JP2010180478A - 水素酸素混合ガス発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】水素酸素混合ガスを効果的に発生させる装置の提供。
【解決手段】メイン穴１０ａ及び多数の第１結合孔１０ｂを有する多数のフレーム１０、１０'と、フレーム１０、１０'の間に介在され、第２結合孔２０ｂが形成された絶縁ガスケット２０と、絶縁ガスケット２０の内側でメイン穴１０ａの端１０ｃ側に密着される電極板３０と、電極板３０と向き合うフレーム１０'の間に介在される離隔リング４０と、前方に設けられ、水の流入孔５１、水素酸素混合ガスの排気孔５２、および第３結合孔５０ｂが形成された前方カバー５０と、後方に設けられ、排水孔６１、水素酸素混合ガスの排気孔６２、および第４結合孔６０ｂが形成された後方カバー６０と、結合孔１０ｂ、２０ｂ、５０ｂ、６０ｂを貫通して前記前、後方カバー５０、６０とフレーム１０、１０'同士を相互結合させる締結部７０とを含む水素酸素混合ガス発生装置。
【選択図】図２

Description

本発明は水から水素酸素混合ガスを効果的に発生させることができる水素酸素混合ガス発生装置に関するものである。

水素酸素混合ガス発生装置は、水が電気分解されて得られる生成物である水素及び酸素を生産するための装置であって、正（＋）及び負（−）電極が設けられた電解槽内に少量の電解物質が添加された水を供給し、直流電圧を印加することによって無公害エネルギー源である水素酸素混合ガスを発生する。この際、発生される水素と酸素は２：１のモル比に発生され、−電極表面に水素が気泡状に生成され、＋電極表面に酸素が気泡状に生成される。このように生成された水素と酸素は混合され混合ガス形態になって燃焼が可能となる。また、水素酸素混合ガスは燃焼時に汚染物質を生成しないので親環境的なエネルギー源として新しく浮き彫りになっている。

しかし、−電極と＋電極に印加される電気エネルギーに比べて生成される水素酸素の量が少ないので、これによって生成される水素酸素混合ガスにプロパンガスのような補助燃料を混合されて燃消させなければならなかったし、これによって経済性が低かった。

本発明は前記のような問題点を解決するために創出されたものであって、投入される電気エネルギーに比べて生成される水素酸素混合ガスの量をふやすことにより経済性を確保することができる水素酸素混合ガス発生装置を提供することを目的とする。

前記のような目的を達成するために、本発明にかかる水素酸素混合ガス発生装置は、中央に形成されたメイン穴１０ａ及びそのメイン穴１０ａの外周に形成された多数の第１結合孔１０ｂを有する金属材からなる多数のフレーム１０、１０'と、それぞれの前記フレーム１０、１０'同士の間に介在され、前記フレーム１０と異なるフレーム１０'を離隔させると同時に、絶縁及び水が漏れないようにシーリングするものであって、前記第１結合孔１０ｂに対応される第２結合孔２０ｂが形成された絶縁ガスケット２０と、前記絶縁ガスケット２０の内側で前記メイン穴１０ａの端１０ｃ側に密着され電気的に連結された状態を維持するものであって、内側に電極板穴３１が形成された電極板３０と、前記電極板３０と向き合うフレーム１０'の間に介在され、その電極板３０が向き合うフレーム１０'に接触されないように離隔させて電気的に分離した状態を維持するようにする離隔リング４０と、前記フレーム１０、１０'同士の前方に設けられるものであって、水が流入される流入孔５１と、水素酸素混合ガスが排気される排気孔５２と、前記第１、２結合孔１０ｂ、２０ｂに対応される第３結合孔５０ｂが形成された前方カバー５０と、前記フレーム１０、１０'同士の後方に設けられるものであって、水が排水される排水孔６１と、水素酸素混合ガスが排気される排気孔６２と、前記第１、２結合孔１０ａ、２０ａに対応される第４結合孔６０ｂが形成された後方カバー６０と、及び前記第１、２、３、４結合孔１０ｂ、２０ｂ、５０ｂ、６０ｂを貫通して前記前、後方カバー５０、６０とフレーム１０、１０'同士を相互結合させる締結部７０と、を含むことを特徴とする 。

本発明において、前記前方カバー５０と向き合うフレームの間に介在されるものであって、前記第１結合孔１０ｂに対応される第２結合孔２０ｂが形成された前方絶縁ガスケット２０'と、及び前記後方カバー６０と向き合うフレームの間に介在されるものであって、前記第１結合孔１０ｂに対応される第２結合孔２０ｂが形成された後方絶縁ガスケット２０"と、をさらに含む 。

本発明において、前記締結部７０は、両端にボルト端７１ｂが形成されたバー７１と、そのバー７１の外周面を囲む絶縁層７２と、前記前方カバーの第３結合孔５０ｂと前記後方カバーの第４結合孔６０ｂから突出されるボルト端７１ｂを差し込むシーリング７３と、前記シーリング７３に差し込まれたボルト端７１に締結されるナット７４とを含む。

本発明において、前記電極板３０は炭素ナノチューブ合金鋼からなる。

本発明において、前記電極板３０の表面は、電気分解が効率的に起き、生成された水素酸素の気泡が容易に脱落されることができるようにナノ研磨される。

本発明において、前記電極板３０の表面は、トルマリン光触媒が附着される。

本発明による水素酸素混合ガス発生装置によると、前記構造を有することによって投入される電気エネルギーに比べて生成される水素酸素の量が多くなるようにでき、これによってプロパンガスのような補助燃料を混合せずに燃消させることができて経済性が確保できる。

また、気泡状に生成される水素及び酸素が電極から容易に分離されることができ、結果的に電気分解が起こる電極の有効面積が広くなって電解効率を高めることができる。

また、別途の放熱装置を採用せずに電気分解が進行される間に発生される熱を効果的に放熱することができ、全体的な構造を簡単にするできて電気分解が一定に進行されることができる。

そして、絶縁ガスケット内部に位置されるフレームの端は、電極板に電源を印加する端子の役目及び電極板を支持する支持台の役目をするので、電極板が壊れやすい材質からなってもその電極板を壊れないように安全に支持することができるという作用、効果がある。

本発明にかかる水素酸素混合ガス発生装置の斜視図である。 図１の分解斜視図である。 図１のIII−III'線に沿った断面図である。

以下、本発明による水素酸素混合ガス発生装置を添付された図面を参照して詳しく説明する。

図１は本発明による水素酸素混合ガス発生装置の斜視図であり、図２は図１の分解斜視図であり、図３は図１のIII−III'線に沿った断面図である

示されたように、本発明による水素酸素混合ガス発生装置は、中央に形成されたメイン穴１０ａ及びそのメイン穴１０ａの外周に形成された多数の第１結合孔１０ｂを有する多数のフレーム１０、１０'と、それぞれのフレーム１０、１０'同士の間に介在されるものであって、第１結合孔１０ｂに対応される第２結合孔２０ｂが形成された絶縁ガスケット２０と、絶縁ガスケット２０の内側でメイン穴１０ａの端１０ｃ側に密着されるものであって、内側に電極板穴３１が形成された電極板３０と、電極板３０と向き合うフレーム１０'の間に介在され、その電極板３０が向き合うフレーム１０'に接触されないように離隔させるは離隔リング４０と、フレーム１０、１０'同士の前方に設けられるものであって、水が流入される流入孔５１と、水素酸素混合ガスが排気される排気孔５２と、第１、２結合孔１０ｂ、２０ｂに対応される第３結合孔５０ｂが形成された前方カバー５０と、前方カバー５０と向き合うフレームの間に介在されるものであって、第１結合孔１０ｂに対応される第２結合孔２０ｂが形成された前方絶縁ガスケット２０'と、フレーム１０、１０'同士の後方に設けられるものであって、水が排水される排水孔６１と、水素酸素混合ガスが排気される排気孔６２と、第１、２結合孔１０ｂ、２０ｂに対応される第４結合孔６０ｂが形成された後方カバー６０と、後方カバー６０と向き合うフレームの間に介在されるものであって、第１結合孔１０ｂに対応される第２結合孔２０ｂが形成された後方絶縁ガスケット２０"と、第１、２、３、４結合孔１０ｂ、２０ｂ、５０ｂ、６０ｂを貫通して前記前、後方カバー５０、６０とフレーム１０、１０'同士を相互結合させる締結部７０と、を含む。

フレーム１０、１０'はステンレスや合金鋼のような金属材で具現され、その中央にメイン穴１０ａが形成されている。

このようなフレームは四角形または円形等、多様な形態に具現されることができるし、本実施例では四角形象であることを例として説明する。

本発明においてフレーム１０、１０'は後述の電極板３０に電源を印加する役目をし、後述の絶縁ガスケット２０によってシーリングされる電解空間を形成する。そして、多数のフレーム１０、１０'は空気と直接接触されていて、電気分解が進行される間に発生される熱を外部に放熱する放熱板の役目をする。

この際、絶縁ガスケット２０内部に位置されるフレーム１０、１０'の端１０ｃは電極板３０に電源を印加する端子の役目をし、また、電極板３０を支持する支持台の役目をする。さらに、電極板３０が壊れやすい材質からなっても、絶縁ガスケット２０内側のフレーム端１０ｃは電極板３０の端を全体的に支持するので、電極板３０が壊れずに安全に支持されることができる。

絶縁ガスケット２０は、フレーム１０と異なるフレーム１０'を離隔させると同時に、絶縁及び水が漏れないようにシーリングするものである。また、前方絶縁ガスケット２０'は前方カバー５０と向き合うフレームを離隔させると同時に、絶縁及び水が漏れないようにシーリングするものである。そして、後方絶縁ガスケット２０"は後方カバー６０と向き合うフレームを離隔させると同時に、絶縁及び水が漏れないようにシーリングするものである。このような絶縁ガスケット２０、前、後方絶縁ガスケット２０'２０"は、水が電気分解される過程においても物性が変わらない材質からなることが望ましく、例えばテフロン（登録商標）ゴムや、アセタールや、ＰＰ、ＰＥ材質からなり、全体的に環形になっている。

電極板３０は、絶縁ガスケット２０内側に位置され、フレーム１０のメイン穴１０ａの端側に密着されて電気的に通電される。このような電極板３０は電気分解が効果的に起こるように材質を選択する。このような材質の一例として、電極板３０は炭素ナノチューブ合金鋼からなるのが望ましい。炭素ナノチューブ合金鋼は、炭素ナノチューブを粉末にし、ニッケル、トルマリンを粉末状にした後、電極板形態に圧搾した後、塑性過程を経って作られる。この際、添加物としてタルタン酸ナトリウム複合化合物が添加され得るし、塑性は約１３００℃の温度で進行される。

一方、電極板３０はステンレスのような金属で具現され得るし、電気分解が効率的に起き、生成された水素酸素の気泡が容易に脱落されることができるようにナノ研磨される。このような電極板３０はステンレス、合金鋼等の金属材質からなる。

ナノ研磨とは、電極板３０の表面をナノ単位で研いたことを意味する。このようなナノ研磨を通じて電極板３０表面の摩擦力を最小化することができるので、生成された水素及び酸素気泡が非常に容易に脱落することができる。特に、物質の大きさがバルク状からナノサイズに小くなる場合、機械的、熱的、電気的、磁気的、光学的物性が独特に変わるが、電極板３０表面をナノ研磨して物性を変化させることによって水の電気分解がさらに活発になるようにするものである。

一方、電極板３０の表面にはトルマリン光触媒が附着され得る。トルマリン光触媒はトルマリンを数マイクロから数ナノメートル単位の粉末に粉碎した後、約１３００℃の温度で塑性することによって具現された後、電極板３０に接着剤等を用いて附着されるものである。トルマリンは水晶のような結晶構造を有する六方晶系に属する鉱物であって、摩擦によって電気が生じ、また陰イオンを多量発生し、また電気分解をさらに促進させて水素及び酸素を多く生成させる。このようなトルマリンは粉末に粉砕された後、塑性されることによって、水との接触面積を広げることができる幾多の微細気孔が形成された光触媒に具現され、このようなトルマリン光触媒を電極板３０に附着することによって水の電気分解をさらに促進させることができる。

離隔リング４０は、絶縁ガスケット２０内側に位置され、電極板３０がフレーム１０に密着されるようにすると同時に、その電極板３０が向き合うフレーム１０'に接触されないように離隔させるものである。このような離隔リング４０は電極板３０と同一直径であるものが望ましく、離隔リング４０の断面は説明のために円形に示されているが、四角形等にも具現できることは勿論である。

前方カバー５０は前方絶縁ガスケット２０'によって向き合うフレームと離隔された状態になり、後方カバー６０は後方絶縁ガスケット２０"によって向き合うフレームと離隔された状態になる。

締結部７０は多様に具現されることができるが、本実施例では両端にボルト端７１ｂが形成されたバー７１と、そのバー７１の外周面を囲む絶縁層７２と、前方カバーの第３結合孔５０ｂと後方カバーの第４結合孔６０ｂから突出されるボルト端７１ｂを差し込むシーリング７３と、シーリング７３に差し込まれたボルト端７１に締結されるナット７４とを含む。この際、絶縁層７２は、第１、２、３、４結合孔１０ｂ、２０ｂ、５０ｂ、６０ｂを貫通するバー７１がフレーム１０、１０'及び前、後方カバー５０、６０と電気的に接触されないようにするためのものである。

前記前方カバー５０と後方カバー６０は、前、後方絶縁ガスケット２０'２０"によってフレーム１０、１０'と電気的に絶縁された状態である。また、それぞれのフレーム１０、１０'同士も絶縁ガスケット２０によって電気的に絶縁された状態である。したがって、前方カバー５０と後方カバー６０を電極端子に用いることもでき、それぞれのフレームを電極端子に用いることができる。仮に、前方カバー５０と後方カバー６０を電極端子にする場合、約３００〜７００Ｖの高ボルトと、２〜１０Ａ程度の低電流を印加する。そして、フレーム１０、１０'を電極端子にする場合、１〜１０Ｖの低ボルトと１００〜３００Ａ程度の高電流を印加する。

前記構造によって、流入孔５１に水が流入され電極板穴３１に流動されることができる状態において、前、後方カバー５０、６０に電源を印加したり、それぞれのフレーム１０、１０'に電源を印加すると、多数の電極板３０同士の表面に＋及び−電荷が集められ、電極板３０同士の間で電場が発生される。この際、電気分解が進行される電解空間は電場が形成された空間になるので、総電解空間の大きさは多数ヶの電極板３０の個数に比例して大きくなる。したがって、多数ヶの電極板３０を有する本願の水素酸素混合ガス発生装置は、電解空間が大きくなり、結局、電気分解が効率的に起きて水素及び酸素の発生量が多くなる。このように発生された水素酸素気泡は混合された後、排気孔５２、６２を通じて外部に排出される。

一方、電気分解が進行される間に電極板３０同士間の電解空間では多くの熱が発生される。このような熱を電気分解が進行され難くし、また、爆発等の危ない状況をもたらす。しかし、本願の水素酸素混合ガス発生装置ではフレーム１０、１０'が空気と直接接触された放熱板の役目をするので、電解空間において発生される熱はフレーム１０、１０'に伝導された後、空気を通じて放熱される。したがって、別途の放熱装置を備えずに放熱が可能となり、これによって構造を単純化させることができるので、生産単価を低めることと同時に故障が発生されることを最小化することができる。

本発明は図面に示された一実施例を参照に説明されたが、これは例示的なことに過ぎなく、本技術分野の通常の知識を有する者なら今後多様な変形及び均等な他の実施例が可能であるということがわかる。

１０、１０'…フレーム １０ａ…メイン穴
１０ｂ…第１結合孔 ２０、２０'、２０"…絶縁ガスケット
２０ｂ…第２結合孔 ３０…電極板
３１…電極板穴 ４０…離隔リング
５０…前方カバー ５１…流入孔
５２…排気孔 ６０…後方カバー
６１…排水孔 ６２…排気孔
７０…締結部 ７１…バー
７１ｂ…ボルト端 ７２…絶縁層
７３…シーリング ７４…ナット

Claims (6)

1. 中央に形成されたメイン穴及びそのメイン穴の外周に形成された複数の第１結合孔を有する金属材からなる複数のフレームと、
   それぞれの前記フレーム同士の間に介在され、前記フレームと異なるフレームを離隔させると同時に、絶縁及び水が漏れないようにシーリングするものであって、前記第１結合孔に対応される第２結合孔が形成された絶縁ガスケットと、
   前記絶縁ガスケットの内側で前記メイン穴の端側に密着され電気的に連結された状態を維持するものであって、内側に電極板穴が形成された電極板と、
   前記電極板と向き合うフレームの間に介在され、その電極板が向き合うフレームに接触されないように離隔させて電気的に分離した状態を維持するようにする離隔リングと、
   前記フレーム同士の前方に設けられるものであって、水が流入される流入孔と、水素酸素混合ガスが排気される排気孔と、前記第１、２結合孔に対応される第３結合孔が形成された前方カバーと、
   前記フレーム同士の後方に設けられるものであって、水が排水される排水孔と、水素酸素混合ガスが排気される排気孔と、前記第１、２結合孔に対応される第４結合孔が形成された後方カバーと、
   前記第１、２、３、４結合孔を貫通して前記前、後方カバーとフレーム同士を相互結合させる締結部と
   を含むことを特徴とする水素酸素混合ガス発生装置。
2. 前記前方カバーと向き合うフレームの間に介在されるものであって、前記第１結合孔に対応される第２結合孔が形成された前方絶縁ガスケットと、
   前記後方カバーと向き合うフレームの間に介在されるものであって、前記第１結合孔に対応される第２結合孔が形成された後方絶縁ガスケットと、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の水素酸素混合ガス発生装置。
3. 前記締結部は、
   両端にボルト端が形成されたバーと、そのバーの外周面を囲む絶縁層と、前記前方カバーの第３結合孔と前記後方カバーの第４結合孔から突出されるボルト端を差し込むシーリングと、前記シーリングに差し込まれたボルト端に締結されるナットとを含むことを特徴とする請求項１または２に記載の水素酸素混合ガス発生装置。
4. 前記電極板は炭素ナノチューブ合金鋼からなることを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の水素酸素混合ガス発生装置。
5. 前記電極板の表面は、電気分解が効率的に起き、生成された水素酸素の気泡が容易に脱落されることができるようにナノ研磨されたことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の水素酸素混合ガス発生装置。
6. 前記電極板の表面は、トルマリン光触媒が附着したことを特徴とする請求項１から３の何れか１項に記載の水素酸素混合ガス発生装置。

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