KR101643276B1 - 전기분해를 이용한 수소발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기분해를 이용한 수소발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전해조로부터 수소가 원활하게 생성될 수 있도록 하는 한편, 그 전해조에 존재하는 용존 미세 이물질 등으로 인한 쇼트현상을 방지하는 동시에 수소가 생성될 때 발생되는 열을 효과적으로 조절하기 위한 전기분해를 이용한 수소발생장치에 관한 것이다.

Description

전기분해를 이용한 수소발생장치{HYDROGEN GAS APPARATUS USING ELECTROLYSIS}

본 발명은 전기분해를 이용한 수소발생장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전해조로부터 수소가 원활하게 생성될 수 있도록 하는 한편, 그 전해조에 존재하는 용존 미세 이물질 등으로 인한 쇼트현상을 방지하는 동시에 수소가 생성될 때 발생되는 열을 효과적으로 조절하기 위한 전기분해를 이용한 수소발생장치에 관한 것이다.

수소는 연소가 용이하며, 연소열이 크고, 공해물질이 생성되지 않아 일반연료, 수소자동차, 수소비행기, 연료전지, 핵융합에너지 등의 청정한 에너지원으로 인식되고 있다.

이와 같은 수소를 생성하는 일반적인 방법으로 석유나 천연가스, 석탄 등의 탄화수소화합물(hydrocarbon)에 대한 개질반응에 의해 생성하는 방법이 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 방법은 수소가 생성되는 과정에서 발생되는 탄소가 지구 온난화의 원인 물질인 이산화탄소를 발생시키기 때문에 오염물질을 발생시킨다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-296495호에는 전해통 내부에 복수의 전극판을 일정간격으로 겹쳐 설치하고 음극, 양극을 통전시켜 전기 반응에 의한 수소와 산소를 발생시키는 수소산소 혼합가스 발생장치가 개시되어 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 수소산소 혼합가스 발생장치는 고열로 인해 다량의 수증기가 발생되는 것은 물론, 물속에 용존되어 있는 미세 이물질 등으로 인해 쇼트현상이 발생되는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-296495호(2001.07.03.)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 전해조로부터 수소가 원활하게 생성될 수 있도록 하는 한편, 그 전해조에 존재하는 용존 미세 이물질 등으로 인한 쇼트현상을 방지하는 동시에 수소가 생성될 때 발생되는 열을 효과적으로 조절하기 위한 전기분해를 이용한 수소발생장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 전해액이 저장되는 저장탱크; 내측으로 공간부가 형성되고, 그 공간부로 상기 저장탱크로부터 공급되는 전해액이 수용되며, 수소가 배출되는 수소배출구가 형성되는 전해조; 상기 공간부에 위치되며, 상기 전해액을 전기분해하여 수소를 생성하는 수소발생부; 상기 저장탱크로부터 전해액을 상기 전해조로 공급하는 공급부; 및 상기 전해조로부터 배출되는 퇴수가 상기 저장탱크로 재유입되도록 하는 순환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 수소발생장치를 제공한다.

또한, 상기 전해조의 내측에 구비되어 상기 공간부를 상,하부공간으로 분기하며, 상부에 상기 수소발생부가 위치되고, 상하방향으로 관통되는 다수의 중공이 형성되는 플레이트를 더 포함하며, 상기 공급부는, 일단부가 상기 저장탱크에 연결되고, 타단부가 상기 하부공간과 연통되도록 상기 전해조에 연결되는 공급관; 및 상기 공급관의 양단부 사이에 연결되는 순환펌프를 포함하며, 상기 순환부는, 일단부가 상기 하부공간과 연통되도록 상기 전해조에 연결되고, 타단부가 상기 저장탱크에 연결되는 순환관을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 순환부를 통과하는 고온상태의 퇴수를 냉각하기 위한 냉각팬을 더 포함하되, 상기 순환부는, 상기 순환관의 양단부 사이에 연결되어 상기 퇴수에 포함된 이물질을 걸러내는 필터; 및 상기 필터와 상기 순환관의 일단부 사이에 위치되도록 그 순환관에 상호 연통되도록 연결되는 방열관을 포함하며, 상기 냉각팬은, 상기 방열관을 냉각하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 수소배출구는, 상기 공간부를 이루는 상부면 중앙부에 형성되며, 상기 상부면은, 둘레로부터 상기 수소배출구로 갈수로 상방향으로 돌출되어 경사면을 이루는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 수소발생부는, 음극판과 양극판이 한 쌍을 이루는 복수의 전극모듈과, 상기 복수의 전극모듈을 서로 인접하는 전극모듈 간에 일정 이격거리를 유지하며 직렬로 연결하는 연결수단을 포함하는 단수 또는 복수의 전극구조체를 포함하고, 상기 음,양극판은, 각각 다공성판; 및 상기 다공성판의 둘레에 구비되며, 이물질이 배출되는 배출공이 형성되는 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 상기 연결수단은, 외주면에 나사산이 형성되는 복수의 연결구; 및 상기 연결구에 나사결합되는 복수의 연결부재를 포함하고, 상기 절연부재에는, 내주면에 나사산이 형성되며, 상기 연결구가 나사결합되는 복수의 연결공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 음,양극판으로 음,양극의 전원을 공급하는 전원공급부; 및 상기 전원공급부를 제어하는 제어부를 더 포함하되, 상기 제어부는, 상기 전원공급부를 제어하여 일정시간 간격으로 상기 음,양극판으로 양극 및 음극이 전달되도록 극 전환이 이루어지도록 하며, 상기 전극구조체가 복수로 이루어지는 경우, 상기 복수의 전극구조체는, 상기 전해조에 일측으로부터 타측 방향으로 병렬로 배치되며, 상기 제어부의 제어에 따라 상기 전해조의 일측으로부터 타측 방향으로 순차적으로 극 전환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 전해조로부터 수소가 원활하게 생성될 수 있도록 할 수 있는 것은 물론, 그 전해조에 존재하는 용존 미세 이물질 등으로 인한 쇼트현상을 방지할 수 있는 동시에 수소가 생성될 때 발생되는 열을 효과적으로 조절함으로써 사용수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 수소발생장치를 개략적으로 나타낸 개념도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 수소발생장치에서 수소발생부를 나타낸 측면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 수소발생장치에서 전해조에 수용된 복수의 전극구조체를 나타낸 평면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 수소발생장치에서 음,양극판을 나타낸 사시도이다.

이하, 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 보면, 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 수소발생장치(이하 "수소발생장치"라 한다)(1)는 전해액이 저장되는 저장탱크(10), 내측으로 공간부(21)가 형성되고 그 공간부(21)로 상기 저장탱크(10)로부터 공급되는 전해액이 수용되며 수소가 배출되는 수소배출구(22)가 형성되는 전해조(20), 상기 공간부(21)에 위치되며 전해액을 전기분해하여 수소를 생성하는 수소발생부(30), 상기 저장탱크(10)로부터 전해액을 상기 전해조(20)로 공급하는 공급부(40) 및 상기 전해조(20)로부터 배출되는 퇴수를 상기 저장탱크(10)로 재유입되도록 하는 순환부(50)를 포함한다.

상기 전해액은 전기분해에 의해 수소를 발생시키는 물 등으로 이루어질 수 있으며, 상기 퇴수는 상기 전해조(20)로부터 배출되는 전해액으로 이해되는 것이 바람직하다.

상기 수소배출구(22)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 공간부(21)를 이루는 상부면(23) 중앙부에 형성되며, 그 상부면(23)은 둘레로부터 상기 수소배출구(22)로 갈수록 상방향으로 돌출되는 경사면을 이루는 것이 바람직하다.

그리고, 그 상부면(23)은 수평인 상태로부터 상방향으로 15도의 경사각을 이루는 것이 바람직하다.

이에 의해, 상기 상부면(23)은 도 1에 도시된 바와 같이 상,하부를 가지며, 그 하부로부터 상부에 위치되는 상기 수소배출구(22)로 갈수록 내부 폭이 좁아지는 원뿔이나, 각뿔 형태를 이룬다.

이는, 상기 전해조(20)에서 발생되는 수소가스가 상기 상부면(23)을 따라 상기 수소배출구(22) 방향으로 원활하게 유도되어 배출될 수 있도록 하기 위함이다.

상기 수소발생장치(1)는 상기 전해조(20)의 내측에 구비되어 상기 공간부(21)를 상,하부공간(21a,21b)으로 분기하며, 상부에 상기 수소발생부(30)가 위치되고, 상하방향으로 관통되는 다수의 중공(61)이 형성되는 플레이트(60)를 더 포함한다.

상기 다수의 중공(61)은 각각 2mm 내지 10mm의 직경을 갖는 것이 바람직하다.

상기 공급부(40)는 도 1에 도시된 바와 같이 일단부가 상기 저장탱크(10)에 연결되고 타단부가 상기 하부공간(21b)과 연통되도록 상기 전해조(20)에 연결되는 공급관(41) 및 상기 공급관(41)의 양단부 사이에 연결되는 순환펌프(42)를 포함한다.

상기 순환부(50)는 일단부가 상기 하부공간(21b)과 연통되도록 상기 전해조(20)에 연결되고 타단부가 상기 저장탱크(10)에 연결되는 순환관(51)을 포함한다.

일반적으로 수소발생장치는 전해액에 용존되는 수소의 양이 늘어갈수록 비중차에 의해 발생되는 역 저항값에 의해 그 수소가스가 외부로 쉽게 배출되지 못하고 수소발생부에 머무르면서 과대한 열을 발생시킨다.

상기 플레이트(60)는 상기 하부공간(21b)으로 입수되는 전해액의 압력을 낮춰주는 한편, 상기 순환펌프(42)의 구동에 따라 상기 상부공간(21a)에서 발생되는 수소가스가 상기 상부면(23)을 통해 모아지면서 상기 수소배출구(22)로 원활하게 배출될 수 있도록 한다.

상기 순환펌프(42)는 외부로부터 공급되는 전원에 의해 구동되며, 그 구동에 따라 상기 저장탱크(10)로부터 전해액을 상기 전해조(20)로 공급하는 한편, 그 전해조(20)로부터 배출되는 퇴수가 상기 순환부(50)를 통해 다시 상기 전해조(20)로 재유입되도록 한다.

상기 수소발생부(30)는 도 2에 도시된 바와 같이 음,양극판(33,34)이 한 쌍을 이루는 복수의 전극모듈(32)과, 상기 복수의 전극모듈(32)을 서로 인접하는 전극모듈(32) 간에 일정간격으로 이격되도록 연결하는 연결수단(35)을 포함하는 단수 또는 복수의 전극구조체(31)를 포함한다.

상기 수소수 정수장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 상기 음,양극판(33,34)으로 음,양극의 전원을 공급하는 전원공급부(70)를 더 포함할 수 있다.

상기 음,양극판(33,34)은 도 4에 도시된 바와 같이 각각 다공성판(32a) 및 상기 다공성판(32a)의 둘레에 구비되는 절연부재(32b)를 포함한다.

상기 다공성판(32a)은 메쉬로 이루어지며, 상기 절연부재(32b)는 합성수지재로 이루어지는 것이 가장 바람직하다.

상기 절연부재(32b)는 상기 음,양극판(33,34)을 이루는 둘레의 절연유지 상태가 불안정하여 발생되는 수명단축을 방지한다.

상기 연결수단(35)은 도 2에 도시된 바와 같이 외주면에 나사산이 형성되는 볼트 등의 복수의 연결구(35a) 및 상기 연결구(35a)에 나사결합되는 너트 등의 복수의 연결부재(35b)를 포함한다.

상기 절연부재(32b)에는 내주면에 나사산이 형성되며, 상기 연결구(35a)가 나사결합되는 복수의 연결공(32c)이 형성될 수 있다.

상기 연결구(35a)는 일단부가 상기 복수의 전극모듈(32)의 각 연결공(32c)을 통과하며 나사결합되는 한편, 그 일단부에 상기 연결부재(35b)가 결합되면서 상기 복수의 전극모듈(32)을 직렬로 연결한다.

즉, 상기 연결수단(35)은 도 2에 도시된 바와 같이 나사결합에 의해 상기 복수의 전극모듈(32)을 서로 인접하는 전극모듈(32) 간에 5mm 내지 10mm의 이격거리(A)를 유지하면서 직렬로 연결한다.

이로 인해, 상기 수소발생장치(1)는 상기 전극모듈(32) 간이 서로 인접하면서 발생될 수 있는 과열현상을 방지할 수 있다. 다시 말하면, 상기 수소발생장치(1)는 상기 전극모듈(32) 간을 이격되도록 배열함으로써 전원공급에 따른 수소 생성시 발생되는 열을 분산시켜 과열현상을 방지할 수 있다.

상기 수소발생장치(1)는 상기 전극모듈(32)의 수량을 증가시킴에 따라 상기 전극구조체(31)의 사용수명을 연장시킬 수 있다.

상기 전극구조체(31)는 도 3에 도시된 바와 같이 복수로 이루어지면서 상기 상부공간(21a)에 병렬로 수용될 수 있다. 예를 들면, 복수의 전극구조체(31)는 복수로 이루어지면서 상기 전해조(20)의 일측으로부터 타측 방향으로 수용될 수 있다.

상기 수소발생장치(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 전원공급부(70)를 제어하는 제어부(80)를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부(80)는 상기 전원공급부(70)를 제어하여 일정시간 간격, 예를 들면, 30분 간격으로 상기 음,양극판(33,34)으로 양극 및 음극이 전달되도록 한다.

그리고, 상기 전극구조체(31)가 복수로 이루어지는 경우, 그 순서는 상기 전해조(20)의 일측으로부터 타측 방향으로 순차적으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이는, 상기 음,양극판(33,34)으로의 전원 흐름 변경에 따라 그 음,양극판(33,34)에 전착된 이물질 등이 이탈될 수 있도록 하기 위함이다.

상기 절연부재(32b)에는 상기 음,양극판(33,34) 사이의 전기반응시 응집력이 발생되는 용존 미세 이물질 등이 배출되는 배출공(32d)이 형성될 수 있다.

상기 배출공(32d)으로 배출되는 이물질 등은 상기 다수의 중공(61)을 통해 배출되는 퇴수와 함께 상기 순환부(50)로 유입된다.

상기 순환부(50)는 상기 순환관(51)의 양단부 사이에 연결되는 필터(52) 및 상기 필터(52)와 상기 순환관(51)의 일단부 사이에 위치되도록 그 순환관(51)에 상호 연통되도록 연결되는 방열관(53)을 포함한다.

상기 필터(52)는 상기 순환관(51)으로 유입되는 퇴수에 포함된 용존 미세 이물질 등을 걸러낸다.

상기 수소발생장치(1)는 상기 전해조(20)에 존재하는 용존 미세 이물질 등으로 인한 쇼트현상을 방지할 수 있음으로써 과전류에 의한 열 발생은 물론, 상기 수소발생부(30)의 마모현상 등을 방지할 수 있다.

상기 필터(52)를 통과하는 퇴수는 이물질 등이 걸러진 상태로 상기 저장탱크로 유입되면서 상기 순환펌프(42)의 구동에 따라 반복 순환된다.

상기 방열관(53)은 공기와의 접촉면적이 증가될 수 있도록 코일관이나, 라디에이터 등으로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 수소발생장치(1)는 상기 순환부(50)를 통과하는 고온상태의 전해액을 냉각하기 위한 냉각팬(90)을 더 포함할 수 있다.

이는, 상기 전해조(20)로부터 상기 순환부(50)로 배출되는 퇴수가 열을 가지고있기 때문으로 이해될 수 있다.

상기 냉각팬(90)은 상기 방열관(53)의 일측에 위치되면서 그 방열관(53)을 냉각하는 것이 바람직하다.

이로 인해, 상기 수소발생장치(1)는 수소가 생성될 때 발생되는 열을 효과적으로 조절할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 전기분해를 이용한 수소발생장치를 실시하기 위한 실시 예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시 예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

1 : 수소발생장치 10 : 저장탱크
20 : 전해조 21 : 공간부
21a : 상부공간 21b : 하부공간
22 : 수소배출구 23 : 상부면
30 : 수소발생부 31 : 전극구조체
32 : 전극모듈 32a : 다공성판
32b : 절연부재 32c : 연결공
32d : 배출공 33 : 음극판
34 : 양극판 35 : 연결수단
35a : 연결구 35b : 연결부재
40 : 공급부 41 : 공급관
42 : 순환펌프 50 : 순환부
51 : 순환관 52 : 필터
53 : 방열관 60 : 플레이트
61 : 중공 70 : 전원공급부
80 : 제어부 90 : 냉각팬

Claims (7)

1. 전해액이 저장되는 저장탱크;
   내측으로 공간부가 형성되고, 그 공간부로 상기 저장탱크로부터 공급되는 전해액이 수용되며, 수소가 배출되는 수소배출구가 형성되는 전해조;
   상기 공간부에 위치되며, 상기 전해액을 전기분해하여 수소를 생성하는 수소발생부;
   상기 저장탱크로부터 전해액을 상기 전해조로 공급하는 공급부;
   상기 전해조로부터 배출되는 퇴수가 상기 저장탱크로 재유입되도록 하는 순환부; 및
   상기 전해조의 내측에 구비되어 상기 공간부를 상,하부공간으로 분기하며, 상부에 상기 수소발생부가 위치되고, 상하방향으로 관통되는 다수의 중공이 형성되는 플레이트를 포함하되,
   상기 공급부는,
   일단부가 상기 저장탱크에 연결되고, 타단부가 상기 하부공간과 연통되도록 상기 전해조에 연결되는 공급관; 및
   상기 공급관의 양단부 사이에 연결되는 순환펌프를 포함하며,
   상기 순환부는,
   일단부가 상기 하부공간과 연통되도록 상기 전해조에 연결되고, 타단부가 상기 저장탱크에 연결되는 순환관을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 수소발생장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 순환부를 통과하는 고온상태의 퇴수를 냉각하기 위한 냉각팬을 더 포함하되,
   상기 순환부는,
   상기 순환관의 양단부 사이에 연결되어 상기 퇴수에 포함된 이물질을 걸러내는 필터; 및
   상기 필터와 상기 순환관의 일단부 사이에 위치되도록 그 순환관에 상호 연통되도록 연결되는 방열관을 포함하며,
   상기 냉각팬은,
   상기 방열관을 냉각하는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 수소발생장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 수소배출구는,
   상기 공간부를 이루는 상부면 중앙부에 형성되며,
   상기 상부면은,
   둘레로부터 상기 수소배출구로 갈수로 상방향으로 돌출되어 경사면을 이루는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 수소발생장치.
5. 제 1, 3, 4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 수소발생부는,
   음극판과 양극판이 한 쌍을 이루는 복수의 전극모듈과, 상기 복수의 전극모듈을 서로 인접하는 전극모듈 간에 일정 이격거리를 유지하며 직렬로 연결하는 연결수단을 포함하는 단수 또는 복수의 전극구조체를 포함하고,
   상기 음,양극판은,
   각각 다공성판; 및
   상기 다공성판의 둘레에 구비되며, 이물질이 배출되는 배출공이 형성되는 절연부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 수소발생장치.
6. 제 5항에 있어서,
   상기 연결수단은,
   외주면에 나사산이 형성되는 복수의 연결구; 및
   상기 연결구에 나사결합되는 복수의 연결부재를 포함하고,
   상기 절연부재에는,
   내주면에 나사산이 형성되며, 상기 연결구가 나사결합되는 복수의 연결공이 형성되는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 수소발생장치.
7. 제 5항에 있어서,
   상기 음,양극판으로 음,양극의 전원을 공급하는 전원공급부; 및
   상기 전원공급부를 제어하는 제어부를 더 포함하되,
   상기 제어부는,
   상기 전원공급부를 제어하여 일정시간 간격으로 상기 음,양극판으로 양극 및 음극이 전달되도록 극 전환이 이루어지도록 하며,
   상기 전극구조체가 복수로 이루어지는 경우,
   상기 복수의 전극구조체는,
   상기 전해조에 일측으로부터 타측 방향으로 병렬로 배치되며,
   상기 제어부의 제어에 따라 상기 전해조의 일측으로부터 타측 방향으로 순차적으로 극 전환이 이루어지도록 하는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 수소발생장치.

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