KR100884763B1 - 수소산소 혼합가스 발생장치 - Google Patents

수소산소 혼합가스 발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수소산소 혼합가스 발생장치에 관한 것으로서, 내경을 가지는 관부재(10)와; 관부재(10)의 내부 내주면에 끼어지는 것으로서, 중앙에 메인구멍(31a)이 형성된 다수의 제1판재(31) 및 그 제1판재(31)와 교번으로 설치되는 소정두께의 제1내부이격부재(32)를 가지는 제1판재유니트(30)와; 적층된 제1판재(31)의 메인구멍(31a)들 내부에 설치되는 것으로서, 그 메인구멍(31a)의 내주면으로부터 소정간격 이격되게 설치되는 다수의 제2판재(41) 및 그 제2판재(41)와 교번으로 설치되는 소정두께의 제2내부이격부재(42)를 가지는 제2판재유니트(40)와; 관부재(10)의 전,후방에 설치되는 것으로서, 제2판재유니트(40)를 메인구멍(31a)의 내주면으로부터 이격된 상태로 위치고정하며, 그 제2판재유니트(40)와 절연되는 전,후방커버(50)(60)와; 전방커버(50)에 형성되는 것으로서, 제1판재유니트(30)와 제2판재유니트(40) 사이에서 이루어지는 전해공간(10a)으로 물이 공급되는 물공급홀(70)과; 전방커버(50)에 형성되는 것으로서, 생성된 수소산소 혼합가스가 배출되는 가스배출홀(80);을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수소산소 혼합가스 발생장치{a hydrogen-oxygen generating apparatus}
본 발명은 물로부터 수소산소 혼합가스를 효과적으로 발생시킬 수 있는 수소산소 혼합가스 발생장치에 관한 것이다.
수소산소 혼합가스 발생장치는 물이 전기분해되어 얻어지는 생성물인 수소 및 산소를 생산하기 위한 장치로서, 양(+) 및 음(-) 전극이 설치된 전해조 내에 소량의 전해물질이 첨가된 물을 공급하고 직류 전압을 인가함으로서 무공해 에너지원인 수소산소 혼합가스를 발생한다. 이때 발생되는 수소와 산소는 2 : 1의 몰비로 발생되며, - 전극 표면에 수소가 기포 형태로 생성되고, + 전극 표면에 산소가 기포 형태로 생성된다. 이렇게 생성된 수소와 산소는 혼합되어 혼합가스 형태가 되며 연소가 가능하다. 또한 수소산소 혼합가스는 연소시 오염물질의 생성하지 않아 친환경적인 에너지원으로서 새롭게 부각되고 있다.
그런데, - 전극과 + 전극에 인가되는 전기에너지에 비하여 생성되는 수소산소의 양이 적어서, 이에 따라 생성되는 수소산소 혼합가스에 프로판가스와 같은 보조연료를 혼합하여 연소시켜야 하였고, 이에 따라 경제성이 낮을 수 밖에 없었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 투입되는 전기에너지에 비하여 생성되는 수소산소 혼합가스의 양을 늘림으로써 경제성을 확보할 수 있는 수소산소 혼합가스 발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생장치는, 내경을 가지는 관부재(10); 상기 관부재(10)의 내부 내주면에 끼어지는 것으로서, 중앙에 메인구멍(31a)이 형성된 다수의 제1판재(31) 및 그 제1판재(31)와 교번으로 설치되는 소정두께의 제1내부이격부재(32)를 가지는 제1판재유니트(30); 적층된 상기 제1판재(31)의 메인구멍(31a)들 내부에 설치되는 것으로서, 그 메인구멍(31a)의 내주면으로부터 소정간격 이격되게 설치되는 다수의 제2판재(41) 및 그 제2판재(41)와 교번으로 설치되는 소정두께의 제2내부이격부재(42)를 가지는 제2판재유니트(40); 상기 관부재(10)의 전,후방에 설치되는 것으로서, 상기 제2판재유니트(40)를 상기 메인구멍(31a)의 내주로부터 이격된 상태로 위치고정하며, 그 제2판재유니트(40)와 절연되는 전,후방커버(50)(60); 상기 전방커버(50)에 형성되는 것으로서, 상기 제1판재유니트(30)와 제2판재유니트(40) 사이에서 이루어지는 전해공간(10a)으로 물이 공급되는 물공급홀(70); 및 상기 전방커버(50)에 형성된 것으로서, 생성된 수소산소 혼합가스가 배출되는 가스배출홀(80);을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 관부재(10)의 외부에 설치되는 것으로서, 다수의 냉각핀(21) 및 그 냉각핀(21)과 교번으로 설치되는 소정두께의 외부이격부재(22)를 가지는 냉각부(20)와; 상기 제1판재유니트(30)와 제2판재유니트(40) 사이에 설치되는 광촉매관(90);을 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 제1,2판재(31)(41)는 탄소나노튜브합금강으로 이루어진다.
본 발명에 있어서, 상기 제1,2판재(31)(41)의 표면은, 전기분해가 효율적으로 일어나고, 생성된 수소산소의 기포가 용이하게 탈락될 수 있도록 나노연마된다.
본 발명에 있어서, 상기 제1,2판재(31)(41)의 표면은, 토르마린 광촉매가 부착된다.
본 발명에 있어서, 상기 제2판재유니트(40)는, 상호 교번으로 배치되는 제2판재(41)와 제2내부이격부재(42)에 형성된 관통공을 관통하는 지지봉(45)을 포함하고, 상기 지지봉(45)은 상기 전,후방커버(50)(60)에 설치되는 절연브라켓(55)(65)을 관통된 후 체결된다.
본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생장치에 따르면, 투입되는 전기에너지에 비하여 생성되는 수소산소의 양이 많아지도록 함으로써 프로판가스와 같은 보조연료를 혼합하지 않고도 연소시킬 수 있고, 이에 따라 경제성을 확보할 수 있다.
또한, 기포형태로 생성되는 수소 및 산소가 전극으로부터 용이하게 분리될 수 있어, 결과적으로 전기분해가 일어나는 전극의 유효면적이 높아져 전해효율을 높일 수 있다라는 작용, 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 분해사시도이며, 도 3은 도 1의 III-III' 선을 따른 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생장치는, 내경을 가지는 관부재(10)와; 관부재(10)의 외부에 설치되는 것으로서, 다수의 냉각핀(21) 및 그 냉각핀(21)과 교번으로 설치되는 소정두께의 외부이격부재(22)를 가지는 냉각부(20)와; 관부재(10)의 내부 내주면에 끼어지는 것으로서, 중앙에 메인구멍(31a)이 형성된 다수의 제1판재(31) 및 그 제1판재(31)와 교번으로 설치되는 소정두께의 제1내부이격부재(32)를 가지는 제1판재유니트(30)와; 적층된 제1판재(31)의 메인구멍(31a)들 내부에 설치되는 것으로서, 그 메인구멍(31a)의 내주면으로부터 소정간격 이격되게 설치되는 다수의 제2판재(41) 및 그 제2판재(41)와 교번으로 설치되는 소정두께의 제2내부이격부재(42)를 가지는 제2판재유니트(40)와; 관부재(10)의 전,후방에 설치되는 것으로서, 제2판재유니트(40)를 메인구멍(31a)의 내주로부터 이격된 상태로 위치고정하며, 그 제2판재유니트(40)와 절연되는 전,후방커버(50)(60); 전방커버(50)에 형성되는 것으로서, 제1판재유니트(30)와 제2판재유니트(40) 사이에서 이루어지는 전해공간(10a)으로 물이 공급되는 물공급홀(70)과; 전방커버(50)에 형성된 것으로서, 생성된 수소산소 혼합가스가 배출되는 가스배출홀(80);을 포함한다. 이때, 제1판재유니트(30)와 제2판재유니트(40) 사이에 광촉매관(90)이 설치되는 것이 바람직하다.
이때, 외부이격부재(22)는 다수의 냉각핀(21)이 상호 접촉되지 않도록 이격시키기 위한 것이다. 또, 제1내부이격부재(32)는 다수의 제1판재(31)가 상호 접촉되지 않도록 이격시키기 위한 것이다. 그리고, 제2내부이격부재(42)는 다수의 제2판재(41)가 상호 접촉되지 않도록 이격시키기 위한 것이다. 본 실시예에서는 상기한 외부이격부재(22), 제1내부이격부재(32) 및 제2내부이격부재(42)는 3mm 의 두께는 가진다.
또한 제2판재(41)는 제1판재(31)의 메인구멍(31a)의 내주면에 접촉되지 않고 이격되어야 하며, 이에 따라 제2판재유니트(40)는 제1판재유니트(30)의 메인구멍(31a)들의 내주면으로부터 이격된 상태가 된다. 본 실시예에서, 제1판재(31)의 메인구멍(31a) 내주면에서 제2판재(41) 사이의 간격은 15mm 이다.
관부재(10)는 원형관 형태나, 사각관 형태나, 육각관, 팔각관 형태등 다양하게 구현할 수 있으며, 스테인레스나 합금강과 같은 금속재로 구현된다. 본 실시에예서 관부재(10)는 원형관 형태를 가진 것으로 설명한다. 이러한 관부재(10)는 바디를 이루게 된다.
냉각부(20)에 있어 냉각핀(21)에는, 관부재(10)가 끼어지는 끼움구멍(21a)이 형성되어 있고, 외부이격부재(22) 역시 관부재(10)가 끼어지는 끼움구멍(22a)이 형성되어 있다. 이때 외부이격부재(22)의 직경은 냉각핀(21)의 직경보다 작은 환형 형상으로 되어 있다. 이러한 구조에 의하여, 관부재(10)에 냉각핀(21)과 외부이격부재(22)를 교번을 끼어넣음으로써, 냉각부(20)는 관부재(10)의 외부에 설치되는 것이다.
제1판재유니트(30)에 있어, 제1메인구멍(31a)이 형성된 제1판재(31)는 관부재(10)의 내경에 대응되는 형상을 가지고, 제1내부이격부재(32) 역시 관부재(10)의 내경에 대응되는 형상을 가진다. 이때, 제1내부이격부재(32)는 제1메인구멍(31a)의 직경보다 큰 환형 형상으로 되어 있다. 이러한 구조에 의하여, 관부재(10)에 제1판재(31)와 제1내부이격부재(32)를 교번으로 끼어넣음으로써, 제1판재유니트(30)는 관부재(10) 내부에 설치된다. 이러한 복수의 제1판재(31)들의 메인구멍(31a)들은 실린더를 이루게 된다.
상기한 제1판재(31)는 전기분해가 효과적으로 일어나도록 재질을 선택한다. 이러한 재질의 일예로서, 제1판재(31)는 탄소나노튜브합금강으로 이루어진 것이 바람직하다. 탄소나노튜브합금강은, 탄소나노튜브를 분말로 만든 후, 니켈, 토르마린 을 분말 형태로 만든 후, 제1판재 형태로 압착한 후 소성과정을 거쳐 만들어진다. 이때 첨가물로 탈탄산나트륨복합화합물이 첨가될 수 있으며, 소성은 약 1300℃ 의 온도에서 진행된다.
한편, 제1판재(31)는 스테인레스와 같은 금속으로 구현될 수 있으며, 전기분해가 효율적으로 일어나고, 생성된 수소산소의 기포가 용이하게 탈락될 수 있도록 나노연마된다. 이러한 제1판재(31)는 스테인레스, 합금강등 금속재질로 된다.
나노연마란, 제1판재(31)의 표면을 나노단위로 연마한 것을 의미한다. 이러한 나노연마를 통하여 제1판재(31) 표면의 마찰력을 최소화할 수 있어 생성된 수소 및 산소기포가 매우 용이하게 탈락될 수 있다. 특히, 물질의 크기가 벌크 상태에서 나노 사이즈로 작아질 경우 기계적, 열적, 전기적, 자기적, 광학적 물성이 독특하게 변하는데, 제1판재(31) 표면을 나노연마하여 물성을 변화시킴으로써 물의 전기분해가 더욱 활발해지도록 하는 것이다.
한편, 제1판재(31)의 표면에는 토르마린이 광촉매가 부착될 수 있다. 토르마린 광촉매는 토르마린을 수 마이크로에서 수 나노미터 단위의 분말로 분쇄한 후 약 1300℃ 의 온도에서 소성함으로써 구현된 후, 제1판재(31)에 접착제등을 이용하여 부착되는 것이다. 토르마린은 수정과 같은 결정구조를 가지는 육방정계에 속하는 광물로서, 마찰에 의하여 전기가 생기고 또한 음이온을 다량 발생하며, 또한 전기분해를 더욱 촉진시켜 수소 및 산소가 많이 생성되게 한다. 이러한 토르마린은 분말로 분쇄된 후 소성됨으로써, 물과의 접촉면적을 넓힐 수 있는 수많은 미세기공이 형성된 광촉매로 구현되고, 이러한 토르마린 광촉매를 제1판재(31)에 부착함으로써 물의 전기분해를 더욱 촉진시킬 수 있는 것이다.
제2판재유니트(40)는, 제1메인구멍(31a) 보다 작은 원형의 제2판재(41)와, 제2판재(41) 보다 작은 직경을 가지며 제2판재(41)와 다른 제2판재를 이격시키기 위한 제2내부이격부재(42)가 상호 교번으로 설치되어 구현된다. 이때, 상호 교번으로 배치되는 제2판재(41)와 제2내부이격부재(42)에 형성된 관통공을 관통하는 지지봉(45)을 포함한다. 이때 상기한 지지봉(45)의 양단은 후술할 전,후방커버(50)(60)의 중앙에 설치된 절연브라켓(55)(65)을 관통된 후 너트(N)로 체결된다.
제2판재(41)의 표면은, 전기분해가 효율적으로 일어나고, 생성된 수소산소의 기포가 용이하게 탈락될 수 있도록 제1판재(31)와 유사한 방식으로 탄소나노튜브합금강으로 되어 있거나, 스테인레스와 같은 금속판을 나노연마하여 구현되거나, 또한 토르마린 광촉매를 부착하여 구현될 수 있다. 즉, 제2판재(41)는 제1판재(13)와 유사하게 탄소난튜브합금강이나, 스테인레스나 합금강등 금속재질로 되는 것이다.
여기서, 상기한 제1판재유니트(30)와 제2판재유니트(40) 사이의 공간은, 전기분해가 이루어지는 전해공간(10a)이 된다.
전해공간(10a)에서 이루어지는 전기분해는, 제1판재(31)에 있어 제1내부이격부재(32)의 내측부분과, 제2판재(41) 사이에서 진행된다. 이때 제1내부이격부재(32)의 내측부분의 면적과 제2판재(41)의 면적을 달리함으로써 발생되는 수소 또는 산소의 양을 다르게 할 수 있다. 예를 들면, 제1내부이격부재(32)의 내측부분으로 노출되는 제1판재(31)의 면적보다 제2판재(41)의 면적을 크게 하고, 관부재(10)를 통하여 제1판재유니트(30)에 + 전원을 그리고 제2판재유니트(40)에 - 전원을 인 가하면, 산소가스에 비하여 수소가스의 발생량을 많게 할 수 있는 것이다. 반대로, 제1판재유니트(30)에 - 전원을 그리고 제2판재유니트(40)에 + 전원을 인가하면, 수소가스에 비하여 산소가스의 발생량을 많게 할 수 있는 것이다.
전,후방커버(50)(60)는 관부재(10)의 양단에 설치되며, 대략 중앙에는 제2판재유니트(40)의 지지봉(45)을 지지하는 절연브라켓(55)(65)이 설치된다. 전,후방커버(50)(60)는 제2판재유니트(40)의 지지봉(45)이 견고하게 지지될 수 있도록 충분한 내구성을 가져야 하며, 제1,2판재(31)(41)에 비하여 두꺼운 금속재질로 되는 것이 바람직하다.
이때, 관부재(10)의 양단에 전,후방커버(50)(60)를 연결하는 방식은 다양하게 구현할 수 있다. 예를 들면, 관부재(10)의 양단에 플랜지(P1)(P2)를 용접으로 고정한 이후에, 각각의 플랜지(P1)(P2)에 전,후방커버(50)(60)를 볼트 및 너트(N)로 결합하는 것이다. 또는 전,후방커버(50)(60)와 관부재(10) 사이에 상호 나사결합할 수 있도록 나사부 및 너트부를 형성할 경우에, 플랜지를 사용하지 않고서도 전,후방커버(50)(60)를 관부재(10)에 결합시킬 수 있다. 또는 전,후방커버(50)(60) 중 어느 하나와 관부재(10) 사이에 나사부 및 너트부를 형성하고, 전,후방커버(50)960) 중 다른 하나와 관부재(10) 사이에 상기와 같이 플랜지를 설치함으로써, 전,후방커버(50)(60)를 관부재(10)에 결합시킬 수 있는 것이다.
물공급홀(70)은, 전방커버(50)의 전방 하부측에 설치되어 전해공간으로 물을 공급하는 것으로서 한쌍으로 이루어져 있다.
가스배출홀(80)은, 전방커버(50)의 전방 상부측에 설치되어 전해공간에서 발 생된 수소산소 혼합가스가 배출된다. 이때, 상기한 물공급홀(70)은 가스배출홀(80)의 하부측에 마련된다.
광촉매관(90)은, 제1판재유니트(30)와 제2판재유니트(40) 사이를 구획하며, 토르마린 광축매가 관형태로 성형되어 구현된다. 즉 전술한 바와 같이, 토르마린을 수 마이크로에서 수 나노미터 단위의 분말로 분쇄한 후 약 1300℃ 의 온도에서 관 형태로 소성함으로써 구현하는 것이다. 이러한 광촉매관(90)은 전기분해가 진행되는 동안에 다량의 음이온을 발생하여 전기분해를 더욱 촉진시키고, 또한 전기분해가 진행되는 동안에 제1판재유니트(30)와 제2판재유니트(40)에서 분리될 수 있는 미세한 판재 입자를 거르는 필터역할을 한다. 더 나아가, 제1판재(31)나 제2판재(41)가 깨져서 분리될 때, 그 제1,2판재(31)(41)에 의하여 전기적인 쇼트가 발생될 가능성을 완전히 배제할 수 있다.
상기한 구조에 의하여, 한쌍의 물공급홀(70)을 통하여 전해공간으로 물을 공급하고, 이후에 제1관부재(10)를 통하여 제1판재유니트(30)에 + 전원을 인가하고, 제2판재유니트(40)에 - 전원을 인가한다. 그러면 전해공간(10a) 내부에서 제1판재(31)와 제2판재(41) 사이에서 수소 및 산소기포가 발생하고, 이러한 수소 및 산소 기포로는 혼합된 후, 가스배출홀(80)을 통하여 외부로 유출된다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생장치의 사시도,
도 2는 도 1의 분해사시도,
도 3은 도 1의 III-III' 선을 따른 단면도.
<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>
10 ... 관부재 20 ... 냉각부
21 ... 냉각핀 21a ... 끼움구멍
22 ... 외부이격부재 22a ... 끼움구멍
30 ... 제1판재유니트 31 ... 제1판재
31a ... 메인구멍 32 ... 제1내부이격부재
40 ... 제2판재유니트 41 ... 제2판재
42 ... 제2내부이격부재 50 ... 전방커버
55 ... 절연브라켓 60 ... 후방커버
65 ... 절연브라켓 70 ... 물공급홀
80 ... 가스배출홀 90 ... 광촉매관

Claims (7)

  1. 내경을 가지는 관부재(10);
    상기 관부재(10)의 내부 내주면에 끼어지는 것으로서, 중앙에 메인구멍(31a)이 형성된 다수의 제1판재(31) 및 그 제1판재(31)와 교번으로 설치되는 소정두께의 제1내부이격부재(32)를 가지는 제1판재유니트(30);
    적층된 상기 제1판재(31)의 메인구멍(31a)들 내부에 설치되는 것으로서, 그 메인구멍(31a)의 내주면으로부터 소정간격 이격되게 설치되는 다수의 제2판재(41) 및 그 제2판재(41)와 교번으로 설치되는 소정두께의 제2내부이격부재(42)를 가지는 제2판재유니트(40);
    상기 관부재(10)의 전,후방에 설치되는 것으로서, 상기 제2판재유니트(40)를 상기 메인구멍(31a)의 내주로부터 이격된 상태로 위치고정하며, 그 제2판재유니트(40)와 절연되는 전,후방커버(50)(60);
    상기 전방커버(50)에 형성되는 것으로서, 상기 제1판재유니트(30)와 제2판재유니트(40) 사이에서 이루어지는 전해공간(10a)으로 물이 공급되는 물공급홀(70)과;
    상기 전방커버(50)에 형성된 것으로서, 생성된 수소산소 혼합가스가 배출되는 가스배출홀(80);을 포함하는 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관부재(10)의 외부에 설치되는 것으로서, 다수의 냉각핀(21) 및 그 냉각핀(21)과 교번으로 설치되는 소정두께의 외부이격부재(22)를 가지는 냉각부(20)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1판재유니트(30)와 제2판재유니트(40) 사이에 설치되는 광촉매관(90)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2판재(31)(41)는 탄소나노튜브합금강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2판재(31)(41)의 표면은, 전기분해가 효율적으로 일어나고, 생성된 수소산소의 기포가 용이하게 탈락될 수 있도록 나노연마된 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1,2판재(31)(41)의 표면은, 토르마린 광촉매가 부착된 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2판재유니트(40)는, 상호 교번으로 배치되는 제2판재(41)와 제2내부이격부재(42)에 형성된 관통공을 관통하는 지지봉(45)을 포함하고,
    상기 지지봉(45)은 상기 전,후방커버(50)(60)에 설치되는 절연브라켓(55)(65)을 관통된 후 체결된 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
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