KR101443059B1 - 광반응을 통한 기체 발생 장치 - Google Patents

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Abstract

광반응을 통한 기체 발생 자치는 프레임, 복수개의 기체 발생 유닛들 및 포집 유닛을 포함한다. 기체 발생 유닛들은 상기 프레임에 설치되어, 광촉매를 이용해서 광반응 작용을 수행하여 기체를 발생시킨다. 포집 유닛은 상기 기체 발생 유닛들 각각에 연결되어, 상기 기체를 포집한다. 더욱 많은 양의 광이 광촉매로 전달될 수 있으므로, 기체 발생 장치로부터 발생되는 기체의 양이 증가될 수 있다.

Description

광반응을 통한 기체 발생 장치{APPARATUS FOR GENERATING GASES BY A PHOTOLYSIS REACTION}
본 발명은 광반응을 통한 기체 발생 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 광촉매를 이용한 광반응을 통해서 기체를 발생시키는 장치에 관한 것이다.
최근 들어서, 산소, 수소, 메탄 등과 같은 생체 친화적인 기체를 인공적으로 합성하려는 연구에 대한 관심이 증대되고 있다. 생체 친화적인 기체는 광촉매를 이용한 광반응을 통해서 획득할 수 있다.
이에 따라, 광반응을 수행하는 기체 발생 장치에 대한 연구도 활발히 이루어지고 있다. 특히, 인공적으로 광합성 작용을 일으켜서 산소와 수소를 발생시키는 장치가 개발되고 있다.
기체 발생 장치는 용매와 광촉매가 배치된 반응 용기 내로 광을 입사시켜서, 원하는 생체 친화적 기체를 발생시킨다. 기체 발생 장치의 효율은 광촉매와 광입사량에 따라 결정된다. 따라서, 기체 발생 장치의 효율을 향상시키기 위한 요구가 대두되고 있다.
본 발명은 향상된 효율을 갖는 광반응을 통한 기체 발생 장치를 제공한다.
본 발명의 일 견지에 따른 광반응을 통한 기체 발생 자치는 프레임, 복수개의 기체 발생 유닛들 및 포집 유닛을 포함한다. 기체 발생 유닛들은 상기 프레임에 설치되어, 광촉매를 이용해서 광반응 작용을 수행하여 기체를 발생시킨다. 포집 유닛은 상기 기체 발생 유닛들 각각에 연결되어, 상기 기체를 포집한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 프레임은 상기 기체 발생 유닛들이 장착되는 복수개의 지지대들을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 기체 발생 유닛들 각각은 용매를 수용하고 광이 입사되는 반응 용기, 상기 반응 용기 내에 배치되어 상기 광촉매를 지지하는 스테이지, 및 상기 스테이지의 하부에 배치되어 상기 광촉매로 상기 광을 반사하는 반사 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 반응 용기는 유리 재질의 구 형상을 가질 수 있다. 상기 반응 용기는 상기 광촉매로 광을 집광시키기 위한 렌즈를 가질 수 있다. 상기 반응 용기는 상기 반응 용기 내에 발생된 기체를 방출시키기 위한 복수개의 방출공들을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 반사 부재는 파라볼라 형상을 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 기체 발생 유닛들 각각은 반사 부재를 상기 광의 입사 방향을 따라서 회전시키는 회전 유닛을 더 포함할 수 있다. 상기 회전 유닛은 상기 반사 부재에 연결된 볼 조인트, 및 상기 볼 조인트를 회전시키는 회전 구동부를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 포집 유닛은 상기 기체 발생 유닛 각각에 연결되어 상기 기체가 흐르는 통로를 제공하는 파이프, 및 상기 파이프를 통해서 상기 기체 발생 유닛으로 진공을 제공하는 진공 펌프를 포함할 수 있다. 상기 파이프는 상기 프레임에 내장될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 기체 발생 유닛들에서 발생된 기체가 포집 유닛에 의해 포집된다. 특히, 기체 발생 유닛의 반응 용기가 각진 부분이 없는 구형이므로, 반응 용기로 입사되는 광의 굴절이 최대한 감소된다. 따라서, 많은 양의 광이 반응 용기로 입사될 수 있다. 또한, 파라볼라 형상의 반사 부재가 광촉매로 광을 반사하고 렌즈가 광촉매로 광을 집광시키게 되므로, 매우 많은 양의 광이 광촉매로 전달될 수 있다. 아울러, 회전 유닛이 반사 부재를 광의 입사 방향을 향하도록 회전시키므로, 더욱 많은 양의 광이 광촉매로 전달될 수 있다. 결과적으로, 기체 발생 장치로부터 발생되는 산소와 수소의 양이 증가될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기체 발생 장치를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 기체 발생 장치를 나타낸 단면도이다.
도 3은 도 1의 기체 발생 장치의 기체 발생 유닛을 확대해서 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 기체 발생 장치를 나타낸 사시도이고, 도 2는 도 1의 기체 발생 장치를 나타낸 단면도이며, 도 3은 도 1의 기체 발생 장치의 기체 발생 유닛을 확대해서 나타낸 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 광반응을 통한 기체 발생 장치(200)는 프레임(210), 복수개의 기체 발생 유닛들(100) 및 포집 유닛(220)을 포함한다.
본 실시예에서, 프레임(210)은 직립으로 세워진 긴 원기둥 형상을 갖는다. 구체적으로, 프레임(210)은 나무 기둥 형상을 가질 수 있다. 프레임(210)의 재질로는 목재, 금속 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 프레임(210)은 복수개의 지지대(212)들을 갖는다. 지지대(212)들은 프레임(210)의 외면으로부터 약간 상부를 향해서 방사선 방향을 따라 연장된다. 따라서, 프레임(210)과 지지대(212)들은 대략 나무 형상을 갖게 된다.
기체 발생 유닛(100)들은 지지대(212)들 각각에 설치된다. 본 실시예에서는, 하나의 지지대(212)에 복수개의 기체 발생 유닛(100)들이 설치되어, 꽃 모양을 형성할 수도 있다.
도 3을 참조하면, 기체 발생 유닛(100)은 반응 용기(110), 반사 부재(120) 및 스테이지(130)를 포함한다.
반응 용기(110)는 지지대(212)에 설치된다. 반응 용기(110)는 광반응을 일으키는 용매를 수용한다. 또한, 광반응을 위한 광이 반응 용기(110) 내로 입사된다. 본 실시예에서, 용매는 물, 황산 용액, 메탄올, 에탄올 등의 수소 이온을 포함한 용액, 질산은 용액 등을 포함할 수 있다. 또한, 광은 자연광 또는 인공광을 포함할 수 있다.
본 실시예에서, 반응 용기(110)는 광의 입사가 용이한 투명한 유리 재질을 포함한다. 반응 용기(110)는 대략 구 형상을 갖는다. 구 형상의 반응 용기(110)는 각진 부분을 갖지 않으므로, 반응 용기(110) 내로 입사되는 광의 굴절이 최대한 억제된다. 따라서, 많은 양의 광이 반응 용기(110) 내로 입사될 수 있다. 다른 실시예로서, 반응 용기(110)는 직육면체 등의 다른 형상을 가질 수도 있다.
본 실시예에서, 반응 용기(110)는 렌즈(112)를 갖는다. 렌즈(112)는 반응 용기(110) 내에 배치되는 광촉매로 광을 집중시킨다. 렌즈(112)는 반응 용기(110)의 상부에 형성될 수 있다. 또한, 반응 용기(110)는 복수개의 방출공(114)들을 갖는다. 반응 용기(110) 내에서 발생된 기체가 방출공(114)들을 통해서 외부로 방출된다. 따라서, 기체 발생 장치(200)가 인공 광합성 작용을 수행하는 장치라면, 방출공(114)들을 통해서 산소가 반응 용기(110) 외부로 방출될 수 있다. 따라서, 기체 발생 장치(200) 자체가 공기 청정기 기능을 가질 수가 있다.
반사 부재(120)는 반응 용기(110) 내 하부에 배치된다. 반사 부재(120)는 반응 용기(110) 내로 입사된 광을 광촉매를 향해서 반사한다. 본 실시예에서, 반사 부재(120)는 광의 반사 효율을 향상시키기 위해서 파라볼라 형상을 갖는다. 반사 부재(120)는 알루미늄, 스테인레스 스틸 등의 금속을 포함할 수 있다.
스테이지(130)는 반사 부재(120) 상에 배치된다. 광촉매가 스테이지(130)의 상단에 안치된다. 본 실시예에서, 반사 부재(120)로부터 반사된 광이 광촉매로 집중되도록, 스테이지(130)는 파라볼라 형상의 반사 부재(120)의 상부면 중앙에 배치된다. 또한, 스테이지(130)로 광이 집중되도록, 렌즈(112)는 스테이지(130)와 평행하게 배치될 수 있다.
지지대(212)는 반응 용기(110)의 하부로부터 진입하여 반사 부재(120)의 하부면을 지지한다. 지지대(212)는 스테이지(130)와 실질적으로 동일한 축을 가질 수 있다. 따라서, 지지대(212)는 반사 부재(120)의 하부면 중앙에 연결된다.
또한, 기체 발생 유닛(100)은 회전 유닛(150)을 더 포함할 수 있다. 회전 유닛(150)은 반사 부재(120)가 광의 입사 방향을 향하도록 반사 부재(120)를 회전시킨다. 스테이지(130)는 반사 부재(120)에 고정되어 있으므로, 회전 유닛(150)은 반사 부재(120)와 스테이지(130)를 광의 입사 방향을 따라 회전시킨다. 따라서, 반사 부재(120)와 스테이지(130) 상에 안치된 광촉매는 광의 입사 방향에 대해서 실질적으로 직교를 이루게 된다. 결과적으로, 보다 많은 양의 광이 광촉매로 입사될 수 있고, 아울러 반사 부재(120)로부터 반사되는 광의 양도 증가될 수 있다.
본 실시예에서, 회전 유닛(150)은 회전 구동부(152)와 볼 조인트(154)를 포함할 수 있다. 볼 조인트(154)는 지지대(212)에 형성된 소켓, 및 소켓 내에 회전 가능하게 수용되고 반사 부재(120)에 연결된 볼을 포함할 수 있다. 볼이 소켓 내에서 자유롭게 회전이 가능하므로, 볼에 연결된 반사 부재(120)가 광의 입사 방향을 향해서 회전될 수가 있다.
회전 구동부(152)는 볼을 광의 입사 방향을 따라 회전시킴으로써, 반사 부재(120)가 광의 입사 방향을 향하도록 한다. 다른 실시예로서, 회전 구동부(152)는 반사 부재(120)에 직접 연결될 수도 있다. 회전 구동부(152)는 모터, 실린더 등을 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 회전 구동부(152)는 태양의 움직임에 따라 반사 부재(120)를 이동시킬 수 있다.
포집 유닛(220)은 진공 펌프(222) 및 파이프(224)를 포함한다. 파이프(224)는 진공 펌프(222)와 각 기체 발생 유닛(100) 사이에 연결된다. 본 실시예에서, 파이프(224)는 프레임(210)과 지지대(212)에 내장될 수 있다. 파이프(224)는 지지대(212)로부터 스테이지(130)의 내부를 관통하여 반응 용기(110)의 상부까지 연장된다. 파이프(224)의 상단은 반응 용기(110) 내의 용매 수위보다 높게 위치한다.
진공 펌프(222)는 파이프(224)를 통해서 반응 용기(110) 내로 진공을 제공한다. 따라서, 반응 용기(110) 내에서 발생된 기체는 진공에 의해 파이프(224)를 통해서 포집된다.
부가적으로, 기체 발생 장치(200)는 포집된 기체를 수용하는 탱크(미도시)들을 포함할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 기체 발생 유닛들에서 발생된 기체가 포집 유닛에 의해 포집된다. 특히, 기체 발생 유닛의 반응 용기가 각진 부분이 없는 구형이므로, 반응 용기로 입사되는 광의 굴절이 최대한 감소된다. 따라서, 많은 양의 광이 반응 용기로 입사될 수 있다. 또한, 파라볼라 형상의 반사 부재가 광촉매로 광을 반사하고 렌즈가 광촉매로 광을 집광시키게 되므로, 매우 많은 양의 광이 광촉매로 전달될 수 있다. 아울러, 회전 유닛이 반사 부재를 광의 입사 방향을 향하도록 회전시키므로, 더욱 많은 양의 광이 광촉매로 전달될 수 있다. 결과적으로, 기체 발생 장치로부터 발생되는 기체의 양이 증가될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100 ; 기체 발생 유닛 210 ; 프레임
212 ; 지지대 220 ; 포집 유닛
222 ; 진공 펌프 224 ; 파이프

Claims (11)

  1. 복수개의 지지대들을 갖는 나무 형상의 프레임;
    상기 지지대들에 설치되어, 광촉매를 이용해서 광반응 작용을 수행하여 기체를 발생시키는 복수개의 기체 발생 유닛들; 및
    상기 기체 발생 유닛들 각각에 연결되어, 상기 기체를 포집하는 포집 유닛을 포함하고,
    상기 기체 발생 유닛들 각각은
    용매를 수용하고 광이 입사되는 유리 재질의 구 형상을 갖고, 상기 광촉매로 광을 집광시키기 위한 렌즈를 갖는 반응 용기;
    상기 반응 용기 내에 배치되어, 상기 광촉매를 지지하는 스테이지;
    상기 스테이지의 하부에 배치되어, 상기 광촉매로 상기 광을 반사하는 파라볼라 형상의 반사 부재; 및
    상기 반사 부재를 상기 광의 입사 방향을 따라서 회전시키는 회전 유닛을 포함하며,
    상기 포집 유닛은 상기 기체 발생 유닛 각각에 연결되어 상기 기체가 흐르는 통로를 제공하는 파이프를 포함하는 광반응을 통한 기체 발생 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 반응 용기는 상기 반응 용기 내에 발생된 기체를 방출시키기 위한 복수개의 방출공들을 갖는 광반응을 통한 기체 발생 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 회전 유닛은
    상기 반사 부재에 연결된 볼 조인트; 및
    상기 볼 조인트를 회전시키는 회전 구동부를 포함하는 광반응을 통한 기체 발생 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 포집 유닛은 상기 파이프를 통해서 상기 기체 발생 유닛으로 진공을 제공하는 진공 펌프를 더 포함하는 광반응을 통한 기체 발생 장치.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 파이프는 상기 프레임에 내장된 광반응을 통한 기체 발생 장치.
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KR20100107496A (ko) * 2008-01-31 2010-10-05 에코두나 오지 광화학 공정을 위한 방법 및 장치

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광화학적 물분해 수소제조 기술개발 1단계 최종보고서, 한국화학연구원(2006.5.29.) *
광화학적 물분해 수소제조 기술개발 1단계 최종보고서, 한국화학연구원(2006.5.29.)*

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