KR20130004840A

KR20130004840A - 브라운 가스 발생장치

Info

Publication number: KR20130004840A
Application number: KR1020110066136A
Authority: KR
Inventors: 서용석; 김천우; 박종훈
Original assignee: 서용석; 박종훈; 김천우
Priority date: 2011-07-04
Filing date: 2011-07-04
Publication date: 2013-01-14
Also published as: WO2013005885A1; KR101360353B1

Abstract

본 발명은, 물을 전기분해하여 수소가스와 산소가스를 생성하되, 간단한 구성을 채택하면서도 많은 양의 수소가스와 산소가스를 발생시킬 수 있고, 전기분해에 따라 발생되는 열을 신속하게 외기로 배출할 수 있는 브라운 가스 발생장치에 관한 것이다. 이러한 본 발명은, 내부에 물이 채워지는 전해조(10); 양극과 음극이 교대로 인가될 수 있게 각각 양극 또는 음극에 연결되는 전극 연결부(21)를 갖고 서로 일정 간격을 두고 이격 배치되는 셀판(20); 상기 셀판(20)을 이격된 상태로 고정하고 상기 전해조(10)의 물속에 배치되는 고정단자(40); 양 전원이 인가되는 전극 연결부(21)와 음 전원이 인가되는 전극 연결부(21)에 개별적으로 결합되는 병렬전극봉(50); 및 상기 병렬전극봉(50) 중 2개 이상에 양 전원 또는 음 전원을 인가하는 전원케이블(60);을 포함한다.

Description

브라운 가스 발생장치{BROWN GAS GENERATOR}

본 발명은 브라운 가스 발생장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 물을 전기분해하여 수소가스와 산소가스를 생성하되, 간단한 구성을 채택하면서도 많은 양의 수소가스와 산소가스를 발생시킬 수 있고, 전기분해에 따라 발생되는 열을 신속하게 외기로 배출할 수 있는 브라운 가스 발생장치에 관한 것이다.

종래의 금속 전극체는 전해조 내에 봉상 또는 판상으로 구성된 음극과 양극을 등간격으로 배치하여 음극과 양극이 통전되어 수소가 발생할 수 있도록 하고 있으나, 상기 금속 전극체의 음극과 양극이 통전되는 간격이 넓고 금속 전극체의 두께 또는 폭이 넓기 때문에 단위면적당 금속 전극체의 크기에 비해 분해반응에 의한 전해효율이 떨어지므로 수소발생량을 증대시키기 위해서는 수소발생장치의 부피가 커지고 설치비용도 많이 들게 되었을 뿐만 아니라 금속 전극체의 음극과 양극의 분해반응에는 높은 전류를 필요로 하므로 전력소비량도 많게 되는 등 문제점이 있었다.

특히, 자동차에 적용하기 위한 대부분의 전기분해 체계는 적절한 수준의 수소 가스를 발생시키기 위해 높은 암페어수를 요구하고 물에 보통 화학적 첨가제를 사용하므로 높은 암페어 사용으로 인하여 차량 배선, 발전기, 및 수소 장치가 과열되는 것은 잠재적인 문제점을 일으키는 원인과, 추가적인 전력 소비는 내연기관의 힘을 낭비하고 연료 효율을 낮추는 원인과, 물에 첨가하는 화학적 첨가물은 화학제품이 내연기관에 공급됨으로써 내연기관의 링이나 가스켓의 부식 및 촉매 컨버터에 손상을 초래할 수 원인이 있고, 또한 첨가물이 이용될 때 화학물 형성 때문에 전극의 노화가 빠르게 진행되고, 대부분의 시스템은 차량의 연료효율을 높일 수 있을 만큼의 충분한 가스를 생산하지 못하는 등의 단점이 있다.

그리고 종래에 전기분해에 의한 수소가스 발생장치에서는, 고전압 인가시 과도한 수소가스 발생과 방열 문제 때문에 고전압을 저전압으로 전환하여 인가하였다. 따라서 변압기를 사용하여 전압을 컨버팅하였을 뿐만 아니라, 전압을 변환함에 따라 전기의 손실이 발생하는 문제점이 있었다.

또한 수소가스 발생장치에서 필연적으로 발생하는 열을 방출하기 위하여 전해조에 담수된 물을 외기로 순환시키는 방식이 주로 사용되어 왔다. 이를 위해 순환모터와 라디에이터가 필요하였다. 그런데 순환모터를 사용하더라도 외기로 순환되는 물이 외기가 영하로 떨어지는 겨울철에 얼게 되어 순환구조의 폐쇄 또는 순환모터의 동파가 발생되는 경우가 있었다. 그리고 라디에이터의 사용에 따라 부피가 증대하여 설치공간에 제약을 받는 문제점이 있었다.

아울러, 종래에는 수소발생판으로 백금을 사용하였는데, 백금을 사용하면 전기분해과정에서 백금이 산화 및 부식되어 전해조에 담긴 물이 오염되므로, 정기적으로 물을 교환해야 하는 불편이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 간단한 구성을 채택하면서도 많은 양의 수소가스와 산소가스를 발생시킬 수 있는 브라운 가스 발생장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 수소가스의 발생량을 용이하게 조절할 수 있는 브라운 가스 발생장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 병렬 방식으로 전압을 인가함에 따라 전압 강하를 위한 추가적인 구성을 필요치 않고 전압 강하 없이 사용함에 따라 전기의 손실을 방지하기 위한 브라운 가스 발생장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전기분해에 따라 발생되는 열을 신속하게 외기로 배출할 수 있는 브라운 가스 발생장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전해조에 담긴 물이 산화 및 부식에 의해 오염되는 현상을 방지할 수 있는 브라운 가스 발생장치를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은, 브라운 가스 발생장치에 관한 것으로, 내부에 물이 채워지는 전해조; 양극과 음극이 교대로 인가될 수 있게 각각 양극 또는 음극에 연결되는 전극 연결부를 갖고 서로 일정 간격을 두고 이격 배치되는 셀판; 상기 셀판을 이격된 상태로 고정하고 상기 전해조의 물속에 배치되는 고정단자; 양 전원이 인가되는 전극 연결부와 음 전원이 인가되는 전극 연결부에 개별적으로 결합되는 병렬전극봉; 및 상기 병렬전극봉 중 2개 이상에 양 전원 또는 음 전원을 인가하는 전원케이블;을 포함한다.

이때 상기 고정단자은, 상기 고정단자 간을 결합수단으로 체결하기 위해 관통 형성된 다수개의 결합공이 구비되는 테두리부;와 상기 테두리부의 내주면에 형성된 격판;을 포함하고, 상기 테두리부에는 셀판이 안착될 수 있는 안착홈과, 상기 안착홈으로부터 상기 테두리부의 상단으로 연장되는 연결홈, 및 물과 상기 셀판에서 발생된 산소가스와 수소가스를 통과시키기 위하여 상단 및 하단에 관통 형성되는 통과공이 구비되며, 상기 격판에는 상기 고정단자의 결합시에 게재되는 셀판이 휘어지지 않도록 지지하는 지지돌기가 돌출 형성될 수 있다.

그리고 상기 고정단자 사이의 면에는 셀판이 각각 배치되고 상기 셀판과 셀판 사이에는 양성자 교환막이 게재된다.

이때 상기 양성자 교환막은 나피온일 수 있다.

한편, 상기 고정단자는, 내부로 복수개의 셀판이 삽입될 수 있게 관통 형성된 테두리부; 및 상기 테두리부에 삽입된 셀판의 이탈을 방지하기 위하여 상기 테두리부의 상하단에 장착되는 지지부;를 포함하고, 상기 테두리부와 지지부에는, 상기 셀판이 등간격으로 서로 이격된 상태로 상기 고정단자에 장착될 수 있도록 상기 셀판을 가이드하는 가이드홈이 각각 형성될 수 있다.

상기 셀판의 전극 연결부는, 상기 셀판의 일측에서 상단으로 연장되고 상기 병렬전극봉이 삽입될 수 있는 통공을 구비한다.

또한 상기 셀판은, 상기 셀판의 전후단으로 물이 통과할 수 있도록 메쉬 형태로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 물이 분해됨에 따라 상기 전해조에 발생된 열을 방출하기 위하여 일단은 상기 전해조의 물에 담겨지고 타단은 외기에 노출되는 방열부가 더 포함된다.

이때 상기 방열부는, 일단이 상기 전해조의 물에 담겨지는 히트파이프와, 상기 히트파이프의 타단에 설치되어 상기 히트파이프로부터 열을 전달받는 방열판과, 상기 방열판으로 전달된 열을 방출하도록 상기 방열판을 향해 송풍하는 송풍팬을 포함한다.

그리고 상기 전해조 상단에는 상기 전해조를 덮는 커버가 더 구비되고, 상기 커버에는 상기 전해조에서 발생된 수소가스와 산소가스를 방출하기 위하여 관통 형성된 배출공과, 일단이 상기 배출공에 연결되는 배출호스와, 상기 배출호스의 타단에 연결되어 상기 배출호스로 유입되는 수소가스와 산소가스에 포함된 수분을 필터링하는 필터와, 상기 필터에서 필터링된 물을 상기 전해조로 되돌려 보내기 위하여 일단은 상기 필터에 연결되고 타단은 상기 전해조에 연결되는 회수호스를 포함한다.

아울러, 상기 전해조의 외부에는 상기 전해조와 연통되어 상기 전해조에 채워진 물의 수위를 나타내는 수위창과, 상기 전해조에 채워진 물의 수위를 감지하여 물을 보충할 수 있는 물공급부가 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 브라운 가스 발생장치에 의하면, 병렬로 배치되고 메쉬망 형태로 이루어진 셀판을 통해 물을 전기분해하므로, 여러 각도에서 전기분해되면서 수소가스와 산소가스가 발생되고, 셀판의 양면으로 수소가스와 산소가스를 발생할 수 있으므로 셀판 간의 간격을 최소화하면서 적은 암페어로도 물을 전기분해하여 수소가스와 산소가스의 양을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

또한 필요한 수소가스량에 따라 셀판을 고정단자에 쉽게 삽입하면서 고정단자의 개수를 증감시킬 수 있으므로, 수소가스 발생량의 증감이 용이하고 설치비용도 절감할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명에 따르면, 병렬 방식으로 전압을 인가함에 따라 전압 강하를 위한 추가적인 구성을 필요치 않고 전압 강하 없이 사용함에 따라 전기의 손실을 방지하기 위한 브라운 가스 발생장치를 제공하는데 있다.

또한 본 발명에 따르면, 전기분해에 따라 발생되는 열을 신속하게 외기로 배출할 수 있고, 물을 외기로 순환시키지 않음에 따라 불필요한 구성요소를 삭제하면서 냉각 효율을 증대시킬 수 있는 장점이 있다.

아울러, 본 발명에 따르면, 전해조에 담긴 물이 산화 및 부식에 의해 오염되는 현상을 방지할 수 있어, 전해조에 담긴 물의 교환 없이 장기간 사용할 수 있는 편리성이 있다.

도 1은 제1실시예에 따른 브라운 가스 발생장치를 도시한 사시도,
도 2는 커버가 개방된 상태를 도시한 분해사시도,
도 3은 커버가 개방된 상태에서 커버의 저면을 나타내는 사시도,
도 4는 제1실시예에 따른 브라운 가스 발생장치의 셀판 조립체를 도시한 사시도, 도 5는 도 4에 도시된 셀판 조립체에 대한 분해사시도,
도 6은 제1실시예에 따른 고정단자와 마감-고정단자를 도시한 사시도,
도 7은 제2실시예에 따른 셀판 조립체의 구성을 도시한 사시도,
도 8은 도 7에 도시된 셀판 조립체에 대한 분해 사시도이다.

이하에서는 본 발명에 따른 브라운 가스 발생장치에 관하여 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명에서 언급되는 '브라운 가스'란 물의 전기분해 방식으로 생산되는 가연성 기체로서 물의 구성비 그대로 수소와 산소가 화학당량비 2:1의 비율로 혼합된 상태의 혼합가스를 의미한다.

<제1실시예>

먼저 본 발명에 따른 브라운 가스 발생장치의 제1실시예에 대해 설명한다.

도 1은 제1실시예에 따른 브라운 가스 발생장치를 도시한 사시도이고, 도 2는 커버가 개방된 상태를 도시한 분해사시도이며, 도 3은 커버가 개방된 상태에서 커버의 저면을 나타내는 사시도이고, 도 4는 제1실시예에 따른 수소발생장치의 셀판 조립체를 도시한 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 셀판 조립체에 대한 분해사시도이다. 그리고 도 6은 제1실시예에 따른 고정단자와 마감-고정단자를 도시한 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 브라운 가스 발생장치는 전해조(10), 수위창(11), 셀판(20), 양성자 교환막(30), 고정단자(40), 병렬전극봉(50), 전원케이블(60), 방열부(70), 커버(80), 배출호스(81), 필터(83), 회수호스(85), 및 물공급부(90)로 구성된다. 이 중에서 도 4 및 도 5에 도시된 주요구성은, 셀판(20), 양성자 교환막(30), 고정단자(40), 병렬전극봉(50), 전원케이블(60)로 구성된 '셀판 조립체'로서, 이하에서는 주요구성을 언급할 때는 '셀판 조립체'를 사용하기로 한다.

상기 전해조(10)는 박스 형태로 이루어지고, 내부에는 일정 수위의 물이 채워져 있다. 여기서 '일정 수위'라 함은, 본 실시예에 따른 셀판 조립체가 물에 완전히 잠길 수 있는 정도의 수위를 의미한다.

그리고 상기 전해조(10)의 외측부에는, 상기 전해조(10)와 연통되어 상기 전해조(10)에 채워진 물의 수위를 외부에서 관찰할 수 있는 수위창(11)이 마련된다.

셀판(20)은 도 5에 잘 도시된 바와 같이, 직사각 형태의 판재로 구성되고, 일측에서 상단으로 연장되는 전극 연결부(21)를 구비하며, 상기 전극 연결부(21)에는 상기 병렬전극봉(50)이 삽입될 수 있는 통공(23)이 형성된다. 이때 상기 병렬전극봉(50)의 연결방식은 통공(23)에 삽입하는 형태에 한정되지 않는다.

그리고 상기 셀판(20)은 메쉬 형태로 이루어져 셀판(20)의 일면에서 타면으로 물과 수소가스 및 산소가스의 통과가 가능한 구조로 이루어진다.

이러한 셀판(20)은 다양한 재료로 제작될 수 있으나, 본 실시예에서는 티타늄으로 제작된 것을 사용하였다.

양성자 교환막(30)(proton exchange membrane)은 상기 셀판(20) 사이에 게재되는 것으로, 고정단자(40) 사이에서 어느 하나의 고정단자(40)에 밀착되는 셀판(20)과 다른 하나의 고정단자(40)에 밀착되는 셀판(20) 사이에 게재된다. 상기 양성자 교환막(30)은 연료전지 분야에서는 수소가스를 펌핑하여 작동하고, 이때 생성되는 수소가스는 전자를 방출하여 전기를 생성하고 산소가스와 결합함으로서 부산물로 물을 생성하는 용도로 활용된다. 그리고 본 발명에서는 양성자 교환막(30)이 상기 과정과는 반대로, 물을 전기분해하는데 사용된다.

이러한 양성자 교환막(30)으로 본 실시예에서는 듀퐁사에게 개발한 나피온(Nafion)을 사용하였다.

고정단자(40)는, 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 고정단자(40) 간을 결합수단(100)으로 체결하기 위해 관통 형성된 다수개의 결합공(41a)이 구비되는 테두리부(41)와, 상기 테두리부(41)의 내주면에 형성된 격판(43)을 포함한다.

그리고 상기 테두리부(41)에는, 셀판(20)이 안착될 수 있는 안착홈(41b)과, 상기 안착홈(41b)으로부터 상기 테두리부(41)의 상단으로 연장되는 연결홈(41c), 및 물과 상기 셀판(20)에서 발생된 산소가스와 수소가스를 통과시키기 위하여 상단 및 하단에 관통 형성되는 통과공(41d)이 구비된다. 상기 통과공(41d)으로는 각 셀판(20)에서 생성된 수소가스와 산소가스가 통과하면서 혼합되어 브라운 가스로 방출시키는 기능도 수행한다.

또한 상기 격판(43)에는, 상기 고정단자(40)와 고정단자(40)의 결합시에 게재되는 셀판(20)이 휘어지지 않도록 지지하는 지지돌기(43a)가 돌출 형성된다.

아울러, 상기 고정단자(40)를 연속하여 결합할 때 최외곽에 설치되는 마감-고정단자(40')는 상기 고정단자(40)를 반으로 절단한 형태로 구성된다. 즉, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 마감-고정단자(40')는 테두리부(41')의 일측에 격판(43')이 설치되어 상기 격판(43')이 설치된 외면은 상기 테두리부(41')와 함께 평평한 면을 형성한다. 그리고 안착홈(41b') 및 연결홈(41c')은 상기 테두리부(41')의 타측에만 형성되고, 지지돌기(43a')는 상기 테두리부(41')의 타측을 향해서만 형성된다. 따라서 상기 통과공(41d')도 상기 격판(43')의 전면부로부터 상기 테두리부(41')를 관통하여 형성되고, 이 형태는 고정단자(40)의 통과공(41d)을 반분한 상태와 실질적으로 동일하다.

병렬전극봉(50)은 다수개의 셀판(20)에서 양 전원이 인가되는 전극 연결부(21)와 음 전원이 인가되는 전극 연결부(21)에 개별적으로 결합된다. 다시 말해, 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 양극이 연결되는 셀판(20)의 전극 연결부(21)는 일측으로 배치하고, 음극이 연결되는 셀판(20)의 전극 연결부(21)는 타측으로 배치한 상태에서 일측에 배치되는 전극 연결부(21)와 타측에 배치되는 전극 연결부(21)를 각각의 병렬전극봉(50)이 연결된다.

이렇게 되면, 병렬전극봉(50)으로 인가되는 전압에 대해 셀판(20)이 병렬방식으로 배치되어 각 셀판(20)에는 보다 감압된 전압이 인가되는 효과가 발생한다. 따라서 본 발명에서는 전압 강하를 위하여 별도로 변압기를 구비할 필요가 없다.

또한 전압을 분산하면서 2개의 셀판(20)을 서로 인접시켜 물이 전기분해되는 암페어수를 낮추면서 수소가스와 산소가스의 발생량을 극대화함에 따라 불필요한 전원 사용에 따른 낭비 요인을 제거하여 전기 사용량을 절감할 수 있게 된다.

전원케이블(60)은 상기 병렬전극봉(50)에 양 전원 또는 음 전원을 인가한다.

방열부(70)는, 물이 전기분해됨에 따라 상기 전해조(10)에서 발생된 열을 방출하기 위한 것으로, 일단은 전해조(10)의 물에 담겨지고 타단은 외기에 노출된다. 이러한 방열부(70)는 히트파이프(71), 방열판(73)과 송풍팬(75)을 포함하여 구성된다.

상기 히트파이프(71)는 일단이 상기 전해조(10)의 물에 담겨져 있어 물에 가해진 열을 타단으로 신속하게 전달한다.

상기 히트파이프(71)의 타단에는 상기 히트파이프(71)로부터 열을 전달받아 외기로 배출하는 방열판(73)이 장착된다. 상기 방열판(73)은 판재 형태로 이루어지고 서로 일정 간격을 갖는 다수개로 구성된다. 따라서 히트파이프(71)로부터 전달된 열이 방열판(73)의 넓은 면적으로 확산되고 상기 방열판(73)은 외기에 노출되어 방열판(73)에 확산된 열을 외기로 배출한다.

또한 상기 송풍팬(75)은 상기 방열판(73)으로 전달된 열을 방출하도록 상기 방열판(73)을 향해 송풍한다. 따라서 상기 방열판(73)에 확산된 열을 강제 송풍방식으로 외기로 신속하게 배출할 수 있게 된다. 이때 상기 송풍팬(75)은 상기 방열판(73)을 감싸는 덮개(77)의 일측에 장착된다.

커버(80)는 상기 전해조(10) 상단을 덮을 수 있도록 상기 전해조(10)의 상단에 장착된다. 이러한 커버(80)에는 상기 전해조(10)에서 발생된 수소가스와 산소가스를 방출하기 위한 배출공(80a)이 관통 형성된다.

상기 배출공(80a)에는 배출호스(81)의 일단이 연결되고, 상기 배출호스(81)의 타단에는 필터(83)가 연결되어 상기 배출호스(81)로 유입되는 수소와 산소에 포함된 수분을 필터링한다. 또한 상기 필터(83)에서 필터링된 물을 상기 전해조(10)로 되돌려 보내기 위한 회수호스(85)가 상기 필터(83)와 전해조(10) 사이에 연결된다.

또한 상기 커버(80)에는, 도 3에 도시된 바와 같이, 전해조(10)에서 물이 분해됨에 따라 감소된 수위를 감지하고 물을 보충할 수 있는 물공급부(90)가 장착된다. 상기 물공급부(90)는 수위센서(91)와 볼탭밸브(93)로 구성된다.

상기 수위센서(91)는 상기 전해조(10)의 수위를 감지하고, 그 감지된 결과를 토대로 전해조(10) 상단에 마련된 벨(95)을 통해 상기 전해조(10)의 물 부족시 자동으로 알람음이 발생되게 한다.

그리고 볼탭밸브(93)는 일반적으로 잘 알려진 형태의 밸브로서, 수위 부족시 밸브가 개방되어 물을 공급하고 일정 수위에 도달하면 차단되는 기능을 수행한다.

결합수단(100)은 다수개의 고정단자(40)를 가압하여 일체화하기 위한 것으로, 테두리부(41)의 결합공(41a)을 통과하여 다수개의 고정단자 각단에 장착되는 마감-고정단자(40')의 외면에서 결합된다. 이를 위해 결합수단(100)으로는 다양한 형태의 구성이 채택될 수 있으나, 통상적으로 볼트와 너트가 사용될 수 있다.

이상에서 설명된 기본 구성을 토대로, 도 4 및 도 5에 도시된 셀판 조립체에 대해 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이, 다수개의 고정단자(40)와, 상기 다수개의 고정단자(40)의 양단에 마감-고정단자(40')가 각각 결합수단(100)에 의해 체결되고, 상기 고정단자(40) 사이에는 셀판(20), 양성자 교환막(30) 및 셀판(20)이 적층되어 상기 고정단자(40)에 의해 가압된다. 그리고 각 셀판(20)의 전극 연결부(21)에는 병렬전극봉(50)이 삽입되어 있다.

도 4에는 2조의 셀판 조립체가 구비되고, 1조의 셀판 조립체에 장착된 병렬전극봉(50) 중 어느 하나와, 다른 1조의 셀판 조립체에 장착된 병렬전극봉(50) 중 어느 하나에는 전원케이블(60)이 연결되어 양 전원 또는 음 전원이 공급된다. 그리고 전원케이블(60)이 연결되지 않은 병렬전극봉(50) 간은 도전판(51)을 통해 서로 연결된다.

그리고 셀판(20)은 고정단자(40)의 안착홈(41b)에 안착되고, 상기 셀판(20)의 전극 연결부(21)는 상기 안착홈(41b)으로부터 상기 테두리부(41)의 상단으로 연장되는 연결홈(41c)에 안착되면서 테두리부(41)의 상단으로 노출된다. 이때 상기 노출되는 전극 연결부(21)에 통공(23)이 형성된다.

또한 고정단자(40) 사이에는 상기 셀판(20)과 양성자 교환막(30) 및 셀판(20)이 연속적으로 적층되고, 고정단자(40)가 결합수단(100)에 의해 조여짐에 따라 셀판(20), 양성자 교환막(30) 및 셀판(20)이 밀착된다. 이러한 조여짐에 따라 셀판(20)의 휘어짐을 방지하기 위하여 상기 격판(43)에는 지지돌기(43a)가 돌출되어 셀판(20)을 지지한다.

한편, 적층되면서 밀착되는 셀판(20)은 테두리부(41)에 의해 둘러 싸여진 형상이므로, 상기 셀판(20)로 물이 공급됨과 아울러, 상기 셀판(20)에서 전기 분해된 수소가스와 산소가스가 셀판 조립체 외부로 배출될 수 있도록 상기 테두리부(41)의 상단 및 하단에는 통과공(41d)이 관통 형성된다.

다음으로 제1실시예에 따른 브라운 가스 발생장치의 작용에 대해 설명한다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같은 셀판 조립체에 전원이 공급되면, 상기 병렬전극봉(50)에 일정 간격을 두고 셀판(20)이 설치된 형태이므로, 각 셀판은 병렬전극봉(50)에 병렬 연결되어 병렬전극봉(50)에 인가된 전압이 분산되어 각 셀판(20)에 전달된다.

이때 2조의 셀판 조립체 중 1조의 셀판 조립체에 설치된 병렬전극봉(50) 중 하나에 전원케이블(60)이 연결되어 양 전원이 공급되고, 다른 1조의 셀판 조립체에 설치된 병렬전극봉(50) 중 하나에 전원케이블(60)이 연결되어 음 전원이 공급된다. 그리고 전원케이블(60)이 연결되지 않은 병렬전극봉(50) 간은 서로 도전판(51)에 의해 연결되어 있다.

이러한 상태에서 전원케이블(60)을 통해 전기가 공급되면 전원케이블(60)에 연결된 병렬전극봉(50)으로부터 셀판(20)에 전압이 걸리고, 그 셀판(20)에 인접한 셀판(20)로 물을 통해 통전되면서 전원케이블(60)이 연결되지 않은 병렬전극봉(50)에도 전원이 인가된다.

이러한 메커니즘을 통해 인가되는 전원에 의해 셀판(20) 사이에서는 물이 전기 분해되어 수소가스와 산소가스를 발생시키게 되고, 발생된 수소가스와 산소가스는 통과공(41d)을 통해 전해조(10)의 상부로 배출된다.

이때 상기 셀판(20) 사이에는 양성자 교환막(30)이 설치되므로, 셀판(20) 간이 통전되면서 물이 전기분해될 때 양성자 교환막(30)이 셀판(20) 간을 절연함과 아울러 전기분해를 수행함으로서 수소가스와 산소가스의 생성 효율을 향상시킨다.

생성된 수소가스와 산소가스는 통과공(41d)을 통해 셀판 조립체 외부로 배출되고, 커버(80)의 배출공(80a)을 통하여 배출호스(81)로 공급된다. 상기 배출호스(81)의 타단에는 필터(83)가 설치되어 상기 배출호스(81)를 통해 공급되는 수소와 산소에 포함된 수분을 필터링하여 회수호스(85)를 통해 전해조(10)로 되돌려 보낸다. 그리고 필터링된 수소가스와 산소가스는 공급호스(87)를 통하여 수소가스와 산소가스가 필요한 장치, 예를 들면 내연기관에 공급된다.

이때 본 발명에서 내연기관에 수소가스와 산소가스를 분리하지 않고 브라운 가스로서 함께 공급하는 것은, 수소가스의 폭발력이 상당히 크므로, 산소가스와 혼합하여 수소가스의 혼입률을 낮춤으로서 내연기관에 과도한 무리가 가해지지 않도록 하여 내연기관을 보호하기 위함이다.

이와 같은 과정을 통해 물이 전기분해되면 전해조(10)에 담수된 물의 양이 줄어든다. 이는 전해조(10) 외부에 설치된 수위창(11)을 통해 육안으로 확인할 수 있고, 수위센서(91)에 의해 감지되어 알람음을 통해 수위 부족을 전달받을 수도 있다. 그리고 수위가 부족한 경우에는 볼탭밸브(93)가 개방되어 물을 공급하고 수위가 적정하게 충족되면 볼탭밸브(93)가 폐쇄되어 물의 공급을 차단한다.

또한 물이 전기분해되면서 발생되는 열에 의해 물의 온도는 급격히 상승한다. 따라서 물에 전달된 열을 외부로 배출하여 물 온도의 과도한 상승을 방지하기 위하여 본 실시예에서는 히트파이프(71)가 물의 열을 방열판(73)으로 전달하고 송풍팬(75)의 가동으로 방열판(73)에 전달된 열을 외기로 배출한다.

이렇게 본 발명에서는, 전해조(10)에 담겨진 물을 외기로 순환시켜 물의 열을 방출하는 구조가 아닌, 히트파이프(71)를 통해 물의 열을 전달받아 외기로 배출하는 구조를 취하고 있으므로, 순환모터가 필요치 않고, 물의 순환에 따른 문제점, 예를 들면 겨울철에 물이 얼어 순환구조가 차단되는 문제를 해소하면서 냉각효율을 증대시킬 수 있게 된다.

<제2실시예>

다음으로 본 발명에 따른 브라운 가스 발생장치의 제2실시예에 대해 설명한다. 본 실시예에서는 제1실시예와 대응되는 구성요소에 대해 동일한 도면번호를 사용하기로 한다.

도 7은 제2실시예에 따른 셀판 조립체의 구성을 도시한 사시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 셀판 조립체에 대한 분해 사시도이다.

도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고정단자(110)는 테두리부(111)와 지지부(113)를 포함한다. 상기 테두리부(111)는 내부로 복수개의 셀판(20)이 삽입될 수 있게 관통 형성되고, 셀판(20)이 서로 간에 간격을 유지한 상태에 장착될 수 있도록 셀판(20)의 개수에 대응되게 가이드홈(111a)이 형성된다.

그리고 상기 테두리부(111)의 측면에는 물과 수소가스 및 산소가스의 출입이 가능하도록 통과공(111b)이 관통 형성된다.

이때 테두리부(111)는 사각 기둥 형태로 이루어지는 일체형으로 구성될 수도 있고, 도시된 바와 같이, 결합수단(100)에 의해 각 부분이 조립되는 분리형으로 구성될 수도 있다.

한편, 상기 지지부(113)는 상기 테두리부(111)에 삽입된 셀판(20)의 이탈을 방지하기 위하여 상기 테두리부(111)의 상하단에 장착된다. 그리고 상기 지지부(113)가 상기 셀판(20)에 대면하는 면에도 가이드홈(113a)이 형성되어 상기 셀판(20)이 지지부(113)의 가이드홈(113a)에 삽입되어 위치 정렬 및 고정될 수 있도록 구성된다.

또한 지지부(113)는 상기 테두리부(111)에 결합수단(100)으로 체결된다.

그리고 상기 테두리부(111)의 하단에 장착되는 지지부(113')는 상단에 장착되는 지지부(113)에 비해 테두리부(111)의 내측으로 돌출되는 돌기(113b)가 더 구비된다. 이는 테두리부(111)에 장착되는 셀판(20)을 저면으로부터 이격시켜 물의 흐름을 원활하게 하기 위함이다.

그 외의 다른 구성은 제1실시예와 동일하게 구성하여도 무방하다. 그렇지만, 본 실시예에서는 다수개의 셀판(20)이 좁은 공간에 일정 간격을 두고 연속 배치될 수 있는 구조를 채택하고 있기 때문에, 제1실시예에 비해 보다 소형의 브라운 가스 발생장치를 구현할 수 있게 된다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

10 : 전해조 20 : 셀판
30 : 양성자 교환막 40 : 고정단자
50 : 병렬전극봉 60 : 전원케이블
70 : 방열부 80 : 커버
90 : 물공급부 100 : 결합수단

Claims

내부에 물이 채워지는 전해조(10);
양극과 음극이 교대로 인가될 수 있게 각각 양극 또는 음극에 연결되는 전극 연결부(21)를 갖고 서로 일정 간격을 두고 이격 배치되는 셀판(20);
상기 셀판(20)을 이격된 상태로 고정하고 상기 전해조(10)의 물속에 배치되는 고정단자(40, 110);
양 전원이 인가되는 전극 연결부(21)와 음 전원이 인가되는 전극 연결부(21)에 개별적으로 결합되는 병렬전극봉(50); 및
상기 병렬전극봉(50) 중 2개 이상에 양 전원 또는 음 전원을 인가하는 전원케이블(60);을 포함하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 고정단자(40)는,
상기 고정단자(40) 간을 결합수단(100)으로 체결하기 위해 관통 형성된 다수개의 결합공(41a)이 구비되는 테두리부(41);와
상기 테두리부(41)의 내주면에 형성된 격판(43);을 포함하고,
상기 테두리부(41)에는 셀판(20)이 안착될 수 있는 안착홈(41b)과, 상기 안착홈(41b)으로부터 상기 테두리부(41)의 상단으로 연장되는 연결홈(41c), 및 물과 상기 셀판(20)에서 발생된 산소가스와 수소가스를 통과시키기 위하여 상단 및 하단에 관통 형성되는 통과공(41d)이 구비되며,
상기 격판(43)에는 상기 고정단자(40)의 결합시에 게재되는 셀판(20)이 휘어지지 않도록 지지하는 지지돌기(43a)가 돌출 형성되는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.
제2항에 있어서,
상기 고정단자(40) 사이의 면에는 셀판(20)이 각각 배치되고 상기 셀판(20)과 셀판(20) 사이에는 양성자 교환막(30)이 게재되는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.
제3항에 있어서,
상기 양성자 교환막(30)은 나피온인 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 고정단자(110)는,
내부로 복수개의 셀판(20)이 삽입될 수 있게 관통 형성된 테두리부(111); 및
상기 테두리부(111)에 삽입된 셀판(20)의 이탈을 방지하기 위하여 상기 테두리부(111)의 상하단에 장착되는 지지부(113)를 포함하고,
상기 테두리부(111)와 지지부(113)에는, 상기 셀판(20)이 등간격으로 서로 이격된 상태로 상기 고정단자(110)에 장착될 수 있도록 상기 셀판(20)을 가이드하는 가이드홈(111a, 113a)이 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.
제2항 또는 제5항에 있어서,
상기 셀판(20)의 전극 연결부(21)는, 상기 셀판(20)의 일측에서 상단으로 연장되고 상기 병렬전극봉(50)이 삽입될 수 있는 통공(23)을 구비하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.
제2항 또는 제5항에 있어서,
상기 셀판(20)은, 상기 셀판(20)의 전후단으로 물이 통과할 수 있도록 메쉬 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.
제1항에 있어서,
물이 분해됨에 따라 상기 전해조(10)에 발생된 열을 방출하기 위하여 일단은 상기 전해조(10)의 물에 담겨지고 타단은 외기에 노출되는 방열부(70)가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.
제8항에 있어서,
상기 방열부(70)는,
일단이 상기 전해조(10)의 물에 담겨지는 히트파이프(71)와,
상기 히트파이프(71)의 타단에 설치되어 상기 히트파이프(71)로부터 열을 전달받는 방열판(73)과,
상기 방열판(73)으로 전달된 열을 방출하도록 상기 방열판(73)을 향해 송풍하는 송풍팬(75)을 포함하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 전해조(10) 상단에는 상기 전해조(10)를 덮는 커버(80)가 더 구비되고,
상기 커버(80)에는 상기 전해조(10)에서 발생된 수소가스와 산소가스를 방출하기 위하여 관통 형성된 배출공(80a)과,
일단이 상기 배출공(80a)에 연결되는 배출호스(81)와,
상기 배출호스(81)의 타단에 연결되어 상기 배출호스(81)로 유입되는 수소가스와 산소가스에 포함된 수분을 필터링하는 필터(83)와,
상기 필터(83)에서 필터링된 물을 상기 전해조(10)로 되돌려 보내기 위하여 일단은 상기 필터(83)에 연결되고 타단은 상기 전해조(10)에 연결되는 회수호스(85)를 포함하는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.
제1항에 있어서,
상기 전해조(10)의 외부에는 상기 전해조(10)와 연통되어 상기 전해조(10)에 채워진 물의 수위를 나타내는 수위창(11)과,
상기 전해조(10)에 채워진 물의 수위를 감지하여 물을 보충할 수 있는 물공급부(90)가 구비되는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.