KR101141117B1 - 전기분해를 이용한 연소가스 발생장치와 차량 탑재용 연소가스 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전기분해를 이용한 연소가스 발생장치와 차량 탑재용 연료 가스 발생장치에 관한 것으로서, 수소와 산소의 혼합 가스를 효율적으로 대량으로 장시간 발생시키고, 전해액을 충전한 전해조 내에 양극 전극 및 음극 전극을 침지하며, 양 전극 사이에 직류 교번 전압을 인가한다. 양 전극 사이에는 복수의 중간 전극이 배치되고, 상기 전해조는 밀폐 덮개에 의해 밀폐되며, 전기분해에 의해 발생한 수소와 산소의 혼합 가스가 밀폐 덮개에 설치된 배출구로부터 취출되는 것을 특징으로 한다.

Description

전기분해를 이용한 연소가스 발생장치와 차량 탑재용 연소가스 발생장치{COMBUSTION GAS GENERATION DEVICE AND ON-VEHICLE COMBUSTION GAS GENERATION DEVICE USING ELECTROLYSIS}

본 발명은 전기분해를 이용한 연소가스 발생장치와 차량 탑재 연소가스 발생장치, 특히 전기분해를 이용하여 얻어진 수소와 산소의 혼합 가스를 연소가스로서 발생시키는 개량된 연소가스 발생장치에 관한 것이다.

물을 전기분해하여 수소와 산소의 혼합 가스, 즉 브라운 가스(Brown gas)를 단시간에 대량으로 발생시키고, 이를 용융로 또는 연소로 등에 이용하는 기술은 이미 일본 특허 제3130014호로서 공지이다. 또한, 이와 같은 기술을 실현한 브라운 가스 발생기도 판매되어 있고, 예를 들면 B.E.S.T.KOREA CO.,LTD.사제의 브라운 가스 발생기가 알려져 있다.(www.browngas.com)

또한, 이와 같은 브라운 가스 또는 전기분해 발생 가스에 적합한 가스 발생장치로서 일본 공개특허공보 제2004-137528호 또는 일본 특개소63-303087호가 알려져 있고, 전해조와 양극 및 음극 전극 및 양극(兩極) 전극 사이에 배치된 중간 전극의 구조도 알려져 있다.

종래 제안되어 있는 전기분해 가스 발생장치에서는 충분히 만족스러운 효율을 얻을 수 없는 문제가 있었다. 그 결과, 장치는 일반적으로 대형화되고 중량이 큰 장치가 될 수밖에 없고, 이와 같은 대형 장치는 거치형 연소가스 발생장치로서 이용할 수밖에 없었다. 즉, 종래에는 이와 같은 연소가스 발생장치를 가반형(可搬型)으로 하거나 차량 탑재(車載)하여 차량의 동력으로서 이용하는 것 등은 요구되지도 않았다.

본 발명은 상기 종래의 과제를 해결하기 위해, 전기분해에 의해 발생하는 수소와 산소의 혼합 가스를 효율적으로 연속 대량으로 발생시키는 새로운 기구의 조합을 제안하는 것이다.

즉, 본 발명은 물의 전기분해를 효율적으로, 또 연속적 대량으로 가스 발생을 계속하기 위해서는 양음의 전극 사이에 큰 전압을 인가하고, 이에 의해 전해액내를 흐르는 전류 밀도를 증가시키는 것이 필요하다는 지견에 기초한다.

또한, 본 발명은 물의 전기분해를 연속적으로 효율적으로 실시하기 위해서는 전해액으로부터 전기분해에 의해 발생하는 생성 물질이 전극 주위에 부착하여 전기분해를 저효율로 하는 것을 효과적으로 방지하는 것이 필요하다는 지견에 기초하여 전해액을 효율적으로 순환시키는 구조를 제안한다.

또한, 본 발명자는 물의 전기분해로 발생한 수소와 산소의 혼합 가스는 발생 당초는 가스와 액체가 혼합된 상태로서 취출되고, 이대로는 양호한 연소가스로서는 이용될 수 없는 문제를 발견하여 가스와 액체의 분리를 효과적으로 실시한다는 지견을 얻기에 이르렀다.

본 발명은 또한 상기 분리된 액체를 다시 전해조로 효과적으로 귀환시키고, 장시간에 걸쳐 적은 유지 관리로 연속 운전을 가능하게 하는 장치를 제안할 수 있다.

본 발명은 상기 몇가지 과제 해결 수단을 단독으로 또는 복수 종류 조합함으로써 개량된 대량 연속적으로 수소와 산소의 혼합 가스를 물의 전기분해에 의해 계속해서 공급하는 개량된 연소가스 발생장치를 제공하는 것이다.

본원의 제1태양에 따른 연소가스 발생장치는 전해액을 충전한 전해조와, 상기 전해조 내의 전해액중에 침지된 양극 전극 및 음극 전극과, 상기 양전극(兩電極) 사이에 양전극에 대해 서로 절연하여 배치되고, 양전극 사이의 전압을 각각 분압하여 받는 복수의 중간 전극과, 상기 양 전극에 직류 교번 전압을 인가하는 전원 장치와, 상기 전해조를 밀폐하고 또한 전기분해에 의해 발생한 수소와 산소의 혼합 가스를 배출하는 배출구를 구비한 밀폐 덮개와, 전해조의 상부에서 밀폐 덮개와의 사이에 배치되어 전해조에서 거품 형상으로 발생한 혼합 가스와 전해액을 분리하는 기액분리장치를 포함하고, 상기 기액분리장치는 격벽으로 복수실로 구분된 바닥이 있는 분리실을 구비하고, 각 격벽 및 각 실의 바닥에는 개구가 설치되어 있는 전기분해를 이용하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 전해조의 상하 양 부분에 접속된 냉각 핀을 포함하고, 전해조 내의 전해액을 자연 순환시키는 냉각 장치를 포함하는 전기분해를 이용한 연소가스 발생장치를 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 전해조로부터 발생한 수소와 산소의 혼합 가스로부터 액체분을 분리하기 위해 상기 기액분리장치에 직렬 접속된 제 2 기액분리장치를 포함하는 전기분해를 이용한 연소가스 발생장치를 특징으로 한다.

이상과 같이, 본 발명은 매우 효율적으로 물을 전기분해하여 연속적으로 또한 대량으로 수소와 산소의 혼합 가스를 얻을 수 있고, 장치를 소형 경량화하는 것이 가능해졌다.

또한, 장치의 소형화에 의해 본 발명에 따른 연소가스 발생장치는 차량 탑재용으로서 이용할 수 있고, 차량의 동력원으로서 이용하는 것이 가능해졌다.

도 1은 본 발명에 따른 연소가스 발생장치의 바람직한 제 1 실시형태를 나타내는 개략 구성도,

도 2는 도 1의 연소가스 발생장치의 요부를 도시한 단면도,

도 3은 도 2의 중간 전극(14)의 지지 구조를 도시한 요부 사시도,

도 4는 도 3과 마찬가지로 도 2의 중간 전극(14)의 지지 구조를 도시한 요부 사시도,

도 5는 제 1 실시형태의 전해조와 냉각 장치의 관계를 도시한 평면도,

도 6은 제 1 실시형태에 따른 제 1 기액분리장치를 상세히 도시한 평면도,

도 7은 제 1 실시형태의 전해조 외부에 설치된 다단 기액분리장치를 도시한 개략 설명도,

도 8은 제 1 실시형태의 제 2 기액분리장치를 도시한 요부 단면도,

도 9는 도 8의 기액 분리실의 내부를 도시한 평면도,

도 10은 제 1 실시형태의 제 2 기액분리장치의 상부에 설치된 방폭 장치를 도시한 요부 단면도,

도 11은 제 1 실시형태의 제 3 기액분리장치를 도시한 개략 설명도,

도 12는 제 1 실시형태의 제 4 기액분리장치의 제습관을 도시한 평면도,

도 13은 제 1 실시형태의 제 4 기액분리장치의 다른 제습관을 도시한 평면도,

도 14는 제 1 실시형태의 제 5 기액분리장치의 개략 구성을 도시한 설명도,

도 15는 제 1 실시형태의 제 6 기액분리장치를 도시한 개략 단면도,

도 16은 본 발명에 따른 차량 탑재용 연소가스 발생장치의 바람직한 실시 형태를 도시한 개략 구성도,

도 17은 도 16의 제 2 실시형태의 전해조를 도시한 요부 사시도, 및

도 18은 도 17의 전해조의 내부 구조를 도시한 분해 사시도이다.

(발명을 실시하기 위한 가장 좋은 형태)

도 1에는 본 발명에 따른 연소가스 발생장치의 바람직한 제 1 실시형태의 개략 구성이 도시되어 있다.

전해조(10)에는 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 등의 전해액(11)이 충전되어 있고, 이 전해액(11) 내에 양극 및 음극 전극이 침지되어 있다. 본 실시형태에서 양극 전극(12)은 전해조(10)의 거의 중앙에 고정된 금속제 전극 막대로 이루어지고, 한편 음극 전극(13)은 전해조(10) 자체가 겸용하고 있다.

본 발명의 전극 구조는 상기 양극 전극(12)과 음극 전극(13) 사이에 복수의 중간 전극(14)이 배치되고, 이들 복수의 중간 전극(14)은 상기 양 전극(12, 13)에 대해 절연되며, 또한 중간 전극(14) 자체가 서로 절연하여 배치되고, 그 결과 양극 전극(12)과 음극 전극(13) 사이에 인가된 직류 전압은 각 중간 전극(14)에 의해 각각 분압되게 된다.

상기 양 전극(12, 13) 사이에 전기분해를 실시하기 위한 전압을 인가하기 위해 양 전극 사이에는 전원 장치(15)가 접속되어 있다.

본 발명에서 이 전원 장치(15)는 양 전극(12, 13)에 직류 교번 전압을 인가한다. 본 발명의 전원 장치(15)가 이와 같이 단순한 연속적인 직류 전압이 아니라 펄스 형상의 직류 교번 전압을 각 전극(12, 13)에 공급함으로써 공급 전압을 증가하고, 또한 전해액(11) 내를 흐르는 전류 밀도를 크게 하는 것이 가능해진다.

그리고, 전술한 양극 전극(12), 음극 전극(13) 및 중간 전극(14)의 전극 배치와 이 직류 교번 전압을 인가하는 전원 장치(15)의 조합에 의해, 본 발명에 의하면 전해액(11)을 효율적으로 전기분해하는 것이 가능해진다.

주지와 같이, 물의 전기분해에서는 전해액으로부터 발생한 생성 물질이 전극에 부착하여 전기분해가 급속히 감쇠되는 현상이 생긴다.

이 때문에 종래에는 전해액(11)을 강제 순환하기 위해 외부 부착된 펌프를 설치하는 등의 개량이 실시되었지만, 이와 같은 강제 순환 방식에서는 순환을 위해 에너지를 손실하고, 전체 효율이 현저히 저하되는 문제가 있었다.

이와 같은 문제를 해결하기 위해, 본 실시형태에서는 상기 전해조에 자연 순환형 냉각 장치를 설치하는 것을 특징으로 한다.

도 1에서 냉각 장치는 도면 부호 "16"으로 나타내고, 전해조(10)의 상하 양단에 접속된 냉각 핀(17)을 포함하고, 전해조(10) 내의 전해액(11)을 냉각 핀(17)내에 자연 순환시켜 전해조(10)의 외부에서 냉각하고, 이를 다시 전해조(10) 내로 되돌림으로써 액체 온도를 최적으로 유지하고, 또한 전해 물질이 전극(12) 또는 전극(13) 주위에 부착하여 전기분해의 기능이 저하되는 것을 확실히 방지할 수 있다.

물론, 본 발명에서 이와 같은 냉각 핀(17)에 의한 자연 순환을 실시하지 않고, 다른 강제 순환을 이용하는 것도 가능하다.

직류 교번 전압이 전극(12, 13) 사이에 인가되면, 본 발명에 따른 연소가스 발생장치는 즉시 수소와 산소의 혼합 가스를 발생한다. 이 혼합 가스를 대기에 뺏기지 않도록 전해조(10)에는 밀폐 덮개(18)가 기밀 상태로 고정 배치되어 전해조를 밀폐한다. 이 밀폐 덮개(18)에는 배출구(19)가 설치되어 있고, 전기분해에 의해 발생한 혼합 가스가 이 배출구(19)를 통해 외부로 인도된다.

본 발명에서 혼합 가스의 발생은 매우 신속히 실시되고, 전기분해에 의한 혼합 가스의 발생은 전원 투입부터 1분 이내에 개시되며, 이 가스 발생은 계속되어 대량의 혼합 가스를 연속적으로 발생할 수 있다. 가스 발생이 급격하기 때문에 혼합 가스는 전해액과의 거품 형상의 혼합 상태로 배출구(19)로부터 외부로 인도된다. 따라서 이대로의 기액 혼합 상태로는 연소가스로서 이용할 수 없기 때문에 본 발명에서는 혼합 가스로부터 액체분을 분리하기 위해 적어도 2단의 기액분리장치(20, 21)가 직렬로 접속되어 있다. 각 기액분리장치(20, 21)로부터 분리된 액체는 복귀로(22)를 통해 전해조(10)로 되돌려진다.

따라서, 본 발명에 의하면 장치를 연속적으로 작동시켜도 전해질은 대부분 감소하지 않고, 혼합 가스로서 분해된 수분만을 보급하면, 연속적으로 혼합 가스의 발생을 계속하는 것이 가능해진다.

도 2에는 도 1에 도시한 본 발명의 바람직한 제 1 실시형태의 더 구체화된 연소가스 발생장치의 요부가 도시되어 있다.

전해조(10)는 이 실시형태에서 세로로 긴 바닥이 있는 통 형상의 금속체로 이루어지고, 음극 전극(13)을 겸용하고 있다. 전해조(10) 내에는 실시형태에서 수산화나트륨 등의 전해액(11)이 충전되고, 이 전해액(11) 내에 양극 전극(12)이 침지된 상태로 전해조(10) 내에 고정된다. 양극 전극(12)은 금속 원통으로 이루어지고, 그 상단에서 플랜지(23)를 통해 전극 단자(24)와 일체적으로 결합되어 있다.

상기 양극 전극(12)을 전해조(10) 내에 고정 배치하기 위해, 전해조(10)에는 양극 전극(12)의 상하에 상측 고정판(25) 및 하측 고정판(26)을 배치하고 있다.

도 3, 4에는 도 2에 도시한 양극 전극(12)의 상측 고정판(25) 및 하측 고정판(26)이 상세히 도시되고, 이들 고정판(25, 26)은 각 전극을 절연 상태로 배치하기 위해 플라스틱, 테프론(등록 상표), 세라믹 등의 절연재로 형성되어 있다.

상측 고정판(25)의 중앙에는 양극 전극(12)의 전극 단자(24)가 관통하는 관통 구멍(27)이 설치되고, 또한 상측 고정판(25)의 저면에서는 상기 양극 전극(12)과 전극 단자(24)를 결합하는 플랜지(23)를 수용하는 원주 홈(28)이 설치되고, 양극 전극(12)과 상측 고정판(25)은 일체적으로 강고하게 결합된다. 상측 고정판(25)에는 6개의 긴 구멍(29)이 등간격으로 반경 방향을 따라서 설치되고, 그 긴 구멍(29)을 통해 전기분해에 의해 발생한 수소와 산소의 혼합 가스가 전해액과 혼합하여 거품 형상으로 전해조(10)의 상부로 배출된다.

한편, 하측 고정판(26)도 전기 절연재로 이루어지고, 상면에 설치된 링 형상의 전극 지지 홈(30)에 의해 양극 전극(12)의 하단이 지지되어 있다.

또한, 하측 고정판(26)의 중앙에는 관통 구멍(31)이 설치되고, 또한 하측 고정판(26)을 관통하여 그 직경 방향으로 방사 형상으로 설치된 복수의 작은 관통 구멍(32)에 의해 전해조(10)내의 전해액(11)이 하측 고정판(26)을 통과하여 이동 가능하게 되어 있다.

도 4에서 명확해진 바와 같이, 하측 고정판(26)의 내면에는 직경 방향으로 방사 형상으로 설치된 6줄기의 홈(33)이 설치되고, 전해액(11)의 이동을 용이하게 하고, 또한 전기분해에 의해 발생하는 이물질 또는 혼입된 티끌 등을 이 홈(33)에 모을 수 있다.

이와 같은 하측 고정판(26)은 전해조(10)의 내부에서 그 바닥부에 배치된 원반 형상의 격자(grating)(34)상에 놓고, 이 상태에서 상기 홈(33)은 그 일부가 하측 고정판(26)의 측방으로 연장되고, 개구부(35)를 형성하여 후술하는 냉각 장치로의 도로를 형성하고 있다.

본 실시형태에서 음극 전극(13)은 전해조(10) 자체가 담당하고, 상기 양극 전극(12)과의 사이에 직류 교번 전압이 인가된다.

이 때의 인가 전압은 6~200 볼트 사이에서 임의로 선택되고, 이 때의 전해액(11)을 흐르는 전류는 10~400 암페어에 도달하고 있다.

또한, 본 발명에서 인가 전압의 교번 주파수는 10Hz~40kHz로 설정되어 있다.

따라서, 본 발명에 의하면 양극 및 음극 전압(12, 13) 사이에는 고전압, 고전류를 가할 수 있고, 매우 효율적인 전기분해를 계속적으로 실시할 수 있으며, 그 결과 가스 발생장치로서 소형화 및 경량화를 도모하는 것이 가능해진다.

전술한 고전압, 고전류는 단순히 양극, 음극 전극(12, 13) 사이에 인가하면, 급속한 전기분해에 의해 전해액에는 국소적인 심한 전기분해가 발생하고, 전해액(11)에 불균일한 영역이 생기며, 전체로서 전기분해 효율을 낮추는 요소가 된다.

본 발명에서는 이와 같은 불균일한 분포 발생을 방지하기 위해, 양극 전극(12)과 음극 전극(13), 즉 전해조(10)와의 사이에는 복수의 중간 전극(14)이 설치되고, 전기분해를 전해조(10) 내에서 균일하게 실시하게 하는 것을 가능하게 하고 있다.

도 2 내지 도 4에서 이 중간 전극은 도면 부호 "14"로 나타내고, 이 실시형태에서는 복수의 금속제 동심(同心) 원통으로 형성되어 있다. 이들 복수의 중간 전극은 도 3, 4에 상세하게 도시된 바와 같이, 상측 고정판(25) 및 하측 고정판(26)의 각각 저면 및 상면에 설치된 복수의 중간 전극 지지 홈(40, 41)에 삽입되고, 전해조(10) 내에서 복수의 중간 전극(14)이 각 양극 전극(12) 및 음극 전극(13) 그리고 중간 전극(14) 들에 있어서도 서로 절연된 상태로 전해조(10) 내에 배치되게 된다.

이 중간 전극(14)을 복수 배치함으로써 전해액(11)은 인접하는 전극 사이에서 분리되고, 인가 전압도 각 분리된 전극쌍마다 분압되므로 급격한 전기분해가 국부적으로 발생하는 것을 방지하고, 전해액(11)의 전체 영역에 걸쳐 안정적인 전기분해 작용을 얻을 수 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면, 효율적인 전기분해를 실시하여 대량의 수소와 산소의 혼합 가스를 연속적으로 발생할 수 있지만, 또한 전기분해의 효율을 개선하기 위해서는 가스 발생장치에 냉각 장치를 설치하는 것이 효과적이다.

즉, 본 발명자들의 실험에 의하면, 수산화나트륨을 전해액으로서 이용한 경우, 가장 효율적인 전기분해를 실시하기 위해서는 전해액의 온도를 거의 50~80℃로 설정하는 것이 바람직한 것이 밝혀졌다.

이 때문에 본 실시형태에서는 전해조(10)의 외측에 자연 순환에 의한 공냉의 냉각 장치(16)가 설치되어 있다.

또한, 이 자연 순환형 냉각 장치(16)에 의하면, 전해액(11)를 전해조(10) 내에서 순차 이동시키고, 이 자연 순환에 의해 전기분해 시에 생기는 생성 물질이 각 전극(12, 13)에 부착하여 전기분해 작용을 저하시키는 것을 확실히 방지하는 것이 가능해졌다.

이 냉각 장치는 기본적으로 2장의 평판 형상 핀(42, 43)을 전해조(10)의 외주에 병렬적으로 배치하고, 전해조(10)와의 사이를 상단에서 도로(44a, 44b, 45a, 45b)에서 연결하고, 또한 하측을 동일하게 도로(46a, 46b, 47a, 47b)에서 결합하고 있다. 이들 도로와 대향하여 전해조(10)에는 개구(48, 49)가 설치되어 전해조(10) 내의 전해액(11)은 그 상부로부터의 냉각 핀(42, 43)으로 인도되고, 각 핀(42, 43) 으로부터 전해조(10)의 하부를 향해 흘러 들어가는 자연 순환형 수냉 냉각로를 형성할 수 있다.

본 발명에서 이 냉각 장치(16)는 반드시 필수가 아니며, 냉각 장치(16)가 없는 경우에도 충분히 종래에 비해 양호한 전기분해 작용을 얻을 수 있지만, 이 냉각 장치(16)를 설치함으로써 전술한 최적의 온도 조건을 유지하고, 또한 전해액(11)의 순환에 의해 전기분해 효율을 저하시키지 않는 이중 효과를 얻을 수 있고, 장치로서 유용성을 현저히 높일 수 있었다.

상기 중간 전극(14)은 임의의 장수를 배치할 수 있지만, 본 실시형태에서는 전해조(10)의 크기에 따라서 각 전극간 거리를 1mm 내지 20mm로 설정했다.

본 발명에서 이 전극간 거리에 대해서는 직류 교번 전압의 교번 주파수를 비례 관계로 두는 것이 효율적인 전기분해를 얻기 위해 유용했다.

즉, 전극간 거리가 증가함에 따라 교번 주파수를 증가시키고, 이에 의해 전기분해의 효율을 최적값으로 유지하는 것이 가능해졌다.

이와 같이 하여, 전술한 바와 같이 냉각 장치(16)의 작용에 의해 온도를 최적값으로 유지하고, 또한 전기분해를 저해하는 화학 물질을 전극 주변에 체류시키지 않는 큰 이점이 있다.

이상과 같이 하여 본 발명에 의하면, 전기분해를 고전압 고전류로 실시하여 효율적으로 연속적인 대량 가스 발생을 가능하게 하지만, 발생한 가스는 전해조로부터 액체와 혼합한 거품 상태가 되어 배출되고, 이대로 액체를 포함한 상태에서는 연소가스로서 이용할 수 없다. 본 발명에서는 이와 같은 기액 혼합 가스를 외부로부터의 동력을 부여하지 않고 정적으로 기액 분리함으로써 효율적으로 연소가스를 취출할 수 있었다.

이 때문에 본 발명에서는 전해조(10)로부터 발생한 수소와 산소의 혼합 가스로부터 액체분으로부터 분리되는 적어도 2단 직렬 접속된 기액분리장치를 설치하고 있다.

본 실시형태에서 제 1 단의 기액분리장치는 전해조(10)의 상부에 배치되어 있다. 이 제 1 기액분리장치는 전해조(10)에서 거품 상태로 발생한 혼합 가스와 전해액을 분리하는 것이며, 도 6에 도시된 바닥이 있는 원통 형상의 플라스틱제 분리실(49)을 구비한다. 이 분리실(49)은 중앙에 관통 구멍(50)을 구비하고, 이 관통 구멍(50) 내를 전술한 양극 전극(12)의 전극 단자(24)가 빠져 나간다.

분리실(49)은 내부가 6실로 분리되고, 각 실 사이에는 격벽(51)이 설치되어 있다. 각 격벽(51)에는 각각 복수의 개구(52)가 설치되고, 또한 분리실(49)의 바닥에는 도 6에 도시된 바와 같이 각 실마다 개구(53)가 설치되어 있다.

그리고, 분리실(49)의 상면에는 절연재 판으로 이루어진 분리 덮개(54)가 분리실(49)을 밀봉하고, 이 분리 덮개(54)에 설치된 개구(55)로부터 대부분의 액체 성분이 제거된 혼합 가스가 취출된다.

도 2에서 명확해진 바와 같이, 이 분리 덮개(54)의 상부에는 전해조(10)를 밀봉하는 밀폐 덮개(18)가 고정되고, 상기 개구(55)와 일치한 위치에 설치된 배출구(19)로부터 전해조(10) 외부로 혼합 가스가 취출되게 된다.

도 6의 화살표는 제 1 기액 분리실(49)로 인도된 기액 혼합체가 각 격벽(51)의 개구(52)를 통과해 배출구(19)로부터 취출되는 경로를 나타내고, 각 실을 통과할 때마다 기액 혼합체는 그 방향이 분산되고, 액체 성분이 분리실(49)의 바닥부로부터 전해조(10) 내로 낙하되고, 효과적으로 기액 분리가 실시되는 것이 이해된다.

전술한 양극 전극(12)의 전극 단자(24)는 밀폐 덮개(18)를 관통하여 상방으로 돌출되고, 밀폐 너트(56)에 의해 밀폐 덮개(19)에 강고히 고정되며, 또한 전극 단자(24)와 밀폐 덮개(18) 사이는 O링 등을 이용한 기밀 밀폐부(57)에 의해 기밀하게 밀폐된다.

이상 설명한 바와 같이, 제 1 기액분리장치는 전해조 내의 상부에 설치되어 있지만, 본 실시형태에서 다단 배치된 기액분리장치는 또한 전해조(10)의 외부에 복수단 배치되어 있다.

도 7은 이와 같은 본 실시형태의 전체 구성이 도시되고, 전해조(10)의 외부에 설치된 5단의 기액 분리에 의해 최종적인 배출구(58)로부터는 즉시 연소에 제공할 수 있는 건조 혼합 가스를 얻는 것이 가능해진다.

도 7에서 전해조(10)의 외부에 배치되는 기액분리장치는 제 2 기액분리장치(60), 제 3 기액분리장치(61), 제 4 기액분리장치(62), 제 5 기액분리장치(63), 제 6 기액분리장치(59)로 이루어지고, 혼합 가스는 전해조(10)로부터 이 순번을 거쳐 최종적인 배출구(58)로 인도된다.

도 8에는 본 실시형태의 제 2 기액분리장치(60)의 바람직한 실시예가 도시되어 있다.

전해조(10)의 밀폐 덮개(18)상에는 배출구(19)에 맞춰 제 2 기액 분리실(64) 이 고정되어 있다. 이 분리실(64)은 거의 원통 형상으로 이루어지고, 그 상부에는 복수의 방해판(65)이 배치되며, 그 상부의 측벽에 도관(66)이 설치되어 있다.

도 9는 제 2 기액 분리실(64) 내에 설치되어 있는 방해판(baffle plate)(65)의 개략도가 도시되고, 각 방해판(65)은 그 외주가 제 2 기액 분리실(64)의 내벽에 고정되어 있지만, 그 일부(65a)가 하방으로 절곡되고, 제 2 기액 분리실(64) 사이에 틈(67)이 설치되며, 이 틈에서 혼합 가스가 차례로 도관(66)을 향해 상승된다. 전술한 바와 같이, 혼합 가스의 온도는 약 65℃ 전후로 전해조(10)로부터 배출되지만, 제 2 기액 분리실(64)은 거의 상온으로 유지되고, 그 결과 고습도의 혼합 가스는 상기 방해판(65)에 의해 차가워져 액분이 혼합 가스로부터 분리된다.

또한, 이 제 2 기액분리장치(60)는 분리실(64)상에 방폭 기구가 병설되어 있는 것을 특징으로 한다. 이 방폭 기구는 도 10에 상세히 도시되고, 제 2 기액 분리실(64)의 상부에 고정된 외부 링(68)과 외부 링에 나사로 결합하는 내부 링(69)으로 이루어진다. 그리고,양 링(68, 69) 사이에 O링(70)을 통해 금속 박판(71)이 끼워져 있다. 따라서, 이 방폭 기구에 의하면 통상은 금속 박판(71)이 제 2 기액 분리실(64)을 기밀하게 밀봉하고 있지만, 이 금속 박판(71)의 양면 중 어느 방향으로 압력이 가해진 경우에는 소정의 압력 이상으로 금속 박판이 벗겨지거나 또는 파괴되고, 제 2 기액 분리실(64) 내의 압력을 외부로 뺏길 수 있다. 수소와 산소의 혼합 가스의 경우, 수소의 폭발과, 수소와 산소가 반응하여 물로 되돌아가는 이른바 폭축(爆縮)의 양 현상이 생기고, 폭발의 경우에는 금속 박판(71)은 외측이 깨지고, 또한 폭축의 경우에는 반대로 내측이 깨져 압력의 균등화를 도모한다. 어느 경우에도 제 2 기액 분리실(64)에서 폭발 또는 폭축을 효과적으로 흡수할 수 있다. 또한, 금속 박판(71)에 약간의 손상이 생기는 것으로 파괴를 생기게 쉽게 할 수도 있다.

도 8에서 제 2 기액 분리실(64)의 하방측 벽에는 주수관(72)의 일단이 고정되고, 또한 그 타단에는 주수 덮개(73)가 설치되어 있다. 본 발명에서 다단 기액분리장치는 모두 분리된 액을 전해조(10)로 되돌리는 작용을 하고, 이 때문에 가스 발생장치를 장시간 가동시켜 전기분해에 의한 혼합 가스를 다량으로 발생시켜도 전해질은 외부로 누설되지 않는다. 이 때문에 본 발명에 의하면 외부로부터의 보충은 물만으로 좋고, 도 8에 도시한 주수관(72)에 의해 필요한 물의 보급이 실시된다.

도 11은 제 3 기액분리장치(61)를 도시하고, 분리실(74)은 이중 원통 형상을 이루며 상부가 폐쇄되어 있다. 그리고, 내부 통(75) 내에는 가는 추출관(76)이 끼워지고, 이 추출관(76)의 일단이 내부 통(75)의 상부에서 개방되어 있다. 그리고, 분리실(74)의 외부 통(77)의 하단은 깔대기 형상으로 가는 관이 되고, 이 가는 관(77a)이 도 7에 도시된 바와 같이 냉각 핀을 통해 전해조(10)에 접속되어 있다. 한편, 외부 통(77)의 상부에는 상기 도관(66)의 선단이 드로잉(78)을 통해 개방되고, 혼합 가스가 이 드로잉으로부터 외부 통(77)의 내부로 분출되며, 이 혼합 가스가 내부 통(75)을 통과해 추출관(76)에 도달하기까지의 행정에 있어서 액이 혼합 가스로부터 더 분리되어 전해조(10)로 복귀된다.

제 4 기액분리장치(62)는 혼합 가스를 제습하는 장치이고, 도 12에 도시한 바와 같이, 추출관(76)의 선단에 나선 형상의 제습관(80)이 접속되어 있다. 이 제습관(80)의 상방에는 냉각 팬(81)이 설치되고, 혼합 가스는 제습관(80)중에서 제습되고, 이 때 발생한 액분은 혼합 가스 통과로에 설치된 드레인 파이프로부터 전해조(10)로 복귀된다.

도 13에는 제 4 기액분리장치(62)의 다른 실시예가 도시되고, 이 실시예는 제습관(80)이 도 12의 실시예와 달리 직사각형 형상으로 근접하여 절곡된 형상으로 이루어진다. 도 12의 원 형상의 제습관(80)과 마찬가지로 도 13의 제습관(80)에 대해서도 냉각용 팬에 의해 냉풍이 부여되고, 원하는 제습 작용이 실시된다.

도 14에는 본 발명의 실시예의 제 5 기액분리장치(63)가 도시되고, 그 구조는 제 3 기액분리장치와 유사하며, 외부 통(90), 내부 통(91)으로 이루어진 이중 원통과 추출관(92)을 포함하며, 제습한 액체는 가는 관(90a)으로부터 전해조(10)로 복귀된다.

제 5 기액분리장치(63)가 제 3 기액분리장치(61)와 다른 점은 제습관(80)의 선단이 외부 통(90)으로부터 통내로 삽입되고, 이 제습관(80)의 선단에 설치된 가로 구멍(80a)으로부터 혼합 가스가 외부 통(90)의 내면을 따라서 약간 하부 방향을 향해 분출되어 있고, 그 결과 혼합 가스는 외부 통(90) 내를 도시한 바와 같이 나선 형상으로 하강하면서 이동하고, 또한 내부 통(91)을 통과하여 추출관(83)으로 인도된다. 따라서, 이 구조에 의해 건조도가 높은 혼합 가스를 얻을 수 있다.

도 15는 제 6 기액분리장치(59)를 도시하고, 그 구조는 제 2 기액분리장치(60)와 유사하지만, 가스 입로(入路)가 분리실(93)의 상부에 설치되고, 혼합 가스가 하부로부터 배출되는 것이 제 2 기액분리장치(60)와 다르며, 도 15에 입관이 "92"으로 출관이 "84"로 도시되어 있다. 이와 같은 입출로 위치의 상위에 의해 제 6 기액분리장치(59)에서는 방해판(85)의 절곡부(86)는 상방으로 향해 있다. 제 2 기액분리장치와 마찬가지로 제 6 기액분리장치에서도 이 기액 분리실(82)의 상방에는 방폭 기구(87)가 설치되어 있다. 제 6 기액분리장치로부터 배출된 액분도 냉각 핀을 통해 전해조(10)로 복귀된다.

이상과 같이 다단 기액분리장치를 이용함으로써 배출된 혼합 가스는 현저히 높은 건조도로 유지되고, 이를 그대로 연소가스로서 즉시 이용하는 것이 가능해진다.

도 16, 17, 18에는 본 발명에 따른 연소가스 발생장치를 차량 탑재하기 위해 바람직한 형태로 한 실시형태가 도시되고, 기본적으로 직사각형 상자 형상으로 구성되어 있다.

이 제 2 실시형태에서도 원리적으로는 제 1 실시형태와 완전히 동일하지만, 형상을 직사각형 상자형으로 함으로써, 예를 들면 차량 탑재의 배터리 대신에 엔진 룸에 설치할 수도 있고, 제 1 실시형태와 같은 원기둥 형상보다 차량 탑재 시의 스페이스 유틸리티가 높은 이점이 있다.

전해조(100)는 음극을 겸하고, 양극 전극(101) 사이에는 전원 장치(116)로부터 직류 교번 전압이 인가되어 있다. 또한, 전해조(100) 내에는 직사각형 중간 전극(102)이 복수장 배치되어 있다.

전해조(100)의 양측방에는 각각 복수의 냉각 핀(105, 106)이 설치되고, 이에 의해 전해액의 온도를 50~80℃의 최적 상태로 유지하며, 또한 전해액을 자연 순환함으로써 전기분해에 의한 생성 물질이 전극 주위에 체류하여 전기분해 작용을 저해하는 것을 방지하고 있다.

또한, 전해조(100)의 바닥부로부터는 배수관(107)에 의해 필요한 경우에 배수를 하고, 이때 전해조(100)의 바닥부에 모인 티끌을 제거할 수 있다. 전해조(100)의 상부에는 제 1 기액분리장치(108)가 얹어 설치된다. 이 제 1 기액분리장치(108)도 격벽(109)에 의해 복수의 작은 방으로 분리되고, 전기분해에 의해 발생한 거품 형상의 혼합 가스가 각 방을 빠져나갈 때 기액 분리를 실시하여 혼합 가스를 배출한다.

제 1 기액분리장치는 분리실(110)과 분리 덮개(111)를 포함하지만, 이 분리실(111)상에는 또한 전해조(100)를 기밀하게 밀봉하는 밀폐 덮개(112)가 설치되며, 이 밀폐 덮개에 제 2 기액분리장치(113)가 고정되어 있다. 이 제 2 기액분리장치(113)의 상부에는 방폭 장치(114)가 설치되고, 또한 그 하부에는 주수관(115)이 접속되어 있다.

제 2 실시형태에서 2단의 기액분리장치만이 도시되어 있지만, 제 1 실시형태와 마찬가지로 또한 다단의 기액분리장치를 접속하는 것도 가능하다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 고전압 고전류로 전기분해를 실시하여 대량의 수소와 산소의 혼합 가스를 다량으로 연속적으로 발생할 수 있다. 이 때문에 장치를 소형 경량으로 하여 차량 탑재 또는 이동형 연소가스 발생장치로서 이용하는 것이 가능해진다.

Claims (5)

1. 전해액을 충전한 전해조,

   상기 전해조 내의 전해액중에 침지된 양극 전극 및 음극 전극,

   상기 양 전극 사이에 양 전극에 대해 서로 절연하여 배치되고, 양 전극 사이의 전압을 각각 분압하여 받는 복수의 중간 전극,

   상기 양 전극에 직류 교번 전압을 인가하는 전원 장치,

   상기 전해조를 밀폐하고, 또한 전기분해에 의해 발생한 수소와 산소의 혼합 가스를 배출하는 배출구를 구비한 밀폐 덮개, 및

   전해조의 상부에서 밀폐 덮개와의 사이에 배치되어 전해조에서 거품 형상으로 발생한 혼합 가스와 전해액을 분리하는 기액분리장치를 포함하고,

   상기 기액분리장치는,

   격벽으로 복수실로 구분된 바닥이 있는 분리실을 구비하고,

   각 격벽 및 각 실의 바닥에는 개구가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 연소가스 발생장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   전해조의 상하 양부에 접속된 냉각 핀을 포함하고, 전해조 내의 전해액을 자연 순환시키는 냉각 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 연소가스 발생장치.
3. 제 1 항에 있어서,

   전해조로부터 발생한 수소와 산소의 혼합 가스로부터 액체분을 분리하기 위해 상기 기액분리장치에 직렬 접속된 제 2 기액분리장치를 포함하는 전기분해를 이용한 연소가스 발생장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 기재된 장치로서 차량 탑재된 것을 특징으로 하는 차량 탑재용 연소가스 발생장치.
5. 제 4 항에 있어서,

   전해조는 직사각형 상자 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 차량 탑재용 연소가스 발생장치.

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