KR20230028878A - 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기 - Google Patents
폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 수소 가스를 효율적으로 발생시킬 수 있도록 다수의 산화전극과 환원전극을 근접된 위치에 평행한 상태로 배열하여 구성한 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기를 제공한다.
본 발명의 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기는 저면이 개방된 통형상으로 형성되고 상단 내면은 중앙부로 갈수록 경사져 올라가는 경사면으로 형성되는 하우징과, 하우징의 내부에 상하방향으로 세워져 1열로 배열되어 설치되는 다수의 산화전극과, 하우징의 내부에 상하방향으로 세워져 산화전극과 평행한 상태로 간격을 두고 배열되어 설치되는 환원전극과, 하우징의 내부에 설치되고 산화전극 및 환원전극의 단자부가 삽입되는 산화단자구멍과 환원단자구멍이 일정한 간격으로 배열되어 형성되는 전극지지판과, 하우징의 상단 중앙부에 결합되고 발생되는 수소 가스를 외부로 배출하는 수소포집관을 포함한다.
본 발명의 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기는 저면이 개방된 통형상으로 형성되고 상단 내면은 중앙부로 갈수록 경사져 올라가는 경사면으로 형성되는 하우징과, 하우징의 내부에 상하방향으로 세워져 1열로 배열되어 설치되는 다수의 산화전극과, 하우징의 내부에 상하방향으로 세워져 산화전극과 평행한 상태로 간격을 두고 배열되어 설치되는 환원전극과, 하우징의 내부에 설치되고 산화전극 및 환원전극의 단자부가 삽입되는 산화단자구멍과 환원단자구멍이 일정한 간격으로 배열되어 형성되는 전극지지판과, 하우징의 상단 중앙부에 결합되고 발생되는 수소 가스를 외부로 배출하는 수소포집관을 포함한다.
Description
본 발명은 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수소 가스를 효율적으로 발생시킬 수 있는 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기에 관한 것이다.
최근 무공해 에너지로서 수소 에너지에 대한 관심이 높아지고 있으며, 수소를 제조하기 위한 장치와 방법에 대한 기술개발이 많이 이루어지고 있다.
종래 수소를 제조하기 위한 장치 중에서 양극과 음극으로 된 전극을 설치하고 여기에 물을 충전시키고 전기분해를 이용하여 수소를 발생시키는 수소발생장치는 구조가 간단하고 적용이 용이한 반면에, 소모되는 전기에너지에 비하여 발생되는 수소가스의 양이 적어 실용성이 떨어진다는 문제를 해결하기 위한 연구가 진행되고 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0407481호, 제10-0582162호, 제10-1168504호 등에는 수소 발생 효율을 높이기 위한 다양한 기술이 공개되어 있다.
한편, 수소 생산의 에너지 고효율화를 위한 기술로 전기화학 활성균(electrochemically active bacteria) 또는 전자방출균(exoelectrogens)을 이용하여 생분해성 유기물을 수소 가스로 전환하는 미생물 전기분해전지(MEC, Microbial Electrolysis Cell) 기술에 대한 개발이 이루어지고 있다.
미생물 전기분해전지의 작동원리는 전기활성 미생물이 전극에 바이오막(biofilm)을 형성하여 기질을 분해하고, 발생한 전자를 산화전극으로 보내면, 전자는 외부 도선을 통해 환원전극으로 이동하고, 환원전극에서 수소 이온의 환원이 일어나 수소 가스를 발생시키는 과정으로 이루어진다.
대한민국 등록특허공보 제10-1582476호, 제10-1714431호 등에는 미생물 전기분해전지 기술을 이용하여 수소 가스를 발생하기 위한 다양한 기술이 공개되어 있다.
미생물 전기분해전지 기술은 유기물이 함유된 폐수(식품가공폐수, 축산폐수, 산업폐수 등)를 처리하면서 전기도 생산하고 수소도 발생시킬 수 있으므로, 관련 분야의 기술에 대한 연구와 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
최근에는 소주나 막걸리 등 주류의 염기성 폐수로부터 수소 가스를 효율적으로 생산하기 위한 기술도 연구 및 개발되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 점에 조감하여 이루어진 것으로서, 수소 가스를 효율적으로 발생시킬 수 있도록 다수의 산화전극과 환원전극을 근접된 위치에 평행한 상태로 배열하여 구성한 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기를 제공하는데, 그 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기는 저면이 개방된 통형상으로 형성되고 상단 내면은 중앙부로 갈수록 경사져 올라가는 경사면으로 형성되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 상하방향으로 세워지는 상태로 배열되어 설치되는 다수의 산화전극과, 상기 하우징의 내부에 상하방향으로 세워져 상기 산화전극과 평행한 상태로 간격을 두고 배열되어 설치되는 환원전극과, 상기 하우징에 설치되고 상기 산화전극 및 환원전극의 단자부가 삽입되는 산화단자구멍과 환원단자구멍이 일정한 간격으로 배열되어 형성되는 전극지지판과, 상기 하우징의 상단 중앙부에 결합되고 발생되는 수소 가스를 외부로 배출하는 수소포집관을 포함하여 이루어진다.
상기 환원전극은 망사구조의 시트형상으로 형성된다.
상기 환원전극은 2장의 시트형상 망사전극 사이에 일정한 간격을 두고 다수의 와이어전극을 배치하여 구성한다.
상기 환원전극은 스테인레스스틸(stainless steel, SUS) 재질의 와이어를 이용하여 형성하는 것도 가능하다.
상기 환원전극은 와이어전극의 단부가 상기 전극지지판의 환원단자구멍에 삽입되어 지지되는 구조로 이루어진다.
상기에서 환원전극의 와이어전극으로 사용하는 스테인레스스틸 와이어의 지름은 상기 망사전극에서 사용하는 스테인레스스틸 와이어의 지름보다 굵은 것을 사용하는 것이 상기 환원전극의 변형을 방지하고 구조적인 강도를 유지할 수 있으므로 바람직하다.
상기 산화전극은 와이어전극과, 상기 와이어전극의 둘레를 따라 방사상으로 배치되어 설치되는 다수의 날개전극으로 구성하는 것도 가능하다.
상기 산화전극은 이웃하여 위치하는 산화전극의 와이어전극에 설치되는 날개전극이 서로 일부 겹치도록 배열하여 설치하는 것도 가능하다.
상기 전극지지판은 상기 하우징 내부의 저면쪽에 조립되어 상기 산화전극 및 환원전극의 하부 단자부가 상기 산화단자구멍과 환원단자구멍에 각각 삽입되도록 설치하는 것도 가능하다.
상기 전극지지판은 상기 산화전극 및 환원전극의 상부 단자부가 상기 산화단자구멍과 환원단자구멍에 삽입되도록 상기 하우징의 내부 상단부에 더 설치하는 것도 가능하다.
상기 산화전극과 환원전극의 상단부 또는 하단부에는 배열된 간격을 유지하도록 지지하는 복수의 조립편을 결합 설치하는 것도 가능하다.
상기 조립편에는 상기 환원전극의 와이어전극의 단자부가 관통 삽입되는 환원단자구멍과, 상기 산화전극의 와이어전극의 단자부가 관통 삽입되는 산화단자구멍이 각각 형성된다.
상기 조립편은 상기 환원전극의 와이어전극 하나와 상기 산화전극의 와이어전극 하나씩 쌍을 이루어 대응하여 조립되도록 구성하는 것도 가능하고, 하나의 조립편에 2개 이상의 상기 환원전극의 와이어전극과 상기 산화전극의 와이어전극이 쌍을 이루어 대응하여 조립되도록 구성하는 것도 가능하다.
상기 조립편은 이웃하는 조립편끼리 일체로 결합되도록 서로 마주하는 모서리쪽에 돌기부와 홈부를 형성하는 것도 가능하고, 서로 마주하는 측면을 일부 겹치도록 위치시키고 작은나사 등을 이용하여 일체로 고정하는 것도 가능하다.
상기 조립편은 상기 전극지지판에 접하는 상태로 함께 설치하는 것도 가능하다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기는 상기 다수의 하우징이 수소포집관이 위쪽으로 향한 상태에서 같은 방향에 위치하는 상태로 다단으로 경사지게 거치되도록 형성되는 수납선반을 더 포함하는 것도 가능하다.
상기 수납선반에는 다단으로 거치되는 하우징에 설치된 다수의 수소포집관이 연결되어 수소포집관으로부터 배출되는 수소 가스를 수집하여 저장소로 이송하기 위한 수소이송관이 한쪽에 수직으로 세워지는 구조로 설치된다.
상기 수납선반에는 다수의 하우징이 수소포집관이 양쪽에서 중앙으로 마주보도록 2열로 배치되어 거치되도록 형성하는 것도 가능하다.
상기에서 수납선반이 수소포집관이 중앙으로 마주보도록 2열로 배치되어 거치되도록 형성되는 경우에는 상기 수소이송관을 수납선반의 중앙부에 배치하여 설치하는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기에 의하면, 간단한 구조로 모듈화하여 제공하는 것이 가능하므로, 필요한 곳에 용이하게 적용하는 것이 가능하다.
또, 본 발명의 실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기에 의하면, 다수의 산화전극과 환원전극이 일정한 공간에 밀집된 상태로 설치되므로, 수소 가스의 발생효율을 높게 유지하는 것이 가능하다.
그리고, 본 발명의 실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기에 의하면, 수소 가스의 발생효율을 높게 유지하는 것이 가능하므로, 소주나 막걸리 등 주류의 염기성 폐수로부터 수소 가스를 생산하기 위한 분야에도 적용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기를 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기를 나타내는 부분단면 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기에 있어서, 하우징의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기에 있어서, 산화전극과 환원전극이 설치된 상태를 나타내는 부분확대 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기에 있어서, 환원전극을 나타내는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기에 있어서, 조립편의 일예를 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기에 있어서, 조립편의 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기를 나타내는 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기를 나타내는 부분단면 측면도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기에 있어서, 수납선반에 거치된 상태를 나타내는 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기를 나타내는 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기를 나타내는 부분단면 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기에 있어서, 하우징의 다른 예를 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기에 있어서, 산화전극과 환원전극이 설치된 상태를 나타내는 부분확대 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기에 있어서, 환원전극을 나타내는 측면도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기에 있어서, 조립편의 일예를 나타내는 평면도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기에 있어서, 조립편의 다른 예를 나타내는 사시도이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기를 나타내는 분해 사시도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기를 나타내는 부분단면 측면도이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기에 있어서, 수납선반에 거치된 상태를 나타내는 측면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 공정, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미가 있는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 기재한 모듈(MODULE)이란 용어는 특정한 기능이나 동작을 처리하는 하나의 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합을 의미할 수 있다.
본 명세서 및 청구범위에 사용되는 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다. 또한, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 또한, 명세서 전반에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어디든 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다.
다음으로 본 발명에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 발명은 여러가지 다양한 형태로 구현하는 것이 가능하며, 이하에서 설명하는 실시예들에 한정되지 않는다.
이하에서는 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 본 발명과 밀접한 관계가 없는 부분은 상세한 설명을 생략하였으며, 발명의 설명 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이고, 반복적인 설명을 생략한다.
먼저, 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기는, 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 하우징(10)과, 산화전극(20)과, 환원전극(30)과, 전극지지판(60)과, 수소포집관(80)을 포함항 이루어진다.
상기 하우징(10)은 저면이 개방된 통형상으로 형성된다.
상기 하우징(10)의 내부 공간(12)에는 다수의 산화전극(20)과, 환원전극(30)과, 전극지지판(60) 등이 삽입되어 설치된다.
상기 하우징(10)은 상단 내면(14)이 중앙부로 갈수록 경사져 올라가는 경사면으로 형성된다.
예를 들면, 상기 하우징(10)은 상단(상면) 내면(14)을 삼각형을 이루도록 형성하는 것도 가능하고, 중앙이 위쪽으로 오목한 곡면이나 원호면으로 형성하는 것도 가능하다.
상기와 같이 하우징(10)의 상단 내면(14)을 중앙부로 경사지는 경사면으로 형성하고, 하우징(10)의 내부 상단부를 빈 공간으로 유지하면, 하우징(10)의 내부에서 발생하는 수소 가스가 자연스럽게 중앙부 상단의 빈 공간으로 수집된다.
상기에서 하우징(10)의 상단 외면도 내면에 대응되는 중앙부로 경사지는 경사면으로 형성하는 것도 가능하다.
상기 하우징(10)의 상단 중앙부에는 상기 수소포집관(80)이 내부와 연통되는 상태로 설치되는 포집구멍(18)을 형성한다.
그리고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 하우징(10)의 외면은 사각형으로 형성하고, 상단 내면(14)은 중앙부로 경사지는 경사면으로 형성하여 전체적으로 내면을 오각형의 형상으로 형성하는 것도 가능하다.
상기에서 하우징(10)을 이중구조로 구성하고, 외벽부재(15)는 사각형으로 형성하고, 내벽부재(16)는 오각형으로 형성하고, 내벽부재(16)를 외벽부재(15)의 내부에 삽입하여 설치하는 것으로 구성하는 것도 가능하다.
상기 하우징(10)이 내부에는 경사진 상단부의 높이까지 채워지지 않는 상태로 전해질액이 수용된다.
상기 전해질액으로는 소주나 막걸리 등 주류의 염기성 폐수, 유기물이 함유된 폐수 등이 다양하게 사용 가능하다.
그리고, 도 2 내지 도 3 및 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 산화전극(20)은 상기 하우징(10)의 내부에 상하방향으로 세워지는 상태로 다수개가 배열되어 설치된다.
상기 산화전극(20)은 와이어전극(22)과, 상기 각 와이어전극(22)의 둘레를 따라 방사상으로 배치되어 설치되는 다수의 날개전극(24)으로 구성하는 것도 가능하다.
도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 산화전극(20)은 이웃하여 위치하는 와이어전극(22)에 설치되는 날개전극(24)이 서로 일부 겹치도록 배열하여 설치하는 것도 가능하다.
상기 날개전극(24)은 판형상으로 형성하는 것도 가능하고, 브러시형상으로 형성하는 것도 가능하다.
상기에서 다수의 산화전극(20)은 와이어전극(22)이 일정한 간격을 두고 위치하도록 배열하여 설치한다.
상기 산화전극(20)은 스테인레스스틸(stainless steel, SUS) 재질을 사용하여 형성하는 것도 가능하고, 플레티늄 또는 금 등의 금속이나 이들의 합금을 사용하여 형성하는 것도 가능하다.
상기 산화전극(20)은 1열로 배열되어 설치되는 것도 가능하고, 2열 이상으로 배열되어 설치되는 것도 가능하다.
상기에서 산화전극(20)을 2열 이상으로 배열하여 설치하는 경우에는 지그재그 패턴으로 배열하여 설치하는 것도 가능하다.
그리고, 도 2 내지 도 3 및 도 5 내지 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 환원전극(30)은 상기 하우징(10)의 내부에 상하방향으로 세워져 상기 산화전극(20)과 평행한 상태로 간격을 두고 배열되어 설치된다.
상기 환원전극(30)은 망사구조의 시트형상으로 형성되며, 스테인레스스틸(stainless steel, SUS) 재질의 와이어를 이용하여 형성하는 것이 가능하다.
상기 환원전극(30)은 니켈(촉매)이 함유된 스테인레스스틸 재질의 와이어를 사용하여 형성하는 것도 가능하다.
상기 환원전극(30)은 구리 또는 아연, 니켈, 알미늄, 주석, 티타늄, 이리듐 등의 금속이나 이들의 합금을 사용하여 형성하는 것도 가능하다.
상기 환원전극(30)은 2장의 시트형상 망사전극(34) 사이에 일정한 간격을 두고 다수의 와이어전극(32)을 배치하여 이루어진다.
상기에서 환원전극(30)의 와이어전극(32)으로 사용하는 스테인레스스틸 와이어의 지름은 상기 망사전극(34)에서 사용하는 스테인레스스틸 와이어의 지름보다 굵은 것을 사용하는 것이 상기 환원전극(30)의 변형을 방지하고 구조적인 강도를 유지할 수 있으므로 바람직하다.
상기에서 산화전극(20)의 와이어전극(22) 지름을 상기 환원전극(30)의 와이어전극(32) 지름보다 굵게 형성한다.
예를 들면, 상기 산화전극(20)의 와이어전극(22) 지름을 4mm 정도로 형성하고, 상기 환원전극(30)의 와이어전극(32)의 지름을 2mm 정도로 형성하는 것도 가능하다. 이 경우에 상기 산화전극(20)의 날개전극(24) 지름은 대략 30mm 정도로 형성하고, 이웃하는 산화전극(20)의 와이어전극(22) 사이의 간격은 대략 20mm 정도로 형성하는 것도 가능하다.
그리고, 상기 환원전극(30)의 망사전극(34)과 상기 산화전극(20)의 날개전극(24)의 끝부분은 0.5~10mm의 간격을 유지하도록 근접되는 상태로 배치하여 설치한다.
또, 상기 환원전극(30)은 상기 하우징(10)의 내면으로부터 대략 5mm 정도의 간격을 두고 위치하도록 배치하여 설치하고, 상기 산화전극(20)은 날개전극(24)의 끝부분이 상기 하우징(10)의 내면과 접하는 상태로 위치하도록 배치하여 설치한다.
상기 환원전극(30)의 와이어전극(32)은 상기 산화전극(20)의 와이어전극(22)에 각각 하나씩 대응되도록 간격을 두고 설치하는 것도 가능하다.
또, 상기 환원전극(30)의 와이어전극(32)은 상기 산화전극(20)의 와이어전극(22)의 2개 이상이 설치되는 간격에 하나가 대응하여 설치되도록 간격을 설정하는 것도 가능하다.
상기 환원전극(30)의 와이어전극(32) 사이의 간격은 상기 산화전극(20)의 와이어전극(22) 사이의 간격과 서로 다르게 설정하여 설치하는 것도 가능하다.
그리고, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 전극지지판(60)은 상기 하우징(10)의 내부의 저면쪽에 조립되어 설치된다.
상기 전극지지판(60)은 상기 하우징(10)의 개방된 저면을 폐쇄하도록 설치된다.
상기 전극지지판(60)은 상기 하우징(10)의 하단부에 삽입되도록 설치하는 것도 가능하고, 상기 하우징(10)의 저면을 외부에서 막도록 설치하는 것도 가능하다.
상기 전극지지판(60)에는 상기 산화전극(20) 및 환원전극(30)의 단자부가 삽입되는 산화단자구멍(62)과 환원단자구멍(64)이 일정한 간격으로 배열되어 형성된다.
예를 들면, 상기 산화전극(20)의 와이어전극(22) 하부 단자부는 각각 상기 전극지지판(60)의 산화단자구멍(62)에 삽입되어 지지되는 것에 의하여 상기 산화전극(20)은 일정한 간격으로 위치가 고정되는 상태로 지지된다.
또, 상기 환원전극(30)의 와이어전극(32) 하부 단자부는 각각 상기 전극지지판(60)의 환원단자구멍(64)에 삽입되어 지지되는 것에 의하여 상기 환원전극(30)은 일정하게 위치가 고정되는 상태로 지지된다.
상기에서 전극지지판(60)의 산화단자구멍(62)에 삽입되는 상기 산화전극(20)의 와이어전극(22)의 하부 단자부 및 환원단자구멍(64)에 삽입되는 상기 환원전극(30)의 와이어전극(32)의 하부 단자부는 상기 전극지지판(60)의 외부 표면으로 노출(돌출)되어 외부의 전원이 연결가능하도록 길게 형성하는 것이 바람직하다.
그리고, 도 2 및 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 산화전극(20)과 환원전극(30)의 상단부에는 각각 배열된 간격을 유지하도록 지지하는 다수의 조립편(70)을 결합 설치하는 것도 가능하다.
상기 조립편(70)에는 상기 환원전극(30)의 와이어전극(32)의 끝부분 단자부가 관통 삽입되는 환원단자구멍(74)과, 상기 산화전극(20)의 와이어전극(22)의 끝부분 단자부가 관통 삽입되는 산화단자구멍(72)이 각각 형성된다.
상기 조립편(70)은 상기 환원전극(30)의 와이어전극(32) 하나와 상기 산화전극(20)의 와이어전극(22) 하나씩 쌍을 이루어 대응하여 조립되도록 구성하는 것도 가능하다.
또, 상기 조립편(70)은 하나의 조립편(70)에 상기 환원전극(30)의 와이어전극(32)과 상기 산화전극(20)의 와이어전극(22) 2개 이상이 쌍을 이루어 대응하여 조립되도록 구성하는 것도 가능하다.
그리고, 상기 조립편(70)은 하나의 조립편(70)에 상기 환원전극(30)의 와이어전극(32) 하나와 상기 산화전극(20)의 와이어전극(22) 2개 이상이 쌍을 이루어 대응하여 조립되도록 구성하는 것도 가능하다.
상기와 같이 구성하면, 상기 산화전극(20) 및 환원전극(30)의 상단부는 상기 조립편(70)에 지지되고 상기 산화전극(20) 및 환원전극(30)은 상기 전극지지판(60)에 지지되므로, 상기 산화전극(20) 및 환원전극(30)은 상기 조립편(70)과 상기 전극지지판(60) 사이에 위치가 고정되는 상태로 지지된다.
상기와 같이 전극지지판(60)과 조립편(70), 다수의 산화전극(20), 환원전극(30)이 일체로 조립된 상태로 상기 하우징(10)의 내부에 삽입 설치되어 하나의 모듈을 구성하게 된다.
그리고, 도 7에 나타낸 바와 같이, 상기 조립편(70)은 서로 마주하는 측면을 일부 겹치도록 위치시키고 작은나사 등을 이용하여 일체로 고정하는 것도 가능하다.
예를 들면, 상기 조립편(70)의 측면 모서리에 결합부(76)를 형성하고, 이웃하는 조립편(70)의 마주하는 결합부(70)를 겹친 상태에서 작은나사 등을 사용하여 일체로 조립하여 사용하는 것도 가능하다.
상기에서 양쪽 끝단에 위치하여 조립되는 조립편(70)의 경우에는 바깥쪽에 위치하는 모서리에는 작은나사 등을 체결하기 위한 결합부(70)를 형성하지 않는 것이 조립시에 하우징(10)과 간섭이 발생하지 않으므로 바람직하다.
상기 결합부(70)는 단턱을 갖는 형상으로 형성하여 이웃하는 결합부(70)를 서로 단턱에 걸쳐지도록 구성하는 것도 가능하다.
도 8에 나타낸 바와 같이, 상기 조립편(70)은 이웃하는 조립편(70)끼리 일체로 결합되도록 서로 마주하는 모서리쪽에 돌기부(77)와 홈부(78)를 형성하는 것도 가능하다.
상기에서 양쪽 끝단에 위치하여 조립되는 조립편(70)의 경우에는 바깥쪽에 위치하는 모서리에는 돌기부(77)와 홈부(78)를 형성하지 않는 것이 조립시에 하우징(10)과 간섭이 발생하지 않으므로 바람직하다.
상기와 같이 이웃하는 조립편(70)이 서로 일체로 연결되는 상태에서 상기 산화전극(20)과 환원전극(30)의 상부와 하부에 조립하면, 다수의 산화전극(20)과 환원전극(30) 및 상하부의 조립편(70)이 하나의 모듈을 구성하게 된다.
그리고, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 전극지지판(60)은 상기 하우징(10)의 내부 상단부에도 설치하는 것도 가능하다.
상기와 같이 전극지지판(60)의 하우징(10)의 내부 상단부에도 설치하면, 상기 산화전극(20) 및 환원전극(30)의 상부 단자부가 각각 산화단자구멍(52)과 환원단자구멍(54)에 삽입되어 지지된다.
상기와 같이 구성하면, 상기 산화전극(20) 및 환원전극(30)은 하우징(10)의 내부 상부와 저면쪽에 설치되는 한쌍의 상기 전극지지판(60) 사이에 위치가 안정적으로 고정되는 상태로 지지된다.
또, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 상기 조립편(70)을 상기 하우징(10)의 내부 상부에 설치되는 전극지지판(60)의 저면 및 상기 하우징(10)의 내부 저면쪽에 설치되는 전극지지판(60)의 상면에 각각 접하는 상태로 상기 산화전극(20) 및 환원전극(30)의 상부와 하부에 모두 설치하는 것도 가능하다.
상기와 같이 한쌍의 전극지지판(60) 사이에 조립편(70), 다수의 산화전극(20), 환원전극(30)이 일체로 조립된 상태로 상기 하우징(10)의 내부에 삽입 설치되어 하나의 모듈을 구성하게 된다.
그리고, 도 1 내지 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 수소포집관(80)은 상기 하우징(10)의 상단 중앙부에 형성되는 포집구멍(18)에 결합 설치된다.
상기 수소포집관(80)은 상기 하우징(10)의 내부에서 발생되는 수소 가스를 외부로 배출하는 유로(83)를 구성한다.
상기 수소포집관(80)은 원통형상의 관본체(82)와, 상기 관본체(82)의 하단부에 설치되고 하우징(10)에 결합 설치하기 위한 기단부(84)를 포함하여 이루어진다.
상기 관본체(82)의 상면은 폐쇄되는 상태로 형성되고, 상면의 일부에 내부의 수소 가스를 배출하기 위한 토출구멍(88)을 형성한다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 하우징(10)에 수소포집관(80)이 일체로 설치되고, 상기 하우징(10)의 내부에 상기 전극지지판(60)과 조립편(70) 사이에 다수의 산화전극(20), 환원전극(30)이 일체로 조립된 상태의 모듈을 삽입 설치하는 것으로 하나의 세트를 구성하게 된다.
따라서, 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기는 세트화된 상태로 제공하는 것이 가능하므로, 누구나 간편하게 설치하여 사용하는 것이 가능하다.
그리고, 도 11에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기는 상기 다수의 하우징(10)이 수소포집관(80)이 위쪽으로 향한 상태에서 같은 방향에 위치하는 상태로 다단으로 경사지게 거치되도록 형성되는 수납선반(100)을 더 포함하는 것도 가능하다.
상기 수납선반(100)은 다단으로 구성하는 것도 가능하고, 동일한 단에도 다수의 하우징을 일정 간격으로 거치할 수 있도록 구성하는 것도 가능하다.
상기 수납선반(100)에는 상기 하우징(10)의 측면이 접하여 지지되는 복수의 지지브라켓(110)을 각 단에 설치한다.
상기 수납선반(100)에는 다단으로 거치되는 하우징(10)에 설치된 다수의 수소포집관(80)이 연결되어 수소포집관(80)으로부터 배출되는 수소 가스를 수집하여 저장소로 이송하기 위한 수소이송관(130)이 한쪽에 수직으로 세워지는 구조로 설치된다.
상기 수납선반(100)은 다수의 하우징(10)이 수소포집관(80)이 양쪽에서 중앙으로 마주보도록 2열로 배치되어 거치되도록 형성하는 것도 가능하다.
상기에서 수납선반(100)을 수소포집관(80)이 중앙으로 마주보도록 2열로 배치되어 거치되도록 형성되는 경우에는 상기 수소이송관(130)을 수납선반의 중앙부에 배치하여 설치하는 것도 가능하다.
상기에서는 본 발명에 따른 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 청구범위와 발명의 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다.
10 - 하우징, 12 - 내부 공간, 14 - 상단 내면, 15 - 외벽부재
16 - 내벽부재, 18 - 포집구멍, 20 - 산화전극, 22 - 와이어전극
24 - 날개전극, 30 - 환원전극, 32 - 와이어전극, 34 - 망사전극
60 - 전극지지판, 62 - 산화단자구멍, 64 - 환원단자구멍
70 - 조립편, 72 - 산화단자구멍, 74 - 환원단자구멍, 76 - 결합부
77 - 돌기부, 78 - 홈부, 80 - 수소포집관, 82 - 관본체, 83 - 유로
84 - 기단부, 88 - 토출구멍, 100 - 수납선반, 110 - 지지브라켓
130 - 수소이송관
16 - 내벽부재, 18 - 포집구멍, 20 - 산화전극, 22 - 와이어전극
24 - 날개전극, 30 - 환원전극, 32 - 와이어전극, 34 - 망사전극
60 - 전극지지판, 62 - 산화단자구멍, 64 - 환원단자구멍
70 - 조립편, 72 - 산화단자구멍, 74 - 환원단자구멍, 76 - 결합부
77 - 돌기부, 78 - 홈부, 80 - 수소포집관, 82 - 관본체, 83 - 유로
84 - 기단부, 88 - 토출구멍, 100 - 수납선반, 110 - 지지브라켓
130 - 수소이송관
Claims (10)
- 저면이 개방된 통형상으로 형성되고 상단 내면은 중앙부로 갈수록 경사져 올라가는 경사면으로 형성되는 하우징과,
상기 하우징의 내부에 상하방향으로 세워지는 상태로 배열되어 설치되는 다수의 산화전극과,
상기 하우징의 내부에 상하방향으로 세워져 상기 산화전극과 평행한 상태로 간격을 두고 배열되어 설치되는 환원전극과,
상기 하우징의 내부에 설치되고 상기 산화전극 및 환원전극의 단자부가 삽입되는 산화단자구멍과 환원단자구멍이 일정한 간격으로 배열되어 형성되는 전극지지판과,
상기 하우징의 상단 중앙부에 결합되고 발생되는 수소 가스를 외부로 배출하는 수소포집관을 포함하는 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기. - 청구항 1에 있어서,
상기 환원전극은 망사구조의 시트형상으로 형성되고,
상기 산화전극은 와이어전극과, 상기 와이어전극의 둘레를 따라 방사상으로 배치되어 설치되는 다수의 날개전극으로 구성하는 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기. - 청구항 2에 있어서,
상기 환원전극은 2장의 시트형상 망사전극 사이에 일정한 간격을 두고 다수의 와이어전극을 배치하여 이루어지는 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기. - 청구항 3에 있어서,
상기 환원전극은 스테인레스스틸(SUS) 재질의 와이어를 이용하여 형성하는 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기. - 청구항 3에 있어서,
상기 환원전극은 망사전극에서 사용하는 와이어의 지름보다 지름이 굵은 와이어전극을 사용하는 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기. - 청구항 3에 있어서,
상기 산화전극은 이웃하여 위치하는 산화전극의 와이어전극에 설치되는 날개전극이 서로 일부 겹치도록 배열하여 설치하는 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기. - 청구항 3에 있어서,
상기 산화전극과 환원전극의 상단부 또는 하단부에는 각각 배열된 간격을 유지하도록 지지하는 다수의 조립편을 결합 설치하고,
상기 조립편에는 상기 환원전극의 와이어전극의 단자부가 관통 삽입되는 환원단자구멍과, 상기 산화전극의 와이어전극의 단자부가 관통 삽입되는 산화단자구멍이 각각 형성되는 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기. - 청구항 3에 있어서,
상기 전극지지판은 상기 하우징 내부의 저면쪽에 조립되어 상기 산화전극 및 환원전극의 하부 단자부가 상기 산화단자구멍과 환원단자구멍에 각각 삽입되도록 설치하는 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기. - 청구항 3에 있어서,
상기 전극지지판은 상기 산화전극 및 환원전극의 상부 단자부와 하부 단자부가 상기 산화단자구멍과 환원단자구멍에 각각 삽입되도록 상기 하우징의 내부 상단부와 저면쪽에 각각 설치하는 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기. - 청구항 1에 있어서,
상기 다수의 하우징이 수소포집관이 위쪽으로 향한 상태에서 같은 방향에 위치하는 상태로 다단으로 경사지게 거치되도록 형성되는 수납선반을 더 포함하고,
상기 수납선반에는 다단으로 거치되는 하우징에 설치된 다수의 수소포집관이 연결되어 수소포집관으로부터 배출되는 수소 가스를 수집하여 저장소로 이송하기 위한 수소이송관이 한쪽에 수직으로 세워지는 구조로 설치되는 폐수로부터 수소를 발생시키는 생물전기화학반응기.
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| JP2002029702A (ja) * | 2000-07-05 | 2002-01-29 | Seijiro Suda | 水素製造方法及び水素製造装置 |
| KR100725157B1 (ko) * | 2005-12-29 | 2007-06-04 | 위니아만도 주식회사 | 전해조용 전극케이스 및 이를 이용한 전해조 |
| JP2009074166A (ja) * | 2007-09-21 | 2009-04-09 | Samsung Electro Mech Co Ltd | 水素発生装置の製造方法及びこれを用いた水素発生装置 |
| JP2009269811A (ja) * | 2008-04-30 | 2009-11-19 | Hyundai Motor Co Ltd | 水素発生装置 |
-
2021
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Patent Citations (4)
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