KR20100130685A - 초음파 펄스 충전기 및 그 초음파 펄스 충전을 이용한 폐 배터리 재생방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 초음파 펄스 충전을 이용한 폐 배터리 재생방법은 폐 배터리를 준비하는 단계; 폐 배터리의 재생 가능 여부를 판단하는 단계; 판단 결과, 재생이 불가능하면 폐 배터리의 극판을 분리하고 새 극판을 융착한 후 다음 단계로 진행하는 단계; 판단 결과, 재생이 가능하면 폐 배터리에 천공하는 단계; 폐 배터리의 전해액과 함께 혼입할 재생 용액을 준비하는 단계; 재생 용액의 온도를 감지하는 단계; 재생 용액의 온도가 적정하지 않으면, 적정 온도로 냉각시킨 후 이후 단계로 진행하는 단계; 재생 용액의 온도가 적정하면, 폐 배터리에 천공된 구멍을 통해서 폐 배터리의 셀 안으로 재생 용액을 투입하는 단계; 고주파 펄스 충전을 가하는 단계; 및 폐 배터리의 재생을 완료하는 단계;를 포함한다.
본 발명 자동차용 폐 배터리 재생방법에 의하면, 전해액 용기 내에 재생 용액을 투입하고, 초음파 펄스충전기로 충전을 가함으로써, 배터리의 장시간 사용에 따른 극판의 훼손된 부분에 다시 메워짐에 따라 폐 배터리를 효과적으로 재생할 수 있다. 이로 인하여 폐 배터리의 폐기로 인하여 환경이 오염되는 것을 방지할 수 있다.
폐 배터리, 초음파 펄스 충전, 재생 용액
Description
본 발명은 자동차용 폐 배터리 재생 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 장시간 방전이나 극판의 훼손 등으로 인하여 전압·전류 치가 기준에 미달 된 폐 배터리에 재생 용액을 투입하고, 초음파 펄스 충전기로 충전하여 극판을 재생시키고, 이온화반응을 정상화시키는 초음파 펄스 충전기 및 그 초음파 펄스 충전을 이용한 자동차용 폐 배터리 재생방법에 관한 것이다.
일반적으로 전동차 또는 자동차등에서 사용하고 있는 알려진 바와 같이 배터리는 화학적 에너지를 전기적 에너지로 바꾸어주는 방전과 전기적 에너지를 화학적 에너지로 바꾸어주는 충전의 사이클을 통해 배터리의 기능을 수행하는 것으로, 이온화 경향이 다른 두 개의 금속과 전해액으로 회로를 만들어 두 금속과 전해액의 화학반응에 의해 전기에너지를 발생시키는 것이다.
통상적인 배터리의 구조는 물과 황산의 혼합물인 전해액이 충진되는 여러 개의 셀이 내부에 구획되게 형성되어 있는 케이스와, 상기 케이스에 형성된 각각의 셀에 설치되는 극판과, 음극단자와 양극단자를 가지며 케이스의 상부에 고정되게 결합되는 커버로 구성되어 있다. 이러한 종래 자동차용 배터리는 케이스에 형성되어 있는 각각의 셀에 각각의 극판이 설치되고, 상기 셀에 극판이 설치되어 있는 케이스의 상부에 외부의 와이어(연결선) 및 양극단자가 상부로 각각 돌출되게 형성되어 있는 커버가 결합되는 것에 의해, 상기 셀에 충진되어 있는 전해액이 케이스의 외부로 유출되지 않게 됨은 물론, 상기 음극단자와 양측단자에 외부의 와이어를 연결시켜 사용할 수 있게 되는 것이다.
이러한 배터리의 경우 이산화 납으로 만든 극판과 전해액에 포함되어 있는 황산이 황산화 납과 물로 변화하는 화학작용을 할 때 전기가 방출되고, 반대로 치환될 때 충전되는 작용을 반복하면서 사용하게 되는 것이다.
<화학식> 충전: PbO2+2H2SO4+(-)Pb, 방전: PbSO2+2H2O+PbSO4
이러한 배터리는 사용환경에 따라서 대략 짧게는 2년에서 길게는 5년 정도의 사용수명을 가지는데 이는 화학작용과 치환이 반복되는 과정에서 전해액이 오손되고 이산화 납으로 된 극판의 표면에 유산 아연의 결정이 달라붙어 화학작용 능력이 현저하게 떨어지게 되면서 배터리를 교환해야 하는 것이다.
그러나, 새로운 배터리로 교환한 후 종래 사용하던 배터리를 산업폐기물로 처리할 때 발생하는 비용이 점차 늘어나고 있으며 새로운 배터리를 구입하는 구입비용도 사용자에게 부담을 주는 문제점이 있었다.
이러한 폐기비용 및 구입비용을 절감하기 위하여 노후 및 사용수명이 다한 폐 배터리를 수거하여 내부에 저장된 폐 충전액 중 일부를 제거하고 새로운 충전액을 주입하여 사용하는 재생배터리가 제안되고 있는데, 먼저, 등록특허번호 제10-0584250호(공고일자 2006.05.26.)에는 " 자동차용 폐 배터리 재생방법 "이 제안되고, 또 등록특허번호 제10-0681529호(공고일자 2007.02.12.)에는 " 사용 완료된 배터리의 재생 및 복원방법 "이 제안된바 있다.
그러나 종래기술들은 폐 배터리를 수거하여 내부에 저장된 폐 충전액을 제거한 후 새로운 충전액 또는 재생액을 주입하기 위하여 작업자가 직접 작업을 진행해야 하는 불편함이 있었으며 작업 중 폐 충전액 및 재생액이 외부로 누수되는 문제점이 있다.
나아가 폐 배터리 상부에 구멍을 천공할 때 정확한 위치에 천공하기가 어렵고 작업이 어려워 작업자의 피로도가 높아지게 되어 결국 작업시간이 길어지고 효율성도 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로, 장시간 방전이나 극판의 훼손 등으로 인하여 전압·전류 치가 기준에 미달 된 폐 배터리에 재생 용액을 투입하고, 초음파 펄스 충전기로 충전을 가하여 극판을 재생시키고, 이온화반응을 정상화시키는 초음파 펄스 충전기 및 그 초음파 펄스 충전기를 이용한 자동차용 폐 배터리 재생방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 초음파 펄스 충전기는 전면 하부에 폐 배터리의 (+)(-) 전극 단자와 연결되는 (+)(-) 충전 전극과 충전 게이지가 형성되고, 전면 중간에 펄스 흐름도 디스플레이가 형성되며, 전면 상부에 순간입력버튼과 바이브레터 진동 조정 레버와 펄스 조정 레버가 설치된 펄스 충전기 본체; 및 상기 폐 배터리의 셀 안에 삽입되며 하부에 초음파 바리브레터가 설치되는 진동자;를 구비한다.
한편, 본 발명에 따른 초음파 펄스 충전을 이용한 폐 배터리 재생방법은 폐 배터리를 준비하는 단계; 폐 배터리의 재생 가능 여부를 판단하는 단계; 판단 결과, 재생이 불가능하면 폐 배터리의 극판을 분리하고 새 극판을 융착 한 후 다음 단계로 진행하는 단계; 판단 결과, 재생이 가능하면 폐 배터리에 천공하는 단계; 폐 배터리의 전해액과 함께 혼입할 재생 용액(솔루션 용액)을 준비하는 단계; 재생 용액의 온도를 감지하고 적정 온도인지를 판단하는 단계; 재생 용액의 온도가 적정 하지 않으면, 적정 온도로 냉각시킨 후 이후 단계로 진행하는 단계; 재생 용액의 온도가 적정하면, 폐 배터리에 천공된 구멍을 통해서 폐 배터리의 셀 안으로 재생 용액을 투입하는 단계; 고주파 펄스 충전을 가하는 단계; 및 폐 배터리의 재생을 완료하는 단계;를 구비한다.
상기 재생 용액을 준비하는 단계에서는, 황산이 1.0 ~ 1.5부피%, 바람직하게는 1.25 ~ 1.30 부피%로 함유된 증류수 18 리터를 기준으로, 전기석 100 ~ 120g, 하이크론 10 ~ 12g, 및 벤토나이트 20 ~ 25g을 섞어서 재생 용액을 제조한다.
상기 전기석은 배터리 내부의 전기 흐름을 원활하게 하고, 상기 하이크론은 배터리 내부의 이물질을 배출하고 황산염을 제거하며, 상기 벤토나이트는 배터리 내부 탈 과산화 납을 다시 배터리 극판에 부착시킨다.
상기 초음파 펄스 충전을 가하는 단계는 초음파 펄스 충전기의 (+)(-) 충전 전극을 각각 폐 배터리의 (+)(-) 전극 단자에 연결선으로 연결하고, 폐 배터리의 각 셀의 구멍에 삽입되고 연결선에 의해서 상기 초음파 펄스 충전기에 연결된 진동자의 초음파 바이브레터를 진동 조절하여 펄스 충전을 가한다.
그리고 상기 초음파 펄스 충전기에서의 펄스 충전은 5단계로 펄스 3,2,1 반복한다.
전술한 바와 같이, 본 발명 자동차용 폐 배터리 재생방법에 의하면, 전해액 용기 내에 재생 용액을 투입하고, 초음파 펄스충전기로 충전을 가함으로써, 배터리의 장시간 사용에 따른 극판의 훼손된 부분에 다시 메워짐에 따라 폐 배터리를 효 과적으로 재생할 수 있다. 이로 인하여 폐 배터리의 폐기로 인하여 환경 오염을 줄이고 고부가가치를 창출할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초음파 펄스 충전기 및 그 초음파 펄스 충전을 이용한 자동차용 폐 배터리 재생방법에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초음파 펄스 충전기 및 재생 용액 저장탱크를 보인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 초음파 펄스 충전기(100)는 전면 하부에 폐 배터리10의 (+)(-) 전극 단자(11)(11')와 연결되는 (+)(-) 충전 전극(111)(111')과 충전 게이지(112)가 형성되고, 전면 중간에 펄스 흐름도 디스플레이(113)가 형성되며, 전면 상부에 순간입력버튼(114)과 바이브레터 진동 조정 레버(115)와 펄스 조정 레버(117)가 설치된 펄스 충전기 본체(110); 및 상기 폐 배터리10의 셀10' 안에 삽입되며 하부에 초음파 바리브레터(121)가 설치되는 진동자(120);를 구비한다.
본 발명에 따른 초음파 펄스 충전기(100)의 구성을 좀 더 상세하게 설명하면, 펄스 충전기 본체(110)는 220W 전원으로 구동되며 그 전면 하부에 폐 배터리(10)의 (+)(-) 전극 단자(11)(11')와 연결되는 (+)(-) 충전 전극(111)(111')과 충전 게이지(112)가 형성된다.
펄스 충전기 본체(110) 전면 중간에 펄스 흐름도 디스플레이(113)가 형성되 며, 펄스 충전기 본체(110) 전면 상부에 순간입력버튼(114)과 바이브레터 진동 조정 레버(115)와 펄스 조정 레버(117)가 설치된다.
그리고 상기 폐 배터리(10)의 셀(10') 안에 삽입되며 하부에 초음파 바리브레터(121)가 설치되는 진동자(120);를 구비한다.
통상 자동차용 배터리는 묽은 황산을 전해액(황산: 38%, 비중 : 1.280)으로 하여 이산화납(PbO2)과 납(Pb)을 담그면 이온화 경향이 큰 금속인 이산화납이 음극(-)이 되고, 이온화 경향이 적은 납이 양극(+)이 되어 화학반응에 의해 2V의 기전력이 발생한다.
<화학식> 충전: PbO2+2H2SO4+(-)Pb, 방전: PbSO2+2H2O+PbSO4
배터리는 오랜 기간 동안 위에서 기술한 바와 같이 충전과 방전 사이클을 거치는 동안 두 극 판에 단락이 발생하거나 전해액 속의 불순물(금속, 가스 등)에 의한 국부 전자구성 등의 다양한 원인에 의하여 충전 및 방전기능이 원활하게 이루어지지 않을 경우에 수명이 다하여 교체해야 하는바, 본 발명에서는 장시간 사용 또는 방치로 인하여 배터리의 기능이 상실된 경우 재생 용액을 셀 안에 투입하고 그 셀에 초음파 펄스 충전을 가하여 셀 내부에 침전된 과산화 납(PbSO4)을 미세한 초음파 진동을 주어 다시 끌어올려 극 판에 부착시킴으로써 폐 배터리의 성능을 재생시키는 것이다. 미 설명부호 1은 재생용액 저장탱크를 보인 것이고, F는 재생용액을 소정 온도로 냉각시키는 냉각 팬을 보인 것이다.
이하, 초음파 펄스 충전을 이용하여 배터리를 재생시키는 방법에 대하여 상 세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 초음파 펄스 충전을 이용한 배터리 재생방법을 보인 흐름도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 초음파 펄스 충전을 이용한 폐 배터리 재생방법은 초음파 펄스 충전기(100)를 이용하여 폐 배터리(10)에 재생용액을 투입하고 펄스 충전을 가하여 폐 배터리의 성능을 재생시키는 방법이다.
본 발명에 따른 초음파 펄스 충전을 이용한 폐 배터리 재생방법은 폐 배터리(10)를 준비하는 단계(S110); 폐 배터리(10)의 재생 가능 여부를 판단하는 단계(S120); 판단 결과, 재생이 불가능하면 폐 배터리(10)의 극판을 분리하고 새 극 판을 융 착한 후 다음 단계로 진행하는 단계(S130); 판단 결과, 재생이 가능하면 폐 배터리(10)에 천공(10a)하는 단계(S140); 폐 배터리(10)의 전해액과 함께 혼입할 재생 용액을 준비하는 단계(S150); 재생 용액의 온도를 감지하고 적정 온도인지를 판단하는 단계(S160); 재생 용액의 온도가 적정하지 않으면, 적정 온도로 팬(F) 냉각시킨 후 그 다음 단계로 진행하는 단계(S170); 재생 용액의 온도가 적정하면, 폐 배터리(10)에 천공된 구멍(10a)을 통해서 폐 배터리(10)의 셀(10') 안으로 재생 용액을 투입하는 단계(S180); 초음파 펄스 충전을 가하는 단계(S190); 및 폐 배터리의 재생을 완료하는 단계(S195);를 구비한다.
상기 재생 용액을 준비하는 단계(S150)에서는 황산이 1.0 ~ 1.5부피%, 바람직하게는 1.25 ~ 1.30 부피%로 함유된 증류수 18 리터를 기준으로, 전기석 100 ~ 120g, 하이크론 10 ~ 12g, 및 벤토나이트 20 ~ 25g을 섞어서 재생 용액을 제조한 다.
상기 재생 용액은 재생용액 저장탱크(1)에 저장되는바, 재생 용액의 온도를 감지하는 단계(S160)에서는 센서(S)가 온도를 측정하여 냉각팬(2)을 구동하여 재생 용액의 온도를 항상 일정하게 조절한다.
여기서, 상기 전기석은 배터리 내부의 전기 흐름을 원활하게 하고, 상기 하이크론은 배터리 내부의 이물질을 배출하고 황산염을 제거하며, 상기 벤토나이트는 배터리 내부 탈 과산화 납을 다시 배터리 극판에 부착시키는 역할을 한다.
참고로, 전기석(電氣石, tourmaline)은 복잡하고 다양한 화학조성을 가지는 붕규산염광물로, 몇 가지 원소들의 상대적인 함량에 따라 보통 흑색인 철전기석(흑전기석), 갈색인 마그네슘 전기석(갈 전기석), 그리고 분홍색(루벨라이트)·녹색(브라질 에메랄드)·무색(아크로아이트)의 알칼리 전기석의 3가지 형태로 구별된다. 일부 결정은 한쪽 끝이 분홍색이고 다른 쪽 끝은 녹색이며, 동심원상으로 색의 누대구조(累帶構造)를 보이는 것도 있다. 색을 띠는 변종은 투명하고 흠집이 없을 경우 보석으로 가공된다. 페그마타이트 및 화강암질 마그마와 접촉하고 있는 변성된 석회암에서 매우 풍부하고 잘 발달된 결정들로 산출된다. 전기석은 풍화에 대한 저항력이 있기 때문에 쇄설성 광상에 축적되며 퇴적암에서 흔한 부성분광물이다. 좋은 품질의 보석은 미국 남부의 캘리포니아와 메인, 브라질, 마다가스카르 페그마타이트에서 생산된다. 보석으로 사용되는 것 외에도 압전기, 즉 역학적 힘을 가할 경우 전기를 발생하거나, 전압을 가할 경우 모양이 변화되는 성질을 이용하여 압력장치에 사용된다.
또 하이크론(Hi-Chlon)은 Calcium Hypochlorite가 주성분으로 유효염소가 70% 이상인 살균소독제로 많이 사용된다.
또 벤토나이트는 팽창성을 가진 가소성이 매우 높은 광물로, 수천 만년 전 화산 폭발 활동과 함께 화산재가 바다 속으로 떨어져 해저에서 점토질 광물로 변성된 것이 지층의 융기로 지표면에 솟아올라 오랜 침식과 풍화에 의하여 생성된 광물이다. 광물명으로는 몬모릴로나이트(Montmorillonite)라 하며 원료명으로는 지명의 이름을 따서 벤토나이트(Bentonite)라고 한다. 벤토나이트는 소디움(Na계), 칼슘(Ca계), 나트륨교환(Na2Co2-Na)계로 크게 3가지로 구분되는데 방수재로는 소디움계가 사용된다.
상기 초음파 펄스 충전을 가하는 단계(S190)는 초음파 펄스 충전기(100)의 (+)(-) 충전 전극(111)(111')을 각각 폐 배터리(10)의 (+)(-) 전극 단자(11)(11')에 연결선(C1)으로 연결하고, 폐 배터리(10)의 각 셀(10')의 구멍(10a)에 삽입되고 연결선(C2)에 의해서 상기 초음파 펄스 충전기(100)에 연결된 진동자(120)의 초음파 바이브레터(121)를 진동 조절하여 펄스 충전을 가한다.
그리고 상기 초음파 펄스 충전기(100)에서의 펄스 충전은 5단계 펄스 충전을 반복함으로써, 배터리의 재생 효율을 높일 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 전해액 용기 내에 재생 용액을 투입하고, 초음파 펄스충전기로 충전을 가함으로써, 배터리의 장시간 사용에 따른 극판의 훼손된 부분에 다시 메워짐에 따라 폐 배터리를 효과적으로 재생할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 권리는 상기 설명된 실시 예에 한정되지 않고, 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형을 할 수 있다는 것은 자명하다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 초음파 펄스 충전기 및 재생 용액 저장탱크를 보인 구성도
도 2는 본 발명에 따른 초음파 펄스 충전을 이용한 배터리 재생방법을 보인 흐름도
* 주요부분에 대한 도면 설명
10: 폐 배터리
10': 셀
100: 초음파 펄스 충전기
11,11': (+)(-) 전극 단자
110: 펄스 충전기 본체
111,111': 충전 전극
112: 충전 게이지
113: 펄스 흐름도 디스플레이
114: 순간입력버튼
115: 바이브레터 진동 조정 레버
117: 펄스 조정 레버
120: 진동자
121: 초음파 바리브레터
Claims (5)
- 폐 배터리를 준비하는 단계;폐 배터리의 재생 가능 여부를 판단하는 단계;판단 결과, 재생이 불가능하면 폐 배터리의 극판을 분리하고 새 극판을 융착한 후 다음 단계로 진행하는 단계;판단 결과, 재생이 가능하면 폐 배터리에 천공하는 단계;폐 배터리의 전해액과 함께 혼입할 재생 용액을 준비하는 단계;재생 용액의 온도를 감지하고 적정 온도인지를 판단하는 단계는 단계;재생 용액의 온도가 적정하지 않으면, 적정 온도로 냉각시킨 후 다음 단계로 진행하는 단계;재생 용액의 온도가 적정하면, 폐 배터리에 천공된 구멍을 통해서 폐 배터리의 셀 안으로 재생 용액을 투입하는 단계;고주파 펄스 충전을 가하는 단계; 및폐 배터리의 재생을 완료하는 단계;를 포함하는 초음파 펄스 충전을 이용한 폐 배터리 재생방법.
- 제1항에 있어서,상기 재생 용액을 준비하는 단계에서는, 황산이 1.0 ~ 1.5부피%로 함유된 증류수 18 리터를 기준으로, 전기석 100 ~ 120g, 하이크론 10 ~ 12g, 및 벤토나이트 20 ~ 25g을 섞어서 재생 용액을 제조하는 것을 특징으로 하는 초음파 펄스 충전을 이용한 폐 배터리 재생방법.
- 제2항에 있어서,상기 전기석은 배터리 내부의 전기 흐름을 원활하게 하고, 상기 하이크론은 배터리 내부의 이물질을 배출하고 황산염을 제거하며, 상기 벤토나이트는 배터리 내부 탈 과산화 납을 다시 배터리 극판에 부착시키는 것을 특징으로 하는 초음파 펄스 충전을 이용한 폐 배터리 재생방법.
- 제1항에 있어서,상기 초음파 펄스 충전을 가하는 단계는초음파 펄스 충전기의 (+)(-) 충전 전극을 각각 폐 배터리의 (+)(-) 전극 단자에 연결선으로 연결하고, 폐 배터리의 각 셀의 구멍에 삽입되고 연결선에 의해서 상기 초음파 펄스 충전기에 연결된 진동자의 초음파 바이브레터를 진동 조절하여 펄스 충전을 가하는 것을 특징으로 하는 초음파 펄스 충전을 이용한 폐 배터리 재생방법.
- 전면 하부에 폐 배터리의 (+)(-) 전극 단자와 연결되는 (+)(-) 충전 전극과 충전 게이지가 형성되고, 전면 중간에 펄스 흐름도 디스플레이가 형성되며, 전면 상부에 순간입력버튼과 바이브레터 진동 조정 레버와 펄스 조정 레버가 설치된 펄 스 충전기 본체; 및상기 폐 배터리의 셀 안에 삽입되며 하부에 초음파 바리브레터가 설치되는 진동자;를 포함하는 초음파 펄스 충전기.
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