KR20150071045A - 전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기 및 이를 이용한 수소산소 혼합가스 발생시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수소산소 혼합가스 발생기 및 이를 이용한 수소산소 혼합가스 발생시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원료인 물을 전기분해하여 수소산소 혼합가스를 발생시키는 수소산소 혼합가스 발생기 및 이를 이용한 수소산소 혼합가스 발생시스템에 관한 것이다.
본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생기는, 물을 전기분해하여 수소산소 혼합가스를 생산하기 위한 수소산소 혼합가스 발생기에 있어서, 내주면에 표면에 탄소나노가 부착되는 반원형태의 전극체가 다수로 연결되어 형성되는 제1 전극체와; 상기 제1 전극체에 일정한 간극을 유지하도록 구비되며 외주면에 표면에 탄소나노가 부착되는 제2 전극체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기 및 이를 이용한 수소산소 혼합가스 발생시스템{Hydrogen-oxygen mixing gas generator and system for generating hydrogen-oxygen mixing gas using the same}

본 발명은 전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기 및 이를 이용한 수소산소 혼합가스 발생시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 원료인 물을 전기분해하여 수소산소 혼합가스를 발생시키는 수소산소 혼합가스 발생기 및 이를 이용한 수소산소 혼합가스 발생시스템에 관한 것이다.

일반적으로 수소산소 혼합가스 발생기는 물을 전기분해하여 얻어지는 생성물인 수소 및 산소를 생산하기 위한 장치로서, (+)전극 및 (-)전극이 설치된 전해조 내에 소량의 전해물질이 첨가된 물을 공급하고 직류 전압을 인가함으로서 무공해 에너지원인 수소산소 혼합가스를 발생한다.

이때 발생되는 수소와 산소는 2 : 1의 비율로 발생되며 (-)전극 표면에 수소가 기포 형태로 생성되고, (+)전극 표면에 산소가 기포 형태로 생성된다. 이렇게 생성된 수소와 산소는 혼합되어 혼합가스 형태가 되며 연소가 가능해진다.

특히 수소산소 혼합가스는 연소 시 오염물질이 생성되지 않아 친환경적인 에너지원으로서 새롭게 부각되고 있다.

한편, 수소산소 혼합가스 발생기와 관련한 기술로서, 대한민국 등록실용신안공보 제20-0391265호의 산소수소 혼합가스 발생장치의 전극판 구조가 개시되어 있다.

상기 종래기술은 전해액을 수용하는 공간부를 가지는 전해조와, 상기 공간부에 일정간격으로 배열 설치되며 단자에서 인가된 전류로 전해액을 전기분해시켜 산소수소 혼합가스를 발생시키는 다수개의 전극판들로 구성하고, 특히 상기 전극판들을 전해액과의 접촉면적(단면적)이 증가되도록 전극판을 지그재그로 연속적으로 절곡시켜 구성한 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 종래기술은 전기분해과정에서 증가된 접촉 면적만큼 보다 많은 양의 산소수소 혼합가스를 발생시킬 수 있는 효과를 가진다.

그러나, 상기 종래기술은 전극판 및 단자를 전해조에 설치하는 과정에서 전극판은 전해조의 내측 전, 후면에 형성된 전극판 고정홈에 일일이 끼워가며 고정되도록 하고 있으며, 이러한 조립 구조는 불필요한 시간낭비와 함께 조립에 많은 번거로움을 가져오게 되는 문제점이 있었다. 또한, 물을 전기분해하는 과정에서 발생된 열의 방출이 용이하지 못할 뿐만 아니라, 인가되는 전기에 비해 생성되는 수소산소 혼합가스 양이 매우 적다.

대한민국 등록실용신안 공보 제 20-0391265호

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 각각에 탄소나노를 부착한 두 전극체 간의 결합이 용이하도록 간단한 구조로 이루어져 제작이 용이하고 무엇보다 수소산소 혼합가스의 양을 증가시킬 수 있도록 전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기 및 이를 이용한 수소산소 혼합가스 발생시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 탄소나노 기능 외에 감마선과 같은 전자기파를 조사하여 전기를 잘 통하게 하고 수소산소 혼합가스의 양을 극대화할 수 있도록 하기 위하여 전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기 및 이를 이용한 수소산소 혼합가스 발생시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 각각에 탄소나노를 부착한 두 전극체의 표면적을 최대로 넓히도록 하여 수소산소 혼합가스의 발생량을 증대시킬 수 있도록 하는 수소산호 혼합가스 발생기 및 이를 이용한 수소산소 혼합가스 발생시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 수소산소 혼합가스의 발생량을 증가시키기 위하여 초음파를 가미하는 수소산소 혼합가스 발생기 및 이를 이용한 수소산소 혼합가스 발생시스템을 제공하는 것이다.

그 밖의 본 발명의 목적은 수소산소 혼합가스의 발생량을 증가시키기 위하여 두 전극체를 회전시켜 캐비테이션 현상을 일으키도록 하는 수소산소 혼합가스 발생기 및 이를 이용한 수소산소 혼합가스 발생시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 수소산소 혼합가스의 발생량을 증가시키기 위하여 두 전극체에 교류 또는 구형파 전류를 인가하도록 하는 수소산소 혼합가스 발생시스템을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기는, 물을 전기분해하여 수소산소 혼합가스를 생산하기 위한 수소산소 혼합가스 발생기에 있어서, 표면에 탄소나노가 부착되는 제1 전극체와; 상기 제1 전극체에 일정한 간극을 유지하도록 구비되며 표면에 탄소나노가 부착되는 제2 전극체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생시스템은, 내부에 외부로부터 공급된 물이 저장되는 전해조와; 상기 전해조의 내부에 장착되며 표면에 탄소나노가 부착되는 제1 전극체와; 상기 제1 전극체에 일정한 간극을 유지하도록 구비되며 표면에 탄소나노가 부착되는 제2 전극체로 구성되어 물을 전기분해하여 수소산소 혼합가스를 발생시키는 수소산소 혼합가스 발생기와; 상기 전해조의 일측에 설치되며 내부에 수소산소 혼합가스가 포집되는 가스포집부와; 상기 가스포집부와 연결된 공급관을 통해 수소산소 혼합가스를 공급받아 응집시키는 가스응집부와; 상기 가스응집부에 연결되어 응집된 수소산소 혼합가스를 외부로 배출시키는 가스배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기 및 이를 이용한 수소산소 혼합가스 발생시스템에 의하면, 각각에 탄소나노를 부착한 두 전극체 간의 결합이 용이하도록 간단한 구조로 이루어져 제작이 용이하고 무엇보다 두 전극체에 인가되는 전기의 공급량을 줄이는 한편, 수소산소 혼합가스의 양을 크게 증가시키는 효과가 얻어진다.

또한, 본 발명에 따른 전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기 및 이를 이용한 수소산소 혼합가스 발생시스템에 의하면, 탄소나노를 부착한 두 전극체에 감마선과 같은 전자기파를 조사하여 전기를 잘 통하게 하고 수소산소 혼합가스의 양을 극대화할 수 있다는 효과도 얻어진다.

또한, 본 발명은 각각에 탄소나노를 부착한 두 전극체의 표면적을 최대로 넓히도록 하였으며, 초음파를 가미하거나 두 전극체를 회전시키도록 하여 수소산소 혼합가스의 발생량을 최대화할 수 있다는 효과가 있다.

특히, 본 발명은 수소산소 혼합가스의 발생량을 증가시키기 위하여 두 전극체에 교류 또는 구형파 전류를 인가하도록 하였기 때문에 별도로 교류를 직류로 바꾸는 인버터 등이 필요없게 되는 효과가 있다.

도 1은 제1전극제가 반원형태를 가지는 전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기를 도시한 사시도.
도 2 내지 도 14는 제1전극체 또는 제2전극체의 또 다른 실시예를 나타내는 도면.
도 15 내지 도 19는 제1전극체와 제2전극체의 배치에 관한 실시예를 나타내는 도면.
도 20은 전극체 대신에 물이 회전하도록 배치된 실시예를 나타내는 도면
도 21은 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생시스템을 도시한 전체 구성도.
도 22는 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생시스템의 전해조를 확대하여 도시한 단면도.
도 23은 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생시스템의 가스포집부를 확대하여 도시한 단면도.
도 24는 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생시스템의 가스응집부를 확대하여 도시한 단면도.

본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생기는, 물을 전기분해하여 수소산소 혼합가스를 생산하기 위한 수소산소 혼합가스 발생기에 있어서, 표면에 탄소나노가 부착되는 제1 전극체와; 상기 제1 전극체에 일정한 간극을 유지하도록 구비되며 표면에 탄소나노가 부착되는 제2 전극체를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 전극체는 금속 재질로 이루어지는 원통형의 전극봉과, 상기 전극봉의 외면에 다수 설치되어 상기 제1 전극체의 전극을 절연시키는 링 형태의 절연체로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 전극체 또는 제2 전극체의 표면인 내주면 또는 외주면은 표면적을 넓히기 위하여 홈이 파져 있거나, 돌기가 형성되어 있거나, 격자무늬가 형성되어 있거나, 스펀지 형태를 이루거나 그루브가 형성되어 있는 것 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2 전극체는 제1 전극체의 외주면에 다수 개 형성되어 있거나, 제1 전극체의 내부 홀에 삽입되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 전극체와 제2 전극체는 서로 회전하여 나선형의 형태를 이루는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 전극체와 제2 전극체는 컨베이어벨트 형태로 구성되며, 롤러에 의해 회전되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 전극체 또는 제2 전극체에는 물 분해 시 발생되는 열을 방출시키기 위해 상기 제1 전극체 또는 제2 전극체를 관통하는 홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제1 전극체와 제2 전극체에는 전기를 잘 통하게 하고 수소산소 혼합가스 양을 증가시키기 위해 감마선을 조사하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생시스템은, 내부에 외부로부터 공급된 물이 저장되는 전해조와; 상기 전해조의 내부에 장착되며 표면에 탄소나노가 부착되는 제1 전극체와; 상기 제1 전극체에 일정한 간극을 유지하도록 구비되며 표면에 탄소나노가 부착되는 제2 전극체로 구성되어 물을 전기분해하여 수소산소 혼합가스를 발생시키는 수소산소 혼합가스 발생기와; 상기 전해조의 일측에 설치되며 내부에 수소산소 혼합가스가 포집되는 가스포집부와; 상기 가스포집부와 연결된 공급관을 통해 수소산소 혼합가스를 공급받아 응집시키는 가스응집부와; 상기 가스응집부에 연결되어 응집된 수소산소 혼합가스를 외부로 배출시키는 가스배출부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 수소산소 혼합가스 발생시스템은 상기 수소산소 혼합가스 발생기에 전압을 인가해 주는 전압인가부를 더 포함하며, 상기 전압은 교류 또는 구형파인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스포집부는 상기 전해조의 상부에 고정되며 내부에 공간이 형성되는 하우징과, 상기 하우징의 내부에 2단 구조로 형성되며 외측에서 내측으로 하향 경사지게 되는 경사면이 형성되고 상기 경사면의 일측에 수소산소 혼합가스의 유동을 안내하기 위한 안내공이 형성되는 격판으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 가스응집부는 상기 가스포집부로부터 수소산소 혼합가스가 공급되는 제1 응집조와, 상기 제1 응집조의 내부에 다단으로 설치되며 일측에 수소산소 혼합가스가 통과되도록 통공이 형성되는 제1 다공판과, 상기 제1 응집조의 외측을 감싸도록 설치되는 제2 응집조와, 상기 제2 응집조의 내부에 다단으로 설치되며 일측에 수소산소 혼합가스가 통과되도록 통공이 형성되는 제2 다공판과, 상기 제1 응집조에 연결되어 상기 제2 응집조의 하부로 돌출 연장되는 가스이송관으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전해조의 일측에는 상기 전해조의 내부로 공급되어 순환되는 물을 냉각시키도록 방열판이 연결 구비되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 1(a)는 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생기를 도시한 사시도이고, 도 1(b)는 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생기의 일부를 분리하여 도시한 분리사시도이며, 도 1(C)는 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생기를 도시한 측단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기는 물을 전기분해하여 수소산소 혼합가스를 생산하기 위한 수소산소 혼합가스 발생기에 있어서, 내주면에 탄소나노가 부착되는 반원형태의 전극체(11)가 다수로 연결되어 형성되는 제1 전극체(1)와, 상기 제1 전극체(1)에 일정한 간극을 유지하도록 구비되며 외주면에 탄소나노가 부착되는 제2 전극체(2)를 포함한다.

상기 제1 전극체(1)는 상기 전극체(11)의 반원홈부(111)가 외측을 향하도록 배치되고 각 전극체(11)의 측벽이 서로 맞대어 접합되는 것이 바람직하다. 상기 제1 전극체(1)는 스테인리스 혹은 합금강 같은 금속 재질로 이루어지며 (-)전류가 인가된다. 상기 제1 전극체(1)의 내주면에 부착되는 탄소나노는 수 나노미터의 크기로 이루어지며, 상기 제1 전극체(1)의 각 전극체(11) 간의 접합은 용접에 의해 접합된다.

탄소나노의 부착을 통해 부착이 없는 경우보다 전극체의 전류밀도를 높일 수 있는 효과가 발생한다.

탄소나노의 부착은 제 1전극체 또는 후술하는 제2 전극체의 일부 또는 전부에 부착될 수 있으며, 필요에 따라서는 전극체의 제작시에 탄소나노 도금 또는 탄소나노 코팅이 이루어질 수도 있다.

상기 제1 전극체(1)에는 물 분해 시 발생되는 열을 방출시키기 위해 제1 전극체를 관통하는 홀(12)이 형성되며, 따라서 상기 수소산소 혼합가스 발생기에 의해 물이 전기분해 되면서 열이 발생하게 됨에 따라 상기 홀(12)을 통해 열을 방출시킬 수 있는 것이다.

또한, 후술하는 제2 전극체에도 제1 전극체와 마찬가지로 물 분해 시 발생되는 열을 방출시키기 위해 제2 전극체를 관통하는 홀이 형성될 수 있다.

상기 제2 전극체(2)는 (+) 전류가 인가되는, 금속 재질로 이루어지는 원통형의 전극봉(21)과, 상기 전극봉(21)의 외면에 다수 설치되어 상기 제1 전극체(1)의 전극을 절연시키는 링 형태의 절연체(22)로 구성된다.

상기 제2 전극체(2)는 상기 제1 전극체(1)와 동일 재질의 금속 재질로 이루어짐이 바람직하다.

상기 절연체(22)는 제1 전극체와 제2 전극체가 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 절연체이며, 그 종류는 한정되지 않으나 제조원가 등을 고려할 때 합성수지 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

특히, 상기 절연체(22)의 두께는 제1 전극체와 제2 전극체가 너무 바짝 붙거나 멀리 떨어지지 않도록 3~10mm 이내에서 형성되며, 바람직하게는 3~5mm 이내로 설치될 때 수소산소 혼합가스의 발생량이 극대화된다.

상기와 같이 구성된 제2 전극체(2)는 상기 제1 전극체(1)의 내주면에 각각 배치되며 이 상태에서 제2 전극체(2)를 고정하도록 전선 등으로 감아주게 된다.

또한, 제2 전극체도 제1 전극체(1)와 마찬가지로 물 분해 시 발생되는 열을 방출시키기 위한 홀을 형성할 수 있으며, 상기 수소산소 혼합가스 발생기에 의해 물이 전기분해 되면서 발생되는 열을 홀을 통해 방출시킬 수 있다.

한편, 상기 제1 전극체(1)와 제2 전극체(2) 간의 결합을 상기에서와 같이 상기 전극체(11)의 반원홈부(111)가 외측을 향하도록 배치되고 각 전극체(11)의 측벽이 서로 맞대어 접합되고 상기 각 전극체(11)의 반원홈부(111)에 상기 제2 전극체(2)가 구비되는 구조로 도시하였으나, 이에 한정하지 않고 상기 제1 전극체(1)와 제2 전극체(2)의 위치를 변경시켜 결합할 수도 있다.

또한, 제2 전극체에 (-) 전류를 인가하고 제1 전극체에 (+) 전류를 인가할 수도 있을 것이다.

한편, 상기 제1 전극체(1)는 반원형형태로 이루어지는 것이 바람직하나, 이에 한정하지 않고 원통형, 각형, 타원형, 곡선형, 별 모양 등의 형태로 얼마든지 변형 가능하다.

한편, 혼합가스의 발생량은 전극체과 전해액(물)과의 접촉면적에 비례하기 때문에 전극체의 표면적을 최대화하는 것이 중요하다.

이를 위하여 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 수소산소 혼합발생기에 관한 것으로 제1 전극체를 원통형으로 변형된 것을 나타낸다.

도 2(a)는 본 발명에 따른 전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기를 도시한 사시도이고, 도 2(b)는 본 발명에 따른 전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기의 정면도이며, 도 2(C)는 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생기를 도시한 측단면도이다.

이처럼, 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생기는 각각에 탄소나노를 부착한 두 전극체 간의 결합이 용이하도록 간단한 구조로 이루어져 제작이 용이하고 무엇보다 두 전극체에 인가되는 전기의 공급량을 줄이는 한편, 수소산소 혼합가스의 양을 크게 증가시킬 수 있는 것이다.

도 3 내지 도 14는 제1 전극체 또는 제2 전극체의 또 다른 실시예를 나타내는 도면이다.

도 3은 도2에 나타난 제1 전극체의 표면이 복수 개의 원주형 막대형으로 구성되며, 각각의 원주형 막대는 비접촉되어 있으나 전체적인 형상은 도2의 제1 전극체와 같이 원통형인 것을 특징으로 하는 것이다. 도 3(a)는 제1 전극체의 사시도이며, 도3(b)는 제1 전극체와 제2 전극체가 결합된 수소산소 혼합가스 발생기의 사시도이며, 도3(c)는 제1 전극체와 제2 전극체가 결합된 수소산소 혼합가스 발생기의 측단면도이다.

도 4는 제1 전극체 또는 제2 전극체의 표면적을 넓히기 위하여 제1 전극체 또는 제2 전극체의 외주면에 원통의 길이방향을 따라 홈을 삽입한 것이다. 도 4(a)는 전극체의 사시도이며, 도 4(b)는 상면도이고, 4(c)는 정면도이다.

도 5는 제1 전극체 또는 제2 전극체의 표면적을 넓히기 위하여 제1 전극체 또는 제2 전극체의 내주면에 원통의 길이방향을 따라 홈을 삽입한 것이다. 도 5(a)는 전극체의 사시도이며, 도 5(b)는 상면도이고, 5(c)는 정면도이며, 도5(d)는 투시도이다.

도 6은 제1 전극체 또는 제2 전극체의 표면적을 넓히기 위하여 제1 전극체 또는 제2 전극체의 내주면에 격자 모양의 홈 또는 그루브을 삽입한 것이다. 도 6(a)는 전극체의 사시도이며, 도 6(b)는 상면도이고, 6(c)는 정면도이다.

도 7은 제1 전극체 또는 제2 전극체의 표면적을 넓히기 위하여 제1 전극체 또는 제2 전극체의 외주면에 홈을 삽입한 것이다. 도 7(a)는 전극체의 사시도이며, 도 7(b)는 상면도이고, 7(c)는 정면도이다.

도 8은 제1 전극체 또는 제2 전극체의 표면적을 넓히기 위하여 제1 전극체 또는 제2 전극체의 외주면에 돌기를 설치한 것이다. 도 8(a)는 전극체의 사시도이며, 도 8(b)는 상면도이고, 8(c)는 정면도이다.

또한, 도 8은 외주면에 돌기를 설치한 것이나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 도 8을 단순설계변경하여 내주면에도 돌기를 형성할 수 있을 것이다.

도 9는 제1 전극체 또는 제2 전극체의 표면적을 넓히기 위하여 제1 전극체 또는 제2 전극체를 원판을 돌려 감아 만든 형태이며, 각 원판은 서로 접촉하지 않도록 하여야 한다. 도 9(a)는 전극체의 사시도이며, 도 9(b)는 상면도이고, 9(c)는 정면도이다.

도 10은 제1 전극체 또는 제2 전극체의 표면적을 넓히기 위하여 제1 전극체 또는 제2 전극체를 스펀지 형태로 만든 것이며, 스펀지의 외부는 안전을 위해 절연체로 둘러싼 것이다. 경우에 따라서는 전극체의 외부를 둘러싼 절연체를 없앨 수도 있을 것이다. 도 10(a)는 전극체의 사시도이며, 도 10(b)는 상면도이고, 10(c)는 정면도이다.

도 11은 제1 전극체 또는 제2 전극체의 표면적을 넓히기 위하여 제1 전극체 또는 제2 전극체를 내부에 절연체를 삽입하고, 그 위에 도선의 형태로 감은 형태이다. 도 11(a)는 전극체의 사시도이며, 도 11(b)는 상면도이고, 11(c)는 정면도이다.

도 12는 제1 전극체 또는 제2 전극체의 표면적을 넓히기 위하여 제1 전극체 또는 제2 전극체의 외주면을 지그재그 형태의 그루부 또는 홈을 삽입한 것이다. 도 12(a)는 전극체의 사시도이며, 도 12(b)는 상면도이고, 12(c)는 정면도이다.

도 13은 제1 전극체 또는 제2 전극체의 표면적을 넓히기 위하여 제1 전극체 또는 제2 전극체를 외주면에 홈을 원형으로 삽입한 것이다. 도 13(a)는 전극체의 사시도이며, 도 13(b)는 상면도이고, 13(c)는 정면도이다.

또한, 도 13는 외주면에 홈을 원형으로 삽입한 것이나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 도 13을 단순설계변경하여 내주면에도 홈을 원형으로 삽입할 수 있을 것이다.

도 14는 제1 전극체 또는 제2 전극체의 표면적을 넓히기 위하여 제1 전극체 또는 제2 전극체의 내부에 절연체를 삽입하고 그 위에 철망의 형태와 같이 표면을 가공한 것이다. 경우에 따라서는 내부의 절연체가 없어도 수소산소 혼합가스를 발생할 수 있을 것이다. 도 14(a)는 전극체의 사시도이며, 도 14(b)는 상면도이고, 14(c)는 정면도이다.

이와 같이 제1 전극체와 제2 전극체가 물과의 접촉면적을 증대시키기 위해 비록 도시되지 않았지만 제1 전극체와 제2 전극체의 표면을 주름형태로 변형하는 등 다양한 변형이 가능하며, 이러한 모양이 본 발명의 기술적 특징을 한정하는 것은 아니다.

한편, 상기 제1 전극체(1)와 제2 전극체(2)에는 전기를 잘 통하게 하고 수소산소 혼합가스 양을 증가시키기 위해 감마선을 조사시킬 수도 있다. 따라서, 상기 감마선의 조사로 인해 수소산소 혼합가스 발생기에 전기를 잘 통하게 하고 수소산소 혼합가스의 양을 극대화할 수 있는 것이다.

또한, 상기 제1 전극체와 제2 전극체의 배치 형태도 다양하게 구성할 수 있으며 도 15 내지 도 19는 제1전극체와 제2전극체의 배치에 관한 실시예를 나타내는 도면이다.

도15는 제1 전극체가 원통형으로 되어 있으며, 내부에 다수의 안착 홈을 구비하며, 상기 안착 홈에는 제2 전극체가 삽입되어 수소산소 혼합가스 발생기의 면적은 줄이면서, 전해액(물)과 전극체와의 접촉면적은 최대화하였다.

도 16은 외주면에 돌기가 형성된 제2 전극체가 제2 전극체와 동일하게 외주면에 돌기가 형성된 제1전극체 내부에 삽입된 형태이다. 이때 제1 전극체와 제2 전극체는 전류가 서로 도통되지 않도록 제1 전극체와 제2 전극체 사이에 절연체를 삽입하는 것이 바람직하나, 제1 전극체와 제2 전극체가 물리적으로 일정 거리이상 이격되어 전류가 서로 도통될 위험이 없는 경우에는 절연체가 없어도 무방하다.

도17은 제1 전극체와 제2 전극체가 서로 나선형태로 회전하면서 수소산소 혼합가스를 발생시키는 것이다. 이때에도 제1 전극체와 제2 전극체는 전류가 서로 도통되지 않도록 제1 전극체와 제2 전극체 사이에 절연체를 삽입하는 것이 바람직하나, 제1 전극체와 제2 전극체가 물리적으로 일정 거리이상 이격되어 전류가 서로 도통될 위험이 없는 경우에는 절연체가 없어도 무방하다.

도 18은 제1 전극체와 제2 전극체가 서로 회전하면서 스프링 형태로 구성되어 수소산소 혼합가스를 발생시키는 것이다. 이때에도 제1 전극체와 제2 전극체는 전류가 서로 도통되지 않도록 제1 전극체와 제2 전극체 사이에 절연체를 삽입하는 것이 바람직하나, 제1 전극체와 제2 전극체가 물리적으로 일정 거리이상 이격되어 전류가 서로 도통될 위험이 없는 경우에는 절연체가 없어도 무방하다.

도 19는 제2 전극체가 컨베어어 벨트와 같은 형태로 구성되어 있으며, 제2 전극체 내부에 제2 전극체와 유사한 컨베이어 벨트와 같은 형태로 구성된 다수의 제1 전극체를 포함하는 것을 특징으로 하는 수소산소 혼합가스 발생기의 도면이다.

이때 제1 전극체 또는 제2 전극체는 컨베이어 벨트 형태로 구성되어 잇으며, 내부에 컨베이어 벨트 형태의 제1 전극체 및 제2 전극체를 회전시킬 수 있는 롤러를 내삽하여 제1 전극체 및 제2 전극체를 회전시킬 수 있다.

제1 전극체 또는 제2 전극체를 회전시킴에 따라 제1 전극체 또는 제2전극체 주위는 공동현상 또는 캐비테이션 현상(cavitation) 현상이 발생하며, 이에 따라 제1 전극체와 제2 전극체 주위의 물은 거품 또는 수증기로 기화되며, 이렇게 기화되면 전해약(물) 분자간의 응집력이 감소되기 때문에 더욱 많은 수소산소 혼합가스가 발생될 수 있다.

이와 같은 원리로 도1의 제2 전극체 또는 도 3의 제1 전극체 및 제2 전극체, 도 16의 제1 전극체 또는 제2전극체를 회전시키면 더욱 많은 수소산소 혼합가스를 발생시킬 수 있다.

또한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 도 19을 단순 설계변경하여 제1 전극체 내부에 제2 전극체를 더 삽입하거나 제1 전극체와 제1 전극체 사이에 제2 전극체를 더 삽입하여 수소산소 혼합가스 발생량을 증대시킬 수도 있을 것이다.

도 20은 전극체 대신에 물이 회전하도록 모터를 이용하여 임펠러 또는 프로펠러 등을 회전시켜 물을 회전하도록 하는 실시예이다.

이렇게 물을 회전시키는 경우가 전극체를 회전시키는 것보다 간편하며, 수소산소 혼합가스의 발생량도 증대시킬 수 있다.

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기는 제1 전극체 또는 제2 전극체의 표면의 다양한 변형 또는 제1 전극체와 제2 전극체의 다양한 배치에 의해 수소산소 혼합가스 발생량을 크게 증대시킬 수 있다.

또한, 도19에 도시된 바와 같이 제1 전극체 또는 제2 전극체의 수를 하나가 아닌 복수 개 이용한다면 더욱 많은 수소산소 혼합가스가 발생될 것임은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 사실일 것이다.

이하, 상기와 같이 구성된 수소산소 혼합가스 발생기를 이용한 수소산소 혼합가스 발생시스템에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 21은 본 발명에 따른 전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생시스템을 도시한 전체 구성도이고, 도 22는 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생시스템의 전해조를 확대하여 도시한 단면도이며, 도 23은 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생시스템의 가스포집부를 확대하여 도시한 단면도이고, 도 24는 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생시스템의 가스응집부를 확대하여 도시한 단면도이다.

도 21에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 수소산소 혼합가스 발생시스템은 전해조(3), 수소산소 혼합가스 발생기(4), 가스포집부(5), 가스응집부(6), 가스배출부(7)를 포함한다.

상기 전해조(3)에는 물이 순환되는 물순환관(31)이 연결되고 상기 물순환관(31)의 일측에는 물순환관(31)의 내부로 물이 순환되도록 펌핑시키는 순환펌프(32)가 설치된다. 상기 물순환관(31)의 일측에는 상기 전해조(3)의 내부로 공급되어 순환되는 물을 냉각시키도록 방열판(8)이 연결 구비될 수 있다.

즉, 상기 전해조(3)의 내부에서 전기분해가 진행되면서 많은 열이 발생하여 물의 온도가 상승함에 따라 상기 물순환관(31)을 통해 전해조(3) 내부의 물을 순환시키고 상기 방열판(8)을 통과하면서 열이 외부로 빠져나가게 함으로써 방열되게 한다.

상기 전해조(3)의 일측에는 전해조(3)의 내부로 물이 유입되게 하는 유입관(34)이 연결되고 상기 유입관(34)의 일측에는 물을 공급하도록 펌핑시키는 공급펌프(35)가 설치된다.

도 22에 도시된 바와 같이, 상기 전해조(3)는 내부에는 외부로부터 공급된 물이 저장되며 물의 전기분해를 위하여 복수 개의 수소산소 혼합가스 발생기(4)가 장착된다.

상기 전해조(3)는 내부에 공간이 마련된 원통형의 구조로 이루어지며, 비금속의 절연재로 구성되고 양측 개방부는 커버(33)에 의해 밀폐된다. 상기 커버(33) 역시 절연재로 구성되며 외주연으로 다수개의 볼트와 너트가 체결되어 전해조(3)의 개방된 양단부가 임의로 개방되지 않게 한다.

한편, 상기 수소산소 혼합가스 발생기(4)는 상기 전해조(3)의 내부에 장착되며 표면에 탄소나노가 부착되는 제1 전극체와; 상기 제1 전극체에 일정한 간극을 유지하도록 구비되며 표면에 탄소나노가 부착되는 제2 전극체로 구성되어 물을 전기분해하여 수소산소 혼합가스를 발생시킨다.

즉, 상기 수소산소 혼합가스 발생기(4)에 직류를 인가하면, (-)전극 및 (+)전극 사이에 전기분해가 일어나면서 수소 및 산소기포가 발생하고, 이들의 수소산소 혼합가스는 후술하게 될 가스포집부(5)로 포집되게 된다.

상기 수소산소 혼합가스 발생기(4)를 상기 전해조(3)의 내부에 장착하는 경우에 상기 수소산소 혼합가스 발생기(4)를 보다 안정적으로 위치할 수 있도록 양측에 각각의 원판을 설치하는 것이 바람직하다.

상기 수소산소 혼합가스 발생기(4)의 제1 전극체(1)와 제2 전극체(2)에 대한 구성 및 작용은 이미 앞에서 설명하였는 바, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

비록 도시되어 있지는 않으나, 수소산소 혼합가스 발생기에 전류를 인가하기 위해서 본 발명의 수소산소 혼합가스 발생시스템은 전압인가부를 더 포함할 수 있으며, 이때 인가되는 전압의 파형은 직류보다는 교류 또는 구형파가 바람직하다.

이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 바와 같이 인가되는 전압의 파형이 직류에 비하여 교류 또는 구형파가 전기분해 효율이 더 높기 때문이다.

또한, 전압 인가시에 초음파 발생기를 통해 수소산소 혼합가스 발생시 초음파를 가미함이 바람직하다.

이는 전기분해과정에서 발생된 수소 또는 산소 기포가 전극체에 부착됨으로써 전극판의 과전압현상을 야기시켜 전기분해 효율이 떨어지게 되는데 과전압 저감에 가장 효율적인 주파수 30~50kHz의 초음파 진동을 인가함으로써 수소 또는 산소기포가 전극체에 부착되는 것을 방지하여 전기분해 효율을 극대화시킬 수 있기 때문이다.

도 23에 도시된 바와 같이, 상기 가스포집부(5)는 상기 전해조(3)의 일측에 설치되며 내부에 수소산소 혼합가스가 포집되게 된다.

상기 가스포집부(5)는 상기 전해조(3)의 상부에 고정되며 내부에 공간이 형성되는 하우징(51)과, 상기 하우징(51)의 내부에 2단 구조로 형성되며 외측에서 내측으로 하향 경사지게 되는 경사면(521)이 형성되고 상기 경사면(521)의 일측에 수소산소 혼합가스의 유동을 안내하기 위한 안내공(522)이 형성되는 격판(52)으로 구성된다. 상기 하우징(51)의 일측에는 상기 하우징(51) 내에 포집된 수소산소 혼합가스를 가스응집부(6)로 공급하기 위한 공급관(53)이 연결되고, 상기 공급관(53)의 일측에는 상기 공급관(53)의 입구를 개폐하기 위한 밸브(54)가 설치된다. 미설명부호 55는 압력계이다.

즉, 2단 구조로 이루어지고 안내공(522)이 형성된 격판(52)을 통해 수소산소 혼합가스를 포집함은 물론 수소산소 혼합가스를 응집시켜 배출시킬 수 있다.

도 24에 도시된 바와 같이, 상기 가스응집부(6)는 상기 가스포집부(5)와 연결된 공급관(53)을 통해 수소산소 혼합가스를 공급받아 응집시키는 역할을 한다.

상기 가스응집부(6)는 상기 가스포집부(5)로부터 수소산소 혼합가스가 공급되는 제1 응집조(61)와, 상기 제1 응집조(61)의 내부에 다단으로 설치되며 일측에 수소산소 혼합가스가 통과되도록 통공(621)이 형성되는 제1 다공판(62)과, 상기 제1 응집조(61)의 외측을 감싸도록 설치되는 제2 응집조(63)와, 상기 제2 응집조(63)의 내부에 다단으로 설치되며 일측에 수소산소 혼합가스가 통과되도록 통공(641)이 형성되는 제2 다공판(64)과, 상기 제1 응집조(61)에 연결되어 상기 제2 응집조(63)의 하부로 돌출 연장되는 가스이송관(65)으로 구성된다. 미설명부호 66은 압력계이다.

상기와 같이 상기 가스응집부(6)는 응집조 및 다공판이 이중 구조로 이루어지며, 상기 제1 응집조(61) 내에서 수소산소 혼합가스를 1차로 응집시키고 상기 가스이송관(65)을 통해 제2 응집조(63)의 하부로 순환되게 한 다음 상기 제2 다공판(64)을 통해 통과하면서 2차로 응집시키게 된다. 즉, 상기 가스응집부(6)는 수소산소 혼합가스를 응집시키는 역할을 하는 한편, 수소산소 혼합가스를 안정적으로 공급하는 역할도 하게 된다.

상기 가스배출부(7)는 상기 가스응집부(6)에 연결되어 응집된 수소산소 혼합가스를 외부로 배출시키는 것으로, 상기 제2 응집조(63)의 일측에 연결되는 배출관(71)과, 상기 배출관(71)의 일측에 설치되어 상기 배출관(71)의 입구를 개폐시키는 밸브(72)와, 상기 배출관(71)의 단부에 구비되어 수소산소 혼합가스가 분사되는 노즐(73)로 구성된다.

이와 같이 구성되는 수소산소 혼합가스 발생시스템은, 수소산소 혼합가스 발생기(4)에 직류를 인가하면, (-)전극 및 (+)전극 사이에 전기분해가 일어나면서 수소 및 산소기포가 발생하고, 이들의 수소산소 혼합가스는 가스포집부(5)로 포집되게 된다.

이때, 상기 전해조(3)의 내부에서 전기분해가 진행되면서 많은 열이 발생하여 물의 온도가 상승함에 따라 상기 물순환관(31)을 통해 전해조(3) 내부의 물을 순환시키고 상기 방열판(8)을 통과하면서 열이 외부로 빠져나가게 함으로써 방열되게 한다.

한편, 상기 가스포집부(5)에 포집된 수소산소 혼합가스는 가스응집부(6)로 공급되고 상기 가스응집부(6)에서 수소산소 혼합가스가 응집되고 안정화되게 된다.

응집된 수소산소 혼합가스는 최종적으로 가스배출부(7)를 통해 배출되어 연소가스로 사용되게 된다.

본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명의 범주는 이러한 많은 변형의 예들을 포함하도록 기술된 청구범위에 의해서 해석되어져야 한다.

1 : 제1 전극체
11 : 전극체
111 : 반원홈부
12 : 홀
2 : 제2 전극체
21 : 전극봉
22 : 절연체
3 : 전해조
31 : 물순환관
32 : 순환펌프
33 : 커버
34 : 유입관
35 : 공급펌프
4 : 수소산소 혼합가스 발생기
5 : 가스포집부
51 : 하우징
52 : 격판
521 : 경사면, 522 : 안내공
53 : 공급관
54 : 밸브
55 : 압력계
6 : 가스응집부
61 : 제1 응집조
62 : 제1 다공판
621 : 통공
63 : 제2 응집조
64 : 제2 다공판
641 : 통공
65 : 가스이송관
66 : 압력계
7 : 가스배출부
71 : 배출관
72 : 밸브
73 : 노즐
8 : 방열판

Claims (10)

1. 물을 전기분해하여 수소산소 혼합가스를 생산하기 위해 전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기에 있어서,
   내주면에 표면에 탄소나노가 부착되는 반원형태의 전극체가 다수로 연결되어 형성되는 제1 전극체와; 상기 제1 전극체에 일정한 간극을 유지하도록 구비되며 외주면에 표면에 탄소나노가 부착되는 제2 전극체를 포함하는 것을 특징으로 하는
   전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기.
   
2. 제1 항에 있어서, 상기 제1 전극체 또는 제2 전극체의 표면인 내주면 또는 외주면은 표면적을 넓히기 위하여 홈이 파져 있거나, 돌기가 형성되어 있거나, 격자무늬가 형성되어 있거나 스펀지 형태이거나 그루브가 형성되어 있는 중에서 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는
   전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기.
   
3. 제1항에 있어서, 상기 제2 전극체(2)는 금속 재질로 이루어지는 원통형의 전극봉(21)과, 상기 전극봉(21)의 외면에 다수 설치되어 상기 제1 전극체(1)의 전극을 절연시키는 링 형태의 절연체(22)로 구성되는 것을 특징으로 하는
   전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 전극체 또는 제2 전극체에는 물 분해 시 발생되는 열을 방출시키기 위한 홀이 형성되는 것을 특징으로 하는
   전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기.
   
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극체(1)와 제2 전극체(2)에는 전기를 잘 통하게 하고 수소산소 혼합가스 양을 증가시키기 위해 감마선을 조사하는 것을 특징으로 하는
   전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기.
   
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극체(1)와 제2 전극체(2)는 롤러에 의해 회전하여 상기 제1 전극체와 제2 전극체의 표면에 캐비태이션 현상을 일으키는 것을 특징으로 하는
   전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기.
   
7. 제1항에 있어서, 상기 제2 전극체는 상기 제1 전극체의 외주면에 다수 개 형성되어 있거나, 제1 전극체의 내부 안착홈에 삽입되어 있는 것을 특징으로 하는
   전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생기.
   
8. 내부에 외부로부터 공급된 물이 저장되는 전해조(3)와;
   상기 전해조(3)의 내부에 장착되며 내주면에 표면에 탄소나노가 부착되는 반원형태의 전극체가 다수로 연결되어 형성되는 제1 전극체와; 상기 제1 전극체에 일정한 간극을 유지하도록 구비되며 외주면에 표면에 탄소나노가 부착되는 제2 전극체로 구성되어 물을 전기분해하여 수소산소 혼합가스를 발생시키는 수소산소 혼합가스 발생기(4)와;
   상기 전해조(3)의 일측에 설치되며 내부에 수소산소 혼합가스가 포집되는 가스포집부(5)와;
   상기 가스포집부(5)와 연결된 공급관을 통해 수소산소 혼합가스를 공급받아 응집시키는 가스응집부(6)와;
   상기 가스응집부(6)에 연결되어 응집된 수소산소 혼합가스를 외부로 배출시키는 가스배출부(7)를 포함하는 것을 특징으로 하는
   전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생시스템.
   
   
9. 제8항에 있어서, 상기 수소산소 혼합가스 발생시스템은 상기 수소산소 혼합가스 발생기에 전압을 인가하는 전압인가부를 더 포함하며, 상기 전압의 파형은 교류 또는 구형파인 것을 특징으로 하는
   전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생시스템.
   
10. 제9항에 있어서, 상기 전압인가부를 통해 전압을 인가시에 초음파발생기를 통해 초음파를 상기 수소산소 혼합가스 발생기에 가미하는 것을 특징으로 하는
    전극체와 물의 접촉면적을 증대시킨 수소산소 혼합가스 발생시스템.
    

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