KR20020094396A - 가스 발생장치 - Google Patents

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KR20020094396A
KR20020094396A KR1020010032530A KR20010032530A KR20020094396A KR 20020094396 A KR20020094396 A KR 20020094396A KR 1020010032530 A KR1020010032530 A KR 1020010032530A KR 20010032530 A KR20010032530 A KR 20010032530A KR 20020094396 A KR20020094396 A KR 20020094396A
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Abstract

본 발명은 가스 발생장치에 관한 것으로,
본 발명의 목적은 물로부터 생산된 수소 및 산소 연료원을 각각 저장할 수 있도록 구성시키므로서, 산소 및 수소를 분리 저장 및 배출토록 하여 작업환경이 안전성을 도모하며, 전기분해에서 발생되는 고열을 방지 할수 있으며, 산소와 수소의 연소원를 안정적으로 연소할 수 있도록 유지하여 열효율을 높이는 가스 발생장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로는;
기체 발생장치 내부로 연소원의 원료인 물을 저장할 수 있는 저수탱크가 구성되며, 저수탱크의 물을 장치내부로 순환시키기 위한 펌프가 구성설치된 공급부와, 공급부로 부터 공급된 물을 제차에 걸쳐 전기분해 하여 물로 부터 다량의 수소와 산소를 분리추출할 수 있도록 제 1차 기체 분리기와 제 2차 기체 분리기가 설치 구성되며, 기체 분리기로 부터 발생된 수소와 산소기체를 팬에의해 공기 냉각시킬 수 있는 방열기가 형성된 작동부와, 작동부로 부터 공급된 연소원을 각각 저장시킬 수 있도록 기체 저장기와 수소 저장기가 형성된 기체 저장부와, 저장부로 부터 공급된 연소원의 연소시 연소원의 역류에 의한 폭발을 방지하기 위한 수단으로 각각의 기체 저장기와 수소 저장기로 부터 연장 형성된 연소원 공급관으로 산소역류방지제어기 및 수소역류방지제어기가 형성되며, 상기 수소기체의 고압 폭발을 감지하기위해 수소압력제어 밸브가 형성된 제어부로 구성됨을 특징으로 하는 가스 발생장치를 제공하므로서 달성된다.

Description

가스 발생장치 {Gas generator}
본 발명은 가스 발생장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 물을 전기 분해할 수 있도록 장치 내부에 기체 분리기를 구성시켜, 상기 기체 분리기로 부터 발생한 수소와 산소 기체를 이용하여 일상생활 및 산업 전반적으로 필요한 에너지원을 공급할 수 있도록 하는 가스 발생장치에 관한 것이다.
요즈음 산업의 급속한 발전은 생활 수준을 향상 시켰으나 하나뿐인 우리의환경을 각종 오염된 폐수나 배기가스에 의해 심각하게 파괴되고 있으며 심지어는 사람들의 건강까지 위협하고 있는 실정이다.
더구나 가정에서 사용하는 기름 보일러 및 가스렌지 등에서 각가지 난방기구및 조기기구에서 배출되는 난방가스에 의한 대기오염 및 각종 산업의 제조공장에서 배출되는 폐수나 배기가스 등의 피해가 심각하며, 더욱이 자동차 산업의 발달로 인해 차량의 보급이 많아져 많은 차량이 저속으로 주행할때 발생하는 배기가스는 도심지의 환경에 매우 큰 영향을 주게 되며, 더욱이 정상 속도보다 높거난 낮은 속도로 주행하는 경우는 물론, 지체나 정체 구역에서 구동중인 엔진에서 발생하는 배기가스는 거의가 불완전 연소가스이므로 환경을 심각하게 오염시키는 요인이 되었다.
그러므로 보다 정제된 연료를 사용하도록 하거나, 연료를 공급할 때 압축이나 액화공기와 같은 상태로 공급되도록 하는 등 효율을 높여 배기가스를 정화시키시 위한 많은 연구가 이루어져 왔으나, 그 효능이 크게 증대하지 않아 산업용, 생활용 연소기는 물론 생활용품 등에도 물을 이용하여 전기적 분해에 의해 생성되는 산소와 수소를 이용하여 연소기 등에 공급하는 방식을 사용하였다.
이런 산소와 수소를 분리하는 장치를 구성함에 있어 그 내부에 물이 충진되는 기체 발생장치는 판상체인 분극셀을 중첩되게 설치하고 일측과 타측의 끝단부에서 전기를 양극과 음극전기를 동시에 공급함으로서 분극셀들이 교반되게 전류가 흐르게하여 물이 산소와 수소로 전기분해되는 것이나, 기체분리기에 사용되는 판상체인 분극셀을 중첩되게 사용함으로서 물이 전기분해되는 작용에서 고열이 발생되어 기체분리기가 안정적이지 못해 폭팔 할 수 있으며, 고열을 발생하는 기체분리기에서 생성된 산소와 수소의 온도가 높아 산소와 수소의 활용시 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
위와 같이 산소와 수소의 분리는 기술상 복잡하며, 생산원가가 높고, 안전성에 문제가 있으며, 연소과정에서 산소와 수소의 연료 낭비가 심한 것은 물론 열효율이 낮아서 절단기연소기의 사용에 지장이 초래되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반적인 문제점을 감안하여 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 물로부터 생산된 수소 및 산소 연료원을 각각 저장할 수 있도록 구성시키므로서, 산소 및 수소를 분리 저장 및 배출토록 하여 작업환경이 안전성을 도모하며, 전기분해에서 발생되는 고열을 방지 할수 있으며, 산소와 수소의 연소원를 안정적으로 연소할 수 있도록 유지하여 열효율을 높이는 가스 발생장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 구체적인 수단으로는;
기체 발생장치 내부로 연소원의 원료인 물을 저장할 수 있는 저수탱크가 구성되며, 저수탱크의 물을 장치내부로 순환시키기 위한 펌프가 구성설치된 공급부와, 공급부로 부터 공급된 물을 제차에 걸쳐 전기분해 하여 물로 부터 다량의 수소와 산소를 분리추출할 수 있도록 제 1차 기체 분리기와 제 2차 기체 분리기가 설치 구성되며, 기체 분리기로 부터 발생된 수소와 산소기체를 팬에의해 공기 냉각시킬 수 있는 방열기가 형성된 작동부와, 작동부로 부터 공급된 연소원을 각각 저장시킬 수 있도록 기체 저장기와 수소 저장기가 형성된 기체 저장부와, 저장부로 부터 공급된 연소원의 연소시 연소원의 역류에 의한 폭발을 방지하기 위한 수단으로 각각의 기체 저장기와 수소 저장기로 부터 연장 형성된 연소원 공급관으로 산소역류방지제어기 및 수소역류방지제어기가 형성되며, 상기 수소기체의 고압 폭발을 감지하기위해 수소압력제어 밸브가 형성된 제어부로 구성됨을 특징으로 하는 가스 발생장치를 제공하므로서 달성된다.
도1은 본 발명에 따른 가스 발생장치의 내부상태를 나타낸 사시도.
도2는 본 발명에 따른 가스 발생장치의 전체적인 구성상태를 나타낸 개략도.
도3은 본 발명에 따른 가스 발생장치의 가스 분리기를 나타낸 사시도.
도4는 도 3에 따른 가스 분리기의 내부 구성 상태를 나타낸 부분 측 단면작
용상태도.
도5는 본 발명에 따른 가스 발생장치의 화염기가 부착된 사용 상태를 나타낸
사용상태 사시도.
도6은 도5에 따른 화염기의 단면을 나타낸 측 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 공급부 11 : 저수탱크
12 : 펌프 13 : 회유관
14 : 이송관 2 : 작동부
21 : 제 1기체분리기 21a : 제 2기체분리기
211 : 분극셀 212 : 전연부재
213 : 물저장부 214 : 기체이동관
215 : 유체이동관 216 : 고정봉
217 : 고정판 22 : 발열기
3 : 저장부 31 : 기체저장기
32 : 수소저장기 33 : 수소첵크밸브
4 : 제어부 41 : 산소역류방지제어기
42 : 수소역류방지제어기 43 : 수소제어밸브
44 : 공급관 9 : 화염기
91 : 산소밸브 92 : 수소밸브
93 : 수소노즐 94 : 산소노즐
95 : 화염연소실 96 : 통풍구
97 : 화염분리기 971 : 화염공
98 : 화염방사판 99 : 화염방사망
M : 제어수단
이에 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 가스 발생장치를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
첨부된 도 1은 본 발명에 따른 가스 발생장치의 내부상태를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 가스 발생장치의 전체적인 구성상태를 나타낸 개략도이고, 도 3은 본 발명에 따른 가스 발생장치의 가스 분리기를 나타낸 사시도이고, 도 4는 도 3에 따른 가스 분리기의 내부 구성 상태를 나타낸 부분절개 부분 측 단면작용상태도이고, 도 5는 본 발명에 따른 가스 발생장치의 화염기가 부착된 사용 상태를 나타낸 사용상태 사시도 이고, 도 6은 도5에 따른 화염기의 단면을 나타낸 측 단면도이다.
이에 도시된 바와같이 본 발명에 따른 가스 발생장치는 연소원인 물을 공급하는 공급부(1)와, 물로 부터 수소와 산소를 분리 추출해낼 수 있는 작동부(2)와, 발생된 산소와 수소기체를 각각 저장시킬 수 있는 기체 저장부(3)와, 상기 저장부(3)로 부터 공급된 연소원에 의해 연소 작업시 역류에 의한 안전사고를 사전에 차단할 수 있는 제어부(4)로 구성된다.
여기서, 상기 공급부(1)는 기체 발생장치 내부로 연소원의 원료인 물을 저장할 수 있는 저수탱크(11)가 구성되며, 저수탱크(11)의 물을 장치내부로 순환시키기 위한 펌프가 설치 구성되어 펌프(12)의 양정에 의해 작동부로 연소원의 원료인 물을 공급하게 되며, 공급된 물의 수위를 표시할 수 있도록 저수탱크(11)의 사방의 일측으로 수위 표시기(111)가 저수탱크(11)로 부터 연통 형성되어 사용자로 하여금 공급된 물의 수위를 식별가능토록 한 것이다.
또한, 상기 작동부(2)는 공급부(1)로 부터 공급된 물을 제차에 걸쳐 전기분해 하여 물로 부터 다량의 수소와 산소를 분리 추출할 수 있도록 제 1차 기체 분리기(21)와 제 2차 기체 분리기(21a)가 연통형성되며, 기체 분리기(21,21a)들로 부터 발생된 수소와 산소 기체를 팬에 의해 공기 냉각시킬 수 있는 방열기(22)가 형성된다.
상기 기체 저장부(3)는 작동부(2)로 부터 공급된 각각의 연소원을 저장시킬 수 있도록 기체 저장기(31)와 수소 저장기(32)가 형성되며, 각각의 저장기(31,32)는 수소체크밸브(33)에 의해 분리 구성된다.
한편, 제어부(4)는 저장부(3)로 부터 공급된 연소원의 연소시 연소원의 역류에 의한 폭발을 방지하기 위한 수단으로 각각의 기체 저장기(31)와 수소 저장기(32)로 부터 연장 형성된 연소원 공급관(44)으로 산소역류방지제어기(41) 및 수소역류방지제어기(42)가 형성되며, 상기 수소기체의 고압 폭발을 방지하기위해 수소저장기(32)와 수소역류방지제어기(42)의 사이에 수소의 역류를 방지하는 수소제어밸브(43)가 관연결된 공급관(44)의 일측으로 분리 구성된다.
이에 상기와 같은 구성을 갖는 가스 발생장치의 작동상태 및 효과에 대해 이하에 상세히 설명하기로 한다.
우선 첨부된 도 2를 통해 전체적인 구성 및 작용상태에 대해 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 따른 가스발생장치 장치내에 설치된 저수탱크(11)의 물은 펌프에 의해 기체 분리기(21,21a)들로 공급되며 물은 1,2차 기체분리기(21,21a)를 경유하는 과정에서 산소 및 수소로 전기분해 되며, 각각의 기체 분리기(21,21a)를 경유하는 과정에서 전기분해후 잔류한물은 기체 분리기(21a)로 부터 저수탱크로 연장형성된 회유관(13)을 통해 다시 저수탱크(1)로 회유하게 된다.
한편, 기체분리기(21,21a)들를 경유하면서 발생된 수소 및 산소기체는 팬의 회전운동에 외부에서 공급한 찬공기에 의해 방열작용을 하는 방열기(22)를 통해 저온저압의 기체로 변화되어 수소 및 산소기체를 방열기(22)와 저수탱크(11)가 관 연결된 이송관(14)을 통해 다시 저수탱크(11)로 보내지게 된다.
이때, 저수탱크(11)로 이송된 기체는 저수탱크(11)를 경유하는 과정에서 함유되어있던 수분이 제거되며, 이 과정을 통해 순도 높은 수소와 산소기체가 발생되는 것이다.
따라서, 상기와 같은 여러 과정을 통해 발생된 수소 및 산소 기체는 저수탱크(11)의 상부 일측으로 연장 형성된 이송관(14)을 통해 기체 저장기(31)로 보내지게 되며, 기체 저장기(31)로 이송된 산소 및 수소기체는 저장기내에서 두 분자간의 분자량에 의한 비중차가 발생하게 된다.
여기서, 분자량이 작은 수소는 비중차에 의해 기체 저장기(31)의 상측으로 형성된 수소저장기(32)로 밀려나가게 되는 것이다. 이때, 비중차에 의해 분리된 수소기체는 기체저장기(31)와 수소저장기(32)의 연결관의 중앙부로 형성된 수소체크 밸브(33)를 거쳐 수소저장기(32)에 이송 저장이 가능토록 하므로서, 수소기체가 다시 산소기체가 저장된 기체저장기(31)로 역류하는 것을 방지할 수 있는 것이다.
이렇듯, 각각의 저장기(31,32)로 분리 저장된 수소와 산소기체는 연소원으로서 산업상 다양한 분야에서 사용가능 할 것이다.
한편, 수소 및 산소기체와 같은 연소원의 연소시 각각의 연소원이 역류에 의한 폭발위험과 같은 안전사고를 사전에 예방할 수 있도록 하기위해 외부로 공급되는 각각의 연소원 공급관(44)으로 수소역류방지제어기(42)와 산소역류방지제어기(41)를 형성함이 바람직하다.
또한, 수소기체와 같은 이온화경향이 큰 분자의 경우 압력변화에 따른 폭발위험을 감지할 수 있도록 수소제어밸브(43)를 구성시키므로서 변화하는 압력에 추종될 수 있도록 함이 바람직 할 것이다.
상술한 제 1기체분리기(21)는 도 3 및 도 4에 도시된 바와같은 형태로서 기체 분리기(21)는 내부에 물저장부(213)를 갖는 다수개의 원동형상의 분극셀(211)과, 분극셀(211)을 중첩되게 결합하는 각각의 분극셀(211) 사이 결합부위에 절연물질로 구성된 절연부재(212)를 다수개 설치하고, 상기 각각의 분극셀(211)을 연결하는 내부에 상단부로 기체이동관(214)과 하단부로 유체이동관(215)이 설치되며, 상기 다수개의 분극셀(211)은 다수개의 고정봉(216)을 이용하여 양단부에 설치된 고정판(217)에 의해 밀봉되어 구성되어지며, 제 2기체분리기는 (21a)는 제 1기체분리기와 동일한 구성을 갖는 것이다.
또한 양측에 구성된 고정판(217)의 일측은 물 공급부(218)가 타측으로는 배기부(219)가 형성되어진다.
따라서, 상기와 같은 구성을 지닌 기체 분리기(21,21a)들의 공급부(218)로는 양(+)전하를 배기부(219)로는 음(-)전하를 형성하도록 전류흐름의 방향을 제어하여 기체분리기(21,21a)들 내부로 유입된 물이 각각의 분극셀(211)에 형성된 양(+)전하와 음(-)전하에 의해 수소(H)와 산소(O)로 각각 전기분해가 이루어 진다.
이와 같이 전기분해되어 수소와 산소로 각각 분리된 연소원 기체는 분극셀(211)의 상단부에 형성된 기체이동관(214)를 통해 외부로 방출되고, 기체분리기(21,21a)들 내부로 유입된 물중 전기 분해가 이루어 지지 않은 물은 분극셀(211) 하단부에 형성된 유체이동관(215)를 통해 다시 저수탱크(11)로 회유관(13)을 통하여 회유되며, 이때, 상기 유체이동관(215)은 도 2에 도시된 바와같이 저수탱크(11)와 회유관(13)을 연통되게 형성함므로서 전기분해가 이루어지지 않은 물은 다시 저수탱크(11)로 회유토록하여 재 사용할 수 있도록 하는 것이 바람직할 것이며, 상기 기체분리기(21,21a)들에 의해 전기분해가 되지 않은 물을 회유토록 하므로서 연료효율을 증대시킬 수 있는 것이다.
이러한 기체분리기(21,21a)들은 연소원으로 사용되는 산소와 수소기체의 양에 따라 그 개수가 한개에서 다수개까지 설치가 가능할 것이며 그 연결관계는 기체분리기(21,21a)의 개수에 따라 유기적으로 변형이 가능 할 것이다.
따라서, 상술한 바와같이 일련의 과정을 거치며 발생되어 저장된 수소 및 산소기체는 일 실시예로서 도 5에 도시된 바와같이 수소역류방지제어기(42)와 산소역류방지제어기(41)로 부터 각각의 연소원 공급관(44)이 연장 형성하여, 상기 연소원 공급관(44)의 타측이 화염기(9)와 관 결합되어 연소가 이루어지도록 구성 시킴이 바람직 할 것이다.
또한, 연소원 공급관(44)은 수소와 산소의 공급양을 컨트롤하여 연소되는 수소와 산소의 양을 제어 할 수 있도록 산소밸브(91)와 수소밸브(92)를 구성시키는것이 바람직 할 것이다.
여기서, 상기와 같이 연소원 공급관(44)을 통해 연소원이 공급된 화염기(9)는 도 6에 도시된 바와같이 하부로 수소노즐(93) 및 산소노즐(94)이 형성된 화염연소실(95)이 구성되며, 상기 화염연소실(95)의 외벽 양측부로 다수개의 통풍구(96)가 형성되며, 화염연소실(95)의 상측으로 다수개의 화염공(971)이 형성된 외확장형 화염분리기(97)가 형성되고, 화염분리기(97)의 상단으로 화염방사판(98)과 화염방사망(99)이 구성된다.
이러한, 화염기(9) 내에서 연소가 이루어져 발화된 불꽃은 화염분리기(9)에 의해 일차로 화염이 분리되며, 화염분리기(9)의 상단에 형성된 화염방사판(98)에 의해 화염이 2차 분리 되면서 2800~3000°C에서 800~1200°C 까지 화염의 온도가 내려가며, 상기 화염방사망(99)으로 부터 방출된 화염에 의해 물체를 가열할 수 있다.
이와 같이, 비단 화염기(9)가 아닌 산업상 열에너지를 필요로 하는 다양한산업분야에 응용 결합되어 이용이 가능할 것이다.
이상에서 살펴 본 바와같이 물을 전기분해하여 수소와 산소를 생산하여 각각 보관하는 가스 발생장치는, 수소, 산소를 따로 분리하여 제어함으로써 작업환경이 안전적이고, 수소와 산소를 따로 저장하기 때문에 배출량을 크게 할 수 있으며, 기체분리기의 분극셀 내부에서 물을 전기분해되게 함으로서 고열이 발생되는 것을 방지 할 수 있고, 수소와 산소를 생산하는 원료를 물로 대체할 수 있으므로 구입을 쉽고 가격이 저렴하며, 수소와 산소로 이루어진 기체를 연소시키면 물외의 오염물질이 생성되지 않아 환경 친화적인 괄목할 만한 효과를 가지고 있다.
또한, 자동차, 동력에너지 , 공업, 민용, 과학기술연구, 군사, 의학약품 등에 사용되고 있는 산,수소에너지를 만드는데 적용할 수 가있어 괄목 할 만한 발명의 가치를 지니고 있다해도 과언이 아닐 것이다.
지금까지는 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 예를들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖은 자에 의해 다양한변경과 수정이 가능할 것이다.

Claims (5)

  1. 기체 발생장치 내부로 연소원의 원료인 물을 저장하는 저수탱크(11)가 설치되고, 저수탱크(1)의 물을 장치내부로 순환시키는 펌프(12)가 설치 구성된 공급부(1)와,
    공급부(1)로 부터 공급된 물을 전기분해 하여 물로 부터 다량의 수소와 산소를 기체를 분리할 수 있는 제 1차 기체 분리기(21)와 제 2차 기체 분리기(21a)가 설치되고, 상기 기체 분리기(21,21a)들로 부터 발생된 수소와 산소기체를 냉각 시키는 방열기(22)가 설치 구성된 작동부(2)와,
    작동부(2)로 부터 공급된 연소원을 각각 분리하여 저장시키는 기체 저장기(31)와 수소 저장기(32)가 설치 구성된 기체 저장부(3)와,
    저장부(3)로 부터 공급된 연소원의 역류를 방지하는 산소역류방지제어기(41) 및 수소역류방지제어기(42)가 연결 설치되고, 상기 수소역류방지제어기(42)와 연결되어 수소 기체의 압력을 제어수단(M)에 의해 제어하는 수소제어 밸브(43)가 설치된 제어부(4)로 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 발생장치.
  2. 제 1항에 있어서, 기체 분리기(21)는 내부에 물저장부(213)를 갖는 다수개의 원통형상의 분극셀(211)과, 분극셀(211)을 중첩되게 결합하는 각각의 분극셀(211) 사이 결합부위에 절연물질로 구성된 절연부재(212)를 다수개 설치하고,
    상기 각각의 분극셀(211)을 연결하는 내부에 상단부로 기체이동관(214)과 하단부로 액체이동관(215)이 설치되며,
    상기 다수개의 분극셀(211)은 다수개의 고정봉(216)을 이용하여 양단부에 설치된 고정판(217)에 의해 밀봉되는 것을 특징으로 하는 가스 발생장치.
  3. 제 1항에 있어서, 기체 저장부(3)는 하부에 기체저장기(31)와 상부에 수소저장기(32)가 상하로 이격 구성되고, 각각의 저장기(31,32)를 연통하는 연결관의 중앙부에는 수소체크밸브(33)가 설치되어 비중차에 의해 기체가 분리되어 저장되는 것을 특징으로 하는 가스 발생장치.
  4. 제 1항에 있어서, 제어부(4)의 수소역류방지제어기(42)와 산소역류방지제어기(41)로부터 각각의 연소원 공급관(44)이 연장형성하여, 원료원을 연소하는 화염기(9)와 공급관(44) 연결결합하되, 상기 연소원의 공급관(44) 중앙부에는 화염기(9)의 연소량을 조절할 수 있는 산소밸브(91)와 수소밸브(92)가 각각 설치 구성되는 것을 특징으로 하는 가스 발생장치.
  5. 제 1항 또는 4항에 있어서, 연소원 공급관을 통해 연소원이 공급된 화염기(9)는 하부로 수소노즐(93)과 산소노즐(94)이 형성된 화염연소실(95)이 구성되고, 상기 화염연소실(95)의 외벽 양측부로 통풍구(96)가 형성되며, 화염연소실(95)의 상측으로 다수개의 화염공(971)이 형성된 외확장형 화염분리기(97)가 형성되고, 화염분리기(97)의 상단으로 화염방사판(98)과 화염방사망(99)이 서로 이격 설치되어 다단구성되는 것을 특징으로하는 가스 발생장치.
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