KR102043822B1 - 전기분해를 이용한 급속 증기 발생 장치 - Google Patents

Abstract

전기분해를 이용한 급속 증기 발생 장치가 개시된다.
본 발명은 수평상으로 밀폐된 단면을 형성하며, 전기분해를 발생시키기 위한 전극단자가 소정부위에 결합되는 제1 전극(110)과; 상기 제1 전극(110)과 일정한 간격을 두고 수평상으로 밀폐된 단면을 형성하면서 상기 제1 전극(110) 사이에서 전기분해가 발생되는 영역(A)과, 상기 전기분해가 발생되는 영역(A)으로부터 증기가 발생되는 영역(B)을 형성한다. 또한 전기분해를 발생시키기 위한 전극단자가 소정부위에 결합되는 적어도 다른 하나의 제2 전극(120)을 포함하여 전기분해에 의한 유체의 흐름이 하부에서 상부로 이동하게 되어 전해장치의 구조가 간단하게 되고, 유체의 맥동에 의한 진동과 소음이 방지되면서 공급된 유체로부터 대량의 증기를 효율적으로 생산할 수 있게 된다.

Description

전기분해를 이용한 급속 증기 발생 장치{Rapid steam generator using electrolysis}

본 발명은 증기 발생 장치에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 내부전극과 외부전극 사이의 공간으로 유체를 연속적으로 공급하면서 유체의 전기분해에 의해 기체와 이온이 생성 및 재결합되는 과정이 반복되며 증기를 발생시키는 장치에 있어서, 전기분해에 의한 유체의 흐름이 하부에서 상부로 직선 이동하는 단일 채널 구조를 통해 유체를 이동시키면서 유체를 가열시킴으로써 전해장치의 구조가 간단하게 되고, 유체의 맥동에 의한 진동과 소음이 방지되면서 공급된 유체로부터 대량의 증기를 효율적으로 생산할 수 있게 되는 전기분해를 이용한 급속 증기 발생 장치에 관한 것이다.

일반적으로 유체를 가열하는 방법은 전기 보일러, 전극, 보일러, 열수발생장치 및 와류 가열장치가 있다.

전기 보일러는 전기 보일러에서 유체를 가열하는 방식은 온수 탱크에 발열체를 설치하고, 상기 발열체에 전원을 인가하여 전기 저항에 의해 발생하는 열을 이용하여 유체를 가열하게 되는 것이다.

전극 보일러는 전기 보일러와 달리 발열체를 이용하지 아니하는 것으로. 전극에 진동전류를 흘려 이온 이동에 의한 전류로 유체를 가열할 수 있게 되는 것이다.

열수발생장치는 여러 개의 홈이 파인 디스크나 원통의 회전으로 발생하는 캐비테이션에 의해 열을 발생시키며, 와류 가열 장치는 유체의 강제 흐름으로 와류를 발생시켜 열을 발생시키는 와류 가열 장치가 있다.

전극보일러는 유체 자체의 이온 전도와 제약적인 전기 흐름으로 열이 발생하게 됨에 따라 높은 동작 전류가 필요하고, 전기 분해 과정에서 전극 표면이 빠르게 부식됨으로써 높은 열발생 효율을 기대할 수 없는 것이다.

열수발생장치나 와류가열장치는 발생하는 열에 해당하는 운동 에너지를 생성하기 위해 비교적 큰 동력 장치를 필요로 하므로 장치의 제작 비용이 고가이고, 진동과 소음이 큰 단점이 있다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 전기분해를 이용하여 열을 발생시키는 열 발생 장치가 제안되었다.

도 1은 전기분해를 이용하여 열을 발생시키는 장치를 나타내고 있다.

이 도면에서 보듯이, 상기 전기분해를 이용한 열 발생 장치는 가열될 유체를 저장하며 일정량의 유체를 공급하는 수조(10)와, 구형체로 형성되어 상기 수조(10)의 내부 공간에 설치되는 내부전극(11)과, 상기 내부전극(11)과 일정한 간격을 유지하는 구형체로 형성되며 내부전극(11)의 외부를 감싸는 외부전극(12)으로 구성된다.

그리고 상기 외부전극(12)의 표면에는 다수의 구멍(13)이 형성되어 상기 수조(10)에 채워진 물이 상기 구멍(13)을 통해 내부전극(11)의 외표면과 외부전극(12) 내표면 사이의 공간으로 유입되게 되는 것이다.

이와 같은 상태에서 상기 내부전극(11)과 외부전극(12)에 전원을 인가하면 내부전극(11)의 외표면과 외부전극(12)의 내표면 사이의 공간에서 물의 전기분해가 이루어지면서 기체와 이온이 생성 및 재결합되는 과정이 반복되며 열이 발생하게 되는 것이다.

전기분해를 이용하여 열을 발생시키는 전해장치에서 상기 내부전극(11)과 외부전극(12)은 원활한 전기분해가 가능하도록 서로 일정한 거리가 유지되어야 한다.

그러나 종래의 구조의 전해장치에서는 내부전극(11)과 외부전극(12)이 구형체로 형성됨에 따라서 내부전극과 외부전극의 제작하기가 어렵고, 전극 사이의 전극간 치수 정밀도를 유지하기 어려운 구조적인 문제점이 있는 것이었다.

또한 유체의 공급이 외부전극(12)에 형성된 구멍(13)을 통하여 이루어지게 되고, 가열된 유체의 이동은 구면체인 내부전극(11)과 외부전극(12)이 형성하는 곡선 이동 경로를 따라 이루어지게 됨으로 가열된 유체의 순환이 원활하지 못하여 수조 내부에 저장된 물을 일정한 온도로 가열하기까지 시간과 전력이 불필요하게 많이 소요되고 열손실이 과도하게 발생하는 문제점이 있었다.

JP 2008536080 A KR 10-0346834 B1 KR 10-1991-0013323 A

본 발명은 종래 전기분해를 이용하여 열을 발생시키는 열 발생 장치에서의 문제점을 해결하여 전기분해에 의한 유체의 흐름이 하부에서 상부로 직선 이동하는 단일 채널 구조를 통해 이루어지면서 유체를 가열시킴으로써 전해장치의 구조가 간단하게 되고, 유체의 가열 및 증기 발생 중 진동과 유체의 맥동에 의한 소음이 방지되면서 공급된 유체로부터 대량의 증기를 효율적으로 생산할 수 있게 되는 전기분해를 이용한 급속 증기 발생 장치를 제공하고자 한다.

본 발명이 의도하는 목적을 달성하기 위한 기술적인 특징은 전극 사이의 공간에서 유체의 전기분해에 의해 기체와 이온의 생성및 재결합이 반복되면서 유체가 가열되는 전기분해를 이용한 증기 발생 장치에 있어서, 순환되는 유체가 저장되는 유체공급탱크와; 상기 유체공급탱크로부터 유체를 이송시키는 정량공급펌프와; 상기 정량공급펌프와 유체유입관으로 연결되는 전해장치와; 상기 전해장치와 증기배출관으로 연결되어 열교환이 이루어지는 라디에이터; 그리고 상기 정량공급펌프 및 상기 전해장치의 전원을 제어하는 제어부를 포함하는 것이다.

본 발명의 기술적 특징에 의하면, 전극 사이의 공간에서 유체의 전기분해에 의해 기체와 이온의 생성및 재결합이 반복되면서 유체가 가열되는 전기분해를 이용한 증기 발생 장치에 있어서, 전도성 재질로 형성되면서 수평상으로 밀폐된 단면을 형성하며, 전기분해를 발생시키기 위한 전극단자가 소정부위에 결합되는 제1 전극(110)과; 전도성 재질로 형성되면서 상기 제1 전극(110)과 일정한 간격을 두고 수평상으로 밀폐된 단면을 형성하며, 상기 제1 전극(110) 사이에서 전기분해가 발생되는 영역(A)을 형성하며 전기분해를 발생시키기 위한 전극단자가 소정부위에 결합되는 적어도 다른 하나의 제2 전극(120)을 포함하여 유체가 하부로부터 상부로 흐르도록 이루어지되, 상기 제1 전극(110)과 상기 제2 전극(120) 중에서 적어도 어느 하나는, 하부에서 전기분해가 발생되는 영역(A)으로 유체를 공급하기 위한 유입구(140)를 구비하고, 전기분해가 발생되는 영역(A)으로부터 상부 영역에 증기 발생 영역(B)을 구비하여 전기분해 영역(A)으로부터 생성된 증기를 분리할 수 있게 되면서, 상기 증기 발생 영역(B)의 상부 중앙으로부터 증기를 배출시키기 위한 배출구(150a)를 구비하며, 상기 증기 발생 영역(B)은, 상기 케이싱(130)을 포함하는 절연체에 의해 형성되는 영역 내에서, 상기 제1 전극(110)과 케이싱(130)을 형성하는 절연체에 의해 형성되는 영역 내에 이루어지되, 상기 제2 전극(120)의 상부가 아치형으로 형성되면서 상기 제1 전극(110)과 대향하며 상기 배출구(150a)를 제외한 부위가 밀폐된 공간을 형성하며 제1 전극(110)과 제2 전극(120)에 의해 형성되는 영역 내에 이루어지는 것을 포함하는 것이다.

삭제

삭제

삭제

삭제

삭제

본 발명의 기술적 특징에 의하면, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 원기둥의 단면을 형성하는 것을 포함한다.

본 발명의 기술적 특징에 의하면, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극이 사각형의 단면을 형성하는 것을 포함한다.

본 발명에 의하면, 전기분해에 의한 유체의 흐름이 하부에서 상부로 직선 이동하는 단일 채널 구조를 통해 유체를 이동시키면서 유체를 가열시킴으로써 제1 전극과 제2 전극으로 이루어지는 전해장치의 구조가 간단하게 되어 제작 및 설치가 용이하게 된다.

또한 전기분해에 의한 유체의 흐름이 하부에서 상부로 직선 이동하는 단일 채널 구조를 통해 가열된 유체를 이동시키게 됨으로써 진동과 유체의 맥동에 의한 진동과 소음이 방지되는 효과가 있다.

또한 유체의 흐름이 하부에서 상부로 직선 이동하는 구조를 통해 열손실이 최소화되고, 가열 효율이 극대화되어 공급된 유체로부터 대량의 증기를 효율적으로 생산할 수 있는 전기분해를 이용한 급속 증기 발생 장치를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 종래 전기분해를 이용한 온수가열장치로,
(A)는 시스템 블록도.
(B)는 내부전극과 외부전극의 단면도.
도 2는 본 발명의 전기분해를 이용한 급속 증기 발생 장치의 종단면도.
도 3은 본 발명의 전기분해를 이용한 급속 증기 발생 장치의 횡단면도.
도 4는 본 발명의 전기분해를 이용한 급속 증기 발생 장치의 다른 실시예를 나타낸 종단면도.
도 5는 본 발명의 전기분해를 이용한 급속 증기 발생 장치의 또 다른 실시예를 나타낸 종단면도.
도 6은 본 발명의 전기분해를 이용한 급속 증기 발생 장치가 적용된 난방시스템의 개략도.

본 발명의 특징과 장점은 첨부된 도면에 의해 설명되는 실시예에 의해 더욱 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 전에, 다음의 실시예에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열에 의해 본 발명의 응용이 제한되는 것이 아니다. 본 발명은 다른 실시예 들로 구현될 수 있고, 다양한 방법으로 수행될 수 있다. 또한 장치 또는 요소의 방향 등과 같은 용어들에 관하여 실시예에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되며, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다. 예를 들면, "제1", "제2"와 같은 용어가 본 발명을 설명하는 실시예와 청구항에 사용되는데, 이러한 용어가 상대적인 중요성 또는 취지를 나타내거나 의미하는 것으로 의도되지 않는다.

또한 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 발명자가 발명의 용어와 개념을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념에 입각하여 기재한 것으로 해석하여야 한다.

따라서 본 발명은 제시되는 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 특허청구범위에 기재된 기술사상의 균등한 범위 내에서 다양한 수정 및 변경이 가능하다.

다음에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명의 전기분해를 이용한 급속 증기 발생 장치의 종단면도이고, 도 3은 본 발명의 전기분해를 이용한 급속 증기 발생 장치의 횡단면도를 보여주고 있다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 급속 증기 발생 장치(100)는 제1 전극(110), 제2 전극(120) 및 케이싱(130)을 포함하여 구성된다.

상기 제1 전극(110)은 전도성 금속 재질로 되면서, 전체적으로 원통형상, 또는 사각형상으로 제작된다. 도 3은 제1 전극(110)이 원통형상으로 형성되는 예를 보여준다. 상기 원통형상은 예컨데 파이프와 같은 형상을 의미한다.

이러한 제1 전극(110)은 바람직하게 내부가 빈 공간으로 형성되며, 의도하는 바에 따라 제2 전극(120)에 의해 상부와 하부가 개방된 상태로 형성되거나, 또는 하부는 개방되고 상부가 차단되는 형태로 형성되어 전기분해가 발생되는 영역(A)을 형성한다.

한편 제1 전극(110)은 제1 전극단자를 구비한다.

상기 제1 전극단자는 제2 전극(120)의 표면을 통과하여 제1 전극(110)에 결합되거나, 제1 전극(110)에 직접 결합될 수 있다.

제1 전극단자는 제1 전극(110)의 어느 부위에 결합될 수 있으며, 도시되지는 않았으나 바람직하게 제1 전극(110)의 하부에 결합된다.

이러한 제1 전극단자는 제1 전극(110)과 결합되는 단부에 나사산이 구비되어 제1 전극(110)에 나사체결되는 구조가 될 수 있고, 제1 전극(110)에 용접으로 고정될 수도 있다.

상기 제2 전극(120)은 전도성 금속 재질로 되면서, 제1 전극(110)과 일정한 간격을 유지하며 상기 제1 전극(110)의 외부 전체를 둘러싸는 구조가 된다.

이러한 제2 전극(120)은 제1 전극(110)과 함께 하부와 상부가 개방되며 유체가 유입되는 유입구(140)와 유체가 배출되는 배출구(150)가 구비되어 전기분해가 발생되는 영역(A)을 형성한다.

한편 제2 전극(120)은 제2 전극단자를 구비한다.

상기 제2 전극단자는 제2 전극(120)에 용접 또는 나사 체결로 고정될 수 있다.

또한 제2 전극단자는 제2 전극(120)의 어느 부위에 결합될 수 있으며, 도시되지는 않았으나 바람직하게 제2 전극(120)의 하부에 결합된다.

케이싱(130)은 제2 전극(120)을 감싸는 이중벽체 구조로 이루어지며, 바람직하게 내부에는 단열재가 충진된다.

상기 유입구(140)는 제2 전극(120)의 일측에 구비되어 제2 전극(120)과 제1 전극(110) 사이의 공간, 즉 전기분해가 발생되는 영역(A)으로 유체를 공급하는 입구가 되고, 배출구(150)는 제2 전극(120)의 타측에 구비되어 제2 전극(120)과 제1 전극(110) 사이의 전기분해가 발생되는 영역(A)에서 가열된 온수를 외부로 배출하는 출구가 된다.

상기 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 각각에 전원을 인가하면 제1 전극(110)의 외표면과 제2 전극(120)의 내표면 사이의 공간에서 유체의 전기전해가 이루어지고 기체와 이온의 생성과 재결합이 반복되면서 열이 발생되어 유입구(140)로 공급되어 전기분해가 발생되는 영역(A)에 충만된 유체가 가열된다.

전기분해를 위하여 제2 전극(120)과 제1 전극(110)에 인가되는 전원은 단상이나 3상 교류전원이 될 수 있다.

이와 같이 교류전원이 인가될 경우 제2 전극(120)과 제1 전극(110) 중 어느 일측 전극에서 수소와 산소 및 음이온과 양이온이 교번 생성되면서 와류가 빠르게 생성되고, 마이크로 기포의 생성과 팽창으로 인하여 기포의 온도가 상승하여 임계치에 도달하면 다시 유체로 환원되는 화학반응에 의해 추가인 열을 발생시킨다. 이러한 과정이 반복되면서 제2 전극(120)과 제1 전극(110) 사이 공간의 온도와 압력이 급상승하게 되고, 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이의 전기분해가 발생되는 영역(A)에서 가열된 온수는 배출구(150)를 통하여 외부로 빠져나가며, 새로운 유체가 유입구(140)를 통하여 제2 전극(120)과 제1 전극(110) 사이의 전기분해가 발생되는 영역(A)으로 다시 유입된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예를 보여주고 있다.

이 도면을 참조하면, 전기분해가 발생되는 영역(A)의 상부에 케이싱(130)의 상부 영역에 증기 발생 영역(B)이 형성된다.

상기 증기 발생 영역(B)은 의도하는 바에 따라 케이싱(130)을 형성하는 챔버 내에 이루어지며, 케이싱(130) 내측면에 의해 형성될 수 있다.

위와 같이 증기 발생 영역(B)이 형성될 경우 상기 증기 발생 영역(B) 상부로부터 증기를 배출시키기 위한 배출구(150a)가 형성된다.

상기 증기 발생 영역(B)은 전기분해가 발생되는 영역으로부터 포화증기를 발생시키며, 전기분해 영역으로부터 생성된 증기를 분리할 수 있게 된다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 보여주고 있다.

이 도면을 참조하면, 전기분해가 발생되는 영역(A)의 상부에 케이싱(130)의 상부에 증기 발생 영역(B)이 형성되는데, 상기 증기 발생 영역(B)은 제1 전극(110)과 제2 전극(120)에 의해 형성되는 챔버 내에 이루어질 수 있다.

도 6은 본 발명의 급속 증기 발생 장치에 의한 급속 증기 발생 장치가 설치되는 난방시스템의 일례를 보여주고 있다.

이 도면을 참조하면, 본 발명이 적용되는 전기분해식 급속 증기 발생 장치(100)를 이용한 난방시스템은 유체공급탱크(200), 정량공급펌프(300), 유체유입관(400), 증기배출관(500), 라디에이터(600), 회수관(700) 및 제어부(800)로 구성된다.

유체공급탱크(100)는 순환되는 유체가 일시적으로 저장하게 된다.

이러한 유체공급탱크(100) 내부의 유체 속에는 유체유입관(400)이 연결되는 정량공급펌프(300)가 장착되는데, 이러한 정량공급펌프(300)는 제2 전극(120)의 유입구(140)와 연결되는 유체유입관(400)을 통하여 제1 전극(110)과 제2 전극(120) 사이의 공간으로 유체공급탱크(100)에 저장된 유체를 공급한다.

유체유입관(400)의 양측 단부는 정량공급펌프(300) 및 제2 전극(120)의 유입구(140) 각각에 연결되며, 제2 전극(120)과 제1 전극(110) 사이의 공간으로 유체공급탱크(100)에 저장된 유체를 공급하는 통로가 된다.

증기배출관(500)은 제2 전극(120)의 배출구(150)와 연결되어 가열된 유체의 배출 통로가 된다.

라디에이터(600)는 증기배출관(500)이 연결되어 가열된 온수를 공급받아 난방공간으로 열을 공급하는 일반적인 열교환기와 같은 작용을 한다.

회수관(700)은 라디에이터(600)와 유체공급탱크(100)를 연결하여 라디에이터(600)에서 회수되는 유체의 순환통로가 된다.

제어부(800)는 정량공급펌프(300) 및 급속 증기 발생 장치(100)의 작동에 소요되는 전원공급을 제어한다.

별도의 유체공급탱크(100)가 구비되지 않는 경우에도 유체만 지속적으로 순환시키는 구조를 쉽게 구현할 수 있고, 유체공급탱크(100)가 구비되는 경우에도 유체공급탱크의 용량을 최소화할 수 있어 외부로의 열손실을 최소화할 수 있다.

100: 급속 증기 발생 장치 110: 제1 전극
120: 제2 전극 130: 케이싱
140: 유입구 150, 150a: 배출구
200: 유체공급탱크 300: 정량공급펌프
400: 유체유입관 500: 증기배출관
600: 라디에이터 700: 회수관
800: 제어부
A: 전기분해가 발생되는 영역
B: 증기가 발생되는 영역

Claims (8)

1. 전극 사이의 공간에서 유체의 전기분해에 의해 기체와 이온의 생성및 재결합이 반복되면서 유체가 가열되는 전기분해를 이용한 증기 발생 장치에 있어서,
   전도성 재질로 형성되면서 수평상으로 밀폐된 단면을 형성하며, 전기분해를 발생시키기 위한 전극단자가 소정부위에 결합되는 제1 전극(110)과;
   전도성 재질로 형성되면서 상기 제1 전극(110)과 일정한 간격을 두고 수평상으로 밀폐된 단면을 형성하며, 상기 제1 전극(110) 사이에서 전기분해가 발생되는 영역(A)을 형성하며 전기분해를 발생시키기 위한 전극단자가 소정부위에 결합되는 적어도 다른 하나의 제2 전극(120)을 포함하여 유체가 하부로부터 상부로 흐르도록 이루어지되,
   상기 제1 전극(110)과 상기 제2 전극(120) 중에서 적어도 어느 하나는,
   하부에서 전기분해가 발생되는 영역(A)으로 유체를 공급하기 위한 유입구(140)를 구비하고,
   전기분해가 발생되는 영역(A)으로부터 상부 영역에 증기 발생 영역(B)을 구비하여 전기분해 영역(A)으로부터 생성된 증기를 분리할 수 있게 되면서,
   상기 증기 발생 영역(B)의 상부 중앙으로부터 증기를 배출시키기 위한 배출구(150a)를 구비하며,
   상기 증기 발생 영역(B)은,
   케이싱(130)을 포함하는 절연체에 의해 형성되는 영역 내에서, 상기 제1 전극(110)과 케이싱(130)을 형성하는 절연체에 의해 형성되는 영역 내에 이루어지되,
   상기 제2 전극(120)의 상부가 아치형으로 형성되면서 상기 제1 전극(110)과 대향하며 상기 배출구(150a)를 제외한 부위가 밀폐된 공간을 형성하며 제1 전극(110)과 제2 전극(120)에 의해 형성되는 영역 내에 이루어지는 것을 포함하는 전기분해를 이용한 급속 증기 발생 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 전극(110)과 상기 제2 전극(120)이 원기둥의 단면을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 급속 증기 발생 장치.
   
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 전극(110)과 상기 제2 전극(120)이 사각형의 단면을 형성하는 것을 특징으로 하는 전기분해를 이용한 급속 증기 발생 장치.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

Images