KR101720559B1 - 스택형 전기분해 시스템 - Google Patents

스택형 전기분해 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR101720559B1
KR101720559B1 KR1020150035137A KR20150035137A KR101720559B1 KR 101720559 B1 KR101720559 B1 KR 101720559B1 KR 1020150035137 A KR1020150035137 A KR 1020150035137A KR 20150035137 A KR20150035137 A KR 20150035137A KR 101720559 B1 KR101720559 B1 KR 101720559B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
discharge
main body
space
electrode
supply
Prior art date
Application number
KR1020150035137A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20160110843A (ko
Inventor
김종훈
이정남
Original Assignee
주식회사 라이트브릿지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 라이트브릿지 filed Critical 주식회사 라이트브릿지
Priority to KR1020150035137A priority Critical patent/KR101720559B1/ko
Publication of KR20160110843A publication Critical patent/KR20160110843A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101720559B1 publication Critical patent/KR101720559B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C25B9/63—Holders for electrodes; Positioning of the electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C25B1/06—
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031—Porous electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B13/00—Diaphragms; Spacing elements
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

본 발명은 전해공간이 형성되는 본체부; 상기 전해공간을 제 1 및 제 2 공간으로 양분하도록 설치되는 분리막; 상기 분리막을 사이에 두고 그 양측에 각각 위치하도록 상기 제 1 및 제 2 공간 내에 각각 설치되고, 산소전극과 수소전극 중 어느 하나와 다른 하나에 각각 해당되는 제 1 및 제 2 전극; 상기 제 1 및 제 2 전극 각각에 전기적으로 접속되어 상기 전해공간을 밀봉시키도록 상기 본체부의 양측에 각각 설치되는 배전판; 상기 제 1 및 제 2 공간 각각에 전해액을 공급하도록 형성되는 공급유로부; 및 상기 제 1 및 제 2 공간 각각으로부터 생성되는 가스를 배출시키도록 형성되는 배출유로부;를 포함하도록 한 스택형 전기분해 시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 본체부, 분리막, 전극 등의 구조적 단순화와 조립의 편의성이 뛰어나도록 하여, 제작에 소요되는 비용과 노력을 줄일 수 있고, 동작의 신뢰성을 증대시킴으로써 전기분해의 효율 및 내구성을 증대시킬 수 있으며, 생성가스의 균일한 배출과 밀봉력을 향상시킬 수 있고, 용량 가변을 위한 스택 갯수의 변경이 용이하도록 한다.

Description

스택형 전기분해 시스템{Stack type electrolysis system}
본 발명은 스택형 전기분해 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 제작이 간단하면서도 저렴하고, 용량의 변경이 용이하며, 집적도를 향상시키도록 하는 스택형 전기분해 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 전기분해는 전기에너지를 이용하여 비자발적인 반응을 일으키는 것으로서, 전기분해시 (-)극에서는 (+)이온이 환원되고, (+)극에서는 (-)이온이 산화되며, (+)극은 산화반응이 일어나 산소를 얻을 수 있고, (-)극에서는 환원반응이 일어나 수소를 얻을 수 있다.
이와 같은 전기분해에 의해 물로부터 수소와 산소를 얻게 되는데, 전기분해에 의해 얻어진 수소 등은 다양한 용도로 사용될 수 있다. 예컨대 수소는 산업공정의 처리가스로서 또는 전기에너지의 다른 형태인 에너지 저장체로서 광범위한 용도에서 사용되는데, 구체적으로 식품, 화학, 금속, 조명, 용접, 탈취, 살균 등 산업체에서 주요한 원료 및 환원제 등의 용도로 사용되고, GC(gas chromatography)와 같은 가스분석장치에서 표준가스로도 사용되며, 저렴한 가격으로 공급되는 전력의 풍력, 태양력 같은 재생에너지로 얻어진 전력의 임시 저장체로도 사용될 수 있다.
이와 같이 전력을 수소라는 임시 에너지 저장체로 변환할 경우, 물의 전기분해는 최적의 에너지 변환수단이 된다. 물을 전기분해하는 방법은 물과 접촉하는 두 전극에 직류전류를 통과시켜서 각 전극으로부터 수소가스와 산소가스를 제조하는 방법이다. 이 중에서 100 ℃ 이하의 상온에서 물을 전기분해하여 수소에너지를 제조하는 방법으로는 고분자막을 분리막으로 사용하는 전해법이 널리 사용된다. 고분자 전해법은 고체 고분자 전해질막을 산소전극(anode)와 수소전극(cathode) 사이에 배치하여 가스 이동은 막으면서 이온은 통과시키는 분리막으로 사용하는 물 전기분해 방법이다.
상기한 전기분해 방법은 전해액으로 물 또는 알칼리 수용액을 사용할 수 있는데, 물을 사용할 경우에는 전극으로 고가의 백금전극을 사용하고, 분리막으로는 PEM(Polymer Electrlyte Membrane Electrolysis)과 같은 고가의 고분자막을 사용해야 하기 때문에 수소가스의 제조 단가가 높아진다. 이에 반하여 수산화나트륨 수용액 또는 수산화칼륨 수용액과 같은 알칼리 수용액을 전해액으로 사용하는 경우는 고가의 귀금속 촉매를 사용하지 않아도 되므로 수소가스의 제조단가를 낮출 수 있는 장점이 있는데, 이 경우 분리막으로 사용되는 고분자막은 기공의 직경이 1 ㎛ 이하인 PES(polyether sulfone), PTFE(polytetrafluoroethylene)와 같은 다공성 고분자막과, 이온 교환(ion-exchage)성 고분자막이 사용된다.
한편 전극을 적층하여 제작되는 전기분해 스택의 경우, 종래기술로서 한국등록특허 제10-0388085호의 "전기분해장치에 사용되는 가스켓의 성형방법, 가스켓 및 전기 분해 장치"가 제시된 바 있는데, 이는 전해조 내부에 설치된 이온교환막에 의하여 구분되는 양이온실과 음이온실을 구비하고, 상기 양이온실과 음이온실 각각에 염수 및 순수를 공급한 후 상기 양이온실과 음이온실에 설치된 양극판과 음극판으로 전원을 인가하여 발생된 염소가스, 수소가스 및 가성소다 수용액을 분리하는 전기분해장치에 있어서, 상기 양극판이 안착되는 프레임의 중앙에 개구를 형성하고, 프레임의 좌측에 염수 이동을 위한 염수 관통구 및 순수 이동을 위한 순수 관통구가 형성되고, 우측에는 염소가스의 이동을 위한 염소가스 관통구 및 수소가스의 이동을 위한 수소가스 관통구가 형성되며, 상기 염수 관통구와 염소가스 관통구가 중앙 개구에 연통되도록 염수 관통구와 중앙 개구 사이에 염수 연결구가 경사지게 형성되고, 염소가스 관통구와 중앙 개구 사이에는 양극 가스켓의 길이 방향에 대해 평행한 가스 연결구가 형성되며, 상기 염수 관통구, 프레임의 중앙 개구 및 염소가스 관통구의 내측면을 따라 테프론이 접착되는 양극 가스켓; 상기 음극판이 안착되는 프레임의 중앙에 개구를 형성하고, 프레임의 좌측에 염수 이동을 위한 염수 관통구 및 순수이동을 위한 순수 관통구가 형성되고, 우측에는 염소가스의 이동을 위한 염소가스 관통구 및 수소가스의 이동을 위한 수소가스 관통구가 형성되며, 상기 순수 관통구와 수소가스 관통구가 중앙 개구에 연통되도록 순수 관통구와 중앙 개구 사이에 순수 연결구가 경사지게 형성되고, 수소가스 관통구와 중앙 개구 사이에는 음극 가스켓의 길이 방향에 대해 평행한 수소가스 연결구가 형성되며, 상기 염소 관통구 및 염소가스 관통구의 내측면을 따라 테프론이 접착되는 음극 가스켓; 상기 양극판의 외측에 배치되어 상기 이온교환막에 밀착되고, 중심부에는 형성된 개구의 내측면에 테프론 처리가 되는 시트 가스켓; 상기 염소가스 관통구와 연통되고, 상측에는 염소가스를 배출하는 배출구가 형성되며, 하측에는 폐염수 배출구와 순환구가 형성되는 염소가스 배출부; 상기 염소가스 배출부의 하측에 설치되어 염수 관통구에 연통되는 염수 공급관; 상기 수소가스 관통구와 연통되고, 상측에는 수소가스를 배출하는 수소가스 배출구가 형성되며, 하측에는 가성소다 배출구와 순환구가 형성되는 수소가스 배출부; 및 상기 수소가스 배출부의 하측에 설치되어 순수 관통구에 연통되는 순수 공급관을 포함한다.
그러나, 이와 같은 종래 기술은 구조적으로 복잡하여, 제작 및 조립이 어렵고, 제작 비용이 증가하며, 전기분해의 효율 증대와 생성가스의 균일한 배출 및 밀봉의 신뢰성을 만족시키는데 한계가 있으며, 스택 갯수의 변경에 따른 용량 가변이 불편하다는 문제점을 가지고 있었다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 구조적으로 간단하여 제작 및 조립이 용이하고, 제작 비용을 줄이며, 전기분해의 효율 증대에 유리하고, 생성가스의 균일한 배출 및 밀봉의 신뢰성을 향상시키며, 스택 갯수의 변경에 따른 용량 가변이 용이하도록 하는데 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적들은 이하의 실시례에 대한 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일측면에 따르면, 전해공간이 형성되는 본체부; 상기 전해공간을 제 1 및 제 2 공간으로 양분하도록 설치되는 분리막; 상기 분리막을 사이에 두고 그 양측에 각각 위치하도록 상기 제 1 및 제 2 공간 내에 각각 설치되고, 산소전극과 수소전극 중 어느 하나와 다른 하나에 각각 해당되는 제 1 및 제 2 전극; 상기 제 1 및 제 2 전극 각각에 전기적으로 접속되어 상기 전해공간을 밀봉시키도록 상기 본체부의 양측에 각각 설치되는 배전판; 상기 제 1 및 제 2 공간 각각에 전해액을 공급하도록 형성되는 공급유로부; 및 상기 제 1 및 제 2 공간 각각으로부터 생성되는 가스를 배출시키도록 형성되는 배출유로부;를 포함하는, 스택형 전기분해 시스템이 제공된다.
상기 배전판 모두를 사이에 두고 그 양측에 각각 설치되고, 고정부재에 의해 상기 배전판과 함께 상기 본체부에 밀착되도록 고정되는 커버를 더 포함할 수 있다.
상기 커버 사이에는, 상기 배전판이 적어도 3개 이상이 설치되고, 상기 배전판 사이마다 상기 본체부, 상기 분리막, 상기 제 1 및 제 2 전극이 배열되도록 설치될 수 있다.
상기 본체부는, 상기 전해공간이 양측으로 개방되는 개구로 이루어지고, 상기 전해공간의 내측면 둘레를 따라 걸림턱이 형성되고, 상기 분리막과 상기 걸림턱 사이에 제 1 오링이 설치될 수 있다.
상기 분리막은, 다공성 고분자막 또는 알칼리성 이온교환수지 고분자막일 ㅅ수 있다.
상기 본체부는, 상기 제 1 및 제 2 공간의 둘레에 제 2 오링이 설치되기 위한 오링설치홈이 형성됨으로써 상기 배전판 각각과의 사이에 상기 제 2 오링이 설치될 수 있다.
상기 공급유로부는, 상기 커버, 상기 배전판 및 상기 본체부를 관통하도록 제 1 공급홀이 각각 형성되고, 상기 본체부에 형성되는 제 1 공급홀과 상기 제 1 공간을 서로 연결시키는 제 1 공급홈이 상기 제 1 공간의 둘레에 배전판이 밀착되도록 형성되는 제 1 밀착부에 형성되는 제 1 공급유로; 및 상기 커버, 상기 배전판 및 상기 본체부를 관통하도록 제 2 공급홀이 각각 형성되고, 상기 본체부에 형성되는 제 2 공급홀과 상기 제 2 공간을 서로 연결시키는 제 2 공급홈이 상기 제 2 공간의 둘레에 배전판이 밀착되도록 형성되는 제 2 밀착부에 형성되는 제 2 공급유로;를 포함할 수 있다.
상기 배출유로부는, 상기 커버, 상기 배전판 및 상기 본체부를 관통하도록 제 1 배출홀이 각각 형성되고, 상기 본체부에 형성되는 제 1 배출홀과 상기 제 1 공간을 서로 연결시키는 제 1 배출홈이 상기 제 1 공간의 둘레에 배전판이 밀착되도록 형성되는 제 1 밀착부에 형성되는 제 1 배출유로; 및 상기 커버, 상기 배전판 및 상기 본체부를 관통하도록 제 2 배출홀이 각각 형성되고, 상기 본체부에 형성되는 제 2 배출홀과 상기 제 2 공간을 서로 연결시키는 제 2 배출홈이 상기 제 2 공간의 둘레에 배전판이 밀착되도록 형성되는 제 2 밀착부에 형성되는 제 2 배출유로;를 포함할 수 있다.
상기 제 1 전극은, 전도성재질로 이루어지는 제 1 전극플레이트; 및 상기 제 1 전극플레이트의 일측면에 마련되어 배전판에 접하고, 상기 제 1 공간 내에서 상기 공급유로부와 상기 배출유로부를 서로 연결시키는 제 1 홈부가 형성되는 제 1 메탈폼;을 포함하고, 상기 제 2 전극은, 전도성재질로 이루어지는 제 2 전극플레이트; 및 상기 제 2 전극플레이트의 일측면에 마련되어 배전판에 접하고, 상기 제 2 공간 내에서 상기 공급유로부와 상기 배출유로부를 서로 연결시키는 제 2 홈부가 형성되는 제 2 메탈폼;을 포함할 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 메탈폼은, 상기 제 1 및 제 2 홈부가 일자 형태로 다수개가 나란하도록 형성되거나, 메쉬형태로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 스택형 전기분해 시스템에 의하면, 본체부, 분리막, 전극 등의 구조적 단순화와 조립의 편의성이 뛰어나도록 하여, 제작에 소요되는 비용과 노력을 줄일 수 있고, 동작의 신뢰성을 증대시킴으로써 전기분해의 효율 및 내구성을 증대시킬 수 있으며, 생성가스의 균일한 배출과 밀봉력을 향상시킬 수 있고, 용량 가변을 위한 스택 갯수의 변경이 용이하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 스택형 전기분해 시스템을 정면에서 도시한 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 스택형 전기분해 시스템을 배면에서 도시한 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 스택형 전기분해 시스템을 도시한 조립후의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A선에 따른 단면도이다.
도 5는 도 3의 B-B선에 따른 단면도이다.
도 6은 도 1의 C-C선에 따른 단면도이다.
도 7은 도 2의 D-D선에 따른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시례에 따른 스택형 전기분해 시스템의 전극에서, 홈부의 다른 예를 도시한 부분 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시례에 따른 스택형 전기분해 시스템을 정면에서 도시한 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시례에 따른 스택형 전기분해 시스템을 도시한 조립후의 사시도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고, 여러 가지 실시례를 가질 수 있는 바, 특정 실시례들을 도면에 예시하고, 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 기술 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 식으로 이해되어야 하고, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시례에 한정되는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시례를 상세히 설명하며, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 부여하고, 이에 대해 중복되는 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시례에 따른 스택형 전기분해 시스템을 정면에서 도시한 분해 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시례에 따른 스택형 전기분해 시스템을 배면에서 도시한 분해 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시례에 따른 스택형 전기분해 시스템을 도시한 조립후의 사시도이고, 도 4는 도 3의 A-A선에 따른 단면도이고, 도 5는 도 3의 B-B선에 따른 단면도이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시례에 따른 스택형 전기분해 시스템(100)은 본체부(110), 분리막(120), 제 1 및 제 2 전극(130,140), 배전판(150), 공급유로부(160,170) 및 배출유로부(180,190)를 포함할 수 있으며, 나아가서 커버(210)를 더 포함할 수 있다.
본체부(110)는 전해공간(111)이 형성되고, 전해공간(111) 내에 분리막(120)과 제 1 및 제 2 전극(130,140)이 설치되며, 일례로 판상 구조로 이루어질 수 있다. 전해공간(111)은 양측으로 개방되는 개구로 이루어짐으로써 내측면 둘레를 따라 걸림턱(112)이 형성될 수 있고, 분리막(120)과 걸림턱(112) 사이에 제 1 오링(113)이 설치됨으로써 분리막(120)에 의해 양분되는 제 1 및 제 2 공간(111a,111b; 도 4 및 도 5에 도시)이 서로 간에 기밀이 유지되도록 한다. 분리막(120)은 이러한 걸림턱(112)에 가장자리가 지지될 수 있는 형상 및 규격을 가지게 된다.
본체부(110)는 전해공간(111)의 양측을 기밀이 유지되도록 차단하기 위하여, 제 1 및 제 2 공간(111a,111b; 도 4 및 도 5에 도시)의 둘레에 제 2 오링(118,119)이 각각 설치되기 위한 오링설치홈(117a,117b)이 각각 형성됨으로써, 배전판(150) 각각과의 사이에 제 2 오링(118,119)이 설치되도록 할 수 있다.
분리막(120)은 전해공간(111)을 제 1 및 제 2 공간(111a,111b)으로 양분하도록 설치되고, 제 1 및 제 2 공간(111a,111b) 각각으로부터 생성되는 가스, 예컨대 산소가스나 수소가스의 통과를 허용하지 않도록 함으로써 산소가스와 수소가스의 혼합을 방지하되, 이온의 통과를 허용하도록 하며, 이를 위해 다공성 고분자막 또는 알칼리성 이온교환수지 고분자막 등으로 이루어질 수 있다.
제 1 및 제 2 전극(130,140)은 분리막(120)을 사이에 두고 그 양측에 각각 위치하도록 제 1 및 제 2 공간(111a,111b) 내에 각각 설치되고, 산소전극과 수소전극 중 어느 하나와 다른 하나에 각각 해당된다. 따라서 제 1 전극(130)은 산소전극과 수소전극 중 어느 하나가 되고, 제 2 전극(140)은 산소전극과 수소전극 중 다른 하나가 되게 된다. 산소전극의 경우, (+)극으로서, 산화반응이 일어나 산소를 얻을 수 있고, 수소전극의 경우 (-)극으로서, 환원반응이 일어나 수소를 얻을 수 있다.
도 1 및 도 2와 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제 1 전극(130)은 전도성재질로 이루어지는 제 1 전극플레이트(131)와, 제 1 전극플레이트(131)의 일측면에 마련되어 배전판(150)에 접하고, 제 1 공간(111a; 도 4 및 도 5에 도시) 내에서 공급유로부와 배출유로부, 예컨대 제 1 공급유로(160)와 제 1 배출유로(180)를 서로 연결시키는 제 1 홈부(132a)가 형성되는 제 1 메탈폼(132)을 포함할 수 있다. 또한 제 2 전극(140)은 전도성재질로 이루어지는 제 2 전극플레이트(141)와, 제 2 전극플레이트(141)의 일측면에 마련되어 배전판(150)에 접하고, 제 2 공간(111b; 도 4 및 도 5에 도시) 내에서 공급유로부와 배출유로부, 예컨대 제 2 공급유로(170)와 제 2 배출유로(190)를 서로 연결시키는 제 2 홈부(142a)가 형성되는 제 2 메탈폼(142)을 포함할 수 있다.
제 1 및 제 2 전극플레이트(131,141)는 예컨대 니켈전극으로 이루어질 수 있고, 일례로 니켈분말을 포함한 상태로 가압성형된 다공성 니켈지지체를 포함할 수 있는데, 이러한 다공성 니켈지지체는 예컨대 다공성 지지체의 표면에 니켈박막 또는 니켈합금박막이 형성될 수 있다. 제 1 및 제 2 전극플레이트(131,141)는 분리막(120)에 의해 양분되는 제 1 및 제 2 공간(111a,111b)에 각각 설치됨으로써 배전판(150)을 통해서 전기분해에 필요한 전압이 인가되어, 산소전극 내지 수소전극으로서 역할을 하게 된다.
제 1 및 제 2 메탈폼(132,142)은 제 1 및 제 2 전극플레이트(131,141)에서 배전판(150)을 향하는 측면에 일체를 이루도록 형성되거나 부착되어, 배전판(150) 각각에 접하게 됨으로써 배전판(150)과 제 1 및 제 2 전극플레이트(131,141)를 전기적으로 연결시키는 매개 역할을 하고, 제 1 및 제 2 홈부(132a,142a)에 의해 제 1 공급유로(160)와 제 1 배출유로(180), 그리고 제 2 공급유로(170)와 제 2 배출유로(190)를 서로 연결시키는 역할을 하게 된다. 제 1 및 제 2 메탈폼(132,142)은 예컨대 다공성의 메탈재질로 이루어질 수 있고, 프레싱에 의해 변형되는 특성을 가질 수 있으며, 이로 인해 프레싱에 의해 제 1 및 제 2 홈부(132a,142a)를 각각 형성할 수 있다. 제 1 및 제 2 메탈폼(132,142)은 제 1 및 제 2 홈부(132a,142a)가 본 실시례에서처럼 제 1 공급유로(160)와 제 1 배출유로(180)의 배치방향, 제 2 공급유로(170)와 제 2 배출유로(190)의 배치방향 각각을 향하도록 일자 형태로 다수개가 나란하도록 형성될 수 있다. 또한 도 8에 도시된 바와 같이, 제 1 및 제 2 전극(230,240)은 다른 예로서, 제 1 및 제 2 홈부(232a,242a)가 메쉬형태로 형성될 수도 있다. 한편 제 1 및 제 2 메탈폼(132,142)을 대신하여 금속망, 금속펠트, 금속직물 등이 사용될 수도 있다. 또한 제 1 및 제 2 메탈폼(132,142)은 제 1 및 제 2 홈부(132a,142a)의 폭이 20 ~ 500 ㎛일 수 있고, 두께가 1 ~ 3mm일 수 있으며, 압축된 후에도 액체와 기체의 수송이 원활한 공극 구조를 유지하도록 한다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 배전판(150)은 제 1 및 제 2 전극(130,140) 각각에 전기적으로 접속되어 전해공간(111)의 양측을 각각 밀봉시키도록 본체부(110)의 양측에 각각 설치된다. 배전판(150)은 외부로부터 전기분해에 필요한 전압이 인가되기 위한 단자(151)가 외측으로 돌출되도록 마련될 수 있고, 예컨대 금속 호일을 비롯하여 다양한 도전성부재가 사용될 수 있으며, 0.1~1mm 의 두께를 가질 수 있다. 여기서, 배전판(150)은 그 두께가 0.1 mm 미만인 경우에는 기계적인 안정도가 저하되는 문제점을 발생시킬 수 있고, 1mm 초과인 경우에는 재료의 가격이 상승하고 스택의 두께가 증가하는 문제점을 발생시킬 수 있다.
공급유로부(160,170)는 분리막(120)에 의해 양분되는 제 1 및 제 2 공간(111a,111b) 각각에 전해액을 공급하도록 형성되는데, 제 1 공급유로(160)와 제 2 공급유로(170)를 포함할 수 있다. 제 1 공급유로(160)는 커버(210), 배전판(150) 및 본체부(110)를 관통하도록 제 1 공급홀(161.162.163.164.165)이 각각 형성될 수 있고, 본체부(110)에 형성되는 제 1 공급홀(163)과 제 1 공간(111a; 도 4 및 도 5에 도시)을 서로 연결시키는 제 1 공급홈(166)이 제 1 공간(111a)의 둘레에 배전판(150)이 밀착되도록 형성되는 제 1 밀착부(114)에 형성될 수 있다. 제 2 공급유로(170)는 커버(210), 배전판(150) 및 본체부(110)를 관통하도록 제 2 공급홀(171,172,173,174,175)이 각각 형성될 수 있고, 본체부(110)에 형성되는 제 2 공급홀(173)과 제 2 공간(111b)을 서로 연결시키는 제 2 공급홈(176)이 제 2 공간(111b)의 둘레에 배전판(150)이 밀착되도록 형성되는 제 2 밀착부(115)에 형성될 수 있다. 제 1 및 제 2 공급유로(160,170)는 서로 대각선방향으로 위치하도록 각각 형성될 수 있다.
배출유로부(180,190)는 제 1 및 제 2 공간(111a,111b) 각각으로부터 생성되는 가스, 예컨대 산소가스와 수소가스를 각각 배출시키도록 형성되는데, 제 1 배출유로(180)와 제 2 배출유로(190)를 포함할 수 있다. 제 1 배출유로(180)는 커버(210), 배전판(150) 및 본체부(110)를 관통하도록 제 1 배출홀(181,182,183,184,185)이 각각 형성될 수 있고, 본체부(110)에 형성되는 제 1 배출홀(183)과 제 1 공간(111a; 도 4 및 도 5에 도시)을 서로 연결시키는 제 1 배출홈(186)이 제 1 공간(111a)의 둘레에 배전판(150)이 밀착되도록 형성되는 제 1 밀착부(114)에 형성될 수 있다. 제 2 배출유로(190)는 커버(210), 배전판(150) 및 본체부(110)를 관통하도록 제 2 배출홀(191,192,193,194,195)이 각각 형성될 수 있고, 본체부(110)에 형성되는 제 2 배출홀(193)과 제 2 공간(111b; 도 4 및 도 5에 도시)을 서로 연결시키는 제 2 배출홈(196)이 제 2 공간(111b)의 둘레에 배전판(150)이 밀착되도록 형성되는 제 2 밀착부(115)에 형성될 수 있다. 제 1 및 제 2 배출유로(180,190)는 서로 대각선방향으로 위치하도록 각각 형성될 수 있으며, 제 1 및 제 2 공급유로(160,170)와는 십자 형태로 배열되도록 위치할 수 있다.
커버(210)는 배전판(150) 모두를 사이에 두고 그 양측에 각각 설치되고, 고정부재(220)에 의해 배전판(150)과 함께 본체부(110)에 밀착되도록 고정된다. 고정부재(220)는 일례로 볼트로 이루어져서 본체부(110), 배전판(150) 그리고 커버(210)에 각각 형성되는 체결홀(116,152,211)을 통해서 삽입되어 너트(221)로 고정될 수 있다. 또한 커버(210)와 본체부(110) 각각은 폴리프로필렌, 폴리설폰, 폴리스티렌, 폴리페닐렌 옥사이드, 폴리페닐렌 설파이드, 폴리페닐렌 에테르, 폴리에테르 이미드, 폴리이미드, 폴라아미드, 폴리에테르 케톤, 폴레에틸렌, 플루오르화 폴리머, 에폭시 및 폴라카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 이 밖에도 알칼리 용액에서 화학적, 물리적으로 안정한 물성을 갖는 고분자 재료가 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 스택형 전기분해 시스템(100)은 다수개가 서로 연결되도록 사용됨으로써 전해액의 공급 및 배출 경로와 생성가스의 배출 경로를 단순화시킬 수 있는데, 예컨대 커버(210) 각각에 형성되는 제 1 공급홀(161,165)을 통해서 외부로부터 제 1 공간(111a)에 전해액이 공급되거나, 제 1 공급홀(161,165) 중 어느 하나를 통해서 외부로부터 제 1 공간(111a)에 전해액이 공급되도록 함과 동시에, 내측으로 공급된 전해액을 다른 하나를 통해서 배출하거나 다른 스택형 전기분해 시스템(100)으로 공급할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 스택형 전기분해 시스템(100)은 커버(210) 각각에 형성되는 제 2 공급홀(171,175)을 통해서 외부로부터 제 2 공간(111b)에 전해액이 공급되거나, 제 2 공급홀(171,175) 중 어느 하나를 통해서 외부로부터 제 2 공간(111b)에 전해액이 공급되도록 함과 동시에, 내측으로 공급된 전해액을 다른 하나를 통해서 배출하거나 다른 스택형 전기분해 시스템(100)으로 공급할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 스택형 전기분해 시스템(100)은 커버(210) 각각에 형성되는 제 1 배출홀(181,185)을 통해서 제 1 공간(111a)으로부터 생성된 가스, 예컨대 산소가스를 배출시키도록 하되, 다른 스택형 전기분해 시스템(100)의 산소가스 배출 경로도 함께 제공할 수 있다. 또한 본 발명에 따른 스택형 전기분해 시스템(100)은 커버(210) 각각에 형성되는 제 2 배출홀(191,195)을 통해서 제 2 공간(111b)으로부터 생성된 가스, 예컨대 수소가스를 배출시키도록 하되, 다른 스택형 전기분해 시스템(100)의 수소가스 배출 경로도 함께 제공할 수 있다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 다른 예에 따른 스택형 전기분해 시스템(200)은 커버(210) 사이에 배전판(150)이 적어도 3개 이상이 설치될 수 있고, 배전판(150) 사이마다 본체부(110), 분리막(120), 제 1 및 제 2 전극(130,140)이 배열되도록 설치될 수 있다. 따라서, 커버(210) 사이의 배전판(150), 본체부(110), 분리막(120) 그리고 제 1 및 제 2 전극(130,140)의 개수를 늘리거나 줄임으로써 스택 갯수에 따른 전기분해의 용량을 조절할 수 있다. 배전판(150) 중에서 최외곽에 위치하는 배전판(150)에는 외부에서 전원이 인가되기 위한 단자(151)가 외측으로 돌출되도록 형성되는 반면, 최외곽에 위치하는 위치하는 배전판(150) 사이에 위치하는 다른 배전판(150)에는 전압을 체크할 수 있도록 하는 체크단자(153)가 외측으로 돌출되도록 형성될 수 있음과 아울러, 제 1 및 제 2 전극(130,140)이 양측면에 각각 접하도록 설치될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 따른 스택형 전기분해 시스템의 작용을 설명하기로 한다.
제 1 및 제 2 공급유로(160,170)를 통해서 제 1 및 제 2 공간(111a,111b) 각각으로 전해액, 예컨대 수산화칼륨 수용액이 공급되도록 한다. 그리고, 배전판(150)을 통해서 제 1 및 제 2 전극(130,140)에 전압이 인가되면, 전기분해에 의해 제 1 및 제 2 전극(130,140) 중에서 산소전극은 (+)극으로서 산화반응이 일어나 산소가스를 발생시키고, 수소전극은 (-)극으로서 환원반응이 일어나 수소가스를 발생시키게 된다.
제 1 및 제 2 공간(111a,111b) 각각에서 생성되는 산소가스와 수소가스는 제 1 및 제 2 배출유로(180,190) 각각을 통해서 외부로 배출되고, 배출되는 산소가스와 수소가스는 배출튜브와 수집탱크를 통해서 각각 수집될 수 있다.
이와 같이 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시례에 한정되어서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이러한 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110 : 본체부 111 : 전해공간
111a : 제 1 공간 111b : 제 2 공간
112 : 걸림턱 113 : 제 1 오링
114 : 제 1 밀착부 115 : 제 2 밀착부
116 : 체결홀 117 : 오링설치홈
118,119 : 제 2 오링 120 : 분리막
130,230 : 제 1 전극 131 : 제 1 전극플레이트
132 : 제 1 메탈폼 132a,232a : 제 1 홈부
140,240 : 제 2 전극 141 : 제 2 전극플레이트
142 : 제 2 메탈폼 142a,242a : 제 2 홈부
150 : 배전판 151 : 단자
152 : 체결홀 153 : 체크단자
160 : 제 1 공급유로 161,162,163,164,165 : 제 1 공급홀
166 : 제 1 공급홈 170 : 제 2 공급유로
171,172,173,174,175 : 제 2 공급홀 176 : 제 2 공급홈
180 : 제 1 배출유로 181,182,183,184,185 : 제 1 배출홀
186 : 제 1 배출홈 190 : 제 2 배출유로
191,192,193,194,195 : 제 2 배출홀 196 : 제 2 배출홈
210 : 커버 211 : 체결홀
220 : 고정부재 221 : 너트

Claims (10)

  1. 전해공간이 형성되는 본체부;
    상기 전해공간을 제 1 및 제 2 공간으로 양분하도록 설치되는 분리막;
    상기 분리막을 사이에 두고 그 양측에 각각 위치하도록 상기 제 1 및 제 2 공간 내에 각각 설치되고, 산소전극과 수소전극 중 어느 하나와 다른 하나에 각각 해당되는 제 1 및 제 2 전극;
    상기 제 1 및 제 2 전극 각각에 전기적으로 접속되어 상기 전해공간을 밀봉시키도록 상기 본체부의 양측에 각각 설치되는 배전판;
    상기 제 1 및 제 2 공간 각각에 전해액을 공급하도록 형성되는 공급유로부;
    상기 제 1 및 제 2 공간 각각으로부터 생성되는 가스를 배출시키도록 형성되는 배출유로부;
    상기 배전판 모두를 사이에 두고 그 양측에 각각 설치되고, 고정부재에 의해 상기 배전판과 함께 상기 본체부에 밀착되도록 고정되는 커버;
    를 포함하고,
    상기 공급유로부는,
    상기 커버, 상기 배전판 및 상기 본체부를 관통하도록 제 1 공급홀이 각각 형성되고, 상기 본체부에 형성되는 제 1 공급홀과 상기 제 1 공간을 서로 연결시키는 제 1 공급홈이 상기 제 1 공간의 둘레에 배전판이 밀착되도록 형성되는 제 1 밀착부에 형성되는 제 1 공급유로; 및
    상기 커버, 상기 배전판 및 상기 본체부를 관통하도록 제 2 공급홀이 각각 형성되고, 상기 본체부에 형성되는 제 2 공급홀과 상기 제 2 공간을 서로 연결시키는 제 2 공급홈이 상기 제 2 공간의 둘레에 배전판이 밀착되도록 형성되는 제 2 밀착부에 형성되는 제 2 공급유로를 포함하고,
    상기 배출유로부는,
    상기 커버, 상기 배전판 및 상기 본체부를 관통하도록 제 1 배출홀이 각각 형성되고, 상기 본체부에 형성되는 제 1 배출홀과 상기 제 1 공간을 서로 연결시키는 제 1 배출홈이 상기 제 1 공간의 둘레에 배전판이 밀착되도록 형성되는 제 1 밀착부에 형성되는 제 1 배출유로; 및
    상기 커버, 상기 배전판 및 상기 본체부를 관통하도록 제 2 배출홀이 각각 형성되고, 상기 본체부에 형성되는 제 2 배출홀과 상기 제 2 공간을 서로 연결시키는 제 2 배출홈이 상기 제 2 공간의 둘레에 배전판이 밀착되도록 형성되는 제 2 밀착부에 형성되는 제 2 배출유로를 포함하고,
    상기 커버 사이에는,
    상기 배전판이 적어도 3개 이상이 설치되고, 상기 배전판 사이마다 상기 본체부, 상기 분리막, 상기 제 1 및 제 2 전극이 배열되도록 설치되고,
    상기 제 1 전극은,
    전도성재질로 이루어지는 제 1 전극플레이트; 및
    상기 제 1 전극플레이트의 일측면에 마련되어 배전판에 접하고, 상기 제 1 공간 내에서 상기 공급유로부와 상기 배출유로부를 서로 연결시키는 제 1 홈부가 형성되는 제 1 메탈폼;을 포함하고,
    상기 제 2 전극은,
    전도성재질로 이루어지는 제 2 전극플레이트; 및
    상기 제 2 전극플레이트의 일측면에 마련되어 배전판에 접하고, 상기 제 2 공간 내에서 상기 공급유로부와 상기 배출유로부를 서로 연결시키는 제 2 홈부가 형성되는 제 2 메탈폼;을 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 메탈폼은,
    상기 제 1 및 제 2 홈부가 일자 형태로 다수개가 나란하도록 형성되거나, 메쉬형태로 형성되고,
    상기 분리막은,
    다공성 고분자막이고,
    상기 본체부는,
    상기 전해공간이 양측으로 개방되는 개구로 이루어지고, 상기 전해공간의 내측면 둘레를 따라 걸림턱이 형성되고, 상기 분리막과 상기 걸림턱 사이에 제 1 오링이 설치되는, 스택형 전기분해 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1 에 있어서,
    상기 본체부는,
    상기 제 1 및 제 2 공간의 둘레에 제 2 오링이 설치되기 위한 오링설치홈이 형성됨으로써 상기 배전판 각각과의 사이에 상기 제 2 오링이 설치되는, 스택형 전기분해 시스템.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
KR1020150035137A 2015-03-13 2015-03-13 스택형 전기분해 시스템 KR101720559B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150035137A KR101720559B1 (ko) 2015-03-13 2015-03-13 스택형 전기분해 시스템

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020150035137A KR101720559B1 (ko) 2015-03-13 2015-03-13 스택형 전기분해 시스템

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20160110843A KR20160110843A (ko) 2016-09-22
KR101720559B1 true KR101720559B1 (ko) 2017-03-30

Family

ID=57102432

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020150035137A KR101720559B1 (ko) 2015-03-13 2015-03-13 스택형 전기분해 시스템

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101720559B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102324396B1 (ko) * 2021-08-30 2021-11-11 한국에너지기술연구원 누설 전류의 최소화를 위한 수전해 셀 프레임 구조

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR200285556Y1 (ko) * 2002-05-17 2002-08-13 김우섭 전해조
JP2004115860A (ja) * 2002-09-26 2004-04-15 Fuji Electric Holdings Co Ltd 水電解装置
JP2005515604A (ja) * 2002-01-15 2005-05-26 ナムローゼ・フェンノートシャップ・ベーカート・ソシエテ・アノニム 燃料電池または電気分解装置のための金属積層物

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005515604A (ja) * 2002-01-15 2005-05-26 ナムローゼ・フェンノートシャップ・ベーカート・ソシエテ・アノニム 燃料電池または電気分解装置のための金属積層物
KR200285556Y1 (ko) * 2002-05-17 2002-08-13 김우섭 전해조
JP2004115860A (ja) * 2002-09-26 2004-04-15 Fuji Electric Holdings Co Ltd 水電解装置

Also Published As

Publication number Publication date
KR20160110843A (ko) 2016-09-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101848292B1 (ko) 고면적, 다공성 타입의 유로 내장형 전기화학적 전극 및 이를 가지는 스택형 전기분해 시스템
US6855450B2 (en) Proton exchange membrane electrochemical cell system
US9269969B2 (en) Fuel cell stack
KR102311123B1 (ko) 알칼리 용액들의 전해 셀
US9487871B2 (en) High-pressure water electolysis apparatus
CN108468067B (zh) 电解器间隔件和配备有这种间隔件的电解器
US8691060B2 (en) Water electrolysis apparatus
EP3108529B1 (en) Electrochemical cell with protector gasket arrangement
JP2008536015A (ja) 電気化学セル構造
US10273586B2 (en) Electrochemical cell
US20110147202A1 (en) Water electrolysis apparatus
JP6001646B2 (ja) 電解液が縁部に浸出することを防止する封止材の代替物としてのガスケットフレームを備える電気化学セル
US9783897B2 (en) High pressure water electrolysis device
US6878244B2 (en) Filter-press type electrochemical reactor with bush inserts
US5736017A (en) Solid high polymer electrolytic module and method of manufacturing the same
KR101720559B1 (ko) 스택형 전기분해 시스템
KR101567911B1 (ko) 전기분해장치 및 전기분해장치 스택의 제조방법
US11655551B2 (en) Electrolyzer assembly comprising an insulating layer
CA2329672C (en) Bifurcated electrode of use in electrolytic cells
KR100704437B1 (ko) 비전도성 분리판을 구비한 전기화학 단위 셀 및 이를 이용한 전기화학 셀 조립체
JP6306879B2 (ja) マニホールドユニット及び電解槽
US20090181281A1 (en) Electrochemical cell bipolar plate
KR102131237B1 (ko) 알칼라인 수전해 셀 조립체
KR200285556Y1 (ko) 전해조
KR20140133301A (ko) 전기화학셀용 막전극 접합체

Legal Events

Date Code Title Description
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant