KR102488845B1

KR102488845B1 - 수소 산소 혼합가스 발생장치

Info

Publication number: KR102488845B1
Application number: KR1020210040567A
Authority: KR
Inventors: 김성록
Original assignee: 김성록
Priority date: 2021-03-29
Filing date: 2021-03-29
Publication date: 2023-01-17
Also published as: KR20220135061A

Abstract

본 발명은 물로부터 수소 산소 혼합가스 발생장치에 관한 것이다.
본 발명은 물탱크에 채워진 증류수를 펌프로 공냉식 냉각기에 공급하여 전기분해시 사용된 물의 온도를 낮추고, 냉각기를 거친 물은 필터에서 이물질이 제거된 후 전기분해 셀로 공급되어 전기분해가 이루어지고, 상기 전기분해 셀에서 분해된 수소와 산소는 수분 제거조로 공급되어 수분이 제거된 후 혼합가스로 사용되고, 상기 전기분해 셀에서 배출되는 물은 물탱크로 회수되게 하고, 상기 물탱크에는 보충수 탱크에 채워진 증류수가 공급되어 일정 수위를 유지케 함으로써 이루어진다.

Description

수소 산소 혼합가스 발생장치{Hydrogen-oxygen generating apparatus}

본 발명은 물로부터 수소 산소 혼합가스 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물을 전기분해하여 얻어진 수소와 산소의 혼합가스를 사용할 수 있도록 하거나, 산소 또는 수소를 피부로 조사시켜 피부미용을 돕도록 하는 것이다.

수소 산소 혼합가스 발생장치는 물을 전기분해하여 수소 및 산소를 생산하기 위한 장치로써, 전해질이 혼합된 물이 채워지는 전해조에 수소와 산소를 분해하는 전기분해 셀을 설치한 후 상기 전기분해 셀에 양(+) 및 음(-) 전극을 통하여 전원을 공급함으로써, 무공해 에너지원인 수소와 산소의 혼합가스를 생산하게 되며, 이때 발생되는 수소와 산소는 2 : 1의 몰(mole)비율로 발생되는 것으로, 음(-) 전극 표면에 수소가 기포 형태로 생성되고, 양(+) 전극 표면에 산소가 기포 형태로 생산하게 되나, 이러한 방식은 전해질을 필요로 하는 한편 전기분해에 필요한 전기 사용량이 많음은

물론 많은 열을 발생하여 냉각 장치를 필요로 하며, 부피가 크기 때문에 소형화에 걸림돌이 되고 있다.

특허등록 10-0620801호(2006.08.30. 등록) 특허등록 10-0684685호(2007.02.13. 등록) 특허등록 10-0900914호(2009.05.28. 등록) 특허등록 10-1075330호(2011.10.13. 등록)

본 발명은 물의 전기분해시 발생하는 열을 냉각시키기 위하여 별도의 냉각장치를 구비하는 문제와, 전기분해 셀의 크기가 커서 소형화가 어려운 문제점 및 전해액을 포함하는 물을 사용하는데 따른 문제와 24시간 운영이 곤란한 문제를 해결하기 위한 것으로, 공냉식 냉각기를 이용하여 물을 냉각시키도록 하는 한편 전해액을 사용치 않고 증류수를 사용하고, 전기분해 셀의 크기를 줄이도록 하는 것으로, 전기분해 셀을 병렬 연결하여 수소 산소 생산량을 쉽게 증가시킬 수 있도록 하는 한편 24시간 운전이 가능한 것이다.

본 발명은 물탱크에 채워진 증류수를 펌프로 공냉식 냉각기에 공급하여 전기분해시 사용된 물의 온도를 낮추고, 냉각기를 거친 물은 필터에서 이온화된 물질로 제거된 후 전기분해 셀로 공급되어 전기분해가 이루어지고, 상기 전기분해 셀에서 분해된 수소와 산소는 수분 제거조로 공급되어 수분이 제거된 후 혼합가스로 사용되고, 상기 전기분해 셀에서 배출되는 물은 물탱크로 회수되게 하고, 상기 물탱크에는 보충수 탱크에 채워진 증류수가 공급되어 일정 수위를 유지케 함으로써 이루어지는 것으로, 수소와 산소의 혼합가스 발생시 크기가 적은 전기분해 셀을 이용하여 장치의 소형화가 가능케 하는 한편 전기분해에 사용된 물을 공냉식 냉각기로 냉각되게 함으로써, 효율적으로 수소와 산소의 혼합가스를 발생시키게 된다.

본 발명에서 증류수를 전기분해하여 수소와 산소를 생산하는 전기분해 셀은 병렬 연결이 가능하여 생산량 조절이 용이함은 물론 적은 전기를 사용하는 한편 전기분해 셀에서 분해된 수소와 산소를 혼합시키지 않고 별도로 분리하여 추출함으로써, 수소 또는 산소를 별도로 사용할 수 있으며, 또한, 본 발명의 전기분해 셀은 24시간 운전이 가능한 것이다.

본 발명의 전기분해 셀은 나피온(Nafion) 멤브레인의 양쪽으로 로렌슘(lowrencium) 촉매와 PVC 촉매를 위치시키되 그 양쪽으로 일체형 유로 가스켓을 위치시키는 한편 그 외측으로 각각 애노드측과 캐소드측의 평판형 바이폴라 플레이트를 설치한 다음 그 외측으로 바디를 설치함으로써, 증류수를 분해하여 전기와 산소를 생산하게 된다.

본 발명은 증류수를 전기분해하여 수소와 산소의 혼합가스를 생산하되 전기분해 셀을 사용하여 저 전력으로 수소와 산소를 생산이 가능케 함은 물론 전기분해 셀의 병렬 연결로 용이하게 수소 산소의 생산량을 증대시키는 효과와 함께 이동이 가능한 소형으로 제작하는 효과가 있다.

본 발명은 전기분해 셀에서 수소와 산소를 별도 라인으로 생산하기 때문에 수소와 산소를 혼합하거나, 수소 또는 산소를 분리하여 피부에 조사시킴으로써 피부미용을 돕도록 하는 한편, 소형화가 가능하여 이동하며 사용할 수 있다.

또한 본 발명의 전기분해 셀은 자동으로 운전이 가능하여 24시간 혼합가스를 생산할 수 있다.

도 1은 본 발명의 평면도
도 2는 본 발명의 정면도
도 3은 본 발명의 배면도
도 4는 본 발명의 증류수와 가스 흐름을 보인 정면도
도 5는 본 발명의 증류수와 가스 흐름을 보인 좌측면도
도 6은 본 발명의 증류수와 가스 흐름을 보인 우측면도
도 7은 본 발명의 수분 제거조 단면도
도 8은 본 발명의 보충수 공급을 보인 정면도
도 9은 본 발명의 전기분해 셀 분해도
도 10은 본 발명의 멤브레인 확대 단면도

본 발명은 일정온도를 유지하는 증류수를 전기분해 셀로 공급하여 수소와 산소의 전기분해가 이루어지게 한 후 전기분해 셀에서 분리된 수소와 산소 및 잔여 증류수는 물탱크에서 포집되게 한 다음 물탱크의 수소와 산소의 혼합가스는 수분 제거조에서 수분이 제거된 후 공급되거나, 산소나 수소를 분리하여 피부로 조사시킴으로써 피부미용을 돕도록 공급되는 것으로, 전기분해 셀을 이용하여 저전력으로 수소와 산소의 분해가 가능함은 물론 전기분해 셀의 병렬연결이 용이하여 전기분해 용량의 상승이 용이한 것으로, 이하, 본 발명을 첨부된 실시예 도면에 의거 상세히 설명한다.

본 발명은 다단의 받침판(11)(12)(13)이 랙 형태로 형성된 바디(10)를 구비하되 상기 바디(10)의 저면에는 바퀴(15)를 부착하여 이동이 용이하게 하고, 상기 바디(10)의 하측에 위치한 하부 받침판(11)에는 물탱크(20)를 설치하는 한편 전기분해 셀(30)과 펌프(50)를 설치하고, 상기 바디(10)의 중간 받침판(12)에는 냉각기(40)와 펌프(71)를 설치하며, 상기 바디(10)의 상부 받침판(13)에는 수분 제거조(60)와 보충수통(70)을 설치하는 한편 상부 받침판(13)의 저면에는 필터(80)를 설치한다.

본 발명의 물탱크(20)는 전기분해가 이루어지기 전의 증류수가 채워지는 한편 전기분해 셀(30)에서 수소 산소의 분해가 이루어지고 남은 물이 냉각되고 이물질이 제거된 후 채워지게 되며, 물탱크(20)의 측면에 설치된 수위 측정센서로 수위를 감지하여 물탱크(20)의 수위가 일정 수위를 유지할 수 있도록 보충수통(70)에서 펌프(71)를 통하여 사용된 만큼의 증류수 보충이 이루어지게 한다.

본 발명의 물탱크(20)에는 증류수가 일정 수위를 유지하게 채워지고, 상기 물탱크(20)의 보충수는 보충수통(70)에서 공급되고, 물탱크(20)에 채워진 증류수는 적정온도로 냉각된 후 전기분해 셀(30)로 공급되며, 전기분해 셀(30)에서 수소와 산소의 전기 분해가 이루어짐으로 인하여 온도가 상승된 증류수는 물탱크(20)에 채워지게 되며, 이때 전기분해 과정에서 발생되는 열로 인하여 물의 온도는 상승된 상태로 물탱크(20)에 채워진다.

물탱크(20)에 채워진 증류수는 펌프(50)로 가압하여 중간 받침판(12)에 설치된 공냉식 냉각기(40)로 공급하여 냉각이 이루어지게 하되 상기 냉각기(40)는 전기분해로 인하여 온도가 상승된 증류수를 30~40oC의 온도로 냉각이 이루어지게 함으로써, 전기분해 셀(30)에서 전기분해에 필요한 적정온도를 유지하면 공급될 수 있도록 한다.

냉각기(40)의 전단에는 온도센서(41)를 설치하여 물탱크(20)에서 펌프(50)로 가압되어 냉각기(40)로 공급되는 물의 온도를 감지하여 물의 온도에 따라 냉각 기능을 조절하여 전기분해에 충분한 온도로 냉각이 이루어지게 함으로써, 냉각기(40)에서는 전기분해가 이루어지는 최적의 온도로 전기분해 셀(30)에 공급하게 된다.

공냉식 냉각기(40)에서 충분히 냉각이 이루어진 증류수는 상부 받침판(13)의 저면에 설치된 필터(80)를 통과하면서 혹시 유입될 수 있는 이물질을 제거하도록 하고, 상기 필터(80)에서 이물질이 제거된 증류수는 하부 받침판(11)에 설치된 전기분해 셀(30)로 공급되며, 상기 전기분해 셀(30)을 구성하는 캐소드와 애노드 측에는 전기분해에 필요한 전원이 각각 공급되게 한다.

본 발명의 전기분해 셀(30)은 나피온(Nafion) 멤브레인(31)의 양쪽으로 로렌슘(lowrencium) 촉매(32)와 PVC 촉매(32a)를 위치시키고, 상기 로렌슘 촉매(32)에는 다공성 티타늄(Porous Ti)으로 이루어지는 애노드 전극(33)을 위치시키는 한편 와 PVC 촉매(32a)에는 탄소종이(Carbon Paper)로 이루어지는 캐소드 전극(33a)을 위치시키며, 상기 애노드 전극(33)의 외측으로 일체형 유로 가스켓(34)을 사이에 두고 그 외측으로 애노드측 평판형 바이폴라 플레이트(35)를 위치시키는 한편 캐소드 전극(33a)의 외측으로 유로 가스켓(34a)을 사이에 두고 그 외측으로 캐소드측 평판형 바이폴라 플레이트(35a)을 위치시키고, 상기 바이폴라 플레이트(35)의 외측을 감싸게 바디(36)를 설치하는 한편 바이폴라 플레이트(35a)의 외측을 감싸게 바디(36a)를 설치하여 고정시키되 상기 바디(36)에는 전원이 공급되는 전극(37)을 형성하는 한편 바디(36a)에도 전원이 공급되는 전극(37a)을 형성하고, 상기 멤브레인(31)과 일체형 유로 가스켓(34)(34a) 및 평판형 바이폴라 플레이트(35)(35a)는 바디(36)(36a)에 고정봉(38)을 이용하여 고정이 이루어지는 것으로, 상기와 동일한 구성을 병렬로 연결하여 고정시킬 수 있고, 이 같이 병렬 연결시키게 되면 전기분해 용량의 증가가 이루어진다.

상기 전기분해 셀(30)에는 냉각기(40)에서 필터(80)를 거친 증류수가 공급되어 전기분해가 이루어지게 되고, 상기 전기분해 셀(30)에서는 전기분해로 인하여 발생되는 수소와 산소 및 물이 각각의 배관을 통하여 배출이 이루어지게 된다.

본 발명에서는 전기분해 셀(30)에서 전기분해에 의해 발생된 수소와 산소는 수분 제거조(60)로 투입되어 수분이 제거되는 한편 수소와 산소의 혼합이 이루어져 혼합가스로 배출되므로, 수분 제거조(60)에서 배출되는 혼합가스를 사용하게 되고, 상기 전기분해 셀(30)에서 전기분해 후 발생하는 물은 물탱크(20)로 회수된다.

이때, 전기분해 셀(30)에서 물탱크(20)로 회수되는 물은 온도가 높기 때문에 본 발명에서는 공냉식 냉각기(40)를 이용하여 물의 온도를 충분히 낮춰준 다음 필터(80)를 거쳐 전기분해 셀(30)로 공급되게 한다.

본 발명의 전기분해 셀(30)에서 전기분해로 인하여 발생되는 수소와 산소는 별도의 배출라인을 통하여 수분 제거조(60)로 공급되기 때문에 혼합가스로 사용하거나, 배출라인을 분리하여 수소와 산소의 단독 가스로 사용할 수 있다.

본 발명은 전원공급부(90)에서 상용전기를 공급받아 사용하게 되고, 전원공급부(90)에서는 방열을 위하여 방열핀을 사용하게 되고, 도시되지 아니한 콘트롤러를 이용하여 수위 감지와 전원 공급 및 펌프 작동과 냉각기 작동 등의 동작을 일관되게 제어함으로써, 자동 운전이 이루어질 수 있도록 하여, 24시간 중단 없는 혼합가스 생산이 가능하다.

본 발명은 수소와 산소의 혼합가스를 공급하거나, 피부 또는 산소를 선택적으로 피부로 조사시켜 피부미용을 돕도록 하는 것이다.

10: 바디 20 : 물탱크
30 : 전기분해 셀 31 : 멤브레인
32 : 로렌슘 촉매 32a : PVC 촉매
33 : 애노드 전극 33a : 캐소드 전극
34,34a : 일체형 유로 가스켓
35,35a : 바이폴라 플레이트
36,36a : 바디 37,37a : 전극
38 : 고정봉 40 : 냉각기
50 : 펌프 60 : 수분 제거조
70 : 보충수통 80 : 필터
90 : 전원공급부

Claims

받침판(11)(12)(13)이 다단으로 설치된 바디(10)를 구비하되 상기 바디(10)의 저면에는 이동용 바퀴(15)를 설치하고;
하부 받침판(11)에 설치된 물탱크(20)에 채워진 증류수를 펌프(50)로 중간 받침판(12)에 설치된 공냉식 냉각기(40)로 공급하여 냉각되게 하고;
상기 공냉식 냉각기(40)를 거친 증류수는 상부 받침판(13)의 저면에 설치된 필터(80)에서 이물질이 제거되게 하고;
상기 필터(80)를 거친 증류수는 하부 받침판(11)에 설치된 전기분해 셀(30)로 공급되어 수소와 산소의 전기분해가 이루어진 후 수소와 산소 및 증류수로 배출되게 하되 상기 전기분해 셀(30)은 나피온(Nafion) 멤브레인(31)의 양쪽으로 로렌슘(lowrencium) 촉매(32)와 PVC 촉매(32a)를 위치시키고, 상기 로렌슘 촉매(32)에는 다공성 티타늄(Porous Ti)으로 이루어지는 애노드 전극(33)을 위치시키는 한편 PVC 촉매(32a)에는 탄소종이(Carbon Paper)로 이루어지는 캐소드 전극(33a)을 위치시키며, 상기 애노드 전극(33)의 외측으로 일체형 유로 가스켓(34)을 사이에 두고 그 외측으로 애노드측 평판형 바이폴라 플레이트(35)를 위치시키는 한편 캐소드 전극(33a)의 외측으로 유로 가스켓(34a)을 사이에 두고 그 외측으로 캐소드측 평판형 바이폴라 플레이트(35a)을 위치시키고, 상기 바이폴라 플레이트(35)의 외측을 감싸게 바디(36)를 설치하는 한편 바이폴라 플레이트(35a)의 외측을 감싸게 바디(36a)를 설치하여 고정시키되 상기 바디(36)에는 전원이 공급되는 전극(37)을 형성하는 한편 바디(36a)에도 전원이 공급되는 전극(37a)을 형성하고, 상기 멤브레인(31)과 일체형 유로 가스켓(34)(34a) 및 평판형 바이폴라 플레이트(35)(35a)는 바디(36)(36a)에 고정봉(38)으로 고정시켜 이루어지며;
상기 전기분해 셀(30)에서 분해된 수소와 산소는 상부 받침판(13)에 설치된 수분 제거조(60)로 공급되어 수분이 제거된 후 혼합가스로 배출되고;
상기 전기분해 셀(30)에서 배출되는 증류수는 물탱크(20)로 회수되게 하고;
상기 물탱크(20)에는 상부 받침판(13)에 설치된 보충수 탱크(70)에 채워진 증류수가 펌프(71)로 공급되어 일정 수위를 유지하는 것을 특징으로 하는 수소 산소 혼합가스 발생장치.
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