KR200380178Y1 - 브라운가스 발생장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 브라운가스 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 별도의 냉각코일관이 부가된 가스탱크와 복수개의 구멍이 소정 형상으로 배치된 전극판이 반복결합된 전해조에 의해 양질의 브라운가스를 대량생산하도록 하는 브라운가스 발생장치에 관한 것이다.

본 고안은, 다수개의 전극판이 일체로 된 전해조가 저수탱크 사이에 설치되고, 상기 전해조에 팬이 설치되며, 상기 저수탱크 상부측에는 가스탱크가 장착되며, 상기 가스탱크에서 포집된 가스를 배출하는 배출관과, 상기 배출관으로 배출된 가스의 압력을 조절하는 압력밸브가 구비된 브라운가스 발생장치에 있어서, 상기 전해조는, 가장자리에 복수개의 체결공이, 상부측에는 복수개의 가스배출공이, 하부측에는 복수개의 전해액순환공이 형성되도록 하되, 상기 전해액순환공은 복수개의 삼각형을 이루는 형태로 배열된 전극판과, 상기 전극판 사이에 장착되며 두께가 1 내지 2mm의 사각형상으로서, 상기 전극판의 두께와 체결공의 외경을 갖는 관통돌기가 상기 체결공에 삽입되어 고정되는 절연브라켓과, 상기 절연브라켓 내부둘레에 고정·장착되어 씰링되는 사각링으로 이루어지고, 상기 전해조 내에서 발생되는 가스의 온도를 1℃ 내지 40℃로 유지하기 위하여 상기 가스탱크의 내부에 형성된 냉각코일관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

브라운가스 발생장치{Brown gas generator}

본 고안은 브라운가스 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세히는 별도의 냉각코일관이 부가된 가스탱크와 복수개의 구멍이 소정 형상으로 배치된 전극판이 반복결합된 전해조에 의해 양질의 브라운가스를 대량생산하도록 하는 브라운가스 발생장치에 관한 것이다.

물의 전기분해로 생산되는 브라운가스는, 수소와 산소가 2:1의 화학당량비를 이루며 밀폐용기 내에서 연소를 시키면 폭발현상을 보이지 않고, 체적감소가 일어나면서 주변의 체적을 진공상태로 만드는 응폭(implosion)현상을 보이며, 연소생성물로 물을 생성한다.

상기와 같은 브라운가스의 연소를 이용하면, 텅스텐을 승화시킬 정도의 초고온도 얻을 수 있으며, 연소생성물이 물이므로 환경공해의 염려가 없으므로, 브라운가스는 활용가치가 무궁무진한 기체인 것이다.

이러한 브라운가스를 효과적으로 얻고자 안출된 것으로, 등록실용신안공보 공개번호 실1996-037441 호의 '산수가스 발생기의 전해조구조'(이하 '종래 고안') 및 등록실용신안공보 등록번호 제 20-0259697호의 '대용량 브라운 가스 발생장치'(이하 '다른 종래 고안')같은 것을 들 수 있다.

도 1은 '종래 고안'에 따른 가스발생기의 구조 설명 블록도이며, 도 2는 종래 고안에 따른 전해조 구조 사시도이며, 그리고 도 3은 도 2의 분해사시도를 각각 나타내고 있다.

도시된 바와 같이, '종래 고안'은 두 개의 저수탱크(A)가 양측 아래에 대치되어 그 위에 전해조(B)가 장치되고, 상기 전해조(B)의 상부 양측에 가스탱크(C)가 장치되어 가스탱크(C)사이로 팬(D)이 장치되며, 상기 전해조(B)는 저수탱크(A)와 가스탱크(C)를 위아래에 대치시킨 그 중간 위치에 장착하여 각각의 가스관(C')과 저수관(A')을 연결하게 되고, 또 전기변환장치(E)를 비롯한 P.C컨트럴(F)과, 압력스위치(G), 압력계(H), 자동급수장치(I), 응축 건조기(J), 드레인벨브(K)가 구비되고, 화염 침입방지장치(L)를 비롯한 콕크벨브(M)와 레귤레이팅벨브(N), 토오치(O)로 구성된다.

그리고 상기 전해조(B)는, 전류연결볼트(6b), 가스연결니플(6c)및 전해액연결니플(6d)을 가진 전해조마감판(6)두 개를 형성하여 네 개의 스테이볼트(4) 양쪽 단부에 결합하고 상기 양쪽의 전해조마감판(6)사이에는 사방에 볼트구멍(1a)이 형성되고, 중심 상측과 하측에 가스유통장공(1b)과 전해액유통장공(1c)이 수직 수평간으로 형성된 전극판(1)과 일측으로 돌출된 볼트하우징(2a)이 형성된 스페이서(2)를 원형으로 형성하여 교호 반복적으로 결합하며 상기의 스페이서(2) 내주연면(2b)에는 0-링(3)으로 씰링하여 전해액충전실(7)이 형성되게 하는 구조로 결합 구성된다.즉, 스테이볼트(4)에 스페이서(2)를 끼워서 O-링(3)을 상기 스페이서(2) 내주연면(2a)에 끼우고, 그 양면에 전극판(1)을 밀착시키는 순서를 반복하여 일정한 길이가 되도록 여러개를 연결한 다음 너트(5)로 체결하게 되는 것이다.

그러나, 상기와 같은 구성의 '종래 고안'에 의하면, 전해조에서 전기분해에 의한 브라운 가스 생성시 엄청난 고온의 열이 발생하므로, 이를 냉각시키는 팬의 소비동력도 함께 커져야 하므로, 팬과 더불어 확실한 냉각효과를 기할 수 있는 부가적인 냉각수단이 필요할 뿐 아니라, 전극판에 단일의 가스유통장공(1b)과 전해액유통장공(1c)만 형성되어 있어 다량의 가스발생에 많은 제약이 있게 된다.

한편, '다른 종래 고안'에 의하면, 전해조에서 전기분해에 의한 브라운 가스 생성시 필연적으로 전류에 의한 열이 발생하게 되는데, 전해조 내의 온도가 60 ~ 70℃일 때 브라운 가스 생성량을 최대로 얻을 수 있고, 그 이상의 온도일 때에는 브라운 가스 생성량이 현저히 감소된다고 하였다.

그러나, 전해조 내의 온도가 50℃를 초과하면 증기가 발생하는데, 이 증기가 브라운 가스와 섞여 포집되므로 60 ~ 70℃에서 얻어진 브라운 가스는 양질이라고 할 수 없다.

또한, '종래 고안' 및 '다른 종래 고안'의 경우, 장시간 사용시 상기 전극판 표면에 침착되는 슬러지 등의 이물질을 주기적으로 제거해주어야 하는데, 상기 전극판 일체를 완전히 분해하여 청소한 다음, 재조립해야 하는 등의 비효율적인 문제점이 발생하게 되었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 별도의 냉각코일관이 부가된 가스탱크와 복수개의 구멍이 소정 형상으로 배치된 전극판이 반복결합된 전해조에 의해 양질의 브라운가스를 대량생산하도록 한 브라운가스 발생장치를 제공하고자 하는 데 목적이 있다.

또한, 저수탱크 하부측에 마련된 드레인밸브를 통해 슬러지제거를 용이하게 하는 브라운가스 발생장치를 제공함에도 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 고안에 따른 브라운가스 발생장치는, 다수개의 전극판이 일체로 된 전해조가 저수탱크 사이에 설치되고, 상기 전해조에 팬이 설치되며, 상기 저수탱크 상부측에는 가스탱크가 장착되며, 상기 가스탱크에서 포집된 가스를 배출하는 배출관과, 상기 배출관으로 배출된 가스의 압력을 조절하는 압력밸브가 구비된 브라운가스 발생장치에 있어서, 상기 전해조는, 가장자리에 복수개의 체결공이, 상부측에는 복수개의 가스배출공이, 하부측에는 복수개의 전해액순환공이 형성되도록 하되, 상기 전해액순환공은 복수개의 삼각형을 이루는 형태로 배열된 전극판과, 상기 전극판 사이에 장착되며 두께가 1 내지 2mm의 사각형상으로서, 상기 전극판의 두께와 체결공의 외경을 갖는 관통돌기가 상기 체결공에 삽입되어 고정되는 절연브라켓과, 상기 절연브라켓 내부둘레에 고정·장착되어 씰링되는 사각링으로 이루어지고, 상기 전해조 내에서 발생되는 가스의 온도를 1℃ 내지 40℃로 유지하기 위하여 상기 가스탱크의 내부에 형성된 냉각코일관을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

여기서, 상기 저수탱크 하부측에는, 드레인밸브가 구비되는 것이 바람직하다.

이하, 본 고안에 따른 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 고안에 따른 브라운가스 발생장치의 전체 구조도이다.

도시된 바와 같이 본 고안은 크게, 양측에 대치되는 두 개의 저수탱크(200)와, 상기 저수탱크(200) 사이에 설치된 전해조(100)와, 상기 전해조(100)의 상부 양측에 각각 한 쌍씩 장착된 가스탱크(300)와, 상기 가스탱크(300)사이 및 전해조(100)둘레에 장착된 복수개의 팬(400)과, 상기 가스탱크(300)에 포집된 가스가 배출되는 배출관(500)과, 상기 배출관(500) 상에 장착되는 압력밸브(600)와, 이를 제어하는 콘트롤러(700)로 구성되어 있다.

여기서, 상기 가스탱크(300)에는 본 고안에 따른 냉각코일관(310)이 구비되며, 상기 냉각코일관(310)은 외부에서 별도로 유입, 유출되는 냉각수에 의해 가스탱크(300) 내부의 온도를 적절하게 유지하는 역할을 담당하게 된다.

또한 상기 압력밸브(600)는 1차 솔레노이드 밸브(601) 및 2차 솔레노이드 밸브(602)로 구성되며, 배출되는 가스의 압력을 제어하여 안전한 상태에서 배출되도록 한다.

상기 전해조(100)는, 좌우 양측에 형성된 마감판(102) 사이에 위치하여 지지볼트(50)에 의해 고정·지지되며, 상기 마감판(102)에 구비된 전극(101)을 통하여 전류가 공급된다.

상기와 같이 구성된 본 고안은, 먼저 전기분해에 필요한 보충수가 외부로부터 공급되어 상기 가스탱크(300)에 저장된 다음, 하부에 위치한 저수탱크(200)를 거쳐 마감판(102)에 형성된 유입공을 통하여 전해조(100) 내부로 유입되어 가득 채워지게 된다.

이 때 상기 전극(101)을 통하여 전류가 흐르게 되면 양측 마감판(102) 사이에 위치한 전극판(110) 사이에서 전기분해가 일어나 가스생산이 개시되고, 이렇게 하여 생산된 가스는 상기 마감판(102)에 형성된 배출공을 통하여 다시 상기 가스탱크(300)로 포집되게 된다.

상기 가스탱크(300)로 포집된 가스는 콘트롤러(700)와 압력밸브(600)에 의해 적당한 압력을 유지하면서 최종적으로 배출관(500)을 통하여 배출되어 필요한 용도와 목적에 사용할 수 있게 된다.

이렇게 하여 생성되는 가스는 전해조(100) 둘레에 장착된 복수개의 팬(400)과 가스탱크(300)에 구비된 냉각코일관(310)을 통하여 가스가 발생되는 동안 적정온도를 유지할 수가 있다.

한편, 도 5는 본 고안의 주요부인 전해조의 분해 사시도이며, 도 6은 도 5에 따른 전극판의 가스배출공 및 전해액순환공을 나타낸 도면이며, 도 7은 도 5의 A-A'의 단면도이다.

참고로, 마감판(102, 도 4 참조)과 지지볼트(50, 도 4 참조)는 도시하지 않고 단지 설명만하고자 한다.

먼저, 본 고안의 주요부인 전해조(100)는 전극판(110)과, 상기 전극판(110) 사이에 장착되는 절연브라켓(120) 및 사각링(130)으로 이루어지는 구조가 반복형성되며, 상기 전극판(110) 사이에 위치한 절연브라켓(120)의 두께에 상당하는 공간만큼의 전해액충전실(114)이 형성되게 된다.

상기 전극판(110)은 가장자리를 따라 복수개의 체결공(111)이 형성되며, 상부측에는 복수개의 가스배출공(112)이, 그리고 하부측에는 복수개의 전해액순환공(113)이 형성되고, 상기 전해액순환공(113)은 복수개의 삼각형을 이루는 형태로 배열되게 된다.

상기 가스배출공(112)은 전해액충전실(114)에서 발생된 가스가 이동되는 통로로서, 상기 가스배출공(112)을 통하여 발생되는 가스는 즉시 전해조(100)로부터 배출되게 된다.

상기 전해액순환공(113)은 저수탱크(200)에 모인 전해액이 순환되기 위한 통로로서, 상기 전해액순환공(113)을 통하여 전해액의 이동이 이루어짐과 동시에 복수개로 이루어진 전극판(110) 사이에서 격렬한 전기분해 반응을 유도하기 위한 것이다.

이를 위하여, 본 고안에서 상기 전해액순환공(113)은 복수개의 삼각형을 이루는 형태로 배열되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 전극판(110)은 도 4에 도시된 바와 같이 지지볼트에 의해 관통·지지되는데, 이를 위하여 가장자리에 복수개의 체결공(111)이 형성되며, 상기 체결공(111)은 절연브라켓(120)에 구비된 관통돌기(121)가 끼워져 체결되도록 상기 관통돌기(121)의 외경과 같은 크기로 천공된다.

이상의 본 고안에 따른 전극판(110) 의 갯수는 발생용량이나 용도에 맞춰 적절하게 가변 가능하며, 스테인레스 스틸과 같이 부식에 강한 금속으로 제작한다.

상술한 바와 같이 상기 전극판(110) 사이에는 절연브라켓(120)이 장착되며, 상기 절연브라켓(120) 내부둘레에는 전극판(110)이 이루는 전해액충전실(114) 내에 충전된 전해액이 누설되는 것을 방지하기 위하여 사각링(130)이 고정·장착된다.

이때 상기 절연브라켓(120)은 사각형상의 링으로, 상기 전극판(110)이 두께와 체결공(111)의 외경을 갖는 관통돌기(121)가 가장자리를 따라 돌출·형성되여 상기 관통돌기(121)가 전극판(110)의 체결공(111)에 삽입되면서 고정되고, 상기 관통돌기(121)는 도 4에 도시된 바와 같은 지지볼트(50)가 끼워져 마감판(102)과 체결된다.

이와 같은 구조로 이루어진 전해조(100)에 도 4에 도시된 전극(101)을 통하여 전류를 공급하게 되면, 전극판(110)과 전극판(110)은 절연브라켓(120)에 의해 절연되고, 사각링(130)에 의해 씰링되므로 오직 전해액순환공(113)을 포함하여 전해액충전실(114)에서만 전해액이 전기분해된다.

한편, 전기분해를 이용한 가스 발생장치의 경우, 장시간 사용시 전해조(100) 내에는 각종 슬러지 등의 이물질이 침착되어 가스 발생 효율이 극도로 저하되게 되는데, 본 고안에서는 상기 전해조(100)의 양측에 위치한 저수탱크(200) 하부측에 구비되는 드레인밸브(210)로 해결하게 된다.

즉, 상기 전해조(100) 양단에 구비된 전극(101)의 극성을 바꿔 연결하도록 하면, 상기 전극판(110)에 침착된 이물질은 깨끗이 떨어져 나오게 되므로 단지 드레인밸브(210)를 통하여 주기적으로 배출시키는 것만으로도 전해조를 완전분해하여 청소하는 번거로움을 없앨 수가 있다.

이상과 같이 구성된 본원 고안의 바람직한 실시예에 대하여 자세히 살펴보면 다음과 같다.

(실시예)

먼저, 가스발생량은 단위면적당 흐르는 전류의 세기와 전극판의 유효면적에 관계되므로, 일정한 전류(100A) 하에서는 상기 전극판(110)의 면적 및 갯수를 발생용량이나 용도에 따라 적절하게 가변하도록 하여 가스발생량을 조절할 수가 있으나, 본 고안에서는 일률적으로 폭 400mm, 너비 300mm, 그리고 갯수를 105개로 하여 제작된다.

그리고 상기 가스배출공(112) 및 전해액순환공(113)의 직경은 20mm가 되도록 천공되며, 상기 전해액순환공(113)은 복수개의 삼각형을 이루는 형태로 하여 형성된다.

또한 전극판(110) 사이의 간격에 해당하는 상기 절연브라켓(120)의 두께가 너무 얇으면 인접한 상기 전극판(110) 간격이 너무 좁아지게 되어 전극판끼리 접촉될 위험성이 있으며, 반대로 두꺼우면 상기 전극판(110) 간격이 넓어지게 되어 전기분해에 필요한 소비전력이 늘어나게 되므로 매우 비효율적이다.

따라서, 본 고안에서는 이를 감안하여 상기 절연브라켓(120)의 두께가 1 내지 2mm의 범위 내에서 적절하게 가변되도록 한다.

상기와 같은 구조로 이루어진 전해조(100) 내부로 전해액이 충전되도록 한 다음, 양단에 250V, 100A의 전원을 연결하게 되면, 상기 전해액순환공(113)을 통과하면서 전해액충전실(114)에서 전해액이 전기분해를 일으키며 다량의 가스를 발생하게 된다.

본 고안의 경우 상기와 같은 과정을 통하여 27kw의 소비전력으로 시간당 10,000 내지 12,000ℓ의 가스가 발생하게 되는데, 이는 '종래 고안'에서 총 318개의 전극판으로 된 전해조에 220V, 30A의 전원을 연결하여 5.5kw의 소비전력으로 시간당 1,200ℓ의 가스가 발생되는 것과 비교하여 볼 때, 동일 소비전력으로 환산할 경우 약 200% 정도 가스 발생량이 증가한 것을 의미한다.

따라서 본 고안의 경우 '종래 고안'과 비교하여 적은 전극판의 갯수와 소비전력으로도 대량의 가스발생이 가능함을 알 수가 있다.

특히 본 고안의 경우 전해액순환공(113)을 복수개의 삼각형을 이루는 형태가 아닌 단순히 일렬로 배치된 형태의 경우로 하여 동일한 조건에서 가스를 발생시킬 경우에는 시간당 8,000 내지 10,000ℓ의 가스가 발생하였는데, 이는 전해액순환공(113)이 복수개의 삼각형을 이루는 형태일 경우가 약 20 내지 25% 정도 더 많이 발생한 것을 의미하는 것이다.

이 결과로부터 격자구조로 이루어진 전해액충전실(114) 내에 충전된 전해액이 복수개의 삼각형을 이루는 형태의 전해액순환공(113)에 의해서 시간 경과에 따라서 보다 격렬하게 반응을 일으킨다는 것을 확인할 수 있다.

한편, 가스 발생과정에서 전해조(100) 내의 온도는 급격히 상승하게 되는데, 본 고안에서는 일차적으로 상기 전해조(100) 둘레에 복수개의 팬(400)을 설치하여 급격한 온도 상승을 방지하게 된다.

이렇게 하여 상기 가스배출공(112)을 통하여 배출된 가스는 여전히 높은 온도를 유지한 채 가스탱크(300)에 포집되므로, 본 고안에서는 상기 가스탱크(300)에 나선상으로 형성된 수냉식의 냉각코일관(310)을 통하여 다시 한번 식혀주도록 함으로써 공냉식의 팬과 함께 온도상승을 확실히 억제하는 효과를 도모할 수 있다.

이상에 살펴본 바와 같이, 본 고안에 의하면, 별도의 냉각코일관이 부가된 가스탱크와 복수개의 구멍이 소정 형상으로 배치된 전극판이 반복결합된 전해조에 의해 양질의 브라운가스를 대량생산하도록 한 브라운가스 발생장치를 제공하는 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다.

그리고, 이와 같은 본 고안의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 본 고안에 의해 발생된 가스를 이용하여 지역난방, 보일러, 폐기물 소각로의 열원, LNG 등 기체연료 운송수단의 대체연료 등 다른 많은 분야에서의 응용 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 의하면 별도의 냉각코일관이 부가된 가스탱크과 복수개의 구멍이 소정 형상으로 배치된 전극판이 반복결합된 전해조를 채택하여 양질의 브라운가스를 양산할 수 있는 장점이 있다.

또, 저수탱크 하부측에 구비된 드레인밸브를 통하여 이물질제거가 용이하도록 하여, 번거로운 분해 및 조립의 작업이 필요없이 유지 및 보수가 간편하도록 하는 등 매우 유용한 고안인 것이다.

도 1은 종래 고안에 따른 가스발생기의 구조 설명 블록도

도 2는 도 1의 전해조 구조 사시도

도 3은 도 2의 분해 사시도

도 4는 본 고안에 따른 브라운가스 발생장치의 전체 구조도

도 5는 본 고안의 주요부인 전해조의 분해 사시도

도 6은 도 5에 따른 전극판의 가스배출공 및 전해액순환공을 나타낸 도면

도 7은 도 5의 A-A' 단면도

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100...전해조 101...전극

110...전극판 111...체결공

112...가스배출공 113...전해액순환공

120...절연브라켓 121...관통돌기

130...사각링 200...저수탱크

210...드레인밸브 300...가스탱크

310...냉각코일관 400...팬

500...배출관 600...압력밸브

601...1차 솔레노이드 밸브 602...2차 솔레노이드 밸브

Claims (2)

1. 다수개의 전극판이 일체로 된 전해조가 저수탱크 사이에 설치되고, 상기 전해조에 팬이 설치되며, 상기 저수탱크 상부측에는 가스탱크가 장착되며, 상기 가스탱크에서 포집된 가스를 배출하는 배출관과, 상기 배출관으로 배출된 가스의 압력을 조절하는 압력밸브가 구비된 브라운가스 발생장치에 있어서,

   상기 전해조(100)는,

   가장자리에 복수개의 체결공(111)이, 상부측에는 복수개의 가스배출공(112)이, 하부측에는 복수개의 전해액순환공(113)이 형성되도록 하되, 상기 전해액순환공(113)은 복수개의 삼각형을 이루는 형태로 배열된 전극판(110)과,

   상기 전극판(110) 사이에 장착되며 두께가 1 내지 2mm의 사각형상으로서, 상기 전극판(110)의 두께와 체결공(111)의 외경을 갖는 관통돌기(121)가 상기 체결공(111)에 삽입되어 고정되는 절연브라켓(120)과,

   상기 절연브라켓(120) 내부둘레에 고정·장착되어 씰링되는 사각링(130)으로 이루어지고,

   상기 전해조(100) 내에서 발생되는 가스의 온도를 1℃ 내지 40℃로 유지하기 위하여 상기 가스탱크(300)의 내부에 형성된 냉각코일관(310)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 브라운가스 발생장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 저수탱크(200) 하부측에는, 드레인밸브(210)가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 브라운가스 발생장치.