KR101428972B1 - 납산 배터리 전해액 여과장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2차 전지인 납산 폐배터리의 내부 전해액을 흡입, 정화하여 재 주입함으로써 배터리의 복원 환경의 향상과 복원 후 사용기간을 연장 시키는 전해액 여과장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 전해액 여과장치는 내부 전해액 정화를 통하여 불순물 제거, 내부저항을 낮춰서 배터리의 복원 환경을 최적화 시킬 수 있도록 하는 납산 배터리 전해액 여과장치 이다. 흡입펌프로 전해액을 흡입(SUCTION)하고 여과필터(3)(4)(5)가 단계별로 세 단계(1.0㎛→0.5㎛→0.2㎛)의 여과(PURIFYING)를 한 뒤 정화된 전해액이 디지털 유량계인 배출펌프를 통해 관으로 배출되어 배터리로 재 주입(REFILL)하는 것을 특징으로 한다.

Description

납산 배터리 전해액 여과장치{LEAD-ACID BATTERIES ELECTROLYTE FILTRATION DEVICES}

본 발명은 납산 배터리의 전해액 여과장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배터리 내부의 전해액에 섞여있는 불순물을 정화해서 재주입함으로써 배터리 내부저항을 줄여주는 전해액 여과장치에 관한 것이다.

일반적으로 배터리는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 사용할 수 있도록 하는 것으로서 방전될 경우 충전하면 다시 배터리의 기능을 회복할 수 있다. 이러한 배터리의 경우 장시간이 경과하게 되면 그 성능이 떨어져 폐기되는 과정을 거치게 된다.

납산배터리는 전해액으로 묽은 황산을 사용하고 양극판은 과산화납(PbO₂), 음극판은 순수한 납(Pb)으로 구성되어 있다. 이러한 납산배터리는 작은 체적으로 큰 전기를 얻기 위해 화학반응을 일으키는 극판과 전해액의 접촉 면적이 커지도록 얇은 판으로 하며, 또한 여러 장을 병렬로 배치하여 사용하고 있었다.

이러한 납산배터리의 성능이 떨어져 폐기되는 가장 큰 원인으로 극판의 황산화 현상을 들 수 있는데 이는 충전 및 방전을 반복하는 동안 충전시 극판에 달라붙어 있던 황산염이 묽은 황산으로 환원되지 않고 고체 상태로 그대로 붙어 있는 현상 때문이다. 이러한 황산화 현상이 극판에 절연피막을 형성해서 화학전기반응의 통로를 차단하게 되며 이로서 배터리의 전압용량 및 전해질의 비중을 떨어뜨리고 전해질을 비효율적으로 만들어서 배터리의 성능을 저하시키게 된다.

또한 배터리 내부에서 일어나는 자기방전의 가장 큰 원인은 불순물이다. 배터리를 구성하고 있는 물질은 양극판이 과산화납(PbO₂), 음극판이 해면상연(Pb), 전해액이 묽은 황산(H₂SO₄)이지만 이들 물질은 제조과정에 있어서 100% 순수한 물질을 정제하는 것은 불가능하다. 여기에 여러 가지 물질이 함유되어 있고, 이것들이 자기방전의 큰 원인이 되며, 내부저항으로 나타난다.

이렇게 배터리 중에 함유된 불순물이 화학적으로 혹은 전기화학적으로 작용하여 자기방전이 일어나게 된다. 예를 들면 일반적으로 먹는 물에도 많이 함유된 철이 전해액 중에 함유되어있고 이것이 황산과 반응하면 황산제일철(FeSO₄)이 되고, 또한 양극판의 과산화납으로부터 산소를 취해서 황산납(PbSO₄)이 되고, 자기 스스로는 황산제이철(Fe₂(SO₄)₃)로 된다. 이것이 음극판에 작용해서 해면상연(Pb)을 산화하고 황산납으로 만들어 결국은 원래의 황산제일철로 된다. 이렇게 전해액에 철이 함유되어 있어도 양극과 음극사이를 왕복하여 자기방전 시킨다.

불순물로서는 마그네슘(Mg)이 철과 같은 작용을 하고 염산, 유기산 등은 자기방전을 시키는 동시에 극판을 침식시킨다. 극판의 물질이외의 금속물질이 있으면 주로 음극판에 부착되어 부분적으로 전지형태를 띄고 이것이 단락된 형으로 되어 부분적으로 전류를 흘려 음극판을 자기방전 시키고 수소가스를 발생시킨다. 이와 같은 불순물로 인해서 배터리의 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 기존에는 폐배터리를 수거하여 이를 원 재료별로 분리하여 주성분인 납, 황산, 화학물질로 나누어 폐기처리 하였으나 이렇게 할 경우 위험물질에 대한 노출, 중금속 오염 문제 및 공해 발생의 문제가 발생하였다.

문헌1: 대한민국 등록특허공보 (10-1261614)

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 배터리 내부에서 일어나는 자기방전의 가장 큰 원인이 되는 불순물의 제거와 복원초기 과도한 전압인가의 원인인 내부저항을 줄여줌으로 극판의 손상을 방지하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 전해액의 불순물만을 제거하고 이를 전량 재사용함으로써 환경오염 발생요인을 줄여주며, 배터리의 사용 중 내부의 하단에 침전되어지는 불순물들에 의해 잠식되어지는 극판의 비율을 줄여줌으로 충방전시 전해질과 극판의 반응면적을 넓혀주는 효과로 본 발명에 의한 처리방법으로 복원된 폐배터리의 복원성능을 향상시킴과 더불어 복원 후 배터리의 사용기간을 연장시키는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 기존의 폐배터리의 처리방법(재활용)과는 달리 이를 복원하는 방법을 취해서 중금속 오염 및 환경 문제(탄소배출)를 해결하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 배터리의 상단부 일측의 개구부를 통해서 전해액을 흡입하는 흡입관; 상기 흡입관으로 연결되어 배터리내의 전해액을 흡입하기 위한 흡입펌프; 상기 흡입된 전해액을 여과하기 위한 수개의 여과필터; 상기 여과 필터를 통과해서 정화된 전해액을 저장하기 위한 저장탱크; 정화된 전해액을 배출하기 위한 배출펌프와 배터리로 투입하기 위한 투입관;으로 구성되고,
본 발명은 상기 여과필터들의 끝단에 활성탄 필터를 포함하며, 상기 저장탱크에 전해액의 비중을 측정하는 비중계; 저장탱크의 일측에 증류수를 투입하기 위한 제 1 투입구; 저장탱크의 타측에 황산을 투입하기 위한 제 2 투입구; 상기 비중계의 측정결과에 따라 상기 투입구들의 개방여부를 결정하는 콘트롤러;를 포함하고,
본 발명은 흡입관, 흡입펌프, 여과필터, 저장탱크 및 배출관이 내산성소재로 하며 특히 전조(case)는 내산성이 탁월한 PVC 재질로 이루어지고,
상기 여과필터는 내산성이 있는 필터로서 1차 여과필터, 2차 여과필터 및 3차 여과필터로 이루어지며, 상기 1차 여과필터는 1.0㎛ 크기 이상의 물질을 걸러내게 되고, 상기 2차 여과필터는 상기 1차 여과필터를 통과한 후에 0.5㎛ 크기 이상의 물질을 걸러내게 되고, 상기 3차 여과필터는 상기 2차 여과필터를 통과한 후에 0.2㎛ 크기 이상의 물질만 걸러내는 것을 특징으로 한다.

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이에, 본 발명은 폐배터리의 내부 전해액과 불순물을 흡입, 정화함으로써 내부저항을 현저히 감소시켜 배터리 복원 환경을 극대화 시키는 효과가 있으며, 사용 수명을 연장시킬 수 있으며, 이를 통해서 경제적 비용 손실을 최소화하는 효과가 있다.

또한, 폐배터리 복원 및 재사용으로 재활용에서 발생되는 유해물질을 줄여 환경 보호에 기여 할 수 있으며, 폐배터리 재활용시 발생되는 탄소배출량의 95%정도를 줄일수 있으며, 신품 배터리 대비 가격 경쟁력을 확보할 수 있게 해준다.

또한, 내부 전해액을 전량 재사용함으로써 환경오염을 줄일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 전해액 여과장치를 정면에서 바라본 사시도이다.
도 2는 본 발명의 전해액 여과장치를 측면에서 바라본 사시도이다.
도 3은 전해액 여과장치의 하단부에 바퀴를 구비를 구비한 것을 나타내는 사시도이다.
도 4는 전해액 여과장치의 평면도로 각 구성요소들의 위치를 나타낸 것이다.
도 5는 전해액 여과장치의 정면도를 나타낸 것이다.
도 6은 전해액 여과장치의 측면도를 나타낸 것이다.
도 7은 전해액 여과장치의 내부의 저장탱크에 비중계가 배치된 것을 나타낸 것이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 의한 본 발명의 전해액 여과장치의 바람직한 실시예들을 자세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

본 발명에 따른 전해액 여과장치는 내부 전해액 정화를 통하여 불순물 제거, 내부저항을 낮춰서 배터리의 복원 환경을 최적화 시킬 수 있도록 하는 납산 배터리 전해액 여과장치이다. 흡입펌프로 전해액을 흡입(SUCTION)하고 여과필터로 정화하는데, 상기 여과필터는 1차 여과필터, 2차 여과필터 및 3차 여과필터로 구성된다.
상기 1차 여과필터는 1.0㎛ 크기 이상의 이물질을 걸러내게 되고, 상기 2차 여과필터는 0.5㎛ 크기 이상의 이물질을 걸러내게 되며, 상기 3차 여과필터는 0.2㎛ 크기 이상의 이물질을 걸러내게 된다.
이와 같이 세 단계(1.0㎛→0.5㎛→0.2㎛)의 여과(PURIFYING)를 한 뒤 정화된 전해액이 디지털 유량계인 배출펌프를 통해 관으로 배출되어 배터리로 재 주입(REFILL)하는 것을 특징으로 한다.

도 1과 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전해액 여과기는 전해액을 흡입하기 위한 흡입관(1)과 흡입펌프(2)가 설치되고, 이는 불순물을 걸러 주는 3개의 여과필터, 즉 1차 여과필터(3), 2차 여과필터(4) 3차 여과필터(4))로 차례로 연결된다.

상기 흡입관으로 폐배터리의 전해액을 흡입하는 단계에서 통상적으로 배터리의 기울기를 변화시켜서 불순물을 포함하는 전해액을 흡입한다. 이렇게 함으로써 불순물을 좀더 쉽게 흡입하고, 전극판의 손상을 막을 수 있게 된다.

또한 불순물이 걸러진 전해액을 모으기 위해 내부 저장탱크(6)가 설치되고 모여진 전해액을 외부로 배출하기 위한 내산성 배출펌프(7)가 배출관(8)과 연결된다. 그리고 이를 제어하기 위해 시동스위치(9)가 설치된다.

전해액 여과장치의 시동스위치(9)로 흡입펌프(2)를 작동시켜 흡입관(1)을 통해 배터리 내부의 전해액을 흡입한다. 흡입된 전해액이 제 1 차 여과필터(3)를 지나서 제 2 차 여과필터(4) 통해 좀 더 세밀한 필터를 지나고 마지막으로 제 3 차 여과필터(5)를 지나면서 불순물이 깨끗이 걸러진 상태로 내부 저장탱크(6)에 배출된다. 경우에 따라서는 제 3 차 여과필터의 후단에 활성탄 필터를 부가하여 불순물을 포함한 전해액 중 물(H2O)만을 좀 더 깨끗한 증류수로 변환시키는 과정을 포함 할 수도 있다.

또한 상기와 같이 3단계의 여과필터를 배치함으로써 필터의 교환 및 처리공정에서도 장점이 있다. 제 1 차 여과필터에서 대부분의 불순물이 걸러지게 되므로 제 1 차 여과필터만을 교환해주면 되기 때문이다. 그리고 필터의 교환주기도 제 1차, 제 2차, 제 3 차 순으로 감소된다.

상기 1차 여과필터(3), 2차 여과필터(4) 및 3차 여과필터(5)는 내산성이 있는 필터로서 전해액으로부터 안전하고 필터의 기능을 다했을 때 손쉽게 교체할 수 있도록 한다.

내부 저장탱크(6)에 모여진 전해액을 배출펌프(7)가 다시 빨아올려 배출관(8)을 통해 배출된다. 이를 다시 배터리로 재주입한다. 상기 배출펌프는 유량제어기를 구비한 디지털 펌프로 배치하는 것이 유리하다.

이와 같은 과정을 통해서 전해질 내에 있는 불순물을 제거하여 배터리에 공급해 줌으로써 배터리의 수명을 연장시킬 수 있으며, 기존의 배터리 처리방식에서 발생하는 환경문제를 해결할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명에 따른 전해액 여과장치를 나타낸 것으로 부피가 큰 전해액 여과장치의 이동을 편리하게 하기 위해서 별도의 이동수단인 바퀴(10)를 구비한 것을 나타내고 있다. 통상 배터리의 재처리시에 수시로 이동을 해야 하는 문제가 발생되는데 이와 같은 문제를 해결하기 위해서 상기 전해액 여과장치의 하단부에 별도의 이동수단을 추가하여 이동성을 향상시켰다.

도 4는 전해액 여과장치의 평면도로 주요 구성요소들의 배치를 자세히 나타낸 것이다. 도 5는 전해액 여과장치의 정면도를 나타낸 것이며, 도 6은 전해액 여과장치의 측면도를 나타낸 것이며, 도 7은 상기 도 5에서 도시되고 있는 내부의 확대도로 비중계(11), 증류수를 투입하기 위한 제 1 투입구(12), 묽은 황산을 투입하기 위한 제 2 투입구(13), 상기 투입구를 제어하기 위한 콘트롤러(14)가 도시되어 있다.

전해액 여과장치의 저장탱크에 모이는 전해액의 경우 비중이 일정하지 않기 때문에 별도의 처리를 해주고 이를 다시 배터리에 투입하는 것이 일반적이다. 따라서 상기 비중계를 통해서 저장탱크 내에 있는 전해액의 비중을 측정하여 비중이 낮을 경우에는 제 2 투입구를 개방하여 여기에 연결된 유로를 통해서 묽은 황산을 투입하여 전해액의 비중을 맞추고, 측정된 비중이 높을 경우에는 제 1 투입구를 개방하여 여기에 연결된 유로를 통해서 증류수를 투입하도록 한다. 이때 이를 제어 하는 콘트롤러(14)가 상기 저장탱크의 상단부에 배치되며, 이를 통해서 배터리에 투입되기 전에 적절한 비중의 전해액을 만든 후 배터리에 공급되는 과정을 거치게 된다. 상기 도면에 도시되어 있는 비중계는 아날로그식 비중계로 다른 실시예로는 디지털 비중계로 그 구성을 변경 할 수도 있다.

그리고 본 발명의 전해액 여과장치의 부품들은 내산성을 갖춘 PVC를 사용하는 것이 권장된다. 이는 산성을 띄는 전해액과 닿기 때문에 내산성으로 이루어져야 장비의 수명을 최대한 길게 할 수 있기 때문이다.

이와 같은 처리 단계를 거치게 되면 기존의 폐배터리의 처리방식과는 달리 환경오염 문제 및 중금속 오염 문제를 크게 개선 할 수 있다 할 것이다. 기존의 처리방식은 배터리의 폐기물들을 수거하여 폐기하는 과정을 거쳤는데, 본 발명에서는 전해액 여과장치를 통해서 전해액 내에 존재하는 불순물들만을 제거함으로써 기존의 배터리의 재사용이 가능하게 된다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 흡입관 2: 흡입펌프
3: 1차 여과필터(1.0㎛) 4: 2차 여과필터(0.5㎛)
5: 3차 여과필터(0.2㎛) 6: 저장탱크
7: 배출펌프(디지털 유량계 포함) 8: 배출관
9: 시동스위치 10: 바퀴
11: 비중계 12: 제 1 투입구
13: 제 2 투입구 14: 콘트롤러

Claims (7)

1. 배터리의 상단부 일측의 개구부를 통해서 전해액을 흡입하는 흡입관; 상기 흡입관으로 연결되어 배터리내의 전해액을 흡입하기 위한 흡입펌프; 상기 흡입된 전해액을 여과하기 위한 수개의 여과필터; 상기 여과 필터를 통과해서 정화된 전해액을 저장하기 위한 저장탱크; 및 정화된 전해액을 배출하기 위한 배출펌프와 배터리로 투입하기 위한 배출관으로 구성되고,
   상기 저장탱크에는 전해액의 비중을 측정하는 비중계가 장착되고, 상기 저장탱크의 일측에는 증류수를 투입하기 위한 제 1 투입구가 형성되며, 상기 저장탱크의 타측에는 황산을 투입하기 위한 제 2 투입구가 형성되며,
   상기 비중계의 측정결과에 따라 상기 투입구들의 개방여부를 결정하는 콘트롤러를 포함하고,
   상기 전해액 여과장치의 하단부에 이동수단을 포함하며,
   상기 여과필터의 끝단에 활성탄 필터가 장착되고,
   상기 흡입관, 상기 흡입펌프, 상기 여과필터, 상기 저장탱크 및 상기 배출관은 내산성을 갖춘 PVC 재질로 이루어지고,
   상기 여과필터는 내산성이 있는 필터로서 1차 여과필터, 2차 여과필터 및 3차 여과필터로 이루어지며, 상기 1차 여과필터는 1.0㎛ 크기 이상의 물질을 걸러내고, 상기 2차 여과필터는 상기 1차 여과필터를 통과한 후에 0.5㎛ 크기 이상의 물질을 걸러내게 되고, 상기 3차 여과필터는 상기 2차 여과필터를 통과한 후에 0.2㎛ 크기 이상의 물질만 걸러내는 것을 특징으로 하는 전해액 여과장치.
   
   
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