KR20200023838A - 브라운 가스 발생장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 브라운 가스 발생장치에 관한 것으로, 양의 전압이 인가되는 한 쌍의 제1 전극판; 음의 전압이 인가되는 제2 전극판; 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 배열되는 복수의 제3 전극판; 한 쌍의 제1 전극판과 각각 대향하게 배치되고 전해액 유입구 또는 가스배출구를 구비하는 제1 및 제2 플레이트; 및 제1 전극판, 제2 전극판, 및 제3 전극판 사이에 배치되고 중심부가 비어있는 실링부재를 포함하고, 제1 전극판, 제2 전극판, 및 제3 전극판은 전도성 고분자 재료를 이용하여 사출성형 방식으로 형성된 전기 전도성 플라스틱 전극판이며, 제1 전극판, 제2 전극판, 및 제3 전극판의 표면에는 전해액과의 접촉면적을 증기시키기 위한 양각 또는 음각 패턴 및 전해액의 유동을 위한 유동홀이 형성됨을 특징으로 한다.

Description

브라운 가스 발생장치{BROWN GAS GENERATOR}
본 발명은 브라운 가스 발생장치에 관한 것으로, 전도성 고분자 재료를 이용하여 사출성형 방식으로 형성된 전기 전도성 플라스틱 전극판의 채용에 의해 기존 금속 전극판의 단점을 해결할 수 있는 브라운 가스 발생장치에 관한 것이다.
통상적으로, 물을 전기분해하면 음극에서는 수소가 얻어지고, 양극에서는 산소가 얻어지는데, 이들 가스를 분리채집하지 않고 한꺼번에 포집한 것이 브라운 가스이다.
브라운 가스는 일반적인 기체와는 달리 연소시 응폭(impolsion) 현상을 유발하는 독특한 성질을 갖는다. 즉, 연소시 폭발현상을 나타내지 않으며 오히려 불꽃이 내부로 모여들면서 초점을 형성하고 주변을 진공화 한다.
그 결과, 브라운 가스를 연소시키면 융점이 가장 높다는 텅스턴도 승화시킬 수 있을 정도의 초고온을 얻을 수 있다.
또한, 열선이 외부로 방출되지 않아 복사열로 인한 에너지 손실이 없으므로 우수한 에너지 효율을 가지며 그 자체에 산소를 포함하고 있으므로 연소시 별도의 산소공급이 불필요하다. 또한, 연소생성물로서 물만을 생성하므로 공해 오염문제가 없다.
상기한 장점 때문에 브라운 가스 발생장치는 성능 및 안전성을 꾸준히 개선시켜 자동차, 선박 등 산업 일반에 두루 사용하고 있다.
그러나, 기존의 브라운 가스 발생장치는 금속으로 이루어진 전극판을 사용하고 있어, 다음과 같은 단점이 있었다.
1.부식되기 쉬음(산화반응): 내구성이 없으며, 순수한 브라운가스를 얻기가 어렵다.
2. 고가임: 티타늄에 백금도금한 것을 현재 가장 많이 사용하나, 이것도 산화가 되며 가격이 비싸다.
3. 표면적의 제약성 : 브라운가스의 발생량은 전극판의 표면적에 비례하지만, 금속의 전극판은 재질의 특성상 표면적을 늘리는데 제약이 따른다.
등록특허 제10-0450134호 공개특허 제10-2011-0017323호
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전도성 고분자 재료를 이용하여 사출성형 방식으로 형성된 전기 전도성 플라스틱 전극판의 채용에 의해 기존 금속 전극판의 단점을 해결할 수 있는 브라운 가스 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따르면, 브라운 가스 발생장치는, 양의 전압이 인가되는 한 쌍의 제1 전극판; 음의 전압이 인가되는 제2 전극판; 제1 전극판과 제2 전극판 사이에 배열되는 복수의 제3 전극판; 한 쌍의 제1 전극판과 각각 대향하게 배치되고 전해액 유입구 또는 가스배출구를 구비하는 제1 및 제2 플레이트; 및 제1 전극판, 제2 전극판, 및 제3 전극판 사이에 배치되고 중심부가 비어있는 실링부재를 포함하고, 제1 전극판, 제2 전극판, 및 제3 전극판은 전도성 고분자 재료를 이용하여 사출성형 방식으로 형성된 전기 전도성 플라스틱 전극판이며, 제1 전극판, 제2 전극판, 및 제3 전극판의 표면에는 전해액과의 접촉면적을 증기시키기 위한 양각 또는 음각 패턴 및 전해액의 유동을 위한 유동홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 전도성 고분자 재료는 환원된 그래핀 옥사이드(RGO)/폴리 피롤(Polypyrrole)의 복합체인 것을 특징으로 한다.
그리고, 제1 및 제2 플레이트 중 어느 하나에는 전해액 유입구 및 가스배출구가 둘 모두 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1 플레이트에는 전해액 유입구가 구비되고 제2 플레이트에는 가스배출구가 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 양각 또는 음각 패턴은 격자 형상, 사선 형상 및 마름모 형상으로부터 선택된 어느 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
또한, 제1 전극판, 제2 전극판, 및 제3 전극판의 유동홀은 지그재그 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 제1 전극판, 제2 전극판, 및 제3 전극판의 유동홀은 수직방향 또는 수평 방향으로 교대로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 전도성 고분자 재료를 이용하여 사출성형 방식으로 형성된 전기 전도성 플라스틱 전극판의 채용에 의해 기존 금속 전극판의 단점을 해결할 수 있는 효과가 있다. 구체적으로는 다음과 같은 장점이 있다.
1. 내부식성이 향상된다.
2. 가격이 저렴하다.
3. 전도성 고분자 재료를 이용하여 사출성형 방식으로 형성된 전기 전도성 플라스틱 전극판이 채용되므로 제조가 용이할 뿐만 아니라 전극판의 표면적의 증가가 매우 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치의 전방 사시도이고,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치의 후방 사시도이고,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치의 개략적인 단면도이고,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치의 전극판을 개략적으로 도시하는 도면이고,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치의 전극판 표면에 형성된 다양한 패턴들을 도시하는 도면이고,
도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치의 전극판 표면에 형성된 유동홀을 도시하는 도면이고,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치의 전방 사시도이고,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치가 자동차의 내연기관에 적용된 경우의 계통도이다.
이하, 본 발명의 일 실시예를 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 그러나, 이는 본 발명의 범위를 한정하려고 의도된 것은 아니다.
각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 것일 뿐이고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치에 대하여 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치의 전방 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치의 후방 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치의 개략적인 단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치의 전극판을 개략적으로 도시하는 도면이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치의 전극판 표면에 형성된 다양한 패턴들을 도시하는 도면이고, 도 6 및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치의 전극판 표면에 형성된 유동홀을 도시하는 도면이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치의 전방 사시도이고, 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치가 자동차의 내연기관에 적용된 경우의 계통도이다.
먼저, 도 1 내지 도 3를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치(100)는 양의 전압이 인가되는 한 쌍의 제1 전극판(110, 120), 음의 전압이 인가되는 제2 전극판(130), 제1 전극판(110, 120)과 제2 전극판(130) 사이에 배열되는 복수의 제3 전극판(140), 한 쌍의 제1 전극판(110, 120)과 각각 대향하게 배치되고 전해액 유입구(162) 또는 가스배출구(164)를 구비하는 제1 및 제2 플레이트(150, 160), 및 제1 전극판(110. 120), 제2 전극판(130), 및 제3 전극판(140) 사이에 배치되고 중심부가 비어있는 실링부재(170)를 포함하여 구성된다.
여기서, 제1 전극판(110. 120), 제2 전극판(130), 및 제3 전극판(140)은 전도성 고분자 재료를 이용하여 사출성형 방식으로 형성된 전기 전도성 플라스틱 전극판이다.
바람직하게, 전도성 고분자 재료는 환원된 그래핀 옥사이드(reduced graphene oxide : RGO)/폴리 피롤(Polypyrrole)의 복합체로서, 환원된 그래핀 옥사이드/폴리 피롤 복합체의 제조과정에 대해 개략적으로 살펴보면 다음과 같다.
- 환원된 그래핀 옥사이드(RGO)의 제조
환원된 그래핀 옥사이드(RGO)의 제조를 위해, 그래파이트 분말(graphite powder)을 Hummers와 Offeman 방법을 이용하여 산화시켜 그래핀 옥사이드(graphene oxide : GO)를 제조하였다. 그 다음에, 그래핀 옥사이드(GO)를 하이드라진 수화물(hydrazine hydrate)을 사용하여 그래핀 옥사이드(GO)를 환원시켜 환원된 그래핀 옥사이드(RGO)를 제조하였다.
- 환원된 그래핀 옥사이드(RGO)/폴리 피롤 복합체의 제조
환원된 그래핀 옥사이드(RGO)와 전도성 고분자인 폴리피롤의 복합 재료를 제조하기 위하여, 환원된 그래핀 옥사이드와 분산제로 cetyltrimethylammonium bromide(CTAB) 500g을 1000 mL의 증류수에 넣고 30분간 초음파 처리를 하여 환원된 그래핀 옥사이드를 증류수에 분산 하였으며, 분산된 용액에 1,400 g의 폴리피롤을 첨가하여 추가로 30분간 초음파 처리를 실시하였다. 초음파 처리가 끝난 용액에 1000mL의 증류수를 넣고 7℃에서 약 48 시간 동안 냉장보관하여 폴리피롤의 중합도를 높인 후, 환원된 그래핀 옥사이드/폴리피롤 복합재료에 남아있는 용매를 제거하기 위해서 70℃의 진공 오븐에서 건조하여 환원된 그래핀 옥사이드/폴리피롤 복합재료를 제조하였다.
제1 전극판(110. 120), 제2 전극판(130)에는 각각 외부로부터 전기분해에 필요한 전압이 인가되기 위한 연결단자(112, 122, 132)가 외측으로 돌출되도록 마련될 수 잇다. 본 명세서에서는 설명의 편의를 위해 제1 전극판(110. 120)이 양전극이고 제2 전극판(130)이 음전극인 경우로 한정하여 설명한다.
본 실시예와 같이, 양전극인 제1 전극판(110. 120) 사이에 음전극인 제2 전극판(130)이 배치되는 경우(제1 전극판이 음극이고 제2 전극판이 양극인 경우도 가능함), 전극판의 크기 또는 개수를 최소화 시킴으로써 전기 소모량을 획기적으로 줄여 브라운 가스를 생산할 수 있는 장점이 있다. 또한, 제1 전극판(110. 120)과 제2 전극판(130) 사이의 제3 전극판(140)은 인접 전극판의 극성에 따라 전자가 이동하여 보다 많은 양의 브라운가스를 생성할 수 있는 이점을 제공한다,
실링부재(170)는 테두리 면이 전극판들과 일치하고 중심부가 비어있을 수 있다. 실링부재(170)가 전극판들, 즉 제1 전극판(110. 120), 제2 전극판(130), 및 제3 전극판(140) 사이의 테두리 공간을 막음으로써 장치 내부의 기밀성이 확보될 수 있으며, 이로써 전해액의 충전을 위한 공간이 형성될 수 있다. 또한, 실링부재(170)는 제1 전극판(110. 120), 제2 전극판(130), 및 제3 전극판(140) 사이의 간격을 유지시키는 스페이서일 수 있다. 예시적인 실시예에서 실링부재(400)는 스틸 재료, 특히 경화 스틸 재료, 고무 또는 실리콘 재료로 이루어질 수 있다.
또한, 제1 전극판(110. 120), 제2 전극판(130), 및 제3 전극판(140)의 표면에는 후술하는 바와 같이 전해액과의 접촉면적을 증기시키기 위한 양각 또는 음각 패턴 및 전해액의 유동을 위한 유동홀이 형성되어 있다.
도 4를 참조하면, 일례로서, 제3 전극판(140)의 표면에는 전해액과의 접촉면적을 증기시키기 위한 양각 또는 음각 패턴(142) 및 전해액의 유동을 위한 유동홀(144)이 형성되어 있다. 여기서 유동홀(144)은 복수개로 형성될 수 있다.
특히, 제3 전극판(140)은 일측으로 갈수록 두께가 두꺼워지는 판상으로 이루어진다. 예를 들면, 도 4b에 도시된 바와 같이, 하부로부터 상부로 갈수록 두께가 두꺼워지도록 이루어질 수 있다. 이러한 구성은 전극판의 표면에 부착되어 전기분해 효율을 저해시킬 수 있는 기포의 제거에 효과적이다. 다시 말해서, 전해액 유입구(162)(도 1 참조)로부터의 전해액이 전극판의 경사면을 따라 유입가능해지므로 전극판의 표면에 부착되어 있는 기포를 한꺼번에 쓸어갈 수 있으며, 따라서 전기분해 효율을 증가시킬 수 있게 된다.
양각 또는 음각 패턴(142)은 다양한 형상으로 이루어질 수 있다.
예를 들면, 도 5를 참조하면, 양각 또는 음각 패턴(142)은 격자 형상, 사선 형상 및 마름모 형상으로부터 선택된 어느 하나의 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
또한, 제1 내지 제3 전극판의 유동홀(144)은 지그재그 형태로 형성될 수 있다. 예를들면, 도 6에 도시된 바와 같이, 제3 전극판(140)의 유동홀(144)은 지그재그 형태로 형성될 수 있다. 즉, 복수의 유동홀(144)은 전해액이 지그재그 형태로 유동하도록 형성될 수 있다.
다른 예로서, 제1 내지 제3 전극판의 유동홀(144)은 수직방향 또는 수평방향으로 교대로 형성된다. 도 7를 참조하면, 제3 전극판(140) 중 하나의 유동홀(144)은 수직 방향으로 형성되는 반면, 나머지 유동홀(144)은 모두 수직 방향으로 형성될 수 있다. 여기서, 수직방향은 편의상 제1 및 제2 플레이트(150, 160)와 평행한 방향으로 정의하고, 수평방향은 제1 및 제2 플레이트(150, 160)와 직교하는 방향으로 정의한다.
본 실시예에 있어서, 제1 플레이트(150)에는 전해액 유입구(162)가 구비되고 제2 플레이트(160)에는 가스배출구(164)가 구비될 수도 있다.
이와 달리, 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 플레이트(150, 160) 중 어느 하나, 즉 제2 플레이트(160)에는 전해액 유입구(162) 및 가스배출구(164)가 둘 모두 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치는 자동차 내연기관 뿐만 아니라 브라운가스가 필요한 일반 산업 현장에도 사용될 수가 있다. 하지만, 이하에서는 설명의 편의를 위해 자동차 내연기관에 사용되는 예시에 대하여 설명하도록 한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 브라운 가스 발생장치가 자동차의 내연기관에 적용된 경우의 계통도이다.
도 9를 참조하면, 브라운 가스 발생장치(100)는 기본적으로 차량에 직접 장착하여 시동이 켜짐과 동시에 브라운 가스가 발생하고 시동이 꺼짐과 동시에 브라운 가스의 발생이 중지되도록 구성된다.
브라운 가스 발생장치(100)는 차량 배터리(200)로부터 전원을 공급받고, 물 탱크(400)로부터 물(전해액)을 공급받아 복수의 전극판, 즉 제1 전극판(110. 120), 제2 전극판(130), 및 제3 전극판(140)에 의해 전기분해를 수행하며, 전기분해에 의해 발생된 브라운 가스가 다시 물 탱크(400)를 통해 포집된 후 에어필터 하우징(500)에 공급되어 엔진실로 유입될 수 있다. 이때, 에어필터 하우징(500)에 공급되기 전에, 브라운 가스 내의 수분이나 불순물 제거를 위해 카본필터와 같은 필터가 추가로 제공될 수 있다.
또한, 브라운 가스 발생장치(100)는 정전류 전원공급장치(PWM 방식)(300)을 포함하여 전기분해시 전류(5v~12v)와 전압(15~20a)을 고정하여 과전류 및 과전압을 방지하도록 구성한다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
110, 120 : 제1 전극판
130 : 제2 전극판
140 : 제3 전극판
162 : 전해액 유입구
164 : 가스배출구
170 : 실링부재

Claims (7)

  1. 브라운 가스 발생장치로서,
    양의 전압이 인가되는 한 쌍의 제1 전극판;
    음의 전압이 인가되는 제2 전극판;
    제1 전극판과 제2 전극판 사이에 배열되는 복수의 제3 전극판;
    한 쌍의 제1 전극판과 각각 대향하게 배치되고 전해액 유입구 또는 가스배출구를 구비하는 제1 및 제2 플레이트; 및
    제1 전극판, 제2 전극판, 및 제3 전극판 사이에 배치되고 중심부가 비어있는 실링부재를 포함하고,
    제1 전극판, 제2 전극판, 및 제3 전극판은 전도성 고분자 재료를 이용하여 사출성형 방식으로 형성된 전기 전도성 플라스틱 전극판이며, 제1 전극판, 제2 전극판, 및 제3 전극판의 표면에는 전해액과의 접촉면적을 증기시키기 위한 양각 또는 음각 패턴 및 전해액의 유동을 위한 유동홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.
  2. 제1항에 있어서,
    전도성 고분자 재료는 환원된 그래핀 옥사이드(RGO)/폴리 피롤(Polypyrrole)의 복합체인 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.
  3. 제1항에 있어서,
    제1 플레이트에는 전해액 유입구가 구비되고 제2 플레이트에는 가스배출구가 구비되는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.
  4. 제1항에 있어서,
    제1 및 제2 플레이트 중 어느 하나에는 전해액 유입구 및 가스배출구가 둘 모두 구비되는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.
  5. 제1항에 있어서,
    양각 또는 음각 패턴은 격자 형상, 사선 형상 및 마름모 형상으로부터 선택된 어느 하나의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.
  6. 제1항에 있어서,
    제1 전극판, 제2 전극판, 및 제3 전극판의 유동홀은 지그재그 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.
  7. 제1항에 있어서,
    제1 전극판, 제2 전극판, 및 제3 전극판의 유동홀은 수직방향 또는 수평 방향으로 교대로 형성되는 것을 특징으로 하는 브라운 가스 발생장치.
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