KR101718110B1 - 탁상형 수소가스 발생장치 - Google Patents

Abstract

소형화와 휴대성 문제 등 종래 기술의 여러 가지 문제점을 개선한 새로운 탁상형 수소가스 발생장치를 제공한다.
본 발명에 따른 탁상형 수소가스 발생장치(1)는, 도 2에 보이는 바와 같이, 이온교환막(510)의 양면에 한 쌍의 전극판(500)을 각각 밀착시켜 구성된 전기분해판(5), 전기분해판(5)에 의해 구획되어 전기분해의 대상이 되는 순수(13)를 각각 저장하는 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601)를 포함하는 전해조(6), 수소가스 발생조(602)에 저장된 순수(13)의 수위가 소정 레벨 이상 상승하는 것을 억제하는 압력으로 수소가스 발생조(602)에서 발생하는 수소가스를 가압하면서 취출하는 수소가스 가압부(7)를 포함한다.

Description

탁상형 수소가스 발생장치{Desktop Hydrogen Gas Generation Device}

본 발명은 탁상형 수소가스 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 이온교환막의 양면을 한 쌍의 전극판 사이에 끼워서 구성된 전기분해 판에 의해 순수를 전기분해할 때 적합하게 사용할 수 있는, 순환 펌프를 필요로 하지 않는 소형 탁상형 수소가스 발생장치에 관한 것이다.

종래의 가스 발생 장치의 하나인 전기분해 시스템은 이온교환막과 이온교환막의 양면에 밀착된 한 쌍의 전극판으로 구성된 전기분해판, 전기분해판에 의해 구획된 수소가스 발생조 및 산소가스 발생조를 갖는 전해조, 전해조에 순수를 공급하고 전기분해판에서 발생한 수소가스와 산소가스를 순환 배출하는 급수펌프, 및 수소가스 발생조 및 산소가스 발생조에서 넘쳐 흐르는 순수를 각각 취수하는 취수탱크를 구비한다 (특허문헌 1의 단락 [0020] 및 그림 1 참조).

특허문헌 1: 일본특허공보 2011-177659호

종래의 전기분해 시스템에서는, 순수를 전기분해할 때 발생하는 전기 영동으로 인해 수소가스 발생조에서 순수가 넘쳐 흐르는 문제가 있다.

또한, 종래의 전기분해 시스템에서는, 수소가스 발생 및 순환을 위해 급수 펌프 및 취수탱크를 구비하는 것이 필요하므로 소형화 및 휴대화가 곤란하다는 문제가 있다.

뿐만 아니라, 종래의 전기분해 시스템에서는, 전기분해판으로부터 수소가스를 효율적으로 분리할 수 없거나 이온교환막에 전극판을 고정하는 커다란 볼트와 너트가 수소가스를 흡착해 버리는 등 탁상형 수소가스 발생장치로 이용하기에 적합하지 않은 상기 이외의 여러 가지 문제도 다수 존재한다는 문제가 있다.

본 발명은 위와 같은 점을 감안하여 이루어진 것으로, 소형화와 휴대성 문제 등 종래 기술의 여러 가지 문제점을 개선한 새로운 탁상형 수소가스 발생장치를 제공하는 것을 하나의 목적으로 하고 있다.

(1) 전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 탁상형 수소가스 발생장치는, 액체 및 기체의 통과 구멍을 갖지 않는 이온교환막, 이온교환막의 양면에 각각 밀착하는 한 쌍의 전극판, 및 이온교환막의 양면에 한 쌍의 전극판을 각각 밀착시키는 고정부를 갖는 전기분해판, 전기분해판을 칸막이로 해서 전기분해판에 의해 구획되어, 전기분해의 대상이 되는 순수를 각각 저장하는 수소가스 발생조 및 산소가스 발생조를 갖는 전해조, 및 수소가스 발생조에 저장된 순수의 수위가 소정 레벨 이상 상승하는 것을 억제하는 압력으로 수소가스 발생조에서 발생하는 수소가스를 가압하면서 취출하는 수소가스 가압부를 포함한다.

본 발명에 의하면, 전기분해판이 수소가스 발생조 및 산소가스 발생조의 공간을 분리하는 전해조의 칸막이가 되므로 전기분해판에 전기를 통했을 때 수소가스와 산소가스를 혼합시키지 않고 분리해서 발생시킬 수 있다. 또한, 전기분해 시의 전기 영동에 의해 순수가 산소가스 발생조로부터 수소가스 발생조로 이동하여도 수소가스 가압부가 수소가스 발생조로부터 발생하는 수소가스를 가압하므로 전기 영동에 의해 수소가스 발생조로 이동한 순수가 수소가스 발생조로부터 넘쳐 흐르는 것을 방지할 수 있다.

(2) 또한, 본 발명의 탁상형 수소가스 발생장치는, 순수를 저장하며 수소가스 발생조 및 산소가스 발생조의 하부에 각각 연결되는 서지탱크를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 서지탱크가 수소가스 발생조 및 산소가스 발생조의 하부에 각각 연결되어 있으므로 서지탱크가 수소가스 발생조 및 산소가스 발생조에 순수를 공급하면서 수소가스 발생조 또는 산소가스 발생조의 한쪽에 치우친 순수를 다른 쪽으로 이동시킬 수 있다. 또한 서지탱크가 수소가스 발생조 및 산소가스 발생조의 하부에 각각 연결되어 있으므로 시시각각 변화하는 전해조의 수위나 수소가스 및 산소가스의 압력 차를 서지탱크에 의해 완충시킬 수 있다.

(3) 또한, 본 발명의 탁상형 수소가스 발생장치는, 산소가스 발생조에 저장된 순수의 수위가 소정 레벨 이상 상승하는 것을 억제하는 압력으로 산소가스 발생조로부터 발생하는 산소가스를 가압하면서 배출하는 산소가스 가압밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면 산소가스 가압밸브가 닫혀 있을 때 산소가스 발생조 내의 순수가 대기압 이상의 압력으로 가압되므로 수소가스 발생조로부터 발생하는 수소가스가 수소가스 가압부에 의해 가압되는 반작용에 의해 산소가스 배출구로부터 순수가 넘쳐 흐르는 것을 억제할 수 있다. 또한 산소가스가 소정 압력 이상이 되었을 때 배출하므로 산소가스 발생조 내가 과잉 기압으로 되어 산소가스 발생조나 전기분해판이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

(4) 또한 본 발명의 탁상형 수소가스 발생장치에 있어서, 수소가스 가압부는 소정 수위의 물을 저장하는 수소가스 저장부, 수소가스 발생조의 상부에 설치된 수소가스 배출구와 수소가스 저장부의 하부 간을 중계하는 수소가스 중계부, 및 수소가스 저장부의 상부로부터 수소가스를 취출하는 수소가스취출부를 가지며, 수소가스 저장부에 저장된 순수에 의해 발생하는 소정의 수압에 의해 수소가스를 가압하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 수소가스 가압부에 저장된 물의 수압에 의해 수소가스 발생조에서 발생하는 수소가스가 가압되므로 가압 구조 및 가압 조정을 용이하게 할 수 있다. 또한 수소가스는 수소가스 저장부 내의 물 속을 통과하므로 수소가스의 발생을 기포로 확인할 수 있다. 또한 수소가스 중계부와 수소가스 취출부 사이에 수소가스 저장부가 위치하므로 수소가스 취출부에서 취출된 수소가스에 인화하여도 수소가스 저장부에 저장된 물이 그 인화를 소화하여 수소가스 발생조에서 발생하는 수소가스에 인화하는 것을 방지할 수 있다.

(5) 또한 본 발명의 탁상형 수소가스 발생장치에 있어서, 한 쌍의 전극판은 위쪽으로 내각 45도 이하의 꼭지각을 갖는 복수의 통과 구멍을 각각 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면 꼭지각이 45도 이상인 통과 구멍과 상부 형상이 반원형 또는 반 타원형인 통과 구멍에 비해 전기분해판에 의한 전해효율을 약 10% ~ 15% 향상시킬 수 있다. 이를 통해 전해조에 순환펌프를 설치하지 않아도 수소가스 발생조로부터 수소가스를 취출할 수 있다.

(6) 또한, 본 발명의 탁상형 수소가스 발생장치에 있어서, 이온교환막은 한 쌍의 전극판이 각각 갖고 있는 통과 구멍과 동축 상에 위치하고 통과 구멍보다 작은 복수의 리벳 구멍을 전극판과의 접촉면에 균등하게 가지며, 고정부는 통과 구멍의 내경보다 작고 리벳 구멍의 내경보다 큰 외경을 가지며 통과 구멍 및 리벳 구멍에 삽입되는 리벳 축과 리벳 축의 양단에 형성되고 적어도 하나가 리벳 축이 통과 구멍 및 리벳 구멍에 삽입된 후에 초음파 또는 가열금형의 누름에 의해 용융, 냉각 형성됨으로써 한 쌍의 전극판을 이온교환막의 양면에 각각 밀착시키는 2개의 리벳 머리부를 가지며 액체를 흡수하면 팽창하는 열가소성 플라스틱으로 된 리벳인 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 리벳 구멍이 균등하게 배치되는 동시에 2개의 리벳 머리부가 한 쌍의 전극판을 이온교환막의 양면에 각각 밀착시키므로 한 쌍의 전극판과 이온교환막을 전면에 균일하게 밀착시킬 수 있다. 또한 리벳 축 외경이 리벳 구멍의 내경보다 크게 되어 있으므로 전해조의 순수와 전기분해판으로부터 발생한 가스가 리벳 구멍을 통해 수소가스 발생조와 산소가스 발생조 간을 통과하는 것을 방지할 수 있다.

(7) 또한, 본 발명의 탁상형 수소가스 발생장치에 있어서, 산소가스 가압밸브는 산소가스 발생조의 상부에 설치된 산소가스 배출구의 위쪽으로 연장하는 통부와, 통부에 내포되어 소정의 압력으로 산소가스 배출구를 막는 금속볼을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 금속볼의 무게와 개수를 변경함으로써 산소가스 배출구를 막는 압력을 용이하게 변경할 수 있으므로 산소가스의 배기압을 용이하고 미세하게 제어할 수 있다.

(8) 또한, 본 발명의 탁상형 수소가스 발생장치에 있어서, 전해조는 닫힌 용기를 상하방향으로 분할하여 얻은 형상의 2개의 분할 케이스와 한 쌍의 전극판보다 큰 이온교환막의 주변부를 2개의 분할 케이스의 주변부 사이에 끼운 상태로 2개의 분할 케이스를 일체로 체결하는 체결부를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 전해조의 구조를 간소화할 수 있다. 또한, 2개의 분할 케이스의 주변부에 소프트 개스킷을 사용하지 않아도 전해조의 밀봉성을 확보할 수 있다.

(9) 또한, 본 발명의 탁상형 수소가스 발생장치는, 전기분해판에 의한 전기분해 정지 시에 수소가스 발생조에서 발생하는 부압을 이용하여 수소가스 발생조를 대기 개방하는 역류방지 밸브를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 전기분해의 정지 시에 역류방지 밸브가 수소가스 발생조를 대기 개방하므로 수소가스 저장부에 저장된 물이 수소가스 중계부를 통해 수소가스 발생조로 역류하는 것을 방지할 수 있다.

(10) 또한, 본 발명의 탁상형 수소가스 발생장치에 있어서, 역류방지 밸브는 대기 개방구와 대기 개방구를 소정의 압력으로 막는 금속볼을 가지며, 수소가스 배출구 또는 수소가스 중계부에 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 금속볼이 대기 개방구를 막고 있으므로 스프링식 역류방지 밸브와 비교하여 개방 부압을 용이하고 미세하게 조정할 수 있다.

(11) 또한, 본 발명의 탁상형 수소가스 발생장치에 있어서, 전기분해판은 순수의 전기분해 시에 수소가스의 발생량이 최대 10 ml/min이고, 전기분해판에서 발생하는 수소가스의 발생압력이 150 Pa ~ 500 Pa이 되도록 전류가 제어되고, 수소가스 가압부는 수소가스 발생조에서 발생하는 수소가스를 100 Pa ~ 400 Pa로 가압하고, 산소가스 가압밸브는 산소가스 발생조에서 발생하는 산소가스를 50 Pa ~ 150 Pa로 가압하고, 역류방지 밸브는 수소가스 발생조의 부압이 -100 Pa ~ 200 Pa일 때 수소가스 발생조를 대기 개방하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 수소가스 및 산소가스의 발생 압력을 정밀하게 제어하여 전해조 내부의 압력이 급상승하고 이온교환막의 리벳 구멍에서 수소가스와 산소가스가 강제 통과하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 각 압력을 정밀하게 제어하면서 서지탱크가 전해조에 순수를 공급하므로 전해조의 수위가 ±5 mm로 유지되고 수소가스 발생조부 및 산소가스 발생조부로부터 순수가 넘쳐 흐르는 것을 방지할 수 있으며 수소가스와 산소가스의 발생 효율을 유지할 수 있다. 또한 개방 부압이 0 Pa에 근사하고 있으므로 전해조의 수위와 발생가스의 압력 관계를 유지하면서 역류를 방지할 수 있다.

(12) 또한, 본 발명의 탁상형 수소가스 발생장치에 있어서, 수소가스 발생조 및 산소가스 발생조의 각각의 상부 또는 각각의 상부에 연결된 부재는 서지탱크에 급수 시에 수소가스 발생조 및 산소가스 발생조의 각각의 상부에 봉입된 기체를 제거하는 기체 제거부를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 서지탱크에 급수 시에 기체 제거부로부터 전해조 내의 기체가 급수된 양만큼 빠지므로 전해조의 압력 관계를 유지할 수 있다.

(13) 또한, 본 발명의 탁상형 수소가스 발생장치는, 탁상형 수소가스 발생장치를 덮는 보호 케이스를 더 포함하고, 보호 케이스는 수소가스 가압부의 순수를 통과하는 수소가스 기포를 시인하기 위한 확인창을 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 확인창에서 수소가스의 기포를 시인함으로써 보이지 않는 수소가스의 발생을 눈으로 확인할 수 있다.

(14) 또한, 본 발명의 탁상형 수소가스 발생장치는, 전기분해판에 인가되는 전류 값에 따라 수소가스의 발생량을 표시하는 수소가스 발생량 미터를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면, 수소가스 발생량 미터를 확인하면서 수소가스의 발생량을 제어할 수 있다.

본 발명에 따른 탁상형 수소가스 발생장치에 의하면, 소형화와 휴대성 문제 등 종래 기술의 여러 가지 결함을 개선한 새로운 탁상형 수소가스 발생장치를 제공할 수 있다는 효과를 갖는다.

[도 1] 도 1은 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치를 나타내는 사시도이다.
[도 2] 도 2는 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치를 나타내는 구성도이다.
[도 3] 도 3은 본 실시형태의 전해조를 정면에서 본 단면도이다.
[도 4] 도 4는 본 실시형태의 전해조를 수소가스 발생조 측에서 본 부분 단면도이다.
[도 5] 도 5는 본 실시형태의 전극판에 형성된 통과 구멍이 원형인 경우의 수소가스 발생 상태를 나타내는 개념도이다.
[도 6] 도 6은 본 실시형태의 전극판에 형성된 통과 구멍의 꼭지각이 약 120도인 경우의 수소가스 발생 상태를 나타내는 개념도이다.
[도 7] 도 7은 본 실시형태의 전극판에 형성된 통과 구멍의 꼭지각이 약 30도인 경우의 수소가스 발생 상태를 나타내는 개념도이다.
[도 8] 도 8은 통과 구멍의 꼭지각과 수소가스 발생량과의 관계를 나타내는 그래프이다.
[도 9] 도 9는 본 실시형태의 고정부인 리벳의 한쪽 머리부가 아직 형성되지 않은 경우의 리벳 삽입 발생 상태를 나타내는 개념도이다.
[도 10] 도 10은 본 실시형태의 고정부로서의 리벳의 한쪽 머리부가 형성된 경우의 리벳 삽입 발생 상태를 나타내는 개념도이다.

이하, 본 발명의 탁상형 수소가스 발생장치를 그 실시 예에 의해 설명한다.

[탁상형 수소가스 발생장치의 개요]

본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치는 일반 가정 등에 있어서의 활성 산소 제거와 성인병 예방 등을 위한 흡인용, 이화학 실험용, 임상실험 등을 목적으로 소량(최대 약 10 ml/min)으로 고순도(약 99%)의 수소가스를 장시간(예를 들면 약 50 시간) 저압(최대 약 500 Pa(1 mm 물기둥 ≒ 10 Pa로 환산))으로 발생시키기 위한 장치이다. 따라서, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치는 소형, 경량, 휴대성, 조작용이성, 저가격 등 수소가스를 흡입하는 환자가 장소와 시간에 관계 없이 부담 없이 안전하게 사용할 수 있는 것이 요구된다.

본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치는 순수를 전기분해함으로써 수소가스를 발생시키다. 여기서, 이온교환수지에 의한 정제 후에 여과하여 얻는 순수는 전기 전도도가 없으므로 순수의 전기분해는 일반적으로 (A) 황산 등의 산이나 수산화나트륨, 수산화 칼륨 등의 알칼리를 순수에 첨가한 전해액에 격막을 통해 전기분해시키는 방법, 또는 (B) 이온교환막에 양극과 음극의 통전 전극을 밀착시킨 전해질 판을 전해조 내부의 중앙에 배치하고 순환펌프에서 순수를 주입하면서 전기분해하는 방법을 채용하는 경우가 많다. 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치는 상기 (B)의 전기분해법에 있어서의 전기분해판을 이용하여 순수에 첨가물을 첨가하지 않고 순수를 직접 전기분해한다. 그러나 소형, 경량, 휴대성, 가격 등의 관점에서 기존의 전기분해 시스템에 일반적으로 필수가 되어 온 순환펌프, 압력센서, 수위센서, 솔레노이드 밸브 등을 필요로 하지 않는다.

또한, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치는 고순도의 수소가스를 얻기 위해 발생하는 수소가스와 산소가스를 완전히 분리하는 동시에 다른 불순물이 혼입되지 않도록 할 필요가 있다. 따라서 탁상형 수소가스 발생장치의 내부에서 수소가스 발생원과 산소가스 발생원을 완전히 공간 분리시키는 것과 순수 이외의 첨가물이 혼입되지 않도록 하는 구조가 필요하다.

[전체 구성]

도 1은 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)를 나타내는 사시도이다. 도 2는 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)를 나타내는 구성도이다. 도 2에서는 전기분해판(5)의 일부만을 보여주고 있다.

본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)는 도 1에 보이는 바와 같이 소형 및 경량화에 의해 탁상 사용이나 휴대 사용을 가능하게 하기 위해 폭 120 mm X 높이 200 mm X 깊이 280 mm 및 무게 약 1200 g으로 설정되어 있다.

이 탁상형 수소가스 발생장치(1)는 도 1 및 도 2에 보이는 바와 같이 보호 케이스(2)의 내부에 정전류 제어회로(3), 수소가스 발생량 미터(4), 전기분해판(5), 전해조(6), 수소가스 가압부(7), 서지탱크(8), 산소가스 가압밸브(9), 역류방지 밸브(10), 및 기체 제거부(11)를 구비한다.

[보호 케이스(2)]

보호 케이스(2)는 도 1에 보이는 바와 같이 탁상형 수소가스 발생장치(1)를 덮는 금속으로 된 상자이다. 이 보호 케이스(2)는 전체적으로 대략 직육면체 형상으로 형성되어 있으며, 하면 패널(201), 정면 패널(202), 및 배면 패널(203)로 이루어진 본체 지지부(200)와 좌측면 패널(211), 우측면 패널(212), 및 상면 패널(213)로 이루어진 커버부(210)로 구성된다. 이러한 본체 지지부(200) 및 커버부(210)는 탁상형 수소가스 발생장치(1)의 내부 유지 보수 및 순수(13) 급수 등의 경우에 나사(220)의 착탈에 따라 분리 가능하게 형성되어 있다.

또한 보호 케이스(2)는 그 정면 패널(202)의 좌측 하부 부근에 확인창(230)을 가지고 있다. 이 확인창(230)은 소정의 폭을 가지고 상하방향으로 연장하는 대략 직사각형의 홈이며, 수소가스 가압부(7)내에 저장된 물(14)을 통과하는 수소가스의 기포(15)를 눈으로 확인할 수 있다.

또한, 보호 케이스(2)는 상면 패널(213)의 중앙 부근에 핸들(240)을 가지고 있다. 이 핸들(240)은 탁상형 수소가스 발생장치(1)의 운반 시에 사용된다.

또한 보호 케이스(2)는 좌측면 패널(211)의 좌측 상부 부근 및 배면 패널(203)의 위쪽에 통풍구(250)를 가지고 있다. 이 통풍구(250)는 전해조(6)에서 배기된 산소가스나 탁상형 수소가스 발생장치(1)의 내부 발열원으로부터 배출된 열을 탁상형 수소가스 발생장치(1)의 내부에서 외부로 통과시킨다. 필요에 따라 통풍구(250)의 내부에는 냉각용 팬이 장착되는 것이 바람직하다.

[정전류 제어회로(3)]

정전류 제어회로(3)은 도 2에 보이는 바와 같이 전원(301)로부터 공급받은 전력을 소정의 정전류로 제어하여 전기분해판(5)에 그 소정의 정전류를 공급하는 회로이다. 전원 전압은 DC 6 V ~ 9 V 로 설정되어 있으며 소비 전류는 0 A ~ 2 A로 설정되어 있다.

상기 전원(301)으로는 콘센트에 연결된 AC 어댑터, 알칼리 건전지 등의 건전지, 리튬이온 전지 등의 2차 전지를 그 예로 들 수 있다. 상기 전원(301)으로 AC 어댑터를 사용하는 경우 AC 어댑터를 연결하는 전원 입력 단자는 배면 패널(203)의 아래쪽에 설치된다. 한편, 상기 전원(301)으로 건전지나 이차 전지 등의 전지를 사용하는 경우 전지는 보호 케이스(2)에 내장된다.

또한, 상기 소정의 정전류는 탁상형 수소가스 발생장치(1)로부터 배출되는 수소가스가 폭발하지 않을 정도의 배출량(예: 최대 10 ml/min 정도) 및 배기압(150 Pa ~ 500 Pa)이 최대치의 기준으로 설정되어 있다. 소정의 정전류 값은 도 2에 보이는 바와 같이 정전류 제어회로(3)에 연결된 설정용 볼륨(302)로 제어할 수 있다.

설정용 볼륨(302)은 도 1에 보이는 바와 같이 정면 패널(202)의 중앙 부근에 배치되어 있다. 또한 정전류 제어회로(3)의 전원 스위치(303)는 도 1에 보이는 바와 같이 정면 패널(202)의 우측 하부에 배치되어 있다. 또한 정전류 제어회로(3)의 온/오프를 확인하는 확인 램프(304)는 도 1에 보이는 바와 같이 정면 패널(202)의 우측 하부이며 상기 전원 스위치(303)의 위쪽 주변에 배치되어 있다.

[수소가스 발생량 미터(4)]

수소가스 발생량 미터(4)는 도 1에 보이는 바와 같이 정면 패널(202)의 위쪽에 배치되어 있다. 이 수소가스 발생량 미터(4)는 전기분해판(5)에 공급되는 전류 값에 따라 수소가스의 발생량을 표시한다. 탁상형 수소가스 발생장치(1)를 인체에 흡입치료와 이화학 실험 등에 사용하는 경우, 탁상형 수소가스 발생장치(1)를 안전하게 이용하기 위해 수소가스 발생량 미터(4)의 설치는 필수적이다.

수소가스 발생량 미터(4)로는 복잡하고 고가의 수소량 측정기를 배제하기 위해 전류계의 눈금을 수소가스 발생량(ml/min)에 대응시킨 전류계 개조 미터인 것이 바람직하다. 순수(13)의 전기분해에 의해 발생하는 수소가스의 발생량은 전기분해판(5)의 통전 전류 값에 비례한다.

여기에 실내온도 20℃ 및 1기압(= 101 kPa)에서, 본 실시형태의 전기분해판(5)에 공급된 전류 값 및 그 전류에 따라 발생한 수소가스 발생량의 실측치를 아래의 표 1에 나타낸다.

전류 (mA)	이상적인 수소가스 발생량 (ml/min.)	실제 수소가스 발생량 (ml/min.)
100	0.7	0.7
300	2.1	2.0
500	3.5	3.3
1000	7.0	6.8
1500	10.5	10.4

표 1에 보이는 바와 같이, 수소가스의 발생량은 전기분해판(5)에 통전되는 전류 값에 비례하는 것을 알 수 있다. 이 점에서 위의 전류계 개조 미터는 수소가스 발생량 미터(4)로 요구되는 실용 수준을 충분히 갖추고 있다.

수소가스 발생량 미터(4)가 전류계 개조 미터인 경우, 수소가스 발생량 미터(4)는 도 2에 보이는 바와 같이 정전류 제어회로(3)와 전해질판(5) 사이에 연결된다.

[전기분해판(5)]

도 3은 본 실시형태의 전해조(6)을 정면에서 본 단면도이다. 도 4는 본 실시형태의 전해조(6)를 수소가스 발생조(602)측에서 본 부분 단면도이다.

전기분해판(5)은 도 2 내지 도 4에 보이는 바와 같이, 한 쌍의 전극판(500), 이온교환막(510), 및 고정부(520)를 가지고 있다. 한 쌍의 전극판(500)은 도 3에 보이는 바와 같이 이온교환막(510)의 양면에 배치되어 있다. 또한, 고정부(520)는 도2 내지 도 4에 보이는 바와 같이 한 쌍의 전극판(500)과 이온교환막(510)을 서로 밀착시킨다.

(전극판(500))

한 쌍의 전극판(500)은 양극판(501)과 음극판(502)으로 구성된다. 전기분해판(5)에 의해 순수(13)를 전기분해하면 양극판(501) 측에서 산소가스(O2) 가 발생하고, 음극판(502) 측에서 수소가스(2H2)가 발생한다.

양극판(501)으로는 이리듐(Ir) 또는 백금(Pt)을 도금한 티타늄제의 망상금속판(Expanded Metal)을 이용하는 것이 바람직하다. 또한 음극판(502)으로는 백금(Pt)를 도금한 티타늄제의 망상금속판을 이용하는 것이 바람직하다.

양극판(501)과 음극판(502)으로 사용되는 망상금속판은 이온교환막(510)과의 밀착성을 높이기 위해 평활 처리되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상기 망상금속판은 상기 금속 고정부(520)에 의한 고정성을 향상시키기 위해 동일한 메시 형상 및 메시 크기로 설정되어 있으며, 그 메시 위치가 일치하도록 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 본 실시예에서 상기 망상금속판은 높이 80 mm X 폭 40 mm X 두께 0.3 mm ~ 0.5 mm 로 설정되어 있다. 또한, 본 실시예에서 상기 메시의 개구부 표면적은 2 mm²로 설정되어 있다.

(전극판(500)의 통과 구멍(503))

다음은 한 쌍의 전극판(500)에 설치되는 복수의 통과 구멍(503)에 대해 설명한다.

도 5는 본 실시형태의 전극판(500)에 형성된 통과 구멍(503)이 원형인 경우에 수소가스의 발생 상태를 나타내는 개념도이다. 도 6은 본 실시형태의 전극판(500)에 형성된 통과 구멍(503)의 꼭지각(504)이 약 120도인 경우의 수소가스의 발생 상태를 나타내는 개념도이다. 도 7은 본 실시형태의 전극판(500)에 형성된 통과 구멍(503)의 꼭지각(504)이 약 30도인 경우의 수소가스의 발생 상태를 나타내는 개념도이다.

한 쌍의 전극판(500)은 도 4에 보이는 바와 같이 복수의 통과 구멍(503)을 각각 갖는 것이 바람직하다. 통과 구멍(503)은 도 5에 보이는 원형, 도 6에 보이는 꼭지각(504)이 약 120도인 가로로 긴 마름모꼴 형상, 도 7에 보이는 꼭지각(504)이 약 30도인 세로로 긴 마름모꼴 형상 등 다양한 형상을 채용할 수 있다. 그 중에서도 통과 구멍(503)은 도 7에 보이는 바와 같이, 위쪽으로 내각 45도 이하의 꼭지각(504)을 갖는 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.

본 실시예에서 한 쌍의 전극판(500)은 상기한 망상금속판이다. 따라서, 본 실시예에서 망상금속판의 각 메시를 복수의 통과 구멍(503)으로 사용하고 있다.

다음은, 통과 구멍(503)의 형상이 도 7에 보이는 바와 같이 위쪽으로 내각 45도 이하의 꼭지각(504)을 갖는 형상인 것이 바람직한 이유를 설명한다.

전기분해판(5)에 의해 순수(13)가 전기분해되면 수소가스는 음극판(502)과 이온교환막(510)과의 접촉면에서 발생하고, 산소가스는 양극판(501)과 이온교환막(510)과의 접촉면에서 발생한다. 그리고 수소가스 및 산소가스는 각각 기포(15)가 되어 발생한다.

여기에서, 수소가스 및 산소가스의 각각의 기포 지름은 그 접촉면 부근에서는 나노 레벨이다. 그러한 크기의 기포(15)는 전극판(500)의 통과 구멍(503) 내에서 접촉면 측으로부터 각 전극판(500)의 외측으로 이동할 때 마이크로 레벨의 직경으로 성장한다.

여기에서, 기포(15)가 마이크로 레벨에서 밀리 레벨의 기포 직경으로까지 성장하기 전에 전극판(500)의 통과 구멍(503)에서 기포(15)를 배출하지 않으면 큰 크기(≥ 밀리 레벨의 기포 직경)의 기포(15)가 전극판(500)의 통과 구멍(503)에 체류하게 되어, 전극판(500)과 이온교환막(510) 사이에도 큰 크기의 기포(15)가 침입한다. 기포(15)는 절연성이므로 큰 기포(15)가 접촉면에 침입하면 전극판(500)과 이온교환막(510) 사이에 발생하는 전해 전류가 방해되어 전압 상승이나 온도 상승을 일으키므로 전기분해판(5)에 의한 전해 효율이 저하되는 원인이 된다.

상기 전해효율의 저하는 저전력으로 구동하는 탁상형 수소가스 발생장치(1)에 있어서 심각한 문제가 된다. 또한, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)는 순수(13)를 공급하는 급수 펌프와 전해조(6)의 순수(13)를 순환시키는 순환 펌프 등 통과 구멍(503) 내에 발생하는 기포(15)를 강제로 순환시키는 수단을 가지고 있지 않다. 따라서, 기포(15)가 밀리 레벨의 기포 직경까지 커지지 않게 하기 위한 통과 구멍(503)이 매우 중요하다.

기포(15)가 밀리 레벨의 기포 직경으로까지 성장하기 전에 기포(15)를 통과 구멍(503)에서 배출시키기 위한 바람직한 통과 구멍(503)의 형상을 비교하기 위해 도 5에 보이는 원형 통과 구멍(503), 도 6에 보이는 꼭지각(504)이 약 120도인 통과 구멍(503), 및 도 7에 보이는 꼭지각(504)이 약 30도인 통과 구멍(503)등 상부 형상이 다른 통과 구멍(503)에 대해 비교실험을 실시한 결과, 도 5 내지 도 7에 보이는 바와 같이 통과 구멍(503)의 상부 형상의 차이에 따라 수소가스 발생량에 현저한 차이를 확인할 수 있었다.

아래의 표 2는 상기 실험결과를 나타내고 있다. 표 2에서 수소가스 발생량은 전기분해판(5)에 전류 1A를 공급하였을 때 수소가스가 7.0 ml/min 발생한 실측치를 기준으로 환산하고 있다.

통과구멍의 형상	전압 (V)	전류 (A)	수소가스 발생량 (ml/min.)	비고
원형	6	0.7	4.9	도 5
통과구멍의 꼭지각 (도)	전압 (V)	전류 (A)	수소가스 발생량 (ml/min.)	비고
180	6	0.8	5.6
120	6	0.8	5.6	도 6
90	6	0.8	5.6
60	6	0.8	5.6
45	6	1.1	7.7
30	6	1.2	8.4	도 7

통과 구멍(503)이 원형인 경우, 표 2에 보이는 바와 같이, 전기분해판(5)에 6 V의 정전압을 인가하면 전기분해판(5)의 복수의 통과 구멍(503)으로부터 약 4.9 ml/min의 수소가스가 발생한다. 또한 통과 구멍(503)이 45도 ~ 180도인 경우 전기분해판(5)에 6 V의 정전압을 인가하면 전기분해판(5)의 복수의 통과 구멍(503)으로부터 약 5.6 ml/min 의 수소가스가 발생한다. 또한 통과 구멍(503)이 30도 ~ 45도인 경우 전기분해판(5)에 6 V의 정전압을 인가하면 전기분해판(5)의 복수의 통과 구멍(503)으로부터 약 7.7 ml/min ~ 8.4 ml/min 의 수소가스가 발생한다.

도 8은 표 2에 나타낸 통과 구멍(503)의 꼭지각(504)과 수소가스 발생량과의 관계를 나타내는 그래프이다. 표 2 및 도 8에 보이는 바와 같이, 통과 구멍(503)의 꼭지각(504)이 60도에서 45도로 변화하는 과정에서 수소가스 발생량이 급격히 상승하는 것이 명확하다. 이것은 통과 구멍(503)의 꼭지각(504)이 45도 이하가 되면 통과 구멍(503)의 기포(15)가 통과 구멍(503)의 상부에 체류하기 어렵게 되어 통과 구멍(503)으로부터 기포(15)가 이탈하는 것으로 생각할 수 있다.

상기 실험에 의해 얻어진 데이터로부터 상기 전기분해판(5)의 전해 효율을 계산하면, 도 5 및 도 6에 보이는 바와 같은 통과 구멍(503)이 원형 또는 통과 구멍(503)의 꼭지각(504)이 45도 이상인 전기분해판(5)의 전해효율은 약 65% ~ 70%이었다. 반면 도 7에 보이는 바와 같은 통과 구멍(503)의 꼭지각(504)이 45도 이하인 전기분해판(5)의 전해효율은 10% ~ 15% 상승된 약 80%이었다.

상기 결과는 기포 발생의 시인 확인으로도 명확하다. 통과 구멍(503)이 원형인 경우와 통과 구멍(503)의 꼭지각(504)이 약 120도인 경우 도 5 및 도 6에 보이는 바와 같이 통과 구멍(503)에서 발생하는 기포(15)는 밀리 레벨의 기포 직경임을 확인할 수 있다. 반면 통과 구멍(503)의 꼭지각(504)이 약 30도인 경우 도 7에 보이는 바와 같이 통과 구멍(503)에서 발생하는 기포(15)는 마이크로 레벨의 기포 직경임을 확인할 수 있다.

즉, 통과 구멍(503)의 형상은, 도 7에 보이는 바와 같이, 그 위에 내각 45도 이하의 꼭지각(504)을 갖는 형상인 것이 바람직하다는 것을 알 수 있다.

(전극판(500)의 두께)

또한, 기포(15)는 상기와 같이 전극판(500)의 통과 구멍(503) 내에서 전극판(500)과 이온교환막(510)과의 접촉면 측으로부터 각 전극판(500)의 외측으로 이동한다. 따라서 전극판(500)의 두께가 얇아질수록 기포(15)가 통과 구멍(503)에 체류하기 어려워지므로 통과 구멍(503)으로부터 기포(15)가 발생하기 쉽게 되는 것을 용이하게 이해할 수 있다. 이것은 종래의 전기분해판에서 이온교환막(510)과의 밀착성을 향상시키기 위해 두꺼운 전극판을 이용했던 종래의 사고방식과는 크게 다른 혁신적인 사고방식이다.

따라서, 본 실시형태의 전극판(500)의 두께는 상기를 고려하여 0.3 mm ~ 0.5 mm로 설정되어 있다.

(이온교환막(510))

이온교환막(510)은, 도 3에 보이는 바와 같이, 순수(13)를 흡수하여 팽창하는 평활한 탄성막이다. 이온교환막(510)으로는 다양한 시판품을 사용할 수 있다. 본 실시형태의 이온교환막(510)은 듀폰 사의 이온교환막 “Nafion N-117CS”이다. 이 경우 이온교환막(510)은 순수(13)의 흡수에 의해 약 12% ~ 15% 팽창한다. 또한 본 실시형태의 이온교환막(510)은 한 쌍의 전극판(500)보다 한 치수 더 크게 높이 110 mm X 폭 70 mm X 두께 0.17 mm로 설정되어 있다.

또한, 이온교환막(510)은 도 4에 보이는 바와 같이 8개의 리벳 구멍(511)을 갖는 것이 바람직하다. 이 8개의 리벳 구멍(511)은 한 쌍의 전극판(500)(망상금속판)이 각각 가지고 있는 통과 구멍(503)(메시)과 동축 상에 위치하고, 통과 구멍(503)보다 작은 복수의 리벳 구멍(511)이 전극판(500)과의 접촉면에 균일하게 형성되어 있다. 본 실시형태의 리벳 구멍(511)의 내경은 1.8 mm ~ 1.9 mm 로 설정되어 있다.

또한, 이온교환막(510)은 액체 및 기체의 통과 구멍을 가지고 있지 않다. 상세한 내용은 후술하지만 상기 8개의 리벳 구멍(511)은 액체 및 기체를 통과시키기 않는 구조이므로, 상기의 액체 및 기체의 통과 구멍에 포함되지 않는다.

(고정부(520))

고정부(520)는 이온교환막(510)의 양면에 한 쌍의 전극판(500)을 각각 밀착시킨다. 한 쌍의 전극판(500)과 이온교환막(510)이 밀착하지 않으면 한 쌍의 전극판(500)과 이온교환막(510) 사이의 통전 저항이 커져 전기분해판(5)의 전해효율이 저하되므로 고정부(520)에 의한 밀착 성능이 중요하다.

한 쌍의 전극판(500)과 이온교환막(510)의 밀착방법은 종래와 마찬가지로 굽히기 어려운 두꺼운 전극판(500)에 이온교환막(510)을 끼워 넣고 전극판(500)의 주위 4군데와 중앙 1군데의 총 5군데에서 볼트로 고정하는 방법도 생각할 수 있다. 그러나 전기분해판(5)에 볼트 등의 큰 돌기부가 다수 존재하면 전극판(500)에서 발생하는 수소가스와 산소가스의 기포(15)가 그 돌기부에 흡착하여 기포(15)의 상승을 방해하게 된다. 또한 돌기부의 체적이 클수록 전해조(6)에 저장하는 순수(13)의 용량이 감소한다. 그 결과 수소가스의 발생량이 저하한다.

또한, 돌기부에의 기포(15)의 흡착에 관해서는 전해조(6)에 순환펌프를 연결함으로써 흡착을 줄이는 것도 가능하다. 그러나, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)는 소형화, 휴대성 향상, 및 저렴성을 고려하여 순환펌프를 가지고 있지 않다.

따라서, 본 실시형태의 고정부(520)는 도 2 내지 도 4에 보이는 바와 같이 작은 리벳인 것이 바람직하다.

(리벳)

본 실시형태의 고정부(520)로서의 리벳은 밀착성을 높이기 위해, 도 4에 보이는 바와 같이, 전극판(500)의 주위를 따라 직사각형 모양으로 4개 배치되며, 전극판(500)의 중앙부에서 세로로 긴 마름모 형상으로 4개 배치되어 있다. 또한 고정부(520)로서의 리벳은 밀착성을 높이기 위해 액체를 흡수했을 때 팽창하는 것이 바람직하다.

이러한 리벳은 열가소성 플라스틱으로 되어 있으며, 도 3에 보이는 바와 같이, 리벳 축(521)과 2개의 리벳 머리부(522)로 구성되어 있다.

또한, 열가소성 플라스틱은 내수성 및 수십 도의 온도에 견디는 내열성을 가지고 있다. 열가소성 플라스틱으로는, 예를 들어, 내열염화비닐(PVC), 폴리카보네이트(PC), 폴리프로필렌(PP) 등을 들 수 있다.

(리벳 축(521))

리벳 축(521)은 도 3에 보이는 바와 같이 전극판(500)의 통과 구멍(503) 및 리벳 구멍(511)에 삽입된다. 이 리벳 축(521)은 통과 구멍(503)의 내경보다 작고 리벳 구멍(511)의 내경보다 큰 외경으로 설정되어 있다. 본 실시형태의 리벳 축(521)의 외경은 이온교환막(510)의 리벳 구멍(511)보다 약 10% 큰, 2 mm 로 설정되어 있다.

(리벳 머리부(522))

2개의 리벳 머리부(522)는, 도 3에 보이는 바와 같이, 리벳 축(521)의 양단에 형성되어 있다.

도 9는 본 실시형태의 고정부(520)로서의 리벳의 한쪽의 리벳 머리부(522)가 아직 형성되지 않은 경우의 리벳 삽입 발생 상태를 나타내는 개념도이다. 도 10은 본 실시형태의 고정부(520)로서의 리벳의 한쪽의 리벳 머리부(522)가 형성된 경우의 리벳 삽입 발생 상태를 나타내는 개념도이다.

이러한 2개의 리벳 머리부(522) 중 한쪽의 리벳 머리부(522)는, 도 9에 보이는 바와 같이, 통과 구멍(503) 및 리벳 구멍(511)에 리벳 축(521)을 삽입하기 전에 리벳 축(521)의 한쪽 끝을 초음파 또는 가열금형에 의해 용융 및 냉각하여 우산모양으로 형성되어 있다. 그리고 한쪽 리벳 머리부(522)만 형성된 미완성 리벳의 리벳 축(521)을 리벳 구멍(511)에 삽입한 후, 도 10에 보이는 바와 같이, 리벳 축(521)의 다른 쪽을 초음파 또는 가열금형으로 용융 및 냉각하여 다른 쪽의 리벳 머리부(522)를 우산 모양으로 형성한다.

상기 완성된 리벳 및 이온교환막(510)은 전해조(6)에 공급된 순수(13)에 의해 팽창한다. 이렇게 팽창하여 리벳 구멍(511)과 리벳 축(521) 사이의 빈틈이 없이 리벳 구멍(511)과 완전히 봉합된다. 이에 따라 이온교환막(510)의 리벳 구멍(511)으로부터 액체와 기체의 이동이 일절 없어진다.

[전해조(6)]

본 실시형태의 전해조(6)는, 도 3에 보이는 바와 같이, 전기분해판(5) 칸막이로 해서 수소가스 발생조(602)와 산소가스 발생조(601)의 2실로 구획되어 있다. 수소가스 발생조(602)는 수소가스가 발생하는 음극판(502) 측에 형성된 조이다. 또한 산소가스 발생조(601)는 산소가스가 발생하는 양극판(501)측에 형성된 조이다. 이러한 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601)는 소정의 수위로 유지된 순수(13)를 각각 저장한다.

본 실시형태의 전해조(6)는 세로로 길고 가운데가 빈 직육면체 형상으로 형성되어 있으며, 그 치수는 도 3에 보이는 바와 같이 전해조(6)의 정면에서 볼 때, 높이 110 mm X 폭 70 mm X 깊이 43 mm로 설정되어 있다. 이 경우 전해조(6)의 용량은 약 192 ml가 된다.

본 실시형태의 전해조(6)의 이상적인 수위는 전기분해판(5)에 의한 전해효율의 향상과 순수(13)가 넘쳐 흐르는 것을 방지하는 것을 고려하여 약 70%(약 60 mm)로 설정되어 있다. 이 경우 순수(13)의 용량은 약 144 ml가 된다.

본 실시형태에 있어서의 전해조(6)의 수위(수소가스 발생조(602)의 수위 및 산소가스 발생조(601)의 수위)의 변화는 약 ±5%(약 ±5 mm)의 범위로 설정되어 있다. 이 경우 상한 수위와 하한 수위의 수위 차 10 mm에 해당하는 순수(13)의 용량은 약 24 ml가 된다.

본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)는 순수 131.0 ml로부터 약 1200 ml의 수소가스를 발생시킬 수 있다. 즉, 전해조(6)에 급수가 일절 없는 상태라도 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)는 상한 수위와 하한 수위의 수위 차 10 mm에 해당하는 순수(13)의 용량 약 24 ml로부터 28800 ml의 수소가스를 발생시킬 수 있다. 그러므로 수소가스의 발생량이 최대 분당 10 ml의 경우에도 탁상형 수소가스 발생장치(1)는 수소가스를 약 48시간 동안 발생시킬 수 있다.

본 실시형태의 전해조(6)는, 도 2 내지 도 4에 보이는 바와 같이, 2개의 분할 케이스(611)와 체결부(612)로 구성되는 것이 바람직하다.

(분할 케이스(611))

2개의 분할 케이스(611)는, 도 2 내지 도 4에 보이는 바와 같이, 수직으로 길고 뻗고 가운데가 빈 직육면체 모양의 용기를 상하방향으로 분할해서 얻은 형상으로 형성되어 있다. 이 분할 케이스(611)는 아크릴수지 등의 투명 플라스틱으로 되어 있으며, 이를 통해 전기분해판(5)에서 수소가스와 산소가스의 발생, 전해조(6) 내의 순수(13)의 수위 등을 확인할 수 있다.

(체결부(612))

체결부(612)는, 도 3에 보이는 바와 같이, 한 쌍의 전극판(500)보다 크게 형성된 이온교환막(510)의 주변부를 2개의 분할 케이스(611)의 주변부 사이에 끼운 상태로 한 후, 도 4에 보이는 바와 같이, 2개의 분할 케이스(611)를 일체로 체결한다. 체결부(612)로서는, 도 4 및 도 3에 보이는 바와 같이, 수소가스 발생조(602) 또는 산소가스 발생조(601)를 정면에서 보았을 때의 분할 케이스(611)의 주변에 2개의 분할 케이스(611)를 관통하는 복수의 나사 또는 볼트/너트인 것이 바람직하다.

전기분해판(5)을 구성하는 건조시킨 이온교환막(510)을 2개의 분할 케이스(611) 사이에 끼우고, 2개의 분할 케이스(611)를 체결부(612)로 체결함으로써 전해조(6)를 형성한 후, 이 전해조(6)에 순수(13)를 급수하고 전해조(6)의 누수실험을 실시했다. 전해조(6)에 급수하고 나서 장시간(약 50 시간)이 경과한 후에도 전해조(6)로부터 순수(13)의 누수를 확인할 수 없었다. 따라서 공급된 순수(13)로 인해 팽창한 이온교환막(510)의 주변부는 2개의 분할 케이스(611)의 정합면에서 부드러운 개스킷의 역할을 충분히 하고 있다고 할 수 있다.

[수소가스 가압부(7)]

수소가스 가압부(7)는, 도2에 보이는 바와 같이 수소가스 발생조(602)로부터 발생하는 수소가스를 소정의 압력으로 가압하면서 취출하도록 구성되어 있다. 수소가스 가압부(7)에 의한 소정의 압력은 수소가스 발생조(602)에 저장된 순수(13)의 수위가 소정(기준수위 70%(약 60 mm) + 5%(약 ±5 mm) 의 범위) 이상 상승하는 것을 억제하는 압력이다. 본 실시형태에 있어서, 수소가스 가압부(7)에 의한 소정의 압력은 100 Pa ~ 400 Pa로 설정되어 있다.

본 실시형태의 수소가스 가압부(7)는 수소가스 저장부(710), 수소가스 중계부(720), 및 수소가스 취출부(730)를 갖는 것이 바람직하다.

(수소가스 저장부(710))

수소가스 저장부(710)는, 도 2에 보이는 바와 같이, 소정 수위의 물(14)을 저장한다. 본 실시형태의 수소가스 저장부(710)는 투명유리용기(711)와 저장부용 고무마개(712)로 구성되어 있다. 용기(711)는 높이 약 50 mm 로 설정되어 있다. 또한 저장부용 고무마개(712)는 용기(711)의 뚜껑으로, 수소가스 중계부(720) 및 수소가스 취출부(730)가 각각 통과하는 2개의 통과 구멍을 가진다.

수소가스 저장부(710)에 저장되는 물(14)은 전기분해를 위한 순수(13) 대신 수소가스 발생을 눈으로 확인하기 위한 물(14)과 수소가스 취출부에서 추출된 수소가스에 인화했을 때의 소방용으로 사용하기 위한 물(14)이다. 따라서 수소가스 저장부(710)에 저장되는 물(14)로는 순수(13)가 바람직하지만, 수돗물을 사용해도 무방하다.

수소가스 저장부(710)의 수위는 약 30 mm ~ 40 mm로 설정되는 것이 바람직하다. 이것은 수소가스 발생조(602)에서 발생하는 수소가스에 소정의 압력을 가하기 위한 것이며, 수소가스 발생조(602)에서 수소가스 중계부(720)를 경유해서 수소가스 저장부(710)에 중계된 수소가스를 기포(15)로서 시인하기 위한 것이다.

(수소가스 중계부(720))

수소가스 중계부(720)는, 도 2에 보이는 바와 같이, 수소가스 발생조(602)의 상부에 설치된 수소가스 배출구(622)와 수소가스 저장부(710)의 하부 간을 중계한다. 본 실시형태의 수소가스 중계부(720)는 수소가스 배출구(622)에서 저장부용 고무마개(712)를 통해 수소가스 저장부(710)의 용기(711)의 하부까지 연결하는 중계용 연결 파이프이다.

수소가스 중계부(720)는 수소가스 발생조(602)로부터 수소가스 저장부(710)의 하부에 수소가스를 중계한다. 또한, 수소가스 중계부(720)는 수소가스 저장부(710)에 저장된 소정 수위의 물(14)의 수압에 의해 수소가스 발생조(602)로부터 발생하는 수소가스를 가압한다.

(수소가스 취출부(730))

수소가스 취출부(730)는, 도2에 보이는 바와 같이, 수소가스 저장부(710)의 상부로부터 수소가스를 취출한다. 본 실시형태의 수소가스 취출부(730)는 취출용 연결 파이프(731)와 수소가스 취출구(732)로 구성되어 있다. 취출용 연결파이프(731)는 수소가스 저장부(710)의 상부로부터 저장부용 고무마개(712)를 통해 수소가스 취출구(732)까지를 연결한다. 수소가스 취출구(732)는, 도 1에 보이는 바와 같이, 정면 패널(202)의 중앙 좌측에 배치되어 있다. 이 수소가스 취출구(732)는 기관 카뉠레 또는 실험용 튜브 등의 외부 기기와의 연결 수단이 된다.

[서지탱크(8)]

서지탱크(8)는 순수(13)를 저장하며, 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601)의 하부에 각각 연결된다. 본 실시형태의 서지탱크(8)는 투명 플라스틱 또는 투명 유리로 된 탱크본체(801), 탱크용 고무마개(802), 배수코크(803), 및 2개의 탱크용 연결튜브(804)로 구성되어 있다.

탱크본체(801)는 전해조(6)에 공급하는 순수(13)를 저장하는 용기로, 높이 약 100 mm로 설정되어 있다. 탱크용 고무마개(802)는 탱크본체(801)의 뚜껑으로, 탱크본체(801)에 순수(13)를 공급할 때 개폐된다. 배수코크(803)는 서지탱크(8)로부터 순수(13)를 배수하는 경우에 사용된다.

2개의 탱크용 연결튜브(804)는 탱크본체(801)의 하부와 수소가스 발생조(602)의 하부 간 및 탱크본체(801)의 하부와 산소가스 발생조(601)의 하부 간을 각각 연결한다. 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601)의 각각의 하부에 연결하는 이유는 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601)로부터 서지탱크(8)에 수소가스 및 산소가스가 이동하지 않도록 하기 위해서이다.

[산소가스 가압밸브(9)]

산소가스 가압밸브(9)는, 도 2 내지 도 4에 보이는 바와 같이, 산소가스 발생조(601)에서 발생하는 산소가스를 소정의 압력으로 가압하면서 배출한다. 산소가스 가압밸브(9)에 의한 소정의 압력은 산소가스 발생조(601)에 저장된 순수(13)의 수위가 소정 레벨 이상 상승하는 것을 억제하는 압력이다. 본 실시형태의 산소가스 가압밸브(9)에 의한 소정의 압력은 50 Pa ~ 150 Pa이다.

또한, 산소가스 가압밸브(9)는, 도 4에 보이는 바와 같이, 산소가스 가압용 통부(901), 산소가스 가압용 금속볼(902), 및 천공 고무캡(903)으로 구성되는 것이 바람직하다.

산소가스 가압용 통부(901)는 산소가스 발생조(601)의 상부에 설치된 내경 2 mm ~ 3 mm 의 산소가스 배출구(621)의 위쪽으로 연장한다. 산소가스 가압용 통부(901)의 내경은 산소가스 가압용 금속볼(902)의 직경의 1.2 배 ~ 1.8 배의 크기로 설정되어 있다. 산소가스 가압용 통부(901)는 산소가스 배출구(621)와 일체로 형성되어 있어도 좋고, 별도로 형성되어 있어도 좋다.

산소가스 가압용 금속볼(902)은 산소가스 가압용 통부(901)에 내포되어 있으며, 소정의 압력으로 산소가스 배출구(621)를 막고 있다. 산소가스 가압용 금속볼(902)의 직경은 산소가스 배출구(621)의 내경보다 크고, 산소가스 가압용 통부(901)의 내경보다 작게 설정되어 있다. 또한 산소가스 가압용 금속볼(902)의 무게는 상기 산소가스 가압밸브(9)에 의한 소정의 압력을 충족하도록 설정되어 있다. 본 실시형태의 산소가스 가압용 금속볼(902)은 직경 4 mm ~ 5 mm인 2개의 스테인리스 볼이며, 산소가스 가압용 통부(901)의 내부에서 상하로 적재되어 있다.

천공 고무캡(903)은 산소가스 가압용 통부(901)에 이물질이 들어가지 않도록 산소가스 가압용 통부(901)의 상단 입구를 덮으면서 산소가스 가압용 금속볼(902)이 소정의 압력 이상으로 밀어 올려져서 산소가스 배출구(621)로부터 산소가스가 배출되면 그 산소가스를 대기 개방한다.

[역류방지 밸브(10)]

역류방지 밸브(10)는 정전류 제어회로(3)의 전원 스위치(303)를 꺼서 전기분해판(5)에 의한 전기분해를 정지시켰을 때 수소가스 발생조(602)에서 발생하는 부압을 이용하여 수소가스 발생조(602)를 대기 개방한다. 본 실시형태의 역류방지 밸브(10)에 의한 개방 부압은 -100 Pa ~ 200 Pa로 설정되어 있다.

또한 역류방지 밸브(10)는 수소가스 배출구(622) 또는 수소가스 중계부(720) 중 어느 하나에 설치되어 있다. 본 실시형태의 역류방지 밸브(10)는 감도를 높이기 위해 수소가스 배출구(622)의 측방에서 수소가스 배출구(622)에 연결되어 있다.

또한 역류방지 밸브(10)는 역류방지 밸브 통부(101)와 역류방지 밸브용 금속볼(102)을 갖는 것이 바람직하다. 역류방지 밸브 통부(101)는 아래쪽에 대기 개방구(103)를 가지고 있다. 이 대기 개방구(103)의 내경은 역류방지 밸브용 금속볼(102)의 직경보다 작게 설정되어 있다.

역류방지 밸브용 금속볼(102)은 역류방지 밸브 통부(101)에 내포되어 있으며, 소정의 압력으로 대기 개방부(103)를 막고 있다. 역류방지 밸브용 금속볼(102)의 직경은 대기 개방구(103)의 내경보다 크고, 역류방지 밸브 통부(101)의 내경보다 작게 설정되어 있다. 또한 역류방지 밸브용 금속볼(102)의 무게는 상기 개방 부압에서 대기 개방구(103)로부터 역류방지 밸브용 금속볼(102)이 떨어져서 떠올라 수소가스 발생조(602)의 부압이 정압(> 0 Pa)으로 전환되었을 때 역류방지 밸브용 금속볼(102)이 대기 개방구(103)를 신속하게 막을 수 있도록 설정되어 있다. 본 실시형태의 역류방지 밸브용 금속볼(102)은 직경 2 mm ~ 3 mm인 2개의 스테인리스 볼로, 역류방지 밸브 통부(101)의 내부에 상하로 적재되어 있다.

[기체 제거부(11)]

기체 제거부(11)는 서지탱크(8)에 급수 시에 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601) 각각의 상부에 봉입된 가스를 제거한다. 이 기체 제거부(11)는 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601)의 각각의 상부 또는 그 각각의 상부에 연결된 부재 등에 배치된다.

본 실시형태의 기체 제거부(11)는 기체제거용 고무마개(111)와 기체제거용 고무캡(112)으로 구성되어 있다. 기체제거용 고무마개(111)는 수소가스 발생조(602)의 기체 제거용으로 설치되어 있으며, 수소가스 배출구(622)의 상부 개구를 덮는다. 또한 기체제거용 고무캡(112)은 산소가스 발생조(601)의 기체 제거용으로 설치되어 있으며 산소가스 발생조(601)의 상부에서 위쪽으로 연장하는 기체제거용 통부의 상부 개구를 덮는다.

다음으로, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)의 동작 흐름을 설명한다.

[수소가스의 발생 개시]

도 1에 보이는 바와 같이, 전원 스위치(303)를 켜면 확인 램프(304)가 점등하고, 도 2에 보이는 바와 같이, 정전류 제어회로(3)로부터 소정의 정전류가 수소가스 발생량 미터(4)를 경유하여 전기분해판(5)에 공급된다. 수소가스 발생량 미터(4)는, 도 1에 보이는 바와 같이, 표 1에 나타낸 전류 값과 수소가스발생량 과의 관계에 따라서 수소가스 발생량을 나타낸다. 정전류 제어회로(3)으로부터 공급되는 소정의 정전류의 변경은, 도 1과 도 2에 보이는 바와 같이, 설정용 볼륨(302)의 조작에 의해 가능하게 되어 있다.

정전류 제어회로(3)로부터 공급되는 전류는 전기분해판(5)의 양극판(501) 및 음극판(502)에 각각 공급된다. 또한 양극판(501) 및 음극판(502)으로 이루어진 한 쌍의 전극판(500)은 고정부(520)에 의해 이온교환막(510)의 양면에 밀착하고 있다. 따라서 전해조(6)에 공급된 순수(13)에 산이나 알칼리 등의 전해촉진물을 첨가하지 않아도 순수(13)가 전기분해된다. 그 결과 음극판(502) 및 이온교환막(510)의 접촉면으로부터 수소가스가 발생하며, 양극판(501) 및 이온교환막(510)의 접촉면으로부터 산소가스가 발생한다.

(수소가스의 조기 이탈)

여기서, 한 쌍의 전극판(500)은 꼭지각(504)이 45도 이하로 설정된 복수의 통과 구멍(메시)(503)을 갖는 망상금속판으로 구성되어 있으므로 발생초기에 기포 직경이 나노 레벨의 수소가스 및 산소가스의 기포(15)가 도 7에 보이는 바와 같이 기포 직경 밀리 레벨의 기포(15)로 성장하기 전에 기포 직경 마이크로 레벨의 기포(15)인 상태로 한 쌍의 전극판(500)으로부터 이탈한다.

(수소가스의 가압)

또한 전기영동의 영향으로 전기분해의 개시점으로부터 시간이 경과하면 산소가스 발생조(601)에 저장된 순수(13)가 수소가스 발생조(602)로 이동한다. 따라서 수소가스 발생조(602)에서 발생하는 수소가스를 가압하지 않고 배출해버리면, 수소가스 발생조(602)로부터 순수(13)가 넘쳐 흘러 산소가스 발생조(601)에 저장되는 순수(13)가 부족해진다. 따라서 수소가스 가압부(7)는, 도 2에 보이는 바와 같이, 수소가스 발생조(602)에서 발생하는 수소가스를 가압하면서 취출한다. 이 가압원리는 다음과 같다.

수소가스 발생조(602)의 수소가스 배출구(622)로부터 배출된 수소가스는 수소가스 중계부(720)를 통해 수소가스 저장부(710)의 하부까지 도달한다. 수소가스 저장부(710)는 소정의 수위의 물(14)을 저장하고 있으므로 수소가스가 수소가스 중계부(720)로부터 수소가스 저장부(710)로 이동하려면 수소가스의 배기압(150 Pa ~ 500 Pa)이 이동 시에 수소가스 저장부로부터 받는 수압(약 100 Pa ~ 250 Pa)보다 높아야 한다. 이 수압이 수소가스 발생조(602)로부터 발생하는 수소가스를 가압하는 소정의 압력이 된다.

(전해조(6)의 자동수위조절)

상기 수압의 조정은 수소가스 저장부(710)에 저장되는 물(14)의 수위를 조정하여 실시한다. 그러나 수소가스 저장부(710)의 수위가 적합한 수위(예: 30 mm)보다 높아져 수압이 적합한 압력보다 높아지면 수소가스 발생조(602)에 가하는 높은 수압의 영향으로 수소가스 발생조(602)로부터 산소가스 발생조(601)로 순수(13)가 이동하게 된다. 그리고 그 결과 산소가스 발생조(601)에서 순수(13)가 넘쳐 나오고 만다. 그러므로 전해조(6)의 수위(수소가스 발생조(602) 수위 및 산소가스 발생조(601) 수위)를 일정하고 용이하게 조정하기 위해 수소가스 가압부(7) 이외에도 전해조(6)에 가압 조정 수단을 구비하는 것이 바람직하다.

본 발명의 발명자에 의한 거듭된 실험 결과, 전해조(6)의 수위를 기준 수위에서 ±5 mm(기준수위의 ±약 5%)의 범위로 유지하기 위해서는 탁상형 수소가스 발생장치(1)에 서지탱크(8) 및 산소가스 가압밸브(9)를 설치하는 것이 효과적임이 명확해졌다.

서지탱크(8)는, 도 2에 보이는 바와 같이, 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601)에 연결하기만 함으로써 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601)에 과잉 유입된 순수(13)를 일시적으로 저장한다. 이를 통해 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601)의 급격한 유입량의 증감을 완화하고 전해조(6)의 수위를 평준화한다.

또한 산소가스 가압밸브(9)는 산소가스 발생조(601)에서 발생하는 산소가스를 가압하면서 배출한다. 상기 산소가스 가압밸브(9)에 의한 소정의 압력을 미세 조정하는 경우, 도 3과 도 4에 보이는 바와 같이, 천공 고무캡(903)을 제거하고 산소가스 가압용 금속볼(902)의 크기나 개수 등을 변경하여 산소가스 가압밸브용 금속볼(902)의 총 중량을 조정하고, 천공 고무캡(903)을 원래 위치에 설치하기만 하면 되므로, 종래의 스프링식 가압밸브와 비교하여 미세 조정이 용이하다.

그리고 수소가스 가압부(7), 서지탱크(8), 및 산소가스 가압밸브(9)의 상호 효과로 인해 전해조(6)의 수위가 용이하게 안정되면서 수소가스의 발생이 계속된다.

(수소가스의 목시 확인)

수소가스 발생조(602)로부터 발생한 수소가스가 수소가스 가압부(7)의 수소가스 중계부(702)를 중계해서 수소가스 저장부(710)에 침입하면, 도 2에 보이는 바와 같이, 그 수소가스는 기포(15)가 되어 수소가스 저장부(710)에 저장된 물(14) 속을 이동한다. 도 1에 보이는 보호 케이스(2)의 확인창(230)을 통해 수소가스 저장부(710)를 들여다보면 이 수소가스의 기포(15)를 볼 수 있으므로 눈에 보이지 않는 수소가스가 발생하고 있는지 여부를 눈으로 확인할 수 있다.

(수소가스의 공급)

수소가스 저장부(710)의 위쪽에 저장된 수소가스는, 도 2에 보이는 바와 같이, 수소가스 취출부(730)의 수소가스 취출구(732)에 연결된 기관 카뉠레나 실험용 튜브 등의 외부 기기를 통해 흡인용이나 실험용 등으로 공급된다.

[수소가스의 발생 정지]

탁상수소가스 발생장치로부터의 수소가스의 발생을 정지시키는 경우, 도 1에 보이는 바와 같이, 전원 스위치(303)를 끄고 확인 램프(304)가 꺼진 것을 확인한다.

(역류 방지)

전원 스위치(303)를 끄고 잠시 후 전해조(6)의 순수(13)가 냉각됨에 따라 전해조(6) 내가 감압 상태로 되어 수소가스 저장부(710)의 물(14)이 수소가스 중계부(720)를 통해 전해조(6)로 역류하려고 한다. 그 때, 도 4에 보이는 바와 같이, 역류방지 밸브(10)의 역류방지 밸브용 금속볼(102)이 전해조(6)의 경미한 부압(-100 Pa ~ 200 Pa)에 신속하게 반응하여 떠올라 수소가스 발생조(602)를 대기 개방한다. 이를 통해 수소가스 저장부(602)의 물(14)은 역류하지 않고 수소가스 저장부(710)에 머무르게 된다. 또한 수소가스 발생조(602)가 대기 개방되어 압력이 0 Pa이 되면 역류방지 밸브용 금속볼(102)이 대기 개방구(103)를 막으므로 전해조(6)의 수위 및 압력 관계가 유지된다.

[순수(13) 공급]

도 2에 보이는 바와 같이, 서지탱크(8)의 배수코크(803)이 닫혀 있는 것을 확인하고 탱크용 고무마개(802)를 제거한다. 또한 전해조(6)에 장착된 기체제거용 고무캡(112)과 기체제거용 고무마개(111)도 제거한다. 탱크용 고무마개(802), 기체제거용 고무캡(112), 및 기체제거용 고무마개(111)가 제거되고 나면 전해조(6)의 수위가 전해조(6) 용량의 약 70% ± 5% (기준 수위 부근)가 되고 서지탱크(8)의 수위가 약 70% ~ 80%가 되도록 순수(13)를 서지탱크(8)에 공급한다. 공급을 용이하게 하기 위해 전해조(6) 및 서지탱크(8)에 미리 표시를 해두면 좋다.

순수(13)의 공급이 완료되면 탱크용 고무마개(802), 기체제거용 고무캡(112), 및 기체제거용 고무마개(111)를 부착한다. 탱크용 고무마개(802), 기체제거용 고무캡(112), 및 기체제거용 고무마개(111)로 밀폐함으로써 전해조(6) 및 서지탱크(8)의 압력 관계는 유지되고 서지탱크(8)는 전해조(6)의 내부에 발생하는 미묘한 압력 변화를 흡수한다.

다음으로, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)의 효과를 설명한다.

(1) 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)는, 액체 및 기체의 통과 구멍(503)을 갖지 않는 이온교환막(510), 이온교환막(510) 양면에 각각 밀착하는 한 쌍의 전극판(500), 및 이온교환막(510)의 양면에 한 쌍의 전극판(500)을 각각 밀착시키는 고정부(520)를 갖는 전기분해판(5), 전기분해판(5)을 칸막이로 해서 전기분해판(5)에 의해 구획되어, 전기분해의 대상이 되는 순수(13)를 각각 저장하는 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601)를 갖는 전해조(6), 및 수소가스 발생조(602)에 저장된 순수(13)의 수위가 소정 레벨 이상 상승하는 것을 억제하는 압력으로 수소가스 발생조(602)에서 발생하는 수소가스를 가압하면서 취출하는 수소가스 가압부(7)를 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 실시형태에 의하면, 전기분해판(5)이 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601)의 공간을 분리하는 전해조(6)의 칸막이가 되므로 전기분해판(5)에 전기를 통했을 때 수소가스 및 산소가스를 혼합시키지 않고 분리해서 발생시킬 수 있다. 또한 전기분해 시의 전기 영동에 의해 순수(13)가 산소가스 발생조(601)에서 수소가스 발생조(602)로 이동하여도 수소가스 가압부(7)가 수소가스 발생조(602)로부터 발생하는 수소가스를 가압하므로 전기영동에 의해 수소가스 발생조(602)로 이동한 순수(13)가 수소가스 발생조(602)로부터 넘쳐 흐르는 것을 방지할 수 있다.

(2) 또한 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)는, 순수(13)를 저장하며 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601) 하부에 각각 연결되는 서지탱크(8)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 의하면 서지탱크(8)가 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601) 하부에 각각 연결되어 있으므로, 서지탱크(8)가 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601)에 순수(13)를 공급하면서 수소가스 발생조(602) 또는 산소가스 발생조(601)의 한쪽에 치우친 순수(13)를 다른 쪽으로 이동시킬 수 있다. 또한 서지탱크(8)가 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601)의 하부에 각각 연결되어 있으므로 시시각각 변화하는 전해조(6)의 수위와 수소가스와 산소가스의 압력 차를 서지탱크(8)에 의해 완충시킬 수 있다.

(3) 또한, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)는, 산소가스 발생조(601)에 저장된 순수(13)의 수위가 소정 레벨 이상 상승하는 것을 억제하는 압력으로 산소가스 발생조(601)로부터 발생하는 산소가스를 가압하면서 배출하는 산소가스 가압밸브(9)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 의하면, 산소가스 가압밸브(9)가 닫혀 있을 때 산소가스 발생조(601)에서 순수(13)가 대기압 이상의 압력으로 가압되므로 수소가스 발생조(602)로부터 발생하는 수소가스가 수소가스 가압부(7)에 의해 가압되는 반작용에 의해 산소가스 배출구(621)로부터 순수(13)가 넘쳐 흐르는 것을 억제할 수 있다. 또한 산소가스가 소정 압력 이상이 되었을 때 배출되므로 산소가스 발생조(601) 내가 과잉 기압으로 되어 산소가스 발생조(601)나 전기분해판(5)이 파손되는 것을 방지할 수 있다.

(4) 또한, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)에 있어서, 수소가스 가압부(7)는 소정 수위의 물(14)을 저장하는 수소가스 저장부(710), 수소가스 발생조(602)의 상부에 설치된 수소가스 배출구(622)와 수소가스 저장부(710)의 하부 간을 중계하는 수소가스 중계부(720), 및 수소가스 저장부(710)의 상부로부터 수소가스를 추출하는 수소가스 취출부(730)를 가지며, 수소가스 저장부(710)에 저장된 순수(13)에 의해 발생하는 소정의 수압에 의해 수소가스를 가압하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 의하면, 수소가스 가압부(7)에 저장된 물(14)의 수압에 의해 수소가스 발생조(602)에서 발생하는 수소가스를 가압하므로 가압 구조 및 가압 조정을 용이하게 할 수가 있다. 또한 수소가스는 수소가스 저장부(710)의 물(14) 속을 통과하므로 수소가스의 발생을 기포(15)로 확인할 수 있다. 또한 수소가스 중계부(720)와 수소가스 취출부(730) 사이에 수소가스 저장부(710)의 물(14)이 개재되어 있으므로 수소가스 취출부(730)에서 취출된 수소가스에 인화해도 수소가스 저장부(710)에 저장된 물(14)이 그 인화를 소화하여 수소가스 발생조(602)에서 발생하는 수소가스에 인화하는 것을 방지할 수 있다.

(5) 또한, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)에 있어서, 한 쌍의 전극판(500)은 위쪽으로 내각 45도 이하의 꼭지각(504)을 갖는 복수의 통과 구멍(503)을 각각 갖는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 의하면 꼭지각(504)이 45도 이상인 통과 구멍(503)과 상부 형상이 반원형 또는 반 타원형인 통과 구멍(503)과 비교하여 전기분해판(5)에 의한 전해효율을 약 10% ~ 15% 향상시킬 수 있다. 이를 통해 전해조(6)에 순환펌프를 설치하지 않아도 수소가스 발생조(602)로부터 수소가스를 추출할 수 있다.

(6) 또한, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)에 있어서, 이온교환막(510)은 한 쌍의 전극판(500)이 각각 갖고 있는 통과 구멍(503)과 동축 상에 위치하고 통과 구멍(503)보다 작은 복수의 리벳 구멍(511)을 전극판(500)과의 접촉면에 균등하게 가지며, 고정부(520)는 통과 구멍(503)의 내경보다 작고 리벳 구멍(511)의 내경보다 큰 외경을 가지며 통과 구멍(503) 및 리벳 구멍(511)에 삽입되는 리벳 축(521)과 리벳 축(521)의 양단에 형성되고 적어도 하나가 리벳 축(521)이 통과 구멍(503) 및 리벳 구멍(511)에 삽입된 후에 초음파 또는 가열금형의 누름에 의해 용융, 냉각 형성됨으로써 한 쌍의 전극판(500)을 이온교환막(510) 양면에 각각 밀착시키는 2개의 리벳 머리부(522)를 가지며 액체를 흡수하면 팽창하는 열가소성 플라스틱으로 된 리벳인 것이 바람직하다.

본 실시형태에 의하면, 리벳 구멍(511)이 균등하게 배치되는 동시에 2개의 리벳 머리부(522)가 한 쌍의 전극판(500)을 이온교환막(510)의 양면에 각각 밀착시키므로 한 쌍의 전극판(500)과 이온교환막(510)을 전면에 균일하게 밀착시킬 수 있다. 또한 리벳 축(521)의 외경이 리벳 구멍(511)의 내경보다 크게 되어 있으므로 전해조(6)의 순수(13)나 전기분해판(5)에서 발생한 가스가 리벳 구멍(511)을 통해 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601) 간을 통과하는 것을 방지할 수 있다.

(7) 또한, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)에서 산소가스 가압밸브(9)는 산소가스 발생조(601)의 상부에 설치된 산소가스 배출구(621)의 위쪽으로 연장하는 통부와, 통부에 내포되어 소정의 압력으로 산소가스 배출구(621)를 막는 금속볼을 갖는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 따르면 금속볼의 무게와 개수를 변경하여 산소가스 배출구(621)를 막는 압력을 용이하게 변경할 수 있으므로 산소가스의 배기압을 용이하고 미세하게 제어할 수 있다.

(8) 또한, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)에 있어서, 전해조(6)는 닫힌 용기를 상하방향으로 분할하여 얻은 형상의 2개의 분할 케이스(611)와 한 쌍의 전극판(500)보다 큰 이온교환막(510)의 주변부를 2개의 분할 케이스(611)의 주변부 사이에 끼운 상태로 2개의 분할 케이스(611)를 일체로 체결하는 체결부(612)를 갖는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 의하면 전해조(6)의 구조를 간소화할 수 있다. 또한 2개의 분할 케이스(611)의 주변부에 소프트 개스킷을 사용하지 않고도 전해조(6)의 밀봉성을 확보할 수 있다.

(9) 또한, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)는, 전기분해판(5)에 의한 전기분해 정지 시에 수소가스 발생조(602)에서 발생하는 부압을 이용하여 수소가스 발생조(602)를 대기 개방하는 역류방지 밸브(10)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 의하면, 전기분해 정지 시에 역류방지 밸브(10)가 수소가스 발생조(602)를 대기 개방하므로 수소가스 저장부(710)에 저장된 물(14)이 수소가스 중계부(720)를 통해 수소가스 발생조(602)로 역류하는 것을 방지할 수 있다.

(10) 또한, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)에 있어서, 역류방지 밸브(10)는 대기 개방구(103)와 대기 개방구(103)를 소정의 압력으로 막는 금속볼을 가지며, 수소가스 배출구(622) 또는 수소가스 중계부(720)에 설치되는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 따르면 금속볼이 대기 개방구(103)를 막고 있으므로 스프링식 역류방지 밸브(10)와 비교하여 개방 부압을 용이하고 미세하게 조정할 수 있다.

(11) 또한, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)에 있어서, 전기분해판(5)은 순수(13)의 전기분해 시에 수소가스의 발생량이 최대 10 ml/min이고, 전기분해판(5)에서 발생하는 수소가스의 발생압력이 150 Pa ~ 500 Pa이 되도록 전류가 제어되고, 수소가스 가압부(7)는 수소가스 발생조(602)에서 발생하는 수소가스를 100 Pa ~ 400 Pa로 가압하고, 산소가스 가압밸브(9)는 산소가스 발생조(601)에서 발생하는 산소가스를 50 Pa ~ 150 Pa로 가압하고, 역류방지 밸브(10)는 수소가스 발생조(602)의 부압이 -100 Pa ~ 200 Pa일 때 수소가스 발생조(602)를 대기 개방하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 의하면, 수소가스 및 산소가스의 발생 압력을 정밀하게 제어하여 전해조(6) 내부의 압력이 급상승하고 이온교환막(510)의 리벳 구멍(511)에서 수소가스와 산소가스가 강제 통과하는 것을 방지할 수 있다. 또한 각 압력을 정밀하게 제어하면서 서지탱크(8)의 전해조(6)에 순수(13)를 공급하므로 전해조(6)의 수위가 ±5 mm 로 유지되고 수소가스 발생조부 및 산소가스 발생조부에서 순수(13)가 넘쳐 흐르는 것을 방지할 수 있으며 수소가스와 산소가스의 발생효율을 유지할 수 있다. 또한 개방 부압이 0 Pa에 근사하고 있으므로 전해조(6)의 수위와 발생가스의 압력 관계를 유지하면서 역류를 방지할 수 있다.

(12) 또한, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)에 있어서, 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601)의 각각의 상부 또는 각각의 상부에 연결된 부재는 서지탱크(8)에 급수 시에 수소가스 발생조(602) 및 산소가스 발생조(601)의 각각의 상부에 봉입된 기체를 제거하는 기체 제거부(11)를 갖는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 의하면, 서지탱크(8)에 급수 시에 기체 제거부(11)로부터 전해조(6) 내의 기체가 급수된 양만큼 빠지므로 전해조(6)와 압력 관계를 유지할 수 있다.

(13) 또한, 본 실시형태의 탁상형수소가스 발생장치(1)는, 탁상형수소가스 발생장치(1)를 덮는 보호 케이스(2)를 더 포함하고, 보호 케이스(2)는 수소가스 가압부(7)의 순수(13)를 통과하는 수소가스의 기포(15)를 시인하기 위한 확인창(230)을 갖는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 의하면, 확인창(230)에서 수소가스의 기포(15)를 시인함으로써 보이지 않는 수소가스의 발생을 눈으로 확인할 수 있다.

(14) 또한, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)는, 전기분해판(5)에 인가되는 전류 값에 따라 수소가스의 발생량을 표시하는 수소가스 발생량 미터(4)를 더 포함하는 것이 바람직하다.

본 실시형태에 의하면, 수소가스 발생량 미터(4)를 확인하면서 수소가스의 발생량을 제어할 수 있다.

즉, 본 실시형태의 탁상형 수소가스 발생장치(1)에 의하면, 소형화와 휴대성 문제 등 종래 기술의 여러 가지 문제점을 개선한 새로운 탁상형 수소가스 발생장치(1)를 제공할 수 있다는 효과를 가진다.

또한, 본 발명은 전술한 실시형태 등에 한정되는 것이 아니라, 필요에 따라 다양한 변경이 가능하다.

1: 탁상형 수소가스 발생장치 2: 보호 케이스
3: 정전류 제어회로 4: 수소가스 발생량 미터
5: 전기분해판 6: 전해조
7: 수소가스 가압부 8: 서지탱크
9: 산소가스 가압밸브 10: 역류방지 밸브
11: 기체 제거부 13: 순수
14: 물 15: 기포
101: 역류방지 밸브 통부 102: 역류방지 밸브용 금속볼
103: 대기 개방부 111: 기체제거용 고무마개
112: 기체제거용 고무캡 200: 본체 지지부
201: 하면 패널 202: 정면 패널
203: 배면 패널 210: 커버부
211: 좌측면 패널 212: 우측면 패널
213: 상면 패널 220: 나사
230: 확인창 240: 핸들
250: 통풍구 301: 전원
302: 설정용 볼륨 303: 전원 스위치
304: 확인 램프 500: 한 쌍의 전극판
501: 양극판 502: 음극판
503: 통과 구멍 504: 꼭지각
510: 이온교환막 511: 리벳 구멍
520: 고정부 521: 리벳 축
522: 리벳 머리부 601: 산소가스 발생조
602: 수소가스 발생조 611: 분할 케이스
612: 체결부 621: 산소가스 배출구
622: 수소가스 배출구 710: 수소가스 저장부
711: 용기 712: 저장부용 고무마개
720: 수소가스 중계부 730: 수소가스 취출부
731: 취출용 연결파이프 732: 수소가스 취출구
801: 탱크본체 802: 탱크용 고무마개
803: 배수코크 804: 탱크 연결관
901: 산소가스 가압용 통부 902: 산소가스 가압용 금속볼
903: 천공 고무캡

Claims (14)

1. 액체 및 기체의 통과 구멍을 갖지 않는 이온교환막, 상기 이온교환막의 양면에 각각 밀착하는 한 쌍의 전극판을 갖는 전기분해판,
   상기 전기분해판을 칸막이로 해서 상기 전기분해판에 의해 구획되어, 전기분해의 대상이 되는 순수를 각각 저장하는 수소가스 발생조 및 산소가스 발생조를 갖는 전해조, 및
   상기 산소가스발생조에서 발생하는 산소가스의 가스압을 이용하지 않고 상기 수소가스 발생조에 저장된 상기 순수의 수위가 소정 레벨 이상 상승하는 것을 억제하는 압력으로 상기 수소가스 발생조에서 발생하는 수소가스를 가압하면서 취출하는 수소가스 가압부
   를 포함하는 탁상형 수소가스 발생장치.
2. 액체 및 기체의 통과 구멍을 갖지 않는 이온교환막, 상기 이온교환막의 양면에 각각 밀착하는 한 쌍의 전극판을 갖는 전기분해판,
   상기 전기분해판을 칸막이로 해서 상기 전기분해판에 의해 구획되어, 전기분해의 대상이 되는 순수를 각각 저장하는 수소가스 발생조 및 산소가스 발생조를 갖는 전해조, 및
   상기 수소가스 발생조에서 발생하는 수소가스의 가스압을 이용하지 않고 상기 산소가스 발생조에 저장된 상기 순수의 수위가 소정 레벨 이상 상승하는 것을 억제하는 압력으로 상기 산소가스 발생조에서 발생하는 산소가스를 가압하면서 배출하는 산소가스 가압밸브를 포함하는 탁상형 수소가스 발생장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 수소가스 가압부는,
   소정 수위의 순수를 저장하는 수소가스 저장부,
   상기 수소가스 발생조의 상부에 설치된 수소가스 배출구와 상기 수소가스 저장부의 하부 간을 중계하는 수소가스 중계부, 및
   상기 수소가스 저장부의 상부로부터 상기 수소가스를 취출하는 수소가스 취출부
   를 가지며, 상기 수소가스 저장부에 저장된 상기 순수에 의해 발생하는 소정의 수압에 의해 상기 수소가스를 가압하는 탁상형 수소가스 발생장치.
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 산소가스 가압밸브는,
   상기 산소가스 발생조의 상부에 설치된 산소가스 배출구의 위쪽으로 연장하는 통부, 및
   상기 통부에 내포되어 소정의 압력으로 상기 산소가스 배출구를 막는 금속볼
   을 갖는 탁상형 수소가스 발생장치.
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 전기분해판에 의한 전기분해 정지 시에 상기 수소가스 발생조에서 발생하는 부압을 이용하여 상기 수소가스 발생조를 대기 개방하는 역류방지 밸브를 더 포함하는 탁상형 수소가스 발생장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 역류방지 밸브는,
   대기 개방구, 및
   상기 대기 개방구를 소정 압력으로 막는 금속볼
   을 가지며, 상기 수소가스 배출구 또는 상기 수소가스 중계부에 설치된 탁상형 수소가스 발생장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제

Images