KR101228400B1 - 수소와 산소로 이루어지는 액상물, 이로부터 얻어지는 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스, 이들의 제조 방법 및 장치, 그리고 이들 액상물 및 재기화 가스로 이루어지고 탄산 가스를 발생시키지 않는 연료 - Google Patents

수소와 산소로 이루어지는 액상물, 이로부터 얻어지는 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스, 이들의 제조 방법 및 장치, 그리고 이들 액상물 및 재기화 가스로 이루어지고 탄산 가스를 발생시키지 않는 연료 Download PDF

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Abstract

전해질 5 ∼ 30 중량% 를 함유하는 전해액을, 전해조 중에서 3 ∼ 10 ㎜ 의 간격을 유지하여 전해조 내에 배치된 전극군을 사용하여, 전류 밀도 5 ∼ 20 A/d㎡, 욕온 20 ∼ 70 ℃, pH 14 이상의 강알칼리의 조건하에서 진동 교반을 부여하면서 전기 분해하고, 이로써 생성된 수소와 산소로 이루어지는 가스를, 0.1 ∼ 0.5 MPa 의 압력으로 하여 -190 ∼ -250 ℃ 로 냉각해서 액화함으로써, 수소와 산소로 이루어지는 액상물을 제조한다. 이 액상물을 저장하고, 그 후 상온으로 되돌려 가스화함으로써, 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스를 제조한다.

Description

수소와 산소로 이루어지는 액상물, 이로부터 얻어지는 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스, 이들의 제조 방법 및 장치, 그리고 이들 액상물 및 재기화 가스로 이루어지고 탄산 가스를 발생시키지 않는 연료{LIQUID MATERIAL CONSISTING OF HYDROGEN AND OXYGEN, REGASIFIED GAS CONSISTING OF HYDROGEN AND OXYGEN OBTAINED FROM THE LIQUID MATERIAL, METHOD AND SYSTEM FOR MAKING THE LIQUID MATERIAL AND THE REGASIFIED GAS, AND FUEL WHICH CONSISTS OF THE LIQUID MATERIAL AND THE REGASIFIED GAS AND DOES NOT GENERATE CARBON DIOXIDE GAS}
본 발명은, 진동 교반을 수반하는 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스로부터 출발하여 얻어지는 수소와 산소로 이루어지는 액상물, 이로부터 얻어지는 수소와 산소로 이루어지는 재기화 (再氣化) 가스, 이들의 제조 방법 및 장치, 그리고 이들 액상물 및 재기화 가스로 이루어지고 탄산 가스를 발생시키지 않는 연료에 관한 것이다.
물을 전기 분해하면 음극으로부터 수소 가스, 양극으로부터 산소 가스가 발생한다. 수소 에너지 시대의 도래로, 요즈음 그것이 각광을 받고 있다. 그러나, 종래법에서는, 수소 가스를 산소 가스로부터 분리하여 취출하고, 산소 가스를 버리고 수소 가스만을 이용하는 것이 주류이다. 그 이유는, 수소 가스와 산소 가스를 혼합하면, 2 ∼ 3 기압의 저압에서도 폭발하기 때문이다. 통상, 이 가스를 폭명기 (爆鳴氣) 라고 하고 있다. 그 때문에, 수소·산소 혼합 가스를 가압하는 것은, 일본에서는 일반 고압 가스 보안 규칙 제 6 조에 의해 금지되고 있는 바이다.
종래부터 수소와 산소의 혼합 가스는 브라운 가스라고 불리고 있고, 이 기술은 오스트레일리아의 브라운 에너지 시스템 테크놀로지 피티와이사 (Brown Energy System Technology PTY.LTD.) 의 율 브라운 박사 (Dr.Yull Brown) 의 개발에 관련된 것이다. 특허 문헌 1 을 참조바란다.
이 브라운 가스는, 특허 문헌 2 의 6 페이지 제 9 란 5 ∼ 8 행에 기재되어 있는 바와 같이, 5 kgf/㎠ 까지의 압축에 견디고, 가압이 커지면 물로 되돌아오는 성질이 있다는 것이 알려져 있다.
한편, 본 발명자는, 특허 문헌 3 ∼ 5 에 있어서, 진동 교반 수단을 사용하여, 수소·산소 가스를 제조하는 기술을 제안하고 있고, 이 방법에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스는, 수소와 산소만의 성분임에도 불구하고, 종래 공지된 방법에서 얻어진 수소·산소로 이루어지는 가스에 비해 신기하게도 매우 안정적이다.
특허문헌1:일본등록실용신안제3037633호 특허문헌2:일본공개특허공보2002-348694호 특허문헌3:WO02/090621A1 특허문헌4:WO03/048424A1 특허문헌5:일본공개특허공보2005-232512호
그러나, 특허 문헌 3 ∼ 5 에 나타나는 바와 같은 기술을 사용하여 생성된 가스를 그대로 사용한다는 양태만으로는, 그 사용 범위가 크게 제약된다.
만약, 진동 교반을 수반하는 물의 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스를 액화, 저장하고, 그것을 다시 가스화해도, 초기 가스와 동일한 물성을 갖고, 폭발의 위험성이 없는 가스라는 특성을 유지하고 있으면, 그 용도는 무한대로 확대된다.
본 발명의 제 1 목적은, 종래의 수소와 산소를 별도로 액화하고 있는 현재의 기술을 벗어나, 진동 교반을 수반하는 물의 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스로부터 출발하여, 그 특이한 성질을 잃지 않고, 수소와 산소의 액상물을 제조하는 방법과 장치 그리고 그것에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 액상물을 제공한다는 것에 있다.
본 발명의 제 2 목적은, 진동 교반을 수반하는 물의 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스의 특이한 성질을 잃지 않고, 수소와 산소로 이루어지는 액상물을 제조하여, 이것을 필요한 기간 액상물로서 보관하고, 필요한 시점에서 이것을 재가스화하는 방법과 장치 그리고 그것에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 3 목적은, 탄산 가스를 전혀 발생시키지 않는 연료를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 의하면, 상기 제 1 목적을 달성하는 것으로서,
전해질 5 ∼ 30 중량% 를 함유하는 전해액을, 전해조 중에서, 3 ∼ 10 ㎜ 의 간격을 유지하여 상기 전해조 내에 배치된 전극군을 사용하여, 전류 밀도 5 ∼ 20 A/d㎡, 욕온 20 ∼ 70 ℃, 강알칼리의 조건하에서 진동 교반을 부여하면서 전기 분해하고, 이로써 생성된 수소와 산소로 이루어지는 가스를 냉각하여 액화하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소로 이루어지는 액상물의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 양태에 있어서는, 상기 수소와 산소로 이루어지는 가스를 액화할 때 그 가스의 압력을 0.1 ∼ 0.5 MPa 로 하여 냉각한다. 본 발명의 일 양태에 있어서는, 상기 수소와 산소로 이루어지는 가스를 액화할 때 -190 ∼ -250 ℃ 로 냉각한다. 본 발명의 일 양태에 있어서는, 상기 강알칼리의 조건은 pH 14 이상의 조건이다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 제 1 목적을 달성하는 것으로서,
상기의 수소와 산소로 이루어지는 액상물의 제조 방법의 실시에 사용되는 장치로서,
(A) 전해조,
(B) 3 ∼ 10 ㎜ 의 간격을 유지하여 상기 전해조 내에 배치된 전극군,
(C) 상기 전해조 내의 전해액을 진동 교반하기 위한 진동 교반 수단,
(D) 생성된 수소와 산소로 이루어지는 가스를 포집하기 위한 포집 수단, 및
(E) 포집된 상기 수소와 산소로 이루어지는 가스를 냉각하여 액화하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소로 이루어지는 액상물의 제조 장치가 제공된다.
상기의 수소와 산소로 이루어지는 액상물의 제조 방법에 의해 제조된 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 액상물의 일 양태에 있어서는, 수소와 산소가 -190 ∼ -250 ℃, 3 ∼ 300 kgf/㎠ 의 조건하에서 액상물로서 존재하고 있다. 또한, 본 명세서에 있어서는, 압력의 단위로서 MPa 및 kgf/㎠ 가 사용되고 있는데, 이들 압력은 실질상 0.1 MPa 가 1 kgf/㎠ 에 상당하는 것으로서 기재하고 있다.
본 발명에 의하면, 상기 제 2 목적을 달성하는 것으로서,
상기의 수소와 산소로 이루어지는 액상물의 제조 방법에 의해 제조된 수소와 산소로 이루어지는 액상물을, 저장하고, 그 후 가스화하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스의 제조 방법이 제공된다.
본 발명의 일 양태에 있어서는, 상기 수소와 산소로 이루어지는 액상물의 가스화시에는 가열을 실시한다. 본 발명의 일 양태에 있어서는, 상기 가열에 의해 상기 액상물의 온도를 상온으로 되돌린다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 제 2 목적을 달성하는 것으로서,
상기의 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스의 제조 방법의 실시에 사용되는 장치로서,
(A) 전해조,
(B) 3 ∼ 10 ㎜ 의 간격을 유지하여 상기 전해조 내에 배치되어 있는 전극군,
(C) 상기 전해조 내의 전해액을 진동 교반하기 위한 진동 교반 수단,
(D) 생성된 수소와 산소로 이루어지는 가스를 포집하기 위한 포집 수단,
(E) 포집된 상기 수소와 산소로 이루어지는 가스를 냉각하여 액화하는 수단,
(F) 상기 액화하는 수단에 의해 얻어진 액상물의 저장 수단, 및,
(G) 상기 액상물을 다시 가스화하는 수단,
을 구비하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스의 제조 장치가 제공된다.
상기의 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스의 제조 방법에 의해 제조된 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스의 일 양태에 있어서는, 수소와 산소가 3 ∼ 300 kgf/㎠ 의 압력하에서 실질적으로 반응하지 않고, 각각 가스 상태으로 금속제 용기 내에 안정적으로 존재하고 있다.
본 발명에 의하면, 상기 제 3 목적을 달성하는 것으로서,
상기의 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 상기의 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스로 이루어지고, 연소시에 탄산 가스를 발생시키지 않는 것을 특징으로 하는 연료가 제공된다.
본 발명에 의하면, 진동 교반을 수반하는 물의 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스 (초기 가스) 로부터 출발하여, 그 특이한 성질을 잃지 않고, 수소와 산소의 액상물을 제조하는 방법과 장치 그리고 그것에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 액상물이 제공된다.
또, 본 발명에 의하면, 이상과 같은 수소와 산소로 이루어지는 액상물을 필요한 기간 액상물로서 보관하고, 필요한 시점에서 이것을 재가스화하는 방법과 장치 그리고 그것에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스가 제공된다.
또한, 본 발명에 의하면, 이상과 같은 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스로 이루어지고, 탄산 가스를 전혀 발생시키지 않는 연료가 제공된다.
진동 교반을 수반하는 물의 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 초기 가스를 액화하여 수소와 산소로 이루어지는 액상물을 얻고, 이것을 저장하고, 그것을 다시 가스화하여 얻어지는 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스는, 초기 가스와 동일한 물성을 가져, 폭발의 위험성이 매우 적다. 따라서, 본 발명에 의한 수소와 산소로 이루어지는 액상물 및 산소로 이루어지는 재기화 가스의 용도는 매우 광범위해진다.
도 1 은 실시예에서 사용한 진동 교반 수단을 구비한 전해 장치의 모식적 단면도이다.
도 2 는 도 1 의 전해 장치의 상면도이다.
도 3 은 SUS304 제 봄베의 단면도이다.
도 4 는 도 3 의 SUS304 제 봄베의 상면도이다.
도 5 는 도 3 의 SUS304 제 봄베의 측면도이다.
도 6 은 가스 압축 장치의 구성도이다.
도 7 은 실시예에서 사용한 연소 장치의 구성도이다.
도 8 은 진동 교반하에서의 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스를 연소시켜 얻어지는 화염 상태를 나타내는 도면이다.
도 9 는 진동 교반하에서의 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스를 연소시켜 얻어지는 화염에 의한 티탄판의 용융, 기화 상황을 나타내는 도면이다.
도 10 은 진동 교반하에서의 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스를 연소시켜 얻어지는 화염에 의한 탄탈판의 용융, 기화 상황을 나타내는 도면이다.
도 11 은 진동 교반하에서의 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스를 연소시켜 얻어지는 화염에 의한 텅스텐 봉의 용융, 기화 상황을 나타내는 도면이다.
본 발명에 있어서는, 전해액을 전해조 중에서 진동 교반을 부여하면서 전기 분해하고, 이로써 수소와 산소로 이루어지는 초기 가스를 생성한다. 이와 같은 초기 가스의 생성시에는, 본 발명자의 발명에 관련된 일본 특허 제1941498호, 제2707530호, 제2762388호, 제2767771호, 제2852878호, 제2911350호, 제2911393호, 제3035114호, 제3142417호, 제3196890호, 제3320984호, 제3854006호, 일본 공개특허공보 평10-309453호, 일본 공개특허공보 평11-253782호, 일본 공개특허공보 2000-317295호, 일본 공개특허공보 2001-288591호, 일본 공개특허공보 2002-53999호, 일본 공개특허공보 2002-121699호, 일본 공개특허공보 2002-146597호, 일본 공개특허공보 2005-232512호, WO 02/090621 A1, WO 03/048424 A1, WO 2004/092059 A1 등의 특허 문헌에 기재된 기술을 사용할 수 있다.
진동 교반 조건은, 상기 특허 문헌에 기재되어 있는 조건으로 실시할 수 있다.
또, 전기 분해는, 상기 특허 문헌에 기재되어 있는 조건으로 실시할 수 있는데, 특히 본 발명에 있어서는, 전해액으로서 전해질 5 ∼ 30 중량% 를 함유하는 것을 사용하고, 전극군을 3 ∼ 10 ㎜ 의 간격을 유지하여 전해조 내에 배치하고, 전류 밀도 5 ∼ 20 A/d㎡, 욕온 20 ∼ 70 ℃, 강알칼리의 조건을 사용한다.
본 발명에 사용하는 전해질로는 특별히 제한은 없지만, 통상, NaOH, KOH 등을 들 수 있다. 또, 이들 전해질을 용해시켜 전해액을 만드는데 사용하는 물로는, 어떠한 물이어도 되는데, 통상은, 이온 교환수나 증류수를 사용한다. 전해액에 있어서의 전해질의 농도에 대해서는, 특별히 제한은 없지만, 일반적으로 30 중량% 이하, 바람직하게는 25 중량% 이하이며, 15 ∼ 25 중량% 정도가 가장 바람직하다. 본 발명에 있어서, 전해질이 5 중량% 보다 적으면 전류의 흐름이 적어져 저항이 증대되고, 전류 효율이 저하되어 더욱 온도 상승을 일으켜 초기 가스 발생량의 저하를 더욱 초래하게 된다. 또한, 30 중량% 보다 지나치게 많으면 극판에 전해질이 석출되어 결과적으로 전해 효율이 저하되게 된다.
본 발명에 있어서, 전류 밀도를 높이면 전해 효율이 상승하여, 바람직한 면도 있는데, 동시에 욕온 상승을 초래하여, 반대로 초기 가스 발생량이 저하된다. 본 발명에서는, 많은 실험 결과로부터 5 ∼ 20 A/d㎡ 의 범위가 종합적으로 보아 바람직한 것으로 판명되고 있다.
본 발명에 있어서, 욕온은 장시간의 운전, 발생량, 전해 효율 등을 고려하여, 많은 실험 결과로부터 20 ∼ 70 ℃ 의 범위가 바람직하다는 것을 알 수 있다.
pH 는 사용하는 전해질에 의해 좌우된다. 바람직한 pH 값은 전해질, 전류 밀도, 욕온과 상관 관계에 있다. 본 발명에 있어서는, 사용하는 전해질, 전류 밀도, 욕온 등을 각종 조건으로 실험을 거듭한 결과, 바람직하게는 pH 14 이상의 강알칼리하에서, 효율이 가장 양호한 결과가 얻어진다.
본 발명에 있어서는, 바람직하게는 전극군을 구성하는 전극을 일정한 간격으로 유지하는데, 이 간격은 3 ∼ 10 ㎜, 바람직하게는 3 ∼ 5 ㎜ 이다. 또한, 전극군을 구성하는 전극의 수는, 바람직하게는 4 개 이상 1000 개 이하이다.
이상과 같이 하여 생성된 수소와 산소로 이루어지는 초기 가스는, 3 ∼ 300 kgf/㎠ 으로 압축할 수 있다. 초기 가스의 압력을 3 ∼ 300 kgf/㎠ 으로 고압축함으로써 저장 장치 (탱크, 봄베 등) 의 소형화가 가능해져, 반송, 탑재를 용이하게 실시할 수 있다. 또, 이 3 ∼ 300 kgf/㎠ 의 압축 압력 범위가 초기 가스의 실용화에 적절하다. 본 발명에 있어서는, 초기 가스를 액화할 때에, 그 초기 가스의 압력을 0.1 ∼ 0.5 MPa (바람직하게는 0.1 ∼ 0.3 MPa) 로 하고, -190 ∼ -250 ℃ 로 냉각한다. 즉, 초기 가스가 이 범위보다 높은 압력으로 보존되어 있는 경우에는, 초기 가스의 압력을 0.1 ∼ 0.5 MPa 로 저하시켜, 냉각을 실시한다.
상기의 수소와 산소로 이루어지는 액상물의 제조 방법의 실시에 사용되는 장치에서의, (A) 전해조, (B) 3 ∼ 10 ㎜ 의 간격을 유지하여 전해조 내에 배치되어 있는 전극군, (C) 전해조 내의 전해액을 진동 교반하기 위한 진동 교반 수단, 및, (D) 생성된 수소와 산소로 이루어지는 가스를 포집하기 위한 포집 수단에 대해서는, 상기 특허 문헌에 기재된 것과 동등한 것을 사용할 수 있다.
또, (E) 포집된 상기 수소와 산소로 이루어지는 가스를 냉각하여 액화하는 수단에 대해서는, 후술하는 바와 같은 압축 장치와 냉각 매체로서 액체 헬륨을 사용한 냉각 장치의 조합을 사용할 수 있다.
진동 교반을 수반하는 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 초기 가스를 스테인리스 스틸제 용기에 0.54 MPa 의 압력으로 저장하고, 그리고 액체 헬륨으로 -222 ℃ 로 냉각하여 액화한 결과, 냉각에 의한 압력 강하 이상의 압력 강하가 있어, -0.03 MPa 까지로 되었다. 이 간이 테스트로부터도 알 수 있듯이 냉각에 의한 체적 축소 이상으로 압력이 강하되었다는 사실은, 이 가스가 안전하게 액화된 것을 증명하고 있다. 그러므로, 상기 초기 가스는, 브라운 가스와 같이 수소와 산소가 분자 상태로 혼합되어 있다고는 할 수 없고, 수소와 산소가 어떠한 공유 결합을 하고 있는 것은 아닌지 생각된다.
이 사실은, 초기 가스를 20 ∼ 30 MPa 까지 안전하게 고압축할 수 있고, 또 스테인리스 스틸제의 봄베를 사용한 6 개월에 걸친 압축 저장에 의해서도 아무런 압력 강하가 없던 현상과 일치하고 있는 것으로 생각된다.
본 발명에 있어서는, 상기의 수소와 산소로 이루어지는 액상물을, 원하는 기간 저장하고, 필요에 따라, 그 후 가스화 (재기화) 하여 재기화 가스를 얻는다. 액상물의 가스화시에는, 가열 (냉각 매체 제거 등에 기초하는 자연 승온을 포함한다) 을 실시하고, 바람직하게는, 가열에 의해 액상물의 온도를 상온으로 되돌린다.
상기의 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스의 제조 방법의 실시에 사용되는 장치에 있어서의 (A) 내지 (E) 에 대해서는 상기 서술한 것을 사용할 수 있다.
또, (F) 액화하는 수단에 의해 얻어진 액상물의 저장 수단으로는, 스테인리스 스틸 등의 금속제 용기 (봄베, 탱크) 를 사용할 수 있다. (G) 액상물을 다시 가스화하는 수단으로는, 대기 중으로 액상물을 토출시키는 노즐 또는 버너 등의 토출 장치를 사용할 수 있다.
수소와 산소로 이루어지는 초기 가스를, 홋카이도 대학이나 나고야 대학에 의뢰하여 성분 분석한 결과, 이 초기 가스에는, 수소 가스 (H2) 나 산소 가스 (O2) 이외에 원자 형상의 수소 (H), 산소 (O), 수산기 (OH) 나 중수소 (D) 등이 혼재되어 있다는 것이 확인되었다. 이와 같이, 본 명세서 및 청구 범위에 있어서의 재기화 가스 또는 액상물 나아가서는 초기 가스를 수식하는 「수소와 산소로 이루어진다」 의 의미는, 수소 원자 (중수소 원자, 삼중수소 원자 등을 포함한다) 및 산소 원자를 구성 요소로서 갖는 물질로 이루어진다는 것이다.
본 발명의 재기화 가스는, 그 일 양태에 있어서, 일본 공개특허공보 2005-232512호에 기재된 수소-산소 혼합 가스와 동일한 조성을 갖는다.
여기서, 왜 진동 교반이라는 물리적 조작만으로 수소 가스나 산소 가스 이외의 부 (副) 성분이 혼재되었는지에 대해 고찰한다. 이 의문을 푸는 열쇠는, 상온 상압하의 진동 교반을 수반하는 전해에 의해 발생하는 가스의 나노 버블화에 있다. 나노 버블화야말로 종래 과학을 넘는 새로운 화학 반응을 발생시키고, 나아가서는 그것이 비폭발성 공유 결합 가스의 생성을 불러오는 것으로 이어진다고 생각된다.
또, 수소와 산소로 이루어지는 가스임에도 불구하고 폭발하지 않는 것은, 이들 부성분 가스가, 인공적인 강제를 수반하지 않고 자연적인 프로세스로서 균형있게 생성되므로, 수소와 산소의 반응에 의해 폭발하는 것을 방지하는 버퍼의 역할을 하기 때문인 것으로 생각된다.
본 발명에 의한 진동 교반을 수반하는 전기 분해와 종래부터의 전기 분해에서는, 발생하는 기포의 크기가 매우 상이하다. 종래법에 의한 전기 분해에서는, 산소 가스나 수소 가스가 형성하는 기포는 크기가 1 ∼ 5 ㎜Φ 로 육안으로 볼 수 있을 정도의 것이다. 이에 대하여, 본 발명에 의한 진동 교반을 수반하는 전기 분해에서는, 기포는 육안으로는 확인할 수 없는 5 ∼ 700 nm, 예를 들어 20 ∼ 700 nm 또는 5 ∼ 200 nm 의 크기이고, 물 전체가 마치 「우유상」인 느낌을 나타내는 상태가 된다.
예를 들어, 1000 ㎜ × 2000 ㎜ 의 개구를 갖는 전해조를 사용하여, 전기 분해 중의 전해액 상에서 스파크를 발생시키는 경우, 통상적인 전기 분해의 경우라면 스파크시에 수소 가스와 산소 가스의 폭발이 발생하여 몹시 위험한데, 본 발명의 진동 교반을 수반하는 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스의 경우에는 스파크시켜도 전혀 폭발은 발생하지 않는다.
통상적인 전기 분해에 의한 수소는, 금속 봄베 (실례는 스테인리스 스틸제 봄베를 사용하고 있는데, 강철제, 주철제, 알루미늄 합금제 등의 금속 봄베이어도 된다) 내에 저장할 때에, 수소에 의해 봄베 자체가 취약해지거나 수소가 금속 봄베를 투과하여 이탈되므로, 장기간 보관이 불가능한데, 진동 교반을 수반하는 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스는, 고압으로 압축할 수 있을 (200 kgf/㎠ : 20 MPa 까지 폭발하지 않고 압축할 수 있었다) 뿐만 아니라, 스테인리스 스틸제 봄베에 압축 보관된 10 MPa 의 수소와 산소로 이루어지는 가스는 6 개월이라는 장기간 보존해도 전혀 어떠한 수소 누설도 없고 또한, 압력도 당초의 10 MPa 를 유지하였다는 실적이 있다.
브라운 가스가 그랬듯이, 진동 교반을 수반하는 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 혼합 가스의 경우도 이것을 액화해 버리면, 그 특징이 사라져 단순한 물이 되는 것으로 생각하는 것이 종래의 상식이다.
그런데, 진동 교반을 수반하는 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스를, 5 kgf/㎠ 로 압축하고 액체 헬륨을 사용하여 -220 ℃ 로 냉각하여 액화해도, 단순한 물로 되돌아오지 않고, 이것을 다시 가스화한 것도 초기 가스와 동등한 물성을 갖는 가스 (재기화 가스) 로 되돌아와, 그 특이한 성질을 다시 발휘한다는 놀랄만한 특성을 갖는다는 것을 알아내었다.
브라운 가스는 0.2 MPa 이상으로 압축하면 수소 가스와 산소 가스의 분자 마찰에 의해 폭발한다는 것이 알려져 있는데, 상기와 같이, 진동 교반를 수반하는 수용액의 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스는, 20 ∼ 30 MPa 라는 높은 압축 상태에서도 안정적으로 장기간 보존이 가능하고 폭발을 발생시키지 않는 특이한 성질을 갖고, 이러한 놀라운 특성은, 이것을 액화한 후, 재가스화해도 전혀 사라지지 않는다. 즉, 본 발명의 재기화 가스에 있어서는, 수소와 산소가 3 ∼ 300 kgf/㎠ 의 압력하에서 실질적으로 반응하지 않고, 각각 가스 형상으로 용기 중에 안정적으로 존재할 수 있다. 또, 본 발명의 액상물은, -190 ∼ -250 ℃, 3 ∼ 300 kgf/㎠ 의 조건하에서 액상물로서 존재할 수 있다.
종래의 로켓용 연료는 위험성이 있기 때문에 수소와 산소를 별도의 탱크로 압축, 액화하여 저장하고 있고, 사용 직전에 분사 혼합하고 있다. 그럼에도 불구하고, 종종 폭발 사고를 일으키고 있는 것은 사실이다. 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 가스는, 수소와 산소의 분자 상태로 혼합되어 있는 것이 아니라, 어떠한 결합 상태로 안정적으로 존재하고 있고, 가스화나 액화를 반복할 수 있어, 종래의 액체 수소와 액체 산소를 분사 혼합하는 연소 방식보다 훨씬 취급이 안전하고, 장기간 보존도 가능한 로켓용 연료에 대한 적용이 가능하다. 이로써 우주 공학 분야에서 비약적인 공헌을 할 수 있다.
게다가, 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 재기화 가스를 연소시켜도, 탄산 가스를 전혀 발생시키지 않기 때문에, 이상적인 클린 에너지원이 된다. 또 연소의 결과, 발생하는 것은 물이기 때문에, 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 재기화 가스를 연소시킴으로써, 인류에게 있어 필요 불가결한 물질을 공급하게 된다.
본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 재기화 가스로 이루어지는 연료는, 다량의 물을 함유하는 오일과의 에멀젼 (물의 함유량 70 %) 을 연소시키는 능력을 갖는다.
본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 재기화 가스를 사용하면, 텅스텐을 겨우 1 초 정도의 가열로 기화시킬 수 있다. 이것은 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 재기화 가스가 매우 높은 에너지를 갖고 있다는 것을 나타내고 있다.
이와 같이 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 재기화 가스가 매우 높은 에너지를 갖고 있기 때문에, 이 가스의 사용에 의해 원소 변환을 불러일으킬 가능성을 간직하고 있다.
본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 재기화 가스를 제조하는 장치는, 얻어지는 액상물 또는 재기화 가스의 폭발의 위험성이 매우 낮기 때문에, 전극 간에 격막을 형성할 필요가 없다.
또, 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 재기화 가스는, 연료 전지용 연료로서 유용하여, 순수소를 연료로서 사용하는 경우보다 약 5 ∼ 7 % 기전력 (起電力) 이 크다는 결과가 얻어지고 있다.
특히, 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 재기화 가스는, 가스 발전기의 에너지원으로도 유용하다. 예를 들어, 포터블 가스 발전기에 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 재기화 가스를 0.2 Mpa 로 압력 조정하고, 가스 발전기에 공급하여 발전을 실시한 결과, 엔진이 쾌적하게 작동하여 100 W 의 전구를 점등할 수 있었다. 그러므로, 가스 발전기의 에너지원으로서의 사용이 기대된다.
본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 재기화 가스는, 자동차나 그 밖의 엔진의 연료로서 고압축된 상태에서 그대로 사용할 수 있다. 이로써, CO2 삭감을 단기간에 대폭적으로 실현시켜, 지구 온난화 방지를 재빨리 실현시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 재기화 가스는, 현재의 도시 가스나 프로판 가스를 대신하는 가정용 등의 새로운 청정 연료로서 사용할 수 있다. 그 실현이 가까운 장래에 기대된다.
실시예
이하에 실시예를 들어 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 이것에 의해 전혀 한정되는 것은 아니다.
도 1 ∼ 도 2 에 나타내는 진동 교반 수단을 구비한 전해 장치 (가스 발생 장치) 를 사용하였다. 이것은, 시판되는 상품명 「수소·산소 가스 (OHMASA-GAS) 발생 장치」(닛폰 테크노 주식회사 제조) 에 상당한다. 이 장치의 전해조에 상온의 15 중량% 의 KOH 수용액을 주입하고, 진동 교반 수단을 구동시켜 진동 날개에 35 ∼ 50 Hz 의 진동을 부여하면서, 장치 사양에 따라 전기 분해를 실시하였다. 진동 날개에 의한 진동 교반의 결과, 서로 대면하도록 배치된 복수의 전극으로 이루어지는 전극군 (셀) 상의 전해 발생 가스는, 육안으로 확인할 수 없을 정도의 작은 기포, 즉 나노 사이즈의 기포가 되어 분산되고, 그대로 전해조 상부로 방출된다. 수소와 산소로 이루어지는 가스의 연소염 (炎) 을 육안으로 확인할 수 있게 하기 위해, 생성된 수소와 산소로 이루어지는 가스를 알코올 조를 통과시킨 후, 연소시키는 시스템을 채용하였다.
또한, 이 알코올 조를 통과시키는 이유는, 연소 온도의 조절 그리고 수소와 산소로 이루어지는 가스를 연소시킨 경우, 이 가스가 무색 투명하여 염을 육안으로 확인할 수 없어 위험하기 때문에, 알코올 조를 통과시켜 육안으로 보이는 상태로 하기 위함이다. 따라서, 연소 가스가 육안으로 보이지 않아도 문제가 없는 경우에는 알코올 조는 불필요하다.
상기 방법에 의해 제조된 수소와 산소로 이루어지는 가스에 대해, 독립 행정 법인 건축 연구소에 있어서, 하기의 압축 시험, 누설 시험, 낙하 시험을 각각 실시하였다.
<압축 시험>
도 3 ∼ 도 5 에 나타내는 스테인리스 스틸 (SUS304) 제의 봄베에 진동 교반에 의한 물의 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스를 3 ∼ 20 kgf/㎠ 의 압력을 가하여 주입하는 저압 압축 시험을 실시했는데 폭발하지 않았다.
구체적인 저압 압축 시험은, 도 6 의 장치를 사용하여 하기와 같이 실시하였다. 또한, 도 6 은, 저압 압축 시험 개시 전 상태를 나타내고, 각 밸브 상태는 이하와 같이
밸브 A : 닫힘
밸브 B : 닫힘
밸브 C : 열림
밸브 D : 열림
밸브 E : 닫힘
밸브 F : 열림
밸브 G : 열림
밸브 H : 닫힘
밸브 I : 열림
그 밖의 밸브 : 닫힘이다.
상기 상태로 각 밸브가 되어 있는 것을 확인한 후, 이하의 조작 순서에 따라 저압 압축 시험을 실시하였다.
<조작 순서 1>
밸브 B 를 열림, 밸브 E 를 열림, 밸브 F 를 닫힘, 밸브 H 를 열림, 밸브 I를 닫힘으로 하고, 다음으로 수소와 산소로 이루어지는 가스의 발생 장치와의 접속구에 물 탱크 배관 (점선으로 표시) 을 접속하고, 저압 부스터 펌프로 저압 탱크 및 고압 탱크에 물을 보내어, 양 탱크 내의 공기를 배출한다. 배출이 완료되면 밸브 B 를 닫힘으로 한다.
<조작 순서 2>
조작 순서 1 에서 접속된 수소와 산소로 이루어지는 가스의 발생 장치와의 접속구의 물 탱크 배관 (점선으로 표시) 을 분리하고, 여기에 수소와 산소로 이루어지는 가스의 발생 장치로부터의 가스 배관을 접속한다.
밸브 C 를 닫힘, 밸브 A 를 열림으로 하여, 다음으로 밸브 B 를 열림으로 하여 수소와 산소로 이루어지는 가스를 보내어, 고압, 저압 탱크 내의 물을 배출한다. 물의 배출이 완료되면, 밸브 A 를 닫고 각 탱크의 압력이 0.2 MPa 가 될 때까지 수소와 산소로 이루어지는 가스를 주입한다. 완료되면 밸브 B 를 닫는다.
또한, 고압으로 압축하는 순서는 이하와 같다.
<조작 순서 3>
밸브 C 를 열어, 저압 부스터 펌프로 저압 탱크에 물을 보내어, 탱크 내의 가스를 1.8 MPa 까지 압축한다. 압축이 완료되면, 밸브 D, E 를 닫는다.
<조작 순서 4>
밸브 F 를 열림으로 하여, 고압 부스터 펌프로 용량이 큰 쪽의 고압 탱크에 물을 보내어, 가스를 압축하고, 용량이 작은 쪽의 고압 탱크 내를 10 MPa 까지 압축한다. 또한 2 ∼ 20 MPa 의 고압까지 압축하기 위해, 밸브 D, E 를 열림으로 하여, 용량이 큰 쪽의 고압 탱크 내의 물을 저압 탱크에 배출하여, 완료되면 밸브 D, E 를 닫힘으로 한다. 이 조작 순서 4 의 조작을 반복하고 소정의 압력까지 가압을 실시한다. 이 순서에 따라, 실제로 20 ∼ 200 kgf/㎠ 의 고압 압축 시험을 실시한 결과, 이 역시 폭발하지 않았다.
이 실험에 의해, 종래의 수소와 산소의 혼합 가스는 3 kgf/㎠ 가 되면 폭발했지만, 진동 교반을 수반하는 물의 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스는 폭발하지 않는 것이 증명되었다.
<누설 시험>
2003 년 10 월 8 일, 「진동 교반을 사용한 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스」를 스테인리스 스틸 (SUS304) 제 봄베에 100 kgf/㎠ 의 고압으로 압축하고 추가로 냉각 (단 액상화되지 않을 정도의 온도로의 냉각) 하여 충전하고, 이 상태로 2004 년 3 월 8 일까지의 약 반년 동안 저장하였다. 이 동안, 압력계의 눈금은 100 kgf/㎠ 를 가리킨 채, 전혀 변화가 없었다.
또한, 봄베에 세트되어 있는 압력계의 나사부의 시일도 보통의 테프론 (등록 상표) 으로 실시했지만, 이 부분으로부터의 가스의 누설도 전혀 없는 것으로 판명되었다.
통상적인 순수소의 경우, 용이하게 누설되어 압력이 저하되는데 비해, 진동 교반을 수반하는 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스는 우수한 저장 특성을 갖고 있다는 것을 알 수 있다. 또, 이것은 수소와 산소가 독립적으로 가스 상태에 있는 것이 아니라, 새로운 수소와 산소의 화합물이 존재할 가능성이 있다는 것을 시사하고 있다.
<낙하 시험>
상기 스테인리스 스틸제 봄베에 수소와 산소로 이루어지는 가스를 1 MPa 로 충전하여 높이 5 m 의 위치로부터 낙하시켰으나, 폭발 등의 현상은 발생하지 않았다.
또한, 10 MPa 로 압축된 수소와 산소로 이루어지는 가스를 충전한 스테인리스 스틸제 봄베 (3.8 ℓ) 를 자동차에 탑재하고, 그 자동차를 특정한 구 (構) 내의 주회 주행로 상에서 시속 약 200 km 에 이를 때까지 일반 노상과 동일한 진동을 부여하면서 수 회에 걸쳐 주회 운전을 실시했는데, 봄베 자체나 충전 가스의 압력 등에 어떠한 이상도 발견되지 않았다.
<연소 시험>
(1) 고융점 금속의 연소 시험 :
도 9 ∼ 11 에 용융 온도가 높은 금속류의 연소 상태를 나타낸다. 연소 시험에는, 도 7 에 나타내는 장치를 사용하였다.
먼저, 도 8 의 사진은, 진동 교반에 의한 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스 화염의 모습인데, 붉은 염의 산소가 푸른 염의 수소를 사이에 끼운 샌드위치 구조를 나타내고 있고, 화염은 폭발도 없이, 조용하고 푸르스름하게 안정적으로 연소 상태를 나타내고 있었다.
도 9 는, 티탄 (융점 1667 ℃) 판과 수소와 산소로 이루어지는 가스의 연소 에 의한 화염의 간격을 약 10 ㎜ 로 하여 연소시킨 경우를 나타내는데, 티탄판은 순식간에 용융, 기화되었다.
도 10 은, 탄탈 (융점 2980 ℃) 판과 수소와 산소로 이루어지는 가스의 연소 에 의한 화염의 간격을 약 10 ㎜ 로 하여 연소시킨 경우를 나타내는데, 탄탈판은 2 ∼ 3 초에서 용융, 기화되었다.
도 11 은, 텅스텐 (융점 3380 ℃) 봉과 수소와 산소로 이루어지는 가스의 연소에 의한 화염의 간격을 약 10 ㎜ 로 하여 연소시킨 경우를 나타내는데, 텅스텐 봉은 2 ∼ 3 초에서 용융, 기화되었다.
실험에 사용한 판의 크기는 하기와 같이,
티탄판 : 15 ㎜ × 150 ㎜ × 0.5 ㎜ (t)
탄탈판 : 15 ㎜ × 150 ㎜ × 1.0 ㎜ (t)
텅스텐 봉 : 3.2 ㎜Φ
이다. 이들은 절단된 시험편으로서, 실제는 더욱 두께가 있는 판의 절단이 가능하다.
종래의 수소 가스와 산소 가스의 혼합 가스의 연소 온도는, 혼합비에 따라 상이한데, 1200 ℃ 내지 2500 ℃ 정도로 되어 있기 때문에, 탄탈이나 텅스텐을 용융시킬 수 없다. 이번 연소 시험의 온도는, 그것을 1000 ∼ 2000 ℃ 상회하는 연소열로 되어 있다.
이, 진동 교반에 의한 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스인 것의 연소 온도는, 약 600 ℃ ∼ 700 ℃ 의 비교적 저온이지만, 상기와 같이 그 대상물에 따라 고에너지를 발휘할 수 있다.
본 발명의 진동 교반에 의한 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스는 공기 중의 산소를 소비하지 않고도 그대로 연소된다. 그 결과, 버너의 가스 방출구에서의 연소 발열이 작고, 상기 연소 시험 직후에 손으로 만져도 그다지 뜨겁지 않다. 이것은, 또한 진동 교반에 의한 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스의 경우, 종래의 발열형 연소 반응과는 상이한 기구로 화학 반응이 일어나고 있음을 시사하고 있는 것이라고 할 수 있다.
(2) 강판 용단 시험의 비용 비교
참고로, 진동 교반에 의한 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스와 아세틸렌 가스를 각각 사용하여 강판 (鋼鈑) (12 ㎜) 을 절단한 경우의 비용 비교를 표 1 에 나타낸다. 진동 교반에 의한 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스에 의하면, 비용이 아세틸렌 가스에 의한 경우와 비교하여, 반감 (半減) 할 수 있다는 것을 알 수 있다.
소비 가스 제조 비용 산소 사용의 비용 합계 비용
아세틸렌 가스 18.7 엔 57.7 엔
(사용량 115 리터)		 76.4 엔
진동 교반에 의한 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스 1.19 엔 32.95 엔
(사용량 65.9 리터)		 34.14 엔
산소 사용에 관해서는, 아세틸렌 가스의 연소에서는 시판되는 산소 봄베의 산소를 사용하고 있고, 진동 교반에 의한 전기 분해에 의해 얻어진 수소와 산소로 이루어지는 가스의 연소에서는 그 성분인 산소가 사용되고 있다.
성분을 정확하게 특정하기 위해서는, 전용 분석 기기의 개발도 범위에 포함시킬 필요가 있는데, 우선 초저온에서 액화가 실현되면, 새로운 분자의 존재를 입증할 가능성이 있기 때문에, -260 ℃ 까지 냉각 가능한 특수한 전용 냉각 장치를 개발 제조하여 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 가스의 액화를 실시하였다.
이 액화 장치에는, 가스의 냉각 온도, 압력 등이 실시간으로 표시, 기록하도록 되어 있고, 특필해야 할 특징은 장치 하부에 약 40 ㎜Φ 의 작은 창이 있고, 또한 그 내부에는 액체를 수납하는 약 15 ㎜Φ 의 투명 유리관이 설치되어 있어, 액화 개시 상황이나 액체의 상태, 색상 등이 육안으로 실시간으로 장치 외부의 작은 창으로부터 알 수 있도록 되어 있다.
육안으로 봄으로써, 새로운 가스인 만큼 압력이나 온도만의 데이터 해석에 의한 실수를 방지하려는 목적이 있었다.
다음으로, 본 발명의 가스를 위한 새로운 전용 액화 장치를 만들어, 단일 산소 가스 및 단일 수소 가스의 각각에 대해 하기의 요령으로 예비 액화 시험을 실시하였다.
〔1〕단일 산소 가스의 액화 :
1) 순산소 가스를 장치에 유입시키기 전에, 장치 내부의 냉각부를 사전에 -150 ℃ 로 냉각시켜 두었다. 이 냉각된 장치 내부에 산소 가스를 0.2 MPa 에서, 또 가스 유입량을 200 scc/min (standard cc/min) 으로 하여 냉각 온도를 0.01 ℃ 씩 강하시켜 산소의 액화 시험을 실시하였다.
2) 이론값과 같이 -183 ℃ 부터 산소의 액화가 시작되는데, 장치 외부의 작은 창으로부터 육안으로 볼 수 있고, 그 액체는 투명한 옅은 청색을 나타내고 있었다.
3) 또한, 온도를 하강시켜 가면, -225 ℃ 부근에서부터 액체 산소의 결정이 석출되기 시작하여 -230 ℃ 정도에서는 전체가 결정화되는 것을 육안으로 볼 수 있었다.
4) 이들 확인 후, 서서히 온도를 상승시켜 산소를 완전하게 기화시켰다.
〔2〕단일 수소 가스의 액화 :
1) 산소와 마찬가지로, 사전에 장치 내부의 냉각부를 -240 ℃ 로 설정하고, 수소 가스를 0.2 MPa 에서, 가스 유입량을 200 scc/min 로 하여 냉각 온도를 0.01 ℃ 씩 강하시켜 수소의 액화 시험을 실시한 결과, 이론값과 같이 -252.5 ℃ 정도부터 액화되는 것을 작은 창으로부터 육안으로 볼 수 있었다.
2) 액체의 색상은 무색 투명하였다.
3) -255 ℃ 정도까지 온도를 하강시킨 후, 서서히 온도를 상승시켜 모든 수소를 기화시키고 예비 시험을 끝냈다.
〔3〕본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 가스의 액화와 재기화 시험 :
1) 예비 시험과 마찬가지로, 사전에 장치 내부의 냉각부를 -150 ℃ 로 냉각하고, 그 후 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 가스를 0.2 MPa 의 압력에서, 또한 가스 유입량을 200 scc/min 으로 하고, 온도 강하를 0.01 ℃ 씩으로 하여 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 가스를 장치 내부에 유입시킨 결과, -178.89 ℃ 에서 액화가 시작되어 「무색 투명한 액체」인 것을 육안으로 볼 수 있었다.
2) 서서히 온도를 내려, 액체 산소의 결정의 석출이 시작되는 -225 ℃ 에서도 액체인 채로 결정의 석출은 없었다.
3) 또한, 온도를 -255 ℃ 까지 내렸으나, 액체인 채로 결정은 전혀 관찰되지 않았다.
4) 그 후, 서서히 온도를 상승시켜 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 가스를 기화시켜 봄베 내에 수납하고, 재기화된 가스를 연소시켜 그 화염 (火焰) 을 티탄 금속 등에 갖다 대면 순간적으로 금속이 눈부시게 빛나고 기화되는 것을 확인하였다.
〔4〕수소와 산소의 혼합 가스의 액화 시험 :
1) 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 가스는, 수소와 산소의 혼합물과는 상이하다는 것을 명확하게 하기 위해, 이하와 같이 하여 시판되는 수소 가스와 시판되는 산소 가스를 혼합하여, 상기와 동일한 방법으로 액화를 실시하고, 그 액화 온도를 측정하여, 액화물 색을 관찰하였다. 또한, 이와 같은 시험을 안정적으로 실시할 수 있었던 것은, 주로 압력을 적절하게 설정한 것에 의한 것으로 생각되고, 이 사실은 하나의 발견이다.
2) 예비 시험과 마찬가지로, 사전에 장치 내부의 냉각부를 -150 ℃ 로 냉각하고, 그 후, 시판되는 수소 가스와 시판되는 산소 가스를 0.2 MPa 의 압력에서, 또한, 가스 유입량을 수소는 200 scc/min, 산소는 100 scc/min 으로 조정하고, 온도 강하를 0.01 ℃ 씩으로 하여 수소 가스 및 산소 가스를 장치 내부에 유입시킨 결과, -182.50 ℃ 에서 액화가 시작되어「산소의 액화 색인 옅은 블루의 액체」를 육안으로 볼 수 있었다
3) 서서히 온도를 내려, 액체 산소의 결정의 석출이 시작되는 -225 ℃ 에서도 액체인 채로 결정의 석출은 없었다.
4) 또한, 온도를 -250 ℃ 까지 내렸지만, 액체인 채로 결정은 전혀 관찰되지 않았다.
5) 이상의 점에서, 예상대로, 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 가스는, 수소와 산소의 혼합물과는 상이하다는 것이 증명되었다.
〔5〕물의 전기 분해로부터 생성되는 수소와 산소로 이루어지는 가스의 액화와 재기화 :
전술한 가스 발생 수단에 한정되지 않고, 다른 가스 발생 수단으로부터 생성 되는 가스에도 액화와 재기화가 적용된다.
〔6〕결론 :
이들 실험을 통해 판명된 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 가스의 특징은 이하와 같으며, 수소와 산소의 새로운 화합물의 존재를 명시하는 것으로서 주목할 만한다.
a) 액화 온도는 약 -179 ℃ 로 산소보다 약 4 ℃ 「높은 온도」이다.
b) 액체의 색상은 「무색 투명」하다.
c) -255 ℃ 의 초저온에서도 「결정화되지 않는다」.
d) 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 액상물은, 온도가 액화 온도보다 상승되면 기화가 시작되고, 재기화된 가스는 기화 전과 동일한 에너지를 유지하고 있는 것으로 생각된다.
e) 종래에는, 물의 전기 분해로부터 발생하는 산소와 수소는 그들 혼합 가스인 것으로 생각되고 있었지만, 상기의 각종 시험으로부터 본 발명의 수소와 산소로 이루어지는 가스는 완전히 「새로운 산소와 수소의 결합」을 이루고 있는 화합물인 것으로 생각된다.

Claims (14)

  1. 전해질 5 ∼ 30 중량% 를 함유하는 전해액을, 전해조 중에서, 3 ∼ 10 ㎜ 의 간격을 유지하여 상기 전해조 내에 배치된 전극군을 사용하여, 전류 밀도 5 ∼ 20 A/d㎡, 욕온 20 ∼ 70 ℃, 강알칼리의 조건하에서 진동 교반을 부여하면서 전기 분해하고, 이로써 생성된 수소와 산소로 이루어지는 가스를 냉각하여 액화하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소로 이루어지는 액상물의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소와 산소로 이루어지는 가스를 액화할 때 그 가스의 압력을 0.1 ∼ 0.5 MPa 로 하여 냉각하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소로 이루어지는 액상물의 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수소와 산소로 이루어지는 가스를 액화할 때 -190 ∼ -250 ℃ 로 냉각하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소로 이루어지는 액상물의 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 강알칼리의 조건은 pH 14 이상의 조건인 것을 특징으로 하는 수소와 산소로 이루어지는 액상물의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 기재된 수소와 산소로 이루어지는 액상물의 제조 방법의 실시에 사용되는 장치로서,
    (A) 전해조,
    (B) 3 ∼ 10 ㎜ 의 간격을 유지하여 상기 전해조 내에 배치된 전극군,
    (C) 상기 전해조 내의 전해액을 진동 교반하기 위한 진동 교반 수단,
    (D) 생성된 수소와 산소로 이루어지는 가스를 포집하기 위한 포집 수단, 및,
    (E) 포집된 상기 수소와 산소로 이루어지는 가스를 냉각하여 액화하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소로 이루어지는 액상물의 제조 장치.
  6. 제 1 항에 기재된 수소와 산소로 이루어지는 액상물의 제조 방법에 의해 제조된 수소와 산소로 이루어지는 액상물.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 수소와 산소가 -190 ∼ -250 ℃, 3 ∼ 300 kgf/㎠ 의 조건하에서 액상물로서 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 수소와 산소로 이루어지는 액상물.
  8. 제 1 항에 기재된 수소와 산소로 이루어지는 액상물의 제조 방법에 의해 제조된 수소와 산소로 이루어지는 액상물을 저장하고, 그 후 가스화하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 수소와 산소로 이루어지는 액상물의 가스화시에는, 가열을 실시하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스의 제조 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 가열에 의해 상기 액상물의 온도를 상온으로 되돌리는 것을 특징으로 하는 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스의 제조 방법.
  11. 제 8 항에 기재된 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스의 제조 방법의 실시에 사용되는 장치로서,
    (A) 전해조,
    (B) 3 ∼ 10 ㎜ 의 간격을 유지하여 상기 전해조 내에 배치되어 있는 전극군,
    (C) 상기 전해조 내의 전해액을 진동 교반하기 위한 진동 교반 수단,
    (D) 생성된 수소와 산소로 이루어지는 가스를 포집하기 위한 포집 수단,
    (E) 포집된 상기 수소와 산소로 이루어지는 가스를 냉각하여 액화하는 수단,
    (F) 상기 액화하는 수단에 의해 얻어진 액상물의 저장 수단, 및,
    (G) 상기 액상물을 다시 가스화하는 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스의 제조 장치.
  12. 제 8 항에 기재된 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스의 제조 방법에 의해 제조된 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스는, 수소와 산소가 3 ∼ 300 kgf/㎠ 의 압력하에서 실질적으로 반응하지 않고, 각각 가스 상태로 금속제 용기 내에 안정적으로 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스.
  14. 제 6 항 또는 제 7 항에 기재된 수소와 산소로 이루어지는 액상물 또는 제 12 항에 기재된 수소와 산소로 이루어지는 재기화 가스로 이루어지고, 연소시에 탄산 가스를 발생시키지 않는 것을 특징으로 하는 연료.
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