으로 하는 전해액 냉각장치.
제5항에 있어서,

상기 전해액 수조 내부의 전해액의 수위를 감지하는 수위 센서;

상기 수위 센서와 연결되어 전해액을 일정 높이 이상으로 유지하는 전해액 공급부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전해액 냉각장치.