KR101912536B1 - 태양광을 이용한 수소 발생 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일례에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치는 광촉매가 활성화되어 물을 분해하도록 광촉매에 태양광을 조사하여 수소를 발생시키는 수소 발생 장치로서, 내부에 물(H2O) 및 광촉매가 수용되고, 상부에 태양광이 투과 가능한 플레이트가 설치되는 반응조; 및 상기 반응조의 내면에 설치되어 상기 반응조의 내부로 입사된 태양광을 반사시키는 반사판;을 포함한다.
Description
본 발명은 태양광을 이용한 수소 발생 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 태양광을 집광시켜 광촉매능을 향상시킴으로써, 보다 효율적으로 수소를 발생시킬 수 있는 태양광을 이용한 수소 발생 장치에 관한 것이다.
지구환경의 저해 요인 중 하나인 이산화탄소는 화석연료의 사용 또는 탄화수소의 연소에 기인한다. 따라서, 비탄소계 연료를 주축으로 하는 새로운 에너지 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
특히, 수소는 높은 에너지 효율을 가지고 있으며, 지구상에서 가장 풍부한 물질 중의 하나인 물을 분해하여 얻을 수 있어 비탄소계 연료로서 주목을 받고 있다.
물에서 수소를 얻는 방법으로는 물의 전기분해 및 광촉매를 이용한 물의 광분해 반응 등이 존재한다. 이 중, 광촉매를 이용한 물의 광분해 반응은 다양한 광촉매와 태양광 및 물을 서로 작용시켜 물에서 수소를 얻는 것이 가능하다.
그러나, 지금까지 알려진 광촉매의 경우, 태양광을 이용하여 물을 광분해시킴에 있어서, 광분해 효율이 낮아, 상업화가 가능할 정도의 수소를 발생시키지 못하는 문제점이 있다.
따라서, 광촉매를 이용한 물의 광분해 반응에 있어서, 광촉매 활성을 증가시키기 위한 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로써, 태양광을 집광시켜 광촉매의 광분해능을 향상시킴으로써, 보다 효율적으로 수소를 발생시킬 수 있는 수소발생 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
다만, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일례에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치는 광촉매가 활성화되어 물을 분해하도록 광촉매에 태양광을 조사하여 수소를 발생시키는 수소 발생 장치로서, 내부에 물(H2O) 및 광촉매가 수용되고, 상부에 태양광이 투과 가능한 플레이트가 설치되는 반응조; 및 상기 반응조의 내면에 설치되어 상기 반응조의 내부로 입사된 태양광을 반사시키는 반사판을 포함할 수 있다.
상기 반응조로부터 미리 설정된 거리로 이격되어 상기 플레이트로 태양광을 집광시켜 상기 반응조의 내부공간으로 상기 태양광을 조사하는 렌즈; 및 상기 렌즈를 지지하고 태양의 위치에 따라 미리 설정된 각도로 회전하여 상기 렌즈의 중심과 태양의 위치를 일치시키는 지지구조물을 포함하여 이루어지는 태양광 집광부를 더 포함할 수 있다.
상기 렌즈의 직경은 상기 반응조의 폭보다 더 크게 형성될 수 있다.
상기 반응조의 상부에 결합되어 상기 플레이트의 상부를 감싸고, 상측을 향하여 단면의 폭이 점차 좁아지도록 경사진 구조로 형성되어 중앙에 태양광이 통과 가능한 개구부를 형성하며, 상기 지지구조물의 회전각도에 따라 미리 설정된 각도로 회전되어 상기 개구부를 상기 렌즈의 중심에 일치시키는 개폐커버를 더 포함할 수 있다.
상기 개폐커버는 상기 반응조의 상측에 설치되되 상기 지지구조물의 회전방향을 따라 서로 대향 배치되고, 상기 반응조의 외면과 평행하게 배치되는 복수의 고정부; 및 상기 반응조의 상측에 회전 가능하게 설치되어 복수개의 고정부 사이에 배치되고, 상기 지지구조물의 회전방향과 직교하는 방향을 따라 서로 대향 배치되어 상기 지지구조물의 회전각도에 따라 각각 미리 설정된 각도로 회전하여 상기 개구부의 위치를 변경하는 회전부를 포함할 수 있다.
상기 반응조의 내부공간을 향하는 상기 회전부의 일면에는 반사판이 더 설치될 수 있으며, 상기 회전부를 향하는 상기 고정부의 일면에는 반사판이 더 설치될 수 있다.
상기 지지구조물을 지지하고, 미리 설정된 방향 및 각도로 기울어져 상기 렌즈 및 상기 지지구조물을 경사진 상태로 배치시키는 경사조절부를 더 포함할 수 있다.
복수개의 지지구조물 중 어느 하나에 설치되고, 상기 복수개의 지지구조물 중 어느 하나를 수직방향으로 직선 이동시킴과 동시에, 수직방향으로의 직선 이동거리만큼 수평방향으로 직선 이동하여 상기 렌즈를 경사진 상태로 배치시키는 높이조절부를 더 포함할 수 있다.
일자의 경과 및 일출에서 일몰까지의 태양의 이동궤적에 대한 데이터를 기초로 상기 지지구조물의 회전 각도, 상기 회전부의 회전 각도 및 렌즈와 지지구조물의 경사 각도를 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.
상술한 본 발명에 의할 경우, 광촉매가 수용된 반응조 내부에 반사판을 설치하여, 반사판을 통하여 태양광을 반사시킴으로써, 광촉매능을 향상시켜, 수소 발생 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 렌즈를 이용하여 광촉매가 수용된 반응조의 내부로 태양광을 집광시킴으로써, 광촉매능을 향상시키고, 이를 통해 수소 발생 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 렌즈를 지지하고 있는 지지구조물을 일출에서 일몰까지의 태양의 이동궤적에 따라 회전시켜, 태양광 집광 효율을 보다 향상시킴으로써, 수소 발생 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 반응조 상부에 개폐커버를 설치하고, 개폐커버의 회전부를 태양의 이동궤적에 따라 회전시켜 태양이 위치와 렌즈의 초점 및 개구부를 일치시킴으로써, 태양광의 집광효율을 극대화하여 수소 발생 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한 일자의 경과에 따른 태양의 이동궤적 변화에 따라 태양광 집광부의 경사각도를 조절함으로써, 태양광의 집광효율을 극대화하여 수소 발생 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
다만, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 명세서에서 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어서 해석되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 작동과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치에서 제어부와 각 구동요소 간의 연결 관계를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 작동과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치에서 제어부와 각 구동요소 간의 연결 관계를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 발명에서 제시된 기술적 과제 또는 효과는 특정 실시예가 이를 전부 포함하여야 한다거나 그러한 효과만을 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이며, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
제1
실시예의
구성
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예의 구성을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치는 광촉매가 활성화되어 물을 분해하도록 광촉매에 태양광을 조사하여 수소를 발생시키는 수소 발생 장치로서, 반응조(10)를 포함한다.
반응조(10)는 육면체 또는 정육면체 구조로 형성되어 내부에 물(H2O) 및 광촉매가 수용되고, 상부에 태양광이 투과 가능한 플레이트(11)가 설치된다.
따라서, 플레이트(11) 측으로 태양광이 조사될 경우, 반응조(10)에서는 태양광에 의해 광촉매가 활성화되고, 이를 통해 활성화된 광촉매에 의해 물이 광분해 됨으로써 수소(H2)가 발생된다. 예컨대, 플레이트(11)는 태양광이 투과 가능할 수 있도록 투명재질로 형성되고, 반응조(10)에서 발생된 수소 및 산소가 유출되는 것을 방지하기 위하여 비통기성을 소재로 형성될 수 있다.
여기서, 반응조(10)에 수용된 광촉매로는 Pt, Au, Ag, Pd 등의 귀금속 또는 이산화티탄, 루테늄, 티타늄 옥사이드와 같은 전이금속 산화물이나 비금속 산화물 등 다양한 광촉매가 사용될 수 있으며, 특별히 제한하지는 않는다.
반응조(10)에서 발생된 수소 및 산소는 반응조(10)에 연결된 분리기(80)로 전달되어 분리된 후, 개별적으로 해당 저장용기(90)에 저장될 수 있다. 이때, 반응조(10)와 분리기(80), 분리기(80)와 각 저장용기(90) 사이에는 밸브가 설치될 수 있다. 참고로, 반응조(10)에서 일어나는 태양광에 의한 광촉매의 물 분해 반응은 통상의 기술자에게 자명하게 이해될 수 있는 사항이므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
앞선 설명에서 반응조(10)는 육면체 또는 정육면체의 형상을 예시하여 설명하였으나, 반응조(10)의 형상은 이에 한정되지 않는다. 즉 반응조(10)는 원통형 및 다양한 다면체의 형상으로 이루어질 수도 있으며, 이는 이하의 실시예에서도 동일하다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치는 반사판(20)을 포함한다.
반사판(20)은 반응조(10)의 내면에 설치되어 반응조(10)의 내부로 입사된 태양광을 반사시킨다.
반사판(20)은 반응조(10)의 내벽에 패널(panel) 형태로 부착되어 설치되거나, 반응조(10)의 내면에 반사율이 높은 재질을 이용하여 코팅 또는 증착되어 형성될 수 있다. 그러나, 반사판(20)은 이에 한정되지 않고, 동일한 작용을 수행할 수 있는 조건에서 다양한 형태로 변경되어 적용될 수 있다.
따라서, 플레이트(11)를 통해 반응조(10)의 내부에 태양광이 입사될 경우, 반사판(20)은 반응조(10) 내부로 입사된 태양광을 반사시킬 수 있다. 아울러, 반응조(10) 내부의 광촉매는 반사되는 태양광에 의해 광분해능이 더욱 향상되고, 이에 따라 물을 더욱 효과적으로 분해시켜 수소 발생 효율을 향상시킬 수 있다.
제2
실시예의
구성
이하에서는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치에 대하여 설명하기로 한다.
참고로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치를 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 본 발명의 제1 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치를 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하고, 동일하거나 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치는 육면체 또는 정육면체 구조로 형성되어 내부에 물(H2O) 및 광촉매가 수용되고, 상부에 태양광이 투과 가능한 플레이트(11)가 설치되는 반응조(10) 및 반응조(10)의 내면에 설치되어 반응조(10)의 내부로 입사된 태양광을 반사시키는 반사판(20)을 포함한다.
또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치는 반응조(10)로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 플레이트(11)로 태양광을 집광시키는 태양광 집광부(30)를 포함한다.
상기 태양광 집광부(30)는 렌즈(31) 및 렌즈(31)를 지지하는 복수개의 지지구조물(33)을 포함할 수 있다.
렌즈(31)는 반응조(10)로부터 미리 설정된 거리에 이격 배치되고, 플레이트(11)로 태양광을 집광시켜 반응조(10)의 내부공간으로 태양광을 조사할 수 있다. 예컨대, 렌즈(31)는 태양광을 집광시킬 수 있도록 볼록렌즈(31)로 형성될 수 있다. 그러나 렌즈(31)는 이에 한정되지 않고 동일한 작용을 수행하는 조건 내에서 다른 형태로 변경되어 적용될 수 있다.
또한, 렌즈(31)는 더 많은 양의 태양광을 반응조(10)로 전달할 수 있도록 반응조(10)보다 더 큰 크기로 형성될 수 있다. 예컨대, 렌즈(31)의 직경(a)은 반응조(10)의 폭(b)보다 더 크게 형성됨으로써, 보다 많은 양의 태양광을 광촉매에 공급하여 광촉매능을 향상시킬 수 있다.
복수개의 지지구조물(33)은 렌즈(31)를 지지하고 태양의 위치에 따라 미리 설정된 각도로 회전하여 렌즈(31)의 중심과 태양의 위치를 일치시킬 수 있다.
복수개의 지지구조물(33)은 도 2에 도시된 바와 같이, 반응조(10)의 폭 방향을 따라 반응조(10)의 일 측 및 타 측에 각각 배치되어 렌즈(31)의 양 단부를 지지하고, 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 태양의 위치(일출에서 일몰까지의 의치)에 따라 미리 설정된 각도로 회전하여 렌즈(31)의 중심과 태양의 위치를 일치시킨다. 또한, 각 지지구조물(33)의 일 측은 렌즈(31)의 단부에 결합되고, 각 지지구조물(33)의 타 측은 동력전달구조(미도시)가 적용되어 별도의 동력수단(미도시)과 결합될 수 있다. 따라서, 후술할 제어부(70)로부터 동력수단에 제어명령이 전달될 경우, 동력수단은 제어명령에 따라 지지구조물(33)을 미리 설정된 각도로 회전시키게 된다. 참고로, 도 2에서는 지지구조물(33)이 지면으로부터 소정 거리 이격된 위치를 회전중심으로 하여 회전 가능한 구조로 적용되어 있으나, 지지구조물(33)은 이에 한정되지 않고, 렌즈(31)의 회전시 태양광이 집광되는 위치를 고려하여 다양한 위치를 회전중심으로 회전되도록 설계 변경될 수 있다. 예컨대, 각 지지구조물(33)과 동력수단은 기어 등과 같은 연결구조를 통하여 회전 가능하게 연결될 수 있고, 동력수단은 모터 또는 유/공압을 이용한 액추에이터 장치로 구비될 수 있다. 그러나, 지지구조물(33)과 동력수단의 결합구조 및 동력수단의 구성은 상기한 구성에 한정되지 않고, 동일한 작용을 수행할 수 있는 조건에서 다양한 형태로 변경되어 적용될 수 있다.
제3
실시예의
구성
이하에서는 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치에 대하여 설명하기로 한다.
참고로, 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치를 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 본 발명의 제1 및 제2 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치를 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하고, 동일하거나 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 3은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 작동과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치는 육면체 또는 정육면체 구조로 형성되어 내부에 물(H2O) 및 광촉매가 수용되고, 상부에 태양광이 투과 가능한 플레이트(11)가 설치되는 반응조(10), 반응조(10)의 내면에 설치되어 반응조(10)의 내부로 입사된 태양광을 반사시키는 반사판(20) 및 반응조(10)로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 플레이트(11)로 태양광을 집광시키는 태양광 집광부(30)를 포함한다.
또한, 본 발명의 제3 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치는 반응조(10)의 상부에 결합되어 개구부(40a)를 형성하는 개폐커버(40)를 포함한다.
상기 개폐커버(40)는 반응조(10)의 상부에 결합되어 플레이트(11)의 상부를 감싸고, 도 4에 도시된 바와 같이 상측을 향하여 단면의 폭이 점차 좁아지도록 경사진 구조로 형성되며, 중앙에는 태양광이 통과 가능한 개구부(40a)가 형성될 수 있다. 따라서, 개구부(40a)를 통해 반응조(10)의 내부로 입사된 태양광은 반사판(20)에 반사된 후, 외부로 바로 배출되지 않고, 장시간동안 반사가 진행 될 수 있다.
또한, 개폐커버(40)는 지지구조물(33)의 회전각도에 따라 미리 설정된 각도로 회전되어 개구부(40a)를 렌즈(31)의 중심에 일치시킬 수 있다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 개폐커버(40)는 복수개의 고정부(41)와 복수개의 회전부(43)를 포함할 수 있다.
복수개의 고정부(41)는 도 3에 도시된 바와 같이, 반응조(10)의 상측에 고정된 상태로 설치되어 지지구조물(33)의 회전방향(도 3의 Y축 방향)을 따라 서로 대향 배치되고, 반응조(10)의 외면과 평행하게 배치될 수 있다. 여기서, 회전부(43)를 향하는 고정부(41)의 일면에는 반사판(20)이 설치될 수 있다.
그리고, 복수개의 회전부(43)는 도 3 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 반응조(10)의 상측에 회전 가능한 상태로 설치되어 복수개의 고정부(41) 사이에 배치되고, 지지구조물(33)의 회전방향(도 3의 X축 방향)과 직교하는 방향을 따라 서로 대향 배치될 수 있다. 따라서, 지지구조물(33)이 소정의 각도로 회전될 경우, 복수개의 회전부(43)는 지지구조물(33)의 회전각도에 따라 각각 미리 설정된 각도로 회전하여 개구부(40a)의 위치를 변경하고, 이를 통해 개구부(40a)를 렌즈(31)의 중심에 일치시킬 수 있다. 여기서, 반응조(10)의 내부공간을 향하는 회전부(43)의 일면에는 반사판(20)이 설치될 수 있다.
또한, 각 회전부(43)는 반응조(10)의 상측에 힌지수단을 통하여 회전 가능하게 결합되고, 0 ~ 180도 사이의 각도로 회전 가능할 수 있다. 또한, 도면에는 도시되지 않았으나, 고정부(41)에는 회전부(43)의 회전방향을 따라 가이드홈이 형성되고, 회전부(43)에는 가이드홈에 수용되어 회전부(43)가 회전될 경우 가이드홈을 따라 이동하는 가이드돌기가 형성될 수 있다.
한편, 회전부(43)에는 후술할 제어부(70)의 제어명령에 따라 각 회전부(43)를 회전시키는 동력장치(미도시)가 연결될 수 있다.
상기 동력장치(미도시)는 회전부(43)를 회전시킬 수 있는 것이라면 어느 것을 사용하여도 무방하며, 회전부(43)를 회전시킬 수 있는 동력장치 자체는 공지의 기술이므로 이의 상세한 설명은 생략한다.
제4
실시예의
구성
이하에서는 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치에 대하여 설명하기로 한다.
참고로, 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치를 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 본 발명의 제1 내지 제3 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치를 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하고, 동일하거나 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치는 육면체 또는 정육면체 구조로 형성되어 내부에 물(H2O) 및 광촉매가 수용되고, 상부에 태양광이 투과 가능한 플레이트(11)가 설치되는 반응조(10), 반응조(10)의 내면에 설치되어 반응조(10)의 내부로 입사된 태양광을 반사시키는 반사판(20), 반응조(10)로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 플레이트(11)로 태양광을 집광시키는 태양광 집광부(30) 및 반응조(10)의 상부에 결합되어 개구부(40a)를 형성하는 개폐커버(40)를 포함한다.
또한, 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치는 복수개의 지지구조물(33)을 경사진 상태로 배치시키는 경사조절부(50)를 포함한다.
경사조절부(50)는 지지구조물(33)을 지지하고, 미리 설정된 방향 및 각도로 기울어져 렌즈(31) 및 지지구조물(33)을 경사진 상태로 배치시킬 수 있다. 예컨대, 경사조절부(50)는 복수개의 지지구조물(33)을 지지하는 지지프레임(51)과, 상기 지지프레임(51)에 결합되어 상기 지지프레임(51)의 일측을 상승 또는 하강시켜 경사각도를 조절할 수 있는 하나 이상의 경사조절부재(55)를 포함할 수 있다. 상기 경사조절부재(55)는 엑츄에이터와 같은 구동장치를 포함할 수 있다. 상기와 같은 경사조절부재(55)의 동작에 의하여 렌즈(31) 및 지지구조물(33)은 미리 설정된 방향 및 각도로 경사지게 배치될 수 있다. 따라서 계절의 변화 및 일자의 경과에 따라 태양의 이동궤적이 변화하는 경우에도 태양의 위치와 렌즈(31)의 초점과 개구부(40a)의 위치를 정렬시킬 수 있으므로, 태양광의 집광효율을 보다 향상시켜, 효율적으로 수소를 발생시킬 수 있다.
도 9를 참조하면, 경사조절부(50)는 지지구조물(33) 및 회전부(43)와 함께 제어부(70)에 전기적으로 연결되고, 제어부(70)의 제어명령에 따라 구동될 수 있다. 즉, 경사조절부(50)는 일자의 경과에 따른 태양의 이동궤적에 대한 데이터를 기초로 생성된 제어부(70)의 제어명령에 따라 지지구조물(33) 및 회전부(43)와 함께 제어되어, 렌즈(31)를 경사진 상태로 배치시킨다.
한편, 본 발명의 제4 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치는 제어부(70)를 더 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 제어부(70)는 일자의 경과 및 일출에서 일몰까지의 태양의 이동궤적에 대한 데이터를 기초로 지지구조물(33) 및 회전부(43)에 제어명령을 전달하여 지지구조물(33) 및 회전부(43)의 회전 각도를 제어할 수 있고, 경사조절부(50)에 제어명령을 전달하여 경사 각도를 제어할 수 있다. 예컨대, 제어부(70)는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같이 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로 구현될 수 있으며, 일자의 경과 및 시간의 변화(일출에서 일몰까지)에 따른 태양의 위치가 미리 저장 가능한 메모리를 더 포함할 수 있다.
제5
실시예의
구성
이하에서는 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치에 대하여 설명하기로 한다.
참고로, 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치를 설명하기 위한 각 구성에 대해서는 설명의 편의상 본 발명의 제1 내지 제4 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치를 설명하면서 사용한 도면부호를 동일하게 사용하고, 동일하거나 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 8은 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치의 구성을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치에서 제어부(70)와 각 구동요소 간의 연결 관계를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치는 육면체 또는 정육면체 구조로 형성되어 내부에 물(H2O) 및 광촉매가 수용되고, 상부에 태양광이 투과 가능한 플레이트(11)가 설치되는 반응조(10), 반응조(10)의 내면에 설치되어 반응조(10)의 내부로 입사된 태양광을 반사시키는 반사판(20), 반응조(10)로부터 미리 설정된 거리만큼 이격되어 플레이트(11)로 태양광을 집광시키는 태양광 집광부(30) 및 반응조(10)의 상부에 결합되어 개구부(40a)를 형성하는 개폐커버(40)를 포함한다.
또한, 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치는 높이조절부(60)를 포함한다.
높이조절부(60)는 복수개의 지지구조물(33) 중 어느 하나에 설치되고, 태양의 위치에 따라 복수의 지지구조물(33) 중 어느 하나를 수직방향으로 직선 이동시킴과 동시에, 수직방향으로의 직선 이동거리만큼 수평방향으로 직선 이동하여 렌즈(31)를 경사진 상태로 배치시킬 수 있다. 예컨대, 높이조절부(60)는 일 측에 배치된 지지구조물(33)을 지지하는 제1 높이조절부재(61)와, 타 측에 배치된 지지구조물(33)을 지지하는 제2 높이조절부재(63)를 포함할 수 있다. 또한, 높이조절부(60)에는 지지구조물(33)을 상하방향으로으로 이동시킬 수 있는 구동장치와 지지구조물(33)을 좌우방향으로 이동시킬 수 있는 구동장치가 구비될 수 있다. 여기서, 구동장치는 액추에이터 또는 모터 등으로 적용될 수 있다.
도 9를 참조하면, 높이조절부(60)는 지지구조물(33) 및 회전부(43)와 함께 제어부(70)에 전기적으로 연결되고, 제어부(70)의 제어명령에 따라 구동될 수 있다.
상기 높이조절부(60)는 일자의 경과에 따른 태양의 이동궤적에 대한 데이터를 기초로 생성된 제어부(70)의 제어명령에 따라 지지구조물(33) 및 회전부(43)와 함께 제어되어, 태양광 집광부(30)를 경사진 상태로 배치시킨다. 즉, 상기 높이조절부(60)는 제4 실시예의 경사조절부(50)와 유사한 기능을 수행하여 수소 발생 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 제5 실시예에 따른 태양광을 이용한 수소 발생 장치는 제어부(70)를 더 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 제어부(70)는 일자의 경과 및 일출에서 일몰까지의 태양의 이동궤적에 대한 데이터를 기초로 지지구조물(33) 및 회전부(43)에 제어명령을 전달하여 지지구조물(33) 및 회전부(43)의 회전 각도를 제어할 수 있고, 높이조절부(60)에 제어명령을 전달하여 경사 각도를 제어할 수 있다. 예컨대, 제어부(70)는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같이 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로 구현될 수 있으며, 일자의 경과 및 시간의 변화(일출에서 일몰까지)에 따른 태양의 위치가 미리 저장 가능한 메모리를 더 포함할 수 있다.
이처럼 본 발명의 실시예에 따르면, 광촉매가 수용된 반응조(10) 내부에 반사판(20)을 설치하여, 반사판(20)을 통하여 태양광을 반사시킴으로써, 광촉매능을 향상시켜, 수소 발생 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 렌즈(31)를 이용하여 광촉매가 수용된 반응조(10)의 내부로 태양광을 집광시킴으로써, 광촉매능을 향상시키고, 이를 통해 수소 발생 효율을 향상시킬 수 있다.
또한 렌즈(31)를 지지하고 있는 지지구조물(33)을 일출에서 일몰까지의 태양의 이동궤적에 따라 회전시켜, 태양광 집광 효율을 보다 향상시킴으로써, 수소 발생 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 반응조(10) 상부에 개폐커버(40)를 설치하고, 개폐커버의 회전부(43)를 태양의 이동궤적에 따라 회전시켜 태양이 위치와 렌즈(31) 및 개구부(40a)를 일치시킴으로써, 태양광의 집광효율을 극대화하여 수소 발생 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
또한 일자의 경과에 따른 태양의 이동궤적 변화에 따라 태양광 집광부(30)의 경사각도를 조절함으로써, 태양광의 집광효율을 극대화하여 수소 발생 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명은 당업자가 본 발명을 구현하고 실시할 수 있도록 제공되었다. 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 본 발명의 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어, 당업자는 상술한 실시예들에 기재된 각 구성을 서로 조합하는 방식으로 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다.
본 발명은 본 발명의 정신 및 필수적 특징을 벗어나지 않는 범위에서 다른 특정한 형태로 구체화될 수 있다. 따라서, 상기의 상세한 설명은 모든 면에서 제한적으로 해석되어서는 아니 되고 예시적인 것으로 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항의 합리적 해석에 의해 결정되어야 하고, 본 발명의 등가적 범위 내에서의 모든 변경은 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명은 여기에 나타난 실시형태들에 제한되려는 것이 아니라, 여기서 개시된 원리들 및 신규한 특징들과 일치하는 최광의 범위를 부여하려는 것이다. 또한, 특허청구범위에서 명시적인 인용 관계가 있지 않은 청구항들을 결합하여 실시 예를 구성하거나 출원 후의 보정에 의해 새로운 청구항으로 포함할 수 있다.
10. 반응조
11. 플레이트
20. 반사판
30. 태양광 집광부
31. 렌즈
33. 지지구조물
40. 개폐커버 40a. 개구부
41. 고정부
43. 회전부
50. 경사조절부
51. 지지프레임
55. 경사조절부재
60. 높이조절부
61. 제1 높이조절부재
63. 제2 높이조절부재
70. 제어부
80. 분리기
90. 저장용기
11. 플레이트
20. 반사판
30. 태양광 집광부
31. 렌즈
33. 지지구조물
40. 개폐커버 40a. 개구부
41. 고정부
43. 회전부
50. 경사조절부
51. 지지프레임
55. 경사조절부재
60. 높이조절부
61. 제1 높이조절부재
63. 제2 높이조절부재
70. 제어부
80. 분리기
90. 저장용기
Claims (10)
- 광촉매가 활성화되어 물을 분해하도록 광촉매에 태양광을 조사하여 수소를 발생시키는 수소 발생 장치로서,
내부에 물(H2O) 및 광촉매가 수용되고, 상부에 태양광이 투과 가능한 플레이트가 설치되는 반응조;
상기 반응조의 내면에 설치되어 상기 반응조의 내부로 입사된 태양광을 반사시키는 반사판;
상기 반응조로부터 미리 설정된 거리로 이격되어 상기 플레이트로 태양광을 집광시켜 상기 반응조의 내부공간으로 상기 태양광을 조사하는 렌즈;
상기 렌즈를 지지하고 태양의 위치에 따라 미리 설정된 각도로 회전하여 상기 렌즈의 중심과 태양의 위치를 일치시키는 지지구조물; 및
상기 반응조의 상부에 결합되어 상기 플레이트의 상부를 감싸고, 상측을 향하여 단면의 폭이 점차 좁아지도록 경사진 구조로 형성되어 중앙에 태양광이 통과 가능한 개구부를 형성하며, 상기 지지구조물의 회전각도에 따라 미리 설정된 각도로 회전되어 상기 개구부를 상기 렌즈의 중심에 일치시키는 개폐커버;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 수소 발생 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 렌즈의 직경은 상기 반응조의 폭보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 수소 발생 장치.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 개폐커버는,
상기 반응조의 상측에 설치되되 상기 지지구조물의 회전방향을 따라 서로 대향 배치되고, 상기 반응조의 외면과 평행하게 배치되는 복수의 고정부; 및
상기 반응조의 상측에 회전 가능하게 설치되어 복수개의 고정부 사이에 배치되고, 상기 지지구조물의 회전방향과 직교하는 방향을 따라 서로 대향 배치되어 상기 지지구조물의 회전각도에 따라 각각 미리 설정된 각도로 회전하여 상기 개구부의 위치를 변경하는 회전부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 수소 발생 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 반응조의 내부공간을 향하는 상기 회전부의 일면에는 반사판이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 수소 발생 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 회전부를 향하는 상기 고정부의 일면에는 반사판이 더 설치되는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 수소 발생 장치.
- 제5항에 있어서,
상기 지지구조물을 지지하고, 미리 설정된 방향 및 각도로 기울어져 상기 렌즈 및 상기 지지구조물을 경사진 상태로 배치시키는 경사조절부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 수소 발생 장치.
- 제5항에 있어서,
복수개의 지지구조물 중 어느 하나에 설치되고, 상기 복수개의 지지구조물 중 어느 하나를 수직방향으로 직선 이동시킴과 동시에, 수직방향으로의 직선 이동거리만큼 수평방향으로 직선 이동하여 상기 렌즈 및 상기 지지구조물을 경사진 상태로 배치시키는 높이조절부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 수소 발생 장치.
- 제8항 또는 제9항에 있어서,
일자의 경과 및 일출에서 일몰까지의 태양의 이동궤적에 대한 데이터를 기초로 상기 지지구조물의 회전 각도, 상기 회전부의 회전 각도 및 렌즈와 지지구조물의 경사 각도를 제어하는 제어부;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 태양광을 이용한 수소 발생 장치.
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| KR1020170095275A KR101912536B1 (ko) | 2017-07-27 | 2017-07-27 | 태양광을 이용한 수소 발생 장치 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114904475A (zh) * | 2022-05-27 | 2022-08-16 | 东北电力大学 | 一种涡旋进样光催化分解水制氢装置及涡轮式进样方法 |
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2017
- 2017-07-27 KR KR1020170095275A patent/KR101912536B1/ko active IP Right Grant
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