KR20100004582A - 수소산소 혼합가스 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 수소산소 혼합가스 발생장치에 관한 것으로서, 직류 전기가 공급되는 것으로서 물을 전기분해하여 수소와 산소를 생성하는 전극유니트(100); 전극유니트(100)가 내장되는 것으로서 물이 수용된 전해조(200); 전극유니트(100)의 상부측에 마련되어 전해액으로부터 수소산소 혼합가스를 분리하기 위한 혼합가스분리필터(400); 혼합가스분리필터(400)의 상부에 형성되어 혼합가스분리필터(400)에 의하여 분리된 수소산소 혼합가스를 포집하는 포집부(500);를 포함하고, 전극유니트(100)는, 제1단자(110a)를 가지는 것으로서, 일정한 간격을 이루며 배치되는 제1봉부재(112)(112')를 가지는 다수의 제1전극(110); 제2단자(120a)를 가지는 것으로서, 일정한 간격을 이루며 배치되는 제2봉부재(122)(122')를 가지는 다수의 제2전극(120); 및 제1전극(110)과 제2전극(120)이 교번으로 배치될 수 있도록 위치고정하는 위치고정부(130);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

수소산소 혼합가스 발생장치{a hydrogen-oxygen generating apparatus}
본 발명은 물로부터 수소산소 혼합가스를 발생시키는 수소산소 혼합가스 발생장치에 관한 것이다.
수소산소 혼합가스 발생장치는 물이 전기분해되어 얻어지는 생성물인 수소 및 산소를 생산하기 위한 장치로서, 양(+) 및 음(-) 전극이 설치된 전해조 내에 소량의 전해물질이 첨가된 물을 공급하고 직류 전압을 인가함으로서 무공해 에너지원인 수소산소 혼합가스를 발생한다. 이때 발생되는 수소와 산소는 2 : 1의 몰비로 발생되며, - 전극 표면에 수소가 기포 형태로 생성되고, + 전극 표면에 산소가 기포 형태로 생성된다. 이렇게 생성된 수소와 산소는 혼합되어 혼합가스 형태가 되며 연소가 가능하다. 또한 수소산소 혼합가스는 연소시 오염물질의 생성하지 않아 친환경적인 에너지원으로서 새롭게 부각되고 있다.
그런데, - 전극과 + 전극에 인가되는 전기에너지에 비하여 생성되는 수소산소의 양이 적어서, 이에 따라 생성되는 수소산소 혼합가스에 프로판가스와 같은 보조연료를 혼합하여 연소시켜야 하였고, 이에 따라 경제성이 낮을 수 밖에 없었다.
또한, - 전극과 + 전극에서 수소 및 산소가 기포형태로 생성됨에 따라 전기 분해가 일어나는 전극의 유효면적이 작아짐으로써 전해효율이 낮아진다라는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 투입되는 전기에너지에 비하여 생성되는 수소산소 혼합가스의 양을 늘림으로써 경제성을 확보할 수 있는 수소산소 혼합가스 발생장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 기포형태로 생성되는 수소 및 산소를 용이하게 탈락시켜 전해효율을 높일 수 있는 전극유니트를 가지는 수소산소 혼합가스 발생장치를 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생장치는,
직류 전기가 공급되는 것으로서 물을 전기분해하여 수소와 산소를 생성하는 전극유니트(100); 상기 전극유니트(100)가 내장되는 것으로서 물이 수용된 전해조(200); 상기 전극유니트(100)의 상부측에 마련되어 상기 전해액으로부터 수소산소 혼합가스를 분리하기 위한 혼합가스분리필터(400); 상기 혼합가스분리필터(400)의 상부에 형성되어 상기 혼합가스분리필터(400)에 의하여 분리된 수소산소 혼합가스를 포집하는 포집부(500);를 포함하고, 상기 전극유니트(100)는, 제1단자(110a)를 가지는 것으로서, 일정한 간격을 이루며 배치되는 제1봉부재(112)(112')를 가지 는 다수의 제1전극(110); 제2단자(120a)를 가지는 것으로서, 일정한 간격을 이루며 배치되는 제2봉부재(122)(122')를 가지는 다수의 제2전극(120); 및 상기 제1전극(110)과 제2전극(120)이 교번으로 배치될 수 있도록 위치고정하는 위치고정부(130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 한다.
본 발명에 있어서, 상기 제1봉부재(112')는 수평방향 및 수직방향으로 교차되어 메쉬 형태를 이루고; 상기 제2봉부재(122')는 수평방향 및 수직방향으로 교차되어 메쉬 형태를 이룬다.
본 발명에 있어서, 상기 제1전극(110)은, 상기 제1봉부재(112)(112')의 가장자리를 연결하는 제1테두리(111)(111')를 포함하고; 상기 제2전극(120)에는 상기 제2봉부재(122)(122')의 가장자리를 연결하는 제2테두리(121)(121')를 포함한다.
본 발명에 있어서,
상기 제1,2봉부재의 표면은, 전기분해가 효율적으로 일어나고, 생성된 수소산소의 기포가 용이하게 탈락될 수 있도록 나노연마된다.
본 발명에 있어서, 상기 제1,2봉부재의 표면에는, 토르마린 광촉매가 부착된다.
본 발명에 있어서, 상기 위치고정부(130)는, 상기 제1전극(110)과 제2전극(120)의 모서리가 일정한 간격으로 끼어질 수 있도록 다수의 끼움홈(130a)이 형성된 바아 형태로 구현된다.
본 발명에 있어서, 상기 전극유니트(100)의 양측부와 전해조(200)의 내측 양측벽 사이에 설치되는 것으로서, 전체적으로 판형 형상으로 되어 상기 전해조(100) 바닥까지 연장되며, 바닥과 접촉되는 하단측에 상기 전해액이 유동되는 유동홈(310)이 형성된 전해액분리판(300)(300')을 더 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 혼합가스분리필터(400)는 메쉬형태로 되어 있고, 광촉매가 형성된다.
본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생장치에 따르면, 투입되는 전기에너지에 비하여 생성되는 수소산소의 양이 많아지도록 함으로써 경제성을 확보할 수 있고, 동시에 프로판가스와 같은 보조연료를 혼합하지 않고도 연소시킬 수 있다.
또, 기포형태로 생성되는 수소 및 산소가 전극으로부터 용이하게 분리될 수 있어, 결과적으로 전기분해가 일어나는 전극의 유효면적이 높아져 전해효율을 높일 수 있다라는 작용, 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 II-II' 선을 따른 단면도이며, 도 3은 도 1의 III-III'선을 따른 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 다른 수소산소 혼합가스 발생장치는, 직류 전기가 공급되는 것으로서 물을 전기분해하여 수소와 산소를 생성하는 전극유니트(100)와; 전극유니트(100)가 내장되는 것으로서 물이 수용된 전해조(200)와; 전 극유니트(100)의 양측부와 전해조(200)의 내측 양측벽 사이에 설치되어, 전극유니트(100)에서 발생된 수소산소 혼합가스와 전해된 물인 전해액을 분리하는 한쌍의 전해액분리판(300)(300')과; 전극유니트(100)의 상부측에 마련되어 전해액으로부터 수소산소 혼합가스를 분리하기 혼합가스분리필터(400)와; 혼합가스분리필터(400)의 상부에 형성되어 그 혼합가스분리필터(400)에 의하여 분리된 수소산소 혼합가스를 포집하는 포집부(500);를 포함한다.
도 4는 도 3의 전극유니트에 적용되는 제1,2전극의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 도 3의 전극유니트에 적용되는 제1,2전극의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이며, 도 6은 도 3의 전극유니트에 적용되는 제1,2전극의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
전극유니트(100)는, 물을 전기분해하여 수소와 산소를 생산하기 위한 것으로서, - 전극(110)과 + 전극(120)이 교번으로 배치되어 구현된다. 이러한 전극유니트(100)는 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이를 설명하면 다음과 같다.
전극유니트(100)의 일 실시예는, 도 4에 도시된 바와 같이, 일측으로 제1단자(110a)가 돌출되는 제1테두리(111) 및 제1테두리(111)에 일정한 간격을 이루며 설치되는 제1봉부재(112)를 가지는 다수의 제1전극(110)과; 타측으로 제2단자(120a)가 돌출되는 제2테두리(121)와, 제2테두리(121)에 일정한 간격을 이루며 설치되는 제2봉부재(122)를 가지는 다수의 제2전극(120)과; 제1전극(110)과 제2전극(120)이 교번으로 배치될 수 있도록 위치고정하는 위치고정부(130);를 포함한다.
제1전극(110)의 제1봉부재(112)는 제1테두리(111)에 수평방향 또는 수직방향 중 어느 한 방향으로 설치되고, 제2전극(120)의 제2봉부재(122)는 제2테두리(121)에 수평방향 또는 수직방향중 어느 한 방향으로 설치되며, 본 실시예에서는 도 4에 도시된 바와 같이, 제1봉부재(112)나 봉부재(122)는 수평방향을 이루여 설치되어 있다. 이러한 봉부재는, 원형의 단면을 가지며 직경은 대략 0.5-10 mm 범위를 가진다.
전극유니트(100)의 다른 실시예는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1전극(110)의 제1봉부재(112')가 제1테두리(111)에 수평 방향과 수직 방향으로 교차됨으로써 메쉬형태를 이루도록 설치되고, 제2전극(120)의 제2봉부재(122')가 제2테두리(121)에 수평 방향과 수직 방향으로 교차됨으로써 메쉬형태를 이루도록 설치될 수도 있다. 그리고, 제1,2테두리(111)(121)는 판형의 부재로 이루어진다.
전극유니트(100)의 또 다른 실시예는, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1테두리(111')나 제2테두리(121')가 제1,2봉부재(112')(122')와 동일한 봉 형태로도 구현되는 것이다. 이 경우, 제1,2봉부재를 구현하는 동일 재료로 제작이 가능하여 생산성을 향상시킬 수 있을 것이다.
이와 같이 상기한 제1,2봉부재(112,112')(122,122')는 봉 형상을 이룸으로써 물과 접촉되는 외주 면적이 커진다. 즉, 제1,2봉부재는 기하학적 구조상 그 표면적의 크기를 가장 크게 할 수 있기 때문에, 전해효율을 높일 수 있는 것이다. 또한 제1,2봉부재(112,112')(122,122')는 곡면 형태를 가지므로, 그 봉부재의 표면에서 수소와 산소가 기포형태로 생성된 후에도 그 봉부재의 표면으로부터 용이하게 분리되어, 결국 전해효율이 높아진다.
또한 제1전극(110)의 제1봉부재(112)(112')와 제2전극(120)의 제2봉부재(122)(122')의 표면은, 전기분해가 효율적으로 일어나고, 생성된 수소산소의 기포가 용이하게 탈락될 수 있도록 나노연마되어 있다.
나노연마란, 제1,2전극(110)(120)의 표면을 나노단위로 연마한 것을 의미한다. 이러한 나노연마를 통하여 제1,2전극(110)(120) 표면의 마찰력을 최소화할 수 있어 생성된 수소 및 산소기포가 매우 용이하게 탈락될 수 있다. 특히, 물질의 크기가 벌크 상태에서 나노 사이즈로 작아질 경우 기계적, 열적, 전기적, 자기적, 광학적 물성이 독특하게 변하는데, 제1,2전극(110)(120) 표면을 나노연마하여 물성을 변화시킴으로써 물의 전기분해가 더욱 활발해지도록 하는 것이다.
한편, 제1,2전극(110)(120)의 제1,2봉부재(112,112')(122,122')의 표면에는 토르마린 광촉매가 부착될 수 있다. 토르마린 광촉매는 토르마린을 수 마이크로에서 수 나노미터 단위의 분말로 분쇄한 후 약 1300℃ 의 온도에서 소성함으로써 구현된 후, 제1,2봉부재(112,112')(122,122')에 본드등을 이용하여 부착되는 것이다. 토르마린은 수정과 같은 결정구조를 가지는 육방정계에 속하는 광물로서, 마찰에 의하여 전기가 생기고 또한 음이온을 다량 발생하며, 또한 전기분해를 더욱 촉진시켜 수소 및 산소가 많이 생성되게 한다. 이러한 토르마린은 분말로 분쇄된 후 소성됨으로써, 물과의 접촉면적을 넓힐 수 있는 수많은 미세기공이 형성된 광촉매로 구현되고, 이러한 토르마린 광축매를 제1,2봉부재(112,112')(122,122')에 부착함으로써 물의 전기분해를 더욱 촉진시킬 수 있는 것이다.
본 실시예에 있어서 설명을 용이하게 하기 위하여 도면에서 제1,2봉부재를 크게 도시하였다. 그러나 이러한 제1,2봉부재의 단면 직경은 대략 0.5-10 mm 범위를 가지며, 0.5mm 일 경우에는 철사와 같이 충분히 얇다.
위치고정부(130)는, 제1전극(110)과 제2전극(120)이 일정한 간격을 이루며 배치될 수 있도록 하는 것으로서 다양하게 구현될 수 있다. 본 실시예에서는, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1전극(110)과 제2전극(120)의 모서리가 일정한 간격으로 끼어질 수 있도록 다수의 끼움홈(130a)이 형성된 바아 형태로 구현된다.
상기한 전극유니트(100)는 전체적으로 밀봉된 구조인 전해조(200) 내부에 위치되는 것이다.
전해액분리판(300)(300')은, 전체적으로 판형 형상으로 되어 전해조(200) 바닥까지 연장되어 있으며, 바닥과 접촉되는 하단측에는 전해액이 유동되는 유동홈(310)이 형성되어 있다. 전해액분리판(300)(300')은, 전해조(200)에서 발생된 수소산소 가스를 한쌍의 전해액분리판(300)(300') 사이에 모아지도록 하고, 전해액은 유동홈(310)을 통하여 전해액분리판(300)(300') 외측으로 모아지게 한다.
혼합가스분리필터(400)는, 한쌍의 전해액분리판(300)(300') 내측의 전극유니트(100)에서 발생된 수소산소 가스를 전해액으로부터 분리하여 포집부(500)에 순수한 수소산소 혼합가스만이 포집되게 하는 것이다. 이를 위하여 혼합가스분리필터(400)는 촘촘한 메쉬망에 광촉매가 형성됨으로써 구현된다. 광촉매는 메쉬망에 코팅되거나 메쉬망을 제조할 때 함유되게 한다. 혼합가스분리필터(400)는, 한쌍의 전해액분리판(300)(300') 사이에서 상승하는 수소산소 혼합가스 내부의 포함된 이물질, 즉 전기분해시 제1,2전극(110)(120)에서 발생되는 이물질이나, 공급되는 물 에 포함된 이물질을 필터링함으로써, 순수한 수소산소 혼합가스만을 포집할 수 있게 하는 것이다. 특히, 혼합가스분리필터(400)에 광촉매가 형성되어 있으므로, 이물질은 광촉매작용에 의하여 보다 효과적으로 제거된다.
포집부(500)는 혼합가스분리필터(400)의 상부에 형성된 공간으로서, 혼합가스분리필터(140)에 의하여 분리된 혼합가스가 포집된다.
상기한 구조에 의하여, 전극유니트(10)의 제1전극(110) 및 제2전극(120)에 직류 전기에너지가 인가됨에 따라 전해조 내부(20)의 물은 전기분해가 일어난다. 이때 사용하는 물은 수돗물을 사용하는데, 수돗물 자체에는 미량의 전해질이 녹아 있으므로 제1전극(110)들 및 제2전극(120)들 사이에서 전기분해가 일어나면서 수소 및 산소로 전기분해된다. 이러한 수소 및 산소로 이루어진 혼합가스는 한쌍의 전해액분리판(300)(300') 사이에 모아진 후 혼합가스분리필터(400)를 경유한 후 포집부(500)에 모아진다. 이후 포집부(500)에 모아진 수소산소 혼합가스는 역화방지부(미도시) 및 노즐(미도시)을 거쳐 분사된 후 연소되는 연료로 사용된다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생장치의 사시도,
도 2는 도 1의 II-II' 선을 따른 단면도,
도 3은 도 1의 III-III'선을 따른 단면도.
도 4는 도 3의 전극유니트에 적용되는 제1,2전극의 일 실시예를 설명하기 위한 도면.
도 5는 도 3의 전극유니트에 적용되는 제1,2전극의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면,
도 6은 도 3의 전극유니트에 적용되는 제1,2전극의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 도면.
<도면 중 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 ... 전극유니트 110 ... 제1전극
110a ... 제1단자 111 ... 제1테두리
112, 112' ... 제1봉부재 120 ... 제2전극
120a ... 제2단자 121 ... 제2테두리
122, 122' ... 제2봉부재 130 ... 위치고정부
130a ... 끼움공 200 ... 전해조
300, 300' ... 전해액분리판 310 ... 유동홈
400 ... 혼합가스분리필터 500 ... 포집부

Claims (8)

  1. 직류 전기가 공급되는 것으로서 물을 전기분해하여 수소와 산소를 생성하는 전극유니트(100);
    상기 전극유니트(100)가 내장되는 것으로서 물이 수용된 전해조(200);
    상기 전극유니트(100)의 상부측에 마련되어 상기 전해액으로부터 수소산소 혼합가스를 분리하기 위한 혼합가스분리필터(400);
    상기 혼합가스분리필터(400)의 상부에 형성되어 상기 혼합가스분리필터(400)에 의하여 분리된 수소산소 혼합가스를 포집하는 포집부(500);를 포함하고,
    상기 전극유니트(100)는,
    제1단자(110a)를 가지는 것으로서, 일정한 간격을 이루며 배치되는 제1봉부재(112)(112')를 가지는 다수의 제1전극(110);
    제2단자(120a)를 가지는 것으로서, 일정한 간격을 이루며 배치되는 제2봉부재(122)(122')를 가지는 다수의 제2전극(120); 및
    상기 제1전극(110)과 제2전극(120)이 교번으로 배치될 수 있도록 위치고정하는 위치고정부(130);를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1봉부재(112')는 수평방향 및 수직방향으로 교차되어 메쉬 형태를 이루고;
    상기 제2봉부재(122')는 수평방향 및 수직방향으로 교차되어 메쉬 형태를 이룬 것;을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
  3. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 제1전극(110)은, 상기 제1봉부재(112)(112')의 가장자리를 연결하는 제1테두리(111)(111')를 포함하고;
    상기 제2전극(120)에는 상기 제2봉부재(122)(122')의 가장자리를 연결하는 제2테두리(121)(121')를 포함하는 것;을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
  4. 제2항 및 제3항에 있어서,
    상기 제1,2봉부재의 표면은, 전기분해가 효율적으로 일어나고, 생성된 수소산소의 기포가 용이하게 탈락될 수 있도록 나노연마된 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
  5. 제2항 및 제3항에 있어서,
    상기 제1,2봉부재의 표면에는, 토르마린 광촉매가 부착된 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 위치고정부(130)는, 상기 제1전극(110)과 제2전극(120)의 모서리가 일정한 간격으로 끼어질 수 있도록 다수의 끼움홈(130a)이 형성된 바아 형태로 구현된 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전극유니트(100)의 양측부와 전해조(200)의 내측 양측벽 사이에 설치되는 것으로서, 전체적으로 판형 형상으로 되어 상기 전해조(100) 바닥까지 연장되며, 바닥과 접촉되는 하단측에 상기 전해액이 유동되는 유동홈(310)이 형성된 전해액분리판(300)(300')을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 혼합가스분리필터(400)는 메쉬형태로 되어 있고, 광촉매가 형성된 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생장치.
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KR102571699B1 (ko) * 2022-12-26 2023-08-29 에이치쓰리코리아 주식회사 탄소나노튜브를 이용한 수소발생장치

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