KR20070040154A - 브라운 가스발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물을 전기분해하여 수소와 산소의 혼합 가스인 브라운 가스를 생성시키는 전해조로 이루어진 브라운 가스 발생기에 관한 것으로 특히 다수의 전해조가 하나의 전해조 셀에 구비된 브라운가스발생기에 관한 것이다.

본 발명에 따른 브라운가스발생기는 다수개의 전극을 하나의 전해조 셀에 수납시켜 다수의 전해조를 하나의 전해조 셀에 형성시키고, 하나의 전해조 셀에 형성된 다수의 전해조간에는 전해액을 공유할 수 있는 전해액 유통수단이 제공되어 전해액을 공유할 수 있도록 하고, 다수의 전해조 셀을 복수개로 연결하여 각 전해조 셀의 전해액을 외부로 배출하여 서로 공유하도록 하는 셀 전해액 유통수단이 구비된 것을 특징으로 한다.

Description

브라운 가스발생기{Brown gas generator}

도 1은 종래의 브라운 가스 발생기의 단면도

도 2는 본 발명에 따른 브라운 가스 발생기를 구성하는 전해조 셀의 분해사시도

도 3은 본 발명에 따른 브라운 가스 발생기의 단면도

****도면의 주요부호에 대한 설명***

110: 셀하우징 120, 120´: 하우징 전, 후판

130: 극판고정브라켓 140: 전극판

111: 전해액순환공 112: 브라운가스포집공

130h: 극판삽입홈 131h: 브라운가스방출구

132h: 전해액유통공

본 발명은 물을 전기분해하여 수소와 산소의 혼합 가스인 브라운 가스를 생성시키는 전해조로 이루어진 브라운 가스 발생기에 관한 것으로 특히 다수의 전해조가 하나의 전해조 셀에 구비된 브라운가스발생기에 관한 것이다.

패러디에 의해 전기분해기술이 개발되고, 이로 인하여 물의 전기분해생성물로서, 2:1 비율의 수소 및 산소로 이루어지는 수소-산소가스가 얻어지는 것이 알려져 있다.

이 수소-산소혼합개스를 최초로 실용화한 사람의 이름을 따와 브라운 가스라 하는데, 이 브라운 가스는 물을 전기분해하여 얻어지는 기체로서 수소와 산소의 함량비가 2:1인 혼합기체이다. 즉 통상 물을 전기분해하면 음극에서는 수소가 얻어지고 양극에서는 산소가 얻어지는데, 이들 가스를 분리채집하지 않고 한꺼번에 포집한 것이 브라운가스이다.

브라운 가스는 일반적인 기체와는 달리 연소시 응폭(implosion)현상을 유발하는 독특한 성질을 갖는다. 즉 연소시 폭발현상을 나타내지 않으며 오히려 불꽃이 내부로 모여들면서 초점을 형성하고 주변을 진공 상태로 만든다.

그 결과, 브라운가스를 연소시키면 융점이 매우 높은 텅스텐도 승화시킬 수 있을 정도의 초고온을 얻을 수 있다.

또한 외부로 방출되지 않아 복사열로 인한 에너지 손실이 없으므로 우수한 에너지 효율을 가지며, 그 자체에 산소를 포함하고 있으므로 연소할 때 별도의 산소공급이 불필요하다.

또한 연소생성물로서 물만을 생성하므로 공해오염문제가 없다. 따라서 브라 운 가스는 보일러, 용융로, 소각로 등에 사용된다.

지금까지 브라운가스의 연구는 나름대로 계속되어 왔지만, 실용성이 있는 기술은 오스트레일리아의 브라운 에너지 시스템 테크놀로지 피티와이사(Brown Energy System Technology PTY. LTD.)의 율 브라운박사(Dr. Yull Brown)가 개발한 가스발생기이고, 이에 관한 특허문헌으로서는 일본국 실용신안등록 제3037633호 공보가 있다.

이 기술은 수소-산소가스를 발생시키는 전해조(電解槽)의 구조에 있어서, 사방에 볼트구멍이 형성되고, 중심의 상측 및 하측에 가스유통 장공(長孔)과 전해액 유통 장공이 서로 수직이 되도록 형성된 다수개의 전극판과, 상기 전극판 사이에 설치되고 외측으로 돌출된 볼트하우징홀이 형성된 다수개의 스페이서를 상호 교대로 결합시키고, 스페이서의 내주부 가장자리면에는 O링으로 밀봉하여 전해액 충전질을 형성하는 동시에, 상기 전극판의 양측에는 전류연결볼트와 가스연결니플 및 전해액연결니플을 갖는 전해조 마감판을 장착하고, 상기 전극판의 볼트홀, 스페이서의 볼트하우징홀 및 전해조 마감판의 볼트홀에 끼워진 스테이볼트에 너트를 결합하여 전극판, 스페이서 및 전해조 마감판을 상호 결합시켜 구성한 것이다.

그러나, 종래의 방법에서는, 이러한 전해조 내에 설치된 전극판의 인접하는 것끼리 사이에는 쇼트하지 않을 만큼의 간격으로서 최소한 5mm의 간격을 두어야 한다. 그보다 짧은 간격으로 접근시키면 과전류가 되어, 쉽게 사고가 발생되는 경향이 있다.

이 때문에, 종래의 장치 및 방법에서는 전류밀도를 높여 수소-산소가스를 높 은 효율로 발생시키는 것에는 한계가 있어 충분한 효율이 얻어지지 않았다.

한편, 전해조의 크기에는 저절로 상한이 있기 때문에, 1대의 수소-산소가스 발생장치에 의해 생산되는 수소-산소가스의 양에도 상한이 있다. 그런데, 실용적인 견지에서는 가능한 한 작은 장치로 단위시간당 가능한 한 많은 양의 수소-산소가스를 생산하는 것이 바람직하다. 이 점에서도, 종래의 장치에서는 장치의 소형화와 수소-산소가스의 발생량의 향상을 모두 만족시키기가 곤란하였다.

따라서, 브라운가스 발생장치의 기술개발은 전해조건을 개선하여 브라운가스 발생의 효율을 높이고, 이에 따라 단위시간당 전극단위면적당 발생하는 수소-산소가스의 양을 증대시켜, 장치의 소형화 및 장치당 수소-산소가스 발생량을 한층 더 향상시키는 것에 있다.

상기 일본특허관련 브라운 가스 발생장치는 특성상 대용량의 브라운 가스생산이 곤란하다.

따라서 대한민국 실용신안등록 제246986호(이하 ‘가변형 전해조를 이용한 종래의 브라운가스 발생기’라 함)가 제안되었다.

상기 가변형 전해조를 이용한 종래의 브라운가스 발생기(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 내부에 소정의 공간부(2)가 구비된 직사각의 박스 형태를 갖는 전해조 몸체(3)와, 전해조 몸체(3)의 내측벽으로 부터 소정 거리를 갖는 곳에 수직으로 평행이 되도록 구비된 전극판(4),(5)과, 내부에 설치되는 전극판(4),(5)이 외부로 노출되는 것을 방지하면서 기밀이 유지되도록 구비된 커버(6)와, 커버(6)의 중앙에 구비된 전극 연결부(7)와, 전해조 몸체(3)의 양측면 상하부에 구비된 가스배출구 (9)와 전해액 유입구(10) 및 전해액의 교환 및 전해조의 청소를 용이하도록 하기 위한 드레인부 (11)로 구성된 것으로 하나의 전해조 즉 단위 전해조를 구성한다.

이러한 종래의 브라운 가스 발생기(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 필요한 용량에 따라 수평방향으로 여러개의 전해조를 연결시켜 사용할 수 있어 대용량의 브라운 가스를 발생시킬 수 있다.

그러나 상기 브라운 가스발생기는 하나의 단위 전해조형태로 다수개를 연결하여 대용량 브라운 가스를 발생시킴으로 인하여 장치의 공간적 배치에 있어서 비효율적이고, 구성부분이 많아 장치적인 측면에서도 비경제적이다.

상기 브라운 가스 발생기(1)를 구성하는 전극판(4, 5)에는 판을 관통하는 하나 또는 다수의 전해액 유통공(도시 생략) 이 형성되어 있는데, 상기 전해액 유통공을 통해 각 브라운 가스 발생기(1)의 전극판으로 격리된 공간에 수납된 수위(水位)를 일정하게 유지하므로써 효율적인 전기분해가 일어나도록 한다.

그런데, 상기 전극판에 형성된 전해액유통공은 전기분해시 전해액이 유통될 때 전하(電荷)가 이동됨으로 인하여 상기 전해액 유통공 주위에서 음전하와 양전하가 만나 방전(放電)되어 순간적으로 열이 발생되어 전해조 내부의 온도가 증가시키는 문제점이 있다.

특히 전해조에서 전기분해에 의한 브라운 가스 생성시 필연적으로 전류에 의한 열이 발생하게 되는데, 전해조 내의 온도가 60 ~ 70℃일 때 브라운 가스 생성량을 최대로 얻을 수 있고, 그 이상의 온도일 때에는 브라운 가스 생성량이 현저히 감소되는데 상기의 브라운 가스 발생기의 경우 전해액 유통공으로 인하여 최적의 브라운 가스 발생을 도달할 수 없게 된다.

본 발명의 목적은 상기의 단위 전해조로 이루어진 종래의 브라운 가스 발생기의 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 창안되었는데, 다수개의 개별 전해조를 하나의 전해조 셀(Cell)로 묶어 구성한 브라운가스발생기를 제공하여 장치의 효율성을 높이고자 함에 그 특징이 있다.

본 발명에 따른 브라운가스발생기는 다수개의 전극을 하나의 전해조 셀에 수납시켜 다수의 전해조를 하나의 전해조 셀에 형성시키고, 하나의 전해조 셀에 형성된 다수의 전해조간에는 전해액을 공유할 수 있는 전해액 유통수단이 제공되어 전해액을 공유할 수 있도록 하고, 다수의 전해조 셀을 복수개로 연결하여 각 전해조 셀의 전해액을 외부로 배출하여 서로 공유하도록 하는 셀 전해액 유통수단이 구비된 것을 특징으로 한다.

상기한 바와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 다수의 전해조가 하나의 전해조 셀에 구비된 브라운가스발생기에 대하여 이하 첨부도면과 함께 상세하게 설명하기로 한다.

단, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 본 발명을 설명하기 위한 최선의 방법으로 선택한 개념으로 간주하고 본 발명의 기술적 내용을 파악함에 있어서 본 발명의 기술적 사상에 부합한 의미와 개념으로 적절히 해석되어야 할 것이다.

도 2는 본 발명에 따른 브라운 가스 발생기를 구성하는 전해조 셀의 분해 사시도이고, 도 3은 다수의 전해조 셀이 병렬로 연결되어 배치된 본 발명에 따른 브라운 가스 발생기의 단면도이다.

본 발명에 따른 브라운 가스 발생기를 구성하는 다수의 전해조가 형성된 전해조 셀(100) 도 2에 도시된 바와 같이 전후면이 개방된 사각 프레임인 셀하우징(110)과 상기 셀하우징의 전후면을 덮어 막는 하우징전,후판(120, 120‘)과 상기 셀하우징(110)내측에 수납되는 것으로 다수의 전극판을 평행하게 배열고정하는 극판고정브라켓(130)과 다수의 전극판(140)으로 구성되고, 상기 셀하우징(110)은 저면에 관통되어 전해액(물)을 외부로 방출하고 순환시키는 전해액순환공(111)이 형성되고, 상부면에는 전기분해 반응시 생성된 수소/산소 혼합가스인 브라운가스를 외부로 방출시켜 포집하는 브라운가스포집공(112)이 형성된다.

상기 하우징 전, 후면판(120, 120‘)에는 가장자리에 다수개의 체결용 볼트가 삽입되는 볼트체결공(121, 121’)이 형성되고 외측면에는 전기분해 발생된 내부의 열을 냉각시키기 위한 방열판(122, 122‘)이 형성된다.

상기 극판고정브라켓(130)은 전후면이 개방된 박스형태를 취하되 상부면(131)과 하부면(132)에 두줄의 돌출된 스페이스바(133)가 일체형으로 형성되어 셀하우징(110)의 내측 천정면 및 바닥면과 일정한 간격을 유지하도록 하며, 내측면 전면에 걸쳐 다수개의 전극판삽입홈(130h)이 형성되어 있고, 상부면(131)에 형성된 전극판삽입홈(130h) 사이 공간에 관통공으로 된 다수의 브라운개스방출공(131h)이 형성되고, 하부면(132)에 형성된 전극판삽입홈(130h) 사이 공간에 관통공인 다수의 전해액유통공(132h)이 형성된다.

도 2 및 도 3의 미설명부호 R은 사각 고무링으로 전해조를 기밀을 유지하기 위해 사용하는 것이다.

상기 전극판(140)은 공지된 금속재의 사각판형으로 된 전극판으로 인접된 전극판은 서로 반대의 극성을 갖도록 하여 물을 전기분해하여 음극에서는 수소가스가 발생하고 양극에서는 산소가스가 발생되어 수소와 산소가스가 혼합된 브라운가스가 발생된다.

이상과 같은 구성으로 이루어진 본 발명의 전해조 셀(100)을 다수 연결하여 설치하되 전해액유통공을 전해조 셀의 하우징에 형성시키어 전해액을 전해조 셀(100) 밖으로 유인하여 외부에 설치된 전해액저장탱크(T)에 전해액이 유통되게 하여 다수의 전해조셀(100)에서 전해액이 동일한 양을 유지할 수 있도록 하고, 전해액은 물에 수산화칼륨(KOH)을 적당량 첨가하여 사용함으로써 전기분해 효율을 높인다.

본 발명에 따른 다수의 전해조가 하나의 전해조 셀에 구비된 브라운가스발생기는 하나의 전해조 셀(100)에 다수의 전해조가 구비됨으로 인하여 종래의 브라운 가스 발생기에 비하여 구조적으로 단순화를 달성하여 그만큼 제작이 용이하고 경제 적이며, 특히 공간적으로도 협소한 공간에 설치가 가능함으로 인해 브라운가스 소비처(消費處)에 함께 설치가 가능하다.

또한 전해조의 전극판에 전해액 유통공을 형성시키지 않고 전해액유통공을 전극셀의 셀하우징에 설치하여 전해액을 전해조셀의 외부로 유통시키므로 전해조에서 발생된 열을 용이하게 냉각시킬 수 있도록 하여 보다 많은 다량의 브라운가스를 효율적으로 생산할 수 있도록 하고 있다.

Claims (4)

1. 두 개의 전극판과 전해액인 물을 수납하여 전기분해를 통해 수소와 산소혼합가스를 발생시키는 브라운가스발생기에 있어서,

   전후면이 개방된 사각 프레임인 셀하우징(110)과 상기 셀하우징(110)의 전, 후면을 덮어 밀봉하여 전해액을 수납시키도록 하는 하우징 전,후판(120, 120‘)과 상기 셀하우징(110)내측에 수납되는 것으로 다수의 전극판을 평행하게 배열고정하는 극판고정브라켓(130)과 상기 극판고정브라켓에 조립되는 것으로 전기가 통하는 다수의 전극판(140)과 내부공간에 전해액이 충진되고 발생된 브라운 가스를 외부로 방출시켜 포집하도록 구성되어 다수개의 전해조가 하나의 전해조 셀(100)에 형성되고, 다수개의 상기 전해조 셀(100)을 병렬하여 배치하되 외부 전해액저장탱크(T)를 설치하여 배관을 통해 전해액을 서로 공유하면서 순환시키는 것을 특징으로 한 브라운 가스 발생기.
2. 제1항에 있어서, 셀하우징(110)은 저면에 관통되어 외부의 전해액저장탱크(T)에 연결되어 전해액을 순환시키는 전해액순환공(111)이 형성되고, 상부면에는 발생된 수소/산소 혼합가스인 브라운가스를 외부로 방출하여 포집하도록 하는 브라운가스포집공(112)이 형성된 것을 특징으로 한 브라운 가스 발생기.
3. 제1항에 있어서, 하우징 전, 후면판(120, 120‘)의 외측면에는 전기분해시 발생된 내부의 열을 냉각시키기 위한 방열판(122)이 형성된 것을 특징으로 한 브라운 가스 발생기.
4. 제1항에 있어서, 극판고정브라켓(130)은 전후면이 개방된 박스형태를 취하되 상부면(131)과 하부면(132)에 두줄의 돌출된 스페이스바(133)가 일체형으로 형성되어 셀하우징(110)의 내측 천정면 및 바닥면과 일정한 간격을 유지하도록 하며, 내측면 전면에 걸쳐 다수개의 극판삽입홈(130h)이 형성되어 있고, 상부면(131)에 형성된 전극판삽입홈(130h) 사이 공간에 관통공으로 된 다수의 브라운개스방출공(131h)이 형성되고, 하부면(132)에 형성된 전극판삽입홈(130h) 사이 공간에 관통공인 다수의 전해액유통공(132h)이 형성된 것을 특징으로 한 브라운 가스 발생기.

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