KR200229832Y1 - 수냉식 냉각장치를 갖는 고효율 브라운 가스 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 브라운 가스 발생 장치에 관한 것으로, 브라운 가스 생산량을 높이기 위하여 전해액이 충진된 전해조를 갖는 브라운 가스 발생장치에 있어서, 상기 전해조의 전해액을 강제로 순환시킬 수 있는 순환로를 설치하고, 상기 순환로에 따라 순환되는 전해액을 냉각시킬 수 있는 열교환기가 설치된 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각장치를 갖는 고효율 브라운 가스 발생장치를 제공한다.

Description

수냉식 냉각장치를 갖는 고효율 브라운 가스 발생장치{BROWN GAS GENERATOR TO HIGH EFFICIENCY HAVING A WATER-COOLED SYSTEM}

본 고안은 브라운 가스 발생장치에 관한 것으로, 특히 브라운 가스 발생부인 전해조내에 충진된 물을 열교환기로 강제 냉각시켜 브라운 가스 발생환경을 최적화 함으로써 브라운 가스 발생량을 크게 향상시킬 수 있는 수냉식 냉각장치를 갖는 고효율 브라운 가스 발생장치에 관한 것이다.

브라운 가스는 물을 전기분해에 의해 얻어지는 기체로서 수소와 산소의 함량비가 2 : 1 인 혼합기체이다. 통상 물을 전기분해하면 음극에서는 수소가 얻어지고, 양극에서는 산소가 얻어지는데, 이들 가스를 분리채집하지 않고 한꺼번에 포집한 것이 브라운 가스이다.

브라운 가스는 일반적인 기체와는 달리 연소시 응폭(impolsion) 현상을 유발하는 독특한 성질을 갖는다. 즉, 연소시 폭발현상을 나타내지 않으며 오히려 불꽃이 내부로 모여들면서 초점을 형성하고 주변을 진공화한다. 그 결과, 브라운 가스를 연소시키면 융점이 가장 높다는 텅스턴도 승화시킬 수 있을 정도의 초고온을 얻을 수 있다.

또한, 열선이 외부로 방출되지 않아 복사열로 인한 에너지 손실이 없으므로 우수한 에너지 효율을 가지며 그 자체에 산소를 포함하여 있으므로 연소시 별도의산소공급이 불필요하다. 또한, 연소생성물로서 물만을 생성하므로 공해오염문제가 없다.

상기한 장점 때문에 브라운 가스 발생장치는 성능 및 안전성을 꾸준히 개선시켜 산업 일반에 두루 사용되고 있다.

국내실용신안공보(20-0203926호 - 등록번호(등록일자 : 2000. 09. 08))에 따르면 종래의 브라운 가스 발생장치는 에너지 발생부와 전력공급부 및 에너지 제어부로 구성된다.

에너지 발생부는 전해조, 불순물 제거 여과기 및 급수펌프로 구성되는데, 상기에서 전해조의 각 구성요소는 도 2에 도시된 바와 같이, 외통(320) 내부에 다수개의 내통(320a)이 절연체로 된 상하 고정판(310a, 310b)에 연결고정되고, 내통의 중심부에 위치한 중심봉(330) 역시 상기 직립형원통(320a)과 마찬가지의 방식으로 상기 상하 고정판(310a, 310b)에 고정되어 있다. 이때 내통(320a)은 전극으로 기능하는 것이며, 바람직하게는 연강표면에 무전해방법으로 니켈도금시켜 제작하고, 그 형상을 원통, 사각원통 또는 다각원통 등으로 다양하게 할 수 있다.

상기 전해조에 물 및 전해질(수산화칼륨(KOH))을 혼합하여 제조한 전해액을 충진한다. 중심봉(330), 직립형원통(320a)들 및 최외각원통 본체(320)는 상기 절연재질의 상하 고정판(310a, 310b)에 연결되어 있어 서로 절연상태이나 각 구성부재 사이에는 전해액이 충진되어 있으므로 중심봉(330)과 최외각 직립형원통(320)에 전류를 인가하여 상기의 직립형원통(320a)은 교대로 양극(+)과 음극(-)으로 설정된다.

상기와 같이 다수의 직립형원통에 교대유도전류를 발생시킴으로써 산소와 수소가 생성되어 산소와 수소가 혼합되므로써 브라운 가스가 생성된다.

상기한 전해조에서 전기분해에 의한 브라운 가스 생성시 필연적으로 전류에 의한 열이 발생하게 되는데, 전해조 내의 온도가 섭씨 60∼70°일 때 브라운 가스 생성량을 최대로 얻을 수 있고, 그 이상의 온도 일때에는 브라운 가스 생성량이 현저히 감소한다. 따라서 브라운 가스 생성시 전해조 내의 온도가 일정 온도 이상으로 상승하면 전해조 내의 전해액 온도를 냉각시켜야 한다.

상기한 전해조 내의 전해액 온도를 냉각시키기 위해서 종래에는 도 3에 도시된 바와 같이, 외통의 외주면에 접하면서 넓은 열방산 면적을 갖는 핀을 형성하고, 상기 핀에 팬을 이용하여 차가운 공기를 접촛시켜 외통을 냉각시킴으로써 냉각된 외통과 접하는 전해액이 냉각 되었다.

상기한 바와 같이 전해조를 공냉식으로 냉각하는 경우 먼저 차가운 공기에 의해 핀과 접한 외통이 냉각되고 냉각된 외통의 내주면에 전해액이 계면 접촉함으로써 냉각되므로 냉각 시간 지연에 따른 냉각성능이 저하된다.

결과적으로 냉각성능의 저하는 전해조 내의 온도를 최적의 브라운 가스 생성 온도인 60 ∼ 70°로 유지하기 어렵기 때문에 브라운 가스 생산능력이 떨어지게 된다.

본 고안은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전해조내의 전해액의 온도를 직접적이고 신속히 냉각시켜 전해조내의 상태를 브라운 가스 생성량을 극대화 시킬 수 있는 최적의 조건을 부여한 수냉식 냉각장치를 갖는 고효율 브라운 가스 발생장치를 제공함에 있다.

도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 수냉식 냉각장치를 갖는 고효율 브라운 가스 발생장치이다.

도 2는 종래의 브라운 가스 발생장치에 적용되는 전해조의 단면 상세도이다.

도 3은 종래의 브라운 가스 발생장치에 적용되는 전해조의 냉각구조도이다.

도 4는 본 고안의 일 실시예 따른 수냉식 냉각장치를 갖는 고효율 브라운 가스 발생장치에 적용되는 전해조의 냉각장치 구성도이다.

도 5는 본 고안의 전해조에 적용되는 스파이더의 단면도이다

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

12 : DC Power 14 : 변압기

16 : 전해조 18 : KOH 순환펌프

20 : 물순환 펌프 22 : 정량 펌프

24 : 수위 펌프 26 : 열교환기

28 : 라디에이터 30 : 물탱크

32 : 팬 34 : 물탱크 받침대

36 : 디미스터(Demister) 38 : 역화방지 물탱크

40 : 역화방지기 탱크 42 : 순환호스(순환로)

44 : 스파이더

본 고안은 상기의 목적을 달성하기 위하여 전해액이 충진된 전해조를 갖는 브라운 가스 발생장치에 있어서, 상기 전해조의 전해액을 강제로 순환시킬 수 있는 순환로를 설치하고, 상기 순환로를 따라 순환되는 전해액을 냉각시킬 수 있는 열교환기가 설치된 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각장치를 갖는 고효율 브라운 가스 발생장치를 제공한다.

또한, 상기 열교환기의 일측에는 상기 열교환기를 냉각시킬 수 있는 라디에이터가 설치된 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각장치를 갖는 브라운 가스 발생장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안을 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 1은 본 고안의 일 실시예에 따른 수냉식 냉각장치를 갖는 고효율 브라운 가스 발생장치이고, 도 4는 본 고안에 일 실시예 따른 수냉식 냉각장치를 갖는 고효율 브라운 가스 발생장치에 적용되는 전해조의 냉각장치 구성도이며, 도 5는 본 고안의 전해조에 적용되는 스파이더의 단면도이다.

도 1 과 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 고안에 따른 수냉식 냉각장치를 갖는 고효율 브라운 가스 발생장치는 크게 전원부와 가스생성부 및 냉각부로 구성된다. 본 고안에 따른 브라운 가스 발생장치의 전원부와 가스생성부는 기존의 브라운 가스 발생장치의 전원부 및 가스생성부와 크게 다르지 않고 전해조내의 전해액을 냉각하는 구조만 다르므로 전원부 및 가스생성부는 개략적으로 설명하고 본 고안의 특징사항이 전해조내의 전해액을 냉각하는 구조에 대하여 자세히 설명한다.

전원부는 DC Power(12)와 변압기(14)를 포함하고, 여기서 DC Power(12)는 전력공급장치로서 120V/200A를 주로 사용한다.

가스생성부는 전해조(16), KOH 순환펌프(18), 물순환펌프(20), 정량펌프(22), 수위탱크(24)를 포함한다.

상기에서 전해조(16)는 가스발생기이고, KOH 순환펌프(18)는 전해조내의 KOH 용액을 순환시키며, 물순환펌프(20)는 냉각용 물을 순환시키고, 정량펌프(22)는 전해조에 물을 공급하며, 수위탱크(24)는 전해조내의 KOH 용액량을 판단한다.

냉각부는 열교환기(26), 라디에이터(28), 팬(32)을 포함한다.

상기에서 열교환기(26)는 전해조(16)내의 KOH 용액의 온도를 떨어뜨리는 장치이고, 라디에이터(28)는 물을 냉각시켜 이 물을 이용하여 열교환기(26)를 냉각시킨다.

라디에이터(28) 하부에 설치된 물탱크(30)는 전해조(16) 내에 공급되는 물 저장탱크 및 냉각용 물 저장탱크이고, 라디에이터(28)의 일측에 설치된 팬(32)은 라디에이터의 냉각성능일 높이기 위한 것이다. 상기의 물탱크(30)는 물탱크 받침대(34)에 설치된다.

전해조의 일측에는 Demister(36)가 설치되는데, 이 Demister(36)는 전해조(16)에서 발생된 브라운 가스를 일시적으로 저장하는 중간 저장탱크의 역할을 한다.

또한, DC Power(12)의 일측에는 역화방지 물탱크(38)와 점화시에 사용되는 역화방지탱크(40)가 추가로 설치된다.

본 고안에 적용되는 전해조는 도 4에 도시된 바와 같이, 기존과 마찬가지로 외통(320) 내부에 다수개의 내통(330a)이 절연체로 된 상하 고정판(310a, 310b)에 연결고정되고, 내통(330a)의 중심부에 위치한 중심봉(330) 역시 상기 직립형내통과 마찬가지의 방식으로 상기 상하 고정판(310a, 310b)에 고정되어 있다. 또한 외통(320)의 상부 측부에 구멍(미도시)을 형성하고, 외통의 하단에 연결 설치된 고정판(310b)의 일측에 도 구멍(미도시)을 형성한 후 상기 구멍간에 전해액을 강제로 순환시킬 수 있는 순환호스(42)를 연결하여 냉각부의 열교환기(26)와 연결한다.

상기한 열교환기(26)는 전해액이 순환되는 로타리 형태의 유로(유로)가 형성되어 있고, 또한 라디에이터(28)와 연결되어 라디에이터에서 냉각된 물이 순환되는 로타리 형태의 유로(미도시)가 형성되어 있다.

전해조(16)에 전류가 공급되어 중심봉(330)과 최외각 직립형원통에 전류가 인가되면 직립형원통 양쪽면이 양극(+)과 음극(-)이 교대로 유도되어 전기분해에 의한 브라운 가스가 생성된다.

브라운 가스 생성과정에서 전류에 의해 전해액의 온도가 상승되면 전해액을 외통(320)의 측부에 형성된 구멍과 연결되는 순환호스(42)를 통하여 열교환기(26)로 유입시킨다.

도 4에 도시된 바와 같이, 순환호스(42)를 따라 유입되던 전해액은 열교환기(26)의 전해액이 순환되는 유로를 거친 후 순환호스(42)를 따라 하부 고정판(310b)에 형성된 구멍을 통하여 전해조(16)로 다시 유입된다. 즉 전해조(16) 내의 전해액은 외통(320)의 측부에 형성된 구멍을 통하여 순환호스(42)를 거쳐 열교환기(26)의 전해액이 순환되는 유로를 거친 후 다시 순환호스(42)를 따라 하부 고정판(310b)의 구멍을 통하여 전해조(16)로 유입되는 순환이 계속된다. 상기에서 내통들의 하부는 스파이더(44)로 형성되고 하부 고정판(44)의 구멍을 통하여 강제로 유입된 냉각된 전해액이 이 스파이더를 통과하게 된다.

즉 열교환기(26)의 전해액이 순환되는 유로를 통과한 전해액은 냉각되어 전해조(16)로 다시 유입되므로서 전해조(16)의 온도를 항상 일정한 상태로 유지시킬 수 있다. 상기에서 열교환기(26)를 이루는 로타리 형태의 유로는 그 길이를 늘리거나 면적을 확대하면 냉각능력을 향상시킬 수 있다. 즉 열교환기(26)의 열교환능력을 필요에 따라 가변시킬 수 있는 것이다.

그리고, 열교환기(26)에 전해액이 통과되는 유로에 전해액이 순환되면 열교환기(26)가 가열되어 열교환 능력이 저하되나 열교환기(26)의 일측에 라디에이터(28)를 설치하고 상기 라디에이터(28)에서 냉각된 물을 가열된 열교환기(26)의 또 다른 유로에 순환시킴으로써 열교환기(26)를 항상 일정 온도 이하로 유지할 수 있다.

또한, 전기분해에 의해 직립형원통 표면에서 발생되는 수소와 산소 가스는 직립형 원통의 표면에서 즉시 분리되지 않고 일정한 시간이 경과된 후에 분리된다. 전해조(16)에서 발생된 수소와 산소 가스가 즉시 분리되지 않고 시간이 지연되면 또 다른 수소와 산소가스의 발생을 방해하여 결과적으로 브라운 가스 생산 능력이저하된다. 따라서 본 고안에서와 같이 전해액을 강제로 순환시키면 직립형 원통의 표면에 부착된 수소와 산소 가스를 전해액의 유동력에 의하여 강제로 분리시키는 기능을 하므로 또 다른 수소와 산소가스의 발생조건을 최적화 시킨다.

전술한 바와 같이 기존에는 전해조내의 전해액을 냉각시킬 때 전해액이 충진된 직립형원통에 냉각 핀을 형성하고, 상기 냉각 핀에 차가운 공기를 불어 넣음으로써 직립형원통을 냉각시켜 여기에 접하는 전해액을 냉각시키는 구조로 냉각능력에 한계가 있었으나 본 고안에서는 전해액을 강제로 순환시키고 순환로에 열교환기를 설치하여 전해액이 열교환기를 거치면서 강제로 냉각되므로서 전해액의 냉각량을 크게 향상시켰고, 또한 상기 열교환기를 냉각시킬 수 있는 별도의 라디에이터를 설치하므로써 전해액의 냉각량을 극대화 시켰다.

Claims (2)

1. 브라운 가스 발생원인 전해액이 충진된 전해조를 갖는 브라운 가스 발생장치에 있어서,

   상기 전해조의 전해액을 강제로 순환시킬 수 있는 순환로를 설치하고, 상기 순환로를 따라 순환되는 전해액을 냉각시킬 수 있는 열교환기가 설치된 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각장치를 갖는 브라운 가스 발생장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 열교환기의 일측에는 상기 열교환기를 냉각시킬 수 있는 라디에이터가 설치된 것을 특징으로 하는 수냉식 냉각장치를 갖는 브라운 가스 발생장치.