KR102504991B1 - 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템 - Google Patents

수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템으로서, 몸체부(11) 내부에 수력발생수단이 구비되어, 입구(12)로 유입된 유체가 출구(13)로 배출되면서 발전이 되는 수력 발전부(10); 및 양극 전극과 음극 전극을 가지며, 유체의 전기분해를 수행하는 전기분해 반응부(20)를 포함하며, 수력 발전부(10)에서 발전을 수행하고 배출된 유체가 전기분해 반응부(20)에 유입되며, 수력 발전부(10)의 전원이 전기분해 반응부(20)의 양극 전극과 음극 전극에 공급되어, 유체 반응물의 전기분해 반응이 수행되는 것을 특징으로 한다.

Description

수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템{Self-powered Electrolysis System having a hydroelectric power element}
본 발명은 자가발전식 전기분해 시스템에 관한 것이다. 구체적으로는 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템에 관한 것이다.
기존의 전기분해 시스템은 안정적인 전기분해 반응을 유지하기 위하여, 별도의 전원공급이 요구되었다. 즉 전기분해 반응의 안정성 확보를 위해, 지속적인 대량의 전원공급이 안정적으로 수행되어야 하는 산업용 분야에서는 독립적인 전원공급부가 안정적으로 구비되는 것이 적절하였다.
하지만, 전기분해 반응이 필요시에만 사용되는 경우, 예를 들어 가정용 또는 휴대용으로 살균반응이 일정 시간만 수행되는 경우에는 구태여 대량의 전원공급을 위한 시공을 별도로 하는 것이 불편한 문제점이 있었다.
이에, 본 발명은 전기분해 반응에 사용되는 유체 반응물이 흐르는 과정에서 수력발전을 하여 자가발전을 하고, 생성된 전원을 전기분해 반응에 사용하도록 하여, 발전과 전기분해 반응이 일체화된 유수식 자가발전 전기분해 시스템을 제안하고자 한다.
한편, 전기분해 반응과 관련하여, 수산기(hydroxyl radical, OH-)는 불소에 버금가는 강력한 산화작용으로 물 속의 세균, 박테리아 등을 살균하고, 질소화합물, 황산화물, 기타 VOC 등을 제거하며, 중금속, 독극물 등을 중화할 수 있다. 이러한 수산기의 이점을 이용하기 위하여 수중에서 수산기를 생성하려는 노력이 있어 왔다.
일반적으로, 수중에서 수산기를 생성하는 기술은 버블 메카니즘(Bubble Mechanism)을 이용한 것이다. 수중에서 직류 전압을 1mm 이내의 간격으로 근접시켜 이격된 두 전극 사이에 방전하면 전계 내에 위치한 음전극(Cathode)에서 국부적인 방전열이 발생하게 된다. 방전열에 접촉된 물이 기화되면서 형성된 기포가 그 크기가 커지는 과정에서 전계가 밀집된 물 속 공간이 좁아지고 결국 미약한 전계에 의해서도 방전을 일으켜 액체 유전체의 급속한 파괴를 유도한다.
이와 같은 과정에서 물 분자가 수소이온(H+)과 산소이온(O-)으로 분해되고, 음이온인 산소이온은 주변에 존재하는 다른 물 분자들과 반응을 계속적으로 하면서 수산기(OH-)를 형성한다. 이 때 생성된 음이온은 환원작용으로 인하여 물로 환원되므로 다른 화학 첨가물과 같은 오염이 생성되지 않으면서 살균력을 가진 살균수가 계속적으로 생성될 수 있다.
수산기(hydroxyl radical,OH-)는 불소에 버금가는 강한 살균력과 산화력을 갖게 되어, 물속에 존재하는 세균류나 박테리아 등을 살균하고, 질소화합물, 황산화물, 기타 VOC 등을 제거하며, 중금속, 독극물 등을 중화할 수 있다. 함께 생성되는 산소계(O-, O3-)음이온과 HOCL, H2O2 등도 같은 역할을 하게 된다.
또한, 일반적인 상수에 해당되는 수도물(tap wate)을 전기분해하여 전기화학적 반응에 의해 차아염소산, 차아염소산나트륨 등을 생성시켜 살균, 탈취, 표백 등에 활용하고 있다. 나아가, 일정한 화학적 구성을 가진 액체를 전기화학적 반응을 거쳐 이형 성분의 액체로 변화시키고자 할 때에도 활용할 수 있다.
그런데, 생성된 살균수, 또는 반응액은 일정 시간이 지나면 빛, 공기 등과의 접촉 반응으로 그 성질이 약화되게 된다. 특히 기존의 살균장치의 경우, 생성된 살균수를 별도의 용기에 보관한 후, 필요시 사용하는 방식으로 활용되었다. 이러한 방식은 살균수의 살균력을 저하시키는 점에서 문제점이 있었다.
(문헌 1) 한국공개특허공보 제10-2021-0002877호(2021.01.11)
본 발명에 따른 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템은 다음과 같은 해결과제를 가진다.
첫째, 별도의 전원공급장치 없이, 전기분해 반응물인 유체의 흐름을 이용하여 자가발전을 하고자 한다.
둘째, 자가발전시 생성되는 전압을 일정하게 유지하고자 한다.
셋째, 전기분해 반응부에서 살균수 등의 전기화학적 반응액을 필요할 때, 즉시 생성하고자 한다.
넷째, 유수방식을 적용하여, 전기분해 반응이 구현되는 공간을 유수의 흐름과 상응하게 구비하고자 한다.
다섯째, 정해진 유수 공간에서 전기분해 반응 시간이 더욱 많이 확보되는 구조를 제시하고자 한다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 따른 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템은 몸체부 내부에 수력발생수단이 구비되어, 입구로 유입된 유체가 출구로 배출되면서 발전이 되는 수력 발전부; 및 양극 전극과 음극 전극을 가지며, 유체의 전기분해를 수행하는 전기분해 반응부를 포함하며, 수력 발전부에서 발전을 수행하고 배출된 유체가 전기분해 반응부에 유입되며, 수력 발전부의 전원이 전기분해 반응부의 양극 전극과 음극 전극에 공급되어, 유체 반응물의 전기분해 반응이 수행될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전기분해 반응부는 중공형상의 외부 전극부 및 외부 전극부의 내부에 삽입되는 막대 형상의 내부 전극부로 구비되며, 외부 전극부가 양극 전극으로 구비되면 내부 전극부는 음극 전극으로 구비되고, 외부 전극부가 음극 전극으로 구비되면 내부 전극부는 양극 전극으로 구비되어, 수력 발전부의 전원이 전기분해 반응부의 외부 전극부 및 내부 전극부에 공급될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 수력 발전부 앞에 유압 조절부가 더 구비되어, 유체는 유압 조절부에서 감압 또는 가압되면서 기 설정된 유압으로 조절된 상태로 배출되어, 상기 수력 발전부에 유입될 수 있다.
본 발명에 있어서, 전기분해 반응부의 외부 전극부는 일측에 개구를 가진 중공부로 된 몸체부 및 대향되는 타측에 중공부와 연통되도록 구비된 통로 지지부를 가지며, 전기분해 반응부의 내부 전극부는 외부 전극부의 개구를 통해 중공부에 삽입되는 막대 형상의 몸체부, 몸체부의 내측 단부와 외측 단부에 각각 구비된 내부 유로부 및 내부 유로부와 연통되도록 구비된 통로 지지부를 가지며, 내부 전극부의 외측 단부에는 통로 지지부가 관통되는 통공을 가진 커버부가 체결되어, 외부 전극부의 개구에 밀폐 결합되며, 외부 전극부와 내부 전극부는 이격된 유수 공간부가 구비되도록 상호 절연 결합되어, 유수 공간부에서 유입된 유체 반응물이 전기분해될 수 있다.
본 발명에 있어서, 내부 전극부의 각 내부 유로부는 몸체부의 단부에 형성된 적어도 하나의 단부면 통공과 몸체부의 측면에 형성된 적어도 하나의 측면 통공 및 양 통공을 연통시키는 내부 통로로 구비될 수 있다.
청구항 5에 있어서, 내부 통로는 직선 구조, 곡선 구조 및 절곡 구조 중 적어도 하나의 구조로 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 내부 통로는 각 단부면 통공과 각 측면 통공을 직접 연결시킬 수 있다.
본 발명에 있어서, 일 내부 통로에는 복수의 각 측면 통공이 연결될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 절곡 구조로 된 내부 통로는 몸체부의 길이방향으로 형성된 단부면 내부 통로와 몸체부의 방사방향으로 형성된 측면 내부 통로가 연통되어 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 내부 전극부의 몸체부의 내측 단부 및 외측 단부의 측면에는 내부 전극부보다 작은 직경의 내측 안착단과 외측 안착단이 각각 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 외부 전극부의 중공부 내측에는 내부 전극부의 내측 안착단에 대응되는 간격유지 안착단이 구비되고, 커버부에는 내부 전극부의 외측 안착단에 대응되는 커버부 안착단이 구비되어, 유수 공간부의 기 조절된 간격을 유지할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 간격유지 안착단과 상기 커버부는 절연 재질로 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 내부 전극부의 몸체부의 측면에는 돌출부가 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 돌출부는 나선형 돌출부가 연속적 또는 비연속적으로 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 돌출부는 복수개의 돌기로 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 돌출부는 통전 재질로 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 외부 전극부의 통로 지지부 및 내부 전극부의 통로 지지부에는 링 형상의 전원공급부가 각각 삽입되어, 상기 수력 발전부의 각 전원단자와 전기적으로 접속될 수 있다.
본 발명에 따른 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템은 다음과 같은 효과를 가진다.
첫째, 전기분해 반응물인 유체의 흐름을 이용하여 수력발전을 하여 별도의 전원공급장치를 수차 자가발전기로 대체하는 효과가 있다. 이를 통해 설치의 효율성과 경제성을 증대시킬 수 있다.
둘째, 유압 조절부를 거친 후 수력 발전부에 유체를 공급함으로써, 자가발전되는 전압을 일정하게 유지하는 효과가 있다.
셋째, 전기분해 반응부에서 유수식 구조를 활용하여, 살균수가 필요할 때 즉시 생성되는 효과가 있다.
넷째, 전기분해 반응부는 외부 전극부와 내부 전극부의 삽입구조를 이용하여, 상호 이격된 공간인 유수 공간부에서 유수가 배출방향으로 흘러가면서 전기분해 반응이 효율적으로 이루어지는 효과가 있다.
다섯째, 전기분해 반응부의 유수 공간부에 복수의 나선형 돌출부 또는 복수의 돌기가 구비되거나, 삽입되는 내부 전극부에 기 설정된 규격의 내부 통로와 측면통공을 두어, 물의 흐름과 유속, 체류시간 등을 제어함으로써, 전기분해 반응 표면적과 반응 시간이 더욱 많이 확보되는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 자가발전식 전기분해 시스템의 순서도이다.
도 2는 수력발전부와 전기분해 반응부를 구비한 자가발전식 전기분해 시스템의 일 실시예를 나타낸다.
도 3은 수력발전부, 전기분해 반응부 및 유압조절부를 구비한 자가발전식 전기분해 시스템의 일 실시예를 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 전기분해 반응부의 일 실시예의 결합 단면도이다.
도 5는 도 4에 따른 전기분해 반응부의 분해 단면도이다.
도 6은 도 4에 따른 외부 전극부, 내부 전극부 및 커버부의 개요도이다.
도 7은 도 4에 따른 내부 유로부의 여러 실시예를 나타낸다.
도 8은 도 4에 따른 내부 유로부의 여러 단면도를 나타낸다.
도 9는 도 4에 따른 내부 전극부의 내부 유로부 및 내부통공의 구조에 관한 일 실시예를 나타낸다.
도 10은 도 4에 따른 내부 전극부의 측면에 복수의 돌기가 구비된 실시예를 나타낸다.
도 11은 도 4에 따른 내부 전극부의 측면에 복수의 나선형 돌출부가 구비된 실시예를 나타낸다.
도 12는 본 발명에 따른 전원공급부, 간격유지 안착단 및 커버부의 일 실시예를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 이해할 수 있는 바와 같이, 후술하는 실시예는 본 발명의 개념과 범위를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 형태로 변형될 수 있다. 가능한 한 동일하거나 유사한 부분은 도면에서 동일한 도면부호를 사용하여 나타낸다.
본 명세서에서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지는 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명은 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템에 관한 것으로서, 가정용, 휴대용 등 필요시 전기분해가 수행되는 시스템에 적합하게 적용될 수 있을 것이다. 나아가, 유체 반응물의 공급이 지속적으로 수행되는 산업용 분야의 경우에도 유체의 흐름을 이용한 안정적인 수력발전이 가능하므로 충분히 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 전기분해 반응부를 통해 다양한 반응물의 전기분해 반응이 구현될 수 있다. 본 명세서에서는 발명의 특징을 보다 명확히 설명하기 위하여, 유체 반응물 중 물(water)의 전기분해를 통해 살균수를 생성하는 실시예를 예로 들어 본 발명의 구성과 기능작용 등을 설명하고자 한다.
이하에서는 도면을 참고하여 본 발명을 설명하고자 한다. 참고로, 도면은 본 발명의 특징을 설명하기 위하여, 일부 과장되게 표현될 수도 있다. 이 경우, 본 명세서의 전 취지에 비추어 해석되는 것이 바람직하다.
도 1은 본 발명에 따른 자가발전식 전기분해 시스템의 순서도이다. 도 2는 수력발전부와 전기분해 반응부를 구비한 자가발전식 전기분해 시스템의 일 실시예를 나타낸다. 도 3은 수력발전부, 전기분해 반응부 및 유압조절부를 구비한 자가발전식 전기분해 시스템의 일 실시예를 나타낸다.
본 발명에 따른 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템은 수력 발전부(10) 및 전기분해 반응부(20)를 포함한다.
본 발명은 동일한 유체가 수력 발전부(10)를 거친 후 전기분해 반응부(20)로 유입되는 유수방식 구조이며, 수력 발전부(10)에서 자가발전된 전원을 전기분해 반응부(20)의 전극에 공급하는 구조이다. 즉 별도의 전원공급장치없이도 자가발전에 의해 전기분해 반응을 수행할 수 있다.
유체는 유체이송관의 압력 또는 별도의 유체이송펌프에 의한 압력 등이 가해지면서 이송되며, 수력 발전부(10)로 유입될 수 있다. 예를 들어, 일정한 수압이 있는 상수도 설비에 연결될 수 있고, 이송펌프에 의한 압력으로 이송되는 저수조의 상수, 해수 또는 액체에 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 수력 발전부(10)는 몸체부(11) 내부에 수력발생수단이 구비되어, 입구(12)로 유입된 유체가 출구(13)로 배출되면서 발전될 수 있다. 수력발생수단은 공지의 수단이 채택될 수 있으며, 팬(fan) 구조 등이 활용될 수 있다.
본 발명에 따른 전기분해 반응부(20)는 양극 전극과 음극 전극을 가지며, 유체의 전기분해를 수행한다.
본 발명에 따른 자가발전식 전기분해 시스템은 수력 발전부(10)에서 발전을 수행하고 배출된 유체가 전기분해 반응부(20)에 유입되며, 수력 발전부(10)의 전원이 전기분해 반응부(20)의 양극 전극과 음극 전극에 공급되어, 유체 반응물의 전기분해 반응이 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 전기분해 반응부(20)는 일반적으로 통용되는 다양한 전기분해 반응구조를 채택할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전기분해 반응부(20)는 중공형상의 외부 전극부(100) 및 외부 전극부의 내부에 삽입되는 막대 형상의 내부 전극부(200)로 구비될 수 있다(도 6 참조).
본 명세서에서는 외부 전극부(100)와 내부 전극부(200)가 삽입전극 구조로 구비된 전기분해 반응부(20)의 실시예를 중심으로 본 발명의 특징을 설명하고자 한다. 다만, 이러한 실시예에 국한되지 않음을 명확히 한다.
외부 전극부가 양극 전극으로 구비되면 내부 전극부는 음극 전극으로 구비될 수 있다. 반대로, 외부 전극부가 음극 전극으로 구비되면 내부 전극부는 양극 전극으로 구비될 수 있다.
본 발명은 수력 발전부(10)의 전원이 전기분해 반응부(20)의 외부 전극부(100) 및 내부 전극부(200)에 공급된다.
본 발명에 따른 자가발전식 전기분해 시스템은 도 2에 도시된 바와 같이, 수력 발전부(10)가 구비되어, 수력 발전부(10)의 입구(12)로 유체가 유입되며, 몸체부(11)의 내부에는 팬(fan) 등의 공지의 수력발생수단이 구비되어 발전이 되며, 출구(13)를 통해 유체가 배출된 후, 동일한 유체가 전기분해 반응부(20)로 유입되는 실시예로 구현될 수 있다.
그런데, 수력 발전부(10)에서 생성되는 전원의 전압은 유입되는 유체의 압력에 따라 변화될 수 있다.
이에 본 발명에서는 도 3에 도시된 바와 같이, 수력 발전부(10) 앞에 유압 조절부(30)가 더 구비되어, 유체는 유압 조절부(30)에서 감압 또는 가압되면서 기 설정된 유압으로 조절된 상태로 배출되어, 수력 발전부(10)에 유입되도록 하는 실시예로 구현될 수도 있다.
이러한 실시예에 따르면, 먼저 유체는 유압 조절부(30)의 입구(32)를 통해 유입되며, 몸체부(31) 내부에 구비된 공지의 감압밸브구조 또는 가압펌프구조를 통해 유압이 조절된 후에 출구(33)로 배출되며, 동일한 유체가 수력 발전수의 입구(12)로 유입될 수 있다.
일 예로서, 유체가 수압을 가진 수돗물인데, 유입된 수돗물에 의해 수력 발전부(10)에서 발생되는 전압이 전기분해 반응에 요구되는 전압보다 높은 경우가 있을 수 있다. 이 경우, 유압 조절부(30)는 감압밸브를 채택할 수 있으며, 요구되는 전압이 발생되도록 수돗물의 수압을 감압하는 것이 적절하다.
다른 예로서, 수돗물 등 공급되는 유체의 압력의 폭이 변동되는 등 수력 발전부(10)에 유입되는 유체의 압력이 불균일한 경우, 유압 조절부(30)를 통해 기 설정된 압력으로 조절한 후 수력 발전부(10)에 유입되도록 하여, 균일한 전압을 생성시킬 수 있을 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 전기분해 반응부(20)가 삽입 전극 구조로 구비된 실시예를 설명하고자 한다.
도 4는 본 발명에 따른 전기분해 반응부의 일 실시예의 결합 단면도이고, 도 5는 도 4에 따른 전기분해 반응부의 분해 단면도이다.
본 발명에 따른 삽입 전극 구조로 구비된 유수식 전기분해 장치는 외부 전극부(100), 내부 전극부(200) 및 유수 공간부(300)를 포함한다.
본 발명에 따른 외부 전극부(100)는 일측에 개구(130)를 가진 중공부(120)로 된 몸체부(110) 및 대향되는 타측에 중공부(120)와 연통되도록 구비된 통로 지지부(140)를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 내부 전극부(200)는 외부 전극부(100)의 개구(130)를 통해 중공부(120)에 삽입되는 막대 형상의 몸체부(210), 몸체부(210)의 내측 단부(211)와 외측 단부(212)에 각각 구비된 내부 유로부(220) 및 내부 유로부(220)와 연통되도록 구비된 통로 지지부(230)를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 내부 전극부(200)의 외측 단부(212)에는 통로 지지부(230)가 관통되는 통공(321)을 가진 커버부(320)가 체결되어, 외부 전극부(100)의 개구(130)에 밀폐 결합될 수 있다.
여기서, '밀폐'의 의미는 내부 유로부(220)를 통해서만 물 등의 반응물이 유입 및 배출되고, 외부 전극부의 개구(130) 등의 다른 부분은 누수되지 않도록 폐쇄되었다는 의미이다.
본 발명에 따른 외부 전극부(100)와 내부 전극부(200)는 이격된 유수 공간부(300)가 구비되도록 상호 절연 결합되어, 유수 공간부(300)에서 유입된 유체 반응물이 이동되면서 전기분해될 수 있다.
본 발명에 따른 외부 전극부(100)와 내부 전극부(200)는 상호 삽입되도록 대응되는 구조체를 포함한다. 육면체 등의 다각 형상체도 상호 삽입가능한 구조체이므로 본 발명에 포함된다.
다만, 본 명세서에서는 설명을 용이하게 하기 위하여, 도 6에 예시된 바와 같이, 외부 전극부(100)가 속이 빈 원통형상으로 구비되고, 내부 전극부(200)는 둥근 막대로 구비되는 실시예로 본 발명을 설명하고자 한다.
원통 형상의 실시예의 경우, 각각 원통형상으로된 외부 전극부((100)와 내부 전극부(200)는 통전가능한 금속 소재 등으로 구비될 수 있다.
외부 전극부(100)는 순티타늄, 티타늄, SUS 등의 소재로 구비될 수 있고, 내부 전극부(200)는 이와 동일한 소재의 표면에 백금, 이리듐 및 기타 백금족 도금을 하여 높은 전도도를 갖도록 구비될 수 있다.
유수 공간부(300)는 공급되는 반응물(예로, 물)의 수압, 유량 등을 감안하여, 상호 이격되는 공간을 조절할 수 있다.
외부 전극부(100)와 내부 전극부(200)는 일 실시예로서, 0.1~10mm 이내의 일정 간격으로 이격된 상태로 고정된다. 각 전극부에 직류전기가 인가되면, 외부 전극부(100)의 내측과 내부 전극부(200)의 외측 사이 공간인 유수 공간부(300)에서 방전이 발생하고, 유수 공간부(300)를 흐르는 반응물(예로, 물)에 전기분해 반응이 일어난다.
이하에서는 본 발명에 따른 내부 유로부(200)를 설명하고자 한다.
도 7은 도 4에 따른 내부 유로부의 여러 실시예를 나타낸다. 도 8은 도 4에 따른 내부 유로부의 여러 단면도를 나타낸다. 도 9는 도 4에 따른 내부 전극부의 내부 유로부 및 내부통공의 구조에 관한 일 실시예를 나타낸다.
참고로, 반응물 중 물(water)은 수도물의 일반 수압 또는 전동펌프 등에 의해 기 설정된 수압으로 내부 유로부에 공급될 수 있다.
본 발명에 따른 내부 전극부(200)의 각 내부 유로부(220)는 몸체부(210)의 단부에 형성된 적어도 하나의 단부면 통공(221)과 몸체부의 측면에 형성된 적어도 하나의 측면 통공(222) 및 양 통공(221)(222)을 연통시키는 내부 통로(223)로 구비될 수 있다.
내부 통로(223)는 직선 구조, 곡선 구조 및 절곡 구조 중 적어도 하나의 구조로 구비될 수 있다.
먼저, 내부 통로(223)가 직선 구조로 된 실시예를 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 내부 통로(223)는 각 단부면 통공(221)과 각 측면 통공(222)을 직접 연결시킬 수 있다. 도 7a는 2개의 단부면 통공(221)과 2개의 측면 통공(222)가 각각 직선 구조로 연통된 실시예이다.
본 발명에 따른 일 내부 통로(223)에는 복수의 각 측면 통공(222)이 연결될 수 있다. 도 7b는 1개의 단부면 통공(221)와 2개의 측면 통공(222)가 각각 직선 구조로 연통된 실시예이다. 도 7c는 도 7b의 실시예의 내부 통로(223)에서 또 다른 측면동공(222)으로 연통되도록 분기된 실시예이다.
다음으로, 내부 통로(223)가 절곡 구조로 된 실시예를 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 절곡 구조로 된 내부 통로(223)는 몸체부(210)의 길이방향으로 형성된 단부면 내부 통로(2231)와 몸체부(210)의 방사방향으로 형성된 측면 내부 통로(2232)가 연통되어 구비될 수 있다. 도 7d 내지 도 7f는 내부 통로(223)가 단부면 내부 통로(2231)와 측면 내부 통로(2232)로 구비된 실시예를 나타낸다.
또한, 측면 내부 통로(2232)는 수직방향도 가능하나, 도 7h 및 도 7i와 같이, 경사진 사선방향으로 분기되는 것도 가능하다. 이러한 분기는 반응물(예로, 물)의 분출 방향과 일치되도록 구비될 수 있을 것이다.
이하에서는 본 발명에 따른 유수 공간부(300) 및 유수 공간부의 간격을 유지하고 조절하는 구성에 대하여 설명하고자 한다.
내부 전극부(200)의 몸체부(210)의 내측 단부(211) 및 외측 단부(212)의 측면에는 내부 전극부(200)보다 작은 직경의 내측 안착단(240)과 외측 안착단(250)이 각각 구비된다(도 5 참조).
도 5에 도시된 바와 같이, 외부 전극부(100)의 중공부(120) 내측에는 내부 전극부(200)의 내측 안착단(240)에 대응되는 간격유지 안착단(310)이 구비된다. 또한, 커버부(320)에는 내부 전극부(200)의 외측 안착단(250)에 대응되는 커버부 안착단(322)이 구비되어, 유수 공간부(300)의 기 조절된 간격을 유지할 수 있다.
내측 안착단(240)과 간격유지 안착단(310)이 계단 결합을 하는데, 간격유지 안착단(310)의 폭을 조절하거나, 내측 안착단(240)의 함몰 깊이를 조절하면 이격되는 정도 즉 유수 공간부(300)의 간격이 조절가능하다.
동일한 원리로, 외측 안착단(250)과 커버부 안착단(322)이 계단 결합될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 유수 공간부(300)의 왼쪽과 오른쪽의 간격(높이)는 동일하게 구비되는 것이 일반적인 실시예이다. 다만, 전술한 계단 결합에서 각 단의 형상, 높이 및 깊이 등을 조절하면, 유수 공간부(300)의 왼쪽과 오른쪽의 간격이 상이하게 구비되는 실시예도 가능하다.
유수 공간부(300)에서는 외부 전극부(100)와 내부 전극부(200) 사이에서 발생되는 밀도 높은 전류에 의해 유수 상태에서 전기분해 반응이 수행될 수 있다.
유수 공간부(300)의 간격(gap)이 좁을수록 전류밀도가 높아지고 전기분해 반응이 잘 수행된다. 하지만, 간격(gap)이 좁으면 배출되는 유량이 감소될 수 있으므로, 이러한 상호관계를 조절하면서 유수 공간부(300)의 간격을 조절하는 것이 적절할 것이다.
내측 안착단(240)과 계단 결합을 하는 간격유지 안착단(310)은 도 9에 도시된 바와 같이 링형 부재로 구비될 수 있다.
또한, 간격유지 안착단(310)과 커버부(320)는 절연 재질로 구비된다. 이러한 절연 재질로 인해, 외부 전극부(100)와 내부 전극부(200)는 이격된 유수 공간부(300)가 구비되도록 상호 절연 결합될 수 있다.
이하에서는 본 발명에 따른 내부 전극부(200)의 외면에 형성된 돌출부(270)에 대하여 설명하고자 한다.
도 10은 내부 전극부의 측면에 복수의 돌기가 구비된 실시예를 나타낸다. 도 11은 내부 전극부의 측면에 복수의 나선형 돌출부가 구비된 실시예를 나타낸다.
본 발명에 따른 내부 전극부(200)의 몸체부(210)의 측면에는 돌출부(270)가 구비될 수 있다. 내부 전극부(200)의 내부 유로부(200)의 측면 통공(222)을 통해 유수 공간부(300)로 공급된 반응물(예로, 물)은 유수 공간부(300)에서 이동하면서 전기분해반응을 하게 된다.
이때, 공급된 반응물(예로, 물)이 충분히 전기분해반응을 하도록 하는 것이 중요하다. 또한, 반응물(예로, 물)이 유수 공간부(300) 내부를 원활하게 이동하여 배출되도록 하는 것도 중요하다.
이를 위해, 본 발명은 도 10에 도시된 바와 같이, 돌출부(270)는 내부 전극부(200)의 측면에 복수의 돌기(271)가 구비되는 실시예로 구현될 수 있다. 돌기(271) 실시예에서 이동되는 물은 복수의 돌기(272)에 의해 불규칙적인 흐름을 가지게 되며, 유수 공간부(300)에서 물과 접촉되는 반응표면적이 증가되며, 물이 이동되는 경로도 증가되어 전기분해가 더욱 충분히 수행되는 효과가 있다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 돌출부(270)는 나선형 돌출부(272)가 연속적 또는 비연속적으로 구비되는 실시예로 구현될 수 있다. 나선형 돌출부(272) 실시예에서 이동되는 물은 나선형 돌출부(272)에 의해 나선 방향으로 회전하는 흐름을 가지게 되어 물의 배출속도와 배출량 등의 제어가 용이하게 된다. 그리고 유수 공간부(300)에서 물과 접촉되는 반응표면적이 증가되며, 물이 이동되는 경로도 증가되어 전기분해가 더욱 충분히 수행되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 돌출부(270)는 통전 재질 또는 비통전(절전) 재질로 구비될 수 있다. 다만, 반응표면적 증가의 관점에서 통전 재질로 구비되는 것이 적절할 것이다. 돌출부(270)는 내부 전극부(200)와 동일한 통전 재질로 구비될 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 전원공급부(150)(260), 간격유지 안착단(310) 및 커버부(320)의 일 실시예를 나타낸다.
본 발명에 따른 외부 전극부(100)의 통로 지지부(140) 및 내부 전극부(200)의 통로 지지부(230)에는 링 형상의 전원공급부(150)(260)가 각각 삽입되어 전기적으로 접속될 수 있다.
본 명세서에서 설명되는 실시예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10 : 수력 발전부 11 : 몸체부
12 : 입구 13 : 출구
14 : 양극단자 15 : 음극단자
30 : 유압 조절부 31 : 몸체부
32 : 입구 33 : 출구
20 : 전기분해 반응부
100 : 외부 전극부 110 : 몸체부
111 : 바닥면 120 : 중공부
130 : 개구 140 : 통로 지지부
150 : 전원 공급부
200 : 내부 전극부 210 : 몸체부
211 : 내측 단부 212 : 외측 단부
220 : 내부 유로부 221 : 단부면 통공
222 : 측면 통공 223 : 내부 통로
2231 : 단부 내부 통로 2232 : 측면 내부 통로
23O : 통로 지지부 240 : 내측 안착단
250 : 외측 안착단 260 : 전원 공급부
270 : 돌출부 271 : 돌기
272 : 나선형 돌출부
300 : 유수 공간부 310 : 간격유지 안착단
320 : 커버부 321 : 커버부 통공
322 : 커버부 안착단

Claims (17)

  1. 몸체부 내부에 수력발생수단이 구비되어, 입구로 유입된 유체가 출구로 배출되면서 발전이 되는 수력 발전부; 및 양극 전극과 음극 전극을 가지며, 유체의 전기분해를 수행하는 전기분해 반응부를 포함하며,
    수력 발전부에서 발전을 수행하고 배출된 유체가 전기분해 반응부에 유입되며, 수력 발전부의 전원이 전기분해 반응부의 양극 전극과 음극 전극에 공급되어, 유체 반응물의 전기분해 반응이 수행되며,
    전기분해 반응부의 외부 전극부는 일측에 개구를 가진 중공부로 된 몸체부 및 대향되는 타측에 중공부와 연통되도록 구비된 통로 지지부를 가지며,
    전기분해 반응부의 내부 전극부는 외부 전극부의 개구를 통해 중공부에 삽입되는 막대 형상의 몸체부, 몸체부의 내측 단부와 외측 단부에 각각 구비된 내부 유로부 및 내부 유로부와 연통되도록 구비된 통로 지지부를 가지며,
    내부 전극부의 외측 단부에는 통로 지지부가 관통되는 통공을 가진 커버부가 체결되어, 외부 전극부의 개구에 밀폐 결합되며,
    외부 전극부와 내부 전극부는 이격된 유수 공간부가 구비되도록 상호 절연 결합되어, 유수 공간부에서 유입된 유체 반응물이 전기분해되는 것을 특징으로 하는 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전기분해 반응부는 중공형상의 외부 전극부 및 외부 전극부의 내부에 삽입되는 막대 형상의 내부 전극부로 구비되며,
    외부 전극부가 양극 전극으로 구비되면 내부 전극부는 음극 전극으로 구비되고, 외부 전극부가 음극 전극으로 구비되면 내부 전극부는 양극 전극으로 구비되어,
    수력 발전부의 전원이 전기분해 반응부의 외부 전극부 및 내부 전극부에 공급되는 것을 특징으로 하는 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 수력 발전부 앞에 유압 조절부가 더 구비되어,
    유체는 유압 조절부에서 감압 또는 가압되면서 기 설정된 유압으로 조절된 상태로 배출되어, 상기 수력 발전부에 유입되는 것을 특징으로 하는 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    내부 전극부의 각 내부 유로부는
    몸체부의 단부에 형성된 적어도 하나의 단부면 통공과 몸체부의 측면에 형성된 적어도 하나의 측면 통공 및 양 통공을 연통시키는 내부 통로로 구비되는 것을 특징으로 하는 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템.
  6. 청구항 5에 있어서,
    내부 통로는 직선 구조, 곡선 구조 및 절곡 구조 중 적어도 하나의 구조로 구비된 것을 특징으로 하는 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    내부 통로는 각 단부면 통공과 각 측면 통공을 직접 연결시키는 것을 특징으로 하는 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템.
  8. 청구항 6에 있어서,
    일 내부 통로에는 복수의 각 측면 통공이 연결되는 것을 특징으로 하는 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 절곡 구조로 된 내부 통로는 몸체부의 길이방향으로 형성된 단부면 내부 통로와 몸체부의 방사방향으로 형성된 측면 내부 통로가 연통되어 구비되는 것을 특징으로 하는 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템.
  10. 청구항 1에 있어서,
    내부 전극부의 몸체부의 내측 단부 및 외측 단부의 측면에는 내부 전극부보다 작은 직경의 내측 안착단과 외측 안착단이 각각 구비되는 것을 특징으로 하는 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템.
  11. 청구항 10에 있어서,
    외부 전극부의 중공부 내측에는 내부 전극부의 내측 안착단에 대응되는 간격유지 안착단이 구비되고,
    커버부에는 내부 전극부의 외측 안착단에 대응되는 커버부 안착단이 구비되어,
    유수 공간부의 기 조절된 간격을 유지하는 것을 특징으로 하는 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 간격유지 안착단과 상기 커버부는 절연 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 내부 전극부의 몸체부의 측면에는 돌출부가 구비된 것을 특징으로 하는 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 돌출부는 나선형 돌출부가 연속적 또는 비연속적으로 구비되는 것을 특징으로 하는 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 돌출부는 복수개의 돌기로 구비되는 것을 특징으로 하는 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템.
  16. 청구항 13에 있어서,
    상기 돌출부는 통전 재질로 구비되는 것을 특징으로 하는 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템.
  17. 청구항 1에 있어서,
    외부 전극부의 통로 지지부 및 내부 전극부의 통로 지지부에는 링 형상의 전원공급부가 각각 삽입되어, 상기 수력 발전부의 각 전원단자와 전기적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 수력 발전부가 구비된 자가발전식 전기분해 시스템.
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