KR102613497B1 - 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양극플레이트와 음극플레이트의 사이에 구비된 촉매코팅막을 통해 물을 전기분해하여 수소가스와 산소가스를 분리해 배출시킴으로써, 수소 발생 효율을 향상시킬 수 있도록 발명한 것이다.
본 발명의 구성은, 양전극과 전기적으로 연결되며, 음극 플레이트(20)의 음극 수용부(21)에 마주하는 일면으로 양극 수용부(11)가 형성되고, 상기 양극 수용부(11)와 연통되게 연결한 물유입구(13) 및 물배출구(14)가 양측면에 구비된 양극 플레이트(10)와;
음전극과 전기적으로 연결되며, 상기 양극 플레이트(10)의 양극 수용부(11)와 마주하는 일면에 음극 수용부(21)가 형성되고, 상기 음극 수용부(21)와 연통되게 연결한 수소가스배출구(24)가 양측면에 구비된 음극 플레이트(20)와;
상기 양극 플레이트(10)와 음극 플레이트(20) 사이에 배치되어, 상기 양극 플레이트(10)와 음극 플레이트(20)를 절연시키는 절연패킹(30)과;
상기 절연패킹(30)의 격막삽입구(31)에 조립되어 양극 수용부(11)와 음극 수용부(21)를 분리시키는 촉매코팅막(40)과;
상기 촉매코팅막(40)의 양면에 각각 조립되어. 촉매코팅막(40)의 전기전도도를 확산시키는 확산판(45)과;
최외측에 위치하는 양극 플레이트(10) 또는 음극 플레이트(20)에 절연패킹(30)을 갖고 배치되며, 결속부재(55)로 상기 양극 플레이트(10)와 절연패킹(30) 및 음극 플레이트(20)와 일체 조립시켜 고정하는 측면커버(50)를 포함해 구성된다.
본 발명의 구성은, 양전극과 전기적으로 연결되며, 음극 플레이트(20)의 음극 수용부(21)에 마주하는 일면으로 양극 수용부(11)가 형성되고, 상기 양극 수용부(11)와 연통되게 연결한 물유입구(13) 및 물배출구(14)가 양측면에 구비된 양극 플레이트(10)와;
음전극과 전기적으로 연결되며, 상기 양극 플레이트(10)의 양극 수용부(11)와 마주하는 일면에 음극 수용부(21)가 형성되고, 상기 음극 수용부(21)와 연통되게 연결한 수소가스배출구(24)가 양측면에 구비된 음극 플레이트(20)와;
상기 양극 플레이트(10)와 음극 플레이트(20) 사이에 배치되어, 상기 양극 플레이트(10)와 음극 플레이트(20)를 절연시키는 절연패킹(30)과;
상기 절연패킹(30)의 격막삽입구(31)에 조립되어 양극 수용부(11)와 음극 수용부(21)를 분리시키는 촉매코팅막(40)과;
상기 촉매코팅막(40)의 양면에 각각 조립되어. 촉매코팅막(40)의 전기전도도를 확산시키는 확산판(45)과;
최외측에 위치하는 양극 플레이트(10) 또는 음극 플레이트(20)에 절연패킹(30)을 갖고 배치되며, 결속부재(55)로 상기 양극 플레이트(10)와 절연패킹(30) 및 음극 플레이트(20)와 일체 조립시켜 고정하는 측면커버(50)를 포함해 구성된다.
Description
본 발명은 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양극플레이트와 음극플레이트의 사이에 구비된 촉매코팅막을 이용해 물을 전기분해하여 수소가스와 산소가스를 분리해 배출시킴으로써, 수소 발생 효율을 향상시킬 수 있도록 발명한 것이다.
일반적으로, 전기 분해를 이용한 수소발생장치는, 전해질 등이 함유된 물에 전기에너지를 가하여, 물 분자가 분해됨에 따라 양극 측에 산소 기체가 발생하고, 음극 측에 수소 기체가 발생하는 장치이다.
이러한, 수소발생장치는 다양한 종류의 장치들이 개발되어 사용되고 있는데, 대체로 한 쌍으로 이루어진 케이스에 물이 유입 및 배출되는 유입구와 배출구가 구비되고, 케이스 내에 양극판 및 음극판이 배치되며, 양극판 및 음극판의 사이에 이온막이 배치된 구조를 가진다.
그리고, 이온막, 양극판 및 음극판을 기준으로 케이스의 양측에 형성된 공간에 물이 통과하면서 전기에너지에 의해 물분자가 분해되어 수소 및 산소가 발생할 수 있다.
상기와 같은 종래의 수소발생장치는 합성수지 등과 같은 절연체로 제조된 케이스를 이용하고, 절연체로 형성된 케이스 내부에 이온막, 양극판 및 음극판을 밀착한 상태로 배치해 구성된다.
그리고, 상기 수소발생장치에서 물이 이온막, 양극판 및 음극판과의 접촉시간을 연장하기 위한 다양한 연구들이 이루어지고 있는데, 대체로 케이스의 내측에 물이 특정 경로를 따라 진행할 수있도록 수로를 형성하고, 케이스 내로 유입된 물의 경로를 복잡하게 하여 물의 흐름을 늦추는 방법이 이용되고 있었다.
그러나, 상기와 같은 종래의 수소발생장치는, 케이스에 물이 흐르는 경로를 형성하여 물이 흐르는 속도를 지연시키더라도 물이 양극판 및 음극판과 접촉되는 시간만 제어하기 때문에 물을 분해하여 수소를 발생시키는 효율에 한계가 있는 문제점이 있었다.
또, 상기 수소발생장치는 음극판에 발생된 수소를 저장탱크 등과 연결된 배출구를 통해 배출하고 있었으나, 상기 음극판에 배출구를 형성하거나 내부 음극 경로부를 배출구에 연결하기 위한 금형 작업 등이 번거로워 작업 효율성 및 수소 배출 효율을 저하하는 문제점이 있었다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 양극플레이트와 음극플레이트의 사이에 촉매코팅막을 포함해 확산판을 더 구비시켜 촉매코팅막의 전기전도도를 향상시켜 물의 전기분해 효율을 극대화할 수 있는 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또, 본 발명은, 양극플레이트의 측면으로 물이 공급 및 배출되고, 음극플레이트의 측면으로 수소가 배출되게 하면서, 스택(stack)구조를 갖고 구성되어 수소 생산용량에 따라 다양하게 조립해 사용하도록 구성을 단순화하고 제작 및 사용이 용이한 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이와 같은 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명에 의하면,
양전극과 전기적으로 연결되며, 음극 플레이트(20)의 음극 수용부(21)에 마주하는 일면으로 양극 수용부(11)가 형성되고, 상기 양극 수용부(11)와 연통되게 연결한 물유입구(13) 및 물배출구(14)가 양측면에 구비된 양극 플레이트(10)와;
음전극과 전기적으로 연결되며, 상기 양극 플레이트(10)의 양극 수용부(11)와 마주하는 일면에 음극 수용부(21)가 형성되고, 상기 음극 수용부(21)와 연통되게 연결한 수소가스배출구(24)가 양측면에 구비된 음극 플레이트(20)와;
상기 양극 플레이트(10)와 음극 플레이트(20) 사이에 배치되어, 상기 양극 플레이트(10)와 음극 플레이트(20)를 절연시키는 절연패킹(30)과;
상기 절연패킹(30)의 격막삽입구(31)에 조립되어 양극 수용부(11)와 음극 수용부(21)를 분리시키는 촉매코팅막(40)과;
상기 촉매코팅막(40)의 양면에 각각 조립되어. 촉매코팅막(40)의 전기전도도를 확산시키는 확산판(45)과;
최외측에 위치하는 양극 플레이트(10) 또는 음극 플레이트(20)에 절연패킹(30)을 갖고 배치되며, 결속부재(55)로 상기 양극 플레이트(10)와 절연패킹(30) 및 음극 플레이트(20)와 일체 조립시켜 고정하는 측면커버(50)를 포함해 구성된다.
또, 상기 양극 플레이트(10)는, 양면의 양극 수용부(11)에 일정간격으로 배치된 양극받침면(11a)의 사이에 물이동로(11b)를 형성하면서, 상기 물이동로(11b)의 상부와 하부 일측에 양극 연통홀(15)을 구비해 양면의 양극 수용부(11)가 연통되게 하고, 일측면에 구비된 물유입구(13)와 타측면에 구비된 물배출구(14)가 상기 양극 연통홀(15)에 각각 연결되어, 물유입구(13)로 공급된 물이 양극 수용부(11)를 거쳐 물배출구(14)로 배출되게 구성할 수 있다.
또한, 상기 음극 플레이트(20)는, 음극 수용부(21)에 지그 재그 방향으로 연속된 수소가스이동로(21a)를 형성하면서 선단부에 음극 연통홀(25)을 구비하고, 일측면과 타측면에 구비되는 수소가스배출구(24)가 상기 음극 연통홀(25)에 각각 연결되어, 음극 수용부(21)의 수소가스를 수소가스배출구(24)를 통해 배출되게 구성할 수 있다.
그리고, 상기 절연패킹(30)은, 중앙에 격막삽입구(31)가 형성된 한 쌍으로 구성되며, 서로 마주하는 내측면에 단턱진 격막받침홈(33)이 형성되어, 촉매코팅막(40)의 외측 테두리를 격막받침홈(33)에 조립되고, 확산판(45)이 격막삽입구(31)의 내벽면에 지지되게 구성할 수 있다.
또, 상기 양극 플레이트(10)와 절연패킹(30) 및 음극 플레이트(20)는 하나의 셀 블록(B)으로 구성되어, 상기 셀 블록(B)이 적어도 두 개가 반복되는 스택구조를 갖게 연속 배치되면서 물유입구(13)는 물유입관(P1)과 연결되고, 물배출구(14)는 물배출관(P2)과 연결되며, 수소가스배출구(24)는 수소가스배기관(H2)에 일체 연결되게 구성할 수 있다.
또한, 상기 양극 수용부(11)의 양극받침면(11a)은, 사각형, 마름모형, 원형, 타원형 중에 어느 하나의 형상을 갖고 돌출 성형되게 구성할 수 있다.
이러한 본 발명에 의하면, 양극플레이트와 음극플레이트의 사이에 촉매코팅막을 포함해 확산판을 더 구비시켜 촉매코팅막의 전기전도도를 향상시켜 양극 플레이트를 이동하는 물의 전기분해 효율을 극대화하고, 상기 촉매코팅막을 통해 음극 플레이트로 이동한 수소가스를 보다 원활히 배출시켜 수소발생 효율을 향상시킬 수 있다.
또, 양극 플레이트와 절연패킹 및 음극 플레이트로 구성된 셀 블록을 간편하게 복수개 연결해 배치함으로써, 필요로 하는 수소 생산용량에 따라 다양하게 조립해 사용하도록 구성을 단순화하고 제작 및 사용이 용이하여 상품성을 향상시킬 수 있는 효과도 있다.
도 1은 본 발명인 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치를 도시한 결합 사시도.
도 2는 본 발명인 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치를 도시한 분해 사시도.
도 3은 본 발명인 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치의 결합 단면도.
도 4는 본 발명의 구성인 양극 플레이트의 정면도.
도 5는 본 발명의 구성인 음극 플레이트의 정면도.
도 6은 본 발명의 촉매코팅막의 조립구성을 도시한 확대 단면도.
도 7은 본 발명의 구성인 양극 플레이트의 실시 구성을 도시한 개략도.
도 2는 본 발명인 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치를 도시한 분해 사시도.
도 3은 본 발명인 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치의 결합 단면도.
도 4는 본 발명의 구성인 양극 플레이트의 정면도.
도 5는 본 발명의 구성인 음극 플레이트의 정면도.
도 6은 본 발명의 촉매코팅막의 조립구성을 도시한 확대 단면도.
도 7은 본 발명의 구성인 양극 플레이트의 실시 구성을 도시한 개략도.
본 발명인 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치는, 양극플레이트와 음극플레이트의 사이에 구비된 촉매코팅막을 통해 물을 전기분해하여 수소가스와 산소가스를 분리해 배출시킴으로써, 수소 발생 효율을 향상시킬 수 있도록 발명한 것이다.
이하 본 발명에 따른 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치의 구성을 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시 예들에 의해 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 실시 예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
먼저, 본 발명이 적용되는 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치는, 도 1 내지 도6에서와 같이 크게 양극 플레이트(10)와 음극 플레이트(20) 및 그 사이에 위치하는 절연패킹(30)이 하나의 셀 블록(B)으로 형성되고, 상기 셀 블록(B)을 필요에 따라 복수개 연결해 배치하는 스택(stack)구조를 갖게 하고, 양단부에 측면커버(50)를 위치시켜 결속부재(55)로 일체 조립하는 방식으로 구성된다.
양극 플레이트(10)는, 직사각형 또는 정사각형 형상을 갖고 양면에 양극 수용부가 형성되며, 상기 양극 수용부(11)와 연결되는 물유입구(13) 및 물배출구(14)가 양쪽 측면에 각각 형성되고, 상부 일측에 양전극을 연결하기 위한 양전극 연결부(18)가 돌출 형성된다.
또, 상기 양극 플레이트(10)는 금속이 이용될 수 있는데, 본 실시 예에서 티타늄(titanium)을 이용하여 제조될 수 있으며, 티타늄에 백금(platinum)이 도금되어 제조되도록 함으로써, 양극 플레이트(10)의 내식성 및 내화학성을 높일 수 있으며, 물이 이온화되더라도 전해약인 물의 오염을 방지할 수 있도록 한다.
상기 양극 플레이트(10)에 적용되는 금속 및 도금되는 물질에 대해서는 당업자의 요구에 따라 그 구성을 다양하게 적용할 수 있으므로 특정한 구성에 한정하지는 않는다.
또한, 양극 플레이트(10)에는 테두리를 따라 결속부재(55)를 구성하는 결속볼트가 끼워지게 다수의 조립홀이 형성되는데, 본 실시 예에서는 양극 수용부(11)를 둘러싸도록 형성되게 한다.
그리고, 상기 양극 플레이트(10)는, 양면의 양극 수용부(11)에서 일정간격으로 배치된 양극받침면(11a)의 사이에 요(凹)홈 구조를 갖는 물이동로(11b)를 형성하면서, 상기 양극 수용부(11)에 구비된 물이동로(11b)의 상부와 하부 일측에 양극 연통홀(15)을 구비해 양면의 양극 수용부(21)가 연통되게 하고, 도면 상 일측면 하부에 구비된 물유입구(13)와 타측면 상부에 구비된 물배출구(14)가 상기 양극 연통홀(15)에 각각 연결되어, 물유입구(13)로 공급된 물이 양극 수용부(11)를 거쳐 물배출구(14)로 배출되게 구성한다.
여기에서, 상기 양극 연통홀(15)은, 양극 수용부(11)의 일측에 치우쳐 형성되며, 하부에 형성된 양극 연통홀(15)에 물유입구(13)가 연결되고, 상부에 형성된 양극 연통홀(15)에 물배출구(14)가 연결될 수 있지만 상기 연결부위의 위치를 한정하지 않는 것이 바람직하며, 상기 물이동로(11b)틀 거쳐 물배출구(14)로 배출되는 물에는 전기 분해에 의해 생산된 산소가 포함될 수 있음을 밝혀둔다.
여기에서, 상기 양극 수용부(11)의 양극받침면(11a)은, 도 7에서와 같이 사각형, 마름모형, 원형, 타원형 중에 어느 하나의 형상을 갖거나 혼용되게 돌출 성형시켜 구성할 수 있는데, 상기 양극받침면(11a)의 돌출된 벽면에 의해 물의 이동방향을 조정하여 전기분해 효율을 향상시킴과 아울러 상기 양극받침면(11a)의 경사각도에 따라 전기분해하여 발생된 산소가스가 포함된 물이 보다 원활히 물이동로(11b)를 따라서 이동하여 물배출구(14)로 배출될 수 있도록 한다.
음극 플레이트(20)는, 직사각형 또는 정사각형 형상을 갖고 양면에 음극 수용부(21)가 형성되며, 상기 음극 수용부(21)와 연결되는 수소가스배출구(24)가 양쪽 측면에 각각 형성되고, 상부 일측에 음전극을 연결하기 위한 음전극 연결부(28)가 돌출 형성된다.
또, 상기 음극 플레이트(20)는 금속이 이용될 수 있는데, 본 실시 예에서는 양극 플레이트(10)에서 이미 전술하였으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또, 음극 플레이트(20)에는 테두리를 따라 결속부재(55)를 구성하는 결속볼트가 끼워지게 다수의 조립홀이 형성되는데, 본 실시 예에서는 음극 수용부(21)를 둘러싸도록 형성되게 한다.
그리고, 상기 음극 플레이트(20)는, 양면의 음극 수용부(21)에 관통된 구조를 갖고 지그 재그 방향으로 연속된 수소가스이동로(21a)를 형성하면서, 선단부에 양극 연통홀(25)을 구비해 양면의 음극 수용부(21)가 연통되게 하고, 양측면에 구비된 수소가스배출구(24)가 상기 음극 연통홀(25)에 각각 연결되어, 수소가스이동로(21a)를 따라 이동한 수소가스가 수소가스배출구(24)로 배출되게 구성한다.
여기에서, 상기 음극 연통홀(25)은, 음극 수용부(21)의 도면상 일측 상,하부에 치우쳐 형성되어 음극 연통홀(25)에 수소가스배출구(24)가 연결될 수 있지만 상기 연결부위의 위치를 한정하지 않는 것이 바람직하며, 상기 수소가스배출구(24) 중에서 어느 한쪽의 수소가스배출구를 폐쇄하고, 다른 한쪽의 수소가스배출구을 열어 수소가스의 배출압력을 조정하는 것도 가능하다.
또, 상기 본 발명에서는 수소가스이동로(21a)가 수평방향으로 지그재그 형상을 갖고 상부에서 하부로 성형된 것을 설명하고 있지만, 다른 실시 예로 수직 방향으로 지그 재그 형상을 갖거나 대각선 방향으로 지그 재그 형상을 갖고 성형되는 것도 본 발명에 포함된다.
그리고, 절연패킹(30)은, 양극 플레이트(10)와 음극 플레이트(20)의 형상에 대응하는 형상을 갖고 내측에 격막삽입구(31)가 형성되며, 상기 양극 플레이트(10)와 음극 플레이트(20) 사이에 배치되어, 상호 절연되도록 조립한다.
상기 절연패킹(30)은 내약품성, 내열성, 소수성이 우수한 재질인 테프론(Teflon)을 이용해 제작할 수 있는데, 실리콘, 합성수지재 등의 재질과 같이 양극 플레이트와 음극 플레이트 사이에서 절연할 수 있는 재질을 사용하는 것도 가능하다.
그리고, 절연패킹(30)은 양극 플레이트(10)와 음극 플레이트(20)에 비해 상대적으로 얇게 형성하는 것이 바람직하며, 양극 플레이트(10) 및 음극 플레이트(20)에 걸리는 전력에 따라 두께가 달라질 수 있지만 이에 한정하지는 않는다.
또, 상기 절연패킹(30)은 양극 플레이트(10)와 음극 플레이트(20)에 형성된 조립홀에 대응하는 조립홀을 형성하여, 결속부재(55)를 구성하는 결속볼트가 끼워져 양극 플레이트(10)와 음극 플레이트(20)를 절연하며 조립되게 한다.
따라서, 상기 양극 플레이트(10)와 절연패킹(30) 및 음극 플레이트(20)는 하나의 셀 블록(B)으로 구성될 수 있으며, 본 발명에서는 상기 셀 블록(B)이 적어도 두 개가 반복되는 스택구조를 갖게 연속 배치되게 하여, 물유입구(13)는 물유입관(P1)과 연결되고, 물배출구(14)는 물배출관(P2)과 연결되게 하며, 수소가스배출구(24)는 수소가스배기관(H2)에 일체 연결되게 구성하여 물의 공급 및 배출과 수소가스의 배출을 보다 용이하게 관리할 수 있도록 한다.
여기에서, 양극 플레이트(10)와 절연패킹(30), 음극 플레이트(20)는 결속부재(55)를 구성하는 볼트와 너트의 체결로 결합되는데, 상기 양극 플레이트와 음극 플레이트가 볼트에 의해 단락되는 것을 방지하기 위해 상기 양극 및 음극 플레이트의 조립홀에 실리콘, 고무, 합성수지 재질의 절연관을 조립시켜 전기적으로 절연되게 구성할 수도 있다.
또, 상기 절연패킹(30)은 중앙에 격막삽입구(31)가 형성되는데, 상기 격막삽입구(31)는 양극 수용부(11) 및 음극 수용부(21)의 형상이 내측에 포함되는 크기를 갖게 형성한다.
그리고, 본 발명에서의 절연패킹(30)은 중앙에 격막삽입구(31)가 형성된 한 쌍으로 구성되어, 양극 플레이트(10)와 음극 플레이트(20)에 각각 절연패킹(30)이 배치되고, 상기 절연패킹(30)이 서로 마주하는 내측면에 단턱진 격막받침홈(33)이 형성되어, 촉매코팅막(40)이 삽입 고정되도록 한다.
상기 촉매코팅막(40)은, 절연패킹(30)의 격막삽입구(31)에 조립되어 양극 수용부(11)와 음극 수용부(21)가 서로 다른 공간으로 분리되게 하는데, 본 실시예에서, 상기 촉매코팅막(CCM ; catalyst coated membrane)은, 물을 전기분해하여 발생된 수소와 산소를 분리하기 위한 것으로, 나피온(nafion) 계열의 얇은 막(membrane)을 이용할 수 있으며, 나피온 계열의 얇은 막에 백금을 코팅하여 사용하는 것도 본 발명에 구성에 포함된다.
이때, 상기 촉매코팅막(40)을 구성하는 나피온 계열의 얇은 막에 백금을 코팅하는 방식에는 전기를 이용하여 백금을 분해하여 코팅하거나, 백금이 포함된 액체에 나피온 계열의 얇은 막을 담근 상태에서 교반하여 백금을 증착시키는 무전해 방식을 이용해 나피온 계열의 얇은 막에 백금을 코팅하는 것도 가능하다.
그리고, 상기 촉매코팅막(40)의 양면에는 투과성 확산판(45)을 각각 조립시켜 촉매코팅막 의 전기전도도를 확산시킬 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상기 확산판(45)은, 산소가스의 투과는 억제하고 수소가스만 투과될 수 있게 공극률이 미세한 망으로, 양극 플레이트(10)와 음극 플레이트(20)에 제공되는 전기를 촉매코팅막(40) 전체에 고르게 전달할 수 있도록 하여 전기분해 효율을 향상시키는 역할을 하는 것으로, 이러한 확산판(45)의 구성은 탄소섬유와 같이 이미 일반적으로 공지된 구성이므로 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
그리고, 상기 확산판(45)은, 촉매코팅막(40)이 삽입고정된 절연패킹(30)의 격막삽입구(31)에 끼워져 조립되는데, 외측테두리가 단턱진 격막받침홈(33)에 조립되면서 양극 수용부(11) 및 음극 수용부(21)에 확산판(45)이 밀착 지지된다.
상기와 같이 양극 플레이트(10)와 절연패킹(30) 및 음극 플레이트(20)를 하나의 셀 블록(B)으로 구성하고, 상기 셀 블록(B)이 적어도 두 개가 반복되게 배치시키면서, 최외측에 위치하는 양극 플레이트(10) 또는 음극 플레이트(20)에는 절연패킹을 갖는 측면커버(50)를 배치해 결속부재(55)로 고정하여 일체 조립된다.
이때, 상기 측면커버(50)에는 양극 플레이트(10) 또는 음극 플레이트(20)와의 절연을 위해 복수개의 패킹부재를 더 조립하여 안전사고를 방지할 수 있도록 함과 아울러 외측면에 받침대를 장착해 바닥면에 안정적으로 거치할 수 있도록 한다.
본 실시예에 따른 수소발생장치의 작동과정을 설명하면, 양극 플레이트(10)의 양전극 연결부(18)에 직류 전원의 (+)극이 연결되고, 음극 플레이트(20)의 음전극 연결부(28)에 직류 전원의 (-)극이 연결된다.
그리고, 양극 플레이트(10)에 형성된 물유입구(13) 및 양극 연통홀(15)을 통해 물이 양면으로 공급되어 양극 수용부(11)의 양극받침면(11a) 사이에 구비된 물이동로(11b)를 따라 이동하여 물이 채워지면서 물과 양극 플레이트(10)의 접촉으로 물이 전기 분해되면서 수소가스와 산소가스가 생성된다.
이렇게 전기 분해된 수소가스는 확산판(45) 및 촉매코팅막(40)을 통과해 (-)극인 음극 수용부(21) 측에 모이고 산소가스는 확산판(45) 및 촉매코팅막(40)을 통과하지 못하여 (+)극인 양극 수용부 측에 모이게 된다.
이때, 상기 양극 수용부(11)에 채워지는 물은 물배출구(14) 방향으로 흐르면서 생성된 산소가스와 함께 외부로 배출된다.
또한, 음극 플레이트(20)의 음극 수용부(21)에 모인 수소가스는 수소가스이동로(21a)를 따라 이동하면서 양측에 구비된 수소가스배출구(24)를 통해 외부로 배출되는데, 음극 플레이트(20)의 상측과 하측에 각각 구비된 수소가스배출구(24) 중에서 어느 하나를 개방 또는 폐쇄하는 것으로 수소가스의 배출압력을 조정할 수 있게 한다.
여기에서, 상기 셀 블록(B)을 구성하는 양극 플레이트(10)의 물유입구(13)에는, 연결니플이 조립되어 물유입관(P1)에 연결되는데, 필요에 따라 어느 하나의 양극 플레이트에만 선택적으로 물을 공급하거나 전체 양극 플레이트에 물을 공급할 수 있도록 하여, 상기 선택된 양극 플레이트(10)와 마주하는 셀 블록(B)의 음극 플레이트(20)에서 수소가스를 발생시켜 수소가스배기관(H2)을 통해 외부로 배출하도록 하는 것도 가능하며, 전체적으로 수소가스를 발생시켜 대량의 수소가스를 배출하는 것도 가능하다.
이상에서와 같이 상술한 실시 예는 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만 상기 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
10. 양극 플레이트 11. 양극 수용부
11a. 양극받침면 11b. 물이동로
13. 물유입구 14. 물배출구
15. 양극 연통홀 20. 음극 플레이트
21. 음극 수용부 21a. 물이동로
24. 수소가스배출구 25. 음극 연통홀
30. 절연패킹 31. 격막삽입구
33. 격막받침홈 40. 촉매코팅막
45. 확산판 50. 측면커버
11a. 양극받침면 11b. 물이동로
13. 물유입구 14. 물배출구
15. 양극 연통홀 20. 음극 플레이트
21. 음극 수용부 21a. 물이동로
24. 수소가스배출구 25. 음극 연통홀
30. 절연패킹 31. 격막삽입구
33. 격막받침홈 40. 촉매코팅막
45. 확산판 50. 측면커버
Claims (6)
- 양전극과 전기적으로 연결되며, 양면에 양극 수용부(11)가 형성되고, 상기 양극 수용부(11)와 연통되게 연결한 물유입구(13) 및 물배출구(14)가 양측면에 구비되는 양극 플레이트(10)와;
음전극과 전기적으로 연결되며, 양면에 음극 수용부(21)가 형성되고, 상기 음극 수용부(21)와 연통되게 연결한 수소가스배출구(24)가 양측면에 구비되되, 상기 음극수용부(21)가 상기 양극수용부(11)와 마주하도록 배치될 수 있는 음극 플레이트(20)와;
상기 양극 플레이트(10)와 음극 플레이트(20) 사이에 배치되어, 상기 양극 플레이트(10)와 음극 플레이트(20)를 절연시키는 절연패킹(30)과;
상기 절연패킹(30)의 격막삽입구(31)에 조립되어 양극 수용부(11)와 음극 수용부(21)를 분리시키는 촉매코팅막(40)과;
상기 촉매코팅막(40)의 양면에 각각 조립되어. 촉매코팅막(40)의 전기전도도를 확산시키는 확산판(45)과;
최외측에 위치하는 양극 플레이트(10) 또는 음극 플레이트(20)에 절연패킹(30)을 갖고 배치되며, 결속부재(55)로 상기 양극 플레이트(10)와 절연패킹(30) 및 음극 플레이트(20)와 일체 조립시켜 고정하는 측면커버(50)를 포함하고,
상기 양극 플레이트(10)는,
양면의 양극 수용부(11)에 일정간격으로 배치된 양극받침면(11a)의 사이에 물이동로(11b)를 형성하면서, 상기 물이동로(11b)의 상부와 하부 일측에 양극 연통홀(15)을 구비해 양면의 양극 수용부(11)가 연통되게 하고, 일측면에 구비된 물유입구(13)와 타측면에 구비된 물배출구(14)가 상기 양극 연통홀(15)에 각각 연결되어, 물유입구(13)로 공급된 물이 양극 수용부(11)를 거쳐 물배출구(14)로 배출되되,
상기 양극 수용부(11)의 양극받침면(11a)은, 사각형, 마름모형, 원형, 타원형 중에 어느 하나의 형상을 갖거나 혼용되게 돌출 성형되어, 상기 양극받침면(11a)의 돌출된 벽면에 의해 물의 이동 방향을 조정하고, 상기 양극받침면(11a)의 경사 각도에 따라 전기분해하여 발생된 산소가스가 포함된 물이 물이동로(11b)를 따라서 이동하여 물배출구(14)로 배출되는 것을 특징으로 하는 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치.
- 삭제
- 제 1항에 있어서,
상기 음극 플레이트(20)는,
음극 수용부(21)에 지그 재그 방향으로 연속된 수소가스이동로(21a)를 형성하면서 선단부에 음극 연통홀(25)을 구비하고, 일측면과 타측면에 구비되는 수소가스배출구(24)가 상기 음극 연통홀(25)에 각각 연결되어, 음극 수용부(21)의 수소가스를 수소가스배출구(24)를 통해 배출되게 구성한 것을 특징으로 하는 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 절연패킹(30)은,
중앙에 격막삽입구(31)가 형성된 한 쌍으로 구성되며, 서로 마주하는 내측면에 단턱진 격막받침홈(33)이 형성되어, 촉매코팅막(40)의 외측 테두리를 격막받침홈(33)에 조립되고, 확산판(45)이 격막삽입구(31)의 내벽면에 지지되게 구성한 것을 특징으로 하는 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치.
- 제 1항에 있어서,
상기 양극 플레이트(10)와 절연패킹(30) 및 음극 플레이트(20)는 하나의 셀 블록(B)으로 구성되어, 상기 셀 블록(B)이 적어도 두 개가 반복되는 스택구조를 갖게 연속 배치되면서,
물유입구(13)는 물유입관(P1)과 연결되고, 물배출구(14)는 물배출관(P2)과 연결되며, 수소가스배출구(24)는 수소가스배기관(H2)에 각각 연결되게 구성한 것을 특징으로 하는 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치.
- 삭제
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| KR1020220184136A KR102613497B1 (ko) | 2022-12-26 | 2022-12-26 | 촉매코팅막을 이용한 수소발생장치 |
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2022
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