KR200237403Y1 - 수산 가스 발생 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안에서의 전해조들은 케이싱 및 케이싱 내부에 장착된 다수의 전극 부재로 이루어지되, 케이싱 내부 공간에는 상부 플레이트 및 하부 플레이트가 고정되며, 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에는 다수의 전극 부재들이 지지되고, 상부 플레이트 상부는 케이싱을 밀폐하는 캡이 위치한다. 전해액 탱크는 전해조에서 발생된 수산가스가 공급되며, 그 상부에는 탱크 내부 공간과 연통되고 외부의 장치와 연결된 기액 분리부가 장착되되, 기액 분리부는 본체 및 본체 내부에 고정된 다수의 기액 분리판으로 이루어진다. 각 기액 분리판은 상하부에 인접한 다른 기액 분리판들의 본체 내부면에 고정된 종단과 반대의 종단이 본체 내부면에 고정되어 전해조에서 전해액 탱크로 공급된 수산 가스가 각 기액 분리판을 통과하는 과정에서 수산 가스가 모든 기액 분리판을 따라 유동하게 되어 수분이 제거된 상태로 외부 장치로 배출된다.

Description

수산 가스 발생 장치{Apparatus for generating hydrogen and oxygen gas}

본 고안은 수산 가스 발생 장치에 관한 것으로서, 특히 전해조의 냉각 기능을 향상시키고 전체적인 규격을 소형화시킬 수 있는 수산 가스 발생 장치에 관한 것이다.

예를 들어, 묽은 황산이나 수산화나트륨 또는 수산화칼륨과 같은 전해질과 물의 혼합물인 전해액을 전기 분해하여 산소와 수소 가스(이하, '수산 가스'라 칭함)를 발생시키는 수산 가스 발생 장치는 전해액의 전기 분해가 진행되는 전해조 및 전해액 탱크, 기액 분리기 등과 같은 주변 기기들로 이루어진다.

전해조는 케이싱, 케이싱 내부에 장착된 다수의 전극 부재들, 케이싱에 구성된 전해액 공급부 및 발생된 수산 가스를 케이싱 외부로 배출시키기 위한 배출부를 포함한다. 이러한 부재들로 이루어진 일반적인 전해조에서 발생하는 가장 큰 문제점을 설명하면 다음과 같다.

전해액의 전기 분해를 위해서는 전극 부재에 높은 전류가 인가되며, 이 전류로 인하여 전극이 부식되며 또한 전해액의 온도가 상승하게 된다. 특히, 높은 전류 밀도(즉, 전극 표면의 단위 면적당 인가되는 전류량(A/cm²))은 수산 가스 발생 장치의 수명에 중대한 영향을 미치므로 낮은 전류 밀도를 갖도록 설계되어야만 한다. 또한, 전해조를 충분히 냉각시켜 전해액을 최적의 온도(약 50℃)로 유지시키는 것이 바람직하다.

또다른 문제점으로서는 기액 분리기(separator)에 의하여 장치의 전체 규격이 커진다는 것이다. 전해조 내에서 발생된 수산 가스에는 열에 의하여 증발된 수분이 포함되어 있으며, 이러한 수산 가스가 장치 외부로 배출되어 외부의 장치(주로 토치 또는 버너 등과 같은 연소 장치임)로 공급된다. 수산 가스를 공급받은 연소 장치에서는 수산 가스에 함유된 수분 때문에 부식 등과 같은 문제가 발생되며, 이러한 점을 방지하기 위하여 외부의 장치로 수산 가스를 공급하기 전에 기액 분리기를 통과시켜 수산 가스와 수분을 분리하게 된다. 그러나, 일반적인 수산 가스 발생 장치에서는 전해조 또는 전해액 탱크와는 별도로 기액 분리기를 설치, 운용함으로서 전체적인 수산 가스 발생 장치의 규격이 커질 수 밖에 없다.

따라서, 본 고안은 전해조에서 발생할 수 있는 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 전해조(전해액)에 대한 냉각 기능을 향상시키고 전체적인 규격을 최소화시킬 수 있는 수산 가스 발생 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 실현하기 위한 본 고안에서, 다수의 전해조는 케이싱 및 케이싱 내부에 장착된 다수의 전극 부재로 이루어지되, 케이싱 내부 공간의 상부 및 하부에는 상부 플레이트 및 하부 플레이트가 고정되며, 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에는 다수의 전극 부재들이 지지되고, 상부 플레이트 상부는 케이싱을 밀폐하는 캡이 위치한다. 전해액 탱크는 전해조에서 발생된 수산가스가 공급되며, 그 상부에는 탱크 내부 공간과 연통되고 외부의 장치와 연결된 기액 분리부가 장착되되, 상기 기액 분리부는 본체 및 본체 내부에 고정된 다수의 기액 분리판으로 이루어지며, 각 기액 분리판은 상하부에 인접한 다른 기액 분리판들의 본체 내부면에 고정된 종단과 반대의 종단이 본체 내부면에 고정되어 있다. 전해조에서 전해액 탱크로 공급된 수산 가스가 각 기액 분리판을 통과하는 과정에서 수산 가스가 모든 기액 분리판을 따라 유동하게 되어 수분이 제거된 상태로 외부 장치로 배출된다.

본 고안에서는 전기 분해가 진행되는 전해조 및 전해액을 강제 냉각시키는 냉각 수단인 팬이 전해조 전방에 설치되어 있다.

이하, 본 고안을 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 수산 가스 발생 장치의 개략적인 구성도.

도 2는 도 1의 전해조의 단면도.

도 3은 도 1의 전해액 탱크의 단면도.

도 4A 및 도 4B는 본 고안에 따른 수산 가스 발생 장치의 정면도 및 측면도.

도 1은 본 고안에 따른 수산 가스 발생 장치의 개략적인 구성도로서, 전해액에 대한 전기 분해가 이루어지는 2개의 전해조(10 및 20) 및 각 전해조(10 및 20)에 전해액을 공급하는 전해액 탱크(30)가 도시되어 있다. 각 전해조(10 및 20; 실질적으로는 그 내부의 전극)에는 전원이 연결되어 있으며, 하단에는 전해액을 배출하기 위한 전해액 배출 라인(10A 및 20A)이 각각 연결되어 있다. 각 전해조(10 및 20)의 상단에는 발생된 수산 가스의 배출을 수산 가스 배출 라인(10B 및 20B)의 일단이 연결되어 있으며, 수산 가스 배출 라인(10B 및 20B)의 또다른 일단은 전해액 탱크(30)에 연결되어 있어 수산 가스 배출 라인(10B 및 20B)은 전해액 탱크(30)와 각 전해조(10 및 20)를 연결한다.

각 도면을 이용하여 전해조(10 및 20) 및 전해액 탱크(30)의 구성을 보다 상세히 설명한다.

도 2는 도 1에 도시된 어느 한 전해조(10)의 단면도로서, 본 고안에 따른 전해조(10)는 크게 케이싱(11) 및 그 내부에 장착된 다수의 전극 부재들(13)로 이루어진다. 중공(中空) 원통형 케이싱(11)의 상단에는 플랜지부 (11A)에 의하여 착탈 가능한 캡(12)이 고정되어 있으며, 하단은 밀폐된 상태이다.

케이싱(11) 내부 공간에는 상부 플레이트(14) 및 상부 플레이트(14)와 동일한 형태의 하부 플레이트(15)가 고정되어 있으며, 상부 플레이트(14)와 하부 플레이트(15) 사이에는 공간부가 형성된다. 상부 플레이트(14)의 저면 및 하부 플레이트(15)의 상부면에는 다수의 원형 홈이 형성되어 있으며, 각 홈에는 다수의 원통형 전극 부재(13)의 양단이 각각 삽입됨으로서 상부 플레이트(14)와 하부 플레이트 (15) 사이에 다수의 원통형 전극 부재들(13)이 지지된다.

다수의 원통형 전극 부재들(13)은 서로 일정 간격 이격된 상태이며, 또한,상부 및 하부 플레이트(14 및 15)가 절연체로 구성되어 있기 때문에 전극 부재들 (13)은 전기적으로 서로 절연된 상태이다. 이와 같이 다수의 전극 부재들(13)이 장착된 상태에서 케이싱(11) 내부 공간에 전해액을 공급한 후, 중심부의 전극 부재와 최외곽의 전극 부재에 전원을 인가한다.

즉, 상부 및 하부 플레이트(14 및 15) 사이의 공간에 장착된 전극 부재들 (13)중 최외곽의 전극 부재에는 (-) 전원을, 가장 내측의 전극 부재에는 (+) 전원을 각각 인가하면, 그 사이에 위치하는 각 전극 부재들의 각 표면은 인접하는 부재 표면에 나타나는 극성과는 서로 반대의 극성을 띠게 된다. 전극 부재들(13)은 직접적으로는 전기적으로 절연된 상태이나, 그 사이에 전해액이 존재하는 상태에서 전류가 흐르게 되면 내측의 전극 부재(13)와 최외곽 전극 부재 사이의 전극 부재들 (13)은 전해액을 통하여 전기적으로 연결된 상태이기 때문에 각 전극 부재(13)의 양면에는 인접하는 전극 부재와는 반대의 극성의 전하가 대전된다. 이와 같이, 서로 다른 극성을 갖는 전극 부재들 사이에 존재하는 전해액에서는 전기 분해가 이루어져 수산 가스가 발생된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 전극 부재들(13)이 장착된 상부 플레이트(14)와 하부 플레이트(15) 사이의 공간에서 전해액에 대한 전기 분해가 진행되며, 전기 분해에 의하여 발생된 수산 가스는 캡(12)에 구성된 수산 가스 배출부(16A) 및 수산 가스 배출 라인(10B)을 통하여 전해액 탱크(30)로 공급된다. 케이싱(11)의 하단 및 측부에는 전해액 배출 라인(10A)과 연결되는 전해액 배출부(16A)가 구성되어 있어 전해조(10) 내의 전해액을 외부로 배출, 폐기시킨다.

또한, 전해조(10)의 일측부에는 전해액 유입부(16C)가 구성되어 있으며, 이 전해액 유입부(16C)는 전해액 탱크(30)에 연결된 전해액 공급 라인(10C)에 연결되어 있다. 따라서, 전해액 탱크(30)에 저장된 새로운 전해액은 전해액 공급 라인 (10C)과 전해액 유입부(16C)를 통하여 전해조(10) 내부로 공급된다.

도 3은 전해액 탱크의 단면도로서, 상부에 기액 분리부(40)가 장착된 전해액 탱크(30)를 도시하고 있다. 기액 분리부(40)를 구성하는 원통형 본체(41)는 그 하단 일부가 전해액 탱크(30)의 내부 공간에 위치하고 있으며, 그 내부에는 다수의 기액 분리판(42A 내지 42D)이 고정되어 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 기액 분리판들(42A 내지 42D)은 소정의 높이 차이를 갖고 본체(41) 내부면에 고정된다. 즉, 각 기액 분리판(42A 내지 42D)은 일단이 절단된 상태이며, 또다른 일단이 본체(41) 내부면에 고정되어 있다.

여기서, 각 기액 분리판(예를 들어, 42B)은 상하부에 인접한 다른 기액 분리판들(42A 및 42C)의 고정단과 반대의 종단이 본체(41) 내부면에 고정되어 있으며, 따라서 전해액 탱크(30) 내로 유입된 수산 가스(수분이 함유된 상태임)는 모든 기액 분리판(42A 내지 42D)을 따라 유동하게 된다. 또한, 각 기액 분리판(42A 내지 42D)은 전해액 탱크(30) 내면에 고정된 종단을 기준으로 수평면과 일정 각도 하향 경사진 상태이다.

이러한 구성을 갖는 기액 분리기의 기능을 도 3을 통하여, 간단히 설명한다. 전해조에서 전해액 탱크(30) 내부 공간으로 공급된 수산 가스(수분이 함유된 상태임)는 각 기액 분리판(42A 내지 42D)을 따라서 유동한다. 여기서, 전해액 탱크(30)에는 전해액에 저장되어 있으나, 충분한 양의 수산 가스가 유입되는 공간을 보장하기 위하여 전해액의 저장 수위를 전해액 탱크(30)의 중간 부분에 유지시키는 것이 바람직하다.

수산 가스가 기액 분리판(42A 내지 42D)을 따라서 유동하는 과정에서 수산 가스에 함유된 수분은 기액 분리판(42A 내지 42D)과 접촉, 응축되어 수산 가스에서 분리된다. 가스에서 분리된 수분은 응집되어 액체 상태로 각 기액 분리판(42A 내지 42D)의 하향 경사면을 따라 전해액 탱크(30) 내부 공간으로 떨어져 탱크(30) 내에 저장되어 있던 전해액에 혼합되며, 이후 각 전해조(10 및 20) 내부로 다시 공급된다. 또한, 수분이 제거된 수산 가스는 기액 분리부(40) 상부에 구성된 가스 배출부(43) 및 가스 배출부(43)에 연결된 가스 배출 라인(도 1의 40A)를 통하여 외부 장치로 배출된다.

도 4A 및 도 4B는 본 고안에 따른 수산 가스 발생 장치의 정면도 및 측면도로서, 2개의 전해조(10 및 20) 전면에 장착된 냉각수단인 팬(50)을 도시하고 있다. 전해조(10 및 20) 전방에서 팬(50)이 작동함으로서 전해조(10 및 20)뿐만 아니라 내부에서 발생된 수산 가스는 냉각되며, 따라서 가스 내에 함유된 수분은 응축, 분리된다. 팬(50)에 의하여 어느 정도의 수분이 제거(응축)된 수산 가스가 상술한 바와 같이 전해액 탱크(30)로 배출되며, 전해액 탱크(30)에 구성된 기액 분리부(40)를 통과하는 과정에서 함유된 수분은 완전히 제거되어 순수한 가스만이 외부 장치로 공급된다.

이상과 같은 본 고안은 전기 분해 장치의 전체 크기를 현저하게 줄일 수 있어 전극으로 공급되는 전류량을 줄일 수 있으며, 이로 인하여 높은 전류 밀도에서 발생하는 전극판의 급속한 부식 문제를 해결하게 되어 장치의 안정성 및 수명 연장을 기대할 수 있다. 또한, 전기 분해 장치의 필수 구성인 기액 분리기를 전해조 탱크 상부에 일체로 구성함으로서 기액 분리 효과를 높일 수 있을 뿐만 아니라 또한 각 전해조 전방에 팬을 장착하여 전해조 및 발생된 수산 가스를 적정 온도로 냉각시킬 수 있어 전해조를 최적의 가동 온도로 유지시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 전해액에 대한 전기 분해가 이루어지는 다수의 전해조와, 각 전해조와 연결되어 전해액을 각 전해조에 공급하는 전해액 탱크를 포함하는 전기 분해 장치에 있어서,

   상기 각 전해조는 케이싱 및 케이싱 내부에 장착된 다수의 전극 부재로 이루어지되, 케이싱 내부 공간의 상부 및 하부에는 상부 플레이트 및 하부 플레이트가 각각 고정되며, 상부 플레이트와 하부 플레이트 사이에는 다수의 전극 부재들이 지지되고, 상부 플레이트 상부는 케이싱을 밀폐하는 캡이 위치하는 전기 분해 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 전해액 탱크는 상기 전해조에서 발생된 수산가스가 공급되며, 그 상부에는 탱크 내부 공간과 연통되고 외부의 장치와 연결된 기액 분리부가 장착되되, 상기 기액 분리부는 본체 및 본체 내부에 고정된 다수의 기액 분리판으로 이루어지며, 각 기액 분리판은 상하부에 인접한 다른 기액 분리판들의 본체 내부면에 고정된 종단과 반대의 종단이 본체 내부면에 고정되어 전해조에서 전해액 탱크로 공급된 수산 가스가 각 기액 분리판을 통과하는 과정에서 수산 가스가 모든 기액 분리판을 따라 유동하게 되어 수분이 제거된 상태로 외부 장치로 배출되는 것을 특징으로 하는 전기 분해 장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 전해조 전방에 장착되어 전기 분해가 진행되는 전해조를 강제 냉각시키는 냉각 수단을 더 포함하는 전기 분해 장치.