KR102541231B1 - 지문 타입 패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치 - Google Patents

지문 타입 패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 수소연료전지와 수소공급장치 사이에 설치되어, 수소연료전지에 공급되는 수소를 고밀도 선분 전기장 힘으로 활성화하여 높은 에너지 상태로 수소연료전지 Stack에 공급하므로 수소연료전지의 전리층 촉매에서 낮은 에너지로 활성화/이온화율을 향상시켜 수소와 산소의 결합률을 높여 많은 양의 전기를 발전시킬 수 있는 증폭(Turbo)/촉진 역할을 한다. 이와 같은 본 발명은 내부에 수용공간이 형성되고 일단에 수용공간과 연통하여 수소공급장치와 연결되는 가스유입통과, 타단에 수용공간과 연통하여 수소연료전지와 연결되는 가스배출통이 형성된 케이스부및 중앙에서 외측 방향으로 동심원 원형을 그리며 복수 개의 날카로운 요철원형산과 날카로운 요철원형골(날카로운 요철 지문 모양) 그리고 일단과 타단에 복수 개의 연결홀이 형성된 제1지문형판넬모듈과 제2지문형판넬모듈 그리고 복수 개의 중첩홀을 포함하여, 중첩홀이 연결홀과 중첩되도록 제1지문형판넬모듈과 제2지문형판넬모듈사이에 개재되는 개재모듈을 포함해 제1지문형판넬모듈이 DC전원 장치의 양전극과 연결되고 제2지문형판넬모듈이 전원장치의 음전극과 연결되어 제1지문형판넬모듈과 제2지문형판넬모듈사이로 유입되는 수소를 활성화/이온화시키는 지문판넬부를 포함한다. 결론적으로 수소의 활성화, 이온화, 중성화 과정에서 전기가 발생되는 중요 과정은 전체적인 내부의 구조로 볼 때 수소를 활성화/이온화시키는 음/양극 지문형 날카로운 요철 판넬은 모두 구리 재질 요철로 이루어져 있다. 날카로운 양극은 강력한 전기장 선속에 의해 수소를 이온화(Field Emission Electron)하여 전자 방출로 전류를 잘 흐르게 하고, 음극에서는 양 이온화된 수소 즉, Proton은 강력한 양 점 전하로 음극으로 바로 이동하여 이온화 에너지가 수소보다 낮은 구리로부터 쉽게 전자를 다시 흡입하므로 전기가 형성되고 중성 수소로 변환한다. 본 과정을 여러 번 반복적으로 일어나면서 수소연료전지 Cell에 주입되므로 수소연료전지의 전체적인 전기 발생율을 크게 향상시킬 수 있다. 수소 활성화/이온화 촉진장치에서 발생한 전기는 기본 수소연료전지에서 생성된 전기에 합류하거나 보조배터리에 충전하고, 나머지 활성화된 수소는 Cell로 주입되어 전기발생률을 촉진시켜 발전량을 향상시킨다.
끝으로 본 발명은 내부 구조와 부품은 수소와 화학 반응이 없어 반 영구적으로 사용해도 교체 또는 부식이 없고 성능이 감소되는 부품이 없다는 것이 큰 장점이다.

Description

지문 타입 패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치{Hydrogen Excitation/Ionization Accelerator Having Fingerprint Type Panel Stacked Structure}
본 발명은 수소연료전지스택(Fuel Cell Stack)과 수소기체 공급장치 사이에 설치되어 수소가 수소연료전지스택으로 공급되기 전 미리 수소를 고 밀도 전기장 선속(Electric Flux)에서 높은 에너지 준위로 활성화하거나 또는 이온화하여 주입시켜 기존 수소연료전지의 전리층에서 적은 에너지 흡수만으로도 이온화가 진행되며 이혼화의 효율을 높인다. 이러한 물리적 보조 활성화/이온화 진행은 수소연료전지스택의 전기발생 과정에 많은 전기를 보다 높은 효율로 생성할 수 있는 증폭(Turbo)/촉진하는 장치와 관련된 기술이다.
최근 10년간 대한민국의 에너지 소비는 매년 10% 이상 증가율을 기록하고 있다. 에너지 소비 증가율에 따라 온실 가스 배출량은 상대적인 비례로 증가한다. 현재, 전세계적으로 온실 가스 배출량을 줄일 수 있는 신 재생에너지에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있는 상황에서 여러 가지 응용과 적용 면에서 본 개발품은 주도적 적용/응용역할을 할 수 있는 부분이다.
활발하게 개발되고 있는 신 재생에너지 가운데 수소연료전지의 터보 역할 장치, 태양 열에너지 및 다양한 형태의 대체 에너지에 응용될 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다. 특히, 수소에너지는 무한히 존재하는 물을 전기 분해하여 수소를 얻을 수 있는 가능성이 있고 이를 공기와 반응시켜 에너지를 만들어 낼 수 있으며 메탄, 천연 가스 분리 등 다양한 방법으로 수소를 생성할 수 있다는 점, 그리고 공해물질을 발생시키지 않는 점, 더욱이 에너지를 만들어 낼 때 소음을 발생시키지 않고 에너지 생성 효율이 높으며 각종 전기발생 장비에 적용이 광범위 하다는 점 등에서 다른 신 재생에너지 보다 큰 관심을 받고 있다. 그리고 수소연료전지 근본 재료인 수소와 산소는 지구에서 가장 많은 원소로 존재하고 있다. 이에, 다른 신 재생에너지 중에 특히 수소는 보다 더 많은 연구가 진행되고 있다.
그러나, 현재까지 개발된 대다수의 수소연료전지 및 이와 연결되는 장치는 수소에너지를 기존 수소연료전지가 갖고 있는 기능 보다 더 높은 효율의 전기에너지로 변환시키지 못하는 한계점을 갖고 있으며 작동 온도(Operating Temperature)가 높다는 문제점을 갖고 있으며 현재 기존의 수소연료전지 전리층에서 촉매작용으로 이온화/활성화된 수소를 대량으로 증폭시키는데 한계가 있어 효율을 최대로 높이지 못하는 문제를 갖고 있다.
대한민국 등록특허 제10-2200739호(공고일자:2021년01월12일)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수소연료전지스택에서 사용되는 수소가 Cell의 전해질에서 완전히 이온화(2H+ + 2e)되기 전 각종 촉매로부터 일부만 활성화(H2 *)되고 대다수는 활성화되지 않아 전체적인 전기발생이 낮은 문제, 그리고 이에 따라 수소연료전지의 경제성이 높지 못한 문제를 해결하고자 한다. 즉, 본 발명은 수소 기체를 최대로 활성화와 동시에 이온화율을 증가시켜 고효율 전기생산 방법을 유도하는 것이 목적이다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다양한 형태의 지문 타입 패널(이후 “지문패널”로 칭함) 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치는, 수소공급장치(A)와 수소연료전지스택(B) 사이에 설치된 구조로서 그 내부에서 형성된 초고밀도 전기장 선속(Ultra-high density electric flux)은 수소 기체를 이온화(2H+ + 2e) 및 활성화(H2 *)를 동시에 시킨 후 수소연료전지스택에 공급하며 기본 수소연료전지스택에서 수소가 보다 쉽고 효율적으로 이온화되며 전기 발생율을 높일 수 있다.
이러한 지문패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치는 내부에 수용공간이 형성되고 일단에 수용공간과 연통하여 수소공급장치와 연결되는 가스유입통과, 타단에 수용공간과 연통하여 수소연료전지와 연결되는 활성화/이온화된 수소 가스 배출통이 형성된 케이스부; 및 중앙에서 외측 방향으로 동심 원형을 그리며 복수 개의 원형 산과 원형 골(산과 골 끝은 날카로운 요철로 지문 형태의 동심원 모양) 그리고 일단과 타단에 복수 개의 연결홀이 형성된 제1지문형판넬모듈과 제2지문형판넬모듈 그리고 복수 개의 중첩홀을 포함하여, 중첩홀이 연결홀과 중첩되도록 제1지문형판넬모듈과 제2지문형판넬모듈 사이에 개재되는 개재모듈을 포함해 제1지문형판넬모듈이 전원장치의 양전극과 연결되고 제2지문형판넬모듈이 전원장치의 음전극과 연결되어 제1지문형판넬모듈과 제2지문형판넬모듈 사이로 유입되는 수소를 활성화/이온화시키는 지문판넬부를 포함한다.
여기서 지문 패널은 끝이 날카로운 동심 원형 요철 모양이므로 상하/좌우 뒤틀림과 휨을 억제하고 또한 음/양극의 전기적 Short를 방지한다. 날카로운 칼날 모양은 그 곳에서 고밀도 선분 전기장 선속(Line Electric Flux)이 매우 높은 전기장을 형성하므로 수소원자에서 쉽게 전자를 추출(Field Emission Electron) 할 수 있는 두 가지 장점을 갖고 있다.
제1지문형판넬모듈과 제2지문형판넬모듈은 일측면과 타측면에 형성된 복수 개의 수용홈을 포함할 수 있다. 그리고 제1지문형판넬모듈에 하나의 연결홀과 개재모듈에 형성된 하나의 중첩홀 그리고 제2지문형판넬모듈에 형성된 하나의 연결홀을 관통하며 제1지문형판넬모듈, 개재모듈 및 제2지문형판넬모듈을 고정하는 고정막대부를 포함할 수 있다. 또한, 일단이 제1지문형판넬모듈과 연결되고, 타단이 제2지문형판넬모듈과 연결되어, 제1지문형판넬모듈과 제2지문형판넬모듈 사이에 고밀도 전기장 선속에 의해 이온화된 수소로 부터 발생된 전자는 Fuel Cell Stack에 주입하기 전에 발생된 전자이므로 기존의 수소연료전지 발생한 전기에 합류하거나 또는 보조 배터리 부에 충전하여 필요 시 사용한다. 이러한 과정이 반복적으로 N번 일어나 전체적인 전기 발생률을 크게 향상시킨다.
본 발명은 반복적으로 수소를 여러 번 활성화/이온화 시키면서 수소의 활성화 에너지를 높인 후, 수소연료전지에 이온화된 수소(2H+ + 2e) 및 활성화 에너지가 높은 수소(H2 *)를 공급해주므로 수소연료전지에서 많은 전기가 생성될 수 있도록 한다. 본 발명은 초고밀도 전기장 선속(Electric Flux)을 통해 수소를 이온화 에너지 준위 상태로 활성화시켜 -1.5 ~ 0.0eV까지 올려준 후, 수소연료전지스택의 전리층에서 수소원자에서 기저 상태의 전자를 이온화 시키는데 필요한 에너지를 활성화된 수소에 인가하여 수소에서 전자가 쉽게 방출되어 수소의 이온화율을 크게 증가시킨다. 본 발명은 이온화된 수소를 유입한 수소연료전지스택의 전기 발생효율을 향상시키며 화학적 방법을 사용하지 않고 물리적인 방법만으로 수소를 활성화(Activation) 및 이온화(Ionization)시킬 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명은 수소를 여러 번 활성화 및 이온화시키는 과정에서 발생된 전기를 기존의 수소연료전지 구조에서 발생한 전기에 합류시키거나 배터리에 저장한 후 필요 시, 전기를 출력하여 사용할 수 있도록 한다. 즉, 본 발명은 수소의 이온화(2H+ + 2e) 및 활성화된 수소(H2 *)를 여러 번 증폭시켜 전기 발생률을 높일 수 있다.
이와 같은 본 발명은 내부 구성 모든 물질들과 재료들이 순수(99.99999%)한 수소기체와 물리적 상호작용하므로 부식/마모 등이 없어 반 영구적으로 사용이 가능하다.
아울러, 본 발명은 승용차의 연료전지에 한정되지 않고, 건설용 기계 및 선박, 일례로 지게차, 굴삭기 그리고 요트, 드론, 인양선, 여객선의 내부 발전기 등에 적용하여 연료전지의 성능이 향상될 수 있도록 한다. 다시 말해, 본 발명은 수소전지를 이용하는 각종 장비에 적용되어 수소전지의 성능과 효율을 향상시킬 수 있는 증폭(Turbo)/촉진장치로 본다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치의 사용상태를 기존 수소연료전지 시스템에 증폭(Turbo)/촉진 장치가 추가로 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1의 지문패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치의 전체 종합 외형 사시도이다.
도 3은 도 2의 지문패널 적층 구조를 가지는 활성화/수소 이온화 촉진장치의 큰 단위로 분해한 사시도이다.
도 4는 복수 개의 지문형지문형판넬모듈이 일정 간격을 유지하며 적층된 지문판넬부를 나타낸 도면이다.
도 5 내지 도 7은 도 4에 나타난 지문패널부를 구체적으로 나타낸 측면 분해 도면이다.
도 8은 지문패널부의 내부로 수소가 유입되는 상태를 나타낸 도면이다.
도 9는 도 2의 본 발명의 일실시예에 따른 지문패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치를 I-I'선으로 절단한 적층 단면도이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 일실시 예에 따른 지문패널 적층 구조에서 강력한 고밀도 전기장 선속 분포(a)와 전기장 세기에 의해 수소를 활성화(b) 시키거나 양극에서 이온화(c)하여 전자를 방출시키고 양극 수소(2H+: Proton)는 강력한 점 양전하로 음극(구리)에서 이온화 에너지가 수소보다 낮은 구리로부터 쉽게 전자를 흡수(d)하여 중성이 되면서 전기를 여러 번 반복 생성하여 중첩적으로 N번 전기를 생성하는 한 Point 도면이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 설명을 통해 본 발명의 실시예의이점 및 특징들이 명확해질 것이다. 그러나, 도면 및 설명을 통해 명확해진 본 발명은 이하 개시된 실시예에 한정되지는 않는다. 본 발명은 오로지 청구항에 의해 정의되며 청구항에 기재된 내용에 따라 한정된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 통상의 기술자가 본 발명을 온전히 이해할 수 있도록 첨부된 도면을 참조해 본 발명을 상세히 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 지문패널 적층 구조를 갖는 수소 이온화 촉진장치에 대해 개괄적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치의 사용상태를 기존 수소연료전지 시스템에 증폭(Turbo)/촉진 장치가 추가로 나타낸 블록도이다.
지문패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치(1)는 기존에 장착된 수소공급장치(B)에서 공급되는 수소가 활성화/이온화 촉진장치(HIB)를 통과할 때, 수소를 반복적으로 활성화 및 이온화 시키며 전체적인 수소의 활성화 에너지를 높여 수소연료전지스택(B)에 공급하여 수소연료전지스택(B)에서 많은 전기가 생산될 수 있도록 한다. 여기서 이온화되어 발생된 전기는 기존 수소연료전지 발생 전기에 합류하거나 아니면 따로 보조 배터리(11)에 충전하여 필요 시 재사용될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 수소의 이온화(2H++2e) 및 활성화된 수소(H2 *)를 반복적으로 여러 번 증폭시켜 수소연료전지스택(B)에 공급하므로 수소연료전지스택(B)의 전기발생율을 증가시킬 수 있다. 이러한 끝이 날카로운 지문 형태 요철 패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치(1)는 승용차의 연료전지에 한정되지 않고 건설용 기계 및 선박 일례로 지게차, 드론, 굴삭기 그리고 요트, 인양선, 여객선의 내부 발전기 등에 적용하여 연료전지의 성능이 향상될 수 있도록 한다.
이를 통해, 본 발명은 현재 수소연료전지스택(B)이 가지는 문제점 즉, 공급되는 수소로 충분한 전력을 만들어 내지 못한 문제를 해결할 수 있다.
이후, 도 2 내지 도 3을 참조하여 지문패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치를 구성하는 구성요소에 대해 구체적으로 설명한다.
도 2는 도 1의 지문패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치의 전체 종합 외형 사시도이고, 도 3은 도 2의 지문패널 적층 구조를 가지는 활성화/수소 이온화 촉진장치의 큰 단위로 분해한 사시도이다.
지문패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치(1)는 케이스부(10), 지문판넬부(20)를 포함한다. 여기서, 지문판넬부(20)는 수소를 활성화 및 이혼화시키는 판넬이 된다. 아울러, 지문패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치(1)는 보조배터리(11)를 포함할 수 있다. 이러한 케이스부(10)는 수소공급장치(A)를 통해 유입되는 수소가 수소연료전지스택(B)로 주입되기 전 수소 활성화/이온화 촉진장치(1)를 이동하는 통로에서 활성화 및 이온화가 이루어진다.
이와 같은 케이스부(10)는 내부에 수용공간(100)이 형성된 커버모듈(110) 그리고 내부에 수용공간(100)이 형성되어 커버모듈(110)과 연결되는 몸통모듈(120)로 구성될 수 있다. 여기서, 커버모듈(110)과 몸통모듈(120)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같은 형성될 수 있다. 이때, 커버모듈(110)의 일단에는 원통형의 가스유입통(111)이 형성되고 몸통모듈(120)의 타단에는 활성화/이온화된 수소를 배출하는 원통형의 가스배출통(121)이 형성될 수 있다. 여기서, 커버모듈(110)의 가스유입통(111)에는 수소공급장치(A)에서 공급되는 수소가 케이스부(10)의 내부의 수용공간으로 원활하게 주입될 수 있도록 유입스크류모듈(1111)이 설치될 수 있다. 유입스크류모듈(1111)은 날이 나선형인 다양한 모양으로 형성된 모듈이 될 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 8을 참조하여, 지문판넬부에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 복수 개의 지문형지문형판넬모듈이 일정 간격을 유지하며 적층된 지문판넬부를 나타낸 도면이고, 도 5 내지 도 7은 도 4에 나타난 지문패널부를 구체적으로 나타낸 측면 분해 도면이다. 그리고 도 8은 지문패널부의 내부로 수소가 유입되는 상태를 나타낸 도면이다.
지문판넬부(20)는 외부에서 인가된 직류전기로 고밀도의 전기장 선속을 형성해 유입되는 수소를 반복적으로 여러 번 활성화시켜 이온화율을 높인다. 지문판넬부(20)는 내부로 들어온 수소가 날카로운 굴곡을 통과하면서 바로 이온화가 이루어지도록 하며 전기를 발생시키고 나머지 수소가 굴곡 요철을 따라 길게 회전하면서 활성화 에너지를 높여 수소연료전지스택(B)으로 진입하여 쉬게 이온화가 이루어지므로 하며 전체적인 전기발생 효율을 높일 수 있는 구조이다.
이러한 지문판넬부(20)는 복수 개의 지문형지문형판넬모듈(210)을 포함한다. 이때, 복수 개의 지문형지문형판넬모듈(210)은 외부의 전원공급장치의 양극단과 연결되는 제1지문형판넬모듈(211) 그리고 외부의 전원공급장치의 음극단과 연결되는 제2지문형판넬모듈(212)을 포함한다. 이러한 지문판넬부(20)는 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)이 일정 간격으로 적층되는 구조로 특수한 초고밀도 전기장 선속 영역을 형성시킨다. 이와 같은, 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)은 모두 중앙에서 외측 방향으로 동심원 원형을 그리며 형성된 복수 개의 날카로운 요철원형산(2101) 그리고 복수 개의 날카로운 요철원형산(2101)사이에 형성된 날카로운 요철원형골(2102)을 포함한다. 그리고 일단과 타단에 형성된 복수 개의 연결홀(2103)을 포함한다. 또한, 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)은 일측면과 타측면에 형성된 복수 개의 수용홈(2104)을 포함한다. 여기서, 제1지문형판넬모듈(211)은 제2지문형판넬모듈(212)이 뒤집힌 형상으로 제2지문형판넬모듈(212)의 일면에 배치된다. 아울러, 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)사이에는 개재모듈(220)그리고 복수 개의 공간형성모듈(230)이 개재될 수 있다. 여기서, 개재모듈(220)은 복수 개의 중첩홀(221)이 형성되어 복수 개의 중첩홀(221)이 복수 개의 연결홀(2103)에 각각 중첩되도록 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)사이에 개재될 수 있다. 그리고 공간형성모듈(230)은 도 6에 도시된 바와 같이 일부가 제1지문형판넬모듈(211)에 형성된 수용홈(2104)에 수용되고 나머지의 일부가 제2지문형판넬모듈(212)에 형성된 수용홈(2104)에 수용된다.
이때, 공간형성모듈(230)은 복수 개로 형성되어 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)을 지지하며 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)의 일측면에서 중앙 그리고 중앙에서 타측면으로 처짐 형상이 일어나지 않고 일정간격을 유지하면서 전기적 단락(Short)이 일어나지 않도록 한다.
이와 같은 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)은 공간형성모듈(230)을 통해 일정간격으로 이격되어, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)간 사이 공간(D)을 형성한다. 여기서, 공간(D)이 밀도가 가장 높은 전기장 선속이 존재하여 수소기체를 이온화시키는 주된 공간이고, 그 이외 지문 요철 부분은 주로 활성화를 유도하는 공간이 된다. 그리고 이렇게 형성된 공간으로 수소가 직진으로 통과 또는 지문 요철 공간으로 회전하면서 활성화 에너지를 받고 최후에는 공간(D)을 통과할 때 이온화되어 전기를 발생하면서 수소연료전지스택(B)로 이동한다. 이때, 제1지문형판넬모듈(211)에 하나의 연결홀(2103)과 개재모듈(220)에 형성된 하나의 중첩홀(221)그리고 제2지문형판넬모듈(212)에 형성된 하나의 연결홀(2103)이 중첩되면 도 4에 도시된 바와 같은 고정막대부(30)가 삽입되어 복수 개의 제1지문형판넬모듈(211)과 복수 개의 제2지문형판넬모듈(212)이 안정적으로 고정된다.
고정막대부(30)는 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)에 형성된 연결홀(2103)과 개재모듈(220)의 중첩홀(221)에 삽입되며 제1지문형판넬모듈(211), 개재모듈(220)및 제2지문형판넬모듈(212)을 안정적으로 고정시킨다.
복수 개의 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)이 고정된 상태에서 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)에 직류전기가 인가되면 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)사이에 고밀도 전기장 선속이 형성된다. 보다 구체적으로, 제1지문형판넬모듈(211)의 날카로운 요철원형산(2101)과 제2지문형판넬모듈의 날카로운 요철원형산(2101) 사이 그리고 제1지문형판넬모듈(211)의 날카로운 요철원형골(2102)과 제2지문형판넬모듈의 날카로운 요철원형골(2102)사이에 고밀도의 전기장 선속이 형성된다.
이때 제1지문형판넬모듈(211)과 제 2지문형판넬모듈(212)의 위치를 좌우, 상하 일정간격으로 이동 배치하면 다양한 형태의 전기장 선속을 새로운 모양으로 유도하여 높은 효율을 얻을 수 있는 변형도 가능하다.
이런 다양한 고밀도의 전기장 선속은 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)간 사이 공간(D)으로 유입된 수소를 이온화시키며 활성에너지를 높인다. 즉, 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)은 외부의 직류전원장치의 음/양전극과 연결되어 전기장을 형성하며 수소공급장치(A)로부터 유입된 수소 일부를 이온화 시키고 나머지 수소의 활성에너지를 높여 전체적인 수소연료전지스택의 전기 발생율을 높여준다.
이와 같은 지문판넬부(20) 사이에 고정막대부(30)가 단일화된 구조 내에 형성된 전기장을 통해 수소를 양이온화 그리고 중성화 시키는 과정에 대해서는 뒤에서 구체적으로 설명하도록 한다.
이하, 도 9 내지 도 13을 참조하여 본 발명의 지문패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치가 수소를 양이온화/중성화시키는 상태 및 수소를 이온화시키는 과정으로부터 보조 배터리부를 충전시키는 과정에 대해 구체적으로 설명한다.
도 9는 도 2의 본 발명의 일실시예에 따른 지문패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치를 I-I'선으로 절단한 적층 단면도이고,
도 10 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문패널 적층 구조에서 강력한 고밀도 전기장 선속 분포(a)와 전기장 세기에 의해 수소를 활성화(b) 시키거나 양극에서 이온화(c)하여 전자를 방출시키고 양극 수소(2H+: Proton)는 강력한 점 양전하로 음극(구리)에서 이온화 에너지가 수소보다 낮은 구리로부터 쉽게 전자를 흡수(d)하여 중성이 되면서 전기를 여러 번 반복 생성하여 중첩적으로 N번 전기를 생성하는 한 Point 도면이다.
지문패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치(1)는 제1지문형판넬모듈(211)이 직류전원장치의 양전극과 연결되고 제2지문형판넬모듈(212)이 전원장치의 음전극과 순차적 교대로 전 지문형판넬모듈이 연결되어 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)사이로 유입되는 수소를 이온화시키는 지문판넬부(20)를 포함한다.
이하, 지문판넬부(20)를 포함하는 지문패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치(1)의 작동에 대해 구체적으로 설명한다.
지문패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치(1)에는 외부의 전원장치(C)를 통해 지문판넬부(20)에 직류가 인가되면서 수소공급장치(A)에서 지문판넬부(20)로 수소가 공급된다. 이때, 유입스크류모듈(1111)은 수소공급장치(A)에서 주입된 수소를 케이스부(10)의 수용공간(100)으로 나선형 와류 흐름으로 가능한 전체 공간으로 넓고 균일하게 확산시킨다. 전기가 인가되는 복수 개의 지문판넬부(20)는 고밀도의 전기장 선속을 형성하며 수소공급장치에서 공급된 수소를 이온화/활성화시킨다.
보다 구체적으로, 도 10에 도시된 바와 같이 지문판넬부(20)에 직류가 인가되면 제1지문형판넬모듈(211)에서는 양전극에서 발생되는 선분 전기장(Positive electric field)이 발생되고 제2지문형판넬모듈(212)에서는 음전극에서 발생된 선분 전기장(Negative electric field)이 발생되며 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)사이에 고밀도의 전기장 선속이 형성된다. 여기서, 양전극에서 발생되는 칼날부분 선분 전기장(Positive electric field)은 수소 분자(H2)에서 전자가 결합된 핵력 보다 큰 에너지를 통해, 수소 분자를 활성화(Excite)시킨다. 음전극에서 발생된 선분 전기장(Negative electric field)은 수소 분자(H 2 )의 공유 전자의 반발력을 형성하며 수소 분자에서 공유 전자가 튕기도록 해, 수소 분자를 활성화(Excite)시킨다. 이때, 활성화(Excite)된 수소는 양전극과 연결된 제1지문형판넬모듈(211)의 복수 개의 날카로운 요철원형산(2101)으로 이동하게 되고, 제1지문형판넬모듈(211)의 날카로운 요철원형산에서 전자가 이탈되면서 양이온화(2H+ +2e)된다. 이때, 양이온화된 수소, 즉 양자(Proton)는 양극과 전기장의 강력한 척력 그리고 음극 전기장의 강력한 인력에 의해 음전극과 연결된 제2지문형판넬모듈(212)로 빠르게 이동하게 된다.
그리고 제2지문형판넬모듈(212)로 이동한 양이온화된 수소(2H+)는 다시 제2지문형판넬모듈(212)의 이온화 에너지가 수소 보다 낮은 구리를 통해 전자(2e-)를 흡수(Field Emission Electron)해 수소 분자(H2) 즉, 중성수소로 변형하면서 전자 이동으로 전류발생이 부가적으로 추가된다. 이때, 변형된 수소 분자(H2)는 다시 양전극과 연결된 제1지문형판넬모듈(211)로 이동하며 양이온화 되고, 양이온화된 수소는 다시 음전극과 연결된 제2지문형판넬모듈(212)로 이동하며 중성수소(H2)로 변형된다. 즉, 수소공급장치(A)에서 공급되는 수소는 위와 같은 과정 즉, 활성화(Excite)된 상태 이후 이온화(Ionized)되는 상태, 그리고 그 후 중성화(Neutralized)되는 상태를 연속적으로 진행되면서 전기를 반복적으로 발생한다. 이렇게 이온화 및 중성화 상태를 거친 수소는 높은 활성화(Excited)에너지를 가지며 수소연료장치에서 전기를 원활하게 반복적으로 생산하여 발전량을 높이도록 한다.
도 11에 도시된 바와 같이, 복수 개의 지문판넬부(20)는 강력한 음/양극 전기장을 통해 수소공급장치(A)에서 공급되는 수소(H2)를 Excited State(H2 *) → Ionized(2H++2e) → Neutralized(H2)로 변형시키며 수소(H2)에서 전자를 추출(Field Emission Electron)한다. 그리고 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 수소에서 추출된 전자를 보조 배터리부(11)로 이동시키며 보조 배터리부(11)에 충전되도록 한다. 또는 지문판넬부(20)에서 발생한 전기는 기존의 수소연료전지의 발전량에 합류할 수도 있다. 여기서, Excited State(H2 *)는 전기장의 인/척력으로 활성화 에너지가 높아진 상태이고 쉽게 이온화가 가능한 에너지 준위의 수소를 의미한다.
이러한 수소는 수소연료전지의 전기 발생의 효율을 상승시키는 촉진 과정이 된다. Ionized(2H++2e)는 양극 전기장에 의해 전자가 방출되어 양극 Proton이 되므로 정전기적 힘으로 음극으로 이동하는 Proton(H+)을 의미한다. 그리고 중성화된 수소(H2)는 음극으로 이동된 2Proton(H+)이 고밀도 양극 점 전하 전기장에 의해 2개 전자를 흡수하며 형성된 수소가 된다.
이와 같이, 본 발명은 음/양극 고밀도 전기장을 통해 수소기체를 H2, 2H++2e, H2 * 등 3가지 상태로 변형시키며 수소연료전지스택(B)의 성능을 향상시킨다. 그리고 수소기체를 정전기적 역학으로 변형시키면서 많은 전기를 발생시키며 저장 또는 기존 전기 발생에 합류하거나 보조 배터리에 충전하여 추후 사용할 수 있도록 한다. 또한, 본 발명은 수소를 여러 가지 상태로 변형시키며 발생된 전기를 보조배터리부(11)에 저장한 후, 추후 지문판넬부(20)에 인가할 수 있도록 하며 지문판넬부의 구동 효율이 높아질 수 있도록 한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
1: 지문패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치
10: 케이스부 11: 보조배터리부
100: 수용공간
110: 커버모듈 120: 몸통모듈
111: 가스유입통 121: 가스배출통
1111: 유입스크류모듈
20: 지문판넬부
210: 복수 개의 지문형지문형판넬모듈
2101: 날카로운 요철원형산
2102: 날카로운 요철원형골
2103: 연결홀 2104: 수용홈
211: 제1지문형판넬모듈 212: 제2지문형판넬모듈
220: 개재모듈 221: 중접홀
230: 공간형성모듈 30: 고정막대부
A: 수소공급장치 B: 수소연료전지스택
C: 외부의 전원장치 D: 사이 간격

Claims (5)

  1. 수소공급장치(A)와 수소연료전지스택(B)의 사이에 설치되는 활성화/수소이온화촉진장치에 있어서,
    내부에 수용공간(100)이 형성되고 일단에 수용공간(100)과 연통하여 수소공급장치(A)와 연결되는 가스유입통(111)과, 타단에 수용공간(100)과 연통하여 수소연료전지스택(B)와 연결되는 가스배출통(121)이 형성된 케이스부(10); 및
    중앙에서 외측 방향으로 동심 원형을 그리며 복수 개의 지문 형태 패널로 날카로운 요철원형산(2101)과 날카로운 요철원형골(2102) 그리고 일단과 타단에 복수 개의 연결홀(2103)이 형성된 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212) 그리고 복수 개의 중첩홀(221)을 포함하여 중첩홀(221)이 연결홀(2103)과 중첩되도록 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)사이에 개재되는 개재모듈(220)을 포함해 제1지문형판넬모듈(211)이 전원장치의 양전극과 연결되고 제2지문형판넬모듈(212)이 전원장치의 음전극과 연결되어 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)사이로 유입되는 수소를 활성화 및 이온화시키는 지문판넬부(20)를 포함하는, 지문 타입 패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치.
  2. 제1항에 있어서,
    제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)은,
    일측면과 타측면에 형성된 복수 개의 수용홈(2104)을 포함하는, 지문 타입 패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    제1지문형판넬모듈(211)에 하나의 연결홀(2103)과 개재모듈(220)에 형성된 하나의 중첩홀(221)그리고 제2지문형판넬모듈(212)에 형성된 하나의 연결홀(2103)을 관통하며 제1지문형판넬모듈(211), 개재모듈(220)및 제2지문형판넬모듈(212)을 고정하는 고정막대부(30)을 포함하는, 지문 타입 패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치.
  5. 제2항에 있어서,
    일단이 제1지문형판넬모듈(211)과 연결되고, 타단이 제2지문형판넬모듈(212)과 연결되어, 제1지문형판넬모듈(211)과 제2지문형판넬모듈(212)에서 발생되어 인가되는 전기로 충전되는 보조배터리부(11)와 연결되는, 지문 타입 패널 적층 구조를 갖는 수소 활성화/이온화 촉진장치.
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