KR20060019670A - 다공성 유전체를 이용한 브라운 가스 발생 장치 및 방법 - Google Patents

다공성 유전체를 이용한 브라운 가스 발생 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20060019670A
KR20060019670A KR1020040068275A KR20040068275A KR20060019670A KR 20060019670 A KR20060019670 A KR 20060019670A KR 1020040068275 A KR1020040068275 A KR 1020040068275A KR 20040068275 A KR20040068275 A KR 20040068275A KR 20060019670 A KR20060019670 A KR 20060019670A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pair
electrodes
water vapor
brown gas
holes
Prior art date
Application number
KR1020040068275A
Other languages
English (en)
Other versions
KR100642555B1 (ko
Inventor
최동규
홍장식
서용운
Original Assignee
최동규
홍장식
서용운
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 최동규, 홍장식, 서용운 filed Critical 최동규
Priority to KR1020040068275A priority Critical patent/KR100642555B1/ko
Publication of KR20060019670A publication Critical patent/KR20060019670A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR100642555B1 publication Critical patent/KR100642555B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C25B1/044—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water producing mixed hydrogen and oxygen gas, e.g. Brown's gas [HHO]
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
    • C25B11/03—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form perforated or foraminous
    • C25B11/031—Porous electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Catalysts (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Abstract

본 발명은 브라운 가스의 생산효율을 증대시키고, 제어가 용이하여 가스 발생시의 안전성을 확보하며, 가스 생산에 필요한 전력 에너지를 절감할 수 있는 브라운 가스 발생 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 브라운 가스 발생 장치는, 적어도 한 쌍의 서로 이격된 1차 전해전극; 및 한 쌍의 1차 전해전극 사이에 형성되는 공간의 적어도 일부를 채우며, 수증기를 통과시키는 것이 가능한 복수개의 구멍을 가져, 한 쌍의 1차 전해전극에 인가되는 전압에 의하여 발생되는 전계가 복수개의 구멍을 통과하는 수증기에 인가되는 것이 가능하도록 구성된 제1 다공성 유전체 구조물을 포함한다.
브라운 가스, 물, 수증기, 대체 연료, 전기 분해, 플라즈마, 다공성 유전체, 다공성 전극

Description

다공성 유전체를 이용한 브라운 가스 발생 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING BROWN GAS USING POROUS DIELECTRIC MATERIAL}
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 브라운 가스 발생 장치의 단면을 나타내는 개략도이다.
도 2는 표면에 유전체가 도포된 원통형 전극의 사시도를 나타낸다.
도 3은 제1 실시예의 원통형 전극과 다공성 유전체를 표시하는 단면도이다.
도 4는 2차 플라즈마 방전영역의 2차 플라즈마 발생용 전극 사이에 배치된 다공성 유전체 내부 공간에서 플라즈마 방전이 발생되는 영역을 예시한 개략도이다.
도 5는 전극의 표면에 복수 층의 유전체 촉매층이 형성된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예의 단면을 나타내는 개략도이다.
도 7은 본 발명의 제3 실시예의 단면을 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예의 단면을 나타내는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 브라운 가스 발생 방법의 한 실시예의 흐름을 나타낸다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 1차 전해전극에 의한 가스화 반응 영역
2: 2차 플라즈마 발생용 전극에 의한 플라즈마 방전 발생영역
50, 52, 101, 102, 201, 202: 1차 전해전극
21, 23, 221, 222: 2차 플라즈마 발생용 전극
121, 122: 2차 다공성 촉매전극
18, 22, 103: 다공성 유전체 24: 브라운 가스 출구
15: 수증기 도입구 16: 물 도입구
301: 가스화 보조 촉매 필터
본 발명은 다공성 유전체를 이용한 브라운 가스 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 다공성 유전체를 채운 전극 구조를 사용함으로써 브라운 가스 발생 효율을 증대시킬 수 있도록 고안된 브라운 가스 발생 장치에 관한 것이다.
브라운 가스(BROWN GAS)는 수소와 산소의 혼합 가스로서, 수소와 산소가 물을 이루는 수소와 산소의 화학 당량비와 동일한 2:1의 비율로 혼합되어 있는 가스를 말한다. 브라운 가스는 일반적으로 전기분해를 통하여 생성되며, 기존의 화석 연료와 달리 탄소가 존재하지 않으므로, 연소 후 그을음이 없을 뿐 아니라 일산화탄소나 이산화탄소를 발생시키지 않아 공해를 유발시키지 않아 새로운 대체 연료로 주목받고 있다.
특히, 브라운 가스는 수소의 연소 시 필요한 산소를 자체 함유하고 있으므로 별도의 산소 공급 없이도 완전 연소되는 특징이 있고, 브라운 가스의 불꽃은 원자와 분자 상태의 수소와 산소가 반응하는 독특한 성격을 가지고 있어 수소원자와 산소원자는 가열 대상 물질의 원자핵 사이로 침투하며, 그 결과, 수소와 산소가 열핵 반응하므로, 가열되는 물질은 공기 중의 가스 연소 시 불꽃보다 훨씬 고열로 가열될 수 있으며, 또한, 브라운 가스는 가열 대상 물질에 따라 각기 다른 열핵 반응을 하여 상이한 온도특성을 나타내므로 이종물질의 용접, 예를 들어 벽돌과 철을 그대로 용접할 수 있는 등의 특성을 갖는다.
또한, 브라운 가스는 연소 후 연소열을 발생하고 물로 환원되며, 이 때 액체 상태의 물에 해당하는 부피로 수축되며, 연소 시 불꽃 내부에 진공을 형성하는 브라운 가스만의 독특한 연소특성에 의해, 폭발(explosion) 현상이 발생하는 일반적인 수소의 연소 시와는 달리, 임플로젼(implosion) 즉, 연소의 결과 연료의 부피가 불꽃 내부 공간 영역으로 수축하게 되는, 응폭 현상이 발생함에 따라 안전성이 확보되게 된다. 또한, 브라운 가스에 의해 발생되는 불꽃은 일반적으로 레이저와 같이 직진하는 특성이 있다.
이러한 브라운 가스는 그 자체로 연료로 활용될 수도 있지만, 산소를 자체에 함유함에 따라 기존 화석연료의 완전연소를 돕는 무공해 대체연료로도 활용 가능하다.
종래 기술의 브라운 가스 발생기는 물을 해리시켜 브라운 가스화하기 위해 KOH, NaOH 등의 수용성 촉매 첨가제를 함유한 물이 들어있는 전해조 내부에 전극을 배치하고 직류 전원 등으로 막대한 전력을 인가하여 전기분해가 이루어지도록 하는 방식을 사용하고 있다.
이와 같이, 물속에 직접 전류를 인가하여 물을 전기 분해하는 브라운 가스 생산 장치는 물을 이온화시키는 에너지보다 물을 가열하는데 더 많은 에너지를 소모하는 단점이 있으며, 전극 간 전계 불균형에 의해 에너지 효율이 감소되는 한편, 전극의 마모가 매우 심하다는 단점을 갖고 있다.
또한, 대량의 브라운 가스 생산을 위해서 기존의 장치 구조를 활용하고자 할 경우에는, 전원 공급 장치 및 전해조의 특성상 플랜트와 같은 대규모의 부피와 중량을 가지는 장치가 필요하게 되며, 장치의 소형 경량화에 한계를 갖게 된다.
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다공성 유전체를 전극사이에 채운 구조를 채용함으로써, 수증기 상태에서 전기 분해가 가능하도록 하고, 브라운 가스 발생 효율을 증대시키며, 펄스 및 교류 전원 등의 전계를 인가하여 플라즈마 방전을 발생시켜 해리를 촉진함으로써 저 소비전력으로도 브라운 가스를 대량 생산할 수 있는 브라운 가스 발생 장치를 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명은 수용성 촉매를 첨가하지 않고도 가스화 반응을 가능케 하며, 브라운 가스의 생산효율을 증대시키고, 제어가 용이하여 가스 발생시의 안전성을 최대한 확보하며, 가스 생산에 필요한 전력 에너지를 절감함으로써 태양에너지 등의 대체에너지를 가스 생산에 이용 가능하도록 하여 산업현장 및 가정에서 사용 가능한 독립적인 연료 공급 시스템으로 활용될 수 있는 브라운 가스 발생 장치를 제공하기 위한 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 제1 특징에 의한 브라운 가스 발생 장치는, 적어도 한 쌍의 서로 이격된 1차 전해전극; 및 상기 한 쌍의 1차 전해전극 사이에 형성되는 공간의 적어도 일부를 채우며, 수증기를 통과시키는 것이 가능한 복수개의 구멍을 가져, 상기 한 쌍의 1차 전해전극에 인가되는 전압에 의하여 발생되는 전계가 상기 복수개의 구멍을 통과하는 수증기에 인가되는 것이 가능하도록 하는 제1 다공성 유전체 구조물을 포함한다.
바람직하게는, 본 발명의 브라운 가스 발생 장치는, 상기 한 쌍의 1차 전해전극과의 이격을 위한 스페이서; 및 상기 스페이서를 사이에 두고 상기 한 쌍의 1차 전해전극과 반대쪽에 형성되는 적어도 한 쌍의 2차 플라즈마 발생용 전극을 더 포함할 수 있다.
여기서, 본 발명의 브라운 가스 발생 장치는, 상기 한 쌍의 2차 플라즈마 발생용 전극 사이에 형성되며, 상기 한 쌍의 2차 플라즈마 발생용 전극 사이에 형성되는 공간의 적어도 일부를 채우며, 수증기 및/또는 해리된 가스를 통과시키는 것이 가능한 복수개의 구멍을 가져, 상기 한 쌍의 2차 플라즈마 발생용 전극에 인가되는 전압에 의하여 발생되는 전계가 상기 복수개의 구멍을 통과하는 수증기 및/또는 해리된 가스에 인가되는 것이 가능하도록 하는 제2 다공성 유전체 구조물을 더 포함하는 것일 수 있다.
다른 형태로서는, 본 발명의 브라운 가스 발생 장치는, 상기 한 쌍의 1차 전해전극과의 이격을 위한 스페이서; 및 상기 스페이서를 사이에 두고 상기 한 쌍의 1차 전해전극과 반대쪽에 형성되는 수소화 금속 재질의 촉매 재료로 된 다공성 필터를 더 포함하는 것일 수 있다.
또 다른 형태로서, 본 발명의 브라운 가스 발생 장치는, 상기 한 쌍의 1차 전해전극과의 이격을 위한 스페이서; 및 상기 스페이서를 사이에 두고 상기 한 쌍의 1차 전해전극과 반대쪽에 형성되며, 수증기 및/또는 해리된 가스를 통과시키는 것이 가능한 복수개의 구멍을 가져, 상기 복수개의 구멍을 통과하는 수증기 및/또는 해리된 가스에 전계가 인가되는 것이 가능하도록 하는 적어도 한 쌍의 2차 플라즈마 발생용 전극을 더 포함하는 것일 수 있다.
본 발명의 제2 특징에 의한 브라운 가스 발생 장치는, 서로 이격되며, 그 중 적어도 하나의 표면에는 복수개의 돌기가 형성되는 적어도 한 쌍의 1차 전해전극; 상기 한 쌍의 1차 전해전극과의 이격을 위한 스페이서; 및 상기 스페이서를 사이에 두고 상기 한 쌍의 1차 전해전극과 반대쪽에 형성되며, 수증기를 통과시키는 것이 가능한 복수개의 구멍을 가져, 상기 복수개의 구멍을 통과하는 수증기 및/또는 해리된 가스에 전계가 인가되는 것이 가능하도록 하는 적어도 한 쌍의 2차 플라즈마 발생용 전극을 포함한다.
또한, 본 발명의 상기 제1 또는 제2 다공성 유전체 구조물은, 상기 한 쌍의 1차 전해전극 및 2차 플라즈마 발생용 전극 사이에 형성되는 공간의 적어도 일부에, 그 평균 직경이 0.1 내지 10밀리미터 범위인 구형 입자가 채워져 형성된 것임이 바람직하다.
아울러, 본 발명의 상기 제1 또는 제2 다공성 유전체 구조물은, 상기 한 쌍 의 1차 전해전극 및 2차 플라즈마 발생용 전극 사이에 형성되는 공간의 적어도 일부에, 그 평균 직경이 0.1 내지 10밀리미터 범위인 다수의 기공이 형성된 다공성 유전체 재료가 채워져 형성된 것임이 바람직하다.
또한, 본 발명의 상기 한 쌍의 1차 전해전극 및/또는 상기 2차 플라즈마 발생용 전극은 그 표면에 한 층 이상의 유전체 층이 코팅된 것일 수 있다.
그리고 상기 복수개의 구멍을 통과하는 수증기는 KOH, NaOH 및 NaCl 중에서 선택된 어느 한 조성을 포함하는 수용성 촉매제가 첨가되어 해리를 촉진하도록 된 것일 수도 있다.
나아가서, 상기 복수개의 구멍을 통과하는 수증기는 전기 저항 방식 가열 장치 또는 초음파 발진에 의한 예비 기화 과정에 의하여 발생된 것일 수 있다.
또한, 상기 1차 전해전극 및/또는 상기 2차 플라즈마 발생용 전극은 백금, 텅스텐, 티타늄 및 스테인레스 중의 하나 이상의 성분을 포함하는 금속 재료로 구성된 것일 수 있다.
또한, 상기 전극 표면의 유전체 코팅층은, 유리, 석영, 파이렉스, ZrO2, DLC 및 TiO2 중의 한 조성을 포함하는 것일 수 있다.
필요에 따라서, 본 발명의 브라운 가스 발생 장치는, 자기장에 의하여 플라즈마 반응을 촉진시키기 위한 마그넷을 더 포함하도록 하여 구성될 수 있다.
본 발명의 제3 특징에 따른 브라운 가스 발생 방법은, 적어도 한 쌍의 서로 이격된 1차 전해전극 사이에 형성되는 공간의 적어도 일부를 채우며, 수증기를 통 과시키는 것이 가능한 복수개의 구멍을 갖는 제1 다공성 유전체의 상기 복수개의 구멍을 통하여 수증기를 통과시키는 단계; 및 상기 이격된 1차 전해전극 사이에 전압을 인가하여, 상기 전압에 의하여 발생되는 전계가 상기 복수개의 구멍을 통과하는 수증기에 인가되도록 하여 상기 수증기 분자들의 적어도 일부가 해리되도록 하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 제1 다공성 유전체를 통과한 수증기 분자들 중 해리되지 않은 것들의 추가 해리를 위하여, 전압이 인가된 적어도 한 쌍의 서로 이격된 2차 플라즈마 발생용 전극 사이를 더 통과시켜 플라즈마 방전이 발생하도록 하는 단계를 더 포함하도록 할 수도 있다.
여기서, 상기 플라즈마 방전이 발생하도록 하는 단계에서는, 상기 2차 플라즈마 발생용 전극 사이에 형성되는 공간의 적어도 일부를 채우며, 수증기 및/또는 해리된 가스를 통과시키는 것이 가능한 복수개의 구멍을 갖는 제2 다공성 유전체의 상기 복수개의 구멍을 통하여 수증기 및/또는 해리된 가스를 통과시키는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다.
(제1 실시예)
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 단면도를 나타내는 개략도이다. 물의 전기 저항 등에 의한 가열 또는 초음파 발진으로 발생된 수증기 또는 물이 공급부(15, 16)를 통해, 1차 가스화 반응실(11) 내로 공급되며, 다공성 유전체(18)를 사이에 채운 원통형 또는 평판형의 1차 전해전극(52, 50)에 직류, 교류 또는 펄스 전압을 인가하여 물 분자를 1차적으로 해리하여 가스화 작용을 한다.
또한, 상기 1차 전해전극(52, 50) 사이에서 발생된 수증기나 가스는 수증기 트랩의 역할 및 일정 간격 이격을 위한 역할을 하는 스페이서(19)를 통과하여, 브라운 가스로의 분해를 촉진시키는 2차 플라즈마 방전영역(20)으로 이동하도록 구성된다. 여기서, 상기 1차 가스화 반응실(11)에서 일차적으로 해리된 수증기 및/또는 해리된 가스는 2차 플라즈마 발생용 전극(21, 23)의 사이를 메우고 있는 다공성 유전체를 통과하면서 상기 2차 플라즈마 발생용 전극(21, 23)에 인가된 전계에 의해 브라운 가스화 반응이 촉진되어 대량의 브라운 가스를 발생시키게 된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 각 전극(52, 50 및 21, 23)의 표면에는 물과 수증기의 해리를 촉진하고, 플라즈마 방전 시의 전극 손상을 방지하기 위한, 상유전체나 강유전체로 이루어진 촉매반응 유전층(51, 53)이 도포될 수 있다. 상기 촉매반응 유전층(51, 53)은 전기분해 및 플라즈마 방전에 의해 해리될 물이나 수증기와 접촉하게 되며, 유전율이 수 내지 수백에 이르는 SiO2, DLC, ZrO2 등 비정질 상유전체, 결정성의 TiO2 등 상유전체나 또는 기타 강유전체를 도금이나 코팅 처리하여 형성 가능하며, 또한, 도 5에 도시된 바와 같이, 전극표면(31,33)에 비정질 및 결정성의 유전층을 수개 층 조합하여 다층막(32, 37, 35, 34)을 형성하도록 도포할 수 있으며, 한편, 이와 같은 촉매반응 유전층이 없는 전극도 사용이 가능하다.
또한, 상기 1차 가스화 반응실(11) 및 2차 플라즈마 방전영역(20) 내의 원통형 또는 평판형의 전극들(52, 50 및 21, 23)은 한 쌍 또는 복수개의 쌍을 이루도록 구성하여, 교류 또는 펄스형 전원을 인가하며, 여기서, 각 전극은 백금, 니켈 티타늄 등의 금속이나 이들 금속이 도금 또는 코팅된 금속 재질이 적당하다.
상기 1차 전해전극(52, 50) 및 2차 플라즈마 방전영역(20)에 구비되는 각 2차 플라즈마 발생용 전극(21, 23)사이에는 다공성 유전체(18, 22)가 구비된다. 도 3은 다공성 유전체(18, 22) 구조물이 구비된 전극 구조의 단면을 예시하였다. 또한, 상기 다공성 유전체(18, 22)는 1차 가스화 반응실(11) 및 2차 플라즈마 방전영역(20)의 전극(52, 50 및 21, 23)들 중 어느 한 곳에만 포함되도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 다공성 유전체(18, 22)는 1차 가스화 반응실(11) 내부의 각 전극(52, 50) 사이를 통과하는 물이나 수증기를 이온화하며, 일차적으로 발생된 가스나 수증기를 매개체로 하여 2차 플라즈마 방전영역(20)의 각 전극(21, 23) 사이에서 플라즈마 방전이 발생될 시, 전계가 한곳에 집중되지 않도록 한다. 즉, 도 4에 도시된 바와 같이, 기공 또는 구슬 등에 의해서 형성되는 다공성 유전체(53) 사이에서는 전계가 다수의 영역(4a, 4b, 4c 등)에 분산되어 아크 및 글로우 방전이 발생될 수 있고, 이러한 구조에 의하여 저 전력으로 넓은 영역에 걸쳐 가스 발생 효율을 매우 높일 수 있으며, 각각의 빈 공간은 다수의 방전관이 동시에 배치된 경우와 같은 효과를 내는 것이 가능하다.
이러한 본 발명의 브라운 가스 발생 장치 내에는, 일차적으로 플라즈마 방전 된 수증기나 가스의 이동경로(도2의 54) 전면에 도 1에 도시된 바와 같은 스페이서(19)를 이용하여 일정 간격을 두고, 1차 전해전극(52, 50)과 같은 형태의 평판형 또는 원통형의 2차 플라즈마 발생용 전극(21, 23)이나, 도 6에 도시된 바와 같은 수소화 Ni 등의 재질로 된 필터형 촉매전극(221, 222)을 배치하고, 그에 교류 및 펄스 전원을 인가하여 물리화학적 반응을 촉진함으로써 브라운 가스 발생을 돕는 2차 플라즈마 방전영역(20)이 형성되도록 구성된다.
또한, 상기 각 전극(52, 50, 21, 23)의 소재로는 백금, 텅스텐, 티타늄, 스테인레스 등의 금속이나 합금소재가 적당하며, 전극 상에 유전체(도2의 53, 51)를 더 포함하는 구조를 가지도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기 각 전극(52, 50 및 21, 23)의 뒷면에는 강자성 마그넷(13)을 동일한 극성으로 배치하여 직교하는 전기장 및 자기장에 의해 1차 가스화 반응실(11) 및 2차 플라즈마 방전영역(20) 내부에 생성된 전자, 양성자 및 이온들이 나선회전운동을 하도록 유도하여 플라즈마 밀도를 더욱 높임으로써, 가스화 반응을 촉진시키는 구조를 형성할 수도 있다.
상기 1차 가스화 반응실(11) 내에 공급되는 물에는 전기 분해 시 촉매제로 사용되는 KOH, NaOH, NaCl 등의 수용성 촉매제를 첨가하여 물의 전기 분해를 촉진시킬 수 있도록 구성할 수 있으며, 가스화 반응장치 몸체(17)는 테프론(Teflon)과 같은 절연성 재료 또는 스테인레스 등의 금속 재질로 제작된다.
또한, 본 발명의 브라운 가스 발생 장치 내에서, 해리되지 않은 수증기는 2차 플라즈마 발생용 전극(21, 23), 다공성 유전체(22), 가스화 반응장치 몸체(17) 의 내벽이나 스페이서(19)에 물방울로 맺히고, 중력에 의해 다시 물 공급부(16)로 흘러 들어가도록 구성된다.
도시하지는 않았으나, 본 발명에서는 상기 1차 전해전극(52, 50)에 의하여 발생된 수증기를 상기 2차 플라즈마 방전영역(20)에 도달하도록 하여 플라즈마 방전에 의해 해리를 촉진시키는 상술한 과정 이외에도, 더욱 수증기 발생을 촉진하기 위해, 저항 방식 가열장치나 초음파 발진을 통한 수증기 발생 장치를 구성요소로 포함시켜 구성할 수도 있다. 또한, 필요에 따라, 물 자동 공급 시스템, 장치 내부의 가스 및 수증기압 제어장치, 그리고 온도 제어 장치가 부가될 수 있다. 또한, 브라운 가스와 수증기를 분리하기 위한 필터, 기타 가스 발생 상태 제어를 위한 보조 장치를 더 포함할 수 있고, 브라운 가스의 연소를 방지하기 위한 역화 제어 장치 등이 부가될 수도 있다.
(제2 실시예)
도 6은 본 발명의 제2 실시예를 도시하는 개략도이다. 도시된 본 발명의 제2 실시예는, 상술한 제1 실시예와는 달리, 1차 가스화 반응실(200) 내의 1차 전해전극(201, 202) 사이에 다공성 유전체를 배치하지 않은 경우이며, 이 경우, 1차 가스화 반응실(200) 내의 캐소드 전극(201) 표면의 어느 한 곳에 전계 집중이 일어나는 것을 방지하도록 전극의 표면에 다수의 돌기(204)를 형성시킨 구조를 사용하는 것이 바람직하다. 여기서, 상기 각 전극(202, 201)의 표면에는 위에서 설명된 바와 같은 유전체 촉매층을 코팅할 수도 있다.
제2 실시예의 장치 내에는, 1차 전해전극(201, 202)에 의하여 발생된 수증기나 가스(1)의 이동경로 전면에 설치되어 1차 전해전극(201, 202)으로부터 일정 간격 이격시키는 역할을 하는 스페이서(208)가 배치되며, 그 후단에는 일정 간격 이격된 다공성 촉매전극(221, 222)들이 배치된다. 다공성 촉매전극(221, 222)은 표면에 많은 구멍이 형성되어 이를 통하여 수증기가 통과할 수 있도록 되어 있으며, 이 다공성 촉매전극(221, 222)에 직류, 교류 또는 펄스 전압을 인가하여 브라운 가스 발생을 위한 물리화학적 반응을 촉진하는 2차 플라즈마 방전영역(2)이 형성된다. 상기 다공성 촉매전극(221, 222)은 수소화 Ni, Pd 또는 Pt 등의 일반적인 귀금속 촉매필터로 구성될 수 있다.
(제3 실시예)
도 7은 본 발명의 제3 실시예를 도시하는 개략도이다. 도시된 실시예는, 상술한 제1 실시예와 같이 1차 가스화 반응실(100) 내에 적어도 한 쌍의 1차 전해전극(102, 101)이 배치되며, 상기 한 쌍의 1차 전해전극(102, 101) 사이에는 다공성 유전체(103)가 배치된다. 2차 플라즈마 방전영역(120) 내의 2차 플라즈마 발생용 전극(121, 122)의 구성은 상술한 제2 실시예의 경우와 같다.
(제4 실시예)
도 8은 본 발명의 제4 실시예를 도시하는 개략도이다. 도시된 실시예는, 상술한 제1 실시예 및 제3 실시예와 같이, 1차 가스화 반응실(11) 내에 적어도 한 쌍 의 1차 전해전극(50, 52)이 배치되며, 상기 한 쌍의 1차 전해전극(50, 52) 사이에는 다공성 유전체(18)가 구비된다. 그러나 본 실시예의 장치에는 2차 플라즈마 방전영역이 배치되지 않으며, 1차 가스화 반응실(11) 만으로 장치가 구성된다. 스페이서(19)를 사이에 두고, 1차 가스화 반응실(11)의 전방에는, 2차 플라즈마 발생용 전극대신 가스화를 보조하는 촉매필터(301)가 배치된다.
도 9는 본 발명의 다공성 유전체를 이용한 브라운 가스 발생 방법의 한 실시예의 흐름을 도시한다. 도시된 실시예에 있어서는, 우선 저항 가열 방식에 의한 가열이나 또는 초음파 인가에 의하여 물을 예비 기화시켜 수증기로 변환한 후(S10), 변환된 수증기를 1차 가스화 반응실로 유입시키고(S20), 제1 다공성 유전체를 통과시키면서 1차 전해전극에 직류, 교류 또는 펄스 등 소정의 전압을 인가하여 적어도 일부 해리시킨다(S30). 그 이후, 2차 플라즈마 방전영역으로 유입시키고(S40), 제2 다공성 유전체를 통과시켜 2차 플라즈마 발생용 전극에 인가된 직류, 교류 또는 펄스 전압에 의해 발생되는 플라즈마에 의해 더욱 해리를 촉진시킨다(S50). 그 결과 얻어진 브라운 가스를 장치 외부로 방출시켜, 양질의 브라운 가스를 얻을 수 있게 된다.
본 발명에 의한 브라운 가스 발생 장치 및 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 바람직한 실시예에 한정되지 않는다. 실시예로 설명된 장치는, 전극의 형상, 반응기의 구조, 전압 인가 방식, 전원의 종류 등에 있어서 다양한 변경이 가능하다. 따라서 상기 실시예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 것이 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
본 발명에 의하여, 브라운 가스를 발생시키기 위해 수조 내에 전극을 배치하여야 하고, 투입된 다량의 에너지가 물의 이온화 보다는 물을 가열하는데 소모됨으로써 대용량의 전력을 소비하게 되는 기존의 전기분해 방식을 대체하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 의하여, 다공성 유전체를 포함하는 2차 플라즈마 발생용 전극의 사이를 수증기나 가스가 통과하도록 하여 전극 내부의 다수 영역에서 플라즈마 방전이 발생되도록 함으로써, 전계집중 완화, 전극손상 방지, 수용성 촉매제를 첨가하지 않은 공정을 가능하게 하고, 저 전력 운전이 가능하도록 하여, 유지보수 비용절감, 안정적 가스발생 및 고품질의 브라운 가스를 저비용으로 대량 생산하는 것이 가능하게 된다.
또한, 본 발명에 의하여 가정이나 산업현장에서 브라운 가스를 독립적으로 생산, 공급 및 소비가 가능하도록 하여, 다양한 분야에서 친환경 대체 에너지원으로 활용되도록 할 수 있게 된다.

Claims (17)

  1. 적어도 한 쌍의 서로 이격된 1차 전해전극; 및
    상기 한 쌍의 1차 전해전극 사이에 형성되는 공간의 적어도 일부를 채우며, 수증기를 통과시키는 것이 가능한 복수개의 구멍을 가져, 상기 한 쌍의 1차 전해전극에 인가되는 전압에 의하여 발생되는 전계가 상기 복수개의 구멍을 통과하는 수증기에 인가되는 것이 가능하도록 하는 제1 다공성 유전체 구조물을 포함하는 브라운 가스 발생 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 1차 전해전극과의 이격을 위한 스페이서; 및
    상기 스페이서를 사이에 두고 상기 한 쌍의 1차 전해전극과 반대쪽에 형성되는 적어도 한 쌍의 2차 플라즈마 발생용 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 한 쌍의 2차 플라즈마 발생용 전극 사이에 형성되며, 상기 한 쌍의 2차 플라즈마 발생용 전극 사이에 형성되는 공간의 적어도 일부를 채우며, 수증기 및/또는 해리된 가스를 통과시키는 것이 가능한 복수개의 구멍을 가져, 상기 한 쌍의 2차 플라즈마 발생용 전극에 인가되는 전압에 의하여 발생되는 전계가 상기 복수개 의 구멍을 통과하는 수증기 및/또는 해리된 가스에 인가되는 것이 가능하도록 하는 제2 다공성 유전체 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 1차 전해전극과의 이격을 위한 스페이서; 및
    상기 스페이서를 사이에 두고 상기 한 쌍의 1차 전해전극과 반대쪽에 형성되는 수소화 금속 재질의 촉매 재료로 된 다공성 필터를 더 포함하는 브라운 가스 발생 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 한 쌍의 1차 전해전극과의 이격을 위한 스페이서; 및
    상기 스페이서를 사이에 두고 상기 한 쌍의 1차 전해전극과 반대쪽에 형성되며, 수증기 및/또는 해리된 가스를 통과시키는 것이 가능한 복수개의 구멍을 가져, 상기 복수개의 구멍을 통과하는 수증기 및/또는 해리된 가스에 전계가 인가되는 것이 가능하도록 하는 적어도 한 쌍의 2차 플라즈마 발생용 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생 장치.
  6. 서로 이격되며, 그 중 적어도 하나의 표면에는 복수개의 돌기가 형성되는 적어도 한 쌍의 1차 전해전극;
    상기 한 쌍의 1차 전해전극과의 이격을 위한 스페이서; 및
    상기 스페이서를 사이에 두고 상기 한 쌍의 1차 전해전극과 반대쪽에 형성되며, 수증기 및/또는 해리된 가스를 통과시키는 것이 가능한 복수개의 구멍을 가져, 상기 복수개의 구멍을 통과하는 수증기 및/또는 해리된 가스에 전계가 인가되는 것이 가능하도록 하는 적어도 한 쌍의 2차 플라즈마 발생용 전극을 포함하는 브라운 가스 발생 장치.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 다공성 유전체 구조물은, 상기 한 쌍의 1차 전해전극 및 2차 플라즈마 발생용 전극 사이에 형성되는 공간의 적어도 일부에, 그 평균 직경이 0.1 내지 10밀리미터 범위인 구형 입자가 채워져 형성된 것임을 특징으로 하는 브라운 가스 발생 장치.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 다공성 유전체 구조물은, 상기 한 쌍의 1차 전해전극 및 2차 플라즈마 발생용 전극 사이에 형성되는 공간의 적어도 일부에, 그 평균 직경이 0.1 내지 10밀리미터 범위인 다수의 기공이 형성된 다공성 유전체 재료가 채워져 형성된 것임을 특징으로 하는 브라운 가스 발생 장치.
  9. 제1항 내지 제4항, 그리고 제6항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 1차 전해전극 및/또는 상기 2차 플라즈마 발생용 전극은 그 표면에 한 층 이상의 유전체 층이 코팅된 것임을 특징으로 하는 브라운 가스 발생 장치.
  10. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수개의 구멍을 통과하는 수증기는 KOH, NaOH 및 NaCl 중에서 선택된 어느 한 조성을 포함하는 수용성 촉매제가 첨가되어 해리를 촉진하도록 된 것임을 특징으로 하는 브라운 가스 발생 장치.
  11. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수개의 구멍을 통과하는 수증기는 전기 저항 방식 가열 장치 또는 초음파 발진에 의한 예비 기화 과정에 의하여 발생된 것임을 특징으로 하는 브라운 가스 발생 장치.
  12. 제1항 내지 제4항 그리고 제6항의 어느 한 항에 있어서,
    상기 1차 전해전극 및/또는 상기 2차 플라즈마 발생용 전극은 백금, 텅스텐, 티타늄 및 스테인레스 중의 하나 이상의 성분을 포함하는 금속 재료로 구성된 것임을 특징으로 하는 브라운 가스 발생 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 전극 표면의 유전체 코팅층은, 유리, 석영, 파이렉스, ZrO2, DLC 및 TiO2 중의 한 조성을 포함하는 것임을 특징으로 하는 브라운 가스 발생 장치.
  14. 제1항 내지 제6항의 어느 한 항에 있어서,
    자기장에 의하여 플라즈마 반응을 촉진시키기 위한 마그넷을 더 포함하는 브라운 가스 발생 장치.
  15. 적어도 한 쌍의 서로 이격된 1차 전해전극 사이에 형성되는 공간의 적어도 일부를 채우며, 수증기를 통과시키는 것이 가능한 복수개의 구멍을 갖는 제1 다공성 유전체의 상기 복수개의 구멍을 통하여 수증기를 통과시키는 단계; 및
    상기 이격된 1차 전해전극 사이에 전압을 인가하여, 상기 전압에 의하여 발생되는 전계가 상기 복수개의 구멍을 통과하는 수증기에 인가되도록 하여 상기 수증기 분자들의 적어도 일부가 해리되도록 하는 단계를 포함하는 브라운 가스 발생 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 다공성 유전체를 통과한 수증기 분자들 중 해리되지 않은 것들의 추가 해리를 위하여, 전압이 인가된 적어도 한 쌍의 서로 이격된 2차 플라즈마 발생용 전극 사이를 더 통과시켜 플라즈마 방전이 발생하도록 하는 단계를 더 포함하 는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 플라즈마 방전이 발생하도록 하는 단계에서는, 상기 2차 플라즈마 발생용 전극 사이에 형성되는 공간의 적어도 일부를 채우며, 수증기 및/또는 해리된 가스를 통과시키는 것이 가능한 복수개의 구멍을 갖는 제2 다공성 유전체의 상기 복수개의 구멍을 통하여 수증기 및/또는 해리된 가스를 통과시키는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생 방법.
KR1020040068275A 2004-08-28 2004-08-28 다공성 유전체를 이용한 브라운 가스 발생 장치 및 방법 KR100642555B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040068275A KR100642555B1 (ko) 2004-08-28 2004-08-28 다공성 유전체를 이용한 브라운 가스 발생 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020040068275A KR100642555B1 (ko) 2004-08-28 2004-08-28 다공성 유전체를 이용한 브라운 가스 발생 장치 및 방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20060019670A true KR20060019670A (ko) 2006-03-06
KR100642555B1 KR100642555B1 (ko) 2006-11-10

Family

ID=37126932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020040068275A KR100642555B1 (ko) 2004-08-28 2004-08-28 다공성 유전체를 이용한 브라운 가스 발생 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR100642555B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100834437B1 (ko) * 2007-12-31 2008-06-04 최동규 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치 및 방법, 그리고이를 이용한 폐기물 소각 처리 장치
WO2008096927A1 (en) * 2007-02-07 2008-08-14 Ajou University Industry Cooperation Foundation Method for generating hydrogen, apparatus for generating hydrogen, and electrically-driven system using the same
KR100857762B1 (ko) * 2007-01-03 2008-09-10 최동규 브라운가스 화염을 이용한 비금속 재료 가공장치 및 방법
KR101387836B1 (ko) * 2012-05-15 2014-04-22 이정렬 전기 분해용 전극

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100857762B1 (ko) * 2007-01-03 2008-09-10 최동규 브라운가스 화염을 이용한 비금속 재료 가공장치 및 방법
WO2008096927A1 (en) * 2007-02-07 2008-08-14 Ajou University Industry Cooperation Foundation Method for generating hydrogen, apparatus for generating hydrogen, and electrically-driven system using the same
KR100834437B1 (ko) * 2007-12-31 2008-06-04 최동규 브라운 가스를 이용한 배기가스 정화장치 및 방법, 그리고이를 이용한 폐기물 소각 처리 장치
KR101387836B1 (ko) * 2012-05-15 2014-04-22 이정렬 전기 분해용 전극

Also Published As

Publication number Publication date
KR100642555B1 (ko) 2006-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6238629B1 (en) Apparatus for plasma treatment of a gas
Yang et al. Plasma discharge in liquid: water treatment and applications
Chu et al. Low temperature plasma technology: methods and applications
Puchkarev et al. Energy efficient plasma processing of gaseous emission using a short pulse discharge
AU2008275202B2 (en) Carbon free dissociation of water and production of hydrogen related power
JP3171236U (ja) 水電解ガス発生装置
AU2003221634A1 (en) A plasma formed in a fluid
CN201652348U (zh) 一种等离子体燃烧器
JP2019504272A (ja) クリーンエネルギー生成のためにガス燃焼効率を最適化するためのシステム、方法及び装置
US8129656B2 (en) Method for producing thermal energy
WO2000065887A1 (en) Method and apparatuses for plasma treatment
WO1999047242A1 (en) Method and device for cleaning combustion exhaust gas using a plasma
KR100642555B1 (ko) 다공성 유전체를 이용한 브라운 가스 발생 장치 및 방법
Younas et al. Hydrogen production through water vapors using optimized corona-DBD hybrid plasma micro-reactor
CN110980641A (zh) 一种气液两相高效制氢的装置及方法
CN209914159U (zh) 一种微孔双电极等离子体辅助对撞扩散燃烧装置
KR100883674B1 (ko) 수소 발생 방법, 수소 발생 장치 및 이를 이용한 전기시스템
US9480137B2 (en) Electrolytic cell for heating electrolyte by a glow plasma field in the electrolyte
Nguyen Hydrogen Production in a Radio-Frequency Plasma Source Operating on Water Vapor.
US20050178710A1 (en) Substance activating method and device therefor
JP2005298286A (ja) 炭化水素分解装置及び炭化水素分解方法
WO2007067083A1 (fr) Source de courant a plasma
Miao CO₂ Reduction in Microscale-Based Corona Reactor: Experiments and Modeling
RU103807U1 (ru) Система для получения тепловой энергии
KR20230008575A (ko) 공진파를 이용한 수소 및 산소 생성 방법과 장치

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20101102

Year of fee payment: 5

LAPS Lapse due to unpaid annual fee