KR200479472Y1 - Water electrolysis cell - Google Patents
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Abstract
본 고안은 물 전기분해기에 관한 것으로, 본 고안에 따른 물 전기분해기는 내부에 수용공간(103)이 구비되고, 상측이 개방된 베이스 부재(100), 수용공간(103)을 제1 수용공간(105)과 제2 수용공간(107)으로 분할하도록 상하방향으로 연장되되, 상단이 수용공간(103)의 최상단까지 연장되고 하단이 수용공간(103)의 바닥면으로부터 이격된 분리벽(110), 분리벽(110)의 하단으로부터 제1 수용공간(105) 방향으로 연장되는 제1 연장부(123)와 제1 연장부(123)의 말단으로부터 90도보다 크고 180도보다 작은 각도(θ1)로 상측으로 절곡되어 연장되는 제1 절곡부(125)를 포함하는 제1 유도벽(120), 분리벽(110)의 하단으로부터 제2 수용공간(107) 방향으로 연장되는 제2 연장부(133)와 제2 연장부(133)의 말단으로부터 90도보다 크고 180도보다 작은 각도(θ2)로 상측으로 절곡되어 연장되는 제2 절곡부(135)를 포함하는 제2 유도벽(130), 개방된 베이스 부재(100)의 상측을 폐쇄하는 커버(140), 제1 수용공간(105)에 삽입되는 산화전극(150), 제2 수용공간(107)에 삽입되는 환원전극(160), 제1 절곡부(125)의 상측에 배치되도록 커버(140)를 관통하는 제1 배출구(180), 및 제2 절곡부(135)의 상측에 배치되도록 커버(140)를 관통하는 제2 배출구(185)를 포함한다.The present invention relates to a water electrolysis apparatus, and a water electrolysis apparatus according to the present invention includes a base member (100) having a housing space (103) therein and an open top side, a housing space (103) 105 and a second accommodating space 107. The upper end of the separating wall 110 extends to the upper end of the accommodating space 103 and the lower end of the separating wall 110 is spaced apart from the bottom surface of the accommodating space 103, A first extending portion 123 extending from the lower end of the separating wall 110 toward the first accommodating space 105 and an angle? 1 smaller than 90 degrees and smaller than 180 degrees from the distal end of the first extending portion 123, And a second extension part 133 extending from the lower end of the separation wall 110 in the direction of the second accommodation space 107. The second extension part 133 extends in the direction of the second accommodation space 107, ) And the second extending portion 133 and bent upward at an angle (? 2 ) that is larger than 90 degrees and smaller than 180 degrees A cover 140 closing the upper side of the opened base member 100, an oxidizing electrode 150 inserted into the first accommodating space 105, a second induction wall 130 including the second bent portion 135, A first discharge port 180 passing through the cover 140 so as to be disposed on the upper side of the first bending section 125 and a second discharge port 180 passing through the second bending section 135 And a second outlet 185 passing through the cover 140 so as to be disposed on the upper side of the cover 140.
Description
본 고안은 물 전기분해기에 관한 것이다.
The present invention relates to a water electrolysis device.
현재 화석연료는 에너지원 중 가장 큰 비중을 차지하고 있다. 화석연료를 연소시킬 때 발생하는 이산화탄소로 인한 지구 온난화는 심각한 문제이다. 우리나라는 2010년 기준 에너지 수입 의존도가 96.5%에 달하며, 이산화탄소 배출량도 꾸준히 증가하여 2012년 기준 세계 7위에 도달할 만큼 화석연료를 많이 사용하고 있다. 따라서, 화석연료를 대체할 방안 마련이 시급한 상황이다.
Currently, fossil fuels are the largest source of energy. Global warming due to carbon dioxide emissions from burning fossil fuels is a serious problem. Korea's dependency on energy imports is 96.5% as of 2010, and its CO2 emissions are steadily increasing. Therefore, it is in urgent need to plan ways to replace fossil fuels.
화석연료를 대체할 수 있는 지속가능한 청정 에너지원으로 주목받는 대표적인 물질로는 수소가 있다. 이와 같이, 수소 에너지가 주목받는 이유는 부산물이 물이기 때문이다. 수소 에너지는 2차 에너지이기에 수소 생산 과정이 매우 중요하다. 구체적으로, 수소를 생산할 수 있는 방법은 물 전기분해, 화석연료개질, 바이오매스를 이용한 생물학적 분해, 열분해 등 다양하다. 이중, 물 전기분해는 화석연료가 아닌 청정 에너지원을 통해서 수소를 생산하는 방법 중 유일하게 실용화된 기술(이재영, 이영미, 엄성현. "수소 생산을 위한 물 전기분해 이해 및 기술 동향." J. Korean Ind. Eng. Chem. 2008, 19(4), 357-365.)이며, 물에서 수소를 생산한 후 사용한 수소를 다시 물로 만들기 때문에 지속가능한 청정에너지를 위한 이상적인 수소 생산법이다. 더욱이, 그 효율 또한 이론적으로 80 내지 90% 정도로 우수하며 생산하는 수소의 순도 역시 99.9%를 초과할 정도로 우수하다.
Hydrogen is a representative material that attracts attention as a sustainable clean energy source that can replace fossil fuels. Thus, hydrogen energy is attracting attention because the by-product is water. Since hydrogen energy is secondary energy, the hydrogen production process is very important. Specifically, the methods that can produce hydrogen are various such as water electrolysis, fossil fuel reforming, biodegradation using biomass, and pyrolysis. Among them, water electrolysis is the only practical technique to produce hydrogen through a clean energy source rather than a fossil fuel (Jae Young Lee, Young Mi Lee, and Sung Hyun Lee, "Understanding Water Electrolysis for Hydrogen Production and Technology Trends" Ind. Eng. Chem. 2008, 19 (4), 357-365). It is the ideal hydrogen production method for sustainable clean energy because it produces hydrogen from water and reuses used hydrogen. Moreover, the efficiency is also excellent, theoretically about 80 to 90%, and the purity of produced hydrogen is also excellent to exceed 99.9%.
물은 이론적으로는 1.23V 이상의 전압을 가할 경우 전기분해되나 실제로는 그보다 높은 약 1.48V의 과전압을 가해야 분해되기 시작한다. 물을 전기분해시켜 수소를 생산하는 방법으로는 알칼리 수전해, 고분자전해법(PEM), 그리고 고온 수증기를 이용한 물 전기분해(HTE)가 있으나, 현재 유일하게 실용화된 방법은 알칼리 수전해이다. 알칼리 수전해란 알칼리성인 KOH를 사용해 약 25%의 수용액을 만든 후, 산화전극과 환원전극을 분리함으로써 각 전극에서 생성된 기체를 포집하는 것이다. 알칼리 수전해를 이용할 때, 산화전극과 환원전극에서는 각각 다음과 같은 반응이 발생한다.Water is theoretically electrolyzed when a voltage above 1.23 V is applied, but actually begins to decompose by applying an overvoltage of about 1.48 V, which is higher. There are alkaline water electrolysis, polymer electrolysis (PEM), and water electrolysis (HTE) using high temperature water vapor to produce hydrogen by electrolysis of water, but the only practical method currently used is alkaline electrolysis. The alkaline water electrolysis is to make an aqueous solution of about 25% by using KOH which is alkaline, and then collecting the gas generated at each electrode by separating the oxidation electrode and the reduction electrode. When the alkaline water electrolysis is used, the following reactions occur in the oxidizing electrode and the reducing electrode, respectively.
산화전극(Anode) : 2OH- → H2O + 2e- + O2 (1)Anode: 2OH - > H 2 O + 2e - + O 2 (1)
환원전극(Cathode) : 2H2O + 2e- → 2OH- + H2 (2)Cathode: 2H 2 O + 2e - ? 2OH - + H 2 (2)
위 식을 살펴보면 환원전극에서 수소 기체가 발생함을 알 수 있다. 전체 반응식은 다음과 같다.It can be seen from the above equation that hydrogen gas is generated in the reducing electrode. The overall reaction formula is as follows.
H2O → H2 + O2 (3)
H 2 O → H 2 + O 2 (3)
상술한 알칼리 수전해를 이용하는 물 전기분해 장치는 다양한 형태로 개발되고 있다. 하지만, 하기 선행기술문헌의 특허문헌에 개시된 바와 같이, 종래기술에 따른 물 전기분해 장치는 산화전극과 환원전극에서 생성된 기체의 혼합을 방지할 수 있는 수단을 구비하지 않은 문제점이 존재한다.The above-described water electrolysis apparatus using alkaline water electrolysis has been developed in various forms. However, as disclosed in the following prior art documents, there is a problem that the water electrolysis apparatus according to the prior art does not have means for preventing the mixing of the oxidizing electrode and the gas generated in the reducing electrode.
또한, 종래기술에 따른 물 전기분해 장치는 물 전기분해 시 발생하는 수소가 전극에 달라붙어 떨어져 나오지 않는 분극현상이 발생하는 문제점도 존재한다. 이러한 분극현상이 발생할 경우 수소 이온이 전극으로부터 전자를 받기 힘들어 질뿐만 아니라, 수소 기체가 수소 이온이 되는 역반응이 일어나기까지 한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서, 물 전기분해 장치를 물리적으로 흔들어주는 스터링(stirring) 기법이나 MnO2 , HNO3 등 소극제라고 불리는 산화제를 수용액에 투입하여 수소 기체를 물로 산화시키는 방법이 있다. 하지만, 전자는 추가적인 에너지가 지속적으로 소모되며, 후자는 수소 기체를 다시 물로 바꾸어 수소 발생 효율을 떨어트리고, 소극제가 환경에 피해를 주는는 문제점이 존재한다.
In addition, the conventional water electrolysis apparatus has a problem that hydrogen generated during water electrolysis sticks to the electrode and does not come apart. When such a polarization phenomenon occurs, not only the hydrogen ion becomes difficult to receive electrons from the electrode, but also the reverse reaction that hydrogen gas becomes hydrogen ion occurs. To solve this problem, there is a stirring method in which the water electrolytic apparatus is physically shaken or a method in which an oxidant, such as MnO 2 or HNO 3 , is injected into an aqueous solution to oxidize hydrogen gas to water. However, there is a problem that the former consumes additional energy continuously, and the latter changes the hydrogen gas back into water, thereby lowering the hydrogen generation efficiency, and causing the negative electrode to damage the environment.
본 고안은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안의 일 측면은 분리벽과 제1,2 유도벽을 구비함으로써, 산화전극과 환원전극에서 생성된 기체가 혼합되는 것을 방지할 수 있는 물 전기분해기를 제공하는 것이다.
According to an aspect of the present invention, there is provided a plasma processing apparatus including a separation wall and first and second guide walls to prevent mixing of a gas generated from an oxidation electrode and a reduction electrode, Water electrolysis device.
본 고안의 실시예에 따른 물 전기분해기는 내부에 수용공간이 구비되고, 상측이 개방된 베이스 부재, 상기 수용공간을 제1 수용공간과 제2 수용공간으로 분할하도록 상하방향으로 연장되되, 상단이 상기 수용공간의 최상단까지 연장되고 하단이 상기 수용공간의 바닥면으로부터 이격된 분리벽, 상기 분리벽의 하단으로부터 상기 제1 수용공간 방향으로 연장되는 제1 연장부와 상기 제1 연장부의 말단으로부터 90도보다 크고 180도보다 작은 각도로 상측으로 절곡되어 연장되는 제1 절곡부를 포함하는 제1 유도벽, 상기 분리벽의 하단으로부터 상기 제2 수용공간 방향으로 연장되는 제2 연장부와 상기 제2 연장부의 말단으로부터 90도보다 크고 180도보다 작은 각도로 상측으로 절곡되어 연장되는 제2 절곡부를 포함하는 제2 유도벽, 개방된 상기 베이스 부재의 상측을 폐쇄하는 커버, 상기 제1 수용공간에 삽입되는 산화전극, 상기 제2 수용공간에 삽입되는 환원전극, 상기 제1 절곡부의 상측에 배치되도록 상기 커버를 관통하는 제1 배출구, 및 상기 제2 절곡부의 상측에 배치되도록 상기 커버를 관통하는 제2 배출구를 포함한다.The water electrolytic apparatus according to an embodiment of the present invention includes a base member having a housing space therein and an open upper side, and a housing member extending upward and downward to divide the housing space into a first housing space and a second housing space, A first extending portion extending from the lower end of the separating wall toward the first accommodating space and a second extending portion extending from the distal end of the first extending portion to the upper end of the accommodating space, A first guide wall including a first bent portion which is larger than the first guide portion and which is bent upwardly at an angle smaller than 180 degrees, a second extension portion extending from the lower end of the separation wall toward the second accommodation space, A second guide wall including a second bend extending upwardly at an angle greater than 90 degrees and less than 180 degrees from the distal end of the base, A cover member for closing the upper side, an oxidation electrode inserted in the first accommodation space, a reduction electrode inserted in the second accommodation space, a first outlet through the cover to be disposed on the upper side of the first bent portion, And a second discharge port passing through the cover so as to be disposed on the upper side of the bent portion.
본 고안의 실시예에 따른 물 전기분해기에 있어서, 상기 제2 수용공간의 외측에 배치되도록, 상기 베이스 부재의 외벽에 부착된 자석을 더 포함한다.The water electrolytic apparatus according to an embodiment of the present invention further includes a magnet attached to an outer wall of the base member so as to be disposed outside the second accommodation space.
본 고안의 실시예에 따른 물 전기분해기에 있어서, 상기 자석은 두개가 구비되고, 두개의 상기 자석은 마주보는 상기 베이스 부재의 두 외벽에 각각 부착된다.In the water electrolyzer according to the embodiment of the present invention, two magnets are provided, and two magnets are attached to two outer walls of the facing base member, respectively.
본 고안의 실시예에 따른 물 전기분해기에 있어서, 상기 자석은 네오디뮴 자석이다.In the water electrolyzer according to the embodiment of the present invention, the magnet is a neodymium magnet.
본 고안의 실시예에 따른 물 전기분해기에 있어서, 상기 베이스 부재의 상단과 상기 분리벽의 상단에는 밀봉부재가 형성된다.In the water electrolysis apparatus according to the embodiment of the present invention, a sealing member is formed at an upper end of the base member and an upper end of the separating wall.
본 고안의 실시예에 따른 물 전기분해기에 있어서, 상기 커버에는 하측으로 돌출되어, 상기 베이스 부재의 상단과 상기 분리벽의 상단에 접촉하는 체결부가 형성된다.In the water electrolytic apparatus according to the embodiment of the present invention, the cover is protruded downward, and a fastening portion contacting the upper end of the base member and the upper end of the separating wall is formed.
본 고안의 실시예에 따른 물 전기분해기에 있어서, 상기 베이스 부재, 상기 분리벽, 상기 제1 유도벽, 상기 제2 유도벽, 및 상기 커버는 아크릴(acrylic)로 형성된다.
In the water electrolyzer according to the embodiment of the present invention, the base member, the separation wall, the first guide wall, the second guide wall, and the cover are formed of acrylic.
본 고안의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.The features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 고안자가 그 자신의 고안을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 고안의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
Prior to that, terms and words used in the present specification and claims should not be construed in a conventional and dictionary sense, and the inventor may appropriately define the concept of a term in order to best explain his or her design in the best possible way It should be construed as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
본 고안에 따르면, 분리벽과 제1,2 유도벽을 구비함으로써, 산화전극과 환원전극에서 생성된 기체가 혼합되는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
According to the present invention, since the separation wall and the first and second guide walls are provided, it is possible to prevent mixing of the oxidizing electrode and the gas generated in the reducing electrode.
또한, 본 고안에 따르면, 환원전극의 주변에 자석을 배치하여, MHD 효과를 유도함으로써, 분극현상을 완화시킬 수 있는 효과가 있다.
Further, according to the present invention, there is an effect that the magnetization is arranged around the reducing electrode to induce the MHD effect, thereby alleviating the polarization phenomenon.
도 1은 본 고안의 실시예에 따른 물 전기분해기의 사시도,
도 2a 내지 도 2b는 본 고안에 실시예에 따른 물 전기분해기의 분해사시도,
도 3은 도 1에 도시된 물 전기분해기의 정면도, 및
도 4는 본 고안의 다른 실시예에 따른 물 전기분해기의 사시도이다.1 is a perspective view of a water electrolyzer according to an embodiment of the present invention,
FIGS. 2A and 2B are exploded perspective views of a water electrolyzer according to an embodiment of the present invention,
Figure 3 is a front view of the water electrolyser shown in Figure 1, and
4 is a perspective view of a water electrolyzer according to another embodiment of the present invention.
본 고안의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 고안을 설명함에 있어서, 본 고안의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.The objectives, specific advantages, and novel features of the present invention will become more apparent from the following detailed description and the preferred embodiments, which are to be taken in conjunction with the accompanying drawings. It should be noted that, in the present specification, the reference numerals are added to the constituent elements of the drawings, and the same constituent elements are assigned the same number as much as possible even if they are displayed on different drawings. Also, the terms "first "," second ", and the like are used to distinguish one element from another element, and the element is not limited thereto. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, detailed description of related arts which may unnecessarily obscure the gist of the present invention will be omitted.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 고안의 바람직한 실시형태를 상세히 설명하기로 한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 고안의 실시예에 따른 물 전기분해기의 사시도이고, 도 2a 내지 도 2b는 본 고안에 실시예에 따른 물 전기분해기의 분해사시도이며, 도 3은 도 1에 도시된 물 전기분해기의 정면도이다.
FIG. 1 is a perspective view of a water electrolyzer according to an embodiment of the present invention, FIGS. 2a and 2b are exploded perspective views of a water electrolyzer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a cross- Front view.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 물 전기분해기는 내부에 수용공간(103)이 구비되고, 상측이 개방된 베이스 부재(100), 수용공간(103)을 제1 수용공간(105)과 제2 수용공간(107)으로 분할하도록 상하방향으로 연장되되, 상단이 수용공간(103)의 최상단까지 연장되고 하단이 수용공간(103)의 바닥면으로부터 이격된 분리벽(110), 분리벽(110)의 하단으로부터 제1 수용공간(105) 방향으로 연장되는 제1 연장부(123)와 제1 연장부(123)의 말단으로부터 90도보다 크고 180도보다 작은 각도(θ1)로 상측으로 절곡되어 연장되는 제1 절곡부(125)를 포함하는 제1 유도벽(120), 분리벽(110)의 하단으로부터 제2 수용공간(107) 방향으로 연장되는 제2 연장부(133)와 제2 연장부(133)의 말단으로부터 90도보다 크고 180도보다 작은 각도(θ2)로 상측으로 절곡되어 연장되는 제2 절곡부(135)를 포함하는 제2 유도벽(130), 개방된 베이스 부재(100)의 상측을 폐쇄하는 커버(140), 제1 수용공간(105)에 삽입되는 산화전극(150), 제2 수용공간(107)에 삽입되는 환원전극(160), 제1 절곡부(125)의 상측에 배치되도록 커버(140)를 관통하는 제1 배출구(180), 및 제2 절곡부(135)의 상측에 배치되도록 커버(140)를 관통하는 제2 배출구(185)를 포함한다.
1 to 3, the water electrolytic apparatus according to the present embodiment includes a
상기 베이스 부재(100)는 전기분해가 일어날 공간을 제공하는 역할을 수행한다. 여기서, 베이스 부재(100)는 전체적으로 직육면체 형상으로 형성되고, 내부에 수용공간(103)이 구비되고, 상측이 개방된다. 이때, 베이스 부재(100)에는 전기분해할 수용액이 수용될 수 있다. 수용액의 종류는 전기분해가 가능하다면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 용매로 증류수가 이용될 수 있고, 용질로 KOH가 이용될 수 있다.
The
상기 분리벽(110)은 산화전극(150)과 환원전극(160)에서 생성된 기체가 혼합되는 것을 방지할 역할을 수행한다. 여기서, 분리벽(110)은 베이스 부재(100)의 수용공간(103)을 제1 수용공간(105)과 제2 수용공간(107)으로 분할하도록 상하방향으로 연장된다. 이때, 분리벽(110)의 상단은 수용공간(103)의 최상단까지 연장되고, 분리벽(110)의 하단은 수용공간(103)의 바닥면으로부터 이격된다. 즉, 분리벽(110)은 수용공간(103)의 상부를 제1 수용공간(105)과 제2 수용공간(107)으로 분할하되, 분리벽(110)의 하측은 제1 수용공간(105)과 제2 수용공간(107)이 소통할 수 있도록 개방되는 것이다. 따라서, 제1 수용공간(105)에 배치된 산화전극(150)에서 발생하는 산소와 제2 수용공간(107)에서 배치된 환원전극(160)에서 발생하는 수소는 분리벽(110)에 의해서 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 분리벽(110)의 하측에는 개방된 제1 유체소통부(115)가 형성되어, 수용액은 산화전극(150)과 환원전극(160)을 오갈 수 있다(도 3의 실선 화살표 참조).
The separating
상기 제1,2 유도벽(120, 130)은 산화전극(150)과 환원전극(160)에서 생성된 기체가 혼합되는 것을 방지할 뿐만 아니라, 제1,2 배출구(180, 185)로 유도하는 역할을 수행한다. 여기서, 제1,2 유도벽(120, 130)은 분리벽(110)과 함께 전체적으로 T자형을 이루도록 형성된다. 구체적으로, 제1 유도벽(120)은 분리벽(110)의 하단으로부터 제1 수용공간(105) 방향으로 연장되는 제1 연장부(123)와 제1 연장부(123)의 말단으로부터 90도보다 크고 180도보다 작은 각도(θ1)로 상측으로 절곡되어 연장되는 제1 절곡부(125)를 포함한다. 이와 유사하게, 제2 유도벽(130)은 분리벽(110)의 하단으로부터 제2 수용공간(107) 방향으로 연장되는 제2 연장부(133)와 제2 연장부(133)의 말단으로부터 90도보다 크고 180도보다 작은 각도(θ2)로 상측으로 절곡되어 연장되는 제2 절곡부(135)를 포함한다. 이때, 제1 연장부(123)와 제2 연장부(133)는 분리벽(110)의 하단과 예를 들어 90도를 이루도록 연장될 수 있지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1 절곡부(125)의 말단은 수용공간(103)의 일측면으로부터 이격되어 제2 유체소통부(117)가 형성되고, 제2 절곡부(135)의 말단은 수용공간(103)의 타측면으로부터 이격되어 제3 유체소통부(119)가 형성된다.The first and
상술한 제1 유도벽(120)으로 인하여, 제1 수용공간(105)에 배치된 산화전극(150)에서 생성된 산소는 하측으로 이동되지 않는다. 따라서, 산소는 제2 유체소통부(117)를 통해서 제2 수용공간(107)으로 이동되지 않아 환원전극(160)에서 생성된 수소와 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제1 유도벽(120)의 제1 절곡부(125)는 말단으로 갈수록 높아지도록 경사지게 연장되므로, 산화전극(150)에서 생성된 산소는 제1 절곡부(125)를 따라 자연스럽게 상측으로 유도된 후 제1 배출구(180)로 배출될 수 있다(도 3의 점선 화살표 참조).Owing to the above-described
상술한 제2 유도벽(130)으로 인하여, 제2 수용공간(107)에 배치된 환원전극(160)에서 생성된 수소는 하측으로 이동되지 않는다. 따라서, 수소는 제2 유체소통부(117)를 통해서 제1 수용공간(105)으로 이동되지 않아 산화전극(150)에서 생성된 산소와 혼합되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 제2 유도벽(130)의 제2 절곡부(135)는 말단으로 갈수록 높아지도록 경사지게 연장되므로, 환원전극(160)에서 생성된 수소는 제2 절곡부(135)를 따라 자연스럽게 상측으로 유도된 후 제2 배출구(185)로 배출될 수 있다(도 3의 점선 화살표 참조).
Due to the
상기 커버(140)는 개방된 베이스 부재(100)의 상측을 폐쇄하는 역할을 수행하는 것으로, 전체적으로 평판형으로 형성될 수 있다. 여기서, 커버(140)에는 제1 배출구(180)와 제2 배출구(185)가 삽입될 제1 홀(147)이 형성될 수 있고, 산화전극(150)과 환원전극(160)을 지지고정할 집게 전선(170)이 삽입될 제2 홀(149)도 형성될 수 있다. 이때, 커버(140)의 제1 홀(147)과 제2 홀(149)은 글루건(glue gun) 또는 실리콘(silicone) 등을 이용하여 밀봉할 수 있다. 또한, 커버(140)가 접촉하는 베이스 부재(100)의 상단과 분리벽(110)의 상단에는 고무 등으로 형성된 밀봉부재(109)가 형성될 수 있다. 추가적으로, 도 2b에 도시된 바와 같이, 커버(140)와 베이스 부재(100)의 안정적인 결합을 위해서, 커버(140)에는 하측으로 돌출되어, 베이스 부재(100)의 상단과 분리벽(110)의 상단에 접촉하는 체결부(145)가 형성될 수 있다. 이때, 체결부(145)는 베이스 부재(100)의 내측면과 분리벽(110)의 양면에 접촉할 수 있다.
The
한편, 상술한 베이스 부재(100), 분리벽(110), 제1 유도벽(120), 제2 유도벽(130), 및 커버(140)는 아크릴(acrylic)로 형성될 수 있다. 이러한 아크릴은 부도체이며, 반응성이 낮고, 액체가 새지 않아 물 전기분해에 적합한 장점이 있다.
Meanwhile, the
상기 산화전극(150)과 환원전극(160)은 물 전기분해를 통해서 산소와 수소를 발생시키는 역할을 수행한다. 여기서, 산화전극(150)과 환원전극(160)은 수용액에 잠겨 전원으로부터 전기 에너지를 전달받아, 산화전극(150)에는 음극이 인가되고 환원전극(160)에는 양극이 인가될 수 있다. 이때, 산화전극(150)에는 산화반응이 일어나면서 산소가 발생하고, 환원전극(160)에는 환원반응이 일어나면서 수소가 발생한다. 한편, 산화전극(150)과 환원전극(160)의 구성은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 봉 형상으로 형성되어 집게 전선(170)에 지지고정될 수 있다. 이와 같이, 산화전극(150)과 환원전극(160)이 봉 형상으로 형성되므로 기체의 이동방향을 확인하기 용이한 장점이 있다. 또한, 산화전극(150)과 환원전극(160)은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 각각 흑연과 흑연, 니켈과 스테인리스강, 니켈과 흑연 등으로 형성될 수 있다.
The oxidizing
상기 제1,2 배출구(180, 185)는 산화전극(150)과 환원전극(160)에서 발생하는 기체를 배출시키는 역할을 수행한다. 여기서, 제1 배출구(180)는 제1 절곡부(125)의 상측에 배치되도록 커버(140)를 관통한다. 따라서, 산화전극(150)에서 생성된 산소는 제1 절곡부(125)를 따라 자연스럽게 상측으로 유도된 후 제1 배출구(180)로 배출될 수 있다. 또한, 제2 배출구(185)는 제2 절곡부(135)의 상측에 배치되도록 커버(140)를 관통한다. 따라서, 환원전극(160)에서 발생한 수소는 제2 절곡부(135)를 따라 자연스럽게 상측으로 유도된 후 제2 배출구(185)로 배출될 수 있다.
The first and
도 4는 본 고안의 다른 실시예에 따른 물 전기분해기의 사시도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 수소 발생량을 증가시키기 위해서 자석(190)이 추가적으로 구비될 수 있다. 여기서, 자석(190)은 제2 수용공간(107)의 외측(환원전극(160)의 외측)에 배치되도록 베이스 부재(100)의 외벽에 부착될 수 있다. 이때, 자석(190)은 두개가 구비되고, 두개의 자석(190)은 마주보는 베이스 부재(100)의 두 외벽에 각각 부착될 수 있다. 두개의 자석(190)은 상호 작용하는 인력에 의해서 베이스 부재(100)의 두 외벽에 부착될 수 있다. 특히, 베이스 부재(100)는 직육면체 형상으로 형성되므로, 두개의 자석(190)이 마주보도록 부착되기 용이하다. 또한, 자석(190)의 종류는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 영구자석 중 자기력이 강하며 항자기성이 높은 네오디뮴 자석을 이용할 수 있다. 이러한 네오디뮴 자석은 네오디뮴, 철, 그리고 붕소의 합금인 Nd2Fe14B으로 형성될 수 있다.4 is a perspective view of a water electrolyzer according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 4, a
상술한 바와 같이, 자석(190)을 구비함으로써, 수소 발생량이 증가하는 원리를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.As described above, the principle of increasing the amount of hydrogen generation by providing the
E의 전기장과 자석(190)에 의한 B의 자기장 하에서 v의 속도로 이동하는 q의 전하를 띠고 있는 하전 입자는 F만큼의 로렌츠 힘을 받는다(F=q(E+v×B)). 이때, 자기장과 전해전류의 작용으로 발생하는 로렌츠 힘으로 인한 수용액의 흐름으로 MHD 효과가 발생한다. 이러한 MHD 효과는 환원전극(160)에 붙어있는 수소 기체를 떼어내어 분극현상을 완화시킴으로써, 수소 발생량을 증가시킬 수 있다.The charged particles carrying the charge of q moving at the velocity of v under the magnetic field of B by the electric field of E and the
실제로, 산화전극(150)과 환원전극(160)에 10V의 전압을 인가하며, 10분간 발생한 수소 기체를 수상치환을 통해 포집하여 부피를 측정하였다. 이때, 수용액으로는 0.4M KOH(aq)를 이용하였고, 자석(2cm*2cm*1cm 크기의 네오디뮴 자석)을 부착한 경우와 부착하지 않은 경우의 수소 발생량을 비교하였다.Actually, a voltage of 10 V was applied to the oxidizing
상기 표 1과 같이, 자석을 부착한 경우, 평균 8.5ml의 수소가 발생하였고, 자석을 부착하지 않은 경우, 평균 6.9ml의 수소가 발생하였다. 또한, 모든 측정치에서 자석을 부착한 경우가 자석을 부착하지 않은 경우보다 많은 수소가 발생하였다. 이러한 결과로부터 자석을 부착한 경우 수소 발생량이 증가한다는 것을 확인할 수 있다.
As shown in Table 1, when the magnets were attached, an average of 8.5 ml of hydrogen was generated, and when no magnets were attached, an average of 6.9 ml of hydrogen was generated. Also, in all measurements, more hydrogen was generated when the magnets were attached than when no magnets were attached. From these results, it can be seen that the amount of hydrogen generated increases when the magnet is attached.
이상 본 고안을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 고안을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 고안은 이에 한정되지 않으며, 본 고안의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
Although the present invention has been described in detail with reference to specific embodiments thereof, it is to be understood that the present invention is not limited to the above embodiments and that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the present invention by those skilled in the art It is obvious that the modification or improvement is possible.
본 고안의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 고안의 영역에 속하는 것으로 본 고안의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and detail may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
100: 베이스 부재 103: 수용공간
105: 제1 수용공간 107: 제2 수용공간
109: 밀봉부재 110: 분리벽
115: 제1 유체소통부 117: 제2 유체소통부
119: 제3 유체소통부 120: 제1 유도벽
123: 제1 연장부 125: 제1 절곡부
130: 제2 유도벽 133: 제2 연장부
135: 제2 절곡부 140: 커버
145: 체결부 147: 제1 홀
149: 제2 홀 150: 산화전극
160: 환원전극 170: 집게 전선
180: 제1 배출구 185: 제2 배출구
190: 자석 θ1: 제1 절곡부의 각도
θ2: 제2 절곡부의 각도100: base member 103: accommodation space
105: first accommodation space 107: second accommodation space
109: sealing member 110: separating wall
115: first fluid communication part 117: second fluid communication part
119: third fluid communication part 120: first induction wall
123: first extension part 125: first bent part
130: second guide wall 133: second extension part
135: second bent portion 140: cover
145: fastening part 147: first hole
149: second hole 150: oxidizing electrode
160: Reduction electrode 170: Tongue wire
180: first outlet 185: second outlet
190: magnet &thetas; 1 : angle of the first bent portion
&thetas; 2 : angle of the second bent portion
Claims (7)
상기 수용공간을 제1 수용공간과 제2 수용공간으로 분할하도록 상하방향으로 연장되되, 상단이 상기 수용공간의 최상단까지 연장되고 하단이 상기 수용공간의 바닥면으로부터 이격된 분리벽;
상기 분리벽의 하단으로부터 상기 제1 수용공간 방향으로 연장되는 제1 연장부와 상기 제1 연장부의 말단으로부터 90도보다 크고 180도보다 작은 각도로 상측으로 절곡되어 연장되는 제1 절곡부를 포함하는 제1 유도벽;
상기 분리벽의 하단으로부터 상기 제2 수용공간 방향으로 연장되는 제2 연장부와 상기 제2 연장부의 말단으로부터 90도보다 크고 180도보다 작은 각도로 상측으로 절곡되어 연장되는 제2 절곡부를 포함하는 제2 유도벽;
개방된 상기 베이스 부재의 상측을 폐쇄하는 커버;
상기 제1 수용공간에 삽입되는 산화전극;
상기 제2 수용공간에 삽입되는 환원전극;
상기 제1 절곡부의 상측에 배치되도록 상기 커버를 관통하는 제1 배출구; 및
상기 제2 절곡부의 상측에 배치되도록 상기 커버를 관통하는 제2 배출구;
를 포함하고,
상기 제1 유도벽과 상기 제2 유도벽은 상기 분리벽과 함께 T자형을 이루도록 형성되고,
상기 제1 유도벽으로 인하여, 상기 제1 수용공간에 배치된 상기 산화전극에서 생성된 산소는 하측으로 이동되는 것이 방지되고,
상기 제2 유도벽으로 인하여, 상기 제2 수용공간에 배치된 상기 환원전극에서 생성된 수소는 하측으로 이동되는 것이 방지되며,
상기 산화전극과 상기 환원전극은 봉 형상으로 형성되고,
상기 제2 수용공간의 외측에 배치되도록, 상기 베이스 부재의 외벽에 부착된 자석;
을 더 포함하며,
상기 자석은 두개가 구비되고, 두개의 상기 자석은 상호 작용하는 인력에 의해서 마주보는 상기 베이스 부재의 두 외벽에 각각 부착되고,
상기 자석에 의해서 MHD(magneto hydrodynamics, 전자 유체 역학) 효과가 발생하여, 상기 환원전극에 붙어있는 수소 기체를 떼어내어 분극현상을 완화시키는 물 전기분해기.
A base member having a receiving space therein and an upper side opened;
A separation wall extending upwardly and downwardly to divide the accommodation space into a first accommodation space and a second accommodation space, the upper end extending to the upper end of the accommodation space and the lower end spaced from the bottom surface of the accommodation space;
A first extending portion extending from a lower end of the separating wall toward the first accommodating space and a first bent portion extending upwardly from the distal end of the first extending portion and bent upward at an angle of less than 180 degrees, 1 induction wall;
A second extending portion extending from a lower end of the separating wall toward the second accommodating space and a second bent portion extending upwardly from the distal end of the second extending portion and bent upward at an angle of less than 180 degrees, 2 induction wall;
A cover for closing the upper side of the opened base member;
An oxidation electrode inserted into the first accommodation space;
A reducing electrode inserted in the second accommodation space;
A first discharge port passing through the cover so as to be disposed above the first bent portion; And
A second discharge port passing through the cover so as to be disposed above the second bent portion;
Lt; / RTI >
Wherein the first guide wall and the second guide wall are formed in a T shape together with the separating wall,
Owing to the first guide wall, oxygen generated in the oxidation electrode disposed in the first accommodation space is prevented from moving downward,
Due to the second induction wall, hydrogen generated in the reducing electrode disposed in the second accommodation space is prevented from moving downward,
Wherein the oxidation electrode and the reduction electrode are formed in a bar shape,
A magnet attached to an outer wall of the base member so as to be disposed outside the second accommodation space;
Further comprising:
The two magnets are attached to two outer walls of the base member facing each other by a mutual attraction force,
And a MHD (magneto hydrodynamics) effect is generated by the magnet, thereby releasing the hydrogen gas attached to the reducing electrode to alleviate the polarization phenomenon.
상기 자석은 네오디뮴 자석인 물 전기분해기.
The method according to claim 1,
Wherein the magnet is a neodymium magnet.
상기 베이스 부재의 상단과 상기 분리벽의 상단에는 밀봉부재가 형성되는 물 전기분해기.
The method according to claim 1,
Wherein a sealing member is formed on an upper end of the base member and an upper end of the separating wall.
상기 커버에는 하측으로 돌출되어, 상기 베이스 부재의 상단과 상기 분리벽의 상단에 접촉하는 체결부가 형성되는 물 전기분해기.
The method according to claim 1,
Wherein the cover protrudes downward to form a fastening portion that contacts the upper end of the base member and the upper end of the separating wall.
상기 베이스 부재, 상기 분리벽, 상기 제1 유도벽, 상기 제2 유도벽, 및 상기 커버는 아크릴(acrylic)로 형성된 물 전기분해기.
The method according to claim 1,
Wherein the base member, the separation wall, the first guide wall, the second guide wall, and the cover are formed of acrylic.
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