KR20160034786A - 자동차 내연기관 및 산업용 브라운가스 발생기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차 내연기관 및 산업용 브라운가스 발생기에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 자동차 엔진으로 브라운가스를 공급하여 연비를 높이고, 엔진의 배출가스에 포함된 유해 성분을 저감할 수 있고, 완전한 역화방지와 역류방지가 가능하게 함으로써 브라운가스 발생 효율을 높이고 구동 중 안전을 담보할 수 있다.

Description

자동차 내연기관 및 산업용 브라운가스 발생기{Brown gas generator}

본 발명은 브라운가스 발생기에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 자동차 엔진으로 브라운가스를 공급하여 연비를 높이고, 엔진의 배출가스에 포함된 유해 성분을 저감할 수 있도록 하는 자동차 내연기관 및 산업용 브라운가스 발생기에 대한 것이다.

브라운가스는 물이 분해된 그대로의 비율, 즉 수소와 산소가 2:1의 부피비로 혼합되어 있는 가스로써 자체 산소에 의한 완전연소로 고온을 발생시킬 수 있다. 이러한 브라운가스는 물이 분해되어 발생하는 에너지원인 만큼 에너지 부족에 대처할 수 있고 완전연소로 인해 환경오염을 막을 수 있어서 새로운 대체에너지로 주목 받고 있다.

특히 브라운가스를 자동차 엔진의 연소실에 공급하면 연소를 촉진시켜 연비를 높일 수 있고, 배출가스에 포함된 유해 성분을 저감시킬 수 있다.

하지만 브라운가스 발생기가 자동차 엔진을 위해 적용될 때에는 역화 방지 및 역류 방지와 각종 센서의 성능이 담보되어야 하지만, 종래의 브라운가스 발생기는 브라운가스의 공급에만 초점을 맞추고 있어서 안전성과 효율성을 보장할 수가 없다.

한편 브라운가스 발생기와 관련된 종래기술로는 대한민국공개특허 제10-2004-0092542호 등이 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 안전성과 성능을 향상시킨 자동차 내연기관 및 산업용 브라운가스 발생기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차 내연기관 및 산업용 브라운가스 발생기는 물을 저장하는 메인물탱크; 상기 메인물탱크로부터 물을 공급받아 전기 분해함으로써 브라운가스를 생산하여 자동차 내연기관 측으로 공급하는 전해조; 상기 브라운가스에서 불순물을 제거하는 카본제거필터; 상기 자동차 내연기관으로부터 발생하는 화염 또는 열이 역류하는 것을 방지하는 역화방지기; 및 상기 자동차 내연기관으로부터 가스가 역류하는 것을 방지하는 역류방지기;를 포함하되, 상기 메인물탱크 내부에는 가로 방향 및 세로 방향으로 격벽이 설치되어 물 출렁거림이 최소화되고, 상기 전해조에서 발생한 브라운가스는 상기 메인물탱크에 저장된 물에 먼저 유입되어 불순물이 환원된 이후 상기 카본제거필터 측으로 유입된다.

여기서, 상기 역화방지기는 상기 카본제거필터 이후의 배관 상에 설치되며, 내부에 출구방향이 넓은 깔때기 구조의 역화방지공간이 형성되어 있고, 상기 역화방지공간에 얇은 금속을 뭉쳐 놓은 역화방지재료가 채워져 있는 구조이며, 정상 동작 과정에서는 상기 브라운가스가 상기 역화방지재료의 미세한 틈을 관통하여 흐를 수 있고, 역화 발생시에는 상기 역화방지재료가 녹아 용융물이 유로를 차단할 수 있다.

또한, 상기 역류방지기는 상기 카본제거필터 이후의 배관 상에 설치되며, 내부에 역류방지공간이 형성되어 있고, 상기 역류방지공간에 테프론막이 설치되어, 미세한 역류 압력이 발생할 시 상기 테프론막을 통해 유로가 차단될 수 있다.

또, 상기 카본제거필터 이후의 배관 상에 설치되어 상기 배관을 흐르는 가스의 과도한 압력을 감지하는 압력센서;를 더 포함하되, 상기 압력센서는 상기 배관을 감싸 지지하는 배관지지부; 및 상기 배관지지부에 지지된 배관에 밀착된 상태에서 상기 배관이 부풀어 오를 경우 눌림으로써 접점 신호를 발생시키는 압력스위치;를 포함할 수 있다.

그리고, 상기 전해조를 이루는 전극판들의 양 끝 패널을 고정시키는 볼트에 와셔가 설치되고, 상기 와셔와 상기 패널 사이에 가압스프링이 설치되어, 상기 가압스프링에 의해 상기 패널들이 서로를 향해 밀착됨으로써 상기 전해조에 채워진 물이나 가스가 누설되는 것이 방지될 수 있다.

본 발명에 따른 브라운가스 발생기에 의하면, 자동차 내연기관으로 브라운가스를 공급하여 엔진의 완전연소를 유도하여 배출가스에 포함된 유해 성분을 저감시키며 연비를 향상시킬 수 있다.

특히 엔진 쪽에서 높은 열이 발생하여 역류할 경우 역화방지기의 구리 재질의 솜뭉치 재료가 녹아 유로를 차단해 줌으로써, 역화를 완벽하게 막아줄 수 있다.

더불어 전해조에서 생산된 브라운가스를 바로 내보내는 것이 아니라, 메인물탱크에 저장된 물로 공급하여 수산화나트륨이나 불순물을 환원시킨 후, 브라운가스만 내보낼 수가 있다. 이때 메인물탱크 내에 격벽을 설치하여 물의 출렁거림을 최소화하였기 때문에 전해조에서 유입되는 가스가 물이 없는 부분으로 유입되는 현상을 방지해줄 수가 있다.

또한 역류방지기의 테프론막이 미세한 역류 압력에도 반응하여 엔진 측에서 가스가 역류하는 것을 완전히 차단할 수가 있다.

또, 실리콘 배관 내의 압력이 높아져 실리콘 배관이 팽창하면 압력센서의 압력스위치가 눌리면서 즉시 경고할 수 있고, 전해조 양측 패널을 스프링을 통해 밀착될 수 있도록 하여 물이나 가스가 누설되는 것이 방지된다.

즉 본 발명에 따른 브라운가스 발생기는 자동차 내연기관에 최적화되어 안전성과 성능을 담보해줄 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차 내연기관 및 산업용 브라운가스 발생기의 앞면을 바라본 사시도.
도2는 도1에 도시된 브라운가스 발생기의 후면을 바라본 사시도.
도3은 도1에 도시된 브라운가스 발생기에서 본체 일부를 제거하고 내부를 바라본 사시도.
도4는 도1에 도시된 브라운가스 발생기에서 주요 구성들의 배관 연결 상태 및 전기적 연결 상태를 설명하기 위한 블록도.
도5는 도1에 도시된 브라운가스 발생기에서 메인물탱크를 설명하기 위한 도면.
도6은 도1에 도시된 브라운가스 발생기에서 메인물탱크의 일부를 절단하고 내부를 바라본 도면.
도7은 도1에 도시된 브라운가스 발생기에서 전해조를 설명하기 위한 도면.
도8은 도1에 도시된 브라운가스 발생기에서 역류방지기를 설명하기 위한 도면.
도9는 도1에 도시된 브라운가스 발생기에서 역류방지기의 일부를 절단하고 내부를 바라본 도면.
도10은 도1에 도시된 브라운가스 발생기에서 역류방지기 내에 정상적으로 가스가 흐르는 상태를 설명하기 위한 도면.
도11은 도1에 도시된 브라운가스 발생기에서 역류방지기 내에 가스 역류가 발생하였을 때의 상태를 설명하기 위한 도면.
도12는 도1에 도시된 브라운가스 발생기에서 압력센서를 설명하기 위한 도면.
도13은 도1에 도시된 브라운가스 발생기에서 배관의 압력이 변화할 시 압력센서의 상태를 설명하기 위한 도면.
도14는 도1에 도시된 브라운가스 발생기에서 역화방지기를 설명하기 위한 도면.
도15는 도1에 도시된 브라운가스 발생기에서 역화방지기의 일부를 절단하고 내부를 바라본 도면.
도16은 도1에 도시된 브라운가스 발생기에서 메인보드덮개 및 스위치보드덮개가 제거되어 메인보드와 스위치보드가 노출된 상태를 설명하기 위한 도면.
도17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 자동차 내연기관 및 산업용 브라운가스 발생기를 설명하기 위한 사시도.
도18은 본 발명의 실시예에 따른 자동차 내연기관 및 산업용 브라운가스 발생기에 적용될 수 있는 컨트롤러의 또 다른 예시를 설명하기 위한 도면.
도19는 본 발명의 실시예에 따른 자동차 내연기관 및 산업용 브라운가스 발생기의 작동 과정을 설명하기 위한 흐름도.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 다만 발명의 요지와 무관한 일부 구성은 생략 또는 압축할 것이나, 생략된 구성이라고 하여 반드시 본 발명에서 필요가 없는 구성은 아니며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 결합되어 사용될 수 있다.

도1은 본 발명의 실시예에 따른 자동차 내연기관 및 산업용 브라운가스 발생기(이하 '브라운가스 발생기'라고 함)의 앞면을 바라본 사시도이고, 도2는 후면을 바라본 사시도이며, 도3은 브라운가스 발생기에서 본체 일부를 제거하고 내부를 바라본 사시도이고, 도4는 브라운가스 발생기에서 주요 구성들의 배관 연결 상태 및 전기적 연결 상태를 설명하기 위한 블록도이다.

설명에 앞서 본 발명의 실시예에 따른 브라운가스 발생기는 자동차 내연기관은 물론 브라운가스가 필요한 일반 산업 현장에도 사용될 수가 있다. 하지만 이하에서는 설명의 편의를 위해 자동차 내연기관에 사용되는 예시에 대하여 설명토록 한다.

도1 내지 도4에 도시된 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 브라운가스 발생기(1)는 크게 본체(10), 제어모듈(20), 컨트롤러(23), 보조물탱크(40), 펌프(PUMP-1), 솔레노이드밸브(SV-1), 메인물탱크(50), 전해조(60), 카본제거필터(70), 역화방지기(80), 역류방지기(90), 유량표시계(100) 및 각종 센서(LS-1 ,LS-2, TE-1, TE-2, PS-1, PG-1, 120)를 포함하며, 각각의 구성들은 물 또는 가스가 이동될 수 있도록 배관(110)으로 연결되거나, 전원공급과 제어신호 전달을 위해 전기적으로 연결되어 있다.

본체(10) 내부에는 다른 구성품들이 실장되기 위한 공간이 마련되어 있다. 또한 본체(10) 외부 전면에는 사용자가 시스템의 상태를 확인하거나 명령을 입력할 수 있는 컨트롤러(23)와, 유량계(PG-1)에서 측정한 가스 유량을 표시해주기 위한 유량표시계(100)가 설치되어 있다.

본체(10)의 후면 상단에는 장치의 전원을 온-오프 시키기 위한 전원스위치(11)와, 생산된 가스가 출력되는 가스배출단(16)이 마련되어 있으며, 하단에는 차량배터리(31)로부터 전원을 공급받기 위한 단자(14) 및 차량으로부터 각종 신호를 입력 받기 위한 신호입력단(15)이 마련되어 있다. 또한 본체(10) 후면에는 본체(10)의 내부와 외부를 연통시키는 환기구가 형성되어 있으며, 환기구에 설치된 본체팬(FAN-3)의 구동에 따라 내부에서 가열된 공기가 환기구를 통해 외부로 배출될 수 있다. 이러한 환기구는 팬망(13)으로 덮혀 있다.

한편 본체(10)의 상부에는 보조물탱크(40)의 투입구(41)가 노출되어 있으며, 투입구(41)는 투입구마개(42)를 이용하여 열거나 닫을 수 있다.

제어모듈(20)은 단자(14)를 통해 차량배터리(31)로부터 전원을 공급받아 다른 구성들이 동작되도록 전원을 공급하고, 신호입력단(15)을 통해 차량의 ECU(32)로부터 차량 주행 관련 신호를 입력받아 기 프로그래밍 된 바에 따라 제어신호를 출력한다. 또한 제어모듈(20)은 각종 센서(LS-1, LS-2, TE-1, TE-2, PS-1, PG-1, 120)와 연결되어 측정 신호들을 수집하며, 컨트롤러(23)와 연결되어 사용자가 입력한 명령을 수신하여 처리하거나, 시스템의 상태를 컨트롤러(23)의 디스플레이(26)를 통해 출력되도록 처리한다.

보조물탱크(40)는 전기 분해될 물을 임시 보관하는 저장소이며 본체(10) 외부에서 사용자가 투입구마개(42)를 열고 투입구(41)를 통해 보조물탱크(40) 내에 물을 채울 수가 있다. 또한 보조물탱크(40)에는 제1수위센서(LS-1)가 구비되어 있어서, 보조물탱크(40)에 물이 부족할 시 제1수위센서(LS-1)가 감지하여 제어모듈(20)로 물 부족 신호를 전달할 수 있다. 이에 따라 제어모듈(20)은 보조물탱크(40)의 물이 부족하다는 경고음(또는 디스플레이(26)를 통한 경고화면)을 발생시킬 수 있다.

펌프(PUMP-1)는 보조물탱크(40)와 배관(110)으로 연결되어 보조물탱크(40)에 임시 보관된 물을 역화방지용메인물탱크(50)로 공급하기 위해 마련된다.

솔레노이드밸브(SV-1)는 펌프(PUMP-1)와 메인물탱크(50)가 연결된 배관(110) 상에 설치되며, 메인물탱크(50)로 물을 공급해야 하는 시점에 제어모듈(20)의 신호에 따라 개방된다.

메인물탱크(50)는 보조물탱크(40)로부터 물을 공급받아 저장한 상태에서 전해조(60) 측으로 전기 분해될 물을 공급하며, 전해조(60)에서 브라운가스가 발생하여 유입되면 카본제거필터(70) 측으로 토출시킨다.

카본제거필터(70)는 브라운가스에 포함된 수분이나 불순물을 제거하기 위해 마련된다.

역화방지기(80)는 엔진 측으로부터 화염 등의 높은 열이 역류 하는 것을 방지하기 위한 것이고, 역류방지기(90)는 엔진 측으로부터 가스가 역류하는 것을 방지하기 위해 마련된다.

압력센서(PS-1)는 배관(110)을 통과하는 가스의 압력이 일정 수준 이상 높아지는 것을 감지하기 위해 마련된다.

유량계(PG-1)는 브라운가스 발생기(1)의 유로 흐름 상에서 최종단에 위치하며, 엔진실로 유입되는 가스의 양을 체크한다. 유량계(PG-1)에서 감지한 가스의 유량은 유량표시계(100)에 표시되어 사용자가 확인할 수 있다. 유량계(PG-1)를 통과한 가스는 가스배출단(16)에 연결된 배관을 통해 엔진실로 유입된다.

한편 본체(10) 내에는 수소센서(120)가 설치되어 있으며, 본체 내에 가스가 누설될 시 수소센서(120)에서 가스의 누설을 탐지하고 제어모듈(20)이 장치의 작동을 즉시 중단한 후 경고할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 브라운가스 발생기(1)에 대한 설명은 이하 작동 상태 설명을 통해 더욱 명확해질 것이다. 더불어 브라운가스 발생기의 작동 과정은 도19에 도시된 흐름도를 함께 참조하여 설명토록 한다.

먼저 도1 내지 도4에 도시된 브라운가스 발생기(1)는 차량에 설치된 상태에서 본체(10) 후면의 단자(14)에 차량배터리(31)가 연결되고 신호입력단(15)은 ECU(32)와 연결되며, 유량계(PG-1)를 통과하여 가스배출단(16)으로 배출된 가스는 최종 배관(110)을 통해 차량의 엔진실과 연결된다.

브라운가스 발생기(1)를 사용하기 전 사용자는 투입구마개(42)를 열어 투입구(41)를 통해 보조물탱크(40) 내부에 물을 적정 수준 채워 넣는다. 만약 보조물탱크(40)에 물이 부족할 경우 전원이 공급되었을 시 제1수위센서(LS-1)가 물 부족 신호를 제어모듈(20)로 전달하게 되고, 컨트롤러(23)의 디스플레이(26)를 통해 보조물탱크(40)에 물이 부족하다는 안내(경고음 또는 경고램프)가 출력된다.

사용자가 브라운가스 발생기(1)를 작동시키기 위해 전원스위치(11)를 ON 시키면, 제어모듈(20)은 미리 프로그래밍 된 바에 따라 자가진단을 먼저 실시한 후, 디스플레이(26)를 통해 시스템의 상태를 출력한다.

예컨대 컨트롤러(23)에는 각종 센서들, 즉 제1수위센서(LS-1), 제2수위센서(LS-2), 제1온도센서(TE-1), 제2온도센서(TE-2) 및 압력센서(PS-1)에서 측정한 상태를 각각 표시해줄 수 있는 램프를 구비하고 있고, 서로 다른 색상으로 상태를 표시해줄 수 있다.

이 경우 제어모듈(20)의 자가진단 결과, 제1수위센서(LS-1)에서 측정한 신호를 통해 보조물탱크(40)의 수위가 기준치 이상일 경우 1번 램프에 녹색을 점등시키고, 아닐 경우 적색을 점등시킬 수 있다. 또한 제2수위센서(LS-2)에서 측정한 신호를 통해 메인물탱크(50)의 수위가 기준치 이상일 경우 2번 램프에 녹색을 점등시키고, 아닐 경우 적색을 점등시킬 수 있다. 또 제1온도센서(TE-1)에서 측정한 신호를 통해 메인물탱크(50) 내의 물의 온도가 기준보다 높을 경우(예컨대 45도 이상) 3번 램프에 적색을 점등시키고, 아닐 경우 녹색을 점등시킬 수 있다. 또 제2온도센서(TE-2)에서 측정한 신호를 통해 본체(10) 내부의 온도가 기준보다 높을 경우(예컨대 60도 이상) 4번 램프에 적색을 점등시키고, 아닐 경우 녹색을 점등시킬 수 있다. 그리고 압력센서(PS-1)에서 측정한 신호를 통해 배관(110)에 과도한 압력 상승이 있을 경우 5번 램프에 적색을 점등시키고, 정상일 경우 녹색을 점등시킬 수 있다.

제어모듈(20)의 자가진단 결과 모든 센서들(LS-1, LS-2, TE-1, TE-2, PS-1, PG-1)의 신호가 정상일 경우에는 1~5번 램프가 모두 녹색이 점등되어 동작 대기상태임을 사용자에게 알릴 수 있다. 반면 자가진단 결과 어느 하나 이상의 센서(LS-1,LS-2,TE-1,TE-2,PS-1,PG-1)에서 이상이 발생하였을 경우에는 관련된 램프에 적색을 점등시키고, 알람을 통해 사용자에게 경고할 수 있다. 물론 이 상태에서는 시스템이 물을 전기 분해하여 브라운가스를 생산하는 정상적인 동작을 수행하지 아니하며, 후속조치를 통해 문제가 해결될 수 있도록 사용자에게 알린다.

예컨대 보조물탱크(40)에 물이 부족할 경우 사용자에 의해 물이 채워질 수 있도록 하며, 메인물탱크(50)에 물이 부족할 경우에는 제어모듈(20)에 의해 솔레노이드밸브(SV-1)가 개방되고 펌프(PUMP-1)가 작동되어 보조물탱크(40)의 물이 메인물탱크(50)에 공급될 수 있도록 한다. 또한 메인물탱크(50) 내의 물의 온도가 기준보다 높을 경우(예컨대 45도 이상)에는 전해조팬(FAN-1,FAN-2)을 작동시켜 물의 온도를 일정 수준 아래(예컨대 35도)까지 떨어질 수 있도록 하고, 본체(10) 내부의 온도가 기준보다 높을 경우(예컨대 60도 이상)에는 본체팬(FAN-3)을 작동시켜 본체(10) 내부의 뜨거운 공기를 배출시켜 본체(10) 내의 온도가 일정 수준 아래(예컨대 55도)까지 떨어지도록 할 수 있다. 더불어 압력센서(PS-1)를 통해 배관(110)에 과도한 압력이 상승한 것은 전체 배관(110) 중 일부가 외부 요인에 의해 눌리거나 꺾여 있어서 가스가 원활하게 흐르지 못하는 상태인 것이므로, 장치를 비상 정지시키고 외부 요인이 제거될 수 있도록 경고한다.

이후 제어모듈(20)은 컨트롤러(23)의 조작버튼(25)을 통해 입력한 사용자 명령에 따라 전해조(60)의 전극판(68)으로 전류를 공급하여 물이 전기 분해될 수 있도록 한다.

전해조(60)는 메인물탱크(50)와 연결되어 물을 공급받고, 전기 분해되어 발생한 브라운가스를 다시 메인물탱크(50)로 배출시킨다. 이러한 메인물탱크(50)와 전해조(60)를 도5 내지 도7을 통해 더욱 상세히 설명하도록 한다.

메인물탱크(50)의 외부를 도시한 도5와 일부를 절단하여 내부를 도시한 도6을 참조하면, 메인물탱크(50)의 상부에는 솔레노이드밸브(SV-1)와 연결되어 보조물탱크(40) 측으로부터 물을 공급받기 위한 물보충구(52)가 마련되어 있고, 전해조(60)에서 발생하여 메인물탱크(50) 내부로 다시 유입되는 브라운가스를 카본제거필터(70) 측으로 배출시키는 가스배출구(55)가 마련되어 있다. 또한 메인물탱크(50) 내의 수위를 측정하기 위한 제2수위센서(LS-2)가 설치되어 있으며, 하부에는 메인물탱크(50)의 물을 전해조(60) 측으로 공급하기 위한 물배출구(53)가 마련되어 있다. 그리고 메인물탱크(50)의 측면에는 전해조(60)에서 발생한 브라운가스가 유입되는 가스유입구(54)가 마련되어 있고, 메인물탱크(50) 내의 물의 온도를 측정하는 제1온도센서(TE-1)도 설치되어 있다. 여기서 메인물탱크(50) 내부는 가로 및 세로로 복수의 격벽(51)이 설치되어 있는데, 이는 메인물탱크(50) 내부에서 물의 출렁거림을 최대한 방지해주기 위한 것이다.

전해조(60)는 도7에 도시된 바와 같이 복수의 전극판(68)을 구비하고 있고, 전극판(68)의 양측에 구비된 패널(61)이 볼트(69a)로 결합되어 전극판(68)을 고정하게 된다. 전해조(60)의 일측 하단 중심에는 메인물탱크(50)의 물배출구(53)와 배관(110)으로 연결되는 물보충포트(65)(도7에서 보이는 방향의 반대쪽에 구비)가 마련되어 있고, 타측 상단 중심에는 전해조(60) 내에서 전기 분해되어 발생한 브라운가스를 메인물탱크(50)의 가스유입구(54) 측으로 전달하기 위한 가스배출포트(66)가 마련되어 있다. 또한 전해조(60) 하단에는 남은 물을 배수시키기 위한 드레인포트(67)가 마련되어 있다. 또한 전해조(60)는 제어모듈(20)의 제어신호에 따라 히터(64)를 통해 일정 온도 분위기가 유지된다.

이상의 메인물탱크(50)와 전해조(60)의 구조와 작동원리를 살펴보면, 메인물탱크(50)의 물보충구(52)를 통해 공급된 물은 물배출구(53)와 연결된 물보충포트(65)를 통해 전해조(60)로 공급된다. 이때 물배출구(53)와 물보충포트(65)를 연결하는 배관(110)에는 밸브가 설치되지 아니한다. 즉 밸브를 이용하여 메인물탱크(50)에 저장된 물의 일정량이 전해조(60)로 공급된 이후 밸브가 다시 닫힘으로써 메인물탱크(50) 내부의 물과 전해조(60) 내부의 물이 완전히 분리된 구조를 이루는 것이 아니며, 메인물탱크(50)의 물배출구(53)와 전해조(60)의 물보충포트(65)는 개방된 배관(110)을 통해 상시 연결된 상태를 유지하고 있다. 또한 밀폐된 전해조(60)는 메인물탱크(50)의 아래쪽에 위치하고 있기 때문에, 전해조(60)에 물이 충만하면 더 이상 메인물탱크(50)의 물은 전해조(60) 측으로 유입되지 않으며, 전해조(60)에서 물이 전기분해 되어 수위가 낮아질 경우 메인물탱크(50)의 물이 전해조(60)로 실시간 유입되는 것이다.

이러한 구조 때문에 전해조(60)에서 오랜 시간 전기 분해가 이루어져 수온이 상승할 경우, 메인물탱크(50) 내의 물의 온도도 함께 상승하게 되는 것이며, 이렇게 상승한 물의 온도가 메인물탱크(50)에 설치된 제1온도센서(TE-1)에 의해 감지됨으로써 제어모듈(20)의 제어신호에 의해 전해조팬(FAN-1,FAN-2)이 가동되어 냉각 과정이 이루어지는 것이다.

한편 전해조(60)의 전극판(68)에 전류가 공급됨으로써 물이 전기 분해되어 발생한 브라운가스는 실시하기에 따라 카본제거필터(70)로 바로 공급해 줄 수도 있다. 하지만 전해조(60)에서 전기 분해를 통해 발생한 기체에는 브라운가스와 함께 수산화칼륨(KOH)이나 기타 불순물이 포함되어 있기 때문에 이를 다시 환원해주는 것이 바람직하다. 이를 위해 본 실시예에서는 전해조(60)에서 생산된 브라운가스를 포함하는 기체가 가스배출포트(66)와 연결된 가스유입구(54)를 통해 다시 메인물탱크(50)로 유입되도록 하였다. 이때 가스유입구(54)는 메인물탱크(50)에서 물이 항상 채워져 있는 높이에 위치한다. 따라서 전해조(60)에서 생산된 기체에 포함된 수산화칼륨과 불순물은 메인물탱크(50)의 물에 유입되어 환원되고, 브라운가스만 상승하여 가스배출구(55)를 통해 빠져나간다.

더불어 전해조(60)의 가스배출포트(66)가 엔진 측을 향하는 이후 단에 직접 연결될 경우, 엔진실에서 화염 등의 높은 열이 역화할 시 전해조(60)에 열기가 그대로 전달될 우려가 있다. 하지만 본 실시예에서는 메인물탱크(50)의 가스배출구(55)를 통해 이후의 구성에 연결되기 때문에, 역화가 발생하더라도 높은 열기는 메인물탱크(50)에 저장된 물과 먼저 마주함으로써 전해조(60) 측으로 열기가 전달되는 역화 현상이 원천 차단된다. 물론 엔진실 측에서 전해오는 높은 열기는 메인물탱크(50)에 유입되기 전 이후 설명하게 되는 역화방지기(80)에서 먼저 차단될 수 있으며, 이상 설명한 메인물탱크(50)와 전해조(60)의 연결 구조를 통해 완전한 역화 방지가 가능한 것이다.

이렇게 메인물탱크(50)에서 일정 수위를 유지한 채로 저장되는 물은 오로지 전해조(60)에 공급되는 원료의 기능으로만 사용되는 것이 아니며, 전해조(60)에서 발생한 기체에 브라운가스와 함께 포함된 불순물을 환원시키는 기능과 함께 역화 방지의 기능도 수행하기 때문에, 앞서 설명한 바와 같이 격벽(51)을 통해 물의 출렁거림을 최소화 되면 불순물 환원과 역화 방지 기능이 더욱 원활하게 수행될 수가 있다.

한편 전해조(60)에서 지속적인 전기 분해가 이루어져 온도가 높아지면, 전극판(68)의 적층 구조 사이로 누수가 발생하고 팽창이 되면서 가스가 본체(10) 내부 공간으로 새어나갈 수 있다. 이를 위해 본 발명에서는 도7에 도시된 바와 같이 전해조(60)의 전극판(68) 양 끝 패널(61)들을 고정하는 볼트(69a)에 와셔(62)를 설치하고, 와셔(62)와 패널(61) 사이에 가압스프링(63)을 위치시킨 후 와셔(62) 반대쪽에서 너트(69b)로 조여 고정시키면, 가압스프링(63)에 의해 전해조(60) 양측의 패널(61)이 밀착되도록 하여 누수의 우려를 없애도록 하였다.

메인물탱크(50)로부터 물을 공급받아 전해조(60)에서 전기 분해되어 발생한 브라운가스는 다시 메인물탱크(50)의 물로 유입되어 불순물이 환원되며, 메인물탱크(50) 상부로 상승한 브라운가스는 가스배출구(55)를 통해 카본제거필터(70)로 유입된다.

카본제거필터(70)는 브라운가스에 포함된 수분이나 불순물을 다시 한번 제거하기 위해 마련되며, 카본제거필터(70)를 통과한 브라운가스는 배관(110)을 통해 역류방지기(90), 압력센서(PS-1) 및 역화방지기(80)에 순차적으로 연결되고, 이후 유량계(PG-1)를 통과한 후 가스배출단(16)을 통해 빠져나가 엔진실로 공급된다.

역류방지기(90)는 엔진 측으로부터 가스가 역류하는 것을 방지하기 위해 마련된다. 도8은 역류방지기(90)를 나타낸 사시도이고, 도9는 역류방지기(90)의 일부를 절단한 단면도이다. 도8 및 도9에 도시된 바와 같이 역류방지기(90)는 내부에 역류방지공간(91)을 갖는 역류방지기본체(93)와, 역류방지공간(91)에 설치되는 얇은 테프론막(92)으로 구성된다.

또한 역류방지공간(91)은 하부로 갈수록 직경이 좁아지도록 경사져 있으며, 역류방지기본체(93)에서 역류방지공간(91)의 상부에 위치하는 면에는 방사상의 유입홈(94)이 형성되어 있다. 그리고 테프론막(92)은 둘레가 상부를 향하도록 일부분 말려올라간 접시 형태를 갖는다.

이에 따라 도10에 도시된 바와 같이 역류방지기본체(93)의 아래쪽 방향에서부터 정상적인 흐름의 가스가 유입되면 테프론막(92)이 살며시 밀려 올라간다. 이때 역류방지공간(91)은 위쪽으로 갈수록 직경이 크기 때문에 테프론막(92)이 밀려 올라가는데 제한이 없으며, 더불어 테프론막(92) 둘레의 여유 공간을 통해 유입된 가스가 통과하여 역류방지기본체(93)의 위쪽으로 빠져나갈 수 있다.

만약 유입되는 가스의 압력이 다소 높아 테프론막(92)이 역류방지공간(91)의 상부에 해당하는 역류방지기본체(93)의 내측면까지 밀착되어 위쪽 유로를 막더라도, 중심에서 둘레까지 연장된 유입홈을 통해 가스가 이동할 수 있다.

반면 도11에 도시된 바와 같이 가스가 역류할 경우에는 테프론막(92)이 아래쪽으로 내려오게 되는데, 역류방지공간(91)은 아래쪽으로 갈수록 좁아지기 때문에 결국 테프론막(92)의 둘레가 역류방지공간(91)의 아래쪽 둘레에 밀착하게 된다. 더군다나 역류방지공간(91)의 아래쪽 둘레면에는 상부면과 달리 유입홈(94)이 형성되어 있지 않기 때문에 역류 가스는 역류방지기본체(93)의 아래쪽 유로로 더 이상 유입될 수가 없다.

본 발명의 실시예에 따른 브라운가스 발생기(1)는 자동차 내연기관에 적용될 수 있는데, 이 경우 전해조(60)에서 전기 분해되어 발생하는 브라운가스는 대기압보다 매우 미세하게 높은 정도에 불과하다. 따라서 일반적인 역류방지 구조에서는 낮은 역류 압력에 대하여 차단이 불가능하다. 따라서 본 실시예에서와 같은 구조의 역류발생기(90)를 적용하면 매우 낮은 압력의 역류가 발생하더라도 미세한 테프론막(92)이 이동하면서 유로를 차단해줄 수가 있다.

역류방지기(90) 후단에는 압력센서(PS-1)가 설치된다. 도12는 압력센서(PS-1)를 설명하기 위한 도면이다. 도12에 도시된 바와 같이 압력센서(PS-1)는 압력스위치(121)를 구비하며, 압력스위치(121) 양쪽에 실리콘 재질의 배관(110)을 유격 없이 감싸 지지하는 철 구조물의 배관지지부(122)를 포함하여 구성된다. 따라서 도13의 (a)에서와 같이 배관(110)을 따라 브라운가스가 정상 압력으로 흐르고 있을 때에는 압력센서(PS-1)의 압력스위치(121)가 눌리지 않는다. 하지만 사용자의 부주의(배관(110)을 밟는다거나) 또는 다른 원인으로 인해 배관(110) 내의 압력이 높아지면 실리콘 배관(110)이 부풀어 올라 도13의 (b)와 같이 압력스위치(121)를 누르게 되고, 이에 따라 제어모듈(20)로 접점 신호가 전달된다. 이 경우 브라운가스 발생기(1)는 비상 정지하고, 경고 램프와 경고음이 발생한다.

압력센서(PS-1) 후단에는 역화방지기(80)가 연결된다. 역화방지기(80)는 엔진 측으로부터 화염 등의 높은 열이 역류 하는 것을 방지하기 위해 마련된다. 도14는 역화방지기(80)를 나타낸 사시도이고, 도15는 역화방지기(80)의 일부를 절단한 단면도이다. 도14 및 도15에 도시된 바와 같이 본 실시예에서의 역화방지기(80)는 내부에 출구방향이 넓은 깔때기 구조의 역화방지공간(81)이 형성되어 있고, 역화방지공간(81)에 역화방지재료(82)를 채워 넣었다. 역화방지재료(82)는 구리 재질의 부드러운 솜과 같은 재료를 뭉쳐 놓은 것이다. 따라서 도15의 (a)와 같이 상온에서는 브라운가스가 역화방지재료(82)의 미세한 틈을 관통하여 엔진실 방향으로 흐를 수 있다. 반면 엔진실 측으로부터 화염 등의 높은 열이 발생하여 역화가 진행되면, 높은 열에 의해 역화방지재료(82)가 용융된다. 즉 역화방지재료(82)는 구리 등의 금속을 솜 형태로 뭉쳐 놓은 것이기 때문에 표면적이 매우 넓어 열에 매우 취약하다. 따라서 역화가 발생하면 역화방지재료(82)가 순식간에 용융됨으로써 도15의 (b)와 같이 용융물(82')이 유로를 차단하게 된다. 따라서 엔진실 측으로부터 발생한 높은 열은 더 이상 역화방지기(80)를 통과하여 전해조(60) 측으로 전달되지 아니한다.

역화방지기(80)의 기능이 더욱 원활하게 수행되기 위해서는 출구방향이 위쪽을 향하도록 설치하면 된다. 이 경우 역화방지공간(81)의 단면 모양은 역삼각형이 된다. 따라서 역화가 발생하여 역화방지재료(82)가 용융되면, 용융물(82')이 역삼각형 형태의 빗변을 따라 흘러내려 입구방향의 유로를 차단해주는 것이다. 또한 역화방지공간(81)을 깔때기 형태로 제작한 것은 용융물(82')이 아래쪽으로 흘러내릴 수 있도록 하기 위함과 동시에, 부피가 큰 역화방지재료(82)를 최대한 많이 투입할 수 있도록 하기 위함이다.

물론 역화방지기(80)의 유로가 도15의 (b)와 같이 막힌 상태라면, 브라운가스 역시 더 이상 엔진실 측으로 전달될 수 없으며, 이 경우 압력센서(PS-1)를 통과하는 배관(110)의 압력이 높아져서 제어모듈(20)이 디스플레이(26)를 통해 경고할 수 있다. 역화방지기(80)가 역화에 의해 손상됐을 경우 사용자는 역화방지기(80)만 교체하면 되며, 다른 구성에는 전혀 이상이 없기 때문에 저렴한 수리비용으로 시스템 전체를 다시 사용할 수가 있다.

역류방지기(90), 압력센서(PS-1) 및 역화방지기(80)를 정상적으로 통과한 브라운가스는 유량계(PG-1)를 통과한 후 가스배출단(16)을 통해 빠져나가 엔진실로 유입된다. 유량계(PG-1)는 배관(110)을 흐르는 가스의 양을 체크하기 위한 것이며, 유량계(PG-1)에서 감지한 유량은 유량표시계(100)에 표시되어 사용자가 확인할 수 있다.

한편 도16은 도1에 도시된 브라운가스 발생기(1)에서 메인보드덮개(22)와 스위치보드덮개(24a)가 제거되어 메인보드(21)와 스위치보드(24)가 노출된 상태를 도시한 것이다. 즉 제어모듈(20)을 구성하는 메인보드(21)와 컨트롤러(23)에 포함되는 스위치보드(24)를 나타낸 것이다. 도16에 도시된 바와 같이 보드들(21,24)이 본체(10) 전면에 고정 설치되더라도 사용에 큰 무리는 없다. 하지만 보드들(21,24)이 본체(10) 내부 공간에 노출된 상태에서 가스가 누설될 경우 메인보드(21) 또는 스위치보드(24)에서 작은 정전기나 스파크가 발생한다면 화재나 폭발의 우려가 있을 수 있다. 따라서 도3에 도시된 바와 같이 메인보드(21)와 스위치보드(24)를 메인보드덮개(22) 및 스위치보드덮개(24a)로 밀폐하고 주변을 실리콘으로 완전 밀폐 시킨다면, 가스가 일부 누설되더라도 스파크에 의한 폭발 위험을 없애줄 수가 있다.

한편 제어모듈(20)에 연결되는 신호입력단(15)은 차량 상태에 따라 최적의 효율로 브라운가스를 생산하기 위해 마련된 것이다. 즉 자동차의 엔진 RPM, 주행속도(저속, 중속, 고속) 등의 정보를 입력 받아 전해조(60)에 공급되는 전류를 조절하여 가스의 생산량을 조절할 수 있는 것이다. 따라서 브라운가스 발생기(1)의 소비전력 효율을 높이고 최적의 가스 생산이 가능하다. 물론 차량 이외의 일반 산업 현장에 적용될 시에도 신호입력단(15)을 통해 각종 시스템의 신호를 전달받아 가스 생산량을 조절함으로써 소비전력 효율을 높여줄 수 있는 것은 당연하다.

더불어 앞선 설명에서는 본체(10)의 후면 상단에 마련된 전원스위치(11)를 조작하여 시스템 전체의 전원을 켜거나 끌 수 있다고 설명하였지만, 실시하기에 따라 제어모듈(20)에서 신호입력단(15)을 통해 입력되는 외부 신호에 따라 전원을 자동으로 온-오프 시킬 수도 있다. 예컨대 자동차의 시동이 켜지면 제어모듈(20)이 장치를 켜고, 시동이 꺼지면 장치의 전원도 자동으로 꺼지도록 설계하는 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 브라운가스 발생기(1)에 의하면, 자동차 내연기관으로 브라운가스를 공급하여 배출가스에 포함된 유해 성분을 저감시키며 연비를 향상시킬 수 있다.

특히 엔진 쪽에서 높은 열이 발생하여 역류할 경우 역화방지기(80)의 구리 재질의 솜뭉치 재료가 녹아 유로를 차단해 줌으로써, 역화를 완벽하게 막아줄 수 있다.

더불어 전해조(60)에서 생산된 브라운가스를 바로 내보내는 것이 아니라, 메인물탱크(50)에 저장된 물로 공급하여 수산화나트륨(KOH)이나 불순물을 환원시킨 후, 브라운가스만 내보낼 수가 있다. 이때 메인물탱크(50) 내에 격벽(51)을 설치하여 물의 출렁거림을 최소화하였기 때문에 전해조(60)에서 유입되는 가스가 물이 없는 부분으로 유입되는 현상을 방지해줄 수가 있다.

또한 역류방지기(90)의 테프론막(92)이 미세한 역류 압력에도 반응하여 엔진 측에서 가스가 역류하는 것을 완전히 차단할 수가 있다.

또, 실리콘 배관(110) 내의 압력이 높아져 실리콘 배관(110)이 팽창하면 압력센서(PS-1)의 압력스위치(121)가 눌리면서 즉시 경고할 수 있고, 전해조(60) 양측 패널(61)을 스프링을 통해 밀착될 수 있도록 하여 물이나 가스가 누설되는 것이 방지된다.

즉 본 발명에 따른 브라운가스 발생기(1)는 자동차 내연기관에 최적화되어 안전성과 성능을 담보해줄 수 있도록 설계되었다. 물론 실시하기에 따라 브라운가스가 필요한 일반 산업 현장에서 사용하는 것도 충분히 가능하다.

도17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 브라운가스 발생기(1)를 설명하기 위한 사시도이다. 즉 도17에 따른 브라운가스 발생기(1')는 일정량 사용 이후 교체가 필요한 카본제거필터(70')를 본체(10') 외부에 거치시킴으로써 교체 작업이 용이하도록 하였으며, 더불어 조작버튼과 디스플레이 및 스위치보드를 포함하는 컨트롤러(23')를 본체(10')와 일체로 제작하지 않고 포터블 형태로 제작한 것이다. 이렇게 포터블 형태로 제작한 컨트롤러(23')는 본체(10')와 케이블을 통해 유선으로 신호를 주고 받을 수도 있지만, 무선 신호를 통해 데이터 전송이 이루어지도록 할 수도 있다. 따라서 도17에 도시된 브라운가스 발생기(1')에 의하면 컨트롤러(23')를 운전석 인근에 비치하여 사용자가 편리하게 조작 명령을 입력하거나 장치의 상태를 확인할 수가 있다.

도18은 브라운가스 발생기에 적용되는 컨트롤러의 또 다른 예시를 나타낸 것이다. 도18에 도시된 컨트롤러(23'')는 조작버튼(25''), 노브(25a), 디스플레이(26'') 및 전원스위치(29'')를 포함한다.

즉 도1에 도시된 브라운가스 발생기(1)에서는 본체(10)에 전원스위치(11)가 구비되어 시스템 전체의 전원을 온-오프 시킬 수 있도록 하였지만, 도18에서는 포터블 형태의 컨트롤러(23'')가 전원스위치(29'')까지 포함하도록 한 것이다.

더불어 도1 및 도17에 도시된 브라운가스 발생기(1,1')의 컨트롤러(23,23')에서는 조작버튼(25)을 이용하여 브라운가스 발생 레벨을 조절할 수 있도록 하였기 때문에, 버튼 개수의 제한에 따라 레벨 설정이 3~5단계 밖에 되지 않았지만, 도18에 도시된 컨트롤러(23'')에서는 노브(25a)를 통해 브라운가스 발생 레벨을 미세하게 조절할 수가 있고, 미세한 조절에 대응하는 전류가 전해조(60)에 공급될 수 있도록 함으로써, 사용자의 의도를 더욱 정확하게 반영할 수가 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자라면, 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 본 발명의 특허청구 범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

1,1' : 브라운가스 발생기
10,10' : 본체
11 : 전원스위치
FAN-3 : 본체팬
13 : 팬망
14 : 단자
15 : 신호입력단
16 : 가스배출단
20 : 제어모듈
21 : 메인보드
22 : 메인보드덮개
23,23',23'' : 컨트롤러
24 : 스위치보드
24a : 스위치보드 덮개
25,25'' : 조작버튼
25a : 노브
26,26'' : 디스플레이
29'' : 전원스위치
31 : 차량배터리
32 : ECU
40 : 보조물탱크
41 : 투입구
42 : 투입구마개
PUMP-1 : 펌프
SV-1 : 솔레노이드밸브
50 : 메인물탱크
51 : 격벽
52 : 물보충구
53 : 물배출구
54 : 가스유입구
55 : 가스배출구
60 : 전해조
61 : 패널
62 : 와셔
63 : 가압스프링
64 : 히터
FAN-1, FAN-2 : 전해조팬
65 : 물보충포트
66 : 가스배출포트
67 : 드레인포트
68 : 전극판
69a : 볼트
69b : 너트
70,70' : 카본제거필터
80 : 역화방지기
81 : 역화방지공간
82 : 역화방지재료
82' : 용융물
90 : 역류방지기
91 : 역류방지공간
92 : 테프론막
93 : 역류방지기본체
94 : 유입홈
100 : 유량표시계
110 : 배관
LS-1 : 제1수위센서
LS-2 : 제2수위센서
TE-1 : 제1온도센서
TE-2 : 제2온도센서
PS-1 : 압력센서
121 : 압력스위치
122 : 배관지지부
PG-1 : 유량계
120 : 수소센서

Claims (6)

1. 물을 저장하는 메인물탱크;
   상기 메인물탱크로부터 물을 공급받아 전기 분해함으로써 브라운가스를 포함하는 기체를 생산하여 자동차 내연기관 측으로 공급하는 전해조;
   상기 기체에 포함된 수분 또는 불순물을 제거하는 카본제거필터;
   상기 자동차 내연기관으로부터 발생하는 화염 또는 열이 역류하는 것을 방지하는 역화방지기; 및
   상기 자동차 내연기관으로부터 가스가 역류하는 것을 방지하는 역류방지기;를 포함하되,
   상기 메인물탱크 내부에는 가로 방향 및 세로 방향으로 격벽이 설치되어 물 출렁거림이 최소화되고, 상기 전해조에서 발생한 브라운가스를 포함하는 기체는 상기 메인물탱크에 저장된 물에 먼저 유입되어 상기 기체에 포함된 불순물이 환원되어 일차적으로 제거된 이후 상기 카본제거필터 측으로 유입되는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관 및 산업용 브라운가스 발생기.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 역화방지기는 상기 카본제거필터 이후의 배관 상에 설치되며, 내부에 출구방향이 넓은 깔때기 구조의 역화방지공간이 형성되어 있고, 상기 역화방지공간에 얇은 금속을 뭉쳐 놓은 역화방지재료가 채워져 있는 구조이며, 정상 동작 과정에서는 상기 브라운가스가 상기 역화방지재료의 미세한 틈을 관통하여 흐를 수 있고, 역화 발생시에는 상기 역화방지재료가 녹아 용융물이 유로를 차단하는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관 및 산업용 브라운가스 발생기.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 역류방지기는 상기 카본제거필터 이후의 배관 상에 설치되며, 내부에 역류방지공간이 형성되어 있고, 상기 역류방지공간에 테프론막이 설치되어, 미세한 역류 압력이 발생할 시 상기 테프론막을 통해 유로가 차단되는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관 및 산업용 브라운가스 발생기.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 카본제거필터 이후의 배관 상에 설치되어 상기 배관을 흐르는 가스의 과도한 압력을 감지하는 압력센서;를 더 포함하되,
   상기 압력센서는 상기 배관을 감싸 지지하는 배관지지부; 및
   상기 배관지지부에 지지된 배관에 밀착된 상태에서 상기 배관이 부풀어 오를 경우 눌림으로써 접점 신호를 발생시키는 압력스위치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관 및 산업용 브라운가스 발생기.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 전해조를 이루는 전극판들의 양 끝 패널을 고정시키는 볼트에 와셔가 설치되고, 상기 와셔와 상기 패널 사이에 가압스프링이 설치되어, 상기 가압스프링에 의해 상기 패널들이 서로를 향해 밀착됨으로써 상기 전해조에 채워진 물이나 가스가 누설되는 것이 방지되는 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관 및 산업용 브라운가스 발생기.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 전해조에 전원을 공급하여 상기 전해조가 상기 메인물탱크로부터 공급받은 물을 전기 분해하도록 제어하는 제어모듈; 및
   외부신호를 입력 받아 상기 제어모듈로 전달하는 신호입력단;을 더 포함하고,
   상기 제어모듈은 상기 신호입력단을 통해 입력된 외부신호에 따라 상기 전해조에 공급되는 전류를 조절함으로써 상기 브라운가스의 생산량 조절이 가능한 것을 특징으로 하는 자동차 내연기관 및 산업용 브라운가스 발생기.

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