KR200380545Y1 - 전기 물분해장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 물에서 수소와 산소를 얻기 위한 전기 물분해장치에 관한 것으로, 그 목적은 간단한 구성을 통하여 재활용될 수 있는 물의 전기분해장치를 제공하는데 있다.

이를 위한 본 고안에 따른 전기 물분해장치에 의하면, 물을 전기분해하는 전기분해장치에 있어서, 원통형의 몸체를 갖는 하우징과, 상기 하우징의 측부로부터 직류전원을 인가받아 전해액이 수소와 산소로 분리되도록 다수개로 적층되어 있고, 전해액이 통과하도록 하측에 슬롯이 형성되어 있는 전극판과, 상기 다수개로 적층된 전극판을 수납하는 하우징과, 상기 전극판을 상기 하우징에 고정하는 패킹을 포함하여 구성되어 있다.

Description

전기 물분해장치{electric water cracking equipment}

본 고안은 물에서 산소와 수소를 얻기 위한 전기 물분해장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공급된 전해액을 전기분해시켜 이를 수소와 산소로 분해시키고, 분해된 수소 와 산소를 다른 에너지원으로 이용하며, 전해액은 다시 계속 순환시키면서 전기분해되도록 하는 전기 물분해장치에 관한 것이다.

일반적으로 수소( )및 산소()를 유리시키기 위해 전해질의 존재에서 물을 전기분해하는 기술은 다양하게 개시되어 있고, 이것은 직류(DC) 전위차를 인가하여 H-O 결합을 깨뜨리고, 유리된 수소 및 산소는 전극의 음극, 양극으로부터 생성된다.

공지의 예로, 대한민국 특허출원번호 2000-0024955호 물의 전기분해장치가 개시되어 물을 전기분해시켜 수소와 산소를 분리시켜 이를 다양하게 이용하도록 하고 있으며, 또한 대한민국 실용신안출원번호 1993-0020725호에 용,폐수 처리용 전기분해장치가 개시되어 특정한 용도로 사용될 수 있도록 전기분해장치가 변형되어 사용되고 있다.

위와같은, 공지의 예들에서 본 바와같이 종래의 기술은 여러가지 가능들을 행할 수 있는 능력을 가지고 있지 아니하고, 이들 시스템들 중 어느 하나가 특정작업을 위해서 선택되어 지고 있다.

따라서, 이러한 전기분해장치들을 구입하기 위해서는 관련된 비용이 매우 높은 문제점이 발생하였다.

본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 고안의 목적은 간단한 구성을 통하여 풍부한 물에서 대체에너지를 얻을 수 있는 물의 전기분해장치를 제공하는데 있다.

하나의 바람직한 실시 양태에 있어서 본 고안에 따른 전기 물분해장치는, 전술한 문제를 모두 해소하고, 다중으로 이격된 후 배치된 전극판을 구비하고 여기에 직류전원을 인가 하여 많은 양의 수소와 산소를 발생시킬 수 있도록 하는 데 있다.

본 고안의 하우징에 있어서는, 하측으로 전해액이 공급되도록 하고, 상측으로는 전해액 및 분해된 수소와 산소가 토출되도록 한다.

본 고안의 다른 목적은 토출된 전해액을 연속적으로 순환시켜 수소와 산소로 전기분해할 수 있도록 하는데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 다수의 하우징을 연결할 수 있으며 전해액 및 고온의 수소와 산소를 별도의 열교환장치를 이용하여 효율적으로 냉각시킴으로써 많은 양의 수소와 산소를 얻을 수 있도록 하는데 있다.

본 고안의 또 다른 목적 및 효과는 이하의 상세한 설명으로부터 명확하게 되고, 본 고안의 바람직한 실시예를 나타내는 상세한 설명 및 실시예는 본 고안의 범주를 제한하는 것이 아니다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 고안은, 물을 전기분해하는 전기분해장치에 있어서, 양단이 개구된 하우징과, 상기 하우징의 양단부에 각각 밀폐되게 결합되며 하측에는 전해액유입공이 형성되고 상측에는 수소와 산소 및 전해액이 토출되는 가스유출공이 형성된 커버와, 단자판이 커버의 내측면에 밀착되도록 함과 동시에 전원으로 부터 직류전류를 인가할 수 있도록 상기 커버의 중심부로부터 각각 돌출되게 결합된 접속단자와, 상기 하우징의 내부에 적층되며 전해액이 통과하도록 하측에 슬롯이 형성되어 있는 다수의 전극판과, 상기 전극판의 둘레에 결합하여 상기 하우징의 내경에 차례로 밀착시켜 고정시킬 수 있는 패킹을 포함하여 구성되므로서 달성된다.

이하, 본 고안에 따른 하나의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안에 따른 전기 물분해장치의 분해사시도이고, 도 2는 본 고안에 따른 전기 물분해장치의 단면도이고, 도 3은 본 고안에 적용된 전극판과 패킹을 도시한 도면이고, 도 4는 본 고안에 따른 전기 물분해장치의 작동계통도를 사시도로 표현한 도면이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 고안에 따른 전기 물분해장치는 물을 전기분해하는 전기분해장치에 있어서, 원통형의 몸체를 갖는 하우징(10)과, 상기 하우징(10)의 측부로부터 직류전원을 인가받아 전해액이 수소와 산소로 분리되도록 다수개로 적층되어 있고, 전해액이 통과하도록 하측에 슬롯(12a)이 형성되어 있는 전극판(12)과, 상기 다수개로 적층된 전극판(12)을 수납하는 하우징(10)과, 상기 전극판(12)을 상기 하우징(10)에 고정하는 패킹(13)을 포함한다.

상기 하우징(10)은 부도체로서 일정한 내부와 외부가 바람직하게는 원통형의 형상으로 마련되나, 전극판(12)이 사각형으로 제조되는 경우에는 하우징(10)도 사각형으로 마련될 수 있다. 그리고 하우징(10)의 양단에는 플렌지부(10a)를 형성된다.

이러한 하우징(10)은 부도체로 된 커버(14)에 의해서 밀폐되며, 커버(14)는 플렌지부(10a)에 밀착되어 하우징(10)의 내부를 밀폐한다.

이때, 커버(14)에는 밀폐수단, 바람직하게는 석면 또는 고무재질의 패킹이 부착되어 있고, 전해액이 통과하는 전해액유입공(14a)이 일측에 형성되어 있으며, 후술하겠지만 분해된 수소와 산소, 전해액이 토출되는 가스유출공(14b)이 전해액유입공(14a)의 상측에 형성되어 있다.

이러한 전해액유입공(14a)과 가스유출공(14b)은 양 커버(14)에 각각 형성되어 있을 수도 있고, 일측에만 형성되어 있을 수도 있음은 당연하고, 이는 물의 전기분해용량에 따라 선택할 수 있다.

다시 커버(14)의 중심부에는 직류전류를 인가하는 접속단자(+,-)가 외부로 돌출되어 있으며, 상기 접속단자(+,-)와 일체로 형성된 단자판(15)은 원판형으로서 커버(14)의 내측면에 밀착되어 있으므로 도시하지 않은 전원으로부터 직류전류를 인가하면 넓은 면적으로 전하(電荷)를 방출하게 되며 전해액의 양이온은 음극으로, 음이온은 양극으로 이동하여 전극판(12)의 표면에서 화학반응을 일으킨다.

또다시, 커버(14)의 하부에는 커버지지부(14c)가 일체로 형성되어 있어 바닥등과 같은 기초부의 위에 고정되도록 할 수 있도록 한다.

하우징(10)의 내부에는 전술한 전극판(12)이 다중으로 적층되어 있으며, 이것은 하우징(10)의 내부에 맞는 형상으로 이루어져 있다. 이러한 하우징(10)은 용량에 따라 크기와 길이가 설계변경될 수 있으며 지렬로 다수 연결하여 배치할 수도 있다.

특히, 전극판(12)의 하측과 상측에는 전해액이 통과하는 슬롯(12a)이 형성되어 있므며, 이곳을 통해 전해액은 온도가 상승하면서 대류운동을 하고 외부에 설치된 펌프(40)에 의하여 순환한다.

상기 슬롯(12a)은 전극판(12)의 상측 및 하측 중앙부에 각각 한개 이상 형성되며, 상기 전극판(12)이 대략 사각형일 경우에 상측 및 하측의 귀퉁이에 형성될 수도 있다.

이러한 전극판(12)은 패킹(13)에 의해 고정되어 있으며, 패킹(13)은 다시 하우징(10)의 내부에 밀착되어 있다.

이때, 패킹(13)의 밀착정도는 하우징(10)의 내부를 순환하는 전해액이 다른 전극판(12)으로 이동할 수 없을 정도의 밀착정도성을 가지고 있도록 그 재질은 우레탄 또는 실리콘재질이 적용되는 것이 바람직하다.

또한, 바람직하게는 전극판(10)은 패킹(13)의 내주면 중앙에 고정되는 것을 특징으로 한다.

계속하여, 전술한 하우징(10)의 가스유출공(14b)으로브터 토출된 전해액과 수소, 산소는 열교환장치(20)에서 냉각된 후 전해액탱크(30)로 공급되어 외부로 토출되거나 전해액탱크(30)로 유입된다.

열교환장치(20)는 공냉식 열교환장치로서, 전기분해를 하는 동안에는 항시 냉각팬(22)에 의해 냉각되고 있다.

이것은 전기분해하는 과정에서 상기 하우징(10)으로 부터 토출된 고온의 전해액과 수소 및 산소를 냉각시키기 위한 것으로 냉각된 수소와 산소, 전해액은 다시 전해액탱크(30)로 유입된다.

이렇게 전해액을 유입시키는 이유는 반응하지 않은 여분의 전해액을 재활용하기 위한 것으로, 전해액이 유입되는 전해액탱크(30)는 그 상측에 전해액을 보충할 수 있는 밸브(32) 등이 장착되어 있고, 다시 전해액탱크(30)의 상측에는 분리된 수소와 산소가 외부로 유출시켜 에너지원으로 사용하기 위한 유출배관(34)이 형성되어 있다.

전해액탱크(30)의 내부에는 전해액이 적정량으로 차여져 있어야 하고, 이를 감지할 수 있는 수위조절센서(미도시)가 장착될 수도 있으며, 이를 통해 항시 전해액을 적정수위로 유지될 수 있도록 한다.

아울러, 상기 전해액탱크(30)의 상부에는 외부로 연장된 방출배관(35a)에 전자밸브(35)를 설치하는 것이 바람직하다. 상기 전자밸브(35)는 감지센서(도시하지 않음)가 구비되어 전해액탱크(30)의 내부온도 압력이 정적수준 이상일 경우에 이를 감지하고 방출배관(35a)을 개방시키고 전원을 차단시킴으로서 폭발위험이나 이상작동을 방지하게 된다.

또한, 전해액탱크(30) 내부에 수용된 전해액은 하우징(10)의 내부로 공급하기 위해 배관(50)으로 하우징(10)의 전해액유입공(14a)과 연결되어 있으며, 신속한 공급을 위하여 펌프(40)가 배관(50)의 일측에 설치된다.

미설명 부호 36은 '드레인 밸브' 이다.

다음에는 이러한 전기 물분해장치의 작동과정 및 이에 따른 효과를 상세히 설명한다.

전술한 바와같이, 전위가 높은 쪽 전극판(12, 양극) 표면에서는 음이온이 방전하여 수소 및 산소를 생성하고, 양극인 전극판(12) 자체가 녹아서 양이온을 생성한다.

따라서, 인가된 전류는 전극판(12)에 다시 인가되어 공급된 전해액의 온도를 상승시킨다.

온도가 상승된 전해액은 대류와 같이 순환하여 하우징(10)의 내부를 순환하고, 이것은 전술한 전극판(12)의 하측 슬롯(12a)을 통과한 후 전기분해되어 상측 슬롯(12a)을 통해 토출된다.

전기분해된 수소와 산소, 미량의 전해액은 전극판(12)의 상측에 형성된 슬롯(12a)을 통과한 후 가스유출공(14b)을 통해 배관(50)을 따라 이동하여 최종적으로는 수소 또는 산소를 이용할 수 있는 또다른 장치로 이동하고, 남은 전해액은 재활용하기 위해 유입시킨다.

즉, 본 고안은 간단한 구성으로 이루어진 전기 물분해장치를 제공하여 어떤 장소, 어떤 용도로도 사용이 가능하도록 하고, 그 크기를 크게하거나 작게할 수 있을 뿐만 아니라 병열로 다수개를 연결하여 많은 양의 물을 손쉽게 에너지원으로 생산할 수 있다.

본 고안은 그 정신 또는 주요한 특징으로부터 일탈하는 일없이, 다른 여러 가지 형태로 실시할 수 있다. 그 때문에, 전술한 실시예는 모든 점에서 단순한 예시에 지나지 않으며, 한정적으로 해석해서는 안된다. 본 고안의 범위는 실용신안등록청구의 범위에 의해서 나타내는 것으로써, 명세서 본문에 의해서는 아무런 구속도 되지 않는다. 다시, 실용신안등록청구범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은, 모두 본 고안의 범위 내의 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 고안에 따른 전기 물분해장치에 의하면, 다중으로 적층 배치되어 있는 전극판(12) 사이의 공간에서 전해액이 전기분해되고, 이를 곧바로 대류순환방식에 의해 토출할 수 있는 슬롯(12a)을 형성시켜 전해액 순환장치를 추가하여 부착하여야 하는 통상의 기술에 비해 간단한 작동과 구성을 이룰 수 있는 효과가 발생된다.

도 1은 본 고안에 따른 전기 물분해장치의 분해사시도.

도 2는 본 고안에 따른 전기 물분해장치의 단면도.

도 3은 본 고안에 적용된 전극판과 패킹을 도시한 도면.

도 4는 본 고안에 따른 전기 물분해장치의 작동계통도를 사시도로 표현한 도면.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명*

10: 하우징 10a: 플렌지부 12: 전극판

12a: 슬롯 13: 패킹 14: 커버

14a: 전해액유입공 14b: 가스유출공 15; 단자판

+,-:접속단자

20: 열교환장치 22; 냉각팬 30: 전해액탱크

32: 밸브 34: 유출배관 35; 전자밸브

35a; 방출배관 36; 드레인 밸브 40: 펌프

50: 배관

Claims (4)

1. 물을 전기분해하는 전기분해장치에 있어서,

   양단이 개구된 하우징과,

   상기 하우징의 양단부에 각각 밀폐되게 결합되며 하측에는 전해액유입공이 형성되고 상측에는 수소와 산소 및 전해액이 토출되는 가스유출공이 형성된 커버와,

   단자판이 커버의 내측면에 밀착되도록 함과 동시에 전원으로 부터 직류전류를 인가할 수 있도록 상기 커버의 중심부로부터 각각 돌출되게 결합된 접속단자와,

   상기 하우징의 내부에 적층되며 전해액이 통과하도록 하측에 슬롯이 형성되어 있는 다수의 전극판과,

   상기 전극판의 둘레에 결합하여 상기 하우징의 내경에 차례로 밀착시켜 고정시킬 수 있는 패킹을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기 물분해장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 전극판의 상측에는 분리된 수소와 산소, 전해액이 통과하는 슬롯이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 전기 물분해장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 하우징으로부터 토출된 전해액과 수소, 산소는 열교환장치에서 냉각된 후 전해액탱크로 유입되도록 배관으로 연결하고, 상기 전해액탱크에서 수소 및 산소는 외부로 토출되어 에너지원으로 사용될 수 있도록 하고 전해액은 펌프의 작동에 따라 배관을 통하여 상기 하우징으로 순환할 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 전기 물분해장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 전해액탱크의 상부에는 외부로 연장된 방출배관에 전자밸브를 설치하여, 상기 전해액탱크의 내부온도 압력이 정적수준 이상일 경우에 이를 감지하고 방출배관을 개방시키고 전원을 차단시킬 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 전기 물분해장치.