WO2023167526A1 - 다층 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치 - Google Patents

다층 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치 Download PDF

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mesh cylinder
grooves
mesh
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신상용
박영우
신재언
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신상용
박영우
신재언
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention is installed between a fuel cell stack and a hydrogen supply device, activates hydrogen at a high energy level through a high-density line segment electric field and supplies it to the hydrogen fuel cell stack, thereby reducing energy in the hydrogen fuel cell stack. Even if absorbed in the ionosphere, a large amount of ionization is formed, which is a technology related to a booster device that can generate a lot of electricity in the process of generating electricity in a hydrogen fuel cell.
  • hydrogen energy can obtain hydrogen by electrolyzing water that exists indefinitely, and can create energy by reacting it with air.
  • hydrogen can be produced by various methods such as methane and natural gas separation, and it does not generate pollutants, and moreover, it does not generate noise when generating energy, has high thermal efficiency, and has a wide range of applications. Renewable energy is getting more attention.
  • the problem to be solved by the present invention is that before hydrogen used in a hydrogen fuel cell is ionized (2H + + 2e) in the electrolyte of the stack, only a part of it is activated (H 2 * ) by catalysis, and the majority is not activated, so that efficient It is intended to solve the problem of low electricity production efficiency in hydrogen fuel cells due to the failure of ionization and power generation, and thus the problem that the economic feasibility of hydrogen fuel cells is not high under various conditions, including the hydrogen production process.
  • an object of the present invention is to induce a high-efficiency electricity production method by maximally activating hydrogen gas to increase the ionization rate.
  • the multi-layer mesh concentric cylinder (hereinafter referred to as a mesh cylinder) of the present invention is arranged at regular intervals in the form of a concentric circle, and the hydrogen activation amplification device for applying a repeated array concentric structure and DC voltage is a hydrogen supply device and Installed between hydrogen fuel cell stacks.
  • the hydrogen activation accelerator having such a mesh cylinder repeated arrangement concentric structure has a housing module having an accommodation space therein, and a gas inlet tube connected to the hydrogen supply device, which is connected to one end of the housing module.
  • a first cover module, a gas discharge tube connected to the hydrogen fuel cell is formed, and a case portion connected to an external DC power source, including a second cover module connected to the other end of the housing module, and a plurality of cylindrical shapes having different diameters.
  • ultra-high density Ultra- High Density: A multi-stage hydrogen activating unit (hereinafter referred to as a hydrogen activating unit) that forms a linear electric field, a first tube installed along a certain pattern on the outer circumferential surface of a mesh cylinder with a large diameter and an outer circumferential surface of a mesh cylinder with a small diameter Module to insert and fix the mesh cylinder to the silicon (hereinafter referred to as silicon) line part and the first and second mounting modules in which copper wires are inserted between the plurality of mesh cylinders, including the second tube installed along a certain pattern in Including a plurality of supports formed with a plurality of first grooves at regular intervals, the negative / positive DC voltage ( ⁇ ) is
  • a first mounting module that is electrically connected and fixed alternately and a plurality of supports formed with a plurality of second grooves at regular intervals, installed at the other end of the hydrogen activator of the mesh cylinder combination at regular intervals in the plurality of second grooves 2 includes a mounting unit including a mounting module.
  • the mesh cylinder cylinder having the smallest diameter among the plurality of mesh cylinders is inserted into the inside, one end is fixed to the central metal rod ( ⁇ pole direct current) of the first mounting module and the other end is fixed to the center of the second mounting module Metal It may include a support frame rod.
  • the first cover module and the second cover module are connected to the positive (+) pole of the external DC power supply and the first electrode vacuum plug (hereinafter referred to as the plug) and the negative power of the external DC power supply.
  • a second electrode plug module connected to the (-) pole may be included.
  • One end of the first electrode plug module is electrically connected to a plurality of mesh cylinders located in odd-numbered first grooves or second grooves among the plurality of first grooves or the plurality of second grooves and negative/positive electrodes, first and second mounting It can be physically fixed to the module.
  • one end of the second electrode plug module is to be connected and fixed to a plurality of mesh cylinders located in even-numbered first grooves or second grooves among the plurality of first grooves or the plurality of second grooves and alternately connecting and fixing the negative / positive electrodes electrically vertically. It can generate a three-dimensional high-density line segment electric field inside the mesh cylinder.
  • the silicon line part includes copper wires inserted into both the first tube and the second tube, and is formed in a spiral form along one end to the other end, and may be wound around the outer circumferential surface of the mesh cylinder in a vortex form. It can maintain a certain distance inside the activator, preventing electrical shorts between mesh cylinders, and also serves as a reinforcing agent that maintains the shape of a mesh cylinder with a safe cylinder shape.
  • the activation time due to the physical interaction between the electric field strength and the hydrogen molecules is increased by more than 10 times, so the ionization rate in the hydrogen fuel cell stack is greatly increased, so the power generation is improved, the ionization heat energy is reduced, and there is no heat generation.
  • the present invention increases the ionization rate of hydrogen by activating N times at the cathode/anode when hydrogen gas repeatedly passes through the high-density electric field of the mesh cylinder, and then supplies it to the hydrogen fuel cell stack to generate power even at low temperatures of the hydrogen fuel cell stack. to improve performance.
  • the present invention adjusts the intensity of the high-density line segment electric field to a low external input DC power supply to activate (H 2 * ) the incoming hydrogen as much as possible without ionizing H 2 (2H + + 2e), and injecting hydrogen fuel into the hydrogen fuel cell stack.
  • the power generation performance of the hydrogen fuel cell stack is improved by efficiently amplifying the ionization rate in the catalytic ionization layer of the cell stack.
  • the present invention activates hydrogen to an ionization energy level through ultra-high-density electric flux, raises it to -1.5 to 0.0 eV, and then ionizes electrons in the ground state from hydrogen atoms in the ionosphere of the hydrogen fuel cell stack.
  • the energy required to activate hydrogen to the activated hydrogen electrons are easily released from the hydrogen, greatly increasing the ionization rate of hydrogen.
  • the present invention improves the electricity generation efficiency of a hydrogen fuel cell stack into which ionized hydrogen is introduced, and enables activation and ionization of hydrogen only by a physical method without using a chemical method.
  • the present invention can be used semi-permanently because there is no corrosion or abrasion in the physical interaction with hydrogen gas, in which all substances and materials are pure (99.99999%).
  • the present invention having such characteristics is not limited to fuel cells of passenger cars, but is applied to construction machines and ships, for example, forklifts, excavators, yachts, salvage ships, and internal generators of passenger ships, so that the performance of fuel cells can be improved. do.
  • the present invention can be applied to equipment using hydrogen cells to improve performance and efficiency of hydrogen cells.
  • FIG. 1 is a block diagram in which a hydrogen activation accelerator having a structure in which a multi-layer mesh cylinder is repeatedly arranged and an anode and a cathode direct current voltage is applied to a general hydrogen fuel cell system according to an embodiment of the present invention is fused.
  • Figure 2 is a perspective view of the external appearance of the hydrogen activation accelerator having a multi-layer mesh cylinder repeating arrangement concentric circle structure of FIG.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the entire hydrogen activation accelerator having a concentric circle structure in which multi-layer mesh cylinders of FIG. 2 are repeatedly arranged at regular intervals.
  • FIG. 4 is a view in which an O-Ring for preventing hydrogen leakage and external oxygen inflow is added to one end of the multi-layer mesh cylinder housing module of FIG. 2 and the housing installed at one end of the housing module.
  • FIG. 5 is a view showing the inside/outside of the first cover module of FIG. 2 and the electrode plug module installed in the first cover module and four spare electrode plug modules.
  • FIG. 6 is a view showing the inside/outside of the first cover module and the second cover module of FIG. 2 .
  • FIG. 7 is a screw thread for preventing the discharge of the stainless plug due to an increase in internal pressure in the electrode plug module, vacuum bolt module, and stainless plug of FIG. It is a drawing in which a high voltage supply is possible.
  • FIG. 8 is a view showing the mesh cylinder plated with a special metal such as platinum and nickel of FIG. 2 by diameter and size.
  • FIG. 9 is a diagram showing only the silicon line portion in which the copper wire is inserted in FIG. 2 and showing a state in which hydrogen gas proceeds as a vortex in a high-density line segment electric field to induce an increase in activation.
  • FIG. 10 is a view showing a state in which a silicon line part with a copper wire inserted into the mesh cylinder of the hydrogen activation part of FIG. 2 is combined.
  • FIG. 11 is a view showing a state in which an upper and lower fixed metal rod part, a primary mesh cylinder, and a silicon line part where copper wires are inserted are combined as central axes of all mesh cylinders in the hydrogen activation part of FIG. 2 and connecting first and second upper and lower mounting modules.
  • FIG. 12 is a view showing the first holding module and the second holding module of FIG. 2 .
  • FIG. 13 is a view showing a state in which the first mounting module and the second mounting module of FIG. 12 of FIG. 11 are assembled.
  • FIG. 14 is a view showing a state in which the housing module is installed in FIG. 13;
  • 15 is a diagram showing the electric field distribution (left) of high-density line segments formed at four stages of the mesh cylinder inside the hydrogen activation unit, and activation only before hydrogen gas is ionized in the high-density line segment electric field formed at one point of the negative/positive line segment.
  • FIG. 16 is a high-density line segment electric field formed by applying a DC voltage to a multi-level mesh cylinder before injecting hydrogen gas into a stack of a hydrogen fuel cell, while moving hydrogen gas in a ground state in a spiral along a silicon line inserted into a copper wire, and having high energy
  • It is a diagram showing the booster process of increasing the state of activated hydrogen (H 2 * ) and the characteristics of the overall structure and physical phenomena.
  • FIG. 18 is a view showing a process in which hydrogen is easily ionized even when a small amount of energy is received because hydrogen atoms are activated by adjusting the electric field strength at one point of hydrogen activation.
  • Figure 19 is the overall structure for activating hydrogen gas.
  • the spiral silicon wire composition for obtaining a large activation time and the DC electric terminal for vacuum are all combined to increase the ionization rate by the spiral motion of the hydrogen gas in the high-density electric field of the multi-layer mesh cylinder.
  • It is a diagram showing the entire system of increasing the ionization rate in a hydrogen fuel cell stack by increasing the activation rate and improving the hydrogen fuel cell power generation with less energy.
  • a hydrogen activation amplification/acceleration (hereinafter referred to as “promotion”) device having a multi-layer mesh cylinder repeating array concentric circle structure according to an embodiment of the present invention will be generally described.
  • FIG. 1 is a block diagram of a hydrogen activation accelerator having a structure in which a multi-layer mesh cylinder is repeatedly arranged and an anode and a cathode DC voltage are applied to a general hydrogen fuel cell system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. It is an external perspective view of the hydrogen activation accelerator having a concentric structure of repeating arrangement of mesh cylinders in Fig. 1.
  • the hydrogen activation accelerator (1) having a multi-layer mesh cylinder repeating array concentric structure activates hydrogen supplied from the hydrogen supply device (A) tens of thousands of times in a high-density line segment electric field and activates it by almost 90%, thereby activating the hydrogen fuel cell stack (B ) to generate a large amount of electricity.
  • the hydrogen activation accelerator (1) having a multi-layer mesh cylinder (hereinafter referred to as mesh cylinder) repeatedly arranged concentric circle structure adjusts the intensity of the high-density electric field formed in the hydrogen activation unit (20) to an appropriate value to supply the hydrogen supply device (A).
  • the hydrogen activation accelerator 1 having a mesh cylinder repeated arrangement concentric circle structure supplies only activated hydrogen to the hydrogen fuel cell stack B, and ionizes the hydrogen supplied from the hydrogen fuel cell stack B more easily with less energy. and a large amount of electricity can be produced in the hydrogen fuel cell stack (B). That is, the hydrogen activation accelerator 1 having a mesh cylinder repeating arrangement concentric circle structure amplifies the ionization rate of hydrogen in the hydrogen fuel cell stack B.
  • the hydrogen activation accelerator (1) having a repeated arrangement of mesh cylinders and a concentric circle structure is not limited to the fuel cell of a passenger car, but is applied to construction machinery and ships, such as forklifts, excavators, yachts, salvage ships, and passenger ships' internal generators. To improve the performance of the battery.
  • the present invention can solve the current problem of the hydrogen fuel cell (B), that is, the problem of not generating enough power with the supplied hydrogen.
  • FIG. 3 is an exploded perspective view of the entire hydrogen activation accelerator having a multi-layer mesh cylinder repeating concentric circle structure at regular intervals of Figure 2
  • Figure 4 is a multi-layer mesh cylinder housing module of Figure 2 and hydrogen leaks once the housing installed at one end of the housing module And an O-Ring for preventing the inflow of external oxygen is added.
  • FIG. 5 is a view showing the inside/outside of the first cover module and the electrode plug module installed in the first cover module of FIG. 2 and four spare electrode plug modules
  • FIG. 6 is a view showing the first cover module and the second cover module of FIG. It is a drawing showing the inside/outside of the cover module.
  • FIG. 7 shows that a screw thread is added to prevent the discharge of the stainless plug due to an increase in internal pressure in the electrode plug module, the vacuum bolt module, and the stainless plug of FIG.
  • FIG. 8 is a diagram showing the mesh cylinder plated with special metal such as platinum and nickel in FIG. 2 by diameter and size.
  • FIG. 9 is a view showing only the silicon line portion in which the copper wire is inserted in FIG. 2, showing a state in which hydrogen gas proceeds as a vortex in a high-density line segment electric field to induce an increase in activation
  • FIG. 10 is a view showing the hydrogen activation of FIG.
  • FIG. 2 11 is a view showing a state in which a copper wire is inserted into a negative mesh cylinder and a silicon line part is combined.
  • FIG. 11 is an upper and lower fixed metal rod that serves as a central axis of all mesh cylinders in the hydrogen activation part of FIG. 2 and connects the first and second upper and lower mounting modules.
  • This is a diagram showing the combination of the primary mesh cylinder and the copper wire insertion silicon line.
  • 12 is a view showing the first and second holding modules of FIG. 2
  • FIG. 13 is a view showing the assembled state of the first holding module and the second holding module of FIG. 11 in FIG. 12 .
  • FIG. 14 is a view showing a state in which the housing module is installed in FIG. 13 .
  • the hydrogen activation accelerator 1 having a mesh cylinder repeated arrangement concentric circle structure includes a case part 10, a hydrogen activator part 20, a copper wire insertion silicon line part (hereinafter referred to as silicon line part 30) and a mounting part 40. do.
  • the hydrogen activation accelerator 1 having a mesh cylinder repeating arrangement concentric circle structure may further include an upper and lower fixed metal rod portion 50.
  • the case part 10 becomes a passage through which hydrogen introduced through the hydrogen supply device A moves to the hydrogen fuel cell B.
  • the case unit 10 includes a housing module 110 , a first cover module 120 and a second cover module 130 .
  • the housing module 110 is formed in a cylindrical shape with an accommodation space formed therein, so that one end of the housing O-ring 111 is formed and the other end of the housing O-ring 112 can be installed at the other end. formed into a structure
  • the first cover module 120 is connected to one end of the housing module 110 and the second cover module 130 is connected to the other end.
  • the first cover module 120 has a cylindrical gas inlet 1201 formed at one end, and a plurality of stainless plugs and input wire socket holes on the outside around the gas inlet 1201 1200 may be formed in a structure included. This is the same as the electrode plug module 1120.
  • the second cover module 130 has a structure in which a cylindrical gas discharge tube 1301 is formed at one end and a plurality of socket holes are formed on the outside around the gas discharge tube 1301. can
  • a vacuum bolt module 1230 may be installed in each of a plurality of socket holes formed in the first cover module 120 and the second cover module 130 .
  • the first cover holder O-ring 121 may be installed on the other end surface of the first cover module 120
  • the second cover holder O-ring 124 may be installed on the other end surface of the second cover module 130.
  • the vacuum bolt module 1230 may be inserted into the hole machined with 12 nuts on the top of the first cover module 120 and the second cover module 130 to maintain a vacuum.
  • the vacuum bolt module 1230 may be composed of a brass vacuum bolt 1231 having a through hole formed therein as shown in FIG. 7 and a cylindrical structure 1232 smaller than a thread connected to the bolt.
  • a stainless plug 1220 is inserted into one end of some of the brass vacuum bolts, and the internal hydrogen gas pressure increases to prevent the stainless plug 1220 from escaping.
  • a screw 1260 is formed to do so.
  • an electrode plug module 1120 is inserted along with a lead wire having an elastic coating at one end of the remaining brass vacuum bolts.
  • the other ends of some and the other brass vacuum bolts are fastened with the first O-rings 1240.
  • the stainless plug, the electrode plug module, and the first O-ring installed on the brass vacuum bolt prevent hydrogen flowing into the case part 10 from escaping to the outside through the through hole.
  • the first cover module 120 is connected to one end of the cover housing connection module 1250, that is, the first mounting module 410 and the housing module 110 through bolts and nuts, and the second cover module 130
  • the cover housing connection module 1250 is connected to the second mounting module 420 and the other end of the housing module 110 through bolts and nuts.
  • the gas inlet cylinder 1201 of the first cover module 120 has a discharge screw so that the hydrogen supplied from the hydrogen supply device A can be smoothly injected into a wide space into the accommodation space of the case unit 10. More modules may be installed.
  • the hydrogen activation unit 20 includes a plurality of mesh cylinders 211 to 21n, and forms a high-density line segment electric field when DC voltage is applied to the plurality of mesh cylinders 211 to 21n. More specifically, the hydrogen activator 20 is formed so that a plurality of mesh cylinders 210 having cylindrical shapes with different diameters are overlapped with each other at regular intervals concentrically, and a high-density line segment electric field is infinitely formed in the space formed between the plurality of mesh cylinders. Let it be.
  • the hydrogen activation unit 20 includes a first mesh cylinder 211, a second mesh cylinder 212, a third mesh cylinder 213, and an n-th mesh cylinder 21n.
  • the first mesh cylinder 211 becomes the smallest mesh cylinder among the plurality of mesh cylinders 211 to 21n
  • the second mesh cylinder 212 is a mesh cylinder larger than the first mesh cylinder 211.
  • the third mesh cylinder 213 is a larger mesh cylinder than the second mesh cylinder 212 .
  • the n-th mesh cylinder 21n becomes a mesh cylinder larger than the third mesh cylinder 213, and the n-th mesh cylinder 21n becomes a mesh cylinder larger than the third mesh cylinder 213.
  • the third mesh cylinder 213 is accommodated inside the nth mesh cylinder 21n, and the second mesh cylinder 212 is accommodated inside the third mesh cylinder 213. And, the first mesh cylinder 211 is accommodated inside the second mesh cylinder 212 .
  • the silicon line part 30 includes a plurality of tubes and is installed in a form preventing electrical short while maintaining the shape of a mesh cylinder between a plurality of mesh cylinders and maintaining a certain distance between the cylinders.
  • the silicon line portion 30 may be formed in a spiral shape from one end to the other end of the mesh cylinder.
  • the silicon line unit 30 includes first to twentieth tubes and a copper wire 320 inserted into each tube.
  • the copper wire inside the silicon line part helps to form a constant spiral, and it is fixed by soldering by rotating more than 2 to 3 turns at the end of the mesh cylinder to maintain the circular shape of the cylinder and insert it into the first and second holder module grooves at regular intervals.
  • the positive DC voltage line is connected and fixed, and the silicon line part 30 may be formed in a spiral twisted round and round with the first to twentieth tubes arranged in parallel.
  • a plurality of mesh cylinders 211 to 21n of the hydrogen activation unit 20 may be inserted between the silicon line units 30.
  • the first tube 311 of the silicon line part 30 is installed along a predetermined pattern on the outer circumferential surface of the mesh cylinder having a large diameter
  • the second tube 312 is installed along a predetermined pattern on the outer circumferential surface of the small mesh cylinder.
  • the silicon line part 30 allows hydrogen to rotate from one end of the mesh cylinder to the other end and move from one end to the other end of the mesh cylinder, so that hydrogen stays inside the mesh cylinder for a long time and is activated for a long time.
  • an electrical short in the hydrogen activation unit 20 is prevented from occurring.
  • it also serves as a reinforcing material to maintain a constant interval without disturbing the interval of the hydrogen activator 20.
  • an upper and lower fixed metal rod portion 50 may be inserted into the center of the hydrogen activating portion 20 and the silicon line portion 30.
  • a first mesh cylinder 211 is attached to the upper and fixed metal rod portion 50, and a twentieth tube is spirally installed outside the first mesh cylinder 211 to be fixed.
  • Mounting parts 40 may be installed at one end and the other end of the structure in which the hydrogen activating part 20 and the silicon line part 30 are combined. More specifically, the first holding module 410 is installed at one end of the structure in which the hydrogen activation unit 20 and the silicon line unit 30 are combined, and the structure in which the hydrogen activation unit 20 and the silicon line unit 30 are combined A second mounting module 420 may be installed at the other end.
  • the first mounting module 410 and the second mounting module 420 are positioned at the inner center of the ring-shaped edges 4101 and 4201 and have fixing holes 41021 and 42021 formed therein. It includes central modules 4102 and 4202 and a plurality of supports 411 and 421 having one end fixed to the inner surface of the rim and the other end fixed to the outer circumferential surface of the central module.
  • a plurality of first grooves 412 formed at regular intervals are formed in a plurality of supports of the first mounting module 410, that is, in the first support 411
  • a plurality of supports of the second mounting module 420 that is,
  • a plurality of second grooves 422 are formed at regular intervals in the second support 421 .
  • One ends of the plurality of mesh cylinder parts 211 to 21n are fixed to the plurality of first grooves 412 of the first mounting module 410 at regular intervals, and the plurality of second grooves of the second mounting module 420 At 422, the other ends of the plurality of mesh cylinder parts 211 to 21n are fixed at regular intervals to connect DC negative/positive electrodes.
  • the distance between the plurality of first grooves 412 and the plurality of second grooves 422 may be the same as the distance between the plurality of mesh cylinders.
  • the first holding module 410 is connected to one end of the plurality of mesh cylinder parts and is connected to one end of the housing module 110 through the cover housing connection module 1250
  • the second holding module 420 is connected to one end of the plurality of mesh cylinder parts. It is connected to the other end and is connected to the other end of the housing module 110 through the cover housing connection module 1250.
  • the housing one-end O-ring 111 is inserted between the first mounting module 410 and the housing module 110
  • the housing other-end O-ring 112 is inserted between the second mounting module 420 and the housing module 110. do.
  • the housing one-end O-ring 111 and the housing other-end O-ring 112 close the gap between the first mounting module 410 and the second mounting module 420 connected to the housing module 110, so that the housing module 110 Hydrogen leakage or oxygen inflow through gaps between the first holding module 410 and the second holding module 420 is prevented.
  • the rod end fixing bolt 122 is inserted into the fixing hole 41021 of the first mounting module 410
  • the other rod end fixing bolt 123 is inserted into the fixing hole 42021 of the second mounting module 420.
  • the rod one end fixing bolt 122 and the other rod end fixing bolt 123 have one end and the other end of the upper and lower metal rod part 50 connected to the central module of the first mounting module 410 and the second mounting module 420. Ensure that a stable fixed state is maintained in the central module.
  • the housing module 110 may be positioned.
  • FIG. 15 is a diagram showing the electric field distribution of high-density line segments formed at four stages of the mesh cylinder inside the hydrogen activation unit (left), and only activation before hydrogen gas is ionized in the high-density line segment electric field formed at one point of the negative/positive line segment.
  • FIG. The high-density line segment electric field formed by applying direct current voltage to the multi-level mesh cylinder before injecting hydrogen gas into the stack of the hydrogen fuel cell activates a high-energy state while moving the ground state hydrogen gas in a spiral along the silicon line where the copper wire is inserted.
  • It is a diagram showing the booster process of increasing hydrogen (H 2 * ) and the characteristics and physical phenomena of the overall structure, and FIG.
  • hydrogen gas is a diagram showing the principle that some electricity is generated as three types of hydrogen come out at the same time: activated (H 2 * ), ionized (2H + +2e), and neutral (H 2 ) hydrogen.
  • Figure 18 is a view showing the process of easily ionizing even if only a little energy is received because the distance between hydrogen atoms is widened because the electric field intensity is adjusted and activated at one point of hydrogen activation.
  • the hydrogen activation accelerator 1 having a mesh cylinder repeated arrangement concentric circle structure includes a plurality of mesh cylinders in the electrode plug module 1120 in which the first holding module 410 and the second holding module 420 are connected to an external DC power supply. A high-density line-segment electric field is formed between them.
  • the electrode plug module 1120 may be composed of a first electrode plug 1121 connected to the positive electrode of the external DC power source and a second electrode plug 1122 connected to the negative electrode of the external DC power source.
  • the first electrode plug 1121 has one end located in an odd-numbered first groove 412 or second groove 422 among the plurality of first grooves 412 or the plurality of second grooves 422.
  • the second electrode plug 1122 has one end of a plurality of meshes located in even-numbered first grooves 412 or second grooves 422 among the plurality of first grooves 412 or the plurality of second grooves 422. connected to the cylinder.
  • the first holding module 410 and the second holding module 420 are connected to the electrode plug module 1120 connected to an external DC power supply so that a high-density line segment electric field is formed between the plurality of mesh cylinders.
  • the positive electric field generated at the positive electrode excites the hydrogen molecules by applying an electric field strength that generates higher energy than the nuclear force in which the electrons are combined in the hydrogen molecules (H 2 ).
  • the negative electric field generated at the negative electrode excites the hydrogen molecules by increasing the repulsive force of the shared electrons of the hydrogen molecules (H 2 ) so that the shared electrons are easily ejected from the hydrogen molecules. That is, it is an activating principle.
  • the activated hydrogen has high excited energy and is supplied to the hydrogen fuel system stack (B), and promotes/amplifies ionization in the ionosphere more easily so that a lot of electricity can be produced in the hydrogen fuel system stack (B). .
  • the hydrogen activation unit 20 transforms hydrogen (H 2 ) supplied from the hydrogen supply device (A) into an excited state (H 2 * ) through a strong negative / positive electric field. After that, it is supplied to the hydrogen fuel system stack (B), and the hydrogen excited in the hydrogen fuel system stack (B) is easily ionized.
  • the present invention transforms hydrogen gas H 2 into a H 2 * state through the negative/anode high-density line segment electric field, ionizes hydrogen more quickly in the hydrogen fuel cell stack (B), ionizes hydrogen with less electrical energy, and It allows electricity to be generated without the need for temperature.
  • first cover module 121 first cover holder O-ring
  • rod end fixing bolt 124 second cover holder O-ring
  • first O-ring 1250 cover housing connection module
  • second cover module 1301 gas discharge cylinder
  • first mesh cylinder 212 second mesh cylinder
  • first tube 312 second tube
  • first mounting module 411 first support
  • second mounting module 421 second support

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Abstract

본 발명은 수소연료전지와 수소공급장치 사이에 설치되어, 수소연료전지에 공급되는 수소를 고밀도 선분 전기장 힘으로 활성화하여 높은 에너지 상태로 수소연료전지스택에 공급하므로 수소연료전지의 전리층 촉매에서 낮은 에너지로 이온화율을 향상시켜 수소와 산소의 결합을 높여 많은 양의 전기를 발전할 수 있도록 하는 증폭(Booster)역할을 한다.

Description

다층 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치
본 발명은 수소연료전지 스택(Fuel Cell Stack)과 수소공급장치 사이에 설치되어, 수소를 고밀도 선분 전기장을 통해 높은 에너지 준위로 활성화시켜 수소연료전지 스택에 공급하여, 수소연료전지 스택에서 적은 에너지를 전리층에서 흡수하더라도 다량의 이온화가 형성되어 수소연료전지의 전기발생 과정에서 많은 전기를 생성할 수 있도록 하는 증폭(Booster) 장치와 관련된 기술이다.
최근 10년간 대한민국의 에너지 소비는 매년 10% 이상 증가율을 기록하고 있다. 에너지 소비 증가율에 따라 온실 가스 배출량 역시 상대적인 비례로 증가 추세를 보이고 있다. 현재, 전세계적으로 온실 가스 배출량을 줄일 수 있는 신 재생에너지에 대한 연구개발이 활발하게 진행되고 있다.
활발하게 개발되고 있는 신 재생에너지 가운데 수소연료전지, 태양 열에너지 및 다양한 형태의 대체 에너지로 될 수 있을 것으로 기대를 모으고 있다.
특히, 수소에너지는 무한정 존재하는 물을 전기 분해하여 수소를 얻을 수 있고, 이를 공기와 반응시켜 에너지를 만들어 낼 수 있다. 또한 메탄, 천연 가스 분리 등 다양한 방법으로 수소를 생성할 수 있다는 점, 그리고 공해물질을 발생시키지 않는 점, 더욱이 에너지를 만들어 낼 때 소음을 발생시키지 않고 열 효율이 높으며 적용 범위가 광범위하다는 점에서 다른 신 재생에너지 보다 큰 관심을 받고 있다.
그리고 수소연료전지 근본 재료인 수소는 지구에서 가장 많은 원소로 존재하고 있다. 이에, 다른 신 재생에너지 보다 많은 연구가 진행되고 있다.
그러나, 현재까지 개발된 대다수의 수소연료전지 및 이와 연결되는 장치는 수소에너지를 기존 수소연료전지 기술 보다 더 높은 효율의 전기에너지로 변환시키지 못하는 한계점을 갖고 있으며 가동온도(Operating Temperature)가 높다는 문제점을 갖고 있다. 또한 수소의 활성화 및 활성화된 수소를 대량으로 증폭시키지 못하는 문제를 갖고 있다.
[특허문헌] 대한민국 등록특허 제10-2200739호 (공고일자: 2021년01월12일)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 수소연료전지에서 사용되는 수소가 Stack의 전해질에서 이온화(2H+ + 2e)되기 전에 촉매작용으로 일부만 활성화(H2 *)가 이루어지고, 대다수는 활성화되지 않아 효율적인 이온화와 발전이 이루어지지 못해 수소연료전지에서 전기 생산 효율이 낮은 문제, 그리고 이에 따라 수소연료전지의 경제성이 수소 제조 과정을 포함하여 여러 가지 조건에서 높지 못한 문제를 해결하고자 한다.
이에, 본 발명은 수소 기체를 최대로 활성화하여 이온화율을 증가시키므로 고효율 전기 생산방법을 유도하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당 업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다층 메쉬 동심원 실린더(이후 메쉬 실리더로 칭함)를 동심원 형태의 일정간격으로 배치된 반복 배열 동심원 구조와 직류전압을 인가하는 수소활성화 증폭장치는 수소공급장치와 수소연료전지 Stack 사이에 설치된다.
이와 같은 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조(수소활성화부)를 가지는 수소 활성화 촉진장치는, 내부에 수용공간이 형성된 하우징모듈과, 수소공급장치와 연결되는 가스유입 통이 형성되어 하우징모듈의 일단에 연결되는 제1커버모듈과, 수소연료전지와 연결되는 가스배출통이 형성되며 하우징모듈의 타단에 연결되는 제2커버모듈을 포함하며 외부직류전원과 연결되는 케이스부, 직경의 서로 다른 원통형 형상의 복수 개의 메쉬실린더를 포함하여 직경이 큰 메쉬실린더의 내부에 직경이 작은 메쉬실린더가 크기 별로 단계적 일정 간격 동심원 조합으로 수용되어 복수 개의 메쉬실린더 사이에 직류(=)고전압이 인가되었을 때, 초 고밀도(Ultra-High Density : 이후 고밀도라 칭함) 선분 전기장을 형성하는 다단계 수소 활성화부(이후, 수소 활성화부로 칭함), 직경이 큰 메쉬실린더의 외주면에 일정한 패턴을 따라 설치된 제1튜브와 직경이 작은 메쉬실린더의 외주면에 일정한 패턴을 따라 설치된 제2튜브를 포함해 복수 개의 메쉬실린더 사이에 위치하는 구리 선이 삽입된 실리콘(이후, 실리콘으로 칭함) 라인부 및 제 1, 2 거치모듈에 메쉬실린더를 삽입 고정할 모듈에 복수 개의 제1홈이 일정한 간격을 두고 형성된 복수 개의 지지대를 포함하여 복수 개의 제1홈에 메쉬실린더 조합의 수소 활성화부 일단들이 삽입과 물리적으로 고정되면서 음/양극 직류 전압(±)이 메쉬실린더의 교대로 전기적 연결 고정되는 제1거치모듈과 복수 개의 제2홈이 일정한 간격을 두고 형성된 복수 개의 지지대를 포함하여 복수 개의 제2홈에 일정 간격으로 메쉬실린더 조합의 수소 활성화부의 타단에 설치되는 제2거치모듈을 포함하는 거치부를 포함한다.
여기서, 복수 개의 메쉬실린더 가운데 직경이 가장 작은 메쉬실 린더는 내부에 삽입되어, 일단이 제1거치모듈의 중앙 금속 막대(±극 직류)에 고정되고 타단이 제2거치모듈의 중앙에 고정되는 금속 지지틀 막대부를 포함할 수 있다. 그리고 수소기체 활성화부(1)에서 제1커버모듈 및 제2커버모듈은 외부 직류전원의 양(+)극과 연결되는 제1전극 진공용 플러그(이후, 플러그라 칭함)와 외부 직류전원의 음(-)극과 연결되는 제2전극플러그모듈을 포함할 수 있다.
제1전극플러그모듈의 일단은, 복수 개의 제1홈 또는 복수 개의 제2홈 가운데 홀수 번째의 제1홈 또는 제2홈에 위치한 복수 개의 메쉬실린더와 음/양극 전기적으로 연결, 제 1, 2 거치모듈에 물리적으로 고정될 수 있다. 그리고 제2전극플러그모듈의 일단은 복수 개의 제1홈 또는 복수 개의 제2홈 가운데 짝수 번째의 제1홈 또는 제2홈에 위치한 복수 개의 메쉬실린더와 교대로 음/양극 전기적 상하 통합적으로 연결 고정될 수 있어 메쉬실린더 내부에 3차원적인 고밀도 선분 전기장을 발생시킨다.
그리고 실리콘라인부는 제1튜브 및 제2튜브 모두에 각각 삽입되는 구리선을 포함해 일단에서 타단을 따라 나선형으로 형성되어 메쉬실린더의 외주면에 와류형태로 감길 수 있다. 이는 활성화부 내부에서 일정 간격을 유지할 수 있어 메쉬실린더들 사이에 전기적 Short를 방지하면서 또한 안전한 실린더 모양을 갖는 메쉬실린더 형태를 유지하는 보강제 역할을 하며, 고밀도 선분 전기장에서 수소기체를 나선형으로 회전시켜 고밀도 선분 전기장 세기와 수소 분자 사이에 물리적 상호작용으로 활성화될 시간이 10배 이상 증가되어 수소연료전지 Stack에서 이온화율이 크게 증가되므로 발전량이 향상되고 이온화 열에너지를 감소시키고 발열이 없다는 장점을 갖고 있다.
본 발명은 수소기체가 반복적으로 메쉬실린더의 고밀도 선분 전기장을 통과할 때 음/양극에서 N번 활성화시켜 수소의 이온화율을 높인 후, 수소연료전지스택에 공급하여 수소연료전지스택의 낮은 온도에서도 발전 성능이 향상되도록 한다. 더욱이, 본 발명은 고밀도 선분 전기장 세기를 외부 입력 직류 전원을 낮게 조정하여 H2를 이온화(2H+ + 2e)시키지 않고 유입 수소들을 가능한 활성화(H2 *)시켜 수소연료전지스택에 주입해 수소연료전지스택의 촉매 전리층에서 이온화율을 효율적으로 증폭하여 수소연료전지스택의 발전 성능이 향상되도록 한다. 아울러, 본 발명은 초고밀도 전기장 선속(Electric Flux)을 통해 수소를 이온화 에너지 준위 상태로 활성화시켜 -1.5~0.0eV까지 올려준 후, 수소연료전지스택의 전리층에서 수소원자에서 기저 상태의 전자를 이온화 시키는데 필요한 에너지를 활성화된 수소에 인가하여 수소에서 전자가 쉽게 방출되어 수소의 이온화율을 크게 증가시킨다. 그리고 본 발명은 이온화된 수소를 유입한 수소연료전지스택의 전기 발생효율을 향상시키며 화학적 방법을 사용하지 않고 물리적인 방법만으로 수소를 활성화(Activation) 및 이온화(Ionization)시킬 수 있게 된다.
이에, 본 발명은 내부 구성 모든 물질과 재료들이 순수(99.99999%)한 수소기체와 물리학적 상호작용에서 부식, 마모 등이 없어 반 영구적으로 사용이 가능하다.
이와 같은 특징을 가지는 본 발명은 승용차의 연료전지에 한정되지 않고, 건설용 기계 및 선박 일례로, 지게차, 굴삭기 그리고 요트, 인양선, 여객선의 내부 발전기 등에 적용하여 연료전지의 성능이 향상될 수 있도록 한다. 다시 말해, 본 발명은 수소전지를 이용하는 장비에 적용되어 수소전지의 성능과 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일반 수소연료전지 시스템에 다층 메쉬실린더 반복 배열 양극 및 음극 직류전압이 인가된 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치를 융합한 형태의 블록도이다.
도 2는 도 1의 다층 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치의 외형 사시도이다.
도 3은 도 2의 다층 메쉬실린더 일정 간격 동심원 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치의 전체 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 다층 메쉬실린더 하우징모듈 및 하우징모듈의 일단에 설치된 하우징 일단 수소 누출 및 외부 산소 유입 방지용 오링(O-Ring)이 추가된 도면이다.
도 5는 도 2의 제1커버모듈 및 제1커버모듈에 설치된 전극플러그모듈과 예비 4개 전극플러그모듈의 내/외부를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 2의 제1커버모듈 및 제2커버모듈의 내/외부를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 2의 전극플러그모듈, 진공볼트모듈, 스테인레스플러그에 내부압력 증가로 스테인레스플러그 방출 방지를 위한 나사산이 추가되고, 진공볼트모듈로 배선을 설치하면 수소 누출과 산소 유입을 방지하면서 안전한 직류 고전압 공급이 가능한 도면이다.
도 8은 도 2의 백금, 니켈 등 특수 금속이 도금된 메쉬실린더를 직경 크기 별로 나타낸 도면이다.
도 9는 도 2의 구리 선이 삽입된 실리콘라인부만을 나타낸 도면으로 수소기체가 고밀도 선분 전기장 속을 와류로 진행하여 활성화 증가를 유도하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 2의 수소활성화부의 메쉬실린더에 구리선 삽입 실린콘라인부가 조합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 11은 도 2의 수소활성화부에서 모든 메쉬실린더들의 중심축이 되면서 상하 제 1, 2 거치모듈을 접합시키는 상하고정금속막대부와 1차 메쉬실린더, 구리선 삽입 실리콘라인부가 조합된 상태를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 2의 제1거치모듈과 제2거치모듈을 나타낸 도면이다.
도 13는 도 11에 도 12의 제1거치모듈과 제2거치모듈이 조립된 상태를 나타낸 도면이다.
도 14는 도 13에 하우징모듈이 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
도 15는 수소활성화부 내부 메쉬실린더 4단에서 형성되는 고밀도 선분 전기장 분포(좌), 음/양극 선분 한 포인트에서 형성된 고밀도 선분 전기장에서 수소 기체가 이온화되기 전 활성화만 유도되는 도면이다.
도 16은 수소기체를 수소연료전지의 스택에 주입 전 직류 전압이 다단계 메쉬실린더에 인가되어 형성된 고밀도 선분 전기장은 기저상태(Ground State)의 수소기체를 구리선 삽입 실리콘라인부를 따라 나선형으로 운동하면서 높은 에너지 상태의 활성화된 수소(H2 *)로 증가시키는 부스터(Booster) 과정과 전제적인 구조의 특징과 물리적인 현상을 나타낸 도면이다.
도 17은 수소활성화의 일 부분으로서 메쉬실린더에 고밀도 선분 전기장 세기를 조정하기에 따라 수소기체는 활성화된 상태(H2 *), 이온화된 상태(2H++2e), 중성된 상태(H2)수소 3 가지가 동시에 나오면서 일부 전기가 발생하는 원리를 나타낸 도면이다.
도 18은 수소활성화의 한 포인트에서 전기장 세기를 조정하여 활성화시키므로 수소 원자간 간격이 멀어져 약간의 에너지만 받아도 쉽게 이온화되는 과정을 나타낸 도면이다.
도 19는 수소기체 활성화를 위한 전체적인 구조로서 내부에 다층 메쉬실린더의 고밀도 전기장 속을 수소기체가 나선형 운동으로 많은 활성화 시간을 얻기 위한 나선형 실리콘 선 조성, 진공용 직류전기 단자 등 모든 것이 조합되어 이온화율 보다 활성화율을 높여 수소연료전지 발전량을 적은 에너지로 향상시켜 수소연료전지스택(Fuel Cell Stack)에서 이온화율을 증가시키는 시스템의 전체를 나타낸 도면이다.
본 발명은 첨부되는 도면과 함께 설명을 통해 본 발명의 실시 예의 이점 및 특징들이 명확해질 것이다. 그러나, 도면 및 설명을 통해 명확해진 본 발명은 이하 개시된 실시 예에 한정되지는 않는다. 본 발명은 오로지 청구항에 의해 정의되며 청구항에 기재된 내용에 따라 한정된다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에 종사하는 통상의 기술자가 본 발명을 온전히 이해할 수 있도록 첨부된 도면을 참조해 본 발명을 상세히 설명한다.
먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 다층 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 증폭/촉진(이후 “촉진”으로 칭함)장치에 대해 개괄적으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 일반 수소연료전지 시스템에 다층 메쉬실린더 반복 배열 양극 및 음극 직류전압이 인가된 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치를 융합한 형태의 블록도이고, 도 2는 도 1의 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치의 외형 사시도이다.
다층 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치(1)는 수소공급장치(A)에서 공급되는 수소를 고밀도 선분 전기장으로 수만 번 반복 통과해 거의 90% 이상 활성화시켜, 수소연료전지스택(B)에서 많은 양의 전기가 생산될 수 있도록 한다. 특히, 다층 메쉬실린더(이하, 메쉬실린더) 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치(1)는 수소활성화부(20)에서 형성되는 고밀도 전기장 세기 크기를 적절한 값으로 조절해 수소공급장치(A)에서 공급되는 수소(H2)를 이온화(2H++2e)시키지 않고, 수소전체를 활성화(H2 *)시켜 활성화된 수소가 수소연료전지스택의 전리층에서 적은 에너지로 쉽게 이온화되도록 함으로써, 수소의 이온화율을 높여 수소연료전지스택에서의 전기 발생율을 높인다.
다시 말해, 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치(1)는 활성화된 수소만을 수소연료전지스택(B)에 공급해 수소연료전지스택(B)에서 공급된 수소를 적은 에너지로 보다 쉽게 이온화 시키며 수소연료전기스택(B)에서 많은 양의 전기가 생산될 수 있도록 한다. 즉, 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치(1)는 수소연료전기스택(B)에서 수소의 이온화율을 증폭시킨다.
이러한 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치(1)는 승용차의 연료전지에 한정되지 않고 건설용 기계 및 선박 일례로, 지게차, 굴삭기 그리고 요트, 인양선, 여객선의 내부 발전기 등에 적용하여 연료전지의 성능이 향상될 수 있도록 한다.
이에, 본 발명은 수소연료전지(B)가 현재 가지는 문제점 즉, 공급되는 수소로 충분한 전력을 만들어 내지 못한 문제를 해결할 수 있도록 한다.
이후, 도 3 내지 도 14를 참조하여 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치를 구성하는 구성요소에 대해 구체적으로 설명한다.
도 3은 도 2의 다층 메쉬실린더 일정 간격 동심원 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치의 전체 분해 사시도이고, 도 4는 도 2의 다층 메쉬실린더 하우징모듈 및 하우징모듈의 일단에 설치된 하우징 일단 수소 누출 및 외부 산소 유입 방지용 오링(O-Ring)이 추가된 도면이다. 그리고 도 5는 도 2의 제1커버모듈 및 제1커버모듈에 설치된 전극플러그모듈과 예비 4개 전극플러그모듈의 내/외부를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 2의 제1커버모듈 및 제2커버모듈의 내/외부를 나타낸 도면이다. 그리고 도 7은 도 2의 전극플러그모듈, 진공볼트모듈, 스테인레스플러그에 내부압력 증가로 스테인레스플러그 방출 방지를 위한 나사산이 추가되고, 진공볼트모듈로 배선을 설치하면 수소 누출과 산소 유입을 방지하면서 안전한 직류 고전압 공급이 가능한 도면이고, 도 8은 도 2의 백금, 니켈 등 특수 금속이 도금된 메쉬실린더를 직경 크기 별로 나타낸 도면이다. 그리고 도 9는 도 2의 구리 선이 삽입된 실리콘라인부만을 나타낸 도면으로 수소기체가 고밀도 선분 전기장 속을 와류로 진행하여 활성화 증가를 유도하는 상태를 나타낸 도면이고, 도 10은 도 2의 수소활성화부의 메쉬실린더에 구리선 삽입 실린콘라인부가 조합된 상태를 나타낸 도면이고, 도 11은 도 2의 수소활성화부에서 모든 메쉬실린더들의 중심축이 되면서 상하 제 1, 2 거치모듈을 접합시키는 상하고정금속막대부와 1차 메쉬실린더, 구리선 삽입 실리콘라인부가 조합된 상태를 나타낸 도면이다. 그리고 도 12는 도 2의 제1거치모듈과 제2거치모듈을 나타낸 도면이고, 도 13는 도 11에 도 12의 제1거치모듈과 제2거치모듈이 조립된 상태를 나타낸 도면이다. 그리고 도 14는 도 13에 하우징모듈이 설치된 상태를 나타낸 도면이다.
메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치(1)는 케이스부(10), 수소활성화부(20), 구리선 삽입 실리콘라인부(이하, 실리콘라인부 30) 및 거치부(40)를 포함한다. 그리고 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치(1)는 상하고정금속막대부(50)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 케이스부(10)는 수소공급장치(A)를 통해 유입되는 수소가 수소연료전지(B)로 이동하는 통로가 된다. 이와 같은 케이스부(10)는 하우징모듈(110)과, 제1커버모듈(120) 그리고 제2커버모듈(130)을 포함한다.
여기서, 하우징모듈(110)은 도 4에 도시된 바와 같이, 내부에 수용공간이 형성된 원통형으로 형성되어 일단에 하우징일단오링(111)이 형성되고 타단에 하우징타단오링(112)이 설치될 수 있는 구조로 형성된다.
이와 같은, 하우징모듈(110)의 일단에는 제1커버모듈(120)이 연결되고 타단에는 제2커버모듈(130)이 연결된다. 여기서, 제1커버모듈(120)은 도 5에 도시된 바와 같이 일단에 원통형의 가스유입통(1201)이 형성되고 가스유입통(1201)을 중심으로 외측에 복수 개의 스텐인레스플러그와 입력 배선 소켓홀(1200)이 포함된 구조로 형성될 수 있다. 이는 전극플러그모듈(1120)과 동일하다. 그리고 제2커버모듈(130)은 도 6에 도시된 바와 같이 일단에 원통형의 가스배출통(1301)이 형성되고 가스배출통(1301)을 중심으로 외측에 복수 개의 소켓홀이 형성된 구조로 형성될 수 있다.
제1커버모듈(120) 및 제2커버모듈(130)에 형성된 복수 개의 소켓홀 각각에는 진공볼트모듈(1230)이 설치될 수 있다. 아울러, 제1커버모듈(120)의 타단면에는 제1커버거치오링(121)이 설치될 수 있고, 제2커버모듈(130)의 타단면에는 제2커버거치오링(124)이 설치될 수 있다. 이때, 제1커버모듈(120)과 제2커버모듈(130)상단에 12개 너트(Nut)로 가공된 홀에 진공볼트모듈(1230)이 삽입되어 진공을 유지할 수 있다. 그리고 진공볼트모듈(1230)은 도 7에 도시된 바와 같이 내부에 관통홀이 형성된 Brass 진공 볼트(1231) 그리고 이러한 볼트에 연결되는 나사산보다 작은 실리더형 구조(1232)로 구성될 수 있다. 이때, 도 7의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이 일부의 Brass 진공 볼트의 일단에는 스테인레스플러그(1220)가 삽입되고, 내부 수소기체 압력이 높아져 스테인레스플러그(1220)가 이탈하는 것을 방지하기 위한 나사선(1260)이 형성된다. 그리고 도 7의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이 나머지 일부의 Brass 진공 볼트의 일단에는 신축성 피복을 갖는 도선과 함께 전극플러그모듈(1120)이 삽입된다. 그리고 일부 및 나머지 일부의 Brass 진공 볼트의 타단에는 제1오링(1240)과 체결된다. Brass 진공 볼트에 설치되는 스테인레스플러그, 전극플러그모듈 그리고 제1오링은 케이스부(10)로 유입된 수소가 관통홀을 통해 외부로 빠져나가지 않도록 한다.
이와 같은 제1커버모듈(120)은 커버하우징연결모듈(1250) 즉, 볼트와 너트를 통해 제1거치모듈(410) 그리고 하우징모듈(110)의 일단에 연결되고 제2커버모듈(130)은 커버하우징연결모듈(1250) 즉, 볼트와 너트를 통해 제2거치모듈(420) 그리고 하우징모듈(110)의 타단에 연결된다. 더욱이, 제1커버모듈(120)의 가스유입통(1201)에는 수소공급장치(A)에서 공급되는 수소가 케이스부(10)의 내부의 수용공간으로 원활하게 넓은 공간으로 주입될 수 있도록 토출 스크류모듈이 더 설치될 수 있다.
수소활성화부(20)는 복수 개의 메쉬실린더(211~21n)를 포함하여, 복수 개의 메쉬실린더(211~21n)에 직류전압이 인가되었을 때 고밀도의 선분 전기장을 형성한다. 보다 구체적으로, 수소활성화부(20)는 직경의 서로 다른 원통형 형상의 복수 개의 메쉬실린더(210)가 서로 동심원 일정 간격으로 중첩되도록 형성되어 복수 개의 메쉬실린더 간에 형성된 공간에 고밀도의 선분 전기장이 무한히 형성되도록 한다. 일례로, 도 8에 도시된 바와 같이, 수소활성화부(20)는 제1메쉬실린더(211), 제2메쉬실린더(212), 제3메쉬실린더(213) 및 제n메쉬실린더(21n)를 포함한다. 이때, 제1메쉬실린더(211)는 복수 개의 메쉬실린더(211~21n) 가운데 가장 작은 크기의 메쉬실린더가 되고, 제2메쉬실린더(212)는 제1메쉬실린더(211) 보다 큰 크기의 메쉬실린더가 된다. 그리고 제3메쉬실린더(213)는 제2메쉬실린더(212) 보다 큰 크기의 메쉬실린더가 된다. 그리고 제n메쉬실린더(21n)는 제3메쉬실린더(213) 보다 큰 크기의 메쉬실린더가 되고, 제n메쉬실린더(21n)는 제3메쉬실린더(213) 보다 큰 크기의 메쉬실린더가 된다.
수소활성화부(20)는 제n메쉬실린더(21n)의 내부에 제3메쉬실린더(213)가 수용되고, 제3메쉬실린더(213)의 내부에 제2메쉬실린더(212)가 수용된다. 그리고 제2메쉬실린더(212)의 내부에 제1메쉬실린더(211)가 수용된다.
실리콘라인부(30)는 복수 개의 튜브를 포함하여 복수 개의 메쉬실린더 사이 사이에 메쉬실린더의 형태를 유지하고 실린더 사이에 일정간격을 유지하면서 전기적 Short를 방지한 형태로 설치된다. 이러한 실리콘라인부(30)는 메쉬실린더의 일단에서 타단을 따라 나선형으로 형성될 수 있다. 일례로, 실리콘라인부(30)는 도 9에 도시된 바와 같이, 제1튜브 내지 제20튜브 그리고 각각의 튜브에 삽입된 구리선(320)을 포함한다. 여기선 실리콘라인부 내부에 구리선은 일정한 나선형 형성에 도움을 주고 메쉬실린더 끝에서 2~3바퀴 이상 돌아 납땜으로 고정하여 실린더 원형 모양을 유지하여 제 1, 2 거치대 모듈 홈에 일정간격으로 삽입 고정후 음/양극 직류 전압선을 연결 고정하고 실리콘라인부(30)는 제1튜브 내지 제20튜브가 병렬로 배치되어 빙글빙글 꼬인 나선형으로 형성될 수 있다.
이와 같은 실리콘라인부(30)의 사이 사이에 수소활성화부(20)의 복수 개의 메쉬실린더(211~21n)가 삽입될 수 있다. 일례로, 실리콘라인부(30)의 제1튜브(311)는 직경이 큰 메쉬실린더의 외주면에 일정한 패턴을 따라 설치되고 제2튜브(312)는 작은 메쉬실린더의 외주면에 일정한 패턴을 따라 설치된다. 즉, 실리콘라인부(30)는 메쉬실린더의 일단에서 타단으로 수소가 회전하며 메쉬실린더의 일단에서 타단으로 이동할 수 있도록 해, 메쉬실린더의 내부에 수소가 장시간 머무르도록 하며 장시간 활성화시킨다. 그리고 수소활성화부(20)에서 전기적 숏트(short)가 발생되지 않도록 한다. 또한, 수소활성화부(20)의 간격이 흐트러지지 않고 일정한 간격을 유지하는 보강재 역할을 하기도 한다.
수소활성화부(20) 및 실리콘라인부(30)의 중앙에는 도 11에 도시된 바와 같이 상하고정금속막대부(50)가 삽입될 수 있다. 상하고정금속막대부(50)에는 제1메쉬실린더(211)가 부착되고, 제1메쉬실린더(211)의 외부에 제20튜브가 나선형으로 설치되어 고정시킬 수 있다.
수소활성활부(20) 및 실리콘라인부(30)가 합쳐진 구조의 일단 및 타단에는 거치부(40)가 설치될 수 있다. 보다 구체적으로, 수소활성활부(20) 및 실리콘라인부(30)가 합쳐진 구조의 일단에는 제1거치모듈(410)이 설치되고 수소활성활부(20) 및 실리콘라인부(30)가 합쳐진 구조의 타단에는 제2거치모듈(420)이 설치될 수 있다.
제1거치모듈(410) 및 제2거치모듈(420)은 도 12에 도시된 바와 같이, 고리 형상의 테두리(4101, 4201), 테두리의 내측 중앙에 위치하며 고정홀(41021,42021)이 형성된 중앙모듈(4102, 4202) 그리고 일단이 테두리의 내측면에 고정되고 타단이 중앙모듈의 외주면에 고정되는 복수 개의 지지대(411,421)를 포함한다. 여기서, 제1거치모듈(410)의 복수 개의 지지대 즉, 제1지지대(411)에는 일정한 간격을 두고 형성된 복수 개의 제1홈(412)이 형성되고 제2거치모듈(420)의 복수 개의 지지대 즉, 제2지지대(421)에는 일정한 간격을 두고 복수 개의 제2홈(422)이 형성된다.
이러한 제1거치모듈(410)의 복수 개의 제1홈(412)에는 복수 개의 메쉬실린더부(211~21n)의 일단이 일정한 간격으로 고정되고, 제2거치모듈(420)의 복수 개의 제2홈(422)에는 복수 개의 메쉬실린더부(211~21n)의 타단이 일정한 간격으로 고정되어 직류 음/양 전극이 연결된다. 여기서, 복수 개의 제1홈(412) 및 복수 개의 제2홈(422)의 이격 거리는 복수 개의 메쉬실린더 간의 이격 거리와 동일할 수 있다.
제1거치모듈(410)은 복수 개의 메쉬실린더부의 일단과 연결되며 하우징모듈(110)의 일단에 커버하우징연결모듈(1250)을 통해 연결되고, 제2거치모듈(420)은 복수 개의 메쉬실린더부의 타단과 연결되며 하우징모듈(110)의 타단에 커버하우징연결모듈(1250)을 통해 연결된다. 이때, 제1거치모듈(410)과 하우징모듈(110) 사이에는 하우징일단오링(111)이 삽입되고, 제2거치모듈(420)과 하우징모듈(110) 사이에는 하우징타단오링(112)이 삽입된다. 여기서, 하우징일단오링(111)과 하우징타단오링(112)은 하우징모듈(110)과 연결되는 제1거치모듈(410) 그리고 제2거치모듈(420) 사이의 틈새를 막아, 하우징모듈(110)과 제1거치모듈(410) 그리고 제2거치모듈(420)의 틈새로 수소가 누출되거나 산소 유입을 방지하도록 한다. 아울러, 제1거치모듈(410)의 고정홀(41021)에 막대일단고정볼트(122) 삽입되고, 제2거치모듈(420)의 고정홀(42021)에 막대타단고정볼트(123) 삽입된다. 이때, 막대일단고정볼트(122)와 막대타단고정볼트(123)는 상하고정금속막대부(50)의 일단과 타단이 제1거치모듈(410)의 중앙모듈 그리고 제2거치모듈(420)의 중앙모듈에 안정적인 고정상태가 유지되도록 한다.
이와 같은 제1거치모듈(410)과 제2거치모듈(420) 사이에는 도 14에 도시된 바와 같이, 하우징모듈(110)이 위치할 수 있다.
이하, 도 15 내지 도 19를 참조하여, 본 발명의 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치가 수소를 활성화시키는 과정에 대해 구체적으로 설명한다.
도 15는 수소활성화부 내부 메쉬실린더 4단에서 형성되는 고밀도 선분 전기장 분포(좌), 음/양극 선분 한 포인트에서 형성된 고밀도 선분 전기장에서 수소 기체가 이온화되기 전 활성화만 유도되는 도면이고, 도 16은 수소기체를 수소연료전지의 스택에 주입 전 직류 전압이 다단계 메쉬실린더에 인가되어 형성된 고밀도 선분 전기장은 기저상태(Ground State)의 수소기체를 구리선 삽입 실리콘라인부를 따라 나선형으로 운동하면서 높은 에너지 상태의 활성화된 수소(H2 *)로 증가시키는 부스터(Booster) 과정과 전제적인 구조의 특징과 물리적인 현상을 나타낸 도면이고, 도 17은 수소활성화의 일 부분으로서 메쉬실린더에 고밀도 선분 전기장 세기를 조정하기에 따라 수소기체는 활성화된 상태(H2 *), 이온화된 상태(2H++2e), 중성된 상태(H2)수소 3 가지가 동시에 나오면서 일부 전기가 발생하는 원리를 나타낸 도면이다. 그리고 도 18은 수소활성화의 한 포인트에서 전기장 세기를 조정하여 활성화시키므로 수소 원자간 간격이 멀어져 약간의 에너지만 받아도 쉽게 이온화되는 과정을 나타낸 도면이고, 도 19는 수소기체 활성화를 위한 전체적인 구조로서 내부에 다층 메쉬실린더의 고밀도 전기장 속을 수소기체가 나선형 운동으로 많은 활성화 시간을 얻기 위한 나선형 실리콘 선 조성, 진공용 직류전기 단자 등 모든 것이 조합되어 이온화율 보다 활성화율을 높여 수소연료전지 발전량을 적은 에너지로 향상시켜 수소연료전지스택(Fuel Cell Stack)에서 이온화율을 증가시키는 시스템의 전체를 나타낸 도면이다.
메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치(1)는 제1거치모듈(410) 및 제2거치모듈(420)이 외부의 직류전원장치와 연결된 전극플러그모듈(1120)에 복수 개의 메쉬실린더 사이에 고밀도의 선분 전기장을 형성시킨다. 이때, 전극플러그모듈(1120)은 외부직류전원의 양극과 연결되는 제1전극플러그(1121) 그리고 외부직류전원의 음극과 연결되는 제2전극플러그(1122)로 구성될 수 있다. 여기서, 제1전극플러그(1121)는 일단이 복수 개의 제1홈(412) 또는 복수 개의 제2홈(422) 가운데 홀수 번째의 제1홈(412) 또는 제2홈(422)에 위치한 복수 개의 메쉬실린더와 연결되어 음/양극의 고밀도 선분 전기장을 형성한다. 그리고 제2전극플러그(1122)은 일단이 복수 개의 제1홈(412) 또는 복수 개의 제2홈(422) 가운데 짝수 번째의 제1홈(412) 또는 제2홈(422)에 위치한 복수 개의 메쉬실린더와 연결된다.
제1거치모듈(410) 및 제2거치모듈(420)은 외부의 직류전원장치와 연결된 전극플러그모듈(1120)과 연결되어 복수 개의 메쉬실린더 사이에 고밀도의 선분 전기장이 형성되도록 한다.
보다 구체적으로, 도 15에 도시된 바와 같이 수소활성화부(20)에 전기가 인가되면 양전극과 연결된 메쉬실린더에서는 양전극 선분 전기장 (Positive electric field)이 발생되고 음전극과 연결된 메쉬실린더에서는 음전극 선분 전기장(Negative electric field)이 발생되어 음/양극 선분 주위에 고밀도 전기장 선속(Ultra-High Density Electric Field Flux)이 형성되어 초강력 전기장 세기 쿨롱 힘 인/척력이 형성된다.
여기서, 양전극에서 발생되는 선분 전기장(Positive electric field)은 수소 분자(H2)에서 전자가 결합된 핵력 보다 높은 에너지가 형성되는 전기장 세기를 인가하여 수소 분자를 여기(Excite)시킨다. 그리고 음전극에서 발생된 선분 자기장(Negative electric field)은 수소 분자(H2)의 공유 전자의 반발력을 키워 수소 분자에서 공유 전자가 튕겨 나가기 쉽도록 수소 분자를 여기(Excite)시킨다. 즉, 활성화시키는 원리이다.
이와 같이 활성화된 수소는 높은 활성화(Excited)에너지를 가지며 수소연료장치스택(B)에 공급되며 보다 쉽게 전리층에서 이온화를 촉진/증폭시켜 수소연료장치스택(B)에서 많은 전기가 생산될 수 있도록 한다.
도 18 및 도 19에 도시된 바와 같이, 수소활성화부(20)는 강력한 음/양극 전기장을 통해 수소공급장치(A)에서 공급되는 수소(H2)를 Excited State(H2 *) 로 변형시킨 후, 수소연료장치스택(B)에 공급하며 수소연료장치스택(B)에서 여기 된 수소가 쉽게 이온화 되도록 한다.
이와 같이, 본 발명은 음/양극 고밀도 선분 전기장을 통해 수소기체 H2를 H2 *상태로 변형시키며 수소연료전지스택(B)에서 수소를 보다 빠르게 이온화시키며 적은 전기에너지로 수소를 이온화시켜, 높은 온도의 필요 없이 전기를 생산할 수 있도록 한다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야 한다.
[부호의 설명]
1: 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치
10: 케이스부
110: 하우징모듈
111: 하우징일단오링 112: 하우징타단오링
1120: 전극플러그모듈
1121: 제1전극플러그 1122: 제2전극플러그
120: 제1커버모듈 121: 제1커버거치오링
1200: 스텐인레스플러그와 입력 배선 소켓홀
1201: 가스유입통
1220: 스테인레스플러그 1230: 진공볼트모듈
1231: Brass 진공 볼트 1232: 나사산보다 작은 실리더
122: 막대일단고정볼트
123: 막대타단고정볼트 124: 제2커버거치오링
1240: 제1오링 1250: 커버하우징연결모듈
1260: 스테인레스플러그 이탈방지 나사선
130: 제2커버모듈 1301: 가스배출통
20: 수소활성화부
210: 메쉬실린더
211: 제1메쉬실린더 212: 제2메쉬실린더
213: 제3메쉬실린더 21n: 제n메쉬실린더
30: 구리선 삽입 실리콘라인부
310: 튜브모듈
311: 제1튜브 312: 제2튜브
320: 구리선
40: 거치부
410: 제1거치모듈 411: 제1지지대
412: 제1홈
420: 제2거치모듈 421: 제2지지대
422: 제2홈
50: 상하고정금속막대부
A: 수소공급장치 B: 수소연료전지스택

Claims (5)

  1. 수소공급장치(A)와 수소연료전지(B)의 사이에 설치되는 수소활성화 증폭/촉진장치에 있어서,
    내부에 수용공간이 형성된 하우징모듈(110)과, 수소공급장치(A)와 연결되는 가스유입통(1201)이 형성되어 하우징모듈(120)의 일단에 연결되는 제1커버모듈(120)과, 수소연료전지(B)와 연결되는 가스배출통(1301)이 형성되며 하우징모듈(110)의 타단에 연결되는 제2커버모듈(130)을 포함하며 외부직류전원과 연결되는 케이스부(10);
    직경의 서로 다른 원통형 형상의 복수 개의 메쉬실린더(210)를 포함하여, 직경이 큰 메쉬실린더의 내부에 직경이 작은 메쉬실린더가 동심원 일정간격으로 수용되어 복수 개의 메쉬실린더에 직류전기가 인가되었을 때, 고밀도 선분 전기장을 형성하는 수소활성화부(20);
    직경이 큰 메쉬실린더의 외주면에 일정한 패턴을 따라 설치된 제1튜브(311)와, 직경이 작은 메쉬실린더의 외주면에 일정한 패턴을 따라 설치된 제2튜브(312)를 포함해 복수 개의 메쉬실린더(210) 사이에 위치하는 구리선 삽입 실리콘라인부(30) 및
    복수 개의 제1홈(412)이 일정한 간격을 두고 형성된 복수 개의 제1지지대(411)를 포함하여 복수 개의 제1홈(412)에 수소활성화부(20)의 일단이 설치되는 제1거치모듈(410)과, 복수 개의 제2홈(422)이 일정한 간격을 두고 형성된 복수 개의 제2지지대(421)를 포함하여 복수 개의 제2홈(422)에 수소활성화부(20)의 타단에 설치되는 제2거치모듈(420)을 포함하는 거치부(40)를 포함하는, 다층 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치.
  2. 제1항에 있어서,
    복수 개의 메쉬실린더 가운데 직경이 가장 작은 메쉬실린더(211)의 내부에 삽입되어, 일단이 제1거치모듈(410)의 중앙에 고정되고 타단이 제2거치모듈(420)의 중앙에 고정되는 상하고정금속막대부(50)를 포함하는, 다층 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치.
  3. 제1항에 있어서, 제1커버모듈(120) 및 제2커버모듈(130)은,
    외부직류전원의 양극과 연결되는 제1전극플러그(1121)와 외부직류전원의 음극과 연결되는 제2전극플러그(1122)를 포함하는, 다층 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치.
  4. 제3항에 있어서,
    제1전극플러그(1121)의 일단은,
    복수 개의 제1홈(412) 또는 복수 개의 제2홈(422) 가운데 홀수 번째의 제1홈(412) 또는 제2홈(422)에 위치한 복수 개의 메쉬실린더와 연결되고,
    제2전극플러그(1122)의 일단은,
    복수 개의 제1홈(412) 또는 복수 개의 제2홈(422) 가운데 짝수 번째의 제1홈(412) 또는 제2홈(422)에 위치한 복수 개의 메쉬실린더와 음/양극 직류전압이 연결되는, 다층 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치.
  5. 제1항에 있어서, 실리콘라인부(30)는
    제1튜브(311) 및 제2튜브(312)에 각각 삽입되는 구리선(320)을 포함해 일단에서 타단을 따라 고밀도 전기장 내부에서 체류시간 연장을 위하여 나선형으로 형성되어 메쉬실린더의 외주면에 감기는, 다층 메쉬실린더 반복 배열 동심원 구조를 갖는 수소 활성화 촉진장치.
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