KR102508325B1 - 수전해가스 발전장치 - Google Patents

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KR102508325B1
KR102508325B1 KR1020220105235A KR20220105235A KR102508325B1 KR 102508325 B1 KR102508325 B1 KR 102508325B1 KR 1020220105235 A KR1020220105235 A KR 1020220105235A KR 20220105235 A KR20220105235 A KR 20220105235A KR 102508325 B1 KR102508325 B1 KR 102508325B1
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황영준
손복수
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임종덕
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주식회사 케이엔
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Abstract

본 발명은 수전해가스 발전장치에 관한 것으로, 물을 전기 분해하여 수소와 산소로 이루어진 수전해가스를 생성하는 수전해가스 생성수단; 상기 수전해가스 생성수단과 연결되며, 상기 수전해가스로부터 시동연료를 생성하는 시동연료 공급라인; 상기 수전해가스 생성수단과 연결되며, 상기 수전해가스로부터 운전연료를 생성하는 운전연료 공급라인: 및 상기 시동연료 공급라인 및 상기 운전연료 공급라인과 연결되며, 상기 시동연료 공급라인으로부터 시동연료를 공급받아 시동하고, 시동 후 상기 운전연료 공급라인으로부터 운전연료를 공급받아 운전하여 전기를 생성하는 내연엔진 발전수단을 포함한다.
본 발명에 의하면, 물을 전기분해하여 얻은 수전해가스를 연료로 연소하여 발전함으로써 저렴하게 전기를 생산할 수 있고, 엔진에서 공기의 흡기없이 연소하여 발전할 수 있다. 또한, 유해물질인 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 등의 생성을 억제하며 연소와 발전함으로써 친환경 발전장치가 구현될 수 있다.

Description

수전해가스 발전장치{GENERATING APPARATUS USING WATER GAS AS FUEL}
본 발명은 수전해가스 발전장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물을 전기분해하여 얻은 수전해가스를 주연료로 이용하여 환경오염물질의 발생없이 내연엔진을 운전하여 발전할 수 있도록 한 수전해가스 발전장치에 관한 것이다.
일반적으로, 수전해가스(워터가스)는 가스발생기에서 자동 생산되는 무공해 연료를 말하며, 물(H2O)의 구성비 그대로 수소와 산소가 2:1의 비율로 혼합된 상태의 가스를 말한다.
고도의 전기분해 기술에 의한 물의 해리작용으로 생성되는 수전해가스는 자체 산소에 의해 완전연소되는 이상적인 기체로서 임플로젼 현상에 의해 수전해가스만의 독특한 연소특성을 나타내므로 종전의 수소가스와는 다르다.
최근에는 환경규제 강화로 인해 화석연료의 연소에 의해 발생하는 온실가스와 질소산화물(NOx)의 감소가 중요한 이슈가 되고 있다. 즉, 클린 디젤 연소방식이 내연기관의 새로운 화두로 떠오르고 있으며, 청정 연료인 수전해가스가 새롭게 조명받고 있다.
관련 선행기술로는 한국 등록특허공보 제10-1246901호 등이 있다.
상기 선행기술은 산소가스와 수소가스를 미리 액화시켜 저장하고 필요시에 이들을 각각 가열하여 증기로 변환시키고 재혼합하여 워터가스로 재생산한다. 재생산된 워터가스는 엔진의 연소실에 공급함으로써 작은 용량의 워터가스 발생기를 이용하면서도 엔진의 연소실에 워터가스를 안정적으로 공급할 수 있다. 워터가스의 저장시 액화산소와 액화수소로 분리 저장함으로써 폭발의 위험성이 방지될 수 있다.
그러나 상기 선행기술은 무공해 연료인 수전해가스를 화염안정제만으로 사용하는 한계가 있다. 상기 선행기술은 화석연료를 주원료로 수전해가스를 첨가 혼소하여 엔진을 구동시킴으로써 기존의 공연비보다 큰 초희박 연소를 가능하게 함으로써 연료절감 및 배기가스 오염물질을 감소시키고 있다.
한국 등록특허공보 제10-1246901호
본 발명의 목적은 물을 전기분해하여 얻은 수전해가스를 주연료로 이용하여 환경오염물질의 발생없이 내연엔진을 운전하여 발전할 수 있는 수전해가스 발전장치를 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 물을 전기 분해하여 수소와 산소로 이루어진 수전해가스를 생성하는 수전해가스 생성수단; 상기 수전해가스 생성수단과 연결되며, 상기 수전해가스로부터 시동연료를 생성하는 시동연료 공급라인; 상기 수전해가스 생성수단과 연결되며, 상기 수전해가스로부터 운전연료를 생성하는 운전연료 공급라인: 및 상기 시동연료 공급라인 및 상기 운전연료 공급라인과 연결되며, 상기 시동연료 공급라인으로부터 시동연료를 공급받아 시동하고, 시동 후 상기 운전연료 공급라인으로부터 운전연료를 공급받아 운전하여 전기를 생성하는 내연엔진 발전수단을 포함한다.
더 구체적으로, 상기 시동연료 공급라인은 무기고분자와 유기화합물을 포함하는 액상의 제1 반응물을 수용하며, 상기 수전해가스로부터 상기 시동연료를 생성하는 시동연료 생성탱크를 포함할 수 있다.
상기 시동연료 공급라인은 상기 시동연료 생성탱크와 상기 내연엔진 발전수단과의 사이에 설치되며, 상기 내연엔진 발전수단으로 공급되는 상기 시동연료의 압력을 유지하는 제1 서지탱크를 포함할 수 있다.
상기 시동연료 공급라인은 상기 수전해가스 생성수단과 상기 시동연료 생성탱크와의 사이에 설치되어 물을 수용하며, 역화를 방지하는 워터탱크를 포함할 수 있다.
상기 운전연료 공급라인은 상기 내연엔진 발전수단으로 공급되는 상기 운전연료의 압력을 유지하는 제2 서지탱크를 포함할 수 있다.
상기 제2 서지탱크에는 상기 운전연료 공급라인에 공기를 공급하는 공기공급수단이 연결될 수 있다.
상기 운전연료 공급라인은 상기 제2 서지탱크와 상기 내연엔진 발전수단과의 사이에 설치되어 무기고분자를 포함하는 액상의 흡착촉매물을 수용하며, 상기 공기로부터 산소를 얻어 상기 수전해가스에 더 혼합하는 산소농축탱크를 포함할 수 있다.
상기 운전연료 공급라인은 상기 산소농축탱크와 내연엔진 발전수단과의 사이에 설치되어 유기화합물을 포함하는 액상의 제2 반응물을 수용하며, 산소를 더 혼합한 상기 수전해가스에 수소를 더 혼합하여 상기 운전연료를 생성하는 운전연료 생성탱크를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면, 물을 전기분해하여 얻은 수전해가스를 연료로 연소하여 발전함으로써 저렴하게 전기를 생산할 수 있다.
본 발명은 엔진에서 공기의 흡기없이 연소하여 발전할 수 있다.
본 발명은 유해물질인 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 등의 생성을 억제하며 연소와 발전함으로써 친환경 발전장치를 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 수전해가스 발전장치를 나타낸 시스템도이다.
도 2는 도 1의 부분 확대도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 어느 곳에서든지 동일한 부호로 표시한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1 및 도2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 수전해가스 발전장치는 수전해가스 생성수단(10)을 포함한다. 수전해가스 생성수단(10)은 물을 전기 분해하여 수소와 산소로 이루어진 수전해가스를 생성한다.
수전해가스 생성수단(10)은 잘 알려진 바와 같이 전해조에서 물을 전기 분해하여 수전해가스를 생성하며, 생성된 수전해가스는 수소와 산소가 2:1의 비율로 혼합된 상태를 이룬다.
수전해가스 생성수단(10)은 전기 분해로 생성한 수전해가스를 포집하기 위한 포집탱크를 포함하며, 포집탱크에는 포집된 수전해가스로 인한 탱크 내부의 압력을 체크하기 위한 압력센서가 설치되는 것이 바람직하다. 압력센서는 포집탱크의 압력 변화량을 체크하여 포집탱크에서 일정한 압력으로 수전해가스가 토출되는지의 여부를 표시한다.
수전해가스 생성수단(10)의 포집탱크에서 토출되는 수전해가스는 내연엔진 발전수단(20)의 주연료로 사용되며, 내연엔진 발전수단(20)은 수전해가스로부터 생성한 연료를 연소시키며 구동하여 전기를 생성한다. 내연엔진 발전수단(20)의 내연엔진은 화석연료를 연소시켜 구동하는 내연기기관이며, 불꽃점화 내연기관은 모두 적용가능하다.
내연엔진 발전수단(20)은 내연엔진과 기계 물리적으로 연결되는 발전기를 포함하며, 잘 알려진 바와 같이 발전기는 내연엔진의 구동으로 발생되는 회전력을 이용하여 전기를 생성한다. 발전기에서 생성된 전기는 축전되며, 축전된 전기 중 일부는 수전해가스 생성수단(10)에 공급되어 물을 전기 분해하기 위한 전원으로 사용될 수 있다.
또한, 축전된 전기 중 일부는 본 발명의 구동을 제어하는 제어수단과 전자밸브, 발열수단, 펌프, 전자부품, 엔진의 시동 등에 공급되어 구동을 위한 전원으로 사용될 수 있다.
한편, 본 발명은 시동연료 공급라인(100)과 운전연료 공급라인(200)을 포함한다. 시동연료 공급라인(100)과 운전연료 공급라인(200)은 각각 내연엔진 발전수단(20)과 수전해가스 생성수단(10)과의 사이에 설치된다.
시동연료 공급라인(100)은 수전해가스 생성수단(10)의 수전해가스로부터 시동연료를 생성하여 내연엔진 발전수단(20)의 시동을 위해 공급하고, 운전연료 공급라인(200)은 수전해가스로부터 운전연료를 생성하여 내연엔진 발전수단(20)의 시동 후 운전을 위해 공급한다.
먼저, 시동연료 공급라인(100)은 시동연료 생성탱크(110)를 포함한다. 시동연료 생성탱크(110)는 내연엔진 발전수단(20)과 수전해가스 생성수단(10)과의 사이에 설치되며, 액상의 무기고분자와 액상의 유기화합물이 혼합되어 이루어진 액상의 제1 반응물을 수용하여 수전해가스로부터 시동연료를 생성한다.
제1 반응물을 이루는 액상의 무기고분자는 제올라이트 등과 같은 무기고분자 물질이다. 제1 반응물은 어느 1종의 무기고분자를 유기화합물과 혼합하여 이루어질 수 있고, 2종 이상의 무기고분자를 혼합한 혼합물과 유기화합물을 혼합하여 이루어질 수 있다. 이때, 2종 이상의 무기고분자가 혼합된 혼합물은 제올라이트를 함유함이 바람직하다.
제1 반응물을 이루는 액상의 유기화합물은 탄소, 수소, 질소, 산소 등으로 이루어진 화합물이며, 에탄올 등과 같은 휘발성, 인화성이 높은 유기화합물로 이루어짐이 바람직하다.
제1 반응물은 어느 1종의 유기화합물을 무기고분자와 혼합하여 이루어질 수 있고, 2종 이상의 유기화합물을 혼합한 혼합물과 무기고분자를 혼합하여 이루어질 수 있다.
시동연료 생성탱크(110)는 탱크 내부에 열을 가해 제1 반응물의 화학반응을 촉진시키기 위한 발열수단을 포함함이 바람직하다. 발열수단은 제1 반응물의 강한 흡열반응에 필요한 열을 공급하며, 히터봉이나 전열선 등과 같이 열을 발생시킬 수 있는 구성이면 어떤 타입도 무방하다.
시동연료 생성탱크(110)는 제1 반응물의 수위를 측정하기 위한 수위센서가 설치됨이 바람직하고, 압력를 체크하기 위한 압력센서가 설치됨이 바람직하다.
수전해가스 생성수단(10)의 포집탱크에서 토출되는 수전해가스는 관(171)을 통해 시동연료 생성탱크(110)로 공급되며, 관(171)에는 수전해가스의 역류를 차단하기 위한 체크밸브(173)가 설치되는 것이 바람직하다.
시동연료 생성탱크(110)에는 제1 반응물을 공급하기 위한 제1 반응물 공급라인이 설치될 수 있다. 제1 반응물 공급라인은 제1 반응물 저장탱크와 공급관 및 밸브, 펌프 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 수위센서의 신호에 따라 자동 공급하여 제1 반응물의 수위를 일정하게 유지시킬 수 있다.
시동연료 생성탱크(110)의 내부에는 제1 토출관(111)이 설치된다. 제1 토출관(111)은 관(171)과 연결되어 관(171)을 통해 공급되는 수전해가스를 제1 반응물에 토출한다.
제1 토출관(111)은 제1 반응물에 잠겨 시동연료 생성탱크(110)의 바닥과 근접하는 제1 토출관부(111a)를 포함하며, 제1 토출관부(111a)에는 다수개의 노즐이 형성될 수 있다.
관(171)을 통해 공급되는 수전해가스는 제1 토출관부(111a)의 노즐들을 통해 제1 반응물에 토출되며, 노즐들은 산기나 폭기 형태로 수전해가스를 제1 반응물에 토출한다. 제1 반응물에 잠긴 토출관부(111a)는 내연엔진 발전수단(20)의 시동시 발생될 수 있는 역화를 방지한다.
이와 같이 수전해가스가 제1 반응물에 토출되면, 제1 반응물를 이루는 무기고분자의 촉매작용과 유기화합물의 강력한 흡열반응을 통한 화학반응으로 고농도의 수소와 산소가 생산되고 제1 반응물의 수면 위로 부상하여 포집됨으로써 시동연료가 생성된다.
이때, 제1 반응물은 환원제를 포함하여 이루어질 수 있다. 제1 반응물은 액상의 무기고분자, 액상의 유기화합물 및 액상의 환원제를 포함하여 이루어질 수 있다. 환원제는 암모니아계 환원제 등일 수 있으며, 제1 반응물의 화학반응시 가스화되어 시동연료를 이룬다.
환원제는 내연엔진 발전수단(20)의 내연엔진이 시동연료를 연소하여 시동하는 동안 유해성분인 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 등의 생성을 억제하여 대기환경유해물질이 제거된 친환경의 배기가스를 배기하도록 한다.
시동연료 공급라인(100)은 제1 서지탱크(120)를 포함할 수 있다. 제1 서지탱크(120)는 시동연료 생성탱크(110)와 내연엔진 발전수단(20)과의 사이에 설치되며,내연엔진 발전수단(20)으로 공급되는 시동연료의 공급 압력을 일정하게 유지한다.
시동연료 생성탱크(110)에서 생성된 시동연료는 관(174)를 통해 제1 서지탱크(120)로 이동되며, 제1 서지탱크(120)는 시동연료를 균등한 압력으로 내연엔진 발전수단(20)에 공급하여 압력 변화로 인한 내연엔진 발전수단(20)의 시동 불량 및시동 꺼짐현상, 시동 출력(RPM)이 불규칙적으로 작동하는 일이 없도록 한다.
관(174)에는 역류를 차단하기 위한 체크밸브(175)가 설치되는 것이 바람직하다. 제1 서지탱크(120)의 시동연료를 내연엔진 발전수단(20)으로 공급하는 관(176)의 중간에는 관(176)을 온/오프하는 전자밸브(181)가 설치됨이 바람직하고, 제1 서지탱크(120)에는 전자밸브(181)의 구동 소스를 제공하는 압력센서가 설치됨이 바람직하다.
시동연료 공급라인(100)은 워터탱크(130)를 포함할 수 있다. 워터탱크(130)는 수전해가스 생성수단(10)과 시동연료 생성탱크(110)와의 사이에 설치되며, 일정 수위의 물을 수용하여 역화를 방지한다.
워터탱크(130)의 내부에는 제2 토출관(131)이 설치된다. 제2 토출관(131)은 관(177)을 통해 수전해가스 생성수단(10)의 포집탱크와 연결되고, 포집탱크로부터 공급되는 수전해가스를 물에 토출한다.
제2 토출관(131)은 물에 잠겨 워터탱크(130)의 바닥과 근접하는 제2 토출관부(131a)를 포함하며, 제2 토출관부(131a)에는 다수개의 노즐이 형성될 수 있다.
관(177)을 통해 공급되는 수전해가스는 제2 토출관부(131a)의 노즐들을 통해 물에 토출된다. 노즐들은 산기나 폭기 형태로 수전해가스를 물에 토출하며, 물에 토출되는 수전해가스는 수면 위로 부상하여 포집된 후 관(171)을 통해 시동연료 생성탱크(110)로 이동한다.
이와 같이 물에 잠긴 제2 토출관부(131a)는 내연엔진 발전수단(20)의 시동시 발생될 수 있는 역화를 방지한다.
워터탱크(130)는 물의 수위를 측정하기 위한 수위센서가 설치됨이 바람직하고, 수면 위로 부상하여 포집되는 수전해가스의 압력을 체크하기 위한 압력센서가 설치됨이 바람직하다.
관(177)에는 수전해가스의 역류를 차단하기 위한 체크밸브(178)가 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 관(177)에는 관(177)을 온/오프하는 전자밸브(182)가 설치됨이 바람직하고, 워터탱크(130)의 압력센서가 전자밸브(182)의 구동 소스를 제공함이 좋다.
워터탱크(130)에는 물을 공급하기 위한 워터공급라인이 설치될 수 있다. 워터공급라인은 물 저장탱크와 공급관 및 밸브, 펌프 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 워터탱크(130)의 수위센서의 신호에 따라 자동 급수하여 물의 수위를 일정하게 유지시킬 수 있다.
시동연료 공급라인(100)은 물과 제1 반응물에 대한 수전해가스의 토출과 제1 반응물에 대한 수전해가스의 화학반응 및 시동연료의 공급을 위해서 적합한 기체의 유동압력을 가져야 한다. 내연엔진 발전수단(20)은 소정 압력 이상의 시동연료를 공급받아야만 압축 착화하여 원활한 시동을 보장한다.
이와 같은 기체의 유동압력은 수전해가스 생성수단(10)의 포집탱크가 압송에 의해 형성되며, 그 유동압력은 시동연료 공급라인(100)을 통과하는 동안 유지되어 내연엔진 발전수단(20)으로 제공된다.
수전해가스 생성수단(10)의 포집탱크는 수전해가스를 압송하고, 그 압송 압력은 시동연료 공급라인(100)을 통과하는 동안 유지되며 내연엔진 발전수단(20)으로 공급된다. 이 때문에 내연엔진 발전수단(20)은 시동연료를 무리없이 압축 착화하여 시동한다.
제1 서지탱크(120)는 수전해가스 생성수단(10)에서 제공하는 압력에 변화가 발생하는 경우에도 완급 조절하여 시동연료가 균등한 압력으로 내연엔진 발전수단(20)으로 공급될 수 있도록 한다.
다음으로, 운전연료 공급라인(200)은 시동연료의 공급이 중지된 후 즉시 내연엔진 발전수단(20)으로 운전연료를 공급하며, 시동연료 공급라인(100)의 전자밸브(181)가 작동하여 관(176)을 막음으로써 시동연료의 공급이 차단된다.
운전연료는 시동이 완료된 내연엔진 발전수단(20)의 내연엔진이 정속도 구동을 위해 공급되며, 시동연료보다 높은 산소 밀도를 가지고 낮은 압력으로 공급되어 내연엔진의 정속도 구동을 구현한다. 내연엔진이 시동에서 운전 모드로 전환되어 구동이 안정되면 충분한 산소공급과 낮은 압력의 연료(수소) 공급으로 정속도 구동이 가능하다.
이를 위해, 운전연료 공급라인(200)은 제2 서지탱크(210)를 포함한다. 제2 서지탱크(210)는 수전해가스 생성수단(10)과 내연엔진 발전수단(20)과의 사이에 설치되어 운전연료 공급라인(200)의 앞단에 위치하며, 운전연료 공급라인(200)의 기체 유동압력과 운전연료 공급압력을 시동연료 공급라인(100)보다 낮고 일정하게 유지한다.
제2 서지탱크(210)는 관(271)을 통해 수전해가스 생성수단(10)의 포집탱크와 연결되며, 관(271)에는 역류를 차단하기 위한 체크밸브(272)가 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 관(271)에는 관(271)을 온/오프하는 전자밸브(281)가 설치됨이 바람직하다.
수전해가스 생성수단(10)의 포집탱크는 수전해가스를 시동연료 공급라인(100)과 동일한 압력으로 압송하여 제2 서지탱크(210)로 공급하고, 제2 서지탱크(210)는 그 압력을 완화하여 후단으로 배출한다.
제2 서지탱크(210)는 공기공급수단(220)과 연결될 수 있다. 공기공급수단(220)은 공기를 압축하여 압송하는 에어 컴프레셔임이 바람직하며, 대기를 이루는 공기를 압축하여 제2 서지탱크(210)로 압송한다.
공기공급수단(220)은 공기를 통해 산소를 더 공급함으로써 운전연료 공급라인(200)에서 생성되는 운전연료가 시동연료 대비 더 높은 산소 농도를 가지도록 한다. 제2 서지탱크(210)는 공기공급수단(220)이 압송하는 공기의 압력을 완화하여 후단으로 배출한다.
제2 서지탱크(210)는 수전해가스 생성수단(10)과 공기공급수단(220)으로부터 공급되는 압력에 변화가 발생하는 경우에도 완급 조절하여 균등 압력으로 기체가 운전연료 공급라인(200)을 유동하고, 운전연료가 내연엔진 발전수단(20)으로 공급되어 정속도 운전할 수 있도록 한다.
공기공급수단(220)은 관(273)을 통해 제2 서지탱크(210)와 연결되며, 관(273)에는 역류를 차단하기 위한 체크밸브(274)가 설치되는 것이 바람직하다. 또한, 관(273)에는 관(273)을 온/오프하는 전자밸브(283)가 설치됨이 바람직하다.
운전연료 공급라인(200)은 산소농축탱크(230)를 포함한다. 산소농축탱크(230)는 제2 서지탱크(210)와 내연엔진 발전수단(20)과의 사이에 설치되며, 관(275)을 통해 제2 서지탱크(210)와 연결된다. 관(275)에는 역류를 차단하기 위한 체크밸브(276)가 설치되는 것이 바람직하다.
산소농축탱크(230)에는 제2 서지탱크(210)로부터 수전해가스와 공기가 유입되며, 공기 중 산소만을 골라 수전해가스와 혼합함으로써 산소 함량이 증가된 수전해가스(이하, "산소 고농도 수전해가스"라고 한다)를 생성한다.
산소농축탱크(230)는 제올라이트 등과 같은 무기고분자 물질을 함유하거나 무기고분자 물질인 액상의 흡착촉매물을 수용한다. 흡착촉매물은 1종의 무기고분자 물질이거나 2종 이상의 무기고분자 물질이 혼합된 혼합물일 수 있다. 이때, 무기고분자 물질의 혼합물은 제올라이트를 함유함이 바람직하다.
또는, 흡착촉매물은 1종의 무기고분자 물질 또는 2종 이상의 무기고분자 물질이 혼합된 혼합물을 함유하여 이루어질 수 있다. 이때, 무기고분자 물질의 혼합물은 제올라이트를 함유함이 바람직하다.
산소농축탱크(230)로 유입되는 수전해가스는 액상의 흡착촉매물로부터 수면 위로 부상하여 포집되고, 공기 중 산소를 제외한 나머지 성분(질소, 아르곤, 이산화탄소 등)이 흡착촉매물에 흡착되어 제거되고 흡착되지 않고 남은 산소가 수면 위로 부상하여 포집되어 수전해가스와 혼합됨으로써, 산소농축탱크(230)에는 산소 고농도 수전해가스가 생성된다.
산소농축탱크(230)의 내부에는 제3 토출관(231)이 설치된다. 제3 토출관(231)은 관(275)을 통해 제2 서지탱크(210)와 연결되고, 제2 서지탱크(210)로부터 공급되는 수전해가스와 공기를 액상의 흡착촉매물에 토출한다.
제3 토출관(231)은 흡착촉매물에 잠겨 산소농축탱크(230)의 바닥과 근접하는 제3 토출관부(231a)를 포함하며, 제3 토출관부(231a)에는 다수개의 노즐이 형성될 수 있다.
관(275)을 통해 공급되는 수전해가스와 공기는 제3 토출관부(231a)의 노즐들을 통해 흡착촉매물에 토출된다. 노즐들은 산기나 폭기 형태로 수전해가스와 공기를 흡착촉매물에 토출하며, 흡착촉매물에 토출되는 수전해가스는 수면 위로 부상하여 포집되고, 공기 중 흡착되지 않은 산소가 수면 위로 부상하여 수전해가스와 혼합되어 산소 고농도 수전해가스가 생성된다.
이와 같이 흡착촉매물에 잠긴 제3 토출관부(231a)는 내연엔진 발전수단(20)의 운전시 발생될 수 있는 역화를 방지한다.
산소농축탱크(230)는 흡착촉매물의 수위를 측정하기 위한 수위센서가 설치됨이 바람직하고, 수면 위로 생성되는 산소 고농도 수전해가스의 압력을 체크하기 위한 압력센서가 설치됨이 바람직하다.
산소농축탱크(230)에는 흡착촉매물을 공급하기 위한 흡착촉매물 공급라인이 설치된다. 흡착촉매물 공급라인은 흡착촉매물 저장탱크와 공급관 및 밸브, 펌프 등을 포함하여 구성될 수 있으며, 산소농축탱크(230)의 수위센서의 신호에 따라 자동 공급하여 수위를 일정하게 유지시킬 수 있다.
운전연료 공급라인(200)은 운전연료 생성탱크(240)를 포함한다. 운전연료 생성탱크(240)는 유기화합물로 이루어진 액상의 제2 반응물을 수용하며, 산소 고농도 수전해가스로부터 운전연료를 생성한다.
제2 반응물을 이루는 유기화합물은 탄소, 수소, 질소, 산소 등으로 이루어진 액상의 화합물이며, 에탄올 등과 같이 휘발성, 인화성이 높은 유기화합물로 이루어짐이 바람직하다. 제2 반응물은 어느 1종 또는 2종 이상의 유기화합물이 혼합되어 이루어질 수 있다.
운전연료 생성탱크(240)는 탱크 내부에 열을 가해 제2 반응물의 화학반응을 촉진시키기 위한 발열수단을 포함할 수 있다. 발열수단은 제2 반응물의 강한 흡열반응에 필요한 열을 공급하며, 히터봉이나 전열선 등과 같이 열을 발생시킬 수 있는 구성이면 어떤 타입도 무방하다.
운전연료 생성탱크(240)는 제2 반응물의 수위를 측정하기 위한 수위센서가 설치됨이 바람직하고, 제2 반응물의 화학반응에 적합한 압력 유지를 체크하기 위한 압력센서가 설치됨이 바람직하다.
산소농축탱크(230)에서 토출되는 산소 고농도 수전해가스는 관(277)을 통해 운전연료 생성탱크(240)로 공급되며, 관(277)에는 산소 고농도 수전해가스의 역류를 차단하기 위한 체크밸브(278)가 설치되는 것이 바람직하다. 운전연료 생성탱크(240)의 운전연료를 내연엔진 발전수단(20)으로 공급하는 관(279)의 중간에는 관(276)을 온/오프하는 전자밸브(285)가 설치됨이 바람직하다.
운전연료 생성탱크(240)에는 제2 반응물을 공급하기 위한 제2 반응물 공급라인이 설치된다. 제2 반응물 공급라인은 제2 반응물 저장탱크와 공급관 및 밸브, 펌프 등을 포함할 수 있으며, 수위센서의 신호에 따라 자동 공급하여 제2 반응물의 수위를 일정하게 유지시킬 수 있다.
운전연료 생성탱크(240)의 내부에는 제4 토출관(241)이 설치된다. 제4 토출관(241)은 관(277)과 연결되어 관(277)을 통해 공급되는 산소 고농도 수전해가스를 제2 반응물에 토출한다.
제4 토출관(241)은 제2 반응물에 잠겨 운전연료 생성탱크(240)의 바닥과 근접하는 제4 토출관부(241a)를 포함하며, 제4 토출관부(241a)에는 다수개의 노즐이 형성될 수 있다.
관(277)을 통해 공급되는 산소 고농도 수전해가스는 제4 토출관부(241a)의 노즐들을 통해 제2 반응물에 토출되며, 노즐들은 산기나 폭기 형태로 산소 고농도 수전해가스를 제2 반응물에 토출한다.
제2 반응물에 잠긴 제4 토출관부(241a)는 내연엔진 발전수단(20)의 운전시 발생될 수 있는 역화를 방지한다.
이와 같이 산소 고농도 수전해가스가 제2 반응물에 토출되면, 제2 반응물를 이루는 유기화합물의 강력한 흡열반응을 통한 화학반응으로 고농도의 수소가 생산되고 제2 반응물의 수면 위로 부상하여 기 부상된 산소 고농도 수전해가스와 혼합됨으로써, 수면 위에는 운전연료가 생성된다.
제2 반응물은 액상의 환원제를 포함하여 이루어질 수 있다. 제2 반응물은 유기화합물과 환원제를 포함하여 이루어질 수 있다. 환원제는 암모니아계 환원제 등일 수 있으며, 제2 반응물의 화학반응시 가스화되어 운전연료를 이룬다.
환원제는 내연엔진 발전수단(20)의 내연기관이 운전연료를 연소하여 운전하는 동안 유해성분인 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 등의 생성을 억제하여 대기환경유해물질이 제거된 친환경의 배기가스를 배기하도록 한다.
제2 서지탱크(210)에서 토출되는 압력은 운전연료 공급라인(200)을 통과하는 동안 유지되고, 내연엔진 발전수단(20)은 운전연료를 공급받아 정속도 운전하며 전기를 생성한다.
내연엔진 발전수단(20)의 내연엔진은 연소에 필요한 산소를 시동연료 공급라인(100)과 운전연료 공급라인(200)으로부터 충분히 얻기 때문에, 시동이나 운전을 위하여 별도의 흡기장치(흡기밸브 등)가 필요없다.
상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 물을 전기분해하여 얻은 수전해가스를 연료로 연소하여 발전함으로써 저렴하게 전기를 생산할 수 있고, 엔진에서 공기의 흡기없이 연소하여 발전할 수 있다. 또한, 유해물질인 질소산화물(NOx), 탄화수소(HC), 일산화탄소(CO) 등의 생성을 억제하며 연소와 발전함으로써 친환경 발전장치가 구현될 수 있다.
상기의 본 발명은 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다. 여기서 본 발명의 본질적 기술범위는 청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 수전해가스 생성수단 20: 내연엔진 발전수단
100: 시동연료 공급라인 110: 시동연료 생성탱크
120: 제1 서지탱크 130: 워터탱크
200: 운전연료 공급라인 210: 제2 서지탱크
220: 공기공급수단 230: 산소농축탱크
240: 운전연료 생성탱크

Claims (8)

  1. 물을 전기 분해하여 수소와 산소로 이루어진 수전해가스를 생성하는 수전해가스 생성수단(10):
    상기 수전해가스 생성수단(10)과 연결되며, 상기 수전해가스로부터 시동연료를 생성하는 시동연료 공급라인(100);
    상기 수전해가스 생성수단(10)과 연결되며, 상기 수전해가스로부터 운전연료를 생성하는 운전연료 공급라인(200): 및
    상기 시동연료 공급라인(100) 및 상기 운전연료 공급라인(200)과 연결되며, 상기 시동연료 공급라인(100)으로부터 시동연료와 상기 운전연료 공급라인(200)으로부터 운전연료를 각각 공급받아 전기를 생성하는 내연엔진 발전수단(20)을 포함하며,
    상기 시동연료 공급라인(100)은 상기 수전해가스 생성수단(10)과 연결되며 물을 수용하여 역화를 방지하는 워터탱크(130)와, 무기고분자와 유기화합물을 포함하는 액상의 제1 반응물을 수용하여 상기 워터탱크(130)와 연결되며 상기 수전해가스로부터 상기 시동연료를 생성하는 시동연료 생성탱크(110)와, 상기 시동연료 생성탱크(110)와 상기 내연엔진 발전수단(20)과의 사이에 설치되며 상기 내연엔진 발전수단(20)으로 공급되는 상기 시동연료의 압력을 유지하는 제1 서지탱크(120)를 포함하고,
    상기 운전연료 공급라인(200)은 공기를 공급하는 공기공급수단(220)과, 상기 공기공급수단(220) 및 상기 수전해가스 생성수단(10)과 연결되며 상기 운전연료 공급라인(200)의 압력을 유지하는 제2 서지탱크(210)와, 무기고분자를 포함하는 액상의 흡착촉매물을 수용하여 상기 제2 서지탱크(210)와 연결되며 상기 공기로부터 산소를 얻어 상기 수전해가스에 더 혼합하는 산소농축탱크(230)와, 상기 산소농축탱크(230)와 내연엔진 발전수단(20)과의 사이에 설치되어 유기화합물을 포함하는 액상의 제2 반응물을 수용하며 상기 산소를 더 혼합한 수전해가스에 수소를 더 혼합하여 상기 운전연료를 생성하는 운전연료 생성탱크(240)를 포함하며,
    상기 워터탱크(130)는 관(177)을 통해 상기 수전해가스 생성수단(10)과 연결되고, 상기 워터탱크(130)의 내부에는 상기 관(177)과 연결되며 상기 워터탱크(130)의 바닥과 근접하게 위치하는 제2 토출관부(131a)을 갖는 제2 토출관(131)이 설치되고, 상기 제2 토출관부(131a)에는 상기 관(177) 및 상기 제2 토출관(131)을 통해 유입되는 수전해가스를 상기 물 속으로 방출하는 노즐이 설치되고,
    상기 시동연료 생성탱크(110)는 관(171)을 통해 상기 워터탱크(130)와 연결되어 상기 수전해가스를 유입하며, 상기 시동연료 생성탱크(110)의 내부에는 상기 관(171)과 연결되며 상기 시동연료 생성탱크(110)의 바닥과 근접하게 위치하는 제1 토출관부(111a)을 갖는 제1 토출관(111)이 설치되고, 상기 제1 토출관부(111a)에는 상기 관(171) 및 상기 제1 토출관(111)을 통해 유입되는 수전해가스를 상기 제1 반응물 속으로 방출하는 노즐이 설치되고,
    상기 산소농축탱크(230)는 관(275)을 통해 상기 제2 서지탱크(210)와 연결되어 상기 공기와 수전해가스를 유입하며, 상기 산소농축탱크(230)의 내부에는 상기 관(275)과 연결되며 상기 산소농축탱크(230)의 바닥과 근접하게 위치하는 제3 토출관부(231a)를 갖는 제3 토출관(231)이 설치되고, 상기 제3 토출관부(231a)에는 상기 관(275) 및 상기 제3 토출관(231)을 통해 유입되는 상기 공기와 수전해가스를 상기 흡착촉매물 속으로 방출하는 노즐이 설치되고,
    상기 운전연료 생성탱크(240)는 관(277)을 통해 상기 산소농축탱크(230)와 연결되어 상기 산소를 더 혼합한 수전해가스를 유입하며, 상기 운전연료 생성탱크(240)의 내부에는 상기 관(277)과 연결되며 상기 운전연료 생성탱크(240)의 바닥과 근접하게 위치하는 제4 토출관부(241a)를 갖는 제4 토출관(241)이 설치되고, 상기 제4 토출관부(241a)에는 상기 관(277) 및 상기 제4 토출관(241)을 통해 유입되는 상기 산소를 더 혼합한 수전해가스를 상기 제2 반응물 속으로 방출하는 노즐이 설치되고,
    상기 제1 서지탱크(120)는 관(174)을 통해 상기 시동연료 생성탱크(110)와 연결되어 상기 시동연료를 유입하고, 관(176)을 통해 상기 내연엔진 발전수단(20)에 상기 시동연료를 공급하며,
    상기 관(171), 상기 관(174) 및 상기 관(177)에는 체크밸브(173), 체크밸브(175) 및 체크밸브(178)이 각각 설치되어 역류를 차단하고, 상기 관(177) 및 상기 관(176)에는 전자밸브(181)와 전자밸브(182)가 각각 설치되어 개폐 작동하며,
    상기 제2 서지탱크(210)는 관(271)을 통해 상기 수전해가스 생성수단(10)과 연결되어 상기 수전해가스를 유입하고, 관(273)을 통해 상기 공기공급수단(220)과 연결되어 상기 공기를 유입하며,
    상기 운전연료 생성탱크(240)는 관(279)을 통해 상기 내연엔진 발전수단(20)에 상기 운전연료를 공급하며,
    상기 관(271), 상기 관(273), 상기 관(275) 및 상기 관(277)에는 체크밸브(272), 체크밸브(274), 체크밸브(276) 및 체크밸브(278)가 각각 설치되어 역류를 차단하고,
    상기 관(271), 상기 관(273) 및 상기 관(279)에는 전자밸브(281), 전자밸브(283) 및 전자밸브(285)가 각각 설치되어 개폐 작동하며,
    상기 내연엔진 발전수단(20)은 상기 시동연료 공급라인(100)으로부터 시동연료를 공급받아 시동하고, 상기 전자밸브(181)가 상기 관(176)을 막아 상기 시동연료의 공급이 차단된 후, 상기 운전연료 공급라인(200)으로부터 운전연료를 공급받아 운전하여 전기를 생성하는 것을 특징으로 하는 수전해가스 발전장치.
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