KR100918958B1

KR100918958B1 - 수소산소 혼합가스 발생장치

Info

Publication number: KR100918958B1
Application number: KR1020090008464A
Authority: KR
Inventors: 황부성
Original assignee: 황부성
Priority date: 2009-02-03
Filing date: 2009-02-03
Publication date: 2009-09-25
Also published as: US20110127160A1; AU2010200376A1; CN101838815A; BRPI1003280A2; TW201035380A; JP2010180478A; EP2213769A1

Abstract

본 발명은 수소산소 혼합가스 발생장치에 관한 것으로서, 중앙에 형성된 메인구멍(10a) 및 그 메인구멍(10a)의 외주에 형성된 다수의 제1결합공(10b)을 가지는 다수의 프레임(10)(10'); 각각의 프레임(10)(10')들 사이에 개제되는 것으로서, 제1결합공(10b)에 대응되는 제2결합공(20b)이 형성된 절연개스킷(20); 절연개스킷(20)의 내측에서 메인구멍(10a)의 가장자리(10c) 측에 밀착되는 것으로서, 내측에 전극판구멍(31)이 형성된 전극판(30); 전극판(30)과 마주보는 프레임(10') 사이에 개제되어 그 전극판(30)이 마주보는 프레임(10')에 접촉되지 않도록 이격시키는 이격링(40); 프레임(10)(10')들의 전방에 설치되는 것으로서, 물이 유입되는 유입공(51)과, 수소산소 혼합가스가 배기되는 배기공(52)과, 제1,2결합공(10b)(20b)에 대응되는 제3결합공(50b)이 형성된 전방커버(50); 프레임(10)(10')들의 후방에 설치되는 것으로서, 물이 배수되는 배수공(61)과, 수소산소 혼합가스가 배기되는 배기공(62)과, 제1,2결합공(10a)(20a)에 대응되는 제4결합공(60b)이 형성된 후방커버(60); 및 제1,2,3,4결합공(10b)(20b)(50b)(60b)을 관통하여 상기한 전,후방커버(50)(60)와 프레임(10)(10')들을 상호 결합시키는 체결부(70);를 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, 중앙에 형성된 메인구멍(10a) 및 그 메인구멍(10a)의 외주에 형성된 다수의 제1결합공(10b)을 가지는 금속재로 된 다수의 프레임(10)(10'); 각각의 상기 프레임(10)(10')들 사이에 개제되어 상기 프레임(10)과 다른 프레임(10')을 이격시킴과 동시에 절연 및 물이 새지 않도록 실링하는 것으로서, 상기 제1결합공(10b)에 대응되는 제2결합공(20b)이 형성된 절연개스킷(20); 상기 절연개스킷(20)의 내측에서 상기 메인구멍(10a)의 가장자리(10c) 측에 밀착되어 전기적으로 연결된 상태를 유지하는 것으로서, 내측에 전극판구멍(31)이 형성된 전극판(30); 상기 전극판(30)과 마주보는 프레임(10') 사이에 개제되어 그 전극판(30)이 마주보는 프레임(10')에 접촉되지 않도록 이격시켜 전기적으로 분리된 상태를 유지하도록 하는 이격링(40); 상기 프레임(10)(10')들의 전방에 설치되는 것으로서, 물이 유입되는 유입공(51)과, 수소산소 혼합가스가 배기되는 배기공(52)과, 상기 제1,2결합공(10b)(20b)에 대응되는 제3결합공(50b)이 형성된 전방커버(50); 상기 프레임(10)(10')들의 후방에 설치되는 것으로서, 물이 배수되는 배수공(61)과, 수소산소 혼합가스가 배기되는 배기공(62)과, 상기 제1,2결합공(10a)(20a)에 대응되는 제4결합공(60b)이 형성된 후방커버(60); 및 상기 제1,2,3,4결합공(10b)(20b)(50b)(60b)을 관통하여 상기한 전,후방커버(50)(60)와 프레임(10)(10')들을 상호 결합시키는 체결부(70);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 전방커버(50)와 마주보는 프레임 사이에 개제되는 것으로서 상기 제1결합공(10b)에 대응되는 제2결합공(20b)이 형성된 전방절연개스킷(20'); 및 상기 후방커버(60)와 마주보는 프레임 사이에 개제되는 것으로서 상기 제1결합공(10b)에 대응되는 제2결합공(20b)이 형성된 후방절연개스킷(20");을 더 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 체결부(70)는, 양단에 볼트단(71b)이 형성된 바아(71)와, 그 바아(71)의 외주면을 감싸는 절연층(72)과, 상기 전방커버의 제3결합공(50b)과 상기 후방커버의 제4결합공(60b)로부터 돌출되는 볼트단(71b)에 끼어지는 실링(73)과, 상기 실링(73)이 끼어진 볼트단(71)에 체결되는 너트(74)를 포함한다.

본 발명에 있어서, 상기 전극판(30)은 탄소나노튜브합금강으로 이루어진다.

본 발명에 있어서, 상기 전극판(30)의 표면은, 전기분해가 효율적으로 일어나고, 생성된 수소산소의 기포가 용이하게 탈락될 수 있도록 나노연마된다.

본 발명에 있어서, 상기 전극판(30)의 표면은, 토르마린 광촉매가 부착된다.

본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생장치에 따르면, 상기한 구조를 가짐으로써 투입되는 전기에너지에 비하여 생성되는 수소산소의 양이 많아지도록 할 수 있고, 이에 따라 프로판가스와 같은 보조연료를 혼합하지 않고도 연소시킬 수 있어 경제성을 확보할 수 있다.

또, 기포형태로 생성되는 수소 및 산소가 전극으로부터 용이하게 분리될 수 있어, 결과적으로 전기분해가 일어나는 전극의 유효면적이 높아져 전해효율을 높일 수 있다.

또한, 별도의 방열장치를 채용하지 않고도 전기분해가 진행되는 동안에 발생되는 열을 효과적으로 방열할 수 있어, 전체적인 구조를 간단하게 할 수 있고 전기분해가 일정하게 진행될 수 있도록 할 수 있다.

그리고, 절연개스킷 내부에 위치되는 프레임의 가장자리는 전극판에 전원을 인가하는 단자 역할 및 전극판을 지지하는 지지대 역할을 하므로, 전극판이 잘 부서지는 재질로 되더라도 그 전극판을 부서지지 않게 안전하게 지지할 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, 중앙에 형성된 메인구멍(10a) 및 그 메인구멍(10a)의 외주에 형성된 다수의 제1결합공(10b)을 가지는 다수의 프레임(10)(10')과; 각각의 프레임(10)(10') 들 사이에 개제되는 것으로서, 제1결합공(10b)에 대응되는 제2결합공(20b)이 형성된 절연개스킷(20)과; 절연개스킷(20)의 내측에서 메인구멍(10a)의 가장자리(10c) 측에 밀착되 는 것으로서, 내측에 전극판구멍(31)이 형성된 전극판(30)과; 전극판(30)과 마주보는 프레임(10') 사이에 개제되어 그 전극판(30)이 마주보는 프레임(10')에 접촉되지 않도록 이격시키는 이격링(40)과; 프레임(10)(10')들의 전방에 설치되는 것으로서, 물이 유입되는 유입공(51)과, 수소산소 혼합가스가 배기되는 배기공(52)과, 제1,2결합공(10b)(20b)에 대응되는 제3결합공(50b)이 형성된 전방커버(50)와; 전방커버(50)와 마주보는 프레임 사이에 개제되는 것으로서 제1결합공(10b)에 대응되는 제2결합공(20b)이 형성된 전방절연개스킷(20')과; 프레임(10)(10')들의 후방에 설치되는 것으로서, 물이 배수되는 배수공(61)과, 수소산소 혼합가스가 배기되는 배기공(62)과, 제1,2결합공(10a)(20a)에 대응되는 제4결합공(60b)이 형성된 후방커버(60)와; 후방커버(60)와 마주보는 프레임 사이에 개제되는 것으로서 제1결합공(10b)에 대응되는 제2결합공(20b)이 형성된 후방절연개스킷(20")과; 제1,2,3,4결합공(10b)(20b)(50b)(60b)을 관통하여 상기한 전,후방커버(50)(60)와 프레임(10)(10')들을 상호 결합시키는 체결부(70);를 포함한다.

프레임(10)(10')은 스테인레스나 합금강과 같은 금속재로 구현되며, 그 중앙에 메인구멍(10a)이 형성되어 있다. 이러한 프레임은 사각형 또는 원형등 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 본 실시예에서는 사각형 형상인 것을 예로써 설명한다.

본 발명에 있어 프레임(10)(10')은 후술할 전극판(30)에 전원을 인가하는 역할을 하고, 후술할 절연개스킷(20)에 의하여 실링되는 전해공간을 형성한다. 그리고, 다수장의 프레임(10)(10')은 공기와 직접 접촉되어 있어, 전기분해가 진행되는 동안에 발생되는 열을 외부로 방열하는 방열판 역할을 한다.

이때, 절연개스킷(20) 내부에 위치되는 프레임(10)(10')의 가장자리(10c)는 전극판(30)에 전원을 인가하는 단자 역할을 하고, 또한 전극판(30)을 지지하는 지지대 역할을 한다. 더 나아가, 전극판(30)이 잘 부서지는 재질로 되더라도, 절연개스킷(20) 내측의 프레임 가장자리(10c)는 전극판(30)의 가장자리를 전체적으로 지지하므로, 전극판(30)이 부서지지 않고 안전하게 지지될 수 있도록 한다.

절연개스킷(20)은, 프레임(10)과 다른 프레임(10')을 이격시킴과 동시에 절연 및 물이 새지 않도록 실링하는 것이다. 또 전방절연개스킷(20')은 전방커버(50)와 마주보는 프레임을 이격시킴과 동시에 절연 및 물이 새지 않도록 실링하는 것이다. 그리고, 후방절연개스킷(20")은 후방커버(60)와 마주보는 프레임을 이격시킴과 동시에 절연 및 물이 새지 않도록 실링하는 것이다. 이러한 절연개스킷(20), 전,후방절연개스킷(20')(20")은, 물이 전기분해되는 과정에서도 물성이 변하지 않는 재질로 되는 것이 바람직하며, 예를 들면 테프론 고무나, 아세탈이나, PP, PE 재질로 이루어지며, 전체적으로 환형으로 되어 있다.

전극판(30)은, 절연개스킷(20) 내측에 위치되어 프레임(10)의 메인구멍(10a)의 가장자리측에 밀착되어 전기적으로 통전된다. 이러한 전극판(30)은 전기분해가 효과적으로 일어나도록 재질을 선택한다. 이러한 재질의 일예로서, 전극판(30)은 탄소나노튜브합금강으로 이루어진 것이 바람직하다. 탄소나노튜브합금강은, 탄소나노튜브를 분말로 만든 후, 니켈, 토르마린을 분말 형태로 만든 후, 전극판 형태로 압착한 후 소성과정을 거쳐 만들어진다. 이때 첨가물로 탈탄산나트륨복합화합물이 첨가될 수 있으며, 소성은 약 1300℃ 의 온도에서 진행된다.

한편, 전극판(30)은 스테인레스와 같은 금속으로 구현될 수 있으며, 전기분해가 효율적으로 일어나고, 생성된 수소산소의 기포가 용이하게 탈락될 수 있도록 나노연마된다. 이러한 전극판(30)은 스테인레스, 합금강등 금속재질로 된다.

나노연마란, 전극판(30)의 표면을 나노단위로 연마한 것을 의미한다. 이러한 나노연마를 통하여 전극판(30) 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, 전극판(30) 표면을 나노연마하여 물성을 변화시킴으로써 물의 전기분해가 더욱 활발해지도록 하는 것이다.

한편, 전극판(30)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, 전극판(30)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 전극판(30)에 부착함으로써 물의 전기분해를 더욱 촉진시킬 수 있는 것이다.

이격링(40)은, 절연개스킷(20) 내측에 위치되어 전극판(30)이 프레임(10)에 밀착되도록 함과 동시에, 그 전극판(30)이 마주보는 프레임(10')에 접촉되지 않도 록 이격시키는 것이다. 이러한 이격링(40)은 전극판(30)과 동일 직경인 것이 바람직하며, 이격링(40)의 단면은 설명을 위하여 원형으로 도시되어 있으나, 사각형등으로도 구현될 수 있음은 물론이다.

전방커버(50)는 전방절연개스킷(20')에 의하여 마주보는 프레임과 이격된 상태가 되고, 후방커버(60)는 후방절연개스킷(20")에 의하여 마주보는 프레임과 이격된 상태가 된다.

체결부(70)는 다양하게 구현될 수 있는데, 본 실시예에서는 양단에 볼트단(71b)이 형성된 바아(71)와, 그 바아(71)의 외주면을 감싸는 절연층(72)과, 전방커버의 제3결합공(50b)과 후방커버의 제4결합공(60b)로부터 돌출되는 볼트단(71b)에 끼어지는 실링(73)과, 실링(73)이 끼어진 볼트단(71)에 체결되는 너트(74)를 포함한다. 이때 절연층(72)은, 제1,2,3,4결합공 (10b)(20b)(50b)(60b)을 관통하는 바아(71)가 프레임(10)(10') 및 전,후방커버(50)(60)와 전기적으로 접촉되지 않도록 하기 위한 것이다.

상기한 전방커버(50)와 후방커버(60)는 전,후방절연개스킷(20')(20")에 의하여 프레임(10)(10')과 전기적으로 절연된 상태이다. 또한 각각의 프레임(10)(10')들도 절연개스킷(20)에 의하여 전기적으로 절연된 상태이다. 따라서, 전방커버(50)와 후방커버(60)를 전극단자로 사용할 수도 있고, 각각의 프레임을 전극단자로 사용할 수 있다. 만약 전방커버(50)와 후방커버(60)를 전극단자로 할 경우 약 300~700V의 고볼트와, 2~10A 정도의 저전류를 인가한다. 그리고, 프레임(10)(10')을 전극단자로 할 경우 1~10V 의 저볼트와 100~300A 정도의 고전류를 인가한다.

상기한 구조에 의하여, 유입공(51)으로 물이 유입되어 전극판구멍(31)으로 유동될 수 있는 상태에서, 전,후방커버(50)(60)로 전원을 인가하거나, 각각의 프레임(10)(10')에 전원을 인가하면, 다수의 전극판(30)들의 표면에 + 및 - 전하가 모아지고, 전극판(30)들 사이에서 전기장이 발생된다. 이때 전기분해가 진행되는 전해공간은 전기장이 형성된 공간이 되므로, 총 전해공간의 크기는 다수개의 전극판(30)의 개수에 비례하여 커지게 된다. 따라서 다수개의 전극판(30)을 가지는 본원의 수소산소 혼합가스 발생장치는 전해공간이 커지게 되어, 결국 전기분해가 효율적으로 일어나 수소 및 산소의 발생량이 많아진다. 이와 같이 발생된 수소 산소 기포는 혼합된 후, 배기공(52)(62)을 통하여 외부로 배출된다.

한편, 전기분해가 진행되는 동안에 전극판(30)들 사이의 전해공간에서는 많은 열이 발생된다. 이러한 열을 전기분해가 잘 진행되지 않도록 하며, 또한 폭발등의 위험한 상황을 초래하게 한다. 그러나 본원의 수소산소 혼합가스 발생장치에서는 프레임(10)(10')이 공기와 직접 접촉된 방열판 역할을 하므로, 전해공간에서 발생되는 열은 프레임(10)(10')으로 전도된 후 공기를 통하여 방열된다. 따라서 별도의 방열장치를 구비하지 않고도 방열을 가능하게 할 수 있으며, 이에 따라 구조를 단순화시킬 수 있어 생산 단가를 낮춤과 동시에 고장이 발생되는 것을 최소화할 수 있다.

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, 10' ... 프레임 10a ... 메인구멍

10b ... 제1결합공 20, 20', 20" ... 절연개스킷

20b ... 제2결합공 30 ... 전극판

31 ... 전극판구멍 40 ... 이격링

50 ... 전방커버 51 ... 유입공

52 ... 배기공 60 ... 후방커버

61 ... 배수공 62 ... 배기공

70 ... 체결부 71 ... 바아

71b ... 볼트단 72 ... 절연층

73 ... 실링 74 ... 너트

Claims

중앙에 형성된 메인구멍(10a) 및 그 메인구멍(10a)의 외주에 형성된 다수의 제1결합공(10b)을 가지는 금속재로 된 다수의 프레임(10)(10');

각각의 상기 프레임(10)(10')들 사이에 개제되어 상기 프레임(10)과 다른 프레임(10')을 이격시킴과 동시에 절연 및 물이 새지 않도록 실링하는 것으로서, 상기 제1결합공(10b)에 대응되는 제2결합공(20b)이 형성된 절연개스킷(20);

상기 절연개스킷(20)의 내측에서 상기 메인구멍(10a)의 가장자리(10c) 측에 밀착되어 전기적으로 연결된 상태를 유지하는 것으로서, 내측에 전극판구멍(31)이 형성된 전극판(30);

상기 전극판(30)과 마주보는 프레임(10') 사이에 개제되어 그 전극판(30)이 마주보는 프레임(10')에 접촉되지 않도록 이격시켜 전기적으로 분리된 상태를 유지하도록 하는 이격링(40);

상기 프레임(10)(10')들의 전방에 설치되는 것으로서, 물이 유입되는 유입공(51)과, 수소산소 혼합가스가 배기되는 배기공(52)과, 상기 제1,2결합공(10b)(20b)에 대응되는 제3결합공(50b)이 형성된 전방커버(50);

상기 프레임(10)(10')들의 후방에 설치되는 것으로서, 물이 배수되는 배수공(61)과, 수소산소 혼합가스가 배기되는 배기공(62)과, 상기 제1,2결합공(10a)(20a)에 대응되는 제4결합공(60b)이 형성된 후방커버(60); 및

상기 제1,2,3,4결합공(10b)(20b)(50b)(60b)을 관통하여 상기한 전,후방커버(50)(60)와 프레임(10)(10')들을 상호 결합시키는 체결부(70);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
제1항에 있어서,

상기 전방커버(50)와 마주보는 프레임 사이에 개제되는 것으로서 상기 제1결합공(10b)에 대응되는 제2결합공(20b)이 형성된 전방절연개스킷(20'); 및

상기 후방커버(60)와 마주보는 프레임 사이에 개제되는 것으로서 상기 제1결합공(10b)에 대응되는 제2결합공(20b)이 형성된 후방절연개스킷(20");을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
제1항에 있어서, 상기 체결부(70)는,

양단에 볼트단(71b)이 형성된 바아(71)와, 그 바아(71)의 외주면을 감싸는 절연층(72)과, 상기 전방커버의 제3결합공(50b)과 상기 후방커버의 제4결합공(60b)로부터 돌출되는 볼트단(71b)에 끼어지는 실링(73)과, 상기 실링(73)이 끼어진 볼트단(71)에 체결되는 너트(74)를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
제1항에 있어서,

상기 전극판(30)은 탄소나노튜브합금강으로 이루어진 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
제1항에 있어서,

상기 전극판(30)의 표면은, 전기분해가 효율적으로 일어나고, 생성된 수소산 소의 기포가 용이하게 탈락될 수 있도록 나노연마된 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
제1항에 있어서,

상기 전극판(30)의 표면은, 토르마린 광촉매가 부착된 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.