WO2022182028A1 - 수소 및 산소 생성 장치 - Google Patents

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WO2022182028A1
WO2022182028A1 PCT/KR2022/002091 KR2022002091W WO2022182028A1 WO 2022182028 A1 WO2022182028 A1 WO 2022182028A1 KR 2022002091 W KR2022002091 W KR 2022002091W WO 2022182028 A1 WO2022182028 A1 WO 2022182028A1
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hydrogen
plate
oxygen
housing
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PCT/KR2022/002091
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김희용
허기창
이유정
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주식회사 헤즈홀딩스
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    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/08—Supplying or removing reactants or electrolytes; Regeneration of electrolytes
    • C25B15/083—Separating products
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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    • C25B1/01—Products
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the present invention relates to a device for generating hydrogen and oxygen, and more particularly, in a device for generating hydrogen and oxygen by electrolyzing water to generate hydrogen and oxygen, hydrogen and It relates to an oxygen generating device.
  • the device for generating hydrogen and oxygen is a device that generates hydrogen and oxygen by applying electric energy to water to generate oxygen gas on the anode side and hydrogen gas on the cathode side as water molecules are electrolyzed.
  • These hydrogen and oxygen generating devices are developed and used devices by various methods, and in general, an inlet and an outlet through which water is introduced and discharged are provided in a pair of cases, and a positive and negative plate is disposed in the case, and a positive plate is provided. and a diaphragm (ion film) disposed between the negative electrode plates. And, water molecules are decomposed by electric energy as water passes through the spaces formed on both sides of the case based on the positive and negative plates to generate hydrogen and oxygen.
  • a case formed of a titanium material was used to closely contact the negative plate and the positive plate and prevent a pair of cases from being spaced apart from each other by internal pressure.
  • a titanium case has a problem in that it is difficult to process, so that the process tact-time increases as well as the production cost increases.
  • the present invention comprises a case constituting a hydrogen and oxygen generating device made of a synthetic resin material that is easy to process and has a low production cost, and includes a reinforcing structure for reinforcing it. , it is possible to reduce the processing time of the case to improve the production efficiency, as well as to provide an economical hydrogen and oxygen generating device.
  • an electrolysis module including an anode plate generating oxygen and a cathode plate disposed to face the anode plate and generating hydrogen; a first frame provided outside the positive electrode plate to press the positive electrode plate so that the positive electrode plate and the negative electrode plate are in close contact; a second frame provided outside the anode plate and fixed to the first frame by pressing the cathode plate so that the anode plate and the cathode plate are in close contact; a first housing provided outside the first frame and having an inlet for introducing water into the anode plate and an oxygen outlet for discharging oxygen generated by the anode plate; and a second housing provided outside the second frame and having an inlet for introducing water into the cathode plate and a hydrogen outlet for discharging hydrogen generated by the anode plate. It provides a device for generating hydrogen and oxygen.
  • the first frame or the second frame may include a frame body having a hollow inner space; a cover plate covering a portion of the inner space of the frame body and in contact with the anode plate or the cathode plate; and a first reinforcing part extending inwardly from an end of the frame body to a central part of the frame body to reinforce the strength of the frame body.
  • the frame body may be formed in a rectangular shape, and the first reinforcing part may extend inwardly from a corner portion of the frame body.
  • it is formed in a shape corresponding to the frame body and is provided to be connected to the first reinforcement part on the inside from the frame body and may include a second reinforcement part for reinforcing the strength of the frame body.
  • first housing or the second housing may include a housing body; an inlet formed on both sides of the main housing body through which external water is introduced; a discharge unit formed on the upper portion of the housing body to discharge the generated oxygen or hydrogen; may include
  • the central portion of the housing body may be formed with a support protrusion protruding inward to press the first reinforcement portion.
  • first frame, the second frame, the lower portion of the first housing and the second housing are supported, and an insertion hole for inserting the positive terminal of the positive electrode plate and the negative terminal of the negative electrode plate is formed. It may further include a plate;
  • the case constituting the hydrogen and oxygen generating device is made of a synthetic resin material that is easy to process and has a low production cost, By including a reinforcing structure for reinforcing this, there is an effect that can improve production efficiency and economic feasibility by shortening the processing time of the case.
  • FIG. 1 is a perspective view for explaining an apparatus for generating hydrogen and oxygen according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side view of the apparatus for generating hydrogen and oxygen according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is an exploded perspective view of an apparatus for generating hydrogen and oxygen according to an embodiment of the present invention.
  • 4 to 7 are reference views for explaining an apparatus for generating hydrogen and oxygen according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view for explaining a hydrogen and oxygen generating device 10 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a side view of the hydrogen and oxygen generating device 10 according to an embodiment
  • FIG. 3 is this view
  • FIGS. 4 to 7 are reference views for explaining the hydrogen and oxygen generating device 10 according to an embodiment of the present invention, 1 to 6
  • the hydrogen and oxygen generating device 10 according to the present embodiment is immersed in a water tank (not shown) containing water to electrolyze water to generate hydrogen and oxygen.
  • the hydrogen and oxygen generating device 10 includes an electrolysis module 110 , a first frame 120 , a second frame 130 , and a first housing 140 . and a second housing 150 .
  • the electrolysis module 110 may include an anode plate 111 and a cathode plate 115 .
  • the positive electrode plate 111 is formed in a plate-shaped rectangular shape, and a positive electrode terminal 113 for electrical connection to a (+) electrode may be protruded from one end thereof.
  • the negative electrode plate 115 is disposed to face the positive electrode plate 111 , is formed in a plate-like rectangular shape, and a negative terminal 117 for electrical connection to the negative electrode may be protruded from one end of the negative electrode plate 115 .
  • the anode plate 111 and the cathode plate 115 may be formed of a material such as silver, titanium, aluminum, or graphite, and may be formed in a mesh shape having a fine lattice. At this time, the mesh may be plated with platinum for electrical conductivity and corrosion prevention of the plate.
  • the positive electrode plate 111 connected to the (+) electrode generates oxygen
  • the negative electrode plate 115 connected to the (-) electrode generates hydrogen
  • a porous diaphragm (not shown) for the permeation of cations or anions may be provided.
  • the first frame 120 and the second frame 130 are disposed to face each other with the anode plate 111 and the cathode plate 115 interposed therebetween and are coupled.
  • the first frame 120 is provided on the outside of the positive electrode plate 111 so that the positive electrode plate 111 and the negative electrode plate 115 are in close contact to press the positive electrode plate 111
  • the second frame 130 is The positive electrode plate 111 and the negative electrode plate 115 are provided on the outside of the negative electrode plate 115 so as to be in close contact with the negative electrode plate 115 is pressed.
  • the first frame 120 and the second frame 130 are formed in a hollow rectangular shape, and may be formed of an insulating synthetic resin material.
  • the first frame 120 and the second frame 130 formed of a synthetic resin material have economic advantages because they are easy to process and have a low production cost compared to the conventional titanium material.
  • the first frame 120 and the second frame 130 may include frame bodies 121 and 131 , cover plates 123 and 133 , and first reinforcement parts 125 and 135 .
  • the frame bodies 121 and 131 are formed in a rectangular shape, and a hollow inner space may be formed therein.
  • the positive electrode plate 111 and the negative electrode plate 115 are exposed through the hollow inner space, and the water introduced through the inlets 143 and 153 to be described later reacts with the positive electrode plate 111 and the negative electrode plate 115 .
  • the cover plates 123 and 133 cover a portion of the inner space of the frame bodies 121 and 131 , and contact the positive electrode plate 111 or the negative electrode plate 115 .
  • the cover plates 123 and 133 are bent to a predetermined width from the ends of the frame bodies 121 and 131 in the interior space direction, and are in contact with the outside of the positive electrode plate 111 or the negative electrode plate 115 .
  • the cover plates 123 and 133 press the outside of the positive electrode plate 111 or the negative electrode plate 115 to bring the positive electrode plate 111 and the negative electrode plate 115 into close contact, and the positive electrode plate 111 and the negative electrode plate 115 .
  • the positive electrode plate 111 and the negative electrode plate 115 are fixed by making surface contact with the .
  • seating grooves (not shown) for seating the positive terminal 113 and the negative terminal 117 may be formed in the cover plates 123 and 133 .
  • the first reinforcing parts 125 and 135 are formed to extend inwardly from the ends of the frame bodies 121 and 131 to the center of the frame bodies 121 and 131 to reinforce the strength of the frame bodies 121 and 131 .
  • the first reinforcing parts 125 and 135 are formed to extend inwardly by a predetermined length from the corners of the frame bodies 121 and 131 , and are formed along the extended length of the positive electrode plate 111 or the negative electrode plate 115 .
  • the positive electrode plate 111 and the negative electrode plate 115 are brought into close contact by pressing in contact with the outer periphery.
  • the outer periphery of the positive electrode plate 111 and the negative electrode plate 115 are brought into close contact by the surface contact of the cover plates 123 and 133 , and the first frame is formed by the first reinforcement parts 125 and 135 .
  • the positive electrode plate 111 or the negative electrode plate 115 is pressed along the longitudinal direction of the first reinforcement parts 125 and 135 to obtain the positive electrode plate 111. and the negative electrode plate 115 may be more closely attached.
  • the positive electrode plate 111 and the negative electrode plate 115 do not come into close contact with each other and are spaced apart from each other, the hydrogen and oxygen generation rates are significantly reduced. It is possible to improve the rate of hydrogen and oxygen generation by adhering and fixing.
  • the first reinforcing parts 125 and 135 may have a constant thickness and may be formed to extend from the corners of the rectangular frame bodies 121 and 131 toward the center of the inner space, and also , may be formed extending from the center of any one side of the rectangle toward the center of the inner space. Accordingly, the cross-sections of the first reinforcing parts 125 and 135 may be formed in the form of 'g' or '+', and may be formed in a form in which '+' and 'g' are combined.
  • the hydrogen and oxygen generating device 10 may include the second reinforcing parts 127 and 137 .
  • the second reinforcing parts 127 and 137 may be formed in a shape corresponding to the frame body 121 and 131 , and are provided to be connected to the first reinforcing parts 125 and 135 on the inside from the frame body 121 and 131 . It is possible to reinforce the strength of the frame body (121, 131).
  • the second reinforcing parts 127 and 137 may be formed in a rectangular shape having a constant thickness to correspond to the rectangular frame bodies 121 and 131, and are spaced apart from the frame bodies 121 and 131 inwardly in the inner space. It may be provided to be connected to the first reinforcing parts 125 and 135 .
  • the second reinforcing parts 127 and 137 not only reinforce the strength of the first frame 120 or the second frame 130 but also the anode plate 111 or By pressing the negative electrode plate 115 to further attach the positive electrode plate 111 and the negative electrode plate 115 to the fixing, the hydrogen and oxygen generation rates can be improved.
  • the device 10 for generating hydrogen and oxygen may include a first housing 140 and a second housing 150 .
  • the first housing 140 is provided on the outside of the first frame 120 , an inlet 143 for introducing water into the anode plate 111 , and an inlet 143 for discharging oxygen generated by the anode plate 111 .
  • An oxygen discharge unit 145 in which the oxygen discharge unit 145 is formed may be included.
  • the second housing 150 is provided on the outside of the second frame 130 , an inlet 153 for introducing water into the negative electrode plate 115 , and an inlet 153 for discharging hydrogen generated by the negative electrode plate 115 .
  • a hydrogen discharge unit 155 may be included.
  • the first housing 140 or the second housing 150 is provided outside the first frame 120 or the second frame 130, respectively, and fixes the first frame 120 and the second frame 130. .
  • the first housing 140 , the second housing 150 , the first frame 120 , and the second frame 130 may be fixed by various fixing means such as bolts.
  • the first housing 140 or the second housing 150 may include housing bodies 141 and 151 , inlet portions 143 and 153 , and an outlet portion.
  • the housing bodies 141 and 151 are formed in a rectangular plate shape to correspond to the frame bodies 121 and 131 , and are coupled to the frame bodies 121 and 131 .
  • the inlet portions 143 and 153 are formed on both sides of the housing body 141 and 151 , respectively, so that water in the water tank (not shown) flows into the inside.
  • the inlet portions 143 and 153 may be formed by a plurality of protrusions (not shown) protruding from the housing body 141 and 151 .
  • Water introduced through the inlets 143 and 153 is in contact with the anode plate 111 or the cathode plate 115 exposed by the inner space of the frame body 121 and 131 and is electrolyzed to generate oxygen or hydrogen. .
  • the discharge units 145 and 155 are formed on the upper portions of the housing bodies 141 and 151 to discharge generated oxygen or hydrogen.
  • the discharge parts 145 and 155 may be formed by a plurality of protrusions (not shown) protruding from the housing body 141 and 151 , and the central part of the discharge part is for branching and discharging generated oxygen or hydrogen.
  • a branch (not shown) may be formed.
  • the oxygen discharge unit 145 is formed in the first housing 140 to discharge oxygen generated by the anode plate 111 to the outside, and the hydrogen discharge unit 155 is formed in the second housing 150 .
  • the hydrogen produced by the negative electrode plate 115 is discharged to the outside.
  • the oxygen discharge unit 145 or the hydrogen discharge unit 155 may be formed on the upper portions of the housing bodies 141 and 151 for rapid discharge by minimizing a path through which generated oxygen or hydrogen is discharged to the outside.
  • support protrusions 147 and 157 may be formed in the central portions of the housing bodies 141 and 151 .
  • the support protrusions 147 and 157 are formed protruding from the central portions of the housing bodies 141 and 151 to press the first reinforcing portions 125 and 135 formed in the central portions of the frame bodies 121 and 131, and the positive electrode plate 111 is formed. and the central portion of the negative electrode plate 115 in close contact with each other.
  • the device 10 for generating hydrogen and oxygen may further include a support plate 160 .
  • the support plate 160 is formed in a plate shape to support the lower portions of the first frame 120 , the second frame 130 , the first housing 140 and the second housing 150 , and the anode of the anode plate 111 .
  • An insertion hole 161 for inserting the terminal 113 and the negative terminal 117 of the negative electrode plate 115 may be formed.
  • the support plate 160 fixes and supports the first frame 120 , the second frame 130 , the first housing 140 , and the second housing 150 to provide hydrogen and (+) and (-) electrodes of the power supply by fixing the oxygen generating device 10 and exposing the positive terminal 113 and the negative terminal 117 to the outside of the water tank (not shown) through the insertion hole 161 to be securely connected to each other.
  • the case constituting the hydrogen and oxygen generating device 10 is made of a synthetic resin material that is easy to process and has a low production cost, and includes a reinforcing structure for reinforcing it, thereby reducing the processing time of the case This has the effect of improving production efficiency and economic feasibility.
  • the hydrogen and oxygen generating device 10 by reinforcing the structures of the first frame 120 and the second frame 130 including the first reinforcing parts 125 and 135 and the second reinforcing parts 127 and 137 , the hydrogen and oxygen generating device 10 .
  • the hydrogen and oxygen generating device 10 In addition to improving the durability and stability of the anode plate 111 and the cathode plate 115, there is an effect of stably generating hydrogen and oxygen by closely contacting the anode plate 111 and the cathode plate 115 without a gap.

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Abstract

본 발명은 수소 및 산소 생성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물을 전기 분해하여 수소 및 산소를 발생시키는 수소 및 산소 생성 장치에 있어서 케이스의 구조를 보강하여 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 수소 및 산소 생성 장치에 관한 것이다.

Description

수소 및 산소 생성 장치
본 발명은 수소 및 산소 생성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물을 전기 분해하여 수소 및 산소를 발생시키는 수소 및 산소 생성 장치에 있어서 케이스의 구조를 보강하여 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 수소 및 산소 생성 장치에 관한 것이다.
수소 및 산소 생성 장치는 물에 전기에너지를 가하여 물 분자가 전기 분해됨에 따라 양극 측에 산소 기체가 발생하고, 음극 측에 수소 기체가 발생하도록 함으로써 수소 및 산소를 생성하는 장치이다.
이러한 수소 및 산소 생성 장치는 다양한 방식에 의한 장치들이 개발되어 사용되며, 일반적으로, 한 쌍으로 이루어진 케이스에 물이 유입되고 배출되는 유입구와 배출구가 구비되고, 케이스 내에 양극판 및 음극판이 배치되고, 양극판 및 음극판의 사이에 격막(이온막)이 배치된 구조를 가진다. 그리고, 양극판 및 음극판을 기준으로 케이스의 양측에 형성된 공간에 물이 통과하면서 전기에너지에 의해 물 분자가 분해되어 수소 및 산소가 발생하는 구조를 가진다.
이와 같은 종래의 수소 및 산소 발생 장치는, 음극판과 양극판을 밀착시키고 내부 압력에 의해 한 쌍의 케이스가 서로 이격되는 것을 방지하기 위해 티타늄 재질로 형성된 케이스를 사용하였다. 그러나, 이와 같은 티타늄 재질의 케이스는 가공이 어려워 공정 택타임(tact-time)이 증가할 뿐 아니라 생산 단가가 증가하는 문제가 있었다.
이에 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로, 본 발명은 수소 및 산소 생성 장치를 구성하는 케이스를 가공이 용이하고 생산 단가가 낮은 합성수지 재질로 구성하고, 이를 보강하기 위한 보강 구조를 포함함으로써, 케이스의 가공 시간을 단축시켜 생산 효율을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 경제적인 수소 및 산소 생성 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 산소를 생성하는 양극 플레이트 및 상기 양극 플레이트와 대면하도록 배치되며 수소를 생성하는 음극 플레이트를 포함하는 전기 분해 모듈; 상기 양극 플레이트와 상기 음극 플레이트가 밀착되도록, 상기 양극 플레이트의 외측에 구비되어 상기 양극 플레이트를 가압하는 제1 프레임; 상기 양극 플레이트와 상기 음극 플레이트가 밀착되도록, 상기 음극 플레이트의 외측에 구비되어 상기 음극 플레이트를 가압하여 상기 제1 프레임과 고정되는 제2 프레임; 상기 제1 프레임의 외측에 구비되며, 상기 양극 플레이트로 물이 유입되기 위한 유입부 및 상기 양극 플레이트에 의해 생성된 산소를 배출하기 위한 산소 배출부가 형성되는 제1 하우징; 및 상기 제2 프레임의 외측에 구비되며, 상기 음극 플레이트로 물이 유입되기 위한 유입부 및 상기 음극 플레이트에 의해 생성된 수소를 배출하기 위한 수소 배출부가 형성되는 제2 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소 및 산소 생성 장치를 제공한다.
이때, 상기 제1 프레임 또는 상기 제2 프레임은, 중공의 내부 공간이 형성되는 프레임 본체; 상기 프레임 본체의 내부 공간의 일부를 커버하며, 상기 양극 플레이트 또는 상기 음극 플레이트와 접촉하는 커버 플레이트; 및 상기 프레임 본체의 단부로부터 상기 프레임 본체의 중앙부까지 내측으로 연장 형성되어 상기 프레임 본체의 강도를 보강하는 제1 보강부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 프레임 본체는 사각형으로 형성되며, 상기 제1 보강부는, 상기 프레임 본체의 모서리부에서 내측으로 연장될 수 있다.
이때, 프레임 본체와 대응되는 형상으로 형성되며, 상기 프레임 본체로부터 내측에 상기 제1 보강부와 연결되도록 구비되어 상기 프레임 본체의 강도를 보강하는 제2 보강부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1 하우징 또는 상기 제2 하우징은, 하우징 본체; 기 하우징 본체의 양 측부에 형성되어 외부의 물이 유입되는 유입부; 기 하우징 본체의 상부에 형성되어 생성된 산소 또는 수소가 배출되는 배출부; 포함할 수 있다.
이때, 상기 하우징 본체의 중앙부에는, 내측으로 돌출되어 상기 제1 보강부를 가압하는 지지 돌부가 형성될 수 있다.
또한, 상기 제1 프레임, 상기 제2 프레임, 상기 제1 하우징 및 상기 제2 하우징의 하부를 지지하며, 상기 양극 플레이트의 양극 단자 및 상기 음극 플레이트의 음극 단자가 삽입되기 위한 삽입홀이 형성되는 지지 플레이트;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 물을 전기 분해하여 수소 및 산소를 발생시키는 수소 및 산소 생성 장치에 있어서 수소 및 산소 생성 장치를 구성하는 케이스를 가공이 용이하고 생산 단가가 낮은 합성수지 재질로 구성하고, 이를 보강하기 위한 보강 구조를 포함함으로써, 케이스의 가공 시간을 단축시켜 생산 효율 및 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 합성수지 재질의 케이스의 구조를 보강하여 수소 및 산소 생성 장치의 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
아래에서 설명하는 본 출원의 바람직한 실시예의 상세한 설명뿐만 아니라 위에서 설명한 요약은 첨부된 도면과 관련해서 읽을 때에 더 잘 이해될 수 있을 것이다. 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 도면에는 바람직한 실시예들이 도시되어 있다. 그러나, 본 출원은 도시된 정확한 배치와 수단에 한정되는 것이 아님을 이해해야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 및 산소 생성 장치를 설명하기 위한 사시도이며, 도 2는 일 실시예에 따른 수소 및 산소 생성 장치의 측면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 및 산소 생성 장치의 분해 사시도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 및 산소 생성 장치를 설명하기 위한 참고도이다.
이하 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 첨부된 도면은 본 발명의 내용을 보다 쉽게 개시하기 위하여 설명되는 것일 뿐, 본 발명의 범위가 첨부된 도면의 범위로 한정되는 것이 아님은 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 알 수 있을 것이다.
그리고, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어서, 동일 기능을 갖는 구성요소에 대해서는 동일 명칭 및 동일부호를 사용할 뿐 실질적으론 종래기술의 구성요소와 완전히 동일하지 않음을 미리 밝힌다.
또한, 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수개의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 본 발명에 따른 수소 및 산소 생성 장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부한 도면을 참조하여 설명함에 있어서, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 및 산소 생성 장치(10)를 설명하기 위한 사시도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 수소 및 산소 생성 장치(10)의 측면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 및 산소 생성 장치(10)의 분해 사시도이며, 도 4 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 수소 및 산소 생성 장치(10)를 설명하기 위한 참고도로서, 도 1 내지 도 6을 참고하면, 본 실시예에 따른 수소 및 산소 생성 장치(10)는 물이 수용되어 있는 수조(미도시)에 침지되어 물을 전기 분해함으로써 수소 및 산소를 발생시킨다.
도 1 내지 도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 수소 및 산소 생성 장치(10)는 전기 분해 모듈(110), 제1 프레임(120), 제2 프레임(130), 제1 하우징(140) 및 제2 하우징(150)을 포함할 수 있다.
전기 분해 모듈(110)은 양극 플레이트(111) 및 음극 플레이트(115)를 포함할 수 있다. 양극 플레이트(111)는 판상의 사각형 형태로 형성되며 일단부에 (+) 전극과 전기적 연결을 위한 양극 단자(113)가 돌출 형성될 수 있다.
음극 플레이트(115)는 양극 플레이트(111)와 대면하도록 배치되고, 판상의 사각형 형태로 형성되며 일단부에 (-) 전극과 전기적 연결을 위한 음극 단자(117)가 돌출 형성될 수 있다.
양극 플레이트(111) 및 음극 플레이트(115)는 은, 티타늄, 알루미늄 또는 그라파이트 등의 소재로 형성될 수 있으며, 미세 격자를 가지는 메쉬(mesh) 형태로 형성될 수 있다. 이때, 메쉬에는 전기 전도성 및 플레이트의 부식 방지를 위해 백금이 도금될 수 있다.
한편, (+) 전극과 연결되는 양극 플레이트(111)는 산소를 생성하고 (-) 전극과 연결되는 음극 플레이트(115)는 수소를 생성하며, 양극 플레이트(111)와 음극 플레이트(115) 사이에는 양이온 또는 음이온의 투과를 위한 다공성의 격막(미도시)이 구비될 수 있다.
구체적으로, 전원이 공급되면 전기 분해 모듈(110)의 (+) 전극과 전기적으로 연결되는 양극 플레이트(111)에서는 2H2O → O2 + 4H+ + 4e- 의 반응이 일어나고, 음극 플레이트(115)에서는 4H2O + 4e- → 2H2 + 4OH-의 반응이 일어나며, 이에 따라, 양극 플레이트(111)에서는 산소가, 음극 플레이트(115)에서는 수소가 생성된다.
한편, 제1 프레임(120) 및 제2 프레임(130)은 양극 플레이트(111) 및 음극 플레이트(115)를 사이에 두고 서로 대향되도록 배치되어 결합된다. 구체적으로, 제1 프레임(120)은 양극 플레이트(111)와 음극 플레이트(115)가 밀착되도록 양극 플레이트(111)의 외측에 구비되어 양극 플레이트(111)를 가압하며, 제2 프레임(130)은 양극 플레이트(111)와 음극 플레이트(115)가 밀착되도록 음극 플레이트(115)의 외측에 구비되어 음극 플레이트(115)를 가압한다.
제1 프레임(120) 및 제2 프레임(130)은 중공의 사각형의 형태로 형성되며, 절연성의 합성수지 재질로 형성될 수 있다. 합성수지 재질로 형성되는 제1 프레임(120) 및 제2 프레임(130)은 종래의 티타늄 재질에 비해 가공이 용이할 뿐 아니라 생산 비용이 저렴하여 경제적인 장점이 있다.
제1 프레임(120) 및 제2 프레임(130)은, 프레임 본체(121, 131), 커버 플레이트(123, 133) 및 제1 보강부(125, 135)를 포함할 수 있다.
프레임 본체(121, 131)는 사각형의 형태로 형성되며, 내부에 중공의 내부 공간이 형성될 수 있다. 중공의 내부 공간을 통해 양극 플레이트(111) 및 음극 플레이트(115)가 노출되어 후술할 유입부(143, 153)를 통해 유입된 물이 양극 플레이트(111) 및 음극 플레이트(115)와 반응한다.
커버 플레이트(123, 133)는 프레임 본체(121, 131)의 내부 공간의 일부를 커버하며, 양극 플레이트(111) 또는 음극 플레이트(115)와 접촉한다. 구체적으로 커버 플레이트(123, 133)는 프레임 본체(121, 131)의 단부로부터 내부 공간 방향으로 일정 넓이로 절곡 형성되며, 양극 플레이트(111) 또는 음극 플레이트(115)의 외측과 접촉한다. 커버 플레이트(123, 133)는 양극 플레이트(111) 또는 음극 플레이트(115)의 외측을 가압하여 양극 플레이트(111)와 음극 플레이트(115)를 밀착시키며, 양극 플레이트(111)와 음극 플레이트(115)와 면접촉하여 양극 플레이트(111)와 음극 플레이트(115)를 고정한다. 이때 커버 플레이트(123, 133)에는 양극 단자(113) 및 음극 단자(117)가 안착되기 위한 안착홈(미도시)이 형성될 수 있다.
제1 보강부(125, 135)는 프레임 본체(121, 131)의 단부로부터 프레임 본체(121, 131)의 중앙부까지 내측으로 연장 형성되어 프레임 본체(121, 131)의 강도를 보강한다. 구체적으로, 제1 보강부(125, 135)는 프레임 본체(121, 131)의 모서리부에서 일정길이로 내측으로 연장형성되며, 연장된 길이를 따라 양극 플레이트(111) 또는 음극 플레이트(115)의 외주와 접촉하여 가압함으로써 양극 플레이트(111) 및 음극 플레이트(115)를 밀착시킨다.
본 실시예에 의할 경우 커버 플레이트(123, 133)의 면접촉에 의해 양극 플레이트(111) 및 음극 플레이트(115)의 외주를 밀착시키고, 제1 보강부(125, 135)에 의해 제1 프레임(120) 또는 제2 프레임(130)의 강도를 보강할 뿐 아니라 제1 보강부(125, 135)의 길이 방향을 따라 양극 플레이트(111) 또는 음극 플레이트(115)를 가압하여 양극 플레이트(111) 및 음극 플레이트(115)를 더욱 밀착시킬 수 있다. 양극 플레이트(111)와 음극 플레이트(115)가 밀착되지 않고 공극이 생겨 서로 이격되는 경우 수소 및 산소 발생률이 현저히 감소되므로, 본 실시예에 의할 경우 양극 플레이트(111)와 음극 플레이트(115)를 밀착시켜 고정함으로써 수소 및 산소 발생률을 향상시킬 수 있는 것이다.
한편, 도 4 및 도 5를 참고하면, 제1 보강부(125, 135)는 일정한 두께를 가지며 사각형의 프레임 본체(121, 131)의 모서리로부터 내부 공간의 중앙부를 향해 연장 형성될 수 있으며, 또한, 사각형의 어느 한 변의 중심으로부터 내부 공간의 중앙부를 향해 연장 형성될 수 있다. 이에 따라 제1 보강부(125, 135)는 단면이'ｘ', '+'형태로 형성될 수 있으며, '+'와 'ｘ'가 조합된 형태로 형성되는 것도 가능하다.
이때, 본 발명의 수소 및 산소 생성 장치(10)의 일 실시예에 따른 변형예에 따르면, 본 실시예에 따른 수소 및 산소 생성 장치(10)는 제2 보강부(127, 137)를 포함할 수 있다. 제2 보강부(127, 137)는 프레임 본체(121, 131)와 대응되는 형상으로 형성될 수 있으며, 프레임 본체(121, 131)로부터 내측에 제1 보강부(125, 135)와 연결되도록 구비되어 프레임 본체(121, 131)의 강도를 보강할 수 있다.
구체적으로 제2 보강부(127, 137)는 사각형의 프레임 본체(121, 131)와 대응되도록 일정한 두께를 가지는 사각형으로 형성될 수 있으며, 프레임 본체(121, 131)와 내측으로 이격되어 내부 공간에 제1 보강부(125, 135)와 연결되도록 구비될 수 있다. 제2 보강부(127, 137)는 제1 프레임(120) 또는 제2 프레임(130)의 강도를 보강할 뿐 아니라 제2 보강부(127, 137)의 둘레 방향을 따라 양극 플레이트(111) 또는 음극 플레이트(115)를 가압하여 양극 플레이트(111) 및 음극 플레이트(115)를 더욱 밀착시켜 고정함으로써 수소 및 산소 발생률을 향상시킬 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 수소 및 산소 생성 장치(10)는 제1 하우징(140) 및 제2 하우징(150)을 포함할 수 있다.
제1 하우징(140)은 제1 프레임(120)의 외측에 구비되며, 양극 플레이트(111)로 물이 유입되기 위한 유입부(143) 및 양극 플레이트(111)에 의해 생성된 산소를 배출하기 위한 산소 배출부(145)가 형성되는 산소 배출부(145)를 포함할 수 있다.
제2 하우징(150)은 제2 프레임(130)의 외측에 구비되며, 음극 플레이트(115)로 물이 유입되기 위한 유입부(153) 및 음극 플레이트(115)에 의해 생성된 수소를 배출하기 위한 수소 배출부(155)를 포함할 수 있다.
제1 하우징(140) 또는 제2 하우징(150)은 각각 제1 프레임(120) 또는 제2 프레임(130)의 외측에 구비되어, 제1 프레임(120) 및 제2 프레임(130)을 고정한다. 이때, 제1 하우징(140), 제2 하우징(150)과 제1 프레임(120), 제2 프레임(130)의 고정은 볼트 등의 다양한 고정수단에 의해 이루어질 수 있다.
이때, 제1 하우징(140) 또는 제2 하우징(150)은 하우징 본체(141, 151), 유입부(143, 153) 및 배출부를 포함할 수 있다. 하우징 본체(141, 151)는 프레임 본체(121, 131)에 대응되도록 사각형의 판상으로 형성되며, 프레임 본체(121, 131)와 결합된다.
유입부(143, 153)는 하우징 본체(141, 151)의 양 측부에 각각 형성되어, 수조(미도시)의 물이 내부로 유입되도록 한다. 이때, 유입부(143, 153)는 하우징 본체(141, 151)에 돌출 형성되는 복수의 돌부(미도시)에 의해 형성될 수 있다. 유입부(143, 153)를 통해 유입되는 물은 프레임 본체(121, 131)의 내부 공간에 의해 노출되는 양극 플레이트(111) 또는 음극 플레이트(115)와 접촉되어 전기 분해되어 산소 또는 수소를 생성한다.
배출부(145, 155)는 하우징 본체(141, 151)의 상부에 형성되어 생성되는 산소 또는 수소가 배출된다. 이때, 배출부(145, 155)는 하우징 본체(141, 151)에 돌출 형성되는 복수의 돌부(미도시)에 의해 형성될 수 있으며, 배출부의 중앙부에는 생성되는 산소 또는 수소를 분기하여 배출하기 위한 분기부(미도시)가 형성될 수 있다.
구체적으로, 산소 배출부(145)는 제1 하우징(140)에 형성되어 양극 플레이트(111)에 의해 생선된 산소를 외부로 배출하며, 수소 배출부(155)는 제2 하우징(150)에 형성되어 음극 플레이트(115)에 의해 생선된 수소를 외부로 배출한다. 산소 배출부(145) 또는 수소 배출부(155)는 생성된 산소 또는 수소가 외부로 배출되는 경로를 최소화하여 빠른 배출을 위해 하우징 본체(141, 151)의 상부에 형성될 수 있다.
이때, 하우징 본체(141, 151)의 중앙부에는 지지 돌부 (147, 157)가 형성될 수 있다. 지지 돌부 (147, 157)는 하우징 본체(141, 151)의 중앙부에 돌출 형성되어 프레임 본체(121, 131)의 중앙부에 형성되는 제1 보강부(125, 135)를 가압하며 양극 플레이트(111) 및 음극 플레이트(115)의 중앙부를 서로 밀착시킨다.
한편, 도 2 및 도 3을 참고하면 본 실시예에 따른 수소 및 산소 생성 장치(10)는 지지 플레이트(160)를 더 포함할 수 있다. 지지 플레이트(160)는 판상으로 형성되어 제1 프레임(120), 제2 프레임(130), 제1 하우징(140) 및 제2 하우징(150)의 하부를 지지하며, 양극 플레이트(111)의 양극 단자(113) 및 음극 플레이트(115)의 음극 단자(117)가 삽입하기 위한 삽입홀(161)이 형성될 수 있다. 지지 플레이트(160)는 제1 프레임(120), 제2 프레임(130), 제1 하우징(140) 및 제2 하우징(150)을 고정하고 지지하여 수조(미도시) 등의 외부 장치에 수소 및 산소 생성 장치(10)를 고정하며, 삽입홀(161)을 통해 양극 단자(113) 및 음극 단자(117)가 수조(미도시) 외부로 노출되도록 함으로써 전원의 (+)전극과 (-)전극에 각각 안정적으로 연결될 수 있도록 한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 수소 및 산소 생성 장치(10)를 구성하는 케이스를 가공이 용이하고 생산 단가가 낮은 합성수지 재질로 구성하고, 이를 보강하기 위한 보강 구조를 포함함으로써, 케이스의 가공 시간을 단축시켜 생산 효율 및 경제성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 제1 보강부(125, 135) 및 제2 보강부(127, 137)를 포함하여 제1 프레임(120) 및 제2 프레임(130)의 구조를 보강함으로써 수소 및 산소 생성 장치(10)의 내구성 및 안정성을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 양극 플레이트(111) 및 음극 플레이트(115)를 공극 없이 밀착시킴으로써 수소 및 산소를 안정적으로 생성할 수 있는 효과가 있다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화 될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.

Claims (7)

  1. 산소를 생성하는 양극 플레이트 및 상기 양극 플레이트와 대면하도록 배치되며 수소를 생성하는 음극 플레이트를 포함하는 전기 분해 모듈;
    상기 양극 플레이트와 상기 음극 플레이트가 밀착되도록, 상기 양극 플레이트의 외측에 구비되어 상기 양극 플레이트를 가압하는 제1 프레임;
    상기 양극 플레이트와 상기 음극 플레이트가 밀착되도록, 상기 음극 플레이트의 외측에 구비되어 상기 음극 플레이트를 가압하여 상기 제1 프레임과 고정되는 제2 프레임;
    상기 제1 프레임의 외측에 구비되며, 상기 양극 플레이트로 물이 유입되기 위한 유입부 및 상기 양극 플레이트에 의해 생성된 산소를 배출하기 위한 산소 배출부가 형성되는 제1 하우징; 및
    상기 제2 프레임의 외측에 구비되며, 상기 음극 플레이트로 물이 유입되기 위한 유입부 및 상기 음극 플레이트에 의해 생성된 수소를 배출하기 위한 수소 배출부가 형성되는 제2 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소 및 산소 생성 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 프레임 또는 상기 제2 프레임은,
    중공의 내부 공간이 형성되는 프레임 본체;
    상기 프레임 본체의 내부 공간의 일부를 커버하며, 상기 양극 플레이트 또는 상기 음극 플레이트와 접촉하는 커버 플레이트; 및
    상기 프레임 본체의 단부로부터 상기 프레임 본체의 중앙부까지 내측으로 연장 형성되어 상기 프레임 본체의 강도를 보강하는 제1 보강부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소 및 산소 생성 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프레임 본체는 사각형으로 형성되며,
    상기 제1 보강부는, 상기 프레임 본체의 모서리부에서 내측으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 수소 및 산소 생성 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 프레임 본체와 대응되는 형상으로 형성되며, 상기 프레임 본체로부터 내측에 상기 제1 보강부와 연결되도록 구비되어 상기 프레임 본체의 강도를 보강하는 제2 보강부를 포함하는, 수소 및 산소 생성 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제1 하우징 또는 상기 제2 하우징은,
    하우징 본체;
    상기 하우징 본체의 양 측부에 형성되어 외부의 물이 유입되는 유입부;
    상기 하우징 본체의 상부에 형성되어 생성된 산소 또는 수소가 배출되는 배출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소 및 산소 생성 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 하우징 본체의 중앙부에는,
    내측으로 돌출되어 상기 제1 보강부를 가압하는 지지 돌부가 형성되는 것을 특징으로 하는, 수소 및 산소 생성 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 프레임, 상기 제2 프레임, 상기 제1 하우징 및 상기 제2 하우징의 하부를 지지하며, 상기 양극 플레이트의 양극 단자 및 상기 음극 플레이트의 음극 단자가 삽입되기 위한 삽입홀이 형성되는 지지 플레이트;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 수소 및 산소 생성 장치.
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