KR101323050B1 - 자동차를 포함한 기계 장치용 산소-수소 혼합가스 발생장치 - Google Patents

자동차를 포함한 기계 장치용 산소-수소 혼합가스 발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자동차를 포함한 기계 장치에 이용될 수 있는 산소-수소 혼합가스 발생장치에 관한 것이다.
본 발명의 실시예의 일 측면에 따른 산소-수소 혼합가스 발생장치는, 자동차를 포함한 기계 장치에 이용될 수 있는 산소-수소 혼합가스 발생장치에 있어서, 대면하여 일렬로 이격되어 배치되는 3 이상의 전극판; 및 상기 전극판 사이에 삽입되어, 상기 전극판과 함께 전해액이 충전될 수 있는 전해액 수용공간을 형성하며, 수밀성을 가지는 탄성 재질의 실링부재; 를 포함하며, 인접한 상기 전해액 수용공간 끼리는, 상기 전극판의 하부에 형성된 전해액유동홀 및 상기 전극판의 상부에 형성된 혼합가스유동홀에 의해 서로 연통되고, 인접한 상기 전극판의 상기 전해액 유동홀끼리는 서로 중첩되지 않으며, 상기 전극판은 상기 전해액 수용공간을 형성하는 전극판 몸체 및 상기 전극판 몸체의 둘레를 따라서 돌출 형성되어 공기와 접촉되는 방열프레임부를 포함하고, 상기 전극판에 양극 및 음극의 전압을 교번하여 가함으로써 상기 전해액유동홀로 공급된 전해액이 전기분해되어 발생된 산소 및 수소 가스는 상기 혼합가스유동홀을 통하여 외부로 유출되어 포집되는 것을 특징으로 한다.

Description

자동차를 포함한 기계 장치용 산소-수소 혼합가스 발생장치{APPARATUS FOR GENERATING MIXED GAS OF HYDROGEN AND OXYGEN FOR MACHINARY INCLUDING CAR}
본 발명은 자동차를 포함한 기계 장치에 이용될 수 있는 산소-수소 혼합가스 발생장치에 관한 것이다.
전통적인 에너지원으로 사용된 화석연료는 연소과정에서 온실가스를 비롯한 유해한 환경오염물질이 배출되며, 매장량의 한계로 인하여 가격이 상승되는 문제점을 가지고 있다. 따라서, 오랜기간 동안 이러한 화석연료를 대체하기 위한 대체 에너지를 개발하기 위한 노력이 다양하게 시도되고 있으며, 이러한 대체 에너지를 이용한 다양한 구동장치들이 개발되고 있다.
특히, 이러한 시대적인 요구는 자동차를 포함한 기계 장치에 있어서 발생하고 있으며, 매연을 배출하지 않는 자동차의 개발이 다양한 방법으로 전세계에서 진행되고 있다.
대체 에너지 중 산소-수소 혼합가스, 물의 전기분해로부터 얻어 산소와 수소가 기설정된 비율로 혼합된 브라운가스(Brown's Gas)는 화석연료에 비하여 자원이 무한한 물로부터 생성되는 에너지이며, 연소물에 환경오염물질이 포함되어 있지 아니하여 이를 생성하고, 이를 이용하는 장치들에 대한 개발이 다양하게 시도되고 있다. 특히, 산소/수소 혼합가스를 이용하여, 자동차 등의 기계 장치를 구동하는 경우 이산화탄소 등의 환경오염가스를 배출하지 않아 활용범위가 무궁무진하다.
이러한 산소-수소 혼합가스를 발생시키기 위한 산소-수소 혼합가스 발생장치는 전극이 설치된 전해조 내에 소량의 전해물질이 첨가된 전해액을 공급하고 직류 전압을 인가하여 산소-수소 혼합가스를 발생시킨다.
이러한 산소-수소 혼합가스 발생장치는 한국등록실용신안 제20-0117445호에 기재된 것과 같이 다수의 전극판과 전해조 충전실을 설치하고, 이러한 전극판에 전압을 가압하여, 상기 전해조 충전실에 충전된 전해수에서 산소-수소 혼합가스가 발생되도록 한다.
다만, 이러한 산소-수소 혼합가스 발생장치에서 산소-수소 혼합가스 발생과정에서 고온의 열이 발생되며, 이러한 열에 의하여 장치가 손상되거나 산소-수소 혼합가스의 생성효율이 저해되는 문제점이 있다.
본 발명은 산소-수소 혼합가스 발생과정에서 발생되는 열을 신속하게 장치의 외부로 발산시켜, 열에 의한 장치의 손상을 방지하기 위한 산소-수소 혼합가스 발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예의 일 측면에 따른 산소-수소 혼합가스 발생장치는, 자동차를 포함한 기계 장치에 이용될 수 있는 산소-수소 혼합가스 발생장치에 있어서, 대면하여 일렬로 이격되어 배치되는 3 이상의 전극판; 및 상기 전극판 사이에 삽입되어, 상기 전극판과 함께 전해액이 충전될 수 있는 전해액 수용공간을 형성하며, 수밀성을 가지는 탄성 재질의 실링부재; 를 포함하며, 인접한 상기 전해액 수용공간 끼리는, 상기 전극판의 하부에 형성된 전해액유동홀 및 상기 전극판의 상부에 형성된 혼합가스유동홀에 의해 서로 연통되고, 인접한 상기 전극판의 상기 전해액 유동홀끼리는 서로 중첩되지 않으며, 상기 전극판은 상기 전해액 수용공간을 형성하는 전극판 몸체 및 상기 전극판 몸체의 둘레를 따라서 돌출 형성되어 공기와 접촉되는 방열프레임부를 포함하고, 상기 전극판에 양극 및 음극의 전압을 교번하여 가함으로써 상기 전해액유동홀로 공급된 전해액이 전기분해되어 발생된 산소 및 수소 가스는 상기 혼합가스유동홀을 통하여 외부로 유출되어 포집되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실링부재가 위치할 자리를 잡도록 유도하는 유도부재를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전극판 사이의 간격은 5mm 인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 복수의 전극판 들 중 가장 외측에 마련되는 전극판에는 상기 전해액 유동홀에 설치되며, 선택적으로 상기 전해액 유동홀을 개폐하기 위한 드레인코크가 더 마련되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 실링부재의 두께는 상기 유도부재의 두께보다 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.
제안되는 실시예에 의하면, 산소-수소 혼합가스 발생장치의 산소-수소 혼합가스 발생과정에서 발생되는 열이 외부로 신속하게 발산됨에 따라서 상기 열에 의한 산소-수소 혼합가스 발생효율의 저하 및 산소-수소 혼합가스 발생장치의 손상이 최소화될 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 산소-수소 혼합가스 발생장치가 적용된 산소-수소 혼합가스 발생시스템을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 산소-수소 혼합가스 발생장치를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 산소-수소 혼합가스 발생장치의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 산소-수소 혼합가스 발생장치에서 산소-수소 혼합가스가 발생되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 산소-수소 혼합가스 발생장치에서 전해액이 유동되는 과정을 보여주는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 산소-수소 혼합가스 발생장치를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 산소-수소 혼합가스 발생장치가 적용된 산소-수소 혼합가스 발생시스템을 보여주는 도면이다. 그리고 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 산소-수소 혼합가스 발생장치를 보여주는 도면이며, 도 3은 도 1의 산소-수소 혼합가스 발생장치의 분해사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 산소-수소 혼합가스 발생장치(1)를 이용한 산소-수소 혼합가스 발생시스템(600)은, 전해액을 공급하기 위한 용수공급원(610)과, 용수공급원(610)으로부터 공급되는 상기 전해액에 포함되어 있는 불순물을 걸러내기 위한 제1필터(620) 및 제2필터(630)와, 상기 전해액이 공급되어 산소-수소 혼합가스를 발생시키는 산소-수소 혼합가스 발생장치(1)와, 산소-수소 혼합가스 발생장치(1)에서 발생된 상기 산소-수소 혼합가스가 포집되어 저장되는 산소-수소 혼합가스 저장용기(650)를 포함한다.
그리고, 본 실시예에 따른 산소-수소 혼합가스 발생장치(1)는 전압에 의하여 전해액에서 물분자가 전기분해되어 산소-수소 혼합가스가 발생되는 장치로서, 복수의 전극판(10)과, 실링부재(20)와, 유도부재(30)와, 전극봉(50)과, 체결부재(60)를 포함한다.
도 2 및 도 3에 따르면, 복수의 전극판(10)들은 서로 대면한 상태로 일렬로 배치되며, 서로 일정거리 이격되어 상호 간에 절연된 상태로 배치된다. 그리고 전극판(10)은 서로 인접하는 전극판(10) 간에는 전극봉(50)을 통하여 서로 다른 극성의 전압이 인가된다. 전극봉(50)과 전극판(10) 들의 결선은 공지의 기술에 따라 행하면 되므로, 자세한 설명은 생략한다.
전극판(10)은 전기가 통하는 도체 성질을 갖는 금속재질로 형성되며, 후술하는 전해액 수용공간(21)을 형성하도록 중앙 부분에 위치하는 전극판 몸체(11)와, 전극판 몸체(11)의 둘레를 따라서 방사상으로 돌출 형성되어 공기와 접촉되는 방열프레임부(12)를 포함한다.
일례로 전극판 몸체(11)는 사각형상으로 형성될 수 있으며, 전극판 몸체(11)에는 전극판 몸체(11)의 하부측에 마련되는 전해액 유동홀(111)과, 전극판 몸체(11)의 상부측에 마련되는 혼합가스 유동홀(112)과, 체결부재(60)가 관통되는 전극판측 관통홀(113)이 관통 형성된다.
이때, 전해액 유동홀(111)은 전극판 몸체(11)의 하부 중앙으로부터 편심된 위치에 형성된다. 그리고, 복수의 전극판(10)들 중 서로 인접되는 전극판(10)들은 전해액 유동홀(111)이 상호 간에 중첩되지 않도록 배치된다.
한편, 복수의 전극판(10)들 중 산소-수소 혼합가스 발생장치(1)의 외측에 위치되는 전극판(10)의 전해액 유동홀(111)은 전극판 몸체(11)의 하부 중앙측에 위치될 수 있으며, 상기 외측에 위치되는 전극판(10)의 전해액 유동홀(111)에는 선택적으로 전해액 유동홀(111)을 개폐하기 위한 드레인코크(미도시)가 더 마련될 수 있다.
실링부재(20)는 복수의 전극판(10)들 사이에 삽입되어, 전극판(10)들을 상호 간에 절연시킬 수 있도록 일례로 고무 또는 실리콘과 같이 탄성 변형이 가능한 절연재질로 형성될 수 있다. 실링부재(20)는 폐곡선으로 형성되는 원형링 형상으로 형성될 수 있으며, 실링부재(20)에 의하여 둘러지는 전해액 수용공간(21)을 형성한다. 본 실시예에 따른 산소-수소 발생장치(1)가 조립된 상태에서, 전해액 수용공간(21)에는 상기 전해액이 충전된다.
그리고, 유도부재(30)는 실링부재(20)가 위치할 자리를 잡도록 유도하는 기능을 수행하는 것으로서, 실링부재(20)를 외측에서 감싼 상태에서 체결부재(60)에 의해 전극판(10)에 고정된다.
보다 상세히, 유도부재(30)는 일례로 합성수지와 같은 절연물질로 형성되며 유도부재(30)의 외형을 형성하는 유도부재 몸체(31)를 포함하며, 유도부재 몸체(31)의 중앙에는 실링부재(20)가 삽입되어 실링부재(20)가 위치할 자리를 잡도록 유도하는 실링부재 삽입홀(312)이 형성된다. 그리고, 유도부재 몸체(31)에는 전극판(10)의 관통홀(113)에 대응되는 위치에 유도부재측 관통홀(311)이 형성되어, 체결부재(60)에 의해 위치가 고정될 수 있다.
이때, 실링부재(20)의 두께는 유도부재(30)의 두께보다 큰 두께를 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 본 실시예에서는 일례로 실링부재(20)의 두께가 7mm로 형성되며, 유도부재(30)의 두께는 5mm로 형성된다. 이렇게 형성한 경우, 전극판(10) 사이를 체결부재(60)에 의해 강한 힘으로 결합하여 실링부재(20)를 변형시켜 내부에 완전히 밀폐된 전해액 수용공간(21)을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 유도부재(30)의 두께 이상으로 전극판(10)이 가까워질 수 없으므로, 유도부재(30)는 일종의 스페이서로 기능할 수 있다.
이하에서는 본 실시예에 따른 산소-수소 발생장치(1)의 조립방법을 상세하게 설명한다.
먼저, 하나의 방열판(10)의 일면에 실링부재(20)가 끼워진 유도부재(30)를 배치시킨 다음, 다른 하나의 방열판(10)의 일면이 유도부재(30)의 타측과 대면하도록 배치시킨다.
이때, 어느 하나의 방열판(10)의 전해액 유동홀(111)과, 이에 인접되는 다른 하나의 방열판(10)의 전해액 유동홀(111)이 서로 중첩되지 않도록 어느 하나의 방열판(10)과 다른 하나의 방열판(10)을 배치시킨다.
그 다음, 실링부재(20)가 끼워진 다른 유도부재(30)를 배치된 상기 다른 하나의 방열판(10)의 이면에 배치하는 식으로, 요구되는 발생전압에 따라서 복수의 방열판(10) 및 유도부재(30)를 배치시킨다.
그 다음, 복수의 방열판(10) 및 유도부재(30)가 배치된 상태에서, 체결부재(60)를 일체로 방열판(10) 및 유도부재(30)에 관통시킨 다음 반대측에서 볼트로 고정시킴으로써, 복수의 방열판(10) 및 유도부재(30)가 상호 고정될 수 있도록 한다. 이때 체결부재(60)는 일례로 볼트와 너트일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 위치를 서로 고정할 수 있는 것이라면 어느 것이든 사용 가능하다.
한편, 체결부재(60)의 체결과정에서 발생되는 가압력에 의하여 유도부재(30)보다 두꺼운 두께로 형성되는 실링부재(20)가 탄성변형되어, 방열판(10) 사이의 공간을 메꾸게 됨으로써, 외부에 대한 전해액 수용공간(21)의 기밀성이 확보될 수 있다.
그리고, 어느 하나의 전해액 수용공간(21)은 서로 인접되는 방열판(10)들에 형성되는 전해액 유동홀(111) 및 혼합가스 유동홀(112)에 의하여 상호 간에 연통된다.
본 실시예에서 전극판(10)들이 이격된 간격은 적어도 5mm 이상으로 형성될 수 있으며, 상기 이격간격에 의하여 전극판(10)들 간의 전압차이는 2V 내지 2.2V로 형성되어 분극현상이 최소화될 수 있다. 이러한 전극판(10)들의 간격은 유도부재(30)의 두께를 조절함으로써 자유롭게 설정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 산소-수소 혼합가스 발생장치에서 산소-수소 혼합가스가 발생되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 산소-수소 혼합가스 발생장치(1)의 전해액 수용공간(21) 들은 전극판(10) 들이 상호 결합된 상태에서 별도로 구획된 공간으로 형성된다. 그리고, 전해액 수용공간(21)들 내부에 기설정된 높이까지 전해액(w)이 수용된 상태에서 전극판(10)들에 대하여 교번한 극성의 전압이 가해져, 전기분해에 의한 산소-수소 혼합가스(g)가 발생된다. 전기분해에 의한 산소-수소 혼합가스(g)의 발생원리는 일반적인 산소-수소 혼합가스의 발생원리와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
한편, 산소-수소 혼합가스(g)의 발생과정에서 전극판(10)에 고온의 열이 발생하게 되는데, 발생된 열은 방열판(10)의 방열프레임부(12)를 통하여 산소-수소 혼합가스 발생장치(1)의 외부로 신속하게 방출될 수 있다.
전기분해에 의한 산소-수소 혼합가스(g)가 발생되면, 발생된 산소-수소 혼합가스(g)는 전극판(10)의 혼합가스 유동홀(112)을 통하여 상호 연통된 전해액 수용공간들(21)로부터 산소-수소 혼합가스 발생장치(1)의 외측에 마련되는 전극판(10)의 혼합가스 유동홀(112)을 통하여 산소-수소 혼합가스 발생장치(1)의 외부로 유출되어, 산소-수소 혼합가스 저장용기(650)에 포집된다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 산소-수소 혼합가스 발생장치에서 전해액이 유동되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 5를 참조하면, 산소-수소 혼합가스 발생장치(1)에서 교번하여 배치되는 전극판(10)의 전해액 유동홀(111)들이 서로 중첩하지 않도록 위치됨에 따라서, 산소-수소 혼합가스 발생장치(1)의 전해액 수용공간(21)에서 유동되는 전해액(w)의 흐름이 지그재그 형태로 형성된다.
전해액(w)의 흐름이 지그재그로 형성되어 하나의 전극판(10)에서 다른 하나의 전극판(10)으로 전해액(w)을 통해 흐르게 되는 전해액 유동홀(111)들 간의 전기적 거리가 최대한으로 크게 형성된다. 이때, 인접하는 전해액 유동홀(111)이 서로 중첩되지 않도록 위치함에 따라, 전해액 유동홀(111)들 간의 전기적 거리는 전극판(10)들 간의 거리, 예를 들어 5mm보다 크게 형성된다. 따라서, 뾰족한 단부에서 단부로 유도되는 전기흐름의 특성에 의한 전해액 유동홀(111) 사이의 합선이 억제될 수 있다.
이때, 전극판(10)들은 전극판(10)들 사이에 마련되는 실링부재(20) 또는 유도부재(30)에 의하여 상호 간에 적어도 5mm 이상으로 이격되어, 서로 절연된 상태로 유지된다.
한편, 앞서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따른 산소-수소 혼합가스 발생장치(1)의 외측에 마련되는 전극판(10)의 전해액 유동홀(111)에는 드레인 코크(미도시)가 설치되어, 전해액 수용공간(21) 내부의 청소시에 상기 드레인 코크를 오픈 한 다음, 상기 드레인 코크에 청소용수를 공급하여 전해액 수용공간(21)의 내부를 청소할 수 있다.
제안되는 실시예에 의하면, 산소-수소 혼합가스 발생장치(1)의 산소-수소 혼합가스 발생과정에서 발생되는 열이 외부로 신속하게 발산됨에 따라서 상기 열에 의한 산소-수소 혼합가스 발생효율의 저하 및 산소-수소 혼합가스 발생장치의 손상이 최소화될 수 있는 장점이 있다.
본 실시예에 따른 산소-수소 혼합가스 발생장치(1)에 의해 발생된 산소-수소 혼합가스는 자동차를 비롯한 모든 기계 장치에서 화석 연료를 대체하여 사용될 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1 : 산소-수소 혼합가스 발생장치
10 : 전극판 11 : 전극판 몸체
111 : 전해액 유동홀 112 : 혼합가스 유동홀
113 : 관통홀 12 : 방열프레임부
20 : 실링부재 21 : 전해액 수용공간
30 : 유도부재 31 : 유도부재 몸체
311 : 유도부재측 관통홀 312 : 실링부재 삽입홀
50 : 전극봉 60 : 체결부재
610 : 용수공급원 620 : 제1필터
630 : 제2필터 650 : 산소-수소 혼합가스 저장용기

Claims (5)

  1. 자동차를 포함한 기계 장치에 이용될 수 있는 산소-수소 혼합가스 발생장치에 있어서,
    대면하여 일렬로 이격되어 배치되는 3 이상의 전극판; 및
    상기 전극판 사이에 삽입되어, 상기 전극판과 함께 전해액이 충전될 수 있는 전해액 수용공간을 형성하며, 수밀성을 가지는 탄성 재질의 실링부재; 를 포함하며,
    인접한 상기 전해액 수용공간 끼리는, 상기 전극판의 하부에 형성된 전해액유동홀 및 상기 전극판의 상부에 형성된 혼합가스유동홀에 의해 서로 연통되고,
    인접한 상기 전극판의 상기 전해액 유동홀끼리는 서로 중첩되지 않으며,
    상기 전극판은 상기 전해액 수용공간을 형성하는 전극판 몸체 및 상기 전극판 몸체의 둘레를 따라서 돌출 형성되어 공기와 접촉되는 방열프레임부를 포함하고,
    상기 전극판에 양극 및 음극의 전압을 교번하여 가함으로써 상기 전해액유동홀로 공급된 전해액이 전기분해되어 발생된 산소 및 수소 가스는 상기 혼합가스유동홀을 통하여 외부로 유출되어 포집되며,
    상기 실링부재가 위치할 자리를 잡도록 유도하는 유도부재를 더 포함하며,
    상기 복수의 전극판 들 중 가장 외측에 마련되는 전극판에는 상기 전해액 유동홀에 설치되며, 선택적으로 상기 전해액 유동홀을 개폐하기 위한 드레인코크가 더 마련되고,
    상기 실링부재의 두께는 상기 유도부재의 두께보다 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 산소-수소 혼합가스 발생장치.
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