KR101156758B1 - 브라운 가스 발생기용 실린더 타입 극판 및 이 극판을 갖는 실린더 타입 브라운 가스 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브라운 가스 발생기용 실린더 타입 극판 및 이 극판을 갖는 실린더 타입 브라운 가스 발생기에 관한 것으로, 극판을 실린더 형태로 제조하되 내주면과 외주면 모두에 순수한 백금족 코팅층을 형성하여 산화를 방지함으로써 수명을 연장함을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 브라운 가스 발생기용 실린더 타입 극판은, 진공 챔버에 판상의 플레이트와 백금(Pt), 이리듐옥사이드(IrO2), 팔라듐옥사이드(PdO2)를 포함하는 백금족 금속을 넣고 상기 백금족 금속의 용융점 이상으로 상기 백금족 금속을 가열하여 증발에 의해 상기 플레이트의 양측 표면에 백금족 코팅층을 증착한 후 200℃~600℃ 내외의 온도로 10분~60분 동안 열처리하는 제1단계와; 상기 제1단계를 통해 백금족 코팅층이 형성된 플레이트를 실린더 형태로 롤링하는 제2단계로 제조된다.

Description

브라운 가스 발생기용 실린더 타입 극판 및 이 극판을 갖는 실린더 타입 브라운 가스 발생기{CYLINDER-TYPE POLE PLATE FOR GENERATING BROWN GAS AND CYLINDER-TYPE BROWN GAS GENERATOR HAVING POLE PLATE}

본 발명은 실린더 타입 브라운 가스 발생기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 극판을 실린더 형태로 제조하되 내주면과 외주면 모두에 백금족 코팅층을 형성하고 백금족 코팅층의 순도를 높여 이물질의 산화를 방지함으로써 수명을 연장할 수 있는 실린더 타입 브라운 가스 발생기에 관한 것이다.

보일러, 소각로 등의 플랜트에 사용되는 열원으로서는 통상 석탄, 석유, 천연가스 등의 화석연료를 사용하며 연료를 연소시키기 위해 외부에서 공기가 주입된다.

그러나, 화석연료는 연소생성물로서 이산화탄소를 발생시키며 그을음, 회분, 기타 불순물이 부산물로 생성되어 공해를 유발한다. 따라서, 물의 전기분해로 얻어진 수소가스 등 대체에너지원에 대한 연구가 활발히 진행 중이며 브라운가스도 이러한 대체에너지원의 하나로 고려되고 있다.

브라운 가스는 물의 전기분해에 의해 얻어지는 기체로서, 수소와 산소의 함량비가 정확히 2:1인 혼합기체이다. 통상 물을 전기분해하면 음극에서는 수소가 얻어지고 양극에서는 산소가 얻어지는데, 이들 가스를 분리채집하지않고 한꺼번에 포집한 것이 브라운가스이다.

브라운 가스는 일반적인 기체와 달리 연소시 응폭(implosion)현상을 유발하는 독특한 성질을 갖는다. 즉, 연소시 폭발현상(explosion)현상을 나타내지 않으며 오히려 불꽃이 내부로 모여들면서 초점을 형성하고 주변을 진공화한다. 그결 과, 브라운 가스를 연소시키면 융점이 가장 높다는 텅스텐(융점: 3,410℃, 비점: 5,660℃)도 승화시킬 수 있을 정도의 초고온을 얻을 수 있다. 또한 열선이 외부로 방출

되지 않아 복사열로 인한 에너지손실이 없으므로 우수한 에너지효율을 가지며 그 자체에 산소를 포함하고 있으므로 연소시 별도의 산소공급이 불필요하다. 또한, 연소생성물로서 물(H2O)만을 생성하므로 공해오염 문제가 없다.

상기한 장점 때문에 브라운 가스 발생장치는 성능 및 안전성을 꾸준히 개선시켜 산업 일반에 두루 사용되고 있다.

일 예로서, 지금까지의 자동차 엔진은 연소용 공기를 흡입하여 어떻게 하면 연료와의 혼합을 잘 시켜 연소효율을 높일 수 있을까 하는 것이 관건이었고, 연구개발 또한 좋은 성과를 거두어 고급자동차를 개발하여 온 것이 사실이지만, 이제는 기술적 한계에 도달하여 더 이상의 연비향상을 기대할 수 없다고 해도 과언이 아닐 것이다.

왜냐하면, 공기 중에는 연소에 필요한 산소는 21% 밖에 없고 그 외 대부분은 질소를 포함하는 성분으로 연소에는 도움을 주지 못하기 때문이다.

따라서, 공기만을 마시는 자동차엔진의 한계를 극복하기 위해서 연소의 활력소인 브라운가스를 생성하여 엔진에 혼입하는 방법이 연구 개발되어 왔다.

종래 브라운 가스 발생기의 일 예로서, 대한민국 실용신안공보(등록번호 : 20-203926(등록일자 2000.09.08))에 따르면 종래의 브라운 가스 발생장치의 전해조의 각 구성요소는 외통 내부에 다수개의 내통이 절연체로 된 상하 고정판에 고정되어 있다. 이 때 내통은 전극으로 기능하는 것이며, 바람직하게는 연강표면에 무전해방법으로 니켈 도금시켜 제작하고, 그 형상을 원통, 사각원통 또는 다각원통 등으로 다양하게 할 수 있다.

상기 전해조에 물 및 전해질(수산화칼륨(KOH))을 혼합하여 제조한 전해액을 충진한다. 중심봉, 직립형원통들 및 최외각원통 본체는 상기 절연재질의 상하 고정판에 연결되어 있어 서로 절연상태에 있으나, 각 구성부재 사이에는 전해액이 충진되어 있으므로 중심봉과 최외각 직립형원통에 전류를 인가하여 상기의 직립형원통은 교대로 양극(+)과 음극(-)으로 설정된다. 상기와 같이 다수의 직립형원통에 교대로 양극(+)과 음극(-)으로 유도되는 전류를 발생시키고 이에 의해 산소와 수소가 생성되어 산소와 수소가 혼합됨으로써 브라운 가스가 생성된다.

이와 같이 실린더 타입 브라운 가스 발생기는 높은 압력을 받을 수 있고 접촉 비표면적이 넓다는 장점이 있다.

한편 극판의 산화 방지를 위하여 극판의 표면에 백금(Pt)을 코팅하여 사용하고 있다.

실린더 타입의 극판은 대개 인발에 의해 제조되는 파이프로서, 극판의 외부에는 백금을 코팅할 수 있지만 내부에는 코팅이 불가능하거나 매우 고가의 장비를 이용하여야 하므로 이러한 장점에도 불구하고 실린더 타입의 극판을 갖는 브라운 가스 발생기가 적극적으로 실용화되지 못하고 있다.

습식 등 백금족 코팅층을 형성하는 기술이 있지만, 습식 코팅시 사용되는 전해액 등이 코팅층에 포함되어 빨리 산화됨으로써 수명이 매우 짧아 극판과 브라운 가스 발생기의 교체 주기가 빨라지므로 경제적이지 못하다.

대한민국 등록특허 제10-0479472호 대한민국 실용신안등록 제20-0203926호

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 극판을 실린더 형태로 제조하되 내주면과 외주면 모두에 백금족 코팅층을 형성하고 백금족 코팅층의 순도를 높여 이물질의 산화를 방지함으로써 수명을 연장할 수 있는 브라운 가스 발생기용 실린더 타입 극판 및 이 극판을 갖는 실린더 타입 브라운 가스 발생기를 제공하려는데 그 목적이 있다.

본 발명에 의한 브라운 가스 발생기용 실린더 타입 극판은, 진공 챔버에 판상의 플레이트와 백금(Pt), 이리듐옥사이드(IrO2), 팔라듐옥사이드(PdO2)를 포함하는 백금족 금속을 넣고 상기 백금족 금속의 용융점 이상으로 상기 백금족 금속을 가열하여 증발에 의해 상기 플레이트의 표면에 백금족 코팅층을 증착하는 제1단계와; 상기 제1단계를 통해 백금족 코팅층이 형성된 플레이트를 실린더 형태로 롤링하는 제2단계로 제조된 것을 특징으로 한다.

상기 제1단계를 통해 백금족 코팅층의 증착을 완료한 후 열처리하여 상기 백금족 코팅층을 견고하게 하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의한 브라운 가스 발생기용 실린더 타입 극판 및 이 극판을 갖는 실린더 타입 브라운 가스 발생기에 의하면, 불순물로 작용되는 전해액 등을 이용하지 않고 건식 방법에 의해 판재의 양측면에 백금족 코팅층을 형성한 후 실린더 형태로 가공하여 실린더 타입의 극판을 제조함으로써 백금족 코팅층의 순도를 높여 수명을 연장할 수 있으므로 유지 비용을 대폭으로 절감할 수 있다.

실린더 타입 브라운 가스의 실용화를 활발하게 유도하여 자동차용으로 사용될 경우 연료를 절감함으로써 자동차 유지비용을 절감할 수 있다.

본 발명에 의한 극판과 브라운 가스 발생기는 자동차용 등 모든 분야에 적용된다.

도 1은 본 발명에 의한 브라운 가스 발생기용 실린더 타입 극판의 사시도.
도 2는 본 발명에 의한 브라운 가스 발생기용 실린더 타입 극판의 제조 공정도.
도 3은 본 발명에 의한 실린더 타입 브라운 가스 발생기의 구조를 보인 예시도.

도 1에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 브라운 가스 발생기용 실린더 타입 극판(10), 실린더형의 극판 본체(티타늄 등)(11)의 내주면과 외주면에 각각 백금족 코팅층(12,13)이 형성되어 이루어진다.

본 발명에 의한 실린더 타입 극판(10)의 제조 방법은 다음과 같다.

(S10) 산화피막 제거.

실린더 타입 극판(10)을 제조하기 위한 재료로서, 판상의 모재 플레이트(이하 플레이트라 약칭함)와 백금(Pt), 이리듐옥사이드(IrO2), 팔라듐옥사이드(PdO2)를 포함하는 백금족 금속을 준비한다.

상기 플레이트의 양측 표면[실린더형의 극판 본체(11)를 기준으로 할 때 내주면과 외주면]에 순수한 백금족 코팅층(12,13)을 형성하기 위하여 산화피막을 제거한다.

진공 챔버 내부를 고진공 상태(예를 들어 10^-4~10^-8 Torr ) 분위기로 조성하고, 상기 진공 챔버 내부에 플레이트를 거치하고, 이온 건(Ion Gun)을 이용하여 플레이트의 표면을 조사하여 플레이트 표면의 산화피막을 제거한다.

산화피막 제거 공정은 필수적으로 거치는 것은 아니며 필요에 따라 선택된다.

(S20) 백금족 금속 증착.

진공 챔버에 플레이트와 백금족 금속을 각각 거치하되, 백금족 금속의 분자가 증발하면서 플레이트의 표면에 백금족 코팅층을 증착하는 것이므로 플레이트를 상부에 백금족 금속을 하부에 거치한다.

전자 빔(eletron beam)을 이용하여 상기 백금족 금속을 가열한다. 이때의 가열 온도는 상기 백금족 금속의 용융점 이상의 온도로서 예를 들어 3,000~4,500℃이다.

백금족 금속의 분자는 가열에 의해 증발하며 상부에 거치된 플레이트의 표면(저면)에 증착된다.

증착 시간은 5~15분일 수 있으며, 여기서 증착 시간에 따라 백금족 코팅층의 두께가 달라질 것이므로 증착 시간의 한정은 의미가 없다.

이와 같은 방법으로 플레이트의 일측면에 백금족 코팅층을 형성하며, 본 발명은 실린더형 극판 본체(11)의 내주면과 외주면 모두에 백금족 코팅층(12,13)을 형성하는 것이므로 플레이트의 일면에 백금족 코팅층(12)을 형성한 후 플레이트를 뒤집어 나머지 면에도 백금족 코팅층(13)을 형성한다.

(S30) 열처리.

백금족 코팅층의 증착을 완료한 후 진공 챔버(또는 별도의 열처리 챔버) 내부 온도를 200℃~600℃로 조성하고 10분~60분간 열처리한다.

이와 같은 열처리는 백금족 코팅층(12,13)을 견고하게 하기 위함이며, 상기 온도 범위를 벗어나면 백금족 코팅층(12,13)의 견고성이 떨어진다.

열처리 공정도 필수공정이 아니며 즉, 백금족 코팅층(12,13)이 증착만으로도 견고하면 열처리 공정을 거치지 않으며, 증착필요에 따라 선택된다.

(S40) 롤링.

플레이트를 실린더 형태로 롤링한다. 플레이트의 롤링은 공지의 모든 방법이 가능하며, 단 진원의 실린더 형태로 롤링하는 것이 바람직하고, 양측의 이음부를 이음하지 않을 수 있고 또는 용접 등으로 이음할 수도 있다.

지금까지는 극판 본체(11)를 원통형으로 도시하고 설명하였으나, 극판 본체(11)는 사각형 등 다양한 형상도 가능하다.

이상의 공정을 통해 제조된 브라운 가스 발생기용 실린더 타입 극판(10)을 이용하여 브라운 가스 발생기를 제조하며, 도 3에서 보이는 바와 같이, 브라운 가스 발생기(100)는 서로 다른 직경인 다수의 실린더 타입 극판(10-1,10-2,10-3,10-4,10-5)(5개를 예로 들어 도시함)이 동심원의 형태로 상호 간에 일정 간격을 두고 설치되어 이루어지되, (-)극과 (+)극이 교대로 반복하며, 가장 안쪽과 바깥쪽에 있는 극판(10-1,10-5)에 (-)극을 인가한다.

본 발명에 의한 브라운 가스 발생기는 내주면과 외주면 모두에 백금족 코팅층(12,13)이 형성된 극판을 사용하는 것을 특징으로 하며, 그 외의 구성은 공지의 브라운 가스 발생기와 동일하므로 구체적인 설명을 생략한다.

10 : 브라운 가스 발생기용 실린더 타입 극판,
11 : 실린더형 극판 본체,
12,13 : 백금족 코팅층,

Claims (4)

1. 진공 챔버에 판상의 플레이트와 백금(Pt), 이리듐옥사이드(IrO2), 팔라듐옥사이드(PdO2)를 포함하는 백금족 금속을 넣고 상기 백금족 금속의 용융점 이상으로 상기 백금족 금속을 가열하여 증발에 의해 상기 플레이트의 양측 표면에 백금족 코팅층을 증착한 후 200℃~600℃ 내외의 온도로 10분~60분 동안 열처리하는 제1단계와;
   상기 제1단계를 통해 백금족 코팅층이 형성된 플레이트를 실린더 형태로 롤링하는 제2단계로 제조된 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생기용 실린더 타입 극판.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 의해 제조되며 서로 다른 직경의 브라운 가스 발생기용 실린더 타입 극판이 동심원으로 배열되면서 (+)과 (-)극이 교대로 반복하여 인가되어 이루어진 것을 특징으로 하는 실린더 타입 브라운 가스 발생기.

Images