KR102464682B1 - 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치 - Google Patents

원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원심력을 이용한 자가발전 기능을 구비하여 수소를 발생시키기 위한 물의 전기분해시 자가발전에 의해 생성된 전기에너지를 사용할 수 있도록 함으로써 물의 전기분해를 위한 외부 전력 공급을 최소화하고, 그에 따라 수소발생을 위해 소요되는 비용을 혁신적으로 저감시킬 수 있도록 하는 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치에 관한 것이다.

Description

원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치{Hydrogen generating apparatus with self-generation function using centrifugal force}
본 발명은 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원심력을 이용한 자가발전 기능을 구비하여 수소를 발생시키기 위한 물의 전기분해시 자가발전에 의해 생성된 전기에너지를 사용할 수 있도록 함으로써 물의 전기분해를 위한 외부 전력 공급을 최소화하고, 그에 따라 수소발생을 위해 소요되는 비용을 혁신적으로 저감시킬 수 있도록 하는 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치에 관한 것이다.
수소는 연소가 용이하며, 연소열이 크고, 공해물질이 생성되지 않아 일반연료, 수소자동차, 수소비행기, 연료전지, 핵융합에너지 등의 청정한 에너지원으로 인식되고 있다.
이와 같은 수소를 생성하는 일반적인 방법으로 석유나 천연가스, 석탄 등의 탄화수소화합물(hydrocarbon)에 대한 개질반응에 의해 생성하는 방법이 있다.
그러나, 이와 같은 종래의 방법은 수소가 생성되는 과정에서 발생되는 탄소가 지구 온난화의 원인 물질인 이산화탄소를 발생시키기 때문에 오염물질을 발생시킨다는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 최근에는 전기분해를 이용한 수소발생장치들이 개발되고 있는데, 이는 전해질 등이 함유된 물에 전기에너지를 가하여, 물 분자가 분해됨에 따라 양극 측에 산소 기체가 발생하고, 음극 측에 수소 기체가 발생하는 장치이다.
즉, 상기 수소발생장치는 대체로, 한 쌍으로 이루어진 케이스에 물이 유입되고 배출되는 유입구와 배출구가 구비되고, 케이스 내에 양극판 및 음극판이 배치되고, 양극판 및 음극판의 사이에 이온막이 배치된 구조로 이루어지는데, 이온막, 양극판 및 음극판을 기준으로 케이스의 양측에 형성된 공간에 물이 통과하면서 전기에너지에 의해 물 분자가 분해되어 수소 및 산소가 발생할 수 있다.
전기분해 방식을 이용한 수소발생장치는 오염물질을 발생시키지 않는다는 장점이 있지만, 수소발생에 의해 획득할 수 있는 매출의 약 20% 이상이 전기분해시 필요한 전기료로 사용되므로 수소 생산에 많은 비용이 소요되는 문제점이 있다.
1. 대한민국 등록특허공보 제10-1643276호(2016. 08. 02. 공고)
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 물의 전기분해시 자가발전에 의해 생성된 전기에너지를 사용할 수 있도록 함으로써 물의 전기분해를 위한 외부 전력 공급을 최소화하고, 그에 따라 수소발생을 위해 소요되는 비용을 혁신적으로 저감시킬 수 있도록 하는 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
지면에 고정 설치되는 지지프레임과, 상기 지지프레임에 회전 가능하도록 결합되고, 다수의 발전모듈과 다수의 전기분해모듈을 포함하는 회전부 및 상기 회전부에 연결 설치되어 회전부의 회전 구동 및 전기분해모듈로의 물 공급을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 회전부는 지지프레임에 회전 가능하도록 연결 설치되는 메인축과, 상기 메인축과 전기분해모듈의 사이에 연결 설치되는 배관부와, 상기 발전모듈과 전기분해모듈이 고정 설치되는 고정프레임 및 상기 지지프레임에 연결 설치되어 발전모듈의 회전을 지지하는 링 형상의 고정궤도를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 배관부는 메인축으로부터 전기분해모듈로 물을 공급하는 물공급배관과, 전기분해모듈에서 생성된 수소를 메인축을 통해 배출하는 수소배출배관 및 물과 산소를 전기분해모듈로부터 메인축을 통해 배출하는 물/산소배출배관을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 고정프레임의 외측 단부에는 외측면에 다수의 전기분해모듈이 고정 설치되는 링 형상의 설치프레임이 설치되고, 상기 설치프레임의 내측면에는 물공급배관과 연결되는 물입구와, 수소배출배관과 연결되는 수소배출구와, 물/산소배출배관과 연결되는 물/산소배출구와, 발전모듈에 연결 설치되어 전기분해모듈로 (+)전극과 (-)전극을 각각 공급하는 제1 및 제2전기연결부가 구비된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 발전모듈은 고정궤도의 내측면에 밀착되어 회전하는 롤러와, 상기 롤러의 하부에 설치되어 롤러가 고정궤도에 밀착될 수 있도록 가압하는 롤러보조장치와, 상기 롤러의 회전력을 전기에너지로 변환시키는 발전기 및 상기 고정프레임에 고정 설치되어 발전기에서 생성되는 전력을 충전하고 발전기의 구동을 제어하는 전자장치부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 전기분해모듈은 내측에 막이 구비되는 한 쌍의 셀로 이루어지는 다수의 단위체들이 직렬로 연결된 구조로 이루어지고, 상기 단위체의 상단부에는 각각 (+)극과 (-)극이 접지되는 제1 및 제2접지부와 내측으로 물이 공급되는 셀물입구가 형성되고, 단위체의 일측면에는 내부에서 생성된 수소가 배출되는 셀수소배출구가 형성되며, 단위체의 하부에는 내부의 물과 산소가 배출되는 셀물/산소배출구가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 메인축의 후방 단부에는 전기분해모듈로 물을 공급하기 위한 물주입부와, 전기분해모듈로부터 배출되는 물과 산소를 외부로 배출시키기 위한 물/산소배출부가 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제어부는 메인축을 회전시키기 위한 동력을 제공하는 모터와, 상기 모터의 구동을 위한 전원을 공급하는 전원공급부와, 상기 모터와 메인축 사이에 연결 설치되는 벨트와, 외부로부터 공급되는 물을 전기분해모듈로 공급하기 위한 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 원심력을 이용한 자가발전 기능을 구비하여 수소를 발생시키기 위한 물의 전기분해시 자가발전에 의해 생성된 전기에너지를 사용할 수 있도록 함으로써 물의 전기분해를 위한 외부 전력 공급을 최소화하고, 그에 따라 수소발생을 위해 소요되는 비용을 혁신적으로 저감시킬 수 있도록 하는 뛰어난 효과를 갖는다.
도 1은 본 발명에 따른 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치를 나타낸 전부 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치를 나타낸 후부 사시도.
도 3은 도 2에 나타낸 본 발명 중 회전부에 설치되는 전기분해모듈의 모습을 나타낸 사시도.
도 4는 도 2에 나타낸 본 발명 중 지지프레임과 결합된 메인축 후단부의 모습을 세부적으로 나타낸 도면.
도 5는 도 2에 나타낸 본 발명 중 회전부에 설치되는 발전모듈의 모습을 세부적으로 나타낸 도면.
도 6은 도 2에 나타낸 본 발명 중 전기분해모듈의 설치 모습을 세부적으로 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치 중 배관부의 모습을 세부적으로 나타낸 도면.
도 8은 본 발명에 따른 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치 중 메인축의 내부 모습을 세부적으로 나타낸 도면.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치 중 제어부의 모습을 세부적으로 나타낸 도면.
도 11은 본 발명에 따른 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치 중 전기분해모듈의 내부 모습을 세부적으로 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치를 나타낸 전부 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치를 나타낸 후부 사시도이며, 도 3은 도 2에 나타낸 본 발명 중 회전부에 설치되는 전기분해모듈의 모습을 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 2에 나타낸 본 발명 중 지지프레임과 결합된 메인축 후단부의 모습을 세부적으로 나타낸 도면이며, 도 5는 도 2에 나타낸 본 발명 중 회전부에 설치되는 발전모듈의 모습을 세부적으로 나타낸 도면이고, 도 6은 도 2에 나타낸 본 발명 중 전기분해모듈의 설치 모습을 세부적으로 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치 중 배관부의 모습을 세부적으로 나타낸 도면이고, 도 8은 본 발명에 따른 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치 중 메인축의 내부 모습을 세부적으로 나타낸 도면이며, 도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치 중 제어부의 모습을 세부적으로 나타낸 도면이고, 도 11은 본 발명에 따른 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치 중 전기분해모듈의 내부 모습을 세부적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 원심력을 이용한 자가발전 기능을 구비하여 수소를 발생시키기 위한 물의 전기분해시 자가발전에 의해 생성된 전기에너지를 사용할 수 있도록 함으로써 물의 전기분해를 위한 외부 전력 공급을 최소화하고, 그에 따라 수소발생을 위해 소요되는 비용을 혁신적으로 저감시킬 수 있도록 하는 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치(이하, '수소발생장치'라 한다)에 관한 것으로, 그 구성은 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 크게 회전부(1), 제어부(2) 및 지지프레임(3)을 포함하여 이루어진다.
먼저, 상기 지지프레임(3)은 본 발명에 따른 수소발생장치를 지면 등에 고정 설치할 수 있도록 지지하는 역할을 하는 것으로, 지면 상에 넓게 접촉되도록 설치되는 지지부와, 상기 지지부의 상부로 돌출 형성되는 한 쌍의 고정부가 일체로 형성된 형상으로 이루어질 수 있다.
다음, 상기 회전부(1)는 지지프레임(3)에 회전 가능하도록 결합되고, 다수의 발전모듈(10)과 다수의 전기분해모듈(110)을 포함하여 이루어지는 것으로, 지지프레임(3)과 회전부(1)는 전체적으로 놀이공원 등에 설치되는 회전관람차와 같은 형상으로 이루어질 수 있다.
즉, 상기 회전부(1)는 발전모듈(10)과 전기분해모듈(110)을 포함하는데, 상기 발전모듈(10)은 회전부(1)의 회전에 의해 발생되는 운동에너지를 전기에너지로 변환시켜 전력을 생산하는 역할을 하는 것이고, 전기분해모듈(110)은 발전모듈(10)에 의해 생산되는 전력을 이용하여 물을 전기분해시킴으로써 수소를 생성하는 역할을 하는 것으로, 고중량의 발전모듈(10) 다수 개를 회전부(1) 중심으로부터 일정거리 이상 이격되도록 설치하고, 상기 발전모듈(10)의 외측 단부에 마찬가지로 고중량으로 이루어지는 다수 개의 전기분해모듈(110)을 연결 설치하여 전체적인 중량과 회전반경을 크게 함으로써 발전효율을 극대화시킬 수 있도록 구성한 것에 그 특징이 있다.
보다 상세히 설명하면, 상기 회전부(1)는 메인축(5), 배관부(120), 고정프레임(7), 고정궤도(6), 발전모듈(10) 및 전기분해모듈(110)을 포함하여 이루어지는데, 먼저 메인축(5)은 지지프레임(3)에 회전 가능하도록 연결 설치되는 것으로, 중공 형상으로 이루어져 전기분해모듈(110)로 공급되는 물과 전기분해모듈(110)로부터 배출되는 수소, 산소 및 물의 통로 역할을 할 수 있다.
즉, 상기 메인축(5)은 지지프레임(3)의 고정부 사이에 힌지 결합되어 후술할 제어부(2)의 모터(23) 구동에 의해 회전할 수 있도록 구성되는데, 상기 메인축(5)의 전방 단부에는 전기분해모듈(110)에서 생성된 수소를 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 수소배출부(21)가 형성되고, 메인축(5)의 후방 단부에는 외부로부터 전기분해모듈(110)로 물을 공급하기 위한 물주입부(51)와 전기분해모듈(110)로부터 배출되는 물과 산소를 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 물/산소배출부(52)가 형성된다.
이때, 도 4 및 도 9에는 상기 물주입부(51)와 물/산소배출부(52)가 메인축(5)의 후방 단부, 즉 본 발명에 따른 수소발생장치의 후면에 형성되고, 상기 수소배출부(21)는 메인축(5)의 전 방 단부, 즉 본 발명에 따른 수소발생장치의 전면에 형성되는 것으로 도시하였으나, 필요에 따라 물주입부(51), 물/산소배출부(52) 및 수소배출부(21)를 수소발생장치의 전면 또는 후면에 선택적으로 형성시킬 수도 있음은 물론이다.
또한, 상기 메인축(5)의 내부에는 도 8에 나타낸 바와 같이, 전기분해모듈(110)로 공급되는 물, 전기분해모듈(110)로부터 배출되는 수소 및 전기분해모듈(110)로부터 배출되는 물과 산소가 이동하는 통로가 각각 분리되어 형성되고, 상기 수소배출부(21), 물주입부(51) 및 물/산소배출부(52)와 연통되는 수소배출배관 연결부(1221), 물공급배관 연결부(1211) 및 물/산소배출배관 연결부(1231)가 각각 형성되어 있다.
그리고, 상기 메인축(5)의 원활한 회전을 위해 상기 지지프레임(3)과 메인축(5) 사이의 결합부에는 베어링(30)이 삽입 설치될 수 있다.
다음, 상기 배관부(120)는 메인축(5)과 전기분해모듈(110)의 사이에 연결 설치되어 외부로부터 공급되는 물은 전기분해모듈(110)로 공급하고, 전기분해모듈(110)로부터 배출되는 수소 및 물과 산소를 메인축(5)을 통해 외부로 배출시킬 수 있도록 하는 역할을 하는 것으로, 도 7 및 도 8에 나타낸 바와 같이, 수소배출배관(121), 물공급배관(122) 및 물/산소배출배관(123)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 수소배출배관(121)은 후술할 전기분해모듈(110)의 수소배출구(112)와 메인축(5)의 사이에 연결 설치되어 전기분해모듈(110)에서 물의 전기분해를 통해 생성되어 수소배출구(112)를 통해 배출되는 수소를 메인축(5)으로 공급하는 역할을 하는 것이고, 상기 물공급배관(122)은 후술할 전기분해모듈(110)의 물입구(111)와 메인축(5)의 사이에 연결 설치되어 외부로부터 메인축(5)을 통해 공급되는 물을 물입구(111)를 통해 전기분해모듈(110)의 내측으로 공급하는 역할을 하는 것이며, 상기 물/산소배출배관(123)은 후술할 전기분해모듈(110)의 물/산소배출구(113)와 메인축(5)의 사이에 연결 설치되어 전기분해모듈(110)에서 물/산소배출구(113)를 통해 배출되는 물과 산소를 메인축(5)으로 공급하는 역할을 하는 것이다.
다음, 상기 고정프레임(7)은 메인축(5)의 외주면에 방사상으로 설치되어 발전모듈(10)과 전기분해모듈(110)이 고정 설치될 수 있도록 하는 것으로, 고정프레임(7)의 외측 단부에는 링 형상의 설치프레임(8)이 설치되어, 상기 설치프레임(8)의 외측에 다수의 전기분해모듈(110)이 고정 설치될 수 있도록 구성될 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 상기 설치프레임(8)은 도 6에 나타낸 바와 같이, 메인축(5)의 외주면에 방사상으로 설치되는 다수의 고정프레임(7) 외측 단부에 수직 방향으로 연결 설치되어 상기 메인축(5)과 동심원 형상을 이루도록 하여 링 형상으로 설치되는 것으로, 상기 설치프레임(8)의 내측면에는 물공급배관(122)과 연결되는 물입구(111)와, 수소배출배관(121)과 연결되는 수소배출구(112)와, 물/산소배출배관(123)과 연결되는 물/산소배출구(113)가 각각 구비되어 물공급배관(122)을 통해 공급되는 물을 물입구(111)를 통해 전기분해모듈(110) 내부로 공급하고, 전기분해모듈(110)로부터 배출되는 수소 및 물/산소를 수소배출구(112)와 물/산소배출구(113)를 통해 수소배출배관(121) 및 물/산소배출배관(123)으로 공급할 수 있도록 구성되어 있다.
또한, 상기 설치프레임(8)의 내측면에는 제1 및 제2전기연결부(114,115)가 구비되는데, 상기 제1 및 제2전기연결부(114,115)는 전기분해모듈(110)로 (+)전극과 (-)전극을 각각 공급하는 역할을 하는 것으로 후술할 발전모듈(10)의 전자장치부(14)에 연결 설치하여 전자장치부(14)에 충전되어 있는 전력을 전기분해모듈(110)로 공급할 수 있도록 구성될 수 있다.
다음, 상기 고정궤도(6)는 지지프레임(3)에 연결 설치되어 발전모듈(10)의 회전을 지지하는 역할을 하는 것으로 링 형상으로 이루어진다.
상기 고정궤도(6)는 도 2에 나타낸 바와 같이, 그 중심부가 볼트 등의 체결수단(4)에 의해 지지프레임(3)의 상단에 고정 설치되고, 상기 중심부의 외측을 향해 방사상으로 형성되는 다수의 연결부재의 외측 단부에 'ㄱ'자 형상으로 이루어지는 링 형상의 부재를 포함하여 이루어지는 것으로, 상기 고정궤도(6)의 내측, 즉 링 형상으로 이루어지는 부분의 내측으로는 후술할 발전모듈(10)의 롤러(12)가 밀착되어 고정궤도(6)가 롤러(12)를 회전시킬 수 있도록 구성되어 있다.
즉, 상기 고정궤도(6)는 회전부(1)의 회전과는 별개로 지지프레임(3)에 고정되어 회전하지 않는 고정 상태를 유지하는 것으로, 메인축(5)의 회전에 의해 회전부(1)가 회전하는 경우 고정궤도(6)에 밀착되는 발전모듈(10)의 롤러(12)에 회전력이 발생하게 되고, 이때 발생되는 회전력에 의해 발전모듈(10)이 전력을 생산할 수 있도록 구성되어 있는데 이에 대한 보다 상세한 설명은 후술하기로 한다.
다음, 상기 발전모듈(10)은 회전부(1)의 중심으로부터 일정거리 이격되는 고정프레임(7)에 고정 설치되어 회전부(1)의 회전에 의해 생성되는 운동에너지를 전기에너지로 전환시켜 저장하는 역할을 하는 것으로, 상기 회전부(1)에는 총 10개 이상의 발전모듈(10)이 설치될 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 상기 발전모듈(10)은 도 5에 나타낸 바와 같이, 롤러(12), 롤러보조장치(13), 발전기(11) 및 전자장치부(14)를 포함할 수 있는데, 상기 롤러(12)는 회전부(1)의 회전 구동시 링 형상으로 고정 설치되는 고정궤도(6)의 내측면에 밀착되어 회전함으로써 전력을 생성하기 위한 운동에너지를 발생시키는 역할을 하는 것이다.
즉, 상기 발전모듈(10)과 전기분해모듈(110)의 각각 500kg이라 하면, 총 10개씩의 발전모듈(10)과 전기분해모듈(110)을 설치할 경우 회전부(1)의 총 중량이 10톤 이상이 되고, 발전모듈(10)과 전기분해모듈(110)의 직렬 설치에 의해 회전부(1)의 회전 반경도 증가하게 되어 회전부(1)의 회전력을 극대화시킬 수 있게 된다.
또한, 고정궤도(6)에 의해 지지되어 회전하는 롤러(12)의 경우 상기 회전부(1)에 비해 회전 rpm을 수십 배 이상 크게 할 수 있으므로, 상기 발전모듈(10)의 발전효율을 증가시킬 수 있게 되고, 그에 따라 전기분해모듈(110)에서의 수소 생성을 위해 사용되는 외부 전력을 최소화시킬 수 있게 되는 것이다.
다음, 상기 롤러보조장치(13)는 롤러(12)의 하부에 연결 설치되어 롤러(12)가 고정궤도(6)에 밀착될 수 있도록 가압하는 역할을 하는 것으로, 상기 롤러보조장치(13)에 의한 가압에 의해 롤러(12)와 고정궤도(6) 사이의 마찰력이 증가하게 되어 롤러(12)의 회전속도가 빨라질 수 있다.
이때, 상기 고정궤도(6)의 내측면에 랙기어를 형성시키고, 상기 롤러(12)를 랙기어에 결합되는 피니언기어로 구성할 수도 있으나, 고속 회전시 마찰 및 소음이 심하게 발생되고 마모에 의해 내구성이 저하될 수 있으므로 바람직하지 못하다.
다음, 상기 발전기(11)는 롤러(12)의 회전축에 연결 설치되어 롤러(12)의 회전력을 전기에너지로 변환시키는 역할을 하는 것으로, 기존의 발전기 구성이 적용될 수 있으므로 이에 대한 상세한 구성 설명은 생략하기로 한다.
또한, 도시하지는 않았으나, 상기 롤러(12)의 회전축에 기어 구조로 이루어지는 감속기를 설치하여 회전부(1)의 회전속도에 따른 롤러(12)에 의해 발전기(11)로 전해지는 회전속도를 일정한 비율로 조정할 수도 있음은 물론이다.
다음, 상기 전자장치부(14)는 고정프레임(7)에 고정 설치되는 것으로, 발전기(11)에 연결 설치되어 발전기(11)에서 생성되는 전력을 충전할 수 있도록 함과 동시에 발전기(11)의 구동을 제어하는 역할을 할 수 있다.
다음, 상기 전기분해모듈(110)은 발전모듈(10)의 외측 단부에 직렬로 연결 설치되어 발전모듈(10)로부터 공급되는 전력을 이용하여 물을 전기분해시켜 수소를 생성하는 역할을 하는 것으로, 외부로부터 공급되는 물을 전기분해하여 수소를 생성하여 외부로 배출시킬 수 있도록 구성되어 있다.
보다 상세히 설명하면, 상기 전기분해모듈(110)은 도 11에 나타낸 바와 같이, 내측에 물이 수용되는 공간부가 형성된 한 쌍의 셀(cell)(1101)로 이루어지는 다수의 단위체들이 직렬로 연결되어 고정되는 구조로 이루어질 수 있다.
이때, 상기 단위체의 내측에는 수소를 분리시키기 위한 막(미도시)이 설치될 수 있고, 단위체의 상단부에는 각각 (+)극과 (-)극이 접지되는 제1 및 제2접지부(1105,1106)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 단위체의 상단부에는 내측으로 물을 공급하기 위한 셀물입구(1102)가 형성되고, 단위체의 일측면에는 내부에서 생성된 수소가 배출되는 셀수소배출구(1103)가 형성되며, 단위체의 하부에는 내부의 물과 산소가 배출되는 셀물/산소배출구(1104)가 형성될 수 있다.
상기 단위체들의 설치개수는 필요에 따라 조절될 수 있으며, 전술한 설치프레임(8)에 구비되는 물입구(111), 수소배출구(112), 물/산소배출구(113), 제1전기연결부(114) 및 제2전기연결부(115)와 각각 일체로 형성되는 고정구들에 의해 다수의 단위체들을 견고히 고정하도록 구성할 수 있다.
이때, 도 2에 나타낸 바와 같이, 외부로부터 가해지는 충격에 의해 전기분해모듈(110)이 손상되는 것을 방지하기 위하여 전기분해모듈(110)의 외측에 커버부재(9)를 설치할 수도 있으며, 도시하지는 않았으나, 상기 전기분해모듈(110)로 기존에 사용되고 있는 다양한 형상의 전기분해모듈이 사용될 수도 있음은 물론이다.
다음, 상기 제어부(2)는 회전부(1)에 전방 또는 후방에 연결 설치되어 회전부(1)의 회전 구동 및 전기분해모듈(110)로의 물 공급 등을 제어하는 역할을 하는 것으로, 도 9 및 도 10에 나타낸 바와 같이, 모터(23), 전원공급부(22), 벨트(26), 펌프(24)를 포함할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 먼저 상기 모터(23)는 회전부(1)의 메인축(5)을 회전시키기 위한 동력을 제공하는 역할을 하는 것으로, 공압을 이용하는 에어모터나 전기로 구동되는 전기모터 등의 사용될 수 있다.
또한, 상기 전원공급부(22)는 모터(23)를 구동시키기 위한 전원을 공급하는 역할을 하는 것으로, 상기 모터(23)로 에어모터를 사용하는 경우 공압을 모터(23)로 공급하고, 전기모터를 사용하는 경우 전기를 모터(23)에 공급하도록 구성할 수 있다.
다음, 상기 벨트(26)는 모터(23)와 회전부(1)의 메인축(5) 사이에 연결 설치되는 것으로, 모터(23)의 회전력을 메인축(5)으로 전달하여 메인축(5)을 회전이 시작되도록 하는 역할을 한다.
즉, 상기 회전부(1)의 회전을 위해 모터(23)를 구동시키면, 모터(23)의 회전력이 벨트(26)를 통해 메인축(5)으로 전달되어 회전부(1)가 회전을 시작하고, 회전부(1)의 회전이 시작되면 고중량으로 이루어지는 발전모듈(10)과 전기분해모듈(110)에 의한 원심력에 의해 회전부(1)의 회전이 가속되어 적은 힘으로도 회전부(1)를 지속적으로 회전시킬 수 있게 된다.
다음, 상기 펌프(24)는 메인축(5)에 연결 설치되어 외부로부터 공급되는 물을 전기분해모듈(110)로 공급하는 역할을 하는 것으로, 상기 펌프(24)의 구동에 의해 물주입부(51)를 통해 메인축(5)으로 공급되는 물이 물공급배관(122) 및 물입구(111)를 통해 전기분해모듈(110)의 내측으로 공급될 수 있다.
한편, 도시하지는 않았으나, 상기 제어부(2)를 통해 회전부(1)의 회전속도, 전기분해모듈(110)로의 물공급속도, 발전모듈(10)로부터 전기분해모듈(110)로 공급되는 전력의 크기 등을 실시간으로 확인하여 제어할 수 있도록 구성할 수도 있음은 물론이다.
따라서, 전술한 바와 같은 본 발명에 따른 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치에 의하면, 원심력을 이용한 자가발전 기능을 구비하여 수소를 발생시키기 위한 물의 전기분해시 자가발전에 의해 생성된 전기에너지를 사용할 수 있도록 함으로써 물의 전기분해를 위한 외부 전력 공급을 최소화하고, 그에 따라 수소발생을 위해 소요되는 비용을 혁신적으로 저감시킬 수 있는 등의 다양한 장점을 갖는 것이다.
전술한 실시예들은 본 발명의 가장 바람직한 예에 대하여 설명한 것이지만, 상기 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형이 가능하다는 것은 당업자에게 있어서 명백한 것이다.
본 발명은 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원심력을 이용한 자가발전 기능을 구비하여 수소를 발생시키기 위한 물의 전기분해시 자가발전에 의해 생성된 전기에너지를 사용할 수 있도록 함으로써 물의 전기분해를 위한 외부 전력 공급을 최소화하고, 그에 따라 수소발생을 위해 소요되는 비용을 혁신적으로 저감시킬 수 있도록 하는 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치에 관한 것이다.
1 : 회전부 2 : 제어부
3 : 지지프레임 4 : 체결수단
5 : 메인축 6 : 고정궤도
7 : 고정프레임 8 : 설치프레임
9 : 커버부재 10 : 발전모듈
11 : 발전기 12 : 롤러
13 : 롤러보조장치 14 : 전자장치부
21 : 수소배출부 22 : 전원공급부
23 : 모터 24 : 펌프
26 : 벨트 30 : 베어링
51 : 물주입부 52 : 물/산소배출부
110 : 전기분해모듈 111 : 물입구
112 : 수소배출구 113 : 물/산소배출구
114 : 제1전기연결부 115 : 제2전기연결부
120 : 배관부 121 : 수소배출배관
122 : 물공급배관 123 : 물/산소배출배관
1101 : 셀(cell) 1102 : 셀물입구
1103 : 셀수소배출구 1104 : 셀물/산소배출구
1105 : 제1접지부 1106 : 제2접지부
1211 : 물공급배관연결부 1221 : 수소배출배관연결부
1231 : 물/산소배출배관연결부

Claims (8)

  1. 지면에 고정 설치되는 지지프레임과,
    상기 지지프레임에 회전 가능하도록 결합되고, 다수의 발전모듈과 다수의 전기분해모듈을 포함하는 회전부 및
    상기 회전부에 연결 설치되어 회전부의 회전 구동 및 전기분해모듈로의 물 공급을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 회전부는 지지프레임에 회전 가능하도록 연결 설치되는 메인축과, 상기 메인축과 전기분해모듈의 사이에 연결 설치되는 배관부와, 상기 발전모듈과 전기분해모듈이 고정 설치되는 고정프레임 및 상기 지지프레임에 연결 설치되어 발전모듈의 회전을 지지하는 링 형상의 고정궤도를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 배관부는 메인축으로부터 전기분해모듈로 물을 공급하는 물공급배관과, 전기분해모듈에서 생성된 수소를 메인축을 통해 배출하는 수소배출배관 및 물과 산소를 전기분해모듈로부터 메인축을 통해 배출하는 물/산소배출배관을 포함하는 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 고정프레임의 외측 단부에는 외측면에 다수의 전기분해모듈이 고정 설치되는 링 형상의 설치프레임이 설치되고, 상기 설치프레임의 내측면에는 물공급배관과 연결되는 물입구와, 수소배출배관과 연결되는 수소배출구와, 물/산소배출배관과 연결되는 물/산소배출구와, 발전모듈에 연결 설치되어 전기분해모듈로 (+)전극과 (-)전극을 각각 공급하는 제1 및 제2전기연결부가 구비된 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치.
  5. 제 2항에 있어서,
    상기 발전모듈은 고정궤도의 내측면에 밀착되어 회전하는 롤러와, 상기 롤러의 하부에 설치되어 롤러가 고정궤도에 밀착될 수 있도록 가압하는 롤러보조장치와, 상기 롤러의 회전력을 전기에너지로 변환시키는 발전기 및 상기 고정프레임에 고정 설치되어 발전기에서 생성되는 전력을 충전하고 발전기의 구동을 제어하는 전자장치부를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 전기분해모듈은 내측에 막이 구비되는 한 쌍의 셀로 이루어지는 다수의 단위체들이 직렬로 연결된 구조로 이루어지고, 상기 단위체의 상단부에는 각각 (+)극과 (-)극이 접지되는 제1 및 제2접지부와 내측으로 물이 공급되는 셀물입구가 형성되고, 단위체의 일측면에는 내부에서 생성된 수소가 배출되는 셀수소배출구가 형성되며, 단위체의 하부에는 내부의 물과 산소가 배출되는 셀물/산소배출구가 형성된 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 메인축의 후방 단부에는 전기분해모듈로 물을 공급하기 위한 물주입부와, 전기분해모듈로부터 배출되는 물과 산소를 외부로 배출시키기 위한 물/산소배출부가 형성된 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 제어부는 메인축을 회전시키기 위한 동력을 제공하는 모터와, 상기 모터의 구동을 위한 전원을 공급하는 전원공급부와, 상기 모터와 메인축 사이에 연결 설치되는 벨트와, 외부로부터 공급되는 물을 전기분해모듈로 공급하기 위한 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심력을 이용한 자가발전 기능을 갖는 수소발생장치.
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