KR100961893B1 - 전기분해에 의한 가스 발생장치 - Google Patents

전기분해에 의한 가스 발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기분해에 의한 가스 발생장치에 관한 것이다.
이를 실현하기 위한 본 발명의 가스 발생장치는 원수 공급 또는 가스 배출을 위해 적어도 하나의 개구가 상부와 하부에 각각 형성된 음극판을 다수개 일렬로 정렬하고, 일정한 두께를 갖고 상기 판의 주위 및 상기 개구를 둘러싸는 형태로 된 고무 패킹을 각각의 음극판 사이에 개재시킨 후, 상기 다수의 음극판을 체결수단으로 체결하여 인접하는 음극판 사이에 상기 고무 패킹에 의한 기밀 공간이 형성되도록 구성된 음극부; 상기 음극판의 상부 및 하부의 개구에 개구의 직경보다 작은 직경을 가지면서 삽입되는 막대형의 양극봉; 상기 음극판 및 양극봉에 직류 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
가스 발생장치, 음극판, 고무 패킹, 양극봉, 전원 공급부, 개구

Description

전기분해에 의한 가스 발생장치{gas generator by electrolysis}
본 발명은 원수(물, 오폐수 등)의 전기 분해에 의해 수소 및 산소 등의 기체를 발생시키는 전기분해에 의한 가스 발생장치에 관한 것이다.
통상, 물의 전기분해를 이용한 가스 발생장치는 본체 내에 양극판과 음극판을 설치하고, 양극판과 음극판을 각각 외부전원의 양극 및 음극에 연결하며, 본체 내에 전해질을 충전시킨 후 원수를 주입하고 전원을 인가하면, 양극에서는 산화반응으로 산소를 얻을 수 있고, 음극에서는 환원반응으로 수소를 얻을 수 있다. 또한, 이러한 가스 발생장치에는 원수를 공급하는 원수 공급구와, 전기분해에 의해 발생된 가스를 배출하는 가스 배출구가 구비되어 있다.
종래의 가스 발생장치에서는, 한정된 공간에서 많은 양의 원수를 전기분해할 수 있도록 하기 위해서, 도 1에 도시된 바와 같이 양극판과 음극판을 갖는 별개의 구획된 공간을 다수개 설치하고, 이러한 공간에서 각각 전기분해가 일어나도록 구성하는 것이 일반적이었다. 그러나, 이러한 경우에도 양극과 음극이 각각 별도로 설치되므로, 가스 발생장치의 제조 공정이 증가되고, 장치의 크기 및 비용이 증가되는 문제가 있었다.
또한, 전기분해 중에 발생되는 열에 의해, 가스 발생장치 전체의 온도가 높아짐에도 불구하고 장치에 대한 냉각이 충분히 이루어지지 않아, 이미 발생된 가스(수소, 산소, 일산화탄소 등)가 본래의 성질을 상실하거나 다시 환원되어 얻고자 하는 가스의 생산 수율이 저하되는 문제점이 있었다. 가스의 냉각을 위해 팬을 설치하거나 별도의 냉각 사이클을 작동시키는 경우도 있었으나, 이는 비용을 증가시키는 원인이 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 원수를 전기분해하여 원하는 가스를 저렴한 비용으로 많은 양을 얻을 수 있는 소형의 전기분해에 의한 가스 발생장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 가스 발생장치 자체의 온도 상승으로 인해 이미 발생된 가스가 소실되는 것을 방지할 수 있도록 충분한 냉각수단을 구비한 전기분해에 의한 가스 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 전기분해에 의한 가스 발생장치는, 원수 공급구 또는 가스 배출구로 각각 사용되는 적어도 하나의 개구가 상부와 하부에 각각 형성된 음극판을 다수개 일렬로 정렬하고, 일정한 두께를 갖고 상기 판의 주위 및 상기 개구를 둘러싸는 형태로 된 고무 패킹을 각각의 음극판 사이에 개재시킨 후, 상기 다수의 음극판을 체결수단으로 체결하여 인접하는 음극판 사이에 상기 고무 패킹에 의한 기밀 공간 이 형성되도록 구성된 음극부; 상기 체결수단으로 체결된 전체 음극판의 상부 및 하부의 개구에 개구의 직경보다 작은 직경을 가지면서 삽입되는 막대형의 양극봉; 상기 음극판 및 양극봉에 직류 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 고무 패킹은 음극판에 형성된 결합홈에 상기 고무 패킹에 형성된 결합돌기가 결합되어 음극판 사이에 개재되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음극판에는 상부 및 하부에 각각 2개씩의 개구가 형성되고, 인접하는 고무 패킹 중에서, 어느 한편에 개재된 고무 패킹은 음극판의 상하 좌우측 개구 중 일측의 개구와 음극판의 주위를 하나의 폐곡선으로 연결하고 타측에서는 개구 주위만을 완전히 둘러싸는 폐곡선 형태로 배치되고, 다음편에 개재된 고무 패킹은 상하 좌우측 중 타측의 개구와 음극판의 주위를 하나의 폐곡선으로 연결하고 일측에서는 개구 주위만을 완전히 둘러싸는 폐곡선 형태로 배치되는 구조가 반복되도록 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음극부는 음극판의 상하 좌우측 개구 중 일측의 개구와 음극판의 주위를 하나의 폐곡선으로 연결하고 타측에서는 개구 주위만을 완전히 둘러싸는 폐곡선 형태로 구성된 고무 패킹이 부착된 하나의 음극판과, 이러한 음극판을 180°회전시킨 다른 음극판을 교대로 반복 적층하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음극판에는 상부 및 하부에 각각 2개씩의 개구가 형성되고, 인접하는 고무 패킹 중에서, 어느 한편에 개재된 고무 패킹은 음극판 상부의 좌우측 개구 중 일측의 개구, 음극판 하부의 좌우측 개구 중 상기 일측과 다른 타측의 개구, 음극판의 주위를 하나의 폐곡선으로 연결하고 나머지 개구에서는 개구 주위만을 완전히 둘러싸는 폐곡선 형태로 배치되고, 다음편에 개재된 고무 패킹은 음극판 상부의 좌우측 개구 중 상기 일측과 다른 타측의 개구, 음극판 하부의 좌우측 개구 중 상기 일측의 개구, 음극판의 주위를 하나의 폐곡선으로 연결하고 나머지 개구에서는 개구 주위만을 완전히 둘러싸는 폐곡선 형태로 배치되는 구조가 반복되도록 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음극부는 음극판 상부의 좌우측 개구 중 일측의 개구, 음극판 하부의 좌우측 개구 중 상기 일측과 다른 타측의 개구, 음극판의 주위를 하나의 폐곡선으로 연결하고 나머지 개구에서는 개구 주위만을 완전히 둘러싸는 폐곡선 형태로 구성된 고무 패킹이 부착된 하나의 음극판과, 이러한 음극판을 180°회전시킨 다른 음극판을 교대로 반복 적층하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음극판에는 다수의 돌출부 또는 오목부가 일정한 패턴으로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음극판의 다수의 돌출부 또는 오목부는 인접하는 음극판의 다수의 돌출부 또는 오목부와 점 접촉되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 양극봉에는 펄스 형태의 파형으로 변환된 직류전원이 공급되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음극판의 개구로 공급되는 원수는 물 또는 유기 성분이 포함된 오폐수인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 음극판의 상부와 하부 사이의 중간에도 적어도 하나의 개구가 형 성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 저렴한 비용으로 동시에 많은 양의 원수를 전기분해하여 원하는 가스를 발생시킬 수 있다.
또한, 전기분해에 의해 이미 발생된 가스의 온도가 상승하여 소실되는 것을 방지하여 가스의 생산 수율을 높일 수 있다.
또한, 펄스 파형의 직류전원을 인가함으로써 전기분해 효율을 높여 가스의 생산 수율을 높일 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 가스 발생장치(100)의 사시도이고, 도 3의 (a), (b) 및 (c)는 각각 상기 가스 발생장치의 평면도, 정면도 및 좌측면도이고, 도 4의 (a)는 음극판(11)을 나타내는 도면, (b)는 음극판에 부착되는 고무 패킹(12)을 나타내는 도면, (c)는 음극판(11)에 고무 패킹(12)을 부착한 상태를 나타내는 도면이고, 도 5는 음극판(11)의 배치구조를 설명하기 위한 도면이다.
상기 가스 발생장치(100)는 음극부(10), 양극봉(30), 체결부(31, 32, 33), 전원부(40)를 포함한다. 상기 음극부(10)는 상부 및 하부에 각각 적어도 하나의 개구(13, 14, 15, 16)가 형성된 음극판(11)을 다수개 일렬로 정렬하고, 각각의 음극판 사이에 기밀을 위한 고무 패킹(12)을 개재하여 형성된다. 상기 음극부(10)의 앞뒤에 체결판(32, 33)을 배치하고 이를 체결수단(31)으로 체결하면, 음극부(10)의 각각의 음극판(11)은 고정된다. 음극판(11)에 형성된 상부 및 하부의 개구(13, 14, 15, 16)에는 막대형의 양극봉(30)이 관통된다. 상기 양극봉은 개구(13, 14, 15, 16)보다는 직경이 작아서 개구를 통해 전기분해를 위한 원수가 공급되거나 또는 전기분해로 발생된 가스가 통과될 수 있다. 또한, 음극판(11) 및 양극봉(30)에 직류전원을 공급하는 전원부(40)가 구비된다. 전원부(40)의 양극은 양극봉(30)에, 음극은 각각의 음극판(11)과 연결된다.
원수를 전기분해하기 위해서는 전해물질을 가스 발생장치(100)에 충전할 필요가 있으나, 가축의 분뇨, 음식물 폐수 또는 매립장의 침출수(이하, "폐수"라 함) 등과 같은 폐수를 원수로 사용할 경우, 폐수 내의 분자상 물질과 이온성 물질로 존재하는 액상의 유기 탄소화합물이 전해물질로 작용하므로 별도로 전해물질을 가스 발생장치 내에 충전할 필요가 없다.
이하에서는 도 4를 참조하여, 음극판(11)과 고무 패킹(12)의 구성에 대해 상세히 설명하기로 한다. 음극판(11)에 형성된 개구의 좌우 위치에 대한 설명은 고무 패킹(12)이 없는 면에서 음극판(11)을 바라본 것을 기준으로 한다.
각각의 음극판(11)은 스텐레스강(예를 들어, STS 316)으로 제작되고, 상부 및 하부에는 각각 적어도 하나의 개구가 형성된다. 본 예에서는 상부 및 하부에 각각 2개씩의 원형 개구(13, 14, 15, 16)가 형성되었으며, 개구는 약 120mm 정도의 직경을 가지나, 개구의 크기, 형태 또는 수는 사용 태양에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면, 음극판(11)의 중간에도 개구가 형성되어 양극봉(30)이 삽입될 수 있다. 개구(13, 14, 15, 16)에는 양극봉(30)이 개구보다 작은 직경을 가지면서 삽입되므로, 양극봉(30) 사이의 여유공간을 통해 원수가 공급되거나 전기분해에 의해 발생된 가스를 배출할 수 있다.
도 4의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 음극판(11) 위에 부착되는 고무 패킹(12)은 예를 들어, 상부 및 하부의 각각 2개의 개구 중 우측 개구(13, 14)에서는 개구와 음극판(11)의 주위를 하나로 연결하는 폐곡선 형태로 되고, 좌측 개구(15, 16)에서는 개구만 따로 원형으로 감싸는 형태로 되어 있다. 이러한 고무 패킹의 곡선 형태는 사용 태양에 따라 변경할 수 있다. 예를 들어, 상부와 하부의 좌측 개구(15, 16) 주위를 하나의 폐곡선으로 감싸고, 우측 개구(13, 14)는 개구만을 감싸는 형태로 될 수 있다. 다르게는, 상부의 우측 개구(13)와 하부의 좌측 개구(15) 주위를 하나의 폐곡선으로 감싸고, 상부의 좌측 개구(16)와 하부의 우측 개구(14)는 개구만을 감싸는 형태로 될 수 있다.
고무 패킹(12)의 주위에는 음극판(11)과 결합하기 위한 결합돌기(18)가 일체로 형성되어 있어, 이를 음극판(11)에 형성된 결합홈(17)에 걸어서 부착시킬 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 개구(13, 14, 15, 16)를 둘러싸는 고무 패킹(12)의 모양을 인접하는 음극판(11) 사이에서 서로 반대로 할 수 있다. 예를 들면, 인 접하는 3개의 음극판(11)에서, 어느 한편에 개재된 음극판의 고무 패킹(12)(예를 들어, 가장 우측의 고무 패킹)은 상하 우측의 개구와는 연결되고 좌측의 개구와는 연결되지 않는 형태로 되고, 다음편에 개재되는 고무 패킹(우측에서 2번째의 고무 패킹)은 상하 좌측의 개구와는 연결되고 우측 개구와는 연결되지 않는 형태로 된다. 도 5에서, 고무 패킹(12)이 부착된 가장 우측의 음극판(11)을 180°회전시키면, 우측에서 2번째의 음극판과 동일한 형태로 된다. 따라서, 고무 패킹(12)이 부착된 동일한 형태의 음극판(11)을 교대로 180°회전시켜 배열하면 제작 비용의 추가없이 용이하게 이러한 구성을 달성하는 것이 가능하다.
또한, 고무 패킹(12)은 일정한 두께를 가져서, 음극판(11)이 일렬로 정렬되어 체결부재(31)에 의해 체결되었을 때는, 인접하는 2개의 판(11)과 그 사이의 고무 패킹(12)에 의해 고무 패킹 주위로 밀폐된 공간이 형성된다. 도 5에서, 우측에서 2번째의 음극판(11)의 후면이 가장 우측의 음극판에 부착된 고무 패킹(12)과 접촉되므로, 기밀 효과를 향상시키기 위해서는 음극판 후면(고무 패킹이 부착되지 않는 면)은 고무 패킹(12)의 외주 형상을 따라 약간 돌출되는 것이 바람직하다. 인접하는 음극판(11) 사이의 간격은 예컨대, 약 3~4 mm 이고, 250개 정도의 음극판을 사용할 경우 음극판의 전체 가로방향 길이[음극부(10)의 길이]는 약 1 m 가 된다.
이하에서는, 전기분해에 의해 가스를 발생시켜 배출하는 과정 및 가스의 냉각 과정을 설명하기로 한다.
가스의 냉각이 필요한 이유는, 전기분해에 의해 발생된 수소 또는 산소 등의 가스에 대한 냉각이 충분히 이루어지지 않을 경우, 발생된 가스가 본래의 기능을 상실하거나 다시 환원되어 얻고자 하는 가스의 생산 수율이 저하될 수 있기 때문이다(예를 들어, 수소의 온도가 80℃ 이상이 되면 연료가스로 사용하기 어려움).
먼저, 도 6의 (a)를 참조하여, 인접하는 음극판(11) 사이의 고무 패킹(12)의 형태가 동일한 경우를 살펴보기로 한다. 도 6에서, 인접하는 음극판(11) 사이의 간격은 설명을 위해 넓게 도시되었으며, 실제로는 이보다 훨씬 좁다.
본 예에서, 음극판(11)의 고무 패킹(12)은 상하 우측 개구(13, 14)가 서로 연결되고, 좌측 개구(15, 16)는 개구만을 둘러싸는 형태로 구성되어 있다. 이 경우, 양극봉(30)은 우측 개구(13, 14)에만 삽입된다.
음극판(11)의 상부의 우측 개구(13)로 원수(물 또는 폐수)가 약 2기압 정도의 압력으로 들어오면, 원수는 개구(13)를 따라 화살표(a) 방향으로 진행하게 되고, 일부의 원수는 각각의 음극판(11) 사이의 공간(방)을 따라 진행하기도 한다. 음극판(11)에서는 환원반응에 의해 수소가 발생되고, 양극봉(30)에서는 산화반응에 의해 산소가 발생된다. 전기분해된 가스는 각각의 음극판(11) 사이의 방을 통과하면서 음극판(11)과 접촉하여 냉각이 이루어진다. 음극판(11)의 하부 개구(14)에도 양극봉(30)이 삽입되므로 음극판(11)의 개구를 통과하면서 낙하된 원수도 하부의 양극봉(30)에 의해 전기분해될 수 있다. 전기분해된 가스는 펌프 등에 의해 화살표(b) 방향을 따라 진행하여, 음극판(11)의 하부 개구(14) 외부로 배출된다. 음극판(11)의 하부 개구(14)를 통해 일부 남아 있는 원수도 함께 배출될 수 있으나, 원 수는 따로 분리하여 상부 개구(13)를 통해 계속 순환시킬 수 있다.
다르게는, 고무 패킹(12)의 폐곡선 형태를 상하의 개구(13, 14, 15, 16) 모두가 연결되게 구성할 수 있다. 고무 패킹(12)은 개구(13, 14, 15, 16)를 포함하는 음극판(11) 주위를 하나로 연결하는 폐곡선 형태로 되고, 개구만을 하나의 폐곡선으로 완전히 둘러싸는 부분은 없다. 이 경우, 음극판(11)의 상하 개구(13, 14, 15, 16) 모두로 양극봉(30)이 삽입된다. 음극판(11)의 상부 개구(13, 16)로 원수가 공급되면, 전기분해된 가스는 하부의 개구(14, 15) 외부로 배출된다.
다르게는, 고무 패킹(12)의 폐곡선 형태를 상부의 우측 개구(13)와 하부의 좌측 개구(15)를 연결하도록 형성할 수 있다. 이 경우, 음극판(11) 상부의 우측 개구(13)로 원수가 공급되면, 전기분해된 가스는 하부의 좌측 개구(15) 외부로 배출된다.
한편, 음극판(11)의 하부 개구(14, 15)로 원수가 공급되고, 전기분해된 가스는 펌프 등의 흡입에 의해 상부 개구(13, 16)로 배출되게 할 수도 있다.
이와 같이, 원수 또는 가스의 유동 경로는 고무 패킹(12)의 형태를 변경함으로써 다양하게 변화될 수 있다.
다음으로, 도 6의 (b)를 참조하여, 인접하는 음극판(11) 사이의 고무 패킹(12)의 형태가 교대로 반복되는 경우를 살펴보기로 한다.
음극판(11) 상부의 우측 개구(13)로 원수가 들어오면, 원수는 개구(13)를 따라 화살표(a) 방향으로 진행하게 되고, 일부의 원수는 각각의 음극판(11) 사이의 1 번 방을 따라 진행하기도 한다. 이러한 과정에서, 양극봉(30)과 각각의 음극판(11)에 의해 전기분해되어 발생된 가스도 각각의 1번 방을 따라 하부로 진행한다. 이때, 원수 또는 가스는 고무 패킹(12)의 곡선 형태로 인해 2번 방으로는 들어갈 수가 없다[2번 방 사이의 고무 패킹(12)은 개구(13) 주위를 완전히 둘러싸고 있으므로 개구 주위로 밀폐되는 구조이다]. 가장 우측의 1번 방을 통과한 원수 또는 가스는 하부의 우측 개구(14)를 따라 화살표(b) 방향으로 진행한다. 하부의 우측 개구(14)와 좌측 개구(15)를 배관 등에 의해 서로 연결하면, 화살표(b) 방향으로 진행된 원수 또는 가스는 계속하여 화살표(c) 방향을 따라 진행하게 된다. 하부의 좌측 개구(15)를 따라 화살표(c) 방향으로 진행되는 원수 또는 가스는 이번에는 각각의 1번 방은 그냥 지나치고 각각의 2번 방에서만 화살표 방향을 따라 위로 전기분해된 가스가 상승한다. 가장 우측의 2번 방을 통과한 가스는 위로 상승한 후, 상부의 좌측 개구(16)를 따라 화살표(d) 방향으로 진행하여 배출된다[개구(16)로는 주로 가스만이 배출될 것이다].
개구(13, 14, 15, 16)를 통한 원수 또는 가스의 상기 순환은 펌프와 같은 가압 수단에 의해 이루어진다. 또한, 원수 또는 가스의 순환 경로 중간에 원수와 가스를 분리하는 수단을 설치하여 원수는 계속 순환시키고 가스는 따로 모아두었다가 상부의 개구(16)로 배출된 가스와 함께 저장할 수도 있다.
이와 같이, 원수 또는 가스는 화살표(a, b, c, d)로 도시된 긴 경로를 따라 진행하면서, 각각의 음극판(11) 사이의 수많은 방을 통과하게 된다. 따라서, 가스의 발생량도 많아지고, 가스에 대한 냉각도 충분히 이루어질 수 있어, 원하는 가스 의 수율을 높일 수 있다.
원수 또는 가스의 순환 경로는 고무 패킹(12)의 형태를 변경함으로써 다양하게 변화될 수 있다. 예를 들어, 고무 패킹(12)은 음극판(11)의 상부의 우측 개구(13)와 하부의 좌측 개구(15)를 하나의 폐곡선으로 연결하고, 상부의 좌측 개구(16)와 하부의 우측 개구(14)는 개구만을 완전히 둘러싸는 형태로 될 수 있다. 이 경우, 원수 또는 가스는 상부의 우측 개구(13), 하부의 좌측 개구(15), 하부의 우측 개구(14)를 통과하여, 상부의 좌측 개구(16)를 따라 배출되는 형태가 될 것이다.
한편, 음극판(11)의 하부 개구(14, 15) 중 어느 하나로 원수를 공급하고, 전기분해된 가스는 상부 개구(13, 16) 중 어느 하나로 배출되게 할 수도 있다.
이하에서는, 도 5 및 도 7을 참조하여 전기분해에 의해 발생된 수소 또는 산소 가스에 대한 냉각 효과를 더욱 향상시키기 위한 구성을 살펴보기로 한다.
가스의 접촉 면적을 넓히기 위해, 상기 음극판(11)에는 일정한 패턴으로 형성된 다수의 돌출부 또는 오목부(19)(이하, "돌출부")가 형성되는 것이 바람직하다. 발생된 가스는, 음극판(11)과 고무 패킹(12)에 의해 형성된 기밀 공간을 통과하는 동안 다수의 돌출부(19)를 지나면서 열을 방출하게 된다. 따라서, 적절한 냉각이 이루어져 발생된 가스가 소실되는 것을 방지할 수 있다(본 발명의 가스 발생장치의 온도는 약 75~80℃로 유지됨). 또한, 음극판(11)에 부착된 고무 패킹(12)이 과도한 온도 상승에 의해 손상될 염려가 없어 고무 패킹에 의한 기밀 기능이 저 하될 위험도 없다.
또한, 상기 돌출부(19)의 돌출 형태 및 두께를 조절함으로써, 냉각 효과를 향상시킬 수 있다. 한가지 예로, 돌출부(19)의 돌출되는 두께를 고무 패킹(12)의 두께와 거의 같게 할 경우, 다수의 음극판(11) 사이에 고무 패킹(12)을 개재하고 이를 체결수단으로 체결하였을 때, 인접하는 음극판 사이의 돌출부(19)들이 두께 방향으로 서로 접촉될 수 있다. 여기서, 두께 방향은 고무 패킹의 두께 방향을 말한다. 예를 들어, 도 5에 도시된 우측 2개의 음극판이 체결수단에 의해 체결되었을 때, 가장 우측의 음극판에 형성된 돌출부(19)는 우측에서 2번째의 음극판의 후면과 접촉된다. 이러한 구성으로 할 경우, 인접하는 음극판 사이에 형성된 하나의 기밀 공간 내에 벌집 형태의 수많은 경로가 생겨서 이를 통해 가스가 이동하는 동안 냉각 효과가 더욱 향상되는 결과를 낳는다.
그러나, 인접하는 음극판 사이의 돌출부(19)들이 비교적 넓은 면적에서 접촉될 경우, 원수 중에 포함된 이온의 환원 반응에 의해 석출물이 발생되고, 이러한 석출물들이 상기 접촉되는 부분에 부착되어 스케일이 발생할 수 있다. 스케일의 제거를 위해서는 많은 시간과 노력이 필요하므로, 도 5에 도시된 바와 같이 고무 패킹(12)이 부착된 음극판(11)을 180°교대로 회전하여 배열하여 부착함으로써, 인접하는 음극판 사이에서 돌출부의 두께 방향으로 접촉되는 부분이 점의 형태로 접촉되게 할 수 있다.
예를 들어, 하나의 음극판(11)(도 5에서 가장 우측의 음극판)에 형성된 돌출부(19)의 모양이 위로 벌어지는 형태인 경우, 이를 180°회전하여 배열한 다음의 음극판(11)(도 5에서 우측에서 2번째의 음극판)의 돌출부(19)는 아래로 벌어지는 형태가 된다. 이 경우, 인접하는 음극판(11) 사이의 돌출부(19)들은 도 7에 개략적으로 나타낸 바와 같이, 점으로 표시된 부분에서 접촉이 이루어진다. 따라서, 인접하는 음극판(11) 사이의 돌출부(19)들의 접촉 면적은 최소로 될 수 있다(약, 0.5 ~ 1 mm 정도의 길이로 접촉됨).
실제 전기분해 시에는 각각의 음극판(11) 사이의 공간은 전기분해된 가스로 가득 차므로, 가스 압력에 의해 접촉 부분이 약간 벌어지게 되어 인접하는 음극판(11) 사이의 돌출부(19)들은 거의 접촉되지 않게 된다. 이와 같이, 점 접촉에 의할 경우, 실제 전기분해 시에는 접촉되는 부분이 거의 없어 스케일이 잘 발생되지 않고, 따라서 불필요한 수고를 줄일 수 있다.
상기의 양극봉(30)에는 직류 전원(40)에 의해 예를 들어, 약 4~5V, 4000~4500A의 전기가 공급될 수 있다. 직류 전원에 의해 전기를 공급하는 이유는 전류의 조절을 용이하게 하기 위함이며, 전류가 클 경우 원수가 전기분해되는 속도도 그만큼 빨라지게 된다. 상기 직류 전원을 인버터가 채용된 펄스발생기를 통해 펄스 형태의 전원으로 변환하여 양극봉(30)에 공급되게 할 수 있다. 직류 전원을 단속시켜 펄스 형태로 제공하면, 물분자가 두 전극방향으로 정렬 상태와 비정렬 상태를 반복하게 된다(도 8 참조). 이러한 과정에서, 물분자는 팽창과 수축을 반복하면서 분해되기 쉬운 상태가 되어, 원하는 가스의 생산 수율을 높일 수 있다. 이 때, 펄스의 주파수는 예컨대, 55~65 Hz이다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
도 1은 종래 기술의 전기분해에 의한 가스 발생장치를 나타내는 도면.
도 2는 본 발명의 가스 발생장치의 사시도.
도 3의 (a), (b) 및 (c)는 각각 본 발명의 가스 발생장치의 평면도, 정면도 및 좌측면도.
도 4의 (a)는 음극판을 나타내는 도면, (b)는 음극판에 부착되는 고무 패킹을 나타내는 도면, (c)는 음극판에 고무 패킹을 부착한 상태를 나타내는 도면.
도 5는 음극판의 배치구조를 설명하기 위한 도면.
도 6의 (a)는 인접하는 음극판 사이의 고무 패킹의 형태가 동일한 경우의 원수 또는 가스의 이동 경로를 나타내는 도면이고, 도 6의 (b)는 인접하는 음극판 사이의 고무 패킹의 형태가 교대로 반복되는 경우의 원수 또는 가스의 이동 경로를 나타내는 도면.
도 7은 인접하는 음극판 사이에서 돌출부들이 점 접촉을 이루는 예를 나타내는 도면.
도 8은 펄스형태의 직류전원을 인가할 경우 물분자가 정렬되는 모습을 나타내는 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 음극부
11 : 음극판
12 : 고무 패킹
13, 14, 15, 16 : 개구
17 : 결합홈
18 : 결합돌기
19 : 돌출부
30 : 양극봉
31, 32, 33 : 체결부
40 : 전원부

Claims (11)

  1. 전기분해에 의한 가스 발생장치에 있어서,
    원수 공급구 또는 가스 배출구로 각각 사용되는 적어도 하나의 개구가 상부와 하부에 각각 형성된 음극판을 다수개 일렬로 정렬하고, 일정한 두께를 갖고 상기 판의 주위 및 상기 개구를 둘러싸는 형태로 된 고무 패킹을 각각의 음극판 사이에 개재시킨 후, 상기 다수의 음극판을 체결수단으로 체결하여 인접하는 음극판 사이에 상기 고무 패킹에 의한 기밀 공간이 형성되도록 구성된 음극부;
    상기 체결수단으로 체결된 전체 음극판의 상부 및 하부의 개구보다 작은 직경을 가지면서 삽입되는 막대형의 양극봉;
    상기 음극판 및 양극봉에 직류 전원을 공급하는 전원 공급부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 가스 발생장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고무 패킹은 음극판에 형성된 결합홈에 상기 고무 패킹에 형성된 결합돌기가 결합되어 음극판 사이에 개재되는 것을 특징으로 하는 가스 발생장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 음극판에는 상부 및 하부에 각각 2개씩의 개구가 형성되고,
    인접하는 고무 패킹 중에서, 어느 한편에 개재된 고무 패킹은 음극판의 상하 좌우측 개구 중 일측의 개구와 음극판의 주위를 하나의 폐곡선으로 연결하고 타측에서는 개구 주위만을 완전히 둘러싸는 폐곡선 형태로 배치되고, 다음편에 개재된 고무 패킹은 상하 좌우측 중 타측의 개구와 음극판의 주위를 하나의 폐곡선으로 연결하고 일측에서는 개구 주위만을 완전히 둘러싸는 폐곡선 형태로 배치되는 구조가 반복되도록 설치된 것을 특징으로 하는 가스 발생장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 음극부는 음극판의 상하 좌우측 개구 중 일측의 개구와 음극판의 주위를 하나의 폐곡선으로 연결하고 타측에서는 개구 주위만을 완전히 둘러싸는 폐곡선 형태로 구성된 고무 패킹이 부착된 하나의 음극판과, 이러한 음극판을 180°회전시킨 다른 음극판을 교대로 반복 적층하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 발생장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 음극판에는 상부 및 하부에 각각 2개씩의 개구가 형성되고,
    인접하는 고무 패킹 중에서, 어느 한편에 개재된 고무 패킹은 음극판 상부의 좌우측 개구 중 일측의 개구, 음극판 하부의 좌우측 개구 중 상기 일측과 다른 타측의 개구, 음극판의 주위를 하나의 폐곡선으로 연결하고 나머지 개구에서는 개구 주위만을 완전히 둘러싸는 폐곡선 형태로 배치되고, 다음편에 개재된 고무 패킹은 음극판 상부의 좌우측 개구 중 상기 일측과 다른 타측의 개구, 음극판 하부의 좌우측 개구 중 상기 일측의 개구, 음극판의 주위를 하나의 폐곡선으로 연결하고 나머 지 개구에서는 개구 주위만을 완전히 둘러싸는 폐곡선 형태로 배치되는 구조가 반복되도록 설치된 것을 특징으로 하는 가스 발생장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 음극부는 음극판 상부의 좌우측 개구 중 일측의 개구, 음극판 하부의 좌우측 개구 중 상기 일측과 다른 타측의 개구, 음극판의 주위를 하나의 폐곡선으로 연결하고 나머지 개구에서는 개구 주위만을 완전히 둘러싸는 폐곡선 형태로 구성된 고무 패킹이 부착된 하나의 음극판과, 이러한 음극판을 180°회전시킨 다른 음극판을 교대로 반복 적층하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스 발생장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 음극판에는 다수의 돌출부 또는 오목부가 일정한 패턴으로 형성된 것을 특징으로 하는 가스 발생장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 음극판의 다수의 돌출부 또는 오목부는 인접하는 음극판의 다수의 돌출부 또는 오목부와 점 접촉되는 것을 특징으로 하는 가스 발생장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 양극봉에는 펄스 형태의 파형으로 변환된 직류전원이 공급되는 것을 특징으로 하는 가스 발생장치.
  10. 제9항에 있어서, 음극판의 개구로 공급되는 원수는 물 또는 유기 성분이 포함된 오폐수인 것을 특징으로 하는 가스 발생장치.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 음극판의 상부와 하부 사이의 중간에도 적어도 하나의 개구가 형성되는 것을 특징으로 하는 가스 발생장치.
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