KR20120096479A - 기상의 수소와 산소를 발생시키기 위한 전해 반응 시스템 - Google Patents

기상의 수소와 산소를 발생시키기 위한 전해 반응 시스템 Download PDF

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KR20120096479A
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뉴 에너지 아게
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Abstract

본 발명은 전해질을 수용하기 위한 반응 챔버(2)와 다수의 양극(5)과 음극(6)을 포함하는 전극 장치(3)를 포함하는, 기상의 수소와 산소를 발생시키기 위한 전해 반응 시스템(10)에 관한 것이다. 전극 장치(3)는 별 형상 배치로 펼쳐진 다수의 판형 전극(5, 6)을 포함하며, 별 형상 전극 장치(3)의 가상의 펼침축(7)은 적어도 가상의 중앙 실린더 또는 수직축(8) 가까이에 놓이거나 혹은 반응 챔버(2)의 가상의 중앙 실린더 또는 수직축(8)과 일치한다. 적어도 하나의 전자석 코일(13)이 가상의 중앙 실린더 또는 수직축(8)의 축방향으로 별 형상 전극 장치(3)의 위에 그리고/또는 아래에 배치되고, 그 전자기장은 전기 에너지에 노출될 때 전해질과 전극 장치(3)에 작용한다. 다른 실시예에 의하면, 전극 장치(3)는 동축으로 혹은 거의 동축으로 하나가 다른 하나의 내부에 배치되는 적어도 두 개의, 바람직하게는 적어도 세 개 이상의 튜브형 전극들을 포함한다. 이로 인해 개선된, 특히 특별히 효율적인, 전해 반응 시스템(1)이 된다.

Description

기상의 수소와 산소를 발생시키기 위한 전해 반응 시스템{ELECTROLYTIC REACTION SYSTEM FOR PRODUCING GASEOUS HYDROGEN AND OXYGEN}
본 발명은 청구항 제1항 또는 제2항에 명시된 유형의, 기상의 수소와 산소를 발생시키기 위한 전해 반응 시스템에 관한 것이다.
구체적으로는, 본 발명은 전기 에너지를 물을 기상의 수소와 산소로 분해하는 수단으로서 최적으로 사용하는 데에 최종 추구 목적을 두고 있는, 반응 챔버 또는 공진 챔버에서의 전해 공정에 의해 높은 효율로 기상의 수소와 산소를 발생시키기 위한 시스템에 관한 것이다. 또한 본 발명은 화학적 연소 또는 산화를 위해 이들 기체를 사용하는 것, 특히 에너지 담지 수소(energy carrying hydrogen)를 사용하는 것에 관한 것이다. 특히, 물은 전기 분해에 의해 기상의 수소와 산소로 분해되고, 그 후에 화학 에너지 담체 수소는 연소 공정에 의해 열 에너지 또는 운동 에너지로 전환된다. 물은 양의 에너지 균형이나 가능한 한 효율적인 에너지 균형 상태에서 수소와 산소 기체로 분해된다. 또한, 전기 분해에 의해 발생되는 다량의 기상 수소와 산소는 이 전해 공정에 의해 비교적 짧은 기간 내에 생산될 수 있다.
본 발명에 의해 제안된 기술은, 화학 에너지 담체를 생산하는 데 있어서 가능한 한 효율적인 에너지 균형 또는 양의 에너지 균형이 이루어지게 하며 기상의 연료 수소와 이로부터 얻는 열 에너지 또는 운동 에너지를 경제적으로 생산하고 아울러 환경친화적으로 사용할 수 있게 하기 위하여 물을 수소와 산소로 분해하는 데 사용되거나 혹은 그에 필요한 전기 에너지를 최저로 감소시킨다.
본 발명에 의해 제안된 기술은 바람직하게는 자연적으로 발생되는 물로부터 또는 수용성 전해질 용액으로부터 수소 기체와 산소 기체를 발생시키고, 그리고 발생된 화학 에너지 담체 수소가 용적이 크거나 또는 복잡한 임시 저장소를 필요로 하지 않고서도 소모기, 특히 소모기 장치 또는 전환기 장치로 공급될 수 있게 하는 양의 수소 기체와 산소 기체를 발생시키려는 목적으로 안출되었다. 그러면, 상응하는 소모기 장치는 이 화학 에너지 담체 또는 연료를 연소 공정에 의해 필요한 형태의 에너지, 특히 열 에너지나 운동 에너지 또는 대안적으로 전기 에너지로 전환시킨다.
따라서, 본 발명에 의해 얻어진 수소 기체의 형태로 된, 특히 기상 산소와 결합된 기상 수소 형태로 된 화학 에너지 담체는 화석 연료의 연소 중에 일반적으로 발생되는 배출치(emission value) 없이 에너지가 사용되고 전환될 수 있게 한다. 본 발명에 의해 제안된 시스템을 사용하면, 요구되는 각각의 형태의 에너지 외에 수증기 또는 응축수와 기타 미량 원소들만 발생된다. 수소 기체의, 특히 그 에너지를 사용할 때의, 열 연소의 부산물은 화석 연료를 사용하는 경우보다 훨씬 더 환경친화적인 것으로 알려져 있다. 수소의 연소 공정으로부터 발생되는 기본적인 폐기물은 구체적으로는 수증기나 물 뿐이며, 이 수증기나 물은 어떤 문제도 없이 환경으로 배출될 수 있다. 따라서 이 폐기물은 발생되는 많은 다른 유형의 물보다 깨끗하고, 전기 분해에 의해 발생된 산소는 환경에서 공기 중의 나머지보다 더 순수하고 더 농축되어 있다.
본 발명에 의해 제안된 시스템과 본 발명에 의해 제안된 방법 특징은 한 세기 이상 동안 물리 법칙 면에서 공지되어 있던 전기 분해 원리를 바탕으로 한 수소 생산용의 매우 다양한 구조물들과 이 구조물들의 작동 모드들을 가지고서 행한 많은 일련의 시험과 실험의 결과로서 얻은 것이다.
이론적으로, 물의 전기 분해는 매우 간단하고 공지된 원리이며, 이에 의해 물은 전해조 또는 수조에 배치된 두 개 또는 몇 개의 전극들을 이용하여 전기, 특히 직류 전압(DC voltage)을 인가하는 것에 의해 기상의 수소와 산소로 분해될 수 있다. 이 공정 자체는 기본적으로 전혀 새로울 것이 없다. 그러나 공지된 공정들은, 분해에 의해 후속해서 발생되는 기체들이 발생된 기체들의 열 에너지 또는 화학 에너지를 이용하는 것에 의해 또는 발생된 기체들의 연소 공정에 의해 요구하는 것보다 훨씬 많은 일차 에너지를 분해를 위하여 요구하기 때문에 비교적 비효율적이다. 따라서 지금까지 다소 음의 에너지 균형 또는 불충분한 에너지 균형(negative or poor energy balance)이 이루어졌다. 다른 한편으로는, 다량의 전기 에너지를 인가할 필요가 있었는데, 전기 에너지가 대부분 화석 연료를 태우는 것에 의해 발생되기 때문에 전기 분해를 통해 얻을 수 있는 장점들이 크게 부각되지 않거나 혹은 사라지게 된다. 따라서 환경의 관점에서 보면 종래 기술의 공지 시스템들은 딱히 두드러진 장점들이 없었다. 이러한 이유 때문에, 수소와 그 잠재 에너지를 사용하고자 하는 노력은 실제로는 없었거나 혹은 매우 제한된 응용 분야에서만 있었다.
많은 유형의 전해 장치가 종래 기술에서 공지되어 있다. 그러나 이들 장치들 중에서 분명하게 넓은 범위의 응용 분야에서 사용될 수 있는 것은 없다. 예를 들어, 전기 분해에 의해 얻어진 수소 또는 수소-산소 혼합물에 기반한 구동 또는 공급 시스템들은 일반적으로 전혀 이용가능하지 않거나 혹은 아직까지는 시험 단계에 있을 뿐이기 때문에, 이러한 공지의 구성들은 자동차, 동력 발생기 또는 가열 시스템들에 에너지를 공급하는 수단으로서는 분명 만족스럽지 않다.
본 발명에 의해 제안된 기술은 이제, 특별한 구조와 특별한 특징을 가지고서, 기술적으로 복잡하거나 또는 용적이 큰 저장기의 문제점을 다루지 않고서도 신속한 반응으로 물 또는 수용액으로부터 필요한 양의 기상 수소와 산소를 각각 공급할 수 있게 한다. 특히, 화학 에너지 담체를 발생시킬 때, 특히 전기 분해에 의해 수소 기체를 얻는 공정 중에, 양의 에너지 균형이 이루어지고 일차 에너지를 최소로 투입하면서 화학 에너지가 발생될 수 있다. 따라서, 궁극적으로는 수소와 산소의 무공해 연소(emission-free combustion)로부터 발생될 수 있는 열 에너지(thermal energy) 또는 열적 에너지(heat energy)는 매우 다양한 방식으로 사용될 수 있다. 오븐, 그릴, 히터, 공조 시스템 및 동력 발생기와 같은 가정 또는 산업에서의 거의 모든 기기들이 이 화학 에너지로 작동될 수 있고, 이에 따라 전기, 운동 및/또는 열 에너지로의 전환 또는 다른 형태의 에너지로의 전환이 이루어진다. 수소와 산소는 또한 거의 모든 통상의 내연 기관을 작동시키는 데 사용될 수도 있다.
본 발명에 의해 제안된 전해 기술, 특히 전해 반응 시스템은 수소와 산소로부터 나오는 화학 에너지나 열 에너지 또는 열적 에너지를 오늘날 사용되는 화석 연료의 일반적인 연소와 같이 환경에 큰 피해를 주는 일이 없이 사용할 수 있게 한다.
상응하는 기술은 모터 작동용, 동력 발생용, 가열용 및 이와 유사한 목적용으로 지금까지 공지된 시스템들보다 안전하다. 작동을 위해, 이들 공지 시스템들은 각각 탱크 또는 파이프망 시스템에 수용된 연료를 필요로 한다. 비교도 안 될 만큼 많은 양의 연소 에너지가 이들 연료 성분(component)에 저장되고 바로 이용할 수 있게 유지된다. 실제적인 응용 분야들에서 점점 흔해지고 있는 고장(breakdown)의 경우에, 이는 종종 심각한 문제를 일으킨다. 특히, 연료를 직접 공급하면 어떤 경우에는 예상치 못한 결과가 초래될 수 있다. 그러한 고장을 다루는 것은 보통 비교적 어렵고, 또는 기술적으로 복잡한 해결책이 필요하다.
본 발명에 의해 제안된 시스템에서는 비교적 적은 양의, 특히 상당히 적은 양의 연소성 기체만이 시스템에 공급된다. 단일 공급원은, 어떠한 화학적 또는 환경적 문제를 일으키지 않으며 당연히 불연성인, 비교적 위험하지 않은 수용액의 형태로 또는 순수한 물의 형태로 탱크 또는 파이프 내에 유지된다. 효과적인 안전 시스템은 간단하게 발생 공정, 특히 반응 챔버 또는 공진 챔버와 함께 사용될 수 있으며, 신뢰성이 있고 경제적이다. 반응 면에서 특히 효율적이고 신속한 본 발명에 의해 제안된 전해 시스템은 비교적 소량의 기체만이 공급되어야 한다는 것을 의미한다. 특히, 반응 챔버를 포함하는 저장기 용적부(storage volume) 또는 버퍼 용적부(buffer volume)와 유입 배관 시스템이 대부분의 경우에서 필요한 전부이다. 그 결과, 전해 시스템과 에너지를 전환시키기 위한 명시된 장치는 제어하기가 쉽고, 본 발명에 의해 제안된 시스템은 매우 신뢰성 있게 작동될 수 있다.
본 발명의 근본적인 목적은 개선된 전해 반응 시스템을 제안하는 것이다. 특히, 그 목적은, 투입되어야 하는 전기 에너지의 양과 발생된 혹은 전환된 화학 에너지, 열 에너지 또는 운동 에너지의 양의 면에서 가능한 한 최고의 효율과 가능한 한 높은 정도의 효과를 나타내는, 물이나 수용액을 기상의 수소와 산소로 분해하기 위한 전해 시스템을 얻는 것이다.
상기의 목적은 특허청구범위의 청구항 제1항에서 한정된 특징들을 이용한 전해 반응 시스템을 바탕으로 한 본 발명에 의해서, 그리고 이와는 별도로, 청구항 제2항에서 한정된 특징들을 바탕으로 한 전해 반응 시스템에 의해서 달성된다.
청구항 제1항 또는 제2항에서 한정된 특징들에 따른 결과로서 얻어지는 놀라운 장점은 비교적 소량의 일차 에너지, 특히 전기 에너지를 투입하여 화학 에너지 담체 수소의 형태로 된 또는 기상의 수소-산소 혼합물의 형태로 된 비교적 다량의 에너지를 얻을 수 있는 개선된, 특히 양의 에너지 균형을 나타낸다는 것이다. 이는 기본적으로 각각의 전극 장치와 바람직하게는 전극 장치 위에 그리고/또는 아래에 배치된 적어도 하나의 전자석 코일의 구조적인 조합과 기술적인 상호작용으로 인해서 달성된다. 서로 겹쳐지는 요동(oscillation)들로 인해서 그리고 적어도 하나의 전자석 코일과 전극 장치의 전기장과 자기장의 조합 효과로 인해, 양의 에너지 균형을 바탕으로 하여 수소와 산소 또는 적절한 혼합물을 발생시키기 위한 최적의 상태가 얻어진다. 놀랍고도 예측할 수 없었던 효과는, 전환 또는 분해 공정의 효율의 정도에 매우 긍정적인 영향을 미치는 진동이나 공진 또는 준공진 효과와 상호작용이 일어난다는 점에 의해서 야기된다.
그 중에서도 한 가지 놀랍고도 유리한 상호작용은 전해 공정 중에 발생되는 기포들, 특히 수소 기포들과 산소 기포들 각각이 전극 표면들로부터 더욱 효과적으로 분리되고 가속된다는 것이다. 또한, 각 기체들이 전해질로부터 방출되는 시간이 훨씬 짧아진다. 이것이 의미하는 바는 전극들과 그들의 이용 가능한 유효 표면들이 전환 공정을 위해 최고도로 이용될 수 있고, 항상 전해질과 가장 강력하게 접촉된다는 것이다. 특히, 전극들과 전해질 사이의 기체 경계층들은 가능한 한 작게 유지되거나 혹은 가능한 한 신속하게 파괴된다. 또한, 기체의 전해질에 수용된 부분의 배출은 전해 공정의 효과와 효율이 가능한 한 높게 유지되도록 도움을 받거나 혹은 가속화된다. 전체적으로, 이에 의해 비교적 짧은 공정 시간 내에 전기 분해에 의해 얻어진 비교적 다량의 기상 수소와 산소를 공급하는 개선된 전해 반응 시스템을 얻을 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 제안된 전해 시스템은 비교적 저렴한 구성으로 제작될 수 있고, 이에 따라 실용적으로 사용할 수 있는 경제성이 매우 높은 시스템을 얻을 수 있다.
아래에서 개략적으로 설명하고 또한 위에서 언급한 작용들의 효과와 그 세부 사항들은 예시들로서 이해해야 하며, 그것들이 완전하다는 주장은 하지 않겠다. 또한, 설명한 여러 가지 효과들 전부가 발생될 필요는 없다. 이들 작용들의 효과와 그 세부 사항들에 어떤 가중치도 주지 않았으며, 여러 가지 상호작용들의 설명들은 어떤 경우들에서 가장 알맞은 것으로 간주해야 한다. 어느 정도까지는, 설명할 수 없거나 거의 설명할 수 없는 현상들과 상호작용들이 일어나며, 이들에 대한 기술적인 이유는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하지 않거나 혹은 설명하기 어려울 것이다. 상응하는 결과물들은 많은 일련의 시험들에 그리고 전해 시스템의 파라미터들에 행해진 경험적인 조정에 부분적으로 바탕을 두고 있다.
또한, 청구항 제3항에서 한정된 다른 실시예도 유리한데, 이는 이 실시예에 의하면 전해질에서의 그리고 기체들이 수집됨에 따른 챔버의 기체들용의 부분들에서의 정해진 그리고 명확히 유도되는 유동(defined and specifically directed flow)을 얻기 위하여 유동 기술 면에서 특히 효과적인 몸체 형상과 방향 설정이 이루어지기 때문이다. 또한, 이 실시예에 의하면 효율이 비교적 고도하면서도 비교적 소형인 전해 반응 시스템을 얻을 수 있다.
청구항 제4항에서 한정된 다른 실시예는, 역시 전해 공정의 효율에 긍정적인 효과를 미치는 일종의 용기 내 용기(container-in-container) 구성을 얻을 수 있기 때문에 유리하다. 특히, 이 실시예에 의하면 전해질용의 그리고 전극들을 수용하기 위한 용기와, 상기 용기를 수용하고 발생되는 기체를 수집하기 위한 상기 용기를 둘러싸는 용기 또는 챔버 장치로의 재구획(sub-division)이 이루어진다.
청구항 제5항에서 한정된 실시예는, 가능한 한 짧은 탈기 시간과 가능한 한 강력한 탈기 공정에 도움이 되는 가능한 한 큰 탈기 횡단면을 얻을 수 있기 때문에 역시 유리하다. 또한 이 실시예에 의하면 전해액 및/또는 발생될 수 있는 전해질 거품이 막히지 않고 대규모로 흘러넘칠 수 있게 하는 전해질 용기가 얻어진다. 그러한 전해질 거품은 일반적으로 전해액 상에, 특히 전해조 표면 상에 형성되고, 어느 정도는 전해질 내의 기체 원소들이 빠져나가는 것을 방지한다. 특히 간단한 배출 라인을 이용하여 이루어질 수 있는 전해조 상의 거품 링의 지속적인 파괴 또는 생성 방지로 인해, 전해 반응 시스템의 효율은 가능한 한 높게 유지될 수 있다.
또한, 청구된 특징들의 결과로서, 정해진 전해질 회로를 마련하기가 비교적 쉽다는 장점이 있다. 특히, 전해액은 연속적으로 또는 간헐적으로 유지 용기로 공급되거나 유지 용기로부터 배출될 수 있으며, 과량의 전해액은 폭포처럼 용기의 상부 가장자리 위로 흘러 넘칠 수 있고 선택적으로는 세정 및/또는 냉각 및/또는 처리 공정을 거친 후에 유지 용기 또는 전해질 용기로 재순환될 수 있다. 따라서, 전해액은 쉽게 재순환될 수 있는데, 이로 인해 무엇보다도 강력하고 신속한 탈기가 이루어진다. 특히, 유지 용기의 오버플로우 에지(overflow edge)에 의해서, 전해 공정에 의해 유도된 전해질의 체적의 팽창 또는 증가가 쉽게 보상되고 조절될 수 있는 반응 용기 또는 유지 용기가 얻어진다. 대안적으로 또는 이와 조합하여, 전해질을 유지 용기로 연속적으로 또는 불연속적으로 공급함으로써 발생되는 여분의 전해액은 정해진 방식으로 다시 전해질 용기 밖으로 흘러나갈 수 있고, 한 가지 유리한 실시예에서는, 유지 용기로 재공급될 수 있다. 또한 이 실시예에 의하면 유지 용기의 외벽 및/또는 내벽 위로 일종의 "전해질 폭포"가 형성된다. 따라서, 이러한 전해질 배출 또는 전해질 유출은, 전해질 유지 용기가 중공 원통 또는 몇 개의 중공 원통들을 바탕으로 한, 특히 유지 용기들이 하나가 다른 하나의 내부에 동축으로 배치된 계단식 구성을 바탕으로 한 몸체 형상을 갖기 때문에, 유지 용기의 외벽 상에서 그리고/또는 유지 용기의 중앙의 내벽 부분 상에서 일어날 수 있다.
또한, 청구항 제6항에서 한정된 특징들에 의하면, 유동 기술의 관점에서 유용하고 전해 반응 시스템의 효율과 반응 시간을 개선시키는 구성을 얻을 수 있다.
또한, 청구항 제7항 및/또는 제8항에서 한정된 특징들은 특히 양호한 전해 작용이 달성되고 가능한 한 강력한 기술적 상호작용이 이루어지기 때문에 특히 유리하다. 특히, 적어도 하나의 전자석 코일의 전자기장은 전극 장치와 전해질에 특히 강력하게 작용하여 전해 공정 중의 진행 또는 효율을 개선시킨다. 우선, 예를 들어, 적어도 하나의 전자석 코일의 전자기장은 분해 공정에 긍정적인 영향을 미친다. 둘째로, 적어도 하나의 전자석 코일에서 발생되는 기계적 진동은 전해질 및 전극 장치로 가능한 한 직접 전달된다. 이로 인해 기포들을 전극들로부터 분리하는 공정 및 전해질로부터의 탈기 공정이 개선되고 가속화된다. 이러한 영향들로 인해, 전해 반응 시스템이 특히 효율과 성능 측면에서 개선된다.
또한, 청구항 제9항에서 한정된 실시예는, 이러한 유형의 전자석 코일이 전해 공정에 긍정적인 영향을 미치고 특히 그 효율을 증가시키는 전기장을 축적시키기 때문에 유리하다. 특히, 전극 장치는 이 코일의 전자기장에 비교적 밀접하게 그리고 비교적 균일하게 접촉되어 맥동 장을 생성시키거나 혹은 교번 장을 발생시킨다. 이 점에서, 전극 장치는 전자석 코일의 단지 한 단부 또는 한 극, 특히 S극 또는 N극과만 협동하고 대면한다는 것을 밝혀둔다. 우선, 전자석 코일의 N극 단부는 바람직하게는 전극 장치의 상단부에 가능한 한 가깝게 배치된다. 그러나, 대안적으로, 전자석 코일의 S극을 전극 장치에 가장 가깝게 위치시키거나 혹은 그 방향을 설정하는 것도 고려할 수 있다.
청구항 제10항 또는 제11항에 기재된 구성은 전자석 코일의 유리하고 특히 효과적인 실시예를 나타내고 있다. 결과적으로, 전해 반응 시스템의 효과와 전반적인 성능에 양호한 영향을 미칠 수 있다.
또한, 청구항 제12항에서 한정된 특징은 물 분자들이 각각의 기체들, 즉 수소와 산소로 고효율로 분리되기 때문에 유리하다.
또한, 청구항 제13항에서 한정된 특징은 전해 공정을 더욱 효과적으로 돕거나 혹은 설정(set up)시키기 때문에 특히 유리하다. 전자석 코일의 맥동 에너지 공급으로 인해, 코일은 주기적으로 또는 불규칙적으로 꺼지며, 그 결과 코일의 자기장은 적어도 부분적으로 또는 완전히 해체되고 반전된 극성 또는 방향성을 갖는 더욱 강한 자기장이 발생된다. 에너지 공급이 재개되면, 연속된 장들이 최고의 장 세기가 얻어질 때까지 바로 그 펄스를 갖고 적어도 부분적으로 합쳐지거나 축적되기 때문에 실질적으로 더욱 강한 장이 방출된다. 자기장을 반전시키는 작용으로 인해, 에너지 공급이 끊길 때마다, 전해질의 분자들은 진동 상태에서 이동되고, 이에 따라 불안정하거나 거의 불안정한 분자 상태로 되어 기체 상태로의, 즉 기상의 수소와 산소로의 분해 또는 전환은 최적화된다.
또한, 청구항 제14항에서 한정된 실시예는 전극 장치의 전극들 역시 교번 자기장들로 인해 진동하게 되어 부착된 기포들을 더욱 신속하게 분리시키게 되기 때문에 유리하다. 또한, 상호작용 또는 반응은 전극들 사이의 전기장 또는 정전기장과 적어도 하나의 전자석 코일의 중첩된 전자기장 사이에서 일어난다. 이러한 중첩의 결과, 스윙 효과(swinging effect)가 날(tine)의 적어도 일부분에 발생되고, 이 또한 분해 공정에 도움이 된다. 따라서, 양극과 음극 사이의 전기장 또는 정전기장은 전극들의 위에 그리고/또는 아래에 배치된 적어도 하나의 코일에 의해 발생된 전자기장 위에 중첩된다. 유리한 실시예에 의하면, 자기장, 특히 적어도 하나의 전자석 코일의 전기 에너지 공급원(electrical energy supply)은 전극 장치의 전기장과 비교하여 그리고 전극 장치용 에너지 공급원과 비교하여 그 주파수가 비교적 낮도록 그 치수가 정해진다. 실험으로 밝혀낸 치수 설정을 바탕으로 하면, 전자석 코일용 에너지 공급 장치의 비교적 낮은 주파수와 전극 장치용 에너지 공급 장치의 비교적 높은 주파수의 비는 대략 1:1000이다.
또한, 청구항 제15항에서 한정된 실시예는 전해액에서의 분리 또는 탈기 공정이 개선되고 가속화되기 때문에 특히 유리하다. 특히, 그 결과 기포들이 전극 표면들로부터 더욱 효과적으로, 특히 비교적 완전히 그리고 신속하게 분리될 수 있게 하는 순환 또는 유동이 발생될 수 있다. 또한, 탈기 공정은 전해액 위에 배치된 기체 챔버에서 전해액에 배치된 기포들 면에서 도움이 된다. 전해질은 반응 챔버 또는 유지 용기의 저부에 충전되고 그리고/또는 보충되며, 이는 주기적으로, 불규칙적으로 그리고/또는 필요에 따라 제어된 조절된 방식으로 행해진다. 본질적인 측면은 이 흡입 및/또는 보충으로 인해, 난류 또는 유동이 전해질에 생성된다는 점이다.
또한, 위에서 설명한 유리한 효과들과 기술적 작용들은 청구항 제16항에서 한정된 특징들에 의해서 독립적으로 또는 다른 특징들과 조합하여 달성될 수 있다. 따라서 전해질에 난류를 발생시키거나 전해질에 유동을 생성시키는 데 사용되는 수단은 전해질 그 자체일 수 있고 그리고/또는 기상 매체, 예를 들어 질소가 첨가될 수 있다. 예를 들어 주변 공기 또는 질소와 같은 다른 불연성 기체가 첨가되면, 전기 분해에 의해 발생된 수소 기체의 연소치는 유리하게 조절될 수 있는데, 특히 감소될 수 있다. 따라서, 이렇게 불연성 기체들을 전해질에 직접 혼합시키는 것에 의해, 한편으로는 전해조에 난류 또는 유동 작용이 생성되고 다른 한편으로는 전기 분해에 의해 발생된 수소 기체 연소치 또는 연소율은 감소된다. 그 결과, 전기 분해에 의해 발생된 기체 또는 기체 혼합물의 에너지양 또는 폭발성, 특히 연소율은 가상적인 표준 내연 기관에서 사용하기에 적절한 수준까지 쉽게 그리고 비교적 문제를 적게 발생시키면서 감소될 수 있다.
또한, 청구항 제17항에서 한정된 다른 실시예는 전해질에 가능한 한 균일하고 밀접한 유동 분산을 초래하는 일종의 분무기 또는 확산기 작용을 발생시키기 때문에 유리하다. 특히, 이 실시예에 의해서, 전해질에 배치된 기포들 면에서 그리고 전극 표면에 부착된 기포들 면에서 가능한 한 완전하고 균일한 탈기가 이루어진다. 또한, 이에 의해 정해진 전해질 체적에 대한 전해질로 돌입(blast)되거나 혹은 도입되는 외부 기체의 밀도, 특히 기체의 양을 적고 균일하게 유지할 수 있게 되고, 이에 따라 전해 성능을 높게 유지할 수 있게 된다.
액체로부터의 탈기 시간을 단축시키기 위한 그리고 전해질과 전극판들 간의 더욱 강력한 접촉을 확립시키기 위한 다른 실시예는 청구항 제19항에서 한정된 특징들을 이용하여 얻을 수 있다.
그러나, 청구항 제19항에서 한정된 특징들에 따른 결과로서, 전해 반응 시스템의 탈기 효과와 탈기 성능이 개선된다. 특히 전해질이 연속적으로 또는 간헐적으로 오버플로우 에지 위로 흘러넘치면, 일종의 전해질 폭포 또는 "폭포"가 형성되어 이미 위에서 설명한 바와 같이 강력하고 효과적인 탈기 특징이 나타난다. 전해질의 상응하는 흘러넘침 또는 배출은 전해액의 강제 흡입 또는 보충에 의해 이루어질 수 있고 그리고/또는 전해 공정 중의 전해액의 체적 팽창으로 인해 야기되거나 유도되거나 혹은 결정될 수 있다.
구조적으로 간단한 구성의 오버플로우 에지를 청구항 제20항에서 한정된 특징들을 바탕으로 하여 얻을 수 있다. 또한, 이에 의해 전해질은 전해액과 전해액에 수용된 기체들 또는 기포들 사이에서 가능한 한 가장 강력한 탈기 또는 분리가 일어나도록 비교적 균질하게 그리고 균일하게 흘러넘치게 된다. 그 중에서도, 이는 전해액이 비교적 큰 표면 영역에 걸쳐서 확산됨으로써 가능해진다.
또한, 청구항 제21항에서 한정된 실시예는 항상 강력한 탈기가 이루어지고 충분히 큰 기체 챔버가 이용 가능하기 때문에 유리하다. 또한, 이에 의해 반응 챔버의 초과 압력을 방지할 수 있고 정해진 압력값을 초과하는 것을 방지할 수 있다. 특히, 그 결과, 특정한 압력 수준이 반응 챔버 내에서 유지되고, 이 압력 수준에서, 전기 분해에 의해 야기된 전해액의 팽창은 정해진 양의 전해액을 배출하는 것에 의해 적어도 거의 보상되거나 혹은 상쇄된다. 특히, 그 결과, 정해진 탈기 체적은 반응 챔버 내에서 유지되고 반응 챔버 내의 기체 챔버의 정해진 기체 압력은 초과되지 않는다.
청구항 제22항에서 한정된 실시예는 흘러넘치거나 혹은 배출된 전해질에 포함된 다량의 기체가 시스템 내에서 유지되고 이에 따라 이를 테면 손실되지 않기 때문에 유리하다. 또한, 전해질이 재순환됨으로 인해 난류 또는 유동이 전해질 용기 내에 형성되고, 그 결과 다량의 기체가 액체 전해질로부터 유출되거나 혹은 제거되는 것이 개선되고 가속화된다.
청구항 제23항에서 한정된 특징들에 따른 결과로서, 반응 챔버의 상부에 수집되는 수소 기체가 전해질 유출을 통해 쉽게 그리고 신뢰성 있게 흡출되거나 혹은 배출된다. 특히, 이에 의해 전기 분해에 의해 얻어진 수소 기체가 전해액용 배출구 또는 흡입구를 통해 빠져나가서 전해질용의 냉매 회로로 들어가는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 전기 분해에 의해 발생된 수소 기체 또는 수소-산소 혼합물은 수소와 산소 기체들의 각각의 소모기 또는 사용기에 대해 항상 이용 가능하다. 또한, 이에 의해, 기체 출구 지역에 명시적으로 마련된 것 이외의 통로들과 지역들로의 수소 가스의 어떠한 배출도 효과적으로 방지되거나 혹은 최소화될 수 있고 또한 간단한 기술 수단을 이용하여 그렇게 할 수 있기 때문에 안전 요건을 더욱 엄격하게 할 수 있게 된다.
또한, 청구항 제24항에서 한정된 특징들은 탈기 공정을 가속화시키고 개선시키는 전해질에서의 재순환이 이루어지기 때문에 특히 유리하다. 다른 주된 장점은 전해액을 조절하는 데 사용될 시스템을 간단하게 할 수 있다는 점에 있다. 특히, 이에 의해 전해액용으로 온도를 냉각시키거나 제한하기 위한 간단한 시스템이 가능해진다. 원칙적으로 전해액을 전해 공정에 도움이 되는 온도 수준으로 또는 만족스러운 온도 범위에 유지하는 데에는 보통의 주변 온도면 충분하기 때문에, 상응하는 냉각 공정은 비교적 소량의 에너지를 인가하는 것에 의해 수행된다. 유리한 온도 범위는 전해액이 60℃ 보다 낮은 온도 범위 내에서, 바람직하게는 20 내지 50℃, 특히 28 내지 43℃의 온도 범위에서 유지되는 경우이다.
또한, 청구항 제25항에서 한정된 특징들은 특히 유리하다. 우선, 이 특징들에 의하면, 전해질의 냉각 및/또는 난류를 보장할 수 있고 이에 따라 전해액 내의 전기 분해에 의해 발생된 기체의 양적인 면에서 탈기 속도와 탈기 효율을 증가시킬 수 있다. 둘째로는, 그렇지만, 전해 반응 시스템 내에서 기체 혼합물의 연소치 또는 에너지 값을 조절하는 간단한 시스템을 얻게 된다. 특히, 도입된 주변 공기 또는 기상 질소의 양을 조절하는 것에 의해, 예를 들어 내연 기관 또는 가열 장치와 같은 일반적인 소모기에서 문제없는 연소가 가능해지도록 에너지 값 또는 연소치의 양, 특히 그 연소율이 조정될 수 있다. 따라서 도입된 기체는 이중 작용 또는 다중 작용을 일으키고, 축적된 작용들은 놀랄 만큼 큰 긍정적인 영향을 미친다.
또한, 청구항 제26항에서 한정된 특징들도 유리하다. 다시, 전해 반응 시스템의 성능은 놀랄 만큼 간단하게 그리고 효과적으로 또는 효율적으로 증가된다. 특히, 그 결과 발생되거나 혹은 방출된 수소 기체 또는 기상 산소의 양이 증대될 수 있다. 이는 탈기가 가속화되고 기포들이 더욱 강력하게 분리되는 것에서 기인한다.
다른 유리한 실시예는 청구항 제27항에서 한정되어 있다. 그 결과로서 다중 사용과 유리한 응용 분야가 얻어진다. 특히, 소모기 또는 소모기의 예컨대, 진공 펌프나 연소 챔버용 충전 장치(charging device)(예컨대 터보차저)와 같은 유닛에 의해 형성되는 부압이 전해 반응 시스템에서의 탈기 또는 기체의 분리를 돕거나 혹은 가속화시키는 수단으로 사용될 수 있다. 각각의 소모기 또는 그 연료 흡입구에 의해 형성된 각각의 부압은 종래 기술에서 공지된 임의의 조절 시스템을 사용하여 최적인 것으로 여겨지는 특정 범위에서 유지될 수 있다.
다른 유리한 실시예는 청구항 제28항 및/또는 제29항에서 한정된 특징들에 의해 얻을 수 있다. 특히, 이에 의하면 전도성 유동(conductive flow)이 발생되거나 혹은 전해질에 전극들의 저단부로부터 상단부를 향하는 소정의 유동 방향이 형성된다.
청구항 제30항에서 한정된 특징들에 따른 결과로서, 특히 전극 장치 아래에 있는 전해질의 유량이 비교적 낮은 경우 전해액은 전극들 사이에 있는 부분들에서 가속될 수 있다. 따라서, 벤투리 효과가 발생되어 각각의 전극들 사이에서의 유량이 증가된다. 또한 이에 의해 분리 성능, 특히 단위 시간 당 분리 속도 및 기포들의 분리(detachment or separation)의 강도가 개선된다.
또한, 청구항 제31항에서 한정된 특징들은 특히 유리하다. 특히, 그러한 하나가 다른 하나에 끼워진 전극들의 다중 배치에 의해 비교적 소형의 구조적 용적부에 대한 전해 성능이 증가될 수 있다. 다른 결과로서는 각각의 전극 쌍들 사이의 전기장들이 각각 적어도 약간씩 다른 성질을 가지는 다중 층 커패시터 효과가 나타나게 되는데, 이는 전해 공정을 아주 효과적이게 하는 데에 도움이 된다.
더욱 내측에 놓인 튜브 전극들이 서로로부터 점점 더 큰 간격으로 놓이기 때문에, 서로 다른 전극 쌍들 사이에 형성된 각각의 갭 체적이 적어도 부분적으로 보상된다. 특히, 외부에 놓은 전극들 사이의 갭 체적은 중앙에 놓이거나 더욱 안쪽에 놓인 전극 쌍들 사이의 갭 체적과 비교하여 동일하거나 혹은 거의 동일한 구성이다. 실험에 의하면 이에 의해 높은 전해 성능을 얻을 수 있는 것으로 밝혀졌다.
또한, 청구항 제32항에서 한정된 특징들은 전극 장치의 적어도 각각의 전극들이 비교적 낮은 전력으로 그리고 비교적 낮은 자기장 세기로 기계적인 진동 운동을 하게 될 수 있기 때문에 유리하다. 특히, 분리 효율 또는 탈기율은 간단하게 증가되고, 전해 반응 시스템 전체의 성능은 증가된다.
청구항 제33항에서 한정된 특징들은 비교적 약한 전자기장 강도에서도 전극 장치의 적어도 각각의 전극들에서 비교적 강력한 기계적 진동이 발생될 수 있기 때문에 유리하다. 또한, 그 결과 유동 통로와 오버플로우 통로가 얻어지는데, 이에 의해 전해질로부터의 기포의 탈기가 개선된다.
청구항 제34항에서 한정된 특징들은 그에 따른 결과로서 비교적 강하거나 혹은 강력한 전자기장이 발생될 수 있는 구역들이 정해지고 또한 상대적으로 보아 장의 세기가 낮은 구역들도 생성되기 때문에 유리하다. 이들 불균질한 장 강도들, 즉 증가하는 장 강도와 감소되는 장 강도는 전해 반응 시스템의 효과와 전체적인 성능에 긍정적인 영향을 미친다.
청구항 제35항에서 한정된 특징들로 인해, 부분 권선들의 연장 각도와 그 사이에 배치된 권선 갭들 간의 양호한 비를 얻을 수 있다. 특히, 그 결과 전자석 코일의 링 원주 둘레에 배치된 적절한 개수의 부분 권선들이 얻어진다.
또한, 청구항 제36항에서 한정된 특징들은 유리하게는 전해 공정에 영향을 주고 가속화시키기에 충분히 센 장 또는 충분히 강한 자기장이 발생되기 때문에 유리하다.
또한, 청구항 제37항에서 한정된 특징들은 자기장 강도 또는 자속 밀도가 원환형 코일의 원주 방향으로 교번적으로 변하거나 혹은 상승하고 하강하기 때문에 유리하다. 이는 전해질의 원자들, 특히 물 분자 간의 결합력을 제거하는 측면에서 긍정적인 영향을 미치고, 이에 따라 명시된 반응 시스템의 전해 성능을 개선시킨다.
마지막으로, 청구항 제38항에서 한정된 특징들은 자기력선들이 전극 장치와 전해질에 집중적으로 작용할 수 있기 때문에 유리하다.
본 발명을 명확하게 이해할 수 있게 하기 위하여, 이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.
이들 도면들을 매우 단순화시켜서 개략적으로 도시하였다.
도 1은 다수의 기술적 구성과 선택적인 실시안들을 도시한 전해 반응 시스템의 일 실시예의 작동도이다.
도 2는 전해 반응 시스템의 제1 실시예를 도시한 사시도이다.
도 3은 별 형상 배치로 펼쳐진 판형 전극들을 구비한 전극 장치를 도시한 평면도이다.
도 4는 횡단면에서 보아 쐐기 또는 세그먼트 형상에 기반을 둔 판형 전극들을 포함하는 별 형상 전극 장치의 다른 실시예를 도시한 평면도이다.
도 5는 전해 반응 시스템에서 사용되는 전자석 코일의 실시예를 도시한 도면이다.
도 6은 전해 반응 시스템의 다른 실시예를 도시한 종단면도이다.
도 7은 도 6에 기반을 둔 전해 반응 시스템을 도시한 것으로 도 6의 VII-VII선을 따라 취한 단면도이다.
도 8은 전해 반응 시스템 내부의 전극 장치의 다른 실시예를 도시한 평면도이다.
도 9는 바람직하게는 전해 반응 시스템에 사용될 수 있는 전자석 코일의 다른 실시예를 도시한 도면이다.
먼저, 각기 다른 실시예들에서 설명하는 동일한 부품들은 동일한 도면 부호와 동일한 부품명으로 나타내며, 상세한 설명 전체를 통한 개시는 의미 면에서 동일한 도면 부호 또는 동일한 부품명을 갖는 동일한 부품에 대해서도 바꾸어 사용될 수 있다는 점에 유의해야 하다. 또한, 상부(top), 저부(bottom), 측부(side) 등과 같은 설명을 위한 목적으로 선택된 위치들은 구체적으로 설명하고 있는 도면과 관련된 것이며 다른 위치를 설명할 때에는 의미 면에서 새로운 위치에 대해 바꾸어서 사용될 수 있다. 도시하고 설명한 각기 다른 실시예들로부터 나온 개개의 특징들 또는 특징들의 조합들은 독립적인 진보된 해결책들 또는 그들 자체로 본 발명에 의해 제안된 해결책들인 것으로 해석할 수 있다.
상세한 설명에서 값 범위와 관련된 모든 숫자(figure)들은 임의의 그리고 모든 부분 범위들을 포함하는 것으로 해석해야 하며, 이 경우 1 내지 10의 범위는 1의 하한에서부터 10의 상한까지의 모든 부분 범위, 즉 예컨대, 1 내지 1.7 또는 3.2 내지 8.1 또는 5.5 내지 10과 같이 1 이상의 하한으로 시작하여 10 이하의 상한으로 끝나는 모든 부분 범위들을 포함한다고 이해해야 한다.
도 1은 전해 반응 시스템(1)의 실시예의 주된 기술적 구성과 함께 그 작동을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 1에 도시된 모든 특징들이 본 발명의 요지의 일부분을 이루는 것은 아니라는 점을 분명히 유의해야 한다. 도 1의 도면에 도시된 구성 특징들 또는 공정 특징들의 각각의 특징은 당연히 아래에서 설명할 실시예의 예들에도 적용될 수 있다.
명시된 전해 반응 시스템(1)은 전기 분해법을 적용하여 기상의 수소와 산소를 발생시키는 데 사용된다. 특히, 전해질, 특히 물 또는 수성 전해질, 특히 물과 예를 들어 전도성을 증가시키는 황산과 같은 첨가제의 혼합물이 전해 공정에 의해 기상의 수소와 기상의 산소로 분리되거나 혹은 전해 반응 시스템(1)에 의해서 상기 시스템의 작동 중에 상응하는 기체 혼합물로 변환된다.
그 자체로 공지된 방법으로, 그러한 전해 반응 시스템(1)은 수용성 또는 수성 전해질(aqueous or water-based electrolyte)을 수용하거나 혹은 공급하기 위한 적어도 하나의 반응 챔버(2) 및 다수의 양극 및 음극으로 이루어진 적어도 하나의 전극 장치(3)를 포함한다.
반응 챔버(2)는 바람직하게는 본질적으로 중공 원통형의 유지 용기(4)의 형태로 마련되며, 그 안에는 적어도 하나의 전극 장치(3)가 배치된다. 제1 실시예에 의하면, 이 전극 장치(3)는 별 형상 배치(star-shaped arrangement)로 펼쳐진 다수의 판형 전극(5, 6)을 포함한다. 서로 인접한 전극판(5,6)들은 교대로 음극과 양극을 형성한다. 전해 시스템에서 연속적인 음극과 양극들을 형성하도록 개별 전극(5,6)들을 연속적으로 교번시키는 극 배치는 공지되어 있다. 별 형상 배치로 펼쳐진 판형 전극(5, 6)들 대신, 다른 실시예에 기반하여 중공체를 구비한 유형의 전극, 특히 각기둥형 또는 튜브형 전극을 선택할 수도 있으며, 이는 아래에서 설명한다.
별 형상 배치로 펼쳐진 혹은 방사상 배치로 연장되는 전극판(5, 6)들을 구비한 본 실시예에서는 이 전극 장치(3)의 가상의 펼침축(7)은, 도 2와 도 3을 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 본질적으로 가상의 원통 또는 가상의 축(8) 상에 본질적으로 유지 용기(4)의 원통축 또는 가상축(8)과 일치하게 방향 설정되거나 혹은 위치된다. 각각의 판형 전극(5, 6)은 수직으로 방향 설정된다. 즉, 각각의 전극판(5, 6)의 평평한 면들이 벽으로서 방향 설정되고 0.5 내지 15mm, 바람직하게는 대략 1 내지 5mm의 비교적 짧은 거리로 이격된다. 판형 전극(5, 6)들의 두께는 0.1 내지 5mm, 바람직하게는 대략 1mm이다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 별 형상 또는 부채(fan) 형상 전극 장치(3)의 인접한 전극판(5, 6)들 사이의 거리(9, 9')는 변한다. 바로 인접한 전극판(5, 6) 사이의 이 가변 거리(9, 9,')는 각각의 판형 전극(5, 6)의 이 전극 장치(3)의 공통의 가상 펼침축(7)을 기준으로 한 별 형상 또는 부채 형상 배치로 인한 것이다. 특히, 각각의 전극판(5, 6)은 공통의 가상 펼침축(7)으로부터 펼침축((7)을 향해 반경 방향으로 연장된다. 따라서, 도 3의 경우에서와 같이, 평면도에서 보면 전극(5, 6)들은 V 형상 배치로 방향 설정된다. 결과적으로, 도 3에서 명확하게 볼 수 있는 바와 같이, 원형 또는 방사상 배치로 펼침축(7) 둘레에 배치된 전극판(5, 6)들의 쌍의 수에 좌우되는 바로 인접한 전극판(5, 6)들 간의 펼침 각도(10), 특히 이른바 중점 각도 또는 치수(α)가 있다. 각 전극판(5, 6)의 별 형상 배치와 펼침축(7)으로부터의 거리에 따라 발생되는 가변 거리(9, 9')로 인해서, 전해 공정의 효과는 도움을 받는다. 특히, 가변 거리(9, 9')로 인해서 그리고 인접한 전극판(5, 6)들 간의 정해진 펼침 각도(10)로 인해서 전해질의 각기 다른 수질들 또는 각기 다른 전도성들이 더 잘 만들어질 수 있다. 수질이 각기 다르거나 혹은 점진적으로 변동되거나 변화되는 경우에 혹은 전해질의 전도성이 각기 다를 경우에 특히 효율이 높거나 성능이 높은 전해 공정이 시행될 수 있다. 다시 말하면, 명시된 별 형상 레이아웃은 가변 수질의 면에서 또는 가변 전도성의 면에서 또는 전해 공정 기간 또는 과정 중에 변하는 기타 물성에 대해 비교적 영향을 받지 않는다. 또한, 이러한 특성들은 전극 장치(3)로부터의 전해 생성물, 특히 수소와 산소의 탈기를 보조하거나 이에 도움이 된다. 이에 따라 정해진 기간 내에 높은 효율과 높은 성능을 발휘할 수 있다. 실용적인 실시예에 의하면, 펼침축(7)에 가장 가깝게 놓인 단부에서의 인접한 전극(5, 6)들 사이의 거리(9)는 대략 0.6mm이고, 펼침축(7)에서 먼 단부에서의 인접한 전극(5, 6)들 사이의 거리(9')는 대략 4mm이다.
평면에서 보면, 별 형상 전극 장치(3)는 그 윤곽이 바람직하게는 원형이다. 그러나 다각형 윤곽도 또한 고려할 수 있을 것이다. 특히 실용적인 실시예에 의하면, 별 형상 또는 부채 형상의 전극 장치(3)는 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이 평면에서 보아 원형 구성이다. 특히, 완전히 전해질로 충전되고 그리고/또는 적어도 부분적으로 과잉의 또는 초과의 전해액 또는 전해질 거품(electrolyte foam)을 위한 배출 챔버 또는 배출구(overflow) 또는 배출 통로로서의 역할을 할 수 있는 원통형 또는 튜브형의 갭(11)이 펼침축(7) 둘레에 마련될 수 있는데, 이에 대해서는 아래에서 더 상세하게 설명한다. 다시 말하면, 각각의 전극판(5, 6)은 펼침축(7) 둘레에 바람직하게는 정해진 반경 방향 거리(12)를 유지하면서 연속적으로 펼쳐지거나 혹은 배치되고, 따라서, 도 3에 가장 잘 도시된 바와 같이, 펼침축(7)에 대해 반경 방향으로 방향 설정된다. 전체적으로 볼 때, 도 2와 도 3을 비교하면 알 수 있는 바와 같이, 본 구성을 바탕으로 한 전극 장치(3)는 본질적으로 중공 원통체를 구비한다. 중공 원통형 전극체는, 층상 배치(lamellar arrangement)로 층을 이루지만 소정 거리로 이격되고 공통의 원통축 또는 펼침축(7) 둘레에 펜스(fence) 또는 방사상 배치로 연장되는, 각기 다른 극성을 갖는 다수의 전극판(5, 6)을 구비한다. 따라서 각각의 판형 전극(5, 6)은 평면에서 볼 때 이를 테면 별 형상 전극 장치(3)의 펼침축(7)으로부터 방사상으로 뻗어나가는 가상의 빔처럼 보인다.
전극판(5, 6)들 각각은 판형 전극들의 서로 대향하는 평평한 면들을 기준으로 균일하거나 혹은 일정한 두께 또는 폭을 갖는다. 또한, 도 4에 일례로서 개략적으로 도시된 바와 같이, 전극 장치(3)를 평면에서 볼 때 원형 세그먼트(circle segment)의 형상에 근거한 전극들(5, 6), 특히 원형 세그먼트 형상의 양극들과 음극들을 선택할 수도 있다.
평면 또는 횡단면에서 볼 때 원형 세그먼트의 형상을 갖는 전극(5, 6)들 역시 공통의 펼침축(7) 둘레에 배치된다. 원형 세그먼트 형상의 전극(5, 6)들 각각은 바람직하게는 펼침축(7)으로부터 반경 방향으로 소정 거리(12)에 배치된다. 이에 따라 도 4에 도시된 바와 같이 단면에서 볼 때 원형 세그먼트 형상 또는 거의 원형 세그먼트 형상인 전극판(5, 6)들 역시 별 형상 또는 부채 형상으로 배치된다. 따라서 원통형 또는 튜브형의 갭(11)이 바람직하게는 가상의 또는 상상의 펼침축(7) 둘레에 형성되기 때문에 이 전극 장치(3) 또한 본질적으로 중공 원통체 형상을 갖는다. 그러나, 도 3에 도시된 실시예와 달리, 인접한 전극(5, 6)들 간의 거리(9)는 도 4에서 알 수 있는 바와 같이 펼침축(7)으로부터의 반경 방향 거리가 각기 다르더라도 일정하거나 또는 거의 일정하다.
가상의 원통축 또는 수직축(8)의 축방향으로, 즉 유지 용기(4)의 수직축의 축방향으로 배치된 것은 바람직하게는 전극 장치(3)의 적어도 위 그리고/또는 아래에 배치된 적어도 하나의 전자석 코일(13)이며, 이 전자석 코일은 별 형상 구성에 근거하고 있다. 전기 에너지에 노출될 때 이 전자석 코일(13)에 의해 발생되는 전자기장은 반응 챔버(2)에서 전해질에 작용하고 또한 전극 장치(3)에도 작용한다. 다시 말하면, 코일(13)은 전자기장의 역선(field line)들이 전해질과 전극 장치(3)의 양극(5) 및 음극(6)과 교차하거나 혹은 이들에 영향을 미치도록 배치되거나 그 치수가 정해진다.
참고로, 적어도 하나의 전극 장치(3)는 바람직하게는 물 또는 수용액의 형태로 마련된 전해질에 완전히 잠긴다. 그러나, 적어도 하나의 전자석 코일(13)은 바람직하게는 전해질의 표준 액위 또는 최저 액위(14) 아래에 배치된다. 다시 말하면, 전자기장을 발생시키기 위한 전자석 코일(13)은 바람직하게는 또한 적어도 대부분이, 바람직하게는 완전히 전해질에 잠긴다. 이는 기포들을 전극(5, 6)들로부터 분리시키고 액체 전해질로부터의 수소와 산소 기포의 탈기를 돕거나 가속화시키도록 진동 또는 고주파 진동을 한편으로는 전해질로 다른 한편으로는 적어도 간접적으로 양극(5)과 음극(6)으로 전달한다는 측면에서 중요하다. 특히, 적어도 한 코일(13)의 전자기장은 발생되는 기포들, 특히 산소와 수소 기포들을 전극(5, 6)들로부터 분리시키는 공정을 돕기 위하여 전극 장치(3)의 양극(5)과 음극(6)이 기계적으로 진동하게 한다. 또한, 적어도 한 전자석 코일(13)의 전자기장은 이온화를 일으켜서 전해 공정을 향상시키거나 혹은 강화시킨다.
양극(5)과 음극(6)은 강자성 소재, 특히 예컨대 철을 함유하는 금속 및/또는 귀금속, 예를 들어 이른바 니로스타 금속(Nirosta metal)과 같이 자기장에 의해 영향을 받을 수 있는 소재로 또는 임의의 기타 스테인리스 스틸로 만들어진다. 전자석 코일(13)의 진폭이 비교적 작은 고주파 기계 진동으로 인해, 전극(5, 6)들로부터 기체를 분리시키는 공정이 향상되거나 혹은 가속화된다. 동시에, 전극(5, 6)들의 활성 표면은 전해 공정의 효율이나 생산성 또는 전극(5, 6)들의 활성 표면을 높게 유지하거나 혹은 최대화시키기 위하여 전해질에 대해 가능한 높게 유지된다. 이에 따라 전해 공정이 가속화되고, 정해진 주기의 함수로서의 분해 공정(breaking down process)이 개선되거나 최대화된다. 다시 말하면, 전해 반응 시스템(1)의 전해 성능 또는 분해 성능은 개선되거나 향상될 수 있다. 특히, 시간 단위 당 전환 또는 분해 작업량은 비교적 작은 용적을 갖는 소형 반응 시스템(1)을 가지고서도 상응하는 기체 혼합물에 대해 수소와 산소 기체의 효율적인 배출이 이루어질 수 있도록 위에서 설명한 특징들에 의해 증가된다. 따라서 명시된 전해 반응 시스템(1)은 강력한 반응 또는 신속한 반응을 일으킨다. 따라서 전해질에 적어도 부분적으로 잠겨있는 적어도 한 전자석 코일(13)은 이온화를 일으키는 한편 전해질 및 전극(5, 6)들에 대해 진동을 발생시키는 수단으로서 작용하기 때문에 시너지 효과를 일으킨다.
한 가지 유리한 대안 또는 실시예에 의하면, 다수의 양극(5) 및 음극(6)을 포함하는 다른 전극 장치(3')는 적어도 하나의 전자석 코일(13) 위에 배치된다. 바람직하게는, 전자석 코일(13) 위에 배치된 이 다른 전극 장치(3') 역시 반응 챔버(2) 내부의 액체, 특히 수용성 전해질에 완전히, 특히 가능한 한 완전히 잠긴다.
도 1에 일례로서 개략적으로 도시된 바와 같이, 전자석 코일(13)의 전자기장은 에너지에 노출된 경우에 그 아래에 그리고/또는 그 위에 배치된 전극 장치(3, 3')의 전극(5, 6)들에 작용하여 전극들에 진동을 발생시키고, 에너지에 노출된 경우에 전자석 코일(13)은 또한 기포들이 전극(5, 6)들로부터 분리되고 전해질에서의 기포의 움직임이 강화되거나 향상되도록 진동으로 인해 전해질에 작용하거나 혹은 진동을 유도한다.
대안적으로는, 전자석 코일(13)을 전극 장치(3)의 아래에, 특히 전해질을 수용하는 반응 챔버(2) 또는 유지 용기(4)의 기부에 배치하는 것도 고려할 수 있다.
전극 장치(3)는 바람직하게는 반응 챔버(2)의 기부 또는 기부판으로부터 소정의 수직 거리를 두고 배치된다. 따라서 정해진 부피의 전해질이 전극 장치(3) 아래에 배치되거나 혹은 정해진 양의 전해질이 전극 장치 아래에 축적될 수 있고 그 결과 기부에 가까운 전극 장치(3)의 아래에 유동 통로가 생성된다. 전극 장치(3) 아래에 축방향으로 원통축 또는 수직축(8)을 향해 위치된 전자석 코일(13')은 바람직하게는 역시 반응 챔버(2)의 기부로부터 소정 거리를 두고 위치되어, 기부에서부터 출발하여 수직 방향으로, 특히 전해 반응 시스템(1)의 기체 챔버를 향하는 방향으로 상방으로 이동하는 유동이 전극 장치 내부의 전해질에 생성될 수 있게 한다.
도 1과 도 5를 비교하면 알 수 있을 한 가지 유리한 실시예에 의하면, 적어도 하나의 전자석 코일(13)은 평면에서 볼 때 본질적으로 환형 형상이다. 따라서 이 원환체(torus) 형상의 전자석 코일(13)의 중앙점 또는 중점(15)은 유지 용기(4)의 원통 또는 수직축(8) 상에 또는 그 가까이에 혹은 전극 장치(3)의 펼침축(7) 상에 또는 그 가까이에 위치된다. 다시 말하면, 원반형인 코일(12)의 중간 평면(16)은, 도 1에 가장 잘 도시된 바와 같이, 본질적으로 원통축 또는 수직축(8)에 횡으로, 특히 직각으로, 또는 펼침축(7)에 직각으로 방향 설정된다.
코일(13)의 코일 몸체(17)는 환형 또는 원환 형상을 바탕으로 하고 있다. 이 코일 몸체(17)는 바람직하게는 비자화성 소재로, 특히 플라스틱 또는 이와 유사한 소재로 만들어진다. 다시 말하면, 전자석 코일(13)은 바람직하게는 철심 없이 구성되고, 특히 공기 반응기(air reactor)의 형태로 마련된다. 이 코일 몸체(17)는 다수의 턴(turn), 특히 수백 개 또는 수천 개의 턴을 포함하고 코일 몸체(17) 둘레에 권취된 적어도 하나의 코일 권선(18)을 지지한다. 그러나, 코일 몸체(17)에 근거한 구성을 선택하는 대신, 적어도 하나의 코일 권선(18)이 자체 지지식 구성에 근거를 둘 수도 있을 것이고, 즉, 코일 몸체(17) 없이 형성될 수도 있을 것이고, 이 경우에 코일 권선은 이를테면 본질적으로 안정적인 구성이다.
코일 권선(18)의 각각의 턴은 환형 코일(13)에 대해 반경 방향으로 또는 본질적으로 반경 방향으로 방향 설정된다. 특히, 각각의 턴은 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이 비드(bead)형 코일 몸체(17) 둘레에 원 또는 코일로 연장된다. 바람직한 실시예에 의하면, 서로 소정 거리를 두고 분포되어 코일 몸체(17) 또는 코일(13)의 원주 둘레로 권취된 네 개의 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들이 마련된다. 각각의 부분 권선(19 내지 19''')들은 직렬로 연결된다. 권선 갭(20, 20', 20'')은 바람직하게는 각각의 부분 권선(19 내지 19''') 사이에서 개방된 채로 유지된다.
한 가지 유리한 실시예에 의하면, 세 개의 코일 권선이 마련되며, 권선들 각각은 하나가 다른 하나 위에 코일축 또는 중앙점 또는 중점(15)으로부터 45° 만큼 오프셋되게 권취되어 있다. 특히 적어도 세 개의 층을 이룬 코일 권선(18)이 형성되며, 그 권선 갭(20, 20', 20'')은 차례대로 배치되고 원환형 코일(13)의 원주 방향으로 서로 오프셋된다.
한 가지 유리한 실시예에 의하면, 적어도 하나의 전자석 코일(13)은 부하를 분산시키도록 전극 장치(3)에 연결되고 전극 장치(3)로부터 부하를 제거하도록 지지된다. 이는 적어도 하나의 전자석 코일(13)이 반응 챔버(2)에 직접 기계적으로 연결되지 않고 그 대신 전극 장치(3)에 가능한 한 직접 기계적으로 연결된다는 의미이다. 이에 따라 진동이 가능한 한 강하게 전극 장치(3)로 전달될 수 있게 된다. 도 2에 도시된 실시예의 경우에서는, 전자석 코일(13)은 중공의 원추 형상 또는 깔대기 형상의 유지 요소에 수용되고, 이 유지 요소는 전극 장치(3)의 상면에 지지된다. 따라서 전자석 코일(13)의 기계적인 진동 또는 진동은 전극 장치(3)에 전달되고, 반대로 전극 장치의 진동은 전자석 코일로 전달된다. 도 6과 도 7에 도시된 실시예의 경우에는, 적어도 하나의 전자석 코일(13)은 클램프형 지지체 또는 유지 기구에 의해 전극 장치(3)의 상면에 고정되고 지지되어 부하를 받는다.
전극(5, 6)들은 유리하게는 전해조에서 가능한 한 자유롭게 요동(oscillation)하도록 유지되거나 장착된다. 이를 위해, 일 단부형(one-ended) 또는 설형의 유지 또는 장착 시스템을 선택하는 것이 유용하다. 고려할 수 있는 다른 대안은 전극(5, 6)들을 도 2에 일례로서 도시된 바와 같이 최대 두 개의 서로 반대측에 있는 전극(5, 6)들의 가장자리부들 또는 말단부들에 유지시키는 것이다.
전극 장치(3)의 양극(5)과 음극(6) 각각에는 그 자체로 공지된 방식으로 제1 전기 에너지원(21)으로부터 전기 에너지가 공급된다. 제1 에너지원(21)은 바람직하게는 양극(5)과 음극(6)에 맥동 에너지(pulsating energy)를 공급하도록 구성된다.
적어도 하나의 전자석 코일(13)에는 다른 전기 에너지원(22)에 의해 전기 에너지가 공급된다. 다른 전기 에너지원(22)은 바람직하게는 적어도 하나의 전자석 코일(13)에 맥동 에너지를 공급하도록 구성된다.
제1 에너지원(21)과 다른 에너지원(22)은 전극(5, 6)들 각각과 코일(13)에 바람직하게는 가변 진폭 레벨의 맥동 직류 전압 및 개별 전압들 또는 에너지 펄스들 사이의 정해진 펄스 휴지(pulse pause)를 공급한다. 에너지원(21, 22)들은 바람직하게는 종래 기술에서 오랫동안 공지된 유형의 전기 에너지 변압기(transformer), 특히 변압기 회로 또는 신호 발생기의 형태로 마련된다. 에너지원(21 22)들 각각에는 공중 전력 공급망 또는 바람직하게는 직류 전압원, 특히 전기화학적 전압원, 예컨대 축전지로부터 전기 에너지가 공급된다. 에너지원(21, 22)들의 전기 에너지 공급원은 바람직하게는 축전지, 특히 각각 12V로 총 24V의 단자 전압을 갖는 적어도 하나의 납축전지이다. 특히, 에너지 공급원은 자동차의 12V/24V 내장망일 수 있다.
유리한 특징의 결과로서, 에너지를 양극(5)과 음극(6)에 공급하는 제1 에너지원(12)의 에너지 주파수는, 에너지를 적어도 하나의 전자석 코일(13)에 공급하는 제2 에너지원(22)의 에너지 주파수와 비교하여, 전해 반응 시스템(1)이 가끔 공진 주파수에서 또는 공진 주파수 근처에서 작동하도록 선택된다. 특히, 제1 에너지원(21)과 다른 에너지원(22)의 에너지 주파수들 각각은 전해 시스템이 공진 상태 또는 준공진 상태에서 작동하여 전해질을 기상의 수소와 산소로 고효율 및 고활성으로 분해할 수 있게 서로에 대해 적합화된다. 그 결과, 무엇보다도, 기포들이 양극(5) 및 음극(6)으로부터 분리되는 정도 또는 효율에 큰 영향을 주게 된다. 특히, 반응 챔버(2)에서의 전기장 또는 전자기장의 효과는 한편으로는 전해 공정을 돕고 가속화시킨다. 다른 한편으로는, 전해질에서의 및/또는 금속성, 특히 강자성 전극(5, 6)들에서의 힘들과 진동들의 전자기 결합으로 인해 진동 또는 요동이 발생되고, 이는 기체의 분리 및 그에 따른 분해 공정(breakdown and splitting process)에 도움이 된다.
양극(5)과 음극(6)에 에너지를 공급하는 제1 에너지원(21)의 펄스 주파수는 적어도 하나의 전자석 코일(13)에 에너지를 공급하는 제2 에너지원(22)의 에너지 주파수보다 수 배 높다. 제1 에너지원(21)의 공급 주파수는 적어도 제2 에너지원(22)의 공급 주파수의 백 배 내지 대략 만 배 또는 십만 배, 바람직하게는 대략 천 배이다. 따라서, 전극 장치(3)용 전기 에너지 공급원과 적어도 하나의 전자석 코일(3)용 전기 에너지 공급원 간의 전기 에너지 공급 주파수 비는 바람직하게는 1000:1이다. 예를 들어, 코일(13)용 에너지 주파수는 대략 30Hz이고 양극(5) 및 음극(6)용 에너지 주파수는 대략 30kHz이다. 당연히, 다른 기준값(base value)들 또는 주파수값들이 에너지원(21, 22)들에서 설정되거나 발생될 수 있다.
양극(5)과 음극(6)에 에너지를 공급하는 제1 에너지원(21)의 전압 레벨은 수백 또는 수천V일 수 있으며, 특히 최대 50kV일 수 있지만 바람직하게는 10kV 미만이다.
각각의 전압값 또는 주파수값은 기본적으로 반응 챔버(2) 내부에 있는 부품들의 구조적인 배치와 기하학적 치수에 따라 좌우되고, 당업자에게 익숙한 방식으로 경험에 의해 조정되거나 혹은 적합화될 수 있다.
한 가지 유리한 실시예에 의하면, 특히 전해질 수용 또는 유지 용기(4)에 전해액이 충전(fill up)되고 그리고/또는 연속적으로 또는 간헐적으로 보충(top up)될 수 있도록 하기 위한 적어도 하나의 입구 오리피스(23)가 반응 챔버(2)의 저부에 배치된다. 전해조의 저부, 특히 기부에서 공급되거나 공급될 수 있는 전해질로 인해 전해질에는 난류나 와류가 발생되고, 이는 양극(5)과 음극(6)으로부터의 기포의 분리를 돕거나 가속화시킨다.
선택적으로 또는 이와 함께, 전해질에 난류를 생성시키기 위한, 특히 전해질에 유동, 예를 들어 난류 유동을 생성시키기 위한 적어도 하나의 수단(24)이 반응 챔버(2), 특히 전해질 유지 용기(4)에 마련될 수 있다. 이 난류 생성 수단(24)은 액체 용기에 유동 또는 난류를 생성시키기 위한 종래 기술에서 공지된 임의의 수단일 수 있다. 한 가지 유리한 실시예에서는, 전해질에 난류를 발생시키기 위한 수단(24)은 반응 챔버로 들어가는 전해질용의 흡입 및/또는 출구 노즐(25)들의 형태로 마련된다. 다수의 흡입 및/또는 출구 노즐(25)들은 바람직하게는 전해질용으로 마련되고, 바람직하게는 전해질 유지 용기(4)와 협동한다. 난류 또는 요구되는 각각의 난류력(turbulent force)의 분포에 따라, 흡입 및/또는 출구 노즐(25)들의 개수는 관련 요건에 부합하도록 크게 변할 수 있다. 또한, 흡입 및/또는 출구 노즐(25)들의 직경에 따라 적어도 두 개 또는 수백 개의 흡입 및/또는 출구 노즐(25)들이 마련될 수 있으며, 이들은 바람직하게는 전해질 유지 용기(4)의 기부 영역에 배치된다. 한 가지 유리한 실시예에 의하면, 다수의 흡입 및/또는 출구 노즐(25)들의 실제축(effective axis)들의 적어도 각각은 기부에 대해 경사져 있다. 특히, 흡입 및/또는 출구 노즐(25)들의 실제축들은, 수소 기포들 및 산소 기포들을 양극(5)과 음극(6)으로부터 그리고 전해질 내부에서부터 탈기 구역, 특히 반응 챔버(2)의 기체 챔버(26)의 상단을 향하는 방향으로 각각 제거하는 역할을 하는 고유의 난류 또는 대규모 유동을 전해조에 발생시키기 위하여 반응 챔버(2)의 원통 또는 수직축(8)에 대해 소정 각도로 방향 설정된다.
액체 또는 기체를 도입하는 것에 의해 전해질에 전술한 난류 또는 유동을 생성시키는 대신, 전해질에 난류를 생성시키기 위한 수단(24)을 전해액에 잠기는 적어도 하나의 교반기의 형태로 구비할 수도 있음은 당연할 것이다. 한 가지 유리한 특징에 의하면, 전해질에 유동을 생성시키기 위한 수단(24)은 유지 용기(4)와 반응 챔버(2)의 원통 또는 수직축(8) 둘레로 대략 나선형 유동을 생성시키도록 구성되고, 이 경우 나선형 유동이 전파되는 방향은 전해질의 기부로부터 전해조의 표면을 향하는 방향으로 연장된다.
한 가지 유리한 실시예에 의하면, 반응 챔버(2)에 적어도 하나의 오버플로우 에지(27)가 마련되는데, 이는 전해질의 최고 액위(28)를 표시하도록 구성된다.
한 가지 유리한 실시예에 의하면, 이와 같은 적어도 하나의 오버플로우 에지(27)는 중공 원통형 또는 중공 각기둥형의 전해질 용기(30)의 적어도 하나의 상단 경계 에지(29)의 형태로 마련된다. 이 전해질 용기(30)는 바람직하게는 수직으로 지향된 원통축(31)을 구비하며, 이는 바람직하게는 반응 챔버(2)의 원통축 또는 수직축(8)과 일치하거나 혹은 적어도 대략적으로 일치한다. 적어도 하나의 오버플로우 에지(27)는 전해질 용기(30)의 상단 경계 에지(29)의 대체물이거나 또는 그에 부가되는 것일 수 있고, 전해질 용기(30)의 벽에 있는 적어도 하나의 구멍 또는 기타 오리피스의 형태로 마련될 수 있다. 그러나, 전해질 용기(30)의 상부는 바람직하게는, 전해 공정 중에 흔히 발생되는 거품(32), 특히 전해질 상에 형성되는 거품 링의 효율적인 분리와 제거를 돕도록, 특히 전체 횡단면을 가로질러서, 가능한 한 개방되어 있다. 특히 액체 또는 전해질 액위가 오버플로우 에지(37)와 동일한 높이에 있으면, 전해질로부터의 거품(32)의 제거는 효율적일 것이다. 전해질의 초기 충전 액위(33)는 바람직하게는 오버플로우 에지(27) 바로 아래이다. 활성 전해 공정 중에, 기본적으로는 전해질 내에서의 기포 형성으로 인해 전해질의 부피는 크게 증가된다. 이는 전해 반응 시스템(1)의 작동 중에 반응 챔버(2), 특히 유지 또는 전해질 용기(4, 30) 내의 전해질 액위가 상승한다는 것을 의미한다. 이러한 이유 때문에 전해질에 대한 초기 충전 액위(33)는 바람직하게는 전해질 용기(30)의 오버플로우 에지(27) 아래에 있다. 어떤 경우에도 오버플로우 에지(27)는 전해질 용기(30)의 전해질의 가능한 최고 액위를 정한다. 이와 같은 전해질의 최고 액위에 도달하거나 초과하게 되면 전해질 거품 또는 거품 링은 효과적으로 제거된다.
일례로서 도시된 실시예에 의하면, 거품 링이나 거품(32) 또는 초과의 또는 과잉의 전해액은 전해질 용기(30)의 중앙 영역으로부터 바깥 방향, 특히 수직 또는 원통축(8, 31)을 향하는 반경 방향으로 배출된다. 선택적이거나 또는 상기 예와 조합된 실시예에 의하면, 적어도 하나의 오버플로우 에지 위로 흘러넘치는 거품(32)과 전해질은 전해질 용기(30)의 중앙 영역에 배치된, 점선으로 표시된, 배출 통로(34)를 통해 배출될 수도 있다. 이와 같은 중앙의 또는 중앙에 배치된 배출 통로(34)에서는, 오버플로우 에지(27') 위로 유출되는 전해질 거품 또는 전해질은 하측 방향으로 안내되고 바람직하게는 아래에서 더욱 상세하게 설명하는 바와 같이 전해질 용기(30)로 다시 복귀된다.
오버플로우 에지(27) 위로 흘러넘친 전해질 또는 전해질 거품용의 수집부(35)는 바람직하게는 반응 챔버(2)의 기부에 마련된다. 이 수집부(35)는 반응 챔버(2)의 정해진 수직 높이를 가로질러 연장되며, 전기 분해에 의해 얻어진 기체들이 전해질을 반응 챔버(2) 밖으로 제어된 방식으로 공급하는 데 사용되는 출구 오리피스(36)를 통해 빠져나가는 것을 방지하거나 감소시킨다. 이 수집부(35)는 반응 챔버(2) 내에 정해진 전해질 액위의 형태로 혹은 다른 사이펀식 기체 차단벽(gas barrier)에 의해 마련될 수 있다. 수집부(35) 또는 이에 상응하는 액체 사이펀에 의해서, 반응 챔버(2)가 가능한 한 기밀식으로 폐쇄되고 수소와 산소가 기부 가까이에 있는 전해질용의 출구 오리피스(36)를 통해 빠져나가거나 배출되는 것이 가능한 한 방지되는 것을 기본적으로 보장할 수 있다. 따라서, 오버플로우 에지(27) 위로 흘러넘친 전해액 및 분리된 전해질 거품용의 사이펀식 수집부(35)는 출구 오리피스가 비교적 기밀성이도록 출구 오리피스(36)를 폐쇄하는 반면, 전해액은 여전히 적어도 하나의 출구 오리피스(36)를 통해 반응 챔버(2)로부터 배출될 수 있다. 충분히 기밀성인 기체 차단막을 만들기 위하여 수집부(35) 내에 정해진 액위가 존재하거나 형성되는 것을 보장하도록 특별히 주의해야 한다.
수집부(35)의 액위는 바람직하게는 전해질 용기(30) 내부의 전해질용 표준 충전 액위(33)보다 낮다. 도시된 바와 같이, 수집부(35)는 전해질 용기(30) 둘레에, 또는 과잉의 전해질이 중앙에 배치된 배출 통로(34)로 도입되는 경우에는, 도시된 실시예에서 점선으로 표시된 바와 같이 전해질 용기(30)의 중앙 영역에 배치될 수 있다. 대안적으로, 적어도 하나의 전해액용 수집부(35)를 이용하여 전해질 거품과 전해액을 분리하고 탈기시키기 위하여 외부 및 내부 복합 수집 시스템 또는 계단식 전해질 수집 시스템을 선택할 수 있음은 당연할 것이다. 또한, 유지 용기 또는 전해액 용기(4, 30)의 오버플로우 에지(27) 위로 흘러넘친 전해질용으로 적어도 하나의 복귀 라인(37)을 마련하는 것이 유리하다. 전해질은 이 복귀 라인(37)에 의해 중공 원통형 또는 중공 각기둥형 전해질 용기(30)로 또는 반응 챔버(2)로 재공급된다. 또한, 전해질용 복귀 라인(37)을 포함하는 적어도 하나의 라인 내에, 소정량의 전해질, 특히 물의 형태로 된 액상 전해질이 공급용으로(in supply) 유지되거나 혹은 버퍼링(buffering)될 수 있는 액체 탱크(38), 특히 물탱크(39)를 마련하는 것이 바람직하다. 전해액은 이 액체 탱크(38)로부터 반응 챔버(2)의 내부의 전해 공정으로 연속적으로 혹은 간헐적으로 공급된다. 적어도 하나의 복귀 라인(37)은 거의 액체 탱크(38)를 통해서 또는 이를 거쳐서 연장된다. 이는 한편으로는 복귀 라인(37)이 액체 탱크(38)에 대해 개방되고, 복귀 라인(37)은 액체 탱크(38)로부터 반응 챔버를 향하는 방향으로 다시 계속 이어져 유지 용기 또는 전해질 용기(4, 30)에 전해액을 충전 또는 보충하는 수단을 구비한다는 것을 의미한다. 반응 챔버(2)와 액체 탱크(38) 또는 물탱크(39) 사이의 이 전해질 회로(41)는 수압의 관점에서 내연 기관에서 사용되는 연료 공급 시스템의 흡입 및 복귀 라인들에 비유될 수 있다.
전해질 내의 또는 전기분해 처리된 물 내의 잔류물, 특히 불순물을 걸러내기 위한 적어도 하나의 필터 장치(40)가 복귀 라인(37)에 배치될 수 있다. 능동형 또는 강제형 물 회로 또는 전해질 회로(41)를 생성하기 위하여, 적어도 하나의 액체 펌프(42)가 복귀 라인(37)에 또는 반응 챔버로 전달되는 전해질용의 흡입 라인에 통합될 수 있다. 복귀 라인(37)이 냉각 장치로서의 역할도 하거나 또는 냉각 장치(43)를 포함하면 실질적으로 유리하다. 이 냉각 장치(43)는 복귀 라인(37) 자체의 파이프 연결부일 수 있고 그리고/또는 부가적인 열교환기, 특히 공/액 교환기, 예컨대 냉각핀들의 형태로 구비될 수 있다. 이 열교환기(44) 또는 냉각핀들은 파이프 연결부에 또는 액체 탱크(38) 또는 물탱크(39) 상에 마련될 수 있다. 바람직한 실시예에 의하면, 냉각 장치(43)와 복귀 라인(37)은 각각, 전해질의 온도가 20 내지 60℃, 특히 28 내지 50℃ 범위, 바람직하게는 35 내지 43℃ 범위 내에서 유지되도록 그 치수가 정해진다. 이는 기본적으로 전해 공정이 최적화되고 비교적 더욱 효과적인 것으로 명시된 전해질의 온도 범위 내이다. 특히, 이 온도 범위에서는 전기 에너지 면에서 비교적 소량의 전력만이 필요하다. 냉각 장치(43)는 당연히 종래 기술에서 공지된 많은 구성들로부터 선택되는 여타의 수동적으로 그리고/또는 능동적으로 작동하는 냉각 장치의 형태로 마련될 수도 있다.
한 가지 유리한 실시예에 의하면, 전해 반응 시스템(1)은 전해질에 대한 연속적인 또는 불연속적인 흡입(45) 및 배출(46)이 이루어진다. 특히, 전해질에 대한 이러한 흡입(45) 및 배출(46)은 반응 챔버(2)에 있는 또는 반응 챔버의 전해질 용기(30)에 있는 물을 함유하거나 물을 포함하는 전해질의 시간에 기반한 점진적인 교체 또는 보충을 발생시키거나 생성시킨다. 이와 관련하여, 액체 탱크(38)와 적어도 하나의 액체 펌프(42)가 통합된 폐쇄형 전해질 회로(41)를 생성하는 것이 바람직하다.
시스템을 개선하도록 구성된 한 가지 유리한 특징에 의하면, 주변 공기(48)를 반응 챔버(2), 특히 유지 용기(4)로 도입시키기 위한 적어도 하나의 통로 오리피스(47)가, 바람직하게는 반응 챔버(2)의 기부 및/또는 벽 구역에 마련될 수 있다. 대안적으로 또는 이에 부가하여, 질소 또는 불연성 기체를 유지 용기(4), 특히 전해질 용기(30)로 공급하기 위한 적어도 하나의 통로 오리피스(47)도 또한 마련된 수 있다. 적어도 하나의 통로 오리피스(47)는 반응 시스템(2)의 작동 중에 반응 챔버(2), 특히 전해질 용기(30)에 배치된 전해조에 대해 직접 개방된다. 주변 공기(48) 및/또는 질소용의 다수의 통로 오리피스(47)는, 바람직하게는 전해질 용기(30)의 기부 및/또는 벽 영역에 분산 배치되어 마련된다. 특히, 주변 공기(48) 및/또는 질소는 전해질에 액체 또는 기체 혼합물과 유동 또는 난류가 생성되도록 전해질로 직접 공급되거나 도입된다. 전해질로 흘러들어가는 주변 공기(48) 또는 질소의 양 및/또는 압력을 조절하도록 구성된 조절 수단(49), 특히 밸브 장치 또는 이와 유사한 장치가 선택적으로 마련될 수 있다. 주변 공기(48) 또는 질소나 기타 불연성 기체를 도입시키는 이 공정은 바람직하게는 가압된 상태에서 일어난다. 다시 말하면, 주변 공기(48) 또는 산소가 전해질에 적극적으로 불어넣어진다. 다른 선택적인 방안은 공기와 같은 적절한 기체 또는 기체 혼합물이 흡입될 수 있게 반응 챔버(2)에 부압을 발생시키는 것이다. 주변 공기(48) 또는 질소를 전해질로 직접 도입시키거나 불어넣는 수단으로서의 위에서 설명한 통로 오리피스(47)들은 한편으로는 전극 장치(3)에 부착된 산소와 수소를 분리시키는 공정에 도움이 된다. 또한, 공기 또는 질소를 전해질에 도입시키는 것은 난류를 발생시키거나 혹은 전해질을 혼합시키는 수단으로서 사용될 수 있다. 이는 전해질의 성능 면, 특히 전해 반응 시스템(1)의 효율 면에서 긍정적인 효과가 있다.
공기 또는 질소를 선택적이고 그리고 광범위하게 전해질 유지 용기(4)로 도입시키는 다중 배치 통로 오리피스(47)를 마련하는 것이 바람직하다. 한 가지 유리한 실시예에 의하면, 이들 통로 오리피스(47)들은 반응 챔버(2)의 기부, 특히 전극 장치(3)의 아래에 위치된다.
시스템을 개선하도록 구성된 한 가지 유리한 특징에 의하면, 전해 반응 시스템(1)은 반응 챔버(2), 특히 그 기체 챔버(26) 내부에 부압을 발생시키기 위한 수단(50)을 적어도 하나 구비한다. 이 부압은 대기압을 기준으로 해석해야 한다. 다시 말하면, 반응 챔버(2), 특히 그 기체 챔버(26) 내부에 부압을 발생시키기 위한 수단(50)은 정해진 부압 상태를 생성시킨다. 제1 실시예에 의하면, 이 수단(50)은 진공 펌프의 형태로 마련될 수 있다. 유리한 실시예에 의하면, 부압을 발생시키기 위한 이 수단(50)은 반응 챔버(2)에 연결된 화학 에너지 담체 수소용 소모기(consumer)의 형태로 마련될 수 있다. 한 가지 유리한 실시예의 경우에서는 내연 기관(51), 특히 가솔린 기관, 가스 기관 또는 디젤 기관의 형태로 마련된 이 소모기는 수소의 화학 에너지를 열 에너지를 방출시키는 것에 의해 운동 에너지로 전환시킨다. 소모기는 당연히 임의의 동력을 발생시키기 위한 가열 또는 발생기 시스템의 형태로 마련될 수도 있다. 한 가지 유리한 실시예에 의하면, 반응 챔버(2), 특히 그 기체 챔버(26)와, 내연 기관(51) 또는 수소-산소 혼합물의 화학 에너지를 열 에너지 또는 운동 에너지로 전환시키기 위한 어떤 다른 연소 시스템의 연료 흡입 라인(53), 특히 흡입 통로 간에 유동 연결(52)을 성립시키는 것에 의해 부압이 반응 챔버(2)에 발생된다. 이는 또한 전해질 및 전극 장치(3)에 대한 탈기 성능을 증가시키고 전해 반응 시스템(1)을 이용하여 달성할 수 있는 전해 성능을 증가시킨다.
도 6과 도 7은 기상의 수소와 산소를 발생시키기 위한 전해 반응 시스템(1)의 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예는 그 자체로 본 발명에 의해 제안된 반응 시스템(1)의 독립된 실시예로서 이해해야 한다. 위의 도면들에서 사용된 것과 동일한 부품들을 지시하는 데에 동일한 도면 번호와 부품명을 사용한다. 불필요한 반복을 피하도록, 위에서 설명한 앞서의 도면들에 대한 상세한 설명을 참조할 수 있다. 이들 도면들에 도시된 특징들과 구성적인 특징들 전부가 반드시 본 발명에 의해 제안된 반응 시스템의 일부를 형성하는 것은 아니라는 점을 명확하게 밝혀 둔다. 또한, 상기 특징들은 앞서의 도면들을 참조하여 설명한 본 발명의 특징들과 조합될 수도 있다.
전해 반응 시스템(1)은 역시 물, 수용액 또는 물 혼합물과 같은 전해질을 예를 들어 도전성을 증가시키는 첨가제와 함께 수용하기 위한 반응 챔버(2)를 포함한다. 또한 다수의 양극(5) 및 음극(6)을 포함하는 적어도 하나의 전극 장치(3)가 반응 챔버(2)에 배치된다. 이 실시예의 경우, 전극 장치(3)는 하나가 다른 하나의 내부에 동축으로 또는 대략 동축으로 배치된 적어도 두 개의, 바람직하게는 세 개 이상의 튜브형 전극(5, 6)들의 형태로 마련된다. 일례로서 도시된 실시예에서는 다섯 개의 튜브형 전극(5, 6)들이 하나의 내부에 다른 하나가 끼워져서, 특히 하나의 내부에 다른 하나가 삽입되어 동축으로 배치된다. 이와 관련하여, 원형 또는 환형 또는 타원형 횡단면을 구비한 전극(5, 6)들이 바람직하다는 것을 밝혀둔다. 그러나, 중공 원통체 형상을 갖는 튜브형 전극(5, 6)들 대신, 각기둥체 형상을 갖는, 특히 정방형, 장방형 또는 임의의 다른 다각형 횡단면을 갖는 튜브형 전극(5, 6)들도 당연히 사용할 수 있을 것이다. 전극(5, 6)들 각각은 바람직하게는 전해 반응 시스템(1)에서 각각 교번하거나 또는 연속되는 양극 및 음극을 형성한다.
원통형이거나 혹은 서로에 대해 소정 각도로 지향된 몇 개의 각기둥면들로 이루어진 서로 인접한 튜브형 전극(5, 6)들의 벽면들은 서로 소정 거리로 이격되어 있다. 특히, 정해진 갭(54, 55)들은 원통 또는 벽의 면들 사이에, 특히 각 전극들의 내부면과 외부면 사이에 배치된다. 한 가지 유리한 특징에 의하면, 외부에 있는 전극(5, 6) 쌍의 튜브형 또는 중공 각기둥형이고, 서로 끼워져 있는 전극(5, 6)들 간의 거리(54) 또는 갭 치수는 이 튜브형 전극 장치(3)의 더 내측에, 특히 중앙 튜브축(56)에 더 가깝게 배치된 전극(5, 6) 또는 한 쌍의 전극(5, 6)보다 크기가 증가되거나 커진다. 다시 말하면, 전극 장치(3)의 중앙에 있는 튜브형 또는 중공 각기둥형 전극(5, 6)들 사이의 갭(55)들은 바람직하게는 내측의 전극(5, 6)들을 둘러싸는 외측의 전극(5, 6)들 또는 전극 쌍 사이의 갭(54)보다 치수가 더 크다.
튜브형 전극(5, 6)들의 가상의 튜브축(56)들 각각은 바람직하게는 수직으로 방향 설정된다. 이 경우 튜브형 전극(5, 6)들의 말단부들은 각각 개방된 구성이다. 튜브형 전극(5, 6)들 각각은 바람직하게는 길이 또는 높이를 기준으로 일정한 횡단면을 갖는다.
본질적인 측면은 튜브형 또는 중공 각기둥형 전극(5, 6)들의 벽면들 또는 원통면들 사이에 적어도 하나의 대략 중공의 원통형 또는 각기둥형 갭(57, 58)이 마련된다는 점이다. 전극 장치(3)의 여러 전극(5, 6)들 사이에 적어도 하나의 갭(57, 58)이 있다는 점은 기포의 형성이 이루어질 수 있고 도움이 된다는 것을 의미한다. 특히, 전해 공정 중에 발생되어 양극(5)과 음극(6)에 부착되는 기포들은 전해질 위에 놓인 기체 챔버(26)로 효과적으로 공급된다. 그 결과 일종의 흡입 및 운반 효과가 발생되어 전해질로부터의 기포 방출을 돕는다. 이러한 효과는 전극 장치(3) 아래에 배치된 전해질 체적에 의해서 그리고 튜브형 전극 장치(3) 내부의 벤투리 효과에 의해서 강화된다.
특히, 인접한 전극(5, 6)들 사이에 있는 적어도 하나의 대략 중공 원통형 또는 각기둥형 갭(57, 58)은 기포들을 위한 일종의 굴뚝 연도 효과를 발생시키고 이에 따라 기포가 방출되는 속도 및 탈기 효율을 증가시킨다. 이러한 효과는 계단식으로 또는 다중으로 배치된 전극들 또는 전극(5, 6) 쌍들에 의해 더욱 향상된다.
적어도 하나의 전자석 코일(13)은 위에서 설명한 가상의 중앙 튜브축(56)을 기준으로 적어도 튜브형 전극 장치(3)의 위에 배치된다. 본질적인 측면은 에너지가 이 전자석 코일(13)에 인가되면 생기거나 발생되는 바람직하게는 교번하거나 맥동하는 전자기장이 전해질 및 전극 장치(3)에 작용한다는 점이다. 특히, 역선은 전해 반응 시스템(1) 내의 전극 장치(3)와 전해질 체적 둘 다와 충분한 세기로 교차된다. 대안적으로 또는 전극 장치(3) 위에 놓인 전자석 코일(13)과 조합되어, 적어도 하나의 전자석 코일(13)이 전극 장치(3) 아래에도 마련될 수 있다.
무엇보다도, 적어도 하나의 전자석 코일(13)은 전극 장치(3)가 기계적으로 진동하거나 또는 진동하게 하고, 이는 전해질로부터의 기포 방출을 돕거나 혹은 가속화시킨다. 또한, 전자석 코일(13)의 전기장은 특히 전해질 전환 및 분해 공정에 긍정적인 효과가 있다.
유리한 실시예에 의하면, 전해 반응 시스템(1)의 반응 챔버(2)는 본질적으로 중공 원통체 또는 중공 각기둥체 형상을 갖는다. 가상의 원통축 또는 수직축(8), 특히 반응 챔버(2)의 벽면은 예를 들어, 도 6 또는 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 수직으로 또는 적어도 수직으로 방향 설정된다.
도 2와 도 6에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 반응 챔버(2)가 적어도 하나의 별 형상의 또는 튜브형의 전극 장치(3)가 그 안에 배치되는 본질적으로 중공 원통형 또는 중공 각기둥형의 유지 용기(4)를 포함하거나 혹은 구비하면 실질적으로 유리하다. 도 1과 도 2에 도시된 실시예에 의하면, 전해질용 및 적어도 하나의 전극 장치(3)용의 유지 용기(4)는 상단부가 개방된 구성이다. 또한, 그 벽 또는 원통면은, 도 1에서 가장 잘 알 수 있는 바와 같이, 반응 챔버(2)의 내면들로부터 소정 거리 이격되어 있다. 이에 의해 위에서 설명한 분리 또는 수집부(35)를 간단하게 마련할 수 있다. 유리한 특징에 의하면, 별 형상의 전극 장치(3)의 가상의 펼침축(7)과 튜브형 전극 장치의 가상의 튜브축(56)은, 특히 도 1과 도 6으로부터 알 수 있는 바와 같이, 가상의 원통축(8)과 본질적으로 일치하거나 혹은 유지 용기(4)와 반응 챔버(2)의 가상의 원통축(8)과 일치한다.
도 8은 전극 장치(3)를 개략적으로 도시한 또 다른 도면이다. 이 경우, 유지 용기(4)와 반응 챔버(2)는 중공의 원통형이며, 특히 횡단면이 원형이다. 점선으로 표시된 대안적인 실시예에 의하면, 반응 챔버(2) 또는 유지 용기(4)는, 둥근 모서리 또는 가장자리를 선택하는 것이 유리하기는 하지만, 각기 다른 중공 각기둥체 형상, 특히 모서리가 있는 횡단면을 가질 수도 있다. 반응 챔버(2)의 내부에는 다수의 전극 장치(3, 3')가 마련된다. 특히, 한 다발의 튜브 전극들이 마련되고, 각각의 전극 쌍(3, 3')은 전해질 유지 용기(4) 내부에 분산되어 배치된다. 특히, 제1 전극 장치(3)는 유지 용기(4)의 중앙에 배치되고, 이 중앙의 전극 장치(3) 둘레의 원에는 다수의 다른 전극 장치(3')가 배치된다. 혼합된 형상의 전극들을 사용할 수도 있을 것이다. 예를 들어, 횡단면이 원형인 튜브 전극(5, 6)들과 횡단면이 정방형인 튜브 전극(5, 6)들이 예를 들어 유지 용기(4) 내부의 포장 밀도를 더욱 높이는 수단으로서 조합될 수 있다.
튜브형 또는 중공형의 각기둥 전극(5, 6)들의 치수 결정에 대해서는, 전극들의 강성값(stiffness value)이 정해진 역치 상한(upper threshold value)을 가능한 한 초과하지 않게 하는 것이 유리하다. 특히, 전극(5, 6)들의 벽 두께(59, 60)는 적어도 하나의 코일(13)의 전자기장이 전극 장치(3) 또는 적어도 각각의 전극(5, 6)에 기계적 진동을 유도하도록 선택되어야 한다. 전극(5, 6)들이 도전성 소재, 특히 강자성 소재로 만들어지기 때문에, 적어도 하나의 코일(13)의 교번 자기장 또는 맥동 자기장은 진동 또는 요동을 유도하는 효과를 갖는다. 이는 기포들의 효과적인 분리와 기포들이 전해질로부터 방출되게 하는 능력에 도움이 된다. 특히, 각각의 전극(5, 6)들의 소재 탄성 또는 벽 두께(59, 60)는 발생 가능한 가장 강한 진동이 전자석 코일(13)에 의해서 유도되도록 선택되어야 한다.
한 가지 유리한 실시예에 의하고 그리고 이 분리 공정을 향상시키는 관점에서, 적어도 하나의 판형 전극(5, 6)(도 1) 또는 적어도 하나의 튜브형 또는 중공 각기둥 전극(5, 6)(도 6)은 적어도 하나의 슬롯(61, 62) 또는 다수의 오리피스나 천공 구멍을 구비할 수 있다. 특히, 각각의 전극(5, 6)들은 소재 또는 소재 홈부에 있는 슬롯(61, 62)들 또는 오리피스들 또는 절개부들과 같은 적어도 하나의 기계적 강성 취약부 또는 저감부를 구비하며, 이에 따라 적어도 하나의 전자석 코일(13)의 전자기장의 영향 하에서 기계적으로 더 강하게 진동하게 된다. 이러한 특징들은 수소를 생산하는 효율 면에서 전해 반응 시스템(1)의 성능과 반응 시간 역시 향상시킨다. 강력하게 유도된 진동 또는 전극(5, 6)들의 손실이 적은 진동은 부하 전달 지지부를 선택함으로써, 특히 적어도 하나의 전자석 코일(13)과 전극 장치(3)의 적어도 하나의 전극(5, 6) 사이의 가능한 한 강성인 기계적 연결부로 인해서, 얻을 수도 있다. 이 기계적 연결부 또는 유지 장치는 바람직하게는 전기적으로 절연성이다.
위에서 명시된 전해 반응 시스템(1)에 의해 생산될 수 있는 수소와 산소의 양은 화학 에너지 담체 수소를 임시로 저장하지 않고서도 예를 들어 30 내지 100kW로 내연 기관을 중단 없이 운전하기에 충분하다. 명시된 전해 반응 시스템(1)은 전기 분해에 의해서 얻은 수소의 양이 충분한 양의 수소-산소 혼합물의 형태로 된 연료 또는 동력을 갖는 일반 자동차에서 에너지를 공급하기에 충분할 정도로 에너지 효율이 높고 강력하다. 특히, 명시된 전기화학적 전환 시스템, 즉 전해 반응 시스템(1)은 내연 기관(51), 특히 가솔린 기관, 가스 기관 또는 디젤 기관에서 연소되는 경우에 유용한 혹은 필요한 동력으로 일반 상용 자동차를 구동시키기는 데 충분한 운동 에너지를 발생시키기에 충분히 많은 양의 수소-산소 혼합물을 생산할 수 있다. 이의 본질적인 측면은 명시된 전해 반응 시스템(1)이 다량의 수소 기체를 임시로 저장하거나 혹은 임시로 버퍼링(buffering)하지 않고도 각각의 자동차의 일반적인 작동을 가능하게 한다는 점이다. 기체 챔버(26)와 소모기에의 유동 연결부(52)의 용량은 일반적으로 0.5m3 미만이다. 특히, 기체 챔버의 용량은 0.1m3 미만이면 필요한 연료를 가지고, 특히 수소/산소 혼합물을 가지고 "요구에 따라" 50kW의 최대 출력을 내연 기관(51)에 공급하기에 충분하다. 전해 반응 시스템(1)의 내부에 존재하는 점화성 기상 수소의 양이 비교적 적기 때문에, 이는 중요한 안전성 특징이다. 따라서 전해 반응 시스템(1)에 의해 발생되는 위험은 비교적 낮으며, 잠재적인 위험은 쉽게 처리되고 관리될 수 있다. 특히, 명시된 전해 반응 시스템(1)은 엄격한 안전 요건을 충족시키기 위한 점검이 쉽다. 이는 무엇보다도 각 경우에 있어서의 수소 기체 또는 수소-산소 혼합물의 "요구에 따른" 공급 또는 필요한 이용 가능성(requisite availability)으로 인한 것이다. 그러나, 이는 고도의 효율, 동력 및 반응 용량을 요구하는데, 이들 모두는 명시된 반응 시스템(1)에 의해 제공된다. 특히, 전해 반응 시스템(1)의 비교적 짧은 예열 또는 준비 단계 후에 시동하고, 연속적으로 운전하고 그리고 소모기에 50kW 이상의 출력을 공급하기에 충분한 양 또는 충분한 체적의 수소 기체가 발생될 수 있다. 전해 반응 시스템(1), 특히 반응 챔버(2)를 장착하는 데 필요한 용적은 0.5m3 미만, 특히 0.25m3 미만, 전형적으로는 단지 대략 0.02m3이다.
특허청구범위에서 한정된 바와 같이, 전극 장치(3)는 별 형상 배치로 연장되는 몇 개의 전극판 또는 하나가 다른 하나 내부에 동축으로 끼워진 적어도 한 다발의 튜브형 전극들을 포함한다. 이로 인해 최적의 전해 성능을 얻을 수 있다. 그러나, 종래 기술에서 공지된 다른 전극 장치, 예를 들어 계단식 또는 연속식으로 배치된 판형 전극들로 유사한 작용 또는 효과를 발생시키는 것도 고려할 수 있을 것이고, 이에 따라 청구된 전극 장치는 반드시 본 명세서에서 사용된 것이어야 할 필요는 없을 것이다. 특히, 각기 다른 유형의 전극 장치들을 사용하더라도 예상되는 성능 및 효율의 감소는 비교적 낮을 수 있다.
도 9는 위에서 설명한 방식으로 전해 반응 시스템(1)과 함께 유리하게 사용될 수 있는 적어도 하나의 전자석 코일(13)의 다른 실시예를 도시한다. 따라서 전자석 코일(13)의 이 실시예는 유리한 전해 반응 시스템(1)을 얻도록 위에서 설명한 특징들과 조합되어 사용될 수 있다. 아래의 단락에서, 먼저의 도면들에서 사용된 것과 동일한 도면 번호와 부품명을 사용한다. 불필요한 반복을 피하도록, 위에서 설명한 도면들에 대한 상세한 설명을 참조할 수 있다.
개략적으로 도시된 전자석 코일(13)은 도 5에 도시된 실시예의 대안을 나타내며, 도 1, 도 2 및 도 6을 참조한 설명과 일치하게, 바람직하게는 전기 에너지가 공급될 때 전자기장이 한편으로는 전해질에 다른 한편으로는 전극 장치(3)에 작용하도록 별 형상의 또는 튜브형의 전극 장치(3) 위에 그리고/또는 아래에 배치된다.
이와 같이 마련된 적어도 하나의 전자석 코일(13)은 본질적으로 원환형 또는 환형이며, 전기적으로 직렬로 연결된 다수의 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')을 포함한다. 전자석 코일의 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들은 각각 전체 링 원주(64)의 단지 일부분, 즉 원환형 전자석 코일(13)의 360° 각도의 일부분만을 구성하는 원주각(63)에 걸쳐서 연장된다. 직렬로 연결된 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들 각각의 원주각(63)은 코일(13)의 전체 링 원주(64)를 기준으로 일반적으로 20 내지 50°, 특히 25 내지 45°, 바람직하게는 대략 30°이다.
환형 코일(13)의 원주 방향으로 서로 직렬로 연결된 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들은 서로에 대한 자유 각도(free angle)(65)를 형성하며, 이 자유 각도는 위에서 설명한 권선 갭(20, 20', 20'', 20''')에 상응한다. 직렬로 연결된 바로 연속되는 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들 사이의 이 자유 각도(65) 내에는 어떤 전자석 코일도 배치되지 않으며, 그 대신 실질적으로는 전자석 코일체가 없는 빈 공간이 있다. 바로 연속되는 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들 사이의 이 자유 각도(65)는 유리하게는 10 내지 30°, 특히 15 내지 25°, 바람직하게는 대략 20°이다. 자유 각도(65) 또는 이에 상응하는 권선 갭(20, 20', 20'', 20''')에 의해서 전자석 코일(13)의 서로 직렬로 배치된 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들이 배치되거나 위치된 구역들과는 다른 전자기 상태가 나타나는 구역이 전자석 코일(13) 내에 정해진다. 각각의 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들 사이의 자유 각도(65)에 의해 정해진 권선이 없는 갭은 전자석 코일(13)에 의해 발생되거나 혹은 발생될 수 있는 전자기장 내에 전해 반응 시스템(1)에서 전해 공정에 도움이 되는 다양성(diversity)을 생성시킨다.
부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들 각각의 원주각(63)과 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들 사이의 자유 각도(65)가, 하나 이상의 완전한 링 원주 뒤에, 즉 360°를 초과하는 권선 연장부 상에서 하나가 다른 하나 위에 권취된 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들 사이에 오프셋 각도(66)가 형성되도록 선택되면, 전자석 코일에 의해서 특히 효과적인 전자기장이 발생되거나 혹은 발생될 수 있다. 다시 말하면, 그 결과로서, 환형 또는 원환형 코일(13) 둘레에 감긴 제1 턴의 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들은 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들의 제2의 또는 다른 모든 링의 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들로부터 오프셋 각도(66) 만큼 오프셋되어 있다. 결국, 환형 코일(13)의 원주 방향으로 하나가 다른 하나의 위에 놓인 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들은 바람직하게는 하나가 다른 하나의 위에 권취된 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들 사이에 100% 겹침이 없도록 항상 서로에 대해 오프셋되거나 시프트(shift)된다.
유용한 실시예에 의하면, 직렬로 연결된 다수의 연속적인 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')은 세 개의 완전한 링이 형성되도록, 즉 직렬로 연결된 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들이 대략 1080°의 환형 또는 원환형 코일(13)에 걸쳐서 연장되도록 선택된다.
유용한 실시예에 의하면, 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들 각각은 한 층으로 권취되고, 이 경우 링 둘레의 완전한 턴 후에 형성된 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들은 적절한 오프셋 각도(66)를 갖지만 본질적으로는 아래에 또는 내부에 놓인 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들을 가로지르는 공기 갭 없이 권취된다.
전자석 코일(13)은 바람직하게는 코어를 구비하지 않으며, 특히 전자기적으로 활성인 코어를 구비하지 않는다. 특히, 전자석 코일(13)은 발생된 전자기장이 전해질에 그리고 전극 장치(3)에 고도로 작용하여 전해 반응 시스템(1)의 물리적 및 화학적 공정에 고도로 영향을 미치도록 공기 반응기의 형태로 마련된다.
부분 권선(19, 19', 19'', 19''')은 절연된 도전체, 특히 래커(lacquer)에 의해 절연된 구리로 만들어진 다수의 턴, 특히 수 다스(dozen), 수백 개 또는 수천 개의 턴을 포함한다. 따라서, 서로 직렬로 연결되고 서로 이격된 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들을 포함하는, 바람직하게는 2층으로, 특히 3층으로 된 전자석 코일(13)은 제1 코일 단자(67)와 다른 코일 단자(68)를 구비하며, 이 단자들 사이에서 서로 이격된 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들이 원형으로 연장된다. 이들 코일 단자(67, 68)를 거쳐서 전자석 코일(13)은 본 명세서의 앞부분에서 설명한 바와 같이 전기 에너지원(22)에 연결된다. 따라서, 외부 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들의 직경은 환형 또는 원환형 전자석 코일(13)의 내부 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들의 직경보다 크다.
바로 연속된 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들 사이에 있는 개략적으로 도시된 전기 연결 브래킷 대신, 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들 각각을 단절 없이 또는 일체형으로, 특히 일체형 전기 전도체로 권취하고 이에 의해 그 사이에 배치된 연결 브래킷에 대한 필요성을 제거하는 것도 당연히 가능할 것이다.
예들로서 도시된 실시예들은 전해 반응 시스템(1)의 가능성 있는 변형례들을 나타내며, 이 단계에서 본 발명은 구체적으로 도시된 변형례들에 구체적으로 제한되지 않으며, 그 대신 변형례들 각각이 서로와 여러 가지로 조합되어 사용될 수 있고 이러한 가능성 있는 변형례들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 명세서 내에서 개시된 기술 내용의 범위 내에 있다는 점을 밝혀 둔다. 따라서, 설명하고 도시한 변형례들의 세부 사항들 각각을 조합하는 것에 의해 얻을 수 있는 생각 가능한 모든 변형례들이 가능하고 이러한 변형례들은 본 발명의 범위 내에 있다.
마지막으로, 정리하는 차원에서, 전해 반응 시스템(1)의 구조를 더욱 명확히 이해할 수 있게 하기 위하여, 전해 반응 시스템과 그 구성 부품들을 어느 정도는 축적을 무시하고 그리고/또는 확대하고 그리고/또는 축소하여 도시했다는 것을 밝혀 둔다.
독립적이고 진보적인 해결책의 기초가 되는 목적은 상세한 설명을 읽으면 알 수 있을 것이다.
무엇보다도, 도 1, 도 2, 도 3, 도 4, 도 5, 도 6, 도 7, 도8 및 도 9에 도시된 요지의 실시예들 각각이 그 자체로 본 발명에 의해 제안된 독립적인 해결책을 구성한다. 본 발명에 의해 제안된 목적들과 이에 연관된 해결책들 이 도면들에 대한 상세한 설명을 읽으면 알 수 있을 것 이다.
1: 반응 시스템 2: 반응 챔버
3: 전극 장치 3': 전극 장치
4: 유지 용기 5: 전극(양극)
6: 전극(음극) 7: 펼침축
8: 원통축 또는 수직축 9, 9': 거리
10: 펼침각 11: 갭
12: 반경 방향 거리 13: 전자석 코일
14: 액위(mm) 15: 중앙점 또는 중점
16: 중앙 평면 17: 코일체
18: 코일 권선 19: 부분 권선
19': 부분 권선 19'': 부분 권선
19''': 부분 권선 20: 권선 갭
20': 권선 갭 20'': 권선 갭
20''': 권선 갭 21: 에너지원
22: 에너지원 23: 입구 오리피스
24: 수단(난류 생성용) 25: 흡입 및/또는 출구 노즐들
26: 기체 챔버 27: 오버플로우 에지
28: 액위(최고) 29: 경계 에지
30: 전해질 용기 31: 원통축
32: 거품 33: 충전 액위
34: 배출 통로 35: 수집부
36: 외부 오리피스 37: 복귀 라인
38: 액체 탱크 39: 물 용기
40: 필터 장치 41: 전해질 회로
42: 액체 펌프 43: 냉각 장치
44: 열 교환기 45: 흡입
46: 배출 47: 통로 오리피스
48: 주변 공기 49: 조절 수단
50: 수단(부압 발생용) 51: 내연 기관
52: 연결부 53: 연료 흡입 라인
54: 거리 55: 거리
56: 튜브축 57: 갭
58: 갭 59: 벽 두께
60: 벽 두께 61: 슬롯
62: 슬롯 63: 원주각
64: 링 원주 65: 자유 각도
66: 오프셋 각도 67: 코일 단자
68: 코일 단자

Claims (38)

  1. 기상의 수소와 산소를 발생시키기 위한 전해 반응 시스템(1)으로서,
    전해질을 수용하기 위한 반응 챔버(2)와 다수의 양극(5) 및 음극(6)을 포함하는 전극 장치(3)를 포함하며,
    전극 장치(3)는 별 형상 배치로 펼쳐진 다수의 판형 전극(5, 6)의 형태로 마련되고,
    별 형상 전극 장치(3)의 가상의 펼침축(7)은 적어도 대략 반응 챔버(2)의 가상의 중앙 원통축 또는 수직축(8) 상에 놓이거나 혹은 가상의 중앙 원통축 또는 수직축(8)과 일치하고,
    적어도 하나의 전자석 코일(13)이 가상의 원통축 또는 수직축(8)의 방향으로 별 형상 전극 장치(3) 위에 그리고/또는 아래에 배치되고, 전기 에너지에 노출되면 그 전자기장은 전해질과 전극 장치(3)에 작용하는 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  2. 기상의 수소와 산소를 발생시키기 위한 전해 반응 시스템(1)으로서,
    전해질을 수용하기 위한 반응 챔버(2)와 다수의 양극(5) 및 음극(6)을 포함하는 전극 장치(3)를 포함하며,
    전극 장치(3)는 하나가 다른 하나의 내부에 동축으로 또는 대략 동축으로 배치된 적어도 두 개의, 바람직하게는 세 개 이상의 튜브형 전극(5, 6)들의 형태로 마련되고,
    원통형이거나 혹은 서로에 대해 소정 각도로 방향 설정된 몇 개의 각기둥면들을 포함하는 서로 인접한 튜브형 전극(5, 6)들의 벽면들은 서로 소정 거리로 이격되고,
    적어도 하나의 전자석 코일(13)이 가상의 튜브축(56)의 방향으로 튜브형 전극 장치(3) 위에 그리고/또는 아래에 배치되고, 전기 에너지에 노출되면 그 전자기장은 전해질과 전극 장치(3)에 작용하는 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    반응 챔버(2)는 본질적으로 중공 원통체 또는 중공 각기둥체인 형상을 가지며, 그 가상의 원통축 또는 수직축(8), 특히 반응 챔버(2)의 벽면은 수직으로 또는 대략 수직으로 방향 설정된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  4. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    반응 챔버(2)는 적어도 하나의 별 형상 또는 튜브형 전극 장치(3)가 배치되는 본질적으로 중공 원통 또는 중공 각기둥체인 유지 용기(4)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    전해질용 및 적어도 하나의 전극 장치(3)용의 유지 용기(4)는 상단부에서 개방된 구성이고, 그 벽면 또는 원통면은 반응 챔버(2)의 내면으로부터 이격된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  6. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    별 형상 전극 장치(3)의 가상의 펼침축(7) 또는 튜브형 전극 장치(3)의 가상의 튜브축(56)은 본질적으로 반응 챔버(2)의 유지 용기(4)의 가상의 원통축 또는 수직축(8) 상에 놓이거나 혹은 가상의 원통축 또는 수직축(8)과 일치하는 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  7. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    적어도 하나의 전극 장치(3)는 전해질에 완전히 잠기고 적어도 하나의 전자석 코일(13)도 마찬가지로 전해질용 표준 또는 최저 액위 아래에 잠기거나 전해질에 대부분 잠기는 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  8. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    적어도 하나의 전자석 코일(13)의 전자기장은 발생된 혹은 양극(5)과 음극(6)에 부착된 기포들을 분리하는 공정을 돕도록 양극(5)과 음극(6)이 기계적으로 진동하게 하는 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  9. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    적어도 하나의 전자석 코일(13)은 본질적으로 평면에서 보아서 환형이며, 그 중앙점 또는 중점(15)은 전극 장치(3)의 가상의 펼침축(7) 또는 가상의 튜브축(8) 상에 또는 그 가까이에 위치된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    전자석 코일(13)은 원환형이고 적어도 하나의 코일 권선(18)은 바람직하게는 적어도 두 개의, 특히 네 개의 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')이 서로 소정 거리를 두고 분포되어 코일 몸체(17)의 원주 둘레에 권취된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  11. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    세 개의 코일 권선(18, 18', 18'')들이 마련되고, 상기 세 개의 코일 권선들은 하나가 다른 하나 위에 코일 축으로부터 45° 만큼 오프셋되게 권취된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  12. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    제1 전기 에너지원(21)은 양극(5)과 음극(6)에 맥동 에너지를 공급하도록 마련된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  13. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    다른 에너지원(22)은 적어도 하나의 전자석 코일(13)에 맥동 에너지를 공급하도록 마련된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  14. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    에너지를 양극(5)과 음극(6)에 공급하는 제1 에너지원(21)의 에너지 주파수와 에너지를 적어도 하나의 전자석 코일(13)에 공급하는 제2 에너지원(22)의 에너지 주파수는 전해 시스템이 가끔 공진 주파수에서 또는 그 근처에서 작동하도록 선택된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  15. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    적어도 하나의 입구 오리피스(23)는, 전해질이 충전되고 그리고/또는 보충될 수 있도록, 전해질을 수용하는 반응 챔버(2) 또는 유지 용기(4)의 저부에 마련된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  16. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    전해질에 난류를 생성시키기 위한, 특히 예를 들어 난류 유동 또는 와류 유동을 발생시키기 위한 적어도 하나의 수단(24)이 반응 챔버(2)에 또는 전해질을 수용하는 유지 용기(4)에 마련된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  17. 제16항에 있어서,
    난류를 생성시키기 위한 수단(24)은 적어도 하나의 흡입 및/또는 출구 노즐(25)의 형태로, 바람직하게는 반응 챔버(2)로 또는 전해질용의 유지 용기(4)로 안내되는 전해질용의 다수의 흡입 및/또는 출구 노즐(25)의 형태로 마련된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  18. 제16항에 있어서,
    전해질에 난류를 생성시키기 위한 수단(24)은 적어도 하나의 교반기의 형태로 마련된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  19. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    적어도 하나의 오버플로우 에지(27)가 전해질의 최고 액위(28)를 제한하거나 혹은 고정시키기 위하여 반응 챔버(2)에 마련된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  20. 제19항에 있어서,
    적어도 하나의 전해질용 오버플로우 에지(27)는 용기(4), 특히 수직으로 방향 설정된 원통축(31)을 갖는 중공 원통형 전해질 용기(30)의 상단 경계 에지(29)에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  21. 제19항에 있어서,
    적어도 하나의 출구 오리피스(36)가 오버플로우 에지(27) 위로 흘러넘쳐서 반응 챔버(2) 밖으로 흐르는 전해질 또는 전해질 거품을 배출하기 위해 반응 챔버(2)의 기부에 마련된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  22. 제19항에 있어서,
    오버플로우 에지(27) 위로 흘러넘치는 전해질용의 복귀 라인이 유지 용기(4), 특히 중공 원통형 전해질 용기(30, 37)로 이어지는 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  23. 제19항에 있어서,
    오버플로우 에지(27) 위로 흘러넘치는 전해질용의 수집부(35)가 반응 챔버(2)의 내부 또는 반응 챔버(2)로 이어지는 전해질용 복귀 라인(37)의 내부에 마련되어 발생된 수소와 산소용의 기체 마개(gas closure), 특히 사이펀식 기체 차단막을 형성하는 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  24. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    전해질이 연속적인 혹은 불연속적인 흡입(45) 및 배출(46)되는 것, 특히 반응 챔버(2)에 있는 또는 전해질을 수용하는 유지 용기(4)에 있는 물을 함유하거나 물을 포함하는 전해질이 시간에 따라 점진적으로 교체되는 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  25. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    적어도 하나의 통로 오리피스(47), 특히 분산 배치로 배치된 다수의 통로 오리피스(47)가 주변 공기(48) 및/또는 기체 질소를 반응 챔버(2)로, 특히 전해질용 유지 용기(4)로 불어 넣는 수단으로서 반응 챔버(2), 특히 전해질용 유지 용기(4)의 기부 또는 벽부에 마련된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  26. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    반응 챔버(2)에 대기압 아래인 부압을 발생시키기 위한 적어도 하나의 수단(50)을 포함하는 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  27. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    부압은 반응 챔버(2), 특히 그 기체 챔버(26)와, 내연 기관(51), 특히 가솔린 기관, 가스 기관 또는 디젤 기관의 내연 기관(51)의 연료 흡입 라인(53), 특히 흡입 시스템 간에 유동 연결(52)을 성립시키는 것에 의해 반응 챔버(2)에 발생되는 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  28. 제2항에 있어서,
    튜브형 전극(5, 6)들의 가상의 튜브축(56)은 수직으로 방향 설정된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  29. 제2항에 있어서,
    튜브형 전극(5, 6)들의 말단부들은 각각 개방형 구성인 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  30. 제2항에 있어서,
    발생된 혹은 양극(5) 및 음극(6)에 부착된 기포들을 전해질로부터 전해질 위에 위치된 기체 챔버(26)로 방출시키는 공정을 돕는 적어도 하나의 대략 중공 원통형 또는 각기둥형 갭(57, 58)이 튜브형 전극(5, 6)들의 벽면들 또는 원통면들 사이에 마련된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  31. 제2항에 있어서,
    외부에 있는 전극(5, 6) 쌍의 튜브형 또는 중공 각기둥형이고, 서로 끼워져 있는 전극(5, 6)들 간의 거리(54, 55) 또는 갭 치수는 이 튜브형 전극 장치(3)의 더 내측에, 특히 중앙 튜브축(56)에 더 가깝게 배치된 전극(5, 6) 또는 한 쌍의 전극(5, 6)보다 크기가 증가되거나 커진 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  32. 제2항에 있어서,
    튜브형 또는 중공 각기둥형 전극(5, 6)들의 강성, 특히 벽 두께는 적어도 하나의 코일(13)의 전자기장에 의해 야기되는 기계적 진동이 유도되도록 그 치수가 정해진 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  33. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    전극 장치(3)의 적어도 하나의 판형 전극(5, 6) 또는 적어도 하나의 튜브형 또는 중공 각기둥형 전극(5, 6)은 적어도 하나의 전자석 코일(13)의 전자기장의 영향 하에서 더 강한 진동을 유도하도록 적어도 하나의 슬롯(61, 62) 또는 다른 기계적 강성 취약부 또는 감소부를 구비한 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  34. 선행하는 청구항들 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    적어도 하나의 전자석 코일(13)은 본질적으로 원환형이거나 환형이고, 전기적으로 직렬로 연결된 다수의 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')을 포함하며, 부분 권선들 각각은 코일(13)의 링 원주(13)의 20 내지 50°, 특히 25 내지 45°, 바람직하게는 대략 30°의 원주각(63)에 걸쳐서 연장되는 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  35. 제34항에 있어서,
    환형 코일(13)의 원주 방향으로 직렬로 연결된 연속적인 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')은 10 내지 30°, 특히 15 내지 25°, 바람직하게는 대략 20°의 각도(65)를 대면하는(subtend) 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  36. 제34항 또는 제35항에 있어서,
    직렬로 연결된 다수의 연속된 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')은 대략 1080°에 걸쳐서 대략 세 개의 완전한 원주상 턴이 형성되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  37. 제34항 내지 제36항 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들의 원주각(63)과 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들 사이의 각도(65)는, 하나 이상의 완전한 원주상 턴 뒤에 하나가 다른 하나 위에 권취된 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들 사이에 오프셋 각도(66)가 형성되도록 선택된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.
  38. 제34항 내지 제37항 중 어느 하나 또는 그 이상의 항에 있어서,
    부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들 각각은 한 층으로 권취되고, 하나의 완전한 원주상 턴 후에 형성된 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들은 본질적으로 어떤 공기 갭도 없이 아래에 놓이거나 혹은 내부에 놓인 부분 권선(19, 19', 19'', 19''')들의 상단에 권취된 것을 특징으로 하는 전해 반응 시스템.

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