KR20120139212A - Heat storing eletrolysis of water - Google Patents
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Abstract
Description
본원은 물의 전기 분해 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 축열조를 포함하여 열의 회수 및 재이용이 가능하고, 물의 전기 분해 시 수소 및 브라운가스 발생이 우수한 전기 분해 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an electrolysis device for water, and more particularly, to an electrolysis device capable of recovering and reusing heat, including a heat storage tank, and having excellent hydrogen and brown gas generation during electrolysis of water.
물의 전기분해를 통해 발생하는 수소와 브라운가스(HHO Gas)는 화석연료를 대체할 수 있는 새로운 에너지 형태로서, 수소는 연료 또는 연료전지로 사용되는 등 여러 쓰임이 많아 차세대 청정 에너지로 각광받고 있다. 그리고, 브라운가스(HHO Gas)는 수소 : 산소가 물의 화학 당량비와 같이 2:1의 비율로 존재하는 기체로 전극 사이에 멤브레인을 두어 전기분해 하던 종전의 방식 대신에 멤브레인을 없애 물을 전기분해 한 뒤 발생하는 기체를 한꺼번에 포집한 것이다.Hydrogen and Brown Gas (HHO Gas) generated by electrolysis of water is a new energy form that can replace fossil fuels. Hydrogen is used as a fuel or fuel cell, and thus it is used as a next-generation clean energy. Brown gas (HHO Gas) is a gas in which hydrogen: oxygen is present in a 2: 1 ratio, such as the chemical equivalence ratio of water, to electrolyze water by removing the membrane instead of the electrolytic method by placing a membrane between electrodes. The gas generated afterwards is collected at once.
물은 무공해 자원으로 그 양 또한 무한정하기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. 전기분해기술의 기원이 되는 전기화학은 200년 전에 시작되었고, 1833년 파라데이가 전기화학의 기본법칙과 이온, 양이온, 전해질 등 각종의 전기화학에 관련된 용어와 개념을 정립하였다. 이후 1971년 호주의 율 브라운박사가 물의 전기분해에 관한 연구에 착수하여 1978년에 브라운가스 제너레이터를 발명하여 미국특허 US4,081,656호를 등록하였고, 브라운가스의 임프로젼 특성과 열핵반응 특성에 대한 이론을 정립하였다.Water is a pollution-free resource, and the amount is infinite, so much research is being conducted. Electrochemistry, the origin of electrolysis technology, began 200 years ago, and in 1833 Faraday established the basic laws of electrochemistry and terms and concepts related to various electrochemistry such as ions, cations and electrolytes. In 1971, Dr. Yul Brown of Australia began research on the electrolysis of water and invented the Brown Gas Generator in 1978 and registered US Patent No. 4,081,656. The theory was established.
상기에서 언급한 파라데이 법칙은, (1) 전류가 셀 내를 통과할 때 전극에 석출되는 화학물질의 질량은 통과하는 전기량에 비례하고, (2) 같은 전기량에 의해 발생하는 물질의 질량은 그 물질의 화학당량에 비례한다는 것이다. 따라서 물의 전기분해에 있어서 일정한 전기량이 통과할 때 발생하는 브라운가스의 량은 일정하다.Faraday's law, mentioned above, states that (1) the mass of a chemical deposited on an electrode as it passes through a cell is proportional to the amount of electricity passing through it, and (2) the mass of a substance Is proportional to the chemical equivalent of the substance. Therefore, the amount of Brown gas generated when a constant amount of electricity passes through the electrolysis of water is constant.
이와 같이 수소 및 브라운가스의 생산량은 투입되는 전기량에 비례하지만 실제로는 전해조 구성 및 가스발생기를 구성하는 방법에 따라 어느 정도 효율이 떨어질 수 밖에 없어 종래의 전기분해에 의한 가스발생기는 만족할만한 효율을 얻지 못한 것이 사실이다.As such, the production of hydrogen and brown gas is proportional to the amount of electricity input, but in reality, the efficiency of the gas generator by conventional electrolysis cannot be satisfactorily obtained due to the fact that the efficiency of the electrolyzer and the method of configuring the gas generator can be reduced to some extent. It is true.
그리고, 종래의 전해장치는 가스량을 대량 생산하기 위하여 단위 전해조를 여러 개 중첩하는 과정에서 전해조 내부에 입설하는 전극유니트를 전해액 속에 깊숙이 잠입시키는 방법과 기수분리탱크를 따로 두어 가스를 포집하는 형식이 있는데, 이러한 방법은 전해조 내부에 투명창을 만들어 자세히 관찰하여보면 가스가 발생하기 시작하면서 각각의 전극판과 전극 유니트 상면에 기포에 의한 거품이 일어나고 거품이 중첩되어 결국 전극 유니트의 상면에 전해액을 배제시킨 공간을 형성하면서 큰 기포가 상부에 위치한 기수분리탱크로 올라가 전해액 상위 수면위로 기체가 포집되는 방식으로 수행하고 있다. 이 방법은 수압이 작용하므로 기포의 이동에 지장을 초래하기 때문에 결과적으로 전극판에 기포가 붙어있는 시간이 길게 될 수밖에 없고 또한 기포가 붙어있는 장소는 전기분해가 일어날 수 없는 상태가 되어 결국 효율을 떨어뜨리게 되는 문제점이 있다.In addition, the conventional electrolytic apparatus includes a method of deeply immersing an electrode unit placed inside the electrolytic cell in the electrolyte in the process of overlapping a plurality of unit electrolyzers in order to produce a large amount of gas, and collecting gas by separately separating a gas separation tank. In this method, a transparent window is created inside the electrolyzer to observe gas in detail. As a result, gas is generated and bubbles are generated on the upper surface of each electrode plate and the electrode unit, and bubbles are overlapped to eventually exclude the electrolyte solution from the upper surface of the electrode unit. As the space is formed, a large bubble rises to the separation tank located in the upper part and the gas is collected on the upper surface of the electrolyte. In this method, since water pressure acts, the movement of bubbles is hindered, and as a result, the time that bubbles are attached to the electrode plate becomes long, and the place where bubbles are stuck is in a state where electrolysis cannot occur, resulting in an increase in efficiency. There is a problem that is dropped.
한편, 일반적으로 전기분해 시 전극에는 내식성이 좋은 SST316L이 사용된다. 이는 철이나 구리에 비하여 전류량이 9 ~ 12배까지 더 흐름에 따라 기체 발생량도 많고 분해 효율도 철이나 알루미늄 전극에 비하여 높으며 전극이 부식되는 비율도 현저하게 적기 때문이다. 그러나 이들 전극은 종래의 금속들 보다는 전기 전도성이 높을지는 모르나 백금계의 금속 또는 이의 산화물에 비하여 낮다. 또한 전기분해는 원자들이 전극 판 표면에서 기체형태로 형성되는데 이때 전극 판과 기체 사이에 Metal-Hydrogen bond가 형성된다. 이 결합의 세기가 클수록 기체가 전극 판 위에 오래 남아 있게 되어 다음 반응물의 반응 표면적이 좁아지게 된다. 티타늄의 경우 그 힘의 세기가 20KJ/mol, 텅스텐의 경우 18KJ/mol로 높다. 또한 SST316L은 부식이 생기고 백금 도금의 경우는 도금이 벗겨지는 등의 수명이 짧다는 문제가 있다. On the other hand, generally SST316L corrosion resistance is used for the electrode during electrolysis. This is because the amount of gas generated as the current flows up to 9 to 12 times more than iron or copper, the decomposition efficiency is higher than that of iron or aluminum electrode, and the electrode corrosion rate is significantly less. However, these electrodes may have higher electrical conductivity than conventional metals but are lower than platinum-based metals or oxides thereof. Electrolysis also results in the formation of atoms in the form of a gas on the surface of the electrode plate, where a metal-hydrogen bond is formed between the electrode plate and the gas. The greater the strength of this bond, the longer the gas remains on the electrode plate and the narrower the reaction surface area of the next reactant. The strength of the force is high at 20 KJ / mol for titanium and 18 KJ / mol for tungsten. In addition, SST316L has a problem in that corrosion occurs, and in the case of platinum plating, the life span such as peeling off of the plating is short.
또한 종래의 기술에서는 전극 판을 병렬로 연결하여 전극의 개수를 많아지게 해 전류량을 증가시켜 기체 발생량을 증가 시켰다. 그러나 이는 전극이 많아짐에 따라 그에 맞춰 소비 전력도 증가하는 것으로, 전기분해 효율이 증가하는 방향으로 기체 발생량이 많아지는 것이 아닌 전류량을 증가시켜 기체 발생량을 증가시킨 것이며 열이 많이 발생한다는 문제점이 있다.In addition, in the related art, the electrode plates are connected in parallel to increase the number of electrodes to increase the amount of current, thereby increasing the amount of gas generated. However, as the number of electrodes increases, the power consumption increases accordingly. Instead of increasing the amount of gas generated in the direction of increasing electrolysis efficiency, the amount of current is increased to increase the amount of generated gas and heat is generated.
아울러, 전기 저항과 전극 판 사이에 걸린 사이 전압과 전기 저항으로 인해 반응열이 발생하는데 이는 전기분해의 효율을 떨어뜨리는 요인으로 작용하므로 종래의 전해조는 공냉식 또는 수냉식 열 교환기로 전해질을 보통 45 ~ 65℃사이로 냉각시켜 온도를 안정화 시켰다. 하지만 이는 열이라는 에너지를 버리는 것이므로 에너지 낭비라는 문제점이 있다.In addition, the reaction heat is generated due to the voltage between the electrical resistance and the electrode plate and the electrical resistance, which acts as a factor of reducing the efficiency of electrolysis, so the conventional electrolytic cell is usually air cooled or water-cooled heat exchanger, the electrolyte is usually 45 ~ 65 ℃ Cooling through to stabilize the temperature. However, this is a waste of energy because it throws away the energy of heat.
본원은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 도출한 것으로서, 전극 판에 전기 전도성을 높여 가스 발생량을 증가시키고 발생하는 열을 감소시키는 데에 있다.The present application is derived to solve the above problems, and is to increase the electrical conductivity to the electrode plate to increase the amount of gas generated and to reduce the heat generated.
아울러, 종래의 전해조 보다 작고 경제적인 전해조를 통해 경제성을 갖춘 물의 전기분해 장치를 제공하고, 종래의 전극 배열인 횡렬 방식에서의 물 분자 분해 효율의 저하의 문제점을 해결하고자 한다. In addition, the present invention provides an electrolysis device for water with economical efficiency through a smaller and more economical electrolytic cell, and solves the problem of deterioration of water molecular decomposition efficiency in a row method, which is a conventional electrode array.
그리고 버려지던 종래의 전해조 반응열을 회고, 축열하여 온수가 필요한 곳이나 공기를 데워야 하는 곳에 사용하여 에너지 낭비를 줄임과 동시에 전기분해 효율을 높일 수 있는 물의 전기 분해 장치를 제공하고자 한다.
And it is to provide a water electrolysis device that can reduce the waste of energy and at the same time increase the electrolysis efficiency by using the old heat of the electrolytic cell reaction, the heat of the reaction was reclaimed, the heat accumulating to the place where hot water is needed or the air to be heated.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problems, and other problems not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본원의 제 1 측면은, 백금계 금속 또는 백금계 금속 산화물로 코팅된 전극판을 포함하는 전해조; 상기 전해조의 온도를 측정하는 전해조 온도 센서; 상기 전해조의 온도를 조절하는 공냉식 열교환기; 상기 전해조의 온도를 조절하는 수냉식 열교환기; 상기 전해조의 전해액을 보충시키며, 상기 공냉식 열교환기 및 상기 수냉식 열교환기와 연계된 전해액 보충조; 상기 수냉식 열교환기와 연계되어 반응열을 회수하는 축열조; 및, 상기 축열조의 온도를 측정하는 축열조 온도 센서: 를 포함하되, 제 1 작동으로서, 상기 전해조 온도 센서를 통해 제 1 설정온도에 이른 경우에는 상기 수냉식 열교환기가 작동하고, 제 2 작동으로서, 상기 축열조 온도 센서에서의 온도가 제 2 설정온도 이상인 경우에는 상기 수냉식 열교환기는 작동이 중지되고 공냉식 열교환기가 작동되면서 전해조를 냉각시키고, 제 3 작동으로서, 상기 제 2 작동 중 수냉식 열교환기가 작동이 중지되면서 상기 축열조 온도 센서에서의 온도가 제 2 설정온도 미만이 되는 경우, 상기 공냉식 열교환기는 작동이 중지되고 수냉식 열교환기가 작동되면서 축열조의 온도를 제 2 설정온도까지 높이되 제 2 설정온도 이상이 되면 다시 상기 제 2 작동으로 피드백하는, 물의 전기 분해 장치를 제공할 수 있다.In order to achieve the above object, the first aspect of the present application, an electrolytic cell comprising an electrode plate coated with a platinum-based metal or platinum-based metal oxide; An electrolytic cell temperature sensor for measuring the temperature of the electrolytic cell; An air-cooled heat exchanger for adjusting the temperature of the electrolytic cell; A water-cooled heat exchanger for adjusting the temperature of the electrolytic cell; An electrolyte replenishment tank replenishing the electrolyte of the electrolytic cell and associated with the air-cooled heat exchanger and the water-cooled heat exchanger; A heat storage tank that recovers heat of reaction in association with the water-cooled heat exchanger; And a heat storage tank temperature sensor measuring a temperature of the heat storage tank, wherein the water-cooled heat exchanger is operated when the first set temperature is reached through the electrolytic bath temperature sensor as a first operation, and the second heat storage tank is operated as a second operation. When the temperature at the temperature sensor is greater than or equal to the second set temperature, the water-cooled heat exchanger is stopped and the air-cooled heat exchanger is operated to cool the electrolytic cell. As a third operation, the water-cooled heat exchanger is stopped during the second operation. When the temperature at the temperature sensor is less than the second set temperature, the air-cooled heat exchanger is stopped and the water-cooled heat exchanger is operated to raise the temperature of the heat storage tank to the second set temperature, but when the temperature is higher than the second set temperature again, the second air is cooled again. It is possible to provide an electrolysis device of water that feeds back into operation.
일 구현예에 있어서, 상기 백금계 금속은 이리듐 또는 탄탈륨인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the platinum-based metal may be iridium or tantalum, but is not limited thereto.
일 구현예에 있어서, 상기 전해조의 전극판은 직렬 연결된 전극판인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the electrode plate of the electrolytic cell may be an electrode plate connected in series, but is not limited thereto.
일 구현예에 있어서, 상기 전극판 사이 간격의 전압은 3 내지 5 V 인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In one embodiment, the voltage of the interval between the electrode plate may be 3 to 5 V, but is not limited thereto.
본원에 의하면, 전기 전도성이 뛰어난 백금계 금속으로 코팅하여 전극으로 사용하여 기존의 도금, 합금을 전극으로 한 것 보다 전기분해 효율을 높인다. 또한 Metal-Hydrogen bond strength 측면에서도 전극 판에서 발생하는 기체들이 보다 쉽게 분리가 되어 분해 효율을 증가시킬 수 있다.According to the present application, it is coated with a platinum-based metal having excellent electrical conductivity and used as an electrode, thereby increasing electrolysis efficiency than conventional plating and alloys as electrodes. In addition, in terms of metal-hydrogen bond strength, gases generated in the electrode plate can be more easily separated to increase the decomposition efficiency.
또한, 전극판을 직렬로 연결하여 변전기(transformer)를 없애 필요 없는 장치를 줄여주고, 입력 전류 또한 낮아지면서 소비전력을 감소시키고 변전기 비용만큼의 자재비 절감의 효과가 있다.In addition, by connecting the electrode plate in series to reduce the unnecessary device by eliminating the transformer (transformer), the input current is also lowered, reducing the power consumption and the cost of materials as much as the cost of the transformer.
그리고 공냉식 또는 수냉식 열 교환으로 버려지던 반응열을 회수하여 축열조에 저장해 온수가 필요한 곳이나, 공기를 데워야 하는 곳 등 저장된 열을 재사용해 에너지 낭비를 줄이고, 재사용된 열량만큼의 연료를 줄일 수 있어 연료비 절감 효과도 있다. In addition, it is possible to reduce the waste of energy by reusing the stored heat such as where hot water is needed or where the air needs to be warmed by collecting and storing the reaction heat that has been discarded by air-cooled or water-cooled heat exchange, and thus reducing fuel by the amount of reused heat. There are also savings.
아울러, 공냉식 또는 수냉식의 냉각장치로 전해조의 온도를 조정해 물의 전기 분해 효율을 높여 가스를 많이 발생 시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, by adjusting the temperature of the electrolytic cell in the air-cooled or water-cooled cooling device to increase the electrolysis efficiency of water there is an effect that can generate a lot of gas.
또한, 냉각된 전해질을 강제 순환시켜 전극 판에 붙어 있는 기체들이 떨어져 나가게 함으로써 전기분해 효율을 높여주는 효과가 있다.In addition, there is an effect of increasing the electrolytic efficiency by forcibly circulating the cooled electrolyte to make the gases attached to the electrode plate to fall off.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른, 물의 전기 분해 장치의 계통도.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른, 전극판의 배열 및 전해액의 강제 순환의 흐름의 모식도.1 is a system diagram of an electrolysis device of water, according to one embodiment of the present disclosure.
Figure 2 is a schematic diagram of the arrangement of the electrode plate and the flow of forced circulation of the electrolyte according to an embodiment of the present application.
이하, 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 구현예 및 실시예를 들어 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments and examples of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily carry out the present invention.
그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예 및 실시예에 한정되지 않는다. It should be understood, however, that the present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments and examples described herein.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. Throughout this specification, when an element is referred to as " including " an element, it is understood that the element may include other elements as well, without departing from the other elements unless specifically stated otherwise.
본원 명세서 전체에서, 어떤 층 또는 부재(또는 부)가 다른 층 또는 부재(또는 부)와 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 층 또는 부재(또는 부)가 다른 층 또는 부재(또는 부)에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 층 또는 두 부재(또는 부) 사이에 또 다른 층 또는 또 다른 부재(또는 부)가 존재하는 경우도 포함한다. Throughout this specification, when a layer or member (or part) is located "on" with another layer or member (or part), this means that a layer or member (or part) is another layer or member (or part). In addition to the case of contacting, it also includes the case where there is another layer or another member (or part) between the two layers or two members (or part).
본원 명세서 전체에서 사용되는, “연계”의 용어는 어떤 장치와 직접 연결된 경우뿐만 아니라 부수적인 장치가 포함되어 간접적으로 연결된 경우를 포함한다.As used throughout this specification, the term “association” includes not only when directly connected to a device, but also when a secondary device is included and indirectly connected.
본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 용어 “~ (하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
As used throughout this specification, the terms “about”, “substantially”, and the like, are used at, or in the vicinity of, numerical values when manufacturing and material tolerances inherent in the meanings indicated are given, and an understanding of the invention Accurate or absolute figures are used to help prevent unfair use by unscrupulous infringers. As used throughout this specification, the term “step of” or “step of” does not mean “step for”.
이하, 첨부한 도면 및 구현예를 통해 본원이 속하는 기술분야의 평균적 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 보다 상세히 설명한다.
Hereinafter, with reference to the accompanying drawings and embodiments will be described in more detail to be easily carried out by those of ordinary skill in the art.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른, 물의 전기 분해 장치의 계통도이다. 도 1을 참조하여 본원을 상세히 설명하면, 상기 과제를 달성하기 위하여, 본원의 제 1 측면은, 백금계 금속 또는 백금계 금속 산화물로 코팅된 전극판(10)을 포함하는 전해조(100); 상기 전해조의 온도를 측정하는 전해조 온도 센서(110); 상기 전해조의 온도를 조절하는 공냉식 열교환기(200); 상기 전해조의 온도를 조절하는 수냉식 열교환기(300); 상기 전해조의 전해액(20)을 보충시키며, 상기 공냉식 열교환기(200) 및 상기 수냉식 열교환기(300)와 연계된 전해액 보충조(400); 상기 수냉식 열교환기(300)와 연계되어 반응열을 회수하는 축열조(500); 및, 상기 축열조의 온도를 측정하는 축열조 온도 센서(600): 를 포함하되, 제 1 작동으로서, 상기 전해조 온도 센서(110)를 통해 제 1 설정온도에 이른 경우에는 상기 수냉식 열교환기(300)가 작동하고, 제 2 작동으로서, 상기 축열조 온도 센서(600)에서의 온도가 제 2 설정온도 이상인 경우에는 상기 수냉식 열교환기(300)는 작동이 중지되고 공냉식 열교환기(200)가 작동되면서 전해조를 냉각시키고, 제 3 작동으로서, 상기 제 2 작동 중 수냉식 열교환기(300)가 작동이 중지되면서 상기 축열조 온도 센서(600)에서의 온도가 제 2 설정온도 미만이 되는 경우, 상기 공냉식 열교환기(200)는 작동이 중지되고 수냉식 열교환기(300)가 작동되면서 축열조(500)의 온도를 제 2 설정온도까지 높이되 제 2 설정온도 이상이 되면 다시 상기 제 2 작동으로 피드백하는, 물의 전기 분해 장치를 제공할 수 있다.1 is a system diagram of an electrolysis device of water, according to one embodiment of the present disclosure. Referring to Figure 1 in detail with reference to, to achieve the above object, the first aspect of the present application, the
보다 상세하게는, 물의 전기분해를 통해 가스를 발생시키기 위해 상기 전해조(100)에 전원을 인가함과 동시에 전해액 순환펌프(30)의 전원이 인가되어 작동하고, 전해조에서는 물의 전기 분해 반응이 계속되게 된다. 물의 전기 분해 반응을 통해 반응열이 발생하면서 상기 전해조 온도 센서가 제 1 설정온도에 이른 경우에 비로소 수냉식 열교환기 전자변(310)과 축열조와 연결된 축열조 순환 펌프(510)가 작동하게 된다. 상기 수냉식 열교환기 전자변(310)은 본원이 속하는 기술분야의 당업자가 용이하게 채택할 수 있는 방법의 제어방법이나 제어장치의 예시적인 구현예로서 이에 한정되는 것은 아니며, 이하에서 언급되는 전자변 또한 같다. 상기 수냉식 열교환기 전자변(310)과 축열조 순환 펌프(510)이 작동하면서 축열조(500)는 서서히 온도가 증가하게 되고, 계속적으로 축열조의 온도가 올라가면서 축열조(500)의 온도가 제 2 설정온도에 이른 경우에는 축열조 온도 센서(600)가 이를 측정하여 상기 수냉식 열교환기 전자변과 축열조 순환 펌프의 작동이 중지 되면서 수냉식 열교환기는 그 작동이 중지됨과 동시에, 공냉식 열교환 전자변(210)이 작동하면서 공냉식 열교환기(200)가 작동하여 전해조(100)의 온도를 냉각시켜 전해조의 물분해 반응시 온도 상승에 따른 반응 효율 저하를 막는다. More specifically, in order to generate gas through electrolysis of water, the
그리고, 축열조(500)가 제 2 설정온도를 유지하던 상태에서, 축열조(500)의 열을 유용할 목적으로 이를 외부에 이용하거나 축열조의 열을 이용하지 않더라도 시간이 오래 흐른 뒤에는 축열조의 온도가 제 2 설정온도 미만이 되게 된다. 축열조의 온도가 제 2 설정온도 미만이 되는 시점에서 상기 공냉식 열교환 전자변(210)의 작동이 중지되면서 공냉식 열교환기(200)는 작동이 멈추게 되고, 이와 동시게 상기 수냉식 열교환 전자변(310)의 작동으로 수냉식 열교환기가 작동하고, 또한 축열조 순환 펌프(510)가 작동하면서 축열조의 온도가 제 2 설정 온도에 이르도록 한다. 그리고, 다시 축열조의 온도가 제 2 설정 온도에 이른 경우에는 수냉식 열교환기와 축열조 순환 펌프의 작동이 중지되면서 공냉식 열교환기(200)가 작동하게 되는, 피드백을 지속적으로 형성한다. In addition, in the state in which the
상기 전해조 온도 센서(40)는 본원의 물 분해 장치의 개시에 있어서, 상기 수냉식 열교환기(300)의 작동을 개시하는 역할을 하며, 개시된 이후의 수냉식 열교환기(300)의 작동과 공냉식 열교환기(200)의 작동은 축열조 온도 센서(600)에 의해 제어된다.The electrolyzer temperature sensor 40 serves to initiate the operation of the water-cooled
이와 같은 피드백의 구성은, 전해조(100)의 온도를 조절하여 전해조에서의 물의 전기분해가 잘 되도록 유도하고, 축열조에 회수된 열을 다시 다른 목적을 위해 재활용을 할 수 있는 것으로서, 본원의 기술적 특징의 하나라 할 수 있다. Such a configuration of the feedback, by adjusting the temperature of the
상기 제 1 설정온도 및 제 2 설정온도는 사용자의 작업 분위기와 축열조의 열을 재사용하려는 장소와 목적에 따라 임의로 조절할 수 있으나, 바람직하게는 제 1 설정온도 및 제 2 설정 온도는 45 내지 65 ℃ 일 수 있다. 전해조의 온도를 낮춰 분해 효율을 높이기 위해 공냉식 또는 수냉식 열 교환으로 버려지던 반응열을 회고, 축열하여 온수가 필요한 곳이나 공기를 데워야 하는 곳에 사용하여 에너지 낭비를 줄이고, 냉각된 전해질로 인해 전해조의 온도가 45 ~ 65 ℃ 범위로 설정되는 경우 전기분해 효율을 높을 수 있어, 그로 인해서 가스를 보다 더 많이 발생시킬 수 있다.
The first set temperature and the second set temperature can be arbitrarily adjusted according to the user's working atmosphere and the place and purpose of reusing the heat of the heat storage tank, preferably the first set temperature and the second set temperature is 45 to 65 ℃ day Can be. In order to lower the temperature of the electrolytic cell, the reaction heat that has been discarded by air-cooled or water-cooled heat exchange is recovered and used to store heat where hot water is needed or to heat the air, thereby reducing energy waste. Is set in the range of 45-65 ° C., the electrolysis efficiency can be high, thereby generating more gas.
상기 백금계 금속은, 종래에 전기분해에 사용되는 SST316L과 같은 스테인레스 강을 대신하여 전극으로 사용하거나, 상기 종래의 전기분해에 사용되던 금속을 백금계 금속으로 코팅하여 제조할 수 있다. 상기 백금계 금속은 팔라듐(Pd), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 및 로듐(Rh) 와 같은 금속을 말하며, 본원에서 사용될 수 있는 전극은 백금계 금속 및 이들의 산화물을 이용할 수 있다.
The platinum-based metal may be prepared by using an electrode instead of stainless steel such as SST316L, which is conventionally used for electrolysis, or by coating a metal, which is used for conventional electrolysis, with a platinum-based metal. The platinum-based metal refers to metals such as palladium (Pd), iridium (Ir), ruthenium (Ru), osmium (Os), and rhodium (Rh), and electrodes that can be used herein include platinum-based metals and oxides thereof. Can be used.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 백금계 금속은 이리듐 또는 탄탈륨인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 이리듐 또는 탄탈륨의 금속 또는 이의 산화물을 전극으로 사용하는 경우 전극의 내식성이 매우 강하며, 종래 전극 판의 코팅을 위해 사용되던 티타늄이나 텅스텐 보다 전기 전도성이 좋고, Metal-Hydrogen bond strength가 15KJ/mol로 종래의 것들보다 낮은 백금계의 이리듐, 탄탈륨 산화물을 사용하여 전극 판에 전기 전도성을 높여 가스 발생량을 증가시키고 발생하는 열을 감소시킬 수 있다.
In one embodiment of the present application, the platinum-based metal may be iridium or tantalum, but is not limited thereto. When the metal of iridium or tantalum or an oxide thereof is used as an electrode, corrosion resistance of the electrode is very strong, electrical conductivity is better than that of titanium or tungsten, which is used for coating of a conventional electrode plate, and the metal-hydrogen bond strength is 15 KJ / mol. The lower platinum-based iridium and tantalum oxides can be used to increase the electrical conductivity of the electrode plate, thereby increasing the amount of gas generated and reducing heat generated.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전해조의 전극판은 직렬 연결된 전극판인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 도 2는 본원의 일 구현예에 따른, 전극판의 배열 및 전해액의 강제 순환의 흐름의 모식도이다. 도 2를 참조하여 보다 상세히 설명하면, 종래의 전극의 배열은 병렬식의 전극 배렬을 구성하여 전극의 개수를 많아지게 함으로써 전류량을 증가시켜 기체 발생량을 증가 시켰으나, 이는 전극이 많아짐에 따라 소비 전력도 증가하였고, 전기 분해 효율이 증가하는 방향으로 기체 발생량이 많아지는 것이 아니라 전류량을 증가시켜 기체 발생량을 증가시킨 것이다. 본원에서의 전극(10)은 전해조(100)에서 직렬적 구성을 지니고, 전해액은 전해조의 일측하부(101)에서 타측상부(102) 방향으로 강제 순환 시키는 것이 바람직하다. 본원에서의 물의 전기 분해 장치의 전극의 배열을 직렬 구조를 가짐으로 인해, 전극 판을 아래에서 위로 훑고 지나가게 되고 이를 통해 전극판에 붙어 있는 기체들이 빠르게 떨어지게 되면서 물 분자의 분해 효율이 높아 진다.
In one embodiment of the present application, the electrode plate of the electrolytic cell may be an electrode plate connected in series, but is not limited thereto. Figure 2 is a schematic diagram of the arrangement of the electrode plate and the flow of the forced circulation of the electrolyte according to an embodiment of the present application. Referring to FIG. 2, the arrangement of the conventional electrodes has increased the amount of current by increasing the amount of current by forming a parallel electrode array to increase the number of electrodes. However, as the number of electrodes increases, power consumption is also increased. In addition, the amount of gas generated is increased by increasing the amount of current rather than increasing the amount of generated gas in the direction of increasing electrolysis efficiency.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 전극판 사이 간격의 전압은 3 내지 5 V 인 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 전기력은 전극 사이의 거리의 제곱에 반비례하므로 전극의 간격이 좁을수록 물 분자의 분해 효율이 높아 진다. 따라서 전극에 걸리는 전압이 분해 전압 이하로 떨어지지 않는 정도의 범위에서 많이 연결할수록 효율이 증가하는데, 상기 전극판의 연결을 직렬로 연결하여 그 사이 전압을 2 내지 6 V, 바람직하게는 3 내지 5 V 로 할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이런 배열로 정류기의 변전기(transformer)가 필요 없게 되며 입력전류를 낮출 수 있어 소비전력이 낮아 지게 되고, 부피도 크고 비싼 변전기(transformer)의 가격을 없애 발생기의 전해조를 보다 소형으로 만들 수 있는 것과 동시에 경제성을 갖출 수 있다.In one embodiment of the present application, the voltage of the interval between the electrode plate may be 3 to 5 V, but is not limited thereto. Since the electric force is inversely proportional to the square of the distance between the electrodes, the narrower the electrode, the higher the decomposition efficiency of water molecules. Therefore, the more efficiency is increased as the voltage applied to the electrode does not fall below the decomposition voltage, the efficiency increases. The connection between the electrode plates is connected in series so that the voltage between them is 2 to 6 V, preferably 3 to 5 V. It may be, but is not limited thereto. This arrangement eliminates the need for a rectifier transformer, lowers the input current, lowers power consumption, and eliminates the cost of bulky and expensive transformers, making the generator's electrolytic cell smaller. At the same time, it can be economical.
발생 된 기체 중 수소만을 분리하고자 할 때는 PSA(Pressure Swing Adsorption)방법 등 수소와 다른 기체의 특성이 다름을 이용하면 된다. PSA는 혼합가스를 각 기체 종류마다 다른 특징을 가진 것을 이용해 특정 가스를 분리해 내는 기술로서, 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 적의 선택할 수 있는 방법으로 원하는 기체의 분리를 할 수 있는 다양한 방법을 사용할 수 있으며, 특정 방법에 본원의 권리가 제한되는 것은 아니다.
In order to separate only hydrogen from the generated gas, it is possible to use different characteristics of hydrogen and other gases such as PSA (Pressure Swing Adsorption) method. PSA is a technology that separates a specific gas by using a mixed gas having different characteristics for each gas type. A person having ordinary knowledge in the technical field to which the present application can select a desired gas can be separated. Various methods may be used and the rights herein are not limited to specific methods.
이상, 구현예를 들어 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 구현예들에 한정되지 않으며, 여러 가지 다양한 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함이 명백하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the present invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. It is evident that many variations are possible by the possessors.
100 : 전해조 110 : 전해조 온도 센서
200 : 공냉식 열교환기 300 : 수냉식 열교환기
400 : 전해액 보충조 500 : 축열조
600 : 축열조 온도 센서 100: electrolytic cell 110: electrolytic cell temperature sensor
200: air-cooled heat exchanger 300: water-cooled heat exchanger
400: electrolyte refill tank 500: heat storage tank
600: heat storage tank temperature sensor
Claims (4)
상기 전해조의 온도를 측정하는 전해조 온도 센서;
상기 전해조의 온도를 조절하는 공냉식 열교환기;
상기 전해조의 온도를 조절하는 수냉식 열교환기;
상기 전해조의 전해액을 보충시키며, 상기 공냉식 열교환기 및 상기 수냉식 열교환기와 연계된 전해액 보충조;
상기 수냉식 열교환기와 연계되어 반응열을 회수하는 축열조; 및,
상기 축열조의 온도를 측정하는 축열조 온도 센서: 를 포함하되,
제 1 작동으로서, 상기 전해조 온도 센서를 통해 제 1 설정온도에 이른 경우에는 상기 수냉식 열교환기가 작동하고,
제 2 작동으로서, 상기 축열조 온도 센서에서의 온도가 제 2 설정온도 이상인 경우에는 상기 수냉식 열교환기는 작동이 중지되고 공냉식 열교환기가 작동되면서 전해조를 냉각시키고,
제 3 작동으로서, 상기 제 2 작동 중 수냉식 열교환기가 작동이 중지되면서 상기 축열조 온도 센서에서의 온도가 제 2 설정온도 미만이 되는 경우, 상기 공냉식 열교환기는 작동이 중지되고 수냉식 열교환기가 작동되면서 축열조의 온도를 제 2 설정온도까지 높이되 제 2 설정온도 이상이 되면 다시 상기 제 2 작동으로 피드백하는,
물의 전기 분해 장치.An electrolytic cell including an electrode plate coated with a platinum-based metal or a platinum-based metal oxide;
An electrolytic cell temperature sensor for measuring the temperature of the electrolytic cell;
An air-cooled heat exchanger for adjusting the temperature of the electrolytic cell;
A water-cooled heat exchanger for adjusting the temperature of the electrolytic cell;
An electrolyte replenishment tank replenishing the electrolyte of the electrolytic cell and associated with the air-cooled heat exchanger and the water-cooled heat exchanger;
A heat storage tank that recovers heat of reaction in association with the water-cooled heat exchanger; And
Storage tank temperature sensor for measuring the temperature of the storage tank: including,
As a first operation, when the first set temperature is reached through the electrolytic cell temperature sensor, the water-cooled heat exchanger is operated,
As a second operation, when the temperature in the heat storage tank temperature sensor is higher than the second set temperature, the water-cooled heat exchanger is stopped and the air-cooled heat exchanger is operated to cool the electrolytic cell,
As a third operation, when the temperature of the heat storage tank temperature sensor becomes lower than the second set temperature while the water-cooled heat exchanger is stopped during the second operation, the air-cooled heat exchanger is stopped and the temperature of the heat storage tank is operated while the water-cooled heat exchanger is operated. Raises the temperature up to a second set temperature but returns to the second operation when the temperature reaches or exceeds the second set temperature;
Device of electrolysis of water.
상기 백금계 금속은 이리듐 또는 탄탈륨인 것인,
물의 전기 분해 장치.The method of claim 1,
The platinum-based metal is iridium or tantalum,
Device of electrolysis of water.
상기 전해조의 전극판은 직렬 연결된 전극판인 것인,
물의 전기 분해 장치.The method of claim 1,
The electrode plate of the electrolytic cell is an electrode plate connected in series,
Device of electrolysis of water.
상기 전극판 사이 간격의 전압은 3 내지 5 V 인 것인,
물의 전기 분해 장치.The method of claim 1,
The voltage of the interval between the electrode plate is 3 to 5 V,
Device of electrolysis of water.
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