KR20030026162A - 대용량 브라운 가스 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 "W"자 형의 전해판이 설치된 전해조와; 상기 전해조의 전해액을 순환시키면서 전해액을 열교환시키고, 부족한 전해액을 보충하는 전해액 조절부; 상기 전해조내의 전해액이 열교환기를 통하여 열교환될 때 상기 열교환기를 일정온도로 냉각시켜 결과적으로는 전해액의 온도를 자동으로 냉각시키는 자동 냉각부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 대용량 브라운 가스 발생장치에 관한 것이다.

Description

대용량 브라운 가스 발생장치{BROWN GAS GENERATOR}

본 발명은 브라운 가스 발생장치에 관한 것으로, 특히 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 진공화 한다.

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 포함하고 있으므로 연소시 별도의 산소공급이 불필요하다. 또한, 연소생성물로서 물만을 생성하므로 공해 오염문제가 없다.

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

국내실용신안공보(등록번호 : 20-203926(등록일자 2000.09.08)에 따르면 종래의 브라운 가스 발생장치의 전해조의 각 구성요소는 도 1에 도시된 바와 같이, 외통(320) 내부에 다수개의 내통(320a)이 절연체로 된 상하 고정판(310a,310b)에 고정되어 있다. 이때 내통(320a)은 전극으로 기능하는 것이며, 바람직하게는 연강표면에 무전해 또는 전해도금 방법으로 나켈도금시켜 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 감소된다. 따라서 브라운 가스 생성시 전해조내의 온도가 일정 온도 이상으로 상승하면 전해조 내의 전해액 온도를 냉각시켜야 한다.

상기한 전해조 내의 전해액 온도를 냉각시키기 위해서 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이, 외통의 외주면에 접하면서 넓은 열방산 면적을 갖는 핀을 형성하고,상기 핀에 팬을 이용하여 차가운 공기를 접촉시켜 외통을 냉각시킴으로써 냉각된 외통과 접하는 전해액이 냉각되었다.

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 생성온도인 60 ~ 70°로 유지하기 어렵기 때문에 브라운 가스 생산능력이 떨어진다.

또한, 전해조(전해판)가 원통이나 평판 또는 다각형 등으로 이루어져 전해면적을 넓혀 왔으나 상기한 원통 이나 평판 또는 다각형 등으로는 전해면적을 넓히는데 한계가 있었다.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 전해조내의 온도를 최적으로 유지하는 것은 물론이고, 원통이나 평판으로 이루어진 전해판의 구조를 변경시켜 콤팩트화 시킴으로써 작은 공간에서도 대량의 브라운 가스를 생산할 수 있도록 한다.

도 1은 종래의 브라운 가스 발생장치의 전해조를 나타낸 개략도이다.

도 2는 본 발명에 따른 대용량 브라운 가스 발생장치의 구성도이다.

도 3은 본 발명에 따른 대용량 브라운 가스 발생장치의 전해조에 전해판이 설치된 상태를 개념적으로 나타낸 평단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 대용량 브라운 가스 발생장치의 전해조에 적용되는 전해판의 사시도이다.

도 5는 본 발명에 따른 대용량 브라운 가스 발생장치의 전해조의 상부에 설치되는 브라운 가스 포집장치을 나타낸 것이다.

도 6은 본 발명에 따른 대용량 브라운 가스 발생장치의 전해조에 물방지막과 순환로가 형성된 상태를 나타낸 측단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

12 : 전해조 14 : 자동 냉각부

16 : 에너지 발생부 18 : 전해판

20 : 순환구멍 22 : 격벽

24 : 순환용 펌프 26 : 정량펌프

28 : 열교환기 30 : 포집장치

32 : 물방지막 34 : 구멍

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 "W"자 형의 전해판이 설치된 전해조와; 상기 전해조의 전해액을 순환시키면서 전해액을 열교환시키고, 부족한 전해액을 보충하는 전해액 조절부; 상기 전해조내의 전해액이 열교환기를 통하여 열교환될 때 상기 열교환기를 일정온도로 냉각시켜 결과적으로는 전해액의 온도를 자동으로 냉각시키는 자동 냉각부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치를 제공한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 상기 전해조의 상부에는 브라운 가스를 한 곳으로 모두 포집할 수 있는 설치된 포집장치를 더 포함된 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치를 제공한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 상기 전해조에는 전해판의 중앙에 격벽이 설치되어 전해조의 공간을 양측으로 분리하고 전해판의 양측단에 양측으로 분리된 공간이 상호 도통되도록 다수의 구멍을 형성하여 전해액을 강제로 순환시킬 수 있는 순환로가 형성된 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치를 제공한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 전해조의 상부에 설치되어 그 하부까지 충진된 전해액이 브라운 가스 포집과정에서 브라운 가스 포집장치로 물이 유입되지 않도록 전해액의 튀어오름을 방지하는 다수의 구멍이 형성된 물방지막이 더 포함된 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치를 제공한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 상기 구멍이 형성된 물방지막은 다층으로 형성된 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치를 제공한다.

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 상기 물방지막에 형성되는 구멍을 그 상층부나 하층부에 형성되는 구멍의 위치와 겹치지 않도록 배열하여 전해액의 튀어오름을 최소화 하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치를 제공한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 브라운 가스 발생장치는 물 및 전해질이 충진되고, 전해판이설치되어 있어 교대 유도전류에 의해 브라운 가스를 발생시키는 전해조(12)와, 상기 전해조의 전해액을 순환시키면서 전해액을 열교환시키고, 부족한 전해액을 보충하는 전해액 조절부와(16), 전해조내의 전해액이 열교환기를 통하여 열교환될 때 상기 열교환기를 일정온도로 냉각시켜 결과적으로는 전해액의 온도를 자동으로 냉각시키는 자동 냉각부(14)로 구성된다.

도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 전해조(12)에 설치된 전해판(18)은 평판을 접어서 "W" 자 형태로 형성하였고, 전해판(18) 전체에는 다수의 순환구멍(20)이 형성되어 있다.

그리고 전해조(12)에는 소정의 길이를 갖는 상기한 'W'자 형태로 굴곡된 전해판(18)이 여러겹을 이루어 미세한 간격을 두고 규칙적으로 배열되어 있다. 전해판(18)의 수는 필요에 따라 증감시킬 수 있고 전해판(18)의 곡률도 필요에 따라 변경할 수 있다.

전해조(12)는 전해판(18)의 중심을 기준으로 양측으로 분할되는 격벽(22)이 설치되어 있고, 격벽(22)의 양측단에는 다수의 구멍(미도시)이 형성되어 있다.

상기한 전해판(18)에 형성된 순환구멍(20)과 격벽(22)의 양측단에 형성된 구멍은 전해조(12)내의 전해액을 강제로 순환시킬 때 양측으로 격벽(22)에 의해 분리된 전해조(12)내의 순환로로서의 기능을 한다. 즉 전해액을 순환시키면 격벽(22)을 기준으로 양측으로 분리된 일측의 전해액이 전해판(18)과 격벽(22)의 양측에 형성된 순환구멍(20)을 통하여 다른 일측의 전해조로 유출되고 반대로 대향측에서는 유입되는 과정이 반복되도록 한 것이다.

또한, 상기에서 전해판(18)에 형성된 순환구멍(20)은 전해액을 순환시켜 하기에 설명한 바와 같이, 냉각을 용이하게 하는 것은 물론 발생된 브라운 가스가 전해판(18)에 달라붙어 새로운 브라운 가스 발생을 방해하므로 전해액의 순환에 의해서 달라붙은 브라운 가스를 전해판에서 털어주는 역할도 한다. 또한 'W' 자형의 전해판이 규격이 모두 동일하므로 전해판의 형성되는 전류밀도가 동일하여 종래의 원통형에서처럼 전류밀도의 불균일에 의한 전기에너지의 손실을 막을 수 있다.

브라운 가스의 발생에 가장 적당한 온도는 알려진 바와 같이, 전해조(12)내의 전해액의 온도가 약 60 ~ 70°일 때이다. 그러나 전해조(12)의 온도는 전기분해 과정에서 고열이 발생되어 적절한 냉각을 해주지 않으면 온도 상승으로 인하여 브라운 가스 발생량이 현저히 감소된다.

따라서 본 발명에서도 전해조(12)의 일측에 일반적인 냉각부(14)를 구성하고, 전해조(12)내의 전해액을 열교환기로 순환시켜 냉각부(14)에 의하여 열교환기를 냉각시키므로써 결과적으로 전해액의 온도를 냉가시켜 전해조(12) 내의 온도를 항상 일정한 상태로 유지할 수 있도록 한다.

전해액 조절부는(16)는 전해조(12)내의 전해액(KOH)을 순환시키는 순환용펌프(24)와 물을 공급하는 정량펌프(26) 및 냉각부로 유입된 전해액이 냉각된 후에 열교환되어 전해조내로 다시 순환되도록 하는 열교환기(28)로 이루어져 있다.

전해조(12)의 상부에는 발생된 가스를 포집하는 포집장치(30)가 설치되어 있다. 기존에는 각각의 전해조에 가스포집장치가 설치되어 있었으나 본 발명에서는 도 5에 도시된 바와 같이, 전해조(12)의 상부에 전해조에서 발생된 모든 브라운 가스를 한 곳으로 포집할 수 있는 포집장치(30)가 설치되어 있다.

포집장치(30)에 포집된 브라운 가스는 물이 포함되어 있으면 브라운 가스의 특성에 악 영향을 미치므로 도 6에 도시된 바와 같이, 포집장치(30)와 전해조(12) 상부사이에 전해조(12)에서 일어나는 물의 튀어 오름을 방지하는 물방지막(32)이 다층으로 형성되어 있고, 포집장치의 일측에는 포집된 브라운 가스량에 따라 브라운 가스 생성을 전기적으로 제어할 수 있는 가스제어부가 설치되어 있다.

물방지막(32)에는 다수의 구멍(34)이 형성되어 있어서, 브라운 가스가 구멍(34)을 통하여 포집장치(30)로 유출되도록 하고, 각각의 물방지막(32)에 형성되는 구멍(34)의 위치는 상하로 대향되는 물방지막(32)에 형성된 구멍(34)의 위치와 겹치지 않도록 하여 한 곳에서라도 물의 튀어오름이 일어나지 않도록 한다. 상기에서 물방지막(32)을 여러층으로 할수록 물의 튀어오름을 극소화시킬 수 있지만 너무나 층이 많으면 브라운 가스의 유출로가 막혀 포집하기가 어려우므로 본 발명에서는 이러한 점을 고려하여 물방지막(32)을 3층으로 형성하였다.

전술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 각각의 전해판의 규격이 동일하여 전해판에 형성되는 전류밀도가 동일하므로 종래의 원통형에서처럼 전류밀도의 불균일로 인한 전기에너지의 손실이 방지되고, 단위공간당 기존의 전해판의 설치 면적 보다 넓은 면적을 갖도록 전해판의 구조를 변경함으로써 단위공간당 전해판의 면적을 극대화시켜 대용량의 브라운 가스 발생장치가 구현된다.

Claims (7)

1. "W"자 형의 전해판이 설치된 전해조와; 상기 전해조의 전해액을 순환시키면서 전해액을 열교환시키고, 부족한 전해액을 보충하는 전해액 조절부; 상기 전해조내의 전해액이 열교환기를 통하여 열교환될 때 상기 열교환기를 일정온도로 냉각시켜 결과적으로는 전해액의 온도를 자동으로 냉각시키는 자동 냉각부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 대용량 브라운 가스 발생장치.
2. 제1항에 있어서 상기 'W'자 형의 전해판은 모두 규격이 동일하게 하여 전해판에 형성되는 전류밀도가 일치되도록 함으로써 전류밀도의 불균일로 인하여 발생되던 전기적 에너지의 손상이 방지되는 것을 특징으로 대용량 브라운 가스 발생장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 전해조의 상부에는 브라운 가스를 한 곳으로 모두 포집할 수 있는 설치된 포집장치를 더 포함된 것을 특징으로 하는 대용량 브라운 가스 발생장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 전해조에는 전해판의 중앙에 격벽이 설치되어 전해조의 공간을 양측으로 분리하고 전해판의 양측단에 양측으로 분리된 공간이 상호 도통되도록 다수의구멍을 형성하여 전해액을 강제로 순환시킬 수 있는 순환로가 형성된 것을 특징으로 하는 대용량 브라운 가스 발생장치.
5. 제1항에 있어서,

   전해조의 상부에 설치되어 그 하부까지 충진된 전해액이 브라운 가스 포집과정에서 브라운 가스 포집장치로 물이 유입되지 않도록 전해액의 튀어오름을 방지하는 다수의 구멍이 형성된 물방지막이 더 포함된 것을 특징으로 하는 대용량 브라운 가스 발생장치.
6. 제4항에 있어서,

   상기 구멍이 형성된 물방지막은 다층으로 형성된 것을 특징으로 하는 대용량 브라운 가스 발생장치.
7. 제5항에 있어서, 상기 물방지막에 형성되는 구멍을 그 상층부나 하층부에 형성되는 구멍의 위치와 겹치지 않도록 배열하여 전해액의 튀어오름을 최소화 하는 것을 특징으로 하는 대용량 브라운 가스 발생장치.