KR20230153007A - Apparatus and method for producing a mixed gas of hydrogen and oxygen with adjustable oxygen concentration - Google Patents
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Abstract
수소와 산소 혼합가스 제조장치가 개시된다. 제조장치는 음전극과 양전극 사이에 분리막이 개재되며, 물을 전기분해하여 상기 음전극과 상기 양전극에 각각 수소와 산소를 분리하여 생성하는 수전해부, 음전극과 양전극 사이에서 물을 전기분해하여 수소와 산소의 혼성가스를 생성하는 혼성가스 생성부, 상기 수전해부에서 생성된 산소를 배출하는 산소배출부 및 상기 수전해부에서 생성된 수소와 상기 혼성가스 생성부에서 생성된 혼성가스가 혼합된 혼합가스를 배출하는 혼합가스 배출부를 포함한다.A hydrogen and oxygen mixed gas production device is disclosed. The manufacturing device has a separator between the negative electrode and the positive electrode, electrolyzes water to separate hydrogen and oxygen into the negative electrode and the positive electrode, respectively, and produces water electrolysis between the negative electrode and the positive electrode to produce hydrogen and oxygen. A hybrid gas generator that generates a mixed gas, an oxygen discharge portion that discharges oxygen generated in the water electrolysis unit, and a mixed gas that is a mixture of hydrogen generated in the water electrolysis unit and the hybrid gas generated in the hybrid gas generator. Includes mixed gas outlet.
Description
본 발명은 산소 농도를 조절할 수 있는 수소와 산소의 혼합가스 제조 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus and method for producing a mixed gas of hydrogen and oxygen that can control oxygen concentration.
'브라운가스'라 칭하는 산소와 수의 혼성가스를 벙커-C유, LPG, LNG 등의 화석연료와 함께 연소시키는 수소 혼소발전기나 수소 혼소엔진이 상용화되고 있다.Hydrogen co-firing generators and hydrogen co-firing engines that burn a mixed gas of oxygen and water, called 'Brown gas', with fossil fuels such as bunker-C oil, LPG, and LNG are being commercialized.
수소 혼소발전기나 수소 혼소엔진은 완전연소를 위해서 함께 사용하는 화석연료의 종류나 양 또는 시스템의 사양에 따라 최적의 산소와 수소 농도비율이 요구된다. 그러나, 종래의 수소 혼소발전기나 혼소엔진에 사용되는 산소와 수소 혼성가스는 물을 전기분해하여 생성하기 때문에 산소와 수소의 농도 비율이 일정하다. 그 결과, 종래의 수소 혼소발전기나 혼소엔진은 외부에서 수소를 공급하는 방법으로, 물 전기분해를 통해 생산한 수소를 사용하거나 추출법을 통해 제조한 수소를 공급하여 연소 시에는 별도로 순수 산소를 사용하지 않고 공기로 연소하게 된다. 따라서 공기를 이용해 화석연료와 수소를 연소하기에 연료에 함유된 유기 질소 또는 연소 공기 중 과량의 질소(N2)가스가 연소 시 고온의 엔진 연소열로 질소산화물(NOx) 같은 환경오염물질이 발생하기도 하고 비록 수소를 혼합하여 사용하더라도 완전한 연소를 기대하기 어려운 문제 점이 있다.For complete combustion, a hydrogen co-fired generator or hydrogen co-fired engine requires an optimal oxygen and hydrogen concentration ratio depending on the type and amount of fossil fuel used together or the specifications of the system. However, the oxygen-hydrogen mixed gas used in a conventional hydrogen co-fired generator or co-fired engine is produced by electrolyzing water, so the concentration ratio of oxygen and hydrogen is constant. As a result, conventional hydrogen co-firing generators or co-firing engines supply hydrogen from an external source, using hydrogen produced through water electrolysis or supplying hydrogen manufactured through extraction, so that pure oxygen is not used separately during combustion. It burns with air. Therefore, because fossil fuels and hydrogen are burned using air, when organic nitrogen contained in the fuel or excessive nitrogen (N2) gas in the combustion air is burned, environmental pollutants such as nitrogen oxides (NOx) are generated due to the high temperature of engine combustion heat. Even if hydrogen is mixed and used, there is a problem in that it is difficult to expect complete combustion.
본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제를 해결하기 위한 것으로, 공기 대신 물 전기분해로 생성한 산소를 직접 사용함으로써, 완전 연소가 가능한 산소 농도 조절형 수소와 산소 혼합가스 제조 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.The purpose of the present invention is to solve the above-described conventional problems, and to provide an apparatus and method for producing an oxygen concentration-controlled hydrogen and oxygen mixed gas capable of complete combustion by directly using oxygen produced by water electrolysis instead of air. It is there.
상술한 과제를 달성하기 위한, 본 발명의 일실시예에 따른 수소와 산소 혼합가스 제조장치가 제공된다. 수소와 산소 혼합가스 제조장치는 음전극과 양전극 사이에 분리막이 개재되며, 물을 전기분해하여 상기 음전극과 상기 양전극에 각각 수소와 산소를 분리하여 생성하는 수전해부, 음전극과 양전극 사이에서 물을 전기분해하여 수소와 산소의 혼성가스를 생성하는 혼성가스 생성부, 상기 수전해부에서 생성된 산소를 배출하는 산소배출부 및 상기 수전해부에서 생성된 수소와 상기 혼성가스 생성부에서 생성된 혼성가스가 혼합된 혼합가스를 배출하는 혼합가스 배출부를 포함한다.In order to achieve the above-described problem, an apparatus for producing a hydrogen and oxygen mixed gas according to an embodiment of the present invention is provided. The hydrogen and oxygen mixed gas production device has a separator between the negative electrode and the positive electrode, and electrolyzes water to separate hydrogen and oxygen into the negative electrode and the positive electrode to produce water electrolysis, and electrolyzes water between the negative electrode and the positive electrode. A hybrid gas generator that generates a mixed gas of hydrogen and oxygen, an oxygen discharge portion that discharges oxygen generated in the water electrolysis section, and a mixture of the hydrogen generated in the water electrolysis section and the hybrid gas produced in the hybrid gas generator. It includes a mixed gas discharge unit that discharges mixed gas.
상기 혼성가스 생성부는 각각 수소와 산소의 혼성가스를 생성하는 복수의 단위 혼성가스 생성유닛을 포함할 수 있다.The hybrid gas generator may include a plurality of hybrid gas generator units each generating a hybrid gas of hydrogen and oxygen.
상기 혼성가스 생성부는 상기 혼합가스를 사용하는 연소장치 또는 상기 연소장치에서 사용하는 화석연료에 따라 상기 단위 혼성가스 생성유닛의 수가 설정될 수 있다.The number of hybrid gas generating units may be set according to the combustion device using the mixed gas or the fossil fuel used in the combustion device.
상기 산소배출부는 상기 수전해부의 산소를 수집하는 산소수집부와 상기 산소수집부와 연통하여 상기 산소를 배출하는 산소배출관을 포함할 수 있다, The oxygen discharge unit may include an oxygen collection unit that collects oxygen from the water electrolysis unit and an oxygen discharge pipe that communicates with the oxygen collection unit and discharges the oxygen.
상기 혼합가스 배출부는 상기 수전해부의 수소를 수집하는 수소수집부 및 상기 수소수집부와 연통하며 상기 혼성가스 생성부의 혼합가스를 수집하는 혼합가스수집부를 포함할 수 있다.The mixed gas discharge unit may include a hydrogen collection unit that collects hydrogen from the water electrolysis unit and a mixed gas collection unit that communicates with the hydrogen collection unit and collects the mixed gas of the mixed gas generating unit.
상기 수소와 산소 혼합가스 제조장치는 상기 수전해부와 상기 혼성가스 생성부 사이에 마련되며, 상기 산소수집부와 상기 산소배출관을 연결하는 제1연통공과 상기 수소수집부와 상기 혼합가스수집부를 연결하는 제2연통공을 가진 분리가스켓을 더 포함할 수 있다.The hydrogen and oxygen mixed gas production device is provided between the water electrolysis unit and the mixed gas generating unit, and includes a first communication hole connecting the oxygen collection unit and the oxygen discharge pipe and a first communication hole connecting the hydrogen collection unit and the mixed gas collection unit. It may further include a separation gasket having a second communication hole.
상기 제1연통공은 관 형태의 분리가스켓을 통해 산소배출구로 이어질 수도 있고, 혼성가 스생성부의 전극과 가스켓에 있는 연통구를 통해 산소배출구로 이어질 수 있다.The first communication hole may be connected to an oxygen outlet through a tube-shaped separation gasket, or may be connected to an oxygen outlet through a communication hole in the electrode and gasket of the mixed gas generation unit.
본 발명의 일실시예에 따른 수소와 산소 혼합가스 제조방법이 제공된다. 수소와 산소 혼합가스 제조방법은 물을 전기분해하여 음전극과 양전극에 각각 수소와 산소를 분리하여 생성하는 단계, 음전극과 양전극 사이에서 물을 전기분해하여 수소와 산소의 혼성가스를 생성하는 단계, 상기 수전해부에서 생성된 산소를 배출하는 단계 및 상기 수전해부에서 생성된 수소와 상기 혼성가스 생성부에서 생성된 혼성가스가 혼합된 혼합가스를 배출하는 단계를 포함한다.A method for producing a hydrogen and oxygen mixed gas according to an embodiment of the present invention is provided. The method of producing a mixed gas of hydrogen and oxygen includes the steps of electrolyzing water to separate hydrogen and oxygen at the negative and positive electrodes, respectively, and generating a mixed gas of hydrogen and oxygen by electrolyzing water between the negative electrode and the positive electrode. It includes discharging oxygen generated in the water electrolysis unit and discharging a mixed gas in which hydrogen generated in the water electrolysis unit and the hybrid gas generated in the mixed gas generating unit are mixed.
본 발명의 일시예에 따른 수소와 산소 혼합가스 제조 장치는 생성되는 수소와 산소 혼합가스에서 산소 농도 비율을 조절하는 것이 가능하다. 그 결과, 수소와 산소 혼합가스를 사용하는 연소장치 및 연소장치가 사용하는 화석연료의 종류에 적합한 산소 농도 비율을 가진 수소와 산소 혼합가스를 제공함으로써 완전 연소가 이루어질 수 있다.The hydrogen and oxygen mixed gas production device according to an embodiment of the present invention is capable of controlling the oxygen concentration ratio in the generated hydrogen and oxygen mixed gas. As a result, complete combustion can be achieved by providing a combustion device using a hydrogen and oxygen mixed gas and a hydrogen and oxygen mixed gas with an oxygen concentration ratio suitable for the type of fossil fuel used by the combustion device.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수소와 산소 혼합가스 제조 장치를 도시한 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수소와 산소 혼합가스 제조 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수소와 산소 혼합가스 제조 장치의 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 단위 수전해유닛을 분해하여 도시한 도면이다.
도 5는 단위 혼성가스 생성유닛을 분해하여 도시한 도면이다.
도 6은 분리가스켓의 구조를 도시한 도면이다.Figure 1 is a schematic diagram showing an apparatus for producing a hydrogen and oxygen mixed gas according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a diagram showing an apparatus for producing a hydrogen and oxygen mixed gas according to an embodiment of the present invention.
Figure 3 is a diagram showing the structure of a hydrogen and oxygen mixed gas production device according to an embodiment of the present invention.
Figure 4 is an exploded view of a unit water electrolysis unit.
Figure 5 is an exploded view showing a unit hybrid gas generation unit.
Figure 6 is a diagram showing the structure of a separation gasket.
이하, 본 발명의 다양한 실시 예들이 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 실시 예의 다양한 변경(modification), 균등물(equivalent), 및/또는 대체물(alternative)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다. 도면에서 동일한 참조번호 또는 부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 구성요소를 지칭하며, 도면에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의를 위해 과장되어 있을 수 있다. 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.Hereinafter, various embodiments of the present invention are described with reference to the attached drawings. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, and should be understood to include various modifications, equivalents, and/or alternatives to the embodiments of the present invention. In connection with the description of the drawings, similar reference numbers may be used for similar components. In the drawings, the same reference numbers or symbols refer to components that perform substantially the same function, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of explanation. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a known technology or configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description will be omitted.
본 문서에서, "가진다," "가질 수 있다," "포함한다," 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 해당 특징(예: 수치, 기능, 동작, 또는 부품 등의 구성요소)의 존재를 가리키며, 추가적인 특징의 존재를 배제하지 않는다.In this document, expressions such as “have,” “may have,” “includes,” or “may include” refer to the existence of the corresponding feature (e.g., a numerical value, function, operation, or component such as a part). , and does not rule out the existence of additional features.
본 문서에서, "A 또는 B," "A 또는/및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는/및 B 중 하나 또는 그 이상"등의 표현은 함께 나열된 항목들의 모든 가능한 조합을 포함할 수 있다. 예를 들면, "A 또는 B," "A 및 B 중 적어도 하나," 또는 "A 또는 B 중 적어도 하나"는, (1) 적어도 하나의 A를 포함, (2) 적어도 하나의 B를 포함, 또는 (3) 적어도 하나의 A 및 적어도 하나의 B 모두를 포함하는 경우를 모두 지칭할 수 있다.In this document, expressions such as “A or B,” “at least one of A or/and B,” or “one or more of A or/and B” may include all possible combinations of the items listed together. . For example, “A or B,” “at least one of A and B,” or “at least one of A or B” includes (1) at least one A, (2) at least one B, or (3) it may refer to all cases including both at least one A and at least one B.
본 발명의 실시 예에서, 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용되며, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. In embodiments of the present invention, terms containing ordinal numbers, such as first, second, etc., are used only for the purpose of distinguishing one element from another element, and singular expressions are plural unless the context clearly indicates otherwise. Includes expressions of
또한, 본 발명의 실시 예에서 '상부', '하부', '좌측', '우측', '내측', '외측', '내면', '외면', '전방', '후방' 등의 용어는 도면을 기준으로 정의한 것이며, 이에 의해 각 구성요소의 형상이나 위치가 제한되는 것은 아니다. In addition, in the embodiments of the present invention, terms such as 'upper', 'lower', 'left', 'right', 'inner', 'outer', 'inner', 'outer', 'anterior', 'posterior', etc. is defined based on the drawing, and the shape or location of each component is not limited by this.
본 문서에서 사용된 표현 "~하도록 구성된(또는 설정된)(configured to)"은 상황에 따라, 예를 들면, "~에 적합한(suitable for)," "~하는 능력을 가지는(having the capacity to)," "~하도록 설계된(designed to)," "~하도록 변경된(adapted to)," "~하도록 만들어진(made to)," 또는 "~를 할 수 있는(capable of)"과 바꾸어 사용될 수 있다. 용어 "~하도록 구성된(또는 설정된)"은 하드웨어적으로 "특별히 설계된(specifically designed to)" 것만을 반드시 의미하지 않을 수 있다. 대신, 어떤 상황에서는, "~하도록 구성된 장치"라는 표현은, 그 장치가 다른 장치 또는 부품들과 함께 "~할 수 있는" 것을 의미할 수 있다. As used in this document, the expression “configured to” depends on the situation, for example, “suitable for,” “having the capacity to.” ," can be used interchangeably with "designed to," "adapted to," "made to," or "capable of." The term “configured (or set to)” may not necessarily mean “specifically designed to” in hardware. Instead, in some contexts, the expression “a device configured to” may mean that the device is “capable of” working with other devices or components.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 수소와 산소 혼합가스 제조 장치(1)를 도시한 모식도고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 수소와 산소 혼합가스 제조 장치(1)를 도시한 도면이다.Figure 1 is a schematic diagram showing a hydrogen and oxygen mixed gas production device (1) according to an embodiment of the present invention, and Figure 2 shows a hydrogen and oxygen mixed gas production device (1) according to an embodiment of the present invention. It is a drawing.
도 1 및 도 2를 참조하면, 수소와 산소 혼합가스 제조 장치(1)는 수전해부(10), 수소/산소 혼성가스생성부(20), 수전해부(10)와 수소/산소 혼성가스생성부(20) 사이에 개재된 분리가스켓(30), 산소수집탱크(70) 및 혼합가스 수집탱크(80)을 포함할 수 있다. Referring to Figures 1 and 2, the hydrogen and oxygen mixed
수전해부(10), 수소/산소 혼성가스생성부(20) 및 분리가스켓(30)은 좌측의 제1지지플레이트(40)와 우측의 제2지지플레이트(50)를 이용하여 다수의 볼트와 너트로 견고하게 결합될 수 있다.The
수전해부(10)는 분리막(도 3의 12)을 사이에 둔 음전극(도 3의 11)과 양전극(도 3의 13)에 의해 급수부(60)를 통해 유입된 물을 전기분해하여 수소(H2)와 산소(O2)를 분리하여 생성할 수 있다. 생성된 산소(O2)는 물에 포함된 상태로 산소수집탱크(70)로 보내질 수 있다. 또한, 생성된 수소(H2)는 물에 포함된 상태로 혼성가스 생성부(20) 측으로 보내질 수 있다.The
수소/산소 혼성가스생성부(20)는 음전극(도 3의 23)과 양전극(도 3의 22)에 의해 급수부(60)를 통해 유입된 물을 전기분해하여 수소(H2)와 산소(O2)가 혼합된 혼성가스(H2+O2)를 생성할 수 있다. 수소/산소 혼성가스생성부(20)에서 생성된 혼성가스(H2+O2)는 수전해부(10)에서 분리 생성된 수소(H2)와 더해진 혼합가스로서 물에 포함된 상태로 혼합가스 수집탱크(80)로 보내질 수 있다.The hydrogen/oxygen mixed
분리가스켓(30)은 과 수소(H2)를 포함하는 물을 분리하여, 산소(O2)를 포함하는 물은 산소수집탱크(70)로 보내고, 수소(H2)를 포함하는 물은 혼성가스생성부(20) 측으로 보낼 수 있다.The
산소수집탱크(70)는 수전해부(10)에서 보낸 산소(O2)를 포함하는 물을 저장할 수 있다. 산소수집탱크(70)는 산소(O2)를 추출하여 소모처, 예를 들면 연소장치(100)로 보내지거나 버려질 수 있다. 산소수집탱크(70) 내의 물은 수전해부(10)의 산소수집부(16)로 반송되어 전체적으로 순환될 수 있다.The
혼합가스 수집탱크(80)는 혼성가스생성부(20)에서 보낸 혼합가스(H2+H2+O2)를 포함하는 물을 저장할 수 있다. 혼합가스 수집탱크(80)는 혼합가스(H2+H2+O2)를 추출하여 예를 들면 연소장치(100)로 보내질 수 있다. 혼합가스 수집탱크(80) 내의 물은 수전해부(10)의 수소수집부(17)로 반송되어 전체적으로 순환될 수 있다. The mixed
전기분해에 사용되는 물은 지하수나 염화나트륨 수용액 등의 전해액이 사용될 수 있다.The water used for electrolysis can be groundwater or an electrolyte solution such as aqueous sodium chloride solution.
이상과 같이, 혼합가스(H2+H2+O2)와 화석연료를 함께 사용하는 연소장치(100)는 물(H2O)을 배출하기 때문에, 질소산화물(NOx), 황산화물(SOx), 미세먼지 등이 발생하지 않는 친환경 에너지 발생장치이다.As described above, the
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 수소와 산소 혼합가스 제조 장치(1)의 구조를 도시한 도면이고, 도 4는 단위 수전해유닛(10-1)을 분해하여 도시한 도면이고, 도 5는 단위 혼성가스 생성유닛(20-1)을 분해하여 도시한 도면이고, 도 6은 분리가스켓(30)의 구조를 도시한 도면이다.Figure 3 is a diagram showing the structure of a hydrogen and oxygen mixed gas production device (1) according to an embodiment of the present invention, and Figure 4 is an exploded view of the unit water electrolysis unit (10-1). 5 is an exploded view showing the unit hybrid gas generation unit 20-1, and FIG. 6 is a view showing the structure of the
도 3을 참조하면, 수소와 산소 혼합가스 제조 장치(1)는 수전해부(10), 혼성가스 생성부(20), 분리가스켓(30), 산소수집부(16)와 산소배출관(24)으로 구성된 산소배출부(16,24), 수소수집부(17)와 혼합가스수집부(25)로 구성된 혼합가스배출부(17,25), 및 급수부(60)를 포함할 수 있다. 전원은 수전해부(10)의 좌측 전극(11)과 혼성가스 생성부(20)의 우측 전극(21)에 각각 음전압과 양전압이 인가된다.Referring to FIG. 3, the hydrogen and oxygen mixed gas production device (1) consists of a water electrolysis unit (10), a mixed gas generation unit (20), a separation gasket (30), an oxygen collection unit (16), and an oxygen discharge pipe (24). It may include an oxygen discharge unit (16, 24), a mixed gas discharge unit (17, 25) consisting of a hydrogen collection unit (17) and a mixed gas collection unit (25), and a water supply unit (60). The power supply applies negative and positive voltages to the
수전해부(10)는 일방향으로 적층 결합된 제1 내지 제3단위수전해유닛(10-1,10-2,10-3)을 포함할 수 있다. 단위수전해유닛의 수는 필요에 따라 가감될 수 있다.The
도 3 및 4를 참조하면, 제1단위수전해유닛(10-1)은 제1전극(11), 분리막(12), 제2전극(13), 제1가스켓(14) 및 제2가스켓(15)을 포함한다. 도 3에 도시한 산소수집부(16)와 수소수집부(17)는 도 4에서와 같이 수평으로 이격되어 배치되는 것으로 설명의 편의상 상하로 배열한 것이다.Referring to Figures 3 and 4, the first unit water electrolysis unit 10-1 includes a
제1전극(11)은 도 4에 나타낸 바와 같이, 제1산소통과공(161), 제2수소통과공(171) 및 제1급수공(601)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 4, the
분리막(120은 제2산소통과공(162), 제2수소통과공(172) 및 제2급수공(602)을 포함할 수 있다.The separation membrane 120 may include a second
분리막(12)은 제1전극(11)과 제2전극(13) 사이에 배치되며, 전해질 유무에 따라 음이온이나 양이온을 선택적으로 투과시킬 수 있다. 결과적으로, 전기분해 시에, 분리막을 기준으로 음전극 측에는 수소가 생성되고, 양전극 측에는 산소가 분리되어 생성될 수 있다.The
제2전극(13)은 제3산소통과공(163), 제3수소통과공(173) 및 제3급수공(603)을 포함할 수 있다.The
제1가스켓(14)은 제1전극(11)과 분리막(12) 사이에 개재된다. 제1가스켓(14)은 중앙에 마련된 제1가스생성공간(140), 제4산소통과공(164), 수소수집공(174) 및 제4급수공(604)을 포함하고 있다. The
제1가스생성공간(140)에서는 제1전극(11)에 가해지는 전원의 극성이 음전압이므로 수소가 생성될 수 있다. In the first
제4산소통과공(164)은 제1산소통과공(161)을 통해 전달되는 산소를 포함하는 물이 통과할 수 있다.Water containing oxygen delivered through the first oxygen tank and
수소수집공(174)은 제1가스생성공간(140)에 연통하여 제1가스생성공간(140)에서 생성된 수소를 포함하는 물을 수집한다.The
제4급수공(604)은 제1가스생성공간(140)에서 사용하는 물 또는 전해액을 보충하여 공급한다.The fourth
제2가스켓(15)은 분리막(12)과 제2전극(13) 사이에 개재된다. 제2가스켓(15)은 중앙에 마련된 제2가스생성공간(150), 산소수집공(165), 제4수소통과공(175) 및 제5급수공(605)을 포함하고 있다. The
제2가스생성공간(150)에서는 제2전극(13)에 가해지는 전원의 극성이 양전압이므로 산소가 생성될 수 있다. In the second
산소수집공(165)은 제2가스생성공간(150)에 연통하여 제2가스생성공간(150)에서 생성된 산소를 포함하는 물을 수집한다.The
제4수소통과공(175)은 분리막(12)의 제2수소통과공(172)을 통해 전달되는 수소를 포함하는 물이 통과할 수 있다.The fourth
제5급수공(605)은 제2가스생성공간(150)에서 사용하는 물 또는 전해액을 보충하여 공급한다.The fifth
제2 및 제3단위수전해유닛(10-2,10-3)은 상술한 제1단위수전해유닛(10-1)과 유사한 구조를 가지므로 설명을 생략한다.Since the second and third unit water electrolysis units (10-2, 10-3) have a similar structure to the above-described first unit water electrolysis unit (10-1), their description is omitted.
도 3을 참조하면, 혼성가스 생성부(20)는 일방향으로 적측 결합된 제1 내지 제6단위혼성가스 생성유닛(20-1~20-6)을 포함할 수 있다. 혼성가스 생성부(20)는 물을 전기분해하여 수소(H2)와 산소(O2)가 혼합된 혼성가스(H2+O2)를 생성한다.Referring to FIG. 3, the hybrid
도 3 및 5를 참조하면, 제1단위혼성가스 생성유닛(20-1)은 제3전극(21), 제4전극(23), 및 제3가스켓(22)을 포함한다. 도 3에 도시한 산소배출관(24)과 혼합가스수집부(25)는 도 5에서와 같이 수평으로 이격되어 배치되는 것으로 설명의 편의상 상하로 배열한 것이다.Referring to Figures 3 and 5, the first unit hybrid gas generation unit 20-1 includes a
제3전극(21)은 도 5에 나타낸 바와 같이, 산소배출공(241), 혼합가스배출공(251) 및 제6급수공(606)을 포함할 수 있다.As shown in FIG. 5, the
제4전극(23)은 제5산소통과공(242), 혼합가스통과공(252) 및 제7급수공(607)을 포함할 수 있다.The
제3가스켓(22)은 제3전극(11)과 제4전극(23) 사이에 개재된다. 제3가스켓(22)은 중앙에 마련된 제3가스생성공간(220), 제6산소통과공(243), 혼성가스수집공(253) 및 제8급수공(608)을 포함하고 있다. The
제2 내지 제6단위혼성가스 생성유닛(20-2~20-6)은 상술한 제1단위혼성가스 생성유닛(20-1)과 유사한 구조를 가지므로 설명을 생략한다.Since the second to sixth hybrid gas generation units 20-2 to 20-6 have a similar structure to the above-described first unit hybrid gas generation unit 20-1, description thereof will be omitted.
도 3 및 4를 참조하면, 분리가스켓(30)은 수전해부(10)와 혼성가스생성부(20) 사이에 개재된다.Referring to Figures 3 and 4, the
분리가스켓(30)은 산소수집부(16)와 산소배출관(24)을 연결하는 제1연통공(31), 수소수집부(17)와 혼합가스수집부(25)를 연결하는 제2연통공(32) 및 수전해부(10)와 혼성가스생성부(20)의 급수부(60)를 연결하는 급수연결공(33)을 포함한다. 산소배출관(24)은 분리가스켓(30)의 제1연통공(31)에 일체로 결합될 수 있다.The
산소배출부(16,24)는 수전해부(10)에 마련된 산소수집부(16)와 혼성가스생성부(20)에 마련된 산소배출관(24)을 포함할 수 있다.The
산소수집부(16)는 제1 내지 제3단위수전해유닛(10-1~10-3)에서 생성된 산소가 포함된 물을 수집하여 분리가스켓(30)의 제1연통공(31)을 통해 산소배출관(24)으로 보낸다. 산소배출관(24)은 수전해부(10)에서 생성된 산소를 포함하는 물을 산소수집탱크(도 1의 70)로 배출한다. The
산소배출관(24)은 하나의 파이프 형상일 수도 있고, 혼성가스생성부(20)에 형성된 관통공의 형상일 수도 있다. 만일, 혼성가스생성부(20)에 형성된 관통공의 형상인 경우, 혼성가스생성부(20)의 각 부품, 예를 들면 제3,4전극(21,23) 및 제3가스켓(22)에 형성된 각 산소통과공(242,243)은 누출 방지를 위해 밀폐될 필요가 있다.The
혼합가스배출부(17,25)는 수전해부(10)의 수소수집부(17) 및 혼성가스생성부(20)의 혼합가스수집부(25)를 포함할 수 있다.The mixed
수소수집부(17)는 제1 내지 제3단위수전해유닛(10-1~10-3)에서 생성된 수소를 포함하는 물을 수집하여 분리가스켓(30)의 제2연통공(32)을 통해 혼합가스수집부(25)로 보낸다. The
혼합가스수집부(25)는 수전해부(10)에서 생성된 수소(H2)와 혼성가스생성부(20)에서 생성된 혼성가스(H2+O2)가 혼합된 혼합가스(H2+H2+O2)를 포함하는 물이 수집될 수 있다. 혼합가스수집부(25)는 혼합가스(H2+H2+O2)를 포함하는 물을 혼합가스 수집탱크(도 1의 80)로 보낸다. The mixed gas collection unit 25 is a mixed gas (H 2 + Water containing H 2 +O 2 ) can be collected. The mixed
혼합가스(H2+H2+O2) 내의 산소(O2) 농도, 즉 수소(H2)와 산소(O2)의 농도비율은 단위혼성가스 생성유닛의 수에 따라 설정될 수 있다. 설정된 혼합가스(H2+H2+O2) 내의 산소(O2) 농도는 수소 혼소엔진, 수소혼소발전, 또는 수소혼소기 등의 연소장치(100)의 사양 또는 혼합가스(H2+H2+O2)와 함께 연소되는 화석연료에 따라 실험적으로 결정될 수 있다.The concentration of oxygen (O 2 ) in the mixed gas (H 2 + H 2 + O 2 ), that is, the concentration ratio of hydrogen (H 2 ) and oxygen (O 2 ), can be set according to the number of unit mixed gas generating units. The oxygen (O 2 ) concentration in the set mixed gas (H 2 + H 2 + O 2 ) is determined by the specifications of the
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.In the above, preferred embodiments of the present invention have been shown and described, but the present invention is not limited to the specific embodiments described above, and may be used in the technical field to which the invention pertains without departing from the gist of the present invention as claimed in the claims. Of course, various modifications can be made by those skilled in the art, and these modifications should not be understood individually from the technical idea or perspective of the present invention.
1: 수소와 산소 혼합가스 제조장치
10: 수전해부
11: 제1전극
12: 분리막
13: 제2전극
14: 제1가스켓
15: 제2가스켓
16: 산소수집부
17: 수소수집부
20: 혼성가스 생성부
21: 제1전극
22: 제3가스켓
23: 제4전극
24: 산소배출관
25: 혼합가스수집부
30: 분리가스켓
40: 제1지지플레이트
50: 제2지지플레이트
60: 급수부1: Hydrogen and oxygen mixed gas production device
10: Anatomy of a faucet
11: first electrode
12: Separator
13: second electrode
14: first gasket
15: Second gasket
16: Oxygen collection unit
17: Hydrogen collection unit
20: Mixed gas generation unit
21: first electrode
22: Third gasket
23: Fourth electrode
24: Oxygen discharge pipe
25: Mixed gas collection unit
30: Separation gasket
40: First support plate
50: Second support plate
60: water supply unit
Claims (5)
음전극과 양전극 사이에서 물을 전기분해하여 수소와 산소의 혼성가스를 생성하는 혼성가스 생성부;
상기 수전해부에서 생성된 산소를 배출하는 산소배출부; 및
상기 수전해부에서 생성된 수소와 상기 혼성가스 생성부에서 생성된 혼성가스가 혼합된 혼합가스를 배출하는 혼합가스 배출부를 포함하는 수소와 산소 혼합가스 제조장치.A water electrolysis unit in which a separator is interposed between the negative electrode and the positive electrode, and which electrolyzes water to separate hydrogen and oxygen into the negative electrode and the positive electrode, respectively;
A hybrid gas generator that generates a hybrid gas of hydrogen and oxygen by electrolyzing water between the negative electrode and the positive electrode;
An oxygen discharge unit that discharges oxygen generated in the water electrolysis unit; and
A hydrogen and oxygen mixed gas production device comprising a mixed gas discharge unit that discharges a mixed gas of the hydrogen generated in the water electrolysis unit and the mixed gas generated in the mixed gas generating unit.
상기 혼성가스 생성부는 각각 상기 수소와 산소의 혼성가스를 생성하는 복수의 단위 혼성가스 생성유닛을 포함하는 수소와 산소 혼합가스 제조장치.According to paragraph 1,
A hydrogen and oxygen mixed gas production device wherein the mixed gas generating unit includes a plurality of unit mixed gas generating units each generating the mixed gas of hydrogen and oxygen.
상기 혼성가스 생성부는 상기 혼합가스를 사용하는 연소장치 또는 상기 연소장치에서 사용하는 화석연료에 따라 상기 단위 혼성가스 생성유닛의 수가 설정되는 수소와 산소 혼합가스 제조장치.According to paragraph 2,
The mixed gas generator is a hydrogen and oxygen mixed gas production device in which the number of unit mixed gas generating units is set according to a combustion device using the mixed gas or a fossil fuel used in the combustion device.
상기 산소배출부는 상기 수전해부의 산소를 수집하는 산소수집부와 상기 산소수집부와 연통하여 상기 산소를 배출하는 산소배출관을 포함하며,
상기 혼합가스 배출부는 상기 수전해부의 수소를 수집하는 수소수집부 및 상기 수소수집부와 연통하며 상기 수소수집부의 수소와 상기 혼성가스 생성부의 혼성가스를 수집하는 혼합가스수집부를 포함하며,
상기 수전해부와 상기 혼성가스 생성부 사이에 마련되며, 상기 산소수집부와 상기 산소배출관을 연결하는 제1연통공과 상기 수소수집부와 상기 혼합가스수집부를 연결하는 제2연통공을 가진 분리가스켓을 더 포함하는 수소와 산소 혼합가스 제조장치.According to paragraph 1,
The oxygen discharge unit includes an oxygen collection unit that collects oxygen from the water electrolysis unit and an oxygen discharge pipe that communicates with the oxygen collection unit and discharges the oxygen,
The mixed gas discharge unit includes a hydrogen collection unit that collects hydrogen from the water electrolysis unit and a mixed gas collection unit that communicates with the hydrogen collection unit and collects the hydrogen of the hydrogen collection unit and the mixed gas of the mixed gas generator,
A separation gasket is provided between the water electrolysis unit and the mixed gas generating unit and has a first communication hole connecting the oxygen collection unit and the oxygen discharge pipe and a second communication hole connecting the hydrogen collection unit and the mixed gas collection unit. A device for producing a hydrogen and oxygen mixed gas further comprising:
음전극과 양전극 사이에서 물을 전기분해하여 수소와 산소의 혼성가스를 생성하는 단계;
상기 수전해부에서 생성된 산소를 배출하는 단계; 및
상기 수전해부에서 생성된 수소와 상기 혼성가스 생성부에서 생성된 혼성가스가 혼합된 혼합가스를 배출하는 단계를 포함하는 수소와 산소의 혼합가스 제조 방법.Electrolyzing water to separate and produce hydrogen and oxygen at the negative and positive electrodes, respectively;
Electrolyzing water between a negative electrode and a positive electrode to generate a mixed gas of hydrogen and oxygen;
Discharging oxygen generated in the water electrolysis; and
A method of producing a mixed gas of hydrogen and oxygen, comprising the step of discharging a mixed gas in which the hydrogen generated in the water electrolysis unit and the hybrid gas generated in the mixed gas generating unit are mixed.
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